一种头部手术可变式夹持装置的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种头部手术可变式夹持装置。

背景技术：

头部方面的疾病是全球患者最普遍常见的恶性疾病之一，尤其是近年来，头部疾病的发病率以及病症多样性日渐呈现年轻化的趋势，已严重影响全球人民的身心健康及生命安全。根据中国标准化与信息分类研究所调查研究的结果显示，现今人类成年人的头部尺寸大小大体分为A、B、C三类等级。具体的调研结果为：一般成年女性的头围大约在56CM或57CM左右，头围偏大一些的人大约在58CM到60CM左右，头围偏小的成年人大约在55CM到53CM之间。一般成年男性的头围大约在57CM或58CM左右，头围偏大一些的人大约在59CM到61CM左右，头围偏小的成年人大约在56CM到54CM之间。由于不同患者头部尺寸差异以及头部手术空间相对狭小等原因，往往造成手术时末端执行器与头部病灶点的姿态位置存在偏差，因此在进行患者头部手术前采用可变式夹持装置对头部进行夹紧定位。国内外研究设计的相关夹持机构多为刚性结构，柔顺性不足，缺乏力觉、滑觉等信息的感知能力，极易造成人体的不舒适感。

手术腔内空间结构局限，导致柔性夹持机构设计上较为复杂，自动控制较难实现，需要人工辅助操作。复杂环境适应能力差，由于不同患者头部尺寸差异以及视觉系统的误差等原因，往往造成手术时末端执行器与病灶点的姿态位置存在偏差。此头部柔性夹持机构是通过计算机视觉图像技术识别病灶点的位置，然后控制柔性夹持系统对病灶点周围组织夹紧、固定，最终服务于头部手术机器人的手术工作。在头部进行实施手术过程中，手术机器人需要对所夹持的人体头部进行位置定位和姿态定位，因此头部夹持机构的柔顺性、定位精度问题的解决方法显得极为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柔顺性好、定位精度高、设计人性化、应用范围广泛、技术方案合理，结构简单易行、拆装方便的头部手术可变式夹持装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

头部手术可变式夹持装置，包括第一步进电机1、导轨座3、导轨滑台4、第一导轨9、第二导轨20、左轴承座25、右轴承座10、双向丝杠19、第二步进电机17、滚珠丝杠螺母11、滚珠丝杠12、左夹板24和右夹板22；

导轨座3上端面沿导轨座3的长度方向设有导轨脊，导轨滑台4下端面沿导轨滑台4的长度方向设有导轨槽，导轨滑台4布置在导轨座3上，导轨滑台4的导轨槽与导轨座3的导轨脊相配合；

左轴承座25固接在导轨滑台4的左端，右轴承座10固接在导轨滑台4的右端；左轴承座25和右轴承座10之间平行固接有第一导轨9和第二导轨20；

左陶瓷轴承26采用过渡配合方式安装在左轴承座25上，右陶瓷轴承18采用过渡配合方式安装在右轴承座10上；

双向丝杠19设置在左陶瓷轴承26和右陶瓷轴承座18之间，其两端分别与左陶瓷轴承26和右陶瓷轴承18过渡配合；

滚珠丝杠螺母11固定在导轨滑台4右端，滚珠丝杠12的左端与滚珠丝杠螺母11相配合安装，构成滚珠丝杠副，滚珠丝杠12与固接在导轨座3上的轴承13过渡配合安装，第一同步带轮14安装在滚珠丝杠12的右端，第二步进电机17固接在导轨座3上，第二同步带轮15安装在第二步进电机17上，第一同步带轮14与第二同步带轮15之间布置同步带16，第二同步带轮15的转轴与第二步进电机17的动力输出轴连接；

第一步进电机1安装在导轨滑台4上，第一步进电机1的动力输出轴与双向丝杠19通过联轴器27相连；

左夹板24和右夹板22为圆弧状，均包括夹板和底座，左夹板24和右夹板22构成容纳人体头部的空间；

第一导轨9、第二导轨20分别过渡配合地嵌入左夹板24、右夹板22的底座，第一导轨9与左夹板24之间、第二导轨2与右夹板22之间均设有滑套6；

左丝杠螺母5和右丝杠螺母21分别嵌入左夹板24和右夹板22的底座中；左丝杠螺母5和右丝杠螺母21具有旋向不同的螺纹；

双向丝杠19具有两段旋向不同的螺纹：左旋螺纹和右旋螺纹，双向丝杠19穿过左夹板24的底座中的左丝杠螺母5和右夹板22的底座中的右丝杠螺母21，左丝杠螺母5和右丝杠螺母21分别与双向丝杠19无变位啮合传动；

左夹板24和右夹板22的内侧开有多个凹槽，每个凹槽内镶嵌气囊23；

每个气囊23都连接一根气管36，气管36上配置有电磁阀，电磁阀与上位机连接。

左夹板24和右夹板22的内侧各开有4个凹槽，其中，2个凹槽位于左夹板24和右夹板22的内侧上部，2个凹槽位于左夹板24和右夹板22的内侧下部，8个气囊23分别放置在左夹板24和右夹板22的凹槽中。

气囊23的长度与左夹板24和右夹板22上凹槽的长度一致，其可最大变形宽度为20mm。

左夹板24和右夹板22为夹板、底座一体成型。

第一保护套29设置在左轴承座25和左夹板24之间，第二保护套30设置在右轴承座10和右夹板22之间，第三保护套31设置在左夹板24和右夹板22之间。

本发明的有益效果在于：

1.采用两个夹板对称布置，提高病灶点位置的中心夹紧固定，进而提高头部手术的效率。头部仿形夹板是按照头部组织的外形为依据而设计，外部性状近似于圆弧状，其目的是为了能够以更大面积贴合患者的头部表面。

2.在夹板的内侧分布着不同角度的凹槽，并将收缩性较强的气囊镶嵌在内，因此气囊外表面与头部表面皮肤组织接触面积更大，增强人体的舒适感和整个机构系统的柔顺性。

附图说明

图1为本发明的头部手术可变式夹持装置的第一示意图；

图2为本发明的头部手术可变式夹持装置的第二示意图；

图3为本发明的头部手术可变式夹持装置的后侧示意图；

图4为本发明的头部手术可变式夹持装置设置保护套后的结构示意图；

图5为本发明的头部手术可变式夹持装置俯视图；

图6为本发明的头部手术可变式夹持装置的气囊在满气压的工作状态时的示意图；

图7为本发明的头部手术可变式夹持装置的气囊在卸压的工作状态时的示意图。

附图标记：

1、第一步进电机 3、导轨座 4、导轨滑台

5、左丝杠螺母 6、滑套 7、头部托板滑台

9、第一导轨 10、右轴承座 11、滚珠丝杠螺母

12、滚珠丝杠 13、轴承 14、第一同步带轮

15、第二同步带轮 16、同步带 17、第二步进电机

18、右陶瓷轴承 19、双向丝杠 20、第二导轨

21、右丝杠螺母 22、右夹板 23、气囊

24、左夹板 25、左轴承座 26、左陶瓷轴承

27、联轴器 28、外壳 29、第一保护套

30、第二保护套 31、第三保护套 32、第一组气囊

33、第二组气囊 34、第三组气囊 35、第四组气囊

36、气管

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1～图3所示，头部手术可变式夹持装置，包括第一步进电机1、导轨座3、导轨滑台4、第一导轨9、第二导轨20、左轴承座25、右轴承座10、双向丝杠19、第二步进电机17、滚珠丝杠螺母11、滚珠丝杠12、左夹板24和右夹板22。

导轨座3上端面沿导轨座3的长度方向设有凸出的导轨脊，导轨滑台4下端面沿导轨滑台4的长度方向设有导轨槽，导轨滑台4布置在导轨座3上，导轨滑台4的导轨槽与导轨座3的导轨脊相配合，导轨滑台4可沿导轨座3的长度方向滑动。

左轴承座25固接在导轨滑台4的左端，右轴承座10固接在导轨滑台4的右端。

左轴承座25和右轴承座10之间平行固接有第一导轨9和第二导轨20。

左陶瓷轴承26采用过渡配合方式安装在左轴承座25上，右陶瓷轴承18采用过渡配合方式安装在右轴承座10上。

双向丝杠19设置在左陶瓷轴承26和右陶瓷轴承座18之间，其两端分别与左陶瓷轴承26和右陶瓷轴承18过渡配合。

滚珠丝杠螺母11通过螺钉固定在导轨滑台4右端，滚珠丝杠12的左端与滚珠丝杠螺母11相配合安装，构成滚珠丝杠副，滚珠丝杠12与滚珠丝杠螺母11之间可做螺旋运动，滚珠丝杠12与固接在导轨座3上的轴承13过渡配合安装，第一同步带轮14安装在滚珠丝杠12的右端，第二步进电机17固接在导轨座3上。第二同步带轮15通过螺栓安装在第二步进电机17上，第一同步带轮14与第二同步带轮15之间布置同步带16，第二同步带轮15的转轴与第二步进电机17的动力输出轴连接，第二步进电机17的旋转运动通过同步带16传动转化为滚珠丝杠12的旋转运动，进而带动导轨滑台4沿导轨座3的长度方向的直线移动。

第一步进电机1通过螺栓安装在导轨滑台4上，第一步进电机1的动力输出轴与双向丝杠19通过联轴器27相连，从而第一步进电机1的旋转运动带动双向丝杠19旋转。

左夹板24和右夹板22为圆弧状，左夹板24和右夹板22均包括夹板和底座，优选为夹板、底座一体成型。左夹板24和右夹板22构成容纳人体头部的空间，其目的是为了能够以更大面积贴合患者的头部表面。

第一导轨9、第二导轨20分别过渡配合地嵌入左夹板24、右夹板22的底座，第一导轨9与左夹板24之间、第二导轨2与右夹板22之间均设有滑套6。

左丝杠螺母5和右丝杠螺母21分别嵌入左夹板24和右夹板22的底座中，左丝杠螺母5和右丝杠螺母21具有旋向不同的螺纹。

双向丝杠19具有两段旋向不同的螺纹：左旋螺纹和右旋螺纹。双向丝杠19穿过左夹板24的底座中的左丝杠螺母5和右夹板22的底座中的右丝杠螺母21，左丝杠螺母5和右丝杠螺母21分别与双向丝杠19无变位啮合传动，双向丝杠19在第一步进电机1的带动下，实现左丝杠螺母5和右丝杠螺母12的靠拢或分离运动，从而带动左夹板24和右夹板22在导轨上做平行相对直线移动，进而实现夹板之间的相向合拢(夹持)或反向松开运动。

左夹板24和右夹板22的内侧开有多个凹槽，每个凹槽内镶嵌气囊23；在本实施例中，左夹板24和右夹板22的内侧各开有4个凹槽，其中，2个凹槽位于左夹板24和右夹板22的内侧上部，2个凹槽位于左夹板24和右夹板22的内侧下部。8个气囊23分别放置在左夹板24和右夹板22的凹槽中，以此接触头部表面，增强人体的舒适感。每个气囊23都连接一根气管36，气管36上配置有电磁阀，电磁阀与上位机连接，每个气囊23都是由电磁阀独立控制，根据所夹持不同目标头部的形态特征，以此调整不同位置角度气囊23内的气压。

气囊23的长度与左夹板24和右夹板22上凹槽的长度一致，其可最大变形宽度约为20mm。根据左夹板24和右夹板22与头部组织的距离来调节气囊23的变形程度。气囊23内的气压决定其膨胀变形程度，每个气囊23的气路都由对应电磁阀独立控制其通断动作，通过上位机控制电磁阀的通断时间，进而控制各个气囊23内的气路闭合时间，达到调节气囊23内气压的目的，满足目标患者头部的形状、大小等其它因素改变的需要，并结合图像技术以此做出相应的调整。

如图4、图5所示，为了防止人体头发散落进入传动机构装置里面造成伤害和减少灰尘和杂物落入传动装置里面，本发明设置第一保护套29、第二保护套30、第三保护套31和外壳8。第一保护套29、第二保护套30和第三保护套31是由PEVA复合针刺棉构成，具有无毒耐磨、弹性好，质轻保暖，透气性好，防风防虫，可直接洗涤，集尘效率高、使用寿命长等特点。其中，第一保护套29设置在左轴承座25和左夹板24之间，第二保护套30设置在右轴承座10和右夹板22之间，第三保护套31设置在左夹板24和右夹板22之间，外壳8设置在导轨滑台4上，用于遮盖除左夹板24和右夹板22以外的其他部件。

本发明的工作过程：

本发明头部手术可变式夹持装置，用于头部介入手术(例如头部手术等)，根据病人头部的位置姿势，通过控制第二步进电机17带动滚珠丝杠副的旋转运动，调节导轨滑台4的位置。通过上位机控制第一步进电机1旋转，第一步进电机1通过联轴器27带动双向丝杠19旋转，实现左丝杠螺母5和右丝杠螺母21的靠拢或分离运动，从而带动左夹板24和右夹板22在导轨上做平行相对直线移动，进而实现夹板之间的相向合拢(夹持)或反向松开运动。

调整好左夹板24和右夹板22的位置后，将头部托板滑台7放置在左夹板24和右夹板22之间。

进而通过上位机输出信息控制电磁阀的通断时间，从而调节左夹板24和右夹板22凹槽里的气囊23的气压以及膨胀变形程度，选择不同的气囊23组合，如图3所示，4组气囊分别被定义为第一组气囊32、第二组气囊33、第三组气囊34和第四组气囊35。4组气囊可自由组合为其中2～4组充气膨胀，使气囊的外表面缓慢贴合患者的头部组织表面。

如果全部4组均充气膨胀，使所有的气囊的外表面缓慢贴合患者的头部组织表面至如图6所示的状态。手术完成后首先对气囊23进行卸压至如图7所示的状态，至此整个手术操作流程结束。