CN114602036B - 导丝导管递送装置及介入手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导丝导管递送装置及介入手术机器人。导丝导管递送装置包括：直线运动机构，用于驱动导丝导管直线运动；旋转运动机构，用于驱动导丝导管旋转运动；引导机构，用于限定所述导丝导管的递送路径；其中，所述旋转运动机构与所述直线运动机构配合工作，所述导丝导管从旋转运动机构和直线运动机构之间穿过。发明的导丝导管递送装置，滚轮与电机之间的传动方式采用磁力传动，无需破坏无菌膜，可以实现有菌区与无菌区完全隔离。而且，通过设置无菌隔板，将有菌区与无菌区进一步隔离。本发明的导丝导管递送装置仅需要2部电机就可完成导丝导管的压紧、递送、旋转等功能，而且滚轮与两部电机平行排布，结构简单、体积小。

Description

导丝导管递送装置及介入手术机器人

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及介入手术辅助设备，具体地涉及一种导丝导管递送装置及介入手术机器人。

背景技术

介入手术是通过实时的射线照射来对患者身体内部组织及器官成像，从而完成微创手术操作的目的。手术操作者需要长时间的暴露于射线照射中，长期从事介入手术的医生，有更大的几率罹患射线相关疾病，危害身体健康。由于介入手术环境是存在辐射的有害环境，需要尽可能的减少手术操作者在辐射环境中的暴露时间。

现有的介入手术机器人可以使得手术操作者与有害环境隔离，能够实现遥控操作手术。介入手术机器人研发过程中的重要技术之一是导丝导管的递送装置，目前方案大多采用两个滚轮夹紧导丝的方式，通过滚轮的旋转及滚轮的平移来控制导丝的伸缩及转动。

但是现有方案存在污染风险。滚轮与电机之间需要通过传动结构来进行动力的传递，滚轮直接接触导丝，需要满足无菌要求，而电机为有菌部件，所以通过传动轴、传动带等直接接触的动力传输方式存在发生细菌逆向污染的安全风险。目前产品滚轮部位为无菌设计，承载滚轮的转轴为有菌结构，两者之间有一层无菌膜隔离，当安装滚轮时，滚轮轴需要刺破无菌膜并与无菌滚轮装配，如果导丝导管的液体成分滴落在无菌膜破口处，会增加术中感染的风险。

此外，现有方案中滚轮压紧力量不可控。目前技术其中一个滚轮为偏心轴设计，通过偏心轴的旋转来压紧或分离两个滚轮，力量不容易调节，过大会导致导管损伤的风险，力量过小容易发生导丝滑脱。

最后，现有方案结构复杂，需要3部或者更多的电机来满足功能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明设计一种导丝导管递送装置。

根据本发明的一个方面，提供一种导丝导管递送装置，包括：

直线运动机构，用于驱动导丝导管直线运动；

旋转运动机构，用于驱动导丝导管旋转运动；

引导机构，用于限定所述导丝导管的递送路径；

其中，所述旋转运动机构与所述直线运动机构配合工作，所述导丝导管从旋转运动机构和直线运动机构之间穿过。

进一步地，所述直线运动机构包括：

第一滚轮，设置在第一滚轮支架上；

第一传动机构，为所述第一滚轮传递驱动力；

第一电机，输出端与所述第一传动机构连接，用于驱动所述第一滚轮转动。

进一步地，所述旋转运动机构包括：

第二滚轮，设置在丝杆上；

第二传动机构，为所述丝杆传递驱动力；

第二电机，输出端与所述第二传动机构连接，用于驱动所述丝杆转动，使得所述第二滚轮沿所述丝杆上下运动。

进一步地，还包括偏转机构，用于偏转所述第一滚轮和/或第二滚轮，使得所述第一滚轮和第二滚轮之间压紧。

进一步地，所述偏转机构包括第一转轴和扭簧，所述扭簧套设在第一转轴上，为所述第一滚轮提供偏转力压紧在第二滚轮上。

进一步地，所述第一传动机构包括第一磁传动轮、第二磁传动轮、第一齿轮和第二齿轮，所述第一磁传动轮和所述第二磁传动轮分开地设置在所述第一转轴的一端和所述第一电机的输出端；

所述第一滚轮支架包括第二转轴，所述第一滚轮套设在所述第二转轴上，所述第二齿轮设置在所述第二转轴上，所述第一齿轮设置在第一转轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；

所述第二传动机构包括第三磁传动轮和第四磁传动轮，分开地设置在所述丝杆的一端和所述第二电机的输出端。

进一步地，还包括无菌隔板，所述第二磁传动轮和第一电机以及所述第四磁传动轮和第二电机设置在所述无菌隔板下面。

进一步地，还包括第二滚轮支架，所述第二滚轮设置在第二滚轮支架上，所述第二滚轮支架通过螺纹孔与所述丝杆啮合；

滑杆，设置在无菌隔板上，所述第二滚轮支架外侧壁设置有连接耳，连接耳与滑杆可滑动连接，使得所述第二滚轮支架能够沿丝杆轴向滑动，但不能旋转。

进一步地，所述引导机构包括第一引导孔和第二引导孔，分别设置在压紧的所述第一滚轮和第二滚轮的前后两侧。

根据本发明的另一方面，提供一种介入手术机器人，包括上述的导丝导管递送装置。

本发明的导丝导管递送装置，滚轮与电机之间的传动方式采用磁力传动，无需破坏无菌膜，可以实现有菌区与无菌区完全隔离。而且，通过设置无菌隔板，将有菌区与无菌区进一步隔离。

本发明的导丝导管递送装置仅需要2部电机就可完成导丝导管的压紧、递送、旋转等功能，而且滚轮与两部电机平行排布，结构简单、体积小。

通过在滚轮的转轴部位安装扭簧，将滚轮压紧在一起，扭簧可以根据导丝及导管的粗细自动调整压紧间隙，并且始终提供一个大致相当的扭力。在递送滚轮壳体上设置有把手，扳动把手就可以将两个滚轮分离，方便的装载或调整导丝导管。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例的导丝导管递送装置的两个滚轮分离状态的结构示意图。

图2是本发明实施例的导丝导管递送装置的两个滚轮夹紧状态的结构示意图。

图3是本发明实施例的导丝导管递送装置的磁传动机构的剖面示意图。

图4是本发明实施例的导丝导管递送装置的直线运动机构的剖面示意图。

图5是本发明实施例的直线运动结构的传动机构剖面示意图。

图6是本发明实施例的导丝导管递送装置的旋转运动机构的剖面示意图。

图7是本发明实施例的旋转运动机构的磁传动机构剖面示意图。

附图标记：

第一滚轮1、第一滚轮支架2、第一滚轮底座3、第一齿轮4、第一转轴5、第二齿轮6、第二转轴7、第一磁传动轮8、扭簧9、把手10、第二滚轮11、第二滚轮支架12、第二滚轮底座13、丝杆14、上轴承15、下轴承16、滑杆17、连接耳18、第三磁传动轮19、第一引导孔20、第二引导孔21、导丝22、磁铁23、无菌隔板24、第一电机25、第二磁传动轮26、第二电机27、第四磁传动轮28、电机支架29、连接环30。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

本发明提供了一种导丝导管递送装置，包括：直线运动机构，用于驱动导丝导管直线运动；旋转运动机构，用于驱动导丝导管旋转运动；引导机构，用于限定所述导丝导管的递送路径；其中，所述旋转运动机构与所述直线运动机构配合工作，所述导丝导管从旋转运动机构和直线运动机构之间穿过。

本发明的导丝导管递送装置可用于介入手术机器人，能够驱动导丝、导管直线运动及旋转运动，从而完成相应的手术操作步骤。

优选地，直线运动机构包括：第一滚轮，设置在第一滚轮支架上；第一传动机构，为第一滚轮传递驱动力；第一电机，输出端与第一传动机构连接，用于驱动第一滚轮转动。

优选地，旋转运动机构包括：第二滚轮，设置在丝杆上；第二传动机构，为丝杆传递驱动力；第二电机，输出端与第二传动机构连接，用于驱动丝杆转动，使得第二滚轮沿丝杆上下运动。

直线运动机构和旋转运动机构配合使用，第一滚轮和第二滚轮压紧在一起，导丝导管从两个滚轮中间穿过。第一滚轮作为主动轮，在第一电机驱动下旋转，带动第二滚轮作为从动轮配合旋转，从而实现导丝导管的前进或后退，完成直线运动。第二滚轮在第二电机驱动下沿丝杆上下运动，从而使得夹在两个滚轮中间的导丝导管发生旋转，完成旋转运动。因此，在第一电机和第二电机同时工作时，夹在两个滚轮中间的导丝导管可以同时完成直线和旋转运动，满足介入手术的需要。

本发明的导丝导管递送装置包括无菌隔板，将递送装置分为上下两个部分，无菌隔板将无菌区与有菌区隔离开，无菌隔板之上为无菌区，无菌隔板之下为有菌区。

优选地，本发明的递送装置采用磁力传动，有效地将无菌区及有菌区域隔离开来。具体地，第一传动机构包括第一磁传动轮、第二磁传动轮，分开地设置在无菌隔板的上下。第二传动机构包括第三磁传动轮和第四磁传动轮，分开地设置在无菌隔板的上下。相比较于目前导丝导管驱动装置，铺设无菌膜时无需刺破无菌膜，因此更加无菌，有效防止术中感染的发生。

具体地，第一电机和第二磁传动轮以及第二电机和第四磁传动轮设置在无菌隔板之下。优选地，每个磁传动轮周围镶嵌有圆柱形状的永磁体，永磁体沿磁传动轮圆周排列，永磁体的一端面与磁传动轮平面齐平，同一磁传动轮所镶嵌的永磁体极性朝向相同。第一磁传动轮与第三磁传动轮所镶嵌的永磁体极性相反，用于第一滚轮的动力传递。第二磁传动轮与第四磁传动轮所镶嵌的永磁体极性相反，用于第二滚轮的动力传递。

优选地，无菌隔板及其上部件将作为一次性耗材使用，电机将作为介入手术机器人的主体部分可重复使用。为了便于安装电机，可采用电机支架将两个电机固定在一起，电机支架上成型有圆柱形凸起，在无菌隔板上成型有与之相适配的凹槽，通过圆柱形凸起及凹槽的配合，电机支架可与无菌隔板快速配合及分离。

优选地，无菌隔板上设置有第一滚轮底座和第二滚轮底座分别用于设置第一滚轮支架和第二滚轮支架。

第二滚轮支架设置在第二滚轮底座上，第二滚轮支架设置有螺纹孔，螺纹孔与丝杆啮合，第二滚轮套设在丝杆上。丝杆端部延伸有短轴，短轴通过轴承可转动的固定于第二滚轮底座上。第三磁传动轮与丝杆一端不旋转连接，第四磁传动轮与第二电机转轴不旋转连接。因此，第二电机可通过第三磁传动轮和第四磁传动轮驱动丝杆转动。第二滚轮底座上设置有固定的滑杆，滑杆与无菌隔板所在平面垂直，第二滚轮支架外侧壁有两个连接耳，连接耳有通孔，连接耳通孔与滑杆可滑动连接，在滑杆的限制下，第二滚轮支架可沿丝杆轴向滑动，但不能旋转。

为了使第一滚轮和第二滚轮相对压紧，本发明设置了偏转机构，用于偏转所述第一滚轮和/或第二滚轮，使得所述第一滚轮和第二滚轮之间压紧。例如，可以偏转第一滚轮或第二滚轮，或同时偏转第一滚轮和第二滚轮，可以根据需要采取具体的实施方式。

优选地，偏转机构包括第一转轴和扭簧，扭簧套设在第一转轴上，为所述第一滚轮提供偏转力压紧在第二滚轮上。

第一传动机构还包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮中间有通孔，第一齿轮套设在第一转轴上，第一磁传动轮与第一齿轮不旋转连接，第二磁传动轮与第一电机转轴不旋转连接。第一滚轮支架包括第二转轴，第一滚轮套设在第二转轴上，第二齿轮与第一滚轮不旋转连接，第二齿轮与第一滚轮可以绕第二转轴转动。第一滚轮支架靠近第一转轴的一侧设置有连接环，套设在第一转轴上，第一滚轮支架可以绕第一转轴转动，在转动过程中，第一齿轮和第二齿轮始终啮合。第一滚轮支架的另一侧设置有把手。

第一齿轮与第二齿轮啮合。因此，第一磁传动轮和第二磁传动轮及第一齿轮与第二齿轮共同负责第一滚轮的动力传递。

优选地，扭簧套设在第一转轴上，扭簧的一支脚压在第一滚轮支架外壁上，扭簧另一支脚压于第一滚轮底座上。第二滚轮通过轴承可旋转的固定于第二滚轮支架上。装置转配完毕后，第一滚轮可以在扭簧的弹力作用下，压紧在第二滚轮上。

本发明采用两套驱动轮，其中一驱动轮装配有扭簧，可以以恒定的压力将导丝、导管压紧于另一个驱动轮，不受导丝、导管粗细的影响，可以兼容多种导丝导管。

优选地，引导机构包括第一引导孔和第二引导孔，分别设置在压紧的第一滚轮和第二滚轮的前后两侧。引导孔成型于滚轮底座上，引导孔用于容纳导丝导管，导丝导管穿过引导孔后，刚好位于两个滚轮之间，可沿着引导孔旋转或伸缩。

本发明的递送装置工作过程如下：

导丝导管的装载：用手将把手掰向外侧，此时第一滚轮与第二滚轮分离，将导丝或者导管穿过引导孔后，松开把手，此时第一滚轮将导丝或导管压紧在第二滚轮上。

导丝导管的伸缩运动实现：第一电机带动第二磁传动轮转动，第二磁传动轮带动第一磁传动轮转动，第一磁传动轮与第一齿轮不滑动连接，第一齿轮带动第二齿轮转动，第二齿轮带动第一滚轮转动，扭簧将第一滚轮压紧在第二滚轮上，第一滚轮带动导丝导管伸缩运动，第二滚轮在导丝导管的带动下做被动运动。

导丝导管旋转运动的实现：第二电机带动第四磁传动轮转动，第四磁传动轮带动第三磁传动轮转动，第三磁传动轮带动丝杆转动，丝杆与第二滚轮支架螺纹孔啮合，第二滚轮支架在丝杆的带动下沿丝杆轴向往复运动，第二滚轮在支架的带动下沿丝杆轴向往复运动，第二滚轮搓动导丝导管做旋转运动。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，本实施例的导丝导管递送装置包括无菌隔板24，将递送装置分为上下两个部分，无菌隔板24将无菌区与有菌区隔离开，无菌隔板24之上为无菌区，无菌隔板24之下为有菌区。

具体地，第一电机25及第二电机27设置在无菌隔板24之下。第一电机25及第二电机27通过螺丝固定于电机支架29上，与电机支架29平面垂直，第一电机25及第二电机27平行排列。电机支架29、第一电机25及第二电机27将作为介入手术机器人的主体部分重复使用。

无菌隔板24上设置有第一滚轮底座3和第二滚轮底座13。第二滚轮支架12设置在第二滚轮底座13上，第二滚轮支架12设置有螺纹孔，螺纹孔与丝杆14啮合，第二滚轮13套设在丝杆14上。丝杆14两端分别设置有上轴承15和下轴承16，可转动的固定于第二滚轮底座13上。第三磁传动轮19与丝杆14一端不旋转连接，第四磁传动轮28与第二电机27转轴不旋转连接。

第二滚轮底座13上设置有固定的滑杆17，滑杆17与无菌隔板24所在平面垂直，第二滚轮支架12外侧壁有两个连接耳18，连接耳18通孔与滑杆17可滑动连接，在滑杆17的限制下，第二滚轮支架12可沿丝杆14轴向滑动，但不能旋转。

扭簧9套设在第一转轴5上，为第一滚轮1提供偏转力压紧在第二滚轮11上。扭簧9的一支脚压在第一滚轮支架2的外壁上，扭簧9另一支脚压于第一滚轮底座3上。第一齿轮4套设在第一转轴5上，第一磁传动轮8与第一齿轮4不旋转连接，第二磁传动轮26与第一电机25转轴不旋转连接。第一滚轮支架2包括第二转轴7，第一滚轮1套设在第二转轴7上，第二齿轮6与第一滚轮1不旋转连接，第二齿轮6与第一滚轮1可以绕第二转轴7转动。第一滚轮支架2靠近第一转轴5的一侧设置有连接环30，套设在第一转轴5上，第一滚轮支架2可以绕第一转轴5转动，在转动过程中，第一齿轮4和第二齿轮6始终啮合。第一滚轮支架2的另一侧设置有把手10。

第一引导孔20和第二引导孔21，分别设置在压紧的第一滚轮1和第二滚轮11的前后两侧。第二引导孔21成型于第一滚轮底座3上，导丝22穿过第一引导孔20和第二引导孔21，导丝22的中间部分位于第一滚轮1和第二滚轮11之间。

本实施例的导丝导管递送装置的磁传动机构包括第一磁传动轮8、第二磁传动轮19、第三磁传动轮26和第四磁传动轮28。每个磁传动轮周围镶嵌有圆柱形状的磁铁23，本实施例中为永磁体。磁铁23沿磁传动轮圆周排列，同一磁传动轮所镶嵌的磁铁23极性朝向相同。第一磁传动轮8与第三磁传动轮26所镶嵌的磁铁极性相反，用于第一滚轮1的动力传递。第二磁传动轮19与第四磁传动轮28所镶嵌的磁铁极性相反，用于第二滚轮11的动力传递。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种导丝导管递送装置，其特征在于，包括：

直线运动机构，用于驱动导丝导管直线运动，所述直线运动机构包括第一滚轮，设置在第一滚轮支架上；第一传动机构，为所述第一滚轮传递驱动力；第一电机，输出端与所述第一传动机构连接，用于驱动所述第一滚轮转动；所述第一传动机构包括第一磁传动轮、第二磁传动轮、第一齿轮和第二齿轮，所述第一磁传动轮和所述第二磁传动轮分开地设置在第一转轴的一端和所述第一电机的输出端；所述第一滚轮支架包括第二转轴，所述第一滚轮套设在所述第二转轴上，所述第二齿轮设置在所述第二转轴上，所述第一齿轮设置在第一转轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；

旋转运动机构，用于驱动导丝导管旋转运动，所述旋转运动机构包括第二滚轮，设置在丝杆上；第二传动机构，为所述丝杆传递驱动力；第二电机，输出端与所述第二传动机构连接，用于驱动所述丝杆转动，使得所述第二滚轮沿所述丝杆上下运动；所述第二传动机构包括第三磁传动轮和第四磁传动轮，分开地设置在所述丝杆的一端和所述第二电机的输出端；

引导机构，用于限定所述导丝导管的递送路径；

偏转机构，用于偏转所述第一滚轮和/或第二滚轮，使得所述第一滚轮和第二滚轮之间压紧，所述偏转机构包括第一转轴和扭簧，所述扭簧套设在第一转轴上，为所述第一滚轮提供偏转力压紧在第二滚轮上；

无菌隔板，所述第二磁传动轮和第一电机以及所述第四磁传动轮和第二电机设置在所述无菌隔板下面；

其中，所述旋转运动机构与所述直线运动机构配合工作，所述导丝导管从旋转运动机构和直线运动机构之间穿过。

2.根据权利要求1所述的导丝导管递送装置，其特征在于，进一步包括：

第二滚轮支架，所述第二滚轮设置在第二滚轮支架上，所述第二滚轮支架通过螺纹孔与所述丝杆啮合；

滑杆，设置在无菌隔板上，所述第二滚轮支架外侧壁设置有连接耳，连接耳与滑杆可滑动连接，使得所述第二滚轮支架能够沿丝杆轴向滑动，但不能旋转。

3.根据权利要求1所述的导丝导管递送装置，其特征在于，所述引导机构包括第一引导孔和第二引导孔，分别设置在压紧的所述第一滚轮和第二滚轮的前后两侧。

4.一种介入手术机器人，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的导丝导管递送装置。