CN108538138A - 一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统及其使用方法 - Google Patents
一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及医疗设备技术领域，具体地涉及一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，包括电源控制器、计算机、电机驱动模块、电控位移台、穿刺针、B超仪、B超探头、力传感器和摄像头，所述电源控制器为计算机和电机驱动模块提供电源，计算机的输出端与电机驱动模块的输入端连接，电机驱动模块的输出端与电控位移台连接，穿刺针、B超探头和力传感器安装于电控位移台上，且力传感器安装于穿刺针尾部，电机驱动模块分别驱动穿刺针和B超探头运行，力传感器感、摄像头和B超仪的输出端分别与计算机控制模块连接，将采集到的信息传输至计算机，该系统具有精确度高、操作简便、计算机自动化操作程度高等优点，可以广泛应用于教学工作。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体地涉及一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统及其使用方法。
背景技术
目前，穿刺实验教学已普及到教学工作中，学校教学中尚未出现可用于穿刺实验的智能化操作系统，致使在教学工作及学生练习过程中仅仅停留于手动操作，即在做穿刺实验时，一般都在简易的测试架上进行，穿刺针穿刺假体或其他实验体膜时利用人工手动控制穿刺的距离和方向，采集图像也是手动改变B超探头的探测位置，这种方式不仅很难精准控制穿刺针穿刺的距离和方向，而且无法实时采集到穿刺针在假体或其他实验对象中的位置及内部节点位置等实验数据信息，实验数据精确度低。
进行穿刺实验时，由于每个人对穿刺针及B超探头距离调整的感觉都不同，这种根据经验和感觉盲穿实验体膜，主观因素太大，导致采集到的穿刺实验数据参差不齐，无法满足更高的教学要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，操作简便、精确度高、计算机自动化操作程度高，可以普遍应用于教学工作。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
本发明提供一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，包括电源控制器、计算机、电机驱动模块、电控位移台和穿刺针，所述电源控制器为计算机和电机驱动模块提供电源，计算机的输出端与电机驱动模块的输入端连接，电机驱动模块的输出端与电控位移台连接，穿刺针安装于电控位移台上，电机驱动模块驱动穿刺针进行穿刺，其特点在于：该系统还包括B超仪、B超探头、力传感器和摄像头；
所述B超探头和力传感器均置于电控位移台上；
所述力传感器安装于穿刺针尾部，感应穿刺针穿刺的力学信息；
所述B超探头与B超仪相连，电机驱动模块驱动B超探头在电控位移台上运行，通过B超仪将采集信号传输至计算机；
所述B超探头的前后运行和上下升降分别由不同的步进电机控制；
所述穿刺针的前后运行、左右运行及正反向旋转分别由不同的步进电机控制；
所述摄像头布设于电控位移台周围，从外围拍摄穿刺照片；
所述力传感器感、摄像头和B超仪的输出端分别与计算机连接，将采集到的信息传输至计算机。
进一步地，所述计算机包括计算机可视化界面和PCI运动控制板。
进一步地，所述摄像头有若干个。
进一步地，所述摄像头可以升降。
进一步地，所述摄像头可以旋转。
同时，本发明还提供该运动控制系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：电源控制器通电，计算机和电机驱动模块进入初始化阶段；
步骤二：在计算机可视化界面输入操作指令，计算机内部控制程序发出信号命令传输给PCI运动控制板，处理完毕后将处理结果反馈至电机驱动模块；
步骤三：电机驱动模块驱动控制穿刺针的步进电机，步进电机带动穿刺针运行，开始穿刺假体，力传感器感应穿刺针的力学信息；
步骤四：电机驱动模块驱动控制B超探头的步进电机，步进电机驱动B超探头运行，采集穿刺针穿刺的B超图像；
步骤五：摄像头从外围拍摄穿刺针穿刺的照片；
步骤六：将采集到的B超图像、穿刺照片及力传感器感应到的力学信息反馈至计算机；
步骤七：对比分析B超图像和穿刺照片，并根据力学信息确定穿刺针在实验对象的位置信息，获得实验数据。
进一步地，步骤七中所述实验对象为透明假体。
本发明采集穿刺实验数据信息的运动控制系统主要作用对象为透明假体，摄像头可以从外围拍摄穿刺实验时的内部位置照片，采集的信息更加准确，操作简便，可用于教学指导、学生练习等的穿刺操作，该系统操作方法简单。
与现有技术相比，本发明提供的一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，具有以下有益效果：
(1)该运动控制系统的研究以透明假体作为穿刺实验对象，通过该系统采集穿刺实验数据，方便教学，可以普遍应用于教学工作中，实用性强；
(2)该运动控制系统周围布设了若干摄像头，摄像头从外围拍摄穿刺假体时的照片，所用的摄像头可以自由升降或旋转，从而可以从不同高度不同角度对穿刺实验进行拍摄，多维度的采集穿刺照片；
(3)该运动控制系统既可以通过摄像头拍摄穿刺实验的照片，又可以用B超仪采集到B超图像，然后将两者综合比照，得出穿刺实验数据，提高了实验数据的准确性，使实验数据更加真实可靠；
(4)该装置借助精密的电控位移台和计算机智能化系统来精准控制穿刺针穿刺的距离和方向、B超仪探头探测的位置和高度，最终实现在B超仪引导下实时采集穿刺针在假体中的位置及内部节点位置信息，简化了穿刺实验的实验操作难度，提高了操作的精确度；
综上所述，该系统具有精确度高、承载大、操作便捷、计算机自动化操作程度高等诸多优点，可以广泛应用于实验教学，实用性强。
附图说明
图1是本发明一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统的原理框图；
图2是本发明一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统的工作流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，包括电源控制器、计算机、电机驱动模块、电控位移台和穿刺针，所述电源控制器为计算机和电机驱动模块提供电源，计算机的输出端与电机驱动模块的输入端连接，电机驱动模块的输出端与电控位移台连接，穿刺针安装于电控位移台上，电机驱动模块驱动穿刺针进行穿刺，其特点在于：该系统还包括B超仪、B超探头、力传感器和摄像头；
所述B超探头和力传感器均置于电控位移台上；
所述力传感器安装于穿刺针尾部，感应穿刺针穿刺的力学信息；
所述B超探头与B超仪相连，电机驱动模块驱动B超探头在电控位移台上运行，通过B超仪将采集信号传输至计算机；
所述B超探头的前后运行和上下升降分别由不同的步进电机控制；
所述穿刺针的前后运行、左右运行及正反向旋转分别由不同的步进电机控制；
其中，控制穿刺针运行的三个步进电机和控制B超探头运行的两个步进电机均与电机驱动模块连接，由电机驱动模块驱动这5个步进电机运行。
所述摄像头布设于电控位移台周围，从外围拍摄穿刺照片；
所述力传感器感、摄像头和B超仪的输出端分别与计算机连接，将采集到的信息传输至计算机。
进一步地，所述计算机包括计算机可视化界面和PCI运动控制板。
进一步地，所述摄像头有若干个。
进一步地，所述摄像头可以升降。
进一步地，所述摄像头可以旋转。
同时，本发明还提供该运动控制系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：电源控制器通电，计算机和电机驱动模块进入初始化阶段；
步骤二：在计算机可视化界面输入操作指令，计算机内部控制程序发出信号命令传输给PCI运动控制板，处理完毕后将处理结果反馈至电机驱动模块；
步骤三：电机驱动模块驱动控制穿刺针的步进电机，步进电机带动穿刺针运行，开始穿刺假体，力传感器感应穿刺针的力学信息；
步骤四：电机驱动模块驱动控制B超探头的步进电机，步进电机驱动B超探头运行，采集穿刺针穿刺的B超图像；
步骤五：摄像头从外围拍摄穿刺针穿刺的照片；
步骤六：将采集到的B超图像、穿刺照片及力传感器感应到的力学信息反馈至计算机；
步骤七：对比分析B超图像和穿刺照片，并根据力学信息确定穿刺针在实验对象的位置信息，获得实验数据。
使用该系统的实验对象优选为透明假体。
实施例1
图1为本发明一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统的原理框图。
如图1所示，本实施例提供一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，包括电源控制器、计算机、电机驱动模块、电控位移台、穿刺针、B超仪、B超探头、力传感器和摄像头。
电源控制器为计算机和电机驱动模块提供电源，计算机的输出端与电机驱动模块的输入端连接；
电机驱动模块的输出端与电控位移台连接，穿刺针、B超探头、力传感器及控制穿刺针的步行电机和控制B超探头的步进电机均安装于电控位移台上，B超探头与B超仪相连，电机驱动模块驱动控制穿刺针的步进电机，步进电机带动穿刺针进行穿刺实验，与此同时，电机驱动模块驱动控制B超探头的步进电机，步进电机带动B超探头在电控位移台上运行并采集图像，通过B超仪将采集到的图像信息传输至计算机，在穿刺实验的同时，力传感器感应穿刺的力学信息，将信息传输至计算机；
该系统的周围布设两个摄像头，由于每次进行穿刺实验时的实验对象不同，造成其高度、大小都不同，因此，可以安置能够自由升降或旋转的摄像头，根据穿刺实验对象调节其高度或方向，从外围拍摄穿刺实验时的穿刺照片，并将照片传输至计算机。
实施例2
本实施例提供一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，包括电源控制器、计算机、电机驱动模块、电控位移台、穿刺针、B超仪、B超探头、力传感器和摄像头。
电源控制器为计算机和电机驱动模块提供电源，计算机的输出端与电机驱动模块的输入端连接；
电机驱动模块的输出端与电控位移台连接，穿刺针、B超探头、力传感器及控制穿刺针的步进电机和控制B超探头的步进电机均安装于电控位移台上，B超探头与B超仪相连，电机驱动模块驱动控制穿刺针的步进电机，步进电机带动穿刺针进行穿刺实验，与此同时，电机驱动模块驱动控制B超探头的步进电机，步进电机带动B超探头在电控位移台上运行并采集图像，通过B超仪将采集到的图像信息传输至计算机，在穿刺实验的同时，力传感器感应穿刺的力学信息，将信息传输至计算机；
为了从不同角度同时采集穿刺照片，可以根据需要增加系统的周围的摄像头，该系统的周围布设四个摄像头，因此摄像头可以同时拍摄四个方向的穿刺照片，同样，该摄像头可以自由升降或旋转，从外围多角度多方向的拍摄穿刺实验时的穿刺照片，并将照片传输至计算机。
最后，可以用多张穿刺照片和采集到的B超图像进行综合比照，得到穿刺实验数据，数据更加精确。
实施例3
图2为运动控制系统的工作流程图，该系统的具体操作方法为：
首先，电源控制器通电，计算机和电机驱动模块进入初始化阶段；
然后在计算机可视化界面上输入操作指令，计算机内部控制程序发出信号命令传输给PCI运动控制板，待计算机处理完毕后传输信号至电机驱动模块；
电机驱动模块分别驱动穿刺针步进电机和B超探头步进电机工作，穿刺针步进电机带动穿刺针开始穿刺假体，B超探头步进电机带动B超探头运行并采集B超图像，位于穿刺针尾部的力传感器也不断的感应穿刺针的力学信息，同时，系统周围的摄像头从外围拍摄穿刺照片，最终，将穿刺照片、B超图像和力传感器获取的力学信息反馈至计算机；
最后，综合比照分析B超图像和穿刺照片，以及根据力学信息确定穿刺针在假体或其他实验体膜中的位置信息，并记录各项实验数据。
实施例4
本实施例进一步描述穿刺针及B超探头的运行程序。
当计算机将信号传输至电机驱动模块后，电机驱动器接收指令再将信号命令传输给步进电机，驱动步进电机工作。电控位移台上共有五个步进电机，其中三个电机分别控制穿刺针的前后运行、左右移动和正反向旋转，另外两个电机分别控制B超探头的前后运行及上下升降。
其中，电机1正转带动穿刺针向前穿刺，电机1反转穿刺针后退；电机2正转，穿刺针左移，电机2反转，穿刺针右移；电机3正转，穿刺针正向旋转；电机3反转，穿刺针反向旋转；
电机4正转，带动B超仪探头向前靠近实验假体采集B超图像，电机4反转，B超探头后退远离实验假体；电机5正转，B超探头上升；电机5反转，B超探头下降，因此，可以从不同距离，不同高度采集穿刺针穿刺的B超图像；
根据需要，可以在计算机的可视化界面上继续修改控制程序，修改后的信号命令传输给PCI运动控制板，控制板将传输来的信号处理计算后，将结果反馈给电机驱动模块，电机驱动模块驱动步进电机工作，带动穿刺针和B超探头做新一轮的穿刺，以此往复得出穿刺针在假体中的位置及内部节点位置信息。
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。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (7)
1.一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，包括电源控制器、计算机、电机驱动模块、电控位移台和穿刺针，所述电源控制器为计算机和电机驱动模块提供电源，计算机的输出端与电机驱动模块的输入端连接，电机驱动模块的输出端与电控位移台连接，穿刺针安装于电控位移台上，电机驱动模块驱动穿刺针进行穿刺，其特征在于：该系统还包括B超仪、B超探头、力传感器和摄像头；
所述B超探头和力传感器均置于电控位移台上；
所述力传感器安装于穿刺针尾部，感应穿刺针穿刺的力学信息；
所述B超探头与B超仪相连，电机驱动模块驱动B超探头在电控位移台上运行，通过B超仪将采集信号传输至计算机；
所述B超探头的前后运行和上下升降分别由不同的步进电机控制；
所述穿刺针的前后运行、左右运行及正反向旋转分别由不同的步进电机控制；
所述摄像头布设于电控位移台周围，从外围拍摄穿刺照片；
所述力传感器感、摄像头和B超仪的输出端分别与计算机连接，将采集到的信息传输至计算机。
2.根据权利要求1所述的一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，其特征在于：所述计算机包括计算机可视化界面和PCI运动控制板。
3.根据权利要求1所述的一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，其特征在于：所述摄像头有若干个。
4.根据权利要求3所述的一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统，其特征在于：所述摄像头可以升降。
5.根据权利要求3所述的一种采集实验数据信息的运行控制系统，其特征在于：所述摄像头可以旋转。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：电源控制器通电，计算机和电机驱动模块进入初始化；
步骤二：在计算机可视化界面输入操作指令，计算机内部控制程序发出信号命令传输给PCI运动控制板，处理完毕后将处理结果反馈至电机驱动模块；
步骤三：电机驱动模块分别驱动控制穿刺针的步进电机，步进电机驱动穿刺针运行，开始穿刺假体，力传感器感应穿刺针的力学信息；
步骤四：电机驱动模块驱动分别驱动控制B超探头的步进电机，步进电机驱动B超探头运行，采集B超图像；
步骤五：摄像头从外围拍摄穿刺针穿刺的照片；
步骤六：将采集到的B超图像、穿刺照片及力传感器感应到的力学信息反馈至计算机；
步骤七：对比分析B超图像和穿刺照片，并根据力学信息确定穿刺针在实验对象的位置信息，获得实验数据。
7.根据权利要求6所述的一种采集穿刺实验数据信息的运动控制系统的使用方法，其特征在于：步骤七中所述实验对象为透明假体。
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