一种智能微创手术机器人的制作方法

1.本发明涉及医疗临床技术领域，具体为一种智能微创手术机器人。


背景技术：

2.在肿瘤微创手术中常实施放射性粒子植入术、冷冻消融术、射频消融术、纳米刀等微创治疗方式，这些手术都必须经皮穿刺到肿瘤内部然后实施治疗。以往手术实施多依赖于医生凭经验穿刺或在3d打印模板的辅助下穿刺。医生凭经验穿刺手术风险极高，而且由于人手的误差，穿刺精准度低，治疗效果差；3d打印模板虽然提高了穿刺精准度，但术前准备时间较长，每例手术都需要定制式的设计和生产模板，时效性极差，并且，如果病人病情发生变化，则3d打印模板无法继续使用。
3.在脊柱侧弯矫正手术中需要植入较多钢钉，现有方式完全依赖于医生经验和技术。手术过程中，如果损伤到大血管，从而引起大出血，会危及病人生命的；如果导致脊髓神经损伤，轻的可能会导致病人出现肢体感觉麻木，无力的情况，重的有可能会导致病人出现完全性瘫痪的可能。
4.现有肿瘤微创手术或脊柱侧弯矫正手术(以下简称“手术”)都需要对靶区进行精准定位，这个过程多依赖于医生经验和技术，而3d打印模板的时效性太差，导致手术达不到安全、精准、疗效确切的目标，且并不能够在术中对病人的状态进行实时监测反馈。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能微创手术机器人，解决了目前肿瘤微创手术或脊柱侧弯矫正手术都需要对靶区进行精准定位，这个过程多依赖于医生经验和技术，而3d打印模板的时效性太差，导致手术达不到安全、精准、疗效确切的目标，且并不能够在术中对病人的状态进行实时监测反馈的问题。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种智能微创手术机器人，包括车体，其内部为空腔设置，车体正面位置设置可开启的箱门，所述车体的底部安装能够使车体进行运动的驱动轮，所述车体上方设置用于辅助医生进行穿刺手术定位的手术部，所述手术部包括：
7.显示器，设置于车体的上方位置，显示器与车体支架设置安装臂用于连接显示器与车体，其中，显示器能够在拉动之后改变位置；
8.机械臂，固定于车体上方，所述机械臂的末端位置安装力反馈组件，在机械臂的运动之下能够使力反馈组件发生空间位置的变化，所述力反馈组件内部可拆卸安装用于对穿刺器械进行导向的支架；
9.安装结构，套设于力反馈组件外表面，其外侧安装3d相机以及2d相机，所述3d相机能够捕捉机械臂与ct或核磁设备、患者之间的图像，所述2d相机为2d视觉相机。
10.进一步的，所述机械臂为6自由度或7自由度的机械臂，其中，车体的空腔内部用于放置机械臂的控制箱和配重块、5g远程数据通信的工控机以及应急电源，所述安装臂内部
具有多个可调节的连接位置。
11.进一步的，所述力反馈结构包括：
12.壳体，套设于机械臂末端，其内部设置有能够对支架进行压力监测的压力传感器；
13.压板，可滑动设置于壳体内部，所述压板能够与支架接触，所述压板与压力传感器之间设置能够对压板进行支撑的支撑弹簧。
14.进一步的，所述压力传感器向外侧延伸出支撑柱，所述支撑柱位于支撑弹簧内部，其中，压板在压缩支撑弹簧之后能够与支撑柱接触并对支撑柱进行挤压。
15.进一步的，所述支架包括：
16.插接头，可拆卸插接于壳体内部，所述插接头延伸至壳体外侧的一端基设置架体，所述架体与插接头固定连接；
17.按压头，插接于所述插接头内部，所述按压头延伸至插接头内部的一端具有按压板，所述按压板固定于所述按压头一端，所述按压板的一端设置用于对按压板进行支撑的复位弹簧；
18.定位头，可伸缩设置于机械臂末端内部，能够插入插接头内部形成对插接头的定位，其中，定位头的内部设置用于进行支撑的挤压弹簧。
19.进一步的，所述支架还包括：
20.按钮开关，所述按钮开关固定于所述支架内部；
21.电磁铁，固定于所述架体内部，且所述电磁铁的外侧设置收缩板，所述收缩板能够在电磁铁通电时被电磁铁吸合。
22.进一步的，所述架体末端位置设置能够用于穿过穿刺器械的导向孔，导向孔贯穿架体，所述按钮开关于电磁铁电性连接，其中，按钮开关能够控制电磁铁的通断电。
23.进一步的，所述安装结构包括：
24.安装板，固定套设于所述壳体外表面，所述安装板的外侧具有向两侧进行延伸的底板，所述底板固定于所述安装板外表面；
25.梯形块，固定于底部外表面，其中，梯形块之间间隙设置，所述梯形块间隙之间设置支撑板，所述支撑板于梯形块固定连接，所述支撑板的外侧具有橡胶套，所述橡胶套固定于所述底板外表面；
26.调节板，活动设置于机械臂末端内部，所述调节板的外侧设置拉绳，其中，拉绳的一端向外延伸并于最外侧梯形块连接。
27.进一步的，所述安装结构还包括：
28.红外传感器，可滑动安装于橡胶套外侧，其中，3d相机以及2d相机安装在橡胶套外侧之后能够对红外传感器进行遮挡；
29.支撑结构，设置于调节板内侧，用于限制调节板的位置。
30.进一步的，所述调节板能够拉动拉绳发生变化，且所述拉绳变化能够拉扯梯形块使底板弯曲。
31.有益效果
32.本发明提供了一种智能微创手术机器人。与现有技术相比具备以下有益效果：
33.1、本发明解决了以往手术存在的精准度低、手术风险高、疗效差、及时性手术等问题，避免了现有手术方式导致的医疗风险，极大缩短了手术时间，降低了手术操作难度，减
少了实施手术需要配备医生数量，并使手术完全符合术前治疗计划的要求从而提高了治疗效果，减轻了术中压力和负担。且操作简单，维护方便，安全可靠。
34.2、本发明通过手术部能够实现医生对靶区位置的精准定位，从而在医生进行医疗时能够更加精准的进行相关的手术操作，通过设置能够在术中对患者进行相应状态监测的3d相机以及2d相机来进行患者的判断，且能够对穿刺器械穿刺进入患者体内的长度。
35.3、本发明通过设置能够对3d相机以及2d相机的位置进行调整的安装结构，能够在使用的过程在根据支架到人体之间位置来进行不同摆动位置的调整，从而能够使3d相机以及2d相机所覆盖的范围能够相符，进而能够在医生进行手术时形成实时的监测。
36.4、本发明通过设置能够便于对穿刺器械进行要到的支架，能够在手术时确定靶区的位置，医生通过夹具末端的穿刺导引孔使手术器械到达患者皮肤表面，并根据实际情况进行手术操作，进而降低在术中医生的操作难度。
附图说明
37.图1为本发明的立体图；
38.图2为本发明的侧视图；
39.图3为本发明的机械臂结构示意图；
40.图4为本发明的力反馈组件示意图；
41.图5为本发明的力反馈组件结构侧视图；
42.图6为本发明的壳体内部结构示意图；
43.图7为本发明的支架结构爆炸图；
44.图8为本发明的安装结构示意图；
45.图9为本发明的壳体内部局部结构示意图；
46.图10为本发明的壳体局部结构示意图；
47.图11为本发明的架体内部结构示意图；
48.图12为本发明的一些实施例中壳体内部结构示意图；
49.图13为本发明的一些实施例中定位结构示意图；
50.图14为本发明的a处放大图；
51.图15为本发明的b处放大图。
52.图中：1车体、2箱门、3驱动轮、21显示器、22安装臂、23机械臂、24力反馈组件、25支架、263d相机、272d相机、28安装结构、241壳体、242压板、243压力传感器、244支撑弹簧、251插接头、252架体、253按压头、254复位弹簧、255定位头、256按压板、257按钮开关、258电磁铁、259收缩板、281安装板、282调节板、283拉绳、284橡胶套、285红外传感器、286梯形块、287支撑板、288底板、289支撑结构、2891旋转板、2892贴合板、2893挤压块。
具体实施方式
53.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
54.请参阅图1-15，本发明提供一种智能微创手术机器人，包括车体1，其内部为空腔设置，车体1正面位置设置可开启的箱门2，车体1的底部安装能够使车体1进行运动的驱动轮3，车体1上方设置用于辅助医生进行穿刺手术定位的手术部。
55.在一种实施例中，手术部包括：
56.显示器21，设置于车体1的上方位置，显示器21与车体1支架25设置安装臂22用于连接显示器21与车体1，其中，显示器21能够在拉动之后改变位置；
57.机械臂23，固定于车体1上方，机械臂23的末端位置安装力反馈组件24，在机械臂23的运动之下能够使力反馈组件24发生空间位置的变化，力反馈组件24内部可拆卸安装用于对穿刺器械进行导向的支架25；
58.其中，机械臂23通过多轴协作能够完成各种复杂动作，具有精度高、运动稳定、交互能力强、编程方便等特点。本实施例并不限制机械臂23的具体自由度结构，本领域技术人员能够根据使用情况进行自行选择安装。
59.安装结构28，套设于力反馈组件24外表面，其外侧安装3d相机26以及2d相机27，3d相机26能够捕捉机械臂23与ct或核磁设备、患者之间的图像，2d相机27为2d视觉相机。
60.在本实施例中，3d相机26为3d结构光视觉相机作为机械臂23的眼睛，能够捕捉机械臂23与ct或核磁设备、患者之间的图像，通过人工智能计算出两两之间的位置关系，使机器人在极短时间内完成注册即“配准”操作当病人在术中体位发生变化时，通过3d相机26实时注册，以缩短手术准备和实施时间。
61.其中，2d视觉相机能够捕捉穿刺器械的图像，并通过人工智能分析计算出穿刺器械在患者体表的长度，从而得知穿刺器械进入人体的深度，通过显示器21进行预警，以防穿刺不足或过深；还能够通过人工智能分析每秒钟病人呼吸视频的26帧图像，计算出病人呼吸的规律、速率和起伏落差，从而指导医生在肺部穿刺时，选取合适的穿刺时机。
62.显示器21是机器人控制与信息显示单元和手术计划实施显示单元，是人机交互的媒介。开机后显示机器人状态，接收并显示患者影像数据，显示手术规划路径，显示穿刺位置等信息。
63.在一些实施例中，手术部还包括手术计划软件，医生运行手术计划软件后导入患者影像数据，并根据实际治疗要求规划手术穿刺路径，通过整合3d相机26、2d相机27、力反馈、机械臂23控制等信息，分析计算后指挥机械臂23按照医生手术规划逐步实施穿刺的精准定位动作，并控制各子系统间协同工作。
64.在一种实施例中，机械臂23为6自由度或7自由度的机械臂23，其中，车体1的空腔内部用于放置机械臂23的控制箱和配重块、5g远程数据通信的工控机以及应急电源，安装臂22内部具有多个可调节的连接位置。
65.在本实施例中，机械臂23通过车体1内的配重集成在车体1上，负责实施精准定位的动作。
66.在一种实施例中，力反馈结构包括：
67.壳体241，套设于机械臂23末端，其内部设置有能够对支架25进行压力监测的压力传感器243；
68.压板242，可滑动设置于壳体241内部，压板242能够与支架25接触，压板242与压力传感器243之间设置能够对压板242进行支撑的支撑弹簧244。
69.在本实施例中，压板242具有一端距离的移动量，能够在支架25受到撞击之后向内部收缩一定的距离，从而能够在刚产生撞击时不会使支架25受到伤害。
70.在一种实施例中，压力传感器243向外侧延伸出支撑柱，支撑柱位于支撑弹簧244内部，其中，压板242在压缩支撑弹簧244之后能够与支撑柱接触并对支撑柱进行挤压。
71.在本实施例中，支撑柱为弹性设置，且位于支撑弹簧244的中心位置，在压板242受到挤压力之后，首先会压缩支撑弹簧244，在支撑弹簧244向内收缩一端距离之后，压板242会于支撑柱接触，从而利用支撑柱来挤压压力传感器243。
72.在本发明中，力反馈位于机械臂23末端和夹具之间，可实时感知机械臂23运动情况和手术实施情况，并实时检测机械臂23运动过程中是否碰撞了障碍物，并触发紧急报警从而停止机械臂23的运动，保护医患人员的安全和避免机器人损伤。
73.在一种实施例中，支架25包括：
74.插接头251，可拆卸插接于壳体241内部，插接头251延伸至壳体241外侧的一端基设置架体252，架体252与插接头251固定连接；
75.按压头253，插接于插接头251内部，按压头253延伸至插接头251内部的一端具有按压板256，按压板256固定于按压头253一端，按压板256的一端设置用于对按压板256进行支撑的复位弹簧254；
76.定位头255，可伸缩设置于机械臂23末端内部，能够插入插接头251内部形成对插接头251的定位，其中，定位头255的内部设置用于进行支撑的挤压弹簧。
77.在本实施例中，挤压弹簧的两端分别固定于定位头255外表面以及机械臂23末端内壁，利用挤压弹簧对定位头255的支撑，使定位头255能够插入插接头251内部，其中，定位头255插入支架25内部之后，插接头251与定位头255的圆柱面接触，由于圆柱面受到挤压之后不会向内收缩，从而能够保证插接头251的稳定。
78.且按压板256能够与定位头255接触的位置为倾斜面，能够在运动之后接触定位头255的球形面，因此能够推动定位头255进行运动。
79.在一种实施例中，支架25还包括：
80.按钮开关257，按钮开关257固定于支架25内部；
81.电磁铁258，固定于架体252内部，且电磁铁258的外侧设置收缩板259，收缩板259能够在电磁铁258通电时被电磁铁258吸合。
82.在本实施例中，收缩板259两端具有磁吸块，在电磁铁258通电之后，磁吸块能够带动收缩板259运动。
83.在一种实施例中，架体252末端位置设置能够用于穿过穿刺器械的导向孔，导向孔贯穿架体252，按钮开关257于电磁铁258电性连接，其中，按钮开关257能够控制电磁铁258的通断电。
84.在本实施例中，穿刺器械穿过导向孔进行定位穿刺，按钮开关257在被按压之后不会使电磁铁258通电，在插接头251脱离之后，按钮开关257被松开，之后电磁铁258通电使电磁铁258磁吸磁吸块，从而利用收缩板259来收缩固定穿刺器械，在持续一端时间之后，电磁铁258断电。
85.在一种实施例中，安装结构28包括：
86.安装板281，固定套设于壳体241外表面，安装板281的外侧具有向两侧进行延伸的
底板288，底板288固定于安装板281外表面；
87.梯形块286，固定于底部外表面，其中，梯形块286之间间隙设置，梯形块286间隙之间设置支撑板287，支撑板287于梯形块286固定连接，支撑板287的外侧具有橡胶套284，橡胶套284固定于底板288外表面；
88.调节板282，活动设置于机械臂23末端内部，调节板282的外侧设置拉绳283，其中，拉绳283的一端向外延伸并于最外侧梯形块286连接。
89.在本实施例中，调节板282为v形，其两侧分别支撑两个不同的梯形块286，从而使梯形块286在使用的过程中能够保证其稳定的支撑效果，避免在受到拉扯之后弯曲而导致边缘位置卷曲，从而使底板288整个弯曲。
90.在一种实施例中，安装结构28还包括：
91.红外传感器285，可滑动安装于橡胶套284外侧，其中，3d相机26以及2d相机27安装在橡胶套284外侧之后能够对红外传感器285进行遮挡；
92.支撑结构289，设置于调节板282内侧，用于限制调节板282的位置。
93.在本实施例中，利用红外传感器285能够对3d相机26以及2d相机27的位置进行检测，从而能够确定在检测过程中3d相机26以及2d相机27到达支架25之间的位置，进而保证稳定稳定的判断。
94.其中，支撑结构289为弹簧，能够使调节板282接触按钮开关257，使按钮开关257被按压，在本实施例中，调节板282的位置通过插接头251的插接深度来带动调节板282的位置发生变化，根据不同的支架25位置进行不同长度插接头251的定制，从而能够在插入之后即完成对调节板282的限制。
95.在一些实施例中，支撑结构289包括：
96.旋转板2891，设置于机械臂23末端的外侧，且旋转板2891为弧形设置；
97.贴合板2892，设置于机械臂23末端的内部，并与旋转板2891进行连接，在旋转板2891向内挤压之后能够向内部运动；
98.挤压块2893，固定于调节板282的一侧，其中调节板282的内部向外侧延伸出螺纹杆，利用螺纹杆能够与机械臂23末端进行螺纹连接，从而能够在调节板282转动之后拉动拉绳283从而使底板288弯曲。
99.在一种实施例中，调节板282能够拉动拉绳283发生变化，且拉绳283变化能够拉扯梯形块286使底板288弯曲。
100.在本实施例中，通过拉绳283带动梯形块286的位置发生变化，从而在使用的过程中使梯形块286能够同步进行弯曲，达到能够对底板288弯曲程度进行调节的目的。
101.本发明中涉及到电路和电子元器件均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进，需要说明的是，本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，发明人在此不再详述。
102.本发明实施例还提供一种用于本发明的使用方法，医生把机器人推至ct或核磁床旁，待患者就位后，首先用3d相机26拍摄患者进行自动注册即机器人与患者、ct核磁设备之间的配准；医生把扫描的影像输入工作台里面的工控机，并使用手术计划软件根据治疗需
求规划手术方案，经人工智能分析后，导引机械臂23按照设定的穿刺角度和方位进行姿态调整；通过支架25装置配合不同的治疗方式，在插接头251插入到壳体241内部之后，插接头251与压板242接触，之后在定位头255的定位之下确定位置，且插接头251挤压调节板282，使调节板282带动拉绳283发生位置的变化，底板288带动3d相机26以及2d相机27进行位置的变化；在手术过程中，2d相机27监测穿刺进深和患者呼吸，力反馈在感知压力时紧急停止运作，以保护医患安全和设备不受损伤。
103.同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
104.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
105.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。