CN113941082A - 一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统，包括：人机交互单元、运动控制单元及机器人执行机构；人机交互单元用于采集胆道造影图像，及用于发送指令至运动控制单元；运动控制单元用于接收控制指令，基于控制指令控制机器人执行机构的运动；机器人执行机构用于进行输送粒子支架。运动控制单元能够控制机器人执行机构够辅助进行远程的粒子支架介入手术，通过人机交互单元对图像的采集，以便能够观察到机器人执行机构的运动过程；通过运动控制单元的远程操控，及人机交互单元对图像的采集与显示，从而使得本申请能够在更安全的手术环境中精确地将机器人执行机构移动到病灶处进行输送粒子支架。

Description

一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统。

背景技术

粒子支架是将放射性粒子与支架相结合，由于碘125粒子具有近距离放疗作用，故此种支架植入在解除梗阻的同时还具有近距离放疗作用。放射性粒子植入属近距离放疗，为后装式插值技术，靶区剂量均匀，操作过程中对人的周边正常组织损伤小，治疗效果确切，该种技术已成为治疗纵隔型肺癌、食管癌、腺癌以及恶性梗阻性黄疸等腔道恶性梗阻及肿瘤等相关疾病治疗的重要手段。

介入科医师可以通过经皮穿刺建立腔道与体外的通道后，利用导丝将粒子支架器具引导到病灶处，并将自膨式粒子支架释放，从而使粒子支架紧贴于病灶处腔体内壁。

在导丝和带有粒子支架的导管进入人体腔道时，医生需要利用CT(计算机断层扫描)图像引导导丝与导管的放置，此过程医生会遭受到CT机所释放的辐射，同时放射性粒子也在一定范围内有辐射，因此医生在做此类手术时，在全身尤其头部及脖子处穿上繁重的铅服，以避免辐射。除此之外，放射性粒子的辐射长年累月地在医生身上积累。上述两类辐射加重了介入科医生的综合负担。

临床上现有的避免医生辐射的手段主要是铅制辐射防护服，但其重量大大增加了医生手术时全身的负担。为了解决介入医生在术中使用CT图像实时引导时所的辐射。在胆道粒子支架介入手术中，一旦通过穿刺的方式建立好介入通道后，医生需要依次推送导引导丝和封装有粒子支架的导管，并完成粒子支架的释放。为此，在机器人辅助粒子支架介入手术中，需要机器人执行机构能够帮助医生至少完成包括以下等底座：a.导丝的自动推送；b.支架导管的自动推送；c.粒子支架的自动释放。

因此，针对上述问题，需要提出一种能够辅助医生进行远程粒子支架介入手术的机器人系统，以避免近距离的接触CT机辐射。

发明内容

本发明实施例提供了一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统，通过运动控制单元能够控制机器人执行机构辅助进行远程的粒子支架介入手术。

根据本发明的一实施例，提供了一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统，包括：人机交互单元、运动控制单元及机器人执行机构；

人机交互单元用于采集胆道造影图像及显示图像，及用于发送指令至运动控制单元；

运动控制单元用于接收控制指令，基于控制指令控制机器人执行机构的运动；

机器人执行机构用于进行输送粒子支架。

进一步地，机器人执行机构包括：

机械臂，机械臂起支撑作用；

执行机构，执行机构设置在机械臂上，通过机械臂调整执行机构的位置及角度；

粒子支架输送导管，粒子支架输送导管设置在执行机构上，执行机构用于推送粒子支架输送导管到指定位置，以便进行输送粒子支架；

导丝，导丝设置在执行机构上并与粒子支架输送导管连接，执行机构推动导丝进行介入。

进一步地，执行机构包括外壳及设置在外壳上的导丝推送结构、导管推送结构、支撑件结构；

导丝设置在导丝推送结构上，导丝推送结构用于推动导丝的运动；

粒子支架输送导管设置在导管推送结构上，导管推送结构可移动安装在外壳上设置的移动轨上，用于沿着移动轨推动粒子支架输送导管的运动；

支撑件结构安装在外壳上，用于支撑粒子支架输送导管，以提高粒子支架输送导管的刚度。

进一步地，导丝推送结构包括两个并列斜置的摩擦轮及对应驱动两个摩擦轮的两个摩擦轮电机；

导丝安装在两个摩擦力之间，通过两个摩擦轮电机驱动两个摩擦轮彼此朝相反方向转动，以推动导丝的前进或后退运动；两个摩擦轮彼此朝相同方向转动，以推动导丝的旋转运动。

进一步地，摩擦轮倾斜的设置在外壳上，导丝推送结构还包括导丝限位盒，导丝限位盒安装在外壳上，导丝穿过导丝限位盒，导丝限位盒限制导丝垂直外壳向上或向下的移动，以保证导丝能够平顺的前进、后退和旋转。

进一步地，导丝限位盒上设置导丝限位盖及凹槽，导丝穿过凹槽，导丝限位盖合盖在凹槽，对导丝进行限位。

进一步地，导管推送结构包括第一固定结构及第二固定结构，第一固定结构和第二固定结构分别对应设置在外壳上设有的两条移动轨上，粒子支架输送导管上设置有内轴把手和外套筒把手；

内轴把手与第一固定结构连接，外套筒把手与第二固定结构连接，第一固定结构和第二固定结构分别对应控制内轴把手和外套筒把手。

进一步地，外壳内设置有与第一固定结构和第二固定结构数量对应的丝杆导轨，每条丝杆导轨均配置有丝杆电机及安装有一滑块，第一固定结构和第二固定结构各自通过一滑块分别与丝杆导轨连接；

丝杆电机驱动丝杆导轨，使滑块在丝杆导轨上移动，以使第一固定结构和第二固定结构通过在外壳的移动轨上移动。

进一步地，第一固定结构上设置有内轴把手锁定结构，用于安装并锁紧内轴把手；

内轴把手锁定结构包括第一锁定盖及第一锁定档杆，第一锁定盖的一端安装在第一固定结构上，第一锁定盖的另一端通过旋转合盖在第一固定结构上，第一锁定档杆可旋转安装在第一固定结构上，第一锁定档杆通过旋转对第一锁定盖进行锁紧。

进一步地，第二固定结构上设置有延长件，延长件的一端设置在第二固定结构内，延长件另一端上设置有外套筒把手锁定结构，外套筒把手锁定结构用于安装并锁紧外套筒把手；

外套筒把手锁定结构包括第二锁定盖及第二锁定档杆，第二锁定盖的一端安装在延长件上，第二锁定盖的另一端通过旋转合盖在延长件上，第二锁定档杆可旋转安装在延长件上，第二锁定档杆通过旋转对第二锁定盖进行锁紧。

进一步地，支撑件结构包括支撑板、伸缩套筒及导管固定件，支撑件安装在外壳的支撑架安装槽内，导管固定件安装在支撑板上，导管伸缩套筒一端安装在导管固定就上，另一端与粒子支架输送导管连接。

进一步地，外壳上设置有用于扶手的定位扶手。

进一步地，人机交互单元包括：

图像采集单元，用于采集胆道造影图像；

主操作端，用于显示图像采集单元采集的图像；

主从操作选择模块，用于实时追踪机器人执行机构的导丝及粒子支架输送导管位置，并通过主操作端进行显示。

进一步地，运动控制单元包括：

机械臂控制模块，用于控制机器人执行机构的六自由度移动；

摩擦轮控制模块，用于控制摩擦轮的旋转方向及速度，进而控制导丝的前进、后退和旋转；

导管推送及释放控制模块，用于控制粒子支架输送导管的运动及粒子支架的释放。

本发明实施例中的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，包括：人机交互单元、运动控制单元及机器人执行机构；人机交互单元用于采集胆道造影图像，及用于发送指令至运动控制单元；运动控制单元用于接收控制指令，基于控制指令控制机器人执行机构的运动；机器人执行机构用于进行输送粒子支架。运动控制单元能够控制机器人执行机构够辅助进行远程的粒子支架介入手术，通过人机交互单元对图像的采集，以便能够观察到机器人执行机构的运动过程；通过运动控制单元的远程操控，及人机交互单元对图像的采集与显示，从而使得本申请能够在更安全的手术环境中精确地将机器人执行机构移动到病灶处进行粒子支架的输送。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明面向腔道粒子支架释放的机器人系统的原理图；

图2为本发明机器人执行机构的结构图；

图3为本发明的另一机器人执行机构的结构图；

图4为本发明机器人执行机构的结构分解图；

图5为本发明导丝限位盒的结构图；

图6为本发明第一固定结构的结构图；

图7为本发明第二固定结构的结构图；

图8为本发明面向腔道粒子支架释放的机器人系统的工作流程图。

附图标记：100-人机交互单元、200-运动控制单元、300-机器人执行机构、101-机械臂、102执行机构、1021-导丝推送结构、1022-导轨推送结构、1023-支撑件结构；

1-支撑板、2-伸缩套筒、3-粒子支架输送导轨、4-第一固定结构、5-第二固定结构、6-摩擦轮、7-导丝限位盒、8-定位扶手、9-电机接线、10-固定连接件、11-外套筒把手锁定结构、12-外套筒把手、13-内轴把手锁定结构、14-内轴把手、15-导丝、16-外壳、17-紧停按钮、18-摩擦轮电机、19-丝杆电机、20-摩擦轮电机固定件、21-滑块连接件、22-机械臂连接件、23-底座、24-光电开关、25-滑块、26-丝杆导轨、27-支撑件安装槽；

111-第二锁定盖、112、第二锁盖转轴、113-第二锁定档杆、114-第二挡杆转轴、115-第二硅胶件、131-第一锁定盖、132-第一锁盖转轴、133-第一锁定挡杆、134-第一挡杆转轴、135-第一硅胶件、401-第一固定结构外壳、402-第一锁紧开关、403-第一固定结构底座、501-第二固定结构外壳、502-第二锁紧开关、503-第二固定结构底座、504-延长件、701-导丝限位盖、702-磁铁、703-滚珠轴承。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明一实施例，提供了一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统，参见图1，包括：人机交互单元100、运动控制单元200及机器人执行机构300；

人机交互单元100用于采集胆道造影图像及显示图像，及用于发送指令至运动控制单元200；

运动控制单元200用于接收控制指令，基于控制指令控制机器人执行机构300的运动；

机器人执行机构300用于输送粒子支架。

本发明实施例中的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，人机交互单,100、运动控制单元200及机器人执行机构300；人机交互单元100用于采集胆道造影图像，及用于发送指令至运动控制单元200；运动控制单元200用于接收控制指令，基于控制指令控制机器人执行机构的运动；机器人执行机构300用于输送粒子支架。运动控制单元200能够控制机器人执行机构300够辅助进行远程的粒子支架介入手术，通过人机交互单元100对图像的采集，以便能够观察到机器人执行机构的运动过程；通过运动控制单元200的远程操控，及人机交互单元100对图像的采集与显示，从而使得本申请能够在更安全的手术环境中精确地将机器人执行机构300移动到病灶处进行输送粒子支架。

目前，有许多研究和专利都提出了不同结构的介入手术机器人，主要是利用主从式遥操作方式对手术机器人进行远程操控，从而避免CT机器及放射性粒子所带来的辐射。然而现有的介入手术机器人主要是用于完成导管和导丝的推送，并不能用于粒子支架的输送和释放。

针对上述情况，参考图2，本发明提出了一种面向腔道的放射性粒子支架释放机器人系统，机器人执行机构300包括：机械臂101，执行机构102，粒子支架输送导管3及导丝15；机械臂起支撑作用；执行机构102设置在机械臂101上，通过机械臂101调整执行机构102的位置及角度；粒子支架输送导管3设置在执行机构上，执行机构102用于推送粒子支架输送导管3到指定位置，以便进行粒子支架的输送；导丝15设置在执行机构102上并与粒子支架输送导管3连接，执行机构102推动导丝15进行介入。

本申请面向腔道粒子支架释放的机器人系统，能用于粒子支架的输送和释放，不仅可以兼容临床上已有的放射性粒子支架输送导管3，而且同时集成了导丝15推送及旋转机构，并且利用主从式操作结构远程操纵导丝的前进、后退、旋转粒子支架输送导管3的整体推送以及粒子支架的释放，从而将医生从腔道放射性粒子支架植入的手术中彻底与辐射分离开来。同时，本发明提出的机器人系统中所具备的导丝15和放射性粒子支架输送导管3的推送功能使得导丝15和粒子支架输送导管3的运动得到更加精确的控制，从而更加准确地在病灶处释放粒子支架，有望提高腔道放射性粒子支架疗法地效果。

参考图2，执行机构102包括外壳及设置在外壳上的导丝推送结构1021、导管推送结构1022、支撑件结构1023；导丝15设置在导丝推送结构1021上，导丝推送结构1021用于推动导丝15的运动；

具体地，机器人执行机构的总体机械结构包括机械臂101、执行机构102、粒子支架输送导管3及导丝15；其中，机械臂101具有六个自由度，用于调整执行机构102的空间位置和角度；执行机构102负责将封装有粒子支架的粒子支架输送导管3推送到指定位置。

执行机构102主要包括三大模块：导丝推送结构1021、导管推送结构1022以及支撑件结构1023；该三个结构分别用于推送导丝15、粒子支架输送导管3和支撑件结构刚度；具体地，导丝15设置在导丝推送结构1021上，导丝推送结构1021用于推动导丝15的运动；粒子支架输送导管3设置在导管推送结构1022上，导管推送结构1022可移动安装在外壳16上设置的移动轨上，用于沿着移动轨推动粒子支架输送导管3的运动；支撑件结构1023安装在外壳上，用于支撑粒子支架输送导管3，以提高粒子支架输送导管3的刚度。

参考图2至图4，支撑件结构1023主要包括零部件：支撑板1、伸缩套筒2以及导管固定件9；导管固定件9通过支撑板1上的插孔安装在支撑板1结构上；伸缩套筒2一端连接在导管固定件9上，另一端与粒子支架输送导管3连接；支撑件1023通过支撑件安装槽27可拆卸的连接在外壳16上。

参考图2至图5，导丝推送结构1021主要包括摩擦轮6和导丝限位盒7。导丝15安装在两个摩擦轮6之间，导丝15的推送主要通过摩擦轮6实现。两个摩擦轮6分别对应由两个摩擦轮电机18驱动，并通过滚珠轴承703连接在摩擦轮电机18的轴上。两个摩擦轮6倾斜的设置在外壳16上，两个斜置的摩擦轮6的反向(一个顺时针转，另一个逆时针转)旋转实现导丝的进或退，同向旋转(两个摩擦轮6同时逆时针或顺时针旋转)则实现导丝15的旋转操作。

本实施例中采用了两个斜置摩擦轮6推送导丝15的方式，由两个驱动电机与其上摩擦轮6斜置并与腔道粒子支架介入机构底壳呈45°；斜置的摩擦轮6对向旋转可以实现导丝的前进/后退，同向旋转可提供给导丝一个向上或向下的摩擦力使得导丝旋转；但由于斜置设置的摩擦轮6对导丝15的力包含垂直向上或向下的分力，因此在外壳16上设置导丝限位盒7，用于限制导丝15垂直向上或向下的移动，从而保证导丝15能够平顺的前进、后退和旋转。

导丝限位盒7上设置导丝限位盖701及凹槽，导丝限位盒7通过插孔连接在16外壳上，导丝15放置在导丝限位盖701(如图5所示)下面的凹槽中，071导丝限位盖701起到固定导丝的作用。通过磁铁702的吸引作用，导丝限位盖701可以快速开合，从而便于导丝15的安装。此外，摩擦轮电18固定在摩擦轮电机固定件20上，摩擦轮电机固定件20通过螺栓连接在底座23上。

参考图2至图4，导管推送结构1022主要包括第一固定结构4、第二固定结构5，内轴把手14与第一固定结构4连接，外套筒把手12与第二固定结构5连接，第一固定结构4和第二固定结构5分别对应控制粒子支架导管3上的内轴把手14和外套筒把手12。

第一固定结构4和第二固定结构5通过弹性插销分别对应连接在外壳16上设有的两个固定装置连接件10上，两个固定装置连接件10通过螺栓分别对应连接在两个滑块连接件21上，两个滑块连接件21以螺纹螺孔的连接方式分别对应连接在两个滑块25上。两个滑块25分别对应在两条丝杆导轨26上移动，进而控制第一固定结构4、第二固定结构5的移动，使得第一固定结构4和第二固定结构5能够在外壳16上设置的两条移动轨上移动；两条丝杆导轨26分别对应由两个丝杆电机19驱动，并通过螺栓固定在底座23上。

光电开关24用于对丝杆导轨26的限位，一旦有滑块25运动到光电开关24所处的位置，则光电开关24所发送的信号由0变为1，并且指示控制系统停止丝杆电机19的转动，从而使得滑块25停止运动。丝杆电机19和摩擦轮电机18的电机接线9均通过底座23上的孔与外部控制器连接。

参考图3、图4和图6，第一固定结构4上配有内轴把手锁定结构13，内轴把手锁定结构用以安装并锁紧内轴把手14。第一固定结构4主要包括第一固定结构底座403、第一固定结构外壳401及第一锁紧开关402，内轴把手锁定结构13包括第一锁定盖131、第一锁盖转轴132、第一锁定挡杆133、第一挡杆转轴134及第一硅胶件135。第一固定结构底座403装有第一锁紧开关402，通过弹簧控制，用于与固定装置连接件10弹性连接。第一固定结构外壳401上通过安装孔安装第一挡杆转轴134，用于固定第一锁定档杆133；第一锁盖转轴132用于刚性连接第一固定结构外壳401和第一锁定盖131，第一硅胶件135连接在第一锁定盖131上，以增大摩擦力。当粒子支架输送导管3上的内轴把手14安装在第一固定结构4的凹槽中后，第一锁定盖131通过旋转合盖在第一固定结构4上，133第一锁定档杆手动旋转压住第一锁定盖131，从而使得内轴把手14位置固定。

参考图3、图4和图7，第二固定结构5上设置设有外套筒把手锁定结构11，外套筒把手锁定结构11用于安装并锁紧12外套筒把手。第二固定结构5上设置有延长件504，外套筒把手锁定结构11连接在延长件504上，而延长件504通过螺栓固定在第二固定结构5中。第二固定结构5由第二固定结构底座503和第二固定结构外壳501组成。第二固定结构底座503上安装有由弹簧控制的第二锁紧开关502，第二锁紧开关502用于与固定装置连接件10形成开关连接。

外套筒把手锁定结构11包括第二锁定盖111、第二锁盖转轴112、第二锁定挡杆113、第二挡杆转轴114及第二硅胶件115，外套筒把手锁定结构11上设置有安装孔，第二挡杆转轴114插入该安装孔，用于固定第二锁定档杆113；第二锁盖转轴112用于连接外套同把手锁定结构11的底座和第二锁定盖111，第二硅胶件115设置在第二锁定盖111上，用于增大摩擦力。

当粒子支架输送导管3的外套筒把手12安装在外套同把手锁定结构11的凹槽中后，第二锁定盖111通过旋转关闭，第二锁定档杆113通过旋转压住第二锁定盖111，使得外套筒把手12位置固定。

实施例中，在操作机器人系统手术过程当中，当滑块25同时前进时，执行机构102将粒子支架输送导管3送至目标位置，随后第二固定结构5连接的滑块25回撤，从而控制外套筒把手12回撤，完成粒子支架的自动释放。最后两个滑块25同时回撤，将粒子支架输送导管3从人体腔道中撤出。底座23上的机械臂连接件22用于通过螺栓与机械臂101连接。在外壳16尾端安装有紧停按钮17，用于在紧急情况下锁止机器人执行机构的运动，以保障术中安全。在外壳16上设置定位扶手8，定位扶手8方便于操作者手动调整执行机构102的初始位置。

参考图1和图2，人机交互单元包含术中图像采集模块和主从操作选择模块。手术过程中，图像采集模块主要用于采集术中的胆道造影DSA(数字减影血管造影)图像，并通过主操作端显示图像，以让操作者实时观察介入路径中的情况以便准确部署粒子支架。主从操作选择模块，用于实时追踪导丝及粒子支架输送导管中粒子支架的位置，并通过主操作端显示给操作者。

运动控制单元主要包括机械臂控制模块、摩擦轮控制模块以及导管推送及释放控制模块。机械臂控制模块主要控制六自由度的机械臂101，使得其末端整个机械结构可以运动到指定位置，并在放射性粒子支架输送导管3推进受阻时得以改变粒子支架输送导管3与人体地相对角度，以便导管更顺利地进入病患腔道内指定位置。摩擦轮控制模块主要用于控制摩擦轮6的旋转方向及速度。导管推送及释放控制模块主要用于控制双丝杆导轨26的同步和独立运动，从而实现控制放射性粒子支架输送导管3的推送及粒子支架的释放。

下面以具体实施例，参考图1至图4，对本发明的面向腔道粒子支架释放的机器人系统进行详细说明：

医生首先在人机交互单元100中的主从操作选择模块当中选择操作导丝。当导丝15沿着穿刺针建立的通道进入人体腔道后，人机交互单元100中的图像采集模块会将术中的DSA图像采集出来，并呈现给在主端操作，以便医生观察。DSA图像可以清晰的显示导丝，因而操作的医生可以依据导丝15的形状来判断导丝15所处的位置。医生根据导丝15的位置继续操作主操作端触觉设备，以完成导丝15的前进、后退和旋转动作，从而到达预定位置处。在导丝15的运动过程中，主从操作选择端模块将主操作端设备上的相应指令发送给摩擦轮控制模块，从而控制摩擦轮的转速和转向。以推送粒子支架输送导管3指向为前方，当左边摩擦轮6逆时针及右边摩擦轮6顺时针旋转时(以图3的左右为基准)，导丝15前进。反之，当左边摩擦轮6顺时针及右边摩擦轮6逆时针旋转时，导丝15后退。当两个摩擦轮6同向旋转，即同时顺时针或逆时针旋转时，导丝15绕自身轴线旋转。

当导丝15推进到术前预定位置时，医生在人机交互单元100中的主从操作选择模块中选择操作粒子支架输送导管3。此时，当医生通过主操作端触觉设备，向运动控制单元200中的导管推送及释放模块发送信号，导管推送及释放模块实时控制两个丝杆电机19，两个丝杆电机19同时同向或反向旋转以完成粒子支架输送导管3的前进和后退。与此同时，医生也通过人机交互单元100中的图像采集模块采集的DSA图像，以了解粒子支架输送导管3头端所到达的位置。在粒子支架输送导管3推进的过程中，由于腔道是弯曲的，因此初始的腔道介入执行机构与人体腔道所成的角度可能造成粒子支架输送导管3推进受阻，此时医生通过主从操作选择模块选择操控机械臂101。主操作端的触觉设备接受医生的运动指令，并传至机械臂控制模块。机械臂控制模块控制机械臂101运动到医生认为理想的位置和角度。此时，医生在人机交互单元100中的主从操作选择模块中，选择粒子输送支架推送，并利用主操作端触觉设备继续操控粒子支架输送导管3推进。一旦粒子支架输送导管3到达术前规划的位置，医生在主从操作选择模块中选择粒子支架释放功能，主操作端的设备接受医生动作指令，并传至导管推送及释放控制模块，从而控制两个丝杆电机19。粒子支架输送导管3释放时，控制粒子支架输送导管3后把手的电机锁死，而控制前把手的电机运动，完成粒子支架释放。而后，医生在人机交互单元100中切换到导管推送模式，将粒子支架输送导管3撤出，以完成操作。

具体地，导管推送及释放模块包括一对平行的丝杆导轨26以及导管把手锁定装置。导管推送及释放模块通过两个与丝杆导轨26连接的滑块25，分别控制粒子支架输送导管3的外套筒把手12和内轴把手14；在粒子支架输送导管3推送阶段，两个滑块25同时前进，则粒子支架输送导管3整体推进；一旦粒子支架到达目标位置，外套筒把手12对应的滑块25可独立运动回撤，完成粒子支架的自动释放；最后，两个滑块25同时回退，完成粒子支架输送导管3的回撤。由于粒子支架输送导管3的尺寸较大，并且头端有640mm左右的柔性结构，在推送进入人体时容易受力弯曲，为此，该执行机构102添加了一个可替换支撑件模块，该可替换支撑件模块为上述的支撑架结构1023，其包括一个支撑板1和一个伸缩套筒2。在术前准备时可依据实际手术情况选择性安装，在较长的推送行程中能够保证粒子支架输送导管3不会受力弯曲。可替换支撑件模块包括本发明中与导丝15和粒子支架输送导管3直接接触的零部件，其均为可替换的无菌耗材，因而可满足手术器械的无菌化要求。目前，介入执行机构可兼容市面上大部分商用粒子支架输送导管3。

参考图1至图4，及参照图8，下面以具体实施例，对本发明的面向腔道粒子支架释放的机器人系统的结构原理及工作过程进行详细说明。

步骤一，术前准备：将无菌保护覆膜罩在执行机构102和机械臂101上，只露出固定装置连接件10、外壳16上的导丝推送结构1021的安装孔和支撑件安装槽27。操作者将第一固定结构4、第二固定结构5安装在固定装置连接件10上，摩擦轮6和导丝限位盒7的套件安装到外壳16上，并按照支架植入位置或深度信息选择性的将支撑件结构1023安装到支撑件安装槽27中。

步骤二，介入器具安装：操作者将导丝15装入粒子支架输送导管3中，粒子支架提前封装在粒子支架输送导管3中，随后整体安装到执行机构102上；导丝15安装在导丝推送结构1021的耗材中，粒子支架输送导管3放置在第一固定结构4、第二固定结构5上的凹槽中，并分别由内轴把手锁定结构13和外套筒把手锁定结构11锁定，粒子支架输送导管3的软管部分插入伸缩套筒2中。

步骤三，机构位置初调：操作者通过定位扶手8将执行机构102移动至患者身旁，完成初始化定位，助理医生离开手术室。

步骤四，术前规划：主治医生将配套软件在主操作端激活，选择患者信息，人机交互单元100中的计划显示模块将术前患者腔道CT/MRI图像通过显示器展现给医生。

步骤五，导丝推送：在导丝15推送前，通常由穿刺针建立体外与人体内腔道的通道，导丝15顺此通道可以进入到人体腔道内。之后医生通过远程操控主手控制导丝15的前进、后退以及旋转，从而将导丝15放入术前规划的位置。图像处理单元中的图像采集模块能够采集术中实时DSA影像，使得医生可以实时获取导丝的位置，从而更加准确地将导丝推送至目标位置。

步骤六，粒子支架输送导管推送：利用主操作端远程推送粒子支架输送导管3。术中同样通过图像处理单元中的图像采集模块实时采集术中DSA影像,从而让医生可以观察到粒子支架输送导管3的实时位置，以顺利抵达目标术前规划区域。

步骤七，粒子支架释放：医生切换至单电机模式，控制第二固定结构5回撤，进而控制外套筒把手12回撤，将粒子支架释放，并通过术中实时DSA影像确定粒子支架是否完全释放以及是否部署在预定位置。

步骤八，粒子支架输送导管回撤：粒子支架释放完毕后，医生切换至双电机模式，控制第一固定结构4、第二固定结构5同时回撤，将粒子支架输送导管3回收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，包括：人机交互单元、运动控制单元及机器人执行机构；

所述人机交互单元用于采集胆道造影图像及显示图像，及用于发送指令至所述运动控制单元；

所述运动控制单元用于接收所述控制指令，基于所述控制指令控制所述机器人执行机构的运动；

所述机器人执行机构用于进行输送粒子支架。

2.根据权利要求1所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述机器人执行机构包括：

机械臂，所述机械臂起支撑作用；

执行机构，所述执行机构设置在所述机械臂上，通过所述机械臂调整所述执行机构的位置及角度；

粒子支架输送导管，所述粒子支架输送导管设置在所述执行机构上，所述执行机构用于推送所述粒子支架输送导管到指定位置，以便进行输送粒子支架；

导丝，所述导丝设置在所述执行机构上并与所述粒子支架输送导管连接，所述执行机构推动所述导丝进行介入。

3.根据权利要求2所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述执行机构包括外壳及设置在所述外壳上的导丝推送结构、导管推送结构、支撑件结构；

所述导丝设置在所述导丝推送结构上，所述导丝推送结构用于推动所述导丝的运动；

所述粒子支架输送导管设置在所述导管推送结构上，所述导管推送结构可移动安装在所述外壳上设置的移动轨上，用于沿着所述移动轨推动所述粒子支架输送导管的运动；

所述支撑件结构安装在外壳上，用于支撑所述粒子支架输送导管，以提高所述粒子支架输送导管的刚度。

4.根据权利要求3所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，导丝推送结构包括两个并列斜置的摩擦轮及对应驱动两个所述摩擦轮的两个摩擦轮电机；

所述导丝安装在两个所述摩擦力之间，通过两个所述摩擦轮电机驱动两个所述摩擦轮彼此朝相反方向转动，以推动所述导丝的前进或后退运动；两个所述摩擦轮彼此朝相同方向转动，以推动所述导丝的旋转运动。

5.根据权利要求4所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述摩擦轮倾斜的设置在所述外壳上，所述导丝推送结构还包括导丝限位盒，所述导丝限位盒安装在所述外壳上，所述导丝穿过所述导丝限位盒，所述导丝限位盒限制所述导丝垂直所述外壳向上或向下的移动，以保证导丝能够平顺的前进、后退和旋转。

6.根据权利要求5所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述导丝限位盒上设置导丝限位盖及凹槽，所述导丝穿过所述凹槽，所述导丝限位盖合盖在所述凹槽，对所述导丝进行限位。

7.根据权利要求3所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述导管推送结构包括第一固定结构及第二固定结构，所述第一固定结构和第二固定结构分别对应设置在所述外壳上设有的两条移动轨上，所述粒子支架输送导管上设置有内轴把手和外套筒把手；

所述内轴把手与所述第一固定结构连接，所述外套筒把手与所述第二固定结构连接，所述第一固定结构和所述第二固定结构分别对应控制所述内轴把手和外套筒把手。

8.根据权利要求7所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述外壳内设置有与所述第一固定结构和所述第二固定结构数量对应的丝杆导轨，每条丝杆导轨均配置有丝杆电机及安装有一滑块，所述第一固定结构和所述第二固定结构各自通过一滑块分别与所述丝杆导轨连接；

所述丝杆电机驱动所述丝杆导轨，使所述滑块在所述丝杆导轨上移动，以使所述第一固定结构和所述第二固定结构通过在所述外壳的移动轨上移动。

9.根据权利要求8所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述第一固定结构上设置有内轴把手锁定结构，用于安装并锁紧所述内轴把手；

所述内轴把手锁定结构包括第一锁定盖及第一锁定档杆，所述第一锁定盖的一端安装在所述第一固定结构上，所述第一锁定盖的另一端通过旋转合盖在所述第一固定结构上，所述第一锁定档杆可旋转安装在所述第一固定结构上，所述第一锁定档杆通过旋转对所述第一锁定盖进行锁紧。

10.根据权利要求8所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述第二固定结构上设置有延长件，所述延长件的一端设置在所述第二固定结构内，所述延长件另一端上设置有外套筒把手锁定结构，所述外套筒把手锁定结构用于安装并锁紧所述外套筒把手；

所述外套筒把手锁定结构包括第二锁定盖及第二锁定档杆，所述第二锁定盖的一端安装在所述延长件上，所述第二锁定盖的另一端通过旋转合盖在所述延长件上，所述第二锁定档杆可旋转安装在所述延长件上，所述第二锁定档杆通过旋转对所述第二锁定盖进行锁紧。

11.根据权利要求3所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述支撑件结构包括支撑板、伸缩套筒及导管固定件，所述支撑件安装在所述外壳的支撑架安装槽内，所述导管固定件安装在所述支撑板上，所述导管伸缩套筒一端安装在所述导管固定就上，另一端与所述粒子支架输送导管连接。

12.根据权利要求3所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述外壳上设置有用于扶手的定位扶手。

13.根据权利要求3所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述人机交互单元包括：

图像采集单元，用于采集胆道造影图像；

主操作端，用于显示所述图像采集单元采集的图像；

主从操作选择模块，用于实时追踪所述机器人执行机构的导丝及粒子支架输送导管位置，并通过所述主操作端进行显示。

14.根据权利要求3所述的面向腔道粒子支架释放的机器人系统，其特征在于，所述运动控制单元包括：

机械臂控制模块，用于控制所述机器人执行机构的六自由度移动；

摩擦轮控制模块，用于控制所述摩擦轮的旋转方向及速度，进而控制导丝的前进、后退和旋转；

导管推送及释放控制模块，用于控制所述粒子支架输送导管的运动及粒子支架的释放。

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