CN106420018B - 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构 - Google Patents

一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构 Download PDF

Info

Publication number
CN106420018B
CN106420018B CN201611071005.9A CN201611071005A CN106420018B CN 106420018 B CN106420018 B CN 106420018B CN 201611071005 A CN201611071005 A CN 201611071005A CN 106420018 B CN106420018 B CN 106420018B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear
friction wheel
shaft
sliding table
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611071005.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106420018A (zh
Inventor
赵燕江
黄磊
张永德
胡海龙
杨吉超
刘佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201611071005.9A priority Critical patent/CN106420018B/zh
Publication of CN106420018A publication Critical patent/CN106420018A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106420018B publication Critical patent/CN106420018B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3476—Powered trocars, e.g. electrosurgical cutting, lasers, powered knives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3405—Needle locating or guiding means using mechanical guide means
    • A61B2017/3409—Needle locating or guiding means using mechanical guide means including needle or instrument drives

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构，其组成包括：第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、柔性针芯、柔性套管。第一驱动装置通过齿轮传动可以实现第一丝杠滑台和摩擦轮的同时运动，进而分别驱动柔性针芯和柔性套管的直线进给，可以实现柔性针芯和柔性套管的同步进给；第二驱动装置通过第二丝杠滑台的运动，可以实现针芯的单独进给；第三驱动装置通过第三电机的自转运动可以实现柔性针芯的自转；通过柔性针芯与柔性套管的配合，减少了针与组织的扭转摩擦，提高了斜尖转角的精度。

Description

一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构
技术领域
本发明涉及一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构，属于医疗器械领域。
背景技术
微创介入医疗是近年来迅速发展起来的一门崭新的医疗技术，是介于外科、内科之间的新兴医疗方法，靶向穿刺技术是应用前景最广阔的医疗手段之一。而传统穿剌手术采用的是刚性针，无法对针尖位置进行有效的控制，导致穿刺过程中针尖偏离预定目标，导致穿剌失败；为完成穿刺任务需要进行重复穿刺，增加病人痛苦、延长手术时间；因此，针对传统穿刺针的缺点，国外的学者提出采用柔性针操控技术，柔性针采用细长针管，能够减小组织切口，降低不适感，加快术后的康复，更重要的是，柔性针可以实现弯曲轨迹。但是，由于针轴与组织间存在扭转摩擦，斜尖转角难以精确控制，严重制约了柔性针的应用。而套管柔性针是将针芯与套管分离，套管将针芯与组织隔开，消除针芯与组织间的扭转摩擦，提高针尖的控制精度。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构，套管和针芯分别使用柔性材料，从而减轻了病人的扎针痛苦，另外所设计的扎针机构，可以有效地绕过障碍物进行穿刺，减小针芯与组织的摩擦，并且提高了扎针过程的准确程度，提高患者的生存质量，推动微创医疗技术的发展。
本发明的技术方案是：
一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构，其组成包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、柔性针芯、柔性套管，其特征在于：柔性套管被第一驱动装置驱动，柔性针芯与第三驱动装置固联；第一驱动装置是由底座、第一丝杠滑台、第一电机、齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四、齿轮五、锥型齿轮一、锥型齿轮二、齿轮轴一、齿轮轴二、齿轮轴三、摩擦轮轴一、摩擦轮轴二、摩擦轮支撑架、摩擦轮一、摩擦轮二组成；第一丝杠滑台固定于底座上，齿轮一固连在齿轮轴一上，锥型齿轮一固连在齿轮轴二的前端，齿轮二固连在齿轮轴二的后端，齿轮三固连在齿轮轴三的上端，锥型齿轮二固连在齿轮轴三的下端，摩擦轮一固连在摩擦轮轴一的上端，齿轮四固连在摩擦轮轴一的下端，摩擦轮二固连在摩擦轮轴二的上端，齿轮五固连在摩擦轮轴二的下端，齿轮轴一、齿轮轴二和齿轮轴三的两端分别通过轴承连接于底座上，摩擦轮轴一和摩擦轮轴二均一端通过轴承连接于底座上，另一端通过轴承连接于摩擦轮支撑架上，第一电机固定于底座上，第一电机与齿轮轴一通过联轴器连接；第二驱动装置安装在第一丝杠滑台的滑台上，第二驱动装置是由第二电机、第二丝杠滑台组成，第二电机与第二丝杠滑台的丝杠通过联轴器固联；第三驱动装置通过螺栓连接在第二丝杠滑台的滑台上，第三驱动装置是由第三电机、第三电机座组成，第三电机座上固连于第二丝杠滑台的滑台上，第三电机安装在第三电机座上，柔性针芯通过联轴器与第三电机连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过使用齿轮传动可以实现第一丝杠滑台和摩擦轮一、摩擦轮二的同时运动，从而实现了柔性针芯和柔性套管的同步进给，降低了穿刺的误差。
2.本发明通过柔性套管采用摩擦轮式进给机构，可以略去柔性套管的支撑机构，使结构更加简单。
3.本发明所采用的第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置，能够满足套管柔性针的柔性套管和柔性针芯的配合穿刺。
4.本发明中柔性套管的存在，使针与组织隔开，消除了针与组织的扭转摩擦，提高了对斜尖转角的控制精度，避免了在扎针过程中对患者造成伤害。
附图说明
附图1本发明的整体结构示意图附图2本发明局部结构示意图附图3本发明齿轮传动示意图
图中：1、底座，2、齿轮轴二，3、齿轮二，4、第一电机，5、齿轮一，6、齿轮轴一，7、第一丝杠滑台，8、第二电机，9、第三电机，10、第三电机座，11、第二丝杠滑台，12、摩擦轮支撑架，13、柔性套管，14、柔性针芯，15-1、摩擦轮一，15-2、摩擦轮二，16、齿轮三，17、锥型齿轮二，18、锥型齿轮一，19-1、摩擦轮轴一，19-2、摩擦轮轴二，20-1、齿轮四，20-2、齿轮五，21、齿轮轴三。
具体实施方式
本发明结构示意图如图1、图2。一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构，其组成包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、柔性针芯(14)、柔性套管(13)，其特征在于：柔性套管(13)被第一驱动装置驱动，柔性针芯(14)与第三驱动装置固联；第一驱动装置是由底座(1)、第一丝杠滑台(7)、第一电机(4)、齿轮一(5)、齿轮二(3)、齿轮三(16)、齿轮四(20-1)、齿轮五(20-1)、锥型齿轮一(18)、锥型齿轮二(17)、齿轮轴一(6)、齿轮轴二(2)、齿轮轴三(21)、摩擦轮轴一(19-1)、摩擦轮轴二(19-2)、摩擦轮支撑架(12)、摩擦轮一(15-1)、摩擦轮二(15-2)组成；第一丝杠滑台(7)固定于底座(1)上，齿轮一(5)固连在齿轮轴一(6)上，锥型齿轮一(18)固连在齿轮轴二(2)的前端，齿轮二(3)固连在齿轮轴二(2)的后端，齿轮三(16)固连在齿轮轴三(21)的上端，锥型齿轮二(17)固连在齿轮轴三(21)的下端，摩擦轮一(15-1)固连在摩擦轮轴一(19-1)的上端，齿轮四(20-1)固连在摩擦轮轴一(19-1)的下端，摩擦轮二(15-2)固连在摩擦轮轴二(19-2)的上端，齿轮五(20-2)固连在摩擦轮轴二(19-2)的下端，齿轮轴一(6)、齿轮轴二(2)和齿轮轴三(21)的两端分别通过轴承连接于底座(1)上，摩擦轮轴一(19-1)和摩擦轮轴二(19-2)均一端通过轴承连接于底座(1)上，另一端通过轴承连接于摩擦轮支撑架(12)上，第一电机(4)固定于底座(1)上，第一电机(4)与齿轮轴一(6)通过联轴器连接；第二驱动装置安装在第一丝杠滑台(7)的滑台上，第二驱动装置是由第二电机(8)、第二丝杠滑台(11)组成，第二电机(8)与第二丝杠滑台(11)的丝杠通过联轴器固联；第三驱动装置通过螺栓连接在第二丝杠滑台(11)的滑台上，第三驱动装置是由第三电机(9)、第三电机座(10)组成，第三电机座(10)上固连于第二丝杠滑台(11)的滑台上，第三电机(9)安装在第三电机座(10)上，柔性针芯(14)通过联轴器与第三电机(9)连接。
本发明齿轮传动示意图如图3所示。设z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7依次为齿轮一(5)、齿轮二(3)、锥型齿轮一(18)、锥型齿轮二(17)、齿轮三(16)、齿轮四(20-1)、齿轮五(20-2)的齿数，n1为第一电机(4)转速，n6为齿轮四(20-1)的转速，D为相同半径的摩擦轮一(15-1)和摩擦轮二(15-2)的半径，Ph为第一丝杠滑台(7)的导程；齿轮传动转向如图3中箭头所示，根据定轴齿轮系传动比公式：
由于第一电机(4)转速n1以及z1、z2、z3、z4、z5、z6的值已知，可算出齿轮四(20-1)转速n6的大小；由z6＝z7可以推导出齿轮五(20-2)转速n7等于齿轮四(20-1)转速n6；又由于摩擦轮一(15-1)、摩擦轮二(15-2)分别固连于摩擦轮轴四(19-1)和摩擦轮轴五(19-2)上，所以柔性套管(13)的直线进给速度v1即为摩擦轮一(15-1)和摩擦轮二(15-2)接触处的线速度，即：
v1＝2πn6D
第一驱动装置中的第一电机(4)转动，其他驱动装置待机锁死，通过第一丝杠滑台(7)带动第二丝杠滑台(11)整体进给运动，实现柔性针芯(14)的直线进给运动，所以柔性针芯(14)的直线进给速度v2为：
v2＝n1Ph
当v1＝v2时，即可实现柔性套管(13)和柔性针芯(14)的同步穿刺。
本发明在使用时的过程如下：
实施方式一，参考附图1、附图2。
第一驱动装置中的第一电机(4)转动，其他驱动装置待机锁死，通过第一丝杠滑台(7)带动第二丝杠滑台(11)整体进给运动，实现柔性针芯(14)的直线进给运动；由第一电机(4)驱动的齿轮一(5)依次经由齿轮二(3)、锥型齿轮一(18)、锥型齿轮二(17)、齿轮三(16)、齿轮四(20-1)、齿轮五(20-2)的传动，从而实现摩擦轮一(15-1)和摩擦轮二(15-2)的转动，进而实现柔性套管(13)的直线进给运动；第二丝杠滑台(11)整体进给运动和摩擦轮一(15-1)、摩擦轮二(15-2)转动同时工作，可带动柔性套管(13)和柔性针芯(14)同步穿刺。
实施方式二，参考附图1、附图2。
第二驱动装置中的第二电机(8)转动，其他驱动装置待机锁死，通过第二丝杠滑台(11)的滑台直线进给运动，可以实现柔性针芯(14)的直线进给运动。
实施方式三，参考附图1、附图2。
第三驱动装置中的第三电机(9)转动，其他驱动装置待机锁死，柔性针芯(14)实现自转，从而可以改变柔性针芯(14)斜角的朝向。
实施方式一、实施方式二、实施方式三配合动作，可以完成不同轨迹的穿刺要求，从而有效的绕过障碍物进行穿刺，实现精确的靶向穿刺。

Claims (1)

1.一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构，其组成包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、柔性针芯、柔性套管，其特征在于：柔性套管被第一驱动装置驱动，柔性针芯与第三驱动装置固联；第一驱动装置是由底座、第一丝杠滑台、第一电机、齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四、齿轮五、锥型齿轮一、锥型齿轮二、齿轮轴一、齿轮轴二、齿轮轴三、摩擦轮轴一、摩擦轮轴二、摩擦轮支撑架、摩擦轮一、摩擦轮二组成；第一丝杠滑台固定于底座上，齿轮一固连在齿轮轴一上，锥型齿轮一固连在齿轮轴二的前端，齿轮二固连在齿轮轴二的后端，齿轮三固连在齿轮轴三的上端，锥型齿轮二固连在齿轮轴三的下端，摩擦轮一固连在摩擦轮轴一的上端，齿轮四固连在摩擦轮轴一的下端，摩擦轮二固连在摩擦轮轴二的上端，齿轮五固连在摩擦轮轴二的下端，齿轮轴一、齿轮轴二和齿轮轴三的两端分别通过轴承连接于底座上，摩擦轮轴一和摩擦轮轴二均一端通过轴承连接于底座上，另一端通过轴承连接于摩擦轮支撑架上，第一电机固定于底座上，第一电机与齿轮轴一通过联轴器连接；第二驱动装置安装在第一丝杠滑台的滑台上，第二驱动装置是由第二电机、第二丝杠滑台组成，第二电机与第二丝杠滑台的丝杠通过联轴器固联；第三驱动装置通过螺栓连接在第二丝杠滑台的滑台上，第三驱动装置是由第三电机、第三电机座组成，第三电机座上固连于第二丝杠滑台的滑台上，第三电机安装在第三电机座上，柔性针芯通过联轴器与第三电机连接。
CN201611071005.9A 2016-11-29 2016-11-29 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构 Active CN106420018B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611071005.9A CN106420018B (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611071005.9A CN106420018B (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106420018A CN106420018A (zh) 2017-02-22
CN106420018B true CN106420018B (zh) 2023-08-11

Family

ID=58219076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611071005.9A Active CN106420018B (zh) 2016-11-29 2016-11-29 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106420018B (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107625543B (zh) * 2017-06-02 2021-01-19 北京邮电大学 磁共振兼容手持便携柔性介入针系统
CN107280767A (zh) * 2017-06-02 2017-10-24 北京邮电大学 套管柔性针穿刺医疗机器人系统
CN107655824A (zh) * 2017-11-01 2018-02-02 哈尔滨理工大学 一种预估柔性针穿刺软组织摩擦系数的方法
CN109044533B (zh) * 2018-09-17 2020-07-28 上海交通大学医学院附属仁济医院 泌尿外科微创介入手术机器人
CN109431609B (zh) * 2018-12-18 2023-11-07 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 基于弧形导轨rcm机构的穿刺机器人的进针装置
CN109431610B (zh) * 2018-12-18 2023-09-05 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨rcm进针装置
CN110755137A (zh) * 2019-10-30 2020-02-07 扬州大学 基于分离针芯进给实现可控连续曲率的预弯针穿刺机构及其应用方法
CN111616778B (zh) * 2020-06-03 2024-04-26 连云港市东方医院 一种肾内科用穿刺针固定装置
CN111904550B (zh) * 2020-07-28 2021-11-02 徐州市中心医院 一种适用于皮下深度麻醉穿刺的微型可调自动穿刺装置
CN112168306B (zh) * 2020-11-02 2021-05-14 宋伟 一种腹腔镜手术用气腹针穿刺设备
CN112168309B (zh) * 2020-11-10 2022-05-27 哈尔滨理工大学 一种基于双机械手爪的柔性针穿刺机构
CN112370125B (zh) * 2020-11-13 2022-08-05 哈尔滨理工大学 一种缠绕式柔性针穿刺机构
CN112656487A (zh) * 2020-11-18 2021-04-16 哈尔滨理工大学 一种基于平行丝杠式柔性针穿刺机构
CN113425391A (zh) * 2021-06-30 2021-09-24 佛山市柏康机器人技术有限公司 一种基于弹簧压缩式支撑柔性针穿刺机构
CN114668464B (zh) * 2022-03-29 2024-05-28 哈尔滨理工大学 一种柔性针自动更换装置
CN114668463B (zh) * 2022-03-29 2024-07-26 哈尔滨理工大学 一种可自动换针的柔性针穿刺机构
CN114748143B (zh) * 2022-04-20 2024-07-16 哈尔滨理工大学 一种柔性针穿刺机器人
CN114699148B (zh) * 2022-04-22 2024-04-12 哈尔滨理工大学 一种自动固定放射性粒子穿刺针的末端穿刺机构
CN115530934B (zh) * 2022-08-15 2024-08-02 山东大学 一种基于丝传动的柔性穿刺针穿刺手术器械

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102113905A (zh) * 2011-01-25 2011-07-06 天津大学 核磁共振环境下的新型针刺手术机械手机构
CN102258826A (zh) * 2011-04-27 2011-11-30 天津大学 五自由度微创针刺手术引导机构
CN105212997A (zh) * 2015-11-11 2016-01-06 哈尔滨理工大学 套管柔性针的穿刺机构及穿刺方法
CN105363113A (zh) * 2015-12-09 2016-03-02 哈尔滨理工大学 一种套管式柔性针的进针机构

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9867667B2 (en) * 2014-02-27 2018-01-16 Canon Usa Inc. Placement apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102113905A (zh) * 2011-01-25 2011-07-06 天津大学 核磁共振环境下的新型针刺手术机械手机构
CN102258826A (zh) * 2011-04-27 2011-11-30 天津大学 五自由度微创针刺手术引导机构
CN105212997A (zh) * 2015-11-11 2016-01-06 哈尔滨理工大学 套管柔性针的穿刺机构及穿刺方法
CN105363113A (zh) * 2015-12-09 2016-03-02 哈尔滨理工大学 一种套管式柔性针的进针机构

Also Published As

Publication number Publication date
CN106420018A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106420018B (zh) 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构
CN107411821B (zh) 五自由度柔性穿刺机器人
CN110236684A (zh) 一种介入手术机器人从端推进装置及其控制方法
CN101933837B (zh) 微创血管介入手术机器人送管机构
CN103083091B (zh) 一种基于压电驱动的倾斜角柔性针机器人辅助穿刺系统
CN111973276A (zh) 一种介入手术机器人从手端送管装置
CN110755137A (zh) 基于分离针芯进给实现可控连续曲率的预弯针穿刺机构及其应用方法
CN107625543A (zh) 磁共振兼容手持便携柔性介入针系统
CN206365925U (zh) 一种磁共振兼容的气动穿刺手术机器人
CN206499516U (zh) 一种基于齿轮传动的套管柔性针同步穿刺机构
CN113598952B (zh) 一种导管输送装置、介入手术机器人及导管驱动方法
CN219895907U (zh) 消融针推进装置
WO2023143131A1 (zh) 传动组件、驱动组件以及介入手术机器人
CN113598951A (zh) 一种导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法
CN105363113A (zh) 一种套管式柔性针的进针机构
CN104361814B (zh) 带力反馈的膝关节镜手术训练装置
CN205268284U (zh) 一种腹腔微创手术持镜机器人
CN213965014U (zh) 一种中医用患者康复锻炼装置
CN210019644U (zh) 基于双平行四边形rcm机构的穿刺机器人的进针装置
CN205268798U (zh) 一种套管式柔性针的进针机构
CN211796624U (zh) 一种ct穿刺引导架
CN215607453U (zh) 一种女性妇科治疗用盆底肌肉康复装置
CN205866830U (zh) 一种核磁兼容的乳腺介入手术装置
CN108006173A (zh) 四行星架十一齿第一行星架二级行星轮系式rcm机构
CN210872025U (zh) 用于微创手术的医生操作台

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant