手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法與系統(tǒng)以及一種伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置，該手柄裝置包括刀柄主體和位于主體內(nèi)的刀柄控制系統(tǒng)，該刀柄控制系統(tǒng)包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器、無線信號收發(fā)器和電源，電源提供前述微控制器、電磁傳動裝置、探測器和無線信號收發(fā)器的工作電壓，其中：微控制器用于控制手術(shù)刀的工作模式并發(fā)出控制信號，電磁傳動裝置用于根據(jù)前述控制信號驅(qū)動手術(shù)刀伸縮，探測器用于檢測手術(shù)刀的空間位置，無線信號收發(fā)器用于與外部的通訊和交互。本發(fā)明的技術(shù)方案基于外科手術(shù)刀空間軌跡的全方位物聯(lián)預(yù)測控制和外科臨床環(huán)境信息的監(jiān)測控制，提供可控外科手術(shù)刀滿足抗環(huán)境動態(tài)抖動的解決方案。
【專利說明】手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體而言涉及一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方
法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]外科手術(shù)器械當(dāng)中，手術(shù)刀無疑是應(yīng)用最為廣泛的一種，它幾乎是在外科手術(shù)操作過程中，在組織或器官上造成切口的唯一工具，而如何在不穩(wěn)定醫(yī)療手術(shù)環(huán)境中安全正確使用手術(shù)刀進(jìn)行手術(shù)急需相關(guān)技術(shù)提供支持。目前在世界范圍研發(fā)的外科手術(shù)安全控制與分析技術(shù)主要集中在:從手術(shù)力學(xué)分析入手，借助于外科手術(shù)醫(yī)務(wù)人員的實(shí)際臨床操作經(jīng)驗(yàn)，通過手術(shù)器械仿真和改進(jìn)手術(shù)刀具以安全有效地進(jìn)行各種手術(shù)，形成應(yīng)付各種突發(fā)情況的方法，根據(jù)功能不同，改進(jìn)后的外科手術(shù)方法和刀具具有特殊的功能，而國內(nèi)外外科手術(shù)刀安全控制與分析技術(shù)相關(guān)的研究包括，基于虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)的仿真手術(shù)刀設(shè)計，臨床手術(shù)的三維跟蹤實(shí)現(xiàn)和基于手術(shù)力學(xué)分析的多功能外科手術(shù)刀具等方面。
[0003]現(xiàn)有的外科臨床用手術(shù)刀以及改進(jìn)后的多功能手術(shù)刀，只是完成簡單的外科臨床手術(shù)安全操作輔助功能，對手術(shù)刀軌跡的異常識別能力有限，無法對環(huán)境的不穩(wěn)定和手術(shù)空間切割區(qū)域進(jìn)行全方位的實(shí)時全權(quán)監(jiān)控，而基于虛擬外科手術(shù)系統(tǒng)的仿真手術(shù)刀，能夠完成復(fù)雜的外科手術(shù)動作分析，但仿真結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要完成一些特定的分析任務(wù)，不是針對外科臨床手術(shù)全方位的實(shí)時全權(quán)監(jiān)控設(shè)計的，臨床手術(shù)刀通過三維跟蹤實(shí)現(xiàn)的智能化程度也有限，并且無法感知外科臨床手術(shù)環(huán)境信息，不能對外科臨床手術(shù)情況進(jìn)行實(shí)時綜合分析，從而進(jìn)行全方位的監(jiān)控服務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在于提供一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法與系統(tǒng)，基于外科手術(shù)刀空間軌跡的全方位物聯(lián)預(yù)測控制和外科臨床環(huán)境信息的監(jiān)測控制，提供可控外科手術(shù)刀滿足抗環(huán)境動態(tài)抖動的解決方案。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置，包括刀柄主體和位于主體內(nèi)的刀柄控制系統(tǒng)，該刀柄控制系統(tǒng)包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器、無線信號收發(fā)器和電源，電源提供前述微控制器、電磁傳動裝置、探測器和無線信號收發(fā)器的工作電壓，其中:前述微控制器用于控制手術(shù)刀的工作模式并發(fā)出控制信號，前述電磁傳動裝置用于根據(jù)前述控制信號驅(qū)動手術(shù)刀伸縮，前述探測器用于檢測手術(shù)刀的空間位置，前述無線信號收發(fā)器用于與外部的通訊和交互。
[0008]進(jìn)一步，前述手柄裝置還包括一模式控制開關(guān)連接至前述微處理器，用于從外部可接近地操作以設(shè)定手術(shù)刀的工作模式。
[0009]進(jìn)一步，前述探測器自動或可控制地檢測手術(shù)刀的空間位置，并通過前述無線信號收發(fā)器發(fā)送檢測信號。
[0010]進(jìn)一步，前述無線信號收發(fā)器自動或可控制地接收外部主控設(shè)備發(fā)送的對手術(shù)刀的控制命令信號，前述微處理器根據(jù)該控制命令信號控制電磁傳動裝置實(shí)現(xiàn)對手術(shù)刀的伸縮控制。
[0011]進(jìn)一步，前述電源為可充電式電池，容納在一電池盒內(nèi)。該電池盒全部或至少部分地容納在刀柄主體內(nèi)。
[0012]進(jìn)一步，前述手柄裝置還包括一個或多個指示器，該指示器置于前述刀柄主體表面上或刀柄主體內(nèi)并由微處理器控制，微處理器基于手術(shù)刀的不同工作模式和/或前述電源的工作狀態(tài)而激活所述指示器以提供視覺指示。
[0013]本發(fā)明的另一方面還提出一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)，包括伸縮式手術(shù)刀、刀柄控制系統(tǒng)以及手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)，刀柄控制系統(tǒng)與手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)之間通過各自的無線信號收發(fā)器建立信號傳輸鏈接，其中: [0014]刀柄控制系統(tǒng)包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器和第一無線信號收發(fā)器，前述微控制器用于控制手術(shù)刀的工作模式并發(fā)出控制信號，前述電磁傳動裝置用于根據(jù)前述控制信號驅(qū)動手術(shù)刀伸縮，前述探測器用于檢測手術(shù)刀的空間位置；
[0015]手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)具有一手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置，該裝置包括環(huán)境動態(tài)平衡傳感器、平衡分析模塊、模式分析模塊、手術(shù)刀伸縮控制指令模塊和第二無線信號收發(fā)器，前述平衡分析模炔基于環(huán)境動態(tài)平衡傳感器檢測的手術(shù)環(huán)境判斷穩(wěn)定狀態(tài)，存在異常狀態(tài)時通過第二無線信號收發(fā)器向刀柄控制系統(tǒng)發(fā)送安全控制指令信號，前述模式分析模炔基于前述探測器檢測的空間位置信號與預(yù)設(shè)手術(shù)方案軌跡的比較結(jié)果，控制通過前述第二無線信號收發(fā)器向刀柄控制系統(tǒng)發(fā)送手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號，前述安全控制指令信號和手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號在手術(shù)刀伸縮控制指令模塊中生成；
[0016]前述刀柄控制系統(tǒng)中的微控制器基于前述安全控制指令信號或手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號控制電磁傳動裝置驅(qū)動手術(shù)刀伸縮。
[0017]進(jìn)一步，前述手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號中包括手術(shù)刀的伸縮距離和伸縮速度信號。
[0018]進(jìn)一步，前述模式分析模塊以手術(shù)刀的空間位置作為預(yù)測控制量，采用PID型反饋控制進(jìn)行比較分析。
[0019]進(jìn)一步，前述手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置包括一個或多個指示器，配置為根據(jù)前述安全控制指令信號或手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號激活以提供視覺指示。
[0020]進(jìn)一步，前述手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置還包括一告警處理模塊，根據(jù)前述平衡分析模塊或模式分析模塊的輸出信號激活前述指示器和/或一蜂鳴器以提供告警。
[0021]本發(fā)明的另一方面還提出一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法，該系統(tǒng)包括伸縮式手術(shù)刀、刀柄控制系統(tǒng)以及手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)，該方法包括以下步驟:
[0022]I)檢測外科手術(shù)環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)，判斷手術(shù)環(huán)境是否存在平衡異常；
[0023]2)檢測手術(shù)刀的空間位置，并將空間位置信號發(fā)送至手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)；
[0024]3)手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)將空間位置信號與預(yù)設(shè)的手術(shù)方案軌跡的比較，進(jìn)行反饋控制輸出手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號并發(fā)送至刀柄控制系統(tǒng)；
[0025]4)刀柄控制系統(tǒng)根據(jù)前述指令信號控制手術(shù)刀伸縮。[0026]進(jìn)一步，前述方法中，如果判斷手術(shù)環(huán)境存在平衡異常，則發(fā)送安全控制指令信號至刀柄控制系統(tǒng)，刀柄控制系統(tǒng)根據(jù)該指令信號控制手術(shù)刀自動縮回手術(shù)刀刀柄內(nèi)鎖定。
[0027]進(jìn)一步，前述方法中，手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)內(nèi)以手術(shù)刀的空間位置作為預(yù)測控制量，采用PID型反饋控制進(jìn)行比較分析。
[0028]進(jìn)一步，前述方法中，還設(shè)置有一個或多個指示器，配置為根據(jù)手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)的輸出以激活從而提供視覺指示。
[0029]進(jìn)一步，前述方法中，前述指示器為LED。
[0030]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果在于通過系統(tǒng)的反饋和控制，綜合分析處理，發(fā)出對應(yīng)指令控制手術(shù)刀的伸縮，建立起一個有效的伸縮式外科手術(shù)刀安全操作可控工作模式，通過外科手術(shù)刀空間軌跡的全方位物聯(lián)預(yù)測控制，可以有效防止誤操作；而且能夠通過動態(tài)平衡傳感器感知外科臨床環(huán)境信息，從而對手術(shù)刀進(jìn)行更為全面的監(jiān)控，特別是在醫(yī)療實(shí)施環(huán)境難以預(yù)測狀態(tài)時，例如機(jī)動應(yīng)急和環(huán)境不穩(wěn)定狀態(tài)下:將易于提供復(fù)雜臨床手術(shù)環(huán)境需要相對穩(wěn)定和軌跡安全控制的手術(shù)刀操作保護(hù)。因此大大提升了外科臨床手術(shù)的安全能力，并且具有比較穩(wěn)定、效率更高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為收縮式手術(shù)刀刀柄裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)的優(yōu)選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖3為圖2實(shí)施例中手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖4為圖2實(shí)施例中無線信號傳輸示意圖。
[0035]圖5為圖1實(shí)施例中手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理示意圖。
[0036]圖6為圖2實(shí)施例中反饋控制的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。
[0038]如圖1所示，伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置包括刀柄主體2和位于主體內(nèi)的刀柄控制系統(tǒng)，刀柄主體2與外科手術(shù)用的伸縮式手術(shù)刀連接I，該刀柄控制系統(tǒng)包括微控制器3、電磁傳動裝置4、探測器5、第一無線信號收發(fā)器6和電源7，電源7提供前述微控制器3、電磁傳動裝置4、探測器5和第一無線信號收發(fā)器6的工作電壓，其中:微控制器3用于控制手術(shù)刀的工作模式并發(fā)出控制信號，電磁傳動裝置4用于根據(jù)微控制器發(fā)處的控制信號驅(qū)動手術(shù)刀I伸縮，手術(shù)刀空間運(yùn)動軌跡探測器5用于檢測手術(shù)刀的空間位置，從而可以得到手術(shù)刀的軌跡，第一無線信號收發(fā)器6用于與外部的通訊和交互。
[0039]參考圖1，手柄裝置還包括一模式控制開關(guān)8，連接至微處理器3，用于從外部可接近地操作以設(shè)定手術(shù)刀的工作模式。
[0040]電磁傳動裝置4基于手術(shù)刀的不同工作模式，由前述微處理器3控制并驅(qū)動手術(shù)刀伸縮的距離和速度、并能在安全模式下將手術(shù)刀自動縮回手柄內(nèi)鎖定。
[0041]探測器5自動或可控制地檢測手術(shù)刀的空間位置，并通過前述第一無線信號收發(fā)器6發(fā)送檢測信號。第一無線信號收發(fā)器6自動或可控制地接收外部主控設(shè)備發(fā)送的對手術(shù)刀的控制命令信號，微處理器3根據(jù)該控制命令信號控制電磁傳動裝置實(shí)現(xiàn)對手術(shù)刀的伸縮控制。[0042]優(yōu)選地，電源7為可充電式電池，例如鋰基質(zhì)可充電電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等，容納在一電池盒內(nèi)。較佳地，該電池盒全部或至少部分地容納在刀柄主體2內(nèi)。
[0043]參考如I所示，手柄裝置還包括一個或多個指示器9，該指示器9置于刀柄主體2的表面上或位于刀柄主體內(nèi)并由微處理器3控制,微處理器3基于手術(shù)刀的不同工作模式和/或前述電源7的工作狀態(tài)而激活所述指示器以提供視覺指示。本實(shí)施例中，指示器9包括多個LED指示燈，分別用于提供多個工作模式以及電源7的狀態(tài)信息，便于醫(yī)生觀察。
[0044]參考圖2所示，前述手柄裝置中的手柄控制系統(tǒng)通過物聯(lián)無線網(wǎng)絡(luò)與一手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)連接，形成手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)，結(jié)合圖1和圖2-4所示，手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)包括伸縮式手術(shù)刀1、刀柄控制系統(tǒng)2以及手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)10，刀柄控制系統(tǒng)與手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)10之間通過各自的無線信號收發(fā)器建立信號傳輸鏈接，實(shí)現(xiàn)信號交互。較佳地，本實(shí)施例中，前述物聯(lián)無線網(wǎng)絡(luò)為近距離無線通訊鏈路，前述第一和第二無線信號收發(fā)器為近距離無線通訊裝置。
[0045]如圖3所示，手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)10具有一手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置，該手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置包括環(huán)境動態(tài)平衡傳感器11、平衡分析模塊12、模式分析模塊13、指令生成器14、信號轉(zhuǎn)換器15、告警處理模塊16、第二無線信號收發(fā)器17、模式選擇模塊18以及電源19，當(dāng)然手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)10還可以設(shè)置有一個或多個指示器20。其中，指令生成器14構(gòu)成手術(shù)刀伸縮控制指令模塊。
[0046]環(huán)境動態(tài)平衡傳感器11，例如三維平衡狀態(tài)檢測傳感器，用于感知環(huán)境三維平衡姿態(tài)以檢測外科臨床手術(shù)環(huán)境的穩(wěn)定性；平衡分析模塊12用于基于環(huán)境動態(tài)平衡傳感器11檢測的手術(shù)環(huán)境判斷穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)存在異常狀態(tài)時通過第二無線信號收發(fā)器17向刀柄控制系統(tǒng)發(fā)送安全控制指令信號，刀柄控制系統(tǒng)通過第一無線信號收發(fā)器6接收該安全控制指令信號，微處理器3根據(jù)該信號控制手術(shù)刀進(jìn)入安全模式工作并控制電磁傳動裝置4驅(qū)動手術(shù)刀自動縮回手柄內(nèi)鎖定。
[0047]三維平衡狀態(tài)檢測傳感器如LSM320HAY30在一個緊湊的封裝內(nèi)集成了一個三軸數(shù)字加速度計與一個兩軸模擬陀螺儀。該產(chǎn)品的加速度計具有±2、±4和±8g的可選全量程加速范圍，而陀螺儀沿俯仰(Pitch)和偏航(yaw)軸的角檢出率范圍為30到600° /
S。每個軸都有兩個用戶可選且同時的輸出:一個是用于慢動作的高精度未經(jīng)放大的輸出，另一個是用于非?？斓氖謩輨幼鳌⒎糯?倍后的輸出。該模塊工作于2.7-3.6V，包括自檢功倉泛。
[0048]又如LYPR540AH三軸MEMS陀螺儀。能準(zhǔn)確測量沿三個正交軸的角速率，可為手術(shù)刀空間運(yùn)動軌跡檢測提供360°角速率的高精度姿勢和運(yùn)動識別。該陀螺儀有兩個同時工作、用于三個軸的獨(dú)立輸出，一個用于慢動作、高精度的400° /s全量程。
[0049]模式分析模塊13基于前述探測器5檢測到的手術(shù)刀的空間位置信號與預(yù)設(shè)手術(shù)方案軌跡的比較結(jié)果，控制通過前述第二無線信號收發(fā)器17向刀柄控制系統(tǒng)發(fā)送手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號。刀柄控制系統(tǒng)通過第一無線信號收發(fā)器6接收該手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號，微處理器3根據(jù)該信號控制手術(shù)刀進(jìn)入對應(yīng)的工作模式工作并控制電磁傳動裝置4驅(qū)動手術(shù)刀伸縮。手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號中包括手術(shù)刀的伸縮距離和伸縮速度信號[0050]前述安全控制指令信號和手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號在手術(shù)刀伸縮控制指令模塊15中生成。
[0051]優(yōu)選地，本實(shí)施例中，模式分析模塊13以手術(shù)刀的空間位置作為預(yù)測控制量，采用PID型反饋控制進(jìn)行比較分析，其控制模型如圖6所示。
[0052]如圖4所示，本實(shí)施例中，刀柄控制系統(tǒng)內(nèi)的天線，也即第一無線信號收發(fā)器是內(nèi)置天線，手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)內(nèi)的天線，也即第二無線信號收發(fā)器為外置天線，結(jié)合圖4所述，手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)與刀柄控制系統(tǒng)之間的測控信號傳輸可以是單點(diǎn)對單點(diǎn)的雙向傳送，也可以是單點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向傳送，使一個主控系統(tǒng)可從多個手術(shù)刀的手柄控制系統(tǒng)接收手術(shù)刀運(yùn)動姿態(tài)信號并無線傳輸控制信號從而實(shí)現(xiàn)對多個手術(shù)刀空間運(yùn)動軌跡的的全面監(jiān)測與手術(shù)刀工作模式的遠(yuǎn)程控制，且提高外科手術(shù)實(shí)時監(jiān)控的效率。
[0053]優(yōu)選地，手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置的一個或多個指示器可以是LED燈，配置為根據(jù)前述安全控制指令信號或手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號激活以提供視覺指示。例如，采用閃爍或不同顏色的LED指示，從而提供不同的視覺指示反饋。
[0054]前述告警處理模塊可根據(jù)前述平衡分析模塊12或模式分析模塊13的輸出信號激活前述指示器20和/或一蜂鳴器以提供告警。優(yōu)選地，當(dāng)手術(shù)環(huán)境穩(wěn)定性異常、手術(shù)刀空間位置異常、手術(shù)刀動態(tài)軌跡異常等信號發(fā)生時，前述指示器20發(fā)出連續(xù)紅色閃爍信號以告警提示。當(dāng)然，在另外的實(shí)施例，還可以單獨(dú)通過一蜂鳴器以告警提示，或者以與指示器結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)告警。
[0055]參考圖5，結(jié)合圖1-圖4所示，手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法，包括以下步驟:
[0056]I)檢測外科手術(shù)環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)，判斷手術(shù)環(huán)境是否存在平衡異常；
[0057]2)檢測手術(shù)刀的空間位置，并將空間位置信號發(fā)送至手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)；
[0058]3)手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)將空間位置信號與預(yù)設(shè)的手術(shù)方案軌跡的比較，進(jìn)行反饋控制輸出手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號并發(fā)送至刀柄控制系統(tǒng)；
[0059]4)刀柄控制系統(tǒng)根據(jù)前述指令信號控制手術(shù)刀伸縮。
[0060] 進(jìn)一步，如果判斷手術(shù)環(huán)境存在平衡異常，則發(fā)送安全控制指令信號至刀柄控制系統(tǒng)，刀柄控制系統(tǒng)根據(jù)該指令信號控制手術(shù)刀自動縮回手柄內(nèi)鎖定。
[0061]前述方法中，手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)內(nèi)以手術(shù)刀的空間位置作為預(yù)測控制量，采用PID型反饋控制進(jìn)行比較分析。
[0062]前述方法中，還通過設(shè)置有一個或多個指示器，配置為根據(jù)手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)的輸出以激活從而提供視覺指示。較佳地，前述指示器為LED。
[0063]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果在于通過系統(tǒng)的反饋和控制，綜合分析處理，發(fā)出對應(yīng)指令控制手術(shù)刀的伸縮，建立起一個有效的伸縮式外科手術(shù)刀安全操作可控工作模式，通過外科手術(shù)刀空間軌跡的全方位物聯(lián)預(yù)測控制，可以有效防止誤操作；而且能夠通過動態(tài)平衡傳感器感知外科臨床環(huán)境信息，從而對手術(shù)刀進(jìn)行更為全面的監(jiān)控，特別是在醫(yī)療實(shí)施環(huán)境難以預(yù)測狀態(tài)時，例如機(jī)動應(yīng)急和環(huán)境不穩(wěn)定狀態(tài)下:將易于提供復(fù)雜臨床手術(shù)環(huán)境需要相對穩(wěn)定和軌跡安全控制的手術(shù)刀操作保護(hù)。因此大大提升了外科臨床手術(shù)的安全能力，并且具有比較穩(wěn)定、效率更高的優(yōu)點(diǎn)。
[0064]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置，其特征在于，包括刀柄主體和位于主體內(nèi)的刀柄控制系統(tǒng)，該刀柄控制系統(tǒng)包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器、無線信號收發(fā)器和電源，電源提供前述微控制器、電磁傳動裝置、探測器和無線信號收發(fā)器的工作電壓，其中:前述微控制器用于控制手術(shù)刀的工作模式并發(fā)出控制信號，前述電磁傳動裝置用于根據(jù)前述控制信號驅(qū)動手術(shù)刀伸縮，前述探測器用于檢測手術(shù)刀的空間位置，前述無線信號收發(fā)器用于與外部的通訊和交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置，其特征在于，前述手柄裝置還包括一模式控制開關(guān)連接至前述微處理器，用于從外部可接近地操作以設(shè)定手術(shù)刀的工作模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置，其特征在于，前述探測器自動或可控制地檢測手術(shù)刀的空間位置，并通過前述無線信號收發(fā)器發(fā)送檢測信號；前述無線信號收發(fā)器自動或可控制地接收外部主控設(shè)備發(fā)送的對手術(shù)刀的控制命令信號，前述微處理器根據(jù)該控制命令信號控制電磁傳動裝置實(shí)現(xiàn)對手術(shù)刀的伸縮控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伸縮式手術(shù)刀的手柄裝置，其特征在于，前述手柄裝置還包括一個或多個指示器，該指示器置于前述刀柄主體表面上或刀柄主體內(nèi)并由微處理器控制，微處理器基于手術(shù)刀的不同工作模式和/或前述電源的工作狀態(tài)而激活該指示器以提供視覺指示。
5.一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)，其特征在于，包括伸縮式手術(shù)刀、刀柄控制系統(tǒng)以及手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)，刀柄控制系統(tǒng)與手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)之間通過各自的無線信號收發(fā)器建立信號傳輸鏈接，其中: 刀柄控制系統(tǒng)包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器和第一無線信號收發(fā)器，前述微控制器用于控制手術(shù)刀的工作模式并發(fā)出控制信號，前述電磁傳動裝置用于根據(jù)前述控制信號驅(qū)動手術(shù)刀伸縮，前述探測器用于檢測手術(shù)刀的空間位置； 手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)具有一手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置，該裝置包括環(huán)境動態(tài)平衡傳感器、平衡分析模塊、模式分析模塊、手術(shù)刀伸縮控制指令模塊和第二無線信號收發(fā)器，前述平衡分析模炔基于環(huán)境動態(tài)平衡傳感器檢測的手術(shù)環(huán)境判斷其穩(wěn)定狀態(tài)，存在異常狀態(tài)時通過第二無線信號收發(fā)器向刀柄控制系統(tǒng)發(fā)送安全控制指令信號，前述模式分析模炔基于前述探測器檢測的空間位置信號與預(yù)設(shè)手術(shù)方案軌跡的比較結(jié)果，控制通過前述第二無線信號收發(fā)器向刀柄控制系統(tǒng)發(fā)送手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號，前述安全控制指令信號和手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號在手術(shù)刀伸縮控制指令模塊中生成； 前述刀柄控制系統(tǒng)中的微控制器基于前述安全控制指令信號或手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號控制電磁傳動裝置驅(qū)動手術(shù)刀伸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)，其特征在于，前述手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號中包括手術(shù)刀的伸縮距離和伸縮速度信號；前述刀柄控制系統(tǒng)中的微控制器基于前述安全控制指令信號控制手術(shù)刀自動縮回手術(shù)刀刀柄內(nèi)鎖定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)，其特征在于，前述模式分析模塊以手術(shù)刀的空間位置作為預(yù)測控制量，采用PID型反饋控制進(jìn)行比較分析。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制系統(tǒng)，其特征在于，前述手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置包括一個或多個指示器，配置為根據(jù)前述安全控制指令信號或手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號激活以提供視覺指示；前述手術(shù)刀空間物聯(lián)控制裝置還包括一告警處理模塊，根據(jù)前述平衡分析模塊或模式分析模塊的輸出信號激活前述指示器和/或一蜂鳴器以提供告警。
9.一種手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)檢測外科手術(shù)環(huán)境的穩(wěn)定狀態(tài)，判斷手術(shù)環(huán)境是否存在平衡異常； 2)檢測手術(shù)刀的空間位置，并將空間位置信號發(fā)送至手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)； 3)手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)將空間位置信號與預(yù)設(shè)的手術(shù)方案軌跡的比較，進(jìn)行反饋控制輸出手術(shù)刀工作模式驅(qū)動控制指令信號并發(fā)送至刀柄控制系統(tǒng)； 4)刀柄控制系統(tǒng)根據(jù)前述指令信號控制手術(shù)刀伸縮； 前述方法中，如果判斷手術(shù)環(huán)境存在平衡異常，則發(fā)送安全控制指令信號至刀柄控制系統(tǒng)，刀柄控制系統(tǒng)根據(jù)該指令信號控制手術(shù)刀自動縮回手柄內(nèi)鎖定； 前述方法中，手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)內(nèi)以手術(shù)刀的空間位置作為預(yù)測控制量，采用PID型反饋控制進(jìn)行比較分析。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手術(shù)刀空間軌跡的物聯(lián)預(yù)測控制方法，其特征在于，前述方法中，還設(shè)置有一個或多個指 示器，配置為根據(jù)手術(shù)刀空間主控系統(tǒng)的輸出以激活從而提供視覺指示。
【文檔編號】A61B19/00GK103536362SQ201310395311
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】史建剛, 沈逸林 申請人:史建剛, 沈逸林, 王元