CN110853471A - 心脏外科手术仿生模拟培训装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种心脏外科手术仿生模拟培训装置，包括操作台和搏动液循环系统，所述搏动液循坏系统设置在所述操作台上，其中，所述搏动液循坏系统包括：心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置，所述心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置构成一个闭环的液体循环回路，所述进液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的肺静脉，所述出液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的主动脉；所述动力水泵装置连接所述心脏模型。本发明的搏动液循环系统可以模拟血液循环，心脏可以收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此能够实现心脏模型的高度仿生，提高了培训效率。另外，所述培训装置的成本低，操作简单，操作不受时间及场地的限制。

Description

心脏外科手术仿生模拟培训装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术及教育培训技术领域，具体涉及一种心脏外科手术仿生模拟培训装置。

背景技术

心脏病是人类健康的第一大杀手，冠心病、主动脉瓣狭窄或关闭不全，二尖瓣脱垂等都是中老年人常见的心脏病，心衰死亡、猝死的风险都很大，还有大量的儿童先心病患者，对这些疾病，外科手术治疗是极为有效的手段。

然而，由于心脏手术难度大、风险高，导致心脏外科医生培养周期长，在实际手术过程中，年轻医生主刀为患者实施手术的机会非常有限。

年轻的心外科医生目前只能依靠台下模拟训练，提高水平，训练方法主要有动物在体实验和体外模拟训练两种方式。动物实验是心脏不停跳手术最真实有效的训练手段，但是实验需要专门的手术室等硬件条件，还需要指导医师、麻醉师、助理医师、护士等一个团队来协作，无法一人独立完成手术训练，训练很不方便，且实验代价昂贵，费用动辄要数万元，再说一次动物实验无法让多名医生上手，不能批量地培训医生。

体外模拟训练，一般以硅胶心脏或动物心脏作为训练对象，虽然这是一个简单易行的训练方法，但是由于现有技术仿真度差，因此训练效果远不如动物实验，训练效率低，效果差。

因此，亟需提供一种能提高训练效果的心脏外科手术仿生模拟培训装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种心脏外科手术仿生模拟培训装置。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种心脏外科手术仿生模拟培训装置，包括：操作台和搏动液循环系统，所述搏动液循坏系统设置在所述操作台上，其中，

所述搏动液循坏系统包括：心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置，所述心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置构成一个闭环的液体循环回路，所述进液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的肺静脉，所述出液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的主动脉；所述动力水泵装置连接所述心脏模型。

可选的，所述出液管中连接有压力调节阀及压力表。

可选的，所述进液管连接所述心脏模型的左心房，所述出液管连接所述心脏模型的左心室，所述动力水泵装置连接所述心脏模型的左心室。

可选的，所述进液管连接所述心脏模型的右心房，所述出液管连接所述心脏模型的右心室，所述动力水泵装置连接所述心脏模型的右心室。

可选的，所述进液管有两个，所述出液管有两个，第一进液管连接所述心脏模型的左心房，第一出液管连接所述心脏模型的左心室，第二进液管连接所述心脏模型的右心房，第二出液管连接所述心脏模型的右心室。

可选的，所述动力水泵装置包括水泵和电动空压机，所述电动空压机与所述水泵连接，所述水泵通过泵管与所述心脏模型连接，所述水泵为空气动力隔膜泵、柱塞泵、活塞泵。

可选的，所述动力水泵装置为“泵机一体”装置，为产生搏动流的电动式隔膜泵、柱塞泵、活塞泵，所述动力水泵装置通过泵管与所述心脏模型连接。

可选的，所述水泵的进出口并联到一个口后与所述泵管连接。

可选的，所述泵管有两个，所述水泵的进口和出口分别通过一个所述泵管与所述心脏模型连接。

可选的，所述泵管包括螺纹插管、垫片、螺帽、延长管和泵的进出液并联管；所述螺纹插管，其一头带T台，另一头带螺纹，带T台的一头插入所述心脏模型的心室内，所述垫片及所述螺帽从心室壁外拧压紧。

本发明的提供的装置由心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置连接来形成循环系统，依靠动力水泵装置来为心脏模型提供搏动的内动力，以推动液体循环，并让离体的心脏仿生搏动。搏动液循环系统可以模拟血液循环，心脏可以收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此能够实现心脏模型的高度仿生，提高了培训效率。另外，所述培训装置的成本低，操作简单，操作不受时间及场地的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种心脏外科手术模拟培训装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种心脏外科手术模拟培训装置的外形示意图。

图中：心脏模型1、水泵2、储液瓶3、进液管4、出液管5、压力调节阀6、泵管7、压力表8、电动空压机9、操作台10、假人模型11、开胸盖12、微创左侧孔13、操作台双开门14、肺静脉15、主动脉16。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

现有的心脏外科手术训练模拟台或装置大多数都是模拟狭小空间的操作台，操作台上摆放着静止的动物心脏或硅胶模型，医生可以练习动刀缝合。有的技术方案可以模拟心脏不停跳手术，采用气囊或压板，用外力对心脏模型进行反复挤压或按压，使心脏变形而动起来。但是，由于没有液体循环系统，心脏不会收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此都不能实现心脏模型的高度仿生。

目前国内外的心外科医生基本上是在这样的条件下培训，许多人在操作台上训练得似乎很熟练，一旦真正上临床，则判若两人，表现得笨拙，甚至都难以安全地完成手术。因此，需要设计一种提供高度仿真的心脏外科手术模拟培训装置，对于培养大量的年轻心外科医生，让他们快速成长是非常重要。

本发明提供了一种心脏外科手术仿生模拟培训装置，包括操作台和搏动液循环系统，所述搏动液循坏系统设置在所述操作台上，其中，所述搏动液循坏系统包括：心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置，所述心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置构成一个闭环的液体循环回路，所述进液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的肺静脉，所述出液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的主动脉；所述动力水泵装置连接所述心脏模型。

本发明的液体循环系统可以模拟血液循环，心脏可以收缩射血，舒张充盈，瓣膜开闭，冠脉循环，因此能够实现心脏模型的高度仿生，提高了培训效率。另外，所述培训装置的成本低，操作简单，操作不受时间及场地的限制。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本发明提供的一种心脏外科手术仿生模拟培训装置的结构示意图。如图1所示，所述心脏外科手术模拟培训装置，包括搏动液循环系统、操作台10、和假人11。所述搏动循环系统包括由心脏模型1、储液瓶3、进液管4、出液管5和动力水泵装置。所述动力水泵装置包括水泵2和电动空压机9，水泵2和心脏模型1通过泵管7连接。

另外，所述装置还可以包括压力调节阀6、压力表8。

心脏模型1为猪、牛、羊等大动物的心脏，且带有主动脉16和肺静脉15，心脏的四个瓣膜都是完好的，每次开展模拟培训手术，只要准备心脏模型即可。

水泵2为泵机分离的单腔隔膜泵、柱塞泵、活塞泵，且速度与频率等参数可调。所述电动空压机9是为水泵2提供动力的装置，动力源为压缩空气，可产生搏动流。其中，水泵2与电动空压机9，也可以采用“泵机一体”的装置，如一体式的隔膜泵、柱塞泵、活塞泵等，且是可产生搏动流的往复式单腔泵，如果隔膜泵、柱塞泵、活塞泵是双腔或多腔的，需要经过处理，以变成搏动流的水泵，才可以使用。

其中，水泵2的进出口可以联到一个口上，然后插入左心室内。另外，水泵2的进出口，也可以不联到一起，两个口分别直接通入左心室内。

储液瓶3为心脏及管道灌注液体用的瓶子，瓶子有至少1L的容量，瓶子下边有两个开口，一个是出液口，一个是进液口。

进液管4是连接肺静脉15与储液瓶3的通道。

出液管5是连接主动脉16与储液瓶3的通道，出液管5中接有压力调节阀6及压力表8。

压力调节阀6是小流量的阻力阀，可调节动脉出液压力。

压力表8是血压计，是测模拟动脉压的。

泵管7是连接水泵2与心室的桥梁通道，它由螺纹插管、垫片、螺帽、延长管、泵的进出液并联管组成。螺纹插管，其一头带T台，另一头带螺纹，带T台的一头插入左心室后，用垫片及螺帽从心室壁外拧压紧；所述延长管连接着螺纹插管，然后穿过操作台10的台面开孔，连接到所述泵的进出液并联管的口上；所述泵的进出液并联管是连接到所述水泵2的进出口上的。

心脏外科手术模拟培训装置实现离体心脏仿生搏动的原理如下：

以心脏模型1为载体，以抗凝的动物血液或红墨水为流体，靠水泵2提供搏动的动力，推动血液循环。具体为：在心脏模型1的左心室壁上开一个孔，插入所述泵管7，然后用垫片及螺帽从心室壁外拧压紧，泵管7的另一头连接到水泵2上，进液管4和出液管5分别连接肺静脉15及所述主动脉16的内孔，并绑扎紧，进液管4和出液管5的另一端与储液瓶3连通，由此形成闭环的循环系统。当储液瓶3装满液体，并灌注到循环系统后，启动电动空压机9拖动所述水泵2工作，快速从左心室内抽吸液体，此时主动脉瓣自动关闭，二尖瓣自动张开，液体从储液瓶3流出，经过进液管4、肺静脉15、左心房，进入左心室内，此时左心室被抽吸收缩；当水泵2完成抽吸动作，然后快速向左心室射入液体，二尖自动瓣关闭，左心室迅速舒张充盈，并在舒张后期，靠压力差冲开主动脉瓣，实现所述心脏模型1的“射血”动作，液体射入所述主动脉16、经出液管5，回流到储液瓶3，即完成一次液循环。水泵2的一吸一射，即实现心脏模型1的一次心动周期的仿生式搏动，且通过水泵2的工作频率与压力的大小，可调节心脏模型1的跳动频率与幅度；心脏模型1的后负荷的动脉压可从压力表8观察，压力调节阀6来可以调节所述后负荷的动脉压大小。

其中，心脏模型1的仿生式搏动，可以实现心室射血、舒张、瓣膜的开合、冠脉循环、动脉压升高等动态，且可模拟得与生理完全相同，医生在这样的仿生环境下进行各种模拟心脏手术训练，可获得与动物实验和人体手术相同的效果。

在另一个实施例中，所述循环系统，也可以由储液瓶3连接右心房的动脉与静脉，泵管7插入右心室，以此形成右心回路，实施右心的搏动。

在另一个实施例中，所述循环系统，也可以由所述储液瓶3同时并联连接左右心的动脉与静脉，所述泵管7同时插入左右心室，以此形成双心回路，实施双心搏动。

在另一个实施例中，双心回路也可以在心室膈肌打通的情况下，由泵管7只连接到左右心的任意一个心室内，让双心室实现连通式的双心搏动。

如图2所示，所述操作台10是带轮子的可移动的平台，支撑着搏动液循环系统及假人11，台面钻一小孔，操作台双开门14可以关闭，便于美观和隐蔽。

所述水泵2及电动空压机9是放置操作台10的台下柜子里的，关闭所述操作台双开门14，可以降低电动空压机9的噪音。

假人11是用于罩住心脏模型，通过胸部开口可模拟手术时的狭小空间及场景；通过假人一侧的小孔插入腔镜，还可以开展各种微创的心脏模拟手术。

其中，假人11是由塑料骨架加硅胶外皮制成，可移动，有卡扣将其固定在操作台10上，假人11背部是开放式的，胸部有一个模拟开胸的一个开口和盖子，工作时并罩住心脏模型，可模拟手术的狭小的空间及场景；所述假人11左侧开有若干个微创左侧孔13；微创左侧孔13是用于插入腔镜，可开展模拟各种微创心脏手术。

本发明所提供的心脏外科手术仿生模拟培训装置，仿生程度高，效果可与动物实验媲美，在此场景下开展各种模拟手术，如心脏不停跳搭桥，心脏搏动、冠脉血液循环、冠脉充盈与跳动、刀口喷血的场景、医生动刀与缝合的手感等，都与动物在体实验或人体手术环境完全相同，主动脉瓣和二尖瓣都是有节律的开合，心脏会收缩射血，舒张充盈，这些都可以通过内窥镜观察，在造影或超声下，可以开展微创的瓣膜置换、先性病缺损修复、二尖瓣腱索修复等高难度的心脏模拟手术。

与现有的技术相比本，本发明提供的心脏手术仿生模拟培训装置的成本低，操作简单，操作不受时间及场地的限制；所述离体心脏仿生搏动的方法，模拟仿真度高，培训效率高。

本发明的推广应用，可获得的社会意义与价值是：可以批量地培养心脏外科医生，快速地提高手术技艺，让更多的医生早日走上临床，开展微创与不停跳的手术，降低风险，挽救更多的心脏病患者的生命。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种心脏外科手术仿生模拟培训装置，其特征在于，包括：操作台和搏动液循环系统，所述搏动液循坏系统设置在所述操作台上，其中，

所述搏动液循坏系统包括：心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置，所述心脏模型、储液瓶、进液管、出液管和动力水泵装置构成一个闭环的液体循环回路，所述进液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的肺静脉，所述出液管分别连接所述储液瓶和所述心脏模型的主动脉；所述动力水泵装置连接所述心脏模型。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出液管中连接有压力调节阀及压力表。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进液管连接所述心脏模型的左心房，所述出液管连接所述心脏模型的左心室，所述动力水泵装置连接所述心脏模型的左心室。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进液管连接所述心脏模型的右心房，所述出液管连接所述心脏模型的右心室，所述动力水泵装置连接所述心脏模型的右心室。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进液管有两个，所述出液管有两个，第一进液管连接所述心脏模型的左心房，第一出液管连接所述心脏模型的左心室，第二进液管连接所述心脏模型的右心房，第二出液管连接所述心脏模型的右心室。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动力水泵装置包括水泵和电动空压机，所述电动空压机与所述水泵连接，所述水泵通过泵管与所述心脏模型连接，所述水泵为空气动力隔膜泵、柱塞泵、活塞泵。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动力水泵装置为“泵机一体”装置，为产生搏动流的电动式隔膜泵、柱塞泵、活塞泵，所述动力水泵装置通过泵管与所述心脏模型连接。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述水泵的进出口并联到一个口后与所述泵管连接。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述泵管有两个，所述水泵的进口和出口分别通过一个所述泵管与所述心脏模型连接。

10.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述泵管包括螺纹插管、垫片、螺帽、延长管和泵的进出液并联管；所述螺纹插管，其一头带T台，另一头带螺纹，带T台的一头插入所述心脏模型的心室内，所述垫片及所述螺帽从心室壁外拧压紧。

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