CN103083783B - 一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置，包括：主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件。主指组件中皮带运动可实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转，装卡导管或导丝时，副指组件可用手沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回。驱动组件是实现主指组件和副指组件运动的运动驱动。导管或导丝导向组件用来实现导管或导丝导向和Y阀的快速安装；本发明能够实现导管或导丝的推进和旋转，降低了医生工作量，减少了医生在辐射环境中的工作时间，并提高了导管或导丝在血管中的运动精度。
Description
技术领域
本发明属医疗设备领域，特别涉及一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置。
背景技术
血管介入手术是指医生在数字减影血管造影成像(DSA)系统的导引下，操控导管(一种带有刚性的软管)在人体血管内运动，对病灶进行治疗，达到栓塞畸形血管、溶解血栓、扩张狭窄血管等目的。
目前，血管介入手术主要由医生手工完成，主要弊端在于：1)医生在射线环境下工作，长期操作对身体伤害很大；2)现有手术方法技巧性强，风险性高，专科医生手术培训时间长；3)由于操作复杂、手术时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量，进而影响患者生存质量。这些缺点限制了血管介入手术的广泛应用，机器人技术与血管介入技术有机结合是解决上述问题的重要途径。
针对上述问题，德国汉森医疗(hansen meidical)改造了导管构造，开发出了主动导管系统，问题在于改造后的导管较粗，医学适用范围较窄；北京航空航天大学做了推管机构，但是装拆导管和消毒不便；中科院自动化所模拟人手设计了推管装置，但是无法连续推进导管，并且无法完成推进和旋转的同时运动。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置，该装置能够操纵导管或者导丝在血管内完成推进、旋转以及推进和旋转同时进行的动作。
本发明提出的基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置，包括主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件，其中，所述主指组件包括皮带，该皮带运动能够实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转；所述副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能，副指组件可手动沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回；所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动；所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元和入口支撑架，Y阀架单元用来实现Y阀的快速安装，入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝。
本发明装置在驱动导管或导丝旋转和推进时，皮带与被操纵导管或导丝间形成了线接触，大大增加了接触面积，进而增大了驱动导管或导丝运动的摩擦力上限，能够有效提高该发明装置对导管或导丝的可操纵性。
附图说明
图1是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的总体结构图；
图2是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的主指组件结构图；
图3是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的副指组件结构图；
图4是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的驱动组件结构图；
图5是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的导管或导丝导向组件结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本申请说明书附图中出现的各附图标记含义如下：驱动组件1，导管或导丝导向组件2，主指组件3，副指组件4，连接板5，轴承支撑单元6，导轨副7，滚轮轴8，皮带9，滚轮轴10，轴承支撑单元11，张紧螺栓12，齿轮13，齿轮14，电机架15，推进电机16，连接板17，副指组件底板18，横向导轨副19，纵向导轨副20，轴承支撑单元21，滚轮轴22，皮带23，滚轮轴24，张紧螺栓25，轴承支撑单元26，弹簧27，螺母连接架28，螺母连接架29，丝杠30，丝杠31，轴承支撑单元32，底板33，小齿轮34，小齿轮35，大齿轮36，电机架37，捻转电机38，Y阀架单元39，顶板40，入口支撑架41。
图1为根据本发明一实施例提供的一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的结构图。
如图1所示，该操纵装置包括主指组件3、副指组件4、驱动组件1和导管或导丝导向组件2，该操纵装置能够操纵导管或导丝在血管内完成推进、旋转以及推进和旋转同时进行的动作。其中，主指组件包括皮带，该皮带运动能够实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转；副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能，副指组件可手动沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回；所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动导管或导丝导向组件包括Y阀架单元和入口支撑架，Y阀架单元用来实现Y阀的快速安装，入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝。包括主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件，能够操纵导管或导丝在血管内完成推进、旋转以及推进和旋转同时进行的动作。导管或导丝操纵装置的运动驱动，包括两个方向的运动，一个是导管或导丝推进运动，另一个是导管或导丝旋转运动，导管或导丝推进运动组件是附着在导管或导丝旋转组件之上的。装卡导管或导丝时，副指组件可用手沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用。副指组件中的弹簧使得两条皮带将导管或导丝压紧，大大增加了与被操控导管或导丝的接触面积，进而能够显著增大产生导管或导丝运动的摩擦力，使得导管或导丝能够在较宽速度范围内稳定运动，不易打滑。
图2为主指组件3的结构图。参照图2，所述主指组件包括滚轮轴8、皮带9，滚轮轴10，轴承支撑单元6，轴承支撑单元11，张紧螺栓12，齿轮13，齿轮14，电机座15，推进电机16，导轨副7和连接板5。所述推进电机16与电机座15用螺栓固定，电机16的输出轴通过齿轮传动连接至滚轮轴8，滚轮轴8带动皮带9运动，滚轮轴8和10表面做滚花处理，作用是增大皮带与滚轮轴之间的横向和纵向摩擦力，滚轮轴8和滚轮轴10分别用轴承支撑单元6和11固定支撑，张紧螺栓12用来调节轴承支撑单元6和11之间的距离，进而调整了滚轮轴8和10之间的距离，最终能够达到张紧皮带的作用。
主指组件皮带9正反向运动可实现导管或导丝推进或者后退，传动关系为推进电机16输出轴的旋转运动，通过齿轮传动带动滚轮轴8运动，进而带动皮带9运动，同时通过皮带9与副指组件4中的皮带压紧，驱动导管或导丝前进或后退。
主指组件3和副指组件4通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转。传动关系为：主指组件中的皮带9、滚轮轴8和10、轴承支撑单元9和11、电机架15、齿轮13和14、推进电机16构成的整体，通过连接板5与驱动组件1连接，在导轨副7构成的约束上做上下的直线运动，同时，驱动组件1驱动副指组件4中的皮带做相反方向的直线运动，这样通过两条皮带压紧作相反方向的上下运动，实现导管或导丝的捻转运动。
图3为副指组件4的结构图。参照图3，所述副指组件包括滚轮轴22，轴承支撑单元21，皮带23，滚轮轴24，轴承支撑单元26，张紧螺栓25，横向导轨副19，弹簧27，副指组件底板18，纵向导轨副20和连接板17。所述皮带23套在滚轮轴22和滚轮轴24上，滚轮轴22和24表面做滚花处理，增大皮带与滚轮轴之间的摩擦力，滚轮轴22和24分别通过轴承支撑单元21和26作固定支撑，轴承支撑单元22通过横向导轨副19固定在副指组件底板18上，副指组件底板18通过连接板17与驱动组件1的丝杠副输出连接，副指组件底板18通过纵向导轨副20连接到驱动组件1的固定底座上。
轴承支撑单元21通过弹簧27的拉紧作用，实现副指组件皮带23与主指组件中的皮带压紧。副指组件4用来配合主指组件3实现导管或导丝旋转和推进功能，皮带23与主指组件3中皮带压紧，通过主指组件滚轮轴8的旋转，实现导管或导丝旋转功能，依靠驱动组件1丝杠副作用于连接板17的驱动，实现了副指组件皮带23与主指组件3中皮带9作相反方向的直线运动，进而实现导管或导丝的顺时针或逆时针旋转。
图4为驱动组件1的结构图。所述驱动组件包括捻转电机38、电机架37、大齿轮36、小齿轮35、小齿轮34、底板33、轴承支撑单元32、丝杠31、丝杠30、螺母连接架25和螺母连接架24。所述捻转电机38与电机架37通过螺栓连接，电机38输出轴与大齿轮36固定连接，大齿轮36与小齿轮35啮合，小齿轮35与小齿轮34啮合，小齿轮35与丝杠31末端连接，小齿轮34与丝杠30末端连接，丝杠31和丝杠30通过轴承支撑单元32固定支撑，螺母连接架24和螺母连接架25分别与丝杠27和丝杠26的螺母连接，丝杠31和丝杠30的螺距规格是相同的，电机架37和轴承支撑单元32均固定连接于底板33上。驱动组件1用来实现主指组件3和副指组件4运动的运动驱动，传动关系为：电机38输出轴带动大齿轮36旋转，大齿轮36与小齿轮35啮合，小齿轮35又与小齿轮34啮合，因此带动丝杠31和丝杠30的螺母作相反方向的直线运动，通过螺母连接架28和螺母连接架29将运动分别输出给主指组件3和副指组件4。
图5为导管或导丝导向组件的结构图。所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元39、入口支撑架41和顶板40。Y阀架单元39用来实现Y阀的快速安装，入口支撑架为中空结构，导管或导丝从中间穿过，起到支撑导管或导丝的作用。Y阀架单元39装上医用Y阀后，结构尺寸上应保证Y阀中心线与入口支撑架41的中心线处于共线位置上。
导管或导丝操纵装置的运动驱动，包括两个方向的运动，一个是导管或导丝推进运动，另一个是导管或导丝旋转运动。推进电机16驱动的导管或导丝推进运动是附着在捻转电机38驱动的导管或导丝旋转运动上的。
装卡导管或导丝时，副指组件4中的皮带23可用手沿着远离主指组件3中皮带9的方向上直接移动，松手后，通过内部弹簧27拉力作用，迫使皮带23和皮带9压紧。
控制导管或导丝推进的传动关系为：推进电机16的输出轴和主指组件滚轮轴8通过齿轮传动(齿轮13和齿轮14)连接，带动主指组件皮带9运动，同时副指组件皮带23通过弹簧27压紧被操纵的导管或导丝，通过摩擦力实现导管或导丝的推进动作。
控制导管或导丝旋转的传动关系为：捻转电机38通过齿轮(大齿轮36、小齿轮35和小齿轮34)传动，以相同速度、相反方向输入到两个丝杠(丝杠31和丝杠30)输入端，进而通过丝杠螺母连接架28和29分别传递到主指组件连接板5和副指组件连接板17各自连接的导轨副7和纵向导轨副20上，带动主指组件皮带9和副指组件皮带23在纵向上沿相反反向移动，同时副指组件皮带23和主指组件皮带9通过弹簧27压紧，通过摩擦力将导管或导丝捻转，实现导管或导丝的旋转运动。
导管或导丝的旋转运动和推进运动是解耦的，因此可通过同时控制捻转电机38和推进电机16，实现导管或导丝推进时的一边旋转一边推进的功能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置，包括主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件，其中，
所述主指组件包括皮带，该皮带运动能够实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转；
所述副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能，副指组件可手动沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回；
所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动；
所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元和入口支撑架，Y阀架单元用来实现Y阀的快速安装，入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝，导管或导丝操纵装置操纵导管或导丝包括两个方向的运动，是导管或导丝推进运动和导管或导丝旋转运动，导管或导丝推进运动是附着在导管或导丝旋转运动之上的，
所述主指组件包括滚轮轴、皮带、轴承支撑单元、张紧螺栓、推进电机、导轨固定板、导轨副和连接板，所述推进电机与电机架用螺栓固定，推进电机的输出轴通过齿轮传动与滚轮轴连接，滚轮轴通过轴承支撑单元固定支撑，滚轮轴带动皮带运动，皮带通过张紧螺栓张紧。
2.根据权利要求1所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，主指组件皮带运动能够实现导管或导丝推进或者后退，传动关系为推进电机输出轴的旋转运动，通过齿轮传动带动滚轮轴运动，进而带动皮带运动，最终通过皮带与副指组件中的皮带压紧，驱动导管或导丝前进或后退。
3.根据权利要求2所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转，传动关系为：主指组件中的皮带、滚轮轴、轴承支撑单元、电机架、齿轮和推进电机构成的整体，通过连接板与驱动组件连接，在导轨副构成的约束上做上下的直线运动，同时，驱动组件驱动副指组件中的滚轮做相反方向的直线运动，在导管或导丝被压紧的情况下，实现导管或导丝的捻转运动。
4.根据权利要求3所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，副指组件包括滚轮轴，皮带、轴承支撑单元、副指组件座、弹簧、水平导轨副、副指组件底板、竖直导轨副和连接板，其中皮带套在两个滚轮轴上，滚轮轴通过轴承支撑单元实现固定支撑，皮带可通过张紧螺栓张紧，轴承支撑单元通过水平导轨副固定在副指组件底板上，副指组件底板通过竖直导轨副固定在驱动组件固定板上，并通过连接板与驱动组件的丝杠副输出连接，副指组件底板通过导轨副连接到驱动组件的固定底座上，轴承支撑单元通过弹簧的拉紧作用，实现副指组件皮带与主指组件中的皮带压紧。
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