CN102462536A

CN102462536A - 一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置

Info

Publication number: CN102462536A
Application number: CN2010105485994A
Authority: CN
Inventors: 王洪波; 石立宏; 冉胜雷
Original assignee: WUXI YOUREN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: WUXI YOUREN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开了一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，包括操作机构、开关、电路系统和控制操作机构动作的控制系统，所述操作机构包括手柄、移动操作机构和旋转操作机构；所述移动操作机构包括连接板、导轨、同步带传动机构、电机和旋转编码器，同步带传动机构与电机的减速器输出轴连接，电机上还连接有旋转编码器，所述旋转编码器与控制系统连接；所述旋转操作机构包括手轮、手轮座和旋转编码器，手轮与手轮座连接，手轮座与旋转编码器的输出轴固定连接，所述旋转编码器与控制系统连接。本发明的导管推进操作装置结构简单，既能实现对导管推进动作的控制，又能改善现有导管推送操作装置与送管装置异构，操作不协调弊端。

Description

一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置

技术领域

本发明涉及一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，属于医疗器械领域。

背景技术

在微创血管介入手术过程中，由于操作对象较小（人体血管的直径一般小于2mm），而且手术工作时间很长，使得医生疲惫，可能会出现医生手的颤动、疲劳、肌肉神经的反馈，导致动作的不准确，加大了患者的痛苦，降低了手术的成功率。并且，医生长期在X射线环境下操作对身体伤害很大；专科医生必须经过长期训练才能够进行微创手术操作；现有手术方法技巧性较强，风险性较高，这些缺点限制了血管介入手术的广泛应用。因此，将定位精度较高的机器人应用于医疗手术成为一个新的研究方向，近年来微创手术机器人的研究已经成为机器人应用的新领域。随着血管介入手术机器人的研究与发展，对与其配套使用的血管介入手术机器人的导管推进操作装置的研究也相继展开。

目前，由于血管介入手术机器人仍然处于研究阶段，国内还没有比较成熟的机器人机构用于微创血管介入，因此，对于其操作装置的研究也是刚刚起步。对于从国外引进的用于临床的手术机器人，其操作装置也是借助国外引进的三维力操作装置来控制导管的推进和旋转两个自由度。这种操作装置存在一些弊端：首先，由于操作装置和导管推进装置结构完全不同，属于异构式主从操作装置，操作起来不太方便，需要操作者牢记二者之间的运动对应关系，能够及时针对导管位置，判断导管需要的动作，进而将导管需要的动作方式转换至操作装置的动作方式，操作时包含了人为思考的过程，这样就带来的时间上的延迟和人为判断错误的可能性；其次，现有操作装置不具有力反馈功能，操作者只能通过三维仿真图像来判断导管所处的位置，具有不可避免的系统时延和人为视觉误差，给手术带来了不安全的因素；再者，现有的操作装置只能控制送管机构动作的启停和动作的方向，送管过程中，不能改变其动作的速度，采用统一速度完成整个送管动作，速度过快，影响导管的定位精度，采用低速送管，又影响了送管的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种结构简单，既能实现对导管推进动作的控制，又能改善现有导管推送操作装置与送管装置异构，操作不协调弊端的用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，包括操作机构、开关机构和控制操作机构动作的控制系统，所述操作机构包括手柄、移动操作机构和旋转操作机构；所述移动操作机构包括导轨、连接板、同步带传动机构、电机和旋转编码器，所述连接板通过滑块设置在导轨上，从而实现在导轨上的滑动，手柄通过连接板与同步带传动机构连接，同步带传动机构与电机的减速器输出轴连接，电机上还连接有旋转编码器，所述旋转编码器与控制系统连接；所述旋转操作机构包括手轮、手轮座和旋转编码器，所述手轮设置在手柄的末端，手轮与手轮座连接，手轮座与旋转编码器的输出轴固定连接，所述旋转编码器与控制系统连接。

进一步地，所述手柄通过手柄顶端的顶座与立杆连接，所述立杆与连接板连接。

进一步地，所述用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置的外部还设置一个无上盖的箱壳，以使整体更牢固，结构更紧凑，更美观。

本发明的工作原理如下：

手柄通过连接板固连在同步带上，同步带通过同步带轮与电机减速器输出轴相连，移动手柄，通过立杆带动连接板在导轨上滑动，从而带动同步带转动，同步带带动电机转动，进而转化为与电机相连的旋转编码器的转动，旋转编码器将这一信号发送到控制系统，控制导管推进装置的移动，电机接收到反馈回来的信号，就会产生带动同步带转动的力矩，人手就能感觉到同步带传递过来的力矩，实现力反馈。人手直接转动与旋转编码器相连的手轮，将人手捻旋手轮的转动转化为编码器的转动，编码器将转动信号发送给控制系统，控制系统控制送管机构捻旋导管，完成转动导管的动作。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1、操作方式与人工送管方式完全相同，拉动手柄向前移动，送管机构进行送管，捻旋手柄前端的转轮，送管机构旋转导管，操作简单方便；

2、具有实时力反馈功能。移动指上的力传感器一旦检测到导管碰触血管壁的力，将检测到的信号发送给控制系统，控制系统将信号处理后，向电机发送指令，电机旋转，人手就会感受到电机传递过来的扭矩，进而停止送管，向后拉回或旋转导管，直至感受不到反馈回来的力，再继续向前送管；

3、采用高分辨率的编码器，精确的反映运行状态，提高控制精度；

4、捻旋导管时，直接捻旋套在旋转编码器轴上的手轮，避免了中间传动过程的误差；

5、采用同步带传动，避免了传动过程中打滑带来的数据误差。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：(1)图1为本发明用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置结构示意图；(2)图2为本图1旋转90度的结构示意图；(3)图3为本发明用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置手轮及手柄内部结构剖视图；图中标记为：1-立杆、2-前侧箱壳、3-左侧箱壳、4-手轮、5-手柄、6-同步带轮固定架、7-顶座、8-液晶显示屏、9-连接板、10-同步带固定夹、11-固定螺杆、12-后侧箱壳、14-底板、15-电机、16-滑块、17-右侧箱壳、18-同步带、19-导轨、20、导轨固定夹、21-同步带轮、22-速度控制开关、23-手轮座、24-第一轴用钢丝挡圈、25-平键、26-第二轴用钢丝挡圈、27-开关架、28-销轴、29-开关挡块、30-开关手柄、31-旋转编码器、32-平头紧定螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1～3所示，一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，包括操作机构、开关机构、电路系统和控制操作机构动作的控制系统。所述操作机构包括手柄5、移动操作机构和旋转操作机构；所述移动操作机构包括连接板9、导轨19、同步带传动机构、电机15和旋转编码器（此处的旋转编码器图中未示出），导轨19设置为直线导轨，并通过导轨固定夹20固定在底板14上，手柄5通过其顶端的顶座7与立杆1垂直连接，顶座7可以螺接在手柄5的顶端，立杆1与连接板9连接，连接板9通过滑块16设置在导轨19上，通过滑块16实现在导轨19上的滑动，同步带传动机构包括同步带18和两个同步带轮21（图中只示出了一个），同步带18与两个同步带轮21对应配合，连接板9通过同步带固定夹10与同步带18固定连接，其中一个同步带轮21与电机15的减速器输出轴连接，另一个同步带轮21（图中未标出）通过同步带轮固定架6固定在底板14上，电机15的另一端与所述旋转编码器连接，所述旋转编码器与控制系统连接；所述旋转操作机构包括手轮4、手轮座23和旋转编码器31，手轮4设置在手柄5的末端，手轮4通过平键25与手轮座5连接，手轮座5通过平头紧定螺钉32与旋转编码器31的输出轴固定连接，从而将人手捻旋手轮的转动转化为编码器的转动，旋转编码器31与控制系统连接，从而将转动信号发送给控制系统，控制系统控制送管机构捻旋导管，完成转动导管的动作。用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置的外部还设置一个无上盖的箱壳，此箱壳包括前侧箱壳2、后侧箱壳12、左侧箱壳3、右侧箱壳17和底板14，箱壳的作用是使用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置整体更牢固，结构更紧凑，更美观。

所述开关机构为：手柄5上还装有开关，开关接通时，移动操作手柄带动送管机构动作，开关断开时，操作装置的动作不再控制送管机构，以免操作者误动作引起意外。开关通过两个销轴28安装在开关架27上，开关架27套在手柄5内，上端有开关挡块29顶住，将其固定，防止其上下攒动，开关手柄30通过销轴28连在开关上，操作开关时，直接按动开关手柄30即可。液晶显示屏8通过固定螺杆11固定在底部箱壳上，液晶显示屏8上装有速度控制开关22，可以实现送管过程常速和微调两个速度的切换。

为了防止松动，在手轮座23与手轮4之间设置有第一轴用钢丝挡圈24，在手轮座23与旋转编码器31之间设置有第二轴用钢丝挡圈26。

所述的电路系统和控制操作机构动作的控制系统属于现有技术领域的常规技术，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，包括操作机构、开关机构、电路系统和控制操作机构动作的控制系统，其特征在于：所述操作机构包括手柄、移动操作机构和旋转操作机构；所述移动操作机构包括连接板、导轨、同步带传动机构、电机和旋转编码器，所述连接板通过滑块设置在导轨上，手柄通过连接板与同步带传动机构连接，同步带传动机构与电机的减速器输出轴连接，电机上还连接有旋转编码器，所述旋转编码器与控制系统连接；所述旋转操作机构包括手轮、手轮座和旋转编码器，所述手轮设置在手柄的末端，手轮与手轮座连接，手轮座与旋转编码器的输出轴固定连接，所述旋转编码器与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，其特征在于：所述手柄通过手柄顶端的顶座与立杆连接，所述立杆与连接板连接。

3.根据权利要求1所述的用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置，其特征在于：所述用于血管介入手术机器人的导管推进操作装置的外部还设置一个无上盖的箱壳。