CN109498126B - 一种柔性穿刺针装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性穿刺针装置，包括穿刺针，穿刺针包括外套管和中心管，中心管从外套管的穿刺针针头远离端插入外套管内形成外套管的中心管空置部和中心管插入部，中心管空置部能弯曲，中心管在外套管内沿外套管的轴线向前或向后运动过程中，中心管空置部的弯曲角度随中心管空置部的长度变化而变化。本发明公开的柔性穿刺针装置可应用于经皮穿刺手术，能够在穿刺过程中实现弯转角度及弯转方向的调节，该穿刺针装置可集成到手术机器人系统中，结合医学成像反馈，为经皮穿刺手术提供了灵活、精确的解决方案。

Description

一种柔性穿刺针装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种柔性穿刺针装置。

背景技术

穿刺针是用于经皮穿刺介入手术的器械，相比于其他手术方式，穿刺手术可直接到达病患部位而避免将内部组织器官暴露在外，操作简便，是一种微创式诊断和治疗方式。

市场上常见的穿刺针，如Seldinger针、Chiba针等多为细长的刚性结构。这类细长的刚性穿刺针在实际穿刺过程中，由于无法灵活地绕开人体的某些重要器官或组织等障碍物，其穿刺过程难以精确控制。同时，穿刺针自身存在形变，穿刺针容易偏离目标，其穿刺的目标精确定位较为困难，需要利用其它医疗成像技术进行辅助定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性穿刺针装置，用以解决现在穿刺针在穿刺过程不能绕开障碍物和目标精确定位的问题。

本发明提供一种柔性穿刺针装置，所述柔性穿刺针装置包括穿刺针，所述穿刺针包括外套管和中心管，所述外套管包括穿刺针针头和多个弯转构节，所述穿刺针针头前端设置有针尖，所述穿刺针针头后端设置有一对凹槽或一对凸起，所述弯转构节的两端分别设置有一对凸起和一对凹槽；所述弯转构节的一端的一对凸起或一对凹槽卡合于所述穿刺针针头后端的一对凹槽或一对凸起形成针头弯转关节，两个相邻的所述弯转构节通过所述凸起与所述凹槽相互卡合形成一个弯转关节，所述针头弯转关节与多个所述弯转关节从头至尾依次相互卡合形成一个尖端设有所述穿刺针针头且管身能轴向转弯的外套管；所述中心管从所述外套管的穿刺针针头远离端插入所述外套管内形成所述外套管的中心管空置部和中心管插入部，所述中心管空置部能弯曲，所述中心管在所述外套管内沿外套管的轴线向前或向后运动过程中，所述中心管空置部的弯曲角度随所述中心管空置部的长度变化而变化。

优选地，所述凸起和所述凹槽展开的平面形状均为弧长大于半圆的圆弧面且大小相等。

优选地，所述凸起与所述凹槽的端面为弧面或斜面，所述凸起与所述凹槽通过端部的弧面或斜面对接卡合形成相邻所述弯转构节。

优选地，所述凸起的底部与所述凹槽的顶部的嵌合处留有活动缝。

优选地，一对所述凸起的中心点连线和一对所述凹槽的中心点连线相互垂直；所述一对凸起中每一个凸起的两个相对称的侧端面的延伸面的交线为所述弯转构节的中心轴线。

优选地，所述针尖为斜坡面针尖。

优选地，所述柔性穿刺针还包括传动机构，所述传动机构内置有传动模组，所述传动模组包括传动电机、联轴器、螺杆、螺母、螺母套和导向杆，所述传动电机的输出轴通过所述联轴器与所述螺杆固定连接；所述螺母套设于所述螺杆上；所述螺母套固定套设于所述螺母上；所述螺母套上开设有导向孔，所述螺母套通过该导向孔活动套设于所述导向杆上；所述中心管与所述螺母套固定连接。

优选地，所述传动机构还包括支撑框架，所述支撑框架包括前支撑板、导向杆固定板、中支撑板、后支撑板和四根支撑杆，所述中支撑板上设有至少四个穿孔，四根所述支撑杆的中部分别穿过且固定于所述中支撑板的穿孔，四根所述支撑杆的两端均分别垂直固定于所述前支撑板和所述后支撑板；所述导向杆固定板设置于所述前支撑板和所述中支撑板之间，所述导向杆固定板上设置有导向孔，所述导向杆的中部穿过所述导向杆固定板的导向孔，所述导向杆的两端垂直固定于所述前支撑板和所述中支撑板上；所述中心管从前至后依次穿过所述前支撑板和所述导向杆固定板与所述螺母套固定连接。

优选地，所述传动机构还包括用于连接所述穿刺针和所述传动机构的连接头；所述连接头包括基座、基座固定板、弹性套件、压紧盖套和支架，所述基座固定于所述外套管的穿刺针针头远离端的端口，所述支架的前端小、后端大，所述支架的后端固定连接于所述前支撑板，所述基座固定板抵靠所述基座的外端且固定于所述支架前端的内部；所述压紧盖套的前端小、后端大，所述压紧盖套套在所述外套管的外侧，且所述压紧盖套后部侧面包围所述基座且其前端抵靠所述基座的外端，所述压紧盖套的后端固定于所述支架的前端；所述压紧盖套与所述基座之间设置有弹性套件。

优选地，所述基座与所述螺母套之间的所述中心管的外侧套设有中心管导向套，所述中心管导向套的两端分别固定于所述基座固定板和所述导向杆固定板。

本发明的有益效果是：

本发明公开的柔性穿刺针装置包括有外套管和中心管双层结构，外层套管为多段刚性构节，其通过一种简单的垂直交错的弯转关节相连，可以实现朝侧向360度自由弯曲的同时保证自身能够传递轴向力和扭矩，内层为超弹性中心管，具有较大的弹性形变范围。本发明公开的柔性穿刺针利用穿刺过程中的侧向力实现穿刺针的被动弯转，改变外套管内部的中心管位置可实现穿刺针的弯转刚度调节：当中心管在外套管内的长度大时，穿刺针刚度较大，则弯转角度较小，当中心管在外套管内的长度小时，穿刺针刚度较小，则弯转角度较大。中心管空置部的弯曲角度随中心管空置部的长度变化而变化，进而实现针头角度和弯转方向的调节，以致针体定向弯转。本发明涉及的穿刺针装置可应用于经皮穿刺介入手术，能够在穿刺的过程中实现弯转角度及弯转方向的调节，该穿刺针装置可集成到手术机器人系统中，结合医学成像反馈，为经皮穿刺手术提供了灵活、精确的解决方案。

附图说明

图1是本发明提供的柔性穿刺针装置的整体结构示意图；

图2(a)是本发明提供的中心管插入至外套管的结构示意图；

图2(b)是本发明提供的中心管部分插入至外套管的结构放大图；

图2(c)是本发明提供的中心管全部插入至外套管的结构放大图；

图3(a)是本发明提供的穿刺针针头的结构示意图；

图3(b)是本发明提供的弯转构节的结构示意图；

图3(c)是本发明提供的弯转关节笔直状态时的结构示意图；

图3(d)是本发明提供的弯转关节弯曲状态时的结构示意图；

图4(a)是本发明提供的弯转构节的展开平面示意图；

图4(b)是本发明提供的凸起或凹槽的弧面的朝向示意图；

图4(c)是本发明提供的凸起与凹槽的端部弧面的切线与外套管中心轴相交示意图；

图5(a)是本发明的柔性穿刺针的一种侧视状态的结构示意图；

图5(b)是本发明的柔性穿刺针的另一种侧视状态的结构示意图；

图6是本发明提供的连接头的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例1提供一种柔性穿刺针装置，下面对本实施例1提供的柔性穿刺针装置的结构进行详细描述。

参考图1，该柔性穿刺针装置包括穿刺针10和传动机构20，传动机构20包括传动模组21和支撑框架22。

参考图2，穿刺针10包括外套管11和中心管13，外套管11包括穿刺针针头111和多个弯转构节112。

参考图3，弯转构节112的两端分别设置有一对凸起1121和一对凹槽1122，穿刺针针头111的两端分别设置有针尖和一对凹槽1122；弯转构节112的一对凸起1121卡合于穿刺针针头111的一对凹槽1122形成针头弯转关节，两个相邻的弯转构节112通过凸起1121与凹槽1122相互卡合形成一个弯转关节，针头弯转关节与多个弯转关节从头至尾依次相互嵌套形成一个尖端设有穿刺针针头111且管身能轴向转弯的外套管11。中心管13从外套管11的穿刺针针头111远离端插入外套管11内形成外套管11的中心管空置部114和中心管插入部115，中心管空置部114具有较强的弯曲能力，中心管13在外套管11内沿外套管11的轴线向前或向后运动过程中，中心管空置部114的可弯曲角度随中心管空置部114的长度增大而增大。当穿刺针10插入人体组织时，穿刺针针头111切开组织材料，在侧向力的作用下，中心管空置部114发生较大的侧向弯转，并在前进的过程中也将带动中心管插入部115发生同样的弯转，穿刺最终形成一个弯曲的轨迹。

为了使外套管实现各个方向的灵活弯转，一对凸起1121的中心点连线和一对凹槽1122的中心点连线相互垂直；一对凸起1121中每一个凸起1121的两个相对称的侧端面的延伸面的交线为弯转构节112的中心轴线。

为了增强凸起与凹槽的契合度，达到凸起1121与凹槽1122卡合后既不能脱节又不能使弯转关节失去自由弯转的效果，参考图4，凸起1121和凹槽1122展开的平面形状均设计为弧长大于半圆的圆弧面且大小相等。凸起1121与凹槽1122在厚度方向上的端面为弧面或斜面，凸起1121的外端弧面或斜面朝内倾斜，凹槽1122的内端弧面或斜面朝外倾斜。当凸起1121的外端面和凹槽1122的内端面均为弧面时，凸起1121和凹槽1122的端部弧面的切线与外套管11的中心轴垂直相交，凸起1121与凹槽1122通过端部弧面对接卡合形成的弯转关节为相邻外套管11之间的卡合管壁；当凸起1121的外端面和凹槽1122的内端面均为斜面时，凸起1121的外端朝内倾斜的斜面与凹槽1122的内端朝外倾斜的斜面正好卡合形成一体的弯转关节。如此，凸起1121和凹槽1122之间通过侧壁的形面接触，能够保证弯转构节112相互之间能传递沿其中心轴方向的力以及绕其中心轴方向的扭矩而不会脱节，能保证凸起1121和凹槽1122对接嵌合形成的弯转构节112能顺滑地弯转，使整个外套管11可以朝任意方向弯曲。

进一步地，凸起1121的底部与凹槽1122的顶部设计留缝隙，即卡合管壁中的凸起1121的底部与凹槽1122的顶部的嵌合处留有活动缝，使它们形成的弯转关节可以在一定范围内自由地弯转，当达到某个极限弯转角度时，缝隙闭合从而不能继续弯转。

为方便针尖插入并提供弯转的侧向力，针尖为斜坡面针尖，即针尖设计斜坡面。

优选地，中心管13采用镍钛超弹性合金材料，其杨氏模量约为60GPa，以实现较大范围的弹性形变。

参考图5，传动模组21包括传动电机、联轴器215、螺杆211、螺母212、螺母套213和导向杆214，

传动电机的输出轴通过联轴器215与螺杆211固定连接；

螺母212套设于螺杆211上；

螺母套213固定套设于螺母212上；

螺母套213上开设有导向孔，螺母套213通过该导向孔活动套设于导向杆214上；

中心管13与螺母套213固定连接。

具体地，传动电机安装于后支撑板225的外侧面，联轴器215设置于后支撑板225的内侧置于后支撑板225与中支撑板224之间。

进一步地，支撑框架22包括前支撑板222、导向杆固定板223、中支撑板224、后支撑板225和四根支撑杆216，中支撑板224上设有至少四个穿孔，四根支撑杆216的中部分别穿过且固定于中支撑板224的穿孔，四根支撑杆216的两端均分别垂直固定于前支撑板222和后支撑板225；

导向杆固定板223设置于前支撑板222和中支撑板224之间，导向杆固定板223上设置有导向孔，导向杆214的中部穿过导向杆固定板223的导向孔，导向杆214的两端垂直固定于前支撑板222和中支撑板224上；

中心管13从前至后依次穿过前支撑板222和导向杆固定板223与螺母套213固定连接。

参考图6，传动机构20还包括用于连接穿刺针10和传动机构20的连接头；连接头包括基座12、基座固定板221、弹性套件226、压紧盖套227和支架228，基座12固定于外套管11的穿刺针针头111远离端的端口，支架228的前端小、后端大，支架228的后端固定连接于前支撑板222，基座固定板221抵靠基座12的外端且固定于支架228前端的内部；压紧盖套227的前端小、后端大，压紧盖套227套在外套管11的外侧，且压紧盖套227后部侧面包围基座12且其前端抵靠基座12的外端，压紧盖套227的后端固定于支架228的前端；压紧盖套227与基座12之间设置有弹性套件226。

进一步地，基座12与螺母套213之间的中心管13的外侧套设有中心管导向套229，中心管导向套229的两端分别固定于基座固定板221和导向杆固定板223。

本发明公开的一种柔性穿刺针装置，包括有外套管和中心管双层结构，外层套管为多段刚性构节，其通过一种简单的垂直交错的弯转关节相连，可以实现朝向各个角度自由弯曲的同时保证自身能够传递轴向力和扭矩，内层为超弹性中心管，具有较大的弹性形变范围。本发明公开的柔性穿刺针利用穿刺过程中的侧向力实现穿刺针的被动弯转，改变外套管内部的中心管位置可实现穿刺针的弯转刚度调节。当中心管在外套管内的长度大时，穿刺针刚度较大，则弯转角度较小；当中心管在外套管内的长度小时，穿刺针刚度较小，则弯转角度较大。同时，轴向旋转穿刺针可以改变针头受到的侧向力方向，进而实现针体被动弯转。因此本发明能进行针体弯转实施针头角度调节。

此外，本发明配置有传动机构，且传动机构与柔性穿刺针固定联接，柔性穿刺针可随传动机构旋转且整体进给，传动机构可以驱动柔性穿孔针内的中心管在其内部向前或向后运动，以使柔性穿刺针的刚度随中心管在外套管内的长度的变化而变化。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种柔性穿刺针装置，其特征在于，所述柔性穿刺针包括穿刺针（10），

所述穿刺针（10）包括外套管（11）和中心管（13），

所述外套管（11）包括穿刺针针头（111）和多个弯转构节（112），

所述穿刺针针头（111）前端设置有针尖，所述穿刺针针头（111）后端设置有一对凹槽（1122）或一对凸起（1121），所述弯转构节（112）的两端分别设置有一对凸起（1121）和一对凹槽（1122）；

所述弯转构节（112）的一端的一对凸起（1121）或一对凹槽（1122）卡合于所述穿刺针针头（111）后端的一对凹槽（1122）或一对凸起（1121）形成针头弯转关节，两个相邻的所述弯转构节（112）通过所述凸起（1121）与所述凹槽（1122）相互卡合形成一个弯转关节，所述针头弯转关节与多个所述弯转关节从头至尾依次相互卡合形成一个尖端设有所述穿刺针针头（111）且管身能轴向转弯的外套管（11）；

所述中心管（13）从所述外套管（11）的穿刺针针头（111）远离端插入所述外套管（11）内形成所述外套管（11）的中心管空置部（114）和中心管插入部（115），

所述中心管空置部（114）能弯曲，所述中心管（13）在所述外套管（11）内沿外套管（11）的轴线向前或向后运动过程中，所述中心管空置部（114）的弯曲角度随所述中心管空置部（114）的长度变化而变化。

2.如权利要求1所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述凸起（1121）和所述凹槽（1122）展开的平面形状均为弧长大于半圆的圆弧面且大小相等。

3.如权利要求1所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述凸起（1121）与所述凹槽（1122）的端面为弧面或斜面，所述凸起（1121）与所述凹槽（1122）通过端部的弧面或斜面对接卡合形成相邻所述弯转构节（112）。

4.如权利要求1所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述凸起（1121）的底部与所述凹槽（1122）的顶部的嵌合处留有活动缝。

5.如权利要求1所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

一对所述凸起（1121）的中心点连线和一对所述凹槽（1122）的中心点连线相互垂直；

所述一对凸起（1121）中每一个凸起（1121）的两个相对称的侧端面的延伸面的交线为所述弯转构节（112）的中心轴线。

6.如权利要求1所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述针尖为斜坡面针尖。

7.如权利要求1所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述柔性穿刺针还包括传动机构（20），所述传动机构（20）内置有传动模组（21），

所述传动模组（21）包括传动电机、联轴器（215）、螺杆（211）、螺母（212）、螺母套（213）和导向杆（214），

所述传动电机的输出轴通过所述联轴器（215）与所述螺杆（211）固定连接；

所述螺母（212）套设于所述螺杆（211）上；

所述螺母套（213）固定套设于所述螺母（212）上；

所述螺母套（213）上开设有导向孔，所述螺母套（213）通过该导向孔活动套设于所述导向杆（214）上；

所述中心管（13）与所述螺母套（213）固定连接。

8.如权利要求7所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述传动机构（20）还包括支撑框架（22），

所述支撑框架（22）包括前支撑板（222）、导向杆固定板（223）、中支撑板（224）、后支撑板（225）和四根支撑杆（216），所述中支撑板（224）上设有至少四个穿孔，四根所述支撑杆（216）的中部分别穿过且固定于所述中支撑板（224）的穿孔，四根所述支撑杆（216）的两端均分别垂直固定于所述前支撑板（222）和所述后支撑板（225）；

所述导向杆固定板（223）设置于所述前支撑板（222）和所述中支撑板（224）之间，所述导向杆固定板（223）上设置有导向孔，所述导向杆（214）的中部穿过所述导向杆固定板（223）的导向孔，所述导向杆（214）的两端垂直固定于所述前支撑板（222）和所述中支撑板（224）上；

所述中心管（13）从前至后依次穿过所述前支撑板（222）和所述导向杆固定板（223）与所述螺母套（213）固定连接。

9.如权利要求8所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述传动机构（20）还包括用于连接所述穿刺针（10）和所述传动机构（20）的连接头；

所述连接头包括基座（12）、基座固定板（221）、弹性套件（226）、压紧盖套（227）和支架（228），

所述基座（12）固定于所述外套管（11）的穿刺针针头（111）远离端的端口，

所述支架（228）的前端小、后端大，所述支架（228）的后端固定连接于所述前支撑板（222），所述基座固定板（221）抵靠所述基座（12）的外端且固定于所述支架（228）前端的内部；

所述压紧盖套（227）的前端小、后端大，所述压紧盖套（227）套在所述外套管（11）的外侧，且所述压紧盖套（227）后部侧面包围所述基座（12）且其前端抵靠所述基座（12）的外端，所述压紧盖套（227）的后端固定于所述支架（228）的前端；

所述压紧盖套（227）与所述基座（12）之间设置有弹性套件（226）。

10.如权利要求9所述的柔性穿刺针装置，其特征在于，

所述基座（12）与所述螺母套（213）之间的所述中心管（13）的外侧套设有中心管导向套（229），所述中心管导向套（229）的两端分别固定于所述基座固定板（221）和所述导向杆固定板（223）。

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