内窥镜前端避障中的手柄自动控制装置

    0   引言

    有关肠道的疾病在很多国家都很常见。目前，采用内窥镜对其进行诊疗是最主要的诊疗方式。但现有的内窥镜检查是利用操作人员的外部推力将内窥镜推人到人体被检肠道中的。由于内窥镜头部对人体肠道产生较大压力，可能对人体肠道内部软组织造成擦伤和拉伤。除了复杂的操作以外，长时间的操纵控制装置也会使窥镜师十分疲劳。在装备了控制计算机之后，通过改进传统的“介入式诊疗”方法，实现内窥镜的自动化，就有可能克服以上的不足。这正成为国际上医疗机器人研究的一个重要方面。作者认为，立足于目前的技术条件，对内窥镜的改进应该建立在对原有的内窥镜运动功能分析的基础上，保持原有内窥镜的基本功能及特点，增加功能模块，以实现内窥镜的自动避障，减少操作事故发生的概率。

    1   设计的内容及要求

    为避免上述医疗事故的发生，利用内窥镜的可转端部装上探测器，将头部是否碰到肠道、接触力有多大的信号传回控制系统;控制系统将端部信号进行处理，并进行头部偏摆运动规划，再通过对可转端部的自动操纵机构进行运动控制，以实现内窥镜检查的自动化(见图1)。传统内窥镜避障介人人体的管道被画有刻度的黑色塑料外套包裹。实现避障的端部被设计成在控制引线的作用下可以偏转，其端部是由顶部的螺钉固定的，并且可以由端部控制手柄上的旋钮控制转动。内窥镜端部偏摆控制实现原理如图2所示。手柄I·11通过方孔分别带动驱动轮I·n的轴。驱动轮I套在驱动轮11上，而驱动轮n套在主轴上。

它们的底部均有两个钢丝轮槽。每槽嵌人一条钢丝绳用以控制端部一个方向的偏摆，共有4根钢丝对应着左、右、上、下4个方向。初始状态下，钢丝绳在槽轮上绕半圈，然后固定在驱动轮上。因此，在理论上，驱动轮拉动钢丝绳最多只能转过1800。在实际使用中，相对于端部控制手柄和端部的转动角度基本上是1:1对应的。对于钢丝绳的引出，操纵柄内特意设置了较长的滑道。滑道由基板和基块以及引导板围成。钢丝绳上设有长条形的引导块，一则可以收紧钢丝绳，另外也可以帮助定位，使钢丝绳能维持在滑道的中心。当手柄转动时，带动驱动轮转动。驱动轮则拉动钢丝绳，再由钢丝绳驱动端部实现偏摆。作者选择了普通肠镜使用的线缆操纵方式。在其基础上，对内窥镜端部控制手柄进行修改，将原来由人手操纵的手柄改进为可以由机械装置模拟人手进行自动操作。

    2  方案分析和确定

    实现端部运动的自动化的核心内容，也就是针对端部控制手柄的改进。增加改进装置，以驱动原来由人手操纵的手柄，实现窥镜端部自动控制，即在人手与内窥镜控制接口(即手柄I、ll)之间增加辅助控制机构(见图3)。