一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置

摘要

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置。本发明包括底板、移动组件、旋捻组件、夹持组件、固定组件以及Y阀微调组件；旋捻组件包括：转动支架、旋捻电机、主动摩擦轮、从动摩擦轮以及旋捻主轴；Y阀微调组件包括固定架、移动架、Y阀以及手轮。本发明通过移动组件、旋捻组件、夹持组件、固定组件和Y阀微调组件，实现对导丝的递送、旋捻、夹持、固定和微调，并且能够实现对导丝进行多次连续的递送工作，在对导丝进行递送的过程中可以同时根据实际情况对导丝进行旋捻动作，能够实现导丝的递送运动和旋捻运动的解耦，找准进入分叉的血管，到达正确的病变位置，提高了导丝递送的精度。

说明书

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置。

背景技术

据世界卫生组织统计，心脑血管疾病已成为人类死亡病因的头号杀手，严重威胁人们的生命健康和生活水平。随着社会科学技术的日益发展和人们生活水平的不断提高，人们对心脑血管疾病也给予了更多的关注。微创血管介入手术是目前针对心脑血管疾病的一种主要的治疗方法，传统的血管介入手术是由医生通过血管造影机导航来观察到病人的血管，精准操纵导丝从穿刺部位沿着人体血管运动至病灶处，将药物通过导丝送至该部位进而达到微创治疗的作用，但由于患者数量激增，血管介入手术的医疗资源远达不到所需的数量水平，并且存在着明显的弊端，比如：医生在射线辐射环境下工作，长期操作对医生身体伤害很大；现有的手术方法技巧性强、风险性高以及专科医生手术培训时间长；由于操作复杂、手术时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量。

近年来，医疗机器人的研究和开发力度越来越大，临床应用的医疗机器人也越来越多。微创血管介入手术机器人主要包括成像模块、操作模块、执行模块和控制系统等。其主要工作过程为：医生在成像模块的帮助下通过对操作模块的控制，使执行模块按照医生的指令对导丝执行递送和旋捻的动作，同时控制系统收集并转化各模块的信号，并在各模块之间进行传输。

微创血管介入手术机器人系统中的导丝递送旋捻装置一般需具备递送、捻旋和夹持导丝的功能，现有的血管介入手术机器人执行模块中大多采用摩擦轮或止板夹持导丝，无法完成对导丝的连续递送并且会出现由于导丝直径而产生的打滑现象，甚至产生导丝表面的受迫损伤，并且组件之间连接复杂，不便于拆卸，不便于术前对导丝消毒和术后更换导丝。现有的介入手术机器人的反馈机制也不完善，不能及时地检测到导丝受到的阻力，对手术过程中的安全问题有极大影响。因此，需要设计一种能够解决上述现有技术缺陷的微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的对医生身体伤害大、无法连续递送导丝、不便于对导丝进行消毒和更换以及不能及时检测导丝受到的阻力等缺陷，提供一种能够对导丝进行多次连续递送、递送同时可对导丝进行旋捻以及当导丝前端触碰到血管壁时能够及时检测出来，及时对导丝作出调整的微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置，其特征在于：包括底板、安装在所述底板上的移动组件、安装在所述移动组件上的旋捻组件、安装在所述旋捻组件上的夹持组件、安装在所述移动组件前端的固定组件以及安装在所述固定组件上的Y阀微调组件；所述旋捻组件包括：前后两端分别设置有相互平行的前安装板和后安装板的转动支架、固定在所述后安装板上的旋捻电机、与所述旋捻电机的输出轴同轴连接的主动摩擦轮、与所述主动摩擦轮摩擦传动连接的从动摩擦轮以及与所述从动摩擦轮同轴固定连接的旋捻主轴；所述转动支架通过销轴与所述移动组件转动连接，所述旋捻主轴的两端分别与所述前安装板和后安装板转动连接，所述旋捻主轴的中心设置有导丝通孔；所述Y阀微调组件包括：固定在所述固定组件上的固定架、通过对锁螺丝与所述固定架相对设置的移动架、水平固定在所述固定架和移动架顶端的Y阀以及锁紧安装在所述固定架上的手轮；所述固定架与所述对锁螺丝转动连接，所述移动架与所述对锁螺丝固定连接。

进一步地，所述夹持组件包括：通过夹持电机支架固定在所述转动支架上的夹持电机、与所述夹持电机的输出轴同轴连接的转动轮、与所述转动轮固定连接的拟曲柄柱、一端安装在所述拟曲柄柱上的摇杆以及与所述摇杆的另一端同轴固定连接的弹簧连接件。

进一步地，所述夹持组件还包括：与所述旋捻主轴同轴固定连接的夹持爪；所述夹持爪的前端具有可弹性张合的多个爪头，多个所述爪头的外面套设有夹持爪套，所述夹持爪上套设有夹持弹簧；所述夹持弹簧的一端与所述夹持爪套固定连接，另一端与所述弹簧连接件固定连接；导丝从所述夹持爪中心穿过，夹持爪套压缩夹持弹簧向后运动使多个爪头张开，松开导丝。

进一步地，所述固定组件包括：通过支撑架固定在所述底板上的固定底座、固定在所述固定底座上的固定导轨、沿所述固定导轨滑动的固定滑块、均固定在所述固定滑块上的滑动底座和压合块、一端与所述固定底座固定连接且另一端与所述压合块固定连接的弹簧导杆、套设在所述弹簧导杆上的压合弹簧、固定安装在所述支撑架上的固定电机、连接在所述固定电机输出轴上的凸轮以及固定在所述固定底座上且与所述压合块配合的U形固定块；所述凸轮抵靠在所述滑动底座上；通过所述凸轮驱动固定滑块带动滑动底座运动使所述压合块与所述U形固定块夹紧或分开；所述移动组件驱动所述旋捻组件和所述夹持组件靠近或远离所述固定组件运动。

进一步地，所述移动组件包括：设置在所述底板上的移动导轨、沿所述移动导轨移动的移动滑块、固定在所述移动滑块上的移动底座、安装在所述底板上的移动电机、与所述移动电机的输出轴同轴连接的丝杠、套设在所述丝杠上的螺母；所述螺母与所述移动底座固定连接，所述转动支架的一端与所述移动底座通过销轴连接。

进一步地，所述转动支架的另一端与移动底座之间设置有第一压力传感器，所述转动支架与所述第一压力传感器接触连接。

进一步地，还包括与所述丝杠同轴连接编码器。

更进一步地，所述旋捻主轴的两端通过轴瓦分别与所述前安装板和后安装板转动连接。

本发明的一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置的有益效果是：

1、本发明通过移动组件、旋捻组件、夹持组件、固定组件和Y阀微调组件，实现对导丝的递送、旋捻、夹持、固定和微调，并且能够实现对导丝进行多次连续的递送工作，在对导丝进行递送的过程中可以同时根据实际情况对导丝进行旋捻动作，能够实现导丝的递送运动和旋捻运动的解耦，找准进入分叉的血管，到达正确的病变位置，提高了导丝递送的精度。

2、本发明通过Y阀微调组件中的Y阀固定穿入血管中的微导管，能够使导丝更好的介入血管，通过调节安装在固定架上的手轮来调整固定架的方位角度，方便医生对导丝进行微调，能够及时调整导丝在血管中移动所遇到的一些突发情况，同时移动架采用可拆卸形式安装在固定架上，当完成一例介入手术后，Y阀也可取出进行更换消毒。

3、本发明在导丝递送过程中，当导丝前端触碰到血管壁时，通过杠杆原理将导丝在血管内的微小触碰阻力等比例放大后，通过设置在转动支架与移动底座之间的第一压力传感器测出，这种测力机构的布置方式，将承载旋捻组件的部分简化为测力端与反馈端两部分，极大地简化了整体结构。

4、本发明通过夹持爪采用一次性可抛耗材，当完成一例介入手术后，可直接将夹持爪取下同导丝一起当作介入耗材抛扔，便于拆卸消毒。

附图说明

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。

图1是本发明实施例的整体结构图；

图2是本发明实施例的旋捻组件结构图；

图3是本发明实施例的Y阀微调组件结构图；

图4是本发明实施例的Y阀微调组件剖视图；

图5是本发明实施例的夹持组件结构图；

图6是本发明实施例的移动组件结构图；

图7是本发明实施例的固定组件结构图；

图8是本发明实施例的夹持爪结构图；

图9是本发明实施例的第一压力传感器工作示意图。

图中:1、底板，2、移动组件，21、移动导轨，22、移动滑块，23、移动底座，24、移动电机，25、丝杠，26、螺母，3、旋捻组件，30、前安装板，31、后安装板，32、转动支架，33、旋捻电机，34、主动摩擦轮，35、从动摩擦轮，36、旋捻主轴，37、轴瓦，38、保护壳，4、夹持组件，40、夹持电机支架，41、夹持电机，42、转动轮，43、拟曲柄柱，44、摇杆，45、弹簧连接件，46、导杆，47、夹持爪，48、夹持弹簧，49、爪头，410、夹持爪套，5、固定组件，50、支撑架，51、固定底座，52、固定导轨，53、固定滑块，54、滑动底座，55、压合块，56、U形固定块，57、弹簧导杆，58、压合弹簧，59、固定电机，510、凸轮，6、Y阀微调组件，61、固定架，62、对锁螺丝，63、移动架，64、Y阀，65、手轮，7、第一压力传感器，8、编码器，9、第二压力传感器，10、销轴。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

需要说明的是，本发明实施例中提到的水平、竖直是以导丝递送方向为水平方向，与水平方向垂直的方向为竖直方向，本发明实施例中提到的前、后是以导丝介入血管时导丝运动的方向为前，导丝运动的反方向为后。

本发明为一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置，本发明的导丝递送旋捻装置是微创血管介入手术机器人中主从结构的“从”端。从端通过接收来自主端医生的操作指令，从而根据操作指令对导丝进行递送、旋捻和夹持的动作，并将从端的阻力参数通过杠杆原理放大后反馈给控制系统，同时也将位置参数通过编码器8反馈给控制系统。

如图1-图9所示的本发明的一种微创血管介入手术机器人导丝递送旋捻装置的具体实施例，包括底板1、安装在底板1上的移动组件2、安装在移动组件2上的旋捻组件3、安装在旋捻组件3上的夹持组件4、安装在移动组件2前端的固定组件5以及安装在固定组件5上的Y阀微调组件6。

参见图2，旋捻组件3包括：前后两端分别设置有相互平行的前安装板30和后安装板31的转动支架32、固定在后安装板31上的旋捻电机33、与旋捻电机33的输出轴同轴连接的主动摩擦轮34、与主动摩擦轮34摩擦传动连接的从动摩擦轮35以及与从动摩擦轮35同轴固定连接的旋捻主轴36；转动支架32通过销轴10与移动组件2转动连接，旋捻主轴36的两端通过轴瓦37分别架设在前安装板30和后安装板31顶端，旋捻主轴36的中心设置有导丝通孔，当需要对导丝执行旋捻动作时，固定组件5松开导丝，旋捻电机33接收到来自主端医生的指令开始转动，进而带动主动摩擦轮34转动，主动摩擦轮34与从动摩擦轮35接触并进行摩擦传动，带动从动摩擦轮35转动，从动摩擦轮35带动旋捻主轴36转动，从而带动夹持组件4所夹持的导丝进行转动，使导丝在血管中可以周向转动，此时移动组件2可同时带动旋捻组件3进行递送动作，实现导丝递送和旋捻动作的解耦，使导丝更快捷安全地进入血管。

参见图3和图4，Y阀微调组件6包括：固定在固定组件5上的固定架61、通过对锁螺丝62与固定架61相对设置的移动架63、水平固定在固定架61和移动架63顶端的Y阀64以及锁紧安装在固定架61上的手轮65，固定架61通过套设在对锁螺丝62上的轴承与对锁螺丝62转动连接，移动架63与对锁螺丝62固定连接，在当导丝经过固定组件5后，进一步穿过Y阀64，Y阀64用来固定穿入血管中的微导管，方便导丝更好的介入血管，移动架63为可拆卸装置，以便于更换Y阀64，固定架61与移动架63之间安装有对锁螺丝62，以锁紧手轮65；手轮65用于调整固定架61的方位角度，方便医生对Y阀64进行微调，方便对导丝在血管中移动所遇到的一些突发情况作出调整。

如图5所示，夹持组件4包括：通过夹持电机41支架40固定在转动支架32上的夹持电机41、与夹持电机41的输出轴同轴连接的转动轮42、与转动轮42固定连接的拟曲柄柱43、一端安装在拟曲柄柱43上的摇杆44以及与摇杆44的另一端同轴固定连接的弹簧连接件45；夹持组件4还包括：与旋捻主轴36同轴固定连接的夹持爪47；夹持爪47的前端具有可弹性张合的多个爪头49，本实施例中具有两个爪头49，两个爪头49的外面套设有夹持爪套410，夹持爪套410在夹持爪47上的位置不同可以夹持不同粗细的导丝，夹持爪47上套设有夹持弹簧48；夹持弹簧48的一端与夹持爪套410固定连接，另一端与弹簧连接件45固定连接；弹簧连接件45末端的内壁上和夹持爪套410的内壁上均设置有用来固定夹持弹簧48的槽口，夹持弹簧48的一端嵌入弹簧连接件45的槽口内，另一端嵌入夹持爪套410的槽口内；导丝从夹持爪47中心穿过，弹簧连接件45拉动夹持弹簧48向后运动使多个爪头49张开，松开导丝，夹持爪套410可在夹持弹簧48的伸/缩拉动下完成对导丝的夹紧/松开。当需要对导丝进行夹持操作时，夹持电机41接收到来自主端医生的指令开始转动，带动转动轮42转动，进而使拟曲柄柱43在转动轮42的平面内作圆周转动，带动摇杆44摆动，摇杆44带动弹簧连接件45沿导杆46移动，进而带动夹持弹簧48和夹持爪套410向前移动，从而夹紧导丝；当需要松开导丝时，弹簧连接件45拉动夹持弹簧48和夹持爪套410向后移动使夹持爪47的上下两个爪头49张开，从而松开导丝。

参见图5，由于导丝的直径不同，为了防止夹持导丝过紧或者过松，夹持爪47的两个爪头49之间设置有第二压力传感器9，当夹持电机41转动，使夹持爪47夹紧导丝时，第二压力传感器9可检测到夹持爪47的夹持力，若夹持力达到设定的压力阈值，则夹持电机41停止转动，从而使夹持爪47不会进一步地夹紧导丝。

为方便拆卸和消毒维护，其中夹持爪47采用可抛耗材，完成一例手术完成后可将夹持爪47取下同手术用导丝一起当耗材抛扔，便于消毒。同时Y阀微调组件6中的移动架63采用可拆卸形式安装在固定架61上，当完成一例介入手术后，Y阀64也可取出进行更换消毒。

参见图7，固定组件5包括：通过支撑架50固定在底板1上的固定底座51、固定在固定底座51上的固定导轨52、沿固定导轨52滑动的固定滑块53、均固定在固定滑块53上的滑动底座54和压合块55、一端与固定底座51固定连接且另一端与压合块55固定连接的弹簧导杆57、套设在弹簧导杆57上的压合弹簧58、固定安装在支撑架50上的固定电机59、连接在固定电机59输出轴上的凸轮510以及固定在固定底座51上且与压合块55配合的U形固定块56；凸轮510抵靠在滑动底座54上；通过凸轮510驱动固定滑块53带动滑动底座54运动使压合块55与U形固定块56夹紧或分开；移动组件2驱动旋捻组件3和夹持组件4靠近或远离固定组件5运动，U形固定块56的两个开口端均设置有圆形通道，导丝从圆形通道中穿过，压合弹簧58可推动压合块55在固定滑块53的带动下沿固定导轨52向U形固定块56运动从而将导丝夹紧；凸轮510转动时同时推动压合块55在固定滑块53的带动下沿固定导轨52向远离U形固定块56的方向滑动从而松开导丝。当需要对导丝进行固定时，固定电机59开始转动，带动凸轮510转动，凸轮510的矢径变小，压合弹簧58推动压合块55在固定滑块53的带动下沿固定导轨52向靠近U形固定块56的方向移动，压合U形固定块56从而将导丝固定；当需要松开导丝时，固定电机59转动的过程中凸轮510的矢径变大，使压合块55远离U形固定块56，从而松开导丝。

如图6所示，移动组件2包括：设置在底板1上的移动导轨21、沿移动导轨21移动的移动滑块22、固定在移动滑块22上的移动底座23、安装在底板1上的移动电机24、与移动电机24的输出轴同轴连接的丝杠25、套设在丝杠25上的螺母26；螺母26与移动底座23固定连接，转动支架32的一端与移动底座23通过销轴10连接，转动支架32的另一端与移动底座23之间设置有第一压力传感器7。当需要向前递送导丝时，移动电机24接收到来自主端医生的指令从而开始转动，带动丝杠25转动，丝杠25将自身的回转运动转化为螺母26的直线运动，螺母26带动与之固定连接的移动底座23向前移动来驱动旋捻组件3向前移动，从而完成对导丝的向前递送。将承载旋捻组件3的部分设计为上下可相对转动的移动底座23和转动支架32，转动支架32的一端与移动底座23通过销轴10和轴套进行安装，极大地减小了转动支架32绕移动底座23转动时的摩擦力。

参见图1，转动支架32的另一端与移动底座23之间设置有第一压力传感器7，转动支架32与第一压力传感器7接触连接，转动支架32转动时可触压第一压力传感器7，当导丝在轴向递送的过程中，若导丝的前端触碰到血管壁，经放大阻力信号后使转动支架32绕销轴10转动，进而使转动支架32触碰到第一压力传感器7，第一压力传感器7能够接收到来自转动支架32对其施加的压力，第一压力传感器7通过对压力大小进行检测进而判断导丝前端的阻力的大小，并将该阻力值反馈给控制系统；这一过程利用杠杆原理将导丝的触碰阻力等比例放大后，转化为反馈给第一压力传感器7的垂直压力，从而完成导丝递送旋捻装置的阻力检测过程，通过第一压力传感器7测出导丝在血管内的微小阻力。

在介入手术的过程中，导丝同时穿过旋捻组件3和固定组件5，由于导丝在介入手术过程中递送至人体的总长度大约为2000mm，医生推进导丝运动的一次行程仅为150mm，因此需要多次连续地推送才能将导丝完全送至指定病灶位置。当需要对导丝进行第一行程的递送时，固定组件5松开导丝，同时夹持组件4夹紧导丝，移动组件2通过驱动旋捻组件3向前移动从而将导丝进一步介入血管中。当需要对导丝进行下一行程的递送时，固定组件5夹紧导丝，夹持组件4松开导丝，移动组件2驱动旋捻组件3向后移动，之后再对导丝进行第一行程递送的动作，重复以上运动操作，实现了连续不间断的导丝递送工作。

如图1所示，为了检测轴向递送导丝时旋捻组件3的位置，丝杠25的另一端还同轴连接有编码器8，用来采集导丝轴向递送的位置信息，将旋捻组件3的位置信息实时反馈给控制系统。

参见图2，旋捻主轴36的两端通过轴瓦37分别与前安装板30和后安装板31转动连接，能够有效减小旋捻主轴36转动时产生的摩擦力，为了更加美观，转动支架32的顶端通过磁铁固定安装有保护盖。

具体的工作过程为：夹持电机41正向转动，使弹簧连接件45拉动夹持弹簧48向后运动使上爪头49与下爪头49分开，将导丝插入夹持爪47，通过移动夹持爪套410将导丝夹紧，固定电机59工作使压合块55远离U形固定块56，使导丝从U形固定块56的圆形通道中穿过；移动电机24正向运动，丝杠25转动，丝杠25螺母26结构带动旋捻组件3和夹持组件4向前运动，导丝向前递送；当夹持爪47运动到固定组件5附近，移动电机24停止，夹持爪47将导丝松开，固定电机59反向运动使压合块55靠近U形固定块56运动以压紧导丝；移动电机24反向运动，使夹持组件4和旋捻组件3回到移动导轨21的后端；夹持电机41反向运动以夹持导丝；周而复始将导丝送入人血管内。当导丝遇到分叉血管需要旋转时，夹持爪47夹紧导丝，旋捻电机33运动，带动主动摩擦轮34转动，带动从动摩擦轮35转动，从动摩擦轮35带动旋捻主轴36转动，从而带动夹持组件4所夹持的导丝进行转动，当导丝转到预定的角度后，旋捻电机33停止运动。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。