一种介入手术机器人用导丝控制器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种介入手术机器人用导丝控制器及其控制方法，属于微创血管介入手术技术领域。该控制器包括基体部分，以及安装在基体部分上的导丝夹紧机构和夹紧切换机构；导丝夹紧机构用于夹紧导丝，夹紧切换机构用于驱使导丝夹紧机构松开对导丝的夹紧；导丝夹紧机构包括导丝锁止套筒、导丝锁止杆和导丝锁止器，导丝锁止杆的一端安装导丝锁止器后装入导丝锁止套筒内，导丝锁止杆通过挤压导丝锁止器使导丝锁止器夹紧导丝。本发明专利技术整体结构简单，采用模块化结构设计，拆装组合简便，结构紧凑，整体重量轻便，制造成本较低。

A guide wire controller and its control method for an interventional operation robot

【技术实现步骤摘要】
一种介入手术机器人用导丝控制器及其控制方法
本专利技术属于微创血管介入手术
，涉及对于介入手术中导丝的控制技术，更具体地说，涉及一种介入手术机器人用导丝控制器及其控制方法。
技术介绍
日益高发的心脑血管疾病严重影响国民健康与社会生活，为中国医疗卫生体系带来巨大压力。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，全球每年有1670万人死于心脑血管疾病，占所有疾病死亡率的29.2％，每年我国900万心脑血管疾病患者中就有250万人死亡。心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段，能减少传统开颅、开胸手术给患者带来的创伤及痛苦，术后恢复时间短，能够有效提高医疗资源利用率。然而，传统心脑血管介入手术由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内。一方面，手术过程中，由于放射线影响，医生体力下降较快，注意力及稳定性随之降低，导致操作精度下降，易发生因推送力不当而引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险。另一方面，长期电离辐射的累积伤害会大幅地增加术者罹患白血病、癌症以及急性白内障的几率。“吃线”问题已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。借助机器人技术进行导管、导丝遥操作的手术方法能够有效应对这一问题，可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能有效降低放射线对主刀医生的伤害，降低术中事故的发生几率。因此，心脑血管介入手术辅助机器人越来越多的被人们所关注，逐渐成为当今各科技强国在医疗机器人领域的重点研发对象。国外血管介入手术机器人研究相对较早，但尚未完全实现临床应用。国内相关研究起步较晚，主要有北京理工大学、天津理工大学、北京航空航天大学和哈尔滨工业大学等。目前血管介入手术机器人主要采用主从端操作结构，以将医生与放射线隔离，如天津理工大学申请的申请号为：201410206956.7，公开日为：2014年9月17日的专利技术专利，公开了一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，它包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、手术导管、操作力检测单元和倾角可调底座，其工作方法包括信号检测、传递、处理、动作。优越性在于：可以模仿医生的介入操作动作，操作精度高，有效提高手术安全性；可以保证不同的接受治疗者或者不同的介入位置均能调整到操作者所期望的角度；装置整体采用铝合金材料，尺寸小、质量轻。该专利技术能够很好地完成导丝的推送，并且采用磁流变液来实现力反馈，存在运动部件惯量小、反馈灵敏等优点。又如，北京航空航天大学申请的申请号为：201210510169.2，公开日为：2014年9月17日的专利文献，公开了一种主从式遥操作血管介入手术机器人，包括主端操控机构、从端推进机构、PMAC控制器；主端操控机构作为医生的操作端；从端推进机构作为机器人的执行机构，在手术室内代替医生把持导管，完成导管的运动功能；PMAC控制箱用来实现主端操控机构与从端推进机构间的信息传递，从而使从端导管推进机构按照主端操控机构的运动信息进行运动，其采用主从遥操作方式辅助医生实施手术，从端推进机构实现导管的轴向进给和周向旋转运动。再如，哈尔滨工业大学于2011年1月17日申请的名称为一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统的专利，它的主手手柄及计算机主机置于控制室内，控制柜、导管手柄、主从介入装置、磁场发生器及可控导管置于手术室内，主手手柄位姿信号经计算机主机处理后传递给控制柜，控制柜内有运动控制卡和驱动器，运动控制卡接收命令发送指令到驱动器，驱动器将控制信号传递给主从介入装置的各个电机，进而控制介入装置实现可控导管的推/拉、旋转和弯曲操作，位姿传感器采集到可控弯曲段的位姿信息，位姿信号经运动控制卡传给计算机主机进行信号处理。该方案采用了可控导管，可获得可控导管弯曲可控段的位姿信息，保证可控导管前端的灵活性以及插管手术的可操纵性，同时通过主手手柄控制主从介入装置实现可控导管的推\拉、旋转和弯曲动作，并能获得手术室可控导管输送力信息，保证插管的精确性与稳定性。上述方案都是对于国内对于血管介入手术机器人较为先进的研究，但它们都存在如下几方面问题：(1)对于导管或导丝的夹持力较差；(2)结构相对比较臃肿复杂，不仅制造成本高，而且影响操作精度；(3)导管导丝的拆装不方便，不易于手术中更换导管导丝；(4)导丝的夹持操作无法配合导管的夹持操作，即导管导丝的协同操作性较差。专利技术人一直致力于此方面的研究，并在此之前申请了相关专利，如中国专利申请号为：201510064919.1，公开日为：2015年5月20日的专利文献，公开了一种用于介入手术机器人的测量装置，它的基座通过合页连接有上盖；上盖设有凹形限位板以及推块，当上盖闭合时，凹形限位板将柱齿轮与主动轮、惰轮压紧，限制竖直方向位移，推块将左侧U型挡片向右侧推进，另右侧U型挡片、左侧U型挡片将导丝驱动辅助件夹紧；基座安装在直线驱动组件的滑块上。该方案可有效减少推送力在传导过程中的损失、降低因装配或振动等原因引起的较大误差，但其也只用于驱动导丝，无法完成导管导丝的协同操作；而且，虽然导丝的拆装相比前述设计有所改进，但是依然有所改进；另外，其也无法在手术中了解导丝在血管内，导丝头端与血管壁之间的相对位置。在此之后，专利技术人持续对介入手术机器人的技术进行研究，并于2016年3月3日申请了申请号为：201610119761.8，名称为：主从微创血管介入手术机器人从端及其控制方法的专利，它包括从端控制机构和从端移动平台，从端控制机构由夹持驱动机构Ⅰ、推力反馈机构Ⅱ、无损夹持机构Ⅲ、夹持控制机构Ⅳ组成，同时本专利技术还给出了其控制方法。该方案通过设计了无损夹持机构、夹持控制机构、夹持驱动机构和推力反馈机构，来完成手术过程中导丝的夹持、放松、旋转、推送、推送力测量等操作，增加了推送力测量的准确性，提高了导丝夹持的可靠性，但是其结构相对复杂，易拆装性也未有太大提高，同时在推送过程中导管或导丝头端与血管壁之间的相对位置问题也没有得到很好的解决。
技术实现思路
1、要解决的问题本专利技术提供一种介入手术机器人用导丝控制器及其控制方法，该导丝控制器目的在于解决现有技术中导丝夹持结构的复杂和夹持不方便的问题。该导丝控制器采用模块化设计，结构简单，拆装方便，便于更换和消毒；该方法采用导丝控制器完成对导丝的夹紧和松开。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种介入手术机器人用导丝控制器，包括基体部分，以及安装在基体部分上的导丝夹紧机构和夹紧切换机构；所述的导丝夹紧机构用于夹紧导丝，所述的夹紧切换机构用于驱使导丝夹紧机构松开对导丝的夹紧。作为进一步改进，所述导丝夹紧机构包括导丝锁止套筒、导丝锁止杆和导丝锁止器，导丝锁止杆的一端安装导丝锁止器后装入导丝锁止套筒内，导丝锁止杆通过挤压导丝锁止器使导丝锁止器夹紧导丝。作为进一步改进，所述导丝锁止套筒具有锥孔，导丝锁止器具有与导丝锁止套筒的锥孔相配合的外锥面，导丝锁止器的外锥面上沿周向开设至少两个切口，导丝锁止器通过受力径向收缩夹紧导丝。作为进一步改进，所述导丝锁止杆上套有切换弹簧，切换弹簧通过安装在导丝锁止套筒端部的锁止器端盖压装在导丝锁止套筒内。作为进一步改进，所述夹紧切换机构连接导丝锁止杆，可拉动导丝锁止杆压缩切换弹簧，使导丝锁止杆松开对导丝锁止器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介入手术机器人用导丝控制器，包括基体部分(6)和安装在基体部分(6)上的导丝夹紧机构(7)，导丝夹紧机构(7)用于夹紧导丝，其特征在于：还包括安装在基体部分(6)上的夹紧切换机构(8)，所述的夹紧切换机构(8)用于驱使导丝夹紧机构(7)松开对导丝的夹紧。

【技术特征摘要】
1.一种介入手术机器人用导丝控制器，包括基体部分(6)和安装在基体部分(6)上的导丝夹紧机构(7)，导丝夹紧机构(7)用于夹紧导丝，其特征在于：还包括安装在基体部分(6)上的夹紧切换机构(8)，所述的夹紧切换机构(8)用于驱使导丝夹紧机构(7)松开对导丝的夹紧。2.根据权利要求1所述的一种介入手术机器人用导丝控制器，其特征在于：所述导丝夹紧机构(7)包括导丝锁止套筒(710)、导丝锁止杆(720)和导丝锁止器(730)，导丝锁止杆(720)的一端安装导丝锁止器(730)后装入导丝锁止套筒(710)内，导丝锁止杆(720)通过挤压导丝锁止器(730)使导丝锁止器(730)夹紧导丝。3.根据权利要求2所述的一种介入手术机器人用导丝控制器，其特征在于：所述导丝锁止套筒(710)具有锥孔，导丝锁止器(730)具有与导丝锁止套筒(710)的锥孔相配合的外锥面，导丝锁止器(730)的外锥面上沿周向开设至少两个切口，导丝锁止器(730)通过受力径向收缩夹紧导丝。4.根据权利要求3所述的一种介入手术机器人用导丝控制器，其特征在于：所述导丝锁止杆(720)上套有切换弹簧(740)，切换弹簧(740)通过安装在导丝锁止套筒(710)端部的锁止器端盖(760)压装在导丝锁止套筒(710)内。5.根据权利要求4所述的一种介入手术机器人用导丝控制器，其特征在于：所述夹紧切换机构(8)连接导丝锁止杆(720)，可拉动导丝锁止杆(720)压缩切换弹簧(740)，使导丝锁止杆(720)松开对导丝锁止器(730)的挤压，从而使导丝锁止器(730)松开对导丝的夹紧。6.根据权利要求5所述的一种介入手术机器人用导丝控制器，其特征在于：所述夹紧切换机构(8)包括舵机(820)，舵机(820)安装转盘(830)，转盘(830)上缠绕有线，线的端部用于拉动导丝锁止杆(720)。7.根据权利要求7所述的一种介入手术机器人用导丝控制器，其特征在于：所述转盘(830)上线的端部连接有通过直线导轨副A(850)设置的切换板(840)；所述导丝锁止杆(720)上安装锁止器拉板(770)，切换板(840)卡在锁止器端盖(760)和锁止器拉板(770)之间。8.根据权利要求2-7中任意一项所述的一种介入手术...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭书祥，包贤强，肖楠，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11