CN113520274B - 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜 - Google Patents

基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜 Download PDF

Info

Publication number
CN113520274B
CN113520274B CN202110819319.7A CN202110819319A CN113520274B CN 113520274 B CN113520274 B CN 113520274B CN 202110819319 A CN202110819319 A CN 202110819319A CN 113520274 B CN113520274 B CN 113520274B
Authority
CN
China
Prior art keywords
endoscope
head
sleeve
driven wheel
lasso
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110819319.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113520274A (zh
Inventor
尚万峰
吴新宇
尹猛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS filed Critical Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority to CN202110819319.7A priority Critical patent/CN113520274B/zh
Publication of CN113520274A publication Critical patent/CN113520274A/zh
Priority to PCT/CN2021/137817 priority patent/WO2023000589A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113520274B publication Critical patent/CN113520274B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131—Accessories for endoscopes
    • A61B1/00133—Drive units for endoscopic tools inserted through or with the endoscope
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/0016—Holding or positioning arrangements using motor drive units
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/273—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the upper alimentary canal, e.g. oesophagoscopes, gastroscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/31—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the rectum, e.g. proctoscopes, sigmoidoscopes, colonoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/065—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring contact or contact pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0801—Prevention of accidental cutting or pricking
    • A61B2090/08021—Prevention of accidental cutting or pricking of the patient or his organs

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜。本发明克服了传统内窥镜存在的力感知能力缺失、柔顺缓冲能力不足、使用主要依靠经验等缺陷。一种基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，包括内窥镜头部、柔性连接管与驱动集成箱；内窥镜头部通过柔性连接管与驱动集成箱相连；内窥镜头部包括内窥镜头部前构件、内窥镜头部十字轴、内窥镜头部后构件，内窥镜头部十字轴上固定有内窥镜从动轮I，内窥镜头部前构件固定有内窥镜从动轮II，驱动集成箱分别驱动内窥镜从动轮I和内窥镜从动轮II转动。

Description

基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜。
背景技术
内窥镜是一种集成光学、人体工程学、精密机械等技术的检测设备，可应用于观察体内组织的一些病变，作为不可或缺的医用诊断与手术设备，被广泛应用于消化内科、呼吸科、耳鼻喉科、骨科、泌尿外科中多种疾病的检查与治疗。内窥镜根据镜身能否改变方向可分为硬质镜与弹性软镜，常用的肠镜、喉镜与胃镜等内窥镜一般都属于弹性软镜，其最大特点是镜头部分可由使用者操纵改变方向，视野更加灵活。
对现有弹性软镜进行分析后可以发现，已有设计可以实现内窥镜头部前后左右弯曲的主动调节，但没有接触力监测功能，内窥镜头部与肠道或胃内的触碰情况主要由使用者靠经验判断；软镜存在的弹性可以实现一定的被动缓冲，但内窥镜头部没有主动柔顺缓冲功能，降低肠道内戳伤几率与患者不适感的能力有限。人体肠道中有些肠腔壁很薄，力度大的话会导致肠腔壁的损伤，导致内出血。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出一种基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，实现内窥镜头部俯仰与偏航两个自由度完全解耦的主动调节，便于灵活观察肠道内情况。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特殊之处在于，
包括内窥镜头部、柔性连接管与驱动集成箱；内窥镜头部通过柔性连接管与驱动集成箱相连；
内窥镜头部包括内窥镜头部前构件、内窥镜头部十字轴、内窥镜头部后构件，
所述内窥镜头部前构件与内窥镜头部十字轴的横轴连接，内窥镜头部后构件与内窥镜头部前构件的纵轴连接；
内窥镜头部十字轴的纵轴上固定有内窥镜从动轮I，内窥镜头部前构件固定有内窥镜从动轮II，
所述驱动集成箱包括结构相同的第一驱动系统和第二驱动系统；
第一驱动系统包括集成箱驱动轮、驱动机构、两根内窥镜柔索、内窥镜套管挡板；驱动机构驱动集成箱驱动轮转动，两根内窥镜柔索的一端穿过内窥镜套管挡板后分别按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定于集成箱驱动轮上；第一驱动系统的两根内窥镜柔索的另一端穿过内窥镜套管挡板I后分别按逆时针与顺时针方向分别缠绕并固定于内窥镜从动轮I上；第二驱动系统的两根内窥镜柔索的另一端穿过内窥镜套管挡板II后分别按逆时针与顺时针方向分别缠绕并固定于内窥镜从动轮II上；
内窥镜套管穿过柔性连接管。
内窥镜头部前构件可以相对于内窥镜头部十字轴转动，内窥镜头部十字轴可以相对于内窥镜头部后构件转动，两转动的转动轴相交与一点，实现类似于球关节的转动。
进一步地，上述驱动集成箱还包括弹簧套管；
弹簧套管与内窥镜套管挡板连接，弹簧套管内安装有弹簧与内窥镜套管压头，内窥镜柔索穿过弹簧与内窥镜套管压头后进入内窥镜套管。
当集成箱驱动轮不运动，内窥镜头部仿生碰撞后接触力突然增大而使内窥镜从动轮运动时，内窥镜套管会压缩弹簧向右移动，从而实现内窥镜头部的被动缓冲。
进一步地，还包括内窥镜电位器I、内窥镜电位器II；
内窥镜电位器I安装于内窥镜头部十字轴相对于从动轮I的另一侧；内窥镜电位器II安装于内窥镜头部十字轴相对于内窥镜从动轮II的另一侧。
从动轮I的位置信号可由内窥镜电位器I采集反馈，内窥镜从动轮II的位置信号可由内窥镜电位器II采集反馈。一方面，通过控制集成箱驱动轮的转动可以改变内窥镜头部的视角，灵活观察前方场景，过程中电机转动信号与内窥镜电位器采集的信号同时在变化且两个信号呈现一定的规律。另一方面，内窥镜头部发生碰撞后接触力突然增大，内窥镜套管会压缩弹簧向右移动而使内窥镜从动轮运动，而此时电机转动信号没有发生改变或两个信号间的运动规律发生改变，此时系统可识别出碰撞，并控制集成箱驱动轮的转动来减缓碰撞，实现主动缓冲柔顺控制。
进一步地，上述内窥镜头部前构件内置有带led电子摄像头与预留功能套管；通过电子摄像头可观察内窥镜头部前方的场景，预留功能套管用于医用夹钳等工具进入内窥镜头部前方。
套索、摄像头连接线与预留功能套管等集成线束后内置于柔性连接管内。
进一步地，上述驱动机构为集成箱驱动电机。
进一步地，上述内窥镜柔索可以是钢丝绳也可以是尼龙绳等其它材质。
进一步地，上述内窥镜套管为一种承力软管，可以由矩形钢丝绕制而成，也可以由其它材质制造。
进一步地，上述内窥镜从动轮I与内窥镜头部十字轴设计为一体。
进一步地，上述内窥镜从动轮II与内窥镜头部前构件设计为一体。
进一步地，上述内窥镜套管挡板I与内窥镜头部十字轴设计为一体。
进一步地，上述内窥镜套管挡板II与内窥镜头部后构件设计为一体。
本发明的优点：
1)将套索传动应用于内窥镜，实现了内窥镜头部的两自由度解耦运动；
2)本发明在套索驱动端安装了弹簧，在内窥镜头部发生碰撞时可实现被动缓冲；
3)本发明在内窥镜头部从动轮安装了电位器，可以实时监测电机与从动轮的位置信号；
4)在没有碰撞时，电机位置信号与从动轮位置信号具有一定的规律，通过两信号间规律的参数辨识可实现接触力的估计；
5)当系统可识别出规律改变时，可以控制集成箱驱动轮的转动来减缓碰撞，实现主动缓冲柔顺控制。
附图说明
图1是内窥镜系统结构示意图；
图2是套索驱动原理示意图；
图3是驱动集成箱内部结构图；
图4是驱动集成箱被动缓冲结构图；
图5是去除弹性软套后的内窥镜头部结构图；
图6是内窥镜头部运动原理示意图；
图7为内窥镜头部构件结构图。
其中：1、内窥镜头部；2、柔性连接管；3、驱动集成箱；4、主动轮；5、柔索I；6、套管挡板I；7、套管I；8、套管II；9、套管挡板II；10、柔索II；11、从动轮；31、集成箱驱动轮；32、驱动机构；33、内窥镜柔索；34、内窥镜套管挡板；35、弹簧套管；36、内窥镜套管；37、内窥镜套管压头；38、弹簧；11、内窥镜头部前构件；12、内窥镜头部十字轴；13、内窥镜头部后构件；14、带led电子摄像头；15、预留功能套管；16、内部集成线束；17、内窥镜电位器I；18、内窥镜从动轮I；19、内窥镜从动轮II；110、内窥镜电位器II；111、内窥镜套管挡板I；112、内窥镜套管挡板II。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
针对传统内窥镜存在的力感知能力缺失、柔顺缓冲能力不足、使用主要依靠经验导致检查过程中内窥镜头部容易在大肠或胃内产生戳伤、容易使患者有不适感的问题，本发明提供一种基于套索驱动与位置信号反馈的两自由度柔顺缓冲内窥镜。
参见图1，一种基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，包括内窥镜头部1、柔性连接管2与驱动集成箱3；内窥镜头部通过柔性连接管与驱动集成箱相连。
其中，内窥镜头部1与驱动集成箱3之间存在套索、摄像头连接线与预留功能套管等连接线，这些连接线被集束后内置于柔性连接管2内；内窥镜头部1包裹有弹性软套，在保证密闭防水的前提下可适应头部运动。
参见图5、6、7，内窥镜头部包括内窥镜头部前构件11、内窥镜头部十字轴12、内窥镜头部后构件13。所述内窥镜头部前构件11与内窥镜头部十字轴12的横轴连接，内窥镜头部后构件13与内窥镜头部前构件11的纵轴连接。内窥镜头部十字轴12的纵轴上固定有内窥镜从动轮I18，内窥镜头部前构件11固定有内窥镜从动轮II19。
内窥镜头部前构件11可以相对于内窥镜头部十字轴12转动，内窥镜头部十字轴12可以相对于内窥镜头部后构件13转动，两转动的转动轴相交与一点，实现类似于球关节的转动。
所述驱动集成箱包括结构相同的第一驱动系统和第二驱动系统；第一驱动系统包括集成箱驱动轮31、驱动机构32、两根内窥镜柔索33、内窥镜套管挡板34；驱动机构32驱动集成箱驱动轮31转动，两根内窥镜柔索33的一端穿过内窥镜套管挡板34后分别按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定于集成箱驱动轮31上；第一驱动系统的两根内窥镜柔索33的另一端穿过内窥镜套管挡板I111后分别按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定于内窥镜从动轮I18上；第二驱动系统的两根内窥镜柔索33的另一端穿过内窥镜套管挡板II112后分别按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定于内窥镜从动轮II19上；内窥镜套管36穿过柔性连接管。优选地，驱动机构32为驱动电机。
作为本发明的一个优选实施例，参见图4，上述驱动集成箱还包括弹簧套管35；弹簧套管35与内窥镜套管挡板34连接，弹簧套管35内安装有弹簧38与内窥镜套管压头37，内窥镜柔索33穿过弹簧38与内窥镜套管压头37后进入内窥镜套管36。
当集成箱驱动轮31不运动，内窥镜头部仿生碰撞后接触力突然增大而使内窥镜从动轮运动时，内窥镜套管36会压缩弹簧38向右移动，从而实现内窥镜头部的被动缓冲。
本发明的套索驱动原理示意图如图2所示，主要包括主动轮4、柔索I5、套管挡板I6、套管I7、套管II8、套管挡板II9、柔索II10、从动轮11。主动轮4上按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定有柔索Ⅰ5和柔索II10，两根柔索经过套管挡板I6后分别经过套管I7和套管II8，然后经过套管挡板II9后固定于从动轮11上。主动轮4安装于电机输出端，当主动轮4转动时，从动轮11会跟随运动，这种传动方式被应用于本发明中的内窥镜。
套索传动的工作原理为：当电机逆时针旋转经减速器带动驱动轮逆时针转动时，套管I7中的柔索I5跟随向左运动，从而带动从动轮逆时针旋转，同时套管II8中的柔索II10跟随向右运动；当驱动轮顺时针转动时，套管II8中的柔索II10向左运动，带动从动轮顺时针转动，同时套管I7中的柔索I5跟随向右运动。当系统处于静止时，套管I7中柔索I5的拉力能够抵消从动轮受到的顺时针力矩，套管II8中柔索II10的拉力能够抵消从动轮受到的逆时针力矩。
作为本发明的一个优选实施例，参见图6，内窥镜头部设置有内窥镜电位器I17、内窥镜电位器II110；内窥镜电位器I17安装于内窥镜头部十字轴12相对于从动轮I18的另一侧；内窥镜电位器II110安装于内窥镜头部十字轴12相对于内窥镜从动轮II19的另一侧。
集成箱驱动轮31的转动可以通过套索分别带动内窥镜从动轮I18与内窥镜从动轮II19转动，同时，从动轮I18的位置信号可由内窥镜电位器I17采集反馈，内窥镜从动轮II19的位置信号可由内窥镜电位器II110采集反馈。一方面，通过控制集成箱驱动轮31的转动可以改变内窥镜头部的视角，灵活观察前方场景，过程中电机转动信号与内窥镜电位器采集的信号同时在变化且两个信号呈现一定的规律。另一方面，内窥镜头部发生碰撞后接触力突然增大，内窥镜套管36会压缩弹簧38向右移动而使内窥镜从动轮运动，而此时电机转动信号没有发生改变或两个信号间的运动规律发生改变，此时系统可识别出碰撞，并控制集成箱驱动轮31的转动来减缓碰撞，实现主动缓冲柔顺控制。
作为本发明的一个优选实施例，参见图5，上述内窥镜头部前构件11内置有带led电子摄像头14与预留功能套管15；通过电子摄像头14可观察内窥镜头部前方的场景，预留功能套管15用于医用夹钳等工具进入内窥镜头部前方。套索、摄像头连接线与预留功能套管等集成线束16后内置于柔性连接管内。
优选地，上述内窥镜柔索33可以是钢丝绳也可以是尼龙绳等其它材质。上述内窥镜套管36为一种承力软管，可以由矩形钢丝绕制而成，也可以由其它材质制造。
优选地，参见图7，上述内窥镜从动轮I18与内窥镜头部十字轴12设计为一体。内窥镜从动轮II19与内窥镜头部前构件11设计为一体。内窥镜套管挡板I111与内窥镜头部十字轴12设计为一体。内窥镜套管挡板II112与内窥镜头部后构件13设计为一体。
本发明提出的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，实现内窥镜头部俯仰与偏航两个自由度完全解耦的主动调节，便于灵活观察肠道内情况。同时，基于位置信号反馈的内窥镜头部接触力监测，便于使用者判断内窥镜头部与肠道的触碰情况；此外，基于弹簧被动缓冲与电机主动控制实现内窥镜头部主被动柔顺缓冲，降低肠道内戳伤几率与患者不适感。
实施例
内窥镜基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，如图1所示，主要由内窥镜头部1、柔性连接管2与驱动集成箱3组成。其中，内窥镜头部1与驱动集成箱3之间存在套索、摄像头连接线与预留功能套管等连接线，这些连接线被集束后内置于柔性连接管2内；内窥镜头部1包裹有弹性软套，在保证密闭防水的前提下可适应头部运动。
如图3所示，驱动集成箱主要由集成箱驱动轮31、集成箱驱动电机32、内窥镜柔索33、内窥镜套管挡板34、弹簧套管35组成。驱动集成箱内部集成有两个集成箱驱动电机32、四根内窥镜柔索33与四个弹簧套管35。集成箱驱动轮31安装于集成箱驱动电机32输出轴上，内窥镜柔索33有两根分别按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定于集成箱驱动轮31上，内窥镜柔索33经内窥镜套管挡板34后进入内窥镜套管36。当集成箱驱动电机32转动时，带动内窥镜柔索33运动。
如图4所示，驱动集成箱被动缓冲结构主要包括内窥镜套管36、内窥镜套管压头37、弹簧38、内窥镜柔索33、弹簧套管35、内窥镜套管挡板34。弹簧套管35安装于内窥镜套管挡板34，弹簧套管35内安装有弹簧38与内窥镜套管压头37，内窥镜柔索33经弹簧38与内窥镜套管压头37后进入内窥镜套管36。当集成箱驱动轮31不运动，内窥镜头部仿生碰撞后接触力突然增大而使内窥镜从动轮运动时，内窥镜套管36会压缩弹簧38向右移动，从而实现内窥镜头部的被动缓冲。基于套索传动的应用，本发明在套索驱动端安装了弹簧，在内窥镜头部发生碰撞时可实现被动缓冲。
参见图5，内窥镜头部主要由内窥镜头部前构件11、内窥镜头部十字轴12、内窥镜头部后构件13、带led电子摄像头14、预留功能套管15与内部集成线束16组成。内窥镜头部十字轴12安装于内窥镜头部后构件13，内窥镜头部前构件11安装于内窥镜头部十字轴12。内窥镜头部前构件11设计有安装孔，内窥镜头部内置有带led电子摄像头14与预留功能套管15。通过电子摄像头14可观察内窥镜头部前方的场景，预留功能套管15用于医用夹钳等工具进入内窥镜头部前方。套索、摄像头连接线与预留功能套管等集成线束16后内置于柔性连接管内。
如图6所示，内窥镜头部主要包括内窥镜电位器I17、内窥镜从动轮I18、内窥镜从动轮II19、内窥镜电位器II110、内窥镜套管挡板I111、内窥镜套管挡板II112、内窥镜柔索33。内窥镜电位器II110安装于内窥镜头部十字轴12相对于内窥镜从动轮II19的另一侧。内窥镜头部前构件11可以相对于内窥镜头部十字轴12转动，内窥镜头部十字轴12可以相对于内窥镜头部后构件13转动，两转动的转动轴相交与一点，实现类似于球关节的转动。
集成箱驱动轮31的转动可以通过套索分别带动内窥镜从动轮I18与内窥镜从动轮II19转动，同时，从动轮I18的位置信号可由内窥镜电位器I17采集反馈，内窥镜从动轮II19的位置信号可由内窥镜电位器II110采集反馈。一方面，通过控制集成箱驱动轮31的转动可以改变内窥镜头部的视角，灵活观察前方场景，过程中电机转动信号与内窥镜电位器采集的信号同时在变化且两个信号呈现一定的规律。另一方面，内窥镜头部发生碰撞后接触力突然增大，内窥镜套管36会压缩弹簧38向右移动而使内窥镜从动轮运动，而此时电机转动信号没有发生改变或两个信号间的运动规律发生改变，此时系统可识别出碰撞，并控制集成箱驱动轮31的转动来减缓碰撞，实现主动缓冲柔顺控制。
参见图7，内窥镜头部主要包括内窥镜头部前构件、内窥镜头部十字轴与内窥镜头部后构件。内窥镜从动轮I18与内窥镜头部十字轴12设计为一体，内窥镜从动轮II19与内窥镜头部前构件11设计为一体。内窥镜套管挡板I111与内窥镜头部十字轴12设计为一体，内窥镜套管挡板II112与内窥镜头部后构件13设计为一体。
综上所述，本发明将套索传动应用于内窥镜设计，内窥镜系统主要由内窥镜头部、柔性连接管与驱动集成箱组成，实现了内窥镜头部的两自由度解耦运动，通过在驱动端安装弹簧实现了内窥镜头部的被动缓冲，通过在从动轮安装电位器反馈位置信号实现了内窥镜头部的主动柔顺缓冲控制。
内窥镜从动轮与内窥镜头部十字轴设计为一体，内窥镜从动轮与内窥镜头部前构件设计为一体，集成箱驱动轮可以通过套索带动内窥镜从动轮转动。内窥镜头部前构件可以相对于内窥镜头部十字轴转动，内窥镜头部十字轴可以相对于内窥镜头部后构件转动，两转动的转动轴相交与一点，实现类似于球关节的转动，便于灵活观察前方场景。驱动集成箱内，在每根套索的驱动端安装有弹簧，内窥镜头部发生碰撞后接触力突然增大而使内窥镜从动轮运动时，内窥镜套管会压缩弹簧向右移动，从而实现内窥镜头部的被动缓冲。在没有碰撞时，集成箱驱动轮带动从动轮转动，电机位置信号与从动轮位置信号具有一定的规律，当碰撞发生时规律会发生变化。当系统识别出规律改变时，可以控制集成箱驱动轮的转动来减缓碰撞，实现主动缓冲柔顺控制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内窥镜基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
包括内窥镜头部(1)、柔性连接管(2)与驱动集成箱(3)；内窥镜头部(1)通过柔性连接管(2)与驱动集成箱(3)相连；
内窥镜头部(1)包括内窥镜头部前构件(11)、内窥镜头部十字轴(12)、内窥镜头部后构件(13)；
所述内窥镜头部前构件(11)与内窥镜头部十字轴(12)的横轴连接，内窥镜头部后构件(13)与内窥镜头部前构件(11)的纵轴连接；
内窥镜头部十字轴(12)的纵轴上固定有内窥镜从动轮I(18)，内窥镜头部前构件(11)固定有内窥镜从动轮II(19)；
所述驱动集成箱(3)包括结构相同的第一驱动系统和第二驱动系统；
第一驱动系统包括集成箱驱动轮(31)、驱动机构(32)、两根内窥镜柔索(33)、内窥镜套管挡板(34)；驱动机构(32)驱动集成箱驱动轮(31)转动，两根内窥镜柔索(33)的一端穿过内窥镜套管挡板(34)后分别按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定于集成箱驱动轮(31)上；第一驱动系统的两根内窥镜柔索(33)的另一端穿过内窥镜套管挡板I(111)后分别按逆时针与顺时针方向分别缠绕并固定于内窥镜从动轮I(18)上；第二驱动系统的两根内窥镜柔索(33)的另一端穿过内窥镜套管挡板II(112)后分别按逆时针与顺时针方向分别缠绕并固定于内窥镜从动轮II(19)上；内窥镜套管(36)穿过柔性连接管(2)。
2.根据权利要求1所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述驱动集成箱还包括弹簧套管(35)；
弹簧套管(35)与内窥镜套管挡板(34)连接，弹簧套管(35)内安装有弹簧(38)与内窥镜套管压头(37)，内窥镜柔索(33)穿过弹簧(38)与内窥镜套管压头(37)后进入内窥镜套管(36)。
3.根据权利要求2所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
还包括内窥镜电位器I(17)、内窥镜电位器II(110)；
内窥镜电位器I(17)安装于内窥镜头部十字轴(12)相对于从动轮I(18)的另一侧；内窥镜电位器II(110)安装于内窥镜头部十字轴(12)相对于内窥镜从动轮II(19)的另一侧；
内窥镜电位器I(17)采集反馈从动轮I(18)的位置信号，内窥镜电位器II(110)采集反馈内窥镜从动轮II(19)的位置信号。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜头部前构件(11)内置有带led电子摄像头(14)与预留功能套管(15)。
5.根据权利要求4所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜柔索(33)为钢丝绳或者尼龙绳。
6.根据权利要求5所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜套管(36)为承力软管。
7.根据权利要求6所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜从动轮I(18)与内窥镜头部十字轴(12)设计为一体。
8.根据权利要求7所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜从动轮II(19)与内窥镜头部前构件(11)设计为一体。
9.根据权利要求8所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜套管挡板I(111)与内窥镜头部十字轴(12)设计为一体。
10.根据权利要求9所述的基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜，其特征在于：
所述内窥镜套管挡板II(112)与内窥镜头部后构件(13)设计为一体。
CN202110819319.7A 2021-07-20 2021-07-20 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜 Active CN113520274B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110819319.7A CN113520274B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜
PCT/CN2021/137817 WO2023000589A1 (zh) 2021-07-20 2021-12-14 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110819319.7A CN113520274B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113520274A CN113520274A (zh) 2021-10-22
CN113520274B true CN113520274B (zh) 2023-06-06

Family

ID=78128954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110819319.7A Active CN113520274B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113520274B (zh)
WO (1) WO2023000589A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113520274B (zh) * 2021-07-20 2023-06-06 中国科学院深圳先进技术研究院 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209360631U (zh) * 2018-11-07 2019-09-10 深圳市沃普德科技有限公司 一种可多角度调节的内窥镜摄像头装置
CN210990142U (zh) * 2019-08-07 2020-07-14 武汉佑康科技有限公司 一种可视方向可多向调整的柔性内窥镜导管结构
CN112006647A (zh) * 2020-09-04 2020-12-01 天津大学 一种具有接触力感知能力的螺旋推进式肠道内窥镜装置
CN112932398A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 武汉大学 一种多自由度宫颈成像设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5161681B2 (ja) * 2008-07-22 2013-03-13 和也 赤星 内視鏡用処置具
JP5827219B2 (ja) * 2009-05-29 2015-12-02 ナンヤン テクノロジカル ユニヴァーシティＮａｎｙａｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 柔軟な内視鏡検査のためのロボットシステム
CN103006165B (zh) * 2012-12-14 2014-12-10 上海交通大学 刚度可变的柔性内窥镜机器人
WO2017083648A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Bodner Daryl Endoscope
CN113854933A (zh) * 2016-06-01 2021-12-31 恩达马斯特有限公司 内窥镜检查手术器械控制器
CN106419818B (zh) * 2016-08-29 2018-04-27 顺康（杭州）科学仪器有限公司 一种角度可调的内窥镜
JP2021180695A (ja) * 2018-06-06 2021-11-25 オリンパス株式会社 内視鏡用外付機構
CN110594375A (zh) * 2019-10-21 2019-12-20 苏州中科先进技术研究院有限公司 内窥镜旋转控制机构
CN213606231U (zh) * 2020-05-21 2021-07-06 江苏唯德康医疗科技有限公司 一种应用于内窥镜的传动结构和内窥镜手柄
CN113520274B (zh) * 2021-07-20 2023-06-06 中国科学院深圳先进技术研究院 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209360631U (zh) * 2018-11-07 2019-09-10 深圳市沃普德科技有限公司 一种可多角度调节的内窥镜摄像头装置
CN210990142U (zh) * 2019-08-07 2020-07-14 武汉佑康科技有限公司 一种可视方向可多向调整的柔性内窥镜导管结构
CN112006647A (zh) * 2020-09-04 2020-12-01 天津大学 一种具有接触力感知能力的螺旋推进式肠道内窥镜装置
CN112932398A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 武汉大学 一种多自由度宫颈成像设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023000589A1 (zh) 2023-01-26
CN113520274A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7344494B2 (en) Endoscope with variable direction of view module
US20190094084A1 (en) Fluid pressure based end effector force transducer
US20040059191A1 (en) Mechanical steering mechanism for borescopes, endoscopes, catheters, guide tubes, and working tools
EP3025673B1 (en) Medical system and medical treatment tool control
Dario et al. Development and in vitro testing of a miniature robotic system for computer-assisted colonoscopy
US6162171A (en) Robotic endoscope and an autonomous pipe robot for performing endoscopic procedures
US6932761B2 (en) Electrically-bent endoscope
US6554766B2 (en) Endoscope device
EP1900318A1 (en) Endoscope and endoscope system
EP0061332A1 (en) Combined endoscope and ultrasonic diagnostic device
EP3025658B1 (en) Medical system and medical instrument control
JP2008504072A (ja) 操向可能なフォローザリーダー装置
JP2009516574A (ja) 曲げ可能な装置の形状を決定する方法
CN113520274B (zh) 基于套索驱动的两自由度柔顺缓冲内窥镜
CN112244752A (zh) 一种软体内窥镜结构
EP4431051A1 (en) Wrist of master manipulator, and master operating apparatus and surgical robot
US20110178367A1 (en) Endoscopic device with end effector mechanism
EP4245208A1 (en) Endoscope system
JP2001314410A (ja) 遠隔マイクロサージェリシステムおよびスレーブマニュピュレータの挿入方法。
Guozheng et al. A self-propelling endoscope system by squirmy robot
JPH08224243A (ja) 医療用マニピュレータ
US10674893B2 (en) Endoscopic surgical device and guide device
US20230084433A1 (en) Endoscope
JP2002325724A (ja) 内視鏡システム
US20090030281A1 (en) Apparatus suited for use in a space which is difficultly accessible

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant