微操作器及系统

本公开涉及医疗设备领域，并且更具体地涉及震颤减轻的手持仪器。

背景技术：

0、技术背景

1、手持仪器在诸如超微外科手术等各种应用中的精度取决于使用者对自身运动及/或位姿等的控制。然而，即使是健康且经过训练的使用者的人手，也可能表现出微小的不自主运动。这些不自主运动可能是生理性震颤、肌阵挛、低频漂移等的结果。

技术实现思路

0、发明概要

1、在一个方面，本申请公开一种微操作器。微操作器包括：第一框架部分，该第一框架部分定义从第一近端延伸到第一远端的轴向方向；第二框架部分；工具夹持座，该工具夹持座被耦接于第二框架部分；第一连接部分，该第一连接部分在第一远端以弹性可枢转耦接的方式将第二框架部分与第一框架部分耦接；以及第二连接部分，该第二连接部分在第一近端以弹性可枢转耦接的方式将第二框架部分与第一框架部分耦接。其中第一框架部分、第二框架部分、第一连接部分与第二连接部分构成可屈曲框架，该可屈曲框架弹性地被偏置于第一框架状态，在第一框架状态，工具夹持座处于收回位置。该收回位置可以是相对于第一远端的位置。

2、微操作器进一步包括与第一框架部分耦接的初级促动器，该初级促动器被设置为在轴向方向上向第一连接部分提供推力，以使第一连接部分关于第一轴线相对于第一框架部分发生角位移，其中第一轴线与轴向方向正交。

3、微操作器中，第二框架部分响应于初级促动器的促动产生的位移导致可屈曲框架的占用面积减小。

4、微操作器进一步包括：与第二框架部分耦接的第一次级促动器，该第一次级促动器是具有第一次级促动器轴线的线性促动器；以及与第二框架部分耦接的第二次级促动器，该第二次级促动器是具有第二次级促动器轴线的线性促动器，其中初级促动器是具有初级促动器轴线的线性促动器，并且初级促动器轴线、第一次级促动器轴线与第二次级轴线彼此不重合。

5、微操作器中，初级促动器轴线、第一次级促动器轴线及第二次级轴线可以在至少当可屈曲框架处于第一框架状态时与轴向方向平行。微操作器中，第一次级促动器及第二次级促动器中的每一个都可以被设置为向工具夹持座提供推力。响应于第一次级促动器及第二次级促动器中的至少一个的促动，工具夹持座可以相对于第二框架部分发生角位移。

6、微操作器进一步包括控制器，该控制器被设置为与初级促动器、第一次级促动器及第二次级促动器进行信号通信，其中控制器可以被设置为可控制地促动初级促动器、第一次级促动器及第二次级促动器中的每一个。

7、微操作器中，响应于第一连接部分相对于第一框架部分关于第一轴线的枢转，第二框架部分可以在轴向方向上发生位移，其中第一轴线与轴向方向正交。微操作器中，响应于第一连接部分相对于第一框架部分关于第一轴线的角位移，第二框架部分可以沿横向方向朝向第一框架部分位移，其中横向方向与第一轴线及轴向方向两者均正交。

8、微操作器中，可屈曲框架可以是一体形成的。微操作器可以进一步包括壳体，该壳体与第一框架部分耦接，其中微操作器是手持仪器。微操作器可以进一步包括与壳体外部耦接的至少一个标记部件。微操作器可以进一步包括与壳体外部耦接的多个标记部件，其中所述至少三个标记部件中的每一个都被设置为发射光线。

9、在另一方面，本申请公开一种系统，包括：工具；微操作器，微操作器包括：第一框架部分，该第一框架部分定义从第一近端延伸到第一远端的轴向方向；第二框架部分；工具夹持座，该工具夹持座被耦接于第二框架部分，工具被可拆卸地附连于工具夹持座；第一连接部分，该第一连接部分在第一远端以弹性可枢转耦接的方式将第二框架部分与第一框架部分耦接；第二连接部分，该第二连接部分在第一近端以弹性可枢转耦接的方式将第二框架部分与第一框架部分耦接，其中第一框架部分、第二框架部分、第一连接部分及第二连接部分构成可屈曲框架，该可屈曲框架弹性地被偏置于第一框架状态，在第一框架状态，工具夹持座相对于第一远端处于收回位置；与第一框架部分耦接的壳体；以及被设置于壳体上的至少一个标记部件；以及控制器，该控制器与微操作器进行信号通信，控制器被设置为根据捕捉到的所述至少一个标记部件的图像确定工具的震颤减轻位移。

10、微操作器还可以进一步包括：与第一框架部分耦接的初级促动器，该初级促动器被设置为在轴向方向上向第一连接部分提供推力，以使第一连接部分相对于第一框架部分关于第一轴线发生角位移，第一轴线与轴向方向正交；以及与第二框架部分耦接的两个次级促动器，其中两个次级促动器中的每一个均为具有各自次级促动器轴线的线性促动器，其中初级促动器轴线与各自次级促动器轴线彼此不重合，其中控制器被设置为初级促动器及两个次级促动器，以提供工具的震颤减轻位移。

11、系统可以包括被设置为捕捉图像的摄像机，其中摄像机是一台运动捕捉摄像机。至少一个标记部件可以是发光二极管，并且其中摄像机与所述至少一个标记部件被设置为在频率上匹配。系统可以包括具有组合摄像机视场的两个摄像机，其中所述两个摄像机安装在工作空间上方的支承臂上，支承臂与具有显微镜视场的显微镜耦接，并且其中所述两个摄像机被定方位，以使得组合摄像机视场与显微镜视场至少重叠。

12、一种系统，包括：工具；微操作器，该微操作器包括：工具夹持座，该工具被可拆卸地附连于工具夹持座；壳体；以及被设置于壳体上的至少一个标记部件；以及至少一个摄像机，所述至少一个摄像机被设置为捕捉所述至少一个标记部件的图像；以及控制器，该控制器被设置为与微操作器进行信号通信，控制器被设置为根据所述至少一个标记部件的图像确定工具的震颤减轻位移，其中所述至少一个摄像机中的每一个均为具有至少400微米的运作精度的运动捕捉光学摄像机，并且其中震颤减轻位移确定为10微米的精度。

13、控制器可以被设置为确定工作空间中工具夹持座的位置，其中工作空间是三维空间，工作空间至少比所述至少一个摄像机的摄像机视场小一个数量级。系统可以进一步包括具有显微镜视场的显微镜，其中所述至少一个摄像机具有组合摄像机视场，组合摄像机视场被设置为与显微镜视场至少重叠。所述至少一个标记部件可以是发光二极管，并且其中所述至少一个摄像机与所述至少一个标记部件可以被设置为在频率上匹配。所述至少一个摄像机中的每一个都被定位为比显微镜的物镜更远离工作空间。

技术特征：

1.一种微操作器，包括：

2.根据权利要求1所述的微操作器，进一步包括与所述第一框架部分耦接的初级促动器，所述初级促动器被设置为在所述轴向方向上向所述第一连接部分提供推力，以使所述第一连接部分关于第一轴线相对于所述第一框架部分发生角位移，其中所述第一轴线与所述轴向方向正交。

3.根据权利要求2所述的微操作器，其中所述第二框架部分响应于所述初级促动器的促动产生的位移导致所述可屈曲框架的占用面积减小。

4.根据权利要求2或3所述的微操作器，进一步包括：

5.根据权利要求4所述的微操作器，其中所述初级促动器轴线、所述第一次级促动器轴线及所述第二次级轴线在至少当所述可屈曲框架处于所述第一框架状态时与所述轴向方向平行。

6.根据权利要求4或5所述的微操作器，其中所述第一次级促动器及所述第二次级促动器中的每一个均被设置为向所述工具夹持座提供推力。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的微操作器，其中响应于所述第一次级促动器及所述第二次级促动器中的至少一个的促动，所述工具夹持座相对于所述第二框架部分发生角位移。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的微操作器，进一步包括控制器，所述控制器被设置为与所述初级促动器、所述第一次级促动器及所述第二次级促动器进行信号通信，其中所述控制器被设置为可控制地促动所述初级促动器、所述第一次级促动器及所述第二次级促动器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的微操作器，其中响应于所述第一连接部分相对于所述第一框架部分关于所述第一轴线的枢转，第二框架部分在所述轴向方向上位移，其中所述第一轴线与所述轴向方向正交。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的微操作器，其中响应于所述第一连接部分相对于所述第一框架部分关于所述第一轴线的角位移，所述第二框架部分沿横向方向向所述第一框架部分位移，其中所述横向方向与所述第一轴线及所述轴向方向均正交。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的微操作器，其中所述可屈曲框架是一体形成的。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的微操作器，进一步包括壳体，所述壳体与所述第一框架部分耦接，其中所述微操作器是手持仪器。

13.根据权利要求12所述的微操作器，进一步包括与所述壳体外部耦接的至少一个标记部件。

14.根据权利要求12所述的微操作器，进一步包括与所述壳体外部耦接的多个标记部件，其中所述多个标记部件中至少三个标记部件中的每一个都被设置为发射光线。

15.一种系统，包括：

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述微操作器进一步包括：

17.根据权利要求15或16所述的系统，进一步包括被设置为捕捉图像的摄像机，其中所述摄像机是运动捕捉摄像机。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个标记部件是发光二极管，并且其中所述摄像机及所述至少一个标记部件被设置为在频率上匹配。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的系统，所述系统包括具有组合摄像机视场的两个摄像机，其中所述两个摄像机被安装在工作空间上方的支承臂上，所述支承臂与具有显微镜视场的显微镜耦接，并且其中所述两个摄像机被定方位，使得所述组合摄像机视场与所述显微镜视场至少重叠。

20.一种系统，包括：

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制器被设置为确定工作空间中所述工具夹持座的位置，所述工作空间是三维空间，所述工作空间比所述至少一个摄像机的摄像机视场小至少一个数量级。

22.根据权利要求20或21所述的系统，进一步包括具有显微镜视场的显微镜，其中所述至少一个摄像机具有组合摄像机视场，所述组合摄像机视场被设置为与所述显微镜视场至少重叠。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的系统，其中所述至少一个标记部件是发光二极管，并且其中所述至少一个摄像机与所述至少一个标记部件被设置为在频率上匹配。

24.根据权利要求22所述的系统，其中所述至少一个摄像机中的每一个被定位为比所述显微镜的物镜更远离所述工作空间。

技术总结
一种微操作器，包括：第一框架部分，所述第一框架部分定义从第一近端延伸到第一远端的轴向方向；第二框架部分；耦接于第二框架部分的工具夹持座；第一连接部分，所述第一连接部分在第一远端以弹性可枢转耦接的方式将第二框架部分与第一框架部分耦接；以及第二连接部分，所述第二连接部分在第一近端以弹性可枢转耦接的方式将第二框架部分与第一框架部分耦接。所述第一框架部分、所述第二框架部分、所述第一连接部分及第二连接部分构成可屈曲框架。所述可屈曲框架弹性地被偏置于第一框架状态，在所述第一框架状态，所述工具夹持座处于收回位置。

技术研发人员：洪维德,周超,冯晨,林治融,蒋祖平,袁媛
受保护的技术使用者：南洋理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27