气动变刚度的六自由度CT-MRI针穿刺机器人制造技术

本发明专利技术公开了气动变刚度的六自由度CT

【技术实现步骤摘要】
气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人


[0001]本专利技术属于医疗器械制造及应用领域的一种穿刺机器人，具体涉及气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人。

技术介绍

[0002]临床上，如果通过CT检查发现肺部有病灶，但无法确信它是感染、非病变感染，还是肿瘤引起的，特别是无法排除恶性肿瘤，就需要进行肺穿刺活检，明确病变性质。肺穿刺也是在CT的定位下穿刺到病灶取出一些组织进行常规检查。但CT导引下穿刺也有缺点：例如，由于不是适时显像，呼吸移动会给准确定位造成误差，必须训练病人掌握好呼吸时相。当穿刺针需与横断面成一定角度时，穿刺技术有一定的难度，所以需要不断地通过CT图像进行穿刺针的位姿调整。但CT图片的产生需要一定时间，且CT图片的观察需要离开手术台。因此在肺穿刺手术过程中，穿刺针在此入过程前需要根据CT图像不断调整穿刺针的位姿，在初步确定姿态后，医生在合适的地方粘贴定位纸初步确定穿刺点的位置。因此，手术医生需要不断地调整穿刺针后，将穿刺针进行固定。完成初步定位后，医生需要离开手术室，对病人再次进行CT扫描确定进针方向、角度最终确定刺入点。在确定进针后，穿刺针进入预定深度后，需要再次CT扫描确定针尖位置；若针尖未达到病灶，则需要根据扫描结果进行调整，如此反复最后完成刺入。现今大多数情况下医护人员都是通过穿刺定位针的方式将刺入到一半的穿刺针固定于病人身上。但由于病人的呼吸作用会带动穿刺针一起运动，术中穿刺针极易发生移位，甚至脱落。最后导致手术失败、定位不准、切除肺部组织过多等等问题。现在医护人员的解决方式是直接采用胶带或者纱布缠绕固定方式，部分采用在手术台设置龙门支架以固定穿刺针。但由于病人呼吸作用，往往这样的效果很差。所以很难真正的将穿刺针进行固定。并且由于考虑到医护人员的健康原因也不能让医护人员长时间处于射线之下，且CT扫描过程也不能有干预，所以也不能安排一个医护人员手动固定。因此，现在迫切需要研制一款可贴附于病人身上的小型的穿刺针固定装置，且该固定装置需要实现多自由度的运动，以方便医生实现穿刺针的刺入角度运动轨迹控制及刺入过程穿刺针的固定。
[0003]由于在实际应用中，该固定装置用于肝脏穿刺手术使用，所以该装置需要实现在100mm*100mm平面内的移动，以保证穿刺针能刺入任意位置。同时穿刺位置的不确定性，往往不仅仅需要控制穿刺针的平面位置，还需要控制穿刺针的空间姿态，即刺入角度。所以该固定装置同时需要控制穿刺针的摆角。但过多的自由度控制意味着更复杂的传动机构，同时该固定装置必须贴附于病人胸腔之上，所以该装置需要做到紧凑小巧。所以在保证正常使用情况下，现设计该装置能控制穿刺针的四个自由度，以实现沿着水平面的移动、在竖直平面的转动、在水平面的转动。最后，在实际穿刺过程中，穿刺针的穿刺深度和穿刺旋转角度也对影响命中精度，因此在四自由度的固定基础上，额外增加了穿刺针的定量旋转、穿刺深度控制的模块。
[0004]专利技术专利内容
[0005]为了实
技术介绍
中所需要实现的功能，本专利技术提供了一种气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人。可以提供六自由度辅助固定穿刺针，以辅助医生在CT
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MRI工作环境下完成活检针穿刺精确固定，提高医生在手术过程中对穿刺针的控制能力，同时保证穿刺过程穿刺机器人不受到病人呼吸运动的影响。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术主要由二自由度平面定位模块、二自由度姿态固定模块和二自由度旋转进针模块组成；二自由度姿态固定模块安装在二自由度平面定位模块上，二自由度旋转进针模块安装在二自由度姿态固定模块上，活检针装在二自由度旋转进针模块上。
[0008]所述的二自由度平面定位模块包括基座、平面定位机构和姿态固定机构；两个所述基座平行相对间隔放置，每个基座的两端均安装有一个转接件，两个基座的两端之间均安装有一个平面定位机构，每个平面定位机构均包括碳纤维管、锁定条和母滑块；两个所述的碳纤维管平行相对间隔地穿过母滑块后通过转接件固定连接到所述的两个基座的一端，两个所述的锁定条也平行相对间隔地穿过母滑块后通过转接件固定连接到所述的两个基座的一端，所述的两个锁定条位于碳纤维管下方分别与所述的两个碳纤维管平行相对相间隔地放置；两个平面定位机构的母滑块之间还安装有一个和平面定位机构结构基本相同的姿态固定机构，所述姿态固定机构中的母滑块作为针座母滑块，所述的姿态固定机构中的碳纤维管和锁定条均固定连接到两个母滑块。
[0009]所述母滑块和针座母滑块均内部中空，在其各自内部，分别垂直母滑块和针座母滑块的滑动方向水平布置有导气管、气动肌肉、拉力绳和两个子锁定滑块；所述气动肌肉、拉力绳位于两个子锁定滑块之间，所述导气管安装在气动肌肉上；所述导气管向气动肌肉充气后，气动肌肉开始膨胀向两侧推动子锁定滑块在母滑块或者针座母滑块内部移动，直到锁定滑块外侧设有的锯齿面与锁定条的内侧设有的锯齿面重合，形成结构限位，母滑块或者针座母滑块被固定于当前位置，同时拉力绳被拉紧；当气动肌肉不工作，拉力绳将两侧的子锁定滑块向内侧拉紧，所述子锁定滑块外侧的锯齿面与锁定条内侧锯齿面脱离，母滑块或者针座母滑块解除结构限位。
[0010]所述的两个母滑块和一个针座母滑块均以碳纤维管为导轨，沿着碳纤维管自由滑动；所述的母滑块和针座母滑块均与锁定条的上下面滑动接触以沿着锁定条自由滑动，与锁定条的内侧锯齿面不接触。
[0011]所述的姿态固定机构中还包括球铰，所述球铰套装在针座母滑块内部中心位置，与针座母滑块活动连接；
[0012]所述二自由度姿态固定模块包括锁定气囊基座、锁定气囊、穿刺针套筒和气囊锁定颗粒；所述穿刺针套筒自上而下依次穿过锁定气囊、锁定气囊基座和针座母滑块的中心通孔后固定安装到针座母滑块内部安装的球铰上；所述锁定气囊基座固定安装在针座母滑块上部，所述锁定气囊固定安装在气囊基座上，所述锁定气囊侧面设置有进气管，且锁定气囊内部设有若干气囊锁定颗粒，所述锁定气囊通过进气管与外部真空泵相连。
[0013]所述二自由度旋转进针模块包括进针模块下固定座、碳纤维管B、进针滑块、凸台齿轮、螺杆、齿轮限位件、活检针、进针模块上限位座、联轴器和长齿轮柱；进针模块上限位座位于进针模块下固定座的正上方，其中进针模块下固定座和进针模块上限位座之间通过竖直的碳纤维管B连接，螺杆和长齿轮柱平行于碳纤维管B竖直设置在进针模块下固定座和
进针模块上限位座之间，所述螺杆和长齿轮柱上端穿出进针模块上限位座后均经各自的联轴器和外部驱动源连接；
[0014]所述进针模块上限位座和进针模块下固定座之间设有进针滑块，所述进针滑块上铰接有凸台齿轮，所述进针滑块开设有中心通孔，所述活检针自下而上依次穿过进针滑块的中心通孔后固定套装在凸台齿轮的中轴线所在通孔上；
[0015]所述二自由度旋转进针模块还包括齿轮限位件，进针滑块上设置用于保护凸台齿轮的齿轮限位件，活检针同时活动穿过齿轮限位件上开设的通孔。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人，其特征在于；主要由二自由度平面定位模块、二自由度姿态固定模块和二自由度旋转进针模块组成；二自由度姿态固定模块安装在二自由度平面定位模块上，二自由度旋转进针模块安装在二自由度姿态固定模块上，活检针(16)装在二自由度旋转进针模块上。2.根据权利要求1所述的一种气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人，其特征在于：所述的二自由度平面定位模块包括基座(1)、平面定位机构和姿态固定机构；两个所述基座(1)平行相对间隔放置，每个基座(1)的两端均安装有一个转接件(2)，两个基座(1)的两端之间均安装有一个平面定位机构，每个平面定位机构均包括碳纤维管(3)、锁定条(4)和母滑块(5)；两个所述的碳纤维管(3)平行相对间隔地穿过母滑块(5)后通过转接件(2)固定连接到所述的两个基座(1)的一端，两个所述的锁定条(4)也平行相对间隔地穿过母滑块(5)后通过转接件(2)固定连接到所述的两个基座(1)的一端，所述的两个锁定条(4)位于碳纤维管(3)下方分别与所述的两个碳纤维管(3)平行相对相间隔地放置；两个平面定位机构的母滑块(5)之间还安装有一个和平面定位机构结构基本相同的姿态固定机构，所述姿态固定机构中的母滑块(5)作为针座母滑块(7)，所述的姿态固定机构中的碳纤维管(3)和锁定条(4)均固定连接到两个母滑块(5)；所述母滑块(5)和针座母滑块(7)均内部中空，在其各自内部，分别垂直母滑块(5)和针座母滑块(7)的滑动方向水平布置有导气管(6)、气动肌肉(21)、拉力绳(22)和两个子锁定滑块(23)；所述气动肌肉(21)、拉力绳(22)位于两个子锁定滑块(23)之间，所述导气管(6)安装在气动肌肉(21)上；所述导气管(6)向气动肌肉(21)充气后，气动肌肉(21)开始膨胀向两侧推动子锁定滑块(23)在母滑块(5)或者针座母滑块(7)内部移动，直到锁定滑块(23)外侧设有的锯齿面与锁定条(4)的内侧设有的锯齿面重合，形成结构限位，母滑块(5)或者针座母滑块(7)被固定于当前位置，同时拉力绳(22)被拉紧；当气动肌肉(21)不工作，拉力绳(22)将两侧的子锁定滑块(23)向内侧拉紧，所述子锁定滑块(23)外侧的锯齿面与锁定条(4)内侧锯齿面脱离，母滑块(5)或者针座母滑块(7)解除结构限位。3.根据权利要求2所述的一种气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人，其特征在于：所述的两个母滑块(5)和一个针座母滑块(7)均以碳纤维管(3)为导轨，沿着碳纤维管(3)自由滑动；所述的母滑块(5)和针座母滑块(7)均与锁定条(4)的上下面滑动接触以沿着锁定条(4)自由滑动，与锁定条(4)的内侧锯齿面不接触。4.根据权利要求2所述的一种气动变刚度的六自由度CT
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MRI针穿刺机器人，其特征在于：所述的姿态固定机构中还包括球铰(20)，所述球铰(20)套装在针座母滑块(7)内部中心位置，与针座母滑块(7)活动连接；所述二自由度姿态固定模块包括锁定气囊基座(8)、锁定气囊(10)、穿刺针套筒(19)和气囊锁定颗粒(24)；所述穿刺针套筒(19)自上而下依次穿过锁定气囊(10)、锁定气囊基座(8)和针座母滑块(7)的中心通孔后固定安装到针座母滑块(7)内部安装的球铰(20)上；所述锁定气囊基座(8)固定安装在针座母滑块(7)上部，所述锁定气囊(10)固定安装在气囊基座(8)上，所述锁定气囊(...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷勇，王真，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：