[發(fā)明專利]體內醫(yī)療器械自動引導機器人系統(tǒng)及其自動引導方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010120178.5
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111281544B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 宋璐;衛(wèi)亞博;馮艷平;宋燕燕;孫艷敏
• 申請（專利權）人: 陜西中醫(yī)藥大學
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B34/20;A61B34/32
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務所(普通合伙) 61279
• 代理人: 汪重慶

1.一種體內醫(yī)療器械自動引導機器人系統(tǒng)，其特征在于，包括：

驅動器；與柔性器械驅動連接，用于驅動柔性器械在解剖結構中產(chǎn)生直線運動和旋轉運動；

跟蹤模塊；用于獲得柔性器械在患者解剖結構內的位置；

計算機模塊：用于輸出對驅動器的控制指令；所述驅動器包括導線、插入裝置、旋轉裝置、驅動器控制器以及多關節(jié)臂；其中：

所述導線沿著柔性器械運行，并分別與柔性器械和跟蹤模塊連接，用于將柔性器械連接至跟蹤模塊；

所述插入裝置用于實現(xiàn)柔性器械的直線運動；

所述旋轉裝置用于實現(xiàn)柔性器械的旋轉運動；

所述驅動器控制器分別與插入裝置和旋轉裝置控制連接；

所述多關節(jié)臂用于支撐及固定插入裝置和旋轉裝置；所述插入裝置包括：卷筒、插入電機、第一齒輪、第二齒輪、卷筒第一外殼、卷筒第二外殼、插入裝置支架和插入裝置外殼；其中：

所述柔性器械可拆卸地盤繞在卷筒上；所述插入電機依次通過第二齒輪和第一齒輪與卷筒驅動連接，用于驅動卷筒轉動，進而驅動柔性器械被展開并穿過卷筒第一外殼上的開口，將柔性器械插入到解剖結構中，實現(xiàn)柔性器械的線性運動；改變卷筒的轉動方向，使柔性器械從解剖結構中縮回到卷筒上；

所述卷筒和柔性器械封裝在卷筒第一外殼和卷筒第二外殼中，形成可拆卸的卷筒組件；第一齒輪設置于卷筒第二外殼的外側；第二齒輪與第一齒輪嚙合；第一齒輪、第二齒輪以及卷筒組件分別安裝在插入裝置支架上的相應位置，卷筒組件與插入裝置支架之間設有旋轉滾珠軸承；插入裝置外殼設置于插入裝置支架的外側；所述卷筒設置有螺旋通道，柔性器械盤繞在螺旋通道上；所述旋轉裝置包括：旋轉裝置支架以及安裝于旋轉裝置支架上的旋轉電機、第一錐齒輪和第二錐齒輪；所述旋轉電機與第一錐齒輪驅動連接，所述第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合；所述第二錐齒輪通過插入滾珠軸承與插入裝置的插入裝置支架連接；

所述旋轉電機帶動第一錐齒輪旋轉，所述第一錐齒輪帶動第二錐齒輪旋轉，所述第二錐齒輪帶動整個插入裝置旋轉，進而驅動柔性器械繞其軸線做旋轉運動；所述多關節(jié)臂設置于旋轉裝置的旋轉裝置支架的底端，包括：用于連接到手術臺的固定部件，以及以不同角度固定插入裝置和旋轉裝置的角度可調固定部件；所述驅動器控制器根據(jù)計算機模塊的指令，控制插入裝置的插入電機和旋轉裝置的旋轉電機工作，在電機的驅動下，實現(xiàn)柔性器械進入解剖結構的直線運動和旋轉運動；所述驅動器控制器從計算機模塊接收信息，并基于該信息來控制電機，從而控制柔性器械的運動；和/或所述驅動器控制器通過IEEE/LabVIEW接口對電機進行控制；所述柔性器械包括一個或多個管腔、設置于管腔末端的器械尖端以及設置于器械尖端的尖端傳感器；所述器械尖端引導柔性器械穿過解剖結構，尖端傳感器與沿著柔性器械運行的導線連接，通過導線將尖端傳感器連接到跟蹤模塊；

所述跟蹤模塊采用電磁跟蹤系統(tǒng)，包括磁場發(fā)生器、主單元、一個或多個電磁跟蹤傳感器；所述磁場發(fā)生器布置在患者附近；所述主單元通過導線與放置在患者相應位置的電磁跟蹤傳感器連接；所述尖端傳感器通過導線與主單元連接；所述主單元通過導線與計算機模塊相連；其中：

所述磁場發(fā)生器，用于產(chǎn)生交變磁場；

所述電磁跟蹤傳感器，用于感應磁場發(fā)生器所產(chǎn)生的交變磁場，并將感應信號的數(shù)據(jù)傳送給主單元；

所述主單元，接受來自電磁跟蹤傳感器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，再將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機模塊，由計算機模塊計算出具體的位置信息；

所述尖端傳感器的位置由設置在電磁跟蹤傳感器上的坐標系決定，所述電磁跟蹤傳感器形成跟蹤標記；

所述計算機模塊包括：醫(yī)療程序規(guī)劃模塊、導航模塊、人機交互模塊以及成像模塊；其中：

所述成像模塊，用于接收一個或多個與解剖結構相對應的CT和/或MRI圖像并進行壓縮處理以及接收一個或多個跟蹤標記信號，配置為解剖結構的三維地圖的圖像，其中，目標位置在所述地圖上的映射點采用建立在電磁跟蹤傳感器上的坐標系來表示；

所述醫(yī)療程序規(guī)劃模塊，用于識別與解剖結構相對應的一個或多個圖像上的目標位置；

所述導航模塊，用于根據(jù)三維地圖上的入口點和目標位置，創(chuàng)建柔性器械的行進路徑；

所述人機交互模塊，用于生成對驅動器的驅動器控制器的控制指令，進而控制柔性器械的運動。