一种智能吸附软体心脏固定器仪器

本发明属于医疗器械、机器人、生物学领域，特别涉及一种智能吸附软体心脏固定器仪器。

背景技术：

目前的心脏固定器采用的是刚性材料制成，用气压吸附方式进行心脏固定，且吸附压力不可调。现有心脏固定器的u型八孔所提供的吸附力较为固定，且需要手工调整，为了维持手术视野的清晰和稳定，外科医生通常忽视心肌所能承受的压力进行吸附固定，导致患者心脏opcabg术后所固定的八孔吸盘区出现心肌损伤，轻者导致心脏水肿，心功能不全，严重者可致巨大心肌血肿，威胁患者生命。

基于刚性机构的传统机器人已经广泛应用于医疗领域各类手术，但是这类机器人的灵活性、适应性和安全性较差，容易造成人体组织损伤。近年来，软体机器人技术作为一项新兴的前沿技术迅速发展，并逐渐在医疗领域得到应用。与传统刚性机器人不同，软体机器人的机构采用软性材料制作而成，能够柔软连续地变形适应各类人体组织结构，并通过气动及颗粒固化等方式实现软体机构动作及硬化转换，可显著提高手术机器人系统的适应性和安全性，已成为手术机器人技术的重要发展方向。目前软体手术机器人中，目前精度最高、应用最广泛的是达芬奇手术机器人也是采用的电机作为动力源的机械式作动装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种智能吸附软体心脏固定器仪器，该软体心脏固定器成本低，自由度高，适应性强，安全性高，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能吸附软体心脏固定器仪器，所述仪器包括植入式柔性微型传感器模块、高平坦度光源模块、高速解调及信号处理模块、实时监测软件模块、软体心脏固定器及智能吸附控制模块；其中，所述实时监测软件模块通过气路系统智能调节控制所述软体心脏固定器。

优选的，所述植入式柔性微型传感器模块包括动脉血液参数、桥血管及靶血管近、远端血管血流监测用光纤传感器、微机电传感器和组合型传感器。

优选的，所述高平坦度光源模块包括o波段以及c+l波段种子光功率放大器、长周期光纤光栅平坦滤波器、宽带光源耦合输出器、腔体结构和光纤光路。

优选地，所述高速解调及信号处理模块包括基于线阵ccd的高速、高精度光谱解调仪结构、衍射光栅、解调光学结构优化、高速并行解调算法及数据采集分析软件。

优选的，所述实时监测软件模块包括动脉血液压力、钾离子和酸碱度等参数实时监测数据分析、显示及存储、桥血管及靶血管近、远端血管血流量监测数据分析、显示及存储。

优选的，所述智能吸附控制模块包括柔性吸附仿生吸盘阵列结构、软体机构及硬化腔道、正负压气道及气路控制系统、、吸附压力传感监测及自适应调节控制系统。

一种软体心脏固定器，所述固定器包括支撑臂和u型软体机构，所述u型软体机构上设置有八孔吸盘；所述支撑臂端部开设有气路通道，所述气路通道中部开设有八孔吸盘吸附通道，所述八孔吸盘吸附通道四周均匀开设有u型软体机构硬化通道和支撑臂硬化通道；所述u型软体机构硬化通道与所述u型软体机构相连通，所述支撑臂硬化通道与所述支撑臂相连通，所述八孔吸盘吸附通道与所述八孔吸盘相连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、软体材料，减少心肌损伤，成本低；

2、吸附力可调，能够解决吸附力不足和吸附力过大带来的心肌损伤问题；

3、支撑臂采用负压颗粒硬化方式，能实现软硬转化，自由度高，医生操作更容易；

4、本仪器主要是针对心脏冠脉搭桥患者进行围术期动脉血参数连续监测、术中心脏组织智能吸附固定和术后桥血管及靶血管近、远端血管血流量监测，实时观察患者病情变化，精准评估手术疗效，并获取动脉血参数变化与各种恶性室性心律失常间的关联性，发现其致因相关的新现象、新原理、新规律。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出了本发明所研制仪器的总体结构示意图；

图2示意性示出了本发明软体心脏固定器总体设计示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

为了实现软体心脏固定器的柔性运动，能连续地变形适应各类人体组织结构以达到手术中更安全操作更简单地吸附心脏的目的，本发明提出一种新一代软体心脏固定器设计。本发明采用包括气路驱动系统、上位机控制系统、软体心脏固定器结构设计、传感反馈系统。

本文提供了一种全新一代软体心脏固定器，主体为3d打印的软体结构，由气路系统驱动，上位机与下位机plc控制系统进行控制、基于光纤珐珀传感器的传感反馈系统进行传感与反馈。与现有刚性机构的传统心脏固定器相比，该软体心脏固定器成本低，自由度高，适应性强，安全性高。

为达到上述所列目的，本发明所采用的技术方案为：

(1)围术期动脉血液参数传感器及实时监测系统

在围术期，利用传感子系统实时连续监测患者动脉血液压力、钾离子和酸碱度等参数，分析患者体征状态，评估手术时机，并获取动脉血参数变化与各种术后并发症发生间的关联性，发现新现象、新原理、新规律。

(2)术中心脏组织软体固定器及智能吸附控制系统

在术中，利用软体机器人实现心脏组织柔性吸附固定，通过智能控制子系统实时监测、自适应调节作业机构刚度及吸附力，在有效固定心脏组织的同时防止产生吸附损伤。

(3)术后桥血管及靶血管近、远端血流量传感器及解调处理系统

在术后，利用柔性微型传感器精确测量桥血管及靶血管近、远端血管的血流量及流速等参数，准确评估手术疗效。

(4)总体结构

本仪器主要是针对心脏冠脉搭桥患者进行围术期动脉血参数连续监测、术中心脏组织智能吸附固定和术后桥血管及靶血管近、远端血管血流量监测，实时观察患者病情变化，精准评估手术疗效，并获取动脉血参数变化与各种恶性室性心律失常间的关联性，发现其致因相关的新现象、新原理、新规律。仪器的总体结构如图1所示，包括：植入式柔性微型传感器模块、高平坦度光源模块、高速解调及信号处理模块、实时监测软件模块、软体固定器及智能吸附控制模块，五个模块集成先进的传感监测系统研制技术以及新型的软体机器人技术，保证了仪器整体性能指标。

植入式柔性微型传感器模块：设计制作用于冠脉搭桥患者围术期实时监测及术后成效评估的植入式柔性微型传感器模块，包括：动脉血液参数和桥血管及靶血管近、远端血管血流监测用光纤传感器、微机电传感器及组合型传感器等。

高平坦度光源模块：设计制作光纤传感器所用高平坦度o+c+l波段宽带光源模块，包括：o波段以及c+l波段种子光功率放大器,长周期光纤光栅平坦滤波器，宽带光源耦合输出器,以及腔体结构和光纤光路等。

高速解调及信号处理模块：设计制作实时监测所用传感信号高速解调及处理模块，包括：基于线阵ccd的高速、高精度光谱解调仪结构，衍射光栅等分光元件，解调光学结构优化，高速并行解调算法及数据采集分析软件等。

实时监测软件模块：设计开发动脉血液参数及桥血管血流量实时监测软件模块，包括：动脉血液压力、钾离子和酸碱度等参数实时监测数据分析、显示及存储，桥血管及靶血管近、远端血管血流量监测数据分析、显示及存储等。

软体固定器及智能吸附控制模块：设计制作术中心脏组织软体固定器及智能吸附控制模块，包括：柔性吸附仿生吸盘阵列结构，软体机构及硬化腔道，正负压气道及气路控制系统，以及吸附压力传感监测及自适应调节控制系统等。

本发明的有益效果：本发明仪器中软体材料，减少心肌损伤；吸附力可调，能够解决吸附力不足和吸附力过大带来的心肌损伤问题；支撑臂采用负压颗粒硬化方式，能实现软硬转化，自由度高，医生操作更容易；成本低；实现软体心脏固定器的柔性运动，能连续地变形适应各类人体组织结构以达到手术中更安全操作更简单地吸附心脏的目的；本仪器主要是针对心脏冠脉搭桥患者进行围术期动脉血参数连续监测、术中心脏组织智能吸附固定和术后桥血管及靶血管近、远端血管血流量监测，实时观察患者病情变化，精准评估手术疗效，并获取动脉血参数变化与各种恶性室性心律失常间的关联性，发现其致因相关的新现象、新原理、新规律。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。