肾动脉消融导管机器人推送器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种肾动脉消融导管机器人推送器，其包括：导管安装模块，其上安装消融导管；导管动力模块，与所述导轨安装模块连接，以通过导轨安装模块带动所述消融导管运动；力检测模块，其上安装所述导管动力模块，以检测安装在导管安装模块上的消融导管的受力大小；直线推进模块，其上安装所述力检测模块，以对消融导管的运动进行直线导向。本实用新型可由专门机械臂的支撑，悬挂在手术床上方，方便导管的插入与医生的操作，且不与病人发生干涉；所述导管机器人的推送器具有高精度、高稳定性、操作简单化、可遥操作等优点，解决传统的介入手术插管动作的弊端。
【专利说明】肾动脉消融导管机器人推送器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及医疗器械领域，特别是涉及一种肾动脉消融导管机器人推送器。【背景技术】
[0002]高血压已经成为影响全球健康的一个重要问题。目前，高血压患者的首要治疗方式还是药物，但效果仍不理想，部分患者尽管应用了 5种抗高血压药，血压仍不达标，由此衍生出顽固性高血压症状。顽固性高血压是指在改善生活方式的基础上，规律足量服用包括一种利尿剂在内的3种或3种以上降血压药物，但血压仍不能达标者。高血压是中老年最常见的心血管病，也是导致冠心病、充血性心力衰竭、肾功能衰竭、主动脉瘤的重要危险因素，是中老年人致死、致残的首要原因。
[0003]医学研究表明，交感神经系统是高血压发病的重要环节。尤其是肾交感神经活动(renal sympathetic nerve activity, RSNA)会导致肾小管钠水重吸收增加、引起肾素释放和肾血管阻力改变，从而使血压升高。过去的交感神经切除术虽然已经证明其降压效果，但存在多种严重并发症，而且手术中存在高发的病死率和致残率，因此这种治疗策略逐渐被药物治疗的方法代替。直到2009年，Krum教授首次报道了使用介入技术的经皮导管消融肾动脉去交感神经术(catheter-based renal sympathetic denervation, RDN),治疗顽固性高血压的研究(即sympathetic HTN-1)。随着研究的开展，其结果展示出肾动脉消融术(RND)治疗顽固性高血压的安全性和有效性，取得了令人鼓舞的降压效果。对顽固性高血压患者进行肾动脉射频消融术，是为高血压患者带来一种新希望，同时也是非药物治疗高血压的一种新方法，并根据国外前期的临床试验表明该方法的安全有效的，能被广泛使用。同时随着射频消融术的发展还能使该方法不仅限于治疗顽固性高血压，而且还可以用于一般高血压的非药物治疗，能使高血压患者摆脱每天服用药物的困扰。
[0004]在肾动脉消融手术中，传统的手工插管操作存在缺陷:导管的可操控性能差，频繁的误操作和尝试，使得插管的效果和成功率低，且易对血管造成损伤；在X射线环境下长期工作，对医生身体伤害大；手工操作的方式对医生操作技巧要求高，操作复杂，易疲劳，且不稳定，无法保证导管介入的精确性，影响手术质量，进而影响患者生存质量。在消融过程中，由医生手动操作消融导管的手柄来确定消融点的位置及导管的弯形程度，其操作精度低，头端贴靠不稳定，导致消融效果差，出现水肿等并发症。这些缺陷极大的影响了肾动脉消融术治疗高血压的快速推广。将机器人技术引入到肾动脉射频消融术中，利用机器人系统的高精度、高稳定性、操作简单化、可遥操作等优点可以很好的解决以上问题。对于插管装置的研究国内外已经很多，大多数研究的是对指引导管或者造影导管的推送装置，进入主干血管，血管较粗，管路简单，操作容易，时间短，而且都处于实验室阶段。国外已有插管装置产品，但用于冠脉放支架，心脏房颤消融，需配合其专门的导管使用。到目前为止，市场上还没有针对于肾动脉消融导管的导管机器人及推送器上市。
实用新型内容[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本实用新型要解决的技术问题是克服肾动脉消融手术手动插管及消融过程的缺陷，提供一种结构简单，实用的导管机器人推送器。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种肾动脉消融导管机器人推送器，其包括:导管安装模块，其上安装消融导管；导管动力模块，与所述导轨安装模块连接，以通过导轨安装模块带动所述消融导管运动；力检测模块，其上安装所述导管动力模块，以检测安装在导管安装模块上的消融导管的受力大小；直线推进模块，其上安装所述力检测模块，以对消融导管的运动进行直线导向。
[0009]其中，所述导管安装模块包括安装在导管动力模块上的手柄支撑架、手柄后支撑、手柄头端配合齿轮和手柄回拉配合件；所述手柄支撑架上设置支撑消融导管导向弯形的导向管前支撑和导向管后支撑，所述手柄后支撑上支撑消融导管手柄，所述手柄头端配合齿轮与消融导管手柄旋转头端固定连接，所述手柄回拉配合件连接消融导管的手柄回拉件。
[0010]其中，所述导管安装模块还包括齿轮安装座，齿轮安装座上设有同轴连接的大齿轮和小齿轮，所述大齿轮与所述手柄头端配合齿轮啮合，所述小齿轮连接所述导管动力模块。
[0011]其中，所述导管动力模块包括回拉运动电机、旋转运动电机、回拉运动主齿轮、回拉运动齿条、旋转运动主齿轮、动力箱底座和动力箱上盖；所述回拉运动主齿轮和旋转运动主齿轮分别安装在回拉运动电机和旋转运动电机的输出轴上，所述回拉运动电机和旋转运动电机分别通过回拉运动电机座和旋转运动电机座安装在动力箱底座上，所述回拉运动齿条通过齿条安装限位块安装在动力箱上盖上。
[0012]其中，所述动力箱上盖顶部设有安装槽，所述手柄后支撑和齿轮安装座可插拔地设置在安装槽内，所述回拉运动齿条上设置有定位孔，所述手柄回拉配合件可拆卸地与定位孔连接；所述手柄后支撑与齿轮安装座插入动力箱上盖时，手柄回拉配合件插入回拉运动齿条的定位孔中，小齿轮与旋转运动主齿轮啮合。
[0013]其中，所述导管动力模块还包括导管动力模块安装板，其与动力箱底座固连。
[0014]其中，所述力检测模块包括安装底板，其上设置有并排的直线光轴，直线光轴通过直线光轴前支撑、直线光轴后支撑安装到安装底板上，直线光轴上设置有直线轴承，导管动力模块安装板与直线轴承连接；所述安装底板上设置有固定在导管动力模块安装板底部的前弹簧安装座与后弹簧安装座，所述前弹簧安装座与后弹簧安装座的孔内装有弹簧，弹簧还分别与前弹簧挡板和后弹簧挡板连接；导管动力模块安装板的底部设有编码器座，编码器座上安装位移检测编码器，位移检测齿轮安装在位移检测编码器上，所述位移检测齿条固定在安装底板上并与位移检测齿轮啮合。
[0015]其中，所述前弹簧挡板或后弹簧挡板上设置有预紧螺钉，预紧螺钉穿过前弹簧挡板或后弹簧挡板与弹簧连接。
[0016]其中，所述直线运动模块包括直线运动电机、导轨、移动平台、丝杆、丝杆螺母和导轨上盖；所述丝杆通过联轴器与直线运动电机的输出轴固定连接，所述移动平台由导轨支撑，所述丝杠穿过丝杠螺母，丝杠螺母固定在移动平台底部，所述导轨上盖上开有导向槽，导向弯形在导向槽内移动。[0017]其中，所述导向槽的前端还设置有三通安装台、三通、弹簧夹及指引导管，三通安装在三通安装台上，弹簧夹设置在三通安装台上以卡压指引导管，所述导管弯形从导向槽前端伸出，进入三通及指弓丨导管内，最终进入血管。
[0018](三)有益效果
[0019]上述技术方案所提供的肾动脉消融导管机器人推送器，可由专门机械臂的支撑，悬挂在手术床上方，方便导管的插入与医生的操作，且不与病人发生干涉；所述导管机器人的推送器具有高精度、高稳定性、操作简单化、可遥操作等优点，解决传统的介入手术插管动作的弊端。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为肾动脉消融导管的结构示意图；
[0021]图2为本实用新型的整体结构示意图；
[0022]图3为导管安装模块与导管动力模块示意图；
[0023]图4为力检测模块的结构示意图；
[0024]图5为直线运动模块的结构示意图；
[0025]图6为直线运动模块的局部示意图
[0026]图中标记为:1_肾动脉消融导管、2-导管弯形、3-手柄旋转头端、4-手柄回拉件、5-手柄、6-导管安装模块、7-导管动力模块、8-力检测模块、9-直线运动模块、10-导轨上盖、11-直线运动电机、12-导轨、13-移动平台、14-三通安装台、15-导向槽、16-手柄头端配合齿轮、17-手柄回拉配合件、18-齿条安装限位块、19-手柄后支撑、20-动力箱上盖、21-回拉运动电机座、22-回拉运动电机、23-回拉运动主齿轮、24-动力箱底座、25-回拉运动齿条、26-旋转运动电机、27-旋转运动电机座、28-大齿轮、29-旋转运动主齿轮、30-小齿轮、31-齿轮安装座、32-导向管前支撑、33-导向管、34-手柄支撑架、35-手柄后支撑、36-预紧螺钉、37-弹簧后挡板、38-直线光轴后支撑、39-导管动力模块安装板、40-直线光轴、41-直线光轴前支撑、42-弹簧前档板、43-弹簧、44-前弹簧安装座、45-位移检测齿轮、46—位移检测齿条、47-位移检测编码器、48-编码器安装座、49-安装底板、50-后弹簧安装座、51-直线轴承、52-丝杆螺母、53-丝杆、54-弹簧夹、55-三通、56-三通安装台。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0028]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种肾动脉消融导管机器人推送器，实现肾动脉消融导管的自动控制。所述导管推送器为导管机器人的末端执行器，用于把持肾动脉消融导管，完成导管前进/后退、旋转、头端弯形三个运动，顺利的将导管送到指定的位置实施消融。
[0029]图1所示为肾动脉消融导管I的外部结构图，所述肾动脉消融导管I包含导管弯形2和手柄5，手柄旋转头端3可绕手柄5中心旋转，回拉件4可沿手柄方向直线移动，分别实现导管弯形2的周向旋转和头端弯曲。
[0030]图2为导管推送器的整体结构示意图，包括了导管安装模块6、导管动力模块7、力检测模块8及直线推进模块9 ;导管安装模块6上安装消融导管1、导管动力模块7与导轨安装模块6连接，以通过导轨安装模块6带动消融导管I运动；力检测模块8上安装导管动力模块7，以检测安装在导管安装模块6上的消融导管I的受力大小；直线推进模块9上安装力检测模块8，以对消融导管I的运动进行直线导向。
[0031]如图3所示，导管安装模块6包括了手柄支撑架34、手柄后支撑19、手柄头端配合齿轮16、手柄回拉配合件17、导向管33、导向管前支撑32、导向管后支撑35、大齿轮28、小齿轮30及齿轮安装座31。手柄支撑架34上设置支撑消融导管导向弯形2的导向管前支撑32和导向管后支撑35，手柄5固定在手柄后支撑19上，手柄回拉配合件17与手柄回拉件4固连，手柄头端配合齿轮16与手柄旋转头端3固连，大齿轮28与小齿轮30同轴安装在齿轮安装座31上，最后用齿轮盖(未显示)封装。
[0032]所述导管动力模块由回拉运动电机22、旋转运动电机26、回拉运动主齿轮23、回拉运动齿条25、旋转运动主齿轮29、动力箱底座24、动力箱上盖20等组成。回拉运动主齿轮23和旋转运动主齿轮29分别安装在回拉运动电机22和旋转运动电机26的轴上，回拉运动电机22和旋转运动电机26分别通过回拉运动电机座21和旋转运动电机座27安装在动力箱底座24上。回拉运动齿条25通过齿条安装限位块18安装在动力箱上盖20上。
[0033]所述动力箱上盖20顶部设计了安装槽结构，手柄后支撑19和支撑架齿轮安装座
31能顺利的插入与拔出。所述手柄后支撑19与支撑架齿轮安装座31插入动力箱上盖20时，手柄回拉配合件17插入回拉运动齿条25的定位孔中，小齿轮30与旋转运动主齿轮29也正确啮合。所述回拉运动电机22旋转时,通过回拉运动主齿轮23、回拉运动齿条25、手柄回拉配合件17、手柄回拉件4的运动传递，实现导管头端2的弯形；所述旋转运动电机26旋转时，通过旋转运动主齿轮29、小齿轮30、大齿轮28、手柄头端配合齿轮16、手柄旋转头端3的运动传递，实现导管弯形的旋转，即不同角度的弯形。所述旋转运动电机26和回拉运动电机22本身包含了编码器，可以检测导管的弯形程度、旋转角度，反馈给控制端，也可以采用其他类型的电机加编码器组合来加以检测，实现上述功能。所述导管安装模块6为一次性使用的无菌模块。
[0034]如图4和图5所示，所述力检测模块8用于检测导管在血管内沿血管方向的受力情况，当受力过大时给操作者以提示，或者直接将力反馈给操作者。所述导管动力模块安装板39与动力箱底座24固连，并通过左右对称的直线轴承51、直线光轴40、直线光轴前支撑41、直线光轴后支撑安装到安装底板49上。所述导管动力模块安装板39实现了整个导管安装模块6、导管动力模块7可沿直线光轴方向移动，其余五自由度被限制。所述直线光轴40和直线轴承51将摩擦降低到可以忽略不计。所述前弹簧安装座44与后弹簧安装座50固定在导管动力模块安装板39的底部，所述弹簧43有两个，分别安装在前弹簧安装座44与后弹簧安装座50的孔内，通过前弹簧挡板42、后弹簧挡板37、预紧螺钉36来限位和预紧，预紧螺钉36穿过前弹簧挡板42或后弹簧挡板37与弹簧43连接。所述位移检测编码器47通过编码器座48安装在导管动力模块安装板39的底部，所述位移检测齿轮45安装在位移检测编码器47上，所述位移检测齿条46固定在安装底板49上并与位移检测齿轮45啮合。当导管在运动过程中受沿血管方向的阻力时，通过导管、导管安装模块6、导管动力模块7及力检测模块8将力传递到前后的弹簧43上，弹簧43受力变形，发生形变，导管动力模块安装板39也沿直线光轴40上有相同的位移，该位移可以通过位移检测编码器47、位移检测齿轮45及位移检测齿条46检测出来。根据胡克定律即可计算出导管沿血管方向的受力。
[0035]如图2、图5和图6所示，所述直线运动模块9包括直线运动电机11、导轨12、移动平台13、丝杆53、丝杆螺母52、导轨上盖10等。所述丝杆53通过联轴器与直线运动电机11的轴固定，所述移动平台13由导轨12支撑。所述导轨上盖10上开有导向槽15，导管在导向槽15内移动，和导向管33 —起给导管起支撑作用，提高导管的轴向刚性，保证导管受到安全阻力以下都能够顺利推送儿不打弯。导向槽15的前端连接了三通安装台14、三通55、弹簧夹54及指引导管(未画出)。导管从导向槽15前端出来，进入三通55及指引导管内，最终进入血管。所述直线运动电机11的轴旋转带动丝杆53旋转，实现丝杆螺母52直线运动，丝杆螺母52固连在移动平台13上，从而将连接在移动平台13上的力检测模块9、导管动力模块8及导管安装模块6 —起运动，导管即沿血管方向前进/后退。所述导管推送器实现了导管的前进/后退、旋转、头端弯形功能，通过控制将以上运动进行组合，可以将导管送到肾动脉，并实现消融过程的自动化。
[0036]本实用新型的工作原理如下:
[0037]将导管手柄安装在导管安装模块上，手柄的旋转头端和回拉件分别与导管安装模块的传动齿轮副、回拉配合件连接；手柄旋转运动和回拉运动的动力从导管动力模块中的两个驱动电机分别通过齿轮副、齿轮齿条副进行传递，从而实现导管的旋转和弯形，电机同轴安装编码器或者电机本身就是自带编码器用于检测导管的旋转角度和头端弯形程度。动力箱与安装平台通过直线轴承进行连接，其直线运动方向为自由状态，两者之间通过弹簧预紧，当导管直线运动时，导管头端碰撞力、导管沿血管壁的摩擦、以及导管沿血管解剖结构方向上的阻力的合力传递到导管末端，最终使得导管动力模块与移动平台之间有微小的位移，该位移将产生两个效果:弹簧的压缩变形量改变，及弹簧力发生改变。位移检测用齿轮齿条相对运动，编码器检测旋转角度的变化量，得知弹簧位移，最终计算出弹簧受力的变化增量。所述弹簧力的变化增量即导管轴向的受力。
[0038]整个导管安装模块、导管动力模块、力检测模块通过导轨移动平台安装在直线运动模块上，并通过丝杆副来驱动。电机驱动丝杆旋转，实现螺母的直线运动，进而实现与之固连的移动平台直线前进/后退，最终反映到导管上为导管沿血管的前进/后退。
[0039]手术时，所述直线运动模块驱动导管沿血管直线运动，当到达血管分叉位置，导管动力模块控制导管头端弯曲，再旋转导管到正确方向后送入分叉血管继续前进。到达预定的消融位置后，控制导管头端安全稳定的贴靠在血管内壁，电机自锁，完成消融。
[0040]本实用新型的有益效果体现在以下几个方面:
[0041]1、采用高分辨率的电机与编码器，实现导管的精细控制，保证导管能够一步到位，而不需要重复的往复操作，避免对血管的伤害，同时也提高了手术效率；
[0042]2、医生可以远离X射线区，进行远程操作，降低自身的射线辐射量；
[0043]3、采用弹簧编码器组合形式进行力检测，既可以起到碰撞缓冲作用，同时编码器的微小阻力减小了机械阻力的影响，足够精确；
[0044]4、利用电机的大扭矩对导管控制起到自锁功能，保证手术过程不受外力影响；
[0045]5、利用导向管和导向槽及倾斜结构保证了导管轴向推进的刚度，避免受阻力大弯而无法推进，当阻力太大时，可通过力检测模块检测出来，通过程序远程控制停止运动，并提出指示；
[0046]6、精细化的控制,提闻消融点的定位精度，提供可罪稳定的头端贴罪，提闻消融手术的质量，降低水肿等手术并发症的概率。
[0047]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，包括:导管安装模块，其上安装消融导管；导管动力模块，与导轨安装模块连接，以通过导轨安装模块带动所述消融导管运动；力检测模块，其上安装所述导管动力模块，以检测安装在导管安装模块上的消融导管的受力大小；直线推进模块，其上安装所述力检测模块，以对消融导管的运动进行直线导向。
2.如权利要求1所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述导管安装模块包括安装在导管动力模块上的手柄支撑架、手柄后支撑、手柄头端配合齿轮和手柄回拉配合件；所述手柄支撑架上设置支撑消融导管导向弯形的导向管前支撑和导向管后支撑，所述手柄后支撑上支撑消融导管手柄，所述手柄头端配合齿轮与消融导管手柄旋转头端固定连接，所述手柄回拉配合件连接消融导管的手柄回拉件。
3.如权利要求2所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述导管安装模块还包括齿轮安装座，齿轮安装座上设有同轴连接的大齿轮和小齿轮，所述大齿轮与所述手柄头端配合齿轮啮合，所述小齿轮连接所述导管动力模块。
4.如权利要求3所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述导管动力模块包括回拉运动电机、旋转运动电机、回拉运动主齿轮、回拉运动齿条、旋转运动主齿轮、动力箱底座和动力箱上盖；所述回拉运动主齿轮和旋转运动主齿轮分别安装在回拉运动电机和旋转运动电机的输出轴上，所述回拉运动电机和旋转运动电机分别通过回拉运动电机座和旋转运动电机座安装在动力箱底座上，所述回拉运动齿条通过齿条安装限位块安装在动力箱上盖上。
5.如权利要求4所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述动力箱上盖顶部设有安装槽，所述手柄后支撑和齿轮安装座可插拔地设置在安装槽内，所述回拉运动齿条上设置有定位孔，所述手柄回拉配合件可拆卸地与定位孔连接；所述手柄后支撑与齿轮安装座插入动力箱上盖时，手柄回拉配合件插入回拉运动齿条的定位孔中，小齿轮与旋转运动主齿轮啮合。
6.如权利要求5所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述导管动力模块还包括导管动力模块安装板，其与动力箱底座固连。
7.如权利要求6所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述力检测模块包括安装底板，其上设置有并排的直线光轴，直线光轴通过直线光轴前支撑、直线光轴后支撑安装到安装底板上，直线光轴上设置有直线轴承，导管动力模块安装板与直线轴承连接；所述安装底板上设置有固定在导管动力模块安装板底部的前弹簧安装座与后弹簧安装座，所述前弹簧安装座与后弹簧安装座的孔内装有弹簧，弹簧还分别与前弹簧挡板和后弹簧挡板连接；导管动力模块安装板的底部设有编码器座，编码器座上安装位移检测编码器，位移检测齿轮安装在位移检测编码器上，所述位移检测齿条固定在安装底板上并与位移检测齿轮啮合。
8.如权利要求7所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述前弹簧挡板或后弹簧挡板上设置有预紧螺钉，预紧螺钉穿过前弹簧挡板或后弹簧挡板与弹簧连接。
9.如权利要求8所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述直线运动模块包括直线运动电机、导轨、移动平台、丝杆、丝杆螺母和导轨上盖；所述丝杆通过联轴器与直线运动电机的输出轴固定连接，所述移动平台由导轨支撑，所述丝杆穿过丝杆螺母，丝杆螺母固定在移动平台底部，所述导轨上盖上开有导向槽，导向弯形在导向槽内移动。
10.如权利要求9所述的肾动脉消融导管机器人推送器，其特征在于，所述导向槽的前端还设置有三通安装台、三通、弹簧夹及指引导管，三通安装在三通安装台上，弹簧夹设置在三通安装台上以卡压指引导管，所述导管弯形从导向槽前端伸出，进入三通及指引导管内，最终进入血管。
【文档编号】A61B18/12GK203790029SQ201420016737
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】曾玉祥, 王晓松, 董飒英, 敬正鑫, 王荣军 申请人:乐普（北京）医疗器械股份有限公司