一种生物软组织切削试验装置制造方法
【专利摘要】本发明属于生物医学工程领域，是一种生物软组织切削试验装置，包括底座、计算机、滑竿、竖直导轨、垂向步进电机、支架、力传感器、切削刀具夹持装置、切削刀具、软组织夹持装置、横向导轨、横向步进电机；其特征是还包括直线导轨控制器、直线电机。力传感器、计算机及数据采集卡组成测力系统，数据采集卡采集力信号并通过PCI接口存储至计算机。力传感器可实时测量切削力，从而实现了对软组织切削的定量研究。能够实现软组织的高速切削，并在计算机控制下实现对整个切削过程的自动测量，测试速度快，精度高，通过切削试验能够快速建立典型软组织切削数据库。
【专利说明】一种生物软组织切削试验装置
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学工程领域，涉及一种生物软组织切削试验装置。
【背景技术】
[0002]外科手术是一种通过对组织或器官部分或全部切除、修复、重建来治疗疾病的一种医疗手段，广泛应用于临床。生物软组织，如肌肉、肝脏等生理结构复杂，是一种典型的非均匀、各向异性、且表现出非线性应力应变特性的材料。目前对软组织切削机理缺乏有效的定量研究试验装置，这极大阻碍了新型医疗设备的开发应用，因此开发一种用于研究组织切削的试验装置用于软组织切削进行定量研究十分必要。
[0003]目前常用的驱动装置主要有两种，一种是气缸，另一种是伺服(或步进)电机驱动的直线导轨。前一种通过改变气压缸压强调整切削速度，成本较低，能够获得较高的切削速度，不足之处是切削速度无法连续调整，且刀具进给过程中切削速度不稳定，这不利于定量研究切削速度对软组织切削性能的影响。后一种方法因采用伺服控制技术易于对切削过程进行精确控制，但不足之处是受导轨自身惯量的限制，切削速度有限，加速度也较小。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对组织切削试验提供一种新型生物软组织切削试验装置。
[0005]本发明是通过以下方式实现的:
[0006]一种生物软组织切削试验装置，包括底座、计算机、滑竿、竖直导轨、垂向步进电机、支架、力传感器、切削刀具夹持装置、切削刀具、软组织夹持装置、横向导轨、横向步进电机，计算机内装有数据采集卡；其特征是还包括直线电机控制器、直线电机；直线电机、直线电机控制器和计算机组成直线进给系统，计算机用于存储和编辑直线电机的运动控制指令，直线电机控制器接受来自计算机的控制指令控制直线电机的运动，切削刀具固定在刀具夹持装置上由直线电机驱动实现对软组织的切削；计算机内通过PCI接口安装数据采集卡，力传感器、切削刀具夹持装置、切削刀具依次安装在直线电机前端推板上。力传感器、计算机及数据采集卡组成测力系统，数据采集卡采集力信号并通过PCI接口存储至计算机。力传感器可实时测量切削力，从而实现了对软组织切削的定量研究。
[0007]上述一种超声振动辅助生物软组织切削试验装置，其特征是力传感器采用六分量动态测力传感器。
[0008]本发明一种生物软组织切削装置，能够实现软组织的高速切削，并在计算机控制下实现对整个切削过程的自动测量，测试速度快，精度高，通过切削试验能够快速建立典型软组织切削数据库。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明整体结构示意图；[0010]图中:1-底座、2-直线电机控制器、3-计算机、4-直线电机、5-滑竿、6-竖直导轨、7-垂向步进电机、8-支架、9-力传感器、10-切削刀具夹持装置、11-切削刀具、12-软组织夹持装置、13-横向导轨、14-横向步进电机
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图给出本发明的三个最佳实施例:
[0012]实施例一:
[0013]如图1所示，本发明是一种生物软组织切削试验装置，包括底座1、直线电机控制器2、计算机3、直线电机4、滑竿5、竖直导轨6、垂向步进电机7、支架8、力传感器9、切削刀具夹持装置10、切削刀具11、软组织夹持装置12、横向导轨13、横向步进电机14。计算机3内通过PCI接口安装数据采集卡，力传感器9为六分量动态测力传感器，其最高数据采样频率为250KHz，力传感器9、切削刀具夹持装置10、切削刀具11依次安装在直线电机4前端推板上，力传感器9的信号输出端口与计算机3中数据采集卡的数据采集端口相连，直线电机4、垂直步进电机7、横向步进电机14均由计算机3控制；切削试验时通过计算机3控制直线电机控制器2，进而驱动直线电机4以设定的运动形式运动，最终驱动夹持器10带动切削刀具11切削软组织夹持装置12中的软组织，直线电机4以及软组织夹持装置12分别固定在竖直导轨6及横向导轨13上,通过计算机3控制垂向步进电机7和横向步进电机14,可以分别调整直线电机4在竖直方向上的位置以及软组织夹持装置12在水平方向上的位置，进而可以实现对切削点位置的控制。
[0014]具体操作方式为:首先将待切削的生物软组织放置在软组织夹持装置12上并固定，调整横向导轨13改变软组织夹持装置12的位置，调整竖直导轨6改变直线电机4的高度，使切削刀具11指向目标切削位置。在计算机3上编辑直线电机4的运动控制指令，并将运动控制指令传送到直线电机控制器2以控制滑竿5的运动，实现对软组织的切削。力传感器9将力信号以电压的方式传给计算机3中的数据采集卡，经处理后存储在计算机3中。
[0015]实施例二:
[0016]如图1所示，为降低设备成本，力传感器9采用数据采样频率为7KHz的低端三分量力传感器或更低分量，更低采样频率的力传感器，能较实施例一可大大降低生产成本，应用于中低速切削软组织试验，其余同实施例一。
[0017]实施例三:
[0018]如图1所示，针对特殊的小型软组织软测试实验，可以将力传感器9安装到软组织夹持装置12的下方，与软组织夹持装置12固定在一起，开发出针对大的切削加速度与小的组织质量的专用实验装置，该装置能消除惯性对力传感器9测量精度的影响，尤其适合生物软组织加速度较大时(大于3g)且被切削生物软组织质量较小时(小于200克)的情况，可以提高切削力测量精度。其余同实施例一。
【权利要求】
1.一种生物软组织切削试验装置，包括底座(I)、计算机(3)、滑竿(5)、竖直导轨(6)、垂向步进电机(7 )、支架(8 )、力传感器(9 )、切削刀具夹持装置(10 )、切削刀具(11)、软组织夹持装置(12)、横向导轨(13)、横向步进电机(14)，计算机(3)内装有数据采集卡；其特征是还包括直线电机控制器(2)、直线电机(4);直线电机(4)、直线电机控制器(2)和计算机(3)组成直线进给系统，计算机(3)用于存储和编辑直线电机(4)的运动控制指令，直线电机控制器(2)接受来自计算机(3)的控制指令控制直线电机(4)的运动，切削刀具(11)固定在切削刀具夹持装置(10)上由直线电机(4)驱动实现对软组织的切削；计算机(3)内通过PCI接口安装数据采集卡，力传感器(9 )、切削刀具夹持装置(10 )、切削刀具(11)依次安装在直线电机(4)前端推板上；力传感器(9)、计算机(3)及数据采集卡组成测力系统，数据采集卡采集力信号并通过PCI接口存储至计算机(3);力传感器(9)可实时测量切削力，从而实现了对软组织切削的定量研究。
2.根据权利要求1所述一种生物软组织切削试验装置，其特征是力传感器(9)采用六分量动态测力传感器。
【文档编号】G01N19/00GK103743666SQ201410031955
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】张勤河, 高立营, 宋磊, 秦雪梅, 李丹, 辛青 申请人:山东大学