技术领域
[0001] 本
发明涉及穿刺手术技术领域，尤其涉及一种穿刺手术系统。
背景技术
[0002] 随着现代科技的发展，
微创手术开始被广泛应用。例如经皮肾造口引流术就是一种可用来将肾脏尿液引出体外的微创手术技术。在经皮肾造口引流术中，通过透视、超声成像或电脑
断层做引导，医生将引
流管经由
皮肤插入到肾盏或肾盂中，然后将尿液从引流管排出到体外，从而达到手术效果而创口极小，
疼痛减少，手术
风险变小，恢复很快。但是微创手术不可避免存在穿刺点和穿刺
角度确定困难的问题，因此在确定穿刺点和穿刺角度时浪费较多时间，从而导致手术时间延长；而且人工操作穿刺对外科医生的经验的要求较高。
[0003] 基于人工穿刺手术存在的问题，
现有技术中开发了穿刺
机器人，通过穿刺机器人进行穿刺手术。但是现有的穿刺机器人也存在很多问题，例如穿刺机器人系统无法和病人的生理动作(包括呼吸和无意识运动)相配合，容易导致穿刺
位置和穿刺角度发生偏差，造成医疗事故。另外，穿刺手术机器人的穿刺的速度也无法考虑到病人的身体承受能
力。
[0004] 基于以上问题，亟需一种穿刺手术系统，以克服现有穿刺手术机器人和穿刺手术中存在的问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提出一种穿刺手术系统，以克服现有穿刺手术中存在的问题。
[0006] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种穿刺手术系统，包括：
[0008] 目标物，所述目标物固定在病人的手术部位，用于对手术部位进行标记
定位；
[0009]
CT扫描仪，用于穿刺前对目标物以及手术部位的组织进行扫描，获取所述目标物以及手术部位的组织的图像；
[0010] 摄像头，其用于在穿刺前对目标物以及手术部位的皮肤进行拍照，获取所述目标物以及手术部位的皮肤的图像；
[0011] 穿刺机构，其上设置有穿刺针，所述穿刺针的位置和角度可调；
[0012] B超
探头，用于在穿刺时对穿刺点周围的组织以及穿刺路径进行监控以获取穿刺点周围的图像；
[0013] 成像装置，用于显示所述B超探头获得的图像。
[0014] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述穿刺机构还包括可移动的
机械臂以及用于安装穿刺针并对穿刺针进行定位的第一定位系统，所述第一定位系统和所述摄像头均设置在所述机械臂上，所述第一定位系统能够根据CT扫描仪获取的图像和摄像头获取的图像的融合图像，调节所述穿刺针的位置及角度，对准预存的病变位置。
[0015] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述第一定位系统包括第一
连杆机构、第二连杆机构和穿刺针架持装置，所述第一连杆机构的输入端连接有第一动力系统，所述第一连杆机构的输出端与所述穿刺针架持装置的上部或下部球面铰接，所述第二连杆机构输入端连接有第二动力系统，所述第二连杆机构的输出端与所述穿刺针架持装置的下部或上部铰接。
[0016] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述第一连杆机构包括第一主连杆，所述第一主连杆一端球铰于所述穿刺针架持装置上，另一端铰接有第一支杆，所述第一主连杆的中部铰接有第二支杆；所述第一动力系统包括两个第一驱动机构，两个第一驱动机构分别与第一支杆和第二支杆铰接，两个所述第一驱动机构均为直线驱动机构。
[0017] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述第一驱动机构包括第一
马达、与所述第一马达的
输出轴连接的第一
螺纹杆以及与所述第一螺纹杆
螺纹连接的第一滑
块。
[0018] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述第二连杆机构包括第二主连杆，所述第二主连杆一端铰接于所述穿刺针架持装置上，另一端铰接有第三支杆，所述第二主连杆的中部铰接有第四支杆；所述第二动力系统包括两个第二驱动机构，两个第二驱动机构分别与第三支杆和第四支杆铰接，两个所述第二驱动机构均为直线驱动机构。
[0019] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述穿刺针架持装置包括
外壳，所述外壳内设置有第三驱动机构，所述第三驱动机构的输出端为直线驱动机构，其输出端连接有伸出所述外壳的
支撑杆，所述支撑杆上固定有止挡块，所述穿刺针穿设在所述止挡块上。
[0020] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述第三驱动机构包括固定在外壳上的第二马达，所述第二马达的输出轴上连接有第一
齿轮，所述第一齿轮
啮合有第二齿轮，所述第二齿轮同轴连接有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆的轴线与所述第二马达的输出轴的轴线平行，所述第二螺纹杆上螺纹连接有第二滑块，所述第二滑块连接所述支撑杆。
[0021] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，还包括第二定位系统，所述第二定位系统上连接有所述B超探头，所述第二定位系统控制所述B超探头对穿刺点周围的组织以及穿刺路径进行监控。
[0022] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述第二定位系统包括第三连杆机构、第四连杆机构和B超探头固定装置，所述第三连杆机构的输入端连接有第三动力系统，所述第三连杆机构的输出端球铰接于所述B超探头固定装置的上部或下部，所述第四连杆机构的输入端连接有第四动力系统，所述第二连杆机构的输出端铰接于所述B超探头固定装置的下部或上部。
[0023] 作为上述穿刺手术系统的一种优选方案，所述成像装置包括操作台，所述机械臂铰接在所述操作台上；
[0024] 所述机械臂包括第一臂和第二臂，所述第一臂与所述操作台铰接，所述第二臂与所述第一定位系统连接，所述第一臂和第二臂之间可转动连接。
[0025] 作为上述穿刺手术的方法的一种优选方案，所述穿刺针中能够穿设
活检针、排液
导管或碎石手术刀。
[0026] 本发明的有益效果：
[0027] 本发明提出的穿刺手术系统，包括摄像头、B超探头、穿刺机构和成像装置分别连接，在穿刺前，穿刺机构能够根据CT扫描仪获取的图像和摄像头获取的图像的融合图像，及时调整穿刺针的位置和角度，以保证穿刺的准确性；在穿刺时B超探头获取图像并发送到成像装置上进行显示，以对穿刺针的穿刺路径实时监测，保证穿刺手术的准确性。
附图说明
[0028] 图1是本发明具体实施方式提供的穿刺手术系统的结构示意图；
[0029] 图2是本发明具体实施方式提供的穿刺机构的结构示意图；
[0030] 图3是本发明具体实施方式提供的第一臂和第二臂之间相对固定连接的结构示意图；
[0031] 图4是本发明具体实施方式提供的第一臂和第二臂之间能够相对转动连接的结构示意图；
[0032] 图5是本发明具体实施方式提供的第一定位系统和第二定位系统的结构示意图；
[0033] 图6是本发明具体实施方式提供的第一定位系统一个角度的结构示意图；
[0034] 图7是本发明具体实施方式提供的第一定位系统另一个角度的结构示意图；
[0035] 图8是本发明具体实施方式提供的第三驱动机构的结构示意图；
[0036] 图9是本发明具体实施方式提供的第二定位系统的结构示意图；
[0037] 图10是本发明具体实施方式提供的穿刺手术系统的操作方法的
流程图。
[0038] 其中，1躺床；11、床体；12、支撑结构；13、
滑轮；
[0039] 2、成像装置；21、操作台；22、显示屏；23、滚轮；
[0040] 3、穿刺机构；
[0041] 31、机械臂；311、第一臂；312、第二臂；313、第一连接部；314、第二连接部；315、旋钮；3141、
螺柱；3151、手动部；3152、
锁紧件；
[0042] 32、穿刺针；
[0043] 33、第一定位系统；
[0044] 331、第一外壳；332、第一驱动机构；333、第二驱动机构；
[0045] 334、第一连杆机构；3341、第一主连杆；3342、第一支杆；3343、第二支杆；
[0046] 335、第二连杆机构；3351、第二主连杆；3352、第三支杆；3353、第四支杆；
[0047] 336、穿刺针架持装置；3361、第二外壳；3362、第三驱动机构；3363、支撑杆；3364、止挡块；3365、铰接杆；3366、
套管；
[0048] 33621、第二马达；33622、第一齿轮；33623、第二齿轮；33624、第二螺纹杆；33625、第二滑块；
[0049] 4、目标物；
[0050] 5、摄像头；
[0051] 6、B超探头；
[0052] 7、第二定位系统；71、第三外壳；72、第三连杆机构；73、第四连杆机构；74、第四驱动机构；75、第五驱动机构；76、B超探头固定装置。
具体实施方式
[0053] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0054] 如图1-9所示，本实施方式提供一种穿刺手术系统，该穿刺手术系统包括躺床1、成像装置2、穿刺机构3、目标物4、CT扫描仪(图中未示出)、摄像头5、B超探头6以及
控制器。其中躺床1供病人手术时躺卧，在躺床1的底部设置有滑轮13，能够使躺床1在地面上滑动。目标物4固定在病人的手术部位，用于对手术部位进行标记定位。穿刺机构3上设置有穿刺针32，穿刺针32的位置和角度可调。CT扫描仪用于穿刺前对目标物4以及手术部位的组织进行扫描，获取所述目标物4以及手术部位的组织的图像；摄像头5固定在穿刺机构3上，穿刺时对目标物4以及手术部位进行拍照，获取所述目标物4以及手术部位的皮肤的图像；B超探头
6用于在穿刺时对穿刺点周围的组织以及穿刺路径进行监控，以获取穿刺点周围的图像。成像装置2上能够显示CT扫描仪,能够根据CT扫描仪获取的图像和摄像头5获取的图像的融合图像以及能够显示B超探头6获得的图像，成像装置2设置在躺床1的一侧，手术人员能够随时观察成像装置2上呈现的图像。目标物4固定在病人的手术部位，能够在CT扫描仪和摄像头5所形成的图像进行匹配/融合时作为参照物。
[0055] 控制器与摄像头5、B超探头6、穿刺机构3和成像装置2分别连接，在穿刺前控制器能够根据CT扫描仪获取的图像和摄像头5获取的图像的融合图像，控制穿刺机构3动作以调整穿刺针32的位置和角度，实时对穿刺针32进行调整，避免病人的生理动作对穿刺针32的位置和角度产生影响，保证穿刺的准确性；在穿刺时控制器控制B超探头6获取图像并发送到成像装置2上进行显示，以对穿刺针32的穿刺路径实时监测，保证穿刺手术的准确性。
[0056] 如图1所示，本实施方式中躺床1包括床体11和对床体11进行支撑的支撑结构12，支撑结构12的下部连接有滑轮13，滑轮13与地面直接
接触。躺床1的滑轮13上设置有
制动机构，当制动机构制动滑轮13时，滑轮13无法移动，当制动机构对滑轮13的制动解除时，滑轮13能够灵活移动，上述滑轮13结构能够方便调整躺床1的位置。躺床1的支撑结构12由多个可伸缩的杆组成，杆伸缩时可以调整床体11的升降，躺床1能够适应不同的身高的医生，方便不同的医生进行手术。
[0057] 如图1所示，成像装置2包括操作台21以及操作台21上设置的两个显示屏22。操作台21的底部设置有滚轮23，滚轮23能够方便成像装置2的移动。操作台21为可升降结构，从而能够调节显示屏22的高度。两个显示屏22中的一个显示屏22能够显示摄像头5获取的图像和CT扫描仪获取的图像的合成图像，另一个显示屏22能够显示B超探头6获取的图像。
[0058] 如图2所示，穿刺机构3还包括可移动设置的机械臂31以及用于安装穿刺针32并对穿刺针32进行定位的第一定位系统33，第一定位系统33和摄像头5均设置在机械臂31上，第一定位系统33连接控制器，控制器能够根据CT扫描仪获取的图像和摄像头5获取的图像的融合图像控制第一定位系统33调整穿刺针32的位置及角度。机械臂31可以铰接在躺床1上也可以铰接在操作台21上。机械臂31包括第一臂311和第二臂312，第一臂311与躺床1或操作台21铰接，第二臂312与第一定位系统33连接，第一臂311和第二臂312之间可转动连接。通过旋钮315实现对第一臂311和第二臂312相对转动和相对固定的调整。
[0059] 摄像头5固定在第二臂312上，第一定位系统33固定在摄像头5远离第二臂312的一侧。
[0060] 如图3和4所示，第一臂311连接第一连接部313，第二臂312连接第二连接部314。第一连接部313的中部为通孔。旋钮315和第二连接部314分别位于第一连接部313的两侧，第二连接部314靠近第一连接部313的一侧凸设有螺柱3141，螺柱3141伸入第一连接部313的通孔内。旋钮315包括手动部3151，手动部3151上固定有锁紧件3152，锁紧件3152上开设有
内螺纹孔。手动部3151压在第一连接部313远离第二连接部314的一端，锁紧件3152伸入第一连接部313的通孔内与螺柱3141螺纹连接。当旋钮315旋紧时，如图3所示，手动转动手动部3151，使得锁紧件3152与螺柱3141的连接面积更大时，旋钮315将第一连接部313和第二连接部314紧压在一起，直到第一连接部313和第二连接部314之间无法相对转动，实现了第一臂311和第二臂312之间的相对固定。旋钮315反向旋转，如图4所示，则可实现第一臂311和第二臂312之间的相对转动。
[0061] 本实施方式中，参照图5-图7，第一定位系统33包括第一外壳331、第一动力系统、第二动力系统、第一连杆机构334、第二连杆机构335和穿刺针架持装置336。第一动力系统和第二动力系统均设置在第一外壳331内，且第一动力系统包括两个第一驱动机构332，第二动力系统包括两个第二驱动机构333。第一驱动机构332和第二驱动机构333的结构相同，均为直线驱动机构。第一连杆机构334的输入端连接第一动力系统，输出端位于第一外壳331外部并与穿刺针架持装置336的上部球面铰接。第二连杆机构335的输入端连接第二动力系统，输出端位于第一外壳331外部并与穿刺针架持装置336的下部铰接。第一连杆机构
334和第二连杆机构335的运
动能够实现调整穿刺针架持装置336的位置及角度，从而实现调整穿刺针32的位置及角度。其他实施方式中，第一连杆机构334和第二连杆机构335的位置可以相互对换。
[0062] 如图6和图7所示，第一连杆机构334包括第一主连杆3341，第一主连杆3341一端球铰于穿刺针架持装置336上，另一端铰接有第一支杆3342，第一主连杆3341的中部铰接有第二支杆3343；两个第一驱动机构332分别与第一支杆3342和第二支杆3343铰接。具体地，第一驱动机构332包括第一马达、与第一马达的输出轴连接的第一螺纹杆以及第一螺纹杆上螺纹连接的第一滑块。两个第一驱动机构332中第一滑块分别与第一支杆3342和第二支杆3343铰接。
[0063] 如图6和图7所示，第二连杆机构335包括第二主连杆3351，第二主连杆3351一端铰接于穿刺针架持装置336上，另一端铰接有第三支杆3352，第二主连杆3351的中部铰接有第四支杆3353；两个第二驱动机构333分别与第三支杆3352和第四支杆3353铰接。具体地，第二驱动机构333与第一驱动机构332的结构相同，包括第一马达、与第一马达的输出轴连接的第一螺纹杆以及第一螺纹杆上螺纹连接的第一滑块。两个第二驱动机构333中第一滑块分别与第三支杆3352和第四支杆3353铰接。
[0064] 第一驱动机构332中的两个第一螺纹杆与第二驱动机构333中的两个第一螺纹杆相互平行设置。
[0065] 第一驱动机构332和第二驱动机构333中的第一马达均与控制器连接，控制器可以控制第一马达的转向和转动时间。第一马达的正反转能够实现控制第一滑块的滑动方向、转动时间能够控制第一滑块的朝某一方向移动的距离。第一连杆机构334和第二连杆机构335中的第一滑块在第一螺纹杆上的位置变化可以实现对穿刺针架持装置336的位置和角度进行调整。
[0066] 上述的第一主连杆3341和第二主连杆3351均呈弯折状，第二支杆3343和第四支杆3353分别连接第一主连杆3341的拐角处与第二主连杆3351的拐角处。
[0067] 如图5-图8所示，穿刺针架持装置336包括第二外壳3361，第二外壳3361内设置有第三驱动机构3362，第三驱动机构3362的输出端为直线输出，输出端连接有伸出第二外壳3361的支撑杆3363，支撑杆3363上固定有止挡块3364，穿刺针32穿设在止挡块3364上。
[0068] 第二外壳3361的外表面上设置有铰接杆3365，铰接杆3365平行于外壳的外表面，第一主连杆3341一端球铰于铰接杆3365。在第二外壳3361远离铰接杆3365的一侧的外表面铰接有套管3366，套管3366位于止挡块3364的下方。穿刺针32包括头部和针部，头部的外径尺寸大于针部的外径，穿刺针32穿过止挡块3364上时，其头部被止挡块3364限位在止挡块3364上部，针部穿过止挡块3364后穿设在套管3366内，由于穿刺针32、止挡块3364以及套管
3366的相互作用，套管3366虽然与外壳铰接，但是不会产生随意晃动。第二主连杆3351铰接在套管3366和第二外壳3361的铰接处。
[0069] 第三驱动机构3362包括固定在第二外壳3361上的第二马达33621，第二马达33621的输出轴上套设有第一齿轮33622，第一齿轮33622啮合有第二齿轮33623，第二齿轮33623同轴连接有第二螺纹杆33624，第二螺纹杆33624的轴线与马达的输出轴的轴线平行，第二螺纹杆33624上螺纹连接有第二滑块33625，第二滑块33625连接支撑杆3363。第二螺纹杆33624与支撑杆3363平行设置，使得支撑杆3363沿直线移动，由于穿刺针架持装置336一般是沿竖直方向或与竖直方向呈锐角，所以支撑杆3363可以实现上下方向移动，从而调整穿刺针32的高度。
[0070] 如图5和图9所示，穿刺手术系统还包括第二定位系统7，第二定位系统7固定在摄像头5远离第二臂312的一侧。第二定位系统7上连接有B超探头6和控制器，控制器控制第二定位系统7动作以使B超探头6对穿刺点周围的组织以及穿刺路径进行监控。
[0071] 第二定位系统7包括第三外壳71、第三动力系统、第四动力系统、第三连杆机构72、第四连杆机构73和B超探头固定装置76。第三外壳71内设置有第三动力系统和第四动力系统，第三动力系统包括两个第四驱动机构74，第四动力系统包括两个第五驱动机构75。第三连杆机构72输入端与第三动力系统连接，第三连杆机构72的输出端与B超探头固定装置76的下部球面铰接。第四连杆机构73的输入端与第四动力系统连接，第四连杆机构73的输出端与B超探头固定装置76的上部铰接。
[0072] 第三动力系统包括两个第四驱动机构74，第四动力系统包括两个第五驱动机构75，第四驱动机构74和第五驱动机构75均与第一驱动机构332的结构基本相同，不同之处在于，第四驱动机构74中的第一滑块与第三连杆机构72连接，第五驱动机构75中第一滑块与第四连杆机构73连接。
[0073] 第三连杆机构72包括第三主连杆、第五支杆和第六支杆，第三主连杆一端球铰于B超探头固定装置76上，另一端铰接有第五支杆，第三主连杆的中部铰接有第六支杆。两个第四驱动机构74中的第一滑块分别铰接第五支杆和第六支杆。
[0074] 第四连杆机构73包括第四主连杆、第七支杆和第八支杆，第四主连杆一端球铰于B超探头固定装置76上，另一端铰接有第七支杆，第四主连杆的中部铰接有第八支杆。两个第五驱动机构75中的第二滑块33625分别铰接第七支杆和第八支杆。
[0075] B超探头6可滑动地设置在B超探头固定装置76上，B超探头6能够实现上下移动。
[0076] B超探头固定装置76上设置有
弹簧装置，弹簧装置连接B超探头6，当B超探头固定装置76下压B超探头6进行监测时，弹簧装置一方面能够将B超探头6压紧在人体皮肤表面，另一方面还能使得B超探头6与人体皮肤之间产生缓冲，避免对人体产生不适的压力。
[0077] 如图10所示，本实施方式还提供上述穿刺手术系统的操作方法，包括以下步骤：
[0078] 第一步：将能够被CT扫描仪和摄像头5捕捉的五个目标物4固定于手术部位外部的皮肤上。
[0079] 其中，目标物4为无菌皮肤标记，具体的个数不限于五个，可以选择三个以上，能够通过目标物将CT扫描仪获取的图像和摄像头5获取的
图像配准即可。
[0080] 第二步：控制CT扫描仪扫描手术部位及目标物4形成第一图像，并根据第一图像制定穿刺规划，确定病变位置。
[0081] CT扫描主要是针对肋骨、膀胱、输尿管、肾脏组织、肾结石、肝、脾、结肠和目标物4进行扫描成像。CT扫描一般是在手术的前一天进行。CT扫描完成后将目标物4移走，在目标物4的固定位置通过防
水笔进行标记。
[0082] 第三步：摄像头5对目标物4进行实时拍照，形成第二图像，控制器根据第二图像获取目标物4的实时位置。
[0083] 手术当天，在摄像头5进行拍照之前，先将目标物4固定在原位置，然后进行拍照。
[0084] 第四步：控制器根据第一图像和第二图像的融合图像，准确定位穿刺针，执行穿刺规划。
[0085] 第五步：医生将穿刺针32穿入到手术部位，并且在穿刺过程中通过B超探头6对穿刺针32的穿刺路径进行实时监测。
[0086] 第六步：进行后续手术操作。
[0087] 为了满足不同
治疗的需要，本穿刺手术系统和穿刺手术的方法可以用于经皮肾穿刺活检术、经皮肾造口引流术和经皮肾穿刺
碎石术，相应地，穿刺针32内可以插入活检针、排液导管、碎石手术刀等。其中，活检针可以对病灶进行取样分析；排液导管可以将尿液从肾盏或肾盂中排出；碎石手术刀可以准确
粉碎肾结石。
[0088] 注意，上述仅为本发明的较佳
实施例。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的
权利要求范围决定。
