CN111803214B - 一种手术机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种手术机器人装置，包括：三维扫描机，其用于对患者身体进行扫描，获得扫描图像；控制装置，其根据所述扫描图像生成患者身体的三维模型，根据所述三维模型中病灶点的位置信息生成所述病灶点的坐标，并根据所述坐标生成穿刺路径；机械臂，其用于执行所述穿刺路径；以及穿刺装置，其固定结合于所述机械臂的端部，用于夹持穿刺针，所述穿刺装置包括能够调节穿刺力大小的可调部件，所述控制装置能够通过所述可调部件调节穿刺力。本发明的手术机器人装置利用机械臂动作精细、定位准确的特点辅助外科医生进行手术操作，不但能提高手术的精度和安全性，而且能减轻医生的工作强度，避免因疲劳引起手术失败。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域。更具体地，涉及一种手术机器人装置。
背景技术
穿刺介入手术是指利用X光透视、CT、MRI、B超等医疗影像设备做导向，将穿刺针、套管针、骨钻、导管导丝等一些特制的器械直接贯穿组织层或经动脉、静脉、消化系统的自然管道等抵达体内病变区域，取得细胞或组织等病理材料，从而达到诊断疾病的目的。
对于传统的穿刺介入手术，医生必须在图像监视设备的引导下将器械送至目标点，在此过程中，穿刺器械常常因人手抖动、组织变形等因素偏离规划的路径，从而对器械周围组织造成一些不必要的损伤，影响手术的效果。医生在整个操作过程中一直小心翼翼地把持穿刺器械做精细的动作，所以很容易产生疲劳。此外，如果图像设备有放射性，不但会对医生的身体造成一定的伤害，而且会影响医生的心理，进而影响手术的发挥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手术机器人装置，该装置能够辅助医生进行动作精细、定位准确的手术操作。
根据本发明的一个方面，提供了一种手术机器人装置，包括：
三维扫描机，其用于对患者身体进行扫描，获得扫描图像；
控制装置，其根据所述扫描图像生成患者身体的三维模型，根据所述三维模型中病灶点的位置信息生成所述病灶点的坐标，并根据所述坐标生成穿刺路径；
机械臂，其用于执行所述穿刺路径；
穿刺装置，其固定结合于所述机械臂的端部，用于夹持穿刺针，所述穿刺装置包括能够调节穿刺力大小的可调部件，所述控制装置能够通过所述可调部件调节穿刺力。
优选地，所述控制装置根据所述穿刺路径上的组织结构，向所述可调部件发送控制信号，所述可调部件根据该控制信号调节穿刺力的大小。
优选地，所述穿刺装置上设有用于采集穿刺力数值的传感器，所述传感器将所述穿刺力数值发送到所述控制装置，所述控制装置根据所述穿刺力数值调节穿刺力的大小和/或穿刺路径。
优选地，所述穿刺力包括作用于所述穿刺针的尖端部的切割力和作用于所述穿刺针的侧壁的摩擦力。
优选地，所述穿刺装置还包括用于与所述机械臂的末端连接的连接件、与所述连接件连接的下基板、通过所述可调部件与所述下基板连接的上基板，所述上基板用于加持穿刺针。
优选地，所述可调部件包括弹簧和对所述弹簧进行压缩变形的直线位移机构，所述弹簧的两端分别与所述上基板和下基板连接，所述直线位移机构接收所述控制装置的位移信号，通过调节所述弹簧的变形量实现弹力的调节。
优选地，所述连接件、上基板和下基板分别设置为L型，所述弹簧设置为两个，并列设置在所述上基板与下基板之间。
优选地，所述三维扫描机呈圆筒形状，所述三维扫描机的侧端面固定结合有基座，所述基座设有滑轨，所述机械臂设置在所述滑轨上。
优选地，该手术机器人装置还包括能够移动的床板，所述床板设置于所述三维扫描机内。
优选地，所述机械臂为六自由度机械臂。
本发明的有益效果如下：
本发明的手术机器人装置利用机械臂动作精细、定位准确的特点辅助外科医生进行手术操作，不但能提高手术的精度和安全性，而且能减轻医生的工作强度，避免因疲劳引起手术失败。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的结构示意图。
图2示出本发明可调装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在如图1所示本发明手术机器人装置的一种实施方式中，该装置包括机械臂02、穿刺装置03、三维扫描机04和控制装置，三维扫描机04用于对患者身体进行扫描，并获得扫描图像，控制装置根据所述扫描图像生成患者身体的三维模型，医生在三维模型中选定病灶点，控制系统根据选定的病灶点的位置信息生成病灶点的坐标，并根据所述坐标生成穿刺路径。
确定穿刺路径的原则是在能够避开血管、肠道等重要器官和穿刺障碍物的前提下，尽量缩短穿刺距离，这样一方面能提高准确性，另一方面能减少组织损伤，增加安全性，降低并发症。
控制装置将病灶点的坐标和穿刺路径下发至机械臂02，机械臂02执行该穿刺路径至病灶点的坐标。
穿刺装置03固定结合于机械臂02的端部，用于夹持穿刺针，具体地，穿刺装置03包括能够调节穿刺力大小的可调部件，穿刺针夹持于所述可调部件上，控制装置能够通过所述可调部件调节穿刺针的穿刺力。
本发明的手术机器人装置利用机械臂动作精细、定位准确的特点辅助外科医生进行手术操作，不但能提高手术的精度和安全性，而且能减轻医生的工作强度，避免因疲劳引起手术失败。
目前，一些三维扫描机04，例如X射线扫描机具有放射性，使用本发明的手术机器人装置时，医生能够远程操作该装置，从而能够避免对医生的身体造成伤害。
在一个实施例中，控制装置根据穿刺部位和穿刺路径的人体软组织结构，控制装置能够通过可调部件实现对穿刺力大小的调节，从而对不同的软组织结构采用不同的穿刺力进行穿刺，大大提高手术的成功率。
控制装置内存储有多种人体软组织的穿刺力模型和软组织形变模型，根据病灶点的坐标信息和穿刺路径，控制装置选择对应数值的穿刺力，并向穿刺转账03的可调部件发送控制信号，可调部件根据所述控制信号调节穿刺力的大小，从而提高手术的精度。
在一个实施例中，穿刺装置03上设有用于采集穿刺力数值的传感器，所述传感器将采集到穿刺力数值发送至控制装置，实现力觉反馈的效果。控制装置根据存储的穿刺力模型与采集到穿刺力数值，可以通过监测穿刺力的实时变化来判断穿刺针位于哪个组织与是否偏离了规划的穿刺路径，从而控制机械臂02做出快速调整，进而提高手术的安全性和改善手术操作，提高手术的精度。
具体地，所述穿刺力包括穿刺针尖端的切割力和软组织对穿刺针侧壁的摩擦力。对于某一软组织切割力为一常值，摩擦力与穿刺针的直径和穿刺深度成正比，并且穿刺力作用于穿刺针的轴向方向。采集穿刺力数值的传感器可以是设置在穿刺装置03上的压力传感器，也可以是其它结构的测力装置。
在医生手动穿刺时，医生可以根据力觉反馈信息实时调整进针过程，本发明的手术机器人装置采用穿刺力传感器也可达到手动进针的效果，实现准确定位的目的。
如图2所示的一个实施例中，穿刺装置03包括连接件031、下基板032、上基板033、可调部件034和穿刺针035，连接件031、下基板032和上基板033的形状均为L型，连接件031的一端与机械臂02的端部连接，另一端与下基板032连接，上基板033通过可调部件034与下基板032连接，穿刺针035固定在上基板033上。
本实施例中可调部件034包括两个并列设置的弹簧和直线位移机构，弹簧的两端分别与下基板032、上基板033连接，直线位移机构能够对弹簧进行压缩或拉伸变形，调节弹簧的弹力，从而调节上基板033与下基板032之间的弹力，进而调节穿刺针035的穿刺力。直线位移机构可以为活塞缸或螺杆、螺母，活塞缸的两端方分别与上基板033、下基板032连接，或者螺杆、螺母分别与上基板033、下基板0332连接，从而实现压缩或拉伸弹簧。
如图1所示，三维扫描机04呈圆筒型结构，圆筒型的侧端面固定有基座01，基座01上设有滑轨011，机械臂02固定连接在滑轨011上。机械臂02为六自由度机械臂。
本实施例手术机器人装置还包括能够移动的床板05，床板05设置于所述三维扫描机04内，便于对患者进行手术操作。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种手术机器人装置，其特征在于，包括：
三维扫描机，其用于对患者身体进行扫描，获得扫描图像；
控制装置，其根据所述扫描图像生成患者身体的三维模型，根据所述三维模型中病灶点的位置信息生成所述病灶点的坐标，并根据所述坐标生成穿刺路径；
机械臂，其用于执行所述穿刺路径；以及
穿刺装置，其固定结合于所述机械臂的端部，用于夹持穿刺针，所述穿刺装置包括能够调节穿刺力大小的可调部件，所述控制装置能够通过所述可调部件调节穿刺力，所述控制装置根据所述穿刺路径上的组织结构，向所述可调部件发送控制信号，所述可调部件根据该控制信号调节穿刺力的大小；
所述穿刺装置还包括用于与所述机械臂的末端连接的连接件、与所述连接件连接的下基板、通过所述可调部件与所述下基板连接的上基板，所述上基板用于夹持穿刺针，所述可调部件包括弹簧和对所述弹簧进行压缩变形的直线位移机构，所述弹簧的两端分别与所述上基板和下基板连接，所述直线位移机构接收所述控制装置的位移信号，通过调节所述弹簧的变形量实现弹力的调节；
所述三维扫描机呈圆筒形状，所述三维扫描机的侧端面固定结合有基座，所述基座设有滑轨，所述机械臂设置在所述滑轨上。
2.根据权利要求1所述的手术机器人装置，其特征在于，所述穿刺装置上设有用于采集穿刺力数值的传感器，所述传感器将所述穿刺力数值发送到所述控制装置，所述控制装置根据所述穿刺力数值调节穿刺力的大小和/或穿刺路径。
3.根据权利要求2所述的手术机器人装置，其特征在于，所述穿刺力包括作用于所述穿刺针的尖端部的切割力和作用于所述穿刺针的侧壁的摩擦力。
4.根据权利要求1所述的手术机器人装置，其特征在于，所述连接件、上基板和下基板分别设置为L型，所述弹簧设置为两个，并列设置在所述上基板与下基板之间。
5.根据权利要求1所述的手术机器人装置，其特征在于，该手术机器人装置还包括能够移动的床板，所述床板设置于所述三维扫描机内。
6.根据权利要求1所述的手术机器人装置，其特征在于，所述机械臂为六自由度机械臂。
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