预防呼吸道病毒传播的气管插管智能机器人系统

摘要

本发明涉及一种预防呼吸道病毒传播的气管插管智能机器人系统，属于医疗器械技术领域。本发明包括的气管插管机器人位于呼吸道传染疾病患者的密闭高风险区域，并通过无线传输模块与位于低风险区域的监视控制端相连；气管插管机器人包括机器人本体，机器人本体的顶部一侧集成有若干末端操作工具，末端操作工具包括依次并排放置吸氧罩操作工具、开口操作工具和插管操作工具；监视控制端包括视位于工作台上的视频监视器，以及位于视频监视器一侧的六自由度操作手柄，六自由度操作手柄将操作过程中的力和视觉的反馈控制通过无线传输模块传递至机械手，六自由度机械臂通过快速自动锁紧装置选取不同类型的末端操作工具进行操作；本发明实现多功能使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种预防呼吸道病毒传播的气管插管智能机器人系统，属于医疗器械技术领域。

背景技术

重症病毒性肺炎的病理基础是急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，是导致患者死亡的主要原因。其治疗原则中重要措施之一就是尽早进行气管插管，采取正压机械通气，充分供氧，改善低氧血症，预防肺泡萎缩，治疗多器官衰竭(MOF)。进行气管插管时，医护人员需要非常近距离的贴近患者，打开口腔，打开声门，找到气道，含高浓度病毒的空气就会扑面而来。医护人员感染病毒性肺炎的几率大大增加，浸泡在满是高浓度病毒空气中，对医护人员无论是技术还是心理承受能力上，都会是一个极大的考验。因此气管插管成为治疗病毒性肺炎最危险的操作。

目前气管插管机器人只能实现单一的气管插管操作，且不能完全实现医护人员与患者的完全隔离。此外只能通过视觉导引实现插管操作，相比于传统的插管过程，缺少力觉信息，因此插管过程可能对人体造成机械损伤。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种预防呼吸道病毒传播的气管插管智能机器人系统。

本发明所述的预防呼吸道病毒传播的气管插管智能机器人系统，包括气管插管机器人，气管插管机器人位于呼吸道传染疾病患者的密闭高风险区域，并通过无线传输模块与位于医护人员所在低风险区域的监视控制端相连；

气管插管机器人包括呈台式设置的机器人本体，机器人本体的顶部一侧集成有若干末端操作工具，末端操作工具包括依次并排放置吸氧罩操作工具、开口操作工具和插管操作工具；机器人本体的顶部另一侧安装有机械手，机械手沿末端依次连接有快速自动锁紧装置、六维力传感器和六自由度机械臂；机器人本体的底部安装有移动装置，机器人本体内置有为机器人本体提供电源的储电池；机器人本体的上方安装有朝向机械手设置的监控摄像头；机器人本体的侧部通过气路自动连接装置与呼吸机和氧气机相连；

监视控制端包括视位于工作台上的视频监视器，以及位于视频监视器一侧的六自由度操作手柄，六自由度操作手柄将操作过程中的力和视觉的反馈控制通过无线传输模块传递至机械手，六自由度机械臂通过快速自动锁紧装置选取不同类型的末端操作工具进行操作。

优选地，所述机器人本体上表面开设有吸氧罩孔、开口孔和插管孔，吸氧罩孔、开口孔和插管孔依次对应放置有吸氧罩操作工具、开口操作工具及插管操作工具，其形状与各自具体操作工具的外形耦合。

优选地，所述吸氧罩操作工具包括依次连接的氧气呼吸罩、柔性氧气管和氧气罐，氧气呼吸罩的一端与柔性氧气管一端连接，柔性氧气管另一端连接在氧气罐上，氧气罐位于机器人本体内，氧气罐安装有电动控制开关。

优选地，所述开口操作工具包括伸缩杆、下颚套、牙垫和牙垫加持释放装置，牙垫连接在牙垫加持释放装置的另一端，伸缩杆的一端连接在牙垫加持释放装置中间位置，伸缩杆的另一端通过铰链连接在下颚套上。

优选地，所述插管操作工具包括可变刚度内窥镜、气管导管和气管导管固定支架；气管导管套装在可变刚度内窥镜可变刚度部分，气管导管固定支架安装在气管导管的外表面上，气管导管的充气端连接有微型充气模块，气管导管的一端与T型三通阀接口连接，T型三通阀接口连接柔性呼吸管的一端，柔性呼吸管的另一端与气路自动连接装置连接，可变刚度内窥镜的一端安装有微型管式摄像头。

优选地，所述快速自动锁紧装置包括锁紧环和锁紧柱，锁紧环与六维力传感器连接，锁紧柱分别与吸氧罩操作工具、开口操作工具和插管操作工具连接，快速自动锁紧装置采用电磁抱紧锁紧原理。

优选地，所述气路自动连接装置包括位于并病床附近的销钉结构和位于机器人本体上的锥孔结构，通过机器人本体的运动，实现销钉结构与锥孔结构的对接，且当插管结束后，销钉结构与机器人本体分离。

优选地，所述销钉结构包括连接件，连接件的一端连接在机器人本体上，确保销钉结构伸出，在机器人本体运动过程中实现与锥孔结构的对接。

本发明的有益效果是：(1)本发明可以实现对呼吸道传染疾病患者全流程地气管插管，能够实现呼吸道传染疾病患者与医护人员的完全隔离，大大降低医护人被呼吸道传染疾病感染的风险；(2)本发明的机器人本体的操作端安装有六维力传感器，可以实现力反馈控制，因此可以大大降低气管插管过程中对患者咽喉和呼吸道等机体的损伤；(3)气管插管机器人除了实现气管插管操作，还包括吸氧罩操作和开口操作，属于实现多功能使用的气管插管辅助器械。

附图说明

图1是本发明整体的立体图之一。

图2是本发明整体的立体图之二。

图3是本发明的机器人本体的结构示意图。

图4是本发明吸氧罩操作工具的结构示意图。

图5是本发明开口操作工具的结构示意图。

图6是本发明插管操作工具的结构示意图。

图7是本发明机器人本体俯视图。

图8是本发明气路自动连接装置的结构示意图。

图中：1、机器人本体；2、监视控制端；3、无线传输模块；4、气路自动连接装置；11、末端操作工具；12、快速自动锁紧装置；13、六维力传感器；14、六自由度机械臂；15、移动装置；16、储电池；17、监控摄像头；21、视频监视器；22、六自由度操作手柄；41、销钉结构；42、锥孔结构；111、吸氧罩操作工具；112、开口操作工具；113、插管操作工具；121、锁紧环；122、锁紧柱；151、吸氧罩孔；152、开口孔；153、插管孔；411、连接件；421、弹性密封圈；422、支撑座；423、呼吸机接管；1111、氧气呼吸罩；1112、柔性氧气管；1113、氧气罐；1121、伸缩杆；1122、下颚套；1123、牙垫；1124、牙垫加持释放装置；1131、可变刚度内窥镜；1132、气管导管；1133、气管导管固定支架；1134、微型充气模块；1135、柔性呼吸管；1136、T型三通阀；1137、微型管式摄像头。

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。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明所述的预防呼吸道病毒传播的气管插管智能机器人系统，包括机器人本体1、监视控制端2、无线传输模块3和气路自动连接装置4。

机器人本体1位于呼吸道传染疾病患者的密闭高风险区域，例如ICU病房内；监视控制端2位于医护人员所在低风险区域，例如ICU病房外，两者通过必要措施进行隔离；机器人本体1和监视控制端2通过无线传输模块3实现实时通信，气路自动连接装置4的一端连接在机器人本体1上，根据实际的需求，另一端与呼吸机或麻醉机连接。

如图3所示，机器人本体1包括末端操作工具11、快速自动锁紧装置12、六维力传感器13、六自由度机械臂14、移动装置15、储电池16和监控摄像头17。

如图1至图3所示，储电池16位于在机器人本体1内，为机器人本体1上的设备提供供电；六自由度机械臂14的固定端安装在机器人本体1的上端边缘位置，选择六自由度机械臂14可以实现空间六自由的运动，确保插管过程的运动灵活性和效率；六自由度机械臂14的运动端安装有六维力传感器13，用于测量末端操作工具11受到的力，避免机器人进行气管插管过程中力过大，对患者的咽喉部位造成损伤；末端操作工具11安装在机器人本体1的上表面。

如图3所示，末端操作工具11包括吸氧罩操作工具111、开口操作工具112和插管操作工具113，在不同操作过程中，六自由度机械臂14通过快速自动锁紧装置12选取不同类型的工具进行操作。

如图4和图5所示，吸氧罩操作工具111包括氧气呼吸罩1111、柔性氧气管1112和氧气罐1113，氧气呼吸罩1111的一端与柔性氧气管1112一端连接，柔性氧气管1112另一端连接在氧气罐1113上，氧气罐1113位于机器人本体1内，进一步氧气罐1113具有电动控制开关。

如图5所示，开口操作工具112包括伸缩杆1121、下颚套1122、牙垫1123和牙垫加持释放装置1124，牙垫1123连接在牙垫加持释放装置1124的另一端，伸缩杆1121的一端连接在牙垫加持释放装置1124中间位置，伸缩杆1121的另一端通过铰链连接在下颚套1122上。

如图6所示，插管操作工具113包括可变刚度内窥镜1131、气管导管1132、气管导管固定支架1133，微型充气模块1134、柔性呼吸管1135、T型三通阀1136和微型管式摄像头1137。

气管导管1132套装在可变刚度内窥镜1131可变刚度部分，气管导管固定支架1133安装在气管导管1132的外表面上，微型充气模块1134连接在气管导管1132的充气端，气管导管1132的一端与T型三通阀1136接口连接，柔性呼吸管1135的一端与T型三通阀1136接口连接，柔性呼吸管1135的另一端与气路自动连接装置4连接，微型管式摄像头1137安装在可变刚度内窥镜1131的一端。

如图3至图6所示，快速自动锁紧装置12包括锁紧环121和锁紧柱122，锁紧环121与六维力传感器13连接，锁紧柱122分别与吸氧罩操作工具111、开口操作工具112和插管操作工具113连接，快速自动锁紧装置12采用电磁抱紧锁紧原理。

如图7所示，机器人本体1的上表面开有分别放置吸氧罩操作工具111、开口操作工具112和插管操作工具113的吸氧罩孔151、开口孔152和插管孔153，其形状与各自具体操作工具的外形耦合。

如图8所示，监视控制端2包括视频监视器21和具有力反馈功能的六自由度操作手柄22，实现操作过程中的力和视觉的反馈控制。

无线传输模块3采用wifi、蓝牙等近距离无线传输系统。

如图8所示，气路自动连接装置4采用销钉-锥孔结构42方式，包括位于并病床附近的销钉结构41和位于机器人本体1上的锥孔结构42。通过机器人本体1的运动，实现销钉结构41与锥孔结构42的对接，且当插管结束后，销钉结构41可以与机器人本体1分离。

如图8所示，销钉结构41包括连接件411，连接件411的一端连接在机器人本体1上，确保销钉结构41伸出，在机器人本体1运动过程中实现与锥孔结构42的对接。

如图8所示，锥孔结构42内部包括弹性密封圈421、支撑座422和呼吸机接管423，呼吸机接管423与呼吸机连接，当销钉结构41插入到锥孔结构42时，可以实现呼吸气体的封闭，支撑座422一端连接在地面上，通常放置在靠近患者头部床下位置。

本发明的使用过程如下所示：

首先，将气管插管机器人的机器人本体1推到呼吸道传染疾病患者附近，将机器人本体1带有六自由度机械臂14的一侧靠近患者的头部，并将监控摄像头17对准患者；

其次，位于监视控制端2的医护人员，通过现场监控摄像头17传递到视频监视器21上，医护人员同步操作位于视频监视器21一侧的六自由度操作手柄22，六自由度操作手柄22在操作过程中的力通过无线传输模块3传递到机器人本体1；

再次，机器人本体1接收到监视控制端2的反馈力，控制六自由度机械臂14通过快速自动锁紧装置12选取不同类型的工具进行操作，例如：

当选择吸氧罩操作工具111时，将同步控制气路自动连接装置4的氧气罐1113电动控制开关开通，并经由六自由度机械臂14抓取氧气呼吸罩1111一端，将氧气罩放置到患者面部；

当选择开口操作工具112时，六自由度机械臂14抓取开口操作工具112，并辅助现场医护人员将下颚套1122、牙垫1123分别固定到患者身上；

当选择插管操作工具113时，六自由度机械臂14抓取插管操作工具113到患者口部，并辅助现场医护人员，将柔性呼吸管1135插到患者呼吸道内，将同步控制气路自动连接装置4的氧气罐1113电动控制开关开通，位于可变刚度内窥镜1131端部的微型管式摄像头1137将患者直肠上的癌变图像反馈到监视控制端2，辅助医护人员远程观察和治疗；

最后，当患者插管结束后，通过远程控制六自由度机械臂14将所有的末端操作工具11放回到对应的吸氧罩孔151、开口孔152和插管孔153内，等待回收、清洗、更换。

本发明可广泛运用于医疗器械场合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。