本發(fā)明及醫(yī)療器械領(lǐng)域，屬于醫(yī)學(xué)、機(jī)械、聲學(xué)交叉學(xué)科，具體涉及一種超聲振動(dòng)穿刺軟組織裝置及方法。

背景技術(shù)：

在穿刺針進(jìn)入組織時(shí)會(huì)受到組織與它的相互作用力，這個(gè)交互力會(huì)引起兩方面穿刺針的定位精度誤差：(1)軟組織的變形會(huì)致使腫瘤靶點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移；(2)穿刺過(guò)程中針抦受到組織施加給的不對(duì)稱，不均勻的載荷造成針的饒曲,而針的饒曲會(huì)使針尖錯(cuò)失靶點(diǎn)位置。很多學(xué)者研究了不同的穿刺裝置及方法來(lái)減小組織變形和針偏轉(zhuǎn)，從而提高針尖在組織內(nèi)的定位精度。

美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Minhas等研究了針體旋轉(zhuǎn)進(jìn)針控制裝置及方法，該方法能夠一定程度地減少穿刺路徑的偏移，但對(duì)穿刺力減小不是很明顯。美國(guó)-波士頓大學(xué)的Mahvash提出快速進(jìn)針能夠減少針尖撕裂軟組織的裂紋傳播及變形，減少針體偏移和提高穿刺精度，缺點(diǎn)是快速穿刺存在安全性問(wèn)題。北京理工大學(xué)的孔祥戰(zhàn)研究了一種電磁低頻振動(dòng)穿刺裝置及方法，該裝置振動(dòng)頻率較低，穿刺時(shí)振動(dòng)噪聲較大，穿刺力的減小不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有軟組織高精度穿刺裝置和方法的技術(shù)缺陷，進(jìn)而提供了一種超聲振動(dòng)穿刺軟組織裝置及方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種超聲振動(dòng)穿刺軟組織裝置及方法，其組成包括：進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)以及穿刺機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有滑臺(tái)，所述滑臺(tái)安裝有L型機(jī)架，

所述L型機(jī)架固接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器固接超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有換能器，換能器上固接穿刺機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)以及穿刺機(jī)構(gòu)組合使用，可以實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)進(jìn)針的穿刺方法。

進(jìn)一步，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括進(jìn)針電機(jī)，所述進(jìn)針電機(jī)的輸出軸固接絲杠，所述絲杠通過(guò)螺旋副連接有滑臺(tái)，滑臺(tái)可以在絲桿上直線移動(dòng)。

進(jìn)一步，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括L型機(jī)架，所述機(jī)架上還加載六維力矩傳感器，六維力矩傳感器與控制器相連。

進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括法蘭，所述法蘭上固接旋轉(zhuǎn)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器固接了超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)的倒置Y型桿件的軸端。

進(jìn)一步，所述超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)包括超聲電源，所述超聲電源與電極片相連，電極片安裝在壓電堆上，超聲電源給壓電堆提供正負(fù)交替的交流電壓。

進(jìn)一步，所述超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括后端蓋，后端蓋上設(shè)有壓電堆，壓電堆上設(shè)有前端蓋，前端蓋上設(shè)有預(yù)緊螺釘，通過(guò)預(yù)緊螺釘可以預(yù)緊后端蓋、壓電堆和前端蓋，并可以施加壓電堆所需的軸向壓力，所述后端蓋上的前端固接有倒置Y型桿件，后端蓋上的后端還固接換能器，換能器將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

進(jìn)一步，所述穿刺機(jī)構(gòu)包括穿刺針夾持器，所述穿刺針夾持器固定在換能器上，穿刺針夾持器上設(shè)有小孔，小孔上安裝有穿刺針，所述穿刺針夾持器上還設(shè)有彈簧按鈕，通過(guò)彈簧按鈕可以方便的裝、卸穿刺針，所述穿刺針的前端還設(shè)有支撐架，支撐架上設(shè)有導(dǎo)向套，所述穿刺針和導(dǎo)向套建立滑動(dòng)連接，導(dǎo)向套可以對(duì)穿刺針其起撐作用。

進(jìn)一步，所述進(jìn)針電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、以及超聲電源都與控制器相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用壓電式超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)軟組織高頻穿刺，減少噪聲對(duì)醫(yī)療環(huán)境的影響；同時(shí)采用高頻振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)進(jìn)針的穿刺方法可以有效的較小穿刺力，減少軟組織的變形和針的偏轉(zhuǎn)，從而提高穿刺針的定位精度。

附圖說(shuō)明

圖1整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1.進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，2.六維力矩傳感器，3.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，4.超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)，5.穿刺機(jī)構(gòu)，1-1.進(jìn)針電機(jī)，1-2.絲杠，1-3.滑臺(tái)，1-4. L型機(jī)架，3-1.法蘭，3-2.旋轉(zhuǎn)電機(jī)，3-3.聯(lián)軸器， 4-1.超聲電源，4-2.后端蓋，4-3.換能器，4-4.軸端， 4-5.倒置Y型桿件，4-6.前端蓋，4-7.預(yù)緊螺釘， 4-8.電極片，4-9.壓電堆，5-1.支撐架，5-2.導(dǎo)向套，5-3.小孔，5-4.穿刺針夾持器，5-5.彈簧按鈕， 5-6.穿刺針。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的一種超聲振動(dòng)穿刺軟組織裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)附圖1、附圖2，本發(fā)明一種超聲振動(dòng)穿刺軟組織裝置及方法，包括：進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4以及穿刺機(jī)構(gòu)5，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1上設(shè)有滑臺(tái)1-3，所述滑臺(tái)1-3安裝有L型機(jī)架1-4，所述L型機(jī)架1-4固接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2，旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器固接超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4，所述超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4上設(shè)有換能器4-3，換能器4-3上固接穿刺機(jī)構(gòu)5，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4以及穿刺機(jī)構(gòu)5組合使用，可以實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)進(jìn)針的穿刺方法。

參見(jiàn)附圖1、參見(jiàn)附圖3，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1包括進(jìn)針電機(jī)1-1，所述進(jìn)針電機(jī)1-1的輸出軸固接絲杠1-2，所述絲杠1-2通過(guò)螺旋副連接有滑臺(tái)1-3，當(dāng)進(jìn)針電機(jī)1-1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)絲杠1-2作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠1-2將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑臺(tái)1-4的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)進(jìn)針電機(jī)1-1轉(zhuǎn)速的調(diào)整實(shí)現(xiàn)穿刺速度的控制，從而實(shí)現(xiàn)穿刺針5-6不同速率的穿刺過(guò)程，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1還包括L型機(jī)架1-4，所述L型機(jī)架1-4上還加載六維力矩傳感器2，六維力矩傳感器2與控制器相連，當(dāng)穿刺針5-6在穿刺軟組織時(shí)，此時(shí)L型機(jī)架1-4上安裝的六維力矩傳感器2可以實(shí)時(shí)采集穿刺力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破饔涗浵聛?lái)。

參見(jiàn)附圖1、附圖2、附圖3，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括法蘭3-1，所述法蘭3-1上固接旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2，旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器3-3固接了超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4的倒置Y型桿件4-5的軸端4-6，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4的倒置Y型桿件4-5的軸端4-6作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)穿刺針5-6旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2轉(zhuǎn)速的調(diào)整實(shí)現(xiàn)穿刺針5-6不同旋轉(zhuǎn)速率的穿刺過(guò)程。

參見(jiàn)附圖1、附圖2、附圖3，所述超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括超聲電源4-1，所述超聲電源4-1與電極片4-8相連，電極片4-8安裝在壓電堆4-9上，超聲電源4-1給壓電堆4-9提供正負(fù)交替的交流電壓，所述超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4還包括后端蓋4-2，后端蓋4-2上設(shè)有壓電堆4-9，壓電堆4-9上設(shè)有前端蓋4-6，前端蓋4-6上設(shè)有預(yù)緊螺釘4-7，通過(guò)預(yù)緊螺釘4-7可以預(yù)緊后端蓋4-2、壓電堆4-9和前端蓋4-6，并可以施加壓電堆4-9所需的軸向壓力，所述后端蓋4-6上的前端固接有倒置Y型桿件4-5，后端蓋4-6上的后端還固接換能器4-3，換能器4-3將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

參見(jiàn)附圖1、附圖2，所述穿刺機(jī)構(gòu)5包括穿刺針夾持器5-4，所述穿刺針夾持器5-4固定在換能器4-3上，穿刺針夾持器5-4上設(shè)有小孔5-3，小孔5-3上安裝有穿刺針5-6，所述穿刺針夾持器5-4上還設(shè)有彈簧按鈕5-5，通過(guò)彈簧按鈕5-5可以方便的裝、卸穿刺針5-6，所述穿刺針5-6的前端還設(shè)有支撐架5-1，支撐架5-1上設(shè)有導(dǎo)向套5-2，所述穿刺針5-6和導(dǎo)向套5-2建立滑動(dòng)連接，導(dǎo)向套5-2可以對(duì)穿刺針5-6其起撐作用。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種超聲振動(dòng)穿刺軟組織裝置及方法2種工作方式介紹如下：

旋轉(zhuǎn)進(jìn)針穿刺方法：進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3與穿刺機(jī)構(gòu)5組合使用，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)進(jìn)針穿刺過(guò)程，進(jìn)針電機(jī)1-1和旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2同時(shí)運(yùn)動(dòng)，超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4停止工作，通過(guò)調(diào)整進(jìn)針電機(jī)1-1和旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)穿刺針5-6進(jìn)針?biāo)俣群托D(zhuǎn)速度的組合，采用L型機(jī)架1-4上安裝的六維力矩傳感器2實(shí)時(shí)采集穿刺針5-6各種進(jìn)針?biāo)俣群托D(zhuǎn)速度的組合下穿刺力數(shù)據(jù)，最后通過(guò)多次測(cè)量得到較小穿刺力的進(jìn)針?biāo)俣群托D(zhuǎn)速度的組合。

超聲振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)進(jìn)針穿刺方法：進(jìn)針驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4與穿刺機(jī)構(gòu)5組合使用，實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)進(jìn)針穿刺過(guò)程，進(jìn)針電機(jī)1-1和旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2同時(shí)運(yùn)動(dòng)，超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)4開(kāi)始工作，通過(guò)調(diào)整進(jìn)針電機(jī)1-1和旋轉(zhuǎn)電機(jī)3-2轉(zhuǎn)速以及超聲電源4-1的電壓變化周期，實(shí)現(xiàn)穿刺針5-6進(jìn)針?biāo)俣?、旋轉(zhuǎn)速度和振動(dòng)頻率的組合，采用L型機(jī)架1-4上安裝的六維力矩傳感器2實(shí)時(shí)采集穿刺針5-6各種進(jìn)針?biāo)俣取⑿D(zhuǎn)速度和振動(dòng)頻率的組合下穿刺力數(shù)據(jù)，最后通過(guò)多次測(cè)量得到較小穿刺力的進(jìn)針?biāo)俣取⑿D(zhuǎn)速度和振動(dòng)頻率的組合。

本實(shí)施方式只是對(duì)本專利的示例性說(shuō)明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對(duì)其局部進(jìn)行改變，只要沒(méi)有超出本專利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。