本发明专利技术公开了一种基于丝传动的微创手术针刺机构，由基座静平台A、外置电机座B、U型动平台C，两自由度转头D，针刺结构E和两自由度并联机构F六个主要部分构成；在手术前根据不同的手术环境提前调整并设定U型动平台C的竖直高度，在手术过程中由五个核磁兼容的超声波电机驱动，所述两自由度并联机构实现所述U型动平台在水平面内的平动，所述升降平台实现所述U型动平台的上下移动；所述两自由度转头实现针刺结构中心轴的姿态调节，所述针刺结构实现针刺动作，从而实现针体的五个自由度。本发明专利技术是在核磁共振环境下采用丝传动结构传递动力，其结构紧凑，运动灵活，可以提高针刺手术的精度和成功率；在强磁场环境中，提高手术效率，减少病人痛苦。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微创针刺手术设备，尤其涉及一种基于丝传动的微创手术针刺机构。
技术介绍
目前的技术条件下，前列腺手术的主要方法是近距离粒子放射治疗。即在手术过程中将放射性的粒子植入前列腺的病变部位，利用粒子的放射性进行治疗。然而，通常情况下，手术过程是由医生手动完成的，这就必然会遇到以下几方面问题(1)操作精度差。医生仅凭肉眼对核磁仪图像的观察，必然存在较大的误差。而且对医生本身手术操作经验要求较高，一旦有失误会对病人造成不必要的痛苦。(2)无法实时适应病人位姿变动。在手术过程中，病人身体或许会有轻微的变动，导致病变部位偏离预计位置。因此，医生预先规划好的轨迹路线就需要再次调整，增加了手术的重复工作量。核磁共振成像(MRI)是现有的成像手段，与传统的成像技术(如X射线照射、CT成像等)相比，优势明显避免了辐射作用对正常人体组织的破坏，因而更加健康；同时拥有更强的分辨能力，使成像更加精确，为放射性粒子的准确植入提供了重要保证。但是，多数核磁共振仪的工作腔内都比较狭窄，而且存在很强的磁场，这就对手术机构提出了新的限制，主要是以下三点(I)针刺机构本身及其移动过程不能干扰核磁共振仪的磁场，否则影响成像质量；(2)强磁场环境不能影响针刺机构的操作移动过程，否则无法实现预定目标；[3]整个机构必须满足一定的尺寸要求，足够轻巧，能在狭小的空间内完成各个动作。因此，无论是针刺机构的主体材料还是驱动设备，都要满足核磁兼容的条件，这对该手术机构的开发提出了苛刻的要求。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种基于丝传动的微创手术针刺机构，属于一种新型的基于磁共振成像(MRI)导航的微创针刺手术设备，可以提高针刺手术的精度和成功率；在强磁场环境中，实现对机构的实时控制，提高手术效率，减少病人痛苦。本专利技术综合了机构学与医学相关方面的技术知识，实现精确定位与针刺动作，从而代替医生的双手完成核磁共振环境下微创手术的操作过程。为了解决上述技术问题，本专利技术基于丝传动的微创手术针刺机构予以实现的技术方案是包括基座静平台和外置电机座；所述基座静平台的前部设有U型动平台，所述U型动平台上设有一两自由度转头，所述两自由度转头上设有针刺结构；所述基座静平台(A) 的后部固定有控制所述U型动平台的两自由度并联机构；所述两自由度并联机构(F)包括两套分别与U型动平台左右两侧顶部连接的平行四边形连杆机构，所述平行四边形连杆机构与一丝杠传动结构A连接；所述平行四边形连杆机构由依次与所述U型动平台铰接的连杆A、丝杠传动结构A中的螺母、连杆B构成；所述丝杠传动结构A中的丝杠由超声波电机A 带动；所述U型动平台包括U型框架，所述U型框架的底部设有万向轮，所述U型框架内口处设有升降平台，所述升降平台与U型框架的两支柱之间分别设有一丝杠传动结构B，所述丝杠传动结构B中的丝杠底部的轴端从U型框架支柱的底部伸出，所述丝杠传动结构B中丝杠的底端高于所述万向轮的底端；所述升降平台呈U字形，所述丝杠传动结构B中的螺母与升降平台顶部的两端固连；所述两自由度转头包括设置在所述升降平台上的支撑圈，所述支撑圈上设有横向转轴和纵向转轴，所述横向转轴、所述针刺结构的中心轴和所述纵向转轴分别与直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴重合；所述横向转轴和纵向转轴的转动均分别由丝传动结构A和丝传动结构B带动；所述针刺结构中包括与针刺结构的中心轴重合的针体， 所述针体由丝传动结构C带动其沿Y轴移动；所述两自由度并联机构实现所述U型动平台在水平面内的平动，所述升降平台实现所述U型动平台的上下移动；所述两自由度转头实现针刺结构中心轴的姿态调节，所述针刺结构实现针刺动作。进一步将，所述丝传动结构A和丝传动结构B均分别由超声波电机B和超声波电机C带动；所述超声波电机B与所述丝传动结构A的主动丝轮之间、所述超声波电机C与所述丝传动结构B的主动丝轮之间均分别设有联轴器；所述丝传动结构A的被动丝轮与所述横向转轴同轴，所述丝传动结构B的被动丝轮与所述纵向转轴同轴。还有，所述针刺结构包括筒形基座，所述筒形基座内前部设有丝杠传动结构C，其中的丝杠为内螺纹丝杠，所述内螺纹丝杠配合有一外螺纹螺母；所述筒形基座内后部设有与轴向导向槽配合的滑套；所述针体的前端从筒形基座的前端伸出，所述针体的后端连接有一针体连杆，所述针体连杆分别与外螺纹螺母的中心孔和滑套的中心孔连接；所述内螺纹丝杠的外回转面上设有螺旋形线槽，所述螺旋形线槽内缠绕有传动丝，所述筒形基座上设有穿丝小孔，传动丝的一端与内螺纹丝杠固定，所述传动丝的另一端与一主动丝轮连接， 所述主动丝轮通过一联轴器连接至一超声波电机D。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是本专利技术中采用丝传动方式，将电机外置，可以有效地避开电机本身对核磁共振仪内磁场的影响，保证了成像质量；由于电机无需直接与执行机构相连，因此大幅度减轻了执行机构的重量，使机构更加轻巧。本专利技术中通过平行四边形连杆机构对动平台转动自由度进行约束，两自由度并联机构实现了整个机构在水平面内的迅速精确定位，在核磁兼容手术机械手中尚属首次应用。本专利技术中两自由度转头实现了大范围的转动，从而满足了针体的姿态调整要求， 该两自由度转头的结构紧凑，运动灵活，与丝传动相结合，优点显著。本专利技术中的电机均为超声波电机，可以精确控制各个构件的位移量或者旋转量， 极大提高了手术操作过程的精确度，从而克服了手术过程中成像不及时和病人身体移动后产生偏差的弊端。附图说明图I是本专利技术基于丝传动的微创手术针刺机构的整体结构示意图2是图I中所示U型动平台和两自由度转头的结构示意图3是图2中所示U型框架和升降平台的结构示意图4是图2中所示升降平台和两自由度转头的结构示意图5是图I所示外置电机座的结构示意图6是图I所示针刺机构轴向结构剖视图。图中主要附图标记说明A-基座静平台B-外置电机座C-U型动平台D-两自由度转头E-针刺结构F-两自由度并联机构I-超声波电机A2-超声波电机B3-超声波电机C4-超声波电机D5_升降平台6-连杆A7-连杆B8-螺母9-丝杠IO-U型框架11-万向轮12-轴端13-螺母14-支撑圈15-横向转轴16-纵向转轴17、18、19-联轴器20、21、22_主动丝轮23、24-被动丝轮25、26-传动丝27-针体28-外螺纹螺母29-内螺纹丝杠30-穿丝小孔31-塑料轴承32-滑套33-筒形基座34-螺旋形线槽35-针体连杆具体实施方式本专利技术是在核磁共振环境下，采用丝传动结构传递动力的一种基于丝传动的微创手术针刺机构，由基座静平台A、外置电机座B、U型动平台C，两自由度转头D，针刺结构E和两自由度并联机构F六个主要部分构成，其中，在手术前根据不同的手术环境提前调整并设定U型动平台C的竖直高度，在手术过程中由五个核磁兼容的超声波电机驱动，以实现针体的五个自由度。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。如图I所示，本专利技术一种基于丝传动的微创手术针刺机构的具体构造是，包括基座静平台A和外置电机座B，所述基座静平台A的前部设有U型动平台C，所述U型动平台 C上设有一两自由度转头D，所述两自由度转头D上设有针刺结构E ;所述基座静平台A的后部固定有控制所述U型动平台C的两自由度并联机构F。如图I所示，所述两自由度并联机构F本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于丝传动的微创手术针刺机构，包括基座静平台(A)和外置电机座(B)；其特征在于，所述基座静平台(A)的前部设有U型动平台(C)，所述U型动平台（C）上设有一两自由度转头(D)，所述两自由度转头(D)上设有针刺结构（E）；所述基座静平台(A)的后部固定有控制所述U型动平台（C）的两自由度并联机构(F)；所述两自由度并联机构(F)包括两套分别与U型动平台（C）左右两侧顶部连接的平行四边形连杆机构，所述平行四边形连杆机构与一丝杠传动结构A连接；所述平行四边形连杆机构由依次与所述U型动平台（C）铰接的连杆A、丝杠传动结构A中的螺母、连杆B构成；所述丝杠传动结构A中的丝杠由超声波电机A带动；所述U型动平台（C）包括U型框架，所述U型框架的底部设有万向轮，所述U型框架内口处设有升降平台，所述升降平台与U型框架的两支柱之间分别设有一丝杠传动结构B，所述丝杠传动结构B中的丝杠底部的轴端从U型框架支柱的底部伸出，所述丝杠传动结构B中丝杠的底端高于所述万向轮的底端；所述升降平台呈U字形，所述丝杠传动结构B中的螺母与升降平台顶部的两端固连；所述两自由度转头(D)包括设置在所述升降平台上的支撑圈，所述支撑圈上设有横向转轴和纵向转轴，所述横向转轴、所述针刺结构的中心轴和所述纵向转轴分别与直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴重合；所述横向转轴和纵向转轴的转动均分别由丝传动结构A和丝传动结构B带动；所述针刺结构中包括与针刺结构的中心轴重合的针体，所述针体由丝传动结构C带动其沿Y轴移动；所述两自由度并联机构实现所述U型动平台（C）在水平面内的平动，所述升降平台实现所述U型动平台（C）的上下移动；所述两自由度转头（D）实现针刺结构中心轴的姿态调节，所述针刺结构实现针刺动作。...
【技术特征摘要】
1.一种基于丝传动的微创手术针刺机构，包括基座静平台㈧和外置电机座⑶； 其特征在于，所述基座静平台(A)的前部设有U型动平台(C)，所述U型动平台(C)上设有一两自由度转头(D)，所述两自由度转头(D)上设有针刺结构(E);所述基座静平台(A)的后部固定有控制所述U型动平台(C)的两自由度并联机构(F)；所述两自由度并联机构(F)包括两套分别与U型动平台(C)左右两侧顶部连接的平行四边形连杆机构，所述平行四边形连杆机构与一丝杠传动结构A连接；所述平行四边形连杆机构由依次与所述U型动平台(C)铰接的连杆A、丝杠传动结构A中的螺母、连杆B构成； 所述丝杠传动结构A中的丝杠由超声波电机A带动；所述U型动平台(C)包括U型框架，所述U型框架的底部设有万向轮，所述U型框架内口处设有升降平台，所述升降平台与U型框架的两支柱之间分别设有一丝杠传动结构B，所述丝杠传动结构B中的丝杠底部的轴端从U型框架支柱的底部伸出，所述丝杠传动结构B 中丝杠的底端高于所述万向轮的底端；所述升降平台呈U字形，所述丝杠传动结构B中的螺母与升降平台顶部的两端固连；所述两自由度转头(D)包括设置在所述升降平台上的支撑圈，所述支撑圈上设有横向转轴和纵向转轴，所述横向转轴、所述针刺结构的中心轴和所述纵向转轴分别与直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴重合；所述横向转轴和纵向转轴的转动均分别由丝传动结构A和丝传动结构B带动；所述针刺结构中包括与针刺结构的中心轴重合的针体,所述针体由丝传动结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜杉，冯文浩，程超超，娄金龙，甄伟鲲，王浩威，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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