CN116211471A - 内窥镜控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内窥镜技术领域，提供一种内窥镜控制装置，包括：操作端包括：第一驱动机构、力反馈结构和显示器，第一驱动机构用于控制内窥镜行进和转向切换，力反馈结构用于控制内窥镜转动，显示器用于显示内窥镜的实时状态；机器人端包括：依次连接的机械臂、第二驱动机构和内窥镜，机械臂与第一驱动机构、力反馈结构通讯连接。上述的内窥镜控制装置，操作者双手操作力反馈结构和第一驱动机构，即可控制内窥镜在人体内行进、转向和转动，操作者可根据显示器显示的内窥镜的实时状态控制内窥镜动作，不需要操作者手动操作内窥镜，提高了内窥镜控制装置的智能化程度以及内窥镜在人体内动作的精准度，避免了内窥镜在人体内动作时对人体器官造成损伤。

Description

内窥镜控制装置

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，尤其涉及一种内窥镜控制装置。

背景技术

为了对人体内部病变进行观察或诊疗，医生通过人类自然腔道或者其他人为开口将内窥镜插入人体内部，观察内窥镜反馈图像然后对病灶进行手术治疗。在此过程中，医生通过控制内窥镜末端方向角，持续将内窥镜插入食道、支气管或者消化道中，直至抵达病灶附近。

目前常见的操纵方式分为两大类，第一类为传统手持内窥镜，医生需要一只手持手柄控制方向角，另一只手握持内窥镜进行插入，对医生的手术经验、技巧和体力都是较大的考验；另一类为机器人化的遥操作控制方式，医生通过主操作手、踏板、手柄等输入设备发出操作信号，从端设备接收操作信号进行相应的动作。遥操作控制方式可以通过主操作手等输入设备得到力反馈，模拟医生实际手持操作内窥镜时或者内窥镜接触自然腔道壁时的接触力，提高内窥镜手术的安全性。遥操作方式简易、直观并精准，可以有效辅助医生更高效、方便、准确地完成内窥镜手术。但目前机器人化的遥操作控制方式智能化程度较低，在实际操作时，医生依然需要手动对内窥镜进行行进、转向等操作。

发明内容

本发明提供一种内窥镜控制装置，用以解决现有技术中机器人化的内窥镜控制装置智能化程度较低的缺陷。

本发明提供一种内窥镜控制装置，包括：操作端，所述操作端包括：第一驱动机构、力反馈结构和显示器，所述第一驱动机构用于控制内窥镜行进和转向切换，所述力反馈结构用于控制内窥镜转动，所述显示器用于显示内窥镜的实时状态；机器人端，所述机器人端包括：依次连接的机械臂、第二驱动机构和所述内窥镜，所述机械臂与所述第一驱动机构、所述力反馈结构通讯连接。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述内窥镜包括连接的外鞘部和插入部，所述外鞘部与所述第二驱动机构连接，所述外鞘部的至少一端以及所述插入部的至少一端为柔性端，其中，在所述插入部的一端为柔性端时，所述柔性端为所述插入部未与所述外鞘部连接的一端。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述插入部与所述外鞘部套接，所述插入部的直径小于所述外鞘部的直径。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述第一驱动机构包括：第一驱动件，所述第一驱动件用于控制所述外鞘部和所述插入部整体行进；第二驱动件，所述第二驱动件用于控制所述插入部行进。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述第一驱动机构还包括转向旋钮，所述转向旋钮具有可切换的三个位置；在所述转向旋钮处于第一位置时，所述插入部发生转向，在所述转向旋钮处于第二位置时，所述插入部和所述外鞘部保持当前状态，在所述转向旋钮处于第三位置时，所述外鞘部发生转向。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述力反馈结构包括：操作手柄；万向节，所述万向节与所述操作手柄连接；角度罗盘，所述角度罗盘的表面设有圆形凹槽，所述万向节设置于所述圆形凹槽内，并与所述角度罗盘转动连接，所述万向节可在所述圆形凹槽内滑动；其中，所述万向节的转动位移量映射所述内窥镜的转动角度。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述操作手柄包括：转动部，所述转动部与所述万向节连接；操作部，所述操作部的第一端与所述转动部连接，所述操作部的第二端设有触点，所述触点用于提供所述内窥镜的力反馈信息。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述操作部和所述转动部设有多个转动关节，以使所述操作部具有多个自由度，所述转动部还设有多个平动关节，以使所述操作部可以平动。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述操作端还包括控制台，所述力反馈结构和所述第一驱动机构设置于所述控制台。

根据本发明提供的一种内窥镜控制装置，所述机器人端还包括设备柜，所述设备柜为可升降设备柜，所述机械臂设置于所述设备柜上。

本发明提供的内窥镜控制装置，通过设置力反馈结构、第一驱动机构、显示器、机械臂和第二驱动机构，操作者双手操作力反馈结构和第一驱动机构，即可控制内窥镜在人体内行进、转向和转动，操作者可根据显示器显示的内窥镜的实时状态控制内窥镜动作，不需要操作者手动操作内窥镜，提高了内窥镜控制装置的智能化程度以及内窥镜在人体内动作的精准度，避免了内窥镜在人体内动作时对人体器官造成损伤，同时，本发明提供的内窥镜控制装置，能够降低操作者长期手术操作的劳动强度，且操作者远离手术器械，可以减少交叉感染、降低辐射风险以及避免体液喷溅到操作者身上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明提供的内窥镜控制装置的结构示意图；

图2是图1中示出的内窥镜的结构示意图；

图3是图1中示出的第一驱动机构的结构示意图；

图4是转向旋钮的多个位置示意图；

图5是图1中示出的力反馈结构的结构示意图；

图6是内窥镜转动时关节角的示意图；

图7是万向节转动时万向节的位移量的示意图；

图8是外鞘部和插入部转向模式的流程图；

附图标记：

10：力反馈结构；11：操作部；12：转动部；13：万向节；14：角度罗盘；20：第一驱动机构；21：第一驱动件；22：第二驱动件；23：转向旋钮；30：显示器；40：控制台；50：机械臂；60：第二驱动机构；70：内窥镜；71：外鞘部；72：插入部；80：设备柜；111：触点；112：第一转动关节；121：第二转动关节；122：第一平动关节；123：第二平动关节；124：第三转动关节；125：第四转动关节。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作出创造性劳动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。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图8描述本发明的内窥镜控制装置。

如图1所示，在本发明的实施例中，内窥镜控制装置包括：操作端和机器人端。操作端包括：力反馈结构10、第一驱动机构20和显示器30。机器人端包括：机械臂50、第二驱动机构60和内窥镜70。其中，力反馈结构10用于控制内窥镜70转动，第一驱动机构20用于控制内窥镜70行进和转向切换，显示器30用于显示内窥镜70的实时状态。机械臂50与第二驱动机构60连接，第二驱动机构60与内窥镜70连接，机械臂50还与力反馈结构10和第一驱动机构20通讯连接。

具体来说，操作者坐在操作端，操作者的左手操作第一驱动机构20，右手操作力反馈结构10，第一驱动机构20和力反馈结构10发送信号至机械臂50，机械臂50动作带动第二驱动机构60动作，第二驱动机构60带动内窥镜70经人体自然腔道或者手术开口进入人体内，显示器30实时显示内窥镜70在人体内的状态，操作者根据内窥镜70的实时状态操作力反馈结构10和第一驱动机构20，以将内窥镜70驱动至病灶位置。

进一步地，在本实施例中，操作第一驱动机构20可控制内窥镜70前进、后退或者转向，操作力反馈结构10可控制内窥镜70转动，在本实施例中，力反馈结构10具有多个自由度，从而可以使内窥镜70在人体内进行多个角度的转动，以达到病灶位置。

本发明实施例提供的内窥镜控制装置，通过设置力反馈结构、第一驱动机构、显示器、机械臂和第一驱动机构，操作者双手操作力反馈结构和第一驱动机构，即可控制内窥镜在人体内行进、转向和转动，操作者可根据显示器显示的内窥镜的实时状态控制内窥镜动作，不需要操作者手动操作内窥镜，提高了内窥镜控制装置的智能化程度以及内窥镜在人体内动作的精准度，避免了内窥镜在人体内动作时对人体器官造成损伤，同时，本发明实施例提供的内窥镜控制装置，能够降低操作者长期手术操作的劳动强度，且操作者远离手术器械，可以减少交叉感染、降低辐射风险以及避免体液喷溅到操作者身上。

如图2所示，在本发明的实施例中，内窥镜70包括连接的外鞘部71和插入部72。外鞘部71与第二驱动机构60连接，外鞘部71的至少一端以及插入部72的至少一端为柔性端，其中，在插入部72的一端为柔性端时，柔性端为插入部72与外鞘部71连接的一端。

具体来说，在本实施例中，外鞘部71的任意一端或两端均可以为柔性端，插入部72的任意一端或两端也可以为柔性端，在外鞘部71和插入部72设置柔性端，可使外鞘部71与第二驱动机构60的连接处、外鞘部71与插入部72的连接处发生弯折，进而便于外鞘部71和插入部72在人体内移动。进一步地，在插入部72仅有一端为柔性端时，该柔性端为插入部72未与外鞘部71连接的一端，即柔性端为内窥镜70的端部，柔性端可减小内窥镜70端部与人体器官的碰撞力度，进而减小内窥镜70在人体内行进时对人体器官造成的损伤。

进一步地，在本发明的实施例中，内窥镜70还包括摄像元件和光源。摄像元件和光源设置在插入部72未与外鞘部71连接的一端的端部，光源用于为摄像元件提供照明，摄像元件用于拍摄内窥镜70在人体内的实时状态以及病灶状况。

进一步地，如图2所示，在本发明的实施例中，插入部72与外鞘部71套接，插入部72的直径小于外鞘部71的直径。具体来说，插入部72可收缩至外鞘部71内，也可伸出至外鞘部71外，当病灶处于狭窄腔道内时，插入部72直径较小，从而可以进入狭窄腔道内。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一驱动机构20包括：第一驱动件21和第二驱动件22。第一驱动件21用于控制外鞘部71和插入部72整体行进，第二驱动件22用于控制插入部72行进。

具体来说，在内窥镜70位于体外时，此时外鞘部71和插入部72作为一个整体，操作者操作第一驱动件21时，外鞘部71和插入部72整体向前运动，进入人体内。在内窥镜70抵达较细的腔道或者开口时，操作者操作第二驱动件22，外鞘部71不动，插入部72进入腔道或开口内。

进一步地，在本实施例中，第一驱动件21和第二驱动件22的形状可以有多种，具体地，如第一驱动件21和第二驱动件22均为杆状结构，向前推动第一驱动件21时，外鞘部71和插入部72均向前移动，向后推动第一驱动件21时，外鞘部71和插入部72均向后移动，相应地，向前推动第二驱动件22时，插入部72向前移动，向后推动第二驱动件22时，插入部72向后移动。可选地，第一驱动件21和第二驱动件22也可以为块状结构，按动块状结构的第一端时，内窥镜70向前移动，按动块状结构的第二端时，内窥镜70向后移动。

需要说明的是：在本实施例中，插入部72与外鞘部71套接，在操作第二驱动件22时，外鞘部71不动，插入部72伸长；而在插入部72后退时，插入部72收缩至外鞘部71内。

进一步地，在本实施例中，第一驱动件21和第二驱动件22的位移量映射为内窥镜70的行进速度。

如图4所示，在本发明的实施例中，第一驱动机构20还包括转向旋钮23。转向旋钮23具有可切换的三个位置，在转向旋钮23处于第一位置时，插入部72发生转向；在转向旋钮23处于第二位置时，插入部72和外鞘部71均不发生转向，插入部72和外鞘部71保持当前状态；在转向旋钮23处于第三位置时，外鞘部71发生转向。

具体来说，操作者可通过转动转向旋钮23来控制内窥镜70的转向模式，当转向旋钮23转动至E档时，为插入部72转向模式；当转向旋钮23转动至S档时，为外鞘部71转向模式；当转向旋钮23转动至N档时，外鞘部71和插入部72均不进行转向。

如图5所示，在本发明的实施例中，力反馈结构10包括：操作手柄、万向节13和角度罗盘14。万向节13的第一端与角度罗盘14转动连接，万向节13的第二端与操作手柄连接，角度罗盘14的表面设有圆形凹槽，万向节13设置于该圆形凹槽内，并与角度罗盘14转动连接，且万向节13可在圆形凹槽内滑动，其中，万向节13的转动位移量映射内窥镜70的转动角度。

具体来说，操作操作手柄时，万向节13可在角度罗盘14的圆形凹槽内自由转动和滑动，进而得到万向节13在角度罗盘14内的相对位移值。万向节13在角度罗盘14内的方位与内窥镜70保持一致，如操作者向左移动操作手柄时，内窥镜70向左弯曲，摄像元件拍摄的画面向左看。具体地，如图6所示，内窥镜70末端的关节角包括弯曲角θ和方位角

通过正向运动学模型，关节角/>

能够确定出内窥镜70末端的位置。如图7所示，图7为操作者操作操作手柄时，万向节13的位移量映射至内窥镜70末端的关节角的具体计算实例。具体地，角度罗盘14上Ox正方向指向力反馈结构10的x正方向，Oy正方向指向力反馈结构10的z负方向。假定当前万向节13移动至S点，此时S点距离角度罗盘14的圆心O的距离为d，OS与Ox间夹角为/>

则

其中R为角度罗盘14圆形凹槽的半径，即万向节13在角度罗盘14内能够运动的极限位置，θ_max是设定的弯曲角度上限。

为了提高操作者对万向节13的控制精度，力反馈结构10产生指向桌面的恒定力，从而使万向节13不易被操作者抬起，只能在角度罗盘14内转动和滑动，以减少操作者的手臂活动范围。在操作者进行其他活动时，如控制内窥镜70行进、插入工具器械、或进行抽打水等时，力反馈结构10提供的下压力能够稳定万向节13，使其不易被误触移动，同时也不需要操作者持续握持力反馈结构10以稳定内窥镜70的方向。

进一步地，如图8所示，在操作者切换至插入部72转向模式后，万向节13可能会移动至新的位置，此时再次将万向节13移动回之前确定的关节角的位置，并且将转向模式切换至外鞘部71转向模式，外鞘部71仍然接收与之前一样的关节角输入信号，从而可以使外鞘部71不会产生较大的弯曲角度变化。

进一步地，如图5所示，在本发明的实施例中，操作手柄包括：操作部11和转动部12。转动部12与万向节13连接，操作部11的第一端与转动部12连接，操作部11的第二端设有触点111，触点111用于提供内窥镜70的力反馈信息。

具体来说，操作者操作操作部11时，操作部11通过转动部12带动万向节13转动，从而使内窥镜70发生转动。触点111可以为操作者的指尖提供力反馈信息，当内窥镜70或者手术器械在人体内操作或碰撞时，触点111会给操作者提供直观的力反馈信息，以提高内窥镜70操作的安全性和可靠性。

进一步地，操作部11和转动部12设有多个转动关节，以使操作部11具有多个自由度，转动部12还设有多个平动关节，以使操作部11可以平动。

具体来说，操作部11设有第一转动关节112，转动部12设有第二转动关节121、第一平动关节122、第二平动关节123、第三转动关节124和第四转动关节125，从而使操作部11具有六个方向的自由度，同时操作部11也可以平动。在第一平动关节122和第二平动关节123摆动时，可控制内窥镜70进行摆动。

如图1所示，在本发明的实施例中，操作端还包括控制台40，力反馈结构10和第一驱动机构20设置于控制台40上。机器人端还包括设备柜80，设备柜80为可升降设备柜，机械臂50设置于设备柜80上。在本实施例中，设备柜80可根据病人的位置，调节设备柜80的高度，从而调节机械臂50的高度，以便内窥镜70进入人体内。

本发明实施例提供的内窥镜控制装置，通过使用力反馈结构对内窥镜进行控制，力反馈结构上触点提供的力反馈信息能够帮助操作者更好地操控力反馈结构，且力反馈结构位置稳定，不易受干扰；同时，力反馈结构提供的下压力能够稳定万向节，使其不易被误触移动，也不需要操作者持续握持力反馈结构以稳定内窥镜的方向，提高了内窥镜在体内动作的精准度。

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 (10)

1.一种内窥镜控制装置，其特征在于，包括：

操作端，所述操作端包括：第一驱动机构、力反馈结构和显示器，所述第一驱动机构用于控制内窥镜行进和转向切换，所述力反馈结构用于控制内窥镜转动，所述显示器用于显示内窥镜的实时状态；

机器人端，所述机器人端包括：依次连接的机械臂、第二驱动机构和所述内窥镜，所述机械臂与所述第一驱动机构、所述力反馈结构通讯连接。

2.根据权利要求1所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述内窥镜包括连接的外鞘部和插入部，所述外鞘部与所述第二驱动机构连接，所述外鞘部的至少一端以及所述插入部的至少一端为柔性端，其中，在所述插入部的一端为柔性端时，所述柔性端为所述插入部未与所述外鞘部连接的一端。

3.根据权利要求2所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述插入部与所述外鞘部套接，所述插入部的直径小于所述外鞘部的直径。

4.根据权利要求3所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括：

第一驱动件，所述第一驱动件用于控制所述外鞘部和所述插入部整体行进；

第二驱动件，所述第二驱动件用于控制所述插入部行进。

5.根据权利要求2所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述第一驱动机构还包括转向旋钮，所述转向旋钮具有可切换的三个位置；

在所述转向旋钮处于第一位置时，所述插入部发生转向，在所述转向旋钮处于第二位置时，所述插入部和所述外鞘部保持当前状态，在所述转向旋钮处于第三位置时，所述外鞘部发生转向。

6.根据权利要求1所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述力反馈结构包括：

操作手柄；

万向节，所述万向节与所述操作手柄连接；

角度罗盘，所述角度罗盘的表面设有圆形凹槽，所述万向节设置于所述圆形凹槽内，并与所述角度罗盘转动连接，所述万向节可在所述圆形凹槽内滑动；

其中，所述万向节的转动位移量映射所述内窥镜的转动角度。

7.根据权利要求6所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述操作手柄包括：

转动部，所述转动部与所述万向节连接；

操作部，所述操作部的第一端与所述转动部连接，所述操作部的第二端设有触点，所述触点用于提供所述内窥镜的力反馈信息。

8.根据权利要求7所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述操作部和所述转动部设有多个转动关节，以使所述操作部具有多个自由度，所述转动部还设有多个平动关节，以使所述操作部可以平动。

9.根据权利要求1所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述操作端还包括控制台，所述力反馈结构和所述第一驱动机构设置于所述控制台。

10.根据权利要求1所述的内窥镜控制装置，其特征在于，所述机器人端还包括设备柜，所述设备柜为可升降设备柜，所述机械臂设置于所述设备柜上。

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