[发明专利]一种手术电钻的智能控制装置

权利要求书

1.一种手术电钻的智能控制装置，其特征在于：该装置由改装的手术电钻(1)、高速嵌入式系统(2)、上位机(3)组成；上位机通过通信总线(12)与高速嵌入式系统(2)进行通信，高速嵌入式系统(2)通过信号线(11)与改装的手术电钻(1)上的传感器和制动器进行通信；改装的手术电钻(1)加装两个模块：手柄(7)上的附加模块和直流电源的附加模块(6)；手柄(7)上的附加模块包括：套筒(16)、多维压力传感器(18)、转速传感器；直流电源的附加模块(6)包括：电流传感器、电压传感器、电压反接制动器，三个部件顺序连接；改装的手术电钻的连接方式为：钻头(13)与钻杆(14)一端相连，钻杆(14)的另一端与手柄(7)内部的传动轴(19)相连接，手柄与钻杆相连外前端为套筒(16)，套筒(16)与手柄(7)前端相连接，套筒(16)外侧安装多维压力传感器(18)，钻头(13)在磨削过程中所受压力变化通过钻杆(14)和套筒(16)前端的铜制滑动轴承(15)传递到安装在套筒(16)上的多维压力传感器(18)，多维压力传感器(18)外加保护筒(17)，传动轴(19)穿过手柄(7)与钻杆(14)相连接，在传动轴(19)与手柄(7)相接触处安装转速传感器，以实时监测钻头(13)的转速，多维压力传感器(18)和转速传感器的信号线(11)通过插头(22)将数据传送到高速嵌入式系统(2)上；直流电源(4)的母插头(8)与直流电源的附加模块(6)的公插头(9)相连接，直流电源的附加模块(6)的母插头(8)与手术电钻电缆(10)的公插头(9)相连接，电钻电缆(10)与手术电钻(1)的动力装置(5)相连接，动力装置(5)由传动轴(19)向钻杆(14)提供动力，直流电源的附加模块(6)通过信号线(11)与高速嵌入式系统(2)进行信息交互；高速嵌入式系统实时采集传感器的数据，识别手术电钻的运行状态，在手术电钻工作异常时启动电压反接制动器对电钻刹车；高速嵌入式系统由传感器的信号调理电路和微处理器两部分组成；传感器的信号经信号调理电路放大滤波后，送入微处理器进行实时分析；微处理器通过植入的模式识别程序处理经信号调理电路放大滤波后的传感器的信号，当发现手术电钻工作异常时，微处理器启动电压反接制动器对电钻刹车，通过高速嵌入式系统发出不同的声音告知医生；上位机与高速嵌入式系统进行通信，实时显示和记录传感器的信息，医生能通过观看上位机屏幕上显示的传感器信息分析和总结手术经验，上位机记录的数据用于分析手术电钻工作异常时的特征规律，修正手术电钻的运行动态模型，修改植入高速嵌入式系统的模式识别程序。

2.如权利要求1所述的手术电钻的智能控制装置，其特征在于：当电钻磨削骨骼时，骨骼会向钻头施加一个反作用压力，这个压力通过钻杆(14)和套筒前端的铜制滑动轴承(15)传递到套筒上，手柄前端的套筒作为一个弹性体，会产生应变片力学传感器能够检测的微形变；把套筒上安装多维压力传感器(18)的区域车薄，形成受力集中区；每隔90°贴一片应变片，相隔180°的两片组成半桥分别测量平行骨骼方向的分力和垂直骨骼方向的分力，以测量压力的方向。

3.如权利要求1所述的手术电钻的智能控制装置，其特征在于：手柄(7)通过插头(22)与高速嵌入式系统(2)分离，使手术电钻(1)与高速嵌入式系统(2)和上位机(3)分开携带。

4.如权利要求1所述的手术电钻的智能控制装置，其特征在于：所述的转速传感器由磁钢(20)和霍尔传感器(21)组成，磁钢(20)镶嵌在传动轴(19)上，霍尔传感器(21)安装在与磁钢(20)位置相对的手柄外壳上，磁钢(20)会随着钻头同步转动，钻头每转过一周，霍尔传感器(21)就会输出一个脉冲，通过计算每秒霍尔传感器(21)输出的脉冲个数，从而得到钻头的转速。