[发明专利]一种X射线成像机器人及其机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种X射线成像机器人及其机械臂。

背景技术

随着微创手术的普及，医生对于在手术中可对患处精确定位并提供快速三维成像的医学设备的需求日趋强烈。快速三维成像需要成像设备自主进行大范围的快速运动和多角度连续拍摄，这对成像设备的运动灵活性和成像稳定性提出较高的要求。

目前，临床中所用的术中X线成像设备主要是各类C臂。传统C臂主要采用手动或电动操作，运动较不灵活，仅有少数机型可以提供十分有限的三维成像功能，而且操作仍非常不便。为此，一些研究者对传统C臂进行了改进，如Binder N等人（Binder N.,Bodensteiner C., L.,et al..The Surgeon’s Third Hand an Interactive Robotic C-Arm Fluoroscope.Mobile Robotics–Moving Intelligence,2007,403-418）通过增加驱动环节和运动学建模来提高C臂的可控性，但仍然没有改变传统C臂在机构和自由度配置上的局限性。同时，一些国外厂商也开展了相关研究，如美国的OrthoScan HD with Flat Detector（http://orthoscan.com/mini-c-arms/fd/fd-summary）推出的微型C臂通过采用机器人臂支架来提高C臂的灵活度，但其中大部分关节没有驱动环节，且主要针对四肢等部位的X线成像，需要依靠手动操作，难以实现三维成像。此外，申请号为CN200910002386.9的中国专利申请提出了一种安置在机器人臂上的C臂，并应用于Siemens Artis Zeego，虽然可以提高大型血管造影机的灵活度，但所使用的串联式机械臂体积庞大，只有在面积很大的手术室中才能安装。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能解决上述技术问题的一种X射线成像机器人及其机械臂。

一种X射线成像机器人，其包括：

一个用于固定所述X射线成像机器人的固定平台；

一个动平台，其具有一个平动自由度和两个转动自由度；

一个并联机构，其设置于所述固定平台和所述动平台之间，所述并联机构由多个支链并联组成；

一个串联机构，其包括多个支臂，所述动平台及所述多个支臂依次通过转动副串联；

托架，其通过转动副连接于所述串联机构中远离所述动平台的支臂的一端；

C形轨道，其和所述托架以圆弧轨迹的滑动副连接；

X射线源及影像探测器，所述X射线源和所述影像探测器安装于所述C形轨道的内壁，且相对设置。

本发明一较佳实施例中，每一所述支链均包括一个铰链座、一个套杆、一个移动杆及一个球铰；所述铰链座固定连接于所述固定平台上；所述套杆的一端和所述铰链座连接形成转动副，另一端套设于所述移动杆的一端形成移动副；所述移动杆的另一端连接于所述球铰并通过所述球铰和所述动平台连接。

本发明一较佳实施例中，所述并联机构包括三个中心对称布置的所述支链，所述三个支链的三个铰链座中心对称地设置于所述固定平台，所述三个支链的三个球铰中心对称地设置于所述动平台。

本发明一较佳实施例中，所述串联机构包括第一支臂、第二支臂及第三支臂；所述第一支臂的一端通过第一转动副连接于所述动平台，另一端通过第二转动副连接所述第二支臂的一端；所述第二支臂的另一端通过第三转动副连接所述第三支臂的一端；所述第三支臂的另一端通过第四转动副连接所述托架。

本发明一较佳实施例中，所述第一转动副的转动轴和所述第二转动副的转动轴相平行，且和所述第三转动副的转动轴及所述第四转动副的转动轴相垂直，所述第三转动副的转动轴和所述第四转动副的转动轴相垂直，所述C形轨道的滑动副的轨迹中心轴和所述第一转动副的转动轴平行。

本发明一较佳实施例中，所述固定平台固定于天花板、地面、墙壁或固定架。

本发明另外提供一种机械臂，其包括：

一个用于固定所述机械臂固定平台；

一个动平台，其具有一个平动自由度和两个转动自由度；

一个并联机构，其设置于所述固定平台和所述动平台之间，所述并联机构由多个支链并联组成；及

一个串联机构，其包括多个支臂，所述动平台及所述多个支臂依次通过转动副串联。