[發明專利]一種機器人手術持針鉗的力反饋系統及反饋方法

在審

• 申請號: 201911082825.1
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN110680432A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 孫立寧;杜志江;閆志遠;夏國杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: A61B17/062
• 分類號: A61B17/062;A61B34/30;A61B90/00
• 代理公司: 23206 哈爾濱龍科專利代理有限公司
• 代理人: 李長春

本發明涉及一種手術持針鉗的力反饋系統及反饋方法，屬于手術用器械技術領域。持針鉗兩個鉗頭的牙口上分別沿各自的長度方向緊密貼靠設有多個雙層電容傳感器，兩個鉗頭牙口上的多個雙層電容傳感器的設置方式相同，每個鉗頭牙口上的多個雙層電容傳感器之間均通過導線連接，導線與控制器電連接，控制器與執行機構電連接。本發明利用雙層電容傳感器在側向壓力下的形態變化而產生不同方向的電流變化，并通過該電流的變化反應縫合線的張力強度，再在主手上加相應的反向力，從而使術者能有縫合線的張力感受，利于術者經驗的積累，且在滿足術者對于張力感受的同時，提高了術中縫合的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種手術持針鉗的力反饋系統及反饋方法，屬于手術用器械技術領域。

背景技術

現今有兩種手術縫合型式：一種是術者手持持針鉗縫合，縫合時打結線的張力強度是術者通過雙手進行判斷感受的，雖然在操作中術者可以感受手術線拉力的反饋，然而操作時需要術者具有較高的操作素質，不能適應所有術者的操作需求。另一種是手術機器人持針裝置縫合；現有手術機器人的持針裝置是通過主手機電控制進行運動的，由機械臂傳導到末端器械(持針裝置)，由于現有的手術機器人持針裝置沒有力反饋系統，故而術者在操作過程中不能感覺到手術線的張力，同時術中全憑術者的視覺來感受判斷手術線的張力強度，因而存在如下隱患：

1、患者術中會流出大量的血液，血液會影響術者視野，繼而可能使術者產生誤判；

2、不同的人體組織的質地硬度不同，因而反應到手術結的張力強度也不同，同時手術線本身具有一定的張力，通過術者視覺上的拉直來判斷手術結松緊程度，需要術者對此具有較高的操作素質，需要術者經過長期培訓和實踐才能完成，然而每個術者的操作素質均不同，故而操作時存在一定風險；

3、現有的手術機器人持針裝置沒有力反饋系統，無法實現手術線拉力的反饋，無法滿足術者的操作體驗，不利于術者經驗的積累。

發明內容

為解決背景技術中存在的問題，本發明提供一種機器人手術持針鉗的力反饋系統及反饋方法。

本發明通過在手術機器人持針鉗的牙口上加裝壓力傳感器解決背景技術中所述的不足。壓力傳感器的種類繁多，一般壓力傳感器只能感受上下力的壓力(如圖9所示)，而手術針和縫合線在持針鉗中的張力使持針鉗表面產生側向力(如圖10所示)。現有技術中，能檢測側向力的傳感器有兩種：一種雙層電容傳感器，一種是光纖傳感器。光纖傳感器成本較高，故本發明采用雙層電容傳感器。

實現上述目的，本發明采取下述技術方案：一種機器人手術持針鉗的力反饋系統，包括持針鉗、控制器、執行機構以及多個雙層電容傳感器，所述持針鉗兩個鉗頭的牙口上分別沿各自的長度方向緊密貼靠設有多個雙層電容傳感器，兩個鉗頭牙口上的多個所述雙層電容傳感器的設置方式相同，每個鉗頭牙口上的多個雙層電容傳感器之間均通過導線連接，所述導線與控制器電連接，所述控制器與執行機構電連接。

一種機器人手術持針鉗的力反饋系統及反饋方法，包括如下步驟：

步驟一：持針鉗兩個鉗頭的牙口夾持手術針和縫合線；

步驟二：持針鉗拉動手術針和縫合線；

步驟三：在手術針和縫合線拉力的作用下，持針鉗兩個鉗頭的牙口內與手術針和縫合線接觸的雙層電容傳感器內的相應的電容塊產生位移變化；

步驟四：通過步驟三的相對位移改變產生電流變化；

步驟五：所述步驟四的電流通過信號采集器采集放大并傳輸給控制器；

步驟六：所述控制器依據所述電流的變化反驅動電機；

步驟七：所述電機控制輸出執行機構的的主動主手反向作用力，該反向作用力的大小與電流的變化成正比。

步驟八：通過上述反向作用力，使術者有縫合線拉緊的感受，實現力的反饋