CN111067624B - 一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器、振动传感器以及手持器，其使用X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器对手持器的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息进行监测以便于控制介入装置进行作业，使用力传感器监测介入装置的力信号以及时发现介入装置在进入人体时发送阻碍，使用信号处理电路大大提高了力传感器的监测精度。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能领域，尤其涉及一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置。
背景技术
近年来，心血管疾病的发病率呈现了快速上升的态势，并且己经超越癌症，成为医学界公认的威胁人类健康的最大杀手，己经对人类的健康造成了巨大的威胁。目前仅在欧洲，每年就己经造成约180万人过早死亡。在国内，随着我国居民物质生活水平的极大改善，心血管疾病不仅成为威肋、中老年人健康的头号隐患，而且在年轻人群中也逐渐呈现高发的态势。据文献调查表明，2014年中国心脑血管病所造成的死亡人数远远高于其他病因所造成的非正常死亡人数，并且还有逐年增加的趋势。根据文献的研究预测：到2030年，由于老龄化的加快与人口数量的增长，我国每年的心血管疾病数将上升超过50%，如果考虑“三高”以及其他疾病所导致年心血管事件数将额外增长23%，如果不采取相应的应对措施，届时我国心脑血管疾病患者人数将增加2130万，心脑血管疾病死亡人数将增加770万。
目前，心血管疾病的治疗方式主要包括药物治疗、外科手术治疗和介入治疗。一般来说，心血管疾病通常伴有其他一些相关的并发症，这些并发症的存在又会加大发病的风险。同时为了治疗心血管疾病及其并发症，需要在临床中使用不同种类的药物，但是不同的治疗药物之间可能会发生一些相互的副作用，最终可能会影响到心血管疾病药物的治疗效果。所以目前药物治疗存在治疗效果不佳、治疗周期长且可能存在较大的副作用等问题。心血管疾病外科手术治疗主要是采用在病灶组织处开刀暴露病灶的方法进行治疗，但是外科治疗术后某些患者会出现严重低心排血量，术后多器官功能衰竭综合症和术后并发症，对病人的术后恢复产生不利的影响。介入治疗是不采用大面积开刀来直接暴露病灶，而是在皮肤上切开直径为几毫米，仅能允许介入装置通过的微小通道，在医学影像设备（造影机、CT、MR、B超）的引导下对病灶局部进行检测和治疗。
现有技术中，采用介入式手术方式时，介入装置往往只能被控的二维运动，即在X轴和Y轴进行运动，虽然如此能够增加介入装置的运行稳定性，但是不便于在介入装置进入人体后出现阻碍后的操作，如果介入装置进入人体后继续仅仅在X轴和Y轴进行运动，也就是说，介入装置继续直线推进或回缩会造成人体内壁的单点压力集中，会有刺穿人体内壁的风险，且现有技术中对介入装置进入人体的监测也较为缺乏。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供了一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器、振动传感器以及手持器，其使用X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器对手持器的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息进行监测以便于控制介入装置进行作业，使用力传感器监测介入装置的力信号以及时发现介入装置在进入人体时发生阻碍，使用信号处理电路大大提高了力传感器的监测精度，在机械臂上设置有振动传感器，能够有效获知机械臂的稳定性，进而提高了介入装置在作业时的精度。
本发明提供的中远程遥控操作的介入手术机器人装置包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器、振动传感器以及手持器。
其中，医护人员手握手持器，手持器内设位移传感器放置区，X轴位移传感器、Y轴位移传感器以及Z轴位移传感器固定放置在位移传感器放置区内，手持器顶部还设置有角度监测传感器放置区，角度监测传感器固定设置于角度监测传感器放置区中，在手持器内部设置的X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器以及角度监测传感器均与数据处理平台连接；手持器、数据处理平台、显示装置以及报警装置均设置在医护人员的操作室内，机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器以及振动传感器均设置在手术室内。
显示装置和报警装置均通过信号连接线与数据处理平台连接，机械臂控制装置与机械臂连接，机械臂根据机械臂控制装置控制介入装置进行作业，图像采集装置用于采集介入装置的图像信息，图像采集装置与图像处理装置连接，力传感器设置在介入装置中，力传感器用于监测介入装置的力信号，力传感器与信号处理电路连接，振动传感器设置在机械臂上，振动传感器用于监测机械臂在作业时的振动信号，数据处理平台通过无线传输网络与机械臂控制装置、图像处理装置、信号处理电路以及振动传感器连接。
优选的是，介入装置包括第一节介入装置和第二节介入装置，力传感器设置于第一节介入装置和第二节介入装置之间，力传感器用于监测第一节介入装置和第二节介入装置之间的力信号。
优选的是，医护人员在进行手术时手握手持器，手持器内的X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器以及角度监测传感器分别用来监测手持器的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息，手持器将上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息传输至数据处理平台，数据处理平台将接收到的上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息通过无线传输网络传输至机械臂控制装置，机械臂控制装置根据接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息以1：1的比例控制机械臂作业，图像采集装置将采集到的介入装置的图像信息传输至图像处理装置，图像处理装置对接收到的图像进行去噪处理后通过无线传输网络将介入装置的图像信息传输至数据处理平台，数据处理平台将接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息、角度信息以及介入装置的图像信息传输至显示装置进行显示，医护人员能够通过显示装置获知介入装置的位置信息，以便于操作手持器使介入装置到达预设位置，力传感器将采集到的力信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的力信号进行信号处理后通过无线传输网络将力信号传输至数据处理平台，数据处理平台将接收到的力信号传输至显示装置进行显示，数据处理平台内存储有预设力信号阈值，若数据处理平台接收到的力信号大于预设力信号阈值，则数据处理平台控制报警装置进行声音报警，振动传感器将采集到的振动信号通过无线传输网络传输至数据处理平台，数据处理平台内存储有预设振动信号阈值，若数据处理平台接收到的振动信号大于预设振动信号阈值，则数据处理平台控制报警装置进行光报警，数据处理平台将接收到的力信号和振动信号传输至显示装置进行显示。
优选的是，力传感器用于监测第一节介入装置和第二节介入装置之间的力信号，将采集的力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路对接收到的力信号进行信号放大处理。
优选的是，信号放大电路包括电阻R1-R9、电源Vsp、Vsm和运算放大器A1-A3。
其中，力传感器的输出端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的输出端连接，运算放大器A1的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A1的U-端与电源Vsm的负极连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电源Vsp的负极与电源Vsm的负极均接地，电阻R6的一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R5的一端接地，电阻R5的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电阻R5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A2的输出端连接，电阻R6的另一端与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的同相输入端与运算放大器A1的同相输入端连接，运算放大器A2的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A2的U-端与电源Vsm的负极连接，运算放大器A3的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A3的U-端与电源Vsm的负极连接，运算放大器A3的同相输入端接地，电阻R9的一端接地，电阻R7的一端与电阻R9的另一端连接，电阻R7的一端还与运算放大器A3的反相输入端连接，电阻R7的另一端与运算放大器A3的输出端连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器A3的输出端连接，电阻R8的另一端通过无线传输网络与数据处理平台连接，信号放大电路将电压信号V1传输至数据处理平台。
优选的是，手持器外部设置有防滑套。
优选的是，将图像采集装置传输至图像处理装置的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像处理装置对图像f(x,y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，
其中，对图像的去噪效果通过调节参数
进行调节。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的中远程遥控操作的介入手术机器人装置包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器、振动传感器以及手持器，其使用X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器对手持器的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息进行监测以便于控制介入装置进行作业，使用力传感器监测介入装置的力信号以及时发现介入装置在进入人体时发生阻碍，使用信号处理电路大大提高了力传感器的监测精度，在机械臂上设置有振动传感器，能够有效获知机械臂的稳定性，进而提高了介入装置在作业时的精度。
（2）信号处理电路右侧使用了运算放大器A3，即设立的LTC6240，电路图左侧设置了两个放大器，即运算放大器A1和运算放大器A2。运算放大器A1控制输出，增益为2，运算放大器A2的增益为3。运算放大器A2在增强节点的输出电压大于运算放大器A1的相应电压，所以运算放大器A2会向输出端驱动输送电流。运算放大器A2的增益可以配置，以使运算放大器A2向运算放大器A3驱动输送96%的负载电流，并使运算放大器A1保持轻载，从而改善失真。在具体测试时，寻找合适的电阻值以确保运算放大器A2包含足够的裕量，以承载传感器输出信号的额外摆幅。
（3）本发明的发明点还在于，通过图像处理装置对图像采集装置采集的图像进行图像处理，其中采用邻域补偿的方法，对目标图像的的噪声进行有效抑制，并设置调节参数，能够调节去噪效果，大大提高了医护人员对介入装置的观测，具有突出地、实质性进步。
附图说明
图1为本发明的中远程遥控操作的介入手术机器人装置示意框图；
图2为本发明的手持器示意图；
图3为本发明的介入装置示意图；
图4为本发明的介入装置受力分析简图；
图5为本发明的信号处理电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的中远程遥控操作的介入手术机器人装置进行详细说明。
如图1-2所示，本发明提供的中远程遥控操作的介入手术机器人装置包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器6、振动传感器以及手持器1。
其中，医护人员手握手持器1，手持器1内设位移传感器放置区2，X轴位移传感器、Y轴位移传感器以及Z轴位移传感器固定放置在位移传感器放置区2内，手持器1顶部还设置有角度监测传感器放置区3，角度监测传感器固定设置于角度监测传感器放置区3中，在手持器1内部设置的X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器以及角度监测传感器均与数据处理平台连接；手持器1、数据处理平台、显示装置以及报警装置均设置在医护人员的操作室内，机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器6以及振动传感器均设置在手术室内。
显示装置和报警装置均通过信号连接线与数据处理平台连接，机械臂控制装置与机械臂连接，机械臂根据机械臂控制装置控制介入装置进行作业，图像采集装置用于采集介入装置的图像信息，图像采集装置与图像处理装置连接，力传感器设置在介入装置中，力传感器6用于监测介入装置的力信号，力传感器6与信号处理电路连接，振动传感器设置在机械臂上，振动传感器用于监测机械臂在作业时的振动信号，数据处理平台通过无线传输网络与机械臂控制装置、图像处理装置、信号处理电路以及振动传感器连接。
上述实施方式中，本发明提供的中远程遥控操作的介入手术机器人装置包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器6、振动传感器以及手持器1，其使用X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器对手持器1的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息进行监测以便于控制介入装置进行作业，使用力传感器6监测介入装置的力信号以及时发现介入装置在进入人体时发生阻碍，使用信号处理电路大大提高了力传感器6的监测精度，在机械臂上设置有振动传感器，能够有效获知机械臂的稳定性，进而提高了介入装置在作业时的精度。
如图3所示，介入装置包括第一节介入装置4和第二节介入装置5，力传感器设置于第一节介入装置4和第二节介入装置5之间，力传感器6用于监测第一节介入装置4和第二节介入装置5之间的力信号。
上述实施方式中，在介入装置介入过程中发生阻碍时第一节介入装置4和第二节介入装置5之间的压力会变大，因此，本发明提供的中远程遥控操作的介入手术机器人装置通过在第一节介入装置4和第二节介入装置5之间设置力传感器以获知介入装置在介入过程中的受阻情况。
具体地，其特征在于，医护人员在进行手术时手握手持器1，手持器1内的X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器以及角度监测传感器分别用来监测手持器1的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息，手持器1将上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息传输至数据处理平台，数据处理平台将接收到的上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息通过无线传输网络传输至机械臂控制装置，机械臂控制装置根据接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息以1：1的比例控制机械臂作业，图像采集装置将采集到的介入装置的图像信息传输至图像处理装置，图像处理装置对接收到的图像进行去噪处理后通过无线传输网络将介入装置的图像信息传输至数据处理平台，数据处理平台将接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息、角度信息以及介入装置的图像信息传输至显示装置进行显示，医护人员能够通过显示装置获知介入装置的位置信息，以便于操作手持器1使介入装置到达预设位置，力传感器6将采集到的力信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的力信号进行信号处理后通过无线传输网络将力信号传输至数据处理平台，数据处理平台将接收到的力信号传输至显示装置进行显示，数据处理平台内存储有预设力信号阈值，若数据处理平台接收到的力信号大于预设力信号阈值，则数据处理平台控制报警装置进行声音报警，振动传感器将采集到的振动信号通过无线传输网络传输至数据处理平台，数据处理平台内存储有预设振动信号阈值，若数据处理平台接收到的振动信号大于预设振动信号阈值，则数据处理平台控制报警装置进行光报警，数据处理平台将接收到的力信号和振动信号传输至显示装置进行显示。
上述实施方式中，医护人员在进行手术时，医护人员握住手持器1，手持器1中还包括一个电源开关，当医护人员打开该电源开关时，所述手持器1将位移传感器放置区2的中心位置设置为三维坐标的原点位置，医护人员通过观测显示装置中介入装置的图像信息对介入装置进行操作，也就是说，医护人员对手持器1的X轴位移、Y轴位移、Z轴位移以及角度都将以1：1的比例控制机械臂作业，而机械臂则带动介入装置也做与医护人员对手持器1的X轴位移、Y轴位移、Z轴位移以及角度进行作业。
更进一步地，当报警装置进行声音报警时，则是在提示医护人员介入装置在人体内壁中受到了阻碍，且已经达到了临界状态，此时，医护人员可以通过控制手持器1进行非前进动作，以使显示器上显示的力信号值变小，此时则能够解决介入装置受阻的情况，使介入装置继续前进。
更进一步地，当报警装置进行光报警时，则机械臂的振动过大，此时医护人员停止作业，因为此时机械臂的振动已经过大，进而影响了对介入装置的操控。
如图4所示，虚线部分为简化的介入装置，实现部分为简化的人体内壁，介入装置与人体内壁的接触力主要是由介入装置本体弯曲变形而导致与人体内壁的挤压产生。由于人体内壁错综复杂，处于不规则状态，当介入装置顺着人体内壁前进时，介入装置的形状将会随着人体内壁而改变，但是介入装置本身又有一定的回弹性，使得介入装置在发生弯曲时处于屈曲状态，当在介入装置的尾部继续施加推力使得介入装置继续沿着人体内壁前进时，介入装置的弯曲部分会与人体内壁接触的部分将产生挤压作用。当介入装置内部的弯曲应力过大时，介入装置的弯曲力将会将人体内壁撑破。
虽然介入装置具有一定的柔顺性，但是当介入装置进入人体内壁的时候，介入装置与人体内壁并不是完全处于贴合状态，所以介入装置与人体内壁的接触将会由点接触和面接触两种方式。当介入装置末端的推力逐渐增大时，介入装置末端的点接触将逐渐向面接触过渡。
图4为介入装置与人体内壁的受力分析，并对介入装置与人体内壁的接触与受力情况做相应的简化，如图所示。并对介入装置的受力做如下简化：假设介入装置与人体内壁的接触为点接触、忽略血流量及其他因素对介入装置的力的影响以及假设介入装置此时处于平衡状态。
假设前部分介入装置对该介入装置的作用力为F1，介入装置与人体内壁三处的接触力分别为Fnl、Fn2、Fn3，介入装置与人体内壁三处的摩擦力分别为Ffl、Ff2、Ff3。假设此时的介入装置在人体内壁处于受力平衡状态，则其状态方程为：
F1为通过力传感器6采集到的力信号分析获得，当介入装置受到的力F1逐渐增大时，若介入装置仍未移动，则介入装置与人体内壁接触的A点将逐渐由点接触转变为线接触，A的处的应力将由于接触面积的增大而基本处于安全状态，但是当介入装置受到的力F1继续增大时候，导致介入装置处于运动的临界状态时候（即认为F1等于预设力信号阈值时为临界状态），介入装置与人体内壁接触的B点将首先发生滑移，因此介入装置在B点所受到的接触力为最大，若此时介入装置并未前移，同时医护人员又不断地推进介入装置前行，介入装置在B点的力会产生积聚效应，会有穿透人体内壁的危险。
如图5所示，力传感器6用于监测第一节介入装置4和第二节介入装置5之间的力信号，将采集的力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路对接收到的力信号进行信号放大处理。
具体地，信号放大电路包括电阻R1-R9、电源Vsp、Vsm和运算放大器A1-A3。
其中，力传感器6的输出端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的输出端连接，运算放大器A1的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A1的U-端与电源Vsm的负极连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电源Vsp的负极与电源Vsm的负极均接地，电阻R6的一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R5的一端接地，电阻R5的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电阻R5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A2的输出端连接，电阻R6的另一端与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的同相输入端与运算放大器A1的同相输入端连接，运算放大器A2的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A2的U-端与电源Vsm的负极连接，运算放大器A3的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A3的U-端与电源Vsm的负极连接，运算放大器A3的同相输入端接地，电阻R9的一端接地，电阻R7的一端与电阻R9的另一端连接，电阻R7的一端还与运算放大器A3的反相输入端连接，电阻R7的另一端与运算放大器A3的输出端连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器A3的输出端连接，电阻R8的另一端通过无线传输网络与数据处理平台连接，信号放大电路将电压信号V1传输至数据处理平台。
上述实施方式中，电路图右侧使用了运算放大器A3，即设立的LTC6240,电路图左侧设置了两个放大器，即运算放大器A1和运算放大器A2。运算放大器A1控制输出，增益为2，运算放大器A2的增益为3。运算放大器A2在增强节点的输出电压大于运算放大器A1的相应电压，所以运算放大器A2会向输出端驱动输送电流。运算放大器A2的增益可以配置，以使运算放大器A2向运算放大器A3驱动输送96%的负载电流，并使运算放大器A1保持轻载，从而改善失真。在具体测试时，寻找合适的电阻值以确保运算放大器A2包含足够的裕量，以承载传感器输出信号的额外摆幅。
更进一步地，电阻R1的阻值为2000Ω，电阻R2的阻值为2000Ω，电阻R3的阻值为100Ω，电阻R4的阻值为2778Ω，电阻R5的阻值为1333Ω，电阻R6的阻值为52Ω，电阻R7的阻值为2000Ω，电阻R8的阻值为100Ω，电阻R9的阻值为2000Ω。
更进一步地，运算放大器A1-A3的型号均是LTC6240，运算放大器A3在10kHz频率下的失真为-78dBc。
因此，信号处理电路能够大大提高对第一节介入装置4和第二节介入装置5之间的力监测，进而大大降低了介入装置穿透人体内壁的风险。
具体地，手持器1外部设置有防滑套。
具体地，将图像采集装置传输至图像处理装置的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像处理装置对图像f(x,y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，
其中，对图像的去噪效果通过调节参数
进行调节。
上述实施方式中，通过图像处理装置对图像采集装置采集的图像进行图像处理，其中采用邻域补偿的方法，对目标图像的的噪声进行有效抑制，并设置调节参数，能够调节去噪效果，大大提高了医护人员对介入装置的观测，具有突出地、实质性进步。
此书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。
Claims (5)
1.一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其特征在于，所述中远程遥控操作的介入手术机器人装置包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器(6)、振动传感器以及手持器(1)；
其中，医护人员手握所述手持器(1)，所述手持器(1)内设位移传感器放置区(2)，所述X轴位移传感器、所述Y轴位移传感器以及所述Z轴位移传感器固定放置在所述位移传感器放置区(2)内，所述手持器(1)顶部还设置有角度监测传感器放置区(3)，所述角度监测传感器固定设置于所述角度监测传感器放置区(3)中，在所述手持器(1)内部设置的所述X轴位移传感器、所述Y轴位移传感器、所述Z轴位移传感器以及所述角度监测传感器均与所述数据处理平台连接；所述手持器(1)、所述数据处理平台、所述显示装置以及所述报警装置均设置在医护人员的操作室内，所述机械臂控制装置、所述机械臂、所述介入装置、所述图像处理装置、所述图像采集装置、所述信号处理电路、所述力传感器(6)以及所述振动传感器均设置在手术室内；
所述显示装置和所述报警装置均通过信号连接线与所述数据处理平台连接，所述机械臂控制装置与所述机械臂连接，所述机械臂根据所述机械臂控制装置控制所述介入装置进行作业，所述图像采集装置用于采集所述介入装置的图像信息，所述图像采集装置与所述图像处理装置连接，所述力传感器设置在所述介入装置中，所述力传感器(6)用于监测所述介入装置的力信号，所述力传感器(6)与所述信号处理电路连接，所述振动传感器设置在所述机械臂上，所述振动传感器用于监测所述机械臂在作业时的振动信号，所述数据处理平台通过所述无线传输网络与所述机械臂控制装置、所述图像处理装置、所述信号处理电路以及所述振动传感器连接；
所述介入装置包括第一节介入装置(4)和第二节介入装置(5)，所述力传感器设置于所述第一节介入装置(4)和所述第二节介入装置(5)之间，所述力传感器(6)用于监测所述第一节介入装置(4)和所述第二节介入装置(5)之间的力信号；
医护人员在进行手术时手握所述手持器(1)，所述手持器(1)内的所述X轴位移传感器、所述Y轴位移传感器、所述Z轴位移传感器以及所述角度监测传感器分别用来监测所述手持器(1)的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息，所述手持器(1)将上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台将接收到的上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息通过所述无线传输网络传输至所述机械臂控制装置，所述机械臂控制装置根据接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息以1：1的比例控制所述机械臂作业，所述图像采集装置将采集到的所述介入装置的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置对接收到的图像进行去噪处理后通过所述无线传输网络将所述介入装置的图像信息传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台将接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息、角度信息以及介入装置的图像信息传输至所述显示装置进行显示，医护人员能够通过所述显示装置获知所述介入装置的位置信息，以便于操作所述手持器(1)使所述介入装置到达预设位置，所述力传感器(6)将采集到的力信号传输至所述信号处理电路，所述信号处理电路对接收到的力信号进行信号处理后通过所述无线传输网络将力信号传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台将接收到的力信号传输至所述显示装置进行显示，所述数据处理平台内存储有预设力信号阈值，若所述数据处理平台接收到的力信号大于所述预设力信号阈值，则所述数据处理平台控制所述报警装置进行声音报警，所述振动传感器将采集到的振动信号通过所述无线传输网络传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台内存储有预设振动信号阈值，若所述数据处理平台接收到的振动信号大于所述预设振动信号阈值，则所述数据处理平台控制所述报警装置进行光报警，所述数据处理平台将接收到的力信号和振动信号传输至所述显示装置进行显示；
其中，对介入装置的受力做如下简化：假设介入装置与人体内壁的接触为点接触、忽略血流量及其他因素对介入装置的力的影响以及假设介入装置此时处于平衡状态，假设前部分介入装置对该介入装置的作用力为F1，介入装置与人体内壁三处的接触力分别为Fnl、Fn2、Fn3，介入装置与人体内壁三处的摩擦力分别为Ffl、Ff2、Ff3； 假设此时的介入装置在人体内壁处于受力平衡状态，则其状态方程为：
其中，F1为通过力传感器(6)采集到的力信号分析获得，当介入装置受到的力F1逐渐增大时，若介入装置仍未移动，则介入装置与人体内壁接触的第一点(A)将逐渐由点接触转变为线接触，第一点(A)的处的应力将由于接触面积的增大而基本处于安全状态，但是当介入装置受到的力F1继续增大时候，导致介入装置处于运动的临界状态时候，则认为F1等于预设力信号阈值时为临界状态，介入装置与人体内壁接触的第二点(B)将首先发生滑移，因此介入装置在第二点(B)所受到的接触力为最大，若此时介入装置并未前移，同时医护人员又不断地推进介入装置前行，介入装置在第二点(B)的力会产生积聚效应，会有穿透人体内壁的危险。
2.根据权利要求1所述的中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其特征在于，所述力传感器(6)用于监测所述第一节介入装置(4)和所述第二节介入装置(5)之间的力信号，将采集的力信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路，V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号，所述信号处理电路对接收到的力信号进行信号放大处理。
3.根据权利要求2所述的中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其特征在于，所述信号处理电路包括电阻R1-R9、电源Vsp、Vsm和运算放大器A1-A3；
其中，所述力传感器(6)的输出端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的输出端连接，运算放大器A1的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A1的U-端与电源Vsm的负极连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电源Vsp的负极与电源Vsm的负极均接地，电阻R6的一端与运算放大器A1的输出端连接，电阻R5的一端接地，电阻R5的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电阻R5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A2的输出端连接，电阻R6的另一端与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的同相输入端与运算放大器A1的同相输入端连接，运算放大器A2的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A2的U-端与电源Vsm的负极连接，运算放大器A3的U+端与电源Vsp的正极连接，运算放大器A3的U-端与电源Vsm的负极连接，运算放大器A3的同相输入端接地，电阻R9的一端接地，电阻R7的一端与电阻R9的另一端连接，电阻R7的一端还与运算放大器A3的反相输入端连接，电阻R7的另一端与运算放大器A3的输出端连接，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器A3的输出端连接，电阻R8的另一端通过所述无线传输网络与所述数据处理平台连接，所述信号处理电路将电压信号V1传输至所述数据处理平台。
4.根据权利要求1所述的中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其特征在于，所述手持器(1)外部设置有防滑套。
5.根据权利要求1所述的中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其特征在于，将所述图像采集装置传输至所述图像处理装置的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，所述图像处理装置对图像f(x,y)进行图像去噪处理，经过图像去噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，
g(x,y)＝f(x,y)·G(x,y)；
其中，对图像的去噪效果通过调节参数σ进行调节。
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