[發(fā)明專利]一種超聲圖像導(dǎo)航的前列腺穿刺手術(shù)機(jī)器人

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111513565.6
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114209400A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李盼;梁宇森;宋淮桐;郭莉莉;房德磊;張峻霞;霍順博;馮靜
• 申請（專利權(quán)）人: 天津科技大學(xué)
• 主分類號: A61B17/34
• 分類號: A61B17/34;A61B34/30;A61B8/00;A61B10/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種超聲圖像導(dǎo)航的前列腺穿刺手術(shù)機(jī)器人，包括七自由度的位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)以及三自由度的支撐架機(jī)構(gòu)。其中，位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)包括可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的姿態(tài)調(diào)整模塊、控制探頭自動(dòng)定位以及旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的探頭調(diào)整模塊、以及實(shí)現(xiàn)穿刺功能的末端執(zhí)行器。姿態(tài)調(diào)整模塊采用多關(guān)節(jié)耦合的算法控制遠(yuǎn)程中心運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)板之間通過轉(zhuǎn)動(dòng)約束，構(gòu)成一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，通過云臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)改變兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)板之間的角度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程中心運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的虛擬固定。實(shí)現(xiàn)位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)在空間中較大范圍移動(dòng)的支撐架機(jī)構(gòu)包括實(shí)現(xiàn)X、Y軸向移動(dòng)的移動(dòng)模塊，以及實(shí)現(xiàn)Z軸上下升降的升降模塊。本發(fā)明能夠在超聲圖像導(dǎo)航下，實(shí)現(xiàn)超聲探頭的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給及位姿調(diào)整，進(jìn)行精確定位，可獲得大范圍的前列腺掃描視野，擴(kuò)大活檢組織取樣范圍，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)穿刺針的自動(dòng)進(jìn)針，可有效地緩解醫(yī)生疲累，并且在一定程度上提高手術(shù)精度、手術(shù)效率和手術(shù)安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種用于超聲圖像導(dǎo)航、具有穿刺及定位性能，由七自由度位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)以及三自由度支撐架機(jī)構(gòu)組成的前列腺穿刺手術(shù)機(jī)器人。

背景技術(shù)

手術(shù)機(jī)器人是將機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、影像學(xué)等學(xué)科融合在一起的一個(gè)新興領(lǐng)域。而微創(chuàng)手術(shù)是當(dāng)今手術(shù)方式發(fā)展的一個(gè)重要方向，它的進(jìn)步離不開科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更與手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展緊密相關(guān)。與傳統(tǒng)手術(shù)方式不同的是，微創(chuàng)手術(shù)工作狀態(tài)穩(wěn)定，定位精確，工作范圍大，靈活性好，這是微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人輔助系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)。手術(shù)機(jī)器人在手術(shù)過程中計(jì)劃的制定，離不開影像學(xué)提供的數(shù)據(jù)，而超聲圖像導(dǎo)航可以將病灶的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化提供給手術(shù)機(jī)器人，使其可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行路徑規(guī)劃和精準(zhǔn)定位。

目前前列腺癌是嚴(yán)重威脅男性生命健康的疾病之一，前列腺癌穿刺活檢和近距離粒子放射治療是診斷和治療前列腺癌的關(guān)鍵手段，但手術(shù)操作過程中，由于醫(yī)生疲累所造成的后期穿刺活檢及粒子植入精度降低，將會(huì)引起活檢的假陰性率提高或粒子植入靶區(qū)偏移。因此前列腺穿刺手術(shù)機(jī)器人的輔助可以很大程度幫助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)超聲探頭的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，達(dá)到定位效果，通過機(jī)器人的輔助實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)針，這在很大程度上可以減輕醫(yī)生疲累，提高手術(shù)效率及精度。目前，國內(nèi)外高校等科研機(jī)構(gòu)在前列腺穿刺機(jī)器人開發(fā)方面開展了一定的研究工作。

CN106901836B公開了一種前列腺穿刺手術(shù)機(jī)器人，該機(jī)器人用于輔助前列穿刺活檢手術(shù)，該機(jī)器人可以很大程度上進(jìn)行位置調(diào)節(jié)與角度調(diào)節(jié)，且互不獨(dú)立，提高手術(shù)操作靈活度，能夠盡可能擴(kuò)大調(diào)整范圍，適應(yīng)不同環(huán)境、不同患者的實(shí)際需求。但其整體質(zhì)量、體積偏大，結(jié)構(gòu)緊湊性稍顯不足，由于通常前列腺穿刺時(shí)病人未進(jìn)行全身麻醉，會(huì)給正在治療的患者造成一定的心理壓力，在針刺過程易產(chǎn)生不可控的動(dòng)作，影響穿刺精度。并且該機(jī)器人未將超聲探頭與進(jìn)針部分融合，醫(yī)生仍需手動(dòng)進(jìn)行超聲探頭的旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給，以獲取超聲圖像，在圖像中找到合適的進(jìn)針位置，這一定程度上依然不能解決醫(yī)生手術(shù)操作過程中的疲累。

CN104548328B公開了一種微創(chuàng)局部放療機(jī)器人裝置，可在超聲圖像導(dǎo)航下輔助醫(yī)生完成前列腺癌的近距離粒子放射治療，該機(jī)器人具有高精度、高穩(wěn)定性、便于操作、減少患者疼痛、且能提高術(shù)中操作精度的優(yōu)勢，但該機(jī)器人并不適用于前列腺穿刺活檢手術(shù)，并且由于粒子植入模板的空間限制，超聲探頭的調(diào)整角度無法達(dá)到足夠大的掃描范圍，對于前列腺穿刺活檢術(shù)常用的6針穿刺法、12針穿刺法等方式，無法獲取足夠大的掃描角度，限制活檢組織的獲取范圍。

上述機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)緊湊性不足，且無法將超聲探頭的定位部分與穿刺針的推進(jìn)部分進(jìn)行有效結(jié)合，從而最大限度的緩解醫(yī)生手術(shù)操作過程中的疲累，或者在活檢術(shù)中存在掃描視野受限，限制組織提取范圍等問題，造成很大應(yīng)用上的阻力。因此，設(shè)計(jì)一種兼具超聲探頭大范圍調(diào)整定位與穿刺針進(jìn)針功能的超聲圖像導(dǎo)航前列腺穿刺手術(shù)機(jī)器人是非常有必要的，它可以實(shí)現(xiàn)超聲探頭的機(jī)械定位與穿刺針的自動(dòng)進(jìn)針，有效地緩解醫(yī)生手術(shù)操作中的疲累，并且在一定程度上提高手術(shù)精度、手術(shù)效率和手術(shù)安全性，具有重要研究價(jià)值和意義。

發(fā)明內(nèi)容