一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统及控制方法

1.本发明属于微力反馈技术领域，尤其涉及一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统及控制方法。


背景技术：

2.冠状动脉钙化是冠状动脉粥样硬化的表现形式之一，在人群中有较高的发生率。1988年，美国acc/aha发布的心血管病诊治技术评价的报告中指出，中重度钙化病变是导致经皮冠状动脉血管成形术(ptca)手术失败和血管急性闭塞的主要危险因素。由于介入式器械难以通过或病变无法扩张(尤其是浅表的环形钙化常使球囊和支架难以通过和充分扩张)，手术近期和远期效果较其他类型的病变差，当前，冠状动脉斑块旋磨术(cra)已成为治疗冠状动脉严重钙化病变的首选方案。
3.冠状动脉斑块旋磨术是一种微创心血管介入手术，其利用金属旋磨砂轮经股动脉/桡动脉入路，在血管内沿导丝穿行至患处，利用差异切割的原理，由传动轴驱动旋磨砂轮在高速旋转的情况下将钙化或纤维化非弹性斑块组织旋磨成微小颗粒，得到较为光滑的血管内腔，以达到改善血管顺应性的效果，是临床上应用较多的一种祛除粥样硬化斑块的手段。
4.但上述冠状动脉斑块旋磨术仍存在因旋磨产生的部分斑块磨屑进入冠状动脉远端引起血小板激活，导致血管痉挛及微循环栓塞，从而发生慢血流/无复流的问题。旋磨中因摩擦产生的热量会导致热损伤与血小板激活，热损伤会增加心肌梗死风险，血细胞受热易团聚形成血栓。旋磨过程中过大的磨削力易造成血管内膜损伤，导致血液通过内膜上的创口流入内膜与中膜的接合面处形成血管夹层，此外磨削力过大亦会引起血管痉挛与动脉穿孔等并发症。术中操作不当亦会引起旋磨导丝断裂、旋磨头嵌顿、血管穿孔等并发症。
5.此外，由于冠状动脉斑块旋磨术中需重复进行冠脉造影以便观察冠状动脉血管是否通畅，有无狭窄、狭窄部位与狭窄程度，而冠状动脉造影需对于冠状动脉内注射造影剂，并在x射线照射下进行造影检查，故存在一定的辐射，在放射性照射环境下，将对于生殖腺、甲状腺等人体组织造成一定危害，因此，医生和患者在术中都需着防护衣进行射线屏蔽，对于重点部位进行防护以减少射线对于人体的损害。然而，对于医生而言，较为长期地工作在x射线照射的环境下，造成的物理损伤更大，且在术中穿着铅衣亦会导致操作不便的问题。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提出一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统，将主端放置于操作人员侧，从端放置于患者侧，基于pvdf微力传感器的力反馈自动控制冠脉旋磨装置，同时，操作人员可根据实际情况对于装置进行遥操作，从而减少旋磨术对于心血管壁的损伤，降低手术并发症的发生概率。
7.一方面为实现上述目的，本发明提供了一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统，包括：主端、控制端和从端；
8.所述主端，用于生成远程旋磨指令；
9.所述控制端，用于根据所述远程旋磨指令对所述从端进行控制；
10.所述从端，用于进行冠脉旋磨动作；
11.所述主端与所述控制端远程无线连接，所述控制端与所述从端固定连接。
12.可选地，所述主端包括：操作单元和第一无线通信单元；
13.所述操作单元，用于操作按钮和手柄生成所述远程旋磨指令；
14.所述第一无线通信单元，用于发出所述远程旋磨指令。
15.可选地，所述从端包括：冠脉旋磨系统、滑台装置和微力传感装置；
16.所述冠脉旋磨系统，用于对冠脉进行旋磨；
17.所述滑台装置，用于控制所述冠脉旋磨系统在血管内进行前后移动和启停；
18.所述微力传感装置，用于采集所述冠脉旋磨系统的所述旋磨力数据；
19.所述冠脉旋磨系统与所述滑台装置固定连接，所述微力传感装置与所述冠脉旋磨系统固定连接。
20.可选地，所述控制端包括：控制单元和第二无线通信单元；
21.所述控制单元，用于驱动所述从端，并接收及解算旋磨力数据；
22.所述第二无线通信单元，用于接收所述远程旋磨指令，并向所述主端发送所述旋磨力数据的解算结果。
23.可选地，所述冠脉旋磨系统包括：齿轮增速单元、传动单元和旋磨砂轮装置；
24.所述齿轮增速单元，用于为所述旋磨砂轮装置提供速度驱动；
25.所述传动单元，用于将所述速度驱动传递至所述旋磨砂轮装置；
26.所述旋磨砂轮装置，用于执行旋磨动作。
27.可选地，所述齿轮增速单元包括：第一齿轮、第二齿轮和端盖；所述第一齿轮与第二齿轮啮合连接，所述端盖与所述第二齿轮可拆卸连接。
28.可选地，所述传动单元包括：电机驱动传动轴、联轴器、毛细钢管、柔性传动轴和导丝；
29.所述电机驱动传动轴与所述第二齿轮连接，所述电机驱动传动轴、联轴器与毛细钢管依次连接，所述毛细钢管与所述柔性传动轴的尾端连接，所述导丝位于所述柔性传动轴中，并从所述柔性传动轴的一端伸出。
30.可选地，所述旋磨砂轮装置包括：旋磨刃，所述旋磨刃与所述柔性传动轴连接，位于所述柔性传动轴的首端；所述微力传感装置位于所述旋磨刃外表面。
31.另一方面为实现上述目的，本发明还提供了一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统的控制方法，所述控制方法包括：
32.基于主端发出远程旋磨指令至控制端；
33.所述控制端根据所述远程旋磨指令，控制从端进行冠脉旋磨动作。
34.可选地，控制从端进行冠脉旋磨动作包括：控制所述从端对血管壁进行旋磨，同时采集旋磨力数据，通过所述控制端对所述旋磨力数据进行解算，基于解算结果区分所述从端对于冠脉钙化组织与血管壁的旋磨，自动调整所述从端中的旋磨砂轮装置位于血管内的位置。
35.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
36.(1)本发明通过微力传感器采集实时力反馈信号，并通过信号处理与解算，区分旋磨砂轮对于冠状动脉钙化组织或血管壁的磨削并通过自动控制系统快速、简洁地实现相应操作，以减少旋磨术对于心血管壁的损伤，从而降低手术并发症的发生概率；
37.(2)采用无线通信模块实现操作系统的遥操作，避免医生在术中穿着铅衣导致的操作不便与在射线环境下工作造成的物理损伤，同时，可通过系统与上位机进行通信进行远程手术操作，实现优质医疗资源的下沉与患者医疗成本的降低。
附图说明
38.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
39.图1为本发明实施例的控制端与从端的装配体结构示意图；
40.图2为本发明实施例的集成pvdf微力传感器的旋磨砂轮结构示意图；
41.图3为本发明实施例的装置主端的结构示意图；
42.图4为本发明实施例的基于力反馈的旋磨术遥操作装置的工作流程示意图；
43.其中，1-电机支架；2-旋转接头；3-电机驱动传动轴；4-滑台导轨；5-冠脉旋磨系统；6-第二无线通信单元；7-主端；11-大齿轮；12-小齿轮；13-端盖；14-联轴器；15-直流无刷电机；16-步进电机；41-装配体；51-毛细钢管；52-柔性传动轴；53-导丝；54-pvdf微力传感器；55-旋磨刃；61-第二急停按钮；71-tjc显示屏；72-驱动滑台与旋磨系统的按钮组；73-第一急停按钮；74-控制手柄。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
45.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
46.实施例1
47.本实施例提供了一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统，包括：主端、控制端和从端；
48.主端，用于生成远程旋磨指令；
49.控制端，用于根据远程旋磨指令对从端进行控制；
50.从端，用于进行冠脉旋磨动作；
51.主端与控制端远程无线连接，控制端与从端固定连接。
52.在本实施例中，将主端放置于操作人员侧，从端放置于患者侧，可基于传感器的微力反馈自动控制冠脉旋磨装置，同时，可根据实际情况对于装置进行远程操作。
53.进一步地，主端包括：操作单元和第一无线通信单元；操作单元，用于操作按钮和手柄生成远程旋磨指令；第一无线通信单元，用于发出远程旋磨指令。
54.如图3所示，本实施例中主端7的结构包括：控制从端的操作单元与第一无线通信单元。操作单元包括分别控制滑台导轨4与冠脉旋磨系统的按钮组72，第一急停按钮73，控
制手柄74。操作单元能够手动控制从端由直流无刷电机15驱动的冠脉旋磨系统5增减速，步进电机16驱动的滑台导轨4前进后退与装置急停。第一无线通信单元通过模块与从端进行交互，使操作人员能够在主端侧手动控制装置，并接收来自从端的数据，通过tjc显示屏71在主端显示从端反馈的装置实时运行情况。
55.进一步地，从端包括：冠脉旋磨系统5、滑台装置和微力传感装置；冠脉旋磨系统5，用于对冠脉进行旋磨；滑台装置，用于控制冠脉旋磨系统5在血管内进行前后移动和启停；微力传感装置，用于采集冠脉旋磨系统5的旋磨力数据；冠脉旋磨系统5与滑台装置固定连接，微力传感装置与冠脉旋磨系统5固定连接。
56.进一步地，控制端包括：控制单元和第二无线通信单元6；
57.控制单元，用于驱动从端，并接收及解算旋磨力数据；
58.第二无线通信单元，用于接收远程旋磨指令，并向主端发送旋磨力数据的解算结果。
59.在本实施例中，控制端还包括：第二急停按钮61、
60.进一步地，冠脉旋磨系统5包括：齿轮增速单元、传动单元和旋磨砂轮装置；
61.齿轮增速单元，用于为旋磨砂轮装置提供速度驱动；
62.齿轮增速单元包括：大齿轮11(第一齿轮)、小齿轮12(第二齿轮)和端盖13；大齿轮11与小齿轮12传动连接，端盖13固定于大齿轮11一端；
63.传动单元，用于将速度驱动传递至旋磨砂轮装置；
64.传动单元包括：电机驱动传动轴3、联轴器14、毛细钢管51、柔性传动轴52和导丝53；其中端盖13用于增速齿轮组大齿轮11的轴向定位；导丝53用于引导旋磨砂轮装置进入体内患处。
65.电机驱动传动轴3与小齿轮12连接，电机驱动传动轴3、联轴器14与毛细钢管51依次连接，毛细钢管51与柔性传动轴52的尾端连接，导丝53位于柔性传动轴5中，并从柔性传动轴52的首端伸出；
66.旋磨砂轮装置，用于执行旋磨动作；
67.旋磨砂轮装置包括：旋磨刃55，旋磨刃55与柔性传动轴5连接，位于柔性传动轴52的首端；微力传感装置位于旋磨刃55外表面。
68.如图1和图2所示，在本实施例中，从端包括一个电机驱动的冠脉旋磨系统5，一个步进电机16驱动的滑台导轨4(即滑台装置)，一个集成于旋磨砂轮的pvdf微力传感器54。
69.电机驱动的冠脉旋磨系统5包括齿轮增速单元、传动单元与旋磨砂轮。齿轮增速单元包括用于增速的大齿轮11、小齿轮12与端盖13。传动单元中，通过联轴器14连接传动轴3与毛细钢管51，毛细钢管51与柔性传动轴52尾端相连以实现传动，导丝53从柔性传动轴52内部穿过。旋磨砂轮包括旋磨刃55与集成于其外表面的pvdf微力传感器54。从端还包括：电机支架1和旋转接头2。
70.从端的冠脉旋磨系统5由直流无刷电机15驱动，经过齿轮传动，系统通过传动轴3驱动旋磨砂轮对于冠状动脉钙化组织进行高速磨削以达到去除斑块的效果。从端的滑台导轨4由步进电机16驱动，冠脉旋磨系统5固定于滑台平面，在冠状动脉造影的辅助下，通过控制滑台导轨4使冠脉旋磨系统5的旋磨砂轮在血管中进行前进或后退，以对于斑块进行相对均匀的去除。
71.从端的pvdf微力传感器54包括两个传感器单位，传感器集成于冠脉旋磨系统5的旋磨砂轮外表面，以扇面梯形形态贴附在旋磨头外表面凹槽中，两个传感器单元进行两侧对称布置。当旋磨头与冠状动脉钙化组织或血管壁发生碰撞时，pvdf薄膜将产生电荷信号，信号通过导线传输，线束经过中空的传动鞘内部布置，在体外通过电机与旋转接头2之间的联轴器14达到静止状态，最终反馈至控制端。
72.从端还包括装配体41，装配体41后端长方体区域用于安装、布置其驱动装置配套电控；装配体中部狭长区域用于安装、布置电机与滑轨；装配体前端出口处布置有传动轴轨道.
73.控制端包括采集、解算磨削力数据并驱动电机的控制单元与无线通信单元(第二无线通讯单元6)；控制端能够采集、解算磨削力数据，通过数据分析区分旋磨砂轮对于斑块与冠状动脉壁的磨削。
74.进一步地，控制端在获得旋磨力数据的解算结果后，通过自动调整滑台装置的位置，从而调整旋磨砂轮装置在血管内的位置，传感装置能够区分对于钙化组织与血管壁的旋磨，如发现对于血管壁产生旋磨，则使旋磨砂轮调整位置对钙化组织进行旋磨，避免对血管壁的旋磨。进一步地，控制单元中解算旋磨力数据为：根据旋磨力数据，区分冠脉旋磨系统5对于冠脉钙化组织与血管壁的旋磨。
75.在本实施例中，操作人员通过无线通信模块，操作主端操作单元远程控制装置中的冠脉旋磨系统5加速至手术所需转速。
76.在本实施例中，控制端在区分旋磨砂轮对于冠状动脉钙化组织与血管壁的磨削后，如判断出旋磨砂轮对于血管壁进行了磨削，则装置将通过自动控制使滑台前进/后退，避免旋磨砂轮继续对于血管壁进行磨削造成血管损伤引起并发症。
77.在本实施例中，控制端的无线通信单元将通过无线通信向主端实时反馈装置运转情况，并显示在tjc显示屏71上。
78.在本实施例中，主端7在接收到来自控制端反馈的装置运转情况后，操作人员可根据实际情况手动对于装置进行操作，包括冠脉旋磨系统5的加减速、滑台的前进/后退与装置的急停。
79.实施例2
80.本实施例提供了一种基于微力反馈的远程旋磨操作系统的控制方法，包括：
81.基于主端发出远程旋磨指令至控制端；
82.控制端根据远程旋磨指令，控制从端进行冠脉旋磨动作。
83.进一步地，控制从端进行冠脉旋磨动作包括：控制从端对血管壁进行旋磨，同时采集旋磨力数据，通过控制端对旋磨力数据进行解算，基于解算结果区分从端对于冠脉钙化组织与血管壁的旋磨，自动调整从端中的旋磨砂轮装置位于血管内的位置。基于力反馈的旋磨术遥操作装置的工作流程如图4所示。旋磨砂轮经导丝穿行至患处后，位于主端的操作人员发送增速指令使旋磨砂轮达到其工作转速，对于冠脉钙化组织进行去除，此时控制端实时接收来自传感系统的磨削力数据并进行解算，控制端通过数据解算能够区分旋磨砂轮对于钙化组织与血管壁的磨削，判断其是否对于血管壁进行了磨削。如旋磨砂轮对于血管壁进行了磨削，则可选择自动控制或操作人员手动控制滑台前进/后退、旋磨转速或急停，防止对于血管壁的旋磨造成并发症。
84.以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。