一种磁力辅助的临时性近距离放疗多功能自动插针装置

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。

本发明提出的一种磁力辅助的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、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；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；夹紧单元的作用是固定、夹紧引导模单元，并且夹紧插植针。

一种磁力辅助的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、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，移动单元与多自由度机器人末端形成固定连接，移动夹紧单元与移动单元形成移动副，夹紧单元与移动单元形成移动副，多根插植针与多个引导模单元分别预先组装在一起。

所述移动夹紧单元与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；滑块与移动单元形成移动副，移动夹紧单元可以在移动单元上移动；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；引导模下半与引导模上半内有永磁体，使它们之间存在磁场力，它们之间相互吸引，可以合体形成导向通道；引导模下半与引导模上半合体后，形成的外形与夹紧单元可形成配合，从而实现夹紧单元牢固的夹紧引导模单元。

所述夹紧单元包括下夹紧块、上夹紧块；下夹紧块与移动单元形成移动副，上夹紧块与移动单元形成移动副，下夹紧块与上夹紧块移动，实现相互靠近或分离，能够与引导模单元的形状配合并夹紧引导模单元。

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。

所述下夹紧块与上夹紧块都具有电磁铁，电磁铁工作时，下夹紧块吸引与它接触的引导模下半，上夹紧块吸引与它接触的引导模上半；下夹紧块与上夹紧块再分离，从而使引导模上半与引导模下半分离。

在插植手术前，多根插植针分别与多个引导模单元组装并放置在指定位置，所述引导模上半与引导模下半依靠磁场力合体，并形成导向通道，插植针被预先放入导向通道，引导模单元与插植针之间存在合适的摩擦力而不会轻易地发生相对移动。

所述一种磁力辅助的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：首先引导模单元与插植针组装并放置在指定位置；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。

所述一种磁力辅助的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：首先上夹紧块与下夹紧块运动，在保持引导模下半与引导模上半闭合的基础上，夹紧单元进一步地夹紧插植针塑料外壳，使插植针塑料外壳与夹紧单元不发生相对运动；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；将针芯从插植针中完全取出；然后上夹紧块与下夹紧块的电磁铁工作，下夹紧块吸引与它接触的引导模下半，上夹紧块吸引与它接触的引导模上半，下夹紧块与上夹紧块再分离，从而使引导模上半与引导模下半分离，然后多自由机器人将末端移动到合适位置，将针芯放置到合适的位置，并且上夹紧块与下夹紧块的电磁铁停止工作，使引导模上半、引导模下半从夹紧单元中掉落。

所述一种磁力辅助的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：首先将多根插植针分别与多个引导模单元组装并放置在指定位置，然后夹取插植针；然后上夹紧块与下夹紧块运动，夹紧单元固定引导模单元；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。

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）装置的集成度高，插针效果稳定。

附图说明

图1是磁力辅助的临时性近距离放疗多功能自动插针装置的简图。

图2是磁力辅助的临时性近距离放疗多功能自动插针装置夹取插植针的简图。

图3是引导模下半的结构图。

图4是引导模单元与插植针的组装示意图。

主要符号说明：1.多自由度机器人、2.移动单元、3.滑块、4.夹紧滑块、5.上夹紧板、6.下夹紧板、7.下夹紧块、8.上夹紧块、9.引导模下半、10.引导模上半、11.插植针。

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，一种磁力辅助的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、移动单元2、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11、进针、拔针芯、放针芯；多自由度机器人1与固定的平台形成固定连接，移动单元2与多自由度机器人1的末端形成固定连接，移动夹紧单元与移动单元2形成移动副，夹紧单元与移动单元2形成移动副，多根插植针与多个引导模单元分别预先组装在一起。

所述移动夹紧单元与移动单元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6、上夹紧板5、夹紧滑块4；滑块3与移动单元2形成移动副，移动夹紧单元可以在移动单元2上移动；下夹紧板6与滑块3形成固定连接；上夹紧板5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5与下夹紧板6分离或靠近，可以松开或夹紧插植针11；上夹紧板5与下夹紧板6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9、引导模上半10；引导模下半9与引导模上半10内有永磁体，使它们之间存在磁场力，它们之间相互吸引，可以合体形成导向通道；引导模下半9与引导模上半10合体后，形成的外形与夹紧单元可形成配合，从而实现夹紧单元牢固地夹紧引导模单元。

所述夹紧单元包括下夹紧块7、上夹紧块8；下夹紧块7与移动单元2形成移动副，上夹紧块8与移动单元2形成移动副，下夹紧块7与上夹紧块8移动，实现相互靠近或分离，能够与引导模单元的形状配合并夹紧引导模单元。

如图3与图4所示，所述引导模上半10与引导模下半9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11可进入其中。

所述下夹紧块7与上夹紧块8都具有电磁铁，电磁铁工作时，下夹紧块7吸引与它接触的引导模下半9，上夹紧块8吸引与它接触的引导模上半10；下夹紧块7与上夹紧块8再分离，从而使引导模上半10与引导模下半9分离。

在插植手术前，多根插植针分别与多个引导模单元组装并放置在指定位置，所述引导模上半10与引导模下半9依靠磁场力合体，并形成导向通道，插植针11被预先放入导向通道，引导模单元与插植针11之间存在合适的摩擦力而不会轻易地发生相对移动。

如图2所示，所述一种磁力辅助的临时性近距离放疗多功能自动插针装置可以夹取插植针11，其步骤如下：首先引导模单元与插植针11组装并放置在指定位置；然后多自由度机器人1将末端移动到合适位置，移动夹紧单元移动到移动单元2的后端，使插植针11处于下夹紧板6与上夹紧板5之间，然后夹紧滑块4运动，使上夹紧板5与下夹紧板6夹紧插植针11。

所述移动夹紧单元可以使插植针11向前移动一段距离，其步骤如下：首先移动夹紧单元移动到移动单元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6与上夹紧板5夹紧插植针11，然后移动夹紧单元整体向前移动。

所述一种磁力辅助的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11的尾端，使插植针11进入人体组织一定深度后，在此基础上其步骤如下：首先上夹紧块8与下夹紧块7运动，在保持引导模下半9与引导模上半10闭合的基础上，夹紧单元进一步地夹紧插植针11的塑料外壳，使插植针11与夹紧单元不发生相对运动；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；将针芯从插植针11中完全取出；然后上夹紧块8与下夹紧块7的电磁铁工作，下夹紧块7吸引与它接触的引导模下半9，上夹紧块8吸引与它接触的引导模上半10，下夹紧块7与上夹紧块8再分离，从而使引导模上半10与引导模下半9分离，然后多自由机器人1将末端移动到合适位置，将针芯放置到合适的位置，并且上夹紧块8与下夹紧块7的电磁铁停止工作，使引导模上半10、引导模下半9从夹紧单元中掉落。

所述一种磁力辅助的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：首先将多根插植针分别与多个引导模单元组装并放置在指定位置，然后夹取插植针11；然后上夹紧块8与下夹紧块7运动，夹紧单元固定引导模单元；然后多自由度机器人1完成定位工作，使插植针11沿着设计的针道；然后使插植针11向前运动一段距离；然后移动夹紧单元夹紧插植针11的尾端，再使插植针11缓慢地向前运动，插入人体组织一定深度；然后拔出针芯。