CN103584918B - 遥控介入机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遥控介入机器人系统。一般介入机器人系统是以介入导管为操作对象，以导管的进入，后退，造影等其他操作作为其功能实现的医学机器人。本发明，通过穿刺鞘固定模组固定的穿刺鞘引导介入导管进入人体血管的初始方向，通过气囊转向模组调节介入导管前进的方向，通过造影剂射出模组与介入导管相连接实现造影功能，通过导管进入模组为导管的进入提供动力，通过导管退出模组实现导管的轴向退出。本发明可以实现医生远离射线远程操作模式，同时为突发状况预留近程操作模式。本发明突破性应用介入导管与动力结合设计的思路，通过无创的气囊方式解决介入操作中的转向难题。本发明思路新颖，紧密结合临床，促进介入机器人系统走向实际临床。

Description

遥控介入机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种遥控介入机器人系统。

背景技术

随着科学的飞速发展，人们对于生活中各类需求日益提高,对医疗服务行业更是如此，介入科学因此成为现代医学的主流，如何“创伤最小，效果最好”，同时如何把对操作者的辐射损害降到最低，成为目前介入科学临床与科研工作者的最终目标。

近年来，心脑血管疾病成为人类主要的致死致残疾病之一，因而介入血管外科手术作为介入手术的一个最重要的一个分支迅速发展。介入血管手术不仅能有效治疗血管疾病，还具有缩短手术时间，减轻手术痛苦及恢复过程快等诸多优点，已经在国内外广泛地开展，但随着不断发展，其弊端也日益暴露，主要集中在几个方面，操作人员长期接受射线辐射，技巧性强，对操作者培训时间长，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等等，这些也是阻碍该技术进一步发展的主要因素，因此血管介入机器人应运而生。

中国专利公开号102210610A，名称《微创血管介入手术机器人推进机构》的专利公开一种微创血管介入手术机器人推进机构,用于微创血管介入手术机器人的末端执行器,包括轴向进给部件和周向旋转部件,轴向进给部件包括两个对称的轴向进给模块,轴向进给模块包括电机、导轨、丝杠、夹紧模块、限位开关;夹紧模块夹紧导管或导丝并通过丝杠沿着导轨做直线运动,当夹紧模块接触到限位开关时将改变其运动方向。周向旋转部件包括电机、一对外啮合齿轮、旋转盘、连杆；前后旋转盘通过连杆的连接形成一个旋转筒体,两个轴向进给模块分别固定在前后旋转盘上;旋转筒体旋转带动轴向进给部件旋转,实现导管或导丝旋转方向的改变。能够夹持和推进不同型号的导管或导丝,模块化的设计便于拆卸和消毒。该专利非常有代表性的公布了从动力部分独立思考介入管道的进入动力实现，但是其结构复杂，实现起来体积庞大，不方便进行实际的病床旁操作，并有可能挡住X射线对于病人的照射，直接影响治疗或者检测的效果；另由于前进或者旋转动力分离开，而两个运动需要同时进行，势必有一组动力需要对于另一组动力系统进行做功，这里是明显的多一个能量的损耗，非常不利于医院的节能需求。

常规的介入导管转向操作，均在导管前端附近设置一个通过机械传动调节的可以使导管前端进行一定角度弯曲的机械装置，该机械装置只可以在某一特定方向进行弯曲，该装置若要完成转向功能，则需要介入导管以机械转动的方式试探方位，在试探过程中需要多次造影，操作时间长，对于操作者技能要求高，且各种试探操作极易损伤血管壁造成各种不良后果。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理、操作方便，且介入效果好，有效提高手术的准确性和成功率，减少患者痛苦，创伤小遥控介入机器人系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种遥控介入机器人系统，其包括介入导管、控制模组及分别与该控制模组相连接，并受其控制的穿刺鞘固定模组、导管进入模组、导管退出模组、气囊转向模组和造影剂射出模组，所述介入导管穿过所述穿刺鞘固定模组，并能通过该穿刺鞘固定模组调节介入导管插入时的朝向，所述气囊转向模组设置在所述介入导管的前端，并能调节该介入导管插入后的走向，所述造影剂射出模组与所述介入导管相连接，所述导管进入模组设置在介入导管一侧，并能驱动该介入导管在作自转动的同时向前移动，所述导管退出模组设置在介入导管一侧，并能驱动该介入导管沿其轴向方向向后移动。

作为本发明的一种改进，所述气囊转向模组包括充气装置及若干个分别通过气管与该充气装置相连接的气囊，各个气囊以所述介入导管的轴线为中心线呈圆心对称设置在该介入导管的前端。

作为本发明的一种改进，所述导管进入模组包括两前进电机和两条微粘胶带，两条微粘胶带以同一旋绕角度缠绕在所述介入导管上，两条微粘胶带的旋绕方向相反，两前进电机对称设置在所述介入导管的两侧，并分别与其相对应的微粘胶带相连接。

作为本发明的一种改进，所述导管退出模组包括两后退电机和两夹持转盘，两后退电机对称设置在所述介入导管的两侧，且该后退电机的转轴垂直于所述介入导管的轴线，所述夹持转盘的外圆周面上设有与所述介入导管相适配的弧形凹面，两夹持转盘分别与其相对应的后退电机的转轴上，且能使其上的弧形凹面抵压在所述介入导管上。

作为本发明的一种改进，所述造影剂射出模组包括注射器及能推动该注射器、使其内的造影剂射出的推动装置，所述注射器包括针筒及与该针筒相适配的活塞芯杆，所述针筒的前端注射孔与所述介入导管的尾端相连接，所述推动装置抵压在所述活塞芯杆上。

作为本发明的一种改进，所述推动装置包括推动电机、滚珠丝杆副和与该滚珠丝杆副相适配的直线导轨副，该直线导轨副的下部与螺设在所述滚珠丝杆副上，上部抵压在所述活塞芯杆的尾端面，所述推动电机的转轴与所述滚珠丝杆副相连接。

作为本发明的一种改进，所述推动装置为气压缸或液压缸。

作为本发明的一种改进，所述穿刺鞘固定模组包括固定座、穿刺鞘、万向球形夹持手臂、X轴滑动锁定机构、Y轴滑动锁定机构和Z轴滑动锁定机构，所述Y轴滑动锁定机构通过所述X轴滑动锁定机构设置在所述固定座上，并受该X轴滑动锁定机构的驱动沿X轴方向作往复动作，所述Z轴滑动锁定机构设置在所述Y轴滑动锁定机构上，并受该Y轴滑动锁定机构的驱动沿Y轴方向作往复动作，所述万向球形夹持手臂设置在所述Z轴滑动锁定机构上，并受该Z轴滑动锁定机构的驱动沿Z轴方向作往复动作，所述穿刺鞘设置在所述万向球形夹持手臂上。

作为本发明的一种改进，所述X轴滑动锁定机构包括X轴滑座、X轴滑块、X轴螺杆和X轴电机，所述X轴滑座设置在所述固定座上，所述X轴滑块活动设置在所述X轴滑座上，所述X轴螺杆的一端旋入所述X轴滑块上的螺母，另一端通过传动齿轮与所述X轴电机相连接，所述Y轴滑动锁定机构包括Y轴滑座、Y轴滑块、Y轴螺杆和Y轴电机，所述Y轴滑座设置在所述X轴滑块上，所述Y轴滑块活动设置在所述Y轴滑座上，所述Y轴螺杆的一端旋入所述Y轴滑块上的螺母，另一端通过传动齿轮与所述Y轴电机相连接，所述Z轴滑动锁定机构包括Z轴固定座、Z轴螺杆和Z轴电机，所述Z轴固定座内设有一安装空腔，且该安装空腔的一侧壁设有与所述Z轴螺杆相适配的螺母，所述Z轴电机设置在所述安装空腔内，所述Z轴螺杆的内端通过伸缩杆与所述Z轴电机相连接，该Z轴螺杆的外端经所述螺母伸出所述Z轴固定座，所述万向球形夹持手臂设置在该Z轴螺杆的外端上。

作为本发明的一种改进，所述控制模组包括近程人机界面主控制装置及远程人机界面副控制装置，所述近程人机界面主控制装置分别与所述穿刺鞘固定模组、导管进入模组、导管退出模组、气囊转向模组和造影剂射出模组相连接，并以控制其工作状态，所述远程人机界面副控制装置通过有线或无线网络与所述近程人机界面主控制装置相连接，其中所述近程人机界面主控制装置的控制优先级别高于所述远程人机界面副控制装置。

本发明的有益效果为：本发明结构设计巧妙、合理，穿刺鞘固定模组可任意调节介入导管进入血管时的朝向，方便快速介入，创伤小，方便操作，而且在介入后，可以通过气囊转向模组来控制介入导管的前端走向，灵活性高，安全性高，具有对于人体的血管壁无损伤等优点；导管进入模组能驱动该介入导管在作自转动的同时向前移动，实现了满足介入导管进入血管的两个方向动力的需求，并使得动力的利用率大大高于常规动力系统，在实现同样功能的条件下大大简化结构，有效减少部件，缩小体积，降低成本；同时还具有近程和远程的操作模式，满足不同的操作要求，适用范围广，另外，本发明的整体结构简单，体积小，易于生产制造，成本低，利于广泛推广应用。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的模块示意框图。

图2是本发明中的穿刺鞘固定模组的结构示意图。

图3是本发明中的气囊转向模组的结构示意图。

图4是图3中的气囊转向模组工作时的结构示意图。

图5是本发明中的导管进入模组的结构示意图。

图6是本发明中的导管退出模组的结构示意图。

图7是本发明中的造影剂射出模组的俯视结构示意图。

图8是图7中的穿刺鞘固定模组的立体结构示意图。

具体实施方式

参见图1至图8，本实施例提供的一种遥控介入机器人系统，其包括介入导管1、控制模组及分别与该控制模组相连接，并受其控制的穿刺鞘固定模组2、导管进入模组3、导管退出模组4、气囊转向模组5和造影剂射出模组6，所述介入导管1穿过所述穿刺鞘固定模组2，并能通过该穿刺鞘固定模组2调节介入导管1插入时的朝向，即进入血管时的朝向，所述气囊转向模组5设置在所述介入导管1的前端，并能调节该介入导管1插入后的走向，即在血管内的走向，所述造影剂射出模组6与所述介入导管1相连接，所述导管进入模组3设置在介入导管1一侧，并能驱动该介入导管1在作自转动的同时向前移动，所述导管退出模组4设置在介入导管1一侧，并能驱动该介入导管1沿其轴向方向向后移动。

所述气囊转向模组5包括充气装置及若干个分别通过气管与该充气装置相连接的气囊51，各个气囊51以所述介入导管1的轴线为中心线呈圆心对称设置在该介入导管1的前端。本实施例中，所述气囊51的数量优选为四个。四个气囊51以所述介入导管1的轴线为中心线呈圆心对称设置在该介入导管1的前端。其它实施例中，为实现更准确的转向，可以设置成五个、六个、八个等。

所述导管进入模组3包括两前进电机31和两条微粘胶带32，两条微粘胶带32以同一旋绕角度缠绕在所述介入导管1上，两条微粘胶带32的旋绕方向相反，两前进电机31对称设置在所述介入导管1的两侧，并分别与其相对应的微粘胶带32相连接。

前进电机31的转轴轴线与微粘胶带32面相平行，且该微粘胶带32的长边走向相垂直，两前进电机31作相反的方向转动，达到同时牵引两边对应位置的微粘胶带32面，当微粘胶带32面被前进电机31的转轴牵引运动时，微粘胶带32被从介入导管1的表面上剥离，并带着介入导管1作前进动作的同时作自转动作。

不同的前进速度和自转速度比可以通过选用不同的缠绕角度的微粘胶带32或调节前进电机31的转速均可以实现。

所述导管退出模组4包括两后退电机41和两夹持转盘42，两后退电机41对称设置在所述介入导管1的两侧，且该后退电机41的转轴垂直于所述介入导管1的轴线，所述夹持转盘42的外圆周面上设有与所述介入导管1相适配的弧形凹面43，两夹持转盘42分别与其相对应的后退电机41的转轴上，且能使其上的弧形凹面43抵压在所述介入导管1上。

所述造影剂射出模组6包括注射器61及能推动该注射器61、使其内的造影剂射出的推动装置62，所述注射器61包括针筒611及与该针筒611相适配的活塞芯杆612，所述针筒611的前端注射孔与所述介入导管1的尾端相连接，所述推动装置62抵压在所述活塞芯杆612上。

本实施例中，所述推动装置62包括推动电机621、滚珠丝杆副622和与该滚珠丝杆副622相适配的直线导轨副623，该直线导轨副623的下部与螺设在所述滚珠丝杆副622上，上部抵压在所述活塞芯杆612的尾端面，所述推动电机621的转轴与所述滚珠丝杆副622相连接。其它实施例中，所述推动装置62可以为气压缸或液压缸。

所述穿刺鞘固定模组2包括固定座21、穿刺鞘22、万向球形夹持手臂23、X轴滑动锁定机构24、Y轴滑动锁定机构25和Z轴滑动锁定机构26，所述Y轴滑动锁定机构25通过所述X轴滑动锁定机构24设置在所述固定座21上，并受该X轴滑动锁定机构24的驱动沿X轴方向作往复动作，所述Z轴滑动锁定机构26设置在所述Y轴滑动锁定机构25上，并受该Y轴滑动锁定机构25的驱动沿Y轴方向作往复动作，所述万向球形夹持手臂23设置在所述Z轴滑动锁定机构26上，并受该Z轴滑动锁定机构26的驱动沿Z轴方向作往复动作，所述穿刺鞘22设置在所述万向球形夹持手臂23上。

所述X轴滑动锁定机构24包括X轴滑座、X轴滑块、X轴螺杆和X轴电机，所述X轴滑座设置在所述固定座21上，所述X轴滑块活动设置在所述X轴滑座上，所述X轴螺杆的一端旋入所述X轴滑块上的螺母，另一端通过传动齿轮与所述X轴电机相连接，所述Y轴滑动锁定机构25包括Y轴滑座、Y轴滑块、Y轴螺杆和Y轴电机，所述Y轴滑座设置在所述X轴滑块上，所述Y轴滑块活动设置在所述Y轴滑座上，所述Y轴螺杆的一端旋入所述Y轴滑块上的螺母，另一端通过传动齿轮与所述Y轴电机相连接，所述Z轴滑动锁定机构26包括Z轴固定座、Z轴螺杆和Z轴电机，所述Z轴固定座内设有一安装空腔，且该安装空腔的一侧壁设有与所述Z轴螺杆相适配的螺母，所述Z轴电机设置在所述安装空腔内，所述Z轴螺杆的内端通过伸缩杆与所述Z轴电机相连接，该Z轴螺杆的外端经所述螺母伸出所述Z轴固定座，所述万向球形夹持手臂23设置在该Z轴螺杆的外端上。

所述控制模组包括近程人机界面主控制装置及远程人机界面副控制装置，所述近程人机界面主控制装置分别与所述穿刺鞘固定模组2、导管进入模组3、导管退出模组4、气囊转向模组5和造影剂射出模组6相连接，并以控制其工作状态，所述远程人机界面副控制装置通过有线或无线网络与所述近程人机界面主控制装置相连接，其中所述近程人机界面主控制装置的控制优先级别高于所述远程人机界面副控制装置。

使用时，通过穿刺鞘固定模组2可任意调节介入导管1插入时的朝向，方便快速介入，创伤小，方便操作。

参见图3和图4，在介入后，可以通过气囊转向模组5来控制介入导管1的前端走向，如需向上转弯时，四个气囊51中位于下边位置的气囊51膨胀抵压在血管7内壁上，迫使介入导管1的前端向向上弯折，实现控制介入导管1的走向；同时，当向某一方向转弯时，只需位于相反位置上的一个或两个气囊51同时膨胀，即可实现转变效果，灵活性高，安全性高，具有对于人体的管道壁无损伤等优点。

导管进入模组3能驱动该介入导管1在作自转动的同时向前移动，实现了满足介入导管1进入血管的两个方向动力的需求，并使得动力的利用率大大高于常规动力系统，在实现同样功能的条件下大大简化结构，有效减少部件，缩小体积，降低成本。另外，需要不同的前进速度和自转速度比时，可以通过选用不同的缠绕角度的微粘胶带32或调节前进电机31的转速均可以实现。

同时还具有近程和远程的操作模式，满足不同的操作要求，从常规的操作者全程在放射下进行操作的模式进行创新，可以使操作者全程在无放射的情况下进行遥控自动操作。适用范围广。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的组分而得到的其它系统，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种遥控介入机器人系统，其特征在于：其包括介入导管、控制模组及分别与该控制模组相连接，并受其控制的穿刺鞘固定模组、导管进入模组、导管退出模组、气囊转向模组和造影剂射出模组，所述介入导管穿过所述穿刺鞘固定模组，并能通过该穿刺鞘固定模组调节介入导管插入时的朝向，所述气囊转向模组设置在所述介入导管的前端，并能调节该介入导管插入后的走向，所述造影剂射出模组与所述介入导管相连接，所述导管进入模组设置在介入导管一侧，并能驱动该介入导管在作自转动的同时向前移动，所述导管退出模组设置在介入导管一侧，并能驱动该介入导管沿其轴向方向向后移动。

2.根据权利要求1所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述气囊转向模组包括充气装置及若干个分别通过气管与该充气装置相连接的气囊，各个气囊以所述介入导管的轴线为中心线呈圆心对称设置在该介入导管的前端。

3.根据权利要求1所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述导管进入模组包括两前进电机和两条微粘胶带，两条微粘胶带以同一旋绕角度缠绕在所述介入导管上，两条微粘胶带的旋绕方向相反，两前进电机对称设置在所述介入导管的两侧，并分别与其相对应的微粘胶带相连接。

4.根据权利要求1所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述导管退出模组包括两后退电机和两夹持转盘，两后退电机对称设置在所述介入导管的两侧，且该后退电机的转轴垂直于所述介入导管的轴线，所述夹持转盘的外圆周面上设有与所述介入导管相适配的弧形凹面，两夹持转盘分别设置在与其相对应的后退电机的转轴上，且能使其上的弧形凹面抵压在所述介入导管上。

5.根据权利要求1所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述造影剂射出模组包括注射器及能推动该注射器、使其内的造影剂射出的推动装置，所述注射器包括针筒及与该针筒相适配的活塞芯杆，所述针筒的前端注射孔与所述介入导管的尾端相连接，所述推动装置抵压在所述活塞芯杆上。

6.根据权利要求5所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述推动装置包括推动电机、滚珠丝杆副和与该滚珠丝杆副相适配的直线导轨副，该直线导轨副的下部与设置在所述滚珠丝杆副上，上部抵压在所述活塞芯杆的尾端面，所述推动电机的转轴与所述滚珠丝杆副相连接。

7.根据权利要求5所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述推动装置为气压缸或液压缸。

8.根据权利要求7所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述穿刺鞘固定模组包括固定座、穿刺鞘、万向球形夹持手臂、X轴滑动锁定机构、Y轴滑动锁定机构和Z轴滑动锁定机构，所述Y轴滑动锁定机构通过所述X轴滑动锁定机构设置在所述固定座上，并受该X轴滑动锁定机构的驱动沿X轴方向作往复动作，所述Z轴滑动锁定机构设置在所述Y轴滑动锁定机构上，并受该Y轴滑动锁定机构的驱动沿Y轴方向作往复动作，所述万向球形夹持手臂设置在所述Z轴滑动锁定机构上，并受该Z轴滑动锁定机构的驱动沿Z轴方向作往复动作，所述穿刺鞘设置在所述万向球形夹持手臂上。

9.根据权利要求8所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述X轴滑动锁定机构包括X轴滑座、X轴滑块、X轴螺杆和X轴电机，所述X轴滑座设置在所述固定座上，所述X轴滑块活动设置在所述X轴滑座上，所述X轴螺杆的一端旋入所述X轴滑块上的螺母，另一端通过传动齿轮与所述X轴电机相连接，所述Y轴滑动锁定机构包括Y轴滑座、Y轴滑块、Y轴螺杆和Y轴电机，所述Y轴滑座设置在所述X轴滑块上，所述Y轴滑块活动设置在所述Y轴滑座上，所述Y轴螺杆的一端旋入所述Y轴滑块上的螺母，另一端通过传动齿轮与所述Y轴电机相连接，所述Z轴滑动锁定机构包括Z轴固定座、Z轴螺杆和Z轴电机，所述Z轴固定座内设有一安装空腔，且该安装空腔的一侧壁设有与所述Z轴螺杆相适配的螺母，所述Z轴电机设置在所述安装空腔内，所述Z轴螺杆的内端通过伸缩杆与所述Z轴电机相连接，该Z轴螺杆的外端经所述螺母伸出所述Z轴固定座，所述万向球形夹持手臂设置在该Z轴螺杆的外端上。

10.根据权利要求1所述的遥控介入机器人系统，其特征在于，所述控制模组包括近程人机界面主控制装置及远程人机界面副控制装置，所述近程人机界面主控制装置分别与所述穿刺鞘固定模组、导管进入模组、导管退出模组、气囊转向模组和造影剂射出模组相连接，并以控制其工作状态，所述远程人机界面副控制装置通过有线或无线网络与所述近程人机界面主控制装置相连接，其中所述近程人机界面主控制装置的控制优先级别高于所述远程人机界面副控制装置。