一种外科手术辅助机器人制造技术

一种外科手术辅助机器人，其操作部包括操作臂、撑开杆、导轨、夹具、相机。通过设置在夹具上的可变高度凸起结构，实现对于人体骨骼和软组织的不同夹持。同时通过指引钩拉拽力的感知，实现对机器人撑开手术开口大小的指引，从而能够在手术整个过程中实时、直观地撑开手术开口，获得合适的视野。获得合适的视野。获得合适的视野。

【技术实现步骤摘要】
一种外科手术辅助机器人


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，特别涉及外科手术器械领域。

技术介绍

[0002]在一些手术中，首先一步就是要切开身体皮肤和肌肉组织，使得内部待手术部位暴露出来。在这些手术中，有时只需要切开皮肤、脂肪、肌肉即可，有些还需要移动某些骨骼。例如在胸部手术中，不仅需要撑开软组织，还需要对肋骨进行移除或撑开；而在不涉及骨骼部位的手术时则只需要撑开软组织即可。由此可见，对于暴露手术部位的目的而言，不同部位的手术，需要撑开的对象并不相同。
[0003]现有技术中，对于不同对象，采用不同的撑开方式。例如肋骨采用粗大的胸骨撑开器，而皮肤等软组织则使用小型的撑开器。由于硬质的骨骼和软组织的物理性质差异较大，能够承受的夹持强度、牵拉强度也不同，因此不同用途对象撑开器的材料、结构、夹持力设计等均有较大区别。但无论哪种方式，虽然撑开装置也可调整，但这种调整通常是在手术前完成的，手术中难以用复杂的机械结构进行快速调整。因此在临床手术中经常由护士或助手通过夹具进行牵拉，在撑开器的基础上，扩大开口，增加手术视野，或增加某个方向的手术视野。然而护士或助手可短期牵拉，难以在长期手术中坚持牵拉不变形。因此，由于体力不足及长期牵拉造成的麻木，会导致二次撑开时手术视野稳定性不佳。
[0004]还有一种方式，等护士或助手短期牵拉后，再放入前述固定的撑开器，从而完成二次撑开。但这种方式不仅需要更多的人手，而且耗时较长，无法实时满足主刀医生的需求，拖延手术进程，造成不必要的风险。
[0005]现有机器人可以通过开口数值的设定进行开口撑开，但这种方式并不直观。医生输入的数字可能并不是真正想要的手术开口大小，特别是手术开口的方向（例如某个方向牵拉用力一些，某个方向牵拉力小一些，从而使得手术开口偏移），此时只能再次输入数字调整。整个调整过程非常不直观，且需要不断从手术台切换至操作面板，不利于手术中的实时操作。
[0006]为此，需要一种能够适用于骨骼、软组织等不同性质人体组织的，且能够在手术前、手术中均能随时自动、直观改变手术开口大小、形状的手术辅助机器人。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，及下属实施例中提到的诸多问题，本专利技术提出了如下方案：一种外科手术辅助机器人，操作部包括操作臂、撑开杆、导轨、夹具、相机；撑开杆设置在操作臂两侧的凹槽中，在不进行操作时，撑开杆可以缩回操作臂中；在需要操作时，撑开杆从操作臂的凹槽中滑出；撑开杆的一端滑动到凹槽末端时停止，并以该末端为转动轴实现转动，从而使得撑开杆向两边撑开；导轨与撑开杆另一端转动连接；导轨上设置有一个或多个夹具，用于夹持人体组织；
夹具包括上下夹头、承载部、凸起，其中承载部用于承载上下两个夹头，承载部具有与导轨相配合的滑动部，用于沿导轨滑动；上下夹头相对的表面及承载部内侧均具有多个凸起，用于增加夹持的摩擦力；该凸起为柔性的材料构成，且内部填充液体；当其接触人体骨骼时，增加其内部填充液体，使其高度增高；当接触人体软组织时，减少其内部填充液体，使其高度减小；当凸起接触骨骼时，；当凸起接触软组织时，；其中，H为凸起高度，m为经验系数，N为夹具的夹持力，其取值范围为[0,N0]，N0为最终的夹持力值。
[0008]还包括主机、运动臂。
[0009]撑开杆可以为两节或多节，每节之间转动连接。
[0010]导轨设置为多段，且每段轨道之间可变形连接。
[0011]还包括相机，相机位于操作臂的末端，用于采集手术开口及周边的图像。
[0012]夹头表面还具有液体吸收口，用于将手术过程中人体手术创口的液体抽吸出来。
[0013]凸起可以为半球形、圆台形、棱台形、长条形。
[0014]一种用于外科手术辅助机器人引导的指引钩，包括头部弯曲的钩体、与钩体连接的手柄、钩体正面的指引标记、位于钩体弯曲部内侧的压力传感器。
[0015]压力传感器用于当钩体勾住人体组织并向外拉拽时，实时感知此时由于人体组织回弹性给钩体弯曲部造成的压力。
[0016]一种操作外科手术辅助机器人和指引钩的方法。
[0017]专利技术点及技术效果1、通过具有可变高度凸起的自动撑开装置，可以在为外科手术提供恰当的手术视野的同时，保证对人体不同性质的骨骼和软组织均实现无损伤和牢固的夹持，既无需人工费力拉拽提高了手术稳定性，又实现了与人工一致的安全性。
[0018]2、设置指引钩，使得辅助机器人能够按照人工指引的方式，模拟人工牵拉手术开口，更加方便在手术过程中调整手术开口，无需复杂的、不直观的程序设定。
[0019]3、通过感知牵拉力的方式来指引辅助机器人，使得对于真实需要的手术开口大小、偏移实现的更加准确，能够更真实模拟手工牵拉过程。
[0020]4、通过夹持力和夹持架构的优化，能够在牢固夹持的情况下避免组织损伤。
[0021]本专利技术的专利技术点包括但不限于以上，具体以实施例记载的
技术实现思路
为准。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1是辅助机器人整体结构示意图图2是辅助机器人操作部结构示意图图3是夹具正视图
图4是夹具侧视图图5是指引钩结构示意图。
具体实施方式
[0023]辅助机器人整体结构辅助机器人包括主机3、运动臂2、操作部1。主机用来控制运动臂和操作部运动，从而保证操作部以最合适的方向伸入手术区域，保证其能够实现既定手术视野，并且不遮挡医生操作。运动臂可以包括多个臂，并且两个臂之间通过单轴、多轴或万向节旋转连接，从而实现在三维空间的任意移动。操作部与运动臂末端转动连接。这种转动连接也可以是单轴、多轴或万向节形式。至少的，操作部可以沿其自身的轴线旋转。操作部上具有多个夹具，用于将人体组织向外撑开，从而暴露出手术视野。
[0024]辅助机器人操作部结构操作部包括操作臂8、撑开杆4、导轨5、夹具6、相机7。
[0025]其中操作臂与运动臂转动连接，其至少包括转动元件，使得操作臂沿其自身的中心轴线转动，从而为其端部的夹具提供沿手术开口周缘的不同的夹持位置。除此外，还可包括其他转动部件，使得操作臂与运动臂之间发生弯折转动，从而使得操作臂能够在患者身体不同方位实现移动。
[0026]撑开杆设置在操作臂两侧的凹槽中，且可以在凹槽中滑动。在不进行操作时，撑开杆可以缩回操作臂中，以节约空间；在需要操作时，撑开杆从操作臂的凹槽中滑出，当撑开杆的一端滑动到凹槽末端时停止，并以该末端为转动轴实现转动，从而使得撑开杆向两边撑开，以将手术开口撑开，获得较大的手术视野。以上转动可以通过齿轮完成。作为一种优选的方案，为了防止撑开杆遮挡手术操作，撑开杆可以为两节或多节，每节之间转动连接，从而可以更加自由地组成不同形状，使得手术操作空间更大。
[0027]导轨与撑开杆另一端转动连接。可以理解，这种转动可以为单轴、多轴或万向节形式。导轨可以为直线型，更加优选的可以为弧形，从而避免手术开口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外科手术辅助机器人，其特征在于：操作部包括操作臂、撑开杆、导轨、夹具、相机；撑开杆设置在操作臂两侧的凹槽中，在不进行操作时，撑开杆可以缩回操作臂中；在需要操作时，撑开杆从操作臂的凹槽中滑出；撑开杆的一端滑动到凹槽末端时停止，并以该末端为转动轴实现转动，从而使得撑开杆向两边撑开；导轨与撑开杆另一端转动连接；导轨上设置有一个或多个夹具，用于夹持人体组织；夹具包括上下夹头、承载部、凸起，其中承载部用于承载上下两个夹头，承载部具有与导轨相配合的滑动部，用于沿导轨滑动；上下夹头相对的表面及承载部内侧均具有多个凸起，用于增加夹持的摩擦力；该凸起为柔性的材料构成，且内部填充液体；当其接触人体骨骼时，增加其内部填充液体，使其高度增高；当接触人体软组织时，减少其内部填充液体，使其高度减小；当凸起接触骨骼时，；当凸起接触软组织时，；其中，H为凸起高度，m为经验系数，N为夹具的夹持力，其取值范围为[0,N0]，N0为最终的夹持力值。2.如权利要求1所述的外科手术辅助机器人，其特征在于：还包括主机、运动臂。3.如权利要求1所述的外科手术辅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钊，王群，司亚卿，
申请(专利权)人：郑州大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：