RU197062U1 - Робот для термической абляции новообразований методом HIFU - Google Patents
Робот для термической абляции новообразований методом HIFU Download PDFInfo
- Publication number
- RU197062U1 RU197062U1 RU2019144267U RU2019144267U RU197062U1 RU 197062 U1 RU197062 U1 RU 197062U1 RU 2019144267 U RU2019144267 U RU 2019144267U RU 2019144267 U RU2019144267 U RU 2019144267U RU 197062 U1 RU197062 U1 RU 197062U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- robot
- sensor
- hifu
- final link
- emitter
- Prior art date
Links
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002679 ablation Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 208000035269 cancer or benign tumor Diseases 0.000 title description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 30
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 4
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000002977 hyperthermial effect Effects 0.000 description 2
- 230000002631 hypothermal effect Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 206010027476 Metastases Diseases 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 208000024770 Thyroid neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000259 anti-tumor effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 210000003722 extracellular fluid Anatomy 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 208000026278 immune system disease Diseases 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000009401 metastasis Effects 0.000 description 1
- 230000000394 mitotic effect Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 201000002510 thyroid cancer Diseases 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N7/00—Ultrasound therapy
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Robotics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к средствам для термической абляции новообразований. Робот для термической абляции новообразований методом HIFU содержит основание, на котором расположен блок управления и рука, состоящая из ряда последовательно связанных друг с другом подвижных звеньев, содержащих приводы вращения в шарнирах их сочленений, при этом на конечном звене установлена терапевтическая ультразвуковая головка с корпусом, в полости которого установлен излучатель HIFU, а по его оптической оси расположен диагностический датчик, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оптической оси излучателя, а также вращения вокруг неё, при этом датчик кинематически связан с приводом вращения, расположенным на свободном конце конечного звена робота. Между датчиком и приводом вращения конечного звена введён механизм преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное и вращательное движение датчика, который включает наружный полый цилиндрический корпус, жёстко связанный как с конечным звеном робота, так и корпусом ультразвуковой головки, при этом в полости корпуса установлен ходовой винт, соединённый с вращательным приводом конечного звена робота и смонтированный в гильзе, несущей на противоположном конце датчик и снабжённой закреплённым в её стенке штифтом, одним концом взаимодействующим с резьбой винта, а другим концом размещенным с возможностью перемещения в сквозной прорези, выполненной в корпусе и образованной сочетанием трёх участков, в частности, одним вертикальным, концы которого переходят в горизонтальные участки, выполненные в виде полуокружностей, ориентированных в противоположные стороны. Использование полезной модели позволяет повысить точность позиционирования диагностического датчика относительно области абляции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области медицины, а точнее медицинской техники, комплексно использующей ультразвук в диагностических и терапевтических целях. Полезная модель найдет преимущественное применение при удалении различного рода новообразований, например, таких как рак молочной и щитовидной желез и т.п.
Разделяют два способа воздействия фокусированного ультразвука на ткань.
Первый способ воздействия – механический. Используется при коротком импульсном воздействии акустическими сигналами высокой интенсивности. При этом под действием ультразвука в межклеточной жидкости происходит образование и активизация газовых пузырьков, которые приводят к возникновению акустических микропотоков и высоким сдвиговым напряжениям. Под действием этих напряжений пузырьки схлопываются и образуют большие давления, приводящие к разрыву ткани. При этом клетка разрушается и уменьшается в размерах.
Другой способ воздействия – термический. Данный тип воздействия используется при длительном облучении ультразвуком с относительно низкой интенсивностью. При этом акустическая энергия поглощается крупными молекулами, что, впоследствии, приводит к их нагреванию. Наиболее ярко тепловой эффект проявляется в коллагенсодержащих тканях. Известно, что интенсивное термическое воздействие приводит к разрушению клеток, на этом принципе и основан термический метод разрушения тканей.
При больших интенсивностях становится возможным разрушение клеток благодаря термическому воздействию на протяжении определенных промежутков времени. Причем, следует отметить, что большинство клеток злокачественных опухолей и болезнетворных организмов более чувствительны к гипотермии. Поэтому прогрев злокачественных образование может приводить к избирательному уничтожению клеток.
Основной целью применения ультразвука в онкологии было нагреть ткани опухоли до температур, используемых в гипертермии (42–45ºС), сохраняя при этом нормальные ткани при обычной температуре.
Точная локализация акустического пучка должна минимизировать риск для нормальных тканей. Кроме того, нормальная мышечная ткань реагирует на повышение температуры увеличением кровотока, вызывая охлаждение ткани.
Неинвазивное лечение и контроль - научная проблема, на решение которой направлено много усилий. В настоящее время ультразвуковые методы используются практически во всех областях медицинской практики и относятся к наиболее важным современным методам диагностики и лечения. Для диагностики достаточен УЗ низкой мощности, а для воздействия на ткани и сосуды необходим высокоинтенсивный фокусированный ультразвук (международно принятая аббревиатура HIFU, high-intensity focused ultrasound). HIFU терапия - бурно развивающая технология, которая быстро охватывает новые области применения в медицине, благодаря своей высокой эффективности, отсутствию побочных эффектов и невысокой себестоимости процедуры по сравнению с лучевой терапией и химиотерапией.
При неинвазивном воздействии на патологические образования фокусированным ультразвуком высокой интенсивности актуален контроль состояния биологических тканей.
В последние десятилетия активно разрабатывают акустические методы и технические средства для решения этой задачи.
Исходя из сказанного, актуальной является задача одновременного применения в одном аппаратном комплексе технологий как терапевтического, так и диагностического ультразвука.
В целом результаты значительного числа исследований по ультразвуковой гипертермии опухолей позволяют сделать следующие выводы:
1. Ультразвук может эффективно прогревать глубоко расположенные ткани без существенного перегрева поверхностных тканей. Противоопухолевая эффективность локальной ультразвуковой гипотермии, по данным научной литературы, скорее выше, чем при использовании других гипертермических методов.
2. Ультразвук может быть сфокусирован в любом ограниченном по размерам участке мягких биологических, в том числе опухолевых тканей. С его помощью можно создавать в глубоких тканях достаточно равномерные температурные распределения в областях объемом до 100 – 150 см3. При этом большое значение приобретают вопросы тщательного контроля температуры в различных участках опухоли.
3. Ультразвук является неионизирующим излучением. В литературе отсутствуют данные, что при его использовании в гипертермии опухолей наблюдаются серьезные побочные эффекты типа метастазирования опухолей, иммунологических нарушений, изменение митотического индекса и т.п.
4. Коэффициент поглощения ультразвука в опухолевых тканях больше, чем в нормальных. Это означает, что, при прочих равных условиях, опухолевая ткань при действии ультразвука нагревается больше, чем нормальная. Это обстоятельство оказывается существенным при воздействии на большую опухоль, когда особенно важно прогреть ее центральную часть, которая не поддается химиотерапии из-за плохого кровотока и обычно является радиоустойчивой.
5. Ультразвуковая аппаратура для гипертермии опухолей относительно проста и недорога. Принципиально она может быть совмещена с ультразвуковой техникой для визуализации тканей организма, в частности опухолей. При этом гипертермическая процедура может проводиться с помощью одной и той же акустической системы в два этапа: поиск опухоли в контрольно-диагностическом режиме и ее нагрев в режиме активного воздействия за счет использования фокусированного ультразвука.
Важным фактором является возможность точного контроля процедуры. В настоящее время это осуществляется двумя путями: ультразвуковым мониторингом в реальном времени или с помощью МРТ. При использовании для контроля МРТ ориентация осуществляется с помощью температурного картирования, которое может быть эффективно использовано при соблюдении условия неподвижности облучаемого объекта.
При ультразвуковом наведении диагностический датчик располагается внутри или рядом с терапевтическим излучателем для четкой визуализации зоны абляции. И, несмотря на то, что МРТ дает лучшую визуальную картину, ультразвук, безусловно, имеет преимущества по стоимости и доступности, меньшим временным затратам, возможности регистрации изменений в очаге в режиме реального времени.
Как отмечено выше, наиболее перспективным направлением в развитии медицинской ультразвуковой техники является комплексное использование диагностических и терапевтических возможностей ультразвука, сконцентрированных технически в одном приборе. В настоящее время широкое распространение в медицинской практике получило раздельное использование диагностического прибора УЗ и излучателя HIFU. Типичным отражением такого подхода является конструкция, описанная в ЕР 2638932. Однако понимание преимуществ объединения ультразвуковой диагностики и терапии в одном устройстве стимулировало творческую активность ученых и изобретателей, которая привела к появлению значительного количества оригинальных идей в рассматриваемом направлении. Идеологическая основа комплексного ультразвукового прибора может быть продемонстрирована конструкцией, описанной в патенте RU 2644932, особенностью которой, как и подавляющего числа аналогичных комплексных приборов, является соосное размещение диагностического ультразвукового датчика и излучателя HIFU в одном корпусе. Следует отметить, что практическая медицина начинает освоение первых промышленно выпускаемых образцов. Научно-технический прогресс в создании комплексного ультразвукового прибора сделал актуальным дальнейшее совершенствование ультразвуковой медицинской техники, в частности, в направлении синтеза комплексного прибора HIFU с с роботизированной системой. Такое сочетание выглядит перспективным, учитывая огромные достижения такой области науки, как мехатроника, органично соединяющая механические системы, например, роботы с последними достижениями электроники, результатом чего является создание интеллектуальных машин, способных осуществлять самостоятельно даже сложные хирургические операции. В этом плане наметилась отчетливая тенденция, заключающаяся в оснащении роботов ультразвуковыми комплексными приборами, предназначенными для решения целого ряда медицинских проблем, в частности, требующих неинвазивного хирургического вмешательства.
В этом плане показательной является конструкция медицинского робота, снабжённого комплексом ультразвукового диагностического и терапевтического оборудования, описанная в патенте US 20050154431. Робот снабжен «контроллером терапии» - отвечающим за планирование, координацию и выполнение медицинских процедур. Контроллер представляет собой компьютерное устройство с достаточными аппаратными и программными ресурсами для обеспечения, управления и контроля всей системы робота, а именно, контроль терапевтической головки излучателя энергии и механики робота. Под терапевтической головкой понимается корпус для размещения всех технических средств, имеющих отношение к аппликатору энергии (излучателю). Система 10 (робототехническая система) имеет сканирующую головку 500, которая включает в себя излучатель энергии (излучатель HIFU) и резервуар для жидкости. (Примечание: при описании аналога использованы номера позиций отдельных узлов и деталей, указанные в патенте). Система 10 имеет средство для подвешивания сканирующей головки 500 в виде рычага 20. Вес механической части робота с учетом веса головки 500 позволяет вручную перемещать эту головку в пространстве или эту операцию можно осуществлять путем использования робота под контролем компьютера 400, являющегося в роботе интеллектуальным устройством. Роботизированная система 10 имеет основание 100, снабженное опорами качения. Плечи робота (звенья) соединяются между собой с помощью шарниров, сопряженных с электроприводами. Сканирующая головка 500 представляет собой корпус, внутри которого размещены излучатель энергии и другие дополнительные устройства. Терапевтическая головка выполнена в виде перевернутой чашки или колокола, имеющего камеру с отверстием в нижней части головки. Камера разделена на две секции, образуя верхнюю и нижнюю камеры с уплотнением между ними. Верхняя из камер содержит такие электронные и моторные приводы, которые необходимы для манипуляции и управления излучателем HIFU. Нижняя камера содержит собственно излучатель HIFU, жидкость для ультразвуковой связи и датчики, определяющие правильность работы роботизированной системы. Система дегазации находится в основании 100, но имеет контур 712 для жидкости, которая проходит к нижней камере 502. Корпус излучателя шарнирно сопряжен с последним звеном робота. Терапевтическая головка 50 содержит моторные приводы 508 и 510 для перемещения излучателя HIFU внутри камеры. Приводы в виде электродвигателей соединены через редуктор с парой ходовых шатунов 520 и 528, которые, в свою очередь, перемещают пару исполнительных механизмов в виде подвижных тяг, снабженных прорезями, движущихся вдоль направляющих стержней, несущих излучатель HIFU. По мере того, как ходовые шатуны вращаются в ответ на вращение электродвигателей, исполнительные механизмы переносят излучатель по всему диапазону перемещения подвижных тяг. Робот имеет систему дегазации, предназначенную для удаления газа из раствора, который выполняет и функцию охлаждения излучателя, создавая для последнего благоприятные рабочие условия. Терапевтическая головка 500 включает в себя многочисленные датчики, расположенные снаружи нижней камеры и обеспечивающие безопасные условия работы головки. Основу чувствительной системы головки составляют сенсорные и тактильные датчики. Последние работают в сочетании с устройством измерения нагрузки, которая используется для поддержания контакта терапевтической головки с телом пациента. Устройство нагрузки является частью механизма генерирования силы руки робота достаточной, чтобы поддержать терапевтическую головку в постоянном контакте с поверхностью кожи пациента. Излучатель HIFU имеет диагностический ультразвуковой элемент, используемый для сканирования внутренних тканей пациента. Сканер центрирован для просмотра фокальной зоны излучателя HIFU и может работать в режиме циклического или непрерывного сканирования. Излучатель HIFU образован множеством отдельных излучателей, объединенных в одно устройство и работающих совместно во время лечебной процедуры. Сканирующая головка соединяется вместе с пациентом с помощью ультразвукового связующего агента, который может быть представлен специальным акустическим гелем, или жидкостью, циркулирующей внутри головки.
Недостатком аналога является то, что функция манипулирования излучателем HIFU полностью возложена на конструкцию терапевтической головки. Для этого последняя снабжена совокупностью электронных и моторных приводов, которые посредством редуктора с парой ходовых шатунов кинематически связаны с подвижными тягами, снабженными прорезями, которые движутся вдоль направляющих стержней, несущих излучатель HIFU. При вращении двигателя моторного привода ходовые шатуны активируют исполнительный механизм, который переносит излучатель HIFU в определенное положение по всему диапазону подвижных тяг. Необходимость для терапевтической головки обеспечивать манипулирование излучателем HIFU значительно усложняет её конструкцию, как и конструкцию робота, и снижает надежность работы робототехнической системы в целом. Кроме того, способность манипулирования излучателем в терапевтической головке не означает, что имеется возможность манипулирования и диагностическим датчиком. Это обстоятельство снижает функциональные возможности робота.
Конструкция прототипа описана в полезной модели RU 188743, достоинством которой является то, что на механизмы робота возложена функция манипулирования не только излучателем, но и диагностическим датчиком, что упрощает конструкцию терапевтической головки, а значит и конструкцию всей робототехнической системы, в конечном итоге, ведущему к повышению надежности работы системы в целом и улучшению её функциональных возможностей.
Робот для термической абляции новообразований методом HIFU по RU 188743 содержит основание 1, на котором располагается блок 2 управления всей работой робота (Примечание: при описании прототипа Робот для термической абляции новообразований методом HIFU по RU188743 использованы номера позиций отдельных узлов и деталей, указанные в патенте). На основании 1 смонтирована рука 3, состоящая из ряда звеньев 4, связанных между собой посредством шарниров 5, обеспечивающих руке 3 различные степени свободы для манипулирования в пространстве терапевтической ультразвуковая головкой 6, закрепленной на конечном звене 4А руки 3. Перемещение звеньев 4 относительно друг друга обеспечивается наличием в каждом шарнире 5 привода, включающего электродвигатель 7, который имеется также на свободном конце конечного звена 4А. Головка 6 включает корпус 8, выполненный в виде колокола, во внутренней полости которого установлен сферический излучатель HIFU 9, по оптической оси 10 которого в корпусе 8 смонтирован диагностический ультразвуковой датчик 11, прикрепленный к ротору электродвигателя 7 звена 4А робота, что, в конечном итоге, обеспечивает возможность датчику 11 перемещаться в возвратно-поступательном режиме вдоль оптической оси 10 относительно излучателя HIFU 9 при неподвижности корпуса 8, когда последний находится в контакте с поверхностью тела пациента 12. Кроме того, благодаря связи датчика 11 с ротором электродвигателя 7 датчик получает возможность вращения вокруг оси 10. Неразъёмность датчика 11 и излучателя HIFU 9 в корпусе 8 терапевтической головки 6 достигается наличием упора 13 на конце датчика 11. Позициями 14А, 14Б, 14В, 14Д на чертеже обозначены различные положения фокуса 14, а эллипсом 15 условно обозначена зона охвата пространства диагностического датчика. Позицией 16 обозначено новообразование.
Как показал опыт эксплуатации многозвенных роботов в различных сферах их применения, конструкция даже самых совершенных из них не даёт гарантии по соблюдению точности намеченной траектории перемещения конечного звена. Причиной этого является накапливание ошибок по отработке намеченных координат, пусть даже незначительных, от начального звена робота к его конечному звену. Следовательно, перемещение диагностического датчика с помощью руки робота не гарантирует его точного позиционирования относительно точки приложения терапевтического фокуса ультразвука, т.е. точки абляции. Кроме того, при переходе от режима механического торможения звеньев робота к электронному режиму происходит непредсказуемое по траектории движение этих звеньев, что значительно влияет на точность позиционирования перемещаемого роботом диагностического датчика.
Таким образом, задачей полезной модели является увеличение точности позиционирования диагностического датчика в процессе термической абляции биологического объекта методом HIFU.
Поставленная задача решается за счёт того, что в роботе для термической абляции новообразований методом HIFU, содержащем основание, на котором расположен блок управления и рука, состоящая из ряда последовательно связанных друг с другом подвижных звеньев, содержащих приводы вращения в шарнирах их сочленений, при этом на конечном звене установлена терапевтическая ультразвуковая головка с корпусом, в полости которого установлен излучатель HIFU, а по его оптической оси расположен диагностический датчик, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оптической оси излучателя, а также вращения вокруг неё, при этом датчик кинематически связан с приводом вращения, расположенным на свободном конце конечного звена робота, между датчиком и приводом вращения конечного звена введён механизм преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное и вращательное движение датчика, который включает наружный полый цилиндрический корпус, жёстко связанный как с конечным звеном робота, так и корпусом ультразвуковой головки, при этом в полости корпуса установлен ходовой винт, соединённый с вращательным приводом конечного звена робота и смонтированный в гильзе, несущей на противоположном конце датчик и снабжённой закреплённым в её стенке штифтом, одним концом взаимодействующим с резьбой винта, а другим концом размещенным с возможностью перемещения в сквозной прорези, выполненной в корпусе и образованной сочетанием трёх участков, в частности, одним вертикальным, концы которого переходят в горизонтальные участки, выполненные в виде полуокружностей, ориентированных в противоположные стороны. Кроме того, корпус снабжен дополнительной направляющей прорезью для подвижного размещения в ней узла ввода электрических проводников, обслуживающих диагностический датчик, закрепленный на гильзе, при этом дополнительная прорезь расположена ниже первой и полностью повторяет её форму.
Технический результат полезной модели заключается в том, что при перемещении диагностического датчика в терапевтической процедуре исключается манипулирование многозвенной рукой робота и весь процесс сводится к работе только привода вращения конечного звена. Это достигается за счёт введения между ультразвуковой головкой и конечным звеном робота механизма преобразования вращательного движения привода этого звена в возвратно-поступательное и вращательное движение диагностического датчика. Такое техническое решение ведёт к повышению точности позиционирования диагностического датчика относительно области абляции.
На прилагаемых к описанию чертежах даны следующие изображения:
- на фиг. 1 – схематическое изображение общего вида робота;
- на фиг. 2 – схематическое изображение продольного сечения по блоку, состоящему из механизма преобразования вращательного движения и ультразвуковой головки.
Робот для термической абляции новообразований методом HIFU содержит основание 1, на котором располагается блок 2 управления всей работой робота. На основании 1 смонтирована рука 3, состоящая из ряда звеньев 4, связанных между собой посредством шарниров 5, обеспечивающих руке 3 различные степени свободы для манипулирования в пространстве терапевтической ультразвуковой головкой 6, закрепленной на конечном звене 4А руки 3. Перемещение звеньев 4 относительно друг друга обеспечивается наличием в каждом шарнире 5 привода, включающего электродвигатель 7, который имеется также на свободном конце конечного звена 4А. Головка 6 включает корпус 8, выполненный в виде колокола, во внутренней полости которого установлен сферический излучатель HIFU 9, по оптической оси 10 которого в корпусе 8 смонтирован диагностический ультразвуковой датчик 11. С целью обеспечения возвратно-поступательного и вращательного движения диагностического датчика 11, между ультразвуковой головкой 6, а точнее, датчиком 11 и приводом вращения конечного звена 4А (электродвигателем 7), введён механизм 12 преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное и вращательное движение датчика 11. Механизм 12 содержит наружный, цилиндрический и полый корпус 13, который жёстко связан с наружным корпусом 14 электродвигателя 7, смонтированного на конечном звене 4А робота, а также с корпусом 8 ультразвуковой головки 6. В полости корпуса 13 расположена передача типа «винт-гайка», представленная ходовым винтом 15, выполненным в виде цилиндра, на поверхности которого имеется винтообразная канавка 16 (резьба). Винт 15 жёстко связан с ротором 17 электродвигателя 7 и помещён с возможностью вращения в гильзе 18, несущей на другом (нижнем) конце диагностический датчик 11. Верхний конец гильзы 18 снабжён штифтом 19, радиально ориентированным и закрепленным в её стенке. Конец штифта 19, обращенный к винту 15 размещен в канавке 16, т.е. имеет возможность постоянного контакта с резьбой и взаимодействия с винтом 15 при его вращении. Противоположный конец штифта 19 находится в сквозной прорези корпуса 13, которая образована тремя, связанными между собой (сообщающимися) участками 20, 21 и 22. Участки 20 и 22 выполнены горизонтальными и в виде полуокружностей, т.е. повторяющими форму стенки корпуса 13. Участок 21, соединяющий концы участков 20 и 22, выполнен вертикальным. В совокупности все участки придают прорези зигзагообразную форму. На корпусе 13 ниже основной прорези расположена дополнительная прорезь 23, отличающаяся от основной только шириной собственно прорези. В дополнительной прорези 23 размещен узел 24 ввода электрических проводов 25 для обслуживания диагностического датчика 11, закреплённый на гильзе 18. Для пояснения процесса использования робота в процедуре термической абляции методом HIFU на фиг.1 позицией 26 изображён исследуемый биологический объект, позицией 27 - новообразование, позицией 28 – фокус ультразвукового излучения.
Используется робот следующим образом.
Оператор вручную за конечное звено 4А робота устанавливает ультразвуковую головку 6 на поверхность биологического объекта (тело пациента) 26, предварительно покрытое слоем контактного геля. По визуальному изображению новообразования 27, поступающему на монитор (на чертеже не показан) от диагностического датчика 11, оператор, зная исходное фокусное расстояние излучателя 9, размещает фокус 28 в одной из точек в новообразовании 27. После этого в работу включается автоматическая система управления робота из блока 2, по команде которой включается в работу излучатель 9, осуществляя термическую абляцию новообразования 27 в точке расположения фокуса 28. По заданной программе фокус 28 перемещается по телу новообразования 27, осуществляя термическую абляцию последовательно от точки к точке приложения фокуса. Всё время работы излучателя 9 диагностический датчик 11 в автоматическом режиме сканирует пространство, занимаемое новообразованием 27 за счёт возвратно-поступательного перемещения вдоль оптической оси 10 и вращения вокруг этой оси. Механизм 12 преобразования работает при этом следующим образом. В верхнем крайнем положении датчика 11 сканирование им может осуществляться путём вращения винта 15 и перемещения, таким образом, кинематически с ним связанного, штифта 19 по горизонтальной прорези 20. Так как штифт 19 жёстко соединен с гильзой 18, то её поворот будет означать и поворот, закреплённого на ней диагностического датчика 11. Для перемещения последнего в крайнее нижнее положение, обозначенное на чертеже фиг.2 как «Б», осуществляют вращение винта 15 в направлении против часовой стрелки, что приведёт к началу перемещения штифта 19 по резьбе 16. При таком вращении винта 15 штифт 19 переместится в вертикальную прорезь 21 на корпусе 13, который неподвижен. Взаимодействие штифта 19 с резьбой 16 приведёт к перемещению штифта 19 по прорези 21 вниз, а значит, и перемещения туда же связанной с ним гильзы 18, а также датчика 11. При достижении нижнего крайнего положения и продолжения вращения винта 15, штифт 19 заходит в горизонтальную прорезь 22, в результате чего гильза 18 поворачивается против часовой стрелки вместе с датчиком 11. Следует отметить, что при нахождении штифта 19 в прорезях 20 и 22 гильза 18 под действием электродвигателя 7 может совершать крутильные (колебательные) перемещения, сканируя, связанным с ней датчиком 11 новообразование 27 в горизонтальной плоскости. Промежуточные нахождения датчика 11 между верхним и нижним его положениями не предусматривают его крутильные перемещения. Одновременно перемещение гильзы 18 вызывает и перемещение узла 24 с проводниками 25 по дополнительным прорезям 23, повторяя траекторию движения штифта 19 по основным прорезям 20, 21 и 22.
Claims (2)
1. Робот для термической абляции новообразований методом HIFU, содержащий основание, на котором расположен блок управления и рука, состоящая из ряда последовательно связанных друг с другом подвижных звеньев, содержащих приводы вращения в шарнирах их сочленений, при этом на конечном звене установлена терапевтическая ультразвуковая головка с корпусом, в полости которого установлен излучатель HIFU, а по его оптической оси расположен диагностический датчик, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оптической оси излучателя, а также вращения вокруг неё, при этом датчик кинематически связан с приводом вращения, расположенным на свободном конце конечного звена робота, отличающийся тем, что между датчиком и приводом вращения конечного звена введён механизм преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное и вращательное движение датчика, который включает наружный полый цилиндрический корпус, жёстко связанный как с конечным звеном робота, так и корпусом ультразвуковой головки, при этом в полости корпуса установлен ходовой винт, соединённый с вращательным приводом конечного звена робота и смонтированный в гильзе, несущей на противоположном конце датчик и снабжённой закреплённым в её стенке штифтом, одним концом взаимодействующим с резьбой винта, а другим концом размещенным с возможностью перемещения в сквозной прорези, выполненной в корпусе и образованной сочетанием трёх участков, в частности, одним вертикальным, концы которого переходят в горизонтальные участки, выполненные в виде полуокружностей, ориентированных в противоположные стороны.
2. Робот по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен дополнительной направляющей прорезью для подвижного размещения в ней узла ввода электрических проводников, обслуживающих диагностический датчик, закрепленный на гильзе, при этом дополнительная прорезь расположена ниже первой и полностью повторяет её форму.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144267U RU197062U1 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019144267U RU197062U1 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU197062U1 true RU197062U1 (ru) | 2020-03-26 |
Family
ID=69941701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019144267U RU197062U1 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU197062U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070021738A1 (en) * | 2005-06-06 | 2007-01-25 | Intuitive Surgical Inc. | Laparoscopic ultrasound robotic surgical system |
| US20140039314A1 (en) * | 2010-11-11 | 2014-02-06 | The Johns Hopkins University | Remote Center of Motion Robot for Medical Image Scanning and Image-Guided Targeting |
| RU2644032C2 (ru) * | 2016-07-25 | 2018-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Способ измерения избыточной длины оптического волокна в модульной трубке оптического кабеля |
| WO2018026038A1 (ko) * | 2016-08-05 | 2018-02-08 | 알버트 장우주 | 로봇암 어셈블리를 포함하여 hifu 트랜스듀서의 위치를 제어하는 hifu 장치 |
| RU188743U1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-04-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU |
-
2019
- 2019-12-26 RU RU2019144267U patent/RU197062U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070021738A1 (en) * | 2005-06-06 | 2007-01-25 | Intuitive Surgical Inc. | Laparoscopic ultrasound robotic surgical system |
| US20140039314A1 (en) * | 2010-11-11 | 2014-02-06 | The Johns Hopkins University | Remote Center of Motion Robot for Medical Image Scanning and Image-Guided Targeting |
| RU2644032C2 (ru) * | 2016-07-25 | 2018-02-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Способ измерения избыточной длины оптического волокна в модульной трубке оптического кабеля |
| WO2018026038A1 (ko) * | 2016-08-05 | 2018-02-08 | 알버트 장우주 | 로봇암 어셈블리를 포함하여 hifu 트랜스듀서의 위치를 제어하는 hifu 장치 |
| RU188743U1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-04-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113797455B (zh) | 可调节超声波聚焦深度的超声波产生装置及其控制方法 | |
| CN107073290B (zh) | 超声波套筒及利用其的超声波治疗头 | |
| CN1897907B (zh) | 带有移动控制的超声治疗头 | |
| US5036855A (en) | Localization and therapy system for treatment of spatially oriented focal disease | |
| US7494466B2 (en) | Ultrasonic treatment of breast cancer | |
| EP2710975A2 (en) | Medical robot apparatus | |
| CN104815399A (zh) | 基于六轴机械臂的高强度聚焦超声治疗引导和控制系统及方法 | |
| RU2379074C2 (ru) | Ультразвуковая терапевтическая система | |
| CN218528882U (zh) | 一种与mri和ct环境兼容的微创手术机器人 | |
| CN115252147A (zh) | 用于穿刺手术的力反馈主操作手及穿刺手术机器人系统 | |
| CN117180647A (zh) | 一种磁共振引导的高强度聚焦超声的治疗系统及使用方法 | |
| KR101824464B1 (ko) | 초음파 카트리지 | |
| KR101772200B1 (ko) | Hifu 치료 헤드 및 이를 포함하는 hifu 장치 | |
| US20240180648A1 (en) | A robotic platform to navigate mri-guided focused ultrasound system | |
| CN1743026A (zh) | 上百阵元复合材料球面相控阵高强度聚焦超声治疗系统 | |
| RU197062U1 (ru) | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU | |
| Omisore et al. | A teleoperated snake-like robot for minimally invasive radiosurgery of gastrointestinal tumors | |
| KR102083971B1 (ko) | 초음파 카트리지와 이를 이용한 초음파 치료용 헤드 | |
| KR20180014930A (ko) | 초음파 및 고주파를 이용한 의료장치 | |
| RU188743U1 (ru) | Робот для термической абляции новообразований методом HIFU | |
| RU221191U1 (ru) | Терапевтическая головка для термической абляции биологических тканей методом HIFU | |
| US20230320693A1 (en) | Five-degree-of-freedom therapeutic focus positioning device for magnetic resonance guidance | |
| CN214550685U (zh) | 用于乳腺肿瘤监控及治疗的装置 | |
| CN115054464A (zh) | 一种hifu高强度聚焦超声治疗系统中的精准六坐标扫描装置 | |
| CN111938679B (zh) | 一种新型乳腺x射线机 |