CN114886566A - 一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人 - Google Patents

一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人 Download PDF

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Abstract

一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,它包含无磁材料制成的基座、释电绳、驱动组件和M个折纸模块,每个所述折纸模块的横截面为六边形,折纸模块展开后为矩形纸板,矩形纸板上具有多个直线折痕,沿矩形纸板宽度方向平行设置的多个直线折痕为谷线,与谷线斜交的多个直线折痕为山线,山线分为两组,在长度方向上,两组山线交角呈120度分布,且矩形纸板上排布有六列绳孔,每列绳孔折叠后形成通道。本发明具有长度可变、质量轻、灵活性好的优点,无磁材料满足核磁兼容性。

Description

一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人
技术领域
本发明涉及穿刺手术机器人,具体涉及一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人。
背景技术
核磁共振成像(MRI)对软组织具有较强的分辨力和较高的精度,MRI导航的手术机器人可以对病人体内的软组织病灶进行穿刺、取样,但手术机器人也面临核磁仪内部空间有限及高强度磁场的难题。国内外研究机构发明的手术机器人机构为了满足核磁兼容性,并实现较高精度的穿刺过程,这些机器人大多基于刚性结构,利用气动或者超声电机驱动的方式来完成穿刺手术,其结构往往复杂,尺寸较大,灵活度差,刚性的机械结构会加重患者的心理负担,且气动驱动存在迟滞、泄露等缺点,超声电机无法保证完全的核磁兼容。
发明内容
本发明为克服现有技术不足,提供一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人。该折纸机器人具有长度可变、质量轻、尺寸小、灵活性好等优点,并且机器人由无磁材料构成,满足核磁兼容性,传动线性程度良好。
一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人包含无磁材料制成的基座、释电绳、驱动组件和M个折纸模块,其中M≥1的整数;每个所述折纸模块的横截面为六边形,折纸模块展开后为矩形纸板,矩形纸板上具有多个直线折痕,沿矩形纸板宽度方向平行设置的多个直线折痕为谷线,与谷线斜交的多个直线折痕为山线,山线分为两组,在长度方向上,两组山线交角呈120度分布,且矩形纸板上排布有六列绳孔,每列绳孔折叠后形成通道;
M=1时,折纸模块安装在基座上;
M>1时,相邻两个折纸模块通过连接件串接在一起,每个折纸模块由固定在连接件上的释电绳驱动产生轴向伸缩,释电绳由布置在基座上的驱动组件控制。
本发明相比现有技术的有益效果是:
折纸机器人本体均由无磁材料构成,核磁兼容性良好,不会造成图像伪影;折纸结构的长度可变,工作灵活,绳驱动使得驱动元件可放置在机器人本体之外,使得机器人本体结构紧凑,尺寸小,解决了核磁仪内部空间局限的问题。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明:
附图说明
图1为实施例的核磁兼容的穿刺手术折纸机器人的整体结构示意图;
图2为实施例中基座和释电绳布置的示意图;
图3为释电绳布线示意图;
图4为一个方向看得折纸模块和释电绳布置示意图;
图5为另一个方向看的折纸模块和释电绳布置示意图;
图6为矩形纸板的平面结构图;
图7为本发明布置在支架上的示意图。
具体实施方式
如图1-图6所示,一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人包含无磁材料制成的基座1、释电绳2、驱动组件3和M个折纸模块4,其中M≥1的整数;
每个所述折纸模块4的横截面为六边形,折纸模块4展开后为矩形纸板,矩形纸板上具有多个直线折痕,沿矩形纸板宽度方向平行设置的多个直线折痕为谷线4-1,与谷线4-1斜交的多个直线折痕为山线4-2,山线4-2分为两组,一组山线斜向上布置,另一组山线斜向下布置,在长度方向上,两组山线交角呈120度分布,且矩形纸板上排布有六列绳孔c,每列绳孔c折叠后形成通道;
M=1时,折纸模块4安装在基座1上;
M>1时,相邻两个折纸模块4通过连接件5串接在一起,每个折纸模块4由固定在连接件5上的释电绳2驱动产生轴向收缩和伸长,释电绳2由布置在基座1上的驱动组件3控制。
本实施方式的折纸机器人本体均由无磁材料构成,核磁兼容性良好,不会造成图像伪影。在释电绳作用下,折纸模块4能在轴向伸缩,折纸模块4可产生对应的形状变化,从而实现折纸模块4在绳驱动下的穿刺功能,工作灵活。
所述折纸模块4的折痕为菱形图案,如图6所示,右侧为矩形纸板的单元图,b代表激光打孔的间距,单位是mm;斜虚线代表折痕的山线4-2,水平虚线表示谷线4-2;黑点c表示预留的直径一定直径的绳孔c,折叠后形成通道,提供驱动力的释电绳2可从中穿过,根据实际需要,谷线4-1和两个山线4-2三者相交点两侧的绳孔c与谷线4-1的距离h为3-5mm。图6中左侧预留的一段纸板,便于胶的粘连来制成折纸模块4,将设计好的矩形纸板图案通过激光切割获得,这样就得到了折痕,沿激光雕刻的折痕折叠,一方面可以降低纸板硬度使其可以手工折叠,二是保证折痕的位置准确。
沿图6所示的山线4-2和谷线4-1进行翻折,并聚拢,用胶将边缘的两端粘连起来,并在其顶部和底部固定的连接件5。设置顶部和底部连接件(例如塑料板),有两个目的,一是可以在塑料板上打孔,便于驱动释电绳2穿过,其二是保护折纸模块4,由于纸板是可以被弯曲的物体,所以顶部的纸板被绳牵引的力太大时,可能会发生弯曲,从而破坏整体的结构完整性。随后将三根释电绳2垂向沿着矩形纸板的绳孔c穿过去,在顶端系成结后固定,绕过滑轮组1-2另一端固定在设置于远距离放置的舵机上。
优选地,矩形纸板为道林纸,具有较高的强度和适应性能。所述释电绳2为尼龙绳。均为无磁材料,核磁兼容性良好。
进一步地,如6所示,每列绳孔中谷线4-1和两条山线4-2三者相交点两侧的绳孔c数量为两个,在长度方向上矩形纸板边缘与两个山线4-2三者相交位置开有一个绳孔c。在长度方向上同一列排布的绳孔折纸后形成通道,如图4和图5,用于布置释电绳2以及与连接件5的固定,实现折纸模块4的伸缩和/或弯曲,完成穿刺功能。
如图2和图3所示,所述驱动组件3为M个滑轮组,M个滑轮组固定在基座1上,每个滑轮组的滑轮数量为三个,每个滑轮上绕有一根释电绳2;
M=1时,滑轮组中的三根释电绳2分别穿过对应的通道,释电绳2的末端与连接件5相连;M>1时,每个滑轮组上的三根释电绳2分别控制一个折纸模块4,每个滑轮组1-2中的三根释电绳2分别穿过对应的通道,释电绳2的末端与对应连接件5相连。
一个实施例中,所述滑轮组的滑轮材质为尼龙。当折纸模块4的数量为2时,基座1主要由上安装板1-1、下安装板1-3和支撑杆1-2组成,上安装板1-1、下安装板1-3和支撑杆1-2的材质均为PLA材料。上安装板1-1和下安装板1-3上分别用热熔胶粘接三个滑轮架,上安装板1-1和下安装板1-3通过支撑杆1-2热熔胶粘接固定,为便于释电绳2的布置和使用,在下安装板1-3底部设置六棱柱底座1-4,材质也为PLA材料,并用热熔胶粘接。滑轮组1-2中使用的轴承为陶瓷轴承,既满足核磁兼容性,又满足强度和耐磨性。
以2个折纸模块4为例说,连接件5与六棱柱底座1-4固接,折纸模块4与连接件5固接,六根释电绳2中,其中三根释电绳2缠绕在一个滑轮组的三个滑轮上,并穿过上安装板1-1、下安装板1-3、六棱柱底座1-4、连接件5及上部的折纸模块4上对应的通道(绳孔c),并在顶端系成结后固定;相邻两个折纸模块4通过连接件5串联固接,另外三根释电绳2缠绕在一个滑轮组的三个滑轮上,并穿过上安装板1-1、下安装板1-3、六棱柱底座1-4、连接件5及下部的折纸模块4上对应的通道(绳孔c),在顶端系成结后固定,并与末端的连接件5固接(例如粘接),连接件5与穿刺针3固接,六根释电绳2的另一端分别固定在远离基座的六个舵机上。远离设置以避免舵机对核磁扫描仪成像产生干扰,如图像伪影。
一个实施例中,单个折纸模块4的伸长变化范围为40mm-100mm。
六个舵机转动使得释电绳2伸长、缩短,从而折纸模块4产生对应的形状变化。当六个舵机同时旋转同样的角度,折纸模块4沿轴向产生收缩、伸长;通过对舵机的控制,使得折纸模块4的末端按预设的轨迹运动,从而实现绳驱动下的穿刺功能。
使用时,将核磁兼容的穿刺手术折纸机器人的基座固定在支架6上,如图7所示。
本发明已以较佳实施案例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例,均仍属本发明技术方案范围。

Claims (10)

1.一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:包含无磁材料制成的基座(1)、释电绳(2)、驱动组件(3)和M个折纸模块(4),其中M≥1的整数;
每个所述折纸模块(4)的横截面为六边形,折纸模块(4)展开后为矩形纸板,矩形纸板上具有多个直线折痕,沿矩形纸板宽度方向平行设置的多个直线折痕为谷线(4-1),与谷线(4-1)斜交的多个直线折痕为山线(4-2),山线(4-2)分为两组,在长度方向上,两组山线交角呈120度分布,且矩形纸板上排布有六列绳孔(c),每列绳孔(c)折叠后形成通道;
M=1时,折纸模块(4)安装在基座(1)上;
M>1时,相邻两个折纸模块(4)通过连接件(5)串接在一起,每个折纸模块(4)由固定在连接件(5)上的释电绳(2)驱动产生轴向伸缩,释电绳(2)由布置在基座(1)上的驱动组件(3)控制。
2.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:每列绳孔中谷线(4-1)和两条山线(4-2)三者相交点两侧的绳孔(c)数量为两个,在长度方向上矩形纸板边缘与两个山线(4-2)三者相交位置开有一个绳孔(c)。
3.根据权利要求2所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:所述矩形纸板为道林纸。
4.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:所述释电绳(2)为尼龙绳。
5.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:所述驱动组件(3)为M个滑轮组,M个滑轮组固定在基座(1)上,每个滑轮组的滑轮数量为三个,每个滑轮上绕有一根释电绳(2);
M=1时,滑轮组中的三根释电绳(2)分别穿过对应的通道,释电绳(2)的末端与连接件(5)相连;
M>1时,每个滑轮组(1-2)上的三根释电绳(2)分别控制一个折纸模块(4),每个滑轮组(1-2)中的三根释电绳(2)分别穿过对应的通道,释电绳(2)的末端与对应连接件(5)相连。
6.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:所述滑轮组1-2的滑轮材质为尼龙。
7.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:基座(1)的材质为PLA材料。
8.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:谷线(4-1)和两个山线(4-2)三者相交点两侧的绳孔(c)与谷线(4-1)的距离(h)为3-5mm。
9.根据权利要求1所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:单个折纸模块(4)的伸长变化范围为40mm-100mm。
10.根据权利要求6所述一种核磁兼容的穿刺手术折纸机器人,其特征在于:滑轮组(1-2)中使用的轴承为陶瓷轴承。
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