CN109316235B - 一种智能骨针操控系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能骨针操控系统，包括承载基座、骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头及控制电路，其中承载基座包括底板、升降立柱、工作台，骨针包括针体、针头及弹性密封尾帽，导流针头前端面与针体相互连通，后端面通过导流管与药剂储存瓶相互连通；其使用方法包括设备装配，骨针插入操作，给药治疗及骨针拔出等四个步骤。本发明一方面可在提高骨针插入人体组织效率的同时，有效提高作业控制精度，避免因速度过快等造成的夹针、断针及骨针对骨骼间压力过大等造成的二次伤害，另一方面可有效提高药物有效成份到达创口位置的效率和浓度，提高骨骼创口愈合和治疗的速度。

Description

一种智能骨针操控系统及使用方法

技术领域

本发明涉一种智能骨针操控系统及使用方法，属医疗技术领域。

背景技术

当前在针对骨折等骨科疾病治理过程中，往往需要通过骨针对骨骼创口进行固定修复，当前在实施骨针对骨骼固定及后续治疗活动中，往往需要借助传统的电钻等工具进行预设针孔，然后对骨针进行固定，这种方式作业效率低，骨针定位精度差，且患者痛苦打，同时当前的骨针多位实心金属结构，从而导致骨针在对人体内骨骼定位后，需要通过血管、肌肉注射或患者口服药物来达到对创口进行消炎、营养灯治疗作业，从而导致药物需要在人体内通过多次循环后才能达到病灶部位，因此导致药物有效成份到达患者病灶部位的效率低，且病灶部位获得药物有效成份浓度也相对较低，从而严重影响了药物的治疗效果，延长了治疗周期并增加了患者的痛苦和经济负担，针对这一问题，虽然目前也开发了诸如申请号为201810089358.4的骨针定位专用工具和申请号为201621426343.5的具备药物注射能力的空心骨针结构，虽然可以一定程度消除传统治疗活动中的不足，但这些设备在运行时均相对独立运行，缺乏有效的统一协调整合能力，且运行自动化程度低，控制精度差，因此依然不能有效满足使用的需要，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的骨针操作设备及预制相应的使用方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有分类技术上的一些不足，本发明提供一种智能骨针操控系统及方法。

为了实现上面提到的效果，提出了一种智能骨针操控系统及方法，其包括以下步骤：

一种智能骨针操控系统，包括承载基座、骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头及控制电路，其中承载基座包括底板、升降立柱、工作台，工作台位于底板正上方，通过至少一条升降立柱与底板相互连接，升降立柱轴线与底板上端面和工作台下端面呈0°—90°夹角，工作台上端面与底板上端面间呈0°—90°夹角，机械臂至少一个，其后端面通过转台机构与工作台铰接，并与工作台轴线呈0°—180°夹角，机械臂前端通过定位夹具与至少一个骨针插拔机构相互连接，且定位夹具与机械臂间通过转台结构相互铰接，并可环绕铰接轴进行0°—360°旋转，骨针至少一个并与骨针插拔机构相互连接，骨针包括针体、针头及弹性密封尾帽，针体为空心管状结构，前端与针头连接，末端与密封尾帽连接,且针体、针头及密封尾帽同轴分布并共同构成密闭腔体结构，针体侧壁均布若干透孔，导流针头至少一个，其前端面通过弹性密封尾帽嵌于针体内并与针体相互连通，后端面通过导流管与药剂储存瓶相互连通，且一个导流针头通过导流管与至少一个药剂储存瓶相互连通，药剂储存瓶若干，均安装在工作台上端面，每个药剂储存瓶均通过一个蠕动泵与一条导流管相互连通，且每个药剂储存瓶均与至少一条导流管相互连通，蠕动泵和控制电路均安装在工作台上端面，其中控制电路分别与机械臂、蠕动泵、转台机构电气连接。

进一步的，所述的机械臂为电动机械臂、液压机械臂中的任意一种，且当机械臂为两个或两个以上时，则各机械臂之间间距为机械臂最大长度的1/6—1/2。

进一步的，所述的转台机构为伺服电动机驱动的二维转台或三维转台中的任意一种，且所述的转台机构上设至少一个角度传感器，所述的角度传感器与控制电路电气连接。

进一步的，所述的骨针插拔机构包括导向柱、消毒棉、直线电动机、定位块、行程传感器、速度传感器、压力传感器，其中所述的导向柱为空心管状结构，所述消毒棉嵌于导向柱前半段的内表面内，并环绕导向柱轴线均布，所述消毒棉长度不大于导向柱长度的1/2，消毒棉前端面高出导向柱内表面至少1毫米，所述的直线电动机嵌于导向柱内并与导向柱同轴分布，包括至少两个驱动定子和至少两个驱动动子，其中所述驱动定子以导向柱轴线对称分布在导向柱的内侧面上并与导向柱轴线平行分布，每个驱动定子上均设至少一个驱动动子并与驱动动子滑动连接，且对称分布的两个驱动定子上的驱动动子间以导向柱轴线对称分布，所述的驱动动子前端面通过调节螺栓与至少一个定位块相互连接，所述的定位块前表面与导向柱轴线呈0°—60°夹角，且对称分布的两个驱动动子上的定位块间间距为0至导向柱内径的1/2，所述的行程传感器、速度传感器、压力传感器数量与定位块数量一致，且每个定位块上均设至少一个行程传感器、速度传感器和压力传感器，所述的直线电动机、行程传感器、速度传感器、压力传感器均与控制电路电气连接。

进一步的，所述的透孔孔径为0.1—1毫米，相邻两个透孔间间距不小于5毫米。

进一步的，所述的控制电路为基于工业单片机为基础的电路系统，控制电路另设至少一个显示器、若干操作键、至少一个串口通讯端子及至少一个无线通讯装置，且所述的显示器、操作键和串口通讯端子均嵌于工作台外表面。

进一步的，所述的显示器为多点触控显示器，且所述的显示器与工作台间通过棘轮机构相互铰接，显示器光轴与工作台表面间呈0°—90°夹角。

一种智能骨针操控系统的使用方法，包括以下步骤：

第一步，设备装配，根据使用需要，首先根据患者使用骨针的部位、数量及治疗活动中所需要使用的药物类型和数量，确定骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头的数量、分布位置及运行控制策略；然后对承载基座、骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头及控制电路进行装配，并使装配后的本发明转运至指定的工作位置，并将相应的治疗药剂添加到药剂储存瓶中；

第二步，骨针插入操作，完成第一步作业后，根据第一步设定的各骨针分布的位置，调节机械臂、骨针插拔机构间的相对关系，使骨针插拔机构上的骨针与患者待插入骨针位置间同轴分布，然后通过蠕动泵将相应的药剂输送到各骨针针体内，并使药剂从针体的透孔溢出，然后由控制电路驱动骨针插拔机构运行，驱动骨针插入到患者骨骼创口的指定位置，实现对患者进行定位，在进行骨针插入过程中，通过骨针插拔机构的行程传感器、速度传感器、压力传感器对骨针的插入作业参数精确控制；

第三步，给药治疗，在完成骨针在人体内定位后，则根据患者治疗的需要，由控制电路驱动蠕动泵运行，实现定时定量的将相应药物通过骨针注射到人体骨骼创口位置，使药物直接作用在创口位置进行治疗；

第四步，骨针拔出，在完成对患者治疗作业后，由控制电路驱动骨针插拔机构运行，将骨针从患者体内拔出即可。

本发明结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效的实现设备在不同使用场合和人体部位进行定位作业的需要，极大的提高使用的灵活性和通用性，同时一方面可根据使用需要，对不同结构的骨针进行定位并驱动，实现将骨针与人体骨骼定位作业的需要，同时在对骨针定位作业同时，可有效的对骨针插入人体组织内的速度、压力等进行灵活调整，从而达到在提高骨针插入人体组织效率的同时，有效提高作业控制精度，避免因速度过快等造成的夹针、断针及骨针对骨骼间压力过大等造成的二次伤害，另一方面可有效提高药物有效成份到达创口位置的效率和浓度，降低药物有效成份在人体中的损耗及对人体其他气管造成的损伤，从而极大的提高骨骼创口愈合和治疗的速度。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明侧视结构示意图；

图3为灯头局部结构示意图；

图4为本发明方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-3所述的一种智能骨针操控系统，包括承载基座1、骨针2、机械臂3、骨针插拔机构4、蠕动泵5、导流管6、药剂储存瓶7、导流针头8及控制电路9，其中承载基座1包括底板、升降立柱、工作台，工作台位于底板正上方，通过至少一条升降立柱与底板相互连接，升降立柱轴线与底板上端面和工作台下端面呈0°—90°夹角，工作台上端面与底板上端面间呈0°—90°夹角，机械臂3至少一个，其后端面通过转台机构10与工作台铰接，并与工作台轴线呈0°—180°夹角，机械臂3前端通过定位夹具11与至少一个骨针插拔机构4相互连接，且定位夹具11与机械臂3间通过转台结构10相互铰接，并可环绕铰接轴进行0°—360°旋转，骨针2至少一个并与骨针2插拔机构相互连接，骨针2包括针体21、针头22及弹性密封尾帽23，针体21为空心管状结构，前端与针头22连接，末端与密封尾帽23连接,且针体、针头22及密封尾帽23同轴分布并共同构成密闭腔体结构，针体21侧壁均布若干透孔24，导流针头8至少一个，其前端面通过弹性密封尾帽23嵌于针体21内并与针体21相互连通，后端面通过导流管6与药剂储存瓶7相互连通，且一个导流针头8通过导流管6与至少一个药剂储存瓶7相互连通，药剂储存瓶7若干，均安装在工作台上端面，每个药剂储存瓶7均通过一个蠕动泵5与一条导流管6相互连通，且每个药剂储存瓶7均与至少一条导流管6相互连通，蠕动泵5和控制电路9均安装在工作台上端面，其中控制电路9分别与机械臂3、蠕动泵5、转台机构10电气连接。

本实施例中，所述的机械臂3为电动机械臂、液压机械臂中的任意一种，且当机械臂3为两个或两个以上时，则各机械臂3之间间距为机械臂3最大长度的1/6—1/2。

本实施例中，所述的转台机构10为伺服电动机驱动的二维转台或三维转台中的任意一种，且所述的转台机构10上设至少一个角度传感器12，所述的角度传感器12与控制电路9电气连接。

本实施例中，所述的骨针插拔机构4包括导向柱41、消毒棉42、直线电动机43、定位块44、行程传感器45、速度传感器46、压力传感器47，其中所述的导向柱41为空心管状结构，所述消毒棉42嵌于导向柱41前半段的内表面内，并环绕导向柱41轴线均布，所述消毒棉42长度不大于导向柱41长度的1/2，消毒棉42前端面高出导向柱41内表面至少1毫米，所述的直线电动机43嵌于导向柱41内并与导向柱41同轴分布，包括至少两个驱动定子431和至少两个驱动动子432，其中所述驱动定子431以导向柱41轴线对称分布在导向柱41的内侧面上并与导向柱41轴线平行分布，每个驱动定子431上均设至少一个驱动动子432并与驱动动子42滑动连接，且对称分布的两个驱动定子431上的驱动动子432间以导向柱41轴线对称分布，所述的驱动动子432前端面通过调节螺栓48与至少一个定位块44相互连接，所述的定位块44前表面与导向柱41轴线呈0°—60°夹角，且对称分布的两个驱动动子432上的定位块44间间距为0至导向柱41内径的1/2，所述的行程传感器45、速度传感器46、压力传感器47数量与定位块44数量一致，且每个定位块44上均设至少一个行程传感器45、速度传感器46和压力传感器47，所述的直线电动机43、行程传感器45、速度传感器46、压力传感器47均与控制电路9电气连接。

本实施例中，所述的透孔24孔径为0.1—1毫米，相邻两个透孔24间间距不小于5毫米。

本实施例中，所述的控制电路9为基于工业单片机为基础的电路系统，控制电路另设至少一个显示器13、若干操作键14、至少一个串口通讯端子15及至少一个无线通讯装置，且所述的显示器13、操作键14和串口通讯端子15均嵌于工作台外表面。

本实施例中，所述的显示器13为多点触控显示器，且所述的显示器13与工作台间通过棘轮机构相互铰接，显示器13光轴与工作台表面间呈0°—90°夹角。

如图4所示，一种智能骨针操控系统的使用方法，包括以下步骤：

第一步，设备装配，根据使用需要，首先根据患者使用骨针的部位、数量及治疗活动中所需要使用的药物类型和数量，确定骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头的数量、分布位置及运行控制策略；然后对承载基座、骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头及控制电路进行装配，并使装配后的本发明转运至指定的工作位置，并将相应的治疗药剂添加到药剂储存瓶中；

第二步，骨针插入操作，完成第一步作业后，根据第一步设定的各骨针分布的位置，调节机械臂、骨针插拔机构间的相对关系，使骨针插拔机构上的骨针与患者待插入骨针位置间同轴分布，然后通过蠕动泵将相应的药剂输送到各骨针针体内，并使药剂从针体的透孔溢出，从而一方面排出骨针针体内空气，另一方面通过溢出药剂对针体外表面进行杀菌净化，并为骨针插入患者骨骼的过程中进行降温和润滑，然后由控制电路驱动骨针插拔机构运行，驱动骨针插入到患者骨骼创口的指定位置，实现对患者进行定位，在进行骨针插入过程中，通过骨针插拔机构的行程传感器、速度传感器、压力传感器对骨针的插入作业参数精确控制；

第三步，给药治疗，在完成骨针在人体内定位后，则根据患者治疗的需要，由控制电路驱动蠕动泵运行，实现定时定量的将相应药物通过骨针注射到人体骨骼创口位置，使药物直接作用在创口位置进行治疗，并使药剂直接作用于创口位置，克服传统通过口服或血管注射供药时，药物在人体内的损耗，和药效发挥作用缓慢的弊端，从而极大的提高药剂药效发挥的效率和治疗效果；

第四步，骨针拔出，在完成对患者治疗作业后，由控制电路驱动骨针插拔机构运行，将骨针从患者体内拔出即可。

本发明结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效的实现设备在不同使用场合和人体部位进行定位作业的需要，极大的提高使用的灵活性和通用性，同时一方面可根据使用需要，对不同结构的骨针进行定位并驱动，实现将骨针与人体骨骼定位作业的需要，同时在对骨针定位作业同时，可有效的对骨针插入人体组织内的速度、压力等进行灵活调整，从而达到在提高骨针插入人体组织效率的同时，有效提高作业控制精度，避免因速度过快等造成的夹针、断针及骨针对骨骼间压力过大等造成的二次伤害，另一方面可有效提高药物有效成份到达创口位置的效率和浓度，降低药物有效成份在人体中的损耗及对人体其他气管造成的损伤，从而极大的提高骨骼创口愈合和治疗的速度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种智能骨针操控系统，其特征在于，所述的智能骨针操控系统包括承载基座、骨针、机械臂、骨针插拔机构、蠕动泵、导流管、药剂储存瓶、导流针头及控制电路，其中所述的承载基座包括底板、升降立柱、工作台，所述的工作台位于底板正上方，通过至少一条升降立柱与底板相互连接，所述的升降立柱轴线与底板上端面和工作台下端面呈0°—90°夹角，所述的工作台上端面与底板上端面间呈0°—90°夹角，所述的机械臂至少一个，其后端面通过转台机构与工作台铰接，并与工作台轴线呈0°—180°夹角，所述的机械臂前端通过定位夹具与至少一个骨针插拔机构相互连接，且所述的定位夹具与机械臂间通过转台结构相互铰接，并可环绕铰接轴进行0°—360°旋转，所述的骨针至少一个并与骨针插拔机构相互连接，所述的骨针包括针体、针头及弹性密封尾帽，所述的针体为空心管状结构，前端与针头连接，末端与密封尾帽连接,且针体、针头及密封尾帽同轴分布并共同构成密闭腔体结构，所述的针体侧壁均布若干透孔，所述的导流针头至少一个，其前端面通过弹性密封尾帽嵌于针体内并与针体相互连通，后端面通过导流管与药剂储存瓶相互连通，且一个导流针头通过导流管与至少一个药剂储存瓶相互连通，所述的药剂储存瓶若干，均安装在工作台上端面，每个药剂储存瓶均通过一个蠕动泵与一条导流管相互连通，且每个药剂储存瓶均与至少一条导流管相互连通，所述的蠕动泵和控制电路均安装在工作台上端面，其中所述的控制电路分别与机械臂、蠕动泵、转台机构电气连接；

所述的机械臂为电动机械臂、液压机械臂中的任意一种，且当机械臂为两个或两个以上时，则各机械臂之间间距为机械臂最大长度的1/6—1/2；

所述的转台机构为伺服电动机驱动的二维转台或三维转台中的任意一种，且所述的转台机构上设至少一个角度传感器，所述的角度传感器与控制电路电气连接；

所述的骨针插拔机构包括导向柱、消毒棉、直线电动机、定位块、行程传感器、速度传感器、压力传感器，其中所述的导向柱为空心管状结构，所述消毒棉嵌于导向柱前半段的内表面内，并环绕导向柱轴线均布，所述消毒棉长度不大于导向柱长度的1/2，消毒棉前端面高出导向柱内表面至少1毫米，所述的直线电动机嵌于导向柱内并与导向柱同轴分布，包括至少两个驱动定子和至少两个驱动动子，其中所述驱动定子以导向柱轴线对称分布在导向柱的内侧面上并与导向柱轴线平行分布，每个驱动定子上均设至少一个驱动动子并与驱动动子滑动连接，且对称分布的两个驱动定子上的驱动动子间以导向柱轴线对称分布，所述的驱动动子前端面通过调节螺栓与至少一个定位块相互连接，所述的定位块前表面与导向柱轴线呈0°—60°夹角，且对称分布的两个驱动动子上的定位块间间距为0至导向柱内径的1/2，所述的行程传感器、速度传感器、压力传感器数量与定位块数量一致，且每个定位块上均设至少一个行程传感器、速度传感器和压力传感器，所述的直线电动机、行程传感器、速度传感器、压力传感器均与控制电路电气连接；

所述的透孔孔径为0.1—1毫米，相邻两个透孔间间距不小于5毫米；

所述的控制电路为基于工业单片机为基础的电路系统，控制电路另设至少一个显示器、若干操作键、至少一个串口通讯端子及至少一个无线通讯装置，且所述的显示器、操作键和串口通讯端子均嵌于工作台外表面；

所述的显示器为多点触控显示器，且所述的显示器与工作台间通过棘轮机构相互铰接，显示器光轴与工作台表面间呈0°—90°夹角。

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