一种介入手术机器人的操作装置

1.本发明涉及生物医药器械领域，具体是一种介入手术机器人的操作装置。


背景技术：

2.经皮冠状动脉介入术(pci)是心血管病的重要治疗方案。这类手术具有操作精确、手术时间短、手术创伤小、术后恢复时间短、患者遭受的痛苦轻等优势，逐渐成为治疗心血管疾病的主要手段之一。
3.为了改善介入手术医生的工作环境且提升介入手术效果，工程技术人员研制了心血管介入手术机器人辅助医生完成介入微创手术，医生通过远程遥操作的方式，能够在无x射线的安全环境中控制心血管介入手术机器人完成心血管介入手术。
4.目前的pci手术对手术医生的操作经验与手感要求很高，医生对导管的掌控和反馈手感的依赖很强。因此，心血管介入手术机器人的操作端不仅需要能够完成对手术机器人发布操作命令，例如导管的进退、旋转等，还需要将导管在体内运动遇到的阻力反馈到操作者的手上，帮助医生判断当前导管在血管中的状态。且医生在传统导管的使用时具有许多操作技巧，当前的人机交互界面无法将医生的这些经验技巧充分发挥出来。
5.目前，各类心血管介入手术机器人的人机交互界面主要有两种：触摸屏和操作手柄。触摸屏控制法是通过触摸屏上的按键控制介入手术机器人，以实现导管的进退与旋转等动作，这种控制方式与医生实际手术动作没有任何关联，更无法为医生提供实时的触觉反馈。操作手柄控制法是目前较为常用的介入手术机器人操作方式，手术医生能够通过使用操作手柄做出一定的动作来操作机器人，也能够通过操作手柄获取一定的触觉反馈信息，但目前的操作手柄仍存在一定不足，仍缺少一款既符合医生操作习惯，又能给予医生准确触觉反馈，且能实现遥操作的介入手术机器人操作手柄。
6.siemens旗下corindus公司开发的corpathgrx系统采用了类似于游戏手柄的操作端来完成介入机器人对导管的控制；深圳市爱博医疗机器人有限公司提出的一种介入手术机器人主端操作手柄(申请号202111009835.x)能够有效检测操作杆的转动角度及移动距离，但上述操作手柄无法给手术医生提供力反馈，医生无法感受到手术过程中导管的运动情况；上海奥朋医疗科技有限公司的李蒙等提出了一种带导丝导管推进阻力反馈的血管介入机器人操作手柄(申请号202010067542.6)，能够在一定程度上还原医生的临场感但仍无法模拟医生传统经验中双手操作导管的动作，具有一定的局限性。
7.综上所述，现有技术存在的问题如下：1、很多研究与发明中使用的机器人操作端使用商用主端或者使用游戏手柄进行操作，这些操作界面不符合医生在传统手术过程中的操作习惯，医生无法将传统手术中的经验充分应用于机器人上；2、很多研究与发明中忽视了对导管受力信息的触觉反馈。有效的触觉反馈能够让医生感受到导管在体内受到的阻力，有助于医生在手术过程中做出正确的判断与操作，进而提升手术的安全性和手术效果。


技术实现要素：

8.本发明提供一种更安全、精确的介入手术机器人的操作装置。术后，可提供数据记录，对医生模拟练习、经验总结提供资料。
9.为达此目的，本发明提供如下的技术方案：
10.本发明的第一个方面，提供了一种介入手术机器人的操作装置，外接手术机器人，包括主操作柄、基座、第一压力传感器、第二压力传感器、六轴传感器、连接件、控制装置和传输模块，所述主操作柄内侧设有所述六轴传感器和所述第一压力传感器，所述控制装置设置于所述基座内，所述主操作柄通过所述连接件设置于所述基座上，所述第二压力传感器设置于手术机器人的导管前端，所述六轴传感器/所述第一压力传感器、所述控制装置、手术机器人的导管驱动器依次通过所述传输模块连接，所述第二压力传感器、所述控制装置、所述连接件依次通过所述传输模块连接。
11.在本发明中，手术医生可依照传统导管术的操作方法与习惯操作心血管介入手术机器人、在心血管介入手术中给手术机器人操作者提供实时准确的导管头部的阻力情况。传统操作方法与习惯包括且不限于：递送、捻转等手势。
12.优选的，所述控制装置为计算机，所述计算机包括电源模块。
13.优选的，所述电源模块包括电池、usb接口和数据线。
14.优选的，所述第一压力传感器为柔性薄膜压力传感器。
15.优选的，所述连接件为形状记忆合金弹簧或磁流变液阻尼器。进一步优选的，连接件为形状记忆合金弹簧时，基座内设有与形状记忆合金弹簧配合使用的温控设备。可以通过温度控制形状记忆合金弹簧的伸缩来还原导管在血管内所受到的阻力情况。
16.优选的，还包括腕部软垫，所述腕部软垫设置于主操作柄的后方，且操作者腕部对应的位置。
17.优选的，所述腕部软垫额填充材质包括记忆棉。
18.优选的，所述传输模块为tplink无线通信组件。
19.优选的，所述主操作柄为圆筒型，圆筒内径为15-18mm，外径为20-23mm。
20.优选的，基座包括急停按键、前进/后退按键、方向控制按键、电源开关、显示器、电池、控制器、通讯设备、温控设备等。基座的上表面与水平面呈现40
°
左右夹角(可自行调整)。基座上的急停按键、前进/后退按键、方向控制按键、电源开关、显示器等是便于操作基座内的控制装置(计算机)。
21.优选的，所述基座的外壳是使用3d打印技术制作。
22.本发明的介入手术机器人的操作装置，在操作时，可以通过温度控制形状记忆合金弹簧的伸缩/或者磁流变液阻尼器来还原导管在血管内所受到的阻力情况。其中，形状记忆合金的形状会随着温度的变化会产生对应的规律性变化，在本发明中，将这一规律写入程序，与医生的操作进行匹配，实现对合金形状的控制。另外一种磁流变液，则是通过输入电压或电流的改变来改变它的阻尼系数，提供一种阻碍感，模拟血管内的阻力。同时，本发明配有腕部软垫，以记忆棉为主要填充材质，柔软有弹性的同时提供一定支撑力，与本操作端配套使用。
23.与现有技术相比，本发明有益效果及显著进步在于：
24.1、为心血管介入手术医生提供了可靠的力反馈，从而能够让医生更为准确地把握
手术实际情况，能够有效辅助医生操作心血管介入手术机器人；
25.2、本发明能够让心血管介入手术医生在操作手术机器人时拥有操作传统导管导丝时的手感，从而让医生在操作心血管介入手术机器人时同样发挥出操作传统导管导丝时的操作风格与操作经验，有利于缩短医生学习介入手术机器人的学习周期，同时也能够保证手术的良好效果；
26.3、本发明具有信息传输模块，实现了手术器械的异地控制使用和遥操作远程手术；
27.4、本发明涉及的技术实现难度小、可靠性强且配件成本低，具有很大的实际应用价值；5、本发明结构简单，不会占用大量空间，便于携带；
附图说明
28.为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的实施例所需使用的附图作一简单介绍。
29.显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明中的部分实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，但这些其他的附图同样属于本发明实施例所需使用的附图之内。
30.图1为本发明实施例1中一种介入手术机器人的操作装置的局部原理图；
31.图2为本发明实施例1中一种介入手术机器人的操作装置的局部原理图；
32.图3为本发明实施例1中一种介入手术机器人的操作装置的结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
34.显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要理解的是：
36.对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.还需要说明的是，以下的具体实施例可以相互结合，对于其中相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
38.下面，以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
39.实施例1
40.如图1-3所示，一种介入手术机器人的操作装置，外接手术机器人，包括主操作柄、基座、第一压力传感器、第二压力传感器、六轴传感器、连接件、控制装置和传输模块，主操作柄内侧设有六轴传感器和第一压力传感器，控制装置设置于基座内，主操作柄通过连接件设置于基座上，第二压力传感器设置于手术机器人的导管前端，六轴传感器/第一压力传感器控制装置、手术机器人的导管驱动器依次通过传输模块连接，第二压力传感器、控制装置、连接件依次通过传输模块连接。
41.如图1所示，包括用以检测偏转的六轴传感器、用以检测捻转手势的柔性薄膜压力传感器；对应导管的伺服电机等驱动器。六轴传感器、第一压力传感器/控制装置、控制装置、手术机器人的导管驱动器依次通过传输模块连接。
42.如图2所示，包括磁流变液阻尼器、对应的控制电路；记忆合金弹簧、对应的控制电路；导管头部的压力感受器。第二压力传感器、控制装置、连接件依次通过传输模块连接。
43.在本实施例中，控制装置为计算机，计算机包括电源模块。
44.在本实施例中，电源模块包括电池、usb接口和数据线。
45.在本实施例中，压力传感器为柔性薄膜压力传感器。
46.在本实施例中，连接件为形状记忆合金弹簧或磁流变液阻尼器。
47.在本实施例中，还包括腕部软垫，腕部软垫设置于主操作柄的后方，且操作者腕部对应的位置。
48.在本实施例中，腕部软垫额填充材质包括记忆棉。
49.在本实施例中，传输模块为tplink无线通信组件。
50.在本实施例中，主操作柄为圆筒型，圆筒内径为15-18mm，外径为20-23mm。
51.实施例2
52.在介入手术过程前，医生需选择内径合适的操作杆，以手指与操作杆内壁之间无间隙、手指不会轻易滑脱，但拔出时也无较大阻力为标准。根据个人操作习惯，调整基座倾斜角度，原则上使手部处在最舒适的位置，配套有腕部软垫，减缓术中医生手部疲劳。上述调整完毕后，医生应打开电源开关、显示器、控制器、通讯设备、温控设备，将惯用手食指伸入圆筒形操作杆中，由另一只手控制急停按键、前进/后退按键、方向控制按键，开始介入手术。
53.手术过程中，惯用手食指控制导管方向的同时(此操作与传统操作杆相同)，通过操作杆内部的柔性薄膜压力传感器，感受血管内部的触觉变化。根据医生个人经验，在遇阻力较大处或血管薄弱处时，及时后退防止损伤血管造成出血。在接近如血管粥样硬化或血栓之类目标病变部位时，医生也可明显感到手感差异，比单纯依靠造影更直观、精确。
54.术后，可对有价值的触觉反馈信息进行存储，用于将来的经验总结与模拟练习。
55.在上述说明书的描述过程中：
56.术语“本实施例”、“本发明实施例”、“如
……
所示”、“进一步的”、“进一步改进的技术分方案”等的描述，意指该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中；在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例，而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点等可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合或组合；此外，在不产生矛盾的前提下，本领域的普通技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合或组合。
57.最后应说明的是：
58.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制；
59.尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各
实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种介入手术机器人的操作装置，外接手术机器人，其特征在于，包括主操作柄、基座、第一压力传感器、第二压力传感器、六轴传感器、连接件、控制装置和传输模块，所述主操作柄内侧有所述六轴传感器和所述第一压力传感器，所述控制装置设置于所述基座内，所述主操作柄通过所述连接件设置于所述基座上，所述第二压力传感器设置于手术机器人的导管前端，所述六轴传感器/所述第一压力传感器、所述控制装置、手术机器人的导管驱动器依次通过所述传输模块连接，所述第二压力传感器、所述控制装置、所述连接件依次通过所述传输模块连接。2.如权利要求1所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述控制装置为计算机，所述计算机包括电源模块。3.如权利要求2所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述电源模块包括电池、usb接口和数据线。4.如权利要求1所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述第一压力传感器为柔性薄膜压力传感器。5.如权利要求1所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述连接件为形状记忆合金弹簧或磁流变液阻尼器。6.如权利要求1所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，还包括腕部软垫，所述腕部软垫设置于主操作柄的后方，且操作者腕部对应的位置。7.如权利要求6所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述腕部软垫额填充材质包括记忆棉。8.如权利要求1所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述传输模块为tplink无线通信组件。9.如权利要求1所述的一种介入手术机器人的操作装置，其特征在于，所述主操作柄为圆筒型，圆筒内径为15-18mm，外径为20-23mm。

技术总结
本发明公开了一种介入手术机器人的操作装置，外接手术机器人，包括主操作柄、基座、第一压力传感器、第二压力传感器、六轴传感器、连接件、控制装置和传输模块，主操作柄内侧设有六轴传感器和第一压力传感器，控制装置设置于基座内，主操作柄通过连接件设置于基座上，第二压力传感器设置于手术机器人的导管前端，六轴传感器/第一压力传感器控制装置、手术机器人的导管驱动器依次通过传输模块连接，第二压力传感器、控制装置、连接件依次通过传输模块连接；本发明提供了一种更安全、精确的介入手术机器人的操作装置。术机器人的操作装置。术机器人的操作装置。


技术研发人员：齐鹏 周孙芷萱
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/7/12