CN108553768A - 前列腺粒子植入机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前列腺粒子植入机器人。本发明包括基座、机器人本体以及固定在机器人末端的末端执行机构；末端执行机构主要包括医用超声探头、粒子植入针以及能控制植入针穿刺位置和角度的导套调整机构；医用超声探头通过压板和卡扣可以方便的在末端执行结构上进行装卸，在机器人的带动下能够通过患者的肛门进入到患者直肠以获得前列腺的超声图像，并能实现末端执行机构绕医用超声探头中心线的旋转和沿中心线的平移；在导套调整机构内导套可以调整角度并沿调整支架上下平移，再加上末端执行机构绕医用超声探头中心线的旋转以及沿中心线的平移运动。本发明能够获得更为自由灵活的穿刺位置和角度，在提高前列腺粒子植入手术精度的同时，能够有效避免人体内骶骨对于粒子植入针的遮挡。

Description

前列腺粒子植入机器人

技术领域

本发明涉及一种医疗机器人设备，具体涉及到一种能够进行前列腺粒子 植入手术的前列腺粒子植入机器人。

背景技术

前列腺癌是一种中老年男性常见的恶性肿瘤，对癌细胞进行精准的粒子 放射治疗能够大幅度提高患者的特异性生存率。前列腺癌粒子放射治疗是通 过靶向穿刺手术来实现的，靶向穿刺手术的精度是影响手术质量的关键因素。 较低的穿刺精度会造成误诊断、软组织损伤以及放射量分布不当，从而对病 人的治疗效果产生极大的负面影响。

当前临床上采用的前列腺粒子植入设备比较简单，主要采用手动调整的 手术支架。通过手动调整超声传感器的位置来活动图像，并通过多孔的模板 来对粒子植入针进行定位。超声探头和粒子植入针的操作都需要手动完成， 操作复杂、劳动强度大，同时多孔模板只能使粒子植入针沿着垂直模板的方 向进行穿刺，可能遇到骶骨的阻挡，造成有些患病部位无法进行有效的治疗。

发明内容

本发明为了避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种结构紧凑、 能够调节粒子植入针穿刺位置和角度的前列腺粒子植入机器人。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种前列腺粒子植入机器人，机器人本体、机器人基座以及末端执行机构； 末端执行机构固定在具有六个电机能够实现空间三个自由度平移和三个自由 度旋转运动的通用机器人本体末端，机器人本体固定到可移动的机器人基座 上；

所述末端执行机构由粒子植入针、导套调整机构、压板、医用超声探头、 卡扣、末端支架、伺服电机、传送带组成；末端支架的底板通过螺钉固定到 机器人本体的末端，压板一端通过转轴与末端支架顶板一侧活动连接，压板 另外一端的半圆形钩与固定在末端支架右侧壁上端的卡扣配合，将医用超声 探头固定到末端支架的顶板上；固定到末端支架底板上的伺服电机通过传送 带带动齿轮；

所述导套调整机构包括齿轮、调整支架、丝杠、丝杠螺母、移动板、植 入针导套、角度调整板、限位旋钮、导轨、滑块、旋转轴；调整支架的右侧 壁与末端支架的左侧壁固定；丝杠的顶端穿过调整支架的底面，齿轮与丝杠 底端固定，导轨的两端与调整支架的顶面和底面固定，滑块穿过导轨，丝杠 螺母的一端与滑块固定；移动板固定到丝杠螺母的另一端；角度调整板通过 旋转轴与移动板相连；限位旋钮末端的螺纹部分穿过角度调整板的阶梯孔进 入到移动板的螺纹孔中，实现旋进和旋出；限位旋钮上具有阶梯轴在旋进的 过程中与角度调整板中的阶梯孔相配合锁住角度调整板的运动角度；角度调 整板与植入针导套固定，粒子植入针放置在植入针导套中的细长孔中。

所述角度调整板内的阶梯孔包括弧形腰型孔通孔和圆心均匀分布在弧 形腰型孔中心弧线上的圆形盲孔，圆弧腰型孔上下两端圆弧的圆心为旋转轴 穿过的角度调整板上的通孔，圆弧腰型孔与相邻的圆形盲孔相交；限位旋钮 包含阶梯轴，其中阶梯轴较小直径处的直径与角度调整板弧形腰型孔的直径 一致，阶梯轴较大直径处的直径与角度调整板圆形盲孔的直径一致。

所述的超声探头通过压板和卡扣固定在末端执行结构上，在机器人的带 动下能够通过患者的肛门进入到患者直肠内，通过前后运动和绕超声传感器 轴线的旋转运动可以获得前列腺的超声图像；并能够根据超声图像确定患癌 区域的具体位置。

所述的导套调整机构包括实现上下移动的丝杠导轨机构和调整角度的 角度调整板，再加上机器人绕超声传感器中心线的旋转，使得通过导套中心 细长孔进入人体的粒子植入针能够以多个不同角度覆盖整个前列腺的范围。

本发明结构紧凑能够获得更为自由灵活的穿刺位置和角度，在提高前列 腺粒子植入手术精度的同时，能够有效避免人体内骶骨对于粒子植入针的遮 挡。

附图说明

图1是本发明所提供的前列腺粒子植入机器人工作示意图；

图2是本发明所提供的前列腺粒子植入机器人末端执行机构示意图；

图3是本发明所提供的前列腺粒子植入机器人导套调整机构示意图；

图4是本发明所提供的前列腺粒子植入机器人角度调整示意图；

图5是本发明所提供的前列腺粒子植入机器人角度调整板示意图；

图6所示为前列腺手术机器人能够产生的穿刺轨迹的示意图。

图中：1—末端执行机构，2—机器人本体，3—机器人基座，11—粒子植 入针，12—导套调整机构，13—压板，14—医用超声探头，15—卡扣，16— 末端支架，17—伺服电机，18—传送带，101—齿轮，102—调整支架，103— 丝杠，104—丝杠螺母，105—移动板，106—植入针导套，107—角度调整板， 108—限位旋钮，109—导轨，110—滑块，111—旋转轴。

具体实施方式

下面，结合实施例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本 发明并不局限于所列的实施例。

图1为本发明提供的前列腺粒子植入机器人工作示意图；如图1所示， 前列腺粒子植入机器人主要由末端执行机构1、机器人本体2和机器人基座3 组成；其中机器人本体2固定到可移动的机器人基座3上，用于调整与手术 台的相对位置；机器人本体2是由六个电机驱动的具有六个自由度的通用机 器人(例如可以选用：丹麦优傲机器人公司提供的UR3轻型协作机器人，如 本说明书附图中所展示)，在机器人末端的可达工作空间内能够实现三个自由 度的平移和三个自由度的旋转运动；末端执行机构1固定在机器人本体2的 末端，在手术过程中，机器人本体2通过六个电机的协调驱动能够带动末端 执行机构1运动并接近患者的治疗部位；

图2为前列腺粒子植入机器人末端执行机构示意图；如图2所示，前列 腺粒子植入机器人末端执行机构1由粒子植入针11、导套调整机构12、压板 13、医用超声探头14、卡扣15、末端支架16、伺服电机17、传送带18组成； 末端支架16由相互固定的底板、左侧壁、右侧壁和顶板组成；末端支架的底 板通过螺钉固定到机器人本体2的末端，压板13一端通过转轴与末端支架顶 板一侧活动连接，压板另外一端的半圆形钩与固定在末端支架右侧壁上端的 卡扣15结合和分离，从而可以将医用超声探头14固定到末端支架的顶板上； 固定到末端支架底板上的伺服电机17可以通过传送带18将旋转运动传递到 齿轮101上；

图3、图4为前列腺粒子植入机器人导套调整机构示意图和角度调整示意 图；如图所示，前列腺粒子植入机器人导套调整机构包括齿轮101、调整支架 102、丝杠103、丝杠螺母104、移动板105、植入针导套106、角度调整板107、 限位旋钮108、导轨109、滑块110、旋转轴111；调整支架102的右侧壁与 末端支架16的左侧壁固定，以保证整个导套调整机构12与末端支架16相固 定；丝杠103的顶端穿过调整支架102的底面，齿轮101与丝杠103底端固定，丝杠103随着齿轮101运动时能够带动丝杠螺母104运动，导轨109的 两端与调整支架102的顶面和底面固定，滑块110穿过导轨109，丝杠螺母 104的一端与滑块110固定，并能够随着导轨109进行直线运动，从而保证丝 杠螺母104进行直线运动时本身不发生旋转；移动板105固定到丝杠螺母104 的另一端，并随着丝杠螺母上下移动；角度调整板107通过旋转轴111与移 动板105相连，并能绕旋转轴111进行旋转；限位旋钮108末端的螺纹部分 穿过角度调整板107的阶梯孔进入到移动板105的螺纹孔中，并能够旋进和 旋出；限位旋钮108上具有阶梯轴在旋进的过程中能够与角度调整板107中 的阶梯孔相配合可以锁住角度调整板107的运动角度；角度调整板107与植 入针导套106固定，粒子植入针11放置在植入针导套106中的细长孔中，以 此来确定粒子植入针11的位置和角度；

图5所示为角度调整板和限位旋钮的配合示意图；如图5所示，角度调 整板107内的阶梯孔包括弧形腰型孔通孔和圆心均匀分布在弧形腰型孔中心 弧线上的圆形盲孔，圆弧腰型孔上下两端圆弧的圆心为旋转轴111穿过的角 度调整板107上的通孔，圆弧腰型孔与相邻的圆形盲孔相交；限位旋钮108 包含阶梯轴，其中阶梯轴较小直径处的直径与角度调整板107弧形腰型孔的 直径一致，阶梯轴较大直径处的直径与角度调整板圆形盲孔的直径一致；当 限位旋钮108阶梯轴较大直径处没有旋进圆形盲孔时，角度调整板107能够 绕旋转轴111旋转，当限位旋钮108阶梯轴较大直径处旋进圆形盲孔时，角 度调整板107不能旋转从而被锁定，由于圆形盲孔的位置都是已知的，角度 调整板107被锁定时其旋转角度也是已知的。

图6所示为前列腺手术机器人能够产生的穿刺轨迹的示意图；如图所示， 穿刺轨迹的末端为粒子植入针最后到达的位置；形成这些轨迹的运动包括角 度调整板107的旋转、移动板105的上下移动；机器人本体2能够在其自身 所具有的六个电机的驱动下带动末端执行结构1绕医用超声探头14轴线的旋 转和沿医用超声探头轴线14的平移，需要注意的是这只是角度调整板107被 锁定到某一位置上所产生的一种轨迹，在角度调整板107被锁定到其它位置 时会产生不同角度的穿刺轨迹，均能够覆盖前列腺的范围，在提供穿刺轨迹布置灵活性的同时可以通过角度的调整避免在粒子植入枪穿刺过程中可能遇 到的骶骨遮挡问题。

Claims (2)

1.一种前列腺粒子植入机器人，其特征在于，包括：

机器人本体、机器人基座以及末端执行机构；末端执行机构固定在具有六个电机能够实现空间三个自由度平移和三个自由度旋转运动的通用机器人本体末端，机器人本体固定到可移动的机器人基座上；

所述末端执行机构由粒子植入针、导套调整机构、压板、医用超声探头、卡扣、末端支架、伺服电机、传送带组成；末端支架的底板通过螺钉固定到机器人本体的末端，压板一端通过转轴与末端支架顶板一侧活动连接，压板另外一端的半圆形钩与固定在末端支架右侧壁上端的卡扣配合，将医用超声探头固定到末端支架的顶板上；固定到末端支架底板上的伺服电机通过传送带带动齿轮；

所述导套调整机构包括齿轮、调整支架、丝杠、丝杠螺母、移动板、植入针导套、角度调整板、限位旋钮、导轨、滑块、旋转轴；调整支架的右侧壁与末端支架的左侧壁固定；丝杠的顶端穿过调整支架的底面，齿轮与丝杠底端固定，导轨的两端与调整支架的顶面和底面固定，滑块穿过导轨，丝杠螺母的一端与滑块固定；移动板固定到丝杠螺母的另一端；角度调整板通过旋转轴与移动板相连；限位旋钮末端的螺纹部分穿过角度调整板的阶梯孔进入到移动板的螺纹孔中，实现旋进和旋出；限位旋钮上具有阶梯轴在旋进的过程中与角度调整板中的阶梯孔相配合锁住角度调整板的运动角度；角度调整板与植入针导套固定，粒子植入针放置在植入针导套中的细长孔中。

2.根据权利要求1所述的前列腺粒子植入机器人，其特征在于，所述角度调整板内的阶梯孔包括弧形腰型孔通孔和圆心均匀分布在弧形腰型孔中心弧线上的圆形盲孔，圆弧腰型孔上下两端圆弧的圆心为旋转轴穿过的角度调整板上的通孔，圆弧腰型孔与相邻的圆形盲孔相交；限位旋钮包含阶梯轴，其中阶梯轴较小直径处的直径与角度调整板弧形腰型孔的直径一致，阶梯轴较大直径处的直径与角度调整板圆形盲孔的直径一致。