CN114123055A - 一种c臂机线缆适应性控制的装置及其c臂机 - Google Patents

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刘娟娟
郭强
王光鑫
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Abstract

本发明提供了一种C臂机线缆适应性控制的装置，包括：摆转件，转动安装于C形臂，且其转动范围在C形臂所在平面的同一侧上；线缆自所述C形臂线缆出口处引出，并经所述摆转件引导运动防止所述线缆进入限定在所述C形臂内的无菌区。本发明的线缆引导件不包封，只约束两点，不会对线缆的运动产生任何约束和干涉，占用体积小，视觉占比小。

Description

一种C臂机线缆适应性控制的装置及其C臂机
技术领域
本发明涉及C臂机结构领域，尤其涉及一种C臂机线缆适应性控制的装置及其C臂机。
背景技术
目前移动式C形臂X射线机的发展方向主要是3D扫描成像，一方面是因为同一部位多角度动态连续影像有助于临床诊断准确和高效；另一方面是将C臂机作为导航设备，这样就对成像的范围、精度和一致性提出更高的要求。
更强的成像能力需要C臂机更强的运动能力，C臂机末端的X射线源和X射线检测器需要通过线缆连接到基座中的控制中心，这就对运动线缆的收纳控制提出要求，避免由于运动导致线缆侵入无菌操作区域。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种C臂机线缆适应性控制的装置及其C臂机，不会对线缆运动产生约束和干涉，有效避免了线缆侵入无菌操作区域的情况。
技术方案：
一种C臂机线缆适应性控制的装置，包括：
摆转件，转动安装于C形臂，且其转动范围在C形臂所在平面的同一侧上；
线缆自所述C形臂线缆出口处引出，并经所述摆转件引导运动防止所述线缆进入限定在所述C形臂内的无菌区。
所述摆转件末端处配置有摆杆环，所述线缆转动穿设于所述摆杆环中。
所述摆转件设置有转动安装于所述摆杆环中的线缆卡环，所述线缆通过所述线缆卡环转动安装于所述摆杆环中。
所述线缆卡环的外侧壁上开设有环形槽，所述线缆卡环通过其外侧壁的环形槽与所述摆杆环配合转动安装在所述摆转件末端上。
在所述摆转件端部设置有一止转件，用以限制所述摆转件转动角度。
所述止转件包括一限位凸起及一对摆转限位块，所述限位凸起与所述摆转限位块接合以限制所述摆转件的转动，且当所述限位凸起在两个所述摆转限位块之间运动时，所述摆转件相对于所述C形臂在所述C形臂所在平面的同一侧旋转。
在所述C形臂设置有摆转底座，所述止转件设置于所述摆转件和所述摆转底座之间。
在C形臂线缆出口处安装有用于穿设线缆的线缆护套。
所述线缆护套通过抱箍固定安装在C形臂上；在所述线缆护套内端的外侧壁沿径向向外延伸形成有凸台，在抱箍的内壁上相应位置设置有限位槽，所述线缆护套通过其凸台与限位槽配合转动安装在C形臂。
还包括固定件，所述固定件安装于所述C臂机的滑转运动模块上，所述线缆经所述摆转件后固定于所述固定件上。
所述固定件固定在所述C形臂位于初始位置时固定安装于所述滑转运动模块顶部。
在所述固定件中部开设有线束出口，所述线缆穿设于所述固定件内，且该段线缆外套设的波纹管上与固定件上的线束出口对应位置处设有开口。
所述线缆穿设于所述固定件内时，该段线缆垂直于所述C形臂所在平面安装。
一种应用前述C臂机线缆适应性控制的装置的C臂机。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明的线缆引导件不包封，只约束两点，不会对线缆的运动产生任何约束和干涉，占用体积小，视觉占比小；
2、本发明在C形臂线缆出口处进行固定或至少约束线缆轴向窜动的运动，在线缆段中用环约束线缆弯曲状态，可以通过旋转消除线缆扭转，减少对线缆的损伤；
3.本发明无需跟随线缆走向，所以线缆引导件可以没有弯曲面部分，降低了制造成本，也降低了装配难度；
4、本发明的旋转轴和线缆通道重叠，即旋转机构中空以通过线缆，旋转机构的最小尺寸被限制在大于线缆直径；独立的摆转机构可以做到结构紧凑，侵入C臂内无菌操作区域少，且结构更简单，物料成本低。
附图说明
图1为本发明的C臂机结构图；
图2为本发明的线缆接口的爆炸视图；
图3为本发明的线缆接口的部分剖视图；
图4为本发明的摆转控制件的爆炸视图；
图5为本发明的摆转控制件的剖视图；
图6为本发明的第一固定件的爆炸视图；
图7为本发明的第二固定件的结构图；
图8为本发明的滑转运动的线缆控制状态图；其中，图8(a)为顺时针滑转时的线缆控制状态图；图8(b)为逆时针滑转时的线缆控制状态图；
图9为本发明的旋转运动的线缆控制状态图；其中，图9(a)为顺时针旋转时的线缆控制状态图；图9(b)为逆时针旋转时的线缆控制状态图。
图中：
100、C臂机，1、基座，2、摆转运动模块，3、竖直运动模块，4、水平运动模块，5、旋转运动模块，6、滑转运动模块，7、C形臂，8、X射线检测器，9、X射线源，10、线缆，11、线缆接口，12、摆转控制件，13、第一固定件，14、第二固定件；
1101、接口底座，1102、线缆护套，1103、左抱箍，1104、右抱箍，1105、壳体；
11021、凸台，11022、线缆通道；
1201、摆转底座，1202、摆转轴，1203、摆转衬套，1204、固定螺钉，1205、摆杆，1206、线缆卡环，1207、摆杆环；
12011、摆转槽，12012、摆转限位块；12021、限位凸起；12061、卡环槽；
1301、第一固定座，1302、第一固定块；
1401、第二固定座，1402、第二固定块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明的C臂机结构图，如图1所示，本发明的C臂机包括立于地面上的基座1，C臂机可以通过基座1上的滚轮在地面上移动，基座1上设有一系列可以相对运动的模块，依次是摆转运动模块2、竖直运动模块3、水平运动模块4、旋转运动模块5及滑转运动模块6，各运动模块的运动分别对应为绕C臂机坐标系的Y轴旋转、沿C臂机坐标系的Y轴平移、沿C臂机坐标系的X轴平移、绕C形臂坐标系的X轴旋转及绕C形臂坐标系的Z轴旋转；其中，C臂机坐标系为以基座为原点，以竖直方向为Y轴，以水平前进方向为X轴，通过右手定则确定Z轴建立的坐标系；C形臂坐标系是以C形臂的滑转中心为原点，以C形臂的滑转轴线为Z轴，以竖直方向为Y轴，通过右手定则确定X轴建立的坐标系。运动链的末端是C形臂7，C形臂7的两端分别固定安装有相对的X射线检测器8和X射线源9，待透视物体置于两者之间。X射线检测器8和X射线源9通过穿设于C型臂7内的线缆10与基座1内的电源、控制单元连接，此时C型臂7与基座1之间存在线缆10，由于相对运动的存在，在滑转运动模块6带动C型臂7旋转时，其与基座1之间的线缆10会侵入到无菌操作区域，故要求在运动过程中对线缆10的状态进行一定的控制，本发明通过本发明设计的摆转控制件对其控制。
如图1所示，本发明的C臂机线缆适应性控制的装置包括固定在基座1上面向C形臂的端面上的第二固定件14、固定在滑转运动模块6上的第一固定件13、固定在C形臂7内侧中部设置的线缆出口处的线缆接口11及转动安装在线缆接口11上的摆转控制件12。
图2为本发明的线缆接口的爆炸视图，如图2所示，本发明的线缆接口11包括固定安装在C形臂7内侧中部设置的线缆出口处的接口底座1101、通过抱箍转动安装在接口底座1101上的线缆护套1102，线缆10从C形臂7内侧中部设置的线缆出口伸出外露，并穿设在线缆护套1102内形成的线缆通道11022内，通过线缆护套1102起到保护作用，同时支撑线缆10在线缆出口处保持一定的弯曲强度；其中，如图3所示，抱箍包括左抱箍1103和右抱箍1104，且左抱箍1103和右抱箍1104为相互配合的半圆环形结构，二者均套设在线缆护套1102外，并通过螺钉固定安装在接口底座1101上；在线缆护套1102内端的外侧壁沿径向向外延伸形成有凸台11021，在左抱箍1103和右抱箍1104的内壁上相应位置处开设有对应的限位槽，在左抱箍1103和右抱箍1104通过过盈配合将线缆护套1102安装在接口底座1101上时，线缆护套1102通过其凸台11021与左抱箍1103和右抱箍1104上的限位槽配合，防止其轴向窜动。线缆护套1102与穿设于线缆护套1102中的线缆10摩擦配合。
在本发明中，在抱箍外还固定安装有壳体1105，以对整个线缆接口11进行保护。
本发明中，线缆护套1102转动安装在接口底座1101上，但本发明并不止于此，本发明还可以将线缆护套1102直接固定安装在接口底座1101上。
进一步地，线缆护套1102的材料采用硅胶或橡胶材料。
图4为本发明的摆转控制件的爆炸视图，如图4所示，本发明的摆转控制件12包括固定安装在C形臂7上位于线缆接口11侧的摆转底座1201、通过摆转衬套1203转动安装在摆转底座1201上的摆转轴1202、通过固定螺钉1204固定安装在摆转轴1202顶端的摆杆1205及转动安装在摆杆1205末端的线缆卡环1206，线缆10外露一定长度后穿设于线缆卡环1206内；本发明中，通过该段线缆10外套设的波纹管与线缆卡环1206内壁之间的摩擦力配合实现该段线缆10固定穿设于线缆卡环1206内。
如图5所示，在摆转底座1201内开设有摆转槽12011，摆转轴1202通过摆转衬套1203转动安装在摆转槽12011内，在摆转槽12011侧壁沿径向向内延伸形成有摆转限位块12012，该摆转限位块12012有两个，呈设定角度分布在摆转槽12011侧壁同一周向上，具体二者之间在周向上的角度差根据实际摆杆1205摆转角度确定，且摆转限位块12012相对设置在C形臂所在平面的同一侧上，进而使得摆转轴1202的摆转范围只在C形臂所在平面的同一侧上；本发明中，两个摆转限位块12012之间的角度差可以设计为0°～180°中的任一角度。在一个示例中，两个摆转限位块12012之间的角度差可以设计为150°。在摆转轴1202侧壁对应位置处设有限位凸起12021，在摆转轴1202通过摆转衬套1203转动安装在摆转槽12011内时，其限位凸起12021与摆转槽12011内的摆转限位块12012处于同一圆周上，并通过二者配合实现摆转轴1202的转动限位。
进一步地，可以在摆转槽12011侧壁沿径向向内延伸形成有一摆转限位块12012，在摆转轴1202侧壁对应位置处设有两在周向上角度差为0°～180°中的任一角度的限位凸起12021，且两个限位凸起12021在安装时位于C形臂所在平面的同一侧上。
本发明另一实施例中，可以设计为在摆转底座1201端面的周向上设置的沿轴向延伸形成两个摆转限位块12012，且二者之间在周向上的角度差设计为0°～180°中的任一角度，且摆转限位块12012相对设置在C形臂所在平面的同一侧上；对应地，可以在摆杆1205端部对应位置处向下延伸设置与两个摆转限位块12012配合实现限位的限位凸起12021；
更进一步地，摆杆1205端部的限位凸起12021可以设计为两个，二者在周向上角度差为0°～180°中的任一角度，且相对设置在C形臂所在平面的同一侧上；对应地，在摆转底座1201端面的周向上对应位置处设置沿轴向延伸的一摆转限位块12012。
如图4、5所示，线缆卡环1206的外侧壁上开设有环形槽，在摆杆1205末端固定安装有摆杆环1207，线缆卡环1206通过其外侧壁的环形槽与摆杆1205末端的摆杆环1207配合转动安装在摆杆1205末端上。
本发明中，摆杆1205的长度有最短要求，受决定于C形臂尺寸和无菌操作空间等尺寸约束。
本发明中，摆杆环1207包括与摆杆1205末端一体化连接的第一半环及与第一半环可拆卸配合安装的第二半环，第二半环通过与第一半环配合安装并与线缆卡环1206外侧壁的环形槽配合将线缆卡环1206转动安装在摆杆1205末端上，通过该设计，可以使得摆杆1205随着C形臂运动而被线缆带动摆转时，线缆卡环1206内安装的线缆10会发生扭曲，而线缆卡环1206相对于摆杆1205的旋转运动可以释放扭曲。
进一步地，如图5所示，摆杆1205设计为一定的弯曲角度，其中该弯曲角度根据线缆10由于其本身的弯曲物理性质以及线缆接口11和摆转控制件12的线缆卡环1206之间的相对位置关系决定的线缆10的相应姿态进行适应性设计，以适应线缆的自然状态，从而可以避免线缆10折弯；该弯曲角度具体体现为线缆卡环1206轴线与摆转底座1201安装平面之间的夹角θ。在一些实施例中，夹角θ可介于15°至75°之间；在其他实施例中夹角θ可介于30°至60°之间；或者，夹角θ可为45°。
图6为本发明的第一固定件的爆炸视图，如图1、6所示，本发明的第一固定件13固定安装在滑转运动模块6上，包括第一固定座1301及第一固定块1302，其中第一固定座1301固定安装在滑转运动模块6上，在其上开设有用于安装线缆10的安装槽，第一固定块1302与第一固定座1301相对侧上开设对应的安装槽，第一固定块1302与第一固定座1301配合固定安装，线缆10设置于二者配合形成的容置腔内，并通过其外套设的波纹管与二者配合形成的容置腔之间的摩擦力实现安装。
进一步地，本发明的第一固定件13通过第一固定座1301固定安装在C形臂位于初始位置时滑转运动模块6的顶部。
进一步地，第一固定件13垂直于C形臂所在平面安装，使得设置于第一固定块1302与第一固定座1301配合形成的容置腔内的线缆10段垂直于C形臂所在平面。
进一步地，在第一固定座1301中部设有线束出口，对应的此处套设于线缆10外的波纹管在对应位置处断开，且在其断开处设有沿径向向外延伸的环形凸起，在第一固定座1301和第一固定块1302的安装槽上开设有与之对应的弧形槽，波纹管通过其弧形凸起与第一固定座1301和第一固定块1302的安装槽上开设有的弧形槽配合，从而转动安装在第一固定块1302与第一固定座1301配合形成的容置腔内。本发明中，设置线束出口便于线缆束中线缆的引入或者引出，以与对应模块连接实现不同模块的电连接和信号传输。
图7为本发明的第二固定件的结构图，如图7所示，本发明的第二固定件14包括第二固定座1401及第二固定块1402，其中，第二固定座1401及第二固定块1402的结构与第一固定件13的各结构类似，在此不再赘述。
本发明中，外露线缆10经由线缆接口11引出后，穿设在摆杆1205末端的线缆卡环1206内，并依次穿设于第一固定件13和第二固定件14后与基座1内电源或控制单元连接。
当C臂机末端相对于基座1发生相对运动时，外露线缆存在侵入无菌操作区的风险，通过本发明的装置可以约束线缆状态，本发明的线缆接口11被布置在C形臂上，作为外露线缆10的起始点，通过摆转控制件12将线缆10外露一定长度后完全固定或至少约束其在摆转控制件12上的平移运动，从而可以约束线缆状态，使得其不侵入无菌操作区。
在一些实施例中，可选择摆杆的长度、摆杆的旋转角度、线缆卡环的旋转轴线相对于摆杆底座的安装平面的夹角，以便C形臂在各种旋转位置将线缆不会被过度拉紧的前提下，线缆不会侵入C形臂的无菌操作区。
图8为本发明的滑转运动的线缆控制状态图，如图8所示，当滑转运动模块动作时，C形臂带动线缆接头11滑转，即此时线缆接头11(也即外露线缆起点)绕着C形臂中心做顺时针或逆时针转动，那么线缆接头11与第一固定件13之间的线缆位置会发生变化，此时在其中线缆自重及姿态的作用下，线缆10会带动摆杆1205摆转，C形臂的运动位置决定摆转的角度；同时，线缆10的扭曲带动线缆卡环1206在摆杆1205末端的摆杆环1207内转动，以解除其扭曲，减少对线缆的损伤；摆杆1205的末端作为线缆接头11与第一固定件13之间的可变约束，限制线缆状态，即线缆10由于其姿态及自重，会自摆杆1205末端处向外延伸一段再在重力作用下下垂，而该段线缆另一端又被第一固定件13限制长度，则如图8所示，从而将该段线缆限制在无菌操作区外。当滑转运动顺时针发生时，摆杆1205保持在初始状态摆转角度，如图8(a)所示；当滑转运动逆时针发生时，由于线缆10长度及其自身姿态的作用，线缆会带动摆杆1205向C形臂外摆动，且摆杆1205的摆转角度随着C形臂滑转角度增大，如图8(b)所示。
图9为本发明的旋转运动的线缆控制状态图，当旋转运动顺时针发生时，摆杆1205保持在初始状态摆转角度,如图9(a)所示；当旋转运动逆时针发生时，由于线缆10长度及其自身姿态的作用，线缆会带动摆杆1205向C形臂外摆动，且摆杆1205的摆转角度随着旋转角度增大而逐渐增大直至机械限位,如图9(b)所示。
本发明只约束外露线缆出口点和经过设定长度自然状态的线缆后的一点，在C形臂运动过程中，不会对线缆的运动产生任何约束和干涉，无需跟随线缆走向，所以线缆引导件可以没有弯曲面部分，降低了制造成本，也降低了装配难度；在C形臂线缆出口处进行固定或至少约束线缆轴向窜动的运动，在线缆段中用环约束线缆弯曲状态，可以通过旋转消除线缆扭转，减少对线缆的损伤。摆转控制件12的摆杆1205和线缆卡环1206需要设计成可相对转动，这样就将摆动引起的扭转角度从线缆接口11和摆转控制件12释放到线缆接口11和第一固定件3，减少对线缆10的损伤。摆转控制件12的线缆通道和摆转底座1201被设计成一定的夹角，以适应线缆10的自然状态，摆转控制件12被布置在C形臂7上，跟随末端整体运动。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：包括：
摆转件，转动安装于C形臂，且其转动范围在C形臂所在平面的同一侧上；
线缆自所述C形臂线缆出口处引出，并经所述摆转件引导运动防止所述线缆进入限定在所述C形臂内的无菌区。
2.根据权利要求1所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述摆转件末端处配置有摆杆环，所述线缆转动穿设于所述摆杆环中。
3.根据权利要求2所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述摆转件设置有转动安装于所述摆杆环中的线缆卡环，所述线缆通过所述线缆卡环转动安装于所述摆杆环中。
4.根据权利要求3所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述线缆卡环的外侧壁上开设有环形槽，所述线缆卡环通过其外侧壁的环形槽与所述摆杆环配合转动安装在所述摆转件末端上。
5.根据权利要求1所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：在所述摆转件端部设置有一止转件，用以限制所述摆转件转动角度。
6.根据权利要求5所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述止转件包括一限位凸起及一对摆转限位块，所述限位凸起与所述摆转限位块接合以限制所述摆转件的转动，且当所述限位凸起在两个所述摆转限位块之间运动时，所述摆转件相对于所述C形臂在所述C形臂所在平面的同一侧旋转。
7.根据权利要求5所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：在所述C形臂设置有摆转底座，所述止转件设置于所述摆转件和所述摆转底座之间。
8.根据权利要求1所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：在C形臂线缆出口处安装有用于穿设线缆的线缆护套。
9.根据权利要求8所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述线缆护套通过抱箍固定安装在C形臂上；在所述线缆护套外侧壁沿径向向外延伸形成有凸台，在抱箍的内壁上相应位置设置有限位槽，所述线缆护套通过其凸台与限位槽配合转动安装在C形臂。
10.根据权利要求1所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：还包括固定件，所述固定件安装于所述C臂机的滑转运动模块上，所述线缆经所述摆转件后固定于所述固定件上。
11.根据权利要求10所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述固定件固定在所述C形臂位于初始位置时固定安装于所述滑转运动模块顶部。
12.根据权利要求11所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：在所述固定件中部开设有线束出口，所述线缆穿设于所述固定件内，且该段线缆外套设的波纹管上与固定件上的线束出口对应位置处设有开口。
13.根据权利要求11所述的C臂机线缆适应性控制的装置，其特征在于：所述线缆穿设于所述固定件内时，该段线缆垂直于所述C形臂所在平面安装。
14.一种应用权利要求1～13任一所述的C臂机线缆适应性控制的装置的C臂机。
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