與核磁共振兼容的乳腺介入機器人的製作方法
2023-06-09 13:15:01
與核磁共振兼容的乳腺介入機器人的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，包括定位模塊，穿刺模塊，乳腺穩定模塊，活檢模塊，存儲模塊，驅動模塊，俯臥支架。定位模塊用於定位入針點，由3個絲槓螺母驅動的直線滑臺組成；穿刺模塊用於將活檢針刺入人體，將活檢針送至目標點，由一個絲槓螺母機構驅動；活檢模塊用於取組織樣本，包括活檢針機構和活檢針驅動滑臺，可以實現自動上弦、擊發操作；存儲模塊用於存儲由活檢模塊取出的樣本，有多個存儲倉，並可以輪換；乳腺穩定模塊用於穩定乳腺組織的形態；驅動模塊用於遠程驅動機器人；俯臥支架用於支撐患者身體及容納乳腺介入機器人；整個機器人除了內針，外針，彈簧，軟軸材料為非磁性不鏽鋼，其餘部分材料均為尼龍，可以兼容MRI設備。
【專利說明】與核磁共振兼容的乳腺介入機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，可以在成像設備CT、超聲、磁共振成像引導下進行乳腺癌活檢手術。
【背景技術】
[0002]乳腺癌是女性中最常見的癌症之一，全球乳腺癌發病率自20世紀70年代末開始一直呈上升趨勢。乳腺介入手術具有創傷小，恢復快，併發症少，不影響人體美觀等特點，對於女性乳腺疾病的檢查、治療具有重要意義，但是人工手術操作繁瑣，技術難度大，不易被一般醫生所掌握，而且精度不高，手術持續時間較長時，醫生很容易因疲勞造成手術質量下降。
【發明內容】
[0003]針對人工手術的不足，提出一種的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，它可以在成像設備引導下進行乳腺介入手術，而醫生只需在計算機上監視、控制機器人，可大大改善醫生工作強度，提高手術質量。
[0004]基本技術方案是:與核磁共振兼容的乳腺介入機器人包括定位模塊，穿刺模塊，乳腺穩定模塊，活檢模塊，存儲模塊，驅動模塊，俯臥支架。定位模塊主要用於確定入針點位置，由X向滑臺，Y向滑臺，Z向滑臺組成。其中X向滑臺為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，位於定位模塊的最下層，其移動方向平行於水平面，X向絲槓為左右旋螺紋絲槓，前端為左旋螺紋，後端為右旋螺紋，可以實現前X向滑塊和後X向滑塊之間的開合動作；Y向滑臺為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，位於X向滑臺上方，其移動方向與X向滑臺移動方向垂直，且平行於水平面；Ζ向滑臺為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，位於Y向滑臺上方，其移動方向垂直於水平面。
[0005]穿刺模塊為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，其前端通孔與Z向螺母兩端圓柱配合，使穿刺模塊可繞Z向螺母旋轉；其後端滑動槽與穿刺滑臺後支座兩端的圓柱配合，這樣，當Z向螺母移動時，穿刺滑臺底座產生一個俯仰動作。
[0006]乳腺穩定模塊由前穩定壓板，後穩定壓板，穩定壓板調整機構組成，前穩定壓板安裝在前X向滑塊上。後穩定壓板上有柵格，活檢針可以穿過柵格空隙進入到手術區域中。後穩定壓板與穩定壓板調整機構一同安裝在Y向滑臺底座上，穩定壓板調整機構包括穩定壓板導軌，小齒輪，齒輪軸，齒輪軸支撐座，後穩定壓板底部有齒條，與小齒輪嚙合，通過齒輪齒條傳動使後穩定壓板沿穩定壓板導軌移動。
[0007]活檢模塊由活檢針驅動滑臺與活檢針機構組成,通過安裝在活檢針驅動滑臺螺母上的連接板與內針座連接，可以實現活檢針機構上弦、擊發操作。
[0008]存儲模塊包括存儲模塊同步帶輪，開口同步帶，組織收集倉，收集倉託槽，託槽支撐架，存儲模塊同步帶輪支撐軸，存儲模塊同步帶輪輸入軸。開口同步帶兩端分別與組織收集倉兩端固定，組織收集倉放置在收集倉託槽上，並可以在開口同步帶的帶動下在收集倉託槽上滑動。
[0009]驅動模塊包括電機，傳動軟軸及聯軸器。軟軸的一端通過聯軸器分別與X向絲槓、Y向絲槓、Z輸入軸、穿刺滑臺絲槓、活檢針驅動滑臺絲槓、穩定壓板調整機構中的小齒輪軸、存儲模塊中的同步帶輪輸入軸的末端連接，另一端則通過聯軸器分別與7個電機的電機軸連接。
[0010]俯臥支架為供患者俯臥的支架，乳腺介入機器人處於俯臥支架內部，X向滑臺底座固定在俯臥支架中。
[0011]整個機器人除了內針，外針，彈簧，軟軸材料為非磁性不鏽鋼，其餘部分材料均為尼龍，可以兼容MRI設備。
[0012]本發明的有益效果是:
(I)可以在醫生的操作下進行乳腺活檢手術，大大減小醫生工作強度。
[0013](2)定位模塊由三個方向的移動滑臺組成，可以精確定位機器人工作空間內任意點位置。
[0014](3)穿刺模塊俯仰運動可以增大活檢針末端可達到的工作範圍。
[0015](4)穩定壓板組可以在X向絲槓驅動下實現開合運動，方便穩定乳房形態，有利於精確定位病灶點。
[0016](5)後穩定壓板上有柵格，活檢針可以穿過柵格空隙進入到手術區域中。
[0017](6)後穩定壓板可以在穩定壓板調整機構驅動下避開與活檢針的幹涉。
[0018](7)活檢驅動機構可以實現活`檢針自動上弦，自動擊發，方便機器人控制。
[0019](8)整個機器人除了內針，外針，彈簧，軟軸材料為非磁性不鏽鋼，其餘部分材料均為尼龍，可以兼容MRI設備。
[0020](9)機器人使用軟軸傳動，將電機動力傳遞到各絲槓末端，從而驅動機器人運動，軟軸材料為非磁性不鏽鋼，這樣機器人可以在MRI環境下使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖1:X向滑臺
圖中:1 X向滑臺底座，2 X向前滑塊，3 X向後滑塊，4 X嚮導軌，5 X向軸承，6 X向右旋螺母，7 X向絲槓，8 X向左旋螺母附圖2:Y向滑臺
圖中:9 Y向軸承，10 Y嚮導軌，11 Y向螺母，12 Y向滑塊，13 Y向絲槓，14 Y向滑臺底
座
附圖3:Ζ向滑臺與穿刺滑臺
圖中:15穿刺模塊後支座，16穿刺滑臺軸承，17穿刺滑臺螺母，18穿刺滑臺底座，19穿刺滑臺絲槓，20 Z向螺母，21 Z嚮導軌，22 Z向絲槓，23活檢針支撐架，24錐齒輪，25同步帶輪軸支撐架，26 Z輸入軸前支撐架，27 Z向滑臺底座，28 Z輸入軸，29 Z輸入軸後支撐架
附圖4:同步帶傳動機構
圖中:30 Z向軸承，31同步帶輪，32同步帶輪軸，33同步帶 附圖5:穩定壓板調整機構圖中:34後穩定壓板，35小齒輪，36齒輪軸，37齒輪軸支撐座 附圖6:活檢針驅動滑臺
圖中:38連接板，39活檢針驅動滑臺軸承，40活檢針驅動滑臺絲槓，41活檢針驅動滑臺螺母，42活檢針驅動滑臺底座附圖7:活檢針機構
圖中:43內針，44外針，45活檢針上蓋，46外針座，47彈簧，48內針座螺紋孔，49內針座，50活檢針底座附圖8:存儲模塊
圖中:51託槽支撐架，52存儲模塊同步帶輪支撐軸，53開口同步帶，54收集倉託槽，55組織收集倉，56存儲模塊同步帶輪輸入軸，57存儲模塊同步帶輪附圖9:乳腺介入機器人
圖中:58俯臥支架，59活檢針機構，60活檢針驅動滑臺，61電機，62軟軸，63穿刺滑臺，64 Y向滑臺,65 Z向滑臺,66穩定壓板導軌,67 X向滑臺,68存儲模塊,69前穩定壓板
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖進一步說明本發明的具體結構及實施方式。
[0023]本發明的結構組成如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9所示。與核磁共振兼容的乳腺介入機器人包括定位模塊，穿刺模塊，乳腺穩定模塊，活檢模塊，存儲模塊(68)，驅動模塊，俯臥支架(58)。定位模塊由X向滑臺(67)，Y向滑臺(64)，Z向滑臺(65)組成。X向滑臺(67)位於定位模塊的最下層，包括X向滑臺底座(1)，X向絲槓(7)，X嚮導軌(4)，X向左旋螺母(8)，X向右旋螺母(6)，X向前滑塊(2)，X向後滑塊(3)，X向軸承(5)。其中，X向滑臺底座(1)固定在俯臥支`架(56)內部。X向絲槓(7)為左右旋絲槓，其前端為左旋螺紋，後端為右旋螺紋，分別與X向左旋螺母(8)與X向右旋螺母(6)配合使用。X向左旋螺母(8)與X向右旋螺母(6)分別安裝在X向前滑塊(2)和X向後滑塊(3)上。X向絲槓(7)兩端由X向軸承(5)支撐，而X向軸承(5)固定在X向滑臺底座(1)上。X嚮導軌
(4)為兩根圓導軌，分別安裝於X向絲槓(7)兩側，固定在X向滑臺底座(1)上，並通過X向前滑塊(2)及X向後滑塊(3)兩端的圓形通孔。Y向滑臺(64)位於X向滑臺(67)之上，包括Y向滑臺底座(14)，Y向絲槓(13)，Y嚮導軌(10)，Y向螺母(11)，Y向滑塊(12)，Y向軸承(9)。Y向滑臺(64)移動方向與X向滑臺(67)的移動方向垂直，且都與水平面平行。Y向滑臺底座(14)固定在X向後滑塊(3)上。Y向絲槓(13)通過Y向螺母(11)中間的螺紋孔，Y向螺母(11)安裝在Y向滑塊(12)上。Y向絲槓(13)兩端由Y向軸承(9)支撐，而Y向軸承(9)固定在Y向滑臺底座(14)上。Y嚮導軌(10)為兩根圓導軌，分別安裝於Y向絲槓(13)兩側，固定在Y向滑臺底座(14)上，並通過Y向滑塊(12)兩端的圓形通孔。Z向滑臺(65)位於Y向滑臺(64)之上，包括Z向滑臺底座(27)，Z向絲槓(22)，Z嚮導軌(21)，Z向螺母(20)，Z向軸承(30)，Z向換向機構。Z向滑臺(63)的移動方向垂直於水平面。Z向滑臺底座(27)固定於Y向滑塊(12)上。Z向絲槓(22)通過Z向螺母(20)中間的螺紋孔，Z向絲槓(22)下端由Z向軸承(30)支撐，上端由Z向滑臺底座(27)支撐，而Z向軸承(30)固定在Z向滑臺底座(27)上。Z嚮導軌(21)為一根圓導軌，安裝於Z向絲槓(22)左側，並通過Z向螺母(20)中的圓形通孔。Z向換向機構包括一個同步帶傳動機構與錐齒輪傳動機構，同步帶傳動機構包括兩個型號相同的同步帶輪(31),同步帶(33),同步帶輪軸(32),同步帶輪軸支撐架(25)。其中一個同步帶輪(31)與Z向絲槓(22)末端連接，另一個同步帶輪
(31)與同步帶輪軸(32)連接，同步帶輪軸(32)則支撐在同步帶輪軸支撐架(25)上。錐齒輪傳動機構包括兩個完全一樣的錐齒輪(24)，Z輸入軸(28)，Z輸入軸前支撐架(26)，Z輸入軸後支撐架(29)。其中一個錐齒輪(24)安裝在同步帶輪軸(32)上，另一個安裝在Z輸入軸(28)的一端，兩錐齒輪(24)迴轉軸線相交，且交角為90度。Z輸入軸(28)由Z輸入軸前支撐架(26)和Z輸入軸後支撐架(29)支撐，並可做迴轉運動。
[0024]穿刺模塊包括穿刺滑臺絲槓(19)，穿刺滑臺螺母(17)，穿刺滑臺軸承(16)，穿刺滑臺底座(18)。穿刺滑臺底座(18)前端通孔與Z向螺母(20)兩端圓柱配合，使穿刺模塊可繞Z向螺母(20)旋轉；穿刺滑臺底座(18)後端滑動槽與穿刺滑臺後支座(15)兩端的圓柱配合，這樣，當Z向螺母移動時，穿刺滑臺底座產生一個俯仰動作。穿刺滑臺絲槓(19)通過穿刺滑臺螺母(17)中間的螺紋孔。穿刺滑臺螺母(17)兩側與穿刺滑臺底座(18)接觸，可以沿著穿刺滑臺底座(18)滑動。穿刺滑臺絲槓(19)後端由穿刺滑臺軸承(16)支撐，前端由穿刺滑臺底座 (18)支撐，而穿刺滑臺軸承(16)固定在穿刺滑臺底座(18)上。
[0025]乳腺穩定模塊包括前穩定壓板(69)、後穩定壓板(34)及穩定壓板調整機構。前穩定壓板(69)與X向前滑塊(2)連接。後穩定壓板(34)上有柵格，活檢針可以穿過柵格空隙進入到手術區域中。後穩定壓板(34)與穩定壓板調整機構一同安裝在Y向滑臺底座(14)上，穩定壓板調整機構包括穩定壓板導軌(66)，小齒輪(35)，齒輪軸(36)，齒輪軸支撐座(37)。穩定壓板導軌(66)包括一個矩形導軌和一個燕尾型導軌，燕尾型導軌與矩形導軌一前一後安裝在Y向滑臺底座(14)上。後穩定壓板(34)位於矩形導軌與燕尾型導軌中間，後穩定壓板(34)底部有齒條，與小齒輪(35 )嚙合，通過齒輪齒條傳動使後穩定壓板(34)沿穩定壓板導軌(34)移動。
[0026]活檢模塊包括活檢針驅動滑臺(60)和活檢針機構(59)。活檢針驅動滑臺(60)由活檢針驅動滑臺絲槓(40)，活檢針驅動滑臺底座(42)，活檢針驅動滑臺螺母(41)，連接板(38)，活檢針驅動滑臺軸承(39)組成。活檢針驅動滑臺底座(42)安裝在穿刺滑臺螺母(17)上。活檢針驅動滑臺絲槓(40)穿過活檢針驅動滑臺螺母(41)中間的螺紋孔，其一端由活檢針驅動滑臺底座(42)支撐，另一端由活檢針驅動滑臺軸承(39)支撐，活檢針驅動滑臺軸承(39)固定在活檢針驅動滑臺底座(42)上。連接板(38)固定在活檢針驅動滑臺螺母(41)上。活檢針機構(59)由內針(43)，外針(44)，內針座(49)，外針座(46)，活檢針底座(50)，活檢針上蓋(45)，彈簧(47)組成。內針(43)嵌入在內針座(49)中，外針(44)嵌入在外針座(46 )中，外針(44 )套在內針(43 )外，穿過活檢針支撐(23 )上端的小孔，活檢針支撐(23 )固定在穿刺滑臺底座(18 )上。內針座(49 )與外針座(46 )位於活檢針底座(50 )內，並可以沿活檢底座(50 )滑動。內針座(49 )前端的倒鉤可以勾住外針座(46 )邊緣，外針座(46 )末端的倒鉤可以勾住活檢針底座(50)的倒鉤，內針座(49)中間的突起部分可以頂開外針座(46)的倒鉤，使外針座(46)倒鉤與活檢針底座(50)倒鉤脫開。彈簧(47)安裝在活檢針底座(50 )與外針座(46 )之間。內針座(49 )後端的螺紋孔(48 )用於安裝螺釘，使內針座(49 )與連接板(38)連接。
[0027]存儲模塊(68)包括存儲模塊同步帶輪(57)，開口同步帶(53)，組織收集倉(55)，收集倉託槽(54)，託槽支撐架(51)，存儲模塊同步帶輪支撐軸(52)，存儲模塊同步帶輪輸入軸(56)。開口同步帶(53)兩端分別與組織收集倉(55)兩端固定，組織收集倉(55)放置在收集倉託槽(54)上，並可以在開口同步帶(53)的帶動下在收集倉託槽(54)上滑動，收集倉託槽(54)固定在託槽支架(51)上。
[0028]驅動模塊包括電機(61)，軟軸(62)及聯軸器。軟軸(62)的一端通過聯軸器分別與X向絲槓(7 )、Y向絲槓(13 )、Z輸入軸(28 )、穿刺滑臺絲槓(19 )、活檢針驅動滑臺絲槓(40 )、穩定壓板調整機構中的齒輪軸(36)、存儲模塊(68)同步帶輪輸入軸(56)的末端連接，另一端則通過聯軸器分別與7個電機(61)的電機軸連接。
[0029]俯臥支架(58)用於支撐患者身體，乳腺介入機器人處於俯臥支架(58)內部，X向滑臺底座(1)固定在俯臥支架(58)中。
[0030]與核磁共振兼容的乳腺介入機器人除了內針(43)，外針(44)，彈簧(47)，軟軸的材料為非磁性不鏽鋼，其餘部分材料均為尼龍，可以兼容MRI設備。
[0031]本發明工作過程如下:
手術前準備:患者俯臥在俯臥支架(58)上，此時乳腺處於俯臥支架(58)上兩個方孔中。將患者、與核磁共振兼容的乳腺介入機器人同時送入成像設備中，根據圖像由醫生確定目標點。
[0032]手術過程:首先與核磁共振兼容的乳腺介入機器人進行復位，即定位模塊、穿刺模塊、乳腺穩定模塊、活檢模塊、存儲模塊(66)運動到初始位置。接著X向滑臺(65)運動，控制前穩定壓板(67)和後穩定壓板(34)閉合。如果後穩定壓板(34)與活檢針刺入方向存在幹涉，則穩定壓板調整機構動作，將後穩定壓板(34)錯開一個位置，直至不產生幹涉位置；若不存在幹涉，則繼續下一步。接下來是Y向滑臺(62)和Z向滑臺(63)運動，這樣就可以確定入針點位置，即活檢針在扎入人體前的那一點坐標。然後穿刺滑臺(61)運動，將活檢針刺入人體，達到目標點後 穿刺滑臺(61)停止運動。之後活檢針驅動滑臺(60)動作，先將內針(43)穿過目標點，再擊發外針(44)，切下組織，之後反向運動，再次將活檢針上弦。接著是刺滑臺(61)運動，將活檢針退出人體。然後Y向滑臺(62)，Z向滑臺(63)和穿刺滑臺(61)配合運動，使活檢針運動到存儲倉(55)上方，活檢針驅動滑臺(60)運動，將內針(43)暴露出來，但不擊發外針(44)，這樣樣本就落入存儲倉(55)內。這個過程完成之後，與核磁共振兼容的乳腺介入機器人再次復位 ，重新開始下一輪取樣。
【權利要求】
1.一種與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，可用於圖像設備引導下乳腺活檢、介入治療、送藥手術，包括定位模塊，穿刺模塊，乳腺穩定模塊，活檢模塊，存儲模塊，驅動模塊，俯臥支架；所述的定位模塊主要用於確定入針點位置，由X向滑臺，Y向滑臺，Z向滑臺組成；其中X向滑臺為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，位於定位模塊的最下層，其移動方向平行於水平面，X向絲槓為左右旋螺紋絲槓，前端為左旋螺紋，後端為右旋螺紋，可以實現前X向滑塊和後X向滑塊之間的開合動作；Y向滑臺為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，位於X向滑臺上方，其移動方向與X向滑臺移動方向垂直，且平行於水平面；ζ向滑臺為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，位於Y向滑臺上方，其移動方向垂直於水平面。
2.根據權利要求1所述的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，其特徵在於:所述穿刺模塊為一個絲槓螺母機構驅動的移動滑臺，其前端通孔與Z向螺母兩端圓柱配合，使穿刺模塊可繞Z向螺母旋轉；其後端滑動槽與穿刺滑臺後支座兩端的圓柱配合，這樣，當Z向螺母移動時，穿刺滑臺底座產生一個俯仰動作。
3.根據權利要求1所述的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，其特徵在於:所述乳腺穩定模塊由前穩定壓板，後穩定壓板，穩定壓板調整機構組成，前穩定壓板安裝在前X向滑塊上；後穩定壓板上有柵格，活檢針可以穿過柵格空隙進入到手術區域中；後穩定壓板與穩定壓板調整機構一同安裝在Y向滑臺底座上，穩定壓板調整機構包括穩定壓板導軌，小齒輪，齒輪軸，齒輪軸支撐座，後穩定壓板底部有齒條，與小齒輪嚙合，通過齒輪齒條傳動使後穩定壓板沿穩定壓板導軌移動。
4.根據權利要求1所述的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，其特徵在於:所述活檢模塊由活檢針驅動滑臺與活檢針機構組成，通過安裝在活檢針驅動滑臺螺母上的連接板與內針座連接，可以實現活檢針機構上弦、擊發操作。
5.根據權利要求1所述的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，其特徵在於:所述存儲模塊包括存儲模塊同步帶輪，開口同步帶，組織收集倉，收集倉託槽，託槽支撐架，存儲模塊同步帶輪支撐軸，存儲模塊同步帶輪輸入軸；開口同步帶兩端分別與組織收集倉兩端固定，組織收集倉放置在收集倉託槽上，並可以在開口同步帶的帶動下在收集倉託槽上滑動。
6.根據權利要求1所述的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，其特徵在於:所述驅動模塊包括電機，傳動軟軸及聯軸器；軟軸的一端通過聯軸器分別與X向絲槓、Y向絲槓、Z輸入軸、穿刺滑臺絲槓、活檢針驅動滑臺絲槓、穩定壓板調整機構中的小齒輪軸、存儲模塊中的同步帶輪輸入軸的末端連接，另一端則通過聯軸器分別與7個電機的電機軸連接。
7.根據權利要求1所述的與核磁共振兼容的乳腺介入機器人，其特徵在於:所述與核磁共振兼容的乳腺介入機器人除了內針，外針，彈簧，軟軸材料為非磁性不鏽鋼，其餘部分材料均為尼龍，可以兼容MRI設備。
【文檔編號】A61B10/02GK103876786SQ201410144998
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月13日 優先權日:2014年4月13日
【發明者】張永德, 杜海豔, 姜金剛, 陳耀 申請人:哈爾濱理工大學