CN105125289B - 微创医疗机器人*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及微创医疗机器人***及其应用、以及定位介入设备的方法。微创医疗机器人***包括工作机构(3)、调整机构(4)、控制机构(5)和人机交互机构(1)。工作机构(3)包括双孔式防护定位孔板(31)、导向针筒(34)。可以对工作机构(3)的导向针筒(34)进行定位，使得导向针筒(34)落在目标取样点与双孔式防护定位孔板(31)中的一个孔所确定的直线上。应用该微创医疗机器人***，可在影像引导下，精准实施对***癌的诊断与治疗。

Description

微创医疗机器人***

技术领域

本发明涉及一种微创医疗机器人***，尤其涉及一种能增加检出率、提高手术安全性、避免医源***叉感染的用于比如***癌的诊断与治疗的医疗机器人***。

本发明还涉及微创医疗机器人***的使用方法，包括其具体应用领域和应用其来定位介入设备的方法。

背景技术

***癌多发于男性泌尿生殖***，是一种恶性肿瘤，早期常无症状，潜伏期长，发病率与死亡率呈逐年上升趋势。如何早期诊断并治疗***癌，具有重要的临床意义。目前，临床多采用实时2D经直肠超声引导下的六分仪经直肠穿刺活检搭配穿刺模板进行筛查和诊断。

中国发明专利申请CN 104720853 A公开了一种超声引导自动***活检粒子植入***及扎针方法。在支撑平台上固定有定位模块和图像采集模块，并且在支撑平台的前端设置有水平穿刺定位板。调整定位模块使得活检枪呈水平位置放置，按照定位板的空隙逐个进行取样。

然而，类似于以上专利文件所公开的常规模板法穿刺法有以下问题。

1.模板法导程短，偏差大：首先，相对于临床所用的活检枪/粒子植入枪的长度，模板的导向孔长度较短，容易造成活检枪/粒子植入枪定位偏差；其次，模板的导向孔位置、孔间距离无法调整，限制了活检枪的穿刺点选取，对于直径小于5mm的病灶，可能无法完整取样，导致漏检率、假阴性率升高，或者限制粒子植入枪的路径选择，造成植入粒子的放射剂量分布与目标不一致；第三，当活检枪或粒子植入枪遇到耻骨阻挡时，耻骨附近(癌症高发区)的组织样本难以采集，或难以将放射性粒子植入到预计位置，局限性和盲目性较高。因此，模板法可能影响病理检验结果，或导致植入粒子的实际放射剂量分布与计划产生偏差，影响放疗效果。

2.介入前缺乏自检机制，介入中缺乏实时监控：首先，当定位模块的位置调整完毕，即***活检针，没有校验过程，无法判断活检枪的***位置或姿态是否准确，若由于软件、硬件等原因，造成定位模块和/或活检枪姿态异常，在活检枪抵达受术者皮肤表面前，***无法检出，可能误伤受术者，比如扎进尿道、引起并发症等，即介入前缺乏自检机制；其次，现有的成像技术多为将所有扫描完成的2D序列经重构建模，获得静态3D影像作为术中引导，丧失了实时性，当活检枪/粒子植入枪进入体内后，难以准确获取其深度、角度、轨迹等信息，较大程度上依赖术者的经验与技能水平，误操作、误伤其他器官可能性增加，即介入中缺乏实时监控。

3.维护成本高：现有设备中，由于其结构的固有特点，受术者的血液可能倒流进设备造成污染，增加医院的维护成本，甚至影响设备功能和手术进程。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是克服前述缺陷中的一种或多种。

根据本发明的一个方面，提供一种微创医疗机器人***。该微创医疗机器人***包括：工作机构、调整机构、控制机构和人机交互机构。工作机构定位在调整机构上，并且调整机构定位在控制机构上。工作机构进一步包括：双孔式防护定位孔板、导向针筒、超声探头、超声探头运动机构、基座以及导向针筒运动控制机构。导向针筒运动控制机构可滑动地安装在基座上。双孔式防护定位孔板可拆卸地安装在基座的前部弯板上，超声探头运动机构可滑动地安装在基座的上部支撑板上，并且超声探头可以夹持于所述超声探头运动机构中。调整机构被设置为根据患者的***和/或手术台的位置来调整工作机构的水平位置、竖直位置和/或俯仰角度。人机交互机构被配置为显示工作机构所采集的实时影像，接收外部输入，并且还被配置为与控制机构通讯，从而通过控制机构来对工作机构中的组件进行控制。

根据本发明的一个实施方式，导向针筒运动控制机构可以包括用于安装导向针筒的导向针筒座。导向针筒座的至少一端可以连接有万向节，用于辅助导向针筒的姿态的调整。

根据本发明的一个实施方式，导向针筒运动控制机构可以包括左控制机构和右控制机构。在左控制机构与右控制机构内部和/或在左控制机构和右控制机构所限定的区域内设有控制导向针筒的定位的组件。左控制机构和右控制机构的控制与运动可以相互独立，以实现对导向针筒的定位，可以包括对其自身姿态与空间位置的调整。

进一步地，导向针筒的定位包括导向针筒的以下运动中的一种或多种：升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动和前后运动。

在一个实施方式中，导向针筒运动控制机构可以包括例如丝杠传动结构或者液压驱动结构，用于控制导向针筒的定位。导向针筒运动控制机构可以被配置为控制导向针筒的升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动和/或前后运动，且在这5个自由度上的运动可以相互独立。前后运动、左右平移运动和升降运动的方向可以是相互垂直的。

根据本发明的一个实施方式，所述微创医疗机器人***还可以包括设置在基座上的连接器，用于工作机构的供电以及通讯。

根据本发明的一个实施方式，双孔式防护定位孔板的外侧上部可以为突出结构，包括两个贯通的定位孔。

根据本发明的一个实施方式，双孔式防护定位孔板的突出结构的下部可以开有血槽。

根据本发明的一个实施方式，所述微创医疗机器人***还可以包括外部指令触发装置，可以被配置为发出信号，使得导向针筒的定位切换被使能。

进一步地，外部指令触发装置可以被实现为设置在控制机构下部的脚踏板。

根据本发明的一个实施方式，人机交互机构可拆卸地安装在控制机构上或独立设置。

根据本发明的一个实施方式，所述微创医疗机器人***还可以包括推手和/或万向轮。推手和/或万向轮可以被配置为辅助微创医疗机器人***的转移和/或固定。

根据本发明的一个实施方式，控制机构可以包含适用于容纳人机交互机构和工作机构的空间。

根据本发明的一个实施方式，工作机构可以配合活检枪或者放射性粒子植入枪使用。

根据本发明的另一个方面，将前述微创医疗机器人***应用在***活检或放射性粒子植入等领域中。为此，所述工作机构可以配合着适用于***癌诊断或治疗的活检枪或者放射性粒子植入枪使用。从而，提供了一种可以集合***癌诊断与治疗功能的微创手术***。

根据本发明的又一个方面，提供一种定位介入设备的方法。该方法包括：对前述工作机构的导向针筒进行定位，使得导向针筒落在目标取样点与双孔式防护定位孔板中的一个孔所确定的直线上，介入设备可以穿过导向针筒作用于目标取样点；或调整导向针筒的定位，使得导向针筒落在放射性粒子目标植入路径所确定的直线上，介入设备可以穿过导向针筒作用于目标植入路径。以上两种情况中，介入设备的介入深度可以由导向针筒的位置所限定。即，导向针筒的空间位置，尤其是其后端的位置，可以限定介入设备的介入深度，无需额外的介入设备深度控制部件。这种设计简化了***的结构，避免了设置深度控制部件和/或驱动其运动的电机在空间上与***中其他部件的冲突。例如，在***术前自检过程中或者在导向针筒的定位中，设置在针筒后方的深度控制部件和/或驱动其运动的电机，可能被其他部件挡住，导致导向针筒无法调整到目标位置、姿态，也可能撞到***其他部件，如超声探头，造成探头的移位甚至损坏。

根据本发明的一个实施方式，介入设备可以是活检枪或者放射性粒子植入枪。

根据本发明的实施方式，提出一种防护定位孔板与导向针筒相结合定位的方法，可在影像引导下，精准实施活检取样。若导向针筒的定位发生错误，则导向针筒没有落在目标路径所确定的直线上，所以沿导向针筒穿过的介入设备，将无法依计划抵达防护定位孔板上的贯通定位孔，而是被防护定位孔板挡住、无法穿过贯通定位孔并抵达受术者皮肤，从而实现了介入设备在介入人体前的自检过程，避免了由于硬件、软件等故障引发的导向针筒定位错误导致的对受术者的伤害，提高了***的安全性、可靠性。本发明的实施方式使得手术操作可视化，提高检出率，减少受术者创面，避免医源***叉感染，并且降低了术者劳动强度。

根据结合附图的本说明书的以下详细描述，本发明各种实施方式的这些和其他优点与特征都将变得更加明显。

附图说明

图1是示出根据本发明一个实施方式的微创医疗机器人***的整体结构示意图；

图2示出根据本发明一个实施方式的微创医疗机器人***的工作机构相对于患者***的位置以及在其***处的穿刺点；

图3图示根据本发明一个实施方式的工作机构的结构；

图4图示根据本发明一个实施方式的导向针筒的前后方向的运动；

图5图示根据本发明一个实施方式的导向针筒的俯仰、升降、左右平移和水平旋转方向的运动；

图6图示根据本发明一个实施方式的双孔式防护定位孔板的结构；

图7图示根据本发明一个实施方式的“定位孔+导向针筒”的精确定位方式的原理图；以及

图8示出根据本发明一个实施方式的微创医疗机器人***的软件控制流程图。

具体实施方式

下文将参考附图更完整地描述本公开内容，其中在附图中显示了本公开内容的实施方式。但是这些实施方式可以用许多不同形式来实现并且不应该被解释为限于本文所述的实施方式。相反地，提供这些实例以使得本公开内容将是透彻和完整的，并且将全面地向本领域的熟练技术人员表达本公开内容的范围。

图1以结构示意图示出根据本发明一个实施方式的微创医疗机器人***的组成。该微创医疗机器人***包括：工作机构3、调整机构4、控制机构5和人机交互机构1。工作机构3定位在调整机构4上，调整机构4定位在控制机构5上。如图1所示，人机交互机构1可拆卸地安装在固定于控制机构5上的立柱上。应当理解，人机交互机构1也可以独立设置。

如图1所示，该微创医疗机器人***还可以包括外部指令触发装置6。控制机构5下部制有外部指令触发装置6。在该实施方式中，外部指令触发装置6被实现为脚踏板。

从图1可以看出，根据该实施方式的微创医疗机器人***还可以包括推手2和4个万向轮7。如图1所示，推手2固定地安装于控制机构5的顶面，并且4个万向轮7安装在控制机构5下方。应当理解，在其他实施方式中，也可以将推手2直接固装于控制机构5上的立柱上，或者控制机构5的侧面。

工作机构3可用于实现***组织的经***穿刺活检，以及放射性粒子的植入治疗。在工作机构3用于实现***组织的经***穿刺活检时，可以使用活检枪，具体是术者手持活检枪穿过工作机构3的导向针筒(如下文所述)，并操纵活检枪完成活检取样。在工作机构3用于实现***组织的放射性粒子的植入治疗时，可以拆下防护定位孔板(如下文所述)，使用粒子植入枪，具体是术者手持粒子植入枪穿过工作机构3的导向针筒(如下文所述)，并操纵粒子植入枪完成粒子植入。

如图2所示，其示意性地示出了在患者***处的穿刺点8，以及在使用微创医疗机器人***进行作业时工作机构3相对于人体的位置。

图3更详细地示出了根据本发明一个实施方式的工作机构3的结构。工作机构3可以包括双孔式防护定位孔板31、导向针筒34、超声探头33、超声探头运动机构32、基座53以及导向针筒运动控制机构37。导向针筒运动控制机构37可滑动地安装在基座53上，可以包括左控制机构和右控制机构，左控制机构与右控制机构内部、以及左、右控制机构所限定的区域内可以设有控制导向针筒34的定位的组件，其中导向针筒34的定位可以包括其空间位置和姿态。可选地，还可以在左控制机构和右控制机构之间设置起辅助固定作用的连接板，例如设置在左控制机构和右控制机构之间的顶部或者中间部位。

双孔式防护定位孔板31可拆卸地安装在基座53的前部弯板上，超声探头运动机构32可滑动地安装在基座53的上部支撑板上，超声探头33可以夹持于超声探头运动机构32中。

根据本发明的一个实施方式，如图4所示，导向针筒运动控制机构37可滑动地安装于基座53上，可以被配置为控制导向针筒相对于基座53的前后运动，如图4中的虚线箭头所示。

根据本发明的一个实施方式，如图5所示，导向针筒运动控制机构37包括控制导向针筒34的定位的组件，如丝杠传动结构，可以被配置为控制导向针筒34的升降运动、俯仰运动、左右平移运动和/或水平旋转运动，如图5中的虚线箭头所示。

因此，导向运动控制机构37可实现控制导向针筒34的定位的前述5个自由度的运动，即升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动和前后运动，且可以相互独立。左右平移运动、升降运动、前后运动的方向可以是相互垂直的。

图5所示为控制导向针筒的升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动的结构的局部图。第一竖直丝杠61、第二竖直丝杠63分别竖直地、可旋转地设置于导向针筒控制机构37的左、右控制机构内部，所述竖直丝杠上分别设有1个丝母，并在丝母外部分别固装有第一竖直运动件62和第二竖直运动件64。第一水平丝杠71水平地、可旋转地设置于第一竖直运动件62内侧，第二水平丝杠73水平地、可旋转地设置于第二竖直运动件64内侧，第一水平丝杠71、第二水平丝杠73的不与第一竖直运动件62、第二竖直运动件64接触的一端，分别设有起支撑、旋转作用的轴承(图中未示出)。所述水平丝杠上分别设有1个丝母，并在丝母外部分别固装有第一水平运动件72和第二水平运动件74。根据丝杠与丝母配合的原理可知，所述丝杠的旋转运动可以被转化为所述第一竖直运动件62、第二竖直运动件64、第一水平运动件72、第二水平运动件74各自的沿所在丝杠的直线运动。

第一水平运动件72下部设有连接件82，第二水平运动件74下部设有万向节81。为保证导向针筒34在手术中的姿态稳定，制有导向针筒座83，用于安装导向针筒34，其前部与万向节81连接，后部与连接件82以轴承连接。

万向节及与其相连的结构的设计，使得通常实施方式中的导向针筒的旋转运动方式得到优化。通常情况下，对目标组件的旋转采取的都是将其固定在另一个可旋转的部件上，如可旋转的轴，目标旋转组件与该可旋转部件在一处连接，通过对该部件(例如可旋转的轴)的旋转，带动该目标旋转组件整体旋转，即为单点连接(控制)下的旋转运动。

而本发明中采用的旋转方式，为在目标旋转组件的前端与后端分别设置连接点(或控制点)，通过控制两个连接点(或控制点)的分别在竖直方向、水平方向相对方位的改变，控制导向针筒的旋转，即双点控制下的旋转运动。相对于单点控制下的旋转运动，更加灵活，且简化了机械结构。

在本发明的实施方式中，导向针筒座与水平运动件的连接方式，为前端万向节，后端轴承。其中，后端选用轴承，可以保证导向针筒座后端(导向针筒后端)在空间中的位置的稳定，从而确保针筒不会在前后方向上产生滑动，并且确保针筒不会滑出万向节。

备选地，也可以是在第二水平运动件74下部设置连接件，导向针筒座83的前部与该设于第二水平运动件74下部的连接件以轴承连接，在第一水平运动件72下部设置万向节，导向针筒座83的后部与该设在第一水平运动件72下部的万向节连接；或者在其他合理的设计中，导向针筒座83的两端可以设置为分别与万向节连接。

除了现有的球型万向节，在实施中还可以是万向联轴器等部件。

当第一竖直丝杠61与第二竖直丝杠63以同样速度、同样方向旋转时，第一竖直运动件62与第二竖直运动件64也以同样速度、同样方向沿所在丝杠向上或向下同步直线运动，带动第一水平丝杠71与第二水平丝杠73同步升降，从而实现导向针筒34的升降运动。

当第一竖直丝杠61与第二竖直丝杠63以不同速度和/或不同方向旋转时，第一竖直运动件62与第二竖直运动件64也以不同速度和/或向不同方向沿所在丝杠向上或向下不同步直线运动，带动第一水平丝杠71与第二水平丝杠73进行不同步的升降运动，从而实现导向针筒34的俯仰运动。

当第一水平丝杠71与第二水平丝杠73以同样速度、同样方向旋转时，第一水平运动件72与第二水平运动件74也以同样速度、同样方向沿所在丝杠同步向左或向右直线运动，从而实现导向针筒34的左右平移运动。

当第一水平丝杠71与第二水平丝杠73以不同速度和/或不同方向旋转时，第一水平运动件72与第二水平运动件74也以不同速度和/或向不同方向沿所在丝杠向左或向右不同步直线运动，从而实现导向针筒34的水平旋转运动。

以上为从导向针筒的定位的过程来描述，若从导向针筒的定位的结果来描述，由丝杠传动的原理可知，距离＝转数*螺距，即丝杠每转一圈，丝杠上的丝母(运动件)即沿丝杠行进一个螺距的距离，丝杠转动的圈数不同，丝母(运动件)移动的距离也不同，从而可以实现导向针筒(导向针筒座)的定位。

设导向针筒在定位前后，各运动件在所在丝杠上的位移(包括距离的大小与方向)为：

第一竖直运动件62：A；第二竖直运动件64：B；

第一水平运动件72：C；第二水平运动件74：D。

若A与B相同，则实现了导向针筒在竖直方向上的平移，即为导向针筒的升降运动；

若A与B不同，则实现了导向针筒在竖直方向上的旋转，即为导向针筒的俯仰运动；

若C与D相同，则实现了导向针筒在水平方向上的平移，即为导向针筒的左右运动；

若C与D不同，则实现了导向针筒在水平方向上的旋转，即为导向针筒的水平旋转运动。

前述各种自由度的运动都可以通过内置的电机来驱动，并且可以互相独立。

前述在左控制机构与右控制机构内部、以及左、右控制机构所限定的区域内设有的控制导向针筒34的定位的组件是丝杠传动结构，但是应当注意，发明人已经设想到了还可以设置其他形式的组件或传动结构来控制导向针筒34的定位。

在另一个实施方式中，导向针筒运动控制机构37可以包括第一方向运动控制模块、第二方向运动控制模块和第三方向运动控制模块。作为丝杠传动的备选方案，各控制模块可以采用液压驱动直线运动装置，利用压力泵对管道和执行器中的压力油加压或降压，推动执行器的压力杆伸缩，从而将电机的旋转运动转变为直线运动，实现导向针筒的定位。第一方向运动控制模块可以被配置为控制导向针筒34的竖直方向上的平移运动以及旋转运动，第二方向运动控制模块可以被配置为控制导向针筒34的水平方向上的平移运动以及旋转运动，第三方向运动控制模块可以被配置为控制导向针筒34的在超声探头运动机构32的直线运动方向上的平移运动。前述三个方向上的平移运动可以是相互垂直且相互独立的。

如图3、图4所示，工作机构3还包括设置在基座53上的连接器51，用于工作机构3的供电与通讯，可以驱动其内部的机械结构实现导向针筒34的前述5个自由度的运动，即俯仰、升降、左右平移、水平旋转、前后。导向针筒34的定位可以根据预先设定的程序来进行。

备选地或者附加地，导向针筒34的前述5个自由度的运动，即其自身姿态和空间位置的调整(导向针筒的定位)，也可以手动实现。备选地或者附加地，连接器51还可以设置在导向针筒运动控制机构37的适当位置，如导向针筒运动控制机构37的侧面下部。

应当注意，图4是从防护定位孔板31向导向针筒运动控制机构37的方向上一定视角范围内的视图，而图5是从导向针筒运动控制机构37向防护定位孔板31方向上一定视角范围内的视图，因此图5的绘制方向相对于图4旋转了约90度。本文中的“前后”方向可以从图4中的超声探头直线前进或后退的运动方向进行理解，而“左右”方向是与“前后”方向相垂直的方向，但是应当理解，“前后”方向和“左右”方向是相对的概念，一幅视图中的“前后”方向可能在另一幅视图中变为“左右”方向。

在操作工作机构3时，利用超声探头运动机构32将超声探头33推入受术者直肠，有些情况下需要先在超声探头外部加装保护装置，以提高成像质量，如超声探头保护套。为获得扇形超声扫描成像图，操纵超声探头运动机构32使伸入受术者直肠内的超声探头33在一定角度内旋转。导向针筒34相对两处穿刺点8的轨迹包络线皆呈锥形，确保在左、右***分别穿刺取样时，双锥式穿刺取样可以避开受术者尿道，减少伤害以及并发症。

调整机构4被设置为可以根据患者的***和/或手术台的位置来调整工作机构3的水平位置、竖直位置和/或俯仰角度。在图1所示的实施方式中，可以通过位置调节旋钮进行操作。

人机交互机构1用于显示工作机构3所采集的实时影像，接收外部输入，并且还被配置为与控制机构5通讯，从而通过控制机构5来控制工作机构3中的各个组件。如图1所示，人机交互机构1可拆卸地安装在所述控制机构5上。在图1的实施方式中，人机交互机构1包括一台笔记本电脑，内部装载有专为所述***开发的扫描成像与计算软件，用于实时影像的读取、建模、融合、配准、显示，并且负责活检取样点、粒子植入路径的计算、显示与调整，是术者获取手术信息的主要来源和完成手术操作的主要向导；其作为上位机，发送控制命令给控制机构5，从而控制工作机构3中的各组件。本领域技术人员能够理解，可以根据实际需要将笔记本电脑替换为其他电子设备(包括但不限于台式电脑、平板电脑以及专为所述***设计的电子控制单元、远程控制设备等)。

应当理解，可以通过人机交互机构1来设置定位导向针筒34的程序。外部指令触发装置6被配置为向人机交互机构1发出信号，使得通过控制机构5对工作机构3中的各组件的控制能够被使能，从而使得导向针筒的定位切换被使能。

在图3所示的实施方式中，外部指令触发装置6被实现为设置在控制机构5下部的脚踏板。脚踏板被踩下时，通过控制机构5向人机交互机构1发出信号，当且仅当人机交互机构收到此信号，对工作机构3中的各个组件的控制才被使能，从而使得导向针筒34的定位切换被使能，下一次取样定位或粒子植入定位才能够开始。这样的控制模式是对病人的保护，避免介入设备在人体内产生不可控位移，引发医疗事故。

控制机构5内含硬件电路，并与人机交互机构1互连，可以接收人机交互机构1的命令，或将接收到的外部指令触发装置6的指令信号传送给人机交互机构1，从而控制工作机构3中的各个组件。

进一步地，控制机构5内部还可以包括一个可容纳工作机构3、人机交互机构1的空间，当设备不使用时，用于工作机构3、人机交互机构1、相关线缆等的保存。

应当理解，在导向针筒34的定位通过手动调整来实现时，前述人机交互机构1中除图像显示以外的功能、以及外部指令触发装置6为可选的机构或功能。还应当理解，外部指令触发装置6也可以配置为向导向针筒运动控制机构发送信号，使得对工作机构3中各个组件的控制被使能，从而使得导向针筒34的定位切换被使能。

推手2和万向轮7两者可以配合用于医疗机器人设备的转移、固定。应当理解，推手2可以根据实际需要更改为其他形式的牵拉装置，万向轮7也可以更改为适用于手术现场环境的其他规格或形式的承重结构或移动装置，例如高度可调的底部带轮的升降支架。

如图3、图4和图6所示，在优选的实施方式中，双孔式防护定位孔板31可拆卸地安装在基座53的前部弯板上，其外侧上部为突出结构，包括两个贯通的定位孔311。突出结构(包含定位孔311)可以为对称结构。图2所示的患者***处的两处穿刺点8分别对应防护定位孔板31的两个贯通定位孔。

应当理解，在图3和图4中，将基座上用于安装防护定位孔板的前部弯板示出为基座前端的直接伸出结构，但是其他形式的弯折和伸出结构也是可行的，例如，基座的前端板上沿先向前伸出，然后再向上弯折。

与传统矩阵式机械模板法不同，本发明实施方式所述的两个贯通定位孔311分别对应受术者左***与右***的穿刺点。同时，在该防护定位孔板31的突出结构的下部开有血槽312，用于截留手术过程中的受术者血液，避免其倒流进设备造成污染，影响手术进程，甚至造成交叉感染。

图7图示出根据本发明一个实施方式的“定位孔+导向针筒”的精确定位方式的原理。当触发外部指令触发装置6(例如，踩一下脚踏板)，人机交互机构1自动计算下一次取样或粒子植入对应的定位数据，相应地控制工作机构3，即通过导向针筒运动控制机构37的在基座53上整体前后运动，以控制导向针筒34在超声探头直线运动方向上的前后位置(空间位置)从而实现对介入设备的介入深度的限定；同时通过控制导向针筒运动控制机构37如图5所示的组件，在4个自由度上实现对导向针筒在竖直与水平方向上的定位的控制。通过以上5个自由度的调整，即可调整导向针筒34的自身姿态与空间位置，使导向针筒34落在目标取样点与某一个定位孔311所确定的直线上，配合对介入设备的介入深度的控制，即可实现精确定位。这种结构使得***在原理上克服了传统模板法的缺点，提高了定位精度。术者只需手持活检枪，顺导向针筒34轨道依指定深度刺入受术者***，操纵活检枪完成取样。根据另外的实施方式，在不使用防护定位孔板的情况下，可以通过调整导向针筒34的定位，使导向针筒以一定位置落在放射性粒子目标植入路径所确定的直线上，术者持粒子植入枪穿过导向针筒作用于目标植入路径。

应当理解，因绘图空间与能力所限，以上结构图或其他示意图只表示本发明实施方式的***结构及工作原理，不表示其实际尺寸，也不完全代表各部件的实际形状。

以上对本发明实施方式的整体结构做了较为详细的描述，下面针对其工作过程进一步示例性阐述。

受术者取截石位，医护人员完成消毒等准备。握住推手2，将所述***移动至手术台附近，确定其位置并锁定万向轮7，根据手术空间、受术者***旋动调整机构4中的位置调节旋钮，调整工作机构3的水平位置、竖直位置和/或俯仰角度。开机，设备自检与初始化。

图8示出根据本发明一个实施方式的微创医疗机器人***的软件控制流程图。如图8流程所示，自检、初始化完成后进入主菜单，根据手术需要选择“***活检”或者“放射性粒子植入”，并输入受术者资料，创建病历。

操纵超声探头运动机构32将超声探头33推入受术者直肠，并适当前后移动或旋转超声探头33以实现扇形扫描成像，人机交互机构1显示成像结果，术者可根据实际需要调整取样/放射性粒子植入区域的范围。

通过软件进行3D建模、图像融合与配准，如图8流程所示。人机交互机构1的显示屏显示预取样点(穿刺取样规划)，术者根据实际需要及受术者生理状况，合理调整取样点位置与数目。若为放射性粒子植入，则此步骤可对粒子植入路径的位置与数目(粒子植入规划)进行调整。

随后开始实施穿刺取样。人机交互机构1的显示屏开始依次提示取样点。术者手持活检枪35穿过导向针筒34，使其根据***预先设定好的角度、轨迹和深度从***处的穿刺点精确地刺入***，推动手柄上的开关，即可将一小块***组织取下并封锁在针头里，即完成了一次单点取样。当触发外部指令触发装置6(比如踩一下脚踏板)，人机交互机构1自动计算下一次取样或粒子植入对应的定位数据，相应地控制工作机构3，并通过导向针筒运动控制机构37的在基座53上整体前后运动，以控制导向针筒34在超声探头直线运动方向上的前后位置；同时通过控制导向针筒运动控制机构37如图5所示的部分结构，在4个自由度上实现对导向针筒的定位。通过以上5个自由度的调整，可以调整导向针筒34的空间位置与自身姿态，使导向针筒34落在目标取样点与某一个定位孔311所确定的直线上，配合对介入设备的介入深度的控制，即可实现精确定位。这种结构使得***在原理上克服了传统模板法的缺点，提高了定位精度。术者只需手持活检枪，顺导向针筒34轨道依指定深度刺入受术者***，操纵活检枪完成取样。根据***提示，并配合外部指令触发装置6的信号，遍历全部取样点，***活检过程即完成。类似地，若为放射性粒子植入，则须根据显示屏提示的粒子植入路径并配合外部指令触发装置6的信号，直至遍历全部预植入路径和植入点，完成放射性粒子植入，且术后无需复查验证粒子植入的位置准确性和剂量分布。在整个过程中，都有赖于***对介入设备的实时影像跟踪，使得操作可视化程度和风险控制能力大大加强。

应当注意，本发明实施方式可以应用在***活检或放射性粒子植入等领域中，例如，工作机构3可配合适用于***活检或治疗的活检枪、放射性粒子植入枪使用。但是，还应当认识到，本发明及其实施例还可以改进并应用于结合其他医学程序、定位其他医学设备等，例如，工作机构3还可配合着冷冻枪使用。

本发明实施方式提出一种防护定位孔板与导向针筒相结合定位的方法，即防护定位孔板在前，导向针筒在后，可以不与受术者皮肤接触，导向针筒的自身姿态与位置可调，且防护定位孔板上的其中一个定位孔与目标点所确定的直线与导向针筒所在的直线重合，由于导向针筒的长度大于传统机械模板的导向孔长度，且可以配合着防护定位孔板上的定位孔实施介入，若导向针筒的定位发生错误，则导向针筒没有落在目标路径所确定的直线上，所以沿导向针筒穿过的介入设备，将无法依计划抵达防护定位孔板上的贯通定位孔，而是被防护定位孔板挡住、无法穿过贯通定位孔并抵达受术者皮肤，从而实现了介入设备在介入人体前的自检过程，避免了由于硬件、软件等故障引发的导向针筒定位错误导致的对受术者的伤害，提高了***的安全性、可靠性，从原理上消除了传统模板法的定位偏差，克服了传统模板法手术创面多、限制大、无自检过程的不足，提高穿刺准确率，确保活检枪、粒子植入枪准确抵达预定位置，误差可控制在1.0mm以内，提高手术可靠性。

在此基础上，本发明的一些实施方式在防护定位孔板上设计了血槽，用于截留受术者血液，同时设备内部可能沾染受术者血液及其他组织的导向针筒等部件皆为一次性，基本杜绝了医源***叉感染的可能，同时降低了医院的维护成本。在一个实施方式，血槽可以是一条有一定宽度的缝，血流到这里时，由于定位孔板的结构和重力作用，会顺着定位孔板外表面流下而不会进入设备内部。在另一个实施方式，血槽可以是多条缝的并列布置结构。根据本发明的实施方式，血槽可以是横向布置的，也可以是纵向布置的。

根据本发明的一些实施方式，超声探头运动机构不仅可以使超声探头在直肠内做前后运动，而且包含一种旋转机构，可以使超声探头在受术者直肠内在一定角度内旋转，扩大扫描成像范围，切换成像剖面，实时获取介入设备的深度、角度、轨迹等位置信息，提高手术可靠性。

根据本发明的一些实施方式，微创医疗机器人***的控制软件可实现术前采集的核磁共振成像(MRI)与实时超声成像的刚性、弹性融合与图像配准。在刚性融合成像的基础上，利用弹性融合成像的非线性特性，通过软件把核磁共振图像提供的病灶信息精确地与超声影像融合在一起，无论介入设备是呈水平状或是斜插状介入，***都能够实时显示介入设备的轨迹，尤其是针尖的位置信息，提高活检枪/放射性粒子植入枪的轨迹跟踪精度，辅助术者更精准地进行活检/放射性粒子植入治疗，即实现了介入过程的全程实时监控，降低误操作风险，提高手术可靠性。

此外，在***癌的治疗上，放射性粒子植入法因其操作便捷，创面小，适形度高，复发率低，与外照和手术相比并发症少，放射剂量易于控制等优点，在部分发达国家已经成为标准的治疗手段。在导向针筒的自身姿态与空间位置可以根据预先设定的程序来控制的实施方式中，可以极大地提高效率、安全性、简便性和可靠性。

根据本发明的一些实施方式，将医疗机器人***的与定位介入设备相关的复杂运动分解为导向针筒在5个自由度上的直线或旋转运动，使其可以互相独立，降低操作难度，同时扩大了受术者两腿间的手术空间，便于术者操作。

根据本发明的一些实施方式，将***癌的诊断与治疗集成于同一***中。其中，影像引导下的粒子植入功能，使得精确控制每个放射性粒子的位置，并在超声图像中实时监控粒子位置成为了可能，无需术后复查检验植入粒子的位置与剂量分布，节约了术者与受术者的精力。

受益于前述说明书和相关联附图中给出的教导的本领域的熟练技术人员将容易想到本公开内容的许多改进和其他实施方式。因此，要理解以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种微创医疗机器人***，其特征在于，包括：工作机构(3)、调整机构(4)、控制机构(5)和人机交互机构(1)，其中，所述工作机构(3)定位在所述调整机构(4)上，并且所述调整机构(4)定位在所述控制机构(5)上，

所述工作机构(3)包括：双孔式防护定位孔板(31)、导向针筒(34)、超声探头(33)、超声探头运动机构(32)、基座(53)以及导向针筒运动控制机构(37)，所述导向针筒运动控制机构(37)可滑动地安装在基座上，所述双孔式防护定位孔板(31)可拆卸地安装在所述基座(53)的前部弯板上，所述超声探头运动机构(32)可滑动地安装在基座(53)的上部支撑板上，所述超声探头(33)夹持于所述超声探头运动机构中；

所述调整机构(4)被设置为根据患者的***和/或手术台的位置来调整所述工作机构(3)的水平位置、竖直位置和/或俯仰角度；

所述人机交互机构(1)被配置为显示所述工作机构(3)所采集的实时影像，接收外部输入，并且还被配置为与所述控制机构(5)通讯，从而通过所述控制机构(5)来对所述工作机构(3)中的组件进行控制。

2.根据权利要求1所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述导向针筒运动控制机构(37)包括用于安装导向针筒(34)的导向针筒座(83)，其中所述导向针筒座(83)的至少一端连接有万向节(81)，用于辅助所述导向针筒(34)的姿态的调整。

3.根据权利要求2所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述导向针筒运动控制机构(37)包括左控制机构和右控制机构，在所述左控制机构与所述右控制机构内部和/或在所述左控制机构和所述右控制机构所限定的区域内设有控制所述导向针筒(34)的定位的组件。

4.根据权利要求3所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述控制所述导向针筒(34)的定位的组件是丝杠传动结构。

5.根据权利要求3所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述导向针筒(34)的定位包括所述导向针筒(34)的以下运动中的一种或多种：升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动和前后运动。

6.根据权利要求1所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述双孔式防护定位孔板(31)的外侧上部为突出结构，包括两个贯通的定位孔(311)。

7.根据权利要求6所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述双孔式防护定位孔板(31)的所述突出结构的下部开有血槽(312)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的微创医疗机器人***，其特征在于，还包括外部指令触发装置(6)，所述外部指令触发装置(6)被配置为发出信号，使得导向针筒(34)的定位切换被使能。

9.根据权利要求8所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述外部指令触发装置(6)被实现为设置在所述控制机构(5)下部的脚踏板。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述人机交互机构(1)可拆卸地安装在所述控制机构(5)上或独立设置。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的微创医疗机器人***，其特征在于，还包括推手(2)和/或万向轮(7)，所述推手(2)和/或万向轮(7)被配置为辅助所述微创医疗机器人***的转移和/或固定。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的微创医疗机器人***，其特征在于，所述控制机构(5)包含适用于容纳所述人机交互机构(1)和所述工作机构(3)的空间。