CN104323859B - 血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置及其控制方法，所述血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置由手柄、位移测量装置、阻力随动子、扭簧、转角测量装置、弹簧、阻力矩随动子组成，所述手柄由操作人员进行操作，所述位移测量装置与转角测量装置分别用于测量手柄的位移与转角，所述阻力随动子和所述弹簧相连接，所述阻力矩随动子与所述扭簧相连接，位移测量装置与转角测量装置位于手柄的外侧，弹簧套在手柄上，扭簧位于手柄的一端。本发明可以实时获得血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力和阻力矩，并使操作人员感知，增加了远程血管介入手术的安全性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗设备，具体地，涉及一种血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置及其控制方法。
背景技术
随着我国疾病谱的转变，血管疾病和肿瘤已连续十余年稳居我国致死性疾病第一和第二位。而血管介入治疗已成为治疗血管疾病和多种肿瘤的重要治疗手段。在血管治疗方面，主要的治疗手段包括：血管腔内球囊成形、血管支架、溶栓治疗、血管栓塞(创伤、产后、术后、炎症、动静脉瘘等)、下腔静脉滤器置入、经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)、各种血管造影诊断等。而在肿瘤性疾病治疗方面，主要的治疗手段包括：肿瘤的供血栓塞与药物灌注(TACE)、动脉内照射、术前栓塞肿瘤血管等；某些肿瘤，如肝癌、肺癌、盆腔肿瘤等，血管介入治疗已成为重要的治疗手段，使得大量不具备手术指征的肿瘤患者有效控制了肿瘤生长、减轻了肿瘤负荷、延长了生存期，甚至使得一部分原本不能手术治疗的肿瘤降低了肿瘤体积和血供，重新获得手术机会。
国外已经在微创血管介入手术机器人方面取得了很好的成绩，美国、日本、德国等国家已研制出多种手术机器人产品，正在逐步形成一种新的高端技术医疗器械产业。2002年底，美国Stereotaxis公司与德国Siemens公司联合推出了数字平板磁导航血管造影系统，它能够为患者提供了一个新的介入治疗标准，提高了常规血管介入治疗的效率及效能，实现了计算机控制的精度及手术的自动化，使得手术介入器械准确方便地进入病变血管部位。
在国内，机器人辅助无框架脑外科立体定向手术系统开启了我国自主研发外科手术机器人的先河，此系统由清华大学、解放军海军总医院以及北京航空航天大学联合开发，此外，他们相继研发出来一系列神经外科手术机器人系统。2005年，借助于第五代神经外科手术机器人，北京海军总医院神经外科医生通过互联网成功为延安的脑出血病人进行了手术，取得了医疗器械注册证。
国际上和国内已有商品化的手术机器人，主要用于胸腔、腹腔、盆腔手术，主要解决的是手术精确性问题。虽然制造“达芬奇机器人”的公司正在进一步研制血管腔内治疗的手术机器人，但是目前仍然处于初步阶段。国内也有机器人辅助血管介入操作的雏形，进行了初步的动物实验，但是很显然距离实用化和临床推广还很远，有许多关键问题和技术尚待攻克。
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机器人导丝阻力触觉还原装置及其控制方法，其主要用于还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力和阻力矩，并由操作人员实时感知。
根据本发明的一个方面，提供一种血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置由手柄、位移测量装置、阻力随动子、扭簧、转角测量装置、弹簧、阻力矩随动子组成，所述手柄由操作人员进行操作，所述位移测量装置与转角测量装置分别用于测量手柄的位移与转角，所述阻力随动子和所述弹簧相连接，所述阻力矩随动子与所述扭簧相连接，位移测量装置与转角测量装置位于手柄的外侧，弹簧套在手柄上，扭簧位于手柄的一端。
优选地，所述位移测量装置用于实时测量手柄的位移距离，并通过显示设备显示，以指导操作人员实时调整手柄位移。
优选地，所述转角测量装置用于实时测量手柄所转过的角度，并通过显示设备显示。
优选地，所述阻力随动子用于实时还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力，所述阻力矩随动子用于实时还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力矩。
优选地，所述血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置需要与血管介入手术机器人联合使用。
本发明还提供一种血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，所述的阻力随动子与阻力矩随动子用于将血管介入手术过程中导丝与血管产生的阻力与阻力矩实施反馈到所述弹簧与扭簧上；
步骤二，根据手柄上的阻力、阻力矩分别与弹簧上连接的阻力随动子速度、与扭簧上连接的阻力矩随动子绕转速度之间的动力学方程关系，精确还原放大成为手柄对手的反作用力；
步骤三，操作人员根据所感知的力与力矩进行相应的操作；
步骤四，手柄的位移信息与转动信息分别由所述位移测量装置与转角测量装置测得，并反馈给血管介入手术机器人，从而实现手术的远程操作。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：根据人工介入操作的过程与特点，本发明血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置能够实时还原血管介入手术过程中导丝与血管之间产生的力与力矩，可以较好的实现远程血管介入手术。操作人员可以直接通过控制该装置进行病患手术，从而可以脱离X射线的辐射，提高了医护人员的安全性。该装置上安装的位移测量装置与转角测量装置，可以实时传回手柄的移动与转动信息，从而使操作人员可以根据经验实时调整手柄的移动距离以及手柄的转动角度。同时该装置结构简单，成本低廉，安全性高，易于实现，适合微创介入手术的临床使用。本发明主要用于还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力和阻力矩，并由操作人员实时感知。
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为本发明血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置的结构示意图。
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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置由手柄1、位移测量装置2、阻力随动子3、扭簧4、转角测量装置5、弹簧6、阻力矩随动子7组成，所述手柄1由操作人员进行操作，所述位移测量装置2与转角测量装置5分别用于测量手柄1的位移与转角，所述阻力随动子3和所述弹簧6相连接，所述阻力矩随动子7与所述扭簧4相连接，位移测量装置2与转角测量装置5位于手柄1的外侧，弹簧6套在手柄1上，扭簧4位于手柄1的一端。位移测量装置2可以是位移传感器或速度传感器等。转角测量装置为角度传感器。
其中，位移测量装置用于实时测量手柄的位移距离，并通过显示设备显示，以指导操作人员实时调整手柄位移。转角测量装置用于实时测量手柄所转过的角度，并通过显示设备显示，为操作人员调整手柄角度提供一定的参考。所述阻力随动子用于实时还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力，所述阻力矩随动子用于实时还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力矩。通过所述手柄上的阻力、阻力矩分别与所述弹簧上连接的所述阻力随动子速度、与所述扭簧上连接的所述阻力矩随动子绕转速度之间的动力学方程关系，精确还原放大成为手柄对手的反作用力。本发明需要与血管介入手术机器人联合使用，其主要用于远程血管介入手术，由操作人员远程手术是进行操作。
本发明血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置的控制方法包括以下步骤：
步骤一，所述的阻力随动子与阻力矩随动子用于将血管介入手术过程中导丝与血管产生的阻力与阻力矩实施反馈到所述弹簧与扭簧上；
步骤二，根据手柄上的阻力、阻力矩分别与弹簧上连接的阻力随动子速度、与扭簧上连接的阻力矩随动子绕转速度之间的动力学方程关系，精确还原放大成为手柄对手的反作用力；
步骤三，操作人员根据所感知的力与力矩进行相应的操作，如前后移动手柄，左右转动手柄等；
步骤四，手柄的位移信息与转动信息分别由所述位移测量装置与转角测量装置测得，并反馈给血管介入手术机器人，从而实现手术的远程操作。
与现有技术相比，本发明可以实时获得血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力和阻力矩，并使操作人员感知，增加了远程血管介入手术的安全性与可靠性。同时该装置还具有简单易行、成本低廉、使用方便等优点。
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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置由手柄、位移测量装置、阻力随动子、扭簧、转角测量装置、弹簧、阻力矩随动子组成，所述手柄由操作人员进行操作，所述位移测量装置与转角测量装置分别用于测量手柄的位移与转角，所述阻力随动子和所述弹簧相连接，所述阻力矩随动子与所述扭簧相连接，位移测量装置与转角测量装置位于手柄的外侧，弹簧套在手柄上，扭簧位于手柄的一端。
2.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置，其特征在于，所述位移测量装置用于实时测量手柄的位移距离，并通过显示设备显示，以指导操作人员实时调整手柄位移。
3.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置，其特征在于，所述转角测量装置用于实时测量手柄所转过的角度，并通过显示设备显示。
4.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置，其特征在于，所述阻力随动子用于实时还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力，所述阻力矩随动子用于实时还原血管介入手术机器人手术时导丝与血管之间的阻力矩。
5.根据权利要求1所述的血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置，其特征在于，所述血管介入手术机器人导丝阻力触觉还原装置需要与血管介入手术机器人联合使用。
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