CN107320181A - 血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，包括：夹持机构：用于实现自动对中夹持导丝导管；转丝机构：用于驱动夹持机构围绕导丝导管的轴线转动；推送机构：用于实现导丝导管的直线推拉；所述夹持机构紧固于所述转丝机构的转动支撑环上；所述转丝机构设置于所述推送机构的滑块上。本发明具有如下优点：本发明结构紧凑稳定，对中性高，易于拆装消毒；本发明能够同时实现导丝导管的夹持、旋转和推拉动作，实现医生单手对导丝导管的操作；消除了医生做手术时的手部颤抖、释放支架力不均匀等认为因素对手术质量的影响；避免医生受到射线损伤，保护了医生的身体。

Description

血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体地，涉及一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手。

背景技术

血管介入手术需要医生在射线监控下完成，医生受到累计射线损伤，其身体健康受到严重威胁。介入手术中，医生的手部颤抖、释放支架力不均匀等固有缺陷会不同程度的影响到介入治疗的效果。研究能够进行导丝导管操作的灵巧辅助装置，使医生在远离射线环境下，保护介入医护人员的人身健康，并利用机械装置的隔离颤振、精准运动特性提高介入治疗效果，是介入精准治疗和职业安全发展的必然需求。

美国Computer Motion公司在1994年研制了第一台用于辅助微创手术的内窥镜手术***一伊索***，其具有虚拟关节，虽不能独立执行指令进行手术操作，但是它迈出了机器人外科手术技术的关键一步；l998年，该公司开发了第二代宙斯Zeus***，由3只机械臂、医生操作台及计算机控制器组成，初步实现了人机协同实施手术；2000年，世界上著名的达芬奇(Da Vinci)机器人是由美国Intuitive Surgical公司生产的，标志着外科手术机器人时代到来。达芬奇手术机器人不仅能够清晰展现手术视野，还可以过滤术者手部颤动，使得医生能够更加快速、准确地完成手术。以上外科手术机器人大都操作的手术刀、手术钳等，无法操作长段、品种规格繁多的血管介入器具。美国Hansen公司的Magellan机器人可以在医生遥控下360°转动导管，但是该设备使用履带对辊挤压进行导管操作，功能单一，造价昂贵，医生操作时没有手感。国内北航、中科院自动化所等多家机构也开展了国外同类研究的追踪研究，采用对滚夹持来操作导丝，仅能完成血管介入手术的一个环节，极大限制了机器人的功能。

从各种资料来看，使用对滚挤压来操作导丝导管是目前常规使用的方法。其缺点是仅能完成导丝导管的进给、转动，无法实现更为复杂的手术动作，例如管丝协同配合，也无法兼容现有的大部分规格的导丝导管，甚至需要定制的导丝导管。因此，需要探索功能更为丰富、兼容性更强的新型介入操作机械手。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手。

根据本发明提供的一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，包括夹持机构、转丝机构以及推送机构，其中：所述夹持机构紧固于所述转丝机构的转动支撑环或者次级转丝齿轮上；所述转丝机构设置于所述推送机构的滑块上；夹持机构对中夹持导丝导管；转丝机构驱动夹持机构围绕导丝导管的轴线转动；推送机构进行导丝导管的直线推拉。

优选地，所述夹持机构包括：夹持电机、夹持传动机构、Y型手指以及夹持部机架，其中：

所述夹持电机和夹持传动机构安装在所述夹持部机架上；

所述夹持电机的输出端连接所述夹持传动机构，并通过夹持传动机构控制Y型手指夹持或者松开导丝导管。

优选地，所述转丝机构包括转丝电机、转丝初级齿轮、转丝次级齿轮、转动支撑环以及旋转部机架，其中：

所述转丝电机安装于所述旋转部机架上；

所述转动支撑环设置于所述旋转部机架的圆环形滑槽内，所述转动支撑环能够在所述旋转部机架的圆环形滑槽内自由转动；

所述转丝电机的输出轴连接转丝初级齿轮，所述转丝初级齿轮啮合所述转丝次级齿轮；

所述转丝次级齿轮与所述转动支撑环同心紧固连接；

所述转动支撑环与导丝导管同轴设置。

优选地，所述推送机构包括推拉电机、滑块以及导轨，其中：

所述滑块设置于导轨上，所述滑块用于支撑旋转机架；

所述推拉电机控制所述滑块在导轨上移动。

优选地，所述夹持传动机构包括夹持初级齿轮、夹持次级齿轮、正旋螺母、反旋螺母以及正反旋丝杆，其中：

所述夹持电机的输出端连接所述夹持初级齿轮；

夹持初级齿轮啮合夹持次级齿轮；

所述夹持次级齿轮驱动正反旋丝杆转动；

所述正旋螺母和反旋螺母旋合于正反旋丝杆上，Y型手指分别安装在正旋螺母与反旋螺母上；

所述正旋螺母和反旋螺母在正反旋丝杆驱动下相向或者相背运动相同的距离。

优选地，所述Y型手指夹持导丝导管形成的夹持中心位于转丝机构转动时的旋转中心。

优选地，所述Y型手指成对使用，所述Y型手指在沿导丝导管的轴线方向上分布多个梳齿，所述Y型手指采用梳齿交叉夹持导丝导管，依次错开咬合，避免易变形的导丝导管的弯曲。

优选地，所述Y型手指的数量为多对，多对Y型手指能够同轨运动。

优选地，，所述夹持机构、转丝机构、推送机构能够相互独立运动，实现导丝导管的夹持、转动和推送。

优选地，所述滑块通过推拉电机驱动钢丝绳实现推拉运动，钢丝绳环绕推拉电机和一个滑轮形成闭合回路，滑块两侧设置有通孔，闭合回路的两侧线路分别穿过滑块两侧的通孔；一个通孔紧固所述钢丝绳，另一个通孔中的钢丝绳能够穿过所述通孔来回运动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明结构紧凑稳定，对中性高，易于拆装消毒；

2、同时实现导丝导管的夹持、旋转和推拉动作，实现医生单手对导丝导管的操作；

3、消除了医生做手术时的手部颤抖、释放支架力不均匀等认为因素影响手术质量；

4、避免医生受到射线损伤，保护了医生的身体。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手的优选例的结构原理图；

图2为Y型手指的原理结构图；

图3为一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手的变化例的结构原理图；

图4为扩充机械手时的局部结构图

图中示出：

夹持初级齿轮1 滑块12 外指梳齿槽176

夹持电机2 钢丝绳13 第二外指支撑梳齿177

夹持次级齿轮3 推拉电机14 第二外指内梳齿178

正旋螺母4 推拉部机架15 内指内梳齿179

转丝次级齿轮5 转动支撑环16 第二内指支撑梳齿1710

导丝导管6 Y型手指17 正反旋丝杆18

旋转部机架7 内指梳齿槽171 反旋螺母19

转丝电机8 安装孔172 夹持部机架20

滑轮9 第一内指支撑梳齿173 新增滑块21

导轨10 第一外指内梳齿174 新增钢丝绳22

转丝初级齿轮11 第一外指支撑梳齿175 新增推拉电机23

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种血管介入手术用的导丝导管操作的机械手，包括：夹持机构、转丝机构、推送机构，其中：所述夹持机构用于实现自动对中夹持导丝导管；所述转丝机构用于驱动夹持机构围绕导丝导管的轴线转动；所述推送机构用于实现导丝导管的直线推拉；

下面对夹持机构做出具体说明，夹持机构包括：夹持初级齿轮1、夹持电机2、夹持次级齿轮3、正旋螺母4、Y型手指17、正反旋丝杆18、反旋螺母19以及夹持部机架20，其中：正反旋丝杆18两端固定支撑在夹持部机架20上；夹持电机2的机身固定在夹持部机架20上，夹持电机2输出轴上固定的夹持初级齿轮1与正反旋丝杆18的端部轴上固定的夹持次级齿轮3啮合，正旋螺母4与反旋螺母19旋合在正反旋丝杆18上，Y型手指17分别安装在正旋螺母4与反旋螺母19上，夹持电机2驱动正反旋丝杆18，正反旋丝杆18旋合正旋螺母4与反旋螺母19带动Y型手指17作相向运动夹持导丝导管6、作相背运动松开导丝导管6。

进一步地，正旋螺母4、反旋螺母19在正反旋丝杆18驱动下总是相向或者相背运动相同的距离，可以保持被夹持物体沿正反旋丝杆18的轴向上的中心位置不变，Y型手指17上的V形夹持面能自动适应规格不同的圆形截面的导管、导丝、支架释放导管手柄等，并保持这些器件在竖直方向的中心位置不变，所述正反旋丝杆18及V型夹持面可以保持不同规格器具的夹持中心不变。

接下来对转丝机构做具体阐述，所述转丝机构包括：转丝次级齿轮5、旋转部机架7、转丝电机8、转丝初级齿轮11、转动支撑环16以及夹持部机架20。其中：转丝电机8的机身固定在旋转部机架7上，转丝初级齿轮11固定安装在转丝电机8的输出轴上，转动支撑环16在旋转部机架7的圆环形滑槽内并且能够在圆环形滑槽内自由转动；转丝次级齿轮5与转动支撑环16同心固定安装；转丝初级齿轮11与转丝次级齿轮5啮合，夹持部机架20固定安装在转动支撑环16上，并保证Y型手指17夹持导丝导管6形成的夹持中心与转动支撑环16的中心重合，在上述安装关系下，转丝电机8通过转丝初级齿轮11啮合转丝次级齿轮5转动固定在转动支撑环16或者转丝次级齿轮5上的夹持机构，导丝导管6总能沿着自身的中心轴线转动。

下面对推送机构做出具体说明，所述推送机构包括滑轮9、导轨10、滑块12、钢丝绳13以及推拉电机14，其中：滑块12上安装有旋转部机架7；滑块12支撑在导轨10上，在导轨的前后两端固定安装有滑轮9和推拉电机14，钢丝绳13共有两段，一段的一端固定在滑块12上，另一端顺时针(逆时针)绕在推拉电机14的输出轴上，另外一段的一端也固定在滑块12上，另一端绕过滑轮9然后穿过滑块12的通孔逆时针(顺时针)绕在电机14的输出轴上，当电机14转动时，电机14带动钢丝绳13拉动滑块12移动，电机14改变转动方向，则滑块12改变运动方向。

通过钢丝绳13驱动滑块12可以实现机械手的长距离的推送，便于操作血管介入中的长段器具。

如图2所示，本实施例提供的Y型手指17的夹持方式是一种互相咬合式的接触，两个Y型手指17组成一个配对：内指和外指，分别通过安装孔172安装在图1中的正旋螺母4和反旋螺母19上，内指上的第一内指支撑梳齿173、内指内梳齿179、第二内指支撑梳齿1710分别对应***到外指的三个外指梳齿槽176中，而外指的第一外指内梳齿174、第二外指内梳齿178则***到内指的内指梳齿槽171中，图1中的导丝导管6在Y型手指17的V型梳齿面内夹紧，实现自动对中，V型梳齿可以夹持兼容不同规格导丝导管6。

在没有导丝导管6时两个手指的夹持面在Y型交叉处线接触，对于小直径的导丝导管6，Y型手指17具有强力夹持作用，因导丝导管6与夹持面全接触，所以在施加比较大的夹持力时，不会发生细小易变形导丝导管6的弯曲。对于直径较大的导丝导管6，则依靠相邻手指Y型夹持面的挤压进行夹持，控制梳齿之间的间隙防止导丝导管6的弯曲。因此，梳齿交叉接触可以保证被夹持导丝导管6在直径非常小和非常大时都可以得到强有力的夹持。

进一步地，Y型手指17在螺母上采用卡装式安装方法，便于拆卸，可进行消毒，保证清洁度。

如图3所示，本实施例提供的一种血管介入手术导丝导管操作的夹转送机械手在结构上调整，将夹持电机2、夹持初级齿轮1安装于在正反旋丝杆18的下方，将Y型手指17安装在正旋螺母4和反旋螺母19的上方，转丝机构中的转丝次级齿轮5可以使用半环形，则Y型手指17打开时可以将导丝导管6非常方便的置入，而且可以夹持更大规格直径的导丝导管6，剩余部件之间的连接安装关系不变。需要注意的时，所述安装方式仍然需要保证Y型手指17的夹持中心与转动支撑环16的中心相同。

如图4所示，本实施例提供的一种血管介入手术导丝导管操作的夹转送机械手可以进行数目扩展，在导轨10端部安装新增推拉电机23，在导轨10上安装新增滑块21，新增滑块21上可以直接安装夹持机构和转丝机构组成的夹旋装置，将新增钢丝绳22按照图1中的方法连接滑块21、滑轮9和新增推拉电机23，则可以实现机械手的数目扩充。需要注意的是，再扩充是需要按照高低不同错开排列钢丝绳13，例如在滑块12、新增滑块21的不同高度上固定安装钢丝绳、在滑轮9上安排不同高度的滑轮组，使得钢丝绳13和新增钢丝绳22不产生干涉，安装同样的方法可以将机械手扩展到2个及以上，实现2个以上机械手的同轨运动。

扩充多个机械手以后，可以通过多个机械手的协作，例如两手对扭、两手递送、一手扭一手送来实现多种手术动作，例如：不间断扭转导丝导管、连续推送导丝导管、导丝导管协作、支架释放等。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，包括夹持机构、转丝机构以及推送机构，其中：所述夹持机构紧固于所述转丝机构的转动支撑环或者次级转丝齿轮上；所述转丝机构设置于所述推送机构的滑块上；夹持机构对中夹持导丝导管；转丝机构驱动夹持机构围绕导丝导管的轴线转动；推送机构进行导丝导管的直线推拉。

2.根据权利要求1所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述夹持机构包括：夹持电机、夹持传动机构、Y型手指以及夹持部机架，其中：

所述夹持电机和夹持传动机构安装在所述夹持部机架上；

所述夹持电机的输出端连接所述夹持传动机构，并通过夹持传动机构控制Y型手指夹持或者松开导丝导管。

3.根据权利要求1所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述转丝机构包括转丝电机、转丝初级齿轮、转丝次级齿轮、转动支撑环以及旋转部机架，其中：

所述转丝电机安装于所述旋转部机架上；

所述转动支撑环设置于所述旋转部机架的圆环形滑槽内，所述转动支撑环能够在所述旋转部机架的圆环形滑槽内自由转动；

所述转丝电机的输出轴连接转丝初级齿轮，所述转丝初级齿轮啮合所述转丝次级齿轮；

所述转丝次级齿轮与所述转动支撑环同心紧固连接；

所述转动支撑环与导丝导管同轴设置。

4.根据权利要求1所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述推送机构包括推拉电机、滑块以及导轨，其中：

所述滑块设置于导轨上，所述滑块用于支撑旋转机架；

所述推拉电机控制所述滑块在导轨上移动。

5.根据权利要求2所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述夹持传动机构包括夹持初级齿轮、夹持次级齿轮、正旋螺母、反旋螺母以及正反旋丝杆，其中：

所述夹持电机的输出端连接所述夹持初级齿轮；

夹持初级齿轮啮合夹持次级齿轮；

所述夹持次级齿轮驱动正反旋丝杆转动；

所述正旋螺母和反旋螺母旋合于正反旋丝杆上，Y型手指分别安装在正旋螺母与反旋螺母上；

所述正旋螺母和反旋螺母在正反旋丝杆驱动下相向或者相背运动相同的距离。

6.根据权利要求2所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述Y型手指夹持导丝导管形成的夹持中心位于转丝机构转动时的旋转中心。

7.根据权利要求2所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述Y型手指成对使用，所述Y型手指在沿导丝导管的轴线方向上分布多个梳齿，所述Y型手指采用梳齿交叉夹持导丝导管，依次错开咬合，避免易变形的导丝导管的弯曲。

8.根据权利要求2所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述Y型手指的数量为多对，多对Y型手指能够同轨运动。

9.根据权利要求1所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述夹持机构、转丝机构、推送机构能够相互独立运动，实现导丝导管的夹持、转动和推送。

10.根据权利要求4所述的血管介入手术中导丝导管操作的夹转送机械手，其特征在于，所述滑块通过推拉电机驱动钢丝绳实现推拉运动，钢丝绳环绕推拉电机和一个滑轮形成闭合回路，滑块两侧设置有通孔，闭合回路的两侧线路分别穿过滑块两侧的通孔；一个通孔紧固所述钢丝绳，另一个通孔中的钢丝绳能够穿过所述通孔来回运动。