CN211149755U

CN211149755U - 腹腔开放手术模拟训练装置

Info

Publication number: CN211149755U
Application number: CN202020044556.1U
Authority: CN
Inventors: 余明; 陈锋; 张广; 郭宇; 袁晶
Original assignee: Institute of Medical Support Technology of Academy of System Engineering of Academy of Military Science
Current assignee: Institute of Medical Support Technology of Academy of System Engineering of Academy of Military Science
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2030-01-09

Abstract

本实用新型涉及一种腹腔开放手术模拟训练装置，其包括：胸腹腔模拟训练装置(10)，用于模拟人体胸腹腔、以及腹腔内部的软组织和脏器，提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用；胸腹腔模拟训练装置(10)包括半开放胸腹腔模型(11)和软组织及脏器模型(12)；半开放胸腹腔模型(11)包含模拟人体胸腹腔的肋骨(111)、胸骨架(112)、胸腔(113)和腹腔(114)，肋骨(111)和胸骨架(112)固定在胸腔(113)和腹腔(114)中；软组织及脏器模型(12)包含可拆卸地安装在胸腹腔模型内部的软组织模型、脏器模型(121)和胸/腹主动脉模型(122)；手术刀(20)，提供学员腹腔开放手术模拟训练使用，其设有惯性传感器和前向摄像头，可记录训练过程的动作轨迹，手术刀(20)与一台上位机(60)通讯连接。

Description

腹腔开放手术模拟训练装置

技术领域

本实用新型涉及一种医疗训练设备技术领域，具体涉及一种腹腔开放手术模拟训练装置。

背景技术

在临床医学教学中，外科手术教学普遍面临知识抽象、培训困难的问题，其教学过程大多依赖图谱和模型，培训模式往往是医师操作、学生观摩或充当临时助手，学生很少有直接实施手术的机会。目前，大多数医学生实施手术只能在人尸体或活体动物上进行，虽然人尸体是最好的训练素材，但资源稀缺，成本巨大，伦理问题复杂，且对教师的依赖性高，需要大量师资介入，所以活体动物是教学中最常见的手术素材，但动物的解剖结构与人依然存在不小差距，还会给医护人员带来额外的寄生虫风险。

为解决上述问题，近年来已经有业内人士提出了一些解决方案，中国专利申请CN109493667A公开了“一种外科手术训练盒及其训练方法”；中国专利申请CN108492696A公开了“一种手术打结与缝合训练模型”；中国专利申请CN109035954 A公开了“一种腹腔镜手术辅助训练装置”等。但是，这些方案中仅是一些简陋的专科器具，仅能针对缝合、打结、持剪、穿刺等某一项操作进行学习和训练，与临床场景差别甚远。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于目前尚无完整可行的损害控制手术训练方案可供选择，本实用新型的目的是提供整体性腹腔开放手术训练装置，为外科学生提供逼真的手术对象，根据学生的实际操作进行实时反馈并提供客观化的评估。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种腹腔开放手术模拟训练装置，其包括：

胸腹腔模拟训练装置，用于模拟人体胸腹腔、以及腹腔内部的软组织和脏器，提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用；

所述胸腹腔模拟训练装置包括半开放胸腹腔模型和软组织及脏器模型；所述半开放胸腹腔模型包含用于模拟人体胸腹腔的肋骨、胸骨架、胸腔和腹腔，所述肋骨和胸骨架固定在所述胸腔和腹腔中；所述软组织及脏器模型包含可拆卸地安装在所述胸腹腔模型内部的软组织模型、脏器模型和胸/腹主动脉模型；

可记录手术过程轨迹的手术刀，提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用；所述手术刀包括刀头和刀柄，所述刀柄内部设有惯性传感器，在所述刀柄朝向刀头的一侧还设有前向摄像头，且其摄像镜头朝向所述刀头的方向设置，所述刀柄内还设置有无线传输模块和蓄电池；所述无线传输模块与一台上位机通讯连接。

进一步地，所述训练装置还包含摄像装置，用于录制学员在进行腹腔开放手术训练的过程视频；所述摄像装置与所述上位机通讯连接；所述摄像装置固定于手术台的手术灯上。

进一步地，所述训练装置还包括一个子控制单元，设于所述胸腹腔模拟训练装置内，与所述上位机通讯连接；所述胸腹腔模拟训练装置内还设有储血池，所述储血池通过蠕动泵连接所述胸/腹主动脉模型，且在所述储血池与所述胸/腹主动脉模型之间还设有压力传感器；所述压力传感器与所述子控制单元通讯连接。

进一步地，所述脏器模型包括肝脏、双侧肾脏、脾脏和胃，且分别与所述胸/腹主动脉模型以管路连通，在所述各管路上设有流量传感器；所述流量传感器与所述子控制单元通讯连接。

进一步地，所述管路包括连接管和连接器，所述连接器一端与所述胸/腹主动脉模型固定连接，另一端则通过连接管与肝脏、双侧肾脏、脾脏和胃形成可拆卸的连接。

进一步地，所述连接器包括中间管部和连接头，所述连接头为锥形管，所述锥形管中间具有通孔，锥形管外表面设有凸起的环圈，使所述连接头易于插进连接管中且不易从连接管中松脱。

进一步地，所述胸腹腔模拟训练装置还包括胸腹蒙皮，所述胸腹蒙皮与所述半开放胸腹腔模型呈可拆卸的结合。

进一步地，在所述半开放胸腹腔模型上固定有凸股自封条，所述胸腹蒙皮的边缘处设有凹股自封条；或者在所述半开放胸腹腔模型上固定有凹股自封条，而所述胸腹蒙皮的边缘处设有凸股自封条；将所述胸腹蒙皮覆盖在所述半开放胸腹腔模型表面，通过按压使所述凹股自封条与对应位置的所述凸股自封条结合，实现所述胸腹蒙皮与所述半开放胸腹腔模型的可拆卸连接。

进一步地，所述软组织模型、脏器模型和胸/腹主动脉模型、胸腹蒙皮采用PVA生物医用材料经物理凝胶成型。

进一步地，所述胸腹蒙皮与所述半开放胸腹腔模型密封结合，且所述半开放胸腹腔模型的下侧设有与所述胸腔和腹腔连通的抽气口，利用抽气筒对所述抽气口抽气，使所述半开放胸腹腔模型内部呈负压状态。

根据本实用新型的较佳实施例，其中：手术刀以无线传输模块与上位机通讯连接，将手术训练过程中的轨迹数据传送给上位机。

根据本实用新型的较佳实施例，其中：摄像装置以无线或有线方式与上位机通讯连接，将手术训练过程中动作捕捉等视频记录发送给上位机。

根据本实用新型的较佳实施例，其中：在胸腹腔模拟训练装置内设有子控制单元，其与上位机无线或有线(优选无线)方式通讯连接；子控制单元主要包括电源管理模块、无线传输模块和处理模块；电源管理模块为胸腹腔模拟训练装置内的蠕动泵驱动模块、各流量/压力传感器、处理模块、无线传输模块等供电，保障各部分稳定工作；处理模块接收各流量/压力传感器实时采集的数据并根据预设程序、发出相应控制指令；所述无线传输模块提供与上位机通讯连接，以将流量/压力传感器的采集数据、处理模块的处理结果发送上位机。

本实用新型提供学员的腹腔开放手术模拟训练，可由老师或专家调取上位机所收集的数据和信息，对学员的训练结果进行评估。

本实用新型是实现基于空间轨迹追踪、视频监控、分布式多传感器(流量传感器和压力传感器)，进行腹腔损害控制手术的效果评价和操作评价，以实现训练过程的量化评判。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

本实用新型首次提供了一种腹腔开放手术模拟训练装置，可用于腹腔损害控制手术的模拟训练和实战演习，为受训者/学员提供逼真的手术对象，并根据受训者/学员的实际操作进行实时反馈，提供客观化的评估。本实用新型包含但不限于以下技术效果：

(1)本实用新型腹腔开放手术模拟训练装置具有实感性。其中的胸腹腔模拟训练装置可提供逼真的视觉、触觉体验，允许学员使用真实的手术器械操作，如手术电刀等进行分离切割、针线缝合、生命监护、麻醉维持等，按临床实际操作程序进行操作，接近正常人体组织特性，提供逼真的操作力反馈和直接的效果反馈。

(2)本实用新型腹腔开放手术模拟训练装置可提供整体性客观评价。结合专家临床决策经验和相关救治指南标准，对医护人员手术操作和系统典型手术装备操作效能进行客观化、专业化、标准化的评估分析。

附图说明

图1为本实用新型半开放胸腹腔模型的正视图。

图2为本实用新型半开放胸腹腔模型内部的软组织及脏器模型示意图。

图3为本实用新型可记录手术过程轨迹的手术刀的示意图。

图4为本实用新型可记录手术过程轨迹的手术刀的充电座示意图。

图5为本实用新型胸腹腔模拟训练装置的胸腹蒙皮正视图。

图6为本实用新型腹腔损害控制手术模拟训练示意图。

图7为本实用新型腹腔开放手术模拟训练装置的各功能模块通讯及控制关系图。

图8为本实用新型胸腹腔模拟训练装置的脏器与胸/腹主动脉连接器结构图。

【附图标记说明】

10胸腹腔模拟训练装置、11半开放胸腹腔模型、12软组织及脏器模型、111肋骨、112胸骨架、113胸腔、114腹腔、115抽气口、121脏器模型、121A肝脏、121B双侧肾脏、121C脾脏、121D胃，122胸/腹主动脉模型、13储血池、131蠕动泵、132蠕动泵驱动模块、14压力传感器、15流量传感器、P管路、P1连接管、P2连接器、16胸腹蒙皮、161胸腹蒙皮的自封条、116半开放胸腹腔模型的自封条、20手术刀、21刀头、22刀柄、221惯性传感器、222前向摄像头、223蓄电池、224无线传输模块、23充电座、30摄像装置、40子控制单元、41电源管理模块、42无线传输模块、43处理模块、50手术台、51手术灯、60上位机。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

实施例一

本实施例提供一种腹腔开放手术模拟训练装置，其包括：

胸腹腔模拟训练装置10、可记录手术过程轨迹的手术刀20、摄像装置30、上位机60。胸腹腔模拟训练装置10用于模拟人体胸腹腔、以及腹腔内部的软组织和脏器，提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用；手术刀20提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用，且该手术刀设有可将轨迹信息进行无线传输的无线传输模块；摄像装置30用于捕捉和记录学员在进行腹腔开放手术训练中的过程信息；上位机60与手术刀20的无线传输模块以及摄像装置30进行通讯连接，接收和存储手术刀所传输的轨迹数据和学员在腹腔开放手术训练中的动作视频。

以下分别就上述各部分的进一步优化和细节描述如下：

结合图1、图2所示，胸腹腔模拟训练装置10包括半开放胸腹腔模型11(见图1)和软组织及脏器模型12(图2中隐去了肋骨111、胸骨架112)。半开放胸腹腔模型11包含用于模拟人体胸腹腔的肋骨111、胸骨架112、胸腔113和腹腔114，其中肋骨111和胸骨架112固定在胸腔113和腹腔114中。软组织及脏器模型12包含可拆卸地安装在胸腹腔模型内部的软组织模型、脏器模型121和胸/腹主动脉模型122。

如图2所示，储血池13、胸/腹主动脉122、肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C和胃121D、连接器P2、连接管P1均为可更换的组件，肋骨111为胸骨架112为固定件。从三维角度看，肝脏121A主要位于右季肋区和腹上区，脾脏121C位于左上腹内，在胃121D的左侧部与隔之间，肋弓后面；双侧肾脏121B设于腹腔114的后上部。胸/腹主动脉122自右侧第2肋软骨延伸至腹腔114下部，主要负责为肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C和胃121D提供血流供应。

脏器模型121包括肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C和胃121D，且分别与胸/腹主动脉模型122以管路P连通，且在各管路上设有流量传感器15，流量传感器15与子控制单元40通讯连接。管路P可包括连接管P1和连接器P2，连接器P2一端与胸/腹主动脉模型122固定连接，另一端则通过连接管P1，分别与肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C和胃121D形成可拆卸的连接。

优选地，连接器P2的结构可如图8所示，包括中间管部和连接头，连接头为锥形管，锥形管中间具有通孔，锥形管外表面设有凸起的环圈，使连接头易于插进连接管P1中，但不易从连接管P1中松脱出来。

胸腹腔模拟训练装置10内还设有与上位机60通讯连接的子控制单元40、储血池13。储血池13内盛装红色液体，模拟血液，其通过蠕动泵131连接胸/腹主动脉模型122，且在储血池13与胸/腹主动脉模型122的连通之处还设有压力传感器14。压力传感器14与子控制单元40通讯连接。

蠕动泵131由蠕动泵驱动模块132所驱动，蠕动泵驱动模块132与子控制单元40通讯连接。若胸/腹主动脉模型122、肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C或胃121D无损伤，压力传感器14可检测到胸/腹主动脉模型122中红色液体压力在固定范围内搏动，若胸/腹主动脉模型122、肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C或胃121D出现了损伤，红色液体外泄，压力传感器14可检测到胸/腹主动脉模型122中红色液体压力明显下降，同时，流量传感器15可实时监测肝脏121A、双侧肾脏121B、脾脏121C和胃121D内红色液体流出量，压力传感器14、流量传感器15将采集的压力值和流量值实时传送给子控制单元40，由子控制单元40(的处理模块43)判断压力值和流量值是否在预设范围内，根据判断结果，例如压力值不足或流量值过小，向蠕动泵驱动模块132发送控制指令，使蠕动泵驱动模块132驱动蠕动泵131开始工作，抽吸储血池13中的红色液体对胸/腹主动脉模型122进行补给，模拟脏器破裂后出血。其中，蠕动泵13为周期性施压，频率可调(如80次每分钟)。

结合图3所示，为本实施例可记录手术过程轨迹的手术刀20的示意图。如图所示，手术刀20包括刀头21和刀柄22，刀柄22内部设有惯性传感器221，在刀柄22朝向刀头21的一侧还设有前向摄像头222，且其摄像镜头朝向刀头21的方向设置。刀柄22内还设置有无线传输模块224和蓄电池223，无线传输模块224提供与上位机60的通讯连接。

优选地，惯性传感器221为六自由度惯性传感器(如ADIS16365六自由度惯性传感器)，可实时获取手术刀20的刀头22移动轨迹；前向摄像头222可采用NanEye Stereo CMOS模块，用于获取手术刀20的前向视野，借助在胸腹腔模拟训练装置10内形成的多个标志点，根据获取的标志点在视野中的相对位置和惯性传感器221，实现反向注册手术刀轨迹。手术刀20与传统手术刀外形、尺寸接近，与外部无机械与线路连接。无线传输模块224可为低功耗蓝牙模块(如WH-BLE102)，可将六自由度惯性传感器数据与NanEye Stereo CMOS模块的数据无线传输至上位机60。结合图3及图4所示，手术刀20的刀柄22的尾端还设有充电接口，可对蓄电池223进行充电，该接口可为microUSB接口。图4为手术刀20的充电座23，该充电座23中间设有一个凸出的USB接头，恰好可插到手术刀20的刀柄尾端的充电接口达到电性连接和充电的目的。所述手术刀20可记录手术全过程手术刀轨迹，用于学员操作过程的轨迹记录，以作为训练成绩的评价指标。本实施例可记录手术动作轨迹的手术刀20，其结合了视觉追踪和惯性追踪两种轨迹捕捉策略，以惯性追踪捕捉的轨迹为主，利用视觉追踪捕捉的轨迹对惯性追踪轨迹进行修正标定，能够消除了惯性追踪所产生的不可避免的累积误差，并补偿了视觉追踪经常性的因目标被遮掩带来的特征丢失，可实现高精度的轨迹捕捉和记录。

结合图5所示，胸腹腔模拟训练装置10还包括胸腹蒙皮16，胸腹蒙皮16与半开放胸腹腔模型11呈可拆卸的结合。如图6所示，在半开放胸腹腔模型11上固定有凸股自封条116，胸腹蒙皮16的边缘处设有凹股自封条161。将胸腹蒙皮16覆盖在半开放胸腹腔模型11表面，通过按压使凹股自封条161。使之与对应位置的凸股自封条116嵌入结合，实现胸腹蒙皮16与半开放胸腹腔模型11的可拆卸连接。可理解地，凹股自封条也可设在半开放胸腹腔模型11上，而凸股自封条设置在胸腹蒙皮16的边缘处。

结合图6所示，进一步地，半开放胸腹腔模型11的下侧设有与胸腔113和腹腔114连通的抽气口115，在胸腹蒙皮16与半开放胸腹腔模型11密封结合后，利用抽气筒对抽气口115抽气，使半开放胸腹腔模型11内部呈负压状态。

上述软组织模型、脏器模型121和胸/腹主动脉模型122、胸腹蒙皮16采用PVA生物医用材料，经物理凝胶成型，微观呈三维网状结构，且其电导率、含水率、弹性模量参照人体组织的参数进行设计，使之尽量与人体组织的接近。

再结合图6所示，为本实施例的腹腔损害控制手术模拟训练示意图。手术灯51位于手术台50的一侧，手术灯51顶端中部固定有摄像装置30，用于实时捕捉和记录学员在进行腹腔开放手术训练中的过程信息，所述摄像装置30与上位机60通讯连接。摄像装置30通过固定架固定于手术灯51上，使其与手术灯18的照射方向一致，可实时记录手术的全过程。例如，所述过程信息包括手术的操作时间，也可包括学员在手术过程中的操作动作，可供老师或评分专家调取和回顾，并结合其他评分项，综合给出评分成绩。

结合图7所示，子控制单元40与上位机60以无线传输模块42通讯连接，而子控制单元40包括电源管理模块41、处理模块43和无线传输模块42。电源管理模块41为流量传感器15、压力传感器14、蠕动泵驱动模块132、无线传输模块42、处理模块43等供电，保障各部件的稳定工作。处理模块43执行相应程序、接收各传感器(流量传感器15和压力传感器14)实时采集的数据并相应发出控制指令(如向蠕动泵驱动模块132发出指令)。无线传输模块42将处理模块43所接收到实时数据、处理结果和指令等发送到上位机60。子控制单元40的处理模块43作为设于胸腹腔模拟训练装置10内部的控制中心。

Claims

1.一种腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，其包括：

胸腹腔模拟训练装置(10)，用于模拟人体胸腹腔、以及腹腔内部的软组织和脏器，提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用；

所述胸腹腔模拟训练装置(10)包括半开放胸腹腔模型(11)和软组织及脏器模型(12)；所述半开放胸腹腔模型(11)包含用于模拟人体胸腹腔的肋骨(111)、胸骨架(112)、胸腔(113)和腹腔(114)，所述肋骨(111)和胸骨架(112)固定在所述胸腔(113)和腹腔(114)中；所述软组织及脏器模型(12)包含可拆卸地安装在所述胸腹腔模型内部的软组织模型、脏器模型(121)和胸/腹主动脉模型(122)；

可记录手术过程轨迹的手术刀(20)，提供学员进行腹腔开放手术模拟训练使用；所述手术刀(20)包括刀头(21)和刀柄(22)，所述刀柄(22)内部设有惯性传感器(221)，在刀柄(22)朝向刀头(21)的一侧还设有前向摄像头(222)，且其摄像镜头朝向刀头(21)的方向设置，所述刀柄(22)内还设置有无线传输模块(224)和蓄电池(223)；所述无线传输模块(224)与一台上位机(60)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述训练装置还包含摄像装置(30)，用于录制学员在进行腹腔开放手术训练的过程视频；所述摄像装置(30)与所述上位机(60)通讯连接；所述摄像装置(30)固定于手术台(50)的手术灯(51)上。

3.根据权利要求1或2所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，还包括一个子控制单元(40)，设于所述胸腹腔模拟训练装置(10)内，与所述上位机(60)通讯连接；所述胸腹腔模拟训练装置(10)内还设有储血池(13)，所述储血池(13)通过蠕动泵(131)连接所述胸/腹主动脉模型(122)，且在所述储血池(13)与所述胸/腹主动脉模型(122)之间还设有压力传感器(14)；所述压力传感器(14)与所述子控制单元(40)通讯连接。

4.根据权利要求3所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述脏器模型(121)包括肝脏(121A)、双侧肾脏(121B)、脾脏(121C)和胃(121D)，且分别与所述胸/腹主动脉模型(122)以管路(P)连通，在所述各管路上设有流量传感器(15)；所述流量传感器(15)与所述子控制单元(40)通讯连接。

5.根据权利要求4所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述管路(P)包括连接管(P1)和连接器(P2)，所述连接器(P2)一端与所述胸/腹主动脉模型(122)固定连接，另一端则通过连接管(P1)与肝脏(121A)、双侧肾脏(121B)、脾脏(121C)和胃(121D)形成可拆卸的连接。

6.根据权利要求5所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述连接器(P2)包括中间管部和连接头，所述连接头为锥形管，所述锥形管中间具有通孔，锥形管外表面设有凸起的环圈，使所述连接头易于插进连接管(P1)中且不易从连接管(P1)中松脱。

7.根据权利要求3所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述胸腹腔模拟训练装置(10)还包括胸腹蒙皮(16)，所述胸腹蒙皮(16)与所述半开放胸腹腔模型(11)呈可拆卸的结合。

8.根据权利要求7所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，在所述半开放胸腹腔模型(11)上固定有凸股自封条(116)，所述胸腹蒙皮(16)的边缘处设有凹股自封条(161)；或者在所述半开放胸腹腔模型(11)上固定有凹股自封条，而所述胸腹蒙皮(16)的边缘处设有凸股自封条；将所述胸腹蒙皮(16)覆盖在所述半开放胸腹腔模型(11)表面，通过按压使所述凹股自封条(161)与对应位置的所述凸股自封条(116)结合，实现所述胸腹蒙皮(16)与所述半开放胸腹腔模型(11)的可拆卸连接。

9.根据权利要求7所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述软组织模型、脏器模型(121)和胸/腹主动脉模型(122)、胸腹蒙皮(16)采用PVA生物医用材料经物理凝胶成型。

10.根据权利要求7所述的腹腔开放手术模拟训练装置，其特征在于，所述胸腹蒙皮(16)与所述半开放胸腹腔模型(11)密封结合，且所述半开放胸腹腔模型(11)的下侧设有与所述胸腔(113)和腹腔(114)连通的抽气口(115)，利用抽气筒对所述抽气口(115)抽气，使所述半开放胸腹腔模型(11)内部呈负压状态。