本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)，由基座靜平臺(tái)A、外置電機(jī)座B、U型動(dòng)平臺(tái)C，兩自由度轉(zhuǎn)頭D，針刺結(jié)構(gòu)E和兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)F六個(gè)主要部分構(gòu)成；在手術(shù)前根據(jù)不同的手術(shù)環(huán)境提前調(diào)整并設(shè)定U型動(dòng)平臺(tái)C的豎直高度，在手術(shù)過(guò)程中由五個(gè)核磁兼容的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述U型動(dòng)平臺(tái)在水平面內(nèi)的平動(dòng)，所述升降平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所述U型動(dòng)平臺(tái)的上下移動(dòng)；所述兩自由度轉(zhuǎn)頭實(shí)現(xiàn)針刺結(jié)構(gòu)中心軸的姿態(tài)調(diào)節(jié)，所述針刺結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針刺動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)針體的五個(gè)自由度。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)是在核磁共振環(huán)境下采用絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)傳遞動(dòng)力，其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活，可以提高針刺手術(shù)的精度和成功率；在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中，提高手術(shù)效率，減少病人痛苦。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種微創(chuàng)針刺手術(shù)設(shè)備，尤其涉及一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)。
技術(shù)介紹
目前的技術(shù)條件下，前列腺手術(shù)的主要方法是近距離粒子放射治療。即在手術(shù)過(guò)程中將放射性的粒子植入前列腺的病變部位，利用粒子的放射性進(jìn)行治療。然而，通常情況下，手術(shù)過(guò)程是由醫(yī)生手動(dòng)完成的，這就必然會(huì)遇到以下幾方面問(wèn)題(1)操作精度差。醫(yī)生僅憑肉眼對(duì)核磁儀圖像的觀察，必然存在較大的誤差。而且對(duì)醫(yī)生本身手術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)要求較高，一旦有失誤會(huì)對(duì)病人造成不必要的痛苦。(2)無(wú)法實(shí)時(shí)適應(yīng)病人位姿變動(dòng)。在手術(shù)過(guò)程中，病人身體或許會(huì)有輕微的變動(dòng)，導(dǎo)致病變部位偏離預(yù)計(jì)位置。因此，醫(yī)生預(yù)先規(guī)劃好的軌跡路線就需要再次調(diào)整，增加了手術(shù)的重復(fù)工作量。核磁共振成像(MRI)是現(xiàn)有的成像手段，與傳統(tǒng)的成像技術(shù)(如X射線照射、CT成像等)相比，優(yōu)勢(shì)明顯避免了輻射作用對(duì)正常人體組織的破壞，因而更加健康；同時(shí)擁有更強(qiáng)的分辨能力，使成像更加精確，為放射性粒子的準(zhǔn)確植入提供了重要保證。但是，多數(shù)核磁共振儀的工作腔內(nèi)都比較狹窄，而且存在很強(qiáng)的磁場(chǎng)，這就對(duì)手術(shù)機(jī)構(gòu)提出了新的限制，主要是以下三點(diǎn)(I)針刺機(jī)構(gòu)本身及其移動(dòng)過(guò)程不能干擾核磁共振儀的磁場(chǎng)，否則影響成像質(zhì)量；(2)強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境不能影響針刺機(jī)構(gòu)的操作移動(dòng)過(guò)程，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)；[3]整個(gè)機(jī)構(gòu)必須滿足一定的尺寸要求，足夠輕巧，能在狹小的空間內(nèi)完成各個(gè)動(dòng)作。因此，無(wú)論是針刺機(jī)構(gòu)的主體材料還是驅(qū)動(dòng)設(shè)備，都要滿足核磁兼容的條件，這對(duì)該手術(shù)機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)提出了苛刻的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)，屬于一種新型的基于磁共振成像(MRI)導(dǎo)航的微創(chuàng)針刺手術(shù)設(shè)備，可以提高針刺手術(shù)的精度和成功率；在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制，提高手術(shù)效率，減少病人痛苦。本專(zhuān)利技術(shù)綜合了機(jī)構(gòu)學(xué)與醫(yī)學(xué)相關(guān)方面的技術(shù)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)精確定位與針刺動(dòng)作，從而代替醫(yī)生的雙手完成核磁共振環(huán)境下微創(chuàng)手術(shù)的操作過(guò)程。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是包括基座靜平臺(tái)和外置電機(jī)座；所述基座靜平臺(tái)的前部設(shè)有U型動(dòng)平臺(tái)，所述U型動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有一兩自由度轉(zhuǎn)頭，所述兩自由度轉(zhuǎn)頭上設(shè)有針刺結(jié)構(gòu)；所述基座靜平臺(tái)(A) 的后部固定有控制所述U型動(dòng)平臺(tái)的兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)；所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(F)包括兩套分別與U型動(dòng)平臺(tái)左右兩側(cè)頂部連接的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)與一絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A連接；所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)由依次與所述U型動(dòng)平臺(tái)鉸接的連桿A、絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中的螺母、連桿B構(gòu)成；所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中的絲杠由超聲波電機(jī)A 帶動(dòng)；所述U型動(dòng)平臺(tái)包括U型框架，所述U型框架的底部設(shè)有萬(wàn)向輪，所述U型框架內(nèi)口處設(shè)有升降平臺(tái)，所述升降平臺(tái)與U型框架的兩支柱之間分別設(shè)有一絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中的絲杠底部的軸端從U型框架支柱的底部伸出，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中絲杠的底端高于所述萬(wàn)向輪的底端；所述升降平臺(tái)呈U字形，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中的螺母與升降平臺(tái)頂部的兩端固連；所述兩自由度轉(zhuǎn)頭包括設(shè)置在所述升降平臺(tái)上的支撐圈，所述支撐圈上設(shè)有橫向轉(zhuǎn)軸和縱向轉(zhuǎn)軸，所述橫向轉(zhuǎn)軸、所述針刺結(jié)構(gòu)的中心軸和所述縱向轉(zhuǎn)軸分別與直角坐標(biāo)系的X軸、Y軸和Z軸重合；所述橫向轉(zhuǎn)軸和縱向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)均分別由絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A和絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B帶動(dòng)；所述針刺結(jié)構(gòu)中包括與針刺結(jié)構(gòu)的中心軸重合的針體， 所述針體由絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)C帶動(dòng)其沿Y軸移動(dòng)；所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述U型動(dòng)平臺(tái)在水平面內(nèi)的平動(dòng)，所述升降平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所述U型動(dòng)平臺(tái)的上下移動(dòng)；所述兩自由度轉(zhuǎn)頭實(shí)現(xiàn)針刺結(jié)構(gòu)中心軸的姿態(tài)調(diào)節(jié)，所述針刺結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針刺動(dòng)作。進(jìn)一步將，所述絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A和絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B均分別由超聲波電機(jī)B和超聲波電機(jī)C帶動(dòng)；所述超聲波電機(jī)B與所述絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A的主動(dòng)絲輪之間、所述超聲波電機(jī)C與所述絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B的主動(dòng)絲輪之間均分別設(shè)有聯(lián)軸器；所述絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A的被動(dòng)絲輪與所述橫向轉(zhuǎn)軸同軸，所述絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B的被動(dòng)絲輪與所述縱向轉(zhuǎn)軸同軸。還有，所述針刺結(jié)構(gòu)包括筒形基座，所述筒形基座內(nèi)前部設(shè)有絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)C，其中的絲杠為內(nèi)螺紋絲杠，所述內(nèi)螺紋絲杠配合有一外螺紋螺母；所述筒形基座內(nèi)后部設(shè)有與軸向?qū)虿叟浜系幕祝凰鲠橌w的前端從筒形基座的前端伸出，所述針體的后端連接有一針體連桿，所述針體連桿分別與外螺紋螺母的中心孔和滑套的中心孔連接；所述內(nèi)螺紋絲杠的外回轉(zhuǎn)面上設(shè)有螺旋形線槽，所述螺旋形線槽內(nèi)纏繞有傳動(dòng)絲，所述筒形基座上設(shè)有穿絲小孔，傳動(dòng)絲的一端與內(nèi)螺紋絲杠固定，所述傳動(dòng)絲的另一端與一主動(dòng)絲輪連接， 所述主動(dòng)絲輪通過(guò)一聯(lián)軸器連接至一超聲波電機(jī)D。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是本專(zhuān)利技術(shù)中采用絲傳動(dòng)方式，將電機(jī)外置，可以有效地避開(kāi)電機(jī)本身對(duì)核磁共振儀內(nèi)磁場(chǎng)的影響，保證了成像質(zhì)量；由于電機(jī)無(wú)需直接與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，因此大幅度減輕了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重量，使機(jī)構(gòu)更加輕巧。本專(zhuān)利技術(shù)中通過(guò)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)對(duì)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度進(jìn)行約束，兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)機(jī)構(gòu)在水平面內(nèi)的迅速精確定位，在核磁兼容手術(shù)機(jī)械手中尚屬首次應(yīng)用。本專(zhuān)利技術(shù)中兩自由度轉(zhuǎn)頭實(shí)現(xiàn)了大范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而滿足了針體的姿態(tài)調(diào)整要求， 該兩自由度轉(zhuǎn)頭的結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活，與絲傳動(dòng)相結(jié)合，優(yōu)點(diǎn)顯著。本專(zhuān)利技術(shù)中的電機(jī)均為超聲波電機(jī)，可以精確控制各個(gè)構(gòu)件的位移量或者旋轉(zhuǎn)量， 極大提高了手術(shù)操作過(guò)程的精確度，從而克服了手術(shù)過(guò)程中成像不及時(shí)和病人身體移動(dòng)后產(chǎn)生偏差的弊端。附圖說(shuō)明圖I是本專(zhuān)利技術(shù)基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是圖I中所示U型動(dòng)平臺(tái)和兩自由度轉(zhuǎn)頭的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖2中所示U型框架和升降平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖4是圖2中所示升降平臺(tái)和兩自由度轉(zhuǎn)頭的結(jié)構(gòu)示意圖5是圖I所示外置電機(jī)座的結(jié)構(gòu)示意圖6是圖I所示針刺機(jī)構(gòu)軸向結(jié)構(gòu)剖視圖。圖中主要附圖標(biāo)記說(shuō)明A-基座靜平臺(tái)B-外置電機(jī)座C-U型動(dòng)平臺(tái)D-兩自由度轉(zhuǎn)頭E-針刺結(jié)構(gòu)F-兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)I-超聲波電機(jī)A2-超聲波電機(jī)B3-超聲波電機(jī)C4-超聲波電機(jī)D5_升降平臺(tái)6-連桿A7-連桿B8-螺母9-絲杠IO-U型框架11-萬(wàn)向輪12-軸端13-螺母14-支撐圈15-橫向轉(zhuǎn)軸16-縱向轉(zhuǎn)軸17、18、19-聯(lián)軸器20、21、22_主動(dòng)絲輪23、24-被動(dòng)絲輪25、26-傳動(dòng)絲27-針體28-外螺紋螺母29-內(nèi)螺紋絲杠30-穿絲小孔31-塑料軸承32-滑套33-筒形基座34-螺旋形線槽35-針體連桿具體實(shí)施方式本專(zhuān)利技術(shù)是在核磁共振環(huán)境下，采用絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)傳遞動(dòng)力的一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)，由基座靜平臺(tái)A、外置電機(jī)座B、U型動(dòng)平臺(tái)C，兩自由度轉(zhuǎn)頭D，針刺結(jié)構(gòu)E和兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)F六個(gè)主要部分構(gòu)成，其中，在手術(shù)前根據(jù)不同的手術(shù)環(huán)境提前調(diào)整并設(shè)定U型動(dòng)平臺(tái)C的豎直高度，在手術(shù)過(guò)程中由五個(gè)核磁兼容的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)針體的五個(gè)自由度。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖I所示，本專(zhuān)利技術(shù)一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)的具體構(gòu)造是，包括基座靜平臺(tái)A和外置電機(jī)座B，所述基座靜平臺(tái)A的前部設(shè)有U型動(dòng)平臺(tái)C，所述U型動(dòng)平臺(tái) C上設(shè)有一兩自由度轉(zhuǎn)頭D，所述兩自由度轉(zhuǎn)頭D上設(shè)有針刺結(jié)構(gòu)E ;所述基座靜平臺(tái)A的后部固定有控制所述U型動(dòng)平臺(tái)C的兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)F。如圖I所示，所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)F本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)，包括基座靜平臺(tái)(A)和外置電機(jī)座(B)；其特征在于，所述基座靜平臺(tái)(A)的前部設(shè)有U型動(dòng)平臺(tái)(C)，所述U型動(dòng)平臺(tái)（C）上設(shè)有一兩自由度轉(zhuǎn)頭(D)，所述兩自由度轉(zhuǎn)頭(D)上設(shè)有針刺結(jié)構(gòu)（E）；所述基座靜平臺(tái)(A)的后部固定有控制所述U型動(dòng)平臺(tái)（C）的兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(F)；所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(F)包括兩套分別與U型動(dòng)平臺(tái)（C）左右兩側(cè)頂部連接的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)與一絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A連接；所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)由依次與所述U型動(dòng)平臺(tái)（C）鉸接的連桿A、絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中的螺母、連桿B構(gòu)成；所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中的絲杠由超聲波電機(jī)A帶動(dòng)；所述U型動(dòng)平臺(tái)（C）包括U型框架，所述U型框架的底部設(shè)有萬(wàn)向輪，所述U型框架內(nèi)口處設(shè)有升降平臺(tái)，所述升降平臺(tái)與U型框架的兩支柱之間分別設(shè)有一絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中的絲杠底部的軸端從U型框架支柱的底部伸出，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中絲杠的底端高于所述萬(wàn)向輪的底端；所述升降平臺(tái)呈U字形，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中的螺母與升降平臺(tái)頂部的兩端固連；所述兩自由度轉(zhuǎn)頭(D)包括設(shè)置在所述升降平臺(tái)上的支撐圈，所述支撐圈上設(shè)有橫向轉(zhuǎn)軸和縱向轉(zhuǎn)軸，所述橫向轉(zhuǎn)軸、所述針刺結(jié)構(gòu)的中心軸和所述縱向轉(zhuǎn)軸分別與直角坐標(biāo)系的X軸、Y軸和Z軸重合；所述橫向轉(zhuǎn)軸和縱向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)均分別由絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A和絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B帶動(dòng)；所述針刺結(jié)構(gòu)中包括與針刺結(jié)構(gòu)的中心軸重合的針體，所述針體由絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)C帶動(dòng)其沿Y軸移動(dòng)；所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述U型動(dòng)平臺(tái)（C）在水平面內(nèi)的平動(dòng)，所述升降平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所述U型動(dòng)平臺(tái)（C）的上下移動(dòng)；所述兩自由度轉(zhuǎn)頭（D）實(shí)現(xiàn)針刺結(jié)構(gòu)中心軸的姿態(tài)調(diào)節(jié)，所述針刺結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)針刺動(dòng)作。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于絲傳動(dòng)的微創(chuàng)手術(shù)針刺機(jī)構(gòu)，包括基座靜平臺(tái)㈧和外置電機(jī)座⑶； 其特征在于，所述基座靜平臺(tái)(A)的前部設(shè)有U型動(dòng)平臺(tái)(C)，所述U型動(dòng)平臺(tái)(C)上設(shè)有一兩自由度轉(zhuǎn)頭(D)，所述兩自由度轉(zhuǎn)頭(D)上設(shè)有針刺結(jié)構(gòu)(E);所述基座靜平臺(tái)(A)的后部固定有控制所述U型動(dòng)平臺(tái)(C)的兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(F)；所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(F)包括兩套分別與U型動(dòng)平臺(tái)(C)左右兩側(cè)頂部連接的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)與一絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A連接；所述平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)由依次與所述U型動(dòng)平臺(tái)(C)鉸接的連桿A、絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中的螺母、連桿B構(gòu)成； 所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A中的絲杠由超聲波電機(jī)A帶動(dòng)；所述U型動(dòng)平臺(tái)(C)包括U型框架，所述U型框架的底部設(shè)有萬(wàn)向輪，所述U型框架內(nèi)口處設(shè)有升降平臺(tái)，所述升降平臺(tái)與U型框架的兩支柱之間分別設(shè)有一絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中的絲杠底部的軸端從U型框架支柱的底部伸出，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B 中絲杠的底端高于所述萬(wàn)向輪的底端；所述升降平臺(tái)呈U字形，所述絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B中的螺母與升降平臺(tái)頂部的兩端固連；所述兩自由度轉(zhuǎn)頭(D)包括設(shè)置在所述升降平臺(tái)上的支撐圈，所述支撐圈上設(shè)有橫向轉(zhuǎn)軸和縱向轉(zhuǎn)軸，所述橫向轉(zhuǎn)軸、所述針刺結(jié)構(gòu)的中心軸和所述縱向轉(zhuǎn)軸分別與直角坐標(biāo)系的X軸、Y軸和Z軸重合；所述橫向轉(zhuǎn)軸和縱向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)均分別由絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)A和絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)B帶動(dòng)；所述針刺結(jié)構(gòu)中包括與針刺結(jié)構(gòu)的中心軸重合的針體,所述針體由絲傳動(dòng)結(jié)構(gòu)...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜杉，馮文浩，程超超，婁金龍，甄偉鯤，王浩威，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：天津大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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