专利名称：一种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医学领域，涉及一种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置。
背景技术：
微创外科是21世纪外科学发展的重点项目和重要课题之一，而穿刺针是微创外科手术中最基本、最常用的器械之一。在 实施使用穿刺针的微创外科手术时，为了避免医源性损伤，在穿刺针的刺入过程中，需要避开重要的器官、骨骼和血管等组织。然而，有些病灶被诸如骨骼和血管等体内组织阻挡或包围时，现有的直针不能经由皮肤穿刺进入病变部位，或者穿刺会造成较大的医源性损伤。所以，急需一种可靠的、可弯曲、可导航的穿刺针和导航装置来完成微创外科手术。磁导航式关节型穿刺针是一种易于导航，可较准确地实现复杂弯曲穿刺路径的穿刺针。由于人体结构复杂，为了避免在磁导航式关节型针穿刺过程中造成更大的医源性损伤，必须保证驱动的平稳性以及可控性，这就要求外部磁场必须是均匀的，而且易于调节方向等。当前，通常利用组合线圈在其内部区域得到所需要的磁场，但是直流线圈发热将消耗大部分能量。目前，国内外对利用磁导航技术对穿刺针进行导航的研究刚刚开始，仅香港大学的陈永华博士研究的顺从针课题对此做过前期相关理论工作，尚无其他人士对其做研究。
实用新型内容本实用新型所要解决的问题是提供一种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置，其目的是为磁导航式关节型穿刺针提供在人体内进行非直通道穿刺时对其穿刺路径和穿刺位置的精确导航和控制。为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为一种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置，包括底座、圆环、升降柱及永磁体，在底座上竖直固装圆环，在圆环上同轴向均布间隔固装有升降柱，在每一升降柱的前端部均安装有一永磁体，该永磁体设置在圆环同一面的升降柱前端。而且，所述升降柱为多个伸缩杆同轴滑动安装在一起，后端的伸缩杆固装在圆环上，在升降柱前端的伸缩杆内安装有一永磁体电机，该永磁体电机的输出轴的端部固装永磁体，在升降柱前端的伸缩杆内固装一同轴的丝杠的前端，在丝杠的后端啮合安装一丝母，该丝母啮合一固装在升降柱后端的伸缩杆上的一齿轮，该齿轮由安装在升降柱后端的伸缩杆上的伺服电机驱动。本实用新型的优点和积极效果是I、本导航磁场所产生的磁感应强度由永磁体数量、阵列直径、永磁体的平移量等因素决定，调节磁感应强度的大小和方向，可以使穿刺针的头节产生相应的偏转角度，并带动后面的针节发生偏转，从而可实现针的精准定位，达到控制其运动路径的目的。2、本实用新型提出的基于永磁阵列的导航磁场，其磁感应强度的方向在三维空间内可调，大小在一定范围内可控，能够实现对磁导航式关节型穿刺针的精确导航，可控制磁导航式关节型穿刺针在活检、引流、抽吸、注射等诊疗任务中的穿刺路径，尤其适用于非直线型穿刺路径的导航控制。
图I为本实用新型的结构主视图；图2为图I的右视图；图3为图2的A-A向截面放大剖视图；图4为本实用新型所使用的穿刺针的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。—种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置,参见图I、图2,包括底座3、圆环I、升降柱4及永磁体2，在底座上竖直固装圆环，在圆环上同轴向均布固装有升降柱，该升降柱的数量根据实际需要进行设定，本实施例附图中为六个；在每一升降柱的前端部均安装有一永磁体，该永磁体设置在圆环同一面的升降柱前端。升降柱的结构参见图3，升降柱固装在圆环上，升降柱为多个伸缩杆同轴滑动安装在一起，本实施例附图中为三个同轴的伸缩杆，后端的伸缩杆固装在圆环上。在升降柱前端的伸缩杆内安装有一永磁体电机5,该永磁体电机的输出轴的端部固装永磁体，以实现永磁体在永磁体电机的驱动下径向摆转。在升降柱前端的伸缩杆内固装一同轴的丝杠6的前端，该丝杠同轴设置在升降柱内，在丝杠的后端啮合安装一丝母7，该丝母啮合一固装在升降柱后端的伸缩杆上的一齿轮8，该齿轮由安装在升降柱后端的伸缩杆上的伺服电机9驱动，由此实现在伺服电机的驱动下，齿轮啮合丝母，丝母转动啮合丝杠转动，使丝杠在升降柱内左右位移，由此带动升降柱前端的伸缩杆在后部的伸缩杆内的伸缩，也就实现了永磁体在圆环轴向上的位移。每个永磁体能绕自身中心在圆环径向的平面内旋转，并且能在与圆环的轴向上位移，从而在阵列中心形成三维可控磁场。圆环的材料没有特殊要求，可以用钢、铁或铝等。本实用新型所使用的穿刺针的结构参见图4，由磁性头节、关节及针节构成，在关节的前端通过针节安装磁性头节，在磁性头节后部的各关节之间也安装针节。穿刺针的结构是现有技术，在此不再赘述。本实施例中，三对永磁体分别安装在六个升降柱的前端，升降柱在圆环上的位置与升降柱的长度共同决定了永磁体之间的相对位置。升降柱在长度上平移运动时，控制升降柱上的永磁体的相对位置，使所有永磁体的中心点都在同一个平面上。当此平面平行于圆环，所有永磁体形成一个纯圆周阵列；当此平面不平行于圆环时，所有永磁体形成一个椭圆周阵列。这样，由所有永磁体共同形成的磁场方向在三维空间内得到控制。本实用新型的工作原理是当永磁体数量为六个时，永磁阵列由三对永磁体组成，排列成一个圆周，阵列中任意点的磁感应强度等于所有永磁体在该点产生的磁感应强度之和。阵列中部较大区域内的磁力线分布均匀，几乎呈平 行状态，也就是说，阵列圆内的磁感应强度是比较均匀的。在阵列平面内围绕升降柱转动永磁体时，阵列内部的磁力线也跟着转动相同的角度，但转动方向与永磁体相反。当阵列直径确定后，永磁体阵列中心区域的磁感应强度大小不随永磁体的转动而变化，只与永磁体数量呈现线性关系。通过调整阵列永磁体数量以及阵列直径大小，就可以获得一定范围内的磁场强度，从而得到二维可控磁场。通过升降柱分别使永磁体沿着各自的轴向平移，平移过程中始终保持每个永磁体的体积中心点在同一平面内，这样就能得到三维可控的导航磁场。本实用新型涉及的磁导航式关节型穿刺针如图4所示，由磁性头节和若干针节及柔性关节构成。在穿刺过程中，在三维可控导航磁场的作用下，穿刺针头节上会受到相应的磁场力而改变插入方向。
权利要求1.一种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置，其特征在于包括底座、圆环、升降柱及永磁体，在底座上竖直固装圆环，在圆环上同轴向均布间隔固装有升降柱，在每一升降柱的前端部均安装有一永磁体，该永磁体设置在圆环同一面的升降柱前端。
2.根据权利要求I所述的基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置，其特征在于所述升降柱为多个伸缩杆同轴滑动安装在一起，后端的伸缩杆固装在圆环上，在升降柱前端的伸缩杆内安装有一永磁体电机，该永磁体电机的输出轴的端部固装永磁体，在升降柱前端的伸缩杆内固装一同轴的丝杠的前端，在丝杠的后端啮合安装一丝母，该丝母啮合一固装在升降柱后端的伸缩杆上的一齿轮，该齿轮由安装在升降柱后端的伸缩杆上的伺服电机驱动。
专利摘要本实用新型涉及一种基于永磁阵列的三维导航可控磁场装置，包括底座、圆环、升降柱及永磁体，在底座上竖直固装圆环，在圆环上同轴向均布间隔固装有升降柱，在每一升降柱的前端部均安装有一永磁体，该永磁体设置在圆环同一面的升降柱前端。本导航磁场装置的磁感应强度的方向在三维空间内可调，大小在一定范围内可控，能够实现对磁导航式关节型穿刺针的精确导航，可控制磁导航式关节型穿刺针在活检、引流、抽吸、注射等诊疗任务中的穿刺路径，尤其适用于非直线型穿刺路径的导航控制。
文档编号A61M25/01GK202437210SQ20122001910
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者周宗国, 张锐, 李达, 殷岂龙, 王以忠, 陈永华, 黄华芳 申请人:天津科技大学