專利名稱：介入治療輔助機(jī)械臂的制作方法
介入治療輔助機(jī)械臂
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種介入治療輔助機(jī)械臂。背景技術(shù)：
介入治療是介于外科、內(nèi)科治療之間的新興治療方法，是指不開(kāi)刀暴露病灶的情況下，在血管。皮膚上作直徑幾毫米的微小通道，或經(jīng)人體原有的管道，在影像設(shè)備的引導(dǎo)下對(duì)病灶局部進(jìn)行治療的創(chuàng)傷最小的治療方法。傳統(tǒng)的機(jī)械臂多用于手術(shù)過(guò)程中病人身體的固定，以及手術(shù)器械的夾持等手術(shù)輔助功能，而在介入治療過(guò)程中，卻無(wú)法提供穿刺進(jìn)針路徑、病人體表穿刺進(jìn)針點(diǎn)等重要手術(shù)信息。而能提供穿刺進(jìn)針路徑及穿刺進(jìn)針點(diǎn)的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制算法復(fù)雜，且價(jià)格昂
蟲(chóng)
貝ο

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種成本較低且操作方便的介入治療輔助機(jī)械臂。一種介入治療輔助機(jī)械臂，包括機(jī)架、位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、工作端和控制系統(tǒng)，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在所述機(jī)架上，用于調(diào)整所述工作端的三維空間位置；所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)的末端，所述工作端安裝在所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)上， 所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整所述工作端的空間角度；所述控制系統(tǒng)用于控制所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)工作。優(yōu)選地，還包括位置跟蹤裝置，所述位置跟蹤裝置用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述工作端的位置坐標(biāo)，并將所述位置坐標(biāo)反饋給所述控制系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述位置跟蹤裝置為電磁位置跟蹤器或光學(xué)位置跟蹤器。優(yōu)選地，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組，所述三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊組分別為X軸方向運(yùn)動(dòng)模組、Y軸方向運(yùn)動(dòng)模組、Z軸方向運(yùn)動(dòng)模組，分別能在三個(gè)空間軸X軸、 Y軸、Z軸方向上平動(dòng)。優(yōu)選地，所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動(dòng)單元、第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第二驅(qū)動(dòng)單元和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，且所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸正交，所述第一驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞X-Z平面轉(zhuǎn)動(dòng)， 所述工作端安裝在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上。優(yōu)選地，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)用于調(diào)整所述工作端的轉(zhuǎn)動(dòng)角和擺優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元均為電機(jī)。優(yōu)選地，還包括安裝在所述工作端上的激光發(fā)射裝置，所述激光發(fā)送裝置用于發(fā)射指示進(jìn)針路徑的激光。優(yōu)選地，還包括進(jìn)針裝置和進(jìn)針驅(qū)動(dòng)裝置，所述送針裝置安裝在所述工作端的末端上，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)所述進(jìn)針裝置沿進(jìn)針路徑移動(dòng)。
優(yōu)選地，所述工作端上設(shè)固定點(diǎn)，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)還用于調(diào)整所述工作端上的固定點(diǎn)與進(jìn)針路徑上的預(yù)定點(diǎn)重合。上述介入治療輔助機(jī)械臂，采用位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整工作端的三維空間位置，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整工作端的空間角度，使得工作端調(diào)整到進(jìn)針路徑位置上，以便實(shí)現(xiàn)指示進(jìn)針路徑或完成進(jìn)針操作，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低且操作方便。

圖1為一個(gè)實(shí)施例中介入治療輔助機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖；圖3為圖1中的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)角α的示意圖；圖4為圖1中的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整擺角β示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示，在一個(gè)實(shí)施例中，一種介入治療輔助機(jī)械臂100，包括機(jī)架10、位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30、工作端40和控制系統(tǒng)(圖中未示)。其中，位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20 安裝在機(jī)架10上，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30設(shè)置在位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20的末端，工作端40安裝在姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30上，控制系統(tǒng)控制位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20和姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30工作。另外，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30可通過(guò)連接板鏈接在位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20的末端。位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20用于調(diào)整工作端40的三維空間位置。位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20包括三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組，分別為X軸方向運(yùn)動(dòng)模組、Y軸方向運(yùn)動(dòng)模組和Z軸方向運(yùn)動(dòng)模組。X軸方向運(yùn)動(dòng)模組沿X軸方向平動(dòng)、Y軸方向運(yùn)動(dòng)模組沿Y軸方向平動(dòng)和Z軸方向運(yùn)動(dòng)模組沿Z 軸方向平動(dòng)，通過(guò)三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組調(diào)整工作端40的三維空間位置。姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30用于調(diào)整工作端40的空間角度。姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30包括第一驅(qū)動(dòng)單元、第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第二驅(qū)動(dòng)單元和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸正交。第一驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞X-Z平面轉(zhuǎn)動(dòng)。第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)用于調(diào)整工作端40的轉(zhuǎn)動(dòng)角α 和擺角β。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)角α為以進(jìn)針路徑上的預(yù)定點(diǎn)M為原點(diǎn)，進(jìn)針路徑所在直線與X軸形成的角，擺角β為進(jìn)針路徑所在直線與Z軸形成的角。進(jìn)針路徑上的預(yù)定點(diǎn)M為醫(yī)生根據(jù)CT、B超等圖像采集設(shè)備采集的患者數(shù)據(jù)信息，分析制定出的手術(shù)路徑上的到腫瘤中心點(diǎn)C距離為預(yù)定距離d的定點(diǎn)，該預(yù)定距離d決定了介入治療輔助機(jī)械臂100同病人身體的距離。另外，第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元均為電機(jī)。圖2為位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖，工作端40上設(shè)有固定點(diǎn)0點(diǎn)，進(jìn)針路徑上的預(yù)定點(diǎn)M點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)控制位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20的三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組分別沿著X軸、Y 軸、Z軸方向依次平動(dòng)，使得工作端40上的固定點(diǎn)0點(diǎn)移動(dòng)到進(jìn)針路徑上，并與進(jìn)針路徑上的預(yù)定點(diǎn)M重合。圖3和圖4為姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖。位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20調(diào)整固定點(diǎn) 0點(diǎn)與預(yù)定點(diǎn)M重合后，第一驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞X-Z平面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整工作端40的轉(zhuǎn)動(dòng)角α和擺角β，使得工作端40的末端指向腫瘤中心C位置，與進(jìn)針路徑重合。
4
上述介入治療輔助機(jī)械臂100通過(guò)位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20和姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30的調(diào)整后，工作端40的空間位置與進(jìn)針路徑的空間位置重合。優(yōu)選的實(shí)施例中，介入治療輔助機(jī)械臂100還包括安裝在工作端40上的激光發(fā)射裝置。該激光發(fā)射裝置用于發(fā)射指示醫(yī)生手術(shù)的進(jìn)針路徑的激光。優(yōu)選的實(shí)施例中，介入治療輔助機(jī)械臂100還包括進(jìn)針裝置和進(jìn)針驅(qū)動(dòng)裝置。進(jìn)針裝置安裝在工作端40的末端上。該進(jìn)針驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)針裝置沿進(jìn)針路徑移動(dòng)，完成進(jìn)針動(dòng)作。優(yōu)選的實(shí)施例中，介入治療輔助機(jī)械臂100還包括位置跟蹤裝置，該位置跟蹤裝置用于實(shí)時(shí)檢測(cè)工作端40的位置坐標(biāo)，并將該位置坐標(biāo)反饋給控制系統(tǒng)。該位置跟蹤裝置可為電磁位置跟蹤器或光學(xué)位置跟蹤器。該位置跟蹤裝置能實(shí)時(shí)檢測(cè)工作端40的位置坐標(biāo)，并反饋給控制系統(tǒng)，確保了手術(shù)的安全性和準(zhǔn)確性。上述介入治療輔助機(jī)械臂100的工作過(guò)程是通過(guò)控制系統(tǒng)控制位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20 運(yùn)動(dòng)，使得工作端40的固定點(diǎn)0點(diǎn)與預(yù)定點(diǎn)M點(diǎn)重合，再控制姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30運(yùn)動(dòng)，使得工作端40的末端指向腫瘤中心C位置。上述介入治療輔助機(jī)械臂100可應(yīng)用于進(jìn)針路徑為直線的介入式手術(shù)治療中，如肝臟介入式手術(shù)；還可應(yīng)用于手術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、定位測(cè)量等領(lǐng)域。上述介入治療輔助機(jī)械臂100，采用位置調(diào)整機(jī)構(gòu)20調(diào)整工作端40的三維空間位置，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)30調(diào)整工作端40的空間角度，使得工作端40調(diào)整到進(jìn)針路徑位置上，以便實(shí)現(xiàn)指示進(jìn)針路徑或完成進(jìn)針操作，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低且操作方便。另外，采用三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組調(diào)整工作端40的三維空間位置，操作方便；采用第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)配合調(diào)整工作端40的空間角度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷；采用位置跟蹤裝置實(shí)時(shí)采集工作端40的位置并反饋，確保了操作的安全性和準(zhǔn)確性。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，包括機(jī)架、位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、工作端和控制系統(tǒng)，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在所述機(jī)架上，用于調(diào)整所述工作端的三維空間位置；所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)的末端，所述工作端安裝在所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)上，所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整所述工作端的空間角度；所述控制系統(tǒng)用于控制所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，還包括位置跟蹤裝置，所述位置跟蹤裝置用于實(shí)時(shí)檢測(cè)所述工作端的位置坐標(biāo)，并將所述位置坐標(biāo)反饋給所述控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，所述位置跟蹤裝置為電磁位置跟蹤器或光學(xué)位置跟蹤器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)包括三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組，所述三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模塊組分別為X軸方向運(yùn)動(dòng)模組、Y軸方向運(yùn)動(dòng)模組、Z軸方向運(yùn)動(dòng)模組，分別能在三個(gè)空間軸X軸、Y軸、Z軸方向上平動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動(dòng)單元、第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第二驅(qū)動(dòng)單元和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，且所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸正交，所述第一驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)繞X-Z平面轉(zhuǎn)動(dòng)，所述工作端安裝在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)用于調(diào)整所述工作端的轉(zhuǎn)動(dòng)角和擺角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)單元和第二驅(qū)動(dòng)單元均為電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，還包括安裝在所述工作端上的激光發(fā)射裝置，所述激光發(fā)送裝置用于發(fā)射指示進(jìn)針路徑的激光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，還包括進(jìn)針裝置和進(jìn)針驅(qū)動(dòng)裝置，所述送針裝置安裝在所述工作端的末端上，所述進(jìn)針驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)所述進(jìn)針裝置沿進(jìn)針路徑移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介入治療輔助機(jī)械臂，其特征在于，所述工作端上設(shè)固定點(diǎn)，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)還用于調(diào)整所述工作端上的固定點(diǎn)與進(jìn)針路徑上的預(yù)定點(diǎn)重合。
全文摘要
一種介入治療輔助機(jī)械臂，包括機(jī)架、位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、工作端和控制系統(tǒng)，所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在所述機(jī)架上，用于調(diào)整所述工作端的三維空間位置；所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)的末端，所述工作端安裝在所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)上，所述姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整所述工作端的空間角度；所述控制系統(tǒng)用于控制所述位置調(diào)整機(jī)構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)工作。上述介入治療輔助機(jī)械臂，采用位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整工作端的三維空間位置，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整工作端的空間角度，使得工作端調(diào)整到進(jìn)針路徑位置上，以便實(shí)現(xiàn)指示進(jìn)針路徑或完成進(jìn)針操作，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低且操作方便。
文檔編號(hào)A61B17/00GK102335017SQ201110194619
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者孫強(qiáng), 杜如虛, 謝小輝, 那奇, 馬翠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院