CN105390041A

CN105390041A - 一种软组织微创手术实验平台

Info

Publication number: CN105390041A
Application number: CN201510874742.1A
Authority: CN
Inventors: 李相鹏; 黄海波; 杨湛; 陈立国; 陈涛; 汝长海; 孙立宁
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2016-03-09

Abstract

本发明公开了一种软组织微创手术实验平台，其特征是，包括气浮隔振平台、均安装在所述气浮隔振平台上的手术针、手术针夹持机构、伸缩式针进给保持机构、视觉伺服模块和软组织托架；所述手术针夹持机构包括锁紧夹头、进给伺服电机和旋转伺服电机；所述手术针通过锁紧夹头安装在旋转伺服电机的驱动轴上；所述软组织托架包括架体和包裹在所述架体表面的透明医用硅胶。本发明所达到的有益效果：本发明中微创手术针的尖端是斜契状造型，通过手术针夹持机构的进给和旋转运动的配合，结合视觉辅助定位，从而使得针尖可以绕过血管及其他重要组织，到达软组织内部的指定位置，在完成微创送药手术的同时，可有效避免伤害到重要血管或组织。

Description

一种软组织微创手术实验平台

技术领域

本发明涉及一种软组织微创手术实验平台，属于医疗器械研究技术领域。

背景技术

现阶段的针式的微创手术或者微创给药系统，其所用的手术针多为刚性针管，其手术针在实施手术的过程中不可变形。而人体软组织内分布有众多的重要的动脉，神经等敏感部件，这些敏感部件在实施微创手术时要避免伤害到。所以，当病灶部位较深或者周围环境复杂时（有敏感组织遮挡），使用刚性手术针的微创手术系统不能适用。近年来，为了克服刚性手术针的上述限制条件，越来越多人对柔性微创手术针技术进行了研究，但柔性微创手术针系统远比刚性微创技术复杂，带来了设计，控制上的诸多难题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种软组织微创手术实验平台，通过手术针夹持机构的进给和旋转运动的配合，结合视觉辅助定位，使得微创手术针可以在软组织中实现自由的弯曲和偏转，在完成微创送药手术的同时，可有效避免伤害到重要血管或组织。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种软组织微创手术实验平台，其特征是，包括气浮隔振平台、均安装在所述气浮隔振平台上的手术针、手术针夹持机构、伸缩式针进给保持机构、视觉伺服模块和软组织托架；所述手术针夹持机构包括锁紧夹头、进给伺服电机和旋转伺服电机；所述手术针通过锁紧夹头安装在旋转伺服电机的驱动轴上；所述手术针采用斜契状；所述进给伺服电机用于驱动滚珠丝杠滑台；所述滚珠丝杠滑台上设置有滑块；所述旋转伺服电机安装在滑块上；所述伸缩式针进给保持机构采用一个可伸缩的中空套管，安装在锁紧夹头与软组织托架之间；所述手术针从中空套管中穿过；所述视觉伺服系统包括CCD、光源和镜头组件；所述CCD用于获取图像；所述软组织托架包括架体和包裹在所述架体表面的透明医用硅胶。

前述的一种软组织微创手术实验平台，其特征是，所述手术针采用记忆合金材质，其斜契斜率为47°。

前述的一种软组织微创手术实验平台，其特征是，所述架体与硅胶接触的一面采用打毛的亚克力面板。

本发明所达到的有益效果：本装置所涉及的微创手术方案中，使用训练过的记忆合金材料材质的中空管状手术针，很容易自动的恢复到原本训练的形状，反复多次使用。不同于普通锥形微创手术针针尖造型，本发明中微创手术针的尖端是斜契状造型，通过手术针夹持机构的进给和旋转运动的配合，结合视觉辅助定位，该微创手术针可以在软组织中实现自由的弯曲和偏转，从而使得针尖可以绕过血管及其他重要组织，到达软组织内部的指定位置，在完成微创送药手术的同时，可有效避免伤害到重要血管或组织。

附图说明

图1（a）和（b）分别是现有的手术针以及本装置的手术针的对比图；

图2是本装置手术针在使用过程中的受力图；

图3是本装置的结构示意图；

图4是图3的局部结构示意图；

图5是图3中伸缩式针进给保持机构的局部结构示意图。

图中附图标记的含义：

1-气浮隔振平台，2-滚珠丝杠滑台，3-进给伺服电机，4-旋转伺服电机，5-伸缩式针进给保持机构，6-视觉伺服模块，7-软组织托架，8-医用硅胶，9-锁紧夹头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本装置包括气浮隔振平台1、手术针、手术针夹持机构、伸缩式针进给保持机构5、视觉伺服模块6和软组织托架7。手术针、手术针夹持机构、伸缩式针进给保持机构5、视觉伺服模块6和软组织托架7均安装在气浮隔振平台1上。

手术针采用训练过的记忆合金材质，中控管状手术针，具有很好的柔性以及变形可恢复性。这样在实验或者手术过程中，通过夹持机构的控制，可以发生弯曲，完成实验的预期效果，而且手术结束后，该微创手术针还很容易可自动的恢复到原本训练的形状，反复多次使用。

另外，手术针针尖造型是斜契状，不同于一般的锥形针尖，如图1所示。这样的目的是：斜契状的针尖在插入组织的过程中，斜契状针尖各向受力不均匀（箭头表示受力方向），就会向斜边的反向弯曲，如图2所示。这样在插入的过程中，通过控制针尖的旋转角度，就可以精确的控制手术针在组织内的弯曲曲率及轨迹，从而实现预定的绕过重要血管和器官的控制目的。现有技术中的锥形针尖由于在组织内部各项受力一致，不具有如上性质。经过反复实验，针尖的斜契斜率为47°时，控制效果最佳。

软组织托架7上的透明医用硅胶，可以模拟人体软组织，利于进行视觉反馈。该软组织托架7与硅胶接触面采用打毛的亚克力面板，增大组织与托架之间的摩擦力。这样在微创手术实验过程中，对实验用的软组织起良好定位作用。

如图3，手术针通过一个可快速锁紧的锁紧夹头9安装于旋转伺服电机4的驱动轴上，该伺服电机旋转时，可带动手术针做旋转运动，从而实现手术针尖在软组织内部的旋转，让柔性的手术针在软组织内部形成弯曲。通过控制该伺服电机的旋转角度，可以精确的控制手术针针尖斜契的朝向，进而精确控制手术针的弯曲形状。

该旋转伺服电机4安装在一个由进给伺服电机3驱动的滚珠丝杠滑台2的滑块上。进给伺服电机3运动可驱动该滚珠丝杠滑台2直线进给，从而带动旋转电机及手术针在软组织内部做进给运动。

进给运动配合旋转运动，经过精确的控制算法，可控制手术针完成任意形状的弯曲，让针尖在软组织内部达到指定的位置。

在锁紧夹头9与软组织托架7之间，需固定安装一个可伸缩的中空套管，手术针从该伸缩式针进给保持机构5的中空管中穿过。该套管对柔性手术针起保持作用，限制手术针在进入软组织之前发生弯曲（针前段的阻力等因素）。伸缩式针进给保持机构5可随动的调整自身的长度适应手术针针的进给和后退，该机构示意图如图4，图5所示。

在实施微创手术实验的过程中，通过CCD获取的图像，输入计算机中进行图像处理，可得到实时的针弯曲的状态，从而调整控制参数，形成控制命令，控制手术针的进给及旋转运动，完成针尖精确的轨迹控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种软组织微创手术实验平台，其特征是，包括气浮隔振平台、均安装在所述气浮隔振平台上的手术针、手术针夹持机构、伸缩式针进给保持机构、视觉伺服模块和软组织托架；

所述手术针夹持机构包括锁紧夹头、进给伺服电机和旋转伺服电机；

所述手术针通过锁紧夹头安装在旋转伺服电机的驱动轴上；所述手术针采用斜契状；所述进给伺服电机用于驱动滚珠丝杠滑台；所述滚珠丝杠滑台上设置有滑块；所述旋转伺服电机安装在滑块上；

所述伸缩式针进给保持机构采用一个可伸缩的中空套管，安装在锁紧夹头与软组织托架之间；所述手术针从中空套管中穿过；

所述视觉伺服系统包括CCD、光源和镜头组件；所述CCD用于获取图像；

所述软组织托架包括架体和包裹在所述架体表面的透明医用硅胶。

2.根据权利要求1所述的一种软组织微创手术实验平台，其特征是，所述手术针采用记忆合金材质，其斜契斜率为47°。

3.根据权利要求1所述的一种软组织微创手术实验平台，其特征是，所述架体与硅胶接触的一面采用打毛的亚克力面板。