CN101807243B - 外科手术刀具自识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外科手术刀具自识别系统，包括有外置刀具和控制器，外置刀具设置有插头，控制器设置有插座和处理电路，其特征在于：所述插头上安装有电子标签，所述插座上安装有识别线圈，该识别线圈连接所述处理电路，识别线圈获取所述电子标签的电磁信息后，发送信号给处理电路，处理电路的输出端连接有控制电机的输入端。其显著效果是：能够自动识别控制器当前所连接的刀具种类，并能自动根据刀具种类，更换相应刀具的驱动程序，医生可以在手术前制定好工作参数，手术中直接安装刀具，就能直接进行手术实施，从而缩短了手术时间，也避免了因为参数设置错误出现的手术风险。

Description

外科手术刀具自识别系统

技术领域

本发明主要用于外科手术技术领域，具体而言是一种外科手术刀具的自识别系统。 

背景技术

许多微创外科手术都需要电动刀具才能得以实施，外科电动刀具主要设置有外置刀具和控制器，其中外置刀具设置有插头，控制器设置有插座和处理电路，外置刀具和控制器通过插头、插座装配连接，处理电路的输出端连接有控制电机的输入端，该控制电机的输出轴连接所述外置刀具。不同的外科手术，通过插头、插座更换相应的外置刀具。如耳鼻喉手术，其动力刀具主要用于耳鼻喉科外科手术中对软组织进行刨削或对骨组织进行打磨。就包括有单面内齿直刨刀、球形切削刃弯磨刨刀、双面齿直刨刀、弯刨刀等数十种。 

不同的刀具得驱动动力和转速差异都很大，一台手术中，往往利用一台控制器，分别插不同的刀具在不同的手术阶段使用。 

现有技术的显著缺点是：但由于外置刀具的种类太多，若不添加刀具识别模块，医生在进行外科手术更换刀具时需要对刀具参数进行手动设置，从而延长了手术时间，增加了医生的工作强度，同时在设定参数时，可能会因为参数设置错误而增加手术的风险。 

发明内容

本发明的目的是提供一种外科手术刀具自识别系统，能够自动识别控制器当前所连接的刀具种类，并能自动根据刀具种类，更换相应刀具的驱动程序，不用医生在手术过程中对刀具参数进行手动设置，从而能够缩短手术时间，也避免了因为参数设置错误出现的手术风险。 

为达到上述目的，本发明提供了一种外科手术刀具自识别系统，包括有外置刀具和控制器，其中外置刀具设置有插头，控制器设置有插座和处理电路，外置刀具和控制器通过插头、插座装配连接，其关键在于：所述插头上安装有电子标签，所述插座上安装有识别线圈，该识别线圈连接所述处理电路，识别线圈获取所述电子标签的电磁信息后，发送信号给所述处理电路，处理电路的输出端连接有控制电机的输入端，该控制电机的输出轴连接所述外置刀具。 

每种外置刀具分别配置相应的射频信号到电子标签中，当插头与插座接插上以后，识别线圈就能通过无线识别技术自动获取相应的电磁信息，处理电路根据电磁信息自动识别出刀具类型，生成该外置刀具匹配的驱动程序，控制电机的转速、转向等工作参数。 

所述识别线圈的电感大小为20μH～800μH。 

所述处理电路设置有内置线圈，该内置线圈的前端连接所述识别线圈的第一端，后端串第四电阻后接处理器的第一天线端，该处理器的第二天线端串第二电容后接所述识别线圈的第二端； 

内置线圈、第四电阻、第二电容构成RLC振荡电路，为识别线圈和电子标签提供能量。 

所述识别线圈的第二端还连接第一二极管的阳极，该第一二极管的阴极串第五电阻后接第三电容的前端，该第三电容的后端接所述处理器的信号输入端，所述第三电容的前端与地之间串接有第六电阻，该第三电容的前端与地之间还串接有第四电容； 

第一二极管、第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容共同构成检波电路，提取电磁信息。 

所述处理器的输出端连接有上位处理器，上位处理器的输出端连接所述控制电机。

上位处理器连接有显示机构和键盘，显示机构显示当前刀具的种类和工作参数，医生也可根据实际情况调整工作参数，工作参数被送入上位处理器后，就可以启动控制电机。 

所述插头固定在所述外置刀具的刀柄末端，该插头为非金属插头，所述插头与所述插座的结合部开有插头梳齿槽； 

非金属插头可以是塑料插头、橡胶插头、陶瓷插头、玻璃插头等。 

所述控制电机固定在所述插座中，该控制电机的输出轴连接有传动套，该传动套与所述插头的结合部开有插座梳齿槽，所述插座梳齿槽与插头梳齿槽相啮合；控制电机的输出轴经齿轮组连接到传动轴上，所述传动套固定在传动轴上。 

插座梳齿槽与插头梳齿槽的结合方式为成熟技术，不在赘述。 

所述插头内还开有射频卡安装孔，所述电子标签固定在该射频卡安装孔内；电子标签被封胶固定在射频卡安装孔内，插头有而被粘胶固定在刀柄末端。 

所述插座的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈套装在该线圈安装孔内，当所述插头插装入插座中后，所述射频卡伸入该识别线圈。 

识别线圈的导线穿过插座导线过孔后与处理电路连接，该导线过线方式很多，包括与控制电机的电源线盒控制线走线技术都很成熟，不再赘述。 

所述外置刀具的刀柄末端连接所述控制电机的输出轴； 

该控制电机固定连接所述插头，该插头为非金属插头，插头内还开有射频卡安装孔，所述电子标签固定在该射频卡安装孔内； 

所述插座的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈套装在该线圈安装孔内，当所述插头插装入插座中时，所述射频卡伸入该识别线圈。 

所述插座固定在所述控制器的外壳上，该插座的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈套装在该线圈安装孔内； 

所述插头为非金属插头，插头内还开有射频卡安装孔，所述电子标签固定在该射频卡安装孔内，当所述插头插装入插座中时，所述射频卡伸入该识别线圈； 

所述外置刀具的刀柄末端连接所述控制电机的输出轴，该控制电机的输入端和电源端分别连接有导线，该导线经所述插头和插座连接在所述控制器上，其中控制电机的输入端连接所述处理电路。 

本发明的显著效果是：能够自动识别控制器当前所连接的刀具种类，并能自动根据刀具种类，更换相应刀具的驱动程序，医生可以在手术前制定好工作参数，手术中直接安装刀具，就能直接进行手术实施，从而缩短了手术时间，也避免了因为参数设置错误出现的手术风险。 

附图说明

图1：是实施例1的结构示意图； 

图2：是处理电路的电路图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 

实施例1： 

如图1所示：一种外科手术刀具自识别系统，包括有外置刀具和控制器，其中外置刀具设置有插头1，控制器设置有插座2和处理电路，外置刀具和控制器通过插头1、插座2装配连接，其关键在于：所述插头1上安装有电子标签3，所述插座2上安装有识别线圈4，该识别线圈4连接所述处理电路，识别线圈4获取所述电子标签3的电磁信息后，发送信号给所述处理电路，处理电路的输出端连接有控制电机6的输入端，该控制电机6的输出轴连接所述外置刀具。 

每种外置刀具分别配置相应的射频信号到电子标签3中，当插头1与插座2接插上以后，识别线圈4就能自动获取相应的电磁信息，处理电路根据电磁信息自动识别出刀具类型，生成该外置刀具匹配的驱动程序，控制电机6的转速、转向等工作参数。 

所述识别线圈4的电感大小为20μH～800μH。识别线圈4的电感可以是30μH、400μH、500μH，其中100±2μH的范围最佳。 

处理电路中内置线圈L1的电感量可以根据识别线圈4的电感量值进行匹配，其原则是：内置线圈L1与识别线圈4的电感之和在600μH～800μH范围内，如果识别线圈4的电感量值达到800μH时，就可以取消内置线圈L1。其中内置线圈L1与识别线圈4的电感之和在720μH～760μH范围较佳。 

如图2所示：所述处理电路设置有内置线圈L1，该内置线圈L1的前端连接所述识别线圈4的第一端，后端串第四电阻R4后接处理器U的第一天线端COIL1，该处理器U的第二天线端COIL2串第二电容C2后接所述识别线圈4的第二端； 

内置线圈L1、第四电阻R4、第二电容C2构成RLC振荡电路，为识别线圈4和电子标签3提供能量。电子标签3可以是射频识别卡，射频识别卡向识别线圈4发送射频信息，也可以是其他无线电磁信号发生器。 

射频电路使用的芯片种类很多，例如U2270B、nRF9E5、EM4095等，使用不同的芯片外围处理电路也不同，目前使用的处理器U是U2270B。 

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{(L1+L2)C}}$

L1为识别线圈4电感量，L2为处理器内置线圈L1电感量，C为RLC起振电路中的第二电容C2。 

射频信号可以是高频、中频或低频，不同的频率可以通过公式中的L1、L2和C进行调节。 

中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20mm。 

高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3-10m。 

无论高频、中频或低频射频电路，都在本发明的保护范围之内。 

所述识别线圈4的第二端还连接第一二极管D1的阳极，该第一二极管D1的阴极串第五电阻R5后接第三电容C3的前端，该第三电容的后端接所述处理器U的信号输入端INPUT，所述第三电容C3的前端与地之间串接有第六电阻R6，该第三电容C3的前端与地之间还串接有第四电容C4； 

第一二极管D1、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3和第四电容C4共同构成检波电路，提取电磁信息。 

所述处理器U的输出端OUTPUT连接有上位处理器，上位处理器的输出端连接所述控制电机6。 

上位处理器的型号为S3C2440。 

所述插头1固定在所述外置刀具的刀柄末端，该插头1为非金属插头1，所述插头1与所述插座2的结合部开有插头梳齿槽； 

所述控制电机6固定在所述插座2中，该控制电机6的输出轴连接有传动套7，该传动套7与所述插头1的结合部开有插座梳齿槽，所述插座梳齿槽与插头梳齿槽相啮合；控制电机6的输出轴经齿轮组连接到传动轴上，所述传动套7固定在传动轴上。 

插座梳齿槽与插头梳齿槽的结合方式为成熟技术，不在赘述。 

所述插头1内还开有射频卡安装孔，所述电子标签3固定在该射频卡安装孔内；电子标签3被封胶固定在射频卡安装孔内，插头1有而被粘胶固定在刀柄末端。 

所述插座2的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈4套装在该线圈安装孔内，当所述插头1插装入插座2中后，所述射频卡伸入该识别线圈4。 

识别线圈的导线穿过插座2导线过孔后与处理电路连接，该导线过线方式很多，包括与控制电机6的电源线盒控制线走线技术都很成熟，不再赘述。 

本实施例2、与实施例1结构一致，其区别点主要是： 

实施例1将插头1和插座2，电子标签3和识别线圈4安装在控制电机6输出轴与刀柄的结合处。 

实施例2将插头1和插座2，电子标签3和识别线圈4安装在控制电机6与输送电缆的结合处。 

实施例3将插头1和插座2，电子标签3和识别线圈4安装在控制器的外壳上，也就是控制器与输送电缆的结合处。 

其具体结构如下： 

实施例2： 

所述外置刀具的刀柄末端连接所述控制电机6的输出轴； 

该控制电机6固定连接所述插头1，该插头1为非金属插头1，插头1内还开有射频卡安装孔，所述电子标签3固定在该射频卡安装孔内； 

所述插座2的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈4套装在该线圈安装孔内，当所述插头1插装入插座2中时，所述射频卡伸入该识别线圈4。 

实施例3： 

所述插座2固定在所述控制器的外壳上，该插座2的插座2壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈4套装在该线圈安装孔内； 

所述插头1为非金属插头1，插头1内还开有射频卡安装孔，所述电子标签3固定在该射频卡安装孔内，当所述插头1插装入插座2中时，所述射频卡伸入该识别线圈4； 

所述外置刀具的刀柄末端连接所述控制电机6的输出轴，该控制电机6的输入端和电源端分别连接有导线，该导线经所述插头1和插座2连接在所述控制器上，其中控制电机6的输入端连接所述处理电路。 

尽管以上结构结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示，如更改控制电机输出轴与刀柄的装配关系，或在电缆中设置一对插头1和插座2，处理器U的设置，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种外科手术刀具自识别系统，包括有外置刀具和控制器，其中外置刀具设置有插头(1)，控制器设置有插座(2)和处理电路，外置刀具和控制器通过插头(1)、插座(2)装配连接，其特征在于：所述插头(1)上安装有电子标签(3)，所述插座(2)上安装有识别线圈(4)，该识别线圈(4)连接所述处理电路，识别线圈(4)获取所述电子标签(3)的电磁信息后，发送信号给所述处理电路，处理电路的输出端连接有控制电机(6)的输入端，该控制电机(6)的输出轴连接所述外置刀具；

所述处理电路设置有内置线圈(L1)，该内置线圈(L1)的前端连接所述识别线圈(4)的第一端，后端串第四电阻(R4)后接处理器(U)的第一天线端(COIL1)，该处理器(U)的第二天线端(COIL2)串第二电容(C2)后接所述识别线圈(4)的第二端；

所述识别线圈(4)的第二端还连接第一二极管(D1)的阳极，该第一二极管(D1)的阴极串第五电阻(R5)后接第三电容(C3)的前端，该第三电容的后端接所述处理器(U)的信号输入端(INPUT)，所述第三电容(C3)的前端与地之间串接有第六电阻(R6)，该第三电容(C3)的前端与地之间还串接有第四电容(C4)；

所述处理器(U)的输出端(OUTPUT)连接有上位处理器，上位处理器的输出端连接所述控制电机(6)。

2.根据权利要求1所述外科手术刀具自识别系统，其特征在于：所述识别线圈(4)的电感大小为20μH～800μH。

3.根据权利要求1所述外科手术刀具自识别系统，其特征在于：所述插头(1)固定在所述外置刀具的刀柄末端，该插头(1)为非金属插头(1)，所述插头(1)与所述插座(2)的结合部开有插头梳齿槽；

所述控制电机(6)固定在所述插座(2)中，该控制电机(6)的输出轴连接有传动套(7)，该传动套(7)与所述插头(1)的结合部开有插座梳齿槽，所述插座梳齿槽与插头梳齿槽相啮合；

所述插头(1)内还开有射频卡安装孔，所述电子标签(3)固定在该射频卡安装孔内；

所述插座(2)的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈(4)套装在该线圈安装孔内，当所述插头(1)插装入插座(2)中后，所述射频卡伸入该识别线圈(4)。

4.根据权利要求1所述外科手术刀具自识别系统，其特征在于：所述外置刀具的刀柄末端连接所述控制电机(6)的输出轴；

该控制电机(6)固定连接所述插头(1)，该插头(1)为非金属插头(1)，插头(1)内还开有射频卡安装孔，所述电子标签(3)固定在该射频卡安装孔内；

所述插座(2)的插座壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈(4)套装在该线圈安装孔内，当所述插头(1)插装入插座(2)中时，所述射频卡伸入该识别线圈(4)。

5.根据权利要求1所述外科手术刀具自识别系统，其特征在于：所述插座(2)固定在所述控制器的外壳上，该插座(2)的插座(2)壁内开有一圈线圈安装孔，所述识别线圈(4)套装在该线圈安装孔内；

所述插头(1)为非金属插头(1)，插头(1)内还开有射频卡安装孔，所述电子标签(3)固定在该射频卡安装孔内，当所述插头(1)插装入插座(2)中时，所述射频卡伸入该识别线圈(4)；

所述外置刀具的刀柄末端连接所述控制电机(6)的输出轴，该控制电机(6)的输入端和电源端分别连接有导线，该导线经所述插头(1)和插座(2)连接在所述控制器上，其中控制电机(6)的输入端连接所述处理电路。

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