CN107374739A - 一种介入手术机器人从端装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介入手术机器人从端装置及其控制方法，属于微创血管介入手术技术领域。该装置包括主体部分、导管夹持器、导丝夹紧器、括扭转组件和测力组件；导管夹持器用于夹持导管，导丝夹紧器用于夹紧或松开导丝，它们均可拆卸安装在主体部分上；导管夹持器包括医用三通阀和夹持组件，医用三通阀用于连接导管，它通过夹持组件固定在主体部分上；扭转组件用于驱动医用三通阀的螺旋帽带动导管旋转；测力组件用于检测导管的推送力。该装置能夹持导管，以及夹紧或放松导丝，达到导管导丝协同配合操作，结构简单，拆装方便。该方法通过对从端装置的控制，可完成导管的夹持、推送、扭转和测力，以及对导丝的夹紧，从而实现导管与导丝的协同配合。

Description

一种介入手术机器人从端装置及其控制方法

技术领域

本发明属于微创血管介入手术技术领域，涉及对于介入手术中导管导丝的控制技术，更具体地说，涉及一种介入手术机器人从端装置及其控制方法。

背景技术

日益高发的心脑血管疾病严重影响国民健康与社会生活，为中国医疗卫生体系带来巨大压力。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，全球每年有1670万人死于心脑血管疾病，占所有疾病死亡率的29.2％，每年我国900万心脑血管疾病患者中就有250万人死亡。

心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段，能减少传统开颅、开胸手术给患者带来的创伤及痛苦，术后恢复时间短，能够有效提高医疗资源利用率。然而，传统心脑血管介入手术由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内。一方面，手术过程中，由于放射线影响，医生体力下降较快，注意力及稳定性随之降低，导致操作精度下降，易发生因推送力不当而引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险。另一方面，长期电离辐射的累积伤害会大幅地增加术者罹患白血病、癌症以及急性白内障的几率。“吃线”问题已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。借助机器人技术进行导管、导丝遥操作的手术方法能够有效应对这一问题，可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能有效降低放射线对主刀医生的伤害，降低术中事故的发生几率。因此，心脑血管介入手术辅助机器人越来越多的被人们所关注，逐渐成为当今各科技强国在医疗机器人领域的重点研发对象。

国外血管介入手术机器人研究相对较早，但尚未完全实现临床应用。国内相关研究起步较晚，主要有北京理工大学、天津理工大学、北京航空航天大学和哈尔滨工业大学等。

目前血管介入手术机器人主要采用主从端操作结构，以将医生与放射线隔离，如天津理工大学申请的申请号为：201410206956.7，公开日为：2014年9月17日的发明专利，公开了一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，它包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、手术导管、操作力检测单元和倾角可调底座，其工作方法包括信号检测、传递、处理、动作。优越性在于：可以模仿医生的介入操作动作，操作精度高，有效提高手术安全性；可以保证不同的接受治疗者或者不同的介入位置均能调整到操作者所期望的角度；装置整体采用铝合金材料，尺寸小、质量轻。该发明能够很好地完成导丝的推送，并且采用磁流变液来实现力反馈，存在运动部件惯量小、反馈灵敏等优点。又如，北京航空航天大学申请的申请号为：201210510169.2，公开日为：2014年9月17日的专利文献，公开了一种主从式遥操作血管介入手术机器人，包括主端操控机构、从端推进机构、PMAC控制器；主端操控机构作为医生的操作端；从端推进机构作为机器人的执行机构，在手术室内代替医生把持导管，完成导管的运动功能；PMAC控制箱用来实现主端操控机构与从端推进机构间的信息传递，从而使从端导管推进机构按照主端操控机构的运动信息进行运动，其采用主从遥操作方式辅助医生实施手术，从端推进机构实现导管的轴向进给和周向旋转运动。再如，哈尔滨工业大学于2011年1月17日申请的名称为一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统的专利，它的主手手柄及计算机主机置于控制室内，控制柜、导管手柄、主从介入装置、磁场发生器及可控导管置于手术室内，主手手柄位姿信号经计算机主机处理后传递给控制柜，控制柜内有运动控制卡和驱动器，运动控制卡接收命令发送指令到驱动器，驱动器将控制信号传递给主从介入装置的各个电机，进而控制介入装置实现可控导管的推/拉、旋转和弯曲操作，位姿传感器采集到可控弯曲段的位姿信息，位姿信号经运动控制卡传给计算机主机进行信号处理。该方案采用了可控导管，可获得可控导管弯曲可控段的位姿信息，保证可控导管前端的灵活性以及插管手术的可操纵性，同时通过主手手柄控制主从介入装置实现可控导管的推\拉、旋转和弯曲动作，并能获得手术室可控导管输送力信息，保证插管的精确性与稳定性。

上述方案都是对于国内对于血管介入手术机器人较为先进的研究，但它们都存在如下几方面问题：(1)只能单独推送导丝或导管，不能在手术过程中协同推送导管和导丝，使其不能完全模拟医生的操作动作，并且在一些需要导丝导管同时配合前进的部位难以操作，进而造成操作精度低、手术效率低下、对医生的辅助程度低、存在一定的安全隐患；(2)结构相对比较臃肿复杂，不仅制造成本高，而且影响操作精度；(3)导管导丝的拆装不方便，不易于手术中更换导管导丝，对导管导丝进行消毒处理；(4)手术中无法知晓导管导丝在血管内的相对位置，手术风险较高。

发明人一直致力于此方面的研究，并在此之前申请了相关专利，如中国专利申请号为：201510064919.1，公开日为：2015年5月20日的专利文献，公开了一种用于介入手术机器人的测量装置，它的基座通过合页连接有上盖；上盖设有凹形限位板以及推块，当上盖闭合时，凹形限位板将柱齿轮与主动轮、惰轮压紧，限制竖直方向位移，推块将左侧U型挡片向右侧推进，另右侧U型挡片、左侧U型挡片将导丝驱动辅助件夹紧；基座安装在直线驱动组件的滑块上。该方案可有效减少推送力在传导过程中的损失、降低因装配或振动等原因引起的较大误差，但其也只用于驱动导丝，无法完成导管导丝的协同操作；而且，虽然导丝的拆装相比前述设计有所改进，但是依然有所改进；另外，其也无法在手术中了解导丝在血管内，导丝头端与血管壁之间的相对位置。

在此之后，发明人持续对介入手术机器人的技术进行研究，并于2016年3月3日申请了申请号为：201610119761.8，名称为：主从微创血管介入手术机器人从端及其控制方法的专利，它包括从端控制机构和从端移动平台，从端控制机构由夹持驱动机构Ⅰ、推力反馈机构Ⅱ、无损夹持机构Ⅲ、夹持控制机构Ⅳ组成，同时本发明还给出了其控制方法。该方案通过设计了无损夹持机构、夹持控制机构、夹持驱动机构和推力反馈机构，来完成手术过程中导丝的夹持、放松、旋转、推送、推送力测量等操作，增加了推送力测量的准确性，提高了导丝夹持的可靠性，但是其结构相对复杂，易拆装性也未有太大提高，同时在推送过程中导管或导丝头端与血管壁之间的相对位置问题也没有得到很好的解决。

发明内容

1、要解决的问题

本发明提供一种介入手术机器人从端装置及其控制方法，其目的在于解决现有血管介入手术机器人对于导管导丝协同操作结构较为复杂，拆装不便的问题。该从端装置能够夹持导管，同时能够夹紧或放松导丝，达到导管导丝协同配合操作，结构简单，拆装方便。

进一步，它可以方便对导管、导丝头端进行造影，从而可知晓导管导丝相对血管的位置。

进一步，该装置采用模块化设计，由几部分简单组装即可形成，结构紧凑，体积小，重量轻。另外，该装置还进一步优化，可检测导管的推送力；还可对导管进行扭转操作，使得导管可顺利向血管内推送。

该方法通过对从端装置的控制，可实现对导管的夹持推送、扭转、推送力检测，以及对导丝的夹紧，从而可实现导管与导丝的配合动作。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种介入手术机器人从端装置，包括主体部分、导管夹持器和导丝夹紧器；所述导管夹持器用于夹持导管，导丝夹紧器用于夹紧或松开导丝；所述的导管夹持器和导丝夹紧器均可拆卸安装在主体部分上。

作为进一步地改进，所述的导管夹持器包括医用三通阀和夹持组件；所述的医用三通阀用于连接导管，它通过夹持组件固定在主体部分上。

作为进一步地改进，所述的主体部分包括壳体和安装在壳体上的上盖，夹持组件可拆卸安装在上盖上。

作为进一步地改进，还包括扭转组件，扭转组件用于驱动医用三通阀的螺旋帽带动导管旋转。

作为进一步地改进，所述扭转组件包括电机、小齿轮和大齿轮；所述电机安装在主体部分中，它连接小齿轮；所述大齿轮与安装在医用三通阀的螺旋帽上的连接鞘配合，连接鞘用于固定导管；所述的小齿轮和大齿轮啮合传动。

作为进一步地改进，还包括测力组件；所述的测力组件用于检测导管的推送力。

作为进一步地改进，所述测力组件包括设置在主体部分中的隔板、导管连接板和力传感器；所述导管连接板用于连接导管夹持器，它通过直线导轨副可移动设置；所述力传感器一端与隔板连接，另一端与导管连接板连接。

作为进一步地改进，所述的医用三通阀通过两个夹持组件从两侧将其夹持固定，每个夹持组件包括夹持块和固定在夹持块下方的开关底座，夹持块和开关底座之间设置可以拨动的开关，开关用于锁住或解锁导管连接板。

作为进一步地改进，所述的导管连接板设置有带有插接孔的插接板；拨动夹持组件中的开关可插入或拔出插接孔。

作为进一步地改进，所述的导丝夹紧器包括支撑件、夹紧件和驱动元件；所述夹紧件设置在支撑件上，它通过驱动元件驱动可在竖直方向上下移动，对导丝进行夹紧或松开。

作为进一步地改进，所述夹紧件通过弹簧支撑设置在支撑件中，夹紧件的上端具有压紧块，夹紧件下移使得压紧块将导丝压紧在支撑件的上表面。

作为进一步地改进，所述的驱动元件为舵机，舵机连接线轮，线轮上缠绕有线，线的一端连接夹紧件。

作为进一步地改进，所述的导丝夹紧器还包括基座，支撑件和舵机安装在基座上。

作为进一步地改进，所述基座设有用于将其安装到主体部分上的插块。

一种介入手术机器人从端装置的控制方法，该装置包括主体部分、导管夹持器和导丝夹紧器；所述导管夹持器用于夹持导管，导丝夹紧器用于夹紧或松开导丝；所述的导管夹持器和导丝夹紧器均可拆卸安装在主体部分上；

采用该装置对导管和导丝进行控制，包括如下步骤：将主体部分安装到外部移动平台上，导管夹持器夹持导管，导丝穿入导管内；

当需要单独控制导管时，导丝夹紧器松开导丝，移动平台带动主体部分移动，进而驱动导管夹持器移动，控制导管单独移动；

当需要同时控制导管和导丝时，导丝夹紧器夹紧导丝，移动平台带动主体部分移动，进而导管夹持器带动导管移动，同时，导丝夹紧器带动导丝同步动作；

当需要单独控制导丝时，移动平台停止动作，导管夹持器不动，导丝夹紧器松开导丝，推动导丝即可进行单独控制。

作为进一步地改进，所述导管夹持器包括医用三通阀和夹持组件；所述的医用三通阀用于连接导管，它通过夹持组件固定在主体部分上；

导管夹持器夹持导管的步骤为：先将导管安装到连接鞘上，再将连接鞘旋接到医用三通阀的螺旋帽，最后通过夹持组件将医用三通阀安装到主体部分上，即完成导管的夹持操作。

作为进一步地改进，装置还包括扭转组件，扭转组件用于驱动医用三通阀的螺旋帽带动导管旋转；所述扭转组件包括电机、小齿轮和大齿轮；所述电机安装在主体部分中，它连接小齿轮；所述大齿轮与连接鞘配合；所述小齿轮和大齿轮啮合传动；

对导管的扭转控制步骤为：电机动作，通过小齿轮和大齿轮的啮合传动，带动连接鞘和医用三通阀的螺旋帽一起旋转，进而驱动导管扭转。

作为进一步地改进，装置还包括用于检测导管推送力的测力组件；所述的测力组件包括设置在主体部分中的隔板、导管连接板和力传感器；所述导管连接板用于连接导管夹持器，它通过直线导轨副可移动设置；所述力传感器一端与隔板连接，另一端与导管连接板连接；

导管推送力的检测步骤为：移动平台带动主体部分向前推送，其推动力经隔板、力传感器和导管连接板传递到导管夹持器，在推送过程中，力传感器接受推力信息，并转化为电信号输出，进而达到导管的推送力检测。

作为进一步地改进，所述的医用三通阀通过两个夹持组件从两侧将其夹持固定，每个夹持组件包括夹持块和固定在夹持块下方的开关底座，夹持块和开关底座之间设置可以拨动的开关；所述的导管连接板设置有带有插接孔的插接板；拨动夹持组件中的开关可插入或拔出插接孔；

导管连接板与导管夹持器的连接步骤为：将医用三通阀通过夹持组件夹持后，夹持组件插到导管连接板的插接板上，拨动开关将开关插入插接板的插接孔中锁住，完成连接。

作为进一步地改进，所述的导丝夹紧器包括支撑件、夹紧件和舵机；所述的夹紧件通过弹簧支撑设置在支撑件中，夹紧件的上端具有压紧块；所述舵机连接线轮，线轮上缠绕有线，线的一端连接夹紧件的下端；

导丝夹紧器对导丝夹紧步骤为：舵机得电，驱动线轮转动，线轮通过线将夹紧件向下拉，夹紧件克服弹簧阻力向下运动，直至压紧块将导丝压紧在支撑件的表面，完成对导丝的夹紧；

导丝夹紧器松开导丝的步骤为：舵机失电，在弹簧的弹性恢复力作用下，驱动夹紧件向上移动，压紧块松开导丝。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明介入手术机器人从端装置，通过将导管夹持器和导丝夹紧器可拆卸地安装在主体部分上，简单的组合方式，方便拆装，且导管夹持器能够夹持导管，导丝夹紧器能够夹紧或放松导丝，从而导管夹持器和导丝夹紧器的相互配合协同操作，可完成对导管导丝的协同动作控制；

(2)本发明介入手术机器人从端装置，导管夹持器采用夹持组件夹持医用三通阀的结构形式，拆装组合简单，大大简化了夹持结构，医用三通阀不仅可以与导管简单快速的连接，便于它们连接处的消毒，而且更主要的是通过医用三通阀，可在手术过程中向血管内打入造影剂，对血管内部进行造影，进而可观察导管导丝与血管的相对位置，便于对导管导丝的进一步操作，提高手术的安全性；另外，医用三通阀的成本较低，可一次性使用，用完即可丢弃，不像现有的夹持机构还需要反复拆装消毒；

(3)本发明介入手术机器人从端装置，通过扭转组件可实现对导管的扭转操作，从而满足手术过程中对导管头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；扭转组件采用电机驱动齿轮的形式，通过调整小齿轮和大齿轮的传动比，可调整导管的转动速度，且大齿轮与医用三通阀的连接通过连接鞘实现，既能完成导管的扭转驱动，又能简单方便的将导管安装到医用三通阀上；

(4)本发明介入手术机器人从端装置，通过测力组件能够检测导管在推送过程中的推送力，达到导管的精确控制，提高手术安全性；采用力传感器进行实时的动态力反馈，为医生手术控制推送力大小；该测力组件安装在主体部分内部，结构紧凑，结构相对封闭，能够很好的保护力传感器，且力传感器的测力形式简单便捷，中间连接件相对较少，测力准确度高；

(5)本发明介入手术机器人从端装置，导管夹持器中夹持组件即可简单的对医用三通阀进行可靠夹持，而且通过夹持组件中的开关拨动，即可快速完成导管夹持器与测力组件中导管连接板的拆装，结构设计巧妙；

(6)本发明介入手术机器人从端装置，导丝夹紧器创新性地采用舵机驱动线轮带动线拉动夹紧件对导丝进行夹紧的结构形式，弹簧的反向作用力可使夹紧件松开导丝，操作简单方便，便于控制，可配合导管夹持器完成对导管导丝的协同配合操作；

(7)本发明介入手术机器人从端装置，整体结构简单，采用模块化结构设计，拆装组合简便，结构紧凑，且大部分都可采用塑料制成，整体重量轻便，制造成本较低；

(8)本发明介入手术机器人从端装置的控制方法，通过操控该装置可实现导管的夹持、扭转、推送力检测，以及导丝的夹紧和放松，从而完成导管导丝的协同操作，满足手术的需求。

附图说明

图1为本发明介入手术机器人从端装置的立体结构示意图；

图2为本发明介入手术机器人从端装置中主体部分的主视结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图；

图4为图3中B-B剖视图；

图5为本发明介入手术机器人从端装置中主体部分的爆炸视图；

图6为本发明介入手术机器人从端装置中导管夹持器的主视结构示意图；

图7为图6中C-C剖视图；

图8本发明介入手术机器人从端装置中导管夹持器的立体结构示意图；

图9为本发明介入手术机器人从端装置中导管夹持器的爆炸视图；

图10为本发明介入手术机器人从端装置中导丝夹紧器的立体结构示意图；

图11为本发明介入手术机器人从端装置中导丝夹紧器的爆炸视图。

附图的标号分别表示为：

1、主体部分；110、壳体；111、插板；120、上盖；

2、导丝夹紧器；210、基座；211、插块；220、支撑件；221、弹簧腔；230、夹紧件；231、压紧块；240、弹簧；250、舵机；260、线轮；

3、导管夹持器；310、医用三通阀；320、夹持组件；321、开关底座；322、夹持块；323、开关；324、连接鞘；

4、扭转组件；401、电机；402、小齿轮；403、大齿轮；

5、测力组件；510、隔板；520、直线导轨副；530、承托板；540、导管连接板；541、插接板；542、插接孔；550、力传感器；560、传感器固定板。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种介入手术机器人从端装置，它主要包括五个部分，分别为主体部分1、导丝夹紧器2、导管夹持器3、扭转组件4和测力组件5；其中，主体部分1是其它四个部分的安装基础，导管夹持器3和导丝夹紧器2均可拆卸安装在主体部分1上，导丝夹紧器2用于对导丝进行夹紧或放松，导管夹持器3用于夹持导管，扭转组件4用于完成对导管的扭转操作，测力组件5则用于检测导管的推送力。该装置通过各部分的相互配合，可完成对导管的夹持、推送、扭转和测力，以及对导丝的夹紧或放松，从而可实现导管与导丝的协同配合，完成手术的需求。下面对各部分的具体结构分别进行详细说明。

结合图2至图5所示，主体部分1包括壳体110和上盖120，在本实施例中，壳体110为顶部和后端开放的壳状结构，上盖120安装在壳体110的顶部，使得壳体110内形成相对较为封闭的空间，为后续扭转组件4和测力组件5的安装腾出空间。导管夹持器3安装在上盖120的上方，而导丝夹紧器2固定在壳体110的后端，安装位置合理分配。由于主体部分1作为基础部分，整个装置是通过它安装到外部的移动平台上进行相应的操作，为了安装的便捷性，在壳体110的底部设置一对插板111，通过插板111可以直接将壳体110插装到移动平台上，为了进行固定，在插板111上设置销孔，通过将销插入销孔内即可对其进行固定。

依然结合图2至图5所示，测力组件5安装在壳体110内，它主要包括隔板510、导管连接板540和力传感器550；其中，隔板510固定在壳体110的中间，将壳体110内空间主要分为上下两部分，隔板510的相对两侧边向上翻折形成侧板，两个侧板上各安装一个直线导轨副520，直线导轨副520连接导管连接板540，从而导管连接板540可相对隔板510移动，这也是后续能够对导管进行推送力检测的前提。本实施例中，直线导轨副520优选采用滚珠直线导轨副，摩擦力较小几乎可以忽略，从而导管连接板540的运动阻力可忽略，保证导管推送力检测的高精度。直线导轨副520包括导轨和滑块，导轨固定在隔板510的侧板上，滑块通过承托板530与导管连接板540进行连接，导管连接板540用于连接导管夹持器3。在隔板510上还安装一个呈L形的传感器固定板560，力传感器550的一端与导管连接板540连接，另一端与传感器固定板560连接，这样，导管的推力通过导管夹持器3传递到导管连接板540上，导管连接板540相对隔板510移动，会被力传感器550的转换元件，如应变片感应，将力信号转换成电信号并输出，从而获取力的大小。

由上可知，通过测力组件5能够检测导管在推送过程中的推送力，达到导管的精确控制，提高手术安全性；采用力传感器550进行实时的动态力反馈，为医生手术控制推送力大小；该测力组件5安装在壳体110内，结构紧凑，结构相对封闭，能够很好的保护力传感器550，且力传感器550的测力形式简单便捷，中间连接件相对较少，测力准确度高。

当然，为了方便导管连接板540与导管夹持器3之间的连接，本实施例，在导管连接板540上设置一对具有插接孔542的插接板541，插接板541从壳体110内穿过上盖120，使插接孔542高出上盖120的表面，通过它使得导管连接板540与导管夹持器3能够快速连接或拆下。与此同时，为适应导管连接板540的结构形式，对导管夹持器3的结构也具有特定的要求，下面会具体说明。

结合图6至图9所示，导管夹持器3包括医用三通阀310和夹持组件320；其中，医用三通阀310用于连接导管，它是现有临床上常用的医疗用具，此处创新性地将其用在导管的夹持控制上，它主要包括三通体、控制阀和螺旋帽，螺旋帽可相对三通体转动。在使用时，导管先连接到连接鞘324上，然后再将连接鞘324与螺旋帽螺纹连接，从而将导管连接到医用三通阀310上，且能够相对转动；连接鞘324作为中间连接元件，现有技术中很常见，在此不再赘述。夹持组件320是用来对医用三通阀310进行夹持固定，当然固定的是医用三通阀310的三通体，它具有两个，从医用三通阀310的两侧将其夹持固定，它包括夹持块322，夹持块322的一侧面具有与医用三通阀310的三通体一半的外形相卡合的卡槽，两个夹持块322的卡槽合在一起即可组合成一个卡腔，可将医用三通阀310的三通体可靠的夹持，同时不影响螺旋帽的旋转。当然，为适应上述导管连接板540的连接结构，此处，在夹持块322的下侧具有开口槽，开口槽内配合设置有开关底座321，且在夹持块322与开关底座321之间设置可以拨动的开关323，开关323用于锁住或解锁导管连接板540。开关323由水平的卡板和竖直的拨动板组成，卡板滑动设置在开关底座321上的滑槽中，拨动板穿过夹持块322上的孔后，供拨动。在将导管夹持器3安装到上盖120的上方时，插接板541插入夹持块322与开关底座321之间形成的竖直插孔中，通过拨动开关323，可使得卡板插入插接板541的插接孔542，从而实现导管连接板540与导管夹持器3的可拆卸连接。

由上可知，导管夹持器3采用夹持组件320夹持医用三通阀310的结构形式，拆装组合简单，大大简化了夹持结构。创新性采用医用三通阀310连接导管，它不仅可以与导管简单快速的连接，便于它们连接处的消毒，而且更主要的是通过医用三通阀310可在手术过程中向血管内打入造影剂，对导管头端处的血管内部进行造影，进而可观察导管导丝与血管的相对位置，便于对导管导丝的进一步操作，提高手术的安全性；另外，医用三通阀310的成本较低，可一次性使用，用完即可丢弃，而不用像现有的夹持机构还需要反复拆装消毒。

结合图1至图5所示，扭转组件4包括电机401、小齿轮402和大齿轮403；其中，电机401固定在壳体110中，具有很好的保护作用，电机401的输出轴连接小齿轮402，大齿轮403与固定导管的连接鞘324连接，小齿轮402和大齿轮403啮合传动；使用中，电机401驱动小齿轮402转动，通过小齿轮402和大齿轮403啮合传动，大齿轮403带动连接鞘324转动，从而驱动导管扭转，可调整导管头端的角度，保证导管在血管内可顺利的推进。大齿轮403的中心设置与连接鞘324外形相匹配的孔，连接鞘324插入该孔中即可将连接鞘324与大齿轮403连接。

通过扭转组件4可实现对导管的扭转操作，从而满足手术过程中对导管头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；扭转组件4采用电机401驱动齿轮的形式，通过调整大小齿轮的传动比，即可调整导管的转动速度，且大齿轮403与医用三通阀310的连接通过连接鞘324实现，既能完成导管的扭转驱动，又能简单方便的将导管安装到医用三通阀310上。

结合图10和图11所示，导丝夹紧器2包括基座210、支撑件220、夹紧件230和驱动元件；其中，基座210用于将导丝夹紧器2安装到壳体110上，支撑件220和驱动元件都安装在基座210上，夹紧件230通过弹簧240支撑设置在支撑件220中，它通过驱动元件驱动可在竖直方向上下移动，对导丝进行夹紧或松开。支撑件220上具有弹簧腔221，弹簧240位于弹簧腔221内；夹紧件230为杆状结构，其上端具有压紧块231，其下端具有小孔，且下端从支撑件220的上方插入弹簧腔221内，穿过弹簧240后，经支撑件220的下方伸出，连接驱动元件。驱动元件只要能够驱动夹紧件230上下动作即可，但本实施例驱动元件采用舵机250，舵机250连接线轮260，线轮260上缠绕有线，线的一端穿入夹紧件230下端的小孔从而连接夹紧件230。使用时，舵机250驱动线轮260转动，通过线带动夹紧件230下移压缩弹簧240，夹紧件230上端的压紧块231下移将导丝压紧在支撑件220的上表面，从而实现对导丝的夹紧。

另外，为方便将导丝夹紧器2安装到壳体110上，基座210设有用于将其安装到壳体110上的一对插块211，通过此对插块211插入壳体110的后侧，并用螺栓进行紧固即可。

综合以上说明，已经对介入手术机器人从端装置各部分的结构及其连接关系进行了清楚完整的表述，该装置具有以下优点：

①整体结构简单，采用模块化的结构设计，各部分之间相对较为独立，通过简单的组合即可完成组装，拆装都方便，且结构紧凑体积小；大部分部件结构简单，且可采用塑料制品制成，重量轻，且大大降低制造成本；

②能够同时实现导管的夹持、推送、扭转和测力，以及导丝的夹紧或放松，从而完成对导管导丝的协同操作控制，满足手术的各种操作需求；

③较为封闭的结构形式，对传感器和电机都具有较好的保护；

④在手术过程中，可以较为方便的实现对导管头端处血管进行造影，从而了解导管导丝有血管的相对位置关系，提高手术安全性。

本实施例中公开了装置各部分的一种优选结构形式，但并不局限于此结构，现有技术中其它能够实现相应部分功能的结构形式，或在本实施例结构形式的启发下简单变形产生的结构形式，都应当理解为在本发明的保护范围之内。

实施例2

本实施例提供了一种介入手术机器人从端装置的控制方法，采用实施例1的装置对导管和导丝进行控制，主要完成对导管的夹持、推送、扭转和测力，以及导丝的夹紧和放松，对导管导丝的配合控制，满足介入手术的操作需求，下面对相应的操作步骤进行详细说明。

首先，将主体部分1通过插板111安装到外部移动平台上。

然后，导管夹持器3夹持导管及安装，具体为：先将导管的尾端连接安装到连接鞘324上，此步骤时同时将大齿轮403与连接鞘324配合安装，为后续扭转组件4传动做准备；再将连接鞘324旋接到医用三通阀310的螺旋帽上；接着通过夹持组件320的夹持块322将医用三通阀310从两侧夹紧固定；最后，夹紧医用三通阀310后的夹持组件320插接到上盖120上方的导管连接板540上，拨动开关323插入导管连接板540的插接孔542中锁住，使得导管夹持器3与导管连接板540连接固定，此时，小齿轮402和大齿轮403也啮合传动连接；完成导管夹持器3对导管的夹持，以及安装到主体部分1上。

接着，将导丝的头端经医用三通阀310穿入导管内，保证医用三通阀310后方的导丝穿过导丝夹紧器2中支撑件220与夹紧件230的压紧块231之间，从而将导丝安装到位。

经过以上的准备后，即可对导管和导丝进行相应的控制，具体如下：

(一)当需要单独控制导管时

导丝夹紧器2松开导丝，即舵机250失电，夹紧件230在弹簧240的作用力下，其压紧块231远离支撑件220的表面，从而压紧块231不会压紧导丝；移动平台动作，带动主体部分1移动，进而驱动导管夹持器3移动，控制导管单独移动，完成推送。

(二)当需要同时控制导管和导丝时

导丝夹紧器2夹紧导丝，即舵机250得电，驱动线轮260转动，线轮260通过线将夹紧件230向下拉，夹紧件230克服弹簧240阻力向下运动，直至压紧块231将导丝压紧在支撑件220的表面，完成对导丝的夹紧；移动平台带动主体部分1移动，进而导管夹持器3带动导管移动，同时，导丝夹紧器2带动导丝同步动作，实现导管和导丝的同步推送。

(三)当需要单独控制导丝时

移动平台停止动作，导管夹持器3不动，导丝夹紧器2松开导丝，推动导丝即可进行导丝的单独推送。

(四)对导管的扭转控制

电机401动作，通过小齿轮402和大齿轮403的啮合传动，带动连接鞘324和医用三通阀310的螺旋帽一起旋转，进而驱动导管扭转，完成对导管的扭转操作，实现导管头端的角度调节。

(五)对导管推送力的检测

移动平台动作，带动主体部分1向前推送，其推动力经隔板510、力传感器550和导管连接板540传递到导管夹持器3，在推送过程中，力传感器550接受推力信息，并转化为电信号输出，进而达到导管的推送力检测。

通过以上步骤可完成对导管的夹持、推送、扭转和推送力检测，以及导丝的夹紧和放松，各步骤之间有序的配合即可完成对导管导丝的协同操作，从而可满足手术过程中的各种操作需求。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种介入手术机器人从端装置，包括主体部分(1)和导管夹持器(3)，导管夹持器(3)用于夹持导管，其特征在于：还包括导丝夹紧器(2)；所述的导管夹持器(3)和导丝夹紧器(2)均可拆卸安装在主体部分(1)上，导丝夹紧器(2)用于夹紧或松开导丝。

2.根据权利要求1所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的导管夹持器(3)包括医用三通阀(310)和夹持组件(320)；所述的医用三通阀(310)用于连接导管，它通过夹持组件(320)固定在主体部分(1)上。

3.根据权利要求2所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的主体部分(1)包括壳体(110)和安装在壳体(110)上的上盖(120)，夹持组件(320)可拆卸安装在上盖(120)上。

4.根据权利要求2所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：还包括扭转组件(4)，扭转组件(4)用于驱动医用三通阀(310)的螺旋帽带动导管旋转。

5.根据权利要求4所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述扭转组件(4)包括电机(401)、小齿轮(402)和大齿轮(403)；所述电机(401)安装在主体部分(1)中，它连接小齿轮(402)；所述大齿轮(403)与安装在医用三通阀(310)的螺旋帽上的连接鞘(324)配合，连接鞘(324)用于固定导管；所述的小齿轮(402)和大齿轮(403)啮合传动。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：还包括测力组件(5)；所述的测力组件(5)用于检测导管的推送力。

7.根据权利要求6所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述测力组件(5)包括设置在主体部分(1)中的隔板(510)、导管连接板(540)和力传感器(550)；所述导管连接板(540)用于连接导管夹持器(3)，它通过直线导轨副(520)可移动设置；所述力传感器(550)一端与隔板(510)连接，另一端与导管连接板(540)连接。

8.根据权利要求7所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的医用三通阀(310)通过两个夹持组件(320)从两侧将其夹持固定，每个夹持组件(320)包括夹持块(322)和固定在夹持块(322)下方的开关底座(321)，夹持块(322)和开关底座(321)之间设置可以拨动的开关(323)，开关(323)用于锁住或解锁导管连接板(540)。

9.根据权利要求8所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的导管连接板(540)设置有带有插接孔(542)的插接板(541)；拨动夹持组件(320)中的开关(323)可插入或拔出插接孔(542)。

10.根据权利要求1所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的导丝夹紧器(2)包括支撑件(220)、夹紧件(230)和驱动元件；所述夹紧件(230)设置在支撑件(220)上，它通过驱动元件驱动可在竖直方向上下移动，对导丝进行夹紧或松开。

11.根据权利要求10所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述夹紧件(230)通过弹簧(240)支撑设置在支撑件(220)中，夹紧件(230)的上端具有压紧块(231)，夹紧件(230)下移使得压紧块(231)将导丝压紧在支撑件(220)的上表面。

12.根据权利要求10或11所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的驱动元件为舵机(250)，舵机(250)连接线轮(260)，线轮(260)上缠绕有线，线的一端连接夹紧件(230)。

13.根据权利要求12所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述的导丝夹紧器(2)还包括基座(210)，支撑件(220)和舵机(250)安装在基座(210)上。

14.根据权利要求13所述的一种介入手术机器人从端装置，其特征在于：所述基座(210)设有用于将其安装到主体部分(1)上的插块(211)。

15.权利要求1的一种介入手术机器人从端装置的控制方法，对导管和导丝进行控制，包括如下步骤：将主体部分(1)安装到外部移动平台上，导管夹持器(3)夹持导管，导丝穿入导管内；

当需要单独控制导管时，导丝夹紧器(2)松开导丝，移动平台带动主体部分(1)移动，进而驱动导管夹持器(3)移动，控制导管单独移动；

当需要同时控制导管和导丝时，导丝夹紧器(2)夹紧导丝，移动平台带动主体部分(1)移动，进而导管夹持器(3)带动导管移动，同时，导丝夹紧器(2)带动导丝同步动作；

当需要单独控制导丝时，移动平台停止动作，导管夹持器(3)不动，导丝夹紧器(2)松开导丝，推动导丝即可进行单独控制。

16.根据权利要求15所述的一种介入手术机器人从端装置的控制方法，其特征在于：所述导管夹持器(3)包括医用三通阀(310)和夹持组件(320)；所述的医用三通阀(310)用于连接导管，它通过夹持组件(320)固定在主体部分(1)上；

导管夹持器(3)夹持导管的步骤为：先将导管安装到连接鞘(324)上，再将连接鞘(324)旋接到医用三通阀(310)的螺旋帽，最后通过夹持组件(320)将医用三通阀(310)安装到主体部分(1)上，即完成导管的夹持操作。

17.根据权利要求16所述的一种介入手术机器人从端装置的控制方法，其特征在于：装置还包括扭转组件(4)，扭转组件(4)用于驱动医用三通阀(310)的螺旋帽带动导管旋转；所述扭转组件(4)包括电机(401)、小齿轮(402)和大齿轮(403)；所述电机(401)安装在主体部分(1)中，它连接小齿轮(402)；所述大齿轮(403)与连接鞘(324)配合；所述小齿轮(402)和大齿轮(403)啮合传动；

对导管的扭转控制步骤为：电机(401)动作，通过小齿轮(402)和大齿轮(403)的啮合传动，带动连接鞘(324)和医用三通阀(310)的螺旋帽一起旋转，进而驱动导管扭转。

18.根据权利要求17所述的一种介入手术机器人从端装置的控制方法，其特征在于：装置还包括用于检测导管推送力的测力组件(5)；所述的测力组件(5)包括设置在主体部分(1)中的隔板(510)、导管连接板(540)和力传感器(550)；所述导管连接板(540)用于连接导管夹持器(3)，它通过直线导轨副(520)可移动设置；所述力传感器(550)一端与隔板(510)连接，另一端与导管连接板(540)连接；

导管推送力的检测步骤为：移动平台带动主体部分(1)向前推送，其推动力经隔板(510)、力传感器(550)和导管连接板(540)传递到导管夹持器(3)，在推送过程中，力传感器(550)接受推力信息，并转化为电信号输出，进而达到导管的推送力检测。

19.根据权利要求17所述的一种介入手术机器人从端装置的控制方法，其特征在于：所述的医用三通阀(310)通过两个夹持组件(320)从两侧将其夹持固定，每个夹持组件(320)包括夹持块(322)和固定在夹持块(322)下方的开关底座(321)，夹持块(322)和开关底座(321)之间设置可以拨动的开关(323)；所述的导管连接板(540)设置有带有插接孔(542)的插接板(541)；拨动夹持组件(320)中的开关(323)可插入或拔出插接孔(542)；

导管连接板(540)与导管夹持器(3)的连接步骤为：将医用三通阀(310)通过夹持组件(320)夹持后，夹持组件(320)插到导管连接板(540)的插接板(541)上，拨动开关(323)将开关(323)插入插接板(541)的插接孔(542)中锁住，完成连接。

20.根据权利要求15-19中任意一项所述的一种介入手术机器人从端装置的控制方法，其特征在于：所述的导丝夹紧器(2)包括支撑件(220)、夹紧件(230)和舵机(250)；所述的夹紧件(230)通过弹簧(240)支撑设置在支撑件(220)中，夹紧件(230)的上端具有压紧块(231)；所述舵机(250)连接线轮(260)，线轮(260)上缠绕有线，线的一端连接夹紧件(230)的下端；

导丝夹紧器(2)对导丝夹紧步骤为：舵机(250)得电，驱动线轮(260)转动，线轮(260)通过线将夹紧件(230)向下拉，夹紧件(230)克服弹簧(240)阻力向下运动，直至压紧块(231)将导丝压紧在支撑件(220)的表面，完成对导丝的夹紧；

导丝夹紧器(2)松开导丝的步骤为：舵机(250)失电，在弹簧(240)的弹性恢复力作用下，驱动夹紧件(230)向上移动，压紧块(231)松开导丝。