專利名稱：一種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于醫(yī)學領域，涉及一種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置。
背景技術：
微創(chuàng)外科是21世紀外科學發(fā)展的重點項目和重要課題之一，而穿刺針是微創(chuàng)外科手術中最基本、最常用的器械之一。在 實施使用穿刺針的微創(chuàng)外科手術時，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組織阻擋或包圍時，現有的直針不能經由皮膚穿刺進入病變部位，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、可導航的穿刺針和導航裝置來完成微創(chuàng)外科手術。磁導航式關節(jié)型穿刺針是一種易于導航，可較準確地實現復雜彎曲穿刺路徑的穿刺針。由于人體結構復雜，為了避免在磁導航式關節(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，而且易于調節(jié)方向等。當前，通常利用組合線圈在其內部區(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，國內外對利用磁導航技術對穿刺針進行導航的研究剛剛開始，僅香港大學的陳永華博士研究的順從針課題對此做過前期相關理論工作，尚無其他人士對其做研究。

實用新型內容本實用新型所要解決的問題是提供一種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置，其目的是為磁導航式關節(jié)型穿刺針提供在人體內進行非直通道穿刺時對其穿刺路徑和穿刺位置的精確導航和控制。為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案為一種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置，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，該永磁體設置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。而且，所述升降柱為多個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安裝有一永磁體電機，該永磁體電機的輸出軸的端部固裝永磁體，在升降柱前端的伸縮桿內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驅動。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是I、本導航磁場所產生的磁感應強度由永磁體數量、陣列直徑、永磁體的平移量等因素決定，調節(jié)磁感應強度的大小和方向，可以使穿刺針的頭節(jié)產生相應的偏轉角度，并帶動后面的針節(jié)發(fā)生偏轉，從而可實現針的精準定位，達到控制其運動路徑的目的。2、本實用新型提出的基于永磁陣列的導航磁場，其磁感應強度的方向在三維空間內可調，大小在一定范圍內可控，能夠實現對磁導航式關節(jié)型穿刺針的精確導航，可控制磁導航式關節(jié)型穿刺針在活檢、引流、抽吸、注射等診療任務中的穿刺路徑，尤其適用于非直線型穿刺路徑的導航控制。

圖I為本實用新型的結構主視圖；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為本實用新型所使用的穿刺針的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本實用新型進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本實用新型的保護范圍。—種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置,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，該升降柱的數量根據實際需要進行設定，本實施例附圖中為六個；在每一升降柱的前端部均安裝有一永磁體，該永磁體設置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。升降柱的結構參見圖3，升降柱固裝在圓環(huán)上，升降柱為多個伸縮桿同軸滑動安裝在一起，本實施例附圖中為三個同軸的伸縮桿，后端的伸縮桿固裝在圓環(huán)上。在升降柱前端的伸縮桿內安裝有一永磁體電機5,該永磁體電機的輸出軸的端部固裝永磁體，以實現永磁體在永磁體電機的驅動下徑向擺轉。在升降柱前端的伸縮桿內固裝一同軸的絲杠6的前端，該絲杠同軸設置在升降柱內，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9驅動，由此實現在伺服電機的驅動下，齒輪嚙合絲母，絲母轉動嚙合絲杠轉動，使絲杠在升降柱內左右位移，由此帶動升降柱前端的伸縮桿在后部的伸縮桿內的伸縮，也就實現了永磁體在圓環(huán)軸向上的位移。每個永磁體能繞自身中心在圓環(huán)徑向的平面內旋轉，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。本實用新型所使用的穿刺針的結構參見圖4，由磁性頭節(jié)、關節(jié)及針節(jié)構成，在關節(jié)的前端通過針節(jié)安裝磁性頭節(jié)，在磁性頭節(jié)后部的各關節(jié)之間也安裝針節(jié)。穿刺針的結構是現有技術，在此不再贅述。本實施例中，三對永磁體分別安裝在六個升降柱的前端，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動時，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都在同一個平面上。當此平面平行于圓環(huán)，所有永磁體形成一個純圓周陣列；當此平面不平行于圓環(huán)時，所有永磁體形成一個橢圓周陣列。這樣，由所有永磁體共同形成的磁場方向在三維空間內得到控制。本實用新型的工作原理是當永磁體數量為六個時，永磁陣列由三對永磁體組成，排列成一個圓周，陣列中任意點的磁感應強度等于所有永磁體在該點產生的磁感應強度之和。陣列中部較大區(qū)域內的磁力線分布均勻，幾乎呈平 行狀態(tài)，也就是說，陣列圓內的磁感應強度是比較均勻的。在陣列平面內圍繞升降柱轉動永磁體時，陣列內部的磁力線也跟著轉動相同的角度，但轉動方向與永磁體相反。當陣列直徑確定后，永磁體陣列中心區(qū)域的磁感應強度大小不隨永磁體的轉動而變化，只與永磁體數量呈現線性關系。通過調整陣列永磁體數量以及陣列直徑大小，就可以獲得一定范圍內的磁場強度，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永磁體的體積中心點在同一平面內，這樣就能得到三維可控的導航磁場。本實用新型涉及的磁導航式關節(jié)型穿刺針如圖4所示，由磁性頭節(jié)和若干針節(jié)及柔性關節(jié)構成。在穿刺過程中，在三維可控導航磁場的作用下，穿刺針頭節(jié)上會受到相應的磁場力而改變插入方向。
權利要求1.一種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置，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，該永磁體設置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。
2.根據權利要求I所述的基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置，其特征在于所述升降柱為多個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安裝有一永磁體電機，該永磁體電機的輸出軸的端部固裝永磁體，在升降柱前端的伸縮桿內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驅動。
專利摘要本實用新型涉及一種基于永磁陣列的三維導航可控磁場裝置，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，該永磁體設置在圓環(huán)同一面的升降柱前端。本導航磁場裝置的磁感應強度的方向在三維空間內可調，大小在一定范圍內可控，能夠實現對磁導航式關節(jié)型穿刺針的精確導航，可控制磁導航式關節(jié)型穿刺針在活檢、引流、抽吸、注射等診療任務中的穿刺路徑，尤其適用于非直線型穿刺路徑的導航控制。
文檔編號A61M25/01GK202437210SQ20122001910
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者周宗國, 張銳, 李達, 殷豈龍, 王以忠, 陳永華, 黃華芳 申請人:天津科技大學