專利名稱：前列腺穿刺活檢機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是為早期前列腺癌提供細胞學(xué)診斷依據(jù)的前列腺穿剌活檢設(shè) 備，具體涉及的是前列腺穿刺活檢機器人。
二背景技術(shù)：
隨著我國人口老齡化、飲食結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素的改變，以及醫(yī)療保健水平的 提高，我國前列腺癌(Prostatic Cancer, PCA)發(fā)病率呈逐年上升趨勢，已躍 居男性泌尿和生殖系統(tǒng)惡性腫瘤的第三位。據(jù)上海市的統(tǒng)計，現(xiàn)在前列腺癌的 發(fā)病率比60年代增加了 50%以上，并且有更為迅速增加的趨勢。如何早期診斷 前列腺癌成為臨床工作中的一個關(guān)鍵問題。
前列腺穿刺活體組織檢査能提供細胞學(xué)診斷依據(jù)，對于早期前列腺癌的診 斷非常重要。前列腺癌疑似病人在進行正式手術(shù)之前，通常要施行穿刺活檢， 進行最后的確認(rèn)，以避免可能的錯誤診斷。前列腺活檢方法有四種①針刺活 檢；②細針抽吸活檢；③開放活檢；④經(jīng)尿道電切活檢。其中針刺活檢和細針 抽吸活檢操作簡單，術(shù)后并發(fā)癥少，在臨床上應(yīng)用非常廣泛。20世紀(jì)80年代， 隨著前列腺特異性抗原(PSA )以及超聲引導(dǎo)下經(jīng)會陰及直腸前列腺穿刺活檢的 臨床應(yīng)用，PCA檢出率大大提高。超聲引導(dǎo)下前列腺穿刺安全簡便，穿剌準(zhǔn)確 性和成功率髙，因而得到廣泛應(yīng)用。
目前在臨床普遍采用的前列腺穿刺活檢的設(shè)備非常簡單，主要采用與超聲 檢查設(shè)備做成一體的形式。通常在超聲探頭側(cè)面做出穿刺針的導(dǎo)向孔，活檢槍 上的穿刺針通過這個導(dǎo)向孔導(dǎo)向，在超聲圖像引導(dǎo)下進行定位穿刺。超聲探頭 和活檢槍都是由手動操作完成，操作過程比較復(fù)雜，需要至少兩個以上的醫(yī)生 配合，勞動強度大，穿剌活檢針的定位精度低，漏檢率高。因此，不得不采用 較多的穿刺次數(shù)(有許多醫(yī)生采用13針的術(shù)式)，給患者帶來較多的痛苦，也 增加了感染的機會。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種前列腺穿刺活檢機器人，用于解決現(xiàn)有的前列腺穿 3刺活檢設(shè)備手動操作復(fù)雜、定位精度低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
前列腺穿刺活檢機器人，其組成包括接受和處理前列腺超聲圖像數(shù)據(jù)的 計算機系統(tǒng)(1)、 Motoman機器人(3)、扎針機構(gòu)(4)及其電機(6)的驅(qū)動裝 置；扎針機構(gòu)(4)為機器人(3)的末端執(zhí)行器，固定在機器人(3)的末端， 扎針機構(gòu)(4)由直流伺服電機(6)，底座，雙導(dǎo)軌(7)， V帶(8)，前端支承 座(9)，持針座(10)以及電磁彈射裝置構(gòu)成，直流伺服電機(6)與底座相連, 通過V帶張緊裝置(13)進行拆卸，底座安裝在雙導(dǎo)軌(7)上，通過夾帶器(15) 與V帶(8)相連。
所述的前列腺穿刺活檢機器人，所述的持針座(10)上設(shè)計有檔塊(11) 和圓柱塊，所述的持針座(10)上還設(shè)計有壓板(14)，通過使用壓板(14)， 將活檢針固定在持針座(10)上。
所述的前列腺穿刺活檢機器人，所述的前端支承座(9)使用可換套管(17)。 實現(xiàn)扎針機構(gòu)前端支承座對不同直徑活檢針的支撐，解決了選擇不同型號活檢 針的問題。
所述的前列腺穿剌活檢機器人，所述的電磁彈射裝置采用電磁鐵裝置觸發(fā) 發(fā)射按鈕，可完成活檢針對活體組織的抽取。
所述的前列腺穿剌活檢機器人，所述的直流伺服電機(6)帶有增量式光電 編碼器(16)，并采用西門子S2-200 PLC與小規(guī)模繼電器控制電路精確控制， 所述的Motoman機器人(3)為首鋼機器人公司的具有6個自由度的UP6型機器 人。
有益效果
1、 本發(fā)明可以實現(xiàn)自動化、機械化、計算機化的穿刺活檢，提高效率和質(zhì)量。
2、 本發(fā)明'采用機器人作為穿刺針定位控制的主要手段，結(jié)合獨立設(shè)計的扎
針機構(gòu)，在計算機的控制下，使用機器人進行前列腺癌的穿剌活檢，由于前列 腺穿剌活檢機器人比介入治療專家更精確地以數(shù)字的方式操作，這樣不但可以 實現(xiàn)診斷過程的精確定位、高效率、自動化和信息化，還可以大大降低醫(yī)生的 勞動強度。同時還能避免專家因疲勞、情緒、疏忽等原因造成的失誤，所以開發(fā)和研制準(zhǔn)確高效的前列腺穿刺活檢機器人具有重要的現(xiàn)實意義和良好的應(yīng)用 前景。
3、前列腺穿剌活檢機器人實際上是一套計算機進行扎針軌跡規(guī)劃、機器人 輔助操作的前列腺穿刺活檢系統(tǒng)，從而替代經(jīng)驗豐富的醫(yī)生和技師在穿刺活檢 中的大部分工作，實現(xiàn)精確活檢，提高工作效率，降低穿刺活檢成本的目的。
四

圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)操作流程圖； 圖3是扎針機構(gòu)的俯視圖4是扎針機構(gòu)的主視圖。
1、計算機系統(tǒng)2、控制柜 3、機器人 4、扎針機構(gòu) 5、患者 6、 電機 7、雙導(dǎo)軌 8、V帶 9、前端支承座 10、持針座 11、檔塊 12、 電磁彈射裝置 13、 V帶張緊裝置 14、壓板 15、夾帶器 16、編碼器 17、可換套管
五具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明
圖1提供了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，這種前列腺穿刺活檢機器人 包括這種前列腺穿刺活檢機器人包括接受和處理前列腺超聲圖像數(shù)據(jù)的計算機 系統(tǒng)1、 Motoman機器人3、扎針機構(gòu)4及其電機6的驅(qū)動裝置；計算機系統(tǒng)1 連接控制柜2，工控機1接受患者5的前列腺超聲圖像數(shù)據(jù)，計算機系統(tǒng)自動進 行數(shù)據(jù)處理，規(guī)劃出機器人3進給以及扎針機構(gòu)進針的最優(yōu)路徑，最后完成活 檢任務(wù)。Motoman機器人3選用首鋼機器人公司的UP6型機器人，具有6個自 由度，可以實現(xiàn)扎針?biāo)璧娜我庾藨B(tài)。扎針機構(gòu)4為機器人的末端執(zhí)行器，固 定在機器人3的末端。針對該系統(tǒng)，采用VC++6.0軟件開發(fā)出了運動控制軟件 "前列腺穿剌活檢機器人控制軟件"，以調(diào)整Motoman機器人3以及扎針機構(gòu)的 位置和姿態(tài)的操作控制。
圖3、圖4提供了扎針機構(gòu)的示意圖，如圖所示，扎針機構(gòu)4主要由直流伺 服電機6，底座，雙導(dǎo)軌7， V帶8，前端支承座9，持針座10以及電磁彈射裝置組成。帶有增量式光電編碼器16的直流伺服電機6與底座相連，通過V帶張 緊裝置13可進行拆卸，采用西門子S2-200 PLC與規(guī)模繼電器控制電路，實現(xiàn) 對直流伺服電機6的精確控制。底座安裝在雙導(dǎo)軌7上，通過夾帶器15與V帶 8相連，可以沿雙導(dǎo)軌7做往復(fù)運動。持針座10上設(shè)計有檔塊11和圓柱塊，限 制活檢針前后左右運動以及繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運動，再使用壓板14，即可以 將活檢針固定在持針座10上。電磁彈射裝置采用電磁鐵裝置觸發(fā)發(fā)射按鈕，前 端支承座9使用可換套管17。
本發(fā)明采用優(yōu)化設(shè)計，對扎針機構(gòu)的運動學(xué)進行分析，完成設(shè)計。 本發(fā)明采用雙導(dǎo)軌7、直流伺服電機6驅(qū)動方式，完成持針座10的往復(fù)運動。
本發(fā)明采用V帶8傳送方式，實現(xiàn)活檢針持針座10與直流伺服電機6的同 步運動，完成活檢針的精確定位，保證了系統(tǒng)的精度。
圖2提供了本發(fā)明的系統(tǒng)操作流程圖，如圖所示，前列腺穿剌活檢機器人 操作步驟為首先通過超聲儀器，獲得前列腺組織的圖像數(shù)據(jù)，輸入到計算機 系統(tǒng)，經(jīng)過軟件的專家系統(tǒng)計算，生成靶點的位置數(shù)據(jù)，再通過路徑規(guī)劃，生 成機器人3末端進給以及活檢針穿剌的最佳路徑。然后開始按生成的路徑進給， 穿剌到靶點之后，停止運動，電磁彈射裝置12通電，觸發(fā)活檢針的發(fā)射按鈕， 完成組織抽取，再退針。這樣一次扎針結(jié)束，準(zhǔn)備進行下一次的活組織檢測。
權(quán)利要求
1、一種前列腺穿刺活檢機器人，其組成包括接受和處理前列腺超聲圖像數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)(1)、Motoman機器人(3)、扎針機構(gòu)(4)及其電機(6)的驅(qū)動裝置，其特征是扎針機構(gòu)(4)為機器人(3)的末端執(zhí)行器，固定在機器人(3)的末端，扎針機構(gòu)(4)由直流伺服電機(6)，底座，雙導(dǎo)軌(7)，V帶(8)，前端支承座(9)，持針座(10)以及電磁彈射裝置構(gòu)成，直流伺服電機(6)與底座相連，通過V帶張緊裝置(13)進行拆卸，底座安裝在雙導(dǎo)軌(7)上，通過夾帶器(15)與V帶(8)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的前列腺穿刺活檢機器人，其特征是所述的持針 座(10)上設(shè)計有檔塊(11)和圓柱塊，所述的持針座(10)上還設(shè)計有壓板(14)，通過使用壓板(14)，將活檢針固定在持針座(10)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的前列腺穿刺活檢機器人，其特征是所述的 前端支承座(9)使用可換套管(17)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的前列腺穿剌活檢機器人，其特征是所述的 電磁彈射裝置采用電磁鐵裝置觸發(fā)發(fā)射按鈕。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的前列腺穿刺活檢機器人，其特征是所述的電磁 彈射裝置采用電磁鐵裝置觸發(fā)發(fā)射按鈕。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的前列腺穿刺活檢機器人，其特征是所 述的直流伺服電機(6)帶有增量式光電編碼器(16)，并采用西門子S2-200 PLC 與小規(guī)模繼電器控制電路精確控制，所述的Motoman機器人(3)為首鋼機器人 公司的具有6個自由度的UP6型機器人。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的前列腺穿刺活檢機器人，其特征是所述的直流 伺服電機(6)帶有增量式光電編碼器(16)，并采用西門子S2-200 PLC與小規(guī) 模繼電器控制電路精確控制，所述的Motoman機器人(3)為首鋼機器人公司的 具有6個自由度的UP6型機器人。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的前列腺穿刺活檢機器人，其特征是所述的直流 伺服電機(6)帶有增量式光電編碼器(16)，并采用西門子S2-200 PLC與小規(guī) 模繼電器控制電路精確控制，所述的Motoman機器人(3)為首鋼機器人公司的 具有6個自由度的UP6型機器人。
全文摘要
前列腺穿刺活檢機器人，是為早期前列腺癌提供細胞學(xué)診斷依據(jù)的前列腺穿刺活檢設(shè)備，本產(chǎn)品包括接受和處理前列腺超聲圖像數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)(1)、Motoman機器人(3)、扎針機構(gòu)(4)及其電機(6)的驅(qū)動裝置；扎針機構(gòu)(4)為機器人(3)的末端執(zhí)行器，固定在機器人(3)的末端，扎針機構(gòu)(4)由直流伺服電機(6)，底座，雙導(dǎo)軌(7)，V帶(8)，前端支承座(9)，持針座(10)以及電磁彈射裝置構(gòu)成，直流伺服電機(6)與底座相連，通過V帶張緊裝置(13)進行拆卸，底座安裝在雙導(dǎo)軌(7)上，通過夾帶器(15)與V帶(8)相連。本產(chǎn)品可實現(xiàn)診斷過程的精確定位、高效率、自動化和信息化，大大降低醫(yī)生的勞動強度。
文檔編號A61B10/02GK101632596SQ200810064990
公開日2010年1月27日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者龍 張, 張永德, 趙燕江 申請人:哈爾濱理工大學(xué)