一种电致动聚合物的手术缝合换针设备及其换针方法

1.本发明涉及换针设备技术领域，具体涉及一种电致动聚合物的手术缝合换针设备及其换针方法。


背景技术：

2.常用的外科手术缝合针有三个型号，分别是圆针、三角针(角针)和直针。直针适用于宽敞和浅部操作时的缝合，比如皮肤和胃肠道的缝合。圆针由于它的通体是圆形，比较适用于软组织、血管、神经、内脏的缝合。而三角针的边带尖锐囊，容易穿透组织，所以适合缝皮、坚韧瘢痕等等，目前上几乎临床所有的组织和器官，均使用弯的圆针和角针缝合。一般缝合皮肤、深部组织用大型号的角针，缝合小的器官和血管会用小一点的圆针。在手术缝合过程中由于缝合部位的不同通常需要医生与护士之间的配合完成换针操作，这不仅加长了手术时间而且加大了人力的投入。
3.申请号为cn200620039395.7的专利公开了一种用于外科手术的缝合器械，设置有可运行缝合针的环形轨道，环形轨道上有缝合口和缝线通道，环形轨道结合拨针器，它可以使缝合针按设定的轨迹进行缝合运动。但是这种机构只能利用一种类型的针，难以做到缝合过程的无间歇换针操作。公告号为cn208274590u的专利公开了一种乳腺微创手术缝合设备，利用齿轮和轴传动，使缝合针可以自由移动和旋转完成手术缝合过程。但其传动路线复杂，效率较低。公告号为cn202223282u的专利公开了一种手术缝合器，手术缝合针固定在手柄的前端，在手柄内设有轴孔，在轴孔中设有绕线轴，在绕线轴上绕有缝合线，在手柄内设有缝合线通道，缝合线通道与手术缝合针的空心部分连通，缝合线的一端通过缝合线通道从手术缝合针的针尖穿出。该专利难以适用于自动化缝合过程，且无法完成无间歇换针条件。
4.基于上述现状，本发明提出一种基于电致动聚合物的手术缝合换针设备及其换针方法。该设备利用柔性驱动技术，通过无极调节结构设计，实现手术中无间歇换针。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的换针设备难以实现无间歇换针，提供一种基于电致动聚合物的手术换针设备及换针方法。
6.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
7.本发明提供一种电致动聚合物的手术缝合换针设备，包括位于壳体内的旋转驱动装置、直线驱动装置和缝合针装置；所述旋转驱动装置包括旋转驱动单元、第一抓手、第一底座和第二底座；
8.所述旋转驱动单元包括弹性薄膜和ipmc片，所述ipmc片分别位于弹性薄膜的两面、且交叉设置，所述弹性薄膜的一端与第一底座的一端连接，所述弹性薄膜的另一端与第二底座的一端连接，所述ipmc片通电致使弹性薄膜呈螺旋状；
9.所述第一抓手位于第一底座的一端，所述直线驱动装置位于第一抓手的一端；
10.所述缝合针装置包括缝合针和第六底座，所述第六底座的一端与第二底座连接，所述缝合针位于第六底座内，所述壳体的一端设有出针口；
11.所述第一抓手抓住第一底座，所述弹性薄膜呈螺旋状致使第二底座转动，带动第六底座转动，从而带动缝合针转动至出针口，所述直线驱动装置驱动第一底座沿其轴向移动，致使缝合针伸出出针口。
12.工作原理：第一抓手抓住第一底座，使第一底座不能转动，ipmc片通电使弹性薄膜呈螺旋状致使第二底座转动，带动第六底座转动，从而带动缝合针转动至出针口，保持该状态，然后直线驱动装置驱动第一底座沿其轴向移动，致使缝合针伸出出针口，当需要换针时，重复上述步骤。
13.有益效果：本发明利用电致动聚合物作为旋转驱动单元的换针模块，使缝合针旋转至合适角度，并利用直线驱动单元推出所需缝合针，利用柔性驱动技术，通过无极调节结构设计，可以实现手术过程中的无间隙换针需求，简化了手术缝合过程。
14.优选地，所述旋转驱动装置还包括第二抓手，所述第二抓手位于第二底座的一端，所述第二抓手抓住第二底座，所述弹性薄膜呈螺旋状致使第一底座转动。
15.有益效果：通过第一抓手和第二抓手，重复第二底座和第一底座转动过程，使旋转驱动单元完成顺时针与逆时针的多圈旋转，极大提高了旋转的自由度。
16.优选地，所述ipmc片呈平行四边形，弹性薄膜两面均设有两片ipmc片，同一面的ipmc沿弹性薄膜长度方向对称设置，两面的ipmc交叉设置。
17.有益效果：选用平行四边形使弹性薄膜与ipmc片之间有更大的接触面积，对不同面交叉设置的ipmc片通电，可以使弹性薄膜呈螺旋状态。
18.优选地，所述第一抓手包括第三底座和第一ipmc长条，所述第一ipmc长条的一端与第三底座的一端连接，所述第一ipmc长条的另一端卡合在第一底座外侧壁。
19.工作原理：对第一ipmc长条通电，第一ipmc长条靠近第一底座的端部弯曲，第一ipmc长条的端部卡合在第一底座侧壁，从而抓住第一底座，限制其转动。
20.优选地，所述第一底座外侧壁设有多条第二凹槽，所述第二凹槽沿第一底壁圆周方向均匀设置，所述第二凹槽长度方向与第一底座轴向平行。
21.有益效果：第二凹槽增大了第一ipmc长条与第一底座外侧壁之间的摩擦力，进一步限制第一底座的转动。
22.优选地，所述第二抓手包括第四底座和第二ipmc长条，所述第二ipmc长条的一端与第四底座的一端连接，所述第二ipmc长条的另一端卡合在第二底座外侧壁。
23.工作原理：对第二ipmc长条通电，第二ipmc长条靠近第一底座的端部弯曲，第二ipmc长条的端部卡合在第二底座侧壁，从而抓住第二底座，限制其转动。
24.优选地，所述直线驱动装置包括电磁继电器、第一弹性件、磁性片和第五底座；所述磁性片位于第一底座上，所述第三底座的中心设有第一通孔，所述第五底座位于壳体底端，所述第一弹性件的一端与第五底座的一端连接，所述电磁继电器位于第一弹性件内；
25.所述电磁继电器通电使磁性片吸住第一弹性件，致使第一弹性件呈压缩状态，所述电磁继电器断电使第一弹性件伸出，致使第一底座、旋转驱动单元、第二底座、第六底座朝向出针口移动，从而导致缝合针伸出出针口。
26.优选地，所述缝合针装置还包括绕线单元和第二弹性件；所述第六底座内部中空，
所述绕线单元位于第六底座内部，所述第六底座的顶端设有第三通孔，所述第二弹性件的一端位于第三通孔内，所述缝合针的针孔端插入第二弹性件的另一端，所述缝合针的另一端抵住壳体内顶壁。
27.有益效果：通过第二弹性件方便缝合针的弹出。
28.优选地，所述第三通孔底端设有定位块，所述定位块中心设有第四通孔，所述缝合针的针孔端依次伸入第四通孔、第三通孔和第二弹性件。
29.本发明的工作原理：第一抓手抓住第一底座，使第一底座不能转动，ipmc片通电使弹性薄膜呈螺旋状致使第二底座转动，带动第六底座转动，从而带动缝合针转动至出针口，保持该状态，然后直线驱动装置驱动第一底座沿其轴向移动，致使缝合针伸出出针口，当需要换针时，重复上述步骤。
30.一种采用上述换针设备的换针方法，包括以下步骤：所述第一抓手抓住第一底座，所述ipmc片通电致使弹性薄膜呈螺旋状，所述弹性薄膜呈螺旋状致使第二底座转动，带动第六底座转动，从而带动缝合针转动至出针口，所述直线驱动装置驱动第一底座沿其轴向移动，致使缝合针伸出壳体上的出针口。
31.本发明的优点在于：本发明利用电致动聚合物作为旋转驱动单元的换针模块，使缝合针旋转至合适角度，并利用直线驱动单元推出所需缝合针，利用柔性驱动技术，通过无极调节结构设计，可以实现手术过程中的无间隙换针需求，简化了手术缝合过程。
32.通过第一抓手和第二抓手，重复第二底座和第一底座转动过程，使旋转驱动单元完成顺时针与逆时针的多圈旋转，极大提高了旋转的自由度。
33.选用平行四边形使弹性薄膜与ipmc片之间有更大的接触面积，对不同面交叉设置的ipmc片通电，可以使弹性薄膜呈螺旋状态。
34.通过第二弹性件方便缝合针的弹出。
附图说明
35.图1为本发明实施例1中电致动聚合物的手术缝合换针设备的结构示意图；
36.图2为本发明实施例1中电致动聚合物的手术缝合换针设备的透视结构示意图；
37.图3为本发明实施例1中旋转驱动装置的结构示意图；
38.图4为本发明实施例1中旋转驱动单元呈螺旋状态时的结构示意图；
39.图5为本发明实施例1中直线驱动装置的透视结构示意图；
40.图6为本发明实施例1中缝合针装置的透视结构示意图；
41.图7为本发明实施例1中第一抓手的透视结构示意图；
42.图8为本发明实施例2中旋转驱动装置的结构示意图；
43.图9为本发明实施例2中旋转驱动装置中旋转驱动单元呈螺旋状态时的结构示意图；
44.图10为本发明实施例2中电致动聚合物的手术缝合换针设备工作状态时的透视结构示意图；
45.图中：壳体1；旋转驱动单元21；弹性薄膜211；ipmc片212；第一底座22；第二凹槽221；第一夹紧块222；第二底座23；第三凹槽231；第二夹紧块232；第一抓手24；第三底座241；第一滑块2411；第一ipmc长条242；第五凹槽2421；第二抓手25；第四底座251；第二滑块
2511；第二ipmc长条252；直线驱动装置3；电磁继电器31；第一弹簧32；第五底座33；缝合针装置4；缝合针41；绕线单元42；第六底座43；第二弹簧44；定位块45；出针口46。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
48.需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
49.实施例1
50.一种电致动聚合物的手术缝合换针设备，如图1
‑
图7所示，包括壳体1、旋转驱动装置、直线驱动装置3和缝合针41装置4，旋转驱动装置、直线驱动装置3和缝合针41装置4均位于壳体1内，壳体1根据实际需要进行拆分，使壳体1能够拆卸。
51.如图1所示，本实施例中壳体1为硬质壳体1，壳体1的材质为聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮等对人体无害的轻质材料中一种或多种。
52.如图2
‑
图4所示，旋转驱动装置包括旋转驱动单元21、第一底座22、第二底座23、第一抓手24和第二抓手25。
53.旋转驱动单元21包括弹性薄膜211和至少四条ipmc片212，弹性薄膜211的材质为硅橡胶或其他对人体无害且可变形可回复的材料，本实施例中ipmc片212为四片，ipmc片212为nation基ipmc，其为现有技术，当通电时，其能够朝向某一方向弯曲。ipmc片212呈平行四边形，四片ipmc通过绝缘胶带粘贴在弹性薄膜211表面，其中两片ipmc粘贴在弹性薄膜211的一面，另两片ipmc粘贴在弹性薄膜211的另一面，两面的ipmc交叉设置，同一面的ipmc沿弹性薄膜211长度方向对称设置。每片ipmc的侧边与弹性薄膜211的较长侧边平行。
54.对斜对角的ipmc片212进行通电，斜对角的ipmc片212朝同一方向弯曲，使旋转驱动单元21沿顺时针方向转动呈螺旋状。对另一对斜对角的ipmc片212进行通电，斜对角的ipmc弯曲，旋转驱动单元21沿逆时针方向转动呈螺旋状。
55.第一底座22和第二底座23分别位于弹性薄膜211的两端，第一底座22和第二底座23均呈柱状。第一底座22的中心开设第一凹槽，第一底座22的外底壁朝向弹性薄膜211设置，第一底座22的外底壁上固定安装两个第一夹紧块222，两个第一夹紧块222之间设有缝
隙，弹性薄膜211被卡在缝隙内。第一底座22的侧壁开设多条第二凹槽221，多条第二凹槽221沿第一底壁圆周方向均匀设置，第二凹槽221长度方向与第一底座22轴向平行。
56.第二底座23的中心开设第三凹槽231，第二底座23的外底壁朝向弹性薄膜211设置，第二底座23的外底壁上固定安装两块第二夹紧块232，两块第二夹紧块232之间设有缝隙，弹性薄膜211被卡在缝隙内。第二底座23的侧壁开设多条第四凹槽，多条第四凹槽沿第二底壁圆周方向均匀设置，第四凹槽长度方向与第二底座23轴向平行。
57.如图3、图7所示，第一抓手24包括第三底座241和第一ipmc长条242，第二抓手25包括第四底座251和第二ipmc长条252。
58.第三底座241中心开设第一通孔，第三底座241的外直径大于第一底座22的外直径，第三底座241外侧壁设有第一滑块2411，第一滑块2411的个数根据实际需要设置，壳体1内侧壁设有对应的第一滑槽，第一ipmc长条242分布在第三底座241四周，本实施例中第一ipmc长条242的个数为四个，但不仅限于四个，第一ipmc长条242的一端与第三底座241的一端固定连接，第一ipmc长条242的另一端开设第五凹槽，当对第一ipmc长条242通电时，带有第五凹槽的第一ipmc长条242端部弯曲，第一ipmc长条242的另一端卡合在第一底座22侧壁。第一ipmc长条242卡合后，通过第二凹槽221增大了第一ipmc长条242与第一底座22外侧壁之间的摩擦力，进一步限制第一底座22的转动。
59.第四底座251中心开设第二通孔，第四底座251的外直径大于第二底座23的外直径，第四底座251外侧壁设有第二滑块2511，壳体1内侧壁设有对应的第二滑槽，第二ipmc长条252分布在第四底座251四周，本实施例中第二ipmc长条252的个数为四个，但不仅限于四个，第二ipmc长条252的一端与第四底座251的一端固定连接，第二ipmc长条252的另一端开设第六凹槽，当对第二ipmc长条252通电时，带有第六凹槽的第二ipmc长条252端部弯曲，第二ipmc长条252的另一端卡合在第二底座23侧壁。第二ipmc长条252卡合后，通过第四凹槽增大了第二ipmc长条252与第一底座22外侧壁之间的摩擦力，进一步限制第二底座23的转动。
60.如图2和图5所示，直线驱动装置3包括电磁继电器31、第一弹性件、铁片(图未示)和第五底座33，铁片位于第一底座22的第一凹槽内底壁，第一弹性件为第一弹簧32，第一弹簧32包裹在电磁继电器31外侧壁，第一弹簧32的一端与第五底座33的一端固定连接，第一弹簧32的另一端伸入第三底座241的第一通孔内，电磁继电器31固定安装在第五底座33的一端，第五底座33与壳体1之间过盈配合，电磁继电器31通电后产生磁力，吸住第一底座22，此时第一弹簧32呈压缩状态。
61.如图2和图6所示，缝合针装置4包括缝合针41、绕线单元42和第六底座43，第一底座22、第二底座23、第三底座241、第四底座251、第五底座33和第六底座43同轴设置，由于一场外科手术所需缝合针41一般为2～3个，本实施例中设置三个不同型号的缝合针41，绕线单元42的个数与缝合针41的个数匹配，绕线单元42为现有技术。
62.第六底座43的底端伸入第四底座251的第二通孔内，第六底座43的底端与第二底座23内底壁固定连接，第六底座43内部中空，绕线单元42固定安装在第六底座43内部，第六底座43的顶端设有第三通孔，第三通孔内设置第二弹性件，本实施例中第二弹性件为第二弹簧44，第二弹簧44的一端正好卡在第三通孔内，缝合针41的针孔端插入第二弹簧44的另一端，第二弹簧44被压缩，缝合针41的针孔端抵住第二弹簧44，缝合针41的另一端伸出第三
通孔、抵住壳体1内顶壁，缝合针41的针孔通过手术线与绕线单元42连接。
63.为保证缝合针41在弹出时的弹出路径，还包括定位块45，定位块45的个数根据缝合针41的个数设置，定位块45固定安装在第三通孔顶端，定位块45中心开设第四通孔，缝合针41的另一端伸出第四通孔。
64.壳体1的端部设有出针口46，针孔的个数为一个，针孔的位置根据缝合针41的转动位置设置，使缝合针41转动后，能够从针孔弹出。
65.本实施例的工作原理：
66.启动电磁继电器31，电磁继电器31通电后产生磁力，吸住第一底座22上的铁片，此时第一弹簧32呈压缩状态，缝合针41未被顶出。在关闭电磁继电器31前，将第一ipmc长条242和斜对角的ipmc片212通电，具体通电位置和通电方式为现有技术，第一ipmc长条242靠近第一底座22的端部弯曲，第一ipmc长条242的端部卡合在第一底座22侧壁，紧固第一底座22，斜对角的ipmc片212朝同一方向弯曲，使旋转驱动单元21沿顺时针方向转动呈螺旋状的同时带动第二底座23转动，带动第六底座43转动一定角度，从而带动第六底座43上的缝合针41转动至出针口46处，保持该状态。
67.然后关闭电磁继电器31，电磁继电器31断电后磁力消失，第一弹簧32弹出，第一弹簧32的一端抵住第一底座22底壁，驱动第一底座22朝向出针口46处移动，第三底座241相对壳体1内侧壁滑动，缝合针41伸出，缝合针41由于第二弹簧44的弹性，使缝合针41弹出出针口46。
68.缝合针41弹出后，若需要换针，则重复上述步骤即可，手术结束后，若需要归还缝合针41至换针设备，则重复上述步骤，将第六底座43旋转至出针口46处，开启电磁继电器31，然后将缝合针41的缝合端插入第二弹簧44，使第一弹簧32压缩，重新吸住第一底座22上的铁片，然后对第一ipmc长条242和斜对角的ipmc片212通电，带动第六底座43转动一定角度，将未放置缝合针41的定位块45对准出针口46，继续放入其他缝合针41。
69.由于ipmc片212一次很难产生大角度的转动，在第六底座43第一次转动后，将斜对角的ipmc片212断电，将第二ipmc长条252和不同斜对角的ipmc片212通电，第二ipmc长条252靠近第二底座23的端部弯曲，第二ipmc长条252的端部卡合在第二底座23侧壁，紧固第二底座23，斜对角的ipmc片212朝同一方向弯曲，使旋转驱动单元21沿顺时针方向转动呈螺旋状的同时带动第一底座22转动。
70.然后重复第二底座23、第一底座22转动过程，使旋转驱动单元21完成顺时针与逆时针的多圈旋转，极大提高了旋转的自由度。
71.本发明中的弹性薄膜211较软，但是ipmc双面附有电极，在加电的情况下输出力较大，所以力可以传输。
72.本实施例有益效果：本发明中的换针设备通过对不同部件进行通电断电处理，就可以实现无间歇换针过程，简化了手上缝合过程。
73.本发明中的旋转驱动单元21可以完成顺时针和逆时针的多圈旋转，极大地提高了旋转的自由度。
74.本发明各部件采用ipmc材料，具有重量轻，低压驱动、传动效率高、环保等优点。
75.实施例2
76.本实施例与实施例1的区别之处在于：如图8
‑
图10所示，为增加力的作用，弹性薄
膜211为两片，两片弹性薄膜211的阴影重合，每个弹性薄膜211的两端分别通过两个第一夹紧块(图未标示)和两个第二夹紧块安装在第一底座22和第二底座23上。
77.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。