一種血管介入手術器械運動控制系統的製作方法

2023-11-04 18:02:17

一種血管介入手術器械運動控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種血管介入手術器械運動控制系統，包括導絲位移信息採集控制裝置和導絲受力模擬裝置；導絲位移信息採集裝置包括雷射位移傳感器和安裝在其上的鏡頭，雷射位移傳感器、鏡頭和與其連接的支架一同安裝在鋼管通道上，鋼管通道安裝在基座上，鋼管通道在採集電路板下方穿過，導絲位移信息控制裝置包括單片機電路板、外殼和設置在外殼上的開關；導絲受力模擬裝置包括基座和安裝在基座上的鋼管通道、導絲，導絲一側與滑塊二相鄰，所述滑塊二通過螺母與連杆、導軌一端相連，連杆另一端通過螺母與滑塊一相連，滑塊一套在轉軸上，轉軸安裝在步進電機上。其通用性好、能真實醫學培訓目的，有效解決了現有技術的不足。
【專利說明】一種血管介入手術器械運動控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於一種醫院內科醫療用品，具體涉及一種血管介入手術器械運動控制系統。
【背景技術】
[0002]血管類疾病已經成為嚴重威脅人類生命的疾病之一。目前放射介入療法對治療此類疾病效果明顯，針對傳統介入手術醫生的培訓無法經常在臨床環境下進行的問題，國內已經出現介入手術模擬教學系統用於手術培訓。醫學教育是非常重視實踐操作的，沒有臨床實踐就不能培養出合格的醫生。現代醫學人才培養的瓶頸之一就是學生被迫遠離了臨床真實環境下的操作練習，特別是血管內介入治療這種要求高精確度的手術技術。常見的血管介入手術器械有各種型號的導絲、導管、造影器、氣囊、支架等，由於導絲在引導導管進入血管和放置支架、球囊等手術器械中起著非常重要的作用，但是目前沒有一套成熟完整的血管介入手術器械操作平臺，嚴重阻礙了針對血管類疾病教學實踐的發展。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種血管介入手術器械運動控制系統。本實用新型的血管介入手術器械運動控制系統能夠將介入手術器械導絲的位移信號發送給上位機，準確描述上位機軟體系統中虛擬導絲的位移，實現同步運動。同時導絲受力反饋裝置的設計能夠模擬導絲在血管中運動時遇到的阻力，提供良好的手感，達到真實醫學培訓目的，為介入手術醫生的培訓提供了很大的幫助。其通用性好、實用性強、成本較低、能以較簡單的模擬操作達到真實醫學培訓目的，有效解決了現有技術的不足。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是:一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:包括導絲通道裝置、導絲位移信息採集裝置、單片機控制系統裝置和導絲受力模擬裝置；所述導絲通道裝置由雷射位移傳感器、鏡頭、基座、彈簧擋片固定裝置、導絲、鋼管通道組成，所述鏡頭安裝在雷射位移傳感器上，所述雷射位移傳感器、鏡頭和與其連接的支架一同安裝在鋼管通道上，所述導絲貫穿於鋼管通道中，所述鋼管通道安裝在基座上，所述鋼管通道下方設置有彈簧擋片固定裝置；所述導絲位移信息採集裝置包括焊接在採集電路板上的雷射位移傳感器、位移採集板接口、傳感器電源，所述鋼管通道在採集電路板下方穿過；所述單片機控制系統裝置包括電路板、外殼和設置在外殼上的開關，所述電路板上焊接有位移採集板接口、單片機、串口轉換模塊、RS232串口、步進電機控制接口、電源模塊和探針；所述導絲受力模擬裝置包括基座和安裝在基座上的鋼管通道、導絲，所述導絲一側與滑塊二相鄰，所述滑塊二通過螺母與連杆、導軌一端相連，所述連杆另一端通過螺母與滑塊一相連，所述滑塊一套在轉軸上，所述轉軸安裝在步進電機上。
[0005]上述的一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:所述雷射位移傳感器採用 ADNS-7530。[0006]上述的一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:所述串口轉換模塊採用MAX232。
[0007]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0008]本實用新型的血管介入手術器械運動控制系統能夠將介入手術器械導絲的位移信號發送給上位機，準確描述上位機軟體系統中虛擬導絲的位移，實現同步運動。同時導絲受力反饋裝置的設計能夠模擬導絲在血管中運動時遇到的阻力，提供良好的手感，達到真實醫學培訓目的，為介入手術醫生的培訓提供了很大的幫助。該系統具有一定程度的通用性，以後在對血管介入手術模擬教學系統進行研究時，可以在本系統的基礎上進行進一步的開發，增加和擴展功能，降低研發成本，縮短開發周期，有效解決了現有技術的不足。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的雷射位移傳感器工作原理圖；
[0010]圖2為本實用新型的導絲通道裝置示意圖；
[0011]圖3為本實用新型的導絲位移信息採集裝置示意圖；
[0012]圖4為本實用新型的單片機控制系統裝置示意圖；
[0013]圖5為本實用新型的導絲受力模擬裝置示意圖。
[0014]附圖標記說明:
[0015]1-雷射位移傳感器；2_鏡頭；3_雷射發射器；4_採集表面；5_基座；
[0016]6-彈簧擋片固定裝置；7-導絲；8_鋼管通道；9_位移採集板接口 ；
[0017]10-傳感器電源；11-採集電路板；12-單片機；13_電路板；
[0018]14-串口轉換模塊；15_RS232串口 ； 16-步進電機控制接口 ；
[0019]17-電源模塊；18_探針；19_開關；20_外殼；21_滑塊二 ；
[0020]22-滑塊一 ；23_連杆；24_導軌；25_轉軸；26_步進電機。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:包括導絲通道裝置、導絲位移信息採集裝置、單片機控制系統裝置和導絲受力模擬裝置；所述導絲通道裝置由雷射位移傳感器1、鏡頭2、基座5、彈簧擋片固定裝置6、導絲7、鋼管通道8組成，所述鏡頭2安裝在雷射位移傳感器I上，所述雷射位移傳感器1、鏡頭2和與其連接的支架一同安裝在鋼管通道8上，所述導絲7貫穿於鋼管通道8中，所述鋼管通道8安裝在基座5上，所述鋼管通道8下方設置有彈簧擋片固定裝置6 ;所述導絲位移信息採集裝置包括焊接在採集電路板11上的雷射位移傳感器1、位移採集板接口 9、傳感器電源10，所述鋼管通道8在採集電路板11下方穿過；所述單片機控制系統裝置包括電路板13、外殼20和設置在外殼20上的開關19，所述電路板13上焊接有位移採集板接口 9、單片機12、串口轉換模塊14、RS232串口 15、步進電機控制接口 16、電源模塊17和探針18 ;所述導絲受力模擬裝置包括基座5和安裝在基座5上的鋼管通道8、導絲7，所述導絲7 —側與滑塊二 21相鄰，所述滑塊二 21通過螺母與連杆23、導軌24 —端相連，所述連杆23另一端通過螺母與滑塊一 22相連，所述滑塊一 22套在轉軸25上，所述轉軸25安裝在步進電機26上。[0022]本實施例中，所述雷射位移傳感器I採用ADNS-7530。
[0023]本實施例中，所述串口轉換模塊14採用MAX232。
[0024]如圖1所示為ADNS-7530工作示意圖。當有物體在鏡頭採集距離內移動時，雷射發射器3向物體表面4發射雷射，經反射後由雷射位移傳感器I通過鏡頭2接收，通過光學原理獲取連續物體表面圖像，然後根據前後兩張圖像變化信息，自動計算出物體表面移動的方向和增量並存儲在內部寄存器裡。
[0025]如圖4所示，位移信息採集裝置中，採集電路主要是雷射位移傳感器I與單片機12之間的通信電路，包括單片機12對雷射位移傳感器I內的寄存器進行初始化操作，以及讀取雷射位移傳感器I採集到的導絲7實時的位移信息；再就是單片機12與上位機軟體系統的串口通信電路，單片機12將位移信息處理打包後通過串口發送給上位機。雷射位移傳感器I採集位移信息時，將位移信息以二進位形式存儲在了內部寄存器Delta_X_L、Delta_Y_L、Delta_XY_H中，單片機12通過SPI方式讀取上述寄存器中的位移數據。雷射位移傳感器I要正常工作，準確採集導絲7的位移信息，必須先對其內部的寄存器按照一定的順序進行配置。
[0026]本實施例的導絲受力模擬裝置如圖5所示。導絲7在血管中移動與血管壁發生碰撞時，前進會受到阻力，因此，想要更加逼真地模擬血管內介入治療的過程就要增加力反饋，本實施例自主設計了一個導絲受力模擬裝置。該裝置的作用是將上位機虛擬手術軟體系統中，導絲模型與血管模型發生碰撞後對導絲模型所產生的阻力施加於真實的導絲，模擬真實的手術環境。使訓練者感受到反饋力後，及時調整操作動作，從而達到訓練的目的。由於導絲在血管中運動只存在單一方向的移動和轉動，具有兩個自由度。用一個二維的受力反饋裝置即可滿足要求。為了安裝和使用方便，將位移信息採集裝置和受力模擬裝置一起封裝在一個大的塑料盒中，只將金屬管通道和一些接口留出，與單片機控制系統裝置連接和通信。
[0027]在本裝置的設計中傳動裝置包括轉軸25、連杆23、滑塊一 22和滑塊二 21以及導軌24。滑塊一 22套在轉軸25上，連杆23通過兩個螺母將滑塊一 22和滑塊二 21連接起來，滑塊一 22的運動通過連杆23帶動嵌在導軌24上的滑塊二 21左右運動。力反饋裝置執行過程是這樣的，通過步進電機26轉動，帶動轉軸25轉動，從而使轉軸25上的滑塊一 22向外和向內運動。步進電機26正轉，滑塊一 22向內運動，帶動連杆24使其推動滑塊二 21在導軌24上向右運動，鑲嵌在滑塊二 21上的彈性塑料板向右擠壓穿過凹槽結構的導絲7，導絲7受到壓力後運動會受到影響，表現在用手推導絲7時有一種阻力感，不同的壓力阻力感不同，從而使操作者改變對導絲的操作。步進電機26反轉則過程相反。
[0028]上位機虛擬手術軟體系統主要包括根據真實數據進行血管分割、血管建模、導管和導絲建模、支架和氣囊建模、碰撞檢測等。
[0029]訓練者在操作金屬管通道裡真實的導絲運動時，上位機軟體系統中的虛擬導絲能夠在虛擬血管裡同步運動，發生碰撞後能將碰撞信號發送給單片機處理，給導絲施加對應的壓力，從而模擬真實的導絲在血管中運動所受到的阻力。
[0030]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:包括導絲通道裝置、導絲位移信息採集裝置、單片機控制系統裝置和導絲受力模擬裝置；所述導絲通道裝置由雷射位移傳感器(1)、鏡頭(2)、基座(5)、彈簧擋片固定裝置(6)、導絲(7)、鋼管通道(8)組成，所述鏡頭(2)安裝在雷射位移傳感器(1)上，所述雷射位移傳感器(I)、鏡頭(2)和與其連接的支架一同安裝在鋼管通道(8)上，所述導絲(7)貫穿於鋼管通道(8)中，所述鋼管通道(8)安裝在基座(5)上，所述鋼管通道(8)下方設置有彈簧擋片固定裝置(6);所述導絲位移信息採集裝置包括焊接在採集電路板(11)上的雷射位移傳感器(I)、位移採集板接口(9)、傳感器電源(10)，所述鋼管通道(8)在採集電路板(11)下方穿過；所述單片機控制系統裝置包括電路板(13)、外殼(20)和設置在外殼(20)上的開關(19)，所述電路板(13)上焊接有位移採集板接口(9)、單片機(12)、串口轉換模塊(14)、RS232串口(15)、步進電機控制接口(16)、電源模塊(17)和探針(18);所述導絲受力模擬裝置包括基座(5)和安裝在基座(5)上的鋼管通道(8)、導絲(7)，所述導絲(7) —側與滑塊二(21)相鄰，所述滑塊二(21)通過螺母與連杆(23)、導軌(24) —端相連，所述連杆(23)另一端通過螺母與滑塊一(22)相連，所述滑塊一(22)套在轉軸(25)上，所述轉軸(25)安裝在步進電機(26)上。
2.根據權利要求書I所述的一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:所述雷射位移傳感器(1)採用ADNS-7530。
3.根據權利要求書I所述的一種血管介入手術器械運動控制系統，其特徵是:所述串口轉換模塊(14)採用MAX232。
【文檔編號】G09B23/28GK203825921SQ201420246309
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】張宗船 申請人:張宗船