本發(fā)明涉及自動化、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，特別涉及一種乳腺微創(chuàng)手術(shù)自適應(yīng)控制裝置。
背景技術(shù)：
：乳腺微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)主要用于在微創(chuàng)條件下對女性乳腺腫物進行組織活檢和切除。乳腺癌發(fā)病率位居女性惡性腫瘤的第1位，中國女性乳腺癌發(fā)病率為42.55/10萬，在沿海大城市更高于這個比例，乳腺癌已然成為當前社會的重大公共衛(wèi)生問題。乳腺癌的診斷方法很多，但最終的確診仍然要依靠病理學診斷(組織活檢)。真空輔助穿刺活檢是一種局部麻醉下進行的微創(chuàng)手術(shù)，只需要一個很小的皮膚創(chuàng)口(2-5毫米)，即可把組織取出，進行組織學病理活檢和診斷。通常采用B超等影像引導，將乳腺樣本活檢與微創(chuàng)系統(tǒng)的活檢探針穿過皮膚，到達目標腫瘤物的下方。在真空輔助吸引下，將組織吸入活檢探針的收集槽中并進行旋切取樣，一次進針可連續(xù)獲取多條組織標本，直到乳腺中的目標腫物被完全或部分切除。真空輔助穿刺活檢是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，有取代開放手術(shù)活檢方式的趨勢。乳房活微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)主要產(chǎn)品有泰維康的麥默通、巴德的安珂、美國Suros外科系統(tǒng)公司的ATEC。現(xiàn)有的手術(shù)系統(tǒng)使用對手術(shù)醫(yī)生技能要求高，患者組織的致密度不同對應(yīng)的旋切刀轉(zhuǎn)速設(shè)定，切下的組織樣本大小對應(yīng)的真空吸力設(shè)定，旋轉(zhuǎn)刀空切判斷、生理鹽水的沖洗等都需要醫(yī)生憑經(jīng)驗進行判斷。當需要改變參數(shù)時，醫(yī)生不得不中斷手術(shù)過程，手動進行參數(shù)設(shè)定操作，往復多次，手術(shù)不連貫，同時冰冷的生理鹽水進入病患體內(nèi)也會引起患者不適。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種乳腺微創(chuàng)手術(shù)自適應(yīng)控制裝置，與B超、旋切刀和真空泵配合使用，解決當前乳腺微創(chuàng)手術(shù)過程中的不確定性，減少對醫(yī)生個人經(jīng)驗的依賴，降低手術(shù)操作難度并降低患者手術(shù)過程中的不適感。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種乳腺微創(chuàng)手術(shù)自適應(yīng)控制裝置，包括控制單元、人機交互界面、語音控制模塊、腳踏組合開關(guān)、手柄組合開關(guān)、溫壓控制單元、電源模塊等；腳踏組合開關(guān)：設(shè)置開始、停止按鈕。操作者踩住開始按鈕，語音識別模塊工作，語音識別模塊驗證通過后，裝置自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗過程；操作者踩住停止按鈕，裝置停止運動，所有動作回復到安全位置。手柄組合開關(guān)：設(shè)置開始、停止按鈕。操作者按住開始按鈕，語音識別模塊工作，語音識別模塊驗證通過后，裝置自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗過程；操作者按住停止按鈕，裝置停止運動，所有動作回復到安全位置。語音控制模塊：設(shè)置啟動命令語音，通過腳踏組合開關(guān)或手柄組合開關(guān)激活該模塊，檢測用戶的輸入語音，如果與啟動命令語音匹配，則通過驗證，否則拒絕。溫壓控制單元：包括壓力傳感器和溫度傳感器；壓力傳感器檢測術(shù)者穿刺通道內(nèi)氣壓，根據(jù)B超圖像分析得到的組織致密度情況，自動調(diào)整真空泵吸力大小。溫度傳感器檢測術(shù)者穿刺通道內(nèi)溫度，根據(jù)采集到的乳腺部位溫度數(shù)據(jù)，自動對充入患者體內(nèi)的生理鹽水進行加溫。控制單元：上電處于就緒等待狀態(tài)，接收到人機交互界面運行命令后進入自動運行狀態(tài)，根據(jù)溫壓控制單元采集的壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)、B超圖像分析得到的組織致密度信息進行自動調(diào)節(jié)，驅(qū)動相應(yīng)電機運行，自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗過程。控制單元對電機的控制采用分段速度控制方法，將運行過程分為啟動加速段、勻高速段、減速段，加速段和減速段采用拋物線升降頻控制，電機運行曲線方程如下：其中：Fl為電機最低頻率，F(xiàn)h為電機最高頻率，T為加減速時間，η為組織致密度，α為組織致密度系數(shù)，i,j為組織位置坐標，d為B超影像灰度差，θ為B超影像相鄰像素相對組織像素的角度；約束條件：d＝1，θ＝45°，0<η<1。進一步地，該裝置還包括限位開關(guān)，控制旋切刀各方向運動的極限位置。在電機運行過程中，每輸出一步都會檢測相應(yīng)的行程限位開關(guān)，如果到達限位處則立即停止運行。每條語音指令都有相應(yīng)最大運行步數(shù)，到達最大運行步數(shù)還未檢測到“停止”命令，CPU也會停止運行。行程限位開關(guān)可防止誤操作導致病患意外受傷，同時保護裝置電機本發(fā)明的有益效果是：1)B超、真空泵和旋切裝置一體化；2)支持多種操作方式(語音控制或手柄控制或腳踏控制等)；3)支持定制化語音錄制；4)自動識別人體組織致密度，自動進行旋切刀轉(zhuǎn)速，真空泵吸力參數(shù)調(diào)整；5)自動維持注入體內(nèi)的生理鹽水溫度與人體體溫保持一致，減少術(shù)者的不適感；6)支持防誤操作，采用腳踏作為運動控制開關(guān)，在踩下腳踏的前提下，語音控制模塊工作；7)采用限位開關(guān)，控制旋切刀各方向運動的極限位置，防止誤操作導致病患意外受傷，同時保護裝置電機；8)裝置的機械結(jié)構(gòu)及電路簡單可靠，易實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。附圖說明圖1本發(fā)明乳腺微創(chuàng)手術(shù)自適應(yīng)控制裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2步進電機運行頻率曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種乳腺微創(chuàng)手術(shù)自適應(yīng)控制裝置，包括控制單元、人機交互界面、語音控制模塊、腳踏組合開關(guān)、手柄組合開關(guān)、溫壓控制單元、電源模塊等；腳踏組合開關(guān)：設(shè)置開始、停止按鈕。以正常旋切為例，操作者踩住開始按鈕，語音識別模塊工作，語音識別模塊驗證通過后，裝置自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗過程；操作者踩住停止按鈕，裝置停止運動，所有動作回復到安全位置。手柄組合開關(guān)：設(shè)置開始、停止按鈕。操作者按住開始按鈕，語音識別模塊工作，語音識別模塊驗證通過后，裝置自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗過程；操作者按住停止按鈕，裝置停止運動，所有動作回復到安全位置。語音控制模塊：以正常旋切為例，設(shè)置啟動命令語音為“切”(指令可定制)。操作者踩住腳踏開關(guān)，對準語音控制模塊，說出“切”指令，裝置自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗整個完整過程。操作者松開腳踏開關(guān)，裝置停止運動，所有動作回復到安全位置。語音控制模塊能完成非特定人中文語音識別功能，每個識別條目對應(yīng)一個特定的編號(1個字節(jié))，每個識別條目是標準普通話的漢語拼音(小寫)，每2個字(漢語拼音)之間用一個空格間隔。除核心指令外，為防誤識別增加了相擬指令以吸收錯誤識別，例如：編號字符串備注142qianjing核心指令：前進0qinjing吸收錯誤識別1jianjin吸收錯誤識別溫壓控制單元：包括壓力傳感器和溫度傳感器；壓力傳感器檢測術(shù)者穿刺通道內(nèi)氣壓，根據(jù)B超圖像分析得到的組織致密度情況，自動調(diào)整真空泵吸力大小。溫度傳感器檢測術(shù)者穿刺通道內(nèi)溫度，根據(jù)采集到的乳腺部位溫度數(shù)據(jù)，自動對充入患者體內(nèi)的生理鹽水進行加溫?？刂茊卧荷想娞幱诰途w等待狀態(tài)，接收到人機交互界面運行命令后進入自動運行狀態(tài)，根據(jù)溫壓控制單元采集的壓力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)、B超圖像分析得到的組織致密度信息進行自動調(diào)節(jié)，驅(qū)動相應(yīng)電機運行，自動完成組織旋切、真空吸出切下的組織、同時注入生理鹽水清洗過程?？刂茊卧獙﹄姍C的控制采用分段速度控制方法，將運行過程分為啟動加速段、勻高速段、減速段，加速段和減速段采用拋物線升降頻控制，電機運行曲線方程如下：其中：Fl為電機最低頻率，F(xiàn)h為電機最高頻率，T為加減速時間，η為組織致密度，α為組織致密度系數(shù)，i,j為組織位置坐標，d為B超影像灰度差，θ為B超影像相鄰像素相對組織像素的角度；約束條件：d＝1，θ＝45°，0<η<1。舉例：最低頻率20Hz，最高頻率200Hz，加速時間0.2s，組織致密度取1(腺瘤組織)，加速段曲線方程如圖2所示：控制單元處理過程：本例加減速步數(shù)為27步，比如當前動作需要運行68步，則加減速段各運行27步，勻速段運行14步。如果當前動作不足以運行至最高速，比如只需要運行50步，則加減速段各運行25步。CPU在接受到任務(wù)后先分配各段所需要運行的步數(shù)，再給出第1步并獲得下一步周期0.05s，定時器更新定時值為0.05s，在定時到后給出第2步并獲得下一步周期0.0101s更新定時器，定時到后再給出第3步，依次類推完成所有步數(shù)執(zhí)行。在電機運行過程中，每輸出一步都會檢測相應(yīng)的行程限位開關(guān)，如果到達限位處則立即停止運行。每條語音指令都有相應(yīng)最大運行步數(shù)，到達最大運行步數(shù)還未檢測到“停止”命令，CPU也會停止運行。此外，該裝置不限于在語音控制模塊驗證通過的前提下，啟動腳踏組合開關(guān)或手柄組合開關(guān)的命令，單獨使用語音控制模塊驗證、腳踏組合開關(guān)、手柄組合開關(guān)或其中任意組合，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3