CN105287001A - 一种机器人臂直肠镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，具体涉及机器人臂直肠镜系统，包括直肠镜，直肠镜包括直肠镜主体、鞘管、硬质工作端部、相互独立的充气通道和出气通道，直肠镜主体的末端还设有直线型器械通道，还包括机器人臂以及移动式可调手术平台、移动式控制台车、光源主机、摄像主机、中央控制系统、显示器，机器人臂包括基座、臂部和末端夹持机构，基座安装在手术平台或者控制台车上，直肠镜、机器人臂、移动式控制台车均与中央控制系统连接。本发明在可控机器人臂的协助下，直肠镜可以被稳定控制，减少医生的手部持镜时间，避免医生因呼吸等原因引起的直肠镜轻微抖动，影响手术效果，提高手术准确率和手术安全系数，可达到临床快捷、安全、舒适的要求，造福广大患者。

Description

一种机器人臂直肠镜系统

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种机器人臂直肠镜系统。

背景技术

目前在医学领域上使用的高端机器人系统是美国IntuitiveSurgical，Inc.公司开发完成的达芬奇机器人辅助外科手术系统，自从1998年12月第一台达芬奇机器人辅助外科手术系统问世以来，目前已有超过390台应用于世界各地。

达芬奇机器人手术系统主要由医生控制台(surgeonconsole)、一个装有四支7自由度交互手臂的床旁机械臂塔(patientcart)和一个高精度的3DHD视觉系统(visioncart)构成。借助于高清立体成像、多关节臂自动化控制及光缆信号传送等高科技设备，使其具备了三维高清术野、手臂无抖动、镜头固定、活动范围广、器械移动度大等优点，并且改变了手术者站在手术台旁操作的传统模式，由主刀医师坐在控制台前完成手术全过程，符合人体工程学原理，更适合于长时间复杂手术。

控制台由计算机系统、手术操作监视器、机器人控制监视器、操作手柄和输入输出设备等组成，手术时外科医生可坐在远离手术台的控制台前，头靠在视野框上，双眼接受来自不同摄像机的完整图像，共同合成术野的三维立体图。医生双手控制操作杆，手部动作传达到机器人臂的尖端，完成手术操作，从而增加操作的精确性和平稳性，这是一种新的主—仆式远距离操作模式。

现在，达芬奇机器人辅助外科手术系统已被广泛应用于普外科、心外科、泌尿外科、妇科和小儿外科。目前，内镜技术领域也日益发展，但是仍没有机器人臂与直肠镜有机结合后进行检查或手术的技术，因此，本发明提出一个将机器人臂集成到直肠镜以达到降低手术难度和提高手术安全系数的机器人臂直肠镜系统技术迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，公开一种机器人臂直肠镜系统，该系统有效地将机器人臂集成到直肠镜以达到降低手术难度和提高手术安全系数，而且在可控机器人臂的协助下，直肠镜可以被稳定控制，减少了医生的手部持镜时间，避免医生因呼吸等原因引起的直肠镜轻微抖动，提高手术准确率和手术安全系数，可达到临床快捷、安全、舒适的要求，造福广大患者。

为了满足以上技术目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述的一种机器人臂直肠镜系统，包括带鞘管的直肠镜，所述直肠镜包括直肠镜主体、鞘管、硬质工作端部、置于直肠镜主体上相互独立的充气通道和出气通道，所述直肠镜主体的末端还设有一条贯穿硬质工作端部的直线型器械通道，还包括机器人臂以及移动式可调手术平台、移动式控制台车、光源主机、摄像主机、中央控制系统、显示器，所述机器人臂包括基座、带关节的臂部和能与直肠镜配合用于固定直肠镜鞘管的末端夹持机构，所述基座固定在移动式可调手术平台或者移动式控制台车上，所述直肠镜、机器人臂、移动式控制台车均与中央控制系统连接。

作为上述技术的进一步改进，所述鞘管卡接在直肠镜主体的硬质工作端部上，保护直肠不受直肠镜运动时的摩擦伤害，所述直肠镜主体上的鞘管由末端夹持机构固定住，鞘管呈硬质圆筒状，其内径大于20mm，长度为200‐450mm。

作为上述技术的更进一步改进，所述直肠镜的硬质工作端部为硬质圆管状，其外径小于等于20mm，长度为200‐450mm，所述直肠镜内的器械通道内径小于5.0mm，充气通道、出气通道内径大于1.0mm。

在本发明中，所述直肠镜的硬质工作端部的先端部集成有光学成像系统、充气通道出口、出气通道出口、器械通道出口，所述先端部安装的光学成像系统为立体电子光学系统或者多CCD阵列电子光学系统，或者非立体的电子摄像系统；先端部的端面和圆周面可以设计有若干个测距传感器，用于监控前端部在手术区域内的位置；先端部也可以设计有不同的传感器，如压力传感器，温度传感器等，用于监控手术区域内的状态，数据通过数据线传输至中央控制系统，显示器能输出5倍以上的高清图像，医生在高清的图像指导下进行操作会更加安全。

在本发明中，所述直肠镜鞘管的末端夹持机构形式至少包括两种：

第一种，所述末端夹持机构为鞘管插入夹持机构，所述末端夹持机构通过轴向螺纹连接后锁紧固定鞘管，并与直肠镜主体对应卡接。

第二种，所述直肠镜鞘管的末端夹持机构通过两个不同方向的螺丝逼紧鞘管，固定鞘管后再与直肠镜卡接。

此外，在本发明中，所述机器人臂的臂部至少包括三个关节和七个自由度，所述末端夹持机构的进给精度小于1.0mm，其工作半径至少500mm，工作的垂直高度0～500mm(以可移动调整的手术平台平面为参考面)，机器人臂的夹持机构与直肠镜配合后，能驱动直肠镜的先端部达到上述工作空间内的任何一点，机器人臂设计具有防抖功能、越程警报功能和锁死功能，增加操作的安全系数。所述中央控制系统至少包括显示器、控制手把和若干控制按钮及键盘，机器人臂的控制方式可以设计成键盘自动控制和声音控制等形式。键盘自动控制是指通过控制手把或者键盘的操控，控制机器人臂进行前进、后退和旋转等的动作；声音控制形式是指通过麦克风接收操控者的声音指令，达到控制机器人臂进行前进、后退和旋转等的动作。

所述机器人臂直肠镜系统的中央控制系统，其内核采用具有高速运算性能的多核处理器，连接直肠镜、直肠镜夹持机构、移动式可调手术平台于一体，是整个系统的大脑，中央控制系统的作用是医生对机器人臂直肠镜系统的操作控制分解成指令传输至中央控制系统，来控制直肠镜夹持机构、可移动调整的手术平台和手术器械相互配合，达到进行手术的最优位置，中央控制系统通过直肠镜内置光学镜头返回的高清2D或者3D图像，实时监控直肠镜及手术器械在直肠道内的动作，给医生提供手术处理的最佳图像依据。

本发明所述的机器人臂肛肠镜系统，其手术时的步骤如下所述：

术前，先将鞘管安装固定在机器人臂的末端夹持机构上，再卡接好直肠镜，并把充气通道和出气通道等连接上相应的设备，调试完好后作待机准备；

然后，病人在移动调整的手术平台上采用适当体位，手术处作消毒麻醉后，医生键盘自动控制和声音控制等形式控制机器人臂夹持的直肠镜缓慢通过患者肛门，进入直肠内，定位并启动控制系统，则可以对直肠内病况做一个全面诊断；

最后，通入手术器械对相应病变进行处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明不需要对患者进行开刀，直肠镜通过自然腔道通入直肠，以末端夹持机构固定直肠镜代替人手持镜，在可控机器人臂的协助下，直肠镜可以被稳定控制，减少了医生的手部持镜时间，避免医生因呼吸等原因引起的直肠镜轻微抖动影响到手术效果，降低手术的难度和减少病人的痛苦，是结合医学方法、精密机械技术和软件技术的新一代手术系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明所述的机器人臂直肠镜系统的系统示意图；

图2是本发明中直肠镜末端夹持机构第一种形式结构示意图；

图3是本发明中直肠镜末端夹持机构第二种形式结构示意图；

图4是本发明中机器人臂结构示意图；

图5是本发明中直肠镜结构示意图；

图6是本发明中直肠镜鞘管示意图；

图7是本发明中直肠镜先端部示意图；

图8是本发明所述的机器人臂直肠镜系统的手术示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述：

如图1至图8所示，本发明所述的机器人臂直肠镜系统，包括带鞘管的直肠镜1，所述直肠镜1包括直肠镜主体11、鞘管12、硬质工作端部13、置于直肠镜主体11上相互独立的充气通道和出气通道15，所述直肠镜主体11的末端还设有一条贯穿硬质工作端部的直线型器械通道113，还包括机器人臂2以及移动式可调手术平台3、移动式控制台车4、光源主机5、摄像主机6、中央控制系统7、显示器8，所述机器人臂2包括基座21、带关节的臂部22和能与直肠镜1配合用于固定直肠镜1的鞘管12的末端夹持机构23，所述基座21固定在移动式可调手术平台3或者移动式控制台车4上，所述直肠镜1、机器人臂2、移动式控制台车3均与中央控制系统7连接。

所述基座21内部设计有大部分提供机器人臂运动动能的执行元件，包括传动结构、液压元件、气动元件、伺服电机和步进电机等，自身能做旋转运动和升降运动；臂部42的一端连接在基座21或者移动式控制台车3上，所述机器人臂2至少包括三个关节，至少7个自由度，机器人臂2的进给精度小于等于1.0mm，其工作半径至少500mm，工作的垂直高度0～500mm(以移动式可调手术平台3的平面为参考面)，机器人臂2的夹持机构23与直肠镜1配合后，能驱动直肠镜1的工作端部11达到上述工作空间内的任何一点，机器人臂2设计具有防抖功能、越程警报功能和锁死功能，增加操作的安全系数。机器人臂2的控制方式可以设计成键盘自动控制和声音控制等形式。键盘自动控制是指通过控制手把9或者键盘的操控，控制机器人臂2进行前进、后退和旋转等的动作；声音控制形式是指通过麦克风接收操控者的声音指令，达到控制机器人臂2进行前进、后退和旋转等的动作。

在本发明中，所述末端夹持机构23形式至少包括两种：

第一种，如图3所示，所述机器人臂2通过末端夹持机构23锁紧直肠镜鞘管12，直肠镜1卡接在直肠镜鞘管2上。

第二种，如图4所示，所述机器人臂2的末端夹持机构23’通过两个不同方向的螺丝紧逼来固定鞘管2，直肠镜1卡接在直肠镜鞘管2上。

如图5所示，本发明中，所述直肠镜1的硬质工作端部11呈硬质圆管状，外径小于等于20mm，长度为200‐450mm；所述器械通道14的内径大于5.0mm，独立充、出气通道15的内径大于1.0mm。当直肠镜1进入人体手术区域，通过光学镜头实时监控直肠镜及手术器械在直肠道内的动作，给医生提供手术处理的最佳图像依据。

如图6所示，所述鞘管12卡接在直肠镜主体13的硬质工作端部11上，保护直肠不受直肠镜1运动时的摩擦伤害，鞘管12由末端夹持机构23固定住，鞘管12呈硬质圆筒状，其内径大于20mm，长度为200‐450mm。

如图7所示，所述硬质工作端部11的前端称之为先端部111，先端部111集成有光学成像系统112、独立充、出气通道出口114、器械通道出口113；先端部111可以设计成安装立体电子光学系统或者多CCD阵列电子光学系统，或者非立体的电子摄像系统等；先端部111的端面和圆周面可以设计有若干个测距传感器，用于监控前端部在手术区域内的位置；先端部111也可以设计有不同的传感器，譬如压力传感器，温度传感器等，用于监控手术区域内的状态，数据通过数据线传输至中央控制系统，在显示器8显示出来，以供医生参考。

图8是本发明机器人臂直肠镜系统的手术示意图，本发明所述机器人臂直肠镜系统，其手术时的步骤如下所述：

术前，先将鞘管12安装固定在机器人臂2的末端夹持机构23上，再卡接好直肠镜1，并将充气通道和出气通道15等连接上相应的设备，调试完好后作待机准备；

然后，病人在移动式可调手术平台3上采用适当体位，术处作消毒麻醉后，医生在键盘自动控制和声音控制等形式控制机器人臂2夹持的直肠镜1缓慢通过患者肛门，进入直肠内，定位并启动控制系统，则可以对直肠病况做一个全面诊断；

最后，通入手术器械对相应病变进行处理。

Claims (10)

1.一种机器人臂直肠镜系统，包括带鞘管的直肠镜，所述直肠镜包括直肠镜主体、鞘管、硬质工作端部、置于直肠镜主体上相互独立的充气通道和出气通道，所述直肠镜主体的末端还设有一条贯穿硬质工作端部的直线型器械通道，其特征在于：还包括机器人臂以及移动式可调手术平台、移动式控制台车、光源主机、摄像主机、中央控制系统、显示器，所述机器人臂包括基座、带关节的臂部和能与直肠镜配合用于固定直肠镜鞘管的末端夹持机构，所述基座固定在移动式可调手术平台或者移动式控制台车上，所述直肠镜、机器人臂、移动式控制台车均与中央控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述鞘管卡接在直肠镜主体的硬质工作端部上，保护直肠不受直肠镜运动时的摩擦伤害，所述直肠镜主体上的鞘管由末端夹持机构固定住，鞘管呈硬质圆筒状，其内径大于20mm，长度为200‐450mm。

3.根据权利要求1或2所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述直肠镜的硬质工作端部为硬质圆管状，其外径小于等于20mm，长度为200‐450mm。

4.根据权利要求2所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述直肠镜的硬质工作端部的先端部集成有光学成像系统、充气通道出口、出气通道出口、器械通道出口，所述先端部安装的光学成像系统为立体电子光学系统或者多CCD阵列电子光学系统，或者非立体的电子摄像系统所述；先端部的端面和圆周面设计有若干个测距传感器或压力传感器或温度传感器。

5.根据权利要求4所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述直肠镜内的器械通道内径小于5.0mm，充气通道、出气通道内径大于1.0mm。

6.根据权利要求2所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述末端夹持机构为鞘管插入夹持机构，所述末端夹持机构通过轴向螺纹连接后锁紧固定鞘管，并与直肠镜主体对应卡接。

7.根据权利要求2所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述直肠镜鞘管的末端夹持机构通过两个不同方向的螺丝逼紧鞘管，固定鞘管后再与直肠镜卡接。

8.根据权利要求1所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述机器人臂的臂部至少包括三个关节，至少七个自由度，所述末端夹持机构的进给精度小于1.0mm，其工作半径至少500mm，工作的垂直高度0～500mm。

9.根据权利要求1所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：所述中央控制系统至少包括显示器、控制手把和若干控制按钮及键盘。

10.根据权利要求1所述的机器人臂直肠镜系统，其特征在于：医生对机器人臂直肠镜系统的操作控制分解成指令传输至中央控制系统，用来控制末端夹持机构、移动式可调手术平台和手术器械相互配合，达到进行手术的最优位置，中央控制系统通过直肠镜光学成像系统返回的高清2D或者3D图像，实时监控直肠镜及手术器械在直肠道内的动作，给医生提供手术处理的最佳图像依据。