CN107625543B - 磁共振兼容手持便携柔性介入针*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁共振兼容手持便携柔性介入针***，包括：固定板、针管固定架、刚性针外管、针管固定架、刚性针内管、齿条、滑轨、齿轮固定环、直齿轮、直齿轮、联轴器、减速器、电机、电机固定座、直齿轮、涡轮、蜗杆、减速器、电机固定座、电机、齿轮固定环、控制按钮、控制按钮、***外壳、***外壳、底座、滑块、滑块、柔性针；本发明的***能够在磁共振的环境下使用、携带方便、操作简单、使医生在手术中灵活使用。

Description

磁共振兼容手持便携柔性介入针***

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，特别涉及微创医疗机器人领域。

背景技术

目前，磁共振兼容穿刺手术机器人已发明有几十种，能够在首先得空间进行***活检和粒子植入操作，他们在磁共振环境下使用磁共振兼容性材料已解决了磁共振兼容问题。有的仪器实现了垂直和水平方向的平动和转动。磁共振引导下跟踪精度达到毫米级，获得较高的扎针精度。但是***活检中难以避免与耻骨的干涉现象。有的仪器结构简单、操作简单，可是难以用于较为复杂的手术。有的仪器难以控制精度。有的仪器控制***较为复杂不方便专业医生的掌握。存在的主要研究难点有：(1)受限空间下机器人的构型问题一直以来就是设计中的难点；(2)机器人与磁共振环境的问题也难以解决，包括材料兼容性、驱动兼容性、传感器的兼容性和结构兼容性。

发明内容

本发明提出一种磁共振兼容手持便携柔性介入针***，具有该特征的***通过两个电机的作用，齿轮与齿条之间相连接，齿轮齿条传动给予齿条平行运动是穿刺针推进，另一个齿轮传动给予穿刺针旋转使柔性针做曲线运动，最后实现***的穿刺运动。

磁共振兼容手持便携柔性介入针***，包括：大固定板、针管固定架一、刚性针外管、针管固定架二、刚性针内管、齿条、滑轨、针管固定架三、齿轮固定架一、直齿轮一、直齿轮二、联轴器、减速器一、电机一、电机支撑座一、小固定板、直齿轮三、涡轮、蜗杆、减速器二、电机支撑座二、电机二、齿轮固定架二、控制按钮一、控制按钮二、***外壳、底座、滑块一、滑块二、柔性针。

磁共振兼容手持便携柔性介入针***由控制柔性针旋转运动部分和控制柔性针轴向运动部分构成。旋转运动部分有刚性针外管通过两个固定架固定连接在大固定版上，刚性针外管尾端套在刚性针内管顶端，柔性针置于刚性针内，外管内部。柔性针与刚性针内管固定在固定架。两个直齿轮间始终保持啮合状态，并通过滚动轴承分别固定连接在齿轮架上，固定架用螺纹连接固定在小固定板上。电机一与减速器一之间螺纹固定连接。电机一、减速器一、联轴器与主动直齿轮之间通过轴承连接。电机一与减速器一固定连接在电机支撑座一。电机支撑座一、齿轮固定架一和齿条用螺纹固定连接在小固定板上。电机启动后通过轴承带动主动直齿轮旋转，齿轮传动给予从动直齿轮转动，同时柔性真跟着从动直齿轮旋转。柔性针与高弹性中管间有旋转运动。不存在轴向运动。

轴向运动部分有直齿轮与齿条间始终保持啮合状态。直齿轮与涡轮间始终保持啮合状态，并通过滚动轴承分别固定连接在齿轮架上。涡轮与蜗杆之间始终保持齿轮啮合状态。电机与减速器之间螺纹固定连接，并固定在电机支撑座上。电机启动带动蜗杆旋转，蜗轮蜗杆传动、齿轮传动和齿轮齿条传动使刚性针内管和柔性针轴向运动。刚性针内管与刚性针外管之间不存在旋转运动。前面的按钮控制轴向运动部分，侧面的按钮控制旋转运动部分。***可以放置在底座上。

本发明的优点在于：

1、根据空间的需求***长度尺寸可以调整。

2、在***中使用的柔性针穿刺过程中做曲线运动，可以避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍，灵活、准确地到达目标靶点位置。

3、制作***的材料是磁共振兼容的，可以在磁共振环境下使用。

附图说明

本发明所述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解；

其中，图中：1-大固定板、2-针管固定架一、3-刚性针外管、4-针管固定架二、5-刚性针内管、6-齿条、7滑轨、8-针管固定架三、9-齿轮固定架一、 10-直齿轮一、11-直齿轮二、12-联轴器、13-减速器一、14-电机一、15-电机支撑座一、16-小固定板、17-直齿轮三、18-涡轮、19-蜗杆、20-减速器二、 21-电机支撑座二、22-电机二、23-齿轮固定架二、24-控制按钮一、25-控制按钮二、26-***外壳、27-底座、28-滑块一、29-滑块二、30-柔性针。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种模块化多关节柔性机器人，如图1-3 所示，包括大固定板1、针管固定架一2、刚性针外管3、针管固定架二4、刚性针内管5、齿条6、滑轨7、针管固定架三8、齿轮固定架一9、直齿轮一10、直齿轮一11、联轴器12、减速器一13、电机一14、电机支撑座一15、小固定板16、直齿轮三 17、涡轮18、蜗杆19、减速器二20、电机支撑座二21、电机二22、齿轮固定架二23、控制按钮一24、控制按钮二25、***外壳26、底座27、滑块28 一、滑块29二、柔性针30。

磁共振兼容手持便携柔性针***由控制部分、传动部分、固定部分构成。刚性针外管3、刚性针内管5与柔性针30通过针管固定架一2、针管固定架二 4和针管固定架三8固定连接到大固定板(1)上。直齿轮一10与直齿轮二11 通过滚动轴承固定在齿轮固定架一9上。直齿轮一10与直齿轮二11之间始终保持齿轮啮合状态。电机一14与减速器一13通过螺纹固定连接。电机一 14、减速器一13、联轴器12、直齿轮二11之间轴连接。减速器一13与电机一14固定在电机支撑座一15。针管固定架三8、齿轮固定架一9、直齿轮一 10、直齿轮二11、联轴器12、减速器一13、电一机14、电机支撑座一15、齿条6、滑块一28、滑块二29均固定连接在小固定板16上。齿条6与直齿轮三17之间齿轮齿条链接，直齿轮三17与涡轮18之间始终保持齿轮啮合状态。直齿轮三17与涡轮18通过滚动轴承固定连接在齿轮固定架二23上。蜗轮18与蜗杆19之间始终保持齿轮啮合状态。减速器二20用螺纹固定连接在电机二22上，减速器二20与电机二22固定连接在电机支撑座二21上。

控制按钮一24通过线连接电机二22控制它转动。电机二22作用下蜗杆 19旋转给予蜗轮18、直齿轮17、齿条6之间相互传动使小固定板16沿着滑轨7做轴向穿刺运动。控制按钮二25通过线连接电机一14控制它转动。电机一14通过轴承给予直齿轮一10旋转，直齿轮一10和直齿轮二11之间齿轮传动使柔性针同步旋转。

所述的磁共振兼容手持便携柔性介入针***，保持构型不变情况下，根据***工作空间的需求可以调整***的长度尺寸。

所述的控制按钮一24、控制按钮二25保证它性能的情况下可以选用不同的款。

所述的大固定板1、刚性针外管3、刚性针内管5、齿条6、滑轨7的结构尺寸，包括外直径，内直径和长度均可以调整，以满足机器人整体长度和灵活性的要求；

所述的电机一14和电机二22采用磁共振兼容电机。

所述的直齿轮一10、直齿轮二11、直齿轮三17、蜗轮18与蜗杆19的模数可以根据关节之间传动力和能量的大小进行选择。

所述的电机一14和电机二22各种工作环境需求可以采用磁共振兼容电机。

所述的直齿轮一10和直齿轮二11根据柔性针旋转的角速度需求可以调整它们的直径的大小。

所述的直齿轮三17和蜗轮18根据刚性针内管5轴向移动速度需求可以选用直径大小不同的齿轮。

工作过程：

***上电工作，协调控制电机(***中含两个控制按钮24，25分别控制两个电机22，14)的运动，导致***蜗轮蜗杆齿轮之间产生相对的转动运动。

***先齿轮齿条传动作用下使柔性针轴向推进运动进行穿刺。另一个齿轮传动给予柔性针旋转运动。旋转使柔性针针尖会受到侧向作用力使针体产生弯曲，从而刺出弧形轨迹做曲线运动，避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍，灵活、准确地到达目标靶点位置。可以很好地降低手术风险，提高穿刺的精度。通过轴向运动和旋转运动使***在微创手术中完成穿刺活检和粒子植入。

根据本发明的实施例，具有以下优点：

1、根据空间的需求***长度尺寸可以调整。

2、在***中使用的柔性针穿刺过程中做曲线运动，可以避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍，灵活、准确地到达目标靶点位置。

3、制作***的材料是磁共振兼容的，可以在磁共振环境下使用。

Claims (1)

1.磁共振兼容手持便携柔性介入针***，其特征在于，包括大固定板(1)、针管固定架一(2)、刚性针外管(3)、针管固定架二(4)、刚性针内管(5)、齿条(6)、滑轨(7)、针管固定架三(8)、齿轮固定架一(9)、直齿轮一(10)、直齿轮二(11)、联轴器(12)、减速器一(13)、电机一(14)、电机支撑座一(15)、小固定板(16)、直齿轮三(17)、蜗 轮(18)、蜗杆(19)、减速器二(20)、电机支撑座二(21)、电机二(22)、齿轮固定架二(23)、控制按钮一(24)、控制按钮二(25)、***外壳(26)、底座(27)、滑块一(28)、滑块二(29)、柔性针(30)；所述底座(27)上设置有大固定板(1)；

刚性针外管(3)、刚性针内管(5)与柔性针(30)通过针管固定架一(2)、针管固定架二(4)和针管固定架三(8)固定连接到大固定板(1)上；直齿轮一(10)与直齿轮二(11)通过滚动轴承固定在齿轮固定架一(9)上；直齿轮一(10)与直齿轮二(11)之间始终保持齿轮啮合状态；电机一(14)与减速器一(13)通过螺纹固定连接；电机一(14)、减速器一(13)、联轴器(12)、直齿轮二(11)之间轴连接；减速器一(13)与电机一(14)固定在电机支撑座一(15)上；针管固定架三(8)、齿轮固定架一(9)、直齿轮一(10)、直齿轮二(11)、联轴器(12)、减速器一(13)、电机一(14)、电机支撑座一(15)、齿条(6)、滑块一(28)、滑块二(29)均固定连接在小固定板(16)上；小固定板(16)通过滑块一(28)、滑块二(29)与大固定板(1)上的滑轨(7)滑动配合，所述直齿轮三(17)位于齿条(6)的下方，且齿条(6)与直齿轮三(17)之间齿轮齿条连接，直齿轮三(17)与蜗 轮(18)之间始终保持啮合状态；直齿轮三(17)与蜗 轮(18)通过滚动轴承固定连接在齿轮固定架二(23)上；蜗轮(18)与蜗杆(19)之间始终保持啮合状态；减速器二(20)用螺纹固定连接在电机二(22)上，减速器二(20)与电机二(22)固定连接在电机支撑座二(21)上；控制按钮一(24)通过线连接电机二(22)以控制其转动；控制按钮二(25)通过线连接电机一(14)以控制其转动；

所述大固定板(1)、刚性针外管(3)、刚性针内管(5)、齿条(6)、滑轨(7)的尺寸均可调整，以满足所述介入针***整体长度和灵活性的要求；

所述电机一(14)和电机二(22)均采用无磁性电机；所述直齿轮一(10)、直齿轮二(11)可根据所述柔性针(30)旋转的角速度的需求调整其直径的大小；

所述电机二(22)带动蜗杆(19)旋转，然后通过蜗 轮(18)再带动直齿轮三(17)转动，直齿轮三(17)与齿条(6)啮合，齿条(6)带动小固定板(16)沿着滑轨(7)做轴向穿刺运动；所述电机一(14)通过减速器一(13)、联轴器(12)带动直齿轮一(10)转动，所述直齿轮一(10)和所述直齿轮二(11)之间齿轮传动使柔性针(30)同步旋转。

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