CN113940712B

CN113940712B - 手术控制系统及方法

Info

Publication number: CN113940712B
Application number: CN202111568190.3A
Authority: CN
Inventors: 王迎智; 马晓忠; 杨猛
Original assignee: Jixian Artificial Intelligence Co Ltd
Current assignee: Jixian Artificial Intelligence Co Ltd
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: CN113940712A

Abstract

本发明公开了一种手术控制系统及方法，属于医疗器械技术领域。其中，本发明实施例所提供的手术控制系统，因在弹性体连接轴上沿牵引线的牵拉方向固定有光纤传感器，且光纤传感器的末端连接数据处理装置，因而该数据处理装置可以确定光纤传感器的布拉格光栅的反射波长偏移量，进而可以根据该反射波长偏移量，准确计算出末端执行件对作用部位的实际作用力，从而解决了现有微创手术器械无法准确反馈器械与组织的作用力大小，容易造成手术风险的问题。

Description

手术控制系统及方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种便于医务人员感知器械作用力的手术控制系统及方法。

背景技术

当前，微创手术器械以广泛应用临床医疗。

因现有技术中的力反馈系统中对力感知需要设计特殊的六维力传感器，结构复杂信号处理困难，导致现有的微创手术器械大多没有力反馈功能，手术过程中依赖视觉反馈判断手术器械与组织的接触力大小，无法准确判断作用力大小，缺乏可靠性，容易造成手术风险。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种手术控制系统及方法，能够解决现有微创手术器械无法准确反馈器械与组织的作用力大小，容易造成手术风险的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种手术控制系统，其中，

所述手术控制系统包括手术装置、数据处理装置及光纤传感器，所述手术装置包括器械及动力主机；所述器械包括弹性体连接轴、牵引线及末端执行件；

所述弹性体连接轴的末端与所述牵引线的一端连接，所述弹性体连接轴的前端与所述动力主机的输出端连接，所述牵引线的另一端与所述末端执行件连接，以通过所述动力主机驱动所述弹性体连接轴牵引所述牵引线，控制所述末端执行件运动；

所述光纤传感器设置在所述弹性体连接轴上；

所述数据处理装置与所述光纤传感器通信连接，并用于获取所述光纤传感器的反射波长偏移量，并根据所述反射波长偏移量，确定所述末端执行件对作用部位的实际作用力。

第二方面，本发明实施例提供了一种手术控制方法，其中，应用于手术控制系统，所述手术控制系统包括手术装置、数据处理装置及光纤传感器，所述手术装置包括器械及动力主机；所述器械包括弹性体连接轴、牵引线及末端执行件；

所述光纤传感器设置在所述弹性体连接轴上；

所述方法包括：

获取所述光纤传感器的反射波长偏移量；

根据所述反射波长偏移量，确定所述末端执行件对作用部位的实际作用力。

在本发明实施例中，上述手术控制系统中，因在弹性体连接轴上沿牵引线的牵拉方向固定有光纤传感器，且光纤传感器的末端连接数据处理装置，因而该数据处理装置可以确定光纤传感器的布拉格光栅的反射波长偏移量，进而可以根据该反射波长偏移量，准确计算出末端执行件对作用部位的实际作用力，从而解决了现有微创手术器械无法准确反馈器械与组织的作用力大小，容易造成手术风险的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的手术控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中手术装置的整体结构示意图；

图3是本发明实施例中手术装置的内部结构示意图；

图4是本发明实施例中器械驱动模组的结构示意图；

图5是本发明实施例中弹性体连接轴与光纤传感器的连接示意图；

图6是图5中单个弹性体连接轴与光纤传感器的连接放大示意图；

图7是本发明实施例中单个弹性体连接轴与光纤传感器的角度关系示意图；

图8是本发明实施例中显示设备的显示效果示意图。

附图标记：

200：手术控制系统；20：手术装置；26：控制手柄；27：动力主机；28：器械；30：器械驱动模组；50：数据处理装置；51：光纤传感器；52：光纤传感器调制解调仪；53：工业交换机；281：弹性体连接轴；282：入腹管；283：牵引线；284：万向关节组件；286：末端执行件；301：传动机构；302：电机；501：气动控制设备；502：气压反馈穿戴设备；503：显示设备；511：布拉格光栅；3011：线性移动快接部件；2801：接口座；2802：锥壳；2803：T型内衬；2811：快接结构；2812：夹持结构；2813：连接臂。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的手术控制系统进行详细地说明。

请参阅图1~6，上述手术控制系统200包括手术装置20、数据处理装置50及光纤传感器51，该手术装置20包括器械28及动力主机27，该器械28包括弹性体连接轴281、牵引线283及末端执行件286；上述弹性体连接轴281的末端与牵引线283的一端连接，弹性体连接轴281的前端与动力主机27的输出端连接，牵引线283的另一端与末端执行件286连接，以通过动力主机27驱动弹性体连接轴281牵拉上述牵引线283，控制末端执行件286运动。上述弹性体连接轴281在受到沿牵引线283的牵拉方向拉力时可相对动力主机27发生牵拉移动，进而带动牵引线283。

光纤传感器51设置在弹性体连接轴281上，即光纤传感器51与弹性体连接轴281相固定，光纤传感器51可以沿牵引线283的牵拉方向固定，也可以与牵引线283的牵拉方向呈夹角；其中，上述光纤传感器51具有布拉格光栅511。具体地，光纤传感器51的布拉格光栅511在光纤传感器51与弹性体连接轴281相固定的位置，可以更灵敏地检测弹性体连接轴281受力产生的反射波长偏移。

上述手术控制系统200中的数据处理装置50与光纤传感器51通信连接，因而可从光纤传感器51获取反射波长偏移量，并根据该反射波长偏移量，确定末端执行件286对作用部位的实际作用力。

本发明实施例所提供的手术装置20具体为可以进行微创手术的手术装置20。

本发明实施例中，末端执行件286用于对作用部位进行手术操作，具体包括旋转头、钳头、钻头、剥离钳、剪刀、夹子等。

因为牵引线283的另一端与末端执行件286连接，弹性体连接轴281的末端与牵引线283的一端连接，弹性体连接轴281的前端与动力主机27的输出端连接，因而可以通过动力主机27驱动弹性体连接轴281牵引上述牵引线283，带动末端执行件286运动，从而实现控制末端执行件286进行手术操作。

本发明实施例中，在弹性体连接轴281上沿牵引线283的牵拉方向固定有光纤传感器51，其中，光纤传感器51与弹性体连接轴281的固定方式不作限制，例如可以使用光纤粘合剂进行粘结；光纤传感器51与弹性体连接轴281相固定的部分至少包括上述布拉格光栅511，以保证在弹性体连接轴281受轴向拉力发生形变时，会带动光纤传感器51发生形变，从而引起对应设置的布拉格光栅511的布拉格波长的漂移。

本发明实施例中，弹性体连接轴281由弹性材质制成，可以在拉伸时发生形变。上述牵引线283可以为牵引钢丝等。

可选地，在一种实施方式中，上述弹性体连接轴281的前端具有快接结构2811，快接结构2811用于与动力主机27的输出端快接；弹性体连接轴281的末端具有夹持结构2812，夹持结构2812用于夹持固定牵引线283。

具体地，上述动力主机27包括器械驱动模组30，上述器械驱动模组30包括电机302及传动机构301，由上述传动机构301将器械驱动模组30中的电机302旋转运动转换为直线运动，上述弹性体连接轴281则与上述传动机构301的末端连接。

上述传动机构301的末端设置有线性移动快接部件3011，上述弹性体连接轴281通过快接结构2811与上述线性移动快接部件3011连接，从而实现与传动机构301的连接。

可以理解地，上述动力主机27还包括电机控制电路（未图示），上述器械28还包括控制部件如控制手柄26等，以通过上述控制手柄26向上述电机控制电路发送控制指令，控制上述器械驱动模组30运转。

可选地，如图5和6所示，上述弹性体连接轴281包括连接臂2813，连接臂2813位于所述弹性体连接轴281的中部，连接臂2813较弹性体连接轴281的其他部分细，也即弹性体连接轴281的中部设置的较为细长，并将上述光纤传感器51则固定于连接臂2813处，相应地，布拉格光栅511也即设置于连接臂2813处。因为连接臂2813较弹性体连接轴281的其他部分细，使得弹性体连接轴281受轴向拉力发生形变时，连接臂2813处的形变更显著，也即可以带动光纤传感器51发生更大的形变，从而引起对应设置的光纤布拉格光栅511中心波长出现更大范围的漂移，可以提升检测灵敏度。可选地，上述连接臂2813呈方柱状，便于固定上述光纤传感器51。

可选地，一种实施方式中，上述手术控制系统200还包括光纤传感器调制解调仪52；光纤传感器51的末端连接光纤传感器调制解调仪52，光纤传感器调制解调仪52用于确定光纤传感器51的反射波长偏移量；上述数据处理装置50则与光纤传感器调制解调仪52通信连接，可从光纤传感器调制解调仪52获取反射波长偏移量，并根据该反射波长偏移量，确定末端执行件286对作用部位的实际作用力。

本发明实施例中，因为光纤传感器51的末端连接光纤传感器调制解调仪52，因而该光纤传感器调制解调仪52可以捕获光纤传感器51的布拉格光栅中心波长的漂移，也即确定光纤传感器51的反射波长偏移量，再通过通信接口传递给数据处理装置50，数据处理装置50负责根据该反射波长偏移量，计算出弹性体连接轴281处所收到的轴向（牵引线283方向）拉力；因为该轴向拉力表征了牵引线283的拉力，因而根据该轴向拉力即可以计算出末端执行件286对作用部位的实际作用力。

可选地，在一种实施方式中，上述手术装置20，还包括入腹管282，上述末端执行件286设置于入腹管282的末端，弹性体连接轴281设置于入腹管282的前端；因为弹性体连接轴281的末端与牵引线283的一端连接，弹性体连接轴281的前端与动力主机27的输出端连接，牵引线283的另一端与末端执行件286连接，所以通过动力主机27驱动弹性体连接轴281受到沿牵引线283的牵拉方向拉力时可相对入腹管282发生牵拉移动，进而带动牵引线283，控制末端执行件286运动。相应地，该牵引线283由上述弹性体连接轴281穿过上述入腹管282内腔后与末端执行件286连接。

本发明实施例所提供的器械28，还包括接口座2801、锥壳2802及T型内衬2803，该T型内衬2803的尾部与入腹管282的前端相固定，该T型内衬2803上设置有供牵引线283穿过的通道；该接口座2801固定于T型内衬2803的头部，该锥壳2802套设于T型内衬2803外，且该锥壳2802的锥顶部与入腹管282相固定；接口座2801卡设于该锥壳2802的锥底部；弹性体连接轴281固定设置于接口座2801处，且弹性体连接轴281的轴向与入腹管282的轴向相同。

可选地，在一种实施方式中，上述手术装置20，还包括设置于入腹管282与末端执行件286之间的万向关节组件284，万向关节组件284的一端固定在入腹管282的末端，末端执行件286固定在万向关节组件284的另一端，也即末端执行件286通过该万向关节组件284固定设置于入腹管282的末端，使得该末端执行件286可以通过该万向关节组件284实现多向转动。其中，上述万向关节组件284可以是万向蛇骨组件或椎骨组件。

可选地，在一种实施方式中，如图5及图6所示，上述光纤传感器51设置有1个，弹性体连接轴281设置有多个，光纤传感器51依次与各弹性体连接轴281固定，且光纤传感器51在各弹性体连接轴281处设置不同反射波长的布拉格光栅511。

该实施方式中，光纤传感器51应用波分复用技术，在该光纤传感器51的一条光纤上的不同位置刻画出不同反射波长的布拉格光栅511，上述位置分别对应光纤传感器51在各弹性体连接轴281的连接位置。例如，在上述牵引线283为5根时，上述弹性体连接轴281也设置有5个，则在光纤传感器51的光纤的5个不同位置刻画出不同反射波长的布拉格光栅511。因为每个位置的布拉格光栅511的反射波长不同，因而可以基于各反射波长的偏移，确定对应位置弹性体连接轴281的应变值，进而确定其拉伸受力情况，再确定末端执行件286对作用部位的实际作用力。

具体地，上述数据处理装置50，用于获取光纤传感器51中各布拉格光栅511的反射波长及相应的反射波长偏移量；根据反射波长与弹性体连接轴的对应关系，确定各弹性体连接轴对应的反射波长偏移量；根据各反射波长偏移量，确定各弹性体连接轴281所受作用力，根据各弹性体连接轴281所受作用力，确定末端执行件对作用部位的实际作用力。

其中，因为对于每一弹性体连接轴，其对应的布拉格光栅511的反射波长偏移量由布拉格光栅的实际应变值、反射波长、应变灵敏度、热灵敏度、温度及第一夹角确定，该第一夹角为所述布拉格光栅部位的光栅方向与所述弹性体连接轴的轴向之间的夹角，因而可以根据对应布拉格光栅的反射波长、反射波长偏移量、应变灵敏度、热灵敏度、温度及第一夹角，计算所述布拉格光栅的实际应变值；

同时，因为光纤传感器固定在弹性体连接轴上，也即光纤传感器与弹性体连接轴共同应变，所以布拉格光栅的实际应变值由弹性体连接轴所受作用力、弹性体连接轴的杨氏模量及弹性体连接轴固定光纤传感器处的横截面积共同确定，因而可以根据上述实际应变值、弹性体连接轴的杨氏模量及弹性体连接轴固定光纤传感器处的横截面积，计算确定出弹性体连接轴所受作用力。

上述确定弹性体连接轴所受作用力的具体计算过程如下：

对于布拉格光栅，其布拉格波长由下式定义：

式中，

是光栅微结构周期，

是折射芯的折射率。

其中，布拉格光栅对应变和温度均有依赖性。

对布拉格应变的依赖性由下式决定：

式中，

为布拉格光栅的应变灵敏度，

为光弹性系数；

布拉格光栅的温度依赖性由下式确定：

式中，

是布拉格光栅的热灵敏度，

是光纤的热膨胀系数，

是热-光系数；

则布拉格光栅反射波长漂移量与应变和温度的关系可表示为

式中，

，

，

为已知光纤传感器的参数，

可通过弹性体连接轴在初始时刻不受拉力时相对标定温度的反射波长漂移测出，

可由光纤调制解调仪读出，则由上式可得出

。

于是弹性体连接轴所受拉力为：

式中，

为弹性体连接轴的杨氏模量，

为弹性体连接轴粘贴光栅部位的横截面积。

本发明实施例中，光纤传感器51中各布拉格光栅511的光栅方向与光纤传感器的轴向垂直，而光纤传感器设置在弹性体连接轴上，并沿牵引线的牵拉方向固定。该弹性体连接轴的轴向可以与光纤传感器的轴向呈夹角

，而光纤传感器的轴向与弹性体连接轴的垂直方向的夹角

为

的余角，光栅方向又与光纤传感器的轴向垂直，因而光栅方向与弹性体连接轴的轴向之间的夹角也等于

。

相应地，上述根据对应布拉格光栅的反射波长、反射波长偏移量、应变灵敏度、热灵敏度及温度，计算所述布拉格光栅的实际应变值，包括：

根据对应布拉格光栅的反射波长、反射波长偏移量、应变灵敏度、热灵敏度及温度，确定理论应变值；

由所述理论应变值/

，确定所述实际应变值；

其中，所述

为所述弹性体连接轴的泊松比。

因为弹性体连接轴沿受力方向产生伸长变形的时，在垂直于载荷的方向会对应产生缩短变形，而弹性体连接轴沿受力方向产生缩短变形的时，在垂直于载荷的方向会对应产生伸长变形；在垂直方向上的应变

与载荷方向上的应变

之比的负值称为材料的泊松比。以

表示泊松比，则

如图7所示，当弹性体连接轴受轴向拉伸时，沿光纤传感器轴向方向的应变为弹性体连接轴轴向拉伸应变在光纤传感器轴向的分量及弹性体连接轴横向压缩应变在光纤传感器轴向方向上的分量之和。

计算过程如下：

式中，

为金属弹性体连接轴轴向拉伸应变在光纤传感器轴向的分量；

为金属弹性体连接轴横向压缩应变在光纤传感器轴向方向上的分量。

当金属弹性体连接轴受轴向拉伸时，光纤传感器轴向上的分量为

则

其中，

可由光纤传感器反射波长漂移确定的布拉格光栅的理论应变值，则可以通过理论应变值

、光纤传感器布置角度

（光纤传感器的轴向与弹性体连接轴的垂直方向）以及弹性体连接轴的材料泊松比计算布拉格光栅的实际应变值

。

在实际应用中，可以设置弹性体连接轴281的轴向与光纤传感器51的轴向呈夹角的度数为0，则上述布拉格光栅511的光栅刻画方向与牵引线283的牵拉方向垂直，可以更灵敏、准确感知弹性体连接轴281因受轴向拉力发生的应变。

可选地，在另一种实施方式中，各所述弹性体连接轴281处分别设置有1个光纤传感器51，各光纤传感器51的末端均与光纤传感器调制解调仪52连接。

该实施方式中，因为各光纤传感器51与对应的弹性体连接轴281相固定的位置均设置有布拉格光栅511，且各光纤传感器51的末端连接光纤传感器调制解调仪52，因而该光纤传感器调制解调仪52可以捕获各个光纤传感器51的光纤布拉格光栅511中心波长的漂移，也即确定各个光纤传感器51的反射波长偏移量，进而可以根据该反射波长偏移量，计算出各个弹性体连接轴281处所受到的轴向（牵引线283方向）拉力，从而可以计算出末端执行件286对作用部位的实际作用力。

本发明实施例中，光纤传感器调制解调仪52的数据可以通过API和TCP/IPstreaming进行远程访问，将光纤传感器调制解调仪52与工业交换机53相连可以扩展更多的网口，保证更多形式的力反馈设备可以通过网络访问传感器数据信息，提高整个力反馈系统架构的扩展性。

可选地，在一种实施方式中，牵引线283至少设置有5根，每根牵引线283分别对应连接1个弹性体连接轴；至少1条第一牵引线的另一端与末端执行件286连接，以控制末端执行件286执行夹合动作，因而通过该第一牵引线对应的弹性体连接轴281处光纤传感器51的布拉格光栅511的反射波长偏移量，可以确定上述末端执行件286夹合作用部位的器械夹合力；至少4条第二牵引线的另一端与末端执行件286连接，以控制末端执行件286执行俯仰及偏航运动，因而通过该第二牵引线对应的弹性体连接轴281处光纤传感器51的布拉格光栅511的反射波长偏移量，可以确定器械28整体在垂直器械轴向平面上的力，该力表征了末端执行件286侧向接触作用部位的侧向接触力。

可选地，在一种具体实施方式中，弹性体连接轴281包括第一弹性体连接轴及第二弹性体连接轴，第一弹性体连接轴为第一牵引线对应连接的弹性体连接轴，第二弹性体连接轴为第二牵引线对应连接的弹性体连接轴；上述第一弹性体连接轴设置于接口座2801的中间位置，上述第二弹性体连接轴绕第一弹性体连接轴均匀设置于接口座2801处；相应地，第一牵引线于T型内衬2803的中间位置穿过T型内衬2803再进入入腹管282的内腔，然后与末端执行件286连接；而第二牵引线则于T型内衬2803的周边位置穿过T型内衬2803再进入入腹管282的内腔，然后与万向关节组件284连接。

可选地，在一种具体实施方式中，负责控制末端执行件286进行俯仰动作的2个第二弹性体连接轴，绕第一弹性体连接轴中心对称设置；而负责控制末端执行件286进行偏航动作的2个第二弹性体连接轴，绕第一弹性体连接轴中心对称设置，可以更精准地控制万向关节组件的转向，从而精准实现末端执行件286的俯仰和偏航动作。

可选地，在一种具体实施方式中，如图1所示，上述数据处理装置50包括气动控制设备501及气压反馈穿戴设备502，上述气动控制设备501分别与光纤传感器51及气压反馈穿戴设备502通信连接，并用于获取所述第二牵引线对应的弹性体连接轴281所受第二作用力，也即末端执行件286侧向对作用部位的接触力；并根据该第二作用力控制气压反馈穿戴设备502中的气囊气压值；该气压反馈穿戴设备502用于穿戴于使用者的腕部，该气压反馈穿戴设备502即为上述力反馈设备的一种。

其中，上述气动控制设备501通过工业交换机53及上述光纤传感器调制解调仪52与光纤传感器51通信连接；上述使用者也即执行手术操作的医务人员，上述气动控制设备501将得到的侧向接触力大小等比例的去控制电气比例阀，从而等比例的控制气压反馈穿戴设备502中气囊气压，而不同气压下气囊膨胀大小不同，从而对腕部造成不同大小的收缩压力，使得该使用者可以通过感受到的收缩压力大小来感知手术器械作用力。

其中，上述气动控制设备501包括气源、电气比例阀，上述气动控制设备501通过气体传递通道与上述气压反馈穿戴设备502连接。上述气压反馈穿戴设备502具体可以为气压腕环，气压腕环内部为塑料气囊，外部为编织物腕带，腕带两端为魔术贴。

可选地，如图1所示，上述气压反馈穿戴设备502通过工业交换机53及上述光纤传感器调制解调仪52与光纤传感器51通信连接；上述气压反馈穿戴设备502还包括偏心电机及处理器，上述处理器用于获取第一牵引线对应的弹性体连接轴218所受第一作用力，也即末端执行件286的器械夹合力，并根据该第一作用力的大小控制偏心电机的转速。

上述第一作用力的值通过无线传输的方式发送给上述处理器，处理器根据第一作用力的大小控制偏心电机转速，第一作用力越大，偏心电机转速越快，震动频率越高，使得使用者可以根据感知的偏心电机震动频率判断夹合力的大小。

可选地，在一种具体实施方式中，如图1所示，上述数据处理装置50还包括显示设备503，上述显示设备503通过工业交换机53与上述光纤传感器调制解调仪52通信连接，上述显示设备503用于显示上述实际作用力，具体可以包括上述侧向接触力及器械夹合力，上述作用力的值以不同的图形形式和/或数字显示在上述显示装置实时画面上，以告知医务人员上述器械的作用力。

可选地，上述手术控制系统200还包括内窥镜，上述显示设备503还显示有内窥镜的实时画面，上述显示设备503中的应变处理软件系统作为软件功能模块嵌入到内窥镜影像软件系统中，上述应变处理软件系统用于根据光纤传感器51的反射波长偏移量，确定末端执行件286对作用部位的实际作用力。

可选地，如图8所示，上述内窥镜影像软件系统根据测得器械的实际作用力的大小以不同的图形形式叠加到内窥镜显示的实时画面上，内窥镜影像软件系统具有器械识别功能，使得指示作用力大小的图形始终在手术器械附近，可以用直观的形式实时将器械作用力反馈给执行手术操作的医务人员。

本发明实施例还提供了一种手术控制方法，应用于手术控制系统，所述手术控制系统包括手术装置、数据处理装置及光纤传感器，所述手术装置包括器械及动力主机；所述器械包括弹性体连接轴、牵引线及末端执行件；

所述光纤传感器设置在所述弹性体连接轴上；

所述方法包括：

获取所述光纤传感器的反射波长偏移量；

可选地，所述的手术控制方法，其中，所述光纤传感器设置有1个，所述弹性体连接轴设置有多个，所述光纤传感器依次与各所述弹性体连接轴固定，且所述光纤传感器在各所述弹性体连接轴处设置不同反射波长的布拉格光栅；

所述根据所述反射波长偏移量，确定所述末端执行件对作用部位的实际作用力的步骤，包括：

获取所述光纤传感器中各布拉格光栅的反射波长及相应的反射波长偏移量；

根据反射波长与弹性体连接轴的对应关系，确定各所述弹性体连接轴对应的反射波长偏移量；

根据各所述反射波长偏移量，确定各所述弹性体连接轴所受作用力；

根据各所述弹性体连接轴所受作用力，确定所述末端执行件对作用部位的实际作用力。

可选地，所述的手术控制方法中，所述根据各所述反射波长偏移量，确定各所述弹性体连接轴所受作用力的步骤，包括：

对于每一弹性体连接轴，根据对应布拉格光栅的反射波长、反射波长偏移量、应变灵敏度、热灵敏度、温度及第一夹角，计算所述布拉格光栅的实际应变值；其中，所述第一夹角为所述布拉格光栅部位的光栅方向与所述弹性体连接轴的轴向之间的夹角；

根据所述实际应变值、所述弹性体连接轴的杨氏模量及所述弹性体连接轴固定所述光纤传感器处的横截面积，确定所述弹性体连接轴所受作用力。

可选地，所述的手术控制方法，其中，所述布拉格光栅部位的光栅方向与所述弹性体连接轴的轴向之间的夹角为

;

所述根据对应布拉格光栅的反射波长、反射波长偏移量、应变灵敏度、热灵敏度、温度及第一夹角，计算所述布拉格光栅的实际应变值的步骤，包括：

由理论应变值/

，确定所述实际应变值；

其中，所述

为所述弹性体连接轴的泊松比。

对于方法实施例而言，由于其与系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种手术控制系统，其特征在于，所述手术控制系统包括手术装置、数据处理装置及光纤传感器，所述手术装置包括器械及动力主机；所述器械包括弹性体连接轴、牵引线及末端执行件；

所述光纤传感器设置在所述弹性体连接轴上；

所述数据处理装置与所述光纤传感器通信连接，并用于获取所述光纤传感器的反射波长偏移量，并根据所述反射波长偏移量，确定所述末端执行件对作用部位的实际作用力；

所述牵引线至少设置有5根，每根所述牵引线分别对应连接1个所述弹性体连接轴；

至少1条第一牵引线的另一端与所述末端执行件连接，以控制所述末端执行件执行夹合动作；

至少4条第二牵引线的另一端与所述末端执行件连接，以控制所述末端执行件执行俯仰及偏航运动；

所述数据处理装置包括气动控制设备及气压反馈穿戴设备；

所述气动控制设备分别与所述光纤传感器及所述气压反馈穿戴设备通信连接，并用于获取所述第二牵引线对应的所述弹性体连接轴所受第二作用力，并根据所述第二作用力控制所述气压反馈穿戴设备中的气囊气压值；

所述气压反馈穿戴设备用于穿戴于使用者的腕部。

2.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述光纤传感器设置有1个，所述弹性体连接轴设置有多个，所述光纤传感器依次与各所述弹性体连接轴固定，且所述光纤传感器在各所述弹性体连接轴处设置不同反射波长的布拉格光栅。

3.根据权利要求2所述的手术控制系统，其特征在于，所述数据处理装置，用于

获取所述光纤传感器中各布拉格光栅的反射波长及相应的反射波长偏移量，

根据反射波长与弹性体连接轴的对应关系，确定各弹性体连接轴对应的反射波长偏移量，

根据各所述反射波长偏移量，确定各所述弹性体连接轴所受作用力，

4.根据权利要求3所述的手术控制系统，其特征在于，所述根据各所述反射波长偏移量，确定各弹性体连接轴所受作用力，包括：

5.根据权利要求4所述的手术控制系统，其特征在于，所述布拉格光栅部位的光栅方向与所述弹性体连接轴的轴向之间的夹角为

；

所述根据对应布拉格光栅的反射波长、反射波长偏移量、应变灵敏度、热灵敏度、温度及第一夹角，计算所述布拉格光栅的实际应变值，包括：

由理论应变值/

，确定所述实际应变值；

其中，所述

为所述弹性体连接轴的泊松比。

6.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述弹性体连接轴包括连接臂，所述连接臂位于所述弹性体连接轴的中部，所述连接臂较所述弹性体连接轴的其他部分细；所述光纤传感器固定于所述连接臂处。

7.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述弹性体连接轴的前端具有快接结构，所述快接结构用于与所述动力主机的输出端快接；所述弹性体连接轴的末端具有夹持结构，所述夹持结构用于夹持固定所述牵引线。

8.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述弹性体连接轴设置有多个，各所述弹性体连接轴处分别设置有1个所述光纤传感器。

9.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述光纤传感器的布拉格光栅设置在光纤传感器与所述弹性体连接轴相固定的位置。

10.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述气压反馈穿戴设备与所述光纤传感器通信连接；

所述气压反馈穿戴设备包括偏心电机及处理器，所述处理器用于获取所述第一牵引线对应的所述弹性体连接轴所受第一作用力，并根据所述第一作用力的大小控制所述偏心电机的转速。

11.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述手术控制系统还包括光纤传感器调制解调仪，所述光纤传感器的末端连接所述光纤传感器调制解调仪，所述光纤传感器调制解调仪用于确定所述光纤传感器的反射波长偏移量；

所述数据处理装置与所述光纤传感器调制解调仪通信连接，并用于根据所述反射波长偏移量，确定所述末端执行件对作用部位的实际作用力。

12.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述数据处理装置包括显示设备，所述显示设备用于显示所述实际作用力。

13.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述光纤传感器通过光纤粘结剂粘结固定于所述弹性体连接轴。

14.根据权利要求1所述的手术控制系统，其特征在于，所述手术装置，还包括入腹管及万向关节组件，所述入腹管的前端与所述弹性体连接轴的末端连接，所述万向关节组件的一端固定于所述入腹管的末端，所述末端执行件固定于万向关节组件的另一端。