CN107754072B - 一种导丝控制器及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介入手术机器人从端装置中的导丝控制器及其使用方法，属于微创血管介入手术技术领域。该导丝控制器包括导丝控制器基座，以及安装在导丝控制器基座上的导丝夹紧装置和夹紧切换机构；导丝夹紧装置用于夹紧导丝，夹紧切换机构用于驱使导丝夹紧装置松开对导丝的夹紧；本发明与现有技术采用同一装置控制夹紧分开不同，将导丝的夹紧和松开分开控制，导丝夹紧机构7默认一直夹紧导丝，而在需要松开导丝时，通过夹紧切换机构8进行切换，松开导丝，使得结构得到大大优化。基座安装在高度可调节的底座上，基座上还有导丝扭转装置和测力组件。本发明整体结构简单，采用模块化结构设计，拆装组合简便，结构紧凑，整体重量轻便，制造成本较低。
Description
技术领域
本发明属于微创血管介入手术技术领域，涉及一种导丝控制器及其控制方法。该导丝控制器可以用于造影、介入手术虚拟现实手术培训及手术实际操作中。
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。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，每年我国900万心脑血管疾病患者中有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，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。在血管介入治疗过程中，医生需要借助基于X射线的数字剪影血管造影(DSA)的导引来完成手术，医生虽然配备含铅防护服，但是仍然无法保护医生的上肢和头部不受X射线辐射；且由于血管介入治疗的复杂性，往往需要长时间暴露于X射线环境中操作，医生的累计辐射量大；而且长时间穿着沉重的含铅防护服，加大了脊柱的压力负荷，已有较多报道显示血管介入医生的甲状腺癌、放射性晶状体损伤、腰椎病等的发生率明显高于其它学科的医生。全国从事血管腔内治疗操作的医护人员约70万人，全国每年进行血管腔内治疗超过一千万台次，与X射线相关的职业损伤已成为一个不可回避的问题，严重威胁着医生的健康状况和血管介入治疗学的长远发展。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，逐渐成为各国在医疗机器人领域的重点研发对象。
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、操作力检测单元和角度调节底座，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。又如，哈尔滨工业大学于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，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。如北京理工大学申请的申请号为：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，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。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。
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)对于导丝的夹持力较差；(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)导丝的拆装不方便，不易于手术中更换导丝，不方便对导丝和接口进行消毒处理；(4)对于导丝的夹紧和放松是通过同一个机构实现的，并不将它们分开操作，导致夹持结构相对较为复杂；(5)手术中无法知晓导丝在血管内的相对位置和受力，手术风险较高。
发明人与北京理工大学进行合作研究，持续对介入手术机器人的技术进行研究，致力于改善装置的操作方式，更符合医生实际需求，结构更简单，易于拆装的装置。
发明内容
本发明提供一种导丝控制器及其控制方法，该导丝控制器目的在于解决现有技术中导丝夹持结构的复杂和夹持不方便的问题，无法直观感受导丝旋转角度、受力情况。该导丝控制器采用模块化设计，结构简单，拆装方便，便于更换和消毒；该方法采用导丝夹紧装置和夹紧切换机构完成对导丝的夹紧和松开，安装有六轴力传感器，解决现有机器人难以完成对导管和导丝协同操作及无法直观感受手术操作的问题，提高介入手术或造影的安全性和可操作性。将导丝的夹紧和松开分开控制，导丝夹紧装置7默认一直夹紧导丝，在需要松开导丝时，通过夹紧切换机构8进行切换，松开导丝，使得结构得到大大优化，结构简单易实现，装置能够用于介入手术装置，造影装置，手术训练、教学培训、模拟训练装置中。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种导丝控制器，其特征在于：包括导丝控制器基座(6)和安装在导丝控制器基座(6)上的导丝夹紧装置(7)、安装在导丝控制器基座(6)上的夹紧切换机构(8)、六轴力传感器测力装置(9)，基座下安装有角度调节底座(10)，导丝夹紧装置(7)用于夹紧导丝，夹紧切换机构(8)用于驱使导丝夹紧装置(7)松开对导丝的夹紧，六轴力传感器测力装置(9)用于测量导丝运动过程中的阻力或阻力矩，导丝夹紧装置(7)位于导丝控制器基座(6)的上侧，夹紧切换机构(8)位于导丝控制器基座(6)的后侧，所述导丝夹紧装置(7)包括导丝锁止套筒(710)、导丝锁止杆(720)、导丝锁止器(730)和套筒支撑组件(790)，所述夹紧切换机构(8)包括舵机座(810)和舵机(820)，舵机(820)与转盘(830)连接，可驱动转盘(830)转动，转盘(830)上缠绕有线，线的端部用于拉动导丝锁止杆(720)，使导丝锁止杆(720)松开对导丝锁止器(730)的挤压。
所述夹紧切换机构(8)连接导丝锁止杆(720)，可拉动导丝锁止杆(720)压缩弹簧(740)，使导丝锁止杆(720)松开对导丝锁止器(730)的挤压，从而使导丝锁止器(730)松开对导丝的夹紧，导丝锁止杆(720)的末端通过螺纹连接锁止器拉板(770)。
所述夹紧切换机构(8)设置有直线导轨副A(850)，在直线导轨副A(850)上设置有切换板(840)；切换板(840)具有圆弧缺口，通过该缺口，切换板(840)卡在锁止器端盖(760)和锁止器拉板(770)之间，转盘(830)上的线与切换板(840)连接。
所述的导丝控制器基座(6)包括壳体(610)和盖在壳体(610)上的上盖(620)，隔板(910)安装在壳体(610)中，导丝连接件(940)的插接板(941)穿过上盖(620)，在壳体(610)的底部设置一对插板(611)，角度调节底座(10)上部的支撑板(140)上设置有插孔，插板(611)插入插孔，通过销固定。
所述舵机座(810)上设有一对插接块(811)，通过插接块(811)插入导丝控制器壳体(610)的后侧，并用螺栓进行固定连接。
所述角度调节底座(10)，包括立板(110)、底座(120)、支撑板(140)、立板连接轴(150)、套管(160)、套管连接轴(170)、调整杆(180)、连接轴(190)和紧固螺丝(200)。
导丝控制器还包括导丝扭转装置(630)；所述导丝扭转装置(630)用于驱动导丝锁止套筒(710)旋转。
所述的导丝锁止套筒(710)通过套筒支撑组件(790)支撑设置在导丝控制器基座(6)上；所述套筒支撑组件(790)包括定位底座(791)，导丝锁止套筒(710)通过轴承(780)安装装在定位底座(791)中。
所述定位底座(791)的底部通过连接座(793)设置有可拨动的锁紧开关(792)；所述的导丝连接件(940)设置带有插接孔(942)的插接板(941)，拨动锁紧开关(792)可将锁紧开关(792)插入插接孔(942)内，从而锁住导丝连接件(940)。
所述的六轴力传感器测力装置(9)包括设置在导丝控制器基座(6)中的隔板(910)、导丝连接件(940)和六轴力传感器(950)；所述的导丝连接件(940)用于连接套筒支撑组件(790)，它通过直线导轨副(920)可移动设置在隔板(910)上；所述六轴力传感器(950)的一端与隔板(910)连接，另一端与导丝连接件(940)连接。
一种如前述任一项所述介入手术机器人用导丝控制器的控制方法，其特征在于：采用导丝夹紧装置(7)夹紧导丝，采用夹紧切换机构(8)驱使导丝夹紧装置(7)松开对导丝的夹紧，导丝的夹紧和松开分开控制。
本发明的导丝控制器能够用于制作介入手术用机器人、造影机器人、模拟手术用机器人等装置，能够用于手术、教学培训或模拟操作训练。
有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明导丝控制器中通过将导丝夹紧装置和夹紧切换机构可拆卸安装在基体部分上，完成对导丝的夹紧和松开，结构化设计，简单的组合方式，拆装方便，便于更换和消毒；且有别于现有对导丝的夹持方式，本发明中导丝夹紧装置夹紧导丝属于常态，而夹紧切换机构可驱使导丝夹紧装置在必要时松开导丝，能够分别控制夹紧和松开，从而可大大简化导丝的夹紧结构，也有利于配合导管的夹持，完成对导管导丝的协同操作；
(2)本发明导丝控制器，通过夹紧切换机构配合导丝夹紧装置的结构形式可使得导丝锁止器松开对导丝的夹持，夹紧切换机构中通过舵机驱动转盘转动，转盘上的线缠绕，线拉动导丝锁止杆克服弹簧的弹性力移动，从而从开对导丝锁止器的挤压，使导丝锁止器松开导丝，此种结构方式简单，切换方便可靠，可控性强；
(3)本发明导丝控制器，通过导丝扭转装置可实现对导丝的扭转操作，从而满足手术过程中对导丝头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；导丝扭转装置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；
(4)本发明导丝控制器，通过测力组件能够检测导丝在推送过程中的推送力，达到导丝的精确控制，提高手术安全性；采用六轴力传感器进行实时的动态力反馈，能够使医生直观感受到阻力大小，方便医生手术中精确控制推送力大小；该测力组件安装在基体部分内部，结构紧凑，结构相对封闭，能够很好的保护六轴力传感器，且六轴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)本发明导丝控制器，导丝夹紧装置采用定位底座通过轴承支撑导丝锁止套筒的结构，既不影响对导丝的夹持，也不影响导丝扭转装置驱动导丝锁止套筒旋转；
(6)本发明导丝控制器，导丝夹紧装置的定位底座与导丝连接件的连接结构巧妙，通过拨动锁紧开关即可完成连接或松开，便于拆装；
(7)本发明导丝控制器，安装有角度调节底座，能够针对不同的患者或者手术介入位置，通过调节角度调节底座获得0-45°的任意介入角度，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；
附图说明
图1为本发明导丝控制器的立体结构示意图；
图2为本发明导丝控制器中基体部分的主视结构示意图；
图3为图2中A-A的剖视图；
图4为图3中B-B的剖视图；
图5为本发明导丝控制器中基体部分的爆炸示意图；
图6为本发明导丝控制器中导丝夹紧装置的主视结构示意图；
图7为图6中C-C的剖视图；
图8为图7中D-D的剖视图；
图9为本发明导丝控制器中导丝夹紧装置的爆炸示意图；
图10为本发明导丝控制器中夹紧切换机构的立体结构示意图；
图11为本发明导丝控制器中夹紧切换机构的爆炸图。
图12为本发明角度可调节底座结构示意图；
图13为操作平台从上方观察的立体结构示意图。
附图中的标号分别表示为：
6导丝控制器基座；610壳体；611插板；620上盖；630导丝扭转装置；631电机；632小齿轮；633大齿轮；
7导丝夹紧装置；710导丝锁止套筒；720导丝锁止杆；730导丝锁止器；740弹簧；750垫片；760锁止器端盖；770锁止器拉板；780轴承；790套筒支撑组件；791定位底座；792锁紧开关；793连接座；794轴承压板；795定位压板；
8夹紧切换机构；810舵机座；811插接块；820舵机；830转盘；840切换板；850直线导轨副A；
9六轴力传感器测力装置；910隔板；920直线导轨副B；930承托板；940、导丝连接件；941插接板；942插接孔；950六轴力传感器；960传感器固定板。
10角度调节底座；110立板；120底座架；130插孔；140支撑板；150立板连接轴；160套管；170套管连接轴；180调整杆；190连接轴和200紧固螺丝；
1110支撑平台；1120直线导轨副D；1130平台连接块；1140驱动机构；1141绳索；1142驱动电机；1143绳轮；1150张紧机构。
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
本实施例提供一种安装在平台连接块上的导丝控制器，所述平台连接块1130具有两个，两个平台连接块1030中分别安装导管控制器和导丝控制器。其中，平台连接块1130通过直线导轨副1020设置在支撑平台1110上，每个平台连接块1130都通过驱动机构1140单独驱动，驱动机构数量与平台连接块数量一致，导管控制器用来夹持导管并对导管进行旋转和推送力检测等，导丝控制器用来夹持导丝并对导丝进行旋转和推送力检测等。
所述的每个驱动机构1140包括驱动电机1142、绳索1141和张紧机构1150；
该装置通过设计了支撑平台1110、平台连接块1130、驱动机构1140和张紧机构1150的相互配合，采用一轨道多滑块的形式，来完成对导管控制器和导丝控制器同时，在同一直线轨道上，进行直线移动控制；同时安装有六轴力传感器，能够反馈医生手部操作作用力。具有安装调节方便，控制精度高，导管和导丝能够同时协同推送，反馈导丝导管等介入机械的力觉感，手感真实的优点。
对导丝控制器的结构进行详细说明。
导丝控制器的机构
如图1所示，导丝控制器主要包括八个部分，分别为导丝控制器基座6、导丝夹紧装置7、夹紧切换机构8、导丝扭转装置630、六轴力传感器测力装置9和角度调节底座10；其中，导丝控制器基座6是其它四个部分的安装基础，导丝夹紧装置7和夹紧切换机构8均可拆卸安装在导丝控制器基座6上，导丝夹紧装置7位于导丝控制器基座6的上侧，夹紧切换机构8位于导丝控制器基座6的后侧，导丝夹紧装置7用于夹紧导丝，夹紧切换机构8用于驱使导丝夹紧装置7松开对导丝的夹紧，而导丝扭转装置630用于完成对导丝的扭转操作，六轴力传感器测力装置9用于检测导丝的推送力。六轴力传感器可实时反馈所述导丝与血管壁间的阻力和阻力矩。该装置通过各部分的相互配合，可完成对导丝的夹紧、放松、推送、扭转和测力，从而配合导管的控制，完成手术过程中的协同配合。。下面分别对各部分的具体结构分别进行详细说明。
结合图2至图5、图12所示，导丝控制器基座6主要包括壳体610和上盖620；在本实施例中，壳体610为顶部和后端开放的壳状结构，上盖620安装在壳体610的顶部，使得壳体610内形成相对较为封闭的空间，为后续导丝扭转装置630和六轴力传感器测力装置9的安装腾出空间。导丝夹紧装置7安装在上盖620的上方，而夹紧切换机构8固定在壳体610的后侧，安装位置合理分配，也符合各自功能实现的需要。由于导丝控制器基座6作为基础部分，整个装置是通过它安装到角度可调节底座上进行相应的操作，为了安装的便捷性，在壳体B610的底部设置一对插板611，插板611插入调节底座支撑板上的插孔，再通过销固定。
所述角度调节底座由立板110、底座120、支撑板140、立板连接轴150、套管160、套管连接轴170、调整杆180、连接轴190和紧固螺丝200构成；所述立板安装在底座上；所述套管与底座连接，能够围绕套管连接轴旋转；所述调整杆嵌入在套管26中，连接处设有可调整嵌入长度的紧固螺丝；所述角度调节底座的支撑板分别通过立板连接轴与立板连接，通过连接轴与调整杆连接，立板连接轴和连接轴是可以旋转的连接轴。
针对不同的接受治疗者或者手术介入位置需要，能够通过调节角度调节底座获得0-45°的任意介入角度；调整杆深入套管的长度决定了介入角度的大小，当调整杆深入套管的长度达到所需的介入角度时，通过紧固螺丝调整杆固定，保持所需角度不变。
结合图2至图5所示，六轴力传感器测力装置9安装在壳体610内，其结构与导管测力组件5类似，它主要包括隔板910、导丝连接件940和六轴力传感器950；其中，隔板910安装在壳体610的中间，将壳体610内空间大致分为上下两部分，隔板910相对的两侧边向上翻折形成侧板，两个侧板相对的内侧各安装一个直线导轨副920，直线导轨副920连接导丝连接件940，导丝连接件940用于连接导丝夹紧装置7，从而导丝连接件940可相对隔板910滑动，这也是后续能够对导丝进行推送力检测的前提。本实施例中，直线导轨副920也优选采用滚珠直线导轨副，摩擦力较小几乎可以忽略，从而导丝连接件940的运动阻力可忽略，保证导丝推送力检测的高精度。直线导轨副920包括导轨和滑块，导轨固定在隔板910的侧板上，滑块通过承托板930与导丝连接件940进行连接。在隔板910上还安装一个呈L形的传感器固定板960，传感器950的一端与导丝连接件940连接，另一端与传感器固定板960连接，这样，导丝的推力通过导丝夹紧装置7传递到导丝连接件940上，导丝连接件940相对隔板910移动，对六轴力传感器950产生拉力，可以通过所述六轴力传感器10实时测量所述导管与血管壁间的阻力和阻力矩。
基座上设有导轨，位移采集单元1150安装在基座上，包括：激光鼠标位移传感器51，介入器械导向管52，导向管固定座53，导轨54。激光鼠标位移传感器51固定在基座上，两个管固定座53分别位于激光鼠标位移传感器51两端，其底部通过楔形面与导轨54进行配合，导轨54用螺钉固定在基座上，介入器械导向管52固定在导向管固定座53上。
导丝沿着介入器械导向管52穿过激光鼠标位移传感器51的测量区域，并进入导向管52，此时，激光鼠标位移传感器51实时测量导丝的轴向位移和旋转位移，并将位移信号发送给计算机进行处理；导向管固定座53的位置可沿着导轨54调整。
为了方便导丝连接件940与导丝夹紧装置7之间的连接，本实施例在导丝连接件940上设置一对具有插接孔942的插接板941，插接板941从壳体610内穿过上盖620，使插接孔942高出上盖620的表面，通过它使得导丝连接件940与导丝夹紧装置7能够快速连接或拆下。与此同时，为适应导丝连接件940的结构形式，对导丝夹紧装置7的结构也具有特定的要求，下面会具体说明。
如图6至9所示，导丝夹紧装置7包括导丝锁止套筒710、导丝锁止杆720、导丝锁止器730和套筒支撑组件790；其中，导丝锁止套筒710、导丝锁止杆720和导丝锁止器730都具有沿各自轴线贯穿的中心孔，以供导丝穿过；导丝锁止器730呈类似蘑菇状结构，两端大小不一，较小的一端可插入导丝锁止杆720的端部，较大的一端露在外，且具有外锥面，沿外锥面的圆周方向开设至少两个切口，在本实施例中开设4个切口，将锥形端切分成均匀的4份；而装入导丝锁止器730的导丝锁止杆720插入导丝锁止套筒710内，且导丝锁止器730内具有与导丝锁止器730的外锥面相配合的锥孔。同时，导丝锁止杆720靠近导丝锁止杆720的一端具有挡环，导丝锁止杆720上套有弹簧740，弹簧740的一端被挡环限位，再在导丝锁止套筒710的端部安装锁止器端盖760，将弹簧740压装在导丝锁止套筒710内，在锁止器端盖760和弹簧740的端部之间设置垫片750，以使锁止器端盖760更好的压紧弹簧740。这样，锁止器端盖760挤压弹簧740，弹簧740对导丝锁止杆720施加推力，进而导丝锁止杆720挤压导丝锁止器730，使得导丝锁止器730的外锥面与导丝锁止套筒710的锥孔表面发生相对移动，由于导丝锁止器730上切口的存在，从而导丝锁止器730具有锥面的端部会径向收缩，夹紧导丝，此种方式对导丝整个圆周上都受到夹持力，加持面积大，夹持可靠，对导丝的损伤小。
为满足上述导丝夹紧装置7与导丝连接件940的连接，以及后续导丝扭转装置630能够实现对导丝的扭转，本实施例对导丝锁止套筒710的支撑结构进行设计，采用导丝锁止套筒710通过套筒支撑组件790支撑设置在导丝控制器基座6上的结构形式。该套筒支撑组件790包括定位底座791、轴承压板794和定位压板795；其中，定位底座791具有U形的容纳腔，容纳腔内具有两个轴承卡槽，导丝锁止套筒710的两端各安装一个轴承780，两个轴承780卡在轴承卡槽中，用轴承压板794从轴承780上方压住轴承，可防止导丝锁止套筒710的轴向窜动，在轴承压板794再通过定位压板795固定，防止导丝锁止套筒710的径向窜动，轴承压板794与定位底座791之间采用插接连接方式，插装方便。另外，在定位底座791底部的两侧各开设一个开口槽，开口槽内配合设置有连接座793，且在定位底座791与连接座793之间的空间中设置可以拨动的锁紧开关792，锁紧开关792用于锁住或解锁导丝连接件940。锁紧开关792由水平的卡板和竖直的拨动板组成，卡板滑动设置在连接座793上的滑槽中，拨动板穿过定位底座791上的孔，露出连接座793的表面，供拨动。在导丝夹紧装置7安装到上盖620的上方时，插接板B941插入定位底座791与连接座793之间形成的竖直插孔中，通过拨动锁紧开关792，可使得卡板插入插接板B941的插接孔B942中，从而实现导丝夹紧装置7与导丝连接件940的可拆卸连接。
结合图1至图5所示，导丝扭转装置630的结构包括电机631、小齿轮632和大齿轮633；其中，电机631固定在壳体610中，具有很好的保护作用，电机631的输出轴连接小齿轮632，大齿轮633通过键与导丝锁止套筒710的前端连接，小齿轮632和大齿轮633啮合传动。扭矩传感器634安装在电机的输出端和小齿轮632之间。
使用中，电机631驱动小齿轮632转动，通过大小齿轮啮合传动，大齿轮633带动导丝锁止套筒710转动，在导丝夹紧的前提下，导丝可根随导丝锁止套筒710一起转动，从而可调整导丝端头的角度，保证导管在血管内可顺利的推进。当扭矩传感器检测到旋转驱动电机的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，即可得到对手术导管操作时的实时扭矩。
通过导丝扭转装置630可实现对导丝的扭转操作，从而满足手术过程中对导丝头端的角度控制，保证导丝在导管内，以及血管内能够顺利向预定位置推进；导丝扭转装置630采用电机631驱动齿轮的形式，通过调整大小齿轮的传动比，即可调整导丝的转动速度。
结合图10和图11所示，夹紧切换机构8包括舵机座810和舵机820；其中，舵机座810用于将夹紧切换机构8安装到壳体610上，舵机820安装在舵机座810上，舵机820连接有转盘830，并可驱动转盘830转动，转盘830上缠绕有线，线的自由端用于拉动导丝锁止杆720，使导丝锁止杆720松开对导丝锁止器730的挤压，从而使导丝锁止器730松开对导丝的夹紧。为了能够实现上述功能，且不影响导丝通常状态下对导丝的夹紧，对线与导丝锁止杆720的连接结构进行设计，在本实施中，导丝锁止杆720的末端通过螺纹连接一个锁止器拉板770，锁止器拉板770与锁止器端盖760之间相隔一段距离，此距离可以通过锁止器拉板770与导丝锁止杆720的螺纹配合长度调节；同时，在隔板910上通过直线导轨副850设置有切换板840，切换板840具有圆弧缺口，通过该缺口，切换板840卡在锁止器端盖760和锁止器拉板770之间，转盘830上线与切换板840连接，从而舵机820驱动转盘830转动，通过线拉动切换板840向后移动，切换板840被锁止器拉板770挡住，带动导丝锁止杆720克服弹簧740向后移动，从而松开导丝。
为方便将导夹紧切换机构8安装到壳体610上，舵机座810设有用于将其安装到壳体610上的一对插接块811，通过此插接块811插入壳体610的后侧，并用螺栓进行固定即可完成连接。
现有技术中对于导丝的夹紧和放松是通过同一个机构实现的，并不将它们分开操作，导致夹持结构相对较为复杂，但是在具体使用时，导丝在大部分情况下都是需要夹紧的，一般在导管和导丝配合手术中，只有在导管夹持位置和导丝夹持位置达到极限位置，需要进行导丝夹持位置调整时才松开需要松开导丝，因此，本实施例在考虑实际使用情况，将导丝的夹紧和松开分开控制，导丝夹紧装置7默认一直夹紧导丝，而在需要松开导丝时，通过夹紧切换机构8进行切换，松开导丝，使得结构得到大大优化。
综合以上说明，已经对介入手术机器人用导丝控制器各部分的结构及其连接关系进行了清楚完整的表述，其具有的优点为：
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能够同时实现导丝的夹紧、松开、推送、扭转、测力、位移监测和力反馈，装置上安装的六轴力传感器，可以实时传回导丝的力与力矩信息，从而使操作人员可以远程感知送丝过程中产生的阻力，为操作人员的后续动作提供了有力的指导，配合导管控制器对导管导丝协同控制操作，满足手术的各种操作需求；
③具有角度可调节底座，能够根据手术需求对角度进行调节，适应性更广，较为封闭的结构形式，对传感器和电机都具有较好的保护；
采用上述导丝控制器主要可以完成对导丝的夹持、放松、推送、扭转、测力和力反馈，满足介入手术的各种操作需求，下面对其相应的操作步骤进行详细说明。
首先，将导丝控制器基座6通过插板611插装到角度调节底座的插孔中，并用销固定，角度调节底座与平台连接块可靠连接。然后，将导丝的前端依次穿过导丝锁止杆720、导丝锁止器730，并从导丝锁止套筒710的前端伸出，拧紧锁止器端盖760，使导丝锁止器730夹紧导丝。
经过以上的准备后，即可对导丝进行相应的控制，具体如下：
(一)导丝的推送操作
舵机B820不动作，导丝被导丝锁止器730夹紧，平台连接块1130移动，从而带动导丝一起向前移动，实现导丝的推送。
(二)导丝的推送力检测
在导丝推送过程中，导丝的推力经导丝夹紧装置7传递至六轴力传感器950，六轴力传感器950产生形变，并将力信号转变成电信号输出，从而测得推送力大小。
(三)导丝的扭转操作
在导丝夹紧的前提下，电机631得电，通过小齿轮632和大齿轮633的啮合传动，驱动导丝锁止套筒710转动，从而带动导丝旋转，实现导丝的扭转操作。
(四)导丝的松开操作
舵机820得电，驱动转盘830旋转，线缠绕到转盘830上，先带动切换板840后移，切换板840拉动导丝锁止杆720移动，导丝锁止器730松开对导丝的夹紧。
通过以上步骤可完成对导丝的夹紧、松开、推送、扭转和推送力检测，各步骤之间有序的进行即可完成导丝配合导管的协同操作，从而可满足手术过程中的各种操作需求。
通过以上步骤可完成对导丝的夹紧、松开、推送、扭转和推送力检测，各步骤之间有序的进行即可完成导丝配合导管的协同操作，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 (7)
1.一种导丝控制器，其特征在于：包括导丝控制器基座(6)和安装在导丝控制器基座(6)上的导丝夹紧装置(7)、安装在导丝控制器基座(6)上的夹紧切换机构(8)、六轴力传感器测力装置(9)，基座下安装有角度调节底座(10)，导丝夹紧装置(7)用于夹紧导丝，夹紧切换机构(8)用于驱使导丝夹紧装置(7)松开对导丝的夹紧，六轴力传感器测力装置(9)用于测量导丝运动过程中的阻力或阻力矩，导丝夹紧装置(7)位于导丝控制器基座(6)的上侧，夹紧切换机构(8)位于导丝控制器基座(6)的后侧；所述导丝夹紧装置(7)包括导丝锁止套筒(710)、导丝锁止杆(720)、导丝锁止器(730)和套筒支撑组件(790)，所述夹紧切换机构(8)包括舵机座(810)和舵机(820)，舵机(820)与转盘(830)连接，可驱动转盘(830)转动，转盘(830)上缠绕有线，线的端部用于拉动导丝锁止杆(720)，使导丝锁止杆(720)松开对导丝锁止器(730)的挤压；导丝控制器基座(6)包括壳体(610)和盖在壳体(610)上的上盖(620)，在壳体(610)的底部设置一对插板(611)，角度调节底座(10)上部的支撑板(140)上设置有插孔，插板(611)插入插孔，通过销固定；所述夹紧切换机构(8)连接导丝锁止杆(720)，可拉动导丝锁止杆(720)压缩弹簧(740)，使导丝锁止杆(720)松开对导丝锁止器(730)的挤压，从而使导丝锁止器(730)松开对导丝的夹紧，导丝锁止杆(720)的末端通过螺纹连接锁止器拉板(770)；导丝控制器还包括导丝扭转装置(630)；所述导丝扭转装置(630)用于驱动导丝锁止套筒(710)旋转；所述的导丝锁止套筒(710)通过套筒支撑组件(790)支撑设置在导丝控制器基座(6)上；所述套筒支撑组件(790)包括定位底座(791)，导丝锁止套筒(710)通过轴承(780)安装装在定位底座(791)中；所述的六轴力传感器测力装置(9)包括设置在导丝控制器基座(6)中的隔板(910)、导丝连接件(940)和六轴力传感器(950)；所述的导丝连接件(940)用于连接套筒支撑组件(790)，它通过直线导轨副(920)可移动设置在隔板(910)上；所述六轴力传感器(950)的一端与隔板(910)连接，另一端与导丝连接件(940)连接；所述定位底座(791)的底部通过连接座(793)设置有可拨动的锁紧开关(792)；所述的导丝连接件(940)设置带有插接孔(942)的插接板(941)，拨动锁紧开关(792)可将锁紧开关(792)插入插接孔(942)内，从而锁住导丝连接件(940)。
2.根据权利要求1所述的导丝控制器，其特征在于：所述夹紧切换机构(8)设置有直线导轨副A(850)，在直线导轨副A(850)上设置有切换板(840)；切换板(840)具有圆弧缺口，通过该缺口，切换板(840)卡在锁止器端盖(760)和锁止器拉板(770)之间，转盘(830)上的线与切换板(840)连接。
3.根据权利要求1所述的导丝控制器，其特征在于：所述隔板(910)安装在壳体(610)中，导丝连接件(940)的插接板(941)穿过上盖(620)。
4.根据权利要求3所述的导丝控制器，其特征在于：舵机座(810)上设有一对插接块(811)，通过插接块(811)插入导丝控制器壳体(610)的后侧，并用螺栓进行固定连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的导丝控制器，其特征在于：所述角度调节底座(10)，包括立板(110)、底座(120)、支撑板(140)、立板连接轴(150)、套管(160)、套管连接轴(170)、调整杆(180)、连接轴(190)和紧固螺丝(200)。
6.根据权利要求1所述的导丝控制器，其特征在于：所述导丝扭转装置(630)包括设置在导丝控制器基座(6)上的电机(631)，电机(631)连接小齿轮(632)；所述的导丝锁止套筒(710)上安装有与小齿轮(632)啮合的大齿轮(633)；扭矩传感器安装在电机的输出端和小齿轮之间；当扭矩传感器检测到旋转驱动电机的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，得到对手术导管操作时的实时扭矩。
7.一种权利要求1-6任一项所述的导丝控制器，其特征在于，所述导丝控制器能够用于教学或模拟操作训练。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20210721 Address after: 100160 119 South 4th Ring Road West, Fengtai District, Beijing Applicant after: BEIJING TIANTAN HOSPITAL, CAPITAL MEDICAL University Address before: 100050 Tiantan Xili 6, Dongcheng District, Beijing Applicant before: BEIJING TIANTAN HOSPITAL, CAPITAL MEDICAL University Applicant before: Li Youxiang Applicant before: Jiang Yuhua |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20180306 Assignee: Beijing wansi Medical Technology Co.,Ltd. Assignor: BEIJING TIANTAN HOSPITAL, CAPITAL MEDICAL University Contract record no.: X2024980004749 Denomination of invention: A wire guide controller and its operating method Granted publication date: 20240130 License type: Exclusive License Record date: 20240422 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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