CN114224495A - 一种带有磁导航的介入式机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有磁导航的介入式机器人及其使用方法，介入式机器人包括机器人本体，其包括移动载体、机械臂和末端执行工具，所述机械臂可移动地设置在所述移动载体上并负责将所述末端执行工具移动至指定位置；内窥镜系统，其安装并固定在所述末端执行工具上，用于进入人体腔道并成像，其包括可受操控移动的内窥镜镜体，所述内窥镜镜体具有供微创器械穿入的工作通道，所述内窥镜镜体内设有具定位功能的传感器件；电磁导航系统，能够识别所述传感器件，用于确定所述内窥镜镜体的位置和姿态。通过结合机器人技术和电磁导航技术，可以使得介入手术和检测的时间缩短，效率提高，同时能降低病人的痛苦程度，对医疗水平的提高有着重要作用。

Description

一种带有磁导航的介入式机器人及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体地涉及一种带有磁导航的介入式机器人及其使用方法。

背景技术

目前医疗情况下，以支气管镜检查技术为例，通常需要医生凭借自身经验，在患者体内多次尝试探测不同支气管，才能够达到病灶附近，既造成了病人不必要的痛苦，也使得医生的效率大大降低。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是提供一种带有磁导航的介入式机器人及其使用方法，通过结合机器人技术和电磁导航技术，可以使得介入手术和检测的时间缩短，效率提高，同时能降低病人的痛苦程度，对医疗水平的提高有着重要作用；另外当患者患有传染性疾病时，通过机器人遥控操作，可以有效保护医生不受细菌和微生物感染，大大保证了医护人员的生命健康安全，对公共卫生安全的提高具有重大意义。

本发明的技术方案是：

本发明的一个目的在于提供一种带有磁导航的介入式机器人，包括：

机器人本体，其包括移动载体、机械臂和末端执行工具，所述机械臂可移动地设置在所述移动载体上并负责将所述末端执行工具移动至指定位置；

内窥镜系统，其安装并固定在所述末端执行工具上，用于进入人体腔道并成像，其包括可受操控移动的内窥镜镜体，所述内窥镜镜体具有供微创器械穿入的工作通道，所述内窥镜镜体内设有具定位功能的传感器件；

电磁导航系统，能够识别所述传感器件，用于确定所述内窥镜镜体的位置和姿态。

本发明的另一个目的在于提供上述的带有磁导航的介入式机器人的使用方法，包括以下步骤：

将介入式机器人推到指定位置；

机器人本体与内窥镜系统连接；

开启内窥镜系统和电磁导航系统；

将内窥镜镜体置入人体自然腔道口，并驱动其运动至病灶附近，通过电磁导航系统进行定位与导航，通过内窥镜系统成像并实时观察、记录；

经工作通道将微创器械推入病灶附近进行检查或治疗；

检查完成，撤出内窥镜镜体，关闭所有设备电源，推走介入式机器人。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明的带有磁导航的介入式机器人，通过结合机器人技术和电磁导航技术，可以使得介入手术和检测的时间缩短，效率提高，同时能降低病人的痛苦程度，对医疗水平的提高有着重要作用；另外当患者患有传染性疾病时，通过机器人遥控操作，可以有效保护医生不受细菌和微生物感染，大大保证了医护人员的生命健康安全，对公共卫生安全的提高具有重大意义。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的带有磁导航的介入式机器人的构成框图；

图2为本发明实施例的带有磁导航的介入式机器人的内窥镜镜体的结构示意图；

图3为本发明实施例的带有磁导航的介入式机器人的内窥镜前端的结构示意图；

图4为本发明实施例的带有磁导航的介入式机器人的使用方法的流程图。

其中：1、机器人本体；11、台车；12、机械臂；13、末端执行工具；2、内窥镜系统；21、带有传感器件的内窥镜；211、插入管；212、快速接口；213、内窥镜前端；2131、LED光源；2132、摄像头；2133、工作通道；2134、传感器件；22、图像显示系统；3、电磁导航系统；31、磁场发生器；32、控制器；33、虚拟支气管树系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

参见图1至图3，本发明实施例的一种带有磁导航的介入式机器人，包括机器人本体1、内窥镜系统2和电磁导航系统3。机器人本体1包括移动载体、机械臂12和末端执行工具13，机械臂12可移动地设置在移动载体上并负责将末端执行工具13移动至指定位置，末端执行工具负责安装和固定内窥镜系统2。内窥镜系统2用于进入人体腔道内并对人体腔道内部进行观察和记录。内窥镜系统2包括可受操控移动的内窥镜镜体，内窥镜镜体具有供微创器械穿入的工作通道和具定位功能的传感器件。也就是说本实施例的内窥镜镜体是带有传感器件的内窥镜21，电磁导航系统3能够识别传感器件2134，用于确定内窥镜镜体的位置和姿态。

具体的，内窥镜系统2通过接口（未图示）方式固定并连接到机器人本体1上。内窥镜镜体的运动控制通过手柄（未示出）等控制手段进行。移动载体为现有技术中常规的台车11，台车11上设置有各种信号接口（未示出），可以有效导入病人信息，包括病人的姓名、年龄、性别、病人腔道内由内窥镜观察记录的信息等。台车11的移动可以通过人工拖动也可以通过遥控操作使其移动到指定位置。机械臂12将末端执行工具13移动到指定位置的操作也同样可以通过手动操作或者通过遥控操作。在末端执行工具13上设有有内窥镜镜体相对应连接的快速接口（未示出），快速接口能够有效实现内窥镜镜体的安装和固定，并且实现整个检查治疗过程的安全运行。

具体的，内窥镜镜体由中间的插入管211和末端的与机器人本体1的末端执行工具13相对应连接的快速接口212也即如图2所示的右端以及内窥镜前端213也即如图2所示的左端，插入管211为医用材质的柔性管，为了保证内窥镜顺利进入到人体腔道内的病灶位置，在工作通道内有放置导丝以保证刚度，待到达病灶附近位置后通过工作通道2133推入微创器械（未示出）。工作通道2133沿轴向设置在内窥镜前端213及插入管211上，照明装置和摄像模组均嵌设在内窥镜前端213。本实施例中，照明装置为LED光源2131，摄像模组包括摄像头2132和图像处理系统。如图3所示，工作通道2133设置在内窥镜前端213中间，LED光源2131设置在内窥镜前端213的上端中部，摄像头2132设置在LED光源2131的两侧，传感器件2134为磁导航下的六自由度或五自由度的微型传感器。内窥镜系统2还包括图像显示系统22和电源供给系统（未示出），图像处理系统22与摄像模组连接，用于对成像进行处理，图像显示系统22是外接图像显示控制箱，并不设在内窥镜镜体上，图像显示系统22与摄像模组信号连接，用于显示成像。电源供给系统与内窥镜镜体、照明装置、摄像模组和图像显示系统22连接，用于提供电源，确保它们能够正常工作。需要说明的是，本实施例中内窥镜系统为一次性内窥镜，一次性内窥镜与现有常规的内窥镜成像系统的区别在于内窥镜前端内嵌有磁导航下的定位导航装置也即上述的传感器件2134，能够在磁导航下准确的到达病灶附近位置。

电磁导航系统3包括磁场发生器31和嵌入内窥镜镜体及经工作通道的微创器械前端头的微型传感器也即上述的传感器件2134以及控制器32。磁场发生器31用于产生所需的磁场，控制器32与传感器件2134连接，当传感器件2134处于该磁场中时会产生指示磁场内位置的信号并将该位置信号反馈至控制器32，控制器32对该位置信号进行处理得到内窥镜镜体的位置和姿态。也就是说磁场发生器31可以发射特定频率和强度的磁场，当内窥镜和微创器械的微型传感器处在该磁场中时，控制器32可以得到内窥镜镜体的前端头的位置和姿态，从而实现导航功能。优选地，如图1所示，电磁导航系统3还包括虚拟支气管树系统33，用于术前CT重建的三维人体模型及内窥镜进入到人体腔道内到达病灶位置的路径规划。控制器32将处理得到的内窥镜镜体的位置和姿态与术前CT重建的三维人体模型及路径规划进行对比，医护人员可以根据比对在操纵内窥镜时可以更好的判断是否到达病灶附近。在磁导航和虚拟支气管树系统33的配合下，医护人员通过手柄操作内窥镜对病人进行检查和治疗，极大地减少了病人的痛苦，同时极大地缩短了检查和治疗的时间，提高了医生的效率以及对社会医疗资源的利用程度。

如图4所示，本发明实施例还公开了上述实施例的带有磁导航的介入式机器人的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

将介入式机器人推到指定位置；

机器人本体1与内窥镜系统2连接；

开启内窥镜系统2和电磁导航系统3；

将内窥镜镜体置入人体自然腔道口，并驱动其运动至病灶附近，通过电磁导航系统3进行定位与导航，通过内窥镜系统2成像并实时观察、记录；

经工作通道2133将微创器械（活检钳、冷冻头、导丝等）推入病灶附近进行检查或治疗；

检查完成，撤出内窥镜镜体，关闭所有设备电源，推走介入式机器人。

在开启内窥镜系统和电磁导航系统及将内窥镜镜体置入人体自然腔道口的步骤之间，还包括机器人自检程序的步骤，机器人自检程序包括进行姿态摆正和坐标配准。控制器内置有姿态摆正和坐标配准控制模块，通过控制器内置的姿态摆正和坐标配准控制模块根据与术前CT重建的病人三维人体模型及路径规划对比情况来对内窥镜的姿态位置进行适配性调整。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，包括：

机器人本体，其包括移动载体、机械臂和末端执行工具，所述机械臂可移动地设置在所述移动载体上并负责将所述末端执行工具移动至指定位置；

内窥镜系统，其安装并固定在所述末端执行工具上，用于进入人体腔道并成像，其包括可受操控移动的内窥镜镜体，所述内窥镜镜体具有供微创器械穿入的工作通道，所述内窥镜镜体内设有具定位功能的传感器件；

电磁导航系统，能够识别所述传感器件，用于确定所述内窥镜镜体的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，所述移动载体为台车，所述台车上设有多个接口。

3.根据权利要求1所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，所述末端执行工具上设有快速接口，所述内窥镜镜体的末端设有与所述末端执行工具上的所述快速接口对应连接的快速接口。

4.根据权利要求1所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，所述内窥镜系统还包括：

照明装置，其设置在内窥镜镜体前端；

摄像模组，其设置在内窥镜镜体前端，包括用于观察并成像的摄像头以及对所述成像进行处理的图像处理系统；

电源供给系统，其与所述内窥镜镜体、所述照明装置及摄像模组连接；

所述照明装置和摄像模组的电源和信号与外界图像显示系统连接。

5.根据权利要求1所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，所述磁导航系统包括：

磁场发生器，其用于产生所需的磁场；

控制器，其与所述传感器件连接；

当所述传感器件处于该磁场中时会产生指示磁场内位置的信号并将该位置信号反馈至所述控制器，所述控制器对该位置信号进行处理得到所述内窥镜镜体的位置和姿态。

6.根据权利要求5所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，所述电磁导航系统还包括：

虚拟支气管树系统，用于术前CT重建三维人体模型及路径规划；

所述控制器将处理得到的所述内窥镜镜体的位置和姿态与所述三维人体模型及路径规划进行对比，以便于医生在操作所述内窥镜系统时判断其是否到达病灶位置或病灶附近。

7.根据权利要求5所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，所述传感器件包括设置在所述内窥镜镜体的前端及经所述工作通道的微创器械的前端头的磁导航下的五自由度或六自由度的微型传感器。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的带有磁导航的介入式机器人的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将介入式机器人推到指定位置；

机器人本体与内窥镜系统连接；

开启内窥镜系统和电磁导航系统；

将内窥镜镜体置入人体自然腔道口，并驱动其运动至病灶附近，通过电磁导航系统进行定位与导航，通过内窥镜系统成像并实时观察、记录；

经工作通道将微创器械推入病灶附近进行检查或治疗；

检查完成，撤出内窥镜镜体，关闭所有设备电源，推走介入式机器人。

9.根据权利要求8所述的带有磁导航的介入式机器人，其特征在于，在开启内窥镜系统和电磁导航系统及将内窥镜镜体置入人体自然腔道口的步骤之间，还包括机器人自检程序的步骤，所述机器人自检程序包括进行姿态摆正和坐标配准。

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