一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置制造方法
【专利摘要】一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于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。
【专利说明】一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置
(—)【技术领域】:
[0001]本发明属于医疗设备【技术领域】，尤其是一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，特别适用于血管造影、血栓或异物的摘除、治疗肿瘤或血管畸形、溶解血栓、血管扩张等方面。
(二)【背景技术】:
[0002]世界卫生组织的调查统计显示，心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，每年我国900万患心脑血管疾病的人中就有250万人死亡。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%。传统的开颅开胸手术方法也能治疗该疾病，但是这种手术方法对病人的损伤非常大。目前，针对脑血管疾病最直接、最有效的方法是脑血管微创外科介入疗法。介入手术疗法的优点是能够减少手术给患者带来的创伤及痛苦，并且术后恢复快，缩短病人的住院时间，减轻病人的经济负担。还可以减少手术室的人员配备，节省医院的人力资源。但脑血管外科微创手术目前还只能由医生手工完成，这种介入手术方式是在数字减影血管造影技术和X射线的辅助和导航下完成的，医生长期在X射线下工作，会受到很大的辐射；而且手术的高危险性对操作医生的操作技巧要求高；手术时间较长，手术安全性会因为医生的疲劳而降低。
[0003]主从微创血管介入手术辅助系统能有效解决医生手工完成血管介入手术存在的问题。医生在遥操作主侧根据现场反馈信息发出控制命令，导管的介入动作则由手术现场的导管从操作装置来实现。在众多研究中，手术现场的导管操作机器人装置设计都基于摩擦滚轮的方式，这种方式容易对导管造成损坏，损坏的导管也可能对血管造成伤害，同时摩擦推动本身存在推进误差 。导管轴向操作力的采集反馈已成为一个重点，但导管旋转扭矩往往被忽视。
(三)
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的在于提供一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，它可以克服现有技术的不足，是一种可以模仿传统介入手术中医生对导管抓取推送动作的装置，其结构简单，操作方便，且能能够模仿人工手术的过程。
[0005]本发明的技术方案:一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于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；其中，所述轴向推送单元安装在倾角可调底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元和操作力检测单元在轴向运动；所述旋转单元安装在轴向推送单元的滑动端转接板上，其输出端连接夹取单元，使夹取单元进行旋转；所述手术导管穿过夹取单元；所述夹取单元的输出为夹紧或松开手术导管；所述操作力检测单元的输入端检测夹取单元对手术导管的推送力信号以及旋转单元的扭矩信号；所述倾角可调底座是从操作器装置的安装底座。
[0006]所述轴向推送单元由线性滑台、滑台驱动电机和滑动端转接板构成；所述旋转单元由旋转驱动电机、旋转驱动电机安装板、联轴器1、联轴器I1、同步带轮轴、同步带轮1、同步带轮II和同步带构成；其中，所述滑台驱动电机的输出端连接线性滑台，为线性滑台的滑动端的移动提供驱动力；所述线性滑台安装在倾角可调底座上；所述滑动端转接板安装在线性滑台的滑动端；所述旋转驱动电机安装在旋转驱动电机安装板上，其输出端通过联轴器1、扭矩传感器、联轴器I1、同步带轮轴、同步带轮1、同步带、同步带轮II及夹具连接轴II连接电动夹具I ;所述旋转驱动电机安装板安装在滑动端转接板上。
[0007]所述线性滑台的行程可以根据单程推进尺寸选择为0-400_。
[0008]所述夹取单元由电动夹具1、电动夹具I1、夹具连接轴1、夹具连接轴I1、前端安装立板和后端夹具安装板构成；其中，所述轴向推送单元安装在倾角可调底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元的电动夹具I和操作力检测单元在轴向运动；所述电动夹具I两端分别连接夹具连接轴I和夹具连接轴II，其输出夹紧或松开手术导管；所述夹具连接轴I 一端与电动夹具I连接起到支撑作用，一端与操作力检测单元以轴承方式连接；所述夹具连接轴II 一端与电动夹具I连接起到支撑作用，一端与前端安装立板以轴承方式连接；所述电动夹具II安装在后端夹具安装板上，其输出夹紧或松开手术导管；所述前端安装立板安装在轴向推送单元的滑动端转接板上；所述后端夹具安装板安装在倾角可调底座上。
[0009]所述操作力检测单元由扭矩传感器、拉压力传感器、拉压力传感器安装板、拉压环形套和圆盘构成；其中，所述夹取单元的夹具连接轴I的一端与拉压力传感器安装板以轴承方式连接；所述扭矩传感器通过轴向推送单元的联轴器I与旋转单元的旋转驱动电机的输出端连接，检测其输出扭矩；所述拉压力传感器安装在拉压力传感器安装板上，所述拉压力传感器的输入端采集通过拉压环形套和圆盘传递来的轴向操作力信号；所述拉压力传感器安装板安装在轴向推送单元的滑动端转接板上；所述拉压环形套安装在拉压力传感器的检测轴上；所述圆盘安装在夹取单元的夹具连接轴I上，其边缘嵌入到拉压环形套中；所述电动夹具I的输入端通过联轴器1、扭矩传感器、联轴器I1、同步带轮1、同步带、同步带轮II及夹具连接轴II与旋转驱动电机的输出端连接。
[0010]所述扭矩传感器的量程为0-0.2匪，精度为±0.3% F.S。
[0011]所述拉压力传感器的量程为0-5N，精度为0.025% R.0。
[0012]所述拉压力传感器安装板为U型拉压力传感器安装板。
[0013]所述倾角可调底座由底座前端立板、底座架、支撑板、立板连接轴、套管、套管连接轴、调整杆、连接轴和紧固螺丝构成；其中，所述底座前端立板安装在底座架上；所述套管与底座架连接，且可围绕套管连接轴旋转；所述调整杆依可调整嵌入长度的紧固螺丝嵌入在套管中；所述倾角可调底座的支撑板分别通过立板连接轴与底座前端立板连接，通过连接轴与调整杆连接，立板连接轴和连接轴是可以旋转的连接轴；所述轴向推送单元的线性滑台安装在支撑板上；所述夹取单元的后端夹具安装板安装在支撑板上。
[0014]所述倾角可调底座为手动调节架；所述连接支撑板与底座前端立板的立板连接轴可以旋转；所述连接套管和底座架的套管连接轴可以旋转；所述连接支撑板和调整杆的连接轴可以旋转；
[0015]所述电动夹具I由夹具电机、夹具电机安装板、凸轮、销钉、夹具片、夹具板1、夹具板I1、弹簧和螺丝构成；其中，所述夹具电机安装在夹具电机安装板上；所述凸轮与夹具电机的输出端连接，并卡在夹具片中间；所述夹具板I与夹具电机安装板呈平行安装；所述夹具板II上有螺纹孔，所述夹具板II与夹具板I之间、夹具板II与夹具电机安装板之间均依螺丝连接；所述夹具片通过销钉固定在夹具板I与夹具电机安装板之间；所述夹具板II上有螺纹孔，所述弹簧穿过夹具板II上螺纹孔，一端压在夹具片上，一端与夹具板II上螺纹孔内的螺丝相接；所述电动夹具II与电动夹具I有相同的结构。
[0016]所述夹具电机是微型步进电机。
[0017]所述主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置采用铝合金材料。
[0018]一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的工作方法，其特征在于包括以下几个操作部分:
[0019]①介入角度的调节:
[0020]针对不同的接受治疗者或者手术介入位置，通过调节倾角可调底座获得0-45°的任意介入角度。调整杆深入套管的长度决定了介入角度的大小，当调整杆深入套管的长度达到操作者期望的介入角度时，通过紧固螺丝将其固定住；
[0021]②导管的推送旋转操作:
[0022]所述电动夹具I和电动夹具II交替夹住手术导管，当电动夹具I夹住手术导管时，手术导管处于介入工作状态；当电动夹具II夹住手术导管时，手术导管保持原有状态不动，滑台驱动电机驱动线性滑台使线性滑台滑动端移动到线性滑台的后端；其中，电动夹具I夹紧手术导管的夹紧力被安装在夹具片夹紧位置的压敏传感器所测量，以保证电动夹具I能够夹住手术导管运动而不产生相对滑动，同时又不对手术导管造成损坏。电动夹具I夹紧力的大小可以通过拧进夹具板II上螺纹孔的螺丝长度来调节弹簧的松紧控制。
[0023]③导管操作力的检测:
[0024]所述对手术导管的操作力检测包括轴向操作力的检测和旋转扭矩的检测:
[0025]1、所述轴向操作力的检测由拉压力传感器完成，所述拉压环形套在没有拉压力时被圆盘接触但没有挤压，圆盘随轴的旋转不影响拉压环形套；当电动夹具I夹住手术导管做轴向运动时，手术导管对电动夹具I的反作用力可以使电动夹具I在轴向产生微移动，这个微移动通过圆盘和拉压环形套的组合传递到拉压力传感器，拉压力传感器即可检测到对手术导管的轴向操作力；
[0026]I1、所述旋转扭矩的检测由扭矩传感器完成，所述扭矩传感器安装在旋转驱动电机的输出端和同步带轮轴之间；当扭矩传感器检测到旋转驱动电机的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，即可得到对手术导管操作时的实时扭矩。
[0027]所述步骤②中的导管的推送旋转操作，电动夹具I的夹紧模仿医生的抓管动作，线性滑台的推进和旋转驱动电机的旋转模仿医生手的送管、旋管动作；当手术导管被电动夹具I夹住时，从操作器对手术导管的操作有两个自由度，包括旋转和轴向运动，由以下几个步骤构成:
[0028]1、旋转驱动电机的旋转通过联轴器1、扭矩传感器、联轴器I1、同步带轮轴、同步带、夹具连接轴II，最终传递到电动夹具I，从而带动电动夹具I所夹紧的手术导管一起旋转，实现手术导管的旋转运动；
[0029]I1、滑台驱动电机的旋转使线性滑台滑动端滑动，从而实现推动电动夹具所夹紧的手术导管轴向运动。
[0030]本发明的优越性在于:1、模仿传统手术中医生对导管的操作动作，符合仿生学的设计要求，利于使用医生在传统手术中所积累的导管操作经验和技巧；2、用抓取推送的方式取代摩擦滚轮推进，提高了操作精度，同时对手术导管26不造成损坏；3、操作器上带有操作力检测传感器组，将操作力实时反馈给操作者，增加操作者的现场操作感，有效提高手术安全性；4、倾角可调底座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；5、装置整体采用铝合金材料，尺寸小、质量轻。
(四)【专利附图】
【附图说明】:
[0031]图1为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的结构框图。
[0032]图2为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的整体结构示意图。
[0033]图3为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的导管旋转实现和轴向导管操作力及导管旋转扭矩检测的结构原理示意图。
[0034]图4为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置中电动夹具I的结构示意图(其中图4-a为分解图、图4-b为组合图)。
[0035]图5为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置中倾角可调底座的结构不意图。
[0036]其中，I为底座前端立板，2为底座架,3为套管,4为立板连接轴,5为调整杆,6为同步带轮I，7为同步带轮轴，8为圆盘，9为拉压力传感器安装板，10为联轴器I，11为旋转驱动电机安装板，12为紧固螺丝，13为连接轴，14为滑台驱动电机，15为后端夹具安装板，16为滑动端转接板，17 为联轴器II, 18为前端安装立板,19为同步带,20为电动夹具I ,20-1为夹具板I，20-2为弹簧，20-3为夹具板II，20-4为螺丝，20-5为夹具片，20_6为夹具电机安装板，20-7为夹具电机，20-8为凸轮，20-9为销钉，21为夹具连接轴I，22为拉压环形套，23为拉压力传感器，24为扭矩传感器，25为旋转驱动电机，26为手术导管，27为电动夹具II，28为线性滑台，29为支撑板，30为套管连接轴，31为夹具连接轴II，32为同步带轮II。(五)【具体实施方式】:
[0037]实施例:一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置(见图1、图2)，其特征在于它包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、手术导管26、操作力检测单元和倾角可调底座；其中，所述轴向推送单元安装在倾角可调底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元和操作力检测单元在轴向运动；所述旋转单元安装在轴向推送单元的滑动端转接板16上，其输出端连接夹取单元，使夹取单元进行旋转；所述手术导管26穿过夹取单元；所述夹取单元的输出为夹紧或松开手术导管26 ;所述操作力检测单元的输入端检测夹取单元对手术导管26的推送力信号以及旋转单元的扭矩信号；所述倾角可调底座是从操作器装置的安装底座。
[0038]所述轴向推送单元(见图2)由线性滑台28、滑台驱动电机14和滑动端转接板16构成；所述旋转单元(见图2，图3)由旋转驱动电机25、旋转驱动电机安装板11、联轴器110、联轴器1117、同步带轮轴7、同步带轮16、同步带轮1132和同步带19构成；其中，所述滑台驱动电机14的输出端连接线性滑台28，为线性滑台28的滑动端的移动提供驱动力；所述线性滑台28安装在倾角可调底座上；所述滑动端转接板16安装在线性滑台28的滑动端；所述旋转驱动电机25安装在旋转驱动电机安装板11上，其输出端通过联轴器110、扭矩传感器24、联轴器1117、同步带轮轴7、同步带轮16、同步带19、同步带轮1132及夹具连接轴1131连接电动夹具120 ;所述旋转驱动电机安装板11安装在滑动端转接板16上。
[0039]所述线性滑台28的行程可以根据单程推进尺寸选择为0-400mm，本实施例的有效行程为200mm。
[0040]所述夹取单元(见图1，图2，图3)由电动夹具120、电动夹具1127、夹具连接轴121、夹具连接轴1131、前端安装立板18和后端夹具安装板15构成；其中，所述轴向推送单元安装在倾角可调底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元的电动夹具120和操作力检测单元在轴向运动；所述电动夹具120两端分别连接夹具连接轴121和夹具连接轴1131，其输出夹紧或松开手术导管26 ;所述夹具连接轴121 —端与电动夹具120连接起到支撑作用，一端与操作力检测单元以轴承方式连接；所述夹具连接轴Π31 —端与电动夹具120连接起到支撑作用，一端与前端安装立板18以轴承方式连接；所述电动夹具1127安装在后端夹具安装板15上，其输出夹紧或松开手术导管26 ;所述前端安装立板18安装在轴向推送单元的滑动端转接板16上；所述后端夹具安装板15安装在倾角可调底座上。
[0041]所述操作力检测单元(见图1、图2)由扭矩传感器24、拉压力传感器23、拉压力传感器安装板9、拉压环形套22和圆盘8构成；其中，所述夹取单元的夹具连接轴121的一端与拉压力传感器安装板9以轴承方式连接；所述扭矩传感器24通过轴向推送单元的联轴器IlO与旋转单元的旋转驱动电机25的输出端连接，检测其输出扭矩；所述拉压力传感器23安装在拉压力传感器安装板9上，所述拉压力传感器23的输入端采集通过拉压环形套22和圆盘8传递来的轴向操作力信号；所述拉压力传感器安装板9安装在轴向推送单元的滑动端转接板16上；所述拉压环形套22安装在拉压力传感器23的检测轴上；所述圆盘8安装在夹取单元的夹具连接轴121上，其边缘嵌入到拉压环形套22中；所述电动夹具120的输入端通过联轴器110、扭矩传感器24、联轴器1117、同步带轮16、同步带19、同步带轮1132及夹具连接轴1131与旋转驱动电机25的输出端连接。
[0042]所述扭矩传感器24的量程为0-0.2匪，精度为±0.3% F.S，本实施例取量程为
0.1匪，精度为 ±0.3% F.S。
[0043]所述拉压力传感器23的量程为0-5N精度为0.025% R.0，本实施例取量程为2N精度为 0.025% R.0。
[0044]所述拉压力传感器安装板9为U型拉压力传感器安装板。
[0045]所述倾角可调底座(见图5)由底座前端立板1、底座架2、支撑板29、立板连接轴
4、套管3、套管连接轴30、调整杆5、连接轴13和紧固螺丝12构成；其中，所述底座前端立板I安装在底座架2上；所述套管3与底座架2连接，且可围绕套管连接轴30旋转；所述调整杆5依可调整嵌入长度的紧固螺丝12嵌入在套管3中；所述倾角可调底座的支撑板29分别通过立板连接轴4与底座前端立板I连接，通过连接轴13与调整杆5连接，立板连接轴4和连接轴13是可以旋转的连接轴；所述轴向推送单元的线性滑台28安装在支撑板29上；所述夹取单元的后端夹具安装板15安装在支撑板29上。
[0046]所述倾角可调底座为手动调节架(见图5);所述连接支撑板29与底座前端立板I的立板连接轴4可以旋转；所述连接套管3和底座架2的套管连接轴30可以旋转；所述连接支撑板29和调整杆5的连接轴13可以旋转；
[0047]所述电动夹具120 (见图4-a、图4-b)由夹具电机20_7、夹具电机安装板20_6、凸轮20-8、销钉20-9、夹具片20-5、夹具板120-1、夹具板1120-3、弹簧20-2和螺丝20-4构成；其中，所述夹具电机20-7安装在夹具电机安装板20-6上；所述凸轮20-8与夹具电机20-7的输出端连接，并卡在夹具片20-5中间；所述夹具板120-1与夹具电机安装板20_6呈平行安装；所述夹具板Π20-3上有螺纹孔，所述夹具板II20-3与夹具板120-1之间、夹具板II20-3与夹具电机安装板20-6之间均依螺丝连接；所述夹具片20-5通过销钉20_9固定在夹具板120-1与夹具电机安装板20-6之间；所述夹具板II20-3上有螺纹孔，所述弹簧20-2穿过夹具板II20-3上螺纹孔，一端压在夹具片20-5上，一端与夹具板II20-3上螺纹孔内的螺丝20-4相接；所述电动夹具1127与电动夹具120有相同的结构。
[0048]所述夹具电机20-7是微型步进电机。
[0049]所述主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置采用铝合金材料。
[0050]一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的工作方法，其特征在于包括以下几个操作部分:
[0051]①介入角度的调节:
[0052]针对不同的接受治疗者或者手术介入位置，通过调节倾角可调底座获得0-45°的任意介入角度。调整杆5深入套管3的长度决定了介入角度的大小，当调整杆5深入套管3的长度达到操作者期望的介入角度时，通过紧固螺丝12将其固定住；
[0053]②导管的推送旋转操作:
[0054]所述电动夹具120和电动夹具1127交替夹住手术导管26，当电动夹具120夹住手术导管26时，手术导管26处于介入工作状态；当电动夹具1127夹住手术导管26时，手术导管26保持原有状态不动，滑台驱动电机14驱动线性滑台28使线性滑台28滑动端移动到线性滑台28的后端；其中，电动夹具120夹紧手术导管26的夹紧力被安装在夹具片20-5夹紧位置的压敏传感器所测量，以保证电动夹具120能够夹住手术导管26运动而不产生相对滑动，同时又不对手术导管26造成损坏。电动夹具120夹紧力的大小可以通过拧进夹具板II20-3上螺纹孔的螺丝20-4长度来调节弹簧20-2的松紧控制。
[0055]③导管操作力的检测:
[0056]所述对手术导管26的操作力检测包括轴向操作力的检测和旋转扭矩的检测(见图3):
[0057]1、所述轴向操作力的检测由拉压力传感器23完成，所述拉压环形套22在没有拉压力时被圆盘8接触但没有挤压，圆盘8随轴的旋转不影响拉压环形套22 ;当电动夹具120夹住手术导管26做轴向运动时，手术导管26对电动夹具I 20的反作用力可以使电动夹具120在轴向产生微移动，这个微移动通过圆盘8和拉压环形套22的组合传递到拉压力传感器23，拉压力传感器23即可检测到对手术导管26的轴向操作力；
[0058]I1、所述旋转扭矩的检测由扭矩传感器24完成，所述扭矩传感器24安装在旋转驱动电机25的输出端和同步带轮轴7之间；当扭矩传感器24检测到旋转驱动电机25的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，即可得到对手术导管26操作时的实时扭矩。
[0059]所述步骤②中的导管的推送旋转操作，电动夹具120的夹紧模仿医生的抓管动作，线性滑台28的推进和旋转驱动电机25的旋转模仿医生手的送管、旋管动作；当手术导管26被电动夹具120夹住时，从操作器对手术导管26的操作有两个自由度，包括旋转和轴向运动，由以下几个步骤构成:
[0060]1、旋转驱动电机25的旋转通过联轴器110、扭矩传感器24、联轴器1117、同步带轮轴7、同步带19、夹具连接轴1131，最终传递到电动夹具120，从而带动电动夹具120所夹紧的手术导管26 —起旋转，实现手术导管26的旋转运动；
[0061]I1、滑台驱动电机14的旋转使线性滑台28滑动端滑动，从而实现推动电动夹具20所夹紧的手术导管 26轴向运动。
【权利要求】
1.一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于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；其中，所述轴向推送单元安装在倾角可调底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元和操作力检测单元在轴向运动；所述旋转单元安装在轴向推送单元的滑动端转接板上，其输出端连接夹取单元，使夹取单元进行旋转；所述手术导管穿过夹取单元；所述夹取单元的输出为夹紧或松开手术导管；所述操作力检测单元的输入端检测夹取单元对手术导管的推送力信号以及旋转单元的扭矩信号；所述倾角可调底座是从操作器装置的安装底座。
2.根据权利要求1所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述轴向推送单元由线性滑台、滑台驱动电机和滑动端转接板构成；所述旋转单元由旋转驱动电机、旋转驱动电机安装板、联轴器1、联轴器I1、同步带轮轴、同步带轮1、同步带轮II和同步带构成；其中，所述滑台驱动电机的输出端连接线性滑台，为线性滑台的滑动端的移动提供驱动力；所述线性滑台安装在倾角可调底座上；所述滑动端转接板安装在线性滑台的滑动端；所述旋转驱动电机安装在旋转驱动电机安装板上，其输出端通过联轴器1、扭矩传感器、联轴器I1、同步带轮轴、同步带轮1、同步带、同步带轮II及夹具连接轴II连接电动夹具I ;所述 旋转驱动电机安装板安装在滑动端转接板上。
3.根据权利要求2所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述线性滑台的行程可以根据单程推进尺寸选择为0-400_。
4.根据权利要求1所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述夹取单元由电动夹具1、电动夹具I1、夹具连接轴1、夹具连接轴I1、前端安装立板和后端夹具安装板构成；其中，所述轴向推送单元安装在倾角可调底座上，其输出带动旋转单元、夹取单元的电动夹具I和操作力检测单元在轴向运动；所述电动夹具I两端分别连接夹具连接轴I和夹具连接轴II，其输出夹紧或松开手术导管；所述夹具连接轴I 一端与电动夹具I连接起到支撑作用，一端与操作力检测单元以轴承方式连接；所述夹具连接轴II 一端与电动夹具I连接起到支撑作用，一端与前端安装立板以轴承方式连接；所述电动夹具II安装在后端夹具安装板上，其输出夹紧或松开手术导管；所述前端安装立板安装在轴向推送单元的滑动端转接板上；所述后端夹具安装板安装在倾角可调底座上。
5.根据权利要求1所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述操作力检测单元由扭矩传感器、拉压力传感器、拉压力传感器安装板、拉压环形套和圆盘构成；其中，所述夹取单元的夹具连接轴I的一端与拉压力传感器安装板以轴承方式连接；所述扭矩传感器通过轴向推送单元的联轴器I与旋转单元的旋转驱动电机的输出端连接，检测其输出扭矩；所述拉压力传感器安装在拉压力传感器安装板上，所述拉压力传感器的输入端采集通过拉压环形套和圆盘传递来的轴向操作力信号；所述拉压力传感器安装板安装在轴向推送单元的滑动端转接板上；所述拉压环形套安装在拉压力传感器的检测轴上；所述圆盘安装在夹取单元的夹具连接轴I上，其边缘嵌入到拉压环形套中；所述电动夹具I的输入端通过联轴器1、扭矩传感器、联轴器I1、同步带轮1、同步带、同步带轮II及夹具连接轴II与旋转驱动电机的输出端连接。
6.根据权利要求5所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述扭矩传感器的量程为0-0.2匪，精度为±0.3% F.S ;所述拉压力传感器的量程为0-5N，精度为0.025% R.0 ;所述拉压力传感器安装板为U型拉压力传感器安装板。
7.根据权利要求1所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述倾角可调底座由底座前端立板、底座架、支撑板、立板连接轴、套管、套管连接轴、调整杆、连接轴和紧固螺丝构成；其中，所述底座前端立板安装在底座架上；所述套管与底座架连接，且可围绕套管连接轴旋转；所述调整杆依可调整嵌入长度的紧固螺丝嵌入在套管中；所述倾角可调底座的支撑板分别通过立板连接轴与底座前端立板连接，通过连接轴与调整杆连接，立板连接轴和连接轴是可以旋转的连接轴；所述轴向推送单元的线性滑台安装在支撑板上；所述夹取单元的后端夹具安装板安装在支撑板上。
8.根据权利要求7所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述倾角可调底座为手动调节架；所述连接支撑板与底座前端立板的立板连接轴可以旋转；所述连接套管和底座架的套管连接轴可以旋转；所述连接支撑板和调整杆的连接轴可以旋转。
9.根据权利要求4所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述电动夹具I由夹具电机、夹具电机安装板、凸轮、销钉、夹具片、夹具板1、夹具板I1、弹簧和螺丝构成；其中，所述夹具电机安装在夹具电机安装板上；所述凸轮与夹具电机的输出端连接，并卡在夹具片中间；所述夹具板I与夹具电机安装板呈平行安装；所述夹具板II上有螺纹孔，所述夹具板II与夹具板I之间、夹具板II与夹具电机安装板之间均依螺丝连接；所述夹具片通过销钉固定在夹具板I与夹具电机安装板之间；所述夹具板II上有螺纹孔，所述弹簧穿过夹具板II上螺纹孔，一端压在夹具片上，一端与夹具板II上螺纹孔内的螺丝相接；所述电动夹具II与电动夹具I有相同的结构。
10.根据权利要求9所述一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，其特征在于所述夹具电机是微型步进电机。
11.一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的工作方法，其特征在于包括以下几个操作部分: ①介入角度的调节: 针对不同的接受治疗者或者手术介入位置，通过调节倾角可调底座获得0-45°的任意介入角度。调整杆深入套管的长度决定了介入角度的大小，当调整杆深入套管的长度达到操作者期望的介入角度时，通过紧固螺丝将其固定住； ②导管的推送旋转操作: 所述电动夹具I和电动夹具II交替夹住手术导管，当电动夹具I夹住手术导管时，手术导管处于介入工作状态；当电动夹具II夹住手术导管时，手术导管保持原有状态不动，滑台驱动电机驱动线性滑台使线性滑台滑动端移动到线性滑台的后端；其中，电动夹具I夹紧手术导管的夹紧力被安装在夹具片夹紧位置的压敏传感器所测量，以保证电动夹具I能够夹住手术导管运动而不产生相对滑动，同时又不对手术导管造成损坏；电动夹具I夹紧力的大小可以通过拧进夹具板II上螺纹孔的螺丝长度来调节弹簧的松紧控制； 其中，导管的推送旋转操作，电动夹具I的夹紧模仿医生的抓管动作，线性滑台的推进和旋转驱动电机的旋转模仿医生手的送管、旋管动作；当手术导管被电动夹具I夹住时，从操作器对手术导管的操作有两个自由度，包括旋转和轴向运动，由以下几个步骤构成: I、旋转驱动电机的旋转通过联轴器1、扭矩传感器、联轴器I1、同步带轮轴、同步带、夹具连接轴II，最终传递到电动夹具I，从而带动电动夹具I所夹紧的手术导管一起旋转，实现手术导管的旋转运动； II、滑台驱动电机的旋转使线性滑台滑动端滑动，从而实现推动电动夹具所夹紧的手术导管轴向运动； ③导管操作力的检测: 所述对手术导管的操作力检测包括轴向操作力的检测和旋转扭矩的检测: I、所述轴向操作力的检测由拉压力传感器完成，所述拉压环形套在没有拉压力时被圆盘接触但没有挤压，圆盘随轴的旋转不影响拉压环形套；当电动夹具I夹住手术导管做轴向运动时，手术导管对电动夹具I的反作用力可以使电动夹具I在轴向产生微移动，这个微移动通过圆盘和拉压环形套的组合传递到拉压力传感器，拉压力传感器即可检测到对手术导管的轴向操作力； II、所述旋转扭矩的检测由扭矩传感器完成，所述扭矩传感器安装在旋转驱动电机的输出端和同步带轮轴之间；当扭矩传感器检测到旋转驱动电机的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，即 可得到对手术导管操作时的实时扭矩。
【文档编号】A61B17/00GK104042259SQ201410206956
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】郭健, 郭书祥, 王鹏, 邵林, 王云亮 申请人:天津理工大学