TWI535412B - 感測設備以及具有感測設備之手術器械 - Google Patents

Description

感測設備以及具有感測設備之手術器械

本發明是有關於一種感測設備及其在手術器械上的運用。

在一般手術過程中，施術場域(operative field)的建立可提供醫生在手術中具有視野廣且清楚的手術範圍。然而，施術場域的建立通常會需要撐托或固定某些器官，故當醫生在使用手術器械或利用機械手臂來夾取或撐托器官或其他軟組織時，操作力道的掌握非常重要。若操作力道太大，則會破壞器官或軟組織。反之，若操作力道太小，則會導致所夾取的器官或軟組織在手術過程中滑落，而干擾手術進行。

因此，本發明之一目的是在提供一種感測設備以及具有感測設備之手術器械，其可提供醫生在手術過程中及時掌握操作力道，以提升手術的安全性及穩定性。

根據本發明之上述目的，提出一種感測設備。 此感測設備適用以裝設在手術器械上。其中，手術器械包含夾頭端、連桿以及操作端。操作端可連動連桿產生位移，並可控制夾頭端閉合以夾持受測物。感測設備包含碰觸感測器、力感測器、位移感測器以及處理裝置。碰觸感測器設置在夾頭端。碰觸感測器係配置以感測夾頭端與受測物之間之接觸訊號。力感測器連接連桿，且力感測器配置以感測操作端施予受測物之夾持力。位移感測器連接連桿，且位移感測器配置以根據接觸訊號來量測連桿之位移量。處理裝置訊號連接碰觸感測器、力感測器以及位移感測器。處理裝置包含資料庫、處理單元以及比對單元。資料庫儲存有複數個參考物之複數個受力參考曲線。處理單元配置以根據夾持力以及位移量來建立受測物之實際量測曲線。比對單元配置以比對實際量測曲線與受力參考曲線，以獲得與實際量測曲線對應之受力參考曲線。

根據本發明之上述目的，另提出一種手術器械。此手術器械包含夾頭端、連桿、操作端以及感測設備。連桿連接夾頭端。操作端連動連桿產生位移，進而控制夾頭端閉合，以夾持受測物。感測設備包含碰觸感測器、力感測器、位移感測器以及處理裝置。碰觸感測器設置在夾頭端。碰觸感測器係配置以感測夾頭端與受測物之間之接觸訊號。力感測器連接連桿，且力感測器配置以感測操作端施予受測物之夾持力。位移感測器連接連桿，且位移感測器配置以根據接觸訊號來量測連桿之位移量。處理裝置訊號連接碰觸感測器、力感測器以及位移感測器。處理裝置包含資料 庫、處理單元以及比對單元。資料庫儲存有複數個參考物之複數個受力參考曲線。處理單元配置以根據夾持力以及位移量來建立受測物之實際量測曲線。比對單元配置以比對實際量測曲線與受力參考曲線，以獲得與實際量測曲線對應之受力參考曲線。

依據本發明之一實施例，上述之位移量為連桿從初始位置移動至受力位置的距離。其中，初始位置為連桿在接觸訊號產生時所在的位置。

依據本發明之另一實施例，上述之實際量測曲線為受測物所受之夾持力與受測物受力後產生之形變量之間的關係曲線。

依據本發明之又一實施例，上述之每一該些受力參考曲線為對應之參考物所受之夾持力與形變量之關係曲線。

依據本發明之再一實施例，上述之每一個受力參考曲線中具有對應之參考物之危險受力值。而且，上述之處理裝置更包含警示單元。當受測物所受之夾持力大於與受測物對應之參考物的危險受力值時，警示單元可發出警示訊息。

由上述可知，本發明可提供醫生在手術過程中辨識其所夾取的軟組織的種類，並可讓醫生隨時掌握其施力大小、所夾取的軟組織形變量及組織特性等資訊。藉此，醫生可隨時調整其施力大小，以維持所夾取的軟組織在最佳狀態，進而有效提升手術的品質及穩定性。

100‧‧‧手術器械

110‧‧‧夾頭端

120‧‧‧連桿

130‧‧‧操作端

200‧‧‧感測設備

210‧‧‧碰觸感測器

220‧‧‧力感測器

230‧‧‧位移感測器

240‧‧‧處理裝置

241‧‧‧資料庫

241a‧‧‧受力參考曲線

242‧‧‧處理單元

243‧‧‧比對單元

244‧‧‧警示單元

250‧‧‧操作介面

A1‧‧‧受測物

S1‧‧‧曲線

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種手術器械的裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種感測設備的裝置示意圖；〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種受力參考曲線的示意圖；〔圖4〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種操作介面的示意圖；以及〔圖5〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種比對結果示意圖。

請同時參照圖1及圖2，圖1係繪示依照本發明之一實施方式之一種手術器械的裝置示意圖，圖2係繪示依照本發明之一實施方式之一種感測設備的裝置示意圖。本實施方式之手術器械100主要可為手動操作之工具、電腦控制之機械手臂或手術機器人。手術器械100主要包含夾頭端110、連桿120、操作端130以及感測設備200。其中，操作端130主要可連動連桿120產生位移，進而控制夾頭端110 閉合，來夾持受測物A1。在此所指的受測物A1主要可為人體或動物之器官的軟組織，但不以此為限。

請繼續參照圖1及圖2，感測設備200主要是設置在手術器械100的夾頭端110與操作端130之間。在本實施例中，感測設備200主要包含碰觸感測器210、力感測器220、位移感測器230、處理裝置240及操作介面250。碰觸感測器210設置在夾頭端110。碰觸感測器210係配置以感測夾頭端110與受測物A1之間之接觸訊號。在一些實施例中，碰觸感測器210可為微機電感測器。在一些例子中，碰觸感測器210可為壓力式感測器或光學式感測器。欲陳明者，碰觸感測器210係設置在夾頭端110與受測物A1接觸的兩個夾持面上，故接觸訊號的產生必須要在兩個夾持面同時接觸到受測物A1時才會產生。

請繼續參照圖1及圖2，力感測器220及位移感測器230係連接連桿120。當操作人員透過控制操作端130來連動連桿120夾持受測物A1時，力感測器220可用來感測操作人員的施力大小，而位移感測器230則可用來量測連桿120之位移量。也就是說，力感測器220主要是配置以感測操作端130施予受測物A1之夾持力。位移感測器230則是配置以感測夾頭端110在夾持的過程中，連桿120從初始位置移動至受力位置的距離。在此所指的「初始位置」為連桿120在接觸訊號產生時所在的位置。也就是說，初始位置是以夾頭端110的兩個夾持面上的碰觸感測器210同時接觸到受測物A1的瞬間來決定。「受力位置」則是指在碰觸感測 器210產生接觸訊號後，操作端130持續控制夾頭端110夾持受測物A1而使連桿120位移，直到受測物A1不再受力時之連桿120所在位置。因此，位移感測器230所量測之位移量即為連桿120從初始位置移動至受力位置的距離。在一實施例中，位移感測器230可為線性差動變壓器(linear variable differential transformer，LVDT)。

如圖2所示，處理裝置240訊號連接碰觸感測器210、力感測器220以及位移感測器230，且處理裝置240電性連接操作介面250。其中，處理裝置240主要包含資料庫241、處理單元242、比對單元243以及警示單元244。資料庫241儲存有複數個參考物之受力參考曲線241a。在此所指的參考物可為各種器官或軟組織。請一併參照圖3，其係繪示依照本發明之一實施方式之一種受力參考曲線的示意圖。圖3所示的曲線S1為受力參考曲線241a，其係表示對應之參考物所受之夾持力與形變量之關係曲線。在本實施例中，不同的參考物依據其組織特性不同，會有不同之受力參考曲線241a。

在一些實施例中，受力參考曲線241a可根據專業醫生之經驗經由操作本發明之手術器械100所建立，或可根據目前文獻對各參考物的組織特性的研究來建立。請同時參照圖1、圖2及圖4，其中圖4係繪示依照本發明之一實施方式之一種操作介面的示意圖。在一示範例子中，有經驗的專業醫生可利用本發明之手術器械100來夾持不同的器官或軟組織等參考物，以建立不同器官或軟組織之受力參考曲 線241a。在專業醫生利用操作端130控制夾頭端110夾持參考物之前，專業醫生可先利用操作介面250來設定器官種類以及力量種類。然後，再透過使用手術器械100來夾持不同的器官或軟組織等參考物，以透過手術器械100中的碰觸感測器210、力感測器220、位移感測器230來取得對應各參考物的夾持力及連桿120之位移量。接著，處理裝置240中的處理單元242可將對應各參考物的位移量來轉換成形變量，以建立各參考物的實際量測曲線。在此所指的參考物的「實際量測曲線」為參考物所受夾持力與參考物受力後產生之形變量之間的關係曲線。因此，專業醫生可將所建立之參考物的實際量測曲線儲存於資料庫241中，以作為各參考物的受力參考曲線241a，進而可提供其他新手醫生在手術進行中，或在設定機械手臂之操作參數時之參考。

在實際操作上，當其他使用者(例如新手醫生)在操作本發明之手術器械100時，可先利用操作端130來控制連動連桿120夾持受測物A1，以分別透過位移感測器230與力感測器220來取得連桿120的位移量以及受測物A1所受之夾持力。在取得連桿120的位移量以及受測物A1之所受夾持力後，處理單元242可先將連桿120位移量來轉換成受測物A1之形變量，並根據形變量以及受測物A1所受之夾持力來建立受測物A1之實際量測曲線。進一步而言，受測物A1之實際量測曲線為受測物A1所受之夾持力與受測物A1受力後產生之形變量之間的關係曲線。

在處理單元242建立受測物A1之實際量測曲線 後，比對單元243可進一步比對受測物A1之實際量測曲線以及儲存於資料庫241中的各個參考物的受力參考曲線241a，進而從資料庫241中找出與實際量測曲線對應的受力參考曲線241a。在比對單元243找出與實際量測曲線對應的受力參考曲線241a後，操作介面250可呈現受力參考曲線241a以作為比對結果予使用者參考。進一步而言，比對單元243從資料庫找出之受力參考曲線241a所代表的參考物，即為與受測物A1為相同之器官或軟組織。藉此，透過比對單元243之比對結果可提供使用者判斷受測物A1的種類及其組織特性。

在一些實施例中，每一個受力參考曲線241a中具有對應之參考物之危險受力值。當比對單元243發現受測物A1所受之夾持力大於與受測物A1對應之參考物的危險受力值時，警示單元244則會發出警示訊息予使用者。

在一示範性的例子中，比對結果除了前述之受力參考曲線241a外，另可進一步以數據的方式來呈現。請參照圖5所示，其繪示依照本發明之一實施方式之一種比對結果示意圖。在比對單元243找出與受測物A1相同之參考物後，可透過操作介面250來即時呈現參考物之相關資訊給使用者。例如，器官種類、施加力量、建議夾持力、建議拉力及破壞拉力等。藉此，使用者可根據這些參考物之相關資訊來控制其操作力道，以避免在手術過程中因施加過大而產生危險。欲陳明者，圖5所示之數據僅為示範說明用，並非用以限制本發明。

同樣地，本發明之感測設備200亦可設置於一般機械手臂中，以連接機械手臂中的原有的操作端、連桿以及夾頭端，同樣可達到判斷所夾持之受測物A1的種類與特性，並可作為操作人員設定參數之依據，以使機械手臂維持在最佳的操作力道，以確保手術順利進行。

由上述本發明實施方式可知，本發明可提供醫生在手術過程中辨識其所夾取的軟組織的種類，並可讓醫生隨時掌握其施力大小、所夾取的軟組織形變量及組織特性等資訊。藉此，醫生可隨時調整其施力大小，以維持所夾取的軟組織在最佳狀態，進而有效提升手術的品質及穩定性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧感測設備

210‧‧‧碰觸感測器

220‧‧‧力感測器

230‧‧‧位移感測器

240‧‧‧處理裝置

241‧‧‧資料庫

241a‧‧‧受力參考曲線

242‧‧‧處理單元

243‧‧‧比對單元

244‧‧‧警示單元

250‧‧‧操作介面

Claims (10)

1. 一種感測設備，適用以裝設在一手術器械上，其中該手術器械包含一夾頭端、一連桿以及一操作端，該操作端可連動該連桿產生位移並可控制該夾頭端閉合以夾持一受測物，其中該感測設備包含：一碰觸感測器，設置在該夾頭端，配置以感測該夾頭端與該受測物之間之一接觸訊號；一力感測器，連接該連桿，配置以感測該操作端施予該受測物之一夾持力；一位移感測器，連接該連桿，配置以根據該接觸訊號來量測該連桿之一位移量；以及一處理裝置，訊號連接該碰觸感測器、該力感測器以及該位移感測器，其中該處理裝置包含：一資料庫，儲存有複數個參考物之複數個受力參考曲線；一處理單元，配置以根據該夾持力以及該位移量來建立該受測物之一實際量測曲線；以及一比對單元，配置以比對該實際量測曲線與該些受力參考曲線，以獲得與該實際量測曲線對應之該受力參考曲線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感測設備，其中該位移量為該連桿從一初始位置移動至一受力位置的距離，其中該初始位置為該連桿在該接觸訊號產生時所在 的位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之感測設備，其中該實際量測曲線為該受測物所受之該夾持力與該受測物受力後產生之一形變量之間的一關係曲線。
4. 如申請專利範圍第3項所述之感測設備，其中每一該些受力參考曲線為對應之該參考物所受之一夾持力與一形變量之關係曲線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之感測設備，其中每一該些受力參考曲線中具有對應之該參考物之一危險受力值；以及該處理裝置更包含一警示單元，當該受測物所受之該夾持力大於與該受測物對應之該參考物的該危險受力值時，該警示單元可發出一警示訊息。
6. 一種手術器械，包含：一夾頭端；一連桿，連接該夾頭端；一操作端，連動該連桿產生位移，進而控制該夾頭端閉合，以夾持一受測物；以及一感測設備，設置在該夾頭端與該操作端之間，該感 測設備包含：一碰觸感測器，設置在該夾頭端，配置以感測該夾頭端與該受測物之間之一接觸訊號；一力感測器，連接該連桿，配置以感測該操作端施予該受測物之一夾持力；一位移感測器，連接該連桿，配置以量測該連桿之一位移量；以及一處理裝置，訊號連接該碰觸感測器、該力感測器以及該位移感測器，其中該處理裝置包含：一資料庫，儲存有複數個參考物之複數個受力參考曲線；一處理單元，配置以根據該接觸訊號來判斷該連桿之一初始位置，並根據該初始位置、該夾持力以及該位移量來建立該受測物之一實際量測曲線；以及一比對單元，配置以比對該實際量測曲線與該些受力參考曲線，以獲得與該實際量測曲線對應之該受力參考曲線。
7. 如申請專利範圍第6項所述之手術器械，其中該位移量為該連桿從該初始位置移動至一受力位置的距離，其中該初始位置為該連桿在該接觸訊號產生時所在的位置。
8. 如申請專利範圍第6項所述之手術器械，其中該實際量測曲線為該受測物所受之該夾持力與該受測物受力後產生之一形變量之間的一關係曲線。
9. 如申請專利範圍第8項所述之手術器械，其中每一該些受力參考曲線為對應之該參考物所受之一夾持力與一形變量之關係曲線。
10. 如申請專利範圍第9項所述之手術器械，其中每一該些受力參考曲線中具有對應之該參考物之一危險受力值；以及該處理裝置更包含一警示單元，當該受測物所受之該夾持力大於與該受測物對應之該參考物的該危險受力值時，該警示單元可發出一警示訊息。