CN116439838A - 平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人 - Google Patents

平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN116439838A
CN116439838A CN202310243593.3A CN202310243593A CN116439838A CN 116439838 A CN116439838 A CN 116439838A CN 202310243593 A CN202310243593 A CN 202310243593A CN 116439838 A CN116439838 A CN 116439838A
Authority
CN
China
Prior art keywords
puncture
bearing
positioning device
semicircular
rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310243593.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116439838B (zh
Inventor
李海源
黄毅明
贺添
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202310243593.3A priority Critical patent/CN116439838B/zh
Publication of CN116439838A publication Critical patent/CN116439838A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116439838B publication Critical patent/CN116439838B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/32—Surgical robots operating autonomously
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
    • A61B8/0841—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures for locating instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
    • A61B8/085—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures for locating body or organic structures, e.g. tumours, calculi, blood vessels, nodules
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/42—Details of probe positioning or probe attachment to the patient
    • A61B8/4209—Details of probe positioning or probe attachment to the patient by using holders, e.g. positioning frames
    • A61B8/4218—Details of probe positioning or probe attachment to the patient by using holders, e.g. positioning frames characterised by articulated arms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3405—Needle locating or guiding means using mechanical guide means
    • A61B2017/3409—Needle locating or guiding means using mechanical guide means including needle or instrument drives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A61B2017/3413—Needle locating or guiding means guided by ultrasound
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2063—Acoustic tracking systems, e.g. using ultrasound
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本发明公开一种平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人，该机器人包括平面穿刺定位装置，以及探头定位装置及超声探头、穿刺器械；平面穿刺定位装置控制穿刺器械进退、上下以及角度调整的平面内三个自由度的运动，探头定位装置控制超声探头进退以及绕自身轴线的旋转，平面穿刺定位装置固定在探头定位装置上其基座位置相对于超声探头不变，并随超声探头一同进退与自旋。本发明能够与超声探头形成一体化的手眼系统，避免了外部光、磁等导航设备，降低成本，减少误差传播环节，降低成本。同时可以解决现有的超声探头和穿刺器械针需要同时操作导致的操作难度高、进针角度少、精度差的问题。

Description

平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人
技术领域
本发明涉及微创手术机器人领域，具体涉及一种平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人，尤其是基于超声、CT与磁共振等影像引导的穿刺机器人及优化控制方法。
背景技术
前列腺癌为男性高发肿瘤。老年男性是前列腺癌的高发人群，且年龄越大患病概率越高。随着影像学与机器人技术的发展，超声、CT与磁共振引导机器人实施穿刺、介入成为新的微创诊断、治疗方式。在实时超声的监视或引导下，利用机器人持穿刺(介入器械)经皮、自然腔道等完成各种穿刺活检、植入、消融以及抽吸、插管、注药治疗等操作，具有微创化、精准化与安全可靠的效果。目前，操作者手持超声进行穿刺介入时，超声的辅助穿刺手术设备通常称为穿刺引导架或者穿刺模板，可调整的角度、位置自由度有限，位置姿态分辨率较低，且为手动控制。例如，常用的是在超声探头靠近皮肤一端安装一个穿刺针固定架，固定架一般设置有2-3个穿刺角度。前列腺经会阴穿刺中，利用网格化模板作为穿刺针的定位装置，操作者一只手手持超声探头给病人进行超声检查，另一只手根据超声图像进行穿刺针手术。或者需要两名操作者，一名操作者进行超声检查，另一名操作者进行穿刺手术。其难点与问题主要在于：首先，操作者需要一只手操作探头和另一只手操作穿刺针，对操作者的要求较高；其次，穿刺过程中容易因为人的生理因素等扰动产生操作误差；最后，由于穿刺针固定架只有有限的几个穿刺角度，不能找到最佳的穿刺角度进行穿刺。
传统的经直肠超声(TRUS)引导开展前列腺穿刺主要依赖于操作者经验，操作者手持针插入体内，存在手术精度不高、术后并发症多，还存在穿刺过程中定位不准、夹持不稳、路径规划困难等问题。
国内外针对前列腺穿刺开展了一些研究。主要包括利用直肠超声(TRUS)与核磁共振(MRI)融合作为影像引导的手段，而穿刺针的靶向立体定位通常分为手动穿刺和机器人穿刺。影像融合引导的手动穿刺也通常基于模板进行入路的导引，产品的组成主要在于核磁与超声融合的软件，给出靶向穿刺的病灶点，例如UroNav、TRINITY/Urostation、BioJet(DK North America)。机器人穿刺为通过多自由度的机器人装载穿刺针，例如iSR’obotMona Lisa、Artemis、Accbot等。
上述传统的穿刺机器人部分采用了工业机器人，对于软组织器官穿刺精准度不足，且体积过大，构型适配手术体位和部位的程度低。导航手段采用光学、磁等外部导航定位跟踪的仪器，价格昂贵。
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供了一种超声与其他影像融合引导的穿刺机器人、穿刺系统、控制方法及工作空间优化调整方法。该穿刺机器人能够与超声探头形成一体化的手眼系统，避免了外部光、磁等导航设备，降低成本，减少误差传播环节，降低成本。并且通过合理设置腔内(直肠)超声探头的矢状面、横截面，使得穿刺时的穿刺针路可以保持在超声引导的平面内(矢状面)，穿刺针在横截面也能观测到，双平面均可观测实现了穿刺的精准评估。机器人控制穿刺器械的进针点，并控制其穿刺位置、角度和深度。同时可以解决现有的超声引导的穿刺过程中由于空间限制，超声探头和穿刺针需要同时操作导致的操作难度高、进针角度少、精度差的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对当前穿刺活检手术设备不够自动化、操作繁琐等问题，设计一种自动化的前列腺穿刺活检设备，即平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人，以实现穿刺手术自动化，解放操作者双手，并由医学影像设备为操作者提供实时影像信息，确保手术顺利完成。
本发明技术方案如下：
一种平面穿刺定位装置，包括位姿控制单元、深度控制单元两；所述的位姿控制单元用来调整固定于平面穿刺定位装置上的穿刺器械所在的位置和位姿，所述的深度控制单元推进或拉回穿刺器械，使穿刺器械在工作空间平面内具备3个自由度，即平面位置和穿刺角度的调整；所述的位姿控制单元，包括：两个基座位置固定的、输出运动方向平行的直线作动驱动器与一个插销轴组成的两个球铰-直线机构；具体为：一个带外球面的球铰杆可以沿连接的插销轴滑动改变间距h1，该带外球面的球铰杆与一个U型架连接；U型架在两个球铰的中点处，通过一个轴承、一个支撑块连接到一个滑块，所述滑块沿着一个导轨做直线运动；一个插销轴及该U型架通过一个旋转轴与该滑块上的轴承配合，可绕通过两个球铰中点且垂直工作空间平面的旋转轴线旋转，同时旋转轴可在U型架的滑槽中直线滑动形成移动副；该轨与一个底板相对位置固定；通过所述的两个直线作动驱动器的同时伸长或者缩短控制轴向的位置，通过两直线作动驱动器的伸长量差异Δl＝l1-l2使深度控制单元绕旋转轴线转动，进而控制深度控制单元在平面内的偏转角度；两个平行的直线作动驱动器之间的垂直距离Δh与两者之间的伸缩差Δl决定平面内旋转角度
所述直线作动驱动器为第一直线电机、第二直线电机，所述的位姿控制单元进一步包括：第一带外球面的球铰杆、第一带内球面的套杆、壳体、电机固定座、第二带内球面的套杆、第二带外球面的球铰杆、轴用卡簧；所述导轨与底板固定连接；所述滑块与导轨配合，能够沿导轨长度方向上前进或者后退的滑动；所述支撑块与滑块固定连接，可以随滑块一同在导轨上前进或者后退滑动；所述支撑块一端与轴承配合连接；所述电机固定座与底板固定连接；所述电机固定座设有两个电机插槽，第一直线电机、第二直线电机尾端分别配合安装在其两个插槽上，且两电机的直线输出轴平行；所述的第一直线电机输出端与第一带内球面的套杆固定连接，且第一带内球面的套杆与第一带外球面的球铰杆形成球铰连接，形成球面运动副；所述的第二直线电机输出端与第二带内球面的套杆固定连接，且第二带内球面的套杆与第二带外球面的球铰杆形成球铰连接，形成球面运动副；所述U型架上设有安装孔位，插销轴与U型架固定连接；所述第一带外球面的球铰杆、第二带外球面的球铰杆上设有通孔，供插销轴通过，三者轴向连接且同轴心。
所述插销轴是阶梯轴，其两端直径不同，小径上设有安装轴用卡簧的卡槽。
所述插销轴的小径通过第一带外球面的球铰杆上的通孔，第一带外球面的球铰杆一端靠在插销轴大径与小径形成的端面上，另一端通过轴用卡簧限位固定位置；插销轴的小径进一步通过第二带外球面的球铰杆上的通孔，并且轴用卡簧与U型架内壁之间距离大于第二带外球面的球铰杆长度，第二带外球面的球铰杆与插销轴小径形成移动副。
所述U型架底部设计有滑槽，滑槽与旋转轴一端轴连接，旋转轴可在滑槽内移动形成移动副，旋转轴为阶梯轴，旋转轴另一端轴与轴承的内孔配合连接，且U型架相对第一轴承是能相对转动的。
所述深度控制单元，具体包括、第三直线电机、穿刺底座、第三带内球面的套杆、第二插销轴、第二滑块、穿刺器械固定装置、第三带外球面的球铰杆、第二导轨；所述穿刺底座与位姿控制单元的U型架连接固定；所述第二导轨与穿刺底座固定；所述第二滑块与第二导轨配合形成移动副，沿着第二导轨长度方向前进或后退；所述穿刺器械固定装置与第二滑块固定，且能随第二滑块一同沿第二导轨长度方向前进或后退；所述第三直线电机固定连接在穿刺底座上；所述的第三电机输出端与第三带内球面的套杆固定连接，第三带内球面的套杆连接到穿刺器械固定装置。
一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，包括平面穿刺定位装置，以及探头定位装置及超声探头、穿刺器械；平面穿刺定位装置、超声探头安装在探头定位装置上，穿刺器械安装在平面穿刺定位装置上；平面穿刺定位装置控制穿刺器械所形成的工作空间始终与超声探头的矢状面重合，并可随探头定位装置自旋；平面穿刺定位装置控制穿刺器械实现进退、上下以及角度调整的平面内三个自由度的运动，探头定位装置控制超声探头进退以及绕自身轴线的旋转，平面穿刺定位装置固定在探头定位装置上其基座位置相对于超声探头不变，并随超声探头一同进退与自旋。
所述探头定位装置，包括平台驱动块、旋转超声架、传动平台、穿刺机构安装板；穿刺机构安装板为L型板件，固定连接在旋转超声架上；平台驱动块安装在传动平台上；平台驱动块上与旋转超声架固定连接；传动平台具有传动丝杠、传动杆，两者轴线平行；传动平台具备两个电机，一个输出动力驱动传动丝杠旋转，带动平台驱动块沿着传动杆直线运动；传动平台另一个电机输出动力驱动传动杆旋转，传动杆与平台驱动块配合；该传动杆旋转运动不会驱动平台驱动块旋转，但传动杆的旋转会通过齿轮系传动并驱动旋转超声架的超声安装底壳绕自身轴心的旋转，从而驱动超声探头的旋转；所述超声安装底壳的直线运动与旋转运动为相互独立的运动。
所述穿刺机构安装板上设计有两道滑轨槽和多个定位孔；平面穿刺定位装置的底板上设有滑轨突起能够与穿刺机构安装板上滑轨槽配合形成移动副且能够沿滑轨方向上下滑动；底板上进一步设计有螺纹孔槽，通过使用定位螺钉穿过穿刺机构安装板上相应的定位孔，根据需要将平面穿刺定位装置定位固连于穿刺机构安装板上。
所述平台驱动块，包括驱动块壳体、第二轴承、第三轴承、半圆孔齿轮轴、第四轴承、挡盖、丝杠法兰、第五轴承、二级传动齿轮轴；丝杠法兰与驱动块壳体安装固定；第三轴承安装在驱动块壳体内；第四轴承安装在挡盖内；半圆孔齿轮轴两侧分别与第三轴承、第四轴承连接配合形成转动副，且三者同轴心；第五轴承安装在挡盖内；第二轴承安装在驱动块壳体内；二级传动齿轮轴两侧分别与第二轴承、第五轴承连接配合形成转动副，且三者同轴心；挡盖与驱动块壳体固定；半圆孔齿轮轴与二级传动齿轮轴为直齿轮外啮合，当半圆孔齿轮轴转动时带动二级传动齿轮轴转动。
所述旋转超声架，包括支架、橡胶垫、超声安装底壳、第一支撑杆、第一半圆滑动板、前挡板、限位杆、第二支撑杆、承载板、支撑块、轴承安装块、第六轴承、三级传动齿轮轴、第七轴承、限位螺帽、后挡板、第二半圆滑动板、半圆齿轮盘；所述前挡板与承载板固定；所述后挡板与承载板固定；所述前挡板、后挡板上一侧有半圆滑槽，另一侧有镂空限位槽，两者的半圆槽相对放置安装，且两者的半圆滑槽、弧形镂空限位槽全部都同一轴心；所述第一支撑杆、第二支撑杆分别依次通过第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板对应的通孔，尾部与螺母配合压紧固定第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板，且四者同轴心；所述第一半圆滑动板安装于前挡板的半圆滑槽上，使其能够沿半圆滑槽以该圆轴线旋转滑动；第二半圆滑动板安装于后挡板半圆滑槽上，使其能够沿半圆滑槽以该圆轴线旋转滑动；
所述支撑块固定在承载板下方；所述轴承安装块固定在承载板上方；所述第六轴承安装于轴承安装块上一侧；所述第七轴承安装于后挡板内；所述三级传动齿轮轴两侧分别与第七轴承以及第六轴承配合，三者同轴心且三级传动齿轮轴与半圆齿轮盘为直齿轮外啮合配合；
所述限位杆依次通过前挡板的镂空限位槽、第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板对应的通孔、后挡板的镂空限位槽，尾部与限位螺帽螺纹连接固定，且限位杆头部卡于前挡板镂空限位槽中，限位螺帽卡于后挡板镂空限位槽内，由此限制第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板能够以前挡板的半圆槽轴心以一定角度自旋转且不脱离半圆槽。
所述传动平台，包括电机箱后盖、第一伺服电机组、电机固定件、第一联轴器、第八轴承、传动丝杠、第九轴承、第十轴承、平台前板、传动杆、平台底板、第十一轴承、平台后板、第二联轴器、第二伺服电机组、电机箱；所述电机箱后盖与电机箱后端固定；所述第一伺服电机组及第二伺服电机组均与电机固定件固定连接；所述平台前板与平台底板前端固连；所述平台后板与平台底板后端固连；所述第八轴承、第十一轴承安装于平台后板对应轴承安装孔内；所述第九轴承、第十轴承安装于平台前板对应轴承安装孔内；所述传动丝杠前端与第十轴承配合，后端与第八轴承配合且能够绕自身轴线旋转；所述传动杆前端与第九轴承配合，后端与第十一轴承配合且能够绕自身轴线旋转；所述电机箱与平台后板连接固定；传动丝杠与传动杆的中心轴线相对平台底板长度方向的中心轴线对称。
所述第一伺服电机组输出轴的旋转运动通过第一联轴器传递给传动丝杠以自身轴线自转；第二伺服电机组输出轴的旋转运动通过第二联轴器传递给半圆形的传动杆以自身轴线自转。
所述传动丝杠以及螺母推动平台驱动块直线运动。
所述传动杆穿过平台驱动块的半圆孔齿轮轴的半圆孔，当传动杆转动时带动半圆孔齿轮轴转动且半圆孔齿轮轴能够沿半圆形传动杆轴向滑动；所述传动丝杠与丝杠法兰螺纹配合，当传动丝杠正旋或逆旋时带动丝杠法兰沿丝杠轴方向前进或后退，进而带动平台驱动块整体前进或后退。
一种穿刺机器人的控制方法，包括：
S1、手眼一体穿刺机器人获取超声横截面序列图像、或者绕自身轴旋转获取矢状面序列图像，每一个图像的位姿通过探头定位装置的电机编码器获取，从而得到超声三维重建模型；
S2、将术前的重建三维模型与所述的超声三维重建模型配准、融合：
探头定位装置旋转使得超声探头的矢状面或者横截面检测到穿刺目标，通过图像测量得到在超声图像坐标系{Ou}中的穿刺目标的位姿坐标为X；超声图像坐标系{Ou}相对超声探头坐标系{Op}的坐标变换为T0，超声探头坐标系{Op}相对平面穿刺装置坐标系{Or}的坐标变换为T1，则穿刺目标转换到平面穿刺装置坐标系{Or}的坐标为Xr＝T1T0X；
S3、平面穿刺定位装置基于Xr，根据平面穿刺装置正逆运动学计算得到3个直线作动器的控制量l1-l3，控制穿刺器械到达穿刺目标。
本发明一种平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人，其优点及功效在于：本发明的平面穿刺定位装置能够控制穿刺器械实现进退、上下以及角度调整等平面内三个自由度的运动。平面穿刺定位装置可以随超声探头一同进退与自旋。该穿刺机器人能够与超声探头形成一体化的手眼系统，避免了外部光、磁等导航设备，降低成本，减少误差传播环节，降低成本。并且通过合理设置腔内(直肠)超声探头的矢状面、横截面，使得穿刺时的穿刺器械针路可以保持在超声引导的平面内(矢状面)，穿刺针在横截面也能观测到，双平面均可观测实现了穿刺的精准评估。机器人控制穿刺器械的进针点，并控制其穿刺位置、角度和深度。同时可以解决现有的超声引导的穿刺过程中由于空间限制，超声探头和穿刺器械针需要同时操作导致的操作难度高、进针角度少、精度差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例，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。
图1所示为平面穿刺定位装置整体结构示意图。
图2所示为平面穿刺定位装置的机构组成示意图。
图3所示为平面穿刺定位装置的位姿控制单元结构示意图。
图4a、b、c所示为平面穿刺定位装置的调整角度和纵向位姿示意图。
图5所示为平面穿刺定位装置的深度控制单元结构示意图。
图6所示为超声引导的手眼一体穿刺机器人整体结构示意图。
图7所示为探头定位装置结构示意图。
图8所示为平面穿刺定位装置与穿刺机构安装板的配合关系示意图。
图9所示为平台驱动块结构示意图。
图10所示为旋转超声架结构示意图。
图11所示为传动平台结构示意图。
图12所示为平台驱动块与传动平台之间的运动传递关系。
图13所示为超声引导的手眼一体穿刺机器人的穿刺过程工作流程图。
图14所示为平面穿刺定位装置正逆运动学模型示意图。
图15a-g所示为穿刺器械(针)末端工作空间示意图。
图16所示为前列腺截面及其外接圆示意图。
图17所示为外接圆与工作空间对比图。
图中具体标号如下：
具体实施方式
下面将结合本文实施例中的附图，对本文实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本文一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文中的实施例，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，都属于本文保护的范围。
需要说明的是，本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
一种平面穿刺定位装置，如图1所示，主要包括位姿控制单元5、深度控制单元6两部分。所述的位姿控制单元5用来调整固定于平面穿刺定位装置上的穿刺器械4(本实施例为穿刺针)所在的位置和位姿，所述的深度控制单元6推进或拉回穿刺器械4，从而完成穿刺任务。穿刺器械在工作空间平面内具备3个自由度，即平面位置和穿刺角度的调整。
所述的位姿控制单元，由两个基座位置固定的、输出运动方向平行的直线作动驱动器(本实施例中为第一直线电机508和第二直线电机510)与插销轴502组成的两个球铰-直线(P2S1-P1-P3S2)机构组成(图2所示)。第二带外球面的球铰杆515可以沿连接的插销轴502滑动改变间距h1，第二带外球面的球铰杆515与U型架501连接。U型架501在两个球铰(S1和S2)的中点M处，通过轴承(第一轴承505)、支撑块506连接到滑块(第一滑块513)，滑块沿着导轨(第一导轨512)的直线运动轴线运动。插销轴502及U型架501通过旋转轴517与滑块上的轴承(第一轴承505)配合，可绕通过两个球铰中点M且垂直工作空间平面的旋转轴线g旋转，同时旋转轴517可在U型架501的滑槽518中直线滑动形成移动副。导轨(第一导轨512)与底板511相对位置固定。通过所述的两个直线作动驱动器(508和510)的同时伸长或者缩短控制轴向的位置，通过两直线作动驱动器的伸长量差异(Δl＝l1-l2)使深度控制单元6绕旋转轴线g转动，进而控制深度控制单元6在平面内的偏转角度。两个平行的直线作动驱动器之间的垂直距离Δh与两者之间的伸缩差Δl决定平面内旋转角度(图2和14)。同样的，按照上述方法，也可以第一带外球面球铰杆滑动进行对称的设计。
位姿控制单元5具体结构如图3所示，其主要包括U型架501、插销轴502、第一带外球面的球铰杆503、第一带内球面的套杆504、第一轴承505、支撑块506、壳体507、第一直线电机508、电机固定座509、第二直线电机510、底板511、第一导轨512、第一滑块513、第二带内球面的套杆514、第二带外球面的球铰杆515、轴用卡簧516、旋转轴517(如图2)。
所述第一导轨512上有安装孔位可通过螺钉或者螺栓与底板511固定连接；所述第一滑块513与第一导轨512配合，能够沿第一导轨512长度方向上前进或者后退的滑动；所述支撑块506设有安装孔位，与第一滑块513通过螺钉固定连接在一起，且支撑块506可以随第一滑块一同在第一导轨上前进或者后退滑动；所述支撑块506一端设有轴承安装孔位，与第一轴承505配合连接；所述电机固定座509设有安装孔位，可与底板511固定连接；所述电机固定座509设有两个电机插槽，第一直线电机508、第二直线电机510尾端可分别配合安装在其两个插槽上，且两电机的直线输出轴平行；所述的第一电机508为可伸缩直线电机，其输出端通过螺纹与第一带内球面的套杆504固定连接，且第一带内球面的套杆504与第一带外球面的球铰杆503形成球铰连接，第一带内球面的套杆504与第一带外球面的球铰杆503形成球面运动副；所述的第二电机510为可伸缩直线电机，其输出端通过螺纹与第二带内球面的套杆514固定连接，且第二带内球面的套杆514与所述的第二带外球面的球铰杆515形成球铰连接，第二带内球面的套杆514与第二带外球面的球铰杆515形成球面运动副；所述壳体507上设计有安装孔位，可通过螺栓与底板511固定连接，且其前端设计有挡槽，可以同时抵住第一直线电机508、第二直线电机510基座的前端非圆柱面，从而配合电机固定座509将两电机固定；所述U型架501上设有安装孔位，插销轴502可通过过盈配合或者其他轴向移动限制的方式与U型架501固定连接；所述插销轴502是阶梯轴，其两端直径不同，小径上设有安装轴用卡簧516的卡槽；所述第一带外球面的球铰杆503上设有通孔，供插销轴502的小径通过，第一带外球面的球铰杆503一端靠在插销轴502大径与小径形成的端面上，另一端通过轴用卡簧516限位固定位置；所述第二带外球面的球铰杆515上设有通孔，供插销轴502小径通过，并且轴用卡簧516与U型架501内壁(靠近第二带外球面的球铰杆515一侧)之间距离大于第二带外球面的球铰杆515长度，因此第二带外球面的球铰杆515可在轴用卡簧516与U型架501内壁之间沿轴向滑动，第二带外球面的球铰杆515与插销轴502小径形成移动副；所述插销轴502、第一带外球面的球铰杆503、第二带外球面的球铰杆515轴向连接且同轴心；由此，插销轴502与第一直线电机508形成的球铰相对插销轴502不发生直线移动(无移动副)而插销轴502与第二直线电机510形成的球铰相对插销轴502发生直线移动(移动副)；同理，也可以让插销轴502对称地反向安装，即所述第一带外球面的球铰杆515上的通孔与插销轴502的小径轴孔配合，从而插销轴502与第二直线电机510形成的球铰相对插销轴502不发生直线移动(无移动副)而插销轴502与第一直线电机508形成的球铰相对插销轴502发生直线移动(移动副)；所述U型架501底部设计有滑槽518，滑槽518与旋转轴517一端轴连接，旋转轴517可在滑槽518内移动形成移动副，旋转轴517设置阶梯轴，旋转轴517另一端轴与所述的轴承505的内孔配合连接，且U型架501相对第一轴承505是能相对转动的。
由前述结构可知，当第一直线电机508和第二直线电机510沿电机长度方向(或者第一导轨512滑动方向)同时伸长(引导穿刺器械穿过远端实心点)或者缩短(引导穿刺器械穿过近端空心点)相同距离时，所述U型架501能沿着第一导轨512长度方向前进或者后退，如图4(a)-(b)；当第一直线电机508和第二直线电机510伸长量不同或者两者沿反方向运行时，所述U型架501能够以第一轴承505中心轴线为转轴偏转一定角度，引导穿刺器械同时斜线经过实心点、剖面点，如图4(b)-(c)。
所述深度控制单元6，如图5所示，主要包括第一卡扣601、第三直线电机602、穿刺底座603、第二卡扣604、第三带内球面的套杆605、第二插销轴606、第二滑块607、穿刺器械固定装置608、第三带外球面的球铰杆609、第二导轨610。所述穿刺底座603与位姿控制单元的U型架501通过螺栓连接固定；所述第二导轨610通过螺钉与穿刺底座603固定；所述第二滑块607与第二导轨610配合形成移动副，能沿着第二导轨610长度方向前进或后退；所述穿刺器械固定装置608通过螺钉与第二滑块607固定，且能随第二滑块607一同沿第二导轨610长度方向前进或后退；所述第三直线电机602由第一卡扣601、第二卡扣604固定连接在穿刺底座603上；所述的第三电机602为可伸缩直线电机，其输出端通过螺纹与第三带内球面的套杆605固定连接，第三带内球面的套杆605直接或者间接连接到穿刺器械固定装置608。
通过上述结构表述可知，第三直线电机602伸长或者缩短能够带动所述穿刺器械固定装置608沿第二导轨610长度方向前进或者后退，进而控制穿刺器械前进后退，完成穿刺任务。
一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，如图6所示，该穿刺机器人主要由所述的平面穿刺定位装置1、探头定位装置2以及超声探头3、穿刺器械4组成。平面穿刺定位装置1、超声探头3安装在探头定位装置2上。穿刺器械4安装在平面穿刺定位装置1上。
平面穿刺定位装置1能够控制穿刺器械4实现进退、上下以及角度调整等平面内三个自由度的运动。探头定位装置2能够控制超声探头3进退以及绕自身轴线的旋转，进退方向与超声探头3进出直肠的方向一致。平面穿刺定位装置1可以固定在探头定位装置2上其基座位置相对于超声探头3不变，并随超声探头一同进退与自旋。
超声探头3为腔内探头，可插入直肠或阴道等自然腔道，具备矢状面或者横截面或者双平面的超声成像功能。
平面穿刺定位装置1控制穿刺器械4所形成的工作空间平面始终与超声探头3的矢状面重合，并可随探头定位装置2自旋。
所述探头定位装置2如图7所示，其主要由平台驱动块7、旋转超声架8、传动平台9、穿刺机构安装板10四部分组成。穿刺机构安装板10为L型板件，下端设有安装孔可通过螺钉固定连接在旋转超声架8上；平台驱动块7安装在传动平台9上；平台驱动块7上有安装螺纹孔，通过螺钉与旋转超声架8固定连接。传动平台9具有传动丝杠906、半圆形(或者多边形)传动杆910，两者轴线平行。传动平台9具备两个电机，一个输出动力，通过驱动传动丝杠906旋转，带动平台驱动块8沿着传动杆910直线运动。传动平台9另一个电机输出动力，驱动半圆形传动杆910旋转，半圆形传动杆910与平台驱动块8配合，该传动杆旋转运动不会驱动平台驱动块8旋转，但半圆形或多边形的传动杆910的旋转会通过齿轮系传动并驱动超声安装底壳803绕自身轴心的旋转，从而驱动超声探头3的旋转。超声安装底壳803直线运动与旋转运动为相互独立的运动。
如图8所示，所述穿刺机构安装板10上设计有两道滑轨槽和多个定位孔；平面穿刺定位装置的底板511上设有滑轨突起能够与穿刺机构安装板10上滑轨槽配合形成移动副且能够沿滑轨方向上下滑动；底板511上进一步设计有螺纹孔槽，通过使用定位螺钉穿过穿刺机构安装板10上相应的定位孔，可根据需要将平面穿刺定位装置1定位固连于穿刺机构安装板10上。由前述可知，平面穿刺定位装置1能够通过定位螺钉固定于穿刺机构安装板10上的某个或者几个定位孔。
所述平台驱动块7，如图9所示，其主要包括驱动块壳体701、第二轴承702、第三轴承703、半圆孔(多边形)齿轮轴704、第四轴承705、挡盖706、丝杠法兰707、第五轴承708、二级传动齿轮轴709。丝杠法兰707上设计有安装螺纹孔，通过螺钉与驱动块壳体701安装固定；第三轴承703安装在驱动块壳体701对应轴承安装孔内；第四轴承705安装在挡盖706对应轴承安装孔内；半圆孔(多边形)齿轮轴704两侧分别与第三轴承703、第四轴承705连接配合形成转动副，且第三轴承703、第四轴承705、半圆孔齿轮轴704同轴心；第五轴承708安装在挡盖706对应轴承安装孔内；第二轴承702安装在驱动块壳体701对应轴承安装孔内；二级传动齿轮轴709两侧分别与第二轴承702、第五轴承708连接配合形成转动副，且第二轴承702、第五轴承708、二级传动齿轮轴709同轴心；挡盖706上设有安装孔通过螺栓连接与驱动块壳体701固定；半圆孔齿轮轴704与二级传动齿轮轴709为直齿轮外啮合。
由如上所述结构可知，半圆孔齿轮轴704的旋转能够将旋转运动传递给二级传动齿轮轴709，但因第三轴承703、第四轴承705具备被动转动副，不能带动驱动块壳体701、丝杠法兰707以及其上固定连接的部件旋转。丝杠法兰707可在传动平台的传动丝杠906和丝杠螺母的带动下沿着半圆孔(多边形)齿轮轴704前进或者后退，进而带动平台驱动块7前进或后退。
所述旋转超声架8，如图10所示，其主要包括支架801、橡胶垫802、超声安装底壳803、第一支撑杆804、第一半圆滑动板805、前挡板806、限位杆807、第二支撑杆808、承载板809、支撑块810、轴承安装块811、第六轴承812、三级传动齿轮轴813、第七轴承814、限位螺帽815、后挡板816、第二半圆滑动板817、半圆齿轮盘818。所述前挡板806上设有安装螺纹孔，通过螺钉与承载板809固定；所述后挡板816上设有安装螺纹孔，通过螺钉与承载板809固定；所述前挡板806、后挡板816上一侧有半圆滑槽，另一侧有镂空限位槽，两者的半圆槽相对放置安装，且两者的半圆滑槽、弧形镂空限位槽全部都同一轴心；所述第一支撑杆804、第二支撑杆808分别依次通过第一半圆滑动板805、超声安装底壳803、半圆齿轮盘818、第二半圆滑动板817对应的通孔，尾部与螺母配合压紧固定第一半圆滑动板805、超声安装底壳803、半圆齿轮盘818、第二半圆滑动板817，且四者同轴心；所述第一半圆滑动板805安装于前挡板806的半圆滑槽上，使其能够沿半圆滑槽以该圆轴线旋转滑动；第二半圆滑动板817安装于后挡板816半圆滑槽上，使其能够沿半圆滑槽以该圆轴线旋转滑动；所述限位杆807依次通过前挡板806的镂空限位槽、第一半圆滑动板805、超声安装底壳803、半圆齿轮盘818、第二半圆滑动板817对应的通孔、后挡板816的镂空限位槽，尾部与限位螺帽815螺纹连接固定，且限位杆807头部卡于前挡板806镂空限位槽中，限位螺帽815卡于后挡板816镂空限位槽内，由此限制第一半圆滑动板805、超声安装底壳803、半圆齿轮盘818、第二半圆滑动板817能够以前挡板806的半圆槽轴心以一定角度自旋转且不脱离半圆槽；所述支撑块810上有安装螺纹孔，通过螺钉固定在承载板809下方；所述轴承安装块811上设计有安装孔位，通过螺钉与固定在承载板809上方；所述第六轴承812安装于轴承安装块811上一侧对应轴承安装孔位内；所述第七轴承814安装于后挡板816对应轴承安装孔内；所述三级传动齿轮轴813两侧分别与第七轴承814以及第六轴承812配合，三者同轴心且三级传动齿轮轴813与半圆齿轮盘818为直齿轮外啮合配合；平台驱动块的二级传动齿轮轴709与三级传动齿轮轴813为直齿轮外啮合配合；支架801的架脚设有通孔可供第一支撑杆804、第二支撑杆808穿过与之配合且通过卡簧限制支架的轴向运动；橡胶垫802贴合于支架801下侧；第一半圆滑动板805、第二半圆滑动板817以及超声安装底壳803共同形成了超声探头3的工装。根据超声探头3的形状，第一半圆滑动板805与第二半圆滑动板817可以更换不同的限位形状以配合超声探头3的安装并限制超声探头3的位移。超声探头3上有专门用于安装的槽面，支架801下的橡胶垫802即贴合此槽面限制其绕自身中心轴线的旋转以及向上脱离超声安装底壳803的位移，即限制了超声探头3旋转，从而将超声探头3与旋转超声架8相对位置固定，使得穿刺器械所形成的工作空间平面始终与超声探头3的矢状面重合或者垂直于横截面并穿过横截面传感器中点。
如前述结构表述可知，平台驱动块的二级传动齿轮轴709将旋转运动传递给三级传动齿轮轴813，再由三级传动齿轮轴813将旋转运动传递给半圆齿轮盘818，从而控制支架801、超声安装底壳803、第一支撑杆804、第一半圆滑动板805、限位杆807、第二支撑杆808、半圆齿轮盘818、第二半圆滑动板817、限位螺帽815一同绕半圆齿轮盘818轴心旋转；平台驱动块7前进或后退运动带动旋转超声架8一同运动。
所述传动平台9如图11所示，其主要包括电机箱后盖901、第一伺服电机组902、电机固定件903、第一联轴器904、第八轴承905、传动丝杠906、第九轴承907、第十轴承908、平台前板909、半圆形的或多边形的传动杆910、平台底板911、第十一轴承912、平台后板913、第二联轴器914、第二伺服电机组915、电机箱916。所述电机箱后盖901上设有安装孔位通过螺栓与电机箱916后端固定；所述第一伺服电机组902由伺服电机、行星齿轮箱、编码器、连接件组成，其上设有安装螺纹孔，通过螺钉与电机固定件903固定连接；所述第二伺服电机组915由伺服电机、行星齿轮箱、编码器、连接件组成，其上设有安装螺纹孔，通过螺钉与电机固定件903固定连接；所述电机固定件903上设有安装孔位，通过螺钉与电机箱916固定连接且同时将第一伺服电机组902、第二伺服电机组915固定于电机箱916内；所述平台前板909上设有安装螺纹孔，通过螺钉与平台底板911前端固连；所述平台后板913有安装螺纹孔，通过螺钉与平台底板911后端固连；所述第八轴承905、第十一轴承912安装于平台后板913对应轴承安装孔内；所述第九轴承907、第十轴承908安装于平台前板909对应轴承安装孔内；所述传动丝杠906前端与第十轴承908配合，后端与第八轴承905配合且能够绕自身轴线旋转；所述半圆形的或多边形的传动杆910前端与第九轴承907配合，后端与第十一轴承912配合且能够绕自身轴线旋转；所述第一联轴器904两端分别与第一伺服电机组902输出轴、传动丝杠906后端配合，使得第一伺服电机组902输出轴、第一联轴器904、传动丝杠906绕同一轴心旋转；所述第二联轴器914两端分别与第二伺服电机组915输出轴、半圆形(或多边形)传动杆910后端配合，使得第二伺服电机组915输出轴、第二联轴器914、半圆形传动杆910绕同一轴心旋转；所述电机箱916前端设计有安装孔位通过螺栓与平台后板913连接固定；传动丝杠906与半圆形或多边形的传动杆910的中心轴线相对平台底板911长度方向的中心轴线对称。
由前述结构可知，第一伺服电机组902输出轴的旋转运动通过第一联轴器904传递给传动丝杠906以自身轴线自转；第二伺服电机组915输出轴的旋转运动通过第二联轴器914传递给半圆形传动杆910以自身轴线自转。
通过传动丝杠906以及螺母推动平台驱动块8直线运动。利用半圆形或者多边形的传动杆910的旋转与齿轮系传动驱动超声安装底壳803绕自身轴心的旋转，从而驱动超声探头3的旋转。直线运动与旋转运动为相互独立的运动。
平台驱动块7与传动平台9之间的运动传递关系如图12所示，所述半圆形传动杆910穿过半圆孔齿轮轴704的半圆孔，当半圆形的传动杆910转动时带动半圆孔齿轮轴704转动且半圆孔齿轮轴704能够沿半圆形传动杆910轴向滑动；所述传动丝杠906与丝杠法兰707螺纹配合，当传动丝杠906正旋或逆旋时带动丝杠法兰707沿丝杠轴方向前进或后退，进而带动平台驱动块7整体前进或后退；所述半圆孔齿轮轴704与二级传动齿轮轴709外啮合，当半圆孔齿轮轴704转动时带动二级传动齿轮轴709转动。
所述的超声等多模态影像引导的穿刺机器人的工作流程如图13所示。对需要进行机器人手术的人体进行术前的核磁等术前高分辨率图像扫描，获取序列图像。在术前高分辨率图像上识别分割腺体器官、可疑病灶轮廓，得到术前重建三维模型。
①穿刺时，手术机器人推动腔内超声探头进入直肠，并实时获取超声影像，待超声探头到达预定位置后，机器人前进或者后退获取横截面序列图像、或者绕自身轴旋转获取矢状面序列图像，每一个图像的位姿可以通过探头定位装置的电机编码器获取，从而实现术中的超声三维重建模型。以离散方式获取超声影像。
②利用已有的关键特征、模型表面相似度评价的方法将术前的重建三维模型与术中的超声三维重建模型配准、融合。
③在术前或者术中的图像上选取拟穿刺的病灶，确定入针点，规划穿刺器械入路。如图6，基于超声测量的病灶作为穿刺目标，在超声图像坐标系{Ou}中的坐标为X。超声图像坐标系{Ou}相对超声探头坐标系{Op}的坐标变换为T0,超声探头坐标系{Op}相对平面穿刺装置坐标系{Or}的坐标变换为T1，则穿刺目标转换到平面穿刺装置坐标系{Or}的坐标为Xr＝T1T0X。超声探头坐标系根据正逆运动学得到穿刺目标相对机器人坐标系的坐标进而控制穿刺器械穿刺。
④探头定位装置旋转使得腔内超声探头的矢状面检测到病灶，然后机器人定位穿刺器械穿刺目标位置。观察实时的穿刺路径与预定的针路是否一致，及图像上的穿刺器械穿过病灶。穿刺后也通过横截面超声图像观测穿刺器械是否穿刺到病灶，即在超声图像上位置重合。矢状面和横截面均穿过表示穿刺器械取样成功，穿刺器械退回。
⑤依次按照④的方法完成其它可疑病灶的取样。
所述的平面穿刺装置正逆运动学基于所述平面穿刺定位装置1的结构。可以建立该平面穿刺定位装置机构的正逆运动学模型，其所建立的坐标系如图14所示，图中的l1对应位姿控制单元的第一直线电机508的长度，l2对应位姿控制单元的第二直线电机510的长度，l3对应深度控制单元的第三直线电机602的长度，Δh为两电机和之间的垂直距离，夹角φ为l1的延长线与l3的夹角，点O为第一直线电机末端点，以O点为原点，第一直线电机508所在直线为x轴，垂直l1方向为y轴建立坐标系，所述点P1(x1,y1)和P2(x2,y2)分别为穿刺器械入针点和穿刺目标点。现在对其正逆运动学进行设计。
1)正运动学
要求给定位姿控制单元两个直线电机的长度l1和l2以及深度控制单元的直线电机长度l3,能够确定穿刺目标点P2的坐标位置。
由几何关系可以确定位姿控制单元两个直线电机所在的直线方程为：
Δh为两个直线电机之间的垂直距离；
由深度控制单元的直线电机的长度l3可得：
将P2(x2,y2)带入(1)式并联立(2)式：
经推导可得穿刺目标点P2的坐标为：
2)逆运动学
要求给定穿刺入针点和穿刺目标点的坐标P1(x1,y1)和P2(x2,y2)，能够确定位姿控制单元两个直线电机的长度l1和l2以及深度控制单元的直线电机长度l3。
穿刺器械末端点所在的直线方程为：
为第一直线电机l1的延长线与第三直线电机l3的夹角；
则直线与x轴的交点横坐标即为l1的长度，令y＝0得:
同理根据几何关系可得，令y＝Δh，得:
则深度控制单元的直线电机的长度l3即为点P2(x2,y2)与点(l1,0)之间的直线距离：
进一步的，穿刺器械4末端的工作空间分析方法，如下：基于所述平面穿刺定位装置1的结构及其正逆运动学关系，可以解算穿刺器械末端的工作空间，用以衡量平面穿刺装置对目标的覆盖范围或作为优化机构参数的依据。如图15a所示，以第一直线电机508的起点为原点，电机本身为x轴，建立坐标系。假设第一直线电机的长度l1区间为(0,0)到(2000,0)，第二直线电机的长度l2区间为(0,1000)到(2000,1000)；深度控制单元的第三直线电机长度为l3，假设连接在l3上的穿刺器械基础长度为2000，则通过l3的伸缩，穿刺器械的初始位置区间为(0,2000)到(0,4000)。其中实际距离的1mm对应坐标系中的40单位。
步骤(1)首先假设第二直线电机长度l2和第三直线电机长度l3为0，第一直线电机的长度l1从0伸长到2000，则穿刺器械的轨迹为以点(0,1000)为圆心，半径为1000的圆弧，如图15b所示。
步骤(2)然后保持第一直线电机的长度l1＝2000，第三直线电机的长度l3＝0，第二直线电机的长度l2从0伸长到2000，此时穿刺器械的轨迹为以点(2000,0)为圆心，圆弧半径由/>逐渐缩短到2000的曲线，如图15c所示。/>
步骤(3)接下来保持第二直线电机的长度l2＝2000，第三直线电机的长度l3＝0，第一直线电机的长度l1从2000缩短到0，则穿刺器械的轨迹为以点(2000,1000)为圆心，半径为1000的圆弧，与步骤(1)的轨迹对称，如图15d所示。
步骤(4)保持第一和第三直线电机的长度l1＝l3＝0，第二直线电机的长度l2从2000缩短到0，此时穿刺器械的轨迹为以点(0,0)为圆心，圆弧半径由/>逐渐缩短到2000的曲线，与步骤(2)的轨迹对称，如图15e所示。
步骤(5)第一直线电机的长度l1和第二直线电机的长度l2保持相同的长度同时从0伸长到2000，则穿刺器械的轨迹为一条直线段，这样即可得到深度控制单元的第三直线电机最短的状态下的工作空间，如图15f所示。
步骤(6)将第三直线电机的长度l3伸长至最大值并重复步骤(1)-(5)，即可得到深度控制单元的第三直线电机最长的状态下的工作空间，如图15g所示。综上，穿刺器械的工作空间绘制完成，取最外围的曲线所包络的内部空间为穿刺器械的工作空间，如图15g所示的外围实线线框。
进一步的，提供一种穿刺器械工作空间的优化调整方法。对于上述穿刺器械4末端的工作空间，还需验证其能否满足对应的工作需求。也即工作空间能否完全包含所要穿刺的前列腺病灶的分布范围(前列腺全部范围)。在横截面上，可以用前列腺的最大横截面的外接圆近似代替前列腺，若穿刺器械的工位空间能够完全覆盖此外接圆，同时第三直线电机行程可以覆盖前列腺在矢状面上的长度，则证明该穿刺器械的工作空间设计能够满足穿刺要求。
前列腺的尺寸通常通过彩超可以了解大小，男性前列腺的标准尺寸为40×30×20mm，具体指底部横径40mm，纵径30mm，前后径20mm。前列腺的截面图如图16所示，在界面上取外接圆，则外接圆的直径为40mm。也即图16所示坐标系中的1600单位。
将直径为1600单位的外接圆放入工作空间中，如图17所示，可以看出穿刺器械的工作空间可以完全覆盖前列腺的外接圆，因此穿刺器械工作空间的设计能够满足工作需求。
需要说明的是，本申请所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后、内、外、侧面等，仅是参考附图的方向。在本申请的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。同时，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以上各实施方式的种种变化和修改，也可以在不脱离由本申请权利要求所限定的保护范围的情况下被做出和实现。
本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。

Claims (18)

1.一种平面穿刺定位装置，其特征在于：包括位姿控制单元、深度控制单元两；所述的位姿控制单元用来调整固定于平面穿刺定位装置上的穿刺器械所在的位置和位姿，所述的深度控制单元推进或拉回穿刺器械，使穿刺器械在工作空间平面内具备3个自由度，即平面位置和穿刺角度的调整；
所述的位姿控制单元，包括：两个基座位置固定的、输出运动方向平行的直线作动驱动器与一个插销轴组成的两个球铰-直线机构；具体为：一个带外球面的球铰杆可以沿连接的插销轴滑动改变间距h1，该带外球面的球铰杆与一个U型架连接；U型架在两个球铰的中点处，通过一个轴承、一个支撑块连接到一个滑块，所述滑块沿着一个导轨做直线运动；一个插销轴及该U型架通过一个旋转轴与该滑块上的轴承配合，可绕通过两个球铰中点且垂直工作空间平面的旋转轴线旋转，同时旋转轴可在U型架的滑槽中直线滑动形成移动副；该轨与一个底板相对位置固定；通过所述的两个直线作动驱动器的同时伸长或者缩短控制轴向的位置，通过两直线作动驱动器的伸长量差异Δl＝l1-l2使深度控制单元绕旋转轴线转动，进而控制深度控制单元在平面内的偏转角度；两个平行的直线作动驱动器之间的垂直距离Δh与两者之间的伸缩差Δl决定平面内旋转角度
2.根据权利要求1所述的一种平面穿刺定位装置，其特征在于：所述直线作动驱动器为第一直线电机、第二直线电机，所述的位姿控制单元进一步包括：第一带外球面的球铰杆、第一带内球面的套杆、壳体、电机固定座、第二带内球面的套杆、第二带外球面的球铰杆、轴用卡簧；
所述导轨与底板固定连接；所述滑块与导轨配合，能够沿导轨长度方向上前进或者后退的滑动；所述支撑块与滑块固定连接，可以随滑块一同在导轨上前进或者后退滑动；所述支撑块一端与轴承配合连接；所述电机固定座与底板固定连接；所述电机固定座设有两个电机插槽，第一直线电机、第二直线电机尾端分别配合安装在其两个插槽上，且两电机的直线输出轴平行；所述的第一直线电机输出端与第一带内球面的套杆固定连接，且第一带内球面的套杆与第一带外球面的球铰杆形成球铰连接，形成球面运动副；所述的第二直线电机输出端与第二带内球面的套杆固定连接，且第二带内球面的套杆与第二带外球面的球铰杆形成球铰连接，形成球面运动副；所述U型架上设有安装孔位，插销轴与U型架固定连接；所述第一带外球面的球铰杆、第二带外球面的球铰杆上设有通孔，供插销轴通过，三者轴向连接且同轴心。
3.根据权利要求2所述的一种平面穿刺定位装置，其特征在于：所述插销轴是阶梯轴，其两端直径不同，小径上设有安装轴用卡簧的卡槽。
4.根据权利要求3所述的一种平面穿刺定位装置，其特征在于：所述插销轴的小径通过第一带外球面的球铰杆上的通孔，第一带外球面的球铰杆一端靠在插销轴大径与小径形成的端面上，另一端通过轴用卡簧限位固定位置；插销轴的小径进一步通过第二带外球面的球铰杆上的通孔，并且轴用卡簧与U型架内壁之间距离大于第二带外球面的球铰杆长度，第二带外球面的球铰杆与插销轴小径形成移动副。
5.根据权利要求2所述的一种平面穿刺定位装置，其特征在于：所述U型架底部设计有滑槽，滑槽与旋转轴一端轴连接，旋转轴可在滑槽内移动形成移动副，旋转轴为阶梯轴，旋转轴另一端轴与轴承的内孔配合连接，且U型架相对第一轴承是能相对转动的。
6.根据权利要求1所述的一种平面穿刺定位装置，其特征在于：所述深度控制单元，具体包括、第三直线电机、穿刺底座、第三带内球面的套杆、第二插销轴、第二滑块、穿刺器械固定装置、第三带外球面的球铰杆、第二导轨；所述穿刺底座与位姿控制单元的U型架连接固定；所述第二导轨与穿刺底座固定；所述第二滑块与第二导轨配合形成移动副，沿着第二导轨长度方向前进或后退；所述穿刺器械固定装置与第二滑块固定，且能随第二滑块一同沿第二导轨长度方向前进或后退；所述第三直线电机固定连接在穿刺底座上；所述的第三电机输出端与第三带内球面的套杆固定连接，第三带内球面的套杆连接到穿刺器械固定装置。
7.一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：该穿刺机器人包括如权利要求1-6任意一项所述的平面穿刺定位装置，以及探头定位装置及超声探头、穿刺器械；平面穿刺定位装置、超声探头安装在探头定位装置上，穿刺器械安装在平面穿刺定位装置上；
平面穿刺定位装置控制穿刺器械所形成的工作空间始终与超声探头的矢状面重合，并可随探头定位装置自旋；平面穿刺定位装置控制穿刺器械实现进退、上下以及角度调整的平面内三个自由度的运动，探头定位装置控制超声探头进退以及绕自身轴线的旋转，平面穿刺定位装置固定在探头定位装置上其基座位置相对于超声探头不变，并随超声探头一同进退与自旋。
8.根据权利要求7所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述探头定位装置，包括平台驱动块、旋转超声架、传动平台、穿刺机构安装板；穿刺机构安装板为L型板件，固定连接在旋转超声架上；平台驱动块安装在传动平台上；平台驱动块上与旋转超声架固定连接；传动平台具有传动丝杠、传动杆，两者轴线平行；传动平台具备两个电机，一个输出动力驱动传动丝杠旋转，带动平台驱动块沿着传动杆直线运动；传动平台另一个电机输出动力驱动传动杆旋转，传动杆与平台驱动块配合；该传动杆旋转运动不会驱动平台驱动块旋转，但传动杆的旋转会通过齿轮系传动并驱动旋转超声架的超声安装底壳绕自身轴心的旋转，从而驱动超声探头的旋转；所述超声安装底壳的直线运动与旋转运动为相互独立的运动。
9.根据权利要求8所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述穿刺机构安装板上设计有两道滑轨槽和多个定位孔；平面穿刺定位装置的底板上设有滑轨突起能够与穿刺机构安装板上滑轨槽配合形成移动副且能够沿滑轨方向上下滑动；底板上进一步设计有螺纹孔槽，通过使用定位螺钉穿过穿刺机构安装板上相应的定位孔，根据需要将平面穿刺定位装置定位固连于穿刺机构安装板上。
10.根据权利要求8所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述平台驱动块，包括驱动块壳体、第二轴承、第三轴承、半圆孔齿轮轴、第四轴承、挡盖、丝杠法兰、第五轴承、二级传动齿轮轴；丝杠法兰与驱动块壳体安装固定；第三轴承安装在驱动块壳体内；第四轴承安装在挡盖内；半圆孔齿轮轴两侧分别与第三轴承、第四轴承连接配合形成转动副，且三者同轴心；第五轴承安装在挡盖内；第二轴承安装在驱动块壳体内；二级传动齿轮轴两侧分别与第二轴承、第五轴承连接配合形成转动副，且三者同轴心；挡盖与驱动块壳体固定；半圆孔齿轮轴与二级传动齿轮轴为直齿轮外啮合，当半圆孔齿轮轴转动时带动二级传动齿轮轴转动。
11.根据权利要求8所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述旋转超声架，包括支架、橡胶垫、超声安装底壳、第一支撑杆、第一半圆滑动板、前挡板、限位杆、第二支撑杆、承载板、支撑块、轴承安装块、第六轴承、三级传动齿轮轴、第七轴承、限位螺帽、后挡板、第二半圆滑动板、半圆齿轮盘；所述前挡板与承载板固定；所述后挡板与承载板固定；所述前挡板、后挡板上一侧有半圆滑槽，另一侧有镂空限位槽，两者的半圆槽相对放置安装，且两者的半圆滑槽、弧形镂空限位槽全部都同一轴心；所述第一支撑杆、第二支撑杆分别依次通过第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板对应的通孔，尾部与螺母配合压紧固定第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板，且四者同轴心；所述第一半圆滑动板安装于前挡板的半圆滑槽上，使其能够沿半圆滑槽以该圆轴线旋转滑动；第二半圆滑动板安装于后挡板半圆滑槽上，使其能够沿半圆滑槽以该圆轴线旋转滑动；
所述支撑块固定在承载板下方；所述轴承安装块固定在承载板上方；所述第六轴承安装于轴承安装块上一侧；所述第七轴承安装于后挡板内；所述三级传动齿轮轴两侧分别与第七轴承以及第六轴承配合，三者同轴心且三级传动齿轮轴与半圆齿轮盘为直齿轮外啮合配合；
所述限位杆依次通过前挡板的镂空限位槽、第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板对应的通孔、后挡板的镂空限位槽，尾部与限位螺帽螺纹连接固定，且限位杆头部卡于前挡板镂空限位槽中，限位螺帽卡于后挡板镂空限位槽内，由此限制第一半圆滑动板、超声安装底壳、半圆齿轮盘、第二半圆滑动板能够以前挡板的半圆槽轴心以一定角度自旋转且不脱离半圆槽。
12.根据权利要求8所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述传动平台，包括电机箱后盖、第一伺服电机组、电机固定件、第一联轴器、第八轴承、传动丝杠、第九轴承、第十轴承、平台前板、传动杆、平台底板、第十一轴承、平台后板、第二联轴器、第二伺服电机组、电机箱；所述电机箱后盖与电机箱后端固定；所述第一伺服电机组及第二伺服电机组均与电机固定件固定连接；所述平台前板与平台底板前端固连；所述平台后板与平台底板后端固连；所述第八轴承、第十一轴承安装于平台后板对应轴承安装孔内；所述第九轴承、第十轴承安装于平台前板对应轴承安装孔内；所述传动丝杠前端与第十轴承配合，后端与第八轴承配合且能够绕自身轴线旋转；所述传动杆前端与第九轴承配合，后端与第十一轴承配合且能够绕自身轴线旋转；所述电机箱与平台后板连接固定；传动丝杠与传动杆的中心轴线相对平台底板长度方向的中心轴线对称。
13.根据权利要求12所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述第一伺服电机组输出轴的旋转运动通过第一联轴器传递给传动丝杠以自身轴线自转；第二伺服电机组输出轴的旋转运动通过第二联轴器传递给半圆形的传动杆以自身轴线自转。
14.根据权利要求12所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述传动丝杠以及螺母推动平台驱动块直线运动。
15.根据权利要求12所述的一种超声引导的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：所述传动杆穿过平台驱动块的半圆孔齿轮轴的半圆孔，当传动杆转动时带动半圆孔齿轮轴转动且半圆孔齿轮轴能够沿半圆形传动杆轴向滑动；所述传动丝杠与丝杠法兰螺纹配合，当传动丝杠正旋或逆旋时带动丝杠法兰沿丝杠轴方向前进或后退，进而带动平台驱动块整体前进或后退。
16.一种穿刺机器人的控制方法，用于控制如权利要求7-12所述的手眼一体穿刺机器人，其特征在于：该方法包括：
S1、手眼一体穿刺机器人获取超声横截面序列图像、或者绕自身轴旋转获取矢状面序列图像，每一个图像的位姿通过探头定位装置的电机编码器获取，从而得到超声三维重建模型；
S2、将术前的重建三维模型与所述的超声三维重建模型配准、融合：
探头定位装置旋转使得超声探头的矢状面或者横截面检测到穿刺目标，通过图像测量得到在超声图像坐标系{Ou}中的穿刺目标的位姿坐标为X；超声图像坐标系{Ou}相对超声探头坐标系{Op}的坐标变换为T0，超声探头坐标系{Op}相对平面穿刺装置坐标系{Or}的坐标变换为T1，则穿刺目标转换到平面穿刺装置坐标系{Or}的坐标为Xr＝T1T0X；
S3、平面穿刺定位装置基于Xr，根据平面穿刺装置正逆运动学计算得到3个直线作动器的控制量l1-l3，控制穿刺器械到达穿刺目标。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于：所述的平面穿刺装置正逆运动学的具体设计方法为：基于平面穿刺定位装置建立正逆运动学模型，其所建立的坐标系为：位姿控制单元的第一直线电机的长度为l1，位姿控制单元的第二直线电机的长度为l2，深度控制单元的第三直线电机的长度为l3，Δh为第一直线电机与第二直线电机之间的垂直距离，夹角为l1的延长线与l3的夹角，点O为第一直线电机末端点，以O点为原点，第一直线电机所在直线为x轴，垂直l1方向为y轴建立坐标系，所述点P1(x1,y1)和P2(x2,y2)分别为穿刺器械入针点和穿刺目标点；
1)正运动学，要求给定位姿控制单元两个直线电机的长度l1和l2以及深度控制单元的直线电机长度l3,能够确定穿刺目标点P2的坐标位置：
由几何关系可以确定位姿控制单元两个直线电机所在的直线方程为：
由深度控制单元的直线电机的长度l3可得：
将P2(x2,y2)带入(1)式并联立(2)式：
经推导可得穿刺目标点P2的坐标为：
2)逆运动学，要求给定穿刺入针点和穿刺目标点的坐标P1(x1,y1)和P2(x2,y2)，能够确定位姿控制单元两个直线电机的长度l1和l2以及深度控制单元的直线电机长度l3；
穿刺器械末端点所在的直线方程为：
则直线与x轴的交点横坐标即为l1的长度，令y＝0得:
同理根据几何关系可得，令y＝Δh，得:
则深度控制单元的直线电机的长度l3即为点P2(x2,y2)与点(l1,0)之间的直线距离：
18.根据权利要求17所述的控制方法，进一步包括：穿刺器械末端的工作空间分析方法，具体如下：基于平面穿刺定位装置的结构及正逆运动学关系，解算穿刺器械末端的工作空间，以第一直线电机的起点为原点，电机本身为x轴，建立坐标系；假设第一直线电机的长度l1区间为(0,0)到(2000,0)，第二直线电机的长度l2区间为(0,1000)到(2000,1000)；深度控制单元的第三直线电机长度为l3，假设连接在l3上的穿刺器械基础长度为2000，则通过l3的伸缩，穿刺器械的初始位置区间为(0,2000)到(0,4000)；
步骤(1)首先假设第二直线电机的长度l2和第三直线电机长度l3为0，第一直线电机的长度l1从0伸长到2000，则穿刺器械的轨迹为以点(0,1000)为圆心，半径为1000的圆弧；
步骤(2)然后保持第一直线电机的长度l1＝2000，第三直线电机长度l3＝0，第二直线电机的长度l2从0伸长到2000，此时穿刺器械的轨迹为以点(2000,0)为圆心，圆弧半径由/>逐渐缩短到2000的曲线；
步骤(3)接下来保持第二直线电机长度l2＝2000，第三直线电机长度l3＝0，第一直线电机的长度l1从2000缩短到0，则穿刺器械的轨迹为以点(2000,1000)为圆心，半径为1000的圆弧，与步骤(1)的轨迹对称；
步骤(4)保持第一和第三直线电机长度l1＝l3＝0，第二直线电机的长度l2从2000缩短到0，此时穿刺器械的轨迹为以点(0,0)为圆心，圆弧半径由逐渐缩短到2000的曲线，与步骤(2)的轨迹对称；
步骤(5)第一直线电机的长度l1和第二直线电机长度l2保持相同的长度，同时从0伸长到2000，则穿刺器械的轨迹为一条直线段，这样即可得到深度控制单元的第三电机最短的状态下的工作空间；
步骤(6)将第三直线电机长度l3伸长至最大值并重复步骤(1)-(5)，即可得到深度控制单元的第三电机最长的状态下的工作空间。
CN202310243593.3A 2023-03-14 2023-03-14 平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人 Active CN116439838B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310243593.3A CN116439838B (zh) 2023-03-14 2023-03-14 平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310243593.3A CN116439838B (zh) 2023-03-14 2023-03-14 平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116439838A true CN116439838A (zh) 2023-07-18
CN116439838B CN116439838B (zh) 2024-03-19

Family

ID=87131105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310243593.3A Active CN116439838B (zh) 2023-03-14 2023-03-14 平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116439838B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170150942A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-01 Toshiba Medical Systems Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus
CN107773306A (zh) * 2017-09-26 2018-03-09 山东科技大学 一种五自由度前列腺针刺手术机器人
CN113331875A (zh) * 2021-05-28 2021-09-03 上海交通大学 基于超声图像引导的前列腺活检穿刺机器人
CN113662643A (zh) * 2021-08-20 2021-11-19 苏州大学 多自由度串并联骨盆骨折复位机器人及骨盆骨折复位系统
CN215794148U (zh) * 2021-07-20 2022-02-11 玉溪市新特科技有限公司 自适应小车装卸系统
CN114767274A (zh) * 2022-03-25 2022-07-22 北京邮电大学 立体定位微型手术机器人
CN217853223U (zh) * 2022-03-29 2022-11-22 拜斯特医疗科技(北京)有限公司 一种微创手术用器械的运动控制装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170150942A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-01 Toshiba Medical Systems Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus
CN107773306A (zh) * 2017-09-26 2018-03-09 山东科技大学 一种五自由度前列腺针刺手术机器人
CN113331875A (zh) * 2021-05-28 2021-09-03 上海交通大学 基于超声图像引导的前列腺活检穿刺机器人
CN215794148U (zh) * 2021-07-20 2022-02-11 玉溪市新特科技有限公司 自适应小车装卸系统
CN113662643A (zh) * 2021-08-20 2021-11-19 苏州大学 多自由度串并联骨盆骨折复位机器人及骨盆骨折复位系统
CN114767274A (zh) * 2022-03-25 2022-07-22 北京邮电大学 立体定位微型手术机器人
CN217853223U (zh) * 2022-03-29 2022-11-22 拜斯特医疗科技(北京)有限公司 一种微创手术用器械的运动控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN116439838B (zh) 2024-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111437011B (zh) 一种穿刺手术机器人系统
US9968280B2 (en) Method for insertion of a medical device within a body during a medical imaging process
US9588195B2 (en) Apparatus for insertion of a medical device during a medical imaging process
CN108135572B (zh) 经会阴的针引导
US9259271B2 (en) Automated in-bore MR guided robotic diagnostic and therapeutic system
US6292681B1 (en) Combined motor drive and automated longitudinal position translator for ultrasonic imaging system
Seifabadi et al. Robotic system for MRI-guided prostate biopsy: feasibility of teleoperated needle insertion and ex vivo phantom study
CA2996597A1 (en) Moveable interface between a stepper and a stabilizer
WO2017050201A1 (zh) 微创医疗机器人系统
Goldenberg et al. Robot-assisted MRI-guided prostatic interventions
CN112494118B (zh) 一种多针穿刺系统
CN116439838B (zh) 平面穿刺定位装置及超声引导的手眼一体穿刺机器人
Fischer et al. Pneumatically operated MRI-compatible needle placement robot for prostate interventions
CN109223053A (zh) 一种前列腺穿刺机器人
Li et al. Development of an MRI-compatible needle driver for in-bore prostate biopsy
CN218528882U (zh) 一种与mri和ct环境兼容的微创手术机器人
CN116236288B (zh) 一种微型穿刺机器人、穿刺系统及穿刺控制模型
Yang et al. Towards the development of a master-slave surgical system for breast biopsy under continuous MRI
AU2013206620B2 (en) Apparatus for insertion of a medical device during a medical imaging process
CN115429428B (zh) 七自由度经会阴前列腺手术导航系统及其使用方法
CN117694974A (zh) 一种超声肺内镜
Sun et al. Force-driven robotic drag control for freehand 3D ultrasound-guided robot-assisted percutaneous surgery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant