一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置制造方法
【專利摘要】一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于它包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、夾具單元、操作信息采集單元、導(dǎo)管、直線導(dǎo)軌和高度可調(diào)底座；其優(yōu)越性在于：直接操作導(dǎo)管，符合人體工學(xué)的要求；實時反饋，反饋直觀，滿足手術(shù)的安全性和醫(yī)生操作的需求；軸向操作信息通過無摩擦磁感應(yīng)方式獲取，高效且不增加附加負載；高度可調(diào)。
【專利說明】一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置
(—)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，特別適用于血管造影、血栓或異物的摘除、治療腫瘤或血管畸形、溶解血栓等方面。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，心腦血管疾病已成為人類死亡病因的頭號殺手，是一種嚴重威脅人類健康的疾病。血管疾病的情況主要有血管腫瘤、血栓堵塞、血管畸形、血管收縮、血管硬化等。其治療方法通常有兩種，一種是傳統(tǒng)的開放性手術(shù)，另一種是導(dǎo)管介入手術(shù)。其中，開放性手術(shù)是在病變位置進行開刀手術(shù)治療；導(dǎo)管介入手術(shù)在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的引導(dǎo)下，將特制的導(dǎo)管、導(dǎo)絲引入血管，對血管內(nèi)的病變位置進行施藥和治療，介入治療應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，擴大了醫(yī)生的視野，借助導(dǎo)管、導(dǎo)絲延長了醫(yī)生的雙手，它的切口(穿刺點)僅有米粒大小。
[0003]臨床經(jīng)驗證明，微創(chuàng)導(dǎo)管介入手術(shù)是治療心腦血管疾病的有效手段，與“開放性”手術(shù)相比，它具有創(chuàng)傷小、安全性、術(shù)后恢復(fù)快、并發(fā)癥少等優(yōu)點。但是傳統(tǒng)的血管介入手術(shù)也存在一些問題，首先是醫(yī)生在X光的輻射下手術(shù)；其次是手術(shù)的高危險性，對操作醫(yī)生的操作技巧要求高；再次是手術(shù)時間長，手術(shù)安全性會因為醫(yī)生的疲勞而降低。
[0004]遙操作主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)是解決這些問題的有效途徑，已成為一個研究熱點。傳統(tǒng)手術(shù)中醫(yī)生直接操作手術(shù)器械，器械與人體組織的接觸信息可以直接傳給醫(yī)生，而微創(chuàng)手術(shù)中醫(yī)生手術(shù)中的觸覺信息由于手術(shù)器械的關(guān)系大多很難得到。因此，在微創(chuàng)手術(shù)中，醫(yī)生由于缺少了觸覺信息而使得手術(shù)增加了危險，可能因操作不當(dāng)或過猛損壞了病人的器官。觸覺反饋在很多研究中都有涉及，但反饋方式傳統(tǒng)的直接通過手術(shù)器械的方式相差甚遠，操作者的操作方式和傳統(tǒng)的方式也大大不同，通常是直接的發(fā)送動作指令。因此，傳統(tǒng)介入手術(shù)所積累的經(jīng)驗技巧得不到很好的利用，不符合人體工學(xué)的要求。
(三)實用新型內(nèi)容:
[0005]本實用新型的目的在于提供一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種允許醫(yī)生像傳統(tǒng)手術(shù)一樣去操作，并能將實時的力覺信息直觀的反饋給到醫(yī)生手上的裝置，符合人體工學(xué)的要求，且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案:一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于它包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、夾具單元、操作信息采集單元、導(dǎo)管、直線導(dǎo)軌和高度可調(diào)底座；其中，所述軸向力反饋阻尼器單元安裝在高度可調(diào)底座上，其輸出端輸出為對導(dǎo)管的阻尼信號；所述扭矩反饋輸出單元安裝在直線導(dǎo)軌上，其輸出端輸出對夾具單元的力矩信號；所述夾具單元的輸出端與導(dǎo)管配合連接；所述操作信息采集單元的輸入端采集扭矩反饋輸出單元輸出端輸出的旋轉(zhuǎn)角度信息和軸向運動信息，其輸出為主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的從操作器的操作動作提供依據(jù)；所述導(dǎo)管穿過夾具單元；所述直線導(dǎo)軌安裝在高度可調(diào)底座；所述高度可調(diào)底座是主操作器的安裝底座。
[0007]所述夾具單元的輸出端與導(dǎo)管的連接為夾緊導(dǎo)管或松開導(dǎo)管。
[0008]所述軸向力反饋阻尼器單元由活塞桿、阻尼器、阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板II構(gòu)成；其中，所述阻尼器安裝在阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板II上，其輸出端輸出為對活塞桿的阻尼信號；所述活塞桿的輸入端接收阻尼器的阻尼信號，其輸出端輸出對導(dǎo)管的阻尼信號；所述阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板II均安裝在高度可調(diào)底座上。
[0009]所述阻尼器由阻尼器壁、活塞、線圈和聚氨酯海綿構(gòu)成；其中，所述活塞與活塞桿連接；所述線圈纏在活塞上；所述聚氨酯海綿覆蓋在纏有線圈的活塞上。
[0010]所述的聚氨酯海綿中吸附磁流變液至飽和。
[0011]所述扭矩反饋輸出單元由力矩輸出電機、力矩輸出電機安裝板、同步帶輪1、同步帶輪II和同步帶構(gòu)成；其中，所述力矩輸出電機安裝在力矩輸出電機安裝板上，其輸出端輸出扭矩信號，通過同步帶輪1、同步帶輪II和同步帶與夾具單元連接；所述力矩輸出電機安裝板安裝在直線導(dǎo)軌上；所述同步帶輪I安裝在力矩輸出電機的輸出軸上；所述同步帶輪II與夾具單元連接。
[0012]所述夾具單元由電動夾具1、電動夾具I1、夾具連接軸、電刷盤、軸支撐板和后端夾具安裝板構(gòu)成；其中，所述電動夾具I連接在夾具連接軸上，所述電動夾具I的輸入端接收通過夾具連接軸以及扭矩反饋輸出單元的同步帶輪1、同步帶輪I1、同步帶傳遞的扭矩反饋輸出單元輸出的扭矩信號，其輸出端夾緊或松開導(dǎo)管；所述電動夾具II安裝在后端夾具安裝板上，其輸出端夾緊或松開導(dǎo)管；所述軸支撐板上有穿孔，所述夾具連接軸通過穿孔與軸支撐板呈軸承連接；所述夾具連接軸上安裝有同步帶輪II;所述夾具連接軸的前端與軸向力反饋阻尼器單元中的活塞桿呈螺紋連接，其后端與電動夾具I連接；所述軸支撐板安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板上，支撐夾具連接軸；所述后端夾具安裝板安裝在高度可調(diào)底座上；所述電刷盤安裝在夾具連接軸上，防止電動夾具I的引線纏線。
[0013]所述電動夾具I電機安裝板、夾具電機、凸輪和銷釘構(gòu)成；其中，所述夾具電機安裝在夾具電機安裝板上；所述凸輪連接夾具電機的輸出端，并與夾具片連接；所述夾具板I連接在夾具連接軸上；所述夾具板II與夾具板I之間、夾具板II與夾具電機安裝板之間均通過螺絲連接；所述夾具片通過銷釘固定在夾具板I與夾具電機安裝板之間；所述夾具板II上有螺紋孔，所述彈簧穿過夾具板II上螺紋孔，一端壓在夾具片上，一端與擰進夾具板II上螺紋孔的螺絲相接。
[0014]所述電動夾具II與電動夾具I有相同的結(jié)構(gòu)。
[0015]所述直線導(dǎo)軌由直線導(dǎo)軌軌道和直線導(dǎo)軌滑塊構(gòu)成；其中，所述直線導(dǎo)軌滑塊上安裝有扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板；所述直線導(dǎo)軌滑塊安裝在直線導(dǎo)軌軌道上，且所述直線導(dǎo)軌滑塊與直線導(dǎo)軌軌道之間是滾珠連接。
[0016]所述高度可調(diào)底座由升降臺1、升降臺II和升降臺安裝板構(gòu)成；其中，所述升降臺安裝板安裝在升降臺I和升降臺II上；所述升降臺安裝板上安裝有軸向力反饋阻尼器單元的阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板I1、夾具單元的后端夾具安裝板以及直線導(dǎo)軌的直線導(dǎo)軌軌道。
[0017]所述升降臺I由升降臺底板、螺紋桿、軸1、軸I1、升降臺頂板和升降臺支撐桿構(gòu)成；其中，所述升降臺支撐桿下端安裝在升降臺底板上，上端支撐升降臺頂板；所述軸I作為升降臺支撐桿的旋轉(zhuǎn)軸；所述軸II為升降臺支撐桿的旋轉(zhuǎn)軸；所述螺紋桿穿過軸I和軸II，且與軸I和軸II的連接螺紋方向相反。
[0018]所述升降臺II與升降臺I具有相同結(jié)構(gòu)。
[0019]所述操作信息采集單元由直線位移傳感器、直線位移傳感器滑塊和光電編碼器構(gòu)成；其中，所述直線位移傳感器安裝在升降臺安裝板上，其輸入端接收直線位移傳感器滑塊的位置信號；所述直線位移傳感器滑塊安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板上；所述光電編碼器安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機上，其輸入端接收力矩輸出電機的旋轉(zhuǎn)角度信號。
[0020]所述的導(dǎo)管為微創(chuàng)介入手術(shù)醫(yī)用導(dǎo)管。
[0021]所述阻尼器、直線導(dǎo)軌的行程和直線位移傳感器的量程對應(yīng)相等，可選擇為0-400mmo
[0022]所述主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置采用鋁合金和不銹鋼材料。
[0023]本實用新型的工作過程:
[0024]①裝置高度調(diào)節(jié):
[0025]在進行手術(shù)操作時，根據(jù)不同操作者對操作器的高度要求，首先手動調(diào)節(jié)升降臺I和升降臺II獲??；所述的升降臺I，螺紋桿上有正反螺紋，手動轉(zhuǎn)動螺紋桿時可以使軸I和軸II靠攏或者分離，從而調(diào)節(jié)升降臺底板和升降臺頂板間的距離，起到升降的效果；
[0026]②操作的實現(xiàn)及操作信息的提取:
[0027]主操作器上的電動夾具I和電動夾具II交替工作，當(dāng)電動夾具I夾住導(dǎo)管時，導(dǎo)管和活塞桿以及安裝在直線導(dǎo)軌上的扭矩反饋輸出單元、光電編碼器，直線位移傳感器滑塊固定成一個整體，操作導(dǎo)管能使這個整體運動；其中，夾具片的張開角度由夾具電機的旋轉(zhuǎn)角度來決定，不同的夾具電機的旋轉(zhuǎn)角度通過凸輪去控制夾具片的張開角度；
[0028]當(dāng)電動夾具I松開后，電動夾具II夾緊導(dǎo)管時，因為電動夾具II安裝在與高度可調(diào)底座固定的后端夾具安裝板上，因此導(dǎo)管與高度可調(diào)底座保持不動，拉動活塞桿帶動電動夾具1、以及安裝在直線導(dǎo)軌上的扭矩反饋輸出單元、光電編碼器，直線位移傳感器滑塊整體移動以調(diào)整活塞到阻尼器的后側(cè)而不影響導(dǎo)管的位置，然后電動夾具I夾緊，電動夾具II松開，開始新一程的操作；
[0029]所述電動夾具I夾住導(dǎo)管時，醫(yī)生操作導(dǎo)管的運動有兩個自由度，包括軸向和旋轉(zhuǎn):
[0030]1、對于軸向運動信息的采集，安裝在力矩輸出電機安裝板上的直線位移傳感器滑塊隨著導(dǎo)管同步移動，直線位移傳感器實時感應(yīng)直線位移傳感器滑塊位置的變化即可得出導(dǎo)管的軸向位移及速率；
[0031]I1、對于旋轉(zhuǎn)信息，導(dǎo)管的轉(zhuǎn)動通過同步帶和力矩輸出電機的輸出軸保持同步，因此安裝在力矩輸出電機上的光電編碼器可以檢測導(dǎo)管的旋轉(zhuǎn)信息；
[0032]③從操作器的操作力在主操作器的反饋
[0033]從操作器的操作力信息包括軸向操作力和旋轉(zhuǎn)操作力兩種，其中:
[0034]1、對于軸向操作力反饋，通過阻尼器結(jié)構(gòu)應(yīng)用智能材料磁流變液來實現(xiàn):阻尼器壁和活塞間有間隙，活塞上纏有線圈；聚氨酯海綿浸泡磁流變液飽和后覆蓋在纏有線圈的活塞上；當(dāng)向線圈中通上電流時將產(chǎn)生以活塞、磁流變液、阻尼器壁、磁流變液、活塞的封閉磁回路，此時推動活塞運動，磁流變液則會產(chǎn)生剪切力，對活塞形成阻力；不同的磁場大小產(chǎn)生不同阻力，而磁場的大小可以通過控制線圈中的電流大小來獲得，通過電動夾具I將活塞桿和導(dǎo)管固定在一起，這個阻力通過導(dǎo)管傳遞到操作者的手上形成軸向力反饋；
[0035]I1、扭矩的反饋，通過力矩輸出電機來實現(xiàn)，扭矩反饋輸出單元安裝在直線導(dǎo)軌上，力矩輸出電機的輸出通過同步帶輪1、同步帶、同步帶輪I1、夾具連接軸傳遞到活塞桿，活塞桿和導(dǎo)管一起運動，因此輸出力矩可以通過和活塞桿一起運動的導(dǎo)管傳遞到操作者手上，力矩輸出電機的輸出扭矩的大小由供電電流大小決定，而電流由從端反饋回來的扭矩信息和連接所固有的扭矩來決定。
[0036]本實用新型的優(yōu)越性在于:1、允許醫(yī)生直接操作一根真實導(dǎo)管，就像醫(yī)生在傳統(tǒng)介入手術(shù)中的操作方式一樣，符合人體工學(xué)的要求，醫(yī)生能夠充分利用在傳統(tǒng)手術(shù)中所積累的經(jīng)驗和技巧；2、本設(shè)計注重手術(shù)操作力的實時反饋，從側(cè)操作器裝置的操作力能夠?qū)崟r通過主操作器裝置上的導(dǎo)管直接反饋到醫(yī)生的操作手上，反饋直觀，滿足手術(shù)的安全性和醫(yī)生操作的需求；3、醫(yī)生操作的軸向信息采用完全無摩擦磁感應(yīng)方式獲取，高效且不增加附加負載；4、裝置的高度可調(diào)，可以滿足不同操作者對操作高度的不同要求。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】:
[0037]圖1為本實用新型所涉一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0038]圖2為本實用新型所涉一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖3為本實用新型所涉一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的軸向力反饋阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖4為本實用新型所涉一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的扭矩反饋輸出單元與直線導(dǎo)軌11的安裝示意圖。
[0041]圖5為本實用新型所涉一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的電動夾具I 17示意圖(其中圖5-a為分解圖，圖5-b為組合圖)。
[0042]圖6為本實用新型所涉一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的升降臺I I結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]其中，I為升降臺I，1-1為升降臺底板，1-2為螺紋桿，1-3為軸I，1_4為軸11，1_5為升降臺頂板，1-6為升降臺支撐桿，2為升降臺安裝板，3為直線位移傳感器，4為直線位移傳感器滑塊，5為升降臺II，6為力矩輸出電機安裝板，7為活塞桿，8為阻尼器支撐板I，9為阻尼器，9-1為阻尼器壁，9-2為活塞，9-3為線圈，9-4為聚氨酯海綿，10為阻尼器支撐板II，11為直線導(dǎo)軌，11-1為直線導(dǎo)軌軌道，11-2為直線導(dǎo)軌滑塊，12為光電編碼器，13為力矩輸出電機，14為夾具連接軸，15為同步帶輪I，16為同步帶輪II，17為電動夾具I，17-1為夾具板I，17-2為彈簧，17-3為夾具板II，17-4為螺絲，17-5為夾具片，17-6為夾具電機安裝板，17-7為夾具電機,17-8為凸輪,17-9為銷釘,18為導(dǎo)管，19為后端夾具安裝板,20為電動夾具II，21為電刷盤，22為同步帶，23為軸支撐板。
(五)【具體實施方式】:
[0044]實施例:一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置(見圖1，圖2)，其特征在于它包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、夾具單元、操作信息采集單元、導(dǎo)管18、直線導(dǎo)軌11和高度可調(diào)底座；其中，所述軸向力反饋阻尼器單元安裝在高度可調(diào)底座上，其輸出端輸出為對導(dǎo)管18的阻尼信號；所述扭矩反饋輸出單元安裝在直線導(dǎo)軌11上，其輸出端輸出對夾具單元的力矩信號；所述夾具單元的輸出端與導(dǎo)管18配合連接；所述操作信息采集單元的輸入端采集扭矩反饋輸出單元輸出端輸出的旋轉(zhuǎn)角度信息和軸向運動信息，其輸出為主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的從操作器的操作動作提供依據(jù)；所述導(dǎo)管18穿過夾具單元；所述直線導(dǎo)軌11安裝在高度可調(diào)底座；所述高度可調(diào)底座是主操作器的安裝底座。
[0045]所述夾具單元的輸出端與導(dǎo)管18的連接為夾緊導(dǎo)管18或松開導(dǎo)管18。
[0046]所述軸向力反饋阻尼器單元(見圖2)由活塞桿7、阻尼器9、阻尼器支撐板I 8和阻尼器支撐板II 10構(gòu)成；其中，所述阻尼器9安裝在阻尼器支撐板I 8和阻尼器支撐板II 10上，其輸出端輸出為對活塞桿7的阻尼信號；所述活塞桿7的輸入端接收阻尼器9的阻尼信號，其輸出端輸出對導(dǎo)管18的阻尼信號；所述阻尼器支撐板I 8和阻尼器支撐板II 10均安裝在高度可調(diào)底座上。
[0047]所述阻尼器9 (見圖3)由阻尼器壁9-1、活塞9-2、線圈9_3和聚氨酯海綿9_4構(gòu)成；其中，所述活塞9-2與活塞桿7連接；所述線圈9-3纏在活塞9-2上；所述聚氨酯海綿9-4覆蓋在纏有線圈9-3的活塞9-2上。
[0048]所述的聚氨酯海綿9-4中吸附磁流變液至飽和。
[0049]所述扭矩反饋輸出單元(見圖1、圖2)由力矩輸出電機13、力矩輸出電機安裝板
6、同步帶輪I 15、同步帶輪II 16和同步帶22構(gòu)成；其中，所述力矩輸出電機13安裝在力矩輸出電機安裝板6上，其輸出端輸出扭矩信號，通過同步帶輪I 15、同步帶輪II 16和同步帶22與夾具單元連接；所述力矩輸出電機安裝板6安裝在直線導(dǎo)軌11上；所述同步帶輪I 15安裝在力矩輸出電機13的輸出軸上；所述同步帶輪II 16與夾具單元連接。
[0050]所述夾具單元(見圖1、圖2)由電動夾具I 17、電動夾具II 20、夾具連接軸14、電刷盤21、軸支撐板23和后端夾具安裝板19構(gòu)成；其中，所述電動夾具I 17連接在夾具連接軸14上，所述電動夾具I 17的輸入端接收通過夾具連接軸14以及扭矩反饋輸出單元的同步帶輪I 15、同步帶輪II 16、同步帶22傳遞的扭矩反饋輸出單元輸出的扭矩信號，其輸出端夾緊或松開導(dǎo)管18 ;所述電動夾具II 20安裝在后端夾具安裝板19上，其輸出端夾緊或松開導(dǎo)管18 ;所述軸支撐板23上有穿孔，所述夾具連接軸14通過穿孔與軸支撐板23呈軸承連接；所述夾具連接軸14上安裝有同步帶輪II 16 ;所述夾具連接軸14的前端與軸向力反饋阻尼器單元中的活塞桿7呈螺紋連接，其后端與電動夾具I 17連接；所述軸支撐板23安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板6上，支撐夾具連接軸14 ;所述后端夾具安裝板19安裝在高度可調(diào)底座上；所述電刷盤21安裝在夾具連接軸14上，防止電動夾具I 17的引線纏線。
[0051]所述電動夾具I 17(見圖5a，圖5b)由夾具板117-1、彈簧17-2、夾具板1117-3、螺絲17-4、夾具片17-5、夾具電機安裝板17-6、夾具電機17_7、凸輪17_8和銷釘17_9構(gòu)成；其中，所述夾具電機17-7安裝在夾具電機安裝板17-6上；所述凸輪17-8連接夾具電機17-7的輸出端，并與夾具片17-5連接；所述夾具板117-1連接在夾具連接軸14上；所述夾具板II17-3與夾具板117-1之間、夾具板II17-3與夾具電機安裝板17_6之間均通過螺絲連接；所述夾具片17-5通過銷釘17-9固定在夾具板117-1與夾具電機安裝板17_6之間；所述夾具板II17-3上有螺紋孔，所述彈簧17-2穿過夾具板II17-3上螺紋孔，一端壓在夾具片17-5上，一端與擰進夾具板II17-3上螺紋孔的螺絲17-4相接。
[0052]所述電動夾具II20與電動夾具117有相同的結(jié)構(gòu)。
[0053]所述直線導(dǎo)軌11 (見圖4)由直線導(dǎo)軌軌道11-1和直線導(dǎo)軌滑塊11-2構(gòu)成；其中，所述直線導(dǎo)軌滑塊11-2上安裝有扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板6 ;所述直線導(dǎo)軌滑塊11-2安裝在直線導(dǎo)軌軌道11-1上，且所述直線導(dǎo)軌滑塊11-2與直線導(dǎo)軌軌道11-1之間是滾珠連接。
[0054]所述高度可調(diào)底座(見圖1、圖2)由升降臺I 1、升降臺II 5和升降臺安裝板2構(gòu)成；其中，所述升降臺安裝板2安裝在升降臺I I和升降臺II 5上；所述升降臺安裝板2上安裝有軸向力反饋阻尼器單元的阻尼器支撐板I 8和阻尼器支撐板II 10、夾具單元的后端夾具安裝板19以及直線導(dǎo)軌11的直線導(dǎo)軌軌道11-1。
[0055]所述升降臺I 1(見圖6)由升降臺底板1-1、螺紋桿1-2、軸I 1_3、軸II 1_4、升降臺頂板1-5和升降臺支撐桿1-6構(gòu)成；其中，所述升降臺支撐桿1-6下端安裝在升降臺底板1-1上，上端支撐升降臺頂板1-5 ;所述軸I 1-3作為升降臺支撐桿1-6的旋轉(zhuǎn)軸；所述軸II 1-4為升降臺支撐桿1-6的旋轉(zhuǎn)軸；所述螺紋桿1-2穿過軸I 1-3和軸II 1-4，且與軸I 1-3和軸II 1-4的連接螺紋方向相反。
[0056]所述升降臺II 5與升降臺I I具有相同結(jié)構(gòu)。
[0057]所述操作信息采集單元(見圖1、圖2)由直線位移傳感器3、直線位移傳感器滑塊4和光電編碼器12構(gòu)成；其中，所述直線位移傳感器3安裝在升降臺安裝板2上，其輸入端接收直線位移傳感器滑塊4的位置信號；所述直線位移傳感器滑塊4安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板6上；所述光電編碼器12安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機13上，其輸入端接收力矩輸出電機13的旋轉(zhuǎn)角度信號。
[0058]所述的導(dǎo)管18為微創(chuàng)介入手術(shù)醫(yī)用導(dǎo)管。
[0059]所述阻尼器9、直線導(dǎo)軌11的行程和直線位移傳感器3的量程對應(yīng)相等，可選擇為0-400mm,本實施例為200mm。
[0060]所述主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置采用鋁合金和不銹鋼材料。
[0061]一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置的工作方法，其特征在于包括以下幾個部分:
[0062]①裝置高度調(diào)節(jié):
[0063]在進行手術(shù)操作時，根據(jù)不同操作者對操作器的高度要求，首先手動調(diào)節(jié)升降臺I I和升降臺II 5獲取。所述的升降臺I I (見圖6)，螺紋桿1-2上有正反螺紋，手動轉(zhuǎn)動螺紋桿1-2時可以使軸I 1-3和軸II 1-4靠攏或者分離，從而調(diào)節(jié)升降臺底板1-1和升降臺頂板1-5間的距離，起到升降的效果；
[0064]②操作的實現(xiàn)及操作信息的提取:
[0065]主操作器上的電動夾具I 17和電動夾具II 20交替工作，當(dāng)電動夾具I 17夾住導(dǎo)管18時，導(dǎo)管18和活塞桿7以及安裝在直線導(dǎo)軌11上的扭矩反饋輸出單元、光電編碼器12，直線位移傳感器滑塊4固定成一個整體，操作導(dǎo)管18能使這個整體運動；其中，夾具片17-5的張開角度由夾具電機17-7的旋轉(zhuǎn)角度來決定，不同的夾具電機17-7的旋轉(zhuǎn)角度通過凸輪17-8去控制夾具片17-5的張開角度；
[0066]當(dāng)電動夾具I 17松開后，電動夾具II 20夾緊導(dǎo)管18時，因為電動夾具II 20安裝在與高度可調(diào)底座固定的后端夾具安裝板19上，因此導(dǎo)管18與高度可調(diào)底座保持不動，拉動活塞桿7帶動電動夾具I 17、以及安裝在直線導(dǎo)軌11上的扭矩反饋輸出單元、光電編碼器12，直線位移傳感器滑塊4整體移動以調(diào)整活塞9-2到阻尼器9的后側(cè)而不影響導(dǎo)管18的位置，然后電動夾具I 17夾緊，電動夾具II 20松開，開始新一程的操作；
[0067]所述電動夾具I 17夾住導(dǎo)管18時，醫(yī)生操作導(dǎo)管18的運動有兩個自由度，包括軸向和旋轉(zhuǎn):
[0068]1、對于軸向運動信息的采集，安裝在力矩輸出電機安裝板6上的直線位移傳感器滑塊4隨著導(dǎo)管18同步移動，直線位移傳感器3實時感應(yīng)直線位移傳感器滑塊4位置的變化即可得出導(dǎo)管18的軸向位移及速率；
[0069]I1、對于旋轉(zhuǎn)信息，導(dǎo)管18的轉(zhuǎn)動通過同步帶22和力矩輸出電機13的輸出軸保持同步，因此安裝在力矩輸出電機13上的光電編碼器12可以檢測導(dǎo)管18的旋轉(zhuǎn)信息；
[0070]③從操作器的操作力在主操作器的反饋
[0071]從操作器的操作力信息包括軸向操作力和旋轉(zhuǎn)操作力兩種，其中:
[0072]1、對于軸向操作力反饋，通過阻尼器結(jié)構(gòu)應(yīng)用智能材料磁流變液來實現(xiàn):阻尼器壁9-1和活塞9-2間有間隙，活塞9-2上纏有線圈9-3 ;聚氨酯海綿9_4浸泡磁流變液飽和后覆蓋在纏有線圈9-3的活塞9-2上；當(dāng)向線圈9-3中通上電流時將產(chǎn)生以活塞9-2、磁流變液、阻尼器壁9-1、磁流變液、活塞9-2的封閉磁回路，此時推動活塞9-2運動，磁流變液則會產(chǎn)生剪切力，對活塞9-2形成阻力；不同的磁場大小產(chǎn)生不同阻力，而磁場的大小可以通過控制線圈9-3中的電流大小來獲得，通過電動夾具I 17將活塞桿7和導(dǎo)管18固定在一起，這個阻力通過導(dǎo)管18傳遞到操作者的手上形成軸向力反饋；
[0073]I1、扭矩的反饋，通過力矩輸出電機13來實現(xiàn)，扭矩反饋輸出單元安裝在直線導(dǎo)軌11上，力矩輸出電機13的輸出通過同步帶輪I 15、同步帶22、同步帶輪II 16、夾具連接軸14傳遞到活塞桿7，活塞桿7和導(dǎo)管18 —起運動，因此輸出力矩可以通過和活塞桿7 —起運動的導(dǎo)管18傳遞到操作者手上，力矩輸出電機13的輸出扭矩的大小由供電電流大小決定，而電流由從端反饋回來的扭矩信息和連接所固有的扭矩來決定。
【權(quán)利要求】
1.一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于它包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、夾具單元、操作信息采集單元、導(dǎo)管、直線導(dǎo)軌和高度可調(diào)底座；其中，所述軸向力反饋阻尼器單元安裝在高度可調(diào)底座上，其輸出端輸出為對導(dǎo)管的阻尼信號；所述扭矩反饋輸出單元安裝在直線導(dǎo)軌上，其輸出端輸出對夾具單元的力矩信號；所述夾具單元的輸出端與導(dǎo)管配合連接；所述操作信息采集單元的輸入端采集扭矩反饋輸出單元輸出端輸出的旋轉(zhuǎn)角度信息和軸向運動信息，其輸出為主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的從操作器的操作動作提供依據(jù)；所述導(dǎo)管穿過夾具單元；所述直線導(dǎo)軌安裝在高度可調(diào)底座；所述高度可調(diào)底座是主操作器的安裝底座；所述夾具單元的輸出端與導(dǎo)管的連接為夾緊導(dǎo)管或松開導(dǎo)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述軸向力反饋阻尼器單元由活塞桿、阻尼器、阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板II構(gòu)成；其中，所述阻尼器安裝在阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板II上，其輸出端輸出為對活塞桿的阻尼信號；所述活塞桿的輸入端接收阻尼器的阻尼信號，其輸出端輸出對導(dǎo)管的阻尼信號；所述阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板II均安裝在高度可調(diào)底座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述阻尼器由阻尼器壁、活塞、線圈和聚氨酯海綿構(gòu)成；其中，所述活塞與活塞桿連接；所述線圈纏在活塞上；所述聚氨酯海綿覆蓋在纏有線圈的活塞上；所述的聚氨酯海綿中吸附磁流變液至飽和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述扭矩反饋輸出單元由力矩輸出電機、力矩輸出電機安裝板、同步帶輪1、同步帶輪II和同步帶構(gòu)成；其中，所述力矩輸出電機安裝在力矩輸出電機安裝板上，其輸出端輸出扭矩信號，通過同步帶輪1、同步帶輪II和同步帶與夾具單元連接；所述力矩輸出電機安裝板安裝在直線導(dǎo)軌上；所述同步帶輪I安裝在力矩輸出電機的輸出軸上；所述同步帶輪II與夾具單元連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述夾具單元由電動夾具1、電動夾具I1、夾具連接軸、電刷盤、軸支撐板和后端夾具安裝板構(gòu)成；其中，所述電動夾具I連接在夾具連接軸上，所述電動夾具I的輸入端接收通過夾具連接軸以及扭矩反饋輸出單元的同步帶輪1、同步帶輪I1、同步帶傳遞的扭矩反饋輸出單元輸出的扭矩信號，其輸出端夾緊或松開導(dǎo)管；所述電動夾具II安裝在后端夾具安裝板上，其輸出端夾緊或松開導(dǎo)管；所述軸支撐板上有穿孔，所述夾具連接軸通過穿孔與軸支撐板呈軸承連接；所述夾具連接軸上安裝有同步帶輪II ;所述夾具連接軸的前端與軸向力反饋阻尼器單元中的活塞桿呈螺紋連接，其后端與電動夾具I連接；所述軸支撐板安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板上，支撐夾具連接軸；所述后端夾具安裝板安裝在高度可調(diào)底座上；所述電刷盤安裝在夾具連接軸上，防止電動夾具I的引線纏線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述電動夾具I電機安裝板、夾具電機、凸輪和銷釘構(gòu)成；其中，所述夾具電機安裝在夾具電機安裝板上；所述凸輪連接夾具電機的輸出端，并與夾具片連接；所述夾具板I連接在夾具連接軸上；所述夾具板II與夾具板I之間、夾具板II與夾具電機安裝板之間均通過螺絲連接；所述夾具片通過銷釘固定在夾具板I與夾具電機安裝板之間；所述夾具板II上有螺紋孔，所述彈簧穿過夾具板II上螺紋孔，一端壓在夾具片上，一端與擰進夾具板II上螺紋孔的螺絲相接；所述電動夾具II與電動夾具I有相同的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述直線導(dǎo)軌由直線導(dǎo)軌軌道和直線導(dǎo)軌滑塊構(gòu)成；其中，所述直線導(dǎo)軌滑塊上安裝有扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板；所述直線導(dǎo)軌滑塊安裝在直線導(dǎo)軌軌道上，且所述直線導(dǎo)軌滑塊與直線導(dǎo)軌軌道之間是滾珠連接；所述高度可調(diào)底座由升降臺1、升降臺II和升降臺安裝板構(gòu)成；其中，所述升降臺安裝板安裝在升降臺I和升降臺II上；所述升降臺安裝板上安裝有軸向力反饋阻尼器單元的阻尼器支撐板I和阻尼器支撐板I1、夾具單元的后端夾具安裝板以及直線導(dǎo)軌的直線導(dǎo)軌軌道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述升降臺I由升降臺底板、螺紋桿、軸1、軸I1、升降臺頂板和升降臺支撐桿構(gòu)成；其中，所述升降臺支撐桿下端安裝在升降臺底板上，上端支撐升降臺頂板；所述軸I作為升降臺支撐桿的旋轉(zhuǎn)軸；所述軸II為升降臺支撐桿的旋轉(zhuǎn)軸；所述螺紋桿穿過軸I和軸II，且與軸I和軸II的連接螺紋方向相反；所述升降臺II與升降臺I具有相同結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述操作信息采集單元由直線位移傳感器、直線位移傳感器滑塊和光電編碼器構(gòu)成；其中，所述直線位移傳感器安裝在升降臺安裝板上，其輸入端接收直線位移傳感器滑塊的位置信號；所述直線位移傳感器滑塊安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機安裝板上；所述光電編碼器安裝在扭矩反饋輸出單元的力矩輸出電機上，其輸入端接收力矩輸出電機的旋轉(zhuǎn)角度信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)主端操作器裝置，其特征在于所述的導(dǎo)管為微創(chuàng)介入手術(shù)醫(yī)用導(dǎo)管；所述阻尼器、直線導(dǎo)軌的行程和直線位移傳感器的量程對應(yīng)相等，可選擇為0-400mm。
【文檔編號】A61B19/00GK203935214SQ201420250954
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】郭健, 郭書祥, 王鵬, 邵林, 王云亮 申請人:天津理工大學(xué)