CN116616995A - 一种眼底血管注射设备及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及医疗器械领域,具体而言,涉及一种眼底血管注射设备及控制方法。该眼底血管注射设备包括主体、支架、视像单元、第一操作单元、第二操作单元、导光笔、力感知手术针以及主手操作单元;支架与主体连接;导光笔及力感知手术针分别连接于第一操作单元及第二操作单元的自由端;第一操作单元及第二操作单元均与主手操作单元电连接;其中,第一操作单元及第二操作单元分别用于驱动导光笔及力感知手术针在空间中变换位置;视像单元用于获取手术位置的图像,并引导导光笔及力感知手术针运动。该眼底血管注射设备能够提高导光笔及力感知手术针的运动稳定性以及运动精度,有效提高医生的手部力感知能力,进而降低手术的风险。
Description
技术领域
本申请涉及医疗器械领域,具体而言,涉及一种眼底血管注射设备及控制方法。
背景技术
目前,视网膜血管阻塞是常见的致盲性疾病。一种潜在的治疗方法是向眼底血管中注入溶栓剂,该方法需要医生在巩膜上开2-3个切口;然后,医生一只手控制导光笔经切口进入眼内,为手术提供照明;另一只手控制注射针经切口进入眼内,刺入血管并保持静止,完成药剂注射。但眼底血管等眼组织十分脆弱,血管直径约80μm,而医生手部的生理性颤抖的振幅会达到150μm;同时视网膜的损伤极限低于人手感知极限,而医生的手部存在不稳定的问题,因此,导致该手术存在极大的风险。
发明内容
本申请提供一种眼底血管注射设备及控制方法,以改善上述问题。
本发明具体是这样的:
一种眼底血管注射设备,包括主体、支架、视像单元、第一操作单元、第二操作单元、导光笔、力感知手术针以及主手操作单元;
支架与主体连接;视像单元、第一操作单元及第二操作单元均与支架连接;导光笔及力感知手术针分别连接于第一操作单元及第二操作单元的自由端;第一操作单元及第二操作单元均与主手操作单元电连接;
其中,第一操作单元及第二操作单元分别用于驱动导光笔及力感知手术针在空间中变换位置;视像单元用于获取手术位置的图像,并引导导光笔及力感知手术针运动。
在本发明的一种实施例中,视像单元包括手术显微镜和视觉传感器,手术显微镜用于获取手术位置的图像,视觉传感器用于引导导光笔及力感知手术针运动。
在本发明的一种实施例中,第一操作单元及第二操作单元均包括协同机械臂、RCM机构及第一转动组件;协同机械臂与支架连接,RCM机构通过第一转动组件可转动地连接于协同机械臂的自由端;导光笔及力感知手术针分别连接于两个RCM机构的自由端;
主手操作单元包括两个操作主手,两个操作主手分别与两个RCM机构电连接。
在本发明的一种实施例中,协同机械臂均包括多个转动节,以驱动与其连接的RCM机构在空间内实现至少三个方向的平动和至少一个方向的转动。
在本发明的一种实施例中,RCM机构包括第一连接架、第一平动组件、第二连接架、第二平动组件、第一连接杆、第二连接杆及连接件;
第一平动组件与第一连接架连接,且共同形成第一四杆机构;第二平动组件及连接件均与第二连接架连接,且共同形成第二四杆机构;第一连接杆的两端分别与第一四杆机构及第二平动组件铰接,第二连接杆的两端分别与第一四杆机构及第二四杆机构铰接;
其中,第一平动组件用于驱动第一四杆机构变形,以驱动连接件翻转;第二平动组件用于驱动第二四杆机构相对于第一平动组件移动,以带动连接件沿其进给方向移动。
在本发明的一种实施例中,第一连接架包括第一连杆及两个第二连杆;第一平动组件包括第一导轨、第一丝杠、第一滑块及第一电机;第一丝杠与第一导轨可转动地连接;第一滑块与第一丝杠螺纹连接,并与第一导轨可滑动地连接;两个第二连杆平行且间隔地设置,且分别与第一滑块及第一导轨铰接,第一连杆与两个第二连杆铰接,且与第一导轨平行,进而共同形成第一四杆机构;其中,第一电机用于驱动第一丝杠转动,以驱动第一滑块滑动,进而带动第一四杆机构变形;
第二连接架包括两个第三连杆;第二平动组件包括第二导轨、第二丝杠、第二滑块及第二电机;第二丝杠与第二导轨可转动地连接;第二滑块与第二丝杠螺纹连接,并与第二导轨可滑动地连接;两个第二连杆平行且间隔地设置,且第二连杆的两端分别与第二滑块及连接件铰接,连接件与第二滑块间隔且平行,进而共同形成第二四杆机构;其中,第一连接杆的两端分别与第一滑块及第二导轨铰接,第二电机用于驱动第二丝杠转动,以驱动第二滑块滑动,进而带动第二四杆机构相对于第二导轨移动,并通过第一连接杆及第二连接杆带动第一四杆机构变形。
在本发明的一种实施例中,第二操作单元的RCM机构还包括第二转动组件,第二转动组件用于驱动连接件相对于第二连接架绕其进给方向转动。
在本发明的一种实施例中,力感知手术针包括注射针以及多个FBG传感器;多个FBG传感器均与注射针连接,且分布于注射针的外周;
连接件包括本体及限位块,注射针与本体可转动地连接,限位块与本体连接,且用于限制注射针相对于本体沿其进给方向运动。
一种眼底血管注射设备控制方法,利用上述的眼底血管注射设备实现,包括:
调整主体的位置,使得导光笔及力感知手术针移动至病人的上方;
启动两个协同机械臂,并通过两个协同机械臂的位置调整,完成两个RCM机构的粗定位,进而使得导光笔及力感知手术针移动至在至手术预定范围;
锁定两个协同机械臂,切换至视觉引导模式,以在视觉传感器的引导作用下,通过两个协同机械臂及两个RCM机构调整导光笔及力感知手术针的位姿,使得导光笔及力感知手术针对准巩膜切口;
切换至主从模式,通过两个操作主手分别操作两个RCM机构运动以完成手术;
手术完成后,通过两个操作主手分别操作两个RCM机构运动至位于人眼外的安全范围后,关闭主从模式;
最后,操作两个协同机械臂复位,以及使得主体复位。
在本发明的一种实施例中,切换至主从模式,通过两个操作主手分别操作两个RCM机构运动以完成手术的步骤包括:
在切换至主从模式后,医生握持两个操作主手,控制器采集医生的手部运动,并进行数据处理以获取医生操作意图;
根据采集到的操作意图,控制器解算出RCM机构的运动指令,并控制RCM机构完成相应的动作;
FBG传感器测量RCM机构与眼组织的接触力;
控制器根据FBG传感器的接触力数据解算力指令,并控制操作主手向医生的手部施加相应的力反馈;
其中,当操作主手采集到医生的手部运动后,进行滤波处理,以滤除医生的手部生理性颤抖,使得操作主手发送的运动指令仅包含医生的主观操作意图。
本发明的有益效果是:
该眼底血管注射设备包括主体、支架、视像单元、第一操作单元、第二操作单元、导光笔、力感知手术针以及主手操作单元;支架与主体连接;视像单元、第一操作单元及第二操作单元均与支架连接;导光笔及力感知手术针分别连接于第一操作单元及第二操作单元的自由端;第一操作单元及第二操作单元均与主手操作单元电连接;其中,第一操作单元及第二操作单元分别用于驱动导光笔及力感知手术针在空间中变换位置;视像单元用于获取手术位置的图像,并引导导光笔及力感知手术针运动。
其中,第一操作单元及第二操作单元分别用于安装导光笔及力感知手术针,而且通过第一操作单元及第二操作单元能够在视像单元引导作用下运动,并能够精确的对准巩膜切口;在对准后,通过主手操作单元便可操作第一操作单元及第二操作单元而带动导光笔及力感知手术针运动,进而完成手术;而且在通过主手操作单元操作第一操作单元及第二操作单元的过程中,通过力感知手术针能够测量器械与眼组织的接触力,并根据接触力向主手操作单元发送力指令;而主手操作单元便可根据力指令向医生施加力反馈,提升医生的临场感,方便医生掌握手术进程;
由此,该眼底血管注射设备能够主手操作单元操作第一操作单元及第二操作单元而控制导光笔及力感知手术针运动的方式形成主从控制,并通过主从的方式,提高导光笔及力感知手术针的运动稳定性以及运动精度,并且在力感知手术针的力感知作用下,能够形成接触力的反馈,以便于医生进行手术操作,从而有效提高医生的手部力感知能力,进而降低手术的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本申请提供的眼底血管注射设备的结构示意图;
图2为本申请提供的协同机械臂及RCM机构的结构示意图;
图3为本申请提供的协同机械臂的结构示意图;
图4为本申请提供的RCM机构及第一转动组件的结构示意图;
图5为本申请提供的RCM机构的结构示意图;
图6为本申请提供的连接件的结构示意图。
图标:100-眼底血管注射设备;110-主体;120-支架;130-视像单元;140-第一操作单元;150-第二操作单元;160-导光笔;170-力感知手术针;180-主手操作单元;210-协同机械臂;220-RCM机构;230-第一转动组件;181-操作主手;211-转动节;221-第一连接架;222-第一平动组件;223-第二连接架;224-第二平动组件;225-第一连接杆;226-第二连接杆;227-连接件;228-第一四杆机构;229-第二四杆机构;231-第一连杆;232-第二连杆;233-第一导轨;234-第一滑块;235-第一电机;236-第三连杆;238-第二导轨;241-第二滑块;242-第二电机;243-第二转动组件;171-注射针;244-本体;245-限位块;246-转动套;247-驱动轮;248-锁紧螺母。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“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;可以是直接连接,也可以通过中间媒介间接连接。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申请中的具体含义。
请参照图1,本实施例提供一种眼底血管注射设备100,包括主体110、支架120、视像单元130、第一操作单元140、第二操作单元150、导光笔160、力感知手术针170以及主手操作单元180;
支架120与主体110连接;视像单元130、第一操作单元140及第二操作单元150均与支架120连接;导光笔160及力感知手术针170分别连接于第一操作单元140及第二操作单元150的自由端;第一操作单元140及第二操作单元150均与主手操作单元180电连接;
其中,第一操作单元140及第二操作单元150分别用于驱动导光笔160及力感知手术针170在空间中变换位置;视像单元130用于获取手术位置的图像,并引导导光笔160及力感知手术针170运动。
请参照图1,该眼底血管注射设备100的工作原理是:
该眼底血管注射设备100包括主体110、支架120、视像单元130、第一操作单元140、第二操作单元150、导光笔160、力感知手术针170以及主手操作单元180;支架120与主体110连接;视像单元130、第一操作单元140及第二操作单元150均与支架120连接;导光笔160及力感知手术针170分别连接于第一操作单元140及第二操作单元150的自由端;第一操作单元140及第二操作单元150均与主手操作单元180电连接;其中,第一操作单元140及第二操作单元150分别用于驱动导光笔160及力感知手术针170在空间中变换位置;视像单元130用于获取手术位置的图像,并引导导光笔160及力感知手术针170运动。其中,第一操作单元140及第二操作单元150分别用于安装导光笔160及力感知手术针170,而且通过第一操作单元140及第二操作单元150能够在视像单元130引导作用下运动,并能够精确的对准巩膜切口;在对准后,通过主手操作单元180便可操作第一操作单元140及第二操作单元150而带动导光笔160及力感知手术针170运动,进而完成手术;而且在通过主手操作单元180操作第一操作单元140及第二操作单元150的过程中,通过力感知手术针170能够测量器械与眼组织的接触力,并根据接触力向主手操作单元180发送力指令;而主手操作单元180便可根据力指令向医生施加力反馈,提升医生的临场感,方便医生掌握手术进程;
由此,该眼底血管注射设备100能够主手操作单元180操作第一操作单元140及第二操作单元150而控制导光笔160及力感知手术针170运动的方式形成主从控制,并通过主从的方式,提高导光笔160及力感知手术针170的运动稳定性以及运动精度,并且在力感知手术针170的力感知作用下,能够形成接触力的反馈,以便于医生进行手术操作,从而有效提高医生的手部力感知能力,进而降低手术的风险。
进一步地,请参照图1,在本实施例中,为在手术中获取实时的手术图像,并对手术起到导向定位作用,故,视像单元130包括手术显微镜和视觉传感器,手术显微镜用于获取手术位置的图像,视觉传感器用于引导导光笔160及力感知手术针170运动。
由上述内容可知,请参照图1-图3,在本实施例中,是通过主手操作单元180操作第一操作单元140及第二操作单元150而控制导光笔160及力感知手术针170运动的方式形成主从控制,基于此,在设置第一操作单元140及第二操作单元150时,第一操作单元140及第二操作单元150均包括协同机械臂210、RCM机构220及第一转动组件230;协同机械臂210与支架120连接,RCM机构220通过第一转动组件230可转动地连接于协同机械臂210的自由端;导光笔160及力感知手术针170分别连接于两个RCM机构220的自由端;而在设置主手操作单元180时,主手操作单元180可以包括两个操作主手181,两个操作主手181分别与两个RCM机构220电连接。
基于上述结构,请参照图1-图3,在设置协同机械臂210时,协同机械臂210均包括多个转动节211,以驱动与其连接的RCM机构220在空间内实现至少三个方向的平动和至少一个方向的转动。需要说明的是,协同机械臂210在使用的过程中,其目的是快速调整位于第一操作单元140或第二操作单元150的自由端的导光笔160及力感知手术针170的位置,由此,多个转动节211可以是机电控制的转动节211,也可以是手动控制转动的带转动阻尼的转动节211;另外,在本实施例中,采用的是协同机械臂210驱动与其连接的RCM机构220在空间内实现三个方向的平动和一个方向的转动,由此,协同机械臂210包括三个实现平动的转动节211,以及一个实现转动的转动节211。
请参照图1-图6,而在设置RCM机构220时,RCM机构220包括第一连接架221、第一平动组件222、第二连接架223、第二平动组件224、第一连接杆225、第二连接杆226及连接件227;
第一平动组件222与第一连接架221连接,且共同形成第一四杆机构228;第二平动组件224及连接件227均与第二连接架223连接,且共同形成第二四杆机构229;第一连接杆225的两端分别与第一四杆机构228及第二平动组件224铰接,第二连接杆226的两端分别与第一四杆机构228及第二四杆机构229铰接;
其中,第一平动组件222用于驱动第一四杆机构228变形,以驱动连接件227翻转;第二平动组件224用于驱动第二四杆机构229相对于第一平动组件222移动,以带动连接件227沿其进给方向移动。需要说明的是,连接件227翻转的目的是调整导光笔160及力感知手术针170相对于手术部位的进给角度;而连接件227沿其进给方向的移动则是沿导光笔160或力感知手术针170的轴线方向的运动,以进行手术。
由此,通过这样的设置方式,便可将第一平动组件222和第二平动组件224作为驱动元件,并与主手操作单元180进行电连接,便可实现对RCM机构220的运动控制;在此过程中,相对于协同机械臂210的运动,RCM机构220的运动则为微距运动,其目的是完成眼底手术操作,故,在RCM机构220运动的过程中,需要确保其运动的精度以及稳定性,而且通过采用上述的结构,便可通过协同机械臂210的运动将RCM机构220调整至适当的手术位置后,通过RCM机构220驱动导光笔160及力感知手术针170运动,便可稳定且精确的完成手术;
而在通过控制RCM机构220带动导光笔160或力感知手术针170运动的过程中,为使得RCM机构220能够带动导光笔160或力感知手术针170翻转以调整其手术角度,以及沿其进给方向移动进行手术操作,故,第一连接架221包括第一连杆231及两个第二连杆232;第一平动组件222包括第一导轨233、第一丝杠、第一滑块234及第一电机235;第一丝杠与第一导轨233可转动地连接;第一滑块234与第一丝杠螺纹连接,并与第一导轨233可滑动地连接;两个第二连杆232平行且间隔地设置,且分别与第一滑块234及第一导轨233铰接,第一连杆231与两个第二连杆232铰接,且与第一导轨233平行,进而共同形成第一四杆机构228;其中,第一电机235用于驱动第一丝杠转动,以驱动第一滑块234滑动,进而带动第一四杆机构228变形;
第二连接架223包括两个第三连杆236;第二平动组件224包括第二导轨238、第二丝杠、第二滑块241及第二电机242;第二丝杠与第二导轨238可转动地连接;第二滑块241与第二丝杠螺纹连接,并与第二导轨238可滑动地连接;两个第二连杆232平行且间隔地设置,且第二连杆232的两端分别与第二滑块241及连接件227铰接,连接件227与第二滑块241间隔且平行,进而共同形成第二四杆机构229;其中,第一连接杆225的两端分别与第一滑块234及第二导轨238铰接,第二电机242用于驱动第二丝杠转动,以驱动第二滑块241滑动,进而带动第二四杆机构229相对于第二导轨238移动,并通过第一连接杆225及第二连接杆226带动第一四杆机构228变形。
需要说明的是,在本实施例中,第一电机235驱动第一丝杠转动的传动形式为带传动,即,通过主动轮、传动轮和传动带的设置方式,将第一电机235的动力传递至第一丝杆,以使得第一丝杠转动;而在本发明的其他实施例中,还可以采用其他类型的传动形式。另外,第二电机242驱动第二丝杠转动的传动形式与前述内容相同,故在此不再赘述。
具体的,当第一电机235驱动第一丝杠转动时,便可带动第一滑块234相对于第一导轨233滑动,而在第一导轨233滑动的过程中,便可使得与第一滑块234及第一导轨233连接的两个第二连杆232转动,进而带动第一连杆231及两个第二连杆232相对于第一导轨233偏移,从而使得由第一导轨233、第一连杆231以及两个第二连杆232形成的第一四杆机构228发生变形;与此同时,第一滑块234的运动会通过第一连接杆225带动与第一导轨233铰接的第二导轨238相对于第一导轨233同步偏转,而第二连接杆226的两端分别与第一连杆231及第三连杆236铰接,因此还会带动第三连杆236相对于第一导轨233偏转;而在此过程中,由于第二电机242未动作,故,第二滑块241未相对于第二导轨238滑动,由此,第二导轨238、连接件227及两个第三连杆236形成的第二四杆机构229的形状不变;此时,便使得第一电机235驱动第一滑块234的运动带动第二导轨238偏转,进而使得连接件227及其连接的导光笔160或力感知手术针170偏转,从而调整其手术角度;
当第二电机242驱动第二丝杠转动时,便可带动第二滑块241相对于第二导轨238滑动,而在第二导轨238滑动的过程中,便可使得与第二滑块241连接的两个第三连杆236同步移动转动,进而带动连接件227同步运动;而由于连接件227与第二滑块241的滑动方向平行,由此,此时连接件227的运动便可带动与其连接的导光笔160或力感知手术针170沿其进行方向运动;在前述过程中,由于第二连接杆226的两端分别与第一连杆231及第三连杆236铰接,由此,第三连杆236的运动会带动第二连接杆226运动,从而带动由第一导轨233、第一连杆231以及两个第二连杆232形成的第一四杆机构228发生变形,而在第一四杆机构228发生变形的过程中,由于第一滑块234未产生运动,且第二导轨238未相对于第一导轨233偏转,故,此时连接件227的进给角度不便;
综上,通过上述的结构设置,便可在连接件227运动的过程中,通过第一丝杠及第二丝杠的转动提高运动的精准度,并通过第一四杆机构228及第二四杆机构229的运动或变形,能够提高运动的稳定性以及准确度。
需要说明的是,在设置第一操作单元140及第二操作单元150时,由于第一操作单元140及第二操作单元150分别与导光笔160和力感知手术针170连接,故,在安装力感知手术针170时,可以使得第二操作单元150的所述RCM机构220还包括第二转动组件243,第二转动组件243用于驱动连接件227相对于第二连接架223绕其进给方向转动,从而能够在手术过程中,控制第二转动组件243而驱动力感知手术针170自转。
进一步地,请参照图1-图6,在本实施例中,力感知手术针170包括注射针171以及多个FBG传感器;多个FBG传感器均与注射针171连接,且分布于注射针171的外周;连接件227包括本体244及限位块245,注射针171与本体244可转动地连接,限位块245与本体244连接,且用于限制注射针171相对于本体244沿其进给方向运动。而且在设置第二转动组件243时,可以采用设置驱动轮247驱动的方式,由此,为实现注射针171与本体244可转动地连接,故,可以设置在注射针171外套设转动套246的方式,使得转动套246与本体244可转动地连接,且转动套246与第二转动组件243的驱动轮247传动连接,基于此,便可以使用锁紧螺母248将转动套246压实在注射针171外侧,并通过设置两个深沟球轴承的方式使得转动套246与本体244转动连接;其外,限位块245则与注射针171的两端抵持,以限制注射针171沿进给方向滑动。另外,在设置注射针171时,其可以为41G医用注射针171,通过鲁尔接头与标准医用注射器连接;并且41G医用注射针171上安装有3根FBG传感器,用于感知注射针171与眼底血管的接触力。
需要说明的是,当RCM机构220的自由端安装导光笔160时,则仅保留本体244即可,在将注射针171替换为导光笔160后,通过锁紧螺母248将导光笔160压持于本体244上,因此,两个RCM机构220的末端器械可以自由切换。
综上,请参照图1-图6,该眼底血管注射设备100具备以下优点:
整体采用双臂方案,分别用于控制注射针171和导光笔160,且第一操作单元140和第二操作单元150均包含一个协同机械臂210和一个RCM机构220,协同机械臂210用于粗定位,RCM机构220则用于完成手术操作,能够通过主从式操作,提高手术的稳定性和精准度;而且RCM机构220的末端设计有快速拆换的装置,可以根据需要决定安装注射针171或导光笔160,从而能够提高使用的灵活性以及适应能力;
注射针171具有微力感知能力,可以以亚毫牛精度感知器械与眼底血管的接触力;采用两个操作主手181,每个操作主手181分别控制一个RCM机构220的运动,同时,在手术的过程中,通过视觉传感器引导RCM和协同机械臂210,使得器械对准巩膜口,从而能够提高手术精度,降低手术风险;
而且在手术过程中,是通过操作主手181向RCM机构220发送位置指令,RCM机构220向主手发送力指令,操作主手181向医生提供力反馈,主手可根据“器械-眼底血管”接触力提供力反馈,增强医生的临场感;而且通过两个四杆机构能够提高运动的精准度和平稳性。
基于上述内容,请参照图1-图6,本发明还提供一种眼底血管注射设备100控制方法,利用上述的眼底血管注射设备100实现,包括:
调整主体110的位置,使得导光笔160及力感知手术针170移动至病人的上方;
启动两个协同机械臂210,并通过两个协同机械臂210的位置调整,完成两个RCM机构220的粗定位,进而使得导光笔160及力感知手术针170移动至在至手术预定范围;
锁定两个协同机械臂210,切换至视觉引导模式,以在视觉传感器的引导作用下,通过两个协同机械臂210及两个RCM机构220调整导光笔160及力感知手术针170的位姿,使得导光笔160及力感知手术针170对准巩膜切口;
切换至主从模式,通过两个操作主手181分别操作两个RCM机构220运动以完成手术;
手术完成后,通过两个操作主手181分别操作两个RCM机构220运动至位于人眼外的安全范围后,关闭主从模式;
最后,操作两个协同机械臂210复位,以及使得主体110复位。
进一步地,在本实施例中,切换至主从模式,通过两个操作主手181分别操作两个RCM机构220运动以完成手术的步骤包括:
在切换至主从模式后,医生握持两个操作主手181,控制器采集医生的手部运动,并进行数据处理以获取医生操作意图;
根据采集到的操作意图,控制器解算出RCM机构220的运动指令,并控制RCM机构220完成相应的动作;
FBG传感器测量RCM机构220与眼组织的接触力;
控制器根据FBG传感器的接触力数据解算力指令,并控制操作主手181向医生的手部施加相应的力反馈;
其中,当操作主手181采集到医生的手部运动后,进行滤波处理,以滤除医生的手部生理性颤抖,使得操作主手181发送的运动指令仅包含医生的主观操作意图。
综上,请参照图1-图6,该眼底血管注射设备100及控制方法具备以下优点:
双臂机器人方案,双臂分别操作注射针171和导光笔160,且注射针171和导光笔160的位置可以相互更换,方便医生从左右两侧开展手术;
通过主体110的移动实现大范围移动,以及通过协同机械臂210实现小范围精准调整,使得该设备可以适用于不同级别的眼科手术室;
“视觉引导+主从操作”控制模式,使用机器视觉技术引导器械对准巩膜孔,无需医生浪费时间进行手工对准,切换至主从操作模式后,医生可直接进行手术,提高了手术效率;
带力反馈的主从控制方法,除了“操作主手181至RCM机构220”的位置指令外,RCM机构220也可根据“器械-眼组织”接触力向操作主手181发送力指令,操作主手181根据力指令向医生施加力反馈,提升医生临场感;
注射针171上安装有FBG传感器,FBG传感器可通过巩膜切口进入眼内,直接感知器械与眼组织的接触力,且感知精度为亚毫牛级;而且操作主手181可对数据进行滤波处理,以滤除医生手部的生理性颤抖,确保操作主手181的运动指令仅包含医生主观意图。
需要说明的是,在上述内容中,
协同式机械臂可以更改为被动式机械臂、串联式机器人(如scara、三轴龙门等)或并联式机器人(stewart、delta等);
而操作主手181可以是为摇杆、机器人示教器、遥控器、游戏手柄或模拟飞行中使用的推杆等手持式遥控设备。
RCM机构220中的电机,可替换为压电位移台、电动推杆、液压/气压缸、超声电机或音圈电机(含音圈模组);电机与丝杠直线模组的连接方式,可换为直连、柔性联轴器连接,或加上减速器;丝杠导轨模组可替换为直线滑组(如滚珠直线滑组、圆柱/圆锥滚子直线滑组等),或螺旋副。
除了FBG传感器外,还可以使用商用力传感器,包括悬臂梁式、S梁式等所有原理的力传感器,还可使用基于柔性电子技术的传感器实现力感知;
主从控制方式中,RCM机构220向主手发送的指令,可以被切换为速度/位置指令,操作主手181向RCM机构220发送的指令,可被切换为速度/力指令。以上指令可以单独存在,也可以同时包含多种类型;
主从操作方式可以被替换为协同控制模式,即医生直接握住RCM机构220末端进行操作,也可被替换为自主模式,即设备自动完成手术操作;
视觉传感器用于引导RCM机构220对准巩膜孔,进而能够直接使用视觉传感器引导设备完成手术;同时,视觉传感器可以是OCT(光学相关断层扫描),OCT的扫描方式可以是A-scan,B-scan;OCT类型包括时域OCT,频域OCT,谱域OCT和扫描OCT;其在,OCT和视觉传感器以同时使用。
除了使用算法滤除生理性颤抖外,还可在操作主手181上增加柔性硬件(弹簧或阻尼器等),通过柔性硬件被动地滤除生理性颤抖。
以上仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种眼底血管注射设备,其特征在于:
所述眼底血管注射设备包括主体、支架、视像单元、第一操作单元、第二操作单元、导光笔、力感知手术针以及主手操作单元;
所述支架与所述主体连接;所述视像单元、所述第一操作单元及第二操作单元均与所述支架连接;所述导光笔及所述力感知手术针分别连接于所述第一操作单元及所述第二操作单元的自由端;所述第一操作单元及第二操作单元均与所述主手操作单元电连接;
其中,所述第一操作单元及第二操作单元分别用于驱动所述导光笔及所述力感知手术针在空间中变换位置;所述视像单元用于获取手术位置的图像,并引导所述导光笔及所述力感知手术针运动。
2.根据权利要求1所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述视像单元包括手术显微镜和视觉传感器,所述手术显微镜用于获取手术位置的图像,所述视觉传感器用于引导所述导光笔及所述力感知手术针运动。
3.根据权利要求1所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述第一操作单元及所述第二操作单元均包括协同机械臂、RCM机构及第一转动组件;所述协同机械臂与所述支架连接,所述RCM机构通过所述第一转动组件可转动地连接于所述协同机械臂的自由端;所述导光笔及所述力感知手术针分别连接于两个所述RCM机构的自由端;
所述主手操作单元包括两个操作主手,两个操作主手分别与两个所述RCM机构电连接。
4.根据权利要求3所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述协同机械臂均包括多个转动节,以驱动与其连接的所述RCM机构在空间内实现至少三个方向的平动和至少一个方向的转动。
5.根据权利要求3所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述RCM机构包括第一连接架、第一平动组件、第二连接架、第二平动组件、第一连接杆、第二连接杆及连接件;
所述第一平动组件与所述第一连接架连接,且共同形成第一四杆机构;所述第二平动组件及所述连接件均与所述第二连接架连接,且共同形成第二四杆机构;所述第一连接杆的两端分别与所述第一四杆机构及所述第二平动组件铰接,所述第二连接杆的两端分别与所述第一四杆机构及所述第二四杆机构铰接;
其中,所述第一平动组件用于驱动所述第一四杆机构变形,以驱动所述连接件翻转;所述第二平动组件用于驱动所述第二四杆机构相对于所述第一平动组件移动,以带动所述连接件沿其进给方向移动。
6.根据权利要求5所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述第一连接架包括第一连杆及两个第二连杆;所述第一平动组件包括第一导轨、第一丝杠、第一滑块及第一电机;所述第一丝杠与所述第一导轨可转动地连接;所述第一滑块与所述第一丝杠螺纹连接,并与所述第一导轨可滑动地连接;两个所述第二连杆平行且间隔地设置,且分别与所述第一滑块及所述第一导轨铰接,所述第一连杆与两个所述第二连杆铰接,且与所述第一导轨平行,进而共同形成所述第一四杆机构;其中,所述第一电机用于驱动所述第一丝杠转动,以驱动所述第一滑块滑动,进而带动所述第一四杆机构变形;
所述第二连接架包括两个第三连杆;所述第二平动组件包括第二导轨、第二丝杠、第二滑块及第二电机;所述第二丝杠与所述第二导轨可转动地连接;所述第二滑块与所述第二丝杠螺纹连接,并与所述第二导轨可滑动地连接;两个所述第二连杆平行且间隔地设置,且所述第二连杆的两端分别与所述第二滑块及所述连接件铰接,所述连接件与所述第二滑块间隔且平行,进而共同形成所述第二四杆机构;其中,所述第一连接杆的两端分别与所述第一滑块及第二导轨铰接,所述第二电机用于驱动所述第二丝杠转动,以驱动所述第二滑块滑动,进而带动所述第二四杆机构相对于所述第二导轨移动,并通过所述第一连接杆及所述第二连接杆带动所述第一四杆机构变形。
7.根据权利要求6所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述第二操作单元的所述RCM机构还包括第二转动组件,所述第二转动组件用于驱动所述连接件相对于所述第二连接架绕其进给方向转动。
8.根据权利要求5所述的眼底血管注射设备,其特征在于:
所述力感知手术针包括注射针以及多个FBG传感器;多个所述FBG传感器均与所述注射针连接,且分布于所述注射针的外周;
所述连接件包括本体及限位块,所述注射针与所述本体可转动地连接,所述限位块与所述本体连接,且用于限制所述注射针相对于所述本体沿其进给方向运动。
9.一种眼底血管注射设备控制方法,利用如权利要求1-8中任意一项所述的眼底血管注射设备实现,其特征在于,包括:
调整所述主体的位置,使得所述导光笔及所述力感知手术针移动至病人的上方;
启动两个协同机械臂,并通过两个所述协同机械臂的位置调整,完成两个RCM机构的粗定位,进而使得所述导光笔及所述力感知手术针移动至在至手术预定范围;
锁定两个所述协同机械臂,切换至视觉引导模式,以在视觉传感器的引导作用下,通过两个所述协同机械臂及两个所述RCM机构调整所述导光笔及所述力感知手术针的位姿,使得所述导光笔及所述力感知手术针对准巩膜切口;
切换至主从模式,通过两个操作主手分别操作两个所述RCM机构运动以完成手术;
手术完成后,通过两个所述操作主手分别操作两个所述RCM机构运动至位于人眼外的安全范围后,关闭主从模式;
最后,操作两个所述协同机械臂复位,以及使得所述主体复位。
10.根据权利要求9所述的眼底血管注射设备控制方法,其特征在于:
所述切换至主从模式,通过两个操作主手分别操作两个所述RCM机构运动以完成手术的步骤包括:
在切换至主从模式后,医生握持两个所述操作主手,控制器采集医生的手部运动,并进行数据处理以获取医生操作意图;
根据采集到的所述操作意图,所述控制器解算出所述RCM机构的运动指令,并控制所述RCM机构完成相应的动作;
FBG传感器测量所述RCM机构与眼组织的接触力;
所述控制器根据所述FBG传感器的接触力数据解算力指令,并控制所述操作主手向医生的手部施加相应的力反馈;
其中,当所述操作主手采集到医生的手部运动后,进行滤波处理,以滤除医生的手部生理性颤抖,使得所述操作主手发送的运动指令仅包含医生的主观操作意图。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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