CN115670537A - 一种末端定位的多自由度柔性活检钳 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种末端定位的多自由度柔性活检钳，包括头部结构、中间部位结构、末端部位结构；头部结构包括活检钳钳体和头部外壳；末端部位结构包括末端外壳、末端手持件以及手动固定部位；中间部位结构包括FBG牵引丝，FBG牵引丝的外层套设润滑管，润滑管上套设磁控弹簧管和弹簧管；磁控弹簧管通过外部加载的磁力控制下进行弯曲，磁控弹簧管弯曲后会带动FBG牵引丝同步进行弯曲，FBG牵引丝为光纤传感，能够感知弯曲方向的变形，通过FBG光纤传感的反馈得到磁力大小与弹簧管弯曲的对应关系，然后对磁力进行调整，进而控制磁控弹簧管弯曲角度。本发明可以让活检钳头部能够精准的定位到气道内的变异组织，对气道更深处的部位进行取样。
Description
技术领域
本发明涉及一种末端定位的多自由度柔性活检钳。
背景技术
活检是“活体组织检查”简称，亦称外科病理学检查，是指应诊断、治疗的需要，从患者体内切取、钳取或穿刺等取出病变组织，进行病理学检查的技术。
通常较小的病变组织在气道内较深处，活检钳的定位前期需要导向管的运作，首先将导向管深入气管内部，形成一条固定通道，然后活检钳沿着固定通道进入气管进行取样，由于导向管的尺寸较大，深入气道深入较为困难，传统活检钳又没有自行转向的功能，因此取不到深处的病变组织。并且传统活检钳取样时由于只能夹取前方组织，容易造成正常组织被夹取，破坏气道内正常细胞，效率低下。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种末端定位的多自由度柔性活检钳，可以让活检钳头部能够精准的定位到气道内的变异组织，对气道更深处的部位进行取样。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特殊之处在于：
包括头部结构、中间部位结构、末端部位结构；
所述头部结构包括活检钳钳体和头部外壳；末端部位结构包括末端外壳、末端手持件以及手动固定部位；
中间部位结构包括FBG牵引丝，所述FBG牵引丝的外层套设润滑管，润滑管的前端套设磁控弹簧管，润滑管的后端套设弹簧管；
磁控弹簧管的一端与头部外壳连接，另一端与弹簧管的一端连接，弹簧管的另一端与末端外壳连接，手动固定部位与末端外壳连接；FBG牵引丝的一端与活检钳钳体连接，另一端穿过末端外壳中间的孔洞与末端手持件连接，末端手持件在末端外壳的内部进行滑动，进而通过FBG牵引丝带动活检钳钳体动作；
磁控弹簧管通过外部加载的磁力控制下进行弯曲，磁控弹簧管弯曲后会带动FBG牵引丝同步进行弯曲，所述FBG牵引丝为光纤传感，能够感知弯曲方向的变形，通过FBG光纤传感的反馈得到磁力大小与弹簧管弯曲的对应关系，然后对磁力进行调整，进而控制磁控弹簧管弯曲角度。
优选的，上述活检钳钳体包括两个夹子、两个传动连接件和牵引丝连接件，两个夹子中间部位的孔与头部外壳顶部的孔通过第一连接轴连接，两个夹子末端分别与一个传动连接件的一端通过第二连接轴连接，两个传动连接件的末端与牵引丝连接件通过第三连接轴连接，牵引丝连接件与FBG牵引丝端部连接。
优选的，上述末端外壳上开设有通槽，所述FBG牵引丝延伸至通槽内并与末端手持件固定连接。
优选的，上述末端手持件包括圆筒形的手持部。
优选的，上述圆筒形的手持部两侧端面设有挡边，且所述挡边与手持部的连接处设置有倒圆角连接面。
优选的，上述手动固定部位可相对于末端外壳转动。
优选的，上述头部外壳包括管状结构和两个夹片，两个夹片相对设置，且两个夹片的一端固定在管状结构的顶端，两个夹子位于两个夹片之间。
优选的，上述牵引丝连接件位于头部外壳的管状结构内，且牵引丝连接件可沿管状结构内的通道滑动。
优选的，上述第一连接轴固定在两个夹片上。
优选的，上述手动固定部位包括一环状结构。
本发明的优点：
本发明提出的活检钳在深入气道时，首先会通过在体外进行磁力控制，实现对磁控弹簧管进行弯曲操作，磁控弹簧管弯曲后会带动FBG牵引丝同步进行弯曲，FBG为光纤传感，能够感知弯曲方向的变形，通过FBG光纤传感的反馈功能能够感知到磁力对弹簧管的影响，然后对磁力进行调整，实现精准地对气道更深处的部位进行取样，让活检钳头部能够精准的定位到气道内的变异组织，最后通过末端手持件的滑动使活检钳头部进行开合操作，获取组织。
附图说明
图1是本发明提供的末端定位的多自由度柔性活检钳的头部结构图；
图2是本发明提供的末端定位的多自由度柔性活检钳的中间部位结构图；
图3是本发明提供的末端定位的多自由度柔性活检钳的末端部位结构图。
其中：1-FBG牵引丝，2-润滑管，3-磁控弹簧管，4-弹簧管，5-末端外壳，6-手动固定部位，7-末端手持件，8-夹子，9-传动连接件，10-牵引丝连接件，11-第一连接轴，12-第二连接轴，13-第三连接轴，14-夹片，15-管状结构。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参见图1-图3，一种末端定位的多自由度柔性活检钳，包括头部结构、中间部位结构、末端部位结构。
所述头部结构包括活检钳钳体和头部外壳；末端部位结构包括末端外壳5、末端手持件7以及手动固定部位6。中间部位结构包括FBG牵引丝1，所述FBG牵引丝1的外层套设润滑管2，润滑管2的前端套设磁控弹簧管3，润滑管2的后端套设弹簧管4。
所述磁控弹簧管3的一端与头部外壳连接，另一端与弹簧管4的一端连接，弹簧管4的另一端与末端外壳5连接，手动固定部位6与末端外壳5连接；FBG牵引丝1的一端与活检钳钳体连接，另一端穿过末端外壳5中间的孔洞与末端手持件7连接，末端手持件7在末端外壳5的内部进行滑动，进而通过FBG牵引丝1带动活检钳钳体动作；
磁控弹簧管3通过外部加载的磁力控制进行弯曲，磁控弹簧管3弯曲后会带动FBG牵引丝1同步进行弯曲，所述FBG牵引丝1为光纤传感，能够感知弯曲方向的变形，通过FBG光纤传感的反馈得到磁力大小与弹簧管4弯曲的对应关系，然后对磁力进行调整，进而控制磁控弹簧管3弯曲角度。
具体地，外部加载的磁力由磁力控制部分实现，所述磁力控制部分由可控的多自由度机械臂与其末端的永磁铁进行控制实施。
活检钳在工作前会有相同结构的***头进行探路，当画面中显示到达拐点时，多自由度机械臂与其末端的永磁铁对磁控弹簧管3施加磁力，使其在拐点进行弯曲，利用摄像头拍摄的实时画面与机械臂控制的转向进行反馈，使摄像头能够到达目标地点，然后整个过程中机械臂会记录运行过程，然后转为路径代码，随后使用活检钳工作时，则是重复运行一次机械臂记录的路径及动作过程，使活检钳达到目标地点。
FBG光纤传感原理为：传入光后通过光栅满足布拉格条件的波长会进行反射，通过解调仪分析出光谱，FBG牵引丝1内部由两根FBG组成，当弯曲时光栅紧密度会发生变化，由两侧反射后通过解调仪分析出光谱，然后根据光谱判断弯曲方向和角度。其主要作用为：由于活检钳工作时没有实时画面监控，无法判断是否按照机械臂的路径进行转向，因此利用FBG进行监测。
作为本发明的一个优选实施例，参见图1，所述活检钳钳体包括两个夹子8、两个传动连接件9和牵引丝连接件10，两个夹子8中间部位的孔与头部外壳顶部的孔通过第一连接轴11连接，使两个夹子8实现铰接。两个夹子8末端分别与一个传动连接件9的一端通过第二连接轴12连接，两个传动连接件9的末端与牵引丝连接件10通过第三连接轴13连接，牵引丝连接件10与FBG牵引丝1端部连接，当FBG牵引丝1向下移动时，带动牵引丝连接件10向下移动，再由传动连接件9带动两个夹子8以第一连接轴11为中心转动，实现夹取动作。
作为本发明的一个优选实施例，参见图3，所述末端外壳5上开设有通槽，所述FBG牵引丝1延伸至通槽内并与末端手持件7固定连接。
作为本发明的一个优选实施例，参见图3，所述末端手持件7包括圆筒形的手持部，所述圆筒形的手持部两侧端面设有挡边，且所述挡边与手持部的连接处设置有倒圆角连接面。圆筒形的手持部便于手指抓取，挡边便于操作人员用力。
作为本发明的一个优选实施例，参见图3，所述手动固定部位6与末端外壳5转动连接，可使手动固定部位6相对于末端外壳5转动。所述手动固定部位6包括一环状结构，便于操作人员用手抓取，操作人员可以将一个手指穿过环状结构，避免手动固定部位6在操作过程中从操作人员手中脱离。
作为本发明的一个优选实施例，参见图1和图2，所述头部外壳包括管状结构15和两个夹片14，两个夹片14相对设置，两个夹片14之间形成空隙，两个夹子8位于两个夹片14的空隙之间，且两个夹片14的一端固定在管状结构15的顶端。所述第一连接轴11固定在两个夹片14上。
作为本发明的一个优选实施例，参见图1和图2，所述牵引丝连接件10位于头部外壳的管状结构15内，且牵引丝连接件10可沿管状结构15内的通道滑动。
本发明提出的末端定位的多自由度柔性活检钳的工作原理为：
手动固定部位6需要手持来进行固定，然后末端手持件7可以在末端外壳5上进行滑动，通过手动来进行控制，当末端手持件7进行滑动时，会带动FBG牵引丝1进行同步滑动，FBG牵引丝1的头部与活检钳的牵引丝连接件10相连接，FBG牵引丝1进行滑动时会带动活检钳钳体的运动，实现头部夹子8进行张开与关闭的动作。当活检钳深入气道时，为了精准的对气道更深处的部位进行取样，在需要转向的部位，首先会通过在体外加载的磁力进行磁力控制，对磁控弹簧管进行弯曲操作，磁控弹簧管弯曲后会带动FBG牵引丝同步进行弯曲，FBG为光纤传感，能够感知弯曲方向的变形，通过FBG光纤传感的反馈功能能够感知到磁力对磁控弹簧管的影响，然后对磁力进行调整，让活检钳头部能够精准的定位到气道内的变异组织，最后通过末端手持件的滑动使活检钳头部进行开合操作，获取组织。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的***领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
包括头部结构、中间部位结构、末端部位结构；
所述头部结构包括活检钳钳体和头部外壳；末端部位结构包括末端外壳(5)、末端手持件(7)以及手动固定部位(6)；
中间部位结构包括FBG牵引丝(1)，所述FBG牵引丝(1)的外层套设润滑管(2)，润滑管(2)的前端套设磁控弹簧管(3)，润滑管(2)的后端套设弹簧管(4)；
磁控弹簧管(3)的一端与头部外壳连接，另一端与弹簧管(4)的一端连接，弹簧管(4)的另一端与末端外壳(5)连接，手动固定部位(6)与末端外壳(5)连接；FBG牵引丝(1)的一端与活检钳钳体连接，另一端穿过末端外壳(5)中间的孔洞与末端手持件(7)连接，末端手持件(7)在末端外壳(5)的内部进行滑动，进而通过FBG牵引丝(1)带动活检钳钳体动作；
磁控弹簧管(3)通过外部加载的磁力控制下进行弯曲，磁控弹簧管(3)弯曲后会带动FBG牵引丝(1)同步进行弯曲，所述FBG牵引丝(1)为光纤传感，能够感知弯曲方向的变形，通过FBG光纤传感的反馈得到磁力大小与弹簧管(4)弯曲的对应关系，然后对磁力进行调整，进而控制磁控弹簧管(3)弯曲角度。
2.根据权利要求1所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述活检钳钳体包括两个夹子(8)、两个传动连接件(9)和牵引丝连接件(10)，两个夹子(8)中间部位的孔与头部外壳顶部的孔通过第一连接轴(11)连接，两个夹子(8)末端分别与一个传动连接件(9)的一端通过第二连接轴(12)连接，两个传动连接件(9)的末端与牵引丝连接件(10)通过第三连接轴(13)连接，牵引丝连接件(10)与FBG牵引丝(1)端部连接。
3.根据权利要求2所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述末端外壳(5)上开设有通槽，所述FBG牵引丝(1)延伸至通槽内并与末端手持件(7)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述末端手持件(7)包括圆筒形的手持部。
5.根据权利要求4所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述圆筒形的手持部两侧端面设有挡边，且所述挡边与手持部的连接处设置有倒圆角连接面。
6.根据权利要求5所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述手动固定部位(6)可相对于末端外壳(5)转动。
7.根据权利要求6所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述头部外壳包括管状结构(15)和两个夹片(14)，两个夹片(14)相对设置，且两个夹片(14)的一端固定在管状结构(15)的顶端，两个夹子(8)位于两个夹片(14)之间。
8.根据权利要求7所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述牵引丝连接件(10)位于头部外壳的管状结构(15)内，且牵引丝连接件(10)可沿管状结构(15)内的通道滑动。
9.根据权利要求7所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述第一连接轴(11)固定在两个夹片(14)上。
10.根据权利要求1所述的一种末端定位的多自由度柔性活检钳，其特征在于：
所述手动固定部位(6)包括一环状结构。
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