[发明专利]具有手感的血管介入手术机器人操作手柄及其控制方法

说明书

本发明提供了一种具有手感的血管介入手术机器人操作手柄及其控制方法，包括设置于机架上的操作装置、力加载机构以及力矩加载机构；操作装置发出旋转和/或推拉导管导丝的操作命令；力加载机构将推拉导管导丝时受到的推拉阻力反馈到操作装置；力矩加载机构将旋转导管导丝时受到的阻力矩反馈到操作装置；推拉阻力是通过力加载机构与操作装置的手柄的一端之间形成的弹力产生；阻力矩是通过力矩加载机构与操作装置之间形成的摩擦力产生。本发明通过操作装置操作导管导丝的旋转、推拉以及其结合；能够将病人侧导管导丝在介入过程中的阻力或者阻力矩反馈到操作装置，增强医生的手感和临场感，增加手术操作的安全性和稳定性；解决了力和力矩的耦合。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及一种具有手感的血管介入手术机器人操作手柄及其控制方法。更为详细地，涉及一种可以对导管、导丝进行遥控并能将导管导丝阻力加载到手柄的装置及其控制方法。

背景技术

血管介入手术机器人是一种代替医生在病人侧进行导管导丝操作的装置，而医生则需要对机器人进行遥控。遥操作可以使医生避开射线损伤，并且通过机械和运动控制算法来消除医生手部颤抖，提高介入精准度。遥操作手柄是医生和机器人的交互工具，通过操作手柄将医生的动作信息传递给机器人，进而机器人操作导管导丝。开发可靠安全、操作友好的操作手柄是介入手术机器人发展的关键环节之一。

Sensiji机器人导管系统是最早使用的血管介入手术机器人，医生在三维图像引导下，对导管进行遥操作，操作医生有力觉反馈。Catheter Robotics公司开发的血管介入手术机器人系统手柄可以控制导管轴向运动、旋转运动以及导管前端弯曲角度，可以进入角度比较刁钻的血管。加拿大西安大略大学开发了以真实导管导丝作为操作手柄的进退和转动操作装置，没有力反馈。日本芝浦工业大学的血管介入导管系统通过电流变液实现导管操作力的反馈。中国哈尔滨工业大学利用摩擦对滚的方式进行管丝输运，利用主手感知力反馈。天津理工大学探索过使用磁流变液体作为力反馈介质。深圳先进技术研究院使用电机进行力反馈实现主端操作。

从各种资料来看，血管介入手术机器人操作手柄，第一功能需求是需要能够操作导管导丝的旋转、推拉以及二者的混合，第二功能需求是需要能够将病人侧导管导丝在介入过程中的阻力或者阻力矩反馈到医生操作端，增强医生的手感和临场感，增加手术操作的安全性和稳定性。目前，满足第一功能需求的方法比较多，也比较成熟，但是能够同时满足第二功能需求仍然存在一些困难，例如加载力和力矩的动态范围调整、力和力矩之间的耦合等，需要探索新的结构和原理。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有手感的血管介入手术机器人操作手柄及其控制方法。

根据本发明提供的一种具有手感的血管介入手术机器人操作手柄，其特征在于，包括：

机架；

操作装置：用于发出旋转和/或推拉导管导丝的操作命令；

力加载机构：用于将推拉导管导丝时受到的推拉阻力反馈到操作装置；

力矩加载机构：用于将旋转导管导丝时受到的阻力矩反馈到操作装置；

所述推拉阻力是通过力加载机构与操作装置的手柄的一端之间形成的弹力产生；

所述阻力矩是通过力矩加载机构的加载轮与操作装置的手柄的侧面形成的摩擦力产生；

操作装置、力加载机构以及力矩加载机构均设置于机架上。

优选地，所述力加载机构包括力电机、力丝杆、力螺母以及力弹簧；其中：

所述力电机紧固于机架上；

所述力电机的输出轴通过联轴器连接所述力丝杆；

所述力螺母旋和在所述力丝杆上，所述力螺母上设置有用于导向止转的导向杆；