CN102018572B - 血管介入操作的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种血管介入操作的机械手，系针对临床血管介入过程中X线对医务工作者造成伤害的难题，提供一种能够辅助完成血管介入操作的机械自动化装置。本发明包括器械控制平台、机械手臂、摄像装置、阻力传感器、专用电缆以及控制终端。应用时，在人工行穿刺后，固定血管介入所用导丝和(或)器械于控制支架相应位置，通过控制系统来远程控制机械手臂，使其作出夹持和放松、推进和推出以及旋转的动作，即通过机械辅助完成操作，彻底解决了医务工作者在血管介入过程中不受到X线损害的难题。

Description

血管介入操作的机械手

技术领域

本发明涉及一种外科医疗工具，具体地说是一种能够辅助完成血管介入诊治操作的机械自动化装置。

背景技术

″血管介入″，是在医学影像设备的引导下，将特制的导管、导丝等精密器械，通过血管途径引入人体，对体内病态进行诊断和局部治疗。血管介入治疗应用数字技术，扩大了医生的视野，借助导管、导丝延长了医生的双手，它的切口(穿刺点)，仅有米粒大小，不用切开人体组织，就可治疗许多过去无法治疗、必须手术治疗或内科治疗疗效欠佳的疾病，如肿瘤、血管瘤、各种出血等。血管介入治疗具有不开刀、创伤小、恢复快、效果好的特点。但是，在为患者治疗疾病的过程中，医务工作者需长时间暴露于X线下，需付出自己身体健康的代价。研究表明，从事介入工作的人员，机体在较长时间连续或间断地受到超剂量电离辐射，可产生各种有害效应，如：伤及皮肤、晶状体、性腺和骨髓组织。有资料报道，X射线可使空气中气体激发电离产生氮氧化物、臭氧、自由基等有害物质，少量多次接触放射线，可因蓄积作用使遗传基因积累，损伤以至致癌或致畸；X线还能导致头晕、脱发、器官受损、抑制骨髓造血、使白细胞减少；长期低剂量射线照射，能使人眼晶状体混浊，乃至有最终发展成为放射性白内障的可能。因此，如何在为患者造福的过程中，医务人员自身能够不致造成伤害？多少年来一直是介入工作者的梦想。

发明内容

针对在血管介入操作过程中，医务工作者需长时间暴露于X下而受到伤害的现状，本发明的目的在于提供一种能够远程操控，辅助完成血管介入操作，使医务工件者彻底从X线的环境工作中解脱出来的机械手。

为实现这样的目的，本发明基于下述思路：由机械固定装置、机械手臂、操作面板组成。即，当在心导管操作过程中需要X线监视操作时，应用机械固定装置，将所需的各种导丝和(或)器械，固定在其空间应处于的位置上，之后通过微动电机驱动的机械手臂，控制各种导丝和(或)器械的运动，完成操作。应用配套软件，并结合专门设计的控制线路，同时使用专用电缆连接，将操作面板置于X线暴露的环境之外，而远程操控机械手。

本发明是这样实现的：由器械控制平台、机械手臂、摄像装置、阻力传感器、专用电缆、控制终端组成；器械控制平台为可移动平台，该平台上设有多个固定装置，分别固定着血管介入用的各种导丝、注射器、机械手臂、摄像装置；阻力传感器与电机、摄像装置连接；机械手臂在电机驱动下控制血管介入的导丝(或器械)；器械控制平台与控制终端之间有专用电缆连接。

所说的机械手臂有两个，机械手臂1通过电机a、电机b的驱动，使机械手臂1完成夹持运动和前后运动；机械手臂2，通过电机c驱动，使夹在机械手臂2中的导丝产生旋转运动。

器械控制平台上固定的注射器，与电机d相连，控制并完成推注药物的工作。

所说的控制终端由主控制器、人机接口、电源转换电路、传感器信号转换采集电路、驱动输出电路、图像显示器组成；电源转换电路分别与主控制器、驱动输出电路、传感器信号转换采集电路、图像显示器进行连接；传感器信号转换采集电路分别与驱动输出电路、主控制器、图像显示器进行连接；主控制器和人机接口、驱动输出电路连接。

本发明的主控制器，为控制终端的核心，在软件支持下，可对用户输入的操作信息进行判断，并将采集到的传感器信息与用户操作信息进行综合计算、处理，输出控制信号，以实现对操作控制对象的精确控制。在满足控制功能的前提下，主控制器还具备操作提示、控制信号输出限幅控制等功能，具备较强的设备安全保护功能。

人机接口，为触摸屏幕，在软件的支持下，机械手臂的运动信息可显示于屏幕上。操作人员还可通过按压触摸屏上的按键控制机械手臂的运动。

控制终端内电源转换电路对外部220V交流供电进行转换，分别提供给主控制器、人机接口、驱动输出电路、信号转换采集电路使用。

信号转换采集电路，完成对阻力传感器输出信号的隔离转换，提供给主控制器进行采样判断。

驱动输出电路，根据电机的驱动要求，对主控制器输出的控制指令进行驱动放大，转换为电机驱动信号以驱动各电机实施动作。

阻力传感器的检测部位连接于机械手臂，在运动方向上同微动电机连接处，感知机械手臂运动时的阻力，并将信号反馈给信号转换采集电路。当阻力过大时，则反馈信号至控制终端，使机械手臂自动停止运动。

器械控制平台与控制终端之间有专用电缆连接。

使用时，医务工作者首先穿刺动脉，并置入动脉鞘管，向鞘管内置入导丝后，将鞘管固定于支架的相应位置，医务人员可退出至X线操作间内，远程操控两个机械手臂，分别完成插管以及转导丝的动作。再根据需要，人工更换导丝(或各种器械)，并将其固定于器械支架上的相应位置，并通过控制人机接口，远程操控机械手，完成推导丝、推导管、支架置入等需X线监测下完成的操作步骤。如需造影，则可连接注射器后，将注射器固定于器械支架相应位置，遥控完成推药。

本发明可以在医务工作者行各种血管介入的诊疗过程中，采用机械辅助完成各种需X线下完成的操作。本发明作为一种血管介入操作辅助机械自动化设备，与传统的操作过程相比，能够彻底将医务工作者从射线的工作环境中解放出来，保护了医生的健康。

附图说明

图1.本发明实施例的整体构造方框图；

图2.本发明实施例的控制终端电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图叙述一个实施例，对本发明做进一步说明。

图1显示了本实施例的整体构造，主要由器械控制平台、专用电缆以及控制终端组成。

器械控制平台为底部安装有轮子及锁死装置的可移动平台。

器械控制平台上安装有五个固定装置：

第一个和第二个固定装置，用于固定各种血管介入时的各种导丝和(或)器械；

第三个固定装置，末端连接机械手臂1，可以使机械手臂1在一定范围内固定于任意位置、任意角度；机械手臂1末端为钳状设计，通过安装于平台上的电机a和电机b分别控制机械手臂1完成夹持、放松动作以及前后移动动作；在机械手臂1与微动电机运动方向之间，安装有阻力感应器的检测部件，并将其探测信号反馈至控制终端；

第四个固定装置，末端连接有机械手臂2。该固定装置可使机械手臂2在一定范围内固定于任意位置、任意角度；机械手臂2末端为钳状设计，通过安装于平台上的电机c控制夹持的钳臂之间产生相对运动，从而可使夹在该机械手臂之间的导丝做旋转运动；

第五个固定装置，其结构依据注射器形状设计，用于固定注射器。其末端设计有推片装置，并连接电机d。由电机d作用推片使之运动，完成注射器的推药。

此外，器械控制平台上还安装有摄像装置，用以实时采集机械运动状态。

所述机械手臂1，安装于一固定装置末端，手臂前端的结构为钳状，并通过微动电机a和微动电机b驱动，分别控制手臂夹持或放松运动以及手臂的向前或向后运动；机械手臂2则安装于另一个固定装置末端，前端为钳状，可通过微动电机驱动c，使其两钳臂产生相对位移运动，而使夹于其中的导丝产生旋转运动；

另外还有一个依据注射器形状设计的固定装置，其结构类似临床使用输液泵，其注射器推柄一端连接有微动电机d，并可由其驱动完成推药运动。

在控制机械手臂运动的微动电机、阻力传感器同控制终端之间，通过电缆连接，从而实现远程操控；

摄像装置也安装于器械控制平台上，对机械手臂的工作图像进行实时采集，并将其图像显示于操作间内的显示器上，从而对本发明的运动状态进行监控。

控制终端安置于一遥控盒内，内含主控制器、人机接口、电源转换电路、传感器信号转换采集电路、驱动输出电路、图像显示器。

控制终端内之电源转换电路，将外部电流转换后，分别提供给主控制器、人机接口、驱动输出电路、信号转换采集电路、图像显示器供电；信号转换采集电路则对阻力传感器传回的信号进行转换放大，反馈至主控制器进行判断；人机接口为一触摸显示屏幕，提供手臂当前位置、角度、导丝接触压力等信息显示功能，同时还具备用户操作输入接口的功能，用于接收用户的具体操作信息，传递给主控制器，以实施操作控制；驱动输出电路，根据电机的驱动要求对主控制器输出的控制指令进行驱动放大，转换为电机驱动信号以驱动各电机实现对机械手臂的控制；主控制器在配套软件支持下，可对用户输入的操作信息进行判断，并将采集到的传感器信息与用户操作信息进行综合计算、处理，输出控制信号，从而对操作控制对象进行精确控制；而图像显示器则接收摄像装置的信号，实时显示图像。

器械控制平台上所安装的所有电机、摄像装置及阻力感应器通过专用电缆与控制终端相连接。

图2之框图显示了本实施例控制终端的电路原理。在本发明的控制终端，阻力传感器等探测并输出信号至信号转换采集电路采样后，将阻力位置等传感器信息显示于显示屏幕上，同时可以将其信息进行综合计算处理，如所采集的信号超过一定阈值，则发出控制指令至驱动输出电路，进而发出电机驱动信号。

用户可于人机接口发出操作指令至控制器进行判断，再发出指令信息进行综合计算处理后，发出控制指令至驱动输出电路，进而发出电机驱动信号，控制电机运动而使机械手臂运动。

Claims (3)

1.血管介入操作的机械手，其特征在于：由器械控制平台、机械手臂、摄像装置、阻力传感器、专用电缆和控制终端组成；器械控制平台为可移动平台，该平台上设有多个固定装置，分别固定着血管介入用的各种导丝、注射器、机械手臂、摄像装置；阻力传感器与电机a、电机b和电机c及摄像装置电连接；机械手臂在电机a、电机b和电机c驱动下控制血管介入用的导丝；控制终端由主控制器、人机接口、电源转换电路、传感器信号转换采集电路、驱动输出电路、图像显示器组成，电源转换电路分别与主控制器、驱动输出电路、传感器信号转换采集电路、图像显示器进行连接；传感器信号转换采集电路分别与驱动输出电路、主控制器、图像显示器进行连接；主控制器和人机接口、驱动输出电路连接；器械控制平台上安装全部电机、摄像装置、阻力传感器及控制终端之间有专用电缆连接。

2.根据要求1所述血管介入操作的机械手，其特征在于：所说的机械手臂有两个，机械手臂1通过电机a、电机b的驱动，使机械手臂1完成夹持运动和前后运动；机械手臂2，通过电机c驱动，使夹在机械手臂2中的导丝产生旋转运动。

3.根据要求1所述血管介入操作的机械手，其特征在于：器械控制平台上固定的注射器，与电机d相连，控制并完成推注药物的工作。

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