CN110448378B - 一种沉浸式介入手术一体化控制台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉浸式介入手术一体化控制台，用于对手术室内的DSA和机器人部进行远程操控；控制台设置于手术室外；显示区包括多个显示屏，且安装在控制台的台面上，用于反馈手术室内的实时影像；操控区包括多组与DSA和机器人部的控制端电性连接的按钮和控制摇杆，且安装在控制台的台面上，用于操控DSA和机器人部；脚踏板部安装在控制台的底部，且用于控制DSA的曝光；控制机柜设置于手术室外，分别与DSA、机器人部、显示区、操控区和脚踏板部的控制端电性连接。本发明能够远程实现对DSA和机器人控制，大幅提升了介入医生远程控制的沉浸感，易用性和安全性，改变了传统介入诊疗过程，实现了“零”辐射剂量下的介入手术。

Description

一种沉浸式介入手术一体化控制台

技术领域

本发明涉及微创介入治疗技术领域，更具体的说是涉及一种沉浸式介入手术一体化控制台。

背景技术

介入微创治疗是近年迅速发展起来的一门融合了影像诊断和临床治疗于一体的新兴学科。它是在数字减影血管造影机等影像设备的引导和监视下，利用穿刺针、导管及其他介入器材，通过人体自然孔道或微小的创口将特定的器械导入人体病变部位进行微创治疗的一系列技术的总称。传统形式的介入手术需要医生站在导管床旁，结合实时X射线辐射采集得到的图像定位信息进行导管导丝相应操作，典型的介入手术时间在40分钟到1个半小时，医生难以避免不间断的接受X辐射，尤其在中国，大量的介入医生超负荷工作，手术量是欧美医生的数倍以上，由于长期大量辐射导致了白血球降低，免疫低下，脱发等大量的职业病，并大幅增加了白细胞，癌症等疾病的发病率，严重的威胁介入医生健康。

为了解决上述X射线过量辐射的问题，近年来介入手术机器人研究兴起，它通过模拟医生的手部动作来实现导管导丝的各项运动，医生远程进行操控，无需在导管床旁完成，避免了射线辐射问题，有着极为重大的临床价值。

尽管有巨大的效益，但实际临床中介入机器人的推广并不理想，究其原因，一方面是介入机器人操控过程需要完善精度，可靠性等技术问题，另一方面是未充分考虑介入手术实时过程的复杂性，导致易用性太差。

介入手术导管导丝的递送过程和介入影像设备如DSA的操作紧密结合，交替进行，如要反复进行导管床位置变换，C臂机架位置变换，线束器控制,图像控制等，介入机器人仅仅实现了远程控制导管导丝，上述一系列DSA操作无法做到远程，这就带来了极大不便利性，使得医生仍需要频繁的进入设备旁进行操作，使得手术时间普遍延长1个小时左右，进而大大降低了医生使用介入机器人的热情。

同时介入手术作为风险较高的侵入性手术，安全性是最重要的考量，医生在导管床手术可以用自身的眼睛，耳来对风险进行识别，一旦变成远程操作，迫切需要声光电一体的环境营造，充分模拟介入手术过程导管室环境，给医生全面信息。

目前技术存在如下几个方面的问题：

(1)传统DSA设备无法进行远程控制，各类运动功能，曝光功能需要在DSA设备旁完成；

(2)介入机器人控制和DSA控制相互独立，缺乏配合；

(3)介入远程手术过程中，病人视频图像，创口图像，语音等辅助信息缺乏整合。

因此，如何提供一种能够远程实现对DSA和机器人控制的控制台，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种沉浸式介入手术一体化控制台，能够远程实现对DSA和机器人控制，大幅提升了介入医生远程控制的沉浸感，易用性和安全性，改变了传统介入诊疗过程，实现了“零”辐射剂量下的介入手术。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沉浸式介入手术一体化控制台，用于对手术室内的DSA和机器人部进行远程操控；包括：控制台、显示区、操控区、脚踏板部和控制机柜；

所述控制台设置于所述手术室外；

所述显示区包括多个显示屏，且安装在所述控制台的台面上，用于反馈所述手术室内的实时影像；

所述操控区包括多组与所述DSA和所述机器人部的控制端电性连接的按钮和控制摇杆，且安装在所述控制台的台面上，用于操控所述DSA和所述机器人部；

所述脚踏板部安装在所述控制台的底部，且用于控制所述DSA的曝光；

所述控制机柜设置于所述手术室外，分别与所述DSA、所述机器人部、所述显示区、所述操控区和所述脚踏板部的控制端电性连接。

通过上述技术方案，本发明用于介入手术中，医生可以在手术室外对DSA和介入手术机器人按照需要单独或者同时进行控制；该一体化控制台的功能齐全，可以实现手术室内对DSA和机器人的全部控制功能，营造了完整的介入手术室环境，大幅提升了介入医生远程控制的沉浸感，易用性和安全性，改变了传统介入诊疗过程，实现了“零”辐射剂量下的介入手术。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述控制台包括控制台面、音响和话筒，所述音响和所述话筒设置在所述控制台面上，且与所述控制机柜电性连接。能够实现手术室内外的通信，从而营造了完整的介入手术室环境。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述显示区包括：实时图像显示屏，用于观察病人的血管情况；参考图像显示屏，用于进行图像对比分析；机器人信息显示屏，用于显示所述机器人部的位置信息；DSA操控信息显示屏，用于显示DSA的运行情况；摄像头显示屏，用于监控病人的实时状态；生理指标显示屏，用于显示病人的生理指标。能够实时对手术室内的情况进行监控并操控。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述操控区包括：曝光指示区，用于控制整机开关并显示工作状态；DSA-C型臂控制区，用于控制所述DSA中的机身移动和C型臂的移动；导管床控制区，用于控制导管床的上下前后移动；图像控制区，用于调节图像的功能参数；机器人控制区，用于控制所述机器人部完成对导管导丝的控制。操控更便捷，使用更方便。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述曝光指示区、所述DSA-C型臂控制区、所述导管床控制区、所述图像控制区和所述机器人控制区的按钮均为多个。控制效果更强。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述操控区的按钮和控制摇杆的结构包括：实体按键、硅胶摁键帽、按键电路板、总控电路板、按键安装板；所述实体按键按下信息被所述按键电路板采集并通过第一控制电缆发送至所述总控电路板；摇杆一个方向被按下后摇杆撞针会触发对应方向的接触开关闭合，相应信息通过所述第一控制电缆发送至所述总控电路板。便于对按钮和操控摇杆的控制。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述脚踏板部包括保护罩，曝光踏板和透视踏板；所述保护罩用于防误踏；所述曝光踏板用于控制所述DSA进行较高剂量透视并录制图像，供医生反复观察图像；所述透视踏板用于控制所述DSA进行较低剂量透视，供医生观察导管导丝在体内的情况。通过脚部控制，操作的实用性更强。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述曝光踏板和所述透视踏板内部结构相同：踏板前盖触发踏板开关闭合，相应信号通过第二控制电缆发送到控制机构。结构简单，使用方便。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述手术室内外通过铅玻璃窗口隔离。便于观察手术室内的情况，以便做出应急处理。

优选的，在上述一种沉浸式介入手术一体化控制台中，所述控制机柜中包括用于控制所述DSA和所述机器人部的控制区。控制效果更强。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种沉浸式介入手术一体化控制台，具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台，采用一体化的设计，集成了DSA和手术机器人的控制于一个平台上，有效的解决了医生实际手术中需要很难同时控制这两种设备的问题。

2、本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台，能够帮助尽可能地减少进入手术室内，从而给医生带来了方便，很好地适应真实的手术环境需求。

3、本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台，通过机器人和DSA室外控制，大大降低了医生手术中接受到X射线的风险，对医护人员的身体健康有着重要的保护作用。

4、该设备能够在室外控制DSA，配合5G等通讯设备，可以实现远程介入手术，为移动困难的病人带来了福音。

5、该设备采用模块设计，方便安装与维护，功能齐全，操作简单。有着明确的指示，易于上手。另外，有着声音提示，出错保护与提示等辅助功能，能有效的保护病人的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台在手术室的整体结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台的结构示意图；

图3附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台的布局示意图；

图4附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台操控区示意图；

图5附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台操控区结构示意图；

图6附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台脚踏板部分结构示意图；

图7附图为本发明提供的一种沉浸式介入手术一体化控制台按键的电路控制图。

其中：

1-控制台；

101-控制台面；102-音响；103-话筒；

2-控制机柜；

201-铅玻璃窗口；202-手术室；203-电缆线；

3-DSA部分；

301-导管床；302-C型臂；

4-机器人部；

401-机械臂；402-推进机构；403-导管导丝；

5-显示区；

501-实时图像显示屏；502-参考图像显示屏；503-机器人信息显示屏；504-DSA操控信息显示屏；505-摄像头显示屏；506-生理指标显示屏；

6-操控区；

601-曝光指示区；602-DSA-C型臂控制区；603-导管床控制区；604-图像控制区；605-机器人控制区；606-开机按钮；607-关机按钮；608-急停按钮；609-C臂移动摇杆一；610-C臂移动摇杆二；611-曝光剂量选择键；612-路径图按钮；613-曝光使能按钮；614-C曝光视野切换按钮；615-导管床纵向移动摇杆；616-导管床横向移动摇杆；617-导管床上升按钮；618-导管床下降按钮；619-限束器方向控制摇杆；620-限束器虹膜控制摇杆；621-摄像头调整摇杆；622-摄像头调整按钮；623-图像大小调整按钮；624-图像对比度调整按钮；625-图像亮度调整按钮；626-图像播放/暂停调整按钮；627-机器人导管控制摇杆；628-机器人导丝控制摇杆；629-球囊释放按钮；630-注射造影剂按钮；

7-脚踏板部；

701-脚踏板防误踏保护罩；702-曝光踏板；703-透视踏板。

801-实体按键；802-硅胶帽；803-操控区外壳；804-按键电路板；805-总控电路板；806-第一控制电缆；807-摇杆撞针；808-接触开关；809-摇杆控制杆；810-工作站；811-接口板；812-图像处理单元。

901-踏板前盖；902踏板开关；903-弹簧；904-第二控制电缆。

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。

参见附图1至附图6，本发明实施例公开了一种沉浸式介入手术一体化控制台，用于对手术室202内的DSA3和机器人部4进行远程操控；包括：控制台1、显示区5、操控区6、脚踏板部7和控制机柜2；

控制台1设置于手术室202外；

显示区5包括多个显示屏，且安装在控制台1的台面上，用于反馈手术室202内的实时影像；

操控区6包括多组与DSA3和机器人部4的控制端电性连接的按钮和控制摇杆，且安装在控制台1的台面上，用于操控DSA3和机器人部4；

脚踏板部7安装在控制台1的底部，且用于控制DSA3的曝光；

控制机柜2设置于手术室202外，分别与DSA3、机器人部4、显示区5、操控区6和脚踏板部7的控制端电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，控制台1包括控制台面101、音响102和话筒103，音响102和话筒103设置在控制台面101上，且与控制机柜2电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，显示区5包括：实时图像显示屏501，用于观察病人的血管情况；参考图像显示屏502，用于进行图像对比分析；机器人信息显示屏503，用于显示机器人部的位置信息；DSA操控信息显示屏504，用于显示DSA的运行情况；摄像头显示屏505，用于监控病人的实时状态；生理指标显示屏506，用于显示病人的生理指标。

为了进一步优化上述技术方案，操控区6包括：曝光指示区601，用于控制整机开关并显示工作状态；DSA-C型臂控制区602，用于控制DSA3中的机身移动和C型臂的移动；导管床控制区603，用于控制导管床的上下前后移动；图像控制区604，用于调节图像的功能参数；机器人控制区605，用于控制机器人部4完成对导管导丝的控制。

为了进一步优化上述技术方案，曝光指示区601、DSA-C型臂控制区602、导管床控制区603、图像控制区604和机器人控制区605的按钮均为多个。

为了进一步优化上述技术方案，操控区6的按钮和控制摇杆的结构包括：实体按键801、硅胶摁键帽802、按键电路板804、总控电路板805；实体按键801按下信息被按键电路板804采集并通过第一控制电缆806发送至总控电路板805；摇杆一个方向被按下后摇杆撞针807会触发对应方向的接触开关808闭合，相应信息通过第一控制电缆806发送至总控电路板805。

为了进一步优化上述技术方案，脚踏板部7包括保护罩701，曝光踏板702和透视踏板703；保护罩701用于防误踏；曝光踏板702用于控制DSA3进行较高剂量透视并录制图像，供医生反复观察图像；透视踏板703用于控制DSA3进行较低剂量透视，供医生观察导管导丝在体内的情况。

为了进一步优化上述技术方案，曝光踏板702和透视踏板703内部结构相同：踏板前盖901触发踏板开关902闭合，相应信号通过第二控制电缆904发送到控制机构。

为了进一步优化上述技术方案，手术室202内外通过铅玻璃窗口201隔离。

为了进一步优化上述技术方案，控制机柜2中包括用于控制DSA3和机器人部4的控制区。

需要进一步说明的是：

医生在手术室202外进行操作，可以通过铅玻璃窗口201观察手术室202内的情况。控制机柜2用于将接受到的操作信息进行处理，并传递到DSA3和机器人部4上，它和控制台1通过电缆线203相连接。DSA3和机器人部4放置在手术室202内。C型臂302和导管床301配合使用，病人接受手术时，将躺在导管床301上。机械臂401固定安装在导管床301的床板上，它可以跟随床体一起运动，从而保证了导管床301和机器人的推进机构402的相对静止。推进机构402固定在机械臂401上，通过调整机械臂401，可以选取合适的角度和位置，进行机器人介入手术。导管导丝403安装在推进机构402上，医生通过对推进机构402的控制，可以控制导管导丝进入人体进行手术。

控制台1上还设置有音响102和话筒103，音响102用于传递导管室内部声音，如设备运行声，警告声，病人在手术室内的说话声等等。话筒103用于发送声音到手术室内，例如，医生需要询问病人的情况等。

控制机柜2通过单路DVI电缆将处理后的实时图像以视频流的形式显示在实时图像显示屏501上，医生可以从这里观察到病人的血管情况，同理，控制机柜2通过单路DVI电缆将参考图像以视频流的形式显示在参考图像显示屏502上，方便医生进行图像进行对比分析。控制机柜2通过DVI电缆以视频流的形式将机器人位置等信息显示在机器人信息显示屏503上，将DSA的运行情况会显示在DSA操控信息显示屏504上。手术室内摄像头安装在C形臂302，用于实时监控导管床上病人的情况，视频信息通过DVI回传至控制机柜2，控制机柜2经过处理后通过DCI电缆将相关信息显示在摄像头显示屏505上。生理监护仪的信息通过同轴电缆或者以太网电缆传输到控制机柜2，控制机柜2对信息进行处理后通过DVI电缆将病人的心跳等各种生理指标显示在生理指标显示屏506上。

曝光指示区601用于控制整机开关和显示工作状态。它包括开机按钮606、关机按钮607和急停按钮608，在这些按钮上设置有指示灯。DSA-C型臂控制区602用于控制DSA中的机身移动和C型臂的移动，用来选取更合适的角度进行曝光。控制摇杆用于具体控制C型臂的各方向移动，按钮609-614用于控制曝光相关功能，包括：C臂移动摇杆一609；C臂移动摇杆二610；曝光剂量选择键611；路径图按钮612；曝光使能按钮613；C曝光视野切换按钮614。导管床控制区603用于控制导管床的上下前后移动。控制摇杆和按钮615-618用于具体执行控制，包括：导管床纵向移动摇杆615；导管床横向移动摇杆616；导管床上升按钮617；导管床下降按钮618。图像控制区604用于调节图像的大小、亮度等状态，光束通量，摄像头控制等有关图像的功能。限束器方向控制摇杆619和限束器虹膜控制摇杆620控制X射线通量。控制摇杆和按钮621-626用于具体执行图像控制，包括：摄像头调整摇杆621；摄像头调整按钮622；图像大小调整按钮623；图像对比度调整按钮624；图像亮度调整按钮625；图像播放/暂停调整按钮626。机器人控制区605用于控制机器人的推进机构402，完成对导管导丝的控制。机器人导管控制摇杆627控制导管的推进，机器人导丝控制摇杆628控制导丝的旋转和推进。球囊释放按钮629可以加快机器人的推进导管导丝速度，注射造影剂按钮630可以向人体打造影剂，用于方便观察血管形态。

需要说明的是，本发明的按键、摇杆和踏板的信号控制电路的结构均相同，以按键的控制电路为例，参见附图7，实体按键801将触发信号传递至按键电路板804，按键电路板804将信号传递至总控电路板805，总控电路板805将信号依次通过工作站810、接口板811和图像处理单元812进行传递，实现对相应结构的控制。摇杆和踏板的控制结构与其相同，在此不再赘述。

总控电路板805轮询方式采集所有按键和摇杆信息，以5ms发送间隔通过第一控制电缆806，使用基于can2.0B协议与控制机构进行交互。

综上各个部分的配合，可以实现医生基本上在手术室外完成血管介入手术，从而有效降低X射线对医护人员的损害。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，用于对手术室(202)内的DSA(3)和机器人部(4)进行远程操控；包括：控制台(1)、显示区(5)、操控区(6)、脚踏板部(7)和控制机柜(2)；

所述控制台(1)设置于所述手术室(202)外；所述控制台(1)包括控制台面(101)、音响(102)和话筒(103)，所述音响(102)和所述话筒(103)设置在所述控制台面(101)上，且与所述控制机柜(2)电性连接；

所述显示区(5)包括多个显示屏，且安装在所述控制台(1)的台面上，用于反馈所述手术室(202)内的实时影像；所述显示区(5)包括：实时图像显示屏(501)，用于观察病人的血管情况；参考图像显示屏(502)，用于进行图像对比分析；机器人信息显示屏(503)，用于显示所述机器人部的位置信息；DSA操控信息显示屏(504)，用于显示DSA的运行情况；摄像头显示屏(505)，用于监控病人的实时状态；生理指标显示屏(506)，用于显示病人的生理指标；

所述操控区(6)包括多组与所述DSA(3)和所述机器人部(4)的控制端电性连接的按钮和控制摇杆，且安装在所述控制台(1)的台面上，用于操控所述DSA(3)和所述机器人部(4)；所述操控区(6)包括：

曝光指示区(601)，用于控制整机开关并显示工作状态；包括开机按钮(606)、关机按钮(607)和急停按钮(608)，在这些按钮上设置有指示灯；

DSA-C型臂控制区(602)，用于控制所述DSA(3)中的机身移动和C型臂的移动，用来选取更合适的角度进行曝光，控制摇杆用于具体控制C型臂的各方向移动，按钮用于控制曝光相关功能，包括：C臂移动摇杆一(609)；C臂移动摇杆二(610)；曝光剂量选择键(611)；路径图按钮(612)；曝光使能按钮(613)；C曝光视野切换按钮(614)；

导管床控制区(603)，用于控制导管床的上下前后移动；控制摇杆和按钮用于具体执行控制，包括：导管床纵向移动摇杆(615)；导管床横向移动摇杆(616)；导管床上升按钮(617)；导管床下降按钮(618)；

图像控制区(604)，用于调节图像的大小、亮度状态，光束通量，摄像头控制有关图像的功能；限束器方向控制摇杆(619)和限束器虹膜控制摇杆(620)控制X射线通量；控制摇杆和按钮用于具体执行图像控制，包括：摄像头调整摇杆(621)；摄像头调整按钮(622)；图像大小调整按钮(623)；图像对比度调整按钮(624)；图像亮度调整按钮(625)；图像播放/暂停调整按钮(626)；

机器人控制区(605)，用于控制所述机器人部(4)完成对导管导丝的控制；机器人导管控制摇杆(627)控制导管的推进，机器人导丝控制摇杆(628)控制导丝的旋转和推进；球囊释放按钮(629)可以加快机器人的推进导管导丝速度，注射造影剂按钮(630)可以向人体打造影剂，用于方便观察血管形态；

所述脚踏板部(7)安装在所述控制台(1)的底部，且用于控制所述DSA(3)的曝光；

所述控制机柜(2)设置于所述手术室(202)外，分别与所述DSA(3)、所述机器人部(4)、所述显示区(5)、所述操控区(6)和所述脚踏板部(7)的控制端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，所述曝光指示区(601)、所述DSA-C型臂控制区(602)、所述导管床控制区(603)、所述图像控制区(604)和所述机器人控制区(605)的按钮均为多个。

3.根据权利要求1所述的一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，所述操控区(6)的按钮结构包括：实体按键(801)、按键电路板(804)、总控电路板(805)；所述实体按键(801)与所述按键电路板(804)电性连接；所述按键电路板(804)与所述总控电路板(805)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，所述脚踏板部(7)包括保护罩(701)，曝光踏板(702)和透视踏板(703)；所述保护罩(701)用于防误踏；所述曝光踏板(702)用于控制所述DSA(3)进行较高剂量透视并录制图像，供医生反复观察图像；所述透视踏板(703)用于控制所述DSA(3)进行较低剂量透视，供医生观察导管导丝在体内的情况。

5.根据权利要求4所述的一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，所述曝光踏板(702)和所述透视踏板(703)内部结构相同：踏板前盖(901)触发踏板开关(902)闭合，相应信号通过第二控制电缆(904)发送到控制机构。

6.根据权利要求1所述的一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，所述手术室(202)内外通过铅玻璃窗口(201)隔离。

7.根据权利要求1所述的一种沉浸式介入手术一体化控制台，其特征在于，所述控制机柜(2)中包括用于控制所述DSA(3)和所述机器人部(4)的控制区。

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