CN115137490B - 一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置工作鞘组件，包括穿刺扩张组件、工作鞘组件和运动控制模块：穿刺扩张组件和工作鞘组件相配合并通过卡扣与运动控制模块连接；本发明装置在结构上的创新，首次实现了机器人替代人手自动完成穿刺，扩张和置鞘，减少X线曝光次数，减少人为操作失误和误差，提高了机器人的工作效率。

Description

一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件。

背景技术

机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，是微创外科进一步发展的方向和工具，手术机器人现已广泛应用于临床多种微创手术中。

机器人手术系统已广泛应用于各种外科手术中，但是在骨科机器人手术中大部分机器人应用仅限于经皮定位，固定鞘管以建立经皮穿刺点和方向，穿刺等操作仍需徒手或借助辅助工具进行，导致机器人实际完成的工作只占据极少部分，大量工作仍需手术医生徒手完成，机器人布置标定花费大量时间，机器人和医生配合需要花费时间，经验和专门的培训，不仅降低机器人实际使用效率，且降低医生使用机器人的实际欲望。在部分骨科手术中，确定经皮穿刺点和方向后，首先需要进行穿刺、扩张、置入工作鞘以便为后续操作建立工作通道；徒手置鞘建立手术工作通道要求医生有一定的技术和经验，需要专门的培训，且深度角度均无法准确控制，需要X光反复透视调整，不仅射线暴露多且容易发生由于穿刺偏移导致的额外损伤和出血风险。

现有技术公开了CN104080411A用于在室内未麻醉下的气管穿刺的装置及其方法，包括插入装置，所述插入装置至少包括一个外测量套管，并配置一内接头套管来安装或匹配接合扩张器，仅仅实现了穿刺扩张的功能，并没有解决机器人的定位和误差问题。

发明内容

基于上述背景提到现有骨科机器人局限性及徒手建立工作鞘通道的要求精准度高，射线多，时间长，对医生经验技术要求高等弊端，本发明提供了一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件以解决上述问题，具体技术方案如下：

一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，包括穿刺扩张组件、工作鞘组件和运动控制模块：

所述穿刺扩张组件包括穿刺针、扩张器和穿刺模组，所述穿刺针活动套接在所述扩张器内部，所述穿刺模组内设置有应变推拉压力传感器；

所述工作鞘组件包括工作鞘和支架模组，所述支架模组中设置有与所述工作鞘同一轴心位置的支架模组通道；

所述运动控制模块包括主体，所述主体上设置有机器人快速接口可与机器人快速配合连接，所述主体上侧设置有第一模组固定滑块和第二模组固定滑块，所述第一模组固定滑块与第一丝杆组件连接，所述第二模组固定滑块与第二丝杆组件连接，所述第一模组固定滑块和所述第二模组固定滑块分别与所述支架模组和所述穿刺模组连接；所述主体前端还设置有用以穿过所述工作鞘的穿刺口模组。

进一步的，所述穿刺针和所述扩张器分别通过穿刺针固定螺孔和扩张器固定螺孔固定于穿刺模组的穿刺针扩张器固定卡座内，所述穿刺针扩张器固定卡座后端连接有所述应变推拉压力传感器。

进一步的，所述工作鞘和所述支架模组通过鞘定位槽和固定弹鞘锁定连接。

进一步的，所述穿刺口模组轴中心设置与所述穿刺针、所述扩张器和所述工作鞘同一轴心的孔通道，所述孔通道上方设置有锁鞘扳机可用来固定所述工作鞘。

进一步的，所述支架模组通道内径大于所述扩张器外径。

进一步的，所述第一模组固定滑块和所述第二模组固定滑块上均设置有模组固定卡扣，所述模组固定卡扣可通过模组固定按钮与所述支架模组上的支架模组卡扣和所述穿刺模组上的穿刺模组卡扣快速连接锁定。

进一步的，所述应变推拉力传感器可以动态监测所述穿刺针和所述扩张器前端的压力。

进一步的，所述穿刺模组内设置有穿刺针扩张器固定导轨。

进一步的，所述主体内设置有用于放置所述第一丝杆组件和所述第二丝杆组件的凹槽，且所述第一模组固定滑块和所述第二模组固定滑块与所述凹槽顶部滑动连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明装置在结构上的创新，首次实现了机器人替代人手自动完成穿刺，扩张和置鞘，减少X线曝光次数，提高了机器人的工作效率；本发明装置全程机器人操作完成，避免徒手操作时的问题和潜在交叉污染的风险；本发明装置穿刺定位及操作均由手术机器人系统控制，只需建立一个坐标系，全程操作可数据化控制，减低了人为误差和失误的几率，无需再手动穿刺后再行建立手术坐标系：本发明装置穿刺时末端具有力反馈测量，并辅以人工智能辅助判断，提高了机器人手术系统的智能化和安全性；本发明装置穿刺、扩张和置入工作鞘均由同一系统自动控制，机械的轴向运动避免了人为在各种操作之间的位置偏移，误伤周围组织的几率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A处内部结构示意图。

图3为本发明穿刺扩张组件的结构示意图。

图4为本发明工作鞘组件的结构示意图。

图5为本发明主体的结构示意图。

图6为本发明工作鞘组件剖视图。

图7为图6中B处结构放大示意图。

图8为本发明穿刺扩张组件剖视图。

图9为图8中C处结构放大示意图。

图中：1、工作鞘；2、穿刺针；3、扩张器；4、支架模组；5、穿刺模组；6、主体；7、穿刺口模组；8、第一丝杆组件；9、第二丝杆组件；10、机器人快速接口；11、锁鞘扳机；101、鞘定位槽；401、固定弹鞘；402、支架模组通道；403、支架模组卡扣；404、模组固定按钮；501、穿刺针扩张器固定卡座；502、应变推拉压力传感器；503、穿刺针扩张器固定导轨；504、穿刺针固定螺孔；505、扩张器固定螺孔；506、穿刺模组支架；507、穿刺模组卡扣；508、模组固定按钮；601、第一模组固定滑块；602、模组固定卡扣；603、第二模组固定滑块。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的保护范围之内。

参阅图1至图4，本发明提供的一种实施例如下:

一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，包括穿刺扩张组件、工作鞘组件和运动控制模块：

所述穿刺扩张组件包括穿刺针2、扩张器3和穿刺模组5，所述穿刺针2活动套接在所述扩张器3内部，所述穿刺针2和所述扩张器3分别通过穿刺针固定螺孔504和扩张器固定螺孔505固定于穿刺模组5的穿刺针扩张器固定卡座501内，所述穿刺针扩张3固定卡座501后端连接有应变推拉压力传感器502，所述应变推拉压力传感器502可以动态监测所述穿刺针2和所述扩张器3前端的压力；所述穿刺模组5内设置有穿刺针扩张器固定导轨503。

所述工作鞘组件包括工作鞘1和支架模组4，所述工作鞘1和所述支架模组4通过鞘定位槽101和固定弹鞘401锁定连接，所述支架模组4中设置有与所述工作鞘1同一轴心位置设置的支架模组通道402，所述支架模组4通道内径大于所述扩张器3外径。

所述运动控制模块包括主体6，所述主体6上设置有机器人快速接口10可与机器人快速配合连接，所述主体6上侧设置有第一模组固定滑块601和第二模组固定滑块603，所述第一模组固定滑块601和所述第二模组固定滑块603均设置有开口，用以快速放置工作鞘组件和穿刺扩张组件，所述第一模组固定滑块601与第一丝杆组件8连接，所述第二模组固定滑块603与第二丝杆组件9连接，所述主体6内设置有用于放置所述第一丝杆组件8和所述第二丝杆组件9的凹槽，且所述第一模组固定滑块601和所述第二模组固定滑块603与所述凹槽顶部滑动连接，所述第一丝杆组件8与所述第二丝杆组件9通过隔板分隔，第一模组固定滑块601和第二模组固定滑块603上均设置有模组固定卡扣602，所述模组固定卡扣602可通过模组固定按钮404与支架模组卡扣403和穿刺模组卡扣507快速连接锁定；所述主体6为L型且前端设置有穿刺口模组7，所述穿刺口模组7轴中心设置与所述穿刺针2、所述扩张器3和所述工作鞘1同一轴心的孔通道，所述孔通道上方设置有锁鞘扳机11可用来固定所述工作鞘1。

具体工作原理如下所述：

1、工作鞘1末端的鞘定位槽101沿支架模组4前端对接至固定弹鞘401完成工作鞘1与支架模组4的连接锁定；

2、穿刺针2末端从穿刺模组5前端置入与穿刺针固定螺孔504锁定，扩张器3沿穿刺针2穿入穿刺模组5的穿刺针扩张器固定卡座501与扩张器固定螺孔505锁定，完成穿刺针2、扩张器3与穿刺模组5锁定；

3、安装好工作鞘1的支架模组4沿第一模组固定滑块601通过支架模组卡扣403与模组固定卡扣602连接；安装好的穿刺模组5将穿刺针2和扩张器3沿支架模组4后端设置的开孔穿入并穿出工作鞘1，穿刺模组5底座沿第二模组固定滑块603通过穿刺模组卡扣507与模组固定卡扣602连接；

4、需要进行穿刺操作时，徒手将组装好的穿刺组件分别置于第一模组固定滑块601，开始穿刺时，穿刺针组件尖端接触经皮穿刺点，机器人根据规划穿刺角度调整垂直和水平角度，支架模组4和穿刺模组5在第一丝杆组件8和第二丝杆组件9驱动控制下，同时向前运动，直至到达穿刺预定深度，此时机器人带动支架模组4沿进入方向退出，使工作鞘1末端顺利卡入穿刺口模组7入口位置，第一丝杆组件8停止工作；

5、应变推拉力传感器502实时动态检测穿刺针2前端压力，穿刺到不同密度组织时，人工智能辅助系统根据术前规划路径结合应变推拉力传感器502反馈阻力，判断位置及精度；

6、工作鞘1到达指定位置后，扣动锁鞘扳机11锁定工作鞘1，第二丝杆组件9驱动穿刺模组5向后轴向运动，穿刺针2和扩张器3退出工作鞘1。

相对于徒手建立工作鞘步骤，需要依次在经皮穿刺点置入穿刺针2、扩张器3和工作鞘1，分次置入任意器械发生偏移，都会导致位置偏移且造成机器人结构复杂，本发明装置在置入体内前各手术器械就位于同一中心轴向位置，尖端组成一个平缓过渡的尖锥形，即可保证穿透性，又可防止组织进入穿刺扩张组件间隙，在丝杠组件的带动下同步轴向运动，一步到位，完成穿刺置鞘工作，避免徒手操作发生的偏离。

本发明装置穿刺针2、扩张器3和工作鞘1位于同一轴心位置，三者通过两个滑动模组控制进行轴向运动，穿刺针2和扩张器3末端设置有应变推拉压力传感器502，计算机根据手术规划辅助获得的位置及反馈阻力，可辅助判断是否发生了位置偏移或穿刺到骨性结构，避免机器人规划或实际偏离导致的穿刺风险。

本发明装置首次在机器人辅助骨科手术中实现全自动穿刺、扩张和置入工作鞘1，且机器人依据穿刺扩张组件力反馈实现辅助定位功能，大大提高了穿刺手术部位的精准度和准确度，提高了手术机器人替代人工比例，且能实现该步骤全程机器人自动操作，降低人为操作导致的交叉污染、人工操作误差和失误的几率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变，因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，其特征在于，包括穿刺扩张组件、工作鞘组件和运动控制模块：

所述穿刺扩张组件包括穿刺针、扩张器和穿刺模组，所述穿刺针活动套接在所述扩张器内部，所述穿刺模组内设置有应变推拉压力传感器；

所述工作鞘组件包括工作鞘和支架模组，所述支架模组中设置有与所述工作鞘同一轴心位置的支架模组通道；

所述工作鞘和所述支架模组通过鞘定位槽和固定弹鞘锁定连接；穿刺口模组轴中心设置与所述穿刺针、所述扩张器和所述工作鞘同一轴心的孔通道，所述孔通道上方设置有锁鞘扳机可用来固定所述工作鞘；所述支架模组通道内径大于所述扩张器外径；

所述运动控制模块包括主体，所述主体上设置有机器人快速接口可与机器人快速配合连接，所述主体上侧设置有第一模组固定滑块和第二模组固定滑块，所述第一模组固定滑块与第一丝杆组件连接，所述第二模组固定滑块与第二丝杆组件连接，所述第一模组固定滑块和所述第二模组固定滑块分别与所述支架模组和所述穿刺模组连接；所述主体前端还设置有用以穿过所述工作鞘的穿刺口模组；

需要进行穿刺操作时，徒手将组装好的工作鞘组件和穿刺扩张组件分别置于第一模组固定滑块和第二模组固定滑块上，开始穿刺时，穿刺针尖端接触经皮穿刺点，机器人根据规划穿刺角度调整垂直和水平角度，支架模组和穿刺模组在第一丝杆组件和第二丝杆组件驱动控制下，同时向前运动，直至到达穿刺预定深度，此时机器人带动支架模组沿进入方向退出，使工作鞘末端顺利卡入穿刺口模组入口位置，第一丝杆组件停止工作；

所述工作鞘组件在置入体内前各手术器械就位于同一中心轴向位置，所述工作鞘组件的尖端组成一个平缓过渡的尖锥形，即可保证穿透性，又可防止组织进入穿刺扩张组件间隙。

2.根据权利要求1所述的一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，其特征在于，所述穿刺针和所述扩张器分别通过穿刺针固定螺孔和扩张器固定螺孔固定于穿刺模组的穿刺针扩张器固定卡座内，所述穿刺针扩张器固定卡座后端连接有所述应变推拉压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，其特征在于，所述第一模组固定滑块和所述第二模组固定滑块上均设置有模组固定卡扣，所述模组固定卡扣可通过模组固定按钮与所述支架模组上的支架模组卡扣和所述穿刺模组上的穿刺模组卡扣快速连接锁定。

4.根据权利要求1所述的一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，其特征在于，所述应变推拉压 力传感器可以动态监测所述穿刺针和所述扩张器前端的压力。

5.根据权利要求1所述的一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，其特征在于，所述穿刺模组内设置有穿刺针扩张器固定导轨。

6.根据权利要求1所述的一种手术机器人使用的自动定位、穿刺、置入的工作鞘组件，其特征在于，所述主体内设置有用于放置所述第一丝杆组件和所述第二丝杆组件的凹槽，且所述第一模组固定滑块和所述第二模组固定滑块与所述凹槽顶部滑动连接。

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