CN212439258U - 一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，包括悬吊系统、悬浮系统及控制系统，悬吊系统用于固定在手术床旁的可活动支架，包括电磁铁和霍尔传感器，悬浮系统能通过戳卡置入腹腔，包括内磁体、照明灯、摄像头、视觉信号无线传输模块和电池，内磁体与电磁铁配对耦合，在电磁铁磁力作用下，使得悬浮系统悬浮于腹腔内部，照明灯为手术视野提供光源，摄像头实现手术视野的成像，视觉信号无线传输模块将采集的数据以无线方式输出至外部的显示器，电池为照明灯，摄像头和视觉信号无线传输模块供电，控制系统通过控制电路控制电磁铁供电的通断以及电流的大小。本发明避免了腔镜手术中视频器械对戳卡的占用，可有效解决视频器械在腹腔内的定位问题。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械装备技术领域，特别涉及一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统。
背景技术
传统多孔腔镜手术通过数个戳卡完成开腹情况下需要十几厘米切口的手术，显著减少切口的大小，有效加速患者的恢复过程，缩短患者的住院时间。随着微创外科的蓬勃发展，传统的腔镜技术已趋于成熟且广泛普及，但外科医生并未停止对微创技术的探索。基于对“减少戳卡、少痛无痕”的高要求，一些新的微创技术如经脐单孔腹腔镜手术(LESS)和经自然腔道内镜手术(NOTES)也应运而生。然而，无论LESS还是NOTES，单孔腹腔镜技术并未达到理想的微创效果，究其根本原因在于多个腔镜器械从同一个戳卡置入：一方面，戳卡的直径不得不增大；另一方面，器械之间相互干扰，不利于操作三角的形成，操作难度大。
腹腔镜作为微创手术照明、可视、成像的主要设备，其重要性不言而喻。无论是传统腹腔镜或是单孔腹腔镜手术，腹腔镜工作过程中均需占用戳卡空间，特别对于单孔腹腔镜手术而言，这大大增加了戳卡直径以及手术操作难度。因此，推动LESS临床推广的关键在于研发新型器械以减少术中唯一戳卡内的器械数目，其中亟待解决的核心问题是创新视频器械在腹腔内的定位方式。
针对此，研究人员进行了多种新型定位方式的探索，包括柱式定位式腔镜器械、真空吸附式腔镜器械、针尖定位式腔镜器械以及磁锚定腔镜器械等。柱式定位腔镜器械的特点是通过器械底部的支撑结构使腔镜器械“立”于腹腔内，这种定位方式的缺点在于移动灵活性不足，同时占用较大的腹腔内空间，易干扰其它操作器械，此外，这种定位方式需要定位模块与腹腔内脏器接触，存在损伤脏器风险。针式定位腔镜器械特点是通过器械顶部的针式结构将腔镜器械固定于腹壁上，其缺点是移动灵活性不足，不易改变位置，且需要在腹壁上穿刺孔洞。真空吸附式腔镜器特点是利用器械顶部的吸盘式结构，通过抽真空使腔镜器械固定于腹壁上，这种定位方式的缺点在于较大的吸盘对器械的体积影响较大，此外用于抽充气的通道亦会占用戳卡空间。磁锚定腔镜器械是指术中通过体内外永磁体相互作用进行腹腔定位的腔镜器械，通过体外永磁体的控制，术中的磁锚定手术器械可不占用戳卡空间。由于磁锚定腔镜器械与腹壁接触存在以下缺点：当锚定力过大时会损伤腹壁；通过外磁铁移动腔镜位置时，由于摩擦力的存在，会发生内磁铁运动不同步而掉落。
以上四种定位方式尚存在一个共同的问题：运动自由度与器械大小的矛盾。以磁锚定视频器械为例，除磁铁控制的水平运动外，要想获得额外的运动自由度则需要在视频器械中加入电机，以控制竖直方向视场的转换。这样视频器械的体积必然加大，导致三个问题：1.由于体积过大不能通过较小的戳卡；2.体积过大，占用较大腹腔空间，影响手术操作；3.质量过大容易发生锚定器械脱落，导致医疗事故。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，用于减戳卡腔镜手术术野照明及成像，可经小于10mm戳卡送入，不与腹壁及腹腔内其他器官接触，运动灵活且自由度高，用来获取减戳卡腔镜手术中手术视野，避免了腔镜手术中视频器械对戳卡的占用，可以有效解决上述视频器械在腹腔内的定位的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，包括悬吊系统2、悬浮系统3以及控制系统1，其中所述悬吊系统2用于固定在手术床旁的可活动支架，包括电磁铁和霍尔传感器，所述悬浮系统3能够通过戳卡置入腹腔，包括内磁体、照明灯3.3、摄像头3.4、视觉信号无线传输模块3.5和电池3.6，其中，所述内磁体与所述电磁铁配对耦合，在所述电磁铁的磁力作用下，使得悬浮系统3悬浮于腹腔内部，所述照明灯3.3为手术视野提供光源，所述摄像头3.4实现手术视野的成像，所述视觉信号无线传输模块3.5与摄像头3.4电性相连，将摄像头3.4采集的手术视野成像数据以无线方式输出至外部的显示器，所述电池3.6与照明灯3.3，摄像头3.4和视觉信号无线传输模块3.5电性相连，为照明灯3.3，摄像头3.4和视觉信号无线传输模块3.5供电，所述控制系统1通过控制电路控制所述电磁铁供电的通断以及电流的大小。
所述霍尔传感器感受内磁体的高度，并输入给控制电路，当内磁体高于预设平衡高度时，控制电路输出电流减小，使电磁铁磁力减小，从而使内磁体有下落趋势；当内磁体低于预设平衡高度时，控制电路输出电流增大，使电磁铁磁力增大，从而使内磁体有上升趋势，最终内磁体能在预设平衡高度保持平衡，使得悬浮系统3在预设平衡高度保持平衡。
所述电磁铁包括电磁铁一2.1和电磁铁二2.4，所述霍尔传感器包括霍尔传感器一2.2和霍尔传感器二2.5，磁屏蔽壳一2.3和磁屏蔽壳二2.6分别位于电磁铁一2.1和电磁铁二2.4外围，以防止二者相互干扰；
所述内磁体包括内磁体一3.1和内磁体二3.2，内磁体一3.1与电磁铁一2.1对应，内磁体二3.2与电磁铁二2.4对应；
所述控制电路包括控制电路一1.1和控制电路二1.2，其中，控制电路一1.1与所述电磁铁一2.1和霍尔传感器一2.2电性相连，控制电路二1.2与电磁铁二2.4和霍尔传感器二2.5电性相连。
所述内磁体一3.1和内磁体二3.2分别位于悬浮系统3两端，为悬浮系统3提供悬浮功能。
所述磁屏蔽壳一2.3和磁屏蔽壳二2.6之间连接有连接支架2.7，连接支架2.7用于固定在可活动支架上。
所述控制电路一1.1上设置有控制旋钮一1.3，控制电路二1.2上设置有控制旋钮二1.4，电源开关1.5与控制电路一1.1和控制电路二1.2电性相连用以控制通电与断电，所述控制旋钮一1.3和控制旋钮二1.4分别用于调整内磁体一3.1和内磁体二3.2的预设平衡高度，从而实现悬浮系统3在竖直方向的平移和旋转，调整拍摄视场。
所述控制系统1通过外部供电，内部并无电源。
述控制旋钮一1.3和控制旋钮二1.4采用电位器。
所述霍尔传感器一2.2和霍尔传感器二2.5分别紧贴设置在电磁铁一2.1和电磁铁二2.4的下方。
所述悬浮系统3的外壳为圆柱状，采用医用材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该系统通视频器械可通过戳卡置入腹腔内，并通过上拉式磁悬浮的方式定位于腹内，解除了腹腔镜视频器械对戳卡的占用，降低了减戳卡手术的操作难度。
2.该系统通过上拉式磁悬浮的方式将腹腔镜视频器械悬浮于腹腔内部，不与腹壁或腹腔内其他脏器接触，避免了视频器械对组织脏器的损伤。
3.该系统通过两组上拉式磁悬浮系统的组合，实现了视频器械同时具备水平方向平移和旋转，竖直方向平移和旋转的四个自由度的活动，扩大了成像视野。
4.视频器械悬浮于腹腔内部，不与腹壁或腹腔内其他脏器接触，避免了移动过程中的阻力，使得操作灵活。
5.本发明采用无览设计，也避免了手术中对其他器械的干扰，利于术者操作。
附图说明
图1为本发明的控制系统示意图。
图2为本发明的悬吊系统示意图。
图3为本发明的悬浮系统示意图。
图4为本发明一种可行的控制电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，在能够顺利通过小戳卡送入腹腔的同时，可实现多个自由度的灵活运动，扩展了摄像视野，有利于为外科大夫展示全面的手术视野，并避免了与腹壁或腹腔内其他器官的接触，减少组织损伤。其主要包括控制系统1、悬吊系统2和悬浮系统3三个基本元件。
如图1所示，控制系统1，包括控制电路一1.1，控制电路二1.2，控制旋钮一1.3，控制旋钮二1.4和电源开关1.5。控制电路一1.1与悬吊系统2中的电磁铁一2.1和霍尔传感器一2.2电性相连。控制电路二1.2与悬吊系统2中的电磁铁二2.4和霍尔传感器二2.5电性相连。控制电路一1.1上设置有控制旋钮一1.3，控制电路二1.2上设置有控制旋钮二1.4。电源开关1.5与控制电路一1.1和控制电路二1.2电性相连用以控制通电与断电。
如图2所示，悬吊系统2，可固定于手术床旁的可活动支架，包括电磁铁一2.1，霍尔传感器一2.2，磁屏蔽壳一2.3，电磁铁二2.4，霍尔传感器二2.5，磁屏蔽壳二2.6和连接支架2.7。霍尔传感器一2.2和霍尔传感器二2.5分别紧贴设置在电磁铁一2.1和电磁铁二2.4的下方。电磁铁一2.1和霍尔传感器一2.2与控制电路一1.1电性相连。电磁铁二2.4和霍尔传感器二2.5与控制电路二1.2电性相连。磁屏蔽壳一2.3和磁屏蔽壳二2.6分别位于电磁铁一2.1和电磁铁二2.4外围，防止二者相互干扰。连接支架2.7连接在磁屏蔽壳一2.3和磁屏蔽壳二2.6之间，以固定连接两个电磁铁，并可固定于可活动支架上。
如图3所示，悬浮系统3，可通过戳卡置入腹腔，其外壳为圆柱状，尺寸Φ10mm×80mm，采用医用材料如医用级别的聚氯乙烯制成，其功能部分包括内磁体一3.1，内磁体二3.2，照明灯3.3，摄像头3.4，视觉信号无线传输模块3.5，电池3.6。内磁体一3.1与电磁铁一2.1对应，内磁体二3.2与电磁铁二2.4对应；内磁体一3.1和内磁体二3.2分别位于悬浮系统3两端，为悬浮系统3提供悬浮功能。照明灯3.3用以为手术视野提供光源。摄像头3.4用以手术视野的成像。视觉信号无线传输模块3.5与摄像头3.4电性相连，将摄像头3.4采集的手术视野成像数据输出至显示器。电池3.6与照明灯3.3，摄像头3.4和视觉信号无线传输模块3.5电性相连，为照明灯3.3，摄像头3.4和视觉信号无线传输模块3.5供电。
如图4所示，本发明控制电路一1.1和控制电路二1.2的一种可行电路，控制系统通过外部供电，内部并无电源，控制旋钮一1.3和控制旋钮二1.4采用图示的200K电位器。
本发明工作原理如下：
悬吊系统2通过连接支架2.7固定于手术床旁可活动支架，悬吊系统2与控制系统1的电路相连，悬浮系统3通过戳卡置入腹腔内部，悬吊系统2的电磁铁一2.1和电磁铁二2.4分别与悬浮系统3的内磁体一3.1和内磁体二3.2配对耦合，使得悬浮系统3悬浮于腹腔内部。控制系统1通过控制电路控制电磁铁供电的通断以及电流的大小。具体地，悬吊系统2中的霍尔传感器一2.2和霍尔传感器二2.5分别感受悬浮系统3中的内磁体一3.1和内磁体二3.2的高度，并分别输入给控制系统1的控制电路一1.1和控制电路二1.2。当内磁体高于预设平衡高度时，控制电路输出电流减小，使电磁铁磁力减小，从而使内磁体有下落趋势；反之当内磁体低于预设平衡高度时，控制电路输出电流增大，使电磁铁磁力增大，从而使内磁体有上升趋势，最终内磁体能在预设平衡高度保持平衡，使得悬浮系统3在预设平衡高度保持平衡。控制系统1的控制旋钮一1.3和控制旋钮二1.4可分别调整悬浮系统3中的内磁体一3.1和内磁体二3.2的预设平衡高度，从而实现悬浮系统3在竖直方向的平移和旋转，调整拍摄视场。
具体工作方法如下，控制系统1置于床旁，悬吊系统2通过连接支架2.7固定于手术床旁可活动支架，悬吊系统2与控制系统1的电路相连，腔镜手术气腹建立后，将悬浮系统3通过戳卡置入腹腔内部。悬吊系统2的电磁铁一2.1和电磁铁二2.4分别与悬浮系统3的内磁体一3.1和内磁体二3.2配对耦合，使得悬浮系统3悬浮于腹腔内部的预设平衡高度。通过悬吊系统2在水平方向的平移或旋转可以控制悬浮系统3在水平方向的平移或旋转；通过控制系统1的控制旋钮一1.3和控制旋钮二1.4可以进行平衡高度的调节，实现悬浮系统3在竖直方向的平移或旋转，最终实现拍摄视场的调节和转换。悬浮系统3中的摄像头3.4采集的视频信号通过视觉信号无线传输模块3.5输出至显示器，为外科大夫展示手术视野。
Claims (10)
1.一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，包括悬吊系统(2)、悬浮系统(3)以及控制系统(1)，其中所述悬吊系统(2)用于固定在手术床旁的可活动支架，包括电磁铁和霍尔传感器，所述悬浮系统(3)能够通过戳卡置入腹腔，包括内磁体、照明灯(3.3)、摄像头(3.4)、视觉信号无线传输模块(3.5)和电池(3.6)，其中，所述内磁体与所述电磁铁配对耦合，在所述电磁铁的磁力作用下，使得悬浮系统(3)悬浮于腹腔内部，所述照明灯(3.3)为手术视野提供光源，所述摄像头(3.4)实现手术视野的成像，所述视觉信号无线传输模块(3.5)与摄像头(3.4)电性相连，将摄像头(3.4)采集的手术视野成像数据以无线方式输出至外部的显示器，所述电池(3.6)与照明灯(3.3)，摄像头(3.4)和视觉信号无线传输模块(3.5)电性相连，为照明灯(3.3)，摄像头(3.4)和视觉信号无线传输模块(3.5)供电，所述控制系统(1)通过控制电路控制所述电磁铁供电的通断以及电流的大小。
2.根据权利要求1所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述霍尔传感器感受内磁体的高度，并输入给控制电路，当内磁体高于预设平衡高度时，控制电路输出电流减小，使电磁铁磁力减小，从而使内磁体有下落趋势；当内磁体低于预设平衡高度时，控制电路输出电流增大，使电磁铁磁力增大，从而使内磁体有上升趋势，最终内磁体能在预设平衡高度保持平衡，使得悬浮系统(3)在预设平衡高度保持平衡。
3.根据权利要求1或2所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述电磁铁包括电磁铁一(2.1)和电磁铁二(2.4)，所述霍尔传感器包括霍尔传感器一(2.2)和霍尔传感器二(2.5)，磁屏蔽壳一(2.3)和磁屏蔽壳二(2.6)分别位于电磁铁一(2.1)和电磁铁二(2.4)外围，以防止二者相互干扰；
所述内磁体包括内磁体一(3.1)和内磁体二(3.2)，内磁体一(3.1)与电磁铁一(2.1)对应，内磁体二(3.2)与电磁铁二(2.4)对应；
所述控制电路包括控制电路一(1.1)和控制电路二(1.2)，其中，控制电路一(1.1)与所述电磁铁一(2.1)和霍尔传感器一(2.2)电性相连，控制电路二(1.2)与电磁铁二(2.4)和霍尔传感器二(2.5)电性相连。
4.根据权利要求3所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述内磁体一(3.1)和内磁体二(3.2)分别位于悬浮系统(3)两端，为悬浮系统(3)提供悬浮功能。
5.根据权利要求3所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述磁屏蔽壳一(2.3)和磁屏蔽壳二(2.6)之间连接有连接支架(2.7)，连接支架(2.7)用于固定在可活动支架上。
6.根据权利要求3所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述控制电路一(1.1)上设置有控制旋钮一(1.3)，控制电路二(1.2)上设置有控制旋钮二(1.4)，电源开关(1.5)与控制电路一(1.1)和控制电路二(1.2)电性相连用以控制通电与断电，所述控制旋钮一(1.3)和控制旋钮二(1.4)分别用于调整内磁体一(3.1)和内磁体二(3.2)的预设平衡高度，从而实现悬浮系统(3)在竖直方向的平移和旋转，调整拍摄视场。
7.根据权利要求3所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述控制系统(1)通过外部供电，内部并无电源。
8.根据权利要求6所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述控制旋钮一(1.3)和控制旋钮二(1.4)采用电位器。
9.根据权利要求3所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述霍尔传感器一(2.2)和霍尔传感器二(2.5)分别紧贴设置在电磁铁一(2.1)和电磁铁二(2.4)的下方。
10.根据权利要求3所述用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统，其特征在于，所述悬浮系统(3)的外壳为圆柱状，采用医用材料制成。
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|---|---|---|---|
| CN202020485999.4U CN212439258U (zh) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | 一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111419618A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-17 | 西安交通大学医学院第一附属医院 | 一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统 |
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- 2020-04-07 CN CN202020485999.4U patent/CN212439258U/zh active Active
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| CN111419618A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-17 | 西安交通大学医学院第一附属医院 | 一种用于减戳卡腔镜手术的磁悬浮视频及照明系统 |
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