一种生物软组织特性测试及力学参数标定系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物软组织特性测试及力学参数标定系统，包括有计算机、系统控制装置、机械装置、伺服电机驱动装置、电控箱；其设计要点为：所述的系统控制装置包括有数据采集卡、PMAC运动控制卡，该PMAC运动控制卡的输入、输出端分别与伺服电机驱动装置、计算机、数据采集卡连接；所述针头升降装置的底端连接有拉压传感器，该拉压传感器的底部连接有医用穿刺针，拉压传感器的输出端通过变送器与系统控制装置中的数据采集卡的输入端连接。本发明所设计的生物软组织特性测试及力学参数标定系统，能够通过对软组织进行针穿刺及实时数据采集、分析，由此获得生物软组织特性及力学参数。
【专利说明】一种生物软组织特性测试及力学参数标定系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及软组织的生物力学特性测试领域，具体涉及一种生物软组织特性及力学参数标定系统。
【背景技术】
[0002]生物软组织的力学特性与生物体的运动、生理和病理变化密切相关,许多疾病能够引起组织的弹性或硬度的变化。现今，虚拟手术训练成为热点，软组织的力学测量和参数标定也成为了生物医学研究的重要问题。因此，建立准确的力学特性标定系统作为生物力学测量工具，对医学手术帮助很大。
[0003]目前，现有的生物软组织力学特性测试系统通常有压痕检测，超声波检测。采用压痕检测设备是通过拉伸软组织而发生长度和张力的变化，该方法测量了表皮的位移和压痕的位移，而没有测量组织的厚度，同时也受到一些几何因素的影响，影响软组织力学特性的真实性。超声波检测利用超声波和压力传感器组成传感系统，测量生物软组织的压力和形变信息，通过软组织生物力学模型和所测信号，提取软组织的特性参数，该方法精度较高，但应用前景较为单一。近年来，研究人员对机器人辅助穿刺手术兴趣颇大，虚拟手术训练也受到广泛的关注，通过对组织与安装有传感器的手术器械交互时的特性进行参数测量得到关注，哈尔滨工业大学利用穿刺机器人对猪肝脏进行穿刺实验，通过对穿刺力的数据的提取，建立模型，获取软组织的力学特性参数，但其只有刺入过程，没有拨出组织的分析，设计的软件功能单一。因此，针对现有的组织特性和力学参数标定系统的发展情况，需引入新的测试系统和标定方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是提供一种结构简单、自动化程度高、参数标定精确的生物软组织特性测试及力学参数标定系统。
[0005]本发明的目的是通过以下方式实现的:
本发明所设计的生物软组织特性测试及力学参数标定系统，一种生物软组织特性及力学参数标定系统，包括有计算机、系统控制装置、机械装置、伺服电机驱动装置、电控箱；其设计要点为:所述的系统控制装置包括有数据采集卡、PMAC运动控制卡，该PMAC运动控制卡的输入、输出端分别与伺服电机驱动装置、计算机、数据采集卡连接；所述机械装置包括有机械臂、XY运动平台、针头升降装置；所述针头升降装置的底端连接有拉压传感器，该拉压传感器的底部连接有医用穿刺针，拉压传感器的输出端通过变送器与系统控制装置中的数据采集卡的输入端连接；所述机械臂的下方设有XY运动平台，该平台上设有组织支架；所述伺服电机驱动装置分别与XY运动平台中的X轴、Y轴及针头升降装置中的Z轴连接；所述伺服电机驱动装置设有位置传感器，该位置传感器的输出端与PMAC运动控制卡的输入端相连接；所述电控箱内置有电路控制装置以及系统控制装置。
[0006]本发明所设计的生物软组织特性测试及力学参数标定系统，能够通过对软组织进行针穿刺及实时数据采集、分析，由此获得生物软组织特性及力学参数；其中的系统控制装置可控制XY运动平台进行位置移动，其中的拉压传感器可实时采集拉压力信号，获取穿刺力的大小、方向和位移等信息，计算机可对采集的数据进行分析、处理，从而准确、快捷、方便地得到软组织的力学特性曲线和参数，由此完成了对生物软组织特性及力学参数的标定。
[0007]本发明系统经过对动物组织(猪的肝脏)的实际测试，其所显现出的肝脏力学特性曲线与典型的肝脏力学特性曲线具有高度重合性。由此说明，本发明系统参数标定精确，其可为临床病理诊断提供重要数据参考，也可用于指导虚拟手术和机器人辅助穿刺手术。
[0008]为使本发明所述标定系统具有测量范围更广、精度更高，标定过程更为简单方便，本发明在计算机中设有数码控制系统，该数码控制系统包括有系统管理集成模块和实时控制集成模块；所述的系统管理集成模块包含有系统初始化模块、运行参数设置模块、在线指令控制模块；所述的实时控制集成模块包含有标定系统控制模块，数据采集模块；其中的标定系统控制模块设有人机交互界面，XY运动平台手动控制程序、XY运动平台自动控制程序、针头升降装置控制程序、系统回零控制程序、实时监控程序。
[0009]本发明中的XY运动平台自动控制程序为选择性自动控制程序，当选择启动该程序并输入穿刺位置参数后，数码控制系统自动移动软组织支架(即设置在XY运动平台上的组织支架随着运动平台自行移动至预先设定好的位置)，穿刺针即可在预先设定好的位置进行穿刺。
[0010]本发明所述生物软组织特性及力学参数标定系统，其重要的创新点还体现在一下几个方面:
1、本发明系统可自行对生物软组织进行力学拉压穿刺测试，其控制稳定，具有较高的标定精度，且能够直观测试及数据分析。
[0011]2、本发明系统在获取软组织不同部位的力学信息时，可通过系统控制装置中的选择性自动控制程序自行移动选取软组织的测量点，其准确到位，可减小人工操作肝脏支架对参数标定带来的误差，也方便了测试人员进行多次测试。
[0012]3、本发明系统中的数据采集模块通过预设定参数(针穿刺力的数字量、位移的脉冲计数值以及曲线初始坐标)，以及数据采集、处理和分析，得到力与位移曲线图，反映真实的生物特性，并通过计算得到准确的力学参数。
[0013]4、本发明系统的数码控制系统设计，使本发明具有测量范围广、精度高，标定过程简单方便的优越特性。
[0014]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明系统构成框图。
[0015]图2为本发明系统中的部分硬件的连接及运行示意图。
[0016]图3为本发明系统中主工作台的机械结构示意图。
[0017]图4为本发明系统的数码控制系统的构成框图。
[0018]图5为本发明系统中的XY运动平台手动控制程序流程图。
[0019]图6为本发明系统中的回零控制程序流程图。
[0020]图7为本发明系统中的XY运动平台自动控制程序流程图。
[0021]图8为本发明系统中的针头升降装置控制程序流程图。[0022]图9为本发明系统中的实时监控程序流程图。
[0023]图10为本发明系统中的数据采集模块的数据采集流程图。
[0024]图11为本发明系统中在启动系统管理集成模块时的参数设置界面参考图。
[0025]图12为本发明系统中标定系统控制模块的人机交互界面图。
[0026]图13为本发明实施例中测试得到的力与位移曲线图。
[0027]图14为本发明实施例中测试得到的力与时间的曲线图。
[0028]图15为本发明实施例中测试得到的曲线与理想力学特性曲线的对比图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图对本发明做进一步的详述。
[0030]本发明系统构成如图1所示，包括有计算机14、系统控制装置、机械装置、伺服电机驱动装置4、电控箱9。所述的系统控制装置包括有数据采集卡IUPMAC运动控制卡12，该PMAC运动控制卡12的输入、输出端分别与伺服电机驱动装置4、计算机14、数据采集卡11连接；所述机械装置包括有机械臂2、XY运动平台1、针头升降装置3 (参见图3);所述机械臂2上设有针头升降装置3，该针头升降装置3的底端连接有拉压传感器7，该拉压传感器7的底部连接有医用穿刺针10，拉压传感器7的输出端通过变送器8与系统控制装置中的数据采集卡11的输入端连接；所述机械臂2的下方设有XY运动平台1，该平台I上设有组织支架5 ;所述伺服电机驱动装置4分别与XY运动平台中的X轴、Y轴及机械臂上的针头升降装置中的Z轴连接；所述伺服电机驱动装置4设有位置传感器6，该位置传感器6的输出端与PMAC运动控制卡12的输入端相连接；所述电控箱9内置有电路控制装置13以及系统控制装置中的数据采集卡11、PMAC运动控制卡12。电路控制装置13包括有断路器、按钮开关、接触器。电路控制装置13用于控制整个系统的电路开关。
[0031]本发明系统中更为细化的硬件连接及运行方式如图2所示:
计算机(也称上位机)通过USB接口与系统控制装置中的PMAC运动控制卡(也称为下位机)连接；PMAC运动控制卡提供4轴伺服以及32个通用数字I/O接口。PMAC运动控制卡分别通过驱动器a、驱动器b、驱动器c与X轴电机、Y轴电机、Z轴电机连接；当PMAC运动控制卡发出伺服信号(X轴控制信号；Y轴控制信号、Z轴控制信号)，相应的驱动器(驱动器a，驱动器b、驱动器c )随即启动，X轴电机、Y轴电机、Z轴电机随之被驱动，XY运动平台、针头升降装置随之进行相应的移动。安装在伺服电机轴上的增量码盘可充当位置传感器，其用于测量XY运动平台、针头升降装置的移动距离，并把移动位置反馈信号(X轴反馈信号、Y轴反馈信号、Z轴反馈信号)反馈给PMAC运动控制卡。电路控制装置中的按钮开关(如零位开关、硬件即位开关等)集成在电控箱中，并通过线路与PMAC运动控制卡中的I/O接口链接。
[0032]本发明中的计算机主要负责系统的运动状态监控、上、下位机的通讯、参数变量的设置、运动程序的编写及调试等功能。PMAC运动控制卡进行数据的分析、程序的分析、运算和执行、位置信号的反馈，同时与上位机的通讯等功能。
[0033]本发明实施例中PMAC运动控制卡采用Clipper控制器，其为Turbo PMAC2 CPU，提供4轴伺服以及32个通用数字I/O接口，并通过伺服信号转换板驱动电机的运动；X、Y轴采用日本松下Minas A4系列MDDA103A1A和MDMA102A1A型伺服驱动器和电机；针升降装置采用Minas A5系列MSMD042G1V和MBDHT2510型号的驱动器和电机；数据采集模块采用DTC-28B 8路16位A/D信号采集卡，该部分通过PC104总线与Clipper控制器连接，实时采集拉压传感器的数据信息；拉压传感器采用DJSX-25高分辨率S型拉压传感器，额定负载0?2kg，测量温度范围-20°C?60°C，输出灵敏度1.0/2.010±10%mV/V。固定在针头升降装置上，与数据采集卡通信，可以对针穿刺进入生物软组织，拔出组织的全程力进行检测和记录。
[0034]本发明系统中主工作台的机械结构如图3所示，其包括有XY运动平台1、机械臂
2、针头升降装置3，其中XY运动平台I是一个采用滚珠丝杠传动的模块化十字工作台，其可做X轴向运动或Y轴向运动、针头升降装置3固定在机械臂2上，垂直于XY运动台1，针头升降装置3可做Z轴向升降运动。
[0035]本发明系统中的数码控制系统负责系统运动状态的监控、上下位机的通讯、参数变量的设置、运动程序的编写及调试等功能。
[0036]该数码控制系统的构成如图4所示，包括有系统管理集成模块和实时控制集成模块；所述的系统管理集成模块包含有系统初始化模块、运行参数设置模块、在线指令控制模块；
系统管理集成模块采用PMAC控制卡内建的PMACPlot32Pro2软件，负责系统启动前XY运动台、针头升降装置的参数调整和管理；
所述的实时控制集成模块包含有标定系统控制模块、数据采集模块。其中的标定系统控制模块设有人机交互控制界面，XY运动平台手动控制程序、XY运动平台自动控制程序、针头升降装置控制程序、系统回零控制程序、实时监控程序。实时控制集成模块负责对本系统进行XY运动平台手动控制、穿刺针的升降控制、系统回零控制(包括速度设定控制)、XY运动平台自动控制，并可实时监控电机的状态反馈；
实时控制集成模块中的标定系统控制模块是结合MFC、Microsoft Visual C++ 6.0编程工具编制的，其可用于控制XY运动平台和针头升降装置的启动、运行和停止。
[0037]数据采集模块采用PMACPlot32Pro2软件，可实时采集穿刺针的穿刺力和位置情况，并对数据采集结果进行后期处理。
[0038]实时控制集成模块中的XY运动平台手动控制程序用于控制XY运动平台中的X轴和Y轴的运动。其流程图如图5所示，计算机可通过该程序直接手动控制X轴和Y轴的运动距离。在操作时，按下设备中的移动控制按钮，XY运动平台启动并保持运动，当平台到达指定距离后不再运动，按下停止按钮后平台停止运动；如需设定增量距离，可通过该程序选择是否启动增量模式来设定增量距离，XY运动平台中的X轴电机和Y轴电机按照设定的增量距离移动，当到达指定位置，驱动XY运动平台的电机停止工作。如不启动增量模式，则可通过手动调整XY运动平台的移动距离，驱动XY运动平台移位，当平台到达指定位置，指示驱动XY运动平台的电机停止工作。
[0039]实时控制集成模块中的系统回零控制程序，可使系统中伺服电机驱动装置中的X轴、Y轴、Z轴电机回零，从而使XY运动平台机械置零。或通过软件置零将XY运动平台、针头升降装置的当前位置置为零位。
[0040]其控制流程图如图6所示，启动该程序，确认X轴、Y轴、Z轴电机是否在机械零位，如在，该程序直接结束；如不在，则进行正向回零调整，如调整到达零位，再行确认X轴、Y轴、Z轴电机是否在机械零位。[0041]实时控制集成模块中的XY运动平台自动控制程序，可实现计算机自动控制XY运动平台在X或Y轴上的运动。
[0042]XY运动平台的自动控制程序由C++语言编写，在程序中设有定时器和设定运动规律的代码段，运动规律由以下参数决定:定时器的循环次数N、完成一次穿刺实验的最大时间S、电机控制平台移动的位移量L。程序中设定循环次数N为穿刺实验次数，针头升降装置完成一次穿刺实验的最大时间S设为7min，位移量L设定为1cm。每次穿刺完成后，X轴电机控制平台正向/反向移动1cm，Y轴电机静止；或Y轴电机控制平台正向/反向移动1cm，X轴电机静止；再或者X轴、Y轴电机共同控制平台正向/反向移动1cm。关于电机的选择和电机控制平台的移动方向可通过在载入运动程序前修改代码进行调整，一旦载入运动程序，平台的移动方向和移动位移量将按照写好的程序指令移动。
[0043]在进行生物软组织穿刺过程中，XY运动平台处于静止状态。如需进行多次穿刺实验，需要在实时控制集成模块中选择载入XY运动平台自动控制程序并保存，点击执行程序按钮，定时器开始计时，此时启动针头升降装置进行穿刺实验，当完成一次穿刺过程，且定时达到7min，定时器关闭，X轴、Y轴电机启动，XY运动平台按照程序设定位移量自行移动，当平台到达指定的位置后，运动停止。定时器再次启动，并启动针头升降装置进行第二次穿刺实验，穿刺完成并定时器达到7min后定时器关闭，XY运动平台中的X轴、Y轴电机启动，XY运动平台按照程序设定位移量再次自行移动，当平台到达指定的位置后，X轴、Y轴电机停止。如此多次循环，直至完成所有循环次数N，平台运动结束。具体流程图如图7所示。
[0044]针头升降控制程序，负责控制Z轴上的针头升降装置的上下运动。其还可设定针头升降装置的位移距离增量/移动速度(即移动参数)，并可手动位置置零。
[0045]该程序的流程设计如图8所示。在应用时启动该程序，设置移动参数(距离增量和移动速度)，启动该程序，针头升降装置中的Z轴电机被启动，针头升降装置中的穿刺针可匀速上升、下降，穿刺针到达指定位置后，针头升降装置中的Z轴电机停止工作。
[0046]实时控制集成模块中的实时监控程序如图9所示，运行该程序，可控制伺服电机驱动装置中的电机启动和停止，也可通过暂停随时控制电机的运行，并可实时的显示标定系统运行时电机的状态(即X轴，Y轴，Z轴的位置和速度信息)。当运行出错时，信号反馈给电机，电机停止运动。
[0047]数据采集模块用于实时采集针的穿刺力以及位置数据，并对采集的数据进行处理。
[0048]具体设计可采用以下方式(参见图10):在PMACPlot32Pro2软件的设置选项卡中设置采集参数，如采样周期为200个伺服周期、需要采集的力、时间和位移参数。设置完毕后，在控制选项卡中启动采集模块(即执行程序)，程序中的定时器同时被启动，数据采集完成，关闭定时器，所采集数据的数据信息自动生成力与位移或力与时间的同步曲线信息，绘制成图；如数据采集未完成，再行启动定时器，继续进行数据采集。
[0049]以下本发明人采用本发明所述生物软组织特性测试及力学参数标定系统对猪肝脏进行力学标定的具体测试例:
首先通过系统管理集成模块完成系统初始化、在线指令控制、运行参数设置、数据曲线处理界面设置等工作。然后启动针头升降装置，当穿刺针针尖与生物软组织表面轻微接触时，取为针刺起始O点。穿刺针开始穿刺，此时系统中的数据采集模块开始采集数据，当穿刺针到达指定位移后，针头升降装置自动停止，等待应力松弛I分钟时间，随即开始回拉穿刺针，直到拔出。手动关闭针头升降装置，数据采集模块停止采集数据，并将结果保存为力与位移的特性曲线，通过曲线进行计算标定肝脏软组织的力学参数。
[0050]其具体操作及运行过程如下:
(I)开启计算机，启动系统管理集成模块，将系统初始化；通过运行参数设置模块(Itemto Gather)预先设定好系统的采样周期(gather period)和控制变量；在线指令控制模块中的扩展和处理(Scaling and Processing)设置变量M105接收传感器采集的力信息、变量M462接收Z轴的位移信息、曲线处理界面(Item to plot)设置坐标轴的信息(plot title)。其参数设置界面如图11所示。
[0051](2)将待测量的生物软组织固定在XY运动平台的软组织支架上，使穿刺针垂直于软组织支架。
[0052](3 )启动标定系统控制模块，进入人机交互界面(如图12所示)，对本系统进行手动控制、针头的升降控制、回零控制、程序控制设定，并实时监控电机的状态反馈。
[0053]界面中的手动控制，由XY运动平台手动控制程序支持。用于控制X轴和Y轴电机的运动。通过设定增量距离，进行XY运动平台的手动移动。
[0054]界面中的回零控制，由系统回零控制程序支持。用于将XY运动平台位置置零。
[0055]界面中的速度设定，其中的手动/回零用于设定手动调整XY运动平台的移动速度参数，编程速度用于设定自动调整XY运动平台的移动速度参数。
[0056]界面中的针升降控制设定，由针头升降装置控制程序支持。可通过设定穿刺针的位移方位、移动量、移动速度、停止、置零等，来控制针头升降装置启动、置零或停止，以及针头升降装置上、下移动位置。
[0057]界面中的程序控制，由XY运动平台自动控制程序支持。可通过载入文件按钮，载入XY运动平台自动控制程序，使运动平台依据设定参数在X和Y轴自动移动。
[0058]标定系统控制模块实时监控程序，控制XY运动平台和针头升降装置的启动和停止，并可实时的显示标定系统运行时电机状态，如X轴，Y轴，Z轴的位置和速度信息。
[0059]在实际测试中，将生物软组织放置于组织支架中，当选取好要测量的软组织点，此时伺服电机装置中的X轴电机、Y轴电机置于静止状态。启动针头升降装置，调整穿刺针的针尖位置，当针尖与生物软组织表面轻微接触时，取为穿刺针起始O点，穿刺针开始穿刺。
[0060]若需进行多次穿刺实验并自动移动支架，可启动界面中的程序控制，使运动平台沿着X和Y轴自动移动，由此到达被测物所在位置。
[0061](4)在针头升降装置启动的同时启动数据采集模块，此时计算机的数据采集模块开始采集数据，针头升降装置到达指定位移后自动停止前进，之后开始回拉穿刺针，直到拔出，数据采集完成。
[0062](5)手动关闭针头升降装置，数据采集模块停止采集数据，计算机将结果保存为力与位移的特性曲线，然后通过曲线进行计算标定生物软组织的力学参数(即数据信息自动生成力与位移或力与时间的同步曲线信息，绘制成图)。
具体实施例
[0063]本实施例采用了典型的生物软组织-猪的肝脏(以下简称肝脏)为例进行数据采集和分析。
[0064]设定穿刺针插入肝脏的距离为30mm，速度为恒定的IOmm/min，本发明系统以
0.1mm进针深度实时记录位移和针刺力。
[0065]由于肝脏组织不均匀，结构复杂，为了比较不同区域的针刺力数据并检验标定系统的准确性，先后选择肝脏表面3个不同的部位进行了实验。
[0066]1、将新鲜猪肝脏固定在托盘(软组织支架)并置于XY运动平台上，置于本发明系统中的穿刺针的下方，调整针头升降装置体垂直于托盘。
[0067]2、选取平滑肝脏表面，调整穿刺针的针尖位置，通过人机交互界面启动针头升降装置，当针尖与肝脏表面轻微接触时取为针刺起始O点，穿刺针开始穿刺，此时本发明系统中的数据采集模块开始采集数据。
[0068]3、当穿刺针到达指定位移后自动停止，之后开始回拉针，直到拔出，关闭针头升降装置。数据采集模块停止采集数据；并保存结果。
[0069]数据采集过程中，数据采集模块得到力与位移、力与时间的对应关系。曲线中包含有时间、穿刺深度和穿刺力的同步信息。本次测试得到力与位移的曲线如图13所示。
[0070]图13中Y轴的-400为X和Y坐标轴的平衡零点，如横粗线a所示。b\c曲线为穿刺力的运动轨迹，在横粗线a以上的轨迹表示穿刺针下压过程,穿刺力方向向下；横粗线a以下的轨迹表示回拉过程，穿刺力方向向上。
[0071]当穿刺针进入肝脏后，穿刺力的大小由O开始随穿刺位移的增加而增加，当穿刺位移达到指定深度30_后，穿刺力达到最大值，停止，穿刺力逐渐减小。随后回拉穿刺针，穿刺力反向，其大小随穿刺位移的减小先增后减，当针拔出组织时，穿刺力减小至O。
[0072]图13中Y轴为针穿刺力的数字量，范围为拉力20旷压力20N，由拉压传感器反馈回来电压信号AD转换得到(在计算力的值时，先将Y轴的所有数字量加400，使得O为平衡零点，之后对应换算为单位为N的力值)，图中数字量加400后的值每±820对应±1N穿刺力。X轴是脉冲信号计数值，由光电编码器反馈得到，伺服电机每转一圈，反馈回1000个计数，图中每2000个计数值对应直线位移为1mm。
[0073]本次测试得到力与时间的曲线如图14所示:
图14中，Y轴左侧值为穿刺力的数字量，图中数字量加400后的值每土 820对应± IN穿刺力；Y轴右侧值为位移的脉冲信号计数值，每2000对应直线位移为Imm ；Χ轴为时间(秒)。
[0074]d曲线为穿刺力的运动轨迹，e曲线为穿刺针随时间刺入肝脏组织的位移量(左上角为起始O点，表示位移为Omm ;当穿刺开始后，位移随时间增大，最下方表示达到最大位移30mm处，应力松弛静止一段时间后回拉针，位移减小，到达右上角位移O处)。
[0075]测试人员通过曲线信息，选取从针刺入起点开始至位移深度30mm的位置，再拔出组织的不同点，计算机将结果保存为力与位移的特性曲线，然后通过对应关系转换，绘制成直观的图表，如表I所不。
[0076]通过该表的数据可知，针在下降过程中的力的趋势是逐渐增加的，拔出时力反向，逐渐减小，由此可得到软组织的力学参数。经数字量和脉冲计数值的换算和matlab滤波处理后，可在曲线中得到所需数据。
[0077]表I曲线数据
【权利要求】
1.一种生物软组织特性及力学参数标定系统，包括有计算机14、系统控制装置、机械装置、伺服电机驱动装置4、电控箱9 ;其特征在于:所述的系统控制装置包括有数据采集卡IUPMAC运动控制卡12，该PMAC运动控制卡12的输入、输出端分别与伺服电机驱动装置4、计算机14、数据采集卡11连接；所述机械装置包括有机械臂2、XY运动平台1、针头升降装置3 ;所述针头升降装置3的底端连接有拉压传感器7，该拉压传感器7的底部连接有医用穿刺针10，拉压传感器7的输出端通过变送器8与系统控制装置中的数据采集卡11的输入端连接；所述机械臂2的下方设有XY运动平台1，该平台I上设有组织支架5 ;所述伺服电机驱动装置4分别与XY运动平台I中的X轴、Y轴及针头升降装置3中的Z轴连接；所述伺服电机驱动装置4设有位置传感器6，该位置传感器6的输出端与PMAC运动控制卡12的输入端相连接；所述电控箱9内置有电路控制装置13以及系统控制装置。
2.根据权利要求1所述的生物软组织特性及力学参数标定系统，其特征在于所述的计算机中设有数码控制系统，该数码控制系统包括有系统管理集成模块和实时控制集成模块；所述的系统管理集成模块包含有系统初始化模块、运行参数设置模块、在线指令控制模块；所述的实时控制集成块包含有标定系统控制模块，数据采集模块；其中的标定系统控制模块设有人机交互界面、XY运动平台手动控制程序、XY运动平台自动控制程序、针头升降装置控制程序、系统回零控制程序、实时监控程序。
3.根据权利要求2所述的生物软组织特性及力学参数标定系统，其特征在于所述的XY运动平台自动控制程序为选择性自动控制程序，当选择并输入穿刺位置参数后，数码控制系统自动移动软组织支架，穿刺针自行在预先设定好的位置进行穿刺。
【文档编号】G01N3/317GK104007027SQ201410269869
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】刘秀玲, 杨建利, 陈飞, 吕方飞, 马东, 董斌, 刚芹果 申请人:河北大学