CN113244519B - 一种持针进针穿刺装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种持针进针穿刺装置，包括支架，转动安装在支架上的行程管，行程管外侧壁上固定安装有从动齿轮，支架上还可安装有驱动行程管转动的伺服电机，所述行程管任一端头可拆卸密闭连接有接头，另一端头设置有用于容纳穿刺针的通孔，行程管的内沿轴向滑动设置有活塞，所述活塞与行程管同步转动，活塞靠近通孔一端端面上具有用于可拆卸连接穿刺针的连接部，所述接头上密闭转动设置有与行程管连通的管路，所述管路的另一端与压力控制装置连接。本发明利用行程管的旋转和压力驱动实现穿刺针的转动和轴向移动实现分离，能够独立控制轴向进给量和旋转的转速，从而能够针对不同的骨性组织实现不同压力的调节，达到进给量的调节目的。

Description

一种持针进针穿刺装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及机械臂持针自动穿刺器械技术领域，具体涉及一种持针进针穿刺装置。

背景技术

肿瘤是当今全球范围内医疗技术面临的一大难题，据国际癌症研究机构（IARC）发布的近年来全球每年新增癌症患者近2000万，因为肿瘤导致死亡的近1000万人。现有医疗技术中虽然肿瘤的有效治疗手段有多种，但是基于肿瘤早起往往没有任何症状，从而导致难以做到早发现，早治疗，因此，譬如通过手术切除达到痊愈的方式并不适用于大部分肿瘤患者；剩下的治疗方法通常就是放化疗和靶向治疗，其中靶向治疗是所有肿瘤治疗中最为有效的一种，但基于其对肿瘤的情况有严格要求，以及靶向药物的昂贵也使得大部分患者不会采用或者不能采用。从而使得放化疗成为了肿瘤治疗手段中最为普遍和有效的治疗手段。放化疗对于癌细胞虽然有着明显的抑制甚至杀死作用，但同样的对健康细胞亦产生致命伤害，所以基于放化疗的原因，其不可避免的会给患者带来极大的副作用。随着科学技术的不断提升，现在临床已经广泛的运用精准放射手段，其利用微小的放射性粒子对具备区域进行针对性的放射，以达到杀死肿瘤中的癌细胞，同时又实现健康器官细胞不受放射影像的技术效果。

在现有技术中，植入放射性粒子最为精准的方式是采用自动穿刺设备进行，如本申请人于2019年发明完成，公告号为CN110755142B的发明专利提供的采用三向激光定位实现空间多点定位的控制系统实现，但截至目前在进行最终穿刺时，依然离不开医生的介入需要医生徒手穿刺，只是在该引导系统下能够将每一根穿刺针沿着手术计划的预设针道进行穿刺，保证穿刺的精准性。但这种方式在特殊情况下存在弊端，即当肿瘤所处区域在骨质性部位包裹的情况下，穿刺针道将无法完全避开，从而必须要进行穿骨穿刺植入时，徒手穿刺的方案将无法执行。

发明内容

为了解决现有技术中存在的本骨性组织包围的瘤体无法进行徒手穿刺植入放射性粒子的技术难题，本申请提供一种持针进针穿刺装置，用于解决背景技术中提及的处于骨性组织包裹或者半包裹的肿瘤组织无法实现穿刺的技术问题。由于肿瘤的生长部位具有不特定性，譬如靠近肋骨根部的肺癌患者，在进行穿刺计划的过程中，计划针道要想将肿瘤全部置于放射性粒子有效放射范围内，同时又能够将所有骨性组织全部避开几乎无法做到。鉴于这种技术难题，解决的方案通常有两个：

方案一：放弃被遮挡针道的计划，保留肿瘤放射盲区，待首次手术完结后，后期再进行二次植入。这种方案的优点是植入不会受到阻碍，但存在明显弊端，就是在放射的过程中，由于存在放射盲区可能引起肿瘤细胞的转移，同时二次手术会给患者带来极大的痛苦；无论何种影响对于患者而言都是明显不利的。

方案二：利用骨钻进行穿骨，但是由于骨钻对骨性组织的创面大，而且在进行操作时由医生手工操作存在伤及周边健康器官的潜在风险。

为了解决这一难题，结合申请人在先发明的采用三向激光定位实现空间多点定位的控制系统，配合本发明的持针进针穿刺装置，能够精准的沿着既定手术计划针道执行骨性组织穿刺，且在进针方向有精准的流体压力控制，能够实现单位进针量的精准控制，实现骨性硬度和进针量的自适应。

由于进针量与骨性组织硬度之间能够实现自适应是本发明的技术亮点，在对本发明进行详细技术说明之前，申请人针对钻骨自适应技术进行如下说明。

骨性组织一般分为软骨和硬骨，针对软骨而言，由于其密度相对硬骨更低，硬度也更低，在进行穿刺时，能够比较轻松的穿过；但针对硬骨而言，如肋骨，通过直接的外力穿刺是无法实现精准穿刺的，甚至还会严重伤及周边健康器官。在穿刺时往往利用骨钻的旋转对骨性组织实现逐步的切削工作，其原理如同钻头进行钻孔一样。如此，既可以满足同轴度的要求，还能够实现硬骨的穿刺；但其中也存在技术难点，即轴向的进针量是有轴向压力决定的，在进行硬骨穿刺过程中，利用线性进针的控制方式，无论结构如何设置，都是不适用的。例如，采用螺旋式伺服进给，进给量与旋转的转速成正比，但实际情况无论转速多少，在进行硬骨穿刺时，进给量都会远远超过实际的穿刺量，甚至导致穿刺针针头歪斜变形；因此，上述方式配合诸如自动穿刺定位系统是完全不适应的。为了解决这一技术难题，那么则需要一种能够根据被穿刺的骨性组织的硬度而设计的结构，轴向的进针量与穿刺针的旋转完全分离，同时，当骨性组织被刺穿的一瞬间，穿刺针不能保持向前穿刺的惯性，否者将会导致硬骨周边的健康脏器收到损伤。为此，申请人研发团队为了同时攻克上述自适应进针和穿刺后的瞬间收针，消除惯性的技术问题提供了本发明所述技术方案。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种持针进针穿刺装置，包括支架，转动安装在支架上中空设置的行程管，所述行程管外侧壁上固定安装有从动齿轮，所述支架上还可拆卸固定安装有伺服电机，所述伺服电机输出轴固连有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮驱动连接；所述行程管任一端头可拆卸密闭连接有接头，另一端头设置有用于容纳穿刺针的通孔，行程管的内部沿轴向滑动设置有活塞，所述活塞与行程管同步转动，所述活塞靠近所述通孔一端端面上具有用于可拆卸连接穿刺针的连接部，所述接头上密闭转动设置有与行程管连通的管路，所述管路的另一端与压力控制装置连接。

作为行程管的优选设计方案，所述行程管内截面呈圆形，圆周内壁上沿轴向一体连接设置有多个等圆心角分布的同步筋，所述活塞上对应设置有与所述同步筋表面密闭接触的密封槽。

作为行程管的另一优选设计方案，所述行程管内截面呈三角形或多边形，所述活塞的形状与所述行程管相适应。上述两种行程管的设计方案中只要能够满足内壁密闭、光滑，通过横截面的非回转结构设计能够在旋转的同时带动内部活塞一并转动均应理解为在本申请的发明构思内，由于非回转结构设计的方案存在无数种，无法穷尽，在此不做详述。

为了满足旋转密闭的要求，优选地，所述接头内转动设置有球体，所述球体与所述接头接触密封，所述球体上设置有流道，所述流道与所述管路密闭连通。

为了满足穿刺针的进针行程足够大，结构布局足够紧凑，以提高穿刺手术执行空间的开敞性，优选地，所述支架采用U型设置，支架的两端头上均安装有相互平行设置的轴承，所述轴承内圈固定所述行程管的两端。

进一步地，还包括外壳体，所述外壳体包裹所述行程管并与所述支架固定连接；所述支架远离所述行程管的一侧可拆卸连接有安装座。所述主动齿轮与从动齿轮之间的减速比不低于50:1。本申请主要针对骨性组织的穿刺而言，由于现有穿刺针的头部并非为骨性组织穿刺而设计，因此，过高的转速会导致穿刺针在接触骨性骨质表面时容易出现打点偏斜，从而无法稳定的将穿刺点定位在预设的针道上，然而由于骨性组织本身的高硬度特性，一旦出现打点偏斜，在后续的穿刺过程中将难以修正。

为了方便安装现有的穿刺针，优选地，所述活塞上一体连接有用于安装针帽的凸台，所述针帽固定连接有穿刺针。

有益效果：

本发明利用行程管的旋转和压力驱动实现穿刺针的转动和轴向移动实现分离，能够独立控制轴向进给量和旋转的转速，从而能够针对不同的骨性组织实现不同压力的调节，达到进给量的调节目的；进一步地，由于采用液态流体供压，随着进给量的变大，压力会随之消失，从而实现无惯性穿刺，能够有效避免穿刺针在突破骨性组织瞬间，穿刺针刺破周边脏器的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的立体结构轴测图；

图2是图1的主视图；

图3是图1去除外壳体的立体轴测图；

图4是图3的主视图；

图5是图4沿剖切符号A-A的剖视图；

图6是图5中C区结构放大图；

图7是图5中D区结构放大图；

图8是图4中沿剖切符号B-B的剖视图。

图中：1-安装座；2-外壳体；3-管路；4-穿刺针；5-支架；6-轴承；7-从动齿轮；8-伺服电机；9-接头；10-主动齿轮；11-球体；12-行程管；13-活塞；14-针帽；15-同步筋；16-密封槽。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

结合说明书附图1-图8所示出的一种持针进针穿刺装置，该装置可安装于自动定位机械臂的末端，如公告号为CN110755142B的发明专利提供的采用三向激光定位实现空间多点定位的控制系统中的激光安装处，利用现有的定位机构实现定位后，在通过本实施例提供的持针进针穿刺装置实现穿刺动作，具体包括支架5，转动安装在支架5上中空设置的行程管12，所述行程管12外侧壁上固定安装有从动齿轮7，所述支架5上还可拆卸固定安装有伺服电机8，所述伺服电机8输出轴固连有主动齿轮10，所述主动齿轮10与从动齿轮7驱动连接；所述行程管12任一端头可拆卸密闭连接有接头9，另一端头设置有用于容纳穿刺针的通孔，行程管12的内部沿轴向滑动设置有活塞13，所述活塞13与行程管12同步转动，所述活塞13靠近所述通孔一端端面上具有用于可拆卸连接穿刺针的连接部，所述接头9上密闭转动设置有与行程管12连通的管路3，所述管路3的另一端与压力控制装置连接。所述压力控制装置是采用现有的小型精准液压控制源，通过密闭的压力管与所述管路3密闭连通为行程管12内部提供恒压。当行程管12内充满某一恒压P时，活塞13收到压力作用将推动穿刺针向前移动，穿刺针的自由端触碰到骨性组织被阻挡时就会存在一个内应力，此时伺服电机8驱动行程管12转动，行程管12带动活塞13转动，从最终驱动穿刺针转动，进行钻骨。

本实施例中，所述行程管12内截面呈圆形，圆周内壁上沿轴向一体连接设置有多个等圆心角分布的同步筋15，所述活塞13上对应设置有与所述同步筋15表面密闭接触的密封槽16。采用上述同步筋15的方式不可采用单个，必须要采用均等或者对称分布设置，这样受理才会更加的均匀，避免活塞13局部受力变形而降低活塞13与行程管12内壁之间的滑动接触密封效果。

为了满足旋转密闭的要求，优选地，所述接头9内转动设置有球体11，所述球体11与所述接头9接触密封，所述球体11上设置有流道，所述流道与所述管路3密闭连通。采用球体11与接头9实现接触密封的有益效果是能够满足压力、密封的同时，还能够满足接头9和球体11之间的相对转动。本实施例中球体11选用不锈钢材质，接头9与球体11接触表面采用硅橡胶材质。作为优选结构设计，所述接头9采用上下两部分进行对合连接设置，同时，还可以辅以紧固件连接，以实现接头9与球体11之间的压紧力。由于伺服电机8上的主动齿轮10与从动齿轮7减速比高达50:1，因此球体11与接头9之间的抵靠接触产生的摩擦力并不会影响到伺服电机8的驱动。当然，在本实施例的技术启示下，亦可以采用其他耐磨密封材料制作，且能够满足滑动或者滚动密封的方式有多种，本实施例中就不做一一列举。

为了满足穿刺针的进针行程足够大，结构布局足够紧凑，以提高穿刺手术执行空间的开敞性，所述支架5采用U型设置，支架5的两端头上均安装有相互平行设置的轴承6，所述轴承6内圈固定所述行程管12的两端。

本实施例提供的穿刺装置还包括外壳体2，所述外壳体2包裹所述行程管12并与所述支架5固定连接；所述支架5远离所述行程管12的一侧可拆卸连接有安装座1。所述主动齿轮10与从动齿轮7之间的减速比不低于50:1。本申请主要针对骨性组织的穿刺而言，由于现有穿刺针的头部并非为骨性组织穿刺而设计，因此，过高的转速会导致穿刺针在接触骨性骨质表面时容易出现打点偏斜，从而无法稳定的将穿刺点定位在预设的针道上，然而由于骨性组织本身的高硬度特性，一旦出现打点偏斜，在后续的穿刺过程中将难以修正。所谓打点偏斜是指穿刺针的针尖在刚接触到骨性组织表面时，由于针尖与骨性组织表面之间的相互作用，会导致针尖沿着骨性组织表面移动，从而使得实际进针点偏离预计进针点，这种现象叫做打点偏斜。打点偏斜只会在骨性组织上出现，在肌肉或者其他软组织中由于不具备刚性阻力，从而不会影响到旋转的穿刺针进给，故而针对骨性组织穿刺进给量和轴向应力是非常重要的。这也是为什么前文述及的采用线性进给的方式不能适应于骨性组织的穿刺的根本原因。

为了方便安装现有的穿刺针，所述活塞13上一体连接有用于安装针帽14的凸台，所述针帽14固定连接有穿刺针。采用上述方式利于穿刺针与活塞13的脱离和安装，同时方便穿刺后的粒子植入。值得说明的是，有穿刺针的直径非常小，因此，通过针帽14与活塞13上匹配设置的凸台之间的摩擦力足以克服穿刺过程中的阻力，故而其稳定性较高。

实施例2：

本实施例还提供一种行程管的另一优选设计方案，所述行程管12内截面呈三角形或多边形，所述活塞13的形状与所述行程管12相适应。上述两种行程管的设计方案中只要能够满足内壁密闭、光滑，通过横截面的非回转结构设计能够在旋转的同时带动内部活塞13一并转动均应理解为在本申请的发明构思内，由于非回转结构设计的方案存在无数种，无法穷尽，在此不做详述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种持针进针穿刺装置，其特征在于：包括支架（5），转动安装在支架（5）上中空设置的行程管（12），所述行程管（12）外侧壁上固定安装有从动齿轮（7），所述支架（5）上还可拆卸固定安装有伺服电机（8），所述伺服电机（8）输出轴固连有主动齿轮（10），所述主动齿轮（10）与从动齿轮（7）驱动连接；所述行程管（12）任一端头可拆卸密闭连接有接头（9），另一端头设置有用于容纳穿刺针的通孔，行程管（12）的内部沿轴向滑动设置有活塞（13），所述活塞（13）与行程管（12）同步转动，所述活塞（13）靠近所述通孔一端端面上具有用于可拆卸连接穿刺针的连接部，所述接头（9）上密闭转动设置有与行程管（12）连通的管路（3），所述管路（3）的另一端与压力控制装置连接；所述行程管（12）内截面呈圆形，圆周内壁上沿轴向一体连接设置有多个等圆心角分布的同步筋（15），所述活塞（13）上对应设置有与所述同步筋（15）表面密闭接触的密封槽（16）。

2.根据权利要求1所述的一种持针进针穿刺装置，其特征在于：所述行程管（12）内截面呈三角形或多边形，所述活塞（13）的形状与所述行程管（12）相适应。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种持针进针穿刺装置，其特征在于：所述接头（9）内转动设置有球体（11），所述球体（11）与所述接头（9）接触密封，所述球体（11）上设置有流道，所述流道与所述管路（3）密闭连通。

4.根据权利要求3所述的一种持针进针穿刺装置，其特征在于：所述支架（5）采用U型设置，支架（5）的两端头上均安装有相互平行设置的轴承（6），所述轴承（6）内圈固定所述行程管（12）的两端。

5.根据权利要求4所述的一种持针进针穿刺装置，其特征在于：还包括外壳体（2），所述外壳体（2）包裹所述行程管（12）并与所述支架（5）固定连接；所述支架（5）远离所述行程管（12）的一侧可拆卸连接有安装座（1）。

6.根据权利要求1所述的一种持针进针穿刺装置，其特征在于：所述主动齿轮（10）与从动齿轮（7）之间的减速比不低于50:1。

7.根据权利要求1所述的一种持针进针穿刺装置，其特征在于：所述活塞（13）上一体连接有用于安装针帽（14）的凸台，所述针帽（14）固定连接有穿刺针。

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