一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，屬于醫(yī)療機(jī)械設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。該醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺(tái)、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元。成像單元包括顯示屏、體外攝像頭和內(nèi)窺鏡；執(zhí)行單元包括三個(gè)六個(gè)自由度機(jī)械臂及其端部的執(zhí)行器械，機(jī)械臂由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器。由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，每個(gè)伺服電機(jī)的后端安裝有光電碼盤(pán)，光電碼盤(pán)通過(guò)線路與控制單元連接。本實(shí)用新型能大幅減少醫(yī)師在手術(shù)時(shí)的體力消耗，動(dòng)作準(zhǔn)確穩(wěn)定，給病人造成的身體創(chuàng)傷小，組織功能恢復(fù)快。
【專利說(shuō)明】一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種在患者體內(nèi)使用的醫(yī)療系統(tǒng)，屬于醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]大塊軟組織及內(nèi)臟器官(如心、肝、脾、肺、腎等)，是人體的重要組成部分，由于疾病、創(chuàng)傷和老化引起的相關(guān)損傷和功能障礙，嚴(yán)重危害人體健康和生命質(zhì)量。傳統(tǒng)的手術(shù)，需要以刀、剪、針等器械在人體局部進(jìn)行操作，是外科的主要治療方法，俗稱“開(kāi)刀”。目的是醫(yī)治或診斷疾病，如去除病變組織、修復(fù)損傷、移植器官、改善機(jī)體的功能和形態(tài)等，是一種破壞組織完整性(切開(kāi))，或使完整性受到破壞的組織復(fù)原(縫合)的操作。因此傳統(tǒng)手術(shù)有較大的缺陷:
[0003]I)創(chuàng)口大:傳統(tǒng)長(zhǎng)切口彡10cm，疤痕呈長(zhǎng)線狀，影響美觀；
[0004]2)疼痛大:傳統(tǒng)手術(shù)需要開(kāi)腹，術(shù)后切口部位常伴有疼痛、酸脹、麻木感；
[0005]3)恢復(fù)慢:傳統(tǒng)手術(shù)由于切口大，且會(huì)造成切口附近肌肉、血管和相應(yīng)神經(jīng)的損傷，有可能伴隨某些組織感染并發(fā)癥，因此患者恢復(fù)速度慢。
[0006]4)住院時(shí)間長(zhǎng):術(shù)后24小時(shí)下床，7-15天出院，費(fèi)用相對(duì)高。
[0007]5)出血多:傳統(tǒng)手術(shù)分離組織廣泛，出血量比較大。傳統(tǒng)開(kāi)刀的切口感染或脂肪液化、切口裂開(kāi)，一直是無(wú)法避免的問(wèn)題。
[0008]為了克服傳統(tǒng)手術(shù)的缺陷，出現(xiàn)了微創(chuàng)手術(shù)，即通過(guò)腹腔鏡、胸腔鏡等內(nèi)窺鏡在人體內(nèi)施行手術(shù)的一種新技術(shù)。微創(chuàng)手術(shù)無(wú)須開(kāi)刀，只需在病人身上開(kāi)1-3個(gè)0.5-1厘米的小孔，病人不留疤痕、無(wú)疼痛感、只需3-5天便可完成檢查、治療、康復(fù)全過(guò)程。降低了傳統(tǒng)手術(shù)對(duì)人體的傷害，極大地減少了疾病給患者給來(lái)的不便和痛苦。微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、恢復(fù)快的優(yōu)越性。
[0009]微創(chuàng)手術(shù)是在小尺度范圍內(nèi)進(jìn)行高精確的操作，這就要求主刀醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)和體力有著非常高的要求。如果引入基于微創(chuàng)技術(shù)的醫(yī)療系統(tǒng)則可以很好的解決這種困難，微創(chuàng)手術(shù)醫(yī)療系統(tǒng)可以憑借機(jī)器人系統(tǒng)自身的高穩(wěn)定性和高精度來(lái)保持端部操作的準(zhǔn)確，通過(guò)體外CT掃描和體內(nèi)內(nèi)窺鏡的引導(dǎo)實(shí)時(shí)顯示良好的手術(shù)圖像。
[0010]申請(qǐng)?zhí)?01110166848.8的專利文獻(xiàn)公布了一種微創(chuàng)醫(yī)療裝置。該裝置包括工具端、操作端、偵測(cè)單元、信號(hào)處理模塊、信息控制模塊和警示裝置。此種設(shè)計(jì)可以讓醫(yī)師參考屏幕上顯示的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等信號(hào)來(lái)進(jìn)行手術(shù)而不是自身的感覺(jué)，從而讓手術(shù)更精確、更安全。但是，此種裝置也有一定的不足之處:
[0011]①功能不夠完善，一般組織病變壞死需要切除后，也需要進(jìn)行細(xì)胞打印、組織修復(fù)并恢復(fù)其應(yīng)有的功能。②只有一個(gè)操作端，實(shí)際手術(shù)過(guò)程中需要用到的醫(yī)療器械有切除、弓丨流、止血、內(nèi)窺鏡等裝置，這就至少需要三套機(jī)械臂進(jìn)行相互配合。③自由度較低，六自由度操作裝置才能有效的模擬人的手臂的運(yùn)動(dòng)，保證手術(shù)順暢、高效的完成。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]本實(shí)用新型針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，提供一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于微創(chuàng)手術(shù)和細(xì)胞打印技術(shù)，可直接對(duì)病變部位進(jìn)行組織修復(fù)與成形，從而大幅度減少醫(yī)師在手術(shù)時(shí)的體力消耗，動(dòng)作準(zhǔn)確穩(wěn)定，給病人造成的身體創(chuàng)傷小，組織功能恢復(fù)快。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0014]本實(shí)用新型的第一種技術(shù)方案:一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺(tái)、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元；成像單元包括顯示屏、體外攝像頭和內(nèi)窺鏡；執(zhí)行單元包括三個(gè)機(jī)械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個(gè)機(jī)械臂是六自由度機(jī)械臂，分別為一號(hào)機(jī)械臂、二號(hào)機(jī)械臂和三號(hào)機(jī)械臂，機(jī)械臂的六個(gè)自由度由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，每個(gè)伺服電機(jī)的后端安裝有光電碼盤(pán)，光電碼盤(pán)通過(guò)線路與控制單元連接，機(jī)械臂端部安裝有卡緊器；執(zhí)行器械為手術(shù)器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個(gè)機(jī)械臂安裝在支撐臺(tái)上，內(nèi)窺鏡安裝在其中的一個(gè)機(jī)械臂的端部，噴涂槍和手術(shù)器械分別安裝在其余兩個(gè)機(jī)械臂端部；高壓氣體源通過(guò)管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過(guò)連接管路與噴涂槍相連接，并通過(guò)線路接收控制單元的控制信號(hào)；體外攝像頭安裝在支撐臺(tái)的頂端位置，將拍攝畫(huà)面通過(guò)線路輸送到顯示屏；控制單元與顯示屏集成安裝在一起。
[0015]本實(shí)用新型的另一技術(shù)特征是:所述的執(zhí)行器械還包括激光照射頭，激光照射頭和內(nèi)窺鏡安裝在同一個(gè)機(jī)械臂的端部。
[0016]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0017]①本實(shí)用新型的成像單元包含體外攝像頭和內(nèi)窺鏡，實(shí)時(shí)提供機(jī)械臂及端部器械的位置及患者體外寬范圍視野，方便器械精確定位；內(nèi)窺鏡可引導(dǎo)執(zhí)行端進(jìn)行精細(xì)的手術(shù)操作，兩種裝置的配合使用大大提高了手術(shù)中精準(zhǔn)度。②本實(shí)用新型采用的是六自由度機(jī)械臂，可以精確的模擬醫(yī)師的手臂動(dòng)作，并擁有較大的工作范圍，憑借機(jī)器人系統(tǒng)自身的高穩(wěn)定性和高精度來(lái)保持端部操作的準(zhǔn)確；采用多套機(jī)械臂作為執(zhí)行部件，在執(zhí)行部件的端部安裝與手術(shù)相關(guān)的多套工具，可以進(jìn)行相互配合進(jìn)行復(fù)制的手術(shù)，更減少了因?yàn)閷⑹中g(shù)工具撤出換裝而延長(zhǎng)的手術(shù)時(shí)間，可以大幅減小病人的痛苦時(shí)間。③本實(shí)用新型基于微創(chuàng)手術(shù)和細(xì)胞打印技術(shù)，先將病變需要切除的組織切除，并從體內(nèi)抽吸出來(lái)，然后再進(jìn)行修復(fù)成形，能在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)組織應(yīng)有的功能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供的一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0019]圖2是機(jī)械臂及其端部卡緊器示意圖。
[0020]圖3a、3b和3c分別是內(nèi)窺鏡和部分執(zhí)行器械示意圖。
[0021 ] 圖4是體內(nèi)組織修復(fù)示意圖。
[0022]圖5是本實(shí)用新型各部件的連接圖。
[0023]圖中:101-顯示屏；102_操控按鈕；103-操控手柄；104-控制箱；105-踏板；106-手術(shù)臺(tái)；107_ —號(hào)機(jī)械臂；108-三號(hào)機(jī)械臂；109_體外攝像頭；110_ 二號(hào)機(jī)械臂；111-支撐臺(tái)；201-卡緊器；301-內(nèi)窺鏡；302_引流器；303_直剪；401_患者；402_組織修復(fù)結(jié)構(gòu)體；403-病變組織；404_執(zhí)行器械。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為了進(jìn)一步理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]圖1是本實(shí)用新型提供的一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該系統(tǒng)包括支撐臺(tái)111、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元；成像單元包括顯示屏101、體外攝像頭109和內(nèi)窺鏡301 ;執(zhí)行單元包括三個(gè)機(jī)械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個(gè)機(jī)械臂是六自由度機(jī)械臂，分別為一號(hào)機(jī)械臂107、二號(hào)機(jī)械臂110和三號(hào)機(jī)械臂108，機(jī)械臂的六個(gè)自由度由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，每個(gè)伺服電機(jī)的后端安裝有光電碼盤(pán)，光電碼盤(pán)通過(guò)線路與控制單元連接，機(jī)械臂端部安裝有卡緊器201 ;執(zhí)行器械包括手術(shù)器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個(gè)機(jī)械臂安裝在支撐臺(tái)111上，內(nèi)窺鏡301和激光照射頭安裝在其中的一個(gè)機(jī)械臂的端部，噴涂槍和手術(shù)器械分別安裝在其余兩個(gè)機(jī)械臂端部；高壓氣體源通過(guò)管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過(guò)連接管路與噴涂槍相連接，并通過(guò)線路與控制單元連接；體外攝像頭109安裝在支撐臺(tái)111的頂端位置，將拍攝畫(huà)面通過(guò)線路輸送到顯示屏101 ;控制單元與顯示屏101集成安裝在一起。
[0026]顯示屏101、操控按鈕102、操控手柄103、控制箱104和踏板105安裝在同一機(jī)架上，方便醫(yī)師坐姿操控設(shè)備，減小長(zhǎng)時(shí)間手術(shù)造成的體力消耗。
[0027]三個(gè)六自由度機(jī)械臂安裝在支撐臺(tái)111上，中間的三號(hào)機(jī)械臂108端部安裝有內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其余兩個(gè)分別安裝相應(yīng)的手術(shù)器械；體外攝像頭109也安裝在支撐臺(tái)111的頂端位置，可以有效的監(jiān)控三個(gè)機(jī)械臂準(zhǔn)確的進(jìn)入體內(nèi)位置。支撐臺(tái)111設(shè)置在手術(shù)臺(tái)106旁，根據(jù)實(shí)際需要可以進(jìn)行相關(guān)距離的調(diào)整。控制箱104和機(jī)械臂、體外攝像頭109及內(nèi)窺鏡301之間通過(guò)電氣線路進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)無(wú)線接收模塊的加入支持進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療，對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。
[0028]顯示屏101是可對(duì)手術(shù)中的視覺(jué)類和非視覺(jué)類信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，視覺(jué)類信息包括體外攝像頭拍攝的三個(gè)機(jī)械臂的進(jìn)入位置，內(nèi)窺鏡301拍攝的機(jī)械臂端部執(zhí)行器械的操作、及位置；機(jī)械臂的六個(gè)自由度由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，每個(gè)伺服電機(jī)的后端安裝有光電碼盤(pán)，光電碼盤(pán)可以提供位置和速度信息，在機(jī)械臂的端部位置也安裝有力傳感器，提供力的信息。
[0029]操控按鈕102能對(duì)伺服電機(jī)的行進(jìn)速度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。操控手柄103，可對(duì)端部安裝有執(zhí)行器的兩個(gè)機(jī)械臂及執(zhí)行器進(jìn)行實(shí)時(shí)操控。踏板105，可對(duì)端部安裝內(nèi)窺鏡的機(jī)械臂及內(nèi)窺鏡301進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，能將內(nèi)窺鏡對(duì)焦在關(guān)注的手術(shù)區(qū)域。
[0030]本實(shí)用新型提供的一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的第二種技術(shù)方案與第一種技術(shù)方案相比，在執(zhí)行器械中增加了激光照射頭，激光照射頭和內(nèi)窺鏡安裝在同一個(gè)機(jī)械臂的端部，其余結(jié)構(gòu)不變。
[0031]圖2是機(jī)械臂及其端部卡緊器示意圖，機(jī)械臂的六個(gè)自由度由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，每個(gè)伺服電機(jī)的后端安裝有光電碼盤(pán)，光電碼盤(pán)通過(guò)線路向控制單元反饋位置和速度信息。
[0032]機(jī)械臂的端部安裝有卡緊器201，以此來(lái)卡緊和換裝執(zhí)行器械，卡緊器201以高壓氣體為動(dòng)力源，接受控制單元的信號(hào)進(jìn)行卡緊和松開(kāi)端部器械。
[0033]圖3a、3b和3c分別是內(nèi)窺鏡和部分執(zhí)行器械示意圖，其中內(nèi)窺鏡301如圖3a所示、引流器302如圖3b所示、直剪303如圖3c所示，起切除作用的是直剪303，引流器302起到引流作用，將切除的病變組織移送到體外，此外還有組織修復(fù)的器械，通過(guò)微管的輸入含細(xì)胞高分子溶液在指定位置，三號(hào)機(jī)械臂108的端部除了內(nèi)窺鏡301也安裝有激光照射頭，在激光的照射下含細(xì)胞的高分子溶液會(huì)迅速固化成形，用于溶液的噴涂槍和引流器302結(jié)構(gòu)相同，但是液體的流動(dòng)方向相反，它也是以高壓氣體為動(dòng)力源。
[0034]本實(shí)用新型中使用的高壓氣體源包括空壓機(jī)、壓力表、儲(chǔ)氣罐、冷卻器、過(guò)濾器。空壓機(jī)產(chǎn)生高壓空氣，然后高壓空氣輸送到儲(chǔ)氣罐存儲(chǔ)，儲(chǔ)氣罐不僅有儲(chǔ)存壓縮氣體的功能，也可以降低壓縮氣體壓力的波動(dòng)。壓力表顯示儲(chǔ)氣罐中的氣體壓力值。儲(chǔ)氣罐送出的高壓空氣具有很高的溫度，需要經(jīng)冷卻器將其溫度降低到符合工作要求的溫度值，然后再有過(guò)濾器將高壓空氣中的水、油以及其他雜質(zhì)顆粒進(jìn)行徹底的過(guò)濾。高壓氣體接通到噴頭控制器上，從噴頭吐控制器出來(lái)的高壓氣體連通噴涂槍來(lái)噴涂液體。
[0035]圖5是本實(shí)用新型各部件的連接圖，本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)是基于工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡PMACl相結(jié)合，直流電源為整個(gè)系統(tǒng)提供能量輸入，操控手柄103、踏板105、操控按鈕102、顯示屏101、體外攝像頭109、內(nèi)窺鏡301和數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送模塊通過(guò)線路連接到工控機(jī)的相應(yīng)端口。運(yùn)動(dòng)控制卡PMACl通過(guò)插槽插入工控機(jī)內(nèi)部，運(yùn)動(dòng)控制卡PMACl通過(guò)本身的端口和數(shù)據(jù)無(wú)線接受模塊、限位開(kāi)關(guān)相連接接受他們發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)自身的I/O端口與傳感器、噴頭控制器相接，進(jìn)而通過(guò)對(duì)噴頭控制器發(fā)送通斷信號(hào)來(lái)控制噴涂槍的啟停。三個(gè)六自由度機(jī)械臂的動(dòng)力源為伺服電機(jī)，每個(gè)伺服電機(jī)都通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制卡PMACl的端口相連接，接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)。
[0036]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:
[0037]首先對(duì)患者進(jìn)行CT掃描，確定病變組織的位置；在一號(hào)機(jī)械臂107和二號(hào)機(jī)械臂110的端部安裝手術(shù)器械，通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；一號(hào)機(jī)械臂107和二號(hào)機(jī)械臂110的端部換裝噴涂槍，一號(hào)機(jī)械臂107帶動(dòng)端部器械到達(dá)設(shè)定位置并噴射出事先配制好的含細(xì)胞的高分子溶液，三號(hào)機(jī)械臂108上的噴涂槍在指定位置上噴涂交聯(lián)劑使材料固化并形成組織結(jié)構(gòu)；然后利用二號(hào)機(jī)械臂110帶動(dòng)端部器械到達(dá)設(shè)定位置，并在形成的組織結(jié)構(gòu)成形體外表面噴涂不含細(xì)胞的高分子溶液，使其形成一層保護(hù)膜，從而實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)體內(nèi)病變組織并恢復(fù)其組織功能(如圖4所示)。
【權(quán)利要求】
1.一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于:所述的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺(tái)(111)、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元；成像單元包括顯示屏(101)、體外攝像頭(109)和內(nèi)窺鏡(301);執(zhí)行單元包括三個(gè)機(jī)械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個(gè)機(jī)械臂是六自由度機(jī)械臂，分別為一號(hào)機(jī)械臂(107)、二號(hào)機(jī)械臂(110)和三號(hào)機(jī)械臂(108)，機(jī)械臂的六個(gè)自由度由六個(gè)伺服電機(jī)作為動(dòng)力源，每個(gè)伺服電機(jī)的后端安裝有光電碼盤(pán)，光電碼盤(pán)通過(guò)線路與控制單元連接，機(jī)械臂端部安裝有卡緊器(201);執(zhí)行器械為手術(shù)器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個(gè)機(jī)械臂安裝在支撐臺(tái)(111)上，內(nèi)窺鏡(301)安裝在其中的一個(gè)機(jī)械臂的端部，噴涂槍和手術(shù)器械分別安裝在其余兩個(gè)機(jī)械臂端部；高壓氣體源通過(guò)管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過(guò)連接管路與噴涂槍相連接，并通過(guò)線路接收控制單元的控制信號(hào)；體外攝像頭(109)安裝在支撐臺(tái)(111)的頂端位置，將拍攝畫(huà)面通過(guò)線路輸送到顯示屏；控制單元與顯示屏集成安裝在一起。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種體內(nèi)組織直接修復(fù)與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于:所述的執(zhí)行器械還包括激光照射頭，內(nèi)窺鏡(301)和激光照射頭安裝在同一個(gè)機(jī)械臂的端部。
【文檔編號(hào)】A61M1/00GK203943721SQ201420282946
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王小紅, 劉利彪 申請(qǐng)人:清華大學(xué)