CN117796912B - 一种血管介入导丝输送机构及机器人 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种血管介入导丝输送机构及机器人，所述血管介入导丝输送机构的特征在于，包括：第一导丝致动装置，其对导丝施加沿所述导丝的轴线方向的力和沿所述导丝的周向方向的力；第二导丝致动装置，其运动方向与所述第一导丝致动装置相反，且在所述第一导丝致动装置对所述导丝施加力的同时对所述导丝施加沿所述导丝的轴线方向的力和沿所述导丝的周向方向的力；驱动控制装置，其对所述第一导丝致动装置和所述第二导丝致动装置分别提供驱动动力并分别控制驱动动力的大小；以及基体，其安装所述第一导丝致动装置、所述第二导丝致动装置和所述驱动装置。

Description

一种血管介入导丝输送机构及机器人

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，提供一种血管介入导丝输送机构及机器人，具体为一种可以实现导丝的前进后退以及旋转的血管介入导丝输送机构及机器人。

背景技术

介入技术是应用现代高科技手段进行的一种微创性治疗，是在医学影像的引导下，将特制的导管，导丝等精密器械引入人体，对体内病灶进行诊断和局部治疗。介入治疗指医生通过器械将导管或导丝介入到人体指定部位来进行定向治疗。介入治疗的多数项目都是在血管内进行的，它不需开刀，只需要在血管、皮肤上作直径微小的创口，把特制的导管、导丝插入血管内即可治疗过去无法治疗，必须手术治疗或内科治疗疗效欠佳的疾病，如肿瘤，血管瘤，各种出血，脑血管畸形等。如以肝癌介入治疗为例，该过程具体包括将导管插入患者癌变附近的动脉中，然后通过引导机构将导管的导头引导至支配肿瘤的血管处，然后向导管内注射化疗药物，药物会顺着导管流动到配肿瘤的血管附近，从而实现定向打靶治疗。

对于手动插入导丝，医生在导丝的近端施加轴向推力和转矩，用于控制导丝到达期望的位置。在此操作时，需要影像设备的辅助来帮助医生确定导丝在血管中的位置。目前常用的影像设备DSA，该设备使用具有对人有辐射伤害的X射线进行成像。长期处于X射线的照射下会对医生的眼睛，皮肤，生殖系统造成不可逆的伤害。采用远程控制的机器人可以将医生从辐射环境中隔离出来，避免受到的辐射。

目前血管介入手术机器人主要采用主从端操作结构。主端即为医生操作端，从端即为执行端，主端和从端通过控制装置连接，医生通过操作主端的操作手柄等装置从而通过控制装置驱动从端的导管及导丝运动，然后通过控制装置将相应的影像反馈到主端的显示系统。通过主端和从端的设置，从而将医生从辐射环境中隔离出来。

血管介入机器人中，如何输送导丝实现导丝的前进后退以及旋转是核心问题。现有血管介入导丝输送机构及机器人的结构存在缺陷，需要进一步改进。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新的血管介入导丝输送机构及机器人。本发明的血管介入导丝输送机构的主要实现方式是使用两个杆部导丝输送机构的配合实现导丝的前进后退以及旋转。

本发明涉及一种血管介入导丝输送机构，其特征在于，包括：第一导丝致动装置，其对导丝施加沿所述导丝的轴线方向的力和沿所述导丝的周向方向的力；第二导丝致动装置，其运动方向与所述第一导丝致动装置相反，且在所述第一导丝致动装置对所述导丝施加力的同时对所述导丝施加沿所述导丝的轴线方向的力和沿所述导丝的周向方向的力；驱动控制装置，其对所述第一导丝致动装置和所述第二导丝致动装置分别提供驱动动力并分别控制驱动动力的大小；以及基体，其安装所述第一导丝致动装置、所述第二导丝致动装置和所述驱动装置。

优选的是，所述第一导丝致动装置包括：外壳；第一转动轴，其位于所述外壳的一端且能够进行转动；第二转动轴，其位于所述外壳的另一端且能够进行转动；可调侧板，其能够自由移动地位于所述外壳内且在一侧固定有多个第一可转动结构；固定板，其能够旋转地位于所述外壳外且在一侧固定有多个第二可转动结构；多个杆部件，其位于所述外壳内，且一端分别与多个所述第一可转动结构中的一个连接，另一端分别与多个所述第二可转动结构中的一个连接；以及弹性件，其位于所述外壳内，且一端固定于所述外壳，另一端固定于所述可调侧板，以对所述可调侧板施力，所述第二导丝致动装置的结构与所述第一导丝致动装置的结构相同。

优选的是，多个所述杆部件的数量为3，多个所述第一可转动结构的数量和多个所述第二可转动结构的数量与多个所述杆部件的数量相同。

优选的是，多个所述杆部件的数量为4以上，多个所述第一可转动结构的数量和多个所述第二可转动结构的数量与多个所述杆部件的数量相同。

优选的是，多个所述杆部件沿所述导丝的周向均匀分布，所述杆部件能够绕自身轴进行自转并且绕所述导丝的轴线方向进行公转，在所述杆部件受到所述可调侧板及所述弹性件的压缩作用时，所述杆部件之间的空隙缩小并且所述杆部件成为关闭状态并被压缩到所述导丝上而与所述导丝产生压紧作用，在所述杆部件受到所述可调侧板及所述弹性件的压缩作用解除时，所述杆部件之间的空隙扩大并且所述杆部件成为打开状态并从所述导丝离开而不与所述导丝产生压紧作用。

优选的是，第一可转动结构包括：第一可转动部，其固定于可调侧板；第一铰链，其设置于所述第一可转动部；第一轴承座，其连接于所述第一铰链；以及第一轴承，其设置于所述第一轴承座，第二可转动结构包括：第二可转动部，其连接于固定板；第二铰链，其设置于所述第二可转动部且能够在所述固定板的孔内旋转；第二轴承座，其连接于所述第二铰链；以及第二轴承，其设置于所述第二轴承座。

优选的是，所述基体包括：耗材部分，其为一次性使用的、经过无菌处理的部分；底板部分，其为重复使用的、提供动力的部分；以及动力传递齿轮，其从所述底板部分的表面凸出并与所述耗材部分内的齿轮啮合，以实现动力的传递。

优选的是，所述底板部分包括导管致动装置，所述导管致动装置能够实现导管的前进和回撤操作。

优选的是，所述底板部分还包括编码器装置，所述编码器装置使用非接触式的磁编码器实现，且能够用来检测所述导管实际输送的距离。

本发明涉及一种血管介入机器人，其特征在于：使用上述的血管介入导丝输送机构。

本发明提供了一种新的血管介入导丝输送机构及机器人。本发明的血管介入导丝输送机构的主要实现方式是使用两个杆部导丝输送机构的配合实现导丝的前进后退以及旋转。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的示意图；

图2为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的耗材部分的正面的示意图；

图3为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的耗材部分的背面的示意图；

图4为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的第一导丝致动装置601的示意图；

图5为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的第一导丝致动装置601的卸下壳体603后的示意图；

图6为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的第一导丝致动装置601的卸下壳体603后的另一示意图；

图7为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的第二导丝致动装置601A的示意图；

图8为杆部件608处于打开状态时与导丝1之间的位置关系的示意图；

图9为杆部件608处于关闭状态时与导丝1之间的位置关系的示意图；

图10为导丝1的第一受力状态的示意图；

图11为导丝1的第二受力状态的示意图；

图12为导丝1的第三受力状态的示意图；

图13为导丝1的第四受力状态的示意图；

图14为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的导管致动装置602的结构的示意图；

图15为本发明涉及的血管介入导丝输送机构的底板部分的底部视图。

图中：1-导丝、2-球囊导管、201-球囊导管的远端、202-球囊导管的近端、3-导管鞘、4-指引导管、5-底板部分、501、501A-动力传递齿轮、502-驱动轮、503-编码器装置、520、521、522-电机、6-耗材部分、601-第一导丝致动装置、601A-第二导丝致动装置、602-导管致动装置、603-外壳、604-弹性件、605-可调侧板、606-第一铰链、606’-第二铰链、607-第一轴承座、607’-第二轴承座、608-杆部件、609-第一轴承、609’-第二轴承、610-从动齿轮、611-第一转动轴、611’-第二转动轴、612-第一可转动部、612’-第二可转动部、613-固定板、614-孔、6021-耗材部分动力传入结构、6022-滚轮、6023-惰轮、6024-槽。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的实施例进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用不同于在此描述的方式的其他方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1-7所示，本发明的血管介入导丝输送机构包括：第一导丝致动装置601，其对导丝1施加沿导丝1的轴线方向X的力和沿导丝1的周向方向T的力；第二导丝致动装置601A，其运动方向与第一导丝致动装置601相反（也就是说，第一导丝致动装置601和第二导丝致动装置601A的扭转方向是相反的），且在第一导丝致动装置601对导丝1施加力的同时对导丝1施加沿导丝1的轴线方向X的力和沿导丝1的周向方向T的力；驱动控制装置（未图示），其包括驱动轮502，且对第一导丝致动装置601和第二导丝致动装置601A分别提供驱动动力并分别控制驱动动力的大小；以及基体，其安装第一导丝致动装置601、第二导丝致动装置601A和驱动装置502。

此外，第一导丝致动装置601包括：外壳603；第一转动轴611，其位于外壳603的一端且能够进行转动；第二转动轴611’，其位于外壳603的另一端且能够进行转动；可调侧板605，其能够自由移动地位于外壳603内且在一侧固定有多个第一可转动结构；固定板613，其能够旋转地位于外壳603外且在一侧固定有多个第二可转动结构；多个杆部件608，其位于外壳603内，且一端分别与多个第一可转动结构中的一个连接，另一端分别与多个第二可转动结构中的一个连接；以及弹性件604，其位于外壳603内，且一端固定于外壳603，另一端固定于可调侧板605，以对可调侧板605施力，第二导丝致动装置601的结构与第一导丝致动装置601A的结构相同。

其中，弹性件604可以是弹簧，也可以采用其它弹性部件。如题8-9所示，弹性件604用来提供一个压紧力以使多个杆部件608之间的间隙减小从而可以夹紧导丝1。多个杆部件608的数量可以为3。多个第一可转动结构的数量和多个第二可转动结构的数量与多个杆部件608的数量相同。即，当杆部件608的数量为3时，多个第一可转动结构的数量和多个第二可转动结构的数量也为3。

如题6所示，固定板613可以具有三个孔614，孔614是容纳杆部件608相连接的第二铰链606’的孔，第二铰链606’可在此孔内旋转。

再有，多个杆部件608沿导丝1的周向均匀分布。杆部件608能够绕自身轴进行自转并且绕导丝1的轴线方向进行公转。因此，杆部件608实际运动是两个运动的叠加，一个运动是绕自身轴的自转，另一个运动是绕导丝轴的公转。在杆部件608受到可调侧板605及弹性件604的压缩作用时，杆部件608之间的空隙缩小并且杆部件608成为关闭状态并被压缩到导丝1上而与导丝1产生压紧作用。在杆部件608受到可调侧板605及弹性件604的压缩作用解除时，杆部件608之间的空隙扩大并且杆部件608成为打开状态并从导丝1离开而不与导丝1产生压紧作用。即，如图8-9所示，杆部件608在打开状态与导丝1有较大的间隙，杆部件608在关闭状态与导丝1紧密贴合并且可以透过表面传递摩擦力。

第一可转动结构包括：第一可转动部612，其固定于可调侧板605；第一铰链606，其设置于第一可转动部612；第一轴承座607，其连接于第一铰链606；以及第一轴承609，其设置于第一轴承座607。第二可转动结构包括：第二可转动部612’，其连接于固定板613；第二铰链606’，其设置于第二可转动部612’且能够在固定板613的孔614内旋转；第二轴承座607’，其连接于第二铰链606’；以及第二轴承609’，其设置于第二轴承座607’。

此外，基体包括：耗材部分6，其为一次性使用的、经过无菌处理的部分；底板部分5，其为重复使用的、提供动力的部分；以及动力传递齿轮501、501A，其从底板部分5的表面凸出并与耗材部分6内的从动齿轮610啮合，以实现动力的传递。

底板部分5包括导管致动装置602。导管致动装置602能够实现导管2的前进和回撤操作。

底板部分5还包括编码器装置503。编码器装置503是编码器传动轮，使用非接触式的磁编码器实现，且能够用来检测导管2实际输送的距离。

如图10-13所示，参照第一导丝致动装置601和第二导丝致动装置601A同时作用时的受力分析图，在此做说明。导丝1与杆部件608和杆部件608A同时接触，杆部件608A为第二导丝致动装置601A中与杆部件608同样的结构部分。从动齿轮610受到与其啮合的基体的底板部分5上的动力传递齿轮501的作用产生旋转运动。从动齿轮610与外壳603固定连接，因此外壳603相应的做旋转运动。杆部件608受到可调侧板605及弹性件（弹簧）604的压缩作用，杆部件608之间的空隙被压缩到导丝上与导丝产生压紧作用。可调侧板605与外壳603是可以自由移动的，因此可以实现杆部件608组件的打开或关闭。固定板613与从动齿轮610通过螺纹固定，因此固定板613会相应的旋转。固定板613旋转会带动杆部件608，第一铰链606，第一轴承座607，第一可转动部612等整个外壳603内的组件旋转。同时杆部件608会绕自身轴做自转运动。因此杆部件608实际运动是两个运动的叠加，一个是绕自身轴的自转以及绕导丝轴的公转。

如图10-13所示，建立坐标系（X，T），其中X是沿导丝1的轴线方向（以下有时简称为X方向或X），T为沿导丝1的周向方向（以下有时简称为T方向或T）。根据杆部件608与杆部件608A的转动方向不同，可以分为四种运动情况。

因杆部件608可绕自身轴旋转因此杆部件608无法向导丝1提供沿周向的摩擦力，杆部件608向导丝1提供的摩擦力方向沿杆部件608的回转轴且与杆部件608公转方向相关。当杆部件608沿T正方向旋转时，导丝1受到杆部件608的力如图所示，根据力的平行四边形法则，F_杆1可以分解为两个分力，F_轴1和F_周1.同理，杆部件608A在沿T方向旋转时提供给导丝1的力F_杆2可以分解为F_周2和F_轴2，方向如图所示。

根据平面内力的合成定理，导丝1此段所受的合力为：

X方向：Fx = F_轴1– F_轴2；

T方向：FT = F_周1+ F_周2；

通过设计可以调整力的大小，当F_轴1= F_轴2时，Fx =0 ，导丝1沿X方向所受合力为0，导丝做纯旋转运动。

同理分析其他三种情况，可以得到导丝1做纯旋转（沿T正负两个方向），纯移动（沿X正负两个方向）。

虽然只分析了一根杆部件608的情况，但因为三根杆部件在几何上是对称的，因此其分析结果相同。三根杆部件在受力上更均匀，使得导丝1和杆部件608的接触面积更大，更容易增加摩擦力。

再有，第一导丝致动装置601和第二导丝致动装置601A的扭转方向是相反的。也就是说，三个杆部件608夹紧导丝1时的倾斜角度是不同的。这个可以通过第二导丝致动装置601A的附图（例如参照图7）来说明。可以看到第二导丝致动装置601A中沿纸面垂直方向的杆部件在导丝1上面，且杆部件向左倾斜。在第一导丝致动装置601中杆部件的倾斜方向是向右倾斜的。

图14中，附图标记6021为耗材部分动力传入结构。当耗材部分6放置在底板部分5上时，耗材部分动力传入结构6021与驱动轮502通过一个弹性的联轴器连接起来，因此驱动轮502转动产生的动力可以传递到耗材部分动力传入结构6021。耗材部分动力传入结构6021可以实现两个方向的转动，正转和反转。耗材部分动力传入结构6021与滚轮6022（带齿轮的滚轮）通过齿轮啮合。滚轮6022也会转动。滚轮6022转动时，放置在槽6024（导管通过的槽）中的球囊导管（有时也称为快速交换球囊导管或造影导管等）2受到滚轮6022轮子外侧的摩擦力而会沿球囊导管2的轴向前后移动。惰轮6023是为了减小摩擦力设置的不带动力的轮子，其在球囊导管2移动的情况下可以随动旋转。

参照图15，在本发明的血管介入导丝输送机构工作时，电机520、521、522工作以输出动力到驱动轮502、动力传递齿轮501、501A。驱动轮502、动力传递齿轮501、501A分别向导管致动装置602和耗材部分6内的从动齿轮610传递动力，而使导管致动装置602和第一导丝致动装置601以及第二导丝致动装置601A进行工作。第一导丝致动装置601以及第二导丝致动装置601A使导丝1进行前进、后退、旋转等运动，与此同时，导管致动装置602使用相对布置的两对轮子靠摩擦力驱动球囊导管2移动。

实施例2

如上所述，在实施例1中多个杆部件608的数量为3。实施例2的结构与实施例1的不同点在于：多个杆部件608的数量为4。多个第一可转动结构的数量和多个第二可转动结构的数量与多个杆部件608的数量相同。即，当杆部件608的数量为4时，多个第一可转动结构的数量和多个第二可转动结构的数量也为4。

固定板613可以具有四个孔614，孔614是杆部件608相连接的铰链（及）的孔，铰链可在此孔内旋转。

除此之外，实施例2的结构与实施例1的结构相同。

此外，多个杆部件608的数量也可以为5以上，多个第一可转动结构的数量和多个第二可转动结构的数量与多个杆部件608的数量相同。再有，固定板613所具有的孔614的数量也与多个杆部件608的数量相同。

本发明的实施例还提供一种血管介入机器人，使用上述血管介入导丝输送机构。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

对于本领域普通技术人员来说，根据本发明的上述实施方式所作出的任何修改、变动，在不脱离本发明宗旨的情况下，均应包含于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种血管介入导丝输送机构，其特征在于，包括：

第一导丝致动装置，其对导丝施加沿所述导丝的轴线方向的力和沿所述导丝的周向方向的力；

第二导丝致动装置，其在所述第一导丝致动装置对所述导丝施加力的同时对所述导丝施加沿所述导丝的轴线方向的力和沿所述导丝的周向方向的力；

驱动控制装置，其对所述第一导丝致动装置和所述第二导丝致动装置分别提供驱动动力并分别控制驱动动力的大小；以及

基体，其安装所述第一导丝致动装置、所述第二导丝致动装置和所述驱动控制装置；

所述第一导丝致动装置包括：

外壳；

第一转动轴，其位于所述外壳的一端且能够进行转动；

第二转动轴，其位于所述外壳的另一端且能够进行转动；

可调侧板，其能够自由移动地位于所述外壳内且在一侧固定有多个第一可转动结构；

固定板，其能够旋转地位于所述外壳外且在一侧固定有多个第二可转动结构；

多个杆部件，其位于所述外壳内，且一端分别与多个所述第一可转动结构中的一个连接，另一端分别与多个所述第二可转动结构中的一个连接；以及

弹性件，其位于所述外壳内，且一端固定于所述外壳，另一端固定于所述可调侧板，以对所述可调侧板施力，

所述第二导丝致动装置的结构与所述第一导丝致动装置的结构相同。

2.根据权利要求1所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

多个所述杆部件的数量为3，

多个所述第一可转动结构的数量和多个所述第二可转动结构的数量与多个所述杆部件的数量相同。

3.根据权利要求1所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

多个所述杆部件的数量为4以上，

多个所述第一可转动结构的数量和多个所述第二可转动结构的数量与多个所述杆部件的数量相同。

4.根据权利要求1所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

多个所述杆部件沿所述导丝的周向均匀分布，

所述杆部件能够绕自身轴进行自转并且绕所述导丝的轴线方向进行公转，

在所述杆部件受到所述可调侧板及所述弹性件的压缩作用时，所述杆部件之间的空隙缩小并且所述杆部件成为关闭状态并被压缩到所述导丝上而与所述导丝产生压紧作用，

在所述杆部件受到所述可调侧板及所述弹性件的压缩作用解除时，所述杆部件之间的空隙扩大并且所述杆部件成为打开状态并从所述导丝离开而不与所述导丝产生压紧作用。

5.根据权利要求1所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

第一可转动结构包括：

第一可转动部，其固定于可调侧板；

第一铰链，其设置于所述第一可转动部；

第一轴承座，其连接于所述第一铰链；以及

第一轴承，其设置于所述第一轴承座，

第二可转动结构包括：

第二可转动部，其连接于固定板；

第二铰链，其设置于所述第二可转动部且能够在所述固定板的孔内旋转；

第二轴承座，其连接于所述第二铰链；以及

第二轴承，其设置于所述第二轴承座。

6.根据权利要求1所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

所述基体包括：

耗材部分，其为一次性使用的、经过无菌处理的部分；

底板部分，其为重复使用的、提供动力的部分；以及

动力传递齿轮，其从所述底板部分的表面凸出并与所述耗材部分内的从动齿轮啮合，以实现动力的传递。

7.根据权利要求6所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

所述底板部分包括导管致动装置，所述导管致动装置能够实现导管的前进和回撤操作。

8.根据权利要求7所述的血管介入导丝输送机构，其特征在于：

所述底板部分还包括编码器装置，所述编码器装置使用非接触式的磁编码器实现，且能够用来检测所述导管实际输送的距离。

9.一种血管介入机器人，其特征在于：

使用权利要求1-8中任一项所述的血管介入导丝输送机构。