微创手术穿刺针机器人系统的制作方法

本实用新型涉及穿刺针机器人技术领域，特别涉及一种微创手术穿刺针机器人系统。

背景技术：

微创手术是利用细长的杆状手术工具通过人体表面的微小切口探入体内进行手术操作的。与传统的开口手术相比，它可以减少手术切口及手术疤痕、缩短恢复时间、减少出血量及并发症等；可以看出，微创手术具有开口手术所无法比拟的优越性，因此受到了广大患者和医生的青睐，目前微创技术已经在多个临床领域中得到应用。

但目前的微创手术基本上是由经验丰富的医师来完成，但现实情况是，经验丰富的医师有限，穿刺手术过程持续时间较长，医师的精力有限，从而限制了微创手术的推广。由于微创手术所具有的优点，及其在操作上存在的这些困难，也使得医生期望获得辅助设备以方便实施并能够在更多领域中开展这类手术。将机器人技术与传统的微创技术相结合的穿刺针机器人被普遍认为是一种有效地解决传统微创技术缺点的方法。但现在的穿刺针机器人存在诸多缺陷，如使用不便、精度低、智能化程度低、功能单一、无法实现远程控制等。所以现在需要一种新的微创手术穿刺针机器人系统，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种微创手术穿刺针机器人系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种微创手术穿刺针机器人系统，包括穿刺针机器人、定位模块、远程控制模块及终端服务设备；

所述穿刺针机器人包括底座、设置于所述底座上的升降机构、设置于所述升降机构上的被动臂及设置于所述被动臂前端的RCM机构；

所述终端服务设备包括显示屏、操作控制台、监测模块、检测结果存储与输出模块。

优选的是，所述被动臂包括多个被动锁紧关节及设置于多个所述被动锁紧关节之间的连杆。

优选的是，所述升降机构包括升降柱、设置于所述升降柱上的驱动器、与所述驱动器连接的升降杆、连接于所述升降杆上的连接件及设置于所述升降柱底部的固定座。

优选的是，所述连接件上设置有可调连接板，所述可调连接板的另一端与所述被动臂后端的被动锁紧关节固接。

优选的是，所述可调连接板中部设置有连接头，所述连接头包括与所述可调连接板中部固接的柱体部及固接于所述柱体部另一端的直径大于所述柱体部的球体部。

优选的是，所述连接件的中部开设有供所述连接头配合插入的连接孔，所述连接孔包括由所述连接件的与可调连接板接触的前端面向内开设的柱孔段及与所述柱孔段另一端连通的直径大于所述柱孔段的球孔段。

优选的是，所述球体部的直径大于所述柱孔段的直径，所述球体部配合容纳于所述球孔段内，且两者之间具有间隙；所述柱体部配合容纳于所述柱孔段内，且两者之间具有间隙。

优选的是，所述可调连接板和连接件的外周均开设有多个螺纹孔，所述螺纹孔内插设有调节螺钉，所述调节螺钉上还套设有弹簧，所述弹簧处于调节螺钉的螺帽与可调连接板之间。

优选的是，所述球体部的表面和球孔段的内臂上均设置有聚四氟乙烯层。

优选的是，所述底座底部设置有万向轮，所述万向轮上设置有锁紧装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的微创手术穿刺针机器人系统精度高、智能化程度高、功能丰富、可实现远程控制，能为医生手术治疗提供很好的辅助。本实用新型的穿刺针机器人具有多个自由度，能增加操作的灵活性，使复杂手术操作变得简单；本实用新型的被动锁紧关节具有足够的刚度及锁紧力矩，能保证被动臂前端RCM的定位精度；本实用新型能发挥机器人操作稳定，定位准确的优势，保证手术质量；本实用新型的被动臂的安装角度能实现高精度调节，保证手术治疗的精度和质量。本实用新型结构简单，使用效果好，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的微创手术穿刺针机器人系统的原理框图；

图2为本实用新型的穿刺针机器人的结构示意图；

图3为本实用新型的升降机构的结构示意图；

图4为本实用新型的连接件的结构示意图；

图5为本实用新型的可调连接板的结构示意图。

附图标记说明：

1—底座；2—升降机构；3—被动臂；4—RCM机构；5—调节座；6—调节组件；7—可调连接板；8—连接件；20—升降柱；21—驱动器；22—升降杆；23—固定座；30—被动锁紧关节；31—连杆；70—连接头；71—柱体部；72—球体部；73—螺纹孔；74—调节螺钉；75—弹簧；80—连接孔；81—柱孔段；82—球孔段；740—螺帽。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-5所示，本实施例的一种微创手术穿刺针机器人系统，包括穿刺针机器人、定位模块、远程控制模块及终端服务设备；

穿刺针机器人包括底座1、设置于底座1上的升降机构2、设置于升降机构2上的被动臂3及设置于被动臂3前端的RCM机构4；RCM机构4即远端虚拟运动机构(Remote Center of Motion)。

终端服务设备包括显示屏、操作控制台、监测模块、检测结果存储与输出模块。监测模块包括高清摄像头。

其中，穿刺针机器人、定位模块、远程控制模块及终端服务设备之间通过无线通讯连接，以传输指令和数据。

本实用新型的工作过程为：

1.手术前，医生通过影像检测设备扫查三维成像系统，得到患者病灶的图像及其位姿信息，再进行靶点设定、路径规划、热场模拟等手术规划；并通过其他辅助设备，确定穿刺针机器人的穿刺点和穿刺路径，并将数据导入终端服务设备；

2.医生手动调节被动臂3关节，将RCM机构4调节到进针点附近；

3.医生通过操作控制台借助定位模块对RCM机构4和进针点进行精确定位，然后控制调整RCM机构4姿态，使其按照规划路径进行进针；引导穿刺针按照规划的路径到达病灶内靶点，进行微创手术。

4.手术后，结合手术中的监测数据及治疗数据分析判断手术效果。

手术过程中，通过监测模块对整个手术过程进行监测，并由显示屏实时显示。并通过显示屏显示治疗数据等信息，结束后，治疗数据通过检测结果存储与输出模块进行存储和打印输出(可形成治疗报告)。其中，通过远程控制模块可实现对整个手术过程的远程控制，能保护医护人员免受手术过程中存在X光照射的潜在伤害。

被动臂3包括多个被动锁紧关节30及设置于多个被动锁紧关节30之间的连杆31。被动锁紧关节30具有足够的刚度及锁紧力矩，能保证被动臂3前端RCM的定位精度。

升降机构2包括升降柱20、设置于升降柱20上的驱动器21、与驱动器21连接的升降杆22、连接于升降杆22上的连接件8及设置于升降柱20底部的固定座23。升降机构2能便于调节被动臂3和RCM机构4的高度，以适应不同手术高度。

在一种实施例中，固定座23通过调节座5设置在底座1上，固定座23和调节座5之间还设置有调节组件6，通过调节座5、调节组件6可以对固定座23及其上的升降柱20的安装角度进行调节，以保证升降柱20的垂直安装。

在一种实施例中，底座11底部还设置有万向轮，万向轮上设置有锁紧装置，方便推动穿刺针机器人移动，该穿刺针机器人的控制组件可安装在底座1中。被动臂3上设置有3个被动锁紧关节30，被动臂3后端的被动锁紧关节30与升降杆22上的连接件8连接，前端的被动锁紧关节30上连接RCM机构4，中间的被动锁紧关节30通过两根连杆31与前后两被动锁紧关节30连接。手术前，医生首先通过控制组件松开三个被动关节，在水平方向上手动拖动各个被动关节，初步调节前端RCM的空间位置，当将针尖位置调整到进针点附近后，锁紧三个被动关节。前端的RCM机构4能精确调节进针的位置和进针的角度。

连接件8上设置有可调连接板7，可调连接板7的另一端与被动臂3后端的被动锁紧关节30固接。可调连接板7用于调节被动臂3的安装角度，以保证被动臂3顺利进行穿刺，以实现精确控制。

具体的，在一种实施例中，可调连接板7中部设置有连接头70，连接头70包括与可调连接板7中部固接的柱体部71及固接于柱体部71另一端的直径大于柱体部71的球体部72。连接件8的中部开设有供连接头70配合插入的连接孔80，连接孔80包括由连接件8的与可调连接板7接触的前端面向内开设的柱孔段81及与柱孔段81另一端连通的直径大于柱孔段81的球孔段82。球体部72的直径大于柱孔段81的直径，球体部72配合容纳于球孔段82内，且两者之间具有间隙；柱体部71配合容纳于柱孔段81内，且两者之间具有间隙。球体部72的表面和球孔段82的内臂上均设置有聚四氟乙烯层。聚四氟乙烯层能增大球体部72的表面和球孔段82的内臂的光滑度和耐磨性能，能提高调节效果，延长使用寿命。

其中，可调连接板7和连接件8的外周均开设有多个螺纹孔73，螺纹孔73内插设有调节螺钉74，调节螺钉74上还套设有第一弹簧75，第一弹簧75处于调节螺钉74的螺帽740与可调连接板7之间。在一种优选实施例中，螺纹孔73包括设置在四个角上的四个，以实现平面度的调节。

具体调节原理为：球体部72配合容纳于球孔段82内，且两者之间具有间隙；柱体部71配合容纳于柱孔段81内，且两者之间具有间隙。球体部72能在球孔段82内小范围转动，可调连接板7和连接件8的四个角上开设螺纹孔73，通过调节螺钉74固定连接。通过调节四个角上的调节螺钉74的松紧，使可调连接板7能相对于连接件8倾斜转动，从而能调节可调连接板7的竖直平面安装角度，从而实现固接在可调连接板7上的被动臂3的安装角度和精度的调节。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。