CN105616008A - 导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，属于医疗设备技术领域；它包括：导丝、导丝操作器、导管、导管操作器、滑动支架、轴向运动控制器及外壳；所述导丝操作器用于对手术用的导丝进行旋转、夹紧及放松操作；所述导管操作器用于对手术用的导管进行旋转、夹紧及放松操作；所述滑动支架用于对导丝和导管进行支撑，并限制导丝在进入导管之前的运动轨迹，防止导丝在进入导管之前发生弯曲；所述轴向运动控制器用于控制导管和导丝的轴向运动；所述外壳用于对导丝操作器、导管操作器和滑动支架进行支撑；本发明根据医生的操作信息完成介入动作，并能将实时的触觉信息直观的反馈给医生，能够提高介入手术的安全性和可操作性。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器。
背景技术
心血管系统疾病是人类最为常见的一类疾病，是目前世界人口的一大死因，严重威胁人类健康。血管疾病的情况主要有血管肿瘤、血栓堵塞、血管畸形、血管收缩、血管硬化等。血管微创介入手术是一项主要用于诊断和治疗心脑血管病症的内科手术。其是在医学影像设备的引导下，借助于介入导管沿血管的管腔到达较远的病变部位，如冠状动脉、脑部、肝脏和肾脏的血管内，然后对病变部位实行微创治疗的一种新兴医疗手术。管微创介入手术不仅能有效地解决血管病症，而且还有不开刀、创伤小、恢复快、效果好的特点。因此，血管微创介入手术已经广泛应用于临床血管造影、血管成形术、血栓或异物的摘除、治疗肿瘤或血管畸形、血栓溶解等方面。虽然介入手术有诸多优点，但仍然存在许多不足之处。目前，在手术插管过程中，较为普遍的做法是在X光影像或其他灰度图像的监控和引导下，直接由技术熟练的操作人员手工完成导管的插入过程。然而，作为一种新技术，它需要大量的操作技巧。首先，对手术人员来说，使导丝快速而又准确地到达目标位置是一个十分困难的工作。错误或重复的操作可能会对人体血管造成一定的损伤，给手术带来了一定的风险。此外，操作进行身体内部，它是不可能直接监控。医生插入导管需要更多的技能和经验。在操作上，例如导管插入到病人的血管。任何错误都会伤害患者造成的损害。一个有经验的神经外科医生可以实现精密的手术约2mm。然而，血管和导管之间的接触力不能被检测的。并且，在操作过程中X-射线相机被使用，长时间的手术过程会对病人造成损伤。更重要的是进行心血管介入治疗时，专业医师也需要在X线照射下进行手术操作。尽管医生穿防护服，但这是非常难保护到医生被X射线辐射的手和脸。而且医护人员接受放射线照射机会更是与病人，目前医疗防护条件差，从事心血管介入治疗的专业医师和医护人员的心身健康都会不同程度地受到损害。
主从微创血管介入手术辅助操作系统，即将医生与患者分离开，可以使介入手术中插管过程更加容易和准确，同时减少X线对专业医师和医护人员造成的伤害。医生操作主端系统，从端系统接受到指令后，操作导管对患者进行介入手术。同时在从端上安装各种传感器以获取体内特别是血管内的特定信息。
主从微创血管介入手术辅助系统能够有效解决上述问题，医生可以在一个安全不受X光辐射的环境中操作手术，医生的生理颤抖和误操作都可以通过系统过滤掉，减少了医生的培训时间。近年来，遥操作主从微创血管介入手术辅助系统已成为一个研究热点。传统手术中医生直接操作手术器械，器械与人体组织的接触信息可以直接传给医生，而微创手术中医生手术中的触觉信息由于手术器械的关系大多很难得到。因此，在微创手术中，医生由于缺少了触觉信息而使得手术增加了危险，可能因操作不当或过猛损坏了病人的器官。触觉反馈在很多研究中都有涉及，但反馈方式传统的直接通过手术器械的方式相差甚远，医生的操作方式和传统的方式也大大不同，通常是直接的发送动作指令。因此，传统介入手术所积累的经验技巧得不到很好的利用，不符合人体工学的要求。而且在实际手术中医生的操作必定是对导管和导丝的操作会进行频繁的更替或者同时进行。在众多研究中，手术现场的导管操作机器人装置设计都基于摩擦滚轮的方式，这种方式容易对导管造成损坏，损坏的导管也可能对血管造成伤害，同时摩擦推动本身存在推进误差。并且也没有对导管和导丝同时进行操作的功能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，适用于血管造影、血栓或异物的摘除、治疗肿瘤或血管畸形、溶解血栓等方面，能够允许医生像传统手术一样去操作，根据医生的操作信息完成介入动作，并能将实时的触觉信息直观的反馈给医生，能够提高介入手术的安全性和可操作性，且结构简单易实现，并使医生可以同时对导管和导丝进行操作。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，包括：导丝、导丝操作器、导管、导管操作器、滑动支架、轴向运动控制器及外壳；
所述导丝操作器用于对手术用的导丝进行旋转、夹紧及放松操作，并检测导丝在手术中的受力情况；
所述导管操作器用于对手术用的导管进行旋转、夹紧及放松操作，并检测导管在手术中的受力情况；
所述滑动支架用于对导丝和导管进行支撑，并限制导丝在进入导管之前的运动轨迹，防止导丝在进入导管之前发生弯曲；
所述轴向运动控制器用于控制导管和导丝的轴向运动；
所述外壳用于对导丝操作器、导管操作器和滑动支架进行支撑。
进一步的，所述轴向运动控制器包括：伺服电机、线性滑台及外壳安装台；外壳安装台与线性滑台滑动配合，伺服电机固定在线性滑台上，并控制外壳安装台沿线性滑台的滑动方向运动，其中，线性滑台的滑动方向与导丝的轴向一致；
所述外壳固定在外壳安装台上，并随外壳安装台沿线性滑台的滑动方向运动。
进一步的，所述滑动支架包括：滑轨和支架；滑轨安装在外壳内，两个以上支架的底端均与滑轨滑动配合，使支架沿滑轨的滑动方向运动，其中，滑轨的滑动方向与导丝的轴向一致；导丝穿过一部分支架的顶端及导管穿过另一部分支架的顶端后，导丝与导管孔轴配合。
进一步的，所述导丝操作器和导管操作器均安装在外壳内，且分别位于滑动支架的两端，导丝未与导管配合的一端穿过导丝操作器，导管未与导丝配合的一端穿过导管操作器；
其中，所述导丝操作器包括导丝扭转器、导丝扭转器夹持机构、导丝受力检测机构和导丝扭转器旋转机构；
所述导丝扭转器实现对导丝的夹紧与放松操作；导丝扭转器包括工作轮及支撑轴；所述工作轮的外圆周面加工有周向齿；所述支撑轴内加工有轴向通孔，轴向通孔内安装有用于夹紧导丝的爪钳；工作轮与支撑轴同轴分布并螺纹连接，通过工作轮与支撑轴的相对旋转，使得径向压紧或放松支撑轴内的爪钳，进而实现对导丝的夹紧或放松；导丝扭转器通过支撑架安装在外壳内，导丝同轴穿过导丝扭转器；
所述导丝受力检测机构在导丝的夹紧状态下检测导丝的受力情况，并将数据传输至PC控制端；
所述导丝扭转器夹持机构实现对导丝扭转器的支撑轴的夹紧与放松；
所述导丝扭转器旋转机构实现对导丝扭转器工作轮的旋转操作：当导丝扭转器被夹紧状态下通过旋转导丝扭转器实现对导丝的夹紧与放松操作；当在导丝被夹紧且导丝扭转器未被夹紧的状态下通过对导丝扭转器的旋转来控制导丝的旋转和轴向运动；
所述导管操作器与导丝操作器结构相同。
进一步的，所述导丝受力检测机构包括推拉力传感器、传感器支架、U型板、预紧板、滑轨A和滑轨B及支撑连接板；
所述滑轨B由两个导轨及与两个导轨滑动配合的连接架组成；
推拉力传感器通过传感器支架安装在外壳内，滑轨B安装在外壳内，滑轨A位于传感器支架和滑轨B之间，并通过支撑连接板安装在外壳内，且滑轨A的滑块一端与推拉力传感器连接，两个U型板分别安装在滑轨A的滑块的另一端和滑轨B的连接架上，且两个U型板平行；预紧板为楔形块，安装在滑轨B的连接架上，用于与外部的结构抵触，实现对滑轨B轴向锁紧；导丝扭转器位于两个U型板之间。
进一步的，所述导丝扭转器夹持机构包括夹齿、凸轮、直流电机I及电机安装架I；
直流电机I通过电机安装架I安装在外壳内；夹齿套装在导丝扭转器的支撑轴上；凸轮安装在直流电机I的输出轴上，在直流电机I的作用下挤压或放松夹齿。
进一步的，所述导丝扭转器旋转机构包括：惰轮、直流电机II、旋转齿轮、电机安装架II及惰轮安装架；
直流电机II通过电机安装架II固定在外壳内，旋转齿轮安装在直流电机II的输出轴上，并与导丝扭转器的工作轮啮合，旋转齿轮通过直流电机II的旋转控制导丝扭转器的旋转；惰轮通过惰轮安装架固定在外壳内，并与导丝扭转器的工作轮啮合。
有益效果：(1)本发明从端控制器推送运动的结构设计模仿医生的抓送方式，符合仿生学的要求，同时能够有效降低推进误差；且通过直接操作导丝和导管，符合人体工学的要求，能够充分利用传统手术中所获取的操作经验技巧；
(2)本发明通过导丝受力检测机构和导管受力检测机构为医生提供操作导丝和导管所需要的实时、准确的力反馈，能够让医生有亲临现场操作的感觉，医生根据力觉反馈和视觉反馈执行手术决策，手术的安全性能够有效地提高；
(3)本发明在手术中能够单独对导管或导丝进行操作，也可同时对导管和导丝进行操作，使手术的步骤更加的真实，有效的提高了手术的效果和医生的体验。
附图说明
图1为本发明的总体结构图。
图2为本发明的轴向运动控制器的结构图。
图3为本发明的滑动支架的结构图。
图4为本发明的导丝操作器的结构图。
图5为本发明的导丝受力检测机构和导管受力检测机构的结构图。
图6为本发明的导丝扭转器夹持机构和导管扭转器夹持机构的结构图。
图7为本发明的导丝扭转器旋转机构和导管扭转器旋转机构的结构图。
图8为本发明的导管操作器的结构图。
其中，1为导丝，2为导丝操作器，3为滑动支架，4为导管，5为导管操作器，6为轴向运动控制器，2-1为导丝受力检测机构，2-1-1为推拉力传感器，2-1-2为传感器支架，2-1-3为支撑连接板，2-1-4为滑轨A，2-1-5为U型板，2-1-6预紧板，2-1-7为滑轨B，2-2为导丝扭转器夹持机构，2-2-1为直流电机I，2-2-2为电机安装架I，2-2-3为夹齿，2-2-4为凸轮，2-3为导丝扭转器旋转机构，2-3-1为直流电机II，2-3-2为旋转齿轮，2-3-3为电机安装架II，2-3-4为惰轮，2-3-5为惰轮安装架，2-4为导丝扭转器，3-1为支架，3-2为滑轨，5-1为导管受力检测机构，5-2为导管扭转器夹持机构，5-3为导管扭转器旋转机构，5-4为导管扭转器，6-1-1为伺服电机，6-1-2为线性滑台，6-2为外壳，6-3为外壳安装台。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，参见附图1，包括：导丝1、导丝操作器2、导管4、导管操作器5、滑动支架3、轴向运动控制器6及外壳6-2；
所述轴向运动控制器6用于控制导管4和导丝1的轴向运动以及导管操作器5和导丝操作器2的回撤；
所述外壳6-2用于对导丝操作器2、导管操作器5和滑动支架3进行支撑；
所述滑动支架3用于对导丝1和导管4进行支撑，使导丝1和导管4在运动过程中保持稳定，并限制导丝1在进入导管4之前的运动轨迹，防止导丝1在进入导管4之前发生弯曲；
所述导丝操作器2通过医生的远程控制实现对手术用的导丝1的旋转、夹紧及放松操作，并检测导丝1在手术中的受力情况向医生发出触觉反馈信息；
所述导管操作器5通过医生的远程控制实现对手术用的导管4的旋转、夹紧及放松操作，并检测导管4在手术中的受力情况向医生发出触觉反馈信息；
其中，参见附图2，所述轴向运动控制器6包括：伺服电机6-1-1、线性滑台6-1-2及外壳安装台6-3；外壳安装台6-3与线性滑台6-1-2滑动配合，伺服电机6-1-1固定在线性滑台6-1-2上，并控制外壳安装台6-3沿线性滑台6-1-2的滑动方向运动，其中，线性滑台6-1-2的滑动方向与导丝1或导管4的轴向一致；所述线性滑台6-1-2的行程根据单程推进尺寸选择为0-300mm；
所述外壳6-2固定在外壳安装台6-3上，并可随外壳安装台6-3沿线性滑台6-1-2的滑动方向运动；
参见附图3，所述滑动支架3包括：滑轨3-2和支架3-1；滑轨3-2安装在外壳6-2内，两个以上支架3-1的底端均与滑轨3-2滑动配合，使得支架3-1能够沿滑轨3-2的滑动方向运动，其中，滑轨3-2的滑动方向与导丝1或导管4的轴向一致；支架3-1的顶端有导管4或导丝1穿过，实现支撑导管4和防止导丝1的弯曲；
所述导丝操作器2和导管操作器5均安装在外壳6-2内，且分别位于滑动支架3的两端，导丝1依次穿过导丝操作器2与一部分支架3-1的顶端及导管4依次穿过导管操作器5与另一部分支架3-1的顶端后，导丝1与导管4孔轴配合；
其中，参见附图4，所述导丝操作器2包括导丝扭转器2-4、导丝扭转器夹持机构2-2、导丝受力检测机构2-1和导丝扭转器旋转机构2-3；
其中，所述导丝扭转器2-4实现对导丝1的夹紧与放松操作；导丝扭转器2-4包括工作轮及支撑轴，所述工作轮的外圆周面加工有周向齿；所述支撑轴内加工有轴向通孔，轴向通孔内安装有用于夹紧导丝的爪钳；工作轮与支撑轴同轴分布并螺纹连接，通过工作轮与支撑轴的相对旋转，使得径向压紧或放松支撑轴内的爪钳，进而实现对导丝的夹紧或放松；导丝扭转器2-4通过支撑架安装在外壳6-2内，导丝1同轴穿过导丝扭转器2-4；
参见附图5，所述导丝受力检测机构2-1在导丝1的夹紧状态下可检测到导丝1的受力情况，并将数据传输至PC控制端；它包括推拉力传感器2-1-1、传感器支架2-1-2、U型板2-1-5、预紧板2-1-6、滑轨A2-1-4和滑轨B2-1-7及支撑连接板2-1-3；所述推拉力传感器2-1-1的量程为0-5N，精度为0.025％；所述滑轨B2-1-7由两个导轨及与两个导轨滑动配合的连接架组成；推拉力传感器2-1-1通过传感器支架2-1-2安装在外壳6-2内，滑轨B2-1-7安装在外壳6-2内，滑轨A2-1-4位于传感器支架2-1-2和滑轨B2-1-7之间，并通过支撑连接板2-1-3安装在外壳6-2内，且滑轨A2-1-4的滑块一端与推拉力传感器2-1-1连接，两个U型板2-1-5分别安装在滑轨A2-1-4的滑块的另一端和滑轨B2-1-7的连接架上，且两个U型板2-1-5平行；预紧板2-1-6为楔形块，安装在滑轨B2-1-7的连接架上，用于与外部的结构抵触，实现对滑轨B2-1-7轴向锁紧；导丝扭转器2-4位于两个U型板2-1-5之间，当导丝1将受到的力传递给导丝扭转器2-4后，导丝扭转器2-4向靠近推拉力传感器2-1-1的方向移动，直到抵触到U型板2-1-5，导丝扭转器2-4将受力通过U型板2-1-5及滑轨A2-1-4传递给推拉力传感器2-1-1，进而测出导丝1的受力；其中，滑轨A2-1-4和滑轨B2-1-7利用滚珠有效的减少了摩擦力造成的机械误差；
参见附图6，所述导丝扭转器夹持机构2-2实现对导丝扭转器2-4的支撑轴的夹紧与放松；它包括夹齿2-2-3、凸轮2-2-4、直流电机I2-2-1及电机安装架I2-2-2；直流电机I2-2-1通过电机安装架I2-2-2安装在外壳6-2内；夹齿2-2-3套装在导丝扭转器2-4的支撑轴上；凸轮2-2-4安装在直流电机I2-2-1的输出轴上，在直流电机I2-2-1的作用下挤压或放松夹齿2-2-3，实现对导丝扭转器2-4支撑轴的夹紧；
参见附图7，所述导丝扭转器旋转机构2-3实现对导丝扭转器2-4工作轮的旋转操作：当导丝扭转器2-4被夹齿2-2-3的夹紧状态下可通过旋转导丝扭转器2-4实现对导丝1的夹紧与放松操作；当导丝1被夹紧且导丝扭转器2-4未被夹齿2-2-3夹紧的状态下可通过对导丝扭转器2-4的旋转来控制导丝1的旋转和轴向运动；所述导丝扭转器旋转机构2-3包括：惰轮2-3-4、直流电机II2-3-1、旋转齿轮2-3-2、电机安装架II2-3-3及惰轮安装架2-3-5；直流电机II2-3-1通过电机安装架II2-3-3固定在外壳6-2内，旋转齿轮2-3-2安装在直流电机II2-3-1的输出轴上，并与导丝扭转器2-4的工作轮啮合，旋转齿轮2-3-2通过直流电机II2-3-1的旋转控制导丝扭转器2-4的旋转；惰轮2-3-4通过惰轮安装架2-3-5固定在外壳6-2内，并与导丝扭转器2-4的工作轮啮合，对导丝扭转器2-4起到支撑作用；
参见附图8，所述导管操作器5包括导管扭转器5-4、导管扭转器夹持机构5-2、导管受力检测机构5-1和导管扭转器旋转机构5-3；
其中，所述导管扭转器5-4与导丝扭转器2-4的结构相同，但导管扭转器5-4与导丝扭转器2-4的支撑轴内部的爪钳尺寸不同，以满足夹持导管4和导丝1的需求；导管扭转器5-4通过支撑架安装在外壳6-2内，导管4同轴穿过导管扭转器5-4；
所述导管扭转器夹持机构5-2、导管受力检测机构5-1和导管扭转器旋转机构5-3分别与导丝扭转器夹持机构2-2、导丝受力检测机构2-1和导丝扭转器旋转机构2-3结构组成及作用均相同；
基于导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器的工作方法，其具体步骤如下：
由于介入手术中医生的操作手法主要有以下这三种：①推送和回撤，即实现导管或导丝在血管中的前进和后退动作；②旋转，即实现导管或导丝在血管中的旋转动作；③推送同时旋转，即实现导管或导丝在关键部位的定位。
为了使所述从端控制器能够完全复现医生的手术操作方式，完成手术过程，所述从端控制器设计了五个基本动作，包括①选择操作对象，②对导管和导丝的旋转操作，③导管和导丝的轴向运动，④导管操作器5和导丝操作器2的后撤运动，⑤导丝和导管的受力检测，以保证手术的安全性；
第一步，选择操作对象为导丝、导管或导丝-导管共同控制：
在进行手术操作时，根据不同医生对操作对象的不同要求，选择操作对象为导丝、导管或导丝-导管共同操作；
第二步，对操作对象进行夹紧：
若操作对象为导丝，则导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I将导丝扭转器的支撑轴夹紧后，导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II转动进而控制导丝扭转器的工作轮转动，导丝扭转器夹紧导丝；
若操作对象为导管，则导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I将导管扭转器的支撑轴夹紧后，导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II转动进而控制导管扭转器的工作轮转动，导管扭转器夹紧导管；
若操作对象为导丝-导管共同操作，则导丝扭转器夹持机构和导管扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I将导丝扭转器的支撑轴与导管扭转器的支撑轴夹紧后，导丝扭转器旋转机构和导管扭转器旋转机构通过控制各自的直流电机II转动进而控制导丝扭转器和导管扭转器的工作轮转动，导丝扭转器和导管扭转器分别夹紧导丝和导管；
第三步，对操作对象进行手术操作：
(1)当进行旋转运动时：
若操作对象为导丝，在第二步中的导丝扭转器夹紧导丝后，导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导丝扭转器的支撑轴；然后，导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导丝扭转器旋转，实现导丝的旋转运动；
若操作对象为导管，在第二步中的导管扭转器夹紧导管后，导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导管扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导管扭转器旋转，实现导管的旋转运动；
若操作对象为导丝导管共同操作，在第二步中的导管扭转器和导丝扭转器分别夹紧导管和导丝后，导管扭转器夹持机构和导丝扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I旋转，使夹齿分别放松导管扭转器和导丝扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构和导丝扭转器旋转机构通过控制各自的直流电机II旋转进而控制导管扭转器和导丝扭转器旋转，实现导管和导丝的旋转运动；
导丝扭转器旋转机构和导管扭转器旋转机构的控制直流电机II的转速根据医生的主端控制来设定，进而设定导丝和导管的旋转信息；利用安装在直流电机II上的MR编码器检测导管、导丝的旋转信息，并输出至PC控制端，PC控制端进一步对直流电机II的转速进行控制，实现闭环及高精度控制；
(2)当进行轴向运动时：
若操作对象为导丝，在第二步中的导丝扭转器夹紧导丝后，导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导丝扭转器的支撑轴；然后，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导丝操作器沿其轴向运动，实现导丝的轴向运动；
若操作对象为导管，在第二步中的导管扭转器夹紧导管后，导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导管扭转器的支撑轴；然后，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器沿其轴向运动，实现导管的轴向运动；
若操作对象为导丝导管共同操作，在第二步中的导管扭转器和导丝扭转器分别夹紧导管和导丝后，导管扭转器夹持机构和导丝扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I旋转，使夹齿分别放松导管扭转器和导丝扭转器的支撑轴；然后，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器和导丝操作器沿其轴向运动，实现导管和导丝的轴向运动；
导丝和导管的轴向运动信息通过安装在轴向运动控制器上的直线位移传感器滑块随着外壳的同步移动采集，直线位移传感器实时感应直线位移传感器滑块位置的变化即可得出导管、导丝的轴向位移及速率输出至PC控制端，PC控制端进一步对伺服电机的转速进行控制，实现闭环控制，实现高精度控制；
(3)当进行旋转与轴向运动的复合运动时：
若操作对象为导丝，在第二步中的导丝扭转器夹紧导丝后，导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导丝扭转器的支撑轴；然后，导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导丝扭转器旋转，同时，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导丝操作器沿其轴向运动，实现导丝的旋转与轴向运动复合运动；
若操作对象为导管，在第二步中的导管扭转器夹紧导管后，导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导管扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导管扭转器旋转，同时，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器沿其轴向运动，实现导管的旋转与轴向运动复合运动；
若操作对象为导丝导管共同操作，在第二步中的导管扭转器和导丝扭转器分别夹紧导管和导丝后，导管扭转器夹持机构和导丝扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I旋转，使夹齿分别放松导管扭转器和导丝扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构和导丝扭转器旋转机构通过控制各自的直流电机II旋转进而控制导管扭转器和导丝扭转器旋转，同时，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器和导丝操作器沿其轴向运动，实现导管和导丝的旋转与轴向运动复合运动；
第四步，对操作对象进行回撤运动：
当导管操作器和导丝操作器在第三步的轴向运动中达到线性滑台的最大行程时：
导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿夹紧导丝扭转器的支撑轴；导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II逆向转动进而控制导丝扭转器的工作轮逆向转动，使得导丝扭转器放松导丝；外壳及导丝操作器在伺服电机和线性滑台作用下后撤至初始位置，且导丝位置保持不变；
导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿夹紧导管扭转器的支撑轴；导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II逆向转动进而控制导管扭转器的工作轮逆向转动，使得导管扭转器放松导管；外壳及导管操作器在伺服电机和线性滑台作用下后撤至初始位置，且导管位置保持不变；
第五步，对操作对象进行受力检测：
在导丝和导管的运动中，导丝和导管的受力将传递至导丝扭转器和导管扭转器上，推拉力传感器通过检测到导丝扭转器和导管扭转器的受力情况，得到导丝和导管在轴向上的受力信息，并将受力信息传递至PC控制端为医生提供触觉反馈；
第六步，重复进行第二步至第五步的操作，直到手术结束。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (8)
1.一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，包括：导丝、导丝操作器、导管、导管操作器、滑动支架、轴向运动控制器及外壳；
所述导丝操作器用于对手术用的导丝进行旋转、夹紧及放松操作，并检测导丝在手术中的受力情况；
所述导管操作器用于对手术用的导管进行旋转、夹紧及放松操作，并检测导管在手术中的受力情况；
所述滑动支架用于对导丝和导管进行支撑，并限制导丝在进入导管之前的运动轨迹，防止导丝在进入导管之前发生弯曲；
所述轴向运动控制器用于控制导管和导丝的轴向运动；
所述外壳用于对导丝操作器、导管操作器和滑动支架进行支撑。
2.如权利要求1所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，所述轴向运动控制器包括：伺服电机、线性滑台及外壳安装台；外壳安装台与线性滑台滑动配合，伺服电机固定在线性滑台上，并控制外壳安装台沿线性滑台的滑动方向运动，其中，线性滑台的滑动方向与导丝的轴向一致；
所述外壳固定在外壳安装台上，并随外壳安装台沿线性滑台的滑动方向运动。
3.如权利要求1所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，所述滑动支架包括：滑轨和支架；滑轨安装在外壳内，两个以上支架的底端均与滑轨滑动配合，使支架沿滑轨的滑动方向运动，其中，滑轨的滑动方向与导丝的轴向一致；导丝穿过一部分支架的顶端及导管穿过另一部分支架的顶端后，导丝与导管孔轴配合。
4.如权利要求1或3所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，所述导丝操作器和导管操作器均安装在外壳内，且分别位于滑动支架的两端，导丝未与导管配合的一端穿过导丝操作器，导管未与导丝配合的一端穿过导管操作器；
其中，所述导丝操作器包括导丝扭转器、导丝扭转器夹持机构、导丝受力检测机构和导丝扭转器旋转机构；
所述导丝扭转器实现对导丝的夹紧与放松操作；导丝扭转器包括工作轮及支撑轴；所述工作轮的外圆周面加工有周向齿；所述支撑轴内加工有轴向通孔，轴向通孔内安装有用于夹紧导丝的爪钳；工作轮与支撑轴同轴分布并螺纹连接，通过工作轮与支撑轴的相对旋转，使得径向压紧或放松支撑轴内的爪钳，进而实现对导丝的夹紧或放松；导丝扭转器通过支撑架安装在外壳内，导丝同轴穿过导丝扭转器；
所述导丝受力检测机构在导丝的夹紧状态下检测导丝的受力情况，并将数据传输至PC控制端；
所述导丝扭转器夹持机构实现对导丝扭转器的支撑轴的夹紧与放松；
所述导丝扭转器旋转机构实现对导丝扭转器工作轮的旋转操作：当导丝扭转器被夹紧状态下通过旋转导丝扭转器实现对导丝的夹紧与放松操作；当在导丝被夹紧且导丝扭转器未被夹紧的状态下通过对导丝扭转器的旋转来控制导丝的旋转和轴向运动；
所述导管操作器与导丝操作器结构相同。
5.如权利要求4所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，所述导丝受力检测机构包括推拉力传感器、传感器支架、U型板、预紧板、滑轨A和滑轨B及支撑连接板；
所述滑轨B由两个导轨及与两个导轨滑动配合的连接架组成；
推拉力传感器通过传感器支架安装在外壳内，滑轨B安装在外壳内，滑轨A位于传感器支架和滑轨B之间，并通过支撑连接板安装在外壳内，且滑轨A的滑块一端与推拉力传感器连接，两个U型板分别安装在滑轨A的滑块的另一端和滑轨B的连接架上，且两个U型板平行；预紧板为楔形块，安装在滑轨B的连接架上，用于与外部的结构抵触，实现对滑轨B轴向锁紧；导丝扭转器位于两个U型板之间。
6.如权利要求4所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，所述导丝扭转器夹持机构包括夹齿、凸轮、直流电机I及电机安装架I；
直流电机I通过电机安装架I安装在外壳内；夹齿套装在导丝扭转器的支撑轴上；凸轮安装在直流电机I的输出轴上，在直流电机I的作用下挤压或放松夹齿。
7.如权利要求4所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器，其特征在于，所述导丝扭转器旋转机构包括：惰轮、直流电机II、旋转齿轮、电机安装架II及惰轮安装架；
直流电机II通过电机安装架II固定在外壳内，旋转齿轮安装在直流电机II的输出轴上，并与导丝扭转器的工作轮啮合，旋转齿轮通过直流电机II的旋转控制导丝扭转器的旋转；惰轮通过惰轮安装架固定在外壳内，并与导丝扭转器的工作轮啮合。
8.基于权利要求1所述的一种导管-导丝协同操作介入手术辅助系统从端控制器的工作方法，其步骤如下：
第一步，选择操作对象：
在进行手术操作时，根据实际需求选择操作对象为导丝、导管或导丝导管共同操作；
第二步，对操作对象进行夹紧：
若操作对象为导丝，则导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I将导丝扭转器的支撑轴夹紧后，导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II转动进而控制导丝扭转器的工作轮转动，导丝扭转器夹紧导丝；
若操作对象为导管，则导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I将导管扭转器的支撑轴夹紧后，导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II转动进而控制导管扭转器的工作轮转动，导管扭转器夹紧导管；
若操作对象为导丝导管共同操作，则导丝扭转器夹持机构和导管扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I将导丝扭转器的支撑轴与导管扭转器的支撑轴夹紧后，导丝扭转器旋转机构和导管扭转器旋转机构通过控制各自的直流电机II转动进而控制导丝扭转器和导管扭转器的工作轮转动，导丝扭转器和导管扭转器分别夹紧导丝和导管；
第三步，对操作对象进行手术操作：
(1)当进行旋转运动时：
若操作对象为导丝，在第二步中的导丝扭转器夹紧导丝后，导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导丝扭转器的支撑轴；然后，导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导丝扭转器旋转，实现导丝的旋转运动；
若操作对象为导管，在第二步中的导管扭转器夹紧导管后，导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导管扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导管扭转器旋转，实现导管的旋转运动；
若操作对象为导丝导管共同操作，在第二步中的导管扭转器和导丝扭转器分别夹紧导管和导丝后，导管扭转器夹持机构和导丝扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I旋转，使夹齿分别放松导管扭转器和导丝扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构和导丝扭转器旋转机构通过控制各自的直流电机II旋转进而控制导管扭转器和导丝扭转器旋转，实现导管和导丝的旋转运动；
导丝扭转器旋转机构和导管扭转器旋转机构的控制直流电机II的转速根据医生的主端控制来设定，进而设定导丝和导管的旋转信息；利用安装在直流电机II上的MR编码器检测导管、导丝的旋转信息，并输出至PC控制端，PC控制端进一步对直流电机II的转速进行控制，实现闭环及高精度控制；
(2)当进行轴向运动时：
若操作对象为导丝，在第二步中的导丝扭转器夹紧导丝后，导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导丝扭转器的支撑轴；然后，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导丝操作器沿其轴向运动，实现导丝的轴向运动；
若操作对象为导管，在第二步中的导管扭转器夹紧导管后，导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导管扭转器的支撑轴；然后，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器沿其轴向运动，实现导管的轴向运动；
若操作对象为导丝导管共同操作，在第二步中的导管扭转器和导丝扭转器分别夹紧导管和导丝后，导管扭转器夹持机构和导丝扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I旋转，使夹齿分别放松导管扭转器和导丝扭转器的支撑轴；然后，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器和导丝操作器沿其轴向运动，实现导管和导丝的轴向运动；
导丝和导管的轴向运动信息通过安装在轴向运动控制器上的直线位移传感器滑块随着外壳的同步移动采集，直线位移传感器实时感应直线位移传感器滑块位置的变化即可得出导管、导丝的轴向位移及速率输出至PC控制端，PC控制端进一步对伺服电机的转速进行控制，实现闭环及高精度控制；
(3)当进行旋转与轴向运动的复合运动时：
若操作对象为导丝，在第二步中的导丝扭转器夹紧导丝后，导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导丝扭转器的支撑轴；然后，导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导丝扭转器旋转，同时，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导丝操作器沿其轴向运动，实现导丝的旋转与轴向运动复合运动；
若操作对象为导管，在第二步中的导管扭转器夹紧导管后，导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿放松导管扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II旋转进而控制导管扭转器旋转，同时，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器沿其轴向运动，实现导管的旋转与轴向运动复合运动；
若操作对象为导丝导管共同操作，在第二步中的导管扭转器和导丝扭转器分别夹紧导管和导丝后，导管扭转器夹持机构和导丝扭转器夹持机构通过控制各自的直流电机I旋转，使夹齿分别放松导管扭转器和导丝扭转器的支撑轴；然后，导管扭转器旋转机构和导丝扭转器旋转机构通过控制各自的直流电机II旋转进而控制导管扭转器和导丝扭转器旋转，同时，轴向运动控制器通过伺服电机控制线性滑台带动外壳及导管操作器和导丝操作器沿其轴向运动，实现导管和导丝的旋转与轴向运动复合运动；
第四步，对操作对象进行回撤运动：
当导管操作器和导丝操作器在第三步的轴向运动中达到线性滑台的最大行程时：
导丝扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿夹紧导丝扭转器的支撑轴；导丝扭转器旋转机构通过控制直流电机II逆向转动进而控制导丝扭转器的工作轮逆向转动，使得导丝扭转器放松导丝；外壳及导丝操作器在伺服电机和线性滑台作用下后撤至初始位置，且导丝位置保持不变；
导管扭转器夹持机构通过控制直流电机I旋转，使夹齿夹紧导管扭转器的支撑轴；导管扭转器旋转机构通过控制直流电机II逆向转动进而控制导管扭转器的工作轮逆向转动，使得导管扭转器放松导管；外壳及导管操作器在伺服电机和线性滑台作用下后撤至初始位置，且导管位置保持不变；
第五步，对操作对象进行受力检测：
在导丝和导管的运动中，导丝和导管的受力将传递至导丝扭转器和导管扭转器上，推拉力传感器通过检测到导丝扭转器和导管扭转器的受力情况，得到导丝和导管在轴向上的受力信息，并将受力信息传递至PC控制端；
第六步，重复进行第二步至第五步的操作，直到手术结束。
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Inventor after: Shi Liwei Inventor after: Zhang Chaonan Inventor after: Zhao Yan Inventor after: Jia Feiyu Inventor after: Li Jiangchao Inventor after: Xu Changqi Inventor after: Chen Qianrui Inventor after: Guo Shuxiang Inventor after: Gao Baofeng Inventor after: Xiao Nan Inventor after: Wang Yuan Inventor after: Peng Weili Inventor after: Li Guangxuan Inventor after: Qin Mingyang Inventor after: Bao Xianqiang Inventor before: Guo Shuxiang Inventor before: Zhang Chaonan Inventor before: Zhao Yan Inventor before: Jia Feiyu Inventor before: Li Jiangchao Inventor before: Xu Changqi Inventor before: Chen Qianrui Inventor before: Shi Liwei Inventor before: Gao Baofeng Inventor before: Xiao Nan Inventor before: Wang Yuan Inventor before: Peng Weili Inventor before: Li Guangxuan Inventor before: Qin Mingyang Inventor before: Bao Xianqiang |
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Effective date of registration: 20200819 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation zone before Bay Road No. 1 building 201 room A Patentee after: Frontier Industrial Design Research (Shenzhen) Co.,Ltd. Address before: 100081 No. 5, Zhongguancun South Street, Haidian District, Beijing Patentee before: BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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Address after: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. Address before: 1401-1406, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, ganliliu Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong 518000 Patentee before: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
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Address after: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Aibo Hechuang Medical Robot Co.,Ltd. Address before: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. |
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