一种小型手术机器人的主手控制系统

1.本发明涉及手术机器人技术领域，具体地说，涉及一种小型手术机器人的主手控制系统。


背景技术：

2.手术机器人指的是医生借助机械系统的辅助对患者进行微创手术，在这类手术中，医生的双手不触碰患者，机器人系统作为辅助手术的平台。远程手术机器人系统是集多学科高科技技术手段于一体的综合体，一般具有本地手术功能和远程手术功能两种操控模式。但是，目前的手术机器人系统中，主刀医生需要通过操作两个医生机械臂来控制手术器械和一个三维腹腔镜，但因为通信技术或同步控制器的协作效果不佳，导致传统微创手术中存在眼-手运动不协调的固有缺陷，以及动作不够精细，导致手术操作不灵活、难以完成精细动作，从而影响手术的效果，甚至可能因医生的手部抖动损伤患者的脏器组织。同时，传统微创手术中，还存在因网络时延导致医生操作术野不够清晰直观的局限，因现存的大量不足，大大制约了远程手术机器人的应用发展。然而，目前却没有较为稳定精确的小型手术机器人的主手控制系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供了一种小型手术机器人的主手控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种小型手术机器人的主手控制系统，包括
5.基础建设单元、运动控制单元、视频显示单元、通信连接单元和电源管理单元；所述基础建设单元、所述运动控制单元、所述视频显示单元、所述通信连接单元与所述电源管理单元依次通过网络通信连接；所述基础建设单元用于提供并管理构建主手控制系统的基础设备并控制各设备之间的连接关系；所述运动控制单元用于对主手的运动及通过主手控制从手运动的过程进行管理控制；所述视频显示单元用于对主手端可查看的手术视野视频进行显示管理；所述通信连接单元用于通过多种通信手段来给系统运行提供信号连接和数据传输的通道；所述电源管理单元用于对支撑系统稳定运行的能量源进行智能管理和分配；
6.所述基础建设单元包括主操作台模块、主控制箱模块、3d显示器模块和辅助设备模块；
7.所述运动控制单元包括同步运动模块、比例缩放模块、能量控制模块和器械切换模块；
8.所述视频显示单元包括图像传输模块、图像处理模块、三维展示模块和视频压缩模块；
9.所述通信连接单元包括实时通信模块、远程信号模块、专用网络模块和安全机制
模块；
10.所述电源管理单元包括系统电源模块、备用电源模块和断电处理模块。
11.作为本技术方案的进一步改进，所述主操作台模块、所述主控制箱模块、所述3d显示器模块与所述辅助设备模块依次通过网络通信连接；所述主操作台模块用于提供并管理作为手术机器人系统的控制中心的医生操作台，其作为医生端的交互平台，可供主刀医生用双手通过操作两个医生机械臂来控制手术器械和一个三维腹腔镜；所述主控制箱模块用于提供医生操作台远程控制箱来支撑非本地的远程手术，主端远程控制箱在远程手术主操作端与医生操作台连接使用，采集医生操作台各路信号传输给远程患者端，并接收远程患者端的传输信号及三维图像，并传输到医生操作台上；所述3d显示器模块用于通过具有三维显示功能的3d显示器来接收由三维内窥镜摄像系统实时采集的患者体内术野的三维影像；所述辅助设备模块用于对多种可扩展系统功能且能够支撑系统顺畅运行的辅助设备进行连接控制和管理。
12.其中，主端远程控制器主要由工控机、显示器、控制器、图像处理器、键盘等组成。
13.其中，辅助设备包括但不限于除患者操作台、三维内窥镜摄像系统、主/从端远程控制箱之外的所有电气元件，如行走驱动装置、工控机、电能量平台等。
14.作为本技术方案的进一步改进，所述同步运动模块、所述比例缩放模块、所述能量控制模块与所述器械切换模块依次通过网络通信连接；所述同步运动模块用于通过预先编设的软件程序、低时延的网络及同步运动控制器来实现手术器械末端与外科医生的双手同步运动；所述比例缩放模块用于通过在主手控制系统中增加运动比例缩放功能，将医生操作台机械臂的运动按一定的比例缩小后映射为患者机械臂的运动，最大程度的减小医生手部的自然抖动或无意识的移动，提升微创机器人精细操作的手术质量；所述能量控制模块用于通过远程主操作端预设的控制接口连接电能量平台，以供电刀、超声刀电能量设备连接，可以最大限度将主手能量控制系统集成在一起，并且能够将机器能量指令转化为数字化信息，并搭载远程手术模块，实现网络支持下操作指令同传，以拓展手术机器人的应用场景；所述器械切换模块用于根据不同末端手术器械的使用需求，预先设定各手术器械对应的运动缩放比例，并提供在更换手术器械后进行快速的模式切换的功能。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述同步运动模块的设计最大限度的还原了开放式手术中医生的眼睛-手术器械-手部运动同步运动的情形，实现微创手术下眼-手协调运动的直觉运动映射。
16.作为本技术方案的进一步改进，所述图像传输模块、所述图像处理模块、所述三维展示模块与所述视频压缩模块依次通过网络通信连接；所述图像传输模块用于通过高速的数据传输手段将三维内窥镜拍摄系统拍摄的术野影像传输到主手控制系统；所述图像处理模块用于对获取的术野影像进行降噪、缩放等处理，以便为主刀医生提供高清的术野图像；所述三维展示模块用于通过具有三维显示功能的显示器，直观地展现采用高分辨率光学三维镜头的三维腹腔镜拍摄的患者腹腔内三维立体高清图像，使主刀医生在手术过程中对深度有良好感知，能更清晰辨认解剖结构，提高了手术精确度，也可以减少主刀医生的视觉疲劳；所述视频压缩模块用于在患者端需采用外置高速数据采集卡对图像进行采集和3d压缩处理，以节约系统处理及传输时间，降低图像传输时延，并在此基础上增加断点续传功能，可在图像中断后再连接时从断点续传，确保术中图像的连续性。
17.作为本技术方案的进一步改进，所述实时通信模块、所述远程信号模块、所述专用网络模块与所述安全机制模块依次通过网络通信连接；所述实时通信模块用于通过以5g移动通信技术为主的多种通信手段，来给远程手术提供低时延、高质量的实时通信支持；所述远程信号模块用于具有较高实时性的双向传输机制，在机器人远程手术中，支持医生发送操作指令来控制患者端的机械臂进行手术操作，同时实时不断接收并确认患者端的反馈信息，以确保手术的安全进行；所述专用网络模块用于在医院范围内设置用于支撑远程手术的专用网络，以便给远程手术提供稳定、安全的通信支持；所述安全机制模块用于设定受控于通信传输的安全处理机制，以便在机器人远程手术中，保障处于物理环境中的医生与患者之间的信息对接、操作对接、故障处理等的安全，对保证远程手术的安全性和操作性尤为重要。
18.其中，目前的远程通信系统传输硬件主要以上位机为主，针对较高实时性的需求，大多数传输机制采用基于udp的机器人控制信息传输协议。
19.作为本技术方案的进一步改进，所述安全机制模块中，通信传输的安全处理机制具体为：若通讯发生意外情况，如网络出现连续丢包现象，则两端的主/从远程控制箱会立即停止双向信号传输，手术机器人医生操作台和患者操作台两端全部关节处的抱闸立即动作使机器人停止全部运动，同时发出报警信号，且机器人进入待机状态，保障远程手术的安全性；当通信再次连接时，其通过建立机器人主从二次运动学映射机制，实现机器人由待机状态切换到连接状态，手术机械臂及器械能够映射主操作端医生的控制信息，从而保证手术过程中远程控制信号的安全有效连接及映射。
20.作为本技术方案的进一步改进，所述系统电源模块、所述备用电源模块与所述断电处理模块依次通过网络通信连接；所述系统电源模块用于分别对加入主手控制系统的所有用电设备进行电源连接，并通过集中的电源管理器对各用电设备的电能使用情况进行管控和分配；所述备用电源模块用于分别给主手控制系统的各主要用电设备设置备用电源来应对紧急断电情况，以支撑手术的顺畅进行或保障患者的安全；所述断电处理模块用于设定主要受控于电能支撑的安全处理机制，以便在机器人远程手术中应对断电情况下医生操作台、三维内窥摄像系统及患者操作台的安全动作。
21.其中，系统电源管理中，患者操作台(包括患者操作台远程控制器)、医生操作台(包括医生操作台控制器)和三维内窥镜摄像系统这三大部分均需要单独的电源插座供电，不能插在一个接线板上，以保证系统的稳定供能和用电安全。
22.其中，在备用电源无法支撑手术机器人系统全部的使用需求时，则优先供应给患者操作台，同时患者操作台除备用电池外，还应始终插接电源并打开电源开关，确保电池始终处于满电量状态，备用电池为出现突发状况时紧急撤离用。
23.作为本技术方案的进一步改进，所述断电处理模块中，电能支撑的安全处理机制具体为：当系统电源中断，则自动切换到备用电源，同时停止非主要用电设备的工作并进行结构复位，并实时显示备用电源的余量及通过智能运算获取的可支撑时间，在此情况下主刀医生可根据情况选择继续或暂停手术；当系统电源中断、自动切换到备用电源后，若备用电源无法支撑手术继续进行，则优先给患者操作台供电，同时患者端操作台可按照预设程序将末端手术器械撤离患者的体内，以保障患者的安全；患者操作台必须设置脱离系统的备用电源，在系统电源和系统备用电源均中断或耗尽时，该备用电源可支撑患者操作台紧
急撤离。
24.本发明的目的之二在于，提供了一种小型手术机器人的主手控制系统的运行方法，包括：
25.首先在手术时，主刀医生坐在医生操作台前，通过3d显示器观看通过三维内窥镜摄像系统采集并传输来的患者腹腔内部的术野内的三维影像，同时双手握住手柄操作医生机械臂，在实时的高速通信技术支撑下，通过比例缩放和能量控制平台，将手部动作同步到控制患者机械臂上的手术器械以执行各种手术动作，并通过远程信号实时确认患者端反馈的信号，另外整个手术过程中，还需辅助医生在患者操作台端进行器械安装与更换等辅助操作；当出现通信中断或电源中断，则系统按照预设程度执行安全处理机制，以保证手术的安全性。
26.本发明的目的之三在于，提供了一种小型手术机器人的主手控制系统的运行装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的小型手术机器人的主手控制系统。
27.本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的小型手术机器人的主手控制系统。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果：
29.1.该小型手术机器人的主手控制系统通过实时的同步运动，解决了传统微创手术中眼-手运动不协调的固有缺陷，最大限度的还原了开放式手术中医生的眼睛-手术器械-手部运动同步运动的情形，实现微创手术下眼-手协调运动的直觉运动映射，并增加运动比例缩放功能，将医生机械臂的运动按一定的比例缩小后映射为患者机械臂的运动，最大程度的减小医生手部的自然抖动或无意识的移动，提升微创机器人精细操作的手术质量；
30.2.该小型手术机器人的主手控制系统通过高分辨率的三维腹腔镜，基于高速的传输技术能为主刀医生提供患者腹腔内三维立体高清图像，使主导医生在手术过程中对深度有良好感知，能更清晰辨认解剖结构，提高了手术精确度，也可以减少主刀医生的视觉疲劳，并通过设置完善的系统供能管理和备用电源的安全处理机制来提高手术机器人的安全性能；
31.3.该小型手术机器人的主手控制系统采用5g技术来为远程手术提供高速率、多连接、大带宽及低时延的网络环境，满足远程手术实时性、高效性及稳定性的需求，使远程手术可以惠及更多医疗条件受限的地区。
附图说明
32.图1为本发明的整体产品架构框图；
33.图2为本发明的整体系统装置结构图；
34.图3为本发明的局部系统装置结构图之一；
35.图4为本发明的局部系统装置结构图之二；
36.图5为本发明的局部系统装置结构图之三；
37.图6为本发明的局部系统装置结构图之四；
38.图7为本发明的局部系统装置结构图之五；
39.图8为本发明的示例性电子计算机平台装置结构示意图。
40.图中各个标号意义为：
41.100、基础建设单元；101、主操作台模块；102、主控制箱模块；103、3d显示器模块；104、辅助设备模块；
42.200、运动控制单元；201、同步运动模块；202、比例缩放模块；203、能量控制模块；204、器械切换模块；
43.300、视频显示单元；301、图像传输模块；302、图像处理模块；303、三维展示模块；304、视频压缩模块；
44.400、通信连接单元；401、实时通信模块；402、远程信号模块；403、专用网络模块；404、安全机制模块；
45.500、电源管理单元；501、系统电源模块；502、备用电源模块；503、断电处理模块。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
47.实施例1
48.如图1-图8所示，本实施例提供了一种小型手术机器人的主手控制系统，包括
49.基础建设单元100、运动控制单元200、视频显示单元300、通信连接单元400和电源管理单元500；基础建设单元100、运动控制单元200、视频显示单元300、通信连接单元400与电源管理单元500依次通过网络通信连接；基础建设单元100用于提供并管理构建主手控制系统的基础设备并控制各设备之间的连接关系；运动控制单元200用于对主手的运动及通过主手控制从手运动的过程进行管理控制；视频显示单元300用于对主手端可查看的手术视野视频进行显示管理；通信连接单元400用于通过多种通信手段来给系统运行提供信号连接和数据传输的通道；电源管理单元500用于对支撑系统稳定运行的能量源进行智能管理和分配；
50.基础建设单元100包括主操作台模块101、主控制箱模块102、3d显示器模块103和辅助设备模块104；
51.运动控制单元200包括同步运动模块201、比例缩放模块202、能量控制模块203和器械切换模块204；
52.视频显示单元300包括图像传输模块301、图像处理模块302、三维展示模块303和视频压缩模块304；
53.通信连接单元400包括实时通信模块401、远程信号模块402、专用网络模块403和安全机制模块404；
54.电源管理单元500包括系统电源模块501、备用电源模块502和断电处理模块503。
55.本实施例中，主操作台模块101、主控制箱模块102、3d显示器模块103与辅助设备模块104依次通过网络通信连接；主操作台模块101用于提供并管理作为手术机器人系统的控制中心的医生操作台，其作为医生端的交互平台，可供主刀医生用双手通过操作两个医
生机械臂来控制手术器械和一个三维腹腔镜；主控制箱模块102用于提供医生操作台远程控制箱来支撑非本地的远程手术，主端远程控制箱在远程手术主操作端与医生操作台连接使用，采集医生操作台各路信号传输给远程患者端，并接收远程患者端的传输信号及三维图像，并传输到医生操作台上；3d显示器模块103用于通过具有三维显示功能的3d显示器来接收由三维内窥镜摄像系统实时采集的患者体内术野的三维影像；辅助设备模块104用于对多种可扩展系统功能且能够支撑系统顺畅运行的辅助设备进行连接控制和管理。
56.其中，主端远程控制器主要由工控机、显示器、控制器、图像处理器、键盘等组成。
57.其中，辅助设备包括但不限于除患者操作台、三维内窥镜摄像系统、主/从端远程控制箱之外的所有电气元件，如行走驱动装置、工控机、电能量平台等。
58.本实施例中，同步运动模块201、比例缩放模块202、能量控制模块203与器械切换模块204依次通过网络通信连接；同步运动模块201用于通过预先编设的软件程序、低时延的网络及同步运动控制器来实现手术器械末端与外科医生的双手同步运动；比例缩放模块202用于通过在主手控制系统中增加运动比例缩放功能，将医生操作台机械臂的运动按一定的比例缩小后映射为患者机械臂的运动，最大程度的减小医生手部的自然抖动或无意识的移动，提升微创机器人精细操作的手术质量；能量控制模块203用于通过远程主操作端预设的控制接口连接电能量平台，以供电刀、超声刀电能量设备连接，可以最大限度将主手能量控制系统集成在一起，并且能够将机器能量指令转化为数字化信息，并搭载远程手术模块，实现网络支持下操作指令同传，以拓展手术机器人的应用场景；器械切换模块204用于根据不同末端手术器械的使用需求，预先设定各手术器械对应的运动缩放比例，并提供在更换手术器械后进行快速的模式切换的功能。
59.具体地，同步运动模块201的设计最大限度的还原了开放式手术中医生的眼睛-手术器械-手部运动同步运动的情形，实现微创手术下眼-手协调运动的直觉运动映射。
60.本实施例中，图像传输模块301、图像处理模块302、三维展示模块303与视频压缩模块304依次通过网络通信连接；图像传输模块301用于通过高速的数据传输手段将三维内窥镜拍摄系统拍摄的术野影像传输到主手控制系统；图像处理模块302用于对获取的术野影像进行降噪、缩放等处理，以便为主刀医生提供高清的术野图像；三维展示模块303用于通过具有三维显示功能的显示器，直观地展现采用高分辨率光学三维镜头的三维腹腔镜拍摄的患者腹腔内三维立体高清图像，使主刀医生在手术过程中对深度有良好感知，能更清晰辨认解剖结构，提高了手术精确度，也可以减少主刀医生的视觉疲劳；视频压缩模块304用于在患者端需采用外置高速数据采集卡对图像进行采集和3d压缩处理，以节约系统处理及传输时间，降低图像传输时延，并在此基础上增加断点续传功能，可在图像中断后再连接时从断点续传，确保术中图像的连续性。
61.本实施例中，实时通信模块401、远程信号模块402、专用网络模块403与安全机制模块404依次通过网络通信连接；实时通信模块401用于通过以5g移动通信技术为主的多种通信手段，来给远程手术提供低时延、高质量的实时通信支持；远程信号模块402用于具有较高实时性的双向传输机制，在机器人远程手术中，支持医生发送操作指令来控制患者端的机械臂进行手术操作，同时实时不断接收并确认患者端的反馈信息，以确保手术的安全进行；专用网络模块403用于在医院范围内设置用于支撑远程手术的专用网络，以便给远程手术提供稳定、安全的通信支持；安全机制模块404用于设定受控于通信传输的安全处理机
制，以便在机器人远程手术中，保障处于物理环境中的医生与患者之间的信息对接、操作对接、故障处理等的安全，对保证远程手术的安全性和操作性尤为重要。
62.其中，选取以5g移动通信技术的原因在于：影响远程手术特别是其操控效果的重要因素之一是数据传输的效果，包括对传输技术在质量和时延两方面的要求非常之高，具体为：超低延迟——因为远端要求控制指令和反馈信号“实时”的在医生端和患者端双向传递，同时3d视频信息从患者端“实时”传输到医生端，以保证整个手术操作的安全；超高速率——因为手术过程需要传输现场超高清视频，数据量极大，而5g技术高速率低时延的特点，可以突破4g网络难以开展高精度远程操控的障碍，为远程手术的应用奠定技术基础。
63.其中，目前的远程通信系统传输硬件主要以上位机为主，针对较高实时性的需求，大多数传输机制采用基于udp的机器人控制信息传输协议。
64.具体地，安全机制模块404中，通信传输的安全处理机制具体为：若通讯发生意外情况，如网络出现连续丢包现象，则两端的主/从远程控制箱会立即停止双向信号传输，手术机器人医生操作台和患者操作台两端全部关节处的抱闸立即动作使机器人停止全部运动，同时发出报警信号，且机器人进入待机状态，保障远程手术的安全性；当通信再次连接时，其通过建立机器人主从二次运动学映射机制，实现机器人由待机状态切换到连接状态，手术机械臂及器械能够映射主操作端医生的控制信息，从而保证手术过程中远程控制信号的安全有效连接及映射。
65.本实施例中，系统电源模块501、备用电源模块502与断电处理模块503依次通过网络通信连接；系统电源模块501用于分别对加入主手控制系统的所有用电设备进行电源连接，并通过集中的电源管理器对各用电设备的电能使用情况进行管控和分配；备用电源模块502用于分别给主手控制系统的各主要用电设备设置备用电源来应对紧急断电情况，以支撑手术的顺畅进行或保障患者的安全；断电处理模块503用于设定主要受控于电能支撑的安全处理机制，以便在机器人远程手术中应对断电情况下医生操作台、三维内窥摄像系统及患者操作台的安全动作。
66.其中，系统电源管理中，患者操作台(包括患者操作台远程控制器)、医生操作台(包括医生操作台控制器)和三维内窥镜摄像系统这三大部分均需要单独的电源插座供电，不能插在一个接线板上，以保证系统的稳定供能和用电安全。
67.其中，在备用电源无法支撑手术机器人系统全部的使用需求时，则优先供应给患者操作台，同时患者操作台除备用电池外，还应始终插接电源并打开电源开关，确保电池始终处于满电量状态，备用电池为出现突发状况时紧急撤离用。
68.具体地，断电处理模块503中，电能支撑的安全处理机制具体为：当系统电源中断，则自动切换到备用电源，同时停止非主要用电设备的工作并进行结构复位，并实时显示备用电源的余量及通过智能运算获取的可支撑时间，在此情况下主刀医生可根据情况选择继续或暂停手术；当系统电源中断、自动切换到备用电源后，若备用电源无法支撑手术继续进行，则优先给患者操作台供电，同时患者端操作台可按照预设程序将末端手术器械撤离患者的体内，以保障患者的安全；患者操作台必须设置脱离系统的备用电源，在系统电源和系统备用电源均中断或耗尽时，该备用电源可支撑患者操作台紧急撤离。
69.本实施例还提供了一种小型手术机器人的主手控制系统的运行方法，包括：
70.首先在手术时，主刀医生坐在医生操作台前，通过3d显示器观看通过三维内窥镜
摄像系统采集并传输来的患者腹腔内部的术野内的三维影像，同时双手握住手柄操作医生机械臂，在实时的高速通信技术支撑下，通过比例缩放和能量控制平台，将手部动作同步到控制患者机械臂上的手术器械以执行各种手术动作，并通过远程信号实时确认患者端反馈的信号，另外整个手术过程中，还需辅助医生在患者操作台端进行器械安装与更换等辅助操作；当出现通信中断或电源中断，则系统按照预设程度执行安全处理机制，以保证手术的安全性。
71.如图1所示，本实施例还提供了一种小型手术机器人的主手控制系统的示例性产品架构框图，主要包括医生操作台、主端远程控制箱、影像台车/三维内窥镜摄像系统、患者操作台、从端远程控制箱等。
72.其中，值得说明的是，在进行本地手术时，可以不配置主端远程控制箱和从端远程控制箱。
73.具体地，主/从端远程控制器均主要由工控机、显示器、图像处理器、键盘等组成。
74.进一步地，三维内窥镜摄像系统集成在一个可移动的影像台车上，主要由图像处理器、主机、3d影像显示器等组成。
75.如图8所示，本实施例还提供了一种小型手术机器人的主手控制系统的运行装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
76.处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的小型手术机器人的主手控制系统。
77.可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
78.此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的小型手术机器人的主手控制系统。
79.可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面小型手术机器人的主手控制系统。
80.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
81.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。