一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置

摘要

本发明公开一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置，可以包括底座、第一导轨、第一滑块、同步带固定板、摆动座安装架、摆动座、旋转电机、主动摩擦轮、从动摩擦轮以及夹丝杆；夹丝杆的内部开有偏心通孔，夹丝杆的前端具有凸起，夹丝杆的前端套设有夹丝端盖，夹丝端盖包括盖部、外筒部以及凸缘，凸起与凸缘之间设置有开合弹簧，盖部具有与偏心通孔不同心的端盖通孔；还包括带轮座、移动电机、主动带轮、从动带轮以及同步带；同步带与同步带固定板固定连接。本发明通过夹丝杆和夹丝端盖上的偏心通孔和端盖通孔不同心能够保证将导管和导丝夹紧，通过移动电机和旋转电机分别实现导管和导丝的轴向进退和周向旋转。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置。

背景技术

据世界卫组织2018年的报告《World Health Statistics 2018》，全球大概4100万人在2016年因非传染性疾病死亡，所占死亡总数5700万的比例为71％。大多数非传染性死亡致死原因主要由四种非传染性疾病引起，即：心脑血管疾病致死1790万例，是非传染性疾病致死总数的44％；癌症致死900万人，占22％；慢性呼吸道疾病致死380万人，占9％；糖尿病致死160万人，占4％。致死率逐年递升，国内心脑血管疾病致死率亦不例外，据推算，患心脑血管疾病者达2.9余亿，其中有1300余万脑卒中病人，1100余万冠心病病人，1400余万各类心脏病病人，高达2.7余亿高血压病人。我国居民因疾病死亡的40％左右源于心脑血管疾病，远比肿瘤等疾病致死率高。心血管疾病患病致死导致的负担逐步加重，刻不容缓的防治成为严重的公共卫生问题。心血管疾病的治疗，需要先进行药物治疗，疗效不显著情况下，再进行较为先进的介入治疗。介入治疗包含血管内、外两种方式，历经30余年的发展，介入治疗可称支柱性学科，与外科、内科齐名。通俗讲，介入治疗不需要大面积的开刀，仅需要可通过导丝的通道在皮肤上作出大小仅几毫米，在如血管造影机、B超、透视机、MR、CT等的机器的帮助下检诊疗的的方法，其创伤很小而且术后几天就可以出院。微创血管介入手术以其创口小、创伤轻、痛苦少、恢复快的特点被越来越多的病人所接受。

传统人工介入手术的短处在其发展过程中逐步显现：(1)辐射；长时间暴露在X射线下，医护人员不可避免受到伤害，容易造成基因突变而生病。(2)疲劳；手术复杂，需时很久，长时间的手术过程中，需要站立、眼睛看造影机的影像，身体以及眼睛容易疲劳，可能出现眩晕感觉。(3)精度下降；身体疲劳导致动作僵硬，动作不到位导致的失误变多；疲劳会使得医生感觉不到导管导丝在血管中的阻力，手术效果变差。(4)经验至上；介入手术流程很复杂，医生手术培训严格，实际从事手术需经过很长时间过渡，医生经验很难得，相应患者的成本也提高了。

微创血管介入手术迅猛发展之下，介入手术机器人也发展迅速。其工作环境特殊，可靠性要求高，机构的设计和控制要求很高。人体内的血管错综复杂，壁薄分支多，给递送工作增加很大的难度，故而要求操作灵活，动作可靠，人工操作该过程，对操作者技术提出很高要求，人手难免的抖动和操作长时间的疲劳性大大的降低了手术可靠性。所以在前辈所研究的基础上，研究更可靠的机器人和智能控制的问题，完善机器人整体系统的实操性，是介入手术机器人发展进步的重要目标。现有的送管机构，一方面，需要医务人员将所输送的导管、导丝从装置一端穿入，操作起来费时费力；另一方面，电机与操作部分组件之间拆卸不方便，不利于术前消毒和数次使用后的更换。

发明内容

本发明的目的是提供一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置，以解决上述现有技术存在的问题，拆卸方便，且能够自动带动导管/导丝旋转和前进。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置，包括底座，所述底座上水平设置有第一导轨，所述第一导轨上活动安装有第一滑块，所述第一滑块固定安装有同步带固定板，所述同步带固定板上固定有摆动座安装架，所述摆动座安装架上销接有摆动座，所述摆动座上安装有旋转电机，所述旋转电机的输出轴同轴连接有主动摩擦轮，所述主动摩擦轮配合连接有从动摩擦轮，所述摆动座上架设有夹丝杆；所述从动摩擦轮穿设于所述夹丝杆上，所述夹丝杆的内部沿其轴向开有偏心通孔，所述夹丝杆的前端侧壁上对称设置有两个凸起，所述夹丝杆的前端套设有夹丝端盖，所述夹丝端盖包括盖在所述夹丝杆端头的盖部、套设在所述夹丝杆的杆部的外筒部以及设置在其尾部的凸缘，所述外筒部上开设有沿其轴向设置的开槽，所述凸起可移动地设置在所述开槽内部，所述凸起与所述凸缘之间设置有开合弹簧，所述盖部具有与所述偏心通孔不同心的端盖通孔；所述摆动座上表面固定设置有第二导轨，所述第二导轨上活动设置有第二滑块，所述第二滑块上固定安装有夹丝端盖推块，所述夹丝端盖推块上固定安装有“L”型推板；所述摆动座上通过支架安装有开合电机，所述开合电机的输出轴上安装有偏心轮；所述偏心轮抵靠在所述夹丝端盖推块的“L”型推板一侧，所述夹丝端盖的尾端抵靠在所述夹丝端盖推块的“L”型推板另一侧。

可选的，所述旋转推进装置还包括设置在所述底座两端的带轮座，其中一个所述带轮座上安装有移动电机，所述移动电机的输出轴同轴连接有主动带轮，未安装所述移动电机的所述带轮座上设置有从动带轮，所述主动带轮和所述从动带轮之间套设有同步带；所述同步带与所述同步带固定板固定连接。

可选的，所述摆动座包括两个相互平行设置的夹丝杆下安装支架，所述夹丝杆下安装支架顶部开设有下凹的安装槽，所述夹丝杆通过轴承架设在所述夹丝杆下安装支架的安装槽上；所述主动摩擦轮位于两个所述夹丝杆下安装支架之间，所述旋转电机的输出轴穿过其中一个所述夹丝杆下安装支架后与所述主动摩擦轮连接。

可选的，所述同步带固定板的上表面设置有多个栅格，所述同步带的带齿与所述栅格固定卡接。

可选的，还包括固定导管/导丝机构，所述固定导管/导丝机构包括设置在所述底座前端的夹持固定架，所述夹持固定架顶端固定设置有夹持底座，所述夹持底座的上表面设置有与所述第一导轨垂直的第三导轨，所述第三导轨活动设置有第三滑块，所述第三滑块上依次固定连接有夹持导座和滑动底座；所述夹持底座包括两个竖直且相对设置的左端板和右端板，所述左端板和所述滑动底座之间设置有弹簧导杆，所述左端板上开设有导杆孔，所述弹簧导杆一端与所述滑动底座的一侧固定连接，另一端活动穿设于所述左端板的导杆孔内；所述弹簧导杆上套设有夹持弹簧，所述右端板与所述滑动底座相对的侧面上设置有固定橡胶块，所述滑动底座未连接所述弹簧导杆的一侧安装有活动橡胶块；所述夹持导座两侧安装有一体成型的下连接条板，所述下连接条板位于所述夹持底座两侧；所述夹持底座上还安装有夹持电机，所述夹持电机的输出轴上安装有变半径曲面球体，所述变半径曲面球体的外表面抵靠在所述夹持导座的下连接条板上。

可选的，所述变半径曲面球体结构为一虚拟抛物线绕一中心轴线旋转得到的曲面球体的一部分。

可选的，所述摆动座安装架包括与所述同步带固定板固定的安装架下底板，所述安装架下底板上垂直设置有安装支板，所述安装支板上安装有所述摆动座；所述安装架下底板的上表面上安装有压力传感器；所述压力传感器的测试端与所述摆动座的下底面接触。

可选的，所述端盖通孔位于所述压丝端盖的中心位置处。

可选的，所述第一导轨具有相互平行的两条，每条所述第一导轨上均分别对称设置有两个所述第一滑块，四个所述第一滑块分别与所述同步带固定板连接。

可选的，所述夹丝杆下安装支架上销接有夹丝杆上安装架，所述夹丝杆上安装架和夹丝杆下安装支架内均安装有翻边半轴瓦，所述夹丝杆安装在两个翻边半轴瓦组成的轴瓦内。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置，通过设计夹丝杆的偏心通孔与夹丝端盖的端盖通孔不同心，正常工作时在开合弹簧的作用下夹丝端盖可以将导管和导丝夹紧，从而在旋转电机的带动下夹丝杆可以带动导管和导丝旋转，当需要将导管和导丝松开时，只需进一步压缩开合弹簧使夹丝端盖与夹丝杆分开空隙，能够保证将导管和导丝夹紧。通过移动电机带动导管和导丝沿其轴向进退。被动摩擦轮与夹丝杆为一体，整机结构紧凑、体积小，质量轻。

开合电机带动偏心轮旋转来自动推动夹丝端盖推块，使夹丝端盖夹紧或者松开导管和/或导丝。通过夹持电机带动变半径曲面球体旋转推动夹持导座运动，使固定橡胶块和活动橡胶块夹紧或者松开导管和导丝。本发明通过在安装架下底板的上表面和摆动座的下底面之间设置压力传感器实现力反馈，通过杠杆原理实时监测导管/导丝前端阻力，保证手术安全。用于安装夹丝杆的安装架采用上下两部分对接安装，便于将夹丝杆部分取下清洗，也可以作为一次性耗材抛弃，拆卸安装方便。

附图说明

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的整体立体结构示意图；

图2是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的导管/导丝旋转部分结构示意图；

图3是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的夹丝杆和夹丝端盖结构图；

图4是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的夹丝杆结构图；

图5是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的夹丝端盖结构图；

图6是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的同步带固定板结构图；

图7是本发明微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置的固定导管/导丝机构示意图；

附图标记说明：1、底座，2、第一导轨，3、第一滑块，4、同步带固定板，41、栅格，5、摆动座安装架，51、安装架下底板，52、安装支板，6、摆动座，61、夹丝杆下安装支架，62、夹丝杆上安装架，7、旋转电机，8、旋转电机安装架，9、主动摩擦轮，10、从动摩擦轮，11、夹丝杆，111、偏心通孔，112、凸起，12、夹丝端盖，121、盖部，122、外筒部，123、凸缘，124、开槽，125、端盖通孔，13、开合弹簧，14、带轮座，15、移动电机，16、移动电机安装架，17、主动带轮，18、从动带轮，19、同步带，20、第二导轨，21、第二滑块，22、夹丝端盖推块，23、开合电机，24、偏心轮，25、夹持固定架，26、夹持底座，261、左端板，262、右端板，27、第三导轨，28、第三滑块，29、滑动底座，30、夹持导座,31、弹簧导杆，32、夹持弹簧，33、固定橡胶块，34、活动橡胶块，35、夹持电机，36、变半径曲面球体，37、压力传感器，38、翻边半轴瓦。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置，以解决上述现有技术存在的问题，拆卸方便，且能够自动带动导管/导丝旋转和前进。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明所述的“前”是指在手术时向血管中穿入导管/导丝的前进方向，与其相反方向为“后”，本说明中方向词汇如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等仅仅是为了解释本发明创造，便于理解使用，而不应该被考虑用来限定权利范围。

本发明提供一种微创血管介入手术机器人导管/导丝旋转推进装置，如图1-图7所示，包括底座1、水平设置底座1上表面的第一导轨2、卡设在第一导轨2上并沿其移动的第一滑块3、固定在第一滑块3上的同步带固定板4、固定在同步带固定板4上的摆动座安装架5、与摆动座安装架5销接的摆动座6、通过旋转电机安装架8安装在摆动座6上的旋转电机7、与旋转电机7输出轴同轴连接的主动摩擦轮9、与主动摩擦轮9相配合的从动摩擦轮10以及架设在摆动座6上的夹丝杆11；从动摩擦轮10安装在夹丝杆11上，夹丝杆11的内部沿其轴向开有偏心通孔111，夹丝杆11的前端具有沿其径向延伸的凸起112，夹丝杆11的前端套设有夹丝端盖12、夹丝端盖12包括盖在夹丝杆11端头的盖部121、套设在夹丝杆11的杆部的外筒部122以及设置在其尾部的凸缘123，外筒部122上开设有沿其轴向设置的开槽124，凸起112可移动地设置在开槽124内部，凸起112与凸缘123之间设置有开合弹簧13，盖部121具有与偏心通孔111不同心的端盖通孔125，本实施例中，端盖通孔125位于夹丝端盖12的中心位置。

参见图1，旋转推进装置还包括设置在底座1两端的带轮座14、通过移动电机安装架16安装在其中一个带轮座14上的移动电机15、与移动电机15的输出轴同轴连接的主动带轮17、安装在另一个带轮座14上的从动带轮18以及套设在主动带轮17和从动带轮18之间的同步带19。同步带19与同步带固定板4固定连接，本实施例中，参见图6，同步带固定板4的表面上设置有多个栅格41，同步带19的带齿卡设在栅格41内使二者固定。

本实施例中，旋转推进装置还包括固定在摆动座6上表面的第二导轨20、卡设在第二导轨20上并可沿其移动的第二滑块21、固定在第二滑块21上的夹丝端盖推块22、通过支架安装在摆动座6上的开合电机23、偏心安装在开合电机23输出轴上的偏心轮24；偏心轮24抵靠在夹丝端盖推块22上，夹丝端盖推块22抵靠在夹丝端盖12的尾端。

本实施例中，参见如1和图2，摆动座6包括两相互平行设置的夹丝杆下安装支架61，夹丝杆11通过轴承架设在夹丝杆下安装支架61上。夹丝杆下安装支架61上销接有夹丝杆上安装架62，夹丝杆上安装架62和夹丝杆下安装支架61内均安装有翻边半轴瓦38，夹丝杆11安装在两翻边半轴瓦38组成的轴瓦内。通过打开夹丝杆上安装架62可将夹丝杆11取出，便于术后清洗，也可将夹丝杆11、从动摩擦轮10、夹丝端盖12和开合弹簧13做成一次性可抛件，下次手术直接换新，方便卫生。

结合图1和图7，本实施例还包括固定导管/导丝机构，固定导管/导丝机构包括设置在底座1前端的夹持固定架25、底座1的前端还设置有夹持固定架25、设置在夹持固定架25顶端的夹持底座26、设置在夹持底座26上表面的第三导轨27、卡设在第三导轨27上并可沿其移动的第三滑块28、固定在第三滑块28上的夹持导座30以及固定在第三滑块28上的滑动底座29；夹持底座26包括两相对设置的左端板261和右端板262，左端板261和滑动底座29之间固定有弹簧导杆31、弹簧导杆31上套设有夹持弹簧32、右端板262与滑动底座29相对的侧面上分别设置有固定橡胶块33和活动橡胶块34，两个橡胶块可以夹持导管，固定导管的同时可以防止其损坏；夹持底座26上还安装有夹持电机35，夹持电机35的输出轴上安装有外表面抵靠在夹持导座30上的变半径曲面球体36。变半径曲面球体36可选为一抛物线绕一中心轴线旋转得到的曲面球体的一部分。

摆动座安装架5包括与同步带固定板4固定的安装架下底板51以及垂直于安装架下底板51的用来安装摆动座6的安装支板52；安装架下底板51的上表面上安装有压力传感器37；压力传感器37的测试端与摆动座6的下底面接触。

本实施例中，第一导轨2具有相互平行的两条，同步带固定板4的四个角分别具有一个第一滑块3。

本发明实施例的具体工作过程为：

首先将导管穿入夹丝杆11的偏心通孔111中，通过启动开合电机23带动偏心轮24转动，进而推动夹丝端盖推块22向前移动，压缩开合弹簧13，使夹丝端盖12的盖部121与夹丝杆11的端部脱离，此时导管可以自由前后移动；当导管从夹丝杆11前端伸出一定长度后，再次启动开合电机23，带动偏心轮24转动，使开合弹簧13向后张开，夹丝端盖12与夹丝杆11前端压紧，由于导管穿过的偏心通孔111与端盖通孔125不同心，导致导管被压紧，导管此时不能自由在偏心通孔111中转动和移动。若需要旋转导管，则启动旋转电机7，通过主动摩擦轮9驱动从动摩擦轮10进而带动夹丝杆11旋转，实现导管的旋转。若需要将导管向前推进或后退，则启动移动电机15，通过同步带19带动同步带固定板4以上的夹丝杆11前后移动。导丝穿在导管内，并最终从导管的最前端穿出进行手术。

介入手术中，若医生根据手术的要求，导管导丝最终需要实现轴向进给和绕轴向旋转两个自由度的运动，而若实现导丝导管的此两项动作，目前的实现方式一般靠直接接触导管产生的正压力，以在压力下产生的摩擦力来实现。然而在被操作对象，即导管/导丝非常细的情况下(最细不足1mm)，靠摩擦来实现导丝和导管的轴向进给和绕自身轴线的旋转，对机构的结构和材料要求非常高，可靠性难以保证。为规避此问题，本发明通过独特设计的夹丝杆11和夹丝端盖12组成的机构，如图1-5，导管/导丝通过夹丝杆11和夹丝端盖12之间的偏心孔之间的压力，从而使其与夹丝杆11固定。通过夹丝杆11将导管/导丝夹住，如此可视直径很小的导丝和导管为一体，这样就可以通过动作夹丝杆11来完成导丝和导管的轴向进给以及周向旋转。

固定导管/导丝机构的弹簧导杆31一端与滑动底座29的一侧固定连接，另一端活动穿设于左端板261的导杆孔内，从而弹簧导杆31可以在滑动底座29的带动下在导杆孔内水平移动，夹持弹簧32产生的压力可以使其自动复位，固定橡胶块33和活动橡胶块34用于固定起导航作用的递送进血管的粗导管，除此之外，在可前后移动的部分空程返回时，固定导管和导丝，避免导管和导丝从血管内抽回。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。