CN102018572B - 血管介入操作的机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种血管介入操作的机械手,系针对临床血管介入过程中X线对医务工作者造成伤害的难题,提供一种能够辅助完成血管介入操作的机械自动化装置。本发明包括器械控制平台、机械手臂、摄像装置、阻力传感器、专用电缆以及控制终端。应用时,在人工行穿刺后,固定血管介入所用导丝和(或)器械于控制支架相应位置,通过控制***来远程控制机械手臂,使其作出夹持和放松、推进和推出以及旋转的动作,即通过机械辅助完成操作,彻底解决了医务工作者在血管介入过程中不受到X线损害的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种外科医疗工具,具体地说是一种能够辅助完成血管介入诊治操作的机械自动化装置。
背景技术
″血管介入″,是在医学影像设备的引导下,将特制的导管、导丝等精密器械,通过血管途径引入人体,对体内病态进行诊断和局部治疗。血管介入治疗应用数字技术,扩大了医生的视野,借助导管、导丝延长了医生的双手,它的切口(穿刺点),仅有米粒大小,不用切开人体组织,就可治疗许多过去无法治疗、必须手术治疗或内科治疗疗效欠佳的疾病,如肿瘤、血管瘤、各种出血等。血管介入治疗具有不开刀、创伤小、恢复快、效果好的特点。但是,在为患者治疗疾病的过程中,医务工作者需长时间暴露于X线下,需付出自己身体健康的代价。研究表明,从事介入工作的人员,机体在较长时间连续或间断地受到超剂量电离辐射,可产生各种有害效应,如:伤及皮肤、晶状体、性腺和骨髓组织。有资料报道,X射线可使空气中气体激发电离产生氮氧化物、臭氧、自由基等有害物质,少量多次接触放射线,可因蓄积作用使遗传基因积累,损伤以至致癌或致畸;X线还能导致头晕、脱发、器官受损、抑制骨髓造血、使白细胞减少;长期低剂量射线照射,能使人眼晶状体混浊,乃至有最终发展成为放射性白内障的可能。因此,如何在为患者造福的过程中,医务人员自身能够不致造成伤害?多少年来一直是介入工作者的梦想。
发明内容
针对在血管介入操作过程中,医务工作者需长时间暴露于X下而受到伤害的现状,本发明的目的在于提供一种能够远程操控,辅助完成血管介入操作,使医务工件者彻底从X线的环境工作中解脱出来的机械手。
为实现这样的目的,本发明基于下述思路:由机械固定装置、机械手臂、操作面板组成。即,当在心导管操作过程中需要X线监视操作时,应用机械固定装置,将所需的各种导丝和(或)器械,固定在其空间应处于的位置上,之后通过微动电机驱动的机械手臂,控制各种导丝和(或)器械的运动,完成操作。应用配套软件,并结合专门设计的控制线路,同时使用专用电缆连接,将操作面板置于X线暴露的环境之外,而远程操控机械手。
本发明是这样实现的:由器械控制平台、机械手臂、摄像装置、阻力传感器、专用电缆、控制终端组成;器械控制平台为可移动平台,该平台上设有多个固定装置,分别固定着血管介入用的各种导丝、注射器、机械手臂、摄像装置;阻力传感器与电机、摄像装置连接;机械手臂在电机驱动下控制血管介入的导丝(或器械);器械控制平台与控制终端之间有专用电缆连接。
所说的机械手臂有两个,机械手臂1通过电机a、电机b的驱动,使机械手臂1完成夹持运动和前后运动;机械手臂2,通过电机c驱动,使夹在机械手臂2中的导丝产生旋转运动。
器械控制平台上固定的注射器,与电机d相连,控制并完成推注药物的工作。
所说的控制终端由主控制器、人机接口、电源转换电路、传感器信号转换采集电路、驱动输出电路、图像显示器组成;电源转换电路分别与主控制器、驱动输出电路、传感器信号转换采集电路、图像显示器进行连接;传感器信号转换采集电路分别与驱动输出电路、主控制器、图像显示器进行连接;主控制器和人机接口、驱动输出电路连接。
本发明的主控制器,为控制终端的核心,在软件支持下,可对用户输入的操作信息进行判断,并将采集到的传感器信息与用户操作信息进行综合计算、处理,输出控制信号,以实现对操作控制对象的精确控制。在满足控制功能的前提下,主控制器还具备操作提示、控制信号输出限幅控制等功能,具备较强的设备安全保护功能。
人机接口,为触摸屏幕,在软件的支持下,机械手臂的运动信息可显示于屏幕上。操作人员还可通过按压触摸屏上的按键控制机械手臂的运动。
控制终端内电源转换电路对外部220V交流供电进行转换,分别提供给主控制器、人机接口、驱动输出电路、信号转换采集电路使用。
信号转换采集电路,完成对阻力传感器输出信号的隔离转换,提供给主控制器进行采样判断。
驱动输出电路,根据电机的驱动要求,对主控制器输出的控制指令进行驱动放大,转换为电机驱动信号以驱动各电机实施动作。
阻力传感器的检测部位连接于机械手臂,在运动方向上同微动电机连接处,感知机械手臂运动时的阻力,并将信号反馈给信号转换采集电路。当阻力过大时,则反馈信号至控制终端,使机械手臂自动停止运动。
器械控制平台与控制终端之间有专用电缆连接。
使用时,医务工作者首先穿刺动脉,并置入动脉鞘管,向鞘管内置入导丝后,将鞘管固定于支架的相应位置,医务人员可退出至X线操作间内,远程操控两个机械手臂,分别完成插管以及转导丝的动作。再根据需要,人工更换导丝(或各种器械),并将其固定于器械支架上的相应位置,并通过控制人机接口,远程操控机械手,完成推导丝、推导管、支架置入等需X线监测下完成的操作步骤。如需造影,则可连接注射器后,将注射器固定于器械支架相应位置,遥控完成推药。
本发明可以在医务工作者行各种血管介入的诊疗过程中,采用机械辅助完成各种需X线下完成的操作。本发明作为一种血管介入操作辅助机械自动化设备,与传统的操作过程相比,能够彻底将医务工作者从射线的工作环境中解放出来,保护了医生的健康。
附图说明
图1.本发明实施例的整体构造方框图;
图2.本发明实施例的控制终端电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图叙述一个实施例,对本发明做进一步说明。
图1显示了本实施例的整体构造,主要由器械控制平台、专用电缆以及控制终端组成。
器械控制平台为底部安装有轮子及锁死装置的可移动平台。
器械控制平台上安装有五个固定装置:
第一个和第二个固定装置,用于固定各种血管介入时的各种导丝和(或)器械;
第三个固定装置,末端连接机械手臂1,可以使机械手臂1在一定范围内固定于任意位置、任意角度;机械手臂1末端为钳状设计,通过安装于平台上的电机a和电机b分别控制机械手臂1完成夹持、放松动作以及前后移动动作;在机械手臂1与微动电机运动方向之间,安装有阻力感应器的检测部件,并将其探测信号反馈至控制终端;
第四个固定装置,末端连接有机械手臂2。该固定装置可使机械手臂2在一定范围内固定于任意位置、任意角度;机械手臂2末端为钳状设计,通过安装于平台上的电机c控制夹持的钳臂之间产生相对运动,从而可使夹在该机械手臂之间的导丝做旋转运动;
第五个固定装置,其结构依据注射器形状设计,用于固定注射器。其末端设计有推片装置,并连接电机d。由电机d作用推片使之运动,完成注射器的推药。
此外,器械控制平台上还安装有摄像装置,用以实时采集机械运动状态。
所述机械手臂1,安装于一固定装置末端,手臂前端的结构为钳状,并通过微动电机a和微动电机b驱动,分别控制手臂夹持或放松运动以及手臂的向前或向后运动;机械手臂2则安装于另一个固定装置末端,前端为钳状,可通过微动电机驱动c,使其两钳臂产生相对位移运动,而使夹于其中的导丝产生旋转运动;
另外还有一个依据注射器形状设计的固定装置,其结构类似临床使用输液泵,其注射器推柄一端连接有微动电机d,并可由其驱动完成推药运动。
在控制机械手臂运动的微动电机、阻力传感器同控制终端之间,通过电缆连接,从而实现远程操控;
摄像装置也安装于器械控制平台上,对机械手臂的工作图像进行实时采集,并将其图像显示于操作间内的显示器上,从而对本发明的运动状态进行监控。
控制终端安置于一遥控盒内,内含主控制器、人机接口、电源转换电路、传感器信号转换采集电路、驱动输出电路、图像显示器。
控制终端内之电源转换电路,将外部电流转换后,分别提供给主控制器、人机接口、驱动输出电路、信号转换采集电路、图像显示器供电;信号转换采集电路则对阻力传感器传回的信号进行转换放大,反馈至主控制器进行判断;人机接口为一触摸显示屏幕,提供手臂当前位置、角度、导丝接触压力等信息显示功能,同时还具备用户操作输入接口的功能,用于接收用户的具体操作信息,传递给主控制器,以实施操作控制;驱动输出电路,根据电机的驱动要求对主控制器输出的控制指令进行驱动放大,转换为电机驱动信号以驱动各电机实现对机械手臂的控制;主控制器在配套软件支持下,可对用户输入的操作信息进行判断,并将采集到的传感器信息与用户操作信息进行综合计算、处理,输出控制信号,从而对操作控制对象进行精确控制;而图像显示器则接收摄像装置的信号,实时显示图像。
器械控制平台上所安装的所有电机、摄像装置及阻力感应器通过专用电缆与控制终端相连接。
图2之框图显示了本实施例控制终端的电路原理。在本发明的控制终端,阻力传感器等探测并输出信号至信号转换采集电路采样后,将阻力位置等传感器信息显示于显示屏幕上,同时可以将其信息进行综合计算处理,如所采集的信号超过一定阈值,则发出控制指令至驱动输出电路,进而发出电机驱动信号。
用户可于人机接口发出操作指令至控制器进行判断,再发出指令信息进行综合计算处理后,发出控制指令至驱动输出电路,进而发出电机驱动信号,控制电机运动而使机械手臂运动。
Claims (3)
1.血管介入操作的机械手,其特征在于:由器械控制平台、机械手臂、摄像装置、阻力传感器、专用电缆和控制终端组成;器械控制平台为可移动平台,该平台上设有多个固定装置,分别固定着血管介入用的各种导丝、注射器、机械手臂、摄像装置;阻力传感器与电机a、电机b和电机c及摄像装置电连接;机械手臂在电机a、电机b和电机c驱动下控制血管介入用的导丝;控制终端由主控制器、人机接口、电源转换电路、传感器信号转换采集电路、驱动输出电路、图像显示器组成,电源转换电路分别与主控制器、驱动输出电路、传感器信号转换采集电路、图像显示器进行连接;传感器信号转换采集电路分别与驱动输出电路、主控制器、图像显示器进行连接;主控制器和人机接口、驱动输出电路连接;器械控制平台上安装全部电机、摄像装置、阻力传感器及控制终端之间有专用电缆连接。
2.根据要求1所述血管介入操作的机械手,其特征在于:所说的机械手臂有两个,机械手臂1通过电机a、电机b的驱动,使机械手臂1完成夹持运动和前后运动;机械手臂2,通过电机c驱动,使夹在机械手臂2中的导丝产生旋转运动。
3.根据要求1所述血管介入操作的机械手,其特征在于:器械控制平台上固定的注射器,与电机d相连,控制并完成推注药物的工作。
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