CN112957082A - 一种基于体内探针的手术系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于体内探针的手术系统，包括内窥镜和手术工具，所述系统还包括体内探针，所述体内探针与所述内窥镜通过相同的微创孔同时置入体内，或与所述手术工具通过相同的微创孔同时置入体内。本发明通过在手术系统中增加体内探针，探测到病变组织的准确位置，便于手术的快速、准确进行，产生较佳的手术效果，同时减轻手术大夫的工作量。

Description

一种基于体内探针的手术系统

技术领域

本发明涉及外科手术用医疗器械技术领域，尤其是一种基于体内探针的手术系统。

背景技术

外科手术通常会产生较大的切口，患者术后的修复时间长，护理难度大。基于此，微创手术应用而生。微创手术相比于传统的外科手术，具有疼痛少、修复时间短、创口小等较多的好处。

内窥镜是微创手术中常用的手术器件，手术中，通过内窥镜能够实时观察到体内组织的图像，便于对患处的处理，然内窥镜常常无法对患处的组织进行清楚的识别，造成手术时间长，以及对于病变组织处理不完全等问题。

发明内容

本发明提供了一种基于体内探针的手术系统，用于解决现有单独通过内窥镜手术时间长、可能对病变组织处理不完全的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种基于体内探针的手术系统，包括内窥镜和手术工具，所述系统还包括体内探针，所述体内探针与所述内窥镜通过相同的微创孔同时置入体内，或与所述手术工具通过相同的微创孔同时置入体内。

进一步地，所述体内探针与所述手术工具通过第一套筒结合，所述第一套筒内设有手术工具通道，所述手术工具通道内设有固定件和弹性件，所述固定件分别固定连接弹性件的一端和手术工具的握持端，所述弹性件的另一端还固定连接拨块，所述拨块通过滑道滑动并通过固定孔固定。

进一步地，所述滑道设置在第一套筒外壁上，所述固定孔设置在所述滑道的一侧或两侧，并与所述滑道连通。

进一步地，所述弹性件在自由状态下，使所述手术工具的操作端在所述第一套筒内。

进一步地，所述体内探针为光纤探针，所述光纤探针设置在第一套筒内。

进一步地，所述体内探针与所述内窥镜通过第二套筒结合，所述第二套筒内设有内窥镜通道和体内探针通道，所述体内探针通道内还设有与所述体内探针连接的活动部，通过控制器控制所述活动部的动作。

进一步地，所述手术系统还包括存储器、控制器和设置在所述第二套筒上的位移传感器；

所述存储器内存储训练好的“距离-分辨率”模型，所述距离为内窥镜镜面中心点与体内探针尖端的距离，所述分辨率为内窥镜成像的分辨率；

所述控制器根据当前位移传感器的读数，分别确定内窥镜的当前位置和所述距离，基于所述训练好的“距离-分辨率”模型，得到对应的体内探针的期望位置，通过控制所述活动部，使所述体内探针移动到所述期望位置。

进一步地，所述体内探针与所述内窥镜通过第二套筒结合，所述第二套筒内设有内窥镜通道和体内探针通道，所述体内窥镜通道内还设有与所述内窥镜连接的活动部，通过控制器控制所述活动部的动作。

进一步地，所述手术系统还包括存储器、控制器和设置在所述第二套筒上的位移传感器；

所述存储器内存储训练好的“距离-分辨率”模型，所述距离为内窥镜镜面中心点与体内探针尖端的距离，所述分辨率为内窥镜成像的分辨率；

所述控制器根据当前位移传感器的读数，分别确定体内探针的当前位置和所述距离，基于所述训练好的“距离-分辨率”模型，得到内窥镜的期望位置，通过控制所述连接部，使所述体内窥镜移动到所述期望位置。

进一步地，所述活动部具有至少四个自由度。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本发明通过在手术系统中增加体内探针，探测到病变组织的准确位置，便于手术的快速、准确进行，产生较佳的手术效果，同时减轻手术大夫的工作量。

2、将体内探针与内窥镜或手术工具设置在同一套筒内，在使用体内探针时，不必反复通过微创孔进行手术器具的切换，且体内探针能始终在体内，实时探测病变组织的位置，进一步保证手术的顺利进行。

3、体内探针与手术工具设在同一套筒内时，手术工具如手术刀等首先并不伸出，抱枕第一套筒在通过微创孔的过程中，不会对其他组织造成不必要的伤害，提高手术的安全性。

4、体内探针与内窥镜设在同一套筒内时，结合机器学习，自动确定内窥镜和体内探针的位置，使获得最佳的图像效果，进一步保证手术的顺利进行。

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，对于本领域普通技术人员而言，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是氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白对光的吸收曲线；

图2是本发明所述手术系统的结构示意图；

图3是本发明所述手术工具通道的结构示意图；

图4是本发明所述内窥镜头与体内探针的位置关系示意图；

图5是本发明所述内窥镜与体内探针位置关系的控制原理示意图；

图中，1内窥镜、11内窥镜通道、2手术工具、21手术工具通道、211滑道、212固定孔、213拨块、214弹性件、215筒口、22固定件、3体内探针、31体内探针通道、4微创孔、5皮肤、6组织、7病变组织、A第一套筒、B第二套筒。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

本方案所提到的体内探针为双光纤探针，其中第一光纤接入电源，并照射受体组织，第二光纤用于接收被照射组织的光信号并传输至体外的光电传感器。

体内探针用于检测体内的血氧饱和度以及经光源照射后发出的荧光强度。血氧饱和度是指血液中血红蛋白氧含量占血红蛋白氧容量的百分比，又称血红蛋白氧饱和度，将血红蛋白分为脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白。

脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白对不同波长的光的吸收率是确定的，如图1所示，分别给出了脱氧血红蛋白、氧合血红蛋白对不同波长光的吸收情况，图中横轴wavelength表示波长，纵轴absorption factor表示吸收率，可见两者对不同波长的光，其吸收情况不同。当体内探针的第一光纤接入不同波长的光波时，基于上述曲线，拟合出波长与吸收率的线性关系f＝ax+by+cz，并得到系数a、b、c的值，x、y、z分别为氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和water的吸收率。基于该关系，在已知入射光波长及光电传感器检测到的吸收情况下，得到当前探测位置实际的血氧饱和度(血氧饱和度为氧合血红蛋白吸收率/(氧合血红蛋白吸收率+脱氧血红蛋白吸收率))，便于对探测位置的诊断。

如图2所示，本发明提供的基于体内探针的手术系统，包括内窥镜1、手术工具2和体内探针3，体内探针3与内窥镜1通过相同的微创孔4同时置入体内，或与手术工具2通过相同的微创孔4同时置入体内。将体内探针3与内窥镜1或手术工具2同时置入体内，避免多次通过微创孔进行手术设备的插拔，减轻患者痛苦及手术的复杂流程。图2为了作图便利，给出了体内探针3同时连接内窥镜1、手术工具2的示意，实际本发明提供的手术系统只需其中之一设有体内探针3即可。

如图3所示，当体内探针3与手术工具2通过第一套筒A结合时，第一套筒A内设有手术工具通道21，手术工具通道21内设有固定件22和弹性件214，弹性件214的一端固定连接所述固定件22，另一端分别连接手术工具2的握持端，弹性件214的另一端还固定连接拨块213，拨块213通过滑道211滑动并通过固定孔212固定。

滑道212设置在第一套筒外A的外壁上，固定孔212设置在所述滑道211的一侧或两侧，并与所述滑道211连通。

弹性件214在自由状态下，手术工具2的操作端在所述第一套筒A内。

手术工具包括手术刀(图1中手术工具2左)、镊子(图1中手术工具2右)等，在未使用该手术工具时，弹性件214处于自由状态，手术工具2在手术工具通道内，不会接触人体，避免误操作。在使用该手术工具时，通过滑动拨块213，使手术工具2的操作端通过筒口215伸出手术工具通道，在伸出到所需长度时，将拨块213移动至滑道211两侧的固定孔212内，实现对手术工具2的固定。

上述体内探针3设置在第一套筒A的体内探针通道31内。

如图4、5所示，手术系统还包括存储器、控制器和设置在所述第二套筒B上的位移传感器。

所述存储器内存储训练好的“距离-分辨率”模型，所述距离为内窥镜镜面中心点与体内探针尖端的距离d，所述分辨率为内窥镜成像的分辨率。

实现方式1

当体内探针3与所述内窥镜1通过第二套筒B结合时，所述第二套筒B内设有内窥镜通道11和体内探针通道31，所述体内探针通道31内还设有与所述体内探针3连接的活动部(图中未示出)，通过控制器控制所述活动部的动作。

所述控制器根据当前位移传感器的读数，分别确定内窥镜的当前位置和所述距离，基于所述训练好的“距离-分辨率”模型，得到对应的体内探针的期望位置，通过控制所述活动部，使所述体内探针移动到所述期望位置。

实现方式2

所述体内探针与所述内窥镜通过第二套筒结合，所述第二套筒内设有内窥镜通道和体内探针通道，所述体内窥镜通道内还设有与所述内窥镜连接的活动部，通过控制器控制所述活动部的动作。

所述控制器根据当前位移传感器的读数，分别确定体内探针的当前位置和所述距离，基于所述训练好的“距离-分辨率”模型，得到内窥镜的期望位置，通过控制所述活动部，使所述体内窥镜移动到所述期望位置。

所述活动部具有至少四个自由度，至少能够调节基于图3所示平面上内窥镜或体内探针的位置。

上述提到的“距离-分辨率”模型(以上述实现方式1为例进行说明)，基于距离与分辨率的历史数据进行训练所得，其中该模型的表达式为：

式中，P_i为内窥镜在位置i处的分辨率，i＝1,2…I,I为内窥镜能取到的位置总数量，ξ_i为内窥镜位置i处的参数，ε_i为位置i处的误差，其中(a_i，b_i，c_i)为i位置对应的内窥镜的坐标，(x，y，z)为体内探针的坐标。

利用内窥镜和体内探针位置计算的距离，及内窥镜分辨率的历史数据对上述模型进行训练，生成参数ξ_i的预测函数；在手术过程中，控制器根据位移传感器获取的位置数据，基于上述模型，计算体内探针的期望位置，并通过控制活动部，使体内探针移动到该期望位置。

以ε_i小于设定阈值(本实施例设为0.01)为约束条件，对模型进行训练，将训练好的参数ξ_i及模型表达式存储至存储器内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于体内探针的手术系统，包括内窥镜和手术工具，其特征是，所述系统还包括体内探针，所述体内探针与所述内窥镜通过相同的微创孔同时置入体内，或与所述手术工具通过相同的微创孔同时置入体内。

2.根据权利要求1所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述体内探针与所述手术工具通过第一套筒结合，所述第一套筒内设有手术工具通道，所述手术工具通道内设有固定件和弹性件，所述固定件分别固定连接弹性件的一端和手术工具的握持端，所述弹性件的另一端还固定连接拨块，所述拨块通过滑道滑动并通过固定孔固定。

3.根据权利要求2所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述滑道设置在第一套筒外壁上，所述固定孔设置在所述滑道的一侧或两侧，并与所述滑道连通。

4.根据权利要求3所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述弹性件在自由状态下，使所述手术工具的操作端在所述第一套筒内。

5.根据权利要求2-4任一项所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述体内探针为光纤探针，所述光纤探针设置在第一套筒内。

6.根据权利要求1所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述体内探针与所述内窥镜通过第二套筒结合，所述第二套筒内设有内窥镜通道和体内探针通道，所述体内探针通道内还设有与所述体内探针连接的活动部，通过控制器控制所述活动部的动作。

7.根据权利要求6所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述手术系统还包括存储器、控制器和设置在所述第二套筒上的位移传感器；

所述存储器内存储训练好的“距离-分辨率”模型，所述距离为内窥镜镜面中心点与体内探针尖端的距离，所述分辨率为内窥镜成像的分辨率；

所述控制器根据当前位移传感器的读数，分别确定内窥镜的当前位置和所述距离，基于所述训练好的“距离-分辨率”模型，得到对应的体内探针的期望位置，通过控制所述活动部，使所述体内探针移动到所述期望位置。

8.根据权利要求1所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述体内探针与所述内窥镜通过第二套筒结合，所述第二套筒内设有内窥镜通道和体内探针通道，所述体内窥镜通道内还设有与所述内窥镜连接的活动部，通过控制器控制所述活动部的动作。

9.根据权利要求8所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述手术系统还包括存储器、控制器和设置在所述第二套筒上的位移传感器；

所述存储器内存储训练好的“距离-分辨率”模型，所述距离为内窥镜镜面中心点与体内探针尖端的距离，所述分辨率为内窥镜成像的分辨率；

所述控制器根据当前位移传感器的读数，分别确定体内探针的当前位置和所述距离，基于所述训练好的“距离-分辨率”模型，得到内窥镜的期望位置，通过控制所述连接部，使所述体内窥镜移动到所述期望位置。

10.根据权利要求6或8所述基于体内探针的手术系统，其特征是，所述活动部具有至少四个自由度。

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