一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，是一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座、計算機(jī)、切削刀具、軟組織固定臺、刀具夾持器、力傳感器、氣缸、橫向?qū)к?，計算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡；其特征是還包括信號發(fā)生器、信號放大器、定向?qū)U、推板、超聲換能器，推板固定在定向?qū)U前端；力傳感器、超聲換能器、刀具夾持器、切削刀具依次安裝在定向?qū)U前端推板上組成超聲振動切削刀具頭集成。力傳感器可實(shí)時測量切削力，從而實(shí)現(xiàn)了對軟組織切削的定量研究。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對軟組織切削的超聲振動輔助，并在計算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)對整個切削過程的自動測量，測試速度快，精度高，可以為研究組織切削過程中超聲波與組織間的作用機(jī)理提供完善的試驗(yàn)平臺。
【專利說明】一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]外科手術(shù)是一種通過對組織或器官部分或全部切除、修復(fù)、重建來治療疾病的一種醫(yī)療手段，廣泛應(yīng)用于臨床。外科手術(shù)離不開手術(shù)刀具，手術(shù)刀具是切除或修復(fù)組織或器官的工具，手術(shù)刀具切削組織的性能決定了其對周圍組織的損害。超聲手術(shù)刀技術(shù)是把超聲波振動施加到手術(shù)刀具上，能明顯降低手術(shù)過程中的組織切削力，減少對周圍組織的損傷。目前超聲振動與軟組織的相互作用機(jī)理還不十分明確，沒有人進(jìn)行過相關(guān)研究，缺少研究超聲振動與軟組織的相互作用機(jī)理的試驗(yàn)手段，因此迫切需要開發(fā)新的超聲振動輔助軟組織切削試驗(yàn)裝置，以研究清楚組織切削過程中超聲波與組織間作用機(jī)理，進(jìn)而開發(fā)新型聞效手術(shù)刀具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對組織切削試驗(yàn)提供一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置。
[0004]本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座、計算機(jī)、切削刀具、軟組織固定臺、刀具夾持器、力傳感器、氣缸、橫向?qū)к?，計算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡；其特征是還包括信號發(fā)生器、信號放大器、定向?qū)U、推板、超聲換能器，推板固定在定向?qū)U前端；力傳感器、超聲換能器、刀具夾持器、切削刀具依次安裝在定向?qū)U前端推板上組成超聲振動切削刀具頭集成；信號發(fā)生器、信號放大器、超聲換能器組成超聲振動輔助系統(tǒng)，信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，并通過信號放大器放大后施加在超聲換能器上，帶動切削刀具振動；氣缸、定向?qū)U、計算機(jī)組成直線進(jìn)給系統(tǒng)，通過計算機(jī)控制氣缸壓強(qiáng)調(diào)整切削速度，驅(qū)動定向?qū)U及前端推板，帶動固定在刀具夾持器上的切削刀具實(shí)現(xiàn)對軟組織的切削；力傳感器、計算機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡組成測力系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡采集力信號并通過PCI接口存儲至計算機(jī)；力傳感器可實(shí)時測量切削力，從而實(shí)現(xiàn)了對軟組織切削的定量研究。
[0006]上述一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，其特征是力傳感器采用六分量動態(tài)測力傳感器。
[0007]本發(fā)明一種超聲振動輔助生物軟組織切削裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對軟組織切削的超聲振動輔助，并在計算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)對整個切削過程的自動測量，測試速度快，精度高，可以為研究組織切削過程中超聲波與組織間的作用機(jī)理提供完善的試驗(yàn)平臺。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0009]圖2是本發(fā)明超聲振動切削刀具頭集成示意圖；
[0010]圖中:1-底座；2_橫向?qū)к墸?_軟組織固定臺；4_超聲振動切削刀具頭集成；5-氣缸；6_定向?qū)U；7_支架；8_計算機(jī)；9_信號放大器；10_信號發(fā)生器、11-推板；12-力傳感器；13_超聲換能器；14-刀具夾持器；15-切削刀具
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的三個最佳實(shí)施例:
[0012]實(shí)施例一:
[0013]如圖1、2所示，本發(fā)明是一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座
1、橫向?qū)к?、軟組織固定臺3、氣缸5、定向?qū)U6、支架7、計算機(jī)8、信號放大器9、信號發(fā)生器10，計算機(jī)8內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡；還包括由推板11、力傳感器12、超聲換能器13、刀具夾持器14、切削刀具15組成的超聲振動切削刀具頭集成4。橫向?qū)к?、軟組織固定臺3、支架7、計算機(jī)8、信號放大器9、信號發(fā)生器10固定在底座I上。氣缸5、定向?qū)U6、計算機(jī)8組成直線進(jìn)給系統(tǒng)，通過計算機(jī)8控制氣缸5的壓強(qiáng)調(diào)整切削速度。力傳感器12采用六分量動態(tài)測力傳感器，其最高數(shù)據(jù)采樣頻率為250KHZ，可同時測量X、y、z三個方向的力的大小和a、b、c三個方向扭矩的大小。力傳感器12、超聲換能器13、刀具夾持器14、切削刀具15依次安裝在定向?qū)U6前端推板11上。信號發(fā)生器10產(chǎn)生超聲脈沖信號，并通過信號放大器9放大后施加在超聲換能器13上，實(shí)現(xiàn)對超聲振動頻率與振幅的控制。切削試驗(yàn)時控制氣缸5驅(qū)動超聲振動切削刀具頭集成4切削固定在軟組織固定臺3上的軟組織。力傳感器12的信號輸出端口與計算機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡8中的數(shù)據(jù)采集端口相連。
[0014]具體操作方式為:首先將待切削的生物軟組織放置于軟組織固定臺3上并在四周用手術(shù)膠固定，調(diào)整橫向?qū)к?改變與軟組織固定臺3的位置，使切削刀具15指向目標(biāo)切削位置。信號放大器9、信號發(fā)生器10、超聲換能器13組成超聲振動輔助系統(tǒng)，信號發(fā)生器10產(chǎn)生脈沖信號，并通過信號放大器9放大后施加在超聲換能器13上，帶動切削刀具15振動。通過計算機(jī)8控制氣缸5的壓強(qiáng)調(diào)整切削速度，驅(qū)動定向?qū)U6及前端推板11，帶動固定在刀具夾持器14上的切削刀具15實(shí)現(xiàn)對軟組織的切削。測力系統(tǒng)由力傳感器12、計算機(jī)8及數(shù)據(jù)采集卡組成，通過數(shù)據(jù)采集卡采集力信號并通過PCI接口傳遞至計算機(jī)8并存儲。
[0015]可以通過改變具體設(shè)置使試驗(yàn)裝置進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)。(I):改變氣缸5的壓強(qiáng)調(diào)整切削速度，使推板11帶動切削刀具15切削軟組織，研究不同切削速度對軟組織切削的影響；(2):改變信號發(fā)生器10產(chǎn)生的脈沖，改變信號放大器9的放大倍率，研究不同脈沖頻率與功率產(chǎn)生的振動對軟組織切削的輔助效果，并進(jìn)一步研究組織切削過程中超聲波與組織間作用機(jī)理；(3):換裝具有不同刀具參數(shù)的切削刀具15，研究刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)對軟組織切削的影響；(4):更換不同類型的生物軟組織，研究切削參數(shù)對不同組織的影響，建立全面的組織切削工藝數(shù)據(jù)庫。
[0016]實(shí)施例二:
[0017]如圖1所示，針對特殊的小型軟組織軟測試實(shí)驗(yàn)，可以將力傳感器12安裝到軟組織夾持裝置3的下方，與軟組織夾持裝置3固定在一起，進(jìn)而開發(fā)出針對大切削加速度、小組織質(zhì)量的專用實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置能消除慣性對力傳感器12測量精度的影響，尤其適合生物軟組織加速度較大時(大于3g)且被切削生物軟組織質(zhì)量較小時(小于200克)的情況，可以提高切削力測量精度。其余同實(shí)施例一。
[0018]實(shí)施例三:
[0019]如圖1所示，更換刀具夾持器14和切削刀具15為取樣針夾持器和取樣針，可以開發(fā)出針對取樣針的實(shí)驗(yàn)裝置，用于研究超聲取樣針的振動輔助軟組織切削取樣效果。其余同實(shí)施例一。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，其特征是包括底座(I)、計算機(jī)(8)、切削刀具(15)、軟組織固定臺(3)、刀具夾持器(14)、力傳感器(12)、氣缸(5)、橫向?qū)к?2)，計算機(jī)(8)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡；其特征是還包括信號發(fā)生器(10)、信號放大器(9)、定向?qū)U(6)、推板(11)、超聲換能器(13),推板(11)固定在定向?qū)U(6)前端；力傳感器(12)、超聲換能器(13)、刀具夾持器(14)、切削刀具(15)依次安裝在定向?qū)U(6)前端推板(11)上組成超聲振動切削刀具頭集成(4);信號發(fā)生器(10)、信號放大器(9)、超聲換能器(13)組成超聲振動輔助系統(tǒng)，信號發(fā)生器(10)產(chǎn)生脈沖信號，并通過信號放大器(9)放大后施加在超聲換能器(13 )上，帶動切削刀具(15 )振動；氣缸(5 )、定向?qū)U(6 )、計算機(jī)(8 )組成直線進(jìn)給系統(tǒng)，通過計算機(jī)(8)控制氣缸(5)壓強(qiáng)調(diào)整切削速度，驅(qū)動定向?qū)U(6)及前端推板(11)，帶動固定在刀具夾持器(14)上的切削刀具(15)實(shí)現(xiàn)對軟組織的切削；力傳感器(12)、計算機(jī)(8)及數(shù)據(jù)采集卡組成測力系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡采集力信號并通過PCI接口存儲至計算機(jī)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲振動輔助生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，其特征是力傳感器(12)采用六分量動態(tài)測力傳感器。
【文檔編號】G01N19/00GK103743667SQ201410033265
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】張勤河, 高立營, 宋磊, 秦雪梅, 李丹, 辛青 申請人:山東大學(xué)