一种主从式微创血管介入手术远程操作系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种主从式微创血管介入手术远程操作系统。
【背景技术】
[0002]心血管系统疾病是人类最为常见的一类疾病，是目前世界人口的一大死因，严重威胁人类健康。血管疾病的情况主要有血管肿瘤、血栓堵塞、血管畸形、血管收缩、血管硬化等。血管微创介入手术是一项主要用于诊断和治疗心脑血管病症的内科手术。其是在医学影像设备的引导下，借助于介入导管沿血管的管腔到达较远的病变部位，如冠状动脉、脑部、肝脏和肾脏的血管内，然后对病变部位实行微创治疗的一种新兴医疗手术。血管微创介入手术不仅能有效地解决血管病症，而且还有不开刀、创伤小、恢复快、效果好的特点。因此，血管微创介入手术已经广泛应用于临床血管造影、血管成形术、血栓或异物的摘除、治疗肿瘤或血管畸形、血栓溶解等方面。虽然介入手术有诸多优点，但仍然存在许多不足之处。目前，在手术插管过程中，较为普遍的做法是在X光影像或其他灰度图像的监控和引导下，直接由技术熟练的操作人员手工完成导管的插入过程。然而，作为一种新技术，它需要大量的操作技巧。首先，对手术人员来说，使导丝快速而又准确地到达目标位置是一个十分困难的工作。错误或重复的操作可能会对人体血管造成一定的损伤，给手术带来了一定的风险。此外，操作进行身体内部，它是不可能直接监控。医生插入导管需要更多的技能和经验。在操作上，例如导管插入到病人的血管。任何错误都会伤害患者造成损害。一个有经验的神经外科医生可以实现精密的手术约2mm。然而，血管和导管之间的接触力不能被检测的。并且，在操作过程中X-射线相机被使用，长时间的手术过程会对病人造成损伤。更重要的是进行心血管介入治疗时，专业医师也需要在X线照射下进行手术操作。尽管医生穿防护月艮，但这是非常难保护到医生被X射线辐射的手和脸。而且医护人员接受放射线照射机会更是与病人，目前医疗防护条件差，从事心血管介入治疗的专业医师和医护人员的心身健康都会不同程度地受到损害。
[0003]主从微创血管介入手术辅助操作系统，即将医生与患者分离开，可以使介入手术中插管过程更加容易和准确，同时减少X线对专业医师和医护人员造成的伤害。医生操作主端系统，从端系统接受到指令后，操作导管对患者进行介入手术。同时在从端上安装各种传感器以获取体内特别是血管内的特定信息。
[0004]主从式微创血管介入手术辅助系统可以让医生在一个安全的不受X光辐射的环境中操作手术，医生的生理颤抖和误操作都可以通过系统过滤掉，减少医生的培训时间。近年来，遥操作主从式微创血管介入手术辅助系统已成为一个研究热点。传统手术中医生直接操作手术器械，器械与人体组织的接触信息可以直接让医生感受到，而微创手术中医生在主端操作，不能直接感受到从端机械与人体组织的接受信息。因此，在微创手术中，医生由于缺少了触觉信息而使得手术增加了危险，可能因操作不当或过猛损坏了病人的器官。触觉反馈在很多研究中都有涉及，但反馈方式与传统的直接通过接触手术器械感受的方式相差甚远，同时，医生的操作方式和传统的方式也大大不同，这使得，传统介入手术所积累的经验技巧得不到很好的利用，这也不符合人体工学的要求。而且在实际手术中医生的操作必定是对导管和导丝的操作会进行频繁的更替或者同时进行。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。并且也没有对导管和导丝同时进行操作的功能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的是提供一种主从式微创血管介入手术远程操作系统，适用于血管造影等血管疾病诊断，血栓、静脉石摘除和溶解，血管瘤或血管畸形、狭窄等血管疾病的治疗方面，能够允许医生像传统手术一样去操作，可以同时对导管和导丝进行操作，且能够根据医生的操作信息完成介入动作，并能将实时的触觉信息直观的反馈给医生，提高介入手术的安全性和可操作性，结构简单易实现。
[0006]本发明是通过下述技术方案实现的:
[0007]—种主从式微创血管介入手术远程操作系统，包括:由医生控制平台和主端控制计算机组成的主端机构及由视觉反馈检测设备、导丝导管操作器、从端控制计算机和从端位姿调节平台组成的从端机构；
[0008]所述医生控制平台依据医生的操作进行模拟导管和导丝医疗行为的运动，并将该运动对应的运动信息发送给主端控制计算机;主端控制计算机将接收的运动信息作为运动控制命令发送给从端控制计算机;从端控制计算机将接收到的运动控制命令发送给导丝导管操作器;导丝导管操作器依据接收到的运动控制命令运动，进而对患者进行医疗行为，所述医疗行为产生作用力；
[0009]导丝导管操作器在对患者进行医疗行为过程中产生的作用力对应的触觉信息、视觉反馈检测设备的输入端采集的所述医疗行为的视觉信息和从端位姿调节平台的位姿信息均反馈给从端控制计算机;从端控制计算机将接收到的触觉信息、视觉信息及位姿信息均反馈给主端控制计算机;主端控制计算机将接收到的触觉信息反馈给医生控制平台，医生控制平台根据所述触觉信息进行与所述模拟导管和导丝医疗行为的运动的相反运动，所述相反运动产生的阻力作为触觉反馈传输给医生;主端控制计算机将接收到的视觉信息及位姿信息均通过显示屏反馈给医生，医生根据所述视觉信息调整对医生控制平台的操作，医生根据位姿信息调整导丝导管操作器的位姿；
[0010]所述从端位姿调节平台与手术病床固连，用于安装导丝导管操作器，并对导丝导管操作器的位姿进行调整。
[0011]进一步的，所述医生控制平台进行相反运动产生的阻力对应的阻力信息反馈给主端控制计算机，主端控制计算机对所述阻力信息与导丝导管操作器的作用力对应的受力信息进行对比，再传输给医生控制平台，医生控制平台调整其提供的阻力信息使其与导丝导管操作器的受力信息一致，形成闭环控制。
[0012]进一步的，所述医生控制平台包括力学反馈组件、医生操作组件、运动检测组件、触觉检测组件及平台滑轨；
[0013]所述平台滑轨包括滑条和用于安装滑条的滑轨支架；[00M]所述力学反馈组件包括轴向力设备和手柄支架；所述轴向力设备为曲柄滑块结构，用于带动医生操作组件进行轴向运动或转动;轴向力设备通过手柄支架安装在滑条上，轴向力设备随滑条沿滑轨支架的滑槽移动；
[0015]所述医生操作组件包括操作手柄、手柄限位器及底座;操作手柄通过手柄限位器固定在底座上；
[0016]所述触觉检测组件包括推拉力传感器和连接件;所述推拉力传感器的侧面和连接件的侧面对接后的一端与操作手柄未安装有手柄限位器的一端连接，另一端与轴向力设备连接；
[0017]所述运动检测组件包括运动定位板、激光测距仪及激光测距仪支架;两个激光测距仪分别安装在激光测距仪支架的两端;所述运动定位板固定在手柄支架上，并位于两个激光测距仪之间。
[0018]进一步的，所述导丝导管操作器包括:导丝、导丝操作器、导管、导管操作器、滑动支架、轴向运动控制器及外壳；
[0019]所述导丝操作器用于对手术用的导丝进行旋转、夹紧及放松操作，并检测导丝在手术中的受力情况；
[0020]所述导管操作器用于对手术用的导管进行旋转、夹紧及放松操作，并检测导管在手术中的受力情况；
[0021]所述滑动支架用于对导丝和导管进行支撑，并限制导丝在进入导管之前的运动轨迹，防止导丝在进入导管之前发生弯曲；
[0022]所述轴向运动控制器用于控制导管和导丝的轴向运动；
[0023]所述外壳用于对导丝操作器、导管操作器和滑动支架进行支撑。
[0024]进一步的，所述轴向运动控制器包括:伺服电机、线性滑台及外壳安装台；外壳安装台与线性滑台滑动配合，伺服电机固定在线性滑台上，并控制外壳安装台沿线性滑台的滑动方向运动，其中，线性滑台的滑动方向与导丝的轴向一致；
[0025]所述外壳固定在外壳安装台上，并随外壳安装台沿线性滑台的滑动方向运动；
[0026]所述滑动支架包括:滑轨和支架;滑轨安装在外壳内，两个以上支架的底端均与滑轨滑动配合，使支架沿滑轨的滑动方向运动，其中，滑轨的滑动方向与导丝的轴向一致；导丝穿过一部分支架的顶端及导管穿过另一部分支架的顶端后，导丝与导管孔轴配合。
[0027]进一步的，所述导丝操作器和导管操作器均安装在外壳内，且分别位于滑动支架的两端，导丝未与导管配合的一端穿过导丝操作器，导管未与导丝配合的一端穿过导管操作器；
[0028]其中，所述导丝操作器包括导丝扭转器、导丝扭转器夹持机构、导丝受力检测机构和导丝扭转器旋转机构；
[0029]所述导丝扭转器实现对导丝的夹紧与放松操作；导丝扭转器包括工作轮及支撑轴;所述工作轮的外圆周面加工有周向齿;所述支撑轴内加工有轴向通孔，轴向通孔内安装有用于夹紧导丝的爪钳;工作轮与支撑轴同轴分布并螺纹连接，通过工作轮与支撑轴的相对旋转，使得径向压紧或放松支撑轴内的爪钳，进而实现对导丝的夹紧或放松;导丝扭转器通过支撑架安装在外壳内，导丝同轴穿过导丝扭转器；
[0030]所述导丝受力检测机构在导丝的夹紧状态下检测导丝的受力情况，并将数据传输至从端控制计算机；
[0031]所述导丝扭转器夹持机构实现对导丝扭转器的支撑轴的夹紧与放松；
[0032]所述导丝扭转器旋转机构实现对导丝扭转器工作轮的旋转操作:当导丝扭转器被夹紧状态下通过旋转导丝扭转器实现对导丝的夹紧与放松操作；当在导丝被夹紧且导丝扭转器未被夹紧的状态下通过对导丝扭转器的旋转来控制导丝的旋转和轴向运动；
[0033]所述导管操作器与导丝操作器结构相同；
[0034]所述导丝受力检测机构包括推拉力传感器、传感器支架、U型板、预紧板、滑轨A和滑轨B及支撑连接板；
[0035]所述滑轨B由两个导轨及与两个导轨滑动配合的连接架组成；
[0036]推拉力传感器通过传感器支架安装在外壳内，滑轨B安装在外壳内，滑轨A位于传感器支架和滑轨B之间，并通过支撑连接板安装在外壳内，且滑轨A的滑块一端与推拉力传感器连接，两个U型板分别安装在滑轨A的滑块的另一端和滑轨B的连接架上，且两个U型板平行;预紧板为楔形块，安装在滑轨B的连接架上，用于与外部的结构抵触，实现对滑轨B轴向锁紧;导丝扭转器位于两个U型板之间；
[0037]所述导丝扭转器夹持机构包括夹齿、凸轮、直流电机I及电机安装架I;
[0038]直流电机I通过电机安装架I安装在外壳内；夹齿套装在导丝扭转器的支撑轴上；凸轮安装在直流电机I的输出轴上，在直流电机I的作用下挤压或放松夹齿；
[0039]所述导丝扭转器旋