一种穿刺手术机器人系统技术方案

本发明专利技术提供了一种穿刺手术机器人系统，包括控制组件、移动承载台、超声臂、超声探测组件和穿刺组件，其中，超声臂具有第一连接端和第一工作端，超声探测组件包括超声探头，穿刺组件包括位姿调整机构、进针机构和穿刺针，位姿调整机构具有第二连接端和第二工作端，超声探测组件用于探测待穿刺病人并获得超声成像平面，超声探头连接在第一工作端上，第二连接端连接在第一工作端上，进针机构连接在第二工作端上，穿刺针的一端装夹在进针机构上，穿刺针的中心轴线位于超声成像平面内。应用本发明专利技术技术方案解决了现有技术的穿刺手术机器人存在的体积结构笨重庞大无法在较小空间范围内操作移动，并且难以实现灵活地协调移动超声探头与穿刺针的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种穿刺手术机器人系统
本专利技术属于手术机器人
，尤其涉及一种穿刺手术机器人系统。
技术介绍
经皮穿刺操作广泛应用于组织活检、肿瘤消融等介入手术中，穿刺的精准性对活检的准确率和消融手术的效果有着巨大影响。由于手术机器人具有精准性和稳定性的特点，并且超声成像的便利性与低成本特性，使得超声引导的穿刺手术机器人受到了越来越多的关注。在临床上，在超声引导穿刺操作过程中，穿刺针和超声探头是被局限在一个较小的区域空间范围内，但同时，超声探头和穿刺针必须能够灵活进行自由定位。在现有技术中，文章“Dual-robotultrasound-guidedneedleplacement:closingtheplanning-imaging-actionloop”(网络资料)中介绍了一种穿刺手术机器人，其采用两个七自由度主动机械臂分别把持超声探头和穿刺针，实现超声引导的自动穿刺操作。但是利用两个机械臂分别布置以分别把持超声探头和穿刺针的方案导致机器人自身体积十分庞大，存在空间不够而发生两个机械臂相互碰撞的问题。文章“Anultrasound-drivenneedle-insertionrobotforpercutaneouscholecystostomy”(网络资料)中介绍了一种穿刺手术机器人，其采用一个五自由度被动臂把持超声探头和一个二自由度主动臂把持穿刺针，其中二自由度主动臂安装于五自由度被动臂末端，虽然解决了双臂的空间布置问题，但五自由度被动臂无法实现超声探头的自动调整，二自由度主动臂导致入针点唯一并且无法调整，无法满足穿刺针灵活定位的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种穿刺手术机器人系统，旨在解决现有技术中穿刺手术机器人存在的体积结构笨重庞大无法在较小空间范围内操作移动，并且难以实现灵活地协调移动超声探头与穿刺针的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种穿刺手术机器人系统，包括：控制组件；移动承载台，控制组件设置在移动承载台上；超声臂，超声臂具有第一连接端和第一工作端，第一连接端连接在移动承载台上，超声臂与控制组件电性连接以控制第一工作端的运动轨迹；超声探测组件，超声探测组件用于探测待穿刺病人并获得超声成像平面，超声探测组件包括超声探头和超声成像仪，超声探头连接在第一工作端上，超声探头将数据传输给超声成像仪，超声成像仪与控制组件电性连接；穿刺组件，穿刺组件包括位姿调整机构、进针机构和穿刺针，位姿调整机构具有第二连接端和第二工作端，第二连接端连接在第一工作端上，进针机构连接在第二工作端上，进针机构与控制组件电性连接以控制进针机构的进给工作，穿刺针的一端装夹在进针机构上，穿刺针的中心轴线位于超声成像平面内，位姿调整机构与控制组件电性连接以控制位姿调整机构调整穿刺针与病人的待穿刺手术部位之间的相对位置。进一步地，超声探测组件还包括：第一光学定位器，第一光学定位器安装在第一工作端上；第二光学定位器，第二光学定位器安装在第二工作端上；第一光学定位器与第二光学定位器通过光学定位系统对第一工作端和第二工作端进行定位，光学定位系统与控制组件电性连接；第一光学定位器将超声成像平面转换到光学定位系统确立的物理空间坐标系，待穿刺手术部位和穿刺入针点在物理空间坐标系中确定第一位置坐标和第二位置坐标，第二光学定位器将穿刺针的中心轴线所在平面转换到物理空间坐标系，第二光学定位器实时反馈穿刺针针尖在物理空间坐标系中的第三位置坐标，控制组件根据第一位置坐标和第二位置坐标控制位姿调整机构调整穿刺针，并且根据第三位置坐标实时反馈穿刺针是否偏离由第一位置坐标和第二位置坐标连接形成的规划穿刺轨迹以及是否准确穿刺到待穿刺手术部位。进一步地，位姿调整机构包括：连杆结构，连杆结构的第一端可转动地连接在第一工作端；第一驱动器，第一驱动器与控制组件电性连接，第一驱动器带动连杆结构的第一端相对于第一工作端转动；滑轨座，滑轨座可转动连接在连杆结构的第二端上，进针机构安装在滑轨座上；第二驱动器，第二驱动器与控制组件电性连接，第二驱动器带动滑轨座相对于连杆结构的第二端转动。进一步地，连杆结构包括：第一杆件，第一杆件的第一端可转动地连接在第一工作端上；第二杆件，第二杆件的第一端可转动地连接在第一杆件的第二端上，滑轨座可转动地连接在第二杆件的第二端上；第三驱动器，第三驱动器与控制组件电性连接，第三驱动器带动第二杆件的第一端相对于第一杆件的第二端转动。进一步地，进针机构包括：直线进给结构，直线进给结构包括滑块和第四驱动器，滑轨座设有直滑槽，滑块可滑移地安装于直滑槽，第四驱动器安装在滑轨座上，第四驱动器与控制组件电性连接，第四驱动器带动滑块在直滑槽内滑移；穿刺针安装座，穿刺针安装座连接在滑块上，穿刺针的一端装夹在穿刺针安装座上。进一步地，进针机构还包括：旋转电机，旋转电机连接在滑块上，穿刺针安装座连接在旋转电机的动力输出端上，旋转电机与控制组件电性连接，在进行穿刺手术过程中，当穿刺针弯曲时，控制组件控制旋转电机带动穿刺针旋转。进一步地，进针机构还包括：力传感器，力传感器连接在旋转电机的动力输出端上，力传感器与控制组件电性连接，穿刺针安装座连接在力传感器上。进一步地，滑轨座上设有穿刺针导向件，穿刺针的另一端穿过穿刺针导向件。进一步地，控制组件包括控制主机和显示器，移动承载台设有安装空间和台面，控制主机安装在安装空间内，显示器安装在台面上，显示器、超声臂、超声成像仪、位姿调整机构、进针机构、光学定位系统分别与控制主机电性连接。进一步地，第四驱动器包括步进电机和滚珠丝杠副，步进电机连接在滑轨座上，滚珠丝杠副的丝杆与步进电机的转轴同轴连接，滚珠丝杠副位于直滑槽内，滑块连接在滚珠丝杠副的螺母上。本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术的穿刺手术机器人系统，将超声臂、位姿调整机构、进针机构依次地顺序连接设置，能够使穿刺针在较小空间范围内自由运动而实现灵活地协调定位，这样就合理地设计机器人系统的机构组成，使得机器人系统的体积变小，结构布置更加紧凑、小型化，由于超声探头和穿刺针分别安装在超声臂的第一工作端和进针机构上，因而两者在移动过程中不存在相互碰撞的运动干涉情况，并且穿刺手术全过程通过控制组件进行智能地自动化控制，从而更加快速、准确、安全地操作完成穿刺手术过程。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的穿刺手术机器人系统的装配立体简图；图2为本专利技术实施例的穿刺手术机器人系统的移动承载台的装配立体简图；图3为本专利技术实施例的穿刺手术机器人系统的超声臂和超声检测组件的装配立体简图；图4为本专利技术实施例的穿刺手术机器人系统的穿刺组件的装配立体简图。其中，图中各附图标记：10、移动承载台；11、车轮；12、推柄；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺手术机器人系统，其特征在于，包括：/n控制组件；/n移动承载台，所述控制组件设置在所述移动承载台上；/n超声臂，所述超声臂具有第一连接端和第一工作端，所述第一连接端连接在所述移动承载台上，所述超声臂与所述控制组件电性连接以控制所述第一工作端的运动轨迹；/n超声探测组件，所述超声探测组件用于探测待穿刺病人并获得超声成像平面，所述超声探测组件包括超声探头和超声成像仪，所述超声探头连接在所述第一工作端上，所述超声探头将数据传输给所述超声成像仪，所述超声成像仪与所述控制组件电性连接；/n穿刺组件，所述穿刺组件包括位姿调整机构、进针机构和穿刺针，所述位姿调整机构具有第二连接端和第二工作端，所述第二连接端连接在所述第一工作端上，所述进针机构连接在所述第二工作端上，所述进针机构与所述控制组件电性连接以控制所述进针机构的进给工作，所述穿刺针的一端装夹在所述进针机构上，所述穿刺针的中心轴线位于所述超声成像平面内，所述位姿调整机构与所述控制组件电性连接以控制所述位姿调整机构调整所述穿刺针与病人的待穿刺手术部位之间的相对位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种穿刺手术机器人系统，其特征在于，包括：
控制组件；
移动承载台，所述控制组件设置在所述移动承载台上；
超声臂，所述超声臂具有第一连接端和第一工作端，所述第一连接端连接在所述移动承载台上，所述超声臂与所述控制组件电性连接以控制所述第一工作端的运动轨迹；
超声探测组件，所述超声探测组件用于探测待穿刺病人并获得超声成像平面，所述超声探测组件包括超声探头和超声成像仪，所述超声探头连接在所述第一工作端上，所述超声探头将数据传输给所述超声成像仪，所述超声成像仪与所述控制组件电性连接；
穿刺组件，所述穿刺组件包括位姿调整机构、进针机构和穿刺针，所述位姿调整机构具有第二连接端和第二工作端，所述第二连接端连接在所述第一工作端上，所述进针机构连接在所述第二工作端上，所述进针机构与所述控制组件电性连接以控制所述进针机构的进给工作，所述穿刺针的一端装夹在所述进针机构上，所述穿刺针的中心轴线位于所述超声成像平面内，所述位姿调整机构与所述控制组件电性连接以控制所述位姿调整机构调整所述穿刺针与病人的待穿刺手术部位之间的相对位置。


2.根据权利要求1所述的穿刺手术机器人系统，其特征在于，所述超声探测组件还包括：
第一光学定位器，所述第一光学定位器安装在所述第一工作端上；
第二光学定位器，所述第二光学定位器安装在所述第二工作端上；
所述第一光学定位器与所述第二光学定位器通过二者共用的光学定位系统对所述第一工作端和第二工作端进行定位，所述光学定位系统与所述控制组件电性连接；
所述第一光学定位器将所述超声成像平面转换到所述光学定位系统确立的物理空间坐标系，待穿刺手术部位和穿刺入针点在所述物理空间坐标系中确定第一位置坐标和第二位置坐标，所述第二光学定位器将所述穿刺针的中心轴线所在平面转换到所述物理空间坐标系，所述第二光学定位器实时反馈所述穿刺针针尖在所述物理空间坐标系中的第三位置坐标，所述控制组件根据所述第一位置坐标和所述第二位置坐标控制所述位姿调整机构调整所述穿刺针，并且根据所述第三位置坐标实时反馈所述穿刺针是否偏离由所述第一位置坐标和所述第二位置坐标连接形成的规划穿刺轨迹以及是否准确穿刺到所述待穿刺手术部位。


3.根据权利要求1或2所述的穿刺手术机器人系统，其特征在于，所述位姿调整机构包括：
连杆结构，所述连杆结构的第一端可转动地连接在所述第一工作端；
第一驱动器，所述第一驱动器与所述控制组件电性连接，所述第一驱动器带动所述连杆结构的第一端相对于所述第一工作端转动；
滑轨座，所述滑轨座可转动连接在所述连杆结构的第二端上，所述进针机构安装在所述滑轨座上；
第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵保亮，胡颖，何玉成，肖陈妤，张悦，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44