一种有力/位感测功能的手术钳及力位解耦系统技术方案

本发明专利技术提供了一种有力/位感测功能的手术钳及力位解耦系统，所述手术钳包括力位解耦系统、握把、两根连接杆、上夹钳组件、下夹钳组件和显示器，两根连接杆分别连接在握把的两端，上夹钳组件、下夹钳组件分别架设在两根连接杆上，上夹钳组件、下夹钳组件分别设置有力位检测光纤光栅、温度补偿光纤光栅，力位检测光纤光栅、温度补偿光纤光栅均通过力位解耦系统与显示器连接，本发明专利技术结构简单、强度合适、灵敏度高、维间耦合小、容易标定、抗电磁干扰、生物兼容性好，通过智能算法处理可实现实时地将力/位信息传送到显示器，便于医生利用这些信息，控制抓取物体时的握力，而且本发明专利技术还可以检测被抓取物体位于夹钳所在的位置。被抓取物体位于夹钳所在的位置。被抓取物体位于夹钳所在的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种有力/位感测功能的手术钳及力位解耦系统


[0001]本专利技术涉及手术设备
，特别涉及一种有力/位感测功能的手术钳及力位解耦系统。

技术介绍

[0002]在一般的开放式、腹腔镜和机器人辅助手术中，夹持是最常见的操作方式，然而人体组织、器官等被夹持的对象一般较为柔软，因此很容易因夹持过程中施加了超负荷的力使得组器官等发生破裂。
[0003]据了解，在目前发展最为成熟的外科手术之一的腹腔镜胆囊切除手术中，就有56%的手术失误是由于施加的力过大或者过小导致的。手术过程中施加的力过大会造成组织损伤，而不足又会导致组织滑移，同时后者还涉及组织位于夹钳中的位置的问题。因此，在手术夹钳中引入力/位检测就显得尤为重要，目前也缺少相关的设备。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种有力/位感测功能的手术钳及力位解耦系统，以解决现有技术中，在腹腔镜等相关手术中，医生无法获知施加力的大小和手术过程中，手术器械的夹持位置的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种力位解耦系统，包括依次连接的温度补偿模块、位置估计模块和力值预测模块；所述温度补偿模块用于对多个光纤光栅中心波长漂移值中心波长漂移值和多个温度比例系数进行预处理，过滤掉温度造成的影响，输出温度补偿后的波长漂移值，并将温度补偿后的波长漂移值传输给所述位置估计模块，温度补偿后的波长漂移值即为温度补偿结果；所述位置估计模块用于接收所述温度补偿结果，并将温度补偿结果分别经过全连接层FC1、第一激活函数Relu、全连接层FC2处理，获得力的作用位置；所述力值预测模块用于将所述温度补偿结果和所述力的作用位置进行合并，并将合并后的信息分别经过全连接层FC3、第二激活函数Relu、全连接层FC4处理，最终输出对应位置所受力的大小。
[0006]优选地，所述位置估计模块是一个神经网络，包括依次连接的输入层、多个隐藏层以及输出层，所述隐藏层的个数为5~10个。
[0007]本专利技术另一方面还提供一种有力/位感测功能的手术钳，包括以上所述的力位解耦系统，以及，握把，所述握把呈U型，其两端均朝向相同的一侧；两根连接杆，两根所述连接杆分别连接在所述握把的两端；上夹钳组件，所述上夹钳组件包括第一基体、弹性件、力位检测光纤光栅和若干个
凸齿；所述第一基体连接在其中一根所述连接杆上远离所述握把的一侧，所述弹性件布设在所述第一基体的底面上，所述弹性件的中部形成有空腔，所述力位检测光纤光栅是一根刻有两个光栅点的光纤，其一端设置在所述空腔内，所述力位检测光纤光栅另一端穿过所述空腔与力位解耦系统连接，若干个所述凸齿并排连接并架设在所述弹性件上远离所述第一基体的一侧；下夹钳组件，所述下夹钳组件包括第二基体、接触件以及温度补偿光纤光栅，所述第二基体连接在另一根所述连接杆上远离所述握把的一端，所述接触件架设在所述第二基体上朝向所述上夹钳组件的一侧，所述接触件和所述凸齿相对匹配设置，所述温度补偿光纤光栅的一端架设在所述接触件内，另一端与所述力位解耦系统连接；显示器，所述显示器与所述力位解耦系统连接，所述力位解耦系统对信号进行处理并将信号传输给所述显示器进行显示。
[0008]优选地，所述弹性件数量设置为两个，分别为第一弹性件和第二弹性件；所述凸齿的数量为三个，分别为第一凸齿、第二凸齿和第三凸齿；所述第一弹性件与所述第一凸齿连接，所述第二弹性件与所述第三凸齿连接，第二凸齿位于第一凸齿和第三凸齿之间。
[0009]优选地，所述上夹钳组件还包括上夹钳保护套，所述上夹钳保护套连接在所述第一基体上，用于对所述第一基体、所述弹性件、所述力位检测光纤光栅和所述凸齿进行保护。
[0010]优选地，所述下夹钳组件还包括下夹钳保护套，所述下夹钳保护套连接在所述第二基体上，用于对所述第二基体、所述接触件、所述温度补偿光纤光栅进行保护。
[0011]优选地，两个相邻两个所述凸齿之间靠近所述弹性件一侧设置有扇形槽。
[0012]优选地，所述手术钳还包括手持部，手持部架设在所述握把上，以使操作者的手指穿过所述手持部对所述握把握紧。
[0013]优选地，所述手术钳还包括两块限位板，所述握把两端分别设置为A、B两端部，两块所述限位板的一端分别固定在所述握把的A端部上，两块所述限位板的另一端朝所述握把的B端部延伸，所述握把的B端部设置在两块所述限位板之间，以使握把的B端部的运动方向限制在两块所述限位板之间。本专利技术的有益效果：1、本专利技术结构简单、强度合适、灵敏度高、维间耦合小、容易标定、抗电磁干扰、生物兼容性好；2、本专利技术通过智能算法处理可实现实时地将力/位信息传送到显示器，便于医生利用这些信息，控制抓取物体时的握力，本专利技术还可以检测被抓取物体位于夹钳的位置，外科医生通过上述反馈的信息可准确地感知作用在组织上的力以及组织的被加持位置，从而进行精准手术操作，改善手术质量。
附图说明
[0014]图1为手术钳的三维结构示意图；图2为手术钳的爆炸示意图；图3为上夹钳组件的局部三维结构示意图的放大图；
图4为下夹钳组件的局部三维结构示意图的放大图；图5为握把的剖面结构示意图的放大图；图6为第一基体与上夹钳保护套的连接示意图的放大图；图7为力位解耦系统和显示器之间的信息处理流程图；图8为力位解耦系统的详细工作流程图。
[0015]附图标记说明：100、握把；110、限位板；130、盲孔；140、第一穿线孔；200、连接杆；300、上夹钳组件；310、第一基体；320、第一弹性件；321、第二弹性件；330、力位检测光纤光栅；340、凸齿；341、第一凸齿；342、第二凸齿；343、第三凸齿；344、扇形槽；350、上夹钳保护套；351、第一上夹钳保护套；352、第二上夹钳保护套；400、下夹钳组件；410、第二基体；420、接触件；430、温度补偿光纤光栅；440、下夹钳保护套；500、手持部；510、上把耳；520、下把耳。
具体实施方式
[0016]下面结合附图及具体实施例对本专利技术再作进一步详细的说明。在本专利技术的描述中，相关方位或位置关系为基于图1所示的方位或位置关系，其中，“上”、“下”是指图1的上下方向。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]另外，在本专利技术中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
[0018]本申请实施例提供了一种力位解耦系统，包括依次连接的温度补偿模块、位置估计模块和力值预测模块；所述温度补偿模块用于对多个光纤光栅中心波长漂移值中心波长漂移值和多个温度比例系数进行预处理，过滤掉温度造成的影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力位解耦系统，其特征在于，包括依次连接的温度补偿模块、位置估计模块和力值预测模块；所述温度补偿模块用于对多个光纤光栅中心波长漂移值和多个温度比例系数进行预处理，过滤掉温度造成的影响，输出温度补偿后的波长漂移值，并将温度补偿后的波长漂移值传输给所述位置估计模块；所述位置估计模块用于接收所述温度补偿模块的输出信息，并将所述温度补偿模块的输出信息分别经过全连接层FC1、第一激活函数Relu、全连接层FC2处理，获得力的作用位置；所述力值预测模块用于将所述温度补偿模块和所述位置估计模块的输出信息进行合并，并将合并后的信息分别经过全连接层FC3、第二激活函数Relu、全连接层FC4处理，最终输出对应位置所受力的大小。2.根据权利要求1所述的力位解耦系统，其特征在于，所述位置估计模块是一个神经网络，包括依次连接的输入层、多个隐藏层以及输出层，所述隐藏层的个数为5~10个。3.一种有力/位感测功能的手术钳，其特征在于，包括权利要求1至2任一项所述的力位解耦系统，以及，握把（100），所述握把（100）呈U型，其两端均朝向相同的一侧；两根连接杆（200），两根所述连接杆（200）分别连接在所述握把（100）的两端；上夹钳组件（300），所述上夹钳组件（300）包括第一基体（310）、弹性件、力位检测光纤光栅（330）和若干个凸齿（340）；所述第一基体（310）连接在其中一根所述连接杆（200）上远离所述握把（100）的一侧，所述弹性件布设在所述第一基体（310）的底面上，所述弹性件的中部形成有空腔，所述力位检测光纤光栅（330）一端设置在所述空腔内，另一端穿过所述空腔与力位解耦系统连接，若干个所述凸齿（340）并排连接并架设在所述弹性件上远离所述第一基体（310）的一侧；下夹钳组件（400），所述下夹钳组件（400）包括第二基体（410）、接触件（420）以及温度补偿光纤光栅（430），所述第二基体（410）连接在另一根所述连接杆（200）上远离所述握把（100）的一端，所述接触件（420）架设在所述第二基体（410）上朝向所述上夹钳组件（300）的一侧，所述接触件（420）和所述凸齿（340）相对匹配设置，所述温度补偿光纤光栅（430）的一端架设在所述接触件（420）...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁桥康，李红豪，龙建勇，成乐凯，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：