CN116421320A - 一种导丝导管推送装置及血管介入机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种导丝导管推送装置及血管介入机器人。导丝导管推送装置，包括：导轨、第一驱动机构和第二驱动机构；所述第一驱动机构和第二驱动机构均设置在所述导轨上并能沿导轨的纵向进行移动，第一驱动机构夹紧导管在第一驱动机构纵向移动时带动导管前进或后退，第二驱动机构夹紧导丝在第二驱动机构纵向移动时带动导丝前进或后退；所述第一驱动机构靠近所述第二驱动机构的一侧固定设置导引件，所述导引件与导丝在第二驱动机构中的移动通道同轴。解决了对医生造成辐射伤害以及控制精度不足的问题，同时避免了导丝发生下垂或偏离难以穿入导管的问题。

Description

一种导丝导管推送装置及血管介入机器人

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，尤其涉及一种导丝导管推送装置及血管介入机器人。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在传统血管介入手术过程中，医生需要手动操纵导丝、导管进入人体血管，并通过导丝引导导管运动的方式将导丝导管推送至血管患病处，通过导管注射造影剂观察血管病灶处情况，通过导丝引导介入器械进行相应的治疗。

而在运行导丝导管的操纵过程中，医生需要频繁使用DSA(Digitalsubtractionangiography数字减影血管造影)等放射成像设备进行观察导丝导管运动状态，所以在此过程中会对医生造成辐射伤害，并且医生通过手动推送导丝导管精度会受到医生手部稳定性及其余外部因素较大的影响。另外，目前也公开了一些导丝导管推送装置，但第一驱动机构和第二驱动机构之间具有一定的距离，由于导丝本身材质问题，使得导丝从第二驱动机构穿出后在进入导管之前的运动中发生下垂或偏离，导致导丝难以穿入导管中。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种导丝导管推送装置，解决对医生造成辐射伤害以及控制精度不足的问题，同时避免了导丝发生下垂或偏离难以穿入导管的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种导丝导管推送装置，包括：导轨、第一驱动机构和第二驱动机构；所述第一驱动机构和第二驱动机构均设置在所述导轨上并能沿导轨的纵向进行移动，第一驱动机构夹紧导管在第一驱动机构纵向移动时带动导管前进或后退，第二驱动机构夹紧导丝在第二驱动机构纵向移动时带动导丝前进或后退；所述第一驱动机构靠近所述第二驱动机构的一侧固定设置导引件，所述导引件与导丝在第二驱动机构中的移动通道同轴。

本发明的另一优选的实施方式中，还包括动力单元以及由动力单元驱动的传动件，所述第一驱动机构和第二驱动机构与传动件螺纹连接，动力单元和传动件组合具有两组分别控制第一驱动机构和第二驱动机构。

本发明的另一优选的实施方式中，所述第二驱动机构包括导丝摩擦滚动轮驱动单元，所述导丝摩擦滚动轮驱动单元包括主动轮和从动轮，主动轮由动力单元输出动力控制旋转，从动轮用于提供正压力，压紧导丝。

本发明的另一优选的实施方式中，所述第二驱动机构还包括第三驱动单元，当需要扩展内导管时，利用第三驱动单元驱动内导管。

本发明实施例还提供了一种血管介入机器人，包括上述所述的导丝导管推送装置、主控制器和算法模块，所述导丝导管推送装置和算法模块均与主控制器电连接。

本发明的另一优选的实施方式中，所述血管介入机器人对导丝导管运动的控制方法包括：主控制器接收控制信号电压值并传输给所述算法模块，算法模块将电压值转换为导丝或导管当前控制速度值；主控制器获取导丝或导管的当前位置数据值并传输给算法模块；算法模块根据导丝或导管当前控制速度值和导丝或导管的当前位置数据，计算出下一控制周期导丝导管的目标位置值。

本发明的另一优选的实施方式中，导管收到前进/后退信号时，第二驱动机构和第一驱动机构协同前进/后退，保证导引件和第二驱动机构之间的距离，导丝摩擦滚动轮驱动单元控制导丝往第二驱动机构的反方向运动。

本发明的另一优选的实施方式中，导丝导管同时收到前进/后退信号时，第二驱动机构和第一驱动机构协同前进/后退，导丝摩擦滚动轮驱动单元根据导丝与导管的速度差值补偿导丝运动。

本发明的另一优选的实施方式中，导管导丝处于跟随控制状态时，第二驱动机构和第一驱动机构协同前进/后退，导丝摩擦滚动轮驱动单元不工作。

本发明的另一优选的实施方式中，当需要扩展内导管时，第一驱动机构保持不动，第二驱动机构后撤至合适位置，切换控制模式为扩展内导管控制模式。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、通过本发明的导丝导管推送装置可以使得医生采用远程操控的方式来进行导丝导管的推送操作，减少在手术过程中受到的辐射量，同时使得在导丝导管推送过程中拥有更好的精度。

2、通过在第一驱动机构和第二驱动机构之间设置导引件，推送导丝/导管时，保证导引件和第二驱动机构之间的间隙，使得导丝穿出第二驱动机构后直接进入导引件，实现对导丝在第一驱动机构和第二驱动机构之间的有效支撑和导引，避免了导丝的下垂或偏离，保证了导丝能顺利进入导管内。

3、本发明导丝、导管驱动装置更加精简，但对导丝前进/后退提供两种驱动方式，使得导管与导丝协同控制实现方式更加灵活多变；同时支持对内导管的控制使用，使得本专利可适合更加广泛的适应症。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例的导丝导管推送装置整体示意图；

图2是本发明实施例的导丝导管推送装置的第二驱动机构示意图；

图3是本发明实施例的导丝导管推送装置的导丝摩擦滚动轮驱动单元示意图；

图4是本发明实施例的第一驱动机构与导引件、导管示意图；

图5是本发明实施例的第三驱动单元与内导管示意图；

图6是本发明血管介入机器人控制导丝导管流程图；

图中：1、第一驱动机构；2、导引件；3、第二驱动机构；4、动力单元；5、传动件；31、第一输出轴；32、第二输出轴；33、第三输出轴；34、第四输出轴；35、从动轮；36、主动轮；37、第三驱动单元；01、导丝；02、导管；03、内导管。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明的具体含义。

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提出了一种导丝导管推送装置(如图1所示)，包括：导轨、第一驱动机构1和第二驱动机构3；所述第一驱动机构1和第二驱动机构3均设置在所述导轨上并能沿导轨的纵向进行移动，第一驱动机构1夹紧导管02在第一驱动机构1纵向移动时带动导管前进或后退，第二驱动机构3夹紧导丝01在第二驱动机构3纵向移动时带动导丝前进或后退；所述第一驱动机构1靠近所述第二驱动机构3的一侧固定设置导引件2，所述导引件2与导丝在第二驱动机构3中的移动通道同轴。其中，所述第一驱动机构为导管驱动机构用于驱动导管移动，第二驱动机构为导丝驱动机构用于驱动导丝移动，导引件为管状的导丝支撑管。

通过本发明的导丝导管推送装置可以使得医生采用远程操控的方式来进行导丝导管的推送操作，减少在手术过程中受到的辐射量，同时使得在导丝导管推送过程中拥有更好的精度。

具体的，血管介入机器人中导丝导管推送装置如图1所示，导管驱动机构在整个推送装置的前端(即图1中左侧)，导丝驱动机构在后端(即图1中右侧)。导管驱动机构通过动力单元4加传动件5的方式进行前进/后退动作的驱动，由一个动力单元单独控制；导丝驱动机构亦通过动力单元加传动件的方式进行前进/后退动作的控制，并且导丝驱动机构除可以通过动力单元加传动件控制整个机构的前后移动来控制导丝的进退外，还可以通过导丝驱动机构中的导丝摩擦滚轮驱动单元进行导丝的前进/后退控制。其中动力单元采用电机，传动件为安装在电机主轴上的螺杆。

在导丝导管推送装置工作过程中，导丝通过导丝驱动机构进入到导管驱动机构，在导管驱动机构中***导管内部，从导管内部继续前进至人体。因导丝本身支撑性问题，并且为保证导丝在离开导丝驱动机构之后进入导管驱动之前的导丝支撑性，导丝驱动机构和导管驱动机构之间设置导丝支撑管。本发明通过在导管驱动机构和导丝驱动机构之间设置导丝支撑管，推送导丝/导管时，保证导丝支撑管和导丝驱动机构之间的间隙，间隙控制在1cm以内，使得导丝穿出导丝驱动机构后直接进入导丝支撑管，实现对导丝在导管驱动机构和导丝驱动机构之间的有效支撑和导引，避免了导丝的下垂或偏离，保证了导丝能顺利进入导管内。

导丝采用两种驱动方式，一种和导管一样的采用电机加螺杆的驱动方式，一种是采用导丝摩擦滚动轮驱动单元带动导丝前进，导丝摩擦滚动轮驱动单元如图3所示，包括一个主动轮36和三个从动轮35，主动轮36由电机输出动力控制旋转，其余从动轮35负责提供正压力，压紧导丝。

若导管需要前进/后退时，导管驱动机构和导丝驱动机构需同步协同前进/后退动作，以保证对导丝的有效支撑，具体实现方式如图6所示：

控制信号获取：主控制器通过ADC(模拟数字转换器)采集导管控制摇杆、导丝控制摇杆的电压值(电压值反应用户对控制摇杆的推进深度)，并将电压值输入至导丝、导管控制速度计算的算法模块中，此算法模块将主控制器采集到的控制摇杆的电压值进行滤波算法计算和摇杆/速度比例算法计算后，主控制器获取到控制信号对应的速度值。其中，摇杆/速度比例算法按照正比例算法，例如摇杆采集到的电压值范围为0-3.3V，对应的速度为0-20mm/s。

导丝、导管位置数据获取：主控制器通过与编码器控制模块通讯读取导丝、导管驱动控制模块中控制导丝、导管前进的电机的编码器的数值，并将此数值输入导丝、导管位置计算的算法模块中，经计算获取导丝、导管位置数据值。

导丝、导管运动数据计算：主控制器将获取到的导丝、导管当前控制速度值和导丝、导管当前位置数据输入到导丝、导管运动数据计算的算法模块中，此算法模块根据输入值，计算出下一控制周期导丝、导管的目标位置值，并将此值进行运动学逆运算，输出控制导丝、导管前进的电机的转动目标位置值。

目标位置值的具体算法：每个周期(2ms)内采集一次摇杆的值，经过比例算法后获取到期望的速度值，根据此速度值乘以周期2ms，计算出下周期期望运动的目标位置值。

导管、导丝驱动机构协同控制：主控制器将上一步计算出的电机目标数据值通过通讯下发至电机控制器，实现导管、导丝驱动机构的协同控制。

控制信号是否继续：主控制器采集导丝控制摇杆和导管控制摇杆信号，判断医生是否持续对导丝、导管进行控制。

导丝导管由两个单独的控制摇杆控制，并且设有跟随控制按钮，用于选择导丝导管的主从跟随模式，故可能会出现如下控制情况：

(1)导管收到前进/后退信号：在此种控制情况下导丝驱动机构和导管驱动机构由各自的电机加螺杆控制同步前进/后退，并且导丝摩擦滚动轮驱动单元控制导丝往导丝驱动机构的反方向运动，以保证导丝可以抵消导丝驱动机构的移动保持动态静止。

(2)导丝导管同时收到前进/后退信号：在此种控制情况下，导丝导管的速度控制值可能存在差异，如导丝速度快于导管或导管速度快于导丝等，此时，导丝驱动机构和导管驱动机构由各自的电机加螺杆控制同步前进/后退，两个驱动机构的速度以导管控制摇杆输入的信号为运动控制信号，主控制器将计算出导丝与导管的速度差值，并通过导丝摩擦滚动轮驱动单元来补偿导丝运动。

(3)导管导丝处于跟随控制状态：在此种控制情况下，导丝和导管同时运动，主控制器以采集到的导丝控制摇杆输入值为主，控制导丝导管同步运行，即导管驱动机构和导丝驱动机构通过电机加螺杆的方式协同动作，导丝摩擦滚动轮驱动单元不工作。

所述导丝驱动机构还包括内导管驱动单元，当需要扩展内导管时，利用内导管驱动单元驱动内导管。

导丝驱动机构如图2所示，第一电机输出轴31控制内导管的旋转，内导管的前进依旧由导丝驱动机构整体在螺杆上前进后退来提供。第二电机输出轴32和第三电机输出轴33控制导丝的前进后退及旋转(图3中电机即为图2中第二电机输出轴下侧的电机)，第四电机输出轴34控制球囊/支架的前进/后退(球囊/支架的描述仅是使得方案更完整，本发明并不体现球囊/支架的改进)。

在选择使用扩展内导管控制功能时，导丝驱动机构不再协同跟随导管驱动机构运动，此时位于前端的导管驱动机构处于静止状态，导丝驱动机构由医生遥控后撤至合适位置，在如图2所示第一电机输出轴31所示位置加装内导管驱动盒和内导管，实现对内导管的控制。

导丝导管驱动机构支持扩展内导管功能，支持在手术中使用到导管、内导管、导丝的场景。内导管03比导管02外径更小，可以进入到更为细小的血管中，但内导管的支撑性不如导管，所以一般需要先将导管送入到合适血管位置后，内导管由导管内部穿过，并继续进入到更细的血管中进行下一步的治疗。按照一般手术流程，先由导丝导引导管进入人体，再将导管送到血管中的预定位置后，需要抽出导丝，将内导管穿入导管，导丝导引内导管从导管内部通过，继续进入人体血管，操作流程如下：

将如图5所示的内导管驱动单元安装到如图2所示第一电机输出轴31上，并将内导管与内导管驱动单元相连接。

导管驱动机构保持不动，医生通过按下导丝驱动机构后撤控制按钮，将导丝驱动机构后撤至合适位置。

主控制器通过读取内导管安装检测传感器的状态，判断使用扩展内导管，自动切换控制模式为扩展内导管控制模式。

在扩展内导管控制模式下，医生同样通过摇杆控制内导管和导丝的前进后退。相应的，内导管和导丝亦会出现下述几种情况：

(1)内导管收到前进/后退信号：在此种控制情况下导丝驱动机构由电机加螺杆控制同步前进/后退，并且导丝摩擦滚动轮驱动单元控制导丝往导丝驱动机构的反方向运动，以保证导丝可以抵消导丝驱动机构的移动保持动态静止。

(2)导丝、导管同时收到前进/后退信号：在此种控制情况下，导丝、内导管的速度控制值可能存在差异，如导丝速度快于内导管或内导管速度快于导丝等，此时，导丝驱动机构由电机加螺杆控制同步前进/后退，导丝驱动机构的速度以内导管控制摇杆输入的信号为运动控制信号，主控制器将计算出导丝与内导管的速度差值，并通过导丝摩擦滚动轮驱动单元来补偿导丝运动。

(3)内导管、导丝处于跟随控制状态：在此种控制情况下，导丝和内导管同时运动，主控制器以采集到的导丝控制摇杆输入值为主，控制导丝、内导管同步运行，即导丝驱动机构通过电机加螺杆的方式动作，导丝摩擦滚动轮驱动单元不工作。

本发明导丝、导管驱动装置更加精简，但对导丝前进/后退提供两种驱动方式，使得导管与导丝协同控制实现方式更加灵活多变；同时支持对内导管的控制使用，使得本专利可适合更加广泛的适应症。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种导丝导管推送装置，其特征在于，包括：导轨、第一驱动机构和第二驱动机构；

所述第一驱动机构和第二驱动机构均设置在所述导轨上并能沿导轨的纵向进行移动，第一驱动机构夹紧导管在第一驱动机构纵向移动时带动导管前进或后退，第二驱动机构夹紧导丝在第二驱动机构纵向移动时带动导丝前进或后退；

所述第一驱动机构靠近所述第二驱动机构的一侧固定设置导引件，所述导引件与导丝在第二驱动机构中的移动通道同轴。

2.如权利要求1所述的导丝导管推送装置，其特征在于，还包括动力单元以及由动力单元驱动的传动件，所述第一驱动机构和第二驱动机构与传动件螺纹连接，动力单元和传动件组合具有两组分别控制第一驱动机构和第二驱动机构。

3.如权利要求1所述的导丝导管推送装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括导丝摩擦滚动轮驱动单元，所述导丝摩擦滚动轮驱动单元包括主动轮和从动轮，主动轮由动力单元输出动力控制旋转，从动轮用于提供正压力，压紧导丝。

4.如权利要求3所述的导丝导管推送装置，其特征在于，所述第二驱动机构还包括第三驱动单元，当需要扩展内导管时，利用第三驱动单元驱动内导管。

5.一种血管介入机器人，其特征在于，包括如权利要求4所述的导丝导管推送装置、主控制器和算法模块，所述导丝导管推送装置和算法模块均与主控制器电连接。

6.如权利要求5所述的血管介入机器人，其特征在于，所述血管介入机器人对导丝导管运动的控制方法包括：

主控制器接收控制信号电压值并传输给所述算法模块，算法模块将电压值转换为导丝或导管当前控制速度值；

主控制器获取导丝或导管的当前位置数据值并传输给算法模块；

算法模块根据导丝或导管当前控制速度值和导丝或导管的当前位置数据，计算出下一控制周期导丝导管的目标位置值。

7.如权利要求6所述的血管介入机器人，其特征在于，导管收到前进/后退信号时，第二驱动机构和第一驱动机构协同前进/后退，保证导引件和第二驱动机构之间的距离，导丝摩擦滚动轮驱动单元控制导丝往第二驱动机构的反方向运动。

8.如权利要求6所述的血管介入机器人，其特征在于，导丝导管同时收到前进/后退信号时，第二驱动机构和第一驱动机构协同前进/后退，导丝摩擦滚动轮驱动单元根据导丝与导管的速度差值补偿导丝运动。

9.如权利要求6所述的血管介入机器人，其特征在于，导管导丝处于跟随控制状态时，第二驱动机构和第一驱动机构协同前进/后退，导丝摩擦滚动轮驱动单元不工作。

10.如权利要求6所述的血管介入机器人，其特征在于，当需要扩展内导管时，第一驱动机构保持不动，第二驱动机构后撤至合适位置，切换控制模式为扩展内导管控制模式。

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