TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人

摘要

TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人，涉及医疗器械领域。本发明为了克服手动图像导航前列腺近距离放射性粒子植入手术的缺陷，进而提供了TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人。本发明的TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人，其组成包括：机架、双向移动机构、位置调整机构、电动粒子植入机构、多通道穿刺机构和TRUS图像导航机构，其结构特点为双向移动机构、位置调整机构配合使用可以实现电动粒子植入机构的外针调整到目标高度(初定位)，双向移动机构结合多通道穿刺机构，可以实现前列腺的肿瘤区域穿刺针的配置以及固定前列腺作用，电动粒子植入机构结合TRUS图像导航机构，通过图像反馈可以构成针刺针位置闭环控制，提高粒子植入的精准度。

说明书

技术领域

本发明及医疗器械领域，属于医学、机械、自动化交叉学科，具体涉及TRUS图像导 航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人。

背景技术

近距离射性粒子植入具有靶向性强、无副作用、创伤小、疗效确切的特点，在国类 外已成为治疗早期前列腺癌的标准手段。传统放射性治疗术是在手动超声的引导下，借助 于固定在超声支架上的导向板，临床医生使用手动粒子植入器将20～120颗镍钛合金包裹 的125I（144Gy）/103Pd（120Gy）粒子植入靶区部位，连续低剂量放射γ射线对肿瘤细胞进 行杀死。当前国内外的粒子植入器多为单通道、手动执行，这使得粒子植入耗时长、粒子放 置精准度不高，单通道穿刺前列腺时，前列腺腺体会产生较大的变形和位移问题，另外经直 肠超生图像手动机构，由于人手的抖动致使实时采集的图像不清晰，也会影响术中实时导 航的精度，而且以上的过程需要人手、眼睛、脑部高度一致配合，才能完成如此复杂精细的 手术。

发明内容

本发明为了克服手动图像导航前列腺近距离放射性粒子植入手术的缺陷，进而提 供了TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明的TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人，其组成包括：机 架、双向移动机构、位置调整机构、电动粒子植入机构、多通道穿刺机构和TRUS图像导航机 构，所述机架上安装有双向移动机构，双向移动机构包括第一滑台，所述第一滑台上固接位 置调整机构，所述双向移动机构还包括第二滑台，所述第二滑台上固接多通道穿刺机构，多 通道穿刺机构包括多针环型适配器，多针环型适配器包括6×6中心距为5mm阵列针孔，可以 根据术前计划在针孔上配备穿刺针的个数和配型位置，双向移动机构通过控制第一滑台、 第二滑台运动实现位置调整机构、多通道穿刺机构沿针刺轴线双向直线运动，所述位置调 整机构设有连接架，连接架下固设电动粒子植入机构，所述电动粒子植入机构下方设有 TRUS图像导航机构，TRUS图像导航机构可以实时采集瘤边界和穿刺针，跟踪病灶点。

上述方案的TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机器人，其结构特 点为双向移动机构、位置调整机构配合使用可以实现电动粒子植入机构的外针调整到目标 高度(初定位)，双向移动机构结合多通道穿刺机构，可以实现前列腺的肿瘤区域穿刺针的 配置以及固定前列腺作用，电动粒子植入机构结合TRUS图像导航机构，通过图像反馈可以 构成针刺针位置闭环控制，提高粒子植入的精准度。

对方案进一步设计：为了更好地发挥双向移动机构的作用，所述双向移动机构包 括U型机架一，其特征在于：U型机架一上固设轴向驱动电机一、轴向驱动电机二，所述轴向 驱动电机一的电机轴固接第一丝杠，第一丝杠与第一滑台建立螺旋副连接，所述第一滑台 还可固接位置调整机构的U型机架二，所述轴向驱动电机二的电机轴固接第二丝杠，所述第 二丝杠与第二滑台建立螺旋副连接，第二滑台上还安装有铜套，所述铜套与第一丝杠建立 滑动连接，铜套对第二滑台起支撑作用，所述第二滑台上还可固接多针穿刺机构的多针环 型适配器。

对方案进一步设计：为了更好地发挥位置调整机构的作用，所述位置调整机构包 括U型机架二，其特征在于：U型机架二上固设竖直方向减速电机，所述竖直方向减速电机的 电机轴固接竖直丝杠，竖直丝杆与竖直滑台建立螺旋副连接，所述竖直滑台还固接三角架， 所述三脚架上固设电机安装板，所述电机安装板上设有伺服电机，所述伺服电机通过同步 齿形带传动连接有横向丝杆，横向丝杆与螺母建立螺旋副连接，所述螺母固接在连接架上， 所述连接架还可以固接电动粒子植入机构的壳体。

对方案进一步设计：为了更好地发挥电动粒子植入机构的作用，所述的电动粒子 植入机构包括型机架三，所述的U型机架三上安装有空心针驱进给电机、实心针驱动电机、 空心针支撑导向架，所述的空心针进给电机还固接第四丝杠，第四丝杠与第四滑台建立螺 旋副连接，所述的第四滑台还固接粒子库接收器，粒子库接收器上设有圆柱形弹性弹匣，粒 子库接收器上还固设螺纹式空心针夹持器，通过螺纹可以装、卸空心针，所述粒子库接收器 上还设有空心针旋转电机，空心针旋转电机输出轴固接齿轮一，齿轮一通过齿轮副连接齿 轮二，齿轮二安装在螺纹式空心针夹持器上，螺纹式空心针夹持器上另一端安装有轴承，轴 承固定在粒子库接收器中，所述的空心针和空心针支撑导向架建立滑动连接，空心针支撑 导向架上还设有消毒，可以对空心针其消毒、起撑、导向作用，所述实心针驱动电机固接第 三丝杠，第三丝杠与第三滑台建立螺旋副连接，所述的第四三滑台还固接实心针夹持器，实 心针夹持器上还设有锁紧螺丝，通过锁紧螺丝可以装、卸实心针夹持器的实心针。

对方案进一步设计：为了更好地发挥多通道穿刺机构的作用，所述的多通道穿刺 机构包括多针环型适配器、网格导向模板和穿刺针，所述多针环型适配器包括基板，所述基 板上设有针旋转驱动电机，所述针旋转驱动电机输出轴固接大齿轮，大齿轮与小齿轮建立 齿轮副连接，所述小齿轮还与中齿轮建立齿轮副连接，中齿轮上固设针孔，所述针孔可以安 装穿刺针，所述小齿轮和中齿轮通过6×6阵列安装在基板上，且都和基板建立相对转动连 接关系，同时阵列相邻的两个小齿轮中心距为5mm，阵列相邻的两个中齿轮中心距也为5mm， 中齿轮上的针孔也呈6×6中心距为5mm阵列，可以根据术前计划实施穿刺针的个数和配型 位置，所述机架上还安装有6cm×6cm的网格导向模板，穿刺针外径可以通过网格孔，且网格 孔的孔径和穿刺针外径公差为+0.01mm较好。

对方案进一步设计：为了更好地发挥TRUS图像导航机构的作用，所述TRUS图像导 航机构包括探头线性驱动电机、探头回转驱动电机，所述探头线性驱动电机固接第五丝杠， 第五丝杠与第五滑台建立螺旋副连接，所述第五滑台上设有U型橡胶托架，U型橡胶托架上 安装超声探头，U型橡胶托架和第五滑台还可以相对转动，U型橡胶托架上还设有锁紧螺丝， 通过锁紧螺丝可以装、卸U型橡胶托架上的超声探头，所述超声探头的前端还设有探头支撑 架，可以防止超声探头运动时产生姿态偏转，所述探头回转驱动电机固接导杆，导杆上设有 直线轴承，直线轴承和导杆建立滑动连接，直线轴承也安装在第五滑台上，直线轴承左侧还 装有圆柱小齿轮，U型橡胶托架上还安装缺口大齿轮，所述圆柱小齿轮和缺口大齿轮建立齿 轮副连接，探头回转驱动电机通过齿轮副传递，可以实现U型橡胶托架上超声探头回转运 动。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果和优点：

本发明采用双向移动机构、位置调整机构、电动粒子植入机构、多通道穿刺机构、TRUS 图像导航机构配合使用，可以实现基于图像反馈精准粒子放置的闭环控制，采用多通道穿 刺机构可以减少穿刺针的穿刺时间，另外多针穿刺前列腺时，可以有效的减少前列腺腺体 沿针轴垂直面的变形和位移，从而提高粒子放置的位置精度。

附图说明

图1整体结构示意图。

图2双向移动机构结构示意图。

图3位置调整机构结构示意图。

图4电动粒子植入机构结构示意图。

图5电动粒子植入机构局部结构示意图。

图6多通道穿刺机构结构示意图。

图7多通道穿刺机构结构侧视图。

图8TRUS图像导航机构结构示意图。

图中1.机架，2.双向移动机构，3.位置调整机构，4.电动粒子植入机构，5.多通道 穿刺机构，6.TRUS图像导航机构，2-1.第一滑台，2-2.第二滑台，2-3.轴向驱动电机一，2- 4.光杆，2-5.铜套，2-6.轴向驱动电机二，2-7.U型机架一，2-8.第一丝杠，2-9.第二丝杠， 3-1.连接架，3-2.U型机架二，3-3.竖直丝杠，3-4.竖直滑台，3-5.三角架，3-6.横向丝杆，3- 7.电机安装板，3-8.同步齿形带，3-9.伺服电机，3-10.竖直方向减速电机，4-1.实心针驱 动电机，4-2.第三丝杠，4-3.第三滑台，4-4.实心针夹持器，4-5.锁紧螺丝，4-6.实心针，4- 7.空心针，4-8.消毒器，4-9.空心针进给电机，4-10.U型机架三，4-11.第四丝杠，4-12.空心 针支撑导向架，4-13.第四滑台，4-14.圆柱形弹性弹匣，4-15.弹匣卡槽，4-16.轴承，4-17. 粒子库接收器，4-18.齿轮二，4-19.空心针旋转电机，4-20.螺纹式空心针夹持器，4-21.齿 轮一，5-1.多针环型适配器，5-2.多针环型适配器，5-3.网格导向模板，5-4.穿刺针，5-1-1. 针旋转驱动电机，5-1-2.大齿轮，5-1-3.小齿轮，5-1-4.中齿轮，5-1-5.针孔，5-1-6.基板， 6-1.探头线性驱动电机，6-2.缺口大齿轮，6-3.U型橡胶托架，6-4.第五丝杠，6-5.超声探 头，6-6.探头回转驱动电机，6-7.圆柱小齿轮，6-8.直线轴承，6-9.第五滑台，6-10.锁紧螺 丝，6-11.导杆，6-12.探头支撑架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明的TRUS图像导航多通道前列腺近距离放 射性粒子植入机器人进行详细说明。

参见附图1、附图2、附图3，本发明的TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒 子植入机器人，其组成包括：机架1、双向移动机构2、位置调整机构3、电动粒子植入机构4、 多通道穿刺机构5和TRUS图像导航机构6，所述机架1上安装有双向移动机构2，双向移动机 构2包括第一滑台2-1，所述第一滑台2-1上固接位置调整机构3，所述双向移动机构2还包括 第二滑台2-2，所述第二滑台2-2上固接多通道穿刺机构5，多通道穿刺机构5包括多针环型 适配器5-1，多针环型适配器5-1包括6×6中心距为5mm阵列针孔5-1-5，可以根据术前计划 在针孔5-1-5上配备穿刺针5-4的个数和配型位置，双向移动机构2通过控制第一滑台2-1、 第二滑台2-2运动实现位置调整机构3、多通道穿刺机构5沿针刺轴线双向直线运动，所述位 置调整机构3设有连接架3-1，连接架3-1下固设电动粒子植入机构4，所述电动粒子植入机 构4下方设有TRUS图像导航机构6，TRUS图像导航机构6可以实时采集瘤边界和穿刺针5-4， 跟踪病灶点。

参见附图1、附图4、附图5，所述的电动粒子植入机构4包括U型机架三4-10，所述的 U型机架三4-10上安装有空心针驱进给电机4-9、实心针驱动电机4-1、空心针支撑导向架4- 12，所述的空心针进给电机4-9还固接第四丝杠4-11，第四丝杠4-11与第四滑台4-13建立螺 旋副连接，所述的第四滑台4-13还固接粒子库接收器4-17，粒子库接收器4-17上设有圆柱 形弹性弹匣4-14，粒子库接收器4-17上还固设螺纹式空心针夹持器4-20，通过螺纹可以装、 卸空心针4-7，所述粒子库接收器4-17上还设有空心针旋转电机4-20，空心针旋转电机4-20 输出轴固接齿轮一4-21，齿轮一4-21通过齿轮副连接齿轮二4-18，齿轮二4-18安装在螺纹 式空心针夹持器4-20上，螺纹式空心针夹持器4-20上另一端安装有轴承4-16，轴承4-16固 定在粒子库接收器4-17中，所述的空心针4-7和空心针支撑导向架4-12建立滑动连接，空心 针支撑导向架4-12上还设有消毒4-8，可以对空心针4-7其消毒、起撑、导向作用，所述实心 针驱动电机4-1固接第三丝杠4-2，第三丝杠4-2与第三滑台4-3建立螺旋副连接，所述的第 四三滑台4-3还固接实心针夹持器4-4，实心针夹持器4-4上还设有锁紧螺丝4-5，通过锁紧 螺丝4-5可以装、卸实心针夹持器4-4的实心针4-6。

参见附图1、附图6、附图7，所述的多通道穿刺机构5包括多针环型适配器5-1、网格 导向模板5-2和穿刺针5-4，所述多针环型适配器5-1包括基板5-1-6，所述基板5-1-6上设有 针旋转驱动电机5-1-1，所述针旋转驱动电机5-1-1输出轴固接大齿轮5-1-2，大齿轮5-1-2 与小齿轮5-1-3建立齿轮副连接，所述小齿轮5-1-3还与中齿轮5-1-4建立齿轮副连接，中齿 轮5-1-4上固设针孔5-1-5，所述针孔5-1-5可以安装穿刺针5-4，所述小齿轮5-1-3和中齿轮 5-1-4通过6×6阵列安装在基板5-1-6上，且都和基板5-1-6建立相对转动连接关系，同时阵 列相邻的两个小齿轮5-1-3中心距为5mm，阵列相邻的两个中齿轮5-1-4中心距也为5mm，中 齿轮5-1-4上的针孔5-1-5也呈6×6中心距为5mm阵列，可以根据术前计划实施穿刺针5-4的 个数和配型位置，所述机架1上还安装有6cm×6cm的网格导向模板5-2，穿刺针5-4外径可以 通过网格孔5-3，且网格孔5-3的孔径和穿刺针5-4外径公差为+0.01mm较好。

参见附图1、附图8，所述TRUS图像导航机构6包括探头线性驱动电机6-1，探头回转 驱动电机6-6，所述探头线性驱动电机6-1固接第五丝杠6-4，第五丝杠6-4与第五滑台6-9建 立螺旋副连接，所述第五滑台6-9上设有U型橡胶托架6-3，U型橡胶托架6-3上安装超声探头 6-5，U型橡胶托架6-3和第五滑台6-9还可以相对转动，U型橡胶托架6-3上还设有锁紧螺丝 6-10，通过锁紧螺丝6-10可以装、卸U型橡胶托架6-3上的超声探头6-5，所述超声探头6-5的 前端还设有探头支撑架6-12，可以防止超声探头6-5运动时产生姿态偏转，所述探头回转驱 动电机6-6固接导杆6-11，导杆6-11上设有直线轴承6-8，直线轴承6-8和导杆6-11建立滑动 连接，直线轴承6-8也安装在第五滑台6-9上，直线轴承6-8左侧还装有圆柱小齿轮6-7，U型 橡胶托架6-3上还安装缺口大齿轮6-2，所述圆柱小齿轮6-7和缺口大齿轮6-2建立齿轮副连 接，探头回转驱动电机6-6通过齿轮副传递，可以实现U型橡胶托架6-3上超声探头6-5回转 运动。

下面结合附图对本发明的TRUS图像导航多通道前列腺近距离放射性粒子植入机 器人工作方式介绍如下：

参见附图1、附图4、附图5，所述的电动粒子植入机构4包括U型机架三4-10，所述的U型 机架三4-10上安装有空心针驱进给电机4-9、实心针驱动电机4-1、空心针支撑导向架4-12， 所述的空心针进给电机4-9还固接第四丝杠4-11，第四丝杠4-11与第四滑台4-13建立螺旋 副连接，所述的第四滑台4-13还固接粒子库接收器4-17，粒子库接收器4-17上设有圆柱形 弹性弹匣4-14，粒子库接收器4-17上还固设螺纹式空心针夹持器4-20，通过螺纹可以装、卸 空心针4-7，所述粒子库接收器4-17上还设有空心针旋转电机4-20，空心针旋转电机4-20输 出轴固接齿轮一4-21，齿轮一4-21通过齿轮副连接齿轮二4-18，齿轮二4-18安装在螺纹式 空心针夹持器4-20上，螺纹式空心针夹持器4-20上另一端安装有轴承4-16，轴承4-16固定 在粒子库接收器4-17中，所述的空心针4-7和空心针支撑导向架4-12建立滑动连接，空心针 支撑导向架4-12上还设有消毒4-8，可以对空心针4-7其消毒、起撑、导向作用，所述实心针 驱动电机4-1固接第三丝杠4-2，第三丝杠4-2与第三滑台4-3建立螺旋副连接，所述的第四 三滑台4-3还固接实心针夹持器4-4，实心针夹持器4-4上还设有锁紧螺丝4-5，通过锁紧螺 丝4-5可以装、卸实心针夹持器4-4的实心针4-6。

初定位运动：当轴向驱动电机一2-3旋转时，带动第一丝杠2-8作回转运动，丝杠将 回转运动转换为第一滑台2-1的直线运动，从而实现电动粒子植入机构4轴向初定位，当竖 直方向减速电机3-10旋转时，带动竖直丝杠3-3作回转运动，丝杠将回转运动转换为竖直滑 台3-4的直线运动，从而实现电动粒子植入机构4竖直方向初定位，当伺服电机3-9旋转时， 通过同步齿形带3-8传动带动横向丝杆3-6作回转运动，杠将回转运动转换为连接架3-1的 直线运动，从而实现电动粒子植入机构4前后方向初定位，联动控制双向移动机构2、位置调 整机构3和粒子植入机构4，可以实现精准的粒子放置过程。

粒子植入运动：当空心针进给电机4-9进行旋转时，带动第四丝杠4-11作回转运 动，丝杠将回转运动转换为第四滑台4-13的直线运动，从而实现空心针4-7的定位，当空心 针旋转电机4-20进行旋转时，通过齿轮副传动实现空心针4-7旋转，联动时序控制空心针进 给电机4-9、空心针旋转电机4-20可以实现柔性空心针实现曲线路径穿刺，以此可以绕过障 碍穿刺，当实心针驱动电机4-1进行旋转时，带动第三丝杠4-2回转运动，丝杠将回转运动转 换为第三滑台4-3的直线运动，从而实现实心针4-6的定位，联动时序控制空心针进给电机 4-8、空心针旋转电机4-20、实心针驱动电机4-1，可以实现曲线路径的粒子植入过程，通过 电机细分控制可以实现内针空心针进给电机4-8、空心针旋转电机4-20、实心针驱动电机4- 1的微调，从而达到较高的粒子植入放置精度。

多针穿刺运动：当轴向驱动电机二2-6旋转时，带动第二丝杠2-9作回转运动，丝杠 将回转运动转换为第二滑台2-2的直线运动，从而实现多通道穿刺机构5的穿刺针5-4轴向 定位，当针旋转驱动电机5-1-1旋转时，通过大齿轮5-1-2、小齿轮5-1-3和中齿轮5-1-4这2 级减速比传递，带动小齿轮5-1-3上固接的穿刺针5-4作旋转运动，联动时序控制轴向驱动 电机二2-6、针旋转驱动电机5-1-1可以实现多穿刺针5-4的稳定穿刺过程。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人 员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。