血管介入手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　醫(yī)學(xué)教育是非常重視實(shí)踐操作的，沒有臨床實(shí)踐就不能培養(yǎng)出合格的醫(yī)生?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的瓶頸之一就是學(xué)生被迫遠(yuǎn)離了臨床真實(shí)環(huán)境下的操作練習(xí)，特別是血管內(nèi)介入治療這種要求高精確度的手術(shù)技術(shù)。

　　為了配合用于介入手術(shù)培訓(xùn)的血管介入手術(shù)模擬教學(xué)系統(tǒng)，自主開發(fā)了一套血管介入手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)⒔槿胧中g(shù)器械導(dǎo)絲的位移信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，準(zhǔn)確描述上位機(jī)軟件系統(tǒng)中虛擬導(dǎo)絲的位移，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。同時(shí)導(dǎo)絲受力反饋裝置的設(shè)計(jì)能夠模擬導(dǎo)絲在血管中運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到的阻力，提供良好的手感，達(dá)到真實(shí)醫(yī)學(xué)培訓(xùn)目的。

　　0引言

　　血管類疾病已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類生命的疾病之一。目前放射介入療法對(duì)治療此類疾病效果明顯，針對(duì)傳統(tǒng)介入手術(shù)醫(yī)生的培訓(xùn)無法經(jīng)常在臨床環(huán)境下進(jìn)行的問題，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)介入手術(shù)模擬教學(xué)系統(tǒng)用于手術(shù)培訓(xùn)。血管介入治療模擬教學(xué)系統(tǒng)由介入手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和虛擬介入手術(shù)軟件系統(tǒng)組成，本課題主要對(duì)前者進(jìn)行了研究，自主設(shè)計(jì)開發(fā)了一種血管介入手術(shù)器械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。常見的血管介入手術(shù)器械有各種型號(hào)的導(dǎo)絲、導(dǎo)管、造影器、氣囊、支架等。由于導(dǎo)絲在引導(dǎo)導(dǎo)管進(jìn)入血管和放置支架、球囊等手術(shù)器械中起著非常重要的作用，因此本文中論述的介入手術(shù)器械以導(dǎo)絲為例。系統(tǒng)由導(dǎo)絲位移信息采集裝置和導(dǎo)絲受力模擬裝置兩部分組成。

　　1導(dǎo)絲位移信息采集裝置

　　位移采集裝置的作用是在進(jìn)行介入手術(shù)模擬時(shí)，能夠準(zhǔn)確采集訓(xùn)練者對(duì)導(dǎo)絲的推拉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的導(dǎo)絲位移信息，然后單片機(jī)讀取位移信息處理后發(fā)送給上位機(jī)軟件系統(tǒng)。

　　1.1采集原理

　　采用光學(xué)傳感器可以進(jìn)行無接觸式測量和采集信息，但是普通光學(xué)傳感器靈敏度較小，對(duì)采集物體的表面也有很高的要求，對(duì)小型精細(xì)物體如導(dǎo)管、導(dǎo)絲等的運(yùn)動(dòng)信息采集不夠精確，所以經(jīng)過對(duì)比，本文使用激光位移傳感器芯片ADNS-7530，進(jìn)行無接觸式測量，測量精度、耐用性、靈活性等方面得到了很大的提高。

　　ADNS-7530工作示意圖如圖1所示。當(dāng)有物體在鏡頭采集距離內(nèi)移動(dòng)時(shí)，激光發(fā)射器VCSEL向物體表面發(fā)射激光，經(jīng)反射后由傳感器接收，通過光學(xué)原理獲取連續(xù)物體表面圖像，然后根據(jù)前后兩張圖像變化信息，自動(dòng)計(jì)算出物體表面移動(dòng)的方向和增量并存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器里。

　　1.2采集裝置

　　本文設(shè)計(jì)的導(dǎo)絲通道裝置主要由鋼管通道、傳感器電路板、基座、彈簧擋片固定裝置等組成。如圖2所示。

　　導(dǎo)絲位移信息采集裝置如圖3所示。ADNS-7530焊接在采集電路板上，電路板固定在基座上，帶有凹槽的金屬通道在電路板下穿過，電路板上有采集接口和電源接口分別與外部單片機(jī)引腳和供電電源連接。

　　1.3采集電路設(shè)計(jì)

　　位移信息采集裝置中，采集電路主要是ADNS-7530與單片機(jī)之間的通信電路，包括單片機(jī)對(duì)傳感器內(nèi)的寄存器進(jìn)行初始化操作，以及讀取傳感器采集到的導(dǎo)絲實(shí)時(shí)的位移信息；再就是單片機(jī)與上位機(jī)軟件系統(tǒng)的串口通信電路，單片機(jī)將位移信息處理打包后通過串口發(fā)送給上位機(jī)。ADNS-7530傳感器采集位移信息時(shí)，將位移信息以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在了內(nèi)部寄存器Delta_X_L、Delta_Y_L、Delta_XY_H中，單片機(jī)通過SPI方式讀取上述寄存器中的位移數(shù)據(jù)。ADNS-7530要正常工作，準(zhǔn)確采集導(dǎo)絲的位移信息，必須先對(duì)其內(nèi)部的寄存器按照一定的順序進(jìn)行配置。如圖4所示。