一种用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统

1.本实用新型涉及临床专用扭矩测量的技术领域，特别涉及一种用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统。


背景技术：

2.颅底凹陷症(bi)是指颅骨底部在枕大孔部位向下移位，齿状突上端通过枕骨大孔突向颅内，导致枕骨大孔狭窄而引起神经缺失症状的枕颈交界区畸形。该病症常合并寰枢椎脱位(aad)，治疗时多采用直接后路撑开复位技术，运用关节刮刀撑开颈部与枕部螺钉而使颅骨向后上移动，枢椎向前下移动，从而达到bi和aad同时复位的目的。
3.目前，针对关节刮刀的使用，医生多凭借自身经验及前辈传授。使用关节刮刀时，将颈部与枕部螺钉撑开的动作需要进行刀头的扭转，由于静态阻力的突变性，外科医生若在该手术动作中没有把握好力度，容易造成患者骨质的严重损坏，因此力度把控不当是神经外科手术中的一种风险因素。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型的目的是提供一种用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统，提高脊柱外科手术的可控性及安全性，以及医生对关节刮刀操作力度准确、客观的判断能力，控制了临床手术风险；通过上位机及云存储，实现临床数据存储，为临床后续研究提供了可能。为了实现根据本实用新型的上述目的和其他优点，提供了一种用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统，包括：特制扭矩传感模块、与所述特制扭矩传感模块信号连接的数据采集与处理模块、与所述数据采集与处理模块信号连接的人机交互界面及与所述人机交互界面信号连接的云存储，且分别与所述特制扭矩传感模块、数据采集与处理模块及人机交互界面信号连接的供电模块；
5.所述特制扭矩传感模块一端连接有医用万用快换手柄，另一端固接有关节刮刀，所述特制扭矩传感模块包括手柄连接器、设置于所述手柄连接器内的弹性元件及与所述手柄连接器固接的刮刀连接器，所述弹性元件上贴附有电阻应变片。
6.优选的，所述手柄连接器包括通过卡槽过盈连接不同医用万用快换手柄的手柄连接部及设置于手柄连接部处的锁定器，所述手柄连接器的一端通过十字槽结构与弹性元件相匹配。
7.优选的，所述刮刀连接器包括通过卡接过盈配合连接不同的刮刀的刮刀连接部，所述刮刀连接器的一端通过十字槽结构与弹性元件相匹配。
8.优选的，所述弹性元件包括四个竖立设置的弹性片，且四个所述弹性片交叉对齐，四个所述弹性片的截面形成一十字结构。
9.优选的，每个所述弹性片上至少贴附有两个电阻应变片，且所电阻应变片贴附于弹性片上的变形最大处。
10.优选的，所述弹性片上一面上贴附有电阻应变片，另一相对的侧面上贴附有相对
应的电阻应变片。
11.优选的，还包括所述扭矩传感模块后路装配结构，所述扭矩传感模块后路装配结构包括人机交互模块、设置于所述人机交互模块下方的数据采集处理模块、设置于所述数据采集处理模块下方的云存储、设置于所述云存储下方的供电模块，所述供电模块设置有电缆接口、usb充电接口一及usb充电接口二。
12.本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：在关节刮刀手柄与刮刀连接处安装特制扭矩传感模块，获得最大扭矩输出，再经数据采集处理模块、人机交互模块，实现对关节刮刀扭矩实时测量和临床在线监测，获得扭矩转化的电压信号幅值。若临床监测过程中电压信号幅值在危险值以下，可以认为病人的骨质基本没有损坏，从而提高脊柱外科手术的可控性及安全性，以及医生对关节刮刀操作力度准确、客观的判断能力，控制了临床手术风险；通过上位机及云存储，实现临床数据存储，为临床后续研究提供了可能，该监测系统能够将扭矩这一高风险因素精准量化，并利用到手术中，从而有效降低因用力不当而造成的骨碎风险，还可以满足教学目的，实现教学过程的量化，不仅可以减少大型医院的医生实训周期，还为中小型医院手术水平的提高提供强有力的支持。
附图说明
13.图1为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的流程框图；
14.图2为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的结构示意图；
15.图3为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的特制扭矩传感模块结构图；
16.图4为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的手柄连接器结构示意图；
17.图5为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的刮刀连接器结构示意图；
18.图6为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的扭矩传感模块后路装配结构的示意图；
19.图7为根据本实用新型的用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统的数据采集处理模块与惠斯登电桥连接电路结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.参照图1-7，一种用于脊椎手术的关节刮刀扭矩监测系统，包括：特制扭矩传感模块10、与所述特制扭矩传感模块10信号连接的数据采集与处理模块9021、与所述数据采集与处理模块9021信号连接的人机交互界面及与所述人机交互界面信号连接的云存储902，且分别与所述特制扭矩传感模块10、数据采集与处理模块9021及人机交互界面信号连接的供电模块903；所述特制扭矩传感模块10一端连接有医用万用快换手柄20，另一端固接有关
节刮刀30，所述特制扭矩传感模块10包括手柄连接器11、设置于所述手柄连接器11内的弹性元件12及与所述手柄连接器11固接的刮刀连接器13，所述弹性元件12上贴附有电阻应变片14，所述弹性元件12的材料选用金属弹性材料，如磷铜、钛合金、铍铜。
22.进一步的，所述手柄连接器11包括通过卡槽过盈连接不同医用万用快换手柄20的手柄连接部111及设置于手柄连接部111处的锁定器112，保证连接处扭矩传递的准确性，且可与医院不同类型的关节刮刀设备匹配，充分利用现有手术器械，无需另外配置手柄，所述手柄连接器11的一端通过十字槽结构与弹性元件12相匹配，所述刮刀连接器13包括通过卡接过盈配合连接不同的刮刀的刮刀连接部131，所述刮刀连接器13的一端通过十字槽结构与弹性元件12相匹配，所述弹性元件12包括四个竖立设置的弹性片，且四个所述弹性片交叉对齐，四个所述弹性片的截面形成一十字结构。
23.还包括外壳，所述外壳采用可拆装设计，向外掰开两侧中间的卡扣即可将外壳打开，并通过按压将外壳紧闭。长电缆在外壳内缠绕连接器一圈再通过圆孔与外部设备进行电连接，防止传感器内部电连接的脱落。外壳的上部和下部均有机械凸起，可与手柄连接器和刮刀连接器分别卡紧，并且由于两者在上下的分布方位不同，外壳不会产生上、下位移。
24.进一步的，每个所述弹性片上至少贴附有两个电阻应变片14，且所述电阻应变片14贴附于弹性片上的变形最大处。
25.进一步的，所述弹性片上一面上贴附有电阻应变片14，另一相对的侧面上贴附有相对应的电阻应变片14，每片弹性片的正反面应变片位置对应，弹性元件的同一面应变片对齐布置，正面上(或下)方应变片与反面下(或上) 方应变片所受应力大小及方向相同，共16片电阻应变片，受到相同大小及方向应力的四个电阻应变片为一组，分别组成r1、r2、r3、r4，其中r1、r4所受应力方向与r2、r3所受应力方向相反，大小相同。r5为电位器，可通过调节r5减少共模电压输出。电位器调节部分与数据采集与处理模块9021集成在同一块 pcb板上。
26.进一步的，还包括所述扭矩传感模块后路装配结构9，所述扭矩传感模块后路装配结构9包括人机交互模块901、设置于所述人机交互模块901下方的数据采集处理模块9021、设置于所述数据采集处理模块9021下方的云存储902、设置于所述云存储902下方的供电模块903，所述供电模块903设置有电缆接口904、usb充电接口一905及usb充电接口二906。
27.所述数据采集处理模块9021与惠斯登电桥连接，包括数据放大采样模块及数字信号处理模块。数据放大采样模块通过差分放大器放大微弱的电压信号，传输至精密adc进行采样，获得数字信号。数字信号处理模块通过spi 通讯方式接受数据，并进行数据处理及指令发送，通过串口将相关指令传送给人机交互界面。通过dsp实时实现数据融合算法和扩展卡尔曼滤波算法，使数据传输更为平稳。
28.所述人机交互模块901通过串口屏进行显示，用户可通过触摸屏幕完成屏幕切换、灵敏度调节、波形监测等功能。其中，串口屏通过屏幕切换，可实现病人信息录入、串口助手调节等功能；根据病人不同的生理情况，调整灵敏度等级。实现波形监测功能时，显示电压输出波形，持续输出时将电压最大值高亮，通过标定可同时显示扭矩信号值，还可通过usb转接口二906将串口连接上位机，同样实现以上功能，并可将实验数据存至pc端，为后续研究提供数据支持。
29.所述云存储902通过以太网芯片实现数据传输，通过网线与路由器相连，从而可在
物联网平台上实现人机交互，显示手术关节刮刀使用过程电压信号波形、病人信息、主治医师等信息，为后续临床研究提供了可能。
30.所述供电模块903一方面通过电缆接口904实现与扭矩传感模块相连，并进行供电，另一方面给人机交互模块901、数据采集处理模块及惠斯登电桥电位器调节部分902供电，保证901的正常工作以及减小数据采集处理模块由温度等因素造成的输出误差。该模块可通过usb充电接口一905进行充电。
31.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的，对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
32.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。