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1、(10)授权公告号 CN 103083783 B (45)授权公告日 2014.07.23 CN 103083783 B (21)申请号 201310058042.6 (22)申请日 2013.02.25 A61M 25/08(2006.01) (73)专利权人 中国科学院自动化研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路 95 号 (72)发明人 侯增广 边桂彬 谢晓亮 程龙 李鹏峰 谭民 杨帆 米韶华 奉振球 魏鹏 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 宋焰琴 (54) 发明名称 一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝 操纵装置 (57) 摘要 本。
2、发明公开了一种基于带夹持的血管介入手 术导管或导丝操纵装置， 包括 ： 主指组件、 副指组 件、 驱动组件和导管或导丝导向组件。主指组件 中皮带运动可实现导管或导丝推进或者后退， 主 指组件和副指组件通过组合运动可实现导管或导 丝正向旋转和反向旋转， 装卡导管或导丝时， 副指 组件可用手沿着远离主指组件方向直接移动， 松 手后， 通过内部弹簧拉力作用， 副指组件返回。驱 动组件是实现主指组件和副指组件运动的运动驱 动。导管或导丝导向组件用来实现导管或导丝导 向和 Y 阀的快速安装 ； 本发明能够实现导管或导 丝的推进和旋转， 降低了医生工作量， 减少了医生 在辐射环境中的工作时间， 并提高了导。
3、管或导丝 在血管中的运动精度。 (51)Int.Cl. 审查员 伍新中 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)授权公告号 CN 103083783 B CN 103083783 B 1/1 页 2 1. 一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置， 包括主指组件、 副指组件、 驱 动组件和导管或导丝导向组件， 其中， 所述主指组件包括皮带， 该皮带运动能够实现导管或导丝推进或者后退， 主指组件和 副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转 ； 所述副指组件用于配合。
4、主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能， 副指组件可手动沿 着远离主指组件方向直接移动， 松手后， 通过内部弹簧拉力作用， 副指组件返回 ； 所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动 ； 所述导管或导丝导向组件包括 Y 阀架单元和入口支撑架， Y 阀架单元用来实现 Y 阀的 快速安装， 入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝， 导管或导丝操纵装置操纵导管或 导丝包括两个方向的运动， 是导管或导丝推进运动和导管或导丝旋转运动， 导管或导丝推 进运动是附着在导管或导丝旋转运动之上的， 所述主指组件包括滚轮轴、 皮带、 轴承支撑单元、 张紧螺栓、 推进电机、 导轨固定板、 导 轨副和连接板。
5、， 所述推进电机与电机架用螺栓固定， 推进电机的输出轴通过齿轮传动与滚 轮轴连接， 滚轮轴通过轴承支撑单元固定支撑， 滚轮轴带动皮带运动， 皮带通过张紧螺栓张 紧。 2. 根据权利要求 1 所述的导管或导丝操纵装置， 其特征在于， 主指组件皮带运动能够 实现导管或导丝推进或者后退， 传动关系为推进电机输出轴的旋转运动， 通过齿轮传动带 动滚轮轴运动， 进而带动皮带运动， 最终通过皮带与副指组件中的皮带压紧， 驱动导管或导 丝前进或后退。 3. 根据权利要求 2 所述的导管或导丝操纵装置， 其特征在于， 主指组件和副指组件通 过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转， 传动关系为 ： 主指。
6、组件中的皮带、 滚 轮轴、 轴承支撑单元、 电机架、 齿轮和推进电机构成的整体， 通过连接板与驱动组件连接， 在 导轨副构成的约束上做上下的直线运动， 同时， 驱动组件驱动副指组件中的滚轮做相反方 向的直线运动， 在导管或导丝被压紧的情况下， 实现导管或导丝的捻转运动。 4.根据权利要求 3 所述的导管或导丝操纵装置， 其特征在于， 副指组件包括滚轮轴， 皮 带、 轴承支撑单元、 副指组件座、 弹簧、 水平导轨副、 副指组件底板、 竖直导轨副和连接板， 其 中皮带套在两个滚轮轴上， 滚轮轴通过轴承支撑单元实现固定支撑， 皮带可通过张紧螺栓 张紧， 轴承支撑单元通过水平导轨副固定在副指组件底板上。
7、， 副指组件底板通过竖直导轨 副固定在驱动组件固定板上， 并通过连接板与驱动组件的丝杠副输出连接， 副指组件底板 通过导轨副连接到驱动组件的固定底座上， 轴承支撑单元通过弹簧的拉紧作用， 实现副指 组件皮带与主指组件中的皮带压紧。 权 利 要 求 书 CN 103083783 B 2 1/4 页 3 一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置 技术领域 0001 本发明属医疗设备领域， 特别涉及一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操 纵装置。 背景技术 0002 血管介入手术是指医生在数字减影血管造影成像 (DSA) 系统的导引下， 操控导管 ( 一种带有刚性的软管 ) 在人体血管内运动。
8、， 对病灶进行治疗， 达到栓塞畸形血管、 溶解血 栓、 扩张狭窄血管等目的。 0003 目前， 血管介入手术主要由医生手工完成， 主要弊端在于 ： 1) 医生在射线环境下 工作， 长期操作对身体伤害很大 ； 2) 现有手术方法技巧性强， 风险性高， 专科医生手术培训 时间长 ； 3) 由于操作复杂、 手术时间长， 医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手 术质量， 进而影响患者生存质量。 这些缺点限制了血管介入手术的广泛应用， 机器人技术与 血管介入技术有机结合是解决上述问题的重要途径。 0004 针对上述问题， 德国汉森医疗(hansen meidical)改造了导管构造， 开发出了主动 。
9、导管系统， 问题在于改造后的导管较粗， 医学适用范围较窄 ； 北京航空航天大学做了推管机 构， 但是装拆导管和消毒不便 ； 中科院自动化所模拟人手设计了推管装置， 但是无法连续推 进导管， 并且无法完成推进和旋转的同时运动。 发明内容 0005 本发明的目的是提供了一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置， 该 装置能够操纵导管或者导丝在血管内完成推进、 旋转以及推进和旋转同时进行的动作。 0006 本发明提出的基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置， 包括主指组件、 副指组件、 驱动组件和导管或导丝导向组件， 其中， 所述主指组件包括皮带， 该皮带运动能 够实现导管或导丝推进或者后。
10、退， 主指组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝 正向旋转和反向旋转 ； 所述副指组件用于配合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能， 副指组件可手动沿着远离主指组件方向直接移动， 松手后， 通过内部弹簧拉力作用， 副指组 件返回 ； 所述驱动组件用于实现主指组件和副指组件运动的运动驱动 ； 所述导管或导丝导 向组件包括 Y 阀架单元和入口支撑架， Y 阀架单元用来实现 Y 阀的快速安装， 入口支撑架用 于导向进入机构的导管或导丝。 0007 本发明装置在驱动导管或导丝旋转和推进时， 皮带与被操纵导管或导丝间形成了 线接触， 大大增加了接触面积， 进而增大了驱动导管或导丝运动的摩擦力上限，。
11、 能够有效提 高该发明装置对导管或导丝的可操纵性。 附图说明 0008 图 1 是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的总体结构图 ； 0009 图 2 是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的主指组件结构 说 明 书 CN 103083783 B 3 2/4 页 4 图 ； 0010 图 3 是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的副指组件结构 图 ； 0011 图 4 是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的驱动组件结构 图 ； 0012 图 5 是本发明基于带夹持的血管介入手术导管或导丝操纵装置的导管或导丝导 向组件结构图。 具体实施方式 。
12、0013 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本发明进一步详细说明。 0014 本申请说明书附图中出现的各附图标记含义如下 ： 驱动组件 1， 导管或导丝导向 组件 2， 主指组件 3， 副指组件 4， 连接板 5， 轴承支撑单元 6， 导轨副 7， 滚轮轴 8， 皮带 9， 滚轮 轴 10， 轴承支撑单元 11， 张紧螺栓 12， 齿轮 13， 齿轮 14， 电机架 15， 推进电机 16， 连接板 17， 副指组件底板 18， 横向导轨副 19， 纵向导轨副 20， 轴承支撑单元 21， 滚轮轴 22， 皮带 23， 滚 轮轴24， 张。
13、紧螺栓25， 轴承支撑单元26， 弹簧27， 螺母连接架28， 螺母连接架29， 丝杠30， 丝 杠 31， 轴承支撑单元 32， 底板 33， 小齿轮 34， 小齿轮 35， 大齿轮 36， 电机架 37， 捻转电机 38， Y 阀架单元 39， 顶板 40， 入口支撑架 41。 0015 图 1 为根据本发明一实施例提供的一种基于带夹持的血管介入手术导管或导丝 操纵装置的结构图。 0016 如图 1 所示， 该操纵装置包括主指组件 3、 副指组件 4、 驱动组件 1 和导管或导丝导 向组件 2， 该操纵装置能够操纵导管或导丝在血管内完成推进、 旋转以及推进和旋转同时进 行的动作。其中， 主。
14、指组件包括皮带， 该皮带运动能够实现导管或导丝推进或者后退， 主指 组件和副指组件通过组合运动能够实现导管或导丝正向旋转和反向旋转 ； 副指组件用于配 合主指组件实现导管或导丝旋转和推进功能， 副指组件可手动沿着远离主指组件方向直接 移动， 松手后， 通过内部弹簧拉力作用， 副指组件返回 ； 所述驱动组件用于实现主指组件和 副指组件运动的运动驱动导管或导丝导向组件包括 Y 阀架单元和入口支撑架， Y 阀架单元 用来实现 Y 阀的快速安装， 入口支撑架用于导向进入机构的导管或导丝。包括主指组件、 副 指组件、 驱动组件和导管或导丝导向组件， 能够操纵导管或导丝在血管内完成推进、 旋转以 及推进和。
15、旋转同时进行的动作。 导管或导丝操纵装置的运动驱动， 包括两个方向的运动， 一 个是导管或导丝推进运动， 另一个是导管或导丝旋转运动， 导管或导丝推进运动组件是附 着在导管或导丝旋转组件之上的。装卡导管或导丝时， 副指组件可用手沿着远离主指组件 方向直接移动， 松手后， 通过内部弹簧拉力作用。 副指组件中的弹簧使得两条皮带将导管或 导丝压紧， 大大增加了与被操控导管或导丝的接触面积， 进而能够显著增大产生导管或导 丝运动的摩擦力， 使得导管或导丝能够在较宽速度范围内稳定运动， 不易打滑。 0017 图 2 为主指组件 3 的结构图。参照图 2， 所述主指组件包括滚轮轴 8、 皮带 9， 滚轮 。
16、轴 10， 轴承支撑单元 6， 轴承支撑单元 11， 张紧螺栓 12， 齿轮 13， 齿轮 14， 电机座 15， 推进电 机 16， 导轨副 7 和连接板 5。所述推进电机 16 与电机座 15 用螺栓固定， 电机 16 的输出轴 通过齿轮传动连接至滚轮轴 8， 滚轮轴 8 带动皮带 9 运动， 滚轮轴 8 和 10 表面做滚花处理， 说 明 书 CN 103083783 B 4 3/4 页 5 作用是增大皮带与滚轮轴之间的横向和纵向摩擦力， 滚轮轴8和滚轮轴10分别用轴承支撑 单元 6 和 11 固定支撑， 张紧螺栓 12 用来调节轴承支撑单元 6 和 11 之间的距离， 进而调整 了滚轮。
17、轴 8 和 10 之间的距离， 最终能够达到张紧皮带的作用。 0018 主指组件皮带 9 正反向运动可实现导管或导丝推进或者后退， 传动关系为推进电 机 16 输出轴的旋转运动， 通过齿轮传动带动滚轮轴 8 运动， 进而带动皮带 9 运动， 同时通过 皮带 9 与副指组件 4 中的皮带压紧， 驱动导管或导丝前进或后退。 0019 主指组件 3 和副指组件 4 通过组合运动可实现导管或导丝正向旋转和反向旋转。 传动关系为 ： 主指组件中的皮带9、 滚轮轴8和10、 轴承支撑单元9和11、 电机架15、 齿轮13 和14、 推进电机16构成的整体， 通过连接板5与驱动组件1连接， 在导轨副7构成的。
18、约束上 做上下的直线运动， 同时， 驱动组件 1 驱动副指组件 4 中的皮带做相反方向的直线运动， 这 样通过两条皮带压紧作相反方向的上下运动， 实现导管或导丝的捻转运动。 0020 图 3 为副指组件 4 的结构图。参照图 3， 所述副指组件包括滚轮轴 22， 轴承支撑单 元21， 皮带23， 滚轮轴24， 轴承支撑单元26， 张紧螺栓25， 横向导轨副19， 弹簧27， 副指组件 底板 18， 纵向导轨副 20 和连接板 17。所述皮带 23 套在滚轮轴 22 和滚轮轴 24 上， 滚轮轴 22 和 24 表面做滚花处理， 增大皮带与滚轮轴之间的摩擦力， 滚轮轴 22 和 24 分别通过轴。
19、承 支撑单元 21 和 26 作固定支撑， 轴承支撑单元 22 通过横向导轨副 19 固定在副指组件底板 18 上， 副指组件底板 18 通过连接板 17 与驱动组件 1 的丝杠副输出连接， 副指组件底板 18 通过纵向导轨副 20 连接到驱动组件 1 的固定底座上。 0021 轴承支撑单元 21 通过弹簧 27 的拉紧作用， 实现副指组件皮带 23 与主指组件中的 皮带压紧。副指组件 4 用来配合主指组件 3 实现导管或导丝旋转和推进功能， 皮带 23 与主 指组件 3 中皮带压紧， 通过主指组件滚轮轴 8 的旋转， 实现导管或导丝旋转功能， 依靠驱动 组件 1 丝杠副作用于连接板 17 的。
20、驱动， 实现了副指组件皮带 23 与主指组件 3 中皮带 9 作 相反方向的直线运动， 进而实现导管或导丝的顺时针或逆时针旋转。 0022 图 4 为驱动组件 1 的结构图。所述驱动组件包括捻转电机 38、 电机架 37、 大齿轮 36、 小齿轮 35、 小齿轮 34、 底板 33、 轴承支撑单元 32、 丝杠 31、 丝杠 30、 螺母连接架 25 和螺 母连接架 24。所述捻转电机 38 与电机架 37 通过螺栓连接， 电机 38 输出轴与大齿轮 36 固 定连接， 大齿轮 36 与小齿轮 35 啮合， 小齿轮 35 与小齿轮 34 啮合， 小齿轮 35 与丝杠 31 末 端连接， 小齿轮。
21、 34 与丝杠 30 末端连接， 丝杠 31 和丝杠 30 通过轴承支撑单元 32 固定支撑， 螺母连接架 24 和螺母连接架 25 分别与丝杠 27 和丝杠 26 的螺母连接， 丝杠 31 和丝杠 30 的螺距规格是相同的， 电机架 37 和轴承支撑单元 32 均固定连接于底板 33 上。驱动组件 1 用来实现主指组件 3 和副指组件 4 运动的运动驱动， 传动关系为 ： 电机 38 输出轴带动大齿 轮 36 旋转， 大齿轮 36 与小齿轮 35 啮合， 小齿轮 35 又与小齿轮 34 啮合， 因此带动丝杠 31 和丝杠 30 的螺母作相反方向的直线运动， 通过螺母连接架 28 和螺母连接架。
22、 29 将运动分别 输出给主指组件 3 和副指组件 4。 0023 图 5 为导管或导丝导向组件的结构图。所述导管或导丝导向组件包括 Y 阀架单元 39、 入口支撑架 41 和顶板 40。Y 阀架单元 39 用来实现 Y 阀的快速安装， 入口支撑架为中空 结构， 导管或导丝从中间穿过， 起到支撑导管或导丝的作用。Y 阀架单元 39 装上医用 Y 阀 后， 结构尺寸上应保证 Y 阀中心线与入口支撑架 41 的中心线处于共线位置上。 0024 导管或导丝操纵装置的运动驱动， 包括两个方向的运动， 一个是导管或导丝推进 说 明 书 CN 103083783 B 5 4/4 页 6 运动， 另一个是导。
23、管或导丝旋转运动。推进电机 16 驱动的导管或导丝推进运动是附着在捻 转电机 38 驱动的导管或导丝旋转运动上的。 0025 装卡导管或导丝时， 副指组件 4 中的皮带 23 可用手沿着远离主指组件 3 中皮带 9 的方向上直接移动， 松手后， 通过内部弹簧 27 拉力作用， 迫使皮带 23 和皮带 9 压紧。 0026 控制导管或导丝推进的传动关系为 ： 推进电机16的输出轴和主指组件滚轮轴8通 过齿轮传动 ( 齿轮 13 和齿轮 14) 连接， 带动主指组件皮带 9 运动， 同时副指组件皮带 23 通 过弹簧 27 压紧被操纵的导管或导丝， 通过摩擦力实现导管或导丝的推进动作。 0027 。
24、控制导管或导丝旋转的传动关系为 ： 捻转电机38通过齿轮(大齿轮36、 小齿轮35 和小齿轮 34) 传动， 以相同速度、 相反方向输入到两个丝杠 ( 丝杠 31 和丝杠 30) 输入端， 进 而通过丝杠螺母连接架 28 和 29 分别传递到主指组件连接板 5 和副指组件连接板 17 各自 连接的导轨副 7 和纵向导轨副 20 上， 带动主指组件皮带 9 和副指组件皮带 23 在纵向上沿 相反反向移动， 同时副指组件皮带 23 和主指组件皮带 9 通过弹簧 27 压紧， 通过摩擦力将导 管或导丝捻转， 实现导管或导丝的旋转运动。 0028 导管或导丝的旋转运动和推进运动是解耦的， 因此可通过同。
25、时控制捻转电机 38 和推进电机 16， 实现导管或导丝推进时的一边旋转一边推进的功能。 0029 以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明， 凡在 本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护 范围之内。 说 明 书 CN 103083783 B 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103083783 B 7 2/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103083783 B 8 3/3 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103083783 B 9 。