一种人工智能机器人辅助前列腺靶向穿刺诊疗装置，包括固定架、运动模组、超声系统、计算机，装置共有四个自由度，包括三自由度直角坐标移动模组和末端旋转机构。超声探头放置于可开合的固定框内，固定框通过轴承、联轴器、减速器与伺服电机连接，实现探头的俯仰运动。通过计算机程序控制系统的运动。机器人工作时，先控制俯仰机构使探头保持水平，再调节X向和Z向步进器，使探头对准人体，调节Y向步进器使探头进入人体。本发明专利技术能够在XYZ三个方向的移动，完成超声探头从外部进入人体的动作，并且可以调整机器位置避免与其他机构的干涉；同时为了超声成像的清晰，增加一旋转自由度，可以使超声探头实现俯仰运动，进而调整图像角度，提高成像质量。成像质量。成像质量。
【技术实现步骤摘要】
一种人工智能机器人辅助前列腺靶向穿刺诊疗装置
[0001]本专利技术属于机器人领域，涉及一种人工智能机器人辅助前列腺靶向穿刺诊疗装置。
技术介绍
[0002]目前，前列腺癌的诊断主要依靠前列腺特异性抗原PSA(Prostate Specific Antigen,PSA)，并继以穿刺活检，由于PSA特异性较差，故临床上将穿刺活检作为确诊前列腺癌的金标准。经直肠超声(Trans
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Rectal Ultrasound,TRUS)引导下的前列腺穿刺活检因实时性、低成本、易操作等优点，成为了临床上最为普遍的诊断前列腺癌的方法。然而，由于直肠超声图像低的成像质量，因此很难从图像上准确定位恶性肿瘤区域。另一方面，多参数核磁共振图像(multi
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parametric magnetic resonance imaging,mpMRI)是目前公认的诊断前列腺癌的最佳影像技术，可精确定位可疑病灶区，从而达到靶向穿刺的目的。为了提高前列腺癌的检出率，MR/TRUS融合引导靶向穿刺技术应运而生，旨在对术前MR图像和实时TRUS图像进行配准融合从而提高穿刺精度。
[0003]机器人技术的发展给工业和医疗界带来了全新的革命，机器人因其高的准确性、稳定性和可靠性得到了广泛应用。在手术机器人领域，一台医疗机器人集成了大量的现代高新技术，医生可以通过使用机器人系统完成一系列的外科微创手术，不再需要亲自操刀，在降低了手术难度的同时，也提高了微创手术的成功率。手术机器人以其独有的特性，将医疗图像处理技术和机器人控制技术进行结合，从而衍生出极具侵袭力、精度、效率和稳定性的医疗手术方案，在肿瘤穿刺、切除、缝合等方面具有巨大的应用价值。
[0004]在穿刺过程中，医生手动操作超声探头寻找病灶，然后手动进针。该过程中医生需要凭借经验确定进针路线，并且易受到干扰，另外，为了提高检出率还需要多次进针。考虑到机器人技术在稳定性、精确性以及自动化程度上的优势，设计一套多自由度超声探头运动辅助机构，从而可以得到更为清晰稳定的超声图像。再将MR与TRUS图像融合配准。前列腺穿刺系统以TRUS图像作为基本的引导，将MR图像的信息配准到TRUS图像，从而提供清晰的病灶信息以供穿刺机构实现靶向穿刺，可以提高前列腺穿刺的准确性、稳定性和前列腺癌的检出率，减少进针次数，降低术后并发症的风险。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种辅助前列腺靶向穿刺装置，包括固定架、运动模组、超声系统、计算机，装置共有4个自由度，包括三自由度直角坐标移动模组和末端旋转机构。超声探头放置于可开合的固定框内，固定框两端的轴通过轴承、联轴器、减速器连接到伺服电机，实现探头180
°
范围内的俯仰运动。各步进器的驱动器通过总线与控制器相连，控制器连接到计算机，通过计算机程序控制系统的运动。超声探头采用无线传输，可同时与计算机相连，反映实时超声图像，并由计算机进行处理。机器人工作时，先控制俯仰机构使探头保持水平，再调节X向和Z向步进器，使探头对准人体，调节Y向步进器使探
头进入人体，为得到清晰的超声图像探头可进行俯仰运动，同时保持探头末端固定不动，所需移动由Y向和Z向步进器补偿。
[0006]本专利技术可以为超声探头提供四个运动自由度。在XYZ三个方向的移动，可以完成超声探头从外部进入人体的动作，并且可以调整机器位置避免与其他机构的干涉。同时为了超声成像的清晰，增加一旋转自由度，可以使超声探头实现俯仰运动，进而调整图像角度，提高成像质量。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种机器人辅助前列腺靶向穿刺诊疗装置，设备主要由固定架、运动模组、超声系统以及计算机组成。该设备共有四个自由度，包括三自由度直角坐标移动模组和末端旋转机构；所述直角坐标模组的三个步进器结构相同，每个步进器均由伺服电机、滚珠丝岗、滑轨、滑块组成，三个驱动器通过连接件固定在一起；所述末端旋转机构可实现超声探头180
°
范围内的旋转，由支撑连接件固定在移动模组上。超声探头放置于可开合的固定框内，固定框两端的轴通过轴承、联轴器、减速器连接到伺服电机，实现探头的旋转运动。
[0009]机器人工作时，先控制俯仰机构使探头保持水平，再调节X向和Z向步进器，使探头对准人体，调节Y向步进器使探头进入人体，为得到清晰的超声图像探头可进行俯仰运动，同时保持探头末端固定不动，所需移动由Y向和Z向步进器补偿。
[0010]所述步进器的伺服电机、编码器、抱闸与电机驱动器相连，各驱动器通过总线与控制器相连，控制器连接到计算机，通过计算机程序控制系统的运动。超声探头采用无线传输，可同时与计算机相连，反映实时超声图像，并由计算机进行处理。
[0011]所述三轴模组由三个步进器按照X、Y、Z三个方向两两垂直放置。最下方为X向驱动器，通过驱动器下边的承接板固定在工作台上；之后Y向步进器的滑块通过连接件与X向步进器的滑块相连，实现Y向步进器整体的移动，进而增大工作空间；Z向步进器的滑块通过连接件固定在Y向步进器的末端，从而实现Z向步进器的整体移动，避免了步进器本身与其他机构的干涉，增加机器人的灵活性。
[0012]所述探头俯仰机构通过两个半U型支撑件固定在Z向步进器上，两个固定件上有焊接螺母，两个带座轴承分别固定在两个支撑件上，探头固定框通过其两侧的轴固定在轴承上，再将探头固定在固定框中，同时探头与固定框之间应加入硅胶垫以避免探头损坏。
[0013]所述探头固定框由框1、框2、合页、轴1、轴2、旋钮锁组成。框1和框2通过合页连接，从而实现开合，便于探头拆卸；轴1和轴2分别通过两个螺钉固定在框2上，进而将轴固定在轴承上。
[0014]进一步的，上述轴1为短轴，轴2为长轴。轴1不穿过轴承，轴2穿过轴承后通过联轴器与减速机相连，减速机再与电机相连，此时U型固定框通过螺钉固定在半U型支撑件上，再将减速机固定在U型固定框上并与轴2连接。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016](1)机器人的工作空间大，三个方向上的移动距离充分，避免了设备间的干涉和碰撞，工作后可使模组收紧体积。
[0017](2)俯仰角度大，探头的有效俯仰角度可以达到180
°
，可以适用于不同型号探头成像部位的差异，进而都能得到较为清晰的图像。
[0018](3)三个步进器均采用丝杠传动，精度高、工作稳定。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实例中所用机器人辅助前列腺靶向穿刺诊疗装置的整体结构图。
[0020]图2是本专利技术实例中所用探头运动模组结构图。
[0021]图3是本专利技术实例中所用探头俯仰固定机构图。
[0022]图4是本专利技术实例中所用探头固定和框的结构图。
[0023]图中：1超声探头、2探头俯仰机构、3 Z向步进器、4 YZ步进器连接件、5 X向步进器、6 Y向步进器、7样品台架、8脚轮、9体膜固定件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种人工智能机器人辅助前列腺靶向穿刺诊疗装置，其特征在于，所述的前列腺靶向穿刺辅助装置包括超声探头(1)、探头俯仰机构(2)、Z向步进器(3)、X向步进器(5)、Y向步进器(6)、样品台架(7)、脚轮(8)、体膜固定件(9)、体膜(10)；该设备共有四个自由度，包括三自由度直角坐标移动模组和探头俯仰机构(2)，设于样品台架(7)上；机器人工作时，先控制探头俯仰机构(2)使超声探头(1)保持水平，再调节X向步进器(5)和Z向步进器(3)，使超声探头(1)对准人体，调节Y向步进器(6)使超声探头(1)进入人体，为得到清晰超声图像探头可进行俯仰运动，同时保持超声探头(1)末端固定不动，若所需移动由Y向步进器(6)和Z向步进器(3)进行补偿；所述的样品台架(7)下方设有脚轮(8)，体膜固定件(9)设于样品台架(7)上，体膜(10)设于体膜固定件(9)上；所述的三个步进器按照X、Y、Z三个方向两两垂直放置得到三自由度直角坐标移动模组；最下方为X向驱动器(5)，通过X向驱动器(5)下边的模组支撑底座(202)固定在工作台上；Y向步进器(6)的滑块通过XY滑块连接件(201)与X向步进器(5)的滑块相连，实现Y向步进器(6)整体的移动，用于增大工作空间；Z向步进器(3)的滑块通过连接件(203)固定在Y向步进器(6)的末端，实现Z向步进...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨德勇，
申请(专利权)人：大连医工机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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