CN103886798B - 一种高度仿真介入手术训练器 - Google Patents

Abstract

一种高度仿真介入手术训练器，包括：具有腹腔的模拟人单元；设置于模拟人单元腹腔中的动物脏器；与动物脏器相连接的附属管道；与所述附属管道连通向其供应并回收灌注液的血液收集池；以及设置在血液收集池与所述附属管道间提供灌注液流通驱动力的泵组单元，本发明可反复穿刺无渗漏的透明硅胶管模拟体内主要血管，利用泵组向人工管道内泵入有色液体模拟血液，构建“血液循环”，将真实动物脏器（肝、脾、肾等）通过下腔静脉、门静脉、肝动脉、胆道和模拟人训练系统的下腔静脉、门静脉、肝动脉、胆道等血管分别吻合，构建出高度模仿人体解剖结构及生理状态的介入手术模拟训练系统。

Description

一种高度仿真介入手术训练器

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种介入手术训练系统，特别涉及一种高度仿真介入手术训练器。

背景技术

介入手术（interventional operation）是利用超声、计算机断层扫描（CT）、核磁共振（MRI）、X射线、腹腔镜等现代医学影像导向技术，对病变所在器官和组织进行定向手术，以达诊断和治疗目的。目前该法已成为综合治疗不可缺少的一部分。由于其具有微创伤、定位准确、安全有效及并发症少等优点，近20年发展迅速。

以肝脏介入手术为例，最常见的为经颈静脉肝内门体分流术(transjugularintrahepatic portosystemic shunt，TIPs)和经肝动脉化疗栓塞术（TranshepaticArterialChemOtherapy And Embolization）。

TIPS是治疗肝硬化门静脉高压及并发症的微创介入技术，以安全、有效、微创，并可重复操作等特点，日益被广大医师和患者接受，逐渐成为临床治疗门脉高压及其并发症的主要手段。TACE是经股动脉插管，选择性插入肝癌供血动脉，进行栓塞及灌注化疗药物，栓塞主要的肿瘤血管，使肿瘤缺血坏死，并灌注化疗药物以杀死肿瘤细胞。TACE创伤小、副反应轻、可以反复多次治疗、提高生存质量，延长生命。

介入手术借助影像学来进行操作，无法如常规开腹手术一般直观，这就要求介入手术医生对患者的影像资料提前充分掌握并有一定的操作经验。要满足如此严格的要求，介入医生的成长就需要大量的培训，这无疑延长了介入医生的学习曲线。目前，介入手术训练系统大多基于计算机的虚拟现实（virtual reality），且多为血管介入手术训练系统。而针对肝脏介入手术的培训系统大都基于肝脏管道三维可视化研究。2002年10月张绍祥等完成国内首例非器质性疾病死亡正常男性人体连续薄层断面图像可视化数据集(ChineseVisible Human，CVH)的获取和计算机三维可视化的初步研究。杨琳于2005年6月报道了应用首例中国数字化可视人体数据集，利用Surfdriver软件对肝门静脉系进行三维重建，显示了肝门静脉系分支的立体形态，并运用Leica QwinV3图像分析系统进行门静脉分支角度的测量，断层图像间距为1.0mm。并于2006年3月报道了在肝内管道三维重建的基础上进行肝脏可视化与虚拟切除，获取切除段三维数据。上述研究为肝脏解剖教学、肝脏疾病影像诊断、肝脏外科手术导航、肝脏肿瘤的三维适形放射治疗和肝脏血管介入手术领域科提供了肝脏三维重建模型和可视化平台。

但是目前肝脏管道三维可视化的研究成果不能解决的问题是介入医生实际操作时的“手感”。肝脏管道三维可视化可以令介入医生充分把握患者的血管走形和变异情况，但实际从腔静脉向门静脉穿刺和经股动脉穿刺后选择肿瘤血管过程中方向及角度的问题是需要反复操作、训练才能解决的。这无疑使介入医生的学习曲线拉长，年轻介入医师无法独立完成TIPS和TACE手术，资深介入医生的数量无法满足庞大的患者数量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高度仿真介入手术训练器，可反复穿刺无渗漏的透明硅胶管模拟体内主要血管，利用泵组向人工管道内泵入有色液体模拟血液，构建“血液循环”，将真实动物脏器（肝、脾、肾等）通过下腔静脉、门静脉、肝动脉、胆道和模拟人训练系统的下腔静脉、门静脉、肝动脉、胆道等血管分别吻合，构建出高度模仿人体解剖结构及生理状态的介入手术模拟训练系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高度仿真介入手术训练器，包括：

具有腹腔的模拟人单元1；

设置于模拟人单元1腹腔中的动物脏器3；

与动物脏器3相连接的附属管道；

与所述附属管道连通向其供应并回收灌注液的血液收集池19；

以及设置在血液收集池19与所述附属管道间提供灌注液流通驱动力的泵组单元。

所述动物脏器3为带有胆囊12的肝脏时，所述附属管道包括：

模拟下腔静脉5，一端设置用于与肝脏下腔静脉连接的模拟下腔静脉端口一10；

模拟腹主动脉6，一端与蠕动泵二2出口相连，另端与模拟股动脉9相连；

模拟颈内静脉4，连接在模拟下腔静脉5上；

模拟门静脉7，一端与蠕动泵一20入口相连，另端设置有用于与肝脏门静脉连接的模拟门静脉端口18；

模拟肝动脉8，一端连接在模拟腹主动脉6上，另端设置有用于与肝脏肝动脉连接的模拟肝动脉端口16；

模拟股动脉9，与模拟腹主动脉6相连；

所述泵组单元包括蠕动泵一20和蠕动泵二2，血液收集池19的出口与蠕动泵二2入口相连，入口与蠕动泵一1出口相连。

所述血液收集池19中的人工血液（灌注液）为有色半透明液体，动脉为红色，静脉为蓝色。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.还原真实的肝脏介入手术场景，用动物肝脏替代虚拟肝脏，操作者对介入手术的感知更加真实，能明显缩短介入医生的手术学习曲线；

2.模拟人体生理环境，有血液循环系统，可通过术中的出血量更好的评价操作者的技术，可作为介入医生的考核指标之一；也可以通过模拟与患者血管变异相似的环境，通过各种腔-门静脉穿刺路径和选择肿瘤血管路径的设计，寻找最适宜患者自身条件的手术方式，提高介入手术的成功率；

3.本训练系统与肝脏静脉管道三维重建模型和可视化平台不同，更注重操作训练，更加实用，更利于在各级别医院的介入医生训练、培训与考核。

附图说明

图1为高度仿真介入手术训练器整体结构示意图。

图2为模拟腹部正面示意图。

图3为肝静脉穿刺插管，A为肝静脉向门静脉穿刺，B为置入导丝至门静脉，C为扩张肝内分流道，D为置入内支撑，E为门静脉血流经分流道进入下腔静脉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

一种高度仿真介入手术训练器，包括模拟人单元1、动物脏器3、附属管道以及泵组单元，其中，模拟人单元1具有腹腔，动物脏器3位于腹腔中，腹腔中设置各种附属管道实现模拟人单元1与动物脏器3的连接，血液收集池19与附属管道连通向其供应并回收灌注液（人工血液）。其中模拟“颈静脉”段的人工血管可拆卸替换，人工血液为有色半透明液体，动脉为红色，静脉为蓝色。泵组单元设置在血液收集池19与附属管道间提供灌注液流通驱动力。使用时，将游离的动物脏器3（保留足够的下腔静脉、门静脉、肝动脉）通过接口和模拟人上的下腔静脉、门静脉、肝动脉的相应端口连接，形成一个密闭的循环系统。通过泵组单元进行液体灌注，模拟下腔静脉、门静脉、肝动脉的压力。

具体地，如图1和图2所示，当所述手术为肝脏手术时，动物脏器3为带有胆囊12的动物肝脏，泵组单元包括蠕动泵一20和蠕动泵二2。附属管道包括：模拟颈内静脉4、模拟下腔静脉5、模拟腹主动脉6、模拟门静脉7、模拟肝动脉8和模拟股动脉9。其中模拟下腔静脉5有两个，一个的一端设置用于与肝脏下腔静脉端口一11连接的模拟下腔静脉端口一10，另一个的一端设置有用于与肝脏下腔静脉端口二13连接的模拟下腔静脉端口二14；模拟腹主动脉6的一端与蠕动泵二2出口相连，另端与模拟股动脉9相连；模拟颈内静脉4连接在模拟下腔静脉5上；模拟门静脉7的一端与蠕动泵一20入口相连，另端设置有用于与肝脏门静脉端口17连接的模拟门静脉端口18；模拟肝动脉8的一端连接在模拟腹主动脉6上，另端设置有用于与肝脏肝动脉端口15连接的模拟肝动脉端口16；模拟股动脉9与模拟腹主动脉6相连。各个端口可以采用磁环或者袖套的形式。血液收集池19的出口与蠕动泵二2入口相连，入口与蠕动泵一20出口相连。通过控制界面调节蠕动泵一20和蠕动泵二2的转速模拟下腔静脉、肝动脉、门静脉的血液流速。通过比较手术前灌入液体量和手术结束放出的液体量，估算手术过程中损失的液体量，进而评价手术者的手术技术或者手术方式的合理性。

以经颈静脉肝内门体静脉分流术的操作为例说明该训练系统的使用方法：

1.穿刺模拟颈内静脉4，穿刺成功后置入导丝，至模拟下腔静脉5。沿导丝将Rups-100导管装置送入模拟下腔静脉5并选择性送入肝右静脉，分别行造影和测压。

2.以肝静脉距模拟下腔静脉5入口2～3cm为穿刺点，如图3A所示，向前调整导向器方向，穿刺方向为前下方，穿刺深度约3～4cm，退出穿刺针，回抽5F导管，回抽血流通畅，注入造影剂显示模拟门静脉7肝内分支后，如图3B所示，置入BENTSON软头导丝经模拟门静脉7主干至脾静脉或肠系膜上静脉，沿导丝将5F导管送入模拟门静脉7主干，进一步证实导管经模拟门静脉7肝内分支进入主干，此时则示门静脉穿刺成功。

3.采用AMPLATZ超强导丝取代BENTSON导丝送入模拟门静脉7和肠系膜上静脉，沿导丝将同轴的Rups-100导管装置经肝组织突破模拟门静脉7分支推入模拟门静脉7主干，分别行门静脉造影和测压，退出5F导管、金属导向器和导管鞘，保留引导鞘于门静脉内。

4.沿导丝送入直径8或10mm气囊扩张管，如图3C所示，分别扩张模拟门静脉7、肝实质及肝静脉，模拟门静脉7和肝静脉腰形压迹消失后退出气囊扩张管，向模拟门静脉7内推注造影剂无外溢现象后放置内支撑，以门静脉压迹为标志，置入可扩张性内支撑，如图3D所示，内支撑应覆盖整个肝内分流道，门静脉血流经分流道进入右心房，如图3E所示。

5.再行门静脉和肝静脉测压，拔除引导管，保留5F导管于门静脉内，5F导管经模拟颈内静脉4引出。

Claims (2)

1.一种高度仿真介入手术训练器，其特征在于，包括：

具有腹腔的模拟人单元(1)；

设置于模拟人单元(1)腹腔中的动物脏器(3)；

与动物脏器(3)相连接的附属管道；

与所述附属管道连通向其供应并回收灌注液的血液收集池(19)；

以及设置在血液收集池(19)与所述附属管道间提供灌注液流通驱动力的泵组单元；

所述动物脏器(3)为带有胆囊(12)的肝脏，所述附属管道包括：

模拟下腔静脉(5)，有两个，一个的一端设置用于与肝脏下腔静脉端口一(11)连接的模拟下腔静脉端口一(10)，另一个的一端设置有用于与肝脏下腔静脉端口二(13)连接的模拟下腔静脉端口二(14)；

模拟腹主动脉(6)，一端与蠕动泵二(2)出口相连，另端与模拟股动脉(9)相连；

模拟颈内静脉(4)，连接在带有模拟下腔静脉端口一(10)的模拟下腔静脉(5)的另一端上；

模拟门静脉(7)，一端与蠕动泵一(20)入口相连，另端设置有用于与肝脏门静脉连接的模拟门静脉端口(18)；

模拟肝动脉(8)，一端连接在模拟腹主动脉(6)上，另端设置有用于与肝脏肝动脉连接的模拟肝动脉端口(16)；

模拟股动脉(9)，与模拟腹主动脉(6)相连；

所述泵组单元包括蠕动泵一(20)和蠕动泵二(2)，血液收集池(19)的出口与蠕动泵二(2)入口相连，入口与蠕动泵一(1)出口相连；

其特征在于，

所述附属管道为人工血管，使用时，将游离的动物脏器(3)通过端口和模拟人单元上的相应端口连接，形成一个密闭的循环系统，通过泵组单元进行液体灌注，模拟下腔静脉、门静脉、肝动脉的压力，各个端口采用磁环或者袖套的形式，通过控制界面调节蠕动泵一(20)和蠕动泵二(2)的转速模拟下腔静脉、肝动脉、门静脉的血液流速；通过比较手术前灌入液体量和手术结束放出的液体量，估算手术过程中损失的液体量，进而评价手术者的手术技术或者手术方式的合理性。

2.根据权利要求1所述的高度仿真介入手术训练器，其特征在于，所述血液收集池(19)中的人工血液为有色半透明液体，动脉为红色，静脉为蓝色。