CN113712609B - 用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，使用时，将物料输送管路与注射模块或管路模块连接。直线驱动机构位于体外，带动物料运输件和执行机构运动到气管内，使执行机构运动到待修复部位。根据气管修复部位的内径，通过第一旋转驱动组件调整执行机构的旋转角度，使打印针头的端部与修复部位的内壁紧密接触。在打印过程中，第二旋转驱动组件带动执行机构旋转，使打印针头的头端沿待修复气管的内壁周向旋转。同时，直线驱动机构带动执行机构沿待修复气管的轴向运动。在执行机构运动的过程中，物料输送管路向打印针头输送修复材料，通过打印针头使修复材料附着在气管内壁，完成在体内对气管进行修复的过程。

Description

用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置

技术领域

本发明涉及人体组织损伤修复装置技术领域，尤其涉及一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置。

背景技术

生物三维打印是一种基于计算机辅助的增材制造技术，借助生物打印机，将生物墨水按指定路径层层堆积，精确控制生物材料、细胞和生长因子等在三维结构中的分布和组合，构建具有生物活性的组织或器官。目前，利用生物三维打印技术已经制造出多种组织，如皮肤、软骨、血管、骨骼等，但是现有的生物三维打印都是在体外打印组织，再进行移植的过程，工序繁琐，也增大了移植过程中打印组织被破坏和感染的风险。

气管损伤类疾病是由于先天缺陷、物理损伤或肿瘤等造成气管、支气管损伤的一系列疾病的统称，其包含气管、支气管狭窄，创伤性气管闭合以及气管黏膜损伤等，如果不及时治疗，将会导致呼吸疼痛甚至癌症的发生。以气管、支气管狭窄为例，针对气管组织损伤类疾病，最常用的方式是“切除缝合法”，将狭窄部位切除，并将剩余部分缝合起来。这种方法的不足在于人为将气管缩短，缝合时会增大缝合处的应力，存在缝合线崩开的风险，手术局限性高，而且同样存在并发症的风险。也有使用气道球囊扩张术，气管、支气管支架等将气管撑开等技术，这类技术的不足在于支架一般选择金属编织支架，生物相容性差，会引起结核、外伤等瘢痕病变，需要等病情稳定后取出支架，手术复杂。

利用组织工程构建气管支架是一项比较新的技术，现有技术中也提出了许多利用组织工程采用不同工艺进行气管构建的方法，但是这些研究都是传统生物打印的范畴，在体外构建组织支架，之后移植到体内的过程。这种方式的共同问题在于，体外构建成熟的组织支架需要人工创建组织生长分化的微环境，对于现有的研究还较为困难；另外，打印的组织工程支架通常初始强度较弱，容易在移植的过程中被污染或破坏，另外，基于外科手术的移植操作也会增大术后并发症的风险。

发明内容

本发明提供一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，用以解决现有技术中在进行生物组织修复时，需要先进行体外生物组织构建，再进行移植，导致工序繁琐的问题；以及创建组织生长分化的微环境较为困难，同时增大了移植过程中打印组织被破坏和感染的风险的缺陷。本发明实现对受损组织直接在体内进行修复的效果。

本发明提供一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，包括：直线驱动机构；物料输送组件，包括物料输送件和至少一个物料输送管路，所述物料输送件的尾端与所述直线驱动机构的运动部分连接，所述物料输送件的内部设置有至少一个贯穿所述物料输送件的物料输送通道，每个所述物料输送通道内设置有一个所述物料输送管路，所述物料输送管路的尾端穿出所述物料输送通道的尾端，用于与注射模块或光路模块连接；连接关节，所述连接关节的尾端与所述物料输送件的头端旋转连接，旋转轴线与所述直线驱动机构的运动方向平行；执行机构，所述执行机构包括壳体、旋转关节和打印针头，所述壳体的尾端与所述旋转关节可拆卸连接，所述旋转关节的尾端与所述连接关节的头端旋转连接，旋转轴线与所述直线驱动机构的移动方向垂直，所述打印针头位于所述壳体内，且所述打印针头的头端由所述壳体的头端穿出，所述打印针头的头端用于与生物组织接触，所述物料输送管路穿过所述物料输送通道、所述连接关节以及所述旋转关节后与所述打印针头的尾端连通；控制装置，所述控制装置包括用于驱动所述旋转关节旋转的第一旋转驱动组件和用于驱动所述连接关节旋转的第二旋转驱动组件。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述打印针头的尾端设置有连接头，所述打印针头的尾端与所述连接头之间通过伸缩机构连通，且所述打印针头的尾端与所述连接头之间设置有弹性件，所述打印针头的尾端的外径大于所述壳体的头端的内径。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述旋转关节靠近所述连接关节的一侧设置有第一连接臂，所述连接关节靠近所述旋转关节的一侧设置有第二连接臂，所述第一连接臂与所述第二连接臂铰接连接，铰接点处的旋转轴线与所述直线驱动机构的移动方向垂直。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述控制装置包括外壳，所述第一旋转驱动组件和所述第二旋转驱动组件均位于所述外壳内，所述外壳与所述直线驱动机构的运动部分固定连接。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述第一旋转驱动组件包括第一电机、第一齿轮组、两个第一卷轴和第一绳索，两个所述第一卷轴通过所述第一齿轮组与所述第一电机传动连接，所述第一绳索的两端分别与一个所述第一卷轴连接，在其中一个所述第一卷轴带动所述第一绳索收回的状态下，另一个所述第一卷轴带动所述第一绳索伸出，所述第一连接臂的内侧设置有环形的第一线槽，所述第一绳索的中部环绕在所述第一线槽内。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述旋转关节远离所述物料输送件一侧设置有第一导向轮机构，所述第一导向轮机构能够使所述第一绳索沿所述物料输送件的中心穿过。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述第二旋转驱动组件包括第二电机、第二齿轮组、两个第二卷轴和第二绳索，两个所述第二卷轴通过所述第二齿轮组与所述第二电机传动连接，所述第二绳索的两端分别与两个所述第二卷轴连接，在其中一个所述第二卷轴带动所述第二绳索收回的状态下，另一个所述第二卷轴带动所述第二绳索伸出，所述连接关节靠近所述物料输送件的一侧的中心位置设置有第二线槽，所述第二绳索的中部穿过所述物料输送件后环绕在所述第二线槽内。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述连接关节的尾端或所述物料输送件的头端设置有第二导向轮组件，所述第二导向轮组件能够使所述第二绳索的中部绕过所述第二线槽后向所述物料输送件的尾端延伸。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述外壳内设置有两个第一张紧轮，位于所述第一卷轴与所述第一线槽之间的第一绳索绕过所述第一张紧轮，所述第一张紧轮与所述外壳滑动连接，且所述外壳与所述第一张紧轮之间设置有第一紧固件。

根据本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，所述外壳内设置有第二张紧轮，位于所述第二卷轴与所述第二线槽之间的第二绳索绕过所述第二张紧轮，所述第二张紧轮与所述外壳滑动连接，且所述外壳与所述第二张紧轮之间设置有第二紧固件。

本发明提供的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，使用时，根据手术方案，将物料输送管路的尾端与注射模块或光路模块进行连接。直线驱动机构位于体外，带动物料运输件和执行机构运动到气管内，使执行机构运动到待修复部位。根据气管修复部位的内径，通过第一旋转驱动组件调整执行机构的旋转角度，使打印针头的端部与修复部位的外壁紧密接触。在打印过程中，第二旋转驱动组件带动执行机构旋转，使打印针头的头端沿待修复气管的内壁的周向旋转，同时，直线驱动机构带动执行机构沿待修复气管的轴向运动。在执行机构运动的过程中，物料输送管路不断向打印针头输送修复材料，通过打印针头使修复材料附着在气管内壁，完成在体内对气管进行修复的过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置三维结构示意图；

图2是本发明提供的执行机构内部三维结构示意图；

图3是本发明提供的执行机构外部三维结构示意图；

图4是本发明提供的第一导向轮机构三维结构示意图；

图5是本发明提供的旋转关节、连接关节以及第一绳索连接三维结构示意图；

图6是本发明提供的第一绳索和第二绳索的延伸路径以及第二绳索与连接关节连接三维结构示意图；

图7是本发明提供的控制装置与物料运输件连接处三维结构示意图；

图8是本发明提供的控制装置内部结构示意图一；

图9是本发明提供的执行机构与气管内壁接触示意图；

图10是本发明提供的控制装置内部结构示意图二；

图11是本发明提供的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置进行气管组织支架的原位打印时打印针头的行走路径；

图12是本发明提供的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置原位打印气管补片时打印针头的行走路径；

附图标记：

1：物料输送件； 2：连接关节； 3：直线轨道；

4：滑板； 5：步进电机； 6：丝杠螺母机构；

7：物料输送通道； 8：物料输送管路； 9：注射模块；

10：延伸管； 11：连接轴； 12：旋转关节；

13：光路模块； 14：打印针头； 15：连接头；

16：第一接口； 17：第二接口； 18：弹簧；

19：壳体； 20：第一连接臂； 21：第二连接臂；

22：外壳； 23：第一电机； 24：第一卷轴；

25：第一绳索； 26：第一线槽； 27：直齿轮；

28：第一锥齿轮； 29：第二锥齿轮； 30：第一导向轮；

31：第二导向轮； 32：第三导向轮； 33：第四导向轮；

34：第三线槽； 35：第一线孔； 36：第二线孔；

37：第二电机； 38：第二卷轴； 39：第二绳索；

40：第二线槽； 41：第三线孔； 42：控制装置；

43：执行机构； 44：第三锥齿轮； 45：第四锥齿轮；

46：第五导向轮； 47：第一张紧轮； 48：第一条形孔；

49：第一螺母； 50：第二张紧轮； 51：第二条形孔；

52：第二螺母。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。

下面结合图1至图12描述本发明的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置。

本发明提供的一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，包括直线驱动机构、物料输送组件、连接关节2、执行机构43和控制装置42，物料输送组件包括物料输送件1和物料输送管路8，物料输送件1的尾端与直线驱动机构的运动部分连接，连接关节2连接在物料输送件1的头端和执行机构43的尾端之间，控制装置42用于控制执行机构43绕与直线驱动机构的移动方向平行的轴线旋转，且控制装置42还用于控制执行机构43绕与直线驱动机构的移动方向垂直的轴线旋转。

直线驱动机构可以包括直线轨道3、滑板4、步进电机5和丝杠螺母机构6，滑板4的底部和直线轨道3滑动连接，丝杠螺母机构6包括与直线轨道3平行延伸的丝杠，丝杠一端与步进电机5传动连接，另一端与直线轨道3的端部旋转连接，丝杠的中部穿过滑板4，且与滑板4螺纹连接。步进电机5旋转，可通过丝杠带动滑板4沿直线轨道3直线移动。

物料输送件1可以为长条形结构，且横截面可以为圆形，物料输送件1的尾端可以与滑板4通过卡箍进行紧固连接，使物料输送件1可以随滑板4直线移动。在物料输送件1的内部可以设置至少一个贯穿物料输送件1的物料输送通道7，物料输送通道7用于供物料输送管路8通过。

物料输送通道7一端延伸到物料输送件1的头端，贯穿物料输送件1的头端的端面，另一端沿物料输送件1的延伸方向延伸到物料输送件1的尾端附近，贯穿物料输送件1的尾端附近的外侧壁。在物料输送件1的尾端附近的每个物料输送通道7处均连接有延伸管10，延伸管10向远离物料输送件1的轴线且向物料输送件1的尾端方向倾斜延伸。物料输送管路8可通过延伸管10进入物料输送通道7内，并从物料输送通道7的头端穿出。

需要说明的是，由于物料输送件1的长度较长，因此，为了表示方便，节省纸张的占用，图1中将物料输送件1分两段进行表示。物料输送件1的总长度可以为300mm左右，外径可以为8mm～12mm。

连接关节2可以为圆盘状结构，在连接关节2的尾端，即靠近物料输送件1的一端设置有连接轴11，连接轴11一端与连接关节2的中心固定连接，另一端与物料输送件1旋转连接，连接轴11的轴线与物料输送件1的延伸方向平行。此外，连接关节2上还设置有与物料输送通道7数量相同的第一通孔，物料输送管路8从物料输送通道7的头端穿出后穿过第一通孔。

执行机构43包括壳体19、旋转关节12和打印针头14。旋转关节12可以为圆盘状结构，旋转关节12的尾端与连接关节2的头端旋转连接，旋转轴线与直线驱动机构的运动方向垂直。壳体19的尾端与旋转关节12可拆卸连接，打印针头14位于壳体19内，且壳体19的头端设置有第二通孔，打印针头14经第二通孔穿出壳体。在旋转关节12上设置有与上述的第一通孔对应的第三通孔，物料输送管路8穿过第一通孔后穿过第三通孔，物料输送管路8的头端在旋转关节12的头端一侧与打印针头14的尾端连通，打印针头14的头端用于与待修复组织接触。

打印针头14可以根据实际情况，选择空心的针头以实现挤出式的打印，也可以选择带筛网的针头以实现喷雾式的药物递送等。

控制装置42包括第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件，第一旋转驱动组件用于驱动旋转关节12旋转，第二旋转驱动组件用于驱动连接关节2旋转。

上述的物料输送管路8可以设置一个、两个或多个。由此，可根据手术方案同时通入一种或多种修复溶液或光路。以下以设置有两个物料输送管路8的情况对本发明公开的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置的使用方法进行说明。

在使用时，先将用于通入溶液的物料输送管路8的尾端与注射模块9连接，将用于通入固化光的物料输送管路8的尾端与光路模块13连接。直线驱动机构置于体外，在步进电机5的驱动下，滑板4带动物料输送件1和执行机构43进入气管内，当执行机构43到达气管的待修复位置时停止移动。此时，根据待修复区域的气管的内径，通过第一旋转驱动组件驱动旋转关节12进行旋转，直到打印针头14的头端与气管内壁接触时停止。然后进行打印修复，注射模块9通过物料输送管路8不断的向打印针头14的头端输送修复溶液，光路模块13通过物料输送管路8不断的对进入打印针头14的溶液进行照射。同时，第二旋转驱动组件带动连接关节2旋转，使打印针头14沿气管的内壁的周向进行旋转，同时直线驱动机构带动物料输送件1和执行机构43沿气管的轴向移动，逐步完成打印修复操作。

以下，将结合两种使用场景对使用方法进行进一步说明。

第一种，利用该用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置进行气管组织支架的原位打印，用于治疗气道狭窄类疾病。

将两个物料输送管路8分别和注射泵以及固化光源连接。注射泵中装有2ml浓度为15％(w/v)的GelMA溶液，固化光源提供405nm的蓝光。GelMA溶液在打印针头14的尾端汇合处经蓝光照射，照射后，GelMA溶液由液态变为具有较高弹性模量的水凝胶，在GelMA溶液不断的流动下，位于打印针头14内的水凝胶被挤出打印针头14，附着到修复组织外壁上。在运动方面，执行机构43随连接关节2每旋转360度，便在直线驱动机构的带动下向前移动0.5mm，之后反向旋转360度，再前进0.5mm，如此交替往复，便可在气管内壁原位打印出一个圆柱状的组织支架，对气管狭窄处起到支撑作用。

第二种，利用本发明提供的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置原位打印气管补片，用于治疗气管内撕裂伤口。

准备两个注射泵，两个物料输送管路8分别与两个注射泵连接，两个注射泵内分别加入纤维蛋白原和凝血酶，两种材料在打印针头14的尾端相遇固化并被挤出，形成较为柔软的水凝胶丝附着在待修复组织处。运动方面，执行机构43随连接关节2旋转60°，便在直线驱动机构的带动下沿向前进0.5mm，之后反向旋转60°，再前进0.5mm，如此交替往复，便可在气管内壁原位打印出弧形的水凝胶补片，对气管撕裂伤口处进行封堵治疗，并促进伤口的恢复。

在本发明的一个实施例中，上述的打印针头14尾端设置有连接头15。连接头15包括至少一个用于与物料输送管路8连接的第一接口16和用于与打印针头14连接的一个第二接口17。第一接口16与多个物料输送管路8的头端一一对应连接，第二接口17与打印针头14的尾端之间通过伸缩机构进行连通，打印针头14通过第二接口17与多个物料输送管路8连通。其中，伸缩机构可以为波纹管。在打印针头14的尾端和第二接口17之间设置有弹性件，弹性件可以为弹簧18。第二通孔的内径小于打印针头14尾端的外径，防止打印针头14完全穿出壳体19。连接后弹簧18压紧在打印针头14和第二接口17之间，弹簧18为打印针头14提供朝头端方向的压力，当打印针头14受到朝打印针头14尾端方向的压力时，打印针头14向壳体19内部移动，此时弹簧18进一步受到压缩，当打印针头14所受的压力减小或消失时，弹簧18恢复形变，推动打印针头14向壳体19外部移动，如此，可保证打印针头14可以时刻与生物组织接触。

在本发明的一个实施例中，旋转关节12靠近连接关节2的一侧设置有第一连接臂20，第一连接臂20可以设置两个，两个第一连接臂20沿与旋转关节12的端面垂直的方向向靠近连接关节2的方向延伸，两个第一连接臂20关于旋转关节12的端面的圆心对称设置且沿旋转关节12的端面的直径分布。

同理，在连接关节2靠近旋转关节12的一侧设置有第二连接臂21，第二连接臂21与第一连接臂20对应的设置有两个，两个第二连接臂21沿与连接关节2的前端面垂直的方向向靠近旋转关节12的方向延伸，两个第二连接臂21关于连接关节2的前端面的圆心对称式设置且沿连接关节2的端面的直径分布。

其中，第二连接臂21外侧面之间的距离可以等于第一连接臂20的内侧面之间的距离，在第一连接臂20的尾端和第二连接臂21的头端之间两者进行铰接，铰接点处的旋转轴线与直线驱动机构的移动方向垂直，或者说与旋转关节12或连接关节2的端面的径向平行。如此，旋转关节12可相对于连接关节2进行旋转，旋转轴线与直线驱动机构的移动方向垂直。

在本发明的一个实施例中，上述的控制装置42包括外壳22，上述的第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件均设置在外壳22内，外壳22与直线驱动机构的滑板4固定连接，外壳22可以位于物料输送件1的尾端一侧。当滑板4沿直线轨道3滑动时，可带动控制装置42和物料输送件1同步移动。

在本发明的一个实施例中，上述的第一旋转驱动组件可以包括第一电机23、第一齿轮组、两个第一卷轴24和第一绳索25，两个第一卷轴24通过第一齿轮组与第一电机23传动连接，第一绳索25的两端分别与一个第一卷轴24连接，在其中一个第一卷轴24带动第一绳索25收回的状态下，另一个第一卷轴24带动第一绳索25伸出，第一连接臂20的内侧设置有环形的第一线槽26，第一绳索25的中部贯穿物料输送件1后环绕在第一线槽26内。

由于上述的实施例中，第一连接臂20设置有两个，因此需要设置两个第一绳索25。第一电机23位于外壳22的尾端，且第一电机23的驱动轴朝向壳体19的前端。第一齿轮组包括两个第一组合齿轮和两个第一锥齿轮28，第一组合齿轮包括直齿轮27和设置在直齿轮27前侧的第二锥齿轮29。

安装时，其中一个直齿轮27为主动齿轮，另一个直齿轮27为从动齿轮，主动齿轮与第一电机23的驱动轴传动连接，从动齿轮位于主动齿轮沿径向的一侧且与主动齿轮啮合传动，两个直齿轮27上的第二锥齿轮29均位于直齿轮27远离第一电机23的一侧。两个第一锥齿轮28分别与壳体19底部旋转连接，且分别与两个第二锥齿轮29啮合传动，两个第一锥齿轮28均位于第二锥齿轮29的下方。两个第一卷轴24分别与两个第一锥齿轮28对应连接，第一卷轴24的底端与第一锥齿轮28的中心止转连接，第一卷轴24的顶端与壳体19的顶端旋转连接，两个第一卷轴24随第一锥齿轮28一同旋转。两根第一绳索25的两端分别与两个第一卷轴24固定连接。在第一连接臂20的内侧设置有向内凸出的圆盘，圆盘的外周面设置有环形的第一线槽26，两个第一绳索25的中部分别与两个第一线槽26一一对应绕接。

在使用时，第一电机23正向旋转，带动主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，主动齿轮和从动齿轮的旋转方向相反。设置在主动齿轮和从动齿轮上的第二锥齿轮29一同旋转，两个第二锥齿轮29的旋转方向相反。进一步的，第二锥齿轮29带动与之啮合的第一锥齿轮28旋转，两个第一锥齿轮28带动两个第一卷轴24旋转，两个第一卷轴24的旋转方向相反。与两个第一卷轴24连接的第一绳索25实现一端向第一卷轴24的表面缠绕收回、一端脱离第一卷轴24的表面伸出的效果，进而在第一绳索25的中部与第一线槽26绕接的位置，第一线槽26的顶端和底端其中一端受到向前的力，另一端受到向后的力，在力偶的作用下，第一线槽26发生旋转，从而带动执行机构43发生旋转。同理，当第一电机23反向旋转时，执行机构43进行反向旋转。

进一步的，在本发明的一个实施例中，在旋转关节12远离物料输送件1的一侧设置有第一导向轮机构，第一导向轮机构能够使第一绳索25沿物料输送件1的中心穿过，如此，可防止执行机构43在进行两个方向的旋转时出现第一绳索25打结的现象。

在该实施例中，上述的第一导向轮机构可以包括四个第一导向轮组件。每个第一导向轮组件包括第一导向轮30、第二导向轮31、第三导向轮32和第四导向轮33，一共四个导向轮，每个导向轮上均设置有用于容纳第一绳索25的第三线槽34。在物料输送件1的中心位置设置有贯穿物料输送件1头尾两端的第一线孔35，第一绳索25的两端与两个第一卷轴24连接后，第一绳索25的中部经第一线孔35由物料输送件1的尾端穿入，由物料输送件1的头端穿出。在连接关节2的中部设置有第二线孔36，第一绳索25经第一线孔35穿出后穿过第二线孔36，来到连接关节2的前侧，通过第一导向轮机构绕制到第一线槽26上。

以位于连接关节12的右上方的一组第一导向轮组件为例对第一导向轮组件的具体结构进行说明。第一导向轮30可以位于第二线孔36的上方且偏右的位置，第一导向轮30的轴线与滑板4的滑动方向垂直。第二导向轮31位于第一导向轮30的上方且偏右的位置，第二导向轮31的转动轴线与滑板4的滑动方向平行。第三导向轮32位于第二导向轮31的上方且偏右的位置，第三导向轮32的转动轴线与第二导向轮31的轴线平行。第四导向轮33位于第三导向轮32的上方且偏右的位置，第四导向轮33的转动轴线与第一导向轮30的转动轴线平行。

当第一绳索25的中部穿过第二线孔36后，第一绳索25位于右侧的一段首先从第一导向轮30的底部向前向上绕过，然后从第二导向轮31的左侧向上，然后向右绕过，然后从第三导向轮32的底部向右向上绕过，然后从第四导向轮33的后侧向上向前绕过，最后缠绕到第一线槽26上。如此，通过第一导向轮组件可将第一绳索25由连接关节2的外侧导入到连接关节2的中部，最后经连接关节2上的第二线孔36和物料输送件1上的第一线孔35穿回到物料输送件1的尾端，将第一绳索25转移到中部，可防止在旋转过程中打结。

其余三个第一导向轮组件分别设置在连接关节2的左上方、右下方和左下方，经上述的右上方的第一导向轮组件向左对称即得到位于左上方的第一导向轮组件，经左上方和右下方的第一导向轮组件向下对称即得到位于右下方和左下方的两个第一导向轮组件，四个第一导向轮组件结构相同，仅仅位置不同，此处不再对具体结构进行赘述。

在本发明的一个实施例中，上述的第二旋转驱动组件包括第二电机37、第二齿轮组、两个第二卷轴38和第二绳索39，两个第二卷轴38通过第二齿轮组与第二电机37传动连接，第二绳索39的两端分别与两个第二卷轴38连接，在其中一个第二卷轴38带动第二绳索39收回的状态下，另一个第二卷轴38带动第二绳索39伸出，连接关节2靠近物料输送件1的一侧中心位置设置有第二线槽40，第二绳索39的中部穿过物料输送件1后环绕在第二线槽40内。

在连接关节2靠近物料输送件1的一侧中心位置设置有向靠近物料输送件1方向延伸的圆盘，第二线槽40设置在圆盘的外周面上。在物料输送件1上位于第一线孔35的下方设置有两个左右对称设置的第三线孔41，第二绳索39的两端在两个第三线孔41内穿过。

其中，第二电机37位于上述的第一电机23的一侧，均位于外壳22的尾端，且第二电机37的驱动轴朝向壳体19的前端。第二齿轮组包括一个第三锥齿轮44和两个第四锥齿轮45。两个第二卷轴38同轴连接，且两者可相对旋转。

安装时，第三锥齿轮44与第二电机37的驱动轴传动连接，两个第四锥齿轮45上下相对同轴设置，且一个与外壳22的顶部旋转连接，一个与外壳22的底部旋转连接。两个第四锥齿轮45分别在第三锥齿轮44的上方和下方与第三锥齿轮44啮合传动，从而两个第四锥齿轮45反向旋转。位于上方的第二卷轴38与位于上方的第四锥齿轮45同步转动，位于下方的第二卷轴38与下方的第四锥齿轮45同步转动。第二绳索39的两端分别与两个第二卷轴38固定连接。

使用时，第二电机37正向旋转，带动第三锥齿轮44旋转，与第三锥齿轮44啮合的两个第四锥齿轮45反向旋转，带动两个第二卷轴38反向旋转，使与第二卷轴38连接的第二绳索39的两端实现一端向所在第二卷轴38上缠绕收回，一端脱离所在第二卷轴38伸出的效果。进而与第二线槽40连接的部分实现一端向下运动，一端向上运动的效果。在力偶的作用下，第二绳索39带动连接关节2绕与滑板4滑动方向平行的轴线旋转，进而带动执行机构43绕轴旋转。当第二电机37反向旋转时，执行机构43反向旋转。

在本发明的一个实施例中，为使第二绳索39沿物料输送件1的长度方向穿出后，第二绳索39可以缠绕到轴线与物料输送件1的长度方向平行的第二线槽40上，在连接关节2的尾端或者物料输送件1的头端可以设置第二导向轮组件。

以第二导向轮组件设置在物料输送件1的头端为例进行说明。第二导向轮组件包括两个第五导向轮46，两个第五导向轮46分别设置在第三线孔41的上方，其旋转轴线与滑板4的滑动方向垂直。当第二绳索39穿过第三线孔41后，由第五导向轮46的底部向前向上绕设，最后缠绕第二线槽40上。

在本发明的一个实施例中，为了保证第一绳索25始终处于张紧状态，可以在外壳22内部设置两个第一张紧轮47，两个第一张紧轮47分别位于两个第一卷轴24与壳体19的前端之间，位于第一卷轴24与第一线槽26之间的第一绳索25绕过第一张紧轮47，第一张紧轮47的顶部和底部均与外壳22滑动连接，在外壳22与张紧轮之间还设置有第一紧固件。

在外壳22的顶部和底部与第一张紧轮47连接的位置设置有沿左右方向延伸的第一条形孔48，第一张紧轮47的上下两端均设置有外螺纹，第一张紧轮47的两端穿过第一条形孔48后，通过第一螺母49进行紧固，上述的第一螺母49即为第一紧固件。

在本发明的一个实施例中，为了保证第二绳索39始终处于张紧状态，可以在外壳22内部设置一个第二张紧轮50，第二张紧轮50位于第二卷轴38与壳体19的前端之间，位于第二卷轴38与第二线槽40之间的第二绳索39绕过第二张紧轮50，第二张紧轮50的顶部和底部均与外壳22滑动连接，在外壳22与张紧轮之间还设置有第二紧固件。

在外壳22的顶部和底部与第二张紧轮50连接的位置设置有沿左右方向延伸的第二条形孔51，第二张紧轮50的上下两端均设置有外螺纹，第二张紧轮50的两端穿过第二条形孔51后，通过第二螺母52进行紧固，上述的第二螺母52即为第二紧固件。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，包括：

直线驱动机构；

物料输送组件，包括物料输送件和至少一个物料输送管路，所述物料输送件的尾端与所述直线驱动机构的运动部分连接，所述物料输送件的内部设置有至少一个贯穿所述物料输送件的物料输送通道，每个所述物料输送通道内设置有一个所述物料输送管路，所述物料输送管路的尾端穿出所述物料输送通道的尾端，用于与注射模块或光路模块连接；

连接关节，所述连接关节的尾端与所述物料输送件的头端旋转连接，旋转轴线与所述直线驱动机构的运动方向平行；

执行机构，所述执行机构包括壳体、旋转关节和打印针头，所述壳体的尾端与所述旋转关节可拆卸连接，所述旋转关节的尾端设置有第一连接臂，所述连接关节的头端设置有第二连接臂，所述第一连接臂与所述第二连接臂铰接连接，铰接点处的旋转轴线与所述直线驱动机构的移动方向垂直，所述打印针头位于所述壳体内，且所述打印针头的头端由所述壳体的头端穿出，所述打印针头的头端用于与生物组织接触，所述物料输送管路穿过所述物料输送通道、所述连接关节以及所述旋转关节后与所述打印针头的尾端连通；

控制装置，所述控制装置包括外壳和设置在所述外壳内的第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件，所述外壳与所述直线驱动机构的运动部分固定连接，所述第一旋转驱动组件用于驱动所述旋转关节旋转，所述第二旋转驱动组件用于驱动所述连接关节旋转。

2.根据权利要求1所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述打印针头的尾端设置有连接头，所述打印针头的尾端与所述连接头之间通过伸缩机构连通，且所述打印针头的尾端与所述连接头之间设置有弹性件，所述打印针头的尾端的外径大于所述壳体的头端的内径。

3.根据权利要求1所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述第一旋转驱动组件包括第一电机、第一齿轮组、两个第一卷轴和第一绳索，两个所述第一卷轴通过所述第一齿轮组与所述第一电机传动连接，所述第一绳索的两端分别与一个所述第一卷轴连接，在其中一个所述第一卷轴带动所述第一绳索收回的状态下，另一个所述第一卷轴带动所述第一绳索伸出，所述第一连接臂的内侧设置有环形的第一线槽，所述第一绳索的中部环绕在所述第一线槽内。

4.根据权利要求3所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述旋转关节远离所述物料输送件的一侧设置有第一导向轮机构，所述第一导向轮机构能够使所述第一绳索沿所述物料输送件的中心穿过。

5.根据权利要求1所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述第二旋转驱动组件包括第二电机、第二齿轮组、两个第二卷轴和第二绳索，两个所述第二卷轴通过所述第二齿轮组与所述第二电机传动连接，所述第二绳索的两端分别与两个所述第二卷轴连接，在其中一个所述第二卷轴带动所述第二绳索收回的状态下，另一个所述第二卷轴带动所述第二绳索伸出，所述连接关节靠近所述物料输送件的一侧的中心位置设置有第二线槽，所述第二绳索的中部穿过所述物料输送件后环绕在所述第二线槽内。

6.根据权利要求5所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述连接关节的尾端或所述物料输送件的头端设置有第二导向轮组件，所述第二导向轮组件能够使所述第二绳索的中部绕过所述第二线槽后向所述物料输送件的尾端延伸。

7.根据权利要求3所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述外壳内设置有两个第一张紧轮，位于所述第一卷轴与所述第一线槽之间的第一绳索绕过所述第一张紧轮，所述第一张紧轮与所述外壳滑动连接，且所述外壳与所述第一张紧轮之间设置有第一紧固件。

8.根据权利要求5所述的用于气管损伤修复的体内原位生物打印装置，其特征在于，所述外壳内设置有第二张紧轮，位于所述第二卷轴与所述第二线槽之间的第二绳索绕过所述第二张紧轮，所述第二张紧轮与所述外壳滑动连接，且所述外壳与所述第二张紧轮之间设置有第二紧固件。

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