基于ct或mri圖像導(dǎo)航的胸腔穿刺手術(shù)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，屬于醫(yī)學(xué)、機(jī)械、自動(dòng)化交叉的前沿學(xué)科，特別涉及基于CT或MRI圖像導(dǎo)航的穿刺機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷提高，傳統(tǒng)的醫(yī)療器械越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們的需求。手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展腳步越來(lái)越快，機(jī)器人輔助手術(shù)不僅定位精度高、靈巧性強(qiáng)，而且對(duì)患者造成的創(chuàng)傷小，便于術(shù)后恢復(fù)。對(duì)于基于CT(或MRI)圖像導(dǎo)航的胸腔穿刺機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其工作空間可描述為人的胸腔輪廓向外延伸200-300mm的近似圓環(huán)形的區(qū)域，由于CT (或MRI)儀器的限制，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)必須十分緊湊才能有效完成相應(yīng)的手術(shù)動(dòng)作。以往的胸腔手術(shù)機(jī)器人多不能滿(mǎn)足使機(jī)械臂從胸腔外部任意位置、角度進(jìn)針的要求，并且調(diào)節(jié)速度慢、精度低，使機(jī)器人自主完成穿刺具有很大的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種基于CT或MRI圖像導(dǎo)航的胸腔穿刺手術(shù)機(jī)器人，該機(jī)器人能夠使機(jī)械臂從胸腔外部任意位置和任意角度進(jìn)針，并且機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，定位精度高，速度快。
[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種基于CT或MRI圖像導(dǎo)航的胸腔穿刺手術(shù)機(jī)器人，包括弧形支架模塊、三向平移模塊和角度調(diào)整模塊；所述弧形支架模塊包括分設(shè)在前端和后端的兩個(gè)弧形板，兩個(gè)所述弧形板通過(guò)兩根沿縱向設(shè)置的角穩(wěn)定板連接，在每個(gè)所述弧形板的內(nèi)側(cè)固接有不完全內(nèi)齒輪；在位于前端的所述弧形板的前方設(shè)有前端豎向主板，在位于后端的所述弧形板的后方設(shè)有后端豎向主板，所述前端豎向主板和所述后端豎向主板的上部通過(guò)水平支撐軸連接，所述前端豎向主板和所述后端豎向主板的下部安裝有水平設(shè)置的主軸，在所述主軸的兩個(gè)端部各安裝一內(nèi)嚙小齒輪，所述內(nèi)嚙小齒輪與對(duì)應(yīng)的所述不完全內(nèi)齒輪嚙合，所述主軸的后端與所述后端豎向主板通過(guò)后端離合器連接，所述后端離合器的輸入端與動(dòng)力源連接；在所述水平支撐軸上安裝有滾套，所述水平支撐軸通過(guò)所述滾套與所述弧形板的外側(cè)表面滾動(dòng)摩擦連接；所述三向平移模塊包括左右平移單元、前后平移單元和上下平移單元；所述左右平移單元包括支架I，所述支架I通過(guò)模塊連接板固定在所述后端豎向主板上；在所述支架I上安裝有橫向設(shè)置的絲杠I，所述絲杠I由電機(jī)I驅(qū)動(dòng)，所述電機(jī)I安裝在所述支架I上，在所述絲杠I上設(shè)有與其通過(guò)傳動(dòng)螺紋連接的滑塊I，所述滑塊I通過(guò)連接架與模組支撐板的后端固接，所述模組支撐板的前端設(shè)有固定滑塊，所述固定滑塊與橫向軌道配合，所述橫向軌道固定在所述前端豎向主板上；所述前后平移單元包括支架II，所述支架II固定在所述模組支撐板上；在所述支架II上安裝有絲杠II，所述絲杠II由電機(jī)II驅(qū)動(dòng)，所述電機(jī)II安裝在所述模組支撐板上，在所述絲杠II上設(shè)有與其通過(guò)傳動(dòng)螺紋連接的滑塊II，在所述滑塊II上橫跨有與其固接的π形伸出板；所述上下平移單元包括左右分布的兩根升降絲杠，兩根所述升降絲杠的上端安裝在軸端固定板內(nèi)，兩根所述升降絲杠的下端安裝在所述31形伸出板內(nèi)，在兩根所述升降絲杠上均設(shè)有與其采用傳動(dòng)螺紋連接的升降滑塊，在所述升降滑塊上連接有模塊支撐架；在兩根所述升降絲杠上均設(shè)有升降從動(dòng)齒輪，所述升降從動(dòng)齒輪與升降主動(dòng)齒輪嚙合，所述升降主動(dòng)齒輪由電機(jī)III驅(qū)動(dòng)，所述電機(jī)III安裝在所述31形伸出板上；所述角度調(diào)整模塊包括與所述模塊支撐架固接的驅(qū)動(dòng)軸支撐板，在所述驅(qū)動(dòng)軸支撐板上固接有穿絲彎板II，在所述穿絲彎板II和所述驅(qū)動(dòng)軸支撐板上安裝有與它們垂直的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸，在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸上安裝有旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪，在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸上纏繞有旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)絲，所述旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)絲穿過(guò)所述穿絲彎板II ;所述旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪與旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪嚙合，所述旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪與擺動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述擺動(dòng)絲杠安裝在穿絲彎板1、所述驅(qū)動(dòng)軸支撐板和絲杠底座上，所述穿絲彎板I固接在所述驅(qū)動(dòng)軸支撐板上，在所述擺動(dòng)絲杠上設(shè)有與其通過(guò)傳動(dòng)螺紋連接的擺動(dòng)滑塊和擺動(dòng)傳動(dòng)絲，所述擺動(dòng)傳動(dòng)絲纏繞在所述擺動(dòng)絲杠上并穿過(guò)所述穿絲彎板I ;在所述驅(qū)動(dòng)軸支撐板和所述絲杠底座之間固接有擺動(dòng)連桿，在所述絲杠底座上固接有與所述擺動(dòng)絲杠垂直的鉸鏈軸，所述鉸鏈軸與托板的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述托板的中部通過(guò)搖桿與所述擺動(dòng)滑塊連接；在所述托板上設(shè)有絲杠支座，在所述絲杠支座上安裝有穿刺絲杠，在所述穿刺絲杠上設(shè)有與其采用傳動(dòng)螺紋連接的穿刺滑塊和穿刺傳動(dòng)絲，在所述穿刺滑塊上固接有出口朝下的穿刺針，所述穿刺針的下部穿越位于所述穿刺滑塊下方的所述絲杠支座。
[0005]所述主軸的前端與所述前端豎向主板通過(guò)前端離合器連接。
[0006]在每個(gè)所述弧形板的下端連接有腳輪。
[0007]所述動(dòng)力源采用手輪。
[0008]所述水平支撐軸采用兩根。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0010]一 )結(jié)構(gòu)緊湊，能夠在空間狹小的CT(或MRI)腔內(nèi)完成穿刺針位置和角度的調(diào)整；二)部分自由度采用絲傳動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠提高穿刺針的調(diào)整及穿刺精度，同時(shí)使得機(jī)器人本身與CT(MRI)儀器具有很好的兼容性，提高導(dǎo)航圖像的清晰程度，能夠進(jìn)一步提高手術(shù)的精度；三)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，提高了穿刺針位姿的調(diào)整速度，加快了手術(shù)的進(jìn)程，降低了手術(shù)成本，減輕了患者的痛苦；四)手術(shù)過(guò)程中，醫(yī)生可以遠(yuǎn)離CT(或MRI)和放射性粒子等儀器和裝置，大大降低了手術(shù)過(guò)程中醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度以及手術(shù)環(huán)境對(duì)醫(yī)生身體的傷害程度。
[0011]綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，能夠用于近距離粒子植入，能夠滿(mǎn)足工作空間的苛刻要求，能夠?qū)崿F(xiàn)從胸腔外各角度進(jìn)針的功能，并且定位精度高，定位速度快，操作方便，能夠輔助醫(yī)生快速、準(zhǔn)確、方便地完成手術(shù)，進(jìn)而減少病人的痛苦，并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)調(diào)整靈活，能夠克服手術(shù)過(guò)程中定位速度慢、定位不準(zhǔn)確的弊端，能夠廣泛地應(yīng)用到胸腔穿刺手術(shù)中，為機(jī)器人輔助微創(chuàng)外科手術(shù)開(kāi)辟了一條新的途徑，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的角度調(diào)整模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的三向平移模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明的弧形支架模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5為圖4的仰視圖。
[0017]圖中:1、腳輪；2、弧形板；3、不完全內(nèi)齒輪；4、穿刺絲杠；5、擺動(dòng)絲杠；6、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸；7、電機(jī)I ;8、升降絲杠；9、絲杠II ;10、絲杠I ;11、手輪；12、穿刺針；13、鉸鏈軸；14、絲杠底座；15、托板；16、搖桿；17、絲杠支座；18、旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪；19、穿絲彎板I ;20、穿絲彎板II ;21、旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪；22、驅(qū)動(dòng)軸支撐板；23、擺動(dòng)滑塊；24、擺動(dòng)連桿；25、固定滑塊；26、橫向軌道；27、模塊支撐架；28、支架I ;29、支架II ;30、電機(jī)III ;31、升降從動(dòng)齒輪；32、升降主動(dòng)齒輪；33、軸端固定板；34、升降滑塊；35、電機(jī)II ;36、連接架；37、穿刺滑塊；38、模組支撐板；39、Ji形伸出板；40、滑塊II ;41、連接物；42、腳穩(wěn)定板；43、前端離合器的A部；44、前端離合器的B部；45、前端豎向主板；46、滾套；47、水平支撐軸；48、主軸；49、后端豎向主板；50、模塊連接板；51、后端離合器；52、內(nèi)嚙小齒輪；53、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)絲；54、擺動(dòng)傳動(dòng)絲；55、穿刺傳動(dòng)絲；56、滑塊I。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0019]請(qǐng)參閱圖1?圖5，一種基于CT或MRI圖像導(dǎo)航的胸腔穿刺手術(shù)機(jī)器人，包括弧形支架模塊、三向平移模塊和角度調(diào)整模塊。
[0020]請(qǐng)參閱圖1和圖4?圖5，所述弧形支架模塊包括分設(shè)在該機(jī)器人前端和后端的兩個(gè)弧形板2，兩個(gè)所述弧形板2通過(guò)兩根沿縱向設(shè)置的腳穩(wěn)定板42連接，在每個(gè)所述弧形板2的內(nèi)側(cè)固接有不完全內(nèi)齒輪3 ;在位于前端的所述弧形板2的前方設(shè)有前端豎向主板45，在位于后端的所述弧形板2的后方設(shè)有后端豎向主板49，所述前端豎向主板45和所述后端豎向主板49的上部通過(guò)至少一根水平支撐軸47連接，所述前端豎向主板45和所述后端豎向主板49的下部安裝有一水平設(shè)置的主軸48，在所述主軸48的兩個(gè)端部各安裝一內(nèi)嚙小齒輪52，所述內(nèi)嚙小齒輪52與對(duì)應(yīng)的所述不完全內(nèi)齒輪3嚙合，所述主軸48的后端與所述后端豎向主板49通過(guò)后端離合器51連接，所述后端離合器51的輸入端與動(dòng)力源連接；在所述水平支撐軸47上安裝有滾套46，所述水平支撐軸47通過(guò)所述滾套46與所述弧形板2的外側(cè)表面滾動(dòng)摩擦連接。
[0021]在本實(shí)施例中，為了便于機(jī)器人的整體移動(dòng)，在每個(gè)所述弧形板2的下端連接有腳輪I。為了便于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，所述動(dòng)力源采用手輪11。為了方便穿刺頭在人體胸腔外部的位置調(diào)整，且使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，所述水平支撐軸47采用兩根。為了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使主軸48的受力平衡，所述主軸48的前端與所述前端豎向主板45通過(guò)前端離合器連接，在本實(shí)施例中，腳輪I與弧形板2通過(guò)連接物41固接，前后相鄰的兩個(gè)連接物41通過(guò)腳穩(wěn)定板42連接在一起。
[0022]上述弧形支架模塊可以通過(guò)內(nèi)嚙配合齒輪的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)穿刺頭在人體胸腔外部的位置調(diào)整，并通過(guò)離合器實(shí)現(xiàn)自鎖和動(dòng)力輸入功能。
[0023]請(qǐng)參閱圖1和圖3，所述三向平移模塊包括左右平移單元、前后平移單元和上下平移單元；所述左右平移單元包括支架I 28，所述支架I 28通過(guò)模塊連接板50固定在所述后端豎向主板49上。具體結(jié)構(gòu)為:所述支架I 28固接在模塊連接板50上，所述模塊連接板50固接在所述后端豎向主板49上。
[0024]在所述支架I 28上安裝有橫向設(shè)置的絲杠I 10，所述絲杠I 10由電機(jī)I 7驅(qū)動(dòng)，所述電機(jī)I 7安裝在所述支架I 28上，在所述絲杠I 10上設(shè)有與其通過(guò)傳動(dòng)螺紋連接的滑塊I 56，所述滑塊I 56通過(guò)連接架36與模組支撐板38的后端固接，所述模組支撐板38的前端設(shè)有固定滑塊25，所述固定滑塊25與橫向軌道26配合，所述橫向軌道26固定在所述前端豎向主板45上。<