CN216702632U - 超声引导穿刺手术机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于医疗器械技术领域，本实用新型提出了一种超声引导穿刺手术机器人，包括：直线位置调整机构、手柄、超声探头、角度姿态调整机构、径向穿刺机构和控制系统。本实用新型提出的超声引导穿刺手术机器人通过直线位置调整机构调节注射器的直线位置，通过角度姿态调整机构调节穿刺角度，通过径向穿刺机构进行穿刺注射，同时超声探头实现对神经丛和穿刺针的实时监视，整体结构简单、灵巧，能够提供高精度的直线定位精度，角度定位精度和径向定位精度，在路径规划的任何位置下，其都不会发生抖动情况，重复定位精度高。能很好的用于辅助医生完成高精度的神经阻滞，从而实现麻醉的效果。

Description

超声引导穿刺手术机器人

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种超声引导穿刺手术机器人。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

目前通过神经阻滞达到机体的某一部分的感觉神经传导功能暂时被阻断，实现局部麻醉，其运动神经传导保持完好或同时有程度不等的被阻滞状态，这种神经阻滞完全可逆，不产生任何组织的损害。神经阻滞麻醉具有药物清除快、生理机能影响小、术后感染风险低等优势，神经阻滞麻醉在针对各类人群的各类手术中有着广泛的应用。

神经阻滞操作时必须严格控制穿刺针在人体内穿过的路径，避免对周围组织造成不必要的损害，并控制穿刺针尖点准确到达神经丛，进而注射麻醉药物，获得最好的麻醉效果。现有的超声引导徒手操作神经阻滞的方法中，医生需要同时手持超声设备和穿刺针，两手同时配合使用，在超声图像的监视下，进行穿刺操作。该方法在穿刺过程中，需要实时在超声图像中观察神经丛和穿刺针的位置，但是人手存在抖动，轻微的抖动便容易造成视野丢失，另由于存在人手对穿刺路径控制精度低等问题，导致该方法穿刺操作难度高、麻醉效果不理想。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决现有技术中实施超声引导神经阻滞的器械使用不方便的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出了一种超声引导穿刺手术机器人，包括：

直线位置调整机构，包括位置调整机架、第一驱动单元、第一传动机构和连接板，所述第一驱动单元和所述第一传动机构安装在所述位置调整机架上，所述第一驱动与所述第一传动机构传动连接，所述连接板与所述第一传动机构连接，所述第一驱动单元通过驱动所述第一传动机构进而驱动所述连接板沿直线运动；

手柄，与所述位置调整机架连接；

超声探头，与所述位置调整机架连接；

角度姿态调整机构，包括姿态调整机架、第二驱动单元、第二传动机构和转盘，所述姿态调整机架与所述连接板连接，所述第二驱动单元和所述第二传动机构安装在所述姿态调整机架上，所述第二驱动单元与所述第二传动机构传动连接，所述转盘与所述第二传动机构连接，所述第二驱动单元通过驱动所述第二传动机构进而驱动所述转盘转动；

径向穿刺机构，包括径向穿刺机架、第三驱动单元、第三传动机构和注射器，所述第三驱动单元和所述第三传动机构安装在所述径向穿刺机架上，所述径向穿刺机架与所述转盘连接，所述注射器与所述第三传动机构连接，所述第三驱动单元通过驱动所述第三传动机构进而驱动所述注射器沿其轴向运动；

控制系统，所述控制系统分别与所述超声探头、所述第一驱动单元、所述第二驱动单元和所述第三驱动单元电连接。

本实用新型提出的超声引导穿刺手术机器人通过直线位置调整机构调节注射器的直线位置，通过角度姿态调整机构调节穿刺角度，通过径向穿刺机构进行穿刺注射，同时超声探头实现对神经丛和穿刺针的实时监视，整体结构简单、灵巧，能够提供高精度的直线定位精度，角度定位精度和径向定位精度，在路径规划的任何位置下，其都不会发生抖动情况，重复定位精度高。能很好的用于辅助医生完成高精度的神经阻滞，从而实现麻醉的效果。

另外，根据本实用新型的超声引导穿刺手术机器人，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述第一驱动单元包括第一电机，所述第一传动机构包括第一丝杠，所述第一电机与所述第一丝杠传动连接，所述连接板与所述第一丝杠螺接。

在本实用新型的一些实施例中，所述直线位置调整机构还包括第一联轴器和第一导向杆，所述第一联轴器的两端分别与所述第一电机的输出端和所述第一丝杆的一端连接，所述第一导向杆与所述位置调整机架连接，所述第一导向杆的轴向方向与所述第一丝杠的轴向方向平行，所述连接板上设有第一导向孔，所述第一导向杆穿设于所述第一导向孔。

在本实用新型的一些实施例中，所述第二驱动单元包括第二电机，所述第二传动机构包括蜗杆，所述转盘包括涡轮，所述第二电机驱动所述蜗杆转动进而驱动所述涡轮转动，所述径向穿刺机架与所述涡轮连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述蜗杆与所述涡轮二次包络连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述第三驱动单元包括第三电机，所述第三传动机构包括第二丝杠，所述第三电机与所述第二丝杠传动连接，所述注射器包括注射器本体和固定架，所述注射器本体安装在所述固定架上，所述固定架与所述第二丝杠螺接，所述第三电机通过驱动所述第二丝杠转动进而驱动所述固定架沿其轴向运动。

在本实用新型的一些实施例中，所述直线位置调整机构还包括第二联轴器和第二导向杆，所述第二联轴器的两端分别与所述第三电机的输出端和所述第二丝杆的一端连接，所述第二导向杆与所述径向穿刺机架连接，所述第二导向杆的轴向方向与所述第二丝杠的轴向方向平行，所述固定架上设有第二导向孔，所述第二导向杆穿设于所述第二导向孔。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机为步进电机。

在本实用新型的一些实施例中，所述第二丝杠的节距大于所述第一丝杠的节距。

在本实用新型的一些实施例中，所述超声引导穿刺手术机器人还包括夹持架，所述夹持架夹设在所述超声探头上，并且所述夹持架与所述位置调整机架连接。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的超声引导穿刺手术机器人的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的直线位置调整机构的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本实用新型实施方式的角度姿态调整机构的结构示意图；

图4示意性地示出了根据本实用新型实施方式的角度姿态调整机构的剖视示意图；

图5示意性地示出了根据本实用新型实施方式的径向穿刺机构的结构示意图；

附图中各标记表示如下：

10：位置调整机架、11：第一电机、12：第一丝杠、13：连接板、14：第一联轴器、15：第一导向杆、16：姿态调整机架、17：第二电机、18：蜗杆、19：涡轮、20：径向穿刺机架、21：第三电机、22：第二丝杠、23：注射器本体、24：固定架、25：第二联轴器、26：第二导向杆、27：夹持架、28：手柄、29：超声探头。

具体实施方式

下面将参照附图更详细描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图5所示，本实用新型提出了一种超声引导穿刺手术机器人，包括：

直线位置调整机构，包括位置调整机架10、第一驱动单元、第一传动机构和连接板13，第一驱动单元和第一传动机构安装在位置调整机架10上，第一驱动与第一传动机构传动连接，连接板13与第一传动机构连接，第一驱动单元通过驱动第一传动机构进而驱动连接板13沿直线运动；

手柄28，与位置调整机架10连接；

超声探头29，与位置调整机架10连接；

角度姿态调整机构，包括姿态调整机架16、第二驱动单元、第二传动机构和转盘，姿态调整机架16与连接板13连接，第二驱动单元和第二传动机构安装在姿态调整机架16上，第二驱动单元与第二传动机构传动连接，转盘与第二传动机构连接，第二驱动单元通过驱动第二传动机构进而驱动转盘转动；

径向穿刺机构，包括径向穿刺机架20、第三驱动单元、第三传动机构和注射器，第三驱动单元和第三传动机构安装在径向穿刺机架20上，径向穿刺机架20与转盘连接，注射器与第三传动机构连接，第三驱动单元通过驱动第三传动机构进而驱动注射器沿其轴向运动；

控制系统，控制系统分别与超声探头29、第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元电连接。

本实用新型提出的超声引导穿刺手术机器人通过直线位置调整机构调节注射器的直线位置，通过角度姿态调整机构调节穿刺角度，通过径向穿刺机构进行穿刺注射，同时超声探头29实现对神经丛和穿刺针的实时监视，整体结构简单、灵巧，能够提供高精度的直线定位精度，角度定位精度和径向定位精度，在路径规划的任何位置下，其都不会发生抖动情况，重复定位精度高。能很好的用于辅助医生完成高精度的神经阻滞，从而实现麻醉的效果。

在本实用新型的一些实施例中，第一驱动单元包括第一电机11，第一传动机构包括第一丝杠12，第一电机11与第一丝杠12传动连接，连接板13与第一丝杠12螺接。第一电机11可通过连接架与位置调整机架10连接，第一电机11与第一丝杠12同轴设置，连接板13包括连接板13本体和螺母架，螺母架与第一丝杠12螺接，实现第一电机11通过第一丝杠12驱动连接板13沿直线运动，连接板13本体与螺母架垂直连接，使得连接板13的端面能够装配姿态调整机架16，连接板13和姿态调整机架16可通过螺栓连接或者卡扣连接。丝杠螺母的连接方式能够实现自锁功能，减少传动间隙的晃动，提高定位精度。

在本实用新型的一些实施例中，直线位置调整机构还包括第一联轴器14和第一导向杆15，第一联轴器14的两端分别与第一电机11的输出端和第一丝杆的一端连接，第一导向杆15与位置调整机架10连接，第一导向杆15的轴向方向与第一丝杠12的轴向方向平行，连接板13上设有第一导向孔，第一导向杆15穿设于第一导向孔。通过设置联轴器使得装配误差被联轴器减小，能够提高电机传动运转时的稳定性，进而提高直线位置调整机构的定位精度。第一导向杆15可设置一个或两个，与第一丝杠12平行设置，使得连接板13在运动时有多个限位导向支撑点，减少连接板13的晃动，提高稳定性和定位精度。

在本实用新型的一些实施例中，第二驱动单元包括第二电机17，第二传动机构包括蜗杆18，转盘包括涡轮19，第二电机17驱动蜗杆18转动进而驱动涡轮19转动，径向穿刺机架20与涡轮19连接。其能够实现自锁功能，为了减少传动间隙导致的回转晃动，提高定位精度。

在本实用新型的一些实施例中，蜗杆18与涡轮19二次包络连接。涡轮19蜗杆18采用二次包络的结构，使得涡轮19和蜗杆18的接触面积提高，啮合的齿数更多，更加有效的提高了回转传动的重复定位精度。

在本实用新型的一些实施例中，第三驱动单元包括第三电机21，第三传动机构包括第二丝杠22，第三电机21与第二丝杠22传动连接，注射器包括注射器本体23和固定架24，注射器本体23安装在固定架24上，固定架24与第二丝杠22螺接，第三电机21通过驱动第二丝杠22转动进而驱动固定架24沿其轴向运动。第三电机21可通过连接架与径向穿刺机架20连接，第三电机21与第二丝杠22同轴设置，固定架24包括固定架24本体和螺接板，螺接板与第二丝杠22螺接，实现第三电机21通过第二丝杠22驱动固定架24沿直线运动，固定架24本体与螺接板垂直连接，使得固定架24的端面能够装配注射器，固定架24和径向穿刺机架20可通过螺栓连接或者卡扣连接。丝杠螺母的连接方式能够实现自锁功能，减少传动间隙的晃动，提高定位精度。

在本实用新型的一些实施例中，直线位置调整机构还包括第二联轴器25和第二导向杆26，第二联轴器25的两端分别与第三电机21的输出端和第二丝杆的一端连接，第二导向杆26与径向穿刺机架20连接，第二导向杆26的轴向方向与第二丝杠22的轴向方向平行，固定架24上设有第二导向孔，第二导向杆26穿设于第二导向孔。第二导向杆26可设置一个或两个，第二导向杆26与第二丝杠22平行设置，使得固定架24在运动时有多个限位导向支撑点，减少固定架24的晃动，提高稳定性和定位精度。

在本实用新型的一些实施例中，第一电机11、第二电机17和第三电机21为步进电机，步进电机运行稳定性好，驱动丝杠和蜗杆18的精度好。

在本实用新型的一些实施例中，第二丝杠22的节距大于第一丝杠12的节距。利用小节距的丝杠螺母机构实现直线位置调整，具有较高的定位精度和可靠性，防止抖动，利用大节距的丝杠螺母机构实现径向穿刺功能，能够实现穿刺速度快，精度高的效果。

在本实用新型的一些实施例中，超声引导穿刺手术机器人还包括夹持架27，夹持架27夹设在超声探头29上，并且夹持架27与位置调整机架10连接。方便超声探头29的安装。

在本实用新型的一些实施例中，控制系统包括：路径规划模块、控制模块和步进电机驱动器组成，其中：超声探头29扫描的图像传输至路径规划模块中，路径规划模块根据医生在超声图像中选择的穿刺路径终点和起点的图像坐标数据，计算得到实际穿刺路径和直线位置调整机构、角度姿态调整机构以及径向穿刺机构的运动参数，控制模块将运动参数发送至步进电机驱动器组，驱动器组中相应的伺服驱动器根据运动参数向电机输出控制信号以精确控制电机完成转动，实现穿刺机构的精确自动穿刺动作。

超声引导穿刺手术机器人的工作原理如下：医生通过手持手柄28带动超声探头29对患者需神经阻滞部位进行扫描，得到的超声图像传输到路径规划模块中，并在路径规划模块中进行显示，通过路径规划模块在超声图像中手动选择穿刺终点和起点，选择完毕后，路径规划模块根据穿刺起点和终点图像坐标数据，自动计算出穿刺路径，并计算出神经阻滞机器人的3个电机各自的转动参数(转动方向和转动角度)，然后控制模块首先将第一电机11和第二电机17的转动参数依次发送给相对应步进电机驱动器，接收到数据后，由相应的驱动器分别控制第一电机11和第二电机17进行精确转动，带动直线位置调整机构进行精确运动，从而带动穿刺针实现穿刺位置的精确调整，带动角度姿态调整机构进行精确运动，从而带动注射器的穿刺针实现穿刺姿态的精确调整，即实现穿刺路径的精确控制，当位置和角度两个机构调整完毕后，控制模块将第三电机21的转动参数发送给其驱动器，由相应的驱动器控制第三电机21进行精确转动，由于径向穿刺机构采用大节距的丝杠螺母机构，带动穿刺针进行快速精确移动，实现穿刺深度的精确控制，快速的实现穿刺的任务，穿刺针的尖点和路径规划模块中规划的穿刺终点重合，即完成了高精度穿刺操作。然后，推动注射器尾部推杆，注射麻醉药物，注射完毕后，通过控制模块执行退针操作，控制模块通过驱动器组控制径向第三电机21进行反向精确转动，带动穿刺针返回运动，完成退针，从而实现精确的神经阻滞操作。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，包括：

直线位置调整机构，包括位置调整机架、第一驱动单元、第一传动机构和连接板，所述第一驱动单元和所述第一传动机构安装在所述位置调整机架上，所述第一驱动与所述第一传动机构传动连接，所述连接板与所述第一传动机构连接，所述第一驱动单元通过驱动所述第一传动机构进而驱动所述连接板沿直线运动；

手柄，与所述位置调整机架连接；

超声探头，与所述位置调整机架连接；

角度姿态调整机构，包括姿态调整机架、第二驱动单元、第二传动机构和转盘，所述姿态调整机架与所述连接板连接，所述第二驱动单元和所述第二传动机构安装在所述姿态调整机架上，所述第二驱动单元与所述第二传动机构传动连接，所述转盘与所述第二传动机构连接，所述第二驱动单元通过驱动所述第二传动机构进而驱动所述转盘转动；

径向穿刺机构，包括径向穿刺机架、第三驱动单元、第三传动机构和注射器，所述第三驱动单元和所述第三传动机构安装在所述径向穿刺机架上，所述径向穿刺机架与所述转盘连接，所述注射器与所述第三传动机构连接，所述第三驱动单元通过驱动所述第三传动机构进而驱动所述注射器沿其轴向运动；

控制系统，所述控制系统分别与所述超声探头、所述第一驱动单元、所述第二驱动单元和所述第三驱动单元电连接。

2.根据权利要求1所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述第一驱动单元包括第一电机，所述第一传动机构包括第一丝杠，所述第一电机与所述第一丝杠传动连接，所述连接板与所述第一丝杠螺接。

3.根据权利要求2所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述直线位置调整机构还包括第一联轴器和第一导向杆，所述第一联轴器的两端分别与所述第一电机的输出端和所述第一丝杠的一端连接，所述第一导向杆与所述位置调整机架连接，所述第一导向杆的轴向方向与所述第一丝杠的轴向方向平行，所述连接板上设有第一导向孔，所述第一导向杆穿设于所述第一导向孔。

4.根据权利要求2所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述第二驱动单元包括第二电机，所述第二传动机构包括蜗杆，所述转盘包括涡轮，所述第二电机驱动所述蜗杆转动进而驱动所述涡轮转动，所述径向穿刺机架与所述涡轮连接。

5.根据权利要求4所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述蜗杆与所述涡轮二次包络连接。

6.根据权利要求4所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述第三驱动单元包括第三电机，所述第三传动机构包括第二丝杠，所述第三电机与所述第二丝杠传动连接，所述注射器包括注射器本体和固定架，所述注射器本体安装在所述固定架上，所述固定架与所述第二丝杠螺接，所述第三电机通过驱动所述第二丝杠转动进而驱动所述固定架沿其轴向运动。

7.根据权利要求6所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述径向穿刺机构还包括第二联轴器和第二导向杆，所述第二联轴器的两端分别与所述第三电机的输出端和所述第二丝杠的一端连接，所述第二导向杆与所述径向穿刺机架连接，所述第二导向杆的轴向方向与所述第二丝杠的轴向方向平行，所述固定架上设有第二导向孔，所述第二导向杆穿设于所述第二导向孔。

8.根据权利要求6所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机为步进电机。

9.根据权利要求6所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述第二丝杠的节距大于所述第一丝杠的节距。

10.根据权利要求1至9任一项所述的超声引导穿刺手术机器人，其特征在于，所述超声引导穿刺手术机器人还包括夹持架，所述夹持架夹设在所述超声探头上，并且所述夹持架与所述位置调整机架连接。

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