[发明专利]一种用于磁共振成像仪内部的前列腺针刺机构及工作方法

说明书

本发明公开了一种用于磁共振成像仪内部的前列腺针刺机构及工作方法，该机构包括外针旋转单元、内针进给单元和减摩单元。当前列腺穿刺针为刚性针时，可通过减摩单元的高频振动减小针刺过程中的摩擦阻力；当前列腺穿刺针为柔性针时，可通过外针旋转单元控制柔性针的转动实现导向和避障。本发明采用树脂、铝合金等无磁或弱磁材料，不受磁场影响，对图像质量影响较小，具有良好的核磁兼容性；同时采用多种形式的无磁超声电机直接驱动，无运动转换机构，具有结构紧凑、位移控制性好、响应速度快的特点。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种用于磁共振成像仪内部的前列腺针刺机构及工作方法。

背景技术

前列腺疾病是危及男性健康的一类常见疾病。目前针对前列腺疾病的放射性治疗和活组织检查多采用手动针刺方式。基于磁共振成像导航的前列腺针刺机器人相比手动针刺方式，具有更好的可视性、更出色的定位能力。然而，基于磁共振成像导航的前列腺针刺机器人受磁共振成像仪内部有限空间和强磁场环境的影响，其结构的设计、材料和作动器的选择不同于普通医疗机器人。

前列腺针刺手术所用的穿刺针分为刚性针和柔性针，刚性针与柔性针都由两部分组成：外针与内针。其中，刚性针外针使用硬质材料，针管较粗，在穿刺过程中会产生较大摩擦阻力，容易导致软组织变形和移位。柔性针采用细长针管，可减小组织切口，其针尾的运动决定针尖穿行路径，可实现弯曲轨迹，柔性针一般有进针和转针两种运动。前列腺手术机器人上的穿刺针在磁共振图像的导引下，刺入前列腺软组织的病灶靶点，完成药物放置、活检、局部麻醉、放射和消融治疗等操作，因此针刺机构的设计在机器人整体结构中极为关键。

现有的针刺机构多通过带传动或连杆机构实现穿刺针的运动，运动转换机构增加了结构体积，不利于其运行于有限空间，同时结构复杂度的增加也为机构控制带来不便，进而影响了机器人的稳定性和精度。同时，目前的针刺机构多不能实现刚性针与柔性针之间的相互替换。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于磁共振成像仪内部的前列腺针刺机构及工作方法，以解决现有技术中针刺机构多不能实现刚性针与柔性针之间的相互替换的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种用于磁共振成像仪内部的前列腺针刺机构，包括基座、针刺平台、第一直线超声电机，第一位移传感器、外针旋转单元、内针进给单元和减摩单元；其中，

所述针刺平台与底座之间滑动连接；所述外针旋转单元、内针进给单元和减摩单元均放置在针刺平台上，随针刺平台一起前后运动；所述第一直线超声电机固定于基座上；所述第一位移传感器固定于基座上，检测针刺平台相对于基座的位移；

所述第一直线超声电机驱动针刺平台运动，位于其上的驱动足通过预压力与针刺平台接触；

所述外针旋转单元包括：中空超声电机、旋转位移传感器组件、针套、外针、夹持机构及电机支座；所述中空超声电机包含定子与动子，定子与电机支座固连在一起，动子与夹持机构相连；所述针套套设在外针外面，保护外针被夹持机构破坏；所述电机支座与振动板组件固定连接；所述旋转位移传感器组件包含读头与光栅尺，读头固定设于振动板组件上，光栅尺与中空超声电机的动子固定连接，检测中空超声电机的旋转位移；

所述内针进给单元包括：内针、针座、第二直线超声电机及第二位移传感器组件；所述第二直线超声电机包含定子与动子，定子与针刺平台相连，动子与针座相连；动子驱动针座运动，从而推动与针座固定连接的内针；所述第二位移传感器组件包含读头与光栅尺，读头固定设于针刺平台上，光栅尺贴在第一直线超声电机的动子上，检测针座相对于针刺平台的位移；

所述减摩单元包括：压电叠堆组件、振动板组件、预压力调节装置；所述压电叠堆组件由多片压电片组成，压电叠堆组件的底座固定安装在针刺平台上，压电叠堆组件的移动端通过预压力调节装置与振动板组件连接在一起，产生高频振动。