一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，屬于醫(yī)療機械設備【技術領域】。該醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺、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、體外攝像頭和內窺鏡；執(zhí)行單元包括三個六個自由度機械臂及其端部的執(zhí)行器械，機械臂由六個伺服電機作為動力源；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器。由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接。本實用新型能大幅減少醫(yī)師在手術時的體力消耗，動作準確穩(wěn)定，給病人造成的身體創(chuàng)傷小，組織功能恢復快。
【專利說明】一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種在患者體內使用的醫(yī)療系統(tǒng)，屬于醫(yī)療設備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]大塊軟組織及內臟器官(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損傷和功能障礙，嚴重危害人體健康和生命質量。傳統(tǒng)的手術，需要以刀、剪、針等器械在人體局部進行操作，是外科的主要治療方法，俗稱“開刀”。目的是醫(yī)治或診斷疾病，如去除病變組織、修復損傷、移植器官、改善機體的功能和形態(tài)等，是一種破壞組織完整性(切開)，或使完整性受到破壞的組織復原(縫合)的操作。因此傳統(tǒng)手術有較大的缺陷:
[0003]I)創(chuàng)口大:傳統(tǒng)長切口彡10cm，疤痕呈長線狀，影響美觀；
[0004]2)疼痛大:傳統(tǒng)手術需要開腹，術后切口部位常伴有疼痛、酸脹、麻木感；
[0005]3)恢復慢:傳統(tǒng)手術由于切口大，且會造成切口附近肌肉、血管和相應神經的損傷，有可能伴隨某些組織感染并發(fā)癥，因此患者恢復速度慢。
[0006]4)住院時間長:術后24小時下床，7-15天出院，費用相對高。
[0007]5)出血多:傳統(tǒng)手術分離組織廣泛，出血量比較大。傳統(tǒng)開刀的切口感染或脂肪液化、切口裂開，一直是無法避免的問題。
[0008]為了克服傳統(tǒng)手術的缺陷，出現(xiàn)了微創(chuàng)手術，即通過腹腔鏡、胸腔鏡等內窺鏡在人體內施行手術的一種新技術。微創(chuàng)手術無須開刀，只需在病人身上開1-3個0.5-1厘米的小孔，病人不留疤痕、無疼痛感、只需3-5天便可完成檢查、治療、康復全過程。降低了傳統(tǒng)手術對人體的傷害，極大地減少了疾病給患者給來的不便和痛苦。微創(chuàng)手術具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、恢復快的優(yōu)越性。
[0009]微創(chuàng)手術是在小尺度范圍內進行高精確的操作，這就要求主刀醫(yī)師的經驗和體力有著非常高的要求。如果引入基于微創(chuàng)技術的醫(yī)療系統(tǒng)則可以很好的解決這種困難，微創(chuàng)手術醫(yī)療系統(tǒng)可以憑借機器人系統(tǒng)自身的高穩(wěn)定性和高精度來保持端部操作的準確，通過體外CT掃描和體內內窺鏡的引導實時顯示良好的手術圖像。
[0010]申請?zhí)?01110166848.8的專利文獻公布了一種微創(chuàng)醫(yī)療裝置。該裝置包括工具端、操作端、偵測單元、信號處理模塊、信息控制模塊和警示裝置。此種設計可以讓醫(yī)師參考屏幕上顯示的應力、應變和溫度等信號來進行手術而不是自身的感覺，從而讓手術更精確、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，也需要進行細胞打印、組織修復并恢復其應有的功能。②只有一個操作端，實際手術過程中需要用到的醫(yī)療器械有切除、弓丨流、止血、內窺鏡等裝置，這就至少需要三套機械臂進行相互配合。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動，保證手術順暢、高效的完成。
實用新型內容
[0012]本實用新型針對已有技術的不足之處，提供一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于微創(chuàng)手術和細胞打印技術，可直接對病變部位進行組織修復與成形，從而大幅度減少醫(yī)師在手術時的體力消耗，動作準確穩(wěn)定，給病人造成的身體創(chuàng)傷小，組織功能恢復快。
[0013]本實用新型的技術方案如下:
[0014]本實用新型的第一種技術方案:一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺、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、體外攝像頭和內窺鏡；執(zhí)行單元包括三個機械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個機械臂是六自由度機械臂，分別為一號機械臂、二號機械臂和三號機械臂，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接，機械臂端部安裝有卡緊器；執(zhí)行器械為手術器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個機械臂安裝在支撐臺上，內窺鏡安裝在其中的一個機械臂的端部，噴涂槍和手術器械分別安裝在其余兩個機械臂端部；高壓氣體源通過管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過連接管路與噴涂槍相連接，并通過線路接收控制單元的控制信號；體外攝像頭安裝在支撐臺的頂端位置，將拍攝畫面通過線路輸送到顯示屏；控制單元與顯示屏集成安裝在一起。
[0015]本實用新型的另一技術特征是:所述的執(zhí)行器械還包括激光照射頭，激光照射頭和內窺鏡安裝在同一個機械臂的端部。
[0016]本實用新型具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0017]①本實用新型的成像單元包含體外攝像頭和內窺鏡，實時提供機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；內窺鏡可引導執(zhí)行端進行精細的手術操作，兩種裝置的配合使用大大提高了手術中精準度。②本實用新型采用的是六自由度機械臂，可以精確的模擬醫(yī)師的手臂動作，并擁有較大的工作范圍，憑借機器人系統(tǒng)自身的高穩(wěn)定性和高精度來保持端部操作的準確；采用多套機械臂作為執(zhí)行部件，在執(zhí)行部件的端部安裝與手術相關的多套工具，可以進行相互配合進行復制的手術，更減少了因為將手術工具撤出換裝而延長的手術時間，可以大幅減小病人的痛苦時間。③本實用新型基于微創(chuàng)手術和細胞打印技術，先將病變需要切除的組織切除，并從體內抽吸出來，然后再進行修復成形，能在較短的時間內恢復組織應有的功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型提供的一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的三維結構簡圖。
[0019]圖2是機械臂及其端部卡緊器示意圖。
[0020]圖3a、3b和3c分別是內窺鏡和部分執(zhí)行器械示意圖。
[0021 ] 圖4是體內組織修復示意圖。
[0022]圖5是本實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-手術臺；107_ —號機械臂；108-三號機械臂；109_體外攝像頭；110_ 二號機械臂；111-支撐臺；201-卡緊器；301-內窺鏡；302_引流器；303_直剪；401_患者；402_組織修復結構體；403-病變組織；404_執(zhí)行器械。

【具體實施方式】
[0024]為了進一步理解本實用新型的技術方案，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型作進一步詳細說明。
[0025]圖1是本實用新型提供的一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的三維結構簡圖，該系統(tǒng)包括支撐臺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和內窺鏡301 ;執(zhí)行單元包括三個機械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個機械臂是六自由度機械臂，分別為一號機械臂107、二號機械臂110和三號機械臂108，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接，機械臂端部安裝有卡緊器201 ;執(zhí)行器械包括手術器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個機械臂安裝在支撐臺111上，內窺鏡301和激光照射頭安裝在其中的一個機械臂的端部，噴涂槍和手術器械分別安裝在其余兩個機械臂端部；高壓氣體源通過管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過連接管路與噴涂槍相連接，并通過線路與控制單元連接；體外攝像頭109安裝在支撐臺111的頂端位置，將拍攝畫面通過線路輸送到顯示屏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安裝在同一機架上，方便醫(yī)師坐姿操控設備，減小長時間手術造成的體力消耗。
[0027]三個六自由度機械臂安裝在支撐臺111上，中間的三號機械臂108端部安裝有內窺鏡系統(tǒng)，其余兩個分別安裝相應的手術器械；體外攝像頭109也安裝在支撐臺111的頂端位置，可以有效的監(jiān)控三個機械臂準確的進入體內位置。支撐臺111設置在手術臺106旁，根據(jù)實際需要可以進行相關距離的調整?？刂葡?04和機械臂、體外攝像頭109及內窺鏡301之間通過電氣線路進行連接，數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)無線接收模塊的加入支持進行遠程醫(yī)療，對機械臂進行遠程遙控。
[0028]顯示屏101是可對手術中的視覺類和非視覺類信息進行實時顯示，視覺類信息包括體外攝像頭拍攝的三個機械臂的進入位置，內窺鏡301拍攝的機械臂端部執(zhí)行器械的操作、及位置；機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤可以提供位置和速度信息，在機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能對伺服電機的行進速度等參數(shù)進行設置。操控手柄103，可對端部安裝有執(zhí)行器的兩個機械臂及執(zhí)行器進行實時操控。踏板105，可對端部安裝內窺鏡的機械臂及內窺鏡301進行實時操控，能將內窺鏡對焦在關注的手術區(qū)域。
[0030]本實用新型提供的一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的第二種技術方案與第一種技術方案相比，在執(zhí)行器械中增加了激光照射頭，激光照射頭和內窺鏡安裝在同一個機械臂的端部，其余結構不變。
[0031]圖2是機械臂及其端部卡緊器示意圖，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路向控制單元反饋位置和速度信息。
[0032]機械臂的端部安裝有卡緊器201，以此來卡緊和換裝執(zhí)行器械，卡緊器201以高壓氣體為動力源，接受控制單元的信號進行卡緊和松開端部器械。
[0033]圖3a、3b和3c分別是內窺鏡和部分執(zhí)行器械示意圖，其中內窺鏡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，此外還有組織修復的器械，通過微管的輸入含細胞高分子溶液在指定位置，三號機械臂108的端部除了內窺鏡301也安裝有激光照射頭，在激光的照射下含細胞的高分子溶液會迅速固化成形，用于溶液的噴涂槍和引流器302結構相同，但是液體的流動方向相反，它也是以高壓氣體為動力源。
[0034]本實用新型中使用的高壓氣體源包括空壓機、壓力表、儲氣罐、冷卻器、過濾器?？諌簷C產生高壓空氣，然后高壓空氣輸送到儲氣罐存儲，儲氣罐不僅有儲存壓縮氣體的功能，也可以降低壓縮氣體壓力的波動。壓力表顯示儲氣罐中的氣體壓力值。儲氣罐送出的高壓空氣具有很高的溫度，需要經冷卻器將其溫度降低到符合工作要求的溫度值，然后再有過濾器將高壓空氣中的水、油以及其他雜質顆粒進行徹底的過濾。高壓氣體接通到噴頭控制器上，從噴頭吐控制器出來的高壓氣體連通噴涂槍來噴涂液體。
[0035]圖5是本實用新型各部件的連接圖，本實用新型的控制系統(tǒng)是基于工控機和運動控制卡PMACl相結合，直流電源為整個系統(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、內窺鏡301和數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊通過線路連接到工控機的相應端口。運動控制卡PMACl通過插槽插入工控機內部，運動控制卡PMACl通過本身的端口和數(shù)據(jù)無線接受模塊、限位開關相連接接受他們發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并通過自身的I/O端口與傳感器、噴頭控制器相接，進而通過對噴頭控制器發(fā)送通斷信號來控制噴涂槍的啟停。三個六自由度機械臂的動力源為伺服電機，每個伺服電機都通過相應的驅動器和運動控制卡PMACl的端口相連接，接收發(fā)送過來的信號。
[0036]本實用新型的工作過程如下:
[0037]首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置；在一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍，一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出事先配制好的含細胞的高分子溶液，三號機械臂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構；然后利用二號機械臂110帶動端部器械到達設定位置，并在形成的組織結構成形體外表面噴涂不含細胞的高分子溶液，使其形成一層保護膜，從而實現(xiàn)快速修復體內病變組織并恢復其組織功能(如圖4所示)。
【權利要求】
1.一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于:所述的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺(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)和內窺鏡(301);執(zhí)行單元包括三個機械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個機械臂是六自由度機械臂，分別為一號機械臂(107)、二號機械臂(110)和三號機械臂(108)，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接，機械臂端部安裝有卡緊器(201);執(zhí)行器械為手術器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個機械臂安裝在支撐臺(111)上，內窺鏡(301)安裝在其中的一個機械臂的端部，噴涂槍和手術器械分別安裝在其余兩個機械臂端部；高壓氣體源通過管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過連接管路與噴涂槍相連接，并通過線路接收控制單元的控制信號；體外攝像頭(109)安裝在支撐臺(111)的頂端位置，將拍攝畫面通過線路輸送到顯示屏；控制單元與顯示屏集成安裝在一起。
2.按照權利要求1所述的一種體內組織直接修復與成形的醫(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，內窺鏡(301)和激光照射頭安裝在同一個機械臂的端部。
【文檔編號】A61M1/00GK203943721SQ201420282946
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王小紅, 劉利彪 申請人:清華大學