CN113476111B - 乳腺旋切系统及其电机控制系统、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乳腺旋切系统，其包括电机控制系统，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：进行电机控制的调零、调参、切割，其中所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕，耗材装入手柄后，使电机一、电机二、电机三分别找到零点位置；所述调参包括术前对所述取样槽的长度进行调节，以及术中对所述取样槽角度进行调整；所述切割为所述电机一和所述电机二控制所述内刀管的周向摆切和轴向前后运动。使用本发明的乳腺旋切系统及其电机控制系统和方法，乳腺旋切系统能将乳腺肿瘤组织顺利切割下来，并对异常情况做出反应，保护设备和患者。

Description

乳腺旋切系统及其电机控制系统、控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及乳腺旋切系统，特别是涉及乳腺旋切系统及其电机控制系统、控制方法。

背景技术

目前市场上的真空辅助乳腺旋切系统主要产品有泰维康生产的麦默通、巴德生产的安珂、美国Suros外科系统公司生产的atec。这些产品技术点主要集中于整机系统、手柄及刀的机械结构，对乳腺旋切系统的电机控制研究较少。

中国专利文献CN106880379A公开了一种乳腺微创手术自适应控制装置，对乳腺旋切系统的电机控制方法进行了探索，提出一种分段速度控制方法，将运行过程分为启动加速段、匀高速段、减速段，加速段和减速段采用抛物线升降频控制。在该专利文献中，需要B超图像分析得到的组织致密度信息进行自动调节，驱动相应电机运行。在电机运行过程中，每输出一步都会检测相应的行程限位开关，如果到达限位处则立即停止运行。

可以看出，专利文献CN106880379A完成电机控制需要较多的辅助设备，如B超图像、限位开关，同时其控制方法也仅局限于电机的加速段、减速段等，对整个手术流程的电机控制策略未进行探索。

发明内容

本发明提供一种全新的适用于乳腺旋切系统的电机控制方法、控制系统及包含该控制系统的乳腺旋切系统。

本发明的技术方案如下：

一种乳腺旋切系统，其包括外刀管、内刀管，所述内刀管存在两个自由度的运动，分别是周向摆切运动和轴向前后运动，所述外刀管存在一个自由度的运动，是周向旋转运动，其中，电机一完成所述内刀管的周向摆切运动、电机二完成所述内刀管的轴向前后运动、电机三完成所述外刀管的周向旋转运动；并且，所述外刀管上开有取样槽；

所述乳腺旋切系统还包括电机控制系统，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：进行电机控制的调零、调参、切割，其中所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕后，使所述电机一、电机二、电机三分别找到零点位置；所述调参包括术前通过调节所述电机二的起始位置来调节所述内刀管的起始位置以对所述取样槽的长度进行调节，以及术中通过调节所述电机三的旋转角度来调整所述外刀管的角度以对所述取样槽的角度进行调整；所述切割为控制所述电机一和所述电机二分别驱动所述内刀管的周向摆切运动和轴向前后运动。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：使所述电机三的调零包括两个阶段，卡顿检测阶段和调零阶段。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：在所述电机三的卡顿检测阶段，使所述电机三运行360°，检测所述电机三的负载电流是否高于设定的负载电流阈值，如果检测到所述电机三的负载电流高于所述负载电流阈值，则判断为发生了卡顿。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：在所述电机三的调零阶段，先使所述电机三自由运动，并检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第一零点边缘位置；当检测到所述电机三到达所述第一零点边缘位置时，向所述电机三发送减速指令使所述电机三减速运动，之后检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第二零点边缘位置，当检测到所述电机三到达所述第二零点边缘位置时，向所述电机三发送停止指令，并使所述电机三反向运动预定角度以找到零点位置。该预定角度为零点缓冲区角度范围的一半。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：通过限位结构确定所述电机一的零点，所述限位结构用于限定所述电机一的最大运动角度。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：在所述电机一调零运动过程中，检测所述电机一运动的角度，若所述电机一运动的角度大于所述最大运动角度，判断为所述限位结构失效；若所述电机一运动的角度未大于最大运动角度，则通过检测负载电流来检测所述电机一是否触碰所述限位结构而停止，直至检测到是，使所述电机一回调预定角度，完成所述电机一调零。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：使所述电机二通过负载电流检测零点位置，当所述电机二的负载电流大于设定的限位电流二时，即识别为零点位置。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：通过如下方法调节所述外刀管的角度：将所述外刀管的运动范围360°分为若干等份，每份使用位置数字命名，代表各个位置方向，并根据肿瘤的方向，决定所述外刀管的运动位置，所述外刀管的运动位置=每份的角度数值*位置数字，发送相应方向的位置数字给所述电机三，使所述电机三运动到所述位置数字对应的角度，以此来调节外刀管的角度，使之对应肿瘤方向。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机运动控制系统配置为实现如下步骤：通过如下方法调节内刀管的起始位置：将所述内刀管的轴向前后运动若干等分，这若干等份对应不同的取样槽截面，使用数字命名这若干等分对应的若干个位置，将每等分距离换算为所述电机二的转动角度；调节所述内刀管的起始位置时，设置所述内刀管起始位置数字，所述内刀管的起始位置 = 等分角度*位置数字，并使所述电机二运动到所述起始位置。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：切割过程中，使所述电机一驱动所述内刀管做周向摆切往复运动，并使所述电机二驱动所述内刀管做轴向前后往复运动，形成旋切效果。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：切割过程中，检测所述电机二的负载电流是否在特定范围内以判断难切肿瘤组织，进而增加所述电机二的切割功率。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：如果检测到所述电机二的负载电流超过最大限制数值，则为超出了所述电机二的承受范围，此时判断为刀管遭遇卡顿或肿瘤组织阻力过大。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述电机控制系统包括：控制单元、限位结构及传感器，所述控制单元用于执行逻辑方法步骤，所述限位结构用于限定限位电流或最大运动角度，所述传感器用于检测电机位置。

所述的乳腺旋切系统优选为，所述控制单元为逻辑电路或存储有程序的存储器或计算机。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种乳腺旋切系统的电机控制系统，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：

进行电机控制的调零、调参、切割，其中所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕后，使电机一、电机二、电机三分别找到零点位置；所述调参包括术前通过调节所述电机二的起始位置来调节内刀管的起始位置以对取样槽的长度进行调节，以及术中通过调节所述电机三的旋转角度来调整所述外刀管的角度以对所述取样槽的角度进行调整；所述切割为控制所述电机一和所述电机二分别驱动所述内刀管的周向摆切运动和轴向前后运动。

所述的电机控制系统在优选的实施方式中配置为实现上述的乳腺旋切系统的电机控制系统的任一或任几个步骤。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种乳腺旋切系统的电机控制方法，其包括电机控制的调零，所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕后，使电机一、电机二、电机三分别找到零点位置。

所述的乳腺旋切系统的电机控制方法优选为，所述电机三的调零包括两个阶段，卡顿检测阶段和调零阶段；在所述电机三的卡顿检测阶段，使所述电机三运行360°，检测所述电机三的负载电流是否高于设定的负载电流阈值，如果检测到所述电机三的负载电流高于所述负载电流阈值，则判断为发生了卡顿；在所述电机三的调零阶段，先使所述电机三自由运动，并检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第一零点边缘位置；当检测到所述电机三到达所述第一零点边缘位置时，向所述电机三发送减速指令使所述电机三减速运动，之后检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第二零点边缘位置，当检测到所述电机三到达所述第二零点边缘位置时，向所述电机三发送停止指令，并使所述电机三反向运动预定角度以找到零点位置。

所述的乳腺旋切系统的电机控制方法优选为，所述电机一的零点通过限位结构确定，所述限位结构用于限定所述电机一的最大运动角度；在所述电机一调零运动过程中，检测所述电机一运动的角度，若所述电机一运动的角度大于所述最大运动角度，判断为所述限位结构失效；若所述电机一运动的角度未大于最大运动角度，则通过检测负载电流来检测所述电机一是否触碰所述限位结构而停止，直至检测到是，使所述电机一回调预定角度，所述电机一调零结束。

所述的乳腺旋切系统的电机控制方法优选为，所述电机二通过负载电流检测零点位置，当所述电机二的负载电流大于设定的限位电流二时，即识别为零点位置。

所述的乳腺旋切系统的电机控制方法优选为，还包括调参，所述调参包括术前通过调节所述电机二的起始位置来调节所述内刀管的起始位置，并通过如下方法调节内刀管的起始位置：将所述内刀管的轴向前后运动若干等分，这若干等份对应不同的取样槽截面，使用数字命名这若干等分对应的若干个位置，将每等分距离换算为所述电机二的转动角度；调节所述内刀管的起始位置时，设置所述内刀管起始位置数字，所述内刀管的起始位置= 等分角度*位置数字，并使所述电机二运动到所述起始位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的乳腺旋切系统及电机控制系统、控制方法能够将乳腺肿瘤组织顺利切割下来、并对异常情况做出反应，保护了设备和患者。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例中外刀管、内刀管、取样槽的结构示意图；

图2为本发明实施例中电机一、电机二、电机三控制外刀管、内刀管对应运动的示意图；

图3为本发明实施例中电机驱动器、电机一、电机二、电机三、内刀管、外刀管的运动控制示意图；

图4为本发明实施例中，电机三调零控制方法的步骤示意图；

图5为本发明实施例中，电机一调零控制方法的步骤示意图；

图6为本发明实施例中，电机二调零控制方法的步骤示意图；

图7为本发明实施例中，电机一和电机二切割控制方法的步骤示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，因此图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例

本实施例提供一种乳腺旋切系统，该乳腺旋切系统包括切割部分、电机和电机控制部分，电机控制部分也称为电机控制系统；其中，所述切割部分用于执行切割动作，所述电机用于驱动所述切割部分的运动，所述电机控制系统用于控制所述电机的运行。具体地，所述电机控制系统用于实施一种电机控制方法，所述电机控制方法可应用于乳腺旋切系统的电机运行中。本发明提供的乳腺旋切系统的电机控制系统及方法的设计，着眼于乳腺旋切全环节的电机控制策略，并能够适用于不同位置、不同大小的乳腺肿瘤旋切手术。

请参见图1，在本实施例中，乳腺旋切系统的切割部分包括内刀管2和外刀管4，外刀管4上开有取样槽3，内刀管2套于外刀管4内；其中，

内刀管2存在两个自由度的运动，分别是周向摆切运动和轴向前后运动，负责切割乳腺组织；内刀管2前端刃口的摆切运动可以切下吸入取样槽3的病灶样本；调节内刀管2前进或后退，能够实现取样槽3长度的调控；

外刀管4存在一个自由度的运动，是周向旋转运动，负责调整切割角度，能够实现取样槽3角度的调整。

请参见图2，本实施例的乳腺旋切系统的电机包括分别用于驱动内刀管2和外刀管4运动的多个电机，其中，内刀管2的周向摆切运动和轴向前后运动、外刀管4的周向旋转运动分别由三个电机完成，即电机一、电机二、电机三。其中，电机一完成内刀管2的周向摆切运动，电机二完成内刀管2的轴向前后运动，电机三完成外刀管4的周向旋转运动。

请参见图3，本实施例的乳腺旋切系统的电机控制系统包括电机驱动器，电机驱动器内含逻辑电路作为控制单元，用于执行电机控制方法的步骤；此外所述电机控制系统还包括多个传感器、限位结构，所述电机控制系统的用于实现电机运动控制，具体是实现电机运动控制的如下三个方面：（1）调零；（2）调参；（3）切割。

其中，

调零即是指，在乳腺旋切系统准备完毕、耗材装入手柄后，使三个电机（电机一、电机二、电机三）各自找到零点位置，此零点位置类似坐标轴的原点，调零完毕后，各电机在不同方向的运动就可通过正负值表示出来。如：电机一负责内刀管2的周向摆切运动，运动方向包括顺时针方向和逆时针方向，此时可以定义顺时针方向为正，逆时针方向为负。调零完毕后，相对零点的旋转都可以用±角度表示出来，即顺时针运动100°= +100°，逆时针运动50°= -50°。

调参是指：（1）术前需要对取样槽3的长度进行调节，以针对不同大小的肿瘤，防止对正常组织产生过切；（2）术中需要调整取样槽3的角度，满足在肿瘤位置偏离取样槽时也能将肿瘤切除。其中，取样槽3的长度调节通过电机二驱动内刀管2的轴向前后运动实现，当调节取样槽3的长度时，内刀管2在每个取样周期能退回外刀管4的最大位置产生变化，进而满足不同大小肿瘤的切除。取样槽3的角度通过电机三调整，电机三可驱动外刀管4周向360°旋转，由于取样槽3设置在外刀管4上，因此，上述操作也实现了取样槽3的角度调节。

切割即是指，使电机一和电机二分别控制内刀管2的周向摆切和轴向前后运动，来达到切割肿瘤组织的目的。

请参照图3，本实施例中乳腺旋切系统的电机控制系统执行电机控制方法是以电机一（也称x电机）、电机二（也称y电机）、电机三（也称z电机）、电机驱动器为基础，配合若干传感器、限位结构，实现调零、调参、切割三个控制步骤，即执行调零控制方法、调参控制方法和切割控制方法。此外，虽然图3中所示的电机驱动器为一个，但电机驱动器的数量可由本领域技术人员根据领域内常识选择，例如选择三个，本发明的图3对于电机驱动器的数量展示仅为举例，并不作为限定。

以下分别详细说明调零控制方法、调参控制方法及切割控制方法的执行：

（一）调零控制方法，包含电机一调零控制方法、电机二调零控制方法、电机三调零控制方法，以上各电机的调零控制方法无相互关联，也无先后顺序，以下说明顺序并不限定各电机调零方法的执行顺序。

以下分别进行详细说明。

1、电机三调零控制方法

请结合参见图4，电机三（也称为z电机）调零控制方法分两个阶段：预转阶段（也称为卡顿检测阶段）和调零阶段，图4中所示的方法步骤是在电机驱动器中执行的。其中，

预转阶段的设置是为了检测电机三是否能够完整地运动一周。在电机三预转一周的过程中，电机驱动器检测电机三的负载电流是否大于负载电流阈值，只有小于该负载电流阈值时才可进行下一步的调零阶段，如果大于该负载电流阈值则表明发生运动卡顿，将触发报错程序。并且，在电机驱动器检测电机三的负载电流前设置一定时间的延时，以略过电机三启动时的大电流。其中，负载电流阈值的数值确定与延时的时间段确定，可由技术人员根据电机的具体参数和技术常识进行设定，一个示例性的例子例如，如图4中所示，负载电流阈值设定为0.2A，延时的时间段设定为50ms，此外，除图4中所例举的之外，本发明的技术方案中负载电流阈值及延时时间段还可以选用其他的数值，此处不作限定。请参见图4所示的方法步骤，在预转阶段，开始z电机调零后，首先使z电机正向运动，运动目标角度为360°，并且设置50ms延时，略过电机启动时的大电流，当检测到延时结束后，检测z电机的负载电流，并判断该负载电流是否大于0.2A，如大于0.2A则判断为运动卡顿，进行报错，如不大于0.2A，则检测电机三的360°运动目标是否运动完毕，如检测到运动完毕，则进入下一步骤：调零阶段。

调零阶段在预转阶段完成之后启动，在该阶段中，首先使z电机进行无运动目标的自由正向运动（自由运动是指无运动距离目标，一直运动，直到收到停止指令），此阶段还需要传感器辅助，电机三调零的理论基础是，在电机三零点的左右是零点缓冲区，即是左缓冲区-零点-右缓冲区结构，零点缓冲区具有60°范围，传感器能检测到电机三进入零点缓冲区或出零点缓冲区，比如电机三运动进入左缓冲区，经过零点，再出右缓冲区，因此传感器能够检测零点缓冲区边缘位置，但传感器不能检测到电机三达到正式的零点。在调零阶段的z电机自由运动期间，传感器可检测到电机三进入左缓冲区和出右缓冲区，当传感器检测到电机三到达左缓冲区边界（也称为第一零点边缘位置）后将信号发送给电机驱动器，电机驱动器发出减速指令，电机三收到电机驱动器的减速指令并减速运动，之后电机三缓慢经过右缓冲区边界（也称为第二零点边缘位置）并被传感器检测到，传感器将此信号发送给电机驱动器，电机驱动器随后给电机三发送停止指令，电机三停止运动，此时电机三处于右缓冲区的边界点，再反向运动30°，即可运动到零点缓冲区（60°）的中心，也即零点，调零完成。在调零阶段，传感器的具体设置位置可由技术人员根据传感器特点进行设计，此处不做限定，并且传感器的具体设置可基于领域常规知识进行设计，此处也不进行详细说明。

其中，零点位置是一个固定的位置点，零点缓冲区是靠近零点位置的区域，可以理解为是零点位置的缓冲区域，在该缓冲区域电机三减速运行。之所以会设置减速运行的步骤，是因为零点缓冲区仅有60°范围，在电机三到达左缓冲区边界后，如果不减速运行，电机三经过右缓冲区边界的时间与传感器将信号发送给电机驱动器的时间之间的误差会被放大，也即当电机驱动器收到传感器的信号时，电机三已经越过右缓冲区边界一定距离，这将导致调零过程不准确，因此，调零阶段该步骤设计为在电机三经过左缓冲区边界后进行减速，这样能够准确的找到零点。

2、电机一调零控制方法

电机一控制内刀管2的周向摆切运动，其零点通过限位结构确定，限位结构用于限定最大限位角度。限位结构是一种阻止电机继续运动的结构，比如在电机运动路径中设置一个突起，以阻碍电机运动。在一个圆周运动中，设置两个限位结构点，就能将电机运动的范围限定在一定角度，将运动范围限定为一段圆弧。请参见图5，示出了电机一调零控制方法的一个步骤示意图。在图5中，电机一也称为x电机。图5所示的电机一调零控制方法的具体步骤是在电机驱动器中执行的。

如图5所示的一个电机一调零控制方法的示例，已知电机一的最大限位角度为200°，也即其运动范围为200°。电机一调零的目标是找到其运动范围的边界，也即找到其中一个限位结构点，再根据其运动角度范围200°，得到另一个限位结构点，电机一的零点并不是该区域的中心点，而是一个起始位置点，根据这个起始位置点，加上运动距离，就能达到另一个点。电机一的调零过程主要就是找到其中一个限位结构点，为此使电机一正方向自由运动，预期会到达一个限位结构点，引起电机电流超过限位电流一，电机驱动器得到超流信号后会停止电机一运动。

请参见图5，在调零开始后，首先x电机正方向自由运动，无运动目标（指空转，并且收到停止指令才会停止，没有预先设定运动目标距离），并设置一定时间例如50ms的延时，略过电机启动时的大电流，检测到延时结束后，检测x电机摆动角度是否大于设定的最大限位角度（在图5中，该最大限位角度设定为200度），并检测x电机电流是否超过限位电流一，来检测内刀管2周向摆动是否到达限位结构点，这里会有2种情况，情况1是x电机已经运动超过200°，但始终没有超流信号，这说明限位结构失效了，此时发送故障提示；如检测到x电机运动角度不大于200°，则检测x电机电流是否超过限位电流一，来判断x电机是否触碰限位结构，并重复上述检测角度和检测触碰限位结构的情况，直至检测到是，此时电机驱动器发出指令使x电机停止并反向运动，回调20°，防止挤压限位结构，x电机调零结束。设置回调20°这一步骤是由于，电机驱动器获取到超流信号时，x电机并未立刻停止运动，而是在挤压限位结构直到电机驱动器让其停止。所以设计使x电机反向运动，回调20°，不再挤压限位结构。

3、电机二调零控制方法

电机二（在图6中也称为y电机）控制内刀管2的轴向前后运动，这里通过负载电流检测零点位置，当电机二运动期间其负载电流大于限位电流二时，即识别为零点位置。限位电流二通过限位结构实现，具体由操作人员设定，此处的限位结构可以选择设置为不存在受挤压情况的限位结构，例如通过材质的选择实现。

电机二调零控制方法的一个具体的示例如图6所示，图6所示的电机二调零控制方法的具体步骤是在电机驱动器中执行的。

调零开始后，y电机正方向自由运动，无运动目标，并设置一定时间例如50ms的延时，略过电机启动时的大电流，并判断延时是否结束，当判断延时结束后，判断负载电流是否大于限位电流二（0.15A），如否，则返回继续判断，如是，则使y电机反向运动，回调90°，此时y电机调零结束。

（二）调参控制方法

调参控制方法分为调节外刀管4的角度和调节内刀管2的起始位置，调节外刀管4的角度即调整了取样槽3的角度，调节内刀管2的起始位置即调节了取样槽3的长度。其中，切割的肿瘤的位置方向决定了外刀管4的角度，切割的肿瘤大小决定了内刀管2的起始位置(即取样槽3界面的大小)。

调节外刀管4的角度具体方法可以是：将外刀管的运动范围360°分为6等份，每份60°，并使用数字0～5命名6个位置方向。根据肿瘤的方向，决定外刀管4的运动位置，运动位置=60°* 位置数字。使用此方法，仅发送位置数字(0～5)即可调节外刀管的角度，使之对应肿瘤方向，并使z电机运动到此角度。

调节内刀管2的起始位置具体方法可以是：将内刀管2的轴向前后运动若干等分，将每等分的轴向距离换算为电机二的转动角度。这若干等份对应不同的取样槽3截面，进而切割不同大小的肿瘤。使用数字分别命名这若干等份对应的若干位置，调节内刀管2的起始位置时，设置内刀管2起始位置数字，内刀管2的起始位置=等分角度*位置数字，并使电机二运动到所述内刀管的起始位置。

以上调参控制方法的步骤是在电机驱动器中执行的。

（三）切割控制方法

切割是乳腺旋切手术最重要的环节，它决定了乳腺肿瘤能否顺利切割完成。

请结合参见图7，切割过程中，电机一（x电机）做周向摆切往复运动（也称为左右旋转往复运动），电机二（y电机）做轴向前后往复运动（也称上下进退运动），形成旋切效果，并且判断y电机是否达到上下端点（具体的判断方式例如是：在y电机调零时，电机驱动器记录了y电机的行程距离，此处可以通过判断y电机的运动距离来判断y电机是否达到端点），如是，则使y电机反向运动，并继续判断y电机是否达到上下端点。切割过程中，由于会遇到不同的肿瘤组织，而不同的肿瘤组织对刀管产生的阻力不同，控制方法是检测电机二（y电机）的负载电流是否在特定范围（例如在图7中为大于0.5A且小于1A）以判断难切肿瘤组织，进而增加电机切割功率，这一方法的实现步骤在图7中是：如Y电机未达到上下端点，则判断y电机电流是否大于0.5A并且小于1A，如是，则增加x电机、y电机的切割功率，并返回继续判断y电机是否达到上下端点。但电机二的负载电流超过最大值（在图7中为大于等于1A），则超出了电机的承受范围，这一方法在图7中体现为，如果判断y电机电流是否大于0.5A并且小于1A结果是否，则判断y电机电流是否大于等于1A，如是，则此时刀管可能遭遇卡顿或肿瘤组织阻力过大，代表发生卡顿，此时停止x电机、y电机。

在切割步骤中，切割完成可以是由用户判断的，切割停止也可以是由用户控制的，切割完成并停止的执行可以不由电机驱动器执行。

本发明的乳腺旋切系统及其电机控制系统、控制方法的特点是：

（1）切割部分有内刀管和外刀管，内刀管负责切割乳腺组织，外刀管负责调整切割角度；内刀管存在2个自由度的运动，分别是周向摆切运动和轴向前后运动。外刀管存在1个自由度的运动，是周向旋转运动。

（2）内刀管和外刀管的运动分别由3个电机完成，即电机一、电机二、电机三。其中电机一完成内刀管2的周向摆切运动，电机二完成内刀管2的轴向前后运动，电机三完成外刀管4的周向旋转运动。

（3）乳腺旋切系统的电机控制系统控制上述的电机一、电机二、电机三的运动，包括以下三个步骤的至少其中之一：调零、调参、切割。

（4）调零包括三个电机分别调零，其中，电机三调零，分两个阶段，卡顿检测阶段（也称预转阶段）和调零阶段。

（5）电机三预转阶段，使电机运行360°，如发生卡顿，则电机三的负载电流会高于负载电流阈值（负载电流阈值为设定值，由操作人员判断并设定）,如果检测到电机三的负载电流高于负载电流阈值，则判断为发生了卡顿，并发送错误警报。

（6）电机三调零阶段，先自由运动，传感器会检测零点缓冲区的一零点边缘位置，到达一零点边缘位置后，电机三会收到减速指令，电机三减速运动，传感器检测零点缓冲区的另一零点边缘位置，到达另一零点边缘位置后，电机三收到停止指令而停止，并回调一定角度，优选是零点缓冲区角度范围的一半，完成调零。

（7）电机三调零阶段，零点缓冲区是是靠近零点位置的区域，是位于零点位置的两侧的一个区域，可以理解为是零点位置的缓冲区域，该缓冲区域为弧形，其角度可由技术人员进行设定，例如在以上实施方式中零点缓冲区的角度设定为60°，传感器检测的是零点缓冲区的两个边界，当电机到达零点缓冲区的第二个边界时，需要回调上述设定角度（60°）的一半来到达零点位置。

（8）电机一的零点通过限位结构确定，限位结构用于限定最大运动角度。

（9）电机一在调零运动过程中，需检测运动的角度，若大于最大运动角度，说明限位结构失效。若未大于最大运动角度，则通过负载电流检测来检测x电机是否触碰限位结构，直至检测到是，则使x电机停止，回调20°，防止挤压限位结构，并且x电机调零结束。

（10）电机二通过负载电流检测零点位置，当凋零电流（也称负载电流）大于由一限位结构限定的限位电流二时，即识别为零点位置。

（11）调参分为调节外刀管的角度和调节内刀管的起始位置。

（12）调节外刀管角度的方法优选是：将外刀管的运动范围360°分为6等份，每份60°，并使用数字0～5命名6个位置方向。并根据肿瘤的方向，决定外刀管的运动位置，运动位置=60°* 位置数字，仅发送位置数字(0～5)即可调节外刀管的角度，使之对应肿瘤方向，并使电机三运动到此角度。本领域技术人员在此实施例的基础上，还可以得到多个变化实施例，只要涉及到将外刀管的运动范围的角度等分为若干份，并对每份分别命名，通过发送名称信息控制电机运行的技术方案，均属于该方案变化实施例。

（13）内刀管调参将内刀管的轴向前后运动若干等分。这若干等份对应不同的取样槽截面，进而切割不同大小的肿瘤。使用数字命名这若干等分对应的若干个位置，并将每份换算为电机二的旋转角度。调节内刀管的起始位置时，设置内刀管起始位置数字，内刀管的起始位置 = 等分角度*位置数字，使电机二运动到起始位置。

（14）切割过程中，电机一做周向摆切往复运动，电机二做轴向前后往复运动，形成旋切效果。

（15）切割过程中，不同的肿瘤组织对刀管产生的阻力不同，控制方法是检测电机二的负载电流是否在特定范围以判断难切肿瘤组织，进而增加电机切割功率。

（16）电机二的负载电流若超过最大限制，则超出了电机的承受范围，此时刀管可能遭遇卡顿或肿瘤组织阻力过大，检测到此情况则停止电机。

以上实施例中使用电机驱动器执行电机控制方法，在可替换实施例中，还可以用计算机程序执行上述的电机控制方法。

本发明还提供一种实现上述电机控制方法的电机控制系统，所述电机控制系统具体可以包括如前述的电机驱动器等逻辑电路，还可以是包括设置了可执行程序的存储器或计算机系统，以及传感器、限位结构等辅助装置。

本发明的乳腺旋切系统及其电机控制系统和方法的优点在于：

使用此乳腺旋切系统及其电机控制系统和方法，乳腺旋切系统能将乳腺肿瘤组织顺利切割下来，并对异常情况做出反应，保护设备和患者。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (16)

1.一种乳腺旋切系统，其特征在于，包括外刀管、内刀管，所述内刀管存在两个自由度的运动，分别是周向摆切运动和轴向前后运动，所述外刀管存在一个自由度的运动，是周向旋转运动，其中，电机一完成所述内刀管的周向摆切运动、电机二完成所述内刀管的轴向前后运动、电机三完成所述外刀管的周向旋转运动；并且，所述外刀管上开有取样槽；

所述乳腺旋切系统还包括电机控制系统，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：

进行电机控制的调零、调参、切割，其中所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕后，使所述电机一、电机二、电机三分别找到零点位置；所述调参包括术前通过调节所述电机二的起始位置来调节所述内刀管的起始位置以对所述取样槽的长度进行调节，以及术中通过调节所述电机三的旋转角度来调整所述外刀管的角度以对所述取样槽的角度进行调整；所述切割为控制所述电机一和所述电机二分别驱动所述内刀管的周向摆切运动和轴向前后运动，切割过程中，检测所述电机二的负载电流是否在特定范围内以判断难切肿瘤组织，进而增加所述电机二的切割功率；其中，

所述电机三的调零包括两个阶段，卡顿检测阶段和调零阶段；

在所述电机三的卡顿检测阶段，使所述电机三运行360°，检测所述电机三的负载电流是否高于设定的负载电流阈值，如果检测到所述电机三的负载电流高于所述负载电流阈值，则判断为发生了卡顿；在所述电机三的调零阶段，先使所述电机三自由运动，并检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第一零点边缘位置；当检测到所述电机三到达所述第一零点边缘位置时，向所述电机三发送减速指令使所述电机三减速运动，之后检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第二零点边缘位置，当检测到所述电机三到达所述第二零点边缘位置时，向所述电机三发送停止指令，并使所述电机三反向运动预定角度以找到零点位置。

2.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：通过限位结构确定所述电机一的零点，所述限位结构用于限定所述电机一的最大运动角度。

3.如权利要求2所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：在所述电机一调零运动过程中，检测所述电机一运动的角度，若所述电机一运动的角度大于所述最大运动角度，判断为所述限位结构失效；若所述电机一运动的角度未大于最大运动角度，则检测负载电流是否大于限位电流一来判断所述电机一是否触碰所述限位结构，直至检测到是，使所述电机一停止并回调预定角度，完成所述电机一调零。

4.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：使所述电机二通过负载电流检测零点位置，当检测到所述电机二的负载电流大于由一限位结构设定的限位电流二时，即识别为零点位置。

5.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：通过如下方法调节所述外刀管的角度：将所述外刀管的运动范围360°分为若干等份，每份使用位置数字命名，代表各个位置方向，并根据肿瘤的方向，决定所述外刀管的运动位置，所述外刀管的运动位置＝每份的角度数值*位置数字，发送相应方向的位置数字给所述电机三，使所述电机三运动到所述位置数字对应的角度，以此来调节所述外刀管的角度，使之对应肿瘤方向。

6.如权利要求1或5所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机运动控制系统配置为实现如下步骤：通过如下方法调节内刀管的起始位置：将所述内刀管的轴向前后运动若干等分，这若干等份对应不同的取样槽截面，使用数字命名这若干等分对应的若干个位置，将每等分距离换算为所述电机二的转动角度；调节所述内刀管的起始位置时，设置所述内刀管起始位置数字，所述内刀管的起始位置＝等分角度*位置数字，并使所述电机二运动到所述起始位置。

7.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：切割过程中，使所述电机一驱动所述内刀管做周向摆切往复运动，并使所述电机二驱动所述内刀管做轴向前后往复运动，形成旋切效果。

8.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，检测所述电机二的负载电流是否大于0.5A并且小于1A以判断难切肿瘤组织，进而增加所述电机二、所述电机一的切割功率。

9.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统配置为实现如下步骤：如果检测到所述电机二的负载电流超过最大限制数值，则为超出了所述电机二的承受范围，此时判断为刀管遭遇卡顿或肿瘤组织阻力过大。

10.如权利要求1所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述电机控制系统包括：控制单元、限位结构及传感器，所述控制单元用于执行逻辑方法步骤，所述限位结构用于限定限位电流或最大运动角度，所述传感器用于检测电机位置。

11.如权利要求10所述的乳腺旋切系统，其特征在于，所述控制单元为逻辑电路或存储有程序的存储器或计算机。

12.一种乳腺旋切系统的电机控制系统，其特征在于，所述乳腺旋切系统包括外刀管、内刀管，所述内刀管存在两个自由度的运动，分别是周向摆切运动和轴向前后运动，所述外刀管存在一个自由度的运动，是周向旋转运动，其中，电机一完成所述内刀管的周向摆切运动、电机二完成所述内刀管的轴向前后运动、电机三完成所述外刀管的周向旋转运动；并且，所述外刀管上开有取样槽；所述电机控制系统配置为实现如下步骤：

进行电机控制的调零、调参、切割，其中所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕后，使电机一、电机二、电机三分别找到零点位置；所述调参包括术前通过调节所述电机二的起始位置来调节内刀管的起始位置以对取样槽的长度进行调节，以及术中通过调节所述电机三的旋转角度来调整外刀管的角度以对所述取样槽的角度进行调整；所述切割为控制所述电机一和所述电机二分别驱动所述内刀管的周向摆切运动和轴向前后运动，切割过程中，检测所述电机二的负载电流是否在特定范围内以判断难切肿瘤组织，进而增加所述电机二的切割功率；其中，

所述电机三的调零包括两个阶段，卡顿检测阶段和调零阶段；

在所述电机三的卡顿检测阶段，使所述电机三运行360°，检测所述电机三的负载电流是否高于设定的负载电流阈值，如果检测到所述电机三的负载电流高于所述负载电流阈值，则判断为发生了卡顿；在所述电机三的调零阶段，先使所述电机三自由运动，并检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第一零点边缘位置；当检测到所述电机三到达所述第一零点边缘位置时，向所述电机三发送减速指令使所述电机三减速运动，之后检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第二零点边缘位置，当检测到所述电机三到达所述第二零点边缘位置时，向所述电机三发送停止指令，并使所述电机三反向运动预定角度以找到零点位置。

13.一种乳腺旋切系统的电机控制方法，其特征在于，所述乳腺旋切系统包括外刀管、内刀管，所述内刀管存在两个自由度的运动，分别是周向摆切运动和轴向前后运动，所述外刀管存在一个自由度的运动，是周向旋转运动，其中，电机一完成所述内刀管的周向摆切运动、电机二完成所述内刀管的轴向前后运动、电机三完成所述外刀管的周向旋转运动；并且，所述外刀管上开有取样槽；

所述电机控制方法包括电机控制的调零，所述调零为：在所述乳腺旋切系统准备完毕后，使电机一、电机二、电机三分别找到零点位置；所述电机三的调零包括两个阶段，卡顿检测阶段和调零阶段，其中，在所述电机三的卡顿检测阶段，使所述电机三运行360°，检测所述电机三的负载电流是否高于设定的负载电流阈值，如果检测到所述电机三的负载电流高于所述负载电流阈值，则判断为发生了卡顿；在所述电机三的调零阶段，先使所述电机三自由运动，并检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第一零点边缘位置；当检测到所述电机三到达所述第一零点边缘位置时，向所述电机三发送减速指令使所述电机三减速运动，之后检测所述电机三是否到达零点缓冲区的第二零点边缘位置，当检测到所述电机三到达所述第二零点边缘位置时，向所述电机三发送停止指令，并使所述电机三反向运动预定角度以找到零点位置。

14.如权利要求13所述的乳腺旋切系统的电机控制方法，其特征在于，所述电机一的零点通过限位结构确定，所述限位结构用于限定所述电机一的最大运动角度；在所述电机一调零运动过程中，检测所述电机一运动的角度，若所述电机一运动的角度大于所述最大运动角度，判断为所述限位结构失效；若所述电机一运动的角度未大于最大运动角度，则通过检测负载电流是否大于限位电流一来检测所述电机一是否触碰所述限位结构，直至检测到是，使所述电机一停止并回调预定角度，所述电机一调零结束。

15.如权利要求13所述的乳腺旋切系统的电机控制方法，其特征在于，所述电机二通过负载电流检测零点位置，当检测到所述电机二的负载电流大于由一限位结构设定的限位电流二时，即识别为零点位置。

16.如权利要求13所述的乳腺旋切系统的电机控制方法，其特征在于，还包括调参，所述调参包括术前通过调节所述电机二的起始位置来调节所述内刀管的起始位置，并通过如下方法调节内刀管的起始位置：将所述内刀管的轴向前后运动若干等分，这若干等份对应不同的取样槽截面，使用数字命名这若干等分对应的若干个位置，将每等分距离换算为所述电机二的转动角度；调节所述内刀管的起始位置时，设置所述内刀管起始位置数字，所述内刀管的起始位置＝等分角度*位置数字，并使所述电机二运动到所述起始位置。

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