一种基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置

1.本发明涉及一种基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置，属于医疗器械技术领域。


背景技术：

2.微创介入医疗是近年来迅速发展起来的一门崭新的医疗技术，是介于外科、内科之间的新兴医疗方法，靶向穿刺技术是应用前景最广阔的医疗手段之一。穿刺介入手术使用特定的穿刺针作为手术器械，在实时超声图像的辅助下对人体内部可能病变的部位，如肝脏、肺叶、前列腺等位置进行活检、提取组织样本，进行针对性的医学诊断或者对上述部分植入放射源，近距离放射治疗癌症。
3.在临床实际应用中，往往需要对病灶的多个靶点进行穿刺活检、送药等复杂的动作，从而需要医生在手术的过程中进行入针角度的调整，这不仅会消耗大量的时间去进行操作，并且入针角度的精度也很难保证。
4.基于上述问题，本发明需要解决的问题为设计一款可以多角度调整柔性针入针角度的柔性针穿刺装置。基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置可以实现多角度的入针，减少了传统手术中调整入针角度的时间，提高了手术效率和操作精度，减少了医生的负担，避免医生因疲劳而产生的失误。


技术实现要素：

5.本发明采用了一种基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置，解决了柔性针入针角度单一的问题，采用球面齿轮带动柔性针弯曲，使柔性针可以实现多角度入针，提高了穿刺精度。
6.本发明的技术方案是：一种基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置，其组成包括：柔性针驱动机构、柔性针、球面齿轮、左侧调整机构、球面齿轮座、右侧调整机构、基座；其特征在于，基座整体为t型，前端为u型，后端为l型，柔性针驱动机构通过螺栓连接固定在基座后端l型长板上，左侧调整机构通过螺栓连接固定在基座前端u型板左侧上，右侧调整机构通过螺栓连接固定在基座前端u型板右侧上，球面齿轮下底座通过螺栓连接固定在基座前端u型板底面上，球面齿轮上盖通过螺钉连接固定在球面齿轮下底座上，球面齿轮放在球面齿轮下底座中，使球面齿轮可绕自身圆心作相对于基座的旋转运动；其中柔性针驱动机构包括：柔性针夹紧支撑机构、丝杠滑台机构、电机座、电机一、联轴器一、电机二；电机二通过联轴器一与丝杠滑台机构连接，电机座通过螺钉连接固定在丝杠滑台机构的滑台上，柔性针夹紧支撑机构一端通过螺钉连接固定在丝杠滑台机构的滑台上另一端与电机座连接，电机一通过螺栓连接固定在电机座上；柔性针穿过球面齿轮中心孔与柔性针夹紧支撑机构连接，电机一通过联轴器一带动丝杠滑台机构中的丝杠转动，丝杠带动滑台上的电机架，电机架推动柔性针夹紧支撑机构中的柔性针实现柔性针的进给运动；
7.左侧调整机构包括：电机三、联轴器二、传动轴一、左侧驱动机构；传动轴一与电机
三通过联轴器二连接，传动轴一与左侧驱动机构通过销轴固定；电机三通过联轴器二带动传动轴一绕自身轴线旋转，传动轴一带动左侧驱动机构旋转；右侧调整机构包括：右侧驱动机构、传动轴二、联轴器三、电机四；传动轴二与电机四通过联轴器三连接，传动轴二与右侧驱动机构通过销轴固定；电机四通过联轴器三带动传动轴二绕自身轴线旋转，传动轴二带动右侧驱动机构旋转；所述的左侧驱动机构包括：电机五、外壳一、联轴器四、支架一、齿轮一、支架二、传动轴三、外壳二、齿轮二、传动轴四；支架一和支架二通过螺栓连接固定，传动轴三通过轴承连接在支架一和支架二上，使传动轴三可绕自身轴线旋转，传动轴四通过轴承连接在支架一和支架二上，使传动轴四可绕自身轴线旋转，齿轮一固定在传动轴三上，齿轮二固定在传动轴四上齿轮一与齿轮二啮合，电机五通过螺栓连接固定在外壳一上，电机五输出轴通过联轴器四与传动轴三连接，外壳一与外壳二通过螺栓连接固定在传动轴一上；电机五通过联轴器四带动传动轴三旋转，传动轴三带动齿轮一旋转，齿轮一通过与齿轮二的啮合带动齿轮二旋转；
8.右侧驱动机构包括：电机六、外壳三、联轴器五、支架三、支架四、外壳四、齿轮三、传动轴五、传动轴六、齿轮四；支架三和支架四通过螺栓连接固定，传动轴五通过轴承连接在支架三和支架四上，使传动轴五可绕自身轴线旋转，传动轴六通过轴承连接在支架三和支架四上，使传动轴六可绕自身轴线旋转，齿轮三固定在传动轴五上，齿轮四固定在传动轴六上齿轮三与齿轮四啮合，电机六通过螺栓连接固定在外壳三上，电机六输出轴通过联轴器五与传动轴五连接，外壳四与外壳三通过螺栓连接固定在传动轴二上；电机六通过联轴器五带动传动轴五旋转，传动轴五带动齿轮三旋转，齿轮三通过与齿轮四的啮合带动齿轮四旋转；球面齿轮左侧与齿轮二啮合，球面齿轮右侧与齿轮四啮合，通过左侧调整机构的齿轮二和右侧调整机构的齿轮四带动球面齿轮旋转，球面齿轮带动柔性针弯曲至合适位姿，实现多角度入针。
9.作为优选，所述的球面齿轮座(5)包括：球面齿轮上盖(5-1)、球面齿轮下底座(5-2)；球面齿轮下底座，整体为长方体，中间挖有半球形凹槽，四周设有凹型通槽，四个凸起立柱上设有螺纹孔，底部四周设有长方形法兰，法兰上设有圆形通孔；所述的球面齿轮上盖，整体为长方体，中间挖有半球形凹槽，四周设有凹型通槽，四个凸起立柱上各设有圆形通孔；所述的支架一，支架一整体为l型，l型竖板前端上设有两个轴承孔，l型底板设有半圆形凹槽，在平行于l型底板方向设有五个通孔，其中两个位于l型竖板上，两个位于l型底板的半圆形凹槽两侧，一个位于l型底板的半圆形凹槽中心，支架一、支架二、支架三、支架四结构相同。
10.本发明的增益效果为：
11.所述的一种基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置通过球面齿轮转动带动柔性针弯曲，可以改变柔性针穿刺角度，提高了柔性针穿刺精度，并同时起到了支撑作用，提高了手术效率。
12.所述的球面齿轮下底座和球面齿轮上盖可以限制球面齿轮位移，同时尽量的减少了于球面齿轮的接触面积，减少磨损。
13.所述的支架一和支架二通过轴承将传动轴一、传动轴三、传动轴四连接，使左侧调整装置中的齿轮二可以实现绕传动轴一转动和绕传动轴四转动，提高了球面齿轮的灵活度，提高了手术效率和精度。
14.所述的支架三和支架四通过轴承将传动轴二、传动轴五、传动轴六连接，使右侧调整装置中的齿轮四可以实现绕传动轴二转动和绕传动轴六转动，提高了球面齿轮的灵活度，提高了手术效率和精度。
附图说明
15.附图1，本发明中整体结构示意图；
16.附图2，本发明中基座结构示意图；
17.附图3，本发明中柔性针驱动机构示意图；
18.附图4，本发明中左侧调整机构示意图；
19.附图5，本发明中右侧调整机构示意图；
20.附图6，本发明中左侧驱动机构示意图；
21.附图7，本发明中右侧驱动机构示意图；
22.附图8，本发明中球面齿轮座爆炸图；
23.附图9，本发明中支架一示意图；
24.图中：1、柔性针驱动机构，1-1、柔性针夹紧支撑机构，1-2、丝杠滑台机构，1-3、电机座，1-4、电机一，1-5、联轴器一，1-6、电机二，2、柔性针，3、球面齿轮，4、左侧调整机构，4-1、电机三，4-2、联轴器二，4-3、传动轴一，4-4、左侧驱动机构，4-4-1、电机五，4-4-2、外壳一，4-4-3、联轴器四，4-4-4、支架一，4-4-5、齿轮一，4-4-6、支架二，4-4-7、传动轴三，4-4-8、外壳二，4-4-9、齿轮二，4-4-10、传动轴四，5、球面齿轮座，5-1、球面齿轮上盖，5-2、球面齿轮下底座，6、右侧调整机构，6-1、右侧驱动机构，6-2、传动轴二，6-3、联轴器三，6-4、电机四，6-1-1、电机六，6-1-2、外壳三，6-1-3、联轴器五，6-1-4、支架三，6-1-5、支架四，6-1-6、外壳四，6-1-7齿轮三，6-1-8、传动轴五，6-1-9、传动轴六，6-1-10、齿轮四，7、基座。
具体实施方式
25.以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。
26.本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例。然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例。另外，为了更清楚地描述本发明，与本发明没有连接的部件将从附图中省略。
27.在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
28.如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，所述的一种基于球面齿轮的多角度柔性针穿刺装置，包括：柔性针驱动机构1、柔性针2、球面齿轮3、左侧调整机构4、球面齿轮座5、右侧调整机构6、基座7；其特征在于，基座7整体为t型，前端为u型，后端为l型，柔性针驱动机构1通过螺栓连接固定在基座7后端l型长板上，左侧调整机构4通过螺栓连接固定在基座7前端u型板左侧上，右侧调整机构6通过螺栓连接固定在基座7前端u型板右侧上，球面齿轮座5通过螺栓连接固定在基座7前端u型板底面上，球面齿轮3放在球面齿轮座5中，使球面齿
轮3可绕自身圆心作相对于基座7的旋转运动；所述的柔性针驱动机构1包括：柔性针夹紧支撑机构1-1、丝杠滑台机构1-2、电机座1-3、电机一1-4、联轴器一1-5、电机二1-6；电机二1-6通过联轴器一1-5与丝杠滑台机构1-2连接，电机座1-3通过螺钉连接固定在丝杠滑台机构1-2的滑台上，柔性针夹紧支撑机构1-1一端通过螺钉连接固定在丝杠滑台机构1-2的滑台上另一端与电机座1-3连接，电机一1-4通过螺栓连接固定在电机座1-3上；柔性针2穿过球面齿轮3中心孔与柔性针夹紧支撑机构1-1连接，电机一1-6通过联轴器一1-5带动丝杠滑台机构1-2中的丝杠转动，丝杠带动滑台上的电机架1-3，电机架1-3推动柔性针夹紧支撑机构1-1中的柔性针2实现柔性针2的进给运动；左侧调整机构4包括：电机三4-1、联轴器二4-2、传动轴一4-3、左侧驱动机构4-4；传动轴一4-3与电机三4-1通过联轴器二4-2连接，传动轴一4-3与左侧驱动机构4-4通过销轴固定；电机三4-1通过联轴器二4-2带动传动轴一4-3绕自身轴线旋转，传动轴一4-3带动左侧驱动机构4-4旋转；右侧调整机构6包括：右侧驱动机构6-1、传动轴二6-2、联轴器三6-3、电机四6-4；传动轴二6-2与电机四6-4通过联轴器三6-3连接，传动轴二6-2与右侧驱动机构6-1通过销轴固定；电机四6-4通过联轴器三6-3带动传动轴二6-2绕自身轴线旋转，传动轴二6-2带动右侧驱动机构6-1旋转；所述的左侧驱动机构4-4包括：电机五4-4-1、外壳一4-4-2、联轴器四4-4-3、支架一4-4-4、齿轮一4-4-5、支架二4-4-6、传动轴三4-4-7、外壳二4-4-8、齿轮二4-4-9、传动轴四4-4-10；支架一4-4-4和支架二4-4-6通过螺栓连接固定，传动轴三4-4-7通过轴承连接在支架一4-4-4和支架二4-4-6上，使传动轴三4-4-7可绕自身轴线旋转，传动轴四4-4-10通过轴承连接在支架一4-4-4和支架二4-4-6上，使传动轴四4-4-10可绕自身轴线旋转，齿轮一4-4-5固定在传动轴三4-4-7上，齿轮二4-4-9固定在传动轴四4-4-10上齿轮一4-4-5与齿轮二4-4-9啮合，电机五4-4-1通过螺栓连接固定在外壳一4-4-2上，电机五4-4-1输出轴通过联轴器四4-4-3与传动轴三4-4-7连接，外壳一4-4-2与外壳二4-4-8通过螺栓连接固定在传动轴一4-3上；电机五4-4-1通过联轴器四4-4-3带动传动轴三4-4-7旋转，传动轴三4-4-7带动齿轮一4-4-5旋转，齿轮一4-4-5通过与齿轮二4-4-9的啮合带动齿轮二4-4-9旋转；右侧驱动机构6-1包括：电机六6-1-1、外壳三6-1-2、联轴器五6-1-3、支架三6-1-4、支架四6-1-5、外壳四6-1-6、齿轮三6-1-7、传动轴五6-1-8、传动轴六6-1-9、齿轮四6-1-10；支架三6-1-4和支架四6-1-5通过螺栓连接固定，传动轴五6-1-8通过轴承连接在支架三6-1-4和支架四6-1-5上，使传动轴五6-1-8可绕自身轴线旋转，传动轴六6-1-9通过轴承连接在支架三6-1-4和支架四6-1-5上，使传动轴六6-1-9可绕自身轴线旋转，齿轮三6-1-7固定在传动轴五6-1-8上，齿轮四6-1-10固定在传动轴六6-1-9上齿轮三6-1-7与齿轮四6-1-10啮合，电机六6-1-1通过螺栓连接固定在外壳三6-1-2上，电机六6-1-1输出轴通过联轴器五6-1-3与传动轴五6-1-8连接，外壳四6-1-6与外壳三6-1-2通过螺栓连接固定在传动轴二6-2上；电机六6-1-1通过联轴器五6-1-3带动传动轴五6-1-8旋转，传动轴五6-1-8带动齿轮三6-1-7旋转，齿轮三6-1-7通过与齿轮四6-1-10的啮合带动齿轮四6-1-10旋转；球面齿轮3左侧与齿轮二4-4-9啮合，球面齿轮3右侧与齿轮四6-1-10啮合，通过左侧调整机构4的齿轮二4-4-9和右侧调整机构6的齿轮四6-1-10带动球面齿轮3旋转，球面齿轮3带动柔性针2弯曲至合适位姿，实现多角度入针。
29.如图8和图9所示，本实施例中球面齿轮座5包括：球面齿轮上盖5-1、球面齿轮下底座5-2；球面齿轮上盖5-1整体为长方体，中间挖有半球形凹槽，四周设有凹型通槽，四个凸起立柱上各设有圆形通孔，球面齿轮下底座5-2整体为长方体，中间挖有半球形凹槽，四周
设有凹型通槽，四个凸起立柱上设有螺纹孔，底部四周设有长方形法兰，法兰上设有圆形通孔；球面齿轮上盖5-1通过螺钉固定在球面齿轮下底座5-2上；所述的支架一4-4-4，支架一4-4-4整体为l型，l型竖板前端上设有两个轴承孔，l型底板设有半圆形凹槽，在平行于l型底板方向设有五个通孔，其中两个位于l型竖板上，两个位于l型底板的半圆形凹槽两侧，一个位于l型底板的半圆形凹槽中心，支架一4-4-4、支架二4-4-6、支架三6-1-4、支架四6-1-5结构相同。
30.本发明具体实施方式的工作原理为：
31.穿刺运动：柔性针(2)穿过球面齿轮(3)中心孔与柔性针夹紧支撑机构(1-1)连接，电机一(1-6)通过联轴器一(1-5)带动丝杠滑台机构(1-2)中的丝杠转动，丝杠带动滑台上的电机架(1-3)，电机架(1-3)推动柔性针夹紧支撑机构(1-1)中的柔性针(2)实现柔性针(2)的进给运动。
32.入针角度调整运动：电机三(4-1)通过联轴器二(4-2)带动传动轴一(4-3)绕自身轴线旋转，传动轴一(4-3)带动左侧驱动机构(4-4)旋转，电机四(6-4)通过联轴器三(6-3)带动传动轴二(6-2)绕自身轴线旋转，传动轴二(6-2)带动右侧驱动机构(6-1)旋转，电机五(4-4-1)通过联轴器四(4-4-3)带动传动轴三(4-4-7)旋转，传动轴三(4-4-7)带动齿轮一(4-4-5)旋转，齿轮一(4-4-5)通过与齿轮二(4-4-9)的啮合带动齿轮二(4-4-9)旋转，电机六(6-1-1)通过联轴器五(6-1-3)带动传动轴五(6-1-8)旋转，传动轴五(6-1-8)带动齿轮三(6-1-7)旋转，齿轮三(6-1-7)通过与齿轮四(6-1-10)的啮合带动齿轮四(6-1-10)旋转，球面齿轮(3)左侧与齿轮二(4-4-9)啮合，球面齿轮(3)右侧与齿轮四(6-1-10)啮合，通过左侧调整机构(4)的齿轮二(4-4-9)和右侧调整机构(6)的齿轮四(6-1-10)带动球面齿轮(3)旋转，球面齿轮(3)带动柔性针(2)弯曲至合适位姿，实现多角度入针。
33.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书描述的只是发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些发明和改进都落入要求保护的本发明范围内。