CN115317090A - 乳腺穿刺机器人系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种使用超声引导的乳腺穿刺机器人系统，其包括：超声模块，所述超声模块包括用于实时获取乳房的超声图像的超声探头；穿刺模块，所述穿刺模块包括穿刺针，所述穿刺针的中心轴位于超声探头的扫查平面上；乳房固定机构，所述乳房固定机构包括用于夹持乳房的至少四个夹持爪，所述夹持爪位于第一位置时，所述夹持爪用于夹持乳房；所述夹持爪位于第二位置时，所述夹持爪给超声探头和/或穿刺针让位，以让超声探头和/或穿刺针和乳房接触。

Description

乳腺穿刺机器人系统

技术领域

本申请涉及医用设备技术领域，尤其是一种使用超声引导的乳腺穿刺机器人系统。

背景技术

医疗诊断设备包括X射线诊断设备、计算机断层扫描设备、磁共振成像设备、核医学诊断设备和超声诊断设备等。由于超声诊断设备的体积小且价格便宜，允许实时显示图像且无辐射，所以超声诊断设备被广泛地用于人体的疾病诊断。

乳腺穿刺机器人系统属于经皮穿刺手术机器人的一种，该类机器人是通过磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、超声(ultrasound,US)、电子计算机断层扫描(computer tomography,CT)等成像技术将目标解剖定位，引导反馈针头达到目标解剖结构，辅助完成经皮穿刺手术的机器人。其应用主要为收集组织样本用于诊断，如检测早期肺癌、乳腺癌及前列腺癌。同时经皮穿刺机器人也能够进行治疗程序，如清除肾结石的肾造口碎石术，通过患者背部小切口插入针头，并清除肾结石。相比于传统活检程序依赖外科医生手插针头，机器人辅助法通过较人手更稳定的机械臂提供更高的刚度及精确度。

具相关数据统计，乳腺癌目前位居女性新发恶性肿瘤第一位，严重危害女性的身体健康，所以对乳腺癌实现早期诊断与治疗具有积极的社会意义。乳腺癌的早期诊断采用穿刺活检技术，而穿刺精度直接影响手术效率诊断准确率，目前乳腺穿刺手术由医生手工实现，对病灶靶点的精准穿刺取样精度严重依赖医生手术经验，且医生生理疲劳会造成手术安全隐患。

乳腺穿刺机器人系统是解决上述问题的有力手段，机器人在医学影像的引导下将手术器械(常用器械有活检针、消融针等)置入病人体内病灶区域，用于乳腺病灶组织提取和肿瘤治疗。由于超声图像具有实时性、无辐射、经济方便等特点，被广泛用来引导机器人穿刺手术。相比于传统活检程序依赖外科医生手动进针，机器人辅助法通过较人手更稳定的机械臂提供更高的刚度及精确度。

由于乳房较柔软，在穿刺的过程中，乳房会发生变形和位置移动，所以导致穿刺较为困难。

发明内容

本申请的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种可固定乳房、防止乳房发生移动的乳腺穿刺机器人系统。

为实现以上技术目的，本申请提供了一种使用超声引导的乳腺穿刺机器人系统，包括：

超声模块，所述超声模块包括用于实时获取乳房的超声图像的超声探头；

穿刺模块，所述穿刺模块包括穿刺针，所述穿刺针的中心轴位于超声探头的扫查平面上；

乳房固定机构，所述乳房固定机构包括用于夹持乳房的至少四个夹持爪，所述夹持爪位于第一位置时，所述夹持爪用于夹持乳房；所述夹持爪位于第二位置时，所述夹持爪给超声探头和/或穿刺针让位，以让超声探头和/或穿刺针和乳房接触。

在优选的实施方式中，所述夹持爪均匀分布，所述夹持爪通过转动的方式从第一位置转动到第二位置。

在优选的实施方式中，所述乳房固定机构还包括设有中心轴且可沿中心轴移动的驱动件、固定件、将驱动件和夹持爪相连的连接件，所述夹持爪的一端与固定件为转动式连接且设有第一旋转轴，所述连接件的一端与驱动件为转动式连接且设有第二旋转轴，所述连接件的另一端与夹持爪为转动式连接且设有第三旋转轴，所述第一旋转轴、第二旋转轴和第三旋转轴为平行设置，且均与中心轴垂直。

在优选的实施方式中，所述驱动件设有凹槽，当夹持爪处于夹持状态时，所述夹持爪的旋转轴置于凹槽内；当夹持爪处于让位状态时，所述夹持爪的旋转轴置于凹槽外。

在优选的实施方式中，所述连接件为“C”形设置。

在优选的实施方式中，所述乳房固定机构还包括设有中心轴且可沿中心轴移动的驱动件、固定件、将驱动件和夹持爪相连的连接件，所述夹持爪的一端与固定件为转动式连接且设有第一旋转轴，所述连接件的一端与驱动件为转动式连接且设有第二旋转轴，所述连接件的另一端与夹持爪为滑动式连接且设有连接轴，所述夹持爪设有供连接轴移动的导滑槽，所述第一旋转轴、第二旋转轴和连接轴为平行设置，且均与中心轴垂直，在夹持状态时，所述导滑槽和中心轴为倾斜式设置。

在优选的实施方式中，所述乳房固定机构包括第一夹持爪、第二夹持爪、第三夹持爪和第四夹持爪，所述乳房固定机构还包括用于驱动第一夹持爪的第一驱动件、用于驱动第二夹持爪的第二驱动件、用于驱动第三夹持爪的第三驱动件和用于驱动第四夹持爪的第四驱动件，

在优选的实施方式中，所述驱动件为电动式或气动式。

在优选的实施方式中，还包括“C”形支架、诊断床以及用于连接超声模块和穿刺模块的机械臂，所述机械臂通过吊装的方式连接到支架上。

在优选的实施方式中，所述超声模块和穿刺模块通过三关节平面连杆机构相连接，所述乳腺穿刺机器人系统还包括将乳房固定机构固定到诊断床的位姿调整机构。

本申请的乳房穿刺机器人系统，通过设置乳房固定机构，可使得在穿刺过程中，乳房的变形和位移较小，提高穿刺的精确度和降低穿刺难度。

附图说明

图1为本申请的乳腺穿刺机器人系统的主视图。

图2为本申请的乳腺穿刺机器人系统的立体图。

图3为第一实施方式中乳房固定机构的立体图。

图4为第一实施方式中乳房固定机构的主视图。

图5为第二实施方式中乳房固定机构的立体图。

图6为第二实施方式中乳房固定机构的部分立体图。

图7为图6中乳房固定机构的主视图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请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申请。但是本申请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申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

参见图1至图2所示，本申请公开了一种使用超声引导的乳腺穿刺机器人系统，其包括呈“C”形设置的支架1、通过吊装的方式固定到支架1的机械臂21以及设于机械臂21下方的诊断床4。为了获得超声引导和穿刺，在机械臂21的下方连接有超声引导穿刺模块22。通过机械臂21的移动，可将超声引导穿刺模块22移动到期望的位置。乳腺穿刺机器人系统还包括乳房固定机构32将乳房固定机构32固定到诊断床4的位姿调整机构31。位姿调整机构31由三关节平面连杆及末端球头关节组成，可实现6自由度的任意姿态调整。

为了获得乳房上病灶的大体位置，在穿刺手术之前，先通过超声设备、CT(计算机断层成像扫描)、PET(正电子计算机断层成像扫描)或者MR(磁共振成像扫描)设备获得乳房的3D模型。为了便于穿刺，在病灶的上方体表位粘贴有贴片式传感器，以用于定位病灶的位置。

在使用时，被检者躺在诊断床4上。病灶的定位可采用电磁定位系统5。电磁定位系统5包括发射器52以及将发射器52固定到诊断床4的调节支架51。发射器52发射信号，并经贴片式传感器反射以获得病灶的空间位置。

超声引导穿刺模块22包括连接到机械臂21下方的超声模块221、穿刺模块223以及将超声模块221和穿刺模块223连接到一起的三关节平面连杆机构222。三关节平面连杆机构222可用于调节穿刺模块223的位置和角度。超声模块221包括用于实时获取乳房的超声图像的超声探头。穿刺模块223包括穿刺针，所述穿刺针的中心轴位于超声探头的扫查平面上，以保证穿刺过程中穿刺针的可见性，提高穿刺精度。

支架1包括竖直设置的竖直架11以及位于竖直架11上方且与竖直架11相连的水平架12。机械臂21连接到水平架12的端部，该设置可以使得机械臂21以吊装的方式设于水平架12的下方。

在穿刺之前，首先通过超声扫查或者其他扫查的方式获得乳房的三维模型。通过对三维模型进行分析，以定义病灶等级，并决定是否穿刺。

若需要穿刺，则被检者仰卧于诊断床4上。为了防止在穿刺过程中乳房因外力的作用发生移动，通过乳房固定机构32对乳房进行压紧固定。在夹持时，可手动将乳房固定机构32移动到乳房的正上方，然后启动夹持键，夹持爪夹持乳房。夹持完成后，将乳房固定机构32进行锁紧，保证固定的刚度。

乳房固定完成后，通过粘贴在乳房病灶上方的贴片式传感器来获取病灶的位置。在获得病灶位置后，移动机械臂21，将超声探头移动到病灶附近进行扫查。通过超声探头获得的2D图像与三维模型进行融合，重新精确定位病灶的空间位置。

病灶重新定位完成后，通过手术导航软件规划出具体进针路径，然后下方控制指令及数据给机械臂21和超声引导穿刺模块22。机械臂223和超声引导穿刺模块22在接收数据后自动进行姿态和角度调整，经医生微调后，将穿刺针安装于穿刺模块，并驱动穿刺模块进针以实施活检。手术完成后，取下穿刺针，机器人回退到初始位置。

进一步参见图3至图4所示，图3至图4所示的是第一实施方式中的乳房固定机构32。为了能够看到乳房固定机构32的内部组件，乳房固定机构32的外壳被隐藏掉。乳房固定机构32包括用于夹持乳房的至少四个夹持爪。为了便于说明，在该实施方式中用四个夹持爪做示意性说明，具体数量不做任何限制。由于夹持爪324的结构均相同，在此只对一个做示例性说明。

夹持爪324均匀分布。乳房固定机构还包括设有中心轴L1且可沿中心轴移动的驱动件322、固定件326、将驱动件322和夹持爪324相连的连接件323。夹持爪324的一端与固定件326为转动式连接且设有第一旋转轴a1，连接件323的一端与驱动件322为转动式连接且设有第二旋转轴a2，所述连接件323的另一端与夹持爪324为转动式连接且设有第三旋转轴a3，所述第一旋转轴a1、第二旋转轴a2和第三旋转轴a3为平行设置，且均与中心轴L1垂直。

在沿中心轴L1的方向上，第一旋转轴a1位于第二旋转轴a2的正下方。在沿垂直于L1的方向上，第三旋转轴a3位于第一旋转轴a和第二旋转轴a2的外侧，第一旋转轴a1和第二旋转轴a2距离中心轴L1的距离相等。连接件323为“C”形设置。该设置可使得驱动件322向上运动时，连接件323可带动夹持爪324绕第一旋转轴a1向外转动。

在该实施方式中，驱动件322只有一个，每个夹持爪324均匀驱动件322相连。驱动件322的移动可带动每个夹持爪324的同步运动。为了能够单独控制每个夹持爪324，连接件323与驱动件322的第二连接轴a2为活动式连接，即驱动件322和连接件323可断开连接，从而将连接件323移动到某一位置，且不再受驱动件322控制，同时可给超声探头和穿刺针让位。

在该实施方式中，驱动件322设有开口向上的凹槽3221，第二旋转轴a2置于凹槽3221内。当驱动件322向下运动时，驱动件322带动第二旋转轴a2沿平行与中心轴L1的方向向上运动；当驱动件322向下运动时，由于第二旋转轴a2是通过挤压的方式卡持在凹槽3221内，所以驱动件322带动第二旋转轴a2向下运动。当需要将第二旋转轴a2从凹槽3221内取出时，通过手搬动一下，即可将第二旋转轴a2从凹槽3221内取出，从而使得夹持爪324不再受驱动件322控制。凹槽3221的上方也可设置一个可拆卸的固定件(未图示)。通过固定件将第二旋转轴a2固定在凹槽3221内，避免第二旋转轴a2从凹槽3221内脱出。当需要将第二旋转轴a2从凹槽内取出时，打开固定件，将第二旋转轴a2从凹槽3221内取出。

夹持爪324位于第一位置时(即位于图示的下方)，所述夹持爪324用于夹持乳房。所述夹持爪324位于第二位置(未图示)时，所述夹持爪324给超声探头和/或穿刺针让位，以让超声探头和/或穿刺针和乳房接触。

在该实施方式中，夹持爪324通过转动的方式从第一位置转动到第二位置。当夹持爪324处于夹持状态时，所述夹持爪324的旋转轴置于凹槽3221内；当夹持爪324处于让位状态时，所述夹持爪324的旋转轴置于凹槽3221外。

乳房固定机构32还包括连接到位姿调整机构31的连接端321以及设于夹持爪324上且与乳房接触的柔性件325。为了能够灵活调动柔性件325对乳房的挤压力，柔性件325的轴向距离可调。

图5至图7所示的是第二实施方式中的乳房固定机构32。在该实施方式中，由于夹持爪、驱动件的结构均相同，所以为了简便起见，在该实施方式中，仅用一个夹持爪和一个驱动件做示例性说明。乳房固定机构32还包括设有中心轴L2且可沿中心轴L2移动的驱动件322、固定件326、将驱动件322和夹持爪324相连的连接件323。所述夹持爪324的一端与固定件326为转动式连接且设有第一旋转轴a1，所述连接件323的一端与驱动件322为转动式连接且设有第二旋转轴a2，所述连接件323的另一端与夹持爪324为滑动式连接且设有连接轴a3。所述夹持爪324设有供连接轴a3移动的导滑槽3241，所述第一旋转轴a1、第二旋转轴a2和连接轴a3为平行设置，且均与中心轴L2垂直。在夹持状态时，所述导滑槽3241和中心轴L2为倾斜式设置。

在该实施方式中，每个夹持爪324均单独设有一个驱动件322，该设置可以使得夹持爪324被分别单独控制，控制较灵活。

乳房固定机构32包括第一夹持爪、第二夹持爪、第三夹持爪和第四夹持爪，乳房固定机构32还包括用于驱动第一夹持爪的第一驱动件、用于驱动第二夹持爪的第二驱动件、用于驱动第三夹持爪的第三驱动件和用于驱动第四夹持爪的第四驱动件。虽然该实施方式中公开了四个夹持爪和四个驱动件，但是这仅是示例性说明，具体数量根据需要设定，在此不做任何限制。在该实施方式中，当需要将一个夹持爪移动到某一位置时，只需让控制该夹持爪的驱动件工作即可。

在工作时，驱动件322沿中心轴L2的方向向上运动时，第二旋转轴a2沿L2方向向上运动，进而带动夹持爪324绕第一旋转轴a3向上转动。此时，连接轴a3在导滑槽3241内滑动。当驱动件322沿中心轴L2的方向向下运动时，第二旋转轴a2沿L2的方向向下运动，进而带动夹持爪324绕第一旋转轴a3向下转动，从而能够夹持住乳房。此时，连接轴a3在导滑槽3241内滑动。在夹持爪324夹持乳房时，若需要某个夹持爪324让位时，控制该夹持爪324的驱动件322向上运动，使得该夹持爪324绕第一旋转轴a1向上转动，从而起到让位的效果。

在上述的两个实施方式中，驱动件322为电动式或气动式或者其它的形式，在此不做任何限制。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种使用超声引导的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，包括：

超声模块，所述超声模块包括用于实时获取乳房的超声图像的超声探头；

穿刺模块，所述穿刺模块包括穿刺针，所述穿刺针的中心轴位于超声探头的扫查平面上；

乳房固定机构，所述乳房固定机构包括用于夹持乳房的至少四个夹持爪，所述夹持爪位于第一位置时，所述夹持爪用于夹持乳房；所述夹持爪位于第二位置时，所述夹持爪给超声探头和/或穿刺针让位，以让超声探头和/或穿刺针和乳房接触。

2.根据权利要求1所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述夹持爪均匀分布，所述夹持爪通过转动的方式从第一位置转动到第二位置。

3.根据权利要求1所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述乳房固定机构还包括设有中心轴且可沿中心轴移动的驱动件、固定件、将驱动件和夹持爪相连的连接件，所述夹持爪的一端与固定件为转动式连接且设有第一旋转轴，所述连接件的一端与驱动件为转动式连接且设有第二旋转轴，所述连接件的另一端与夹持爪为转动式连接且设有第三旋转轴，所述第一旋转轴、第二旋转轴和第三旋转轴为平行设置，且均与中心轴垂直。

4.根据权利要求3所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述驱动件设有凹槽，当夹持爪处于夹持状态时，所述夹持爪的旋转轴置于凹槽内；当夹持爪处于让位状态时，所述夹持爪的旋转轴置于凹槽外。

5.根据权利要求3所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述连接件为“C”形设置。

6.根据权利要求1所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述乳房固定机构还包括设有中心轴且可沿中心轴移动的驱动件、固定件、将驱动件和夹持爪相连的连接件，所述夹持爪的一端与固定件为转动式连接且设有第一旋转轴，所述连接件的一端与驱动件为转动式连接且设有第二旋转轴，所述连接件的另一端与夹持爪为滑动式连接且设有连接轴，所述夹持爪设有供连接轴移动的导滑槽，所述第一旋转轴、第二旋转轴和连接轴为平行设置，且均与中心轴垂直，在夹持状态时，所述导滑槽和中心轴为倾斜式设置。

7.根据权利要求6所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述乳房固定机构包括第一夹持爪、第二夹持爪、第三夹持爪和第四夹持爪，所述乳房固定机构还包括用于驱动第一夹持爪的第一驱动件、用于驱动第二夹持爪的第二驱动件、用于驱动第三夹持爪的第三驱动件和用于驱动第四夹持爪的第四驱动件。

8.根据权利要求3至7任一项所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述驱动件为电动式或气动式。

9.根据权利要求1至7任一项所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，还包括“C”形支架、诊断床以及用于连接超声模块和穿刺模块的机械臂，所述机械臂通过吊装的方式连接到支架上。

10.根据权利要求9所述的乳腺穿刺机器人系统，其特征在于，所述超声模块和穿刺模块通过三关节平面连杆机构相连接，所述乳腺穿刺机器人系统还包括将乳房固定机构固定到诊断床的位姿调整机构。

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