专利名称：前列腺穿刺活检机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是为早期前列腺癌提供细胞学诊断依据的前列腺穿剌活检设 备，具体涉及的是前列腺穿刺活检机器人。
二背景技术：
随着我国人口老龄化、饮食结构和环境因素的改变，以及医疗保健水平的 提高，我国前列腺癌(Prostatic Cancer, PCA)发病率呈逐年上升趋势，已跃 居男性泌尿和生殖系统恶性肿瘤的第三位。据上海市的统计，现在前列腺癌的 发病率比60年代增加了 50%以上，并且有更为迅速增加的趋势。如何早期诊断 前列腺癌成为临床工作中的一个关键问题。
前列腺穿刺活体组织检査能提供细胞学诊断依据，对于早期前列腺癌的诊 断非常重要。前列腺癌疑似病人在进行正式手术之前，通常要施行穿刺活检， 进行最后的确认，以避免可能的错误诊断。前列腺活检方法有四种①针刺活 检；②细针抽吸活检；③开放活检；④经尿道电切活检。其中针刺活检和细针 抽吸活检操作简单，术后并发症少，在临床上应用非常广泛。20世纪80年代， 随着前列腺特异性抗原(PSA )以及超声引导下经会阴及直肠前列腺穿刺活检的 临床应用，PCA检出率大大提高。超声引导下前列腺穿刺安全简便，穿剌准确 性和成功率髙，因而得到广泛应用。
目前在临床普遍采用的前列腺穿刺活检的设备非常简单，主要采用与超声 检查设备做成一体的形式。通常在超声探头侧面做出穿刺针的导向孔，活检枪 上的穿刺针通过这个导向孔导向，在超声图像引导下进行定位穿刺。超声探头 和活检枪都是由手动操作完成，操作过程比较复杂，需要至少两个以上的医生 配合，劳动强度大，穿剌活检针的定位精度低，漏检率高。因此，不得不采用 较多的穿刺次数(有许多医生采用13针的术式)，给患者带来较多的痛苦，也 增加了感染的机会。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种前列腺穿刺活检机器人，用于解决现有的前列腺穿 3刺活检设备手动操作复杂、定位精度低的问题。
发明内容
前列腺穿刺活检机器人，其组成包括接受和处理前列腺超声图像数据的 计算机系统(1)、 Motoman机器人(3)、扎针机构(4)及其电机(6)的驱动装 置；扎针机构(4)为机器人(3)的末端执行器，固定在机器人(3)的末端， 扎针机构(4)由直流伺服电机(6)，底座，双导轨(7)， V带(8)，前端支承 座(9)，持针座(10)以及电磁弹射装置构成，直流伺服电机(6)与底座相连, 通过V带张紧装置(13)进行拆卸，底座安装在双导轨(7)上，通过夹带器(15) 与V带(8)相连。
所述的前列腺穿刺活检机器人，所述的持针座(10)上设计有档块(11) 和圆柱块，所述的持针座(10)上还设计有压板(14)，通过使用压板(14)， 将活检针固定在持针座(10)上。
所述的前列腺穿刺活检机器人，所述的前端支承座(9)使用可换套管(17)。 实现扎针机构前端支承座对不同直径活检针的支撑，解决了选择不同型号活检 针的问题。
所述的前列腺穿剌活检机器人，所述的电磁弹射装置采用电磁铁装置触发 发射按钮，可完成活检针对活体组织的抽取。
所述的前列腺穿剌活检机器人，所述的直流伺服电机(6)带有增量式光电 编码器(16)，并采用西门子S2-200 PLC与小规模继电器控制电路精确控制， 所述的Motoman机器人(3)为首钢机器人公司的具有6个自由度的UP6型机器 人。
有益效果
1、 本发明可以实现自动化、机械化、计算机化的穿刺活检，提高效率和质量。
2、 本发明'采用机器人作为穿刺针定位控制的主要手段，结合独立设计的扎
针机构，在计算机的控制下，使用机器人进行前列腺癌的穿剌活检，由于前列 腺穿剌活检机器人比介入治疗专家更精确地以数字的方式操作，这样不但可以 实现诊断过程的精确定位、高效率、自动化和信息化，还可以大大降低医生的 劳动强度。同时还能避免专家因疲劳、情绪、疏忽等原因造成的失误，所以开发和研制准确高效的前列腺穿刺活检机器人具有重要的现实意义和良好的应用 前景。
3、前列腺穿剌活检机器人实际上是一套计算机进行扎针轨迹规划、机器人 辅助操作的前列腺穿刺活检系统，从而替代经验丰富的医生和技师在穿刺活检 中的大部分工作，实现精确活检，提高工作效率，降低穿刺活检成本的目的。
四
图l是本发明的结构示意图2是本发明的系统操作流程图； 图3是扎针机构的俯视图4是扎针机构的主视图。
1、计算机系统2、控制柜 3、机器人 4、扎针机构 5、患者 6、 电机 7、双导轨 8、V带 9、前端支承座 10、持针座 11、档块 12、 电磁弹射装置 13、 V带张紧装置 14、压板 15、夹带器 16、编码器 17、可换套管
五具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步说明
图1提供了本发明的结构示意图，如图所示，这种前列腺穿刺活检机器人 包括这种前列腺穿刺活检机器人包括接受和处理前列腺超声图像数据的计算机 系统1、 Motoman机器人3、扎针机构4及其电机6的驱动装置；计算机系统1 连接控制柜2，工控机1接受患者5的前列腺超声图像数据，计算机系统自动进 行数据处理，规划出机器人3进给以及扎针机构进针的最优路径，最后完成活 检任务。Motoman机器人3选用首钢机器人公司的UP6型机器人，具有6个自 由度，可以实现扎针所需的任意姿态。扎针机构4为机器人的末端执行器，固 定在机器人3的末端。针对该系统，采用VC++6.0软件开发出了运动控制软件 "前列腺穿剌活检机器人控制软件"，以调整Motoman机器人3以及扎针机构的 位置和姿态的操作控制。
图3、图4提供了扎针机构的示意图，如图所示，扎针机构4主要由直流伺 服电机6，底座，双导轨7， V带8，前端支承座9，持针座10以及电磁弹射装置组成。带有增量式光电编码器16的直流伺服电机6与底座相连，通过V带张 紧装置13可进行拆卸，采用西门子S2-200 PLC与规模继电器控制电路，实现 对直流伺服电机6的精确控制。底座安装在双导轨7上，通过夹带器15与V带 8相连，可以沿双导轨7做往复运动。持针座10上设计有档块11和圆柱块，限 制活检针前后左右运动以及绕三个坐标轴的旋转运动，再使用压板14，即可以 将活检针固定在持针座10上。电磁弹射装置采用电磁铁装置触发发射按钮，前 端支承座9使用可换套管17。
本发明采用优化设计，对扎针机构的运动学进行分析，完成设计。 本发明采用双导轨7、直流伺服电机6驱动方式，完成持针座10的往复运动。
本发明采用V带8传送方式，实现活检针持针座10与直流伺服电机6的同 步运动，完成活检针的精确定位，保证了系统的精度。
图2提供了本发明的系统操作流程图，如图所示，前列腺穿剌活检机器人 操作步骤为首先通过超声仪器，获得前列腺组织的图像数据，输入到计算机 系统，经过软件的专家系统计算，生成靶点的位置数据，再通过路径规划，生 成机器人3末端进给以及活检针穿剌的最佳路径。然后开始按生成的路径进给， 穿剌到靶点之后，停止运动，电磁弹射装置12通电，触发活检针的发射按钮， 完成组织抽取，再退针。这样一次扎针结束，准备进行下一次的活组织检测。
权利要求
1、一种前列腺穿刺活检机器人，其组成包括接受和处理前列腺超声图像数据的计算机系统(1)、Motoman机器人(3)、扎针机构(4)及其电机(6)的驱动装置，其特征是扎针机构(4)为机器人(3)的末端执行器，固定在机器人(3)的末端，扎针机构(4)由直流伺服电机(6)，底座，双导轨(7)，V带(8)，前端支承座(9)，持针座(10)以及电磁弹射装置构成，直流伺服电机(6)与底座相连，通过V带张紧装置(13)进行拆卸，底座安装在双导轨(7)上，通过夹带器(15)与V带(8)相连。
2、 根据权利要求1所述的前列腺穿刺活检机器人，其特征是所述的持针 座(10)上设计有档块(11)和圆柱块，所述的持针座(10)上还设计有压板(14)，通过使用压板(14)，将活检针固定在持针座(10)上。
3、 根据权利要求1或2所述的前列腺穿刺活检机器人，其特征是所述的 前端支承座(9)使用可换套管(17)。
4、 根据权利要求1或2所述的前列腺穿剌活检机器人，其特征是所述的 电磁弹射装置采用电磁铁装置触发发射按钮。
5、 根据权利要求3所述的前列腺穿刺活检机器人，其特征是所述的电磁 弹射装置采用电磁铁装置触发发射按钮。
6、 根据权利要求1或2或5所述的前列腺穿刺活检机器人，其特征是所 述的直流伺服电机(6)带有增量式光电编码器(16)，并采用西门子S2-200 PLC 与小规模继电器控制电路精确控制，所述的Motoman机器人(3)为首钢机器人 公司的具有6个自由度的UP6型机器人。
7、 根据权利要求3所述的前列腺穿刺活检机器人，其特征是所述的直流 伺服电机(6)带有增量式光电编码器(16)，并采用西门子S2-200 PLC与小规 模继电器控制电路精确控制，所述的Motoman机器人(3)为首钢机器人公司的 具有6个自由度的UP6型机器人。
8、 根据权利要求4所述的前列腺穿刺活检机器人，其特征是所述的直流 伺服电机(6)带有增量式光电编码器(16)，并采用西门子S2-200 PLC与小规 模继电器控制电路精确控制，所述的Motoman机器人(3)为首钢机器人公司的 具有6个自由度的UP6型机器人。
全文摘要
前列腺穿刺活检机器人，是为早期前列腺癌提供细胞学诊断依据的前列腺穿刺活检设备，本产品包括接受和处理前列腺超声图像数据的计算机系统(1)、Motoman机器人(3)、扎针机构(4)及其电机(6)的驱动装置；扎针机构(4)为机器人(3)的末端执行器，固定在机器人(3)的末端，扎针机构(4)由直流伺服电机(6)，底座，双导轨(7)，V带(8)，前端支承座(9)，持针座(10)以及电磁弹射装置构成，直流伺服电机(6)与底座相连，通过V带张紧装置(13)进行拆卸，底座安装在双导轨(7)上，通过夹带器(15)与V带(8)相连。本产品可实现诊断过程的精确定位、高效率、自动化和信息化，大大降低医生的劳动强度。
文档编号A61B10/02GK101632596SQ200810064990
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者龙 张, 张永德, 赵燕江 申请人:哈尔滨理工大学