CN117796915A - 一种智能导引穿刺装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能导引穿刺装置，属于医疗设备技术领域，包括控制单元、操作单元和行走单元；操作单元包括穿刺机械臂、成像机械臂和导引机械臂，穿刺机械臂末端设有穿刺针，成像机械臂末端设有三维扫描设备，导引机械臂末端设有标记指示灯；控制单元包括三维成像模块、视觉识别模块和控制计算模块，视觉识别模块提供周围影像，成像机械臂控制三维扫描设备扫描人体内部，三维成像模块生成三维图像，控制计算模块计算穿刺点、穿刺角度以及穿刺深度，导引机械臂控制标记指示灯标记穿刺点，视觉识别模块传输穿刺点位置，穿刺机械臂控制穿刺针穿刺。本装置自主完成行走、导引、穿刺的手术过程，可显著提高手术效率，降低医生工作负荷和培训周期。

Description

一种智能导引穿刺装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种智能导引穿刺装置。

背景技术

穿刺，是将穿刺针刺入体腔抽取分泌物做化验，向体腔注入气体或造影剂做造影检查，或向体腔内注入药物的一种诊疗技术。穿刺的目的是抽血化验，输血、输液及置入导管做血管造影等。目前穿刺主流方式是，通过穿刺引导装置的协助，引导医生操持穿刺针进行穿刺，提高穿刺精度，但这种方式由于需要医生亲自操作，不仅对于医生工作负荷较高，而且手术效率很低。并且目前穿刺引导装置并不智能，自动化较低，也需医生手动操作，如北京科霖众研发的穿刺引导仪，使用时还需采用手推至CT旁，激光灯也需要手动移动。又如元亨同基医疗器械(北京)有限公司生产的TJ-3DD-A数控穿刺引导仪，同样需要手动推至CT床旁，虽然激光灯上、下、偏移运动改成了直线电机和角度电机驱动，但横向运动仍需要手动方式推动，因此穿刺引导仪本身也拖累了手术的效率，而且由于智能化、自动化较低，穿刺引导装置的使用培训周期也较长。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种智能导引穿刺装置，行走、导引、穿刺的整个手术均由本装置自主完成，智能化和自动化更高，可显著提高手术效率，大大降低医生工作负荷和培训周期。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种智能导引穿刺装置，包括控制单元、操作单元以及用于承载所述操作单元的行走单元；

所述操作单元包括穿刺机械臂、成像机械臂以及导引机械臂，所述穿刺机械臂的末端设有穿刺针，所述成像机械臂的末端设有三维扫描设备，所述导引机械臂的末端设有标记指示灯；

所述控制单元包括三维成像模块、视觉识别模块以及发送执行指令的控制计算模块，所述视觉识别模块为所述控制计算模块实时提供周围影像信息，所述行走单元在执行指令下移至人体附近，所述成像机械臂在执行指令下控制所述三维扫描设备扫描人体预穿刺区域的内部，所述三维成像模块接收所述三维扫描设备的扫描信息并生成三维图像，所述控制计算模块根据三维图像计算穿刺点、穿刺角度以及穿刺深度，所述导引机械臂在执行指令下控制所述标记指示灯在人体预穿刺区域的皮肤上标记所述穿刺点，所述视觉识别模块将标记的所述穿刺点位置传输给所述控制计算模块，所述穿刺机械臂在执行指令下控制所述穿刺针由所述穿刺点进行穿刺。

优选地，所述视觉识别模块包括摄像设备，所述摄像设备和所述控制计算模块电连接。

优选地，所述视觉识别模块包括监控屏幕，所述摄像设备和所述监控屏幕电连接。

优选地，所述操作单元包括监控机械臂，所述摄像设备设置在所述监控机械臂的末端。

优选地，所述标记指示灯为激光标记灯或者红外标记灯。

优选地，所述三维成像模块为超声波三维成像系统或CT扫描系统，所述三维扫描设备为超声波探头或CT扫描探头。

优选地，所述穿刺机械臂的末端设有用于夹持所述穿刺针的夹持工具。

优选地，所述控制计算模块为计算机。

优选地，所述行走单元包括自行走机器人，所述行走机器人上设有安装基座，所述穿刺机械臂、成像机械臂以及导引机械臂均安装在所述安装基座上。

优选地，所述行走机器人和所述计算机电连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的智能导引穿刺装置，由控制单元的控制计算模块作为大脑中枢进行统筹，视觉识别模块作为眼睛观测周围环境，行走单元作为行走足进行行走，操作单元的各机械臂作为操作手进行实操，能够自主完成行走、导引以及穿刺的整个手术过程，具有高智能化、高自动化的特点，可显著提高穿刺效率，降低医生负荷和使用培训周期，解决了现有主流所采用的人工+穿刺引导仪组合方式，存在的人工参与多，智能化低，只能起到导引作用，以及手术效率低的问题。

附图说明

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，下面将对实施例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。

图1为智能导引穿刺设备的结构示意图；

图2为智能导引穿刺设备(带有监控机械臂)的结构示意图。

附图标记说明：1、计算机；2、自行走机器人；3、安装基座；4、穿刺机械臂；5、成像机械臂；6、导引机械臂；7、监控机械臂；8、三维扫描设备；9、标记指示灯；10、夹持工具；11、穿刺针；12、摄像设备；13、线缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

本实施例提供了一种智能导引穿刺装置，如图1至图2所示，包括控制单元、操作单元以及行走单元，行走单元用于承载操作单元进行移动。

操作单元包括穿刺机械臂4、成像机械臂5以及导引机械臂6，穿刺机械臂4的末端设有穿刺针11，成像机械臂5的末端设有三维扫描设备8，导引机械臂6的末端设有标记指示灯9，穿刺机械臂4、成像机械臂5以及导引机械臂6均为两个自由度以上的机械臂。

控制单元包括三维成像模块、视觉识别模块以及控制计算模块，视觉识别模块为控制计算模块实时提供周围影像信息，控制计算模块能够发出执行指令。行走单元在执行指令下驱使下能够带着穿刺机械臂4、成像机械臂5以及导引机械臂6进行移动，可移至人体附近或远离人体。成像机械臂5在执行指令下能够控制三维扫描设备8对人体的人体预穿刺区域进行实时扫描，将人体内部信息传递给三维成像模块。三维成像模块接收三维扫描设备8的扫描信息后，能够生成人体内部器官的三维图像。控制计算模块根据三维成像模块生成的三维图像来计算穿刺点位置、穿刺角度以及穿刺深度。导引机械臂6在执行指令下能够控制标记指示灯9在人体预穿刺区域的皮肤上标记出该穿刺点。视觉识别模块将标记的穿刺点所在位置传输给控制计算模块。由控制计算模块发出执行指令，穿刺机械臂4在执行指令下控制穿刺针11由穿刺点进行穿刺。成像、导引以及穿刺整个过程均由该智能导引穿刺设备自主完成，自动化程度高，可显著提高穿刺效率，降低医生负荷和使用培训周期。

具体工作过程如下：

首先，视觉识别模块实时进行视觉识别，并将手术台位置信息传递给控制计算模块，由控制计算模块规划路径，并将路径信息通过执行指令发送给行走单元，行走单元带着操作单元移动至患者所在手术台前；然后，视觉识别模块将人体预穿刺区域信息传递给控制计算模块，控制计算模块下发执行指令给成像机械臂5，成像机械臂5控制三维扫描设备8对预穿刺区域处的人体内部进行扫描，并将扫描信息传递给三维成像模块，接收三维扫描设备8的扫描信息后，生成三维图像，控制计算模块根据三维成像模块生成的三维图像来计算穿刺点位置、穿刺角度以及穿刺深度；然后，导引机械臂6在执行指令下能够控制标记指示灯9在人体预穿刺区域的皮肤上标记出该穿刺点，视觉识别模块将标记的穿刺点所在位置传输给控制计算模块；最后，由控制计算模块发出执行指令，穿刺机械臂4在执行指令下，控制穿刺针11由穿刺点进行穿刺，并完成穿刺。

其中穿刺机械臂4和导引机械臂6数量根据需要设置，通常来说导引机械臂6数量增多，也实现多个目标定位，即控制计算模块可同时计算出多个穿刺点，然后有多个导引机械臂6的标记指示灯9分别去标记，穿刺机械臂4如果仅有一个，则依次进行穿刺，如果有多个，如穿刺机械臂4数量和导引机械臂6数量相匹配，就可以同时进行多点穿刺。

本实施例中，如图1至图2所示，视觉识别模块包括摄像设备12，摄像设备12和控制计算模块电连接，可将拍摄的信息实时传递给控制计算模块，控制计算模块在根据这些信息进行处理计算。摄像设备12可预先安装在手术室内，摄像设备12需采用变焦能力强，拍摄清晰度高的摄像头，以便兼顾手术室大环境图像和人体上标记穿刺点等细微图像。当然也可以直接采用一组不同功能、不同特性的摄像头进行组合使用。

为了方便医生实时观察手术进程，本实施例中，如图1至图2所示，视觉识别模块还包括监控屏幕，摄像设备12和监控屏幕电连接，将拍摄画面实时传递给监控屏幕，监控屏幕可放置在手术室外的控制室，为医生提供现场图像。医生通过监控屏幕可直观的观测整个手术过程，并根据情况决定是否人为干预，如能够通过监控屏幕观看穿刺针11的针尖是否与标记指示灯9的标记点一致，如果不一致，可随时暂停手术，确保整个穿刺的安全性和准确性。

进一步，本实施例中，如图1至图2所示，操作单元包括监控机械臂7，摄像设备12设置在监控机械臂7的末端，使得摄像设备12可跟随行走单元一同行走，相较于安装在手术室的墙壁上，这样方式更为灵活。作为优选地，可设置多个监控机械臂7，继而设置多个摄像设备12，同时监控不同方位图像信息。

本实施例中，如图1至图2所示，标记指示灯9为激光标记灯或者红外标记灯。

本实施例中，如图1至图2所示，三维成像模块为超声波三维成像系统或CT扫描系统，三维扫描设备8为超声波探头或CT扫描探头。

CT目前是最常用的穿刺图像引导设备之一。优点：CT可以看到患者的整个横断面图像和三维图像，可以直接在CT三维图像上做穿刺规划。现在的CT多是低剂量辐射，穿刺时扫描范围很小，剂量更低。CT可以提供非常高的对比度和清晰度，例如肺组织穿刺。缺点是：无法实时看到穿刺器官或进针情况。

超声是目前肝胆胰穿刺应用较多，优点：可以实时看到穿刺器官与周围器官的距离关系，可以实时看到进针情况，根据需要试试调整穿刺针11的进针路径。缺点：不能提供直观的三维影像，视野小。

根据实际情况选择对应的系统和探头即可。超声波三维成像系统如采用迈瑞超声系统设备Resona 7昆仑。

本实施例中，如图1至图2所示，穿刺机械臂4的末端设有用于夹持穿刺针11的夹持工具10，设置夹持工具10的好处时可方便拆装穿刺针11，更换不同尺寸和特性的穿刺针11。

本实施例中，如图1至图2所示，控制计算模块为计算机1，计算机1内安装有控制软件，可自动运行，也可人工操作。作为优选地，计算机1可以存储三维扫描设备8、摄像设备12传输的图像信息。

本实施例中，如图1至图2所示，行走单元包括自行走机器人2，自行走机器人2上设有安装基座3，穿刺机械臂4、成像机械臂5以及导引机械臂6均安装在安装基座3上，如果有监控机械臂7的，也安装在安装基座3上。自行走机器人2通常采用行走轮驱动的。当然如果有特殊环境，也不排除可以采用其他行走方式的，如履带式，行走足式，但目前医疗环境，手术室地面平坦，采用行走轮就足够了。

本实施例中，如图1至图2所示，自行走机器人2和计算机1电连接。电连接形式有无线连接方式和有线连接方式，无线连接方式如各种无线信号，有线连接方式如采用线缆13。

本发明中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (10)

1.一种智能导引穿刺装置，其特征在于，包括控制单元、操作单元以及用于承载所述操作单元的行走单元；

所述操作单元包括穿刺机械臂、成像机械臂以及导引机械臂，所述穿刺机械臂的末端设有穿刺针，所述成像机械臂的末端设有三维扫描设备，所述导引机械臂的末端设有标记指示灯；

所述控制单元包括三维成像模块、视觉识别模块以及发送执行指令的控制计算模块，所述视觉识别模块为所述控制计算模块实时提供周围影像信息，所述行走单元在执行指令下移至人体附近，所述成像机械臂在执行指令下控制所述三维扫描设备扫描人体预穿刺区域的内部，所述三维成像模块接收所述三维扫描设备的扫描信息并生成三维图像，所述控制计算模块根据三维图像计算穿刺点、穿刺角度以及穿刺深度，所述导引机械臂在执行指令下控制所述标记指示灯在人体预穿刺区域的皮肤上标记所述穿刺点，所述视觉识别模块将标记的所述穿刺点位置传输给所述控制计算模块，所述穿刺机械臂在执行指令下控制所述穿刺针由所述穿刺点进行穿刺。

2.根据权利要求1所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述视觉识别模块包括摄像设备，所述摄像设备和所述控制计算模块电连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述视觉识别模块包括监控屏幕，所述摄像设备和所述监控屏幕电连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述操作单元包括监控机械臂，所述摄像设备设置在所述监控机械臂的末端。

5.根据权利要求1所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述标记指示灯为激光标记灯或者红外标记灯。

6.根据权利要求5所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述三维成像模块为超声波三维成像系统或CT扫描系统，所述三维扫描设备为超声波探头或CT扫描探头。

7.根据权利要求1所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述穿刺机械臂的末端设有用于夹持所述穿刺针的夹持工具。

8.根据权利要求1所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述控制计算模块为计算机。

9.根据权利要求8所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述行走单元包括自行走机器人，所述行走机器人上设有安装基座，所述穿刺机械臂、成像机械臂以及导引机械臂均安装在所述安装基座上。

10.根据权利要求9所述的一种智能导引穿刺装置，其特征在于，所述行走机器人和所述计算机电连接。