一种感知性手术刀及其控制系统

1.本实用新型属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种感知性手术刀及其控制系统。


背景技术：

2.机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，其用途广泛，在临床外科上有大量的应用。目前临床中使用的机器人手术系统，最重大的挑战是如何在复杂条件下对小组织或微小组织进行适当的手术治疗，以血管外科为例，操作者很难判断手术刀或手术刀是否接触到血管，在这种情况下，任何与血管的不当接触都会导致术中或术后出血，目前基于视频的机器人手术系统普遍缺乏触觉，难以对手术进行精准操控。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种可实时监测运动状态的、灵敏度高、响应时间短以及低成本的感知性手术刀。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
5.一种感知性手术刀，包括：
6.手术刀，所述手术刀包括相连接的夹持模块和切割模块，所述夹持模块上设置有用于监测所述手术刀运动状态的监测模块，其中，所述监测模块包括用于拍摄手术场景的图像拍摄单元和用于监测所述切割模块运动轨迹的传感单元。
7.在上述的一种感知性手术刀中，所述图像拍摄单元的拍摄方向指向所述切割模块的行进方向，且所述传感单元设置于所述夹持模块上靠近所述切割模块的一侧。
8.在上述的一种感知性手术刀中，所述监测模块包括信号放大器，所述传感单元包括触觉传感器，其中，所述信号放大器的输入端与所述触觉传感器的输出端相连接。
9.在上述的一种感知性手术刀中，所述监测模块包括设置于所述图像拍摄单元上的补光单元，其中，所述补光单元的照射方向与所述图像拍摄单元的拍摄方向相平行。
10.在上述的一种感知性手术刀中，所述夹持模块上设置有呈阶梯分布的安装部和夹持部，所述切割模块上设置有第一凹槽，其中，所述安装部上设置有与所述第一凹槽卡接配合的固定块。
11.在上述的一种感知性手术刀中，所述图像拍摄单元设置于所述夹持部与所述安装部的交界处，所述传感单元设置于所述安装部上。
12.在上述的一种感知性手术刀中，所述安装部上设置有嵌装所述传感单元的第二凹槽。
13.在上述的一种感知性手术刀中，所述夹持模块上设置有用于与外部机器人连接的多边形限位块，且所述限位块设置有多个。
14.在上述的一种感知性手术刀中，所述传感单元包括负载传感器，其中，所述负载传感器的输出端与所述信号放大器的输入端相连接。
15.本实用新型的目的还在于提供一种感知性手术刀控制系统，包括：
16.上述的一种感知性手术刀中的内置有监测模块的手术刀，所述手术刀用于对人体进行手术并用于从人体处传输出电信号，所述监测模块包括图像拍摄单元和传感单元，其中，所述传感单元包括触觉传感器、负载传感器以及信号放大器；
17.信号处理模块，用于对所述手术刀输出的电信号进行信号处理，其中，所述信号处理模块包括转换器、小波滤波器和计算机，所述转换器的输入端分别与所述触觉传感器的输出端和负载传感器的输出端相连接。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
19.1、本实用新型在手术刀上设置传感单元，通过传感单元对人体电场或电子进行监测，进而实时监测手术刀的运动轨迹，便于操作人员掌控手术状态，且使得机器人手术更加精准，降低了手术失败的风险，大大提高了机器人手术的实用性。
20.2、通过在手术刀上设置图像拍摄单元，对手术的过程进行全程拍摄，一方面可以生成手术记录，另一方面还可以便于操作人员对手术刀运行轨迹的观察，进而可以实时调整对机器人的操控。
21.3、通过设置信号处理模块，且采用小波去噪方法过滤高频噪声，对手术刀传输过来的信号进行筛选过滤，可以高效地接收低频运动信号，避免因高频噪声干扰而影响计算机接收信号的质量。
附图说明
22.图1是本实用新型一种感知性手术刀的整体结构图。
23.图2是本实用新型一种感知性手术刀的另一视角结构图。
24.图3是本实用新型一种感知性手术刀的爆炸结构图。
25.图4是本实用新型一种感知性手术刀的又一视角结构图。
26.图5是本实用新型一种感知性手术刀的局部剖视图。
27.图6是本实用新型一种感知性手术刀控制系统的框架图。
28.图中，100、手术刀；200、夹持模块；210、安装部；211、固定块；212、第二凹槽；220、夹持部；221、限位块；300、切割模块；310、第一凹槽；400、监测模块；410、图像拍摄单元；420、传感单元；421、触觉传感器；430、信号放大器；440、补光单元；500、信号处理模块。
具体实施方式
29.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
30.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.如图1至图5所示，本实用新型提供了一种感知性手术刀，包括：
32.手术刀100，所述手术刀100包括相连接的夹持模块200和切割模块300，所述夹持模块200上设置有用于监测所述手术刀100运动状态的监测模块400，其中，所述监测模块400包括用于拍摄手术场景的图像拍摄单元410和用于监测所述切割模块300运动轨迹的传感单元420。
33.本实用新型提供的一种感知性手术刀，通过在夹持模块200上设置监测模块400，且监测模块400包括图像拍摄单元410和传感单元420，通过传感单元420对人体电场或电子进行监测，进而实时监测手术刀100的运动轨迹，便于操作人员掌控手术状态，且使得机器人手术更加精准，降低了手术失败的风险，同时还通过图像拍摄单元410对手术的过程进行全程拍摄，一方面可以生成手术记录，另一方面还可以便于操作人员对手术刀100运行轨迹的观察，进而可以实时调整对机器人的操控，大大提高了机器人手术的实用性。
34.优选地，如图1至图5所示，所述图像拍摄单元410的拍摄方向指向所述切割模块300的行进方向，且所述传感单元420设置于所述夹持模块200上靠近所述切割模块300的一侧。
35.进一步优选地，所述图像拍摄单元410设置于所述夹持部220与所述安装部210的交界处，所述传感单元420设置于所述安装部210上。
36.在本实施例中，图像拍摄单元410的拍摄方向指向切割模块300的行进方向，且图像拍摄单元410设置于夹持部220上靠近安装部210处，传感单元420设置于安装部210上靠近切割模块300处，在实际使用中，通过图像拍摄单元410近距离实时记录手术过程，便于操作人员观察手术状态，同时也通过传感单元420实时监测手术刀100的运动轨迹，通过设置图像拍摄单元410和传感单元420，使得手术刀100同时具有视觉和触觉，大大提高了机器人手术的精确性。
37.优选地，如图1至图5所示，所述监测模块400包括信号放大器430，所述传感单元420包括触觉传感器421，其中，所述信号放大器430的输入端与所述触觉传感器421的输出端相连接。
38.进一步优选地，所述触觉传感器421包括场效应管，所述信号放大器430包括差分放大器。
39.在本实施例中，所述监测模块400包括信号放大器430、触觉传感器421以及负载传感器，其中，所述信号放大器430的输入端分别与所述触觉传感器421和所述负载传感器的输出端相连接。在实际使用中，通过场效应管对人体电场或电子进行检测，并将检测到的信号通过信号放大器430进行放大，在手术刀100接触到人体皮肤表面时，人体的电子会扩展场效应管的电子流道，所以在手术刀100的输出端可以检测到电压变化，手术刀100与人体皮肤表面接触的程度可以通过电信号反馈至外接计算机，通过外接计算机显示出接触程度曲线，进而可以检测到手术刀100的攻丝、滑动以及切割运动，即通过电场或电子的变化实现对手术刀100运动轨迹的实时监测，控制手术刀100操作更加精准。
40.优选地，如图1至图5所示，所述监测模块400包括设置于所述图像拍摄单元410两侧的补光单元440，其中，所述补光单元440的照射方向与所述图像拍摄单元410的拍摄方向相平行。
41.在本实施例中，监测模块400还包括补光单元440，通过补光单元440在图像拍摄单元410的两侧进行补光，可增加图像拍摄单元410拍摄的清晰度，更便于观察手术过程。
42.优选地，如图1至图5所示，所述夹持模块200上设置有呈阶梯分布的安装部210和夹持部220，其中，所述安装部210上设置有与所述切割模块300相连接的固定块211。
43.进一步优选地，所述切割模块300上设置有第一凹槽310，其中，所述固定块211与所述第一凹槽310卡接配合。
44.进一步优选地，所述第一凹槽310呈长腰形设置。
45.在本实施例中，安装部210上设置有固定块211，切割模块300上设置有第一凹槽310，通过固定块211与第一凹槽310的卡接配合固定切割模块300与夹持模块200。通过将夹持模块200设置为呈阶梯分布的两部分，使得切割模块300可以简单快速的安装于夹持模块200上，且第一凹槽310设置为长腰形，便于调节夹持模块200与切割模块300之间的相对距离，可根据手术需求调整手术刀100的整体长度，整个手术刀100结构简单，安装便捷，与机器人配合度高，大大提高了机器人手术的实用性。
46.优选地，如图1至图5所示，所述夹持模块200上设置有用于与外部机器人连接的多边形限位块221，且所述限位块221设置有多个。
47.在本实施例中，夹持模块200上设置有限位块221，通过限位块221与外部机器人相连接，且限位块221设置为多边形，优选为六边形，且通过多个限位块221增加与机器人安装的稳定性，避免手术刀100因夹持不稳定引起的抖动、滑落等异常，影响手术效率。
48.优选地，如图1至图5所示，所述传感单元420包括负载传感器(图中未示出)，其中，所述负载传感器的输出端与所述信号放大器430的输入端相连接。
49.在本实施例中，手术刀100上还设置有负载传感器，通过负载传感器实时监测手术刀100施加在人体上的力，并将力的信号反馈给操作人员，操作人员根据实际手术操作以及力的反馈可以及时调整手术刀100施加在人体上的力，便于操作人员操控机器人进行手术，使机器人手术更加精准、可控性更强。
50.本实用新型提供的一种感知性手术刀的工作原理为：首先，通过限位块221将手术刀100安装在外接机器人上，并调整好手术位置，同时触觉传感器421、负载传感器、图像拍摄单元410以及信号放大器430开始工作，然后，通过手术刀100对人体进行手术切割，在手术过程中，通过触觉传感器421对人体电场或电子进行检测，在手术刀100接触到皮肤表面时，手术刀100与皮肤表面接触的程度通过电信号反馈至外接计算机，并通过外接计算机显示出接触程度曲线，进而对手术刀100的运动轨迹进行实时监测，同时，还通过图像拍摄单元410搭配补光单元440对手术过程进行全程记录，最后，通过外接信号处理模块将手术刀100的运动轨迹以及手术过程传输至外接计算机，便于操作人员对其进行观察和操作。
51.如图6所示，本实用新型还提供了一种感知性手术刀控制系统，包括：一种内置有监测模块400的手术刀，所述手术刀用于对人体进行手术并用于从人体处传输出电信号，所述监测模块400包括图像拍摄单元和传感单元，其中，所述传感单元包括触觉传感器、负载传感器以及信号放大器；
52.信号处理模块500，用于对所述手术刀输出的电信号进行信号处理，其中，所述信号处理模块500包括转换器、小波滤波器和计算机，所述转换器的输入端分别与所述触觉传感器的输出端和负载传感器的输出端相连接。
53.在本实施例中，通过设置与手术刀相连接的信号处理模块500，对手术刀传输出的电信号进行转换分析处理，首先通过转换器将模拟电信号转换为数字信号，然后将数字信号传输到小波滤波器，对高频噪声进行过滤，使得计算机可以更灵敏地接收受高频噪声干扰的信号，大大提高了计算机接收信号的性能，可以灵敏地区分出手术刀的低频运动，如敲击、滑动以及切割。
54.本实用新型提供的一种感知性手术刀控制系统的工作原理为：首先，通过手术刀
从人体传输出电信号，并通过触觉传感器421接收手术刀输出的电信号，然后，通过信号放大器将电信号进行放大，并将放大后的电信号传输转换器，再通过转换器将模拟电信号转换为数字信号，并将数字信号传输到小波滤波器，通过小波滤波器对高频噪声进行去噪，并将处理后的信号传输到计算机上显示出来。
55.需要说明的是，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
56.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
57.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。