CN108742737A - 一种腰椎三向微创牵开器 - Google Patents

一种腰椎三向微创牵开器 Download PDF

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CN108742737A CN201810600941.7A CN201810600941A CN108742737A CN 108742737 A CN108742737 A CN 108742737A CN 201810600941 A CN201810600941 A CN 201810600941A CN 108742737 A CN108742737 A CN 108742737A
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张金龙
崔志明
保国锋
徐冠华
孙郁雨
王玲玲
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Nantong First Peoples Hospital
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Abstract

本发明属于医疗技术领域，公开了一种腰椎三向微创牵开器，利用镶装在牵开拉钩上的位移检测器对拉开的距离通过改进的二维Peierls‑Nabarro位错模型进行检测；将检测出的数据传输给控制中心；所述控制中心与内置的参数进行对比分析后，将控制指令传输的电动机上的数据处理模块，根据处理后的数据对牵开拉钩的拉开距离进行控制。本发明采用三向牵开拉钩，通过自动调节和微调，使得刀口两侧范围大小固定，减少病人出血量，减轻病人痛苦的同时，可方便医生进行手术，减少手术时间，提高手术效率。

Description

一种腰椎三向微创牵开器
技术领域
本发明属于医疗技术领域，尤其涉及一种腰椎三向微创牵开器。
背景技术
牵开器又称拉钩，用以牵开组织,显露手术野，便于探查和操作，可分为手持拉钩和自动拉钩两类。有各种不同形状和大小的规格，可根据手术需要选择合适的拉钩。现有的腰椎牵开器一般为对向拉钩本体进行拉开，这种方式拉开可能使刀口两侧范围扩大，导致出血量加大，不利于手术的进行。
在互联网的日益发展的今天，智能设备已经逐渐深入到我们的生活，这些智能设备使我们的生活更加高效、便捷。
在现有微创牵开器上，智能控制有待提高。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的腰椎牵开器一般为对向拉钩本体进行拉开，这种方式拉开可能使刀口两侧范围扩大，导致出血量加大，不利于手术的进行。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种腰椎三向微创牵开器。
本发明是这样实现的，一种腰椎三向微创牵开器，所述腰椎三向微创牵开器利用镶装在牵开拉钩上的位移检测器对拉开的距离通过改进的二维Peierls-Nabarro位错模型进行检测；将检测出的数据传输给控制中心；所述控制中心与内置的参数进行对比分析后，将控制指令传输的电动机上的数据处理模块，根据处理后的数据对牵开拉钩的拉开距离进行控制。
进一步，所述改进的二维Peierls-Nabarro位错模型包括：
位错线总能量ET由滑移面上下两部分弹性应变能Eel，滑移面上错排能EA，以及溶质原子与位错的总相互作用能Eint三部分构成，ET＝Eel+EA+Eint；位错线总能量是滑移面上下面错配度u(η)的泛函数，满足边界条件u(-∞)＝0和u(∞)＝b；其中η是滑移面上垂直于位错线方向ξ的矢量，滑移面上下两部分弹性应变能Eel表示为：
其中n,l为整数，q＝[e,s]表示位错的牵开拉钩分量；分别是位错错配度值、位错半宽度和分位错的位置参数；R是位错连续弹性解的径向截断半径；Stroh张量是对角化的，对于各向同性矩阵中的不为0的元素为[H11,H22,H33]＝1/(4π)[Kedge,Kscrew,Kedge]；其中Kedge、Kscrew分别是拉钩的钩、弯钩半径分量常参数，依赖于基底的弹性性能；位移矢量uq(η)设为拟函数：
对于连续体的连续滑移，原子错排能EA通过对错排能密度积分来进行计算，而错排能密度通常的做法是从广义层错能面γ[u(η)]＝γ[ue(η),us(η)]获得：
二维广义层错能面利用倒空间傅里叶级数展开：
其中x和y分别为某个滑移面上相互垂直方向，面心立方fcc为和六角密排结构hcp为和 和q＝2π/a分别为倒空间中基本矢量长度，其中a为原胞边长；c1,c2,c3和c4为拟合参数。
进一步，所述位移检测器还内置有对检测拉开的距离进行数据分析的分析模块；所述分析模块的分析方法包括以下步骤：
对拉开的距离进行处理；具体包括：
采集到N个样本用作训练集X，采用下式求出样本平均值m：
其中，xi∈样本训练集X＝(x1，x2，…，xN)；
求出散布矩阵S：
求出散布矩阵的特征值λi和对应的特征向量ei，其中，ei便是主分量，将特征值从大到小依次排列λ1，λ2，…；取出p个值，λ1，λ2，…，λp确定出牵开的腰椎空间E＝(e1，e2，…，eP)，在此空间上，训练样本X中，每个元素在该空间的点由下式得到：
x'i＝Etxi，t＝1，2，…，N；
由上式得到的是将原向量经过PCA降维后的p维向量。
进一步，控制中心对牵开拉钩拉开的距离进行对比分析的方法包括：
首先，建立分析对象与安全指标因子间的综合信息评价体系，评价体系是由n个分析对象m个指标构成的系统，从而得到初始信息评价矩阵：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
对A'中各指标归一化处理：
归一化的指标：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
—矩阵A'中第j列的最小值；
—矩阵A'中第j列的最大值；
aij—规范性信息矩阵中对应于第i行j列的元素，规范性信息矩阵A可表示为：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
然后，根据规范性信息矩阵，确定第i个分析对象下第j项指标的指标值的比重：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
最后，由熵权法计算第i个分析对象的熵值
其中，Ti—定义为第i个分析对象的信息熵；
pij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
同理，可求得安全子信息熵，即：
其中Si—定义为第i个分析对象的安全子信息熵；
qij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
mij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
对信息熵值进行归一化处理，归一化公式：
根据信息熵和拉开的距离危险度的关系，危险度等级标准分为：
0.8≤Hc≤1，极低危险；
0.6≤Hc＜0.8，低度危险；
0.4≤Hc＜0.6，中度危险；
0.2≤Hc＜0.4，高度危险；
0≤Hc＜0.2，极高危险。
进一步，所述电动机上的数据处理模块的通过以下公式(1)进行处理：
其中，ω0为滤波器的中心频率，对于不同的ω0，k使k/ω0保持不变；
在频率域构造滤波器，对应的极坐标表达方式为：
G(r,θ)＝G(r,r)·G(θ,θ)；
式中，Gr(r)为控制滤波器带宽的径向分量，Gθ(θ)为控制滤波器方向的角度分量；
r表示径向坐标，θ表示角度坐标，f0为中心频率，θ0为滤波器方向，σf用于确定带宽；
Bf＝2(2/ln2)1/2|lnσf|，σθ确定角度带宽，Bθ＝2(2/ln2)1/2σθ。
进一步，所述的腰椎三向微创牵开器还包括：滑轨、支台、伸缩杆、固定旋钮、固定座、调节按键、微调旋钮；
所述支台上端销滑轨，支台下方焊接有伸缩杆，伸缩杆焊接在固定座上方，固定座上两侧旋转安装有固定旋钮；
牵开拉钩与电动机内部活动杆套接，电动机上端键接有调节按键和微调旋钮，电动机安装在滑轨上。
进一步，所述电动机下端设置有凹槽，凹槽与滑轨卡接；所述调节按键与电动机导线连接；所述微调旋钮与牵开拉钩末端齿轮啮合。
本发明的另一目的在于提供一种进行所述腰椎三向微创牵开器运算的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种搭载有上述计算机程序的计算机。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的腰椎三向微创牵开器的检测控制。
本发明的优点及积极效果为：本发明采用三向牵开拉钩，通过手动调节和微调，使得刀口两侧范围大小固定，减少病人出血量，减轻病人痛苦的同时，可方便医生进行手术，减少手术时间，提高手术效率。
本发明建立了拉开距离的评定等级，为保护患者提供了有力条件；降低了手术中风险的发生几率。
本发明的位移检测器的运算方法，获得的数据准确，比现有技术的图像获取处理方案获得数据提高近5个百分点。
本发明的电动机控制方法控制精度相比于现有技术提高很多，为智能控制提供了保证。
附图说明
图1是本发明实施例提供的腰椎三向微创牵开器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的支撑座结构示意图；
图中：1、滑轨；2、支台；3、伸缩杆；4、固定旋钮；5、固定座；6、牵开拉钩；7、调节按键；8、电动机；9、微调旋钮；10、位移检测器；11、控制中心；12、数据处理模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1和附图2详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如附图1和附图2所示，本发明实施例提供的腰椎三向微创牵开器包括：滑轨1、支台2、伸缩杆3、固定旋钮4、固定座5、牵开拉钩6、调节按键7、电动机8、微调旋钮9。
支台2上端销滑轨1，支台2下方焊接有伸缩杆3，伸缩杆焊接在固定座5上方，固定座上两侧旋转安装有固定旋钮4；
牵开拉钩6与电动机8内部活动杆套接，电动机8上端键接有调节按键7和微调旋钮9，电动机8安装在滑轨1上。
所述电动机8下端设置有凹槽，凹槽与滑轨1卡接。
所述调节按键7与电动机8导线连接。
所述微调旋钮8与牵开拉钩6末端齿轮啮合。
所述腰椎三向微创牵开器利用镶装在牵开拉钩上的位移检测器10对拉开的距离通过改进的二维Peierls-Nabarro位错模型进行检测；将检测出的数据传输给控制中心；所述控制中心11与内置的参数进行对比分析后，将控制指令传输的电动机上的数据处理模块12，根据处理后的数据对牵开拉钩的拉开距离进行控制。
所述改进的二维Peierls-Nabarro位错模型包括：
位错线总能量ET由滑移面上下两部分弹性应变能Eel，滑移面上错排能EA，以及溶质原子与位错的总相互作用能Eint三部分构成，ET＝Eel+EA+Eint；位错线总能量是滑移面上下面错配度u(η)的泛函数，满足边界条件u(-∞)＝0和u(∞)＝b；其中η是滑移面上垂直于位错线方向ξ的矢量，滑移面上下两部分弹性应变能Eel表示为：
其中n,l为整数，q＝[e,s]表示位错的牵开拉钩分量；分别是位错错配度值、位错半宽度和分位错的位置参数；R是位错连续弹性解的径向截断半径；Stroh张量是对角化的，对于各向同性矩阵中的不为0的元素为[H11,H22,H33]＝1/(4π)[Kedge,Kscrew,Kedge]；其中Kedge、Kscrew分别是拉钩的钩、弯钩半径分量常参数，依赖于基底的弹性性能；位移矢量uq(η)设为拟函数：
对于连续体的连续滑移，原子错排能EA通过对错排能密度积分来进行计算，而错排能密度通常的做法是从广义层错能面γ[u(η)]＝γ[ue(η),us(η)]获得：
二维广义层错能面利用倒空间傅里叶级数展开：
其中x和y分别为某个滑移面上相互垂直方向，面心立方fcc为和六角密排结构hcp为和 和q＝2π/a分别为倒空间中基本矢量长度，其中a为原胞边长；c1,c2,c3和c4为拟合参数。
进一步，所述位移检测器还内置有对检测拉开的距离进行数据分析的分析模块；所述分析模块的分析方法包括以下步骤：
对拉开的距离进行处理；具体包括：
采集到N个样本用作训练集X，采用下式求出样本平均值m：
其中，xi∈样本训练集X＝(x1，x2，…，xN)；
求出散布矩阵S：
求出散布矩阵的特征值λi和对应的特征向量ei，其中，ei便是主分量，将特征值从大到小依次排列λ1，λ2，…；取出p个值，λ1，λ2，…，λp确定出牵开的腰椎空间E＝(e1，e2，…，eP)，在此空间上，训练样本X中，每个元素在该空间的点由下式得到：
x'i＝Etxi，t＝1，2，…，N；
由上式得到的是将原向量经过PCA降维后的p维向量。
进一步，控制中心对牵开拉钩拉开的距离进行对比分析的方法包括：
首先，建立分析对象与安全指标因子间的综合信息评价体系，评价体系是由n个分析对象m个指标构成的系统，从而得到初始信息评价矩阵：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
对A'中各指标归一化处理：
归一化的指标：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
—矩阵A'中第j列的最小值；
—矩阵A'中第j列的最大值；
aij—规范性信息矩阵中对应于第i行j列的元素，规范性信息矩阵A可表示为：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
然后，根据规范性信息矩阵，确定第i个分析对象下第j项指标的指标值的比重：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
最后，由熵权法计算第i个分析对象的熵值
其中，Ti—定义为第i个分析对象的信息熵；
pij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
同理，可求得安全子信息熵，即：
其中Si—定义为第i个分析对象的安全子信息熵；
qij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
mij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
对信息熵值进行归一化处理，归一化公式：
根据信息熵和拉开的距离危险度的关系，危险度等级标准分为：
0.8≤Hc≤1，极低危险；
0.6≤Hc＜0.8，低度危险；
0.4≤Hc＜0.6，中度危险；
0.2≤Hc＜0.4，高度危险；
0≤Hc＜0.2，极高危险。
所述电动机上的数据处理模块的通过以下公式(1)进行处理：
其中，ω0为滤波器的中心频率，对于不同的ω0，k使k/ω0保持不变；
在频率域构造滤波器，对应的极坐标表达方式为：
G(r,θ)＝G(r,r)·G(θ,θ)；
式中，Gr(r)为控制滤波器带宽的径向分量，Gθ(θ)为控制滤波器方向的角度分量；
r表示径向坐标，θ表示角度坐标，f0为中心频率，θ0为滤波器方向，σf用于确定带宽；
Bf＝2(2/ln2)1/2|lnσf|，σθ确定角度带宽，Bθ＝2(2/ln2)1/2σθ。
本发明采用自动控制或手动控制；
在风险率低时可采用手动控制包括：将固定座5夹在手术床边，通过固定旋钮4进行固定，调节伸缩杆3的长度和电动机8在滑轨1的伸缩长度到适宜位置；将牵开拉钩5伸进腰椎病处开口后，通过调节按键7和微调旋钮9调节牵开拉钩6到合适位置，从而进行手术操作。本发明采用三向牵开拉钩，通过自动调节和微调，使得刀口两侧范围大小固定，减少病人出血量，减轻病人痛苦的同时，可方便医生进行手术，减少手术时间，提高手术效率。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种腰椎三向微创牵开器，其特征在于，所述腰椎三向微创牵开器利用镶装在牵开拉钩上的位移检测器对拉开的距离通过改进的二维Peierls-Nabarro位错模型进行检测；将检测出的数据传输给控制中心；所述控制中心与内置的参数进行对比分析后，将控制指令传输的电动机上的数据处理模块，根据处理后的数据对牵开拉钩的拉开距离进行控制。
2.如权利要求1所述的腰椎三向微创牵开器，其特征在于，所述改进的二维Peierls-Nabarro位错模型包括：
位错线总能量ET由滑移面上下两部分弹性应变能Eel，滑移面上错排能EA，以及溶质原子与位错的总相互作用能Eint三部分构成，ET＝Eel+EA+Eint；位错线总能量是滑移面上下面错配度u(η)的泛函数，满足边界条件u(-∞)＝0和u(∞)＝b；其中η是滑移面上垂直于位错线方向ξ的矢量，滑移面上下两部分弹性应变能Eel表示为：
其中n,l为整数，q＝[e,s]表示位错的牵开拉钩分量；分别是位错错配度值、位错半宽度和分位错的位置参数；R是位错连续弹性解的径向截断半径；Stroh张量是对角化的，对于各向同性矩阵中的不为0的元素为[H11,H22,H33]＝1/(4π)[Kedge,Kscrew,Kedge]；其中Kedge、Kscrew分别是拉钩的钩、弯钩半径分量常参数，依赖于基底的弹性性能；位移矢量uq(η)设为拟函数：
对于连续体的连续滑移，原子错排能EA通过对错排能密度积分来进行计算，而错排能密度通常的做法是从广义层错能面γ[u(η)]＝γ[ue(η),us(η)]获得：
二维广义层错能面利用倒空间傅里叶级数展开：
其中x和y分别为某个滑移面上相互垂直方向，面心立方fcc为和六角密排结构hcp为和 和q＝2π/a分别为倒空间中基本矢量长度，其中a为原胞边长；c1,c2,c3和c4为拟合参数。
3.如权利要求1所述的腰椎三向微创牵开器，其特征在于，所述位移检测器还内置有对检测拉开的距离进行数据分析的分析模块；所述分析模块的分析方法包括以下步骤：
对拉开的距离进行处理；具体包括：
采集到N个样本用作训练集X，采用下式求出样本平均值m：
其中，xi∈样本训练集X＝(x1，x2，…，xN)；
求出散布矩阵S：
求出散布矩阵的特征值λi和对应的特征向量ei，其中，ei便是主分量，将特征值从大到小依次排列λ1，λ2，…；取出p个值，λ1，λ2，…，λp确定出牵开的腰椎空间E＝(e1，e2，…，eP)，在此空间上，训练样本X中，每个元素在该空间的点由下式得到：
x'i＝Etxi，t＝1，2，…，N；
由上式得到的是将原向量经过PCA降维后的p维向量。
4.如权利要求1所述的腰椎三向微创牵开器，其特征在于，控制中心对牵开拉钩拉开的距离进行对比分析的方法包括：
首先，建立分析对象与安全指标因子间的综合信息评价体系，评价体系是由n个分析对象m个指标构成的系统，从而得到初始信息评价矩阵：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
对A'中各指标归一化处理：
归一化的指标：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
—矩阵A'中第j列的最小值；
—矩阵A'中第j列的最大值；
aij—规范性信息矩阵中对应于第i行j列的元素，规范性信息矩阵A可表示为：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
然后，根据规范性信息矩阵，确定第i个分析对象下第j项指标的指标值的比重：
其中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
最后，由熵权法计算第i个分析对象的熵值
其中，Ti—定义为第i个分析对象的信息熵；
pij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
同理，可求得安全子信息熵，即：
其中Si—定义为第i个分析对象的安全子信息熵；
qij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
mij—第i个分析对象下第j项指标的比重；
i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；
对信息熵值进行归一化处理，归一化公式：
根据信息熵和拉开的距离危险度的关系，危险度等级标准分为：
0.8≤Hc≤1，极低危险；
0.6≤Hc＜0.8，低度危险；
0.4≤Hc＜0.6，中度危险；
0.2≤Hc＜0.4，高度危险；
0≤Hc＜0.2，极高危险。
5.如权利要求1所述的腰椎三向微创牵开器，其特征在于，所述电动机上的数据处理模块的通过以下公式(1)进行处理：
其中，ω0为滤波器的中心频率，对于不同的ω0，k使k/ω0保持不变；
在频率域构造滤波器，对应的极坐标表达方式为：
G(r,θ)＝G(r,r)·G(θ,θ)；
式中，Gr(r)为控制滤波器带宽的径向分量，Gθ(θ)为控制滤波器方向的角度分量；
r表示径向坐标，θ表示角度坐标，f0为中心频率，θ0为滤波器方向，σf用于确定带宽；
σθ确定角度带宽，
6.如权利要求1所述的腰椎三向微创牵开器，其特征在于，所述的腰椎三向微创牵开器还包括：滑轨、支台、伸缩杆、固定旋钮、固定座、调节按键、微调旋钮；
所述支台上端销滑轨，支台下方焊接有伸缩杆，伸缩杆焊接在固定座上方，固定座上两侧旋转安装有固定旋钮；
牵开拉钩与电动机内部活动杆套接，电动机上端键接有调节按键和微调旋钮，电动机安装在滑轨上。
7.如权利要求6所述的腰椎三向微创牵开器，其特征在于，所述电动机下端设置有凹槽，凹槽与滑轨卡接；所述调节按键与电动机导线连接；所述微调旋钮与牵开拉钩末端齿轮啮合。
8.一种进行权利要求1～7任意一项腰椎三向微创牵开器运算的计算机程序。
9.一种搭载有权利要求7所述计算机程序的计算机。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～7任意一项所述的腰椎三向微创牵开器的检测控制。
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