[发明专利]多段耦合血管介入机器臂及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多段耦合血管介入机器臂及其控制方法。所述机械臂包括同轴套接的内层管状构件和外层柔性管状构件，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；每根所述形状记忆合金丝的一侧单独设有加热导线；所述内层管状构件的最前端设有手术功能仓；所述外层柔性管状构件的头部设有一个压电式传感器。本发明可实现独立控制机器臂各段的弯曲变形，灵活性得到了很大提升，重量轻，空间利用效率高，非常适应于血管这一类狭窄的管道环境。

技术领域

本发明涉及智能医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种多段耦合血管介入机器臂及其控制方法。

背景技术

血管内介入机器臂是血管内介入技术的主要器械之一。根据不同的用途可以将血管内介入机器臂分为造影介入机器臂、给药介入机器臂、血管成形术介入机器臂以及异物摘取介入机器臂等。所有的内介入机器臂都具有一个共同点：即必须与血液接触并沿着弯曲的血管到达远端病变部位。

然而，人体内的血管有粗有细、路径弯曲。当前的机器臂大多形状固定，尺寸难以到达细小血管，提供的活动范围有限。

申请号为201210433479.9的发明专利提出了一种形状记忆合金(SMA)丝驱动的柔性机械臂机构及其柔性机械臂，包括内层芯棒、外层柔性套和用于给SMA丝电加热的导线束：其中内层芯棒由一个底座、一个顶端固定片、N个内问阳片、N+l个内硅胶管和三根SMA丝组成，其中外层柔性套由一个底端连接座、一个顶端连接座、M个外间隔片、M+l个外硅胶管和六根SMA丝组成。这一款机械臂结构复杂，可实现多方位、多角度和多扭转变形，用于深海勘测、军事侦察和太空操作等相关领域。

因此，开发一种能适应微小血管复杂形状的血管介入机器臂及其控制方法是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种多段耦合血管介入机器臂及其控制方法，以解决现有技术无法适应微小血管复杂形状的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供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。

所述机械臂可实现独立控制机器臂各段的弯曲变形，灵活性得到了很大提升；相比于气动以及电机带动绳索驱动和形状记忆合金弹簧而言，重量更轻，空间利用效率更高，非常适应于血管这一类狭窄的管道环境；采用同心管状结构，可额外负载针对特定任务的功能模块，空间利用效率高；形状记忆合金丝能够与内管和外管联动，直接提供变形，减少了中间各类传动结构，简化了机器臂结构，提升了可维护性。

优选地，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。此特征体现了所述机械臂的微型尺寸，适合于微小血管上的实施。

优选地，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。此特征使得所述关节在机械臂使用过程中与内层管状构件之间连接强度只增强不减弱。