一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于它是由主側(cè)部分和從側(cè)部分構(gòu)成；其優(yōu)越性在于：操作導管所傳遞信息實時、準確手術(shù)的安全性能夠有效地提高；對異常操作和系統(tǒng)故障實時檢測，有效地保障系統(tǒng)的安全；推進誤差低；導管側(cè)壁接觸力傳感器不僅能檢測接觸力大小還能區(qū)分受力方向。
【專利說明】 一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)
(—)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療設備【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)，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]心腦血管疾病已成為人類三大死亡病因之一，嚴重威脅人類健康。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。導管介入手術(shù)是現(xiàn)行的治療心腦血管疾病最有效的方法，與“開放性”手術(shù)相比，它具有創(chuàng)傷小、安全性、術(shù)后恢復快、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，首先導管介入手術(shù)在醫(yī)學影像設備的引導下進行，醫(yī)生長期受到X光的輻射，對醫(yī)生的身體造成傷害；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，必須是高水平的?？漆t(yī)生才能執(zhí)行，因此存在的困難是醫(yī)生的缺乏和醫(yī)生培訓的時間長、代價高；再次是手術(shù)時間長，醫(yī)生會因為長時間操作而疲勞，醫(yī)生的生理顫抖和疲勞時的誤操作都會大大降低手術(shù)的安全性。
[0003]遙操作主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)能夠有效解決上述問題，醫(yī)生可以在一個安全不受X光輻射的環(huán)境中操作手術(shù)，醫(yī)生的生理顫抖和誤操作都可以通過系統(tǒng)過濾掉，減少了醫(yī)生的培訓時間。近年來，遙操作主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)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，醫(yī)生的操作方式和傳統(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，不符合人體工學的要求。在眾多研究中，手術(shù)現(xiàn)場的導管操作機器人裝置設計都基于摩擦滾輪的方式，這種方式容易對導管造成損壞，損壞的導管也可能對血管造成傷害，同時摩擦推動本身存在推進誤差。導管軸向操作力的采集反饋已成為一個重點，但導管旋轉(zhuǎn)扭矩往往被忽視。同時，在導管前端受力的檢測中，對導管側(cè)壁接觸力的檢測沒有幾乎涉及或者只是檢測有沒有接觸力和其大小，而不區(qū)分受力方向。
(三)實用新型內(nèi)容:
[0004]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)，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，允許醫(yī)生像傳統(tǒng)手術(shù)一樣去操作，根據(jù)醫(yī)生的操作信息完成介入動作，并能將實時的力覺信息和視覺信息直觀的反饋給醫(yī)生，能夠提高介入手術(shù)的安全性和可操作性，且結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)。
[0005]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)，其特征在于它是由主側(cè)部分和從側(cè)部分構(gòu)成；其中，所述主側(cè)部分包括主操作器、主控制器和主側(cè)PC;所述從側(cè)部分包括IP攝像頭、從操作器、從控制器、從側(cè)PC和手術(shù)導管；所述主操作器的輸入端接收醫(yī)生的操作信號和主控制器的反饋控制信號，其輸出端與主控制器的輸入端連接同時向操作者提供力反饋；所述主控制器的輸入端接收主操作器的操作信息和主側(cè)PC的反饋信息，其輸出端與主操作器的輸入端連接，輸出傳給主操作器的反饋控制信號，同時所述主控制器的輸出端還與主側(cè)PC連接，將主操作器的操作信息上傳到主側(cè)PC ;所述主側(cè)PC的輸入端采集IP攝像頭的圖像信息，同時與主控制器和從側(cè)PC呈雙向連接，其輸出端輸出供手術(shù)醫(yī)生參考的視覺反饋信號；所述IP攝像頭采集現(xiàn)場實時圖像，其輸出端與主側(cè)PC連接；所述從側(cè)PC與主側(cè)PC和從控制器分別呈雙向連接；所述從控制器的輸入端接收手術(shù)導管的動作信號；所述從控制器還與從操作器呈雙向連接；所述從操作器的輸出端與手術(shù)導管連接；同時從操作器對手術(shù)導管的操作動作作為現(xiàn)場實時圖像被IP攝像頭記錄。
[0006]所述手術(shù)導管是帶有力傳感器的手術(shù)導管；所述傳感器是導管側(cè)壁接觸力傳感器和導管前端碰撞力傳感器。
[0007]所述IP攝像頭的輸出端通過Internet與主側(cè)PC連接；所述從側(cè)PC與主側(cè)PC直接通過網(wǎng)絡連接。
[0008]所述主操作器包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、主夾具單元、操作信息采集單元、主側(cè)導管、直線導軌和高度可調(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，其輸出端輸出為對主側(cè)導管的阻尼信號；所述扭矩反饋輸出單元安裝在直線導軌上，其輸出端輸出對主夾具單元的力矩信號；所述主夾具單元的輸出端與主側(cè)導管配合連接；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，其輸出連接主控制器；所述主側(cè)導管穿過主夾具單元；所述直線導軌安裝在高度可調(diào)底座；所述高度可調(diào)底座是主操作器的安裝底座；所述主夾具單元的輸出端與主側(cè)導管的連接為夾緊主側(cè)導管或松開主側(cè)導管。
[0009]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，其輸出端輸出對主側(cè)導管的阻尼信號；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。
[0010]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。
[0011 ] 所述的聚氨酯海綿中吸附磁流變液至飽和。
[0012]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、主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶輪II和主側(cè)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，通過主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶輪II和主側(cè)同步帶與主夾具單元連接；所述力矩輸出電機安裝板安裝在直線導軌上；所述主側(cè)同步帶輪I安裝在力矩輸出電機的輸出軸上；所述主側(cè)同步帶輪II與主夾具單元連接。
[0013]所述主夾具單元由主側(cè)電動夾具1、主側(cè)電動夾具I1、主側(cè)夾具連接軸、電刷盤、軸支撐板和王側(cè)后端夾具安裝板構(gòu)成；其中，所述王側(cè)電動夾具I連接在王側(cè)夾具連接軸上，所述主側(cè)電動夾具I的輸入端接收通過主側(cè)夾具連接軸以及扭矩反饋輸出單元的主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶輪I1、主側(cè)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主側(cè)導管；所述主側(cè)電動夾具II安裝在主側(cè)后端夾具安裝板上，其輸出端夾緊或松開主側(cè)導管；所述軸支撐板上有穿孔，所述主側(cè)夾具連接軸通過穿孔與軸支撐板呈軸承連接；所述主側(cè)夾具連接軸上安裝有主側(cè)同步帶輪II;所述主側(cè)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，其后端與主側(cè)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，支撐主側(cè)夾具連接軸；所述主側(cè)后端夾具安裝板安裝在高度可調(diào)底座上；所述電刷盤安裝在主側(cè)夾具連接軸上，防止主側(cè)電動夾具I的引線纏線。
[0014]所述主側(cè)電動夾具I由夾具板1、彈簧、夾具板I1、螺絲、夾具片、夾具電機安裝板、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連接在主側(cè)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。
[0015]所述主側(cè)電動夾具II與主側(cè)電動夾具I有相同的結(jié)構(gòu)。
[0016]所述直線導軌由直線導軌軌道和直線導軌滑塊構(gòu)成；其中，所述直線導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；所述直線導軌滑塊安裝在直線導軌軌道上，且所述直線導軌滑塊與直線導軌軌道之間是滾珠連接。
[0017]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、主夾具單元的主側(cè)后端夾具安裝板以及直線導軌的直線導軌軌道。
[0018]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。
[0019]所述升降臺II與升降臺I具有相同結(jié)構(gòu)。
[0020]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。
[0021]所述的主側(cè)導管為微創(chuàng)介入手術(shù)醫(yī)用導管。
[0022]所述阻尼器、直線導軌的行程和直線位移傳感器的量程對應相等，可選擇為0-400mmo
[0023]所述從操作器包括軸向推送單元、旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元、操作力檢測單元和傾角可調(diào)底座；其中，所述軸向推送單元安裝在傾角可調(diào)底座上，其輸出帶動旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元和操作力檢測單元在軸向運動；所述旋轉(zhuǎn)單元安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板上，其輸出端連接從夾取單元，使從夾取單元進行旋轉(zhuǎn)；所述手術(shù)導管穿過從夾取單元；所述從夾取單元的輸出為夾緊或松開手術(shù)導管；所述操作力檢測單元的輸入端檢測從夾取單元對手術(shù)導管的推送力信號以及旋轉(zhuǎn)單元的扭矩信號；所述傾角可調(diào)底座是從操作器裝置的安裝底座。
[0024]所述軸向推送單元由線性滑臺、滑臺驅(qū)動電機和滑動端轉(zhuǎn)接板構(gòu)成；所述旋轉(zhuǎn)單元由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板、聯(lián)軸器1、聯(lián)軸器I1、同步帶輪軸、從側(cè)同步帶輪
1、從側(cè)同步帶輪II和從側(cè)同步帶構(gòu)成；其中，所述滑臺驅(qū)動電機的輸出端連接線性滑臺，為線性滑臺的滑動端的移動提供驅(qū)動力；所述線性滑臺安裝在傾角可調(diào)底座上；所述滑動端轉(zhuǎn)接板安裝在線性滑臺的滑動端；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板上，其輸出端通過聯(lián)軸器1、扭矩傳感器、聯(lián)軸器I1、同步帶輪軸、從側(cè)同步帶輪1、從側(cè)同步帶、從側(cè)同步帶輪II及從側(cè)夾具連接軸II連接從側(cè)電動夾具I ;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板安裝在滑動端轉(zhuǎn)接板上。
[0025]所述線性滑臺的行程可以根據(jù)單程推進尺寸選擇為0_400mm。
[0026]所述從夾取單元由從側(cè)電動夾具1、從側(cè)電動夾具I1、從側(cè)夾具連接軸1、從側(cè)夾具連接軸I1、前端安裝立板和從側(cè)后端夾具安裝板構(gòu)成；其中，所述軸向推送單元安裝在傾角可調(diào)底座上，其輸出帶動旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元的從側(cè)電動夾具I和操作力檢測單元在軸向運動；所述從側(cè)電動夾具I兩端分別連接從側(cè)夾具連接軸I和從側(cè)夾具連接軸II，其輸出夾緊或松開手術(shù)導管；所述從側(cè)夾具連接軸I 一端與從側(cè)電動夾具I連接起到支撐作用，一端與操作力檢測單元以軸承方式連接；所述從側(cè)夾具連接軸II 一端與從側(cè)電動夾具I連接起到支撐作用，一端與前端安裝立板以軸承方式連接；所述從側(cè)電動夾具II安裝在從側(cè)后端夾具安裝板上，其輸出夾緊或松開手術(shù)導管；所述前端安裝立板安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板上；所述從側(cè)后端夾具安裝板安裝在傾角可調(diào)底座上。
[0027]所述操作力檢測單元由扭矩傳感器、拉壓力傳感器、拉壓力傳感器安裝板、拉壓環(huán)形套和圓盤構(gòu)成；其中，所述從夾取單元的從側(cè)夾具連接軸I的一端與拉壓力傳感器安裝板以軸承方式連接；所述扭矩傳感器通過軸向推送單元的聯(lián)軸器I與旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的輸出端連接，檢測其輸出扭矩；所述拉壓力傳感器安裝在拉壓力傳感器安裝板上，所述拉壓力傳感器的輸入端采集通過拉壓環(huán)形套和圓盤傳遞來的軸向操作力信號；所述拉壓力傳感器安裝板安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板上；所述拉壓環(huán)形套安裝在拉壓力傳感器的檢測軸上；所述圓盤安裝在從夾取單元的從側(cè)夾具連接軸I上，其邊緣嵌入到拉壓環(huán)形套中；所述從側(cè)電動夾具I的輸入端通過聯(lián)軸器1、扭矩傳感器、聯(lián)軸器I1、從側(cè)同步帶輪1、從側(cè)同步帶、從側(cè)同步帶輪II及從側(cè)夾具連接軸II與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的輸出端連接。
[0028]所述扭矩傳感器的量程為0-0.2匪，精度為±0.3% F.S。
[0029]所述拉壓力傳感器的量程為0-5N，精度為0.025% R.0。
[0030]所述拉壓力傳感器安裝板為U型拉壓力傳感器安裝板。
[0031]所述傾角可調(diào)底座由底座前端立板、底座架、支撐板、立板連接軸、套管、套管連接軸、調(diào)整桿、連接軸和緊固螺絲構(gòu)成；所述底座前端立板安裝在底座架上；所述套管與底座架連接，且可圍繞套管連接軸旋轉(zhuǎn)；所述調(diào)整桿依可調(diào)整嵌入長度的緊固螺絲嵌入在套管中；所述傾角可調(diào)底座的支撐板分別通過立板連接軸與底座前端立板連接，通過連接軸與調(diào)整桿連接，立板連接軸和連接軸是可以旋轉(zhuǎn)的連接軸；所述軸向推送單元的線性滑臺安裝在支撐板上；所述從夾取單元的從側(cè)后端夾具安裝板安裝在支撐板上。
[0032]所述傾角可調(diào)底座為手動調(diào)節(jié)架；所述支撐板與底座前端立板的立板連接軸可以旋轉(zhuǎn)；所述連接套管和底座架的套管連接軸可以旋轉(zhuǎn)；所述支撐板和調(diào)整桿的連接軸可以旋轉(zhuǎn)；
[0033]所述從側(cè)電動夾具I和從側(cè)電動夾具II與主側(cè)電動夾具I有相同的結(jié)構(gòu)。
[0034]所述導管側(cè)壁接觸力傳感器由銅電極、壓敏橡膠、銅導線、被選通的傳感器元件、直流電壓源和恒值電阻構(gòu)成；所述壓敏橡膠是排列成3X3的壓敏橡膠傳感器矩陣結(jié)構(gòu)；所述的銅電極具有粘性，黏在壓敏橡膠構(gòu)成的傳感器矩陣兩側(cè)，一側(cè)作為行電極，另一側(cè)作為列電極；所述的銅導線通過銅電極連接在傳感器矩陣兩側(cè)，一側(cè)作為行電極引線，一側(cè)作為列電極引線；所述的被選通的傳感器元件是壓敏橡膠排列成3X3的傳感器矩陣經(jīng)銅導線引出通過行選通和列選通后串聯(lián)到有直流電壓源和恒值電阻電路中的傳感器矩陣元件。
[0035]所述導管前端碰撞力傳感器是一種基于光纖的碰撞檢測傳感器，其輸出經(jīng)過解調(diào)后傳遞給從控制器。
[0036]本實用新型的工作方法:
[0037]①調(diào)節(jié)操作器的合適高度:
[0038]1、在進行手術(shù)操作時，根據(jù)不同醫(yī)生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獲取；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；
[0039]I1、同樣，針對不同的接受治療者或者手術(shù)介入位置，通過調(diào)節(jié)傾角可調(diào)底座獲得
0-45°的任意介入角度；調(diào)整桿深入套管的長度決定了介入角度的大小，當調(diào)整桿深入套管的長度達到醫(yī)生期望的介入角度時，通過緊固螺絲將其固定??；
[0040]②主操作器檢測醫(yī)生的操作信息:
[0041]在微創(chuàng)血管介入手術(shù)過程中，醫(yī)生根據(jù)主側(cè)PC上的視覺反饋和手上的力反饋情況，直接操作安裝在主操作器上的一根真實導管，醫(yī)生的操作信息需要檢測和提取出來；
[0042]主操作器上的主側(cè)電動夾具I和主側(cè)電動夾具II交替工作，當主側(cè)電動夾具I夾住主側(cè)導管時，主側(cè)導管和活塞桿以及安裝在直線導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，操作主側(cè)導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；
[0043]當主側(cè)電動夾具I松開后,主側(cè)電動夾具II夾緊主側(cè)導管時，因為主側(cè)電動夾具II安裝在與高度可調(diào)底座固定的主側(cè)后端夾具安裝板上，因此主側(cè)導管與高度可調(diào)底座保持不動，拉動活塞桿帶動主側(cè)電動夾具1、以及安裝在直線導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)而不影響主側(cè)導管的位置，然后主側(cè)電動夾具I夾緊，主側(cè)電動夾具II松開，開始新一程的操作；
[0044]所述主側(cè)電動夾具I夾住主側(cè)導管時，醫(yī)生操作主側(cè)導管的運動有兩個自由度，包括軸向和旋轉(zhuǎn):
[0045]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主側(cè)導管同步移動，直線位移傳感器實時感應直線位移傳感器滑塊位置的變化即可得出主側(cè)導管的軸向位移及速率；
[0046]I1、對于旋轉(zhuǎn)信息，主側(cè)導管的轉(zhuǎn)動通過主側(cè)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主側(cè)導管的旋轉(zhuǎn)信息；
[0047]③操作信息的傳遞:
[0048]主操作器檢測到的操作信息上傳到主控制器，主控制器進行處理后上傳主側(cè)PC，主側(cè)PC與從側(cè)PC的通信將這個信息傳遞到從側(cè)PC，從側(cè)PC再將其下傳到從控制器；
[0049]④從操作器執(zhí)行介入操作:
[0050]所述從控制器接收到主端傳遞過來的操作信號后，對從操作器輸出操作控制信號；從操作器的從側(cè)電動夾具I和從側(cè)電動夾具II交替夾住手術(shù)導管，與主側(cè)的主側(cè)電動夾具I和主側(cè)電動夾具II相對應；當從側(cè)電動夾具I夾住手術(shù)導管時，手術(shù)導管處于介入工作狀態(tài)；當從側(cè)電動夾具II夾住手術(shù)導管時，手術(shù)導管保持原有狀態(tài)不動，滑臺驅(qū)動電機驅(qū)動線性滑臺使線性滑臺滑動端移動到線性滑臺的后端；
[0051]從側(cè)電動夾具I的夾緊模仿醫(yī)生的抓管動作，線性滑臺的推進和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)模仿醫(yī)生手的送管、旋管動作；當手術(shù)導管被從側(cè)電動夾具I夾住時，從操作器對手術(shù)導管的操作有兩個自由度，包括旋轉(zhuǎn)和軸向運動，由以下幾個步驟構(gòu)成:
[0052]1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)通過聯(lián)軸器1、扭矩傳感器、聯(lián)軸器I1、同步帶輪軸、從側(cè)同步帶、從側(cè)夾具連接軸II，最終傳遞到從側(cè)電動夾具I，從而帶動從側(cè)電動夾具I所夾緊的手術(shù)導管一起旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手術(shù)導管的旋轉(zhuǎn)運動；
[0053]I1、滑臺驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)使線性滑臺滑動端滑動，從而實現(xiàn)推動從側(cè)電動夾具I所夾緊的手術(shù)導管軸向運動；
[0054]⑤從操作器的操作力檢測:
[0055]所述從操作器對手術(shù)導管的操作力檢測包括軸向操作力的檢測和旋轉(zhuǎn)扭矩的檢測):
[0056]1、所述軸向操作力的檢測由拉壓力傳感器完成，所述拉壓環(huán)形套在沒有拉壓力時被圓盤接觸但沒有擠壓，圓盤隨軸的旋轉(zhuǎn)不影響拉壓環(huán)形套；當從側(cè)電動夾具I夾住手術(shù)導管做軸向運動時，手術(shù)導管對從側(cè)電動夾具I的反作用力可以使從側(cè)電動夾具I在軸向產(chǎn)生微移動，這個微移動通過圓盤和拉壓環(huán)形套的組合傳遞到拉壓力傳感器，拉壓力傳感器即可檢測到對手術(shù)導管的軸向操作力；
[0057]I1、所述旋轉(zhuǎn)扭矩的檢測由扭矩傳感器完成，所述扭矩傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的輸出端和同步帶輪軸之間；當扭矩傳感器檢測到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的輸出扭矩后，實時的輸出扭矩減去空載時的輸出扭矩，即可得到對手術(shù)導管操作時的實時扭矩；
[0058]⑥導管前端的受力檢測:
[0059]所述從操作器介入操作過程中，手術(shù)導管前端的受力有前端碰撞力和側(cè)壁接觸力:
[0060]1、對于側(cè)壁接觸力的檢測，采用基于壓敏橡膠的導管前端碰撞力傳感器；該壓敏橡膠在自然狀態(tài)下是絕緣體，但在有微小壓力的情況下，電阻驟減，當壓力到達1.5N時，隨著壓力的增加，其電阻不再改變；權(quán)威血管介入外科醫(yī)生的經(jīng)驗得到血管能夠承受的壓力為0.49N,因此所設計的導管前端碰撞力傳感器。能夠滿足檢測需求；
[0061]壓敏橡膠排列成3X3的傳感器矩陣經(jīng)銅導線分別將行電極和列電極引到兩片模擬通道選通芯片的輸入端，模擬通道選通芯片輸出端引出串聯(lián)到有直流電壓源、恒值電阻的電路中；從控制器依次給模擬通道選通芯片送行列選通信號，同一時刻只有處在選通行列交叉處的被選通的傳感器元件串聯(lián)到電路中；此時，被選通的傳感器元件相當于一個壓敏電阻，通過檢測恒值電阻的分壓值，即可得到當前選通的壓敏橡膠元件所受的壓力；從控制器采用類似循環(huán)掃描的方式給模擬通道選通芯片選通信號，恒值電阻的分壓值實時采集送到從控制器，從控制器通過電壓值判斷當前選通元件是否受力；這個受力大小和位置信息都傳遞到從控制器中；
[0062]I1、對于前端碰撞力的檢測,米用一種基于光纖的碰撞檢測傳感器，其輸出經(jīng)過解調(diào)后傳遞給從控制器；
[0063]⑦反饋信息的傳遞:
[0064]所述從操作器對手術(shù)導管的軸向操作力信息和旋轉(zhuǎn)扭矩信息以及手術(shù)導管前端受到的前端碰撞力信息和側(cè)壁接觸力信息均上傳到從控制器；從控制器將這些信息上傳到從側(cè)PC，又經(jīng)從側(cè)PC通過通信網(wǎng)絡傳遞給主側(cè)PC;其中從操作器對手術(shù)導管的軸向操作力信息和旋轉(zhuǎn)扭矩信息經(jīng)主側(cè)PC下傳給主控制器；所述IP攝像頭采集的實時圖像通過IP網(wǎng)絡直接傳給主側(cè)PC ；
[0065]⑧主操作器的力反饋:
[0066]主控制器根據(jù)從側(cè)傳遞回來的對手術(shù)導管的軸向操作力信息和旋轉(zhuǎn)扭矩信息控制主操作器實現(xiàn)力反饋，其中:
[0067]1、對于軸向操作力反饋，通過阻尼器結(jié)構(gòu)應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，通過主側(cè)電動夾具I將活塞桿和主側(cè)導管固定在一起，這個阻力通過主側(cè)導管傳遞到醫(yī)生的手上形成軸向力反饋；
[0068]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軌上，力矩輸出電機的輸出通過主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶、主側(cè)同步帶輪I1、主側(cè)夾具連接軸傳遞到活塞桿，活塞桿和主側(cè)導管一起運動，因此輸出力矩可以通過和活塞桿一起運動的主側(cè)導管傳遞到醫(yī)生手上，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；
[0069]⑨主側(cè)PC上的視覺反饋
[0070]醫(yī)生在感觸來自手上的力反饋的同時，還需要知道現(xiàn)場情況以及手術(shù)導管前端的受力才能保證介入手術(shù)的安全操作；醫(yī)生通過主側(cè)PC獲得視覺反饋:
[0071]1、IP攝像頭傳回來的實時圖像，在做修正后以圖像窗口的形式展示給醫(yī)生；
[0072]I1、導管側(cè)壁接觸力傳感器所檢測到的導管前端側(cè)壁受力情況，用虛擬指示燈矩陣來指示受力位置，用虛擬指示燈的顏色來受力大小等級；
[0073]II1、導管前端碰撞力傳感器所檢測到的前端碰撞力，以進度條的形式展現(xiàn)給醫(yī)生碰撞力的大小，進度條下配上實時的數(shù)值顯示。
[0074]本實用新型的優(yōu)越性在于:1、醫(yī)生像傳統(tǒng)手術(shù)中一樣直接操作一根真實導管，設計符合人體工學的要求，能夠充分利用傳統(tǒng)手術(shù)中所獲取的操作經(jīng)驗技巧；2、通過醫(yī)生操作導管所傳遞的實時、準確的力反饋讓醫(yī)生有親臨現(xiàn)場操作的感覺，醫(yī)生根據(jù)力覺反饋和視覺反饋執(zhí)行手術(shù)決策，手術(shù)的安全性能夠有效地提高；3、控制器對異常操作和系統(tǒng)故障實時檢測，過濾掉不正常的操作，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障時立刻鎖死介入操作機構(gòu)，從而有效地保障系統(tǒng)的安全；4、從操作器設計模仿醫(yī)生的抓送方式，設計符合仿生學的要求，同時能夠有效降低推進誤差；5、即使在傳統(tǒng)的血管介入手術(shù)中，醫(yī)生通過手對導管前端接觸力的感知也是微乎其微的，醫(yī)生完全憑經(jīng)驗操作，在本設計中，在導管前端加上了導管側(cè)壁接觸力傳感器和前端碰撞力傳感器，特別是導管側(cè)壁接觸力傳感器不僅能檢測傳感器大小還能區(qū)分受力方向。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】:
[0075]圖1為本實用新型所涉及的一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的系統(tǒng)整體示意圖。
[0076]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)的主操作器裝置結(jié)構(gòu)框圖。
[0077]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)的主操作器裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0078]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)的主操作器裝置的軸向力反饋阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0079]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)的主操作器裝置扭矩反饋輸出單元與直線導軌11的安裝示意圖。
[0080]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)的主操作器裝置主側(cè)電動夾具117結(jié)構(gòu)示意圖(其中圖6-a為分解圖，圖6-b為組合圖)。
[0081]圖7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)的主操作器裝置升降臺Ii結(jié)構(gòu)示意圖。
[0082]圖8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)的從操作器裝置結(jié)構(gòu)框圖。
[0083]圖9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)的從操作器裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0084]圖10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)的從操作器裝置導管旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)和軸向?qū)Ч懿僮髁皩Ч苄D(zhuǎn)扭矩檢測的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0085]圖11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)的從操作器裝置傾角可調(diào)底座結(jié)構(gòu)示意圖。
[0086]圖12為本實用新型所涉及的一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的導管側(cè)壁接觸力傳感器的檢測陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0087]圖13為本實用新型所涉及的一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的導管側(cè)壁接觸力傳感器的檢測原理示意圖。
[0088]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II，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為直線導軌，11-1為直線導軌軌道，11-2為直線導軌滑塊，12為光電編碼器，13為力矩輸出電機，14為主側(cè)夾具連接軸，15為主側(cè)同步帶輪I，16為主側(cè)同步帶輪II，17為主側(cè)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為主側(cè)導管，19為主側(cè)后端夾具安裝板，20為主側(cè)電動夾具II，21為電刷盤，22為主側(cè)同步帶，23為軸支撐板。24為底座前端立板,25為底座架,26為套管,27為立板連接軸,28為調(diào)整桿,29為從側(cè)同步帶輪I，30為同步帶輪軸，31為圓盤，32為拉壓力傳感器安裝板，33為聯(lián)軸器I，34為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板，35為緊固螺絲，36為連接軸，37為滑臺驅(qū)動電機，38為從側(cè)后端夾具安裝板，39為滑動端轉(zhuǎn)接板,40為聯(lián)軸器11,41為前端安裝立板,42為從側(cè)同步帶,43為從側(cè)電動夾具1，44為從側(cè)夾具連接軸1，45為拉壓環(huán)形套，46為拉壓力傳感器，47為扭矩傳感器，48為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，49為手術(shù)導管，50為從側(cè)電動夾具II，51為線性滑臺，52為支撐板，53為套管連接軸，54為從側(cè)夾具連接軸II，55為從側(cè)同步帶輪II，56為銅電極，57為壓敏橡膠，58為銅導線，59為被選通的傳感器元件，60為直流電壓源，61為恒值電阻。
(五)【具體實施方式】:
[0089]實施例:一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)(見圖1)，其特征在于它是由主側(cè)部分和從側(cè)部分構(gòu)成；其中，所述主側(cè)部分包括主操作器、主控制器和主側(cè)PC;所述從側(cè)部分包括IP攝像頭、從操作器、從控制器、從側(cè)PC和手術(shù)導管49 ;所述主操作器的輸入端接收醫(yī)生的操作信號和主控制器的反饋控制信號，其輸出端與主控制器的輸入端連接同時向操作者提供力反饋；所述主控制器的輸入端接收主操作器的操作信息和主側(cè)PC的反饋信息，其輸出端與主操作器的輸入端連接，輸出傳給主操作器的反饋控制信號，同時所述主控制器的輸出端還與主側(cè)PC連接，將主操作器的操作信息上傳到主側(cè)PC ;所述主側(cè)PC的輸入端采集IP攝像頭的圖像信息，同時與主控制器和從側(cè)PC呈雙向連接，其輸出端輸出供手術(shù)醫(yī)生參考的視覺反饋信號；所述IP攝像頭采集現(xiàn)場實時圖像，其輸出端與主側(cè)PC連接；所述從側(cè)PC與主側(cè)PC和從控制器分別呈雙向連接；所述從控制器的輸入端接收手術(shù)導管49的動作信號；所述從控制器還與從操作器呈雙向連接；所述從操作器的輸出端與手術(shù)導管49連接；同時從操作器對手術(shù)導管49的操作動作作為現(xiàn)場實時圖像被IP攝像頭記錄。
[0090]所述手術(shù)導管49是帶有力傳感器的手術(shù)導管49 ;所述傳感器是導管側(cè)壁接觸力傳感器和導管前端碰撞力傳感器(見圖1)。
[0091]所述IP攝像頭的輸出端通過Internet與主側(cè)PC連接；所述從側(cè)PC與主側(cè)PC直接通過網(wǎng)絡連接(見圖1)。
[0092]所述主操作器(見圖2、圖3)包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、主夾具單元、操作信息采集單元、主側(cè)導管18、直線導軌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，其輸出端輸出為對主側(cè)導管18的阻尼信號；所述扭矩反饋輸出單元安裝在直線導軌11上，其輸出端輸出對主夾具單元的力矩信號；所述主夾具單元的輸出端與主側(cè)導管I8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，其輸出連接主控制器；所述主側(cè)導管18穿過主夾具單元；所述直線導軌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；所述主夾具單元的輸出端與主側(cè)導管18的連接為夾緊主側(cè)導管18或松開主側(cè)導管18。
[0093]所述軸向力反饋阻尼器單元(見圖3)由活塞桿7、阻尼器9、阻尼器支撐板18和阻尼器支撐板IIlO構(gòu)成；其中，所述阻尼器9安裝在阻尼器支撐板18和阻尼器支撐板IIlO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，其輸出端輸出對主側(cè)導管18的阻尼信號；所述阻尼器支撐板18和阻尼器支撐板IIlO均安裝在高度可調(diào)底座上。
[0094]所述阻尼器9 (見圖4)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。
[0095]所述的聚氨酯海綿9-4中吸附磁流變液至飽和。
[0096]所述扭矩反饋輸出單元(見圖2、圖3)由力矩輸出電機13、力矩輸出電機安裝板6、主側(cè)同步帶輪115、主側(cè)同步帶輪1116和主側(cè)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，通過主側(cè)同步帶輪115、主側(cè)同步帶輪1116和主側(cè)同步帶22與主夾具單元連接；所述力矩輸出電機安裝板6安裝在直線導軌11上；所述主側(cè)同步帶輪115安裝在力矩輸出電機13的輸出軸上；所述主側(cè)同步帶輪1116與主夾具單元連接。
[0097]所述主夾具單元(見圖2、圖3)由主側(cè)電動夾具117、主側(cè)電動夾具1120、主側(cè)夾具連接軸14、電刷盤21、軸支撐板23和主側(cè)后端夾具安裝板19構(gòu)成；其中，所述主側(cè)電動夾具117連接在主側(cè)夾具連接軸14上，所述主側(cè)電動夾具117的輸入端接收通過主側(cè)夾具連接軸14以及扭矩反饋輸出單元的主側(cè)同步帶輪115、主側(cè)同步帶輪1116、主側(cè)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主側(cè)導管18 ;所述主側(cè)電動夾具Π20安裝在主側(cè)后端夾具安裝板19上，其輸出端夾緊或松開主側(cè)導管18 ;所述軸支撐板23上有穿孔，所述主側(cè)夾具連接軸14通過穿孔與軸支撐板23呈軸承連接；所述主側(cè)夾具連接軸14上安裝有主側(cè)同步帶輪1116 ;所述主側(cè)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，其后端與主側(cè)電動夾具117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，支撐主側(cè)夾具連接軸14 ;所述主側(cè)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安裝在主側(cè)夾具連接軸14上，防止主側(cè)電動夾具117的引線纏線。
[0098]所述主側(cè)電動夾具117(見圖6a，圖6b)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連接在主側(cè)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。
[0099]所述主側(cè)電動夾具1120與主側(cè)電動夾具117有相同的結(jié)構(gòu)。
[0100]所述直線導軌11 (見圖5)由直線導軌軌道11-1和直線導軌滑塊11-2構(gòu)成；其中，所述直線導軌滑塊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 ;所述直線導軌滑塊11-2安裝在直線導軌軌道11-1上，且所述直線導軌滑塊11-2與直線導軌軌道11-1之間是滾珠連接。
[0101]所述高度可調(diào)底座(見圖2、圖3)由升降臺I1、升降臺115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Il和升降臺115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18和阻尼器支撐板1110、主夾具單元的主側(cè)后端夾具安裝板19以及直線導軌11的直線導軌軌道11-1。
[0102]所述升降臺Il (見圖7)由升降臺底板1-1、螺紋桿1-2、軸11_3、軸111_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11-3作為升降臺支撐桿1-6的旋轉(zhuǎn)軸；所述軸Π1-4為升降臺支撐桿1-6的旋轉(zhuǎn)軸；所述螺紋桿1-2穿過軸11-3和軸111-4，且與軸11-3和軸II1-4的連接螺紋方向相反。
[0103]所述升降臺115與升降臺Il具有相同結(jié)構(gòu)。
[0104]所述操作信息采集單元(見圖2、圖3)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。
[0105]所述的主側(cè)導管18為微創(chuàng)介入手術(shù)醫(yī)用導管。
[0106]所述阻尼器9、直線導軌11的行程和直線位移傳感器3的量程對應相等，可選擇為0-400mm,本實施例為200mm。
[0107]所述從操作器(見圖8、圖9)包括軸向推送單元、旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元、操作力檢測單元和傾角可調(diào)底座；其中，所述軸向推送單元安裝在傾角可調(diào)底座上，其輸出帶動旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元和操作力檢測單元在軸向運動；所述旋轉(zhuǎn)單元安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板39上，其輸出端連接從夾取單元，使從夾取單元進行旋轉(zhuǎn)；所述手術(shù)導管49穿過從夾取單元；所述從夾取單元的輸出為夾緊或松開手術(shù)導管49 ;所述操作力檢測單元的輸入端檢測從夾取單元對手術(shù)導管49的推送力信號以及旋轉(zhuǎn)單元的扭矩信號；所述傾角可調(diào)底座是從操作器裝置的安裝底座。
[0108]所述軸向推送單元(見圖9)由線性滑臺51、滑臺驅(qū)動電機37和滑動端轉(zhuǎn)接板39構(gòu)成；所述旋轉(zhuǎn)單元(見圖9，圖10)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板34、聯(lián)軸器133、聯(lián)軸器1140、同步帶輪軸30、從側(cè)同步帶輪129、從側(cè)同步帶輪1155和從側(cè)同步帶42構(gòu)成；其中，所述滑臺驅(qū)動電機37的輸出端連接線性滑臺51，為線性滑臺51的滑動端的移動提供驅(qū)動力；所述線性滑臺51安裝在傾角可調(diào)底座上；所述滑動端轉(zhuǎn)接板39安裝在線性滑臺51的滑動端；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板34上，其輸出端通過聯(lián)軸器133、扭矩傳感器47、聯(lián)軸器1140、同步帶輪軸30、從側(cè)同步帶輪129、從側(cè)同步帶42、從側(cè)同步帶輪1155及從側(cè)夾具連接軸1154連接從側(cè)電動夾具143 ;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板34安裝在滑動端轉(zhuǎn)接板39上。
[0109]所述線性滑臺51的行程可以根據(jù)單程推進尺寸選擇為0_400mm，本實施例的有效行程為200mm。
[0110]所述從夾取單元(見圖8，圖9，圖10)由從側(cè)電動夾具143、從側(cè)電動夾具1150、從側(cè)夾具連接軸144、從側(cè)夾具連接軸1154、前端安裝立板41和從側(cè)后端夾具安裝板38構(gòu)成；其中，所述軸向推送單元安裝在傾角可調(diào)底座上，其輸出帶動旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元的從側(cè)電動夾具143和操作力檢測單元在軸向運動；所述從側(cè)電動夾具143兩端分別連接從側(cè)夾具連接軸144和從側(cè)夾具連接軸1154，其輸出夾緊或松開手術(shù)導管49 ;所述從側(cè)夾具連接軸144 一端與從側(cè)電動夾具143連接起到支撐作用，一端與操作力檢測單元以軸承方式連接；所述從側(cè)夾具連接軸Π54 —端與從側(cè)電動夾具143連接起到支撐作用，一端與前端安裝立板41以軸承方式連接；所述從側(cè)電動夾具1150安裝在從側(cè)后端夾具安裝板38上，其輸出夾緊或松開手術(shù)導管49 ;所述前端安裝立板41安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板39上；所述從側(cè)后端夾具安裝板38安裝在傾角可調(diào)底座上。
[0111]所述操作力檢測單元(見圖8、圖9)由扭矩傳感器47、拉壓力傳感器46、拉壓力傳感器安裝板32、拉壓環(huán)形套45和圓盤31構(gòu)成；其中，所述從夾取單元的從側(cè)夾具連接軸144的一端與拉壓力傳感器安裝板32以軸承方式連接；所述扭矩傳感器47通過軸向推送單元的聯(lián)軸器133與旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48的輸出端連接，檢測其輸出扭矩；所述拉壓力傳感器46安裝在拉壓力傳感器安裝板32上，所述拉壓力傳感器46的輸入端采集通過拉壓環(huán)形套45和圓盤31傳遞來的軸向操作力信號；所述拉壓力傳感器安裝板32安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板39上；所述拉壓環(huán)形套45安裝在拉壓力傳感器46的檢測軸上；所述圓盤31安裝在從夾取單元的從側(cè)夾具連接軸144上，其邊緣嵌入到拉壓環(huán)形套45中；所述從側(cè)電動夾具143的輸入端通過聯(lián)軸器133、扭矩傳感器47、聯(lián)軸器1140、從側(cè)同步帶輪129、從側(cè)同步帶42、從側(cè)同步帶輪1155及從側(cè)夾具連接軸1154與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48的輸出端連接。
[0112]所述扭矩傳感器47的量程為0-0.2匪，精度為±0.3% F.S，本實施例取量程為
0.15NM，精度為 ±0.3% F.S。
[0113]所述拉壓力傳感器46的量程為0-5N，精度為0.025% R.0，本實施例取量程為
2.5N，精度為 0.025% R.0。
[0114]所述拉壓力傳感器安裝板32為U型拉壓力傳感器安裝板。
[0115]所述傾角可調(diào)底座(見圖11)由底座前端立板24、底座架25、支撐板52、立板連接軸27、套管26、套管連接軸53、調(diào)整桿28、連接軸36和緊固螺絲35構(gòu)成；所述底座前端立板24安裝在底座架25上；所述套管26與底座架25連接，且可圍繞套管連接軸53旋轉(zhuǎn)；所述調(diào)整桿28依可調(diào)整嵌入長度的緊固螺絲35嵌入在套管26中；所述傾角可調(diào)底座的支撐板52分別通過立板連接軸27與底座前端立板24連接，通過連接軸36與調(diào)整桿28連接，立板連接軸27和連接軸36是可以旋轉(zhuǎn)的連接軸；所述軸向推送單元的線性滑臺51安裝在支撐板52上；所述從夾取單元的從側(cè)后端夾具安裝板38安裝在支撐板52上。
[0116]所述傾角可調(diào)底座為手動調(diào)節(jié)架(見圖11);所述支撐板52與底座前端立板24的立板連接軸27可以旋轉(zhuǎn)；所述連接套管26和底座架25的套管連接軸53可以旋轉(zhuǎn)；所述支撐板52和調(diào)整桿28的連接軸36可以旋轉(zhuǎn)；
[0117]所述從側(cè)電動夾具143和從側(cè)電動夾具1150與主側(cè)電動夾具117有相同的結(jié)構(gòu)。
[0118]所述導管側(cè)壁接觸力傳感器(圖12、圖13)由銅電極56、壓敏橡膠57、銅導線58、被選通的傳感器元件59、直流電壓源60和恒值電阻61構(gòu)成；所述壓敏橡膠57是排列成3X3的壓敏橡膠傳感器矩陣結(jié)構(gòu)；所述的銅電極具有粘性，黏在壓敏橡膠57構(gòu)成的傳感器矩陣兩側(cè)，一側(cè)作為行電極，另一側(cè)作為列電極；所述的銅導線58通過銅電極56連接在傳感器矩陣兩側(cè)，一側(cè)作為行電極引線，一側(cè)作為列電極引線；所述的被選通的傳感器元件59是壓敏橡膠57排列成3X3的傳感器矩陣經(jīng)銅導線58引出通過行選通和列選通后串聯(lián)到有直流電壓源60和恒值電阻61電路中的傳感器矩陣元件。
[0119]所述導管前端碰撞力傳感器是一種基于光纖的碰撞檢測傳感器，其輸出經(jīng)過解調(diào)后傳遞給從控制器。
[0120]一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)的工作方法，其特征在于其包括以下步驟:
[0121]①調(diào)節(jié)操作器的合適高度:
[0122]1、在進行手術(shù)操作時，根據(jù)不同醫(yī)生對操作器的高度要求，首先手動調(diào)節(jié)升降臺Il和升降臺115獲??；所述的升降臺Il (見圖7)，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11-3和軸II1-4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；
[0123]I1、同樣，針對不同的接受治療者或者手術(shù)介入位置，通過調(diào)節(jié)傾角可調(diào)底座獲得0-45°的任意介入角度；調(diào)整桿28深入套管26的長度決定了介入角度的大小，當調(diào)整桿28深入套管26的長度達到醫(yī)生期望的介入角度時，通過緊固螺絲35將其固定??；
[0124]②主操作器檢測醫(yī)生的操作信息:
[0125]在微創(chuàng)血管介入手術(shù)過程中，醫(yī)生根據(jù)主側(cè)PC上的視覺反饋和手上的力反饋情況，直接操作安裝在主操作器上的一根真實導管，醫(yī)生的操作信息需要檢測和提取出來；
[0126]主操作器上的主側(cè)電動夾具117和主側(cè)電動夾具1120交替工作，當主側(cè)電動夾具117夾住主側(cè)導管18時，主側(cè)導管18和活塞桿7以及安裝在直線導軌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，操作主側(cè)導管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；
[0127]當主側(cè)電動夾具117松開后，主側(cè)電動夾具1120夾緊主側(cè)導管18時，因為主側(cè)電動夾具Π20安裝在與高度可調(diào)底座固定的主側(cè)后端夾具安裝板19上，因此主側(cè)導管18與高度可調(diào)底座保持不動，拉動活塞桿7帶動主側(cè)電動夾具117、以及安裝在直線導軌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)而不影響主側(cè)導管18的位置，然后主側(cè)電動夾具117夾緊，主側(cè)電動夾具1120松開，開始新一程的操作；
[0128]所述主側(cè)電動夾具117夾住主側(cè)導管18時，醫(yī)生操作主側(cè)導管18的運動有兩個自由度，包括軸向和旋轉(zhuǎn):
[0129]1、對于軸向運動信息的米集，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隨著主側(cè)導管18同步移動，直線位移傳感器3實時感應直線位移傳感器滑塊4位置的變化即可得出主側(cè)導管18的軸向位移及速率；
[0130]I1、對于旋轉(zhuǎn)信息，主側(cè)導管18的轉(zhuǎn)動通過主側(cè)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可以檢測主側(cè)導管18的旋轉(zhuǎn)信息；
[0131]③操作信息的傳遞:
[0132]主操作器檢測到的操作信息上傳到主控制器，主控制器進行處理后上傳主側(cè)PC，主側(cè)PC與從側(cè)PC的通信將這個信息傳遞到從側(cè)PC，從側(cè)PC再將其下傳到從控制器；
[0133]④從操作器執(zhí)行介入操作:
[0134]所述從控制器接收到主端傳遞過來的操作信號后，對從操作器輸出操作控制信號；從操作器的從側(cè)電動夾具143和從側(cè)電動夾具1150交替夾住手術(shù)導管49，與主側(cè)的主側(cè)電動夾具117和主側(cè)電動夾具1120相對應；當從側(cè)電動夾具143夾住手術(shù)導管49時，手術(shù)導管49處于介入工作狀態(tài)；當從側(cè)電動夾具1150夾住手術(shù)導管49時，手術(shù)導管49保持原有狀態(tài)不動，滑臺驅(qū)動電機37驅(qū)動線性滑臺51使線性滑臺51滑動端移動到線性滑臺51的后端；
[0135]從側(cè)電動夾具143的夾緊模仿醫(yī)生的抓管動作，線性滑臺51的推進和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48的旋轉(zhuǎn)模仿醫(yī)生手的送管、旋管動作；當手術(shù)導管49被從側(cè)電動夾具143夾住時，從操作器對手術(shù)導管49的操作有兩個自由度，包括旋轉(zhuǎn)和軸向運動，由以下幾個步驟構(gòu)成:
[0136]1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48的旋轉(zhuǎn)通過聯(lián)軸器133、扭矩傳感器47、聯(lián)軸器1140、同步帶輪軸30、從側(cè)同步帶42、從側(cè)夾具連接軸1154，最終傳遞到從側(cè)電動夾具143，從而帶動從側(cè)電動夾具143所夾緊的手術(shù)導管49 一起旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手術(shù)導管49的旋轉(zhuǎn)運動；
[0137]I1、滑臺驅(qū)動電機37的旋轉(zhuǎn)使線性滑臺51滑動端滑動，從而實現(xiàn)推動從側(cè)電動夾具143所夾緊的手術(shù)導管49軸向運動；
[0138]⑤從操作器的操作力檢測:
[0139]所述從操作器對手術(shù)導管49的操作力檢測包括軸向操作力的檢測和旋轉(zhuǎn)扭矩的檢測(見圖10):
[0140]1、所述軸向操作力的檢測由拉壓力傳感器46完成，所述拉壓環(huán)形套45在沒有拉壓力時被圓盤31接觸但沒有擠壓，圓盤31隨軸的旋轉(zhuǎn)不影響拉壓環(huán)形套45 ;當從側(cè)電動夾具143夾住手術(shù)導管49做軸向運動時,手術(shù)導管49對從側(cè)電動夾具143的反作用力可以使從側(cè)電動夾具143在軸向產(chǎn)生微移動，這個微移動通過圓盤31和拉壓環(huán)形套45的組合傳遞到拉壓力傳感器46，拉壓力傳感器46即可檢測到對手術(shù)導管49的軸向操作力；
[0141]I1、所述旋轉(zhuǎn)扭矩的檢測由扭矩傳感器47完成，所述扭矩傳感器47安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48的輸出端和同步帶輪軸30之間；當扭矩傳感器47檢測到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機48的輸出扭矩后，實時的輸出扭矩減去空載時的輸出扭矩，即可得到對手術(shù)導管49操作時的實時扭矩；
[0142]⑥導管前端的受力檢測:
[0143]所述從操作器介入操作過程中，手術(shù)導管49前端的受力有前端碰撞力和側(cè)壁接觸力:
[0144]1、對于側(cè)壁接觸力的檢測，采用基于壓敏橡膠57的導管前端碰撞力傳感器(見圖
12、圖13);該壓敏橡膠在自然狀態(tài)下是絕緣體，但在有微小壓力的情況下，電阻驟減，當壓力到達1.5N時，隨著壓力的增加，其電阻不再改變；權(quán)威血管介入外科醫(yī)生的經(jīng)驗得到血管能夠承受的壓力為0.49N,因此所設計的導管前端碰撞力傳感器。能夠滿足檢測需求。
[0145]壓敏橡膠57排列成3X3的傳感器矩陣經(jīng)銅導線58分別將行電極和列電極引到兩片模擬通道選通芯片的輸入端，模擬通道選通芯片輸出端引出串聯(lián)到有直流電壓源60、恒值電阻61的電路中；從控制器依次給模擬通道選通芯片送行列選通信號，同一時刻只有處在選通行列交叉處的被選通的傳感器元件59串聯(lián)到電路中；此時，被選通的傳感器元件59相當于一個壓敏電阻，通過檢測恒值電阻61的分壓值，即可得到當前選通的壓敏橡膠元件59所受的壓力；從控制器采用類似循環(huán)掃描的方式給模擬通道選通芯片選通信號，恒值電阻的分壓值實時采集送到從控制器，從控制器通過電壓值判斷當前選通元件是否受力；這個受力大小和位置信息都傳遞到從控制器中；
[0146]I1、對于前端碰撞力的檢測,米用一種基于光纖的碰撞檢測傳感器，其輸出經(jīng)過解調(diào)后傳遞給從控制器；
[0147]⑦反饋信息的傳遞:
[0148]所述從操作器對手術(shù)導管49的軸向操作力信息和旋轉(zhuǎn)扭矩信息以及手術(shù)導管49前端受到的前端碰撞力信息和側(cè)壁接觸力信息均上傳到從控制器；從控制器將這些信息上傳到從側(cè)PC，又經(jīng)從側(cè)PC通過通信網(wǎng)絡傳遞給主側(cè)PC ;其中從操作器對手術(shù)導管49的軸向操作力信息和旋轉(zhuǎn)扭矩信息經(jīng)主側(cè)PC下傳給主控制器；所述IP攝像頭采集的實時圖像通過IP網(wǎng)絡直接傳給主側(cè)PC ；
[0149]⑧主操作器的力反饋:
[0150]主控制器根據(jù)從側(cè)傳遞回來的對手術(shù)導管49的軸向操作力信息和旋轉(zhuǎn)扭矩信息控制主操作器實現(xiàn)力反饋，其中:
[0151]1、對于軸向操作力反饋，通過阻尼器結(jié)構(gòu)應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，通過主側(cè)電動夾具117將活塞桿7和主側(cè)導管18固定在一起，這個阻力通過主側(cè)導管18傳遞到醫(yī)生的手上形成軸向力反饋；
[0152]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軌11上，力矩輸出電機13的輸出通過主側(cè)同步帶輪115、主側(cè)同步帶22、主側(cè)同步帶輪1116、主側(cè)夾具連接軸14傳遞到活塞桿7，活塞桿7和主側(cè)導管18 —起運動，因此輸出力矩可以通過和活塞桿7 —起運動的主側(cè)導管18傳遞到醫(yī)生手上，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;
[0153]⑨主側(cè)PC上的視覺反饋
[0154]醫(yī)生在感觸來自手上的力反饋的同時，還需要知道現(xiàn)場情況以及手術(shù)導管49前端的受力才能保證介入手術(shù)的安全操作；醫(yī)生通過主側(cè)PC獲得視覺反饋:
[0155]1、IP攝像頭傳回來的實時圖像，在做修正后以圖像窗口的形式展示給醫(yī)生；
[0156]I1、導管側(cè)壁接觸力傳感器所檢測到的導管前端側(cè)壁受力情況，用虛擬指示燈矩陣來指示受力位置，用虛擬指示燈的顏色來受力大小等級；
[0157]II1、導管前端碰撞力傳感器所檢測到的前端碰撞力，以進度條的形式展現(xiàn)給醫(yī)生碰撞力的大小，進度條下配上實時的數(shù)值顯示。
【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)，其特征在于它是由主側(cè)部分和從側(cè)部分構(gòu)成；其中，所述主側(cè)部分包括主操作器、主控制器和主側(cè)PC;所述從側(cè)部分包括IP攝像頭、從操作器、從控制器、從側(cè)PC和手術(shù)導管；所述主操作器的輸入端接收醫(yī)生的操作信號和主控制器的反饋控制信號，其輸出端與主控制器的輸入端連接同時向操作者提供力反饋；所述主控制器的輸入端接收主操作器的操作信息和主側(cè)PC的反饋信息，其輸出端與主操作器的輸入端連接，輸出傳給主操作器的反饋控制信號，同時所述主控制器的輸出端還與主側(cè)PC連接，將主操作器的操作信息上傳到主側(cè)PC ;所述主側(cè)PC的輸入端采集IP攝像頭的圖像信息，同時與主控制器和從側(cè)PC呈雙向連接，其輸出端輸出供手術(shù)醫(yī)生參考的視覺反饋信號；所述IP攝像頭采集現(xiàn)場實時圖像，其輸出端與主側(cè)PC連接；所述從側(cè)PC與主側(cè)PC和從控制器分別呈雙向連接；所述從控制器的輸入端接收手術(shù)導管的動作信號；所述從控制器還與從操作器呈雙向連接；所述從操作器的輸出端與手術(shù)導管連接；同時從操作器對手術(shù)導管的操作動作作為現(xiàn)場實時圖像被IP攝像頭記錄。
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)，其特征在于所述手術(shù)導管是帶有力傳感器的手術(shù)導管；所述傳感器是導管側(cè)壁接觸力傳感器和導管前端碰撞力傳感器；所述IP攝像頭的輸出端通過Internet與主側(cè)PC連接；所述從側(cè)PC與主側(cè)PC直接通過網(wǎng)絡連接。
3.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)，其特征在于所述主操作器包括軸向力反饋阻尼器單元、扭矩反饋輸出單元、主夾具單元、操作信息采集單元、主側(cè)導管、直線導軌和高度可調(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，其輸出端輸出為對主側(cè)導管的阻尼信號；所述扭矩反饋輸出單元安裝在直線導軌上，其輸出端輸出對主夾具單元的力矩信號；所述主夾具單元的輸出端與主側(cè)導管配合連接；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，其輸出連接主控制器；所述主側(cè)導管穿過主夾具單元；所述直線導軌安裝在高度可調(diào)底座；所述高度可調(diào)底座是主操作器的安裝底座；所述主夾具單元的輸出端與主側(cè)導管的連接為夾緊主側(cè)導管或松開主側(cè)導管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，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，其輸出端輸出對主側(cè)導管的阻尼信號；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； 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、主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶輪II和主側(cè)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，通過主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶輪II和主側(cè)同步帶與主夾具單元連接；所述力矩輸出電機安裝板安裝在直線導軌上；所述主側(cè)同步帶輪I安裝在力矩輸出電機的輸出軸上；所述主側(cè)同步帶輪II與主夾具單元連接； 所述主夾具單元由主側(cè)電動夾具1、主側(cè)電動夾具I1、主側(cè)夾具連接軸、電刷盤、軸支撐板和主側(cè)后端夾具安裝板構(gòu)成；其中，所述主側(cè)電動夾具I連接在主側(cè)夾具連接軸上，所述主側(cè)電動夾具I的輸入端接收通過主側(cè)夾具連接軸以及扭矩反饋輸出單元的主側(cè)同步帶輪1、主側(cè)同步帶輪I1、主側(cè)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主側(cè)導管；所述主側(cè)電動夾具II安裝在主側(cè)后端夾具安裝板上，其輸出端夾緊或松開主側(cè)導管；所述軸支撐板上有穿孔，所述主側(cè)夾具連接軸通過穿孔與軸支撐板呈軸承連接；所述主側(cè)夾具連接軸上安裝有主側(cè)同步帶輪II;所述主側(cè)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，其后端與主側(cè)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，支撐主側(cè)夾具連接軸；所述主側(cè)后端夾具安裝板安裝在高度可調(diào)底座上；所述電刷盤安裝在主側(cè)夾具連接軸上，防止主側(cè)電動夾具I的引線纏線； 所述直線導軌由直線導軌軌道和直線導軌滑塊構(gòu)成；其中，所述直線導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；所述直線導軌滑塊安裝在直線導軌軌道上，且所述直線導軌滑塊與直線導軌軌道之間是滾珠連接； 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)； 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； 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、主夾具單元的主側(cè)后端夾具安裝板以及直線導軌的直線導軌軌道； 所述的主側(cè)導管為微創(chuàng)介入手術(shù)醫(yī)用導管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，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。
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)，其特征在于所述的聚氨酯海綿中吸附磁流變液至飽和。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述主側(cè)電動夾具I由夾具板1、彈簧、夾具板I1、螺絲、夾具片、夾具電機安裝板、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連接在主側(cè)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；所述主側(cè)電動夾具II與主側(cè)電動夾具I有相同的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述阻尼器、直線導軌的行程和直線位移傳感器的量程對應相等，可選擇為0-400mm。
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)，其特征在于所述從操作器包括軸向推送單元、旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元、操作力檢測單元和傾角可調(diào)底座；其中，所述軸向推送單元安裝在傾角可調(diào)底座上，其輸出帶動旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元和操作力檢測單元在軸向運動；所述旋轉(zhuǎn)單元安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板上，其輸出端連接從夾取單元，使從夾取單元進行旋轉(zhuǎn)；所述手術(shù)導管穿過從夾取單元；所述從夾取單元的輸出為夾緊或松開手術(shù)導管；所述操作力檢測單元的輸入端檢測從夾取單元對手術(shù)導管的推送力信號以及旋轉(zhuǎn)單元的扭矩信號；所述傾角可調(diào)底座是從操作器裝置的安裝底座。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述軸向推送單元由線性滑臺、滑臺驅(qū)動電機和滑動端轉(zhuǎn)接板構(gòu)成；所述旋轉(zhuǎn)單元由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板、聯(lián)軸器1、聯(lián)軸器I1、同步帶輪軸、從側(cè)同步帶輪1、從側(cè)同步帶輪II和從側(cè)同步帶構(gòu)成；其中，所述滑臺驅(qū)動電機的輸出端連接線性滑臺，為線性滑臺的滑動端的移動提供驅(qū)動力；所述線性滑臺安裝在傾角可調(diào)底座上；所述滑動端轉(zhuǎn)接板安裝在線性滑臺的滑動端；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板上，其輸出端通過聯(lián)軸器1、扭矩傳感器、聯(lián)軸器I1、同步帶輪軸、從側(cè)同步帶輪1、從側(cè)同步帶、從側(cè)同步帶輪II及從側(cè)夾具連接軸II連接從側(cè)電動夾具I ;所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機安裝板安裝在滑動端轉(zhuǎn)接板上； 所述從夾取單元由從側(cè)電動夾具1、從側(cè)電動夾具I1、從側(cè)夾具連接軸1、從側(cè)夾具連接軸I1、前端安裝立板和從側(cè)后端夾具安裝板構(gòu)成；其中，所述軸向推送單元安裝在傾角可調(diào)底座上，其輸出帶動旋轉(zhuǎn)單元、從夾取單元的從側(cè)電動夾具I和操作力檢測單元在軸向運動；所述從側(cè)電動夾具I兩端分別連接從側(cè)夾具連接軸I和從側(cè)夾具連接軸II，其輸出夾緊或松開手術(shù)導管；所述從側(cè)夾具連接軸I 一端與從側(cè)電動夾具I連接起到支撐作用，一端與操作力檢測單元以軸承方式連接；所述從側(cè)夾具連接軸II 一端與從側(cè)電動夾具I連接起到支撐作用，一端與前端安裝立板以軸承方式連接；所述從側(cè)電動夾具II安裝在從側(cè)后端夾具安裝板上，其輸出夾緊或松開手術(shù)導管；所述前端安裝立板安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板上；所述從側(cè)后端夾具安裝板安裝在傾角可調(diào)底座上； 所述操作力檢測單元由扭矩傳感器、拉壓力傳感器、拉壓力傳感器安裝板、拉壓環(huán)形套和圓盤構(gòu)成；其中，所述從夾取單元的從側(cè)夾具連接軸I的一端與拉壓力傳感器安裝板以軸承方式連接；所述扭矩傳感器通過軸向推送單元的聯(lián)軸器I與旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的輸出端連接，檢測其輸出扭矩；所述拉壓力傳感器安裝在拉壓力傳感器安裝板上，所述拉壓力傳感器的輸入端采集通過拉壓環(huán)形套和圓盤傳遞來的軸向操作力信號；所述拉壓力傳感器安裝板安裝在軸向推送單元的滑動端轉(zhuǎn)接板上；所述拉壓環(huán)形套安裝在拉壓力傳感器的檢測軸上；所述圓盤安裝在從夾取單元的從側(cè)夾具連接軸I上，其邊緣嵌入到拉壓環(huán)形套中；所述從側(cè)電動夾具I的輸入端通過聯(lián)軸器1、扭矩傳感器、聯(lián)軸器I1、從側(cè)同步帶輪1、從側(cè)同步帶、從側(cè)同步帶輪II及從側(cè)夾具連接軸II與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的輸出端連接； 所述傾角可調(diào)底座由底座前端立板、底座架、支撐板、立板連接軸、套管、套管連接軸、調(diào)整桿、連接軸和緊固螺絲構(gòu)成；所述底座前端立板安裝在底座架上；所述套管與底座架連接，且可圍繞套管連接軸旋轉(zhuǎn)；所述調(diào)整桿依可調(diào)整嵌入長度的緊固螺絲嵌入在套管中；所述傾角可調(diào)底座的支撐板分別通過立板連接軸與底座前端立板連接，通過連接軸與調(diào)整桿連接，立板連接軸和連接軸是可以旋轉(zhuǎn)的連接軸；所述軸向推送單元的線性滑臺安裝在支撐板上；所述從夾取單元的從側(cè)后端夾具安裝板安裝在支撐板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述線性滑臺的行程可以根據(jù)單程推進尺寸選擇為0-400_。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述扭矩傳感器的量程為0-0.2匪，精度為±0.3% F.S ;所述拉壓力傳感器的量程為0-5N，精度為0.025% R.0 ;所述拉壓力傳感器安裝板為U型拉壓力傳感器安裝板。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述傾角可調(diào)底座為手動調(diào)節(jié)架；所述支撐板與底座前端立板的立板連接軸可以旋轉(zhuǎn)；所述連接套管和底座架的套管連接軸可以旋轉(zhuǎn)；所述支撐板和調(diào)整桿的連接軸可以旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種主從微創(chuàng)血管介入手術(shù)輔助系統(tǒng)，其特征在于所述從側(cè)電動夾具I和從側(cè)電動夾具II與主側(cè)電動夾具I有相同的結(jié)構(gòu)。
15.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)，其特征在于所述導管側(cè)壁接觸力傳感器由銅電極、壓敏橡膠、銅導線、被選通的傳感器元件、直流電壓源和恒值電阻構(gòu)成；所述壓敏橡膠是排列成3X3的壓敏橡膠傳感器矩陣結(jié)構(gòu)；所述的銅電極具有粘性，黏在壓敏橡膠構(gòu)成的傳感器矩陣兩側(cè)，一側(cè)作為行電極，另一側(cè)作為列電極；所述的銅導線通過銅電極連接在傳感器矩陣兩側(cè)，一側(cè)作為行電極引線，一側(cè)作為列電極引線；所述的被選通的傳感器元件是壓敏橡膠排列成3X3的傳感器矩陣經(jīng)銅導線引出通過行選通和列選通后串聯(lián)到有直流電壓源和恒值電阻電路中的傳感器矩陣元件。
16.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)，其特征在于所述導管前端碰撞力傳感器是一種基于光纖的碰撞檢測傳感器，其輸出經(jīng)過解調(diào)后傳遞給從控制器。
【文檔編號】A61B17/00GK203935212SQ201420248040
【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】郭書祥, 王鵬, 郭健, 邵林, 王云亮 申請人:天津理工大學