一种具有远程中心运动的新型自动前列腺活检机器人的制作方法

本发明涉及患者的前列腺活体组织检查领域。特别涉及一种用于自动进行活体组织检查的机器人。

背景技术：

随着智能化的迅速发展，越来越多的自动化机器人进入人们的视野，帮助人类快速、准确的完成各项工作。但是，机器人系统在国内医疗领域的运用还是比较匮乏，仅有少数医院和研究单位对治疗机器人及其控制系统进行了相关的研究。目前，机器人在医疗方面的运用，主要是为了达到微创、精准和操作方便等目的。

前列腺癌是老年男性常见的恶性肿瘤之一，在中国的发病率高。前列腺活检是用来进行前列腺癌诊断和愈后的黄金标准。通过直肠的标准前列腺活检会引发2％-5％机率的败血症，通过会阴处的活检手段可避免了这一风险，但这种方法却难以学习。

6点系统穿刺活检和为了提高前列腺癌的检出率提出的12点系统穿刺活检，与根治性手术切除标本相比仍有10％-20％的假阴性率。另外，系统性穿刺活检是针对整个前列腺进行的“盲穿”，其最大的问题是穿刺的针数多，对患者的创伤大。多参数磁共振成像(mri)是目前公认的诊断前列腺癌的最佳影像学技术，但是由于实时mri引导下的前列腺穿刺活检费时，费力且需特殊的专用穿刺设备，因此难以被广泛应用。在检测到组织中的癌细胞后，然后对患者进行治疗。在治疗期间，在将放射性粒子递送到前列腺期间可能导致许多皮肤穿刺。因此，需要开发一种解决上述前列腺活组织检查和治疗环境的缺点的装置。可以实现机器人控制系统精确的控制活检针的位置和深度，以及减少活检穿刺的创口，降低泌尿师科医师根据自己经验和技能进行穿刺的不确定性。达到减轻患者活检穿刺的疼痛、快速康复、医疗成本低、活检结果精确、以及泌尿科医师操作简易等目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够精确定位、微小创伤、成本低廉、灵活稳定、操作简易的自动进行活体组织检查的前列腺活检机器人。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有远程中心运动的新型自动前列腺活检机器人，该机器人主要由超声波成像模块、活检针定位模块、活检针姿态调整模块、活检针深度控制模块、机器人固定模块和钢丝绳传动模块六部分组成。

所述活检针定位模块包括水平线性滚珠丝杠滑轨模组和竖直线性滚珠丝杠滑轨模组，由所述两线性滑轨模组左右及上下四个方向移动进行活检针的精确定位，所述水平线性滚珠丝杠滑轨模组通过螺钉固定在所述机器人固定模块上。

所述活检针姿态调整模块包括水平弧形滑轨模组和竖直弧形滑轨模组，通过所述水平弧形滑块和竖直弧形滑块在弧形导轨上的随机性往复运动从而在空间上确定唯一的虚拟不动点。通过调整所述滑块在弧形导轨上移动的角度，进而控制活检针穿刺的角度。

所述活检针深度控制模块包括针塞、针鞘、底座、活检针、固定杆、针鞘固定座和线性滚珠丝杠滑轨模组，所述针塞安装在线性滚珠丝杠滑轨模组的滑块上，所述针鞘安装在水平弧形滑轨滑块的下端。

所述超声波成像模块包括超声波探头鞘、超声波探头、直线滚珠丝杠滑轨模组，所述超声波探头固定在所述直线滚珠丝杠滑轨模组滑块的支撑平台上。

所述机器人固定模块包括机器人支撑平台、用于机器人与控制平台或操作平台之间连接的连接块，便于前列腺活检机器人与控制平台和操作平台之间的连接与拆卸。

所述钢丝绳传动模块包括伺服电机、丝筒、钢丝绳传动杆、钢丝绳导向杆、弧形导轨、弧形滑块，弧形导轨固定在弧形导轨固定座上，所述丝筒与所述伺服电机轴和丝传动杆通过顶丝固定，所述钢丝绳传动系统将所述伺服电机的输出动力传递到所述弧形滑块，从而达到调整活检针姿态的目的。

本发明具有如下优点：

1.本发明采用钢丝绳传动，施以恰当预紧力，能够消除回程误差，同时钢丝绳的吸震作用能够使外科手术机械获得更加平稳的运动，具有体积小、传动平稳和定位精度高的特点；

2.本发明采用两孔进行全面的前列腺活检，通过水平弧形滑轨模组和竖直弧形滑轨模组确定唯一的虚拟不动点与针鞘的前端点重合。当改变活检针的插入角度时，此时上述点是不动的，针鞘的前端点与会阴处的皮肤相接触，通过控制活检针的刺入角度，进而得到前列腺各个部位的组织样本。由于手术后只会在会阴处左右各留下一个伤口，所以可以减轻患者在手术过程中的疼痛以及手术后留下的创口；

3.本发明系统控制活检针的穿刺位置、姿态、以及深度，从而可以快速准确的到达病灶点，提高活检的准确率；

4.本发明主要由基于pc的控制系统进行控制，所以操作简单，使用便捷。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明定位模块的结构示意图；

图3为本发明的工作状态图；

图4为本发明的竖直弧形滑轨模组结构示意图；

图5为本发明的水平弧形滑轨模组结构示意图一；

图6为本发明的水平弧形滑轨模组结构示意图二；

图7为本发明深度控制模块的结构示意图；

图8为本发明的图像采集模块结构示意图；

图9为本发明的机器人固定模块剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明是一种具有远程中心运动的新型自动前列腺活检机器人，用于解决前列腺活体组织检查创伤大、易感染的问题。

如图1所示为本发明一种具有远程中心运动的新型自动前列腺活检机器人的整体结构示意图，该机器人包括活检针姿态调整模块1、活检针深度控制模块2、超声波探头成像模块3、机器人固定模块4、活检针定位模块5、钢丝绳传动模块6。弧形滑轨机构(姿态调整模块)1分为竖直弧形滑轨模组和水平弧形滑轨模组，两者分别绕轴线r1与轴线r2转动，提供水平旋转和竖直旋转两个自由度。竖直弧形滑轨模组与水平弧形滑轨模组的弧心位于同一点，即针鞘的前端点。活检针定位模块5分别由水平线性滚珠丝杠滑轨模组和竖直线性滚珠丝杠滑轨模组组成，分别提供空间上竖直方向和水平方向两个自由度。活检针深度控制模块2提供前后往复运动的一个自由度。超声波探头成像模块提供超声波探头一个前后往复的运动，本发明具有6个自由度。

如图2所示，活检针定位模块5包括竖直线性滚珠丝杠滑轨模组5-1和水平线性滚珠丝杠滑轨模组5-2，水平线性滚珠丝杠滑轨模组与竖直线性滚珠丝杠滑轨模组通过直角连接架5-6进行连接。水平线性滚珠丝杠滑轨模组和竖直线性滚珠丝杠滑轨模组分别由伺服电机5-4和5-3驱动，伺服电机5-4通过联轴器与丝杠5-8连接，从而将伺服电机5-4的动力传递到丝杠5-8。伺服电机5-3的输出轴通过顶丝与丝筒5-5连接，丝杠5-7的轴端有螺纹，钢丝绳1-7分别在丝筒5-5和丝杠5-7轴端的螺纹处环绕3圈，通过连接丝筒5-5和丝杠5-7有螺纹的一端，进行动力传递，由于电机与丝杠模组采用的是平行连接的方式，所以在竖直方向上节省了空间。通过水平线性滚珠丝杠滑轨模组和竖直线性滚珠丝杠滑轨模组之间的相对运动，从而达到对活检针定位的目的。

如图3所示，为本发明机器人的工作状态，水平弧形滑轨模组9与竖直弧形滑轨模组10通过图2中直角固定架11连接，水平弧形滑轨模组和竖直弧形滑轨模组的弧心处于同一点，即本发明机器人的唯一不动点12，也是图7中针鞘2-6的前端点。消毒帷7通过图7中针鞘2-6上的凹槽8固定在装置上，从而防止手术时液体溅到装置上，防止装置与患者之间的交叉感染。

如图4所示，竖直弧形滑轨模组10由钢丝绳传动模块、弧形滑轨固定座1-4、伺服电机固定架1-5、弧形导轨固定座1-9组成。钢丝绳传动模块由丝筒1-1、伺服电机1-2、弧形导轨1-3、弧形滑块1-6、钢丝绳1-7、钢丝绳导向杆1-8、钢丝绳传动杆1-10组成。丝筒1-1和1-11分别通过顶丝固定在伺服电机1-2的输出轴和丝传动杆1-10的一端，丝筒1-1与丝筒1-11之间环绕钢丝绳1-7，通过丝传动将伺服电机1-2的动力传递到丝传动杆1-10。弧形导轨1-3上有弧形凹槽1-12，用来放置丝1-7，丝的两端与弧形滑块1-6连接，钢丝绳1-7的一端与弧形滑块的上端连接，然后沿着弧形凹槽1-12环绕，穿过导向杆1-8，再与丝传动杆1-10环绕4圈，反向穿过导向杆通过弧形凹槽与弧形滑块的下端连接，从而达到驱动弧形滑块的目的。

如图5和图6所示，水平弧形滑轨模组9由伺服电机1-18、水平弧形滑块1-13、水平弧形导轨1-14、弧形导轨端盖1-15、联轴器1-16、丝筒1-17组成。传动丝1-7的一端与弧形导轨1-14连接，然后通过丝筒1-17环绕3圈，引出传动丝与弧形导轨的另一端连接，从而达到为弧形滑块1-13提供动力的目的。

如图7所示，活检针深度控制模块包括线性滚珠丝杠滑轨模组2-8、底座2-3、针塞2-2、活检针2-5、针鞘2-6、固定杆2-7、针鞘固定座2-4，针鞘固定座固定在图5水平弧形滑块1-13上，针鞘通过与针鞘固定座上凹槽的过盈配合从而固定在针鞘固定座上，针塞2-2固定在滑块2-1上，通过滑块2-1的前后往复运动，进而控制活检针的刺入深度。

如图8所示，图像采集模块包括底座3-2、超声波探头3-3、线性滚珠丝杠滑轨模组3-4、超声波探头鞘3-5、超声波探头固定架3-6，超声波探头固定在超声波探头固定块3-6，超声波探头固定块3-6通过螺钉与滑块3-1固定，通过滑块的前后运动，进而带动超声波探头的前后往复运动。

如图9所示，机器人固定模块包括底座4-4、弹簧滑块4-3、弹簧4-6、弹簧盖4-5、滑块螺钉4-2，底座上端盖4-1，弹簧套在滑块上的凸起圆柱4-7上，滑块上的凸起圆柱与弹簧配合装配在孔4-8内，滑块螺钉4-2与弹簧滑块4-3上的螺纹孔配合，手术时通过按压滑块螺钉4-2从而压缩弹簧带动滑块运动，当松手时滑块在弹簧弹力的作用下向外运动，弹簧滑块上的方形凸起4-9与控制平台或操作平台上的凹槽配合，达到固定装置的目的。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。