Робот, имеющий стереотаксическую функцию

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к роботам со стереотаксической функцией. Корпус робота имеет рабочую поверхность, на которой установлена механическая рука. Удаленный от корпуса конец механической руки прочно соединен с направляющим устройством. Первый шарнирно-соединительный узел механической руки соединен с рабочей поверхностью. Второй шарнирно-соединительный узел механической руки содержит второе соединительное основание, вторую шарнирную ось и второй шарнирный рычаг. На втором соединительном основании установлены шифратор и муфта сцепления. Муфта сцепления регулирует поворот второй шарнирной оси. Торсионная пружина второй шарнирной оси способствует повороту второго шарнирного рычага. Второе соединительное основание снабжено канавкой для поворота. В нижней части канавки для поворота предусмотрено прямоугольное углубление, в котором расположен ограничительный элемент для ограничения положения второго шарнирного рычага. Достигается улучшенная исходная точность позиционирования. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к роботу, имеющему стереотаксическую функцию, который принадлежит к области медицинской робототехники.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В современной медицине широко применяются такие хирургические операции, как минимальное инвазивное лечение кровоизлияния в мозг, пункция и дренирование желудочков мозга, биопсия ткани мозга и т. п. Эти способы диагностики и лечения требуют сверления черепной коробки, а точка сверления черепа, как правило, определяется посредством КТ или непосредственно на голове пациента на основании снимка КТ. В настоящее время в медицине большинство операций на черепе и мозге в основном проводятся с помощью стереотаксического устройства, содержащего раму, однако конструкция рамы имеет следующие недостатки: такая рама не подходит для младенцев; глубина хирургического вмешательства в важные структуры головного мозга относительно большая, а объем очага мал, а его форма и целевая точка отображаются нечетко, и точность позиционирования недостаточно высокая. В связи с этим было разработано безрамочное стереотаксическое устройство, сочетающее в себе систему планирования операций, систему навигации и хирургическую платформу, что имеет большое значение для повышения безопасности нейрохирургических стереотаксических операций.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения проблем, существующих у аналогов, известных из предшествующего уровня техники, согласно настоящему изобретению предложен робот, имеющий стереотаксическую функцию, который за счет улучшения конструкции решает проблемы, связанные со сложностью эксплуатации и низкой точностью существующих устройств. Конкретным техническим решением является следующее:

Робот, имеющий стереотаксическую функцию, который содержит корпус, при этом корпус имеет рабочую поверхность; на рабочей поверхности установлена механическая рука; механическая рука концом, удаленным от корпуса, прочно соединена с направляющим устройством; механическая рука содержит первый шарнирно-соединительный узел и второй шарнирно-соединительный узел; первый шарнирно-соединительный узел соединен с рабочей поверхностью; второй шарнирно-соединительный узел содержит второе соединительное основание, вторую шарнирную ось и второй шарнирный рычаг; на втором соединительном основании установлены шифратор и муфта сцепления; муфта сцепления регулирует поворот второй шарнирной оси; вторая шарнирная ось снабжена торсионной пружиной, которая способствует повороту второго шарнирного рычага.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения второе соединительное основание снабжено канавкой для поворота, при этом в нижней части канавки для поворота предусмотрено прямоугольное углубление; в прямоугольном углублении расположен ограничительный элемент для ограничения положения второго шарнирного рычага.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения второй шарнирный рычаг снабжен установочным элементом, соответствующим ограничительному элементу.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения в механической руке между вторым шарнирно-соединительным узлом и направляющим устройством расположен третий шарнирно-соединительный узел, четвертый шарнирно-соединительный узел и пятый шарнирно-соединительный узел.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения снаружи механической руки расположена защитная оболочка.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения первый шарнирно-соединительный узел снабжен нижним диском, при этом между нижним диском и рабочей поверхностью расположен опорный элемент.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения корпус снабжен дисплеем.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения с обеих сторон корпуса расположены рукоятки и нижняя часть корпуса снабжена колесиками.

В качестве усовершенствования вышеуказанного технического решения боковая сторона корпуса снабжена портом доступа.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества:

1) благодаря наличию торсионной пружины во втором шарнирно-соединительном узле, когда пользователь поворачивает второй шарнирный рычаг для регулирования пространственного положения механической руки, торсионная пружина позволяет врачу потратить на это меньше сил и, таким образом, снижает нагрузку на врача во время операции;

2) положение ограничительного элемента будет ограничиваться благодаря наличию прямоугольного углубления, и из-за ограничительного элемента не возникнет проблемы отклонения от нулевой отметки, даже если винт ограничительного элемента ослабнет;

3) после того как соединительные узлы будут расположены относительно нулевой отметки, углы шарнирно-соединительных узлов механической руки быстро регулируются, чтобы они совпадали с углами, предусмотренными системой, и взаимное положение шарнирно-соединительных узлов фиксируется отключением питания; все это сокращает время на подготовку, снижает степень сложности эксплуатации по сравнению с доступной импортной продукцией и является более практичным;

4) рабочая поверхность выполнена водонепроницаемой, и даже если во время операции на рабочую поверхность попадет жидкость, то она не проникнет внутрь корпуса, что могло бы вызвать повреждение оборудования внутри робота, и, таким образом, обеспечивается успешное проведение операции;

5) с обеих сторон корпуса расположены рукоятки; робота посредством рукояток на его обеих сторонах можно прикрепить к операционному столу с пациентом и тем самым обеспечить то, что во время операции робот будет оставаться неподвижным; в нижней части корпуса установлены колесики; колесики предназначены для обеспечения возможности перемещения робота; нижняя часть корпуса может быть выполнена с возможностью регулирования высоты, и высота может быть отрегулирована под операционные столы разной высоты, что позволяет повысить гибкость применения робота.

ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции робота, имеющего стереотаксическую функцию, согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 представлен основной вид механической руки согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 представлен вид справа механической руки согласно настоящему изобретению.

На фиг. 4 схематически показано расположение торсионной пружины во втором шарнирно-соединительном узле согласно настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как показано на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, согласно настоящему изобретению предложен робот, имеющий стереотаксическую функцию, который содержит корпус 10, при этом корпус 10 имеет рабочую поверхность 11; на рабочей поверхности 11 установлена механическая рука 20; механическая рука 20 концом, удаленным от корпуса 10, прочно соединена с направляющим устройством 22; механическая рука 20 содержит первый шарнирно-соединительный узел 25 и второй шарнирно-соединительный узел 26; первый шарнирно-соединительный узел 25 соединен с рабочей поверхностью 11; второй шарнирно-соединительный узел 26 содержит второе соединительное основание 261, вторую шарнирную ось 264 и второй шарнирный рычаг 265; на втором соединительном основании 261 установлены шифратор 262 и муфта 263 сцепления; муфта 263 сцепления регулирует поворот второй шарнирной оси 264; вторая шарнирная ось 264 снабжена торсионной пружиной 30, которая способствует повороту второго шарнирного рычага 265.

В этом варианте рабочая поверхность 11 корпуса 10 похожа на рабочую платформу; рабочая поверхность 11 может быть снабжена такими внешними устройствами, как дисплей 14, панель управления, клавиатура, мышь и т. п.; рабочую поверхность 11 можно выполнить водонепроницаемой для повышения защиты основного привода внутри корпуса 10. На боковой стороне корпуса 10 выполнен порт 13 доступа; порт 13 доступа может быть подключен к внешнему устройству для хранения информации об операции. Механическая рука 20 установлена на рабочей поверхности 11; механическая рука 20 содержит по меньшей мере два шарнирно-соединительных узла. Например, можно использовать конструкцию, содержащую пять шарнирно-соединительных узлов, а именно первый шарнирно-соединительный узел 25, второй шарнирно-соединительный узел 26, третий шарнирно-соединительный узел 27, четвертый шарнирно-соединительный узел 28 и пятый шарнирно-соединительный узел 29, а также направляющее устройство 22. Каждый шарнирно-соединительный узел оснащен шифратором и муфтой сцепления, при этом шифратор выполняет функцию преобразования углового смещения оси поворота в электрический сигнал, а муфта сцепления предназначена для управления сцеплением с осью поворота, и тем самым осуществляется управление осью поворота. Благодаря взаимодействию шифраторов и муфт нескольких шарнирно-соединительных узлов может быть реализовано точное позиционирование механической руки в трехмерном пространстве. Направляющее устройство 22 соединено со сверлом. После завершения пространственного позиционирования механической руки, посредством направляющего устройства 22 регулируют глубину входа сверла. Благодаря возможности управления отдельными частями направляющего устройства 22 удобно регулировать расстояние относительно головы пациента, и тем самым уменьшается проблема с точностью, вызванная погрешностями в конечных точках.

Второе соединительное основание 261 второго шарнирно-соединительного узла 26 соединено с первым шарнирно-соединительным узлом 25; второй шарнирно-соединительный узел 26 снабжен канавкой 266 для поворота; вторая шарнирная ось 264 проходит сквозь канавку 266 для поворота в поперечном направлении; второй шарнирный рычаг 265 прочно установлен на второй шарнирной оси 264; второй шарнирный рычаг 265 поворачивается со второй шарнирной осью 264; второе соединительное основание 261 также снабжено шифратором 262 и муфтой 263 сцепления; муфта 263 сцепления регулирует поворот второй шарнирной оси 264; торсионная пружина 30 расположена на второй шарнирной оси 264; торсионная пружина 30 одной стороной прочно соединена с канавкой 266 для поворота, выполненной во втором соединительном основании 261, а другой стороной примыкает ко второму шарнирному рычагу 265; когда пользователь поворачивает второй шарнирный рычаг 265 для регулирования пространственного положения механической руки, торсионная пружина 30 позволяет врачу потратить на это меньше сил и, таким образом, снижает нагрузку на врача во время операции. Причина, по которой во втором шарнирно-соединительном узле 26 установлена торсионная пружина 30, заключается в том, что шарнирно-соединительный узел в этом месте испытывает наибольшую нагрузку от веса механической руки, а установка торсионной пружины 30 облегчает поворот этого шарнирно-соединительного узла, что имеет большое значение для повышения точности при регулировании пространственного положения и для увеличения срока службы устройства.

Кроме того, в нижней части канавки 266 для поворота предусмотрено прямоугольное углубление 268; в прямоугольном углублении 268 расположен ограничительный элемент 269 для ограничения положения второго шарнирного рычага 265. В существующих аналогах ограничительный элемент 269 жестко соединен с соединительным основанием только посредством винта, и в случае возникновения такой проблемы, как ослабление винта, ограничительный элемент 269 разболтается, что приведет к невозможности точного расположения шарнирного рычага в исходном положении относительно нулевой отметки. Но благодаря наличию такого прямоугольного углубления 268 положение ограничительного элемента 269 будет ограничиваться этим углублением, и из-за ограничительного элемента 269 не возникнет проблемы отклонения от нулевой отметки, даже если винт ограничительного элемента 269 ослабнет.

Кроме того, второй шарнирный рычаг 265 снабжен установочным элементом 267, соответствующим ограничительному элементу 269, и установочный элемент 267 соответствует ограничительному элементу 269.

Первый шарнирно-соединительный узел 25 снабжен нижним диском 24; между нижним диском 24 и рабочей поверхностью 11 расположен опорный элемент 23; опорный элемент 23 может повысить надежность соединения механической руки с рабочей поверхностью 11. Снаружи каждого шарнирно-соединительного узла механической руки 20 предусмотрена защитная оболочка 21. Поскольку внутри механической руки 20 расположено довольно много элементов и требуется высокая точность, защитная оболочка 21 способна защитить механическую руку 20 во время операции и увеличить срок службы механической руки 20.

С обеих сторон корпуса 10 расположены рукоятки 12; посредством рукояток 12 на его обеих сторонах робота можно прикрепить к операционному столу с пациентом и тем самым обеспечить то, что во время операции робот будет оставаться неподвижным. В нижней части корпуса 10 установлены колесики 15; колесики 15 предназначены для обеспечения возможности перемещения робота. Нижняя часть корпуса 10 может быть выполнена с возможностью регулирования высоты, и высота может быть отрегулирована под операционные столы разной высоты.

Хотя настоящее изобретение было подробно описано выше на основании общего описания и конкретных вариантов осуществления, на основе идеи настоящего изобретения в него могут быть внесены модификации и усовершенствования, очевидные специалистам в данной области техники. Поэтому такие модификации или усовершенствования, выполненные без отклонения от сущности настоящего изобретения, входят в объем защиты заявленного изобретения.

1. Робот, имеющий стереотаксическую функцию, отличающийся тем, что содержит корпус, при этом корпус имеет рабочую поверхность; на рабочей поверхности установлена механическая рука; механическая рука концом, удаленным от корпуса, прочно соединена с направляющим устройством; механическая рука содержит первый шарнирно-соединительный узел и второй шарнирно-соединительный узел; первый шарнирно-соединительный узел соединен с рабочей поверхностью; второй шарнирно-соединительный узел содержит второе соединительное основание, вторую шарнирную ось и второй шарнирный рычаг; на втором соединительном основании установлены шифратор и муфта сцепления; муфта сцепления регулирует поворот второй шарнирной оси; вторая шарнирная ось снабжена торсионной пружиной, которая способствует повороту второго шарнирного рычага; причем второе соединительное основание снабжено канавкой для поворота, при этом в нижней части канавки для поворота предусмотрено прямоугольное углубление; в прямоугольном углублении расположен ограничительный элемент для ограничения положения второго шарнирного рычага.

2. Робот по п. 1, отличающийся тем, что второй шарнирный рычаг снабжен установочным элементом, соответствующим ограничительному элементу.

3. Робот по п. 1, отличающийся тем, что в механической руке между вторым шарнирно-соединительным узлом и направляющим устройством расположен третий шарнирно-соединительный узел, четвертый шарнирно-соединительный узел и пятый шарнирно-соединительный узел.

4. Робот по п. 1, отличающийся тем, что снаружи механической руки расположена защитная оболочка.

5. Робот по п. 1, отличающийся тем, что первый шарнирно-соединительный узел снабжен нижним диском, при этом между нижним диском и рабочей поверхностью расположен опорный элемент.

6. Робот по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен дисплеем.

7. Робот по п. 1, отличающийся тем, что с обеих сторон корпуса расположены рукоятки и нижняя часть корпуса снабжена колесиками.

8. Робот по п. 1, отличающийся тем, что боковая сторона корпуса снабжена портом доступа.