一种前列腺穿刺手术机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种前列腺穿刺活检手术机器人，用于辅助医生进行前列腺的穿刺活检手术，包括：升降调节机构、第一直线运动机构、第二直线运动机构、第一角度调节机构、第二角度调节机构、穿刺组件。穿刺角度仅由第一角度调节机构和第二角度调节机构决定，穿刺部位的对准则由升降机构、第一直线运动机构、第二直线运动机构共同完成，穿刺组件控制穿刺针的进给。本发明专利技术位置调节与角度调节相互独立，互不影响，从而使手术操作灵活度高，而六个自由度的控制，在保证手术位置和角度精确的情况下，能够尽可能的扩大调整范围，适应不同环境、不同患者的实际需求；位置、角度调整灵活，穿刺过程平稳，提高了穿刺活检的精度。

Prostate puncture operation robot

The invention discloses a prostate biopsy and surgical robot, for surgical biopsy, doctor assisted prostate include: lifting regulation mechanism, the first linear motion mechanism, second linear motion mechanism, the first angle adjusting mechanism, second angle adjusting mechanism, the puncture assembly. The puncture angle only by the first angle adjusting mechanism and second angle adjusting mechanism decided to puncture on the criterion composed of lifting mechanism, the first linear motion mechanism, second linear motion mechanism, control the feeding puncture needle puncture assembly. The present invention regulating position and angle adjustment are independent of each other, mutual influence, so that the operation is flexible, and the six degree of freedom control, to ensure the operation position and the angle of the precise situation as much as possible to expand the scope of the adjustment, to adapt to the actual needs of different environment, different patients; the position and angle of flexible adjustment puncture, smooth process, improve the accuracy of biopsy.

【技术实现步骤摘要】
一种前列腺穿刺手术机器人
本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及一种前列腺穿刺手术机器人，用于辅助医生进行前列腺的穿刺活检手术。
技术介绍
前列腺癌在全球各种恶性肿瘤中的发病率位列第二，在美国已经超过肺癌，高居第一。近年来，随着社会和经济的快速发展，人们生活水平显著提高，前列腺癌在我国的发病率和死亡率呈明显上升态势。经直肠超声引导下前列腺穿刺活检术是确诊前列腺癌的金标准，但其活检取样的结果易受人工扎针精度、活检针刺入姿态限制等因素的影响。前列腺穿刺活检机器人将有利于提高活检样本的利用率，提升前列腺活检的扎针精度和缩短手术时间，已成为国内外的研究热点。目前，国内外高校等科研机构在前列腺穿刺活检机器人开发方面开展了一定的研究工作：韩国的BummoAhn等人将触诊应用于前列腺穿刺活检中，开发出一款前列腺穿刺活检机器人。该机器人通过计算机进行控制，无需手工完成穿刺操作，通过将压力传感器加入到探头前端从而完成医学上的触诊，甄别出由于肿瘤而使组织硬度增加的区域，然后对这一部分进行穿刺，增强了穿刺的针对性，但是对于这种触诊方式在前列腺肿瘤区域判断的可靠性还有待考证。NikolaiHungr等人开发了基于超声导引的前列腺癌短程治疗的机器人，该机器人超声探头和穿刺针相互分离，整个短程治疗的穿刺过程无需手工操作，通过计算机控制，最大误差小于2mm。但是，整个系统体积过于庞大，需要占用较大的空间。德国的LongquanChen等人针对MRI成像环境，开发了一款前列腺穿刺手术机器人。该机器人拥有五个自由度，满足了对前列腺各部分进行穿刺的需求。同时通过MRI进行手术导航，具有较高的定位精度。但是，因应用于MRI成像的环境中，所以整个机器人的材料有特殊要求，成本较高。2014年，由IEEE成员DanStoianovici等人开发了一台经直肠的前列腺穿刺活检机器人。该机器人拥有3个自由，采用气动方式进行驱动，工作在MR的环境中。其中机器人整体结构比较紧凑，可实现部分的位置调整，但是最后的穿刺仍然要靠人工去进行。而且通过直肠进行穿刺活检相较于经会阴的方法更容易带来穿刺后的并发症。由新加坡南洋理工大学的WanSingNg等人开发的经会阴前列腺穿刺活检机器人通过超声进行手术导航，可以提前进行穿刺路径的手术规划和前列腺的三维图像重建。该机器人包含9个自由度。超声探头和穿刺模块相互分离，通过一段弧形导轨来调节穿刺针的穿刺角度，探头可以在水平和竖直平面内旋转。虽然机器人较为灵活，但是仍然要靠医生通过手动去进行一部分的位置调节。国内，哈尔滨工业大学开发了三维超声影像引导下的介入手术机器人辅助系统，该系统包括6自由度穿刺机器人、三维超声及电磁定位模块三部分。其中，三维超声用于医生了解到病灶信息及进针路径的规划，而电磁定位模块用于对机器人末端进行空间定位与实时监测。天津大学设计了基于二维超声导引的六自由度前列腺近距离治疗机器人，该机器人包括定位模块和位于定位模块上的驱动模块，其中驱动模块由超声探头夹持器和导引模块组成，机器人能操控导引模块到达合适位置和旋转至合适角度。上述机器人大多存在结构复杂，灵活性不足，可实现的扎针范围和入针角度有限等缺点，因此研究结构精简、灵活性好且入针角度调节范围大的前列腺穿刺活检手术机器人对提高活检效率和准确率具有重要价值和意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷及需求，本专利技术旨在改进现有前列腺穿刺活检手术设备的不足，提供一种精度较高的前列腺穿刺手术设备。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种前列腺穿刺手术机器人，包括：升降调节机构；第一直线运动机构，安装于升降调节机构上端，第一直线运动机构包括第一直线滑块，第一直线滑块运动方向垂直于升降调节机构的升降调节方向；第二直线运动机构，安装于第一直线滑块上，第二直线运动机构包括第二直线滑块，第二直线滑块的运动方向同时垂直于升降调节机构的升降调节方向和第一直线滑块的运动方向；第一角度调节机构，安装于第二直线滑块上；第二角度调节机构，安装于第一角度调节机构上；穿刺组件，包括第三直线滑块和穿刺针，穿刺针安装在第三直线滑块上，第三直线滑块的运动方向与穿刺针平行；其中，穿刺针所在直线、第一角度调节机构的旋转轴线、第二角度调节机构的旋转轴线相交于穿刺针前进方向上的同一点。进一步地，穿刺针初始的针尖位置即穿刺针所在直线、第一角度调节机构的旋转轴线、第二角度调节机构的旋转轴线的交点。进一步地，第一直线运动机构包括：第一基座；两个第一直线导轨，平行安装于第一基座两侧；每个第一直线导轨上各安装两个第一直线滑块；第一连接板，安装在四个第一直线滑块顶部；第一滚珠丝杠，平行于第一直线导轨，且位于两个第一直线导轨之间，第一滚珠丝杠的直线运动螺母与第一连接板固定连接，从而带动第一连接板和第一直线滑块沿第一直线导轨往复运动；第一直线电机，通过第一联轴器与第一滚珠丝杠连接；第一基座安装在水平支撑台上。进一步地，第二直线运动机构和第一直线运动机构结构相同。进一步地，第一角度调节机构包括：第一旋转电机，通过第三联轴器连接第一转轴，第一转轴的轴线与第一角度调节机构的旋转轴线重合；第一转轴安装于第一旋转座中；第一旋转臂，其一端与第一转轴固定连接，另一端斜向上延伸，用于安装第二角度调节机构；第一安装板，固定在第二连接板上，第一旋转座固定在第一安装板上。进一步地，第一安装板具有一个向上延伸的倾斜面，第一旋转座固定在该倾斜面上。进一步地，第一角度调节机构包括支撑臂；第一旋转臂顶部连接支撑臂一端，支撑臂的另一端用于安装第二角度调节机构；第二角度调节机构包括第二旋转臂，第二旋转臂与支撑臂错开。进一步地，第一旋转臂连接第一转轴的一端垂直于第一转轴的轴线；第二角度调节机构包括第二旋转臂和第二转轴，第二旋转臂一端固定连接第二转轴，第二旋转臂连接第二转轴的一端垂直于第二转轴的轴线。进一步地，穿刺组件包括：第三直线导轨；第三滚珠丝杠，其直线运动螺母直接作为第三直线滑块安装在第三直线导轨上，沿第三直线导轨滑动；第三直线电机，通过第三联轴器与第三滚珠丝杠连接，以驱动第三滚珠丝杠的丝杆转动，从而带动第三直线滑块沿第三直线导轨往复运动；穿刺枪，包括穿刺针，穿刺枪通过两个U型架固定在第三直线滑块上，与穿刺针一起随第三直线滑块运动；第三安装板，第三直线导轨通过第三安装板安装在第二旋转臂背离第二转轴的一端。进一步地，穿刺组件包括支撑片，支撑片一端固定在第三直线导轨上，另一端开设有一个允许穿刺针穿过的小孔。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：在本专利技术中，穿刺角度仅由第一角度调节机构和第二角度调节机构决定，穿刺部位的对准则由升降机构、第一直线运动机构、第二直线运动机构共同完成，穿刺组件的第三直线滑块带动穿刺针实现进给运动，因此共有六个自由度调整机构，且角度调整和位置调整相互独立，互不影响，能够灵活的调整穿刺针的位置和方向，同时提高了穿刺活检的精度，降低了漏检和并发后遗症的可能性。附图说明图1为前列腺穿刺活检手术机器立体示意图；图2为图1的主视图；图3为图2的左视图；图4为图2的俯视图；图5为图1中第一直线运动机构立体示意图；图6为图5的主视图；前列腺穿刺活检手术机器人第一位置调整部分三维结构图；图7为图1中第一角度调节机构和第二角度调节机构的立体示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前列腺穿刺活检手术机器人，其特征在于，包括：升降调节机构；第一直线运动机构，安装于升降调节机构上端，第一直线运动机构包括第一直线滑块，第一直线滑块运动方向垂直于升降调节机构的升降调节方向；第二直线运动机构，安装于第一直线滑块上，第二直线运动机构包括第二直线滑块，第二直线滑块的运动方向同时垂直于升降调节机构的升降调节方向和第一直线滑块的运动方向；第一角度调节机构，安装于第二直线滑块上；第二角度调节机构，安装于第一角度调节机构上；穿刺组件，包括第三直线滑块和穿刺针，穿刺针安装在第三直线滑块上，第三直线滑块的运动方向与穿刺针平行；其中，穿刺针所在直线、第一角度调节机构的旋转轴线、第二角度调节机构的旋转轴线相交于穿刺针前进方向上的同一点。

【技术特征摘要】
1.一种前列腺穿刺活检手术机器人，其特征在于，包括：升降调节机构；第一直线运动机构，安装于升降调节机构上端，第一直线运动机构包括第一直线滑块，第一直线滑块运动方向垂直于升降调节机构的升降调节方向；第二直线运动机构，安装于第一直线滑块上，第二直线运动机构包括第二直线滑块，第二直线滑块的运动方向同时垂直于升降调节机构的升降调节方向和第一直线滑块的运动方向；第一角度调节机构，安装于第二直线滑块上；第二角度调节机构，安装于第一角度调节机构上；穿刺组件，包括第三直线滑块和穿刺针，穿刺针安装在第三直线滑块上，第三直线滑块的运动方向与穿刺针平行；其中，穿刺针所在直线、第一角度调节机构的旋转轴线、第二角度调节机构的旋转轴线相交于穿刺针前进方向上的同一点。2.根据权利要求1所述的一种前列腺穿刺手术机器人，其特征在于，穿刺针初始的针尖位置即穿刺针所在直线、第一角度调节机构的旋转轴线、第二角度调节机构的旋转轴线的交点。3.根据权利要求1或2所述的一种前列腺穿刺手术机器人，其特征在于，第一直线运动机构包括：第一基座；两个第一直线导轨，平行安装于第一基座两侧；每个第一直线导轨上各安装两个第一直线滑块；第一连接板，安装在四个第一直线滑块顶部；第一滚珠丝杠，平行于第一直线导轨，且位于两个第一直线导轨之间，第一滚珠丝杠的直线运动螺母与第一连接板固定连接，从而带动第一连接板和第一直线滑块沿第一直线导轨往复运动；第一直线电机，通过第一联轴器与第一滚珠丝杠连接；第一基座安装在水平支撑台上。4.根据权利要求3所述的一种前列腺穿刺手术机器人，其特征在于，第二直线运动机构和第一直线运动机构结构相同。5.根据权利要求3所述的一种前列腺穿刺手术机器人，其特征在于，第一角度调节机构包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭明，覃瑶，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42