一种用于生物体的可调进针深度辅助电极植入系统及电极植入方法
阅读说明：本技术 一种用于生物体的可调进针深度辅助电极植入系统及电极植入方法 (Auxiliary electrode implantation system and electrode implantation method capable of adjusting needle insertion depth for organism ) 是由 王浩 王绍康 吴锦 方轲 余晨 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于生物体的可调进针深度辅助电极植入系统及电极植入方法,涉及科学实验仪器技术领域。提出了一种可解决现有技术尖锐度不足、无可视化数据、精度不足以及辅助装置无法撤离等问题的用于生物体的可调进针深度辅助电极植入系统及电极植入方法。包括植入端、推进模块、电极夹持模块以及壳体；所述植入端包括针栓和针头,所述针头的尾端与针栓可拆卸的相连接；所述推进模块包括与壳体相连接的第一级推进装置、第二级推进装置,通过所述电极夹持模块夹持电极丝。以实现对电极植入深度的数据化、可视化,有利于对具有良好实验效果的肌肉电极植入位点的复现。实现尖锐植入和较短路径植入,造成的组织损伤较小。(The invention discloses an auxiliary electrode implantation system and an auxiliary electrode implantation method for an organism with adjustable needle insertion depth, and relates to the technical field of scientific experimental instruments. The auxiliary electrode implantation system and the electrode implantation method capable of adjusting the needle insertion depth for the organism can solve the problems that the sharpness is insufficient, visual data is not available, the precision is insufficient, an auxiliary device cannot be evacuated and the like in the prior art. Comprises an implanting end, a pushing module, an electrode clamping module and a shell; the implanting end comprises a pintle and a needle head, and the tail end of the needle head is detachably connected with the pintle; the propelling module comprises a first-stage propelling device and a second-stage propelling device which are connected with the shell, and the electrode wire is clamped through the electrode clamping module. The method realizes the datamation and visualization of the electrode implantation depth, and is favorable for the reproduction of the muscle electrode implantation sites with good experimental effect. The sharp implantation and the short path implantation are realized, and the damage to the tissue is less.)
技术领域
本发明涉及科学实验仪器
技术领域
，具体涉及一种用于生物体的可调进针深度辅助电极植入系统及控制方法。背景技术
在生物体研究领域内，侵入式电极植入技术被广泛使用，尤其是在研究动物各种活动所产生的生理电信号时电极的植入是非常重要的一步，例如：电极的植入位置以及植入深度都会对最终的实验结果产生较大的影响。在电极植入过程中，以尖锐植入端、较快植入速度及较短路径的植入方式造成的组织损伤较小，而对于肌电信号的测量，比较常用的电极是线电极，其自身刚度不够，需要体外辅助植入工具来引领电极植入肌肉组织。
近年来，科研人员对该系统提出了多种完善方案，如：公开号为CN112245802A的中国发明专利申请中提供了一种导丝柄与植入式医疗系统，其是将导丝末端把手与中空的电极固定连接，即电极在外侧包裹着导丝，通过导丝的刚度来支撑和保证电极直线度，从而辅助电极植入。虽然可以对电极植入位点的效果进行测试，但在电极植入完成后不能将导丝抽出，若想要尽量减小装置对实验体的影响，在电极植入后需要将导丝抽出才能进行刺激测试，验证位点，这个过程非常容易导致电极易位，影响实验的精确性。另外从专利描述中可以发现其电极末端是平缓的，自身难以插入实验动物的皮肤，实验中存在一定的局限性。
公开号为CN108433791A的中国发明专利申请中则公布了一种可调进针角度的穿刺装置系统及其控制方法。这种角度可调的电极植入系统，虽然增加了电极植入角度的可操作性，但对于电极植入的深度无法通过数据可视化实现，通常还是需要实验者的感觉和经验判断。
公开号为CN111529924A的中国发明专利申请中提供了一种深部脑刺激电极装置，其电极植入部分采用标准的针芯针管结构，使电极到达目标脑区；再通过将带螺纹的固定套管固定在颅骨打孔点以稳定电极位置。但这种装置的电极植入深度固定，无法进行临时调整。同时把直径较大的套管固定在颅骨上对实验动物的伤害极大，且会使实验动物产生抵触，从而影响实验结果。因此，对于开发一套全新的电极植入系统是必需的，在保证较小的组织损伤的同时，需实现系统的数据可视化和植入的高准确度以及植入后辅助装置的撤离。为未来的动物电极植入手术提供新的方法与操作系统。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种可解决现有技术尖锐度不足、无可视化数据、精度不足以及辅助装置无法撤离等问题的用于生物体的可调进针深度辅助电极植入系统及电极植入方法。
本发明的技术方案为：所述可调进针深度辅助电极植入系统包括植入端、推进模块、电极夹持模块以及壳体4；
所述植入端包括针栓11和针头12，所述针头12的尾端与针栓11可拆卸的相连接；
所述推进模块包括与壳体4相连接的第一级推进装置、第二级推进装置，所述针栓11连接在第一级推进装置上、且在第一级推进装置的带动下相对于壳体4做直线往复运动；所述电极夹持模块连接在第二级推进装置上、且在第二级推进装置的带动下相对于壳体4做直线往复运动，通过所述电极夹持模块夹持电极丝。
所述壳体4上设置有用于体现第一级推进装置位移量的一级刻度41，以及用于体现第二级推进装置位移量的二级刻度42。
所述针头12中开设有用于容置电极丝的轴向通孔120。
所述第一级推进装置包括螺纹管21、空心螺杆22、齿轮驱动机构23以及驱动手柄24；
所述空心螺杆22的一端铰接在壳体4中，所述螺纹管21套接所述空心螺杆22、且与空心螺杆22螺纹连接，所述螺纹管21的外壁上固定连接有限位滑块211，所述外壳4上开设有与螺纹管21相平行的长条形滑孔212，所述限位滑块211滑动连接在所述长条形滑孔212中；
所述齿轮驱动机构23包括相互啮合的主动齿轮以及被动齿轮，所述主动齿轮铰接在壳体中，所述被动齿轮与空心螺杆22固定相连、且二者同轴心；所述驱动手柄24与主动齿轮固定相连；
所述针栓11固定连接在空心螺杆22上，所述一级刻度41处在长条形滑孔212的一侧。
所述第二级推进装置包括螺栓25以及套筒26，所述壳体4远离针头22的一侧设有与其连为一体的连接部，所述连接部中开设有与螺栓25适配的螺纹盲孔，所述螺纹盲孔的孔底开设有与空心螺杆22的中心部相连通的进丝通道；
所述螺栓25呈空心状、且通过螺纹连接在螺纹盲孔中，所述电极夹持模块连接在螺栓25远离连接部的一侧；
所述套筒26套接所述连接部，并且所述套筒26与螺栓25的头部连为一体，所述二级刻度42处在连接部的外壁上。
所述电极夹持模块包括空心螺柱31、三瓣夹32以及带有内螺纹的紧固件33；
所述空心螺柱31固定连接在螺栓25背向连接部的端面上，所述三瓣夹32固定连接在空心螺柱31上，所述紧固件33通过螺纹连接在空心螺柱31上、且紧固件33中开设有与三瓣夹32适配的锥形槽。
所述三瓣夹32、空心螺柱31、螺栓25、连接部、空心螺杆22、螺纹管21、针头12均保持同轴心。
按以下步骤进行电极植入：
S1、初步安装；
S1.1、固定实现对象，确定电极的初步植入位置和针头型号；
S1.2、在所述可调进针深度辅助电极植入系统中装入电极丝；
S1.3、记录针头完全缩回时限位滑块在一级刻度中所处的位置，记为初始位置；
S1.4、根据电极的初步植入位置和针头型号，计算针头的位移量；
S1.5、在初始位置的基础上，结合步骤S1.4计算出的位移量，通过第一级推进装置驱动针头朝向远离壳体的一侧伸出，使得限位滑块的位移达到步骤S1.4计算出的位移量；
S1.6、将第二级推进装置的初始位置归零；
S1.7、将电极丝依次穿过三瓣夹、第一级推进装置、第二级推进装置以及针头，并最终与针头的针尖保持平齐；最后，转动紧固件实现对三瓣夹的锁紧；
S2、初步电极植入：开始电极植入，将针头完全植入生物体内，然后通过第一级推进装置控制针头回缩1-2mm，从而在实验对象中露出电极丝；
S2、测试：测试当前植入点实验效果是否良好；是则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3、修改深度；
S3.1、保持壳体不动，通过第一级推进装置调整针头所在的位置；
S3.2、通过第二级推进装置驱使电极丝与针头的针尖保持平齐；
S3.3、通过第一级推进装置控制针头回缩1-2mm，从而在实验对象中露出电极丝；
S3.4、返回步骤S2；
S4、撤针；
S4.1、通过第一级推进装置控制针头回缩至实验对象之外；
S4.2、使得皮肤表面裸露出的电极丝与实验对象保持固定；
S4.3、转动紧固件松开对三瓣夹的锁紧；
S4.4、移走所述可调进针深度辅助电极植入系统；
S5、开始实验：打开与电极丝相连的外接设备，开始实验。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
一、通过标有精确刻度的两级螺纹式推进模块与电极夹持模块的相互配合，可以实现对电极植入深度的数据化、可视化，有利于对具有良好实验效果的肌肉电极植入位点的复现。
二、通过植入装置实现尖锐植入和较短路径植入，造成的组织损伤较小。
三、依据两级推进装置，可以实现对同一位点不同深度电刺激效果的多次测试，有利于找到效果最好的刺激以及记录位点，极大地提高了电极植入的精度；根据本系统的控制方法，可以防止在撤离辅助装置时植入的电极发生易位，在降低外接设备干扰的同时提高实验的准确性。
附图说明
图1是本案的结构示意图，
图2是图1的俯视图，
图3是图1的B-B向剖视图，
图4是图2的A-A向剖视图，
图5是本案的立体图，
图6是本案的工作流程图；
图中11是针栓，12是针头，120是轴向通孔；
21是螺纹管，211是限位滑块，212是长条形滑孔，22是空心螺杆，23是齿轮驱动机构，24是驱动手柄，25是螺栓，26是套筒；
31是空心螺柱，32是三瓣夹，33是紧固件，4是壳体。
具体实施方式
为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
本发明如图1-6所示，所述可调进针深度辅助电极植入系统包括植入端、推进模块、电极夹持模块以及壳体4；
所述植入端包括针栓11和针头12，所述针头12的尾端与针栓11可拆卸的相连接；具体来说，针头为空心筒状，且尾端为外螺纹结构，所述针栓有内螺纹，可与针头尾端旋紧连接；
所述推进模块包括与壳体4相连接的第一级推进装置、第二级推进装置，所述针栓11连接在第一级推进装置上、且在第一级推进装置的带动下相对于壳体4做直线往复运动；所述电极夹持模块连接在第二级推进装置上、且在第二级推进装置的带动下相对于壳体4做直线往复运动，通过所述电极夹持模块夹持电极丝。
所述壳体4上设置有用于体现第一级推进装置位移量的一级刻度41，以及用于体现第二级推进装置位移量的二级刻度42。其中一级刻度中越靠近针头所在的位置数值越大，同样，二级刻度中越靠近针头所在的位置数值越大。
所述针头12中开设有用于容置电极丝的轴向通孔120。
所述第一级推进装置包括螺纹管21、空心螺杆22、齿轮驱动机构23以及驱动手柄24；
所述空心螺杆22的一端铰接在壳体4中，所述螺纹管21套接所述空心螺杆22、且与空心螺杆22螺纹连接，所述螺纹管21的外壁上固定连接有限位滑块211，所述外壳4上开设有与螺纹管21相平行的长条形滑孔212，所述限位滑块211滑动连接在所述长条形滑孔212中；这样，转动空心螺杆22即可带动螺纹管21相对于壳体做直线往复运动；
所述齿轮驱动机构23包括相互啮合的主动齿轮以及被动齿轮，所述主动齿轮铰接在壳体中，所述被动齿轮与空心螺杆22固定相连、且二者同轴心；所述驱动手柄24与主动齿轮固定相连；这样，操作人员在使用时转动驱动手柄24时，将经过主动齿轮以及从动齿轮带动空心螺杆22绕自身轴心旋转，从带动螺纹管21相对于壳体做直线往复运动；
所述针栓11固定连接在空心螺杆22上，所述一级刻度41处在长条形滑孔212的一侧。这样，随着螺纹管21的直线运动，将带动针栓以及针头往复运动。而处在长条形滑孔212一侧的一级刻度41则可以在限位滑块随螺纹管运动的过程中，直观的体现出限位滑块及针头相对于壳体的位移量，从而在提高精度的同时，获得针头位移量的可视化数据。
所述第二级推进装置包括螺栓25以及套筒26，所述壳体4远离针头22的一侧设有与其连为一体的连接部，所述连接部中开设有与螺栓25适配的螺纹盲孔，所述螺纹盲孔的孔底开设有与空心螺杆22的中心部相连通的进丝通道；
所述螺栓25呈空心状、且通过螺纹连接在螺纹盲孔中，所述电极夹持模块连接在螺栓25远离连接部的一侧；
所述套筒26套接所述连接部，并且所述套筒26与螺栓25的头部连为一体，所述二级刻度42处在连接部的外壁上。这样，拧动螺栓25即可带动电极夹持模块相对于壳体4做直线往复运动，而处在连接部外壁上的二级刻度，则可以在套筒26随螺栓一同运动的过程中，直观的体现出螺栓及电极夹持模块相对于壳体的位移量，同样实现了在提高精度的同时，获得针头位移量的可视化数据的目的。
所述电极夹持模块包括空心螺柱31、三瓣夹32以及带有内螺纹的紧固件33；
所述空心螺柱31固定连接在螺栓25背向连接部的端面上，所述三瓣夹32固定连接在空心螺柱31上，所述紧固件33通过螺纹连接在空心螺柱31上、且紧固件33中开设有与三瓣夹32适配的锥形槽。这样，按住螺栓的同时，转动紧固件，即可使得锥形槽靠近或远离三瓣夹，从而借助锥形槽锁紧或松开三瓣夹，最终借助三瓣夹夹住或松开穿入其中的电极丝。
所述三瓣夹32、空心螺柱31、螺栓25、连接部、空心螺杆22、螺纹管21、针头12均保持同轴心。在针头缩回时，电极夹持模块会保证电极丝和壳体的相对位置不变，针头的内径略大于电极丝，空心螺柱31、螺栓25、连接部、空心螺杆22、螺纹管21的内径均大于针头的内径，而电极丝在装置内部呈一条直线状，其自身略有刚性也不会轻易发生弯曲，因此，本案经过优化的结构设计可以有效的防止撤针时电极丝发生意外的移位。
按以下步骤进行电极植入：
S1、初步安装；
S1.1、固定实现对象，确定电极的初步植入位置和针头型号；
S1.2、在所述可调进针深度辅助电极植入系统中装入电极丝；
S1.3、记录针头完全缩回时限位滑块在一级刻度中所处的位置，记为初始位置；
S1.4、根据电极的初步植入位置和针头型号，计算针头的位移量；
S1.5、在初始位置的基础上，结合步骤S1.4计算出的位移量，通过第一级推进装置驱动针头朝向远离壳体的一侧伸出，使得限位滑块的位移达到步骤S1.4计算出的位移量；
S1.6、将第二级推进装置的初始位置归零，即将第二级推进装置中的套筒朝向针头的端面调整至二级刻度中的起点处；
S1.7、将电极丝依次穿过三瓣夹、第一级推进装置、第二级推进装置以及针头，并最终与针头的针尖保持平齐；最后，转动紧固件实现对三瓣夹的锁紧；
S2、初步电极植入：开始电极植入，将针头完全植入生物体内，然后通过第一级推进装置控制针头回缩1-2mm，从而在实验对象中露出电极丝；
S2、测试：测试当前植入点实验效果是否良好；是则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3、修改深度；
S3.1、保持壳体不动，通过第一级推进装置调整针头所在的位置；
S3.2、通过第二级推进装置驱使电极丝与针头的针尖保持平齐；
S3.3、通过第一级推进装置控制针头回缩1-2mm，从而在实验对象中露出电极丝；
S3.4、返回步骤S2；
S4、撤针；
S4.1、通过第一级推进装置控制针头回缩至实验对象之外；
S4.2、用手或者胶带使得皮肤表面裸露出的电极丝与实验对象保持固定；
S4.3、转动紧固件松开对三瓣夹的锁紧；并临时断开电极丝与外接设的连接；
S4.4、移走所述可调进针深度辅助电极植入系统；
S5、开始实验：在重新完成电极丝与外接设备的连接之后，打开与电极丝相连的外接设备，开始实验。
本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
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