一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置及其使用方法

摘要

一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置及其使用方法。一种便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，包括立柱、第一驱动轴、第一驱动滑块、连接板、主轴头、微量注射器驱动装置和导向器，第一驱动轴和导向器分别设置在立柱同一侧的两端，主轴头和微量注射器驱动装置均固定设置在连接板上，连接板与第一驱动滑块固定连接，第一驱动滑块设置在第一驱动轴上进行滑动；通过夹持范围可调的主轴头用以实现对不同类型、不同型号实验工具的夹持，另外导向器、主轴头和微量注射器驱动装置三者的配合使用保证了实验工具的定位精度，该发明改变了传统技术中需要多个实验夹持工具的问题，简化了夹持工具的设计，避免了多个夹持工具带来的麻烦，同时，该装置使用方便，操作简单，效果显著。

说明书

技术领域

本发明涉及一种便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，尤其涉及一种脑立体定 位仪使用过程中的便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，属于神经外科手术设备技 术领域。

背景技术

科学实验用动物脑立体定位仪是神经解剖、神经生理、神经药理和神经外科等领域 内的重要研究设备，用于完成对神经结构进行定向穿刺、注射、刺激、破坏、引导电位 等操作，可用于帕金森病动物模型建立、癫痫动物模型建立、脑内肿瘤模型建立、学习 记忆、脑内神经干细胞移植、脑缺氧等研究。

动物脑组织实验通常要在同一部位精确完成不同的实验操作，如定向穿刺、注射、 组织提取等。前后几次操作会用到不同的医疗器械，如电钻、穿刺针或注射器械等，此 过程需要先后使用不同的夹持设备。现有的实现方法是在同一台脑立体定位仪上配置多 个脑立体定位仪夹持器，即使用双臂或多臂的脑立体定位仪，在每个臂上仅安装一种夹 持器。

不同实验工具需不同的夹具与多个操作臂连接，多个操作臂需不同的连接装置与脑 立体定位仪连接，增大了设计难度和加工成本。不同夹具、操作臂与连接装置的加工误 差及装配误差，降低了实验器械的定位精度。为使医疗器械基本处于同一立体定位位置， 实验人员通常需要花费很长的时间用于重新调整不同机械臂的精确位置，降低了脑组织 实验特别是新鲜脑组织体外实验的时效性，影响了实验数据的可信度。一般情况下，穿 刺针及微量注射器针头为细长轴，刚性较差，降低了穿刺或注射进针过程的稳定性。目 前，几乎没有设备为穿刺针及微量注射器针头进行导向，针头在进针过程会产生弯曲现 象。

因此，研制一种使用同一部件可实现不同脑组织实验工具便捷更换且保障定位精度 的装置尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障 定位精度的装置。

本发明还提供一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置的使 用方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，包括立柱、第一 驱动轴、第一驱动滑块、连接板、主轴头、微量注射器驱动装置和导向器，其中，所述 第一驱动轴和导向器分别设置在立柱同一侧的两端，所述主轴头和微量注射器驱动装置 均固定设置在连接板上，所述连接板与第一驱动滑块固定连接，所述第一驱动滑块设置 在第一驱动轴上进行滑动；

其中，所述主轴头包括依次连接的固定环、螺纹连接件、中空旋转主轴、实验工具 夹头和动力箱，所述固定环为设置有内螺纹的圆环，所述螺纹连接件设置为一中空的圆 柱体，所述圆柱体上设置有外螺纹，所述圆柱体的一端对称设置两个卡槽，所述圆柱体 的另一端设置有螺钉孔，所述螺纹连接件与固定环之间螺纹连接；所述实验工具夹头一 端同一圆周上均匀设置有三个螺纹孔，所述实验工具夹头另一端设置有调节夹头开口大 小的调节螺母；所述中空旋转主轴贯穿设置于动力箱，所述动力箱为中空旋转主轴的转 动提供动力支持；所述实验工具夹头置入中空旋转主轴的一端并通过三个螺纹孔紧固定 位保证实验工具夹头与中空旋转主轴的同心度，所述螺纹连接件置入中空旋转主轴的另 一端并通过螺钉孔紧固连接。

根据本发明，优选的，所述微量注射器驱动装置包括第二驱动轴、第二驱动滑块和 推杆连接件，所述第二驱动滑块设置在第二驱动轴上进行滑动，所述第二驱动滑块顶端 一侧与推杆连接件固定连接。此设计中，第二驱动滑块设置在第二驱动轴上进行电力驱 动，与第二驱动轴相连的推杆连接件用以推进或拉出微量注射器的推杆，达到注射器进 行注射和抽取的目的。

进一步优选的，所述推杆连接件设置为一方形体，所述方形体的一侧设置有开口， 所述开口内侧的两端对称设置有两个凹槽。此设计的目的在于，将注射器的推杆头部放 置在开口内，注射器头部的边缘卡进凹槽内，保证了注射器推杆牢牢固定在推杆连接件 内，当移动第二滑块时，可以很轻松地实现自动推进或拉出注射器推杆，完成实验注射。

根据本发明，优选的，所述导向器包括导向块、导向块固定板、位移平台和平台底 座，所述导向块上设置有多个导向孔，所述导向块固定设置在导向块固定板上，所述导 向块固定板上设置有一圆孔，所述导向块固定板设置在位移平台上，所述导向块固定板 通过位移平台实现前后左右移动，所述位移平台固定设置在平台底座上，所述平台底座 固定设置在立柱上，所述平台底座在立柱上能够进行上下移动。此设计的好处在于，导 向器的作用在于实验工具的定位以保证其实验过程中的精度，对于不同型号的微量注射 器通过选择导向块上不同型号的导向孔进行定位，当使用其他实验工具且不需要导向块 时，可以将导向块卸下，使用导向块固定板上的圆孔进行定位，以完成实验。

进一步优选的，所述位移平台为手动调节支架。选用手动调节支架的目的在于，使 支架能够实现X轴和Y轴的微调，通过X轴和Y轴的移动带动调节导向块的位置，使不 同规格的导向孔适用于不同的实验工具。

所述平台底座包括相互垂直的上板和底板，所述底板包括两个对称设置的长孔和螺 钉，所述螺钉贯穿于长孔后与立柱固定连接。此设计的优势在于，利用螺钉和长孔的配 合，通过松放螺钉，借助长孔的长度来移动平台底座的位置，当平台底座移动到合适的 位置时，拧紧螺钉即可固定住平台底座，以此来实现导向器的上下移动，该设计操作方 便，快捷有效。

在实际操作过程中，需要用到的实验工具有微量注射器、颅骨钻头和穿刺针等，在 使用微量注射器时，只需将微量注射器针筒放置在螺纹连接件中，注射器针筒上边缘的 凸缘卡入到卡槽中固定注射器不发生转动，然后将固定环通过螺纹连接拧在螺纹连接件 上，将注射器牢牢固定住，注射器的针头穿过导向器用于定位，保证注射器在移动过程 中的精度，注射器推杆安放在微量注射器驱动装置内，通过第一驱动滑块的移动实现注 射器的进给，当针头刺进病患部位，再通过微量注射器驱动装置实现推杆的推进拉出， 完成注射；当需要使用颅骨钻头或穿刺针时，只需将微量注射器取下，将颅骨钻头或穿 刺针的一端放置在夹持范围可调的实验工具夹头内，另一端通过导向器定位，利用第一 驱动滑块滑动实现颅骨钻头或穿刺针的推进拉出，即可完成实验；其中，第一驱动滑块 和第二驱动滑块均为电力驱动，主轴头主要用于实验工具的更换、固定和旋转，通过主 轴头、导向器和微量注射器驱动装置三者配合用以实现微量注射器的精确定位以及注射 过程中的推动推杆完成注射。

一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置的使用方法，步骤 如下，

(1)当使用颅骨钻头时，先拿掉导向块，将颅骨钻头的前端穿过导向块固定板上的 圆孔，通过调节螺母松放实验工具夹头的开口，将颅骨钻头的尾部置入实验工具夹头内， 通过调节螺母拧紧实验工具夹头的开口来夹紧颅骨钻头；

(2)启动第一驱动滑块，实现主轴头的自动进给，中空旋转主轴的转动带动颅骨钻 头旋转，颅骨钻头的旋转和向下运动实现开颅过程；

(3)当实验工具更换为微量注射器时，第一驱动滑块向上移动，当颅骨钻头的前端 退出导向块固定板的圆孔时，停止第一驱动滑块，松开实验工具夹头，取下颅骨钻头；

(4)取下固定环，将微量注射器的针筒依次穿过螺纹连接件和中空旋转主轴后，拧 紧固定环，将注射器推杆的头部置入到推杆连接件的凹槽内，夹紧实验工具夹头以固定 微量注射器的针头；

(5)通过位移平台和平台底座调整导向块的位置，直到调整到合适的导向孔，调整 平台底座，将导向孔穿过微量注射器的针头；

(6)启动第一驱动滑块，使微量注射器向下移动直至到病患部位，停止第一驱动滑 块移动，此时，启动第二驱动滑块，将注射器推杆缓缓向里推进，直至注射完成；

(7)当实验工具更换为穿刺针时，第一驱动滑块向上移动，当针头的前端退出导向 孔时，停止第一驱动滑块，松开实验工具夹头，卸下固定环，第二驱动滑块向上移动将 微量注射器相继抽出，当针头离开螺纹连接件后取下微量注射器即可；

(8)将穿刺针的尾部置入实验工具夹头内夹紧，通过位移平台和平台底座调整导向 块的位置，直到调整到合适的导向孔，调整平台底座，将导向孔穿过穿刺针的针头；

(9)启动第一驱动滑块，使穿刺针向下移动直至到病患部位，便可完成穿刺针的进 针过程；

(10)当要更换其它实验工具时，重复步骤(1)—(9)操作。

本发明的有益效果在于：

1.本发明利用一个夹持范围可调的实验工具夹头便可实现颅骨钻头、穿刺针及不同 型号显微注射器的便捷夹持更换过程，改变了传统技术中需要多个实验夹持工具的问题， 简化了夹持工具的设计，避免了多个夹持工具带来的麻烦。

2.本发明还解决了现有技术中使用不同操作臂及不同夹持器难以对准同一操作部位 的问题，提高了定位精度，避免了复杂的对准调节过程，同时降低了实验人员的劳动量。

3.本发明在使用微量注射器或穿刺针时，通过导向器将微量注射器的针头或穿刺针 针头进行约束，解决了细长针刚性差而引起的注射及穿刺过程的不稳定性，特别是刚刺 破组织瞬间的不稳定性，保证了实验过程的准确性。

4.本发明设计构思巧妙，使用方便，操作简单，使用效果显著，大大提高了工作效 率，具有良好的经济价值和市场前景。

附图说明

图1为本发明安装微量注射器后的结构示意图；

图2为本发明安装颅骨钻头后的结构示意图；

图3为微量注射器的结构示意图；

图4为颅骨钻头的结构示意图；

图5为本发明中推杆连接件的结构示意图；

图6为本发明中固定环的结构示意图；

图7为本发明中螺纹连接件的结构示意图；

图8为本发明中中空旋转主轴的结构示意图；

图9为本发明中导向块的结构示意图；

图10为本发明中导向块固定板的结构示意图；

图11为本发明中平台底座的结构示意图。

其中：1为立柱，201为第一驱动轴，202为第一驱动滑块，3为连接板，401为第二 驱动轴，402为第二驱动滑块，5为推杆连接件，501为开口，502为凹槽，601为微量注 射器，602为颅骨钻头，701为固定环，702为螺纹连接件，7021为卡槽，7022为螺钉孔， 703为动力箱，704为实验工具夹头，7041为螺纹孔，7042为调节螺母，801为导向块， 8011为导向孔，802为导向块固定板，8021为圆孔，803为位移平台，804为平台底座， 8041为长孔。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

利用颅骨钻头进行兔脑开颅实验，本实施例所用中空旋转主轴为美国Innova Design, Inc(美国创新科技公司)设计生产的中空旋转主轴(Direct Drive Spindles)，其型号 为IDA60001；实验工具夹头选用美国Innova Design,Inc(美国创新科技公司)设计生 产的实验工具夹头(Three Jaw Gapless Micro Chuck)，手动调节支架选用深圳市幻雷 光电科技公司生产的型号为LY60-LM的60×60XY轴微调支架，其装配使用过程如下：

一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，包括立柱1、第一 驱动轴201、第一驱动滑块202、连接板3、主轴头、微量注射器驱动装置和导向器，其 中，所述第一驱动轴201和导向器分别设置在立柱1同一侧的两端，所述主轴头和微量 注射器驱动装置均固定设置在连接板3上，所述连接板3与第一驱动滑块202固定连接， 所述第一驱动滑块202设置在第一驱动轴201上进行滑动；

其中，所述主轴头包括固定环701、螺纹连接件702、中空旋转主轴和实验工具夹头 704和动力箱703，所述固定环701为设置有内螺纹的圆环，所述螺纹连接件702设置为 一中空的圆柱体，所述圆柱体上设置有外螺纹，所述圆柱体的一端对称设置两个卡槽 7021，所述圆柱体的另一端设置有螺钉孔7022，所述螺纹连接件702与固定环701之间 螺纹连接；所述实验工具夹头704一端同一圆周上均匀设置有三个螺纹孔7041，所述实 验工具夹头704另一端设置有调节夹头开口大小的调节螺母7042；所述中空旋转主轴贯 穿设置于动力箱703，所述动力箱703为中空旋转主轴的转动提供动力支持，所述实验工 具夹头704置入中空旋转主轴的一端并通过三个螺纹孔7041紧固定位保证实验工具夹头 704与中空旋转主轴的同心度，所述螺纹连接件702置入中空旋转主轴的另一端并通过螺 钉孔7022紧固连接。

所述主轴头用以实现实验工具的更换和固定，所述主轴头、导向器和微量注射器驱 动装置三者配合用以实现实验工具的精确定位。

所述微量注射器驱动装置包括第二驱动轴401、第二驱动滑块402和推杆连接件5， 所述第二驱动滑块402设置在第二驱动轴401上，所述第二驱动滑块402顶端一侧与推 杆连接件5固定连接。

所述推杆连接件5设置为一方形体，所述方形体的一侧设置有开口501，所述开口内 侧的两端对称设置有两个凹槽502。

所述导向器包括导向块801，导向块固定板802、位移平台803和平台底座804，所 述导向块801上设置有5个导向孔，所述导向块801固定设置在导向块固定板802上， 所述导向块固定板802上设置有一圆孔8021，所述导向块固定板802设置在位移平台804 上，所述导向块固定板802能够在位移平台803上实现上下左右移动，所述位移平台803 固定设置在平台底座804上，所述平台底座804固定设置在立柱1上，所述平台底座804 在立柱1上能够进行直线移动，位移平台803为手动调节支架。

所述平台底座804包括相互垂直的上板和底板，所述底板包括两个对称设置的长孔 8041和螺钉，所述螺钉贯穿于长孔后与立柱固定连接。

拿掉导向块801，将颅骨钻头602夹持在夹持范围可调的夹头704上，颅骨钻头602 的下端穿过导向块固定板802上的圆孔8021。将兔麻醉并利用脑立体定位仪固定在实验 台上，兔的头顶部位向上，用剪刀将兔的头皮剪长度约3cm的开口。调整主轴头的位置 使颅骨钻头602正对头皮开口，通过中空旋转主轴703的匀速转动使颅骨钻头602按照 合适的速度旋转。第一驱动滑块202按合适的速度向下滑动使颅骨钻头602向下运动。 颅骨钻头602的旋转和向下运动便可实现兔脑的开颅过程。

实施例2：

利用微量注射器的进针及注射和抽取过程：

一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，结构如实施例1 所述，其不同之处在于，在利用微量注射器601的进针及注射和抽取过程中，将导向块 801固定设置在导向块固定板802上，同时选取与使用的微量注射器针头相匹配的导向孔 8011。

将颅骨钻头602从夹持范围可调的夹头704上取下，调整平台底座804在立柱Z轴 上的位置，使其尽量靠近兔脑位置并通过螺钉锁紧。将固定环701从螺纹连接件702上 取出，将微量注射器601从主轴头的上部插入，针头的前端穿过导向块801上合适的导 向孔8011，此过程可配合位移平台803在X、Y方向的调节。调整第二驱动轴401上的的 第二驱动滑块402，使注射器推杆的头部卡入到推杆连接件5上的凹槽内502。使用夹持 范围可调的夹头704夹紧微量注射器601的针头，将固定环701通过螺纹连接安装在螺 纹连接件702上，压紧微量注射器601针筒的上端，将导向块801在导向块固定板802 上固定好。至此完成了微量注射器601的夹持和固定过程。第一驱动滑块202设定的位 移，微量注射器601便开始按预期进针。完成进针操作后，向下进给滴二驱动滑块402 设定的位移，便可驱动微量注射器601的推杆完成显微注射；向上回退第二驱动滑块402 设定的位移，便可驱动微量注射器601的推杆完成显微抽取动作。

实施例3：

实验工具更换为穿刺针，穿刺针的进针及拔针过程：

一种用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置，结构如实施例2 所述，其不同之处在于，实验工具更换为穿刺针后，选择合适的导向孔8011与穿刺针针 头相匹配。

回退第一驱动滑块202，使微量注射器601的针头退出导向块801的导向孔8011。 将固定环701从螺纹连接件702上卸下，调整夹持范围可调的夹头704松开对微量注射 器601针头的夹持。将微量注射器推杆从推杆连接件5上取出，便可将微量注射器601 从主轴头上取出。然后将穿刺针装夹在夹持范围可调的实验工具夹头704上，针头的前 端穿过导向块801上合适的导向孔8011，此过程可配合位移平台803在X、Y方向的调节。 进给第一驱动滑块202预期位移，便可完成穿刺针的进针过程；回退第一驱动滑块202 适当位移便可完成穿刺针的拔针过程。

实施例4：

上述用于脑立体定位仪便捷更换实验工具且保障定位精度的装置的使用方法，步骤 如下，

(1)当使用颅骨钻头602时，先拿掉导向块801，将颅骨钻头602的前端穿过导向 块固定板802上的圆孔8021，通过调节螺母7042松放实验工具夹头704的开口，将颅骨 钻头602的尾部置入实验工具夹头704内，通过调节螺母7042拧紧实验工具夹头704的 开口来夹紧颅骨钻头602；

(2)启动第一驱动滑块202，实现主轴头的自动进给，中空旋转主轴的转动带动颅 骨钻头602旋转，颅骨钻头602的旋转和向下运动实现开颅过程；

(3)当实验工具更换为微量注射器601时，第一驱动滑块202向上移动，当颅骨钻 头602的前端退出导向块固定板802的圆孔8021时，停止第一驱动滑块202，松开实验 工具夹头704，取下颅骨钻头602；

(4)取下固定环701，将微量注射器601的针筒依次穿过螺纹连接件702和中空旋 转主轴后，拧紧固定环701，将注射器推杆的头部置入到推杆连接件5的凹槽502内，夹 紧实验工具夹头704以固定微量注射器601的针头；

(5)通过位移平台803和平台底座804调整导向块801的位置，直到调整到合适的 导向孔8011，调整平台底座804，将导向孔8011穿过微量注射器601的针头；

(6)启动第一驱动滑块202，使微量注射器601向下移动直至到病患部位，停止第 一驱动滑块移动202，此时，启动第二驱动滑块402，将注射器推杆缓缓向里推进，直至 注射完成；

(7)当实验工具更换为穿刺针时，第一驱动滑块202向上移动，当针头的前端退出 导向孔8011时，停止第一驱动滑块202，松开实验工具夹头704，卸下固定环701，第二 驱动滑块402向上移动将微量注射器相继抽出，当针头离开螺纹连接件702后取下微量 注射器601即可；

(8)将穿刺针的尾部置入实验工具夹头704内夹紧，通过位移平台803和平台底座 804调整导向块801的位置，直到调整到合适的导向孔8011，调整平台底座804，将导向 孔8011穿过穿刺针的针头；

(9)启动第一驱动滑块202，使穿刺针向下移动直至到病患部位，便可完成穿刺针 的进针过程。

(10)当要更换其它实验工具时，重复步骤(1)—(9)操作。