CT定位穿刺智能角度引导机器人的制作方法

本实用新型属于医疗智能器械技术领域，涉及一种能够进行多角度灵活操作的CT定位穿刺机器人。

背景技术：

临床医疗中有很多针对各种脏器深部组织(如肺结节、肝肿物等)穿刺活检获得组织病理或进行相关介入治疗精准穿刺的需求。这类穿刺多是在计算机断层扫描(CT)引导下再由人工操作进行的，虽然通过计算机扫描能获得精确的穿刺部位、角度和深度数据，但现有技术手段却难以做到精准化的穿刺。这就需要现有的医疗技术不断更新以适应临床精准化需要。医学的发展离不开整个社会技术发展，当前智能轻型机器人和虚拟导航技术在其他行业的成熟发展，给医疗行业也带来机遇与借鉴。目前业内也正在开展医疗辅助穿刺机器人的相关设计与应用。

目前医疗辅助穿刺机器人主要采用虚拟导航技术，所谓虚拟导航是指，由多层螺旋CT(MSCT)对患者进行扫描，获得其三维数据，根据之前扫描获得的图像假定当前患者的组织空间结构的情况，医生通过医学图像工作站规划和定位手术路径，将最佳手术穿刺路径的三维空间坐标数据作为指令通过控制器传达给机械臂，然后对患者进行引导穿刺。但临床中现有的一些辅助穿刺机器人或多或少都存在一些问题。例如申请号201611021686.8的机器人专利由于机械结构采用升降平移设计，智能化后调整预定角度时间长，过长时间调整的过程中，患者体位姿势容易发生改变，以致靶目标三维空间数据易发生改变；而申请号201621362144.2的专利自动调整终端穿刺点的高度及远近距离有限，且不能使引导终端进行点式接触；因此需对这些问题进行改进。另一方面机器人普遍存在的成本昂贵，不是所有的医院都有能力配备，这就需要开发低成本、精准、智能兼顾角度引导机器人。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型全新设计了一种CT定位穿刺智能角度引导机器人，并设计了自动式与手持式两种结构。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

CT定位穿刺智能角度引导机器人，包括底座、第一至第六机械臂、设置在机械臂内或其交接处的第一至第四电机，所述底座上设置有数字水平仪，第一机械臂垂直设置在底座上，所述第二机械臂主体水平设置且与第一机械臂连接，第一电机用于驱动第二机械臂沿垂直轴转动；所述第三机械臂主体垂直设置且与第二机械臂连接，第二电机用于驱动第三机械臂沿垂直轴自转；所述第四机械臂主体垂直设置且与第三机械臂连接，第三电机用于驱动第四机械臂沿水平轴转动；所述第五机械臂主体垂直设置且与第四机械臂连接，第四电机用于驱动第五机械臂沿水平轴转动；所述第六机械臂主体垂直设置且与第五机械臂连接；所述第六机械臂底部设置有可拆卸的穿刺结构。

进一步的，还包括第五电机和第六电机，第五电机用于驱动第六机械臂沿水平轴转动，第六电机设置在第六机械臂内、用于驱动第六机械臂沿垂直轴自转。

进一步的，所述穿刺结构为自动穿刺针。

进一步的，所述穿刺结构包括延伸杆和与延伸杆连接的引导条。

CT定位穿刺智能角度引导机器人，包括水平仪、第五机械臂、第六机械臂、第五电机、第六电机，所述水平仪设置在第五机械臂上，所述第六机械臂与第五机械臂连接，第六机械臂主体部分与第五机械臂主体部分垂直，第五电机用于驱动第六机械臂以第五机械臂主体延伸方向作为转轴转动，所述第六电机设置在第六机械臂内、用于驱动第六机械臂以第五机械臂主体延伸方向为转轴自转；所述第六机械臂底部设置有可拆卸的穿刺结构。

进一步的，所述穿刺结构为自动穿刺针。

进一步的，所述穿刺结构包括延伸杆以及与延伸杆连接的引导条。

进一步的，所述引导条的末端设置有定位条。

进一步的，所述定位条与引导条垂直。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

采用多关节机械臂和关节处电机和虚拟导航技术进行配合，并在终端引导处采用可拆卸的穿刺结构，应用范围广；通过本实用新型结构，使得穿刺路径与角度调节平面保持一定的距离，不会对穿刺路径形成阻碍，能够与人体表面形成点式接触。此外，本实用新型在手持式结构中还设计了定位条，能够有效防止引导条同平面旋转，提高穿刺精准度，这能够避免重复穿刺，提高成功率，降低并发症和病人痛苦。

附图说明

图1为实施例一提供的CT定位穿刺智能角度引导机器人整体结构示意图，图中表示有各电机旋转方向。

图2为实施例一提供的CT定位穿刺智能角度引导机器人整体结构示意图，其中电机A设置位置与图1不同。

图3为延伸杆及引导条结构示意图，其中图(a)中引导条设置有通孔，图(b)中引导条设置有引导槽。

图4为实施例二提供的CT定位穿刺智能角度引导机器人整体结构示意图。

附图标记说明：

1-底座，2-水平仪，3-第一机械臂，4-第二机械臂，5-第三机械臂，6-第四机械臂，7-第五机械臂，8-第六机械臂，9-延伸杆，10-引导条，11-定位条，A-第一电机，B-第二电机，C-第三电机，D-第四电机，E-第五电机，F-第六电机，

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：

如图1所示的CT定位穿刺智能角度引导机器人，包括设置有水平仪2的底座1，在底座1上垂直设置有第一机械臂3，第一机械臂3与第二机械臂4垂直连接，第二机械臂4水平设置，在两机械臂连接处设置有第一电机A，在第一电机A的驱动下第二机械臂4能够在水平面内转动。更为具体的说，第一电机A设置在第一机械臂顶部，第二机械臂的端头4-1设置在第一机械臂的上方，端面水平并与第一电机的转轴连接。电机的位置可以根据需要改变，例如，可将第一电机A如图2所示设置在第一机械臂3的底部的固定台上，第一机械臂底面与第一电机A转轴连接，而第一机械臂和第二机械臂固定连接，第一机械臂在第一电机的驱动下自转从而带动第二机械臂在水平面内转动。因此只要能够让第二机械臂在水平面内转动的结构，即只要令第二机械臂转轴垂直于水平面，就能够满足本实用新型的要求。为了令机械臂的转动更为流畅及随时锁止，可以在连接处采用电机制动器等部件，以下机械臂之间的连接也可采用相同或相似结构。

第二机械臂4与第三机械臂5垂直连接，第三机械臂5垂直设置，在两机械臂连接处设置有第二电机B，在第二电机B的驱动下，第三机械臂5能够在水平方向内以自己的中心轴为转轴自转。具体的说，第二电机B设置在第二机械臂4靠近第三机械臂的端头内，转轴垂直设置，第三机械臂底部与第二电机转轴连接。必须说明的是，只要能够令第三机械臂转动时转轴垂直于水平面的结构均可满足本实用新型的要求。

第三机械臂5与第四机械臂6连接，第四机械臂6大体呈方S形，主体部分与第三机械臂平行，在第三、第四机械臂的交界处设置有第三电机C，在第三电机的驱动下，第四机械臂能够在垂直方向上旋转。具体的说，如图1所示，第三电机C设置在第三机械臂靠近第四机械臂的端头内，转轴水平设置，且与第三机械臂底部侧面连接。也可以将第三电机C设置在第四机械臂靠近第三机械臂的端头内，转轴水平设置，且与第四机械臂顶部侧面连接。当然，也可采用其他能够令第四机械臂沿水平转轴旋转的结构。本实用新型所指的机械臂主体部分是指机械臂除去端头后的部分。

第四机械臂6还与第五机械臂7连接，第五机械臂大致呈方U形，第五机械臂主体部分与第四机械臂平行，在第四、第五机械臂的交界处设置有第四电机D，在第四电机的驱动下，第五机械臂能够在垂直方向上旋转。具体的说，第四电机D设置在第四机械臂靠近第五机械臂的端头内，转轴水平设置，且与第五机械臂顶部侧面连接。也可以采用其他能够令第五机械臂沿水平轴旋转的结构。

第五机械臂7还与第六机械臂8连接，第六机械臂较短，主体部分与第五机械臂平行，在第五、第六机械臂的交界处设置有第五电机E，在第五电机的驱动下，第六机械臂能够在垂直方向上旋转。具体的说，第五电机E设置在第五机械臂靠近第六机械臂的端头内，转轴水平设置，且与第六机械臂顶部侧面连接。也可以采用其他能够令第六机械臂沿水平转轴旋转的结构。

为防止在转动时各机械臂之间可能发生的碰撞，第五机械臂外侧与第六机械臂外侧之间的距离h以小于第五机械臂外侧与第四机械臂内侧之间的距离H为佳。

第六机械臂8内具有第六电机F，第六电机F转轴垂直设置，能够带动第六机械臂底部沿垂直转轴自转。第六电机的设置能够实现与断面呈一定角度的立体穿刺，如果仅沿人体断面穿刺时，无需设置第六电机。第六机械臂底部设置有穿刺结构。穿刺结构可以是自动穿刺针，也可以如图1、图3所示，包括一延伸杆9，延伸杆9与引导条10连接，引导条上设置有引导槽(如图3(b)所示为佳)或引导通孔(如图3(a)所示为佳)。自动穿刺针或是延伸杆引导条结构均优选设计为可拆卸结构(例如通过螺纹旋接或卡接等)，这样可以根据需要进行替换。

上述各电机可采用高性能电机如伺服电机、超声波电机、步进电机等，能够快速运转。电机与底座内控制芯片连接，控制芯片连接至远程操控面板，通过远程操控面板可调整各电机的转数和任意角度，且能随时锁止，便于快速将第六机械臂及引导条旋转到位。作为改进，在机械臂上还可设置测距仪(可采用激光测距仪、超声波测距仪或红外测距仪)，能够测量机器人与人体之间的实际距离并传输至远程操控面板，根据测距数据便于对机械臂进行快速调整。此外，可以采用控制程序根据距离自动对电机进行调整，更为快速高效，

底座底部可装配有滚轮及调节底座水平设备，便于根据需要移动底座至合适位置和调节底座处于水平。

实施例二：

本实用新型还提供了另一种兼顾成本、精准、智能的CT定位穿刺智能角度引导机器人，可以手持，如图4所示，包括第五机械臂7和主体部分与其垂直连接的第六机械臂8。第五机械臂上设置有水平仪2以及操作面板11。在第五、第六机械臂的交界处设置有第五电机E，在第五电机的驱动下，第六机械臂能够在与第五机械臂垂直的方向上旋转，即以第五机械臂主体延伸方向为转轴。也可以采用其他能够令第六机械臂沿第五机械臂主体延伸方向为转轴旋转的结构。

第六机械臂内具有第六电机F，第六电机F转轴垂直与第五电机E的转轴，能够带动第六机械臂末端沿转轴自转。第六机械臂底部设置有穿刺结构。穿刺结构可以是自动穿刺针，也可以包括一延伸杆，延伸杆与引导条连接，引导条上设置有引导槽(如图3(b)所示为佳)或引导通孔(如图3(a)所示为佳)。自动穿刺针或是延伸杆引导条结构均优选设计为可拆卸结构，这样可以根据需要进行替换。以延伸杆垂直连接引导条为佳。

作为引导条的进一步改进，在引导条的末端优选设置有与引导条垂直的定位条11，当穿刺时引导条末端置于患者身体上时，定位条11可有效防止引导条同平面旋转。

操作面板应与第五和第六电机连接，能够控制第五和第六电机的运转，操作面板上具有水平仪及操作按钮，非常方便。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰(如针对部分关节处的连接方式和机械臂、延伸杆、引导条的材料选择等)，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。