专利名称：对手术磨削工具进行智能化监控的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及手术工具领域，尤其涉及一种对手术磨削工具进行智能化监控的装置。
背景技术：
目前，随着国内医疗设备的更新换代，手术设备也越来越向着智能化、人性化、高 精确性和高安全性方向发展，而传统的手术磨削工具功能单一、完全手工操作，精度和安全 性都需要靠医生的经验决定。例如，对于骨质、病灶的磨除，仍然在没有任何监控的模式下由医生手工把持凭经 验来操作，这对于需要高精度的手术如人工耳蜗移植等，就对医生提出了更高的要求。由此 可见，现有技术的手术磨削工具存在功能单一、需要手工操作，且精度和安全性都需要依赖 操作人员的经验等缺点。
发明内容
本发明实施例提供了一种对手术磨削工具进行智能化监控的装置，能够实现手术 磨削工具的智能化控制，提高手术磨削工具的精确度和安全性，实现精确的磨除。本发明实施例提供了一种对手术磨削工具进行智能化监控的装置，所述装置包 括视觉传感器，用于监测手术磨削工具及病灶的位置，并将相关信息反馈到所述软 件重构系统；所述软件重构系统，用于对所述视觉传感器反馈的病灶CT数据进行三维重构，以 及进行相应的手术规划，并将所述手术磨削工具与预先规划出的手术区域边界的距离及其 本身的移动速度作为参数输入到所述转速控制模块；所述转速控制模块，用于根据所接收到的参数计算所述手术磨削工具的转速，并 将该转速输入到所述动力控制器；所述动力控制器，用于根据所述转速控制模块所输入的转速，利用电压调节的方 式来控制所述手术磨削工具的转速。所述视觉传感器进一步采用双目摄像头对所述手术磨削工具及病人身上预先粘 贴的不同标记点进行识别，监测获取它们的空间位置，并计算出它们之间的矢量关系以及 所述手术磨削工具的移动速度。所述转速控制模块进一步采用模糊控制的策略实现，该模糊控制策略的输入为所 述手术磨削工具与预先规划出的手术区域边界的距离及其本身的移动速度，输出为所述手 术磨削工具的转速百分比，该转速百分比作为所述动力控制器的输入参数。所述软件重构系统进一步对病灶区的CT进行三维重建，便于操作人员实现手术 前磨削操作的模拟规划。由上述所提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的装置包括视觉传感器，用于监测手术磨削工具及病灶的位置，并将相关信息反馈到所述软件重构系统；所述软 件重构系统，用于对所述视觉传感器反馈的病灶CT数据进行三维重构，以及进行相应的手 术规划，并将所述手术磨削工具与预先规划出的手术区域边界的距离及其本身的移动速度 作为参数输入到所述转速控制模块；所述转速控制模块，用于根据所接收到的参数计算所 述手术磨削工具的转速，并将该转速输入到所述动力控制器；所述动力控制器，用于根据所 述转速控制模块所输入的转速，利用电压调节的方式来控制所述手术磨削工具的转速。通 过上述装置的各部件和结构，就可以实现手术磨削工具的智能化控制，提高手术磨削工具 的精确度和安全性，实现精确的磨除。
图1为本发明实施例所提供对手术磨削工具进行智能化监控的装置结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种对手术磨削工具进行智能化监控的装置，能够实现手术 磨削工具的智能化控制，提高手术磨削工具的精确度和安全性，实现精确的磨除。为更好的描述本发明实施例，现结合附图对本发明的具体实施例进行说明，如图1 所示为本发明实施例所提供装置的结构示意图，图1中包括视觉传感器、软件重构系统、转 速控制模块和动力控制器，其中所述视觉传感器，用于监测手术磨削工具及病灶的位置，并将位置信息反馈到所 述软件重构系统。具体实现过程中，可以采用双目摄像头跟踪手术磨削工具，即利用粘贴在 磨削工具上的模板来获取其位置；在术前采用双目摄像头获取预先粘贴在病人身上的标记 点的位置，进而获取病人的空间位置信息。所述软件重构系统，可以利用术前扫描获取的医学图像对病灶区进行三维重构， 即实现二维图像到三维实体的转换，使得软件模拟的三维实体结构与真实的病灶结构一 致。而且，医生可以在该软件系统上进行病灶的勾灶，描绘出待磨削的区域，再通过重构，在 三维空间中显示该区域。在术中，将所述手术磨削工具与规划出的手术磨削区域边界的距 离及其本身的移动速度作为参数输入到所述转速控制模块中。在具体实现过程中，所述软件重构系统对病灶区的CT进行三维重建，便于操作人 员(医生)实现手术前磨削操作的模拟规划，例如医生所规划的空间区域在实际手术过程 中会被映射到实际病人的相对位置上，而手术磨削工具的位置会与该规划空间区域的边界 进行比较，进而计算出实际的手术磨削工具是否处于安全区域，同时在手术过程中还可以 利用所述视觉传感器进行导航。所述转速控制模块，用于根据所接收到的参数计算出所述手术磨削工具的转速， 并将该转速输入到所述动力控制器中。在具体实现过程中，该转速控制模块可以采用模糊 控制的策略来实现，该模糊控制策略的输入为所述手术磨削工具与预先规划出的手术区域 边界的距离，以及本身的移动速度；输出为所述手术磨削工具的转速百分比，该转速百分比 作为所述动力控制器的输入参数。所述动力控制器是连结所述手术磨削工具及其驱动器的设备，用于根据所述转速 控制模块所输入的转速，利用电压调节的方式来控制所述手术磨削工具的转速。这里的电压调节是通过将控制器发出的PWM波滤波后转成直流电压，进而调节M0S功率管的导通电 阻，这样加在磨削工具电机两端的电压即可被调节。举例来说，在手术前首先利用视觉传感器和软件重构系统，对病灶的CT图像进行 三维重建，帮助医生确定病人病灶的位置并进行相应的手术规划；在手术中，由医生把持手 术磨削工具进行骨质磨除，同时由视觉传感器监测其当前的位姿，并利用转速控制模块和 动力控制器来控制该手术磨削工具的转速；当手术磨削工具按照预先规划的方案进入手术 磨削区域后，启动该手术磨削工具，在磨削过程中的磨削速度由转速控制模块来进行调整 输出，从而实现精确的磨除。通过以上实施例所提供装置的部件和结构，就可以实现手术磨削工具的智能化控 制，提高手术磨削工具的精确度和安全性，实现精确的磨除。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
权利要求
一种对手术磨削工具进行智能化监控的装置，其特征在于，所述装置包括视觉传感器，用于监测手术磨削工具及病灶的位置，并将相关信息反馈到所述软件重构系统；所述软件重构系统，用于对所述视觉传感器反馈的病灶CT数据进行三维重构，以及进行相应的手术规划，并将所述手术磨削工具与预先规划出的手术区域边界的距离及其本身的移动速度作为参数输入到所述转速控制模块；所述转速控制模块，用于根据所接收到的参数计算所述手术磨削工具的转速，并将该转速输入到所述动力控制器；所述动力控制器，用于根据所述转速控制模块所输入的转速，利用电压调节的方式来控制所述手术磨削工具的转速。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视觉传感器进一步采用双目摄像头对 所述手术磨削工具及病人身上预先粘贴的不同标记点进行识别，监测获取它们的空间位 置，并计算出它们之间的矢量关系以及所述手术磨削工具的移动速度。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转速控制模块进一步采用模糊控制的 策略实现，该模糊控制策略的输入为所述手术磨削工具与预先规划出的手术区域边界的距 离及其本身的移动速度，输出为所述手术磨削工具的转速百分比，该转速百分比作为所述 动力控制器的输入参数。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软件重构系统进一步对病灶区的CT进 行三维重建，便于操作人员实现手术前磨削操作的模拟规划。
全文摘要
本发明实施例提供了一种对手术磨削工具进行智能化监控的装置，所提供的装置包括视觉传感器，用于监测手术磨削工具及病灶的位置，并将相关信息反馈到所述软件重构系统；所述软件重构系统，用于对所述视觉传感器反馈的病灶CT数据进行三维重构；所述转速控制模块，用于根据所接收到的参数计算所述手术磨削工具的转速，并将该转速输入到所述动力控制器；所述动力控制器，用于根据所述转速控制模块所输入的转速，利用电压调节的方式来控制所述手术磨削工具的转速。通过上述装置的各部件和结构，就可以实现手术磨削工具的智能化控制，提高手术磨削工具的精确度和安全性，实现精确的磨除。
文档编号A61B17/00GK101849849SQ20101021042
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者刘达, 王田苗, 秦雷 申请人:北京航空航天大学