本发明专利技术公开了一种基于视觉的伺服超声振动显微切割装置，它由操作平台与控制系统两部分组成；其中，所述操作平台包括底台、支撑杆、压电陶瓷驱动器、支撑架、旋转件、刀具杆、超声换能器、超声变幅杆、连接件、切割针、ＣＭＯＳ摄像头、支撑架、显微镜、ＣＭＯＳ摄像头、显微镜、压电陶瓷驱动器、生物切片载台、压电陶瓷驱动器。本装置将超声切割原理引入微操作领域，采用超声振动原理研制了显微切割系统。在超声作用下，切割器末端的切割针更易于刺入被切割物质而不会损伤切割针，同时在超声振动切割过程中，有效的减小了切割阻力，使切割边缘平整，没有褶皱，并且成本较低、便于临床推广使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物医学领域中生物组织切片的切割分离装置，特别地， 涉及一种在视觉监测下可用于空间三维高精度运动的生物细胞组织显微切割装置。
技术介绍
随着生物技术与医学研究水平的不断提高，生物医学已经发展到从分子水 平上探索疾病的发病机理和揭示生命现象本质的阶段。其中，病理切片的显微 镜分析是行之有效的方法之一，但要分析病理机理或分析组织细胞中的RNA/DNA，必须从切片中撷取同质细胞群。所以在分子病理学研究中，对选取并 收集研究对象的技术研究具有必要性和紧迫性。目前普遍采用手工方法完成生物组织切片的切割、分离工作，但其效果相 对较差，原因在于切割操作的实施是在保持微玻璃针与切割对象表面间有适当 接触压力的前提下，其操作过程是"划开"操作对象，因此易出现起皱现象， 切面不规则，而且切割边缘质量不高。当接触压力较大时，因操作针嵌入操作 对象较深，在运动过程中还易发生断针现象，难以实现较为复杂的微细切割作 业。与此同时，操作人员在显微镜下长时间工作，工作强度大，易疲劳，人为 误差不可避免。近几年，激光微光束微切割技术快速发展，如激光捕获微切割 系统(Laser C邻ture Micro-dissection, LCM)、激光微切割系统(Laser Micro-dissection, LMD)以及激光压力撷取系统(Laser Press Catapulting, LPC)。该技术具有一定的优势，但是需要特殊的仪器设备，价格昂贵；另外， 止血效果较差，皮肤切口愈合比一般手术后的切口慢，切割边缘由于热损伤而 焦化、甚至炭化；并且具有一定的辐射污染。因此，研究面向显微切割操作， 开发一套能够对组织切片进行切割与分离，并且不良副作用小、价位低的微切 割系统具有重大意义
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于视觉的伺服超声振动 显微切割装置，利用能在空间进行高精度运动的移动台，达到可精确控制生物 细胞组织移动至任意位置并进行切割的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 一种基于视觉的伺服超声振 动显微切割装置，它由操作平台与控制系统两部分组成。其中，所述操作平台包括底台、支撑杆、压电陶瓷驱动器、支撑架、旋转件、刀 具杆、超声换能器、超声变幅杆、连接件、切割针、CMOS摄像头、支撑架、显微镜、CMOS摄像头、显微镜、压电陶瓷驱动器、生物切片载台、压电陶瓷驱动 器；所述支撑架垂直固定在底台上；旋转件连接到支撑架上，旋转件轴向与支 撑架之间的夹角可调；刀具杆连接在旋转件上，刀具杆与旋转件之间轴向相对 距离可调；刀具杆的一端与超声换能器的一端相互固定；超声变幅杆连接到超 声换能器的另外一端，连接件通过螺纹连接到超声变幅杆上，切割针与连接件 焊接在一起；支撑架垂直固定在底台上，两个显微镜连接到支撑架上，显微镜 与支撑架之间的夹角可调，两个CMOS摄像头分别与显微镜相连；支撑杆固定在 底台上，生物切片载台放置于支撑杆上，三个压电陶瓷驱动器分别固定于生物 切片载台相邻侧面的中间位置和底部中间位置。所述控制系统主要由上位机、基于DSP的中心测控模块、基于ADSP的测控 模块、基于FPGA的接口模块、数模转换器，功放及补偿电路、传感器、调理电 路、接口电路组成。所述基于ADSP的测控模块一端与上位机相连，另一端与CMOS 摄像头相连；基于DSP的中心测控模块一端与上位机相连，另一端与基于FPGA 的接口模块相连；数模转换器与功放及补偿电路相连，组成驱动模块，这样的 驱动模块总共有四路，四路驱动模块的一端都与基于FPGA的接口模块相连接， 其中三路驱动模块的另一端分别与压电陶瓷驱动器相连，另外一路驱动模块的 另一端与超声换能器相连；基于DSP的中心测控模块通过接口电路、调理电路 和传感器与超声换能器相连。进一步地，所述显微镜与竖直方向的夹角为20° ;所述基于DSP的中心测 控模块主要由数字信号处理器DSP、 CAN接口电路、电平转换芯片、信号驱动芯 片、JTAG调试口、电源管理模块、FLASH芯片和输入输出接口组成，所述C認 接口电路、电平转换芯片、信号驱动芯片、JTAG调试口、电源管理模块和FLASH 芯片分别与数字信号处理器DSP相连，所述输入输出接口分别与CAN接口电路、 电平转换芯片、信号驱动芯片相连；所述基于ADSP的测控模块主要由数字信号 处理器ADSP、两个CMOS接口、电源接口、引脚扩展单元、电平转换芯片、启动方式选择、复位芯片和USB芯片组成；所述两个CMOS接口、电源接口、引脚扩 展单元、电平转换芯片、启动方式选择、复位芯片和USB芯片均与数字信号处 理器ADSP相连；所述基于FPGA的接口模块主要由FPGA芯片、JTAG调试口、晶 振、电源接口、存储器、四个数模转换器和四个低压放大器组成；所述JTAG调 试口、晶振、电源接口、存储器和数模转换器均与FPGA芯片相连，所述低压放 大器与数模转换器分别相连。本专利技术的有益效果是目前普遍采用手工方法与激光显微切割技术进行显微切割，本装置将超声切割原理引入微操作领域，采用超声振动原理研制了显 微切割系统。在超声作用下，切割器末端的切割针更易于刺入被切割物质而不 会损伤切割针，同时在超声振动切割过程中，有效的减小了切割阻力，使切割 边缘平整，没有褶皱，并且成本较低、便于临床推广使用。此外，在切割过程 中运用三维视觉系统进行定位，并且可以在上位机上实时观察显微切割全过程， 提高了操作的准确性与系统的精度。附图说明图1是本专利技术基于视觉的伺服超声振动显微切割装置的操作平台结构示意图；图2是本专利技术基于视觉的伺服超声振动显微切割装置的控制系统原理框图；图3是基于DSP的中心测控模块的原理框图；图4是基于ADSP的测控模块的原理框图；图5是基于FPGA的接口模块的原理框图；图6是传感器电路的原理框图；图7是功放及补偿电路的电路图；图中，底台l、支撑杆2、压电陶瓷驱动器3、支撑架4、旋转件5、刀具杆 6、超声换能器7、超声变幅杆8、连接件9、切割针IO、 CMOS摄像头ll、支撑 架12、显微镜13、 CM0S摄像头14、显微镜15、压电陶瓷驱动器16、生物切片 载台17、压电陶瓷驱动器18。具体实施方式本专利技术提供一种基于视觉的伺服超声振动显微切割装置，由操作平台与控制系统两部分组成。从图1可以看出，本专利技术的基于视觉的伺服超声振动显微切割装置的操作平台包括底台1、支撑杆2、压电陶瓷驱动器3、支撑架4、旋转件5、刀具杆6、 超声换能器7、超声变幅杆8、连接件9、切割针IO、 CMOS摄像头ll、支撑架 12、显微镜13、 CM0S摄像头14、显微镜15、压电陶瓷驱动器16、生物切片载 台17、压电陶瓷驱动器18。其中，支撑架4垂直固定在底台l上；旋转件5连 接到支撑架4上，旋转件5轴向与支撑架4之间的夹角可调；刀具杆6连接在 旋转件5上，刀具杆6与旋转件5之间轴向相对距离可调，刀具杆6的一端与 超声换能器7的一端相互固定；超声变幅杆8连接到超声换能器7的另外一端， 连接件9通过螺纹连接到超声变幅杆8上，切割针10与连接件9通过焊接固在 一起，切割针10的尖端伸向生物切片载台17的上表面。支撑架12垂直固定在 底台1上，显微镜13和15连接到支撑架12本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于视觉的伺服超声振动显微切割装置，其特征在于，它由操作平台与控制系统两部分组成。其中，所述操作平台包括底台（１）、支撑杆（２）、压电陶瓷驱动器（３）、支撑架（４）、旋转件（５）、刀具杆（６）、超声换能器（７）、超声变幅杆（８）、连接 件（９）、切割针（１０）、ＣＭＯＳ摄像头（１１）、支撑架（１２）、显微镜（１３）、ＣＭＯＳ摄像头（１４）、显微镜（１５）、压电陶瓷驱动器（１６）、生物切片载台（１７）、压电陶瓷驱动器（１８）。所述支撑架（４）垂直固定在底台（１）上；旋转件（５）连接到支撑架（４）上，旋转件（５）轴向与支撑架（４）之间的夹角可调；刀具杆（６）连接在旋转件（５）上，刀具杆（６）与旋转件（５）之间轴向相对距离可调；刀具杆（６）的一端与超声换能器（７）的一端相互固定；超声变幅杆（８）连接到超声换能器（７）的另外一端，连接件（９）通过螺纹连接到超声变幅杆（８）上，切割针（１０）与连接件（９）焊接在一起；支撑架（１２）垂直固定在底台（１）上，两个显微镜（１３、１５）连接到支撑架（１２）上，显微镜（１３、１５）与支撑架（１２）之间的夹角可调，两个ＣＭＯＳ摄像头（１１、１４）分别与显微镜（１３、１５）相连；支撑杆（２）固定在底台（１）上，生物切片载台（１７）放置于支撑杆（２）上，三个压电陶瓷驱动器（３、１６、１８）分别固定于生物切片载台（１７）相邻侧面的中间位置和底部中间位置。 所述控制系统主要由上位机、基于ＤＳＰ的中心测控模块、基于ＡＤＳＰ的测控模块、基于ＦＰＧＡ的接口模块、数模转换器，功放及补偿电路、传感器、调理电路、接口电路组成。所述基于ＡＤＳＰ的测控模块一端与上位机相连，另一端与ＣＭＯＳ摄像头（１１、１４）相连；基于ＤＳＰ的中心测控模块一端与上位机相连，另一端与基于ＦＰＧＡ的接口模块相连；数模转换器与功放及补偿电路相连，组成驱动模块，这样的驱动模块总共有四路，四路驱动模块的一端都与基于ＦＰＧＡ的接口模块相连接，其中三路驱动模块的另一端分别与压电陶瓷驱动器（３、１６、１８）相连，另外一路驱动模块的另一端与超声换能器（７）相连；基于ＤＳＰ的中心测控模块通过接口电路、调理电路和传感器与超声换能器（７）相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳杰，杨克己，邵泉钢，杨新伟，桑武斌，乔华伟，贾坤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。