血管介入手术机器人导丝导管操纵装置及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置及其控制方法,所述操纵装置包括导丝动夹持器、滑筒、导丝静夹持器、导管、导管夹持器、第一直线进给台、六轴力传感器、转台、第二直线进给台、导丝，所述导管、导丝由所述滑筒支撑，所述导管夹持器用于夹持所述导管，所述第一直线进给台用于控制所述导管夹持器的移动，所述导丝静夹持器与所述导丝动夹持器用于控制所述导丝的运动，所述转台用于控制所述导丝动夹持器的转动，所述第二直线进给台用于控制所述导丝动夹持器的运动；所述轴力传感器用于测量导丝运动过程中的阻力或阻力矩，以指导操作人员进行合理的操作。本发明能够代替人手实现送丝和转丝动作，为实现远程手术打下了基础。
【专利说明】血管介入手术机器人导丝导管操纵装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种操纵装置及其控制方法，具体地，涉及一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]近年来随着血管介入治疗在我国的兴起，形成了包括心血管介入治疗学、脑血管介入治疗学、血管外科学、介入放射学等等多个新兴的学科。由于血管介入治疗技术的不断进步和各种腔内器具的不断涌现和应用，许多原本不能采用血管介入治疗的病变已能获益于这一微创治疗，而且血管介入治疗的安全性、有效性和远期疗效不断改善。但是，目前的血管介入治疗也有其局限性。
[0003]在血管介入治疗过程中，医生需要借助基于X射线的数字剪影血管造影(DSA)的导引来完成手术，医生虽然配备含铅防护服，但是仍然无法保护医生的上肢和头部不受X射线辐射；且由于血管介入治疗的复杂性，往往需要长时间暴露于X射线环境中操作，医生的累计辐射量大；而且长时间穿着沉重的含铅防护服，加大了脊柱的压力负荷，已有较多报道显示血管介入医生的甲状腺癌、放射性晶状体损伤、腰椎病等的发生率明显高于其它学科的医生。全国从事血管腔内治疗操作的医护人员约70万人，全国每年进行血管腔内治疗超过一千万台次，与X射线相关的职业损伤已成为一个不可回避的问题，严重威胁着医生的健康状况和血管介入治疗学的长远发展。
[0004]国际上已有商品化的非血管介入手术机器人，所用的工具主要为钳子，并且通过钳子可以演化成结扎钳、切割钳、分离钳，工具相对单一，主要依靠遥控式的、放大式的精确操作。而血管介入治疗所用的腔内器具更为复杂，导丝、导管、导鞘、球囊、支架、滤器、封堵器等，这些腔内器具又都根据不同的治疗目的和靶血管分成多个类型，每一类型下又有不同的规格、不同的导入设计，比如最简单的腔内器具——导丝，有软有硬、有粗有细，有长有短、其头端又还分为不同的设计，所以在真实血管介入治疗操作过程中需要根据不同的动脉条件、不同的病变性质、不同的部位和手术的进程频繁更换血管腔内器具。因此，血管介入治疗的遥控机器人的研制更为复杂，这也是没有获得实质性突破的原因。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置及其控制方法，其能够代替人手实现送丝和转丝动作，导丝与导管的更换也较易实现，为实现远程手术打下了基础。
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人导丝导管操纵装置包括导丝动夹持器、滑筒、导丝静夹持器、导管、导管夹持器、第一直线进给台、六轴力传感器、转台、第二直线进给台、导丝，所述导管、导丝由所述滑筒支撑，所述导管夹持器用于夹持所述导管，所述第一直线进给台用于控制所述导管夹持器的移动，所述导丝静夹持器与所述导丝动夹持器用于控制所述导丝的运动，所述转台用于控制所述导丝动夹持器的转动，所述第二直线进给台用于控制所述导丝动夹持器的运动；所述轴力传感器用于测量导丝运动过程中的阻力或阻力矩，以指导操作人员进行合理的操作。
[0007]优选地，所述血管介入手术机器人导丝导管操纵装置在工作之前，需要操作人员切口并将所述导丝、导管插入到血管中，并连接好所述导管夹持器、导丝动夹持器、导丝静夹持器。
[0008]优选地，所述转台与所述第二直线进给台联合控制所述导丝动夹持器，以实现所述导丝的前后运动和旋转运动。
[0009]优选地，所述导丝静夹持器用于固定所述导丝，以控制所述导丝的前后位移。
[0010]优选地，所述第一直线进给台通过前后滑移带动所述导管的前后运动。
[0011]本发明提供一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤:
[0012]步骤一，打开导管夹持器、导丝静夹持器、导丝动夹持器，将导丝导管放入滑筒中；
[0013]步骤二，操作人员切口并将所述导丝、导管插入到血管中，并闭合导管夹持器、导丝静夹持器、导丝动夹持器；
[0014]步骤三，送管过程为导管夹持器夹紧导管，在第二直线进给台的带动下实现进给运动，当碰到行程开关或得到停止命令时，则停止送管过程，松开导管夹持器，第二直线进给台回到起始点；
[0015]步骤四，送丝过程包括导丝的进给与捻转，其中导丝的进给运动与上述步骤三的送管过程基本一致，导丝的捻旋过程为导丝静夹持器夹住导丝，转台带动导丝动夹持器来回转动，从而实现导丝的捻旋运动；
[0016]步骤五，安装于导丝动夹持器末端的六轴力传感器用于测量导丝在进给运动以及旋转运动过程中所产生的阻力与阻力矩，从而为操作人员的操作提供有用的指导信息。
[0017]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:根据人工介入操作的过程与特点，本发明血管介入手术机器人导丝导管操纵装置能够代替人手实现送丝和转丝动作，导丝与导管的更换也较易实现，为实现远程手术打下了基础。操作人员可以直接通过控制该装置进行病患手术，从而可以脱离X射线的辐射，提高了医护人员的安全性。装置上安装的六轴力传感器，可以实时传回导丝的力与力矩信息，从而使操作人员可以远程感知送丝过程中产生的阻力，为操作人员的后续动作提供了有力的指导。同时该装置结构简单，成本低廉，安全性高，易于实现，适合微创介入手术的临床使用。本发明通过合理控制导丝、导管的运动顺序，操作人员可以方便的完成机器人自动送丝、送管操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0019]图1为本发明血管介入手术机器人导丝导管操纵装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0021]如图1所示，本发明血管介入手术机器人导丝导管操纵装置包括导丝动夹持器1、滑筒2、导丝静夹持器3、导管4、导管夹持器5、第一直线进给台6、六轴力传感器7、转台8、第二直线进给台9、导丝10，所述导管4、导丝10由所述滑筒2支撑，所述导管夹持器5用于夹持所述导管4，所述第一直线进给台6用于控制所述导管夹持器5的移动，所述导丝静夹持器3与所述导丝动夹持器I用于控制所述导丝的运动，所述转台8用于控制所述导丝动夹持器I的转动，所述第二直线进给台9用于控制所述导丝动夹持器I的运动；所述轴力传感器7用于测量导丝10运动过程中的阻力或阻力矩，以指导操作人员进行合理的操作。导丝动夹持器通过转台的转动可以实现导丝的捻旋动作，通过第一直线进给台的进给运动可以实现送丝动作。导管夹持器通过第二直线进给台的进给运动可以实现送管功能。
[0022]其中，该血管介入手术机器人导丝导管操纵装置在工作之前，需要操作人员切口并将所述导丝、导管插入到血管中，并连接好所述导管夹持器与所述导丝夹持器。所述转台与所述第二直线进给台联合控制所述导丝动夹持器，以实现所述导丝的前后运动和旋转运动。所述导丝定夹持器用于固定所述导丝，以控制所述导丝的前后位移。所述第一直线进给台可以通过前后滑移带动所述导管的前后运动。该血管介入手术机器人导丝导管操纵装置的具体送管过程为所述导管夹持器夹紧所述导管，在所述第二直线进给台的带动下实现进给运动，当碰到行程开关或得到停止命令时，则停止送管过程，松开所述导管夹持器，所述第二直线进给台回到起始点。该血管介入手术机器人导丝导管操纵装置的导丝捻旋运动过程为所述导丝定夹持器夹住所述的导丝，所述转台带动所述导丝动夹持器来回转动，从而实现所述导丝的捻旋运动。该装置的送丝过程与上述的送管过程一致。
[0023]本发明血管介入手术机器人导丝导管操纵装置的控制方法包括以下步骤:
[0024]步骤一，打开导管夹持器，导丝静夹持器，导丝动夹持器，将导丝导管放入滑筒中；
[0025]步骤二，操作人员切口并将所述导丝、导管插入到血管中，并闭合导管夹持器与导丝夹持器；
[0026]步骤三，送管过程为导管夹持器夹紧导管，在第二直线进给台的带动下实现进给运动，当碰到行程开关或得到停止命令时，则停止送管过程，松开导管夹持器，第二直线进给台回到起始点；
[0027]步骤四，送丝过程包括导丝的进给与捻转，其中导丝的进给运动与上述步骤三的送管过程基本一致，导丝的捻旋过程为导丝静夹持器夹住导丝，转台带动导丝动夹持器来回转动，从而实现导丝的捻旋运动；
[0028]步骤五，安装于导丝动夹持器末端的六轴力传感器用于测量导丝在进给运动以及旋转运动过程中所产生的阻力与阻力矩，从而为操作人员的操作提供有用的指导信息。
[0029]综上所述，根据人工介入操作的过程与特点，本发明血管介入手术机器人导丝导管操纵装置能够代替人手实现送丝和转丝动作，导丝与导管的更换也较易实现，为实现远程手术打下了基础。操作人员可以直接通过控制该装置进行病患手术，从而可以脱离X射线的辐射，提高了医护人员的安全性。装置上安装的六轴力传感器，可以实时传回导丝的力与力矩信息，从而使操作人员可以远程感知送丝过程中产生的阻力，为操作人员的后续动作提供了有力的指导。同时该装置结构简单，成本低廉，安全性高，易于实现，适合微创介入手术的临床使用。本发明通过合理控制导丝、导管的运动顺序，操作人员可以方便的完成机器人自动送丝、送管操作。
[0030]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人导丝导管操纵装置包括导丝动夹持器、滑筒、导丝静夹持器、导管、导管夹持器、第一直线进给台、六轴力传感器、转台、第二直线进给台、导丝，所述导管、导丝由所述滑筒支撑，所述导管夹持器用于夹持所述导管，所述第一直线进给台用于控制所述导管夹持器的移动，所述导丝静夹持器与所述导丝动夹持器用于控制所述导丝的运动，所述转台用于控制所述导丝动夹持器的转动，所述第二直线进给台用于控制所述导丝动夹持器的运动；所述轴力传感器用于测量导丝运动过程中的阻力或阻力矩，以指导操作人员进行合理的操作。
2.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝导管操纵装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人导丝导管操纵装置在工作之前，需要操作人员切口并将所述导丝、导管插入到血管中，并连接好所述导管夹持器、导丝动夹持器、导丝静夹持器。
3.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝导管操纵装置，其特征在于，所述转台与所述第二直线进给台联合控制所述导丝动夹持器，以实现所述导丝的前后运动和旋转运动。
4.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝导管操纵装置，其特征在于，所述导丝静夹持器用于固定所述导丝，以控制所述导丝的前后位移。
5.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝导管操纵装置，其特征在于，所述第一直线进给台通过前后滑移带动所述导管的前后运动。
6.一种血管介入手术机器人导丝导管操纵装置的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤: 步骤一，打开导管夹持器、导丝静夹持器、导丝动夹持器，将导丝导管放入滑筒中； 步骤二，操作人员切口并将所述导丝、导管插入到血管中，并闭合导管夹持器、导丝静夹持器、导丝动夹持器； 步骤三，送管过程为导管夹持器夹紧导管，在第二直线进给台的带动下实现进给运动，当碰到行程开关或得到停止命令时，则停止送管过程，松开导管夹持器，第二直线进给台回到起始点； 步骤四，送丝过程包括导丝的进给与捻转，其中导丝的进给运动与上述步骤三的送管过程基本一致，导丝的捻旋过程为导丝静夹持器夹住导丝，转台带动导丝动夹持器来回转动，从而实现导丝的捻旋运动； 步骤五，安装于导丝动夹持器末端的六轴力传感器用于测量导丝在进给运动以及旋转运动过程中所产生的阻力与阻力矩，从而为操作人员的操作提供有用的指导信息。
【文档编号】A61B19/00GK104287841SQ201410629037
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】徐晓刚, 陆茂伟 申请人:上海速介机器人科技有限公司