CN116211481A - 模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，包括底板、直线推送传动机构、握杆及捻旋传动机构，直线推送传动机构包括导轨、滑块和水平滑动板，握杆包括握杆安装轴和手指捻旋滚筒，滑块沿导轨水平移动，滑块上安装有水平滑动板，握杆通过握杆安装轴安装在捻旋传动机构的垂直安装板上，垂直安装板安装在水平滑动板上，握杆和捻旋传动机构随直线推送传动机构一起沿着导轨水平移动；捻旋传动机构的主动带轮安装在握杆安装轴上，并与手指捻旋滚筒装配在一起，主动带轮通过手指捻旋手指捻旋滚筒而旋转；本发明可在不改变医生操作习惯的情况下，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少了复杂手术对医生经验的依赖程度。

Description

模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置

[技术领域]

本发明涉及微创血管介入手术机器人领域，具体地说是一种模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置。

[背景技术]

目前，血管介入手术过程需要医生穿戴沉重的铅衣等防护设备暴露在X射线下进行操作，医生通过观察造影系统拍摄的图像，在其引导下手动操作如导丝、导管、球囊支架等介入器械到达血管病变处进行诊断或治疗。由于人的血管弯曲狭窄且分支较多，并且血管壁较为脆弱，这就对医生的操作精度提出了很大的要求，需要医生十分精细的操作手法。长时间精细化的手术操作势必会造成医生的操作疲劳，容易带来手部抖动等问题，从而可能会影响到手术的效果。同时即便穿戴有防辐射的铅服，也无法保证医生不受到射线的辐射，且沉重的铅服不仅会对医生的操作精度造成影响，而且长期穿戴也会对医生的身体造成很大的负担，会对医生的身体健康造成慢性影响。

泛血管介入手术机器人越来越被关注，机器人系统一般采用主从操作模式，由从端执行机构暴露于X射线下实施手术，医生在病房外通过远程操作主端装置的方式控制所述从端执行机构进行工作，避免了X射线辐射，同时利用机器人技术可以大幅提高手术操作的精度与稳定性。然而，现有技术中所使用的主端操作装置主要特点是采取了与医生手动操作不同的模式，如采用操纵杆代替医生手握介入器械的操作形式，并且没有力反馈，这导致医生需要进行专门训练才能进行正确操作。对于高年资医生，这意味着以往长期积累的经验会成为掌握新操作方法的障碍，导致出现误操作和手术质量下降等问题。

而且，采用操纵杆形式，这与医生在血管介入手术中用手指对导丝、导管等介入器械的直线推送加捻旋的方式完全不同。一些技术虽然考虑了模拟医生操作的设计，但存在的问题是手感较差，输出的控制位移量及速度和医生期望值不一致，并且不能提供力反馈，无法做到与当前的手指操作方式一致。

因此，若能提供一种能够符合实际手术操作需求，真实模拟手术过程，精准便捷且具有力反馈的泛血管介入手术机器人主端操作装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，能够在不改变医生操作习惯的情况下，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少了复杂手术对医生经验的依赖程度。

为实现上述目的设计一种模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，包括底板1、直线推送传动机构2、握杆3及捻旋传动机构4，所述直线推送传动机构2包括导轨201、滑块202和水平滑动板209，所述握杆3包括握杆安装轴301和手指捻旋滚筒302，所述捻旋传动机构4包括垂直安装板401、主动带轮402、从动带轮403、皮带404、捻旋角度传感器405和捻旋角度传感器连接轴407；所述滑块202可滑动式安装在导轨201上，并沿导轨201水平移动，所述滑块202上安装有水平滑动板209，所述握杆3通过握杆安装轴301安装在捻旋传动机构4的垂直安装板401上，所述垂直安装板401安装在水平滑动板209上，所述握杆3和捻旋传动机构4随直线推送传动机构2一起沿着导轨201水平移动；所述捻旋传动机构4的主动带轮402安装在握杆安装轴301上，并与手指捻旋滚筒302装配在一起，所述主动带轮402通过手指捻旋手指捻旋滚筒302而旋转，所述主动带轮402与从动带轮403通过皮带404连接，所述从动带轮403与捻旋角度传感器405通过捻旋角度传感器连接轴407装配在一起。

进一步地，所述水平滑动板209的前、后侧分别设置有弹簧安装块206，并通过前弹簧207、后弹簧208分别连接前、后侧的弹簧安装块206，所述水平滑动板209利用前弹簧207、后弹簧208实现自动居中复位。

进一步地，所述水平滑动板209上安装有推送位移传感器214，所述推送位移传感器214与齿轮203通过位移传感器连接轴215连接在一起，所述齿轮203沿齿条204转动，所述齿条204安装于底板1上，所述齿轮203带动位移传感器连接轴215转动，所述推送位移传感器214用于检测齿轮203转动的角度及角速度。

进一步地，所述握杆3还包括使能传感器304，所述使能传感器304与主控制器电连接，所述使能传感器304安装在使能传感器安装块303上，所述使能传感器安装块303安装在握杆安装轴301上，所述使能传感器304处设置有使能传感器触发件305和使能传感器触发件压缩弹簧306，所述使能传感器触发件305被压时，压缩使能传感器触发件压缩弹簧306向下运动进而触发使能传感器304，所述使能传感器触发件305未被压时，在使能传感器触发件压缩弹簧306的弹力下被弹起进而使能传感器304不被触发。

进一步地，所述推送位移传感器214、捻旋角度传感器405分别与主控制器电连接，且在使能传感器304被触发的情况下，所述推送位移传感器214和捻旋角度传感器405反馈的数据反馈给主控制器。

进一步地，所述使能传感器304和使能传感器触发件305的外围设有保护盖，所述保护盖由握杆上盖307和握杆下盖308构成。

进一步地，所述直线推送传动机构2还包括电磁刹车210、刹车弹簧211、电磁刹车挡片212和电磁刹车螺栓213，所述电磁刹车210设于水平滑动板209与底板1之间，所述水平滑动板209上方设有刹车弹簧211和电磁刹车挡片212，所述电磁刹车210、刹车弹簧211及电磁刹车挡片212通过电磁刹车螺栓213安装为一体，所述电磁刹车210有吸力时向下运动并与底板1贴合，所述电磁刹车210没有吸力时通过刹车弹簧211的弹力向上复位。

进一步地，所述直线推送传动机构2还包括限位块205，所述限位块205装配在底板1上，且设置于导轨201两侧，所述限位块205用于防止直线推送传动机构2运动行程超出导轨201总长度。

进一步地，所述捻旋角度传感器405安装固定在捻旋角度传感器安装板406上，所述捻旋角度传感器安装板406安装在捻旋传动机构4的垂直安装板401上。

本发明同现有技术相比，提供了一种符合实际手术操作需求，真实模拟手术过程，精准便捷且具有力反馈的泛血管介入手术机器人主端操作装置，该装置适用于泛血管介入手术机器人主端操作，具有力反馈功能，可以完全再现原来直接操作导管及导丝的夹持器的情景，符合医生原有操作习惯和人体工学，保持原有手术手感，使医生可以应用已经有的经验，避免思维模式转换，无需经过长时间的训练便能熟练操作主操作台，降低了对医生的要求；此外，本发明整体结构简单，操作方便，便于安装，符合人体工程学设计，体积小、重量轻、便于放置与转移，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的正面结构示意图；

图3是本发明的背面结构示意图；

图4是本发明的握杆爆炸图；

图5是本发明的操作流程图；

图中：1、底板 2、直线推送传动机构 3、握杆 4、捻旋传动机构201、导轨 202、滑块203、齿轮 204、齿条 205、限位块 206、弹簧安装块207、前弹簧 208、后弹簧 209、水平滑动板 210、电磁刹车 211、刹车弹簧212、电磁刹车挡片 213、电磁刹车螺栓 214、推送位移传感器 215、位移传感器连接轴 301、握杆安装轴 302、手指捻旋滚筒 303、使能传感器安装块304、使能传感器 305、使能传感器触发件 306、使能传感器触发件压缩弹簧307、握杆上盖 308、握杆下盖 401、垂直安装板 402、主动带轮 403、从动带轮 404、皮带 405、捻旋角度传感器 406、捻旋角度传感器安装板407、捻旋角度传感器连接轴。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图1至附图4所示，本发明提供了一种模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，包括底板 1、直线推送传动机构 2、握杆3及捻旋传动机构4；直线推送传动机构2包括导轨 201、滑块 202、齿轮 203、齿条 204、限位块 205、弹簧安装块 206、前弹簧207、后弹簧 208、水平滑动板 209、电磁刹车 210、刹车弹簧 211、电磁刹车挡片 212、电磁刹车螺栓 213、推送位移传感器214以及位移传感器连接轴215；握杆3包括握杆安装轴301、手指捻旋滚筒302、使能传感器安装块 303、使能传感器 304、使能传感器触发件 305、使能传感器触发件压缩弹簧306、握杆上盖307以及握杆下盖308；捻旋传动机构4包括垂直安装板 401、主动带轮 402、从动带轮 403、皮带 404、捻旋角度传感器405、捻旋角度传感器安装板406以及捻旋角度传感器连接轴407。

导轨 201、齿条 204、限位块 205、弹簧安装块206装配在底板1上。滑块202可滑动式安装在导轨201上，滑块202可以在导轨201上水平移动，水平滑动板209安装在滑块202上，从而直线推送传动机构2可以在导轨201上进行水平移动。握杆3通过握杆安装轴301安装在捻旋传动机构4的垂直安装板401上，捻旋传动机构4的垂直安装板401安装在直线推送传动机构2的水平滑动板209上，这样实现了直线推送传动机构2、捻旋传动机构4以及握杆3成为一个整体，握杆3和捻旋传动机构4随直线推送传动机构2可以一起沿着导轨201水平移动。

电磁刹车210设于水平滑动板209与底板1之间，水平滑动板209上方设有刹车弹簧211和电磁刹车挡片212，电磁刹车210通过电磁刹车螺栓213与刹车弹簧211和电磁刹车挡片212安装在一起；当电磁刹车210有吸力时，会向下运动与底板1贴合，此时刹车弹簧211受力被压缩；当刹车没有吸力时，通过刹车弹簧211的弹力复位。电磁刹车210的电磁吸力与所供给的电流大小有关，电流越大，电磁吸力越大，刹车与底板1的摩擦阻力也就越大。因此可以通过调节电流的大小来调节直线推送传动机构2水平运动的阻力，即调节握杆3的水平运动阻力，从而实现手部操作的力反馈。

推送位移传感器214安装在水平滑动板209上，推送位移传感器214与齿轮203通过位移传感器连接轴215连接在一起，齿轮203沿着齿条204转动，从而带动位移传感器连接轴215转动，推送位移传感器214便能检测出齿轮203转动的角度及角速度，即可检测出握杆3的水平位移及速度。水平滑动板209的前、后侧分别设置有弹簧安装块206，水平滑动板209通过前弹簧207和后弹簧208与弹簧安装块206连接在一起，利用前弹簧207和后弹簧208的拉力实现水平滑动板209的自动居中复位，避免依靠手动进行复位。

捻旋传动机构4的主动带轮402安装在握杆3的握杆安装轴301上，同时主动带轮402与握杆3的手指捻旋滚筒302装配在一起，通过手指捻旋手指捻旋滚筒302旋转，可以带动主动带轮402的旋转；主动带轮402与从动带轮403通过皮带404连接，可以将手指捻旋滚筒302的旋转运动传递给从动带轮403。从动带轮403与捻旋角度传感器405通过捻旋角度传感器连接轴407装配在一起，从而捻旋角度传感器405可以检测出从动带轮403的旋转角度及角速度，即可检测出手指捻旋手指捻旋滚筒302的旋转角度及角速度。捻旋角度传感器安装板安装在捻旋传动机构4的垂直安装板上，捻旋角度传感器安装固定在捻旋角度传感器安装板上。

握杆3的使能传感器304与主控制器电连接，使能传感器304安装在使能传感器安装块303上，使能传感器安装块303安装在握杆安装轴301上，使能传感器304处设置有使能传感器触发件305和使能传感器触发件压缩弹簧306。当人手轻压使能传感器触发件305时，使能传感器触发件305压缩使能传感器触发件压缩弹簧306向下运动，从而可以触发使能传感器304；当人手移开时，在使能传感器触发件压缩弹簧306的弹力下使能传感器触发件305被弹起，使能传感器304不再被触发。使能传感器304和使能传感器触发件305的外围设有保护盖，保护盖由握杆上盖307和握杆下盖308构成。

本发明中，为了模拟原有通过手指捏住介入器械进行推送或捻旋这样的操作习惯，在使用本装置时，医生通过手指捏住手指捻旋滚筒302，进行推送或捻旋。在手指推送过程中，当手指松开时，在弹簧拉力的作用下，直线推送传动机构2会迅速复位到中间位置，这样避免了手动往复运动。为了防止直线推送传动机构2运动行程超出导轨201总长度，直线推送传动机构2还包括限位块205，限位块205装配在底板1上，且设置于导轨201两侧，限位块205起到了限位保护作用。送位移传感器214、捻旋角度传感器405分别与主控制器电连接，在操作过程中，利用推送位移传感器214的反馈信息控制介入器械的运动位移和速度；利用捻旋角度传感器405反馈的信息控制介入器械的旋转角度和角速度；主控制器在采集到介入器械在血管内运动过程中的受到的阻力大小后，利用电磁刹车210，向医生传递介入器械在运动过程中的阻力大小。

为了防止医生误触发，本发明仅在使能传感器304触发的情况下，推送位移传感器214和捻旋角度传感器405反馈的数据才会被真实反馈给主控制器。保证了手术的安全性和可靠性。

综上，本发明专门适用于介入手术机器人的主端操作，真实模拟医生现有的操作习惯，为医生提供便捷、可靠，精度高的操作方式，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少复杂手术对医生经验的依赖程度。此外，该操作装置整体结构简单，方便安装，符合人体工程学设计，体积小、重量轻、便于放置与转移。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，其使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：包括底板(1)、直线推送传动机构(2)、握杆(3)及捻旋传动机构(4)，所述直线推送传动机构(2)包括导轨(201)、滑块(202)和水平滑动板(209)，所述握杆(3)包括握杆安装轴(301)和手指捻旋滚筒(302)，所述捻旋传动机构(4)包括垂直安装板(401)、主动带轮(402)、从动带轮(403)、皮带(404)、捻旋角度传感器(405)和捻旋角度传感器连接轴(407)；所述滑块(202)可滑动式安装在导轨(201)上，并沿导轨(201)水平移动，所述滑块(202)上安装有水平滑动板(209)，所述握杆(3)通过握杆安装轴(301)安装在捻旋传动机构(4)的垂直安装板(401)上，所述垂直安装板(401)安装在水平滑动板(209)上，所述握杆(3)和捻旋传动机构(4)随直线推送传动机构(2)一起沿着导轨(201)水平移动；所述捻旋传动机构(4)的主动带轮(402)安装在握杆安装轴(301)上，并与手指捻旋滚筒(302)装配在一起，所述主动带轮(402)通过手指捻旋手指捻旋滚筒(302)而旋转，所述主动带轮(402)与从动带轮(403)通过皮带(404)连接，所述从动带轮(403)与捻旋角度传感器(405)通过捻旋角度传感器连接轴(407)装配在一起。

2.如权利要求1所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述水平滑动板(209)的前、后侧分别设置有弹簧安装块(206)，并通过前弹簧(207)、后弹簧(208)分别连接前、后侧的弹簧安装块(206)，所述水平滑动板(209)利用前弹簧(207)、后弹簧(208)实现自动居中复位。

3.如权利要求1或2所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述水平滑动板(209)上安装有推送位移传感器(214)，所述推送位移传感器(214)与齿轮(203)通过位移传感器连接轴(215)连接在一起，所述齿轮(203)沿齿条(204)转动，所述齿条(204)安装于底板(1)上，所述齿轮(203)带动位移传感器连接轴(215)转动，所述推送位移传感器(214)用于检测齿轮(203)转动的角度及角速度。

4.如权利要求3所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述握杆(3)还包括使能传感器(304)，所述使能传感器(304)与主控制器电连接，所述使能传感器(304)安装在使能传感器安装块(303)上，所述使能传感器安装块(303)安装在握杆安装轴(301)上，所述使能传感器(304)处设置有使能传感器触发件(305)和使能传感器触发件压缩弹簧(306)，所述使能传感器触发件(305)被压时，压缩使能传感器触发件压缩弹簧(306)向下运动进而触发使能传感器(304)，所述使能传感器触发件(305)未被压时，在使能传感器触发件压缩弹簧(306)的弹力下被弹起进而使能传感器(304)不被触发。

5.如权利要求4所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述推送位移传感器(214)、捻旋角度传感器(405)分别与主控制器电连接，且在使能传感器(304)被触发的情况下，所述推送位移传感器(214)和捻旋角度传感器(405)反馈的数据反馈给主控制器。

6.如权利要求4所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述使能传感器(304)和使能传感器触发件(305)的外围设有保护盖，所述保护盖由握杆上盖(307)和握杆下盖(308)构成。

7.如权利要求1所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述直线推送传动机构(2)还包括电磁刹车(210)、刹车弹簧(211)、电磁刹车挡片(212)和电磁刹车螺栓(213)，所述电磁刹车(210)设于水平滑动板(209)与底板(1)之间，所述水平滑动板(209)上方设有刹车弹簧(211)和电磁刹车挡片(212)，所述电磁刹车(210)、刹车弹簧(211)及电磁刹车挡片(212)通过电磁刹车螺栓(213)安装为一体，所述电磁刹车(210)有吸力时向下运动并与底板(1)贴合，所述电磁刹车(210)没有吸力时通过刹车弹簧(211)的弹力向上复位。

8.如权利要求1所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述直线推送传动机构(2)还包括限位块(205)，所述限位块(205)装配在底板(1)上，且设置于导轨(201)两侧，所述限位块(205)用于防止直线推送传动机构(2)运动行程超出导轨(201)总长度。

9.如权利要求1所述的模拟医生操作的泛血管介入手术机器人主端操作装置，其特征在于：所述捻旋角度传感器(405)安装固定在捻旋角度传感器安装板(406)上，所述捻旋角度传感器安装板(406)安装在捻旋传动机构(4)的垂直安装板(401)上。

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