智能速度控制方法、装置及电动吻合器

文档序号:1851914 发布日期:2021-11-19 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 智能速度控制方法、装置及电动吻合器 (Intelligent speed control method and device and electric anastomat ) 是由 赵学松 于 2021-07-21 设计创作,主要内容包括:本发明属于医疗器械领域,针对如何实现智能地根据变换着的组织厚度对应改变电动吻合器的吻合速度这一问题,提出了智能速度控制方法、装置及电动吻合器;所述智能速度控制方法,包括:获取电机切割方向,在正向切割吻合时,获取电机的电流反馈信息;根据所述电流反馈信息和预设的电机所处电路的基本信息,计算电机负载信息;根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度;根据所述组织厚度,调整电机速度;本方案根据电机正向切割吻合时的电流反馈,来实时调节电机的速度,使得电机驱动刀片的切割速度更为契合当前组织的厚度。(The invention belongs to the field of medical instruments, and provides an intelligent speed control method, an intelligent speed control device and an electric anastomat aiming at the problem of how to intelligently and correspondingly change the anastomosis speed of the electric anastomat according to the changed tissue thickness; the intelligent speed control method comprises the following steps: acquiring the cutting direction of a motor, and acquiring current feedback information of the motor when positive cutting is matched; calculating motor load information according to the current feedback information and preset basic information of a circuit where the motor is located; obtaining corresponding tissue thickness according to the motor load information and a preset rule; adjusting the motor speed according to the tissue thickness; according to the scheme, the speed of the motor is adjusted in real time according to the current feedback when the motor positively cuts and inosculates, so that the cutting speed of the motor-driven blade is more in accordance with the thickness of the current tissue.)

智能速度控制方法、装置及电动吻合器

技术领域

本发明属于医疗器械领域,具体涉及智能速度控制方法、装置及电动吻合器。

背景技术

电动吻合器是对消化道生理组织施行外科手术时经常使用的一种医疗器械,在普外科手术治疗中,吻合器常被用于完成组织的切割、缝合,对生理组织实施“闭合、吻合、切割”的操作过程。

当前市场上的吻合器,通常都是采用了同一种速度来进行吻合。由于人体组织的分布各不相同,不同的人体其对应部位、相同人体不同的部位等等之间所需要进行切割的厚度是不确定的。由于切割吻合的厚度是不确定的,对应不同的厚度如果用同一种速度进行切割吻合,会造成薄的组织吻合速度过慢,增加患者手术时间;厚的组织切割速度过快造成吻合效果不理想。

对此,中国专利201110109722.7公开了一种外科用电动吻合器,包括具有抵钉座、钉仓和执行机构的吻切部以及驱动执行机构的驱动装置,所述的驱动装置为电驱动装置,且该电驱动装置由电源、控制板以及闭合驱动单元、击发驱动单元共同组成,闭合驱动单元由闭合电机和闭合传动机构组成,闭合传动机构的输入端与闭合电机连接,闭合传动机构的输出端与吻切部的执行机构连接,击发驱动单元由击发电机和击发传动机构组成,击发传动机构的输入端与击发电机连接,击发传动机构的输出端与吻切部的执行机构连接,闭合电机和击发电机均通过导线与控制板连接,控制板通过导线与电源连接。采用两个驱动电机,两个传动机构,来供用户自身来进行选择不同的切割速度。该方案中,对于用户自身经验判断依赖严格,且在切割过程中,持续采用相同切割速度,这对于前方未知厚度的组织而言,并不准确,且依然会出现吻合效果不理想或者手术时间浪费的情况。

故而,如何实现智能地根据变换着的组织厚度对应改变电动吻合器的吻合速度,是本领域设计人员所亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了智能速度控制方法、装置及电动吻合器,解决了现有技术中,如何实现智能地根据变换着的组织厚度对应改变电动吻合器的吻合速度,这一技术问题。

本发明的基础方案为:智能速度控制方法,包括:

获取电机切割方向,在正向切割吻合时,获取电机的电流反馈信息;

根据所述电流反馈信息和预设的电机所处电路的基本信息,计算电机负载信息;

根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度;

根据所述组织厚度,调整电机速度。

基础方案的有益效果:由于组织厚度的不同,电机在使用刀片切割组织时所收到的阻力也不同,对应的电机的电流反馈也不同。本方案中根据电机正向切割吻合时的电流反馈,来实时调节电机的速度,使得电机驱动刀片的切割速度更为契合当前组织的厚度。相比于现有技术中,直接通过人工来选择电机驱动速度而言,本方案更为智能,对于使用者自身经验依赖更小。同时,直接根据负载来推算组织厚度,整体结构简单,便于实施。

进一步,所述预设规律为电机负载信息与组织厚度之间的映射表;

根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度,具体为:根据所述电机负载信息,从所述预设规律中的映射表中查找到对应所述电机负载信息的组织厚度信息。

进一步,所述预设规律为负载厚度模型,所述负载厚度模型根据基础数据集训练而来,所述基础训练集包括电机负载信息和组织厚度信息;

根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度,具体为:将所述电机负载信息带入到预设规律中的负载厚度模型中,计算得到组织厚度信息。

进一步,所述根据组织厚度,调整电机速度,包括:

根据组织厚度,发出对应组织厚度的PWM信号,以改变与所述电机正向运行电路连接的MOS管的占空比。

进一步,所述PWM信号具有多种,每种PWM信号对应唯一的组织厚度。

本发明还提供智能速度控制装置,包括:

空仓检测模块,用于检测吻合器是否处于空钉仓检测阶段;在所述吻合器处于空钉仓检测阶段时,向控制模块发送电机低速运行信号;在所述吻合器离开所述空钉仓检测阶段时,向控制模块发送电机高速启动信号;

控制模块,用于所述空仓检测模块所发送的电机低速运行信号,控制电机处于低速运行状态;还用于,根据所述空仓检测模块所发送的电机高速启动信号,控制电机执行对应的正向转动或反向转动;控制模块在控制电机正向转动时,还向速度调节模块发送调速启动信号,向反馈采集模块发送采集启动信号;

反馈采集模块,用于根据所述采集启动信号,获取电机的电流反馈信息,并发送给速度调整模块;

速度调整模块,用于根据调速启动信号启动;用于根据所述电流反馈信息和预设的电路基本信息计算电机负载信息,根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度,根据所述组织厚度,向控制模块发送对应的速度控制信号;

所述控制模块,还用于根据所述速度控制信号,对应调整正向转动的电机的转速。

进一步,所述反馈采集模块为电机电流反馈电路,所述电机电流反馈电路与电机正向切割吻合时所处电路导通,用于实时监控电机所处电路中的反馈电流。

进一步,还包括:

抗干扰模块,用于消除控制模块控制电机运行时的控制信号的毛刺,以维持电机正向切割吻合时的电机波形的稳定。

进一步,所述速度调整模块包括单片机;所述单片机根据所述组织厚度,输出对应组织厚度的PWM信号;

控制模块包括MOS管,所述MOS管连接电机正向切割吻合时所处电路;控制模块根据PWM信号控制MOS管的占空比,从而控制电机速度。

本发明还提供电动吻合器,包括能够正向或反向旋转的电机、根据所述电机旋转方向从而旋转进刀或退刀的刀片、以及上述任一所述的智能速度控制装置。

附图说明

图1为本发明第一实施方式提供的智能速度控制方法的流程图;

图2为本发明第二实施方式提供的智能速度控制装置的模块示意图;

图3为本发明第三实施方式提供的智能速度控制装置的电路示意图;

图4为本发明第三实施方式提供的智能速度控制装置中单片机的电路示意图;

图5为本发明第三实施方式提供的智能速度控制装置中通讯结构的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明:

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

第一实施方式:

本发明的第一实施方式提供的智能速度控制方法,包括:获取电机切割方向,在正向切割吻合时,获取电机的电流反馈信息;根据所述电流反馈信息和预设的电机所处电路的基本信息,计算电机负载信息;根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度;根据所述组织厚度,调整电机速度。

由于组织厚度的不同,电机在使用刀片切割组织时所收到的阻力也不同,对应的电机的电流反馈也不同。根据电机正向切割吻合时的电流反馈,来实时调节电机的速度,使得电机驱动刀片的切割速度更为契合当前组织的厚度。本方案更为智能,对于使用者自身经验依赖更小。同时,直接根据负载来推算组织厚度,整体结构简单,便于实施。

下面对本实施方式的智能速度控制方法的实现细节进行具体的说明,以下内容仅为方便理解提供的实现细节,并非实施本方案的必须,本实施方式的具体流程如图1所示,本实施方式应用于智能速度控制装置。

S1,获取电机切割方向,在正向切割吻合时,获取电机的电流反馈信息。

具体而言,吻合器的电机在正式启动切割组织前,还会经历一个空钉仓检测阶段,空钉检测阶段通过后,吻合器的电机正式处于工作状态。电机的工作状态有两种,分别是正向旋转的进刀状态和反向旋转的退刀状态。

步骤S1中,获取电机切割方向,实质是,确定电机的工作状态是正向旋转的进刀状态还是反向旋转的退刀状态。其具体实现可以通过电机所处的是正向旋转的控制电路还是反向旋转电路来确定的,例如,电机所处电路有SW4和SW5开关,SW4开关为进刀开关,SW5开关为退刀开关,根据SW4和SW5的不同接通端点,实现对于电机的旋转方向的控制,那么步骤S1中“获取电机切割方向”可以根据SW4和SW5的接通情况得到电机的切割方向。

步骤S1中,在正向切割吻合时,获取电机的电流反馈信息。该步骤的实施可以通过,在进刀状态下,采集电机的电流反馈信息。实现可以为,进刀状态下电流检测单元启动,该电流仪检测单元直接对电机的反馈电流进行检测,从而得到电流反馈信息。例如,在电机正向切割吻合时的电路上设置反馈电流检测电路,反馈电流检测电路的输入端与电机正向切割吻合控制电路(指,正向切割状态下电机所处电路)连接,用于检测电机正向切割吻合控制电路中的电流反馈信息。

S2,根据所述电流反馈信息和预设的电机所处电路的基本信息,计算电机负载信息。

具体而言,电机所处电路的基本信息是指当前电机所处的电路中各个电子元器件的基本信息(阻值、电容等元件基本电学特性)和各个电子元器件的连接方式,亦或是指当前电机所处电路中整体电学特性。电路由设计人员涉及,故而,该电路的基本信息应该是预设的已知信息。根据电流反馈信息和电路的基本信息,是可以推算出电机的负载信息的。

S3,根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度。

具体而言,预设规律代表了电机负载与电机所触碰到的组织厚度之间的关联。故而步骤S3有多种实施方式。

在一种实施方式中,所述预设规律为电机负载信息与组织厚度之间的映射表;根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度,具体为:根据所述电机负载信息,从所述预设规律中的映射表中查找到对应所述电机负载信息的组织厚度信息。该实施方式中,通过映射表作为预设规律的表现形式,显然的在实施时,映射表也是预存的,步骤S3的是指是从映射表中查找到与电机负载相关的组织厚度。

在另一种实施方式中,所述预设规律为负载厚度模型,所述负载厚度模型根据基础数据集训练而来,所述基础训练集包括电机负载信息和组织厚度信息;根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度,具体为:将所述电机负载信息带入到预设规律中的负载厚度模型中,计算得到组织厚度信息。该实施方式中,将历史中所有的电机负载与阻值厚度进行数据总结,得到负载厚度模型,该负载厚度模型则代表这电机负载与阻值厚度之间的数学关系;并且,随着基础训练集的加大,所训练得到的负载厚度模型将会越来越精确,对应地,根据该负载厚度模型计算得到的组织厚度也会越来越精确。

S4,根据所述组织厚度,调整电机速度。

具体而言,根据组织厚度,发出对应组织厚度的PWM信号,以改变与所述电机正向运行电路连接的MOS管的占空比。所述PWM信号具有多种,每种PWM信号对应唯一的组织厚度。MOS管与电机正向运行的电路连接,由此可以通过MOS管控制电机的旋转速度。另外,MOS管仅设置在正向旋转时,保证了电机速度的可调整,而并没有设置在电机反向运行的电路连接中,是为了进一步的提高进刀完成后,退刀的效率。

例如,预设一个或多个标准组织厚度,每个标准组织厚度对应唯一一个PWM信号,不同的标准组织厚度,对应的PWM信号也不同。当步骤S3所输出的组织厚度超过某个标准组织厚度时,将该组织厚度对应的PWM信号设置为与所述组织厚度差值最小的被超过的标准组织厚度所对应的PWM信号。即,标准组织厚度b-1、b-2、b-3分别对应PWM信号PWM-1、PWM-2、PWM-3,步骤S3所输出的组织厚度为a,当b-1<b-2<a<b-3,则组织厚度a对应的PWM信号设置为b-2对应的PWM-2。随后,再根据所收到的PWM信号的不同,调整对应MOS管的占空比。

再例如,组织厚度与PWM信号之间存在着信息对应关系,PWM信号中携带了组织厚度的信息;由控制器接收到了所述PWM信号,随后根据PWM信号中的组织厚度,对应改变MOS管的占空比,组织厚度不同对应的MOS管占空比也不同。期间,组织厚度设定为多个单位,MOS管的占空比与组织厚度的大小之间存在关联。该案例中,PWM信号所传输的信息直接是组织厚度,更为准确,便与后续MOS管的占空比的精确调整。

上面各种方法的步骤划分,只是为了描述清楚,实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分,分解为多个步骤,只要包括相同的逻辑关系,都在本专利的保护范围内;对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计,但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

第二实施方式:

本发明的第二实施方式提供智能速度控制装置,如图2所示包括:

空仓检测模块201,用于检测吻合器是否处于空钉仓检测阶段;在所述吻合器处于空钉仓检测阶段时,向控制模块202发送电机低速运行信号;在所述吻合器离开所述空钉仓检测阶段时,向控制模块202发送电机高速启动信号;

控制模块202,用于所述空仓检测模块201所发送的电机低速运行信号,控制电机206处于低速运行状态;还用于,根据所述空仓检测模块201所发送的电机高速启动信号,控制电机206执行对应的正向转动或反向转动;控制模块202在控制电机正向转动时,还向速度调节模块发送调速启动信号,向反馈采集模块203发送采集启动信号;

反馈采集模块203,用于根据所述采集启动信号,获取电机的电流反馈信息,并发送给速度调整模块205;

存储模块204,用于存储电机正向切割吻合时所处电路的电路基本信息;

速度调整模块205,用于根据调速启动信号启动;还用于根据所述电流反馈信息和存储模块204的电路基本信息计算电机负载信息,根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度,根据所述组织厚度向控制模块202发送对应的速度控制信号;

所述控制模块202,还用于根据所述速度控制信号,对应调整正向转动的电机206的转速。

进一步,所述反馈采集模块203为电机电流反馈电路,所述电机电流反馈电路与电机正向切割吻合所处电路导通,用于实时监控电机所处电路中的反馈电流。

进一步,还包括,抗干扰模块207,用于消除控制模块控制电机运行时的控制信号的毛刺,以维持电机正向切割吻合时的电机波形的稳定。

进一步,所述速度调整模块205包括单片机;所述单片机根据所述组织厚度,输出对应组织厚度的PWM信号;控制模块202包括MOS管,所述MOS管连接电机正向切割吻合时所处电路;控制模块202根据PWM信号控制MOS管的占空比,从而控制电机速度。

不难发现,本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例,本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效,为了减少重复,这里不再赘述。相应地,本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是,本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块,在实际应用中,一个逻辑单元可以是一个物理单元,也可以是一个物理单元的一部分,还可以以多个物理单元的组合实现。此外,为了突出本发明的创新部分,本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入,但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

第三实施方式:

本发明提供的第三实施方式涉及智能速度控制装置,如图3、图4、图5所示,本实施方式是第二实施方式的模块示意图的具体例子,第二实施方式实现的具体细节在本实施例中依然有效,在此不做赘述。

如图3所示,智能速度控制装置的总开关是SW1,当SW1的自由端与端口2导通,直接与电源DC12VIN连接时,通过电源DC12VIN为整个智能速度控制装置进行供电。SW2为刀口复位开关,SW2的自由端与端口3的DAO_IO导通时进行整体复位,SW2的自由端与端口2导通时,输出+12V的电源为智能速度控制装置的其他模块/电路进行供电。另外,SW2还可以作为刀口闭合检测开关,SW2的自由端与端口3导通时作为开关打开,SW2的自由端与端口2导通是作为开关闭合,刀口没有闭合时电机是无法运行的。

空仓检测模块201包括,进刀保护开关SW3,该SW3作为空钉仓检测开关,SW3未闭合说明吻合器还处于空钉仓检测阶段,通过控制模块202控制电机206低速运转,当SW3闭合说明空钉仓检测点已经过去,通过控制模块202控制电机206正向/反向告诉运行,实现高速大扭矩切割吻合组织。

控制模块202包括进刀开关SW4、退刀开关SW5、MOS管Q3,SW4和SW5组成电机正反转控制电路,MOS管Q3串联在正向切割吻合的电机所处的电路中。电机正向切割吻合时必须打开MOS管,反向退刀无需MOS管Q3控制,以最大速度退刀。

反馈采集模块203,包括由R6、C14组成的电流反馈检测电路,可以实时监控电机中电流变化。

存储模块204,采用寄存器(图中未示出),用于存储电机正向切割吻合时所处电路的电路基本信息。

速度调整模块205,如图4所示,包括单片机U1,根据所述电流反馈信息和存储模块204的电路基本信息计算电机负载信息;单片机U1还用于,根据所述电机负载信息和预设规律,得到对应组织厚度;单片机U1还根据所述组织厚度,输出对应组织厚度的PWM信号,使得控制模块202中的MOS管Q3根据单片机U1发送的PWM信号调节自身占空比,从而控制电机速度。单片机U1的输出端连接如图5所示的通讯接口XP3,用于和显示模块(图中未示出)通讯,显示当前信息。

电机206,包括电机接口XP2.

抗干扰模块207,包括由R9、C9、D4组成的电机干扰消除电路,有效消除电机运行中的毛刺,使电机波形稳定无毛刺,方便电路采样。

第四实施方式:

本发明的第四实施方式提供电动吻合器,包括能够正向或反向旋转的电机、根据所述电机旋转方向从而旋转进刀或退刀的刀片、以及上述第二实施方式所提供的智能速度控制装置。

以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述,所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识,能够获知该领域中所有的现有技术,并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力,所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下,结合自身能力完善并实施本方案,一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

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