專利名稱：一種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，涉及一種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置。
背景技術(shù)：
微創(chuàng)外科是21世紀(jì)外科學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目和重要課題之一，而穿刺針是微創(chuàng)外科手術(shù)中最基本、最常用的器械之一。在實(shí)施使用穿刺針的微創(chuàng)外科手術(shù)時(shí)，為了避免醫(yī)源性損傷，在穿刺針的刺入過程中，需要避開重要的器官、骨骼和血管等組織。然而，有些病灶被諸如骨骼和血管等體內(nèi)組織阻擋或包圍時(shí)，現(xiàn)有的直針不能經(jīng)由皮膚穿刺進(jìn)入病變部位，或者穿刺會造成較大的醫(yī)源性損傷。所以，急需一種可靠的、可彎曲、可導(dǎo)航的穿刺針和導(dǎo)航裝置來完成微創(chuàng)外科手術(shù)。磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針是一種易于導(dǎo)航，可較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜彎曲穿刺路徑的穿刺針。由于人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了避免在磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型針穿刺過程中造成更大的醫(yī)源性損傷，必須保證驅(qū)動的平穩(wěn)性以及可控性，這就要求外部磁場必須是均勻的，而且易于調(diào)節(jié)方向等。當(dāng)前，通常利用組合線圈在其內(nèi)部區(qū)域得到所需要的磁場，但是直流線圈發(fā)熱將消耗大部分能量。目前，國內(nèi)外對利用磁導(dǎo)航技術(shù)對穿刺針進(jìn)行導(dǎo)航的研究剛剛開始，僅香港大學(xué)的陳永華博士研究的順從針課題對此做過前期相關(guān)理論工作，尚無其他人士對其做研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置，其目的是為磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針提供在人體內(nèi)進(jìn)行非直通道穿刺時(shí)對其穿刺路徑和穿刺位置的精確導(dǎo)航和控制。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置，包括底座、圓環(huán)、升降柱及永磁體， 在底座上豎直固裝圓環(huán)，在圓環(huán)上同軸向均布間隔固裝有升降柱，在每一升降柱的前端部均安裝有一永磁體，該永磁體設(shè)置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。而且，所述升降柱為多個(gè)伸縮桿同軸滑動安裝在一起，后端的伸縮桿固裝在圓環(huán)上，在升降柱前端的伸縮桿內(nèi)安裝有一永磁體電機(jī)，該永磁體電機(jī)的輸出軸的端部固裝永磁體，在升降柱前端的伸縮桿內(nèi)固裝一同軸的絲杠的前端，在絲杠的后端嚙合安裝一絲母， 該絲母嚙合一固裝在升降柱后端的伸縮桿上的一齒輪，該齒輪由安裝在升降柱后端的伸縮桿上的伺服電機(jī)驅(qū)動。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是I、本導(dǎo)航磁場所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度由永磁體數(shù)量、陣列直徑、永磁體的平移量等因素決定，調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向，可以使穿刺針的頭節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度，并帶動后面的針節(jié)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而可實(shí)現(xiàn)針的精準(zhǔn)定位，達(dá)到控制其運(yùn)動路徑的目的。2、本發(fā)明提出的基于永磁陣列的導(dǎo)航磁場，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向在三維空間內(nèi)可調(diào)，大小在一定范圍內(nèi)可控，能夠?qū)崿F(xiàn)對磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針的精確導(dǎo)航，可控制磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針在活檢、引流、抽吸、注射等診療任務(wù)中的穿刺路徑，尤其適用于非直線型穿刺路徑的導(dǎo)航控制。
圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為圖I的右視圖；圖3為圖2的A-A向截面放大剖視圖；圖4為本發(fā)明所使用的穿刺針的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的， 不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。—種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置,參見圖I、圖2,包括底座3、圓環(huán)I、 升降柱4及永磁體2，在底座上豎直固裝圓環(huán)，在圓環(huán)上同軸向均布固裝有升降柱，該升降柱的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，本實(shí)施例附圖中為六個(gè)；在每一升降柱的前端部均安裝有一永磁體，該永磁體設(shè)置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。升降柱的結(jié)構(gòu)參見圖3，升降柱固裝在圓環(huán)上，升降柱為多個(gè)伸縮桿同軸滑動安裝在一起，本實(shí)施例附圖中為三個(gè)同軸的伸縮桿，后端的伸縮桿固裝在圓環(huán)上。在升降柱前端的伸縮桿內(nèi)安裝有一永磁體電機(jī)5,該永磁體電機(jī)的輸出軸的端部固裝永磁體，以實(shí)現(xiàn)永磁體在永磁體電機(jī)的驅(qū)動下徑向擺轉(zhuǎn)。在升降柱前端的伸縮桿內(nèi)固裝一同軸的絲杠6的前端，該絲杠同軸設(shè)置在升降柱內(nèi)，在絲杠的后端嚙合安裝一絲母7，該絲母嚙合一固裝在升降柱后端的伸縮桿上的一齒輪8，該齒輪由安裝在升降柱后端的伸縮桿上的伺服電機(jī)9驅(qū)動，由此實(shí)現(xiàn)在伺服電機(jī)的驅(qū)動下，齒輪嚙合絲母，絲母轉(zhuǎn)動嚙合絲杠轉(zhuǎn)動，使絲杠在升降柱內(nèi)左右位移，由此帶動升降柱前端的伸縮桿在后部的伸縮桿內(nèi)的伸縮，也就實(shí)現(xiàn)了永磁體在圓環(huán)軸向上的位移。每個(gè)永磁體能繞自身中心在圓環(huán)徑向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且能在與圓環(huán)的軸向上位移，從而在陣列中心形成三維可控磁場。圓環(huán)的材料沒有特殊要求，可以用鋼、鐵或鋁等。本發(fā)明所使用的穿刺針的結(jié)構(gòu)參見圖4，由磁性頭節(jié)、關(guān)節(jié)及針節(jié)構(gòu)成，在關(guān)節(jié)的前端通過針節(jié)安裝磁性頭節(jié)，在磁性頭節(jié)后部的各關(guān)節(jié)之間也安裝針節(jié)。穿刺針的結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。本實(shí)施例中，三對永磁體分別安裝在六個(gè)升降柱的前端，升降柱在圓環(huán)上的位置與升降柱的長度共同決定了永磁體之間的相對位置。升降柱在長度上平移運(yùn)動時(shí)，控制升降柱上的永磁體的相對位置，使所有永磁體的中心點(diǎn)都在同一個(gè)平面上。當(dāng)此平面平行于圓環(huán)，所有永磁體形成一個(gè)純圓周陣列；當(dāng)此平面不平行于圓環(huán)時(shí)，所有永磁體形成一個(gè)橢圓周陣列。這樣，由所有永磁體共同形成的磁場方向在三維空間內(nèi)得到控制。本發(fā)明的工作原理是當(dāng)永磁體數(shù)量為六個(gè)時(shí)，永磁陣列由三對永磁體組成，排列成一個(gè)圓周，陣列中任意點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于所有永磁體在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之和。陣列中部較大區(qū)域內(nèi)的磁力線分布均勻，幾乎呈平行狀態(tài)，也就是說，陣列圓內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是比較均勻的。在陣列平面內(nèi)圍繞升降柱轉(zhuǎn)動永磁體時(shí)，陣列內(nèi)部的磁力線也跟著轉(zhuǎn)動相同的角度，但轉(zhuǎn)動方向與永磁體相反。當(dāng)陣列直徑確定后，永磁體陣列中心區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不隨永磁體的轉(zhuǎn)動而變化，只與永磁體數(shù)量呈現(xiàn)線性關(guān)系。通過調(diào)整陣列永磁體數(shù)量以及陣列直徑大小，就可以獲得一定范圍內(nèi)的磁場強(qiáng)度，從而得到二維可控磁場。通過升降柱分別使永磁體沿著各自的軸向平移，平移過程中始終保持每個(gè)永磁體的體積中心點(diǎn)在同一平面內(nèi)，這樣就能得到三維可控的導(dǎo)航磁場。本發(fā)明涉及的磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針如圖4所示，由磁性頭節(jié)和若干針節(jié)及柔性關(guān)節(jié)構(gòu)成。在穿刺過程中，在三維可控導(dǎo)航磁場的作用下，穿刺針頭節(jié)上會受到相應(yīng)的磁場力而改變插入方向。
權(quán)利要求
1.一種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置，其特征在于包括底座、圓環(huán)、升降柱及永磁體，在底座上豎直固裝圓環(huán)，在圓環(huán)上同軸向均布間隔固裝有升降柱，在每一升降柱的前端部均安裝有一永磁體，該永磁體設(shè)置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置，其特征在于所述升降柱為多個(gè)伸縮桿同軸滑動安裝在一起，后端的伸縮桿固裝在圓環(huán)上，在升降柱前端的伸縮桿內(nèi)安裝有一永磁體電機(jī)，該永磁體電機(jī)的輸出軸的端部固裝永磁體，在升降柱前端的伸縮桿內(nèi)固裝一同軸的絲杠的前端，在絲杠的后端嚙合安裝一絲母，該絲母嚙合一固裝在升降柱后端的伸縮桿上的一齒輪，該齒輪由安裝在升降柱后端的伸縮桿上的伺服電機(jī)驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于永磁陣列的三維導(dǎo)航可控磁場裝置，包括底座、圓環(huán)、升降柱及永磁體，在底座上豎直固裝圓環(huán)，在圓環(huán)上同軸向均布間隔固裝有升降柱，在每一升降柱的前端部均安裝有一永磁體，該永磁體設(shè)置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。本導(dǎo)航磁場裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向在三維空間內(nèi)可調(diào)，大小在一定范圍內(nèi)可控，能夠?qū)崿F(xiàn)對磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針的精確導(dǎo)航，可控制磁導(dǎo)航式關(guān)節(jié)型穿刺針在活檢、引流、抽吸、注射等診療任務(wù)中的穿刺路徑，尤其適用于非直線型穿刺路徑的導(dǎo)航控制。
文檔編號A61B17/00GK102579088SQ20121001080
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者周宗國, 張銳, 李達(dá), 殷豈龍, 王以忠, 陳永華, 黃華芳 申請人:天津科技大學(xué)