CN116115311B - 一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，包括底座、机械臂和探头夹具，所述机械臂设置在底座上，所述机械臂的自由端连接探头夹具，所述机械臂的自由端侧壁上连接有穿刺组件，所述穿刺组件包括位姿调整机构和进针机构，所述位姿调整机构的固定端与机械臂的侧壁连接并且自由端连接进针机构；所述探头夹具包括旋转连接头，所述旋转连接头与机械臂的连接端设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端与旋转连接头同轴固定连接，所述旋转连接头自由端连接有安装盘。本发明所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置可以根据需要快速切换超声探头进行影像验证，并且可以将长轴法和短轴法相结合使得穿刺探测更精准。

Description

一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置。

背景技术

基于超声引导的穿刺机器人具有定位、穿刺一体化建模、手术精度高、可控性好等优点，已成为国内外穿刺机器人的一大研究热点。超声探头是组成超声检测系统的最重要的组件之一，其一般通过一固定装置固定于超声设备上。现有的超声探头固定装置一般采用螺接的压块对超声探头进行固定。然而，该固定装置只能适配特定的超声探头，对于不同型号的超声探头，不能根据使用需求快速调整不同的探头进行同位置影像验证探测。现有设备进行超声引导穿刺时，只能使用短轴法和长轴法中的一种，短轴法手术过程中无法看到针尖，需通过动态摇摆探头确定针尖的位置；优势：学习曲线短、更好观察血管周围组织、胖子和短脖子也容易放探头；长轴法术中可看到完整的针身和针尖；始终保持血管、针都在超声成像平面内有挑战。现有设备无法实现短轴法和长轴法进行快速切换，也无法将两者相结合从而精准确定穿刺针的位置，影响超声影像测量以及穿刺位置的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，用以解决现有技术无法根据需要快速切换超声探头进行影像探测验证以及也无法弥补短轴法和长轴法的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，包括底座、机械臂和探头夹具，所述机械臂设置在底座上，所述机械臂的自由端连接探头夹具，所述机械臂的自由端侧壁上连接有穿刺组件，所述穿刺组件包括位姿调整机构和进针机构，所述位姿调整机构的固定端与机械臂的侧壁连接并且自由端连接进针机构；所述探头夹具包括旋转连接头，所述旋转连接头与机械臂的连接端设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端与旋转连接头同轴固定连接，所述旋转连接头自由端连接有安装盘，所述安装盘上设置有若干探头固定筒，所述探头固定筒包括外筒和内筒，所述外筒与安装盘转动连接，所述探头固定筒的两端贯通且下端的端面开设有环形槽，所述内筒的两端贯通，所述内筒套设在外筒的环形槽内，所述环形槽内设置有压力监测组件，所述内筒端部与压力监测组件之间连接有弹性件，所述内套的内侧面上设置有用于固定探头的夹紧件，所述安装盘上表面的中央位置设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端延伸至安装盘内并同轴连接有主动齿轮，所述安装盘中间设置有空心槽，所述主动齿轮设置在空心槽内，所述外筒的外侧壁上一体成型有从动齿轮盘，所述从动齿轮盘同轴线设置在外筒的外壁上，所述从动齿轮盘转动设置在空心槽内，所述主动齿轮与任意一个从动齿轮盘相啮合。

上述结构的工作过程及原理如下：

在工作前，将超声波探头安装在探头夹具上，多个不同类型的超声波探头可以分别安装在探头固定筒内；在工作时，通过第一伺服电机带动旋转连接头自动转动，转动角度更加精确，旋转连接头带动安装盘转动，安装在安装盘上的多个超声波探头可以随之转动，选择需要使用的超声波探头旋转到正前方进行超声波影像探测，当需要其他类别超声波探头进行影像验证探测时，可以通过转动旋转连接头对超声波探头快速进行替换，从而使得影像监测更加精确，便于超声引导穿刺探针的穿刺位置更加精确；夹紧件的设置，配合探头固定筒，能够适用于固定不同类型的超声波探头，将其固定在探头固定筒内；内筒滑动套设在外筒的环形槽内，并且通过弹性件和压力监测组件的设置，在进行超声检查时，由于人体的呼吸运动引起皮肤起伏，压力监测组件会检测出接触压力的大小变化情况，从而采集人体的呼吸信息，获取人体表皮由于呼吸导致的运动规律；配合弹性件的作用，皮肤在向上起伏时通过超声波探头带动内筒收缩，弹性件收缩，使得超声波探头紧贴皮肤，当皮肤在向下收缩时，弹性件伸展，带动内筒以及超声波探头移动，继续紧贴皮肤，防止患者身体呼吸造成的超声波探头的位置偏差，同时，配合设备内置的软件算法，可以通过压力监测组件监测的数据实现监测影像图像补偿；当探头位置确定以后，穿刺组件开始运行，位姿调整机构先将进针机构旋转到合适的穿刺角度以后，进针机构进行穿刺作业，与此同时第二伺服电机运行，带动主动齿轮转动，进而通过从动齿轮盘带动外筒转动，内筒随同外筒一同转动，实现超声波探头的角度微调，使得超声波探头的探测数据更加精确，有助于建立的超声波影像更加精确，并且配合穿刺作业，可以实现短轴法和长轴法的交替作业，使得穿刺作业时的精度更高，弥补了长轴法和短轴法穿刺作业时的短板。

进一步的，所述位姿调整机构包括连杆组件和滑轨座，所述连杆组件的一端与机械臂的自由端铰接，所述滑轨座转动设置在联杆组件的自由端上，所述连杆组件与机械臂铰接处连接有第一驱动器，所述连杆组件与滑轨座的转动连接处连接有第二驱动器，所述进针机构设置在滑轨座上。

通过连杆组件的设置，配合第一驱动器和第二驱动器，可以调整进针机构的穿刺角度，从而实现自动化穿刺作业，并且滑轨座的设置，既有利于安装进针机构，也有利于进针机构的移动穿刺作业。

进一步的，所述进针机构包括直线进给机构和穿刺针安装构件，所述直线进给机构包括滚珠丝杠和第三驱动器，所述滑轨座上开设有直滑槽，所述滚珠丝杠沿直滑槽的长度方向转动设置在直滑槽内，所述滚珠丝杠的一端与第三驱动器连接，所述滚珠丝杠的螺母副滑动设置在直滑槽内，所述穿刺针安装构件连接在滚珠丝杠的螺母副上，所述穿刺针安装构件朝向进给方向的一端安装有穿刺针，所述滑轨座上安装有与滑轨座相配合的壳体，所述壳体上开设有用于穿刺针穿过的伸出孔。

采用滚珠丝杠和第三驱动器作为直线进给机构，进给精度更高，能够精确把控穿刺的深度，控制更加方便，直滑槽的设置，有助于滚珠丝杠的螺母副沿直滑槽直线滑动连接，并通过穿刺针安装构件带动穿刺针直线移动，完成穿刺作业。

进一步的，所述夹紧件包括气动杆和夹紧板，所述气动杆的一端与内筒的内壁垂直固定连接，所述气动杆的另一端与夹紧板连接，所述夹紧件的数量至少为两个，且相对设置。

采用气动杆和夹紧板的形式，能够快速将超声波探头固定，并且能够适应不同形状结构的超声波探头，超声波探头薄板状结构刚好能够与其相配合，由于超声波探头紧贴皮肤的力度不大，因此采用气动杆和夹紧板配合的方式，夹紧力足够保证对超声波探头的固定效果，相对设置的夹紧件将超声波探头牢牢固定。

进一步的，所述夹紧板呈弧形板状结构。

弧形板结构设置的夹紧板，能够将最小的超声波探头固定牢固，将其固定在其相对的弧形槽内。

进一步的，所述夹紧板的竖向侧面上设置有柔性摩擦垫片。

柔性摩擦垫片的设置，使得夹紧板的摩擦力增大，保证对超声波探头的固定效果。

进一步的，所述夹紧件的两侧分别设置有一个夹紧气囊，所述外筒上设置有微型气泵，所述微型气泵与夹紧气囊相连通。

通过夹紧气囊的设置，起到辅助夹紧的作用，防止超声波探头出现晃荡现象，在需要使用时，通过微型气泵为夹紧气囊充气，两个夹紧气囊对超声波探头夹紧，当需要取下超声波探头时，夹紧气囊放气，松懈后取下超声波探头。

有益效果：本发明用于超声引导下血管及神经穿刺的平面穿刺过程中的固定，解决了操作者人工固定超声探头易移位的问题，解放操作者的双手的，同时避免对组织的过度按压，进而提高图像的稳定性及清晰度，采用旋转连接头和安装盘的设置，可以转动旋转连接头带动安装盘转动，安装在安装盘上的多个超声波探头可以随之转动，选择需要使用的超声波探头旋转到正前方进行超声波影像探测，当需要其他类别超声波探头进行影像验证探测时，可以通过转动旋转连接头对超声波探头进行替换，从而使得影像监测更加精确，便于超声引导穿刺探针的穿刺位置更加精确；可以通过相对设置的夹紧件，能够适用于不同型号超声波探头，采用内筒和外筒的配合，同时依靠弹性件和压力监测组件，能够随着皮肤呼吸上下起伏，使得超声波探头能够紧密贴附在皮肤上，保证超声波探测影像的精确度，同时防止患者身体呼吸造成的超声波探头的位置偏差，配合内嵌软件实现监测影像的图像补偿，当探头位置确定以后，穿刺组件开始运行，位姿调整机构先将进针机构旋转到合适的穿刺角度以后，进针机构进行穿刺作业，与此同时第二伺服电机运行，带动主动齿轮转动，进而通过从动齿轮盘带动外筒转动，内筒随同外筒一同转动，实现超声波探头的角度微调，使得超声波探头的探测数据更加精确，有助于建立的超声波影像更加精确，并且配合穿刺作业，可以实现短轴法和长轴法的交替作业，使得穿刺作业时的精度更高，弥补了长轴法和短轴法穿刺作业时的短板。

附图说明

图1为本发明中整体结构示意图；

图2为本发明中探头夹具的结构示意图；

图3为本发明中安装盘的结构剖视图；

图4为本发明中穿刺组件的结构示意图；

图5为本发明中进针机构的结构示意图。

附图标记：1、底座；2、机械臂；3、探头夹具；31、旋转连接头；32、安装盘；321、空心槽；33、探头固定筒；331、外筒；332、内筒；333、环形槽；4、压力监测组件；5、弹性件；6、夹紧件；61、气动杆；62、夹紧板；63、柔性摩擦垫片；64、夹紧气囊；65、微型气泵；7、第一伺服电机；8、第二伺服电机；81、主动齿轮；82、从动齿轮盘；9、穿刺组件；91、位姿调整机构；911、连杆组件；912、滑轨座；9121、直滑槽；92、进针机构；921、滚珠丝杠；922、第三驱动器；923、螺母副；924、穿刺针安装构件；925、壳体；926、伸出孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

实施例：

如图1-图5所示，本实施例提供了一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，包括底座1、机械臂2和探头夹具3，机械臂2设置在底座1上，机械臂2的自由端连接探头夹具3，机械臂2的自由端侧壁上连接有穿刺组件9，穿刺组件9包括位姿调整机构91和进针机构92，位姿调整机构91的固定端与机械臂2的侧壁连接并且自由端连接进针机构92；探头夹具3包括旋转连接头31，旋转连接头31与机械臂2的连接端设置有第一伺服电机7，第一伺服电机7的输出端与旋转连接头31同轴固定连接，旋转连接头31自由端连接有安装盘32，安装盘32上设置有若干探头固定筒33，探头固定筒33包括外筒331和内筒332，外筒331与安装盘32转动连接，探头固定筒33的两端贯通且下端的端面开设有环形槽333，内筒332的两端贯通，内筒332套设在外筒331的环形槽333内，环形槽333内设置有压力监测组件4，内筒332端部与压力监测组件4之间连接有弹性件5，内套的内侧面上设置有用于固定探头的夹紧件6，安装盘32上表面的中央位置设置有第二伺服电机8，第二伺服电机8的输出端延伸至安装盘32内并同轴连接有主动齿轮81，安装盘32中间设置有空心槽321，主动齿轮81设置在空心槽321内，外筒331的外侧壁上一体成型有从动齿轮盘82，从动齿轮盘82同轴线设置在外筒331的外壁上，从动齿轮盘82转动设置在空心槽321内，主动齿轮81与任意一个从动齿轮盘82相啮合。与探头连接的设备可以采用2D图像是基础，彩色多普勒和脉冲多普勒可区分动静脉，病案记录管理作为病人医疗记录一部分，无菌探头套/耦合剂确保无菌隔离。弹性件5采用空气弹簧或压缩弹簧。

上述结构的工作过程及原理如下：

在工作前，将超声波探头安装在探头夹具3上，多个不同类型的超声波探头可以分别安装在探头固定筒33内；在工作时，通过第一伺服电机7带动旋转连接头31自动转动，转动角度更加精确，旋转连接头31带动安装盘32转动，安装在安装盘32上的多个超声波探头可以随之转动，选择需要使用的超声波探头旋转到正前方进行超声波影像探测，当需要其他类别超声波探头进行影像验证探测时，可以通过转动旋转连接头31对超声波探头快速进行替换，从而使得影像监测更加精确，便于超声引导穿刺探针的穿刺位置更加精确；夹紧件6的设置，配合探头固定筒33，能够适用于固定不同类型的超声波探头，将其固定在探头固定筒33内；内筒332滑动套设在外筒331的环形槽333内，并且通过弹性件5和压力监测组件4的设置，在进行超声检查时，由于人体的呼吸运动引起皮肤起伏，压力监测组件4会检测出接触压力的大小变化情况，从而采集人体的呼吸信息，获取人体表皮由于呼吸导致的运动规律；配合弹性件5的作用，皮肤在向上起伏时通过超声波探头带动内筒332收缩，弹性件5收缩，使得超声波探头紧贴皮肤，当皮肤在向下收缩时，弹性件5伸展，带动内筒332以及超声波探头移动，继续紧贴皮肤，防止患者身体呼吸造成的超声波探头的位置偏差，同时，配合设备内置的软件算法，可以通过压力监测组件4监测的数据实现监测影像图像补偿；当探头位置确定以后，穿刺组件9开始运行，位姿调整机构91先将进针机构92旋转到合适的穿刺角度以后，进针机构92进行穿刺作业，与此同时第二伺服电机8运行，带动主动齿轮81转动，进而通过从动齿轮盘82带动外筒331转动，内筒332随同外筒331一同转动，实现超声波探头的角度微调，使得超声波探头的探测数据更加精确，有助于建立的超声波影像更加精确，并且配合穿刺作业，可以实现短轴法和长轴法的交替作业，使得穿刺作业时的精度更高，弥补了长轴法和短轴法穿刺作业时的短板。

在本发明的另一个实施例中，如图4所示，位姿调整机构91包括连杆组件911和滑轨座912，连杆组件911的一端与机械臂2的自由端铰接，滑轨座912转动设置在联杆组件的自由端上，连杆组件911与机械臂2铰接处连接有第一驱动器，连杆组件911与滑轨座912的转动连接处连接有第二驱动器，进针机构92设置在滑轨座912上。连杆组件911包括第一连杆和第二连杆，第一连杆与机械臂2相铰接并通过第一驱动器驱动，第二连杆与第一连杆铰接且通过第四驱动器驱动，若实际生产需要，可以增加连杆数量，同时增加驱动器的数量，增加该连杆组件911即机械臂的自由度。

通过连杆组件911的设置，配合第一驱动器和第二驱动器，可以调整进针机构92的穿刺角度，从而实现自动化穿刺作业，并且滑轨座912的设置，既有利于安装进针机构92，也有利于进针机构92的移动穿刺作业。

在本发明的另一个实施例中，如图5所示，进针机构92包括直线进给机构和穿刺针安装构件924，直线进给机构包括滚珠丝杠921和第三驱动器922，滑轨座912上开设有直滑槽9121，滚珠丝杠921沿直滑槽9121的长度方向转动设置在直滑槽9121内，滚珠丝杠921的一端与第三驱动器922连接，滚珠丝杠921的螺母副923滑动设置在直滑槽9121内，穿刺针安装构件924连接在滚珠丝杠921的螺母副923上，穿刺针安装构件924朝向进给方向的一端安装有穿刺针，滑轨座912上安装有与滑轨座912相配合的壳体925，壳体925上开设有用于穿刺针穿过的伸出孔926。第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器922和第四驱动器均采用步进电机，控制更加精确。穿刺针安装构件924采用常规的穿刺针固定装置，目前有多种，在此就不做一一赘述，选取其中一种即可。壳体925和滑轨座912均采用长方体结构，壳体925针对螺母副923和伸出孔926做出形状上的适配性调整，开设用于螺母副923两侧边滑动的侧边长孔以及用于容纳伸出孔926的缺口，螺母副923下部的宽度与直滑槽9121的宽度相滑动配合，螺母副923上部成型有安装的凸起块，用于与穿刺针安装构件924连接。

采用滚珠丝杠921和第三驱动器922作为直线进给机构，进给精度更高，能够精确把控穿刺的深度，控制更加方便，直滑槽9121的设置，有助于滚珠丝杠921的螺母副923沿直滑槽9121直线滑动连接，并通过穿刺针安装构件924带动穿刺针直线移动，完成穿刺作业。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，夹紧件6包括气动杆61和夹紧板62，气动杆61的一端与内筒332的内壁垂直固定连接，气动杆61的另一端与夹紧板62连接，夹紧件6的数量至少为两个，且相对设置。

采用气动杆61和夹紧板62的形式，能够快速将超声波探头固定，并且能够适应不同形状结构的超声波探头，超声波探头薄板状结构刚好能够与其相配合，由于超声波探头紧贴皮肤的力度不大，因此采用气动杆61和夹紧板62配合的方式，夹紧力足够保证对超声波探头的固定效果，相对设置的夹紧件6将超声波探头牢牢固定。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，夹紧板62呈弧形板状结构。

弧形板结构设置的夹紧板62，能够将最小的超声波探头固定牢固，将其固定在其相对的弧形槽内。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，夹紧板62的竖向侧面上设置有柔性摩擦垫片63。

柔性摩擦垫片63的设置，使得夹紧板62的摩擦力增大，保证对超声波探头的固定效果。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，夹紧件6的两侧分别设置有一个夹紧气囊64，外筒331上设置有微型气泵65，微型气泵65与夹紧气囊64相连通。

通过夹紧气囊64的设置，起到辅助夹紧的作用，防止超声波探头出现晃荡现象，在需要使用时，通过微型气泵65为夹紧气囊64充气，两个夹紧气囊64对超声波探头夹紧，当需要取下超声波探头时，夹紧气囊64放气，松懈后取下超声波探头。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，包括底座、机械臂和探头夹具，所述机械臂设置在底座上，所述机械臂的自由端连接探头夹具，其特征在于，所述机械臂的自由端侧壁上连接有穿刺组件，所述穿刺组件包括位姿调整机构和进针机构，所述位姿调整机构的固定端与机械臂的侧壁连接并且自由端连接进针机构；所述探头夹具包括旋转连接头，所述旋转连接头与机械臂的连接端设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端与旋转连接头同轴固定连接，所述旋转连接头自由端连接有安装盘，所述安装盘上设置有若干探头固定筒，所述探头固定筒包括外筒和内筒，所述外筒与安装盘转动连接，所述探头固定筒的两端贯通且下端的端面开设有环形槽，所述内筒的两端贯通，所述内筒套设在外筒的环形槽内，所述环形槽内设置有压力监测组件，所述内筒端部与压力监测组件之间连接有弹性件，所述内筒的内侧面上设置有用于固定探头的夹紧件，所述安装盘上表面的中央位置设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端延伸至安装盘内并同轴连接有主动齿轮，所述安装盘中间设置有空心槽，所述主动齿轮设置在空心槽内，所述外筒的外侧壁上一体成型有从动齿轮盘，所述从动齿轮盘同轴线设置在外筒的外壁上，所述从动齿轮盘转动设置在空心槽内，所述主动齿轮与任意一个从动齿轮盘相啮合。

2.根据权利要求1所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，其特征在于，所述位姿调整机构包括连杆组件和滑轨座，所述连杆组件的一端与机械臂的自由端铰接，所述滑轨座转动设置在联杆组件的自由端上，所述连杆组件与机械臂铰接处连接有第一驱动器，所述连杆组件与滑轨座的转动连接处连接有第二驱动器，所述进针机构设置在滑轨座上。

3.根据权利要求2所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，其特征在于，所述进针机构包括直线进给机构和穿刺针安装构件，所述直线进给机构包括滚珠丝杠和第三驱动器，所述滑轨座上开设有直滑槽，所述滚珠丝杠沿直滑槽的长度方向转动设置在直滑槽内，所述滚珠丝杠的一端与第三驱动器连接，所述滚珠丝杠的螺母副滑动设置在直滑槽内，所述穿刺针安装构件连接在滚珠丝杠的螺母副上，所述穿刺针安装构件朝向进给方向的一端安装有穿刺针，所述滑轨座上安装有与滑轨座相配合的壳体，所述壳体上开设有用于穿刺针穿过的伸出孔。

4.根据权利要求3所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，其特征在于，所述夹紧件包括气动杆和夹紧板，所述气动杆的一端与内筒的内壁垂直固定连接，所述气动杆的另一端与夹紧板连接，所述夹紧件的数量至少为两个，且相对设置。

5.根据权利要求4所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，其特征在于，所述夹紧板呈弧形板状结构。

6.根据权利要求5所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，其特征在于，所述夹紧板的竖向侧面上设置有柔性摩擦垫片。

7.根据权利要求6所述的超声引导中心静脉穿刺针和探头结合装置，其特征在于，所述夹紧件的两侧分别设置有一个夹紧气囊，所述外筒上设置有微型气泵，所述微型气泵与夹紧气囊相连通。