[发明专利]多段耦合血管介入机器臂及其控制方法

权利要求书

1.一种多段耦合血管介入机器臂，包括同轴套接的内层管状构件和外层柔性管状构件，其特征在于，

所述内层管状构件分为N段；N为大于2的自然数；相邻段的内层管状构件之间通过可形变关节连接；所述关节处设置有磁定位线圈；

每段内层管状构件中单独设有一根形状记忆合金丝；所述形状记忆合金丝通过若干支撑片定位和传动形变至内层管状构件；每根所述形状记忆合金丝的一侧单独设有加热导线；每根所述加热导线分别通过外部控制器进行控温；

所述内层管状构件的最前端设有手术功能仓，所述手术功能仓根据实际手术需求负载手术中涉及的医疗用品；所述外层柔性管状构件的头部设有一个压电式传感器；

所述内层管状构件和外层柔性管状构件之间嵌有包括形状检测传感器、所述加热导线、电源线以及通信线在内的线材。

2.根据权利要求1所述的一种多段耦合血管介入机器臂，其特征在于，所述内层管状构件的直径为1.7～1.9mm，所述外层管状构件的直径为2.1～2.3mm，形状记忆合金丝的直径为0.6～0.8mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种多段耦合血管介入机器臂，其特征在于，所述关节为柔性套管接头，与内层管状构件的外壁内接或与内层管状构件的内壁外接；当采用与内层管状构件的外壁内接的关节时，所述关节的热膨胀系数大于所述内层管状构件的热膨胀系数；当采用与内层管状构件的内壁外接的关节时，所述关节的热膨胀系数小于所述内管的热膨胀系数。

4.根据权利要求1或2所述的一种多段耦合血管介入机器臂，其特征在于，所述外层管状构件的外壁设有水凝胶涂层。

5.根据权利要求1或2所述的一种多段耦合血管介入机器臂，其特征在于，所述手术功能仓负载的医疗用品包括微型内窥镜、微型导丝、待递送的药物、微型手术夹钳、微型球囊中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的一种多段耦合血管介入机器臂，其特征在于，所述形状记忆合金丝设于所述内层管状构件的中轴线上；所述支撑片外接内层管状构件的内壁，并对所述形状记忆合金丝的位置进行约束。

7.根据权利要求1或2所述的一种多段耦合血管介入机器臂，其特征在于，所述形状检测传感器为FBG光纤传感器，数量为3个，均匀地分布于所述内层管状构件和外层柔性管状构件之间的环状空间。

8.一种多段耦合血管介入机器臂的控制方法，其特征在于，根据所述控制方法对权利要求1至7任一项所述的多段耦合血管介入机器臂进行控制，包括以下步骤：

步骤S1、术前，医生利用体外造影设备对患者的血管位置进行建模；

步骤S2、医生在术中操作机器臂进入人体时，利用磁场发生器与机器臂内的磁定位线圈，结合术前对患者的建模，定位机器臂的位置；通过温控电路控制机器臂头部所在的第一段内层管状构件的形变，使之贴合血管形态；通过辅助定位与形状检测系统，检测形变效果；当形变效果并未达到预期时，继续控制机器臂形变，使之达到预期效果；当机器臂的形变达到预期效果时，机器臂可继续前进；

步骤S3、当第二段内层管状构件进入人体后，通过第二段的温控电路可控制第二段的形变，使之达到预期形变效果；当形变效果未达到预期时，继续控制机器臂的形变，使之达到预期效果；同时检测第一段的形变是否随着第二段的形变而发生变化，若发生变化导致机器臂的第一段的形态发生变化，则同时通过温控电路改变第一段的形状，使得其形状保持与血管形态的匹配；

步骤S4、随着机器臂的其后更多段逐次按顺序进入血管内，其形变的控制过程类似步骤S3的重复。

9.根据权利要求8所述的一种多段耦合血管介入机器臂的控制方法，其特征在于，所述辅助定位与形状检测系统利用磁定位线圈和形状检测传感器，依照所述机械臂的运动学公式进行建模，与术前规划路径进行比较，获得当前机械臂的形变效果。