[发明专利]力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统

说明书

力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统，近距离放射医疗器械领域。解决了传统的遥操作系统中力反馈主手结构复杂、控制难度大、无法形成力的闭环控制、主手控制精确低，且主手遥操作系统进行定位穿刺结束后，主手停止穿刺任务时，无法反馈穿刺针回弹力，导致穿刺位置不准确的问题。本发明通过对力的闭环测量，提供高精度的力反馈和穿刺位置控制，具体的通过施加在力反馈主手上的力F_m、以及穿刺针所受的轴向阻力F_s来对自身力反馈主手上的进给电机和穿刺工具的进针电机进行同步控制，使得从端更直观的复刻主端的运动状态，并且主端也能够复刻从端的行为。本发明主要应用在放疗中的穿刺环节。

技术领域

本发明属于近距离放射医疗器械领域，具体涉及一种力反馈主手和用于近距离放疗的遥操作系统。

背景技术

恶性肿瘤发病率逐年升高，逐渐成为威胁人类健康的头号杀手，近距离放疗因为其微创和精准治疗的优点在临床中得到广泛应用，穿刺作为近距离放疗中的重要环节直接影响手术的质量，基于遥操作的方式不仅可以充分利用医生的经验、而且极大地降低了医生受到辐射的风险。

然而现有的遥操作系统通常基于通用力反馈主手构建，且遥操作系统的结构为主从端异构形式，通用的位于主端的力反馈主手通常具有6个自由度，但是只有3个自由度具有力反馈，在执行实际的穿刺任务时，多余的控制自由度优点乏善可陈，反倒是加大了控制难度，降低了医生的临场感，无力反馈的自由度导致医生难以得心应手地使用主手；而有力反馈的3个自由度进行控制时，是通过反馈的力对电机进行电流进行控制，且电流转化成力需通过构建的模型的转化，该种通过模型将电流转化成力的方式，依赖于模型的精度导致其通用力反馈主手的控制精确低，进一步的，整个控制过程没有形成力的闭环测量，进一步降低了通用力反馈主手的控制精确。

现有的遥操作系统进行穿刺任务时，还存在另一个问题：完成穿刺任务后，穿刺针已运动到病灶点，从临床观察到的明显的现象是当医生停止对主手控制后针会发生不同程度的回弹(即：组织的弹性变形导致针在与组织相对位置不变的情况下，被迫随着组织回弹导致的位置变化)，这种回弹通常会导致针尖离开当前的空间位置，而穿刺针脱离病灶点位置，导致穿刺位置不准确，使得粒子植入工具无法通过留在体内的穿刺针精准的向病灶点注射放射性粒子、放疗效果差，因此很难直接用于近距离放疗。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决传统的遥操作系统中力反馈主手结构复杂、控制难度大、无法形成力的闭环控制、主手控制精确低，且主手遥操作系统进行定位穿刺结束后，主手停止穿刺任务时，无法反馈穿刺针回弹力，导致穿刺位置不准确的问题；本发明提供了力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统。

力反馈主手，包括弧形支架、支架底座和主控机构；弧形支架的一端固定在支架底座上，另一端与主控机构的底面固定连接；主控机构与水平面存在夹角；

主控机构包括导轨底板、1号导轨、滚珠丝杆、1号滑块、丝杠螺母、进给电机、两个固定板和移动端；

1号导轨铺设在导轨底板上，两个固定板固定在导轨底板的两端，进给电机固定在第一个固定板的一侧，进给电机的输出轴穿过该第一个固定板后与滚珠丝杆的一端固定连接，滚珠丝杆的另一端固定在第二个固定板上；1号滑块设置在1号导轨上，并且1号滑块通过丝杠螺母与滚珠丝杆连接；移动端固定在1号滑块上；

移动端用于探测施加在其上的力F_m和旋捻角度；

进给电机根据其接收的速度控制指令V对移动端的运动速度和方向进行控制，并且速度控制指令V是根据力F_m和位于从端的穿刺工具上的穿刺针所受的轴向阻力F_s获得。

优选的是，移动端包括L形底座、2号导轨、弹簧挡板、U型基座、磁编码器、磁体、力传感器、导杆、把手、两个弹簧和直线轴承；