泌尿系统腔内仿生碎石机器人.docx

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泌尿系统腔内仿生碎石机器人

泌尿系统腔内仿生碎石机器人

技术领域

本申请涉及泌尿系统结石腔内碎石装置，特别是一种泌尿系统腔内仿生碎石机器人。

背景技术

目前泌尿系统上尿路结石的碎石解决方案主要有输尿管镜碎石术和经皮肾镜取石术，具体如下：

1、输尿管镜碎石术，是利用输尿管软镜或硬镜，经过尿道、膀胱插入输尿管，将输尿管结石或肾脏结石击碎取出。

它利用人体天然的泌尿系统腔道，不在身体上做任何切口，是一种纯粹的泌尿外科腔镜微创手术，适用于保守治疗无效的各种输尿管结石、以及部分肾结石。

2、经皮肾镜取石术，是在腰部建立一条从皮肤到肾脏的通道，通过这个通道把肾镜插入肾脏，利用激光、超声等碎石工具，把肾结石击碎取出。

因此，目前泌尿系统上尿路结石的碎石操作主要是通过输尿管软镜或硬镜完成，或者通过经皮肾镜手术完成，对术者技术要求较高，操作难度大，易出现输尿管医源性损伤，甚至引起出血、休克等威胁生命的严重并发症。

发明内容

目前泌尿系上尿路结石的碎石操作主要通过输尿管软镜或硬镜完成，或者通过经皮肾镜手术完成，对术者技术要求较高，操作难度大，易出现输尿管医源性损伤，甚至引起出血、休克等威胁生命的严重并发症。

为了解决尿路结石的碎石操作问题，本申请提出了一种泌尿系统腔内仿生碎石机器人，根据仿生学原理，通过远程控制仿生机器人，碎石操作过程中，手术学习曲线短，大大减少了并发症的发生。

本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其包括本体、用于驱动所述本体向前或者向后蠕动的驱动机构、用于向所述驱动机构供电的电源机构、用于控制所述驱动机构的控制机构以及用于粉碎结石的碎石机构；所述本体包括由柔性材料制成的外罩以及匹配设置于所述外罩内并依次连接的头部、躯干和尾部；所述头部和所述尾部各设置有至少一个与显示器相连接的无线摄像头；所述驱动机构、所述电源机构、所述碎石机构设置于所述本体内，所述控制机构与所述电源机构电信连接。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述头部和所述尾部分别通过外径能够变大或者变小的可变径操作环与所述躯干连接，所述头部的可变径操作环和所述尾部的可变径操作环均与所述外罩固定连接。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述可变径操作环为环状气囊结构，所述躯干内还设置有两个控制泵，所述控制泵的气腔与所述环状气囊结构一一对应连通，两个所述控制泵的活塞均与所述电源机构电连接。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述躯干包括多个依次排列呈圆筒状结构的操作环，多个所述操作环固定设置于所述外罩上；通过相邻的两个所述操作环在所述驱动机构的驱动下远离或者靠近，所述躯干在所述头部和所述尾部之间伸长或者收缩。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述驱动机构包括多个线圈，每个所述操作环上均匀间隔设置有至少两个所述线圈，多个所述操作环上设置的多个所述线圈的位置相对应；当相邻的两个所述操作环上的所有所述线圈的电流方向相同时，相邻的两个所述操作环相互远离；当相邻的两个所述操作环上的所有所述线圈的电流方向相反时，相邻的两个所述操作环相互靠近；当相邻的两个所述操作环上的部分所述线圈的电流方向相同、其余所述线圈的电流方向相反时，相邻的两个所述操作环上对应电流方向相同的部分所述线圈的位置相互远离，相邻的两个所述操作环上对应电流方向相反的其余所述线圈的位置相互靠近。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，每个所述操作环上均匀间隔设置有四个所述线圈。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述电源机构包括一一对应地向所述线圈供电的供电单元和用于向所述供电单元进行无线充电的无线充电装置，多个所述供电单元与所述无线充电装置电信连接；所述驱动机构包括用于接受所述控制机构发出指示信号的信号接收装置；多个所述供电单元与所述信号接收装置电信连接；所述信号接收装置接受到所述控制机构发出的指示信号后，所述供电单元向所述线圈供应能使所述线圈产生相应的电流方向的电能。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述电源机构还包括用于连接外接电源的供电机构。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述控制机构包括向所述无线充电装置供电的无线充电电磁感应发射模块，所述无线充电电磁感应发射模块与所述无线充电装置电连接。

如上所述的泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其中，所述控制机构还包括向所述信号接收装置发出该指示信号的无线控制信号发射模块、用于控制连接或者断开外部电源的电源开关和用于产生该指示信号的控制装置；打开所述电源开关时，所述控制机构与该外部电源电连接，所述控制装置产生相应的指示信号并由所述无线控制信号发射模块发射给所述信号接收装置。

本申请提出的一种泌尿系统腔内仿生碎石机器人，通过所述外罩以及匹配设置于所述外罩内并依次连接的所述头部、所述躯干和所述尾部，形成了外形为蠕虫或蚯蚓状的本体，由柔性材料制成的所述外罩，不会影响所述泌尿系统腔内仿生碎石机器人的弯曲和伸缩，同时，通过所述躯干在所述头部和所述尾部之间伸缩，来实现所述本体向前或向后蠕动；根据仿生学原理，通过所述控制机构实现远程控制所述泌尿系统腔内仿生碎石机器人在人体泌尿系腔内进行蠕动，降低了手术难度，在碎石操作过程中，手术学习曲线短，大大减少了并发症的发生，也减少了腔镜手术对泌尿系造成医源性损伤等并发症的发生几率；另外，在所述本体的两端（即所述头部和所述尾部）分别设置的所述无线摄像头，能够将泌尿系腔道成像传送至与所述无线摄像头电信连接的该显示器（一般都采用医用显示器），以供术者完成泌尿系腔内检查和碎石操作，几乎没有手术盲区。

附图说明

图1是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人的结构示意图。

图2是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人中可变径操作环与控制泵的连接示意图。

图3是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人中操作环与线圈的连接示意图。

图4是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人中的躯干进行伸缩时的状态示意图。

图5是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人中的躯干进行转弯时的状态示意图。

图6是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人的截面示意图。

图7是本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人的控制机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、本体，11、外罩，12、头部，13、躯干，131、操作环，14、尾部，15、可变径操作环，16、控制泵，161、气腔，162、活塞，17、辅助导丝操作通道，2、无线摄像头，3、线圈，41、供电单元，42、无线充电装置，5、信号接收装置，6、控制机构，61、无线充电电磁感应发射模块，62、无线控制信号发射模块，63、电源开关，64、控制装置，7、激光光纤操作通道。

具体实施方式

为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请的具体实施方式。

如图1所示，本申请提供了一种泌尿系统腔内仿生碎石机器人，其包括本体1、用于驱动所述本体向前或者向后蠕动的驱动机构、用于向所述驱动机构供电的电源机构、用于控制所述驱动机构的控制机构6以及用于粉碎结石的碎石机构；所述本体1包括由柔性材料制成的外罩11以及匹配设置于所述外罩11内并依次连接的头部12、躯干13和尾部14；所述头部12和所述尾部14各设置有至少一个与显示器相连接的无线摄像头2；所述驱动机构、所述电源机构、所述碎石机构设置于所述本体1内，所述控制机构6与所述电源机构电信连接。

收到所述控制机构6发出的向前蠕动的指示信号后，所述尾部14固定，并由所述驱动机构驱动所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间伸展，然后所述头部12固定且所述尾部14取消固定，由所述驱动机构驱动所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间收缩，然后所述尾部14固定且所述头部12取消固定，周而复始，使所述本体1实现节律性向前蠕动；反之，收到所述控制机构6发出的向后蠕动的指示信号后，所述头部12固定，并由所述驱动机构驱动所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间伸展，然后所述尾部14固定且所述头部12取消固定，由所述驱动机构驱动所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间收缩，然后所述头部12固定且所述尾部14取消固定，周而复始，使所述本体1实现节律性向后蠕动。

本申请提出的一种泌尿系统腔内仿生碎石机器人，通过所述外罩11以及匹配设置于所述外罩11内并依次连接的所述头部12、所述躯干13和所述尾部14，形成了外形为蠕虫或蚯蚓状的本体1，由柔性材料制成的所述外罩1，不会影响所述泌尿系统腔内仿生碎石机器人的弯曲和伸缩，同时，通过所述躯干13在所述头部12和所述尾部13之间伸缩，来实现所述本体1向前或向后蠕动；根据仿生学原理，通过所述控制机构6实现远程控制所述泌尿系统腔内仿生碎石机器人在人体泌尿系腔内进行蠕动，降低了手术难度，在碎石操作过程中，手术学习曲线短，大大减少了并发症的发生，也减少了腔镜手术对泌尿系造成医源性损伤等并发症的发生几率；另外，在所述本体1的两端（即所述头部12和所述尾部14）分别设置的所述无线摄像头2，能够将泌尿系腔道成像传送至与所述无线摄像头2电信连接的该显示器（一般都采用医用显示器），以供术者完成泌尿系腔内检查和碎石操作，几乎没有手术盲区。

所述头部12和所述尾部14分别通过外径能够变大或者变小的可变径操作环15与所述躯干13连接，所述头部12的可变径操作环15和所述尾部14的可变径操作环15均与所述外罩11固定连接。

收到所述控制机构6发出的向前蠕动的指示信号后，所述尾部14的可变径操作环15的外径变大，使所述尾部14固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述头部12和所述尾部14之间完成伸展后，所述头部12的可变径操作环15的外径变大、并使所述尾部14的可变径操作环15的外径变小，使所述头部12固定且所述尾部14取消固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述头部12和所述尾部14之间完成收缩后，所述尾部14的可变径操作环15的外径变大、且所述头部12的可变径操作环15的外径变小，使所述尾部14固定且所述头部12取消固定，周而复始，使所述本体1实现节律性向前蠕动；反之，收到所述控制机构6发出的向后蠕动的指示信号后，所述头部12的可变径操作环15的外径变大，使所述头部12固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述尾部14和所述头部12之间完成伸展后，所述尾部14的可变径操作环15的外径变大、并使所述头部12的可变径操作环15的外径变小，使所述尾部14固定且所述头部12取消固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述尾部14和所述头部12之间完成收缩后，所述头部12的可变径操作环15的外径变大、且所述尾部14的可变径操作环15的外径变小，使所述头部12固定且所述尾部14取消固定，周而复始，使所述本体1实现节律性向后蠕动。

由此，通过所述可变径操作环15，所述头部12和所述尾部14能够节律性地交替固定在腔内，从而通过所述躯干13的伸缩来完成后退或者前进的操作。

在一个具体的实施方式中，所述可变径操作环15为环状气囊结构，所述躯干13内还设置有两个控制泵16，所述控制泵16的气腔161与所述环状气囊结构一一对应连通，两个所述控制泵16的活塞162均与所述电源机构电连接，其中一个所述可变径操作环15与一个所述控制泵16的连接如图2所示。

收到所述控制机构6发出的向前蠕动的指示信号后，所述电源机构向对应于所述尾部14的所述控制泵16正向供电，并使所述尾部14的所述环状气囊结构充气，使所述尾部14的可变径操作环15的外径变大，使所述尾部14固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述头部12和所述尾部14之间完成伸展后，所述电源机构向对应于所述头部12的所述控制泵16正向供电、向对应于所述尾部14的所述控制泵16反向供电，使所述头部12的所述环状气囊结构充气、并使所述尾部14的所述环状气囊结构放气，所述头部12的可变径操作环15的外径变大、并使所述尾部14的可变径操作环15的外径变小，所述头部12固定且所述尾部14取消固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述头部12和所述尾部14之间完成收缩后，所述电源机构向对应于所述尾部14的所述控制泵16正向供电、向对应于所述头部12的所述控制泵16反向供电，使所述尾部14的所述环状气囊结构充气、并使所述头部12的所述环状气囊结构放气，所述尾部14的可变径操作环15的外径变大、且所述头部12的可变径操作环15的外径变小，使所述尾部14固定且所述头部12取消固定，周而复始，使所述本体1实现节律性向前蠕动；反之，收到所述控制机构6发出的向后蠕动的指示信号后，所述电源机构向对应于所述头部12的所述控制泵16正向供电，并使所述头部12的所述环状气囊结构充气，使所述头部12的可变径操作环15的外径变大，使所述头部12固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述尾部14和所述头部12之间完成伸展后，所述电源机构向对应于所述尾部14的所述控制泵16正向供电、向对应于所述头部12的所述控制泵16反向供电，使所述尾部14的所述环状气囊结构充气、并使所述头部12的所述环状气囊结构放气，所述尾部14的可变径操作环15的外径变大、并使所述头部12的可变径操作环15的外径变小，所述尾部14固定且所述头部12取消固定；当所述躯干13在所述驱动机构的驱动下在所述尾部14和所述头部12之间完成收缩后，所述电源机构向对应于所述头部12的所述控制泵16正向供电、向对应于所述尾部14的所述控制泵16反向供电，使所述头部12的所述环状气囊结构充气、并使所述尾部14的所述环状气囊结构放气，所述头部12的可变径操作环15的外径变大、且所述尾部14的可变径操作环15的外径变小，使所述头部12固定且所述尾部14取消固定，周而复始，使所述本体1实现节律性向后蠕动。

所述躯干13包括多个依次排列呈圆筒状结构的操作环131，多个所述操作环131固定设置于所述外罩11上；通过相邻的两个所述操作环131在所述驱动机构的驱动下远离或者靠近，所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间伸长或者收缩。

当相邻的两个所述操作环131之间远离时，所述外罩11在相邻的两个所述操作环131之间延展，使所述躯干13的长度伸长，即所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间伸长；当相邻的两个所述操作环131之间靠近时，所述外罩11在相邻的两个所述操作环131之间收拢，使所述躯干13的长度缩短，即所述躯干13在所述头部12和所述尾部14之间收缩，使所述本体1在所述躯干13的伸长或者收缩过程中，实现前进或者后退的操作；另外，当相邻的两个所述操作环131的一部分相互靠近且相邻的两个操作环131的另一部分相互远离时，所述外罩11在这两个相邻的所述操作环131之间呈扇状展开，使所述本体1在此过程中，实现转向操作。

具体如图3所示，所述驱动机构包括多个线圈3，每个所述操作环131上均匀间隔设置有至少两个所述线圈3，多个所述操作环131上设置的多个所述线圈3的位置相对应；当相邻的两个所述操作环131上的所有所述线圈3的电流方向相同时，相邻的两个所述操作环131相互远离；当相邻的两个所述操作环131上的所有所述线圈3的电流方向相反时，相邻的两个所述操作环131相互靠近；当相邻的两个所述操作环131上的部分所述线圈3的电流方向相同、其余所述线圈3的电流方向相反时，相邻的两个所述操作环131上对应电流方向相同的部分所述线圈3的位置相互远离，相邻的两个所述操作环131上对应电流方向相反的其余所述线圈3的位置相互靠近。

为了使所述躯干13的转弯更为平衡，每个所述操作环131上均匀间隔设置有四个所述线圈3，如图3所示。

参看图4的中间的三个所述操作环131，这三个所述操作环131上的所有所述线圈3的电流方向相同时，因此，这三个所述操作环131彼此排斥，相互远离；而前述三个所述操作环131的两侧各设置的三个操作环131上的所有所述线圈3的电流方向相反，因此他们彼此之间相互靠近；在此过程中，所述躯干13进行伸长或者收缩，所述本体1实现前进或者后退的操作。

再参看图5所示，相邻的两个所述操作环131上的部分所述线圈3的电流方向相同、其余所述线圈3的电流方向相反，因此，相邻的两个所述操作环131之间部分相互远离、部分相互靠近；在此过程中，所述外罩11在这两个相邻的所述操作环131之间呈扇状展开，所述本体1实现转向操作。

如图6所示，所述电源机构包括一一对应地向所述线圈3供电的供电单元41和用于向所述供电单元41进行无线充电的无线充电装置42，多个所述供电单元41与所述无线充电装置42电信连接；所述驱动机构包括用于接受所述控制机构6发出指示信号的信号接收装置5；多个所述供电单元41与所述信号接收装置5电信连接；所述信号接收装置5接受到所述控制机构6发出的指示信号后，所述供电单元41向所述线圈3供应能使所述线圈3产生相应的电流方向的电能.另外，所述电源机构还包括用于连接外接电源的供电机构（图中未示出），以充分确保所述泌尿系统腔内仿生碎石机器人的供电。

如图7所示，所述控制机构6包括向所述无线充电装置42供电的无线充电电磁感应发射模块61，所述无线充电电磁感应发射模块61与所述无线充电装置42电连接，以通过所述无线充电装置42向所述供电单元41完成充电。

所述控制机构6还包括向所述信号接收装置5发出该指示信号的无线控制信号发射模块62、用于控制连接或者断开外部电源的电源开关63和用于产生该指示信号的控制装置64；打开所述电源开关63时，所述控制机构6与该外部电源电连接，所述控制装置64产生相应的指示信号并由所述无线控制信号发射模块62发射给所述信号接收装置5。

所述本体1内设置有自所述头部12贯穿至所述尾部14的辅助导丝操作通道17；所述辅助导丝操作通道17内设置有导丝（图中未示出），如图6所示，以便于将本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人送入腔内。

另外，再如图6所示，所述碎石机构包括激光光纤（图中未示出）、激光激发装置（图中未示出）和激光光纤操作通道7，所述激光光纤设置于所述激光光纤操作通道7内，所述激光激发装置设置于外部且所述激光激发装置与所述激光光纤电连接；所述激光光纤操作通道7自所述头部12贯穿至所述尾部14地设置于所述本体1内。

可选的是，所述激光光纤为钬激光光纤，所述激光激发装置为钬激光激发装置。

在一个优选的实施方式中，所述外罩11由防水树脂材料制成，既不影响所述泌尿系统腔内仿生碎石机器人的弯曲和伸缩，也满足医用可消毒的需求。

为了使术者的操作空间感更强，所述无线摄像头2为3D摄像头,支持3D成像。

由上述可知，本申请的泌尿系统腔内仿生碎石机器人可以实现以下技术效果：

1、在人体泌尿系腔内能实现远程控制，通过仿生学原理实现了在泌尿系腔道内前进、后退和转向操作；

2、通过设置于所述头部和所述尾部的两个所述无线摄像头能将泌尿系腔道成像传至医用显示器，供术者完成泌尿系腔内检查和碎石操作；

3、设置于所述头部的所述前可变径操作环及设置于所述尾部的所述后可变径操作环通过改变直径，在输尿管内实现所述头部和所述尾部的节律性固定的目的，并通过构成所述躯干的多个所述操作环之间的相互靠近或者相互远离，在输尿管内实现伸缩前进的目的；

4、所述电源机构既包括内置于所述本体内的所述供电单元和向所述供电单元进行无线充电的所述无线充电装置，也包括能连接外接电源的供电机构，以充分确保装置的供电；

5、通过所述激光光纤操作通道即可携带具有碎石能量的所述激光光纤，通过所述激光激发装置控制所述激光光纤完成碎石，操作简便，降低了手术难度；

6、术者通过与所述无线摄像头电信连接的该显示器以及远程控制来完成泌尿系腔道检查或者碎石操作，几乎没有手术盲区，碎石操作过程中，手术学习曲线短，大大减少了并发症的发生，也减少了腔镜手术对泌尿系造成医源性损伤等并发症的发生几率。

以下各实施例的说明是参考图式，用以说明本发明可用以实施的特定实施例。

本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考图式的方向。

因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：

其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

说明书附图

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7