[发明专利]基于电流检测信号的自停式骨钻及其进给控制方法

说明书

本发明公开一种基于电流检测信号的自停式骨钻，包括骨钻钻头，以及与所述骨钻钻头依次相连的钻头夹具、钻头连接轴、联轴器和驱动所述骨钻钻头的直流电机A，还包括采用丝杠传动的骨钻进给系统，所述丝杠设置有丝杆螺母平台，所述丝杆螺母平台与所述直流电机A的电机座固定连接；所述直流电机A与霍尔电流传感器串联，由霍尔电流传感器检测直流电机A电流的变化，作为在钻孔过程中停钻的控制依据。还公开了一种基于电流检测信号的自停式骨钻进给的控制方法。保证在手术钻孔过程中进给速度足够慢，减小由于电机停转的惯性导致钻头的过冲量，保证了手术过程的安全。

技术领域

本发明属于机械与医学交叉的前沿学科，属于神经外科手术器械技术领域，尤其涉及一种基于电流检测信号的自停式颅骨骨钻及其进给控制方法。

背景技术

随着人口老龄化的加剧，高血压颅内出血的发病率呈增长趋势，如若不能及时、迅速地清除颅内血肿及血液淤积，将给患者带来灾难性的后果。目前临床常用颅骨钻孔清除血肿及侧脑室穿刺引流术清除颅内血肿，该方法解决了开颅手术创口大难痊愈的问题，但仍存在人为操作的不可控因素。

人脑外层由头发、皮肤覆盖，头皮下面是起保护作用的头骨，头骨下面是脑膜，因脑膜具有弹性，在钻穿头骨后头骨与脑膜间仍有近2mm的间隙。在头骨钻孔时医疗人员必须小心使用钻孔工具，在钻穿头骨时不能钻穿脑膜，以避免伤及脑组织而危及病人生命安全。头骨钻孔为脑部微创手术的重要步骤，现有钻孔设备均采用手动方式，钻孔设备没有任何控制钻穿的装置，医生在钻孔过程中以手来感觉阻力的变化，进而调整钻孔的进程来避免因过度进刀钻穿脑膜而对病人造成伤害。钻穿骨头后停止钻进完全靠医生的经验来实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供旨在提出一种基于电流检测信号的自停式骨钻及其进给控制方法，实现简单、可靠、安全的停钻控制，该发明可以使用在现有的颅脑微创临床手术上，并且结构简洁，高效，易于维护，可作为后装机设备生产厂家的参考。

本发明为解决背景技术中的技术问题，采用的技术方案是基于电流检测信号的自停式骨钻，包括骨钻钻头，以及与所述骨钻钻头依次相连的钻头夹具、钻头连接轴、联轴器和驱动所述骨钻钻头的直流电机A，还包括采用丝杠传动的骨钻进给系统，所述丝杠设置有丝杆螺母平台，所述丝杆螺母平台与所述直流电机A的电机座固定连接；

所述直流电机A与霍尔电流传感器串联，由霍尔电流传感器检测直流电机A电流的变化，作为在钻孔过程中停钻的控制依据；所述霍尔电流传感器检测的电流信号变送成标准控制信号4-20mA电流信号传给arduino开发板，由上位机PC机即时显示电流变化情况，当电流信号出现两次陡降时，发出控制指令，由arduino开发板控制驱动丝杠旋转的直流电机B停转，进而控制其反转完成退刀过程。

所述丝杠导程为2mm。

所述直流电机B转速为10rpm。

所述丝杠优选高精度滚珠丝杠。

本发明的第二个技术方案是基于电流检测信号的自停式骨钻的进给控制方法，包括如下步骤：

1)初始化：寄存器存储t1,t2＝0；y2＝0；Δy＝0；A＝0；

2)采集电流信号；

3)根据采样结果，寄存器存储t1、t2两时刻的电流值y1、y2，并记录；

4)设置t2-t1＝0.05s，计算Δy＝∣y2-y1∣；

5)判断Δy是否大于预设值A，进而通过arduino开发板控制钻头进给电机的起停与正反转：

如果是，则发出信号，控制直流电机B停转，停止进给运动，完成退刀；

如果否，令t1＝t2,返回到步骤3)。

有益效果