CN109730774A - 用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，软体机器人用于辅助固定心脏组织；气动系统用于向软体机器人输入或抽取空气；监测系统用于实时监测系统工作状态；软体机器人通过气动系统输入或抽取空气实现对心脏组织的吸附，及自身软硬态的转换；监测系统通过设置在软体机器人上的传感器监测心脏组织吸附状态级软硬态转换情况及形状。本发明可实现非体外循环冠状动脉手术中心脏组织的无损吸附固定软体机器人采用软质材料制作，不损伤吸附组织；采用抽负压的方式实现软体机器人的吸附固定和硬化，灵活性、适应性和安全性较好，制造工艺和驱动方式的创新，便于组装使用，且成本较低，易于实现器件的批量加工。

Description

用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗机器人领域，尤其涉及一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统。

背景技术

非体外循环冠状动脉搭桥术可显著改善心肌缺血、最大限度的避免设备对患者各脏器造成的损伤，在治疗重症冠心病方面效果显著。但是，为了达到良好的治疗效果，必须采用有效的技术和仪器对患者进行精确的检测，并借助先进的手术器械完成手术。

心脏固定器是非体外循环冠状动脉搭桥手术中必不可少的装置，它可以保证在心脏跳动情况下，其所固定的局部手术操作区域相对稳定，为微小血管吻合提供保障。但是，现有心脏固定器所提供的吸附力较为固定且需要手工调整，为了维持手术视野的稳定清晰，医生通常忽视患者心肌所能承受的压力进行固定，容易造成患者术后心脏固定区域出现心肌损伤、心脏水肿、心功能不全等。同时现有可调机械臂式固定器对心脏位置的调整幅度有限，固定后机械臂对心脏的固定生硬，导致桥血管吻合过程中血压变化较大，可能引起脑血管并发症等，手术风险大幅提高。

基于刚性机构的机器人广泛应用于医疗领域各类手术，但这类机器人的灵活性、适应性和安全性差，容易造成人体组织损伤。近年来，采用软性材料制作而成软体机器人,能够柔软连续地变形适应各类组织结构，通过气动等方式实现软体机构的动作及转换，可显著提高手术机器人系统的适应性和安全性。软体机器人技术作为一项新兴的前沿技术迅速发展，逐渐在医疗领域得到应用，已成为手术机器人技术的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用仿生学原理，基于软体机构柔性吸附的术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，包括：

软体机器人，用于辅助固定心脏组织；

气动系统，用于向所述软体机器人输入或抽取空气；

监测系统，用于实时监测系统工作状态；

所述软体机器人通过气动系统输入或抽取空气实现对心脏组织的吸附，及自身软硬态的转换；所述监测系统通过设置在所述软体机器人末端的传感器监测心脏组织吸附状态；所述监测系统通过设置在所述软体机器人内部的传感器监测所述软体机器人软硬态转换情况及形状。

优选的，所述软体机器人包括：

U型吸附结构，用于吸附固定心脏组织；

刚柔转换支撑臂，用于支撑所述U型吸附结构，并向所述U型吸附结构输入或抽取空气；

所述U型吸附结构安装在刚柔转换支撑臂末端。

优选的，所述软体机器人内设有至少一条的吸附气道和至少一条的硬化气道，所述吸附气道、硬化气道分别独立与所述气动系统连通，所述气动系统向所述吸附气道、硬化气道内输入或抽取空气。

优选的，所述吸附气道从所述刚柔转换支撑臂内部穿过通入所述U型吸附结构，用于控制U型吸附结构吸附固定心脏组织；所述硬化气道通入U型吸附结构和刚柔转换支撑臂，用于控制U型吸附结构、刚柔转换支撑臂结构软硬态转换。

优选的，所述气动系统包括至少两条控制气路，所述控制气路内安装有真空发生器、压缩机。

优选的，所述监测系统包括植入在软体机器人内部的光纤传感器，光纤传感器用于检测所述软体机器人与心脏组织之间的吸附气压，及所述软体机器人内部应变参数。

本发明的有益效果是：

本发明可实现非体外循环冠状动脉手术中心脏组织的无损吸附固定，能够提高手术成功率；软体机器人采用软质材料制作，不损伤吸附组织，突破了常规刚性心脏固定器对心脏组织造成的损伤；采用抽负压的方式实现软体机器人的吸附固定和硬化，灵活性、适应性和安全性较好，制造工艺和驱动方式的创新，便于组装使用，且成本较低，易于实现器件的批量加工。

附图说明

图1为本发明实施例的一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统结构示意图；

图2为本发明实施例的一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统中的软体机器人1的结构示意图。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明一个实施例提供一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，包括：

软体机器人1，用于辅助固定心脏组织；

气动系统2，用于向所述软体机器人1输入或抽取空气；

监测系统3，用于实时监测系统工作状态；

所述软体机器人1通过气动系统2输入或抽取空气实现对心脏组织的吸附，及自身软硬态的转换；所述监测系统2通过设置在所述软体机器人1末端的传感器监测心脏组织吸附状态；所述监测系统通过设置在所述软体机器人内部的传感器监测所述软体机器人软硬态转换情况及形状。

本发明一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统可实现非体外循环冠状动脉手术中心脏组织的无损吸附固定，软体机器人采用硅橡胶制作，不损伤吸附组织，将软体机器人固定在手术所需区域，然后通过抽负压的方式实现软体机器人的吸附固定和硬化，灵活性、适应性和安全性较好。

如图2所示，本发明一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统的软体机器人1包括：

U型吸附结构11，用于吸附固定心脏组织；

刚柔转换支撑臂12，用于支撑所述U型吸附结构11，并向所述U型吸附结构11输入或抽取空气；

所述U型吸附结构11安装在刚柔转换支撑臂12末端，U型吸附结构11与刚柔转换支撑臂12均采用软质材料制作，可以采用3D打印技术制作，生产效率高、尺寸精确。

所述软体机器人内设有一条的吸附气道13和两条的硬化气道14，所述吸附气道13、硬化气道14分别独立与所述气动系统连通，所述气动系统2向所述吸附气道13、硬化气道14内输入或抽取空气。

所述吸附气道13从所述刚柔转换支撑臂12内部穿过通入所述U型吸附结构11，用于控制U型吸附结构11吸附固定心脏组织；所述硬化气道14通入U型吸附结构11和刚柔转换支撑臂12，用于控制U型吸附结构11、刚柔转换支撑臂12结构软硬态转换。位于所述U型吸附结构11内的硬化气道14内填充固体硬化颗粒，位于所述刚柔支撑臂12的硬化气道14具有沿轴向间隔布置软体材料和刚性材料的刚柔转换管壁。

工作时，将软体机器人1固定在手术所需区域，手动将U型吸附结构11调整位置，然后气道系统2抽取硬化气道14内的空气， U型吸附结构11和刚柔转换支撑臂12在负压作用下，软体结构收缩，在内部固体硬化颗粒和刚柔转换管壁的作用下，结构硬化，从而实现姿态锁定，气动系统2通过抽取吸附气道13内空气，U型吸附结构11将心脏组织吸附固定。

所述气动系统2包括至少两条控制气路，控制气路分别与软体机器人的吸附气道13和硬化气道14，所述控制气路内安装有真空发生器、压缩机。真空发生器与压缩机协同工作向所述吸附气道13、硬化气道14内输入或抽取空气。

本发明一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统的监测系统3，包括植入在软体机器人1内部的光纤传感器31，光纤传感器31用于检测所述U型吸附结构11与心脏组织之间的吸附气压，及U型吸附结构11和刚柔转换支撑臂12物理应变参数，光纤传感器连接计算机32，计算机32通过运算，实施输出心脏组织吸附状态，并将软体机器人1形态结果可视化显示。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，其特征在于，包括：

软体机器人，用于辅助固定心脏组织；

气动系统，用于向所述软体机器人输入或抽取空气；

监测系统，用于实时监测系统工作状态；

所述软体机器人通过气动系统输入或抽取空气实现对心脏组织的吸附，及自身软硬态的转换；所述监测系统通过设置在所述软体机器人末端的传感器监测心脏组织吸附状态；所述监测系统通过设置在所述软体机器人内部的传感器监测所述软体机器人软硬态转换情况及形状。

2.根据权利要求1所述的用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，其特征在于，所述软体机器人包括：

U型吸附结构，用于吸附固定心脏组织；

刚柔转换支撑臂，用于支撑所述U型吸附结构，并向所述U型吸附结构输入或抽取空气；

所述U型吸附结构安装在刚柔转换支撑臂末端。

3.根据权利要求1所述的用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，其特征在于，所述软体机器人内设有至少一条的吸附气道和至少一条的硬化气道，所述吸附气道、硬化气道分别独立与所述气动系统连通，所述气动系统向所述吸附气道、硬化气道内输入或抽取空气。

4.根据权利要求2所述的用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，其特征在于，所述软体机器人内设有至少一条的吸附气道和至少一条的硬化气道；所述吸附气道从所述刚柔转换支撑臂内部穿过通入所述U型吸附结构，用于控制U型吸附结构吸附固定心脏组织；所述硬化气道通入U型吸附结构和刚柔转换支撑臂，用于控制U型吸附结构、刚柔转换支撑臂结构软硬态转换。

5.根据权利要求1所述的用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，其特征在于，所述气动系统包括至少两条控制气路，所述控制气路内安装有真空发生器、压缩机。

6.根据权利要求1所述的用于术中心脏组织辅助固定的软体机器人系统，其特征在于，所述监测系统包括植入在软体机器人内部的光纤传感器，光纤传感器用于检测所述软体机器人与心脏组织之间的吸附气压，及所述软体机器人内部应变参数。