一种刚性电极植入设备

本发明涉及医疗器材技术领域，尤其涉及一种刚性电极植入设备。

背景技术：

目前各种刚性电极植入设备可分为两类，一类是自动植入刚性电极的植入设备，另一类是辅助定位植入刚性电极的植入设备。后者相对前者缺少了“植入”的动作，例如：rosaonebrain机器人就只能将刚性电极移动到手术靶点，需要医生手动将刚性电极植入到手术对象中。

上述两类刚性电极植入设备几乎没有自动开颅功能，需要医生手动完成开颅手术，这延长了手术时间，不利于减少组织损伤(研究表明，手术时间越长，组织损伤越大)。辅助定位植入刚性电极的设备一般也可以辅助开颅手术定位靶点，但这需要手动更换设备末端(辅助定位开颅手术和植入手术的设备末端不同)。自动植入刚性电极的设备对开颅手术几乎没有任何帮助；上述两类刚性电极植入设备很少具有自动抓取刚性电极的功能，这就要求医生手动将刚性电极安装到植入设备末端，相较设备自动抓取刚性电极，增加了手术步骤，需要医生在术前反复练习，同时也说明这类缺少自动抓取刚性电极功能的设备存在自动化程度不高的问题；上述的自动植入刚性电极的植入设备几乎没有法向量植入刚性电极的功能，而研究表明，法向量植入刚性电极可以减少组织损伤，显著提高手术的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在刚性电极植入设备几乎没有自动开颅功能，需要医生手动完成开颅手术，这延长了手术时间，不利于减少组织损伤，很少具有自动抓取刚性电极的功能，几乎没有法向量植入刚性电极的功能的缺点，而提出的一种刚性电极植入设备。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种刚性电极植入设备，包括基台、开颅模块和植入模块，所述基台包括实验平台、第一滑台、第一辅助滑台、第二滑台、基台安装支架、交叉滚子轴承、旋转轴电极、旋转轴电极输出轴、第一齿轮、第二齿轮，第一滑台和第一辅助滑台安装在实验平台上，第二滑台安装在第一滑台和第一辅助滑台上，基台安装支架安装在第二滑台上，交叉滚子轴承的外圈安装在基台安装支架上，旋转轴电极安装在基台安装支架上，基台安装支架上设有小孔，旋转轴电极的旋转轴电极输出轴通过基台安装支架上的小孔伸出，第一齿轮安装在交叉滚子轴承的内圈上，第二齿轮安装在旋转轴电极输出轴上，第一齿轮和第二齿轮相互啮合。

优选的，所述开颅模块包括开颅模块安装支架、钻削电机、联轴器、钻夹头、钻头、编码器，钻削电机的底部与开颅模块安装支架相固定，钻削电机的输出轴与联轴器相固定，联轴器与钻夹头相固定，钻夹头与钻头相固定，编码器内圈与联轴器相固定，编码器外圈与开颅模块安装支架相固定。

优选的，所述植入模块包括齿轮安装支架、第一滑台、第二滑台、第三滑台、第一步进电机、第二步进电机、开颅模块连接件、植入模块连接件、力传感器、刚性电极夹持器、气缸、不锈钢丝，齿轮安装支架与第一齿轮相固定，第一滑台、第二滑台、第三滑台、第一步进电机和第二步进电机以及气缸均安装在齿轮安装支架上，开颅模块连接件的一端与第二滑台的滑块相固定，开颅模块连接件的另一端与开颅模块安装支架相固定，开颅模块连接件的中部设有螺纹，螺纹与第一步进电机的输出丝杠啮合，第一滑台的滑块与开颅模块安装支架相固定，植入模块连接件的一端与第三滑台的滑块相固定，植入模块连接件的另一端与力传感器的上部相固定，力传感器的下部与刚性电极夹持器相固定。

优选的，所述刚性电极夹持器包括刚性电极夹取板、第一圆柱销、第二圆柱销、刚性电极夹取滑块、第一刚性电极夹取滑轨、第二刚性电极夹取滑轨和压缩弹簧。

优选的，所述刚性电极夹取板固定在力传感器的下方，第一圆柱销依次穿过第一刚性电极夹取滑轨、刚性电极夹取板和第二刚性电极夹取滑轨并与三者相固定，刚性电极夹取板上设有刚性电极，刚性电极包括空心夹持杆、封装盒和刚性电极线。

优选的，所述第二圆柱销依次穿过第一刚性电极夹取滑轨、刚性电极夹取滑块和第二刚性电极夹取滑轨并与刚性电极夹取滑块相固定。

优选的，所述不锈钢丝的一端系在第二圆柱销上，不锈钢丝绕过第一圆柱销，不锈钢丝另一端系在气缸的推杆上。

优选的，所述压缩弹簧的两端分别固定在刚性电极夹取板和刚性电极夹取滑块上，压缩弹簧始终处于压缩状态。

优选的，所述钻夹头的底部开设有插槽，钻头的顶部固定安装有矩形插块，矩形插块的一侧开设有锁定槽，钻夹头的一侧滑动安装有卡杆，卡杆的一端与锁定槽相卡装，矩形插块与插槽相卡装，钻夹头的底部开设有两个转动槽，两个转动槽内均转动安装有转动杆，两个转动杆的一侧均固定安装有弧形夹，弧形夹的内侧与的外侧相接触，钻夹头的一侧固定安装有拉簧，拉簧的一端与卡杆固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明具有现有的大多数刚性点击植入设备都不具备的自动开颅功能，在开颅手术和植入手术过程中无需医生手动更换设备，极大地提高了设备的自动化和集成化程度，降低了医生的工作量，减少了手术时间，减少的手术时间既包括医生更换手术设备的时间，也包括本设备实施开颅手术比医生手动实施开颅手术短的时间，开颅手术仅包括颅骨钻孔，不包括毛皮切除、擦除骨屑和血迹等手术内容。

2、本设备具备自动抓取符合要求的刚性电极并进行自动植入的功能，这减少了植入手术时间，增加了相同手术间内的刚性电极植入数量，一般植入的电极数量越多，信号质量越好。

3、本设备可以减少刚性电极植入手术对医生的要求，方便医生使用。

4、本设备具有近似地法向量开颅和植入刚性电极的功能，法向量开颅能够减少开颅面积，法向量植入刚性电极能够减少组织损伤。

附图说明

图1为本发明提出的一种刚性电极植入设备的结构示意图；

图2为本发明提出的一种刚性电极植入设备的基台结构示意图；

图3为本发明提出的一种刚性电极植入设备的基台安装支架、第一齿轮、第二齿轮连接的结构示意图；

图4为本发明提出的一种刚性电极植入设备的开颅模块和植入模块的后视图；

图5为本发明提出的一种刚性电极植入设备的刚性电极夹持器的正视图；

图6为本发明提出的一种刚性电极植入设备的刚性电极夹持器的右视图；

图7为本发明提出的一种刚性电极植入设备的刚性电极夹持器隐藏第一刚性电极夹取滑轨、第二刚性电极夹取滑轨和不锈钢丝的正视图；

图8为本发明提出的一种刚性电极植入设备的钻夹头和钻头连接的剖视结构示意图；

图9为本发明提出的一种刚性电极植入设备的钻夹头和卡杆连接的结构示意图。

图中：1空心夹持杆、2封装盒、3刚性电极线、4实验平台、5第一滑台、6第一辅助滑台、7第二滑台、8基台安装支架、9交叉滚子轴承、10旋转轴电极、11旋转轴电极输出轴、12第一齿轮、13第二齿轮、14齿轮安装支架、15第一滑台、16第二滑台、17第三滑台、18第一步进电机、19第二步进电机、20开颅模块连接件、21植入模块连接件、22开颅模块安装支架、23钻削电机、24联轴器、25钻夹头、26钻头、27编码器、28力传感器、29刚性电极夹持器、30气缸、31不锈钢丝、32刚性电极夹取板、33第一圆柱销、34第二圆柱销、35刚性电极夹取滑块、36第一刚性电极夹取滑轨、37第二刚性电极夹取滑轨、38压缩弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-9，一种刚性电极植入设备，包括基台、开颅模块和植入模块，基台包括实验平台4、第一滑台5、第一辅助滑台6、第二滑台7、基台安装支架8、交叉滚子轴承9、旋转轴电极10、旋转轴电极输出轴11、第一齿轮12、第二齿轮13，第一滑台5和第一辅助滑台6安装在实验平台4上，第二滑台7安装在第一滑台5和第一辅助滑台6上，基台安装支架8安装在第二滑台7上，交叉滚子轴承9的外圈安装在基台安装支架8上，旋转轴电极10安装在基台安装支架8上，基台安装支架8上设有小孔，旋转轴电极10的旋转轴电极输出轴11通过基台安装支架8上的小孔伸出，第一齿轮12安装在交叉滚子轴承9的内圈上，第二齿轮13安装在旋转轴电极输出轴12上，第一齿轮12和第二齿轮13相互啮合，通过旋转轴电极10驱动第二齿轮13旋转，进一步使第一齿轮12旋转，从而使安装在第一齿轮12上的植入模块和开颅模块在yz平面旋转，近似地实现法向量开颅和植入刚性电极的功能。

本发明中，开颅模块包括开颅模块安装支架22、钻削电机23、联轴器24、钻夹头25、钻头26、编码器27，钻削电机23的底部与开颅模块安装支架22相固定，钻削电机23的输出轴与联轴器24相固定，联轴器24与钻夹头25相固定，钻夹头25与钻头26相固定，编码器27内圈与联轴器24相固定，编码器27外圈与开颅模块安装支架22相固定，当需要钻头26旋转时，钻削电机12控制其输出轴旋转，进而使联轴器24、钻夹头25、钻头26均旋转，当需要钻头26上升或下降时，第一步进电机18控制其输出丝杠旋转，因为开颅模块连接件20的中间通过螺纹与第一步进电机18的输出丝杠啮合，并且开颅模块连接件20的两端又分别与第二滑台16的滑块、开颅模块安装支架22相固定，所以开颅模块安装支架22会上升或下降，进而使钻头26上升或下降。

本发明中，植入模块包括齿轮安装支架14、第一滑台15、第二滑台16、第三滑台17、第一步进电机18、第二步进电机19、开颅模块连接件20、植入模块连接件21、力传感器28、刚性电极夹持器29、气缸30、不锈钢丝31，齿轮安装支架14与第一齿轮12相固定，第一滑台15的滑块，第二滑台16的导轨，第三滑台17的导轨，第一步进电机18和第二步进电机19，以及气缸30均安装在齿轮安装支架14上，开颅模块连接件20的一端与第二滑台16的滑块相固定，开颅模块连接件20的另一端与开颅模块安装支架22相固定，开颅模块连接件20的中部设有螺纹，螺纹与第一步进电机18的输出丝杠啮合，第一滑台15的滑块与开颅模块安装支架22相固定，植入模块连接件21的一端与第三滑台17的滑块相固定，植入模块连接件21的另一端与力传感器28的上部相固定，力传感器28的下部与刚性电极夹持器29相固定，当需要刚性电极夹持器29上升或下降时(抓取、移动、植入刚性电极等步骤)，第二步进电机19控制其输出丝杠旋转，因为植入模块连接件21的中间通过螺纹与第二步进电机19的输出丝杠啮合，并且植入模块连接件21的两端又分别与第三滑台17的滑块、力传感器28的上部相固定，刚性电极夹持器29会上升或下降。

本发明中，刚性电极夹持器29包括刚性电极夹取板32、第一圆柱销33、第二圆柱销34、刚性电极夹取滑块35、第一刚性电极夹取滑轨36、第二刚性电极夹取滑轨37和压缩弹簧38，当需要夹取刚性电极时，气缸30的推杆向上移动，通过不锈钢丝31拉动第二圆柱销34，从而带动刚性电极夹取滑块35向左移动(此处“向左移动”指图5和图7中的“左边”)，在进一步压缩压缩弹簧38的同时，给空心夹持杆1预留出足够的空间，随后，第二步进电机19旋转，并使刚性电极夹取板32向下移动，使空心夹持杆1进入刚性电极夹取滑块35和刚性电极夹取板32之间的空隙中，最后，气缸30的推杆向下移动，不锈钢丝31松弛，在压缩弹簧38的弹力作用下，刚性电极夹取滑块35向右移动(此处“向右移动”指图5和图7的“右边”)，最终刚性电极夹取滑块35和刚性电极夹取板32夹紧空心夹持杆1，完成夹取刚性电极的动作。

本发明中，刚性电极夹取板32固定在力传感器28的下方，第一圆柱销33依次穿过第一刚性电极夹取滑轨36、刚性电极夹取板32和第二刚性电极夹取滑轨37并与三者相固定，刚性电极夹取板32上设有刚性电极，刚性电极包括空心夹持杆1、封装盒2和刚性电极线3，空心夹持杆1和封装盒2是在刚性电极线制作完成后，封装时所组装的，空心夹持杆1和封装盒2仅起到了方便刚性电极植入和方便植入后固定的作用，对刚性电极线3的使用没有益处或害处，图1中的刚性电极线3由一根电极线对折后拧成螺旋状制作而成，刚性电极线3的两端在封装时穿过封装盒2，再分别穿过两根空心夹持杆1，植入时，本设备抓取空心夹持杆1，并完成植入手术；植入完成后，刚性电极线3可分别从两根空心夹持杆1中引出，方便记录信号。

本发明中，第二圆柱销34依次穿过第一刚性电极夹取滑轨36、刚性电极夹取滑块35和第二刚性电极夹取滑轨37并与刚性电极夹取滑块35相固定。

本发明中，不锈钢丝31的一端系在第二圆柱销34上，不锈钢丝31绕过第一圆柱销33，不锈钢丝31另一端系在气缸30的推杆上。

本发明中，压缩弹簧38的两端分别固定在刚性电极夹取板32和刚性电极夹取滑块35上，压缩弹簧38始终处于压缩状态。

本发明中，钻夹头25的底部开设有插槽39，钻头26的顶部固定安装有矩形插块，矩形插块的一侧开设有锁定槽43，钻夹头25的一侧滑动安装有卡杆44，卡杆44的一端与锁定槽43相卡装，矩形插块与插槽39相卡装，钻夹头25的底部开设有两个转动槽40，两个转动槽40内均转动安装有转动杆41，两个转动杆41的一侧均固定安装有弧形夹42，弧形夹42的内侧与26的外侧相接触，钻夹头25的一侧固定安装有拉簧45，拉簧45的一端与卡杆44固定连接，拉动卡杆44，卡杆44脱离锁定槽43，解除对矩形插块的固定，向下拉动钻头26，可以对钻头26进行拆卸。

工作流程如下：

(1)开颅手术：在医生确定开颅靶点后，使用第一滑台5、第二滑台7、旋转轴电机10将钻头26移动到靶点，并使钻头26与颅骨表面的法向量“近似”的重合，随后，使用第一步进电机18控制钻头26向下运动，使用钻削电机23使钻头26旋转，从而在颅骨表面的开颅靶点位置钻孔，钻孔结束后，停止运行钻削电机23，使用第一步进电机18控制钻头26向上运动，随后，使用第一滑台5和第二滑台7控制钻头26远离实验对象。

(2)夹取刚性电极：使用第一滑台5和第二滑台7将刚性电极夹持器29移动到刚性电极上方，随后，气缸30的推杆向上移动，通过不锈钢丝31拉动第二圆柱销34，从而带动刚性电极夹取滑块35向左移动(此处“向左移动”指图5和图7中的“左边”)，在进一步压缩压缩弹簧38的同时，给空心夹持杆1预留出足够的空间。随后，第二步进电机19旋转，并使刚性电极夹取板32向下移动，使空心夹持杆1进入刚性电极夹取滑块35和刚性电极夹取板32之间的空隙中。最后，气缸30的推杆向下移动，不锈钢丝31松弛，在压缩弹簧38的弹力作用下，刚性电极夹取滑块35向右移动(此处“向右移动”指图5和图7的“右边”)，最终刚性电极夹取滑块35和刚性电极夹取板32夹紧空心夹持杆1，完成夹取刚性电极的动作。

(3)植入刚性电极：使用第一滑台5、第二滑台7、旋转轴电机10将刚性电极移动到靶点，并使刚性电极线3与大脑表面法向量“近似”的重合，使用第二步进电机19控制刚性电极线3向下移动，完成植入动作，随后，控制气缸30的推杆向上移动，通过不锈钢丝31拉动第二圆柱销34，从而带动刚性电极夹取滑块35向左移动，松开刚性电极的空心夹持杆1，最后，使用第二步进电机19控制电极夹持器29向上移动，在使用第一滑台5、第二滑台7和旋转轴电机10将设备复位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。