CN115005940A - 穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统，手术机器人系统包括通信连接的导航系统和手术机器人，手术机器人包括机械臂和穿刺注射装置，机械臂的末端连接穿刺注射装置，导航系统用于引导机械臂运动以带动穿刺注射装置运动至预定对象上的目标穿刺位置，穿刺注射装置包括安装支架以及设置于安装支架上的穿刺注射模组，穿刺注射模组包括注射器组件、穿刺机构和注射机构，安装支架用于与机械臂连接，穿刺机构用于驱动注射器组件运动以穿刺预定对象，注射机构用于驱动注射器组件运动以向预定对象注射药液，以实现自动穿刺及自动药液注射，减少人工干预，降低手术感染的风险，提高手术操作的安全性、可靠性和手术精度。

Description

穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统。

背景技术

穿刺术是现有外科手术中较为普遍的技术，在肿瘤治疗、检测、神经外科等领域尤为广泛。然而目前公知的穿刺术主要依靠医护人员对患者需注射部位进行肉眼观察，或术前扫描确认病灶周遭生理结构，然后人工进行穿刺以及药液的注射。该穿刺方式完全依赖于医护人员的手术技能，使得穿刺准确性和成功率也完全依赖于医生经验，难以克服注射过程不稳定、出液不均匀、人工接触注射部位存在感染等问题，而且操作时间长，病人痛苦也大。

因此，有必要提供一种可自动穿刺的穿刺注射装置，以解决现有人工穿刺所存在的问题。

发明内容

本发明的目的提供一种穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统，以降低穿刺手术对医护人员经验的依赖，不仅降低手术感染风险，而且确保药液注射过程的稳定性和均匀性，最终提高穿刺手术及药液注射的可靠性、安全性和手术精度，并让病人减少痛苦。

为实现上述至少一个目的，本发明提供了一种穿刺注射装置，其包括安装支架以及设置于所述安装支架上的穿刺注射模组，所述穿刺注射模组包括注射器组件、穿刺机构和注射机构；

所述安装支架用于与机械臂连接；

所述穿刺机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以穿刺预定对象；

所述注射机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以向所述预定对象注射药液。

可选地，所述穿刺机构包括运动体和驱动装置，所述运动体与所述注射器组件相连，所述驱动装置用于驱动所述运动体带动所述注射器组件运动以穿刺所述预定对象。

可选地，所述驱动装置和所述运动体其中之一为电磁铁，其中之另一为铁磁体，所述电磁铁用于磁性吸引所述铁磁体，以使所述运动体带动所述注射器组件运动以穿刺所述预定对象。

可选地，所述穿刺机构还包括与所述运动体连接的弹性结构，所述弹性结构用于释放弹性势能以驱动所述运动体带动所述注射器组件运动以离开所述预定对象。

可选地，所述运动体为中空结构，所述注射器组件用于沿导向限位组件部分地插入所述运动体的所述中空结构中。

可选地，所述穿刺机构还包括设置在所述注射机构上的穿刺支座，所述驱动装置设置在所述穿刺支座上。

可选地，所述注射器组件包括相配合的注射器和一次性使用的套筒，所述注射器的注射管插入所述套筒并与所述套筒固定连接，所述套筒插入所述运动体的中空结构中并与所述运动体固定连接。

可选地，所述套筒和所述注射管中的一个设置有限位凸起，另一个设置有与所述限位凸起配合的限位凹槽，和/或，所述套筒和所述运动体中的一个设置有限位销孔，另一个设置有用于插入所述限位销孔的限位销。

可选地，所述注射机构包括依次连接的电机、传动结构和连接结构；所述连接结构用于与所述注射器组件中的推杆可分离地连接；所述电机用于驱动所述传动结构运动，使得所述连接结构带动所述推杆运动。

可选地，所述注射机构还包括与所述连接结构可移动地连接的导向结构，所述连接结构用于沿所述导向结构运动。

可选地，所述连接结构与所述推杆的近端之间通过弹性装置连接，和/或，所述连接结构具有与所述推杆的近端对应的安装槽，所述安装槽的内径大于所述推杆的近端直径。

可选地，所述连接结构包括相连接的第一部分和第二部分，所述第一部分具有所述安装槽，所述第二部分具有周向敞开的避让孔，所述避让孔与所述安装槽相互连通，所述推杆的近端用于穿过所述避让孔，并进入所述安装槽。

可选地，所述注射机构还包括与所述安装支架连接的注射底座，所述电机、所述传动结构和所述导向结构均设置在所述注射底座上，且所述注射底座上设置所述穿刺机构。

可选地，所述穿刺注射装置还包括设置于所述安装支架上的安装盒，所述穿刺注射模组设置于所述安装盒中。

可选地，所述穿刺注射装置还包括设置于所述安装支架上的拍摄装置，所述拍摄装置用于获取所述预定对象上的穿刺部位的图像信息，和/或，还包括设置于所述安装支架上的控制模组，所述控制模组与所述穿刺注射模组通信连接。

为实现上述至少一个目的，本发明还提供一种手术机器人，其包括机械臂以及任一项所述的穿刺注射装置；所述机械臂的末端连接所述穿刺注射装置；所述机械臂用于驱动所述穿刺注射装置运动至预定对象上的目标穿刺位置。

为实现上述至少一个目的，本发明还提供一种手术机器人系统，其包括通信连接的导航系统以及所述的手术机器人；所述导航系统用于引导所述机械臂运动，以驱动所述穿刺注射装置运动至预定对象上的目标穿刺位置。

在本发明提供的穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统中，所述穿刺注射装置包括安装支架以及设置于安装支架上的穿刺注射模组，穿刺注射模组包括注射器组件、穿刺机构和注射机构；所述安装支架用于与机械臂连接；所述穿刺机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以穿刺预定对象；所述注射机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以向所述预定对象注射药液。如此配置时，本发明能够在穿刺手术之前，通过机械臂将穿刺注射装置快速且精确地引导至目标穿刺点，再通过穿刺机构实现自动快速穿刺，穿刺后，又通过注射机构实现自动精准给药，不仅穿刺注射效率更高，而且手术精准性也更高，同时也降低了对医护人员进行穿刺手术以及药液注射时的经验依赖，使穿刺注射过程更为稳定、可靠和安全，提高了穿刺注射手术的安全性和可靠性以及手术精度，手术感染的风险被较大的降低，同时患者的痛苦更小，患者的术中体验感更好。

附图说明

在附图中，相同的附图标记表示相似构件或动作。附图中构件的尺寸和相对位置不一定是按比例绘制的。例如，各种构件的形状和角度不一定按比例绘制的，并且这些构件中的某些构件可能被随意放大和定位以改善附图的清晰度。此外，所绘制的构件的特定形状并不一定传递关于特定构件实际形状的任何信息，仅仅选择为在附图中容易识别的形状；其中：

图1为根据本发明优选实施例的手术机器人系统的结构示意图；

图2为根据本发明优选实施例的穿刺注射装置的结构示意图；

图3为根据本发明优选实施例的注射器组件的结构示意图；

图4为根据本发明优选实施例的套筒的结构示意图；

图5为根据本发明优选实施例的注射器与套筒相自锁的结构示意图；

图6为根据本发明优选实施例的穿刺机构的结构示意图；

图7为根据本发明优选实施例的注射器组件与穿刺机构安装示意图；

图8为根据本发明优选实施例的注射机构的结构示意图；

图9为根据本发明优选实施例的注射校准结构示意图；

图10为根据本发明优选实施例的安装支架的结构图；

图11为根据本发明优选实施例的手术机器人系统的工作流程图；

图12a至图12c依次为根据本发明优选实施例的穿刺注射装置的动作过程示意图；

图13为根据本发明另一优选实施例的穿刺注射装置的结构示意图；

图14为根据本发明另一优选实施例的穿刺注射模组的结构示意图；

图15为根据本发明另一优选实施例的注射机构的结构示意图。

[附图标记说明如下]：

1-机械臂；2-穿刺注射装置；21-注射器组件；211-注射器；211a-注射管；211b-推杆；211c-针头；2111-限位凸起；212-套筒；2121-滑槽；2122-导向槽；2123-限位销孔；22-穿刺机构；221-铁芯；222-弹性结构；223-电磁铁线圈；224-限位销；225-穿刺支座；23-注射机构；231-电机；232-滚珠丝杆；233-导向杆；234、234’-连接结构；2341-安装槽；2342-第一部分；2343-第二部分；2344-避让孔；235-注射底座；236-电动推杆；237-电动推杆支架；238-导向柱；24-安装支架；25-安装盒；3-导航系统。

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易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。在本申请中，为了便于理解，使用了“近端”和“远端”等术语，这些术语是指从使用产品的医生角度来看相对于彼此的元件或动作的相对方位、相对位置、方向。“近端”和“远端”并非是限制性的，但是“近端”通常指距离产品的操作者较近的一端，而“远端”通常是指距离产品操作者较远的一端。如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“多个”、“若干”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。如在本说明书中所描述的术语，“向前”指的是向远端方向，“向后”指的是向近端方向。进一步，如在本说明书中所描述的术语不用于限制发明的范围。例如，空间上相对的术语-如“在…之下”、“在…下面”、“下”、“在…上面”、“上”、“水平”、“垂直”等可用于描述如图中所显示的一个要素或特征与另一个元素或特征的关系。这些空间上相对的术语意欲包括使用或操作中的装置除图中显示的位置和定向外的不同位置和定向。例如，如果将图中的装置翻转，那么如“在其它要素或特征下面”或“在其它要素或特征之下”所描述的要素然后将“在其它要素或特征上面”或“其它要素或特征之上”。因此，示例的术语“在…下面”、可包括上面和下面的位置和定向。装置可被另外定向(旋转90度或以其它的定向)，并且本文使用的空间上相对的描述词被相应地解释。同样，沿着和围绕各种轴的运动的描述包括各种特定的装置位置和定向。并且，术语“包括”指定叙述的特征、步骤、操作、要素和/或组件的存在但是不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、要素、组件、和/或组的存在或添加。描述为连接的组件可以是电或机械地直接连接，或它们可通过一个或多个中间组件间接连接。

为了解决现有人工穿刺注射所存在的至少一个技术问题，本发明提出了一种穿刺注射装置及包含该穿刺注射装置的手术机器人及手术机器人系统，以实现自动穿刺及自动微推注射，减少穿刺手术过程中的人工干预，降低手术感染风险，提高手术操作的安全性、可靠性和手术精度，并减少病人的痛苦，改善穿刺手术患者体验。

本发明公开的穿刺注射装置具体包括安装支架以及设置于所述安装支架上的穿刺注射模组，所述穿刺注射模组包括注射器组件、穿刺机构和注射机构；所述安装支架用于与机械臂连接；所述穿刺机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以穿刺预定对象；所述注射机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以向所述预定对象注射药液。如此设置时，能够在穿刺手术之前，先通过机械臂将穿刺注射装置快速且精确地引导至目标穿刺点，然后，通过穿刺机构对预定对象进行快速穿刺，减轻患者痛苦，另在穿刺后，再通过注射机构实现精准给药注射，保证注射过程的稳定性和均匀性。需理解的是，本发明公开的预定对象即为手术对象，即患者。

以下结合附图和优选实施例对本发明做更详细的说明，且在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。

图1示出了本发明实施例提供的一种手术机器人系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的手术机器人系统包括通信连接的手术机器人和导航系统3；所述手术机器人包括机械臂1和穿刺注射装置2，所述机械臂1的末端连接穿刺注射装置2；所述导航系统3用于引导机械臂1运动，使机械臂1驱动穿刺注射装置2运动至预定对象上的目标穿刺位置(即目标穿刺点)，到达目标穿刺位置后，穿刺注射装置2即可实现自动穿刺及药液注射。

本发明对导航系统3的种类不作要求，如可以是磁导航系统、视觉导航系统、光标导航系统等。导航系统3可以术前规划手术导航路径，使机械臂1沿规划的手术导航路径运动，从而驱动穿刺注射装置2运动至预定对象上的目标穿刺位置。且本领域技术人员可根据现有技术对导航系统如何实现术前规划及手术导航路径进行理解。然而本领域技术人员还可以理解，术前规划手术导航路径可以人工来实现，如医生在导航系统3上进行术前规划手术导航路径。本领域技术人员还将理解，系统中的所有电子通信可以是有线的，系统中的所有电子通信可以是无线的，或者系统的某些部分可以是有线通信而系统的其他部分可以是无线的。

图2显示了本发明一示范性实施例提供的穿刺注射装置2的结构。如图2所示，所述穿刺注射装置2包括安装支架24以及设置于安装支架24上的穿刺注射模组，所述穿刺注射模组包括注射器组件21、穿刺机构22和注射机构23。安装支架24用于与机械臂1的末端连接，可以是可拆卸地连接或不可拆卸地连接；穿刺机构22与注射器组件21连接，并用于驱动注射器组件21运动以进行穿刺；注射机构23与注射器组件21连接，并用于驱动注射器组件21运动以向预定对象注射药液；注射器组件21安装于穿刺机构22和注射机构23上，并用于进行穿刺及药液的注射。如此配置时，使本发明能够在穿刺之前，通过机械臂1将穿刺注射装置2快速且准确地引导至目标穿刺点，提升穿刺手术的精准性和手术效率，并通过穿刺机构22实现快速穿刺，减轻患者痛苦，另在穿刺后，通过注射机构23实现自动精准给药注射，保证注射过程的稳定性和均匀性。因此，本发明降低了医护人员进行穿刺注射时的经验门槛要求，有效的克服了注射过程不稳定以及出液不均匀的问题，提高了穿刺注射手术的安全性和可靠性以及手术精度，且手术感染的风险被较大的降低，同时患者的痛苦更小，患者的术中体验感更好。

参考图3，注射器组件21包括注射器211，注射器211包括注射管211a、推杆211b和针头211c；应理解，推杆211b可移动地插入注射管211a，针头211c设置在注射管211a的远端。本发明实施例中，注射器211可选用不同的型号以满足不同的手术需求。在穿刺手术中，常用的注射器型号包括5ml、10ml及20ml等，常用的针头型号为4.5号、5号、6号、7号等，各种型号均适用于本发明的注射器211。因此，根据手术需求，选择相应规格的注射器211即可。

优选，注射器组件21还包括与注射器211相配合的一次性使用的套筒212，且针对不同型号的注射器211需搭配对应型号的一次性使用的套筒212。注射器211的注射管211a插入套筒212内，且注射器211的针头211c伸出套筒212外。注射管211a需要与套筒212锁定，避免两者相对运动。此处，选用一次性使用的套筒212，进一步降低了穿刺手术感染风险。本申请对套筒212与注射管211a之间的锁定方式不作特殊要求。如在一实施例中，套筒212和注射管211a中的一个设置有限位凸起，另一个设置有与限位凸起配合的限位凹槽，从而通过限位凸起与限位凹槽的配合，实现两者的自锁，该自锁结构简单，操作方便。当然在本申请的其他实施方式中，套筒212的内壁面上伸出卡合块，注射管211a的外壁面上伸出夹持部，其中，卡合块沿套筒212的轴向方向具有相对的卡合面，夹持部沿着注射管211a的轴向具有相对的夹持面，转动注射管211a，夹持面抵靠于对应的卡合面外侧，以实现套筒212和注射管211a的锁定。

参考图4和图5，作为一可选的方案，套筒212的内壁设置有限位凹槽(未标注)，同时套筒212的内壁上设置有轴向延伸地贯通的滑槽2121，滑槽2121与限位凹槽连通，这样做，使注射管211a能够沿着滑槽2121插入到套筒212内，并通过旋转注射管211a，即可使注射管211a上的限位凸起与套筒212上的限位凹槽配合锁定。在本申请的其他实施方式中，滑槽与限位凹槽也可不连通，只要能够满足沿着滑槽装配，并以限位凹槽限制注射管的转动即可。

继续参阅图5，在一实施方式中，注射管211a的外壁设置有限位凸起2111，限位凸起2111用于与套筒212上的限位凹槽配合。限位凸起2111的数量优选为至少两个并优选沿注射管211a的周向均匀分布。然而本申请对限位凸起2111的具体数量和分布方式不作特别的限定，如本领域技术人员可以理解，在其他实施方式中，也存在限位凸起2111沿轴向分布，或者同时沿轴向和沿周向分布的情况。限位凸起2111的数量一般与限位凹槽的数量一一对应。如本发明实施例中，限位凸起2111和限位凹槽的数量均为两个并周向对称设置。限位凸起2111和限位凹槽的形状可以是各种，对此没有限定。例如限位凸起2111可设置球形，限位效果更好。作为一具体实施例，在操作时，只要将注射器211沿着套筒212内侧的滑槽2121插入到套筒212内，然后顺时针旋转注射器211，使限位凸起2111落入到套筒212内的限位凹槽，从而实现注射器211与一次性使用的套筒212的自锁。

在本发明实施例中，所述套筒212与穿刺机构22连接，由穿刺机构22通过套筒212带动整个注射器组件21运动。

本申请对穿刺机构22驱动注射器组件21的方式没有特殊要求。在本申请的一具体示例中，穿刺机构22包括运动体和驱动装置；运动体与注射器组件21相连，如与套筒212相连；驱动装置则用于驱动运动体带动注射器组件21运动以进行穿刺。在一些实施方式中，驱动装置自身不运动但可产生磁场，以吸引运动体运动。在一些实施方式中，驱动装置自身可输出运动以一并带动运动体运动，如电动驱动装置、气动驱动装置等。优选实施方式中，驱动装置用于磁性吸引所述运动体，如所述驱动装置和所述运动体其中之一为电磁铁，其中之另一为铁磁体，所述电磁铁用于磁性吸引所述铁磁体，以使所述运动体带动所述注射器组件21运动以穿刺所述预定对象。

在本实施例中，运动体可以是导磁材料制作，如图6所示，运动体设置为铁芯221，铁芯221与套筒212连接。然而，在其他实施例中，也可用永磁体或电磁体代替铁芯221。该方案中，驱动装置设置为电磁铁线圈223(亦可称为电磁铁)。使用时，电磁铁线圈223通电后磁性吸引铁芯221，铁芯221带动套筒212和注射器组件21一并运动进行穿刺，且电磁铁线圈223断电后，铁芯221在弹性结构222的弹性力作用下带动注射器组件21复位，以从预定对象中拔除注射器组件21。其中，由于电磁铁控制注射器组件21运动的方式的安全性和可靠性佳，适合于在手术中使用。

当然除了电磁铁线圈223控制驱动注射器组件21运动外，还存在其他能够快速穿刺和快速复位的运动结构，如驱动装置以压缩气体作为动力源来驱动注射器组件21运动等。更具体地，在本申请的其他实施方式中，驱动装置包括气缸和活塞，活塞通过活塞杆与套筒212连接，气缸使用气体，通常是空气或纯气体，通过压缩气体来驱动活塞移动并带动套筒212与注射器组件21一并运动。

当铁芯221能够被电磁铁线圈223吸引而运动时，弹性结构222应理解为可选结构，也即，铁芯221可以由弹性力实现复位，也可通过其他外力的作用实现复位。优选的，弹性结构222与铁芯221连接，例如套设于铁芯221的外周；当铁芯221向前运动时，弹性结构222存储弹性势能；而当电磁铁线圈223断电时，弹性结构222释放弹性势能以驱动铁芯221带动注射器组件21向后运动以离开预定对象。可选的，弹性结构222为弹簧，弹簧可以套设或非套设在铁芯221上。实际使用时，当电磁铁线圈223通电后，即可通过电磁铁线圈223控制铁芯221向前快速运动，并带动注射器211运动，实现快速且准确穿刺功能，此过程中弹性结构222被压缩而存储弹性势能；当需要退针时，电磁铁线圈223断电，弹性结构222释放弹性势能，并带动铁芯221和注射器211快速向后复位，可有效减少患者疼痛感。

作为一具体实施例，运动体为中空结构，注射器组件21用于沿导向限位组件部分地插入运动体的中空结构中。导向限位组件的设置，可增加穿刺注射装置2的稳定性，防止术中针头211c产生径向位移，进一步保证穿刺注射过程中的安全性与可靠性。如一示例中，导向限位组件包括导向凸台和导向槽，运动体和注射器组件21中的一个设置有导向凸台，另一个设置有与所述导向凸台配合的导向槽，可通过导向凸台与导向槽的稳定咬合，增加穿刺注射装置的稳定性。优选，导向凸台和导向槽的数量为多个，导向凸台和导向槽的数量通常一一对应，优选这些结构均匀分布。如本实施例中，铁芯221具有轴向贯通的中空结构，套筒212插入铁芯221的中空结构中，且铁芯221和套筒212中的一个设置有导向凸台，另一个设置有与导向凸台配合的导向槽。

参考图4，作为一可选方案，套筒211的外壁设置有导向槽2122，导向槽2122优选为两个并沿周向均匀分布，导向槽2122沿着套筒212的轴向贯通地延伸。导向槽2122与铁芯221上的导向凸台稳定咬合。本发明实施例中，导向槽2122的数量为三个并均匀分布，当然还存在导向槽2122大于三个的情况，本申请对此不作限定。参阅图6，作为一具体实施例，套筒212插入铁芯221的中空结构中并通过限位销224与铁芯221固定连接，该锁定方式不仅结构简单，而且操作方便。如套筒212和铁芯221中的一个设置有限位销孔，另一个设置有用于插入限位销孔的限位销。在一示范性实施例中，参考图4，套筒212的远端设置有限位销孔2123，用于与限位销224固定连接。限位销孔2123的数量优选为至少两个，更优选沿周向均匀分布。如本发明实施例中，限位销孔2123的数量为三个并沿周向均匀分布。限位销224的数量与限位销孔2123的数量通常一致。

参考图6和图7，限位销224设置在铁芯221的远端，只要按压限位销224即可将限位销224从套筒221的限位销孔2123中插入或拔除。实施中，注射器211抽取药液且与一次性使用的套筒212完成配合后，将注射器组件21放入到铁芯221的内部，此时，手动按下限位销224，即可将限位销224插入到一次性使用的套筒212的限位销孔2123内，从而完成注射器组件21与穿刺机构22的安装固定，操作十分方便。

继续参阅图6，穿刺机构22还包括设置在注射机构23上的穿刺支座225，驱动装置如电磁铁线圈223设置在穿刺支座225上，具体可设置在穿刺支座22的安装孔内。

在一些实施方式中，套筒212与注射器211的注射管211a分体成型后相组装，在其他实施方式中，也存在套筒212与注射管211a一体式连接而不可分离的情况，这样可省去安装注射器211和套筒212的操作过程。

作为一优选实施例，注射机构23包括依次连接的电机、传动结构和连接结构；优选地，注射机构23还包括导向结构，导向结构与连接结构可移动地连接，使连接结构沿导向结构运动；连接结构用于与注射器组件21中的推杆211b可分离地连接；电机用于驱动传动结构运动，使得连接结构带动所述推杆211b运动。优选，传动结构为滚珠丝杠组件或电动推杆组件。如此设置，方便通过控制电机的转速来实现注射速度的调节，不仅适用于不同手术场景的需求，灵活性更好，应用场景更广，而且还能更为精准的给药注射，注射精度高。

如图2和图8所示，在一实施例中，注射机构23包括电机231、滚珠丝杆232、导向杆233和连接结构234；该方式中，滚珠丝杆232作为传动结构，导向杆233作为导向结构，导向杆233优选为两个且平行设置。电机231、滚珠丝杆232和连接结构234依次连接；导向杆233穿过连接结构234；连接结构234与注射器211中的推杆211b的近端可分离地连接；电机231通过滚珠丝杆232驱动连接结构234沿导向杆233带动注射器211的推杆211b运动。但是导向杆233并不是唯一的选择，例如可通过导轨、导向槽等替代导向杆233而实现相同的导向功能。

鉴于人工抽药液将注射器211安装于穿刺机构22上后，由于注射器211的推杆211b和注射管211a为柔性连接，会存在连接结构234推动注射器211的推杆211b时卡顿、阻塞等现象，进而导致出液不均匀等问题，对手术过程造成一定的风险。为了解决该技术问题，推杆211b设置为可相对于连接结构234产生一定的径向位移，通过推杆211b相对于连接结构234的径向位移来确保注射管211a的轴线与推杆211b的轴线对准，从而在注射过程中，自动校准注射器211的推杆211b与注射管211a同轴，保证注射出液均匀性。如在一些实施例中，连接结构234具有允许推杆211b的近端插入的安装槽，安装槽的内径被配置为大于推杆211b的近端直径，以使推杆211b在安装槽2341的径向上产生位移，也能确保注射管211a的轴线与推杆211b的轴线对准。在其他实施例中，所述连接结构234与推杆211b的近端之间通过弹性装置连接，弹性装置使注射管211a和推杆221b的轴线自动对准，该弹性装置如为弹簧、弹片或其他较软可形变的结构。这些方式中的一种或多种可以组合实施，从而在注射过程中自动校准注射器211的推杆211b与注射管211a的相对位置，使注射管211a与推杆211b的轴线对准，保证注射出液的均匀性。

如图9所示，本实施例中，连接结构234具有安装槽2341，推杆211b的近端用于插入安装槽2341，且安装槽2341的内径大于推杆211b的近端直径，以此补偿推杆211b在被推送过程中弯曲、形变等造成的位移，实现推杆211b的轴线与注射管211a的轴线自动对中。但是连接结构234的结构不作特殊要求，如连接结构234由两块板子连接而成，或者，连接结构234由一块板子制成。

在本发明实施例中，如图8所示，连接结构234包括相连接的第一部分2342和第二部分2343；可选地，第一部分2342设置在第二部分2343的近端一侧并高出第二部分2343一个台阶，第一部分2342靠近第二部分2343的一侧面设有安装槽2341(如图9所示)，第二部分2343具有周向敞开的避让孔2344，避让孔2344和安装槽2341相互连通，推杆211b的近端用于穿过避让孔2344，并进入安装槽2341，安装槽2341的内径略大于推杆211b的近端直径，以允许推杆211b的近端在安装槽2341的径向上产生位移，如可将安装槽2341设置为腰型孔、圆孔、椭圆孔等各种形状。更优选的，避让孔2344的内径大于安装槽2341的内径，以在推杆211b的近端进入安装槽2341中时，进行充分避让。

继续参考图8，注射机构23还可包括与安装支架24连接的注射底座235，所述电机231、滚珠丝杆232和导向杆233均设置在注射底座235上，且所述注射底座235上设置穿刺机构22。在一具体示例中，穿刺机构22的穿刺支座225固定在注射底座235上，两者可通过螺丝锁紧。

本发明对安装支架24的形状没有特殊要求。例如图10所示，安装支架24可以大体为T形结构，T形结构的一端与机械臂1连接，另一端安装穿刺注射装置2。

进一步地，穿刺注射装置2还包括设置于安装支架24上的拍摄装置，所述拍摄装置用于获取穿刺部位的图像信息并将图像信息发送至导航系统3进行显示，使医护人员可以根据拍摄装置所拍摄的图像获悉穿刺部位的状态，如是否存在出血、红肿或其他问题。拍摄装置优选为微型摄像机。拍摄装置的设置，使穿刺注射装置2能够满足不同场景需求。进一步地，穿刺注射装置2还可包括设置于安装支架24上的控制模组，所述控制模组与穿刺注射模组通信连接，以通过控制模组接收导航系统3或其他控制系统发送的控制信号来驱动穿刺注射模组的运动。如控制模组可根据设定的注射条件控制穿刺注射模组进行药液的注射，使穿刺注射装置2能够满足不同场景需求。本实施例对控制模组的种类没有特别的限制，可以是执行逻辑运算的硬件，例如，单片机、微处理器、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)，或者是在硬件基础上的实现上述功能的软件程序、功能模块、函数、目标库(Object Libraries)或动态链接库(Dynamic-Link Libraries)。

接下去结合图11，对本发明提供的手术机器人系统的操作过程做进一步的说明。如图11所示，本发明实施例手术机器人系统的操作过程可包括以下步骤：

步骤S1，术前定位，规划导航路径：医生根据病患情况制定治疗方案，导航系统根据治疗方案自动规划导航路径，但实际上导航路径可以是导航系统自动规划，也可以是人工规划；如医生根据影像数据来获取患者的病灶信息，从而制定治疗方案并规划导航路径；优选，在术前定位和规划导航路径时，还能够自动或人工获取穿刺角度和深度等信息，使机械臂自动调整穿刺注射装置的姿态来适配穿刺角度，另使穿刺注射装置根据预先获取的信息控制穿刺深度；

步骤S2，将注射器与一次性使用的套筒适配：医护人员将药液预先抽入注射器并选取对应型号的一次性使用的套筒，将注射器放入一次性使用的套筒内后固定；

步骤S3，安装注射器于穿刺机构：将配合好的注射器和套筒放入穿刺机构并固定；

步骤S4，机械臂自动定位：机械臂根据导航系统的引导自主运动至目标穿刺位置；

步骤S5，数据确认：医护人员确认穿刺信息，如穿刺点位、角度和深度等信息，如果这些信息无误，则继续下一步骤；当信息确认无误后，可向穿刺注射装置发送“确认”信号，使穿刺注射装置根据“确认”信号启动运行；反之，如果信息有误，则穿刺注射装置被禁止运行，直至收到“确认”信号后启动运行；

步骤S6，自动穿刺微推注射：信息确认无误后，穿刺注射装置启动运行，使穿刺机构输出直线运动并驱动注射器组件运动实现快速穿刺，到达穿刺深度后，注射机构开始运动并推动注射器注射药液。

接下去结合优选实施例，并根据图12a至图12c，更进一步地说明穿刺注射装置2的动作过程。

如图12a所示，在穿刺注射前，完成注射器组件21的安装后，穿刺机构22与注射机构23均处于初始位置，等待开始进行穿刺微推注射；

如图12b所示，穿刺时，注射前：电磁铁线圈223通电，穿刺机构22快速向前运动到底，弹性结构222被压缩，从而铁芯221通过套筒212带动注射器组件21整体先前运动，使针头211c实现快速穿刺，此时，注射机构23依然处于初始位置；

如图12c所示，穿刺后，注射时：穿刺完成后，注射机构23开始运动，连接结构234推动注射器211的推杆211b向前匀速运动到设定位置，将药液均匀注入到病患体内。

进一步参阅图13，可将穿刺注射模组设置在在安装盒25内，然后将安装盒25安装在安装支架24上。如图13所示，穿刺注射装置2除包括穿刺注射模组和安装支架24外，还包括安装盒25。安装盒25具有能够开合的盒盖。安装盒25的设置，使穿刺注射装置更为洁净，可靠性更高。

除此之外，在另一实施例中，注射机构23中的传动结构还可采用电动推杆组件来实现。通过电动推杆的缩进运动，带动连接结构234运动并推动注射器组件21进行微推注射手术。

更详细地，参考图14和图15，在另一实施例中，注射机构23包括电机231、连接结构234’、电动推杆236、电动推杆支架237和导向柱238；其中导向柱238的数量为一个，电动推杆236插入导向柱238。采用电动推杆236的实施例与采用滚珠丝杆232的实施例的相同部分可参阅以上实施例所公开的，此处不再详细描述，两者不同之处在于，连接结构234’与电动推杆236的近端固定连接，电动推杆236插入导向柱238，由导向柱238对电动推杆236的运动方向进行限制，导向柱238安装在电动推杆支架237上。电机231驱动电动推杆236进行伸缩移动，最终推动注射器组件21运动进行注射。

综上所述，本发明提供的穿刺注射装置、手术机器人及手术机器人系统能够在穿刺手术之前，通过机械臂将穿刺注射装置快速且精确地引导至目标穿刺点，再通过穿刺机构实现自动快速穿刺，穿刺后，又通过注射机构实现自动精准给药，不仅穿刺注射效率更高，而且手术精准性也更高，同时也降低了对医护人员进行穿刺手术以及药液注射时的经验依赖，使穿刺注射过程更为稳定、可靠和安全，提高了穿刺注射手术的安全性和可靠性以及手术精度，手术感染的风险被较大的降低，同时患者的痛苦更小，患者的术中体验感更好。

需理解，本发明优选实施例如上所述，但并不局限于上述实施例所公开的内容，如注射机构的结构包括但不限于为滚珠丝杆传动、电动推杆传动，还可以是其他紧密传动结构，如齿轮传动、螺纹传动等，而相比于其他传动结构，本发明实施例提供的滚珠丝杆传动或电动推杆传动的结构更简单，整个穿刺注射装置可以设置得更小和更轻，提高手术操作的精度。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (17)

1.一种穿刺注射装置，其特征在于，包括安装支架以及设置于所述安装支架上的穿刺注射模组，所述穿刺注射模组包括注射器组件、穿刺机构和注射机构；

所述安装支架用于与机械臂连接；

所述穿刺机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以穿刺预定对象；

所述注射机构与所述注射器组件连接，并用于驱动所述注射器组件运动以向所述预定对象注射药液。

2.根据权利要求1所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述穿刺机构包括运动体和驱动装置，所述运动体与所述注射器组件相连，所述驱动装置用于驱动所述运动体带动所述注射器组件运动以穿刺所述预定对象。

3.根据权利要求2所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述驱动装置和所述运动体其中之一为电磁铁，其中之另一为铁磁体，所述电磁铁用于磁性吸引所述铁磁体，以使所述运动体带动所述注射器组件运动以穿刺所述预定对象。

4.根据权利要求2或3所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述穿刺机构还包括与所述运动体连接的弹性结构，所述弹性结构用于释放弹性势能以驱动所述运动体带动所述注射器组件运动以离开所述预定对象。

5.根据权利要求2或3所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述运动体为中空结构，所述注射器组件用于沿导向限位组件部分地插入所述运动体的所述中空结构中。

6.根据权利要求2或3所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述穿刺机构还包括设置在所述注射机构上的穿刺支座，所述驱动装置设置在所述穿刺支座上。

7.根据权利要求4所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述注射器组件包括相配合的注射器和一次性使用的套筒，所述注射器的注射管插入所述套筒并与所述套筒固定连接，所述套筒插入所述运动体的中空结构中并与所述运动体固定连接。

8.根据权利要求7所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述套筒和所述注射管中的一个设置有限位凸起，另一个设置有与所述限位凸起配合的限位凹槽，和/或，所述套筒和所述运动体中的一个设置有限位销孔，另一个设置有用于插入所述限位销孔的限位销。

9.根据权利要求1所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述注射机构包括依次连接的电机、传动结构和连接结构；所述连接结构用于与所述注射器组件中的推杆可分离地连接；所述电机用于驱动所述传动结构运动，使得所述连接结构带动所述推杆运动。

10.根据权利要求9所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述注射机构还包括与所述连接结构可移动地连接的导向结构，所述连接结构用于沿所述导向结构运动。

11.根据权利要求9或10所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述连接结构与所述推杆的近端之间通过弹性装置连接，和/或，所述连接结构具有与所述推杆的近端对应的安装槽，所述安装槽的内径大于所述推杆的近端直径。

12.根据权利要求11所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述连接结构包括相连接的第一部分和第二部分，所述第一部分具有所述安装槽，所述第二部分具有周向敞开的避让孔，所述避让孔与所述安装槽相互连通，所述推杆的近端用于穿过所述避让孔，并进入所述安装槽。

13.根据权利要求10所述的穿刺注射装置，其特征在于，所述注射机构还包括与所述安装支架连接的注射底座，所述电机、所述传动结构和所述导向结构均设置在所述注射底座上，且所述注射底座上设置所述穿刺机构。

14.根据权利要求1所述的穿刺注射装置，其特征在于，还包括设置于所述安装支架上的安装盒，所述穿刺注射模组设置于所述安装盒中。

15.根据权利要求1所述的穿刺注射装置，其特征在于，还包括设置于所述安装支架上的拍摄装置，所述拍摄装置用于获取所述预定对象上的穿刺部位的图像信息，和/或，还包括设置于所述安装支架上的控制模组，所述控制模组与所述穿刺注射模组通信连接。

16.一种手术机器人，其特征在于，包括机械臂以及如权利要求1-15中任一项所述的穿刺注射装置；所述机械臂的末端连接所述穿刺注射装置；所述机械臂用于驱动所述穿刺注射装置运动至预定对象上的目标穿刺位置。

17.一种手术机器人系统，其特征在于，包括通信连接的导航系统以及如权利要求16所述的手术机器人；所述导航系统用于引导所述机械臂运动，以驱动所述穿刺注射装置运动至预定对象上的目标穿刺位置。

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