CN110464481B - 具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪及锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪及锁定方法，脑外科立体定向仪包括：多个机械臂，相邻两个机械臂通过电磁转轴和电磁轴承连接；线圈，设置在电磁转轴上；锁定按钮，按下锁定按钮后，机械臂锁定；多个手动锁定组件，分别设置于电磁转轴的端部，包括箱体、旋杆、与旋杆连接的楔形滑块、压块和与压块连接的第一压缩弹簧，楔形滑块在旋杆带动下而远离压块后，压块压设而锁定电磁转轴；楔形滑块在旋杆带动下分离压块和电磁转轴后，电磁转轴可绕电磁轴承转动。如此设置，可以实现脑外科立体定向仪的双重锁定，结构简单，操作方便，省事省力，成本低。

Description

具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪及锁定方法

技术领域

本发明涉及医学设备技术领域，尤其涉及一种具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪及锁定方法。

背景技术

随着脑外科手术系统的不断发展，目前的脑外科手术系统能够将手术规划系统、导航系统与立体定向微侵袭技术完美地结合在一起，拓宽了应用范围、提高了手术安全性、减轻了病人痛苦。

以CRAS机器人脑外科手术系统为例，机器人脑立体定向利用影像学定位(CT、MRI或DSA)和立体定向仪引导进行病灶靶点定位，将生物针、微电极等显微器械植入脑内特定靶点，通过记录电生理、留取组织标本、产生毁损灶、去除病变等方法，诊断和治疗中枢神经系统的各种病症。

但是，目前的立体定向仪通常采用单一的液压锁定方式，当液压系统发生故障时，立体定向仪无法正常锁定，使发生医疗事故的风险较大。

发明内容

本发明公开一种具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪及锁定方法，用于解决现有的立体定向仪通常采用单一的液压锁定方式而导致容易发生医疗事故的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

提供一种具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，包括：

依次转动连接的多个机械臂，相邻两个所述机械臂通过电磁转轴和电磁轴承连接；

线圈，所述线圈设置在所述电磁转轴上；

锁定按钮，所述锁定按钮用于控制所述线圈的通断电，按下所述锁定按钮后，所述线圈通电，所述电磁转轴和所述电磁轴承吸附锁定，从而使所述机械臂锁定；

多个手动锁定组件，各所述手动锁定组件分别设置于所述电磁转轴的端部，各所述手动锁定组件包括箱体、可转动设置在所述箱体中且外露的旋杆、与所述旋杆连接的楔形滑块、与所述楔形滑块配合的压块和固定在所述箱体上且与所述压块连接的第一压缩弹簧，其中，所述楔形滑块在所述旋杆带动下而远离所述压块后，所述压块在所述第一压缩弹簧的压力下压设而锁定所述电磁转轴；所述楔形滑块在所述旋杆带动下分离所述压块和所述电磁转轴后，所述电磁转轴可绕所述电磁轴承转动。

可选的，各所述手动锁定组件还包括设置在所述旋杆和所述楔形滑块之间的第二压缩弹簧，各所述压块为电磁压块，

其中，所述电磁转轴未产生吸力时，所述第二压缩弹簧的弹力大于所述第一压缩弹簧的弹力，所述楔形滑块分离所述压块和所述电磁转轴；

所述电磁转轴产生吸力后，所述压块在所述电磁转轴的吸力下与所述电磁转轴吸合而锁定所述电磁转轴。

可选的，所述压块包括与所述楔形滑块贴合的斜面和沿所述电磁转轴延伸的平面，所述斜面与所述楔形滑块常接触，所述平面用于与所述电磁转轴压接。

可选的，所述第一压缩弹簧沿垂直所述电磁转轴的方向延伸，所述第二压缩弹簧沿平行于所述电磁转轴的方向延伸，所述压块沿垂直所述电磁转轴轴线方向移动，所述楔形滑块沿平行所述电磁转轴轴线方向移动。

可选的，各所述手动锁定组件还包括套设在所述第一压缩弹簧内的支撑杆，所述支撑杆与所述箱体固定连接。

可选的，所述压块设有通孔，所述支撑杆延伸至所述通孔中。

可选的，所述脑外科立体定向仪还包括底座和可转动式设置在所述底座上的转向盘，所述转向盘通过所述电磁转轴和所述电磁轴承与所述底座连接，位于一端的所述机械臂通过所述电磁转轴和所述电磁轴承与所述转向盘连接，各所述电磁转轴上均设有所述手动锁定组件。

可选的，所述电磁转轴的相对两侧和相对两端均设有所述压块和所述楔形滑块，位于所述电磁转轴相对两侧的所述楔形滑块通过连接板与同一所述旋杆连接。

可选的，所述手动锁定装置还包括可转动式穿设在所述连接板的丝杆，所述丝杆的一端通过轴承与所述箱体连接，所述丝杆的另一端设有偏心轮，所述偏心轮在所述电磁转轴处于锁紧状态时与所述电磁转轴锁定。

本发明的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪的锁定方法，包括：

按下锁定按钮，电磁转轴和电磁轴承吸附锁定，相邻两个机械臂锁定；

手动旋转旋杆，压块在第一压缩弹簧的压力下压设而锁定所述电磁转轴。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在该脑外科立体定向仪中，能够由锁定按钮和旋杆实现机械臂的双重锁定。在使用过程中，可以由电磁轴承和压块同时锁定电磁转轴，提高电磁转轴的锁定牢固性，也可以优先选用电磁轴承锁定电磁转轴，当电磁轴承不能锁定电磁转轴(例如市电断电情况下)时，可以由压块锁定电磁转轴。通过上述方式锁定机械臂，结构简单，操作方便，锁定方式灵活，提高脑外科立体定向仪的使用安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例公开的脑外科立体定向仪的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的机械臂处于未锁定状态时手动锁定装置的状态结构示意图；

图3为本发明实施例公开的机械臂处于锁定状态时手动锁定装置的状态结构示意图；

图4为图3的局部放大示意图。

其中，附图1-4包括下述附图标记：

机械臂-1；线圈-2；手动锁定组件-3；电磁转轴-4；电磁轴承-5；底座-6；转向盘-7；丝杆-8；第一机械臂-11；第二机械臂-12；第三机械臂-13；箱体-31；旋杆-32；楔形滑块-33；压块-34；第一压缩弹簧-35；第二压缩弹簧-36；支撑杆-37；连接板-38；支撑辅助杆-39；通孔-341；偏心轮-81；轴承-82。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

如图1-图3所示，本发明的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪包括机械臂1、线圈2、锁定按钮和手动锁定组件3。机械臂1设有多个，多个机械臂1通过电磁转轴4和电磁轴承5依次连接，由机械臂1完成所需动作。线圈2套设在电磁转轴4上，各电磁转轴4上均套设有线圈2。锁定按钮用于控制线圈2的通断电，当按下锁定按钮后，线圈2通电而有电流流过，此时电磁转轴4和电磁轴承5产生相互吸附的磁力，使电磁转轴4和电磁轴承5相互吸附锁定，进而使相连接的两个机械臂1锁定。

手动锁定组件3分别设置在各电磁转轴4的端部，手动锁定组件3包括箱体31、旋杆32、楔形滑块33、压块34和第一压缩弹簧35。旋杆32设置在箱体31上，一端位于箱体31内而另一端位于箱体31外。楔形滑块33位于箱体31内，与旋杆32连接。压块34通过第一压缩弹簧35与箱体31连接且与楔形滑块33相配合。当不需要锁定机械臂1时，楔形滑块33位于压块34和电磁转轴4之间，由楔形滑块33分隔压块34和电磁转轴4，此时电磁转轴4能够绕电磁轴承5转动。当需要锁定机械臂1上，旋转旋杆32，使楔形滑块33朝向远离压块34的方向移动，压块34在第一压缩弹簧35的作用下朝向靠近电磁转轴4的方向移动，直至压块34压设且锁定电磁转轴4后，停止移动旋杆32。此时，电磁转轴4在压块34的压力下不能绕电磁轴承5转动，使机械臂1处于锁定状态。

在该脑外科立体定向仪中，能够由锁定按钮和旋杆32实现机械臂1的双重锁定。在使用过程中，可以由电磁轴承5和压块34同时锁定电磁转轴4，提高电磁转轴4的锁定牢固性，也可以优先选用电磁轴承5锁定电磁转轴4，当电磁轴承5不能锁定电磁转轴4(例如市电断电情况下)时，可以由压块34锁定电磁转轴4。通过上述方式锁定机械臂1，结构简单，操作方便，锁定方式灵活，提高脑外科立体定向仪的使用安全性。

以下设有三个机械臂1的脑外科立体定向仪为例，详细介绍各部分的构造。

该脑外科立体定向仪包括底座6、设置在底座6上的转向盘7、与转向盘7连接的第一机械臂11、与第一机械臂11连接的第二机械臂12和与第二机械臂12连接的第三机械臂13，由转向盘7实现机械臂1整体在水平方向的转动。转向盘7可以由液压驱动等，转向盘7通过电磁转轴4和电磁轴承5与底座6可转动连接，电磁轴承5安装在底座6上，电磁转轴4与转向盘7固定连接，电磁转轴4的轴线垂直转向盘7且电磁转轴4凸出于转向盘7。

第一机械臂11通过电磁转轴4和电磁轴承5与转向盘7可转动连接，电磁轴承5固定在转向盘7上，电磁转轴4固定在第一机械臂11上，电磁转轴4轴线垂直第一机械臂11而平行于转向盘7，且电磁转轴4的两端凸出于第一机械臂11。第一机械臂11能够在水平方向转动，还能够通过电磁转轴4相对转向盘7转动。

第二机械臂12通过电磁转轴4和电磁轴承5与第一机械臂11可转动连接，电磁轴承5固定在第一机械臂11上，电磁转轴4固定在第二机械臂12上，电磁转轴4轴线同时垂直第一机械臂11和第二机械臂12，并且电磁转轴4的两端凸出于第二机械臂12。

第三机械臂13通过电磁转轴4和电磁轴承5与第二机械臂12可转动连接，电磁轴承5固定在第二机械臂12上，电磁转轴4固定在第三机械臂13上，电磁转轴4轴线同时垂直第三机械臂13的连接部位和第二机械臂12，第三机械臂13的连接部位为第三机械臂13与第二机械臂12连接的部位，且电磁转轴4的两端凸出于第三机械臂13。

各个电磁转轴4上均设有手动锁定组件3。与转向盘7连接的电磁转轴4的自由端设有手动锁定组件3，该手动锁定组件3的箱体31固定在底座6上。其它电磁转轴4的两端分别设有手动锁定组件3，该些手动锁定组件3的箱体31与相应的机械臂1固定连接。

每个箱体31中设有至少两个压块34，至少两个压块34沿电磁转轴4的周向等间距排布，例如当设置两个压块34时，两个压块34位于电磁转轴4的相对两侧。各压块34在朝向电磁转轴4的一面包括与电磁转轴4轴线相对倾斜的斜面和与电磁转轴4轴线相对平行的平面，斜面用于与楔形滑块33的斜面配合，平面用于与电磁转轴4压接，提高电磁转轴4的锁定牢固性。

各个压块34分别与一个第一压缩弹簧35连接，第一压缩弹簧35设置在压块34和箱体31之间。第一压缩弹簧35的延伸方向(即压缩受力方向)垂直于电磁转轴4轴线，即压块34分隔电磁转轴4和第一压缩弹簧35。压块34在第一压缩弹簧35带动下沿垂直电磁转轴4轴线方向移动。

各箱体31中可以设有与箱体31固定连接的支撑杆37，支撑杆37数量与第一压缩弹簧35数量相同，各第一压缩弹簧35内部分别套设有一个支撑杆37。此时，压块34的中部设置通孔341，支撑杆37伸入通孔341中，当压块34与电磁转轴4压接时，支撑杆37仍位于压块34通孔341中。这样，可以由支撑杆37支撑压块34和第一压缩弹簧35，防止第一压缩弹簧35弯折，提高压块34的压接牢固性。

各个压块34也分别对应设置一个楔形滑块33，楔形滑块33在朝向压块34的一面为斜面。楔形滑块33斜面的长度(沿电磁转轴4轴线方向的尺寸)较长，楔形滑块33斜面与压块34斜面常接触，即楔形滑块33斜面与压块34斜面始终接触，当压块34压接在电磁转轴4后，楔形滑块33斜面仍与压块34斜面接触，以方便由楔形滑块33推动压块34。

相对于压块34，楔形滑块33较为靠近电磁转轴4的端部。旋杆32设置在楔形滑块33靠外一侧，旋杆32的轴线平行于电磁转轴4轴线，楔形滑块33沿平行电磁转轴4轴线方向移动。在各箱体31中可以设置一个旋杆32，各楔形滑块33共同使用一个旋杆32，此时手动锁定组件3还包括连接楔形滑块33和旋杆32的连接板38，各楔形滑块33同时与一个连接板38固定连接，旋杆32设置在连接板38上。

另外，各手动锁定组件3还可以包括第二压缩弹簧36，第二压缩弹簧36设置在连接板38和楔形滑块33之间，第二压缩弹簧36的延伸方向平行于电磁转轴4轴线，第二压缩弹簧36中可以套设有支撑辅助杆39，防止第二压缩弹簧36弯折。同一箱体31中，各楔形滑块33分别与不同的第二压缩弹簧36连接，各第二压缩弹簧36均与同一连接板38连接。

此时，压块34为电磁压块34，各个电磁转轴4上分别套设有线圈2，线圈2位于箱体31中，从电磁轴承5延伸至靠近压块34，在线圈2通电后，压块34能够产生吸引电磁转轴4的磁吸力，以提高电磁轴承5与电磁转轴4的吸力以及提高电磁转轴4与压块34的吸力。各电磁转轴4上的线圈2依次相连，由同一个锁定按钮控制各线圈2的通断电。锁定按钮可以固定在底座6上。当按下锁定按钮后，线圈2通电。当锁定按钮未被按下时，线圈2断电。

在机械臂1处于未锁定状态时，第二压缩弹簧36的弹力大于第一压缩弹簧35的弹力，楔形滑块33在第二压缩弹簧36的弹力下间隔开压块34和电磁转轴4，使电磁转轴4能够转动。当机械臂1切换为锁定状态时，电磁转轴4产生吸力，压块34受到的电磁转轴4吸力和第一压缩弹簧35的弹力之和大于第二压缩弹簧36的弹力，楔形滑块33受压块34挤压朝向远离压块34的方向移动，压块34朝向电磁转轴4移动，直至压块34压接在电磁转轴4上，此时电磁转轴4受压块34的压力影响而处于锁定状态。

当市电断电，需要锁紧机械臂1时，朝外旋动旋杆32，第二压缩弹簧36的弹力小于第一压缩弹簧35的弹力，楔形滑块33受压块34挤压朝向远离压块34的方向移动，压块34朝向电磁转轴4移动，直至压块34压接在电磁转轴4上，此时电磁转轴4受压块34的压力影响而处于锁定状态。

另外，如图4所示，手动锁定组件3还包括穿设连接板38的丝杆8，丝杆8的一端通过轴承82与箱体31连接，丝杆8的另一端设有偏心轮81，丝杆8通过螺纹与可转动连接板38连接。当机械臂1处于未锁定状态时，偏心轮81与电磁转轴4之间留有间隙。当需要手动锁紧机械臂1而旋转旋杆32时，连接板38在沿电磁转轴4轴线直线移动过程中，带动丝杆8转动，偏心轮81在丝杆8带动下转动，当旋杆32旋转到位时，偏心轮81与电磁转轴4压紧，由偏心轮81实现电磁转轴4的辅助锁定，提高电磁转轴4的锁定牢固性。在电磁转轴4的两侧可以分别设有丝杆8和偏心轮81，两个丝杆8的转向相反，以在电磁转轴4正转和反转时均由偏心轮81锁紧电磁转轴4。

在该脑外科立体定向仪中，当能够通过按压锁定按钮来锁紧机械臂1时，不用旋动旋杆32即可实现由电磁轴承5和压块34同时锁紧电磁转轴4，从而锁紧机械臂1；而仅当不能通电时，可以旋动旋杆32，由压块34和偏心轮81锁紧电磁转轴4，从而锁紧机械臂1。如此设置，提高机械臂1在各种情况下的锁紧力，操作方便，省事省力，成本低；手动锁定组件3的结构紧凑、重量较轻，减少机械臂1在运动时的惯性，以提高机械臂1的运动精度。

在其它的实施例中，可以不设置第二压缩弹簧36，旋杆32直接通过连接板38与楔形滑块33固定连接等。

本发明还提供一种具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪的锁定方法，包括步骤：按下锁定按钮，电磁转轴4和电磁轴承5吸附锁定，相邻两个机械臂1锁定；手动旋转旋杆32，压块34在第一压缩弹簧35的压力下压设而锁定所述电磁转轴4。在该方法中，能够由锁定按钮和旋杆32实现机械臂1的双重锁定。在使用过程中，可以由电磁轴承5和压块34同时锁定电磁转轴4，提高电磁转轴4的锁定牢固性，也可以优先选用电磁轴承5锁定电磁转轴4，当电磁轴承5不能锁定电磁转轴4(例如市电断电情况下)时，可以由压块34锁定电磁转轴4。通过上述方式锁定机械臂1，结构简单，操作方便，锁定方式灵活，提高脑外科立体定向仪的使用安全性。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，包括：

依次转动连接的多个机械臂，相邻两个所述机械臂通过电磁转轴和电磁轴承连接；

线圈，所述线圈设置在所述电磁转轴上；

锁定按钮，所述锁定按钮用于控制所述线圈的通断电，按下所述锁定按钮后，所述线圈通电，所述电磁转轴和所述电磁轴承吸附锁定，从而使所述机械臂锁定；

多个手动锁定组件，各所述手动锁定组件分别设置于所述电磁转轴的端部，各所述手动锁定组件包括箱体、可转动设置在所述箱体中且外露的旋杆、与所述旋杆连接的楔形滑块、与所述楔形滑块配合的压块和固定在所述箱体上且与所述压块连接的第一压缩弹簧，其中，所述楔形滑块在所述旋杆带动下而远离所述压块后，所述压块在所述第一压缩弹簧的压力下压设而锁定所述电磁转轴；所述楔形滑块在所述旋杆带动下分离所述压块和所述电磁转轴后，所述电磁转轴可绕所述电磁轴承转动。

2.根据权利要求1所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，各所述手动锁定组件还包括设置在所述旋杆和所述楔形滑块之间的第二压缩弹簧，各所述压块为电磁压块，

其中，所述电磁转轴未产生吸力时，所述第二压缩弹簧的弹力大于所述第一压缩弹簧的弹力，所述楔形滑块分离所述压块和所述电磁转轴；

所述电磁转轴产生吸力后，所述压块在所述电磁转轴的吸力下与所述电磁转轴吸合而锁定所述电磁转轴。

3.根据权利要求2所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，所述压块包括与所述楔形滑块贴合的斜面和沿所述电磁转轴延伸的平面，所述斜面与所述楔形滑块常接触，所述平面用于与所述电磁转轴压接。

4.根据权利要求2所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，所述第一压缩弹簧沿垂直所述电磁转轴的方向延伸，所述第二压缩弹簧沿平行于所述电磁转轴的方向延伸，所述压块沿垂直所述电磁转轴轴线方向移动，所述楔形滑块沿平行所述电磁转轴轴线方向移动。

5.根据权利要求4所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，各所述手动锁定组件还包括套设在所述第一压缩弹簧内的支撑杆，所述支撑杆与所述箱体固定连接。

6.根据权利要求5所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，所述压块设有通孔，所述支撑杆延伸至所述通孔中。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，所述脑外科立体定向仪还包括底座和可转动式设置在所述底座上的转向盘，所述转向盘通过所述电磁转轴和所述电磁轴承与所述底座连接，位于一端的所述机械臂通过所述电磁转轴和所述电磁轴承与所述转向盘连接，各所述电磁转轴上均设有所述手动锁定组件。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，所述电磁转轴的相对两侧和相对两端均设有所述压块和所述楔形滑块，位于所述电磁转轴相对两侧的所述楔形滑块通过连接板与同一所述旋杆连接。

9.根据权利要求8所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪，其特征在于，所述手动锁定装置还包括可转动式穿设在所述连接板的丝杆，所述丝杆的一端通过轴承与所述箱体连接，所述丝杆的另一端设有偏心轮，所述偏心轮在所述电磁转轴处于锁紧状态时与所述电磁转轴锁定。

10.基于权利要求1所述的具有双重锁定功能的脑外科立体定向仪的锁定方法，其特征在于，包括：

按下锁定按钮，电磁转轴和电磁轴承吸附锁定，相邻两个机械臂锁定；

手动旋转旋杆，压块在第一压缩弹簧的压力下压设而锁定所述电磁转轴。

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