CN104739462A - 一种外科手术系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外科手术系统，主要包括输入系统、电源装置、控制系统、驱动系统、造影装置，输入系统包括输入装置和显示装置以及PC处理系统，输入系统与控制系统连接，电源装置分别与输入系统和控制系统连接，器械台上设置有手术导航系统及体征监测平台和电子病历装置，体征监测平台包含体温检测模块、脉搏检测模块和肌肉张力检测模块。本发明通过控制系统结合造影系统及手术导航系统配合器械台进行手术，可以匹配出真实的三维手术空间图像，利于提高手术的高效性和安全性，提高了手术效率；体征监测平台可以用于监测患者生命体征，保证手术的顺利进行。

Description

一种外科手术系统

技术领域

本发明属于医疗技术领域，尤其涉及一种外科手术系统。

背景技术

外科手术是通过对人体组织进行“破坏和重建”来达到治疗疾病的目的，任何一台成功实施的手术都有赖于手术医生熟练的操作，对医护人员的手动操作极为依赖，这就造成了极大的医疗隐患，而随着科学技术的不断突破，手术机器人也可以进行常规的外科手术，但是其造价过高，相应的增加了医疗成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外科手术系统，旨在提供外科手术的安全性和可操作性。

本发明是这样实现的，一种外科手术系统，其特征在于，所述的外科手术系统包括输入系统、电源装置、控制系统、底座、支撑轴、机械臂、驱动系统、器械轴、器械架和造影装置；其中，输入系统与控制系统连接，电源装置分别与输入系统和控制系统连接；支撑轴安装在底座上，机械臂安装在支撑轴上，在支撑轴的上方和下方分别安装有驱动系统和器械轴，器械轴的下端设置有器械架，器械架的底端设有造影装置，造影装置与输入系统连接；

所述的输入系统包括输入装置和显示装置以及PC处理系统；所述的电源装置主要包括电源输出装置、转换器、开关系统、稳压器、定时器和控制柜空调；所述的电源装置为在输入侧的直流-直流转换器和至少一个用于调节至少一个输出直流电压的输出侧的输出开关调节器之间布置有中间电路，并且在所述中间电路上连接有蓄能器模块；

所述的机械臂可以在支撑轴上进行360°旋转并可进行上下移动；所述的驱动系统采用全数字伺服驱动电机；所述的器械轴为内部中空的圆柱形，并可进行360°旋转；

所述的器械台为多工位刀头，可以同时装配基础外科用手术刀、医用缝合针、基础外科用剪、基础外科用钳、基础外科用镊夹以及基础外科器械，所述的器械台可以进行360°旋转，安装在器械台上的手术器械可以在驱动系统的作用下进行上下左右等各方为的旋转和移动；所述的造影装置可以对手术部位进行实时影像摄录和传输；

所述的器械台上设置有体征监测平台和电子病历装置，该体征监测平台包含体温检测模块、脉搏检测模块和肌肉张力检测模块；

所述的体温检测模块由第一微处理器、第一无线通信模块、红外温度传感器、第一电源组成；

所述的脉搏检测模块由第二微处理器、第二无线通信模块、血氧探头传感器、第二电源组成；体温检测模块的第一无线通信模块和脉搏检测模块的第二无线通信模块分别与远程无线通信设备无线连通，构成无线体域网；

所述肌肉张力检测模块能操作地连接至患者，包括装置输出端和药物递送组件，当所述装置操作端连接至患者时，所述装置输出端的装置输出信号随着由患者经历的疼痛而引起的患者的肌肉张力的无意识变化而改变，所述装置包括肌肉张力传感器，所述传感器包括电极，其能够被设置为与患者的一块皮肤接触；所述的药物递送组件能操作地连接至患者并且通过患者操作地连接至所述肌肉张力测量装置，以基于所述装置输出信号可控制地将至少一种止痛药物递送至患者，所述将至少一种止痛药物递送至患者是通过利用静脉注射泵进行静脉注射药物递送或者通过口腔和/或鼻腔套管进行利用受压气体的吸入药物递送；

所述的药物递送组件内置有雾化装置和控制装置，该雾化吸入装 置包括壳体和雾化芯，所述壳体的中部设置有锥形气管，所述雾化芯包括可拆卸地耦合主体、动芯、定芯，所述主体包括布置为控制所述雾化装置的控制装置，所述控制装置包括用于控制振动源的驱动电路，所述的定芯设置在锥形气管上，动芯与所述的述壳体的入口连接；

所述的动芯内设置有压缩机，所述的定芯内设置有感测装置，所述控制装置布置为取决于从所述感测装置接收的信号，所述感测装置包括布置为基于压力测量而感测所述流动的压力传感器或布置为基于温度测量而感测所述流动的热流动传感器设备，所述热流动传感器设备包括所述热流动传感器设备的前侧上的电驱动热元件，所述前侧面向所述空气通道的内部；

所述的电子病历装置内设置有智能终端和中心服务器，所述智能终端通过无线通信设备与中心服务器进行无线数据连接；所述智能移动终端包括数据采集模块、信息输入模块、数据解码模块和无线数据传输模块，所述中心服务器包括HIS医院信息系统、EMR电子病历系统、PACS系统和移动护理数据库；

所述的器械台上还安装有手术导航系统，该手术导航系统包括射线装置、图形工作站三维运动捕捉系统、导航模块、智能眼镜系统；

所述射线装置用于术前拍摄患者手术部位的二维图像；

所述图形工作站用于软件的运行；

三维运动捕捉系统用于捕捉手术空间范围内患者手术部位和手术器械的形状、位置和/或运动轨迹的三维运动信息；

所述的导航模块运行于图形工作站上，用于分别对患者术前拍摄的手术部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器械的形状、位置和/或运动轨迹的三维运动信息进行三维重建，将重建后的两种三维图像在同一坐标系下 进行配准融合得到三维导航图像；

所述的智能眼镜系统：用于实时显示导航软件返回的三维导航图像。

进一步，所述的红外温度传感器包括非接触式红外温度传感器、温差热电堆放大电路、温度补偿及放大电路、AD转换电路、主控电路、显示电路以及报警电路、体温校准模块；

所述的非接触式红外温度传感器分别与温差热电堆放大电路以及温度补偿及放大电路相连，温差热电堆放大电路以及温度补偿及放大电路相连分别连接到AD转换电路，所述的AD转换电路为一个多路AD转换电路，AD转换电路与主控电路相连，主控电路与显示电路以及报警电路相连；所述的非接触式红外温度传感器采用热电堆红外温度传感器实现对体温信号和环境温度信号即温差热电堆微弱的电压信号和电热调节器的热敏电阻信号的非接触检测；

所述的体温校准模块包括红外体温监测设备、校准数据处理中心、测温设备、环境参数监测设备、环境参数监测系统、红外体温监测系统。

进一步，所述的测温设备，用于采集耳道温度数据T0，并传输至校准数据处理中心；

所述的环境参数监测设备：用于采集环境相关信息，并将环境信息转化成电信号，传输至环境参数监测系统；

所述的环境参数监测系统，接收到采集到的电信号以后，通过数据处理，并换算成环境参数数据，并传输至校准数据处理中心；

所述的红外体表温度监测设备，用于采集相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统；

所述的红外体温监测系统，用于接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号，将电信号进行数据处理，换算成体表温度Ty传入校准数据处理中心；

所述的校准数据处理中心，用于将收集到的耳道温度、环境参数、红外体表温度进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。

本发明通过控制系统结合造影系统及手术导航系统配合器械台进行手术，可以匹配出真实的三维手术空间图像，利于提高手术的高效性和安全性，医生的视线不必在患者手术部位与显示器之间来回切换，提高了手术效率；所述的器械台上设置有体征监测平台和电子病历装置，该体征监测平台包含体温检测模块、脉搏检测模块和肌肉张力检测模块，可以用于监测患者生命体征，保证手术的顺利进行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的外科手术系统的示意图；

图中：1、输入系统；2、电源装置；3、控制系统；4、底座；5、支撑轴；6、机械臂；7、驱动系统；8、器械轴；9、器械台；9-1、组织固定装置；10、造影装置。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明的外科手术系统的结构，如图所示，本发明是这样实现的，一种外科手术系统，其特征在于，所述的外科手术系统包括输入系统1、电源装置2、控制系统3、底座4、支撑轴5、机械臂6、驱动系统7、器械轴8、器械架9和造影装置10。其中，输入系统1与控制系统3连接，电源装置2分别与输入系统1和控制系统3连接；支撑轴5安装在底座4上，机械臂6安装在支撑轴5上，在支撑轴5的上方和下方分别安装有驱动系统7和器械轴8，器械轴8的下端设置有器械架9，器械架9的底端设有造影装 置10，造影装置10与输入系统1连接。

进一步，所述的输入系统1包括输入装置和显示装置以及PC处理系统。 

进一步，所述的电源装置2主要包括电源输出装置、转换器、开关系统、稳压器、定时器和控制柜空调。

进一步，所述的电源装置2为在输入侧的直流-直流转换器和至少一个用于调节至少一个输出直流电压的输出侧的输出开关调节器之间布置有中间电路，并且在所述中间电路上连接有蓄能器模块。

进一步，所述的控制系统3的NCU单元集成了SINUMERIK 840D数控CPU和S7-300的PLC CPU芯片，包括数控软件和PLC软件。

进一步，所述的控制系统3还包括远程监控模块和网络数据模块。

进一步，所述的控制系统3和输入系统1中还设置有人机交互装置。

进一步，所述的机械臂6可以在支撑轴5上进行360°旋转并可进行上下移动。

进一步，所述的驱动装置7为全数字伺服驱动SIMODRIVE611D，MSD主轴驱动模块和FDD进给驱动模块，配以1FT，1FK系列进给电机和1PH系列的主轴电机。

进一步，所述的器械轴8为内部中空的圆柱形，并可进行360°旋转。

进一步，所述的器械台9为多工位刀头，可以同时装配基础外科用手术刀、医用缝合针、基础外科用剪、基础外科用钳、基础外科用镊夹以及基础外科其它器械。

进一步，所述的器械台9可以进行360°旋转，安装在器械台9上的手术器械可以在驱动系统7的作用下进行上下左右等各方为的旋转和移动。

进一步，所述的造影装置10可以对手术部位进行实时影像摄录和传输。

进一步，所述的控制系统3SINUMERIK 840D系统集成了S7-300-2DP的PLC，并通过通讯模块IM361扩展外部的I/O模块。

进一步，所述的人机交互装置可以使用MMC100.2、MMC103，PCU20，PCU50。其人机操作界面可选OP031，OP032等。

进一步，所述的器械台9的外沿设置有组织固定装置9-1，可以在驱动模块的作用下进行开、闭的动作。

进一步，所述的器械台9上手术器械的旋转和移动通过人机交互装置在人机操作界面上进行参数的设定。

进一步，所述的器械台为多工位刀头，可以同时装配基础外科用手术刀、医用缝合针、基础外科用剪、基础外科用钳、基础外科用镊夹以及基础外科器械，所述的器械台可以进行360°旋转，安装在器械台上的手术器械可以在驱动系统的作用下进行上下左右等各方为的旋转和移动；所述的造影装置可以对手术部位进行实时影像摄录和传输；

所述的器械台上设置有体征监测平台和电子病历装置，该体征监测平台包含体温检测模块、脉搏检测模块和肌肉张力检测模块；

所述的体温检测模块由第一微处理器、第一无线通信模块、红外温度传感器、第一电源组成；

所述的脉搏检测模块由第二微处理器、第二无线通信模块、血氧探头传感器、第二电源组成；体温检测模块的第一无线通信模块和脉搏检测模块的第二无线通信模块分别与远程无线通信设备无线连通，构成无线体域网；

所述肌肉张力检测模块能操作地连接至患者，包括装置输出端和药物递送组件，当所述装置操作端连接至患者时，所述装置输出端的装置输出信号随着由患者经历的疼痛而引起的患者的肌肉张力的无意识变化而改变，所述装置包括肌肉张力传感器，所述传感器包括电极，其能够被设置为与患者的一块皮肤接触；所述的药物递送组件能操作地连接至患者并且通过患者操作地连接至所述肌肉张力测量装置，以基于所述装置输出信号可控制地将至少一种止痛药物递送至患者，所述将至少一种止痛药物递送至患者是通过利用 静脉注射泵进行静脉注射药物递送或者通过口腔和/或鼻腔套管进行利用受压气体的吸入药物递送；

所述的药物递送组件内置有雾化装置和控制装置，该雾化吸入装置包括壳体和雾化芯，所述壳体的中部设置有锥形气管，所述雾化芯包括可拆卸地耦合主体、动芯、定芯，所述主体包括布置为控制所述雾化装置的控制装置，所述控制装置包括用于控制振动源的驱动电路，所述的定芯设置在锥形气管上，动芯与所述的述壳体的入口连接；

所述的动芯内设置有压缩机，所述的定芯内设置有感测装置，所述控制装置布置为取决于从所述感测装置接收的信号，所述感测装置包括布置为基于压力测量而感测所述流动的压力传感器或布置为基于温度测量而感测所述流动的热流动传感器设备，所述热流动传感器设备包括所述热流动传感器设备的前侧上的电驱动热元件，所述前侧面向所述空气通道的内部；

所述的电子病历装置内设置有智能终端和中心服务器，所述智能终端通过无线通信设备与中心服务器进行无线数据连接；所述智能移动终端包括数据采集模块、信息输入模块、数据解码模块和无线数据传输模块，所述中心服务器包括HIS医院信息系统、EMR电子病历系统、PACS系统和移动护理数据库；

所述的器械台上还安装有手术导航系统，该手术导航系统包括射线装置、图形工作站三维运动捕捉系统、导航模块、智能眼镜系统；

所述射线装置用于术前拍摄患者手术部位的二维图像；

所述图形工作站用于软件的运行；

三维运动捕捉系统用于捕捉手术空间范围内患者手术部位和手术器械的形状、位置和/或运动轨迹的三维运动信息；

所述的导航模块运行于图形工作站上，用于分别对患者术前拍摄的手术部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器械的形状、位置和/或运动轨迹的三维运动信息进行三维重建，将重建后的两种三维图像在同一坐标系下进行配准融合得到三维导航图像；

所述的智能眼镜系统：用于实时显示导航软件返回的三维导航图像。

进一步，所述的红外温度传感器包括非接触式红外温度传感器、温差热电堆放大电路、温度补偿及放大电路、AD转换电路、主控电路、显示电路以及报警电路、体温校准模块；

所述的非接触式红外温度传感器分别与温差热电堆放大电路以及温度补偿及放大电路相连，温差热电堆放大电路以及温度补偿及放大电路相连分别连接到AD转换电路，所述的AD转换电路为一个多路AD转换电路，AD转换电路与主控电路相连，主控电路与显示电路以及报警电路相连；所述的非接触式红外温度传感器采用热电堆红外温度传感器实现对体温信号和环境温度信号即温差热电堆微弱的电压信号和电热调节器的热敏电阻信号的非接触检测；

所述的体温校准模块包括红外体温监测设备、校准数据处理中心、测温设备、环境参数监测设备、环境参数监测系统、红外体温监测系统。

进一步，所述的测温设备，用于采集耳道温度数据T0，并传输至校准数据处理中心；

所述的环境参数监测设备：用于采集环境相关信息，并将环境信息转化成电信号，传输至环境参数监测系统；

所述的环境参数监测系统，接收到采集到的电信号以后，通过数据处理，并换算成环境参数数据，并传输至校准数据处理中心；

所述的红外体表温度监测设备，用于采集相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统；

所述的红外体温监测系统，用于接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号，将电信号进行数据处理，换算成体表温度Ty传入校准数据处理中心；

所述的校准数据处理中心，用于将收集到的耳道温度、环境参数、红外体表温度进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。

本发明通过控制系统结合造影系统及手术导航系统配合器械台进行手术，可以匹配出真实的三维手术空间图像，利于提高手术的高效性和安全性，医生的视线不必在患者手术部位与显示器之间来回切换，提高了手术效率；所述的器械台上设置有体征监测平台和电子病历装置，该体征监测平台包含体温检测模块、脉搏检测模块和肌肉张力检测模块，可以用于监测患者生命体征，保证手术的顺利进行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种外科手术系统，其特征在于，所述的外科手术系统包括输入系统、电源装置、控制系统、底座、支撑轴、机械臂、驱动系统、器械轴、器械架和造影装置；其中，输入系统与控制系统连接，电源装置分别与输入系统和控制系统连接；支撑轴安装在底座上，机械臂安装在支撑轴上，在支撑轴的上方和下方分别安装有驱动系统和器械轴，器械轴的下端设置有器械架，器械架的底端设有造影装置，造影装置与输入系统连接；

所述的输入系统包括输入装置和显示装置以及PC处理系统；所述的电源装置主要包括电源输出装置、转换器、开关系统、稳压器、定时器和控制柜空调；所述的电源装置为在输入侧的直流-直流转换器和至少一个用于调节至少一个输出直流电压的输出侧的输出开关调节器之间布置有中间电路，并且在所述中间电路上连接有蓄能器模块；

所述的机械臂可以在支撑轴上进行360°旋转并可进行上下移动；所述的驱动系统采用全数字伺服驱动电机；所述的器械轴为内部中空的圆柱形，并可进行360°旋转；

所述的器械台为多工位刀头，可以同时装配基础外科用手术刀、医用缝合针、基础外科用剪、基础外科用钳、基础外科用镊夹以及基础外科器械，所述的器械台可以进行360°旋转，安装在器械台上的手术器械可以在驱动系统的作用下进行上下左右等各方为的旋转和移动；所述的造影装置可以对手术部位进行实时影像摄录和传输；

所述的器械台上设置有体征监测平台和电子病历装置，该体征监测平台包含体温检测模块、脉搏检测模块和肌肉张力检测模块；

所述的体温检测模块由第一微处理器、第一无线通信模块、红外温度传感器、第一电源组成；

所述的脉搏检测模块由第二微处理器、第二无线通信模块、血氧探头传感器、第二电源组成；体温检测模块的第一无线通信模块和脉搏检测模块的第二无线通信模块分别与远程无线通信设备无线连通，构成无线体域网；

所述肌肉张力检测模块能操作地连接至患者，包括装置输出端和药物递送组件，当所述装置操作端连接至患者时，所述装置输出端的装置输出信号随着由患者经历的疼痛而引起的患者的肌肉张力的无意识变化而改变，所述装置包括肌肉张力传感器，所述传感器包括电极，其能够被设置为与患者的一块皮肤接触；所述的药物递送组件能操作地连接至患者并且通过患者操作地连接至所述肌肉张力测量装置，以基于所述装置输出信号可控制地将至少一种止痛药物递送至患者，所述将至少一种止痛药物递送至患者是通过利用静脉注射泵进行静脉注射药物递送或者通过口腔和/或鼻腔套管进行利用受压气体的吸入药物递送；

所述的药物递送组件内置有雾化装置和控制装置，该雾化吸入装置包括壳体和雾化芯，所述壳体的中部设置有锥形气管，所述雾化芯包括可拆卸地耦合主体、动芯、定芯，所述主体包括布置为控制所述雾化装置的控制装置，所述控制装置包括用于控制振动源的驱动电路，所述的定芯设置在锥形气管上，动芯与所述的述壳体的入口连接；

所述的动芯内设置有压缩机，所述的定芯内设置有感测装置，所述控制装置布置为取决于从所述感测装置接收的信号，所述感测装置包括布置为基于压力测量而感测所述流动的压力传感器或布置为基于温度测量而感测所述流动的热流动传感器设备，所述热流动传感器设备包括所述热流动传感器设备的前侧上的电驱动热元件，所述前侧面向所述空气通道的内部；

所述的电子病历装置内设置有智能终端和中心服务器，所述智能终端通过无线通信设备与中心服务器进行无线数据连接；所述智能移动终端包括数据采集模块、信息输入模块、数据解码模块和无线数据传输模块，所述中心服务器包括HIS医院信息系统、EMR电子病历系统、PACS系统和移动护理数据库；

所述的器械台上还安装有手术导航系统，该手术导航系统包括射线装置、图形工作站三维运动捕捉系统、导航模块、智能眼镜系统；

所述射线装置用于术前拍摄患者手术部位的二维图像；

所述图形工作站用于软件的运行；

三维运动捕捉系统用于捕捉手术空间范围内患者手术部位和手术器械的形状、位置和/或运动轨迹的三维运动信息；

所述的导航模块运行于图形工作站上，用于分别对患者术前拍摄的手术部位骨骼的二维图像及患者手术部位和手术器械的形状、位置和/或运动轨迹的三维运动信息进行三维重建，将重建后的两种三维图像在同一坐标系下进行配准融合得到三维导航图像；

所述的智能眼镜系统：用于实时显示导航软件返回的三维导航图像。

2.如权利要求1所述的外科手术系统，其特征在于，所述的红外温度传感器包括非接触式红外温度传感器、温差热电堆放大电路、温度补偿及放大电路、AD转换电路、主控电路、显示电路以及报警电路、体温校准模块；

所述的非接触式红外温度传感器分别与温差热电堆放大电路以及温度补偿及放大电路相连，温差热电堆放大电路以及温度补偿及放大电路相连分别连接到AD转换电路，所述的AD转换电路为一个多路AD转换电路，AD转换电路与主控电路相连，主控电路与显示电路以及报警电路相连；所述的非接触式红外温度传感器采用热电堆红外温度传感器实现对体温信号和环境温度信号即温差热电堆微弱的电压信号和电热调节器的热敏电阻信号的非接触检测；

所述的体温校准模块包括红外体温监测设备、校准数据处理中心、测温设备、环境参数监测设备、环境参数监测系统、红外体温监测系统。

3.如权利要求2所述的外科手术系统，其特征在于：

所述的测温设备，用于采集耳道温度数据T0，并传输至校准数据处理中心；

所述的环境参数监测设备：用于采集环境相关信息，并将环境信息转化成电信号，传输至环境参数监测系统；

所述的环境参数监测系统，接收到采集到的电信号以后，通过数据处理，并换算成环境参数数据，并传输至校准数据处理中心；

所述的红外体表温度监测设备，用于采集相同个体的体表红外信息，并将红外信息转化成电信号，传输至红外体温监测系统；

所述的红外体温监测系统，用于接收到红外体表温度监测设备传输过来的电信号，将电信号进行数据处理，换算成体表温度Ty传入校准数据处理中心；

所述的校准数据处理中心，用于将收集到的耳道温度、环境参数、红外体表温度进行数据分析和处理，建立环境参数-体表温度-体温的校准参数曲线。