磁共振兼容手持便携柔性介入针系统的制作方法

本发明涉及医疗机器人技术领域，特别涉及微创医疗机器人领域。

背景技术：

目前，磁共振兼容穿刺手术机器人已发明有几十种，能够在首先得空间进行前列腺活检和粒子植入操作，他们在磁共振环境下使用磁共振兼容性材料已解决了磁共振兼容问题。有的仪器实现了垂直和水平方向的平动和转动。磁共振引导下跟踪精度达到毫米级，获得较高的扎针精度。但是前列腺活检中难以避免与耻骨的干涉现象。有的仪器结构简单、操作简单，可是难以用于较为复杂的手术。有的仪器难以控制精度。有的仪器控制系统较为复杂不方便专业医生的掌握。存在的主要研究难点有：(1)受限空间下机器人的构型问题一直以来就是设计中的难点；(2)机器人与磁共振环境的问题也难以解决，包括材料兼容性、驱动兼容性、传感器的兼容性和结构兼容性。

技术实现要素：

本发明提出一种磁共振兼容手持便携柔性介入针系统，具有该特征的系统通过两个电机的作用，齿轮与齿条之间相连接，齿轮齿条传动给予齿条平行运动是穿刺针推进，另一个齿轮传动给予穿刺针旋转使柔性针做曲线运动，最后实现系统的穿刺运动。

磁共振兼容手持便携柔性介入针系统，包括：大固定板、针管固定架、刚性针外管、针管固定架、刚性针中管、齿条、滑轨、齿轮固定环、直齿轮、直齿轮、联轴器、减速器、电机、电机支撑座、小固定板、直齿轮、涡轮、蜗杆、减速器、电机支撑座、电机、齿轮固定环、控制按钮、控制按钮、系统外壳、系统外壳、底座、滑块、滑块、柔性针。

磁共振兼容手持便携柔性介入针系统由控制柔性针旋转运动部分和控制柔性针轴向运动部分构成。旋转运动部分部分有刚性针外管通过两个固定架固定连接在大固定版上，刚性针外管尾端套在刚性针中管顶端，柔性针置于刚性针中，外管内部。柔性针与刚性针中管固定在固定架。两个直齿轮间始终保持啮合状态，并通过滚动轴承分别固定连接在齿轮架上，固定架用螺纹连接固定在小固定板上。电机与减速器之间螺纹固定连接。电机、减速器、联轴器与主动直齿轮之间通过轴承连接。电机与减速器固定连接在电机支撑座。电机支撑座、齿轮固定架和齿条用螺纹固定连接在小固定板上。电机启动后通过轴承带动主动直齿轮旋转，齿轮传动给予从动直齿轮转动，同时柔性真跟着从动直齿轮旋转。柔性针与高弹性中管间有旋转运动。不存在轴向运动。

轴向运动部分有直齿轮与齿条间始终保持啮合状态。直齿轮与涡轮间始终保持啮合状态，并通过滚动轴承分别固定连接在齿轮架上。涡轮与蜗杆之间始终保持齿轮啮合状态。电机与减速器之间螺纹固定连接，并固定在电机支撑座上。电机启动带动蜗杆旋转，蜗轮蜗杆传动、齿轮传动和齿轮齿条传动使高弹性中管和柔性针轴向运动。高弹性中管与高弹性外管之间不存在旋转运动。前面的按钮控制轴向运动部分，侧面的按钮控制旋转运动部分。系统可以放置在底座上。

本发明的优点在于：

1、根据空间的需求系统长度尺寸可以调整。

2、在系统中使用的柔性针穿刺过程中做曲线运动，可以避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍，灵活、准确地到达目标靶点位置。

3、制作系统的材料是磁共振兼容的，可以在磁共振环境下使用。

附图说明

本发明所述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解；

图1是磁共振兼容手持便携柔性介入针系统整体图，

图2是磁共振兼容手持便携柔性介入针系统图形(侧后方视图)，

图3是磁共振兼容手持便携柔性介入针系统穿刺针前端局部视图，

其中，图中：1-大固定板、2-针管固定架、3-高弹性外管、4-针管固定架、5-高弹性中管、6-齿条、7滑轨、8-针管固定架、9-齿轮固定架、10-直齿轮、11-直齿轮、12-联轴器、13-减速器、14-电机、15-电机固定座、16-小固定板、17-直齿轮、18-涡轮、19-蜗杆、20-减速器、21-电机固定座、22-电机、23-齿轮固定架、24-控制按钮、25-控制按钮、26-系统外壳、27-底座、28-滑块、29-滑块、30-柔性针。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种模块化多关节柔性机器人，如图1所示，包括大固定板1、针管固定架2、刚性针外管3、针管固定架4、刚性针内管5、齿条6、滑轨7、针管固定架8、齿轮固定架9、直齿轮10、直齿轮11、联轴器12、减速器13、电机14、电机支撑座15、小固定板16直齿轮17、涡轮18、蜗杆19、减速器20、电机支撑座21、电机22、齿轮固定架23、控制按钮24、控制按钮25、系统外壳26、底座27、滑块28、滑块29、柔性针30。

磁共振兼容手持便携柔性针系统由控制部分、传动部分、固定部分构成。刚性针外管3、刚性中管5与柔性针30通过针管固定架2、针管固定架4和针管固定架8固定链接。直齿轮10与直齿轮11通过滚动轴承固定在齿轮固定架9上。直齿轮10与直齿轮11之间始终保持齿轮啮合状态。电机14与减速器13通过螺纹固定连接。电机14、减速器13、联轴器12直齿轮11之间轴连接。减速器13与电机14固定在电机支撑座15。针管固定架8、齿轮固定架9、直齿轮10、直齿轮11联轴器12、减速器13、电机14、电机支撑座15、齿条6、滑块28、滑块29都固定连接在小固定板16上。齿条6与直齿轮17之间齿轮齿条链接，直齿轮17与涡轮18之间始终保持齿轮啮合状态。直齿轮17与涡轮18通过滚动轴承固定连接在齿轮固定架23上。蜗轮18与蜗杆19之间始终保持齿轮啮合状态。减速器20用螺纹固定连接在电机22上，减速器20与电机22固定连接在电机支撑座21上。

控制按钮24通过线连接电机22控制它转动。电机2作用下蜗杆19旋转给予蜗轮18、直齿轮17、齿条6之间相互传动是小固定16沿着滑轨做轴向穿刺运动。板控制按钮25通过线连接电机14控制它转动。电机14通过轴承给予直齿轮10旋转，直齿轮10和直齿轮11之间齿轮传动使柔性针同步旋转。

所述的磁共振兼容手持便携柔性介入针系统，保持构型不变情况下，根据系统工作空间的需求可以调整系统的长度尺寸。

所述的控制按钮24、控制按钮25保证它性能的情况下可以选用不同的款。

所述的固定板1刚性针粗管3、刚性针细管5、齿条6、滑轨7的结构尺寸，包括外直径，内直径和长度均可以调整，以满足机器人整体长度和灵活性的要求；

所述的电机14和电机22采用磁共振兼容电机。

所述的直齿轮10、直齿轮、11、直齿轮17、蜗轮18与蜗杆19的模数可以根据关节之间传动力和能量的大小进行选择。

所述的电机14和电机22各种工作环境需求可以采用磁共振兼容电机。

所述的直齿轮10直齿轮11的根据柔性真旋转的角速度需求可以调整它们的直径的大小。

所述的直齿轮17和蜗轮18根据刚性中管5轴向移动速度需求可以选用直径大小不同的齿轮。

工作过程：

系统上电工作，协调控制电机(系统中含两个控制按钮24，25分别控制两个电机22，14)的运动，导致系统蜗轮蜗杆齿轮之间产生相对的转动运动。

系统先齿轮齿条传动作用下使柔性针轴向推进运动进行穿刺。另一个齿轮传动给予柔性针旋转运动。旋转使柔性针针尖会受到侧向作用力使针体产生弯曲，从而刺出弧形轨迹做曲线运动，避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍，灵活、准确地到达目标靶点位置。可以很好地降低手术风险，提高穿刺的精度。通过轴向运动和旋转运动使系统在微创手术中完成穿刺活检和粒子植入。

根据本发明的实施例，具有以下优点：

1、根据空间的需求系统长度尺寸可以调整。

2、在系统中使用的柔性针穿刺过程中做曲线运动，可以避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍，灵活、准确地到达目标靶点位置。

3、制作系统的材料是磁共振兼容的，可以在磁共振环境下使用。