一种非对称式肌肉牵开方法及装置转让专利
申请号 : CN202011285502.5
文献号 : CN112515715B
文献日 : 2022-03-11
发明人 : 赵丽 , 李朝政 , 徐伟
申请人 : 河南科技大学第一附属医院
摘要 :
权利要求 :
1.一种非对称式肌肉牵开装置,包括基座(1)、滑动设置在基座(1)上的两个滑块(8)以及用于驱动两个滑块(8)滑动的驱动机构,驱动机构包括电机(12)、连接在电机(12)输出轴上的丝杠(10)以及与丝杠(10)配合并安装在滑块(8)上的丝母(9),两个滑块(8)的滑动轨迹位于同一直线上,任一滑块(8)上均设有牵开绳(5),牵开绳(5)的自由端分别设有牵开钩(4),两个牵开钩(4)分别用于挂接在手术切口两侧的皮肤位置,其特征在于:还包括牵开力平衡系统,牵开力平衡系统用于在牵开过程中根据两个牵开钩(4)所受到的皮肤阻力调整滑块(8)的滑动,以使两个牵开钩(4)以相同或相似的拉力将切口两侧皮肤牵开;
牵开力平衡系统包括单片机、拉力传感器(6)以及电磁离合器(11),电磁离合器(11)设置在电机(12)输出轴和丝杠(10)之间,拉力传感器(6)的壳体固定在滑块(8)上,拉力传感器(6)的拉力检测头与牵开绳(5)固定连接,拉力传感器(6)的拉力信号输出端信号连接于单片机上,单片机的信号输出端连接在电磁离合器(11)的供电电路上,且单片机中具有拉力数值比较程序,并可通过拉力数值比较程序控制拉力数值较大一侧的牵开钩(4)所对应的电磁离合器(11)分离且控制拉力数值较小一侧的牵开钩(4)所对应的电磁离合器(11)维持接合状态。
2.根据权利要求1所述的一种非对称式肌肉牵开装置,其特征在于:电机(12)的数量为一个且电机(12)具有对称分布的两根输出轴,电机(12)设置在基座(1)中部,电机(12)的输出轴分别通过电磁离合器(11)连接有丝杠(10)。
3.根据权利要求1所述的一种非对称式肌肉牵开装置,其特征在于:电机(12)的数量为两个且两个电机(12)分别设置在基座(1)的两端,两个电机(12)共用一个控制电路以同步启闭,两个电机(12)的输出轴相对分布并分别通过电磁离合器(11)连接有丝杠(10)。
4.根据权利要求1所述的一种非对称式肌肉牵开装置,其特征在于:拉力传感器(6)的壳体铰连在开设于滑块(8)上的凹槽(7)内,在拉力传感器(6)壳体的两侧分别固连有对称分布的转轴(14),两个转轴(14)分别转动设置在开设于凹槽(7)两侧侧壁上的轴孔(13)内。
5.根据权利要求1所述的一种非对称式肌肉牵开装置,其特征在于:在基座(1)上贯穿设有供两个滑块(8)滑动配合的条形孔(3),条形孔(3)两侧的孔壁上分别设有线轨(2),在滑块(8)的两侧分别设有与线轨(2)配合滑动的滑槽(15)。
6.根据权利要求5所述的一种非对称式肌肉牵开装置,其特征在于:滑槽(15)设置在滑块(8)的中部偏下位置,牵开绳(5)设置在滑块(8)的上端,丝母(9)设置在滑块(8)的下端。
7.根据权利要求6所述的一种非对称式肌肉牵开装置,其特征在于:电机(12)固定在基座(1)的下沿位置,在基座(1)的下沿还设有供丝杠(10)转动配合的轴承座(16)。
说明书 :
一种非对称式肌肉牵开方法及装置
技术领域
背景技术
和大小的规格,可根据手术需要选择合适的拉钩。
致已暴露的手术切口重新闭合,影响手术进程。而自动拉钩的肌肉牵开器多通过电动推杆
或电机丝杠结构驱动的两个滑块来带动滑块上的挂钩反向移动,通常实现手术切口两侧肌
肉以原始手术切口为中心对称的同步牵开。但是由于切口两侧的肌肉组织由于位置不同而
具有不同的弹性和张力,在通过电动推杆或电机丝杠结构同步调整两个滑块滑动以分别牵
开切口两侧的肌肉组织时,无法保证两侧的肌肉组织均匀受力,往往造成一侧肌肉组织被
过度挤压,肌肉组织产生坏死,增加病患痛苦,不利于术后恢复。
力不均状态下自动以手术切口为中心转动以自动平衡手术切口两侧拉力。但是在应用中发
现,其牵开绳虽然以多个滑轮绕设在滑块上,但是由于牵开绳和滑块之间具有不可避免的
较大的摩擦力,故牵开绳本身并不能够在手术切口两侧产生拉力差时自行精确转动以抵消
拉力,使其最终在手术切口牵开并暴露视野后,两侧仍可能具有较大的拉力差,对于单侧肌
肉过度挤压状况的改善不明显。
发明内容
果,从而避免单侧肌肉组织过度挤压。
接在滑块上,通过电机‑丝杠结构驱动两个滑块以同步等速相背滑动,在两个滑块滑动过程
中将两个拉力传感器所检测的拉力数值实时上传至单片机,通过单片机中内置的比较程序
判断两个拉力传感器所检测的拉力数值的大小,并将拉力数值较大一侧的牵开钩所对应的
电机丝杠结构中的电磁离合器分离,以使拉力数值较大一侧的牵开钩随对应的滑块处于静
止状态;维持拉力数值较小一侧的牵开钩所对应的电机丝杠结构中的电磁离合器接合状
态,以使拉力数值较小一侧的牵开钩继续随对应滑块移动。
杠配合并安装在滑块上的丝母,两个滑块的滑动轨迹位于同一直线上,任一滑块上均设有
牵开绳,牵开绳的自由端分别设有牵开钩,两个牵开钩分别用于挂接在手术切口两侧的皮
肤位置,还包括牵开力平衡系统,牵开力平衡系统用于在牵开过程中根据两个牵开钩所受
到的皮肤阻力调整滑块的滑动,以使两个牵开钩以相同或相似的拉力将切口两侧皮肤牵
开。
与牵开绳固定连接,拉力传感器的拉力信号输出端信号连接于单片机上,单片机的信号输
出端连接在电磁离合器的供电电路上,且单片机中具有拉力数值比较程序,并可通过拉力
数值比较程序控制拉力数值较大一侧的牵开钩所对应的电磁离合器分离且控制拉力数值
较小一侧的牵开钩所对应的电磁离合器维持接合状态。
内。
肤牵开,从而可以手术切口两侧肌肉的拉伸阻力为依据而自动平衡两个牵开钩的牵开力,
产生相对于原始手术切口非对称式的牵开效果,从而避免单侧肌肉组织过度挤压,进而减
轻患者痛苦,利于术后恢复。
应侧肌肉对于牵开钩所产生的阻力。单片机用于收集两个拉力传感器上传的拉力数值并通
过内置的数值比较程序控制拉力数值较大一侧的牵开钩所对应的电磁离合器分离且控制
拉力数值较小一侧的牵开钩所对应的电磁离合器维持接合状态。从而实现大阻力一侧的牵
开钩保持静止而小阻力一侧的牵开钩持续牵开,并在后续的相对阻力大小转变后持续实现
两侧肌肉的相同或近似牵开力,从而使得手术切口以非对称的方式实现手术视野的充分暴
露,且尽可能的避免单侧肌肉组织的过度挤压。在达到均衡力牵开手术切口目的的同时,本
发明中的单片机、拉力传感器以及电磁离合器的自动化程度高,操作简便,便于术前快速有
效的实施。
附图说明
承座,17、检测套筒,18、铰接轴,19、第一电磁离合器,20、第二电磁离合器,21、第一固定触
点,22、第一滑动触点,23、探头,24、第二滑动触点,25、滑头,26、滑道,27、第二固定触点,
28、压缩弹簧,29、第一电池,30、第二电池,31、从动齿轮,32、中间齿轮,33、中间轴,34、主动
轴,35、主动滚轮,36、主动齿轮,37、补偿弹簧。
具体实施方式
性,结合图2所示的,在滑块8的两侧分别开设有滑槽15,在条形孔3孔壁的两侧分别设有嵌
入对应侧滑槽15中并供滑块8灵活滑动的线轨2。
通过对应丝杠10和丝母9的配合以驱动对应的滑块8沿条形孔3左右往复滑动。在任一滑块8
上均设有牵开绳5,牵开绳5的自由端分别设有牵开钩4,两个牵开钩4分别用于挂接在手术
切口两侧的皮肤位置。将两个牵开钩4分别挂接于手术切口两侧的皮肤位置后,启动电机
12,控制两个滑块8相背滑动,即通过牵开绳5和牵开钩4将手术切口反向拉开,以达到暴露
手术视野的目的。本发明中还包括牵开力平衡系统,牵开力平衡系统用于在牵开过程中根
据两个牵开钩4所受到的皮肤阻力调整滑块8的滑动,以使两个牵开钩4以相同或相似的拉
力将切口两侧皮肤牵开。从而可以手术切口两侧肌肉的拉伸阻力为依据而自动平衡两个牵
开钩4的牵开力,产生相对于原始手术切口非对称式的牵开效果,从而避免单侧肌肉组织过
度挤压,进而减轻患者痛苦,利于术后恢复。
合器11连接有水平分布的丝杠10。左侧丝杠10与设置在左侧滑块8中的丝母9配合安装,右
侧丝杠10与设置在右侧滑块8内的丝母9配合安装。电机12启动后,在电磁离合器11接合状
态下,通过两个丝杠10同步驱动两个滑块8沿条形孔3反向滑动。任一电磁离合器11分离后,
电机12输出轴与对应丝杠10间的扭矩传递断开,则滑块8静止。本实施例中的电机12内整合
有蜗轮蜗杆箱或其它具有自锁功能的减速机,在降低电机12输出轴转速的同时通过自锁作
用使滑块8在非驱动状态下保持静止状态,避免手术切口在扩张后因肌肉自身张力弹性而
自动闭合。为保持丝杠10转动的稳定性,本实施例中在基座1下沿位置设有多个供丝杠10或
电机12输出轴转动配合的轴承座16。
括定子、转子以及电磁线圈。定子和转子分别固定在电机12输出轴和丝杠10上,电磁线圈通
电后即使定子或转子产生磁性,从而将定子和转子吸附固定,达到接合状态;电磁线圈断电
后电磁线圈即消磁,定子和转子即在内置弹簧作用下分离,使电磁离合器11达到分离状态。
的壳体尾部设有对称分布的两根转轴14,两根转轴14分别转动配合安装在开设于滑块8上
的凹槽7(U型)中的两个轴孔13内。两个轴孔13内分别设有滚珠轴承以供转轴14配合,从而
在两个滑块8反向滑动的牵开过程中,拉力传感器6可自动根据牵开绳5上拉力方向的变化
而转动,进而使拉力传感器6与牵开绳5(即拉力方向)处于同一直线上,使其所检测的肌肉
反作用力更加精确。拉力传感器6中部上方的信号线与单片机相连,并用于将拉力传感器6
所测拉力数值实时上传至单片机中。
的接合或分离状态。单片机中还内置有拉力数值比较程序,拉力数值比较程序在实施过程
中首先比较两个拉力传感器6实时上传的拉力数值大小,然后发出输出指令:控制拉力数值
较大一侧的牵开钩4所对应的电磁离合器11分离且控制拉力数值较小一侧的牵开钩4所对
应的电磁离合器11维持接合状态。如两个拉力数值相同,则同时维持两个电磁离合器11处
于接合状态。为避免电磁离合器11短时间内反复启停,降低拉力检测数值误差的影响并提
高牵开速度,本实施例中控制比较程序中的所述的拉力相同为近似相同,即两侧拉力数值
在5%范围内均判断相同,进一步使两个电磁离合器11均接合;当一个拉力数值大于另一个
超过5%则判断为大于另一个,进一步使拉力数值较大所对应的电磁离合器11分离,另一电
磁离合器11维持接合。
免电磁离合器11短时间内反复启停,降低拉力检测数值误差的影响并提高牵开速度的前提
下,根据切口位置等情况调整单片机中的拉力差值临界判定标准。
术切口后,将两个牵开钩4分别挂接在手术切口两侧的皮肤肌肉位置。随后启动电机12并使
两个电磁离合器11的供电电路处于常闭状态,两个滑块8即在电机12‑丝杠10‑丝母9的配合
作用下同步反向等速沿条形孔3滑动,带动两个牵开钩4将手术切口两侧肌肉组织反向拉开
以暴露手术视野。
合。使左侧滑块8停止滑动而右侧滑块8继续向右滑动。此时的左侧肌肉不再牵开,右侧肌肉
继续牵开。至右侧肌肉牵开至一定程度使得其阻力与左侧相同后,在单片机控制下左侧电
磁离合器11再次接合,两个滑块8继续同步反向等速滑动,两侧肌肉同步牵开。至右侧肌肉
前置至阻力大于左侧后,单片机依前述过程反向控制右侧滑块8停止而左侧滑块8继续左
移。最终,通过以上控制过程的间隔交替,直至手术部位充分暴露。此时两侧肌肉受力相同,
避免了一侧过度挤压导致的增加病人痛苦的现象。
输出轴相对分布并分别通过电磁离合器11与一根丝杠10相连。两个电机12共用一个控制电
路以实现同步启闭。
同的是,本实施例中的任一输出轴均通过相互独立的第一电磁离合器19和第二电磁离合器
20与对应侧的丝杠10相连。同侧的第一电磁离合器19或第二电磁离合器20任一接合状态
下,均能够实现输出轴与丝杠10之间的扭矩传递;当第一电磁离合器19和第二电磁离合器
20均处于分离状态下,输出轴与丝杠10之间不传递扭矩。
套筒17左端封闭右端敞口分布。探头23滑动设置在检测套筒17中,在探头23的前后两侧分
别设有滑头25,在检测套筒17的内壁上对应设有供两侧的滑头25滑动配合的滑道26,使探
头23可在外力作用下沿滑道26(即检测套筒17的长度方向)滑动。探头23的左侧与补偿弹簧
37的右端固定连接,补偿弹簧37的左端固定于检测套筒17的左侧封闭端。图6示出了图5中
的探头23部分的剖视结构示意图,图6中在探头23的右侧设有螺纹孔,螺纹孔内配合安装有
螺柱,螺柱的右侧与牵开绳5固定连接。
的拉力并促使探头23沿检测套筒17朝向检测套筒17的敞口端滑动。补偿弹簧37还可在牵开
过程中或牵开手术后的手术过程中,通过自身弹力适应手术切口位置在非正常外力作用下
的变化,避免在上述过程中因突然外力导致手术切口非正常撕裂的情况。在探头23朝向检
测套筒17敞口端的滑动过程中,若一侧肌肉组织对于牵开钩4产生的阻力较另一侧大,则大
阻力侧探头23朝向检测套筒17的敞口端滑动的距离更远。基于该特性,为了达到对于手术
切口两侧的皮肤组织以相同或相似的拉力进行牵开的效果,本实施例中的控制电路可控制
大阻力侧的滑块8停止滑动,维持小阻力侧的滑块8持续滑动,直至两侧肌肉组织产生的阻
力相匹配后再次同步控制两个滑块8相背移动,并通过重复该过程使得手术切口位置视野
暴露充分后,切口两侧肌肉组织所受拉力相近似。而为了实现上述功能,本实施例中控制电
路的具体结构为:
的多个第一固定触点21;在检测套筒17的下沿间隔设有多个沿检测套筒17的长度方向分布
的多个第二固定触点27。第一固定触点21为长条状,第二固定触点27为点状,第二固定触点
27分布于相邻两个第一固定触点21之间的间隔在竖直方向上的投影处,使多个第一固定触
点21和多个第二固定触点27在检测套筒17的长度方向上形成交错之势。第一固定触点21和
第二固定触点27均嵌设在开设于检测套筒17内壁上的卡槽中,并使第一固定触点21和第二
固定触点27朝向检测套筒17中心方向的内侧与检测套筒17的内壁平齐。在检测套筒17的筒
壁上对应任一第一固定触点21或第二固定触点27的位置均设有贯穿孔,以使第一固定触点
21和第二固定触点27通过电导线与外部连接。
点22和第二滑动触点24顶触对应插孔中的趋势,以使第一触点在随探头23移动经过第一固
定触点21时使第一滑动触点22紧触第一固定触点21,实现良好导电;使第二触点在随探头
23移动经过第二固定触点27时使第二滑动触点24紧触第二固定触点27,实现良好导电。
的另一个接电极柱电连接在对应侧的第一滑动触点22上。所有第二固定触点27均电连接,
其中一个第二滑动触点24依次经一个第二电磁离合器20、第二电池30、另一个第二电磁离
合器20后电连接于另一个第二滑动触点24。
将皮肤组织牵开。在牵开过程中,如左侧肌肉阻力较大,则左侧探头23上的第一滑动触点22
向左侧检测套筒17的敞口端移动更远的距离,在其脱离左侧第一个第一固定触点21的右端
后,第一电磁离合器19的电磁线圈即断电,电机12左侧输出轴与左侧丝杠10之间的力矩传
输通道断开,左侧滑块8停止,而右侧滑块8持续右移。在右侧滑块8持续右移后,手术切口右
侧皮肤组织对于右侧牵开钩4产生的助力逐渐增大,直至将右侧滑头25上的第一滑动触点
22拉出右侧检测套筒17内的最右侧一个第一固定触点21的左端后,手术切口两侧所受拉力
相同匹配。此时左右两侧两个第二滑动触点24均紧贴于对应的第二固定触点27上,第二电
池30回路封闭,在第二电池30作用下两个第二电磁离合器20均接合,控制两个滑块8再次同
步反向等速滑动,使两个第一滑动触点22得以滑动至下一个第一固定触点21中,继续牵开
手术切口两侧皮肤组织。依照上述作用过程,直至手术切口视野充分暴露,且暴露后切口两
侧皮肤组织受力相近似,不存在过度挤压导致不利于恢复甚至坏死的情况出现。
孔。在滑块8上还设有用于根据滑块8沿基座1的滑动位置自动调整检测套筒17的转动角度,
以使检测套筒17保持指向手术切口方向的角度自适应调节机构,从而避免牵开绳5与检测
套筒17之间接触并产生摩擦,导致牵开绳5对于探头23产生的拉力与肌肉组织对于牵开钩4
所产生的阻力不匹配。
35,主动滚轮35与基座1配合滚动,主动齿轮36依次经分别设置在中间轴33上的多个中间齿
轮32与设置在铰接轴18上的从动齿轮31传动连接。如图10所示,当左侧滑块8左移过程中,
以主动滚轮35带动主动齿轮36和中间齿轮32产生如图所示的转动方向,最终使检测套筒17
的右端向上抬起,适应滑块8与手术切口之间位置的变化。传动方向上的主动齿轮36、中间
齿轮32以及从动齿轮31的轮径依次增大,使得主动滚轮35和主动齿轮36转动多圈后,铰接
轴18仅转动微小角度以适应滑块8与手术切口之间位置的变化。对于中间齿轮32的具体数
量和轮径齿数,可根据实际基座1、滑块8以及检测套筒17的实际规程尺寸,依据上述远离进
行适应性调整。
术切口以调整检测套管的角度。主动滚轮35的外圈采用橡胶材料制作,其轮缘与基座1上沿
紧密配合至形变,从而使主动滚轮35将滑块8的滑动行程精确反映至检测套管上的铰接轴
18上。
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。