一种生物组织焊接装置、控制系统及方法与流程

1.本技术涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种生物组织焊接装置、控制系统及方法。


背景技术：

2.在胃肠外科手术过程中，病变组织切除后有效地恢复肠道的连续性非常重要。传统的手工缝合和吻合器机械吻合术后会有缝合线或吻合钉存留在病人体内，可能会引发术后炎症反应甚至是吻合口瘘等风险。高频电刀通过两个相对电极间的高频电流作用于生物组织，利用电流热效应的原理对组织进行加热，配合手术钳对组织的夹持力，能够实现对生物组织切割/闭合及止血的目的。相比于手工缝合和吻合器机械吻合，高频电刀具有操作简便迅速、止血效果好且术后无异物残留等优点，能够显著缩短手术时间，降低术后并发症。
3.但是，高频电刀在工作过程中所产生的温度较高，对组织的热损伤通常较大，在手术过程中可能会引起组织焦痂或炭化，不利于术后组织的愈合。若焦痂粘连在作用器械上，不仅会影响器械的使用性能，可能还会导致已止血的组织被器械拉扯而造成二次破坏。因此，降低高频电刀在手术过程中的热损伤对提高生物组织焊接效果具有重要的临床意义。
4.中国专利cn 109498146 a公开了一种集防滑、冷却和弹性一体的多功能电凝镊，包括左瓣镊体、右瓣镊体和电极座。所述左瓣镊体和右瓣镊体的内侧分别设有输水导槽，输水导槽内设有输水管。无菌生理盐水从导水管进入输水管，进而输送至出水口以给尖状的工作端电极的热凝止血部位进行杀菌，并给尖状的工作端电极进行降温冷却，采用若干出水口和引流槽以实现更快的冷却效果。
5.但是所采取的技术方案依然存在不足。问题在于：通过无菌生理盐水给尖状的工作端电极的热凝止血部位进行杀菌，并给尖状的工作端电极进行降温冷却。该方法在一定程度上能够降低组织热损伤，但由于其本质依旧是导电金属电极与生物组织的直接接触，生理盐水只能对作用区域周边进行一定程度的冷却，在关键的作用区域上并未有实质性的改善。


技术实现要素：

6.为克服现有技术中高频电刀在工作时对生物组织造成热损伤的问题，本技术提供一种生物组织焊接装置、控制系统及方法。
7.本技术提供的一种生物组织焊接装置，包括：
8.焊接钳，用于镊取生物组织，所述焊接钳相对设置的两个钳头均设置导电电极和通孔；
9.蠕动泵，通过输送管与所述通孔连通，用于向所述通孔传输导电降温物质，以使所述导电降温物质经所述通孔流至所述生物组织；
10.射频能量发生器，通过导线与所述导电电极连接一起，用于所述导电电极生成射频电流，以使所述射频电流经所述导电降温物质作用于所述生物组织。
11.在一种可能的实施方式中，所述钳头内设置一空腔，所述钳头的表面沿自身长度方向间隔设置若干个与所述空腔连通的所述通孔，所述蠕动泵通过所述输送管与所述空腔连通。
12.在一种可能的实施方式中，两个所述钳头表面的所述通孔呈错位排列。
13.在一种可能的实施方式中，所述导电降温物质包括生理盐水。
14.在一种可能的实施方式中，还包括机身和连接杆，所述连接杆的一端与所述机身连接，另一端与所述焊接钳连接；所述连接杆内设置电路通道和水路通道，所述输送管穿设于所述水路通道内，所述导线穿设于所述电路通道内。
15.在一种可能的实施方式中，还包括调节接口和转弯关节，所述连接杆的一端通过所述转弯关节与所述焊接钳连接，用于调整所述连接杆与所述焊接钳之间的相对角度；所述连接杆的另一端通过所述调节接口与所述机身连接，用于调整所述机身与所述连接杆之间的相对角度。
16.在一种可能的实施方式中，所述焊接钳包括相对设置的第一钳头和第二钳头，所述第一钳头和所述第二钳头通过铰接组件连接在一起，所铰接组件包括推杆和传动杆，所述第一钳头固定设置并且朝向所述转弯关节的一端开设槽口，所述推杆活动安装在所述槽口内，所述传动杆的一端通过销轴与所述推杆转动连接在一起，另一端通过销轴与所述第二钳头转动连接在一起，用于推动所述推杆改变所述传动杆的倾斜角度，以调整所述第二钳头相对所述第一钳头的开合角度。
17.在一种可能的实施方式中，所述机身内部设置电机，所述电机设置与所述推杆连接的第一传动机构，用于推动所述推杆在所述第一钳头的槽口内活动，并且所述电机还设置于与所转弯关节连接的第二传动机构，用于摆动所述转弯关节。
18.一种控制系统，应用于上述焊接组织，包括控制器以及与所述控制器相连接的温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器设置于所述焊接钳镊取生物组织的一端面，并且所述电机、所述蠕动泵、所述射频能量发生器分别与所述控制器电连接。
19.一种控制方法，应用于上述控制系统，所述控制器控制所述电机先调节所述转弯关节的摆动角度，在到达被焊接生物组织区域时，再调节所述焊接钳的夹角，以夹紧生物组织；
20.所述压力传感器采集所述焊接钳镊取生物组织的压力数据并传输给所述控制器，所述控制器接收所述压力数据并控制所述电机动作，以对所述转弯关节及所述焊接钳的夹角进行调节，直至所述压力传感器反馈的压力数据到达预定压力值；
21.所述控制器控制所述蠕动泵的泵送功率，以使蠕动泵将导电降温物质按照预设流速从所述焊接钳的通孔流出；
22.所述控制器控制所述射频能量发生器按照预设的射频输出功率向所述导电电极输出射频能量，以对镊取的生物组织进行焊接；
23.所述温度传感器采集焊接处的生物组织的温度数据，并传输给所述控制器；所述控制器接收所述温度数据并判定是否在预设范围内，若否，所述控制器控制所述射频能量发生器降低射频输出功率以及控制所述蠕动泵加大泵送功率，或，所述控制器控制所述射频能量发生器提高射频输出功率以及控制所述蠕动泵减小泵送功率，直至所述温度传感器反馈的温度数据达到预设范围内。
24.相比现有技术，本技术的有益效果：
25.本实施例提供的焊接装置，采用导电降温物质作为射频能量的传输介质，该导电降温物质一方面将射频电流传导至被作用的生物组织，实现生物组织的切割或凝结；另一方面，持续的导电降温物质流经生物组织可同时对焊接区域及其周边进行降温，从而能够有效降低射频电流作用过程中对生物组织造成的热损伤，并减少器械对组织的粘连。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
27.图1示出了本技术一实施例焊接装置的结构示意图；
28.图2示出了本技术一实施例焊接钳的剖视图；
29.图3示出了本技术一实施例控制系统的结构框图；
30.图4示出了本技术一实施例控制方法的流程图。
31.图中：1-焊接钳，2-转弯关节，3-连接杆，4-调节接口，5-机身，6-蠕动泵，7-射频能量发生器，8-电路通道，9-水路通道，10-oled显示屏，11-电机，12-控制器，13-控制按键，14-导电降温物质，15-人机界面，16-脚踏开关，17-推杆，18-传动杆，19-导电降温物质输送管，20(28)-导电电极，22-绝缘外壳，23(27)-空腔，24(26)-通孔，25-生物组织，29-压力传感器，30-温度传感器。
具体实施方式
32.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
33.如说明书附图1和说明书附图2所示，在一实施例中，本技术提供一种生物组织焊接装置，包括焊接钳1以及与所述焊接钳1连接的蠕动泵6和射频能量发生器7，其中焊接钳1用于镊取生物组织25，并且焊接钳1在相对设置的两个钳头上均设置导电电极20(28)和通孔24(26)；蠕动泵6通过输送管与焊接钳1的通孔24(26)连通，用于向通孔24(26)传输导电降温物质14，以使导电降温物质14经所述通孔24(26)流至镊取的生物组织25；射频能量发生器7通过导线与焊接钳1的导电电极连接一起，用于在导电电极20(28)上生成射频电流，以使射频电流经导电降温物质14作用于生物组织25。
34.在一实施例中，焊接钳1的钳头内设置空腔23(27)和与所述空腔空腔23(27)连通的导电降温物质输送管19，焊接钳1的两个钳头的表面沿自身长度方向间隔设置若干个与所述空腔23(27)连通的所述通孔24(26)，蠕动泵6通过所述输送管与所述导电降温物质输送管19连通。
35.在一实施例中，焊接钳1通过连接杆3与机身5连接在一起，连接杆3内设置电路通道8和水路通道9，其中蠕动泵6的输送管穿设过所述水路通道9与焊接钳1的导电降温物质输送管19连通，射频能量发生器7的导线穿设过所述电路通道8与焊接钳1的导电电极20
(28)连接在一起。
36.在操作过程中，先将焊接钳1的两个钳头夹紧需要焊接的生物组织25，然后让导电降温物质14以恒定的速率被引入并存储在空腔23(27)中，当空腔23(27)充满导电降温物质时，射频能量发生器7启动，将射频能量施加在生物组织25上，当射频能量停止输出时，导电降温物质14也停止输送。该过程射频能量发生器7所产生的射频电流流经途径如下：焊接钳上方的导电电极20-焊接钳上方的空腔23(内含导电降温物质)-焊接钳上方的通孔24(内含导电降温物质)-生物组织25-焊接钳下方的通孔26(内含导电降温物质)-焊接钳下方的空腔27(内含导电降温物质)-焊接钳下方的导电电极28。
37.普通的高频电刀刀头由于金属导电电极与生物组织直接接触，使得生物组织作用区域周边也存在射频电流，这使得生物组织作用区域周边本身就会产生一部分热量。同时由于生物组织作用区域在射频能量施加过程中会产生大量热量，这些热量会向作用区域周边扩散，再加上焊接器械缺乏有效的冷却装置，使得普通高频电刀对生物组织热损伤较为严重。
38.本发明所述的焊接钳1则具有自冷却功能，其创新点在于：射频能量发生器7所产生的射频电流通过一种低电导率、可降温的介质，即所述导电降温物质14，作用到生物组织25。在射频电流的传输过程中，焊接钳1的上下两个导电电极20(28)之间由于存在电位差从而会产生电场，由于导电降温物质14以及生物组织25内部均含有正、负离子，这些离子在高频电场的作用下将会在焊接钳1的上下两个导电电极20(28)之间作高速往复运动，从而在生物组织25内部产生热量。该能量能够打断生物组织胶原蛋白分子内的氢键，使得胶原蛋白分子失去相互作用力而处于游离状态，结合焊接钳外部压力的作用，从而实现生物组织的切割或凝结作用，为离子外科的实现奠定基础。
39.普通高频电刀刀头电极与生物组织直接接触，组织上、下表面的电位差即为射频能量发生器输出端的电压。本发明在导电电极20(28)与生物组织25之间加入了导电降温物质14，这使得生物组织25上、下表面的电位差低于射频能量发生器的输出端电压。此外，基于焊接钳1内部通孔24(26)的设计以及导电降温物质14相对更低的电导率，使得射频电流能够被限制在生物组织作用区域，从而显著降低了作用区域周边的射频电流密度，因此能够明显降低生物组织作用区域周边的自产热。同时，持续的导电降温物质14流经生物组织25可对作用区域及其周边进行降温，能够有效降低作用区域对周边生物组织的热扩散。以上三点的结合使得本发明所述的自冷却焊接钳1能够从根本上降低射频能量作用过程中对生物组织产生的热损伤，减少焊接装置对生物组织的粘连，降低电外科手术术后并发症的发生率，提高组织术后的愈合速率，从而提高手术质量和安全性。
40.进一步的，在一实施例中，焊接钳1作用于生物组织的一面开设有多排通孔24(26)，并且上下两个钳头开设的通孔24(26)呈错位分布。其目的在于使生物组织作用区域的温度分布均匀，从而增加生物组织的焊接强度。因为如果上、下两个钳头的通孔一一对应的话，射频电流都集中在通孔处，未打孔的地方电流密度较小，这将会使得有通孔的地方和没有通孔的地方温度差异较大，从而导致温度低的地方焊接强度不足，使得该区域很容易出现焊接口破裂的情况。本发明的上下两个钳头的通孔24(26)排列呈错位分布，这种设计能够让射频电流均匀的流经生物组织25，使得被作用生物组织上、下面温度分布均匀，因此能够避免局部区域温度过低而出现焊接强度不足的情况，从而增加了生物组织的焊接强
度。
41.在一实施例中，导电降温物质14包括但不限于0.9％生理盐水，其他能够传递射频能量并同时进行冷却的物质均属于本发明的保护范围。此外，所述导电降温物质14不仅可以对生物组织焊接区域的上、下表面进行降温，该导电降温物质还能够通过通孔24(26)流经生物组织的侧面，从而进一步降低生物组织作用区域对周边的热扩散，减少生物组织热损伤。
42.在一实施例中，焊接钳1包括相对设置的第一钳头和第二钳头，所述第一钳头和所述第二钳头通过铰接组件连接在一起，所铰接组件包括推杆17和传动杆18，所述第一钳头固定设置并且朝向所述连接杆3的一端开设槽口，所述推杆17活动安装在所述槽口内，所述传动杆18的一端通过销轴与所述推杆17转动连接在一起，另一端通过销轴与所述第二钳头转动连接在一起，用于推动所述推杆17改变所述传动杆18的倾斜角度，以调整所述第二钳头相对所述第一钳头的开合角度。
43.在其他实施例中，焊接钳1的开合结构可以根据需要设置，在此不做具体限制和固定。
44.另外，在一实施例中，焊接装置还包括调节接口4和转弯关节2，其中连接杆3的一端通过所述转弯关节2与焊接钳1连接，用于调整所述连接杆3与所述焊接钳1之间的相对角度；连接杆3的另一端通过所述调节接口4与机身5连接，用于调整所述机身5与所述连接杆3之间的相对角度，以通过调节接口4完成连接杆3、转弯关节2及焊接钳1整体的轴向旋转。
45.在一实施例中，调节接口4采用轴套，连接杆3可旋转安装在机身5上。
46.在一实施例中，机身5内部设置电机11，所述电机11设置与所述推杆17连接的第一传动机构，用于推动所述推杆17在所述第一钳头的槽口内活动，并且所述电机11还设置于与所转弯关节2连接的第二传动机构，用于摆动所述转弯关节2。其中可把第一传动机构和第二传动机构作为一离合装置，即使用一个电机11完成焊接钳1及转弯关节2这两个自由度的控制，以便实现焊接装置的小型化并提升其实用性。
47.具体的，在机身5上设置控制按键13，在操作过程中，首先通过调节接口4及控制按键13控制连接杆3的轴向旋转及转弯关节2的摆动；当到达被焊接组织区域时，再通过控制按键13调节焊接钳1的夹角，并夹紧生物组织25。整个过程关键动作均由电机11驱动，实现了焊接装置的电动化，提高了器械的操作精度。本发明所述的焊接钳1、转弯关节2及调节接口4共同构成具有三个自由度的执行末端，分别实现了焊接钳1对生物组织25的夹持、焊接钳1的转弯及轴向旋转的功能，该设计能够有效增加焊接装置所能够达到的作用区域。
48.基于同一发明构思，本技术提供一种控制系统，应用于上述焊接装置，包括控制器12以及与所述控制器12相连接的温度传感器30和压力传感器29，所述温度传感器30和所述压力传感器29设置于所述焊接钳1镊取生物组织的一端面，并且所述电机11、所述蠕动泵6、所述射频能量发生器7分别与所述控制器12电连接。
49.如说明书附图3所示，在一实施例中，控制器12设置在机身5上，并且机身5还设置oled显示屏10，射频能量发生器7设置人机界面15。控制器12通过控制电机11位置及速度，进而实现转弯关节2的转角控制及焊接钳1的张开/闭合操作；此外，控制器12通过控制施加在蠕动泵6上的电压、电流，进而实现导电降温物质14的流速控制。基于焊接钳1所集成的压力传感器29，在生物组织焊接的过程中，压力传感器29将所检测到的焊接钳对生物组织的
压力信号转换为电信号，通过连接杆3内部的电路通道8传给控制器12，并实时显示在oled显示屏10上。
50.操作者通过射频能量发生器7上的人机界面15，输入初始的射频输出功率、作用时间及占空比等参数，射频能量发生器7内部的控制电路通过焊接钳1的导电电极20(28)实时检测流经生物组织25的电流、电压、功率及阻抗等参数；基于焊接钳1所设置的温度传感器30，在生物组织焊接的过程中，温度传感器30将所检测到的生物组织温度信号转换为电信号，通过连接杆3内部的电路通道8传给射频能量发生器7内部的控制电路；射频能量发生器7内部的控制电路通过实时检测以上所述关于生物组织在作用过程中的电流、电压、功率、阻抗及温度等参数，与此同时进行各项输出参数的实时反馈调节，并将这些参数实时显示在人机界面15上。
51.进一步的，本技术提供一种控制方法，应用于上述控制系统，包括以下步骤：
52.所述控制器12控制所述电机11先调节所述转弯关节2的摆动角度，在到达被焊接生物组织区域时，再调节所述焊接钳1的夹角，以夹紧生物组织25；
53.所述压力传感器29采集所述焊接钳1镊取生物组织25的压力数据并传输给所述控制器，所述控制器12接收所述压力数据并控制所述电机11动作，以对所述转弯关节2的转角及所述焊接钳1的夹角进行调节，直至所述压力传感器19反馈的压力数据到达预定压力值；
54.所述控制器12控制所述蠕动泵6的泵送功率，以使蠕动泵6将导电降温物质14按照预设流速从所述焊接钳1的通孔24(26)流出；
55.所述控制器12控制所述射频能量发生器7按照预设的射频输出功率向所述导电电极20(28)输出射频能量，以对镊取的生物组织25进行焊接；
56.所述温度传感器30采集焊接处的生物组织25的温度数据，并传输给所述控制器12；所述控制器12接收所述温度数据并判定是否在预设范围内，若否，所述控制器12控制所述射频能量发生器7降低射频输出功率以及控制所述蠕动泵6加大泵送功率，或，所述控制器12控制所述射频能量7发生器提高射频输出功率以及控制所述蠕动泵6减小泵送功率，直至所述温度传感器30反馈的温度数据达到预设范围内。
57.如说明书附图4所示，在一实施例中，当外接电源接入系统时，机身5内部的控制器12及射频能量发生器7内部的控制电路的各项功能参数初始化并进入待机状态。操作者通过人机界面15设置电机控制位置及速度、焊接钳压力、导电降温物质流速、射频能量输出功率、作用时间及占空比等参数。电机转轴最初与控制转弯关节2运动的机械结构啮合，操作者通过控制机身5上部的控制按键13来驱动电机11的运动，以调节转弯关节2的转角；同时操作者手动控制调节接口4以调节连接杆的轴向旋转角度及轴向移动位置，通过这三个自由度的联合调节实现焊接钳位置的精确控制。
58.当焊接钳1到达指定位置时，操作者拨动离合装置开关，电机的转轴与控制钳头1运动的机械结构啮合，此时控制按键13来驱动电机11的运动，以调节焊接钳1的夹角；同时，控制器12上的压力检测电路开始工作，并实时检测焊接钳1镊取生物组织处的压力。当检测到焊接钳1镊取生物组织的压力到达预设定值时，此时控制器12控制蠕动泵6的输入电压、电流以调节其转速，进而调节导电降温物质14的流速，并控制蠕动泵6开始工作，钳头1的压力值及导电降温物质14的流速实时显示在oled显示屏10上。
59.当导电降温物质14以恒定的流速通过连接杆3内部的水路通道9，到达焊接钳1内
部的空腔23(27)中并充满时，此时操作者按下人机界面15上的“开始”按钮，并同时踩下脚踏开关16，射频能量发生器7以初始设定的射频输出功率、作用时间及占空比等参数开始输出射频能量，并实时检测关于生物组织25在作用过程中的电流、电压、功率、阻抗及温度等参数；同时，射频能量发生器7内部的控制电路以此进行各项输出参数的实时反馈调节，并将这些参数实时显示在人机界面15上。
60.当检测到生物组织温度过高时，控制器12适当增加导电降温物质14的流速，射频能量发生器7内部的控制电路适当减小射频输出功率大小及占空比；若到达预定射频能量作用时间，射频能量发生器7自动停止射频输出，接着蠕动泵6自动停止导电降温物质14的输送，完成了生物组织25的自动焊接。在整个操作过程中，机身5内部的控制器12和射频能量发生器7内部的控制电路能够进行实时的通讯交互及反馈控制，从而提高生物组织焊接的智能化水平。
61.则本技术采用导电降温物质14作为射频能量的传输介质，利用高速往复运动的带电离子对生物组织25进行切割或凝结，开创离子外科的先河；并且本技术焊接钳1内部的通孔24(26)结构设计结合导电降温物质14相对更低的电导率，使得射频电流能够被限制在生物组织作用区域，从而显著降低了作用区域周边的射频电流密度，因此能够明显降低生物组织作用区域周边的自产热；另外，持续的导电降温物质流经生物组织的上、下表面及侧面，不仅能够对焊接区域进行降温，同时也能对生物组织焊接区域周边进行降温，从而降低了焊接区域的自产热及焊接区域对周边的热扩散，从而能够从根本上降低组织焊接过程中的热损伤，并减少器械对组织的粘连，且降低电外科手术术后并发症的发生率，从而提高组织术后的愈合速率；由于焊接钳上下两个钳头内的通孔24(26)排列呈错位分布，能够使得被焊接的生物组织上、下面温度分布均匀，从而增加组织的焊接强度。
62.另外，本技术中的焊接装置有多个自由度，并且通过电动控制，增大操作空间，并减少了医生的主观参与度，提高了操作精度。同时基于焊接钳的多传感器设计，控制器与射频能量发生器内部的控制电路能够实时检测焊接钳及生物组织相关的多项参数，并实时进行交互通讯及反馈控制，提高了整套控制系统的智能化水平，提升了生物组织的焊接质量。
63.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。