[发明专利]主动式蛇形内窥镜机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及内窥镜，尤其涉及一种主动式蛇形内窥镜机器人系统。

背景技术

内窥镜是允许医生通过将设备插入自然腔道亦或外科医生创建的开口并且将该设备引导到病人体内的靶部位来捕获内部身体器官的图像并且对其问题进行诊断的一种医疗设备。内窥镜可以是刚性的（例如用于腹腔镜检查的那些内窥镜，一般称为硬镜），或者可以是柔性的，使得其能够遵循体腔的曲率（例如胃肠道镜，一般称为软镜），还可以是胶囊型的。本文所涉及技术方案主要是针对内窥镜软镜的。国内外针对软镜的体积过大，弯曲性能差，通过人体腔道不顺畅等方面做了较多的研究及提出了很多有益的尝试。

目前常规的内窥镜软镜只有末端能够实现弯曲，其它部分是依靠与病人器官内壁的接触力而被动弯曲、不具有主动弯曲的性能，因此在内窥镜软镜向人体腔道深处推进时会给病人造成巨大的痛苦。当内窥镜软镜与病人的器官内壁接触力过大可能导致器官损伤、破裂，从而使疾病检查具有较大的风险。特别是对于人体内有较多转弯、折叠的器官腔道更是如此。同时，由于内窥镜的操作有一定技巧，操作过程中用力、转动方向等需要较长时间的训练才能掌握。

发明内容

有鉴于此，我们提出一种主动式蛇形内窥镜机器人系统，具有全自动及手动模式，并能够按照用户命令进行动作。

本发明的主动式蛇形内窥镜机器人系统，包括内窥镜、推进拔出机构、运动控制柜、图形工作站、显示屏。其中：所述内窥镜，包括设置有MEMS陀螺仪、压力传感器、体内摄像头的软镜头部、以及连接在所述推进拔出机构的软镜手柄；所述推进拔出机构，用于接收所述运动控制柜的运动信号，并为所述内窥镜提供向前插入与向后拔出的动力；所述运动控制柜，用于接收所述图形工作站的控制指令，并输出对应的所述运动信号，通过所述推进拔出机构控制所述内窥镜的运动；所述图形工作站，用于存储的人体腔道的详细信息、并接收来自所述内窥镜镜头部的MEMS陀螺仪的弯曲参数与压力传感器的压力值，并根据接收到医生的操作指令结合所述各方信息对运动控制柜对发出控制指令，以确定所述内窥镜的运动轨迹、弯曲策略；所述显示屏，用于显示所述内窥镜软镜头部的摄像头拍摄到的体内图像画面。

优选地，所述的运动控制柜，还包括驱动电路，用于实现所述运动控制柜的控制操作。

优选地，所述软镜头部还包括加速度传感器，用于测量出重力方向，并在内窥镜采集的图像画面上标出重力方向。

优选地，还包括体外摄像头，用于实时采集病人及内窥镜的位置图像信息。

优选地，所述医生的操作指令包括选择自动模式或手动模式以及在图像工作站上指定所述内窥镜的目标位置或目标路径。

优选地，所述软镜手柄还包括控制钮，用以在手动模式下控制内窥镜运动。

优选地，所述内窥镜还包括连接于所述软镜头部与所述软镜手柄之间的多个弯曲模块，每个弯曲模块单独配备步进电机、通信线路、压力传感器。

本发明通过存储的人体腔道的详细信息、医生的操作指令、以及实时接收的内窥镜反馈，指定内窥镜的运动轨迹和弯曲策略。，还可以对手动模式与自动模式进行切换，更加智能。

附图说明

图1是本发明中主动式蛇形内窥镜机器人系统的示意图。

图2是本发明中弯曲模块的示意图。

图3是本发明中推进拔出机构的示意图。

图4是本发明中在图形工作站中画出内窥镜的大概运动轨迹的示意图。

图5是本发明中运动策略示意图。

图6是本发明中主动式蛇形内窥镜机器人系统的工作流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明中主动式蛇形内窥镜机器人系统，包括内窥镜2、推进拔出机构3、运动控制柜4、图形工作站5、显示屏6、体外摄像头7与8。本图中以检测人体食道1为例进行说明。

内窥镜2，包括软镜头部和软镜手柄和多个弯曲模块。软镜头部上设置有MEMS陀螺仪、压力传感器、体内摄像头、加速度传感器。软镜手柄连接于推进拔出机构，并设置有控制钮。

其中，MEMS陀螺仪、压力传感器、加速度传感器分别用于采集弯曲参数、人体腔道的压力值和重力方向，并结合体内摄像头所采集的图像，一同提供给图像工作站5作为内窥镜2运动的参考信息。每个弯曲模块单独配备配备步进电机、通信线路、压力传感器。软镜手柄的控制钮，用以在手动模式下控制内窥镜运动。