一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置
阅读说明：本技术 一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置 (Multifunctional automatic needle inserting device for temporary brachytherapy ) 是由 张锦平 金辉 姚进 于 2021-03-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及医疗器械技术领域,具体地说是一种在临时性近距离放疗中能自动地将插植针插入人体组织、自动拔针芯、自动更换插植针的多功能自动插针装置；能改善医生插针主要依靠手感与经验判断带来的不稳定、不准确等问题；装置包括多自由度机器人(1)、短距离移动单元(2)、移动夹紧单元、引导模单元、夹紧单元；多自由度机器人(1)的作用是将末端装置移动到合适的位置；短距离移动端元(2)的作用是完成进针、取针芯所需的直线运动；移动夹紧单元的作用是夹紧插植针(7),使短距离移动单元(2)的直线运动能传递到插植针(7)上；引导模单元的作用是提供导向；夹紧单元的作用是控制引导模闭合与张开,并且夹紧插植针。(The invention relates to the technical field of medical instruments, in particular to a multifunctional automatic needle inserting device which can automatically insert an inserting needle into human tissues, automatically pull out a needle core and automatically replace the inserting needle in temporary brachytherapy; the problems of instability, inaccuracy and the like caused by the fact that the doctor inserts the needle mainly depends on hand feeling and experience judgment can be solved; the device comprises a multi-degree-of-freedom robot (1), a short-distance moving unit (2), a moving clamping unit, a guide die unit and a clamping unit; the multi-degree-of-freedom robot (1) is used for moving the end device to a proper position; the short-distance moving end member (2) is used for completing the linear motion required by needle insertion and needle core taking; the movable clamping unit is used for clamping the inserting needle (7) so that the linear motion of the short-distance moving unit (2) can be transmitted to the inserting needle (7); the guide die unit is used for providing guidance; the clamping unit is used for controlling the guide die to close and open and clamping the insertion needle.)
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种在临时性近距离放疗中能自动地将插植针插入人体组织、自动拔针芯、自动更换插植针的多功能自动插针装置。
背景技术
在临时性近距离放射治疗中，例如宫颈癌近距离放射治疗、前列腺癌近距离放射治疗，需要使用插植针，插植针在人体组织中，给强放射性粒子创造移动空间；插植针是一个细小的盲孔塑料管，内含有针芯，能提高插植针的抗弯能力，针芯并未完全没入盲孔塑料管，针芯的尾端在盲孔塑料管的外面；在将插植针插入人体组织的手术过程中，针芯预先被放入盲孔塑料管中，医生手持插植针，在辅助工具的帮助下将插植针插入人体组织合适的深度，然后医生一手捏紧盲孔塑料管，一手抓住针芯末端拔钢针；插完一根针之后，医生会根据需要再插入合适数量的插植针；以宫颈癌近距离放射治疗为例，插植针的长度约为24厘米，插植针要先进入阴道10厘米左右，这个过程中进针不会遇到阻力，插植针在插入宫颈口组织的过程中，插植针会受到阻力，面临弯曲变形的风险。
目前近距离放射治疗插针手术一般由医生手工操作，相关的辅助工具多是用于定位的模板，例如中国专利CN202010943366.8公开的一种宫颈癌组织间插植针可形变施源器模板。
在医生手动插针的过程中，由于医生插针主要依靠手感与经验判断，角度偏差、组织穿孔、针道偏移、劳动强度大等问题比较严重，影响插植针植入的准确度。
目前也有自动的辅助装置，例如中国专利CN201610925350.8公开的一种肿瘤放疗粒子植入辅助自动定位机构，它可以准确定位放疗粒子植入模板，带来的好处是提高了模板定位精度、提高了定位调节的速度。
发明内容
本发明针对临时性近距离放射治疗中医生插针主要依靠手感与经验判断，角度偏差、组织穿孔、针道偏移、劳动强度大等问题比较严重，影响插植针植入的准确度的问题，提出了一种在临时性近距离放疗中能自动地将插植针插入人体组织、自动拔针芯、自动更换插植针的多功能自动插针装置。
本发明提出的一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置包括多自由度机器人、短距离移动单元、移动夹紧单元、引导模单元、夹紧单元；装置的功能是自动完成临时性近距离放疗插针工作，其工作流程是：夹取插植针、进针、拔针芯、放针芯；多自由度机器人的作用是将末端装置移动到合适的位置，增大运动范围；短距离移动端元的作用是提供直线运动，完成进针、取针芯所需的直线运动；移动夹紧单元的作用是夹紧插植针，使短距离移动单元的直线运动能传递到插植针上；引导模单元的作用是提供导向，减少插植针的弯曲；夹紧单元的作用是控制引导模闭合与张开，并且夹紧插植针。
一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置包括多自由度机器人、短距离移动单元、移动夹紧单元、引导模单元、夹紧单元；多自由度机器人与固定的平台形成固定连接，短距离移动单元与多自由度机器人末端形成固定连接，移动夹紧单元与短距离移动单元形成移动副，引导模单元与短距离移动单元形成固定连接，夹紧单元与短距离移动单元形成固定连接。
所述移动夹紧单元与短距离移动单元之间的移动副可以通过丝杆螺母、电动缸、气缸、液压缸、直线马达等实现。
所述移动夹紧单元包括滑块、下夹紧板、上夹紧板、夹紧滑块；滑块与短距离移动单元形成移动副，移动夹紧单元可以在短距离移动单元上移动；下夹紧板与滑块形成固定连接；上夹紧板与夹紧滑块形成固定连接；夹紧滑块与滑块形成移动副，夹紧滑块运动时，上夹紧板与下夹紧板分离或靠近，可以松开或夹紧插植针；上夹紧板与下夹紧板可夹紧插植针尾端的针芯，并与插植针尾端的针芯形成形状配合，从而牢固地夹紧插植针的针芯。
所述引导模单元包括引导模下半、引导模上半、引导模配合滑块、引导模驱动滑块；引导模下半与短距离移动单元形成固定连接；引导模下半与引导模配合滑块之间形成移动副；引导模配合滑块与引导模上半形成固定连接，相当于引导模上半与引导模下半形成移动副；引导模上半与引导模驱动滑块形成移动副；引导模驱动滑块与夹紧单元滑块形成固定连接，夹紧单元滑块运动可以控制引导模上半运动。
所述夹紧单元包括夹紧单元滑块；夹紧单元滑块与短距离移动单元形成移动副，与引导模驱动滑块形成固定连接。
所述引导模上半与引导模下半都有半圆形的槽，当它们闭合时，半圆形的槽形成一个圆孔，形成导向通道，插植针可进入其中；引导模单元在夹紧单元滑块驱动下，引导模上半与引导模下半可分离或闭合。
所述一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置可以夹取插植针，其步骤如下：首先所有插植针被放置在合适的位置；然后多自由度机器人将装置末端移动到合适位置，移动夹紧单元移动到短距离移动单元的后端，使插植针处于下夹紧板与上夹紧板之间，然后夹紧滑块运动，使上夹紧板与下夹紧板夹紧插植针。
所述移动夹紧单元可以使插植针向前移动一段距离，其步骤如下：首先移动夹紧单元移动到短距离移动单元的后端，然后移动夹紧单元的夹紧滑块运动使下夹紧板与上夹紧板夹紧插植针，然后移动夹紧单元整体向前移动。
所述移动夹紧单元可以使插植针向前移动一大段距离，其长度可以大于移动夹紧单元与短距离移动单元的移动副的行程，具体步骤如下：首先夹紧移动单元使插植针向前移动一段距离；然后夹紧滑块运动，松开插植针；然后移动夹紧单元向后移动；然后夹紧滑块运动，移动夹紧单元再使插植针向前移动一段距离；移动夹紧单元的夹紧滑块与滑块配合循环工作，可使插植针向前移动一大段距离。
所述一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置可以拔出针芯，拔针芯前的状态是移动夹紧单元夹紧插植针尾端，使插植针进入人体组织一定深度后，在此基础上其步骤如下：首先夹紧单元滑块运动，在保持引导模下半与引导模上半闭合的基础上，夹紧单元滑块进一步地夹紧插植针塑料外壳；然后移动夹紧单元向后运动，使针芯从插植针塑料外壳中拔出一定距离；然后移动夹紧单元向前移动；然后移动夹紧单元夹紧针芯；然后移动夹紧单元向后移动；如此反复进行，直到将针芯从插植针中完全取出。
所述一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置完成自动插针工作的步骤如下：首先夹取插植针，然后在夹紧单元滑块驱动下，引导模上半与引导模下半闭合，形成导向通道；然后多自由度机器人完成定位工作，使插植针沿着设计的针道；然后使插植针向前运动一大段距离；然后移动夹紧单元夹紧插植针的尾端，再使插植针缓慢地向前运动，插入人体组织一定深度；然后拔出针芯；然后引导模上半与引导模下半分离，插植针塑料外壳与装置的相互作用力减小，方便引导模单元与插植针塑料外壳分离；然后将针芯放置到指定位置。
本发明地有益效果是：1）可以实现临时性近距离放疗自动插针，按照顺序自动完成夹取插植针、进针、取针芯等工作；2）多自由度机器人末端上的执行器的移动夹紧单元是往复工作的，短距离移动单元的行程小，却可以使插植针大范围移动，整个装置更加小巧、质量更轻。
附图说明
图1是临时性近距离放疗多功能自动插针装置的简图。
图2是临时性近距离放疗多功能自动插针装置夹紧单元第二状态的简图。
图3是引导模上半与引导模下半的局部结构图。
图4是临时性近距离放疗多功能自动插针装置夹取插植针的示意图。
图5是临时性近距离放疗多功能自动插针装置拔针芯的示意图。
图6是引导模单元与夹紧单元第一状态的结构图。
图7是引导模单元与夹紧单元接触面的示意图。
图8是引导模单元与夹紧单元第二状态的结构图。
主要符号说明：1.多自由度机器人、2.短距离移动单元、3.滑块、4.夹紧滑块、5.下夹紧板、6.上夹紧板、7.插植针、8.夹紧单元滑块、9.引导模驱动滑块、10.引导模上半、11.引导模下半、12.引导模配合滑块、13.引导模上半推板、14.弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
第一个实施例：如图1所示，一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置包括多自由度机器人1、短距离移动单元2、移动夹紧单元、引导模单元、夹紧单元；多自由度机器人1与固定的平台形成固定连接，短距离移动单元2与多自由度机器人1的末端形成固定连接，移动夹紧单元与短距离移动单元2形成移动副，引导模单元与短距离移动单元2形成固定连接，夹紧单元与短距离移动单元形成固定连接。
所述移动夹紧单元与短距离移动单元2之间的移动副可以通过丝杆螺母、电动缸、气缸、液压缸、直线马达等实现。
所述移动夹紧单元包括滑块3、下夹紧板5、上夹紧板6、夹紧滑块4；滑块3与短距离移动单元2形成移动副，移动夹紧单元可以在短距离移动单元2上移动；下夹紧板5与滑块3形成固定连接；上夹紧板6与夹紧滑块4形成固定连接；夹紧滑块4与滑块3形成移动副，夹紧滑块4运动时，上夹紧板6与下夹紧板5分离或靠近，可以松开或夹紧插植针7；上夹紧板6与下夹紧板5可夹紧插植针7的尾端的针芯，并与插植针7的尾端的针芯形成形状配合，从而牢固地夹紧插植针7的针芯。
所述引导模单元包括引导模下半11、引导模上半10、引导模配合滑块12、引导模驱动滑块9；引导模下半11与短距离移动单元2形成固定连接；引导模下半11与引导模配合滑块12之间形成移动副；引导模配合滑块12与引导模上半10形成固定连接，相当于引导模上半10与引导模下半11形成移动副；引导模上半10与引导模驱动滑块9形成移动副，引导模驱动滑块9与夹紧单元滑块8形成固定连接，夹紧单元滑块8运动可以控制引导模上半10运动；引导模上半10与引导模驱动滑块9形成移动副具有两个不同的状态，夹紧单元滑块8的位置在一定范围内，如图1所示，该移动副的方向是倾斜的，移动副的方向与夹紧单元滑块8的移动方向不同，此时夹紧单元滑块8运动会使引导模上半10运动，如图2所示，若夹紧单元滑块8向下运动到一定范围，该移动副的方向是竖直的，移动副的方向与夹紧单元滑块8的移动方向相同，此时夹紧单元滑块8运动不会使引导模上半10运动。
所述夹紧单元包括夹紧单元滑块8；夹紧单元滑块8与短距离移动单元2形成移动副，与引导模驱动滑块9形成固定连接。
如图3所示，所述引导模上半10与引导模下半11都有半圆形的槽，当它们闭合时，半圆形的槽形成一个圆孔，形成导向通道，插植针7可进入其中；引导模单元在夹紧单元滑块8驱动下，引导模上半10与引导模下半11可分离或闭合；引导模上半10具有凸台，引导模下半11具有槽，引导模上半10的凸台可插入引导模下半11的槽中，形成移动副。
如图4所示，所述一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置可以夹取插植针，其步骤如下：首先所有插植针7被放置在合适的位置；然后多自由度机器人1将装置末端移动到合适位置，移动夹紧单元移动到短距离移动单元2的后端，使插植针7处于下夹紧板5与上夹紧板6之间，然后夹紧滑块4运动，使上夹紧板6与下夹紧板5夹紧插植针7。
如图1所示，所述移动夹紧单元可以使插植针7向前移动一段距离，其步骤如下：首先移动夹紧单元移动到短距离移动单元2的后端，然后移动夹紧单元的夹紧滑块4运动使下夹紧板5与上夹紧板6夹紧插植针7，然后移动夹紧单元整体向前移动。
所述移动夹紧单元可以使插植针7向前移动一大段距离，其长度可以大于移动夹紧单元与短距离移动单元2的移动副的行程，具体步骤如下：首先夹紧移动单元使插植针7向前移动一段距离；然后夹紧滑块4运动，松开插植针7；然后移动夹紧单元向后移动；然后夹紧滑块4运动，移动夹紧单元再使插植针7向前移动一段距离；移动夹紧单元的夹紧滑块4与滑块3配合循环工作，可使插植针7向前移动一大段距离。
所述一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置可以拔出针芯，如图5所示，拔针芯前的状态是移动夹紧单元夹紧插植针7的尾端，使插植针进入人体组织一定深度后，在此基础上其步骤如下：首先夹紧单元滑块8运动，在保持引导模下半11与引导模上半10闭合的基础上，夹紧单元滑块8进一步地向下运动从而夹紧插植针7的塑料外壳；然后移动夹紧单元向后运动，使针芯从插植针7的塑料外壳中拔出一定距离；然后移动夹紧单元向前移动；然后移动夹紧单元夹紧针芯；然后移动夹紧单元向后移动；如此反复进行，直到将针芯从插植针7中完全取出。
所述一种临时性近距离放疗多功能自动插针装置完成自动插针工作的步骤如下：首先夹取插植针7，然后在夹紧单元滑块8驱动下，引导模上半10与引导模下半11闭合，形成导向通道；然后多自由度机器人1完成定位工作，使插植针7沿着设计的针道；然后使插植针7向前运动一大段距离；然后移动夹紧单元夹紧插植针7的尾端，再使插植针7缓慢地向前运动，插入人体组织一定深度；然后拔出针芯；然后引导模上半10与引导模下半11分离，插植针7的塑料外壳与装置的相互作用力减小，方便引导模单元与插植针塑料外壳分离；并且将针芯放置到指定位置。
引导模单元与夹紧单元的具体结构可以如图6与图7所示，引导模上半推板13与短距离移动单元2形成移动副，引导模上半推板13与弹簧14形成固定连接，引导模上半推板13与引导模上半10接触而形成移动副；弹簧14与短距离移动单元2形成固定连接；此时，引导模上半10与引导模下半11处于分离状态，引导模上半10与夹紧单元滑块8之间的移动副是由斜面接触形成的，移动副的方向与夹紧单元滑块8的移动方向不同，夹紧单元滑块8运动会带动引导模上半10运动。
引导模单元与夹紧单元的第二状态如图8所示，此时夹紧单元滑块8向下运动，使引导模上半10与夹紧单元滑块8之间的移动副由两个竖直面接触形成，移动副的方向与夹紧单元滑块8的移动方向相同，夹紧单元滑块8运动不会带动引导模上半10运动。
弹簧14一直处于受拉状态，弹簧14与引导模上半推板13的作用是确保引导模上半10与夹紧单元滑块8不分离，它们之间的移动副一直存在。
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