专利名称：一种用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置的制作方法
技术领域：
本发明属医疗设备领域，特别涉及一种用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置。
背景技术：
血管介入手术是指医生在数字减影血管造影成像(DSA)系统的导引下，操控导管(一种带有刚性的软管)在人体血管内运动，对病灶进行治疗，达到栓塞畸形血管、溶解血栓、扩张狭窄血管等目的。目前，血管介入手术主要由医生手工完成，主要弊端在于:1)医生在射线环境下工作，长期操作对身体伤害很大；2)现有手术方法技巧性强，风险性高，专科医生手术培训时间长；3)由于操作复杂、手术时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量，进而影响患者生存质量。这些缺点限制了血管介入手术的广泛应用，机器人技术与血管介入技术有机结合是解决上述问题的重要途径。针对上述问题,德国汉森医疗(hansen meidical)改造了导管构造,开发出了主动导管系统，问题在于改造后的导管较粗，医学适用范围较窄；北京航空航天大学做了推管机构，但是装拆导管和消毒不便；中科院自动化所模拟人手设计了推管装置，但是无法连续推进导管，并且无法完成推进和旋转的同时运动，本专利将克服上述问题，提出了一种新型的导管操纵装置。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置，该装置能够操纵导管或者导丝在血管内完成推进、旋转以及推进和旋转同时进行的动作。本发明提出的用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置包括主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件，其中，所述主指组件包括滚轮，该滚轮旋转能够实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转；所述副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能，副指组件能够手动沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回；所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动；所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元和入口支撑架，Y阀架单元用于实现Y阀的快速安装，入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝。优选地，所述导管或导丝操纵装置操纵导管或导丝包括两个方向的运动，是导管或导丝推进运动和导管或导丝旋转运动，导管或导丝推进运动是附着在导管或导丝旋转运动之上的。
优选地，主指组件和副指组件的滚轮上，安装有橡胶套，使得主指组件和副指组件压紧时，能够产生一定形变，增大与被操作导管或导丝的接触面积，进而增大产生导管或导丝运动的摩擦力，使得导管或导丝能够稳定运动，不易打滑。
优选地，所述主指组件包括滚轮、橡胶套、驱动轴、轴承支撑单元、电机架、联轴器、推进电机、导轨副和连接板，所述推进电机与电机架用螺栓固定，电机的输出轴通过联轴器与驱动轴连接，驱动轴通过轴承支撑单元固定支撑，驱动轴末端与滚轮通过螺纹固定连接，橡胶套材料为橡胶，通过过盈配合，套在滚轮上。优选地，主指组件滚轮旋转可实现导管或导丝推进或者后退，传动关系为推进电机输出轴的旋转运动，通过联轴器带动驱动轴运动，进而带动滚轮旋转，最终通过橡胶套与副指组件中的橡胶套压紧，驱动导管或导丝前进或后退。优选地，主指组件和副指组件通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转，传动关系为:主指组件中的滚轮、橡胶套、驱动轴、轴承支撑单元、电机架、联轴器、电机构成的整体，通过连接板与驱动组件连接，在导轨副构成的约束上做上下的直线运动，同时，驱动组件驱动副指组件中的滚轮做相反方向的直线运动，实现导管或导丝的捻转运动。优选地，副指组件包括滚轮、橡胶套，滚轮轴，轴承支撑单元、副指组件座、弹簧、水平导轨副、副指组件底板、竖直导轨副和连接板，其中橡胶套与滚轮通过过盈配合固定，滚轮与滚轮轴通过螺纹固定连接，滚轮轴通过轴承支撑单元实现固定支撑，轴承支撑单元通过导轨副固定在副指组件底板上，副指组件底板通过连接板与驱动组件的丝杠副输出连接，副指组件底板通过导轨副连接到驱动组件的固定底座上，副指组件座通过弹簧的拉紧作用，实现副指组件滚轮与主指组件中的滚轮压紧。本发明利用主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件的位置关系和运动关系，构建了用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置，能够实现导管或导丝的推进和旋转，降低了医生工作量，减少了医生在辐射环境中的工作时间，并提高了导管或导丝在血管中的运动精度。
图1是本发明用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置的总体结构图；图2是本发明用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置中主指组件结构图；图3是本发明用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置中副指组件结构图；图4是本发明用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置中驱动组件结构图；图5是本发明用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置中导管或导丝导向组件结构图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。本申请说明书附图中出现的各附图标记含义如下:驱动组件1，导管或导丝导向组件2，主指组件3，副指组件4，连接板5，导轨副6，滚轮7，橡胶套8，轴承支撑单元9，驱动轴10，联轴器11，电机架12，推进电机13，连接板14，副指组件底板15，水平导轨16，竖直导轨17，滚轮18，橡胶套19，轴承支撑单元20，副指组件座21，滚轮轴22，弹簧23，螺母连接架24，螺母连接架25，丝杠26，丝杠27，轴承支撑单元28，底板29，小齿轮30，小齿轮31，大齿轮32，电机架33，旋转电机34， Y阀架单元35，顶板36，入口支撑架37。
图1为根据本发明一实施例提供的一种用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置的结构图。如图1所示，该操纵装置包括主指组件3、副指组件4、驱动组件I和导管或导丝导向组件2，该操纵装置能够操纵导管或导丝在血管内完成推进、旋转以及推进和旋转同时进行的动作。其中，所述主指组件包括滚轮，该滚轮旋转能够实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转；所述副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能，副指组件能够手动沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回；所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动；所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元和入口支撑架，Y阀架单元用于实现Y阀的快速安装，入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝。导管或导丝操纵装置的运动驱动，包括两个方向的运动，一个是导管或导丝推进运动，另一个是导管或导丝旋转运动，导管或导丝推进运动组件是附着在导管或导丝旋转组件之上的。装卡导管或导丝时，副指组件可用手沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用。主指组件和副指组件上的滚轮上，包覆一层橡胶，使得主指组件和副指组件压紧时，能够产生一定形变，增大与被操作导管或导丝的接触面积，进而增大产生导管或导丝运动的摩擦力，使得导管或导丝能够稳定运动，不易打滑。图2为主指组件3的结构图。参照图2，所述主指组件包括滚轮7、橡胶套8、驱动轴10、轴承支撑单元9、电机架12、联轴器11、推进电机13、导轨副6和连接板5。所述推进电机13与电机架用螺栓固定，电机13的输出轴通过联轴器与驱动轴10连接，驱动轴10通过轴承支撑单元9固定支撑，驱动轴10末端与滚轮7通过螺纹固定连接，橡胶套8材料为橡胶，通过过盈配合，套在滚轮7上。主指组件滚轮7旋转可实现导管或导丝推进或者后退，传动关系为推进电机13输出轴的旋转运动，通过联轴器11带动驱动轴10运动,进而带动滚轮7旋转,最终通过橡胶套8与副指组件4中的橡胶套压紧，驱动导管或导 丝前进或后退。主指组件3和副指组件4通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转。传动关系为:主指组件中的滚轮7、橡胶套8、驱动轴10、轴承支撑单元9、电机架12、联轴器
11、电机13构成的整体，通过连接板5与驱动组件I连接，在导轨副6构成的约束上做上下的直线运动，同时，驱动组件I驱动副指组件4中的滚轮做相反方向的直线运动，实现导管或导丝的捻转运动。图3为副指组件4的结构图。参照图3，所述副指组件包括滚轮18、橡胶套19，滚轮轴22，轴承支撑单元20、副指组件座21、弹簧23、水平导轨副16、副指组件底板15、竖直导轨副17和连接板14。所述橡胶套19材料为柔性材料(如橡胶)，橡胶套19与滚轮18通过过盈配合固定，滚轮18与滚轮轴22通过螺纹固定连接，滚轮轴22通过轴承支撑单元20实现固定支撑，轴承支撑单元20通过导轨副固定在副指组件底板15上，副指组件底板15通过连接板14与驱动组件I的丝杠副输出连接，副指组件底板15通过导轨副17连接到驱动组件I的固定底座上。副指组件座21通过弹簧23的拉紧作用，实现副指组件滚轮18与主指组件中的滚轮压紧。副指组件4用来配合主指组件3实现导管或导丝旋转和推进功能，滚轮18与主指组件3中滚轮压紧，通过主指组件滚轮7旋转，实现导管或导丝旋转功能，依靠驱动组件I丝杠副作用于连接板14的驱动，实现了副指组件滚轮18与主指组件3中滚轮7作相反方向的直线运动，进而实现导管或导丝的顺时针或逆时针旋转。图4为驱动组件I的结构图。所述驱动组件包括旋转电机34、电机架33、大齿轮32、小齿轮31、小齿轮30、底板29、轴承支撑单元28、丝杠27、丝杠26、螺母连接架25和螺母连接架24。所述旋转电机34与电机架33通过螺栓连接，电机34输出轴与大齿轮32固定连接，大齿轮32与小齿轮31啮合，小齿轮31与小齿轮30啮合，齿轮31与丝杠27末端连接，齿轮30与丝杠26末端连接，丝杠26和丝杠27通过轴承支撑单元28固定支撑，螺母连接架24和螺母连接架25分别与丝杠27和丝杠26的螺母连接，丝杠27和丝杠26的螺距规格是相同的，电机架33和轴承支撑单元28均固定连接于底板29上。驱动组件I用来实现主指组件3和副指组件4运动的运动驱动，传动关系为:电机34输出轴带动大齿轮32旋转，大齿轮32与小齿轮31啮合，小齿轮31又与小齿轮30啮合，因此带动丝杠27和丝杠26的螺母作相反方向的直线运动，通过螺母连接架24和螺母连接架25将运动分别输出给王指组件3和副指组件4。图5为导管或导丝导向组件的结构图。所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元35、入口支撑架37和顶板36。Y阀架单元35用来实现Y阀的快速安装，入口支撑架为中空结构，导管或导丝从中间穿过，起到支撑导管或导丝的作用。Y阀架单元35装上医用Y阀后，结构尺寸上应保证Y阀中心线与入口支撑架37的中心线处于共线位置上。导管或导丝操纵装置的运动驱动，包括两个方向的运动，一个是导管或导丝推进运动，另一个是导管或导丝旋转运动。推进电机13驱动的导管或导丝推进运动是附着在旋转电机34驱动的导管或导丝旋转运动上的。装卡导管或导丝时，副指组件4中的滚轮18可用手沿着远离主指组件3中滚轮7的方向上直接移动，松手后，通过内部弹簧23拉力作用，迫使滚轮18和滚轮7压紧。主指组件3和副指组件4上的滚轮7和滚轮18上，分别包覆橡胶套8和橡胶套19，使得主指组件和副指组件压紧时，橡胶套能够产生一定形变，增大与被操作导管或导丝的接触面积，进而增大产生导管或导丝运动的摩擦力，使得导管或导丝能够稳定运动，不易打滑。控制导管或导丝推进的传动关系为:推进电机13的输出轴和主指组件滚轮轴10通过联轴器11连接，带动主指组件滚轮7旋转，同时副指组件滚轮18通过弹簧23压紧导管或导丝，通过摩擦力实现导管或导丝的推进动作。控制导管或导丝旋转的传动关系为:旋转电机34通过齿轮(大齿轮32、小齿轮31和小齿轮30)传动，以相同速度、相反方向输入到两个丝杠(丝杠26和丝杠27)输入端，进而通过丝杠螺母连接架24和25分别传递到主指组件连接板5和副指组件连接板14各自连接的导轨-滑块副6和17上，带动主指组件滚轮7和副指组件滚轮18在竖直上沿相反反向移动，同时副指组件滚轮18和主指组件滚轮7通过弹簧压紧，通过摩擦力将导管或导丝捻转，实现导管或导丝的旋转运动。导管或导丝的旋转运动和推进运动是解耦的，因此可通过同时控制旋转电机34和推进电机13，实现导管或导丝推进时的一边旋转一边推进的功能。
针对医学消毒方面，主指组件3和副指组件4的滚轮7和滚轮18是通过螺纹分别和驱动轴10和滚轮轴22连接的,也就是说,滚轮7和滚轮18可以方便拆卸。实际使用时，先在导管或导丝装置上覆盖一层医用隔离膜，再装上滚轮7和滚轮18，滚轮7和滚轮18可作为消耗品，因此，该装置便于医用消毒。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置，包括主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件，其中， 所述主指组件包括滚轮，该滚轮旋转能够实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转； 所述副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能，副指组件能够手动沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回； 所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动； 所述导管或导丝导向组件包括Y阀架单元和入口支撑架，Y阀架单元用于实现Y阀的快速安装，入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝。
2.根据权利要求1所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，导管或导丝操纵装置操纵导管或导丝包括两个方向的运动，是导管或导丝推进运动和导管或导丝旋转运动，导管或导丝推进运动是附着在导管或导丝旋转运动之上的。
3.根据权利要求1所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，主指组件和副指组件的滚轮上，安装有橡胶套，使得主指组件和副指组件压紧时，能够产生一定形变，增大与被操作导管或导丝的接触面积，进而增大产生导管或导丝运动的摩擦力，使得导管或导丝能够稳定运动，不易打滑。
4.根据权利要求3所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，所述主指组件包括滚轮、橡胶套、驱动轴、轴承支撑单元、电机架、联轴器、推进电机、导轨副和连接板，所述推进电机与电机架用螺栓固定，电机的输出轴通过联轴器与驱动轴连接，驱动轴通过轴承支撑单元固定支撑，驱动轴末端与滚轮通过 螺纹固定连接，橡胶套材料为橡胶，通过过盈配合，套在滚轮上。
5.根据权利要求4所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，主指组件滚轮旋转可实现导管或导丝推进或者后退，传动关系为推进电机输出轴的旋转运动，通过联轴器带动驱动轴运动，进而带动滚轮旋转，最终通过橡胶套与副指组件中的橡胶套压紧，驱动导管或导丝前进或后退。
6.根据权利要求5所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，主指组件和副指组件通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转，传动关系为:主指组件中的滚轮、橡胶套、驱动轴、轴承支撑单元、电机架、联轴器、电机构成的整体，通过连接板与驱动组件连接，在导轨副构成的约束上做上下的直线运动，同时，驱动组件驱动副指组件中的滚轮做相反方向的直线运动，在导管或导丝被压紧的情况下，实现导管或导丝的捻转运动。
7.根据权利要求6所述的导管或导丝操纵装置，其特征在于，副指组件包括滚轮、橡胶套，滚轮轴，轴承支撑单元、副指组件座、弹簧、水平导轨副、副指组件底板、竖直导轨副和连接板，其中橡胶套与滚轮通过过盈配合固定，滚轮与滚轮轴通过螺纹固定连接，滚轮轴通过轴承支撑单元实现固定支撑，轴承支撑单元通过导轨副固定在副指组件底板上，副指组件底板通过连接板与驱动组件的丝杠副输出连接，副指组件底板通过导轨副连接到驱动组件的固定底座上，副指组件座通过弹簧的拉紧作用，实现副指组件滚轮与主指组件中的滚轮压紧。
全文摘要
本发明公开了一种用于血管介入手术的导管或导丝操纵装置，包括主指组件、副指组件、驱动组件和导管或导丝导向组件。主指组件中滚轮旋转可实现导管或导丝推进或者后退，主指组件和副指组件通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转，装卡导管或导丝时，副指组件可用手沿着远离主指组件方向直接移动，松手后，通过内部弹簧拉力作用，副指组件返回。驱动组件是实现主指组件和副指组件运动的运动驱动。导管或导丝导向组件用来实现导管或导丝导向和Y阀的快速安装。本发明能够实现导管或导丝的推进和旋转，降低了医生工作量，减少了医生在辐射环境中的工作时间，并提高了导管或导丝在血管中的运动精度。
文档编号A61M25/082GK103083784SQ20131005814
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者边桂彬, 侯增广, 谢晓亮, 程龙, 李鹏峰, 谭民, 杨帆, 米韶华, 奉振球, 魏鹏 申请人:中国科学院自动化研究所