CN209713130U - 一种血管介入手术操作的安全性预警系统 - Google Patents
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Abstract
一种血管介入手术操作的安全性预警系统，包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其结构简单，操作灵活，使用方便；血管受力安全阈值可以实时调整；根据屏显得了解手术进行的情况，保证了手术的安全性和高效性；应用更为广泛。
Description
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，尤其是一种血管介入手术操作的安全性预警系统，特别适用于微创血管介入手术机器人系统的数据采集、信息显示和安全提醒等方面。
背景技术
微创血管介入手术机器人系统是一种辅助医生进行导管介入手术的具有高安全性的机器人系统，可以使操作医生免受X光辐射，减少因医生生理颤抖和误操作而产生的危险性。
由于微创血管介入手术机器人系统采用的主从式的方式，是医生脱离了手术现场，借助主端操作器来实现导管介入，从而导致医生不能很好的感知介入手术过程中操作导管运动情况以及手术导管受力信息大小，尤其是在这个过程中的医生手部感知的来自手术导管反作用力情况。一些信息的缺失给医生操作带来一定的难度，甚至会对正在进行手术的病人的安全性造成影响。所以，将手术的进行过程中的一些重要信息反馈给医生是非常必要的，不仅能够保证手术操作的安全性，还能提高整个介入手术过程的效率。
为提高微创血管介入手术机器人手术的安全性和高效性，很多研究团队也在视觉反馈方面做了相应的研究。然而，多数的研究中，只是将操作导管的运动信息和手术导管的受力信息反馈给医生。同时，忽略了不同年龄段患者的血管承受导管顶端压力的能力的不同，没有安全预警机制和设定血管受力安全阈值功能，使得设计面向的对象太过单一。而我们团队研究的基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统及方法有效的解决了这方面的问题，并提高了手术的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种血管介入手术操作的安全性预警系统，相对于现有的多维信息显示相关技术，该系统是一种结构简单，操作方便，能够实时地提供给医生重要的反馈信息，提高介入手术的安全性，有助于医生操作的安全性预警系统。
本发明的技术方案：一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于它包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其中，所述手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的输入端分别采集在手术过程中手术导管的受力信息及操作导管的运动信息，其输出端连接微控制器处理单元的输入端；所述微控制器处理单元接收手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的采集信息，并通过数据接口将其传送给PC机；所述PC机的输入端与设置单元的输出端连接，其输出端连接显示单元的输入端；所述手术导管受力信息检测单元安装在手术导管末端；所述操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元安装在微创血管介入手术机器人系统的主端；所述显示单元与微创血管介入手术机器人系统的PC机连接，显示手术导管相关的信息。
所述设置单元是由串口初始化设置模块和血管受力安全阈值设置模块构成；所述串口初始化设置模块实现对数据接口的选择、打开、关闭以及对显示单元进行初始化的设置；所述血管受力安全阈值设置模块对血管受力安全阈值进行设定，可以根据临床血管不被刺破的最大安全力参数设定该值，面向不同的患者，设定不同的血管受力安全阈值。
所述显示单元是由手术导管前端碰撞力显示模块、手术导管受到的阻力显示模块、安全预警区显示模块、操作导管轴向位移量显示模块和操作导管径向旋转角度显示模块构成分别显示手术导管前端碰撞力信息、手术导管受到的阻力信息、安全预警信息、操作导管轴向位移量信息和操作导管径向旋转角度信息。
所述手术导管受力信息检测单元采集的是手术导管在血管中受到的阻力信息和导管前端碰撞力信息；所述手术导管在血管中受到的阻力信息由载荷传感器检测，所述手术导管前端碰撞力信息由光纤压力传感器检测。
所述载荷传感器是日本TEAC公司生产的Load cell，它通过一个检测轴来测量轴向上传感器所受的推拉力的信息，该传感器的输出信号要经过放大器电路方法后传送给AD 转换模块实现数据采集，其所能检测的最大推力为+5N，最大的拉力为-5N；所述光纤压力传感器是加拿大Opsens公司的OPP-M光纤传感器，它是由光纤探头和信号解调器组成；所述探头的直径为0.25mm，分辨率为0.5mmHg，光纤压力传感器用来测量手术导管与血管内壁之间的碰撞力，所述光纤压力传感器可以通过细长的光纤穿过手术导管将末端的测量探头固定在手术导管的末端，适合微小空间中的压力的测量。
所述操作导管运动信息检测单元采集的是操作导管轴向运动信息和操作导管径向运动信息；所述操作导管轴向运动信息是手术导管位移信息；所述操作导管径向运动信息是操作导管径向旋转角度信息。
所述运动信息检测单元采集的是操作导管轴向位移信息和操作导管径向旋转角度信息；所述操作导管轴向位移信息和导管径向旋转角度信息均由增量式光电编码器完成检测任务；所述增量式光电编码器是2500线的增量式光电编码器，将其接入HCTL-2016正交解码芯片形成4倍频，则转一圈经过10000线；所述增量式光电编码器实心轴的圆周长为100mm，所以光电编码器每转动一步，导管运动的距离为0.01mm,则轴向测量的精度为0.01mm。
所述微控制器采用的是TI公司的DSP28335，微控制器每隔100ms会采集光纤压力传感器、载荷传感器、增量式光电编码器的数据。
所述PC机上装有基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警方法。
本实用新型的工作过程：
（1）串口初始化设置：对手术导管受力信息显示单元、操作导管运动信息显示单元进行初始化；选择RS232串行接口，设置波特率和数据位参数并打开基于LabView的血管介入手术机器人操作安全性预警系统的开关；
（2）根据临床血管承受手术导管前端碰撞力大小的参数，通过血管受力安全阈值设定单元设置血管受力安全阈值，防止手术过程中手术导管刺破血管，给患者带来二次伤害；
（3）手术导管受力信息检测单元检测手术导管前端碰撞力的大小以及手术导管推、拉及旋转运动过程中受到阻力大小信息；操作导管运动信息检测单元检测操作导管的轴向位移信息和径向旋转角度信息；
（4）微控制器处理单元接收步骤（3）采集到的操作导管运动信息以及手术导管受力信息，通过步骤（1）设置好的串口将其传送给手术导管受力信息显示单元和操作导管运动信息显示单元，对手术导管的受力情况以及操作导管运动情况进行显示；
（5）手术导管受力信息显示单元将手术导管前端碰撞力和手术导管在血管中运动受到的阻力进行屏显；将步骤（3）采集到的手术导管前端碰撞力和步骤（2）中设定好的血管受力安全阈值进行比较，比较结果将在安全预警区显示模块进行显示；手术医生根据安全预警区的指示灯状态，进行接下来的操作；安全预警区的指示灯由红色、黄色和绿色三个小灯依次排列组成，分别表示手术导管前端碰撞力的值大于血管受力安全阈值、等于血管受力安全阈值、小于血管受力安全阈值；
（6）当手术导管前端碰撞力大小小于血管受力安全阈值时，安全预警区的绿灯将会亮起，说明此时血管的状态是安全的，可以继续进行操作；
（7）当手术导管前端碰撞力大小等于血管受力安全阈值时，安全预警区的黄灯将会亮起，表示手术导管前端碰撞力处于警告状态，此时，手术医生在进行操作时要非常小心，慢慢改变导管前端位置使手术导管前端碰撞力处于允许范围内；
（8）当手术导管前端碰撞力大小大于安全力阈值时，安全预警区内的红灯将会亮起，此时表明手术导管前端碰撞力处于危险范围内，手术医生应立即停止向前推送导管，并尽快改变手术导管运动状态，使手术导管前端碰撞力处在允许范围内；血管受力安全阈值为0.5牛顿；所述0.5牛顿是临床上医生给出的血管壁被刺穿的临界值；
（9）操作导管运动信息显示单元将操作导管的轴向位移量及径向旋转角度信息进行屏显；医生可以根据所显示的操作导管的运动信息，决定自己的手术操作是否正确，是否需要调整。
本发明的优越性：（1）除了能够有效地将手术过程中手术导管受力信息和操作导管运动信息通过视觉反馈给医生外，还能根据不同的患者血管壁被刺破的临界值，实时调整血管受力安全阈值大小，可以面相不同的对象，如老人、成年人、小孩；（2）结构简单，操作灵活，使用方便，医生能够根据屏显得结果实时准确地了解手术进行的情况，保证血管介入手术的安全性操作系统；（3）不仅能显示手术导管前端碰撞力和手术导管在血管中运动受到的阻力的信息，还能显示操作导管轴向位移量和径向旋转角度的运动状态信息；（4）具有安全提醒功能，防止手术过程中，由于医生操作主端的推力过大，造成手术导管刺破血管的现象产生；（5）增添血管受力安全阈值设定功能，使血管受力安全阈值可调节，考虑到不同年龄段的患者，血管承受手术导管前端碰撞力的大小不同，可以根据临床参数，随时调整安全阈值的大小；（6）该系统可以面向不同的手术对象，同时还有效的保证了手术的安全性和高效性；（7）血管受力安全阈值可以面向不同的患者进行设定，使其应用更为广泛。
附图说明
图1为本发明所涉一种血管介入手术操作的安全性预警系统的整体结构框图。
图2为本发明所涉一种血管介入手术操作的安全性预警系统中信息显示单元的效果图。
图3为本发明所涉一种血管介入手术操作的安全性预警系统的操作流程示意图。
图4为本发明所涉一种血管介入手术操作的安全性预警系统中增量式光电编码器的原理示意图。
具体实施方式
实施例：一种血管介入手术操作的安全性预警系统（见图1），其特征在于它包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其中，所述手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的输入端分别采集在手术过程中手术导管的受力信息及操作导管的运动信息，其输出端连接微控制器处理单元的输入端；所述微控制器处理单元接收手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的采集信息，并通过数据接口将其传送给PC机；所述PC机的输入端与设置单元的输出端连接，其输出端连接显示单元的输入端；所述手术导管受力信息检测单元安装在手术导管末端；所述操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元安装在微创血管介入手术机器人系统的主端；所述显示单元与微创血管介入手术机器人系统的PC机连接，显示手术导管相关的信息。
所述设置单元是由串口初始化设置模块和血管受力安全阈值设置模块构成；所述串口初始化设置模块实现对数据接口的选择、打开、关闭以及对显示单元进行初始化的设置；所述血管受力安全阈值设置模块对血管受力安全阈值进行设定，可以根据临床血管不被刺破的最大安全力参数设定该值，面向不同的患者，设定不同的血管受力安全阈值。
所述显示单元是由手术导管前端碰撞力显示模块、手术导管受到的阻力显示模块、安全预警区显示模块、操作导管轴向位移量显示模块和操作导管径向旋转角度显示模块构成分别显示手术导管前端碰撞力信息、手术导管受到的阻力信息、安全预警信息、操作导管轴向位移量信息和操作导管径向旋转角度信息。
所述手术导管受力信息检测单元（见图1）采集的是手术导管在血管中受到的阻力信息和导管前端碰撞力信息；所述手术导管在血管中受到的阻力信息由载荷传感器检测，所述手术导管前端碰撞力信息由光纤压力传感器检测。
所述载荷传感器是日本TEAC公司生产的Load cell，它通过一个检测轴来测量轴向上传感器所受的推拉力的信息，该传感器的输出信号要经过放大器电路方法后传送给AD 转换模块实现数据采集，其所能检测的最大推力为+5N，最大的拉力为-5N；所述光纤压力传感器是加拿大Opsens公司的OPP-M光纤传感器，它是由光纤探头和信号解调器组成；所述探头的直径为0.25mm，分辨率为0.5mmHg，光纤压力传感器用来测量手术导管与血管内壁之间的碰撞力，所述光纤压力传感器可以通过细长的光纤穿过手术导管将末端的测量探头固定在手术导管的末端，适合微小空间中的压力的测量。
所述操作导管运动信息检测单元（见图1）采集的是操作导管轴向运动信息和操作导管径向运动信息；所述操作导管轴向运动信息是手术导管位移信息；所述操作导管径向运动信息是操作导管径向旋转角度信息。
所述运动信息检测单元采集的是操作导管轴向位移信息和操作导管径向旋转角度信息；所述操作导管轴向位移信息和导管径向旋转角度信息均由增量式光电编码器（见图4）完成检测任务；所述增量式光电编码器是2500线的增量式光电编码器，将其接入HCTL-2016正交解码芯片形成4倍频，则转一圈经过10000线；所述增量式光电编码器实心轴的圆周长为100mm，所以光电编码器每转动一步，导管运动的距离为0.01mm,则轴向测量的精度为0.01mm。
所述微控制器采用的是TI公司的DSP28335，微控制器每隔100ms会采集光纤压力传感器、载荷传感器、增量式光电编码器的数据。
Claims (6)
1.一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于它包括手术导管受力信息检测单元、操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元、PC机设置单元及显示单元；其中，所述手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的输入端分别采集在手术过程中手术导管的受力信息及操作导管的运动信息，其输出端连接微控制器处理单元的输入端；所述微控制器处理单元接收手术导管受力信息检测单元和操作导管运动信息检测单元的采集信息，并通过数据接口将其传送给PC机；所述PC机的输入端与设置单元的输出端连接，其输出端连接显示单元的输入端；所述手术导管受力信息检测单元安装在手术导管末端；所述操作导管运动信息检测单元、微控制器处理单元安装在微创血管介入手术机器人系统的主端；所述显示单元与微创血管介入手术机器人系统的PC机连接，显示手术导管相关的信息；所述设置单元是由串口初始化设置模块和血管受力安全阈值设置模块构成；所述串口初始化设置模块实现对数据接口的选择、打开、关闭以及对显示单元进行初始化的设置；所述血管受力安全阈值设置模块对血管受力安全阈值进行设定，可以根据临床血管不被刺破的最大安全力参数设定该值，面向不同的患者，设定不同的血管受力安全阈值；所述显示单元是由手术导管前端碰撞力显示模块、手术导管受到的阻力显示模块、安全预警区显示模块、操作导管轴向位移量显示模块和操作导管径向旋转角度显示模块构成分别显示手术导管前端碰撞力信息、手术导管受到的阻力信息、安全预警信息、操作导管轴向位移量信息和操作导管径向旋转角度信息；所述安全预警区显示模块包括绿灯、黄灯及红灯，当手术导管前端碰撞力大小小于血管受力安全阈值时绿灯将会亮起，当手术导管前端碰撞力大小等于血管受力安全阈值时黄灯将会亮起，当手术导管前端碰撞力大小大于安全力阈值时红灯将会亮起。
2.根据权利要求1所述一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于所述手术导管受力信息检测单元采集的是手术导管在血管中受到的阻力信息和导管前端碰撞力信息；所述手术导管在血管中受到的阻力信息由载荷传感器检测，所述手术导管前端碰撞力信息由光纤压力传感器检测。
3.根据权利要求2所述一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于所述载荷传感器是日本TEAC公司生产的Load cell，它通过一个检测轴来测量轴向上传感器所受的推拉力的信息，该传感器的输出信号要经过放大器电路方法后传送给AD转换模块实现数据采集，其所能检测的最大推力为+5N，最大的拉力为-5N；所述光纤压力传感器是加拿大Opsens公司的OPP-M光纤传感器，它是由光纤探头和信号解调器组成；所述探头的直径为0.25mm，分辨率为0.5mmHg，光纤压力传感器用来测量手术导管与血管内壁之间的碰撞力，所述光纤压力传感器可以通过细长的光纤穿过手术导管将末端的测量探头固定在手术导管的末端，适合微小空间中的压力的测量。
4.根据权利要求1所述一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于所述操作导管运动信息检测单元采集的是操作导管轴向运动信息和操作导管径向运动信息；所述操作导管轴向运动信息是手术导管位移信息；所述操作导管径向运动信息是操作导管径向旋转角度信息。
5.根据权利要求4所述一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于所述运动信息检测单元采集的是操作导管轴向位移信息和操作导管径向旋转角度信息；所述操作导管轴向位移信息和导管径向旋转角度信息均由增量式光电编码器完成检测任务；所述增量式光电编码器是2500线的增量式光电编码器，将其接入HCTL-2016正交解码芯片形成4倍频，则转一圈经过10000线；所述增量式光电编码器实心轴的圆周长为100mm，所以光电编码器每转动一步，导管运动的距离为0.01mm,则轴向测量的精度为0.01mm。
6.根据权利要求1所述一种血管介入手术操作的安全性预警系统，其特征在于所述微控制器采用的是TI公司的DSP28335，微控制器每隔100ms会采集光纤压力传感器、载荷传感器、增量式光电编码器的数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200722 Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation zone before Bay Road No. 1 building 201 room A Patentee after: Frontier Industrial Design Research (Shenzhen) Co.,Ltd. Address before: No.391 Binshui West Road, Xiqing District, Tianjin Patentee before: TIANJIN University OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200908 Address after: Room 1401-1406, building 12, zhonghisense innovation industry city, No. 12, Ganli Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation zone before Bay Road No. 1 building 201 room A Patentee before: Frontier Industrial Design Research (Shenzhen) Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. Address before: 1401-1406, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, ganliliu Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong 518000 Patentee before: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Aibo Hechuang Medical Robot Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. Country or region before: China |