CN111616813A - 一种心内科临床的多用途手术辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种心内科临床的多用途手术辅助系统，包括安装在墙体上轨道盘，轨道盘上设置有圆形轨道，圆形轨道上安装有多自由度伸缩节，多自由度伸缩节通过直线电机组件安装在圆形轨道中，多自由度伸缩节连接有安装架，安装架上设置有力向传导装置；多自由度伸缩节包括通过关节驱动铰轴A连接的第一曲轴杆和第二曲轴杆，第一曲轴杆的另一端通过关节驱动铰轴B连接有阻尼万向节，阻尼万向节连接在直线电机组件上，且关节驱动铰轴A和关节驱动铰轴B电性连接力向传导装置，以并行驱动信号控制多自由度伸缩节的子单元同步工作，多个多自由度伸缩节的相对位置调节的自由度更高，避免出现医疗器械的摆放位置冲突，影响手术进程。

Description

一种心内科临床的多用途手术辅助系统

技术领域

本发明实施例涉及手术辅助技术领域，具体涉及一种心内科临床的多用途手术辅助系统。

背景技术

在临床手术的准备过程以及手术的过程中，需要调节各种辅助管理系统的安装支架的角度、位置，同时也要考虑辅助管理系统在手术位置形成阴影，而现有的手术辅助管理系统的安装支架均通过固定连接的方式连接墙体上或者天花板上，并且安装支架臂长以及多自由度的位置调节相对固定，各种医疗器械以固定连接方式连接在安装支架上，这就使得辅助管理系统的位置调节有限；并且由于辅助管理系统的安装支架大多采用纯机械转动方式，因此安装支架的每个自由度的调节均需要手动进行，并且在进行复杂的角度调节时，需要医护人员同时进行多个支架的同时调节，费时费力的同时还影响手术的进程，而采用自动化的安装支架的关节位置的变化，成本造价高，为了保证调节后的位置锁定，关节处的阻尼性较大，位置变化也较为缓慢；并且占据了手术室中较大空间，造成在进行心内科手术时，医生的可操作空间变小。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种心内科临床的多用途手术辅助系统，解决了现有的心内科临床手术辅助管理系统中的医疗器械安装支架过于固定导致的位置以及角度调节受限，以及现有自动化安装支架调节困难定位缓慢的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种心内科临床的多用途手术辅助系统，包括安装在墙体上轨道盘，所述轨道盘同心等间距设置有多个圆形轨道，多个所述圆形轨道上分别活动安装有多自由度伸缩节，所述多自由度伸缩节的一端通过直线电机组件安装在圆形轨道中，所述多自由度伸缩节另一端连接有安装架，所述安装架的底部设置有采集外力作用下的矢量信号，并转化为分别向多自由度伸缩节和直线电机组件提供触发工作信号的力向传导装置；

所述多自由度伸缩节包括通过关节驱动铰轴A连接的第一曲轴杆和第二曲轴杆，所述第一曲轴杆的另一端通过关节驱动铰轴B连接有阻尼万向节，所述阻尼万向节连接在直线电机组件上，且所述关节驱动铰轴A和关节驱动铰轴B电性连接力向传导装置。

作为本发明的一种优选方案，所述力向传导装置包括力矩把手，且所述力矩把手的一端通过纵向传导杆连接在置物盒体的底部，且所述力矩把手与纵向传导杆连接处设置有采集外力作用矢量信号的X轴传导感应装置，且所述X轴传导感应装置电性连接直线电机组件，所述纵向传导杆的通过Z轴传导感应装置连接在安装架上，且所述Z轴传导感应装置电性连接关节驱动铰轴A和关节驱动铰轴B；

所述Z轴传导感应装置通过球铰连接在安装架上，且所述Z轴传导感应装置上设置有Y轴传导感应装置。

作为本发明的一种优选方案，所述第二曲轴杆包括通过滑轨方式连接的第一杆体和第二杆体，且通过两端分别连接在第一杆体和第二杆体上的气动伸缩杆实现第一杆体和第二杆体的相对滑动，所述气动伸缩杆电性连接Y轴传导感应装置。

作为本发明的一种优选方案，所述X轴传导感应装置、所述Y轴传导感应装置和Z轴传导感应装置均包括芯轴以及套装在芯轴上的短刚簧，且所述短刚簧的中间固定连接在芯轴上，所述短刚簧的两端设置有片型压力传感器。

作为本发明的一种优选方案，所述关节驱动铰轴A包括铰接第一曲轴杆和第二曲轴杆的铰接轴，所述铰接轴的一端连接有用于驱动芯轴转动的微型电机，所述铰接轴通过行星轮机构啮合第二曲轴杆的端部，所述铰接轴的两端固定连接有涡卷金属条，所述涡卷金属条的两端分别固定连接在第一曲轴杆和第二曲轴杆的内侧中间位置。

作为本发明的一种优选方案，所述轨道盘上设置有与第一曲轴杆相配的配合槽，所述轨道盘的一端设置有钩销，且所述第二杆体上设置有与钩销相配合的钩槽，在所述第一曲轴杆和第二曲轴杆之间的夹角为零时，第二曲轴杆完全嵌入第一曲轴杆，所述的气动伸缩杆拉动第二杆体，使钩槽和钩销正好配合。

作为本发明的一种优选方案，所述直线电机组件包括形成圆形轨道内壁的环形次级，以及与圆形轨道相配合的弧形初级，所述阻尼万向节固定竖直连接弧形初级。

作为本发明的一种优选方案，所述力向传导装置还包括对作用在力向传导装置上的外加作用力进行X轴、Y轴以及Z轴的空间直角坐标系的模型构建模块，以及采用ARM7芯片的中央处理器模块，并与相应的X轴传导感应装置、Y轴传导感应装置和Z轴传导感应装置检测到的外加作用力的矢量信号与空间直角坐标系进行结合的信号耦合模块。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明通过设置圆形的移动轨道以及在安装架的底部设置有采集外力作用下的矢量信号，并转化为分别向多自由度伸缩节和直线电机组件提供触发工作信号的力向传导装置，以并行驱动信号控制多自由度伸缩节的子单元同步工作，多个多自由度伸缩节的相对位置可以自由改变至合适位置，调节的自由度更高，不会因为固定的辅助管理系统的安装结构，而需要不断寻找多个医疗器械设备的摆放位置而不断调节安装支架，避免出现医疗器械的位置冲突，影响手术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中多用途手术辅助系统的结构示意图；

图2为本发明实施方式中轨道盘仰视的结构示意图；

图3为本发明实施方式中多自由度伸缩节立体的结构示意图；

图4为本发明实施方式中多自由度伸缩节剖面的结构示意图；

图5为本发明实施方式中力向传导装置的结构示意图。

图中：

1-轨道盘；2-圆形轨道；3-多自由度伸缩节；4-直线电机组件；5-安装架；6-力向传导装置；7-关节驱动铰轴A；8-第一曲轴杆；9-第二曲轴杆；10-关节驱动铰轴B；11-阻尼万向节；12-X轴传导感应装置；13-Z轴传导感应装置；14-Y轴传导感应装置；15-芯轴；16-短刚簧；17-片型压力传感器；18-配合槽；19-钩销；20-钩槽；21-球铰；

601-力矩把手；602-纵向传导杆；

701-铰接轴；702-微型电机；703-行星轮；704-涡卷金属条；

901-第一杆体；902-第二杆体；903-气动伸缩杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做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。

如图1所示，本发明提供了一种心内科临床的多用途手术辅助系统，包括安装在墙体上轨道盘1，轨道盘1同心等间距设置有多个圆形轨道2，多个圆形轨道2上分别活动安装有多自由度伸缩节3，多自由度伸缩节3的一端通过直线电机组件4安装在圆形轨道2中。

如图2所示，本发明通过在墙体或天花板上轨道盘1以及多个圆形轨道2，并通过直线电机组件4作为驱动源，驱动多自由度伸缩节3进行360°的转动，来实现心内科临床手术中辅助管理系统的安装支架的多角度调节。

不同于现有的固定连接形式的辅助管理系统，多自由度伸缩节3能够在圆形轨道2中进行360°的移动，因此多个多自由度伸缩节3的相对位置可以自由改变至合适位置，调节的自由度更高，不会因为固定的辅助管理系统的安装结构，需要不断寻找多个医疗器械设备的摆放位置而不断调节安装支架，避免出现医疗器械的位置冲突，影响手术效果。

进一步地，本发明有意向在轨道盘上设置多个环形的无影灯组以及在轨道盘的侧壁中设置能够被收卷的罩体结构，这样则能够将辅助系统的所有设备进行包覆和隔离，在手术空间中形成隔离空间，进一步地提高手术过程中的隔离性。

本发明中的直线电机组件4是现有直线电机的变形结构，具体可参照倍福XTS直线传输系统，通过直线电机组件4能够使得多自由度伸缩节3的位置调节更加迅速，也能够通过直线电机组件4本身的电磁结构特性对多自由度伸缩节3进行调节后的位置的锁定。

如图3所示，本发明在进行工作时，多自由度伸缩节3另一端连接有安装架5，安装架5的底部设置有采集外力作用下的矢量信号，并转化为分别向多自由度伸缩节3和直线电机组件4提供触发工作信号的力向传导装置6。

多自由度伸缩节3包括通过关节驱动铰轴A7连接的第一曲轴杆8和第二曲轴杆9，第一曲轴杆8的另一端通过关节驱动铰轴B10连接有阻尼万向节11，阻尼万向节11连接在直线电机组件4上，且关节驱动铰轴A7和关节驱动铰轴B10电性连接力向传导装置6。

本发明通过力向传导装置6的系统结构包括对作用在力向传导装置6上的外加作用力进行X轴、Y轴以及Z轴的空间直角坐标系的模型构建模块，以及采用ARM7芯片的中央处理器模块和外加作用力的矢量信号与空间直角坐标系进行结合的信号耦合模块，并且通过通过中央处理器模块对信号耦合模块得到的处理结果进行多自由度伸缩节3的各个关节的并行信号的输送，从而实现多自由度伸缩节3和直线电机组件4的同步驱动处理，最大程度根据人作用在力向传导装置上的作用力，模拟操作人员对多自由度伸缩节3调节位置的意向，进而提高各个辅助管理系统的安装支架的关节的响应速度。

当辅助管理系统中使用的医疗器械的设备较多时，可通过模型构建模块对空间直角坐标系中的象限进行拆分，从而获得更精准的多自由度伸缩节3的各个连接结构的关节相应和位置调节速度。

模型构建模块和信号耦合模块是基于CAD/CAE软件实现。

如图5所示，进一步地，力向传导装置6包括力矩把手601，且力矩把手601的一端通过纵向传导杆602连接在安装架5的底部，且力矩把手601与纵向传导杆602连接处设置有采集外力作用矢量信号的X轴传导感应装置12，且X轴传导感应装置12电性连接直线电机组件4，将作用在力矩把手601上的横向作用力作为直线电机组件4作为驱动直线电机组件4的驱动信号。

纵向传导杆602的通过Z轴传导感应装置13连接在安装架5上，且Z轴传导感应装置13电性连接关节驱动铰轴A7和关节驱动铰轴B10；

Z轴传导感应装置13通过球铰21连接在安装架5上，且Z轴传导感应装置13上设置有Y轴传导感应装置14。

如图4所示，第二曲轴杆9包括通过滑轨方式连接的第一杆体901和第二杆体902，且通过两端分别连接在第一杆体901和第二杆体902上的气动伸缩杆903实现第一杆体901和第二杆体902的相对滑动，气动伸缩杆903电性连接Y轴传导感应装置14。

本发明的力向传导装置6对辅助管理系统中的多自由度伸缩节3的各个关节进行不同坐标上的作用力矢量信号的拆分，具体的形式为：将力矩把手601受到的X轴向作用力与直线电机组件4的启动与否进行链接；将多自由度伸缩节3的第一曲轴杆8和第二曲轴杆9的关节驱动铰轴A7和关节驱动铰轴B10工作与否与纵向传导杆602的Z轴向作用力进行链接，将第一杆体901和第二杆体902上的气动伸缩杆903的工作与否进行链接；

这样链接的好处是，首先直线电机组件4是对多自由度伸缩节3的整体进行位置移动，而关节驱动铰轴A7和关节驱动铰轴B10以及气动伸缩杆903是对多自由度伸缩节3的各个连接结构进行位置角度的控制，使得力向传导装置6具有分区调节的功能，而医护人员则能够通过作用在力向传导方向上的作用力的不同，直观感受多自由度伸缩节3的位置，角度的变化以及对其的控制性，提升了人机交互的感受。

进一步地，通过力向传导机构对通过作用在力向传导方向上的作用力的不同实现分区调节的功能，进而实现对于每个关节处的并行信号传输和驱动调节，避免了现有的多角度自由臂采用逐级调节的调节方式，提高响应速度。

由于每个人作用在力矩把手601上的力的大小以及方向，在实际的实用过程中存在较大的差异，故本发明中的X轴传导感应装置12、Y轴传导感应装置14和Z轴传导感应装置13均包括芯轴15以及套装在芯轴15上的短刚簧16，且短刚簧16的中间固定连接在芯轴15上，短刚簧16的两端设置有片型压力传感器17，芯轴15具体为一段圆柱形轴，与安装架5的连接则具有一定的力的导向性和力的方向的单一性，通过芯轴15沿轴向的移动，使得短刚簧16分别接触位于芯轴15两侧的片型压力传感器17，进而通过片型压力传感器17获取作用在芯轴15上的外加作用力的矢量信号。

进一步地，本发明中可片型压力传感器17实时监测力矩把手601以及纵向传导杆602的作用力大小的变化，并通过模型构建模块，以及中央处理器模块和信号耦合模块进行数据处理分析，并根据外加作用力大小的变化，判断操作人员是否将要到达目标位置，进而关节驱动铰轴A7和关节驱动铰轴B10介入，准备锁定第一曲轴杆8和第二曲轴杆9以及直线电机组件4，进而消除多自由伸缩节3在外力作用下在到达目标位置时的运动惯性。

为了进一步提高第一曲轴杆8和第二曲轴杆9的关节角度变化速度，关节驱动铰轴A7包括铰接第一曲轴杆8和第二曲轴杆9的铰接轴701，铰接轴701的一端连接有用于驱动铰接轴701转动的微型电机702，铰接轴701通过行星轮机构703啮合第二曲轴杆9的端部，铰接轴701的两端固定连接有涡卷金属条704，涡卷金属条704的两端分别固定连接在第一曲轴杆8和第二曲轴杆9的内侧中间位置。

其中设置在铰接轴701两侧的涡卷金属条704为不具有弹性的双头涡卷弹簧，涡卷金属条704中间固定连接铰接轴701，在铰接轴701转动的时，形成对第一曲轴杆8和第二曲轴杆9的同步拉动。

轨道盘1上设置有与第一曲轴杆8相配的配合槽18，轨道盘1的一端设置有钩销19，且第二杆体902上设置有与钩销19相配合的钩槽20。

直线电机组件4包括形成圆形轨道内壁的环形次级，以及与圆形轨道相配合的弧形初级，阻尼万向节11固定竖直连接弧形初级。

本发明通过在第一曲轴杆8和第二曲轴杆9之间的夹角为零时，第二曲轴杆9完全嵌入第一曲轴杆8，的气动伸缩杆903拉动第二杆体902，使钩槽20和钩销19正好配合，以实现多自由度伸缩节3的第一曲轴杆8和第二曲轴杆9在配合槽18中的完全收纳，使得临床手术的手术室内空间更加整洁有序，也便于二次使用。

在使用本发明的辅助系统时，可通过计算机控制面板向力向传导装置6设置固定的初始位置参数，以便于本辅助系统在开机使用时，更适应不同高度的手术室，方便人员操作。

通过气动伸缩杆903的微动实现第二曲轴杆9与轨道盘1整体的锁定，不实用额外的锁止结构，一体性更强。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，包括安装在墙体上轨道盘(1)，所述轨道盘(1)同心等间距设置有多个圆形轨道(2)，多个所述圆形轨道(2)上分别活动安装有多自由度伸缩节(3)，所述多自由度伸缩节(3)的一端通过直线电机组件(4)安装在圆形轨道(2)中，所述多自由度伸缩节(3)另一端连接有安装架(5)，所述安装架(5)的底部设置有采集外力作用下的矢量信号，并转化为分别向多自由度伸缩节(3)和直线电机组件(4)提供触发工作信号的力向传导装置(6)；

所述多自由度伸缩节(3)包括通过关节驱动铰轴A(7)连接的第一曲轴杆(8)和第二曲轴杆(9)，所述第一曲轴杆(8)的另一端通过关节驱动铰轴B(10)连接有阻尼万向节(11)，所述阻尼万向节(11)连接在直线电机组件(4)上，且所述关节驱动铰轴A(7)和关节驱动铰轴B(10)电性连接力向传导装置(6)。

2.根据权利要求1所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述力向传导装置(6)包括力矩把手(601)，且所述力矩把手(601)的一端通过纵向传导杆(602)连接在安装架(5)的底部，且所述力矩把手(601)与纵向传导杆(602)连接处设置有采集外力作用矢量信号的X轴传导感应装置(12)，且所述X轴传导感应装置(12)电性连接直线电机组件(4)，所述纵向传导杆(602)的通过Z轴传导感应装置(13)连接在安装架(5)上，且所述Z轴传导感应装置(13)电性连接关节驱动铰轴A(7)和关节驱动铰轴B(10)；

所述Z轴传导感应装置(13)通过球铰(21)连接在安装架(5)上，且所述Z轴传导感应装置(13)上设置有Y轴传导感应装置(14)。

3.根据权利要求2所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述第二曲轴杆(9)包括通过滑轨方式连接的第一杆体(901)和第二杆体(902)，且通过两端分别连接在第一杆体(901)和第二杆体(902)上的气动伸缩杆(903)实现第一杆体(901)和第二杆体(902)的相对滑动，所述气动伸缩杆(903)电性连接Y轴传导感应装置(14)。

4.根据权利要求3所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述X轴传导感应装置(12)、所述Y轴传导感应装置(14)和Z轴传导感应装置(13)均包括芯轴(15)以及套装在芯轴(15)上的短刚簧(16)，且所述短刚簧(16)的中间固定连接在芯轴(15)上，所述短刚簧(16)的两端设置有片型压力传感器(17)。

5.根据权利要求3所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述关节驱动铰轴A(7)包括铰接第一曲轴杆(8)和第二曲轴杆(9)的铰接轴(701)，所述铰接轴(701)的一端连接有用于驱动铰接轴(701)转动的微型电机(702)，所述铰接轴(701)通过行星轮机构(703)啮合第二曲轴杆(9)的端部，所述铰接轴(701)的两端固定连接有涡卷金属条(704)，所述涡卷金属条(704)的两端分别固定连接在第一曲轴杆(8)和第二曲轴杆(9)的内侧中间位置。

6.根据权利要求1所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述轨道盘(1)上设置有与第一曲轴杆(8)相配的配合槽(18)，所述轨道盘(1)的一端设置有钩销(19)，且所述第二杆体(902)上设置有与钩销(19)相配合的钩槽(20)。

7.根据权利要求2所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述直线电机组件(4)包括形成圆形轨道内壁的环形次级，以及与圆形轨道相配合的弧形初级，所述阻尼万向节(11)固定竖直连接弧形初级。

8.根据权利要求3所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，在所述第一曲轴杆(8)和第二曲轴杆(9)之间的夹角为零时，第二曲轴杆(9)完全嵌入第一曲轴杆(8)，所述的气动伸缩杆(903)拉动第二杆体(902)，使钩槽(20)和钩销(19)正好配合。

9.根据权利要求4所述的一种心内科临床的多用途手术辅助系统，其特征在于，所述力向传导装置(6)还包括对作用在力向传导装置(6)上的外加作用力进行X轴、Y轴以及Z轴的空间直角坐标系的模型构建模块，以及采用ARM7芯片的中央处理器模块，并与相应的X轴传导感应装置、Y轴传导感应装置和Z轴传导感应装置检测到的外加作用力的矢量信号与空间直角坐标系进行结合的信号耦合模块。

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