一种手术器械的刀头转速确定装置及方法与流程

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种手术器械的刀头转速确定装置及方法。

背景技术：

随着科学技术的发展进步，微创腔镜手术在各类手术治疗领域应用广泛。通过小型切口，可以在体内插入腔镜类手术器械，并通过体外操控以实施手术。例如，在一种应用中，可以操控手术器械中的手术刀头以切除肿瘤。

目前，通过处理器输出动力，可以利用手术器械在该动力条件下进行手术操作。

由于手术操作部位的情况可能不一致，如肿瘤的不同位置处的韧性、硬度等可能存在差异，故会导致手术过程中的实际使用动力较处理器输出动力出现差异，甚至可能出现刀头卡死的情况。为监测手术器械在操作时是否异常，需要确定手术器械的刀头转速。

技术实现要素：

本发明提供了一种手术器械的刀头转速确定装置及方法，能够确定手术器械的刀头转速。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种手术器械的刀头转速确定装置，包括：

刀头、传动轴、软轴、光发射器、光敏元件、信号生成单元和处理单元；

所述刀头与所述传动轴相连；所述传动轴和所述软轴通过至少一个弹簧相连，且所述传动轴和所述软轴的连接处包括至少一处可透光间隙；

所述光发射器，用于所述手术器械在操作时，将发射的光线通过所述可透光间隙发射至所述光敏元件；

所述光敏元件，用于接收所述光发射器发射的光线；

所述信号生成单元，用于根据所述光敏元件的光线接收情况，生成所述光线接收情况对应的脉冲信号，并输出所述脉冲信号；

所述处理单元，用于根据所述信号生成单元输出的脉冲信号，获取脉冲周期；根据获取的所述脉冲周期，计算所述刀头的当前转速。

进一步地，所述处理单元，具体用于根据公式V＝1/T，计算所述刀头的当前转速，其中，V为所述刀头的当前转速，T为所述脉冲周期。

进一步地，所述刀头、所述传动轴、所述软轴、所述光发射器、所述光敏元件和所述信号生成单元内置于手术器械中；

所述手术器械与外部的处理器相连；

所述处理器包括所述处理单元。

进一步地，该手术器械的刀头转速确定装置还包括：无线通信单元，用于将所述处理单元计算出的所述刀头的当前转速通过无线方式发送给外部的处理器。

进一步地，所述传动轴包括：第一数量的凸起部分和第二数量的凹槽部分；

对应的，所述软轴包括：第一数量的凹槽部分和第二数量的凸起部分；

所述传动轴和所述软轴通过至少一个弹簧相连时，所述传动轴包括的每一个凸起部分与所述软轴包括的每一个凹槽部分相连，和/或，所述传动轴包括的每一个凹槽部分与所述软轴包括的每一个凸起部分相连；

每一个所述凸起部分和所述凹槽部分的连接处包括至少一处可透光间隙。

进一步地，所述第一数量，和/或，所述第二数量为自然数，且所述第一数量和所述第二数量不同时为0。

进一步地，所述第一数量的凸起部分和第二数量的凹槽部分在所述传动轴上均匀分布；

所述第一数量的凹槽部分和第二数量的凸起部分在所述软轴上均匀分布。

进一步地，在所述凸起部分和所述凹槽部分的连接处，通过至少一个压缩弹簧，将所述凸起部分和所述凹槽部分相连，且所述压缩弹簧处包括所述可透光间隙。

进一步地，通过一个扭转弹簧将所述传动轴和所述软轴相连，且所述传动轴、所述软轴和所述扭矩弹簧的中心轴线相重合。

另一方面，本发明提供了一种手术器械的刀头转速确定方法，包括：

将所述刀头与传动轴相连，所述传动轴和软轴通过至少一个弹簧相连，且所述传动轴和所述软轴的连接处包括至少一处可透光间隙；

所述手术器械在操作时，利用光发射器将其发射的光线通过所述可透光间隙发射至光敏元件；

利用所述光敏元件接收所述光发射器发射的光线；

根据所述光敏元件的光线接收情况，生成所述光线接收情况对应的脉冲信号，并输出所述脉冲信号；

根据输出的所述脉冲信号，获取脉冲周期；

根据获取的所述脉冲周期，计算所述刀头的当前转速。

本发明提供了一种手术器械的刀头转速确定装置及方法，该装置包括与刀头相连的传动轴、通过至少一个弹簧与传动轴相连的软轴、光发射器、光敏元件、信号生成单元和处理单元；传动轴和软轴的连接处包括至少一处可透光间隙；光发射器用于手术器械在操作时，将发射的光线通过可透光间隙发射至光敏元件；光敏元件用于接收光发射器发射的光线；信号生成单元用于根据光敏元件的光线接收情况，生成对应的脉冲信号，并输出该脉冲信号；处理单元用于根据信号生成单元输出的脉冲信号以获取脉冲周期，并根据该脉冲周期计算刀头的当前转速。因此，本发明能够确定手术器械的刀头转速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种手术器械的刀头转速确定装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一种手术器械的刀头转速确定装置的示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种手术器械中的传动轴和软轴的连接方式的示意图；

图4是本发明一实施例提供的另一种手术器械中的传动轴和软轴的连接方式的示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种手术器械在操作时输出的脉冲信号的示意图；

图6是本发明一实施例提供的一种手术器械的刀头转速确定方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种手术器械的刀头转速确定装置，可以包括：

刀头10、传动轴20、软轴30、光发射器40、光敏元件50、信号生成单元60和处理单元70；

所述刀头10与所述传动轴20相连；所述传动轴20和所述软轴30通过至少一个弹簧相连，且所述传动轴20和所述软轴30的连接处包括至少一处可透光间隙；

所述光发射器40，用于所述手术器械在操作时，将发射的光线通过所述可透光间隙发射至所述光敏元件50；

所述光敏元件50，用于接收所述光发射器40发射的光线；

所述信号生成单元60，用于根据所述光敏元件50的光线接收情况，生成所述光线接收情况对应的脉冲信号，并输出所述脉冲信号；

所述处理单元70，用于根据所述信号生成单元60输出的脉冲信号，获取脉冲周期；根据获取的所述脉冲周期，计算所述刀头10的当前转速。

本发明实施例提供了一种手术器械的刀头转速确定装置，该装置包括与刀头相连的传动轴、通过至少一个弹簧与传动轴相连的软轴、光发射器、光敏元件、信号生成单元和处理单元；传动轴和软轴的连接处包括至少一处可透光间隙；光发射器用于手术器械在操作时，将发射的光线通过可透光间隙发射至光敏元件；光敏元件用于接收光发射器发射的光线；信号生成单元用于根据光敏元件的光线接收情况，生成对应的脉冲信号，并输出该脉冲信号；处理单元用于根据信号生成单元输出的脉冲信号以获取脉冲周期，并根据该脉冲周期计算刀头的当前转速。因此，本发明实施例能够确定手术器械的刀头转速。

在本发明一个实施例中，所述处理单元70，具体用于根据公式V＝1/T，计算所述刀头10的当前转速，其中，V为所述刀头10的当前转速，T为所述脉冲周期。

对于所述至少一处可透光间隙中的任一目标可透光间隙，当固定光发射器的位置，即固定光线发射路径时，当该目标可透光间隙随传动轴，或，软轴转动至某一固定位置时，光发射器发射的光线可以被光敏元件所接收，信号生成单元可以记录这一光线接收情况，并生成相应的脉冲信号。当该目标可透光间隙再次转动至该固定位置时，完成一个脉冲周期。

因此，当脉冲信号的脉冲周期为T时，转动的当前转速可以为1/T，且该当前转速可以为刀头的当前转速。例如，当T为0.02s时，说明转动一周需要0.02s，那么每秒可以转动1/0.02周，则刀头的当前转速为50r/s。

当手术器械在体内操作时，为了实时监测刀头的当前转速，处理器可以获取该当前转速并进行分析处理。其中，处理器获取刀头的当前转速的实现方式至少可以包括下述两种：

方式一：手术器械将内部的所述信号生成单元60生成的脉冲信号输出给处理器，处理器根据脉冲信号，获取脉冲周期，并根据脉冲周期计算刀头的当前转速；

方式二：手术器械根据内部的所述信号生成单元60生成的脉冲信号，利用内部的所述处理单元70获取脉冲周期，根据脉冲周期计算刀头的当前转速，并将计算出的刀头的当前转速输出给处理器。

详细地，针对上述方式一：

在方式一中，所述处理单元70在处理器中，故在本发明一个实施例中，所述刀头10、所述传动轴20、所述软轴30、所述光发射器40、所述光敏元件50和所述信号生成单元60内置于手术器械中；

所述手术器械与外部的处理器相连；

所述处理器包括所述处理单元70。

详细地，所述信号生成单元60可以将生成的脉冲信号输出至手术器械内部的无线通信装置，并通过该无线通信装置以无线方式将脉冲信号发送给处理器。处理器利用内部的所述处理单元70，根据该脉冲信号，计算出刀头的当前转速。

详细地，针对上述方式二：

在方式二中，所述处理单元70在手术器械中，故在本发明一个实施例中，所述刀头10、所述传动轴20、所述软轴30、所述光发射器40、所述光敏元件50、所述信号生成单元60和所述处理单元70均内置于手术器械中。因此，本实施例提供的一种手术器械的刀头转速确定装置，可以为一种手术器械。

详细地，手术器械可以通过内部的无线通信装置，以无线方式将所述处理单元70计算出的刀头的当前转速发送给处理器。

因此，在本发明一个实施例中，请参考图2，该手术器械的刀头转速确定装置可以进一步包括：无线通信单元80，用于将所述处理单元70计算出的所述刀头10的当前转速通过无线方式发送给外部的处理器。

在本发明一个实施例中，所述传动轴20和所述软轴30相连时，两者的中心轴线相重合。当两者的中心轴线相重合时，可以使所述传动轴20和所述软轴30之间的动力传输更加稳定。

在本发明一个实施例中，所述传动轴20和所述软轴30均可以为空心轴。

所述传动轴20和所述软轴30通过至少一个弹簧相连时，两者的连接处可以存在至少一个凸起部分和凹槽部分的连接结构，且凸起部分可以在传动轴上或可以在软轴上，对应的凹槽部分可以在软轴上或可以在传动轴上。因此，在本发明一个实施例中，

所述传动轴20包括：第一数量的凸起部分和第二数量的凹槽部分；

对应的，所述软轴30包括：第一数量的凹槽部分和第二数量的凸起部分；

所述传动轴20和所述软轴30通过至少一个弹簧相连时，所述传动轴20包括的每一个凸起部分与所述软轴30包括的每一个凹槽部分相连，和/或，所述传动轴20包括的每一个凹槽部分与所述软轴30包括的每一个凸起部分相连；

每一个所述凸起部分和所述凹槽部分的连接处包括至少一处可透光间隙。

例如，如图3所示，所述传动轴20的与所述软轴30相连的一端，包括一个凹槽部分，所述软轴30的与所述传动轴20相连的一端，包括一个凸起部分。当所述传动轴20与所述软轴30相连时，所述凹槽部分和所述凸起部分相吻合连接，且该吻合连接处包括至少一处可透光间隙。其中，上方的可透光间隙的宽度为L₁，下方的可透光间隙的宽度为L₂。其中，所述传动轴20的与所述软轴30的中心轴线相重合。基于上述任一可透光间隙，可以设置光线传递路径为：光发射器发出的光线由纸面的正面经可透光间隙发射至纸面的背面，从而被光敏元件所接收。

对应的，图4所示的手术器械中的传动轴和软轴的连接方式的示意图可以为图3的右视图。对应的，上述光线传递路径可以如图4中的虚线所示。图4中的圆心可以对应于图3中的中心轴线。此外，图4中的宽度为L₂的可透光间隙对应于图3中下方的可透光间隙，图4中的宽度为L₁的可透光间隙对应于图3中上方的可透光间隙。基于图4所示的当前转动位置，当所述软轴30顺时针转动时，光发射器发出的光线可以首先通过宽度为L₁的可透光间隙发射至光敏元件；当所述软轴30逆时针转动时，光发射器发出的光线可以首先通过宽度为L₂的可透光间隙发射至光敏元件。

由上可知，第一数量和第二数量的取值可以有至少一种实现方式。因此，在本发明一个实施例中，所述第一数量，和/或，所述第二数量为自然数，且所述第一数量和所述第二数量不同时为0。

例如，第一数量为1，第二数量为0；或第一数量为0，第二数量为1；或第一数量为1，第二数量为1；或第一数量为2，第二数量为0；或第一数量为0，第二数量为2，等。如图3所示，第一数量为0，第二数量为1。

优选地，在本发明一个实施例中，所述传动轴20和所述软轴30通过至少一个弹簧相连时，两者的连接处可以存在两个凸起部分和凹槽部分的连接结构。这一实现方式可以使所述传动轴20和所述软轴30之间的动力传输更加稳定。

在本发明一个实施例中，所述第一数量的凸起部分和第二数量的凹槽部分在所述传动轴20上均匀分布；所述第一数量的凹槽部分和第二数量的凸起部分在所述软轴30上均匀分布。

其中，该均匀分布可以为以上述中心轴线中心均匀分布。通过均匀分布凸起部分和凹槽部分，可以使所述传动轴20和所述软轴30之间的动力传输更加稳定。

在本实施例中，所述传动轴20和所述软轴30通过至少一个弹簧相连。其中，传动轴和软轴通过至少一个弹簧相连的具体实现方式至少可以包括下述两种：

方式1：传动轴和软轴通过一个扭转弹簧相连；

方式2：传动轴和软轴通过至少一个压缩弹簧相连。

详细地，针对上述方式1：

在方式1中，所述至少一个弹簧可以为一个扭转弹簧。因此，在本发明一个实施例中，可以通过一个扭转弹簧将所述传动轴20和所述软轴30相连，且所述传动轴20、所述软轴30和所述扭矩弹簧的中心轴线相重合。

在本发明一个实施例中，当通过所述扭转弹簧将所述传动轴20和所述软轴30相连时，所述传动轴20和所述软轴30的连接处同样可以具有至少一个上述的凸起部分和凹槽部分的连接结构。

例如，传动轴上包括一个凸起部分，软轴上包括一个凹槽部分，当传动轴和软轴通过一个扭转弹簧相连时，传动轴的凸起部分和软轴的凹槽部分相连接，且该连接处可以包括至少一处所述可透光间隙。

当传动轴和软轴通过一个扭转弹簧相连时，手术器械在操作时，每一处可透光间隙的宽度同样可以发生改变。

详细地，针对上述方式2：

在方式2中，所述至少一个弹簧可以为至少一个压缩弹簧。因此，在本发明一个实施例中，在所述凸起部分和所述凹槽部分的连接处，可以通过至少一个压缩弹簧，将所述凸起部分和所述凹槽部分相连，且所述压缩弹簧处包括所述可透光间隙。

例如，如图3所示，为便于将处理器输出的动力经所述软轴30传递至所述传动轴20，从而可以经所述传动轴20传递至与所述传动轴20相连的刀头，故可以在所述上方的可透光间隙处和所述下方的可透光间隙处分别放置一个压缩弹簧。该压缩弹簧可以连接所述传动轴20和所述软轴30。

基于上述图3和图4对应的手术器械中的传动轴和软轴的连接方式，可以得到如图5所示的脉冲信号。

举例来说，在图4中，当所述软轴30顺时针转动时，光发射器发出的光线可以首先通过宽度为L₁的可透光间隙发射至光敏元件；然后通过宽度为L₂的可透光间隙发射至光敏元件。对应的，t₁和t₂的时间段内输出的脉冲信号，即脉宽，是光线通过宽度为L₁的可透光间隙时，脉冲生成单元生成的脉冲信号；t₃和t₄的时间段内输出的脉冲信号，是光线通过宽度为L₂的可透光间隙时，脉冲生成单元生成的脉冲信号；t₅和t₆的时间段内输出的脉冲信号，是光线再次通过宽度为L₁的可透光间隙时，脉冲生成单元生成的脉冲信号；依次类推，t₇和t₈的时间段内输出的脉冲信号，是光线再次通过宽度为L₂的可透光间隙时，脉冲生成单元生成的脉冲信号。

详细地，针对刀头操作正常的情况：

当刀头操作正常以使刀头转速恒定、处理器动力输出恒定时，两个压缩弹簧的伸缩状态不发生改变。故图5所示的脉冲信号的脉冲周期可以为：(t₅－t₁)、(t₆－t₂)、(t₇－t₃)、(t₈－t₄)中的任意一种。其中，(t₅－t₁)＝(t₆－t₂)＝(t₇－t₃)＝(t₈－t₄)。对应地，可以计算出刀头的当前转速可以为1/(t₅－t₁)、1/(t₆－t₂)、1/(t₇－t₃)、1/(t₈－t₄)中的任意一种。

详细地，针对刀头操作异常的情况：

举例来说，在本发明一个实施例中，由于处理器输出动力固定，故软轴的转速固定。假设图4中的软轴顺时针转动，当与刀头相连的传动轴的转速发生改变，通常为变小时，会造成图3中上方的可透光间隙处的压缩弹簧处于压缩状态，该上方的可透光间隙相对减小，下方的可透光间隙处的压缩弹簧处于拉伸状态，该上方的可透光间隙相对增大。这一变化可以导致图5中的脉冲周期(t₅－t₁)、脉冲周期(t₆－t₂)、脉冲周期(t₇－t₃)、脉冲周期(t₈－t₄)变大。且由于弹簧伸缩状态的变化，使得t₅和t₈对应的具体可透光位置发生改变，t₆和t₇对应的具体可透光位置未发生改变，从而使得脉冲周期(t₅－t₁)大于脉冲周期(t₆－t₂)，脉冲周期(t₈－t₄)大于脉冲周期(t₇－t₃)。由于刀头的当前转速未发生改变时，压缩弹簧的伸缩状态同样可以发生改变，故基于任一未发生改变的具体可透光位置，可以计算刀头的当前转速。因此，可以计算出刀头的当前转速可以为1/(t₆－t₂)或1/(t₇－t₃)。

此外，同样可以通过图3中的左侧的可透光间隙，以使光敏元件接收光发射器发射的光线。

相应地，当软轴转动方向为逆时针转动时，各可透光间隙对应的脉宽位置会发生改变，故可以生成另一种脉冲信号。基于同样的实现原理，根据该另一种脉冲信号，同样可以计算出刀头的当前转速可以为1/(t₆－t₂)或1/(t₇－t₃)。

由于图3中是传动轴的凹槽部分与软轴的凸起部分相连，故当这一连接方式为传动轴的凸起部分与软轴的凹槽部分相连时，基于上述同样的实现原理，根据生成的对应脉冲信号，同样可以计算出刀头的当前转速可以为1/(t₅－t₁)或1/(t₈－t₄)。由于可以基于同一实现原理，故本实施例在此不作赘述。

由上所述可知，通过一个扭转弹簧或至少一个压缩弹簧可以连接传动轴和软轴，且两者的连接处可以包括至少一个凸起部分和凹槽部分的连接结构，且每一个连接结构处可以包括至少一处可透光间隙。这一实现方式不仅能够连接传动轴和软轴，以便于处理器输出动力的传输，通过可以基于任一可透光间隙，生成能够间接实时反映刀头当前转速的脉冲信号，从而有益于处理器对刀头转速的实时准确监测，以及提高手术操作的准确性。

此外，针对上述方式2，当传动轴和软轴之间是通过一个扭转弹簧相连，而非通过至少一个压缩弹簧相连时，对于凸起部分和凹槽部分的连接结构的任一可透光间隙，同样可以通过脉冲周期以判断刀头的当前转速。

如图6所示，本发明一个实施例提供了一种手术器械的刀头转速确定方法，可以包括以下步骤：

步骤901：将所述刀头与传动轴相连，所述传动轴和软轴通过至少一个弹簧相连，且所述传动轴和所述软轴的连接处包括至少一处可透光间隙。

步骤902：所述手术器械在操作时，利用光发射器将其发射的光线通过所述可透光间隙发射至光敏元件。

步骤903：利用所述光敏元件接收所述光发射器发射的光线。

步骤904：根据所述光敏元件的光线接收情况，生成所述光线接收情况对应的脉冲信号，并输出所述脉冲信号。

步骤905：根据输出的所述脉冲信号，获取脉冲周期。

步骤906：根据获取的所述脉冲周期，计算所述刀头的当前转速。

上述装置内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

综上所述，本发明的各个实施例至少具有如下有益效果：

1、本发明实施例中，手术器械的刀头转速确定装置包括与刀头相连的传动轴、通过至少一个弹簧与传动轴相连的软轴、光发射器、光敏元件、信号生成单元和处理单元；传动轴和软轴的连接处包括至少一处可透光间隙；光发射器用于手术器械在操作时，将发射的光线通过可透光间隙发射至光敏元件；光敏元件用于接收光发射器发射的光线；信号生成单元用于根据光敏元件的光线接收情况，生成对应的脉冲信号，并输出该脉冲信号；处理单元用于根据信号生成单元输出的脉冲信号以获取脉冲周期，并根据该脉冲周期计算刀头的当前转速。因此，本发明实施例能够确定手术器械的刀头转速。

2、本发明实施例中，手术器械可以根据内部的信号生成单元生成的脉冲信号，计算出刀头的当前转速，并将计算出的当前转速发送给处理器，以便于处理器监测手术器械的操作状态；手术器械也可以将内部的信号生成单元生成的脉冲信号直接发送至处理器，处理器根据该脉冲信号可以计算出刀头的当前转速，从而能够监测手术器械的操作状态。

3、本发明实施例中，通过一个扭转弹簧或至少一个压缩弹簧可以连接传动轴和软轴，且两者的连接处可以包括至少一个凸起部分和凹槽部分的连接结构，且每一个连接结构处可以包括至少一处可透光间隙。这一实现方式不仅能够连接传动轴和软轴，以便于处理器输出动力的传输，通过可以基于任一可透光间隙，生成能够间接实时反映刀头当前转速的脉冲信号，从而有益于处理器对刀头转速的实时准确监测，以及提高手术操作的准确性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。