【技术实现步骤摘要】
具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器
[0001]本专利技术涉及医疗设备
，具体涉及一种具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器。
技术介绍
[0002]神经外科手术中，开颅手术需要在不损伤相邻软组织的条件下，从颅骨中取出骨瓣，治疗颅内胶质瘤、颅内损伤等；骨外科手术中，全膝关节置换手术，髋关节置换手术等需要保证骨骼表面的平面度，完成关节置换。这些手术均需要对骨骼进行直接的切削加工，铣削和钻孔作为切削骨骼的常用手术方式，依赖经验丰富的医生，且耗费大量的时间和体力，对骨骼操作过程中的轻微失误会产生较大的切削力，不仅容易导致骨骼产生裂纹、骨质疏松，还会影响周围骨组织及神经组织的正常功能，危害患者健康。因此需要实时检测手术器械末端切削力的大小，这既可以确保器械提供足够力和扭矩完成切削任务，又可以提高手术的安全性。集成有多维力传感器的手术器械可以有效实现器械末端的切削力检测，研究人员根据不同的传感原理，发展了基于电阻应变原理、压电效应、电容感应等电类多维力传感器，但传统的电类多维力传感器易受到电磁干扰，且存在布线复杂...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器，其特征在于，本操作器包括外壳，外壳内设有依次连接的旋转连接器、联轴器、驱动电机和双层立柱式光纤光栅多维力/力矩传感器和夹具；外壳的后端连接有尾线，用于引出光纤和其它线缆；外壳的前端设有通过夹具夹紧的刀具，刀具的尾部与所述双层立柱式光纤光栅多维力/力矩传感器连接；驱动电机用于通过双层立柱式光纤光栅多维力/力矩传感器和夹具带动刀具旋转，进行切削手术操作；双层立柱式光纤光栅多维力/力矩传感器将感知到的切削力信息通过光纤传出，旋转连接器用于将旋转中的光纤中的光信号传输到静止平台；双层立柱式光纤光栅多维力/力矩传感器包括依次连接的钻头连接器、上立柱、连接环、下立柱和机身连接器，以及穿设在其中的光纤光栅组件；其中，上立柱、连接环和下立柱均为弹性体；钻头连接器用于通过所述夹具与刀具固定连接；上立柱为若干个扇环形截面的上立柱，位于钻头连接器和连接环之间，相邻上立柱均匀分布，上立柱中心设有用于放置光纤的空腔；下立柱为若干个扇环形截面的下立柱，每个下立柱中心开有用于放置光纤空腔，相邻下立柱均匀分布在连接环与机身连接器之间，下立柱与上立柱均匀错开；机身连接器由驱动电机驱动旋转，并带动刀具同步旋转；所述的光纤光栅组件包括一根光纤，光纤的头部位于机身连接器中，并依次穿过相邻两个下立柱之间的空隙、连接环、一个上立柱的空腔后穿出，通过钻头连接器内部空腔后，依次穿过相邻两个上立柱之间的空隙、连接环、一个下立柱的空腔后穿出，通过机身连接器内部空腔后再穿入下一个上立柱的空腔，如此往复，直至穿过所有的上立柱和下立柱，最后经机身连接器内部空腔引出，穿过旋转连接器到尾线；光纤与机身连接器上表面接触位置、从上立柱空腔穿出位置、与钻头连接器内部空腔穿出位置、以及与下立柱空腔穿出位置，均固定；光纤上依次刻有与上下立柱个数之和等数的光纤光栅，分别悬置于上立柱和下立柱的空腔中，在刀具切削时造成弹性体的变形而引起光纤产生应变，从而引起光纤光栅中心波长的漂移，从而感知所述的切削力信息。2.根据权利要求1所述的具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器，其特征在于，所述的上立柱和下立柱各为4个，相邻的上立柱之间间隔90
°
，相邻的上、下立柱之间错开45
°
，所述的光纤光栅个数为8个。3.根据权利要求1所述的具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器，其特征在于，所述连接环为一个圆筒，其内外径与扇环形截面的上立柱、下立柱的内外径均相同；下立柱的扇环形截面对应的圆心角与上立柱的扇环形截面对应的圆心角尺寸通过多目标优化算法确定。4.根据权利要求1所述的具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器，其特征在于，所述的夹具包括相互匹配的ER夹头和夹头螺母。5.根据权利要求1所述的具有旋转式多维切削力光纤感知的智能微创操作器，其特征在于，所述机身连接器包括一段圆柱与一段圆筒，圆柱用于连接下立柱，圆柱内部开有用于光纤走线的空腔，圆筒侧身开有用于连接驱动电机轴的螺...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天梁，赵泽斌，陈发银，谭跃刚，周祖德，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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