CN114041880A - 一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置 - Google Patents

一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114041880A
CN114041880A CN202111400774.XA CN202111400774A CN114041880A CN 114041880 A CN114041880 A CN 114041880A CN 202111400774 A CN202111400774 A CN 202111400774A CN 114041880 A CN114041880 A CN 114041880A
Authority
CN
China
Prior art keywords
puncture
puncture needle
module
needle
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111400774.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114041880B (zh
Inventor
王钊
王盛吉
翟雨轩
许川
颜晨露
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202111400774.XA priority Critical patent/CN114041880B/zh
Publication of CN114041880A publication Critical patent/CN114041880A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114041880B publication Critical patent/CN114041880B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B10/0233—Pointed or sharp biopsy instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3468—Trocars; Puncturing needles for implanting or removing devices, e.g. prostheses, implants, seeds, wires
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3494—Trocars; Puncturing needles with safety means for protection against accidental cutting or pricking, e.g. limiting insertion depth, pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/76—Manipulators having means for providing feel, e.g. force or tactile feedback
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/107—Visualisation of planned trajectories or target regions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/061—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring dimensions, e.g. length
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Abstract

本发明公开了一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，该装置集成多传感器并通过激光测距、力反馈等方式，实现穿刺距离精确测量、穿针力矩控制精准；同时该装置采集的数据可以辅助现有的导航引导设备配合医学成像设备在术中提高整体穿刺精度。本发明可用于对人体内病变区域进行诊断和局部治疗，对刚性的针类医疗器械实现固定安装和对目标位置精准定位的作用，在末端穿刺执行装置上的激光测距传感器和压拉力传感器，实现对穿刺针体表距离，穿刺深度，穿刺遇障反应的精准把控，使靶向穿刺的精度得到提高。此外，本发明提出了穿刺针夹持模块可以快速便捷的更换一次性医疗器械，极大减少了术后的清洁工作和准备时间。

Description

一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置
技术领域
本发明涉及医用穿刺装置领域，具体涉及到一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置。
背景技术
介入手术是一种借助现代高科技手段对病患患处进行的微创性诊断和治疗，即在医学成像设备的辅助引导下，将特制的导管或导丝等精密的医疗器械，引入人体，对体内病态进行诊断和局部治疗。其中，肿瘤的穿刺活检在介入手术中十分常见(参见黄剑锋、黄昌杰、湛永滋、王湘萍、李冬云，CT导向经皮肺穿刺活检的临床应用[J]，中国肺癌杂志，2002(01):5 8-60)，通常依靠CT、DSA或超声影像进行导航，并通过手术机器人的应用，提高穿刺的精确度和稳定性，减轻医师手术负担的同时也提高了手术成功率。
专利CN102670297A公开了一种医用机械臂末端装置，仅可实现穿刺针的导向，无法自动穿刺，不够智能化。
Arnolli M M,Buijze M,Franken M,et al.System for CT-guided needleplacement in the thorax and abdomen:a design for clinical acceptability,applicability and usability[J]. The International Journal of Medical Roboticsand Computer Assisted Surgery,2018,14(1): e1877提出了一种结构紧凑的穿刺引导机器人，能够和病人、病床一起进入CT机扫描区域，但仅可实现定位引导，无法实现机器自动穿刺；此外，伸入CT机扫描区域内的机器人会给病人带来过大心理压力，不利于手术的进行。
专利CN111887991A公开的一种手术机器人穿刺装置，其可以实现穿刺组件的自动控制，准确刺入患者病灶，但是其穿刺的引导定位仅依赖外部导航设备，在穿刺精度、准确率以及穿刺过程的智能调整还存在提升空间。
上述三例引文都没有考虑术中医师参与的情况，现实情况是，手术过程尚不能完全由机器人全部强制完成，还需要由医师的介入和参与，来应对突发情况或是手术后续操作。此外，每台手术的术前准备和术后清洁就变得尤为重要，现有的医疗机器人或机械臂穿刺结构都没有考虑到手术过程中对机械臂的污染，往往需要投入大量的时间和人力去完成术前术后的清洁工作，增大了时间成本。
鉴于以上描述情景，亟须设计一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，以解决目前外置独立的定位导航系统精度不高；穿刺针和机械臂进针结构无法便捷快速分离，后续医师操作难以进行等问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种介入手术机器人末端执行装置，该装置集成多传感器并通过激光测距、力反馈等方式，实现穿刺距离精确测量、穿针力矩控制精准；同时该装置采集的数据可以辅助现有的导航引导设备配合医学成像设备在术中提高整体穿刺精度，从而提升了穿刺机器人的性能和临床实用性，更加便于进行临床转化和应用。
为了实现上述目的，本发明公开了一种可用于医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，在该末端穿刺执行装置中夹持穿刺针的夹持模块及滑块前后部位分别装配了力传感反馈模块和激光测距模块，可以用于穿刺针的高精度定位和自动化穿刺动作，并辅助引导定位导航系统，为医生操作营造更精准环境，降低了手术伤害和风险。
本发明提出了一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，该末端穿刺执行装置包括：
转接结构，可与六自由度机械臂旋转云台连接，实现手术机器人一体机的设计；穿刺滑动组件模块，用于实现电机运动的传动、穿刺的推进、穿刺操作的执行；激光测距模块，可用于穿刺针穿刺纵深距离测量；力传感反馈模块，用于测量穿刺进针深度及根据受力反馈调整进针方案；穿刺针载具模块，将穿刺针与激光测距模块和力传感反馈模块置于统一测试平台，保证测量准确性；穿刺针夹持模块，用于固定夹持和释放穿刺针，可根据术中实际需求选择，增大了医疗手术机器人的灵活性，方便了医师后续操作；辅助穿针模块，包含穿刺针限位孔和激光测距模块观察孔；
所述转接结构，从侧面用螺丝固定夹住电机及固定旋转电机所用的电机支架，在夹持平板的底部，有若干定位孔，可通过螺丝与六自由度机械臂中旋转云台部分连接固定；
所述穿刺滑动组件模块内部又有若干子模块，包括电机传动及固定组件、滑动组件、编码器模块、滑块及其连接件。电机传动及固定组件包括旋转电机、电机支架、联轴器、铝管、头部支座、尾部支座；滑动组件包括丝杆及丝杆螺母、交叉滚柱导轨、导轨支架。其中，电机安装在穿刺滑动组件模块的最外侧，电机轴通过联轴器与丝杆相连接，丝杆的另一端通过联轴器与编码器模块连接，电机支架穿过电机轴轴向方向，电机支架正中位置为旋转电机与联轴器连接部分，用于更稳固的安置和固定该连接部分，在电机支架中部区域的四周各有四个与旋转电机电机轴一侧定位孔对应一致的异形孔，用于对正和固定电机，在电机支架两侧各有一个放置铝管的方形孔，其大小、位置与头部支座、尾部支座上铝管穿过位置对应。铝管作为整个末端穿刺执行装置的支撑，依次从电机支架、头部支座、导轨支架下方通孔和尾部支座穿过，连接起整个末端穿刺执行装置并起到模块与模块、连接件与模块之间固定的作用。穿刺操作的执行主要依靠滑动组件来实现，通过旋转电机运动，带动与电机轴相连的丝杆及丝杆螺母运动，丝杆螺母的运动速度可由电机旋转速度控制。滑块及其连接件与丝杆螺母的上方固定，滑块的两侧与两边的交叉滚柱导轨相连接，丝杆螺母的前后直线运动，带动滑块及其连接件在交叉滚柱导轨上平稳运动。交叉滚柱导轨采用两组V型滚道导轨，采用缩短了滚柱体的间距的R型滚柱保持器这种独特的滚柱保持机制，使滚柱体的有效接触长度增大，通过滚柱保持器和专用的V型滚道导轨的组合设计，可承受各个方向的载荷，实现高精度、平稳的直线运动。本发明中的交叉滚柱导轨，将每组交叉滚柱导轨的下方V型滚道导轨固定于导轨支架上方槽内且两端分别嵌入头部支座与尾部支座中，上方的V型滚道导轨则可穿过头部支座和尾部支座实现平稳高精度的前后移动。
所述力传感反馈模块固定在滑块及其连接件上，具体来说，固定在滑块突起的后壁上方，力传感器的控制端嵌入滑块突起部分，并通过内部通道走线实现数据传输和控制，力传感器的受力检测端嵌入装载穿刺针及夹持模块的末端载具中。其中，力传感器检测端所在平面与穿刺针穿刺方向垂直，力传感器检测端所在平面中心与穿刺针实际运动方向在同一轴线上，实现了穿刺中阻力可以准确作用在力传感器上，并通过实时监测观察穿刺针阻力与进针深度。
所述激光测距模块嵌入在穿刺针载具前方，位于穿刺针夹持模块正下方，其激光出射所在平面与穿刺针穿刺方向垂直，两束出射激光的中线与穿刺进针的实际轴向运动方向位于同一平面内，激光测距测得的数据通过走线穿刺针载具内部事先预留的空间传输到控制端，实时监控穿刺进程中，穿刺针距离胸腔的距离来反馈修正医疗手术机器人的定位导航系统给出的定位信息。
穿刺针载具模块固定在滑台机器连接件平板面的上方，依次为线轨、线轨配套滑块、穿刺针载具。线轨固定在滑块上平面，线轨配套滑块与穿刺针载具连接后整体安装于线轨上方，可以随着穿刺过程中受阻力情况在实际穿刺轴向方向上向压力传感器施加压力，线轨及其滑块活动范围由压力传感器的运动的上下限范围决定。穿刺针载具的上方有与穿刺针夹持模块对应的挖凹槽设计，槽深与尺寸与穿刺针夹持模块整体一致，在槽口处有卡扣设计，在将夹持组件放入卡槽后，卡扣会固定住穿刺针。穿刺针夹持模块是由两块相同的槽型零件构成，内部槽的形状由具体的穿刺针的尾端形状决定，两块槽零件将穿刺针包裹住并且对齐之后，两块槽零件的截面上贴附的磁铁会牢牢吸附住另一半。穿刺针夹持模块的末端中心处，留有孔洞，孔洞位置与穿刺针轴心对应，用于手术中完成穿刺之后可能的活检或介入治疗操作。
所述辅助穿针模块，包括一组从尾部支座延伸出的两根连杆，两根连杆在超过末端编码器后，在斜向上延伸，并在最上方与实际穿刺轴向方向汇合，在汇合处留有穿刺针定位导向槽，穿刺针从槽内穿过，槽内径略大于穿刺针；除穿刺针定位导向槽外，还有激光测距预留观察孔，用于让测距激光从中穿通，让激光测距模块可以不受阻碍的观测病患体表。
一种医疗手术机器人，包括控制端、多自由度机械臂及机械臂末端连接有上述任一技术方案描述的末端穿刺执行装置。所述末端穿刺执行装置设置于所述机械臂末端，控制端分别与所述多自由机械臂与所述末端穿刺执行装置相连接，控制机械臂带动末端穿刺执行装置运动至目标位置，控制上述末端穿刺执行装置执行介入操作。
本发明的提供的医疗穿刺手术机器人末端穿刺执行装置在进行穿刺活检或是介入治疗如放射性粒子植入或是微创消融术时，穿刺针可以快速准确的安装，辅助定位导航系统实现精准穿刺；在穿刺过程中，实时监测穿刺深度，穿刺阻力变化，并实时反馈修正穿刺方案，提升了医师操作便利性，减少了穿刺的次数和医患双方受辐射的剂量，同时提高了经皮靶向穿刺手术的精确度。此外，穿刺针夹持模块的设计，使得每一次穿刺手术之后，可以方便迅速的更换该部分器械，避免了术后对整机的消毒处理，只需对关键部位和末端进行清洁处置，节省了时间和医疗成本。
附图说明
图1是本发明的实施例中末端穿刺执行装置在穿刺状态下的整体结构图；
图2是图1所示末端穿刺执行装置电机传动及固定组件模块示意图；
图3是图1中所示滑块及其连接件和辅助穿针模块示意图；
图4是本发明提出的末端穿刺执行装置安装在搭载有一体式定位导航系统的多自由度机械臂上的结构示意图；
图5是本发明提出的可安装于多自由度机械臂的末端穿刺执行装置结构示意图；
图6是穿刺实施例中力传感反馈模块工作原理示意图；
图7是穿刺实施例中激光测距模块工作原理示意图；
图8是穿刺针夹持模块及夹持分解状态示意图；
图9是穿刺针夹持模块置入穿刺针载具示意图；
图10是本发明中末端穿刺执行装置在术中控制模块示意图；
图11是本发明末端穿刺执行装置在执行穿刺操作时的工作流程示意图。
图中：01-与多自由度机械臂末端连接板，02-驱动电机，03-头部支座，04-尾部支座，05 -驱动电机配套编码器，06-滑块及其连接件，07-压拉力传感器，08-穿刺针夹持件，09-穿刺针载具滑台，10-激光测距传感器，11-穿刺定位辅助孔，12-穿刺针，13-底盘单元，14-Z轴移动平台，15-X轴移动平台，16-Y轴移动平台，17-滚转调节单元，18-偏航调节单元，19-俯仰调节单元，101-旋转电机，102-电机支架，103-联轴器，104-铝管支架，105-交叉滚柱导轨，10 6-丝杆，107-丝杆螺母，108-导轨支架，201-压拉力传感器，202-线轨，203-滑块，204-穿刺针载具滑台，205-穿刺针，206-病患胸腔，301-激光测距传感器，302-激光发射端，303-激光接收端，304-激光观测孔，401-下夹持卡槽，402-上夹持卡槽，403-医师操作通孔，404-电磁吸附外壳，405-穿刺针把柄放置卡槽，501-穿刺针载具内部凸台卡扣，502穿刺针载具卡口，50 3-一次性穿刺针夹持模块，504-穿刺针组件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显清晰，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细且完整的描述。
需要注意的是，在本发明中的描述，指示方向、位置、对应关系的术语，如“外侧”、“底部”、“轴向”、“中心”等，是基于附图所示的方位或者位置对应关系，仅仅是为了更加便于描述本发明，而不是指该部分元件只能如此安装。此外，在本发明中出现的术语如“连接”“相接”“固定”等不等于对该部分的零件做出明确的限定，可以是固定连接也可以机械连接或是电磁连接。
如图1和图4所示，末端穿刺执行装置通过连接结构01与多自由度机械臂安装在一起。连接结构01的底部外侧与多自由度机械臂的俯仰调节单元相连，连接结构01的底部内侧与驱动电机02电机支架102侧面相连，连接结构01突起的左右两侧将电机支架和头部支座03 夹住，也可理解为将电机支架内嵌入连接结构01中。末端穿刺执行装置的驱动电机配套编码器05通过联轴器与尾部支座04相连接。在末端穿刺执行装置的滑块及其连接件06上，依次设置有压拉力传感器07、穿刺针载具滑台09、激光测距传感器10和穿刺定位辅助孔11，这些共同构成了末端穿刺执行装置中具体穿刺动作执行的模块。穿刺针12通过磁吸方式放入穿刺针夹持件08中，二者一起置入穿刺针载具滑台09中，穿刺针12的针尖部分穿过穿刺定位辅助孔11。
末端穿刺执行装置的电机传动结构及末端穿刺执行装置整体固定方式见图2。旋转电机1 01的电机轴通过电机支架102与联轴器103的一端相连接，电机支架102此时起到了固定保护关键结点连接处的功用。电机支架102中间区域有异形孔四个，其位置与旋转电机101上螺孔一一对应，连接固定后提升了末端穿刺执行装置整体的稳定性。联轴器103的另一端与滚珠丝杆106相连接，实现了电机转动带动滚珠丝杆转动，从而带动丝杆螺母107开始做丝杆轴向的位移运动。滚珠丝杆106与联轴器103连接后，先后穿过头部支座03和尾部支座0 4。铝管104为了增强装置的整体性、安全性和稳定性，依次从电机支架102、头部支座03、导轨支架108、尾部支座04中方形孔位穿过，实现了各独立零件的连接。此外，图中交叉滚柱导轨105为电机传动的关键传动件，交叉滚柱导轨相比传统的导轨，滚动摩擦小有更好的稳定性，有效运动多，易实现高刚性、高负荷运动，机械能耗小精度高，速度快，承载能力大。
如图3所示，为连接在丝杆螺母107上滑块及其上部组件，其中滑块及其连接件06的底部与丝杆螺母107的上侧相连接，滑块及其连接件06底面上侧固定有线轨202，线轨202上方有与其配套的滑块203和穿刺针载具滑台204，载具滑台中的卡槽中可以放置穿刺针205。压拉力传感器201的控制端嵌入滑块及其连接件06突起的后壁中，压拉力传感器201的受力检测端嵌入穿刺针载具滑台204的后侧，压拉力传感器201的受力检测端所在平面与穿刺针 205实际穿刺进针方向垂直且其中心处于穿刺针205所在轴线，通过上述设计完成了滑块及其连接件06、压拉力传感器201和穿刺针载具滑台204之间的连接，实现了对穿刺过程中受到阻力的精准测量。需要注意的是，压拉力传感器201在不同受力情况下会产生不同的形变，均可通过滑块及其连接件06底部装有的线轨202和线轨滑块203实现。
图4所示为所述末端穿刺装置安装于一个多自由度机械臂形成一套手术机器人装置。多自由度机械臂在定位导航系统的引导下，可通过XYZ位移平台和滚转、偏航、俯仰调节单元实现末端穿刺执行装置在空间内任意角度任意位置的旋转定位与穿刺进针。上述医疗手术机器人可以实现临床医疗中的介入操作，这里的介入操作包括但不限于穿刺肿瘤组织活检、病灶消融、放射性粒子植入等微创介入手术。
该多自由度机械臂装置由底盘单元13，Z轴移动平台14，X轴移动平台15，Y轴移动平台16，滚转调节单元17，偏航调节单元18，俯仰调节单元19逐一连接而搭建。XYZ轴移动平台可实现手术末端执行器装置在CT机病床上方目标穿刺位置的定位。图5所示，末端穿刺执行装置在CT机上方定位的同时，需要根据由CT图像得出的病灶路径及穿刺进针路径调整穿刺进针执行器的角度。所以利用滚转调节单元17、偏航调节单元18、俯仰调节单元19这三个调节单元来调整穿刺进针单元的最佳进针角度。
图6所示为一实施例中力传感反馈模块的示意图，当穿刺针205开始刺入病患胸腔206 时，穿刺针205受到沿实际穿刺方向相反的阻力，阻力会由穿刺针传递到穿刺针载具滑台20 4上，此时线轨202和线轨滑块203受到反方向的力开始向穿刺方向相反的方向运动，对压拉力传感器201产生挤压，通过对力传感器的实时监测，可以测得穿刺进程中穿刺针205受到的阻力大小。基于压拉力传感器201测得数据，可以判断穿刺进针的进程中是否遇到坚硬物质如人体骨骼的阻挡，也可以根据实时阻力监测数据修正进针速度和进针方案，确保病患安全，提高手术安全性。
如图7所示，激光测距传感器301位于穿刺针205出射端面正下方，其中激光发射端30 2与激光接收端303所在平面与穿刺针205所在平面为同一平面，其整体内嵌入穿刺针载具滑台204中；此外，穿刺针205位于激光发射端302与激光接收端303之间的中线位置，激光发射端302与激光接收端303的出射激光和接收到的返回激光，均通过辅助穿针模块中的激光观测孔304。这种测量方法基于飞行时间法，来测算激光在固定介质中飞跃一定距离所耗费时间，从而推算出发射端与接收端之间距离。在测算中短距离时，飞行时间法比起结构光或双目视觉更具有优势，有着更高的精度。
在穿刺针还未刺入皮肤时，利用设置在穿刺针处的激光测距模块，见图7，测量穿刺针距人体的距离，配合定位导航系统提供的深度信息，共同规划，实时反馈修正进针路径设计。此外，为了在穿刺进针过程中，穿刺针刺入皮肤后的深度测算可以转换成力传感反馈，见图 6，感应到的时间乘以此时丝杆的移动量程；更重要的是，为了避免刺入遇到人体骨骼对人体产生影响，在遇到阻力突变的时候，即阻力加速度过大，会反馈穿刺的控制端，停止穿刺过程。于是我们实时监测力传感器反馈的阻力曲线和阻力导数曲线，控制进针电机的速度。
穿刺针夹持模块可见图8，所述穿刺针夹持件08由上下各两块夹持卡槽401、402组成，其内部形状同穿刺针结构一致，可完全包裹住穿刺针，在两块夹持卡槽贴合的截面处，设计为电磁吸附外壳404，当上下夹持卡槽完全对齐且将穿刺针固定之后，磁吸式的外壳会紧紧贴合在一起；此外在上下两块夹持卡槽401、402处均设有穿刺针把柄放置卡槽405，用于固定穿刺针。当且仅当手术结束时，由医师取下才会发生脱离。在所述穿刺针夹持模块的尾部，留有一通孔，该通孔为医师操作通孔403，其位置与穿刺针轴心相一致，可供医师在术中进行更进一步的操作，用于手术中完成穿刺之后可能的活检或介入治疗操作。
穿刺针夹持模块置入穿刺针载具示意图可见图9，图中展示的是穿刺针载具滑台的上视图，穿刺针载具内部凸台卡扣501为穿刺针载具滑台204内部卡槽壁上安装的可活动的凸台卡扣，在未受力时，凸台正常突起，将穿刺针夹持模块放入后，穿刺针夹持模块503的尾部会抵住凸台，凸台卡扣501也会将穿刺针夹持模块503向前抵住，并在穿刺针载具卡口502 处限制住穿刺针夹持模块503，以此实现穿刺针的安装固定。同时，这种做法还可以保证，在穿刺针执行穿刺时受到的阻力会垂直地传递给穿刺针载具滑台204末端安置的压拉力传感器，且穿刺针在整个移动过程中会始终处于轴向方向，不发生角度的偏转，提升了稳定性。
优选的，在末端穿刺执行装置完成穿刺操作之后，可由医师进入手术区域，从穿刺针载具滑台204部分释放穿刺针夹持件08，完成后续操作，如通过穿刺针组件504完成后续手术操作。本发明中展示的仅是一种可手动安装和释放的穿刺针载具和穿刺针夹持模块，该部分还可通过如电磁方式，电动或气动方式实现穿刺针夹持模块与医疗手术机器人及末端穿刺执行装置的自动吸附和释放。
手术完成后，穿刺针夹持模块可以方便的从医疗手术机器人上取下，在对关键部位进行消毒后，只需更换新的穿刺针和穿刺针夹持模块，就可以更快的投入下一场手术，节省了医生的时间和医院的清洁成本。
图10是末端穿刺执行装置在术中控制模块工作示意图。在医疗手术机器人及定位导航系统已经确定病人病灶相对多自由度机械臂和医学影视设备之间空间位置关系后，通过控制台计算机远程控制手术室中的主控处理器，驱动多自由度机械臂按规划出的运动路径运动。运动开始时，末端穿刺执行装置也一同开始工作，激光测距模块测量末端穿刺执行装置与病人体表距离，并结合定位导航系统给出信息，指导末端穿刺执行装置进行穿刺推进动作。在末端穿刺执行装置开始穿刺动作时，力传感反馈装置会监测穿刺过程中的异常情况。在穿刺针抵达预定位置时，医疗手术机器人释放末端穿刺执行装置上的穿刺针及穿刺针夹持模块，此部分即为穿刺针拆装模块，可由手动或电动方式实现。穿刺针释放动作结束后，由医师进入手术室中，完成后续手术既定操作。
图11所示的是末端穿刺执行装置在执行穿刺操作时的工作流程。具体流程为，在多自由度机械臂按照控制台计算机给出的穿刺路径运动达到穿刺预备位置。之后，激光测距模块中内置在末端穿刺执行装置上的传感器开始工作，测量穿刺针距胸腔表面距离，并结合规划路径实时推进穿刺针。同时力传感反馈模块会通过阻力变化监控穿刺针刺入体表深度，并结合穿刺针阻力及其梯度变化关系，实时判断穿刺遇障情况。在完成穿刺动作后，即末端穿刺执行装置将穿刺针运送到指定深度后，末端穿刺执行装置释放穿刺针。再次将病床推入CT机内，再次扫描，检查穿刺是否到位，若准确实现穿刺任务，则病床退出CT机、医疗手术机器人复位，等待医师进入手术室执行后续手术操作；若穿刺针并未到达预期位置，则末端穿刺执行装置重新复位，调整穿刺路径再次穿刺并对穿刺结果进行复查，直至穿刺针准确无误抵达预定位置。
本发明的医疗手术机器人及末端穿刺执行装置在临床手术中实现的具体操作步骤如下：
(1)完成术前准备，将医疗手术机器人连接本发明所述末端穿刺执行装置固定在CT/ MRI/DSA/超声等医学影像设备旁，将穿刺针夹持好放入机械臂中，安装好相关定位导航系统，主控制系统，通信系统等。
(2)在病患身体放置标志物，经过医学影像设备扫描，确定目标穿刺点和皮肤穿刺点的位置和空间关系，完成进针路线方案的设计，优选出较优的几种方案提供给医生，医生选择最优方案。
(3)定位导航设备，扫描手术室空间，确定医疗机器人、末端穿刺执行装置、病人位置，对病人空间、机械臂穿刺空间、医学影像病灶空间这三种不同的坐标系进行配准，转换各空间的姿态与参数到同一坐标系下。代入医生选择最优方案，完成整体穿刺方案的设计，并通过三维动画显示出机械臂移动穿刺过程。
(4)利用通信系统将上述穿刺设计方案机械臂移动的具体数据流传输到主控系统，控制机械臂移动到穿刺指定位置与姿态。
(5)驱动末端穿刺执行装置部分电机，推进穿刺针，末端穿刺执行装置上的激光测距传感器开始工作，实时监测穿刺针与病患胸腔穿刺点之间距离，修正定位导航系统可能存在的导航偏差。当穿刺针刺入人体，压拉力传感器收到阻力，将测得数据实时传输回主控制端，监测阻力变化，当检测到阻力异常梯度变化时，医疗手术机器人会产生急停，由医师判断原因后缓慢回撤或是继续手术。电机驱动穿刺针到达指定目标位置后停止工作。
(6)医生进入诊室，手动释放穿刺针夹持模块，完成医疗手术机器人与穿刺针的脱离，这一步也可通过电磁吸附释放来自动实现。医师通过穿刺针夹持模块尾部预留孔洞，实施手术中后续操作，如局部消融治疗或穿刺活检。
本发明所述的一种医疗手术机器人末端穿刺执行装置可用于对人体内病变区域进行诊断和局部治疗，对刚性的针类医疗器械实现固定安装和对目标位置精准定位的作用，可以替代医生完成穿刺操作。在末端穿刺执行装置上还装配有激光测距传感器和压拉力传感器，实现对穿刺针体表距离，穿刺深度，穿刺遇障反应的精准把控，提升了手术的安全性能，使靶向穿刺的精度得到提高。此外，本发明提出了穿刺针夹持模块可以快速便捷的更换一次性医疗器械，极大减少了术后的清洁工作和准备时间。
本发明涉及医用穿刺装置领域，具体涉及到一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置。在穿刺进针的机动结构处，安装了多传感器实时监测穿刺状态，激光传感器测量穿刺针距人体的距离，配合定位导航系统一起提供深度信息修正穿刺方案；力传感反馈监测穿刺阻力与阻力变化曲线，实时调整进针速度和进针策略；二者共同作用，提高了穿刺的精度和稳定性。本发明还提出了一种一次性穿刺针夹持夹具，可以针对不同形状不同功用的穿刺针，实现在末端穿刺执行装置上的安装及固定；此外，穿刺针夹持模块还使得穿刺针与机械臂整体的分离变得方便快捷，与病人直接接触的穿刺针夹持夹具为一次性使用部件，保证手术的安全性，避免交叉感染，方便医生手术后清洁设备，节省了大量时间，人机协调性好，十分利于临床应用。另外，本发明提出的末端穿刺执行装置所支持的穿刺针具包括但不限于穿刺肿瘤组织活检、病灶消融、放射性粒子植入等微创介入手术中所使用的穿刺介入器械，因此本发明具有广泛的临床应用前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体，但不可理解为对本发明范围的限制。应该说明的是，对于本领域普通技术人员来，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，该末端穿刺执行装置包括：转接结构，用于与六自由度机械臂旋转云台连接，实现医疗手术机器人一体机的设计；穿刺滑动组件模块，用于实现电机运动的传动、穿刺的推进、穿刺操作的执行；激光测距模块，用于穿刺针穿刺纵深距离测量；力传感反馈模块，用于测量穿刺进针深度及根据受力反馈调整进针方案；穿刺针载具模块，将穿刺针与激光测距模块和力传感反馈模块置于统一测试平台，保证测量准确性；穿刺针夹持模块，用于固定夹持和释放穿刺针，可根据术中实际需求选择，增大了医疗手术机器人的灵活性，方便医师后续操作；辅助穿针模块，包含穿刺针限位孔和激光测距模块观察孔；
所述转接结构，从侧面用螺丝固定夹住电机及固定旋转电机所用的电机支架，在夹持平板的底部，有若干定位孔，通过螺丝与六自由度机械臂中旋转云台部分连接固定；
所述穿刺滑动组件模块内部又有若干子模块，包括电机传动及固定组件、滑动组件、编码器模块、滑块及其连接件，电机传动及固定组件包括旋转电机、电机支架、联轴器、铝管、头部支座、尾部支座；滑动组件包括丝杆及丝杆螺母、交叉滚柱导轨、导轨支架。其中，电机安装在穿刺滑动组件模块的最外侧，电机轴通过联轴器与丝杆相连接，丝杆的另一端通过联轴器与编码器模块连接，电机支架穿过电机轴轴向方向，电机支架正中位置为旋转电机与联轴器连接部分，用于更稳固的安置和固定该连接部分，在电机支架中部区域的四周各有四个与旋转电机电机轴一侧定位孔对应一致的异形孔，用于对正和固定电机，在电机支架两侧各有一个放置铝管的方形孔，其大小、位置与头部支座、尾部支座上铝管穿过位置对应。铝管作为整个末端穿刺执行装置的支撑，依次从电机支架、头部支座、导轨支架下方通孔和尾部支座穿过，连接起整个末端穿刺执行装置并起到模块与模块、连接件与模块之间固定的作用。穿刺操作的执行主要依靠滑动组件来实现，通过旋转电机运动，带动与电机轴相连的丝杆及丝杆螺母运动，丝杆螺母的运动速度由电机旋转速度控制。滑块及其连接件与丝杆螺母的上方固定，滑块的两侧与两边的交叉滚柱导轨相连接，丝杆螺母的前后直线运动，带动滑块及其连接件在交叉滚柱导轨上平稳运动。交叉滚柱导轨采用两组V型滚道导轨，采用缩短了滚柱体的间距的R型滚柱保持器这种独特的滚柱保持机制，使滚柱体的有效接触长度增大，通过滚柱保持器和专用的V型滚道导轨的组合设计，能够承受各个方向的载荷，实现高精度、平稳的直线运动。本发明中的交叉滚柱导轨，将每组交叉滚柱导轨的下方V型滚道导轨固定于导轨支架上方槽内且两端分别嵌入头部支座与尾部支座中，上方的V型滚道导轨则穿过头部支座和尾部支座实现平稳高精度的前后移动；
所述力传感反馈模块固定在滑块及其连接件上，具体来说，固定在滑块突起的后壁上方，力传感器的控制端嵌入滑块突起部分，并通过内部通道走线实现数据传输和控制，力传感器的受力检测端嵌入装载穿刺针及夹持模块的末端载具中。其中，力传感器检测端所在平面与穿刺针穿刺方向垂直，力传感器检测端所在平面中心与穿刺针实际运动方向在同一轴线上，实现了穿刺中阻力准确作用在力传感器上，并通过实时监测观察穿刺针阻力与进针深度；
所述激光测距模块嵌入在穿刺针载具前方，位于穿刺针夹持模块正下方，其激光出射所在平面与穿刺针穿刺方向垂直，两束出射激光的中线与穿刺进针的实际轴向运动方向位于同一平面内，激光测距测得的数据通过走线穿刺针载具内部事先预留的空间传输到控制端，实时监控穿刺进程中，穿刺针距离胸腔的距离来反馈修正医疗手术机器人的定位导航系统给出的定位信息；
穿刺针载具模块固定在滑台机器连接件平板面的上方，依次为线轨、线轨配套滑块、穿刺针载具；线轨固定在滑块上平面，线轨配套滑块与穿刺针载具连接后整体安装于线轨上方，随着穿刺过程中受阻力情况在实际穿刺轴向方向上向压力传感器施加压力，线轨及其滑块活动范围由压力传感器的运动的上下限范围决定，穿刺针载具的上方有与穿刺针夹持模块对应的挖凹槽设计，槽深与尺寸与穿刺针夹持模块整体一致，在槽口处有卡扣设计，在将夹持组件放入卡槽后，卡扣会固定住穿刺针；
穿刺针夹持模块是由两块相同的槽型零件构成，内部槽的形状由具体的穿刺针的尾端形状决定，两块槽零件将穿刺针包裹住并且对齐之后，两块槽零件的截面上贴附的磁铁会牢牢吸附住另一半，穿刺针夹持模块的末端中心处，留有孔洞，孔洞位置与穿刺针轴心对应，用于手术中完成穿刺之后的活检或介入治疗操作；
所述辅助穿针模块，包括一组从尾部支座延伸出的两根连杆，两根连杆在超过末端编码器后，在斜向上延伸，并在最上方与实际穿刺轴向方向汇合，在汇合处留有穿刺针定位导向槽，穿刺针从槽内穿过，槽内径略大于穿刺针；除穿刺针定位导向槽外，还有激光测距预留观察孔，用于让测距激光从中穿通，让激光测距模块能够不受阻碍的观测病患体表；
其中，所述医疗手术机器人包括控制端、多自由度机械臂及机械臂末端连接的末端穿刺执行装置，所述末端穿刺执行装置设置于所述多自由度机械臂末端，控制端分别与所述多自由机械臂与所述末端穿刺执行装置相连接，控制多自由度机械臂带动末端穿刺执行装置运动至目标位置，控制所述末端穿刺执行装置执行介入操作。
2.根据权利要求1所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述末端穿刺执行装置安装在搭载有一体式定位导航系统的多自由度机械臂上时在穿刺状态下的整体结构为：所述末端穿刺执行装置通过连接结构(01)与多自由度机械臂安装在一起，连接结构(01)的底部外侧与多自由度机械臂的俯仰调节单元相连，连接结构(01)的底部内侧与驱动电机(02)电机支架(102)侧面相连，连接结构(01)突起的左右两侧将电机支架和头部支座(03)夹住，即将电机支架内嵌入连接结构(01)中，所述末端穿刺执行装置的驱动电机配套编码器(05)通过联轴器与尾部支座(04)相连接，在末端穿刺执行装置的滑块及其连接件(06)上，依次设置有压拉力传感器(07)、穿刺针载具滑台(09)、激光测距传感器(10)和穿刺定位辅助孔(11)，这些共同构成了末端穿刺执行装置中具体穿刺动作执行的模块，穿刺针(12)通过磁吸方式放入穿刺针夹持件(08)中，二者一起置入穿刺针载具滑台(09)中，穿刺针(12)的针尖部分穿过穿刺定位辅助孔(11)。
3.根据权利要求2所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述末端穿刺执行装置电机传动及固定组件模块结构及末端穿刺执行装置整体固定方式为：旋转电机(101)的电机轴通过电机支架(102)与联轴器(103)的一端相连接，电机支架(102)此时起到了固定保护关键结点连接处的功用，电机支架(102)中间区域有异形孔四个，其位置与旋转电机(101)上螺孔一一对应，连接固定后提升了末端穿刺执行装置整体的稳定性，联轴器(103)的另一端与滚珠丝杆(106)相连接，实现了电机转动带动滚珠丝杆转动，从而带动丝杆螺母(107)开始做丝杆轴向的位移运动，滚珠丝杆(106)与联轴器(103)连接后，先后穿过头部支座(03)和尾部支座(04)，铝管(104)为了增强装置的整体性、安全性和稳定性，依次从电机支架(102)、头部支座(03)、导轨支架(108)、尾部支座(04)中方形孔位穿过，实现了各独立零件的连接，此外，交叉滚柱导轨(105)为电机传动的关键传动件，实现高刚性、高负荷运动。
4.根据权利要求3所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述末端穿刺执行装置中的滑块及其连接件和辅助穿针模块的结构为：所述滑块及其连接件(06)连接在丝杆螺母(107)上，滑块及其连接件(06)的底部与丝杆螺母(107)的上侧相连接，滑块及其连接件(06)底面上侧固定有线轨(202)，线轨(202)上方有与其配套的线轨滑块(203)和穿刺针载具滑台(204)，载具滑台中的卡槽中放置穿刺针(205)，压拉力传感器(201)的控制端嵌入滑块及其连接件(06)突起的后壁中，压拉力传感器(201)的受力检测端嵌入穿刺针载具滑台(204)的后侧，压拉力传感器(201)的受力检测端所在平面与穿刺针(205)实际穿刺进针方向垂直且其中心处于穿刺针(205)所在轴线，通过上述设计完成了滑块及其连接件(06)、压拉力传感器(201)和穿刺针载具滑台(204)之间的连接，实现了对穿刺过程中受到阻力的精准测量。需要注意的是，压拉力传感器(201)在不同受力情况下会产生不同的形变，均通过滑块及其连接件(06)底部装有的线轨(202)和线轨滑块(203)实现。
5.根据权利要求4所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述末端穿刺装置安装于一个多自由度机械臂形成的一套医疗手术机器人装置的具体结构为：多自由度机械臂在定位导航系统的引导下，通过X、Y、Z轴移动平台和滚转、偏航、俯仰调节单元实现末端穿刺执行装置在空间内任意角度任意位置的旋转定位与穿刺进针，所述多自由度机械臂装置由底盘单元(13)，Z轴移动平台(14)，X轴移动平台(15)，Y轴移动平台(16)，滚转调节单元(17)，偏航调节单元(18)，俯仰调节单元(19)逐一连接而搭建，X、Y、Z轴移动平台用于实现末端穿刺执行装置在CT机病床上方目标穿刺位置的定位，末端穿刺执行装置在CT机上方定位的同时，需要根据由CT图像得出的病灶路径及穿刺进针路径调整穿刺进针执行器的角度，所以利用滚转调节单元(17)、偏航调节单元(18)、俯仰调节单元(19)这三个调节单元来调整穿刺进针单元的最佳进针角度。
6.根据权利要求5所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述力传感反馈模块和激光测距传感器的工作过程具体为：当穿刺针(205)开始刺入病患胸腔(206)时，穿刺针(205)受到沿实际穿刺方向相反的阻力，阻力会由穿刺针传递到穿刺针载具滑台(204)上，此时线轨(202)和线轨滑块(203)受到反方向的力开始向穿刺方向相反的方向运动，对压拉力传感器(201)产生挤压，通过对力传感器的实时监测，测得穿刺进程中穿刺针(205)受到的阻力大小，基于压拉力传感器(201)测得数据，判断穿刺进针的进程中是否遇到坚硬物质如人体骨骼的阻挡，根据实时阻力监测数据修正进针速度和进针方案，确保病患安全，提高手术安全性；
激光测距传感器(301)位于穿刺针(205)出射端面正下方，其中激光发射端(302)与激光接收端(303)所在平面与穿刺针(205)所在平面为同一平面，其整体内嵌入穿刺针载具滑台(204)中；此外，穿刺针(205)位于激光发射端(302)与激光接收端(303)之间的中线位置，激光发射端(302)与激光接收端(303)的出射激光和接收到的返回激光，均通过辅助穿针模块中的激光观测孔(304)；
在穿刺针还未刺入皮肤时，利用设置在穿刺针处的激光测距模块，测量穿刺针距人体的距离，配合定位导航系统提供的深度信息，共同规划，实时反馈修正进针路径设计，此外，为了在穿刺进针过程中，将穿刺针刺入皮肤后的深度测算转换成力传感反馈，感应到的时间乘以此时丝杆的移动量程；为了避免刺入遇到人体骨骼对人体产生影响，在遇到阻力突变的时候，即阻力加速度过大，会反馈穿刺的控制端，停止穿刺过程，根据实时监测力传感器反馈的阻力曲线和阻力导数曲线，控制进针电机的速度。
7.根据权利要求6所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述穿刺针夹持模块的工作过程具体为：所述穿刺针夹持件(08)由上下各两块夹持卡槽(401)、(402)组成，其内部形状同穿刺针结构一致，能够完全包裹住穿刺针，在两块夹持卡槽贴合的截面处，设计为电磁吸附外壳(404)，当上下夹持卡槽完全对齐且将穿刺针固定之后，磁吸式的外壳会紧紧贴合在一起；此外在上下两块夹持卡槽(401)、(402)处均设有穿刺针把柄放置卡槽(405)，用于固定穿刺针；当且仅当手术结束时，由医师取下才会发生脱离；在所述穿刺针夹持模块的尾部，留有一通孔，该通孔为医师操作通孔(403)，其位置与穿刺针轴心相一致，供医师在术中进行更进一步的操作；
穿刺针夹持模块置入穿刺针载具时，穿刺针载具内部凸台卡扣(501)为穿刺针载具滑台(204)内部卡槽壁上安装的可活动的凸台卡扣，在未受力时，凸台正常突起，将穿刺针夹持模块放入后，穿刺针夹持模块(503)的尾部会抵住凸台，凸台卡扣(501)也会将穿刺针夹持模块(503)向前抵住，并在穿刺针载具卡口(502)处限制住穿刺针夹持模块(503)，以此实现穿刺针的安装固定，在穿刺针执行穿刺时受到的阻力会垂直地传递给穿刺针载具滑台(204)末端安置的压拉力传感器，且穿刺针在整个移动过程中会始终处于轴向方向，不发生角度的偏转，提升了稳定性；在末端穿刺执行装置完成穿刺操作之后，由医师进入手术区域，从穿刺针载具滑台(204)部分释放穿刺针夹持件(08)，完成后续操作，如通过穿刺针组件(504)完成后续手术操作；手术完成后，穿刺针夹持模块能够方便地从医疗手术机器人上取下，在对关键部位进行消毒后，只需更换新的穿刺针和穿刺针夹持模块，就能够投入下一场手术。
8.根据权利要求7所述的医疗手术机器人的末端穿刺执行装置，其特征在于，所述末端穿刺执行装置在执行穿刺操作时的工作过程具体为，在多自由度机械臂按照控制台计算机给出的穿刺路径运动达到穿刺预备位置，激光测距模块中内置在末端穿刺执行装置上的传感器开始工作，测量穿刺针距胸腔表面距离，并结合规划路径实时推进穿刺针，同时力传感反馈模块会通过阻力变化监控穿刺针刺入体表深度，并结合穿刺针阻力及其梯度变化关系，实时判断穿刺遇障情况，在完成穿刺动作后，即末端穿刺执行装置将穿刺针运送到指定深度后，末端穿刺执行装置释放穿刺针，再次将病床推入CT机内，再次扫描，检查穿刺是否到位，若准确实现穿刺任务，则病床退出CT机、医疗手术机器人复位，等待医师进入手术室执行后续手术操作；若穿刺针并未到达预期位置，则末端穿刺执行装置重新复位，调整穿刺路径再次穿刺并对穿刺结果进行复查，直至穿刺针准确无误抵达预定位置。
CN202111400774.XA 2021-11-24 2021-11-24 一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置 Active CN114041880B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111400774.XA CN114041880B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111400774.XA CN114041880B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114041880A true CN114041880A (zh) 2022-02-15
CN114041880B CN114041880B (zh) 2023-06-16

Family

ID=80211654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111400774.XA Active CN114041880B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114041880B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114469283A (zh) * 2022-03-31 2022-05-13 真健康（北京）医疗科技有限公司 连杆式四自由度穿刺针定位导向装置
CN114515195A (zh) * 2022-03-18 2022-05-20 华中科技大学同济医学院附属协和医院 一种肺穿刺手术机器人
CN115252142A (zh) * 2022-09-27 2022-11-01 真健康（北京）医疗科技有限公司 手术导航定位机器人及其快速释放型末端执行器
CN115252143A (zh) * 2022-09-27 2022-11-01 真健康（北京）医疗科技有限公司 手术导航定位机器人及电动末端执行器
CN115337089A (zh) * 2022-10-20 2022-11-15 真健康（北京）医疗科技有限公司 适用于核粒子植入的手术系统
CN115645058A (zh) * 2022-10-21 2023-01-31 哈尔滨医科大学 一种手术辅助机械臂
CN116370810A (zh) * 2023-06-06 2023-07-04 浙江伽奈维医疗科技有限公司 远程遥控粒子植入装置
CN116698599A (zh) * 2023-08-09 2023-09-05 北京大学人民医院 力学性能测定系统及方法
CN117243647A (zh) * 2023-11-20 2023-12-19 昆山弗莱宁医疗科技有限公司 一种电动式定深甲状腺活检穿刺针
WO2024022374A1 (zh) * 2022-07-26 2024-02-01 武汉联影智融医疗科技有限公司 一种穿刺设备末端、穿刺系统及其控制方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0904797A2 (en) * 1997-09-24 1999-03-31 Eclipse Surgical Technologies, Inc. Steerable catheter with tip alignment and surface contact detector
JP2010178819A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Panasonic Corp 穿刺装置とこれを用いた血液検査装置
WO2012088471A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Veebot, Llc Systems and methods for autonomous intravenous needle insertion
CN102670297A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 华南理工大学 一种医用机械臂末端装置
CN109200486A (zh) * 2018-09-30 2019-01-15 深圳先进技术研究院 一种放射性粒子植入手术机器人
WO2019027522A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 Dow Global Technologies Llc IMPACT ANALYSIS AND PERFORATION RESISTANCE SYSTEM
US20190206565A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Method for operating surgical instrument systems
CN110711033A (zh) * 2019-10-21 2020-01-21 浙江大学 一种六自由度穿刺手术机器人
CN110931920A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 电子科技大学 一种矩形波导te10模到圆波导te02模模式变换器
CN111887991A (zh) * 2020-07-01 2020-11-06 武汉中科医疗科技工业技术研究院有限公司 手术机器人及穿刺装置
CN112274225A (zh) * 2020-05-11 2021-01-29 肩并肩智能技术(北京)有限公司 用于医疗手术机器人的末端穿刺机构及穿刺手术机器人
CN113081203A (zh) * 2021-05-15 2021-07-09 中山大学 用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0904797A2 (en) * 1997-09-24 1999-03-31 Eclipse Surgical Technologies, Inc. Steerable catheter with tip alignment and surface contact detector
JP2010178819A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Panasonic Corp 穿刺装置とこれを用いた血液検査装置
WO2012088471A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Veebot, Llc Systems and methods for autonomous intravenous needle insertion
CN102670297A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 华南理工大学 一种医用机械臂末端装置
WO2019027522A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 Dow Global Technologies Llc IMPACT ANALYSIS AND PERFORATION RESISTANCE SYSTEM
US20190206565A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Method for operating surgical instrument systems
CN109200486A (zh) * 2018-09-30 2019-01-15 深圳先进技术研究院 一种放射性粒子植入手术机器人
CN110711033A (zh) * 2019-10-21 2020-01-21 浙江大学 一种六自由度穿刺手术机器人
CN110931920A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 电子科技大学 一种矩形波导te10模到圆波导te02模模式变换器
CN112274225A (zh) * 2020-05-11 2021-01-29 肩并肩智能技术(北京)有限公司 用于医疗手术机器人的末端穿刺机构及穿刺手术机器人
CN111887991A (zh) * 2020-07-01 2020-11-06 武汉中科医疗科技工业技术研究院有限公司 手术机器人及穿刺装置
CN113081203A (zh) * 2021-05-15 2021-07-09 中山大学 用于骨科机器人的智能半自动椎体穿刺成形工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARNOLLI M M 等: ""System for CT‑guided needle placement in the thorax and abdomen:a design for clinical acceptability ,applicability and usability"", 《THE INTERNATIONAL JOURNAL OF MEDICAL ROBOTICS AND COMPUTER ASSISTED SURGERY》, vol. 14, no. 1, pages 1 - 7 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515195B (zh) * 2022-03-18 2023-09-15 华中科技大学同济医学院附属协和医院 一种肺穿刺手术机器人
CN114515195A (zh) * 2022-03-18 2022-05-20 华中科技大学同济医学院附属协和医院 一种肺穿刺手术机器人
CN114469283A (zh) * 2022-03-31 2022-05-13 真健康（北京）医疗科技有限公司 连杆式四自由度穿刺针定位导向装置
WO2024022374A1 (zh) * 2022-07-26 2024-02-01 武汉联影智融医疗科技有限公司 一种穿刺设备末端、穿刺系统及其控制方法
CN115252143A (zh) * 2022-09-27 2022-11-01 真健康（北京）医疗科技有限公司 手术导航定位机器人及电动末端执行器
CN115252142B (zh) * 2022-09-27 2022-12-20 真健康（北京）医疗科技有限公司 手术导航定位机器人及其快速释放型末端执行器
CN115252142A (zh) * 2022-09-27 2022-11-01 真健康（北京）医疗科技有限公司 手术导航定位机器人及其快速释放型末端执行器
CN115337089A (zh) * 2022-10-20 2022-11-15 真健康（北京）医疗科技有限公司 适用于核粒子植入的手术系统
CN115645058A (zh) * 2022-10-21 2023-01-31 哈尔滨医科大学 一种手术辅助机械臂
CN116370810A (zh) * 2023-06-06 2023-07-04 浙江伽奈维医疗科技有限公司 远程遥控粒子植入装置
CN116370810B (zh) * 2023-06-06 2023-09-26 浙江伽奈维医疗科技有限公司 远程遥控粒子植入装置
CN116698599A (zh) * 2023-08-09 2023-09-05 北京大学人民医院 力学性能测定系统及方法
CN116698599B (zh) * 2023-08-09 2023-10-31 北京大学人民医院 力学性能测定系统及方法
CN117243647A (zh) * 2023-11-20 2023-12-19 昆山弗莱宁医疗科技有限公司 一种电动式定深甲状腺活检穿刺针
CN117243647B (zh) * 2023-11-20 2024-02-02 昆山弗莱宁医疗科技有限公司 一种电动式定深甲状腺活检穿刺针

Also Published As

Publication number Publication date
CN114041880B (zh) 2023-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114041880A (zh) 一种医疗手术机器人的末端穿刺执行装置
JP7065593B2 (ja) 多軸力及びモーメントフィードバックを使用した外科用ツール挿入ためのシステム及び方法
US20220087568A1 (en) Systems and methods for medical procedure confirmation
KR102550962B1 (ko) 환자 삽입기(Introducer) 정렬
JP7187198B2 (ja) 多軸力及びモーメントフィードバックを使用した外科用ツール挿入のためのシステム
CN101991901B (zh) 用于导管的机器人驱动器
CN109475384B (zh) 自动插入装置
EP0919202B1 (en) Frameless stereotactic surgical apparatus
EP3054868B1 (en) Needle steering by shaft manipulation
KR102248497B1 (ko) 가동 표적을 국지화하기 위한 형상 센서 시스템
Loser et al. A new robotic system for visually controlled percutaneous interventions under CT fluoroscopy
JP4053607B2 (ja) 外科用器具のための軌道ガイド
US20090082784A1 (en) Interventional medical system
KR20150132145A (ko) 중재적 기기의 추적을 위한 형상 센서 시스템 및 사용 방법
JP2018110841A (ja) 外科用システムのための位置合わせをチェックするシステム及び方法
US7278969B2 (en) Ultrasonic observation system
CN109431606B (zh) 一种血管介入手术机器人组合系统及其使用方法
Li et al. A skull-mounted robot with a compact and lightweight parallel mechanism for positioning in minimally invasive neurosurgery
Podder et al. Evaluation of robotic needle insertion in conjunction with in vivo manual insertion in the operating room
IL269765B2 (en) Loose working mode for the robot
CN114699142A (zh) 气动变刚度的六自由度ct-mri针穿刺机器人
CN116236288B (zh) 一种微型穿刺机器人、穿刺系统及穿刺控制模型
EP4034027A1 (en) Method and system for controlling flexible devices in presence of abnormal sensor signals
Hwang et al. Kinematic calibration of a parallel robot for small animal biopsies
JP7366191B2 (ja) 多軸力及び多軸モーメントのフィードバックを使用した、外科手術ツール挿入のためのシステム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant