一種磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近20年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，“微倉Γ這一概念已深入到臨床醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域，尤其在乳腺癌的治療方面起著重要的作用。微創(chuàng)手術(shù)以其創(chuàng)口小、恢復(fù)快、無需縫合和住院時間短等優(yōu)點(diǎn)深受患者的歡迎，它能夠達(dá)到甚至優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)外科手術(shù)的治療效果，且并發(fā)癥少，從而可以實(shí)現(xiàn)保乳治療。
[0003]在實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)過程中，為了保證手術(shù)效果及病人的安全，一般需要通過影像手段進(jìn)行引導(dǎo)。目前，在實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)中主要采用磁共振成像的影像手段進(jìn)行引導(dǎo)。
[0004]但是，由于磁共振成像設(shè)備成像區(qū)域有限，臨床醫(yī)生很難進(jìn)行手術(shù)操作，需要采用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)。然而，到目前為止，尚未見可用于磁共振成像設(shè)備的乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人的相關(guān)報道，同時，市場上也未出現(xiàn)具有高度精確性的手術(shù)機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人及其控制方法，在磁共振成像環(huán)境下可以準(zhǔn)確到達(dá)由磁共振成像設(shè)備得到的乳腺癌腫瘤坐標(biāo)位置，以實(shí)現(xiàn)利用磁共振掃描設(shè)備引導(dǎo)進(jìn)行乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)。
[0006]本發(fā)明提出了一種磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人，包括:底座、第一絲桿、導(dǎo)向柱、第二絲桿、第一移動平臺、第二移動平臺、固定機(jī)構(gòu)、第一傳動機(jī)構(gòu)、第二傳動機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中:
[0007]第一絲桿和導(dǎo)向柱安裝在底座上并與底座垂直布置，第一絲桿通過第一傳動機(jī)構(gòu)與第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳動連接，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第一絲桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動；第一移動平臺與第一絲桿傳動連接并套裝在導(dǎo)向柱上，在第一絲桿轉(zhuǎn)動過程中帶動第一移動平臺沿著導(dǎo)向柱進(jìn)行Z軸方向運(yùn)動；
[0008]第二移動平臺安裝在第一移動平臺上，第二移動平臺通過第二傳動機(jī)構(gòu)與第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳動連接，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二移動平臺在第一移動平臺上進(jìn)行Y軸方向運(yùn)動；
[0009]第二絲桿安裝在第二移動平臺上，第二絲桿與第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二絲桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動；固定機(jī)構(gòu)用于固定手術(shù)執(zhí)行部件，固定機(jī)構(gòu)安裝在第二絲桿上，在第二絲桿轉(zhuǎn)動過程中帶動固定機(jī)構(gòu)沿著第二絲桿進(jìn)行X軸方向運(yùn)動。
[0010]優(yōu)選地，第一絲桿的數(shù)量為兩根，兩根第一絲桿在底座上相對設(shè)置，兩根第一絲桿均通過第一傳動機(jī)構(gòu)與第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接并由第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動同步轉(zhuǎn)動。
[0011]優(yōu)選地，第二移動平臺位于兩根第一絲桿之間。
[0012]優(yōu)選地，導(dǎo)向柱的數(shù)量為四根，在每個第一絲桿兩側(cè)分別布置一根導(dǎo)向柱，四根導(dǎo)向柱占據(jù)四邊形的四個頂點(diǎn)位置。
[0013]優(yōu)選地，第一傳動機(jī)構(gòu)包括第一傳動齒輪A、第一傳動齒輪B、第一傳動履帶A和第一傳動履帶B，第一傳動齒輪A與其中一根第一絲桿固定連接，第一傳動齒輪A通過第一傳動履帶A與第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接；第一傳動齒輪B與另一根第一絲桿固定連接，第一傳動齒輪B通過第一傳動履帶B與第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接。
[0014]優(yōu)選地，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過第一電機(jī)座固定在底座上且位于兩根第一絲桿之間，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)上設(shè)有與第一傳動履帶A連接的第一傳動齒輪C和與第一傳動履帶B連接的第一傳動齒輪D。
[0015]優(yōu)選地，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)為第一超聲波電機(jī)。
[0016]優(yōu)選地，第一移動平臺包括第一導(dǎo)軌、第一橫梁、第二導(dǎo)軌和第二橫梁，第一導(dǎo)軌、第一橫梁、第二導(dǎo)軌和第二橫梁首尾順次連接形成矩形框架，兩根第一絲桿分別穿過第一橫梁和第二橫梁并與其傳動連接。
[0017]優(yōu)選地，第一移動平臺還包括四個連接塊，四個連接塊分別位于矩形框架的四角，四個連接塊分別可滑動安裝在四根導(dǎo)向柱上。
[0018]優(yōu)選地，第二移動平臺可滑動安裝在第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌上，第二移動平臺與第二傳動機(jī)構(gòu)連接，第二傳動機(jī)構(gòu)與第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接。
[0019]優(yōu)選地，第二傳動機(jī)構(gòu)包括第二傳動齒輪A、第二傳動履帶，第二傳動齒輪A安裝在第一橫梁上，第二傳動齒輪A通過第二傳動履帶與第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接；第二傳動履帶與第二移動平臺固定連接。
[0020]優(yōu)選地，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過第二電機(jī)座固定在第二橫梁上，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)上設(shè)有與第二履帶連接的第二傳動齒輪B。
[0021 ] 優(yōu)選地，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)為第二超聲波電機(jī)。
[0022]優(yōu)選地，第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)為第三超聲波電機(jī)，第二絲桿與第三超聲波電機(jī)的輸出軸連接。
[0023]優(yōu)選地，底座、第一絲桿、導(dǎo)向柱、第二絲桿、第一移動平臺、第二移動平臺、固定機(jī)構(gòu)、第一傳動機(jī)構(gòu)和第二傳動機(jī)構(gòu)均由磁兼容材料制作而成；
[0024]優(yōu)選地，第一電機(jī)座和第二電機(jī)座均由合成樹脂材料3D打印而成。
[0025]優(yōu)選地，第一絲桿和第二絲桿均由鈦合金材料制作而成；第一傳動機(jī)構(gòu)和第二傳動機(jī)構(gòu)均由塑料材料制作而成。
[0026]優(yōu)選地，連接塊由合成樹脂3D打印而成。
[0027]優(yōu)選地，導(dǎo)向柱由鈦合金材料制作而成。
[0028]優(yōu)選地，底座的外形尺寸為200mmX200mmX5mm，第一超聲波電機(jī)的外形尺寸為70mmX 70mm,額定力矩為0.65NXm,第二超聲波電機(jī)和第三超聲波電機(jī)的直徑都為46mm，額定力矩都為0.15NXm。
[0029]本發(fā)明還提出了一種磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括:磁共振掃描設(shè)備和手術(shù)機(jī)器人，所述磁共振掃描設(shè)備用于獲取乳腺癌腫瘤三維位置坐標(biāo)，并通過獲取的乳腺癌腫瘤三維位置坐標(biāo)控制手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行X軸方向、Y軸方向、Z軸方向運(yùn)動；所述手術(shù)機(jī)器人為權(quán)利1-8項(xiàng)所述的磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人。
[0030]本發(fā)明還提出了一種磁共振引導(dǎo)乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)機(jī)器人的控制方法，包括:
[0031]通過磁共振掃描設(shè)備對人體進(jìn)行掃描，確定乳腺癌腫瘤的三維位置坐標(biāo)；
[0032]根據(jù)手術(shù)機(jī)器人的初始三維位置坐標(biāo)與磁共振掃描設(shè)備所獲取的乳腺癌腫瘤的三維位置坐標(biāo)進(jìn)行做差；
[0033]通過所得差值控制第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)動作，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第一傳動機(jī)構(gòu)動作，第一傳動機(jī)構(gòu)動作帶動第一絲桿轉(zhuǎn)動，第一絲桿轉(zhuǎn)動帶動第一移動平臺沿著Z軸方向移動；
[0034]通過所得差值控制第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)動作，第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二傳動機(jī)構(gòu)動作，第二傳動機(jī)構(gòu)動作帶動第二移動平臺在第一移動平臺上沿著Y軸方向移動；通過所得差值控制第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)動作，第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動第二絲桿轉(zhuǎn)動，第二絲桿轉(zhuǎn)動帶動固定機(jī)構(gòu)沿著X軸方向移動。
[0035]在本發(fā)明中，手術(shù)機(jī)器人和磁共振掃描設(shè)備進(jìn)行配合，手術(shù)機(jī)器人在磁共振掃描設(shè)備形成的磁共振成像環(huán)境中，根據(jù)坐標(biāo)指引，實(shí)現(xiàn)手術(shù)執(zhí)行部件的精確移動；通過第一傳動機(jī)構(gòu)和第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)的配合使第一移動平臺沿著Z軸方向上下運(yùn)動；通過第二傳動機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)的配合使第二移動平臺在第一移動平臺上沿著Y軸方向水平運(yùn)動；通過固定機(jī)構(gòu)將手術(shù)執(zhí)行部件固定，并通過固定機(jī)構(gòu)中的滑臺與第二移動平臺中的第二絲桿配合，并利用第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動使固定機(jī)構(gòu)在第二移動平臺上沿著X軸方向水平運(yùn)動；從而實(shí)現(xiàn)固定在其上的手術(shù)執(zhí)行部件在X，Y，Z三軸方向的運(yùn)動，從而使手術(shù)執(zhí)行部件準(zhǔn)確到達(dá)手術(shù)目標(biāo)位置以進(jìn)行微創(chuàng)治療。
[0036]在實(shí)施穿刺過程中，通過磁共振成像設(shè)備得到乳腺癌腫瘤位置的三維位置坐標(biāo)作為手術(shù)目標(biāo)位置，根據(jù)手術(shù)機(jī)器人的初始三維位置坐標(biāo)與磁共振掃描設(shè)備所獲取的乳腺癌腫瘤的三維位置坐標(biāo)進(jìn)行做差；通過所得差值控制第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)配合動作進(jìn)行位移，從而使手術(shù)執(zhí)行部件準(zhǔn)確到達(dá)手術(shù)目標(biāo)位置以進(jìn)行微創(chuàng)治療。
[0037]本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在磁共振掃描設(shè)備引導(dǎo)下對乳腺癌進(jìn)行微創(chuàng)介入手術(shù)的三維立體定位系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)利用磁共振掃描設(shè)備引導(dǎo)進(jìn)行乳腺癌微創(chuàng)介入手術(shù)。解決了目前因磁共振成像設(shè)備成像區(qū)域有限，無法進(jìn)行人工操作的問題，為乳