CN112353352A - 一种非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统，包括：灌流执行机构，包括液体注射装置和力传感器，所述液体注射装置用于完成液体注射，所述力传感器测量所述液体注射装置在液体注射过程中的作用力值；灌流控制单元，对所述力传感器测量得到的作用力值进行计算，得到肾内压力值。本发明可以实现非接触式的肾内压力监测功能，由于不与人体接触，安全性更好，消毒灭菌更加方便，有利于节省成本、减轻医院和患者负担。

Description

一种非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域的内窥镜灌流系统，具体地，涉及一种手术过程中非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统。

背景技术

经输尿管软镜肾内介入手术在泌尿系结石和上尿路疾病的诊疗方面发挥着重要的作用。在使用输尿管软性内窥镜进行手术时，需要不断向内窥镜通道内注水清洗镜头，以保证术中视野清晰，这一操作称作灌流。

灌流会引起肾内压力升高。过高的肾内压力会导致并发症，比如感染，严重时会导致病菌进入人体血液系统，造成脓毒症，危及患者的生命。因此为了避免肾内压力过高，术中对肾内压力的监测十分重要，但是目前临床上尚无成熟的办法监测肾内压力，主要依靠操作者的经验和对灌注流量的控制。

因此，需要开发一种能在术中监测肾内压力的内窥镜灌流系统，避免内窥镜灌流操作过程的肾内压力过高。

经对现有技术的检索发现，申请号为“CN201420055134.9”的中国实用新型提供了一种可测量压力的输尿管导入鞘，该实用新型特制的输尿管导入鞘集成了压力传感器，可以监测肾内压力。然而在导入鞘集成压力传感器会导致其直径变大，不利于其进入狭窄的输尿管。

另外，申请号为“CN201410420295.8”的中国发明提供了一种肾内压力监测及控制系统，该发明从内窥镜通道置入测压光纤，使用测压光纤测量肾内压力，可以监测肾内压力。然而，测压光纤占据了内窥镜通道一定的空间，不利于其他手术器械的进入和操作，还会减少灌注流量。

此外，上述两件公开专利使用的压力传感器均与人体直接接触，存在安全风险，还会给消毒灭菌带来挑战，增加手术风险和医院负担；若使用一次性的压力传感器，又会增加手术成本，加重患者负担。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在手术过程中，可以非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统。

为实现上述目的，本发明提供一种非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统，包括：

灌流执行机构，包括液体注射装置和力传感器，所述液体注射装置用于完成液体注射，所述力传感器测量所述液体注射装置在液体注射过程中的作用力值；

灌流控制单元，对所述力传感器测量得到的作用力值进行计算，得到肾内压力值。

优选地，所述灌流控制单元包括：

接收模块，接收所述力传感器测量得到的作用力值；

处理模块，根据所述接收模块接收的所述作用力值，采用预先建立的肾内压力和力传感器所测作用力值的对应关系，计算得到肾内压力值。

优选地，所述液体注射装置为注射器，所述注射器的活塞芯杆置于所述推杆槽内，所述推杆槽安装在所述力传感器的一个端面上，所述力传感器实时测量所述推杆槽所受所述注射器的活塞芯杆作用力的数值，并传输给所述灌流控制单元。

优选地，所述灌流执行机构还包括底座、直线运动装置和动力发生装置，所述直线运动装置和所述动力发生装置分别设置于所述底座上，所述注射器的筒部设置于所述底座上，所述注射器的活塞芯杆连接于所述直线运动装置上，所述动力发生装置为所述直线运动装置提供动力。

优选地，所述直线运动装置可以为丝杆滑块、曲柄滑块机构、同步带、齿轮齿条、单轴机器人或直线致动器；所述动力发生装置可以为电机、气动装置或液压装置。

优选地，所述动力发生装置为电机，所述直线运动装置为丝杆滑块，所述底座的一端设置有前固定槽，所述注射器的筒部置于所述前固定槽内，所述电机固定连接于所述底座的另一端，所述底座的中部设置有相配合的滑轨和滑块，所述滑块固定连接有连接支座，所述连接支座固定连接所述力传感器，所述力传感器还固定连接于推杆槽，所述注射器的活塞芯杆置于所述推杆槽内，所述丝杆穿过并活动连接于所述滑块，所述丝杆通过联轴器连接于所述电机，以实现所述注射器的活塞芯杆、所述推杆槽、所述力传感器和所述连接支座一起随所述滑块在所述底座上做直线运动。

优选地，所述灌流执行机构还包括位置传感装置，所述位置传感装置固定连接于所述底座，测量所述直线运动装置的运动位置信息，用于实现限位保护、自动寻找原点和/或复位功能。

优选地，所述位置传感装置可以为光电开关、触碰开关或距离传感器。具体的，当所述位置传感装置为光电开关时，所述光电开关有多个，多个所述光电开关间隔固定连接于所述底座的侧面，所述直线运动装置上设置有与所述光电开关配合使用的遮光板，所述遮光板将所述直线运动装置的运动位置信息传递给所述光电开关，以实现限位保护、自动寻找原点和/或复位功能。

优选地，所述内窥镜灌流系统还包括肾内压力显示或预警装置和/或人机交互装置，其中：所述肾内压力显示或预警装置用于显示操作中的肾内压力，当肾内压力超出预设值时，发出预警；所述人机交互装置用于操作者通过对所述灌流控制单元的操作来控制所述灌流执行机构的工作。

优选地，所述灌流控制单元通过所述人机交互装置接收控制指令，还根据所述灌流执行机构的反馈将肾内压力自动控制在所需水平。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明上述系统实现非接触式的肾内压力监测功能，由于不与人体接触，安全性更好，消毒灭菌更加方便，有利于节省成本、减轻医院和患者负担；

2.本发明上述系统使用简单，操作者不再需要手推注射器，只需要通过按钮或其他简易的交互方式对灌流进行控制，有助于减轻操作者的劳动强度；

3.本发明上述系统能实现对灌流液的定速、定量控制，稳定性比手动操作更好；

4.本发明上述系统不需要对侵入人体的任何现有手术器械(输尿管导入鞘和导丝等)进行修改，进一步提升了该系统的适用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中的内窥镜灌流系统结构框图；

图2为本发明一实施例中的灌流执行机构结构示意图；

图中：1为输尿管软镜，2为内窥镜灌流系统，21为灌流执行机构，22为灌流控制单元，23为肾内压力显示或预警装置，24为人机交互装置，2100为注射器，2101为前固定槽，2102为推杆槽，2103为力传感器，2104为连接支座，2105为联轴器，2106为电机，2107为遮光板，2108为光电开关，2109为丝杆，2110为滑块，2111为底座。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明一实施例的内窥镜灌流系统框架示意图。参照图1所示，本实施例中提供一种内窥镜灌流系统2，该系统包括：灌流执行机构21，灌流控制单元22。其中，灌流执行机构21包括液体注射装置和力传感器2103，液体注射装置用于完成手术过程中的液体注射，力传感器2103用于测量液体注射装置注射液体过程中的作用力值；灌流控制单元22对传感器2103的作用力值进行分析计算后得到肾内压力值，同时，灌流控制单元22接受外界的控制指令，通过控制指令来控制灌流执行机构21的工作。

具体在手术中使用时，将输尿管软镜1的软性部分插入患者体内，灌流执行机构21可通过注射延长管和Y型阀或其他连接管路与输尿管软镜1的通道相连，以实现灌注液体流入输尿管软镜1的通道内。灌流执行机构21、灌流控制单元22之间可以通过包括且不限于电连接、WiFi连接和5G连接等方式连接。灌流执行机构21接收灌流控制单元22的控制，执行灌流动作，同时将力值反馈给灌流控制单元22，灌流控制单元22对力值进行分析计算后得到肾内压力值。

本发明上述实施例能实现非接触式的肾内压力监测功能，由于不与人体接触，安全性更好，消毒灭菌更加方便，有利于节省成本、减轻医院和患者负担。需要说明的是，内窥镜灌流系统2可单独使用，也可和其他灌流设备一起使用。

在本发明部分实施例中，液体注射装置可以采用注射器2100，力传感器2103固定连接于注射器2100的活塞芯杆。力传感器2103可以实时测量活塞芯杆作用力的数值，提供力值。当然，其他实施例中也可以使用除注射器2100外的其他液体注射装置，只要能通过力传感器2103测量出液体注射过程中的力值。

为了更好地方便使用者的操作，在上述实施例基础上，内窥镜灌流系统2还可以进一步包括肾内压力显示或预警装置23和/或人机交互装置24，肾内压力显示或预警装置23、人机交互装置24分别与灌流控制单元22连接，肾内压力显示或预警装置23用于显示操作中的肾内压力，当肾内压力超出预设值时，发出预警，提醒操作者。预警方式可以采用多种方式，比如语音播报预警、蜂鸣预警、声光预警等任意方式。人机交互装置24用于操作者通过对灌流控制单元22的操作来控制灌流执行机构21的工作，具体的，人机交互装置24可以为按钮开关、脚踏开关、触控屏幕或微型电脑等。将得到的肾内压力信息通过肾内压力显示或预警装置23反馈给操作者，协助操作者进行决策，实现将肾内压力控制在所需水平。当然，灌流控制单元22还可以通过人机交互装置24接收控制指令，通过反馈控制将肾内压力自动控制在所需水平。

上述实施例中的肾内压力显示或预警装置23、人机交互装置24分别与灌流控制单元22之间的连接方式可以是有线或无线的方式，包括且不限于电连接、WiFi连接和5G连接等。在一些实施例中，肾内压力显示或预警装置23和人机交互装置24也可合并成为一体，比如采用具有触摸屏的电脑。

在本发明部分实施例中，灌流控制单元22包括：接收模块和处理模块，其中接收模块接收力传感器2103测量得到的作用力值；处理模块根据接收模块接收的作用力值，采用预先建立的肾内压力和力传感器所测作用力值的对应关系，计算得到肾内压力值。其中，对应关系为与灌流速度、管道参数等变量有关的函数关系式。具体地，在一优选实施例中，可为如下函数关系式：

其中P为肾内压力，F为力传感器所测作用力值，S为注射器2100内径，v为注射器2100活塞芯杆推进的速度，k和f(v)为待确定参数，可通过实验标定得到。标定方法可以是，在预设速度v下，利用标准压强传感器测得模型内的肾内压力值P，同时读取力传感器所测作用力值F，拟合两者关系，算得待确定参数。

其中，处理模块可以采用硬件实现也可以采用软件程序实现。其中可以通过物理模型方法、实验方法、数据驱动方法等一种或多种方法预先建立肾内压力和力传感器所测作用力值的对应关系。处理模块可以是能安装上述程序的计算机、微型处理器等智能终端，也可以是与其他部分结合的单纯的上述程序，比如与肾内压力显示或预警装置23或人机交互装置24结合为一体。

需要说明的是，本实施例通过预先建立肾内压力和力传感器2103所测数值的对应关系，并将该关系应用于灌流控制单元22中，可以实时实现对肾内压力的检测和预警。当然，在其他实施例中，也可采取其他能建立上述对应关系的方法。

上述实施例实现非接触式的肾内压力监测功能，不需要对侵入人体的任何现有手术器械(输尿管导入鞘和导丝等)进行修改，进一步提升了该系统的适用性。

如图2所示，为本发明一优选实施例的灌流执行机构21示意图。其中灌流执行机构21在上述实施例的基础上，还可以进一步包括底座2111、直线运动装置和动力发生装置，直线运动装置和动力发生装置分别固定连接于底座2111，注射器2100的筒部固定连接于底座2111，注射器2100的活塞芯杆固定连接于直线运动装置，动力发生装置用于给直线运动装置提供动力。其中，注射器2100的活塞芯杆设置于直线运动装置上，由直线运动装置带动进行直线运动。

在本发明部分实施例中，直线运动装置可以为丝杆滑块、曲柄滑块机构、同步带、齿轮齿条、单轴机器人或直线致动器等，动力发生装置可以为电机、气动装置或液压装置等。上述实施例中，底座2111、直线运动装置和动力发生装置根据需要进行设计和调整。灌流执行机构21也可以是其他的结构，只要能够起到上述相同的作用即可，并不局限于上述的结构。

具体的，在一实施例中，当动力发生装置为电机2106、直线运动装置为丝杆滑块时，底座2111的一端设置有前固定槽2101，注射器2100的筒部设置于前固定槽2101内，电机2106固定连接于底座2111的另一端，底座2111的中部设置有相配合的滑轨和滑块2110，滑块2110固定连接有连接支座2104，连接支座2104固定连接于力传感器2103，力传感器2103还固定连接于推杆槽2102，注射器2100的活塞芯杆设置于推杆槽2102内，丝杆2109穿过并活动连接于滑块2110，丝杆2109通过联轴器2105连接于电机2106。

在本发明部分实施例中，灌流执行机构21在上述实施例基础上，还进一步包括位置传感装置，位置传感装置固定在底座2111上，测量直线运动装置的运动位置信息，用于实现直线运动装置的限位保护、自动寻找原点和复位功能。具体的，位置传感装置可以为光电开关2108，也可以是触碰开关，还可以采用距离传感器。比如，在一实施例中，当采用光电开关2108时，可以与遮光板2107配合，光电开关2108又可以是多个，多个光电开关2108间隔固定连接于底座2111的侧面，遮光板2107固定连接于直线运动装置的滑块2110上。光电开关2108利用遮光板2107对光束的遮挡检测直线运动装置的位置信息，将直线运动装置的运动位置信息传递给光电开关2108，以实现限位保护、自动寻找原点和/或复位功能。

上述实施例中，底座2111作为灌流执行机构21的基座，用于连接前固定槽2101、丝杆2109、电机2106和光电开关2108，并给滑块2110提供滑轨；电机2106通过联轴器2105与丝杆2109相连；丝杆2109通过轴承和轴承座安装在底座2111上；滑块2110安装在丝杆2109和底座2111上；电机2106通过联轴器2105和丝杆2109将旋转运动转化为直线运动传递给滑块2110。遮光板2107安装在滑块2110上，将滑块2110的位置信息传递给光电开关2108，以实现限位保护、自动寻找原点和复位功能。注射器2100的针筒置于前固定槽2101内，以保持灌流过程中针筒的固定；注射器2100的活塞芯杆置于推杆槽2102内，推杆槽2102通过螺栓安装在力传感器2103的一个端面上，力传感器2103的另一个端面通过螺栓与连接支座2104相连，连接支座2104通过螺纹连接安装在滑块2110上，以实现注射器2100的活塞芯杆、推杆槽2102、力传感器2103和连接支座2104一起随滑块2110在底座2111上做直线运动，并且力传感器2103能实时测量推杆槽2102所受注射器2100的活塞芯杆作用力的数值，并传输给灌流控制单元22。

当然，以上仅是本发明部分实施例，在其他实施例中，直线运动装置可以为丝杆滑块、曲柄滑块机构、同步带、齿轮齿条、单轴机器人或直线致动器中任一种，并不局限于上述的丝杆滑块。同时，动力发生装置可以为电机、气动装置或液压装置中任一种，也不局限于上述的电机。这对于本领域技术人员来说，是很容易理解和实现的，在此不再赘述。

为了更清楚地了解本发明的工作情况，以下结合上述各个优选技术特征详细描述本发明内窥镜灌流系统的工作过程。

内窥镜灌流系统通过以下步骤实现低成本、非接触式的肾内压力预警功能以及自动灌流功能：

1.灌流控制单元22的调校：

由于本发明采取非接触的肾内压力感知方式，因此需要预先建立肾内压力和力传感器2103测量值之间的关系，可采取的方法包括但不限于基于物理模型、实验和数据驱动的方式以及它们的组合；将确立好的对应关系应用于灌流控制单元22中；

2.术前准备工作：

将内窥镜灌流系统进行消毒灭菌处理，安装调试好并做好防护措施；启动灌流控制单元22及对应的控制程序；初始化内窥镜灌流系统2；在注射器2100内装入一定量的灌流液，利用输液延长管和Y型阀将注射器2100的出液口和输尿管软镜1的通道口相连；将注射器2100的针筒卡入前固定槽2101中，活塞芯杆卡入推杆槽2102中；

3.术中灌流：

操作者通过人机交互装置24输入控制指令，比如灌流启停、灌流速度和灌流流量等，灌流控制单元22获取相应指令后控制灌流执行机构21进行灌流操作，从而使灌流液按照操作者需求进入输尿管软镜1的通道内；灌流执行机构21中的力传感器2103将所测力值传输给灌流控制单元22，灌流控制单元22对力值进行分析计算后得到肾内压力值，并将其传输给肾内压力显示或预警装置23；操作者从肾内压力显示或预警装置23上获取到肾内压力信息后根据手术情况调整灌流速度或灌流启停，以确保肾内压力不至于过大。当然，以上肾内压力的反馈控制也可全部由灌流控制单元22自动实现，操作者只需负责监控系统；当注射器2100内的灌流液注射耗尽后，可以轻易地更换安装新的装有一定量灌流液的注射器；以上操作可重复至手术结束。

本发明上述实施例的内窥镜灌流系统，可以实现非接触式的肾内压力预警功能，相比于现有的其他技术，本发明的内窥镜灌流系统更加安全，手术成本更低，医院和患者负担更轻，并且使用方法简单，可控性更强，稳定性更好，能给操作者和患者带来更多福祉。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (10)

1.一种非接触式监测肾内压力的内窥镜灌流系统，其特征在于，包括：

灌流执行机构，包括液体注射装置和力传感器，所述液体注射装置用于完成液体注射，所述力传感器测量所述液体注射装置在液体注射过程中的作用力值；

灌流控制单元，对所述力传感器测量得到的作用力值进行计算，得到肾内压力值。

2.根据权利要求1所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述灌流控制单元包括：

接收模块，接收所述力传感器测量得到的作用力值；

处理模块，根据所述接收模块接收的所述作用力值，采用预先建立的肾内压力和力传感器所测作用力值的对应关系，计算得到肾内压力值。

3.根据权利要求1所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述液体注射装置为注射器，所述注射器的活塞芯杆置于所述推杆槽内，所述推杆槽安装在所述力传感器的一个端面上，所述力传感器实时测量所述推杆槽所受所述注射器的活塞芯杆作用力的数值，并传输给所述灌流控制单元。

4.根据权利要求3所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述灌流执行机构还包括底座、直线运动装置和动力发生装置，所述直线运动装置和所述动力发生装置分别设置于所述底座上，所述注射器的筒部固定连接于所述底座，所述注射器的活塞芯杆连接于所述直线运动装置上，所述动力发生装置为所述直线运动装置提供动力。

5.根据权利要求4所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述直线运动装置为丝杆滑块、曲柄滑块机构、同步带、齿轮齿条、单轴机器人或直线致动器；所述动力发生装置为电机、气动装置或液压装置。

6.根据权利要求3所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述动力发生装置为电机，所述直线运动装置为丝杆滑块，所述底座的一端设置有前固定槽，所述注射器的筒部置于所述前固定槽内，所述电机固定连接于所述底座的另一端，所述底座的中部设置有相配合的滑轨和滑块，所述滑块固定连接有连接支座，所述连接支座固定连接所述力传感器，所述力传感器还固定连接于推杆槽，所述注射器的活塞芯杆置于所述推杆槽内，所述丝杆穿过并活动连接于所述滑块，所述丝杆通过联轴器连接于所述电机，以实现所述注射器的活塞芯杆、所述推杆槽、所述力传感器和所述连接支座一起随所述滑块在所述底座上做直线运动。

7.根据权利要求4所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述灌流执行机构还包括位置传感装置，所述位置传感装置固定连接于所述底座，测量所述直线运动装置的运动位置信息，用于实现限位保护、自动寻找原点和/或复位功能。

8.根据权利要求7所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述位置传感装置为光电开关、触碰开关或距离传感器；

所述位置传感装置为光电开关时，所述光电开关有多个，多个所述光电开关间隔固定连接于所述底座的侧面，所述直线运动装置上设置有于所述光电开关配合使用的遮光板，所述遮光板将所述直线运动装置的运动位置信息传递给所述光电开关，以实现限位保护、自动寻找原点和/或复位功能。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，还包括肾内压力显示或预警装置和/或人机交互装置，其中：

所述肾内压力显示或预警装置用于显示操作中的肾内压力，当肾内压力超出预设值时，发出预警；

所述人机交互装置用于操作者通过对所述灌流控制单元的操作来控制所述灌流执行机构的工作。

10.根据权利要求9所述的一种内窥镜灌流系统，其特征在于，所述灌流控制单元通过所述人机交互装置接收控制指令，还根据所述灌流执行机构的反馈将肾内压力自动控制在所需水平。

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