介入手术机器人及其导丝控制方法与流程

1.本技术涉及血管介入机器人，尤其涉及一种介入手术机器人及其导丝控制方法。


背景技术：

2.目前心脑血管及外周血管介入手术通常由操作人员操作血管介入机器人，通过人机交互的方式将血管介入手术中特制的导管、导丝等精密器械引入人体，通过驱动导丝不断的执行推进和回撤动作，以引导导管在患者血管的运动，并将导管递送到病灶处，然后打入造影剂进行造影，以对体内病态进行诊断，但是在导丝推进和回撤过程中，需要依赖操作者进行频繁的手动控制，驱动导丝移动到进入或回撤的位置，因此，如何通过系统检测导丝进入或回撤的位置，实现系统对导丝的推进和回撤的自动控制，是提高手术精准度和效率的重要因素之一。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种介入手术机器人和导丝控制方法，提供对导丝进行位置进行获取，以对导丝进行相应的控制，导丝执行对应的运动，精准快速的完成血管介入手术。
4.第一方面，本技术的实施例提供了一种介入手术机器人，包括：
5.第一驱动装置，用于驱动导丝运动；
6.控制单元，与所述第一驱动装置信号连接；以及，
7.检测单元，用于对所述导丝进行检测，并将检测到的检测信息发送至所述控制单元，其中，所述控制单元根据所述检测信息控制所述第一驱动装置驱动所述导丝运动；
8.液路控制装置，设有管腔，所述导丝穿过所述管腔，所述检测单元设于所述液路控制装置一侧。
9.在本技术实施例提供的介入手术机器人中，所述检测单元包括视觉传感器，所述视觉传感器用于检测所述导丝的图像信息并将所述图像信息发送到控制单元。
10.在本技术实施例提供的介入手术机器人中，所述检测单元包括激光传感器，所述激光传感器用于朝向所述导丝发射激光，并能够接收经所述导丝反射或者散射的激光以用于形成所述位置信息，所述激光传感器还用于将所述位置信息发送至所述控制单元。
11.在本技术实施例提供的介入手术机器人中，所述检测单元包括接近传感器，所述接近传感器用于检测所述导丝的接近信息，并将所述接近信息发送到所述控制单元。
12.在本技术实施例提供的介入手术机器人中，所述检测单元包括接触感应器，所述接触传感器用于检测所述接触感应器与所述导丝是否接触的接触信息，并将所述接触信息发送到控制单元。
13.在本技术实施例提供的介入手术机器人中，所述导丝上设有检测点，所述检测单元用于检测所述检测点的点位置信息，并将所述点位置信息发送至所述控制单元。
14.第二方面，本技术还提供一种导丝控制方法，用于介入手术机器人，所述导丝控制方法包括如下步骤：
15.获取检测单元检测到的所述导丝的检测信息；
16.根据所述检测信息控制第一驱动装置驱动所述导丝执行对应的运动，其中，所述运动包括导丝的移动和导丝的转动。
17.在本技术提供的导丝控制方法中，所述导丝上设有检测点，所述获取检测单元检测到的所述导丝的检测信息，包括：
18.通过所述检测单元检测所述检测点的点位信息，获取所述点位信息，将所述点位信息作为所述导丝的检测信息。
19.在本技术提供的导丝控制方法中，所述根据所述检测信息控制第一驱动装置驱动所述导丝执行对应的运动，包括：
20.将所述检测信息与预设的原始信息进行比对，得到移动信息，其中，所述移动信息包括距离信息、方向信息、转动信息；
21.根据所述移动信息控制所述第一驱动装置驱动所述导丝执行对应的运动。
22.在本技术提供的导丝控制方法中，所述根据所述检测信息控制第一驱动装置驱动所述导丝执行对应的运动，包括：
23.根据所述检测信息确定所述导丝的状态信息，其中，所述状态信息包括导丝存在或导丝不存在；
24.根据所述状态信息控制所述第一驱动装置驱动所述导丝执行对应的运动。
25.本技术通过在介入手术机器人的从端中设置检测单元，对导丝的位置进行检测，并且将检测到的检测信息发送给控制单元，以实现导丝能够被控制系统控制运动，进而执行推进、回撤、正转、反转的动作，提高了介入手术的精准度和效率。
26.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本技术实施例提供的一种手术机器人从端示意图；
29.图2是本技术实施例提供的一种液路控制装置示意图；
30.图3是本技术实施例提供的一种液路控制装置剖面示意图；
31.图4是本技术实施例提供的一种手术机器人从端另一个实施例示意图；
32.图5是本技术实施例提供的检测单元与液路控制装置示意图；
33.图6是本技术实施例提供的其中一个检测单元示意图；
34.图7是本技术实施例提供的其中一个检测单元示意图；
35.图8是本技术实施例提供的其中一个检测单元示意图；
36.图9是本技术实施例提供的其中一个检测单元示意图；
37.图10是本技术提供的一种导丝控制方法的示意框图。
38.主要元件及符号说明：
39.10、液路控制装置；11、管腔；12、第一端口；13、第二端口；14、进液管路；15、液腔；
16、阀体；160、通道；17、从动件；18、动力装置；19、壳体。
40.20、导丝；21、检测点；22、移动方向；
41.30、液体流；31、远端；32、近端；
42.40、第一驱动装置；41、第二驱动装置；
43.50、检测单元；51、接近传感器；52、接触传感器；53、激光传感器；531、发射端；532、接收端；54、视觉传感器；
44.60、导管。
具体实施方式
45.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
47.应当理解，在此本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
48.应当理解，为了便于清楚描述本技术实施例的技术方案，在本技术的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一凹槽和第二凹槽仅仅是为了区分不同的凹槽，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
49.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
50.目前心脑血管及外周血管介入手术通常由操作人员操作血管介入机器人，通过人机交互的方式将血管介入手术中用到的导管60、导丝20等精密器械引入人体血管，通过驱动导丝20不断的执行推进与回撤动作及协同将导管60推进到病灶处，然后打入造影剂以对体内病态进行诊断和局部治疗，但是在导丝20推进和回撤过程中，需要依赖操作者进行频繁的手动控制，驱动导丝20移动到进入或回撤的位置，因此，如何通过系统检测导丝20进入或回撤的位置，实现系统对导丝20的推进和回撤的自动控制，是提高手术精准度和效率的重要因素之一。
51.在介入手术中，需要在患者血管内通过导丝20的导引将导管60移动到病灶处，然后进行造影诊断或其他相关治疗。
52.本技术中，导管60可以是导引导管、造影导管等，导丝20可以是泥鳅导丝、微导丝等。
53.在本技术中，如图2所示，液路控制装置10包括壳体19，壳体19内部即为液腔15，管腔11与液腔15连通，液腔15中具有阀体16，阀体16可在液腔15中旋转，阀体16的部分通过壳体19一侧的开口伸出并且与从动件17连接，从动件17与动力装置18相连接。
54.本技术中，液路控制装置10为三相液路控制装置，三相液路分别为恒压肝素生理盐水滴注液路、冒烟造影液路、高压造影液路，分别对应用于恒压肝素生理盐水滴注、冒烟造影、高压造影。
55.本装置在使用时，液路控制装置的动力装置18驱动从动件17转动，从动件17带动阀体16旋转，阀体16旋转使得通道160能够在三个进液管路14之间切换，并且分别能够与恒压肝素生理盐水滴注液路、冒烟造影液路、高压造影液路相连通。
56.动力装置与外部控制系统连接，可实现远程自动控制，例如在利用dsa(数字减影血管造影)设备辅助执行血管造影手术时，操作导丝20和导管60相互配合进入血管中时，导丝20和导管60的操作过程中持续伴随有恒压肝素生理盐水滴注，待将导管60递送到病灶处时，会进行冒烟造影(也叫测试造影，只需要注入少量造影剂)，以确认导管60已经递送到病灶处，当确认了导管60已经递送到病灶处，为对病变进行进一步具体的诊断，一般需要进行高压造影(冒烟造影与高压造影注入造影剂的时间基本相同，因高压造影需要注入较多量的造影剂，因此注射压力也大，因此叫做高压造影)。在上述操作中，冒烟造影和恒压肝素生理盐水滴注的步骤中，导丝20并不需要撤出液腔15，通过止血阀即可将液路控制装置10的一端进行封堵，在高压造影时，导丝20需要撤出液腔15，并且转动阀体16，阀体16将第二端口13堵住，此时，液路控制装置10替代止血阀承受高压，耐压值最高可达1200psi，满足整个手术过程中通过高压注射器造影而不用拆卸接头，缩短了手术时间，因此本技术所提出的对导丝20检测是为了进行高压造影操作，本技术中的实施例部分均以高压造影为例进行说明，但是，本技术中的对导丝20检测的方法和装置不限于高压造影操作。
57.本技术通过在介入手术机器人中设置检测单元50，对导丝20进行检测，并且将检测到的检测信息发送给控制单元，以实现导丝20能够被控制系统控制运动，提高了介入手术的精准度和效率，其中，运动包括推进、回撤、正转、反转。
58.参考图1，本技术提供的一些实施例中，一种介入手术机器人，包括：
59.第一驱动装置40，用于驱动导丝20运动；
60.控制单元，与所述第一驱动装置40信号连接；以及，
61.检测单元50，用于对所述导丝20进行检测，并将检测到的检测信息发送至所述控制单元，其中，所述控制单元根据所述检测信息控制所述第一驱动装置40驱动所述导丝20运动；
62.液路控制装置10，设有管腔11，所述导丝20穿过所述管腔11，所述检测单元50设于所述液路控制装置10一侧。
63.在本实施例中，如图1所示，介入手术机器人还包括导管60，导管60设置在液路控制装置10的一侧，并且靠近远端31的位置上，第一驱动装置40设置在液路控制装置10的另一侧，且位于近端32的方向上，导丝20穿设于导管60中，所示管腔11与液路控制装置10的液腔15相连通，所述管腔11还具有与所述液路控制单元外部连通的第一端口12和第二端口13，导丝20，部分穿过所述管腔11，同时导丝20穿过液腔15并且向液体控制装置的两侧延伸，检测单元50、第一驱动装置40均位于导丝20的移动方向22上；
64.远端31指手术机器人靠近患者的一端，近端32指手术机器人远离患者的一端；
65.在本实施例中，检测单元50设于液路控制装置10的一侧意为检测单元50可以设置在液路控制装置10靠近近端32的一侧，也可以设置在液路控制装置10靠近远端31的一侧。
66.在一些实施例中，术语运动是指移动和转动，移动包括推进和回撤，转动包括正转和反转，例如，导丝20的运动包括导丝20的移动和导丝20的转动；
67.术语移动是指导丝20沿着导丝20的纵向轴线的平移，术语导丝20的转动是指导丝20绕导丝20的局部纵向轴线的角取向的变化。
68.导管60的移动(推进、回撤)和转动(正转、反转)的通过第一驱动装置40和第二驱动装置41的协同完成的，导管60的转动是通过第一驱动装置40的输出齿轮带动液路控制装置10上连接的鲁尔连接器上的齿轮转动完成；第二驱动装置41固定在导轨上，第一驱动装置40可以和液路控制装置10一起移动。
69.在本实施中，检测信息指检测单元50能够检测到关于导丝20的信息，例如导丝20靠近引起检测单元50的信号变化，信号变化则承载了导丝20的存在信息，通过该存在信息，可以判断导丝20存在于检测单元50附近；例如导丝20与检测单元50接触产生的信号，又例如直接获取的导丝20的图像信息等直接观测到的导丝20信息，这些举例的信息都属于检测信息的一部分。
70.在本实施例中，管腔11包括透明材质制成，便于对导丝20进行观测。
71.在本实施例中，示例性的，参考图3和图4，液路控制装置10包括进液管路14，液路控制装置10内部具有液腔15，进液管路14连通至液腔15，液体可通过进液管路14进入液腔15，液体再经由第一端口12进入管腔11，再通过导管60进入指定部位，在液体进入管腔11之前，需要将第二端口13关闭，使得液体只能通过第一端口12流出，此时，这一过程中，需要对导丝20的位置进行确定，确定导丝20位置后对导丝20进行控制，以使得导丝20靠近远端31的一端位于第二端口13的近端32，使得导丝20不处于第二端口13处，使得第二端口13关闭，关于导丝20靠近远端31的一端的位置，参考图4，作为一个示例，导丝20靠近远端31的一端位于第二端口13的左侧。
72.示例性的，参考图4，液体流30为造影液或者其他液体的流向示意。
73.在本实施例中，示例性的，参考图1-图4，导丝20可以在移动方向22上往复运动或者转动，在手术中，首先控制单元控制第一驱动装置40驱动导丝20在血管中移动，导丝20到达预设位置后，再将导管60通过导丝20的引导移动到预设位置，此时在驱动导丝20移动到下一预设位置，导管60通过导丝20移动到下一个预设位置，如此反复操作，直至导管60移动到需要的指定部位，此时需要对患者一部位进行造影时，需要向该部位打入造影液，那么检测单元50需要对导丝20的位置进行检测，确定导丝20的位置，根据导丝20的位置对导丝20进行控制，以使得导丝20靠近远端31的一端位于第二端口13的近端32，使得导丝20不处于第二端口13处，使得第二端口13关闭，造影液通过进液管路14进入液腔15，液体再经由第一端口12进入管腔11，再通过导管60进入指定部位，在液体进入管腔11之前，需要将第二端口13关闭，使得液体只能通过第一端口12流出；
74.其中，检测单元50的位置设置可对应不同的导丝20检测以及控制方式，
75.示例一：检测单元50位于液路控制装置10的近端32，检测单元50只需要检测导丝20靠近第二端口13的一端是否处被检测到即可，为了方便检测，可以在该端设置检测点21，方便检测，当检测到该检测点21后，即可确定导丝20处于回撤位置，即可对第二端口13进行封闭。
76.示例二：检测单元50位于液路控制装置10的远端31，当检测单元50检测到导丝20
的一个位置后，根据控制单元的预设数据确定导丝20需要回撤的距离，第一驱动装置40根据回撤距离驱动导丝20回撤，使得导丝20回撤到安全位置，此时第二端口13可以关闭。
77.本技术提供的一个实施例中，第一驱动装置40包括驱动马达。
78.在本实施例中，第一驱动装置40也可以使用与驱动马达类似的动力器件。
79.本技术提供的一个实施例中，控制单元包括pi d控制器，pi d控制器又为比例微分积分控制器。
80.本技术提供的一个实施例，检测单元50的外部包裹有无菌罩，用于保护检测单元50沾染液体，也可防止视觉摄像头上的携带细菌污染人体。
81.本技术提供的一个实施例中，所述检测单元50包括视觉传感器54，所述视觉传感器54用于检测所述导丝20的图像信息并将所述图像信息发送到控制单元。
82.在本实施例中，视觉传感器54包括视觉摄像头，用于获取导丝20的外部图像信息，然后视觉传感器54讲获取的图像信息发送到控制单元，控制单元与内部预存储的图像信息进行比对，以确定导丝20的位置。
83.示例性的，视觉传感器54也可以使用激光扫描器、线阵和面阵ccd摄像机或者tv摄像机，也可以是最新出现的数字摄像机等。
84.本技术提供的一个实施例，所述检测单元50包括激光传感器53，所述激光传感器53用于朝向所述导丝20发射激光，并能够接收经所述导丝20反射或者散射的激光以用于形成所述位置信息，所述激光传感器53还用于将所述位置信息发送至所述控制单元。
85.在本实施例中，所述激光传感器53包括发射端531和接收端532，当所述发射端531发射的激光照射到所述导丝20后，部分激光被反射或者散射到所述接收端532上，以使得所述激光传感器53能够检测到所述导丝20在所述激光传感器53所在的位置是否存在。
86.在本实施例中，激光传感器53是一种利用激光技术进行测量的传感器，它由激光器、激光检测器和测量电路组成，激光传感器53工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲，经目标反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上，雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。
87.激光器按工作物质可分为四种，一种为固体激光器：它的工作物质是固体。常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝石榴石激光器和钕玻璃激光器等；一种为气体激光器：它的工作物质为气体。现已有各种气体原子、离子、金属蒸气、气体分子激光器，常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器；一种为液体激光器:它又可分为螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激光器；一种为半导体激光器。
88.本技术提供的一个实施例，所述检测单元50包括接近传感器51，所述接近传感器51用于检测所述导丝20的接近信息，并将所述接近信息发送到所述控制单元。
89.在本实施例中，接近传感器51里面含有金属电极，当导丝20接近时，金属电极的表面发生变化，产生信号，将信号发送至控制单元，控制单元根据信号确定检测导丝20在检测单元50附近存在。
90.在本实施例中，接近传感器51通过外部磁场影响，检测在导体表面产生的涡电流引起的磁性损耗。在检测线圈内使其产生交流磁场，并检测体的金属体产生的涡电流引起的阻抗变化进行检测的方式。
91.此外，作为另外一种方式，还包括检测频率相位成分的铝检测传感器，和通过工作线圈仅检测阻抗变化成分的全金属传感器。
92.示例性的，接近传感器51包括有电容式接近传感器51，电感式接近传感器51，光电式接近传感器51。
93.本技术提供的一个实施例，所述检测单元50包括接触感应器，所述接触传感器52用于检测所述接触感应器与所述导丝20是否接触的接触信息，并将所述接触信息发送到控制单元。
94.在本实施例中，接触传感器52包括微动开关，由滑柱、弹簧、基板和引线构成，具有第一信号和第二信号，参考图9中的a示意图，当导丝20与微动开关接触时，微动开关产生第一信号，第一信号携带的信息是导丝20处于检测单元50位置；
95.参考图9中的b示意图，当导丝20不与微动开关接触时，微动开关为第二信号，第二信号携带的信息是导丝20不处于检测单元50位置。
96.本技术提供的一个实施例，所述导丝20上设有检测点21，所述检测单元50用于检测所述检测点21的点位置信息，并将所述点位置信息发送至所述控制单元。
97.本实施例中，通过设置检测点21，可以更精确的检测导丝20的位置，提高检测精度，其中，标记点可以是另外增加的标记，也可以是导丝20的一端边缘，均具有检测点21的功能效果。
98.本技术还提供一种导丝20控制方法，用于介入手术机器人，所述导丝20控制方法包括如下步骤：
99.获取检测单元50检测到的所述导丝20的检测信息；
100.根据所述检测信息控制第一驱动装置40驱动所述导丝20执行对应的动作，其中，所述动作包括导丝20的移动和导丝20的转动。
101.在本实施例中，检测信息指检测单元50能够检测到关于导丝20的信息，例如导丝20靠近引起检测单元50的信号变化，信号变化则承载了导丝20的存在信息，通过该存在信息，可以料到导丝20存在于检测单元50附近；例如导丝20与检测单元50接触产生的信号，又例如直接获取的导丝20的图像信息等直接观测到的导丝20信息，这些举例的信息都属于检测信息的一部分；
102.对应的动作包括导丝20的推进和回撤，导丝20的正转和反转，其中，导丝20的推进和回撤即导丝20的移动，导丝20的转动即导丝20的正转和反转，导丝20的推进是指将导丝20朝向远端31方向移动，回撤指导丝20向近端32方向移动。
103.示例性的，例如执行造影命令，检测单元50为视觉传感器54，传感器位于图4所示的液路控制装置10的右侧，则，控制单元获取视觉传感器54检测到该时刻，视觉传感器54位置处的图像，控制单元根据该图像信息与预存储的图像进行比对，确定导丝20是否存在，若导丝20存在，则根据控制单元预设的数值确定导丝20需要回撤的距离，则控制第一驱动装置40将导丝20回撤该距离，然后关闭第二端口13，进行造影操作。
104.本技术提供的一个实施例，所述导丝20上设有检测点21，所述获取检测单元50检测到的所述导丝20的检测信息，包括：
105.通过所述检测单元50检测所述检测点21的点位信息，获取所述点位信息，将所述点位信息作为所述导丝20的检测信息。
106.在本实施例中，点位信息相当于导丝20的位置信息，将所述导丝20的位置信息作为所述导丝20的检测信息。
107.在本技术提供的一个实施例，所述根据所述检测信息控制第一驱动装置40驱动所述导丝20执行对应的动作，包括：
108.将所述检测信息与预设的原始信息进行比对，得到移动信息，其中，所述移动信息包括距离信息、方向信息、转动信息；
109.根据所述移动信息控制所述第一驱动装置40驱动所述导丝20执行对应的动作。
110.在本实施例中，原始信息包括与检测信息相同的导丝20信息，以及导丝20对应移动的方向信息和距离信息和转动信息，导丝20移动的距离数值和将要执行的命令，例如检测单元50得到的检测信息为导丝20在检测位置存在的图像信息，将该图像信息与原始信息比对，确定两者对应，则输出对应的移动信息，根据移动信息驱动导丝20执行对应的运动。
111.在本技术提供的一个实施例，所述根据所述检测信息控制第一驱动装置40驱动所述导丝20执行对应的运动，包括：
112.根据所述检测信息确定所述导丝20的状态信息，其中，所述状态信息包括导丝20存在或导丝20不存在；
113.根据所述状态信息控制所述第一驱动装置40驱动所述导丝20执行对应的运动。
114.通过本技术提供的导丝20控制方法，用于介入手术机器人，所述导丝20控制方法包括如下步骤：获取检测单元50检测到的所述导丝20的检测信息；根据所述检测信息控制第一驱动装置40驱动所述导丝20执行对应的运动，其中，所述运动包括导丝20的移动和导丝20的转动，能够使得导丝20在手术中被精准控制，且实现导丝20的快速运动，提高了手术的速度。
115.在本技术提供的一种导丝20控制方法和手术机器人中，检测单元50、第一驱动装置40、液压控制装置均设置早手术机器人的从端，控制单元可被设置在主端，用于使用者的直接控制和观察，导丝20适用于在手术机器人进行手术使用时进行重新装配。
116.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。