CN109044481A - 仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削方法。现有骨刺清除方法易造成骨屑残留。本发明的仿生微细长针头刺入骨刺磨削治疗部位；使上、下乳胶碾轮压紧；驱动电机经上、下乳胶碾轮交替推动仿生微细长针头向前运动或拉动仿生微细长针头向后运动；磨削后的骨屑进入微凹陷形貌内被带出，一部分被过滤网挡住，另一部分被带至上、下乳胶碾轮之间，经上、下乳胶碾轮挤压后留在上、下乳胶碾轮上；骨刺磨削结束后，使上、下乳胶碾轮分离，上、下刮屑铲分别抵住上、下乳胶碾轮；上、下刮屑铲清理粘附在上、下乳胶碾轮上的骨屑；同时，对上、下乳胶碾轮进行清洗。本发明快速对骨刺进行磨削并将骨屑带出体内，大大提高骨刺的去除效率，减小对机体的损伤。

Description

仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削方法

技术领域

本发明属于生物骨刺磨削加工刀具领域，特别涉及一种仿食蚁兽舌头的人体骨刺磨削方法。

背景技术

骨刺近年已成为对人类危害较严重的外病。骨刺不仅影响工作，而且还严重影响了生活。在人身上很多关节如腰椎、手肘、膝关节等处的骨刺，严重危害了人身健康，使人们不能正常工作和生活，疼痛难熬。临床上在治疗骨质增生、腰椎间盘突出等疾病时，常常采用刮匙刮取的方法进行根治，目前，临床上所使用的刮匙刮取骨刺比较粗糙，在刮完后需要再用骨锉打磨平整，操作十分麻烦、费时费力，给医务人员增加了极大的工作难度，并且也增加了病人的危险系数。

目前，在骨刺处理相关领域的医疗器械研究较少，并且尚未发现有运用仿生学进行生物骨刺磨削清理的方法与装置，如申请专利号为201710454848.5的专利发明公开了一种医用摆锯。该摆锯包括电机、钻头具组件、转速传感器和数据处理单元，转速传感器与电机连接，用于采集电机的转速信号；数据处理单元与转速传感器连接，用于对转速传感器所采集的转速信号进行处理，以及根据处理后的转速信号计算得到钻具组件的机械疲劳度数据，从而能够及时掌握医用摆锯的疲劳状况，提前对其进行保养和维护，以免在手术中发生故障，影响手术的正常进行。该医用摆锯解决了现有技术中的医用摆锯无法及时掌握其机械疲劳度的问题，但是没有考虑在锯切中产生的骨屑回收清理问题，容易造成骨屑残留影响治疗效果。申请专利号201220014216.X的专利公开了一种多功能骨刺清除器，该骨刺清除器包括手柄，其特征是在手柄上设有套管，套管上设有锉头，套管内设有伸缩臂，伸缩臂上设有刀头，实现了在给病人进行骨质增生、腰椎间盘突出等疾病治疗时操作简便、省时省力，减轻了医务人员的工作难度。但是该骨刺清除器设计过于简陋，安全系数和卫生系数均无法到达医疗器械要求，且无法实现自动进行骨刺清除的作用。

因此研制一种操作简便、安全有效的生物骨刺磨削方法对骨刺进行有效清理有着十分重要的意义。

发明内容

本发明针对目前生物的骨刺难以微创手术处理的难题，提供一种仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削方法。该发明是一种利用微细长针头进行骨刺位置定位的方法；是一种利用微细长针头内伸出微细柔性磨削“舌头”进行骨刺快速磨削和磨屑清理的方法；是一种可以在骨刺磨削部位的局部微小范围内进行骨刺磨削作业的方法；是一种具有低阻力低损伤穿越生物组织的具有非光滑表面形貌的针尖和微细长针头方法；是一种以仿食蚁兽“舌头”表面具有微倒刺的微细不锈钢丝作为磨削和磨屑清洗“舌头”的方法；是一种具有微细长针头自动***机构的方法；是一种“舌头”磨头自动快速收缩驱动机构的方法。

本发明仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削方法，具体如下：

步骤一、启动多自由度机械手，将针头收缩控制装置和仿生微细长针头输送至骨刺磨削治疗部位上方，然后使仿生微细长针头刺入骨刺磨削治疗部位。所述的针头收缩控制装置包括方形针筒、导向针头、上乳胶碾轮、下乳胶碾轮、刮屑铲机构和乳胶碾轮夹紧机构；导向针头固定在方形针筒前端；所述的乳胶碾轮夹紧机构由四个夹紧按板组成，两个夹紧按板分布在方形针筒一侧，另两个夹紧按板分布在方形针筒另一侧，同一侧的两个夹紧按板上下排布；两根乳胶碾轮支撑轴上下排布；每根乳胶碾轮支撑轴两端穿过方形针筒两侧的两个限位槽，且与两侧对应高度的两个夹紧按板分别固定；上、下乳胶碾轮的支撑筒通过轴承分别支承在一根乳胶碾轮支撑轴上；所述的限位槽由中间槽段、两个连接槽段和两个端部槽段组成；中间槽段两端与两个端部槽段分别通过一个连接槽段连通；连接槽段的槽宽小于乳胶碾轮支撑轴轴颈，中间槽段的槽宽大于乳胶碾轮支撑轴轴颈，端部槽段的侧壁呈圆弧形，且圆弧直径等于乳胶碾轮支撑轴轴颈；所述的刮屑铲机构包括上下对称分布的上刮屑铲和下刮屑铲。上、下刮屑铲的尾部通过轴承分别支承在一根刮屑铲支撑轴上；刮屑铲支撑轴固定在方形针筒上。

步骤二、将乳胶碾轮夹紧机构中分布在方形针筒同侧的两个夹紧按板相向按压，且两侧的夹紧按板同时按压，支撑上乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽底部的端部槽段，支撑下乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽顶部的端部槽段，上、下乳胶碾轮压紧，上刮屑铲与上乳胶碾轮分离，下刮屑铲与下乳胶碾轮分离；然后启动针头收缩控制装置的两个驱动电机，两个驱动电机转向相反，转速相同，且两个驱动电机的转向不断切换，带动上、下乳胶碾轮按不同方向旋转，从而交替推动仿生微细长针头向前运动或拉动仿生微细长针头向后运动。仿生微细长针头运动时，导向针头、第一仿生微细长针头导向套和第二仿生微细长针头导向套给仿生微细长针头导向；第一仿生微细长针头导向套的导向孔与仿生微细长针头之间设有径向间隙，导向针头与仿生微细长针头之间设有径向间隙，使得仿生微细长针头的微倒刺形貌在骨刺磨削部位有一个圆形作业空间；磨削后的骨屑进入微凹陷形貌内并被仿生微细长针头带出，带出的骨屑一部分被固定在方形针筒前端内壁的过滤网挡住，另一部分被带至上、下乳胶碾轮之间；上、下乳胶碾轮套置乳胶套，乳胶套的外圆面均匀布满球面凸起，微凹陷形貌内的骨屑经上、下乳胶碾轮挤压后留在上、下乳胶碾轮上。

步骤三、骨刺磨削结束后，将乳胶碾轮夹紧机构中分布在方形针筒同侧的两个夹紧按板往相背方向拨开，且两侧的夹紧按板同时拨开，上、下乳胶碾轮处于分离状态，上、下刮屑铲分别抵住上、下乳胶碾轮；两个驱动电动机带动上乳胶碾轮和下乳胶碾轮按不同方向旋转，且两个驱动电机的转向不断切换，上、下刮屑铲清理粘附在上、下乳胶碾轮上的骨屑，此时，由于上、下乳胶碾轮无压紧力，仿生微细长针头不随上、下乳胶碾轮的转动而运动；同时，上乳胶碾轮上方放置骨屑清洗管接头，骨屑清洗管接头外接清洗装置进行残留骨屑的清洗工作。

步骤四、上、下乳胶碾轮清洗完毕后，关闭针头收缩控制装置中的两个驱动电机，多自由度机械手带动针头收缩控制装置和仿生微细长针头离开骨刺磨削部位；最后，关闭多自由度机械手。

本发明的有益效果：

本发明从仿生学角度出发，通过对食蚁兽舌头表面形貌以及进食过程的分析，发现食蚁兽舌头柔软细长并且表面具有微型倒刺状结构，其性能可以与医疗中的骨刺治疗相联系起来。通过外部微细针头，可以将磨削“舌头”精确送达骨刺位置；通过“舌头”的快速伸缩，可以快速地对骨刺进行磨削并将骨屑带出体内；从而大大提高了骨刺的去除效率，减小了对机体的损伤，可以达到良好的治疗效果。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图。

图2为图1中A部分的局部放大图。

图3为本发明中导向针头、夹紧按板、驱动电机以及限位槽在方形针筒上的位置示意图。

图4为本发明中限位槽的具体结构示意图。

图5为本发明中上、下乳胶碾轮的驱动机构示意图。

图6为本发明中仿生微细长针头的立体图。

图中：1、多自由度机械手，101、连接盘，2、针头收缩控制装置，2001、限位槽，201、方形针筒，202、导向针头，203、过滤网，204、第一仿生微细长针头导向套，205、第二仿生微细长针头导向套，206、上乳胶碾轮，207、下乳胶碾轮，208、上刮屑铲，209、下刮屑铲，210、夹紧按板，211、驱动带轮，212、同步带，213、驱动电机，214、电机安装座，215、骨屑清洗管接头，3、仿生微细长针头，301、微倒刺形貌，302、微凹陷形貌，3-1、针尖，3-2、微表面形貌段，3-3、针身。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1和2所示，仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削装置，包括多自由度机械手1、针头收缩控制装置2和仿生微细长针头3。多自由度机械手1用于精确定位针头收缩控制装置2和仿生微细长针头3。针头收缩控制装置2通过连接盘101连接在多自由度机械手1上，可以实现带动仿生微细长针头3的来回收缩，达到磨削骨刺和清理骨屑的作用。

如图3、图4、图5所示，针头收缩控制装置2由方形针筒201、导向针头202、过滤网203、第一仿生微细长针头导向套204、第二仿生微细长针头导向套205、上乳胶碾轮206、下乳胶碾轮207、刮屑铲机构、乳胶碾轮夹紧机构、驱动机构和骨屑清洗管接头215组成。导向针头202后端与方形针筒201前端开设的螺纹孔通过螺纹连接，导向针头202用于仿生微细长针头3的导向，但与仿生微细长针头3之间设有径向间隙，使得仿生微细长针头3可以在骨刺磨削部位的局部微小范围内进行骨刺磨削作业。过滤网203置于方形针筒201前端内壁，用于过滤骨屑，使仿生微细长针头3在来回收缩过程中掉落的骨屑无法落回导向针头202，避免发生骨屑堵塞导向针头的情况。由于仿生微细长针头3具有细长的特点，故为了使其能够流畅完成来回收缩磨削骨刺的作用，在方形针筒201内设置了第一仿生微细长针头导向套204和第二仿生微细长针头导向套205，第一仿生微细长针头导向套204的导向孔与仿生微细长针头3之间设有径向间隙；第二仿生微细长针头导向套205的导向孔内径与仿生微细长针头3后端直径相等，用于仿生微细长针头3的导向，使仿生微细长针头3可以精确在骨刺磨削部位进行骨刺磨削作业。第一仿生微细长针头导向套204置于过滤网203后端，第二仿生微细长针头导向套205置于第一仿生微细长针头导向套204后端，且第一仿生微细长针头导向套204和第二仿生微细长针头导向套205之间设置上下对称排布的上乳胶碾轮206与下乳胶碾轮207。当上乳胶碾轮206逆时针旋转，下乳胶碾轮207顺时针旋转时，推动仿生微细长针头3向前运动；当上乳胶碾轮206顺时针旋转，下乳胶碾轮207逆时针旋转时，拉动仿生微细长针头3向后运动。其中上、下乳胶碾轮均包括支撑筒和套置在支撑筒上的乳胶套，乳胶套采取非光滑表面，即乳胶套的外圆面均匀布满球面凸起(球面凸起沿外圆面轴向等距设置，沿周向均布设置)，可以起到包裹仿生微细长针头的作用，从而将仿生微细长针头3上带有的骨屑粘附住。乳胶碾轮夹紧机构由四个夹紧按板210组成，两个夹紧按板分布在方形针筒201一侧，另两个夹紧按板分布在方形针筒201另一侧，同一侧的两个夹紧按板上下排布；两根乳胶碾轮支撑轴上下排布；每根乳胶碾轮支撑轴两端穿过方形针筒201两侧的两个限位槽2001，且与两侧对应高度的两个夹紧按板分别固定；上、下乳胶碾轮的支撑筒通过轴承分别支承在一根乳胶碾轮支撑轴上；限位槽由中间槽段、两个连接槽段和两个端部槽段组成；中间槽段两端与两个端部槽段分别通过一个连接槽段连通；连接槽段的槽宽小于乳胶碾轮支撑轴轴颈，中间槽段的槽宽大于乳胶碾轮支撑轴轴颈，端部槽段的侧壁呈圆弧形，且圆弧直径等于乳胶碾轮支撑轴轴颈；连接槽段的长度为2mm，使得连接槽段的侧壁具有柔性，便于乳胶碾轮支撑轴通过；刮屑铲机构用于清除粘附在上、下乳胶碾轮上的骨屑，同样的，刮屑铲机构包括上下对称分布的上刮屑铲208和下刮屑铲209。上、下刮屑铲的尾部通过轴承分别支承在一根刮屑铲支撑轴上；刮屑铲支撑轴固定在方形针筒201上；需要进行骨刺磨削时，同侧的两个夹紧按板210相向按压，且两侧的夹紧按板210同时按压，支撑上乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽底部的端部槽段，支撑下乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽顶部的端部槽段，上、下乳胶碾轮压紧，上刮屑铲与上乳胶碾轮分离，下刮屑铲与下乳胶碾轮分离；当骨刺磨削结束需要分离上、下乳胶碾轮时，同侧的两个夹紧按板往相背方向拨开，且两侧的夹紧按板210同时拨开，上、下乳胶碾轮处于分离状态时，上、下刮屑铲分别抵住上、下乳胶碾轮，此时上乳胶碾轮206顺时针旋转，下乳胶碾轮207逆时针旋转，上、下刮屑铲分别清理粘附在上、下乳胶碾轮上的骨屑；驱动机构由驱动电机213、驱动带轮211、同步带212和电机安装座214组成。驱动电机的底座固定在电机安装座214上，电机安装座214固定在方形针筒201上；驱动带轮211与驱动电机的输出轴固定；两个驱动机构的驱动带轮211通过各自的同步带212分别与上乳胶碾轮206和下乳胶碾轮207连接。通过驱动机构中驱动电机213的正反转带动上、下乳胶碾轮的旋转方向实现带动仿生微细长针头3来回收缩进行骨刺磨削。骨屑清洗管接头215穿过方形针筒201，并与方形针筒201固定；骨屑清洗管接头215位于上乳胶碾轮的上方；当骨刺磨削结束需要进行骨屑清洗时，骨屑清洗管接头215可以外接清洗装置(如医用高压水枪)进行残留骨屑的清洗工作。

如图6所示，仿生微细长针头包括由前端至后端依次设置且一体成型的针尖3-1、微表面形貌段3-2和针身3-3；仿生微细长针头的材料采用喷丸处理的不锈钢。针尖3-1呈锥形；针身3-3的直径为0.4～0.5mm(本实施例的优选值为0.4mm)；微表面形貌段3-2的长度为3～5mm(本实施例的优选值为4mm)，表面设有沿两条螺旋线排布的多个微倒刺形貌301和沿两条螺旋线排布的多个微凹陷形貌302，微倒刺形貌形成的螺旋线与微凹陷形貌形成的螺旋线相间设置且等距排布，所有螺旋线同一端的端点(端部位置微倒刺形貌301或微凹陷形貌302与微表面形貌段的相贯线几何中心)位于仿生微细长针头的同一横截面上；微倒刺形貌301呈斜圆锥状，且朝向针身倾斜，底面半径为0.05～0.1mm(本实施例的优选值为0.08mm)，顶点到底面中心的距离为0.2～0.5mm(本实施例的优选值为0.3mm)。微倒刺形貌301对骨刺进行磨削，磨削后的骨屑进入微凹陷形貌302内并被仿生微细长针头带出至上、下乳胶碾轮之间，经上、下乳胶碾轮挤压后留在上、下乳胶碾轮上。

该仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削装置进行生物骨刺磨削的方法，具体如下：

步骤一、启动多自由度机械手1，将针头收缩控制装置2和仿生微细长针头3输送至骨刺磨削治疗部位上方，然后使仿生微细长针头3刺入骨刺磨削治疗部位。

步骤二、将乳胶碾轮夹紧机构中分布在方形针筒201同侧的两个夹紧按板相向按压，且两侧的夹紧按板210同时按压，支撑上乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽底部的端部槽段，支撑下乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽顶部的端部槽段，上、下乳胶碾轮压紧，上刮屑铲与上乳胶碾轮分离，下刮屑铲与下乳胶碾轮分离；然后启动针头收缩控制装置2的两个驱动电机213，两个驱动电机213转向相反，转速相同，且两个驱动电机213的转向不断切换，带动上、下乳胶碾轮按不同方向旋转，从而交替推动仿生微细长针头3向前运动或拉动仿生微细长针头3向后运动。仿生微细长针头3运动时，导向针头202、第一仿生微细长针头导向套204和第二仿生微细长针头导向套205给仿生微细长针头3导向；第一仿生微细长针头导向套204的导向孔与仿生微细长针头3之间设有径向间隙，导向针头202与仿生微细长针头3之间设有径向间隙，使得仿生微细长针头3的微倒刺形貌301在骨刺磨削部位有一个圆形作业空间；磨削后的骨屑进入微凹陷形貌302内并被仿生微细长针头带出，带出的骨屑一部分被固定在方形针筒前端内壁的过滤网挡住，另一部分被带至上、下乳胶碾轮之间；上、下乳胶碾轮套置乳胶套，乳胶套的外圆面均匀布满球面凸起，微凹陷形貌302内的骨屑经上、下乳胶碾轮挤压后留在上、下乳胶碾轮上。

步骤三、骨刺磨削结束后，将乳胶碾轮夹紧机构中分布在方形针筒201同侧的两个夹紧按板往相背方向拨开，且两侧的夹紧按板210同时拨开，上、下乳胶碾轮处于分离状态，上、下刮屑铲分别抵住上、下乳胶碾轮；两个驱动电动机213带动上乳胶碾轮206和下乳胶碾轮207按不同方向旋转，且两个驱动电机213的转向不断切换，上、下刮屑铲清理粘附在上、下乳胶碾轮上的骨屑，此时，由于上、下乳胶碾轮无压紧力，仿生微细长针头3不随上、下乳胶碾轮的转动而运动；同时，上乳胶碾轮206上方放置骨屑清洗管接头215，骨屑清洗管接头215外接清洗装置(如医用高压水枪)进行残留骨屑的清洗工作。

步骤四、上、下乳胶碾轮清洗完毕后，关闭针头收缩控制装置2中的两个驱动电机213，多自由度机械手1带动针头收缩控制装置2和仿生微细长针头3离开骨刺磨削部位；最后，关闭多自由度机械手1。

Claims (1)

1.仿食蚁兽舌头的生物骨刺磨削方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、启动多自由度机械手，将针头收缩控制装置和仿生微细长针头输送至骨刺磨削治疗部位上方，然后使仿生微细长针头刺入骨刺磨削治疗部位；所述的针头收缩控制装置包括方形针筒、导向针头、上乳胶碾轮、下乳胶碾轮、刮屑铲机构和乳胶碾轮夹紧机构；导向针头固定在方形针筒前端；所述的乳胶碾轮夹紧机构由四个夹紧按板组成，两个夹紧按板分布在方形针筒一侧，另两个夹紧按板分布在方形针筒另一侧，同一侧的两个夹紧按板上下排布；两根乳胶碾轮支撑轴上下排布；每根乳胶碾轮支撑轴两端穿过方形针筒两侧的两个限位槽，且与两侧对应高度的两个夹紧按板分别固定；上、下乳胶碾轮的支撑筒通过轴承分别支承在一根乳胶碾轮支撑轴上；所述的限位槽由中间槽段、两个连接槽段和两个端部槽段组成；中间槽段两端与两个端部槽段分别通过一个连接槽段连通；连接槽段的槽宽小于乳胶碾轮支撑轴轴颈，中间槽段的槽宽大于乳胶碾轮支撑轴轴颈，端部槽段的侧壁呈圆弧形，且圆弧直径等于乳胶碾轮支撑轴轴颈；所述的刮屑铲机构包括上下对称分布的上刮屑铲和下刮屑铲；上、下刮屑铲的尾部通过轴承分别支承在一根刮屑铲支撑轴上；刮屑铲支撑轴固定在方形针筒上；

步骤二、将乳胶碾轮夹紧机构中分布在方形针筒同侧的两个夹紧按板相向按压，且两侧的夹紧按板同时按压，支撑上乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽底部的端部槽段，支撑下乳胶碾轮的乳胶碾轮支撑轴压入对应限位槽顶部的端部槽段，上、下乳胶碾轮压紧，上刮屑铲与上乳胶碾轮分离，下刮屑铲与下乳胶碾轮分离；然后启动针头收缩控制装置的两个驱动电机，两个驱动电机转向相反，转速相同，且两个驱动电机的转向不断切换，带动上、下乳胶碾轮按不同方向旋转，从而交替推动仿生微细长针头向前运动或拉动仿生微细长针头向后运动；仿生微细长针头运动时，导向针头、第一仿生微细长针头导向套和第二仿生微细长针头导向套给仿生微细长针头导向；第一仿生微细长针头导向套的导向孔与仿生微细长针头之间设有径向间隙，导向针头与仿生微细长针头之间设有径向间隙，使得仿生微细长针头的微倒刺形貌在骨刺磨削部位有一个圆形作业空间；磨削后的骨屑进入微凹陷形貌内并被仿生微细长针头带出，带出的骨屑一部分被固定在方形针筒前端内壁的过滤网挡住，另一部分被带至上、下乳胶碾轮之间；上、下乳胶碾轮套置乳胶套，乳胶套的外圆面均匀布满球面凸起，微凹陷形貌内的骨屑经上、下乳胶碾轮挤压后留在上、下乳胶碾轮上；

步骤三、骨刺磨削结束后，将乳胶碾轮夹紧机构中分布在方形针筒同侧的两个夹紧按板往相背方向拨开，且两侧的夹紧按板同时拨开，上、下乳胶碾轮处于分离状态，上、下刮屑铲分别抵住上、下乳胶碾轮；两个驱动电动机带动上乳胶碾轮和下乳胶碾轮按不同方向旋转，且两个驱动电机的转向不断切换，上、下刮屑铲清理粘附在上、下乳胶碾轮上的骨屑，此时，由于上、下乳胶碾轮无压紧力，仿生微细长针头不随上、下乳胶碾轮的转动而运动；同时，上乳胶碾轮上方放置骨屑清洗管接头，骨屑清洗管接头外接清洗装置进行残留骨屑的清洗工作；

步骤四、上、下乳胶碾轮清洗完毕后，关闭针头收缩控制装置中的两个驱动电机，多自由度机械手带动针头收缩控制装置和仿生微细长针头离开骨刺磨削部位；最后，关闭多自由度机械手。