CN112315513A - 一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，涉及医疗机器人技术领域。机械结构主要包括穿刺针姿态调整机构和定位装置两部分。穿刺针姿态调整机构根据乳腺组织的生理形状而设计，可以实现穿刺针姿态的调整，包括固定支架、滚轮装置、圆弧板轨道、连接架、旋转关节、第一旋转架、第二旋转架、活检枪；笛卡尔三坐标定位装置可以满足医疗机器人定位精度高和工作范围大的要求，将穿刺针姿态调整机构定位到乳腺组织上方；所述活检枪可以实现肿瘤组织的提取。本发明的机械结构配合术前乳腺组织的三维图像重建、穿刺路径规划、术中手术导航等技术辅助医生进行乳腺肿瘤的穿刺活检诊断，弥补纯手工穿刺的不足，提高穿刺的稳定性和诊断的成功率。

Description

一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置

技术领域

本发明属于医疗机器人技术领域，具体涉及一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置。

背景技术

乳腺癌是常见的女性恶性肿瘤，严重危害女性的身体健康和生命安全。据最新癌症数据统计显示乳腺癌目前仍位居女性新发恶性肿瘤第一位。所以早期发现，早期诊断，及时治疗乳腺癌对降低病死率及提高生存质量具有非常重要的现实意义。乳腺癌的早期诊断最常用的是基于粗针活检的经皮穿刺技术，穿刺活检技术最需要解决的就是穿刺精度的问题，这关系到手术的效率、安全性和样本检测的准确率。

随着机器人技术和医学图像技术的发展，国内外诸多研究单位就机器人辅助医生手术展开了研究并已有相关产品落地，手术机器人已成为机器人领域重要的分支，我国已将手术机器人列入国家重大发展战略计划之中。根据手术的类型可以将手术机器人进行更加细致的分类，其中机器人辅助医生活检穿刺属于外科手术机器人中的微创介入手术机器人。在乳腺癌的治疗中，医生纯手工穿刺活检存在较多共性缺陷，例如：在三维空间里行二维穿刺准确率得不到保障，需要医生随时观察针尖位置不断手动调整穿刺针姿态，需要多次回撤针，才能准确穿刺到目标靶点；纯手工穿刺时无法使穿刺针达到穿刺的任意姿态，穿刺针的工作范围受限；一旦出现手部颤抖或穿刺用力不均匀的现象，容易造成术后并发症甚至严重威胁到病人的生命安全；缺乏经验的医生无法较好的辨别出最优的穿刺路径。目前机器人虽没有人类灵活和智能，但是借助医学图像和先进机器人技术，机器人系统可以使穿刺变得更加稳定和精准，从而提高了手术效率和安全性。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置来进行问题的解决。该装置主要包括固定支架、滚轮装置、圆弧板轨道、连接架、旋转关节、第一旋转架、第二旋转架、活检枪；所述旋转关节与固定支架连接，所述连接架与旋转关节通过螺栓螺母连接，圆弧板轨道与连接架固定连接，滚轮装置安装在圆弧板轨道上，第一旋转架与滚轮装置通过螺栓螺母连接，第二旋转架与第一旋转架通过螺栓螺母连接，活检枪安装在第二旋转架上；当螺母松开时，第一旋转架、第二旋转架、旋转关节可以转动，当螺母锁紧时，位置固定。

进一步的，所述滚轮装置包括滚轮、支架和销轴，滚轮与支架通过销轴连接。

进一步的，所述圆弧板轨道由圆弧板和连接板组成，圆弧板与连接板固定连接，圆弧板为四分之一圆弧，内部和表面开有圆弧槽，连接板与连接架固定连接。

进一步的，所述滚轮装置的滚轮嵌装在圆弧板表面的圆弧槽内，滚轮装置通过螺栓螺母与圆弧板内部的圆弧槽连接，螺母松开时，滚轮装置可以沿圆弧槽移动，螺母锁紧时，滚轮装置位置固定。

进一步的，所述固定支架与X轴直线模组的滑块连接，X轴直线模组与Z轴直线模组的滑块连接，Z轴直线模组与Y轴直线模组的滑块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用X轴直线模组、Z轴直线模组、Y轴直线模组组成的三坐标定位装置具有运动稳定性高、定位精度高、工作范围大的优点；穿刺针姿态调整机构根据乳腺组织的生理形状进行设计，可以实现穿刺针的多姿态运动，在乳腺组织三维重建、穿刺路径规划以及术中导航技术的基础上医生操作本装置可以更好的实施活检手术，有效弥补手工穿刺的不足，提高穿刺手术的准确度和活检成功率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其他特征、优点和目的变得更加清晰，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，在附图中。

图1是本发明实施例的轴测图。

图2是本穿刺针姿态调整机构的轴测图。

图3是滚轮装置的轴测图。

图4是圆弧板轨道的轴测图。

图5是第二旋转架和活检枪（穿刺末端）的轴测图。

图6是本发明使用过程中术前与术中操作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1、图2所示，本申请涉及一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，主要包括：固定支架201、滚轮装置101、圆弧板轨道102、连接架103、旋转关节104、第一旋转架107、第二旋转架106、活检枪105；所述旋转关节104与固定支架201连接，所述连接架103与旋转关节104通过螺栓螺母连接，圆弧板轨道102与连接架103固定连接，滚轮装置101安装在圆弧板轨道102上，第一旋转架107与滚轮装置101通过螺栓螺母连接，第二旋转架106与第一旋转架107通过螺栓螺母连接，活检枪105安装在第二旋转架106上；当螺母松开时，第一旋转架107、第二旋转架106、旋转关节104可以转动，当螺母锁紧时，位置固定。如图3所示，滚轮装置101包括滚轮a、支架b和销轴c，滚轮a与支架b通过销轴c连接。固定支架201与X轴直线模组202的滑块连接，X轴直线模组202与Z轴直线模组203的滑块连接，Z轴直线模组203与Y轴直线模组204的滑块连接。

如图4所示，圆弧板轨道102由圆弧板Ⅰ和连接板Ⅱ组成，圆弧板Ⅰ与连接板Ⅱ固定连接，圆弧板Ⅰ为四分之一圆弧，内部和表面开有圆弧槽，连接板Ⅱ与连接架103固定连接。如图3、4所示，滚轮装置101的滚轮a嵌装在圆弧板Ⅰ表面的圆弧槽内，滚轮装置101通过螺栓螺母与圆弧板Ⅰ内部的圆弧槽连接，螺母松开时，滚轮装置101可以沿圆弧槽移动，螺母锁紧时，滚轮装置101位置固定。

在本发明的实施例中，X轴直线模组202、Z轴直线模组203、Y轴直线模组204具体型号、规格以及搭配方式等，技术人员可根据实际需要选定，在本发明实施例中做简化处理。技术人员可以将穿刺针姿态调整装置100作为手术末端悬挂在其他合适形式的机械臂上。

具体的在本实施例中，如图1所示，X轴直线模组202、Z轴直线模组203、Y轴直线模组204组成三坐标定位装置。所述Y轴直线模组204的滑块沿Y轴方向做往复运动，进而通过Z轴直线模组203、X轴直线模组202、固定支架201带动穿刺针姿态调整机构100在Y轴方向上做往复运动；Z轴直线模组203的滑块沿竖直方向做往复运动，进而通过X轴直线模组202、固定支架201带动穿刺针姿态调整机构100在竖直方向上做往复运动；X轴直线模组202的滑块沿X轴方向做往复运动，进而通过固定支架201带动穿刺针姿态调整机构100在X轴方向上做往复运动。上述过程即可实现穿刺针姿态调整机构100任意方向的调整。

进一步的，如图2所示，医生手动调节连接架103转动，即可实现对圆弧板轨道102所在竖直平面的调整，进而实现对活检枪105在水平面上的调整，手动调节滚轮装置101沿圆弧板轨道102在竖直平面上移动，进而实现对活检枪105在竖直平面上的调整，手动调节第一旋转架107转动，即可实现活检枪105在竖直平面内摆动，手动调节第二旋转架106转动，即可实现活检枪105在第二旋转架106与第一旋转架107的接触面内摆动，上述过程即可实现穿刺针的多姿态运动。

在实际应用中，该装置还需要搭配图像三维重建软件、路径规划算法和光学定位导航系统来实现乳腺肿瘤精准安全的穿刺活检。手术实施前，需要完成以下内容：（1）首先图像三维重建技术指的是通过CT断层扫描技术扫描乳房的断层图片，通过三维重建软件或重建算法重建出患者乳房的真实三维模型，并通过图像处理算法，在三维模型上寻找并标记肿瘤及敏感组织（血管、神经等）位置，计算肿瘤与穿刺点之间的距离等信息；（2）然后通过穿刺路径规划算法寻找最优的穿刺点和穿刺路径，即最合适的穿刺针位置和姿态，并在三维图像建模软件上进行标记；（3）最后通过光学定位导航仪及图像配准算法对患者乳腺组织与三维重建图像进行术前配准，对穿刺末端（本实施例中表现为第二旋转架及活检枪）与图像三维重建空间进行术前配准，配准完成后光学定位导航仪即可实时跟踪穿刺末端的位置和姿态的变化，此过程在图像三维重建软件中显示。

手术过程中，医生一边手持穿刺末端运动，一边观察图像三维重建软件中穿刺针的位姿，直到穿刺末端的位姿与图像三维重建软件中规划的最优穿刺针位姿完全一致，然后拧紧螺母，将各个关节锁紧，如图5所示，医生手动推动活检枪105实施穿刺。

Claims (5)

1.一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，其特征在于，主要包括：固定支架（201）、滚轮装置（101）、圆弧板轨道（102）、连接架（103）、旋转关节（104）、第一旋转架（107）、第二旋转架（106）、活检枪（105）；所述旋转关节（104）与固定支架（201）连接，所述连接架（103）与旋转关节（104）通过螺栓螺母连接，圆弧板轨道（102）与连接架（103）固定连接，滚轮装置（101）安装在圆弧板轨道（102）上，第一旋转架（107）与滚轮装置（101）通过螺栓螺母连接，第二旋转架（106）与第一旋转架（107）通过螺栓螺母连接，活检枪（105）安装在第二旋转架（106）上；当螺母松开时，第一旋转架（107）、第二旋转架（106）、旋转关节（104）可以转动，当螺母锁紧时，位置固定。

2.如权利要求1所述一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，其特征是：所述滚轮装置（101）包括滚轮（a）、支架（b）和销轴（c），滚轮（a）与支架（b）通过销轴（c）连接。

3.如权利要求1所述一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，其特征是：所述圆弧板轨道（102）由圆弧板（Ⅰ）和连接板（Ⅱ）组成，圆弧板（Ⅰ）与连接板（Ⅱ）固定连接，圆弧板（Ⅰ）为四分之一圆弧，内部和表面开有圆弧槽，连接板（Ⅱ）与连接架（103）固定连接。

4.如权利要求3所述一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，其特征是：所述滚轮装置（101）的滚轮（a）嵌装在圆弧板（Ⅰ）表面的圆弧槽内，滚轮装置（101）通过螺栓螺母与圆弧板（Ⅰ）内部的圆弧槽连接，螺母松开时，滚轮装置（101）可以沿圆弧槽移动，螺母锁紧时，滚轮装置（101）位置固定。

5.如权利要求1所述一种新型乳腺肿瘤穿刺活检装置，其特征是：所述固定支架（201）与X轴直线模组（202）的滑块连接，X轴直线模组（202）与Z轴直线模组（203）的滑块连接，Z轴直线模组（203）与Y轴直线模组（204）的滑块连接。

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