CN112120791A - 一种血管介入手术机器人主端操控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于介入手术机器人领域，尤其涉及一种血管介入手术机器人主端操控装置，包括手术操控环、力感控制机构、位置检测机构和旋转检测机构，力感控制机构包括转矩发生器、同步带轮、同步惰轮以及同步带，位置检测机构包括磁环导向轴以及用于检测手术操控环在磁环导向轴的位置的位移传感器；旋转检测机构与同步带连接，且还与手术操控环转动连接。基于本发明，首先，医生操控手术操控环时，能够有效获得力反馈，其次，导丝/导管的旋转和推送动作能够一起执行，而且旋转的角度不限制，降低了手术操作的复杂程度，最后，符合医生平时常规手术两指操作导丝/导管进行介入手术的习惯，降低了医生学习机器人操作的难度。

Description

一种血管介入手术机器人主端操控装置
技术领域
本发明属于介入手术机器人领域，尤其涉及一种血管介入手术机器人主端操控装置。
背景技术
目前常规的微创血管介入手术采用的方式为施术者直接操纵导丝、导管等器械进入人体血管，并且在数字减影血管造影机(DSA)、CT等影像设备的引导和监视下进行疾病治疗的方式，但是这种方式医生进行手术时会长时间受到 X光的辐射，对医生的身体造成重大伤害；其次是手术时间长，医生因为长时间穿着沉重的铅衣操作手术，会造成医生身体疲劳和损伤，同时医生在手术时也会因疲劳和生理颤抖而产生误操作，这样会大大降低手术的安全性。
目前国内外成熟的介入手术机器人主端操控装置有美国
Figure BDA0002712058310000011
GRX，法国Robcath等，医生端操控器有成熟的并联结构型和往复操作型的几种，但是这些介入手术机器人主端操控装置主要存下一下几个问题：
1.缺乏有效的力反馈模块，医生不能有效的感知手术过程中导丝/导管在血管内的阻力，缺乏手术过程的力觉临场感，容易造成导丝/导管戳破血管，引起大出血的风险；
2.不能进行有效的推进位置检测和旋转位置检测，导丝的旋转和推送动作不能一起执行，而且一次旋转的角度有限，这些缺陷增加了手术操作的复杂程度；
3.改变了医生平时常规手术两指操作导丝/导管进行介入手术的习惯，使得医生学习机器人操作的难度加大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种血管介入手术机器人主端操控装置，其旨在解决几个问题：
1.医生操控端缺乏有效的力反馈模块，医生不能有效的感知手术过程中导丝/导管在血管内的阻力，缺乏手术过程的力觉临场感，容易造成导丝/导管戳破血管，引起大出血的风险；
2.不能进行有效的推进位置检测和旋转位置检测，导丝的旋转和推送动作不能一起执行，而且一次旋转的角度有限，这些缺陷增加了手术操作的复杂程度；
3.主端操控装置改变了医生平时常规手术两指操作导丝/导管进行介入手术的习惯，使得医生学习机器人操作的难度加大。
本发明是这样实现的：
一种血管介入手术机器人主端操控装置，包括：
手术操控环；
力感控制机构，包括转矩发生器、同步带轮、同步惰轮以及同步带，所述转矩发生器具有转矩输出轴，所述同步带轮连接于所述转矩输出轴，并随所述转矩输出轴转动，所述同步带轮和所述同步惰轮的中心轴线平行，所述同步带轮和所述同步惰轮共同张紧所述同步带，所述同步带轮用于带动所述同步带转动，所述同步惰轮随所述同步带转动；
位置检测机构，包括磁环导向轴和位移传感器，所述磁环导向轴的延伸方向垂直于述同步带轮的中心轴线，且平行所述同步带轮指向所述同步惰轮的方向，所述手术操控环套接于所述磁环导向轴，并能够与所述磁环导向轴相对转动，所述磁环导向轴的外表面与所述手术操控环的内环面光滑间隙配合，所述位移传感器用于检测所述手术操控环在所述磁环导向轴的位置；
旋转检测机构，与所述同步带连接，且还与所述手术操控环转动连接，所述旋转检测机构与所述手术操控环之间的转动轴线平行所述同步带轮指向所述同步惰轮的方向。
可选地，所述手术操控环为磁环；
所述位移传感器为磁致位移传感器。
可选地，所述旋转检测机构包括连接滑环、旋转编码器、编码器计数模块以及连接结构，所述连接滑环呈中空环形，所述连接滑环套接于所述磁环导向轴，并与所述磁环导向轴转接配合，且与所述手术操控环固定连接，所述旋转编码器与所述连接滑环转动连接，且所述旋转编码器与所述连接滑环之间的转动轴线平行所述同步带轮指向所述同步惰轮的方向，所述编码器计数模块与所述旋转编码器电连接，所述连接结构与所述旋转编码器固定连接，且还与所述同步带固定连接。
可选地，所述旋转检测机构还包括编码器固定架以及至少两个编码器导向轴，所述编码器固定架与所述旋转编码器固定连接，各所述编码器导向轴的延伸方向平行于所述磁环导向轴的延伸方向，并均穿过所述编码器固定架，且均与所述编码器固定架滑接配合。
可选地，所述编码器固定架通过直线轴承来与所述编码器导向轴滑接配合。
可选地，所述连接结构包括内压板和外压板，所述内压板和所述外压板共同夹紧所述同步带，所述内压板和所述外压板至少其中之一与所述旋转编码器固定连接。
可选地，所述旋转编码器呈环形，并套接于所述磁环导向轴。
可选地，所述转矩发生器为磁粉制动器。
可选地，所述血管介入手术机器人主端操控装置还包括电池，所述电池用于为所述转矩发生器、所述位移传感器和所述旋转检测机构供应电能。
可选地，所述血管介入手术机器人主端操控装置还包括装置底板、转矩底座、惰轮底座以及支撑座，所述转矩底座、所述惰轮底座和两所述支撑结构均固定于所述装置底板，所述转矩底座供所述转矩发生器固定，所述惰轮底座通过惰轮轴与所述同步惰轮转接，所述支撑座用于支撑所述磁环导向轴。
在本发明中，通过手术操控环、力感控制机构、力感控制机构以及位置检测机构的设计，相对于现有技术具有以下技术效果：
(1)医生操控手术操控环时，能够有效获得力反馈，医生能够有效的感知手术过程中导丝/导管在血管内的阻力，使得医生具有手术过程的力觉临场感，避免造成导丝/导管戳破血管，降低了引起大出血的风险；
(2)导丝/导管的旋转和推送动作能够一起执行，而且旋转的角度不限制，降低了手术操作的复杂程度；
(3)符合医生平时常规手术两指操作导丝/导管进行介入手术的习惯，降低了医生学习机器人操作的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的血管介入手术机器人主端操控装置的立体图；
图2是图1中AA方向剖视图。
附图标号说明：
Figure BDA0002712058310000041
Figure BDA0002712058310000051
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种血管介入手术机器人主端操控装置，与血管介入手术机器人从端执行装置配套使用，血管介入手术机器人从端执行装置抓持有导丝。
请参阅图1和图2，该血管介入手术机器人主端操控装置包括手术操控环 100、力感控制机构200、位置检测机构300以及旋转检测机构400。
手术操控环100供医生进行远程血管介入手术时直接操作的结构件，医生通过手术操控环100来远程控制血管介入手术机器人从端执行装置推拉、旋转导丝；手术操控环100的外表面可以设置有防滑结构，如套接防滑胶套或直接在手术操控环100的外表面设置凹凸，以避免医生操控手术操控环100时出现打滑的情况。
力感控制机构200包括转矩发生器210、同步带240轮220、同步惰轮230 以及同步带240，转矩发生器210具有转矩输出轴，同步带240轮220连接于转矩输出轴，并随转矩输出轴转动，同步带240轮220和同步惰轮230的中心轴线平行，同步带240轮220和同步惰轮230共同张紧同步带240，同步轮220 用于带动同步带240走带，同步惰轮230随同步带240转动。在具体使用过程中，转矩发生器210在转矩输出轴输出的转矩与血管介入手术机器人从端执行装置受到的阻力直接关联，该关联是为了实现医生推动手术操控环100所受到的助力需与血管介入手术机器人从端执行装置推动导丝所受到的阻力大致相当，具体地，转矩发生器210产生相应地扭矩，通过同步带240、旋转检测机构400，将扭矩传递到手术操控环100，从而让医生在手术操控环100感受到力反馈。
位置检测机构300包括磁环导向轴310和位移传感器，磁环导向轴310的延伸方向垂直于述同步带240轮220的中心轴线，且平行同步带240轮220指向同步惰轮230的方向，手术操控环100套接于磁环导向轴310，并能够与磁环导向轴310相对转动，磁环导向轴310的外表面与手术操控环100的内环面光滑间隙配合，以避免手术操控环100相对磁环导向轴310移动、转动的过程中，产生过多的阻力，影响操作效果，其中，通过磁环导向轴310与手术操控环100的配合，限制手术操作环的活动方向，即手术操控环100只能沿磁环导向轴310的延伸方向滑动及相对磁环导向轴310转动，如此，便于与其他结构部件配合使用。位移传感器用于检测手术操控环100在磁环导向轴310的位置
旋转检测机构400与同步带240连接，且还与手术操控环100转动连接，旋转检测机构400与手术操控环100之间的转动轴线平行同步带240轮220指向同步惰轮230的方向。该旋转检测机构400用于获取手术操控环100的转动情况，以便于根据手术操控环100的转动情况来让血管介入手术机器人从端执行装置控制对导丝的转动，具体地，通常是让手术操控环100的转动度数与导丝的转动度数一直。
基于本发明的结构设计，首先，力感控制机构200能让医生操作手术操控环100时获取力反馈，医生能够有效的感知手术过程中导丝/导管在血管内的阻力，使得医生具有手术过程的力觉临场感，避免造成导丝/导管戳破血管，降低了引起大出血的风险，其次，旋转检测机构400能让医生操作手术操控环100 时无限制旋转，再次，通过位移传感器，位置检测机构300能让医生操作手术操控环100时准确获取手术操控环100推拉位置。
具体地，在使用过程中，血管介入手术机器人主端操控装置，与血管介入手术机器人从端执行装置配套使用，医生手指操控手术操控环100进行推拉、旋转，从而获得在血管介入手术机器人主端操控装置获得医生手指操控，并将血管介入手术机器人主端操控装置获得的医生手指操控，在血管介入手术机器人从端执行装置进行模拟相应的手指操控。
在本发明中，通过手术操控环100、力感控制机构200、力感控制机构200 以及位置检测机构300的设计，相对于现有技术具有以下技术效果：
(1)医生操控手术操控环100时，能够有效获得力反馈，医生能够有效的感知手术过程中导丝/导管在血管内的阻力，使得医生具有手术过程的力觉临场感，避免造成导丝/导管戳破血管，降低了引起大出血的风险；
(2)导丝/导管的旋转和推送动作能够一起执行，而且旋转的角度不限制，降低了手术操作的复杂程度；
(3)符合医生平时常规手术两指操作导丝/导管进行介入手术的习惯，降低了医生学习机器人操作的难度。
在本发明实施例中，手术操控环100为磁环；位移传感器为磁致位移传感器，其中，手术操控环100为磁环，目的是配合磁致位移传感器的检测。磁致位移传感器的检测为非接触式检测，且具有精度高的优点，有利于提高血管介入手术机器人从端执行装置对导丝/导管的操控，避免出现导丝/导管戳破血管的情况，降低引起大出血的风险。
如图1和图2所示，在本发明实施例中，旋转检测机构400包括连接滑环 410、旋转编码器420、编码器计数模块430以及连接结构440，连接滑环410 呈环形，连接滑环410套接于磁环导向轴310，并与磁环导向轴310转接配合，且与手术操控环100固定连接，旋转编码器420与连接滑环410转动连接，且旋转编码器420与连接滑环410之间的转动轴线平行同步带240轮220指向同步惰轮230的方向，编码器计数模块430与旋转编码器420电连接，连接结构 440与旋转编码器420固定连接，且还与同步带240固定连接。该结构简单，便于实现，有利于降低生产制造成本。
进一步地，旋转检测机构400还包括编码器固定架450以及至少两个编码器导向轴460，编码器固定架450与旋转编码器420固定连接，各编码器导向轴460的延伸方向平行于磁环导向轴310的延伸方向，并均穿过编码器固定架 450，且均与编码器固定架450滑接配合。如此，有利于避免旋转编码器420 随手术操控环100移动的过程中发生晃动的情况。
进一步地，编码器固定架450通过直线轴承470来与编码器导向轴460滑接配合，可减小编码器固定架450与编码器导向轴460之间的摩擦阻力。
进一步地，连接结构440包括内压板和外压板，内压板和外压板共同夹紧同步带240，内压板和外压板至少其中之一与旋转编码器420固定连接。该结构简单，便于实现，有利于降低生产制造成本。
如图1和图2所示，在本发明实施例中，旋转编码器420呈中空环形，并套接于磁环导向轴310。
在本发明实施例中，转矩发生器210为磁粉制动器，其中，磁粉制动器具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点，避免血管介入手术机器人主端操控装置使用过程中干扰医生的手术操作。
如图1和图2所示，在本发明实施例中，血管介入手术机器人主端操控装置还包括电池500，电池500用于为转矩发生器210、位移传感器和旋转检测机构400供应电能。如此，在没有外部的电源的情况下，可利用电池500来保证血管介入手术机器人主端操控装置的正常使用。
如图1和图2所示示，在本发明实施例中，血管介入手术机器人主端操控装置还包括装置底板610、转矩底座620、惰轮底座630以及支撑座640，转矩底座620、惰轮底座630和两支撑结构均固定于装置底板610，转矩底座620 供转矩发生器210固定，惰轮底座630通过惰轮轴650与同步惰轮230转接，支撑座640用于支撑磁环导向轴310。基于此结构设计，手术操控环100、力感控制机构200、力感控制机构200以及位置检测机构300直接或间接的固定在装置底板610，如此，便于血管介入手术机器人主端操控装置整体搬运、挪移。
在本实施例中，支撑座640设有两个。
结合前述结构，导向轴460也固定于支撑座640。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，包括：
手术操控环；
力感控制机构，包括转矩发生器、同步带轮、同步惰轮以及同步带，所述转矩发生器具有转矩输出轴，所述同步带轮连接于所述转矩输出轴，并随所述转矩输出轴转动，所述同步带轮和所述同步惰轮的中心轴线平行，所述同步带轮和所述同步惰轮共同张紧所述同步带，所述同步带轮用于带动所述同步带转动，所述同步惰轮随所述同步带转动；
位置检测机构，包括磁环导向轴和位移传感器，所述磁环导向轴的延伸方向垂直于述同步带轮的中心轴线，且平行所述同步带轮指向所述同步惰轮的方向，所述手术操控环套接于所述磁环导向轴，并能够与所述磁环导向轴相对转动，所述磁环导向轴的外表面与所述手术操控环的内环面光滑间隙配合，所述位移传感器用于检测所述手术操控环在所述磁环导向轴的位置；
旋转检测机构，与所述同步带连接，且还与所述手术操控环转动连接，所述旋转检测机构与所述手术操控环之间的转动轴线平行所述同步带轮指向所述同步惰轮的方向。
2.如权利要求1所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述手术操控环为磁环；
所述位移传感器为磁致位移传感器。
3.如权利要求1所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述旋转检测机构包括连接滑环、旋转编码器、编码器计数模块以及连接结构，所述连接滑环呈环形，所述连接滑环套接于所述磁环导向轴，并与所述磁环导向轴转接配合，且与所述手术操控环固定连接，所述旋转编码器与所述连接滑环转动连接，且所述旋转编码器与所述连接滑环之间的转动轴线平行所述同步带轮指向所述同步惰轮的方向，所述编码器计数模块与所述旋转编码器电连接，所述连接结构与所述旋转编码器固定连接，且还与所述同步带固定连接。
4.如权利要求3所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述旋转检测机构还包括编码器固定架以及至少两个编码器导向轴，所述编码器固定架与所述旋转编码器固定连接，各所述编码器导向轴的延伸方向平行于所述磁环导向轴的延伸方向，并均穿过所述编码器固定架，且均与所述编码器固定架滑接配合。
5.如权利要求4所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述编码器固定架通过直线轴承来与所述编码器导向轴滑接配合。
6.如权利要求3所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述连接结构包括内压板和外压板，所述内压板和所述外压板共同夹紧所述同步带，所述内压板和所述外压板至少其中之一与所述旋转编码器固定连接。
7.如权利要求3所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述旋转编码器呈中空环形，并套接于所述磁环导向轴。
8.如权利要求1所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述转矩发生器为磁粉制动器。
9.如权利要求1所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人主端操控装置还包括电池，所述电池用于为所述转矩发生器、所述位移传感器和所述旋转检测机构供应电能。
10.如权利要求1所述的血管介入手术机器人主端操控装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人主端操控装置还包括装置底板、转矩底座、惰轮底座以及支撑座，所述转矩底座、所述惰轮底座和两所述支撑结构均固定于所述装置底板，所述转矩底座供所述转矩发生器固定，所述惰轮底座通过惰轮轴与所述同步惰轮转接，所述支撑座用于支撑所述磁环导向轴。
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