[发明专利]一种电磁式力反馈穿刺手术辅助装置及机器人穿刺系统

说明书

本发明公开了一种电磁式力反馈穿刺手术辅助装置，包括处理器、穿刺针装置以及力反馈控制装置；穿刺针装置包括穿刺针和电动缸，穿刺针的针体连接在电动缸的滑块上，且滑块上设有用于检测穿刺针在穿刺进针时阻力信号的力传感器，电动缸的驱动端、力传感器的输出端分别与处理器电连接；力反馈控制装置包括手柄和电磁制动器，手柄连接在电磁制动器的制动轴连接，且手柄上设有用于检测手柄转动角位移信号的角位移传感器，电磁制动器、角位移传感器输出端分别与处理器电连接。本发明能够有效地实现穿刺针在进针过程中的力反馈，便于手术医生掌握穿刺针在进针过程中力的大小，从而有利于提供虚拟真实的手术环境，并降低穿刺手术的风险性。

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤其是涉及一种电磁式力反馈穿刺手术辅助装置及机器人穿刺系统。

背景技术

目前，穿刺手术属于一种微创手术，如经皮肾穿刺手术、经皮神经外科穿刺术、经皮骨科穿刺术等，用于建立进入体腔的人工通道。在穿刺手术中，主要通过穿刺针在患者皮肤的切口处穿透体壁进入体腔，通常需要医生握持穿刺针并施加较大的穿刺操作力，用于克服刺破和割开组织的阻力，以及扩张和胀大组织的阻力，由于医生的人工穿刺需要借助X光机进行，医生会暴露在X光线的照射下，穿刺过程在一定程度上会影响到手术医生的身体健康。

为保证医护人员的身体健康，穿刺手术机器人代替医生的手动操作，医生可以远离X光机，在铅屏的保护下，一方面通过显示屏观察手术情况，另一方面通过操作台控制机器人操纵穿刺针执行穿刺手术动作。

然而，这种穿刺手术机器人虽然能够代替医生手动操作穿刺手术，但是在进行穿刺手术时，医生却无法感知到穿刺针在穿透体壁进入体腔的过程中其力度的大小变化，仅仅依赖于人眼观察显示屏上的图像，导致医生只能通过操作台控制穿刺针的进入体腔的程度，而无法掌握穿刺针在进针过程中力的大小，不能全方位的掌握手术状况。这不仅导致这种穿刺手术的操作难度较大，且仍然具有一定的手术风险性。

发明内容

本发明实施例提供了一种电磁式力反馈穿刺手术辅助装置及机器人穿刺系统，以解决现有的穿刺手术机器人无法向手术医生反馈穿刺针在进针过程中力的大小的技术问题，从而有效地实现穿刺针在进针过程中的力反馈，便于手术医生掌握穿刺针在进针过程中力的大小，进而有利于提供虚拟真实的手术环境，降低穿刺手术的风险性。

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种电磁式力反馈穿刺手术辅助装置，包括处理器、穿刺针装置以及力反馈控制装置；

所述穿刺针装置包括穿刺针和电动缸，所述穿刺针的针体连接在所述电动缸的滑块上，且所述滑块上设有用于检测所述穿刺针在穿刺进针时阻力信号的力传感器，所述电动缸的驱动端、所述力传感器的输出端分别与所述处理器电连接；

所述力反馈控制装置包括手柄和电磁制动器，所述手柄的一端连接在所述电磁制动器的制动轴连接，且所述手柄的一端上设有用于检测所述手柄转动角位移信号的角位移传感器，所述电磁制动器的驱动端、所述角位移传感器输出端分别与所述处理器电连接。

作为优选方案，所述电动缸包括电机、缸体、丝杆、内磁性滑块以及滑块；

所述丝杆设于所述缸体的空腔内，且所述丝杆的一端可转动地连接在所述缸体的一端侧壁上，所述丝杆的另一端穿过所述缸体的另一端侧壁连接在所述电机的转轴上；

所述内磁性滑块可移动地连接在所述丝杆上，所述滑块的材质为磁性材质，所述滑块与所述内磁性滑块磁性吸附并连接在所述缸体上，且可带动所述穿刺针沿所述缸体的轴向往返运动。

作为优选方案，所述角位移传感器包括编码器。

作为优选方案，所述力反馈控制装置还包括安装架，所述电磁制动器安装在所述安装架上。

作为优选方案，所述穿刺针的中心轴线与所述缸体的中心轴线平行，且所述穿刺针的尖端与所述磁性滑块的运动方向一致。