CN114129268B - 一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气管插管医疗器械领域，更具体的说是一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，包括主动支架和连接在主动支架上的压舌板姿态调整机构，所述主动支架包括驱动压舌板姿态调整机构进行Y向和Z向运动的Y轴轨梁和Z轴轨梁，所述压舌板姿态调整机构包括基板和固定连接在基板上的四个滚珠直线导轨，四个滚珠直线导轨之间滑动连接有Y轴法兰托板，Y轴法兰托板上转动连接有两个Y轴丝杠，两个Y轴丝杠上均通过螺纹连接有丝杆滑块，两个丝杆滑块的下端均铰接有连杆，两个连杆的下端之间固定连接有气道机构；可以按照规划轨迹实现自动插管，连杆和气道机构弹性连接检测压力并根据反馈的压力自动调节改进口咽通气道姿态。

Description

一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人

技术领域

本发明涉及气管插管医疗器械领域，更具体的说是一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人。

背景技术

麻醉科医生承担了新冠肺炎患者急诊插管操作，工作中长时间接触患者，不可避免地接触到患者的飞沫、唾液、血液、分泌物和气凝胶，极易造成麻醉医生的自身感染和患者间交叉感染。为了完成高品质的麻醉，麻醉医生必须及时准确地处理大量的临床信息，这往往使医务人员工作任务繁重，特别是在紧急情况下出现失误的概率增加。由于劳动强度大、工作时间长、心理压力重，麻醉医生在工作过程中存在严重的过劳现象，极易引起身体潜藏的疾病急速恶化，比如导致高血压等基础疾病恶化，引发脑血管病或心血管病等急性循环器官障碍，甚至出现致命症状。

全身麻醉是指麻醉药物经过肌肉或静脉注射、呼吸道吸入进入患者体内，对中枢神经系统产生暂时性抑制，临床特征表现为意识消失、反射抑制、全身痛觉消失、遗忘和骨骼肌松弛，全身麻醉的过程分为麻醉前准备、麻醉诱导、麻醉维持期和恢复期四个阶段，其中麻醉诱导和麻醉维持阶段自主呼吸受到麻醉药物的抑制作用，因此需要采用机械通气的方式来保证患者在手术过程中能够保持正常呼吸。根据全身麻醉期间气道管理方式的不同，可分为无创和有创两种机械通气方式。麻醉医生大多采用有创正压通气中气管插管方法进行全身麻醉期间气道管理。有创正压通气需要建立人工气道，通过气管切开、经口或经鼻气管插管等方式连接呼吸机进行机械通气，在全身麻醉手术中气道管理大部分使用经口气管插管来完成。气管插管辅助工具的类型有喉镜、软镜和硬镜三类，其中喉镜分为普通喉镜与视频喉镜，软镜分为纤维支气管镜与视频软镜；

喉镜是临床插管操作中最常用的辅助工具，其插管成功率在87％左右，且操作简单，插管完成时间短，易于训练，是年轻麻醉医生的入门选择。在使用喉镜进行气管插管操作时，麻醉医生用喉镜片将舌体挡在左侧并将喉镜片的尖端置于会厌谷，向前上方抬起喉镜柄的过程中将会厌翘起，从而暴露声门。

但在使用喉镜进行插管操作时，不仅易对门齿、舌根和会厌等身体结构造成伤害，而且由于对患者刺激较大，常常会出现心率加快、血压升高的情况，不利于患者循环平稳度与麻醉深度的维持。视频软镜的插管成功率更高，但使用硬镜可以更快速地完成气管插管操作。

现有的达芬奇机器人和开普勒机器人系统都是采用机械臂作为执行机构，不仅价格昂贵，而且不能完全发挥机械臂的全部功能而造成资源浪费，不适合在临床医院大范围内推广使用。

对现有技术进行检索分析发现，中国专利CN107997825A公开了一种便携式遥操作气管插管机器人，将喉镜插管原理进行改进设计压舌板机构，并取消了机器人整体支撑结构使其尺寸较小，但是在模拟人实验中没有成功，且在动物实验中平均插管时长较长；

综上所述，开发设计一种可遥控操作的、自动实现气管插管的机器人具有深远的意义和巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，可以自动控制改进口咽通气道按照规划轨迹完成气管插管导向，大大减少麻醉医生与患者的接触，减轻医务人员的工作强度，改进的口咽通气道大大提高插管成功率并缩短插管的时间，为抢救患者争取时间。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，包括主动支架和压舌板姿态调整机构，主动支架包括Y轴轨梁、Y轴滑块、Y轴电机、Z轴轨梁、连接轴Ⅰ、Z轴电机Ⅰ、Z轴滑块和连接轴Ⅱ，Y轴轨梁设置有两个，两个Y轴轨梁上均滑动连接有Y轴滑块，两个Y轴轨梁上均连接有同步带机构，两个Y轴滑块分别固定连接在两个同步带机构的同步带上，Y轴电机固定连接在其中一个Y轴轨梁上，Y轴电机的输出轴和对应的同步带机构传动连接，两个同步带机构之间通过连接轴Ⅰ传动连接；

两个Y轴滑块上均固定连接有Z轴轨梁，两个Z轴轨梁上均滑动连接有Z轴滑块，两个Z轴轨梁上均连接有同步带机构，两个Z轴滑块分别固定连接在两个同步带机构的同步带上，Z轴电机Ⅰ固定连接在其中一个Z轴轨梁上，Z轴电机Ⅰ的输出轴和对应的同步带机构传动连接，两个同步带机构之间通过连接轴Ⅱ传动连接；

压舌板姿态调整机构包括基板、滚珠直线导轨、Z轴电机Ⅱ、Y轴法兰托板、直流电机、Y轴丝杠、丝杆滑块、连杆、滑动腰孔和气道机构，基板固定连接在两个Z轴滑块上，基板上固定连接有四个滚珠直线导轨，四个滚珠直线导轨之间滑动连接有Y轴法兰托板，基板上固定连接有Z轴电机Ⅱ，Z轴电机Ⅱ的输出轴上固定连接有Z轴丝杆，Y轴法兰托板通过螺纹连接在Z轴丝杆上，Y轴法兰托板上固定连接有直流电机，Y轴法兰托板上转动连接有两个Y轴丝杠，两个Y轴丝杠均和直流电机的输出轴传动连接，两个Y轴丝杠上均通过螺纹连接有丝杆滑块，两个丝杆滑块的下端均铰接有连杆，两个连杆的中部均设置有滑动腰孔，两个连杆的下端均固定连接在气道机构上，Y轴法兰托板的中部固定连接有两个销钉，两个销钉分别滑动连接在两个滑动腰孔内；

气道机构包括安装支架、间隙弧腔、间隙球体、改进口咽通气道和伸缩机构，安装支架中部固定连接有间隙弧腔，间隙弧腔内间隙配合有间隙球体，间隙球体的下端固定连接有改进口咽通气道，改进口咽通气道的外表面设置有四个压力传感器，安装支架上固定连接有四个伸缩机构，每个伸缩机构的伸缩端和间隙球体之间均固定连接有拉伸弹簧，四个伸缩机构分别和四个压力传感器连接。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人整体结构示意图；

图2是本发明的全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人局部结构示意图一；

图3是本发明的全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人局部结构示意图二；

图4是本发明的全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人局部结构示意图三；

图5是本发明的气道机构结构示意图。

图中：Y轴轨梁1；Y轴滑块2；Y轴电机3；Z轴轨梁4；连接轴Ⅰ5；Z轴电机Ⅰ6；基板7；滚珠直线导轨8；Z轴电机Ⅱ9；Y轴法兰托板10；直流电机11；Y轴丝杠12；丝杆滑块13；连杆14；滑动腰孔15；气道机构16；Z轴滑块17；连接轴Ⅱ18；安装支架19；间隙弧腔20；间隙球体21；改进口咽通气道22；伸缩机构23。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

为了解决如何自动控制改进口咽通气道按照规划轨迹完成气管插管导向这一技术问题，下面结合附图1至3对一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人的结构和功能进行详细的说明；

一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，包括主动支架和压舌板姿态调整机构；

压舌板姿态调整机构取代喉镜挑起会厌，能够抬起后坠的舌根打开口咽空间，并抬起会厌，使改进口咽通气道开口位置正对声门；

改进口咽通气道22更能满足人体咽喉部生理结构，避免与身体发生干涉，既能有效打开口咽空间，又能方便气管导管取出；

主动支架和压舌板姿态调整机构相互配合运动抬起舌根、挑起会厌均可自动完成，减少麻醉医生与患者的接触，减轻工作强度，提高插管成功率并缩短插管的时间；

下面结合附图2，对主动支架的结构的功能进行详细的说明，主动支架包括Y轴轨梁1、Y轴滑块2、Y轴电机3、Z轴轨梁4、连接轴Ⅰ5、Z轴电机Ⅰ6、Z轴滑块17和连接轴Ⅱ18，Y轴轨梁1设置有两个，两个Y轴轨梁1上均滑动连接有Y轴滑块2，两个Y轴轨梁1上均连接有同步带机构，两个Y轴滑块2分别固定连接在两个同步带机构的同步带上，Y轴电机3固定连接在其中一个Y轴轨梁1上，Y轴电机3的输出轴和对应的同步带机构传动连接，两个同步带机构之间通过连接轴Ⅰ5传动连接；

两个Y轴滑块2上均固定连接有Z轴轨梁4，两个Z轴轨梁4上均滑动连接有Z轴滑块17，两个Z轴轨梁4上均连接有同步带机构，两个Z轴滑块17分别固定连接在两个同步带机构的同步带上，Z轴电机Ⅰ6固定连接在其中一个Z轴轨梁4上，Z轴电机Ⅰ6的输出轴和对应的同步带机构传动连接，两个同步带机构之间通过连接轴Ⅱ18传动连接；

使用时启动Y轴电机3，Y轴电机3的输出轴开始转动，Y轴电机3的输出轴带动同步带机构进行运动，两个同步带机构通过连接轴Ⅱ18一起进行运动，两个同步带机构分别带动Y轴滑块2进行运动，使得两个Y轴滑块2在Y轴轨梁1上进行滑动；

同步带选用弧齿同步带以满足对运动平稳性和运行速度的要求，Y轴轨梁1设置有两个，以满足主动支架负载需求，Y轴滑块2和Z轴轨梁4采用铝合金三脚架4连接，三脚架4通过螺钉紧固在直线滑组滑块6上，Z轴电机Ⅰ6加装带有失电制动步进电机以保证断电情况下机构不会自然下落；

启动Z轴电机Ⅰ6，Z轴电机Ⅰ6的输出轴带动对应的同步带机构进行运动，两个Z轴电机Ⅰ6之间通过连接轴Ⅰ5传动连接，两个同步带机构分别带动对应的Z轴滑块17进行运动，Z轴滑块17带动压舌板姿态调整机构进行运动，进而调整压舌板姿态调整机构的位置，Y轴电机3和Z轴电机Ⅰ6相互配合运动可以根据不同的使用需求调整压舌板姿态调整机构的位置；

Y轴电机3实现压舌板姿态调整机构沿Y轴方向前进或者后退，Z轴电机Ⅰ6实现压舌板姿态调整机构沿Z轴方向运动，主动支架通过沿Y轴、Z轴的运动将压舌板姿态调整机构送到患者口腔上方；

下面结合附图3，对压舌板姿态调整机构的功能进行详细的说明，压舌板姿态调整机构包括基板7、滚珠直线导轨8、Z轴电机Ⅱ9、Y轴法兰托板10、直流电机11、Y轴丝杠12、丝杆滑块13、连杆14、滑动腰孔15和气道机构16，基板7固定连接在两个Z轴滑块17上，基板7上固定连接有四个滚珠直线导轨8，四个滚珠直线导轨8之间滑动连接有Y轴法兰托板10，基板7上固定连接有Z轴电机Ⅱ9，Z轴电机Ⅱ9的输出轴上固定连接有Z轴丝杆，Y轴法兰托板10通过螺纹连接在Z轴丝杆上，Y轴法兰托板10上固定连接有直流电机11，Y轴法兰托板10上转动连接有两个Y轴丝杠12，两个Y轴丝杠12均和直流电机11的输出轴传动连接，两个Y轴丝杠12上均通过螺纹连接有丝杆滑块13，两个丝杆滑块13的下端均铰接有连杆14，两个连杆14的中部均设置有滑动腰孔15，两个连杆14的下端均固定连接在气道机构16上，Y轴法兰托板10的中部固定连接有两个销钉，两个销钉分别滑动连接在两个滑动腰孔15内；

当需要调整气道机构16的位置时，启动Z轴电机Ⅱ9，Z轴电机Ⅱ9的输出轴开始转动，Z轴电机Ⅱ9的输出轴上固定连接有丝杆，丝杆通过螺纹带动Y轴法兰托板10进行运动，Y轴法兰托板10带动Y轴丝杠12进行运动，Y轴丝杠12带动丝杆滑块13进行运动，丝杆滑块13带动连杆14进行运动，销钉在滑动腰孔15内进行滑动，进而调整气道机构16的位置；

进一步的，启动直流电机11，直流电机11的输出轴带动两个Y轴丝杠12进行转动，两个Y轴丝杠12转动时通过螺纹带动丝杆滑块13进行运动，丝杆滑块13带动连杆14进行运动，连杆14带动气道机构16进行运动，进而调整气道机构16的位置；

通过Z轴电机Ⅱ9和直流电机11相互配合运动可以大范围调整气道机构16的运动状态；

进一步的，对气道机构16的结构和功能进行详细的说明；

气道机构16包括安装支架19、间隙弧腔20、间隙球体21、改进口咽通气道22和伸缩机构23，安装支架19中部固定连接有间隙弧腔20，间隙弧腔20内间隙配合有间隙球体21，间隙球体21的下端固定连接有改进口咽通气道22，改进口咽通气道22的外表面设置有四个压力传感器，压力传感器优选为薄膜压力传感器，安装支架19上固定连接有四个伸缩机构23，每个伸缩机构23的伸缩端和间隙球体21之间均固定连接有拉伸弹簧，四个伸缩机构23分别和四个薄膜压力传感器连接，四个压力传感器分布在改进口咽通气道22的四个侧面上；

现有技术中的改进口咽通气道22的插入方式多是刚性的，容易对人造成损伤，进而设计了气道机构16，适当改进口咽通气道22可以根据插入的压力调整偏转的角度，满足不同的使用需求；

当改进口咽通气道22插入口中时，改进口咽通气道22的表面设置有薄膜压力传感器，当被检测人发生晃动，或者人不在改进口咽通气道22的对中线上时，进而改进口咽通气道22对人口腔的一侧发生挤压时，对应侧的薄膜压力传感器受到挤压将压力信息传回对应的伸缩机构23，伸缩机构23伸缩端上的拉伸弹簧处于拉伸状态，如左侧的薄膜压力传感器受到口腔左侧的压力过大，则改进口咽通气道22在对人口腔的左侧进行挤压，因此改进口咽通气道22应该向右侧进行运动，对应的位于左侧伸缩机构23的伸缩端收回，伸缩机构23的伸缩端拉动对应的拉伸弹簧，使得左侧拉伸弹簧的拉力增大，拉伸弹簧拉动间隙球体21在间隙弧腔20内进行运动，使得改进口咽通气道22向右进行运动，这样在一侧的压力增加时，对应侧的伸缩机构23伸缩端进行运动，进而对改进口咽通气道22的位置进行调整；采用容积重建技术获得CT三维上呼吸道矢状面图像，然后在此图像上模拟气管导管插入路径曲线，使路径曲线分别与门齿中点、会厌根部和声门入口重合，以此得到改进口咽通气道22的自动运动轨迹；改进口咽通气道22与咽喉内部及其周围组织的接触压力能够实时反馈并以此自动调整改进口咽通气道22姿态；伸缩机构23可以是液压缸或者电动推杆，也可以是现有技术中的其它机械机构；连杆和气道机构弹性连接检测压力并根据反馈的压力自动调节改进口咽通气道姿态，提高了气管插管的安全性；

具体的主动支架和压舌板姿态调整机构的工作过程为：

麻醉医生遥控操作Y轴电机3实现压舌板姿态调整机构沿Y轴方向前进、后退，遥控操作Z轴电机Ⅰ6实现压舌板姿态调整机构沿Z轴方向前进、后退，通过沿Y轴、Z轴的运动将执行机构送到患者口腔上方，使改进口咽通气道16末端正对患者口腔并距离患者门齿垂直高度2cm处，Z轴电机Ⅱ9使Z轴丝杠转动从而使Y轴法兰托板10沿Z轴方向前进或后退，直流电机11使Y轴丝杠12转动从而实现丝杆滑块13沿Y轴方向前进或后退，Y轴电机3、Z轴电机Ⅰ6、Z轴电机Ⅱ9和直流电机11相互配合共同实现气道机构16按照预定规划轨迹自动插入患者口腔以抬起后坠的舌根打开口咽空间并抬起会厌，使改进口咽通气道末端开口正对声门，与此同时根据压力反馈信息及时自动调整改进口咽通气道姿态以保证患者安全，完成气管插管。

Claims (7)

1.一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，包括主动支架和连接在主动支架上的压舌板姿态调整机构，其特征在于：所述主动支架包括驱动压舌板姿态调整机构进行Y向和Z向运动的Y轴轨梁（1）和Z轴轨梁（4）；

所述压舌板姿态调整机构包括基板（7）和固定连接在基板（7）上的四个滚珠直线导轨（8），四个滚珠直线导轨（8）之间滑动连接有Y轴法兰托板（10），Y轴法兰托板（10）上转动连接有两个Y轴丝杠（12），两个Y轴丝杠（12）上均通过螺纹连接有丝杆滑块（13），两个丝杆滑块（13）的下端均铰接有连杆（14），两个连杆（14）的下端之间固定连接有气道机构（16）；

所述气道机构（16）包括安装支架（19）和固定连接在安装支架（19）中部的间隙弧腔（20），间隙弧腔（20）内间隙配合有间隙球体（21），间隙球体（21）的下端固定连接有改进口咽通气道（22），改进口咽通气道（22）的外表面设置有四个压力传感器，安装支架（19）上固定连接有四个伸缩机构（23），每个伸缩机构（23）的伸缩端和间隙球体（21）之间均固定连接有拉伸弹簧，四个伸缩机构（23）分别和四个压力传感器连接；

所述Y轴轨梁（1）上滑动连接有Y轴滑块（2），Z轴轨梁（4）固定连接在Y轴滑块（2）上，Z轴轨梁（4）上连接有Z轴滑块（17），压舌板姿态调整机构固定连接在Z轴滑块（17）上。

2.根据权利要求1所述的一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，其特征在于：所述Y轴轨梁（1）上固定连接有驱动Y轴滑块（2）进行运动的Y轴电机（3）。

3.根据权利要求2所述的一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，其特征在于：所述Y轴电机（3）的输出轴上传动连接有同步带机构，Y轴滑块（2）固定连接在同步带机构的同步带上。

4.根据权利要求1所述的一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，其特征在于：所述Z轴轨梁（4）上固定连接有驱动Z轴滑块（17）进行运动的Z轴电机Ⅰ（6）。

5.根据权利要求4所述的一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，其特征在于：所述Z轴电机Ⅰ（6）的输出轴上传动连接有同步带机构，Z轴滑块（17）固定连接在同步带机构的同步带上。

6.根据权利要求1所述的一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，其特征在于：两个连杆（14）的中部均设置有滑动腰孔（15），基板（7）的中部固定连接有两个销钉，两个销钉分别滑动连接在滑动腰孔（15）内。

7.根据权利要求1所述的一种全身麻醉用遥控操作改进口咽通气道气管插管机器人，其特征在于：所述基板（7）上固定连接有Z轴电机Ⅱ（9），Z轴电机Ⅱ（9）的输出轴上固定连接有Z轴丝杆，Y轴法兰托板（10）通过螺纹连接在Z轴丝杆上，Y轴法兰托板（10）上固定连接有直流电机（11），两个Y轴丝杠（12）均和直流电机（11）的输出轴传动连接。

Images