CN101961261A - 一种射流驱动的血管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流驱动的血管机器人，它由胶囊形的壳体及设在壳体内以血液为介质的液流控制装置、无线接收控制块(5)和作业装置(8)组成，所述的液流控制装置由变量泵(4)、12只吸喷嘴(6)和24个两位两通电磁阀(7)组成，其中，每一只吸喷嘴(6)的出入口并接有两条分别串联有一个两位两通电磁阀(7)的管路，该管路中的一条与变量泵(4)的入口连接，另一条与变量泵(4)的出口连接；所述的12只吸喷嘴(6)都嵌设在壳体壁上，吸喷口朝壳体的体外，所述的吸喷嘴(6)为一圆柱体，其体内轴向设有一通孔，该通孔的一头为出入口，另一头向内收缩形成微小的吸喷口。本发明的射流驱动血管机器人控制简便，游动灵活。

Description

一种射流驱动的血管机器人

技术领域

本发明涉及微型机器人，具体涉及一种血管机器人。

背景技术

血管机器人是一种可以进入血管并能够在血管内自由移动的微型机器人，它可以在血管里完成清除血栓、肿瘤切除、投放药物等工作，对防治心血管疾病具有重要的意义，是当前国内外微型机器人研究领域的热点。

目前，世界上已研发出多款血管机器人，例如韩国研究人员开发出一种可在血管内自由移动并清除血栓的“血管机器人”，这种机器人依靠外部磁场驱动，每秒旋转20到30次，可以在冠状动脉、大静脉和大动脉等粗血管内自由移动，并旋转疏通堵塞的血管。又如，以色列科学家研发出一种直径1毫米、长4毫米血管机器人，这种机器人的动力来源于外部磁场激发振动，它带有机械手，可以抓住血管内壁“爬行”，也可以在血管中“游泳”，可作为投送药物的工具用于微创手术以及治疗癌症近接疗法中。此外，瑞典、美国、德国等也研制出各种血管机器人样机。我国在血管机器人方面也作了较多的研究，例如，申请号为200410022740.1的专利申请说明书中公开了一种直接用于治疗血管栓塞的血管输通机器人，该血管机器人亦是采用外磁场驱动，能够实现前行、后行、转向等动作。上述这些血管机器人的动力源均来至于外部磁场，利用同极相斥、异极相吸的磁极特性，通过变换外部的磁场，对设置于血管机器人内的磁性体产生磁力和转矩作用，从而控制血管机器人在血管中的运动姿态及位置，这使得血管机器人可以在血管内无时限地工作，并有利于缩小血管机器人的尺寸，但是外部磁场驱动装置的结构复杂，体积大，控制复杂。例如，申请号为200510040877.8的发明专利申请说明书中公开的“体内探测器外磁场驱动装置及方法”中披露了一种用于驱动体内磁性微机器人的外磁场驱动装置，该驱动装置由移动病床、套在该移动病床外的驱动线圈以及诊疗操作器组成；其中，所述驱动线圈由行进线圈、俯仰线圈以及偏转线圈相互层叠构成，所述的诊疗操作器的作用在于产生磁性微机器人行进、偏转、俯仰及停止等运动的控制指令，这些控制指令通过处理中心处理后，控制驱动线圈的电流、旋转以及病床与线圈相对的位置，从而产生可以驱动磁性微机器人实现各种运动的磁场。显然，这种通过外部磁场驱动的磁性微机器人的外磁场驱动设备结构复杂，控制也不容易。

血管机器人的工作环境类似于水下机器人。水下机器人一般由设有螺旋桨的推进器驱动，通过螺旋桨的正转或者反转在水中产生吸力或推力，从而实现水下机器人在水中的前进或后退，并且通过改变推进器的角度控制水下机器人的运动方向和方式(如转动)。专利号为200710071665.1的发明专利申请公开了一种“六自由度水下机器人变相旋转轴推进器”，该推进器设置于水下机器人主体的两头，每一个推进器由中间开槽的类球冠体支架、第一电机、第二电机和推进电机构成，其中第二电机固定于支架的一端，其输出轴与机器人主体固定连接；推进电机设置于支架的开槽内，其输出轴连接螺旋桨；第二电机设置于开槽一侧的支架内，其输出轴与推进电机垂直连接。所述的两个推进器通过第一电机和第二电机来调整其自身的姿态，从而对机器人主体产生不同方向的推力或吸力，实现水下机器人六个自由度的运动。但是，若将此专利方案应用到血管机器人中，明显存在以下的不足：1.其结构形式导致其外形不够圆滑，容易对血管壁造成损害，同时螺旋桨也容易对血管壁造成伤害。2.姿态调整及产生动力需要多个电机，结构复杂，耗电量大。

发明内容

鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的血管机器人，该血管机器人具有控制简单方便和游动灵活的优点。

本发明解决上述问题的技术方案为：

一种射流驱动的血管机器人，它由胶囊形的壳体及设在壳体内以血液为介质的液流控制装置、无线接收控制块和作业装置组成，其中，

所述的液流控制装置由变量泵、12只吸喷嘴和24个电磁阀组成，其中，每一只吸喷嘴的出入口并接有两条分别串联有一个两位两通电磁阀的管路，该管路中的一条与变量泵的入口连接，另一条与变量泵的出口连接；所述的12只吸喷嘴都嵌设在壳体壁上，吸喷口朝壳体的体外，其中，两只分别设在壳体的前后两头，且吸喷嘴的轴心线与壳体的中轴线重合；另两只均匀分布在壳体的横向对称中心面内，二者的轴心线均与同一圆相切且吸喷口的方向相反；其余八只对称设置在对称于所述的横向对称中心面的两横截面内，每一横截面内四只，且四只中每一只吸喷嘴的轴心线都与所在横截面的垂直中心线重合；其中，所述的吸喷嘴为一圆柱体，其体内轴向设有一通孔，该通孔的一头为出入口，另一头向内收缩形成微小的吸喷口；

所述的无线接收控制块由无线接收单元、解码单元和逻辑控制单元依次连接组成，其中所述的逻辑控制单元分别与所述的变量泵、每一个两位两通电磁阀和作业装置连接。

本发明所述的血管机器人，其中所述的胶囊形的壳体可以由上半壳体和下半壳体上下对扣构成，也可以象常见的胶囊剂药物的胶囊壳一样由两段对接构成。

本发明所述的血管机器人，其中所述的作业装置为公知的微型医疗器械，它可根据机器人执行医疗任务的不同选择相应的作业装置，如，微型CCD摄像机、清理血管内壁的机械手或/和收集血栓装置。

本发明所述的射流驱动的血管机器人可通过注射方式将其置入血管中，根据外部无线控制系统的控制指令，在血管内游动或转动，并执行各种医疗任务，如，检查血管内的病变、清除血栓、肿瘤切除、投放药物等。

与本发明所述血管机器人配套的外部无线控制系统可由本领域的普通技术人常规设计获得，本发明人推荐的设计方案包括显示血管机器人在血管中位置的模拟显示装置以及对血管机器人发出工作指令的无线控制系统。其中模拟显示装置采用X射线透视原理，实时显示血管机器人在血管中的位置；控制系统根据工作需要，对血管机器人发出各种运动和工作指令，由无线接收控制块控制变量泵、相应的电磁阀和作业装置工作。

本发明所述的血管机器人与现有技术相比具有如下优点：

1.以血管中的血液为工作介质，通过射流驱动机器人在血管内上、下、前、后和旋转等多自由度运动，不仅移动灵活，而且为无线控制提供了必要的物质条件。

2.采用了相对成熟的无线控制技术，使得外部控制系统可借用简单的飞行器控制系统，既简单又可靠。

3.整个机壳为胶囊形，外表圆滑，便于在血管内运动，不会对血管壁造成损伤。

附图说明

图1为本发明的射流驱动的血管机器人的一个具体实施例的结构示意图。

图2为图1所示实施例去掉上半壳体后的俯视图。

图3为图2只保留上下半壳体和吸喷嘴的A-A剖视图。

图4为图2只保留上下半壳体和吸喷嘴的B-B剖视图。

图5为图2去只保留上下半壳体和吸喷嘴的C-C剖视图。

图6为本发明所述的液流控制装置的原理图。

图7为本发明所述的无线接收控制块的电路框图。

图8为本发明的射流驱动的血管机器人的另一个具体实施例的结构示意图。

图9为图8所示实施例所述的血栓吸收装置的原理图。

具体实施方式

参见图1～图6，本实施例的射流驱动的血管机器人由胶囊形的壳体及设在壳体内以血液为介质的液流控制装置、无线接收控制块5和作业装置8组成；其中，胶囊形的壳体由上半壳体1和下半壳体2对扣而成，所述的作业装置8为微型CCD摄像机。

参见图1～图6，液流控制装置由变量泵4、12只吸喷嘴6和24个两位两通电磁阀7组成。其中，所述的吸喷嘴6为一圆柱体，其体内轴向设有一通孔，该通孔的一头为出入口，另一头向内收缩形成微小的吸喷口；每一只吸喷嘴6的出入口并接有两条分别串联有一个两位两通电磁阀7的管路，该管路中的一条与变量泵4的入口连接，另一条与变量泵4的出口连接(见图6)。所述的12只吸喷嘴6都嵌设在壳体壁上，吸喷口朝壳体的体外，其中，两只吸喷嘴6-1和6-2分别设在壳体的前后两头，且轴心线与壳体的中轴线重合；两只吸喷嘴6-11和6-12均匀分布在壳体的横向对称中心面C-C内，其中一只吸喷嘴6-11设置于上半壳体1上，另一只吸喷嘴6-12设置于下半壳体2上，二者的轴心线均与同一圆相切并垂直于上半壳体1和下半壳体2的配合面，且吸喷口的方向相反(见图4)；其余八只对称设置在对称于所述的横向对称中心面C-C的两横截面A-A和B-B内(见图2、图3和图5)，每一横截面内四只，且四只中每一只吸喷嘴的轴心线与所在横截面的垂直中心线重合。所述的其余八只吸喷嘴的具体分布情况为，吸喷嘴6-3、6-5、6-7和6-9分别设置靠近血管机器人壳体前端的横截面A-A的上下左右(见图3)，吸喷嘴6-8、6-10、6-4和6-6分别设置靠近血管机器人壳体后端的横截面B-B的上下左右(见图5)。

参见图7，无线接收控制块5由无线接收单元、解码单元和逻辑控制单元依次连接组成，其中逻辑控制单元分别与所述的变量泵4、每一个两位两通电磁阀7和设置于胶囊形壳体前端两侧的微型CCD摄像机连接。

以下结合附图简要描述本发明所述血管机器人的控制过程和工作原理。

参见图1～图7，外部无线控制系统发出工作指令，由血管机器人内部的无线接收控制块5中的无线接收单元接收，解码单元解码，逻辑控制单元逻辑运算后，控制变量泵4和相应的电磁阀7工作。具体工作过程如下所述：

前进：电磁阀7-1I、7-2O开启，血液从吸喷嘴6-1进入变量泵4，由吸喷嘴6-2喷出，驱动血管机器人向前运动(图2中箭头D所示方向)。

后退：电磁阀7-2I、7-1O开启，血液从吸喷嘴6-2进入变量泵4，由吸喷嘴6-1喷出，驱动血管机器人向后运动。

上平移：电磁阀7-7I、7-8I、7-9O和7-10O开启，血液从吸喷嘴6-7、6-8进入变量泵4，由吸喷嘴6-9、6-10喷出，驱动血管机器人上平移运动。

下平移：电磁阀7-9I、7-10I、7-7O和7-8O开启，血液从吸喷嘴6-9、6-10进入变量泵4，由吸喷嘴6-7、6-8喷出，驱动血管机器人下平移运动。

左平移：电磁阀7-3I、7-4I、7-5O和7-6O开启，血液从吸喷嘴6-3、6-4进入变量泵4，由吸喷嘴6-5、6-6喷出，驱动血管机器人左平移运动。

右平移：电磁阀7-5I、7-6I、7-3O和7-4O开启，血液从吸喷嘴6-5、6-6进入变量泵4，由吸喷嘴6-3、6-4喷出，驱动血管机器人右平移运动。

前左倾斜：电磁阀7-6I、7-5O开启，血液从吸喷嘴6-6进入变量泵4，由吸喷嘴6-5喷出，驱动血管机器人前左倾斜运动。

前右倾斜：电磁阀7-3I、7-4O开启，血液从吸喷嘴6-4进入变量泵4，由吸喷嘴6-3喷出，驱动血管机器人前右倾斜运动。

前上倾斜：电磁阀7-10I、7-9O开启，血液从吸喷嘴6-10进入变量泵4，由吸喷嘴6-9喷出，驱动血管机器人前上倾斜运动。

前下倾斜：电磁阀7-8I、7-7O开启，血液从吸喷嘴6-8进入变量泵4，由吸喷嘴6-7喷出，驱动血管机器人前下倾斜运动。

绕纵轴顺时针旋转：电磁阀7-12I、7-11O开启，血液从吸喷嘴6-12进入变量泵4，由吸喷嘴6-11喷出，驱动血管机器人前下倾斜运动。

绕纵轴逆时针旋转：电磁阀7-11I、7-12O开启，血液从吸喷嘴6-11进入变量泵4，由吸喷嘴6-12喷出，驱动血管机器人前下倾斜运动。

参见图7，在外部模拟显示装置实时显示血管机器人的状态下，医务工作人员可根据需要通过外部无线控制系统发出指令，由无线接收控制块5控制机器人按所需路径运动，并启动微型CCD摄像机，拍摄血管内的图片，待血管机器人完成工作后取出，供诊断之用。

参见图8和图9，本发明所述的作业装置8除微型CCD摄像机外，还可以是用于清除血栓的血栓吸收装置，该装置由依次串接在变量泵4进口的两位两通电磁阀8-4、血栓收集罐8-3及吸嘴8-1和串接在变量泵4出口的两位两通电磁阀8-5组成；其中，所述的血栓收集罐8-3的出口上设有滤网8-2。当无线接收控制块5接收到控制指令时，血管机器人便运动到积聚有血栓的病变位置，并启动血栓吸收装置，吸嘴8-1将血液中的血块和血液一同吸入，流经血栓收集罐8-3的出口时，在滤网8-2的作用下，血栓被收集在血栓收集罐8-3里，正常的血液通过两位两通电磁阀8-5流回血管中。

Claims (3)

1.一种射流驱动的血管机器人，它由胶囊形的壳体及设在壳体内以血液为介质的液流控制装置、无线接收控制块(5)和作业装置(8)组成，其中，

所述的液流控制装置由变量泵(4)、12只吸喷嘴(6)和24个两位两通电磁阀(7)组成，其中，每一只吸喷嘴(6)的出入口并接有两条分别串联有一个两位两通电磁阀(7)的管路，该管路中的一条与变量泵(4)的入口连接，另一条与变量泵(4)的出口连接；所述的12只吸喷嘴(6)都嵌设在壳体壁上，吸喷口朝壳体的体外，其中，两只分别设在壳体的前后两头，且吸喷嘴(6)的轴心线与壳体的中轴线重合；另两只均匀分布在壳体的横向对称中心面内，二者的轴心线均与同一圆相切且吸喷口的方向相反；其余八只对称设置在对称于所述的横向对称中心面的两横截面内，每一横截面内四只，且四只中每一只吸喷嘴(6)的轴心线都与所在横截面的垂直中心线重合；其中，所述的吸喷嘴(6)为一圆柱体，其体内轴向设有一通孔，该通孔的一头为出入口，另一头向内收缩形成微小的吸喷口；

所述的无线接收控制块(5)由无线接收单元、解码单元和逻辑控制单元依次连接组成，其中所述的逻辑控制单元分别与所述的变量泵(4)、每一个两位两通电磁阀(7)和作业装置连接(8)。

2.根据权利要求1所述的一种射流驱动的血管机器人，其特征是所述的作业装置(8)为CCD摄像机。

3.根据权利要求1所述的一种射流驱动的血管机器人，其特征是所述的作业装置(8)为血栓吸收装置，该装置由依次串接在变量泵(4)进口的两位两通电磁阀(8-4)、血栓收集罐(8-3)及吸嘴(8-1)和串接在变量泵(4)出口的两位两通电磁阀(8-5)组成；其中，所述的血栓收集罐(8-3)的出口上设有滤网(8-2)。

Images