CN114533223A - 一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于介入医疗器械领域，具体涉及一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备。本发明的技术方案如下：一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，包括柔性穿刺针、针丝集束结构和针丝驱动结构，所述柔性穿刺针由多根针丝集束而成；所述针丝集束结构用于将多根针丝集束为所述柔性穿刺针；所述针丝驱动结构用于驱动所述针丝并使之产生前进或后撤的运动。本发明提供的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，利用数量较多的针丝通过组合的方式细化可供选择的转动方向，能够实现不对称针尖的变曲率转向。
Description
技术领域
本发明属于介入医疗器械领域，具体涉及一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备。
背景技术
微创介入手术(minimally invasive surgery,MIS)是以最小创伤的代价将手术器械送达指定位置的一种手术操作类型。这项技术的发展减少了常规大创面手术给病人带来的痛苦，缩短了恢复周期，极大地减少了术后感染的风险。
实施微创介入手术时常用针类器械进行，这种器械经皮穿刺到达病灶后能够实施活检、精准药物输送、靶向药物治疗、深脑电刺激、深脑电极植入等复杂操作。利用灵巧手术器械避开重要组织到达靶点的操作手段有效避免了常规大创面手术存在手术禁区的问题，尤其是脑部这种神经元异常密集不宜损伤的组织。
目前医院中常用的直线型刚性穿刺针能满足基本的穿刺需求，但这种类型的穿刺介入器械存在如下所述的若干缺陷。首先，这种穿刺针只能沿着直线进入，一旦穿刺完成若想更改穿刺路径只能退出组织重新穿刺，容错率较低，医源性损伤风险较大。第二，这种穿刺方式受限于医生的操作技术和经验，操作时易受情绪波动和疲劳程度的影响而导致手术失败。第三，如果每条直线穿刺路径上都存在不可受损的重要组织时使用直线型刚性穿刺针实施手术的难度较大。第四，传统的微创手术被定义为基于图像引导下实施的术式，例如术前通过MRI、CT等方式获取脑部图像在开颅后由于颅压改变，腺体肿大对周边组织的挤压等因素导致脑部核团的位置也发生不可预知的改变，手术过程中需要不断改变穿刺方向才能保证穿刺精度。
发明内容
本发明提供一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，利用数量较多的针丝通过组合的方式细化可供选择的转动方向，能够实现不对称针尖的变曲率转向。
本发明的技术方案如下：
一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，包括柔性穿刺针、针丝集束结构和针丝驱动结构，所述柔性穿刺针由多根针丝集束而成；所述针丝集束结构用于将多根针丝集束为所述柔性穿刺针；所述针丝驱动结构用于驱动所述针丝并使之产生前进或后撤的运动。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述针丝集束结构包括安装板、针丝集成板、四个支杆、多根针丝导管、安装座和刚性针管，所述安装板与针丝集成板通过四个支杆固定连接在一起，所述安装板上设有呈分散状态分布的多个针孔一，所述针丝集成板中心处设有呈集中状态分布的多个针孔二，多根针丝导管设置在所述安装板与针丝集成板之间，每根针丝导管的一端与一个针孔一相连、另一端与一个针孔二相连；所述安装座设置在所述针丝集成板中心处，所述刚性针管设置在所述安装座上。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述针丝驱动结构包括支架、端板、丝杠、轴承、针丝驱动器、壳体、连杆、支撑板、联轴器一和丝杠驱动电机，所述支架的两端分别与所述安装板及所述端板固定连接；所述支架上设有多根沿周向均匀分布同向设置的滑轨，两根相邻的滑轨之间设有一根丝杠，所述丝杠的两端通过所述轴承分别与所述安装板及所述端板连接；针丝驱动器的两侧分别与两根相邻的滑轨配合安装，针丝驱动器的中部设有丝母，所述丝母与所述丝杠套装在一起；所述壳体将所述支架及针丝驱动器包裹在里面；所述支撑板通过四根连杆与所述端板固定连接在一起，所述支撑板上设有多个丝杠驱动电机，每个丝杠驱动电机通过所述联轴器一与一根所述丝杠连接在一起。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述支架的一端设有中心孔，所述安装板的中心处设有定位轴，所述定位轴嵌装在所述中心孔内。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述针丝驱动器包括齿轮座、立柱、上支板、齿轮一、齿轮电机、两个齿条一和两个针丝夹持器，所述齿轮座的上端通过四根立柱与上支板固定连接在一起，所述齿轮一设置在所述齿轮座与上支板之间，所述齿轮电机设置在所述上支板上用于驱动所述齿轮一旋转；所述齿轮座的两侧分别设有导轨，两个针丝夹持器呈镜像对称状态分别设置在所述齿轮座的两侧，所述针丝夹持器设有导槽，所述导槽与所述导轨配合安装；所述齿条一安装在所述针丝夹持器上，所述齿条一与所述齿轮一啮合。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述针丝夹持器包括座体、齿轮二、齿条二、夹紧电机、联轴器二、外壳和端盖，所述座体的侧部为所述导槽；齿轮二与所述座体转动连接，所述夹紧电机固定设置在所述座体上，所述夹紧电机通过联轴器二与齿轮二固定连接在一起；齿条二与所述座体滑动连接，齿条二与齿轮二啮合；齿条二下端设有压块，所述针丝放置在所述压块与所述座体之间；所述外壳安装在所述座体上将齿轮二、齿条二、夹紧电机、联轴器二罩在其中，所述端盖安装在所述座体及所述外壳的端头处。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述柔性穿刺针包括多根针丝、多个预弯曲针头、集束器和鞘管，每根针丝的前端与一个预弯曲针头固定连接在一起；所述针丝的后部放置在所述压块与所述座体之间，所述针丝的前部放置在所述针丝导管中，多根所述针丝的前端由所述集束器集束在一起，所述集束器与其中一根所述针丝固定连接；多个预弯曲针头相互连接在一起组成所述柔性穿刺针的锥形针尖；所述针丝的前端、所述集束器及所述柔性穿刺针的锥形针尖装进所述鞘管中，所述鞘管放置在所述刚性针管内。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述预弯曲针头的截面形状为扇形，所述预弯曲针头的前端为斜尖。
进一步地，所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，所述预弯曲针头为在无外力情况下存在预定义曲率的针头，所述预弯曲针头的一侧设有榫头、另一侧设有榫槽；多个所述预弯曲针头在被拉直状态下两两互相榫接组成所述柔性穿刺针的锥形针尖；所述预弯曲针头被推出所述柔性穿刺针的锥形针尖后，恢复到预定义曲率形状。
本发明的有益效果为：本发明利用数量较多的针丝通过组合的方式细化可供选择的转动方向，能够实现不对称针尖的变曲率转向。
附图说明
图1为应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备示意图；
图2为针丝集束结构示意图；
图3为针丝集成板示意图；
图4为安装板示意图；
图5为针丝驱动结构示意图；
图6为针丝驱动结构内部示意图；
图7为针丝驱动器示意图；
图8为针丝夹持器内部示意图；
图9为针丝集束状态示意图；
图10为柔性穿刺针的锥形针尖装进鞘管中状态示意图；
图11为预弯曲针头拉直状态示意图。
具体实施方式
如图1-11所示，一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，包括柔性穿刺针3、针丝集束结构1和针丝驱动结构2，所述柔性穿刺针3由八根针丝3-1集束而成；所述针丝集束结构用于将八根针丝3-1集束为所述柔性穿刺针3；所述针丝驱动结构用于驱动所述针丝3-1并使之产生前进或后撤的运动。
所述针丝集束结构1包括安装板1-3、针丝集成板1-4、四个支杆1-1、八根针丝导管1-2、安装座1-5和刚性针管1-6，所述安装板1-3与针丝集成板1-4通过四个支杆1-1固定连接在一起，所述安装板1-3上设有呈分散状态分布的八个针孔一1-8，所述针丝集成板1-4中心处设有呈集中状态分布的八个针孔二1-7，八根针丝导管1-2设置在所述安装板1-3与针丝集成板1-4之间，每根针丝导管1-2的一端与一个针孔一1-8相连、另一端与一个针孔二1-7相连；所述安装座1-5设置在所述针丝集成板1-4中心处，所述刚性针管1-6设置在所述安装座1-5上。
所述针丝驱动结构2包括支架2-7、端板2-6、丝杠2-8、轴承、四个针丝驱动器、壳体2-1、连杆2-3、支撑板2-4、联轴器一2-2和丝杠驱动电机2-5，所述支架2-7的两端分别与所述安装板1-3及所述端板2-6固定连接；所述支架2-7上设有四根沿周向均匀分布同向设置的滑轨2-9，两根相邻的滑轨2-9之间设有一根丝杠2-8，所述丝杠2-8的两端通过所述轴承分别与所述安装板1-3及所述端板2-6连接；针丝驱动器的两侧分别与两根相邻的滑轨2-9配合安装，针丝驱动器的中部设有丝母，所述丝母与所述丝杠2-8套装在一起；所述壳体2-1将所述支架2-7及针丝驱动器包裹在里面；所述支撑板2-4通过四根连杆2-3与所述端板2-6固定连接在一起，所述支撑板2-4上设有四个丝杠驱动电机2-5，每个丝杠驱动电机2-5通过所述联轴器一2-2与一根丝杠2-8连接在一起。
所述支架2-7的一端设有中心孔2-10，所述安装板1-3的中心处设有定位轴1-9，所述定位轴1-9嵌装在所述中心孔2-10内。
所述针丝驱动器包括齿轮座2-13、立柱2-14、上支板2-15、齿轮一2-17、齿轮电机2-11、两个齿条一2-18和两个针丝夹持器，所述齿轮座2-13的上端通过四根立柱2-14与上支板2-15固定连接在一起，所述齿轮一2-17设置在所述齿轮座2-13与上支板2-15之间，所述齿轮电机2-11设置在所述上支板2-15上用于驱动所述齿轮一2-17旋转；所述齿轮座2-13的两侧分别设有导轨，两个针丝夹持器呈镜像对称状态分别设置在所述齿轮座2-13的两侧，所述针丝夹持器设有导槽，所述导槽与所述导轨配合安装；所述齿条一2-18安装在所述针丝夹持器上，所述齿条一2-18与所述齿轮一2-17啮合。
所述针丝夹持器包括座体2-19、齿轮二2-23、齿条二2-20、夹紧电机2-21、联轴器二2-22、外壳2-12和端盖2-16，所述座体2-19的侧部为所述导槽；齿轮二2-23与所述座体2-19转动连接，所述夹紧电机2-21固定设置在所述座体2-19上，所述夹紧电机2-21通过联轴器二2-22与齿轮二2-23固定连接在一起；齿条二2-20与所述座体2-19滑动连接，齿条二2-20与齿轮二2-23啮合；齿条二2-20下端设有压块2-24，所述针丝3-1放置在所述压块2-24与所述座体2-19之间；所述外壳2-12安装在所述座体2-19上将齿轮二2-23、齿条二2-20、夹紧电机2-21、联轴器二2-22罩在其中，所述端盖2-16安装在所述座体2-19及所述外壳2-12的端头处。
夹紧电机2-21驱动齿轮二2-23，然后通过齿轮二2-23将力传递给齿条二2-20完成向下运动，通过压块2-24将针丝3-1压紧在座体2-19上，起到夹持针丝3-1的效果。
所述针丝驱动器包括两个针丝夹持器，用于夹持两根针丝3-1，受到同一个齿轮电机2-11的操控；齿轮电机2-11的正反转带动齿轮一2-17旋转运动，齿轮一2-17带动两个齿条一2-18进行直线运动，在齿轮一2-17转动时，两个齿条一2-18实现异向错位运动，进而实现两根针丝3-1的前进和回撤的局部运动；所述针丝驱动器实现了对两根针丝3-1的控制的同时减少了齿轮电机2-11的使用频率。
所述针丝驱动器主要用于实现针丝3-1的局部位置微调。丝杠驱动电机2-5驱动丝杠2-8旋转，丝杠2-8带动针丝驱动器前后移动，用于实现针丝3-1大行程的前进和回撤运动。
需要同一针丝驱动器上的两根针丝3-1同时前进或回撤时，齿轮电机2-11停转，并由丝杠2-8带动针丝驱动器前后移动，实现两根针丝3-1同时前进或回撤。针丝驱动器前进时，针丝夹持器将针丝3-1夹紧；当针丝驱动器回撤时，针丝夹持器松开针丝3-1，当回撤到达指定位置时针丝夹持器再次夹紧针丝3-1。
若要实现两个针丝驱动器上的两根针丝3-1的同时前进或回撤时，应先实现这两根针丝3-1的预弯曲针头3-2处于平齐的位置，然后再驱动两根丝杠2-8同时转动，实现两个针丝驱动器的同时前进和回撤运动。
所述柔性穿刺针3包括八根针丝3-1、八个预弯曲针头3-2、集束器3-3和鞘管3-4，每根针丝3-1的前端与一个预弯曲针头3-2固定连接在一起；所述针丝3-1的后部放置在所述压块2-24与所述座体2-19之间，所述针丝3-1的前部放置在所述针丝导管1-2中，八根针丝3-1的前端由所述集束器3-3集束在一起，所述集束器3-3与其中一根针丝3-1固定连接，以防止集束器3-3在针丝3-1滑动过程中发生错位，导致针丝3-1发生局部大变形而产生不可控的横向屈曲；八个预弯曲针头3-2相互连接在一起组成所述柔性穿刺针3的锥形针尖；所述针丝3-1的前端、所述集束器3-3及所述柔性穿刺针3的锥形针尖装进所述鞘管3-4中，所述鞘管3-4放置在所述刚性针管1-6内；所述刚性针管1-6为坚硬质地的空心针管，用于在所述柔性穿刺针3的前端伸出之前将所述柔性穿刺针3置于组织中，以提供相对精准的穿刺介入起点。
所述预弯曲针头3-2的截面形状为扇形，所述预弯曲针头3-2的前端为斜尖。所述预弯曲针头3-2为在无外力情况下存在预定义曲率的针头，所述预弯曲针头3-2的一侧设有榫头3-5、另一侧设有榫槽3-6；八个所述预弯曲针头3-2在被拉直状态下两两互相榫接组成所述柔性穿刺针3的锥形针尖。
所述刚性针管1-6穿刺进入人体组织后，所述预弯曲针头3-2被推出所述柔性穿刺针3的锥形针尖后，恢复到预定义曲率形状。所述预弯曲针头3-2获得人体组织的作用力，从而产生一条曲线路径实现所述柔性穿刺针3的转向功能。
通过合理配置所述柔性穿刺针3的锥形针尖的形状，利用锥形针尖的不对称性与人体组织之间的相互作用力，获得所述柔性穿刺针3的多种变曲率转向的能力。
上述应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备的使用，包括如下方式：
一、单根针丝3-1的驱动
1)针丝夹持器上的夹紧电机2-21驱动齿轮二2-23，然后通过齿轮二2-23将力传递给齿条二2-20完成向下运动，通过压块2-24将针丝3-1压紧在座体2-19上；
2)一个针丝驱动器的齿轮电机2-11驱动齿轮一2-17旋转运动，齿轮一2-17带动两个齿条一2-18进行直线运动，两个齿条一2-18实现异向错位运动，使得两个针丝夹持器前后布置；
3)调整完成后，相应的丝杠驱动电机2-5驱动丝杠2-8旋转，丝杠2-8带动针丝驱动器前移，使得其中一根预弯曲针头3-2被推出鞘管3-4，当预弯曲针头3-2伸出鞘管3-4的长度达到要求时停止；
4)然后，同时驱动四根丝杠2-8运转，使得完整的柔性穿刺针3前进，并在预弯曲针头3-2的作用下产生曲线路径。
二、多根针丝3-1的驱动
若同时伸出多根针丝3-1则会增加针头的斜尖面积，进而受到更多的组织作用力，增大了柔性穿刺针3的弯曲曲率，会改变柔性穿刺针3的弯曲方向。以某一根预弯曲针头3-2的对称中心为0角度方向，从该零角度位置出发，逆时针方向为弯曲角度增加的正方向，以顺时针方向为角度减小的方向；逆时针方向每伸出一根预弯曲针头3-2，柔性穿刺针3转向增加的角度为
(n为预弯曲针头3-2的数量)；顺时针方向每伸出一根预弯曲针头3-2，柔性穿刺针3转向减小的角度为
若要实现一个针丝驱动器的两根针丝3-1的驱动时，齿轮一2-17停止，相应的丝杠驱动电机2-5驱动丝杠2-8旋转，丝杠2-8带动针丝驱动器前移，使得两根预弯曲针头3-2同时被推出鞘管3-4，当预弯曲针头3-2伸出鞘管3-4的长度达到要求时停止；然后，同时驱动四根丝杠2-8运转，使得完整的柔性穿刺针3前进推出鞘管3-4。
若要加强弯曲又不改变转弯方向则应以原方向的单根预弯曲针头3-2为中心，两侧再与之同时伸出相同数量的预弯曲针头3-2。
Claims (9)
1.一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，包括柔性穿刺针、针丝集束结构和针丝驱动结构，所述柔性穿刺针由多根针丝集束而成；所述针丝集束结构用于将多根针丝集束为所述柔性穿刺针；所述针丝驱动结构用于驱动所述针丝并使之产生前进或后撤的运动。
2.根据权利要求1所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述针丝集束结构包括安装板、针丝集成板、四个支杆、多根针丝导管、安装座和刚性针管，所述安装板与针丝集成板通过四个支杆固定连接在一起，所述安装板上设有呈分散状态分布的多个针孔一，所述针丝集成板中心处设有呈集中状态分布的多个针孔二，多根针丝导管设置在所述安装板与针丝集成板之间，每根针丝导管的一端与一个针孔一相连、另一端与一个针孔二相连；所述安装座设置在所述针丝集成板中心处，所述刚性针管设置在所述安装座上。
3.根据权利要求2所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述针丝驱动结构包括支架、端板、丝杠、轴承、针丝驱动器、壳体、连杆、支撑板、联轴器一和丝杠驱动电机，所述支架的两端分别与所述安装板及所述端板固定连接；所述支架上设有多根沿周向均匀分布同向设置的滑轨，两根相邻的滑轨之间设有一根丝杠，所述丝杠的两端通过所述轴承分别与所述安装板及所述端板连接；针丝驱动器的两侧分别与两根相邻的滑轨配合安装，针丝驱动器的中部设有丝母，所述丝母与所述丝杠套装在一起；所述壳体将所述支架及针丝驱动器包裹在里面；所述支撑板通过四根连杆与所述端板固定连接在一起，所述支撑板上设有多个丝杠驱动电机，每个丝杠驱动电机通过所述联轴器一与一根所述丝杠连接在一起。
4.根据权利要求3所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述支架的一端设有中心孔，所述安装板的中心处设有定位轴，所述定位轴嵌装在所述中心孔内。
5.根据权利要求3所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述针丝驱动器包括齿轮座、立柱、上支板、齿轮一、齿轮电机、两个齿条一和两个针丝夹持器，所述齿轮座的上端通过四根立柱与上支板固定连接在一起，所述齿轮一设置在所述齿轮座与上支板之间，所述齿轮电机设置在所述上支板上用于驱动所述齿轮一旋转；所述齿轮座的两侧分别设有导轨，两个针丝夹持器呈镜像对称状态分别设置在所述齿轮座的两侧，所述针丝夹持器设有导槽，所述导槽与所述导轨配合安装；所述齿条一安装在所述针丝夹持器上，所述齿条一与所述齿轮一啮合。
6.根据权利要求5所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述针丝夹持器包括座体、齿轮二、齿条二、夹紧电机、联轴器二、外壳和端盖，所述座体的侧部为所述导槽；齿轮二与所述座体转动连接，所述夹紧电机固定设置在所述座体上，所述夹紧电机通过联轴器二与齿轮二固定连接在一起；齿条二与所述座体滑动连接，齿条二与齿轮二啮合；齿条二下端设有压块，所述针丝放置在所述压块与所述座体之间；所述外壳安装在所述座体上将齿轮二、齿条二、夹紧电机、联轴器二罩在其中，所述端盖安装在所述座体及所述外壳的端头处。
7.根据权利要求6所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述柔性穿刺针包括多根针丝、多个预弯曲针头、集束器和鞘管，每根针丝的前端与一个预弯曲针头固定连接在一起；所述针丝的后部放置在所述压块与所述座体之间，所述针丝的前部放置在所述针丝导管中，多根所述针丝的前端由所述集束器集束在一起，所述集束器与其中一根所述针丝固定连接；多个预弯曲针头相互连接在一起组成所述柔性穿刺针的锥形针尖；所述针丝的前端、所述集束器及所述柔性穿刺针的锥形针尖装进所述鞘管中，所述鞘管放置在所述刚性针管内。
8.根据权利要求7所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述预弯曲针头的截面形状为扇形，所述预弯曲针头的前端为斜尖。
9.根据权利要求8所述的应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备，其特征在于，所述预弯曲针头为在无外力情况下存在预定义曲率的针头，所述预弯曲针头的一侧设有榫头、另一侧设有榫槽；多个所述预弯曲针头在被拉直状态下两两互相榫接组成所述柔性穿刺针的锥形针尖；所述预弯曲针头被推出所述柔性穿刺针的锥形针尖后，恢复到预定义曲率形状。
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|---|---|---|---|
| CN202210214268.XA CN114533223A (zh) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | 一种应用于脑科手术的柔性针穿刺介入设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115530934A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-12-30 | 山东大学 | 一种基于丝传动的柔性穿刺针穿刺手术器械 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2022
- 2022-03-07 CN CN202210214268.XA patent/CN114533223A/zh active Pending
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