一种放射性粒子植入手术机器人的制作方法

本发明属于手术机器人技术领域，尤其涉及一种具有力反馈的实时图像引导粒子植入手术机器人。

背景技术：

恶性肿瘤是严重威胁人类生存质量和生命的公共健康问题，仅美国每年有170余万新发恶性肿瘤，死亡人数则在61万左右。中国的情况更为严重，根据国家癌症中心数据报告，中国癌症病人占全球癌症病人总量的将近40％，每天约有10000人确诊恶性肿瘤，平均每分钟就有7人罹患。由于癌谱差异大、诊断不及时，中国癌症患者死亡率高于全球平均水平。放射治疗及介入治疗成为此类恶性肿瘤治疗的重要手段。放射治疗被誉为与外科治疗和系统化疗并列的现代恶性肿瘤治疗的三大支柱技术之一，广泛应用于原发恶性肿瘤及转移瘤的根治性治疗或姑息性治疗，约有50％-60％的癌症患者在患病后接受不同类型和程度的放射治疗。

内放射治疗是在ct或磁共振图像引导下，采用手术针植入放射性粒子杀死癌细胞，是恶性肿瘤的一种重要治疗手段。内放射治疗与普通手术根治切除治疗相比并发症较少，对患者创伤小。而相比外放疗，内放疗体现出更好的局部控制性，无论对于低危患者的单一内放射治疗还是中高危患者的外照射联合内放射治疗，都显现出更优的治疗效果。因此，内放射治疗在恶性肿瘤治疗中发挥着不可替代的作用。

传统的内放射治疗采用基于穿刺模板的手动针刺操作，存在灵活性差、精度低等问题，而且放射性粒子还会对放疗医生造成放射性伤害，可靠性和安全性欠佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种放射性粒子植入手术机器人，不仅定位精度高、灵活性强，还可以提高治疗效率、保护操作者，可靠性和安全性佳。

本发明是这样实现的，一种放射性粒子植入手术机器人，包括：

穿刺针，具有粒子推送通道；

实时影像连接模块，用于连接获取人体组织实时影像的影像获取模块；

弹夹模块，用于容置粒子；

针头推动模块，用于推动穿刺针；

粒子推送模块，用于将弹夹模块中的粒子沿着穿刺针的粒子推送通道推送；

所述针头推动模块包括用于驱动所述弹夹模块、粒子推送模块和穿刺针的滑块，所述滑块连接有用于驱动所述滑块的驱动部件；

所述穿刺针与所述弹夹模块相连接，所述实时影像连接模块连接于所述穿刺针或设置于所述穿刺针的一侧。

具体地，所述放射性粒子植入手术机器人还包括用于采集穿刺针穿刺时所受轴向力的力反馈模块。

可选地，所述力反馈模块固定于所述滑块，且所述穿刺针穿过于或连接于所述力反馈模块。

可选地，所述驱动部件包括支架、电机、丝杠，所述丝杠转动连接于所述支架，所述电机与所述丝杠连接；所述支架固定连接有或一体成型有直线导轨，所述滑块滑动连接于所述直线导轨，且所述丝杠螺纹穿设于所述滑块。

可选地，所述滑块固定有粒子推送模块固定件、弹夹模块固定件、力反馈传感器固定件，所述粒子推送模块固定件、弹夹模块固定件、力反馈模块固定件沿所述滑块向前滑动的方向依次设置；所述粒子推送模块固定于所述粒子推送模块固定件，所述弹夹模块固定于所述弹夹模块固定件，所述力反馈模块固定于所述力反馈模块固定件。

可选地，所述粒子推送模块包括至少前端伸入所述穿刺针内的直线推杆和用于驱动所述直线推杆的驱动组件。

可选地，所述驱动组件包括驱动电机、主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮转动设置于所述直线推杆两侧，且所述直线推杆与所述主动轮和从动轮相接触，所述主动轮连接于所述驱动电机。

可选地，所述粒子推送模块还包括推杆封套，所述直线推杆、所述主动轮和从动轮均设置于所述推杆封套内。

可选地，所述实时影像连接模块连接有超声波探头。

可选地，所述实时影像连接模块包括用于夹持所述超声波探头的超声手柄夹、用于夹紧所述穿刺针的针头导向夹、用于调整所述针头导向夹和所述超声手柄夹相对角度的导向夹角度调整片、用于识别所述实时影像连接模块位置的位置识别点，其中所述针头导向夹、导向夹角度调整片均套封于超声手柄夹中，所述位置识别点与超声手柄夹固定于超声波探头外侧，所述针头导向夹连接于所述穿刺针。

本发明所提供的一种放射性粒子植入手术机器人，其可基于图像导航对放射性粒子进行推进操作，从而可以实现内放疗中超声图像引导的穿刺针精确定位、穿刺过程中的实时力感知和反馈、放射性粒子的机器人推进，避免操作者受粒子辐射危害，不仅定位精度高、灵活性强，还可以提高治疗效率、保护操作者，可靠性和安全性佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人的立体示意图；

图2是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人中针头推动模块的立体示意图；

图3是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人中针头推动模块的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人中粒子推送模块的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人中弹夹模块的立体示意图；

图6是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人中超声波探头的立体示意图；

图7是本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人中超声波探头的立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1至图7所示，本发明实施例提供的一种放射性粒子植入手术机器人，包括：穿刺针6、实时影像连接模块5、弹夹模块3、针头推动模块11和粒子推送模块22。其中：

穿刺针6，内部具有粒子推送通道，即穿刺针6呈中空状，且穿刺针6的粒子推送通道可以连通于弹夹模块3。具体应用中，穿刺针6的后端可与弹夹模块3连接，弹夹模块3内的放射性粒子可以进入粒子推送通道。穿刺针6可穿刺至人体组织内，弹夹模块3内的放射性粒子可从穿刺针6的粒子推送通道被粒子推送模块22推送至目标位置。

实时影像连接模块5，用于连接获取人体组织实时影像的影像获取模块，影像获取模块7可为超声波探头等可以获取人体组织影像的成像装置；实时影像连接模块5可连接有影像获取模块，实时影像连接模块5可以位于穿刺针6或设置于穿刺针6的一侧，具体应用中，实时影像连接模块5、影像获取模块7可以靠近于穿刺针6的前端设置，实现基于图像导航的精准定位、操作。

针头推动模块11，用于推动穿刺针6，使穿刺针6穿刺至目标人体组织。

粒子推送模块22，用于将弹夹模块3中的粒子沿着穿刺针6的粒子推送通道推送至目标位置，粒子推送模块22可连接于弹夹模块3和穿刺针6。

具体地，针头推动模块11包括用于驱动弹夹模块3、粒子推送模块22和穿刺针6的滑块1104，滑块1104连接有用于驱动滑块1104的驱动部件；在滑块1104的驱动下，弹夹模块3、粒子推送模块22和穿刺针6可以同步滑动，当穿刺针6的前端穿入至人体组织目标位置时，粒子推送模块22将弹夹模块3中的放射性粒子沿穿刺针6的粒子推送通道推送至穿刺针6的前端的人体组织目标位置。上述放射性粒子植入手术机器人可基于图像导航进行放射性粒子植入，避免操作者受粒子辐射危害，不仅定位精度高、灵活性强，还可以提高治疗效率、保护操作者，可靠性和安全性佳。

具体地，针头推动模块11的驱动部件包括支架1108、电机1101、丝杠(也称丝杆)1103，丝杠1103转动连接于支架1108，电机1101通过联轴器1102或减速器或直接与丝杠1103连接；支架1108固定连接有或一体成型有直线导轨1109，滑块1104滑动连接于直线导轨1109，且丝杠1103与直线导轨1109平行设置并螺纹穿设于滑块1104。电机1101可以驱动丝杠1103旋转，丝杠1103带动滑块1104沿直线导轨1109滑动，其运动精度高。丝杠1103可为滚珠丝杠1103。当然，可以理解地，驱动部件也可以采用其他直线驱动机构，例如丝杠传动机构、直线电机、齿轮齿条机构等。

具体地，针头推动模块11中的支架1108可包括底板和固定连接于底板两端的端面板，所述丝杠1103的两端可以通过滚珠轴承转动连接于底板两端的端面板。直线导轨1109可以设置于底板上。滑块1104的底部滑动连接于直线导轨1109。直线导轨1109可从下方承托于滑块1104，滑块1104运行更平稳，丝杠1103不会变形，可靠性更佳。具体应用中，直线导轨1109的断面可呈t字形、燕尾形等。滑块1104的底部可以相应地设置有t形槽、燕尾槽等，当然，具体应用中，支架1108、直线导轨1109、滑块1104也可以采用其他合适的结构等。

具体地，粒子推送模块22包括至少前端伸入穿刺针6内的直线推杆2201和用于驱动直线推杆2201的驱动组件，直线推杆2201与穿刺针6可同轴设置。本实施例中，直线推杆2201的前端穿过弹夹模块3且从后端伸入穿刺针6的粒子推送通道。驱动组件可以驱动直线推杆2201沿粒子推送通道前后滑动。针头推动模块11驱动穿刺针6，将穿刺针6送至指定位置；粒子推送模块22推动直线推杆2201，将弹夹模块3中的粒子沿着针头内通道(粒子推送通道)向前推送至目标位置后向后复位，并如此反复，直至完成粒子推送；针头推动模块11的滑块1104反向运动，将穿刺针6拔出目标组织，工作进程结束。

具体地，粒子推送模块22的驱动组件包括驱动电机2204、主动轮2202和从动轮2203，驱动电机2204可以固定连接于滑块1104(粒子推送模块22固定件)。主动轮2202和从动轮2203转动设置于直线推杆2201两侧，且直线推杆2201与主动轮2202和从动轮2203相接触，直线推杆2201夹设于主动轮2202和从动轮2203之间，且直线推杆2201沿主动轮2202、从动轮2203的切线设置。主动轮2202连接于驱动电机2204。主动轮2202和从动轮2203转动时，驱动电机2204驱动主动轮2202做旋转运动，在主动轮2202和从动轮2203的周向摩擦力下，直线推杆2201沿着主动轮2202的旋转切线方向做直线运动。当然，可以理解地，驱动组件也可以采用其他直线驱动机构，例如丝杠传动机构、直线电机、齿轮齿条机构等。

具体地，放射性粒子植入手术机器人还包括用于采集穿刺针6穿刺时所受轴向力的力反馈模块4，力反馈模块4可连接于滑块1104，力反馈模块4、弹夹模块3、粒子推送模块22和穿刺针6可以同步滑动。力反馈模块4包括力反馈传感器，通过在工作过程中采集轴向力学信息，来实现力感知，然后通过映射模型将其传给主手操作端，具体应用中，若穿刺针6受到轴向力超出预设范围或突然增加时，可以通过声音、图像、灯光、文字、震动等方式提示操作者，来实现力反馈。操作者通过得到的力反馈信息，实时调整穿刺针6与组织器官之间的作用力，避免实施过程中出现作用力过大的现象，从而来达到较好的实施效果，即通过推进机构(针头推动模块11)的实时力感知传感器和反馈技术，提高穿刺操作的临场感和安全性。

具体地，力反馈模块4固定于滑块1104，且穿刺针6穿过于或连接于力反馈模块4。

具体地，滑块1104分别固定有粒子推送模块固定件1105、弹夹模块固定件1106、力反馈传感器固定件1107，粒子推送模块固定件1105、弹夹模块固定件1106、力反馈传感器固定件1107分别独立设置，以便于安装、维护、调试。粒子推送模块22固定于粒子推送模块固定件1105，弹夹模块3固定于弹夹模块固定件1106，力反馈模块4固定于力反馈模块4固定件。具体地，粒子推送模块固定件1105、弹夹模块固定件1106、力反馈模块4固定件可沿滑块1104向前滑动的方向依次设置；粒子推送模块22、弹夹模块3和力反馈模块4也可相应沿滑块1104向前滑动的方向依次设置。其中，弹夹模块固定件1106的上端可以设置有定位槽，弹夹模块3的下端可以插于所述定位槽。

当然，作为替代方案，粒子推送模块固定件1105、弹夹模块固定件1106、力反馈传感器固定件1107也可以采用一体式结构，即在滑块1104上固定连接或一体设置整体式的安装板。或者直接在滑块1104上设置多组安装孔位，粒子推送模块22、弹夹模块3和力反馈模块4可以分别直接连接于相应的安装孔位。

具体地，粒子推送模块22还包括推杆封套2205，直线推杆2201、主动轮2202和从动轮2203均设置于推杆封套2205内，可靠性佳。

具体地，实时影像连接模块5连接有超声波探头(即影像获取模块7)，当然，影像获取模块7也可以为其他类型的成像装置。

具体地，实时影像连接模块5包括用于夹持超声波探头的超声手柄夹701、用于夹紧穿刺针6的针头导向夹702、用于调整针头导向夹702和超声手柄夹701相对角度的导向夹角度调整片703、用于识别实时影像连接模块5位置的位置识别点704，位置识别点704可由四个小球组成。四个小球可以分别通过连接轴连接于导向夹角度调整片703。其中针头导向夹702、导向夹角度调整片703均套封于超声手柄夹701中，位置识别点704与超声手柄夹701固定于超声波探头外侧，针头导向夹702连接于穿刺针6，以便于操作者的操作。

本发明实施例所提供的一种放射性粒子植入手术机器人，具体应用中，操作者将针头(穿刺针6)安装在针头插座上；导向夹穿过针头，并调整角度；将超声外设夹紧在针头导向夹702上；将粒子推送模块22的主动轮2202插到其驱动电机2204的轴上，整体固定在外壳支架1108上；至此全部安装工作结束，机构可开始作业。操作者实时控制上述放射性粒子植入手术机器人进行工作，实现粒子的前进和旋转、推送等。手术开始时，上述放射性粒子植入手术机器人的超声外设与ct联合定位，并由ndi进行体表投影，从而确定目标位置；定位完毕后，针头推动模块11使穿刺针6进给至目标位置；随后，粒子推送模块22工作，将弹夹模块3中的粒子沿着针头内通道(粒子推送通道)向前推送至目标位置后向后复位，并如此反复，直至完成粒子推送；针头推动模块11的滑动反向运动，将穿刺针6拔出目标组织，工作进程结束。

本发明实施例所提供的一种放射性粒子植入手术机器人，其可基于图像导航对放射性粒子进行推进操作，避免操作者受粒子辐射危害，不仅定位精度高、灵活性强，还可以提高治疗效率、保护操作者，可靠性和安全性佳。且通过设置力反馈模块4，可实现穿刺针6的实时力感知和反馈，从而可提高穿刺操作的临场感和安全性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。