[发明专利]一种介入手术机器人的主端控制器

说明书

本发明公开了一种介入手术机器人的主端控制器，包括：支撑与张紧机构，主梁，主滑轨，两个主端操作装置，两个测力支撑基座和两个直线检测机构；每个测力支撑基座包括：控制器支撑座、支撑座滑轨、测力传感器和传感器固定基座；支撑座滑轨包括相互滑动配合的滑块和滑轨；相比现有技术中的主端控制器，本发明提出了另一种主端控制器，能够在手术过程中实现导管和导丝的协同推送；通过该装置将从端的介入手术机器人的操作反馈给主端控制器，主端的操作人员能够实时感受从端的操作，通过主端控制器远程操作介入手术机器人，能够辅助医生在手术室外进行介入手术操作，易于实现高精度要求下介入手术机器人的远程控制。

技术领域

本发明涉及介入手术机器人技术领域，具体涉及一种介入手术机器人的主端控制器。

背景技术

世界卫生组织发布的世界卫生统计报告显示，2016年全球有1790万人死于心脑血管疾病，死亡率位居四大非传染性疾病之首。现有的心脑血管疾病治疗方式主要是介入手术治疗。为了避免医生在介入手术过程受到辐射伤害，使用介入手术机器人辅助医生完成介入手术已成为国内外研究的热点。

为解决血管介入手术过程中的医生健康及手术安全问题，国内外企业、高校等机构纷纷致力于血管介入手术机器人研究，主要涉及机构设计、主从控制、力反馈、手术导航、安全策略等技术。比较成熟的机器人包括X、MagellanTM、AmigoTM、NiobeTM等。

以美国Corindus Vascular Robotics公司在2004年研发出的200血管介入手术机器人系统为例。该系统为远程控制系统，由医生控制台(主端)和从端操作器组成。医生控制台具有防辐射功能，其包括触摸屏和控制杆，医生通过操作触摸屏和控制杆来实现对从端操作器的控制。从端操作器能够通过三自由度的机械臂来进行位姿调节，实现导管与血管入口相对位置的调节。该机器人系统利用被动导管(常规导管)来实施血管介入手术。从端操作器利用摩擦轮驱动的方式，来完成对常规导管的夹持，并能够实现直线运动和旋转运动两个自由度的控制。同时，该机器人系统为开放式设置，医生能够根据手术的操作需要来选择不同类型的被动导管进行手术。该机器人系统能够完成对经皮冠状动脉介入治疗导管的控制，同时能够实现对支架和球囊导管的推送。在通过临床实验验证后，其完成了美国食品药品监督管理局(FDA)注册。Corindus Vascular Robotics公司一直致力于产品的改进，并将机器人系统升级为GRX系统。但该系统仍存在不足，例如机器人只能使用特殊的导管(导管头端通过电机等机构驱动，能够实现一定程度的弯曲旋转)进行手术操作，也无法操作导丝进行手术。

在成熟的商业产品之外，国内外的高校在介入手术机器人这一领域也进行了相关研究。最新的相关研究包括：中国科学院深圳先进技术研究院王磊研究员团队在2018年设计了一种新型血管介入手术机器人系统，该机器人系统能够利用直线推动装置和旋转驱动装置来实现手术过程中导管的推送和旋转；同时，该团队提出了一种用于心血管通路间隙补偿的自适应系统，该自适应系统由神经模糊模块组成，模块能够根据误差力控制模型中计算的接触力和运动信号来对血管通路间隙进行预测，通过血管模型实验验证了该方法的可行性，其能够有效减少心血管通路中的侧隙。上海交通大学王坤东副教授等人于2018年研制出了一种血管介入手术机器人，该血管介入手术机器人由四个机械手组成，用来模拟医生和助手共四个手的操作，机械手设置在横梁上，并通过绳索驱动来控制，每个机械手有三个自由度，可实现推送、旋转和夹持，机器人通过控制面板的操作摇杆能够实现对机械手的控制，然而该血管介入手术机器人由于控制面板采用操作摇杆来实现控制，缺乏手术操作力反馈功能。

具体地，现有技术中的介入手术机器人主端控制器主要存在以下问题：

(1)只能单独推送导丝或导管，不能在手术过程中协同推送导管和导丝，使介入手术机器人不能完全模拟医生的操作动作，并且在一些需要导丝和导管同时配合前进的部位难以协同操作，进而造成操作精度低、手术效率低下、对医生的辅助程度低、存在一定的安全隐患等问题；