一种介入手术导管推进机器人的制作方法

1.本发明涉及微创血管介入手术技术领域，更具体的说是涉及一种介入手术导管推进机器人。


背景技术：

2.介入手术一般存在以下两个问题，第一，在手术过程中，由于dsa会发出x射线，医生体力下降较快，注意力及稳定性也会下降，将导致操作精度下降，易发生因推送力不当引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险。第二，长期电离辐射的积累伤害会大幅地增加医生患白血病、癌症以及急性白内障的几率。医生因为做介入手术而不断积累射线的现象，已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。
3.借助机器人技术能够有效应对以上问题，还可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能够有效降低放射线对介入医生的伤害，降低术中事故的发生几率。导管的推进控制是介入手术中的重要步骤之一，如何解决在介入手术中对指引导管或造影导管的推进和撤回，是保证手术顺利完成的重要环节之一。
4.国内对于介入手术机器人指引导管和造影导管推进控制存在如下几个方面的问题：(1)装置体积过长过大，医生操作不方便；(2)对于控制部件的消毒不方便；(3)对指引导管和造影导管在装置上的安装不方便；(4)对导管控制易出现打滑。
5.因此，如何提供一种介入手术导管推进机器人是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.为此，本发明的目的在于提出一种介入手术导管推进机器人，解决装置体积过长过大；对于控制部件的消毒不方便；对指引导管和造影导管在装置上的安装不方便等问题。
7.本发明提供了一种介入手术导管推进机器人，包括：
8.消毒盒，所述消毒盒一端向外延伸出一个延长杆，所述延长杆上沿长度方向上开设有一条导管安装槽，所述延长杆外部套设有一个转轴，所述转轴为圆环套，其外壁沿长度方向上开设有槽口，转动所述转轴使所述槽口与所述导管安装槽位置对应能够安装导管，所述槽口与所述导管安装槽错开布置能够形成导管限位通道，所述限位通道与所述消毒盒内的导管通道处于同一直线上；
9.导管推进装置，所述导管推进装置竖直布置，其前端伸出一个平台，所述消毒盒位于所述平台上，且其底壳与所述平台磁性连接；以及
10.机械臂，所述机械臂的前臂下端与所述导管推进装置外壁上的壳体转轴转动连接。
11.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种介入手术导管推进机器人，通过转轴上的槽口和延长杆上的导管安装槽对应，打开消毒盒，使导管能够直接从上向下的方式放置，方便临床操作，提高安装效率。消毒盒为一次性耗材，消毒方便，
有效的解决了实际临床中对装置消毒繁琐的问题。消毒盒与平台采用磁性连接方便安装和拆除。本发明整体结构简单，稳定性好，采用模块化的方式，便于组装和调试。整体装置体积小，方便医生使用。
12.进一步地，所述消毒盒包括翻盖、导管驱动主动部及导管驱动从动部；所述翻盖一侧与所述底壳铰接，其另一侧与所述底壳磁性连接，两者内部形成导管的驱动空间，所述驱动空间内具有相互配合驱动导管的导管驱动主动部及导管驱动从动部；所述翻盖内壁和所述底壳内壁上具有对应布置且能够形成导管通道的立柱杆；所述延长杆通过延长杆支架固定在所述底壳上，且向着所述导管通道延伸方向布置。
13.进一步地，所述导管驱动主动部包括主动轮支架、主动转轴及主动摩擦轮；所述底壳上具有所述主动转轴底部向下伸出的转动孔，所述主动转轴上部通过所述主动轮支架转动支撑于所述底壳上，其上固定有所述主动摩擦轮；
14.所述导管驱动从动部包括被动支架、被动摩擦轮支架、被动转轴及被动摩擦轮；所述被动支架与所述主动轮支架相对布置，其靠近所述主动轮支架侧伸出连接杆，所述被动摩擦轮支架上具有能够穿入所述连接杆的插接孔，所述被动转轴转动于所述被动摩擦轮支架内，其上连接所述被动摩擦轮；所述被动转轴底部对应所述底壳处具有长条拨动孔。
15.进一步地，所述被动转轴底部与所述底壳之间设置有压接防水膜的压片。
16.进一步地，所述导管推进装置包括推进电机、推进壳体、驱动齿轮组、光电开关、舵机、推杆连接件及探杆；
17.所述推进壳体与所述平台一体连接，且呈l形布置，所述推进壳体内部安装有输出端朝下的所述推进电机，所述推进电机的输出端通过所述驱动齿轮组带动所述主动转轴转动；所述推杆连接件设置于所述驱动轮组的周围，且滑动于所述平台内的直线导轨上，所述舵机安装于所述推进壳体内部，所述舵机的转轴转动推动所述推杆连接件沿直线导轨移动，用于改变所述主动摩擦轮和所述被动摩擦轮支架之间的夹紧距离；
18.所述光电开关和所述探杆安装于所述平台内部，用于检测所述消毒盒的翻盖的开闭状态。
19.进一步地，所述壳体转轴固定于所述推进壳体后部，其上套设有轴套。
20.进一步地，所述机械臂包括：前臂、中臂、后臂及立柱；所述前臂底部形成圆环，用于转动连接所述转轴，其顶部连接所述中臂一端，所述中臂采用了气弹簧结构，其另一端与所述后臂连接，所述后臂连接于所述立柱顶部，所述立柱底部与导管床固定。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1为一种介入手术导管推进机器人的整体示意图；
23.图2为导管消毒盒正面整体示意图；
24.图3为导管消毒盒内部示意图；
25.图4为导管消毒盒背面整体示意图；
26.图5为导管消毒盒爆炸图；
27.图6为导管推进装置正面整体示意图；
28.图7为导管推进装置背面整体示意图；
29.图8为导管推进装置爆炸图；
30.图9为机械臂示意图；
31.图10为连接机构示意图；
32.图中：
33.100-消毒盒；101-翻盖；102-被动支架；103-被动摩擦轮支架；104-延长杆；1041-导管安装槽；1042-延长杆支架；105-转轴；1051-槽口；106-底壳；1061-长条拨动孔；107-被动摩擦轮；108-压片；109-被动转轴；110-主动轮支架；111-主动转轴；1111-主动摩擦轮；
34.200-导管推进装置；201-推进电机；202-推进外壳；203-第二齿轮；204-第一齿轮；205-第三齿轮；206-光电开关；207-轴套；208-壳体转轴；209-舵机；210-推杆连接件；211-探杆；
35.300-机械臂；301-前臂；302-中臂；303-后臂；304-立柱；
36.400-连接机构；401-连接立柱；402-减速器；403-驱动电机；404-齿条；405-导轨；406-连接板。
具体实施方式
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.本发明用于介入手术中，机器人从端装置中对指引导管和造影导管推进控制。使得机器人可以在医生的遥控制下，进行对指引导管或造影导管进行推进或者回撤动作，配
合完成介入手术过程。导管推进装置配合其上方的消毒盒以及机器人控制导丝导管的装置一起使用，调整机械臂的位置，使得导管消毒盒的前端对准外鞘出口。在消毒盒盖子打开后，可以放置造影导管或指引导管到该导管消毒盒上，在消毒盒盖子闭合后，可以自动控制摩擦轮夹紧造影导管或指引导管，通过医生在手术室外远程操作，完成对导管的推进和回撤动作。对导管推进的直接接触件为手术耗材，采用插拔式无工具安装，方便医生使用。
42.参见附图1-4，本发明实施例公开了一种介入手术导管推进机器人，具体包括：
43.消毒盒100，所述消毒盒100一端向外延伸出一个延长杆104，所述延长杆104上沿长度方向上开设有一条导管安装槽1041，所述延长杆104外部套设有一个转轴105，所述转轴105为圆环套，其外壁沿长度方向上开设有槽口1051，转动所述转轴105使所述槽口1051与所述导管安装槽1041位置对应能够安装导管，所述槽口1051与所述导管安装槽1041错开布置能够形成导管限位通道，所述限位通道与所述消毒盒100内的导管通道处于同一直线上；
44.导管推进装置200，所述导管推进装置200竖直布置，其前端伸出一个平台，所述消毒盒100位于所述平台上，且其底壳106与所述平台磁性连接；以及
45.机械臂300，所述机械臂300的前臂301下端与所述导管推进装置200外壁上的壳体转轴208转动连接。
46.转轴105的槽口宽为4mm。转轴105可以在延长杆104上旋转。这部分是用来放置指引导管或造影导管的，用于将消毒盒贴在病人的外鞘出口的地方。在放置好导管在转轴105和延长杆104的槽内后，医生只需选择转轴105，使得导管被限制在槽内，这样使得推进或撤回导管时，导管不会歪曲，从而达到顺利推进或撤回导管的效果。手术结束后，同样可以旋转转轴105，把两者的槽口对准后，即可以取出导管。
47.参见附图2-5，导管消毒盒属于一次性使用耗材，已经过消毒处理的，每次手术更换一个新的。所述消毒盒100包括翻盖101、导管驱动主动部及导管驱动从动部；所述翻盖101一侧与所述底壳106铰接，其另一侧与所述底壳106磁性连接，两者内部形成导管的驱动空间，所述驱动空间内具有相互配合驱动导管的导管驱动主动部及导管驱动从动部；所述翻盖101内壁和所述底壳106内壁上具有对应布置且能够形成导管通道的立柱杆；所述延长杆104通过延长杆支架1042固定在所述底壳106上，且向着所述导管通道延伸方向布置。翻盖101安装在底壳106上，翻盖101上有压导管的立柱杆，翻盖101上安装有磁铁，可以和底壳106吸附，保证导管不会偏离导管通道。
48.其中，所述导管驱动主动部包括主动轮支架110、主动转轴111及主动摩擦轮1111；所述底壳106上具有所述主动转轴111底部向下伸出的转动孔，所述主动转轴111上部通过所述主动轮支架110转动支撑于所述底壳106上，其上固定有所述主动摩擦轮1111。
49.其中，所述导管驱动从动部包括被动支架102、被动摩擦轮支架103、被动转轴109及被动摩擦轮107；所述被动支架102与所述主动轮支架110相对布置，其靠近所述主动轮支架110侧伸出连接杆，所述被动摩擦轮支架103上具有能够穿入所述连接杆的插接孔，所述被动转轴109转动于所述被动摩擦轮支架103内，其上连接所述被动摩擦轮107；所述被动转轴109底部对应所述底壳106处具有长条拨动孔1061。
50.在本发明的实施例中，消毒盒内有两组摩擦轮，即两个主动摩擦轮，两个被动摩擦轮，他们分别和主动转轴111和被动转轴109相连接。主动转轴111和下面的推进装置的第三
齿轮205相配合，在推进电机作用下可以带动摩擦轮旋转，主动摩擦轮和被动摩擦轮在弹簧(弹簧设置在被动支架102的连接杆上)的作用下夹紧导管，旋转摩擦力即可带动指引导管或造影导管进行前进或者后退。有利的是，所述被动转轴109底部与所述底壳106之间设置有压接防水膜的压片108。被动转轴109在压片108上，被动转轴109套在推杆连接件210伸长出来的轴上，在舵机的作用下可以实现对被动摩擦轮的打开动作。
51.参见附图6-8，所述导管推进装置200包括推进电机201、推进壳体202、驱动齿轮组、光电开关206、舵机209、推杆连接件210及探杆211；
52.所述推进壳体202与所述平台一体连接，且呈l形布置，所述推进壳体202内部安装有输出端朝下的所述推进电机201，所述推进电机201的输出端通过所述驱动齿轮组(包括第一齿轮204、第二齿轮203及第三齿轮205，推进电机201的输出端先带动第一齿轮204转动，第一齿轮与直径大于它的第二齿轮203啮合，第二齿轮203同时带动两个第三齿轮205，每一个第三齿轮顶部均具有驱动主动转轴111的驱动齿，由此当推进电机转动时，两组第三齿轮能够同时带动两组主动转轴111同步、同向转动，进而可以带动其上方配合的主动摩擦轮进行旋转)带动所述主动转轴111转动；所述推杆连接件210设置于所述驱动轮组的周围，且滑动于所述平台内的直线导轨上，所述舵机209安装于所述推进壳体202内部，所述舵机的转轴转动推动所述推杆连接件210沿直线导轨移动，用于改变所述主动摩擦轮1111和所述被动摩擦轮支架103之间的夹紧距离；在舵机转动时，可以把连接件推移一段距离，从而达到使得被动摩擦轮和主动摩擦轮打开的目的，在舵机转回时，在弹簧的作用下，推杆连接件210又退回到原位。此处的弹簧一端挂接在推杆连接件上，另一端挂接在推进壳上，并通过螺钉固定。
53.所述光电开关206和所述探杆211安装于所述平台内部，用于检测所述消毒盒100的翻盖101的开闭状态。探杆211的下面有个配合使用的压簧，用于将探杆211弹起。光电开关206和探杆211配合使用，用来检测消毒盒的盖子是否闭合。当消毒盒盖子闭合时，探杆211被压下，探杆上的挡片挡住了光电开关206，系统收到消毒盒盖子闭合的信号。当消毒盒盖子打开时，在压簧的作用下，探杆211弹起，探杆上的挡片离开光电开关206，系统收到消毒盒盖子打开的信号。
54.参见附图7，所述壳体转轴208固定于所述推进壳体202后部，其上套设有轴套207；壳体转轴208用来让导管推进装置可以进行一定角度的旋转，方便医生在临床中的摆位。
55.参见附图9，所述机械臂300包括：前臂301、中臂302、后臂303及立柱304；所述前臂301底部形成圆环，用于转动连接所述壳体转轴208，其顶部连接所述中臂302一端，所述中臂302采用了气弹簧结构，其另一端与所述后臂303连接，所述后臂303连接于所述立柱304顶部，所述立柱304底部与导管床固定。中臂302采用了气弹簧结构，可进行上下移动，导管机械臂用于支撑导管推进装置和导管消毒盒。机械臂采用被动式的6轴设计，可以将导管消毒盒放置在病人的外鞘出口的地方。其中气弹簧结构可采用壁挂气压全方位旋转支架s103，根据恒力原理设计，采用气动弹簧结构调节方案，达到自由调节的目的，其能够实现上下及旋转运动，两端分别通过螺钉与前臂和后臂固定。机械臂形成的6轴分别为前臂与壳体转轴的转动，前臂与中臂一端的转动，中臂与后臂的上下运动及转动，以及后臂与立柱的转动。
56.本发明配合导丝推动机构使用，实际上导丝机械臂和导管机械臂是两组机械臂分
别设置在导管床上，前面的是导管机械臂，后面的是导丝机械臂，使用过程中，是把一个造影导管或指引导管前端，放置在导管机械臂上的导管消毒盒内，造影导管或指引导管的尾端在导丝机械臂的消毒盒上。手术过程中，导管的前进与后退要尽量保持在拉直的状态。所以，导管推进或后退的时候，后面的导丝机械臂要保持跟随运动。移动速度根据系统结构可以计算出来。这就需要改变导丝机械臂的底座部分，参见附图10。指引导管或造影导管的末端在导丝推进装置上。因此，在移动指引导管或造影导管时，导丝推进装置也应该做跟随运动。导丝机械臂底座(连接机构400)，所述连接机构400包括连接立柱401、减速器402、驱动电机403、齿条404、导轨405及连接板406；所述连接板406背部固定于所述导管床上，其前端形成一个l形空间，l形空间底部沿所述导管床长度方向设置有所述导轨405，所述连接立柱401底部设置有滑动于所述导轨405上的滑块，所述齿条404固定于所述l形空间侧壁上，所述减速器402前端有与所述齿条404配合的啮合齿轮，所述减速器402后端与所述驱动电机403连接，所述驱动电机403固定于所述滑块上，驱动所述滑块滑动于所述导轨405上。通过系统进行计算，自动控制电机的速度，可以使得导管推进和导丝推进的装置进行同步运动，从而达到后端的导丝推进装置可以和前端导管推进装置实现跟随运动。
57.导管推进装置在手术中的使用方法。本装置采用自动初始化的方式，方便医生使用。在手术开始时，首先，安装导管消毒盒到导管推进装置上。然后，调整机械臂的位置，使得导管消毒盒的前端放置的病人的外鞘出口处。随后，打开消毒盒的盖子，将指引导管或造影导管放置在导管的槽内，旋转导管消毒盒前端的转轴，盖上消毒盒的翻盖。然后，到手术室外进行远端遥控制，进行手术。手术完成后，打开翻盖，取下导管，取下消毒盒，进行统一回收处理。
58.医生可以在在手术室外，通过控制盒进行对导管前进和后退的控制。导丝的机械臂设有可以移动的齿轮齿条结构，它可以自动实现和导管推进的同步跟随运动。
59.本发明每个消毒盒需经过灭菌处理，每台手术使用一个新的消毒盒。消毒盒采用无工具的插拔式安装，使用时将消毒盒放置到推进装置上即可，手术结束后将消毒盒取下，进行统一回收。
60.导管消毒盒内的两组配合的摩擦轮，可以防止推进导管过程中打滑。导管消毒盒设有翻盖，当翻盖打开后，推进装置可以自动让摩擦轮打开，当安装好导管，闭合翻盖后，可以自动加紧导管。
61.本发明专门适用于介入手术机器人的导管推进控制，可以配合导丝推进装置一起使用，实现了自动跟随运动，整个导管的控制装置在病人外鞘的出口处，控制的稳定性更高。
62.本发明采用了方便安装和拆除的一次性耗材的方式来控制导管推进，有效的解决了实际临床中对装置消毒繁琐的问题。
63.本发明整体结构简单，稳定性好，采用模块化的方式，便于组装和调试。整体装置体积小，方便医生使用。
64.本发明，采用自动夹紧和打开导管结构，使用中很简洁方便，操作简单，实用性强。
65.本发明可以直接从上向下的方式放置导管，方便临床操作，提高安装效率。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
67.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。