一種自重平衡式放射性治療粒子植入機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，屬于醫(yī)學(xué)、機械、自動化交叉學(xué)科，具體涉及一種自重平衡式放射性治療粒子植入機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]近距離放射性粒子植入具有靶向性強、無副作用、創(chuàng)傷小、療效確切的特點，在國內(nèi)外已成為治療早期前列腺癌的標(biāo)準(zhǔn)手段。傳統(tǒng)放射性治療術(shù)是在超聲的引導(dǎo)下，借助于固定在超聲支架上的導(dǎo)向板，臨床醫(yī)生使用手動粒子植入器將20?120顆鎳鈦合金包裹的1251 (144Gy)/103Pd (120Gy)粒子植入靶區(qū)部位，連續(xù)低劑量放射γ射線對腫瘤細胞進行殺死。
[0003]當(dāng)前國內(nèi)外的粒子植入器多為醫(yī)生手動進行，依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗，使得粒子植入的準(zhǔn)確度具有不確定性。同時醫(yī)生的疲勞和抖動使得手術(shù)時間變長，還有可能對患者造成一定的傷害，將機器人技術(shù)和放射性治療技術(shù)相結(jié)合會克服上述放射性治療術(shù)的缺點，放射性粒子植入機器人系統(tǒng)正是上述技術(shù)結(jié)合的典范。
[0004]國內(nèi)外近距離放射性粒子植入機器人始于21世紀(jì)初期，美國羅徹斯特大學(xué)研制了一種直角坐標(biāo)式粒子植入機器人，采用移動關(guān)節(jié)組成直角坐標(biāo)懸臂結(jié)構(gòu)會降低整體剛度，其自身占用空間較大和運動響應(yīng)能力也欠佳，羅馬尼亞克盧日.納波卡技術(shù)大學(xué)研制CRRU + CRU模塊化并聯(lián)式粒子植入機器人，控制時存在工作奇異點的問題，天津大學(xué)設(shè)計了 5自由度混合驅(qū)動并聯(lián)粒子植入機器人，它的結(jié)構(gòu)和材料都適用于核磁兼容環(huán)境，整體結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，控制起來較為困難，雖然近距離放射性治療粒子植入機器人在國外研究多年，但由于在病人體內(nèi)操作環(huán)境較為復(fù)雜，對機器人的性能要求較高，很多粒子植入機器人還處于實驗室研究階段。
[0005]使用近距離放射性治療粒子植入，進行活檢或粒子植入操作時，產(chǎn)生的重力力矩、慣性力矩會造成電機驅(qū)力矩幅值波動，從而關(guān)使節(jié)速度波動較大，而末端在定點操作時也會由于慣性產(chǎn)生靜態(tài)誤差，需要采用有效辦法進行重力補償來抵消機構(gòu)自身重力的影響，提高其反向驅(qū)動性能，而目前研究的粒子植入機器人都沒有采用平衡裝置，來實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的操作，特別是機器人末端穿刺針同軟組織接觸時，存在末端操作力控制不穩(wěn)定的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種自重平衡式放射性治療粒子植入機器人。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
本發(fā)明的一種自重平衡式放射性治療粒子植入機器人，包括電動移動機構(gòu)，其特征在于:電動移動機構(gòu)上固接2R定位機構(gòu)，2R定位機構(gòu)的大臂、小臂上設(shè)有垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)，垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)可以實現(xiàn)大臂、小臂位形變化時，任意位姿的靜態(tài)力矩平衡，所述的2R初定位機構(gòu)上還固接雙絲杠螺旋式粒子植入機構(gòu)，電動移動機構(gòu)配合2R定位機構(gòu)可以實現(xiàn)穿刺針的快速初定位，垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)結(jié)合2R定位機構(gòu)，可以實現(xiàn)任意姿態(tài)下機器人懸臂重力矩平衡，電動移動機構(gòu)、2R定位機構(gòu)、垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)、雙絲杠螺旋式粒子植入機構(gòu)一起配合使用可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的粒子植入過程。
[0008]上述方案的種自重平衡式放射性治療粒子植入機器人，其結(jié)構(gòu)特點為電動移動平臺和2R定位機構(gòu)將穿刺針把沿刺針軸線調(diào)整到目標(biāo)高度(初定位)，接近會陰正前方5cm處，同時垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)可以實現(xiàn)機機器人懸臂重力矩平衡，然后使用雙絲杠螺旋式粒子植入機構(gòu)，將穿刺針平穩(wěn)運行到靶點。
[0009]對方案進一步設(shè)計:為了更好地發(fā)揮電動移動機構(gòu)的作用，所述的電動移動機構(gòu)包括減震底板，其特征在于:減震底板上固接U型機架，U型機架上固設(shè)電機，所述的電機軸固接第一絲杠，第一絲杠與第一滑臺建立螺旋副連接，所述的第一滑臺上還固接2R定位機構(gòu)。
[0010]對方案進一步設(shè)計:為了更好地發(fā)揮2R定位機構(gòu)的作用，所述的2R定位機構(gòu)包括底板，其特征在于:底板上固設(shè)大臂驅(qū)動電機基座、小臂驅(qū)動電機基座，大臂驅(qū)動電機基座安裝有大臂驅(qū)動減速電機，小臂驅(qū)動電機基座安裝有小臂驅(qū)動減速電機，大臂驅(qū)動減速電機和小臂驅(qū)動減速電機的輸出軸在同一直線上，所述的大臂驅(qū)動電機軸固連大臂，大臂與小臂通過鉸鏈建立轉(zhuǎn)動鏈接，所述的小臂驅(qū)動電機軸固連小臂曲柄，小臂曲柄通過鉸鏈與小臂連桿建立轉(zhuǎn)動鏈接，小臂連桿通過鉸鏈與小臂也建立轉(zhuǎn)動鏈接，大臂、小臂、小臂連桿和小臂曲柄通過鉸鏈連接，可以構(gòu)成一個平行四邊形機構(gòu)，這個平行四邊形機構(gòu)可以將小臂驅(qū)動電機的動力及運動傳遞給小臂，以實現(xiàn)對小臂的驅(qū)動。
[0011]所述的大臂驅(qū)動電機基座上還設(shè)有支撐軸承，支撐軸承軸線和大臂驅(qū)動電機軸軸線在同一等高線上，支撐軸承上固連被動轉(zhuǎn)動軸，所述的的轉(zhuǎn)動軸通過鉸鏈與大臂輔助連桿建立轉(zhuǎn)動鏈接，所述的大臂還通過鉸鏈與平行三角架建立轉(zhuǎn)動鏈接，大臂、大臂輔助連桿、平行三角架通過鉸鏈，也可以構(gòu)成一個平行四邊形，所述的平行三角架通過鉸鏈與平行連桿建立轉(zhuǎn)動鏈接，所述的平行連桿、小臂都通過鉸鏈與末端粒子植入平臺建立轉(zhuǎn)動鏈接，小臂、平行三角架、平行連桿和末端粒子植入平臺還可以構(gòu)成一個平行四邊形。
[0012]所述的大臂、大臂輔助連桿、平行三角架通過鉸鏈鏈接構(gòu)成的平行四邊形機構(gòu)與小臂、平行三角架、平行連桿和末端粒子植入平臺構(gòu)成的平行四邊形機構(gòu)，可以使末端粒子植入平臺處于水平定向姿態(tài)。
[0013]對方案進一步設(shè)計:為了更好地發(fā)揮垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)的作用，所述的垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)包括小臂垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)和大臂垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)。
[0014]所述的小臂垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)包括平衡連桿，所述的平衡連桿通過鉸鏈與小臂曲柄建立轉(zhuǎn)動鏈接，平衡連桿還通過鉸鏈與平衡曲柄建立轉(zhuǎn)動鏈接，所述的平衡連桿上還固設(shè)水平平衡導(dǎo)桿，所述的水平平衡導(dǎo)桿上套設(shè)水平平衡彈簧，十字滑塊也套設(shè)在水平平衡導(dǎo)桿上，且可以在水平平衡導(dǎo)桿上滑動，處于水平平衡彈簧的右側(cè)，所述的平衡連還通過鉸鏈與平衡曲柄建立轉(zhuǎn)動鏈接，平衡曲柄通過鉸鏈與小臂驅(qū)動電機基座建立轉(zhuǎn)動鏈接，所述的小臂驅(qū)動電機基座還固設(shè)豎直平衡導(dǎo)桿，豎直平衡導(dǎo)桿上套設(shè)豎直平衡彈簧，所述的十字滑塊同時也套設(shè)在豎直平衡導(dǎo)桿上，也可以在豎直平衡導(dǎo)桿上滑動，處于豎直平衡彈簧的下側(cè)。
[0015]進一步，所述的大臂垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與方案與小大臂垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與方案類似，不同的是所述的大臂垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)的平衡連桿是固設(shè)在大臂上。
[0016]對方案進一步設(shè)計:為了更好地發(fā)揮雙絲杠螺旋式粒子植入機構(gòu)的作用，所述的雙絲杠螺旋式粒子植入機構(gòu)包括殼體，所述的殼體內(nèi)固設(shè)外針驅(qū)動電機、內(nèi)針驅(qū)動電機、夕卜針支撐套，所述的外針驅(qū)動電機的電機軸固接第二絲杠，第二絲杠與第二滑臺建立螺旋副連接，所述的第二滑臺還固接粒子庫接收裝置，粒子庫接收裝置還有插孔，插孔上可以安裝彈匣，粒子庫接收裝置上還固接彈簧式外針夾持器，彈簧式外針夾持器上還設(shè)有按鈕，通過按鈕可以裝、卸外針，所述的外針和外針支撐套建立滑動連接，外針支撐套可以對外針其起撐作用，所述的內(nèi)針驅(qū)動電機的電機軸固接第三絲杠，第三絲杠與第三滑臺建立螺旋副連接，所述的第三滑臺還固接內(nèi)針夾持座，內(nèi)針夾持座上還設(shè)有緊釘螺絲，通過緊釘螺絲可以裝、卸內(nèi)針夾持座上的內(nèi)針。
[0017]進一步，所述的第二絲杠、第三絲杠上還加裝光電編碼器，光電編碼器與控制器相連，控制器與所述的外針驅(qū)動電機、內(nèi)針驅(qū)動電機相連。
[0018]進一步，所述的殼體、第二滑臺上還加載限位開關(guān)，限位開關(guān)與控制器相連，控制器與所述的外針驅(qū)動電機、內(nèi)針驅(qū)動電機相連。
[0019]進一步，所述的外針支撐套上還加載扭矩傳感器，扭矩傳感器與控制器相連，控制器與所述的外針驅(qū)動電機、內(nèi)針驅(qū)動電機相連。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果和優(yōu)點:
本發(fā)明采用電動移動機構(gòu)配合2R定位機構(gòu)可以實現(xiàn)穿刺針的快速初定位，可以有效的減少近距離放射性治療的手術(shù)時間，另外，垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)結(jié)合2R定位機構(gòu)可以實現(xiàn)任意姿態(tài)下機器人懸臂重力矩平衡，電動移動機構(gòu)、2R定位機構(gòu)、垂直交叉式彈簧平衡機構(gòu)、雙絲杠螺旋式粒子植入機構(gòu)一起配合使用可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的粒子植入過程，整體結(jié)構(gòu)簡單，通過加裝光電編碼器、限位開關(guān)和扭矩傳感器，可以實現(xiàn)植入過程精確定位、調(diào)速、反饋控制，本發(fā)明能夠提供近距離放射性治療粒子植入手術(shù)的精度，手術(shù)的成功性和完善性，從而為放射性治療粒子植入輔助放射性介入治療手術(shù)開辟一條新的途徑。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1整