一种超声振动穿刺软组织装置及方法与流程

本发明及医疗器械领域，属于医学、机械、声学交叉学科，具体涉及一种超声振动穿刺软组织装置及方法。

背景技术：

在穿刺针进入组织时会受到组织与它的相互作用力，这个交互力会引起两方面穿刺针的定位精度误差：(1)软组织的变形会致使肿瘤靶点会发生漂移；(2)穿刺过程中针抦受到组织施加给的不对称，不均匀的载荷造成针的饶曲,而针的饶曲会使针尖错失靶点位置。很多学者研究了不同的穿刺装置及方法来减小组织变形和针偏转，从而提高针尖在组织内的定位精度。

美国卡内基梅隆大学的Minhas等研究了针体旋转进针控制装置及方法，该方法能够一定程度地减少穿刺路径的偏移，但对穿刺力减小不是很明显。美国-波士顿大学的Mahvash提出快速进针能够减少针尖撕裂软组织的裂纹传播及变形，减少针体偏移和提高穿刺精度，缺点是快速穿刺存在安全性问题。北京理工大学的孔祥战研究了一种电磁低频振动穿刺装置及方法，该装置振动频率较低，穿刺时振动噪声较大，穿刺力的减小不明显。

技术实现要素：

本发明为了克服现有软组织高精度穿刺装置和方法的技术缺陷，进而提供了一种超声振动穿刺软组织装置及方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明的一种超声振动穿刺软组织装置及方法，其组成包括：进针驱动机构、旋转驱动机构、超声振动机构以及穿刺机构，所述进针驱动机构上设有滑台，所述滑台安装有L型机架，

所述L型机架固接旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括旋转电机，旋转电机的输出轴通过联轴器固接超声振动机构，所述超声振动机构上设有换能器，换能器上固接穿刺机构，所述进针驱动机构、旋转驱动机构、超声振动机构以及穿刺机构组合使用，可以实现超声振动、旋转进针的穿刺方法。

进一步，所述进针驱动机构包括进针电机，所述进针电机的输出轴固接丝杠，所述丝杠通过螺旋副连接有滑台，滑台可以在丝杆上直线移动。

进一步，所述进针驱动机构包括L型机架，所述机架上还加载六维力矩传感器，六维力矩传感器与控制器相连。

进一步，所述旋转驱动机构包括法兰，所述法兰上固接旋转电机，旋转电机的输出轴通过联轴器固接了超声振动机构的倒置Y型杆件的轴端。

进一步，所述超声振动机构包括超声电源，所述超声电源与电极片相连，电极片安装在压电堆上，超声电源给压电堆提供正负交替的交流电压。

进一步，所述超声振动机构还包括后端盖，后端盖上设有压电堆，压电堆上设有前端盖，前端盖上设有预紧螺钉，通过预紧螺钉可以预紧后端盖、压电堆和前端盖，并可以施加压电堆所需的轴向压力，所述后端盖上的前端固接有倒置Y型杆件，后端盖上的后端还固接换能器，换能器将电能转化为机械能。

进一步，所述穿刺机构包括穿刺针夹持器，所述穿刺针夹持器固定在换能器上，穿刺针夹持器上设有小孔，小孔上安装有穿刺针，所述穿刺针夹持器上还设有弹簧按钮，通过弹簧按钮可以方便的装、卸穿刺针，所述穿刺针的前端还设有支撑架，支撑架上设有导向套，所述穿刺针和导向套建立滑动连接，导向套可以对穿刺针其起撑作用。

进一步，所述进针电机、旋转电机、以及超声电源都与控制器相连。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果和优点：

本发明采用压电式超声振动机构，可以实现软组织高频穿刺，减少噪声对医疗环境的影响；同时采用高频振动、旋转进针的穿刺方法可以有效的较小穿刺力，减少软组织的变形和针的偏转，从而提高穿刺针的定位精度。

附图说明

图1整体结构示意图。

图2 部分结构示意图。

图3 超声振动机构局部结构示意图。

图中1.进针驱动机构，2.六维力矩传感器，3.旋转驱动机构，4.超声振动机构，5.穿刺机构，1-1.进针电机，1-2.丝杠，1-3.滑台，1-4. L型机架，3-1.法兰，3-2.旋转电机，3-3.联轴器， 4-1.超声电源，4-2.后端盖，4-3.换能器，4-4.轴端， 4-5.倒置Y型杆件，4-6.前端盖，4-7.预紧螺钉， 4-8.电极片，4-9.压电堆，5-1.支撑架，5-2.导向套，5-3.小孔，5-4.穿刺针夹持器，5-5.弹簧按钮， 5-6.穿刺针。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明的一种超声振动穿刺软组织装置及方法进行详细说明。

参见附图1、附图2，本发明一种超声振动穿刺软组织装置及方法，包括：进针驱动机构1、旋转驱动机构3、超声振动机构4以及穿刺机构5，所述进针驱动机构1上设有滑台1-3，所述滑台1-3安装有L型机架1-4，所述L型机架1-4固接旋转驱动机构3，所述旋转驱动机构3包括旋转电机3-2，旋转电机3-2的输出轴通过联轴器固接超声振动机构4，所述超声振动机构4上设有换能器4-3，换能器4-3上固接穿刺机构5，所述进针驱动机构1、旋转驱动机构3、超声振动机构4以及穿刺机构5组合使用，可以实现超声振动、旋转进针的穿刺方法。

参见附图1、参见附图3，所述进针驱动机构1包括进针电机1-1，所述进针电机1-1的输出轴固接丝杠1-2，所述丝杠1-2通过螺旋副连接有滑台1-3，当进针电机1-1进行旋转时，带动丝杠1-2作回转运动，丝杠1-2将回转运动转换为滑台1-4的直线运动，通过进针电机1-1转速的调整实现穿刺速度的控制，从而实现穿刺针5-6不同速率的穿刺过程，所述进针驱动机构1还包括L型机架1-4，所述L型机架1-4上还加载六维力矩传感器2，六维力矩传感器2与控制器相连，当穿刺针5-6在穿刺软组织时，此时L型机架1-4上安装的六维力矩传感器2可以实时采集穿刺力数据，并将数据传输到控制器记录下来。

参见附图1、附图2、附图3，所述旋转驱动机构3包括法兰3-1，所述法兰3-1上固接旋转电机3-2，旋转电机3-2的输出轴通过联轴器3-3固接了超声振动机构4的倒置Y型杆件4-5的轴端4-6，当旋转电机3-2进行旋转时，带动超声振动机构4的倒置Y型杆件4-5的轴端4-6作回转运动，从而实现穿刺针5-6旋转运动，通过旋转电机3-2转速的调整实现穿刺针5-6不同旋转速率的穿刺过程。

参见附图1、附图2、附图3，所述超声振动机构4包括超声电源4-1，所述超声电源4-1与电极片4-8相连，电极片4-8安装在压电堆4-9上，超声电源4-1给压电堆4-9提供正负交替的交流电压，所述超声振动机构4还包括后端盖4-2，后端盖4-2上设有压电堆4-9，压电堆4-9上设有前端盖4-6，前端盖4-6上设有预紧螺钉4-7，通过预紧螺钉4-7可以预紧后端盖4-2、压电堆4-9和前端盖4-6，并可以施加压电堆4-9所需的轴向压力，所述后端盖4-6上的前端固接有倒置Y型杆件4-5，后端盖4-6上的后端还固接换能器4-3，换能器4-3将电能转化为机械能。

参见附图1、附图2，所述穿刺机构5包括穿刺针夹持器5-4，所述穿刺针夹持器5-4固定在换能器4-3上，穿刺针夹持器5-4上设有小孔5-3，小孔5-3上安装有穿刺针5-6，所述穿刺针夹持器5-4上还设有弹簧按钮5-5，通过弹簧按钮5-5可以方便的装、卸穿刺针5-6，所述穿刺针5-6的前端还设有支撑架5-1，支撑架5-1上设有导向套5-2，所述穿刺针5-6和导向套5-2建立滑动连接，导向套5-2可以对穿刺针5-6其起撑作用。

下面结合附图对本发明一种超声振动穿刺软组织装置及方法2种工作方式介绍如下：

旋转进针穿刺方法：进针驱动机构1、旋转驱动机构3与穿刺机构5组合使用，实现旋转进针穿刺过程，进针电机1-1和旋转电机3-2同时运动，超声振动机构4停止工作，通过调整进针电机1-1和旋转电机3-2转速，实现穿刺针5-6进针速度和旋转速度的组合，采用L型机架1-4上安装的六维力矩传感器2实时采集穿刺针5-6各种进针速度和旋转速度的组合下穿刺力数据，最后通过多次测量得到较小穿刺力的进针速度和旋转速度的组合。

超声振动、旋转进针穿刺方法：进针驱动机构1、旋转驱动机构3、超声振动机构4与穿刺机构5组合使用，实现超声振动、旋转进针穿刺过程，进针电机1-1和旋转电机3-2同时运动，超声振动机构4开始工作，通过调整进针电机1-1和旋转电机3-2转速以及超声电源4-1的电压变化周期，实现穿刺针5-6进针速度、旋转速度和振动频率的组合，采用L型机架1-4上安装的六维力矩传感器2实时采集穿刺针5-6各种进针速度、旋转速度和振动频率的组合下穿刺力数据，最后通过多次测量得到较小穿刺力的进针速度、旋转速度和振动频率的组合。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。