一种磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学实验设备技术领域，尤其涉及一种磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人及其控制方法。
【背景技术】
[0002]近20年来，随着科学技术的发展进步，“微仓Γ这一概念已深入到临床医学的各个领域，尤其在乳腺癌的治疗方面起着重要的作用。微创手术以其创口小、恢复快、无需缝合和住院时间短等优点深受患者的欢迎，它能够达到甚至优于标准外科手术的治疗效果，且并发症少，从而可以实现保乳治疗。
[0003]在实施微创手术过程中，为了保证手术效果及病人的安全，一般需要通过影像手段进行引导。目前，在实施微创手术中主要采用磁共振成像的影像手段进行引导。
[0004]但是，由于磁共振成像设备成像区域有限，临床医生很难进行手术操作，需要采用机器人进行手术。然而，到目前为止，尚未见可用于磁共振成像设备的乳腺癌微创介入手术机器人的相关报道，同时，市场上也未出现具有高度精确性的手术机器人。
【发明内容】
[0005]基于上述【背景技术】存在的技术问题，本发明提出一种磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人及其控制方法，在磁共振成像环境下可以准确到达由磁共振成像设备得到的乳腺癌肿瘤坐标位置，以实现利用磁共振扫描设备引导进行乳腺癌微创介入手术。
[0006]本发明提出了一种磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人，包括:底座、第一丝杆、导向柱、第二丝杆、第一移动平台、第二移动平台、固定机构、第一传动机构、第二传动机构、第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，其中:
[0007]第一丝杆和导向柱安装在底座上并与底座垂直布置，第一丝杆通过第一传动机构与第一驱动机构传动连接，第一驱动机构驱动第一丝杆进行转动；第一移动平台与第一丝杆传动连接并套装在导向柱上，在第一丝杆转动过程中带动第一移动平台沿着导向柱进行Z轴方向运动；
[0008]第二移动平台安装在第一移动平台上，第二移动平台通过第二传动机构与第二驱动机构传动连接，第二驱动机构驱动第二移动平台在第一移动平台上进行Y轴方向运动；
[0009]第二丝杆安装在第二移动平台上，第二丝杆与第三驱动机构连接，第三驱动机构驱动第二丝杆进行转动；固定机构用于固定手术执行部件，固定机构安装在第二丝杆上，在第二丝杆转动过程中带动固定机构沿着第二丝杆进行X轴方向运动。
[0010]优选地，第一丝杆的数量为两根，两根第一丝杆在底座上相对设置，两根第一丝杆均通过第一传动机构与第一驱动机构连接并由第一驱动机构驱动同步转动。
[0011]优选地，第二移动平台位于两根第一丝杆之间。
[0012]优选地，导向柱的数量为四根，在每个第一丝杆两侧分别布置一根导向柱，四根导向柱占据四边形的四个顶点位置。
[0013]优选地，第一传动机构包括第一传动齿轮A、第一传动齿轮B、第一传动履带A和第一传动履带B，第一传动齿轮A与其中一根第一丝杆固定连接，第一传动齿轮A通过第一传动履带A与第一驱动机构连接；第一传动齿轮B与另一根第一丝杆固定连接，第一传动齿轮B通过第一传动履带B与第一驱动机构连接。
[0014]优选地，第一驱动机构通过第一电机座固定在底座上且位于两根第一丝杆之间，第一驱动机构上设有与第一传动履带A连接的第一传动齿轮C和与第一传动履带B连接的第一传动齿轮D。
[0015]优选地，第一驱动机构为第一超声波电机。
[0016]优选地，第一移动平台包括第一导轨、第一横梁、第二导轨和第二横梁，第一导轨、第一横梁、第二导轨和第二横梁首尾顺次连接形成矩形框架，两根第一丝杆分别穿过第一横梁和第二横梁并与其传动连接。
[0017]优选地，第一移动平台还包括四个连接块，四个连接块分别位于矩形框架的四角，四个连接块分别可滑动安装在四根导向柱上。
[0018]优选地，第二移动平台可滑动安装在第一导轨和第二导轨上，第二移动平台与第二传动机构连接，第二传动机构与第二驱动机构连接。
[0019]优选地，第二传动机构包括第二传动齿轮A、第二传动履带，第二传动齿轮A安装在第一横梁上，第二传动齿轮A通过第二传动履带与第二驱动机构连接；第二传动履带与第二移动平台固定连接。
[0020]优选地，第二驱动机构通过第二电机座固定在第二横梁上，第二驱动机构上设有与第二履带连接的第二传动齿轮B。
[0021 ] 优选地，第二驱动机构为第二超声波电机。
[0022]优选地，第三驱动机构为第三超声波电机，第二丝杆与第三超声波电机的输出轴连接。
[0023]优选地，底座、第一丝杆、导向柱、第二丝杆、第一移动平台、第二移动平台、固定机构、第一传动机构和第二传动机构均由磁兼容材料制作而成；
[0024]优选地，第一电机座和第二电机座均由合成树脂材料3D打印而成。
[0025]优选地，第一丝杆和第二丝杆均由钛合金材料制作而成；第一传动机构和第二传动机构均由塑料材料制作而成。
[0026]优选地，连接块由合成树脂3D打印而成。
[0027]优选地，导向柱由钛合金材料制作而成。
[0028]优选地，底座的外形尺寸为200mmX200mmX5mm，第一超声波电机的外形尺寸为70mmX 70mm,额定力矩为0.65NXm,第二超声波电机和第三超声波电机的直径都为46mm，额定力矩都为0.15NXm。
[0029]本发明还提出了一种磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人系统，包括:磁共振扫描设备和手术机器人，所述磁共振扫描设备用于获取乳腺癌肿瘤三维位置坐标，并通过获取的乳腺癌肿瘤三维位置坐标控制手术机器人进行X轴方向、Y轴方向、Z轴方向运动；所述手术机器人为权利1-8项所述的磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人。
[0030]本发明还提出了一种磁共振引导乳腺癌微创介入手术机器人的控制方法，包括:
[0031]通过磁共振扫描设备对人体进行扫描，确定乳腺癌肿瘤的三维位置坐标；
[0032]根据手术机器人的初始三维位置坐标与磁共振扫描设备所获取的乳腺癌肿瘤的三维位置坐标进行做差；
[0033]通过所得差值控制第一驱动机构动作，第一驱动机构驱动第一传动机构动作，第一传动机构动作带动第一丝杆转动，第一丝杆转动带动第一移动平台沿着Z轴方向移动；
[0034]通过所得差值控制第二驱动机构动作，第二驱动机构驱动第二传动机构动作，第二传动机构动作带动第二移动平台在第一移动平台上沿着Y轴方向移动；通过所得差值控制第三驱动机构动作，第三驱动机构驱动第二丝杆转动，第二丝杆转动带动固定机构沿着X轴方向移动。
[0035]在本发明中，手术机器人和磁共振扫描设备进行配合，手术机器人在磁共振扫描设备形成的磁共振成像环境中，根据坐标指引，实现手术执行部件的精确移动；通过第一传动机构和第一驱动机构的配合使第一移动平台沿着Z轴方向上下运动；通过第二传动机构和第二驱动机构的配合使第二移动平台在第一移动平台上沿着Y轴方向水平运动；通过固定机构将手术执行部件固定，并通过固定机构中的滑台与第二移动平台中的第二丝杆配合，并利用第三驱动机构驱动使固定机构在第二移动平台上沿着X轴方向水平运动；从而实现固定在其上的手术执行部件在X，Y，Z三轴方向的运动，从而使手术执行部件准确到达手术目标位置以进行微创治疗。
[0036]在实施穿刺过程中，通过磁共振成像设备得到乳腺癌肿瘤位置的三维位置坐标作为手术目标位置，根据手术机器人的初始三维位置坐标与磁共振扫描设备所获取的乳腺癌肿瘤的三维位置坐标进行做差；通过所得差值控制第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构配合动作进行位移，从而使手术执行部件准确到达手术目标位置以进行微创治疗。
[0037]本发明可广泛应用在磁共振扫描设备引导下对乳腺癌进行微创介入手术的三维立体定位系统中，以实现利用磁共振扫描设备引导进行乳腺癌微创介入手术。解决了目前因磁共振成像设备成像区域有限，无法进行人工操作的问题，为乳