CN105616004B - 一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统及操作方法 - Google Patents

Abstract

一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统及操作方法，涉及医疗器械领域。主机与显示屏连接，主机分别与CT机、机器人手臂连接；注射器导向模板上并排分布多列放射性粒子注射引导孔，注射器导向模板由6自由度机器人手臂夹持；机器人手动操作面板与机器人手臂连接，机器人手臂固定在CT床边且可沿CT床边滑动，并可随CT床进入CT机内侧；手术机器人主机根据CT影像得到需要治疗的位置信息后，判定机器人手臂末端的导向模板上定位探针的位姿；系统下达指令移动机器人手臂，将导向模板放置到需注射放射性粒子的位置，将注射器沿导向模板上的注射引导孔穿刺到肿瘤部位，注射放射性粒子，并根据诊断结果控制注射量。

Description

一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统及操作方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域。具体而言，涉及一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统及操作方法。

背景技术

放射粒子介入治疗是“内放疗”治疗肿瘤的方法，利用其短距离放疗效应杀灭瘤细胞，从而避免了“外放疗”对肿瘤周围正常组织的放疗损伤。

目前的放射性粒子介入治疗肿瘤的手术平台包含一个手动定位平台、治疗计划系统(Treatment planning System，TPS)、3D打印导向模板系统、放射治疗体模水箱加热系统等关键部分。

现有手术平台存在的主要问题是：(1)价格昂贵。采用国外进口多自由度手动定位平台，价格不菲；定位模型采用3D打印成型，成本较高。(2)手术时间长。患者做完术前检查需要等待3D打印定位模型，时间长、效率低。(3)定位困难。术前检查和手术治疗不在同时进行，即使利用定位模型也涉及到二次定位时操作复杂和误差较大的问题。(4)手工操作不便。目前的手动定位平台，操作非常繁琐，定位缓慢，工作量大，同时也存在手动操作误差较大的问题。(5)放射性粒子的注射和支架治疗器材也存在固定不够准确和对管腔创伤较大等问题。(6)放射治疗体模水箱加热系统，体积笨重，操作不便，能耗大，效率低、卫生条件差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明将彻底革新目前手术平台的结构和手术规划过程，采用机器人装置，省略3D打印模板的过程，集成TPS治疗计划系统，设计新型的放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统和操作方法。实现了检查和治疗同时进行的目的。

本发明的放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统，其特征在于，包括主机(1’)、显示屏(2’)、机器人手动操作面板(4’)、机器人手臂(5’)、注射器导向模板(6’)、CT机(7’)；主机(1’)与显示屏(2’)连接，主机(1’)还分别与CT机(7’)、机器人手臂(5’)连接；

其注射器导向模板采用矩形导向模板，注射器导向模板上并排分布多列放射性粒子注射引导孔，注射器导向模板(6’)由6自由度机器人手臂(5’)夹持；机器人手动操作面板(4’)与机器人手臂(5’)连接，机器人手臂(5’)固定在CT床边且可沿CT床边沿滑动，并可随CT床一同进入CT机内侧；显示器和机器人手动操作面板(4)，可分别对机器人手臂进行微调及手动操作。

操作方法：

1.本手术机器人系统其主机部分分别连接机器人与CT机。CT机通过对病人进行扫面，将扫描后的数据传输给主机，主机内包含图像处理系统以及TPS治疗计划系统；在医生的参与下，通过TPS治疗计划系统、交互式识别肿瘤区域和探针空间位置，交互式设计介入治疗方案，最终迅速诊断出病人的病变位置与治疗方案，并将位置信息迅速传递给主机，TPS系统可以对实际放置粒子的情况进行分析，计算放疗辐射区域，评估治疗效果。

2.手术机器人主机根据CT影像得到需要治疗的位置信息后，将自动判定机器人手臂末端的导向模板上定位探针的位姿；系统下达指令移动机器人手臂，将导向模板放置到人体需要注射放射性粒子的位置，将注射器沿导向模板上的注射引导孔穿刺到肿瘤部位，注射放射性粒子，并根据诊断结果控制注射量。显示器和机器人手动操作面板(4’)，分别显示治疗方案和当前机器人手臂(5’)所处位置，同时触摸机器人手动操作面板(4’)控制手术机器人手臂(5’)运动，实现机器人手臂(5’)的空间位置微调功能。手术机器人注射器导向模板上并排分布地多列放射性粒子注射引导孔作为定位装置能够准确定位放射性粒子注射方位，省略了现有设备中制作3D打印模板的过程，实现了检查和治疗的同时进行。

3.本手术机器人系统还包括体模空气加热系统，是对放射治疗体模加热系统进行改进，改变放射治疗体模的加热方法，采用空气加热的方法，构建新型的体模加热系统。将放射治疗体模竖直放置到加热箱内，加热系统内有精确的温控单元，对体模加热过程进行精确的温度控制，整个加热过程快捷又卫生，大大改善了治疗的环境与治疗的效果。

4.本手术机器人系统还设计了专用的一种放射性粒子支架内装配装置。该装置采用装订的方法将放射性粒子棒装订于支架内表面，且粒子棒的装订过程简单、安全、高效。实现了粒子棒多位置、个性化的连续装配，提高了放射性粒子介入治疗的手术效率与治疗过程的安全性，并且在一定程度上降低了治疗的成本。

一种用于放射性粒子支架内装配装置，其特征在于，包括：钉槽(2)、U型钉(3)、定位弹簧(4)、压柄(5)、粒子棒夹(6)、弹簧片(7)、粒子棒(8)、推送杆(9)、复位弹簧(10)、封盖(11)、导槽(12)、销轴(13)、压钉片(14)、压柄复位弹簧(15)，粒子棒导出槽(16)，长型粒子棒推送架(18)。

所述的一种用于放射性粒子支架内装配装置，其架座是装配装置的主体部分，架座底部为盘型基座，盘型基座上为长型粒子棒推送架(18)，长型粒子棒推送架的一端为粒子棒装配端，另一端为粒子棒推送端，粒子棒推送架的中间某部位两侧各有一个向上突出的第一耳孔(20)，两突出的第一耳孔平行对称；长型的粒子棒推送架的粒子棒装配端设有向上开口的粒子棒导出槽(16)，粒子棒导出槽(16)的侧壁开有一向上开口的U型凹槽，称为U型钉引导槽(17)；粒子棒推送架内部沿长度方向设有粒子棒滑道(19)，滑道为圆柱形滑道，粒子棒滑道(19)自粒子棒推送端至粒子棒导出槽(16)贯通；在粒子棒推送端的粒子棒滑道(19)内安装有推送杆(9)，推送杆(9)设有手柄，在粒子棒推送端的长型的粒子棒推送架的侧面开有导槽(12)，导槽(12)与粒子棒滑道(19)并排连通，推送杆(9)的手柄可沿导槽(12)内移动，同时保证推送杆(9)不转动；推送杆(9)的顶部通过复位弹簧(10)与封盖(11)固定连接；长型的粒子棒推送架的上表面开有粒子棒安装口(21)，粒子棒安装口与粒子棒滑道(19)连通；粒子棒夹(6)内设有粒子棒槽，粒子棒槽内设有弹簧片(7)，粒子棒夹(6)的弹簧片(7)顶端粒子棒槽内可装粒子棒，粒子棒夹(6)通过弹簧片(7)将粒子棒从粒子棒安装口(21)平行于粒子棒滑道(19)置于粒子棒滑道(19)内。

长型粒子棒推送架上粒子棒装配端的上面安装有U型钉安装装置，U型钉安装装置的下部分为与粒子棒滑道(19)平行的钉槽(2)及下压板(22)，下压板的前端开有向下开通的下压钉道，下压钉道与U型钉引导槽(17)对应；钉槽(2)内固定安装有定位弹簧(4)，定位弹簧(4)能够使多个U型钉(3)平行紧密地安装在钉槽(2)内；U型钉安装装置的上部分为压柄(5)，压柄的前端设有压钉片(14)，压钉片(14)与下压钉道对应，压柄(5)还设有压柄复位弹簧(15)；下压板(22)的后端设有第二耳孔和压柄(5)的后端设有第三耳孔，下压板(22)和压柄(5)通过后端第二耳孔和第三耳孔叠合固定在长型粒子棒推送架两突出的第一耳孔之间，通过销轴(13)连接；压柄(5)的前端可向下压。

本发明大大提高手术平台操作的智能性、灵活性、准确性、实时性、操作简便性，同时降低成本。这种放射性粒子介入治疗肿瘤的新型手术机器人系统具有精准微创治疗的特点，大大降低了医护人员的技术难度，大大缩短了患者的等待时间。该机器人系统可以在县级医院等基层医疗机构广泛普及，惠及广大医疗工作者和患者。具有非常显著的经济效益和社会效益。

附图说明

更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。显而易见，这些附图仅是本发明记载的一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统的具体实施方式。本发明包括但不仅限于以下这些。

图1为放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统的示意图。

图2放射性粒子支架内装配装置总体示意图；

图3放射性粒子支架内装配装置钉槽结构示意图；

图4放射性粒子支架内装配装置压柄结构示意图；

图5放射性粒子支架内装配装置装订位置结构示意图。

1’-主机，2’-显示屏，3’-放射性粒子支架内装配装置，4’-机器人手动操作面板，5’-机器人手臂，6’-注射器导向模板，7’-CT机，8’-体模空气加热系统，1-架座，2-钉槽，3-U型钉，4-定位弹簧，5-压柄，6-粒子棒夹，7-弹簧片，8-粒子棒，9-推送杆，10-复位弹簧，11-封盖，12-导槽，13-销轴，14-压钉片，15-压柄复位弹簧，16-粒子棒导出槽，17-U型钉引导槽，18-长型粒子棒推送架，19-粒子棒滑道，20-第一耳孔，21-粒子棒安装口，22-下压板，23-下压钉道，24-支架丝。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面将结合实施例对本发明的优选方案进行描述。这些描述只是举例说明本发明的特征和优点，而非限制本发明的保护范围。

如图1为放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统的示意图。在患者接受治疗之前，首先将体模放入体模空气加热系统8’，当体模被加热到指定温度后，取出体模并将其放置在CT床上。患者平躺在放置于CT床上的体模上，体模被挤压出患者的身体轮廓。CT床将患者送入CT机7’进行扫描，CT机7’将扫描的数据信息传入到主机1’。主机1’通过图像处理系统与TPS治疗计划系统，将患者的病理信息与图像信息通过显示器2’进行显示。通过医生的诊断最终确定治疗的位置与放射粒子的剂量。如果患者需要植入带放射粒子的支架进行内植入治疗，则根据病理需要，利用放射性粒子支架内装配装置3’将所需的放射性粒子装配于支架内表面。如果患者需要利用注射器将放射性粒子注射至病变处，则主机1会将最终的位置信息传递给机器人手臂5’。机器人手臂5’根据位置信息，将注射器导向模板6’准确放置在人体上需要注射放射粒子的位置处。另外医生还可以根据具体情况利用机器人手动操作面板4’对机器人手臂5’进行一定量的微调。当注射器导向模板6’位置确定后，医生利用放射粒子注射器沿着注射器导向模板6’上的注射器引导孔将放射性粒子注射至人体内，通过放射粒子的精确植入，最终完成内植入放射治疗。放射性粒子注射完毕后，再次进行CT扫描获取介入治疗后的影像；由TPS系统对治疗效果进行评估。

放射性粒子支架内装配装置结构部件包括：架座1，钉槽2，U型钉3，定位弹簧4，压柄5，粒子棒夹6，弹簧片7，粒子棒8，推送杆9，复位弹簧10，封盖11，导槽12，销轴13，压钉片14，压柄复位弹簧15，粒子棒导出槽16，U型钉引导槽17，长型粒子棒推送架18，粒子棒滑道19，耳孔20，粒子棒安装口21，下压板22，下压钉道23，具体见附图1-4；结合图1放射性粒子支架内装配装置总体示意图，架座1上部为长型粒子棒推送架18，长型粒子棒推送架18的头端为粒子棒装配端，尾端为粒子棒推送端。在粒子棒推送端装配有粒子棒推送杆9，粒子棒推送杆9尾部连接有复位弹簧10，复位弹簧10另一端连接于封盖11处。将血管支架穿过架座1上粒子棒装配端，将需要装配粒子棒的支架放置于粒子棒导出槽16位置处，推送杆9在复位弹簧10作用下退回到封盖11位置处后，粒子棒夹6内弹簧片7将粒子棒夹6内的粒子棒8压送到架座1内部的粒子棒滑道处，推送杆9将粒子棒8推送到架座1的粒子棒导出槽16位置处。此时按下压柄5，压柄5内的压钉片14将U型钉3压出钉槽2，U型钉3在被压出钉槽2的同时进入架座1上的U型钉引导槽17，在压力的作用下，U型钉3沿U型钉引导槽17变形，最终U型钉3将粒子棒8紧紧装订于支架内表面。

完成装订动作后取出支架，粒子棒8就被装订于支架内表面，此时推送杆9在复位弹簧10作用下自动退回到封盖11处，粒子棒夹6内弹簧片7就会将新的粒子棒8压送到粒子棒滑道内，进行下一次装订。钉槽2和压柄5通过销轴13连接于架座1上端。钉槽2的U型钉滑道处装有定位弹簧4，压柄5与钉槽2之间装有压柄复位弹簧15,。当完成一枚U型钉的装订后，停止对压柄5的按压，压柄5会在压柄复位弹簧15作用下弹起到一定位置。此时钉槽2内部的U型钉3在定位弹簧4的推送下，向前移动一个钉位，一枚新的U型钉3就被推送至钉槽2的下压钉道23位置处，进行下一次粒子棒8的装订。

Claims (4)

1.一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统，其特征在于，包括主机(1’)、显示屏(2’)、机器人手动操作面板(4’)、机器人手臂(5’)、注射器导向模板(6’)、CT机(7’)；主机(1’)与显示屏(2’)连接，主机(1’)还分别与CT机(7’)、机器人手臂(5’)连接；

其注射器导向模板采用矩形导向模板，注射器导向模板上并排分布多列放射性粒子注射引导孔，注射器导向模板(6’)由6自由度机器人手臂(5’)夹持；机器人手动操作面板(4’)与机器人手臂(5’)连接，机器人手臂(5’)固定在CT床边且可沿CT床边沿滑动，并可随CT床一同进入CT机内侧；显示器和机器人手动操作面板(4’)，可分别对机器人手臂进行微调及手动操作；

还包括体模空气加热系统，采用空气加热的方法，将放射治疗体模竖直放置到加热箱内，加热系统内有精确的温控单元，对体模加热过程进行精确的温度控制；

还包括一种放射性粒子支架内装配装置，该装置采用装订的方法将放射性粒子棒装订于支架内表面。

2.根据权利要求1所述的一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统，其特征在于，放射性粒子支架内装配装置，包括：钉槽(2)、U型钉(3)、定位弹簧(4)、压柄(5)、粒子棒夹(6)、弹簧片(7)、粒子棒(8)、推送杆(9)、复位弹簧(10)、封盖(11)、导槽(12)、销轴(13)、压钉片(14)、压柄复位弹簧(15)，粒子棒导出槽(16)，长型粒子棒推送架(18)；

所述的一种放射性粒子支架内装配装置，其架座是装配装置的主体部分，架座底部为盘型基座，盘型基座上为长型粒子棒推送架(18)，长型粒子棒推送架的一端为粒子棒装配端，另一端为粒子棒推送端，粒子棒推送架的中间部位两侧各有一个向上突出的第一耳孔(20)，两突出的第一耳孔平行对称；长型粒子棒推送架的粒子棒装配端设有向上开口的粒子棒导出槽(16)，粒子棒导出槽(16)的侧壁开有一向上开口的U型凹槽，称为U型钉引导槽(17)；粒子棒推送架内部沿长度方向设有粒子棒滑道(19)，滑道为圆柱形滑道，粒子棒滑道(19)自粒子棒推送端至粒子棒导出槽(16)贯通；在粒子棒推送端的粒子棒滑道(19)内安装有推送杆(9)，推送杆(9)设有手柄，在粒子棒推送端的长型粒子棒推送架的侧面开有导槽(12)，导槽(12)与粒子棒滑道(19)并排连通，推送杆(9)的手柄可沿导槽(12)内移动，同时保证推送杆(9)不转动；推送杆(9)的顶部通过复位弹簧(10)与封盖(11)固定连接；长型粒子棒推送架的上表面开有粒子棒安装口(21)，粒子棒安装口与粒子棒滑道(19)连通；粒子棒夹(6)内设有粒子棒槽，粒子棒槽内设有弹簧片(7)，粒子棒夹(6)的弹簧片(7)顶端粒子棒槽内可装粒子棒，粒子棒夹(6)通过弹簧片(7)将粒子棒从粒子棒安装口(21)平行于粒子棒滑道(19)置于粒子棒滑道(19)内；

长型粒子棒推送架上粒子棒装配端的上面安装有U型钉安装装置，U型钉安装装置的下部分为与粒子棒滑道(19)平行的钉槽(2)及下压板(22)，下压板的前端开有向下开通的下压钉道，下压钉道与U型钉引导槽(17)对应；钉槽(2)内固定安装有定位弹簧(4)，定位弹簧(4)能够使多个U型钉(3)平行紧密地安装在钉槽(2)内；U型钉安装装置的上部分为压柄(5)，压柄的前端设有压钉片(14)，压钉片(14)与下压钉道对应，压柄(5)还设有压柄复位弹簧(15)；下压板(22)的后端设有第二耳孔，压柄(5)的后端设有第三耳孔，下压板(22)和压柄(5)通过后端第二耳孔、第三耳孔叠合固定在长型粒子棒推送架两突出的第一耳孔之间，通过销轴(13)连接；压柄(5)的前端可向下压。

3.根据权利要求2所述的一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统，其特征在于，U型钉内侧长度等于粒子棒外侧周长。

4.根据权利要求2所述的一种放射性粒子介入治疗肿瘤的手术机器人系统，其特征在于，离子棒夹内的弹簧片始终保持一枚粒子棒被压送到粒子棒滑道内；下压钉道只允许单个U型钉通过。