血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置及其控制方法，所述血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置由手柄、位移測量裝置、阻力隨動子、扭簧、轉(zhuǎn)角測量裝置、彈簧、阻力矩隨動子組成，所述手柄由操作人員進(jìn)行操作，所述位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置分別用于測量手柄的位移與轉(zhuǎn)角，所述阻力隨動子和所述彈簧相連接，所述阻力矩隨動子與所述扭簧相連接，位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置位于手柄的外側(cè)，彈簧套在手柄上，扭簧位于手柄的一端。本發(fā)明可以實時獲得血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力和阻力矩，并使操作人員感知，增加了遠(yuǎn)程血管介入手術(shù)的安全性與可靠性。
【專利說明】血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設(shè)備，具體地，涉及一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國疾病譜的轉(zhuǎn)變，血管疾病和腫瘤已連續(xù)十余年穩(wěn)居我國致死性疾病第一和第二位。而血管介入治療已成為治療血管疾病和多種腫瘤的重要治療手段。在血管治療方面，主要的治療手段包括:血管腔內(nèi)球囊成形、血管支架、溶栓治療、血管栓塞(創(chuàng)傷、產(chǎn)后、術(shù)后、炎癥、動靜脈瘺等)、下腔靜脈濾器置入、經(jīng)頸靜脈肝內(nèi)門體分流術(shù)(TIPS)、各種血管造影診斷等。而在腫瘤性疾病治療方面，主要的治療手段包括:腫瘤的供血栓塞與藥物灌注(TACE)、動脈內(nèi)照射、術(shù)前栓塞腫瘤血管等；某些腫瘤，如肝癌、肺癌、盆腔腫瘤等，血管介入治療已成為重要的治療手段，使得大量不具備手術(shù)指征的腫瘤患者有效控制了腫瘤生長、減輕了腫瘤負(fù)荷、延長了生存期，甚至使得一部分原本不能手術(shù)治療的腫瘤降低了腫瘤體積和血供，重新獲得手術(shù)機(jī)會。
[0003]國外已經(jīng)在微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人方面取得了很好的成績，美國、日本、德國等國家已研制出多種手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品，正在逐步形成一種新的高端技術(shù)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)。2002年底，美國Stereotaxis公司與德國Siemens公司聯(lián)合推出了數(shù)字平板磁導(dǎo)航血管造影系統(tǒng)，它能夠為患者提供了一個新的介入治療標(biāo)準(zhǔn)，提高了常規(guī)血管介入治療的效率及效能，實現(xiàn)了計算機(jī)控制的精度及手術(shù)的自動化，使得手術(shù)介入器械準(zhǔn)確方便地進(jìn)入病變血管部位。
[0004]在國內(nèi)，機(jī)器人輔助無框架腦外科立體定向手術(shù)系統(tǒng)開啟了我國自主研發(fā)外科手術(shù)機(jī)器人的先河，此系統(tǒng)由清華大學(xué)、解放軍海軍總醫(yī)院以及北京航空航天大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，此外，他們相繼研發(fā)出來一系列神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。2005年，借助于第五代神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人，北京海軍總醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生通過互聯(lián)網(wǎng)成功為延安的腦出血病人進(jìn)行了手術(shù)，取得了醫(yī)療器械注冊證。
[0005]國際上和國內(nèi)已有商品化的手術(shù)機(jī)器人，主要用于胸腔、腹腔、盆腔手術(shù)，主要解決的是手術(shù)精確性問題。雖然制造“達(dá)芬奇機(jī)器人”的公司正在進(jìn)一步研制血管腔內(nèi)治療的手術(shù)機(jī)器人，但是目前仍然處于初步階段。國內(nèi)也有機(jī)器人輔助血管介入操作的雛形，進(jìn)行了初步的動物實驗，但是很顯然距離實用化和臨床推廣還很遠(yuǎn)，有許多關(guān)鍵問題和技術(shù)尚待攻克。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置及其控制方法，其主要用于還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力和阻力矩，并由操作人員實時感知。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置，其特征在于，所述血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置由手柄、位移測量裝置、阻力隨動子、扭簧、轉(zhuǎn)角測量裝置、彈簧、阻力矩隨動子組成，所述手柄由操作人員進(jìn)行操作，所述位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置分別用于測量手柄的位移與轉(zhuǎn)角，所述阻力隨動子和所述彈簧相連接，所述阻力矩隨動子與所述扭簧相連接，位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置位于手柄的外側(cè)，彈簧套在手柄上，扭簧位于手柄的一端。
[0008]優(yōu)選地，所述位移測量裝置用于實時測量手柄的位移距離，并通過顯示設(shè)備顯示，以指導(dǎo)操作人員實時調(diào)整手柄位移。
[0009]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)角測量裝置用于實時測量手柄所轉(zhuǎn)過的角度，并通過顯示設(shè)備顯
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[0010]優(yōu)選地，所述阻力隨動子用于實時還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力，所述阻力矩隨動子用于實時還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力矩。
[0011]優(yōu)選地，所述血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置需要與血管介入手術(shù)機(jī)器人聯(lián)合使用。
[0012]本發(fā)明還提供一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置的控制方法，其特征在于，其包括以下步驟:
[0013]步驟一，所述的阻力隨動子與阻力矩隨動子用于將血管介入手術(shù)過程中導(dǎo)絲與血管產(chǎn)生的阻力與阻力矩實施反饋到所述彈簧與扭簧上；
[0014]步驟二，根據(jù)手柄上的阻力、阻力矩分別與彈簧上連接的阻力隨動子速度、與扭簧上連接的阻力矩隨動子繞轉(zhuǎn)速度之間的動力學(xué)方程關(guān)系，精確還原放大成為手柄對手的反作用力；
[0015]步驟三，操作人員根據(jù)所感知的力與力矩進(jìn)行相應(yīng)的操作；
[0016]步驟四，手柄的位移信息與轉(zhuǎn)動信息分別由所述位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置測得，并反饋給血管介入手術(shù)機(jī)器人，從而實現(xiàn)手術(shù)的遠(yuǎn)程操作。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:根據(jù)人工介入操作的過程與特點，本發(fā)明血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置能夠?qū)崟r還原血管介入手術(shù)過程中導(dǎo)絲與血管之間產(chǎn)生的力與力矩，可以較好的實現(xiàn)遠(yuǎn)程血管介入手術(shù)。操作人員可以直接通過控制該裝置進(jìn)行病患手術(shù)，從而可以脫離X射線的輻射，提高了醫(yī)護(hù)人員的安全性。該裝置上安裝的位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置，可以實時傳回手柄的移動與轉(zhuǎn)動信息，從而使操作人員可以根據(jù)經(jīng)驗實時調(diào)整手柄的移動距離以及手柄的轉(zhuǎn)動角度。同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，安全性高，易于實現(xiàn)，適合微創(chuàng)介入手術(shù)的臨床使用。本發(fā)明主要用于還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力和阻力矩，并由操作人員實時感知。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0019]圖1為本發(fā)明血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置由手柄1、位移測量裝置2、阻力隨動子3、扭簧4、轉(zhuǎn)角測量裝置5、彈簧6、阻力矩隨動子7組成，所述手柄I由操作人員進(jìn)行操作，所述位移測量裝置2與轉(zhuǎn)角測量裝置5分別用于測量手柄I的位移與轉(zhuǎn)角，所述阻力隨動子3和所述彈簧6相連接，所述阻力矩隨動子7與所述扭簧4相連接，位移測量裝置2與轉(zhuǎn)角測量裝置5位于手柄I的外側(cè)，彈簧6套在手柄I上，扭簧4位于手柄I的一端。位移測量裝置2可以是位移傳感器或速度傳感器等。轉(zhuǎn)角測量裝置為角度傳感器。
[0022]其中，位移測量裝置用于實時測量手柄的位移距離，并通過顯示設(shè)備顯示，以指導(dǎo)操作人員實時調(diào)整手柄位移。轉(zhuǎn)角測量裝置用于實時測量手柄所轉(zhuǎn)過的角度，并通過顯示設(shè)備顯示，為操作人員調(diào)整手柄角度提供一定的參考。所述阻力隨動子用于實時還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力，所述阻力矩隨動子用于實時還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力矩。通過所述手柄上的阻力、阻力矩分別與所述彈簧上連接的所述阻力隨動子速度、與所述扭簧上連接的所述阻力矩隨動子繞轉(zhuǎn)速度之間的動力學(xué)方程關(guān)系，精確還原放大成為手柄對手的反作用力。本發(fā)明需要與血管介入手術(shù)機(jī)器人聯(lián)合使用，其主要用于遠(yuǎn)程血管介入手術(shù)，由操作人員遠(yuǎn)程手術(shù)是進(jìn)行操作。
[0023]本發(fā)明血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置的控制方法包括以下步驟:
[0024]步驟一，所述的阻力隨動子與阻力矩隨動子用于將血管介入手術(shù)過程中導(dǎo)絲與血管產(chǎn)生的阻力與阻力矩實施反饋到所述彈簧與扭簧上；
[0025]步驟二，根據(jù)手柄上的阻力、阻力矩分別與彈簧上連接的阻力隨動子速度、與扭簧上連接的阻力矩隨動子繞轉(zhuǎn)速度之間的動力學(xué)方程關(guān)系，精確還原放大成為手柄對手的反作用力；
[0026]步驟三，操作人員根據(jù)所感知的力與力矩進(jìn)行相應(yīng)的操作，如前后移動手柄，左右轉(zhuǎn)動手柄等；
[0027]步驟四，手柄的位移信息與轉(zhuǎn)動信息分別由所述位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置測得，并反饋給血管介入手術(shù)機(jī)器人，從而實現(xiàn)手術(shù)的遠(yuǎn)程操作。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實時獲得血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力和阻力矩，并使操作人員感知，增加了遠(yuǎn)程血管介入手術(shù)的安全性與可靠性。同時該裝置還具有簡單易行、成本低廉、使用方便等優(yōu)點。
[0029]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置，其特征在于，所述血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置由手柄、位移測量裝置、阻力隨動子、扭簧、轉(zhuǎn)角測量裝置、彈簧、阻力矩隨動子組成，所述手柄由操作人員進(jìn)行操作，所述位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置分別用于測量手柄的位移與轉(zhuǎn)角，所述阻力隨動子和所述彈簧相連接，所述阻力矩隨動子與所述扭簧相連接，位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置位于手柄的外側(cè)，彈簧套在手柄上，扭簧位于手柄的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置，其特征在于，所述位移測量裝置用于實時測量手柄的位移距離，并通過顯示設(shè)備顯示，以指導(dǎo)操作人員實時調(diào)整手柄位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)角測量裝置用于實時測量手柄所轉(zhuǎn)過的角度，并通過顯示設(shè)備顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置，其特征在于，所述阻力隨動子用于實時還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力，所述阻力矩隨動子用于實時還原血管介入手術(shù)機(jī)器人手術(shù)時導(dǎo)絲與血管之間的阻力矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置，其特征在于，所述血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置需要與血管介入手術(shù)機(jī)器人聯(lián)合使用。
6.一種血管介入手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)絲阻力觸覺還原裝置的控制方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟一，所述的阻力隨動子與阻力矩隨動子用于將血管介入手術(shù)過程中導(dǎo)絲與血管產(chǎn)生的阻力與阻力矩實施反饋到所述彈簧與扭簧上； 步驟二，根據(jù)手柄上的阻力、阻力矩分別與彈簧上連接的阻力隨動子速度、與扭簧上連接的阻力矩隨動子繞轉(zhuǎn)速度之間的動力學(xué)方程關(guān)系，精確還原放大成為手柄對手的反作用力； 步驟三，操作人員根據(jù)所感知的力與力矩進(jìn)行相應(yīng)的操作； 步驟四，手柄的位移信息與轉(zhuǎn)動信息分別由所述位移測量裝置與轉(zhuǎn)角測量裝置測得，并反饋給血管介入手術(shù)機(jī)器人，從而實現(xiàn)手術(shù)的遠(yuǎn)程操作。
【文檔編號】A61B19/00GK104323859SQ201410629036
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】徐曉剛, 陸茂偉 申請人:上海速介機(jī)器人科技有限公司