本发明涉及一种医疗预弯电极的植入装置，特别是涉及一种采用并联机器人的耳蜗预弯电极的五自由度4-spu/rrpu自动植入装置。
背景技术：
人工耳蜗是一种电子装置，由体外言语处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电极系统直接刺激听神经来恢复、提高及重建聋人的听觉功能。近二十多年来，随着高科技的发展，人工耳蜗发展迅速，已经从实验研究进入临床应用。现在全世界已把人工耳蜗作为治疗重度聋至全聋的常规方法，人工耳蜗是目前运用最成功的生物医学工程装置。
预弯电极本身做成与耳蜗弯曲相似的蜗转形式，为了方便植入，在电极中间设有一导孔并插入一根直的定位导丝，迫使电极在植入前伸直呈直线状态。如公告号为cn201260735y的中国实用新型专利公开了一种人工耳蜗电极植入装置，包括硅胶体及预弯成耳蜗状的极阵联，极阵联由电极环、电极丝组成，它与硅胶体封装成一体，特点是背向极阵联的硅肢体上设有数个支撑段，支撑段与硅胶体为一体，支撑段上设有与极阵联平行的细长通孔，通孔内穿入支撑钢芯使预弯成耳蜗状的极阵联顺直。进行该预弯电极的植入时，当植入一部分电极后，耳蜗开始进入螺旋状态，则抽出一部分电极导丝，抽出导丝部分的电极则自然形成弯曲的形式。随着植入深度的增加，抽出导丝也越多，电极弯曲也越多，直至植入结束，预弯电极自然抱着蜗轴。使用预弯电极可以使电极更好地刺激蜗轴中残余的螺旋神经节细胞。
医生在植入预弯电极手术过程中，医生需要判断预弯电极和直线导丝何时与内壁触碰，同时协调操作植入电极并抽出适量长度的直线导丝。现有医疗手段在植入人工耳蜗预弯电极时，医生一只手通过手术器械夹持住预弯电极进行电极植入，另一只手抽取导丝，通过双手配合进行植入。随着电极植入深度越来越深，抽出导丝量越来越长，前端电极与耳蜗接触越来越多，植入时的摩擦力越来越大，对预弯电极和导丝头部与内壁接触力的干扰越大，从而手感会越来越模糊；同时医生在植入电极过程中，还需要改变植入角度以更适合耳蜗迷路，这些全凭手感与经验进行判断。而人类力觉能感知到的最小值约为25mn，感知力存在最低阈值限制，而导致电极容易屈服且植入过程容易损伤患者的残余听力的特点，大大增加了植入手术的操作难度。因此，预弯电极植入是一个非常具有挑战性的手术，需要大量的专业培训及丰富的临床经验，而掌握预弯电极植入手术的医生为数极少。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种耳蜗预弯电极的五自由度4-spu/rrpu自动植入装置，其通过一相斥移动结构在推送预弯电极时以相斥方式同时将预置的直线导丝拉出，解决了预弯电极植入时需双手配合，对电极定位精度困难，位置调整不便的问题。并且，通过一个二转三移并联机构机器人实现预弯电极植入的自动化，同时也利用机器人机构的位置精确控制和比人类力觉感知更加敏感的特点，在预弯电极植入时对位置的控制更加精确，从而有效解决了预弯电极植入过程至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明采用的技术方案是：一种耳蜗预弯电极的五自由度4-spu/rrpu自动植入装置，包括呈蜗转状预弯的预弯电极；包括预设置在所述预弯电极一导孔中并使所述预弯电极顺直的直线导丝，所述直线导丝在所述预弯电极的尾部外端设有一卡接头；推送机构，所述推送机构包括与所述卡接头连接的导丝定位组件、与所述预弯电极尾部连接并与所述导丝定位组件相斥移动的电极推送组件；所述预弯电极和推送机构固定一个二转三移并联机构上，所述二转三移并联机构包括y轴、z轴的转动自由度和x轴、y轴和z轴的移动自由度；所述电极推送组件的推送方向与所述x轴或y轴一致。通过一个二转三移并联机构实现预弯电极植入的初始位置在耳蜗入口处进行位置调整，在植入过程中预弯电极的插入或收回，并沿耳蜗迷路轴线方向进行旋转调整的自动化，同时，也利用机器人机构更加敏感的力觉感知，实现位置的精确控制。本发明有效解决了预弯电极植入时人类力觉感限制，而导致植入过程易损伤患者的残余听力的技术问题，有效提高了植入手术的精度和安全性，降低了电极植入手术的难度。
作为优选，所述二转三移并联机构包括定平台、动平台和连接在所述定平台与动平台之间呈x轴和y轴方向对称的四条非约束支链和一条约束支链。该技术方案通过一简单地在非约束支链连接的六自由度并联机构中通过设置一约束支链对x轴方向的转动自由度进行约束，实现了在y、z两个方向的转动和x、y、z轴三个方向的移动。具体地，所述非约束支链包括伸缩杆、分别设置在所述伸缩杆两端的万向结和球副。由于采用独立的约束支链进行对x轴的转动自由度限制，使得非约束支链的设置更加自由，而该采用万向结和球副的设置使得结构更加简单。并进一步地，所述的伸缩杆包括直线电机或液压缸或是安装在导轨上连接电机的滚珠丝杠。
作为优选，所述约束支链包括支杆一端的电机与转动副和设置在所述支杆另一端上的万向节。该设置可增加约束支链的刚性，增加对动平台在x轴方向的转动限制。
作为优选，所述电极推送组件包括一直线驱动器；所述直线驱动器包括直线电机或液压缸或是连接在导轨上的电驱动滚珠丝杠。
作为优选，所述导丝定位组件包括一定位内筒和设置在所述定位内筒中的呈倒刺状并呈周向均布的至少二个卡制簧片。该卡制簧片方便卡接头的卡入，同时，其弹性作用消除了直线导丝的定位间隙。
作为优选，在位于所述卡制簧片内端的所述定位内筒中设有一向所述卡制簧片方向作用的轴向弹性元件。活塞和弹性元件共同作用下的卡接头上，可以进一步地消除直线导丝的定位间隙。并且当预弯电极在位置调整回缩时，通过弹性元件、活塞和卡接头的弹性结构作用下产生缓冲，与预弯电极产生同步的回缩。
本发明技术方案通过一个二转三移并联机构实现电极植入的初始位置在耳蜗入口处进行位置调整，在植入过程中预弯电极的插入或收回，并沿耳蜗迷路轴线方向进行旋转调整的自动化，同时，也利用机器人机构更加敏感的力觉感知，实现位置的精确控制。本发明有效解决了预弯电极植入时人类力觉感限制，而导致植入过程易损伤患者的残余听力的技术问题，有效提高了植入手术的精度和安全性，降低了电极植入手术的难度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中电极植入装置的结构示意图。
图3为本发明中电极植入装置的侧视图。
图4为图3中a处的放大视图。
图5为本发明电极植入装置中推送外筒前端的电极固定槽结构示意图。
图6为本发明中二转三移并联机构的结构示意图。
图7为图6中b处的放大视图。
图8位图6中c处的放大视图。
其中：电极植入装置10、推送机构11、导丝定位组件12、定位内筒120、矩形观察孔121、支架122、卡制簧片123、活塞124、弹性元件125、底座126、电极推送组件13、推送外筒130、外筒开口131、电极固定槽132、联轴器20、直线驱动器21、驱动轴211、预弯电极30、导孔301、尾部302、直线导丝40、卡接头401、二转三移并联机构50、动平台51、定平台52、非约束支链53、万向结531、伸缩杆532、球副533、第一枢轴线534、第二枢轴线535、约束支链54、电机541、转动副542、支杆543、联轴器544、万向结545、第三枢轴线546、第四枢轴线547。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
参见图1，一种耳蜗预弯电极的自动植入装置，包括电极植入装置10和二转三移并联机构50。该电极植入装置10设置在二转三移并联机构50的动平台51上。
参见图2和图3，该电极植入装置10包括底座126、推送机构11和预设置在预弯电极30的一个导孔301中的直线导丝40。电极植入装置10通过该底座126固定在该二转三移并联机构50的动平台51上。该直线导丝40设置在该预弯电极30的导孔301中使预弯的电极顺直。在该预弯电极30尾部302外的该直线导丝40尾端设有一卡接头401。该卡接头401大致呈尖头向后的锥体。该推送机构11包括一导丝定位组件12和一电极推送组件13。
参见图4，该导丝定位组件12包括一个固定在底座126上的支架122和与该支架122呈一体连接的定位内筒120。该定位内筒120与支架122大致呈直角交叉设置。在该定位内筒120中设有呈倒刺状向后延伸的卡制簧片123。该卡制簧片123至少为两片呈周向均布设置。卡制簧片123尾端之间的距离略小于卡接头401大端的直径。在位于卡制簧片123内侧该定位内筒120中设有一弹性元件125和一活塞124。该活塞124靠近卡制簧片123的尾端，该弹性元件125位活塞124与定位内筒120的底部之间。在本实施例中，该弹性元件125为一压缩弹簧。但在其它实施例中，该弹性元件125可以是一弹性胶块或其它可压缩材料。在该定位内筒120的下面设有一矩形观察孔121。该矩形观察孔121轴向对应于卡制簧片123的位置。该矩形观察孔121的设置便于直线导丝40的卡接头401卡入到卡制簧片123的后端与活塞124之间。卡入后的卡接头401同时受到卡制簧片123和弹性元件125的弹力。
该电极推送组件13包括推送外筒130和设置在推送外筒130后端上的直线驱动器21。参见图5，该推送外筒130前端设有一电极固定槽132，用于与预弯电极30尾部302作连接。虽然本实施例中，该推送外筒130通过电极固定槽132与预弯电极30尾部302的连接为采用螺钉的可拆卸连接，但也可为其它可拆卸连接方式。该推送外筒130套设在定位内筒120外，在推送外筒130的下面筒壁上设有从前端向后延伸的外筒开口131。该外筒开口131在周向上与定位内筒120的矩形观察孔121对应。
当支架122保持不动时，推送外筒130相对定位内筒120向前滑动，与直线导丝40形成相斥移动，即当电极推送组件13推送预弯电极30时，导丝定位组件12使直线导丝40保持不动，形成在预弯电极30前行时，直线导丝40同时从预弯电极30的导孔301中抽出。该直线导丝40在抽出时，由于预弯电极30主体软硅胶的摩擦力，卡制簧片123通过卡接头401对直线导丝40产生一个轻微的向后拉力，或者说卡接头401对卡制簧片123产生轻微的压缩变形。而活塞124在弹性元件125的作用下压紧在卡接头401上，消除了直线导丝40的定位间隙。当预弯电极30在电极推送组件13的作用下进行回缩时，通过弹性元件125、活塞124和卡接头401的弹性结构作用下与预弯电极30产生同步的回缩，抽出的直线导丝40不再大幅度插回到导孔中，不会对软质的预弯电极30产生损伤或变形。在该实施方式中，该电极推送组件13采用直线驱动器21实现在x轴方向的移动。该直线驱动器21的驱动轴211与推送外筒130可以为一体连接结构，也可采用联轴器20的可拆卸式连接结构。
由于耳蜗迷路在空间上绕两圈半的特性，在预弯电极植入过程中，需要将电极植入的初始位置在耳蜗入口处进行位置调整，植入过程需要将电极插入/收回，并沿耳蜗迷路轴线方向进行旋转。因此，预弯电极自动植入时需要四个自由度，即：y、z两个自由度方向的转动及x、z轴方向的移动。因此，二转三移并联机构机器人植入电极可以使用非常小且稳定的力将预弯电极阵列植入到准确的位置上，以及适时抽出导丝是人工耳蜗植入的可行办法。
参见图6，该二转三移并联机构，包括动平台51、定平台52、非约束支链53和约束支链54。该非约束支链53为四条，呈矩形分布设置在动平台51和定平台52之间，该约束支链54为一条，设置在动平台51和定平台52之间。在本实施例中，该四条非约束支链53与动平台51的连接点呈正方形分布在动平台51的同一圆周上，该四条非约束支链53与定平台52的连接点呈长方形分布在定平台52的同一圆周上，约束支链54设置在该四条非约束支链53所在圆周的中心。该非约束支链53具有六个自由度，该约束支链54约束了非约束支链53的x方向的转动自由度。
该四条非约束支链53结构完全相同，均包括伸缩杆532、分别设置在所述伸缩杆532两端的万向结531和球副533。参见图7，在本实施例中，该万向结531一端与伸缩杆532的顶端作固定连接，另一端与动平台51作固定连接。并且，该第一枢轴线534和第二枢轴线535与动平台51所在的平面平行。但在另外的实施例中，该四条非约束支链53与动平台51和定平台52之间的连接结构可与本实施例相反。也即，该万向结531的一端与伸缩杆532的底端作固定连接，该万向结531的另一端与该定平台52作固定连接。该第一枢轴线534和第二枢轴线535与该定平台52所在的平面平行。
该伸缩杆532在本实施例中为直线电机。但也可以是液压缸或者是连接在导轨上的电安装滚珠丝杠。并联机构通过该伸缩杆532的伸缩控制动平台51作绕z轴或y轴的转动。
该约束支链54包括电机541、转动副542和设置在支杆543一端上通过联轴器544连接的万向结545。在本实施例中，该万向结545一端与伸缩杆543的顶端作固定连接，另一端与动平台51作固定连接。该第三枢轴线546和第四枢轴线547与该动平台51所在的平面平行。但在另外的实施例中，该四条非约束支链53与动平台51和定平台52之间的连接结构可与本实施例相反。也即，该万向结545一端与伸缩杆543的底端作固定连接，另一端与该定平台52作固定连接。该第三枢轴线546与第四枢轴线547与该定平台52所在的平面平行。在本实施例中，该约束支链54的转动副542一端连接在支杆543的底端，另一端与电机连接，电机541固定在定平台52上。该万向结545的一端连接在动平台51上，另一端与伸缩杆543相连接。该约束支链54约束了非约束支链53在x轴方向的转动自由度。
该二转三移并联机构可精确控制电极植入过程中的位置调整，包括z、y轴的转动和x、y、z轴的移动。而x轴方向的移动则采用动平台51上的电极推送组件13实现。
具体实施例是为了更清楚地理解本发明，并不作为对本发明权利的一种限制，在不脱离本发明宗旨的前提下，可以有各种各样的变化，所有这些对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。