一种多轴激光引导定位器的制作方法

1.本发明涉及定位装置技术领域，尤其涉及用于空间共面或者非共面角度进行指示定位的结构装置，具体涉及一种多轴激光引导定位器。


背景技术：

2.穿刺活检是骨与软组织肿瘤获取组织病理诊断的主要方法。骨与软组织肿瘤是严重危害人类健康及生命的疾病，近年来发病率逐渐上升，且发病年龄逐渐下降，早期发现、正确的诊断、及时治疗对预后有重要的影响。随着检查手段及方法的不断提高，使诊断的正确率逐渐提高，但仍有很大一部分肿瘤不具备典型的影像学特点，诊断困难。正确的诊断需要临床、影像及病理三结合。其中，病理诊断对治疗方案的选择起着关键作用。穿刺活检是获取病理诊断的主要途径。然而，活检前应像制定手术方案一样高度重视，周密计划。因为这是肿瘤治疗的开始，是至关重要的第一步，不正确的活检会给患者带来灾难性的后果。因此活检术的关键在于穿刺的准确性，现有技术中最为常见的还是通过ct、pet-ct、mri等手段获取患者患部的影响，然后通过影响确定穿刺部位及方向，已获得目标组织。由于穿刺的准确性对于穿刺活检起着至关重要的作用，因此穿刺的穿刺点和穿刺角度是最为重要的。针对特殊的部位，如骨质、血管、脏器密布的区域，穿刺的难度极高，这对于精准穿刺提出了极大的挑战。
3.通过穿刺也可以进行多种微创治疗，例如微波消融、射频消融、粒子植入等。穿刺治疗有着创伤小、恢复快、疗效好的特点，近年来被越来越多的医疗机构广泛开展。但各类微创治疗均要求术者将治疗作用源精准地穿刺到特定肿瘤位置，有着较高的精度要求。失准的穿刺可能导致肿瘤靶区消融不净，严重影响疗效，也有可能导致穿刺针误穿血管等危及器官致使术中风险。
4.中国发明专利cn202110311522.3，授权公告号cn112690881 b公开了一种用于ct穿刺辅助引导定位装置，其公开了一种能够在某一特定空间平面内进行任一角度指示的定位装置，且该定位装置能够在该特定平面内的某一指示角度进行多个平行针道进行指示，但不能指示与该特定空间平面相交的其他针道，在实际应用时存在局限。为了解决这一局限问题，需要一种指示角度更广的激光定位器，以使得指示范围除某一特定平面或者多个相互平面的平面外，还能进行其他角度的指示，以满足不同的应用需求。


技术实现要素：

5.背景技术中提供的最接近本发明的现有技术是本技术同一研发团队进行研究的初代技术，其相较于本发明而言最大的区别在于激光指示范围的局限性，在进行空间多角度指示时则无法实现全覆盖，这导致诸如放射性粒子植入进行精准肿瘤放疗等手术的辅助定位将不能完成。为了解决上述技术问题，本技术提供一种多轴激光引导定位器，用于替换背景技术中提及现有技术中的引导装置，从而克服指示范围仅限于特定平面或者与特定平面平行的多个平面内的无盲区指示。本发明通过多轴偏转结构设置，使得激光指示范围明
显扩大，除在现有技术指示范围内进行无盲区指示外，还能进行相交平面内的空间角度指示。
6.为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为：
7.一种多轴激光引导定位器，包括骨架，所述骨架上安装有用于将骨架滑动安装在导轨上的滚轮组件，用于驱动骨架沿所述导轨往复移动的第一驱动机构，以及固定安装在骨架上的第二驱动机构，所述第二驱动机构的输出轴a自由端固定/可拆卸固定连接有第四驱动机构，所述第四驱动机构的输出轴b固定/可拆卸固定连接有激光指示机构；所述输出轴a和输出轴b呈空间异面垂直。
8.工作及结构原理阐述：
9.骨架是作为定位器主体的主要支撑结构，用于支撑和安装其他部件之用。为了增加本发明定位的灵活性，在所述骨架上设置滚轮组件，通过滚轮组件能够将定位器滑动安装在任何需要的导轨上，如直线轨道、弧形轨道、圆环形轨道等，以扩大本发明的实用环境。值得说明的是，为了不必要的文字赘述，本说明书中凡涉及定位器即唯一指代本发明，即一种多轴激光引导定位器，不应有其他任何第二种理解。
10.滚轮组件的作用是起到将本发明所述定位器与导轨滑动连接并限制定位器除沿着导轨滑动意外的其他运动，如摆动或者跳动等，以降低在滑动过程中引入的误差，从而使得最终的定位精度降低。
11.第一驱动机构用于驱动所述骨架沿所述导轨往复移动，所述第一驱动机构的驱动力是双向的，作为直线的导轨而言可实现往复运动；作为弧形的导轨而言，可实现顺/逆时针运动。
12.第二驱动机构实现驱动激光指示机构沿输出轴a顺/逆时针转动；第四驱动机构的作用是驱动激光指示机构沿输出轴b顺/逆时针转动，由于输出轴a和输出轴b呈空间垂直布置，加之第一驱动机构驱动骨架转动的转轴与输出轴a平行，故而若将第二驱动机构驱动的运动轨迹定义为“自转”，则第一驱动机构驱动的运动轨迹则可理解为“公转”，这使得在上述三轴驱动的复合运动下，激光指示机构能够实现共面和非共面空间角度的指示，从而实现在满足现有技术中精准指示的前提下，进一步扩大空间定位指示的范围，同时还保证了激光引导定位器的结构紧凑性。
13.为了进一步兼容结构紧凑性和不同驱动机构之间的相对轴偏转角度，如输出轴a和输出轴b之间的空间偏转夹角，优选地，所述第二驱动机构与所述第四驱动机构之间通过折弯支架固定连接，所述折弯支架具有分别连接所述第二驱动机构和第四驱动机构且呈空间垂直的第一安装面和第二安装面。利用折弯支架自身存在相互空间垂直的结构来实现输出轴a和输出轴b之间的空间异面垂直，使得设备的安装调试工作更加简单，同时在校验驱动信号时能够更加简单，可以免去不必要的补偿信号，相较于非特殊角，如70
°
，即输出轴a和输出轴b并非垂直关系而言，定位精度的校验则更加简单。故而采用具有预制角度的连接件，能够大大减少设备安装、调试、校验工作。值得说明的是，本处体积的调试、校验工作内容并非本技术所涉及的技术改进，只是为了方便本领域技术领域更客观的理解到采用本技术所提供的折弯支架是通过结构的独特设计而带来的诸多益处，本技术只涉及机构的改进，对于电气控制和算法弥补内容不做改进亦不纳入保护范围，可采用现有控制技术，在此不做详述。
14.为了更好的在确定某一空间指示角度后，能够在此基础上布局多条平行的光路指示，以满足医疗领域的平行针道穿刺需求，优选地，所述第二驱动机构与所述折弯支架之间还安装有使所述第二驱动机构可以相对折弯支架往复直线滑动的第三驱动机构。
15.作为第三驱动机构的另一安装方式，优选地，所述折弯支架与第四驱动机构之间还安装有使所述折弯支架可以相对第四驱动机构往复直线滑动的第三驱动机构。值得说明的是，上述两种第三驱动机构的安装位置虽然不同，但是解决的技术问题和能够达到的技术效果是本质相同的，只是根据不同的应用场景和结构设计可以灵活的选择更加适合的安装位置，以避免构件之间的干涉问题或者行程影响的问题发生。
16.为了进一步的提高本发明的兼容性，满足不同结构设计的驱动需求，优选地，所述第三驱动机构包括驱动器，以及与驱动器驱动连接的往复移动机构，所述往复移动机构为丝杆与螺纹滑块机构、皮带与滚轮滑块机构、链条与链轮滑块机构中任一一种。
17.再进一步优选地，所述滚轮组件包括多对由下滚轮和上滚轮组成的滚轮对，任一滚轮对之间具有用于容纳所述导轨的空间，所述下滚轮和/或上滚轮的圆周侧壁结构与所述导轨相匹配。
18.作为最直接、最有效的传动方式之一，所述第一驱动机构的输出轴驱动连接有与所述导轨驱动连接的驱动齿轮。
19.为了限定定位器相对于导轨的纵向跳动，优选地，所述导轨采用一体结构，导轨的截面相对侧至少设置有一对第一限位凸棱，所述第一限位凸棱与所述下滚轮和/或上滚轮的圆周侧壁相匹配。
20.为了限定定位器的横向摆动，优选地，所述导轨还包括与所述第一限位凸棱并列或平行设置的第二限位凸棱，所述下滚轮和/或上滚轮上设置有与所述第一限位凸棱和第二限位凸棱匹配的限位凹槽。
21.有益效果：
22.本发明通过将转轴形式偏转的第二驱动机构和第四驱动机构呈空间垂直的方式安装克服现有平面内指示的局限问题，具有结构紧凑、空间占用小、构件之间的匹配误差引入小，定位精度更高，能够实现非共面倾斜的空间角度引导指示。
23.本发明还在第二驱动机构和第四驱动机构之间设置有第三驱动机构，能够实现任一可指示空间角度的平行光路进行指示，以满足医疗外科中常采用的平行针道布置的引导需求。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明实用状态示意图。
26.图2是图1中a区结构放大图。
27.图3是本发明其中一种实施例的结构分离视图。
28.图4是图3的反向视觉结构分离视图。
29.图5是本发明另一种实施例的结构轴测图。
30.图6是图5的反向视觉结构轴测图。
31.图7是导轨的其中一种实施例的截面示意图。
32.图8是本发明在进行激光引导定位时的偏转方向指示示意图。
33.图9是图8状态由第一驱动机构使激光指示机构顺时针偏转45
°
的示意图。
34.图10是图9状态第二驱动机构使激光指示机构逆时针偏转30
°
的示意图。
35.图11是图8状态第四驱动机构使激光指示机构顺时针偏转45
°
的示意图。
36.图中：100-激光控制器；101-骨架；102-第一驱动机构；103-驱动齿轮；104-滚轮组件；1041-下滚轮；1042-上滚轮；105-第二驱动机构；106-第三驱动机构；1061-驱动器；1062-往复移动机构；107-折弯支架；108-第四驱动机构；109-激光指示机构；200-导轨；201-第一限位凸棱；202-第二限位凸棱。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。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，都属于本技术保护的范围。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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，因此不能理解为对本技术的限制。此外，本技术的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.此外，本技术的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
42.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
43.实施例1：
44.结合说明书附图1-图11所示的一种多轴激光引导定位器，包括骨架101，所述骨架
101上安装有用于将骨架101滑动安装在导轨200上的滚轮组件104，用于驱动骨架101沿所述导轨200往复移动的第一驱动机构102，以及固定安装在骨架101上的第二驱动机构105，所述第二驱动机构105的输出轴a自由端固定/可拆卸固定连接有第四驱动机构108，所述第四驱动机构108的输出轴b固定/可拆卸固定连接有激光指示机构109；所述输出轴a和输出轴b呈空间异面垂直。
45.工作及结构原理阐述：
46.骨架101是作为定位器主体的主要支撑结构，用于支撑和安装其他部件之用。为了增加本发明定位的灵活性，在所述骨架101上设置滚轮组件104，通过滚轮组件104能够将定位器滑动安装在任何需要的导轨200上，如直线轨道、弧形轨道、圆环形轨道等，以扩大本发明的实用环境。值得说明的是，为了不必要的文字赘述，本说明书中凡涉及定位器即唯一指代本发明，即一种多轴激光引导定位器，不应有其他任何第二种理解。
47.滚轮组件104的作用是起到将本发明所述定位器与导轨200滑动连接并限制定位器除沿着导轨200滑动意外的其他运动，如摆动或者跳动等，以降低在滑动过程中引入的误差，从而使得最终的定位精度降低。
48.第一驱动机构102用于驱动所述骨架101沿所述导轨200往复移动，所述第一驱动机构102的驱动力是双向的，作为直线的导轨200而言可实现往复运动；作为弧形的导轨200而言，可实现顺/逆时针运动。
49.第二驱动机构105实现驱动激光指示机构109沿输出轴a顺/逆时针转动；第四驱动机构108的作用是驱动激光指示机构109沿输出轴b顺/逆时针转动，由于输出轴a和输出轴b呈空间垂直布置，加之第一驱动机构102驱动骨架101转动的转轴与输出轴a平行，故而若将第二驱动机构105驱动的运动轨迹定义为“自转”，则第一驱动机构102驱动的运动轨迹则可理解为“公转”，这使得在上述三轴驱动的复合运动下，激光指示机构109能够实现共面和非共面空间角度的指示，从而实现在满足现有技术中精准指示的前提下，进一步扩大空间定位指示的范围，同时还保证了激光引导定位器的结构紧凑性。
50.定位偏转原理阐述：
51.为了方便描述，并形象、具体的阐述本发明在实际定位时，针对某一特定的空间方位进行指示的逐步偏转实现最终定位的过程，本实施例以图1所示的圆形导轨200为例进行阐述。
52.为了方便对方位的理解和说明，本实施例以图1或图11所示的空间三维坐标系进行说明，定位导轨200竖直安装，沿导轨200所在竖直平面向下为x轴，水平向右为y轴，轴向且垂直纸面向里为z轴。根据图1所述可知，第一驱动机构102驱动定位器转动围绕的轴心与导轨200的轴心重合，且方向为z轴；输出轴a的方向亦与z轴一致，但轴心靠近导轨200的边缘位置，与z轴同向不同心，从而第一驱动机构102驱动定位器偏转时，激光指示机构109的运动相较于导轨200中心近似于公转运动；而第二驱动机构105驱动激光指示机构109近似于自转运动，第四驱动机构108驱动激光指示机构109偏转亦为自转，但方向与第二驱动机构105驱动偏转呈空间垂直关系。
53.将第一驱动机构102驱动激光指示机构109的偏转角度定义为r1；将第二驱动机构105驱动激光指示机构109的偏转角度定义为r2；将第四驱动机构108驱动激光指示机构109的偏转角度定义为r3；在进行复合指示时则有如图9-图11所示状态。在实际使用时，将本实
施例所述定位器与ct机匹配安装，则r1和r2偏转的任一角度都将在患者的矢状面内，而r3则在患者头足侧所在平面，由此复合运动指示的角度将能够覆盖所有实际所需引导指示角度，相较于背景技术提及的装置只能进行矢状面任一角度指示而言具有更为广阔的角度应用范围。
54.实施例2：
55.为了进一步兼容结构紧凑性和不同驱动机构之间的相对轴偏转角度，如输出轴a和输出轴b之间的空间偏转夹角，本实施例在实施例1的基础上对结构进行进一步的优化改进设计，具体地，所述第二驱动机构105与所述第四驱动机构108之间通过折弯支架107固定连接，所述折弯支架107具有分别连接所述第二驱动机构105和第四驱动机构108且呈空间垂直的第一安装面和第二安装面。详见图2、图5-图6所示，利用折弯支架107自身存在相互空间垂直的结构来实现输出轴a和输出轴b之间的空间异面垂直，使得设备的安装调试工作更加简单，同时在校验驱动信号时能够更加简单，可以免去不必要的补偿信号，相较于非特殊角，如70
°
，即输出轴a和输出轴b并非垂直关系而言，定位精度的校验则更加简单。故而采用具有预制角度的连接件，能够大大减少设备安装、调试、校验工作。值得说明的是，本处体积的调试、校验工作内容并非本技术所涉及的技术改进，只是为了方便本领域技术领域更客观的理解到采用本技术所提供的折弯支架107是通过结构的独特设计而带来的诸多益处，本技术只涉及机构的改进，对于电气控制和算法弥补内容不做改进亦不纳入保护范围，可采用现有控制技术，在此不做详述。
56.为了更好的在确定某一空间指示角度后，能够在此基础上布局多条平行的光路指示，以满足医疗领域的平行针道穿刺需求，本实施例中，结合说明书附图3和图4所示，所述第二驱动机构105与所述折弯支架107之间还安装有使所述第二驱动机构105可以相对折弯支架107往复直线滑动的第三驱动机构106。
57.作为第三驱动机构106的另一安装方式，具有与本实施例上述安装方式等同的技术方案，本实施例中，所述折弯支架107与第四驱动机构108之间还安装有使所述折弯支架107可以相对第四驱动机构108往复直线滑动的第三驱动机构106。值得说明的是，上述两种第三驱动机构106的安装位置虽然不同，但是解决的技术问题和能够达到的技术效果是本质相同的，只是根据不同的应用场景和结构设计可以灵活的选择更加适合的安装位置，以避免构件之间的干涉问题或者行程影响的问题发生。当第三驱动机构106的驱动器1061驱动第四驱动机构108沿往复移动机构1062进行往复移动时，则实现在已经确定的某一特定空间角度下进行平移，从而实现特定角度的说个平行光路的指示，以满足医疗外科针对放射性粒子植入手术针对平行针道布局的需求。
58.为了进一步的提高本发明的兼容性，满足不同结构设计的驱动需求，优选地，所述第三驱动机构106包括驱动器1061，以及与驱动器1061驱动连接的往复移动机构1062，所述往复移动机构1062为丝杆与螺纹滑块机构、皮带与滚轮滑块机构、链条与链轮滑块机构中任一一种。所述驱动器1061通常可选用高精度的伺服电机或者步进电机实现；所述往复移动机构1062可在上述结构中任选一种，当然作为最优选择，丝杆与螺纹滑块机构的精度是最高的；皮带具有韧性，尤其是在大阻力或者大负荷条件下运行时精度会受到影响；同时链条同样存在一定的挠度，张力过紧将会严重影响驱动的顺畅性，张力过松又会导致驱动误差增大；当然，在保证构件精度的条件下亦可供本领域技术人员备用或选择。
59.再进一步优选地，所述滚轮组件104包括多对由下滚轮1041和上滚轮1042组成的滚轮对，任一滚轮对之间具有用于容纳所述导轨200的空间，所述下滚轮1041和/或上滚轮1042的圆周侧壁结构与所述导轨200相匹配。
60.作为最直接、最有效的传动方式之一，所述第一驱动机构102的输出轴驱动连接有与所述导轨200驱动连接的驱动齿轮103。
61.为了限定定位器相对于导轨200的纵向跳动，结合附图7所示，所述导轨200采用一体结构，导轨200的截面相对侧至少设置有一对第一限位凸棱201，所述第一限位凸棱201与所述下滚轮1041和/或上滚轮1042的圆周侧壁相匹配。
62.为了限定定位器的横向摆动，优选地，所述导轨200还包括与所述第一限位凸棱201并列或平行设置的第二限位凸棱202，所述下滚轮1041和/或上滚轮1042上设置有与所述第一限位凸棱201和第二限位凸棱202匹配的限位凹槽。
63.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。凡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。