CN116077802A - 一种磁性驱动器的制作方法、介入导管机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及医疗机器人技术领域，公开了一种磁性驱动器的制作方法、介入导管机器人。该磁性驱动器的制作方法包括：提供一磁柱，所述磁柱由硅胶材料和磁性材料混合制成；将所述磁柱缠绕在圆柱体上；将所述磁柱和所述圆柱体置于磁场中，以对所述磁柱进行磁化处理得到所述磁性驱动器。将该磁性驱动器安装于导丝末端制成介入导管机器人，使导丝末端变成磁可控，通过磁场可以远程精准地控制介入导管机器人的转向。同时，介入导管机器人能够在外部磁场的作用下实现大范围的角度偏转，大幅度提升了血管介入微创手术中导丝在复杂、弯曲且受限的血管系统中的偏转能力。

Description

一种磁性驱动器的制作方法、介入导管机器人

技术领域

本申请涉及医疗机器人技术领域，特别涉及一种磁性驱动器的制作方法、介入导管机器人。

背景技术

机器人技术对医学产生了巨大的影响，从微创手术、靶向治疗、医院优化，到应急响应、假肢和家庭辅助，医疗机器人代表着医疗器械行业中增长最快的行业之一。其中，血管介入微创手术可通过扩张狭窄动脉、改善局部血供等途径有效预防、治疗缺血性血管病。该手术通常由医生在透视设备的辅助下，经血管利用导丝将球囊/支架送至动脉狭窄处，释放并扩张球囊/支架，以达到恢复血管正常生理解剖和局部血供的目的。与开放式手术相比，血管介入微创手术切口小，患者恢复快；不用全身麻醉，手术风险低。因此近几十年来，血管介入微创手术发展迅速，逐渐成为治疗血管疾病的主要临床诊断及治疗方法。

然而，当前血管介入微创手术操作方法还存在手术时间长、对医生辐射量较大、缺乏有经验的医生等弊端，目前对导管介入装置的研究基本上还局限于系统的可用性方面，而对于复杂、弯曲且受限的血管系统中，导丝的偏转能力还没有过多的深挖。但在实际应用中，导丝的弯曲性能，往往决定着整个系统的应用瓶颈。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种磁性驱动器的制作方法、介入导管机器人，能够大幅度提升血管介入微创手术中导丝在复杂、弯曲且受限的血管系统中的偏转能力。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种磁性驱动器的制作方法，该方法包括：

提供一磁柱，该磁柱由硅胶材料和磁性材料混合制成；将该磁柱缠绕在圆柱体上；将该磁柱和该圆柱体置于磁场中，以对该磁柱进行磁化处理得到磁性驱动器。

具体地，上述提供一磁柱的方法包括：将硅胶材料和磁性材料混合得到混合基质；将该混合基质注入圆柱形模具中固化成型；将固化成型的混合基质从圆柱形模具中取出得到磁柱。

可选地，硅胶材料为Ecoflex。

可选地，磁性材料为NdFeB。

可选地，硅胶材料和磁性材料混合比例为0.8:1-1.2:1。

可选地，磁柱的长度为2-3cm，磁柱的直径为1.7-2.1mm。

可选地，磁场为均匀磁场，磁场的磁场强度为600-800mT。

具体地，上述将磁柱缠绕在圆柱体上的方法包括：将磁柱首尾相连地缠绕在圆柱体上，且磁柱的缠绕平面与圆柱体的轴向垂直。

具体地，在对磁柱进行磁化处理的过程中，磁柱的缠绕平面与磁场的场强方向成一固定的磁化角。具体地，该磁化角为40-50°。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种介入导管机器人，该介入导管机器人包括：

导丝；磁性驱动器，磁性驱动器安装在导丝的一端。具体地，磁性驱动器在外部磁场的作用下，驱动导丝在导管中移动。

具体地，该介入导管机器人的磁性驱动器是采用上述磁性驱动器的制作方法制作得到的。

区别于现有技术，本申请提供了一种磁性驱动器的制作方法、介入导管机器人。该磁性驱动器的制备原材料容易获取，制作流程简单，不需要特殊的设备和工艺，有利于实现大规模生产；该介入导管机器人的磁性驱动器在外部磁场的作用下，能够驱动导丝在导管中移动，使得导丝末端变成磁可控，从而实现大范围的角度偏转，大幅度提升血管介入微创手术中导丝在复杂、弯曲且受限的血管系统中的偏转能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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。其中：

图1是本申请提供的磁性驱动器的制作方法一实施例的流程示意图；

图2是图1中S11的流程示意图；

图3是一实施例中将磁柱缠绕在圆柱体上进行磁化处理的截面示意图；

图4是一实施例中磁性驱动器的磁化曲线示意图；

图5是本申请提供的介入导管机器人一实施例的结构示意图；

图6是一实施例中介入导管机器人在外部磁场作用下的偏转示意图；

图7是一实施例中介入导管机器人在永磁铁磁场中发生偏转的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1，图1是本申请提供的磁性驱动器的制作方法一实施例的流程示意图，该方法包括：

S11：提供一磁柱，所述磁柱由硅胶材料和磁性材料混合制成。

其中，该磁柱可以是圆柱体，也可以是其他规则的棱柱，比如六棱柱等。其中的硅胶材料主要是提供磁柱的柔性，其中的磁性材料主要是用于使磁柱在磁化后能在外部磁场的作用下受力产生形变。

可选地，以圆柱体为例，磁柱的长度为2-3cm，磁柱的直径为1.7-2.1mm。在一具体的实施例中，该磁柱的长度为2.5cm，该磁柱的直径为1.9mm。

可以理解地，上述的对磁柱的尺寸的限定主要是应用于磁性驱动器对导丝在血管中进行驱动的应用场景，在其他应用场景中，磁柱的尺寸可以根据具体的环境来进行设置。

S12：将所述磁柱缠绕在圆柱体上。

可选地，该圆柱体的材料为无磁材料，比如塑料，不影响磁化处理，该圆柱体的大小恰好满足磁柱首尾相连地缠绕一周。

可以理解地，这里的圆柱体主要是用于使磁柱缠绕以首尾相连形成一个圆环，因此，这里的圆柱体也可以采用其他具有圆环形状的无磁材料代替，例如无磁的圆环、球、圆柱、圆锥等代替。

另外，磁柱的长度尽量与圆柱体的底面圆周长相匹配。

S13：将所述磁柱和所述圆柱体置于磁场中，以对所述磁柱进行磁化处理得到所述磁性驱动器。

可选地，该磁场为均匀磁场，即内部的磁场强弱和方向处处相同的磁场，它的磁感线是一系列疏密间隔相同的平行直线。常见的均匀磁场有：较大的蹄形磁体两磁极间的磁场近似于均匀磁场；通电螺线管内部的磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场。

可选地，均匀磁场的磁场强度为600-800mT。在一具体的实施例中，该均匀磁场的磁场强度为700mT。

参阅图2，图2是图1中S11的流程示意图，S11还可以包括：

S111：将所述硅胶材料和所述磁性材料混合得到混合基质。

可选地，该硅胶材料为Ecoflex，Ecoflex固化后非常柔软，抗拉撕性能好，具有良好的弹性以及伸长率，主要应用于仿真以及软体制作领域。

可选地，该磁性材料为NdFeB，即钕铁硼磁铁，其主要成分为稀土元素钕(Nd)、铁(Fe)、硼(B)。其中稀土元素主要为钕(Nd)，为了获得不同性能可用部分镝(Dy)、镨(Pr)等其他稀土金属替代，铁也可被钴(Co)、铝(Al)等其他金属部分替代，硼的含量较小，但却对形成四方晶体结构金属间化合物起着重要作用，使得化合物具有高饱和磁化强度，高的单轴各向异性和高的居里温度。这种磁铁是现今磁性仅次于绝对零度钬磁铁的永久磁铁，也是最常使用的稀土磁铁，广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械、航天航空等领域，较常见的有永磁电机、扬声器、磁选机、计算机磁盘驱动器、磁共振成像设备仪表等。

可选地，硅胶材料和磁性材料的混合比例为0.8:1-1.2:1，硅胶材料和磁性材料的比例越接近，制作得到的磁柱越能兼具良好的柔性和磁性。在一具体的实施例中，硅胶材料和磁性材料的混合比例为1:1。

S112：将所述混合基质注入圆柱形模具中固化成型。

具体地，模具是用来制作成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。模具具有特定的轮廓或内腔形状，应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)，应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。

可选地，本实施例采用的模具为圆柱形模具，其具有圆柱形内腔，可以使混合基质固化后获得相应的圆柱形磁柱。

可以理解地，其他具有圆柱形内腔的模具，在其内腔的长度和直径满足条件的情况下，也可以使混合基质固化后获得相应的圆柱形磁柱，在此不做具体限定。

S113：将固化成型的所述混合基质从所述圆柱形模具取出得到所述磁柱。

参阅图3，图3是一实施例中将磁柱缠绕在圆柱体上进行磁化处理的截面示意图。

具体地，磁柱301首尾相连地缠绕在圆柱体302上，以形成一个圆环，并且磁柱301的缠绕平面与圆柱体302的轴向垂直。

具体地，磁柱301的缠绕平面与磁场的场强方向成一固定的磁化角δ，该磁化角δ为40-50°。在一具体的实施例中，该磁化角δ为45°。

参阅图4，图4是一实施例中磁性驱动器的磁化曲线示意图。

具体地，根据该磁性驱动器的制作方法，得到其磁化曲线公式为：

其中，m为均匀磁场的磁场强度幅值，L为磁性驱动器的长度，δ为磁化角。

相比于现有技术，本实施例提供的磁性驱动器制备原材料容易获取，制作流程简单，不需要特殊的设备和工艺，有利于实现大规模生产。此外，磁性驱动器既有硅胶材料柔软、有弹性、伸长率好的优点，又有良好的磁化曲线，易于被磁场远程控制。

参阅图5，图5是本申请提供的介入导管机器人一实施例的结构示意图，该介入导管机器人包括导丝和磁性驱动器。

可选地，导丝为商业导丝，其主体材料为不锈钢，表面为聚四氟乙烯涂层。导丝由内、外两部分构成，外层是优质不锈钢在弹簧床上卷绕而成。钢丝要求光洁、坚韧、富有弹性，卷绕必须均匀严密、排列整齐、松密一致。这种弹簧能耐受反复弯折，在一定力量作用下不致折断。弹簧中心的空腔即导丝的内部，装有一根直而硬的钢丝芯，钢丝芯的前端渐渐变细。将十分纤细的钢丝芯的尖端与弹簧末端焊接在一起，再将钢丝芯尾端与弹簧尾端焊接，并打磨光滑，即成为最简单的导丝。导丝表面有一层聚四氟乙烯涂层，可以使导丝表面更为光滑，减小与导管的摩擦系数。

可选地，磁性驱动器是采用本申请提供的磁性驱动器的制作方法制作得到的，磁性驱动器的长度为2-3cm，磁性驱动器的直径为1.7-2.1mm。在一具体地实施例中，磁性驱动器的长度为2.5cm，直径为1.9mm。

具体地，磁性驱动器安装在导丝的一端。在外部磁场的作用下，磁性驱动器能够驱动导丝在导管中移动，实现大范围的角度偏转。

参阅图6，图6是一实施例中介入导管机器人在外部磁场作用下的偏转示意图。

具体地，在外部磁场作用下，介入导管机器人受到的力矩公式为：

T＝M×B

其中，M为磁性驱动器的磁化曲线，B为外部磁场的磁场强度。

具体地，在外部磁场作用下，介入导管机器人受到的力公式为：

其中，

M为磁性驱动器的磁化曲线，B为外部磁场的磁场强度。

具体地，在外部磁场强度为10mT的情况下，介入导管机器人能够实现-150°～150°的偏转；在外部磁场强度为20mT的情况下，介入导管机器人能够实现-180°～180°的偏转。

参阅图7，图7是一实施例中介入导管机器人在永磁铁磁场中发生偏转的示意图。

具体地，通过磁场远程控制介入导管机器人的转向，在永磁铁磁场的作用下，介入导管机器人能够依次穿过各个目标圆环，实现偏转角从76°到-56°的变化。在此过程中，介入导管机器人转向灵活，穿过目标精准，控制精度很高。

相比于现有商业导丝，本实施例的介入导管机器人优化了导丝的末端，使其末端变成磁可控，通过磁场可以远程精准地控制介入导管机器人的转向。同时，介入导管机器人能够在外部磁场的作用下实现大范围的角度偏转，大幅度提升了血管介入微创手术中导丝在复杂、弯曲且受限的血管系统中的偏转能力。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是根据本申请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技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁性驱动器的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

提供一磁柱，所述磁柱由硅胶材料和磁性材料混合制成；

将所述磁柱缠绕在圆柱体上；

将所述磁柱和所述圆柱体置于磁场中，以对所述磁柱进行磁化处理得到所述磁性驱动器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述提供一磁柱，包括：

将所述硅胶材料和所述磁性材料混合得到混合基质；

将所述混合基质注入圆柱形模具中固化成型；

将固化成型的所述混合基质从所述圆柱形模具取出得到所述磁柱。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述硅胶材料为Ecoflex；和/或

所述磁性材料为NdFeB。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述硅胶材料和所述磁性材料混合比例为0.8:1-1.2:1。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述磁柱的长度为2-3cm，所述磁柱的直径为1.7-2.1mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述磁场为均匀磁场，所述磁场的磁场强度为600-800mT。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述将所述磁柱缠绕在圆柱体上，包括：

将所述磁柱首尾相连地缠绕在圆柱体上，且所述磁柱的缠绕平面与所述圆柱体的轴向垂直。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

在所述磁化处理过程中，所述缠绕平面与所述磁场的场强方向成一固定的磁化角；其中，所述磁化角为40-50°。

9.一种介入导管机器人，其特征在于，所述介入导管机器人包括：

导丝；

磁性驱动器，所述磁性驱动器安装在所述导丝的一端；

其中，所述磁性驱动器在外部磁场的作用下，驱动所述导丝在导管中移动。

10.根据权利要求9所述的介入导管机器人，其特征在于，所述磁性驱动器是采用如权利要求1-8任一项所述的方法制作得到的。

Images