本发明专利技术公开了一种高精度视网膜注射装置，包括注射用套针、金属管、步进电机；注射用套针与金属管端部，金属管连接于步进电机，金属管在步进电机的驱动下沿轴向做直线运动。本发明专利技术的控制模块包括核心控制单元、串口子模块、电机子模块和操作子模块；控制模块通过程序进行控制，包括模式选择子程序、步距设置子程序、速度控制子程序、位置显示子程序、方向控制子程序、回到初始位置子程序。本发明专利技术采用高精度步进电机，通过丝杆传动的方式驱动注射针，并通过非手持注射方式消除手部震颤的影响。采用拆分式设计，使装置外壳更加紧凑，并且选用微小零件极大程度上减小了整体体积；针管仅通过螺纹与金属管相连，易于更换，可以有效地减小成本。本。本。
【技术实现步骤摘要】
一种高精度视网膜注射装置
[0001]本专利技术属于医疗机器人
，特别是涉及一种高精度视网膜注射装置。
技术介绍
[0002]视网膜是人眼内最复杂的组成部分，老年性黄斑变性或AMD是最常见的视网膜变性疾病，此类疾病会导致患者失明且无法治愈。目前最先进的治疗方法为将干细胞衍生的视网膜色素细胞(RPE细胞)注射进视网膜内，形成新的RPE层。目前该技术已在动物模型上被证明对人体是安全的，并且已有一些针对人体的临床试验取得了早期成功。然而，手动操作的眼底手术有极高的准确度要求：眼科手术在直径不足1mm的巩膜切口内进行，在视网膜手术中，目标视网膜组织薄至25μm，而外科医生生理性手部震颤的振幅在182μm左右，无法达到手术需求的精度，因此视网膜内干细胞的注射难以用传统的手动方式进行。
[0003]近年来有一些相关研究采用特制的注射装置来提升注射精度。文章(Gonenc,B,et al.Towards Robot
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Assisted Retinal Vein Cannulation:A Motorized Force
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Sensing Microneedle Integrated with a Handheld Micromanipulator[J].Sensors,2017,17(10):2195.)设计了一种手持式注射装置，该装置针对视网膜静脉插管术，使用带有微力传感器的针管，可以精确检测到静脉穿刺的瞬间，同时，基于补偿算法来控制装置末端的电机，来消除医生手部生理性震颤。该装置提高了使用者将针头保持在最小误差范围(100μm)的时间(平均8.47s)，但是在长时间的使用过程中针头误差仍可能达到500μm。并且由于仍采用人工手动方式进行注射，其在注射时的进给量难以控制，难以应用到视网膜注射手术中。文章(Xiao,J J,et al.Design and Research ofa RoboticAided System for Retinal Vascular Bypass Surgery[J].Journal ofMedical Devices
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Transactions ofthe ASME,2015,8(4):044501.)设计了一种用于手术机器人的视网膜注射装置，该装置针对视网膜静脉插管术，使用电机控制，对比手动控制，较好地提高了定位精度，但误差仍可达
±
0.1mm，可能会对眼底微细结构产生破坏。文章(Gijbels,A,et al.Development and Experimental Validation of a Force Sensing Needle for Robotically Assisted Retinal Vein Cannulations[J].IEEE International Conference on Robotics andAutomation ICRA,2015:2270
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2276.)设计了一种同样用于视网膜静脉插管的注射装置，该装置轴向进给采用电机驱动，不会有生理震颤带来的误差，能够以0.4mm/s的速度稳定进给，具有较高的精度。然而，该装置的驱动电机体积过大，且并未和注射针整合，导致整个装置紧凑度不高，体积过大，在实际注射时会产生干涉情况。
[0004]综上所述，现有技术中的眼科手术注射装置的主要缺陷在于：定位精度不够、不能精确控制进给量、体积过大、设计复杂等。并且上述注射装置都是针对视网膜静脉插管术研制的，并不能直接应用于视网膜干细胞注射术，针对视网膜干细胞注射，需要开发专门的注射装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于提出了一种专用于视网膜干细胞注射的高精度注射装置，解决此前的眼科注射类器械定位精度不够、不能精确控制进给量、体积过大、设计复杂的问题。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术公开了一种高精度视网膜注射装置，包括注射用套针、金属管、步进电机；注射用套针与金属管端部，金属管连接于步进电机，金属管在步进电机的驱动下沿轴向做直线运动。
[0007]进一步地，注射用套针包括微针和针管；微针为金属针管，使用粘合剂粘接在针管末端，针管连接于金属管末端。
[0008]进一步地，装置整体设置于外壳座上；外壳座上设置有针管保护罩和步进电机座，针管保护罩设置于金属管外侧，步进电机座设置于步进电机底部。
[0009]进一步地，针管保护罩靠近注射用套针的一侧设置有第一直线轴承座，第一直线轴承座底部设置于外壳座之上，第一直线轴承座顶部设置有凹槽，第一直线轴承设置于凹槽之中；步进电机座上方设置有第二直线轴承座，第二直线轴承座上设置有通孔，第二直线轴承设置于通孔之中。
[0010]进一步地，步进电机的输出轴与滚珠丝杠连接；滚珠丝杠的末端通过以过盈配合嵌入第一直线轴承座的径向轴承提供径向定位，通过以螺栓固定在第一直线轴承座上的端盖提供轴向定位；滚珠丝杠外侧套设有端子，步进电机的输出轴转动，带动滚珠丝杠转动，通过螺旋传动使端子沿滚珠丝杠做直线运动，从而转换为金属管的直线运动；端子一侧连接于连接件底部，连接件顶部连接金属管，端子运动带动连接件运动，从而带动金属管直线运动；金属管两端由第一直线轴承和第二直线轴承提供径向定位；整个装置由步进电机提供原动力，将步进电机输出轴的转动转换为金属管的直线运动。
[0011]进一步地，外壳座上设置有第一连接轴承座和第二连接轴承座；第一连接轴承座位于注射用套针下方，第一连接轴承座内部开设有通孔，通孔内设置有第一连接轴承组；第二连接轴承座开设于针管保护罩下方，第二连接轴承座内部开设有通孔，通孔内设置有第二连接轴承组；第一连接轴承组和第二连接轴承组用于连接手术机器人。
[0012]进一步地，步进电机连接于控制模块；控制模块包括核心控制单元、串口子模块、电机子模块和操作子模块；
[0013]核心控制单元利用单片机的定时器TIM输出PWM波；PWM波的产生通过控制子模块的控制器进行手动控制，控制器包括按键、手柄或手轮；
[0014]串口子模块用于实现PC端和单片机的串口通信，由单片机返回装置的位置信息，并在PC上显示；
[0015]电机子模块包括步进电机和驱动器，驱动器用于接受单片机信号后输出脉冲控制步进电机。
[0016]进一步地，PC通过USB端口与单片机连接，并使用UART串口进行通信；控制子模块中的控制器与单片机通过GPIO端口连接，该GPIO端口作为输入端，接收控制信号；电机子模块中驱动器上的端口PUL为脉冲端口，负责控制驱动电机的脉冲，端口ENA为使能端口，负责控制电机的开关机，端口DIR为方向端口，负责控制电机的转动方向；驱动器与单片机之间的连线采用差分接法，端口PUL－，端口ENA－，端口DIR－与单片机GND端口连接接地，端口PUL+，端口ENA+，端口DIR+分别与单片机的三个GPIO端口连接，这三个GPIO端口作为输出
端，其中与端口PUL+连接的GPIO端本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，包括注射用套针(1)、金属管(2)、步进电机(3)；所述注射用套针(1)与金属管(2)端部，所述金属管连接于步进电机(3)，金属管(2)在步进电机(3)的驱动下沿轴向做直线运动。2.根据权利要求1所述的一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，所述注射用套针(1)包括微针(4)和针管(5)；所述微针(4)为金属针管，使用粘合剂粘接在针管(5)末端，所述针管(5)连接于金属管(2)末端。3.根据权利要求1所述的一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，装置整体设置于外壳座(6)上；所述外壳座(6)上设置有针管保护罩(7)和步进电机座(8)，所述针管保护罩(7)设置于金属管(2)外侧，所述步进电机座(8)设置于步进电机(3)底部。4.根据权利要求3所述的一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，所述针管保护罩(7)靠近注射用套针(1)的一侧设置有第一直线轴承座(16)，第一直线轴承座(16)底部设置于外壳座(6)之上，第一直线轴承座(16)顶部设置有凹槽，第一直线轴承(14)设置于凹槽之中；所述步进电机座(8)上方设置有第二直线轴承座(17)，第二直线轴承座(17)上设置有通孔，第二直线轴承(15)设置于通孔之中。5.根据权利要求4所述的一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，所述步进电机(3)的输出轴与滚珠丝杠(9)连接；所述滚珠丝杠(9)的末端通过以过盈配合嵌入第一直线轴承座(16)的径向轴承(10)提供径向定位，通过以螺栓固定在第一直线轴承座(16)上的端盖(11)提供轴向定位；所述滚珠丝杠(9)外侧套设有端子(12)，步进电机(3)的输出轴转动，带动滚珠丝杠(9)转动，通过螺旋传动使端子(12)沿滚珠丝杠(9)做直线运动，从而转换为金属管的直线运动；端子(12)一侧连接于连接件(13)底部，连接件(13)顶部连接金属管(2)，端子(12)运动带动连接件(13)运动，从而带动金属管(2)直线运动；所述金属管(2)两端由第一直线轴承(14)和第二直线轴承(15)提供径向定位；整个装置由步进电机(3)提供原动力，将步进电机(3)输出轴的转动转换为金属管(2)的直线运动。6.根据权利要求3所述的一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，所述外壳座(6)上设置有第一连接轴承座(18)和第二连接轴承座(19)；所述第一连接轴承座(18)位于注射用套针(1)下方，第一连接轴承座(18)内部开设有通孔，通孔内设置有第一连接轴承组(20)；所述第二连接轴承座(19)开设于针管保护罩(7)下方，第二连接轴承座(19)内部开设有通孔，通孔内设置有第二连接轴承组(21)；所述第一连接轴承组(20)和第二连接轴承组(21)用于连接手术机器人。7.根据权利要求1所述的一种高精度视网膜注射装置，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李云耀，蒋天亮，唐宁，樊金宇，邢利娜，史国华，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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