基于ct或mri圖像導航的胸腔穿刺手術機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械領域，屬于醫學、機械、自動化交叉的前沿學科，特別涉及基于CT或MRI圖像導航的穿刺機器人。
【背景技術】
[0002]隨著現代醫學技術的不斷提高，傳統的醫療器械越來越不能滿足人們的需求。手術機器人的發展腳步越來越快，機器人輔助手術不僅定位精度高、靈巧性強，而且對患者造成的創傷小，便于術后恢復。對于基于CT(或MRI)圖像導航的胸腔穿刺機器人來說，其工作空間可描述為人的胸腔輪廓向外延伸200-300mm的近似圓環形的區域，由于CT (或MRI)儀器的限制，機器人的結構必須十分緊湊才能有效完成相應的手術動作。以往的胸腔手術機器人多不能滿足使機械臂從胸腔外部任意位置、角度進針的要求，并且調節速度慢、精度低，使機器人自主完成穿刺具有很大的難度。
【發明內容】
[0003]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基于CT或MRI圖像導航的胸腔穿刺手術機器人，該機器人能夠使機械臂從胸腔外部任意位置和任意角度進針，并且機器人的運動能夠進行自動調整，定位精度高，速度快。
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種基于CT或MRI圖像導航的胸腔穿刺手術機器人，包括弧形支架模塊、三向平移模塊和角度調整模塊；所述弧形支架模塊包括分設在前端和后端的兩個弧形板，兩個所述弧形板通過兩根沿縱向設置的角穩定板連接，在每個所述弧形板的內側固接有不完全內齒輪；在位于前端的所述弧形板的前方設有前端豎向主板，在位于后端的所述弧形板的后方設有后端豎向主板，所述前端豎向主板和所述后端豎向主板的上部通過水平支撐軸連接，所述前端豎向主板和所述后端豎向主板的下部安裝有水平設置的主軸，在所述主軸的兩個端部各安裝一內嚙小齒輪，所述內嚙小齒輪與對應的所述不完全內齒輪嚙合，所述主軸的后端與所述后端豎向主板通過后端離合器連接，所述后端離合器的輸入端與動力源連接；在所述水平支撐軸上安裝有滾套，所述水平支撐軸通過所述滾套與所述弧形板的外側表面滾動摩擦連接；所述三向平移模塊包括左右平移單元、前后平移單元和上下平移單元；所述左右平移單元包括支架I，所述支架I通過模塊連接板固定在所述后端豎向主板上；在所述支架I上安裝有橫向設置的絲杠I，所述絲杠I由電機I驅動，所述電機I安裝在所述支架I上，在所述絲杠I上設有與其通過傳動螺紋連接的滑塊I，所述滑塊I通過連接架與模組支撐板的后端固接，所述模組支撐板的前端設有固定滑塊，所述固定滑塊與橫向軌道配合，所述橫向軌道固定在所述前端豎向主板上；所述前后平移單元包括支架II，所述支架II固定在所述模組支撐板上；在所述支架II上安裝有絲杠II，所述絲杠II由電機II驅動，所述電機II安裝在所述模組支撐板上，在所述絲杠II上設有與其通過傳動螺紋連接的滑塊II，在所述滑塊II上橫跨有與其固接的π形伸出板；所述上下平移單元包括左右分布的兩根升降絲杠，兩根所述升降絲杠的上端安裝在軸端固定板內，兩根所述升降絲杠的下端安裝在所述31形伸出板內，在兩根所述升降絲杠上均設有與其采用傳動螺紋連接的升降滑塊，在所述升降滑塊上連接有模塊支撐架；在兩根所述升降絲杠上均設有升降從動齒輪，所述升降從動齒輪與升降主動齒輪嚙合，所述升降主動齒輪由電機III驅動，所述電機III安裝在所述31形伸出板上；所述角度調整模塊包括與所述模塊支撐架固接的驅動軸支撐板，在所述驅動軸支撐板上固接有穿絲彎板II，在所述穿絲彎板II和所述驅動軸支撐板上安裝有與它們垂直的旋轉驅動軸，在所述旋轉驅動軸上安裝有旋轉主動齒輪，在所述旋轉驅動軸上纏繞有旋轉傳動絲，所述旋轉傳動絲穿過所述穿絲彎板II ;所述旋轉主動齒輪與旋轉從動齒輪嚙合，所述旋轉從動齒輪與擺動絲杠轉動連接，所述擺動絲杠安裝在穿絲彎板1、所述驅動軸支撐板和絲杠底座上，所述穿絲彎板I固接在所述驅動軸支撐板上，在所述擺動絲杠上設有與其通過傳動螺紋連接的擺動滑塊和擺動傳動絲，所述擺動傳動絲纏繞在所述擺動絲杠上并穿過所述穿絲彎板I ;在所述驅動軸支撐板和所述絲杠底座之間固接有擺動連桿，在所述絲杠底座上固接有與所述擺動絲杠垂直的鉸鏈軸，所述鉸鏈軸與托板的下端轉動連接，所述托板的中部通過搖桿與所述擺動滑塊連接；在所述托板上設有絲杠支座，在所述絲杠支座上安裝有穿刺絲杠，在所述穿刺絲杠上設有與其采用傳動螺紋連接的穿刺滑塊和穿刺傳動絲，在所述穿刺滑塊上固接有出口朝下的穿刺針，所述穿刺針的下部穿越位于所述穿刺滑塊下方的所述絲杠支座。
[0005]所述主軸的前端與所述前端豎向主板通過前端離合器連接。
[0006]在每個所述弧形板的下端連接有腳輪。
[0007]所述動力源采用手輪。
[0008]所述水平支撐軸采用兩根。
[0009]本發明具有的優點和積極效果是:
[0010]一 )結構緊湊，能夠在空間狹小的CT(或MRI)腔內完成穿刺針位置和角度的調整；二)部分自由度采用絲傳動的方式來實現，能夠提高穿刺針的調整及穿刺精度，同時使得機器人本身與CT(MRI)儀器具有很好的兼容性，提高導航圖像的清晰程度，能夠進一步提高手術的精度；三)機器人的運動能夠進行自動調整，提高了穿刺針位姿的調整速度，加快了手術的進程，降低了手術成本，減輕了患者的痛苦；四)手術過程中，醫生可以遠離CT(或MRI)和放射性粒子等儀器和裝置，大大降低了手術過程中醫生的勞動強度以及手術環境對醫生身體的傷害程度。
[0011]綜上所述，本發明結構緊湊，體積小，能夠用于近距離粒子植入，能夠滿足工作空間的苛刻要求，能夠實現從胸腔外各角度進針的功能，并且定位精度高，定位速度快，操作方便，能夠輔助醫生快速、準確、方便地完成手術，進而減少病人的痛苦，并且本發明結構調整靈活，能夠克服手術過程中定位速度慢、定位不準確的弊端，能夠廣泛地應用到胸腔穿刺手術中，為機器人輔助微創外科手術開辟了一條新的途徑，具有重要的理論意義和實際應用價值。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的結構示意圖；
[0013]圖2為本發明的角度調整模塊結構示意圖；
[0014]圖3為本發明的三向平移模塊結構示意圖；
[0015]圖4為本發明的弧形支架模塊結構示意圖；
[0016]圖5為圖4的仰視圖。
[0017]圖中:1、腳輪；2、弧形板；3、不完全內齒輪；4、穿刺絲杠；5、擺動絲杠；6、旋轉驅動軸；7、電機I ;8、升降絲杠；9、絲杠II ;10、絲杠I ;11、手輪；12、穿刺針；13、鉸鏈軸；14、絲杠底座；15、托板；16、搖桿；17、絲杠支座；18、旋轉從動齒輪；19、穿絲彎板I ;20、穿絲彎板II ;21、旋轉主動齒輪；22、驅動軸支撐板；23、擺動滑塊；24、擺動連桿；25、固定滑塊；26、橫向軌道；27、模塊支撐架；28、支架I ;29、支架II ;30、電機III ;31、升降從動齒輪；32、升降主動齒輪；33、軸端固定板；34、升降滑塊；35、電機II ;36、連接架；37、穿刺滑塊；38、模組支撐板；39、Ji形伸出板；40、滑塊II ;41、連接物；42、腳穩定板；43、前端離合器的A部；44、前端離合器的B部；45、前端豎向主板；46、滾套；47、水平支撐軸；48、主軸；49、后端豎向主板；50、模塊連接板；51、后端離合器；52、內嚙小齒輪；53、旋轉傳動絲；54、擺動傳動絲；55、穿刺傳動絲；56、滑塊I。
【具體實施方式】
[0018]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0019]請參閱圖1?圖5，一種基于CT或MRI圖像導航的胸腔穿刺手術機器人，包括弧形支架模塊、三向平移模塊和角度調整模塊。
[0020]請參閱圖1和圖4?圖5，所述弧形支架模塊包括分設在該機器人前端和后端的兩個弧形板2，兩個所述弧形板2通過兩根沿縱向設置的腳穩定板42連接，在每個所述弧形板2的內側固接有不完全內齒輪3 ;在位于前端的所述弧形板2的前方設有前端豎向主板45，在位于后端的所述弧形板2的后方設有后端豎向主板49，所述前端豎向主板45和所述后端豎向主板49的上部通過至少一根水平支撐軸47連接，所述前端豎向主板45和所述后端豎向主板49的下部安裝有一水平設置的主軸48，在所述主軸48的兩個端部各安裝一內嚙小齒輪52，所述內嚙小齒輪52與對應的所述不完全內齒輪3嚙合，所述主軸48的后端與所述后端豎向主板49通過后端離合器51連接，所述后端離合器51的輸入端與動力源連接；在所述水平支撐軸47上安裝有滾套46，所述水平支撐軸47通過所述滾套46與所述弧形板2的外側表面滾動摩擦連接。
[0021]在本實施例中，為了便于機器人的整體移動，在每個所述弧形板2的下端連接有腳輪I。為了便于現場手動操作，所述動力源采用手輪11。為了方便穿刺頭在人體胸腔外部的位置調整，且使結構簡單、穩定，所述水平支撐軸47采用兩根。為了結構穩定，使主軸48的受力平衡，所述主軸48的前端與所述前端豎向主板45通過前端離合器連接，在本實施例中，腳輪I與弧形板2通過連接物41固接，前后相鄰的兩個連接物41通過腳穩定板42連接在一起。
[0022]上述弧形支架模塊可以通過內嚙配合齒輪的傳動實現穿刺頭在人體胸腔外部的位置調整，并通過離合器實現自鎖和動力輸入功能。
[0023]請參閱圖1和圖3，所述三向平移模塊包括左右平移單元、前后平移單元和上下平移單元；所述左右平移單元包括支架I 28，所述支架I 28通過模塊連接板50固定在所述后端豎向主板49上。具體結構為:所述支架I 28固接在模塊連接板50上，所述模塊連接板50固接在所述后端豎向主板49上。
[0024]在所述支架I 28上安裝有橫向設置的絲杠I 10，所述絲杠I 10由電機I 7驅動，所述電機I 7安裝在所述支架I 28上，在所述絲杠I 10上設有與其通過傳動螺紋連接的滑塊I 56，所述滑塊I 56通過連接架36與模組支撐板38的后端固接，所述模組支撐板38的前端設有固定滑塊25，所述固定滑塊25與橫向軌道26配合，所述橫向軌道26固定在所述前端豎向主板45上。<