一種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，是一種生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座、計(jì)算機(jī)、滑竿、豎直導(dǎo)軌、垂向步進(jìn)電機(jī)、支架、力傳感器、切削刀具夾持裝置、切削刀具、軟組織夾持裝置、橫向?qū)к墶M向步進(jìn)電機(jī)；其特征是還包括直線導(dǎo)軌控制器、直線電機(jī)。力傳感器、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡組成測(cè)力系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡采集力信號(hào)并通過(guò)PCI接口存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)。力傳感器可實(shí)時(shí)測(cè)量切削力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟組織切削的定量研究。能夠?qū)崿F(xiàn)軟組織的高速切削，并在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)切削過(guò)程的自動(dòng)測(cè)量，測(cè)試速度快，精度高，通過(guò)切削試驗(yàn)?zāi)軌蚩焖俳⒌湫蛙浗M織切削數(shù)據(jù)庫(kù)。
【專利說(shuō)明】一種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(guò)對(duì)組織或器官部分或全部切除、修復(fù)、重建來(lái)治療疾病的一種醫(yī)療手段，廣泛應(yīng)用于臨床。生物軟組織，如肌肉、肝臟等生理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一種典型的非均勻、各向異性、且表現(xiàn)出非線性應(yīng)力應(yīng)變特性的材料。目前對(duì)軟組織切削機(jī)理缺乏有效的定量研究試驗(yàn)裝置，這極大阻礙了新型醫(yī)療設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)一種用于研究組織切削的試驗(yàn)裝置用于軟組織切削進(jìn)行定量研究十分必要。
[0003]目前常用的驅(qū)動(dòng)裝置主要有兩種，一種是氣缸，另一種是伺服(或步進(jìn))電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線導(dǎo)軌。前一種通過(guò)改變氣壓缸壓強(qiáng)調(diào)整切削速度，成本較低，能夠獲得較高的切削速度，不足之處是切削速度無(wú)法連續(xù)調(diào)整，且刀具進(jìn)給過(guò)程中切削速度不穩(wěn)定，這不利于定量研究切削速度對(duì)軟組織切削性能的影響。后一種方法因采用伺服控制技術(shù)易于對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行精確控制，但不足之處是受導(dǎo)軌自身慣量的限制，切削速度有限，加速度也較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)組織切削試驗(yàn)提供一種新型生物軟組織切削試驗(yàn)裝置。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座、計(jì)算機(jī)、滑竿、豎直導(dǎo)軌、垂向步進(jìn)電機(jī)、支架、力傳感器、切削刀具夾持裝置、切削刀具、軟組織夾持裝置、橫向?qū)к?、橫向步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡；其特征是還包括直線電機(jī)控制器、直線電機(jī)；直線電機(jī)、直線電機(jī)控制器和計(jì)算機(jī)組成直線進(jìn)給系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)用于存儲(chǔ)和編輯直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制指令，直線電機(jī)控制器接受來(lái)自計(jì)算機(jī)的控制指令控制直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，切削刀具固定在刀具夾持裝置上由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)軟組織的切削；計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò)PCI接口安裝數(shù)據(jù)采集卡，力傳感器、切削刀具夾持裝置、切削刀具依次安裝在直線電機(jī)前端推板上。力傳感器、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡組成測(cè)力系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡采集力信號(hào)并通過(guò)PCI接口存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)。力傳感器可實(shí)時(shí)測(cè)量切削力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟組織切削的定量研究。
[0007]上述一種超聲振動(dòng)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(dòng)態(tài)測(cè)力傳感器。
[0008]本發(fā)明一種生物軟組織切削裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)軟組織的高速切削，并在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)切削過(guò)程的自動(dòng)測(cè)量，測(cè)試速度快，精度高，通過(guò)切削試驗(yàn)?zāi)軌蚩焖俳⒌湫蛙浗M織切削數(shù)據(jù)庫(kù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0010]圖中:1-底座、2-直線電機(jī)控制器、3-計(jì)算機(jī)、4-直線電機(jī)、5-滑竿、6-豎直導(dǎo)軌、7-垂向步進(jìn)電機(jī)、8-支架、9-力傳感器、10-切削刀具夾持裝置、11-切削刀具、12-軟組織夾持裝置、13-橫向?qū)к墶?4-橫向步進(jìn)電機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例:
[0012]實(shí)施例一:
[0013]如圖1所示，本發(fā)明是一種生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座1、直線電機(jī)控制器2、計(jì)算機(jī)3、直線電機(jī)4、滑竿5、豎直導(dǎo)軌6、垂向步進(jìn)電機(jī)7、支架8、力傳感器9、切削刀具夾持裝置10、切削刀具11、軟組織夾持裝置12、橫向?qū)к?3、橫向步進(jìn)電機(jī)14。計(jì)算機(jī)3內(nèi)通過(guò)PCI接口安裝數(shù)據(jù)采集卡，力傳感器9為六分量動(dòng)態(tài)測(cè)力傳感器，其最高數(shù)據(jù)采樣頻率為250KHz，力傳感器9、切削刀具夾持裝置10、切削刀具11依次安裝在直線電機(jī)4前端推板上，力傳感器9的信號(hào)輸出端口與計(jì)算機(jī)3中數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集端口相連，直線電機(jī)4、垂直步進(jìn)電機(jī)7、橫向步進(jìn)電機(jī)14均由計(jì)算機(jī)3控制；切削試驗(yàn)時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)3控制直線電機(jī)控制器2，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)4以設(shè)定的運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)，最終驅(qū)動(dòng)夾持器10帶動(dòng)切削刀具11切削軟組織夾持裝置12中的軟組織，直線電機(jī)4以及軟組織夾持裝置12分別固定在豎直導(dǎo)軌6及橫向?qū)к?3上,通過(guò)計(jì)算機(jī)3控制垂向步進(jìn)電機(jī)7和橫向步進(jìn)電機(jī)14,可以分別調(diào)整直線電機(jī)4在豎直方向上的位置以及軟組織夾持裝置12在水平方向上的位置，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)切削點(diǎn)位置的控制。
[0014]具體操作方式為:首先將待切削的生物軟組織放置在軟組織夾持裝置12上并固定，調(diào)整橫向?qū)к?3改變軟組織夾持裝置12的位置，調(diào)整豎直導(dǎo)軌6改變直線電機(jī)4的高度，使切削刀具11指向目標(biāo)切削位置。在計(jì)算機(jī)3上編輯直線電機(jī)4的運(yùn)動(dòng)控制指令，并將運(yùn)動(dòng)控制指令傳送到直線電機(jī)控制器2以控制滑竿5的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟組織的切削。力傳感器9將力信號(hào)以電壓的方式傳給計(jì)算機(jī)3中的數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)處理后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)3中。
[0015]實(shí)施例二:
[0016]如圖1所示，為降低設(shè)備成本，力傳感器9采用數(shù)據(jù)采樣頻率為7KHz的低端三分量力傳感器或更低分量，更低采樣頻率的力傳感器，能較實(shí)施例一可大大降低生產(chǎn)成本，應(yīng)用于中低速切削軟組織試驗(yàn)，其余同實(shí)施例一。
[0017]實(shí)施例三:
[0018]如圖1所示，針對(duì)特殊的小型軟組織軟測(cè)試實(shí)驗(yàn)，可以將力傳感器9安裝到軟組織夾持裝置12的下方，與軟組織夾持裝置12固定在一起，開(kāi)發(fā)出針對(duì)大的切削加速度與小的組織質(zhì)量的專用實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置能消除慣性對(duì)力傳感器9測(cè)量精度的影響，尤其適合生物軟組織加速度較大時(shí)(大于3g)且被切削生物軟組織質(zhì)量較小時(shí)(小于200克)的情況，可以提高切削力測(cè)量精度。其余同實(shí)施例一。
【權(quán)利要求】
1.一種生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，包括底座(I)、計(jì)算機(jī)(3)、滑竿(5)、豎直導(dǎo)軌(6)、垂向步進(jìn)電機(jī)(7 )、支架(8 )、力傳感器(9 )、切削刀具夾持裝置(10 )、切削刀具(11)、軟組織夾持裝置(12)、橫向?qū)к?13)、橫向步進(jìn)電機(jī)(14)，計(jì)算機(jī)(3)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡；其特征是還包括直線電機(jī)控制器(2)、直線電機(jī)(4);直線電機(jī)(4)、直線電機(jī)控制器(2)和計(jì)算機(jī)(3)組成直線進(jìn)給系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)(3)用于存儲(chǔ)和編輯直線電機(jī)(4)的運(yùn)動(dòng)控制指令，直線電機(jī)控制器(2)接受來(lái)自計(jì)算機(jī)(3)的控制指令控制直線電機(jī)(4)的運(yùn)動(dòng)，切削刀具(11)固定在切削刀具夾持裝置(10)上由直線電機(jī)(4)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)軟組織的切削；計(jì)算機(jī)(3)內(nèi)通過(guò)PCI接口安裝數(shù)據(jù)采集卡，力傳感器(9 )、切削刀具夾持裝置(10 )、切削刀具(11)依次安裝在直線電機(jī)(4)前端推板上；力傳感器(9)、計(jì)算機(jī)(3)及數(shù)據(jù)采集卡組成測(cè)力系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡采集力信號(hào)并通過(guò)PCI接口存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)(3);力傳感器(9)可實(shí)時(shí)測(cè)量切削力，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟組織切削的定量研究。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種生物軟組織切削試驗(yàn)裝置，其特征是力傳感器(9)采用六分量動(dòng)態(tài)測(cè)力傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N19/00GK103743666SQ201410031955
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)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(yíng), 宋磊, 秦雪梅, 李丹, 辛青 申請(qǐng)人:山東大學(xué)