CN115381530B - 一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法，涉及医疗器械领域，包括设备主框架、内外针机构、旋转驱动部件、第一直线驱动部件和第二直线驱动部件；设备主框架；内外针机构，用于协同动作来提取毛囊，包括取囊外针，以及安装于取囊外针内的取囊内针；旋转驱动部件，安装于设备主框架与内外针机构之间，用于驱动取囊外针进行旋转运动；第一直线驱动部件，安装于设备主框架与旋转驱动部件之间，用于驱动取囊外针进行直线运动。通过采用内外针机构协同动作来提取毛囊，可实现自动毛囊提取和极高的毛囊完整率，比传统的人工提取损伤小的多，缩短了手术时间，减少了医护人员的工作时长和工作强度。

Description

一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法。

背景技术

目前，人工提取毛囊时，医护人员通常会手持毛囊提取仪，凭借经验判断毛囊在皮下的角度和深度，往往比较年轻的医生提取的毛囊非常容易发生横断，毛囊完整率不高，而现有的手持式毛囊提取仪的针的内径都比较大，这就导致了毛囊提取后创伤面积大，术后恢复时间长且影响外观。

通常一台植发手术由提取毛囊和种植毛囊两部分组成，人工操作时，必须先取毛囊，将毛囊放置在培养液中保存，待所需毛囊全部提取完毕时才能开始种植毛囊，一台手术下来需要5-6个小时，对医护人员的体力、耐力、精力是个极大的考验，工作强度极大。

现有的3D毛囊提取技术中，采用拢吸口提取毛囊，毛囊的完整率高。采用显微仪分离，比传统的人工裸眼分离或者放大镜分离的损伤更小。不过这些方法使得操作变得复杂，对医护人员的操作要求更加严格，且程序更加繁琐，延长了手术时间，没有减少医护人员的工作时长和工作强度。

同时，现有技术中多是利用单针毛囊提取，在使用锐利单针提取毛囊时，可以方便的切割开较为坚韧的表皮，但是会提高毛囊损伤率，因为表皮下的毛囊角度与表皮外毛干角度存在差别，锐利且高速旋转的针尖靠近毛囊会将毛囊撕扯断裂；而使用钝口单针提取毛囊时，因为其钝口特征，接近毛囊时会将毛囊往针中心挤压，保护了毛囊，但是钝口针不易切割开表皮，容易造成针头相对头皮滑动从而导致切入位置、角度发生偏移。

发明内容

发明目的：本发明将针对以上缺点，提供一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种自动提取毛囊的穿刺机器人，包括设备主框架、内外针机构、旋转驱动部件、第一直线驱动部件和第二直线驱动部件；

设备主框架；

内外针机构，用于协同动作来提取毛囊，包括取囊外针，以及安装于所述取囊外针内的取囊内针；

旋转驱动部件，安装于所述设备主框架与内外针机构之间，用于驱动取囊外针进行旋转运动；

第一直线驱动部件，安装于所述设备主框架与旋转驱动部件之间，用于驱动取囊外针进行直线运动，所述设备主框架远离第一直线驱动部件的一侧安装有第二直线驱动部件，用于驱动取囊内针进行直线运动。

在进一步的实施例中，所述取囊外针端部设置为钝口，用于在工作过程中对毛囊进行保护；

所述取囊内针端部设置为锐口，用于降低在工作过程中对表皮产生的压力，减少表皮变形的几率。

在进一步的实施例中，所述第一直线驱动部件包括直线导轨、直线滑块、第一步进电机、第一丝杆螺母和导轨连接件；

直线导轨，设置于所述设备主框架与旋转驱动部件之间；

直线滑块，安装于所述设备主框架与直线导轨之间，且与直线导轨相适配；

第一步进电机，安装于所述设备主框架远离取囊外针的一面，所述第一步进电机驱动端安装有第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母与直线导轨一侧安装有导轨连接件，导轨连接件安装于直线导轨上且与直线滑块配合安装，直线滑块和第一步进电机均安装于设备主框架上，其中，第一步进电机为第一丝杆电机，第一步进电机驱动端连接有第一丝杆，第一丝杆螺母安装于第一步进电机的第一丝杆上，另外，导轨连接件分别与直线导轨和第一丝杆螺母连接，这样第一步进电机就能控制取囊外针的直线运动。

在进一步的实施例中，所述导轨连接件内安装有微型直线轴承；

其中，所述取囊内针穿过微型直线轴承和取囊外针安装，且微型直线轴承、取囊外针和取囊内针处于同一轴线上。

在进一步的实施例中，所述旋转驱动部件包括第二电机座、第三步进电机和旋转主轴；

第二电机座，安装于所述直线导轨与内外针机构之间，第二电机座安装于直线导轨上；

第三步进电机，安装于所述第二电机座远离取囊外针的一面；

旋转主轴，安装于所述第二电机座与取囊外针之间，且与取囊外针螺纹连接，第三步进电机安装于第二电机座上，且第二电机座内还安装有双轴承和轴承压板，旋转主轴与双轴承配合安装。

在进一步的实施例中，所述旋转驱动部件还包括一对同步轮和同步带；

一对同步轮，分别安装于所述第三步进电机驱动端与旋转主轴外壁上；

同步带，安装于一对所述同步轮之间，用于第三步进电机驱动旋转主轴进行转动，旋转主轴与双轴承配合安装，并通过同步轮、同步带与第三步进电机相连，取囊外针通过螺纹与旋转主轴连接，这样第三步进电机就能控制取囊外针的旋转运动。

在进一步的实施例中，所述第二直线驱动部件包括第一电机座、第二步进电机、第二丝杆螺母和内针连接件；

第一电机座，安装于所述设备主框架远离第三步进电机的一面；

第二步进电机，安装于所述第一电机座靠近第三步进电机的一面，所述第二步进电机驱动端安装有第二丝杆螺母，第二步进电机安装于第一电机座上，其中，第二步进电机为第二丝杆电机，第二步进电机驱动端连接有第二丝杆，第二丝杆螺母安装于第二步进电机的第二丝杆上；

内针连接件，连接于所述第二丝杆螺母和取囊内针上，用于第二步进电机驱动取囊内针进行直线运动，内针连接件与取囊内针和第二丝杆螺母连接固定，这样第二步进电机就能控制取囊内针的直线运动。

在进一步的实施例中，所述第一直线驱动部件还包括第二检测光电；

第二检测光电，安装于所述设备主框架靠近第一步进电机的一端，用于检测第一直线驱动部件的运动过程，第一电机座和第二检测光电均安装于设备主框架上，导轨连接件上安装有第一检测块，第一检测块与第二检测光电对应设置且处于同一水平面上，当导轨连接件与第二检测光电发生相对移动时，通过第二检测光电对第一检测块与第二检测光电之间相对距离的检测来达到检测第一直线驱动部件运动过程的目的。

在进一步的实施例中，所述第二直线驱动部件还包括第一检测支架和第一检测光电；

第一检测支架，连接于所述第一电机座远离设备主框架的一面，第一检测支架安装于第一电机座上，第一检测光电安装于第一检测支架上；

第一检测光电，连接于所述第一检测支架远离第一电机座的一端，用于检测第二直线驱动部件的运动过程，内针连接件上安装有第二检测块，第二检测块与第一检测光电对应设置且处于同一水平面上，当内针连接件与第一检测支架发生相对移动时，通过第一检测光电对第二检测块与第一检测光电之间相对距离的检测来达到检测第二直线驱动部件运动过程的目的。

一种自动提取毛囊的穿刺机器人的提取方法，包括以下步骤：

S1、当精准确定毛囊位置后，将该针机构移动到毛囊上方；

S2、取囊内针快速直线运动，穿刺该毛囊处的头皮，穿刺深度控制在1-3mm内，穿刺完成后取囊内针保持不动；

S3、取囊外针高速旋转，并沿着取囊内针方向穿刺头皮，将毛囊周围组织切断，穿刺深度5-7mm内；

S4、取囊外针穿刺完成后，降低旋转速度，并与取囊内针同时缩回到各自初始位置。

有益效果：本发明公开了一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法，通过采用内外针机构协同动作来提取毛囊，可实现自动毛囊提取和极高的毛囊完整率，比传统的人工提取损伤小的多，缩短了手术时间，减少了医护人员的工作时长和工作强度，同时，利用双针提取毛囊，不仅可以减少表皮变形，提高了提取精度和和准确度，也可以防止毛囊损坏，提高了毛囊成活率。

附图说明

图1为本发明整体结构的立体图。

图2为本发明整体结构另一视角的立体图。

图中各附图标记为：1.设备主框架、2.直线滑块、3.第一步进电机、4.第一电机座、5.第二检测光电、6.第一丝杆螺母、7.第二步进电机、8.第一检测支架、9.第二丝杆螺母、10.第一检测光电、11.直线导轨、12.第二电机座、13.导轨连接件、14.第三步进电机、15.旋转主轴、16.同步轮、17.同步带、18.取囊外针、19.取囊内针、20.内针连接件。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人认为，现有的毛囊提取设备的操作较为复杂，对医护人员的操作要求更加严格，且程序更加繁琐，延长了手术时间，增加了医护人员的工作时长和工作强度，同时，现有技术中多是利用单针毛囊提取，容易提高毛囊损伤率，且容易造成针头相对头皮滑动从而导致切入位置、角度发生偏移。

为此，申请人提出一种自动提取毛囊的穿刺机器人及其提取方法，如图1-图2所示，包括设备主框架1、内外针机构、旋转驱动部件、第一直线驱动部件和第二直线驱动部件。

具体地，内外针机构用于协同动作来提取毛囊，包括取囊外针18，以及安装于取囊外针18内的取囊内针19，同时，取囊外针18端部设置为钝口，用于在工作过程中对毛囊进行保护；取囊内针19端部设置为锐口，用于降低在工作过程中对表皮产生的压力，减少表皮变形的几率。

其中，现有技术中多用单针进行毛囊提取，当使用锐利单针提取毛囊时，可以方便的切割开较为坚韧的表皮，但是会提高毛囊损伤率，因为表皮下的毛囊角度与表皮外毛干角度存在差别，锐利且高速旋转的针尖靠近毛囊会将毛囊撕扯断裂；同时使用钝口单针提取毛囊时，因为其钝口特征，接近毛囊时会将毛囊往针中心挤压，保护了毛囊，但是钝口针不易切割开表皮，同时容易造成针头相对头皮滑动从而导致切入位置、角度发生偏移。

而本申请利用双针进行毛囊提取，首先，锐利的取囊内针19快速刺破表皮（此入深度1-2mm），限制了毛囊位置，保证取囊外针18按照理论位置切入，且在取囊外针18切入过程不会对表皮产生较大压力，减少表皮变形，提高了提取精度和和准确度；其次是钝口的取囊外针18一边旋转一边沿切口刺入，取囊外针18的主要作用是对真皮组织进行撕扯剥离，真皮部分质地柔软，会在剥离过程中保护毛囊，并朝取囊外针18中心挤压，防止毛囊损坏，提高了毛囊成活率。

旋转驱动部件安装于设备主框架1与内外针机构之间，用于驱动取囊外针18进行旋转运动。

第一直线驱动部件安装于设备主框架1与旋转驱动部件之间，用于驱动取囊外针18进行直线运动，设备主框架1远离第一直线驱动部件的一侧安装有第二直线驱动部件，用于驱动取囊内针19进行直线运动。

如图1-图2所示，第一直线驱动部件包括直线导轨11、直线滑块2、第一步进电机3、第一丝杆螺母6和导轨连接件13。

其中，直线导轨11设置于设备主框架1与旋转驱动部件之间。

直线滑块2安装于设备主框架1与直线导轨11之间，且与直线导轨11相适配。

第一步进电机3安装于设备主框架1远离取囊外针18的一面，第一步进电机3驱动端安装有第一丝杆螺母6，第一丝杆螺母6与直线导轨11一侧安装有导轨连接件13，导轨连接件13安装于直线导轨11上且与直线滑块2配合安装，直线滑块2和第一步进电机3均安装于设备主框架1上，其中，第一步进电机3为第一丝杆电机，第一步进电机3驱动端连接有第一丝杆，第一丝杆螺母6安装于第一步进电机3的第一丝杆上，另外，导轨连接件13分别与直线导轨11和第一丝杆螺母6连接，这样第一步进电机3就能控制取囊外针18的直线运动，导轨连接件13内还安装有微型直线轴承，较长的取囊内针19穿过微型直线轴承和取囊外针18安装，使得微型直线轴承、取囊外针18和取囊内针19的三条轴线共线，即微型直线轴承、取囊外针18和取囊内针19处于同一轴线上。

如图1所示，旋转驱动部件包括第二电机座12、第三步进电机14和旋转主轴15。

其中，第二电机座12安装于直线导轨11与内外针机构之间，第二电机座12安装于直线导轨11上。

第三步进电机14安装于第二电机座12远离取囊外针18的一面。

旋转主轴15安装于第二电机座12与取囊外针18之间，且与取囊外针18螺纹连接，第三步进电机14安装于第二电机座12上，且第二电机座12内还安装有双轴承和轴承压板，旋转主轴15与双轴承配合安装。

另外，旋转驱动部件还包括一对同步轮16和同步带17。

其中，一对同步轮16分别安装于第三步进电机14驱动端与旋转主轴15外壁上。

同步带17安装于一对同步轮16之间，用于第三步进电机14驱动旋转主轴15进行转动，旋转主轴15与双轴承配合安装，并通过同步轮16、同步带17与第三步进电机14相连，取囊外针18通过螺纹与旋转主轴15连接，这样第三步进电机14就能控制取囊外针18的旋转运动。

如图2所示，第二直线驱动部件包括第一电机座4、第二步进电机7、第二丝杆螺母9和内针连接件20。

其中，第一电机座4安装于设备主框架1远离第三步进电机14的一面。

第二步进电机7安装于第一电机座4靠近第三步进电机14的一面，第二步进电机7驱动端安装有第二丝杆螺母9，第二步进电机7安装于第一电机座4上，其中，第二步进电机7为第二丝杆电机，第二步进电机7驱动端连接有第二丝杆，第二丝杆螺母9安装于第二步进电机7的第二丝杆上。

内针连接件20连接于第二丝杆螺母9和取囊内针19上，用于第二步进电机7驱动取囊内针19进行直线运动，内针连接件20与取囊内针19和第二丝杆螺母9连接固定，这样第二步进电机7就能控制取囊内针19的直线运动。

如图1所示，第一直线驱动部件还包括第二检测光电5。

其中，第二检测光电5安装于设备主框架1靠近第一步进电机3的一端，用于检测第一直线驱动部件的运动过程，第一电机座4和第二检测光电5均安装于设备主框架1上。

另外，导轨连接件13上安装有第一检测块，第一检测块与第二检测光电5对应设置且处于同一水平面上，当导轨连接件13与第二检测光电5发生相对移动时，通过第二检测光电5对第一检测块与第二检测光电5之间相对距离的检测来达到检测第一直线驱动部件运动过程的目的。

如图2所示，第二直线驱动部件还包括第一检测支架8和第一检测光电10。

其中，第一检测支架8连接于第一电机座4远离设备主框架1的一面，第一检测支架8安装于第一电机座4上，第一检测光电10安装于第一检测支架8上。

第一检测光电10连接于第一检测支架8远离第一电机座4的一端，用于检测第二直线驱动部件的运动过程。

另外，内针连接件20上安装有第二检测块，第二检测块与第一检测光电10对应设置且处于同一水平面上，当内针连接件20与第一检测支架8发生相对移动时，通过第一检测光电10对第二检测块与第一检测光电10之间相对距离的检测来达到检测第二直线驱动部件运动过程的目的。

工作原理：本机构主要是通过内针的直线运动到外针的旋转运动，再到外针的直线运动，从而实现毛囊的提取，具体步骤如下：

当精准确定毛囊位置后，将本机构移动到毛囊上方，第二直线驱动部件中的第二步进电机7启动，通过第二丝杆螺母9和内针连接件20控制取囊内针19快速直线运动，穿刺该毛囊处的头皮，穿刺深度控制在1-3mm内，穿刺完成后取囊内针19保持不动。

然后，旋转驱动部件中的第三步进电机14启动，通过同步轮16、同步带17和旋转主轴15，带动取囊外针18高速旋转，并沿着取囊内针19方向穿刺头皮，将毛囊周围组织切断，穿刺深度5-7mm内。

取囊外针18穿刺完成之后，降低旋转速度，第一直线驱动部件内的第一步进电机3启动，通过直线导轨11和直线滑块2的相对运动带动取囊外针18与取囊内针19同时缩回到各自初始位置，即完成毛囊的提取。

如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (4)

1.一种自动提取毛囊的穿刺机器人，其特征在于，包括：

设备主框架；

内外针机构，用于协同动作来提取毛囊，包括取囊外针，以及安装于所述取囊外针内的取囊内针，所述取囊外针端部设置为钝口，用于在工作过程中对毛囊进行保护，所述取囊内针端部设置为锐口，用于降低在工作过程中对表皮产生的压力，减少表皮变形的几率；

旋转驱动部件，安装于所述设备主框架与内外针机构之间，用于驱动取囊外针进行旋转运动，所述旋转驱动部件包括：

第二电机座，安装于直线导轨与内外针机构之间；

第三步进电机，安装于所述第二电机座远离取囊外针的一面；

旋转主轴，安装于所述第二电机座与取囊外针之间，且与取囊外针螺纹连接；

第一直线驱动部件，安装于所述设备主框架与旋转驱动部件之间，用于驱动取囊外针进行直线运动，所述第一直线驱动部件包括：

直线导轨，设置于所述设备主框架与旋转驱动部件之间；

直线滑块，安装于所述设备主框架与直线导轨之间，且与直线导轨相适配；

第一步进电机，安装于所述设备主框架远离取囊外针的一面，所述第一步进电机驱动端安装有第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母与直线导轨一侧安装有导轨连接件；

第二检测光电，安装于所述设备主框架靠近第一步进电机的一端，用于检测第一直线驱动部件的运动过程；

所述设备主框架远离第一直线驱动部件的一侧安装有第二直线驱动部件，用于驱动取囊内针进行直线运动，所述第二直线驱动部件包括：

第一电机座，安装于所述设备主框架远离第三步进电机的一面；

第二步进电机，安装于所述第一电机座靠近第三步进电机的一面，所述第二步进电机驱动端安装有第二丝杆螺母；

内针连接件，连接于所述第二丝杆螺母和取囊内针上，用于第二步进电机驱动取囊内针进行直线运动。

2.根据权利要求1所述的一种自动提取毛囊的穿刺机器人，其特征在于：所述导轨连接件内安装有微型直线轴承；

其中，所述取囊内针穿过微型直线轴承和取囊外针安装，且微型直线轴承、取囊外针和取囊内针处于同一轴线上。

3.根据权利要求1所述的一种自动提取毛囊的穿刺机器人，其特征在于：所述旋转驱动部件还包括：

一对同步轮，分别安装于所述第三步进电机驱动端与旋转主轴外壁上；

同步带，安装于一对所述同步轮之间，用于第三步进电机驱动旋转主轴进行转动。

4.根据权利要求1所述的一种自动提取毛囊的穿刺机器人，其特征在于：所述第二直线驱动部件还包括：

第一检测支架，连接于所述第一电机座远离设备主框架的一面；

第一检测光电，连接于所述第一检测支架远离第一电机座的一端，用于检测第二直线驱动部件的运动过程。

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