專利名稱：一種基于遙操作機械臂的氣管插管系統及方法
技術領域：
本發明涉及機器人遙操作技術及醫療急救領域，尤其涉及一種基于遙操作機械臂的氣管插管系統及方法。
背景技術：
戰地或地震、意外事故等災難現場中，傷者情況危急，需要緊急處理，一分一秒的時間將影響生命的救治。實踐經驗可知，在搶救過程中，通過氣管插管建立通暢氣道等搶救手段對于挽救生命尤其重要，但由于有些操作需要有專業醫務人員進行實施，對于醫療專家缺乏或者專家無法到達現場進行實施搶救的情況下，研制專用搶救機器人具有重要意義。
我國現階段的救護車基本沒有車載手術臺的功能，把“手術室”開到急救現場，或者在救護車上直接進行搶救，將大大縮短救命的時間。因此利用遙操作機器人的方法在急救現場或者救護車上進行急救手術，具有非常重要的意義。而核污染地區機器人及太空機器人的遠程遙操作技術均已成熟，為醫療實現遙操作急救提供技術基礎。

發明內容
針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于遙操作機械臂的氣管插管系統及方法，實現現場進行氣管插管的急救措施，為傷者第一時間建立氣道，最大程度地挽救傷者的生命。本發明是通過以下技術方案實現的一種基于遙操作機械臂的氣管插管系統，該系統包括急救現場中央控制器、急救現場網絡傳輸設備、機械臂、氣管插管器械模塊、后方網絡傳輸設備、后方中央控制器、圖像顯示器、遙操作主手模塊，其中，所述遙操作主手模塊用于采集醫護人員手術動作，并將該動作傳送至后方中央控制器；所述后方中央控制器接受到醫護人員手術動作后，通過網絡發射設備，將該動作傳送至急救現場；所述圖像顯示器用于提供急救現場傷者氣管圖像；所述后方網絡傳輸設備用于發送后方醫護人員手術動作至急救現場，接收從急救現場傳送回的狀態信息及圖像信息；所述急救現場中央控制器用于將接收到的手術動作轉換成能夠控制機械臂運動的命令，并將該命令傳送給機械臂；所述機械臂接收急救現場中央控制器指令，完成氣管插管動作；所述氣管插管器械模塊固定于機械臂末端，由用于氣管插管的醫療器械組成；所述急救現場網絡傳輸設備用于接收后方醫護人員手術動作指令，發送急救現場狀態信息及圖像信息。進一步，所述的機械臂具有空間六個自由度。進一步，所述的遙操作主手模塊具有空間六個自由度，采用并聯或串聯結構。進一步，所述的后方網絡傳輸設備和急救現場網絡傳輸設備具有高速數據傳輸能力，可以實時傳輸圖像信息。進一步，所述的氣管插管器械模塊包括所有完成氣管插管所需的工具器械。為了通過遠程遙操作實現氣管插管的動作，在機械臂末端即氣管插管器械模塊中必須裝備有可視喉鏡攝像頭系統，以便在操作過程中將氣道圖像傳輸給后方操作人員，后方操作人員通過所述的圖像顯示器觀察氣道圖像，從而進行正確的插管動作。本發明還公開了一種基于遙操作機械臂的氣管插管方法，該方法包括如下步驟SI.首先在急救現場的輔助人員將傷者放置在手術臺，將傷者口腔置于開放狀態，并將機械臂引導至傷者口腔里。S2.當急救現場輔助人員完成準備工作后，由所述氣管插管器械模塊的可視喉鏡將傷者口腔圖像傳輸至所述急救現場中央控制器，當所述急救現場中央控制器獲得圖像后，通過所述急救現場網絡傳輸設備及所述后方網絡傳輸設備將圖像傳輸至所述后方中央控制器，所述后方中央控制器將接收到的圖像在所述圖像顯示器中顯示，供后方醫護操作人員查看；后方醫護操作人員根據圖像顯示器中顯示的急救現場傳回的圖像，通過所述遙操作主手進行插管動作；所述遙操作主手將醫護人員的動作傳輸至所述后方中央控制器，并通過所述后方網絡傳輸設備及所述急救現場網絡傳輸設備將動作發送至所述急救現場 中央控制器，急救現場中央控制器根據接收到的動作系列控制所述機械臂進行運動，從而進行氣管插管動作。S3.在運動過程中，所述氣管插管器械模塊的可視喉鏡攝像頭將實時圖像傳輸至所述急救現場中央控制器，并通過所述急救現場網絡傳輸設備及所述后方網絡傳輸設備將圖像發送至所述后方中央控制器，并通過所述圖像顯示器供后方醫護操作人員查看，并判斷是否已經插入氣管，如果未插入氣管，則繼續根據傳回的圖像信息控制遙操作主手動作；如果經判斷已經插入氣管，則通知急救現場輔助人員放入氧氣供給管，撤回所述機械臂，完成氣管插管工作。進一步，以上各步驟中急救現場網絡傳輸設備以及后方網絡傳輸設備的速度保證實時性，即后方醫護操作人員通過觀察圖像顯示器上的圖像實時控制急救現場的機械臂進行動作。本發明通過遙操作機械臂實現氣管插管，在缺乏急救專家的情況下，保證在事故現場及時為傷者建立通暢氣道，為挽救生命爭取時間，是今后醫療急救領域的發展方向。


圖I為本發明實施例系統組成結構示意圖；圖2為本發明實施例遙操作進行氣管插管工作流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。圖I為本發明實施例所述系統組成模塊框圖，包括急救現場中央控制器I、急救現場網絡傳輸設備2、機械臂3、氣管插管器械模塊4、后方網絡傳輸設備5、后方中央控制器
6、圖像顯示器7、遙操作主手模塊8;其中急救現場中央控制器I、急救現場網絡傳輸設備2、機械臂3、氣管插管器械模塊4處于事故現場即急救現場，后方網絡傳輸設備5、后方中央控制器6、圖像顯示器7、遙操作主手模塊8處于醫療后方。
所述遙操作主手模塊8用于采集醫療后方的醫護人員手術動作，并將該動作傳送至后方中央控制器6 ;所述后方中央控制器6接受到醫護人員手術動作后，通過網絡發射設備，將該動作傳送至急救現場；所述圖像顯示器7用于提供急救現場傷者氣管圖像；所述后方網絡傳輸設備5用于發送后方醫護人員手術動作至急救現場，接收從急救現場傳送回的狀態信息及圖像信息；所述急救現場中央控制器I用于將接收到的手術動作轉換成能夠控制機械臂3運動的命令，并將該命令傳送給機械臂3 ;所述機械臂3接收急救現場中央控制器I指令，完成氣管插管動作；所述氣管插管器械模塊4固定于機械臂3末端，由用于氣管插管的醫療器械組成；所述急救現場網絡傳輸設備2用于接收后方醫護人員手術動作指令，發送急救現場狀態信息及圖像信息。進一步，所述的氣管插管器械模塊4包括所有完成氣管插管所需的工具器械。為了遠程遙操作實現氣管插管的動作，在機械臂3末端即氣管插管器械模塊中必須裝備有可視喉鏡攝像頭系統，以便在操作過程中將氣道圖像傳輸給后方操作人員，后方操作人員通過所述的圖像顯示器7觀察氣道圖像，從而進行正確的插管動作。 圖2為本發明實施例遙操作進行氣管插管工作流程圖，在急救現場的輔助人員將傷者放置在手術臺，將傷者口腔置于開放狀態，并將機械臂引導至傷者口腔里。當急救現場輔助人員完成準備工作后，由所述氣管插管器械模塊4的可視喉鏡攝像頭將傷者口腔圖像傳輸至所述急救現場中央控制器1，當所述急救現場中央控制器I獲得圖像后，通過所述急救現場網絡傳輸設備2及所述后方網絡傳輸設備5將圖像傳輸至所述后方中央控制器6，所述后方中央控制器6將接收到的圖像在所述圖像顯示器7中顯示，供后方醫護操作人員查看；后方醫護操作人員根據圖像顯示器7中顯示的急救現場傳回的圖像，通過所述遙操作主手模塊8進行插管動作；所述遙操作主手模塊8將醫護人員的動作傳輸至所述后方中央控制器6，并通過所述后方網絡傳輸設備5及所述急救現場網絡傳輸設備2將動作發送至所述急救現場中央控制器1，急救現場中央控制器I根據接收到的動作系列控制所述機械臂3進行運動，從而進行氣管插管動作。在動作過程中，所述氣管插管器械模塊4的可視喉鏡攝像頭將實時圖像傳輸至所述急救現場中央控制器1，并通過所述急救現場網絡傳輸設備2及所述后方網絡傳輸設備5將圖像發送至所述后方中央控制器6，并通過所述圖像顯示器7供后方醫護操作人員查看，并判斷是否已經插入氣管，如果未插入氣管，則繼續根據傳回的圖像信息控制遙操作主手模塊8動作；如果經判斷已經插入氣管，則通知急救現場輔助人員放入氧氣供給管，撤回所述機械臂3，完成氣管插管工作。與現有技術相比，本發明的突出特點是通過遙操作的方式控制機械臂進行氣管插管的急救措施，在專業急救醫療人員無法到達事故現場進行搶救的情況下，在救護車上或者事故現場直接進行氣管插管的搶救，為傷者建立通暢氣道，為進一步實施搶救贏得時間。以上僅為本發明的具體實施例進行描述。本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于遙操作機械臂的氣管插管系統，其特征在于，該系統包括急救現場中央控制器(I)、急救現場網絡傳輸設備(2)、機械臂(3)、氣管插管器械模塊(4)、后方網絡傳輸設備(5)、后方中央控制器(6)、圖像顯示器(7)、遙操作主手模塊(8)，其中，所述遙操作主手模塊(8)用于采集醫療后方的醫護人員手術動作，并將該動作傳送至所述后方中央控制器(6)，所述后方中央控制器(6)接受到醫護人員手術動作后，通過網絡發射設備，將該動作傳送至急救現場；所述圖像顯示器(7)用于提供急救現場傷者氣管圖像；所述急救現場網絡傳輸設備(2)及后方網絡傳輸設備(5)用于急救現場及后方之間的數據傳輸；所述急救現場中央控制器(I)用于將接收到的手術動作轉換成能夠控制所述機械臂(3)運動的命令，并將該命令傳送給所述機械臂(3)，所述機械臂(3)接收急救現場中央控制器(I)指令，進行氣管插管動作；所述氣管插管器械模塊(4)固定于機械臂(3)末端，由用于氣管插管的醫療器械組成。
2.根據權利要求I所述的基于遙操作機械臂的氣管插管系統，其特征在于，所述的急救現場中央控制器(I)、急救現場網絡傳輸設備(2)、機械臂(3)、氣管插管器械模塊(4)處于事故現場即急救現場；所述的后方網絡傳輸設備(5)、后方中央控制器(6)、圖像顯示器(7)、遙操作主手模塊(8)處于醫療后方。
3.根據權利要求I所述的基于遙操作機械臂的氣管插管系統，其特征在于，所述的機械臂(3)具有空間六個自由度。
4.根據權利要求I所述的基于遙操作機械臂的氣管插管系統，其特征在于，所述的遙操作主手模塊(8)具有空間六個自由度，采用并聯或串聯結構。
5.根據權利要求I所述的基于遙操作機械臂的氣管插管系統，其特征在于，所述的氣管插管器械模塊(4)中安裝有可視喉鏡攝像頭系統，以便在操作過程中將氣道圖像傳輸給后方操作人員，后方操作人員通過所述的圖像顯示器(7)觀察氣道圖像，從而進行正確的插管動作。
6.一種基于遙操作機械臂的氣管插管方法，其特征在于，采用如權利要求I至5中任一所述的氣管插管系統，該方法包括如下步驟 ·51.首先在急救現場的輔助人員將傷者放置在手術臺，將傷者口腔置于開放狀態，并將機械臂(3)引導至傷者口腔里；· 52.當急救現場輔助人員完成準備工作后，由所述氣管插管器械模塊(4)的可視喉鏡將傷者口腔圖像傳輸至所述急救現場中央控制器(1)，當所述急救現場中央控制器(I)獲得圖像后，通過所述急救現場網絡傳輸設備(2)及所述后方網絡傳輸設備(5)將圖像傳輸至所述后方中央控制器(6)，所述后方中央控制器(6)將接收到的圖像在所述圖像顯示器(7)中顯示，供后方醫護操作人員查看；后方醫護操作人員根據圖像顯示器(7)中顯示的急救現場傳回的圖像，通過所述遙操作主手模塊(8)進行插管動作；所述遙操作主手模塊(8)將醫護人員的動作傳輸至所述后方中央控制器(6)，并通過所述后方網絡傳輸設備(5)及所述急救現場網絡傳輸設備(2)將動作發送至所述急救現場中央控制器(1)，急救現場中央控制器(I)根據接收到的動作系列控制所述機械臂(3)進行運動，從而進行氣管插管動作； ·53.在運動過程中，所述氣管插管器械模塊(4)的可視喉鏡攝像頭將實時圖像傳輸至所述急救現場中央控制器(1)，并通過所述急救現場網絡傳輸設備(2)及所述后方網絡傳輸設備(5)將圖像發送至所述后方中央控制器(6)，并通過所述圖像顯示器(7)供后方醫護操作人員查看，并判斷是否已經插入氣管，如果未插入氣管，則繼續根據傳回的圖像信息控制遙操作主手模塊(8)動作；如果經判斷已經插入氣管，則通知急救現場輔助人員放入氧氣供給管，撤回所述機械臂(3)，完成氣管插管工作。
7.根據權利要求6所述的遙操作機械臂的氣管插管方法，其特征在于，所述后方網絡傳輸設備(5)和急救現場網絡傳輸設備(2)具有高速數據傳輸能力，可以實時傳輸圖像信息，以使后方醫護操作人員通過觀察圖像顯示器(7)上的圖像實時控制急救現場的機械臂(3)進行動作。
全文摘要
本發明公開了一種基于遙操作機械臂的氣管插管系統及方法，包括急救現場中央控制器、急救現場網絡傳輸設備、機械臂、氣管插管器械模塊、后方網絡傳輸設備、后方中央控制器、圖像顯示器、遙操作主手模塊；急救現場與醫療后方建立網絡傳輸通道，醫療后方醫護人員通過急救現場傳回的信息進行手術動作，將該手術動作轉換成能夠控制急救現場的機械臂運動的指令，并將指令傳回急救現場控制機械臂進行救護動作。本發明所提供的系統和方法，通過遙操作的方式控制機械臂進行氣管插管的急救措施，在專業急救醫療人員無法到達事故現場進行搶救的情況下，在救護車上或者事故現場直接進行氣管插管的搶救，為傷者建立通暢氣道，為進一步實施搶救贏得時間。
文檔編號A61M16/04GK102961811SQ201210442958
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者冷春濤, 盛國棟, 曹其新, 方波 申請人:上海交通大學