[发明专利]基于外科手术缝合受力模型的受力计算方法

说明书

本发明公开了一种基于外科手术缝合受力模型的受力计算方法，其中建立的基于缝合手术的受力模型包括假皮人肉组织模型、模型支撑板、四个六维力/力矩传感器及相应的安装和固定组件，将四个六维力/力矩传感器固定在模型支撑板的四角下面固定安装，将假皮人肉组织模型安装在模型支撑板上面、且固定安装。在进行模拟手术时，通过布置在手术假皮模型边缘的四个六维力/力矩传感器，采集所需要的三个方向的力和力矩大小信息，并通过换算近似得出手术过程中的实时施术位置与受力大小，并以此为基础分析手术人员远程手术的施术精度和施力大小，从而可以解决现有外科模拟手术信息采集的问题，最终辅助手术人员对手术过程进行评估。

技术领域

本发明专利涉及传感器技术领域，具体涉及一种构建外科手术力量系统的有效性。

背景技术

腹腔镜手术需要外科医生学习一套新的技能，其中最相关的是组织处理。对组织施加过多的力量会在操作过程中造成破裂，或在操作时造成组织的局部缺血。本研究的目的在于基于缝合任务中产生的力信号，和用于评估组织处理相互作用的力参数，建立外科手术系统中腹腔镜手术的评估体系。

目前，一种基于手术模型的理论计算(参见Salvador Montoya-Alvarez1 ArturoMinor-Martínez1 Ricardo Manuel Ordorica-Flores2 Luis Padilla-Sánchez·JesúsTapia-Jurado Ferna ndo Pérez-Escamirosa5 34.Construct validity of theSurgForce system for objective assess ment of laparoscopic suturingskills.https://doi.org/10.1007/s00464-020-07873-1)，该理论模型具有响应速度快的特点，但是由于传感器精度较低，以及假皮模型材料的弹性影响，导致最终测得的数据精度有较大的误差。

发明内容

针对上述现有技术，基于调研结果以及数据分析，本发明提出一种基于外科手术缝合受力模型的受力计算方法，建立受力理论模型，通过布置在手术假皮模型边缘的四个六维力/力矩传感器，采集所需要的三个方向的力和力矩大小信息，并通过换算近似得出手术过程中的实时施术位置与受力大小，并以此为基础分析手术人员远程手术的施术精度和施力大小，最终辅助手术人员对手术过程进行评估。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于外科手术缝合受力模型的受力计算方法，具体步骤如下：

步骤1、建立外科手术缝合受力模型，该受力模型包括假皮人肉组织模型、模型支撑板和四个六维力/力矩传感器，所述假皮人肉组织模型安装在所述的模型支撑板上，所述的四个六维力/力矩传感器分别设置在所述模型支撑板底面的四角处，所述的四个六维力/力矩传感器分别记为第一六维力/力矩传感器、第二六维力/力矩传感器、第三六维力/力矩传感器和第四六维力/力矩传感器；

步骤2、在假皮人肉组织模型上进行手术缝合时，所述的假皮人肉组织模型受力后，所述的四个六维力/力矩传感器测出以各自的四个六维力/力矩传感器为坐标原点的笛卡尔坐标系x、y、z方向的三个分力，及分别相对x、y、z轴的三个力矩，设四个六维力/力矩传感器的参数分别如下：

第一六维力/力矩传感器的三个分力分别为Fx1，Fy1，Fz1，三个力矩分别为Tx1，Ty1，Tz1；

第二六维力/力矩传感器的三个分力分别为Fx2，Fy2，Fz2，三个力矩分别为Tx2，Ty2，Tz2；

第三六维力/力矩传感器的三个分力分别为Fx3，Fy3，Fz3，三个力矩分别为Tx3，Ty3，Tz3；

第四六维力/力矩传感器的三个分力分别为Fx4，Fy4，Fz4，三个力矩分别为Tx4，Ty4，Tz4；