与核磁共振兼容的乳腺介入机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，包括定位模块，穿刺模块，乳腺稳定模块，活检模块，存储模块，驱动模块，俯卧支架。定位模块用于定位入针点，由3个丝杠螺母驱动的直线滑台组成；穿刺模块用于将活检针刺入人体，将活检针送至目标点，由一个丝杠螺母机构驱动；活检模块用于取组织样本，包括活检针机构和活检针驱动滑台，可以实现自动上弦、击发操作；存储模块用于存储由活检模块取出的样本，有多个存储仓，并可以轮换；乳腺稳定模块用于稳定乳腺组织的形态；驱动模块用于远程驱动机器人；俯卧支架用于支撑患者身体及容纳乳腺介入机器人；整个机器人除了内针，外针，弹簧，软轴材料为非磁性不锈钢，其余部分材料均为尼龙，可以兼容MRI设备。
【专利说明】与核磁共振兼容的乳腺介入机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，可以在成像设备CT、超声、磁共振成像引导下进行乳腺癌活检手术。
【背景技术】 [0002]乳腺癌是女性中最常见的癌症之一，全球乳腺癌发病率自20世纪70年代末开始一直呈上升趋势。乳腺介入手术具有创伤小，恢复快，并发症少，不影响人体美观等特点，对于女性乳腺疾病的检查、治疗具有重要意义，但是人工手术操作繁琐，技术难度大，不易被一般医生所掌握，而且精度不高，手术持续时间较长时，医生很容易因疲劳造成手术质量下降。
【发明内容】
[0003]针对人工手术的不足，提出一种的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，它可以在成像设备引导下进行乳腺介入手术，而医生只需在计算机上监视、控制机器人，可大大改善医生工作强度，提高手术质量。
[0004]基本技术方案是:与核磁共振兼容的乳腺介入机器人包括定位模块，穿刺模块，乳腺稳定模块，活检模块，存储模块，驱动模块，俯卧支架。定位模块主要用于确定入针点位置，由X向滑台，Y向滑台，Z向滑台组成。其中X向滑台为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，位于定位模块的最下层，其移动方向平行于水平面，X向丝杠为左右旋螺纹丝杠，前端为左旋螺纹，后端为右旋螺纹，可以实现前X向滑块和后X向滑块之间的开合动作；y向滑台为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，位于X向滑台上方，其移动方向与X向滑台移动方向垂直，且平行于水平面；Ζ向滑台为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，位于Y向滑台上方，其移动方向垂直于水平面。
[0005]穿刺模块为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，其前端通孔与Z向螺母两端圆柱配合，使穿刺模块可绕Z向螺母旋转；其后端滑动槽与穿刺滑台后支座两端的圆柱配合，这样，当Z向螺母移动时，穿刺滑台底座产生一个俯仰动作。
[0006]乳腺稳定模块由前稳定压板，后稳定压板，稳定压板调整机构组成，前稳定压板安装在前X向滑块上。后稳定压板上有栅格，活检针可以穿过栅格空隙进入到手术区域中。后稳定压板与稳定压板调整机构一同安装在Y向滑台底座上，稳定压板调整机构包括稳定压板导轨，小齿轮，齿轮轴，齿轮轴支撑座，后稳定压板底部有齿条，与小齿轮啮合，通过齿轮齿条传动使后稳定压板沿稳定压板导轨移动。
[0007]活检模块由活检针驱动滑台与活检针机构组成,通过安装在活检针驱动滑台螺母上的连接板与内针座连接，可以实现活检针机构上弦、击发操作。
[0008]存储模块包括存储模块同步带轮，开口同步带，组织收集仓，收集仓托槽，托槽支撑架，存储模块同步带轮支撑轴，存储模块同步带轮输入轴。开口同步带两端分别与组织收集仓两端固定，组织收集仓放置在收集仓托槽上，并可以在开口同步带的带动下在收集仓托槽上滑动。
[0009]驱动模块包括电机，传动软轴及联轴器。软轴的一端通过联轴器分别与X向丝杠、Y向丝杠、Z输入轴、穿刺滑台丝杠、活检针驱动滑台丝杠、稳定压板调整机构中的小齿轮轴、存储模块中的同步带轮输入轴的末端连接，另一端则通过联轴器分别与7个电机的电机轴连接。
[0010]俯卧支架为供患者俯卧的支架，乳腺介入机器人处于俯卧支架内部，X向滑台底座固定在俯卧支架中。
[0011]整个机器人除了内针，外针，弹簧，软轴材料为非磁性不锈钢，其余部分材料均为尼龙，可以兼容MRI设备。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013](I)可以在医生的操作下进行乳腺活检手术，大大减小医生工作强度。
[0014](2)定位模块由三个方向的移动滑台组成，可以精确定位机器人工作空间内任意点位置。
[0015](3)穿刺模块俯仰运动可以增大活检针末端可达到的工作范围。
[0016](4)稳定压板组可以在X向丝杠驱动下实现开合运动，方便稳定乳房形态，有利于精确定位病灶点。
[0017](5)后稳定压板上有栅格，活检针可以穿过栅格空隙进入到手术区域中。
[0018](6)后稳定压板可以在稳定压板调整机构驱动下避开与活检针的干涉。
[0019](7)活检驱动机构可以实现活检针自动上弦，自动击发，方便机器人控制。
[0020](8)整个机器人除了内针，外针，弹簧，软轴材料为非磁性不锈钢，其余部分材料均为尼龙，可以兼容MRI设备。
[0021](9)机器人使用软轴传动，将电机动力传递到各丝杠末端，从而驱动机器人运动，软轴材料为非磁性不锈钢，这样机器人可以在MRI环境下使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图1:X向滑台
[0023]图中:1 X向滑台底座，2 X向前滑块，3 X向后滑块，4 X向导轨，5 X向轴承，6 X向右旋螺母，7 X向丝杠，8 X向左旋螺母
[0024]附图2:Y向滑台
[0025]图中:9 Y向轴承，10 Y向导轨，11 Y向螺母，12 Y向滑块，13 Y向丝杠，14 Y向滑台底座
[0026]附图3:Ζ向滑台与穿刺滑台
[0027]图中:15穿刺模块后支座，16穿刺滑台轴承，17穿刺滑台螺母，18穿刺滑台底座，19穿刺滑台丝杠，20 Z向螺母，21 Z向导轨，22 Z向丝杠，23活检针支撑架，24锥齿轮，25同步带轮轴支撑架，26 Z输入轴前支撑架，27 Z向滑台底座，28 Z输入轴，29 Z输入轴后支撑架
[0028]附图4:同步带传动机构
[0029]图中:30 Z向轴承，31同步带轮，32同步带轮轴，33同步带
[0030]附图5:稳定压板调整机构[0031]图中:34后稳定压板，35小齿轮，36齿轮轴，37齿轮轴支撑座
[0032]附图6:活检针驱动滑台
[0033]图中:38连接板，39活检针驱动滑台轴承，40活检针驱动滑台丝杠，41活检针驱动滑台螺母，42活检针驱动滑台底座
[0034]附图7:活检针机构
[0035]图中:43内针，44外针，45活检针上盖，46外针座，47弹簧，48内针座螺纹孔，49内针座，50活检针底座
[0036]附图8:存储模块
[0037]图中:51托槽支撑架，52存储模块同步带轮支撑轴，53开口同步带，54收集仓托槽，55组织收集仓，56存储模块同步带轮输入轴，57存储模块同步带轮
[0038]附图9:乳腺介入机器人
[0039]图中:58俯卧支架，59活检针机构，60活检针驱动滑台，61电机，62软轴，63穿刺滑台，64 Y向滑台，65 Z向滑台，66稳定压板导轨，67 X向滑台，68存储模块，69前稳定压板
【具体实施方式】
[0040]以下结合附图进一步说明本实用新型的具体结构及实施方式。
[0041]本实用新型的结构组成如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示。与核磁共振兼容的乳腺介入机器人包括定位模块，穿刺模块，乳腺稳定模块，活检模块，存储模块(68)，驱动模块，俯卧支架(58)。定位模块由X向滑台(67)，Y向滑台(64)，Z向滑台(65)组成。X向滑台(67)位于定位模块的最下层，包括X向滑台底座(1)，X向丝杠(7)，X向导轨(4)，X向左旋螺母(8)，X向右旋螺母(6)，X向前滑块(2)，X向后滑块(3)，X向轴承
(5)。其中，X向滑台底座(I)固定在俯卧支架(56)内部。X向丝杠(7)为左右旋丝杠，其前端为左旋螺纹，后端为右旋螺纹，分别与X向左旋螺母(8)与X向右旋螺母(6)配合使用。X向左旋螺母(8)与X向右旋螺母(6)分别安装在X向前滑块(2)和X向后滑块(3)上。X向丝杠(7)两端由X向轴承(5)支撑，而X向轴承(5)固定在X向滑台底座(I)上。X向导轨(4)为两根圆导轨，分别安装于X向丝杠(7)两侧，固定在X向滑台底座(I)上，并通过X向前滑块(2)及X向后滑块(3)两端的圆形通孔。Y向滑台(64)位于X向滑台(67)之上，包括Y向滑台底座(14)，Y向丝杠(13)，Y向导轨(10)，Y向螺母(11)，Y向滑块(12)，Y向轴承(9)。Y向滑台(64)移动方向与X向滑台(67)的移动方向垂直，且都与水平面平行。Y向滑台底座(14)固定在X向后滑块(3)上。Y向丝杠(13)通过Y向螺母(11)中间的螺纹孔，Y向螺母(11)安装在Y向滑块(12)上。Y向丝杠(13)两端由Y向轴承(9)支撑，而Y向轴承(9)固定在Y向滑台底座(14)上。Y向导轨(10)为两根圆导轨，分别安装于Y向丝杠(13)两侧，固定在Y向滑台底座(14)上，并通过Y向滑块(12)两端的圆形通孔。Z向滑台(65)位于Y向滑台(64)之上，包括Z向滑台底座(27)，Z向丝杠(22)，Z向导轨(21)，Z向螺母(20)，Z向轴承(30)，Z向换向机构。Z向滑台(63)的移动方向垂直于水平面。Z向滑台底座(27)固定于Y向滑块(12)上。Z向丝杠(22)通过Z向螺母(20)中间的螺纹孔，Z向丝杠(22)下端由Z向轴承(30)支撑，上端由Z向滑台底座(27)支撑，而Z向轴承(30)固定在Z向滑台底座(27)上。Z向导轨(21)为一根圆导轨，安装于Z向丝杠(22)左侧，并通过Z向螺母(20)中的圆形通孔。Z向换向机构包括一个同步带传动机构与锥齿轮传动机构，同步带传动机构包括两个型号相同的同步带轮(31),同步带(33),同步带轮轴(32),同步带轮轴支撑架(25)。其中一个同步带轮(31)与Z向丝杠(22)末端连接，另一个同步带轮
(31)与同步带轮轴(32)连接，同步带轮轴(32)则支撑在同步带轮轴支撑架(25)上。锥齿轮传动机构包括两个完全一样的锥齿轮(24)，Z输入轴(28)，Z输入轴前支撑架(26)，Z输入轴后支撑架(29)。其中一个锥齿轮(24)安装在同步带轮轴(32)上，另一个安装在Z输入轴(28)的一端，两锥齿轮(24)回转轴线相交，且交角为90度。Z输入轴(28)由Z输入轴前支撑架(26)和Z输入轴后支撑架(29)支撑，并可做回转运动。
[0042]穿刺模块包括穿刺滑台丝杠(19)，穿刺滑台螺母(17)，穿刺滑台轴承(16)，穿刺滑台底座(18)。穿刺滑台底座(18)前端通孔与Z向螺母(20)两端圆柱配合，使穿刺模块可绕Z向螺母(20)旋转；穿刺滑台底座(18)后端滑动槽与穿刺滑台后支座(15)两端的圆柱配合，这样，当Z向螺母移动时，穿刺滑台底座产生一个俯仰动作。穿刺滑台丝杠(19)通过穿刺滑台螺母(17)中间的螺纹孔。穿刺滑台螺母(17)两侧与穿刺滑台底座(18)接触，可以沿着穿刺滑台底座(18)滑动。穿刺滑台丝杠(19)后端由穿刺滑台轴承(16)支撑，前端由穿刺滑台底座(18)支撑，而穿刺滑台轴承(16)固定在穿刺滑台底座(18)上。
[0043]乳腺稳定模块包括前稳定压板(69)、后稳定压板(34)及稳定压板调整机构。前稳定压板(69)与X向前滑块(2)连接。后稳定压板(34)上有栅格，活检针可以穿过栅格空隙进入到手术区域中。后稳定压板(34)与稳定压板调整机构一同安装在Y向滑台底座(14)上，稳定压板调整机构包括稳定压板导轨(66)，小齿轮(35)，齿轮轴(36)，齿轮轴支撑座(37)。稳定压板导轨(66)包括一个矩形导轨和一个燕尾型导轨，燕尾型导轨与矩形导轨一前一后安装在Y向滑台底座(14)上。后稳定压板(34)位于矩形导轨与燕尾型导轨中间，后稳定压板(34)底部有齿条，与小齿轮(35 )啮合，通过齿轮齿条传动使后稳定压板(34)沿稳定压板导轨(34)移动。
[0044]活检模块包括活检针驱动滑台(60)和活检针机构(59)。活检针驱动滑台(60)由活检针驱动滑台丝杠(40)，活检针驱动滑台底座(42)，活检针驱动滑台螺母(41)，连接板
(38)，活检针驱动滑台轴承(39)组成。活检针驱动滑台底座(42)安装在穿刺滑台螺母(17)上。活检针驱动滑台丝杠(40)穿过活检针驱动滑台螺母(41)中间的螺纹孔，其一端由活检针驱动滑台底座(42)支撑，另一端由活检针驱动滑台轴承(39)支撑，活检针驱动滑台轴承(39)固定在活检针驱动滑台底座(42)上。连接板(38)固定在活检针驱动滑台螺母(41)上。活检针机构(59)由内针(43)，外针(44)，内针座(49)，外针座(46)，活检针底座(50)，活检针上盖(45)，弹簧(47)组成。内针(43)嵌入在内针座(49)中，外针(44)嵌入在外针座(46 )中，外针(44 )套在内针(43 )外，穿过活检针支撑(23 )上端的小孔，活检针支撑(23 )固定在穿刺滑台底座(18 )上。内针座(49 )与外针座(46 )位于活检针底座(50 )内，并可以沿活检底座(50 )滑动。内针座(49 )前端的倒钩可以勾住外针座(46 )边缘，外针座(46 )末端的倒钩可以勾住活检针底座(50)的倒钩，内针座(49)中间的突起部分可以顶开外针座
(46)的倒钩，使外针座(46)倒钩与活检针底座(50)倒钩脱开。弹簧(47)安装在活检针底座(50 )与外针座(46 )之间。内针座(49 )后端的螺纹孔(48 )用于安装螺钉，使内针座(49 )与连接板(38)连接。
[0045]存储模块(68)包括存储模块同步带轮(57)，开口同步带(53)，组织收集仓(55)，收集仓托槽(54)，托槽支撑架(51)，存储模块同步带轮支撑轴(52)，存储模块同步带轮输入轴(56)。开口同步带(53)两端分别与组织收集仓(55)两端固定，组织收集仓(55)放置在收集仓托槽(54)上，并可以在开口同步带(53)的带动下在收集仓托槽(54)上滑动，收集仓托槽(54)固定在托槽支架(51)上。
[0046]驱动模块包括电机(61)，软轴(62)及联轴器。软轴(62)的一端通过联轴器分别与X向丝杠(7 )、Y向丝杠(13 )、Z输入轴(28 )、穿刺滑台丝杠(19 )、活检针驱动滑台丝杠(40 )、稳定压板调整机构中的齿轮轴(36)、存储模块(68)同步带轮输入轴(56)的末端连接，另一端则通过联轴器分别与7个电机(61)的电机轴连接。
[0047]俯卧支架(58)用于支撑患者身体，乳腺介入机器人处于俯卧支架(58)内部，X向滑台底座(I)固定在俯卧支架(58)中。
[0048]与核磁共振兼容的乳腺介入机器人除了内针(43)，外针(44)，弹簧(47)，软轴的材料为非磁性不锈钢，其余部分材料均为尼龙，可以兼容MRI设备。
[0049]本实用新型工作过程如下:
[0050]手术前准备:患者俯卧在俯卧支架(58)上，此时乳腺处于俯卧支架(58)上两个方孔中。将患者、与核磁共振兼容的乳腺介入机器人同时送入成像设备中，根据图像由医生确定目标点。
[0051]手术过程:首先与核磁共振兼容的乳腺介入机器人进行复位，即定位模块、穿刺模块、乳腺稳定模块、活检模块、存储模块(66)运动到初始位置。接着X向滑台(65)运动，控制前稳定压板(67)和后稳定压板(34)闭合。如果后稳定压板(34)与活检针刺入方向存在干涉，则稳定压板调整机构动作，将后稳定压板(34)错开一个位置，直至不产生干涉位置；若不存在干涉，则继续下一步。接下来是Y向滑台(62)和Z向滑台(63)运动，这样就可以确定入针点位置，即活检针在扎入人体前的那一点坐标。然后穿刺滑台(61)运动，将活检针刺入人体，达到目标点后穿刺滑台(61)停止运动。之后活检针驱动滑台(60)动作，先将内针(43)穿过目标点，再击发外针(44)，切下组织，之后反向运动，再次将活检针上弦。接着是刺滑台(61)运动，将活检针退出人体。然后Y向滑台(62)，Z向滑台(63)和穿刺滑台
(61)配合运动，使活检针运动到存储仓(55)上方，活检针驱动滑台(60)运动，将内针(43)暴露出来，但不击发外针(44)，这样样本就落入存储仓(55)内。这个过程完成之后，与核磁共振兼容的乳腺介入机器人再次复位，重新开始下一轮取样。
【权利要求】
1.一种与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，可用于图像设备引导下乳腺活检、介入治疗、送药手术，包括定位模块，穿刺模块，乳腺稳定模块，活检模块，存储模块，驱动模块，俯卧支架；所述的定位模块主要用于确定入针点位置，由X向滑台，Y向滑台，Z向滑台组成；其中X向滑台为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，位于定位模块的最下层，其移动方向平行于水平面，X向丝杠为左右旋螺纹丝杠，前端为左旋螺纹，后端为右旋螺纹，可以实现前X向滑块和后X向滑块之间的开合动作；y向滑台为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，位于X向滑台上方，其移动方向与X向滑台移动方向垂直，且平行于水平面；ζ向滑台为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，位于Y向滑台上方，其移动方向垂直于水平面。
2.根据权利要求1所述的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，其特征在于:所述穿刺模块为一个丝杠螺母机构驱动的移动滑台，其前端通孔与Z向螺母两端圆柱配合，使穿刺模块可绕Z向螺母旋转；其后端滑动槽与穿刺滑台后支座两端的圆柱配合，这样，当Z向螺母移动时，穿刺滑台底座产生一个俯仰动作。
3.根据权利要求1所述的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，其特征在于:所述乳腺稳定模块由前稳定压板，后稳定压板，稳定压板调整机构组成，前稳定压板安装在前X向滑块上；后稳定压板上有栅格，活检针可以穿过栅格空隙进入到手术区域中；后稳定压板与稳定压板调整机构一同安装在Y向滑台底座上，稳定压板调整机构包括稳定压板导轨，小齿轮，齿轮轴，齿轮轴支撑座，后稳定压板底部有齿条，与小齿轮啮合，通过齿轮齿条传动使后稳定压板沿稳定压板导轨移动。
4.根据权利要求1所述的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，其特征在于:所述活检模块由活检针驱动滑台与活检针机构组成，通过安装在活检针驱动滑台螺母上的连接板与内针座连接，可以实现活检针机构上弦、击发操作。
5.根据权利要求1 所述的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，其特征在于:所述存储模块包括存储模块同步带轮，开口同步带，组织收集仓，收集仓托槽，托槽支撑架，存储模块同步带轮支撑轴，存储模块同步带轮输入轴；开口同步带两端分别与组织收集仓两端固定，组织收集仓放置在收集仓托槽上，并可以在开口同步带的带动下在收集仓托槽上滑动。
6.根据权利要求1所述的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，其特征在于:所述驱动模块包括电机，传动软轴及联轴器；软轴的一端通过联轴器分别与X向丝杠、Y向丝杠、Z输入轴、穿刺滑台丝杠、活检针驱动滑台丝杠、稳定压板调整机构中的小齿轮轴、存储模块中的同步带轮输入轴的末端连接，另一端则通过联轴器分别与7个电机的电机轴连接。
7.根据权利要求1所述的与核磁共振兼容的乳腺介入机器人，其特征在于:所述与核磁共振兼容的乳腺介入机器人除了内针，外针，弹簧，软轴材料为非磁性不锈钢，其余部分材料均为尼龙，可以兼容MRI设备。
【文档编号】A61B5/055GK203763131SQ201420175273
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月13日 优先权日:2014年4月13日
【发明者】张永德, 杜海艳, 姜金刚, 陈耀 申请人:哈尔滨理工大学