CN110146272A - 一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，用于待测手术器械的力传递系数测试，包括力施加模块、第一力传感器、第一力传感器夹具模块、第二力传感器、第二力传感器夹具模块以及数据模块。第一力传感器和第二力传感器分别与待测手术器械的一端相连。数据模块分别采集第一、第二力传感器的数据并进行分析。该内窥镜手术钳力传递系数测试装置能够准确测试内窥镜手术钳力传递系数，结构简单，准确率高，测量结果可以指导内窥镜手术钳类产品的加工工艺，也可以为临床医生选择合适的内窥镜手术钳提供依据。

Description

一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置

技术领域

本发明涉及一种力传递系数测试装置，尤其涉及一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置。

背景技术

微创内窥镜手术是目前国际国内医学界外科研究与临床实践的一个热点，具有创伤小、痛苦少、恢复快、疗效好的优点。随着现代科技的发展，使传统的外科转向“最小损伤、无损伤”的“钥匙孔”微创手术。微创技术被誉为外科发展史上的里程碑，其主体部分是内窥镜微创技术的应用，因其高安全性、低痛苦性和快速康复的优势，受到人们的欢迎。内窥镜被誉为21世纪治疗领域的革命性技术，被国际医学界称为“绿色手术”，“不开刀手术”，它仅需小小切口，手术全过程在可视状态下进行。内窥镜微创手术的安全、便捷性，真正做到了有的放矢的治疗，为患者节省了时间。它是电子、光学、摄像等高科技技术在临床手术中应用的典范，并在国际上呈风靡性发展。微创概念的形成是因为整个医学模式的进步，是在“整体”治疗观带动下产生的。微创手术更注重病人的心理、社会、生理(疼痛)、精神风貌、生活质量的改善与康复，最大程度体贴病人，减轻病人的痛苦。

现在的内窥镜手术钳的基本结构包括钳头、钳杆、手柄，传动杆在钳杆套管内，手柄带动传动杆，传动杆带动钳头的活动部。钳头活动部目前多数为平行四连杆机构，传动杆铰接连杆机构后面的节点。

内窥镜手术钳与普通手术器械不同，是在一个狭长的管道中进行操作，属于远程化操作，有点类似于机器人操作，其输入与输出的关系比普通器械复杂。力传递系数就是手柄处输入力值与钳头输出力值的比值，反映了临床中医生的用力手感。而这种远程手术操作的性能研究也将是未来手术机器人的触觉研究基础。力传递系数是内窥镜手术钳的重要技术指标。目前暂没有一种可测试内窥镜手术钳力传递系数的装置。

发明内容

本发明的目的在于解决没有一种可测试内窥镜手术钳力传递系数的装置的问题，提供一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置。该装置可模拟内窥镜手术钳临床应用时的状态，进而测量力传递系数这一性能指标，测量所得的力传递系数指导内窥镜手术钳类产品的加工工艺，也可以为临床医生选择合适的内窥镜手术钳提供依据。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，用于待测手术器械的力传递系数测试，所述待测手术器械包括手柄、钳杆和钳头，所述手柄和钳头通过钳杆相连；所述测试装置包括设置于手柄处的力施加模块、第一力传感器、第一力传感器夹具模块，设置于钳头处的第二力传感器、第二力传感器夹具模块以及数据模块；所述第一力传感器通过第一力传感器夹具与手柄相连，所述第二力传感器通过第二力传感器夹具与钳头相连。所述数据模块包括第一数据采集器、第二数据采集器和数据分析系统；所述第一力传感器与第一数据采集器相连；所述第二力传感器与第二数据采集器相连；所述第一数据采集器和第二数据采集器分别与数据分析系统相连。

进一步地，本领域技术人员仅需简单地将第一力传感器和第二力传感器设置为纽扣形结构，其直径为9.5mm。

进一步地，所述第一力传感器的位置始终跟随手柄移动；所述第二力传感器的位置始终跟随钳头移动。

进一步地，所述力施加模块具有手柄限位装置。

进一步地，所述力施加模块由圆柱块、弧形块、滑轨和调节丝杆构成。所述圆柱块固定在力施加模块一端，滑轨位于力施加模块的底部，弧形块位于滑轨上，调节丝杆通过螺纹调节滑轨移动。

本发明具有的有益效果是，本发明提供的一种可测试内窥镜手术钳力传递系数的装置，可用于测试内窥镜手术钳力传递系数，该装置的结构简单，准确率高，测量结果可以指导内窥镜手术钳类产品的加工工艺，也可以为临床医生选择合适的内窥镜手术钳提供依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是本发明的结构图；

图中，1-力施加模块、2-第一传感器夹具、3-钳头放置台、4-第二力传感器夹具、5-第一力传感器、6-第二力传感器、7-待测手术器械、8-第一数据采集器、9-第二数据采集器、10-数据分析系统；

图2为力传递系数性能曲线图。

具体实施方式

如图1所示，该内窥镜手术钳力传递系数测试装置，用于待测手术器械7的力传递系数测试，所述待测手术器械7包括手柄、钳杆和钳头，所述手柄和钳头通过钳杆相连；所述测试装置包括设置于手柄处的力施加模块1、第一力传感器5、第一力传感器夹具模块2，设置于钳头处的第二力传感器6、第二力传感器夹具模块4、数据模块和钳头放置台3；所述第一力传感器(5)通过第一力传感器夹具2与手柄相连，所述第二力传感器6通过第二力传感器夹具4与钳头相连。所述数据模块包括第一数据采集器8、第二数据采集器9和数据分析系统10；所述第一力传感器5与第一数据采集器8相连；所述第二力传感器6与第二数据采集器9相连；所述第一数据采集器8和第二数据采集器9分别与数据分析系统10相连。所述钳头和第二力传感器夹具4位于钳头放置台3上，使待测手术器械7始终保持水平。

所述力传感器为纽扣形结构，其直径为9.5mm，有利于力传感器与手柄和钳头的匹配安装，所述第一力传感器5的位置始终跟随手柄移动；所述第二力传感器6的位置始终跟随钳头移动，这是由于力传感器夹具2、4的存在，减少了在施力过程中手柄及钳头发生水平偏移后力传感器测到额外的干扰力。

所述力施加模块1具有手柄限位装置，使得手柄部分在垂直方向基本不变，水平方向可以自由滑动，满足自由状态受力，使得测到的力值稳定，减少干扰。

所述力施加模块1由圆柱块、弧形块、滑轨和调节丝杆构成。所述圆柱块固定在力施加模块1一端，滑轨位于力施加模块1的底部，弧形块位于滑轨上，调节丝杆通过螺纹调节滑轨移动。手柄处输入力值fi的作用点是通过模拟临床应用来确定的，是使手柄处于自由状态受力的点。在临床应用时，医生一般使用拇指与食指套入手柄指环中。因此力施加模块1分别采用直径16mm的圆柱块模拟食指，直径20mm的弧面圆柱模拟拇指。通过滑轨控制输入力值fi的作用方向，调节丝杆再通过螺纹控制滑轨的移动，控制输入力值fi的大小，稳定地将输入力值fi传输到钳头。

实施例

在模拟应用状态下，手柄处的力施加模块1给待测手术器械7的手柄施加力，钳头放置台3调整合适位置保持待测手术器械7整体水平放置，手柄处的第一力传感器5将手柄处输入力值fi通过第一数据采集器8传输至数据分析系统10，钳头处的第二力传感器6将钳头处输出力值fo通过第二数据采集器9传输至数据分析系统10，数据分析系统10同步处理手柄处输入力值fi和钳头处输出力值fo数据信息，通过最小二乘法拟合得出fo/fi值，即为力传递系数性能参量。

取代表性手术钳进行了35个数据组测试，见表1。最小二乘法拟合直线，结果如图2所示，可以看出拟合直线与测试数据点基本吻合，对测试结果进行了不确定度评价，其相对不确定度Ur小于8％(k＝2)，说明该力传递系数测试装置的准确度较高。

表1为35组手术钳的输入力值和输出力值

上述实施例用来解释和说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权力要求的保护范围内，对本发明作出的任何的修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，用于待测手术器械(7)的力传递系数测试，所述待测手术器械(7)包括手柄、钳杆和钳头，所述手柄和钳头通过钳杆相连；其特征在于，所述测试装置包括设置于手柄处的力施加模块(1)、第一力传感器(5)、第一力传感器夹具模块(2)，设置于钳头处的第二力传感器(6)、第二力传感器夹具模块(4)以及数据模块；所述第一力传感器(5)通过第一力传感器夹具(2)与手柄相连，所述第二力传感器(6)通过第二力传感器夹具(4)与钳头相连。所述数据模块包括第一数据采集器(8)、第二数据采集器(9)和数据分析系统(10)；所述第一力传感器(5)与第一数据采集器(8)相连；所述第二力传感器(6)与第二数据采集器(9)相连；所述第一数据采集器(8)和第二数据采集器(9)分别与数据分析系统(10)相连。

2.根据权利要求1所述的一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，其特征在于，所述第一力传感器(5)和第二力传感器(6)为纽扣形结构，其直径为9.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，其特征在于，所述第一力传感器(5)的位置始终跟随手柄移动；所述第二力传感器(6)的位置始终跟随钳头移动。

4.根据权利要求1所述的一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，其特征在于，所述力施加模块(1)具有手柄限位装置。

5.根据权利要求1所述的一种内窥镜手术钳力传递系数测试装置，其特征在于，所述力施加模块(1)由圆柱块、弧形块、滑轨和调节丝杆构成。所述圆柱块固定在力施加模块(1)一端，滑轨位于力施加模块(1)的底部，弧形块位于滑轨上，调节丝杆通过螺纹调节滑轨移动。