介入栓塞手术导丝导管操纵装置的制作方法

本发明涉及一种医疗器械，尤其是涉及一种介入栓塞手术导丝导管操纵装置。

背景技术：

栓塞术指在动脉或静脉血管内通过外科介入手术将塞物有控制地注入到病变器官的供应血管，使之发生闭塞，从而中断后端血供，以期达到控制出血、治疗肿瘤和血管性病变以及消除患病器官功能之目的。

介入栓塞手术通常需要外科医生在数字血管造影机、磁共振，及x光影像设备的引导和监视下，利用穿刺针、导管及导丝等首先在人体表面构建微小的创口，从创口送入造影导管构建基本通道，再将导丝穿入导管并确保导丝伸出导管前端，而后施术者在医疗影像指导下将导丝导管穿入创口沿着造影导管进入血管，到达血管岔口时，一只手需固定导管，防止其移动而后另一只手操控捻旋导丝的尾端，推送导丝发生一定位移，捻旋导丝发生角度旋转将导丝送到一定位置后再一只手把持导丝，防止其移动，另一只手操纵导管尾部，在导丝引导使导管产生相应的运动。施术者如此交替操控导丝和导管，导丝始终在导管前面，引导着导管前进，直到导管到达靶血管位置。到达靶血管位置后需要施术者把持着导管，缓慢撤出导丝，再从导管后端打入所需剂量栓塞剂从而达到手术需求。

目前的介入栓塞手术需要施术者在手术现场直接操纵导丝、导管，存在如下弊端：1)手术现场环境差，医护人员需要经受长期的辐射伤害，施术者需长期身披厚重铅衣在x辐射的环境下工作，而铅衣无法屏蔽所有的x射线，尤其是脖颈部位、常年的累计辐射会对施术者的身体产生巨大伤害的身体负担2)通常一台介入栓塞手术时间较长，一次需要栓塞的血管部位因人而异，需要人为进行多次的导丝导管进给操纵及给药操作，且人工操作手术的精确度较差，对施术者的临床经验要求很高，导丝导管的插送准确性和稳定性受到施术者操作水平较大影响；

基于对介入栓塞手术过程的分析，研制具有高精度速度位移控制和力反馈同时人机交互性能良好的介入栓塞手术机器人系统具有非常重要的社会价值和广阔的应用前景。进一步通过对现有技术的检索发现，如中国专利cn201711336307.9公开一种血管介入手术机器人导丝、导管操控装置，包括：推送机构、旋捻机构以及控制系统，推送机构包括精调机构及粗调机构。但该机构在导丝导管进给旋转控制方面涉及的机械结构较为复杂，电机采用齿轮传动机构在低速控制和电机启停情况下设备振动大，同时考虑到手术过程中会有血液溢出易污染设备不便于清洗。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供通过远程控制能实现高精度速度位移控制、具备力反馈功能，整体运行平稳同时结构简单易于手术后医护人员实现清理更换配件的介入栓塞手术导丝导管操纵装置。

本发明包括导丝导管推进模块、导丝导管旋转模块、可伸缩导管机构、可移动造影导管锁紧机构、导丝力反馈模块和控制系统；

所述导丝导管推进模块包括两组微型精密丝杠模组，两组微型精密丝杠模组分别为导丝进给端微型精密丝杠模组和导管进给端微型精密丝杠模组，两组微型精密丝杠模组结构组成相同，包括两根对称放置的平行光轴和螺纹轴，螺纹轴设在两根平行光轴之间；导丝进给端微型精密丝杠模组和导管进给端微型精密丝杠模组均设有按压移动滑块；

所述导丝导管旋转模块由中空旋转分度盘和导丝导管锁紧装置组成，中空旋转分度盘设在按压移动滑块上，中空旋转分度盘上转子与导丝导管锁紧机构紧固，中空旋转分度盘转子带动导丝导管锁紧机构实现旋转从而构成导丝导管旋转模块；

所述可伸缩导管机构包括三组伸缩导管，伸缩导管用于实现进给过程中对导丝导管的支撑作用防止翘弯变形；伸缩导管后端设有方形块同对应锁紧机构固定能与相应中空旋转分度盘转子实现转动的联动；

所述导丝导管锁紧机构与各自伸缩导管相固联，中空旋转分度盘转子旋转分别带动对应导丝导管锁紧机构及可伸缩导管机构旋转，进而实现导丝、导管的远端旋转；所述导丝力反馈模块包括薄膜压力传感器和压力采集卡；所述薄膜压力传感器设在对应导丝的可伸缩导管机构中，薄膜压力传感器用于实时测量导丝推进过程中触碰血管受到的阻力；所述可移动造影导管锁紧机构设在导管进给端微型精密丝杠模组前段，可移动造影导管锁紧机构用于紧固造影导管,同时在对应导管进给端微型精密丝杠模组光轴上滑动实现不同手术距离需要；压力采集卡实时采集薄膜压力传感器受力情况后将信号传输给控制系统，控制系统通过电机驱动器驱动电机从而控制导丝导管推进模块和导丝导管旋转模块协调作业。

所述三组伸缩导管包括导丝伸缩支撑导管、导管伸缩支撑导管和桥接过渡伸缩支撑导管，每组伸缩支撑导管均由多节粗细不同伸缩套杆套连组成，前段伸缩套杆细，后端伸缩套杆较粗，组合后能顺畅滑动；导丝伸缩支撑导管和导管支撑伸缩导管的后端伸缩套杆设计有方形结构可与相应锁紧机构固联配合与中空旋转分度盘转子实现实时转动，前端伸缩套杆设计有轴肩，可与相应锁紧机构固联但不受其运动影响；桥接过渡伸缩支撑导管设计有相同结构，即前端伸缩套杆设计有轴肩，后端伸缩套杆设计有方形结构，用于运动传递。

所述中空旋转分度盘上转子可通过磁力吸附与导丝导管锁紧机构实现紧固，导丝和导管分别通过导丝伸缩支撑导管和导管伸缩支撑导管定位在各自的锁紧机构中并与中空旋转分度盘转子旋转中心同轴。所述中空旋转分度盘由齿轮减速机构组成，齿轮减速机构配套驱动伺服电机带旋转编码器用于感知读取导丝导管锁紧机构旋转角度；导丝直线进给端微型精密丝杠模组设有直线光栅尺，用以感知确定导丝的直线位移。

所述两组微型精密丝杠内设有谐波减速电机，谐波减速电机驱动螺纹轴转动实现可按压移动滑块进给带动上方布置中空旋转分度盘移动从而实现导丝导管的直线进给，同时启停波动小、低速运行平稳无振动。

所述按压移动滑块内设有开合螺母和弹簧，与螺纹轴配合，按压移动滑块可通过按压旋钮实现在丝杠轴上轴向移动，用于实现按压移动滑块同丝杠的配合与分离，为医生对手术前微导丝微导管进给所需距离的初步判断。谐波减速电机带动螺纹轴转动可同时带动两处按压移动滑块实现精密轴向位移实现进给运动。

所述控制系统用于控制推进模块与旋转模块协调作业，包括上位机界面及上位机通过网线控制下位机实现对电机的解耦运动控制及对薄膜压力传感器的信号采集设计。

所述导丝导管锁紧机构设计为开合夹具形式，内部夹具轮廓与导丝导管规格相适应，不同规格取用不同锁紧装置，以适应不同手术需要；锁紧装置用于固联导丝导管及其对应伸缩管；导丝导管锁紧机构设有磁铁连接柱，用于与对应中空旋转分度盘转子相固连。

所述导丝或导管不在锁紧机构紧固的部分分别支承在各自对应的伸缩支撑导管内，伸缩支撑导管内壁对导管、导丝起支撑作用，防止导丝、导管在进给过程中发生翘弯，同时伸缩支撑导管内部足够光滑，不会对导丝导管进给产生阻力，且伸缩支撑导管前端内径足够小能始终保持对导丝导管的支撑作用。导丝、导管直线进给或和旋转是完全独立的，但也可以实现联动。

所述可移动造影导管锁紧机构可通过螺钉固定在中间镂空按压移动滑块上，所述中间镂空按压移动滑块中间镂空，不与螺纹轴配合不实现传动，由医护人员根据不同手术进给距离需要于术前进行调节。可移动造影导管锁紧机构内设有弹簧按压结构与光轴固联，可通过按压实现固联开合实现轴向移动；可移动造影导管锁紧机构锁紧机构设计成开合夹具形式，与对应所用造影导管相适应，闭合时可保证造影导管端部被固定。

所述薄膜压力传感器设在对应导丝的伸缩支撑导管前端内壁，当导丝触碰到血管壁时，导丝后端在可伸缩导管机构内部会对壁面产生挤压从而产生一定压力，用于实时测量导丝推进过程中触碰血管受到的力，为医生进一步手术判断提供依据。

本发明的有益效果如下：

本发明由于采用中选旋转分度盘的结构形式和谐波减速器驱动的驱动方式，使得整体介入栓塞术机器人导丝导管操纵装置结构简单，谐波减速器的使用不仅避免了原有相关的齿轮传动系中存在齿轮间隙，振动大的问题，同时提高了导丝和导管进给时的准确度，启停波动小、低速运行平稳无振动。整体装置设计简洁，能实现对导丝和导管的独立运动控制，压敏材料可以感知导丝进给时所受阻力，具备实时力反馈功能，可伸缩导管机构和导丝导管锁紧机构均为可快速更换结构，便于后续设备清理消毒利于提高手术效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的装置整体视图之一。

图2为本发明实施例提供的装置整体视图之二。

图3为本发明实施例提供的磁吸附导管锁紧架示意图。

图4为本发明实施例提供的中空旋转分度盘内部结构示意图。

图5为本发明实施例提供的桥接锁紧架结构示意图。

图6为本发明实施例提供的按压移动滑块内部结构图之一。

图7为本发明实施例提供的按压移动滑块内部结构图之一。

图8为本发明实施例所用导丝导管及造影导管示意图。

图9为本发明实施例提供的导丝伸缩支撑导管结构示意图。

图10为本发明实施例提供的控制系统原理图。

图中各标记为：1、中间镂空按压移动滑块，2、造影导管锁紧架，3、磁吸附导管锁紧架，3-1、磁铁柱，3-2、锁紧架，4、第二中空旋转分度盘，4-1、传动从动齿轮，4-2、传动主动齿轮，4-3、联轴器，5、桥接锁紧架，6、磁吸附导丝锁紧架，7、第一中空旋转分度盘，8、导丝进给端微型精密丝杠模组，9、第一丝杠光轴，10、第一按压移动滑块，10-1、弹簧，10-2、浮动按钮，10-3、开合螺母，11、第二按压移动滑块，12、第二丝杠光轴，13，导丝伸缩支撑导管，13-1、伸缩导管环形固定端，13-2、薄膜压力传感器，13-3、伸缩导管方形固定端，14、桥接过渡伸缩支撑导管，15、导管伸缩支撑导管，16、造影导管，17、导管，18、导丝，19、直线光栅尺，20、固定底板，21、导管进给端微型精密丝杠模组。

具体实施方式

下面实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～9，本发明实施例包括：导丝推进旋转模块、导管推进旋转模块，导丝力反馈模块、可伸缩导管机构、导丝导管锁紧机构，可移动造影导管锁紧机构以及控制所述推进模块与所述旋转模块协调作业的控制系统。

本发明实施例所述介入栓塞手术机器人导丝导管操纵装置，装置整体布置在固定底板20上，固定底板20底面留有通孔可与后续机械臂法兰连接用于实际手术操纵装置位置调节。固定底板20上部设有两组微型精密丝杠模组，包括导丝进给端微型精密丝杠模组8和导管进给端微型精密丝杠模组21，两组丝杠模组通过桥接锁紧架5固联并列放置，导丝进给端微型精密丝杠模组8及导管进给端微型精密丝杠模组21内部设有谐波减速电机，所使用的谐波减速电机能够带动对应丝杠轴转动并且确保直线进给过程传动平稳、无冲击、无噪音。

所述导丝推进旋转模块组成包括一套导丝进给端微型精密丝杠模组8，所述导丝进给端微型精密丝杠模组8上设有第一按压移动滑块10，第一按压移动滑块10(见图6和7)包括弹簧10-1、浮动按钮10-2、开合螺母10-3及外部壳体，手术开始前医生可通过按压浮动按钮10-2从而使开合螺母10-3与螺纹轴发生分离，进而能借助外力轻易推动滑块进行位置调节，手术中开合螺母同丝杠轴配合由谐波减速电机带动第一按压移动滑块10实现直线运动。第一按压移动滑块10上设有第一中空旋转分度盘7，第一中空旋转分度盘7转子为铁质，第一中空旋转分度盘7通过磁力吸附固连磁吸附导丝锁紧架6，在第一按压移动滑块10一侧设有直线光栅尺19用于感知第一按压移动滑块10的直线位移从而间接确定导丝的直线位移；第一中空旋转分度盘7所用电机为谐波减速电机,内部为齿轮传动的减速机构,如图4所示,谐波减速电机可自身集成编码器，实现360度无限制角度旋转。术前,导丝18由医生布置于磁吸附导丝锁紧架6内锁紧，由所述导丝进给端微型精密丝杠模组8和旋转分度盘带动磁吸附导丝锁紧架6实现直线进给和自由角度旋转。

所述导管推进旋转模块组成包括一套导管进给端微型精密丝杠模组21，所述导管进给端微型精密丝杠模组21上布置有第二按压移动滑块11，第二按压移动滑块11结构同第一按压移动滑块10结构相同，功能同导丝推进模块相同。第二按压移动滑块11上设有第一中空旋转分度盘4，所述第一中空旋转分度盘4同第二中空旋转分度盘7结构相同，转子通过磁吸附导管锁紧架3。导管17术前由医生布置于磁吸附导管锁紧架3中锁紧并由所述丝杠和旋转分度盘带动磁吸附导管锁紧架3实现直线进给和自由角度旋转。两组微型精密丝杠模组丝杠两侧均与布置第一丝杠光轴9和第二丝杠光轴12通过按压移动滑块，进一步保证直线进给的可靠。

所述第一中空旋转分度盘4内部结构如图4所示，包括传动从动齿轮4-1、传动主动齿轮4-2构建基本的谐波减速系，联轴器4-3用于连接电机。所述第二中空旋转分度盘7内部结构与第一中空旋转分度盘4相同。

所述磁吸附导管锁紧架3和磁吸附导丝锁紧架6除内部紧固腔轮廓外，其他结构机同，参见图3本发明实施例提供的磁吸附导管锁紧架示意图进行说明，磁吸附导管锁紧架包括磁铁柱3-1、锁紧架3-2。锁紧架3-2内部腔体针对不同导丝导管结构而注塑成型不同结构，在实际应用中可设计为一次性手术用品，手术完成后即可拆卸。

本发明实施例中，可伸缩导管机构是确保导丝直线进给和导管直线进给过程不发生翘弯非常重要的一环，三组伸缩导管(导丝伸缩支撑导管13、导管伸缩支撑导管15和桥接过渡伸缩支撑导管14)均由多节粗细不同伸缩套杆套连组成，前段伸缩套杆细，后端伸缩套杆较粗，组合后能顺畅滑动，每段套杆运动独立，三组伸缩支撑导管结构相同，仅在组成节数上有所区别，导丝伸缩支撑导管13的主要包括伸缩导管环形固定端13-1，薄膜压力传感器13-2，伸缩导管方形固定端13-3(结构设计见图9)，薄膜压力传感器13-2设在导丝伸缩支撑导管13前端首节导管壁上，用虚线轮廓表示；在实际手术过程中导丝伸缩支撑导管环形固定端13-1固定在磁吸附导丝锁紧架6中固联，伸缩导管环形固定端13-1固定在桥接锁紧架5一侧，如图1所示，伸缩导管整体铺设在两端锁紧架之间，并保证支撑导管中心和前后两组中空旋转分度盘(第一中空旋转分度盘4和第二中空旋转分度盘7)旋转中心同轴。桥接过渡伸缩支撑导管14、导管伸缩支撑导管15和导丝伸缩支撑导管13设计有相同的方向和环形固定端结构，桥接过渡伸缩支撑导管14方形固定端固定在桥接锁紧架5一侧，另一侧固定于磁吸附导管锁紧架3中；导管伸缩支撑导管15方形固定端固定于磁吸附导管锁紧架3，环形固定端固定于造影导管锁紧架2中。所述导丝18或导管17不在锁紧机构的部分支承在可伸缩支撑导管内，可伸缩支撑导管内壁在导丝和导管的进给过程中起支撑和阻碍变形作用，可伸缩导管内壁足够光滑，不会对导丝或导管的进给和旋转产生阻力。

需要注意的是，仅在对应导丝的可伸缩支撑导管前端内壁贴有薄膜压力传感器13-2，当导丝触碰到血管壁时，导丝中段在可伸缩导管机构内部会对壁面产生挤压从而产生一定压力，通过技术采集手段采取力反馈信息可用于实时测量导丝推进过程中触碰血管受到的力为医生进一步手术判断提供依据。

进一步地，可移动造影导管锁紧机构包括中间镂空按压移动滑块1和造影导管锁紧架2位于导管进给端微型精密丝杠模组21前端。所述中间镂空按压移动滑块1通过第二丝杠光轴12固联于导管进给端微型精密丝杠模组21上，中间镂空按压移动滑块1上部设有造影导管锁紧架2。中间镂空按压移动滑块1中间镂空，不与螺纹轴配合不实现传动，由医护人员根据不同手术进给距离需要于术前进行调节。可移动造影导管锁紧机构内设有弹簧按压结构与光轴固联，可通过按压实现固联开合实现轴向移动；可移动造影导管锁紧机构锁紧机构设计成开合夹具形式，与对应所用造影导管相适应，闭合时可保证造影导管端部被固定。造影导管锁紧架2和桥接锁紧架5应保证锁紧伸缩支撑导管后旋转中心同轴。

图10给出了本发明实施例提供的控制系统原理图，整套装置基于上位机和运动控制器进行控制，所述运动控制器与上位机之间通过网线进行通讯，上位机构建医疗影像界面与运动控制器通讯，运动控制器自带运动库函数能够驱动4组电机驱动器进行完全解耦的配套电机运动，4组电机驱动器分别驱动2个中空旋转分度盘4和7所用电机及2组进给端微型精密丝杠模组8和21所用谐波减速电机；同时通过压力采集卡实时采集薄膜压力传感器受力情况构建实时力反馈功能，为医生进一步手术判断提供依据。所述控制系统用于控制推进模块与旋转模块协调作业，包括上位机界面及上位机通过网线控制下位机实现对4组电机的解耦运动控制及对薄膜压力传感器的信号采集设计。

本发明实施例的基本工作原理是：本发明实施例主要包括两个中空旋转分度盘，第一中空旋转分度盘4和第二中空旋转分度盘7，导丝进给端微型精密丝杠模组8，导管进给端微型精密丝杠模组21。手术过程中，磁吸附导丝锁紧架6通过磁力吸附于第二中空旋转分度盘7上，磁吸附导丝锁紧架6设计为可开合夹具形式用于夹持导丝；磁吸附导管锁紧架3通过磁力吸附于第一中空旋转分度盘4上，磁吸附导管锁紧架3设计为和磁吸附导丝锁紧架6相同的可开合夹具形式用于夹持导管；导丝18和导管17分别固连在各自的磁吸附导丝锁紧架6和磁吸附导管锁紧架3中，确保锁紧架6和3对应带动导丝18和导管17旋转时，导丝18和导管17被夹持位置的旋转中心与对应中空旋转分度盘中心同心，导丝18和导管17可随着中空超声电机的旋转而转动进而依靠力矩传递实现导丝18和导管17的前端旋转从而模仿栓塞手术中医生旋捻导丝导管来找正血管位置的效果。导丝进给端微型精密丝杠模组8及导管进给端微型精密丝杠模组21中间布置有一处桥接锁紧架5，两组模组串行并列布置在固定底板20上，导丝进给端微型精密丝杠模组8及导管进给端微型精密丝杠模组21内部布置有谐波减速电机可以带动中间丝杠转动从而实现第一按压移动滑块10和第二按压移动滑块11的直线移动，两个中空旋转分度盘可在各自固联的第一按压移动滑块10和第二按压移动滑块11的牵引下实现导丝18和导管17互相独立的直线方向进给。导管17和导丝18在中空旋转分度盘和微型精密丝杆模组的带动下能够实现完全相互独立的旋捻动作和进给动作从而达到模拟实际手术过程中医生手动送导丝和导管的运动过程。同时，在进给过程中，导丝伸缩支撑导管13和导管伸缩支撑导管15一直对导丝和导管起到约束支撑的作用，防止进给过程中导管17和导丝18发生翘弯影响手术递送效果。

本发明提供了一种介入栓塞手术中针对导丝导管实现远距离操纵的医疗辅助装置，主要包括导丝推进旋转模块及导管推进旋转模块，所述导丝导管旋转模块由中空旋转分度盘和导丝导管锁紧装置组成，旋转分度盘转子与锁紧机构通过磁力吸附实现紧固，并由转子实现旋转；所述导丝导管推进模块由微型精密丝杠及中空伸缩管支撑架组成，用于实现栓塞手术中导丝导管的直线推送；同时导管推进模组前部设有可移动造影导管锁紧机构适用于不同进给距离需要，装置所用电机均为谐波减速电机，运行平稳可靠。本发明结构简单，操作方便，能同时实现对导丝和导管的独立运动控制，亦便于医疗清洗及配件更换，提高手术效率，同时在伸缩管中布置压敏感应装置实现微导丝同血管壁接触的实时力反馈功能，为医生进一步手术判断提供依据。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。