[發明專利]手術刀空間軌跡的物聯預測控制方法與裝置

有效

• 申請號: 201310395311.8
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103536362A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 史建剛;沈逸林
• 申請（專利權）人: 史建剛;沈逸林;王元
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種伸縮式手術刀的手柄裝置，其特征在于，包括刀柄主體和位于主體內的刀柄控制系統，該刀柄控制系統包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器、無線信號收發器和電源，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器的工作電壓，其中：前述微控制器用于控制手術刀的工作模式并發出控制信號，前述電磁傳動裝置用于根據前述控制信號驅動手術刀伸縮，前述探測器用于檢測手術刀的空間位置，前述無線信號收發器用于與外部的通訊和交互。

2.根據權利要求1所述的伸縮式手術刀的手柄裝置，其特征在于，前述手柄裝置還包括一模式控制開關連接至前述微處理器，用于從外部可接近地操作以設定手術刀的工作模式。

3.根據權利要求2所述的伸縮式手術刀的手柄裝置，其特征在于，前述探測器自動或可控制地檢測手術刀的空間位置，并通過前述無線信號收發器發送檢測信號；前述無線信號收發器自動或可控制地接收外部主控設備發送的對手術刀的控制命令信號，前述微處理器根據該控制命令信號控制電磁傳動裝置實現對手術刀的伸縮控制。

4.根據權利要求1所述的伸縮式手術刀的手柄裝置，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并由微處理器控制，微處理器基于手術刀的不同工作模式和/或前述電源的工作狀態而激活該指示器以提供視覺指示。

5.一種手術刀空間軌跡的物聯預測控制系統，其特征在于，包括伸縮式手術刀、刀柄控制系統以及手術刀空間主控系統，刀柄控制系統與手術刀空間主控系統之間通過各自的無線信號收發器建立信號傳輸鏈接，其中：

刀柄控制系統包括微控制器、電磁傳動裝置、探測器和第一無線信號收發器，前述微控制器用于控制手術刀的工作模式并發出控制信號，前述電磁傳動裝置用于根據前述控制信號驅動手術刀伸縮，前述探測器用于檢測手術刀的空間位置；

手術刀空間主控系統具有一手術刀空間物聯控制裝置，該裝置包括環境動態平衡傳感器、平衡分析模塊、模式分析模塊、手術刀伸縮控制指令模塊和第二無線信號收發器，前述平衡分析模塊基于環境動態平衡傳感器檢測的手術環境判斷其穩定狀態，存在異常狀態時通過第二無線信號收發器向刀柄控制系統發送安全控制指令信號，前述模式分析模塊基于前述探測器檢測的空間位置信號與預設手術方案軌跡的比較結果，控制通過前述第二無線信號收發器向刀柄控制系統發送手術刀工作模式驅動控制指令信號，前述安全控制指令信號和手術刀工作模式驅動控制指令信號在手術刀伸縮控制指令模塊中生成；

前述刀柄控制系統中的微控制器基于前述安全控制指令信號或手術刀工作模式驅動控制指令信號控制電磁傳動裝置驅動手術刀伸縮。

6.根據權利要求5所述的手術刀空間軌跡的物聯預測控制系統，其特征在于，前述手術刀工作模式驅動控制指令信號中包括手術刀的伸縮距離和伸縮速度信號；前述刀柄控制系統中的微控制器基于前述安全控制指令信號控制手術刀自動縮回手術刀刀柄內鎖定。

7.根據權利要求5所述的手術刀空間軌跡的物聯預測控制系統，其特征在于，前述模式分析模塊以手術刀的空間位置作為預測控制量，采用PID型反饋控制進行比較分析。

8.根據權利要求5所述的手術刀空間軌跡的物聯預測控制系統，其特征在于，前述手術刀空間物聯控制裝置包括一個或多個指示器，配置為根據前述安全控制指令信號或手術刀工作模式驅動控制指令信號激活以提供視覺指示；前述手術刀空間物聯控制裝置還包括一告警處理模塊，根據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。

9.一種手術刀空間軌跡的物聯預測控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1）檢測外科手術環境的穩定狀態，判斷手術環境是否存在平衡異常；

2）檢測手術刀的空間位置，并將空間位置信號發送至手術刀空間主控系統；

3）手術刀空間主控系統將空間位置信號與預設的手術方案軌跡的比較，進行反饋控制輸出手術刀工作模式驅動控制指令信號并發送至刀柄控制系統；

4）刀柄控制系統根據前述指令信號控制手術刀伸縮；

前述方法中，如果判斷手術環境存在平衡異常，則發送安全控制指令信號至刀柄控制系統，刀柄控制系統根據該指令信號控制手術刀自動縮回手柄內鎖定；

前述方法中，手術刀空間主控系統內以手術刀的空間位置作為預測控制量，采用PID型反饋控制進行比較分析。

10.根據權利要求9所述的手術刀空間軌跡的物聯預測控制方法，其特征在于，前述方法中，還設置有一個或多個指示器，配置為根據手術刀空間主控系統的輸出以激活從而提供視覺指示。