CN114159170B - 一种术中动员关节内干细胞的器械及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗设备技术领域，具体为一种术中动员关节内干细胞的器械及方法，包括主机、刷头和充电底座，所述主机与所述刷头可拆卸连接，所述主机包括：声波马达，用于产生声波振动；和输出轴，分别连接所述声波马达和所述刷头，用于输出所述声波振动至所述刷头；本发明通过利用声波马达带动刷头振动，可动员关节内滑膜、脂肪组织释放更多的干细胞；操作便捷，可在术中同时操作；术中附带操作即可，明显降低成本，基本无需额外的治疗费用；无需体外培养干细胞，全程均在体内进行，不会对干细胞的增殖、分化能力产生影响；无需体外培养干细胞，不存在细胞污染或致瘤风险。

Description

一种术中动员关节内干细胞的器械及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体为一种术中动员关节内干细胞的器械及方法。

背景技术

关节内组织结构的稳态对于维持整个关节的功能至关重要，例如，膝关节半月板发挥着吸收震荡、缓冲减压、维持关节稳定的作用；前、后交叉韧带对于维持整个关节的稳定性至关重要。关节内组织结构一旦损伤，可造成继发性的关节退变，例如软骨磨损、退变，滑膜炎症等，最终甚至发展为骨性关节炎。细胞移植治疗可促进关节内组织损伤修复，尤其是间充质干细胞，具有自我更新、多向分化的潜能，因而在运动系统损伤修复治疗上表现出明显的优势。但是，目前的干细胞移植治疗基本上均需要二次手术，即，首先获取富含有干细胞的组织，通过体外分离、提取、扩增干细胞，最后二次手术移植扩增后的干细胞。但是，这种操作存在明显不足：1.操作复杂，造成干细胞治疗价格昂贵；2.体外培养可影响干细胞的分化潜能；3.体外培养存在细胞污染的风险；4.移植体外扩增的干细胞存在致瘤风险。

关节腔内本身富含有干细胞，例如，滑膜组织内含有滑膜间充质干细胞、脂肪组织内含有脂肪间充质干细胞、关节液内同样富含有干细胞。且有研究证实关节腔内的干细胞对于维持整个关节的稳态及组织修复至关重要。但是，目前的关节镜手术操作，因为需要保证整个术野的清晰度，全程均需要使用生理盐水灌洗液清洗关节腔，严重影响关节液中原有的干细胞数量，从而影响到术后关节的稳态及组织愈合能力。

目前的干细胞移植治疗基本上均需要二次手术，即，首先获取富含有干细胞的组织，通过体外分离、提取、扩增干细胞，最后二次手术移植扩增后的干细胞，这样操作复杂，造成干细胞治疗价格昂贵；体外培养可影响干细胞的分化潜能；体外培养存在细胞污染的风险；移植体外扩增的干细胞存在致瘤风险。综上，亟需开发一种操作便捷，且可在术中提高关节腔内干细胞数量的器械及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种术中动员关节内干细胞的器械及方法，包括主机、刷头和充电底座，所述主机与所述刷头可拆卸连接，所述主机包括声波马达，用于产生声波振动；和输出轴，分别连接所述声波马达和所述刷头，用于输出所述声波振动至所述刷头，其中，所述声波马达内部设置有磁铁、线圈、硅钢片和硅钢片槽，所述硅钢片设置于所述输出轴一侧，且所述硅钢片位于所述硅钢片槽内部。

优选的，所述硅钢片槽宽度与所述硅钢片相匹配，所述硅钢片槽深度大于所述硅钢片的厚度，使硅钢片可以上下活动在硅钢片槽内部。

优选的，所述线圈设置有两组，两组所述线圈相互平行，且两组所述线圈首尾连接，所述磁铁设置有两个，两个磁铁分别位于两组所述线圈一侧。

优选的，所述声波马达一侧固定安装有复位杆，所述复位杆位于所述输出轴侧壁，所述复位杆内部设置有弹性金属丝，所述弹性金属丝与所述输出轴中心相连接。

优选的，所述刷头一侧固定连接有刷毛，所述刷毛材质为尼龙材质。

优选的，所述术中动员关节内干细胞的器械进一步包括采集组件，所述采集组件包括密封件、电动推杆、定位杆、安装板、连接柱和密封盘，其中，

优选的，所述刷头内部开设有存储槽，所述密封件活动连接在所述刷头一侧，所述电动推杆固定连接在所述存储槽内部，所述安装板固定连接在所述电动推杆一端，所述定位杆固定连接在所述存储槽内部，所述安装板活动连接在所述定位杆侧壁，所述连接柱固定连接在所述安装板一侧，所述密封盘固定连接在所述连接柱一端，所述刷头另一侧开设有与所述存储槽相连通的通孔，所述密封盘位于所述通孔内部。

优选的，所述刷头内部开设有安装孔，所述安装孔与所述存储槽相连通，所述安装孔内部固定连接有微型水泵，所述微型水泵连接端位于所述存储槽内部，且所述连接端与所述存储槽相连通，所述微型水泵输出端固定连接有喷头。

优选的，所述术中动员关节内干细胞的器械，进一步包括固定组件，所述固定组件包括活动件、限位件、连接杆和夹持件，其中所述限位件固定连接在所述活动件一端，所述限位件一侧与所述充电底座内部之间固定连接有弹簧，所述夹持件通过所述连接杆与所述活动件活动连接，所述夹持件为弧形板，所述充电底座与所述主机相匹配，所述充电底座底部固定连接有防滑垫。

优选的，所述的一种术中动员关节内干细胞的器械使用方法，具体包括以下步骤：S1：将刷头放置于关节内相应位置；S2：打开主机开关按钮使主机内部的声波马达运行，通过声波马达带动输出轴高频振动，从而带动连接在输出轴上的刷头高频振动，动员体内干细胞。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过利用声波马达带动刷头振动，可动员关节内滑膜、脂肪组织释放更多的干细胞；操作便捷，可在术中同时操作；术中附带操作即可，明显降低成本，基本无需额外的治疗费用；无需体外培养干细胞，全程均在体内进行，不会对干细胞的增殖、分化能力产生影响；无需体外培养干细胞，不存在细胞污染或致瘤风险。

2、本发明通过设置采集组件，当刷头位于患者体内时如需要对患者体内细胞进行收集只需要电动推杆回缩将密封盘带到存储槽内部，使患者体内组织液流入存储槽内部对细胞进行收集，将刷头取出后转动密封件可以将密封件取下，以此来取出存储槽内部的组织液，使采集更为方便。

3、本发明通过设置微型水泵和喷头，在需要对患者体内注入药液时，通过转动取下密封件，之后将药液倒入存储槽内部，当将刷头放入患者体内时微型水泵运行将存储槽内部的药液通过喷头喷出，以此来进行药液注射，使注射更为方便。

4、本发明通过设置固定组件，当主机使用完成后需要充电时，将主机插入充电底座内部通过主机本身的重量会将活动件压下，活动件下移时会通过连接杆带动夹持件一同向下移动，夹持件移动过程中会被内部凹槽推出对主机进行夹持，可以防止主机在充电时晃动倾倒，使主机在放置时更为稳定，通过在充电底座底部设置防滑垫可以防止充电底座滑动。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明主机与充电底座组装结构示意图；

图3为本发明声波马达结构示意图；

图4为本发明线圈结构示意图；

图5为本发明硅钢片和硅钢片槽结构示意图；

图6为本发明充电底座结构剖视图；

图7为本发明刷头结构剖视图；

图8为本发明实施例二附图；

图9为本发明实施例四附图；

图10为本发明实施例五干细胞动员组附图；

图11为本发明实施例五对照组附图；

图12为本发明实施例五干细胞动员组和对照组的细胞集落总数附图。

附图标号说明：

1、主机；2、刷头；3、充电底座；4、开关按钮；5、第一指示灯；6、第二指示灯；7、刷毛；8、声波马达；9、输出轴；10、磁铁；11、线圈；12、限位块；13、复位杆；15、硅钢片；16、硅钢片槽；17、活动件；18、限位件；19、防滑垫；20、连接杆；21、夹持件；22、存储槽；23、喷头；24、微型水泵；25、密封件；26、电动推杆；27、定位杆；28、安装板；29、连接柱；30、密封盘。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

实施例一：

请参阅图1-图9，本发明提供一种术中动员关节内干细胞的器械及方法，包括主机1、刷头2、和充电底座3，刷头2连接在主机1的顶端，主机1与刷头2可拆卸连接，主机1可以连接于充电底座3进行充电，操作便捷。

主机1包括声波马达8、输出轴9和多个指示灯。声波马达8用于产生一种或多种频率的声波振动。所述声波与声波马达8的运动频率相关。在一些实施例中，所述声波为频率20Hz~20kHz的可闻声波。在一些实施例中，所述声波为频率20kHz~1GHz的超声波。声波马达8固定安装在主机1内部，并连接输出轴9。接收到声波马达8输出的声波振动后，输出轴9可以在一定空间范围内以一定频率振动。通过输出轴9，声波振动从主机1中输出。

声波马达8内部设置有磁铁10、线圈11、硅钢片15和硅钢片槽16。硅钢片15位于硅钢片槽16内部，硅钢片15设置于输出轴9一侧。硅钢片槽16宽度与硅钢片15相匹配，硅钢片槽16的深度大于硅钢片15的厚度，使硅钢片15可以在硅钢片槽16内部上下活动。在一些实施例中，如图4所示，线圈11设置有两组，两组线圈11相互平行，且两组线圈11首尾连接，磁铁10设置有两个，两个磁铁10分别位于两组线圈11一侧。当线圈11通电后，产生的磁场使硅钢片15磁化。并且，两个线圈11的侧面均含有一块磁铁10，磁化后的硅钢片15与两块磁铁10产生相互作用力，从而带动输出轴9偏转一定角度。由于硅钢片槽16的宽度是固定的，可限制硅钢片15的位置，因而硅钢片15仅能在一定角度内进行偏转。通入不断变化极性的电压，从而改变输出轴9的偏转方向，并且输入电压的大小决定了输出轴9的摆动频率，最终决定前端刷头2的振动方向及频率。在一些实施例中，线圈11一端还设置有限位块12，限位块12位于声波马达8的壳体内部，输出轴9穿过限位块12的中空部分。限位块12可以限制输出轴9的运动范围，使其在一定范围内振动。

声波马达8一侧固定安装有复位杆13。复位杆13位于输出轴9侧壁，复位杆13内部设置有弹性金属丝，弹性金属丝与输出轴9中心相连接；通过在复位杆13内部设置一条弹性金属丝且与输出轴9的中心连接，从而起到在未通电的情况下，复位输出轴9的作用。

主机1侧壁安装有开关按钮4和所述多个指示灯。开关按钮4可以控制主机1内部声波马达8的开启或关闭。所述多个指示灯包括第一指示灯5和第二指示灯6。第一指示灯5为振动频率指示灯，可以表示声波马达8的振动频率，例如，通过不同色彩的灯光或不同闪烁频率的灯光，表示目前声波振动为低频、中频或高频。第二指示灯6为电源指示灯，用于显示为声波马达8供电的电源情况（例如，开关、电量等）。在一些实施例中，当主机1插在充电底座3内时，可以通过第二指示灯6查看为声波马达8供电的电源的充电情况。第一指示灯5位于开关按钮4一侧，第二指示灯6位于主机1侧壁靠近底部的一端。

刷头2可拆卸连接于输出轴9。刷头2另一侧固定连接有刷毛7，用于刺激人体组织，产生干细胞。刷头2的尺寸可根据不同关节的大小进行匹配。对于不同的关节匹配不同尺寸的刷头2。由于特定关节内含有骨性结构或韧带结构，为了便于操作，还可匹配不同角度的刷头2，例如左弯30-90度；右弯30-90度；或回折180度等。刷毛7材质为，例如，尼龙、塑料等材质。通过采用尼龙材质的刷毛7可以防止骨骼受到刷毛7的伤害。

在一些实施例中，所述器械还包括采集组件。所述采集组件包括用于对体内细胞进行采集存储，所述采集组件设置于主机1。

如图7所示，采集组件包括密封件25、电动推杆26、定位杆27、安装板28、连接柱29和密封盘30。刷头2内部开设有存储槽22，密封件25活动连接在刷头2一侧，电动推杆26固定连接在存储槽22内部，安装板28固定连接在电动推杆26一端，定位杆27固定连接在存储槽22内部，安装板28活动连接在定位杆27侧壁，连接柱29固定连接在安装板28一侧，密封盘30固定连接在连接柱29一端，刷头2另一侧开设有与存储槽22相连通的通孔，密封盘30位于通孔内部；工作时，当刷头2位于患者体内时，如需要对患者体内细胞进行收集，电动推杆26回缩将密封盘30带到存储槽22内部，使患者体内组织液流入存储槽22内部对细胞进行收集，将刷头2取出后转动密封件25可以将密封件25取下，以此来取出存储槽22内部的组织液。

刷头2内部开设有安装孔，安装孔与存储槽22相连通，安装孔内部固定连接有微型水泵24，微型水泵24连接端位于存储槽22内部，且连接端与存储槽22相连通，微型水泵24输出端固定连接有喷头23；如需要对患者体内注入药液时，通过转动取下密封件25，之后将药液倒入存储槽22内部，当将刷头2放入患者体内时微型水泵24运行将存储槽22内部的药液通过喷头23喷出，以此来进行药液注射。

在一些实施例中，所述器械还包括固定组件。所述固定组件用于对主机1进行夹持固定，所述固定组件位于充电底座3内部。

固定组件包括活动件17、限位件18、连接杆20和夹持件21。限位件18固定连接在活动件17一端，限位件18一侧与充电底座3内部之间固定连接有弹簧，夹持件21通过连接杆20与活动件17活动连接，夹持件21为弧形板，充电底座3与主机1相匹配，充电底座3底部固定连接有防滑垫19；当主机1使用完成后需要充电时，将主机1插入充电底座3内部通过主机1本身的重量会将活动件17压下，活动件17下移时会通过连接杆20带动夹持件21一同向下移动，夹持件21移动过程中会被内部凹槽推出对主机1进行夹持，可以防止主机1在充电时晃动倾倒，使主机1在放置时更为稳定，通过在充电底座3底部设置防滑垫19可以防止充电底座3滑动。

本发明的工作流程及原理：本装置通过主机1侧壁的开关按钮4控制开关，通过第一指示灯5来查看当前振动频率。主机1打开时声波马达8内部含有相互平行的两组线圈11，两个线圈11之间首尾连接，中间的输出轴9贯穿在两个线圈11之间，线圈11前端有一限位块12，卡在声波马达8外壳内部，可限制输出轴9仅在一定范围内震动，声波马达8内含有一块硅钢片15，硅钢片15直接压接在输出轴9上，并且被限制在硅钢片槽16内，当线圈11通电后，产生的磁场使硅钢片15磁化，并且两个线圈11侧面均含有一块磁铁10，磁化后的硅钢片15与两块磁铁10产生相互作用力，从而带动输出轴9偏转一定角度，但是由于硅钢片槽16的宽度是固定的，可限制硅钢片15的偏转范围，因而仅能在一定角度内进行偏转，其次通入不断变化极性的电压，从而改变输出轴9的偏转方向，并且输入电压的大小决定了输出轴9的摆动频率，最终决定前端刷头2的振动方向及频率，最后，复位杆13内部含有一条弹性金属丝与输出轴9的中心连接，从而起到在未通电的情况下，复位输出轴9的作用，使用时需要先将刷头2放入患者体内相应位置，之后再通过开关按钮4打开声波马达8。

实施例二：

以膝关节软骨损伤治疗为例，具体实施方案如下：关节镜进入膝关节腔后，依次探查髌上囊结构、膝关节内侧、外侧隐窝，内、外侧半月板、膝关节交叉韧带、软骨等组织结构，明确软骨损伤程度及范围，对受损软骨区域进行常规清理及再新鲜化处理，随后，使用棱锥状的微骨折器械制作软骨缺损区软骨下骨的微骨折，形成多个与髓腔相通且出血的微骨折孔。最后，使用术中动员关节内干细胞的器械刺激关节腔内的滑膜组织，包括髌上囊、膝关节内、外侧隐窝的滑膜组 织，滑膜组织受到振动刺激后，可释放更多的滑膜干细胞，从而促进软骨损伤修复。以上操作既完成了软骨损伤修复的相关手术操作，同时结合术中动员关节内干细胞的器械动员关节腔内滑膜干细胞，以促进后期软骨损伤修复。

实施例三：

以膝关节软骨损伤治疗为例，具体实施方案如下：关节镜进入膝关节腔后，依次探查髌上囊结构、膝关节内侧、外侧隐窝，内、外侧半月板、膝关节交叉韧带、软骨等组织结构，明确软骨损伤程度及范围，对受损软骨区域进行常规清理及再新鲜化处理，随后，使用棱锥状的微骨折器械制作软骨缺损区软骨下骨的微骨折，形成多个与髓腔相通且出血的微骨折孔。最后，使用术中动员关节内干细胞的器械刺激关节腔内的髌下脂肪垫脂肪组织，脂肪组织受到振动刺激后，可释放更多的脂肪干细胞，从而促进软骨损伤修复。以上操作既完成了软骨损伤修复的相关手术操作，结合术中动员关节内干细胞的器械动员关节腔内脂肪干细胞，以促进后期软骨损伤修复。

实施例四：

以髋关节软骨损伤治疗为例，对髋关节内组织损伤的患者，例如髋关节软骨损伤，除了进行常规的关节镜探查及清理外，可在术中同时使用本发明的术中动员关节内干细胞的器械，动员髋关节内滑膜干细胞，从而促进组织损伤修复。具体实施方案如下：关节镜进入髋关节腔后，常规探查髋关节软骨、盂唇、圆韧带等组织结构，明确软骨损伤程度及范围，对受损软骨区域进行常规清理及再新鲜化处理，随后，使用术中动员关节内干细胞的器械刺激髋关节腔内的滑膜组织，滑膜组织受到振动刺激后，可释放更多的滑膜干细胞，从而促进软骨损伤修复。以上操作既完成了软骨损伤修复的相关手术操作，结合术中动员关节内干细胞的器械动员关节腔内滑膜干细胞，以促进后期软骨损伤修复；

实施例五：

使用术中动员关节内干细胞的器械动员膝关节髌下脂肪垫内的干细胞，针对离体的髌下脂肪垫组织进行操作，具体操作方法包括：无菌条件下，获取猪膝关节完整髌下脂肪垫组织，放在细胞基础培养基内暂时保存，立即转移至无菌超净台内进行后续操作，首先，使用剪刀，手术刀等器械将髌下脂肪垫组织等分成六块，每块组织的体积约5 mm *5 mm *5mm，将分割后的六块髌下脂肪垫组织随机分成两组，包括干细胞动员组、对照组，随后将各组组织块放入事先装有细胞基础培养基的细胞培养皿内，保证组织块完全浸没在基础培养基内。

具体处理方式为：对照组的组织块不给予任何处理，对于干细胞动员组，使用术中动员关节内干细胞的器械对整个组织块进行处理，时长一分钟，在处理后第二天将组织块移除，并更换新的培养基，之后每隔三天更换一次细胞培养基。

培养至十四天，评估细胞集落形成情况，使用Image J软件对细胞集落个数进行定量，并进行统计分析。

如图10和11所示，干细胞动员组，有大量细胞集落形成，说明术中动员关节内干细胞的器械处理后，可明显促进髌下脂肪垫内的细胞迁出，且为典型的干细胞，而对照组的细胞集落数量显著低于干细胞动员组。

如图12所示，干细胞动员组的细胞集落数量显著高于对照组，并且有显著统计学差异。

以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (6)

1.一种术中动员关节内干细胞的器械，包括主机（1）、刷头（2）和充电底座（3），所述主机（1）与所述刷头（2）可拆卸连接，其特征在于，所述主机（1）包括：

声波马达（8），用于产生声波振动；和

输出轴（9），分别连接所述声波马达（8）和所述刷头（2），用于输出所述声波振动至所述刷头（2），其中，

所述声波马达（8）内部设置有磁铁（10）、线圈（11）、硅钢片（15）和硅钢片槽（16），所述硅钢片（15）设置于所述输出轴（9）一侧，且所述硅钢片（15）位于所述硅钢片槽（16）内部；

进一步包括采集组件，所述采集组件包括密封件（25）、电动推杆（26）、定位杆（27）、安装板（28）、连接柱（29）和密封盘（30），其中，

所述刷头（2）内部开设有存储槽（22），所述密封件（25）活动连接在所述刷头（2）一侧，所述电动推杆（26）固定连接在所述存储槽（22）内部，所述安装板（28）固定连接在所述电动推杆（26）一端，所述定位杆（27）固定连接在所述存储槽（22）内部，所述安装板（28）活动连接在所述定位杆（27）侧壁，所述连接柱（29）固定连接在所述安装板（28）一侧，所述密封盘（30）固定连接在所述连接柱（29）一端，所述刷头（2）另一侧开设有与所述存储槽（22）相连通的通孔，所述密封盘（30）位于所述通孔内部；

所述刷头（2）内部开设有安装孔，所述安装孔与所述存储槽（22）相连通，所述安装孔内部固定连接有微型水泵（24），所述微型水泵（24）连接端位于所述存储槽（22）内部，且所述连接端与所述存储槽（22）相连通，所述微型水泵（24）输出端固定连接有喷头（23）。

2.根据权利要求1所述的一种术中动员关节内干细胞的器械，其特征在于：所述硅钢片槽（16）宽度与所述硅钢片（15）相匹配，所述硅钢片槽（16）深度大于所述硅钢片（15）的厚度，使硅钢片（15）可以上下活动在硅钢片槽（16）内部。

3.根据权利要求1所述的一种术中动员关节内干细胞的器械，其特征在于：所述线圈（11）设置有两组，两组所述线圈（11）相互平行，且两组所述线圈（11）首尾连接，所述磁铁（10）设置有两个，两个磁铁（10）分别位于两组所述线圈（11）一侧。

4.根据权利要求1所述的一种术中动员关节内干细胞的器械，其特征在于：所述声波马达（8）一侧固定安装有复位杆（13），所述复位杆（13）位于所述输出轴（9）侧壁，所述复位杆（13）内部设置有弹性金属丝，所述弹性金属丝与所述输出轴（9）中心相连接。

5.根据权利要求1所述的一种术中动员关节内干细胞的器械，其特征在于：所述刷头（2）一侧固定连接有刷毛（7），所述刷毛（7）材质为尼龙材质。

6.根据权利要求1所述的一种术中动员关节内干细胞的器械，其特征在于：进一步包括固定组件，所述固定组件包括活动件（17）、限位件（18）、连接杆（20）和夹持件（21），其中

所述限位件（18）固定连接在所述活动件（17）一端，所述限位件（18）一侧与所述充电底座（3）内部之间固定连接有弹簧，所述夹持件（21）通过所述连接杆（20）与所述活动件（17）活动连接，所述夹持件（21）为弧形板，所述充电底座（3）与所述主机（1）相匹配，所述充电底座（3）底部固定连接有防滑垫（19）。

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