CN116712163A - 一种进行射频消融手术的机器人系统 - Google Patents

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Abstract

一种进行射频消融手术的机器人系统，包括：射频发生器，用于产生高频电流；射频电极，用于将高频电流传递至目标组织；机械臂，用于驱动射频电极在空间中移动；导航系统，用于获取患者的心脏结构和异常点位信息，并根据该信息自动规划最佳的消融路径和参数；图像处理系统，用于实时获取并处理射频电极在体内的位置信息，并与导航系统进行匹配和校正；监测系统，用于实时监测消融过程中的电流、温度、阻抗等指标，并根据该指标及时调整消融策略；以及控制系统，用于控制射频发生器、机械臂、导航系统、图像处理系统和监测系统之间的协调和通信。本发明的机器人系统能够提高射频消融手术的精确性、安全性和效率。

Description

一种进行射频消融手术的机器人系统
技术领域
本发明总体涉及医疗器械领域，具体涉及一种进行射频消融手术的机器人系统。
背景技术
射频消融(radiofrequency ablation，RFA)是一种利用高频电流产生的热效应，对肿瘤或异常组织进行破坏的微创治疗方法。RFA已广泛应用于肝癌、肺癌、骨转移癌等恶性肿瘤的治疗，具有创伤小、并发症少、恢复快等优点。然而，RFA也存在一些局限性，如操作者技术依赖性高、消融范围难以控制、消融过程中易受呼吸运动影响等。为了提高RFA的精确性、安全性和效率，近年来出现了一些射频消融手术机器人系统，通过导航系统和图像处理技术，实现对射频消融电极的精确定位和控制。然而，现有的射频消融手术机器人系统仍存在一些不足，如不能根据患者的心脏结构和异常点位，自动规划最佳的消融路径和参数；不能实时监测消融过程中的电流、温度、阻抗等指标，及时调整消融策略，避免过度或不足消融，减少心脏损伤和复发风险等。
发明内容
本发明提供了一种进行射频消融手术的机器人系统，其目的是为了克服现有技术的不足，提高射频消融手术的精确性、安全性和效率。
根据本发明的一种进行射频消融手术的机器人系统，包括：
射频发生器，用于产生高频电流；
射频电极，用于将高频电流传递至目标组织；
机械臂，用于驱动射频电极在空间中移动；
导航系统，用于获取患者的心脏结构和异常点位信息，并根据该信息自动规划最佳的消融路径和参数；
图像处理系统，用于实时获取并处理射频电极在体内的位置信息，并与导航系统进行匹配和校正；
监测系统，用于实时监测消融过程中的电流、温度、阻抗等指标，并根据该指标及时调整消融策略；以及
控制系统，用于控制射频发生器、机械臂、导航系统、图像处理系统和监测系统之间的协调和通信。
具体情况下，导航系统包括一个三维成像装置和一个计算机，三维成像装置获取患者心脏的三维图像数据，并将其传输至计算机进行处理和分析，计算机根据图像数据识别出异常点位，经过人工智能的预测算法，对大量的射频消融手术数据进行分析以及学习，建立智能化的预测模型，根据肿瘤的特征和条件，自动推荐最优的消融路径和参数。进一步地，三维成像装置采用CT、MRI或超声方式获取心脏的三维图像数据。
具体情况下，机械臂上设置有多个传感器，通过所述多个传感器将检测的心脏各个位置的心电信号整合到导航系统中，导航系统根据三维成像装置精确地确定传感器的位置以及方向。
具体情况下，图像处理系统包括一个二维成像装置和一个计算机，二维成像装置获取射频电极在体内的二维图像数据，并将其传输至计算机进行处理和分析，计算机根据图像数据确定射频电极的位置，并与导航系统生成的消融路径进行比较和调整，如有偏差，则向控制系统发送修正信号。进一步地，二维成像装置采用X光、超声方式获取射频电极在体内的二维图像数据。
具体情况下，监测系统包括多个传感器和一个计算机，传感器分别连接射频发生器和射频电极，用于测量消融过程中的电流、温度、阻抗参数，并将其传输至计算机进行处理和分析，计算机根据参数判断消融效果是否达到预期目标，如未达到或超过，则向控制系统发送调节信号。
具体情况下，控制系统包括一个计算机和一个显示屏，计算机接收来自导航系统、图像处理系统和监测系统的信号，并根据信号控制射频发生器的输出功率和时间、机械臂的运动速度和方向，以实现对射频消融手术的精确控制；显示屏用于显示患者心脏的三维图像、射频电极的位置信息、消融手术的最佳的消融路径和参数。
本发明能够根据患者的心脏结构和异常点位信息，自动规划最佳的消融路径和参数，提高消融精确性；采用了导航系统、图像处理系统和监测系统，能够实现对射频消融手术的精确规划、定位和控制，提高了消融的安全性和有效性；同时采用了机械臂驱动射频电极，在空间中灵活移动，能够适应不同部位和形态的异常点位，扩大了消融的适应范围；系统中射频发生器产生高频电流，对目标组织进行消融，能够实现微创、无创或低创的治疗方式，减少了手术创伤和并发症，缩短了手术时间和恢复期；本发明中控制系统协调和通信各个子系统，能够实现对射频消融手术的自动化和智能化管理，降低了人为误差和操作难度，提高了手术效率和质量。
本发明的一种进行射频消融手术的机器人系统，具有以下有益效果：
1.本发明能够根据患者的心脏结构和异常点位信息，自动规划最佳的消融路径和参数，提高消融精确性；
2.本发明采用了导航系统、图像处理系统和监测系统，能够实现对射频消融手术的精确规划、定位和控制，提高了消融的安全性和有效性；
3.本发明采用了机械臂驱动射频电极，在空间中灵活移动，能够适应不同部位和形态的异常点位，扩大了消融的适应范围；
4.本发明采用了射频发生器产生高频电流，对目标组织进行消融，能够实现微创、无创或低创的治疗方式，减少了手术创伤和并发症，缩短了手术时间和恢复期；
5.本发明采用了控制系统协调和通信各个子系统，能够实现对射频消融手术的自动化和智能化管理，降低了人为误差和操作难度，提高了手术效率和质量。
附图说明
图1是本发明的一种进行射频消融手术的机器人系统的结构示意图。
图2是本发明的一种进行射频消融手术的机器人系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种进行射频消融手术的机器人系统，如图1所示，该机器人系统主要包括射频发生器1、射频电极2、机械臂3、导航系统4、图像处理系统5、监测系统6和控制系统7。
射频发生器1用于产生高频电流。射频发生器一般构造为电能转换器，将市用电转换成高频电，并有必要的功率输出和特定的输出波型。本机器人系统使用的是晶体管震荡发生器。使用此发生器是因为频率稳定，使用寿命长并且效率高，能够为机器人系统提供一个稳定的输出环境。
射频电极2用于将高频电流传递至目标组织，射频电极2的一端连接射频发生器1，另一端为针状结构，可由机械臂3驱动在空间中移动。
机械臂3用于驱动射频电极2在空间中移动，机械臂3包括多个关节和驱动器，可实现多自由度的运动。此外，机械臂3上还可以设置有多个传感器，通过这些传感器可以检测心脏各个位置的心电信号。这些传感器检测的心电信号传输给导航系统。
导航系统4用于获取患者的心脏结构和异常点位信息，并根据该信息自动规划最佳的消融路径和参数，导航系统4包括一个三维成像装置和一个计算机(1号)，三维成像装置利用磁场定位技术，例如采用CT、MRI、超声等方式获取患者心脏的三维图像数据，建立心脏腔内的三维解剖模型。通过部署在机械臂3上的传感器将心脏各个位置的心电信号整合到导航系统中，导航系统依据磁场定位技术可以精确的确定传感器的位置以及方向。三维图像数据传输至计算机进行处理和分析，计算机根据图像数据识别出异常点位，经过人工智能的预测算法，对大量的射频消融手术数据进行分析以及学习，建立智能化的预测模型，根据肿瘤的特征和条件，自动推荐最优的穿刺路径。这种方法可以克服影像学方法和数学模型方法的不足，提高射频消融手术的效率和质量。最后根据预设的算法生成最佳的消融路径和参数，如消融时间、温度、功率等。
图像处理系统5用于实时获取并处理射频电极2在体内的位置信息，并与导航系统4进行匹配和校正。图像处理系统5包括一个二维成像装置和一个计算机(2号)，二维成像装置可采用X光、超声等方式获取射频电极2在体内的二维图像数据，并将其传输至计算机进行处理和分析。计算机根据图像数据确定射频电极2的位置，并与导航系统4生成的消融路径进行比较和调整，如有偏差，则向控制系统7发送修正信号。
监测系统6用于实时监测消融过程中的电流、温度、阻抗等指标，并根据该指标及时调整消融策略，是为了在监测过程中发现是否有残留以及减少辐射依赖。监测系统6包括多个传感器和一个计算机(3号)，多个传感器分别连接射频发生器1和射频电极2，用于测量消融过程中的电流、温度、阻抗等参数，并将其传输至计算机进行处理和分析。计算机根据参数判断消融效果是否达到预期目标，如未达到或超过，则向控制系统7发送调节信号。此系统放入射频消融手术机器人中，可以提高射频消融手术的效果和安全性。此系统还可以帮助医生更准确地确定肿瘤位置和大小，避免误伤正常组织，监测消融过程和效果，发现残留或复发的肿瘤并及时进行再次消融。同时减少对X光或CT等辐射性检查的依赖，降低患者和医生的辐射暴露风险；
控制系统7用于控制射频发生器1、机械臂3、导航系统4、图像处理系统5和监测系统6之间的协调和通信。控制系统7包括一个计算机(4号)和一个显示屏，计算机接收来自导航系统4、图像处理系统5和监测系统6的信号，并根据信号控制射频发生器1的输出功率和时间、机械臂3的运动速度和方向等参数，以实现对射频消融手术的精确控制。显示屏用于显示患者心脏的三维图像、射频电极2的位置信息、消融手术的最佳的消融路径和参数，如消融时间、温度、功率等。
参考图1和图2，本发明的一种进行射频消融手术的机器人系统的工作原理和步骤如下：
1.将患者安置在三维成像装置下，获取患者心脏的三维图像数据，并将其传输至导航系统4的计算机进行处理和分析；
2.计算机根据图像数据识别出异常点位，并根据预设的算法生成最佳的消融路径和参数，如消融时间、温度、功率等，并将其显示在显示屏上；
3.医生根据显示屏上的信息，调整消融路径和参数，并通过控制系统7控制机械臂3驱动射频电极2在空间中移动，将射频电极2的针状结构穿刺至目标组织；
4.将二维成像装置对准射频电极2在体内的位置，获取射频电极2在体内的二维图像数据，并将其传输至图像处理系统5的计算机进行处理和分析；
5.计算机根据图像数据确定射频电极2的位置，并与导航系统4生成的消融路径进行比较和调整，如有偏差，则向控制系统7发送修正信号，控制机械臂3微调射频电极2的位置；
6.当射频电极2达到预设位置后，通过控制系统7控制射频发生器1产生高频电流，并将高频电流传递至目标组织，对目标组织进行消融；
7.在消融过程中，通过监测系统6实时监测消融过程中的电流、温度、阻抗等指标，并根据该指标及时调整消融策略，如未达到或超过预期目标，则向控制系统7发送调节信号，控制射频发生器1调节输出功率和时间等参数；
8.当消融完成后，通过控制系统7控制机械臂3将射频电极2从体内拔出，并对患者进行必要的观察和处理。
上述实施例中的计算机1号、2号、3号、4号既可以是分体式处理器，也可以是集成式处理器。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种进行射频消融手术的机器人系统，其特征在于，包括：
射频发生器，用于产生高频电流；
射频电极，用于将高频电流传递至目标组织；
机械臂，用于驱动射频电极在空间中移动；
导航系统，用于获取患者的心脏结构和异常点位信息，并根据该信息自动规划最佳的消融路径和参数；
图像处理系统，用于实时获取并处理射频电极在体内的位置信息，并与导航系统进行匹配和校正；
监测系统，用于实时监测消融过程中的电流、温度、阻抗等指标，并根据该指标及时调整消融策略；以及
控制系统，用于控制射频发生器、机械臂、导航系统、图像处理系统和监测系统之间的协调和通信。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，导航系统包括一个三维成像装置和一个计算机，三维成像装置获取患者心脏的三维图像数据，并将其传输至计算机进行处理和分析，计算机根据图像数据识别出异常点位，经过人工智能的预测算法，对大量的射频消融手术数据进行分析以及学习，建立智能化的预测模型，根据肿瘤的特征和条件，自动推荐最优的消融路径和参数。
3.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，三维成像装置采用CT、MRI或超声方式获取心脏的三维图像数据。
4.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，机械臂上设置有多个传感器，通过所述多个传感器将检测的心脏各个位置的心电信号整合到导航系统中，导航系统根据三维成像装置精确地确定传感器的位置以及方向。
5.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，图像处理系统包括一个二维成像装置和一个计算机，二维成像装置获取射频电极在体内的二维图像数据，并将其传输至计算机进行处理和分析，计算机根据图像数据确定射频电极的位置，并与导航系统生成的消融路径进行比较和调整，如有偏差，则向控制系统发送修正信号。
6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，二维成像装置采用X光、超声方式获取射频电极在体内的二维图像数据。
7.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，监测系统包括多个传感器和一个计算机，传感器分别连接射频发生器和射频电极，用于测量消融过程中的电流、温度、阻抗参数，并将其传输至计算机进行处理和分析，计算机根据参数判断消融效果是否达到预期目标，如未达到或超过，则向控制系统发送调节信号。
8.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，控制系统包括一个计算机和一个显示屏，计算机接收来自导航系统、图像处理系统和监测系统的信号，并根据信号控制射频发生器的输出功率和时间、机械臂的运动速度和方向，以实现对射频消融手术的精确控制；显示屏用于显示患者心脏的三维图像、射频电极的位置信息、消融手术的最佳的消融路径和参数。
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