专利名称：一种激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统的制作方法恶性肿瘤的三大传统治疗措施主要包括手术切除、放疗和化疗，其中，手术切除是肿瘤治疗中的黄金标准方法之一，其基本目的在于应用外科手术将已发生病变的肿瘤组织予以切除，以消除进一步可能产生恶化的风险。然而，这类手术的临床效果大多差强人意。由于快速生长的肿瘤与血管总是呈千丝万缕的联系，常规的手术切除手段因而很容易 造成出血，继而极易引发肿瘤扩散，导致手术失败和加速病人的死亡进程。此外，某些恶性肿瘤如胰腺癌会将大动脉或其它关键血管包裹住，从而使此类病人不适合做常规手术切除。这些因素实际上也是长期以来采用常规外科手术切除治疗后肿瘤复发率居高不下的原因。显然，若能找到高安全性的手术切除方式，则对肿瘤临床具有至关重要的意义。众所周知，低温外科手术和激光手术最吸引人之处在于它们具有快速、干净、低痛苦、止血性好等优点。正因如此，这两类物理疗法已被广泛用于治疗皮肤疾病、青光眼以及各种肿瘤等。然而，简单地摧毁病变组织并不总是有利的。比如，激光热疗中其强烈加热可能导致肿瘤细胞的迅速扩散，而低温手术一些情况下由于受冷冻强度的限制尚不能将肿瘤彻底消融掉。可以设想，将低温冷冻和激光辅助手术切割联合起来可望成功解决上述问题。为此，我们提出采用冷冻法将肿瘤区域预先冻结下来，以削弱其扩散风险，再借助高功率激光将此部分病变组织以非接触的方式切割下来，从而达到去除肿瘤目的的方法，并通过概念性试验初步证实了这一新型手术的组织切除原理。然而，这里的激光冷冻切除至多是一种模式的提出。在我们前期所开展的研究中，主要是相应原理性试验的演示，并未能发展出对应的医疗器械系统，其实施实际上是基于离散的装置手工完成的，系统稀松庞大，并不是具备集成化功能的医疗器械，其试验过程具体为，先采用一台冷冻设备提供的探针以微创方式插入目标组织对其予以冻结，之后再借助另一台激光系统提供的探头对冻结的组织予以切除，这种方法可以实现对组织进行冻结并切除，但也隐含着相应的手术风险和技术不足，主要包括(1)人为因素过多整个手术过程中的冷冻、激光的开启及相应操作环节多，过程复杂，手术器械不易固定，插入组织后易于错位，整个手术需完全依靠人员手工操作，可靠性和自动化程度不够，会严重影响到手术质量，比如试验中存在因手动控制不便，导致组织断面出现烧焦的情形。(2)存在机械性创伤冷冻探针插入目标组织的过程中，必然会先入为主地造成对肿瘤周围组织的穿刺创伤，引起出血；若触及大血管，所由此带来的大出血对手术进行极为不利；即使手术是成功的，探针术后拔出体外后，被切断的血管也有可能重新恢复流通，上下游血液于是会流通至此，从而造成体内失血和淤血，因此必须予以合适处理。(3)存在肿瘤扩散风险探针冷冻前的介入过程中，会因穿刺肿瘤而造成肿瘤细胞被携带至周边环境，进而引起扩散，这也是以往造成肿瘤复发的关键因素之一。(4)手术时间过长由于冻结是一个逐渐发展的过程，上述冷冻过程必须先确保目标区域内的肿瘤组织完全被冻结，因而所需花费的时间相当可观，事实上，若治疗的目的是切除肿瘤，并不需要对整个目标部位加以冻结，只需确保待切割部位特别是大血管组织达到深度冻结即可。(5)存在潜在性冷冻损害在我们以往的预冷过程中，由于组织、血管结构的复杂性，区域冷却难以确保只对目标肿瘤造成冷冻，事实上无疑也同时会对周围正常组织造成一定的冷冻伤害。对此的避免可通过仅对局部目标组织予以冻结来实现高精度的肿瘤切割，对患者术后恢复会很有利。以上原因，均对发展精确化、可视化的激光冷冻切除系统提出了紧迫需求。本发明的目的是提供一种高安全性的基于激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人装置，其冷冻和切除均通过非接触方式实施，可实现边冷却，边切除，整个过程可视化，操作完全由医生操纵机器手自动进行，因而可确保治疗的精确化和数字化。这种激光冷冻切除手术机器人的概念系首次提出，以往在国内外文献和专利中尚未见报道，可望开辟外科手术切除的新方向。
本发明目的在于提供一种激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统。本发明的技术方案如下；本发明提供的激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统，其包括一计算机系统I ;所述计算机系统I由计算机主机11和计算机显示屏12组成；一低温系统；所述低温系统由低温发生器2、连通于低温发生器2顶端的低温传输管24和低温电磁阀21组成，所述低温传输管24套装有保温管22 ；一激光器3 ;所述激光器3由连通于激光器3顶端的激光光纤32和激光器开关31组成；一通过数据传输线13与计算机主机I电连接的手术机器人主机系统4 ;所述手术机器人主机系统4由低温发生器2、激光器3及手术机械臂8组成；所述手术机械臂8为通过计算机主机11控制作自由移动的机械臂；所述手术机械臂8由多段手臂段及将各手臂段8连接成一体的连接关接组成；所述手臂段为空心管腔；所述低温发生器2的低温传输管24穿过支撑部件6依次伸入多段手臂段的空心管腔并至手术机械臂8末端；低温传输管24内的低温流体通过低温电磁阀21与所述低温发生器2相连通；所述激光器3的激光光纤32穿过支撑部件6依次伸入多段手臂段的空心管腔并至手术机械臂8末端；与计算机主机11电连接的末端图像探测器74穿过支撑部件6依次伸入多段手臂段的空心管腔并至手术机械臂8末端；所述末端图像探测器74接收相关图像并通过数据传输线13传输至计算机主机2，同时显示在计算机显示屏12上；所述手术机械臂8的首段手臂段与支撑部件6相连的端部装有带保温层91的负压吸汽机9 ；计算机主机11控制手术机器人主机4，并通过控制手术机器人主机4指令手术机械臂8在不同方位的移动、冷冻及切割工作。本发明提供的激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统，还包括一汇合机构5 ；所述汇合机构5为一矩形空心框架，该矩形空心框架内设有人字形管道，所述人字形管道的下部第一管道221和第二管道321分别与上部汇合管道相连通；所述支撑部件6位于该汇合机构5的上端；所述低温传输管24依次穿过第一管道221、上部汇合管道及支撑部件6伸入手术机械臂内至手术机械臂末端；所述激光光纤32依次穿过第二管道321、上部汇合管道及支撑部件6伸入手术机械臂内至手术机械臂末端。所述的低温传输管24和所述的激光光纤32为1-30根。所述的低温传输管24为柔性良好的金属波纹管。所述的低温传输管24为不锈钢材质、铜材质或钛合金材质波纹管。所述的末端图像探测器74为窥镜、光纤成像、超声探头或红外探头。所述低温发生器2输出而进入的低温传输管24的制冷工质99为液氮或氩气。所述手术机械臂末端设置有用于将喷出的低温流体或激光切除组织过程中产生的水汽、烟气抽吸走的回流口，回流口初始端接负压吸汽机9。所述手术机械臂末端设置有可插入人体组织以测定治疗过程中目标部位的温度的针型热电偶88。所述手术机械臂外层表面设置隔热层或真空层。本发明的激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统，带有由计算机主机11操纵且能自由移动的手术机械臂，手术机械臂可通过计算机主机11控制在各个方向上移动，实现旋转、上升、下降、平移等机器人所具备的经典动作，由此配合完成单一的冷冻、激光切除或复合式冷冻切除功能。手术机械臂可仅执行单一冻结功能的低温传输管，此时其内设有中空的来流通道，该来流通道的起始端由电磁阀连通低温系统；手术机械臂也可为仅执行单一激光切除功能的光纤传输管，光纤传输管的起始端连接激光器；该手术机械臂还可为同时带有低温传输管和激光光纤的手术机械手，此时，中空通道的起始端通过电磁阀连通低温系统，其外周设置有起始端连接激光器的激光光纤，此时手术机械臂可同时执行冷冻和切除功能。手术机械臂由计算机主机借助其中软件操控手术机器人主机4，实现各种部位的移动和旋转等动作。手术机械臂可为多根(1-30根)；在手术治疗中多根手术机械臂可组合完成相应的冷冻和激光切除功能；上述技术方案中，低温传输管24是由具有良好柔性的金属波纹管制成，材料可选用不锈钢、铜或钛合金等。由金属波纹管制成的柔性低温流体传输通道设置在可随意移动的手术机器人的手术机械臂内，其起始端与低温电磁阀21连接，可由计算机控制低温电磁阀21的开启和关闭，以此控制低温流体的输送或关断；本发明中，低温传输通道24前端可封闭，此时来流低温流体在手术机械臂末端完成制冷效应后可由回流通道97释放至空气中。所述回流通道97为手术机械臂管腔内的低温传输通道24、激光光纤32和末端图像探测器74之间的空间所构成的通道；低温传输通道24前端也可为来流低温流体在末端完成制冷效应后释放至空气的开放性设置；回流通道97外壁即手术机械臂外层，其表面可设置隔热层(如采用塑料、泡沫类绝热材料)或真空层。上述技术方案中，充当切除作用的激光光纤的初始端连接激光器2，激光器2输出 的激光可在低温流体与激光光纤汇合机构处进入手术机械臂，此结合处采用密封连接，避免低温流体散失。根据本发明，激光器的输出光纤由手术机械臂初始端插入，与低温传输管一道一直延伸至手术机械臂末端，激光光纤32位于所述来流通道24外侧，可贴附于所述来流通道24，也可与所述来流通道24保持一定距离。此外，激光光纤可采用单根光纤或多根光纤，采用多根光纤时，可采用束状分布或环状分布。上述技术方案中，手术机械臂中的末端图像探测器74可为各类图像传送机构，如内窥镜、光纤成像、超声探头，红外探头等观察术野，由此确保在手术机械臂实施手术时，对视野内局部组织的冻结和切除程度予以成像，相应图像通过数据线清晰地显示在计算机显示屏12上，临床医师可由此判断冻结及切除程度，确保手术精确安全。传统开放性手术中外科医生所作的手术切口很大，而本发明提供的手术切口微小，通常小于O. 5英寸。外科医生经由这些小切口借助非接触的激光和末端视频设备对手术部位，逐渐深入，甚至可完成深部大块肿瘤的非接触性切除。 上述技术方案中，低温系统的制冷低温工质可以是液态低温工质如液氮，或是高压气体节流后形成的低温工质如氩气。上述技术方案中，在手术机械臂末端设置有回流口，其初始端接负压吸汽机，以便将手术过程中喷出的低温流体或激光切除组织过程中产生的水汽、烟气等适时抽吸走，避免对手术医师及病人吸入鼻腔，造成干扰。本发明具有如下技术效果首次提供了一种高安全性和高可靠性的檄光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统，其冷冻和切除均通过非接触方式实施，可实现对局部组织边冷却，边切除，且整个过程可视化，操作完全由医生操纵机器手控制，因而可确保治疗的精确化和数字化。系统可以实现快速有效且十分安全的消除肿瘤组织，在影像的引导下可方便地通过控制机械臂实现精确的冷冻和切除程序，在高效肿瘤治疗上有重要价值。本发明提供的冷热探针治疗系统是一种非接触式肿瘤组织切除机器人系统。结合了冷冻的无痛杀菌及激光治疗的止血气化作用，通过机器人的成像、操作及激光与低温流体之间的配合，实现对靶向组织的切除作用。其超越于以往切除手段的优势在于(I)无需像传统手术刀切除，因而消除了感染和出血风险；(2)无传统穿刺性探针那样存在机械性创伤，可局部高热切除肿瘤，周边组织实施冻结，从而防止肿瘤细胞扩散，因而肿瘤扩散风险低；(3)由于可对局部目标组织边冻结，边切除，因而手术效率高，时间短；由此也减低了传统冷冻切除那样因过度冻结而造成对健康组织冷冻伤害的不足。(4)整个操作过程全部计算机化，便于临床医师操作，也提高了手术的可靠性。(5)首次引入的激光切除冻结组织的机器人手术方案，提供了诸多崭新的临床应用点，包括可通过远程控制完成相应手术，该技术的建立也是远程手术模式的一个革新，有望带来系列临床应用的突破。这种手术机器人也可用于控制单一的冷冻治疗、单一的高温消融治疗或复合式冷热消融治疗，只需在机械臂内更换设置对应的功能元件即可，适用面甚广。本发明中，冷冻及高温激光切除设备将医护人员从以往的机械化工作中剥离了出来，由于配置了用以辅助医护人员的机械系统(如导航臂、定位杆、操作手柄)、物理系统(如激光、冷冻的发生、引导、控制及发射)、人机界面(包括计算机界面和设备外壳界面)，包括提高医师灵巧程度的内镜治疗系统等，从而大大提高了普通手术刀的准确度。在这种模仿有经验医师的手部操作方面，通过自上而下的分解和全面模仿构成了这类新型冷冻切除操纵器械的核心，确保了将外科医生的很多工作从复杂的手术程序中分离出，进而打破医生的技术门坎，能让更多的外科医师常态性地来施行复杂的冷冻切除手术，相应手术的质量可望超越传统方式。图I为本发明的激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统的结构示意图；图2为图I中汇合机构5的结构示意图；图3为图I中手术机械臂的结构(横截面)示意图；图4为激光切除光纤与冻结探针分别单独设置的结构示意图；图5为手术机械臂的结构(单一性冷冻机机器臂的横截面)示意图；图6为手术机械臂的结构(单一性激光切除机器臂的横截面)示意图。


一种激光切除冻结肿瘤组织的手术机器人系统，其包括计算机系统；低温系统和手术机器人系统；手术机器人系统的手术机械臂通过计算机主机控制作自由移动；低温发生器的低温传输管、激光器的激光光纤和与计算机主机电连接的末端图像探测器分别依次伸入多段手臂段伸至手术机械臂末端；低温流体通过低温电磁阀与低温发生器相连通；末端图像探测器接收相关图像并通过数据传输线传输至计算机主机，同时显示在显示屏上；计算机主机控制手术机器人主机，并指令手术机械臂在不同方位的移动、冷冻及切割工作；整个手术以非接触方式由医生操纵机械臂实施，边冷却边切除，全部过程可视化，可确保肿瘤切除的精确化和数字化，肿瘤扩散风险低，机械创伤小。