CN115337089A

CN115337089A - 适用于核粒子植入的手术系统

Info

Publication number: CN115337089A
Application number: CN202211285156.XA
Authority: CN
Inventors: 张昊任; 陈向前; 腾绯虎; 高鹏飞; 史纪鹏
Original assignee: Truehealth Beijing Medical Technology Co Ltd
Current assignee: Truehealth Beijing Medical Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2042-10-20
Also published as: CN115337089B

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种适用于核粒子植入的手术系统，包括穿刺植入设备、操作设备和控制设备，其中穿刺植入设备包括机械臂、第一执行单元、第二执行单元和切换单元，所述第一执行单元用于夹持穿刺针并执行进针运动，所述第二执行单元用于夹持核粒子植入枪并执行推进运动和推入核粒子动作，所述机械臂用于同步调整所述第一执行单元和所述第二执行单元的空间位置和姿态，所述切换单元用于互换所述第一执行单元与所述第二执行单元的空间位置。

Description

适用于核粒子植入的手术系统

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种适用于核粒子植入的手术系统。

背景技术

粒子植入（全称为放射性粒子植入治疗技术、核粒子植入治疗术等）是一种微创治疗，属于内放疗技术。一般在影像设备的引导下（比如CT、B超等），采用用经皮穿刺方式将粒子植入针经皮刺入肿瘤组织内，然后将粒子按照术前计划依次植入，通过粒子持续的近距离照射，达到杀灭肿瘤的目的。

核粒子具有放射性，植入人体后在一定空间范围内有辐射效果，在医疗人员执行手术时更容易受到辐射伤害，虽然一些核粒子植入枪具有较好的密闭效果，但也只能保证在释放核粒子之前不会对外辐射，显然不能保证手术环境中的医疗人员不受核辐射伤害。

远程手术系统可以解决上述问题，即执行手术的医疗人员与手术对象不在同一空间内，通过远程控制的方式执行核粒子植入术。中国专利文件CN113198099B公开了一种粒子植入机器人系统，该系统包括：多自由度机械臂实现粒子植入针空间位置和姿态调整，电动粒子植入器实现电动粒子植入过程，医用移动可稳固推车携带粒子植入机器人，便于与其他设备协同使用，机器人操控台提供一种人机交互方法便于医生操作控制粒子植入机器人，控制模块集成由工控机及多轴运动控制器驱动器等。

该系统由机械臂驱动电动粒子植入器定位穿刺位置并完成核粒子植入动作，这使得医疗人员不必在手术空间中，但电动粒子植入器既需要建立穿刺通道又需要推进核粒子，这并非现有器材能够实现的方案。现有的核粒子植入枪虽然具有形似针头的前端，但其只作为核粒子的输送通道，并不具有穿刺进入人体组织的强度，该系统无法使用现有的核粒子植入枪，而需要开发和生产特殊的设备，显然成本较高、实用性不足。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于核粒子植入的手术系统，包括：

穿刺植入设备，包括机械臂、第一执行单元、第二执行单元和切换单元，其中所述第一执行单元用于夹持穿刺针并执行进针运动，所述第二执行单元用于夹持核粒子植入枪并执行推进运动和推入核粒子动作，所述机械臂用于同步调整所述第一执行单元和所述第二执行单元的空间位置和姿态，所述切换单元用于互换所述第一执行单元与所述第二执行单元的空间位置；

光学定位系统，用于引导所述机械臂将所述第一执行单元夹持的穿刺针对准体表穿刺点；

操作设备，包括穿刺针模拟杆和触发部，供操作者操作，所述穿刺针模拟杆用于模拟所述穿刺针的姿态和进针运动，所述触发部用于触发所述第一执行单元释放穿刺针以及触发所述切换单元执行互换动作、触发所述第二执行单元执行推进运动和推入核粒子动作；

控制设备，用于响应操作者对所述操作设备的操作控制所述穿刺植入装置执行相应动作，包括响应操作者对所述穿刺针模拟杆的姿态调整动作，将所述穿刺针和所述核粒子植入枪调整为相应的姿态，响应操作者对所述穿刺针模拟杆的进针运动将所述穿刺针推进所述体表穿刺点，利用穿刺针形成植入通道，响应操作者对所述触发部的操作，互换所述第一执行单元与所述第二执行单元的空间位置，并将核粒子植入枪推入所述植入通道，以及执行推入核粒子的动作。

可选地，所述第一执行单元和第二执行单元分别包括：直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

所述上夹爪包括上部连接件，所述上部连接件设于所述直线模组的输出端，所述上部连接件的上端设置有限位件，所述上部连接件的下端开设有卡槽，穿刺针或核粒子植入枪的针头部分通过卡槽卡入所述上部连接件内并与所述限位件相抵，由所述限位件限制穿刺针或核粒子植入枪在轴向上的移动；

所述下夹爪包括下部连接件和旋转盖，所述下部连接件设于所述直线模组的固定端；所述下部连接件上开设有用于容纳穿刺针或核粒子植入枪的针体部分的导针槽，所述旋转盖铰接于所述下部连接件的侧面；

所述旋转盖与所述下部连接件通过扭簧连接，所述旋转盖上开设有与所述导针槽对应的定位槽，所述定位槽可随着旋转盖的旋转而朝向或远离所述导针槽移动；

所述驱动模组包括设于所述直线模组固定端的驱动机构和与所述驱动机构连接的牵引绳，所述驱动机构包括舵机和舵盘，所述舵盘与所述舵机传动连接，所述牵引绳的第一端与所述舵盘固定连接，第二端与所述旋转盖固定连接，通过舵机带动舵盘摆动来控制牵引绳的移动。

可选地，所述上部连接件包括传感器、上连杆和底座；

所述传感器设于所述直线模组的输出端，所述上连杆的第一端与所述传感器的检测端固定连接，第二端与所述底座固定连接；

所述限位件和所述卡槽设于所述底座上。

可选地，所述底座上开设有针头容纳槽，所述针头容纳槽的开口方向与所述卡槽的开口方向相同，且所述针头容纳槽与所述卡槽连通；

所述限位件设于所述针头容纳槽的上端。

可选地，所述控制设备还用于针对操作者对所述穿刺针模拟杆的姿态调整操作和进针操作，控制所述操作设备通过所述穿刺针模拟杆向操作者提供约束力。

可选地，所述操作设备上设有第一模式按钮和第二模式按钮，分别对应于姿态约束模式和入针约束模式；

所述控制设备用于确定用户选择的约束模式，在姿态约束模式下，获取当前的入针深度，以所述入针深度为半径、操作设备上的不动点为圆心确定弧面区域，监测穿刺针模拟杆的端部是否在所述弧面区域上，当离开所述弧面区域时，通过操作设备对所述穿刺针模拟杆提供约束力，以引导穿刺针模拟杆的操作者将所述端部回归所述弧面区域；根据所述穿刺针模拟杆的姿态数据实时控制穿刺针的姿态；在入针约束模式下，获取穿刺针的当前方向，监测穿刺针模拟杆的行进方向与所述当前方向是否一致，当所述行进方向与所述当前方向不一致时，通过操作设备对所述穿刺针模拟杆提供约束力，以引导穿刺针模拟杆的操作者将所述行进方向回归所述当前方向；根据所述穿刺针模拟杆的行进数据实时控制所述穿刺针行进。

可选地，所述第一执行单元设有力传感器，用于感测推进运动过程中穿刺针所承受的阻力。

可选地，所述控制设备还用于获取穿刺针所承受的阻力数据，通过操作设备根据所述阻力数据向所述穿刺针模拟杆提供作用力，从而反馈给所述穿刺针模拟杆的操作者，用于模拟穿刺针进入人体后行进和/或姿态调整时所承受的阻力。

可选地，所述第二执行单元上设有力传感器，用于感测推进运动过程中核粒子植入枪所承受的阻力。

可选地，所述控制设备还用于获取核粒子植入枪在进入所述植入通道的过程中所承受的阻力，并以减小或消除所述阻力为目标，根据所述阻力的方向微调所述第二执行单元的空间位置和/或姿态。

根据本发明提供的手术系统，机械臂末端有两个执行单元，一个用于执行穿刺、另一个用于执行核粒子植入，首先可通过手术导航系统将第一执行单元所夹持的穿刺针对准预先规划的穿刺点，然后医生可以通过穿刺针模拟杆进一步微调第一执行单元的姿态以及手动执行推进动作，与此同时机械臂同步地调整第二执行单元的姿态，使二者姿态始终保持一致，在手动调整完毕后，切换单元互换两个执行单元的位置，使第二执行单元所夹持的核粒子植入枪对准留在体内的穿刺针通道，进而完成核粒子植入动作，本系统不需要核粒子植入枪具有穿刺功能，按照先穿刺针后植入枪的模式，将现有的穿刺和植入器材安装到执行单元上即可远程执行核粒子植入治疗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例中的适用于核粒子植入的手术系统的示意图；

图2为本发明实施例中两个执行单元的示意图；

图3为本发明实施例中操作设备在姿态约束模式下的示意图；

图4为本发明实施例中操作设备在进针约束模式下的示意图；

图5为本发明实施例中的执行单元的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种适用于核粒子植入的手术系统，包括穿刺植入设备、光学定位系统、操作设备、控制设备。结合图1所示的应用场景，穿刺植入设备包括机械臂11、第一执行单元12、第二执行单元13和切换单元16；操作设备包括穿刺针模拟杆21和触发部，图中未示出触发部，该部件可以是按钮或者其它交互部件，可以设置在穿刺针模拟杆21上或者承载其的主机上的其它位置。

本场景分为手术空间和操作空间，穿刺植入设备、光学定位系统设置在手术空间中，第一执行单元12上设有可被光学定位装置捕捉的定位标记物，由此通过光学定位方式来控制机械臂11移动。同时借助CT装置对穿刺目标所在的人体区域进行扫描，并生成CT图像；操作设备设置在操作空间中，操作者可以通过CT图像显示设备看到CT图像，在CT图像引导下操作操作设备的穿刺针模拟杆21。此外，还可以在手术环境中设置摄像机，拍摄穿刺植入装置及患者接收手术的部位的实况图像，使操作者可以看到手术环境的图像。控制设备作为执行运算和发送数据的部件，可以是一个独立的电子设备，设置在手术空间中或者操作空间中，也可以是运算部件，集成在手术导航系统的主机或者操作设备的主机中。

第一执行单元12用于夹持穿刺针14并执行进针运动，第二执行单元13用于夹持核粒子植入枪15并执行推进运动和推入核粒子动作，机械臂11用于同步调整第一执行单元12和第二执行单元13的空间位置和姿态，切换单元16用于互换第一执行单元12与第二执行单元13的空间位置。关于第一执行单元12和第二执行单元13的具体结构，可选的实施方式有多种，在之后的实施例中进行介绍。关于切换单元16，其可以包括一个转轴或类似的运动部件，设置在机械臂11的末端，通过此部件连接上述两个执行单元，可以将两个执行单元视为机械臂11的两个延伸的末端。

光学定位系统用于引导机械臂11将第一执行单元12夹持的穿刺针14对准体表穿刺点。通过手术导航技术可以控制机械臂11将穿刺针14对准穿刺路径，穿刺路径是指从预先规划的体表定位点到体内穿刺目标点之间的支线路径，手术导航及定位操作属于公知技术，在本申请中不进行赘述。

操作设备，供操作者手动操作，穿刺针模拟杆21用于模拟穿刺针14的姿态和进针运动，本方案中的操作设备不需要模拟穿刺针14的空间位置变化，空间位置的调整是在定位穿刺点时完成的操作，在执行穿刺之前已经确定了穿刺路径和体表穿刺点，通过定位系统可以控制机械臂11将穿刺针14对准体表定位点，接下来的操作交由人工执行，所要做的是调整穿刺针14的姿态、朝向和进针（刺入人体）。

触发部用于触发切换单元16执行互换动作，以及触发第二执行单元13执行推进运动和推入核粒子动作。

控制设备，用于响应操作者对操作设备的操作控制穿刺植入装置执行相应动作，包括响应操作者对穿刺针模拟杆21的姿态调整动作，将穿刺针14和核粒子植入枪15调整为相应的姿态，响应操作者对穿刺针模拟杆21的进针运动将穿刺针14推进体表穿刺点，利用穿刺针14形成植入通道，响应操作者对触发部的操作，互换第一执行单元12与第二执行单元13的空间位置，并将核粒子植入枪15推入植入通道，以及执行推入核粒子的动作。

结合图2所示，首先通过光学定位系统，控制机械臂11将第一执行单元12夹持的穿刺针14对准体表定位点，此过程由手术导航系统完成，在对准体表定位点后第二执行单元13的姿态与第一执行单元12保持一致；然后操作者可以操作穿刺针模拟杆21进行推进运动，第一执行单元12将穿刺针14推进体表穿刺点，直至抵达体内的穿刺终点，在此过程中操作者可以操作穿刺针模拟杆21，进一步改变第一执行单元12的姿态，此操作目的是微调穿刺针14的推进方向，同时第二执行单元13的姿态同步地被调整，二者姿态始终保持一致，在穿刺针14推进的过程中第二执行单元13不执行推进动作；在确认穿刺针14抵达预期终点后，操作者可以操作触发部，使第一执行单元12释放穿刺针14，将穿刺针14留在体内作为穿刺通道，再触发切换单元16互换两个执行单元的空间位置，接着触发第二执行单元13将核粒子植入枪15推入植入通道，最终执行推入核粒子的动作。

另外，为了让操作者感觉自己的操作和穿刺针14在实时CT图像里的运动具有方向一致性，还需要进行坐标系转换的计算和处理。当操作者向一个方位摆动穿刺针模拟杆21时，应当能从CT图像中看到穿刺针14相应地向同一个方位摆动。由于CT、机械臂11、光学定位装置、穿刺针模拟杆21等部件都有各自的坐标系，所以要基于CT坐标系、机械臂11的坐标系和穿刺针模拟杆21的坐标系的对应关系控制穿刺针14的姿态，由此使得操作者对穿刺针模拟杆21的姿态调整动作与CT图像显示的穿刺针14姿态变化保持一致。

根据本发明实施例提供的手术系统，机械臂末端有两个执行单元，一个用于执行穿刺、另一个用于执行核粒子植入，首先可通过手术导航系统将第一执行单元所夹持的穿刺针对准预先规划的穿刺点，然后医生可以通过穿刺针模拟杆进一步微调第一执行单元的姿态以及手动执行推进动作，与此同时机械臂同步地调整第二执行单元的姿态，使二者姿态始终保持一致，在手动调整完毕后，切换单元互换两个执行单元的位置，使第二执行单元所夹持的核粒子植入枪对准留在体内的穿刺针通道，进而完成核粒子植入动作，本系统不需要核粒子植入枪具有穿刺功能，按照先穿刺针后植入枪的模式，将现有的穿刺和植入器材安装到执行单元上即可远程执行核粒子植入治疗。

根据本系统的运动过程可以发现，本方案的重点在于通过穿刺针模拟杆21控制穿刺针14进入人体的过程，因为本方案的前提是操作者不在手术空间中，是通过穿刺针模拟杆21远程控制穿刺针14的进针运动，为了让操作者能够更准确地执行远程操控，同时也为了提高穿刺过程的安全性，在一个优选的实施例中，控制设备还用于针对操作者对所述穿刺针模拟杆21的姿态调整操作和进针操作，控制所述操作设备通过所述穿刺针模拟杆21向操作者提供约束力。

下面结合图3和图4介绍一种优选的约束力反馈方案，穿刺针模拟杆21能够摆动进而呈现出相应姿态，以及沿当前朝向前进和后退。在本实施例中，穿刺针模拟杆21穿过一个旋转轴承22，旋转轴承22的空间位置是固定的，其所在位置在本领域中被称为远端不动点或者RCM（Remote Center Motion, 远程中心运动）不动点，操作者可以手握图中穿刺针模拟杆21在旋转轴承22之上的一端（称为手柄），摆动穿刺针模拟杆21，使得前端进行位移；也可以向图中的向下压穿刺针模拟杆21，使前端进行位移，图中所示的向下压到底的状态。

本实施例中的操作设备上设有第一模式按钮和第二模式按钮，分别对应于姿态约束模式和入针约束模式；控制设备通过如下方法进行约束力反馈：

S1，确定用户选择的约束模式，即姿态约束模式或者入针约束模式。本实施例中需要人为执行的穿刺动作被划分为两种动作，一种是姿态调整，另一种是进针（推进穿刺针14向穿刺目标行进）。本方案的一个重要目的是引导操作者避免同时进行这两种动作。因此，用户在操作前需要先决定接下来要进行哪种动作，也就是让用户选择约束模式。

姿态约束模式，是指操作者应当只调整穿刺针模拟杆21的姿态，即只能转动，不应当与此同时进行下压动作，实现的方式为步骤S2；相反，入针约束模式是指操作者应当只进行下压动作，不应当与此同时进行转动，实现的方式为步骤S3。

因此，下面的步骤S2和S3可能被交替进行，不存在固定的顺序，以穿刺术的实际需要为准。

S2，在姿态约束模式下，获取当前的入针深度。入针深度是指用于表达穿刺针14当前位于体表下的长度的数据，可以通过穿刺针模拟杆21前端的位置获得，也可以通过采集末端执行装置的进针量并计算得到。

如图3所示，以入针深度为半径R、操作设备上的不动点为圆心O确定弧面区域（图中所示的球面）。监测操作设备的穿刺针模拟杆21的端部（底端）是否在弧面上，如果操作者只是摆动手柄来调整姿态和朝向，其端部必然保持在此弧面上移动，也就是说如果操作者精准地摆动手柄，不存在下压或上提的力，穿刺针模拟杆21下端的移动轨迹应当是一条弧线。但人的手动动作很难保持如此标准，一旦产生了向下或向上的力，将使得端部有离开弧面的趋势。

当监测到端部离开弧面时，通过操作设备对穿刺针模拟杆21提供约束力，以引导穿刺针模拟杆21的操作者将端部回归弧面区域。在如图所示的具体实施例中，模拟杆下端部通过连杆连接到了力输出机构上（电机等，图中未示出），在此情况下可通过连杆向端部提供与用户的下压或上提方向相反的作用力，力的存在使得操作者无法进行下压或上提，当操作者感受到作用力时就可以修正自己的动作，从而确保端部不离开弧面区域。

监测端部是否离开弧面区域的方式有多种，在本实施例中是先初始化半径radius：

radius=M(

)-M(

)，其中

为端部的当前位置，

为圆心O 的位置，M()表示计算模值；

然后实时计算端部与圆心的距离position：position=M(

)-M(

)。

并监测position与radius的差异是否超过阈值，当超过阈值时判定为端部脱离弧面区域。

同时，在此模式下根据穿刺针模拟杆21的姿态数据实时控制穿刺针14的姿态，需要传递给穿刺植入装置（机械臂11的控制器）的数据包括

、EulerAngle [0]、 EulerAngle [1]、EulerAngle [2]

具体计算方式如下：

=E(

-

)，其中E()表示计算方向向量；

EulerAngle [0] = asin(cur_angle[2])，其中EulerAngle [0]为绕x轴旋转的euler角度，cur_angle[2]为穿刺针模拟杆21的端部的方向向量在z轴上的投影

EulerAngle [1] = atan(cur_angle[0]/cur_angle[1])，其中EulerAngle [1]为绕y轴旋转的euler角度，cur_angle[0]为穿刺针模拟杆21的端部的方向向量在x轴上的投影、cur_angle[1]为穿刺针模拟杆21的端部的方向向量在y轴上的投影。

EulerAngle [2] 为绕z轴旋转的euler角度，即穿刺针模拟杆21的旋转角度。

EulerAngle [0]、EulerAngle [1]和EulerAngle [2]是穿刺针模拟杆21在三维空间中绕不动点O转动的欧拉角, 传递给穿刺植入装置作为目标入针坐标系相对于RCM坐标系的旋转欧拉角。

S3，在入针约束模式下，获取穿刺针14的当前方向，监测操作设备中的穿刺针模拟杆21的行进方向与当前方向是否一致。如图4所示，如果操作者只是向当前方向推或压手柄使穿刺针模拟杆21向前行进，其行进方向应当始终与初始的、当前的方向一致(图中实线箭头所示为初始方向)，也就是行进方向不变。但人的手动动作很难保持如此标准，一旦产生了摆动手柄的力，也就是出现摆动角度的动作，使得行进方向有偏离当前朝向的趋势。

当行进方向与当前方向不一致时（比如行进方向将会形成图中虚线箭头所示方向时），通过操作设备对穿刺针模拟杆21提供约束力，以引导穿刺针模拟杆21的操作者将行进方向回归当前方向。具体可通过连杆向端部提供与用户摆动方向相反的作用力，力的存在使得操作者无法摆动穿刺针模拟杆21，当操作者感受到作用力时就可以修正自己的动作，从而确保行进方向不变。

具体地，先根据当前的穿刺模拟杆的姿态计算目标入针方向向量，然后实时计算实际入针方向向量，并计算二者间的偏差，如果偏差超过阈值则判定行进方向与当前方向不一致。具体计算方式如下：

1. 初始化：计算穿刺针14角度

= E(

-

)，E()为计算方向向量；

2. 计算入针深度needle_deep

needle_deep =（

-

）*

3. 计算目标入针方向向量

= needle_deep *

4. 计算实际入针方向向量

=

-

5. 计算实际入针向量与目标入针向量的偏差

=

-

当

达到阈值时，即判断行进方向发生偏离。

同时，在此模式下根据穿刺针模拟杆21的行进数据实时控制穿刺针14行进。需要传递给穿刺植入装置的数据包括进针量needle_deep = M(

-

)。

操作者可以根据实际穿刺情况，在上述两种约束模式下摆动、推进穿刺针模拟杆21，直至穿刺针14准确地抵达穿刺目标。

根据上述优选实施例，基于穿刺术的动作特点，向操作者提供了两种约束模式，在姿态约束模式下，监测穿刺针模拟杆21的端部位置是否脱离了弧面区域，在脱落弧面时提供约束力，由此来避免操作者在调整穿刺针14姿态的同时出现入针动作；在在入针约束模式下，监测穿刺针模拟杆21的行进方向是否与当前方向一致，在不一致时提供约束力，由此来避免操作者在进针的同时摆动穿刺针14姿态。在这些约束的情况下获取穿刺针模拟杆21的姿态调整数据和行进数据，进而控制穿刺针14做出相应的动作，本方案适合穿刺手术场景，操作者不需要在手术空间中操作穿刺装置，通过操作设备及其两种约束模式的控制下，即可在其它地点进行手动穿刺动作，本方案降低了对操作者的手动动作要求，并且提高了远程穿刺过程的安全性。

另外，由于预先确定的穿刺路径数据中包括了目标穿刺深度，因此在入针约束模式下，还可以通过穿刺针模拟杆21的行进距离或者穿刺针14实际进入人体的深度，监测实际入针深度是否超过目标入针深度，当实际入针深度超过所述目标入针深度时，通过操作设备对穿刺针模拟杆21提供约束力，从而反馈给所述穿刺针模拟杆21的操作者，由此可以使得操作者在穿刺过深时感受到约束力。

除了上述实现推进针的动作以及调整穿刺针14姿态的动作外，为了使进针动作更容易穿过人体组织、避免进针受阻并导致穿刺针14变形，操作设备还可提供对穿刺针14原地旋转的控制。具体地，穿刺针模拟杆21可以绕其自身的轴线（图4中的实线）旋转，为了便于描述可将此动作称为原地旋转。旋转的角度数据将被传递给穿刺植入装置，在如图1所示的实施例中，由机械臂11和第一执行单元12配合，按照接收到的角度数据使穿刺针14做出同样的原地旋转动作。这一操作可以在上述步骤或者步骤中执行，在两种约束模式下均不对原地旋转动作进行限制，当然如果操作者的旋转动作导致在姿态约束模式下脱离了所述弧面区域，或者在入针约束模式下导致行进方向与当前方向不一致，仍会受到相应的约束力。本实施例支持旋转穿刺针模拟杆21的操作，可以使穿刺针14更容易扎入表皮、肌肉等弹性、致密的组织。

在可选实施例中，第一执行单元12设有力传感器，用于感测推进运动过程中穿刺针14所承受的阻力。控制设备还用于获取穿刺针14所承受的阻力数据，通过操作设备根据所述阻力数据向所述穿刺针模拟杆21提供作用力，从而反馈给所述穿刺针模拟杆21的操作者，用于模拟穿刺针14进入人体后行进和/或姿态调整时所承受的阻力。

穿刺针14在进入人体后受人体组织的阻力，可以被分解成三维方向的分力值。采集穿刺针14所承受的阻力数据，再通过操作设备根据阻力数据向穿刺针模拟杆21提供作用力，从而反馈给所述穿刺针模拟杆21的操作者，用于模拟穿刺针14进入人体后行进和/或姿态调整时所承受的阻力。由此可以模拟实际穿刺过程中的感受，让操作者具有真实操作感，进一步提高穿刺精度和安全性。

在可选实施例中，第二执行单元13上设有力传感器，用于感测推进运动过程中核粒子植入枪15所承受的阻力。控制设备还用于获取核粒子植入枪15在进入所述植入通道的过程中所承受的阻力，并以减小或消除所述阻力为目标，根据所述阻力的方向微调所述第二执行单元13的空间位置和/或姿态。

具体地，虽然在切换单元16执行互换位置的动作时保持两个执行单元的姿态不变，但由于硬件本身的容差或者人体姿态的细微变化等原因，仍有可能使互换位置后的第二执行单元13所夹持的核粒子植入枪15的朝向，与当前的植入通道不完美相符，那么第二执行单元13的推进过程则有可能出现阻力，该阻力来自核粒子植入枪15端部与穿刺针14内壁的摩擦力。在阻力较小的情况下，实际上不需要做出应对，但当阻力较大时，表示核粒子植入枪15的朝向与植入通道的差别过大，在本实施例中将根据阻力的方向和大小，做出反方向的微调动作，即修正核粒子植入枪15的朝向，使其尽可能与当前的植入通道相符。

本发明实施例提供一种优选的执行单元结构，适用于上述第一执行单元和第二执行单元。结合图5，以第一执行单元为例，该结构包括：直线模组121、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

上夹爪包括上部连接件122，上部连接件122设于直线模组121的输出端，上部连接件122的上端设置有限位件123，上部连接件122的下端开设有卡槽124，穿刺针14或核粒子植入枪15的针头部分通过卡槽124卡入上部连接件122内并与限位件123相抵，由限位件123限制穿刺针14或核粒子植入枪15在轴向上的移动；

下夹爪包括下部连接件125和旋转盖126，下部连接件125设于直线模组1的固定端；下部连接件125上开设有用于容纳穿刺针14或核粒子植入枪15的针体部分的导针槽，旋转盖126铰接于下部连接件125的侧面；

旋转盖126与下部连接件125通过扭簧连接，旋转盖126上开设有与导针槽对应的定位槽，定位槽可随着旋转盖126的旋转而朝向或远离导针槽移动；

驱动模组包括设于直线模组121固定端的驱动机构和与驱动机构连接的牵引绳，驱动机构包括舵机127和舵盘128，舵盘128与舵机127传动连接，牵引绳的第一端与舵盘128固定连接，第二端与旋转盖126固定连接，通过舵机127带动舵盘128摆动来控制牵引绳的移动。

根据本实施例提供的执行单元，由上夹爪和下夹爪分别对穿刺针的针头和针尾部分进行夹持，由直线模组驱动上夹爪在夹持穿刺针后直线移动，实现进针的操作。在未夹持穿刺针时，下夹爪中的旋转盖在扭簧的作用下定位槽处于锁定位置，此时穿刺针无法放入定位槽和导向槽内。穿刺针在夹持时通过驱动机构拉动牵引绳使旋转盖旋转，使得定位槽处于解锁位置，此时穿刺针可放入导针槽内。将穿刺针的针头部分通过卡槽卡入上夹爪的上部连接件内并使针头的上端与限位件相抵，将穿刺针的针尾部分卡入导针槽内，最后由驱动机构松开牵引绳，旋转盖在扭簧的作用下复位并使定位槽回到锁定位置，导针槽和定位槽共同作用夹持穿刺针的针尾部分。在释放时则由驱动机构拉动牵引绳，使旋转盖旋转将定位槽由锁定位置转变为解锁位置，由此将穿刺针从导针槽和卡槽内释放。

在优选实施例中，上部连接件122还包括传感器129、上连杆130和底座131；

传感器129设于直线模组121的输出端，上连杆130的第一端与传感器129的检测端固定连接，第二端与底座131固定连接；

限位件123和卡槽124设于底座131上。

在本实施例中，上连杆130为杆状结构，为减小上连杆130末端与下夹爪之间的距离，以提高穿刺针或核粒子植入枪运动的稳定性，本实施例中上连杆130可设置为Z型，且其下端具有一定的下倾角。上连杆130的第一端与传感器129的检测端连接，底座131可通过螺栓固定在上连杆130的第二端，穿刺针或核粒子植入枪的针头部分安装在底座131内。本实施例的传感器可以采集到推进运动过程中，穿刺针或核粒子植入枪的阻力。

进一步地，为便于安装穿刺针或核粒子植入枪，底座131上开设有针头容纳槽，针头容纳槽的开口方向与卡槽124的开口方向相同，且针头容纳槽与卡槽124连通；限位件123设于针头容纳槽的上端。

具体的，底座131包括相对设置的两块侧板、一块背板和安装在两块侧板和背板下端的底板组成。两块侧板和底板共同形成针头容纳槽，卡槽开设在底板上，限位件安装在两块侧板的上端并与底板相对。穿刺针或核粒子植入枪在安装时以水平方向将针体卡入卡槽124内，针头部分位于针头容纳槽内，并使针头部分的上端与限位件相抵。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种适用于核粒子植入的手术系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述第一执行单元和第二执行单元分别包括：直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

3.根据权利要求2所述的手术系统，其特征在于，所述上部连接件包括传感器、上连杆和底座；

所述限位件和所述卡槽设于所述底座上。

4.根据权利要求3所述的手术系统，其特征在于，所述底座上开设有针头容纳槽，所述针头容纳槽的开口方向与所述卡槽的开口方向相同，且所述针头容纳槽与所述卡槽连通；

所述限位件设于所述针头容纳槽的上端。

5.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述控制设备还用于针对操作者对所述穿刺针模拟杆的姿态调整操作和进针操作，控制所述操作设备通过所述穿刺针模拟杆向操作者提供约束力。

6.根据权利要求5所述的手术系统，其特征在于，所述操作设备上设有第一模式按钮和第二模式按钮，分别对应于姿态约束模式和入针约束模式；

7.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述第一执行单元设有力传感器，用于感测推进运动过程中穿刺针所承受的阻力。

8.根据权利要求7所述的手术系统，其特征在于，所述控制设备还用于获取穿刺针所承受的阻力数据，通过操作设备根据所述阻力数据向所述穿刺针模拟杆提供作用力，从而反馈给所述穿刺针模拟杆的操作者，用于模拟穿刺针进入人体后行进和/或姿态调整时所承受的阻力。

9.根据权利要求1所述的手术系统，其特征在于，所述第二执行单元上设有力传感器，用于感测推进运动过程中核粒子植入枪所承受的阻力。

10.根据权利要求9所述的手术系统，其特征在于，所述控制设备还用于获取核粒子植入枪在进入所述植入通道的过程中所承受的阻力，并以减小或消除所述阻力为目标，根据所述阻力的方向微调所述第二执行单元的空间位置和/或姿态。