CN107822711B - 一种微创介入手术机器人的导丝介入装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗设备领域，具体涉及一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，包括：滑轨、沿滑轨移动的至少两个移动指组件和旋转组件；移动指组件包括：移动指驱动电机、夹持机构以及移动指底座；旋转组件包括固定外壳、旋转盘和驱动旋转盘转动的转盘电机，旋转盘与其中一个移动指组件的夹持机构固定连接，固定外壳固定在移动指底座上；导丝穿过移动指组件的夹持机构和旋转盘后介入到血管内，各移动指组件的移动指驱动电机转速不同。本发明导丝的递送和旋转动作通过不同的电机控制，可同步进行，更符合实际手术过程中医生的操作习惯。

Description

一种微创介入手术机器人的导丝介入装置

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种微创介入手术机器人的导丝介入装置。

背景技术

微创介入手术机器人主要包括定位装置、导丝介入装置、影像导航设备以及监控设备等。导丝介入装置实现导丝的递送、旋转和测量阻力，现有的案例中，导丝的递送有靠绳传动拖拉导丝夹持指带着导丝前后移动，实现导丝的递送；也有靠两个辊子挤压导丝产生的摩擦力带动导丝前后移动的。为了实现导丝的旋转，通常有两种方式，一是介入装置自身旋转带着导丝旋转；二是模仿人手搓捻导丝的动作，搓动导丝旋转；导丝前端阻力测定问题罕有提及解决方案，目前检索到的方法有通过靠杠杆原理将水平方向压力转化为竖直方向压力挤压压力传感器触头来实现。

上述的导丝介入装置的方案存在以下缺陷：

1、靠摩擦力带动导丝移动和旋转不够可靠；

2、单个移动指带动导丝移动，需要通过调整移动指移动的速度实现导丝的快速递送和慢速调整，还需要另外设计支撑部件对导丝进行辅助支撑；

3、通过转动整个装置来带动导丝转动，会产生较大震动，影响动

作的稳定性，并且会产生较大噪音；

4、导丝的递送和旋转动作是分离的，不能同步进行，不满足实际的手术需求并且不符合医生的操作习惯；

5、导丝前端阻力的测定方案对机构结构设计提出了过多的限制，使得机构的设计复杂，加工制造成本高。

发明内容

本发明克服现有技术中存在的导丝介入不可靠、导丝递送和旋转不能同步的问题，而提供一种可靠的、符合医生操作习惯的微创介入手术机器人的导丝介入装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，包括：滑轨、沿所述滑轨移动的至少两个移动指组件和旋转组件；所述移动指组件包括：用来驱动移动指组件沿所述滑轨移动的移动指驱动电机、将导丝松开或夹紧的夹持机构以及移动指底座；所述移动指底座沿所述滑轨移动；所述旋转组件包括固定外壳、旋转盘和驱动所述旋转盘转动的转盘电机，所述旋转盘与其中一个所述移动指组件的夹持机构固定连接，所述固定外壳固定在所述移动指底座上；所述导丝穿过所述移动指组件的夹持机构和旋转盘后介入到血管内，各所述移动指组件的移动指驱动电机转速不同。

进一步地，所述移动指组件为两个，分别为前移动指组件和后移动指组件，所述旋转盘与所述前移动指组件的夹持机构固定连接，所述后移动指组件的夹持机构通过夹持机构固定板固定在移动指底座上。

进一步地，所述滑轨为齿条滑轨，所述移动指底座的下部具有齿条移动滑块，所述移动指驱动电机通过带动齿轮转动驱动齿条移动滑块沿所述滑轨移动。

进一步地，所述导丝介入装置还包括连接在所述旋转盘和所述夹持机构之间的拉压力传感器，所述导丝穿过所述拉压力传感器。

进一步地，所述夹持机构包括：夹持电机、底块、顶块、第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述夹持电机的输出轴与所述第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与分别于第二连杆和第三连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端铰接有顶块，所述第三连杆的另一端与所述第四连杆的一端铰接，所述第四连杆的另一端与一固定铰链支座铰接，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、顶块和底块组成平面六连杆机构，在所述夹持电机的驱动下所述平面六连杆机构运动，所述导丝从所述底块与所述顶块之间穿过，当所述顶块顶紧在所述底块上时将所述导丝夹紧。

进一步地，所述移动指组件还包括夹持机构固定板，所述夹持机构固定板上固定有用来安装夹持电机的电机固定板和铰链座固定板，所述固定铰链支座固定在所述铰链座固定板上。

进一步地，所述底块包括两相互平行的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板之间具有夹持板；所述顶块的两端具有凸头，所述第一侧板和第二侧板上具有与所述凸头对应的第一滑槽和第二滑槽，所述凸头沿所述第一滑槽和所述第二滑槽移动，通过所述顶块和夹持板之间的分离与贴合松开或夹紧导丝。

进一步地，所述第一侧板和第二侧板上对应设置有使所述导丝穿过的第一穿孔和第二穿孔。

进一步地，所述转盘电机安装在所述固定外壳上，所述旋转盘位于所述固定外壳的中心。

更进一步地，所述顶块顶紧在所述底块上时，所述第一连杆、所述第二连杆和顶块处于一条直线上，所述第三连杆和所述第四连杆处于一条直线上，所述平面六连杆机构处于死点位置。

本发明的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置的有益效果是：

1、导丝的递送和旋转动作通过不同的电机控制，可同步进行，更符合实际手术过程中医生的操作习惯。

2、采用前后两个移动指组件，并且两个移动指组件的移动速度不同，分别实现大动脉里的快速递送和分支血管里的慢速调节，并且一个移动指组件移动的时候，另一个移动指组件可以作为递送过程中的支撑，无需附加的导丝支撑机构。

3、前移动指组件上安装有中空的拉压力传感器，当前端有阻力时，第一移动指就会将阻力作用在拉压力传感器的受压面上，从而实现对导丝前端阻力的测定，而无需增加其他的辅助装置，无需改变导丝递送和旋转的原理。

4、本发明通过平面六连杆机构的死点位置实现对导丝的夹持，使夹持更可靠且结构简单。

5、旋转组件只需带动结构简单的夹持机构进行旋转，实现导丝的旋转，保持夹持旋转方法可靠性的同时，减少了旋转的零部件，减少了旋转过程中的震动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的微创介入手术机器人的导丝介入装置的结构图；

图2是图1中A部分的局部放大图；

图3是本发明实施例的移动指组件的前视立体图；

图4是本发明实施例的前移动指组件的后视立体图；

图5是本发明实施例的底块立体图；

图6是本发明实施例的顶块立体图；

图7是本发明实施例的夹持机构的顶块距离底块最远距离时的连杆结构示意图；

图8是本发明实施例的夹持机构夹紧导丝时结构示意图。

图中:1、滑轨，21、前移动指组件，22、后移动指组件，23、移动指驱动电机，24、夹持机构，241、夹持电机，242、底块，2421、第一侧板，2422、第二侧板，2423、第一滑槽，2424、第二滑槽，2425、第一穿孔，2426、第二穿孔，2427、夹持板，243、顶块，2431、凸头，244、第一连杆，245、第二连杆，246、第三连杆，247、第四连杆，248、固定铰链支座，25、移动指底座，251、齿条移动滑块，26、夹持机构固定板，27、电机固定板，28、铰链座固定板，3、旋转组件，31、旋转盘，32、转盘电机，33、固定外壳，4、导丝，5、拉压力传感器。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

需要声明的是：本发明实施例的说明中，规定导丝向血管中介入的方向为“前”。

如图1-图8所示的本发明的微创介入手术机器人的导丝介入装置的具体实施例，包括：滑轨1、沿滑轨1移动的至少两个移动指组件和旋转组件3；移动指组件包括：用来驱动移动指组件沿滑轨1移动的移动指驱动电机23、将导丝4松开或夹紧的夹持机构24以及移动指底座25；移动指底座25沿滑轨1移动；旋转组件3包括固定外壳33、旋转盘31和驱动旋转盘31转动的转盘电机32，旋转盘31与其中一个移动指组件的夹持机构24固定连接，固定外壳33固定在移动指底座25上；导丝4穿过移动指组件的夹持机构24和旋转盘31后介入到血管内，各移动指组件的移动指驱动电机23转速不同。

为了满足实现导丝4在大动脉里快速递送和分支血管里慢速递送，至少需要导丝4以两种不同的速度递送，即移动指组件以两种不同的速度沿滑轨1移动，为了实现上述需求，且尽量简化结构，本发明实施例采用两个移动指组件，分别为前移动指组件21和后移动指组件22。当然为了实现对导丝4更多速度的递送，可以根据需要多设置移动指组件。本实施例中，前移动指组件21的移动指驱动电机23转速慢，实现慢速调节；而后移动指组件22的移动指驱动电机23转速快，实现快速递送。在前移动指组件21递送的过程中，前移动指组件21的夹持机构24将导丝4夹紧，后移动指组件22的夹持机构24松开，仅作为递送过程中的支撑；反之，后移动指组件22的递送过程中，前移动指组件21的夹持机构24松开，仅作为递送过程中的支撑。两移动指组件相互支撑，无需附件支撑指，最大程度的简化了结构。

本实施例中采用齿条滑轨1，如图1所示，移动指底座25的下部具有齿条移动滑块251，移动指驱动电机23通过带动齿轮转动驱动齿条移动滑块251沿滑轨1移动。

如图1、图2和图4所示，本实施例中，旋转盘31与前移动指组件21的夹持机构24固定连接，旋转盘31组件还包括固定在底座上的固定外壳33，转盘电机32安装在固定外壳33上，而旋转盘31设置在固定外壳33中心，转盘电机32经过减速和传动机构驱动旋转盘31转动，旋转盘31与夹持机构24固定连接，使夹持机构24随旋转盘31同步转动，进而实现对导丝4的旋转，保留了夹持旋转的可靠性，仅旋转夹持机构24，减少了旋转的部件，减少旋转过程中的震动。后移动指组件22的夹持机构24通过夹持机构固定板26固定在移动指底座25上。

如图3所示，为了测量导丝4前端收到的阻力，旋转盘31和夹持机构24之间还安装有中空的拉压力传感器5，导丝4穿过拉压力传感器5，导丝4介入过程中，前端有阻力时，前移动指组件21就会将阻力作用在拉压力传感器5的受压面上，从而实现对导丝4前端阻力的测定，而无需增加其他的辅助装置，无需改变递送和旋转的原理。

参见图2和图3，本实施例的夹持机构24包括：夹持电机241、底块242、顶块243、第一连杆244、第二连杆245、第三连杆246和第四连杆247，夹持电机241的输出轴与第一连杆244的一端铰接，第一连杆244的另一端与分别于第二连杆245和第三连杆246的一端铰接，第二连杆245的另一端铰接有顶块243，第三连杆246的另一端与第四连杆247的一端铰接，第四连杆247的另一端与一固定铰链支座248铰接，第一连杆244、第二连杆245、第三连杆246、第四连杆247、顶块243和底块242组成平面六连杆机构，在夹持电机241的驱动下平面六连杆机构运动，导丝4从底块242与顶块243之间穿过，当顶块243顶紧在底块242上时将导丝4夹紧。

移动指组件还包括夹持机构固定板26，夹持机构固定板26上固定有用来安装夹持电机241的电机固定板27和铰链座固定板28，固定铰链支座248固定在铰链座固定板28上。

参见图5，底块242包括两相互平行的第一侧板2421和第二侧板2422，第一侧板2421和第二侧板2422之间具有夹持板2427；参见图6顶块243的两端具有凸头2431，第一侧板2421和第二侧板2422上具有与凸头2431对应的第一滑槽2423和第二滑槽2424，凸头2431沿第一滑槽2423和第二滑槽2424移动，通过顶块243和夹持板2427之间的分离与贴合松开或夹紧导丝4。第一侧板2421和第二侧板2422上对应设置有使导丝4穿过的第一穿孔2425和第二穿孔2426。

参见图7和图8，夹持机构24在夹持导丝4时，为了保证夹持的可靠性，希望夹持件顶块243和夹持板2427与导丝4的接触线尽量长来增加接触尺寸，结合手术机器人的尺寸、导丝4递送的行程等实际手术中的情况，取夹持段长度为30mm，即顶块243与夹持板2427之间的接触长度为30mm。

夹持装置在夹紧和松开两个状态转换时，顶块243所移动的行程没有严格要求，只要能够脱离导丝4即可，本实施例中人为给定完成一次夹持动作顶块243的行程为15mm左右。鉴于本实施例中的顶块243尺寸，以及初步确定的顶块243行程来设计此平面六连杆机构的具体尺寸。选取第一连杆244长度为30mm，第二连杆245长度为40mm。根据图解法，为限制顶块243松开时产生过大位移，使顶块243脱离所述底块242上的滑道，用第三连杆246和第四连杆247的长度来实现，使顶块243退回行程刚好为20mm时，第三连杆246和第四连杆247处于共线的一个极限位置，当顶块243夹紧导丝4，即第一连杆244和第二连杆245共线达到最远位移时，第三连杆246和第四连杆247也刚好达到共线的最远位置。初定第四连杆247的铰接点距离第一连杆244和第二连杆245铰接点最远位移为40mm，最近距离为30mm，则第三连杆246长度为10mm，第四连杆247长度为30mm。此时可以实现第一连杆244的摆动角度的一个极限位置对应靠死点支撑的夹紧位置(参见图7)，另一个极限位置对应两第一连杆244和第三连杆246的铰接点以及第三连杆246与第四连杆247的铰接点的连线上(参见图8)。依照上述尺寸设计的平面六连杆机构能够实现对导丝4的夹持和松开。

参见图7，顶块243顶紧在底块242上时，第一连杆244、第二连杆245和顶块243处于一条直线上，第三连杆246和第四连杆247处于一条直线上，平面六连杆机构处于死点位置。

参见图8，顶块243远离夹持板2427的最远位置时，第一连杆244、第三连杆246和第四连杆247处于同一条直线上。

可以看出，本实施例中导丝4的递送和旋转动作通过不同的电机控制，可同步进行，更符合实际手术过程中医生的操作习惯。

本发明通过平面六连杆机构的死点位置实现对导丝4的夹持，使夹持更可靠且结构简单。

需要声明的是：在对本发明的导丝介入装置的尺寸和结构做轻微改变后，即可适应导管等部件的介入操作，属于本领域技术人员常用的手段和公知的常识，所以对于与本发明结构和原理类似的导管介入装置等仍在本发明的保护范围内。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，包括：滑轨（1）、沿所述滑轨（1）移动的至少两个移动指组件和旋转组件（3）；所述移动指组件包括：用来驱动移动指组件沿所述滑轨（1）移动的移动指驱动电机（23）、将导丝（4）松开或夹紧的夹持机构（24）以及移动指底座（25）；所述移动指底座（25）沿所述滑轨（1）移动；所述旋转组件（3）包括固定外壳（33）、旋转盘（31）和驱动所述旋转盘（31）转动的转盘电机（32），所述旋转盘（31）与其中一个所述移动指组件的夹持机构（24）固定连接，所述固定外壳（33）固定在所述移动指底座（25）上；所述导丝（4）穿过所述移动指组件的夹持机构（24）和旋转盘（31）后介入到血管内，各所述移动指组件的移动指驱动电机（23）转速不同；所述夹持机构（24）包括：夹持电机（241）、底块（242）、顶块（243）、第一连杆（244）、第二连杆（245）、第三连杆（246）和第四连杆（247），所述夹持电机（241）的输出轴与所述第一连杆（244）的一端铰接，所述第一连杆（244）的另一端分别与第二连杆（245）和第三连杆（246）的一端铰接，所述第二连杆（245）的另一端铰接有顶块（243），所述第三连杆（246）的另一端与所述第四连杆（247）的一端铰接，所述第四连杆（247）的另一端与一固定铰链支座（248）铰接，所述第一连杆（244）、第二连杆（245）、第三连杆（246）、第四连杆（247）、顶块（243）和底块（242）组成平面六连杆机构，在所述夹持电机（241）的驱动下所述平面六连杆机构运动，所述导丝（4）从所述底块（242）与所述顶块（243）之间穿过，当所述顶块（243）顶紧在所述底块（242）上时将所述导丝（4）夹紧；所述底块（242）包括两相互平行的第一侧板（2421）和第二侧板（2422），所述第一侧板（2421）和第二侧板（2422）之间具有夹持板（2427）；所述顶块（243）的两端具有凸头（2431），所述第一侧板（2421）和第二侧板（2422）上具有与所述凸头（2431）对应的第一滑槽（2423）和第二滑槽（2424），所述凸头（2431）沿所述第一滑槽（2423）和所述第二滑槽（2424）移动，通过所述顶块（243）和夹持板（2427）之间的分离与贴合松开或夹紧导丝（4）；所述顶块（243）顶紧在所述底块（242）上时，所述第一连杆（244）、所述第二连杆（245）和顶块（243）处于一条直线上，所述第三连杆（246）和所述第四连杆（247）处于一条直线上，所述平面六连杆机构处于死点位置。

2.根据权利要求1所述的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，所述移动指组件为两个，分别为前移动指组件（21）和后移动指组件（22），所述旋转盘（31）与所述前移动指组件（21）的夹持机构（24）固定连接，所述后移动指组件（22）的夹持机构（24）通过夹持机构固定板（26）固定在移动指底座（25）上。

3.根据权利要求1所述的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，所述滑轨（1）为齿条滑轨（1），所述移动指底座（25）的下部具有齿条移动滑块（251），所述移动指驱动电机（23）通过带动齿轮转动驱动齿条移动滑块（251）沿所述滑轨（1）移动。

4.根据权利要求1所述的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，所述导丝介入装置还包括连接在所述旋转盘（31）和所述夹持机构（24）之间的拉压力传感器（5），所述导丝（4）穿过所述拉压力传感器（5）。

5.根据权利要求2所述的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，所述夹持机构固定板（26）上固定有用来安装夹持电机（241）的电机固定板（27）和铰链座固定板（28），所述固定铰链支座（248）固定在所述铰链座固定板（28）上。

6.根据权利要求5所述的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，所述第一侧板（2421）和第二侧板（2422）上对应设置有使所述导丝（4）穿过的第一穿孔（2425）和第二穿孔（2426）。

7.根据权利要求6所述的一种微创介入手术机器人的导丝介入装置，其特征在于，所述转盘电机（32）安装在所述固定外壳（33）上，所述旋转盘（31）位于所述固定外壳（33）的中心。

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