基于目标自动跟踪的手术无影灯的制作方法

本实用新型涉及一种手术无影灯，更具体的说，尤其涉及一种基于目标自动跟踪的手术无影灯。

背景技术：

手术无影灯用来照明手术部位，以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度的小的、对比度低的物体。由于施手术者的头、手和器械均可能对手术部位造成干扰阴影，因而手术无影灯就应设计得能尽量消除阴影，并能将色彩失真降到最低程度。

目前我国的医疗自动化普及程度较低，市场上得无影灯比较固化，不能随着手术的进程而自动调节无影灯照射得位置，操作不灵活。现有的手术无影灯基本完全依靠手动调节照射位置，尤其是遇到十分紧急的手术，在手术进行过程中需要频繁调节，会影响手术进度和连续性，既不利于手术的快速完成，也会影响手术的效果。

技术实现要素：

本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于目标自动跟踪的手术无影灯。

本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯，包括X轴左移动平台、X轴右移动平台、Y轴移动平台、灯座、超声波发射器、X轴驱动机构、Y轴驱动机构以及控制电路，X轴驱动机构由于驱使X轴左移动平台、X轴右移动平台和Y轴移动平台沿X轴方向同步运动，Y轴驱动结构用于驱使Y轴移动平台沿Y轴方向同步运动，X轴与Y轴垂直；灯座上设置有无影灯；其特征在于：所述Y轴移动平台的下表面上固定有输出杆均竖直朝下的Z1步进电机、Z2步进电机和Z3步进电机，Z1、Z2和Z3步进电机的输出杆的下端均通过万向节与灯座相连接；无影灯设置于灯座的下表面上，灯座的下表面上设置有三个用于接收超声波发射器信号的超声波接收模块A、超声波接收模块B和超声波接收模块C。

本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯，所述Z1步进电机、Z2步进电机和Z3步进电机成等边三角形分布，所述超声波接收模块A与超声波接收模块B的连线与超声波接收模块A与超声波接收模块C的连线互相垂直。

本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯，所述X轴驱动机构由X轴左导轨、X轴右导轨、X轴丝杠和X轴步进电机组成，X轴左导轨、X轴右导轨和X轴丝杠互相平行，X轴步进电机固定于第一底座上，X轴丝杠的一端固定于X轴步进电机的输出轴上，另一端经轴承固定于第二底座上，X轴左导轨的两端分别第一底座和第二底座上，X轴右导轨的两端分别固定于第三底座和第四底座上；

X轴左移动平台上开设有与X轴左导轨相配合的开槽，X轴右移动平台上开设有与X轴右导轨相配合的导向槽，X轴左移动平台上固定有与X轴丝杠相配合的第二螺母；第一底座、第二底座、第三底座和第四底座固定于手术室的房顶上。

本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯，所述Y轴驱动机构由Y轴导轨、Y轴丝杠和Y轴步进电机组成，Y轴导轨与Y轴丝杠相互平行，Y轴导轨的两端分别固定于X轴左移动平台和X轴右移动平台上，Y轴步进电机固定于X轴左移动平台上，Y轴丝杠的一端固定于Y轴步进电机的输出轴上，另一端经轴承固定于X轴右移动平台上；Y轴移动平台上固定有与Y轴丝杠相配合的第一螺母，Y轴移动平台上开设有与Y轴导轨相配合的导向槽。

本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯，所述控制电路由微控制器及与其相连接的电源模块、按键模块、语音采集模块、亮度调节模块组成，微控制器经语音采集模块采集外界发出的语音指令，经亮度调节模块对无影灯进行控制；所述超声波接收模块A、超声波接收模块B和超声波接收模块C的输出信号接于微控制器的输入端，微控制器的输出端对X轴步进电机、Y轴步进电机、Z1步进电机、Z2步进电机和Z3步进电机的工作状态进行控制。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯，无影灯的灯座经3个成等边三角形分布的Z1、Z2和Z3步进电机固定于Y轴移动平台上，不仅实现了无影灯在高度方向上的位置调节，而且还可对无影灯的照射方向（前后和左右）进行调节；通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构，实现了无影灯在空间平面内的位置调节；通过在无影灯底座的下表面上设置3个超声波接收模块A、B和C，通过3个超声波接收模块对放置于待手术位置的超声波发射器的信号接收，可确定出待手术位置的坐标，进而驱动无影灯运动至待手术位置，实现照射位置的粗定位；术中，通过识别手术人员的语音制冷，通过Z1、Z2和Z3步进电机可对无影灯的照射方向进行微调，实现精准照明，解决了现有无影灯需人工手动频繁调节的弊端，保证了手术的顺利进行、提高了手术效率。

附图说明

图1为本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯的结构示意图；

图2为本实用新型中控制电路的原理图；

图3为本实用新型中利用超声波发射器进行粗定位的原理图。

图中：1 X轴左移动平台，2 X轴右移动平台，3 Y轴移动平台，4灯座，5 Y轴导轨，6 Y轴丝杠，7 Y轴步进电机，8第一螺母，9 Z1步进电机，10 Z2步进电机，11 Z3步进电机，12输出杆，13万向节，14 X轴左导轨，15 X轴右导轨，16 X轴丝杠，17 X轴步进电机，18第二螺母，19轴承，20第一底座，21第二底座，22第三底座，23第四底座；24超声波发射器，25无影灯，26超声波接收模块A，27超声波接收模块B，28超声波接收模块C，29微控制器，30电源模块，31按键模块，32语音采集模块，33亮度调节模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，给出了本实用新型的基于目标自动跟踪的手术无影灯的结构示意图，其由X轴左移动平台1、X轴右移动平台2、Y轴移动平台3、顶座4、X轴驱动机构、Y轴驱动机构、超声波发射器28、Z1步进电机9、Z2步进电机10、Z3步进电机11，在空间范围内，X轴左移动平台1、X轴右移动平台2和Y轴移动平台3可沿X轴方向同步运动，Y轴移动平台3可沿Y轴方向运动，X轴方向与Y轴方向垂直。

Z1步进电机9、Z2步进电机10和Z3步进电机11均以输出杆12竖直朝下的形式固定于Y轴移动平台3的下表面上，Z1、Z2和Z3步进电机（9、10、11）输出杆的下端均通过万向节13固定于灯座4的上表面上，灯座4的下表面上固定有无影灯25，为了便于对灯座4上无影灯的照射方向进行控制，所示的Z1、Z2和Z3步进电机（9、10、11）成等边三角形分布；在Z1、Z2和Z3步进电机（9、10、11）的输出杆12伸出的长度相等时，无影灯25向正下方照射。

灯座4的下表面上设置有超声波接收模块A、超声波接收模块B和超声波接收模块C，超声波接收模块A、B和C用于接收超声波发射器24发出的无线信号，在使用过程中，超声波发射器24放置于患者待手术位置处，通过计算超声波接收模块A、B和C与超声波发射器24之间的距离，进而求出超声波发射器24的位置坐标，即实现了对待手术位置的定位，进而驱使无影灯25运动至对手术部位照射的位置。为了便于计算，所示的超声波接收模块A与超声波接收模块B的连线与超声波接收模块A与超声波接收模块C的连线互相垂直，以便建立空间直角坐标系。

所示的X轴驱动机构由X轴左导轨14、X轴右导轨15、X轴丝杠16和X轴步进电机17组成，X轴左导轨14、X轴右导轨15和X轴丝杠16之间相互平行，其所在方向定义为X轴。X轴左导轨14的两端分别固定于第一底座20和第二底座21上，X轴右导轨15的两端分别固定于第三底座22和第四底座23上，第一底座20、第二底座21、第三底座22和第四底座23用于固定在手术室的房顶上。

X轴步进电机17固定于第一底座20上，X轴丝杠16的一端固定于X轴步进电机17的输出轴上，另一端经轴承19固定于第二底座21上，X轴左移动平台1上固定有与X轴丝杠16相配合的第二螺母18，X轴丝杠16与第二螺母18组成丝杠螺母传动副。X轴左移动平台1上开设有与X轴左导轨14相配合的导向槽，X轴右移动平台2上开设有与X轴右导轨15相配合的导向槽，这样，在X轴步进电机17带动X轴丝杠16转动的过程中，即可驱使X轴左移动平台1、X轴右移动平台2和Y轴移动平台3沿X轴方向同步运动。

所示的Y轴驱动机构由Y轴导轨5、Y轴丝杠6、Y轴步进电机7组成，Y轴导轨5与Y轴丝杠6相互平行，其所长度方向定义为Y轴，Y轴方向与X轴方向相互垂直。Y轴导轨5的两端分别固定于X轴左移动平台1和X轴右移动平台2上，Y轴步进电机7固定于X轴左移动平台1上，Y轴丝杠6的一端固定于Y轴步进电机7的输出轴上，另一端经轴承固定于X轴右移动平台2上。Y轴移动平台3上开设有与Y轴导轨5相配合的导向槽，Y轴移动平台3上固定有与Y轴丝杠6相配合的第一螺母8，Y轴丝杠6与第一螺母8组成丝杠螺母传动副，这样，在Y轴步进电机7带动Y轴丝杠6转动的过程中，即可驱使Y轴移动平台3沿Y轴方向运动。

如图2所示，给出了本实用新型中控制电路的原理图，所示的控制电路由微控制器29及与其相连接的电源模块30、按键模块31、语音采集模块32和亮度调节模块33组成，微控制器29具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，电源模块30用于给控制电路的各个模块提供电能，按键模块31用于实现对手术无影灯工作的控制，如电源开关按键等。微控制器29通过语音采集模块32采集外部输入的语音指令，通过亮度调节模块33对无影灯25的亮度进行控制。所示的超声波接收模块A、超声波接收模块B和超声波接收模块C均与微控制器29的输入端相连接，以便采集超声波接收模块A、B和C输出的信号，以求出其与超声波发射器24之间的距离。所示的微控制器29的输出端还对X轴步进电机17、Y轴步进电机7、Z1步进电机9、Z2步进电机10和Z3步进电机11的工作状态进行控制，以实现无影灯25照射位置的粗调和微调。