CN102335017A - 介入治疗辅助机械臂 - Google Patents

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谢小辉
那奇
孙强
马翠
杜如虚
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Abstract

一种介入治疗辅助机械臂，包括机架、位置调整机构、姿态调整机构、工作端和控制系统，所述位置调整机构安装在所述机架上，用于调整所述工作端的三维空间位置；所述姿态调整机构设置在所述位置调整机构的末端，所述工作端安装在所述姿态调整机构上，所述姿态调整机构用于调整所述工作端的空间角度；所述控制系统用于控制所述位置调整机构、姿态调整机构工作。上述介入治疗辅助机械臂，采用位置调整机构调整工作端的三维空间位置，姿态调整机构调整工作端的空间角度，使得工作端调整到进针路径位置上，以便实现指示进针路径或完成进针操作，该结构简单，成本较低且操作方便。

Description

介入治疗辅助机械臂
【技术领域】
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种介入治疗辅助机械臂。
【背景技术】
介入治疗是介于外科、内科治疗之间的新兴治疗方法，是指不开刀暴露病灶的情况下，在血管。皮肤上作直径几毫米的微小通道，或经人体原有的管道，在影像设备的引导下对病灶局部进行治疗的创伤最小的治疗方法。
传统的机械臂多用于手术过程中病人身体的固定，以及手术器械的夹持等手术辅助功能，而在介入治疗过程中，却无法提供穿刺进针路径、病人体表穿刺进针点等重要手术信息。而能提供穿刺进针路径及穿刺进针点的机械臂结构复杂，控制算法复杂，且价格昂贵。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种成本较低且操作方便的介入治疗辅助机械臂。
一种介入治疗辅助机械臂，包括机架、位置调整机构、姿态调整机构、工作端和控制系统，所述位置调整机构安装在所述机架上，用于调整所述工作端的三维空间位置；所述姿态调整机构设置在所述位置调整机构的末端，所述工作端安装在所述姿态调整机构上，所述姿态调整机构用于调整所述工作端的空间角度；所述控制系统用于控制所述位置调整机构、姿态调整机构工作。
优选地，还包括位置跟踪装置，所述位置跟踪装置用于实时检测所述工作端的位置坐标，并将所述位置坐标反馈给所述控制系统。
优选地，所述位置跟踪装置为电磁位置跟踪器或光学位置跟踪器。
优选地，所述位置调整机构包括三个直线运动模组，所述三个直线运动模块组分别为X轴方向运动模组、Y轴方向运动模组、Z轴方向运动模组，分别能在三个空间轴X轴、Y轴、Z轴方向上平动。
优选地，所述姿态调整机构包括第一驱动单元、第一转动关节、第二驱动单元和第二转动关节，且所述第一转动关节的转动轴和第二转动关节的转动轴正交，所述第一驱动单元驱动第一转动关节绕Z轴转动，所述第二驱动单元驱动第二转动关节绕X-Z平面转动，所述工作端安装在所述第二转动关节上。
优选地，所述第一转动关节和第二转动关节用于调整所述工作端的转动角和摆角。
优选地，所述第一驱动单元和第二驱动单元均为电机。
优选地，还包括安装在所述工作端上的激光发射装置，所述激光发送装置用于发射指示进针路径的激光。
优选地，还包括进针装置和进针驱动装置，所述送针装置安装在所述工作端的末端上，所述进针驱动装置用于驱动所述进针装置沿进针路径移动。
优选地，所述工作端上设固定点，所述位置调整机构还用于调整所述工作端上的固定点与进针路径上的预定点重合。
上述介入治疗辅助机械臂，采用位置调整机构调整工作端的三维空间位置，姿态调整机构调整工作端的空间角度，使得工作端调整到进针路径位置上，以便实现指示进针路径或完成进针操作，该结构简单，成本较低且操作方便。
【附图说明】
图1为一个实施例中介入治疗辅助机械臂的整体结构示意图；
图2为图1中的位置调整机构的运动状态示意图；
图3为图1中的姿态调整机构的调整转动角α的示意图；
图4为图1中的姿态调整机构的调整摆角β示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，在一个实施例中，一种介入治疗辅助机械臂100，包括机架10、位置调整机构20、姿态调整机构30、工作端40和控制系统(图中未示)。其中，位置调整机构20安装在机架10上，姿态调整机构30设置在位置调整机构20的末端，工作端40安装在姿态调整机构30上，控制系统控制位置调整机构20和姿态调整机构30工作。另外，姿态调整机构30可通过连接板链接在位置调整机构20的末端。
位置调整机构20用于调整工作端40的三维空间位置。位置调整机构20包括三个直线运动模组，分别为X轴方向运动模组、Y轴方向运动模组和Z轴方向运动模组。X轴方向运动模组沿X轴方向平动、Y轴方向运动模组沿Y轴方向平动和Z轴方向运动模组沿Z轴方向平动，通过三个直线运动模组调整工作端40的三维空间位置。
姿态调整机构30用于调整工作端40的空间角度。姿态调整机构30包括第一驱动单元、第一转动关节、第二驱动单元和第二转动关节。第一转动关节的转动轴和第二转动关节的转动轴正交。第一驱动单元驱动第一转动关节绕Z轴转动，第二驱动单元驱动第二转动关节绕X-Z平面转动。第一转动关节和第二转动关节用于调整工作端40的转动角α和摆角β。其中，转动角α为以进针路径上的预定点M为原点，进针路径所在直线与X轴形成的角，摆角β为进针路径所在直线与Z轴形成的角。进针路径上的预定点M为医生根据CT、B超等图像采集设备采集的患者数据信息，分析制定出的手术路径上的到肿瘤中心点C距离为预定距离d的定点，该预定距离d决定了介入治疗辅助机械臂100同病人身体的距离。另外，第一驱动单元和第二驱动单元均为电机。
图2为位置调整机构20的运动状态示意图，工作端40上设有固定点O点，进针路径上的预定点M点。控制系统控制位置调整机构20的三个直线运动模组分别沿着X轴、Y轴、Z轴方向依次平动，使得工作端40上的固定点O点移动到进针路径上，并与进针路径上的预定点M重合。
图3和图4为姿态调整机构30的运动状态示意图。位置调整机构20调整固定点O点与预定点M重合后，第一驱动单元驱动第一转动关节绕Z轴转动，第二驱动单元驱动第二转动关节绕X-Z平面转动，从而调整工作端40的转动角α和摆角β，使得工作端40的末端指向肿瘤中心C位置，与进针路径重合。
上述介入治疗辅助机械臂100通过位置调整机构20和姿态调整机构30的调整后，工作端40的空间位置与进针路径的空间位置重合。
优选的实施例中，介入治疗辅助机械臂100还包括安装在工作端40上的激光发射装置。该激光发射装置用于发射指示医生手术的进针路径的激光。
优选的实施例中，介入治疗辅助机械臂100还包括进针装置和进针驱动装置。进针装置安装在工作端40的末端上。该进针驱动装置用于驱动进针装置沿进针路径移动，完成进针动作。
优选的实施例中，介入治疗辅助机械臂100还包括位置跟踪装置，该位置跟踪装置用于实时检测工作端40的位置坐标，并将该位置坐标反馈给控制系统。该位置跟踪装置可为电磁位置跟踪器或光学位置跟踪器。该位置跟踪装置能实时检测工作端40的位置坐标，并反馈给控制系统，确保了手术的安全性和准确性。
上述介入治疗辅助机械臂100的工作过程是：通过控制系统控制位置调整机构20运动，使得工作端40的固定点O点与预定点M点重合，再控制姿态调整机构30运动，使得工作端40的末端指向肿瘤中心C位置。
上述介入治疗辅助机械臂100可应用于进针路径为直线的介入式手术治疗中，如肝脏介入式手术；还可应用于手术教学实验、定位测量等领域。
上述介入治疗辅助机械臂100，采用位置调整机构20调整工作端40的三维空间位置，姿态调整机构30调整工作端40的空间角度，使得工作端40调整到进针路径位置上，以便实现指示进针路径或完成进针操作，该结构简单，成本较低且操作方便。
另外，采用三个直线运动模组调整工作端40的三维空间位置，操作方便；采用第一转动关节和第二转动关节配合调整工作端40的空间角度，结构简单，操作便捷；采用位置跟踪装置实时采集工作端40的位置并反馈，确保了操作的安全性和准确性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种介入治疗辅助机械臂，其特征在于，包括机架、位置调整机构、姿态调整机构、工作端和控制系统，所述位置调整机构安装在所述机架上，用于调整所述工作端的三维空间位置；所述姿态调整机构设置在所述位置调整机构的末端，所述工作端安装在所述姿态调整机构上，所述姿态调整机构用于调整所述工作端的空间角度；所述控制系统用于控制所述位置调整机构、姿态调整机构工作。
2.根据权利要求1所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，还包括位置跟踪装置，所述位置跟踪装置用于实时检测所述工作端的位置坐标，并将所述位置坐标反馈给所述控制系统。
3.根据权利要求2所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，所述位置跟踪装置为电磁位置跟踪器或光学位置跟踪器。
4.根据权利要求1所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，所述位置调整机构包括三个直线运动模组，所述三个直线运动模块组分别为X轴方向运动模组、Y轴方向运动模组、Z轴方向运动模组，分别能在三个空间轴X轴、Y轴、Z轴方向上平动。
5.根据权利要求4所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，所述姿态调整机构包括第一驱动单元、第一转动关节、第二驱动单元和第二转动关节，且所述第一转动关节的转动轴和第二转动关节的转动轴正交，所述第一驱动单元驱动第一转动关节绕Z轴转动，所述第二驱动单元驱动第二转动关节绕X-Z平面转动，所述工作端安装在所述第二转动关节上。
6.根据权利要求5所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，所述第一转动关节和第二转动关节用于调整所述工作端的转动角和摆角。
7.根据权利要求5所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，所述第一驱动单元和第二驱动单元均为电机。
8.根据权利要求1所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，还包括安装在所述工作端上的激光发射装置，所述激光发送装置用于发射指示进针路径的激光。
9.根据权利要求1所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，还包括进针装置和进针驱动装置，所述送针装置安装在所述工作端的末端上，所述进针驱动装置用于驱动所述进针装置沿进针路径移动。
10.根据权利要求1所述的介入治疗辅助机械臂，其特征在于，所述工作端上设固定点，所述位置调整机构还用于调整所述工作端上的固定点与进针路径上的预定点重合。
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