CN220041260U - 用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，与标定板组合使用。其包括有底座，多个高度不同的骨架模拟件，多根用于安装模拟物件、高度不同的安装组合柱；底座的中间部位设置有标定板安装部，在标定板安装部的周围和/或内部均设置有多个安装孔；骨架模拟件为U形框架，以倒扣的方式固定安装在底座的两侧边，将标定板和/或安装组合柱包覆在内部。利用本实用新型中的工装可选择组合不同，复现多种高度、大小的模拟穿刺物体位置复现，也可以进行多角度的穿刺测试，并且可以在CT内室完成多组扫描数据后，在实验室内完成多组穿刺实验，从而实现减少到CT室实验次数的目的，提高研发、实验的便捷性。
Description
技术领域
本实用新型涉及穿刺手术机器人领域，具体地说，涉及一种用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装。
背景技术
穿刺手术机器人是在CT引导下实现各种经皮介入的穿刺手术，用于替代医生完成手术，解决目前仅有部分医生才能完成穿刺手术，导致大部分病患无法及时医治的问题。但是对于穿刺手术机器人的研发，非常复杂、难度很大，其中之一是由于CT机属于大型医疗设备，成本昂贵，无法为研发而专门配设CT设备，也不能在医院的CT室内完成研发过程，并且CT设备的种类较多，更不能为了研发而配设各种型号的CT设备，但在研发过程中又需要经常性的用到CT设备，并且需要针对各种型号的CT设备进行验证，导致研发进度缓慢，甚至受限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装。可以在穿刺手术机器人研发过程中辅助使用，用于复现CT室与模拟穿刺物体之间的相对关系，建立模拟的CT环境，可以减少将穿刺手术机器人移动到CT室内实验的次数，提高研发、实验的便捷性。还可以针对不同型号的CT设备建立模拟的CT环境，实现针对各种型号的CT设备进行验证的过程。
本实用新型中用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装与标定板组合使用，包括有底座，多个高度不同的骨架模拟件，多根用于安装模拟物件、高度不同的安装组合柱；
所述底座的中间部位设置有标定板安装部，用于随时放置或取出所述标定板，在所述标定板安装部的周围和/或内部均设置有多个供所述安装组合柱安装固定的安装孔；
所述骨架模拟件为U形框架，以倒扣的方式安装在所述底座的两侧边，将所述标定板和/或安装组合柱包覆在内部。
优选地，所述标定板安装部的内径尺寸与所述标定板的基板尺寸相同，在所述标定板安装部的四条直角边处各设置有一个第一圆形通孔，在所述标定板安装部的四个直角位置处各设置有一个长圆形通孔，位于相邻第一圆形通孔、长圆形通孔之间设置有一定位条，经由8个所述定位条围成一个供所述标定板置入或取出的所述标定板安装部。
优选地，所述标定板安装部在所述定位条围设的内部位置设置有四个呈三角形分布的所述第一安装孔，所述标定板安装部在所述定位条围设的外围设置有15个所述第二安装孔。
优选地，15个所述第二安装孔等间距、且呈正方形的分布在所述定位条的外围，且在所述第一安装孔呈三角形分布后底边对应的一角没有设置所述第二安装孔。
优选地，每个所述骨架模拟件并列设置有两排通孔，且在每个通孔位于所述U形框架的内表面呈喇叭状设置。
优选地，所述骨架模拟件经由圆柱销能快速拆卸地安装在所述底座的侧边。
优选地，每一所述安装组合柱包括有延长柱，与所述延长柱固定连接的安装柱及插入所述安装柱内与所述延长柱抵接连接的中心柱。
优选地，所述延长柱的一端与所述安装孔插接连接，另一端与所述安装柱螺纹连接。
本实用新型中用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装结构简单，组装和携带均很方便，可以在CT室和实验室内拆卸、组装，复现出相同的工作状态，建立起模拟CT室的环境，从而可以减少前往CT室进行实验的次数，提高研发、实验的便捷性，加快穿刺手术机器人的研发速度。
附图说明
图1是本实用新型中工装的立体结构示意图一。
图2是本实用新型中工装的立体结构示意图二。
图3是本实用新型中工装的侧视示意图一。
图4是图3中沿A-A线的剖视示意图。
图5是本实用新型中工装的侧视示意图二。
图6是本实用新型中底座的俯视示意图。
图7是图6中沿C-C线的剖视示意图。
图8是图6中沿E-E线的剖视示意图。
图9是本实用新型中三个安装组合柱的剖视示意图。
图10是本实用新型中安装柱的俯视示意图。
图11是本实用新型中安装柱的剖视示意图。
图12是本实用新型中标定板的立体结构示意图。
图13为图1中B处的放大示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的具体实施例作详细说明。
需要说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用于将一个部件与另一个部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
如图1、图2、图3、图4、图5和图13所示，本实用新型中用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装与标定板7配合使用，包括有底座1、多个骨架模拟件2及多个安装组合柱3，其中骨架模拟件2和安装组合柱3可拆卸地安装在底座1同一侧面。在底座1的另一侧面安装有四个橡胶脚垫4，可以将底座1平稳地放在CT床或实验室等置物台上，本实施例以三个骨架模拟件2、六个安装组合柱3为例加以说明，但并不以此为限。
如图5所示，底座1由金属材料一体成形，整体呈295mm*295mm的方形状，底座1的厚度为15mm，便于携带及组装方便，当然也可以更大的尺寸或长方形等其他设计，只需适合CT机的尺寸，可以平稳地放置在CT床上，并能由CT床进行扫描即可。
如图13所示，标定板7选用长为160mm、宽为140mm、厚为5mm的方形陶瓷基板8，在陶瓷基板8的同一侧表面设置有四个球状标定件4，在陶瓷基板8的另一侧面设置有用于固定安装四个球状标定件4的支脚9。
如图6、图7和图8所示，为了配合专用标定板7的结构，在底座1的中间位置设置有标定板安装部17。标定板安装部17呈方形，内径尺寸与标定板7中陶瓷基板8的尺寸完全相同，沿标定板安装部17方形直边的中间位置各设有一个圆形通孔10，位于标定板7四个直角的位置处各设置一个长圆形通孔11，位于每个长圆形孔11、圆形通孔10之间各设置有一定位条12。由8个定位条12围成一个供标定板7陶瓷基板8置入与取出的方形框，即尺寸与陶瓷其板8的尺寸完全相同。
圆形通孔10的直径大于等于30mm，本实施例优选40mm，方便手动将标定板7的置入与取出。同时，长圆形通孔11的直径大于等于20mm，本实施例优选30mm，通过长圆形通孔11的设置可以有效防止标定板7在置入、取出时损坏陶瓷基板8的直角(尖角处)。由于圆形通孔10、长圆形通孔11的设置，可以快速地取出与置入标定板7。
底座1在标定板安装部17的周围和/或内部均设置有多个供安装组合柱3安装固定的安装孔，安装组合柱3与安装孔直接插接连接，可以随时更换至不同地位置上。
由于标定板7在设计时已定义好坐标系的原点，为了方便对应标定板7的坐标系原点，在标定板安装部17的内部设置有四个第一安装孔13，并且四个第一安装孔13呈三角形分布，如图6所示，定义三角形底边对应的长圆形通孔11对应放置标定板7陶瓷基板的8坐标系原点G。为了更加突显坐标系原点G，在标定板安装部17的外围设置有15个第二安装孔14，将15个第二安装孔14按16个在数量在底座1四周呈方形的等间距分布，在标定板7坐标系原点G对应的直角处没有设置一个第二安装孔14，便于识别，而能快速、准确地将标定板7置入与取出。
底座1在第二安装孔14的外侧边设置有12个沉孔15，用于对应设置固定三个骨架模拟件2，如图2和图8所示。
如图1和图2所示，骨架模拟件2为三个宽度相同、高度不同的U型框架21，均由白色树脂材料制成，三个U型框架21的高度分别为180mm，230mm和280mm，宽度均为90mm。三个U型框架21由高至低依序平行排列分布，三个U型框架21的两侧端经由圆柱销16与底座1两侧边的沉孔15插接连接，如图2和5所示。从而将底座1上的标定板7、安装组合柱3包覆在其内部，并形成一个类似于人体躯干部位的造型。
在U型框架21上设置有多个通孔20，所有通孔20呈两排、并列地分布在U型框架21上，每个通孔20位于U型框架21内表面的一端呈喇叭状，如图2和图13所示。
另，U型框架21也可以根据穿刺手术需求任意排列组装。
如图9、图10和图11所示，安装组合柱3包括有延长柱30、安装柱31及中心柱32。其中每个延长柱30的长度均不同，但在50-230mm之间，其中一端为能直接插入安装孔内的插接端33，另一端为与安装柱31螺纹连接的连接端34。安装柱31与延长柱30的直径相同，一端设置有与延长柱螺纹连接的插入连接端35，另一端设置有供中心柱32穿插的通孔36，在通孔36的外围设置有多个直径为3mm的沉孔37，可以插入多根不同高度的固定柱(图中未示出)，用于协助中心柱32固定穿刺模拟物体，例如：鹌鹑蛋或类似物等。
中心柱32选用直径为2mm的氧化铝陶瓷材料，整体呈圆柱状，其一端呈尖角状，方便穿刺模拟物体的插入与固定。
穿刺手术机器人执行穿刺手术的前提是使用专用标定板7将CT机的坐标系与机器人的坐标系统一，具体的过程是：
通过穿刺手术机器人机械臂末端安装的3D相机对针对标定板7执行标定程序，获取标定板坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，通过CT对置于CT床上的标定板7扫描，获取标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系，从而获取CT机坐标系与机器人坐标系之间的转换关系，为穿刺手术机器人进行穿刺手术做好准备。
在执行穿刺手术时，由CT机对穿刺物体(患者)进行扫描，获取位于穿刺目标靶心(位于穿刺物体表面标志件的中心点)，再由3D相机对位于穿刺物体表面的标志件进行拍摄，获取标志件中心点的位置信息，由穿刺手术机器人判断是否执行穿刺手术，整个过程均需要CT机的配合。
为了减少将穿刺手术机器人在CT室内实验的次数及时间，使用本实用新型中工装可以复现出穿刺手术机器人在CT室内进行手术、实验的现场，具体如下：
一、将本实用新型中的工装在CT室内的操作过程：
将工装组装好后，其平稳地放置在CT机床板上。此步骤中可以仅仅将底座与橡胶脚垫4组装好。也可以事先组装好多个安装组合柱3和U形框架21。
将专用标定板7按照坐标系原点(零点)标记放置在工装的标定板安装部17内，由CT机进行扫描，导出数据留存。
取出标定板7，保持工装不动，将组装好穿刺模拟物体(图中示出，可以是鹌鹑蛋等用于模拟穿刺物体内肿瘤等穿刺的最终目标)的安装组合柱3轻轻旋入相应的安装孔内，将标志件粘贴在U形框架21上的某一通孔21处，将粘贴有标志件的U型框架21放置在对应的圆柱销16上，用于模拟穿刺物体的体表，在标志件与穿刺模拟物体之间形成穿刺针需要穿刺的穿刺路径，此时，工装相对于CT机的位置没有发生任何变化。再由CT机进行扫描，并导出留存数据。
二、将本实用新型中的工装在实验室内的操作过程：
穿刺机器人推至实验室预定位置，组装工装，将其平稳地放置在实验平台上，再将标定板7按照坐标系原点(零点)标记放置工装的标定板安装部17内，将CT室内第一次扫描获得的数据传送给穿刺手术机械人，由穿刺手术机器人对标定板7执行标定程序，统一坐标系，复现CT坐标系。
取出标定板7，保持工装不动，将组装好穿刺模拟物体的安装组合柱3轻轻旋入相应的安装孔中，此处的安装孔与CT室内的安装孔为同一个。
将粘贴有标志件的U型框架21放置在对应的圆柱销16上，标志件的粘贴位置、U型框架21的安装位置也与CT室内的一致。将CT室内第二次扫描获得的数据传送给穿刺手术机器人，穿刺手术机器人同时执行识别标志件的识别程序，对传送的第二次扫描数据和识别获得的数据作出判断后决定是否执行模拟穿刺程序，穿刺后完成后还可以根据穿刺针针尖和中心柱32最高点的位置偏差，得出穿刺的误差。
其中标志件可以选用本申请创作人在中国专利第2022113329810号中申请的定位件，在此不再详细说明。
综上所述，通过上述操作，利用本实用新型中的工装可选择组合出多种不同实验的场合，复现出多种不同高度、大小模拟穿刺物体的位置，也可以进行多角度的穿刺测试，并且可以在CT内室完成多组数据扫描后，再在实验室内完成多组穿刺实验，从而实现减少到CT室实验次数的目的，提高研发、实验的便捷性。
Claims (9)
1.一种用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，与标定板组合使用，其特征在于，包括有底座，多个高度不同的骨架模拟件，多根用于安装模拟物件、高度不同的安装组合柱；
所述底座的中间部位设置有标定板安装部，用于随时放置或取出所述标定板，在所述标定板安装部的周围和/或内部均设置有多个供所述安装组合柱安装固定的安装孔；
所述骨架模拟件为U形框架，以倒扣的方式安装在所述底座的两侧边，将所述标定板和/或安装组合柱包覆在内部。
2.根据权利要求1所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，所述标定板安装部的内径尺寸与所述标定板的基板尺寸相同，在所述标定板安装部的四条直角边处各设置有一个第一圆形通孔，在所述标定板安装部的四个直角位置处各设置有一个长圆形通孔，位于相邻第一圆形通孔、长圆形通孔之间设置有一定位条，经由8个所述定位条围成一个供所述标定板置入或取出的所述标定板安装部。
3.根据权利要求2所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，所述标定板安装部在所述定位条围设的内部位置设置有四个呈三角形分布的第一安装孔，所述标定板安装部在所述定位条围设的外围设置有15个第二安装孔。
4.根据权利要求3所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，15个所述第二安装孔等间距、且呈正方形的分布在所述定位条的外围，且在所述第一安装孔呈三角形分布后底边对应的一角没有设置所述第二安装孔。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，每个所述骨架模拟件并列设置有两排通孔，且在每个通孔位于所述骨架模拟件的内表面呈喇叭状设置。
6.根据权利要求5所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，所述骨架模拟件经由圆柱销能快速拆卸地安装在所述底座的侧边。
7.根据权利要求3或4所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，每一所述安装组合柱包括有延长柱，与所述延长柱固定连接的安装柱及插入所述安装柱内与所述延长柱抵接连接的中心柱。
8.根据权利要求7所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，所述延长柱的一端与所述安装孔插接连接，另一端与所述安装柱螺纹连接。
9.根据权利要求5所述的用于复现穿刺手术机器人手术现场的工装，其特征在于，每一所述安装组合柱包括有延长柱，与所述延长柱固定连接的安装柱及插入所述安装柱内与所述延长柱抵接连接的中心柱。
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