一种用于脑血管手术的机器人及其操控装置、系统的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种用于治疗脑血管手术的机器人及其操控装置。

背景技术：

脑梗阻、脑溢血是对人类健康有重大威胁的高危病患，同时也是形成植物人、瘫痪、中风、老年痴呆的重要因素。心脏在向脑供血时，将血凝、血斑直接送入脑血管，短时间内可能会构成大面积脑血管梗阻，若不及时清除则会导致脑大面积水肿(脑疝)，甚至直接威胁生命安全，现有的断层扫描CT、核磁共振、血管造影检查可以清楚、精准地定位出病灶位置，但是想要对其进行治疗则需要进行开颅手术，由于制定开颅手术方案的时间长、风险大且具有明显的后遗症状，治愈成功率不高，对大脑损害较大。

因此，有必要针对性地研发专用手术机器人，从而对现有技术的不足进行改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，根据第一方面，本实用新型提供一种用于脑血管手术的机器人，该机器人可以实现在不开颅的情况下对脑内血管进行探测/诊断或者治疗。

在其中的一个实施例中，所述机器人包括软管，所述软管具有内腔，用于安装各功能装置；以及磁感部，所述磁感部设置在软管的端部，以便在外部磁场作用下带动软管移动。

进一步的，所述磁感部包括设置在软管外周的磁性金属材料和/或磁性材料膜。

进一步的，所述软管的内腔设置有分隔板，所述分隔板将软管的内腔分隔成至少两个从头至尾延伸且相互独立的功能腔，其中至少一个功能腔为照明腔，用于安装照明装置；至少一个功能腔为感光腔，用于安装图像采集装置。

进一步的，还包括所述照明装置，所述照明装置装设于照明腔内，用于提供照明光源；以及图像采集装置，所述图像采集装置为导像光纤，所述导像光纤安装在感光腔内。

进一步的，所述功能腔中包括至少一个附加功能腔，该附加功能腔内安装有用于实现抽水、喷水、注射、热熔、药疗、电灼、机械切削、粘合和激光传送中任意功能的附加功能装置。

根据第二方面，本实用新型提供一种用于操控机器人移动的操控装置，通过该操控装置能够在人体外部实现对机器人的行进方向的控制。

在其中的一个实施例中，所述操控装置包括：

调整环，以过调整环圆心且垂直于调整环所在平面的方向为第一轴向，以垂直于第一轴向且过直径的方向为第二轴向，以与第一轴向和第二轴向两两垂直的方向为第三轴向，所述调整环至少能够绕第二轴向和第三轴向中的一个以及第一轴向转动；

以及用于产生磁场的磁场产生机构，所述磁场产生机构安装在调整环任一方向的直径上，并能够随调整环运动，以改变磁场方向驱动机器人移动。

进一步的，所述磁场产生机构包括沿直径方向缠绕的线圈，所述线圈通电后形成N极或S极沿直径方向指向圆心的磁场。

进一步的，所述磁场产生机构包括电磁铁，所述电磁铁的N极或S极沿直径方向指向圆心设置。

进一步的，所述调整环包括安装部和环形的旋转部，所述旋转部以可转动的方式安装在安装部上，所述安装部上具有能够输出旋转运动的第一驱动机构，所述第一驱动机构带动旋转部旋转；所述调整环还包括能够输出旋转运动的第二驱动机构和第三驱动机构，所述安装部由第二驱动机构驱动实现绕第二轴向的旋转，所述安装部和第二驱动机构安装在第三驱动机构上，由第三驱动机构驱动其绕第三轴向旋转。

根据第三方面，本实用新型还提供了一种用于脑血管手术的系统，该系统使得上述机器人与操控装置形成一套完整的治疗系统，实现了在不开颅的情况下对脑内血管疾病的治疗。

在其中的一个实施例中，所述系统包括上述机器人，所述机器人用于伸入人体内进行手术；上述操控装置，所述操控装置构建一个磁场，以控制机器人在人体内改变运动方向或移动；以及图像处理单元，所述图像处理单元与机器人内的图像采集装置连接，用于显示机器人移动过程中人体内的实时图像。

本实用新型的有益效果：本实用新型基于磁感应现象，利用处于体外部分的操控装置中的磁场产生机构构建出磁场，利用调整环改变磁场的方位，再通过磁场的作用能够改变处于软管端部的磁感部在上述磁场中的受力情况，从而操控软管在人体血管中的行进方向直至达到病灶处，实现了通过软管就可以对血管中的疾病进行探测/诊断或者治疗，有利于实现微创式或者无创式手术，尤其适用于脑梗阻、脑溢血等血管疾病的治疗。

附图说明

图1为本实用新型实施例中用于脑血管手术的机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中用于脑血管手术的机器人带端部的结构示意图

图3为本实用新型实施例中用于脑血管手术的机器人的另一结构示意图；

图4a-4f为本实用新型实施例中用于脑血管手术的机器人的各类不同结构的横截面图；

图5为本实用新型实施例中用于操控机器人移动的操控装置的原理图；

图6为本实施例中用于脑血管手术的系统的原理方框图

图7为本实用新型实施例中一种引导件的结构示意图。

其中，100-机器人，200-操控装置，300-体外控制设备，400-体外观察与显示设备，500-引导件，110-软管，120-磁感部，130-分隔板，210-电磁铁，220-旋转部，111-功能腔，131-小分隔板，221-第一轴，222-第二轴，223-第三轴。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“径向”、“头部”及“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

本实施例一提供了一种用于脑血管手术的机器人。

请参考图1-4，该机器人100包括软管110及设于软管110内部的照明装置及感光装置，软管110可插入至人体的脑部血管中，软管110内部限定出多个功能腔111，功能腔111内可通过置入其它治疗器件用以形成不同的治疗手段，如热熔、电灼等，照明装置则用于在软管的内部提供光源以形成光线，感光装置用于采集光线并反馈到外部进行图像显示。

功能腔111还可以具有至少一个附加功能腔，可通过置入其它治疗器件用以形成不同的治疗手段，抽水、喷水、注射、热熔、药疗、电灼、机械切削、粘合和激光传送中任意功能的附加功能装置。

如此，软管110及内结构整体是柔性的，可以沿着血管或腔道行进。当将上述机器人100中的软管110置于脑内血管的病灶处时，例如可通过颈部血管刺入，就可以在人体外部通过合理的选择或者搭配治疗手段对病灶处治疗。

实际应用过程中，可将上述机器人110根据实际情况而选择插入至动脉或者静脉血管中直至病灶处，继而对病灶进行治疗。

进一步的，为了保证软管110能够沿指定方向或者路线朝着病灶处行进，如图2所示，本实施例中，机器人100还包括磁感部120，磁感部120围绕软管110的外周布置并处于软管110的端部，以便软管110在外部磁场的的引导下能够转向或者移动。

由于磁力的作用不需要物体的直接相互接触而产生，所以当在软管110的端部设置磁感部120后，就可以通过在人体的外部通过磁力的引导作用，而将软管110根据CT/核磁/B超/血管造影/X光/其他所获得病灶处的具体位置，沿指定方向或者路线精确的朝着病灶处行进并直达病灶处。

在本实施例中，磁感部120可通过在软管110的外周涂磁性金属材料形成。在其它实施例中，还可以通过在软管110的外周贴磁性材料膜形成。

本申请中对磁感部120的所使用的具体材料不作限定，即任何可接受磁力引导的材料均可适应。优选的，还可以根据实际使用的软管110的材料来选择磁性材料层120的材料，以两种材料之间能黏合为最佳。这样，一方面能够保证磁感部120能够稳固的附着在软管110的外周，从而提高软管110的使用寿命，另一方面当磁感部120紧紧黏合于软管110时，两者之间不会发生相对滑动，当在体外通过磁力引导机器人100的走向时，磁感部120能够精确、稳定的带动软管110的行进，杜绝行进过程中偏离路线的隐患。

在本实施例中，软管110的内腔设置有分隔板130，分隔板130将软管110的内腔分割成至少两个从头至尾延伸且相互独立的功能腔，其中至少一个功能腔为照明腔，上述照明装置安装在照明腔内，至少一个功能腔为感光腔，上述感光装置安装在感光腔内。

请进一步参照图1或3，软管110的内部限定出多个功能腔111。功能腔111可以进一步划分为必备功能腔以及附加功能腔。其中上述必备功能腔内部设有前述照明装置及图像采集装置以形成照明单元及图像传送单元，为照明及图像传送提供基础；附加功能腔则可以包括抽水单元、喷水单元、注射单元、热熔单元、药疗单元、电灼单元、机械切削单元、粘合单元及激光传送单元等，上述各个功能单元的形成可通过在相应的功能腔内置入具备相应功能的的辅助功能器件即可。例如，药疗单元，在相应的功能腔置入所需要的药材或药粉或药水的注入系统，又如，喷水单元，在相应的功能腔置入水喷头，同时在外部通过水泵控制水流量的大小即可。

综上，本实施例中通过合理的选择所需要的功能腔111可以形成不同的治疗手段对病灶进行不同的治疗。

多个功能腔111的设定使得在人体外部能够通过机器人100而选择不同的方式或者不同方式的结合来对病灶进行治疗。例如，可以单独选择必备功能腔和附加功能腔中的一种对病灶进行治疗，例如当选择药疗单元时，就可以以药疗的方法将相应药物直接喷至病灶或注射入病灶内；也可以在选择药疗单元的同时选择热熔单元，通过热熔方法融化血管堵塞物并配以药物进行治疗。

以上所述仅仅为如何使用功能腔111提供了一种示例，并不表示功能腔111的使用仅能按照上述方式来搭配，即功能腔111的选择可根据实际情况任意搭配，以完成对病灶的治疗。此外，上述附加功能腔的类型也不局限于上述所列举，本实用新型构思在于提供一种可供选择的带多功能腔111的软管110，在此实用新型构思下，当可配置或定制各种能够用于治疗的功能腔111。

通过以上所述可知，本实用新型通过在人体外部借助外部磁场的作用控制机器人100中的软管110在血管中的转向或移动方向，软管110能够准确地到达可能会引发脑梗阻或脑溢血的病灶处，再通过合理的选择功能腔111对病灶进行隔绝或者消除，达到治疗的目的，有利于实现微创式或者无创式手术。进一步的，在脑梗阻及脑溢血等血管疾病中，替代传统方式中开颅手术，使得对脑梗阻、脑溢血等血管疾病的探测/诊断或者治疗得以简化，解决了传统技术中采用开颅手术而导致的时间长、风险大且具有明显的后遗症状，治愈成功率不高，对大脑损害较大等缺陷解决了传统开颅手术时间长、风险大、后遗症明显且成功率不高的缺陷。

进一步的，在本实施例中，前述分隔板130由多块小分隔板131组合而成，分隔板130的的横截面按组成排列方式可划分为圆型、直线型或者交叉型，即由多个小分隔板131相互围绕、直线拼接或者交叉拼接而成，使得当将上述分隔板130轴向置于软管110内部后，分隔板130能够与软管110的内壁围成多个功能腔111。

至此，当将软管110置于血管中并靠近病灶处后，就可以在人体外部通过选择合理的功能腔来对病灶进行探测/诊断或者治疗。

具体的，当只需要对病灶进行探测/诊断时，此时只选择图像传送单元及照明单元即可。相应的，可选择横截面为圆型或者直线型的分隔板130。如图4a所示，当选择圆型时，分隔板130呈现空心柱体状，其空心处限定出图像传送单元，则空心柱体状的外壁与软管的内部之间限定出照明单元，以上两个功能单元的配合即可完成对病灶的探测/诊断；如图4b所示，当选择直线型时，多个小分隔板131直线拼接成平面状的分隔板130，该分隔板130刚好与软管110的直径相适应，当其沿软管110的轴向布置时，能够将软管110的内部空间一分为二，从而形成图像传送单元及照明单元，继而完成对病灶的探测/诊断。

当需要对病灶进行治疗时，除了需要选择图像传送单元及照明单元之外，还需要选择前述附加功能腔中的一种或者多种，此时可选择交叉型的分隔板，如图4c-4f所示，多个小分隔板131交叉拼接成分隔板130，对软管内部限定出三个及三个以上的多个功能腔111，在完成对病灶的进行探测/诊断的同时，还可以在人体外部通过选择合理的功能腔对病灶进行治疗。

需要说明的是，上述功能腔111的位置及大小可以根据需求而定，例如上述图像传送单元及照明单元可以交替使用或者可以有选择的使用，同理，其它附加功能腔也可以以如上方式使用，此外，针对采取不同的治疗方式，上述附加功能腔还可以不同的使用方法。

当采取需要选择两个或两个以上的上述附加功能腔同时进行治疗的方式时，可以选用具备四个或者四个以上功能腔的软管110；当采取需要按照某一顺序的治疗方式进行治疗时，可选用具备至少三个功能腔的体内软管110，其中第三个功能腔111为附加功能腔，可按照治疗顺序交替使用，例如可先将该单元当作热熔单元使用，当热熔完成后，再将热熔单元更换成电灼单元，再将电灼单元更换成机械切削单元。使用过程方便可靠，大大缩减了传统开颅手术所带来的耗时长的缺点以及危险性。

在本实施例中，前述照明装置或感光装置由多个导像光纤黏合相接而成，再将由导像光纤黏合相接而成的照明装置或感光装置沿轴向置于软管内部的功能腔即可形成前文中所述的图像传送单元及照明单元。

具体的，上述导像光纤可自定义成成像部分以及照明部分，两部分可交替使用或者可以有选择的使用，光纤头部与尾部功能区是一一对应的，若头部某根光纤如定义为照明部分，则其从头部至尾部置于某个功能腔以形成照明单元区，尾部接照明光源输入端；同理，若头部某根光纤如定义为感光部分，则其从头部至尾部置于某个功能腔以形成图像传送单元区，则尾部为图像输出接口端。

需要说明的是，在本实施例中，上述导像光纤可根据实际情况粘合成所需形状截面的柱体，单独光纤本身圆形居多(形状类似头发丝，直径数微米至数十微米)，使用数量从数十条至数万条不等，根据实际情况粘合成所需截面形状，以单位体积内能容纳最多数量为佳(或同样数量占体积最小为佳)，局部近蜂窝状。

当需要截面为120度扇形时，假设3000条导像光纤可满足需求，将3000条光纤在特制胶水中浸过，再塞进一120度扇形筒状物，胶水干后去掉圆筒状物即可获得截面为120度扇形的截面主体，再用包覆材料缠绕在图像传送单元区、照明单元区等各功能腔之外即形成所需机器人。此外也可以将上述截面主体与分隔板、功能腔一同沿轴向置入软管中，即可完成导像光纤在软管110中的布置。

当然，导像光纤的截面形状不限于上述扇形，圆形、三角形等均可，当可根据实际需求而定出各种不同形状，此时，套在导像光纤外部的软管也应相应的设计与导像光纤相匹配的各种形状。

实施例二

本实施例二提供了一种用于操控机器人移动的操控装置。

请参照图5，上述操控装置200包括调整环，该调整环可以绕其直径或者圆心转动。

进一步的，上述操控装置200还包括用于产生磁场的磁场产生机构，磁场产生机构安装在调整环任一方向的直径上，并能够随调整环运动，以改变磁场方向驱动机器人移动。

由此，调整环能够在立方空间内调整其位置，磁场产生机构则可以随着调整环的旋转而改变其产生的磁场的方向，从而引导机器人在血管中的移动。

具体的，在本实施例中，磁场产生机构包括沿直径方向缠绕在调整环上的的线圈210，线圈210通电后形成N极沿直径方向指向圆心的磁场，缠绕在调整环直径方向上的的线圈形成通电螺线管，再通过对线圈施加电流即可产生磁场，形成如图5所示中的N、S极。磁场产生之后，改变电流大小，可改变磁场大小。通过在体外操作调整环的转动方向，就可以控制磁场的方向，从而引导机器人100的磁感部120在上述磁场中的受力方向，继而引导机器人100在体内的行进方向。

当然，请参照图5，在其它实施例中，也可以直接在调整环的直径方向上设置至少一对条形电磁铁，其中一个条形电磁铁的N极沿直径方向指向圆心设置，另一个条形电磁铁的S极沿直径方向指向圆心设置，这样通过设置条形电磁铁就形成了与前述由线圈通电后形成的磁场作用力相同的磁场。在本申请中，调整环的旋转方向的控制可以通过自动的方式或者手动的方式来完成，为了实现调整环绕其直径或者圆心的的转动，上述调整环可包括安装部和环形的旋转部220，旋转部220以可转动的方式安装在安装部上。当采用自动方式时，以过旋转部220的圆心且垂直于旋转部直径所在平面的方向为第一轴向221，以垂直于第一轴向221且过直径的方向为第二轴向222，以与第一轴向221和第二轴向222两两垂直的方向为第三轴向223，通过连接于能够输出旋转运动的自动化控制的驱动机构，即可实现调整环200至少能够绕第二轴向222和第三轴向223中的一个以及第一轴向221转动。在本实施例中，在调整环200所在的圆心和直径所在平面选取两个相互垂直的X轴及Z轴，从而构建成XZ平面，而Y轴则从上述平面垂直伸出，X轴、Z轴与Y轴的交点则处于调整环的圆心，上述第二轴向222与第三轴向223分别等同于X、Z轴，上述第一轴向221等同于Y轴上，上述线圈或上述电磁铁可以就沿着X轴或者Z轴方向设置或设置于X轴或者Z轴所在直径方向的两端，如图5所示。

具体的，由于步进电机的运行平稳，且能很好的对位置进行把握，因此，上述驱动机构可优选为步进电机。为了实现上述转动，可以在安装部上安装能够输出旋转运动的第一驱动机构，该第一驱动机构带动旋转部220旋转，即可实现旋转部220绕第一轴向221的转动，即实现调整环绕直径的转动。此外，再将上述安装部由能够输出旋转运动的第二驱动机构带动，即可实现旋转部220绕第二轴向222的转动，即实现调整环绕直径的转动。最后通过能够输出旋转运动的第三驱动机构带动上述包括第二驱动机构及安装部在内的整体的转动，即可实现旋转部220绕第三轴向223的转动，即实现调整环绕圆心的转动。

如此，调整环的自转即围绕Y轴旋转，而调整环沿直径方向上的转动则变成绕X轴或者Z轴转动，通过构建出空间坐标系能够更精确的把握住调整环实时所在的位置，确保机器人100能够在血管中的顺利进行。

至此，通过在体外操作上述操控装置200就可以达到将机器人100运送至靠近病灶处，再施以探测/诊断或者治疗。构造简单，操作方便，能快速的对病灶进行治疗。

实施例三

本实施例三提供了一种用于脑内血管手术的机器人。

请参照图7，该机器人主要包括体内部分和与体内部分发生信号交涉或者操作交涉的体外部分。

其中，体内部分置于人体的血管内部，主要包括机器人100，体外部分则主要包括用以控制机器人行进路线的操控装置200、体外控制设备300及体外观察与显示设备400。

机器人100为实施例一中的机器人，在此不再赘述。

操控装置200为实施例二中的操控装置，在此不再赘述。

如图7所示，操控装置200及体外观察与显示设备400分别连接于机器人100，体外控制设备300则通过操控装置200与机器人100相连，其中体外控制设备300用于对机器人100进行控制以及控制线圈中电流的通断，对电流的大小进行调节，对机器人100进行控制包括机器人100的行进路线以及功能腔111的选择等，此时，体外控制设备300可以通过操控装置200对机器人100进行自动化控制；体外观察与显示设备400则用于实时的显示位于血管中的机器人100所收集的相关信息，如图像、血管内壁等信息壁，并可根据不同时间点信息积分形成所需3D立体信息。

此外，上述体外控制设备300与操控装置200也可分别与机器人100直接相连，此时，可通过手动使用操控装置200对机器人100进行控制。

具体的，上述体外控制设备300内部还包括有区间选择智能单元、通过区间选择智能单元的选择可定制前文中的功能腔的一种或多种。

体外观察与显示设备400包括硬件照明单元、图像处理单元、显示单元及定位探测/诊断单元。硬件照明单元可以为任一可发光的光源，例如LED灯、进一步的还可以为紫外灯、红外灯等，用于满足特殊情况光线的需求。图像处理单元用于将置于图像传送单元区内部的图像采集装置所查看到的内容还原成图像并传送至显示单元，继而在人体的外部显现出来。定位探测/诊断单元则主要用于对病灶的位置进行探测，其主要结构为超声探测系统，兼容X光、CT、核磁、造影系统等。

除以上所述外，为了更加顺畅及方便的将上述机器人100插入至血管中，如图7所示，本实施例中的机器人还包括引导件500，引导件500为空心针状物体，其内部至少可容纳上述机器人100通过，还应避免对机器人100的插入方向产生误导。引导件500的尾端可连接在机器人100的端部，在将机器人100插入至血管之初，可先用引导件500在血管相应的位置处刺入，由于引导件500内部是空心的，此时为机器人100的插入提供了一个引导空间，只需将机器人100的头端沿着上述引导件500的空心之处插入即可。优选的，上述引导件500选用切入针。

至此，机器人的主要构造及其连接关系得以清楚的解释，通过对该机器人的操作即可实现对脑梗阻、脑溢血等脑血管疾病的治疗，其具有可视化操作，自动化操作、操作准确、方便、快捷的优点。解决了传统技术中采用开颅手术而导致的时间长、风险大且具有明显的后遗症状，治愈成功率不高，对大脑损害较大等缺陷。

下面将结合前文所述对本实用新型的使用过程作出概述。

首先，探测/诊断病灶：即在人体外部通过体外观察与显示设备400中的定位探测/诊断单元探测出病灶的具体位置；

其次，插入软管110：先在颈部血管相应位置以切入针刺入(也可选择其他血管)，再将软管110的头端伸入至切入针尾部所限定出的空间内；

再其次，通过体外控制设备300控制软管110的行进方向，直至达到病灶处并将处于功能腔内的图像采集部分所查看到的信息实时的显示出来，主要包括头部导像光纤所传送的视频图像、超声探测系统及X光、CT、核磁共振、血管造影等；

随后，治疗：根据病灶的实际情况采用相应的措施进行诊断或治疗：其中，可通过选择合理的功能腔111来选择治疗方式，其中治疗方式主要包括以药疗方法将相应药物直接喷至病灶或注射入病灶、抽出血凝斑块、以适当压力冲散固体血凝斑块，再抽出、以热熔方法融化血管堵塞物、以粘合方法粘合创孔、组织、以机械切削堵塞物、抽出以疏通血管；以电灼方法将伤口烧痂或激光传送烧蚀血管堵塞物、抽出以疏通血管。

最后，撤出机器人：以X光片、CT、核磁共振、血管造影检查治疗效果后，再从颈部血管内逐步、逐项撤出各功能腔即可。

最后需要说明的是，本实用新型不仅适用于脑梗阻、脑溢血的治疗，还适用于其他脏器血管及腔道内外侧治疗。

此外，本实用新型可以在脑部血管的内侧使用，如以上所描述的使用过程；另外，本实用新型还可以在血管外侧使用，例如，先在颈部血管相应位置以切入针刺入，当然也可以选择其它血管，然后按照上述步骤依次进行，当软管110到达病灶处后可以在血管外侧用软丝系断所需营养供应或以机械夹具阻断病灶如脑动脉瘤所需营养供应。

应注意，以上描述的实施例仅仅是示例性的，而并不旨在限制本实用新型。此外，在以下描述中，将采用相同的附图标号表示不同附图中的相同或相似的部件。在以下描述的不同实施方式中的不同特征，可彼此结合，以形成本实用新型范围内的其他实施方式

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。