本申请提出了一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其属于医疗器械这一技术领域。其技术要点在于：神经外科手术吸引管本体为具有菱形切割槽口的柔性挠曲结构和外附光纤传导通路的空心管；多传感器融合感知装置包括：4组信号采集线路，沿着所述神经外科手术吸引管本体上的外周向均匀间隔设置；每组所述信号采集线路均包括：端部电极、两组布拉格光栅节点、光路传导光纤、电传导铜线；所述第一组布拉格光栅节点位置与挠曲结构对应；电信号与光信号在信息采集与传导上相互独立，互不影响。采用本申请的技术方案，能够感知手术过程中的力，通过力触觉重建出术中组织硬包体表面反作用力分布和定位深度信息，从而引导高效的电极阻抗谱检测与成像。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗器械这一，具体涉及一种具有感知功能的神经外科手术吸引管。
技术介绍
1、神经外科常使用吸引管工具来帮助清除术中多余的内组织和积液，如组织碎片、血液和脑肿瘤等，有时医生也会用吸引管来操纵组织来辅助脑肿瘤的剥离操作。
2、现有的吸引管(例如：cn101829389a、cn103977497a、cn201775856u、cn201775856u)可以通过变化手持端端口处的手指压力来调节抽吸力，但并没有对吸引管末端接触操作时力的精确感知，尤其是神经外科手术中需要注意尽可能地减少对健康脑组织的医源性损伤；并且，肿瘤切除手术往往需要在保证肿瘤切除干净的情况下尽可能地避免扩大切除，而神经外科由于其特殊性，肿瘤组织和健康组织的术中鉴别强依赖于手术医生的临床经验，尽管术后可以通过影像学分析评估手术切除效果，但极容易出现二次手术的情况。
3、对此，通过对术中精细操作的力感知和力感知触诊引导下进行生物电阻抗谱快速检测和成像来保障安全手术和恶性组织切缘识别，成为一直值得研究的技术路线。
4、因此，研发一种具有感知功能(力感知)的神经外科手术吸引管，就成为一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种具有感知功能的神经外科手术吸引管。
2、本申请的技术方案如下：
3、一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，包括：神经外科手术吸引管本体(1)、多传感器融合感知装置(2)；
4、其中，神经外科手术吸引管本体(1)，其为具有柔性挠曲结构(1-1)的空心管；
5、其中，多传感器融合感知装置(2)包括：4组信号采集线路，4组信号采集线路的结构相同且4组信号采集线路沿着所述神经外科手术吸引管本体(1)上的外周向均匀间隔设置，相邻的信号采集线路的相位角差值为90°；
6、每组所述信号采集线路均包括：第一布拉格光栅节点(2-2)、第二布拉格光栅节点(2-3)、光纤(2-4)；第一布拉格光栅节点(2-2)、所述第二布拉格光栅节点(2-3)设置在所述光纤(2-4)上；
7、所述第一布拉格光栅节点(2-2)与挠曲结构(1-1)对应；
8、所述第二布拉格光栅节点(2-3)距离光纤端部的距离大于所述第一布拉格光栅节点(2-2)距离光纤端部的距离。
9、进一步，所述每组所述信号采集线路还包括金属电极(2-1)；在所述光纤(2-4)的端部设置有金属电极(2-1)。
10、进一步，所述第二布拉格光栅节点(2-3)距离金属电极(2-1)的距离大于所述第一布拉格光栅节点(2-2)距离金属电极(2-1)的距离。
11、进一步，所述第二布拉格光栅节点(2-3)用于感知横向力；所述第一布拉格光栅节点(2-2)、所述第二布拉格光栅节点(2-3)共同用于解耦感知轴向力。
12、进一步，所述金属电极(2-1)用于激励和采集信号。
13、进一步，所述挠曲结构(1-1)是通过在神经外科手术吸引管本体(1)的管身通过切槽而形成。
14、进一步，所述的切槽具有菱形切割的槽口。
15、进一步，4组信号采集线路按照神经外科手术吸引管本体(1)上的外周向顺序称为：第1组信号采集线路、第2组信号采集线路、第3组信号采集线路、第4组信号采集线路；
16、通过4组信号采集线路获知温度变化的方式是：
17、s100，获取λ2-1、λ2-3、δλ2-1、δλ2-3、λ1-1、λ1-3、δλ1-1、δλ1-3；
18、其中，λi-j表示第j组第i布拉格光栅节点对应的节点中心波长；δλi-j表示第j组第i布拉格光栅节点对应的中心波长偏移；i＝1,2；j＝1,3；
19、s200，计算第一布拉格光栅节点感知区域处位置的温度变化量δt1、第二布拉格光栅节点感知区域处位置的温度变化量δt2，所述温度感知为变化量，其基准值是环境温度；
20、
21、
22、其中，af表示布拉格光栅节点的热膨胀系数；εf表示布拉格光栅节点的热光学系数。
23、进一步，获取横向力fx、fy的方式是：
24、s100，获取δλ2-1、δλ2-2、δλ2-3、δλ2-4；其中，δλi-j表示第j组第i布拉格光栅节点对应的中心波长偏移；i＝2；j＝1,2，3，4；
25、s200，求解fx、fy：
26、
27、其中，为常数矩阵，其参数通过标定实验获得，为已知量。
28、进一步，获取纵向力fz的方式是：
29、s100，获取δλ1-1、δλ1-2、δλ1-3、δλ1-4、δλ2-1、δλ2-2、δλ2-3、δλ2-4；δλi-j表示第j组第i布拉格光栅节点对应的中心波长偏移；i＝1，2；j＝1,2，3，4；
30、s200，求解fz：
31、
32、其中，为已知量，分别表示与温度变化量相关的映射系数常量(可通过标定获得)，af表示布拉格光栅节点的热膨胀系数；εf表示布拉格光栅节点的热光学系数，λ0表示初始波长；
33、其中，l表示神经外科手术吸引管本体的左端到持力点的距离；x1、x2分别表示第一、二布拉格光栅节点到持力点的距离；
34、其中，为常系数矩阵，通过标定试验获得。
35、本专利技术技术方案的优点主要体现在：
36、(1)本申请提出了感知功能的外科手术吸引管，其能够精准感知术中的组织操纵力。具体而言，在4组信号采集线路的光纤上设置两个布拉格光栅节点。第一布拉格光栅节点2-2用于感知横向力。第二布拉格光栅节点2-3、第一布拉格光栅节点2-2共同用于解耦感知轴向力。
37、(2)本申请给出了横向力fx、fy的求解方法：
38、
39、(3)本申请给出了纵向力fz的求解方法：
40、
41、(4)本申请提出了一种综合力触觉感知及组织属性检测(光纤的端部设置电极，具备电阻抗检测能力)的多功能神经外科手术操作吸引管，辅助医生精准感知术中的组织操纵力，并通过力触诊引导组织电阻抗谱检测帮助术中实时鉴别恶行肿瘤组织并进行肿瘤切缘识别与深度成像，从而避免出现二次手术。
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【技术保护点】
1.一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，包括：神经外科手术吸引管本体(1)、多传感器融合感知装置(2)；
2.根据权利要求1所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，所述第二布拉格光栅节点(2-3)用于感知横向力；所述第一布拉格光栅节点(2-2)、所述第二布拉格光栅节点(2-3)共同用于解耦感知轴向力。
3.根据权利要求1所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，所述挠曲结构(1-1)是通过在神经外科手术吸引管本体(1)的管身通过切槽而形成。
4.根据权利要求2所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，4组信号采集线路按照神经外科手术吸引管本体(1)上的外周向顺序称为：第1组信号采集线路、第2组信号采集线路、第3组信号采集线路、第4组信号采集线路；
5.根据权利要求4所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，获取横向力Fx、Fy的方式是：
6.根据权利要求4所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，获取纵向力Fz的方式是：
7.根据权利要求1所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，所述每组所述信号采集线路还包括金属电极(2-1)；在所述光纤(2-4)的一端端部设置有金属电极(2-1)；光纤的另一端作为入射光进口。
8.根据权利要求7所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，所述金属电极(2-1)用于激励和采集信号。
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【技术特征摘要】
1.一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，包括：神经外科手术吸引管本体(1)、多传感器融合感知装置(2)；
2.根据权利要求1所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，所述第二布拉格光栅节点(2-3)用于感知横向力；所述第一布拉格光栅节点(2-2)、所述第二布拉格光栅节点(2-3)共同用于解耦感知轴向力。
3.根据权利要求1所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，所述挠曲结构(1-1)是通过在神经外科手术吸引管本体(1)的管身通过切槽而形成。
4.根据权利要求2所述的一种具有感知功能的神经外科手术吸引管，其特征在于，4组信号采集线路按照神经外科手术吸引管本体(1)上的外周向顺序称为...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶可，陈柏，郭昊，鞠锋，姚佳烽，丁力平，蒋素荣，王灵禺，曹嘉楷，吴昊晴，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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