TWI517827B

TWI517827B - 導管之運動控制裝置及磁控內視鏡導管運動系統

Info

Publication number: TWI517827B
Application number: TW102140727A
Authority: TW
Inventors: 羅錦興; 謝孟達; 張建成; 蔡明宏; 方信恩; 張毅; 楊文宏; 施明璋; 戴政棋
Original assignee: 國立成功大學
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2016-01-21
Also published as: TW201517857A

Description

導管之運動控制裝置及磁控內視鏡導管運動系統

本發明係有關於一種導管之運動控制裝置及磁控內視鏡導管運動系統，主要使用於當磁控內視鏡導管前端受到磁場導引時，後端可以同步控制磁控內視鏡導管進給或旋轉之運動控制裝置及運動系統。

內視鏡診療的發展使得醫療技術取得大幅進展，其優點例如有內視鏡診療不會在人體形成很大的侵入性傷口，對於術後的恢復期大幅縮短，減少病患受感染的機率，也降低病患不適的程度。

其中當內視鏡導管伸入人體內時，由於伸入的位置不同，內視鏡導管可能需要進給或被旋轉，因此通常內視鏡導管後端會被固定在一運動機構上，醫療人員依照醫師的囑咐操作運動機構使內視鏡導管可以伸入到病灶的位置。

而內視鏡導管的運動機構可參閱美國HANSEN MEDICAL公司所出產之Sensei® X Robotic Catheter System型號之內視鏡導管運動機構〔http：//vimeo.com/21667689〕。

上述昔知的內視鏡導管運動機構通常是由運動機構的後端對內視鏡導管施力，但由內視鏡導管後端施力的狀況，有時因為施力點與內視鏡導管前端有一段距離，當力量無法有效傳遞至內視鏡導管前端時，有時會使得內視鏡導管前端產生扭曲，造成運動不順暢的情形；並且內視鏡導管設置在運動機構平台上，並利用固定式的導引機構導引內視鏡導管，因此會導致有一整段的內視鏡導管是位在導引機構上無法使用的，因而形成浪費。

爰此，本發明提出一種導管之運動控制裝置，用以控制一導管產生線性進給，所述線性進給是指該導管可被控制前進或後退。本發明係包括有：一支撐平台，包含有一進給端及相對該進給端之一後端，在該支撐平台上並有一組軌道單元延伸在該進給端及後端之間；一鉗持組件，設置在該軌道單元上並用以鉗持該導管；一動力單元，設置在該支撐平台上並連接該鉗持組件，用以控制該鉗持組件在該軌道單元上滑行，而鉗持該導管產生線性進給；一機身固定組件，設置在該軌道單元上，用以固定該導管並隨該鉗持組件在該軌道單元上滑行；一個以上第一導引組件，設置在該軌道單元上並位在該鉗持組件與機身固定組件之間，用以導引該導管；複數彈性阻尼，設置在該鉗持組件、第一導引組件及機身固定組件任相鄰二者之間，用以控制該第一導引組件隨該鉗持組件及機身固定組件在該軌道單元上滑行，並使該鉗持組件、第一導引組件及機身固定組件三者之間維持特定比例的間距，較佳是維持三者等距，藉以能夠穩固的導引及支撐該導管。

本發明之導管之運動控制裝置進一步包括有一旋轉致動元件，該旋轉致動元件連接該支撐平台，用以控制該支撐平台產生旋轉而帶動該導管旋轉。

進一步，該鉗持組件包括兩鉗持單元，且該動力單元包括有一導螺桿供該兩鉗持單元穿設在該導螺桿上，以及有一馬達連接該導螺桿，該導螺桿上有相對兩螺紋段，用以使該兩鉗持單元在該滑動桿上相對遠離或靠近。其中，該鉗持單元包括有一底座設置在該軌道單元及套在該導螺桿上，在該底座上有兩相對之滑動單元，並至少有三個彎折狀夾持件交錯設置在該兩相對之滑動單元上，藉由調整該兩相對之滑動單元相對遠離或靠近，使該彎折狀夾持件鉗持該導管，且該兩鉗持單元不同時鉗持該導管。

進一步，該機身固定組件包括有一底座設置在該軌道單元上，在該底座上有兩相對之滑動單元，並有一挾持固定件固定在該兩相對之滑動單元上。

進一步，該第一導引組件包括有一第一底座設置在該軌道單元上，在該第一底座上有兩相對之第一滑動單元，並至少有三個第一滾動單元交錯設置在該兩相對之第一滑動單元上，藉由調整該兩相對之第一滑動單元相對遠離或靠近，使該第一滾動單元構成一封閉之第一空間供該導管穿過該第一空間而受導引。

本發明之導管之運動控制裝置進一步包括有一第二導引組件設置在該支撐平台之進給端，用以導引該導管，且該第二導引組件包括有一第二底座固定在該支撐平台之進給端，在該第二底座上有兩相對之第二滑動單元，並至少有三個第二滾動單元交錯設置在該兩相對之第二滑動單元上，藉由調整該兩相對之第二滑動單元相對遠離或靠近，使該第二滾動單元構成一封閉之第二空間供該導管穿過該第二空間而受導引。

本發明之導管之運動控制裝置進一步包括有一定位組件設置在該支撐平台的後端，用以擋止該機身固定組件，且該定位組件包括有一調整軌道，以及有一擋塊用以擋止該機身固定組件，並在該調整軌道上滑行用以調整擋止該機身固定組件之位置。

本發明再提供一種使用該導管之運動控制裝置之磁控內視鏡導管運動系統，用以控制一磁控內視鏡導管之運動，包括有：一磁控裝置，用以產生一磁場導引該磁控內視鏡導管；一導管之運動控制裝置，供該磁控內視鏡導管連接於其上，並根據該磁場至少控制該磁控內視鏡導管產生進給。

本發明之功效在於：

1、本發明之鉗持組件、機身固定組件、第一導引組件及第二導引組件皆為可調的，可以適應不同管徑的導管。

2、利用該定位組件調整該機身固定組件之位置，可以適應不同長度的導管，亦即導管的行程是可調的。

3、利用鉗持組件鉗持導管進給，且鉗持組件、第一導引組件及機身固定組件可在支撐平台的軌道單元上滑行，因此幾乎導管所有長度皆可供利用。

4、利用鉗持組件鉗持導管進給，避免由導管後端施力可能導致導管前端變形的缺失。

5、利用彈性阻尼使鉗持組件、第一導引組件及機身固定組件三者之間維持特定比例的間距，使第一導引組件能穩定支撐及導引導管進給。

(10)‧‧‧磁控裝置

(100)‧‧‧平台

(A)‧‧‧磁控內視鏡導管

(B)‧‧‧導管之運動控制裝置

(C)‧‧‧磁控內視鏡導管

(1)‧‧‧支撐平台

(11)‧‧‧進給端

(12)‧‧‧後端

(13)‧‧‧滑動桿

(2)‧‧‧鉗持組件

(21)‧‧‧鉗持單元

(211)‧‧‧底座

(212)‧‧‧滑動單元

(213)‧‧‧彎折狀挾持段

(214)‧‧‧電池鐵

(215)‧‧‧彈性元件

(3)‧‧‧動力單元

(31)‧‧‧導螺桿

(311)‧‧‧螺紋段

(32)‧‧‧馬達

(4)‧‧‧機身固定組件

(41)‧‧‧底座

(42)‧‧‧滑動單元

(43)‧‧‧挾持固定件

(5)‧‧‧第一導引組件

(51)‧‧‧第一底座

(52)‧‧‧第一滑動單元

(53)‧‧‧第一滾筒

(54)‧‧‧第一空間

(6)‧‧‧第二導引組件

(61)‧‧‧第二底座

(62)‧‧‧第二滑動單元

(63)‧‧‧第二滾筒

(64)‧‧‧第二空間

(7)‧‧‧彈性阻尼

(8)‧‧‧定位組件

(81)‧‧‧調整軌道

(82)‧‧‧擋塊

(9)‧‧‧旋轉馬達

(91)‧‧‧轉軸

[第一圖]係為本發明磁控內視鏡導管運動系統之示意圖。

[第二圖]係為本發明導管之運動控制裝置之立體外觀圖。

[第三A圖]係為本發明鉗持單元之放大圖。

[第三B圖]係為本發明鉗持單元之前視圖。

[第三C圖]係為本發明鉗持單元之上視圖。

[第三D圖]係為本發明鉗持單元鉗持不同管徑磁控內視鏡導管之示意圖。

[第四A圖]係為本發明機身固定組件之放大圖。

[第四B圖]係為本發明機身固定組件之前視圖。

[第四C圖]係為本發明機身固定組件挾持固定不同管徑磁控內視鏡導管之示意圖。

[第五A圖]係為本發明第一導引組件之放大圖。

[第五B圖]係為本發明第一導引組件之前視圖。

[第五C圖]係為本發明第一導引組件之上視圖。

[第五D圖]係為本發明第一導引組件導引不同管徑磁控內視鏡導管之示意圖。

[第六A圖]係為本發明第二導引組件之放大圖。

[第六B圖]係為本發明第二導引組件之前視圖。

[第六C圖]係為本發明第二導引組件導引不同管徑磁控內視鏡導管之示意圖。

[第七圖]係為本發明旋轉馬達控制支撐平台旋轉之示意圖。

[第八A圖]係為本發明導管之運動控制裝置控制磁控內視鏡導管運動之操作狀態示意圖之一。

[第八B圖]係為本發明導管之運動控制裝置控制磁控內視鏡導管運動之操作狀態示意圖之二。

[第八C圖]係為本發明導管之運動控制裝置控制磁控內視鏡導管運動之操作狀態示意圖之三。

[第八D圖]係為本發明導管之運動控制裝置控制磁控內視鏡導管運動之操作狀態示意圖之四。

[第九圖]係為本發明定位組件之使用狀態示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明導管之運動控制裝置及磁控內視鏡導管運動系統的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖所示，本實施例包括有：一磁控裝置(10)，用以在一平台(100)產生一磁場，導引一磁控內視鏡導管(A)；一導管之運動控制裝置(B)，供該磁控內視鏡導管(A)連接於其上，並根據該磁場用以控制該磁控內視鏡導管(A)產生進給或旋轉等運動。

再請參閱第二圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有一支撐平台(1)，該支撐平台(1)包含有一進給端(11)及相對該進給端(11)之一後端(12)，在該支撐平台(1)上並有一軌道單元延伸在該進給端(11)及後端(12)之間，本實施例該軌道單元為一組共兩支並排之滑動桿(13)。

再配合參閱第二圖及第三A至三C圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有一鉗持組件(2)設置在該滑動桿(13)上以及一動力單元(3)設置在該支撐平台(1)上並連接該鉗持組件(2)。該鉗持組件(2)包括兩鉗持單元(21)，該兩鉗持單元(21)靠近該支撐平台(1)之進給端(11)且相隔一距離，該鉗持單元(21)包括有一底座(211)套在該滑動桿(13)上，在該底座(211)上有兩相對之滑動單元(212)，並有四個彎折狀夾持件(213)交錯設置在該兩相對之滑動單元(212)上，利用該彎折狀夾持件(213)鉗持該磁控內視鏡導管(A)，並在該兩相對之滑動單元(212)上各設置一電池鐵(214)，以及在該彎折狀夾持件(213)與滑動單元(212)之間設置一彈性元件(215)，該動力單元(3)則包括有一導螺桿(31)，該導螺桿(31)上有相對兩螺紋段(311)，該兩鉗持單元(21)之底座(211)套在該導螺桿(31) 的相對兩螺紋段(311)上，以及有一馬達(32)連接該導螺桿(31)。再參閱第三D圖所示，藉由調整該兩相對之滑動單元(212)相對遠離或靠近，使該彎折狀夾持件(213)鉗持另一不同管徑的磁控內視鏡導管(C)。

再配合參閱第二圖及第四A及四B圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有一機身固定組件(4)設置在該滑動桿(13)上，用以固定該磁控內視鏡導管(A)並隨該鉗持組件(2)在該滑動桿(13)上滑行，該機身固定組件(4)包括有一底座(41)套在該滑動桿(13)上，在該底座(13)上有兩相對之滑動單元(42)，並有一挾持固定件(43)固定在該兩相對之滑動單元(42)上。再參閱第四C圖所示，藉由調整該兩相對之滑動單元(42)相對遠離或靠近，將該另一不同管徑的磁控內視鏡導管(C)固定在該挾持固定件(43)之間。

再配合參閱第二圖及第五A至五C圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有二個第一導引組件(5)設置在該滑動桿(13)上並位在該鉗持組件(2)與機身固定組件(4)之間，用以導引及支撐該磁控內視鏡導管(A)，該第一導引組件(5)包括有一第一底座(51)套在該滑動桿(13)上，在該第一底座(51)上有兩相對之第一滑動單元(52)，並共有六個第一滾筒(53)交錯設置在該兩相對之第一滑動單元(52)上，而構成一封閉之第一空間(54)供該磁控內視鏡導管(A)穿過該第一空間(54)而藉由該第一滾筒(53)的滾動而受到導引。再參閱第五D圖所示，藉由調整該兩相對之第一滑動單元(52)相對遠離或靠近，改變該第一空間(54)的大小，用以適應該另一不同管徑的磁控內視鏡導管(C)。

再配合參閱第二圖及第六A及六B圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有一第二導引組件(6)設置在該支撐平台(1)之進給端(11)，用以導引該磁控內視鏡導管(A)，該第二導引組件(6)之導引型態與該第一導引組件(5)相同，因此該第二導引組件(6)包括有一第二底座(61)固定在該支撐平台(1)之進給端(11)，在該第二底座(61)上有兩相對之第二滑動單元(62)，並有六個第二滾筒(63)交錯設置在該兩相對之第二滑動單元(62)上，而構成一封閉之第二空間(64)供該磁控內視鏡導管(A)穿過該第二空間(64)而藉由該第二滾筒(63)的滾動而受到導引。再參閱第六C圖所示，藉由調整該兩相對之第二滑動單元(62)相對遠離或靠近，改變該第二空間(64)的大小，用以適應該另一不同管徑的磁控內視鏡導管(C)。

再參閱第二圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有複數彈性阻尼(7)設置在該鉗持組件(2)、第一導引組件(5)及機身固定組件(4)任相鄰二者之間。

再參閱第二圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有一定位組件(8)設置在該支撐平台(1)的後端(12)，該定位組件(8)包括有一調整軌道(81)，以及有一擋塊(82)設置在該調整軌道(81)上用以擋止該機身固定組件(4)。

再參閱第二圖及第七圖所示，該導管之運動控制裝置(B)有一旋轉致動元件連接該支撐平台(1)，本實施例該旋轉致動元件為旋轉馬達(9)，該旋轉馬達(9)之一轉軸(91)連接該支撐平台(1)，因此可用以控制該支撐平台(1)旋轉，同時帶動該磁控內視鏡導管(A)產生旋轉。

請參閱第八A至八D圖所示，當該磁控內視鏡導管(A)受到該磁控裝置(10)之磁場導引而需要使該磁控內視鏡導管(A)進給時，該動力單元(3)之馬達(32)啟動，而由於該導螺桿(31)之螺紋段(311)呈相對應的，因此該兩相對之鉗持單元(21)會相對遠離或靠近，初使由相對較為遠離該支撐平台(1)進給端(11)的鉗持單元(21)鉗持該磁控內視鏡導管(A)，而相對靠近該支撐平台(1)進給端(11)的鉗持單元(21)，其電池鐵(214)導通吸引其彎折狀夾持件(213)壓縮其彈性元件(215)而相對鬆開不鉗持該磁控內視鏡導管(A)，且相對較為遠離該支撐平台(1)進給端(11)的鉗持單元(21)受該導螺桿(31)導引而朝該進給端(11)前進，相對靠近該支撐平台(1)進給端(11)的鉗持單元(21)則受該導螺桿(21)導引而朝反方向移動，使該兩鉗持單元(21)相對靠近，當該兩鉗持單元(21)到達行程之極限時，相對靠近該支撐平台(1)進給端(11)的鉗持單元(21)，其電池鐵(214)切斷導通狀態，使該彈性元件(215)釋放彈力而使其彎折狀夾持件(213)會先鉗持該磁控內視鏡導管(A)，另一鉗持單元(21)其電池鐵(214)導通吸引其彎折狀夾持件(213)壓縮其彈性元件(215)而相對鬆開不鉗持該磁控內視鏡導管(A)，並且此時該馬達(32)會被控制反轉，使兩鉗持單元(21)朝相對遠離方向移動，該動力單元(3)及該兩鉗持單元(21)重複該運動模式，藉此使得該磁控內視鏡導管(A)得以受該第二導引組件(6)之導引，而由該支撐平台(1)之進給端(11)輸出達成進給的目的；而若要使該磁控內視鏡導管(A)後退時，則使該鉗持組件(2)及動力單元(3)利用相反的運動控制模式即可。然除了該導螺桿型態之導引模式，只要能控制該鉗持單元(21)行進之機構皆可利用。在該磁控內視鏡導管(A)進給過程中，該機身固定組件(4)及第一導引組件(5)會同時受到連動而往該進給端(11)前進，並且受到該彈性阻尼(7)的作用，在該鉗持組件(2)、第一導引組件(5)及機身固定組件(4)移動過程中，三者之間依據彈性阻尼(7)的彈性係數，會維持特定比例的距離，使得該第一導引組件(5)得以穩定支撐及導引該磁控內視鏡導管(A)，本實施例該彈性阻尼(7)的彈性係數相同，使三者維持等距。

再請參閱第九圖所示，操作之前可視該磁控內視鏡導管(A)所需要的進給量，而調整該定位組件(8)之擋塊(82)在該調整軌道(81)上的位置。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。