[发明专利]一种超声图像导航的前列腺穿刺手术机器人

说明书

本发明公开了一种超声图像导航的前列腺穿刺手术机器人，包括七自由度的位姿调整机构以及三自由度的支撑架机构。其中，位姿调整机构包括可实现精准定位的姿态调整模块、控制探头自动定位以及旋转和进给运动的探头调整模块、以及实现穿刺功能的末端执行器。姿态调整模块采用多关节耦合的算法控制远程中心运动点，两块转动板之间通过转动约束，构成一个连杆机构，通过云台电机驱动改变两块转动板之间的角度，实现远程中心运动点的虚拟固定。实现位姿调整机构在空间中较大范围移动的支撑架机构包括实现X、Y轴向移动的移动模块，以及实现Z轴上下升降的升降模块。本发明能够在超声图像导航下，实现超声探头的自动旋转进给及位姿调整，进行精确定位，可获得大范围的前列腺扫描视野，扩大活检组织取样范围，同时可实现穿刺针的自动进针，可有效地缓解医生疲累，并且在一定程度上提高手术精度、手术效率和手术安全性。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种用于超声图像导航、具有穿刺及定位性能，由七自由度位姿调整机构以及三自由度支撑架机构组成的前列腺穿刺手术机器人。

背景技术

手术机器人是将机电一体化、计算机、医学、力学、影像学等学科融合在一起的一个新兴领域。而微创手术是当今手术方式发展的一个重要方向，它的进步离不开科学技术的发展，更与手术机器人的发展紧密相关。与传统手术方式不同的是，微创手术工作状态稳定，定位精确，工作范围大，灵活性好，这是微创手术机器人辅助系统主要优点。手术机器人在手术过程中计划的制定，离不开影像学提供的数据，而超声图像导航可以将病灶的实时动态变化提供给手术机器人，使其可以根据实际情况进行路径规划和精准定位。

目前前列腺癌是严重威胁男性生命健康的疾病之一，前列腺癌穿刺活检和近距离粒子放射治疗是诊断和治疗前列腺癌的关键手段，但手术操作过程中，由于医生疲累所造成的后期穿刺活检及粒子植入精度降低，将会引起活检的假阴性率提高或粒子植入靶区偏移。因此前列腺穿刺手术机器人的辅助可以很大程度帮助医生实现超声探头的旋转进给，达到定位效果，通过机器人的辅助实现自动进针，这在很大程度上可以减轻医生疲累，提高手术效率及精度。目前，国内外高校等科研机构在前列腺穿刺机器人开发方面开展了一定的研究工作。

CN106901836B公开了一种前列腺穿刺手术机器人，该机器人用于辅助前列穿刺活检手术，该机器人可以很大程度上进行位置调节与角度调节，且互不独立，提高手术操作灵活度，能够尽可能扩大调整范围，适应不同环境、不同患者的实际需求。但其整体质量、体积偏大，结构紧凑性稍显不足，由于通常前列腺穿刺时病人未进行全身麻醉，会给正在治疗的患者造成一定的心理压力，在针刺过程易产生不可控的动作，影响穿刺精度。并且该机器人未将超声探头与进针部分融合，医生仍需手动进行超声探头的旋转、进给，以获取超声图像，在图像中找到合适的进针位置，这一定程度上依然不能解决医生手术操作过程中的疲累。

CN104548328B公开了一种微创局部放疗机器人装置，可在超声图像导航下辅助医生完成前列腺癌的近距离粒子放射治疗，该机器人具有高精度、高稳定性、便于操作、减少患者疼痛、且能提高术中操作精度的优势，但该机器人并不适用于前列腺穿刺活检手术，并且由于粒子植入模板的空间限制，超声探头的调整角度无法达到足够大的扫描范围，对于前列腺穿刺活检术常用的6针穿刺法、12针穿刺法等方式，无法获取足够大的扫描角度，限制活检组织的获取范围。

上述机器人由于结构复杂，结构紧凑性不足，且无法将超声探头的定位部分与穿刺针的推进部分进行有效结合，从而最大限度的缓解医生手术操作过程中的疲累，或者在活检术中存在扫描视野受限，限制组织提取范围等问题，造成很大应用上的阻力。因此，设计一种兼具超声探头大范围调整定位与穿刺针进针功能的超声图像导航前列腺穿刺手术机器人是非常有必要的，它可以实现超声探头的机械定位与穿刺针的自动进针，有效地缓解医生手术操作中的疲累，并且在一定程度上提高手术精度、手术效率和手术安全性，具有重要研究价值和意义。

发明内容