CN219700856U - 一种由超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种近距离放射性治疗前列腺介入机器人，属于医疗器械领域。本发明于超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人是由超声模块、位姿调整模块、基于RCM机构进针模块组成。超声模块的功能是实现超声探头的线性进给和旋转，便于实时多角度成像，主要由X向丝杆滑台模组、旋转电机、梅花形弹性联轴器、超声探头旋转支架、超声探头组成；位姿调整模块是由X向滑轨模块、Z向丝杆滑台模组、俯仰机构以及Y向丝杆滑台模组组成，所述的位姿调整模块主要为了调整基于RCM机构进针模块的方位；基于RCM机构进针模块主要由进针模块、RCM机构组成，进针模块实现围绕一定点旋转调整姿态。本发明能够达到传统手术达不到的病灶点，还能够高效、精准完成手术。

Description

一种由超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人

技术领域

本发明涉及的是一种近距离放射性治疗前列腺介入机器人，属于医疗器械领域。

背景技术

近年来,前列腺癌逐渐成为困扰男性的疾病, 2020 年，全球前列腺癌新发病例为141 万例，38 万人死于前列腺癌，前列腺癌症主要的治疗方法有: 根 治性切除术、外照射、高强度聚焦超声和近距离放射治疗.其中近距离放射治疗 主要占领导地位,具有创伤小、恢复快、副作用低的优点,不会引起组织热变化更 不会使健康组织受到伤害。超声图像引导系统具有识别神经、软组织附近血管、 肌肉、骨骼及内脏结构的优点，还能够在进针过程中进行实时成像以便于调整针 的路径轨迹，降低穿刺次数达到减少病人痛苦。

常见传统意义上的前列腺近距离治疗手术需要经验丰富的医生，避免 由于医生技术不成熟不能有效避开重要健康组织或者因为生理因素手抖而导致 偏离病灶点，近距离放射性治疗前列腺介入机器人可以很好的解决此类问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种由超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入 机器人，帮助医生实现高精度、实时调整穿刺路径的介入手术，减少医生培训周 期和避免生理原因的手部抖动。

技术方案：

本发明于超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人是由超声模 块、位姿调整模块、基于 RCM 机构进针模块组成，所述的超声模块的功能是实现 超声探头的线性进给和旋转，便于实时多角度成像，主要由 X 向丝杆滑台模组、 旋转电机、梅花形弹性联轴器、超声探头旋转支架、超声探头组成，所述的 X向丝杆滑台模组放置在超声探头滑轨底板支柱上，所述的旋转电机放置在 X 向丝杆滑台模组的 X 向滑块上，所述的超声探头旋转支架通过梅花形弹性联轴器与旋转电机连接实现旋转功能，旋转探头旋转支架与超声探头放置在一起，同步进行旋转功能。

进一步地，所述的 X 向丝杆滑台模组包括：X 向滑台底板、X 向导向光轴、X 向步进电机、X 向丝杆、X 向轴套、X 向滑块、X 向波纹联轴器， X 向丝 杆滑台模组通过 X 向步进电机驱动丝杠螺母再带动滑块上超声探头移动，旋转电 机通过螺栓链接固定在 X 向滑块。

进一步地，该近距离放射性治疗前列腺介入机器人位姿调整模块是由X 向滑轨模块、Z 向丝杆滑台模组、俯仰机构以及 Y 向丝杆滑台模组组成，所述的位姿调整模块主要为了调整基于 RCM 机构进针模块的方位，所述的 X 向滑轨模块放置在近距离放射性治疗前列腺介入机器人底部，便于实现 X 方向线性进给，所述的Z 向丝杆滑台模组是位于 X向滑轨模块的上方，可以实现 Z 方向上的线性 调整，俯仰机构固定在 Z 向丝杆滑台模组上的滑块上，便于调整基于 RCM 机构进针模块的位姿，所述的 Y 向丝杆滑台模组与俯仰机构固定在一起，可以实现 Y方向上的线性调整，令所述的近距离放射性治疗前列腺介入机器人更具有灵活性。

进一步地，所述的 X 向滑轨模块包括：X 向滑轨底板、X 向线性滑轨、 X 向滑轨步进电机、X 向滑轨丝杆、X 向滑轨轴套、X 向滑轨滑块、X 向滑轨波纹 联轴器、X 向轨道滑块， X 向线性滑轨固定在 X 向滑轨底板上方，X 向滑轨步 进电机将旋转运动通过X 向滑轨丝杆转换为 X 向滑轨滑块的 X 向线性运动，进而 带动 X 向轨道滑块沿着X 向线性滑轨运动，起到导向和支撑作用。

进一步地，所述的 Z 向丝杆滑台模组包括：Z 向滑台底板、Z 向导向光轴、Z 向步进电机、Z 向丝杆、Z 向轴套、Z 向滑块、Z 向波纹联轴器，所述的 Z 向丝杆滑台模组通过螺栓连接固定在 X 向滑轨滑块上，两组 Z 向丝杆滑台模组 对称放置起到了良好的支承和导向作用。

进一步地，所述的俯仰机构包括：86 系列两相混合式步进电机、一对 圆柱齿轮、阶梯轴、深沟球轴承、Y 向丝杆滑台模组支架，所述的俯仰机构原理 是通过 86 系列两相混合式步进电机将旋转运动经过一级减速带给阶梯轴，阶梯 轴与Y 向丝杆滑台模组支架过盈配合为了达到Y 向丝杆滑台模组支架可以实现与 阶梯轴同步的旋转运动进而达到俯仰运动，阶梯轴的两端通过深沟球轴承与 Z 向滑块固定连接，此方法可以让俯仰机构同 Z向丝杆滑台模组一起实现Z 向线性运动，小圆柱齿轮模数为 2、齿数为 17 与 86 系列两相混合式步进电机连接在一起，大圆柱齿轮模数为 2、齿数为 57 与阶梯轴配合在一起。

进一步地，所述的 Y 向丝杆滑台模组包括：Y 向滑台底板、Y 向导向光轴、Y 向1.8 °混合式丝杆步进电机、Y 向轴套、Y 向滑块，所述的 Y 向丝杆滑台 模组固定在 Y 向丝杆滑台模组支架上。

进一步地，所述的基于 RCM 机构进针模块包括：齿轮齿条、弧形齿条 滑块、弧形滑轨、 弧形齿条运动步进电机、介入线性运动滑台底板、介入线性 运动导向光轴、介入线性运动联轴器、介入线性运动步进电机、介入线性运动滑 块、介入线性运动丝杆、介入线性运动轴套、外针进给步进电机、内针进给步进 电机、放射性粒子植入底座、联轴器、轴套、丝杆、外针支架、内针支架、外针、 内针、放射性粒子植入装置、导向器，齿轮齿条的小圆柱齿轮模数为 2、齿数为 10，弧形齿条模数为 2、齿数为 100，齿轮齿条的小圆柱齿轮与弧形齿条运动步 进电机连接，弧形齿条运动步进电机动弧形齿条滑块运动，形成只绕原点做弧形运动的 RCM 远程机构，弧形齿条滑块与弧形滑轨还起到了导向和支承的作用，弧 形齿条滑块与介入线性运动滑台底板固定在一起，放射性粒子植入底座固定在介 入线性运动滑块上，外针进给步进电机、内针进给步进电机通过螺栓连接固定在 放射性粒子植入底座，外针进给步进电机通过丝杆模组驱动外针进行进给，内针进给步进电机通过丝杆模组驱动内针进行进给，医生通过手动将放射性粒子放入 放射性粒子植入装置，导向器保证进针过程中的稳定性。

进一步地，一种由超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人的 使用方法，它包括如下步骤：

手术步骤： 将超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人放置 在医护车上，医生或者护士推车将机器人放置在病床侧边，病人位置符合标准后， 开始操作机器人，超声模块进行线性和旋转运动实施实时探测，机器人由图像超 声引导下规划穿刺路径，X向滑轨模块带动 Z 向丝杆滑台模组实现 X 向运动，Z 向丝杆滑台带动俯仰机构实现 Z向线性运动，俯仰机构带动 Y 向丝杆滑台模组。

实现俯仰角度调节，Y 向丝杆滑台模组带动基于 RCM 机构进针模块实现 Y 向线性调节，最终 RCM 机构实现最后的角度调节实现穿刺，放射性粒子由医生自 行植入，放射性粒子由内针在内部推动实现。

本发明用于辅助基于超声环境下介入前列腺的手术，具有以下有益效果：

(1)因为机器人通过超声实时引导并且超声探头可以实施线性和旋转 运动，可以根据图像信息实时穿刺，提高了穿刺精度。

(2)该机器人在底部采用了 X 向滑轨模块，可以实现更好地支承、稳定作用。

(3)末端介入装置采用了 RCM 机构可以实现围绕一个病灶点实现不同 角度的穿刺，提高了该介入机器人的灵活性。

(4)除了放射性粒子植入的丝杆滑台机构以外其他滑台上的滑块两侧 加了导向光轴，为了提高在手术中位移的稳定性。

(5)该机构在 RCM 机构的基础上加入了 Y 向和俯仰角度的调节，将机器 人的可操作性大大提高。

附图说明

图 1 是由超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人的结构图。

图 2 是超声模块的结构图。

图 3 是 X 向滑轨模块的结构图。

图 4 是 Z 向丝杆滑台模组的结构图。

图 5 是俯仰机构的结构图。

图 6 是 Y 向丝杆滑台模组的结构图。

图 7 是基于 RCM 机构进针模块的结构图。

附图中的零部件名称及标号如下：

X 向丝杆滑台模组 1，超声探头旋转模块 2，Z 向丝杆滑台模组 3，Y 向丝杆滑台模组 4，进针模块 5，俯仰机构 6，RCM 机构 7，X 向滑轨模块 8，超 声探头 9，超声探头旋转支架 10，梅花形弹性联轴器 11，旋转电机 12，X 向滑 块 13，X 向导向光轴 14，X 向丝杆 15，X 向滑台底板 16，X 向步进电机 17，X 向波纹联轴器 18，X 向滑轨底板 19，X向滑轨步进电机 20，X 向滑轨波纹联轴器 21，X 向线性滑轨 22，X 向滑轨轴套 23，X 向轨道滑块 24，X 向滑轨滑块 25，X 向滑轨丝杆 26，Z 向滑台底板 27，Z 向导向光轴 28，Z向丝杆 29，Z 向滑块 30， Z 向轴套 31，Z 向波纹联轴器 32，Z 向步进电机 33，Y 向丝杆滑台模组支架 34， 深沟球轴承 35，阶梯轴 36，86 系列两相混合式步进电机 37，小圆柱齿轮 38，大圆柱齿轮 39，Y 向滑台底板 40，Y 向导向光轴 41，Y 向 1.8 °混合式丝杆步进 电机 42，Y 向轴套 43，Y 向滑块 44，弧形齿条 45，齿轮齿条的小圆柱齿轮 46， 弧形齿条滑块 47，弧形齿条运动步进电机 48，介入线性运动滑台底板 49，介入 线性运动轴套50，介入线性运动联轴器 51，介入线性运动步进电机 52，介入线 性运动丝杆 53，外针步进电机 54，内针步进电机 55，联轴器 56，轴套 57，外 针支架 58，外针 59，内针支架 60，放射性粒子植入装置 61，导向器 62，内针 63，丝杆 64，放射性粒子植入底座 65，介入线性运动导向光轴 66，介入线性运 动滑块 67，弧形滑轨 68。

具体实施方式

接下来结合附图进一步阐述本发明的详细说明。

本发明的结构组成如图 1、图 2、图 3、图 4、图 5、图 6、图 7 所示，超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人由超声模块、位姿调整模块、基 于 RCM 机构进针模块组成。所述的超声模块由超声探头（9）、超声探头旋转支 架（10）、梅花形弹性联轴器（11）、旋转电机（12）、X 向滑块（13）、X 向 导向光轴（14）、X 向丝杆（15）、X 向滑台底板（16）、X 向步进电机（17）、 X 向波纹联轴器（18）组成，其中 X 向步进电机（17）为驱动装置通过丝杆模组 将旋转变成线性运动达到 X 向滑块（13）的线性位移，从而实现超声探头（9） 的前进与后退，旋转电机（12）通过梅花形弹性联轴器（11）将旋转运动传递给 超声探头（9），中间通过超声探头（9）旋转支架（10）连接，令超声探头（9）具有良好的连接与稳定作用。

所述的位姿调整模块由 X 向滑轨底板（19）、X 向滑轨步进电机（20）、X 向滑轨波纹联轴器（21）、X 向线性滑轨（22）、X 向滑轨轴套（23）、X 向轨 道滑块（24）、X 向滑轨滑块（25）、X 向滑轨丝杆（26）、Z 向滑台底板（27）、 Z 向导向光轴（28）、Z 向丝杆（29）、Z 向滑块（30）、Z 向轴套（31）、Z 向 波纹联轴器（32）、Z 向步进电机（33）、Y 向丝杆滑台模组支架（34）、深沟 球轴承（35）、阶梯轴（36）、86 系列两相混合式步进电机（37）、小圆柱齿轮（38）、大圆柱齿轮（39）、Y 向滑台底板（40）、Y 向导向光轴（41）、Y 向 1.8 °混合式丝杆步进电机（42）、Y 向轴套（43）、Y 向滑块（44）组成，X 向滑轨步进电机（20）为驱动装置驱动 X 向滑轨滑块（25）实现 X 向线性运动， X 向滑轨滑块（25）与 X 向轨道滑块（24）固定连接在一起，X 向轨道滑块（24） 在 X 向线性滑轨（22）实现线性运动，Z 向滑台底板（27）放置在 X向滑轨滑块 （25）上，Z 向滑块（30）通过 Z 向的线性运动带动末端机构实施 Z 向线性位移， 深沟球轴承（35）位于 Z 向滑块（30）内部，便于放置阶梯轴（36），86 系列 两相混合式步进电机（37）驱动小圆柱齿轮（38）带动大圆柱齿轮（39）实现旋 转运动进而带动 Y 向丝杆滑台模组支架（34）实现俯仰运动，Y 向滑台底板（40） 放置在 Y 向丝杆滑台模组支架（34）上，Y 向丝杆滑台模组可以带动基于 RCM 机 构进针模块实现 Y 向的调节。

所述的基于 RCM 机构进针模块包括： 弧形齿条（45）、齿轮齿条的 小圆柱齿轮（46）、弧形齿条滑块（47）、弧形齿条运动步进电机（48）、介入 线性运动滑台底板（49）、介入线性运动轴套（50）、介入线性运动联轴器（51）、 介入线性运动步进电机（52）、介入线性运动丝杆（53）、外针步进电机（54）、 内针步进电机（55）、联轴器（56）、轴套（57）、外针支架（58）、外针（59）、内针支架（60）、放射性粒子植入装置（61）、导向器（62）、内针（63）、丝 杆（64）、放射性粒子植入底座（65）、介入线性运动导向光轴（66）、介入线 性运动滑块（67）、弧形滑轨（68），弧形齿条滑块（47）固定介入线性运动滑块（67）上，在弧形齿条运动步进电机（48）驱动齿轮齿条的小圆柱齿轮（46） 与弧形齿条滑块（47）啮合实现弧线运动，弧形齿条滑块（47）固定在介入线性 运动滑台底板（49），使驱动过程更稳定，弧形齿条滑块（47）固定在介入线性 运动步进电机（52）驱动丝杆模组实现进针装置的进退运动，外针步进电机（54） 通过丝杆模组驱动外针支架（58）上的外针（59）实现线性运动，内针步进电机 （55）通过丝杆模组驱动内针支架（60）上的内针（63）实现线性运动，医生在 放射性粒子植入装置（61）手动放入放射性粒子，外针（59）进入软组织，内针 （63）推动放射性粒子植入到病灶点。

一种超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人的使用方法，它包括如下步骤：

手术步骤： 将超声引导下近距离放射性治疗前列腺介入机器人放置 在医护车上，医生或者护士推车将机器人放置在病床侧边，病人位置符合标准后， 机器人进行位姿调整，超声模块中通过 X 向步进电机（17）为驱动装置通过丝杆 模组将旋转变成线性运动达到 X 向滑块（13）的线性位移，从而实现超声探头（9） 的前进与后退，旋转电机（12）通过梅花形弹性联轴器（11）将旋转运动传递给 超声探头（9），使超声探头（9）具有更高的灵活性，减少病患痛苦，超声探头 （9）通过线性和旋转运动的实时探测，根据机器人由图像超声引导下规划穿刺 路径，X 向滑轨模块带动 Z 向丝杆滑台模组实现 X 向运动，Z 向丝杆滑台带动俯 仰机构实现 Z 向线性运动，俯仰机构带动 Y 向丝杆滑台模组实现俯仰角度调节， Y 向丝杆滑台模组带动基于 RCM 机构进针模块实现 Y 向线性调节，在弧形齿条运动步进电机（48）驱动齿轮齿条的小圆柱齿轮（46）与弧形齿条滑块（47）啮合 实现弧线运动，弧形齿条滑块（47）固定在介入线性运动滑台底板（49），使驱 动过程更稳定，弧形齿条滑块（47）固定在介入线性运动步进电机（52）驱动丝杆模组实现进针装置的进退运动，外针步进电机（54）通过丝杆模组驱动外针支架（58）上的外针（59）实现线性运动，内针步进电机（55）通过丝杆模组驱动内针支架（60）上的内针（63）实现线性运动，医生在放射性粒子植入装置（61）手动放入放射性粒子，外针（59）进入软组织，内针（63）推动放射性粒子植入到病灶点。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种近距离放射性治疗前列腺介入机器人，其特征在于：近距离放射性治疗前 列腺介入机器人超声模块、位姿调整模块、基于 RCM 机构进针模块组成；超声模块由超声探头（9）、超声探头旋转支架（10）、梅花形弹性联轴器（11）、 旋转电机（12）、X 向滑块（13）、X 向导向光轴（14）、X 向丝杆（15）、X 向 滑台底板（16）、X 向步进电机（17）、X 向波纹联轴器（18）组成，其中 X 向 步进电机（17）为驱动装置通过丝杆模组将旋转变成线性运动达到 X向滑块（13） 的线性位移，从而实现超声探头（9）的前进与后退，旋转电机（12）通过梅花形弹性联轴器（11）将旋转运动传递给超声探头（9），中间通过超声探头（9） 旋转支架（10）连接。

2.根据权利要求 1 所述的一种近距离放射性治疗前列腺介入机器人，其特征在于，包括：位姿调整模块由 X 向滑轨底板（19）、X 向滑轨步进电机（20）、X 向滑轨波纹联轴器（21）、X 向线性滑轨（22）、X 向滑轨轴套（23）、X 向轨 道滑块（24）、X 向滑轨滑块（25）、X向滑轨丝杆（26）、Z 向滑台底板（27）、 Z 向导向光轴（28）、Z 向丝杆（29）、Z 向滑块（30）、Z向轴套（31）、Z 向 波纹联轴器（32）、Z 向步进电机（33）、Y 向丝杆滑台模组支架（34）、深沟球轴承（35）、阶梯轴（36）、86 系列两相混合式步进电机（37）、小圆柱齿 轮（38）、大圆柱齿轮（39）、Y 向滑台底板（40）、Y 向导向光轴（41）、Y 向 1.8 °混合式丝杆步进电机（42）、Y向轴套（43）、Y 向滑块（44）组成，X 向 滑轨步进电机（20）为驱动装置驱动 X 向滑轨滑块（25）实现 X 向线性运动， X 向滑轨滑块（25）与 X 向轨道滑块（24）固定连接在一起，X 向轨道滑块（24） 在 X 向线性滑轨（22）实现线性运动，Z 向滑台底板（27）放置在 X 向滑轨滑 块（25）上，Z 向滑块（30）通过 Z 向的线性运动带动末端机构实施 Z 向线性 位移，深沟球轴承（35）位于 Z 向滑块（30）内部，便于放置阶梯轴（36）， 86 系列两相混合式步进电机（37）驱动小圆柱齿轮（38）带动大圆柱齿轮（39） 实现旋转运动进而带动 Y 向丝杆滑台模组支架（34）实现俯仰运动，Y 向滑台 底板（40）放置在 Y 向丝杆滑台模组支架（34）上，Y向丝杆滑台模组可以带 动基于 RCM 机构进针模块实现 Y 向的调节。

3.根据权利要求 2 所述的一种近距离放射性治疗前列腺介入机器人，其特征在 于，在弧形齿条运动步进电机（48）驱动齿轮齿条的小圆柱齿轮（46）与弧形齿 条滑块（47）啮合实现弧线运动，弧形齿条滑块（47）固定在介入线性运动滑台 底板（49），弧形齿条滑块（47）固定在介入线性运动步进电机（52）驱动丝杆 模组实现进针装置的进退运动，外针步进电机（54）通过丝杆模组驱动外针支架 （58）上的外针（59）实现线性运动，内针步进电机（55）通过丝杆模组驱动内 针支架（60）上的内针（63）实现线性运动，医生在放射性粒子植入装置（61） 手动放入放射性粒子，外针（59）进入软组织，内针（63）推动放射性粒子植入 到病灶点，针的末端能够实现围绕插入点进针转动。

4.根据权利要求 3 所述的一种近距离放射性治疗前列腺介入机器人，其特征在 于，包括：小圆柱齿轮（38）模数为 2、齿数为 17 与 86 系列两相混合式步进 电机连接在一起，大圆柱齿轮（39）模数为 2、齿数为 57 与阶梯轴（36）配合 在一起，齿轮齿条的小圆柱齿轮（46）模数为 2、齿数为 10，弧形齿条（45） 模数为 2、齿数为 100。