一种模拟人体呼吸起伏和软组织形变的实验平台制造技术

本发明专利技术公开一种模拟人体呼吸起伏和软组织形变的实验平台，包括底座

【技术实现步骤摘要】
一种模拟人体呼吸起伏和软组织形变的实验平台


[0001]本专利技术涉及手术辅助器械的
，具体涉及一种模拟人体呼吸起伏和软组织受力形变的实验平台，用于手术机器人的前期实验验证阶段的辅助仪器，通过模拟人体的呼吸规律来解决手术机器人验证实验困难的问题
。

技术介绍

[0002]椎板切除术是一种治疗腰椎管狭窄症的外科手术，需要手术医生利用高速旋转的球形铣刀来逐层铣薄椎板
。
对于医生来说可以通过肉眼观察患者的呼吸起伏，根据呼吸起伏来调整手部的动作
。
但是这个过程对于医生的经验有非常高的要求，而且对于医生的精力集中度要求很高，一旦因为精力不集中或者对于骨层的剩余厚度判断不准确就可能将患者的椎板穿透导致脊髓的损伤，从而造成严重的后果
。
[0003]随着社会的发展机器人的应用越来越广泛，作用越来越突出
。
近些年来有许许多多的从业者投入到机器人的研发之中，越来越来多行业的机器人也犹如雨后春笋般涌现
。
对于手术机器人的发展而言，骨铣削手术机器人已经成为当下手术机器人发展的一个热点
。
目前来说，骨铣削手术机器人对于椎板切除术中的应用，主要有以下几个问题和难点：
1.
对于铣削状态辨别的困难性，但是截止到现在，已经有许多学者从事相关骨铣削状态的识别工作，利用视觉传感器
(
红外测距仪
)
，听觉传感器
(
全向，定向麦克风
)
，触觉传感器<br/>(
力传感器，振动传感器
)
等等来监测骨铣削的状态
。
并且目前已经取得了比较不错的研究进展和成果，对于铣削状态
(
铣削深度，铣削角度，铣削骨层，铣削骨密度等等
)
的识别已经可以做到非常高的成功率；
2.
对于铣削状态，尤其是铣刀相对于骨面位置的感知问题，目前相关研究主要集中在利用高频信号作为识别铣削状态的依据，如振动信号和声信号等等，此类信号虽然包含信息量很多，但是对于手术环境的变化感知十分困难，就像本文所研究的重点，人体在手术过程中呼吸的起伏，利用这些高频信号就难以反应出来
。
[0004]针对人体呼吸起伏这一问题
。
医生可以凭借自身经验和肉眼观测的方法去补偿呼吸对于手术带来的影响
。
而对于机器人来说，对于呼吸起伏的提前感知往往是十分困难的，虽然可以利用视觉传感器来模拟人眼进行呼吸起伏的观测，但是对于机器人的实验验证问题仍未解决，并且在利用真实的手术情况去完成机器人的实验验证和调整机器人的控制参数，存在的风险系数巨大
。
截至目前的研究成果来说，大部分对于铣削手术机器人的研究来说，都是针对的静态骨质的铣削，很少有对于动态骨质铣削的研究
。
因此对于能够模拟人体呼吸起伏和肌肉组织形变的实验平台对于辅助手术机器人的开发是很有必要的
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有仪器设备中的不足，解决骨科手术机器人术前规划和参数调整困难的问题，提供一种模拟人体呼吸起伏和软组织形变的实验平台，相比于利用机器人在实际手术中去进行术前规划和调整参数的安全系数要高很多
。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种模拟人体呼吸起伏和软组织形变的实验平台，包括底座
、
驱动器
、
仿骨骼层
、
阻尼器
、
弹簧和仿软组织层；
[0008]所述底座的上表面设有矩形凸台，所述凸台的四个角分别设置有中空柱形结构的垂直限位器插座，所述凸台中部设有驱动器安装槽；
[0009]所述驱动器安装于所述驱动器安装槽内，驱动器的丝杠传动轴上连接有圆形螺母连接键；
[0010]所述仿骨骼层包括仿骨骼层面板
、
插销
、
连接键安装槽
、
阻尼器安装槽
A、
弹簧安装槽；所述仿骨骼层面板的下表面设置有与所述垂直限位器插座的位置相对应的插销，所述仿骨骼层面板的下表面中部设有用于与所述圆形螺母连接键相配合的连接键安装槽；所述仿骨骼层面板的上表面的四个角处分别设置有所述阻尼器安装槽
A
，仿骨骼层面板的上表面中部设有弹簧安装槽
A
，所述弹簧安装槽顶部外侧设有限位齿
A
；
[0011]所述仿软组织层包括仿软组织层面板
、
阻尼器安装槽
B
和限位齿
B
，所述仿软组织层面板的下表面设有与所述阻尼器安装槽
A
的位置相对应的阻尼器安装槽
B
，所述阻尼器安装槽
A
和阻尼器安装槽
B
之间安装有阻尼器，所述仿软组织层面板的下表面设有与所述弹簧安装槽
A
的位置相对应的弹簧安装槽
B
，所述弹簧安装槽
A
和弹簧安装槽
B
之间安装有弹簧，位于仿软组织层面板下表面的所述限位齿
B
和限位齿
A
相互配合，用以限制仿软组织层的位移
。
[0012]进一步的，所述凸台侧壁设有与垂直限位器插座相连通的排气孔；所述垂直限位器插座与插销配合，插销能够在垂直限位器插座内升降，实现仿骨骼层完成竖直方向的运动
。
[0013]进一步的，所述驱动器与上位机或者嵌入式系统通过排线连接，实现升降的功能，丝杠传动轴用于将驱动器的旋转量转化为圆形螺母连接键的升降量，圆形螺母连接键用于将升降量传送至仿骨骼层
。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0015]1.
本专利技术作为骨铣削手术机器人的辅助仪器
。
可以模拟人体的呼吸起伏，并且可以模仿出人体皮肤，肌肉等软组织的弹性形变
。
帮助手术机器人完成在术前的标定与调试步骤，同时本专利技术兼顾了不同个体之间的差异性，考虑不同年龄
、
不同体型
、
不同身体素质的人之间的呼吸节律，起伏以及肌肉等组织弹性强弱的差异，依据不同人群设置不同的呼吸节律函数
F(t)。
为骨铣削机器人在活体动物上的实验验证，以及术前规划提供了很好的实验平台
。
[0016]2.
利用上位机或者嵌入式系统来驱动电机
(
驱动器
)
使得本专利技术的实验平台能够做到上下起伏的功能，从而模拟人体呼吸的动作；本实验平台对于呼吸节律函数和软组织
‑
力
‑
时间
‑
位移的关系函数均通过在人体或者新鲜动物组织上进行实验获取更有更好的准确性，模拟效果更好
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种模拟人体呼吸起伏和软组织形变的实验平台，其特征在于，包括底座
、
驱动器
、
仿骨骼层
、
阻尼器
、
弹簧和仿软组织层；所述底座的上表面设有矩形凸台，所述凸台的四个角分别设置有中空柱形结构的垂直限位器插座，所述凸台中部设有驱动器安装槽；所述驱动器安装于所述驱动器安装槽内，驱动器的丝杠传动轴上连接有圆形螺母连接键；所述仿骨骼层包括仿骨骼层面板
、
插销
、
连接键安装槽
、
阻尼器安装槽
A、
弹簧安装槽
A
；所述仿骨骼层面板的下表面设置有与所述垂直限位器插座的位置相对应的插销，所述仿骨骼层面板的下表面中部设有用于与所述圆形螺母连接键相配合的连接键安装槽；所述仿骨骼层面板的上表面的四个角处分别设置有所述阻尼器安装槽
A
，仿骨骼层面板的上表面中部设有弹簧安装槽
A
，所述弹簧安装槽
A
顶部外侧设有限位齿
A
；所述仿软组织层包括仿软组织层面板
、
阻尼器安装槽
B、
限位齿
B、
弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建勋，孙健文，夏光明，代煜，柯玮翔，席睿，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：