具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图7，为一种基于微电机控制的共面约束超声引导穿刺装置，包括超声探头1、连接机构2和穿刺机构3，所述连接机构2向外倾斜连接在超声探头1上，以使连接机构2与超声探头1中心轴线形成锐角Φ，保证穿刺机构3的穿刺角度调整满足穿刺要求，所述连接机构2通过紧固件Ⅰ4和紧固件Ⅱ5连接在超声探头1上，紧固件Ⅰ4和紧固件Ⅱ5由上至下安装在超声探头1上，紧固件Ⅰ4的长度长于紧固件Ⅱ5的长度。所述穿刺机构3底部与超声探头的头部上的紧固件6Ⅲ铰接，穿刺机构3中部通过固定的连接块Ⅱ9与连接杆5连接。

连接机构2包括连接机构支撑板12、连接机构壳体16、直线导轨Ⅰ17、控角电机10、主动带轮Ⅰ11、张紧轮13、改向带轮Ⅰ14、连接块Ⅲ18、连杆15以及第一同步带；

其中连接机构壳体16上装有连接机构支撑板12，连接机构支撑板12上装有直线导轨Ⅰ17，主动带轮Ⅰ11和改向带轮Ⅰ14由上至下间隔安装在连接机构壳体16上，张紧轮13由两根连杆15固定安装在连接机构壳体16的中部，第一同步带一侧绕在主动带轮Ⅰ11、张紧轮13、改向带轮Ⅰ14上，另一侧固定在直线导轨Ⅰ17的滑块上，直线导轨Ⅰ17的滑块通过连接块Ⅲ18与连接杆8可转动连接，控角电机10固设在连接机构壳体16上且其输出端与主动带轮Ⅰ11的轮轴相接。控角电机10电连接在电机控制系统上，电机控制系统可以根据超声探头1反馈给电机控制系统的信息，驱动控角电机10带动主动带轮Ⅰ11，从而带动改向带轮Ⅰ和第一同步带，第一同步带带动直线导轨Ⅰ17的滑块运动，直线导轨Ⅰ17的滑块通过连接块Ⅲ18带动连接杆8的平面运动，因为穿刺机构3底部与超声探头的头部上的紧固件6铰接，所以连接杆8平面运动带动穿刺机构3的扇形转动，调节穿刺机构3的穿刺角度，实现共面约束。

所述穿刺机构3包括控筒电机24、控塞电机19、穿刺机构左壳体27、穿刺机构右壳体26、穿刺机构支撑板21、主动带轮Ⅱ25、改向带轮Ⅱ23、主动带轮Ⅲ20、改向带轮Ⅲ22、直线导轨Ⅱ31以及直线导轨Ⅲ33；

穿刺机构右壳体26连接在穿刺机构左壳体27上，穿刺机构支撑板21固定连接在穿刺机构右壳体26内，直线导轨Ⅱ31固定在穿刺机构左壳体27上，主动带轮Ⅱ25、改向带轮Ⅱ23由下至上安装在穿刺机构左壳体27上，第二同步带一侧绕在主动带轮Ⅱ25和改向带轮Ⅱ23上，另一侧固定在直线导轨Ⅱ31的滑块上，直线导轨Ⅱ31的滑块与针筒连接件30相连，穿刺针29的针筒被针筒连接件30夹紧；直线导轨(含滑块)Ⅲ33固定在穿刺机构支撑板21上，主动带轮Ⅲ20、改向带轮Ⅲ22由下至上安装在穿刺机构右壳体26上，第三同步带一侧绕在主动带轮Ⅲ20、改向带轮Ⅲ22上，另一侧固定在直线导轨Ⅲ33的滑块上，活塞连接件32与直线导轨Ⅲ33的滑块连接，穿刺针29的活塞固定在活塞连接件32内；

控筒电机24和控塞电机19均固设在穿刺机构右壳体26上，且控筒电机24输出端与主动带轮Ⅱ25的轮轴相接，控塞电机19输出端与主动带轮Ⅲ20的轮轴相接。电机控制系统控制控筒电机24和控塞电机19的同步转动且转速相同，第二同步带通过针筒连接件30带动穿刺针19的针筒运动，第三同步带通过活塞连接件32带动穿刺针19的活塞运动，此时穿刺针19的针筒和活塞无相对运动，进行穿刺运动。到达指定穿刺位置后，停止控筒电机24的转动，穿刺针19的针筒停止运动，只启动控塞电机19，实现穿刺针19的活塞的独立运动，控塞电机19正转时进行注射，控塞电机19反转时进行抽血。

本发明提供的基于微电机控制的共面约束超声引导穿刺装置，可以通过电机控制系统驱动连接机构2中的控角电机10电动调整穿刺机构3的穿刺角度，使得穿刺针始终在超声探头1所扫描有效范围的平面内运动，且约束穿刺针与皮肤所成角度满足要求静脉穿刺要求。这种通过电机驱动的主动共面约束消除了人工操作被动共面辅助穿刺时可能产生的人为误差。相较于人工穿刺，本发明更具有精确性和准确性，大大提高了穿刺成功率和穿刺效率。通过穿刺机构3内的两个微型电机的同步转动和异步转动实现了穿刺、抽取和注射的多功能高度集成，极大的提高了手术的效率，通过电控型操作减轻了医生的工作负担。

具体的，重点参阅图2～图6，紧固件Ⅰ4、紧固件Ⅱ5和紧固件Ⅲ6通过螺钉紧固在探头1机身上，连接机构2通过紧固件Ⅰ4和紧固件Ⅱ5与超声探头1机身部位连接，紧固件Ⅰ4、紧固件Ⅱ5和紧固件Ⅲ6自上而下安装在超声探头1上，紧固件Ⅰ4上的连接杆长度长于紧固件5的长度，以使连接机构2与超声探头1中心轴线形成锐角Φ，保证穿刺机构3的穿刺角度调整满足穿刺要求，使得穿刺调整机构的应用场景更多，使用更方便。

连接块Ⅰ7通过螺钉固定穿刺机构右壳体27接近皮肤的一端，紧固件Ⅲ6固定在超声探头1的头部，紧固件Ⅲ6和连接块Ⅰ7通过铰链连接，从而实现穿刺机构的绕铰接部位定轴转动。连接杆8两端分别于连接块Ⅲ18和连接块Ⅱ9铰接相连，则可以连接杆8平面运动来带动穿刺机构3的绕紧固件Ⅲ6和连接块Ⅰ7的铰接部位转动。

连接机构支撑板12通过螺钉连接连接机构壳体16上，连接机构支撑板12上有两个与紧固件4和紧固件5相对应的带孔凸台，通过螺钉和螺母与紧固件4和紧固件5相连，连接机构支撑板12的板上有若干线性螺纹孔，直线导轨Ⅰ(含滑块)17通过螺钉固定在连接机构支撑板12的板上。直线导轨Ⅰ17的滑块与连接块Ⅲ18通过螺钉连接，同时将第一同步带固定在直线导轨Ⅰ17的滑块上。连接机构壳体16的右侧壳体上有焊接的U型槽，U型槽上有螺纹孔，通过螺钉穿过螺纹孔固定住控角电机10的一端，控角电机10的输出轴与主动带轮Ⅰ11的轴采用法兰连接。连接机构壳体16的中间部分有两根连接杆15，张紧轮13的轴固定在两根连接杆15之间，改向带轮Ⅰ14固定连接机构壳体16的左下端，第一同步带绕在主动带轮Ⅰ11、张紧轮13和同改向带轮Ⅰ14上。

进一步，张紧轮13所在的轴通过两根连杆15连接，连杆15上具有滑槽，可以通过调节滑槽与连接机构壳体16固定的相对位置，来调节同步带轮13与连接机构2的高度，实现调节第一同步带张紧度的功能，可以包容标准件与非标结构件的不兼容之处。

具体的，重点参阅图5～图7，穿刺机构3整体上有三个主体结构件：穿刺机构右壳体26、穿刺机构左壳体27和穿刺机构支撑板21。穿刺机构右壳体26、穿刺机构左壳体27和穿刺机构支撑板21上均开有螺纹孔，通过螺钉来连接。穿刺机构左壳体27的底板上开有线性螺纹孔用于固定直线导轨Ⅱ(含滑块)31，直线导轨Ⅱ31上的滑块与针筒连接件30通过螺钉连接，同时将第二同步带固定在直线导轨Ⅱ31的滑块上，本发明设计的针筒连接件30可以将穿刺针29的针筒卡紧，针筒盖28也将穿刺针29的针筒卡紧，再用魔术贴将针筒盖28与针筒紧贴，保证在穿刺的过程中穿刺针29不会松动。穿刺机构右壳体26上开有两个轴孔，至下而上分别用于固定主动带轮Ⅲ20、改向带轮Ⅲ22。穿刺机构左壳体27的上开有两个轴孔并在穿刺机构右壳体26以及穿刺机构支撑板21的对应位置开有相应的轴孔，至下而上分别固定主动带轮Ⅱ25、改向带轮Ⅱ23。在穿刺机构支撑板21上开有若干线性螺纹孔，用于固定直线导轨Ⅲ(含滑块)33，直线导轨Ⅲ33上的滑块与活塞连接件32通过螺钉连接，活塞连接件32将第三同步带固定直线导轨Ⅲ33的滑块上，活塞连接件32与穿刺针29的活塞固接。穿刺机构右壳体26壳体上的两个相邻面上分别焊接有两个U型槽，焊接U型槽的位置分别对应在主动带轮Ⅱ25和主动带轮Ⅲ20轴所在的位置，用于固定住控筒电机24和控塞电机19的一端，控筒电机24的输出端与主动带轮Ⅱ25的轴相连，控塞电机19的输出端与主动带轮Ⅲ20的轴相连，电机输出轴与主动带轮的轴均采用法兰连接。直线导轨Ⅱ(含滑块)31和直线导轨Ⅲ(滑块)33分别对应布置在两个不同的面上，而不是在同一平面，这样布置的目的是为了通过合理的空间布置，缩小整体结构的大小，减小空间的占用。

进一步，控角电机10、控筒电机24和控塞电机19均电连接到电机控制系统上，三个电机的输出端的另一侧均装有编码器，编码器均与电机控制系统电连接，编码器将采集到的电机转速反馈到电机控制系统上，形成闭环控制，使得电机控制更加精确。

进一步，所述紧固件I4上设置有电机控制系统的控制按钮，紧固件I4上的控制按钮与电机控制系统电连接，将电机控制系统的操作按钮设置紧固件I4上是为了方便医生在手持装置进行操作的情况下能够直接通过超声探头1上的控制按钮进行多角度穿刺、抽取和注射，而不受限与操作系统的位置限制独立完成操作，极大的提升了操作的便捷性。

本发明的一种基于微电机控制的共面约束超声引导穿刺装置的实施例工作流程如下：根据超声探头1所探测的图像，医生操作电机控制系统驱动控角电机10，控角电机10带动主动带轮Ⅰ11转动，主动带轮Ⅰ11带动张紧轮13、改向带轮Ⅰ14转动，并带动第一同步带，第一同步带带动直线导轨Ⅰ17的滑块上下运动，直线导轨Ⅰ17的滑块上下运动通过连接杆8转化为穿刺机构3的转动，达到自动调节穿刺角度的目的，实现共面约束，电机-主动带轮-张紧轮-改向带轮-同步带-直线滑轨-推杆机构，这样传动方式可以实现较大的传动比，使用很小的电机驱动较重的机构，调节过程能保持自锁。将穿刺机构3调节到合适角度后，电机控制系统驱动控筒电机24和控塞电机19带动主动带轮Ⅱ25和主动带轮Ⅲ20，主动带轮Ⅱ25带动改向带轮Ⅱ23转动，并带动第二同步带，第二同步带带动直线导轨Ⅱ31的滑块上下运动，直线导轨Ⅱ31的滑块上下运动通过针筒连接件30带动穿刺针29的针筒上下运动，主动带轮Ⅲ20带动改向带轮Ⅲ22转动，并带动第三同步带，第三同步带带动直线导轨Ⅲ33的滑块上下运动，直线导轨Ⅲ33的滑块上下运动通过活塞连接件32带动穿刺针29的活塞上下运动。电机控制系统控制控筒电机24和控塞电机19的同步转动且转速相同时，穿刺针29的针筒和活塞无相对运动，完成穿刺功能。电机控制系统控制控筒电机24和控塞电机19的同步转动且转速相同时进行穿刺，到达指定穿刺位置后，停止控筒电机24的转动，只启动控塞电机19实现穿刺针29的活塞的独立运动，控塞电机19反转进行抽取，控塞电机19正转进行注射。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。