[發明專利]一種生物軟組織力學性能測試裝置

有效

• 申請號: 201610117830.1
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105758705B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 馮美;李彥超;董光友;王之宇;李珍珠;張超鵬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種力學性能測試裝置，具體涉及一種生物軟組織力學性能測試裝置，屬于醫療器械領域。

背景技術

微創外科手術因可大大減小手術過程中所造成的損傷而受到廣泛關注，近年來已取得了重要的發展。目前，已有很多外科手術過程采用微創手術治療技術。然而微創外科手術過程需要進行一些復雜的操作來對組織進行解剖、切除和修復，包括利用微創手術方法進行診斷。這些都要求醫生對工具與組織相互作用時組織的反應特性進行詳細的了解。而工具與組織之間反饋信息的不足是微創手術發展的一個關鍵的制約因素。因此建立一個完整的生物軟組織力學性能測試系統至關重要。

現有的生物軟組織力學性能測試方法有壓痕檢測、超聲波檢測。其中采用壓痕檢測設備是通過拉伸軟組織而發生長度和張力的變化，該方法測量了表皮的位移和壓痕的位移，而沒有測量組織的厚度，同時也受到一些幾何因素的影響，影響軟組織力學特性的真實性。超聲波檢測利用超聲波和壓力六維傳感器組成傳感系統，測量生物軟組織的壓力和形變信息，通過軟組織生物力學模型和所測信號，提取軟組織的特性參數，該方法精度較高，但應用前景較為單一。近年來，研究人員對機器人輔助穿刺的研究比較廣泛，中國專利CN102018575A的“機器人輔助柔性針穿刺軟組織實時操控系統及方法”中提出了一種柔性針的控制方法及設備，視針穿刺過程為準靜態過程，將任意針段視為懸臂梁，每個針段用向量描述并被視為一個懸臂梁；按照懸臂梁理論，計算其撓度和截面轉角；采用迭代方法，實時計算出針體和針尖位置。但是該專利中柔性針模型局限于二維穿刺，針尖受力及針尖位置使用模型預測的模型數據存在誤差。同時針尖的運動較為單一只能測量實時穿刺無法獲得更多的模型。哈爾濱工業大學利用穿刺機器人對豬肝臟進行穿刺實驗，通過對穿刺力的數據的提取，建立模型，獲取軟組織的力學特性參數，但其只有刺入過程，沒有撥出組織的分析，設計的軟件功能單一。鑒于上述兩種方法測量的單一性以及無法獲得臨床手術過程中生物軟組織在手術器械作用下的力學性能參數的缺點，提出了一種具有六自由度的生物軟組織力學性能測試裝置，能夠測量在縫合、穿刺、提拉、按壓、切割等多種手術操作下生物軟組織的力學性能，為優化手術方案，改造手術器械，和改善手術模擬系統提供了理論依據。

發明內容

本發明為解決現有生物軟組織力學性能測試裝置無法獲得臨床手術過程中生物軟組織在手術器械下的力學性能參數的問題，進而提出一種生物軟組織力學性能測試裝置。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明包括機械臂、第一模組、第二模組、第三模組、第一導軌組件、第二導軌組件、箱體、大架、夾具和多個地腳螺釘，箱體由上蓋、前板、后板、左側板、右側板和底板組成，左側板豎直安裝在底板上表面的左側，右側板豎直安裝在底板上表面的右側，左側板、右側板、底板組成底座組件，前板豎直安裝在上蓋下表面的前端，后板豎直安裝在上蓋下表面的后端，上蓋、前板、后板組成上蓋組件，所述上蓋組件扣裝在所述底座組件上組成箱體；大架由滑臺、橫梁、第一側肋和第二側肋組成，橫梁和滑臺由上至下并排平行設置，橫梁的兩端通過分別通過第一側肋、第二側肋與滑臺的兩端連接；滑臺設置在上蓋的下表面與底板的上表面之間，滑臺通過平行設置的第一導軌組件、第二導軌組件、第一模組與底板的上表面連接，且第一導軌組件和第二導軌組件沿長度方向的中心線均與滑臺沿寬度方向的中心線平行，第一模組安裝在底板的上表面，且第一模組位于第一導軌組件與第二導軌組件之間，第二模組安裝在橫梁上，第三模組通過加強肋安裝在第二模組上，機械臂安裝在第三模組上，夾具安裝在上蓋上表面的孔板上，多個地腳螺釘均布設置在底板的下表面。