專利名稱：超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人。特別是涉及一種針刺機(jī)械手機(jī)構(gòu)的基于超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人。
背景技術(shù)：
近距離放射性治療是控制前列腺癌病情發(fā)展和死亡率的一種有效方法，它通過針刺手術(shù)在癌變部位植入放射性粒子殺死癌細(xì)胞以達(dá)到治療的目的。傳統(tǒng)的手動(dòng)針刺手術(shù)不僅精度低，而且放射性粒子還會(huì)對(duì)臨床醫(yī)生造成放射性傷害。對(duì)于預(yù)先規(guī)劃的軌跡，也可能會(huì)因?yàn)榛颊呱眢w的移動(dòng)和針刺對(duì)于軟組織的刺激，而無法實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的效果?；趫D像導(dǎo)航的機(jī)器人輔助手術(shù)不僅定位精度高、靈巧性強(qiáng)，而且對(duì)患者造成的創(chuàng)傷小，便于術(shù)后恢復(fù)，這樣可以很好的解決傳統(tǒng)針刺手術(shù)帶來的問題。
超聲圖像具有實(shí)時(shí)性、無輻射、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到穿刺手術(shù)中。超聲引導(dǎo)的穿刺手術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，醫(yī)生在超聲圖像導(dǎo)航下能準(zhǔn)確地規(guī)劃進(jìn)針路徑，同時(shí)機(jī)器人比人手具有更高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；其二，穿刺針與探頭的分離克服了穿刺引導(dǎo)架對(duì)進(jìn)針角度的限制，有利于進(jìn)針路徑的選擇；其三，減少了手術(shù)中的認(rèn)為因素，降低了醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于技術(shù)的普及應(yīng)用。因此，基于超聲導(dǎo)向的機(jī)器人輔助穿刺手術(shù)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠達(dá)到高精度、低創(chuàng)傷、減少術(shù)后并發(fā)癥和后遺癥的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，包括實(shí)現(xiàn)前、后、左、右四個(gè)水平方向移動(dòng)和上下方向移動(dòng)的移動(dòng)支座，設(shè)置在移動(dòng)支座上的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元，以及設(shè)置在超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元的具有超聲波探頭伸出側(cè)的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元，其中，所述的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元有超聲波探頭支撐架進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超聲波探頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元有針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。所述的移動(dòng)支座包括底座，設(shè)置在底座上并沿底座作水平直線移動(dòng)的動(dòng)平臺(tái)，設(shè)置在動(dòng)平臺(tái)上并沿動(dòng)平臺(tái)作與動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)方向相垂直的水平直線移動(dòng)的升降底座，設(shè)置在升降底座上作升降運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)。所述的底座的一側(cè)邊安裝有第一伺服電機(jī)，所述的底座內(nèi)安裝有與第一伺服電機(jī)的輸出軸相連的第一滾珠絲杠，所述的動(dòng)平臺(tái)的底面中部與所述的第一滾珠絲杠為螺紋連接，所述的動(dòng)平臺(tái)的底面兩側(cè)與所述的底座為燕尾槽導(dǎo)軌的連接結(jié)構(gòu)；所述的動(dòng)平臺(tái)上與自身移動(dòng)方向相平行的一側(cè)邊安裝有第二伺服電機(jī)，所述的動(dòng)平臺(tái)內(nèi)安裝有與第二伺服電機(jī)的輸出軸相連的第二滾珠絲杠，所述的升降底座的底面中部與所述的第二滾珠絲杠為螺紋連接，所述的升降底座的底面兩側(cè)與所述的動(dòng)平臺(tái)為燕尾槽導(dǎo)軌的連接結(jié)構(gòu)。
所述的升降機(jī)構(gòu)包括位于升降底座上方的第三滾珠絲杠，位于第三滾珠絲杠下端且輸出軸與第三滾珠絲杠下端相連的伺服電機(jī)，分別垂直固定在升降底座端面上的四個(gè)升降導(dǎo)柱，分別套在四個(gè)升降導(dǎo)柱上的四個(gè)升降套筒，以及固定連接在四個(gè)升降套筒頂端和第三滾珠絲杠的套筒頂端的支撐板。所述的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元包括設(shè)置在移動(dòng)支座的支撐板上的超聲波探頭靜平臺(tái)，安裝在超聲波探頭靜平臺(tái)一側(cè)的第三伺服電機(jī)，設(shè)置在超聲波探頭靜平臺(tái)內(nèi)并與所述的第三伺服電機(jī)的輸出軸相連的第三滾珠絲杠，與所述的第三滾珠絲杠為螺紋連接的探頭動(dòng)平臺(tái)，設(shè)置在探頭動(dòng)平臺(tái)上的U型超聲波探頭支撐架，所述的U型超聲波探頭支撐架的兩縱架上形成有貫穿B超探頭的通孔，所述的U型超聲波探頭支撐架兩縱架的內(nèi)側(cè)在與所述的通孔相對(duì)應(yīng)處各設(shè)置一個(gè)B超探頭夾具，在U型超聲波探頭支撐架的遠(yuǎn)離針刺模板一側(cè)的縱架的外側(cè)面上設(shè)置有第四伺服電機(jī)，所述的B超探頭的一端貫穿U型超聲波探頭支撐架的兩縱架以及兩個(gè)B超探頭夾具與所述的第四伺服電機(jī)的輸出軸相連接。所述的針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括針刺模板靜平臺(tái)，安裝在針刺模板靜平臺(tái)上的滾珠絲杠扭桿，滾珠絲杠扭桿的一端位于針刺模板靜平臺(tái)的外側(cè)并設(shè)有旋鈕，滾·珠絲杠扭桿在位于針刺模板靜平臺(tái)上方的部分連接絲杠螺母，所述的絲杠螺母上固定連接有第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)，所述的第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)上螺紋連接有錐齒輪桿，所述的錐齒輪桿上固定連接有第一錐齒輪，還設(shè)置有與所述的第一錐齒輪相嚙合的水平設(shè)置的第二錐齒輪，所述第二錐齒輪通過一旋轉(zhuǎn)軸連接第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，所述的第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)上還設(shè)置有用于限定錐齒輪桿旋轉(zhuǎn)角度的第一鎖定旋鈕，所述的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。所述的針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括一端設(shè)置在針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)上面的兩個(gè)滾珠絲杠螺桿，所述的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有手動(dòng)控制兩個(gè)滾珠絲杠螺桿旋轉(zhuǎn)的抬升旋鈕，所述的兩個(gè)滾珠絲杠螺桿頂端螺紋連接針刺模板框架，針刺模板設(shè)置在針刺模板框架內(nèi)，所述的針刺模板框架的側(cè)壁上設(shè)置有用于控制針刺模板翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有翻轉(zhuǎn)旋鈕，與翻轉(zhuǎn)旋鈕連接的第一齒輪，與第一齒輪相嚙合的第二齒輪，所述的第二齒輪連接針刺模板的翻轉(zhuǎn)軸，所述的針刺模板框架上還設(shè)置有用于限定針刺模板翻轉(zhuǎn)角度的第二鎖定旋鈕。所述的第一齒輪的直徑小于第二齒輪的直徑。本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，能夠在超聲波圖像的導(dǎo)航下輔助醫(yī)生來完成針刺手術(shù)，盡可能地提高針刺手術(shù)的精度，減少病人在手術(shù)中的痛苦。結(jié)構(gòu)靈活，克服手術(shù)過程中成像效果不及時(shí)和軌跡規(guī)劃難的弊端，以達(dá)到高精度、低創(chuàng)傷、減少術(shù)后并發(fā)癥和后遺癥。本發(fā)明能夠極大程度的提高手術(shù)的精度，手術(shù)的成功性和完善性，從而為超聲波圖像弓I導(dǎo)機(jī)器人輔助微創(chuàng)外科手術(shù)開辟了一條新的途徑。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明底部的移動(dòng)支座結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元結(jié)構(gòu)示意圖。
I :底座2 :第一伺服電機(jī)3 :第一滾珠絲杠4 :動(dòng)平臺(tái)5 :第二伺服電機(jī)6 :升降底座7:第三滾珠絲杠8:升降導(dǎo)柱9 :升降套筒10 :第三伺服電機(jī)11:超聲波探頭靜平臺(tái) 12:第三滾珠絲杠13 :探頭動(dòng)平臺(tái)14 :超聲波探頭支撐架 15 :第四伺服電機(jī)16 B超探頭夾具17 B超探頭18 :支撐板19 :第二滾珠絲杠20 :錐齒輪桿21 :第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)22 :第一鎖定旋鈕23 :第一錐齒輪24 :第二錐齒輪25 :絲杠螺母26 :針刺模板靜平臺(tái)27:滾珠絲杠扭桿28:第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)29 :抬升旋鈕30 :滾珠絲杠螺桿31 :針刺模板框架32 :針刺模板33 :第二鎖定旋鈕34 :翻轉(zhuǎn)旋鈕35 :第一齒輪36 :第二齒輪
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人做出詳細(xì)說明。本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其超聲波探頭的定位被分配到了兩個(gè)獨(dú)立模塊中執(zhí)行，分別為機(jī)械手機(jī)構(gòu)底層模塊和超聲波探頭平臺(tái)模塊。其中底層模塊由伺服電機(jī)、滾珠絲杠和燕尾槽滑軌組成，實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)相互垂直方向的平移運(yùn)動(dòng)，調(diào)整超聲波探頭和針刺模板的空間位置。在超聲波探頭平臺(tái)模塊中，共分配了兩個(gè)自由度，其一是通過伺服電機(jī)和滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)的平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲波探頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，調(diào)整超聲波探頭的空間位置以及相對(duì)于針刺模板的位置；其二，是通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)超聲波探頭的小范圍轉(zhuǎn)動(dòng)，以增大掃描范圍。模板空間位姿的調(diào)整除了分配在底層模塊中的三個(gè)平動(dòng)自由度之外，在針刺模板平臺(tái)上分配了四個(gè)自由度(兩個(gè)平動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)，這四個(gè)自由度來實(shí)現(xiàn)針刺模板空間位姿的微調(diào)，由醫(yī)生通過手動(dòng)調(diào)整來完成。如圖I所示，本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，包括實(shí)現(xiàn)前、后、左、右四個(gè)水平方向移動(dòng)和上下方向移動(dòng)的移動(dòng)支座，設(shè)置在移動(dòng)支座上的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元，以及設(shè)置在超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元的具有超聲波探頭伸出側(cè)的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元，其中，所述的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元有超聲波探頭支撐架進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超聲波探頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元有針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。如圖2所示，所述的移動(dòng)支座包括底座I，設(shè)置在底座I上并沿底座I作水平直線移動(dòng)的動(dòng)平臺(tái)4，設(shè)置在動(dòng)平臺(tái)4上并沿動(dòng)平臺(tái)4作與動(dòng)平臺(tái)4移動(dòng)方向相垂直的水平直線移動(dòng)的升降底座6，設(shè)置在升降底座6上作升降運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)。所述的底座I的一側(cè)邊安裝有第一伺服電機(jī)2，所述的底座I內(nèi)安裝有與第一伺服電機(jī)2的輸出軸相連的第一滾珠絲杠3，所述的動(dòng)平臺(tái)4的底面中部與所述的第一滾珠絲杠3為螺紋連接，所述的動(dòng)平臺(tái)4的底面兩側(cè)與所述的底座I為燕尾槽導(dǎo)軌的連接結(jié)構(gòu)；所述的動(dòng)平臺(tái)4上與自身移動(dòng)方向相平行的一側(cè)邊安裝有第二伺服電機(jī)5，所述的動(dòng)平臺(tái)4內(nèi)安裝有與第二伺服電機(jī)5的輸出軸相連的第二滾珠絲杠19,所述的升降底座6的底面中部與所述的第二滾珠絲杠19為螺紋連接，所述的升降底座6的底面兩側(cè)與所述的動(dòng)平臺(tái)4為燕尾槽導(dǎo)軌的連接結(jié)構(gòu)。所述的升降機(jī)構(gòu)包括位于升降底座6上方的第三滾珠絲杠7，位于第三滾珠絲杠7下端且輸出軸與第三滾珠絲杠7下端相連的伺服電機(jī)，分別垂直固定在升降底座6端面上的四個(gè)升降導(dǎo)柱8，分別套在四個(gè)升降導(dǎo)柱8上的四個(gè)升降套筒9，以及固定連接在四個(gè)升降套筒9頂端和第三滾珠絲杠7的套筒頂端的支撐板18。
如圖3所示，所述的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元包括設(shè)置在移動(dòng)支座的支撐板18上的超聲波探頭靜平臺(tái)11，安裝在超聲波探頭靜平臺(tái)11 一側(cè)的第三伺服電機(jī)10，設(shè)置在超聲波探頭靜平臺(tái)11內(nèi)并與所述的第三伺服電機(jī)10的輸出軸相連的第三滾珠絲杠12，與所述的第三滾珠絲杠12為螺紋連接的探頭動(dòng)平臺(tái)13，設(shè)置在探頭動(dòng)平臺(tái)13上的U型超聲波探頭支撐架14，所述的U型超聲波探頭支撐架14的兩縱架上形成有貫穿B超探頭17的通孔，所述的U型超聲波探頭支撐架14兩縱架的內(nèi)側(cè)在與所述的通孔相對(duì)應(yīng)處各設(shè)置一個(gè)B超探頭夾具16，在U型超聲波探頭支撐架14的遠(yuǎn)離針刺模板32 —側(cè)的縱架的外側(cè)面上設(shè)置有第四伺服電機(jī)15，所述的B超探頭17的一端貫穿U型超聲波探頭支撐架14的兩縱架以及兩個(gè)B超探頭夾具16與所述的第四伺服電機(jī)15的輸出軸相連接。如圖4所示,所述的針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)機(jī)構(gòu),包括針刺模板靜平臺(tái)26,安裝在針刺模板靜平臺(tái)26上的滾珠絲杠扭桿27，滾珠絲杠扭桿27的一端位于針刺模板靜平臺(tái)26的外側(cè)并設(shè)有旋鈕，滾珠絲杠扭桿27在位于針刺模板靜平臺(tái)26上方的部分連接絲杠螺母25，所述的絲杠螺母25上固定連接有第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)21，所述的第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)21上螺紋連接有錐齒輪桿20，所述的錐齒輪桿20上固定連接有第一錐齒輪23，還設(shè)置有與所述的第一錐齒輪23相嚙合的水平設(shè)置的第二錐齒輪24，所述第二錐齒輪24通過一旋轉(zhuǎn)軸連接第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)28，從而實(shí)現(xiàn)第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)28的旋轉(zhuǎn)，所述的第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)21上還設(shè)置有用于限定錐齒輪桿20旋轉(zhuǎn)角度的第一鎖定旋鈕22，所述的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)28上設(shè)置有針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。所述的針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括一端設(shè)置在針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)28上面的兩個(gè)滾珠絲杠螺桿30，所述的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)28上設(shè)置有手動(dòng)控制兩個(gè)滾珠絲杠螺桿30旋轉(zhuǎn)的抬升旋鈕29，所述的兩個(gè)滾珠絲杠螺桿30頂端螺紋連接針刺模板框架31，針刺模板32設(shè)置在針刺模板框架31內(nèi)，所述的針刺模板框架31的側(cè)壁上設(shè)置有用于控制針刺模板32翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有翻轉(zhuǎn)旋鈕34，與翻轉(zhuǎn)旋鈕34連接的第一齒輪35，與第一齒輪35相嚙合的第二齒輪36，所述的第二齒輪36連接針刺模板32的翻轉(zhuǎn)軸，所述的第一齒輪35的直徑小于第二齒輪36的直徑。所述的針刺模板框架31上還設(shè)置有用于限定針刺模板32翻轉(zhuǎn)角度的第二鎖定旋鈕33。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人的工作方式介紹如下平移運(yùn)動(dòng)本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人的底層移動(dòng)支座主要實(shí)現(xiàn)超聲波探頭模塊和模板平臺(tái)三個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)。第一伺服電機(jī)2安裝在底座I上，通過第一滾珠絲杠3帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)4做平移運(yùn)動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)4和底座I之間通過燕尾槽導(dǎo)軌來引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。第二伺服電機(jī)5安裝在動(dòng)平臺(tái)4上，通過第二滾珠絲杠19帶動(dòng)升降底座6做平移運(yùn)動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)4和升降底座6之間亦是通過燕尾槽導(dǎo)軌來引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。第三滾珠絲杠7由位于其下端的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，四個(gè)升降導(dǎo)柱8和升降套筒9之間配合，共同實(shí)現(xiàn)上層平臺(tái)的抬升運(yùn)動(dòng)。通過底層模塊三個(gè)方向的平動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)超聲波探頭模塊和模板平臺(tái)的空間快速定位。超聲波探頭運(yùn)動(dòng)超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元主要實(shí)現(xiàn)探頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。第三伺服電機(jī)10安裝在超聲波探頭靜平臺(tái)11上，通過第三滾珠絲杠12帶動(dòng)探頭動(dòng)平臺(tái)13
移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲波探針的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。超聲波探頭支撐架14安裝在探頭動(dòng)平臺(tái)13上，B超探頭17通過B超探頭夾具16安裝在超聲波探頭支撐架14上。第四伺服電機(jī)15安裝在超聲波探頭支撐架14上，帶動(dòng)B超探頭17轉(zhuǎn)動(dòng)。模板位置調(diào)整運(yùn)動(dòng)針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元主要實(shí)現(xiàn)模板的空間姿態(tài)調(diào)整，具有兩個(gè)平動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，便于醫(yī)生根據(jù)超聲圖像從不同的角度和位置借助于模板將放射性粒子準(zhǔn)確送達(dá)癌變部位。滾珠絲杠扭桿27安裝在針刺模板靜平臺(tái)26上，通過滾珠絲杠副傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠螺母25運(yùn)動(dòng)，從而第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)21移動(dòng)。錐齒輪桿安裝在第一針刺模板平臺(tái)21上，通過錐齒輪23和錐齒輪24嚙合，將錐齒輪桿20的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為錐齒輪24所在軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸與第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)28固聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)針刺模板動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于錐齒輪傳動(dòng)不具有自鎖功能，故在第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)21上設(shè)置了第一鎖定旋鈕
22。抬升旋鈕29和滾珠絲杠螺桿30之間通過螺旋運(yùn)動(dòng)將抬升旋鈕29的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為針刺模板框架31的抬升運(yùn)動(dòng)。針刺模板32安裝在針刺模板框架31上,翻轉(zhuǎn)旋鈕34通過第一齒輪35和第二齒輪36之間的嚙合將翻轉(zhuǎn)旋鈕34的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為模板32的擺動(dòng)，考慮到重力因素的影響，模板發(fā)生擺動(dòng)時(shí)如無外力會(huì)恢復(fù)到原始平衡狀態(tài)，固設(shè)置了第二鎖定旋鈕33，當(dāng)模板發(fā)生擺動(dòng)時(shí)給以鎖死。因此，本發(fā)明的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，首先通過底層移動(dòng)支座的三個(gè)自由度度的平移運(yùn)動(dòng)快速實(shí)現(xiàn)超聲波探頭和模板的空間位置定位，結(jié)合超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元和針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元，方便地調(diào)整超聲波探頭的空間位置以及與模板的相對(duì)位置。此外，結(jié)合超聲波圖像，模板的空間位姿可以通過模板平臺(tái)的兩個(gè)平動(dòng)自由度和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度來調(diào)整。通過各個(gè)模塊之間的配合運(yùn)動(dòng)，可以協(xié)助醫(yī)生將放射性粒子準(zhǔn)確快速地植入到病人癌變部位。
權(quán)利要求
1.一種超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，包括實(shí)現(xiàn)前、后、左、右四個(gè)水平方向移動(dòng)和上下方向移動(dòng)的移動(dòng)支座，設(shè)置在移動(dòng)支座上的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元，以及設(shè)置在超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元的具有超聲波探頭伸出側(cè)的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元，其中，所述的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元有超聲波探頭支撐架進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超聲波探頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元有針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的移動(dòng)支座包括底座(I )，設(shè)置在底座(I)上并沿底座(I)作水平直線移動(dòng)的動(dòng)平臺(tái)(4)，設(shè)置在動(dòng)平臺(tái)(4)上并沿動(dòng)平臺(tái)(4)作與動(dòng)平臺(tái)(4)移動(dòng)方向相垂直的水平直線移動(dòng)的升降底座(6 )，設(shè)置在升降底座(6 )上作升降運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的底座(I)的一側(cè)邊安裝有第一伺服電機(jī)(2),所述的底座(I)內(nèi)安裝有與第一伺服電機(jī)(2)的輸出軸相連的第一滾珠絲杠(3)，所述的動(dòng)平臺(tái)(4)的底面中部與所述的第一滾珠絲杠(3)為螺紋連接，所述的動(dòng)平臺(tái)(4)的底面兩側(cè)與所述的底座(I)為燕尾槽導(dǎo)軌的連接結(jié)構(gòu)；所述的動(dòng)平臺(tái)(4)上與自身移動(dòng)方向相平行的一側(cè)邊安裝有第二伺服電機(jī)(5)，所述的動(dòng)平臺(tái)(4)內(nèi)安裝有與第二伺服電機(jī)(5)的輸出軸相連的第二滾珠絲杠(19)，所述的升降底座(6)的底面中部與所述的第二滾珠絲杠(19)為螺紋連接，所述的升降底座(6)的底面兩側(cè)與所述的動(dòng)平臺(tái)(4)為燕尾槽導(dǎo)軌的連接結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的升降機(jī)構(gòu)包括位于升降底座(6)上方的第三滾珠絲杠(7)，位于第三滾珠絲杠(7)下端且輸出軸與第三滾珠絲杠(7)下端相連的伺服電機(jī)，分別垂直固定在升降底座(6)端面上的四個(gè)升降導(dǎo)柱(8)，分別套在四個(gè)升降導(dǎo)柱(8)上的四個(gè)升降套筒(9)，以及固定連接在四個(gè)升降套筒(9)頂端和第三滾珠絲杠(7)的套筒頂端的支撐板(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元包括設(shè)置在移動(dòng)支座的支撐板(18)上的超聲波探頭靜平臺(tái)(11)，安裝在超聲波探頭靜平臺(tái)(11) 一側(cè)的第三伺服電機(jī)(10 )，設(shè)置在超聲波探頭靜平臺(tái)(11)內(nèi)并與所述的第三伺服電機(jī)(10)的輸出軸相連的第三滾珠絲杠(12)，與所述的第三滾珠絲杠(12)為螺紋連接的探頭動(dòng)平臺(tái)(13)，設(shè)置在探頭動(dòng)平臺(tái)(13)上的U型超聲波探頭支撐架(14)，所述的U型超聲波探頭支撐架(14)的兩縱架上形成有貫穿B超探頭(17)的通孔，所述的U型超聲波探頭支撐架(14)兩縱架的內(nèi)側(cè)在與所述的通孔相對(duì)應(yīng)處各設(shè)置一個(gè)B超探頭夾具(16)，在U型超聲波探頭支撐架(14)的遠(yuǎn)離針刺模板(32)—側(cè)的縱架的外側(cè)面上設(shè)置有第四伺服電機(jī)(15)，所述的B超探頭(17)的一端貫穿U型超聲波探頭支撐架(14)的兩縱架以及兩個(gè)B超探頭夾具(16)與所述的第四伺服電機(jī)(15)的輸出軸相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括針刺模板靜平臺(tái)(26)，安裝在針刺模板靜平臺(tái)(26)上的滾珠絲杠扭桿(27)，滾珠絲杠扭桿(27)的一端位于針刺模板靜平臺(tái)(26)的外側(cè)并設(shè)有旋鈕，滾珠絲杠扭桿(27)在位于針刺模板靜平臺(tái)(26)上方的部分連接絲杠螺母(25)，所述的絲杠螺母(25)上固定連接有第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)(21)，所述的第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)(21)上螺紋連接有錐齒輪桿(20)，所述的錐齒輪桿(20)上固定連接有第一錐齒輪(23)，還設(shè)置有與所述的第一錐齒輪(23)相嚙合的水平設(shè)置的第二錐齒輪(24)，所述第二錐齒輪(24)通過一旋轉(zhuǎn)軸連接第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)(28)，從而實(shí)現(xiàn)第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)(28)的旋轉(zhuǎn)，所述的第一針刺模板動(dòng)平臺(tái)(21)上還設(shè)置有用于限定錐齒輪桿(20)旋轉(zhuǎn)角度的第一鎖定旋鈕(22)，所述的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)(28)上設(shè)置有針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為手動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括一端設(shè)置在針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)(28)上面的兩個(gè)滾珠絲杠螺桿(30)，所述的第二針刺模板動(dòng)平臺(tái)(28)上設(shè)置有手動(dòng)控制兩個(gè)滾珠絲杠螺桿(30)旋轉(zhuǎn)的抬升旋鈕(29)，所述的兩個(gè)滾珠絲杠螺桿(30)頂端螺紋連接針刺模板框架(31 )，針刺模板(32)設(shè)置在針刺模板框架(31)內(nèi)，所述的針刺模板框架(31)的側(cè)壁上設(shè)置有用于控制針刺模板(32)翻轉(zhuǎn)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有翻轉(zhuǎn)旋鈕(34)，與翻轉(zhuǎn)旋鈕(34)連接的第一齒輪(35)，與第一齒輪(35)相嚙合的第二齒輪(36 )，所述的第二齒輪(36 )連接針刺模板(32 )的翻轉(zhuǎn)軸，所述的針刺模板框架(31)上還設(shè)置有用于限定針刺模板(32)翻轉(zhuǎn)角度的第二鎖定旋鈕(33)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，其特征在于，所述的第一齒輪(35)的直徑小于第二齒輪(36)的直徑。
全文摘要
一種超聲圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入機(jī)器人，包括實(shí)現(xiàn)前、后、左、右四個(gè)水平方向移動(dòng)和上下方向移動(dòng)的移動(dòng)支座，設(shè)置在移動(dòng)支座上的超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元，以及設(shè)置在超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元的具有超聲波探頭伸出側(cè)的針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元，其中，超聲波探頭進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)單元有超聲波探頭支撐架進(jìn)給機(jī)構(gòu)和超聲波探頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；針刺模板空間姿態(tài)調(diào)整單元有針刺模板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和針刺模板升降翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明能夠在超聲波圖像的導(dǎo)航下輔助醫(yī)生來完成針刺手術(shù)，盡可能地提高針刺手術(shù)的精度，減少病人在手術(shù)中的痛苦。本發(fā)明能夠極大程度的提高手術(shù)的精度，手術(shù)的成功性和完善性，從而為超聲波圖像引導(dǎo)機(jī)器人輔助微創(chuàng)外科手術(shù)開辟了一條新的途徑。
文檔編號(hào)A61M36/04GK102921099SQ20121040874
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者楊志永, 張震, 郭杰, 張?chǎng)? 仇博文, 李梓楠 申請(qǐng)人:天津大學(xué)