CN208725873U - 操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手 - Google Patents
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Abstract
一种操控导管‑导丝的血管介入手术机器人手从，其特征是它包括两个中空超声电机、两个直线超声电机、两个普通电机，直线超声电机带动中空超声电机沿导轨移动从而驱动导丝或导管进行直线运动，两个普通电机分别用于驱动两个锁紧机构夹持导丝和导管；两个锁紧机构分别与对应的中空超声电机的转子固联，导丝和导管分别定位在各自的锁紧机构中并与中空超声电机的旋转中心同轴，且穿过所述的中空超声电机，随着中空超声电机的旋转而转动。本实用新型结构简单，操作性好，使用方便，有利于提高手术效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种医疗器械，尤其是一种介入治疗导管导丝输送技术，具体地说是一种基于中空电机和直线电机技术的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手。
背景技术
目前，微创血管介入手术因其创伤小、安全性高、患者痛苦轻、术后恢复快、并发症少等特点，成为医学界公认的治疗心血管病和肿瘤的重要手段。将机器人技术与微创血管介入手术相结合, 通过设计专用的手术机器人系统辅助介入医生完成导丝和导管等介入器械的递送是提高介入治疗效果的重要途径之一。
血管介入手术前需将相互配套的导丝穿入导管，导丝长于导管，导丝的头端和尾端均露在导管外。血管穿刺成功后，将导丝的头端通过穿刺针针座插进血管后，在导丝的引导下，将导管也送入血管内。在影像的指导下，首先，一只手把持住导管，防止其移动；另一只手操控（或捻旋）导丝的尾端，捻旋导丝一定角度或推送（后撤）导丝一定位移；然后，双手改变操控对象，一只手把持导丝，防止其移动，另一只手操控（推送或后撤或捻旋）导管的尾端，在导丝的引导使导管产生相应的运动。这样交替着操控导丝和导管，导丝始终在导管前面，引导着导管前进，直到导管到达靶血管位置。
血管介入手术机器人系统主要包括主手和从手，操作时，医生根据实时影像确知导丝/导管在血管中位置，主手端做出导丝/导管在血管中进一步前移或后撤所需的直线移动或旋转运动，主手将这些运动产生的信号传递给从手，从手端通过电机的驱动复现医生在主手端的操作，完成导丝/导管的直线移动或旋转运动，这不仅提高了手术的精确性，也提高了手术过程的稳定性，更关键的是避免医生长时间暴露在X射线下。
现有的血管介入手术机器人系统一般只能对单一的导管或导丝进行操控，与医生实际上几乎要对导管和导丝同时操控相差较大，几乎无法满足医生临床操作的大部分需求。
超声电机突破了传统电机的概念，没有磁钢和绕组，不依靠电磁感应传递能量。它是利用压电陶瓷的逆压电效应，通过压电陶瓷的伸缩振动模式的转换与耦合以及特殊结构的设计，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。超声电机具有低速大扭矩的特点，可直接驱动负载，无需齿轮箱进行降速以提高输出扭矩，结构设计灵活，可方便地设计成中空形式和直线形式。中空型超声电机可以允许导线和光线穿过，直线型超声电机既可以本体固定，摩擦条做直线移动，也可以摩擦条固定，本体做直线运动。这些为血管介入机器人从手的结构设计提供了很多便利。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有的机械手无法同时实现对导管和导丝的同步控制的问题，设计一种利用中空超声电机作为驱动主体的、能使导管和导丝交替转动前进的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手。
本实用新型的技术方案是：
一种操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征是它包括两个中空超声电机、两个直线超声电机、两个普通电机，直线超声电机带动中空超声电机沿导轨移动从而驱动导丝或导管进行直线运动，两个普通电机分别用于驱动两个锁紧机构夹持导丝和导管；两个锁紧机构分别与对应的中空超声电机的转子固联，导丝和导管分别定位在各自的锁紧机构中并与中空超声电机的旋转中心同轴，且穿过所述的中空超声电机，随着中空超声电机的旋转而转动。套有导丝的导管从一个中空超声电机的中部穿过，并被与这个中空超声电机转子固联的锁紧机构夹持，露在导管尾端外的导丝从另一个中空超声电机的中部穿过，并被与这个中空超声电机转子固联的锁紧机构夹持；以导管/导丝为轴线，这两个中空超声电机串行排列；两个中空超声电机在与各自固联的直线超声电机本体的带动下做直线移动；导管或导丝在中空超声电机和直线超声电机的驱动下，可以同时实现完全解耦的直线位移和轴向转动。
所述的锁紧机构包括螺杆和锁紧机构本体，螺杆左右两端分别为左螺旋和右螺旋螺杆，并分别与左旋螺母和右旋螺母旋合，左右螺旋螺杆之间通过螺钉限位使之只能转动而不能轴向移动；左旋螺母、右旋螺母分别与左夹爪和右夹爪连接在一起并通过左铰链轴和右铰链轴与锁紧机构本体连接；当螺杆转动时，由于其左右两端螺纹方向相反，且被螺钉限制，只能旋转而不能移动，并带动左旋螺母和右旋螺母左右移动，左旋螺母和右旋螺母的移动又使夹爪绕铰链轴转动，从而将所夹持的导丝或导管进行夹紧或松开。
所述的锁紧机构设有V型夹持槽，所述的锁紧机构的V型夹持槽的夹持面上贴有仿人手指皮肤的软性材料，并内置推力传感器，以感知推送导丝或导管的推力。
所述的锁紧机构的夹爪上内置压力传感器，以感知夹持导丝或导管夹持力。
所述的直线超声电机驱动用摩擦条与底板侧面固联，直线超声电机本体在与底板固联的直线超声电机移动导向导轨的引导下做直线移动，直线超声电机本体与中空超声电机固联，中空超声电机在与底板固联的中空超声电机移动导向导轨的引导下和直线超声电机同步做直线移动。
所述的中空超声电机配有同轴的中空旋转编码器，以感知导管/导丝的旋转角度；直线超声电机配有直线光栅传感器，以感知导管/导丝的直线位移。
所述的导丝或导管不在锁紧机构和中空超声电机内腔中的部分支承在海绵体上或穿过海棉体，海绵体能对导管/导丝起简单的支撑作用，防止导管/导丝严重下垂；海绵体具有可压缩性和复原性，不会对电机的驱动产生阻力，且始终保持对导管/导丝的支撑作用。
本实用新型的有益效果：
由于采用超声电机中空的结构形式和直线超声电机特殊的驱动方式，使得血管介入手术机器人从手结构简单，操控方式与临床实践相仿。超声电机的使用不仅避免了电磁电机传动系统中存在齿轮间隙的问题，同时提高了导丝/导管进给时的准确度。如果对相关部件的材料做变换，还可以适用于磁共振介入手术。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意左视图。
图2为本实用新型的结构示意俯视图。
图3为本实用新型的结构示意主视图。
图中：1、底板，2、摩擦条，3、直线超声电机移动导向导轨，4、中空超声电机移动导向导轨，5、挡板，6、锁紧机构本体，7、螺杆，8、左旋螺母，9、左铰链轴，10、左夹爪，11、中空电机转子，12、导丝，13，压力传感器，14、推力传感器，15、右夹爪，16、右铰链轴，17、右旋螺母，18、普通电机，19、电机支架，20、螺钉，32、直线光栅尺，33、直线位移传感器读头，21、导管，22、一号中空超声电机，23、二号中空超声电机，24、一号直线超声电机，25、二号直线超声电机，26、一号海绵体，27、一号锁紧机构，28、二号海绵体，29、二号锁紧机构，30、一号中空旋转编码器，31、二号中空旋转编码器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1-3所示，
一种操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，它包括两个中空超声电机22、23、两个直线超声电机24、25、两个普通电机18，直线超声电机带动中空超声电机沿导轨移动从而驱动导丝或导管进行直线运动，两个普通电机分别用于驱动两个锁紧机构27、29夹持导丝12和导管21；两个锁紧机构分别与对应的中空超声电机的转子固联，导丝和导管分别定位在各自的锁紧机构中并与中空超声电机的旋转中心同轴，且穿过所述的中空超声电机，随着中空超声电机的旋转而转动。如图2，3所示，套有导丝的导管从一个中空超声电机的中部穿过，并被与这个中空超声电机转子固联的锁紧机构夹持，露在导管尾端外的导丝从另一个中空超声电机的中部穿过，并被与这个中空超声电机转子固联的锁紧机构夹持；以导管/导丝为轴线，这两个中空超声电机串行排列；两个中空超声电机在与各自固联的直线超声电机本体的带动下做直线移动；导管或导丝在中空超声电机和直线超声电机的驱动下，可以同时实现完全解耦的直线位移和轴向转动。
所述的锁紧机构包括螺杆和锁紧机构本体，如图1所示，螺杆左右两端分别为左螺旋和右螺旋螺杆，并分别与左旋螺母和右旋螺母旋合，左右螺旋螺杆之间通过螺钉限位使之只能转动而不能轴向移动；左旋螺母、右旋螺母分别与左夹爪和右夹爪连接在一起并通过左铰链轴和右铰链轴与锁紧机构本体连接；当螺杆转动时，由于其左右两端螺纹方向相反，且被螺钉限制，只能旋转而不能移动，并带动左旋螺母和右旋螺母左右移动，左旋螺母和右旋螺母的移动又使夹爪绕铰链轴转动，从而将所夹持的导丝或导管进行夹紧或松开。所述的锁紧机构设有V型夹持槽，所述的锁紧机构的V型夹持槽的夹持面上贴有仿人手指皮肤的软性材料，并内置推力传感器，以感知推送导丝或导管的推力。所述的锁紧机构的夹爪上内置压力传感器，以感知夹持导丝或导管夹持力。所述的直线超声电机驱动用摩擦条与底板侧面固联，直线超声电机本体在与底板固联的直线超声电机移动导向导轨的引导下做直线移动，直线超声电机本体与中空超声电机固联，中空超声电机在与底板固联的中空超声电机移动导向导轨的引导下和直线超声电机同步做直线移动。所述的中空超声电机配有同轴的中空旋转编码器，以感知导管/导丝的旋转角度；直线超声电机配有直线光栅传感器，以感知导管/导丝的直线位移。所述的导丝或导管不在锁紧机构和中空超声电机内腔中的部分支承在海棉体上或穿过海棉体，海绵体能对导管/导丝起简单的支撑作用，防止导管/导丝严重下垂；海绵体具有可压缩性和复原性，不会对电机的驱动产生阻力，且始终保持对导管/导丝的支撑作用。
详述如下：
直线超声电机安装在直线超声电机移动导向导轨3上、中空超声电机安装在中空超声电机移动导向导轨4上，直线超声电机移动导向导轨3、中空超声电机移动导向导轨4分别安置在L形底板1的底面上，摩擦条2贴在L形底板1的竖直立面上。摩擦条2与一号直线超声电机24和二号直线超声电机25的驱动足始终接触，当直线超声电机通电驱动时，由于摩擦条2固定不动，直线超声电机的本体在直线超声电机移动导向导轨3的引导下做直线移动。一号直线超声电机24和二号直线超声电机25的本体分别与一号中空超声电机22和二号中空超声电机23固联，这样一号直线超声电机24可以带动一号中空超声电机22在中空超声电机移动导向导轨4的引导下做直线移动，同理，二号直线超声电机25可以带动二号中空超声电机23在中空超声电机移动导向导轨4的引导下做直线移动。
一号锁紧机构27和二号锁紧机构29的结构形式一样。螺杆7左右两端分别为左螺旋和右螺旋螺杆，并分别与左旋螺母8和右旋螺母17旋合。左旋螺母8、右旋螺母17分别与左夹爪10和右夹爪15连接在一起并通过左铰链轴9和右铰链轴16与锁紧机构本体6连接。当螺杆7转动时，由于其左右两端螺纹方向相反，且被螺钉20限制，只能旋转而不能移动，并带动左旋螺母8和右旋螺母17左右移动，螺母的移动又使夹爪绕铰链轴转动，从而可以将导丝12或导管21夹紧或松开。右夹爪15内置压力传感器13，用来感知夹持导丝12或导管21的压紧力。与螺杆7固联的普通电机18可以驱动夹爪夹持导丝12或导管21，当到达一定压力值时，控制普通超声电机18停止转动，以免压坏或过于压紧导丝12或导管21，这样就可以在该从手上操控不同直径的导丝和导管。与夹爪配合夹持导丝12或导管21的是锁紧机构本体6上的V型定位槽，它可定位不同直径的导丝和导管，V型定位槽的定位面贴有类似人手指皮肤的软性材料并内置推力传感器14，可模拟人手指感知导丝或导管在推送时的推力。
一号锁紧机构27用于夹持导管21，二号锁紧机构29用于夹持导丝12。一号锁紧机构27的锁紧机构本体与一号中空超声电机22的转子固联，二号锁紧机构29的锁紧机构本体与二号中空超声电机23的转子固联。导丝12或导管21在锁紧机构本体的V型定位槽定位时的轴线与中空超声电机的转子回转中心线重合。当导丝12或导管21被锁紧机构夹持后，中空超声电机转动时，可模仿人手指对导丝或导管的捻旋动作。
一号海绵体26和二号海绵体28可以对导管/导丝起简单的支撑作用，防止导管/导丝严重下垂。一号海绵体26和二号海绵体28具有很好的可压缩性，几乎不会对电机的驱动产生阻力，一号海绵体26和二号海绵体28又具有很好的复原性，始终保持对导管/导丝的支撑作用。
一号中空旋转编码器30和二号中空旋转编码器31分别与一号中空超声电机22和二号中空超声电机23固联，感知导丝或导管的旋转角度。直线光栅尺32贴在底板1上，与直线超声电机本体固联的直线位移传感器读头33可以感知导丝或导管直线位移。
本实用新型的工作原理是：
一号锁紧机构27夹住导管尾端，二号锁紧机构29夹住导丝尾端。当需要推送导丝12时，二号直线超声电机25的本体的直线移动，可以带动导丝12直线移动，二号中空超声电机23的转动可以带动导丝12旋转运动，这两个自由度的运动是完全解耦的，也可以同时驱动，从而带动导丝12既旋转又直线移动；当需要推送导管21时，一号直线超声电机24的本体的直线移动，可以带动导管21直线移动，一号中空超声电机22的转动可以带动导管21旋转运动，这两个自由度的运动是完全解耦的，也可以同时驱动，从而带动导管21既旋转又直线移动。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征是它包括两个中空超声电机、两个直线超声电机、两个普通电机，直线超声电机带动中空超声电机沿导轨移动从而驱动导丝或导管进行直线运动，两个普通电机分别用于驱动两个锁紧机构夹持导丝和导管；两个锁紧机构分别与对应的中空超声电机的转子固联，导丝和导管分别定位在各自的锁紧机构中并与中空超声电机的旋转中心同轴，且穿过所述的中空超声电机，随着中空超声电机的旋转而转动。
2.根据权利要求1所述的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征在于：所述的锁紧机构包括螺杆和锁紧机构本体，螺杆左右两端分别为左螺旋和右螺旋螺杆，并分别与左旋螺母和右旋螺母旋合，左右螺旋螺杆之间通过螺钉限位使之只能转动而不能轴向移动；左旋螺母、右旋螺母分别与左夹爪和右夹爪连接在一起并通过左铰链轴和右铰链轴与锁紧机构本体连接；当螺杆转动时，由于其在左右两端螺纹方向相反，且被螺钉限制，只能旋转而不能移动，并带动左旋螺母和右旋螺母左右移动，左旋螺母和右旋螺母的移动又使夹爪绕铰链轴转动，从而将所夹持的导丝或导管进行夹紧或松开。
3.根据权利要求2所述的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征在于：所述的锁紧机构设有V型夹持槽，所述的锁紧机构的V型夹持槽的夹持面上贴有仿人手指皮肤的软性材料，并内置推力传感器，以感知推送导丝或导管的推力。
4.根据权利要求1或2所述的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征在于：所述的锁紧机构的夹爪上内置压力传感器，以感知夹持导丝或导管夹持力。
5.根据权利要求1所述的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征在于：所述的直线超声电机驱动用摩擦条与底板侧面固联，直线超声电机本体在与底板固联的直线超声电机移动导向导轨的引导下做直线移动，直线超声电机本体与中空超声电机固联，中空超声电机在与底板固联的中空超声电机移动导向导轨的引导下和直线超声电机同步做直线移动。
6.根据权利要求1所述的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征在于：所述的中空超声电机配有同轴的中空旋转编码器，以感知导管/导丝的旋转角度；直线超声电机配有直线光栅传感器，以感知导管/导丝的直线位移。
7.根据权利要求1所述的操控导管-导丝的血管介入手术机器人从手，其特征在于：所述的导丝或导管不在锁紧机构和中空超声电机内腔中的部分支承在海绵体上或穿过海棉体，海绵体能对导管/导丝起简单的支撑作用，防止导管/导丝严重下垂；海绵体具有可压缩性和复原性，不会对电机的驱动产生阻力，且始终保持对导管/导丝的支撑作用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |