CN116035669B - 电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置。电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置包括第一球壳体，其上成型有用于穿刺针安装的穿刺针安装结构，且第一球壳体至少在其内侧设置有第一球面；第二球壳体，具有与第一球壳体内侧的第一球面相配合的第二球面；以及设置在第一球壳体与第二球壳体二者之一的第一励磁线圈，以及设置在第一球壳体与第二球壳体二者另一上的驱动线圈，在第一励磁线圈与驱动线圈的配合驱动下，第一球壳体与第二球壳体沿第一球面和第二球面的延伸方向滑动，整体装置无需电机、传动机构等部件，整体结构更为简单，降低了电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置的体积和成本。

Description

电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置。

背景技术

目前，在进行穿刺手术时，需要采用穿刺针来进行穿刺手术。电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置起到约束穿刺角度的作用，借助电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，可以有效提高经皮穿刺手术的穿刺精度。

现有方案中，有使用多自由度串联或并联机械臂来把持穿刺针，调整穿刺针的位置和姿态。而按照是否有源驱动可分为主动式和被动式，主动式电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置通过电、气驱动及传动机构调整穿刺针的位姿，但整体装置的结构复杂，体积大，成本高，而被动式电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置为纯机械装置，需要手动调整穿刺针位姿至设定位姿并锁定，操作精度不高，不便于临床应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，以解决现有技术中主动式电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置通过电、气驱动及传动机构调整穿刺针的位姿，整体装置的结构复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，包括：

穿刺针；

第一球壳体，其上成型有穿刺针安装结构，所述穿刺针安装在所述穿刺针安装结构上，所述第一球壳体至少在其内侧设置有第一球面；

第二球壳体，设置在所述第一球壳内部，具有与所述第一球面相配合的第二球面，所述第二球壳固定设置；以及

设置在所述第一球壳体的驱动线圈，以及设置在所述第二球壳体上的第一励磁线圈，所述驱动线圈和所述第一励磁线圈构造为，在所述驱动线圈通电时产生磁场驱动所述第一励磁线圈运动，进而带动所述第一球壳沿着所述第二球面延伸方向滑动。

进一步地，还包括第三球壳体，第三球壳体设置在第一球壳体的外侧，并具有与第一球壳体外侧的第一球面配合的第三球面。

进一步地，第一球壳体、第二球壳体以及第三球壳体均为半球壳，且半球壳之间共球心。

进一步地，第一球壳体和第三球壳体之间固定连接，并在第一球壳体和第三球壳体之间形成容纳第二球壳体的容纳间隙。

进一步地，第一球壳体和第三球壳体之间通过限位卡扣固定连接。

进一步地，第一励磁线圈设置在第二球壳体上，电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置还包括设置在第三球壳体上的第二励磁线圈。

进一步地，第一励磁线圈和第二励磁线圈在第二球壳体和第三球壳体上对应设置并构成亥姆霍兹线圈。

进一步地，穿刺针安装结构为设置在第一球壳体上的穿刺针导向柱，穿刺针嵌套在穿刺针导向柱中，且穿刺针导向柱的轴心线穿过第一球壳体的球心。

进一步地，第二球壳体上开设有避让穿刺针安装结构的避让槽。

本实施例还提供一种穿刺手术机器人，包括穿刺针以及电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，所述电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置为如上所述的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置及穿刺手术机器人中，由第一励磁线圈产生磁场，并通过控制驱动线圈中电流大小驱动第一球壳体与第二球壳体沿第一球面和第二球面的延伸方向滑动，进而可以调整安装在穿刺针安装结构上穿刺针的姿态，约束穿刺角度，相对于现有技术中通过电、气驱动及传动机构调整穿刺针的位姿，整体装置无需电机、传动机构等部件，整体结构更为简单，降低了电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置的体积和成本。

2、本发明提供的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置及穿刺手术机器人中，导向装置球心与患者体表的穿刺进针点重合，使得穿刺针是围绕换着体表进针点进行转动，进而避免了对人体组织造成横向撕裂，提升了患者在手术过程中的安全性。

3、本发明提供的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置及穿刺手术机器人中，电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置采用球壳结构以及球面之间的约束来满足穿刺针绕进针点转动的方式，相对于控制机械臂夹持穿刺针绕体表进针点转动导向的方式，以及RCM机构进行进针导向的方式，整体的结构更加的简单稳定，精确度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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。在附图中：

图1为本发明实施例中电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置的立体结构示意图。

图2为图1所示电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置另一方向的立体结构示意图。

图3为图1所示电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置的剖视结构示意图。

其中，上述附图中的附图标记为：

10、第一球壳体；11、穿刺针导向柱；13、第一球面；17、驱动线圈；

20、第二球壳体；21、限位卡扣；23、第一励磁线圈；25、第二球面；27、避让槽；

30、第三球壳体；31、第二励磁线圈；33、第三球面；

90、穿刺针。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图3所示，本实施例中的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置包括：第一球壳体10，其上成型有用于穿刺针90安装的穿刺针安装结构，且第一球壳体10在其内侧设置有第一球面13；第二球壳体20，设置在所述第一球壳体10的内部，所述第二球壳体20相对于第一球壳体10固定设置，所述第二球壳体具有与第一球壳体10内侧的第一球面13相配合的第二球面25；以及设置在第一球壳体10上设置有驱动线圈17，在第二球壳体20上设置有第一励磁线圈23，在第一励磁线圈23与驱动线圈17的配合驱动下，第一球壳体10与第二球壳体20沿第一球面13和第二球面25的延伸方向滑动。

进而采用本实施中的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，由第一励磁线圈23产生磁场，并通过控制驱动线圈17中电流大小驱动第一球壳体10与第二球壳体20沿第一球面13和第二球面25的延伸方向滑动，进而可以调整安装在穿刺针安装结构上穿刺针90的姿态，约束穿刺角度，相对于现有技术中通过电、气驱动及传动机构调整穿刺针90的位姿，整体装置无需电机、传动机构等部件，整体结构更为简单，降低了电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置的体积和成本。

在本实施例中的一个变形实施例中，第一励磁线圈23和驱动线圈17之间可以替换位置，具体第一励磁线圈23设置在第一球壳上，驱动线圈17设置在第二球壳上，同样可驱动第一球壳体10与第二球壳体20沿第一球面13和第二球面25的延伸方向滑动。

进一步参见图3，本实施例中的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置还包括第三球壳体30，第三球壳体30设置在第一球壳体10的外侧，并具有与第一球壳体10外侧的第一球面13配合的第三球面33，进而第一球壳体10在滑动时，由于第三球面33的限制，更加的平稳，保证了穿刺针90的角度调整平稳。

本实施例中的第二球壳体20上开设有避让穿刺针安装结构的避让槽27，进而在第一球壳体10运动时，可避免第二球壳体20的干涉。

本实施例中，第一球壳体10、第二球壳体20以及第三球壳体30均为半球壳，且半球壳之间共球心，进而可使得穿刺针90进针点与球心重合。在临床使用时，确定患者体表的穿刺进针点后，只需将电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置固定在患者体表，使导向装置球心与患者体表的穿刺进针点重合，将穿刺针90插入穿刺针导向柱11，即可给启用装置，装置可以绕着患者体表的穿刺进针点调整并保持穿刺角度，最后手动进针，将穿刺针90插入患者。由于导向装置球心与患者体表的穿刺进针点重合，使得穿刺针是围绕换着体表进针点进行转动，进而避免了对人体组织造成横向撕裂，提升了患者在手术过程中的安全性。同时，电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置采用球壳结构以及球面之间的约束来满足穿刺针绕进针点转动的方式，相对于控制机械臂夹持穿刺针绕体表进针点转动导向的方式，以及RCM机构进行进针导向的方式，整体的结构更加的简单稳定，精确度更高。

本实施例中的第一励磁线圈23设置在第二球壳体20上，电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置还包括设置在第三球壳体30上的第二励磁线圈31。

优选本实施例中的第一励磁线圈23和第二励磁线圈31在第二球壳体20和第三球壳体30上对应设置并构成亥姆霍兹线圈，亥姆霍兹线圈范围内可产生沿线圈轴心方向的匀强磁场。

本实施例中第一励磁线圈23和第二励磁线圈31为四组，沿第二球壳体20和第三球壳体30的周向方向相隔90度分布。

进一步参见图3，本实施例中的第二球壳体20和第三球壳体30之间固定连接，并在第二球壳体20和第三球壳体30之间形成容纳第一球壳体10的容纳间隙，第一球壳体10在容纳间隙中活动，可避免第一球壳体10脱出，保证穿刺针90活动过程中的可靠性。本实施例中第二球壳体20和第三球壳体30之间具体通过限位卡扣21固定连接。

进一步参见图1，本实施例中的穿刺针安装结构为设置在第一球壳体10上的穿刺针导向柱11，穿刺针90嵌套在穿刺针导向柱11中，且穿刺针导向柱11的轴心线穿过第一球壳体10的球心。

本实施例还提供一种穿刺手术机器人，包括穿刺针90以及电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置为如上所述的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，进而电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置所具有的优点，本实施例中的穿刺手术机器人也应具有。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，其特征在于，包括：

穿刺针（90）；

第一球壳体（10），其上成型有穿刺针安装结构，所述穿刺针（90）安装在所述穿刺针安装结构上，所述第一球壳体（10）至少在其内侧设置有第一球面（13）；所述穿刺针安装结构为设置在所述第一球壳体（10）上的穿刺针导向柱（11），所述穿刺针（90）嵌套在所述穿刺针导向柱（11）中，且所述穿刺针导向柱（11）的轴心线穿过所述第一球壳体（10）的球心；

第二球壳体（20），设置在所述第一球壳体（10）内部，具有与所述第一球面（13）相配合的第二球面（25），所述第二球壳体（20）固定设置；以及

设置在所述第一球壳体（10）的驱动线圈（17），以及设置在所述第二球壳体（20）上的第一励磁线圈（23），所述驱动线圈（17）和所述第一励磁线圈（23）构造为，在所述驱动线圈（17）通电时产生磁场驱动所述第一励磁线圈（23）运动，进而带动所述第一球壳体（10）沿着所述第二球面（25）延伸方向滑动；

所述第一球壳体（10）与所述第二球壳体（20）共球心，该球心与患者体表的穿刺进针点重合，使得所述穿刺针（90）能够围绕所述患者体表的穿刺进针点进行转动；

还包括第三球壳体（30），所述第三球壳体（30）设置在所述第一球壳体（10）的外侧，并具有与所述第一球壳体（10）外侧的所述第一球面（13）配合的第三球面（33）；

所述第一励磁线圈（23）设置在所述第二球壳体（20）上，所述电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置还包括设置在所述第三球壳体（30）上的第二励磁线圈（31）；

所述第一励磁线圈（23）和所述第二励磁线圈（31）在所述第二球壳体（20）和所述第三球壳体（30）上对应设置并构成亥姆霍兹线圈；

第一励磁线圈（23）和第二励磁线圈（31）为四组，沿第二球壳体（20）和第三球壳体（30）的周向方向相隔90度分布。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，其特征在于，所述第三球壳体（30）为半球壳，且所述第三球壳体（30）与所述第一球壳体（10）、第二球壳体（20）共球心。

3.根据权利要求1所述的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，其特征在于，所述第二球壳体（20）和所述第三球壳体（30）之间固定连接，并在所述第二球壳体（20）和所述第三球壳体（30）之间形成容纳所述第一球壳体（10）的容纳间隙。

4.根据权利要求3所述的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，其特征在于，所述第二球壳体（20）和所述第三球壳体（30）之间通过限位卡扣（21）固定连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电磁驱动的两自由度穿刺针导向装置，其特征在于，所述第二球壳体（20）上开设有避让所述穿刺针安装结构的避让槽（27）。