肿物整体分离设备及模拟训练方法

摘要

本发明公开了一种肿物整体分离设备及模拟训练方法，分离设备包括透视装置、处理器、操作装置、分离执行机构以及控位装置，分离执行通过微创孔道到达肿物的边界；操作装置连接至处理器的输入端，分离执行机构设置有分离驱动器，控位装置和分离驱动器均连接至处理器的输出端；模拟训练方法包括步骤S1、设计模拟人，S2、布置透视装置，S3、整体分离。本发明的分离设备能够沿肿物边缘将肿物整体分离出来，避免因肿物分离过程中发生破碎造成分离不彻底甚至碎片残留的情况，模拟训练方法能够训练操作者快速掌握分离技巧，而且能够训练多种位置的操作。

说明书

技术领域

本发明涉及智能化医疗设备领域，尤其涉及肿物整体分离设备及模拟训练方法。

背景技术

传统的体表肿物的完整地整体分离是需要将皮肤、皮下组织切开，暴露皮下的肿物，再完成完整切除的操作。虽然可以将肿物完整切除，但是这样的操作方式会在体表切口愈后遗留大于肿瘤直径的显著的手术疤痕，严重影响美观。乳腺表面的疤痕对美观的影响程度更为明显，也更加受到患者的重视。

目前，乳腺肿物也有微创手术方式，但采用的切除方式是通过乳腺肿物旋切活检方式进行肿物切除。乳腺旋切手术需要将肿物旋切成小条状组织，再通过负压吸引带出体外，所以在切割的过程中极易造成细胞及破碎组织的局部脱落，尤其是恶性肿瘤的微创旋切，就有遗留细胞或组织后造成局部肿瘤种植的可能性。微创旋切技术应用于肿瘤组织，破坏了肿瘤的完整性，违背了手术的“无瘤”原则。

因此，如何实现小切口、无遗留并整体分离肿物成为肿物切除手术中面对的难以克服的技术壁垒。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种肿物整体分离设备及模拟训练方法，本发明的分离设备能够沿肿物边缘将肿物整体分离出来，避免因肿物分离过程中发生破碎造成分离不彻底甚至碎片残留的情况，模拟训练方法能够训练操作者快速掌握分离技巧，而且能够训练多种位置的操作。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：肿物整体分离设备，其结构中包括提供可视界面的透视装置、用于处理控制信号的处理器、用于发出动作指令的操作装置、用于执行动作指令的分离执行机构以及用于驱动分离执行机构走位的控位装置，分离执行通过微创孔道到达肿物的边界；操作装置连接至处理器的输入端，分离执行机构带有牵引绳并设置有分离驱动器，控位装置和分离驱动器均连接至处理器的输出端；微创孔道用于将分离执行机构引入肿物所在位置，并作为肿物整体分离后取出的通道；按照透视装置提供的可视界面中肿物的轮廓以及分离执行机构的位置，操作装置提供动作指令并传至处理器，处理器控制控位装置和分离驱动器，控位装置和分离驱动器共同控制分离执行机构沿着肿物的边缘将肿物整体分离。

作为本发明的一种优选技术方案，所述操作装置为模拟剪刀，该模拟剪刀的转轴安装有角度传感器，模拟剪刀的两个剪切头安装有三轴加速度传感器Ⅰ。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分离执行机构为剪刀，剪刀的剪切柄为非金属材料，剪刀的剪切头为磁性材料，分离驱动器为铰接设置在剪刀的两个剪切柄之间的电动伸缩杆；每个剪切柄的尾部设置三个导向机构，导向机构由导向控制器控制，能够分别向剪切柄的外侧方向和垂直于剪切面的两个方向张开，导向控制器连接至处理器的输出端；剪刀镶嵌设置三轴加速度传感器Ⅱ，三轴加速度传感器Ⅱ和电动伸缩杆的导线均穿过微创孔道连接至电源；

控位装置为磁场发生器，磁场发生器包括设置在操作目标区域的前、后、上、下、左、右6个方向的6个平板形电磁铁。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导向机构为气囊，导向控制器为双向气泵，气囊和双向气泵通过导气管连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导向机构为导向杆，导向控制器为步进电机，导向杆通过步进电机连接在剪切柄尾部。

作为本发明的一种优选技术方案，所述操作装置为操作台，操作台上设置方向控制杆和剪切按键。

作为本发明的一种优选技术方案，所述操作装置为操作台，操作台上设置方向按键和剪切按键。

用上述分离设备对肿物整体分离的模拟训练方法，包括以下步骤

S1、设计模拟人：模拟人包括支撑架和外皮，模拟人的内部填充热融有机胶体、肿物模拟体和器官模拟体，有机胶体、肿物模拟体和器官模拟体采用不同密度的透声材料制成；模拟人表面有布置口，模拟人放置在水浴池中，热融有机胶体升温融化后，通过布置口将肿物模拟体放置在目标位置；冷却，使热融有机胶体凝固，实现肿物模拟体在模拟人内的位置固定；

S2、布置透视装置：通过透视装置获取可视界面；

S3、整体分离：在可视界面下，采用肿物整体分离设备沿肿物模拟体边界将肿物模拟体与热融有机胶体分离，分离过程肿物模拟体无破碎，保持完整性。

作为本发明的一种优选技术方案，肿物模拟体被整体分离后，装入取物袋中经微创孔道取出；对于体积较大无法直接穿过微创孔道的肿物模拟体，在取物袋中切碎后再经微创孔道取出，或者扩大微创孔道后再取出。

作为本发明的一种优选技术方案，取出方式为负压吸取。

作为本发明的一种优选技术方案，取出方式为装袋后用牵引线拉出。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：针对目前已有的腔镜手术或机器人手术，本设备只需要单个孔道即可操作，不需要术中充气，可执行机构更加小巧，可以进行多维度操作。本发明能够沿肿物边缘将肿物整体分离出来，避免因肿物分离过程中发生破碎造成分离不彻底甚至碎片残留的情况。本发明引入磁力控制分离执行机构的走位，并结合导向机构，能够使分离执行机构与操作装置同步动作。模拟训练方法仿真度高，能够重复训练且能够将肿物模拟体布置在不同的位置，使操作者熟练掌握各个位置的肿物整体分离操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明肿物整体分离设备的工作原理图。

图2是本发明肿物整体分离设备的整体结构剖视图。

图3图2中A部分的局部放大图。

图4是本发明肿物整体分离设备的操作装置的结构示意图。

图5是本发明肿物整体分离设备第一种具体实施例分离执行机构的结构示意图。

图6是本发明肿物整体分离设备第二种具体实施例分离执行机构的结构示意图。

图7是模拟训练方法模拟人的剖视图。

图8是通过布置口放置肿物模拟体的局部放大示意图。

图9是通过模拟训练方法将肿物模拟体整体分离的局部放大示意图。

图中：1、处理器 2、操作装置 3、分离执行机构 4、控位装置 5、微创孔道 6、透视装置 7、肿物模拟体 8、模拟人 9、支撑架 10、外皮 11、热融有机胶体 12、可视界面 13、器官模拟体 14、布置口 21、角度传感器 22、三轴加速度传感器Ⅰ23、剪切头 31、电动伸缩杆32、三轴加速度传感器Ⅱ 33、导向机构 34、导向控制器 35、导气管36、剪切柄 37、刀片38、尾端。

具体实施方式

肿物整体分离设备的第一种具体实施方式

参看附图1-6，肿物整体分离设备包括提供可视界面12的透视装置6、用于处理控制信号的处理器1、用于发出动作指令的操作装置2、用于执行动作指令的分离执行机构3以及用于驱动分离执行机构3走位的控位装置4，分离执行通过微创孔道到达肿物的边界；操作装置2连接至处理器1的输入端，分离执行机构3带有牵引绳并设置有分离驱动器，控位装置4和分离驱动器均连接至处理器1的输出端；微创孔道用于将分离执行机构3引入肿物所在位置，并作为肿物整体分离后取出的通道；按照透视装置6提供的可视界面中肿物的轮廓以及分离执行机构3的位置，操作装置2提供动作指令并传至处理器1，处理器1控制控位装置4和分离驱动器，控位装置4和分离驱动器共同控制分离执行机构3沿着肿物的边缘将肿物整体分离。

单独参看附图3，所述操作装置2为模拟剪刀，该模拟剪刀的转轴安装有角度传感器21，模拟剪刀的两个剪切头23安装有三轴加速度传感器Ⅰ22。

单独参看附图4和5所述分离执行机构3为剪刀，剪刀的剪切柄36为非金属材料，剪刀的刀片37为磁性材料，分离驱动器为铰接设置在剪刀的两个剪切柄36之间的电动伸缩杆31；每个剪切柄36的尾部设置三个导向机构33，导向机构33由导向控制器34控制，三个导向机构33能够分别向剪切柄36的外侧方向和垂直于剪切面的两个方向张开，导向控制器34连接至处理器1的输出端；剪刀镶嵌设置三轴加速度传感器Ⅱ32，三轴加速度传感器Ⅱ32和电动伸缩杆31的导线均穿过微创孔道连接至电源。

控位装置4为磁场发生器，磁场发生器包括设置在操作目标区域的前、后、上、下、左、右6个方向的6个平板形电磁铁。

关于本发明的工作原理，首先介绍磁场强度叠加矢量算法：任意电流在某点产生的磁场等于组成该电流的所有电流元在该点产生的磁场的矢量和，即

B=∫dB （1）

由毕奥—萨伐尔定律（Biot-Savart Law）表示出dB后，再运用叠加原理，即可求出任意恒定电流在目标位置产生的磁场强度。

处理器1通过磁场强度叠加矢量算法，控制磁场发生器各个方向平板形电磁铁磁场的强度，吸引分离执行机构3向前推进，且吸引力施加在刀片37位置，增加剪刀前进稳定性。当需要变向时，拟变向方向同侧的导向机构33张开，一方面，导向机构33推动分离执行机构3的尾端38向相反方向摆动，另一方面，张开的导向机构33能够增强同侧的阻力，从而迫使分离执行机构3按照操作方向转动。分离执行机构3行进过程中，电动伸缩杆31随操作装置2的控制指令同步伸缩，使分离执行机构3进行剪切动作。

三轴加速度传感器Ⅰ22能够感知操作装置2的移动和转向信号，角度传感器21获取操作装置2的剪切信号，上述信号经处理器1处理后，处理器1控制磁场发生器、分离驱动器、导向控制器34执行对应的动作。

肿物整体分离设备的第二种具体实施方式

参看附图4，本实施方式中，所述导向机构33为气囊，导向控制器34为双向气泵，气囊和双向气泵通过导气管35连接。本实施方式气囊较为圆润，且张开幅度较小，适用于转向幅度小的情况，比如较大、较圆的肿物。

肿物整体分离设备的第三种具体实施方式

参看附图5，本实施方式中，所述导向机构33为导向杆，导向控制器34为步进电机，导向杆通过步进电机连接在剪切柄尾部。导向杆尾端外侧为平滑弧形面。本实施方式的导向杆阻力大，张开幅度大，适用于转向幅度大的情况，比如较小、不规则的肿物。

肿物整体分离设备的第四种具体实施方式

本实施方式中，所述操作装置2为操作台，操作台上设置方向控制杆和剪切按键。控制杆控制方向，剪切按键控制剪切动作。

肿物整体分离设备的第五种具体实施方式

本实施方式中，所述操作装置2为操作台，操作台上设置方向按键和剪切按键。方向按键控制方向，剪切按键控制剪切动作。

操作装置2能够根据使用者的习惯进行定制，便于提高工作效率。

参看附图6-8，用分离设备将肿物整体分离的模拟训练方法，包括以下步骤

S1、设计模拟人：结合图6和图7，模拟人8包括支撑架9和外皮10，模拟人8的内部填充热融有机胶体11、肿物模拟体7和器官模拟体13，热融有机胶体11、肿物模拟体7和器官模拟体13采用不同密度的透声材料制成；热融有机胶体11模拟人体组织，肿物模拟体7模拟体内病变组织，器官模拟体13模拟体内重要脏器。模拟人8表面有布置口14，模拟人8放置在水浴池中，热融有机胶体11升温融化后，通过布置口14将肿物模拟体7放置在目标位置；按照生理结构将器官模拟体13放置在模拟人8体内相应的位置，用于模拟病变组织和病变组织关系。冷却，使热融有机胶体11凝固，实现肿物模拟体7及器官模拟体13在模拟人8内的位置固定；

S2、布置透视装置6：通过透视装置6获取可视界面12；

S3、整体分离：在可视界面12引导下，通过微创孔道5将分离执行机构3置入肿物模拟体7附近，然后，操作者控制操作装置2，操作装置2的动作指令传至处理器1，处理器1将动作指令信号处理以后输出控制指令，控制指令控制控位装置4各个方位平板形电磁铁磁场的强度，进而控制分离执行机构3执行与操控装置2相同的动作，分离执行机构3沿肿物模拟体7边缘行进并剪切，将肿物模拟体7与热融有机胶体11分离开，因为分离是沿着肿物模拟体7边缘进行，所以分离过程中肿物模拟体7无破碎，保持完整性。鉴于操作界面可视化和分离动作的高精准度，使操作过程中避免损伤器官模拟体13；

肿物模拟体7被整体分离后，再经微创孔道5取出；对于体积较大无法直接穿过微创孔道5的肿物模拟体7，装入取物袋中切碎后再经微创孔道5取出，或者扩大微创孔道5后再取出。

取出方式有两种，第一种为负压吸取；第二种取出方式为装袋后用牵引线拉出。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。