基于丝传动的具有远端运动中心的穿刺装置

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基于丝传动的具有远端运动中心的穿刺装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及医疗器械领域，属于医学、机械、自动化交叉的前沿学科，特别涉及基于超声、CT和核磁共振等图像导航的近距离细长针穿刺机构。\n背景技术\n[0002] 穿刺装置在外科医疗领域具有广泛的应用，尤其近年来，随着微创手术技术的不断发展，细长针穿刺被广泛应用到放射性粒子植入、活检等微创手术中。例如在肿瘤诊断及治疗方面，细长针穿刺已经成为一种重要的方法。该方法具有创伤小，治疗准确等优势；同时结合图像导航技术，在CT、超声及核磁等图像的指引下，能够将穿刺针更准确地植入到微小靶区部位，来实现准确的疾病检测和治疗，该方法成为近年来国内外的研究热点。图像导航穿刺手术一般分为图像定位和穿刺针植入两个互相交叉的过程。当前国内外的植入针的穿刺多为经图像仪器定位后，医生亲自手动植入穿刺针，该过程依赖于医生的操作经验，手术耗时长，治疗成本高，危险系数高。\n发明内容\n[0003] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于丝传动的具有远端运动中心(RCM)的穿刺装置，该装置能够自动实现细长针的准确穿刺。\n[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于丝传动的具有远端运动中心的穿刺装置，包括底板、姿态调整模块和穿刺针植入模块；所述底板设有圆形安装通孔；所述姿态调整模块包括与所述圆形安装通孔转动连接的旋转台，在所述旋转台上固装有圆弧形导轨，所述圆弧形导轨的中心轴线与所述旋转台的中心轴线垂直相交于一点，该点为该穿刺装置远端运动中心；在所述圆弧形导轨上装配有斜偏滑块，在所述斜偏滑块上固接有斜偏驱动丝；在所述旋转台上缠绕有倾向驱动丝；所述穿刺针植入模块包括与所述斜偏滑块固接的支承座和支撑板，所述支承座与驱动轮通过转动轴承连接，在所述驱动轮上缠绕有穿刺驱动丝，在所述驱动轮上固接有与其垂直的驱动杆，在所述驱动杆上设有与其滑动连接的穿刺滑块，在所述穿刺滑块上设有与其转动连接的针夹，在所述针夹内设有可插拔的哑铃状套筒，所述套筒与始终经过该穿刺装置远端运动中心的穿刺针固接；在所述针夹的上方设有导向钳，所述导向钳的钳口环绕在穿刺针的周围。\n[0005] 所述导向钳设有与所述支撑板形成一体的固定臂和活动臂，所述活动臂通过销轴与所述支撑板转动连接，在所述销轴上缠绕有钳臂驱动丝，所述导向钳的钳口形成在所述固定臂和所述活动臂的前部。\n[0006] 在所述圆弧形导轨的两端各安装有一导轮，在所述圆弧形导轨的上表面上设有导槽，所述斜偏驱动丝绕过所述导槽和所述导轮。\n[0007] 本发明具有的优点和积极效果是：\n[0008] 一)该装置采用丝传动来实现穿刺针的姿态和位置调整，使得整体结构更加紧凑，并且具有更好的兼容性，能够应用于核磁和CT环境下，为实现图像导航下的穿刺提供可能。\n[0009] 二)该装置具有固定的远端运动中心点，穿刺针始终经过这个固定点，提高了整个装置的稳定性和安全性。\n[0010] 三)整个过程能够实现全自动，能够在CT或核磁成像腔孔内实现穿刺针的穿刺，减少了治疗时间，降低了治疗成本，提升了患者的舒适度，降低了医生的劳动强度。\n[0011] 四)该装置可以作为手术机器人的末端执行器，也可以单独使用，代替医生手动穿刺，克服了传统手术过程中植入速度慢，植入位置不准确的弊端，能够极大地提高穿刺针植入的速度和精度，提高手术的成功率，从而为新型机器人辅助微创外科手术开辟了一条新的途径。\n附图说明\n[0012] 图1为本发明的结构示意图；\n[0013] 图2为本发明的姿态调整模块结构示意图；\n[0014] 图3为本发明的穿刺针植入模块结构示意图；\n[0015] 图4为本发明的导向钳的结构示意图。\n[0016] 图中：1、底板；2、套筒；3、旋转台；4、固定板；5、穿刺针；6、驱动轮；7、驱动杆；8、针夹；9、穿刺滑块；10、导向钳；10-1、固定臂；10-2、活动臂；11、钳臂驱动丝；12、支撑板；13、穿刺驱动丝；14、支承座；15、斜偏滑块；16、圆弧形导轨；17、斜偏驱动丝；18、导轮；19、倾向驱动丝。\n具体实施方式\n[0017] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：\n[0018] 请参阅图1～图4，一种基于丝传动的具有远端运动中心的穿刺装置，包括底板1、姿态调整模块和穿刺针植入模块。\n[0019] 所述底板设有圆形安装通孔。\n[0020] 所述姿态调整模块包括与所述圆形安装通孔转动连接的旋转台3，在所述旋转台3上固装有固定板4，在固定板4上固装有圆弧形导轨16，所述圆弧形导轨16的中心轴线与所述旋转台3的中心轴线垂直相交于一点，该点为该穿刺装置远端运动中心；在所述圆弧形导轨16上装配有斜偏滑块15，在所述斜偏滑块15上固接有斜偏驱动丝17；在所述旋转台3上缠绕有倾向驱动丝19。\n[0021] 所述穿刺针植入模块包括与所述斜偏滑块15固接的支承座14和支撑板12，所述支承座14与驱动轮6通过转动轴承连接，在所述驱动轮6上缠绕有穿刺驱动丝13，在所述驱动轮6上固接有与其垂直的驱动杆7，在所述驱动杆7上设有与其滑动连接的穿刺滑块9，在所述穿刺滑块9上设有与其转动连接的针夹8，在所述针夹8内设有可插拔的哑铃状套筒2，所述套筒2与始终经过该穿刺装置远端运动中心的穿刺针5固接；在所述针夹8的上方设有导向钳10，所述导向钳10的钳口环绕在穿刺针5的周围，对穿刺针5起到周向限位和导向的作用。\n[0022] 在本实例中，所述导向钳10设有与所述支撑板12形成一体的固定臂10-1和活动臂\n10-2，所述活动臂10-2通过销轴与所述支撑板12转动连接，在所述销轴上缠绕有钳臂驱动丝11，所述导向钳10的钳口形成在所述固定臂10-1和所述活动臂10-2的前部。使钳臂驱动丝11带动活动臂10-2打开，放开对穿刺针5的约束；驱动斜偏驱动丝17，带动斜偏滑块15顺时针旋转，使针夹8与套筒2分离，进一步放开对穿刺针5的约束。以上两步骤用来实现在穿刺完成之后，让穿刺针能够随着患者组织运动而运动，进一步提高安全性。在所述圆弧形导轨16的两端各安装有一导轮18，在所述圆弧形导轨16的上表面上设有导槽，所述斜偏驱动丝17绕过所述导槽和所述导轮18。\n[0023] 本发明的工作原理：\n[0024] 将底板1固定在其他医疗机械臂上或者直接固定在患者身上。首先通过医疗成像设备及相应导航系统确定穿刺针的姿态：使斜偏驱动丝17带动斜偏滑块15沿圆弧形导轨16移动，进而使穿刺针5倾斜至预设的斜偏角度；使倾向驱动丝19带动旋转台3转动，进而使穿刺针5的倾斜方向沿周向改变，直至达到穿刺针的预设姿态。\n[0025] 穿刺针达到预设姿态后，使穿刺驱动丝13带动驱动轮6转动，驱动轮6带动驱动杆7摆动，进而使穿刺滑块9在驱动杆7上滑动。在穿刺滑块9和导向钳10的协同作用下，穿刺针5沿轴向移动，实施穿刺动作。\n[0026] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。