智能化的手术器械力学分析系统

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，特别涉及智能化的手术器械力学分析系统。

背景技术

手术器械在使用过程中通常需要操作者对其施加作用力，才能使手术器械处于张开或者闭合等不同状态，从而实现对手术器械的正常使用。但是，在实际操作中，由于操作者的施加过大的作用力等原因，很容易导致手术器械受到的作用力超出其受力极限而产生不可逆变的形变或者损坏。为了保证对手术器械的正常使用操作，需要对手术器械进行受力检测与分析。目前，对于手术器械的受力检测分析都是通过手工捏合手术器械，同时对手术器械进行受力大小检测，再对检测到的受力大小数据分析确定手术器械的受力变形状态，但是上述方式无法将手术器械的实时受力状态与手术器械的实时形状变化/尺寸变化状态进行关联对应，从而无法有效地确定手术器械的受力工作信息，这不利于对手术器械的使用进行可靠和准确的指导。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供智能化的手术器械力学分析系统，其包括基座部分、力施加部分、受力检测部分、成像部分和数据处理器；其中，该基座部分用于承载所述力施加部分、受力检测部分和所述成像部分；该力施加部分用于固定该手术器械，以及对该手术器械的不同区域施加作用力；该受力检测部分用于检测该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械对应区域的受力状态数据；该成像部分用于对该手术器械进行拍摄，从而获得该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据；该数据处理单元用于对该受力状态数据和该形状和/或尺寸变化影像数据进行分析处理，从而确定该手术器械处于不同受力状态与该手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息；可见，该智能化的手术器械力学分析系统通过设置力施加部分对手术器械的不同区域施加不同大小和/或方向的作用力，同时还通过对该手术器械在该作用力的作用下同步检测其对应区域的受力状态数据和拍摄器对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据，以此确定该手术器械处于不同受力状态与该手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息，这样能够将手术器械的实时受力情况与实时形状/尺寸变化情况进行关联分析，从而有效地确定手术器械在不同受力状态下的工作状态和便于精确地确定手术器械的受力极限信息。

本发明提供智能化的手术器械力学分析系统，其包括基座部分、力施加部分、受力检测部分、成像部分和数据处理器；其中，

所述基座部分用于承载所述力施加部分、受力检测部分和所述成像部分；

所述力施加部分用于固定所述手术器械，以及对所述手术器械的不同区域施加作用力；

所述受力检测部分用于检测所述手术器械在所述作用力的作用下，所述手术器械对应区域的受力状态数据；

所述成像部分用于对所述手术器械进行拍摄，从而获得所述手术器械在所述作用力的作用下，所述手术器械对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据；

所述数据处理单元用于对所述受力状态数据和所述形状和/或尺寸变化影像数据进行分析处理，从而确定所述手术器械处于不同受力状态与所述手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息；

进一步，所述基座部分包括支撑桌；其中，

所述支撑桌包括桌面板和若干抗震机构；

所述桌面板的上表面设置有所述力施加部分、受力检测部分和所述成像部分；

所述桌面板的下表面均匀设置有若干所述抗震机构；

进一步，所述力施加部分包括支撑座、第一支架、机械手、夹持件和位置调整器；其中，

所述第一支架固定设置在所述支撑座上；

所述机械手活动设置在所述第一支架上；

所述位置调整器设置在所述支撑座上，所述位置调整器与所述夹持件连接，所述位置调整器用于调整所述夹持件在所述支撑座上所处的位置；

所述夹持件用于夹持固定所述手术器械；

所述机械手用于对所述手术器械的不同区域施加作用力；

进一步，所述支撑座包括支撑柱体和承载框架；其中，

所述支撑柱体固定设置在所述基座部分上，所述承载框架设置在所述支撑柱体上；

所述第一支架固定设置在所述承载框架的上表面；

所述位置调整器嵌设在所述承载框架的内部；

进一步，所述第一支架包括相互连接的第一支座和第一支杆；其中，

所述第一支座固定设置在所述承载框架的上表面；

所述第一支杆垂直设置在所述第一支座上；

所述第一支杆的上端区域还设置有安装通孔，所述机械手的一端通过活动嵌设构件设置在所述安装通孔内，从而使所述机械手与所述第一支杆活动连接；

所述活动嵌设构件能够沿着所述安装通孔的长度方向运动，从而带动所述机械手整体沿着所述安装通孔的长度方向运动；

进一步，所述机械手包括机械臂部和机械爪部；其中，

所述机械臂部的一端通过所述活动嵌设构件设置在所述安装通孔内，所述机械臂部的另一端与所述机械爪部活动连接；

所述机械臂部能够以所述活动嵌设构件为支点，沿着所述安装通孔的长度方向运动，从而带动所述机械手整体沿着所述安装通孔的长度方向运动；

所述机械爪部用于抓取所述手术器械，从而对所述手术器械的不同区域施加作用力；

进一步，所述机械爪部能够相对于所述机械臂部进行六自由度的姿态调整，从而对所述手术器械的不同区域进行抓取；

所述机械手还包括作用力大小调整器和作用力方向调整器；其中，

所述作用力大小调整器和所述作用力方向调整器均与所述机械爪部连接；

所述作用力大小调整器用于调整所述机械爪部在抓取所述手术器械过程中对所述手术器械施加的作用力大小

所述作用力方向调整器用于调整所述机械爪部在抓取所述手术器械过程中对所述手术器械施加的作用力方向；

进一步，所述夹持件包括夹持座和夹持箍；其中，

所述夹持座设置在所述位置调整器上；

所述夹持箍设置在所述夹持座的顶端，所述夹持箍包括两个相对设置的夹持弹片，每一个所述夹持弹片呈弯曲形状，两个所述夹持弹片用于同时夹持所述手术器械，从而实现对所述手术器械的夹持固定；

进一步，所述位置调整器包括第一轨道、第二轨道、第一致动器和第二致动器；其中，

所述第一轨道的延伸方向与所述第二轨道的延伸方向相互垂直；

所述第一致动器和所述第二致动器均与所述夹持件连接，所述第一致动器用于驱动所述夹持件在所述第一轨道上运动，所述第二致动器用于驱动所述夹持件在所述第二轨道上运动，从而调整所述夹持件的位置；

进一步，所述成像部分包括镜头支架、拍摄镜头和拍摄控制器；其中，

所述镜头支架包括支柱和横杆；其中，

所述支柱垂直设置在所述基座部分上；

所述横杆的一端活动套设在所述支柱，所述横杆的另一端连接有所述拍摄镜头；

所述横杆能够沿着所述支柱的长度方向上下滑动，从而调整所述拍摄镜头与所述手术器械之间的相对距离；

所述拍摄镜头能够相对于所述横杆的另一端进行转动，从而调整所述拍摄镜头的拍摄方向；

所述拍摄控制器与所述拍摄镜头连接，所述拍摄控制器用于调整所述拍摄镜头的拍摄焦距、拍摄视场角、曝光量和拍摄频率中的至少一者。

相比于现有技术，该智能化的手术器械力学分析系统包括基座部分、力施加部分、受力检测部分、成像部分和数据处理器；其中，该基座部分用于承载所述力施加部分、受力检测部分和所述成像部分；该力施加部分用于固定该手术器械，以及对该手术器械的不同区域施加作用力；该受力检测部分用于检测该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械对应区域的受力状态数据；该成像部分用于对该手术器械进行拍摄，从而获得该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据；该数据处理单元用于对该受力状态数据和该形状和/或尺寸变化影像数据进行分析处理，从而确定该手术器械处于不同受力状态与该手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息；可见，该智能化的手术器械力学分析系统通过设置力施加部分对手术器械的不同区域施加不同大小和/或方向的作用力，同时还通过对该手术器械在该作用力的作用下同步检测其对应区域的受力状态数据和拍摄器对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据，以此确定该手术器械处于不同受力状态与该手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息，这样能够将手术器械的实时受力情况与实时形状/尺寸变化情况进行关联分析，从而有效地确定手术器械在不同受力状态下的工作状态和便于精确地确定手术器械的受力极限信息。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的智能化的手术器械力学分析系统的结构示意图。

附图标记：1、支撑桌；2、抗震机构；3、支撑座；4、第一支架；5、机械手；6、夹持件；7、位置调整器；8、支撑柱体；9、承载框架；10、第一支杆；11、安装通孔；12、活动嵌设构件；13、机械臂部；14、机械爪部；15、夹持座；16、夹持箍；17、支柱；18、横杆；19、拍摄镜头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，为本发明实施例提供的智能化的手术器械力学分析系统的结构示意图。该智能化的手术器械力学分析系统包括基座部分、力施加部分、受力检测部分、成像部分和数据处理器；其中，

该基座部分用于承载该力施加部分、受力检测部分和该成像部分；

该力施加部分用于固定该手术器械，以及对该手术器械的不同区域施加作用力；

该受力检测部分用于检测该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械对应区域的受力状态数据；

该成像部分用于对该手术器械进行拍摄，从而获得该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据；

该数据处理单元用于对该受力状态数据和该形状和/或尺寸变化影像数据进行分析处理，从而确定该手术器械处于不同受力状态与该手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息。

上述技术方案的有益效果为：该智能化的手术器械力学分析系统通过力施加部分对手术器械的不同区域施加不同大小或者方向的作用力，该手术器械在该作用力的作用下，该手术器械会产生相应打开、闭合或者延展等动作，此时同步检测该手术器械在不同区域的受力状态数据和拍摄该手术器械产生上述工作对应的形状和/或尺寸变化影像数据，再对上述两种数据进行处理，这样能够确定该手术器械在某一受力状态下其对应产生的形状/尺寸变化状态，即确定受力状态与形状/尺寸变化状态之间的一一对应关系，从而根据该一一对应关系可以准确地确定手术器械的可承受作用力的极限信息，以此确保在操作该手术器械时能够正确地对该手术器械施加合适的作用力。

优选地，该基座部分包括支撑桌1；其中，

该支撑桌1包括桌面板和若干抗震机构2；

该桌面板的上表面设置有该力施加部分、受力检测部分和该成像部分；

该桌面板的下表面均匀设置有若干该抗震机构2。

上述技术方案的有益效果为：通过该支撑桌的桌面板能够对该力施加部分、受力检测部分和该成像部分进行统一的支撑，从而提高该系统的机械集成化程度，而在该桌面板下表面设置若干抗震机构能够提高该系统的整体抗震性能，从而有效地避免外界震动影响该受力检测部分的检测准确性和该成像部分的成像稳定性；此外，在实际应用中，该受力检测部分可为设置在该手术器械不同区域表面的若干压力传感器，通过该压力传感器能够快速地和准确地检测到该手术器械不同区域的实际受力状态数据。

优选地，该力施加部分包括支撑座3、第一支架4、机械手5、夹持件6和位置调整器7；其中，

该第一支架4固定设置在该支撑座3上；

该机械手5活动设置在该第一支架4上；

该位置调整器7设置在该支撑座3上，该位置调整器7与该夹持件6连接，该位置调整器7用于调整该夹持件6在该支撑座3上所处的位置；

该夹持件6用于夹持固定该手术器械；

该机械手5用于对该手术器械的不同区域施加作用力。

上述技术方案的有益效果为：通过该机械手能够准确地模拟人手对手术器械施加作用力的情况，从而提高该力施加部分对手术检测器施加作用力的逼真性和可控性，而通过该位置调整器带动该夹持件进行二维方向的运动，能够使被还夹持件夹持的手术器械相应进行位置的变化，从而便于该机械手快速地对该手术器械的不同区域施加作用力。

优选地，该支撑座3包括支撑柱体8和承载框架9；其中，

该支撑柱体8固定设置在该基座部分上，该承载框架9设置在该支撑柱体8上；

该第一支架4固定设置在该承载框架9的上表面；

该位置调整器7嵌设在该承载框架9的内部。

上述技术方案的有益效果为：通过设置支撑柱体和承载框架能够提高该支撑座的支撑稳固性和对其他零部件的可容纳性，从而便于将位置调整器嵌设在该承载框架中，以此有效地减少该系统的整体体积。

优选地，该第一支架4包括相互连接的第一支座和第一支杆10；其中，

该第一支座固定设置在该承载框架9的上表面；

该第一支杆10垂直设置在该第一支座上；

该第一支杆10的上端区域还设置有安装通孔11，该机械手5的一端通过活动嵌设构件12设置在该安装通孔11内，从而使该机械手5与该第一支杆10活动连接；

该活动嵌设构件12能够沿着该安装通孔11的长度方向运动，从而带动该机械手5整体沿着该安装通孔11的长度方向运动。

上述技术方案的有益效果为：将该机械手的一端通过活动嵌设构件设置在该安装通孔内，能够便于该机械手沿着该安装通孔的长度方向进行运行，从而提高该机械手的活动维度和活动范围，以此提高该机械手对手术器械施加作用力的灵活性。

优选地，该机械手5包括机械臂部13和机械爪部14；其中，

该机械臂部13的一端通过该活动嵌设构件12设置在该安装通孔11内，该机械臂部13的另一端与该机械爪部14活动连接；

该机械臂部13能够以该活动嵌设构件12为支点，沿着该安装通孔11的长度方向运动，从而带动该机械手5整体沿着该安装通孔11的长度方向运动；

该机械爪部14用于抓取该手术器械，从而对该手术器械的不同区域施加作用力。

上述技术方案的有益效果为：通过将该机械手设成包括机械臂部和机械爪部，能够最大限度地模拟人手操作手术器械的实际情况，从而提高机械手对手术器械施加作用力的准确性和可靠性。

优选地，该机械爪部14能够相对于该机械臂部13进行六自由度的姿态调整，从而对该手术器械的不同区域进行抓取；

该机械手5还包括作用力大小调整器和作用力方向调整器；其中，

该作用力大小调整器和该作用力方向调整器均与该机械爪部14连接；

该作用力大小调整器用于调整该机械爪部14在抓取该手术器械过程中对该手术器械施加的作用力大小

该作用力方向调整器用于调整该机械爪部14在抓取该手术器械过程中对该手术器械施加的作用力方向。

上述技术方案的有益效果为：通过该作用力大小调整器和该作用力方向调整器分别调整该机械爪部抓取手术器械过程中作用力的大小和方向，能够改善该机械爪部操作该手术器械的准确性和灵活性。

优选地，该夹持件6包括夹持座15和夹持箍16；其中，

该夹持座15设置在该位置调整器7上；

该夹持箍16设置在该夹持座15的顶端，该夹持箍16包括两个相对设置的夹持弹片，每一个该夹持弹片呈弯曲形状，两个该夹持弹片用于同时夹持该手术器械，从而实现对该手术器械的夹持固定。

上述技术方案的有益效果为：通过该夹持箍能够对不同形状和/或尺寸的手术器械进行稳固的夹持固定，从而提高该夹持件对不同型号的手术器械的适用性。

优选地，该位置调整器7包括第一轨道、第二轨道、第一致动器和第二致动器；其中，

该第一轨道的延伸方向与该第二轨道的延伸方向相互垂直；

该第一致动器和该第二致动器均与该夹持件6连接，该第一致动器用于驱动该夹持件6在该第一轨道上运动，该第二致动器用于驱动该夹持件6在该第二轨道上运动，从而调整该夹持件6的位置。

上述技术方案的有益效果为：通过将该位置调整器设成能够沿着两个相互垂直的方向进行运动，能够提高对该手术器械位置调整的可控性的准确性。

优选地，该成像部分包括镜头支架、拍摄镜头19和拍摄控制器；其中，

该镜头支架包括支柱17和横杆18；其中，

该支柱17垂直设置在该基座部分上；

该横杆18的一端活动套设在该支柱17，该横杆18的另一端连接有该拍摄镜头19；

该横杆18能够沿着该支柱17的长度方向上下滑动，从而调整该拍摄镜头19与该手术器械之间的相对距离；

该拍摄镜头19能够相对于该横杆18的另一端进行转动，从而调整该拍摄镜头19的拍摄方向；

该拍摄控制器与该拍摄镜头19连接，该拍摄控制器用于调整该拍摄镜头19的拍摄焦距、拍摄视场角、曝光量和拍摄频率中的至少一者。

上述技术方案的有益效果为：通过将该拍摄镜头安装在该镜头支架上，能够有效地调整该拍摄镜头与该手术器械之间的相对距离和该拍摄镜头的拍摄方向，从而改善该拍摄镜头对该手术器械拍摄的准确性。

从上述实施例记载的内容可知，该智能化的手术器械力学分析系统通过设置力施加部分对手术器械的不同区域施加不同大小和/或方向的作用力，同时还通过对该手术器械在该作用力的作用下同步检测其对应区域的受力状态数据和拍摄器对应区域的形状和/或尺寸变化影像数据，以此确定该手术器械处于不同受力状态与该手术器械的形状/尺寸变化状态之间的关联对应信息，这样能够将手术器械的实时受力情况与实时形状/尺寸变化情况进行关联分析，从而有效地确定手术器械在不同受力状态下的工作状态和便于精确地确定手术器械的受力极限信息。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。