一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)，包括：灌注液收集池，其中灌注液用于短時(shí)間維持器官的基本形態(tài)；模擬管道，與手術(shù)器官的管道相對應(yīng)連接；泵組單元，連接在灌注液收集池和模擬管道之間，提供灌注液在模擬管道內(nèi)流通的驅(qū)動(dòng)力；流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由設(shè)置在模擬管道與手術(shù)器官的管道連接處的流速/血壓感受器、外接的控制系統(tǒng)以及泵組單元中的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，控制泵組單元功率，從而模擬生理狀態(tài)下的血液循環(huán)。本發(fā)明應(yīng)用于各類手術(shù)模擬訓(xùn)練器中，實(shí)現(xiàn)模擬生理狀態(tài)下器官血流動(dòng)力學(xué)。
【專利說明】一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械裝備領(lǐng)域，涉及一種器官灌注系統(tǒng)，特別涉及一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的手術(shù)模擬器可分為三類:機(jī)械類，混合類或者虛擬現(xiàn)實(shí)類。機(jī)械類訓(xùn)練器具有以下優(yōu)點(diǎn):更易獲取、實(shí)用、可重復(fù)使用、便于教學(xué)及性價(jià)比高。缺點(diǎn)是缺少信度、效度以及嚴(yán)格客觀的評估，不能逼真模仿手術(shù)條件下對各器官的操作，場景還原度低。而虛擬現(xiàn)實(shí)類模擬器則是利用三維傳感技術(shù)，在虛擬的人體器官上進(jìn)行切開、縫合、打結(jié)等基本手術(shù)操作及各種手術(shù)手法的練習(xí)，并且可以對操作者的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的記錄，以反饋和評價(jià)為目的對完成情況進(jìn)行客觀測量，從而使得練習(xí)者能夠從自己的操作過程中發(fā)現(xiàn)不足并通過不斷的強(qiáng)化練習(xí)加以糾正。但是，這種模擬器不能為練習(xí)者提供足夠的深度感知和觸覺感受，并且價(jià)格昂貴決定了其不能大規(guī)模推廣。
[0003]器官灌注裝置始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)美國的Belzer為實(shí)現(xiàn)用于移植的離體腎臟保存發(fā)明了灌注液和灌注泵，將腎臟的保存時(shí)間延長了 5-7天。但是后來很長一段時(shí)間內(nèi)單純冷藏保存技術(shù)由于簡便快捷，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)(24h)實(shí)現(xiàn)對器官良好的保存，逐漸在器官保存中占據(jù)了主導(dǎo)地位，而機(jī)械灌注法則逐漸式微。近年來，冷藏保存技術(shù)作為常規(guī)的供體保存技術(shù)受到了研究者的挑戰(zhàn)，不斷有回顧性的研究表明低溫機(jī)械灌注保存能改善器官移植的近期效果，其在模擬器官血流動(dòng)力學(xué)上的具有無可比擬的優(yōu)越性。但目前器官灌注系統(tǒng)主要用于器官保存中，尚未應(yīng)用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中，也不能理想地匹配于手術(shù)醫(yī)生的訓(xùn)練中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練中的器官灌注系統(tǒng)，通過與手術(shù)模擬器相結(jié)合，來改善手術(shù)模擬器的現(xiàn)狀，可應(yīng)用于各類手術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中，且可以模擬生理狀態(tài)下器官血流動(dòng)力學(xué)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)，包括:
[0007]灌注液收集池，其中灌注液用于短時(shí)間維持器官的基本形態(tài)；
[0008]模擬管道，與手術(shù)器官的管道相對應(yīng)連接；
[0009]泵組單元，連接在灌注液收集池和模擬管道之間，提供灌注液在模擬管道內(nèi)流通的驅(qū)動(dòng)力；
[0010]流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由設(shè)置在模擬管道與手術(shù)器官的管道連接處的流速/血壓感受器、外接的控制系統(tǒng)以及泵組單元中的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，控制泵組單元功率，從而模擬生理狀態(tài)下的血液循環(huán)。
[0011]所述模擬管道與手術(shù)器官的管道之間通過磁環(huán)或者袖套連接。[0012]所述手術(shù)以肝臟手術(shù)為例，灌注系統(tǒng)包括:
[0013]蠕動(dòng)泵一 I;
[0014]蠕動(dòng)泵二 2;
[0015]模擬下腔靜脈5，一端設(shè)置用于與實(shí)際肝臟下腔靜脈連接的模擬下腔靜脈端口一10 ；
[0016]模擬腹主動(dòng)脈6，一端與蠕動(dòng)泵二 2出口相連，另端與模擬股動(dòng)脈9相連；
[0017]模擬頸內(nèi)靜脈4，連接在模擬下腔靜脈5上；
[0018]模擬門靜脈7，一端與蠕動(dòng)泵一 I入口相連，另端設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟門靜脈連接的模擬門靜脈端口 18 ；
[0019]模擬肝動(dòng)脈8，一端連接在模擬腹主動(dòng)脈6上，另端設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟肝動(dòng)脈連接的模擬肝動(dòng)脈端口 16 ；
[0020]模擬股動(dòng)脈9，與模擬腹主動(dòng)脈6相連；
[0021]灌注液收集池19，其出口與蠕動(dòng)泵二 2入口相連，入口與蠕動(dòng)泵一 I出口相連。
[0022]本系統(tǒng)還可以包括:
[0023]流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)一 20，由設(shè)置于模擬下腔靜脈端口 10和模擬門靜脈端口 18上的流速/血壓感受器，設(shè)置于蠕動(dòng)泵一 I上的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)控制流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)對蠕動(dòng)泵一I的功率進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)血流量及血壓控制；
[0024]流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)二 21，由設(shè)置于模擬肝動(dòng)脈端口 16上的流速/血壓感受器，設(shè)置于蠕動(dòng)泵二 2上的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)控制流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)對蠕動(dòng)泵二 2的功率進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)血流量及血壓控制。
[0025]所述模擬下腔靜脈端口 10、模擬門靜脈端口 18和模擬肝動(dòng)脈端口 16均為磁環(huán)或者袖套，相應(yīng)地，與模擬下腔靜脈端口一 10連接的實(shí)際肝臟下腔靜脈端口一 11、與模擬門靜脈端口 18連接的實(shí)際肝臟門靜脈端口 17以及與模擬肝動(dòng)脈端口 16連接的實(shí)際肝臟肝動(dòng)脈端口 15也為磁環(huán)或者袖套。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0027]1.將灌注系統(tǒng)與手術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)相結(jié)合，增加了手術(shù)訓(xùn)練模擬時(shí)的場景逼真度，縮短手術(shù)練習(xí)者的學(xué)習(xí)曲線，改善手術(shù)訓(xùn)練的效果；
[0028]2.加入了流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對生理狀態(tài)下器官血流動(dòng)力學(xué)的逼真模擬，并且可以通過灌注液收集池計(jì)算出血量，評價(jià)術(shù)者操作水平；
[0029]3.該系統(tǒng)為一閉環(huán)系統(tǒng)，更加實(shí)用，灌注液和系統(tǒng)各組成部分易于獲取，且成本并不昂貴，可與各類手術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)無縫對接，兼容性佳，便于在各級醫(yī)院推廣使用；
[0030]4.通過連接灌注系統(tǒng)管道與對應(yīng)的臟器管道，操作者可以對移植手術(shù)中管道的連接有進(jìn)一步的認(rèn)識，并且可以掌握包括磁吻合在內(nèi)的不同的血管連接方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為肝臟灌注系統(tǒng)模式圖。
[0032]圖2為肝臟灌注系統(tǒng)腹腔內(nèi)俯視圖。[0033]圖3為肝臟灌注系統(tǒng)三維視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0035]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明需要通過血管磁吻合技術(shù)或其他管道連接技術(shù)(如袖套法+縫線結(jié)扎固定)將外來動(dòng)物器官(如心臟、肝臟和腎臟等)各附屬管道與器官灌注系統(tǒng)各對應(yīng)管道相連接，為其提供合適滲透壓且對臟器組織細(xì)胞無毒無害的有色灌注液(用來模擬血液)，并由器官灌注系統(tǒng)中泵組提供的驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)灌注液在通暢的血液流入/流出道中的循環(huán)，通過流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)感知并調(diào)控灌注液的流速，實(shí)現(xiàn)臟器灌注的高度仿真，同時(shí)通過灌注液收集池在術(shù)前術(shù)后的高度差計(jì)算術(shù)中出血量，將計(jì)算出的術(shù)中出血量作為術(shù)者的操作水平評價(jià)指標(biāo)之一。
[0036]本發(fā)明系統(tǒng)包括灌注液收集池、泵組單元、連接于泵組與外來動(dòng)物器官之間的管道、實(shí)現(xiàn)臟器附屬管道與對應(yīng)人工管道之間連接的磁環(huán)(或者袖套)以及流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0037]本發(fā)明采用灌流液為加入生物色素(紅色)的生理鹽水，具有合適的的滲透壓，可在短時(shí)間維持器官的基本形態(tài)，不會導(dǎo)致細(xì)胞的迅速腫脹破裂，并且與器官保存液相比價(jià)格便宜，便于降低手術(shù)訓(xùn)練成本。
[0038]收集池放置在泵組單元前，可測定液面高度，用來蓄積灌注液以及計(jì)算術(shù)中液體損失量(器官出血量)。
[0039]泵組單元?jiǎng)t提供灌注液在管道內(nèi)流通的驅(qū)動(dòng)力，并且可以根據(jù)流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指令調(diào)整驅(qū)動(dòng)力，從而模擬生理狀態(tài)下的血液循環(huán)。
[0040]管道與器官(如心臟、肝臟和腎臟等)的管道相對應(yīng)，其材質(zhì)的彈性及張力等與血管類似，便于維持穩(wěn)定地血流動(dòng)力學(xué)。
[0041]磁環(huán)(或其他連接媒介，如袖套)用來實(shí)現(xiàn)管道與器官對應(yīng)管道的連接，通過血管磁吻合技術(shù)或其他管道連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)無滲漏的通暢的灌注通路。
[0042]流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)是本灌注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生理血流動(dòng)力學(xué)模擬的重要組成部分，主要由流速/血壓感受器、外接的計(jì)算機(jī)控制程序以及泵中的功率調(diào)節(jié)單元組成。
[0043]使用時(shí)，將外源性動(dòng)物器官各附屬管道末端與灌注系統(tǒng)各對應(yīng)管道末端通過磁吻合或其他管道連接方法(如袖套法+縫線結(jié)扎固定)連接，建立一個(gè)無滲漏的通暢的灌注系統(tǒng)。開放泵組，其提供的動(dòng)力使得灌注液在管道及器官內(nèi)流通，形成灌注循環(huán)。灌注循環(huán)建立后，手術(shù)操作前(灌注液尚未損失)記錄灌注液收集池中的液面高度，當(dāng)操作完成后再次記錄灌注液收集池中的液面高度，從而可以計(jì)算出操作過程中損失的灌注液的量，作為評估操作者技術(shù)水平的指標(biāo)之一。流速/血壓感受器部分分別安裝在動(dòng)物肝臟所屬肝動(dòng)脈及門靜脈管壁的磁環(huán)上，通過實(shí)時(shí)獲取相應(yīng)血管內(nèi)血液流速、血壓等數(shù)據(jù)，將信號傳遞至電腦的反饋控制程序，程序會作出相應(yīng)的調(diào)整，并將指令發(fā)送給泵內(nèi)的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)整泵的功率從而實(shí)現(xiàn)理想的血流量及血壓控制。
[0044]具體地，如圖1、圖2和圖3所示，當(dāng)所述手術(shù)為肝臟手術(shù)時(shí)，選用帶有膽囊12的動(dòng)物肝臟3實(shí)驗(yàn)，灌注系統(tǒng)包括:
[0045]由蠕動(dòng)泵一 I和蠕動(dòng)泵二 2組成的泵組單元；[0046]由模擬頸內(nèi)靜脈4、模擬下腔靜脈5、模擬腹主動(dòng)脈6、模擬門靜脈7、模擬肝動(dòng)脈8和模擬股動(dòng)脈9組成的模擬管道，其中模擬下腔靜脈5有兩個(gè)，一個(gè)的一端設(shè)置用于與實(shí)際肝臟下腔靜脈端口一 11連接的模擬下腔靜脈端口一 10，另一個(gè)的一端也設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟下腔靜脈端口二 13連接的模擬下腔靜脈端口二 14 ;模擬腹主動(dòng)脈6的一端與蠕動(dòng)泵二 2出口相連，另端與模擬股動(dòng)脈9相連；模擬頸內(nèi)靜脈4連接在模擬下腔靜脈5上；模擬門靜脈7的一端與蠕動(dòng)泵一 I入口相連，另端設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟門靜脈端口 17連接的模擬門靜脈端口 18 ;模擬肝動(dòng)脈8的一端連接在模擬腹主動(dòng)脈6上，另端設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟肝動(dòng)脈端口 15連接的模擬肝動(dòng)脈端口 16 ;模擬股動(dòng)脈9與模擬腹主動(dòng)脈6相連。各個(gè)端口可以采用磁環(huán)或者袖套的形式。
[0047]灌注液收集池19的出口與蠕動(dòng)泵二 2入口相連，入口與蠕動(dòng)泵一 I出口相連；
[0048]流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)一 20，由設(shè)置于模擬下腔靜脈端口 10和模擬門靜脈端口 18上的流速/血壓感受器，設(shè)置于蠕動(dòng)泵一 I上的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)控制流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)對蠕動(dòng)泵一I的功率進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)血流量及血壓控制；
[0049]流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)二 21，由設(shè)置于模擬肝動(dòng)脈端口 16上的流速/血壓感受器，設(shè)置于蠕動(dòng)泵二 2上的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)控制流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)對蠕動(dòng)泵二 2的功率進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)血流量及血壓控制。
[0050]通過流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)一 20和流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)二21調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵一 I和蠕動(dòng)泵二 2的轉(zhuǎn)速模擬下腔靜脈、肝動(dòng)脈、門靜脈的血液流速。流速/血壓感受器通過實(shí)時(shí)獲取相應(yīng)血管內(nèi)血液流速、血壓等數(shù)據(jù)，將信號傳遞至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)會作出相應(yīng)的調(diào)整，并將指令發(fā)送給蠕動(dòng)泵內(nèi)的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)整蠕動(dòng)泵的功率從而實(shí)現(xiàn)理想的血流量及血壓控制。灌注循環(huán)建立后，腹腔鏡及介入技術(shù)操作前(灌注液尚未損失)記錄灌注液收集池19中的液面高度，當(dāng)操作完成后再次記錄灌注液收集池19中的液面高度，從而可以計(jì)算出操作過程中損失的灌注液的量，作為評估操作者技術(shù)水平的指標(biāo)之一。
【權(quán)利要求】
1.一種用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)，其特征在于，包括: 灌注液收集池，其中灌注液用于短時(shí)間維持器官的基本形態(tài)；模擬管道，與手術(shù)器官的管道相對應(yīng)連接；泵組單元，連接在灌注液收集池和模擬管道之間，提供灌注液在模擬管道內(nèi)流通的驅(qū)動(dòng)力；流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由設(shè)置在模擬管道與手術(shù)器官的管道連接處的流速/血壓感受器、外接的控制系統(tǒng)以及泵組單元中的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，控制泵組單元功率，從而模擬生理狀態(tài)下的血液循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬管道與手術(shù)器官的管道之間通過磁環(huán)或者袖套連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)，其特征在于，所述手術(shù)以肝臟手術(shù)為例，灌注系統(tǒng)包括: 螺動(dòng)泵一(I); 蠕動(dòng)泵二(2)； 模擬下腔靜脈(5)，一端設(shè)置用于與實(shí)際肝臟下腔靜脈連接的模擬下腔靜脈端口一(10)； 模擬腹主動(dòng)脈(6)，一端與蠕動(dòng)泵二(2)出口相連，另端與模擬股動(dòng)脈(9)相連； 模擬頸內(nèi)靜脈(4 )，連接在模擬下腔靜脈(5 )上； 模擬門靜脈(7)，一端與蠕動(dòng)泵一(I)入口相連，另端設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟門靜脈連接的模擬門靜脈端口(18)； 模擬肝動(dòng)脈(8)，一端連接在模擬腹主動(dòng)脈(6)上，另端設(shè)置有用于與實(shí)際肝臟肝動(dòng)脈連接的模擬肝動(dòng)脈端口( 16); 模擬股動(dòng)脈(9)，與模擬腹主動(dòng)脈(6)相連； 灌注液收集池(19)，其出口與蠕動(dòng)泵二(2)入口相連，入口與蠕動(dòng)泵一(I)出口相連； 流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)一(20)，由設(shè)置于模擬下腔靜脈端口(10)和模擬門靜脈端口( 18)上的流速/血壓感受器，設(shè)置于蠕動(dòng)泵一(I)上的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)控制流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)對蠕動(dòng)泵一(I)的功率進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)血流量及血壓控制； 流速/血壓感受-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)二(21)，由設(shè)置于模擬肝動(dòng)脈端口(16)上的流速/血壓感受器，設(shè)置于蠕動(dòng)泵二(2)上的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)根據(jù)流速/血壓感受器采集的數(shù)據(jù)，由控制系統(tǒng)控制流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)對蠕動(dòng)泵二(2)的功率進(jìn)行調(diào)制從而實(shí)現(xiàn)血流量及血壓控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于手術(shù)模擬訓(xùn)練器中的器官灌注系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬下腔靜脈端口一(10)、模擬門靜脈端口(18)和模擬肝動(dòng)脈端口(16)均為磁環(huán)或者袖套，相應(yīng)地，與模擬下腔靜脈端口( 10)連接的實(shí)際肝臟下腔靜脈端口一( 11 )、與模擬門靜脈端口(18)連接的實(shí)際肝臟門靜脈端口(17)以及與模擬肝動(dòng)脈端口(16)連接的實(shí)際肝臟肝動(dòng)脈端口(15)也為磁環(huán)或者袖套。
【文檔編號】G09B23/28GK103886796SQ201410092449
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】呂毅, 陸建文, 楊桓, 李建輝, 馬鋒, 王浩華 申請人:西安交通大學(xué)