專利名稱：核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械手機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及針刺手術機械手機構，具體涉及核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械 手機構。
背景技術：
當前，進行前列腺手術的主要方法是微創(chuàng)近距離粒子放射治療。手術過程通過針 刺將放射性粒子植入前列腺，進行局部放射治療。而通常手動執(zhí)行的針刺手術，大多要面對 精度差、無法實時成像的缺點；對于預先規(guī)劃的軌跡，也可能會因為患者身體的移動和針刺 對于軟組織的刺激，而無法實現(xiàn)預計的效果。而通過機器手輔助或者機器手實現(xiàn)高精度針 刺的手段，可以很好的解決這些問題。核磁共振成像(MRI)與傳統(tǒng)的X射線、CT相比，能夠避免對健康細胞的χ射線輻 射，且有優(yōu)良的軟組織分辨力和精確幾何學特性，可以更加準確的探出病變區(qū)域，以確保合 理的軌跡優(yōu)化，并且對病變部分的判斷更加準確，以確保植入粒子的位置精度。專利號為 CN201010137726. 1的中國專利公開了“一種應用于核磁共振環(huán)境的針刺機械手機構“，通 過對六個滑塊擺桿的主動滑塊的控制，實現(xiàn)機器手的運動。其中，下層由四個滑塊擺桿機構 組成，前后兩套相對獨立，每套由兩個滑塊擺桿機構組成，共用一個氣缸控制，實現(xiàn)同步運 動，而前后兩套則分別由不同氣缸控制，異步運動，實現(xiàn)機構的上下、左右、傾斜、搖擺四個 自由度的運動。針刺運動，由絲杠滑軌機構，通過超聲波電機的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)針體在水平方向 的直線進給運動。采用本機構可以克服針刺手術的成像效果不及時和軌跡規(guī)劃難的弊端， 能夠極大程度的提高手術的精度，手術成功性和完善性。但該專利技術存在上層平臺由擺 桿支撐，剛度較低、易擺動的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可以實現(xiàn)實時控制，在有限的 空間內(nèi)提高針刺手術的精度，減少病人手術的痛苦的并且剛度高的核磁共振環(huán)境下的新型 針刺手術機械手機構。本發(fā)明的核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械手機構，它包括從下至上順次設置 的底層模塊、中層模塊和針刺層模塊，所述的底層模塊包括底層平臺，所述的中層模塊包括 中層平臺，所述的針刺層模塊包括針刺平臺，在所述的針刺平臺上安裝有第二超聲波電機， 所述的第二超聲波電機的輸出軸與第一絲杠相連，所述的第一絲杠與固定在針刺平臺上的 絲杠座通過軸承連接，套在第一絲杠上的螺母的兩側(cè)各自套在一個光杠上，兩個光杠的兩 端分別連接在絲杠座上，在所述的螺母上連接有手術針，在所述的底層平臺和中層平臺之 間設置有螺母平臺，在所述的底層平臺上安裝有第一絲杠滑軌機構，所述的第一絲杠滑軌 機構的滑塊與第一齒條固定相連，所述的第一齒條與通過第一軸承轉(zhuǎn)動安裝在第二絲杠上 的擺動齒輪相嚙合配合，所述的螺母平臺連接在位于擺動齒輪上方的第二絲杠上，至少兩 根導向柱的一端與擺動齒輪固定相連，至少兩根導向柱的另一端插在螺母平臺上的開孔內(nèi)并與所述的開孔相滑移配合，所述的第二絲杠的底部通過第二軸承沿豎直方向轉(zhuǎn)動連接在 所述的底層平臺上并且其頂部與螺母平臺相螺紋連接配合，在所述的擺動齒輪的底面上連 接有第二絲杠滑軌機構，所述的第二絲杠滑軌機構的滑塊與第二齒條固定相連，所述的第 二齒條與安裝在底層平臺和擺動齒輪之間的第二絲杠上的抬升齒輪相嚙合配合，在所述的 螺母平臺上安裝有第一超聲波電機，所述的第一超聲波電機的輸出軸沿水平方向設置并與 中層平臺固定相連，所述的第二絲杠與第一超聲波電機的輸出軸彼此垂直設置，在所述的 中層平臺的底面上連接有第三絲杠滑軌機構，所述的第三絲杠滑軌機構的滑塊與擺桿固定 相連，在所述的中層平臺上開有直線導軌槽，在所述的針刺平臺上開有與所述的直線導軌 槽成角度設置的斜向?qū)虿?，所述的擺桿通過直線導向槽插在所述的斜向?qū)虿壑?，所?的第三絲杠滑軌機構的滑塊的運動方向與第一超聲波電機的輸出軸彼此垂直設置。本發(fā)明的突出優(yōu)點是本發(fā)明結(jié)構靈活，綜合運用齒輪齒條、絲杠螺母、擺桿滑槽等機構能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍 的上下、左右、傾斜和搖擺運動；同時結(jié)構緊湊，氣缸布置巧妙，能夠在核磁儀有限空間內(nèi)輔 助完成針刺手術，克服手術過程中成像效果不及時和軌跡規(guī)劃難的弊端，能夠極大程度的 提高手術的精度，手術的成功性和完善性，從而為核磁共振成像(MRI)引導機器人輔助微 創(chuàng)外科手術開辟了新的途徑。


圖1為本發(fā)明的核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械手機構的結(jié)構立體圖；圖2為圖1所示的機構的底層模塊俯視圖；圖3為圖1所示的機構的底層局部仰視剖視圖；圖4為圖1所示的機構的中層平臺仰視圖；圖5為圖1所示的機構的針刺平臺俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例，并參照附圖，對本發(fā)明技術做進一步的說明如圖所示，核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械手機構，它包括從下至上順次設 置的底層模塊、中層模塊和針刺層模塊，所述的底層模塊包括底層平臺2，所述的中層模塊 包括中層平臺21，所述的針刺層模塊包括針刺平臺24，在所述的針刺平臺上安裝有第二超 聲波電機四，所述的第二超聲波電機四的輸出軸與第一絲杠觀相連，所述的第一絲杠洲 與固定在針刺平臺上的絲杠座沈通過軸承連接，套在第一絲杠觀上的螺母的兩側(cè)各自套 在一個光杠上，兩個光杠27的兩端分別連接在絲杠座上，在所述的螺母上連接有手術針 25，在所述的底層平臺和中層平臺之間設置有螺母平臺，在所述的底層平臺上安裝有第一 絲杠滑軌機構，所述的第一絲杠滑軌機構的滑塊與第一齒條5固定相連，所述的第一齒條5 與通過第一軸承轉(zhuǎn)動安裝在第二絲杠4上的擺動齒輪3相嚙合配合，所述的螺母平臺連接 在位于擺動齒輪上方的第二絲杠上，至少兩根導向柱13的一端與擺動齒輪固定相連，至少 兩根導向柱的另一端插在螺母平臺上的開孔內(nèi)并與所述的開孔相滑移配合。所述的第二絲 杠的底部通過第二軸承沿豎直方向轉(zhuǎn)動連接在所述的底層平臺2上并且其頂部與螺母平 臺相螺紋連接配合，在所述的擺動齒輪的底面上連接有第二絲杠滑軌機構，所述的第二絲杠滑軌機構的滑塊與第二齒條11固定相連，所述的第二齒條與安裝在底層平臺和擺動齒 輪之間的第二絲杠4上的抬升齒輪12相嚙合配合，在所述的螺母平臺上安裝有第一超聲波 電機22，所述的第一超聲波電機的輸出軸沿水平方向設置并與中層平臺21固定相連，所述 的第二絲杠4與第一超聲波電機22的輸出軸彼此垂直設置，在所述的中層平臺的底面上連 接有第三絲杠滑軌機構，所述的第三絲杠滑軌機構的滑塊17與擺桿18固定相連，在所述的 中層平臺21上開有直線導軌槽20，在所述的針刺平臺上開有與所述的直線導軌槽成角度 設置的斜向?qū)虿?，所述的擺桿通過直線導向槽插在所述的斜向?qū)虿?0中，所述的第三 絲杠滑軌機構的滑塊的運動方向與第一超聲波電機的輸出軸彼此垂直設置。如圖2、3、4所示的作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的第一絲杠滑軌機構包括安 裝在底層平臺上的第一直線導軌7和通過軸承座安裝在底層平臺上的第一氣缸1，在第一 直線導軌上設置有與其滑動連接的第一滑塊6，所述的第一滑塊的一側(cè)與第一氣缸1的活 塞桿相連并且其另一側(cè)與第一齒條5固定相連。所述的第二絲杠滑軌機構包括安裝在擺動齒輪3底面上的第二直線導軌14和通 過軸承座9安裝在底層平臺上的第二氣缸8，第二直線導軌上設置有與其滑動連接的第二 滑塊15，第二滑塊的一側(cè)與第二氣缸8的活塞桿10相連并且其另一側(cè)與第二齒條11固定 相連。所述的第三絲杠滑軌機構包括安裝在中層平臺21底面上的第三直線導軌19和通 過軸承座安裝在中層平臺21底面上的第三氣缸16，第三直線導軌上設置有與其滑動連接 的第三滑塊17，第三滑塊17的一側(cè)與第三氣缸16的活塞桿相連并且其另一側(cè)與擺桿固定 相連。當然所述的絲杠滑軌機構也可以采用電機-螺母絲杠結(jié)構。本裝置的工作過程如下抬升運動通過控制與氣泵相連的氣缸活塞桿10推動第二滑塊15沿第二直線導 軌14移動，從而實現(xiàn)第二齒條11水平方向的移動，以帶動抬升齒輪12繞豎直方向轉(zhuǎn)動，達 到第二絲杠4的轉(zhuǎn)動，第二絲杠4的頂部與螺母平臺為螺紋連接，依據(jù)絲杠螺母機構原理， 變旋轉(zhuǎn)運動為直線運動，進而實現(xiàn)裝置的抬升運動。通過控制第一超聲波電機22的轉(zhuǎn)動， 實現(xiàn)中層平臺21的俯仰運動，中層平臺與針刺層平臺M通過擺桿18固結(jié)在一起，進而實 現(xiàn)裝置的俯仰運動。平移運動通過控制與氣泵相連的第三氣缸16使活塞桿推動滑塊17沿第三直線 導軌19水平移動，進而實現(xiàn)擺桿18在直線導向槽20中的運動，由于中層平臺通過擺桿18 與針刺平臺固結(jié)在一起，因此擺桿18同時在斜向?qū)虿?0內(nèi)運動，在直線槽與斜向槽共同 約束下，達到針刺平臺M水平移動，進而實現(xiàn)裝置的水平移動。通過控制與氣泵相連的第 一氣缸1使活塞桿推動滑塊6沿第一直線導軌7水平移動，從而實現(xiàn)第一齒條5水平方向 的移動，以帶動擺動齒輪3繞豎直方向轉(zhuǎn)動，擺動齒輪3與第二絲杠4、中層平臺21固結(jié)在 一起，進而實現(xiàn)裝置的水平面內(nèi)擺動。針刺運動通過第二超聲波電機四，使第一絲杠28帶動手術針25運動，將運動和 力傳給針尖，實現(xiàn)針刺作業(yè)。因此，通過平移運動和抬升運動的配合，實現(xiàn)針體空間位姿的調(diào)整；通過針刺運 動，最終實現(xiàn)針刺作業(yè)。
權利要求
1.核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械手機構，它包括從下至上順次設置的底層模 塊、中層模塊和針刺層模塊，所述的底層模塊包括底層平臺，所述的中層模塊包括中層平 臺，所述的針刺層模塊包括針刺平臺，在所述的針刺平臺上安裝有第二超聲波電機，所述的 第二超聲波電機的輸出軸與第一絲杠相連，所述的第一絲杠與固定在針刺平臺上的絲杠座 通過軸承連接，套在第一絲杠上的螺母的兩側(cè)分別套在一個光杠上，兩個光杠的兩端分別 連接在絲杠座上，在所述的螺母上連接有手術針，其特征在于在所述的底層平臺和中層平 臺之間設置有螺母平臺，在所述的底層平臺上安裝有第一絲杠滑軌機構，所述的第一絲杠 滑軌機構的滑塊與第一齒條固定相連，所述的第一齒條與通過第一軸承轉(zhuǎn)動安裝在第二絲 杠上的擺動齒輪相嚙合配合，所述的螺母平臺連接在位于擺動齒輪上方的第二絲杠上，至 少兩根導向柱的一端與擺動齒輪固定相連，至少兩根導向柱的另一端插在螺母平臺上的開 孔內(nèi)并與所述的開孔相滑移配合，所述的第二絲杠的底部通過第二軸承沿豎直方向轉(zhuǎn)動連 接在所述的底層平臺上并且其頂部與螺母平臺相螺紋連接配合，在所述的擺動齒輪的底面 上連接有第二絲杠滑軌機構，所述的第二絲杠滑軌機構的滑塊與第二齒條固定相連，所述 的第二齒條與安裝在底層平臺和擺動齒輪之間的第二絲杠上的抬升齒輪相嚙合配合，在所 述的螺母平臺上安裝有第一超聲波電機，所述的第一超聲波電機的輸出軸沿水平方向設置 并與中層平臺固定相連，所述的第二絲杠與第一超聲波電機的輸出軸彼此垂直設置，在所 述的中層平臺的底面上連接有第三絲杠滑軌機構，所述的第三絲杠滑軌機構的滑塊與擺桿 固定相連，在所述的中層平臺上開有直線導軌槽，在所述的針刺平臺上開有與所述的直線 導軌槽成角度設置的斜向?qū)虿郏龅臄[桿通過直線導向槽插在所述的斜向?qū)虿壑校?所述的第三絲杠滑軌機構的滑塊的運動方向與第一超聲波電機的輸出軸彼此垂直設置。
全文摘要
本發(fā)明公開了核磁共振環(huán)境下的新型針刺手術機械手機構，五個自由度被分配在三個各自獨立的模塊執(zhí)行。底層模塊由絲杠滑軌機構和兩套不同的齒輪齒條機構組成，由絲杠滑軌機構和一套齒輪齒條機構共同作用，通過氣缸控制，實現(xiàn)裝置的抬升運動；另一套齒輪齒條機構在另外氣缸控制下實現(xiàn)裝置的水平擺動。中層模塊的平臺分別通過超聲波電機的轉(zhuǎn)動和氣缸的推動實現(xiàn)裝置的俯仰運動和水平面內(nèi)的平移運動。針刺層模塊實現(xiàn)針刺運動，由絲杠滑軌機構，通過超聲波電機的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)針體在水平方向的直線進給運動。采用本發(fā)明結(jié)構能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的上下、左右、傾斜和搖擺運動；同時結(jié)構緊湊，能夠在核磁儀有限空間內(nèi)輔助完成針刺手術，極大程度的提高手術的精度。
文檔編號A61B17/34GK102113905SQ20111002710
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者馮文浩, 姜杉, 孫福德, 張震, 程超超 申請人:天津大學