一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置制造方法及图纸

一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，包括主端子系统和从端子系统，能同时控制导管和导丝进行协同操作；主操作器检测医生的操作信息；导管及导丝的轴向运动信息和旋转距离信息的传递；从操作器执行介入；从操作器的受力检测；操作信息的采集过程；主操作器的力反馈过程；符合医生操作习惯，操作方法容易实现，精度高，且结构简单稳定。

A new device for the cooperative operation of catheter guide wire in the robot of vascular interventional surgery

【技术实现步骤摘要】
一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置(一)
：本技术属于主从微创血管介入手术机器人
，是一种全新的主从操作系统，可以实现从端中导管导丝控制技术以及主端力反馈的实现，特别是一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置。(二)
技术介绍
：目前中国已逐步进入老龄化社会，同时伴随着全国城市化的发展，心脑血管疾病危险性越发增加。在每年人类患病死亡总数中，心脑血管疾病占比高达42％，严重威胁居民健康。伴随着心脑血管疾病发病率的升高，也同时使其有治疗效手段血管介入手术的需求增加，相关研究也逐年增长。血管介入手术是指医生借助血管造影及X光影像导航，将导管/导丝通过血管深入人体病变处，再对血管内病灶处进行诊断与治疗。与传统开刀手术比，具有手术伤口小、恢复快、相关并发症少、安全系数高等优点。但同时，该手术也存在明显的缺点：医生在手术工作中，将处于射线环境下，虽然穿着铅衣，但是长期操作仍会对身体造成很大的伤害。另外，由于手术操作复杂，且手术时间较长，将导致医生疲劳及人手操作不稳定等因素，这将直接影响手术的质量。这些缺点在一定程度造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于它包括主端子系统和从端子系统，能同时控制导管和导丝进行协同操作；其中，所述主端子系统是由主操作器、主控制器和PC显示屏构成；所述主操作器是由导管操作装置和导丝操作装置构成，用于实现对导管和导丝的操作；所述导管操作装置和导丝操作装置分别由医生的左右手控制操作，其输入端接收医生双手的操作信号和主控制器的控制信号，其输出端连接主控制器，将操作信息发送给主控制器；所述主控制器与主操作器之间呈双向数据连接，用于实现主控制器对导管和导丝的操作控制，并将力反馈控制信息实时传递给医生；所述PC显示屏用于显示血管介入手术中的病灶信息和机器人的手术...

【技术特征摘要】
1.一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于它包括主端子系统和从端子系统，能同时控制导管和导丝进行协同操作；其中，所述主端子系统是由主操作器、主控制器和PC显示屏构成；所述主操作器是由导管操作装置和导丝操作装置构成，用于实现对导管和导丝的操作；所述导管操作装置和导丝操作装置分别由医生的左右手控制操作，其输入端接收医生双手的操作信号和主控制器的控制信号，其输出端连接主控制器，将操作信息发送给主控制器；所述主控制器与主操作器之间呈双向数据连接，用于实现主控制器对导管和导丝的操作控制，并将力反馈控制信息实时传递给医生；所述PC显示屏用于显示血管介入手术中的病灶信息和机器人的手术状态；
所述从端子系统是由IP摄像头、从操作器、从控制器、导管和导丝构成；所述从控制器与主控制器之间呈双向数据连接；所述从操作器用于控制导管和导丝的运动；所述从操作器与从控制器之间呈双向数据连接，所述主控制器能够通过从控制器接收从操作器反馈回来的导管和导丝的受力信息；所述从控制器能够通过主控制器接收主操作器的操作信息；所述IP摄像头用于采集现场从操作器的实时动作图像信息，其输出端与主端子系统的PC显示屏，所述PC显示屏用于呈现IP摄像头所采集的图像信息，对手术医生提供实时的视觉反馈信号。


2.根据权利要求1所述一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于所述主控制器和从控制器都是采用STM32F103ZE控制器，该控制器有144个引脚；所述IP摄像头与PC显示屏之间通过Internet连接，所述主控制器和从控制器之间通过CAN总线进行通信连接。


3.根据权利要求1所述一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于所述主操作器包括导管操作装置和导丝操作装置，所述导管操作装置和导丝操作装置采用相同的结构；所述导管操作装置和导丝操作装置前后水平摆放在主端底座上，其中，所述导管操作装置放在前半部分，所述导丝操作装置放在后半部分，这样摆放的目的是符合医生的操作习惯，医生能够双手同时操作设备；
所述导管操作装置是由力反馈阻尼器单元I、操作信息采集单元I、模拟导管和主端直线导轨I构成；所述力反馈阻尼器单元I由磁棒I、磁棒支撑单元I、线圈I和线圈安装架I构成；其中，所述力反馈阻尼器单元I安装在磁棒支撑座I上，其输入端为通过线圈I与主控制器连接，输入信号为从控制器反馈回来的导管受力信号，根据电磁感应原理，线圈I和磁棒I之间产生阻力，医生操作模拟导管时可以感受到这个力；所述模拟导管的末端和力反馈阻尼器单元I中的磁棒I通过螺纹相连接，二者同步运动；
所述磁棒支撑座I安装在主端底座上；所述操作信息采集单元I用于采集模拟导管的旋转距离信息和轴向位移信息，其输出端与主控制器连接；所述主端直线导轨I长度为200mm，安装在主端底座上；所述主端直线导轨I上有主端滑块I；所述磁棒支撑单元I安装在主端底座上，用于支撑磁棒I，使磁棒I与模拟导管以及线圈I保持同轴心；所述线圈安装架I安装在磁棒支撑座上；所述磁棒I穿过线圈安装架I；所述线圈I安装在线圈安装架I上，由主控制器输出的电流使线圈I通电，从而产生力反馈；
所述磁棒支撑单元I，是由磁棒支架I19-1，尼龙轴承I、滑轮I和尼龙轴承II构成，其中，所述磁棒支架I和滑轮I由树脂材料3D打印而成，不会受磁棒I的磁性影响；所述滑轮I用于支撑磁棒I，使磁棒I保持在一定高度并且保持磁棒I的能动性，因为使用树脂材料较为光滑，不会产生过大的摩擦力；所述尼龙轴承I和尼龙轴承II使用尼龙材料制作而成，不具有导磁性，不会受磁棒I的磁性影响；所述尼龙轴承I和尼龙轴承II分别安装在磁棒支架I两侧的圆形卡槽内；所述滑轮I安装在尼龙轴承I和II之间；
所述操作信息采集单元I，是由传感器支脚I、直线位移传感器I、连接架I、移动磁块I、编码器支撑座I和空心轴光电编码器I构成；其中，所述直线位移传感器I通过传感器支脚I安装在主端底座1上，其输出端与主控制器连接，用于测量医生操作模拟导管时的轴向位移信息；所述连接架I用于连接移动磁块I和编码器支撑座I，使二者保持同步运动；所述移动磁块I为无源移动磁块，安装在连接架I上，既可以悬浮移动，也可以沿导轨移动；所述直线位移传感器I通过检测移动磁块I的运动来测量模拟导管的位移；所述编码器支撑座I安装在主端滑块I上，使其可以轴向移动；所述空心轴光电编码器I安装在编码器支撑座I上，模拟导管穿过其中，用于测量医生操作时模拟导管的旋转距离信息，其输出端与主控制器相连接。


4.根据权利要求3所述一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于所述导丝操作装置，其由力反馈阻尼器单元II、操作信息采集单元II、模拟导丝和主端直线导轨II构成；所述力反馈阻尼器单元II由磁棒II、磁棒支撑单元II、线圈II和线圈安装架II构成；其中，所述力反馈阻尼器单元II安装在磁棒支撑座II上，其输入端为通过线圈II与主控制器连接，输入信号为从控制器反馈回来的导丝受力信号，根据电磁感应原理，线圈II和磁棒II之间产生阻力，医生操作模拟导丝时可以感受到这个力，所述模拟导丝和力反馈阻尼器单元II中的磁棒II通过螺纹相连接，二者同步运动；所述磁棒支撑座II安装在主端底座上；所述操作信息采集单元II用于采集模拟导丝的旋转距离信息和轴向位移信息，其输出端与主控制器连接；所述模拟导丝穿过空心轴光电编码器II；所述主端直线导轨II长度为200mm安装在主端底座上；所述空心轴光电编码器II安装在编码器支撑座II上；所述主端直线导轨II上有主端滑块II，所述编码器支撑座II安装在主端滑块II上，使其可以轴向移动；所述磁棒支撑单元II安装在主端底座上，用于支撑磁棒II，使磁棒II与模拟导丝以及线圈II保持同轴心；所述线圈安装架II安装在磁棒支撑座II上；所述磁棒II穿过线圈安装架II；所述线圈II安装在线圈安装架II上，由主控制器输出的电流使线圈II通电，从而产生力反馈；
所述磁棒支撑单元II，是由支架II，尼龙轴承II、滑轮II和尼龙轴承II构成，其中，所述支架II和滑轮II由树脂材料3D打印而成，不会受磁棒II的磁性影响；所述滑轮II用于支撑磁棒II，使磁棒II保持在一定高度，而且因为使用树脂材料较为光滑，不会产生过大的摩擦力；所述尼龙轴承II和尼龙轴承II使用尼龙材料制作而成，不具有导磁性，不会受磁棒II的磁性影响；所述尼龙轴承II和尼龙轴承II分别安装在支架II两侧的圆形卡槽内；所述滑轮II安装在尼龙轴承II和II之间；
所述操作信息采集单元II由传感器支脚II、直线位移传感器II、连接架II、移动磁块II、编码器支撑座II和空心轴光电编码器II构成；其中，所述直线位移传感器II通过传感器支脚II安装在主端底座上，其输出端与主控制器连接，用于测量医生操作模拟导丝时的轴向运动位移信息；所述连接架II用于连接移动磁块II和编码器支撑座II，使二者保持同步运动；所述移动磁块II为无源移动磁块，安装在连接架II上，既可以悬浮移动，也可以沿导轨移动；所述直线位移传感器II通过检测移动磁块II的运动来测量模拟导丝的位移；所述编码器支撑座II安装在主端滑块II上；所述空心轴光电编码器II安装在编码器支撑座II上，模拟导丝穿过其中，用于测量医生操作时模拟导丝的旋转距离信息，其输出端与主控制器相连接。


5.根据权利要求4所述一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于所述线圈I为空心感应线圈，其内径20mm，外径24mm，厚度10mm，匝数480圈，其安装在线圈安装架I上，其输入端连接主控制器；
所述线圈安装架I和模拟导管均是使用树脂材料3D打印而成；所述模拟导管直径为4mm；
所述磁棒I为导磁性能良好的磁棒，其长度为200mm，磁棒I直径为16mm；
所述直线导轨I行程和直线位移传感器I以及所述力反馈阻尼单元I的量程对应相等，为200mm；
所述线圈II为空心感应线圈，其内径20mm，外径24mm，厚度10mm，匝数480圈，其安装在线圈安装架II上，其输入端连接主控制器；
所述线圈安装架II和模拟导丝均是使用树脂材料3D打印而成；所述模拟导丝直径径为3mm；
所述磁棒II为导磁性能良好的磁棒，其长度为200mm，磁棒II直径为16mm；
所述直线导轨II的行程和直线位移传感器II以及所述力反馈阻尼单元II的量程对应相等，为200mm。


6.根据权利要求1所述一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于所述从操作器包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、受力检测单元和运行信息采集单元；其中，所述轴向推送单元安装在从端底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元、受力检测单元和运动信息采集单元在轴向上运动；所述旋转单元由导管旋转单元和导丝旋转单元构成，分别安装在承重板I和承重板II上；所述夹取单元是由导管夹取单元和导丝夹取单元构成，分别用于夹紧或松开导管和导丝；所述受力检测单元用于检测介入手术过程中的导管和导丝的受力信息；所述运动信息采集单元用于采集导管和导丝的轴向位移信息以及旋转距离信息。


7.根据权利要求6所述一种新型血管介入手术机器人导管导丝协同操作实现装置，其特征在于所述轴向推送单元，由从端底座、驱动单元、从端直线导轨I、从...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，孟铖，郭书祥，詹琦，金晓亮，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：新型
国别省市：天津;12