介入手术机器人医生控制端结构和介入手术机器人的制作方法

本发明涉及介入手术领域，尤其涉及一种介入手术机器人医生控制端结构和介入手术机器人。

背景技术：

1、血管介入手术是在医学影像设备的引导下，由介入医生操作穿刺针、导管、导丝、球囊、支架等介入器械，通过经皮穿刺后将指定器械沿人体血管通路递送至相应病变部位，并进行治疗的手术方式。作为一种微创治疗手段，血管介入手术已经被广泛应用在心血管疾病、脑血管疾病、外周血管疾病以及肿瘤的介入治疗中。

2、在现有的手术模式中，介入医生身穿二三十斤重的铅衣长期站立在手术台旁操作导管、导丝等介入器械，铅衣无法完全遮挡x射线的辐射，手臂和头部直接暴露在x射线中。介入医生长年累月在x射线辐射环境中工作，极易导致白内障、脊椎弯曲、脑肿瘤等职业病高发。介入医生使用机器人系统来控制导管、导丝等介入器械的递送，可有效改善医生工作条件、减少体力消耗并降低职业危害，让医生完全专注于手术治疗本身，为患者带来更佳的手术治疗效果。

3、介入医生经过长期的徒手操作导丝等介入器械操作，形成了通过导丝末端与手指的触力觉反馈感知导丝头端与血管狭窄病变部位的接触情况，即操作导丝的手感，这种手感在通过狭窄甚至闭塞病变时尤为重要。现有的血管介入手术机器人医生控制端以操纵摇杆的形式，不仅改变了医生原有的导丝操作习惯，需要较长学习时间，而且操纵摇杆无法实现精细化操作；此外，更重要的是由于操纵摇杆无法实现触力觉的反馈，让介入医生在操作机器人进行手术时完全失去了对导丝末端的触力觉感知，而仅能依靠dsa影像所提供的视觉反馈，极大影响手术的效率和安全性。

4、为了解决上述问题，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种介入手术机器人医生控制端结构和介入手术机器人，完全保留介入医生现有操作习惯，确保实现对导丝进行精细和灵巧操作（如导丝的进退、旋转、同时进退和旋转等），还能在术中提供触力觉反馈的医生控制端装置，提高了术者对导丝等器械的精细操控能力和手术效率、手术安全性，降低医疗事故风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种介入手术机器人医生控制端结构和介入手术机器人，采用非接触式力反馈，降低了机构的自身阻力，能够更加精准的反馈导丝推送阻力；实现对导丝的精细、灵巧操作，提高了手术效率；具有触力觉反馈，提高手术的安全性。

2、本发明的目的是这样实现的，一种介入手术机器人医生控制端结构，包括，

3、控制部，用于控制所述介入手术机器人医生控制端结构的工作状态；

4、操作杆，能被平移推送和/或旋转操纵，通过控制部与导丝电连接；

5、撑托结构，包括滑移铰接座结构，所述操作杆的一端铰接于所述滑移铰接座结构内，所述滑移铰接座结构能随所述操作杆沿其轴向移动；所述滑移铰接座结构上设置与所述控制部电连接的操作杆动作反馈部，所述操作杆动作反馈部能将操作杆的平移直线运动和/或旋转运动转换为电信号传输至所述控制部；

6、阻力反馈结构，用于根据控制部输出的导丝推送阻力反馈信号产生电磁力、将电磁力转化为操作杆阻力，包括与所述控制部电连接的非接触式磁力结构，所述非接触式磁力结构能与所述滑移铰接座结构同步移动且能根据接收的导丝推送阻力信号产生电磁力、所述电磁力转化为操作杆阻力阻滞操作杆的移动。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述非接触式磁力结构包括反馈磁铁和能通电改变磁场的电磁铁，所述反馈磁铁和所述电磁铁沿轴向相对且同轴设置；所述反馈磁铁设置于所述滑移铰接座结构远离所述操作杆的端面上，所述电磁铁设置于电磁铁安装座上，所述电磁铁安装座上连接有移动驱动结构，所述移动驱动结构与所述控制部电连接，所述移动驱动结构能驱动所述电磁铁安装座带动所述电磁铁沿操作杆的轴向移动；

8、所述操作杆平移运动前，电磁铁呈断电状态，调整所述电磁铁和所述反馈磁铁的轴向间隔为第一间距，电磁铁和反馈磁铁之间无作用力；所述操作杆平移运动且无导丝推送阻力反馈信号时，电磁铁呈断电状态，所述移动驱动结构驱动电磁铁移动以和所述反馈磁铁的轴向间隔保持第一间距恒定；所述移动驱动结构接收到导丝推送阻力反馈信号时，通电使所述电磁铁与反馈磁铁相对的端面磁极相同，所述移动驱动结构根据导丝推送阻力的大小减小所述反馈磁铁和所述电磁铁的轴向间隔，所述反馈磁铁和所述电磁铁之间产生电磁力，所述反馈磁铁将所受电磁力转化为操作杆阻力阻滞操作杆的移动；所述操作杆需要复位时，通电使所述电磁铁的磁场与反馈磁铁表面的磁场异极相吸，所述电磁铁吸附所述反馈磁铁、所述滑移铰接座结构和所述操作杆，所述移动驱动结构通过所述电磁铁带动所述滑移铰接座结构和所述操作杆移动复位。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述移动驱动结构包括与所述控制部电连接的驱动电机，所述驱动电机连接传动结构，所述传动结构上连接所述电磁铁安装座，所述驱动电机通过所述传动结构驱动所述电磁铁安装座带动所述电磁铁移动；

10、所述驱动电机接收到控制部输出的导丝推送阻力反馈信号时，通电使所述电磁铁与反馈磁铁相对的端面磁极相同，所述驱动电机根据导丝推送阻力的大小驱动所述电磁铁安装座移动，减小所述反馈磁铁和所述电磁铁的轴向间隔以产生电磁力。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述传动结构包括丝杠和套设于所述丝杠上的丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述电磁铁安装座连接，所述丝杠的第一端铰接于第一丝杠支座内，所述丝杠的第二端铰接于第二丝杠支座内；所述驱动电机与所述丝杠的第一端连接，所述驱动电机驱动所述丝杠转动带动所述丝杠螺母与所述电磁铁安装座移动。

12、在本发明的一较佳实施方式中，所述丝杠的第一端设置从动同步轮，所述驱动电机的输出端设置主动同步轮，所述主动同步轮和所述从动同步轮上套设同步带，所述驱动电机通过所述主动同步轮、所述同步带、所述从动同步轮带动所述丝杠转动。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述电磁铁安装座上连接有与所述控制部电连接的位移传感器，所述位移传感器用于实时监测和向所述控制部输出所述电磁铁和所述反馈磁铁之间的轴向间隔尺寸。

14、在本发明的一较佳实施方式中，所述滑移铰接座结构上连接有传感器反光板，所述传感器反光板与所述位移传感器的光源平面平行。

15、在本发明的一较佳实施方式中，所述滑移铰接座结构位于所述操作杆的轴向一端设置第一磁编码器电路板，所述第一磁编码器电路板将操作杆的旋转运动转换为电信号传输至所述控制部；所述滑移铰接座结构位于所述操作杆的径向一侧设置第二磁编码器电路板，所述第二磁编码器电路板将操作杆的平移直线运动转换为电信号传输至所述控制部。

16、在本发明的一较佳实施方式中，所述滑移铰接座结构包括磁编码器固定座，所述磁编码器固定座上设置上下贯通、远离操作杆的一端开口的容置槽，所述容置槽的一侧壁上设置贯通的第一通孔，所述操作杆的第一端转动穿设于所述第一通孔内；所述容置槽与所述第一通孔相邻的两个侧壁上同轴设置第二通孔和铰接盲孔，所述第二通孔内转动穿设转轴，所述转轴的第一端穿过所述容置槽后铰接于所述铰接盲孔内，所述转轴上位于所述容置槽内的位置连接有能将所述操作杆的平移运动转化为所述转轴的转动的运动转换结构；

17、所述操作杆的第一端的端面上连接第一径向磁铁，所述第一磁编码器电路板连接于所述容置槽的一侧壁上，所述操作杆旋转时，带动所述第一径向磁铁旋转，通过所述第一磁编码器电路板将操作杆的旋转运动转换为电信号传输至所述控制部；

18、所述转轴的第二端的端面上设置第二径向磁铁，所述第二磁编码器电路板连接于所述容置槽穿设所述转轴第二端的侧壁上，所述操作杆平移直线运动时，通过所述运动转换结构带动第二径向磁铁旋转，通过所述第二磁编码器电路板将操作杆的平移直线运动转换为电信号传输至所述控制部。

19、在本发明的一较佳实施方式中，所述运动转换结构包括套设于所述转轴上的齿轮，所述容置槽的下方固定设置与所述操作杆的中心轴平行的齿条，所述齿轮啮合于所述齿条上；所述操作杆带动所述磁编码器固定座移动时，所述齿轮沿所述齿条移动且转动以带动所述转轴转动。

20、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一通孔内设置第一轴承，所述操作杆转动穿过所述第一轴承后通过径向开孔螺母轴向固定；所述第二通孔和所述铰接盲孔内设置第二轴承，所述转轴转动穿设于所述第二轴承内。

21、在本发明的一较佳实施方式中，所述磁编码器固定座远离所述阻力反馈结构的一侧设置轴套固定座，所述轴套固定座内设置线性滚珠轴套，所述操作杆能滑动地转动穿过所述线性滚珠轴套。

22、在本发明的一较佳实施方式中，所述滑移铰接座结构还包括磁铁固定座，所述磁铁固定座能盖设于所述容置槽上方，所述磁铁固定座远离所述操作杆的一端连接所述反馈磁铁。

23、在本发明的一较佳实施方式中，所述撑托结构还包括底板，所述底板上设置滑轨，所述滑轨上滑动设置第一滑块和第二滑块，所述电磁铁安装座连接于所述第一滑块上，所述滑移铰接座结构连接于所述第二滑块上。

24、在本发明的一较佳实施方式中，所述非接触式磁力结构包括反馈磁铁棒和能通电改变磁场的线圈，所述反馈磁铁棒与所述线圈同轴、且所述反馈磁铁棒的第一端能移动地插设于所述线圈的内腔；所述反馈磁铁棒的第二端连接于所述滑移铰接座结构远离所述操作杆的端面上，所述线圈设置于线圈安装座上，所述线圈安装座上连接有移动驱动结构，所述移动驱动结构与所述控制部电连接，所述移动驱动结构能驱动所述线圈安装座带动所述线圈沿操作杆的轴向移动。

25、本发明的目的还可以这样实现，一种介入手术机器人，包括前述的介入手术机器人医生控制端结构。

26、由上所述，本发明的介入手术机器人医生控制端结构和介入手术机器人具有如下有益效果：

27、本发明的介入手术机器人医生控制端结构中，非接触式磁力结构将电磁力转化为外界响应的阻力，采用非接触式力反馈，降低了机构的自身阻力，能够更加精准的反馈导丝推送阻力；

28、滑移铰接座结构铰接撑托操作杆，操作杆及操作杆动作反馈部在反馈阻力之前，直线运动时阻力很小，可以更好的感受电磁力反馈给操作杆的阻力；操作杆的操作既保留了医生现有的操作习惯，又比直径极小的导丝更加便于操作，操作杆可推送或旋转，还可以同时进行推送和旋转；操作杆动作反馈部能将操作杆的平移直线运动和/或旋转运动转换为电信号传输至控制部；操作杆的操作，可以很好的模拟医生的操作习惯，最大程度降低学习成本，更快适应机器人的操作；

29、本发明能够实现对导丝的精细、灵巧操作，提高了手术效率；具有触力觉反馈，提高手术的安全性。