教学用体外心脏展示、练习用教具的制作方法

1.本发明属于医学教具技术领域，具体涉及教学用体外心脏展示、练习用教具。


背景技术：

2.当代科技发展迅猛，医学技术日新月异，近年来大众健康保障力度的加大，相继各主管部门出台的文件都在强调教育培训对于医疗质量的重要性，但目前外科医生大多采用“师徒带教”“以术代练”的教学模式，因此，导致医生动手机会严重不足，只有改变在病人身上训练技能的传统模式，才能为医生提供充足的技能积累机会，同时降低行医的风险。手术对于医生的操作熟练度有着极高的要求，如果想让医生获得有效的技能积累，就需要大量、逼真的训练。
3.目前，针对医生进行微创手术训练的方法，主要为使用3d动画和力反馈系统构成的虚拟模拟器训练，3d模拟器虽然相对便利，但人体组织是复杂的多层材料，并且由于其性质取决于层的数量、层的厚度、肌肉纤维的走向、湿度，温度等，所以3d模拟的操作触感一直不能达到临床需求。因此，现有上述微创手术训练装置的训练效果并不理想。
4.如专利cn112017517a、展示的是体外器官模型的制备方法，但是对于心脏这种存在自身跳动需求的特殊器官，在静态法下的训练效果并不明显，同时在手术中大规模的使用体外循环机也与微创、降低手术风险、节约经济成本的理念相违背。
5.专利cn114495672a，采用模拟心脏及心血管管路的架构，其真实度较差，针对血管壁薄、血管脆化等老龄化因素的并未加以考虑的基础上，仅适用于管路狭窄、血栓形成的有关手术作业训练模式。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供能够实现采用动物心脏进行替代、模拟心脏教学展示和介入相关手术作业的教学用体外心脏展示、练习用教具。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
8.教学用体外心脏展示、练习用教具，包括主控机构，所述主控机构直接作用的快接平台，所述主控机构包括往复式泵进模组、增压式加压泵，所述快接平台包括上端盖可打开的透明箱体、所述透明箱体的下底面倾斜设置并连接的排液管路、设置在所述透明箱体上端盖中的固定端口，所述固定端口中设置的耐压管与所述往复式泵进模组、家畜动物的供体心脏分别连接，所述耐压管与所述往复式泵进模组之间设置三通阀，所述三通阀还连接单向阀，所述单向阀上设置用于与介入手术器材相连接的拉封端口。
9.所述透明箱体的四个侧面采用放大镜的凸面型结构，所述透明箱体的四个竖直夹角上设置用于安装微型摄像头的凹槽，所述固定端口与所述透明箱体的所述上端盖固定连接，所述固定端口为快装卡箍，所述排液管路的两端分别连接所述透明箱体下底面的最低点、储液仓，所述耐压管的供体端穿过所述固定端口、所述透明箱体的所述上端盖与家畜动物的供体心脏相连接，所述耐压管包括左静脉连接管、左动脉连接管、右静脉连接管、右动
脉连接管分别连接对应供体心脏上的血管管路，所述透明箱体外一侧设置与ct相机限位配合的挡杆。
10.所述储液仓上设置用于加注显影混合液的加注端口，所述储液仓中设置用于观察液位高度的玻璃视窗，所述储液仓的加注端口、与所述排液管路连接的管口处设置过滤筛网，所述过滤筛网与所述储液仓之间通过卡扣连接，所述储液仓连接所述增压式加压泵。
11.所述往复式泵进模组包括两组往复式泵进驱动机，所述增压式加压泵与所述往复式泵进驱动机之间通过增压管相连接，两组所述往复式泵进驱动机通过所述耐压管与供体心脏的对应血管相连接构成对应的体循环、肺循环闭合管路。
12.所述快接平台设置在三轴云台上用来模拟手中患者的不可控运动，所述往复式泵进模组、所述增压式加压泵的实时参数通过内置的压敏传感器和流量计、计时器进行数据的读取和反馈。
13.所述耐压管的供体端设置快接卡环，所述快接卡环实现与供体心脏上血管管路的快速连接。
14.心脏手术医生的培养周期通常在10年以上，培养周期相对较长。
15.心脏手术中属于难度和危险程度较高的手术之一，为了提高手术技术，医生通常需要做很多手术技能训练，以便更好、更快地掌握手术技术。
16.现有的常用训练方法是使用猪心来练习。
17.但是猪心练习存在以下几个问题：
18.一是只有在活体猪心上才能够完成不停跳心脏练习，成本高，效率低。没有能够还原心脏跳动的设备来练习心脏手术；
19.二是真实手术场景中会涉及不同位置和角度的手术作业，且突发情况不可控，仿真模拟度较低；
20.三是真实手术中需要多个助手辅助工作，现实练习中，前期导丝介入与抽丝浪费大量时间，且与人体的血管组织分布结构不同；
21.四是在教学模拟展示过程中，体外心脏无法自主跳动。
22.因此，如何提供一种解决上述问题，设计一种体外心脏展示、练习用教具是本领域技术人员亟须解决的问题。
23.心脏造影是心脏外科手术前重要的检查手段之一，心脏造影属于微创性手术，手术的创伤性相对较小，且预后恢复很快，通过心导管向心脏和大血管的某些部位注射造影剂，使心脏显影，快速拍片，以显示心脏及大血管解剖结构的病理改变以及循环功能情况。
24.心脏造影包括冠状动脉造影和心脏(心房、心室)造影。
25.对于心脏造影等用于心脏外科的微创手术，部分患者或相关专业的医护学生对其的了解有限，不能直观的对心脏造影手术效果进行了解，对心脏造影手术的认知存在较大误差。
26.目前，微创介入手术通常采用造影成像为核心的观察模式，作为手术视窗来实现对手术过程的观察控制。
27.本发明针对心脏学科的需求，为满足教学展示和介入实操的目的，设计一种用于体外心脏展示、练习用教具。
28.在优先家畜动物的供体心脏的基础上，采用猪心脏作为主要供体，兼顾经济成本
的需求。
29.对比传统，心脏教学展示所采用的失蜡法彩绘模型，使用本装置所用的教学展示效果更加真实。
30.由于之前医学技术水平、教学预算的限制，对摘取家畜动物的供体心脏用于教学展示的应用被人们下意识忽视。
31.同时，基于早期心脏手术侧重于大外科开胸作业，具备良好的视觉观察窗口，对手术人员的想象力和对心脏的细致掌控能力，并未作出要求。
32.但是随着，介入手术、半麻手术、小切口手术的普及，对医生基于第三方显像平台观察下的作业能力提出了更高的要求。
33.本专利，在立足于家畜动物的供体心脏用于教学展示的基础上，采用主控机构模拟心脏跳动，并设计三通阀，实现与介入手术器材的协同作业，达到在心脏离体的前提下，进行长时间的可控跳动，用来进行教学展示和手术练习的目标。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
35.采用主控机构，来实现对心脏跳动的参数可调，达到在体外心脏跳动的设计目标。
36.设计往复式泵进模组，采用可编程的设计方案，来模拟心脏的跳动频率，用来模拟手术过程中的不可控性。
37.以往复式泵进驱动机的泵进作业来代替心脏跳动时的舒张、收缩运动，参考胸外按压的相关原理，以往复式泵进驱动机所产生的耐压管内部的压强不均衡性来迫使心脏出现了舒张、收缩运动。
38.设计增压式加压泵，可模拟高血压群体的特定生理参数，更加具有针对性。
39.以快接平台来作为供体心脏的连接、展示、模拟练习的作业平台，功能应用高度统合，简化装置的结构设计，兼顾教学展示与相关练习的不同需求。
40.透明箱体的下底面采用倾斜设计并连接对应的排液管路，来实现在手术过程中的显影混合液的回收，便于清洁管理。
41.使用耐压管分别连接供体心脏的动静脉血管，并与两组往复式泵进驱动机共同构成体循环、肺循环闭合管路来模拟心脏跳动的完整过程。
42.采用放大镜的凸面型结构，便于观察心脏跳动过程的细微变化，优化成像效果，便于学生观察学习。
43.设置用于安装微型摄像头的凹槽，满足在造影手术练习的过程中，对心脏外表的观察。
44.设计快装卡箍，实现所述透明箱体的所述上端盖与所述耐压管的快速拆装与固定连接，可根据需要及供体心脏的大小，调节耐压管在透明箱体内的相对长度，优化展示效果，确保供体心脏始终处于透明箱体中央，便于观察学习。
45.在储液仓内存储的显影混合液包括与人血成分类似的动物血液来模拟人血对显影剂显影效果的相对影响、抗凝剂防止血液凝结延长显影混合液的使用时间、营养剂成分为供体心脏提供营养进一步的延长供体心脏的可使用时间。
46.设计三轴云台，增加不可控因素的产生条件，模拟实际手术过程中，患者非自主的行为运动给手术造成的干预，提高作业人员应对并处理术中突然情况的能力。
47.设计快接卡环，优化供体心脏与装置之间的安装环节，提高作业效率。
附图说明
48.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
49.图1：本发明的结构示意图。
具体实施方式
50.为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
51.实施例1
52.如图1所示，本实施例提供教学用体外心脏展示、练习用教具，包括主控机构，所述主控机构直接作用的快接平台，所述主控机构包括往复式泵进模组、增压式加压泵，所述快接平台包括上端盖可打开的透明箱体、所述透明箱体的下底面倾斜设置并连接的排液管路、设置在所述透明箱体上端盖中的固定端口，所述固定端口中设置的耐压管与所述往复式泵进模组、家畜动物的供体心脏分别连接，所述耐压管与所述往复式泵进模组之间设置三通阀，所述三通阀还连接单向阀，所述单向阀上设置用于与介入手术器材相连接的拉封端口。
53.所述透明箱体的四个侧面采用放大镜的凸面型结构，所述透明箱体的四个竖直夹角上设置用于安装微型摄像头的凹槽，所述固定端口与所述透明箱体的所述上端盖固定连接，所述固定端口为快装卡箍，所述排液管路的两端分别连接所述透明箱体下底面的最低点、储液仓，所述耐压管的供体端穿过所述固定端口、所述透明箱体的所述上端盖与家畜动物的供体心脏相连接，所述耐压管包括左静脉连接管、左动脉连接管、右静脉连接管、右动脉连接管分别连接对应供体心脏上的血管管路，所述透明箱体外一侧设置与ct相机限位配合的挡杆。
54.所述储液仓上设置用于加注显影混合液的加注端口，所述储液仓中设置用于观察液位高度的玻璃视窗，所述储液仓的加注端口、与所述排液管路连接的管口处设置过滤筛网，所述过滤筛网与所述储液仓之间通过卡扣连接，所述储液仓连接所述增压式加压泵。
55.所述往复式泵进模组包括两组往复式泵进驱动机，所述增压式加压泵与所述往复式泵进驱动机之间通过增压管相连接，两组所述往复式泵进驱动机通过所述耐压管与供体心脏的对应血管相连接构成对应的体循环、肺循环闭合管路。
56.所述快接平台设置在三轴云台上用来模拟手中患者的不可控运动，所述往复式泵进模组、所述增压式加压泵的实时参数通过内置的压敏传感器和流量计、计时器进行数据的读取和反馈。
57.所述耐压管的供体端设置快接卡环，所述快接卡环实现与供体心脏上血管管路的快速连接。
58.所述透明箱体的所述上端盖上设置用于小切口手术模拟练习的开口。
59.所述显影混合液包括显影剂、与人血成分类似的动物血液(如猪血)、抗凝剂、营养剂成分。
60.所述储液仓设置在晃动平台上，所述晃动平台作用于所述储液仓模拟电子采血秤
产生往复式起伏运动。
61.所述往复式泵进驱动机采用气筒式增压结构设计，所述往复式泵进驱动机上设置可编程气动伸缩杆用于所述往复式泵进驱动机的驱动参数控制。
62.所述增压式加压泵为智能水泵。
63.所述复式泵进驱动机的一端设置泄压阀，所述泄压阀的泄气端口位于所述往复式泵进模组的最高点。
64.所述往复式泵进模组设置在所述透明箱体的上方。
65.所述泄压阀的泄气端口上设置导流管，所述导流管的管路出口设置在所述储液仓内。
66.所述快接卡环包括与所述耐压管固定连接的圆环基座、设置在所述圆环基座一端内侧面的支撑环和设置在外侧面的坐管夹。
67.所述支撑环和所述坐管夹闭合时的间距小于供体心脏上血管管路的壁厚。
68.所述增压式加压泵、所述可编程气动伸缩杆、所述压敏传感器、所述流量计、所述计时器、所述三轴云台与程控电脑相连接，所述程控电脑内置模拟心脏跳动的模拟驱动程序。
69.所述模拟驱动程序包括教学展示模块、手术练习模块。
70.实施例2
71.本实施例在实施例1的基础上进行优化。
72.教学展示用，使用方法的步骤为：
73.1.首先，在储液仓内添加显影混合液，启动往复式泵进模组、增压式加压泵并完成所述压敏传感器、所述流量计、所述计时器的参数校准；
74.2.其次根据需要，优选的从家畜动物上摘取供体心脏，完成摘取的手术作业流程；
75.3.将供体心脏的动静脉与耐压管相连接构成完成的体循环、肺循环闭合管路连接模式，并用快接卡环进行固定；
76.4.依次启动增压式加压泵、往复式泵进模组，实现对装置中储液仓内显影混合液的泵入，并打开泄压阀完成闭合管路内空气的排出，直到泄压阀内持续3s以上完全排出显影混合液为止，随后关闭泄压阀，实现装置使用前的准备工作；
77.5.启动程控电脑，载入所述教学展示模块完成心脏的模拟跳动教学展示控制；
78.6.当供体心脏出现明显失活特性影响教学真实效果的表现特征时，依次关闭增压式加压泵、往复式泵进模组，随后打开泄压阀实现装置内液体压力的释放；
79.7.最后打开快接卡环，将供体心脏从透明箱体中的耐压管上取下，并在透明箱体内翻转排出供体心脏内的显影混合液，装置内的显影混合液从耐压管的供体端排出并由透明箱体底部的排液管路重新转运到储液仓内。
80.实施例3
81.本实施例在实施例2的基础上进行优化。
82.模拟练习用，使用方法的步骤为：
83.1.首先，在储液仓内添加显影混合液，启动往复式泵进模组、增压式加压泵并完成所述压敏传感器、所述流量计、所述计时器的参数校准；
84.2.其次根据需要，优选的从家畜动物上摘取供体心脏，完成摘取的手术作业流程；
85.3.根据模拟练习的不同需求，人为的在供体心脏上制造对应病理机制所形成的组织缺陷或其他问题；
86.4.将供体心脏的动静脉与耐压管相连接构成完成的体循环、肺循环闭合管路连接模式，并用快接卡环进行固定；
87.5.依次启动增压式加压泵、往复式泵进模组，实现对装置中储液仓内显影混合液的泵入，并打开泄压阀完成闭合管路内空气的排出，直到泄压阀内持续3s以上完全排出显影混合液为止，随后关闭泄压阀，实现装置使用前的准备工作；
88.6.启动程控电脑，载入所述手术练习模块完成心脏的模拟跳动控制；
89.7.将玻璃箱体与ct拍照设备间相互配合定位；
90.8.将介入手术设备导入装置中的拉封端口内，可进行相关手术作业练习；
91.9.当练习完成后，提高增压式加压泵的加压参数用于检验在手术过程中是否对供体心脏损伤，当压敏传感器检测到的压强参数与增压式加压泵的加压参数不一致时，即可判定血管出现划伤破损；
92.8.若在时间t内压强参数一致，则依次关闭增压式加压泵、往复式泵进模组，随后打开泄压阀实现装置内液体压力的释放；
93.9.最后打开快接卡环，将供体心脏从透明箱体中的耐压管上取下，并在透明箱体内翻转排出供体心脏内的显影混合液，装置内的显影混合液从耐压管的供体端排出并由透明箱体底部的排液管路重新转运到储液仓内。
94.10.将取下的供体心脏转移至解剖平台，解剖并检查练习效果。
95.实施例4
96.本实施例在实施例3、4的基础上进行优化。
97.所述教学展示模块包括心跳次数控制单元和压强控制单元。
98.所述手术练习模块包括心跳次数控制单元、压强控制单元、手术患者随机运动模拟单元、
99.所述心跳次数控制单元由所述可编程气动伸缩杆和所述计时器控制。
100.所述压强控制单元由所述可编程气动伸缩杆、所述增压式加压泵、所述压敏传感器控制。
101.所述手术患者随机运动模拟单元由所述三轴云台控制，所述三轴云台基于随机变量条件下产生的随机运动。
102.当进行外科实操时，可通过上端盖上设置用于小切口手术模拟练习的开口结合实施例2，在步骤6、7之间进行心脏不停跳的模拟练习。
103.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.教学用体外心脏展示、练习用教具，其特征在于：包括主控机构，所述主控机构直接作用的快接平台，所述主控机构包括往复式泵进模组、增压式加压泵，所述快接平台包括上端盖可打开的透明箱体、所述透明箱体的下底面倾斜设置并连接的排液管路、设置在所述透明箱体上端盖中的固定端口，所述固定端口中设置的耐压管与所述往复式泵进模组、家畜动物的供体心脏分别连接，所述耐压管与所述往复式泵进模组之间设置三通阀，所述三通阀还连接单向阀，所述单向阀上设置用于与介入手术器材相连接的拉封端口。2.如权利要求1所述的教学用体外心脏展示、练习用教具，其特征在于：所述透明箱体的四个侧面采用放大镜的凸面型结构，所述透明箱体的四个竖直夹角上设置用于安装微型摄像头的凹槽，所述固定端口与所述透明箱体的所述上端盖固定连接，所述固定端口为快装卡箍，所述排液管路的两端分别连接所述透明箱体下底面的最低点、储液仓，所述耐压管的供体端穿过所述固定端口、所述透明箱体的所述上端盖与家畜动物的供体心脏相连接，所述耐压管包括左静脉连接管、左动脉连接管、右静脉连接管、右动脉连接管分别连接对应供体心脏上的血管管路，所述透明箱体外一侧设置与ct相机限位配合的挡杆。3.如权利要求2所述的教学用体外心脏展示、练习用教具，其特征在于：所述储液仓上设置用于加注显影混合液的加注端口，所述储液仓中设置用于观察液位高度的玻璃视窗，所述储液仓的加注端口、与所述排液管路连接的管口处设置过滤筛网，所述过滤筛网与所述储液仓之间通过卡扣连接，所述储液仓连接所述增压式加压泵。4.如权利要求1所述的教学用体外心脏展示、练习用教具，其特征在于：所述往复式泵进模组包括两组往复式泵进驱动机，所述增压式加压泵与所述往复式泵进驱动机之间通过增压管相连接，两组所述往复式泵进驱动机通过所述耐压管与供体心脏的对应血管相连接构成对应的体循环、肺循环闭合管路。5.如权利要求1所述的教学用体外心脏展示、练习用教具，其特征在于：所述快接平台设置在三轴云台上用来模拟手中患者的不可控运动，所述往复式泵进模组、所述增压式加压泵的实时参数通过内置的压敏传感器和流量计、计时器进行数据的读取和反馈。6.如权利要求1所述的教学用体外心脏展示、练习用教具，其特征在于：所述耐压管的供体端设置快接卡环，所述快接卡环实现与供体心脏上血管管路的快速连接。

技术总结
本发明提供了教学用体外心脏展示、练习用教具，属于医学教具技术领域。教学用体外心脏展示、练习用教具，包括主控机构，所述主控机构直接作用的快接平台，所述主控机构包括往复式泵进模组、增压式加压泵，所述快接平台包括上端盖可打开的透明箱体、所述透明箱体的下底面倾斜设置并连接的排液管路、设置在所述透明箱体上端盖中的固定端口，所述固定端口中设置的耐压管与所述往复式泵进模组、家畜动物的供体心脏分别连接。为了进行更加真实化的体外心脏的教学展示和相关操作练习，设计一种采用动物心脏进行替代、模拟的教学用体外心脏展示、练习用教具。习用教具。习用教具。


技术研发人员：张伟
受保护的技术使用者：郑州市第七人民医院
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/6