[发明专利]血管介入用电磁阻尼旋进力反馈操作手柄

说明书

本发明提供了一种血管介入用电磁阻尼旋进力反馈操作手柄，其特征在于，包括操作杆(8)、机架(22)，还包括安装在操作杆(8)上推拉力反馈机构、转动力矩反馈机构、转动移动测量机构、非接触式复位机构中的任一种或任多种机构；操作杆(8)通过左直线轴承(9)、右直线轴承(17)支撑在机架(22)上，操作杆(8)为铁磁性材料。本发明可以实现推拉、转动、夹持的操控命令发布以及阻力反馈，除直线轴承支撑外都采用非接触设计，具有功能强、操作轻盈、结构紧凑的特点。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地涉及血管介入用电磁阻尼旋进力反馈操作手柄，尤其涉及一种利用电磁执行器产生阻尼力并反馈于手柄产生触感，并利用位移传感器、转角测量传感器、力传感器辅助完成对导管、导丝进行夹持、推送、旋转控制的操作手柄。

背景技术

血管介入手术中医生需要长期接收X射线的辐射，为了工程上开发了远隔操作的介入手术机器人。介入手术机器人在射线环境下工作，而医生则在射线环境之外对其控制。目前，控制的方式有两种，一种是触摸屏，另外一种是操作手柄。操作手柄一方面对手术机器人发布操作命令，例如导丝的进退、转动等，另外一方面需要将导丝导管遇到的阻力反馈到操作者的手上，从而使其能够产生临场感，就好像操作者用自己的手在操作导管一样。阻力反馈的重要意义在于提高手术的安全性，降低介入医疗事故风险，因此显得非常重要。

Catheter Robotics公司开发的血管介入手术机器人系统手柄可以控制导管轴向运动、旋转运动以及导管前端弯曲角度，可以进入角度比较刁钻的血管。Sensiji机器人导管系统是最早使用的血管介入手术机器人，医生在三维图像引导下，对导管进行遥操作，操作医生有力觉反馈。加拿大西安大略大学开发了以真实导管导丝作为操作手柄的进退和转动操作装置，没有力反馈。日本芝浦工业大学的血管介入导管系统通过电流变液实现导管操作力的反馈。中国哈尔滨工业大学利用摩擦对滚的方式进行管丝输运，利用从手感知力、主手进行力反馈。天津理工大学探索过使用磁流变液体作为力反馈介质。深圳先进技术研究院使用电机进行力反馈实现主端操作。

从各种资料来看，血管介入手术机器人操作手柄作为机器人的控制器，首先，需要能够给远端的介入机器人发布操作指令，例如导管导丝的旋转、推拉以及二者的复合动作；其次，需要能够将导丝导管在介入过程中的阻力或者阻力矩反馈到操作手柄上，当医生操作手柄时，能够像亲手直接操作导管导丝一样感受到阻力，增强医生的手感和临场感，增加手术操作的安全性和稳定性。目前，满足第一个需求的方法比较多，已经变得非常成熟，但是能够同时满足第二个需求仍然存在一些困难，例如实时性、动态性能、转动和进退平移运动之间的作用力耦合等，需要探索新的原理和结构。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种血管介入用电磁阻尼旋进力反馈操作手柄。

根据本发明提供的一种血管介入用电磁阻尼旋进力反馈操作手柄，包括操作杆、机架，还包括安装在操作杆上推拉力反馈机构、转动力矩反馈机构、转动移动测量机构、非接触式复位机构中的任一种或任多种机构；

操作杆通过左直线轴承、右直线轴承支撑在机架上，操作杆为铁磁性材料。

优选地，所述推拉力反馈机构包括桶型磁靴、永磁体、螺线管线圈、力传感器，其中，桶型磁靴包括上半桶型磁靴组件、下半桶型磁靴组件，永磁体包括上半永磁体组件、下半永磁体组件，上半永磁体组件、下半永磁体组件均包括一个或多个永磁瓦片；

螺线管线圈缠绕在操作杆的外圆周上，螺线管线圈引出线经过操作杆上的引线孔引出到操作杆外部，永磁体安装在桶型磁靴的内壁上，桶型磁靴紧固安装在机架上，桶型磁靴、永磁体、操作杆的中心位于均位于操作杆的轴线上，所有永磁瓦片的磁化方向均垂直与操作杆轴线，永磁体与操作杆之间具有气隙，操作杆能够在气隙中运动，力传感器安装在操作杆的一端部；

螺线管线圈通过电流时即产生沿操作杆轴线方向的电磁力，改变电流方向便能够改变电磁力的方向。