交叉驱动型穿刺针进针机构及针穿刺装置的制作方法

1.本技术涉及医疗设备技术领域，具体而言，涉及一种交叉驱动型穿刺针进针机构及针穿刺装置。


背景技术：

2.穿刺术是微创外科手术(minimally invasive surgery)中较典型的技术，在影像和其它传感信息引导下，针经皮穿腔进入软组织靶点，完成药物放置、活检、局部麻醉、近距离放射和消融治疗等操作。在一些情况下，需要使用柔性针来进行穿刺。
3.柔性针，即针体由弹性材料较好的镍钛合金制成，针尖为非对称斜面，在穿刺的时候针尖受到组织施加的非均匀力，针尖会沿着受力方向发生偏转，通过控制针尖斜面朝向控制柔性针偏转方向，从而控制柔性针穿刺轨迹，进而达到控制针尖精度和绕过不可穿刺区域的目的。由此可见，柔性针的穿刺过程中不仅包含进针、退针，还包含旋转。因此为实现该穿刺方式，相关技术中采用进针与旋转分别控制的方法，换言之相关技术中的柔性针进针机构至少包括一个进针机构和一个旋转机构，因此导致该进针机构的占用体积较大，减少了穿刺的有效距离，且难以集成于小型化穿刺机器人上。
4.针对相关技术中为采用两个机构分别控制针的进针方向运动与自身旋转运动，而导致进针机构的体积较大，减少了穿刺的有效距离，且难以集成于小型化穿刺机器人上的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的主要目的在于提供一种交叉驱动型穿刺针进针机构及针穿刺装置，以解决相关技术中为采用两个机构分别控制针的进针方向运动与自身旋转运动，而导致进针机构的体积较大，减少了穿刺的有效距离，且难以集成于小型化穿刺机器人上的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供了一种交叉驱动型穿刺针进针机构，该交叉驱动型穿刺针进针机构包括：第一滚轮，可独立的绕自身轴线旋转；第二滚轮，设于所述第一滚轮的一侧，且可独立的绕自身轴线旋转；所述第二滚轮的轴线与所述第一滚轮的轴线之间具有大于0
°
的夹角；所述第一滚轮和所述第二滚轮之间具有用于针体穿过的穿针间隙，所述第一滚轮和所述第二滚轮可压紧在针体上；底壳，所述第一滚轮设于所述底壳内；上壳，所述第二滚轮设于所述上壳内，且所述上壳扣合固定在所述底壳上；所述底壳和所述上壳扣合后形成与穿针间隙对应的导针槽，所述针体穿过所述穿针间隙后可延伸出所述导针槽，所述导针槽用于限制针体的平移运动。
7.进一步的，第一滚轮的轴线和所述第二滚轮的轴线之间呈90
°
的夹角；所述第一滚轮的轴线与所述针体的轴线呈45
°
的夹角。
8.进一步的，还包括第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述第一滚轮旋转，所述第二驱动机构用于驱动所述第二滚轮旋转。
9.进一步的，还包括底壳和上壳，所述底壳上开设有第一安装槽，所述第一滚轮和所述第一驱动机构设于所述第一安装槽内；所述上壳盖设在所述底壳上，所述上壳内设置有第二安装槽，所述第二滚轮和所述第二驱动机构设于所述第二安装槽内。
10.进一步的，底壳和/或所述上壳上设置有导针槽，所述导针槽与所述穿针间隙对应，用于穿过针体。
11.进一步的，导针槽包括设于所述底壳上的第一导针槽和设于所述上壳上的第二导针槽；当所述上壳盖设在所述底壳上时，所述第一导针槽与所述第二导针槽扣合形成导针孔，所述导针孔与所述穿针间隙对应，用于穿过针体。
12.进一步的，第一驱动机构包括设于所述第一安装槽内的第一驱动电机组和第一万向连接节，所述第一驱动电机组的输出端与所述第一万向连接节传动连接，所述第一万向连接节与所述第一滚轮传动连接。
13.进一步的，第二驱动机构包括设于所述第二安装槽内的第二驱动电机组和第二万向连接节，所述第二驱动电机组的输出端与所述第二万向连接节传动连接，所述第二万向连接节与所述第二滚轮传动连接。
14.进一步的，第一驱动电机组与所述第二驱动电机组的轴线互相平行。
15.根据本技术的另一方面，提供一种针穿刺装置，包括上述的交叉驱动型穿刺针进针机构。
16.在本技术实施例中，通过设置第一滚轮，可独立的绕自身轴线旋转；第二滚轮，设于第一滚轮的一侧，且可独立的绕自身轴线旋转；第二滚轮的轴线与第一滚轮的轴线之间具有大于0
°
的夹角；第一滚轮和第二滚轮之间具有用于针体穿过的穿针间隙，第一滚轮和第二滚轮可压紧在针体上，将针体压紧在第一滚轮和第二滚轮之间，由于第一滚轮和第二滚轮的轴线呈大于0
°
的夹角，因此可分别调整第一滚轮和第二滚轮的转动方向和转动速度来使针体实现进针、退针和旋转动作，以及进针或退针与旋转的组合动作，达到了由一个控制机构即可控制针体进行多种动作的目的，从而实现了减小进针机构的体积，增加穿刺有效距离，使其能够应用在小型化的穿刺机器人上的技术效果，进而解决了相关技术中为采用两个机构分别控制针的进针方向运动与自身旋转运动，而导致进针机构的体积较大，减少了穿刺的有效距离，且难以集成于小型化穿刺机器人上的问题。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1是根据本技术实施例的结构示意图；图2是根据本技术实施例的爆炸结构示意图；图3是根据本技术实施例的整体结构示意图；
其中，1底壳，2第一驱动机构，21第一驱动电机组，22第一万向连接节，3第二驱动机构，31第二驱动电机组，32第二万向连接节，4第二滚轮，5导针槽，51第一导针槽，52第二导针槽，6第一滚轮，7第一安装槽，8上壳。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
19.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。
20.在本技术中，术语“上”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
21.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
22.此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
23.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
25.柔性针的穿刺过程中不仅包含进针、退针，还包含旋转。因此为实现该穿刺方式，相关技术中采用进针与旋转分别控制的方法，换言之相关技术中的柔性针进针机构至少包括一个进针机构和一个旋转机构，因此导致该进针机构的占用体积较大，减少了穿刺的有效距离，且难以集成于小型化穿刺机器人上。
26.因此，为解决该问题，如图1至图3所示，本技术实施例提供了一种交叉驱动型穿刺针进针机构，该交叉驱动型穿刺针进针机构包括：第一滚轮6，可独立的绕自身轴线旋转；第二滚轮4，设于第一滚轮6的一侧，且可独立的绕自身轴线旋转；第二滚轮4的轴线与第一滚轮6的轴线之间具有大于0
°
的夹角；第一滚轮6和第二滚轮4之间具有用于针体穿过的穿针间隙，第一滚轮6和第二滚轮4可压紧在针体上；底壳1，第一滚轮6设于底壳1内；上壳8，第二滚轮4设于上壳8内，且上壳8扣合固定在底壳1上；底壳1和上壳8扣合
后形成与穿针间隙对应的导针槽5，针体穿过穿针间隙后可延伸出导针槽5，导针槽5用于限制针体的平移运动。
27.本实施例中，该交叉驱动型穿刺针进针机构主要由第一滚轮6和第二滚轮4两部分组成，第一滚轮6和第二滚轮4在结构上相同，整体均为圆柱形结构，其外表面为具有一定摩擦力的表面，优选为橡胶表面。第一滚轮6和第二滚轮4均可独立的绕自身的轴线旋转，即第一滚轮6和第二滚轮4分别连接有一个驱动其旋转的驱动件，例如电机等等。
28.由于本实施例中针体的所有动作均由第一滚轮6和第二滚轮4转动来实现，而针体的动作不仅仅包含进针和退针的直线运动，其还包括绕自身轴线转动的旋转运动，因此本实施例中第一滚轮6和第二滚轮4在布置上需要具有一定的夹角，即第二滚轮4的轴线与第一滚轮6的轴线之间具有大于0
°
的夹角。
29.通过该结构使得第一滚轮6赋予针体的运动方向和第二滚轮4赋予针体的运动方向具有夹角。当两个运动方向的合力作用在针体上时是沿针体径向的力，则会使得针体可绕自身轴线旋转，当两个运动方向上的合力作用在针体上时为针体的斜向时，则会使得针体在直线移动的同时绕自身轴线旋转，而两个运动方向上的合力作用在针体上时为针体的轴向时，则会使得针体做进针或退针方向上的直线移动。
30.而通过第一滚轮6和第二滚轮4作用在针体上的合力的具体方向则可通过控制第一滚轮6的转动速度、转动方向以及第二滚轮4的转动速度和转动方向来进行调整。
31.由于在通过第一滚轮6和第二滚轮4带动针体运动的过程中实际是依靠滚轮与针体之间的摩擦力来实现，因此当针体穿过第一滚轮6和第二滚轮4之间的穿针间隙后，为提供充足的摩擦力，第一滚轮6和第二滚轮4将压紧在针体的表面。为避免压坏针体，第一滚轮6和第二滚轮4表面可采用柔性的橡胶材料。
32.本实施例达到了由一个控制机构（第一滚轮6和第二滚轮4组成的控制机构）即可控制针体进行多种动作的目的，从而实现了减小进针机构的体积，增加穿刺有效距离，使其能够应用在小型化的穿刺机器人上的技术效果，进而解决了相关技术中为采用两个机构分别控制针的进针方向运动与自身旋转运动，而导致进针机构的体积较大，减少了穿刺的有效距离，且难以集成于小型化穿刺机器人上的问题。
33.如图1所示，由于针体的运动方向和运动速度均通过单独控制第一滚轮6和第二滚轮4的运行方向和运行速度来调节，因此在控制过程中需要对第一滚轮6和第二滚轮4在针体上产生的合力进行解算。为便于对合力进行解算，如图1所示，第一滚轮6和第二滚轮4上下布置，且第一滚轮6的轴线和第二滚轮4的轴线之间呈90
°
的夹角，第一滚轮6的轴线与针体的轴线呈45
°
的夹角，即第一滚轮6的轴线垂直于第二滚轮4的轴线，第一滚轮6的轴线和第二滚轮4的轴线均与针体的轴线呈45
°
夹角。
34.为便于对第一滚轮6和第二滚轮4进行单独控制，本实施例中的进针机构还包括第一驱动机构2和第二驱动机构3，第一驱动机构2用于驱动第一滚轮6旋转，第二驱动机构3用于驱动第二滚轮4旋转。
35.第一驱动机构2和第二驱动机构3的结构相同，运行方式也相同，区别在于二者分别用于控制第一滚轮6和第二滚轮4旋转，其具有带动第一滚轮6和第二滚轮4正转和反转的功能，并且还能根据后端的控制实时调节第一滚轮6和第二滚轮4的转动速度。
36.如图1至图3所示，为便于第一滚轮6、第二滚轮4和对应驱动机构的安装，本实施例
中的进针机构还包括底壳1和上壳8，底壳1上开设有第一安装槽7，第一滚轮6和第一驱动机构2设于第一安装槽7内；上壳8盖设在底壳1上，底壳1和上壳8之间可通过螺丝进行固定连接，上壳8内设置有第二安装槽（图上未示出），第二滚轮4和第二驱动机构3设于第二安装槽内。
37.第一安装槽7的深度可小于等于第一滚轮6的直径，第二安装槽的深度也可小于第二滚轮4的直径，从而便于将针体穿过第一滚轮6和第二滚轮4之间，也便于在盖合底壳1和上壳8后，第一滚轮6和第二滚轮4可压紧在针体上。
38.由于针体受到的合力存在沿针体径向或斜向的力，因此为避免针体在受到非轴向力的时候产生偏移，需要对针体在径向上的移动进行限位。因此，如图1至图3所示，本实施例中在底壳1和/或上壳8上设置有导针槽5，导针槽5与穿针间隙对应，用于穿过针体。
39.由于导针槽5的设置，使得针体在穿过导针槽5时，其在径向上的移动被限制，使其仅可绕其轴线旋转或者沿轴向移动。导针槽5的内径与针体的外径匹配，其略大于针体的外径，整体呈圆形。
40.为便于对针体的稳定限位，导针槽5应设置为圆形结构，而本实施例中的进针机构在使用时上壳8需要盖合在底壳1上，因此，如图1和图2所示，本实施例将导针槽5分为两部分，即导针槽5包括设于底壳1上的第一导针槽51和设于上壳8上的第二导针槽52；当上壳8盖设在底壳1上时，第一导针槽51与第二导针槽52扣合形成导针孔，导针孔与穿针间隙对应，用于穿过针体。
41.第一导针槽51和第二导针槽52设置为半圆形结构，其扣合后形成完整的圆形结构。为便于进一步提高对针体的导向和限位，第一导针槽51分为两段，分别位于底壳1穿入针体的一端和穿出针体的一端，同理，第二导针槽52也分为两段，分别为上壳8穿入针体的一端和穿出针体的一端。
42.如图1至图3所示，第一驱动机构2包括设于第一安装槽7内的第一驱动电机组21和第一万向连接节22，第一驱动电机组21的输出端与第一万向连接节22传动连接，第一万向连接节22与第一滚轮6传动连接。
43.具体的，需要说明的是，由于第一滚轮6和第二滚轮4呈正交分布，因此为便于对第一驱动电机组21安装位置的调整，本实施例中第一驱动机构2包括第一驱动电机组21和第一万向连接节22，第一驱动电机组21通过第一万向连接节22和第一滚轮6连接，使得第一驱动电机组21的安装位置能够以减小整个进针机构占用空间的位置进行调整。
44.如图1至图2所示，第二驱动机构3包括设于第二安装槽内的第二驱动电机组31和第二万向连接节32，第二驱动电机组31的输出端与第二万向连接节32传动连接，第二万向连接节32与第二滚轮4传动连接。
45.具体的，需要说明的是，第二驱动机构3同理进行布置，第一驱动电机组21与第二驱动电机组31的轴线互相平行。第一安装槽7内安装第一驱动电机组21的部分也平行于第二安装槽内安装第二驱动电机组31的部分，而第一安装槽7内安装第一滚轮6的部分则正交于第二安装槽内安装第二滚轮4的部分。第一驱动电机组21和第二驱动电机组31的结构相同，均包括伺服电机、编码器和减速器。
46.根据本技术的另一方面，提供一种针穿刺装置，包括上述的交叉驱动型穿刺针进针机构。
47.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。