本發(fā)明涉及外科手術(shù)的智能排煙系統(tǒng)和方法，其具有實(shí)時(shí)檢測(cè)抽取氣腹中的煙霧、及時(shí)清除手術(shù)煙霧還原清晰視野的功能。

背景技術(shù)：

微創(chuàng)手術(shù)由于其創(chuàng)傷小、耗時(shí)短，且病人手術(shù)后全身反應(yīng)小、恢復(fù)快、疼痛小，其療效已得到了臨床上的廣泛認(rèn)可。但當(dāng)使用超聲刀及高頻電刀等能量器械進(jìn)行手術(shù)時(shí)易產(chǎn)生煙霧，尤其是高頻電刀會(huì)產(chǎn)生大量肉眼可見(jiàn)并且氣味難聞的煙霧。這些煙霧一方面阻礙了醫(yī)生的視野，另一方面會(huì)向空氣中釋放有毒、有害的物質(zhì)污染手術(shù)環(huán)境，危害人員的身體健康。相對(duì)于國(guó)外采用的很多高端手術(shù)間內(nèi)的除煙設(shè)備，我國(guó)對(duì)于手術(shù)煙霧的清除方法還處于摸索階段，國(guó)內(nèi)普遍的處理方式是手術(shù)醫(yī)生邊手術(shù)邊手動(dòng)利用吸引器清除煙霧，雖然大大降低了除煙成本，但同時(shí)也增加醫(yī)護(hù)人員壓力，造成手術(shù)時(shí)間的延長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在針對(duì)傳統(tǒng)吸引煙霧方法給手術(shù)帶來(lái)的不便，提供一種外科手術(shù)智能排煙系統(tǒng)和方法。本發(fā)明可根據(jù)煙霧信號(hào)精確調(diào)節(jié)排煙流量，在保證氣腹壓力穩(wěn)定的同時(shí)及時(shí)吸走手術(shù)電刀產(chǎn)生的煙霧。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：一種外科手術(shù)的智能排煙系統(tǒng)，包括穿刺套管、可控閥、流量傳感器、儲(chǔ)存容器、負(fù)壓裝置、煙霧圖像處理、控制器、攝像系統(tǒng)和排煙管。其特征在于，穿刺套管用于引導(dǎo)手術(shù)刀進(jìn)入腹腔，其上設(shè)有排煙口，所述排煙口通過(guò)排煙管與所述儲(chǔ)存容器連通，所述儲(chǔ)存容器與所述負(fù)壓裝置通過(guò)管路連通，所述排煙管上設(shè)有可控閥和流量傳感器，所述可控閥受控于控制器，所述控制器與可控閥、流量傳感器和煙霧圖像處理通過(guò)電路相連，所述煙霧圖像處理與攝像系統(tǒng)電連接，攝像系統(tǒng)的攝像頭插入腹腔。負(fù)壓裝置在排煙管中產(chǎn)生負(fù)壓，可控閥處于常閉狀態(tài)，則氣腹中的氣體不能通過(guò)排煙管排放到儲(chǔ)存容器；當(dāng)煙霧圖像處理檢測(cè)到煙霧時(shí)，控制器根據(jù)煙霧濃度調(diào)節(jié)可控閥開(kāi)通量，則煙霧通過(guò)排煙管進(jìn)入儲(chǔ)存容器。

優(yōu)選地，所述排煙管上設(shè)有可控閥與流量傳感器，所述可控閥通過(guò)控制器輸出的電氣信號(hào)控制閥門開(kāi)通量以改變排煙管中的氣流量，所述流量傳感器實(shí)時(shí)反饋排煙管中的氣流量給控制器，所述控制器由單片機(jī)和硬件電路構(gòu)成，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起控制作用。

優(yōu)選地，所述控制器與煙霧圖像處理相連，所述煙霧圖像處理用于識(shí)別圖像中的煙霧，與攝像系統(tǒng)相連。所述攝像系統(tǒng)為腹腔鏡手術(shù)系統(tǒng)組成部分，用于實(shí)時(shí)拍攝氣腹的內(nèi)部圖像。

一種外科手術(shù)的智能排煙系統(tǒng)的控制方法，采用上述系統(tǒng)進(jìn)行操作，其特征在于操作步驟如下：1）圖像煙霧檢測(cè)、2）氣體流量參考值確定、3）流量控制。

優(yōu)選地，所述步驟1）圖像煙霧檢測(cè)包括攝像系統(tǒng)及煙霧圖像處理兩個(gè)部分。所述攝像系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控拍攝氣腹內(nèi)部圖像，所述煙霧圖像處理接收從攝像系統(tǒng)獲取的氣腹內(nèi)部圖像的數(shù)字信號(hào)，并將視頻圖像的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)區(qū)域提取、煙霧特征識(shí)別三個(gè)過(guò)程，判斷氣腹中煙霧的狀態(tài)，并將煙霧狀態(tài)信號(hào)輸送給所述控制器。

優(yōu)選地，所述步驟2）氣體流量參考值確定，在所述控制器中實(shí)現(xiàn)。所述控制器分析處理所述煙霧圖像處理輸出的煙霧狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)煙霧濃度與氣腹機(jī)的最大氣流量，確定排煙氣體流量參考值。

優(yōu)選地，所述步驟3）流量控制通過(guò)所述可控閥、所述流量傳感器、所述控制器三部分實(shí)現(xiàn)。所述流量傳感器實(shí)時(shí)向所述控制器反饋排煙管的氣流量，所述控制器根據(jù)參考值與反饋值之差，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述可控閥，調(diào)節(jié)所述可控閥開(kāi)通大小，直到反饋值與參考值一致。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下突出的特點(diǎn)及技術(shù)上的進(jìn)步：傳統(tǒng)吸引煙霧方法需要醫(yī)生通過(guò)調(diào)節(jié)三通管開(kāi)關(guān)位置以實(shí)現(xiàn)排煙功能；而本發(fā)明中加入可控閥自動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽煙功能，無(wú)需醫(yī)生手動(dòng)操作。傳統(tǒng)吸引煙霧方法時(shí)常造成氣腹內(nèi)煙霧過(guò)多導(dǎo)致煙霧溢出；而本發(fā)明中可智能調(diào)節(jié)抽煙的流量避免煙霧過(guò)多。傳統(tǒng)吸引煙霧方法長(zhǎng)時(shí)間吸引氣體會(huì)造成氣腹不穩(wěn)定，手術(shù)時(shí)需等待氣腹的重新建立；而本發(fā)明引入智能控制技術(shù)，合理控制抽煙流量的最高值，使其與氣腹機(jī)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明排煙系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明排煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明排煙系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明排煙系統(tǒng)的穿刺器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明排煙系統(tǒng)的增量式數(shù)字流量閥的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖說(shuō)明如下：

實(shí)施例一：

參見(jiàn)圖1~圖4，本外科手術(shù)智能排煙系統(tǒng)，包括穿刺套管（1）、可控閥（2）、流量傳感器（3）、儲(chǔ)存容器（4）、負(fù)壓裝置（5）、煙霧圖像處理（6）、控制器（7）、攝像系統(tǒng)（8）和排煙管（10）。其特征在于，穿刺套管（1）用于引導(dǎo)手術(shù)刀進(jìn)入腹腔（11），其上設(shè)有排煙口（9），所述排煙口（9）通過(guò)排煙管（10）與所述儲(chǔ)存容器(4)連通，所述儲(chǔ)存容器(4)與所述負(fù)壓裝置（5）通過(guò)管路連通，所述排煙管（10）上設(shè)有可控閥（2）和流量傳感器（3），所述可控閥（2）受控于控制器（7），所述控制器（7）與可控閥（2）、流量傳感器（3）和煙霧圖像處理（6）通過(guò)電路相連，所述煙霧圖像處理（6）與攝像系統(tǒng)（8）電連接，攝像系統(tǒng)（8）的攝像頭插入腹腔（11）。負(fù)壓裝置（5）在排煙管（10）中產(chǎn)生負(fù)壓，可控閥（2）處于常閉狀態(tài)，則腹腔（11）中的氣體不能通過(guò)排煙管（10）排放到儲(chǔ)存容器（4）；當(dāng)煙霧圖像處理（6）檢測(cè)到煙霧時(shí)，控制器（7）根據(jù)煙霧濃度調(diào)節(jié)可控閥（2）開(kāi)通量，則煙霧通過(guò)排煙管（10）進(jìn)入儲(chǔ)存容器（4）。

實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：

所述可控閥（2）位于穿刺套管（1）與負(fù)壓裝置（5）之間，其閥門通量不受人工手動(dòng)控制而受電氣信號(hào)控制，用于控制排煙管（10）排出的氣體的流量；所述流量傳感器（3）位于可控閥（2）與負(fù)壓裝置（5）之間，實(shí)時(shí)監(jiān)控排煙管（10）中氣體的流量；所述煙霧圖像處理（6）用于圖像中的煙霧識(shí)別，在單片機(jī)或PC上運(yùn)用煙霧識(shí)別算法獲得圖像中的煙霧信息，與攝像系統(tǒng)（8）實(shí)現(xiàn)腹腔（11）中的煙霧檢測(cè)功能。

實(shí)施例三：

本外科手術(shù)智能排煙方法，采用上述系統(tǒng)進(jìn)行操作，其特征在于操作步驟如下：

1）圖像煙霧檢測(cè)；

2) 氣體流量參考值確定；

3）流量控制。

實(shí)施例四：本實(shí)施例與實(shí)施例三基本相同，特別之處如下：

所述步驟1）圖像煙霧檢測(cè)包括攝像及煙霧圖像處理兩個(gè)部分：攝像部分是：攝像系統(tǒng)（8）實(shí)時(shí)監(jiān)控拍攝腹腔（11）內(nèi)部圖像；煙霧圖像處理是：煙霧圖像處理（6）接收從腹腔鏡攝像系統(tǒng)獲取的腹腔（11）內(nèi)部圖像的數(shù)字信號(hào)，并將視頻圖像的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)區(qū)域提取、煙霧特征識(shí)別三個(gè)過(guò)程，判斷腹腔（11）中煙霧的狀態(tài)，并將煙霧狀態(tài)信號(hào)輸送給控制器（7）。

所述步驟2）氣體流量參考值確定是在控制器（7）中實(shí)現(xiàn)?？刂破鳎?）分析處理煙霧圖像處理（6）輸出的煙霧狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)煙霧濃度與氣腹機(jī)的最大氣流量，確定排煙氣體流量參考值。

所述步驟3）流量控制是通過(guò)可控閥（2）、流量傳感器（3）和控制器（7）實(shí)現(xiàn)：流量傳感器（3）實(shí)時(shí)向控制器（7）反饋排煙管（10）中的氣流量，控制器（7）根據(jù)參考值與反饋值之差，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)可控閥（2），調(diào)節(jié)可控閥（2）開(kāi)通大小，直到反饋值與參考值一致。

實(shí)施例五：

參見(jiàn)附圖1、圖2、圖3，為本實(shí)施例的智能排煙系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例，所述智能排煙系統(tǒng)包括：穿刺套管（1）、可控閥（2）、流量傳感器（3）、儲(chǔ)存容器（4）、負(fù)壓裝置（5）、煙霧圖像處理（6）、控制器（7）、攝像系統(tǒng)（8）和排煙管（10），穿刺套管（1）用于引導(dǎo)手術(shù)刀具進(jìn)入腹腔（11），穿刺套管（1）上帶有排煙口（9），排煙口（9）通過(guò)排煙管（10）與儲(chǔ)存容器（4）連通，排煙管（10）上設(shè)有可控閥（2）和流量傳感器（3），儲(chǔ)存容器（4）與負(fù)壓裝置（5）通過(guò)管路連通，負(fù)壓裝置（5）可采用手術(shù)室內(nèi)的中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)或者其他抽吸裝置，優(yōu)選采用所述中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)以減小成本。

所述穿刺套管（1），是穿刺器的組成部分，穿刺器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4。穿刺器由穿刺針（4-1）和穿刺套管（1）構(gòu)成，是腹腔鏡手術(shù)中用于建立手術(shù)通道、觀察通道的必備器械。穿刺套管（1）中有與之配套的穿刺針（4-1），手術(shù)時(shí)，將穿刺針（4-1）連同穿刺套管（1）一同刺入腹腔（11），成功進(jìn)入腹腔（11）后撥出穿刺針（4-1），留下穿刺套管（1），此時(shí)，穿刺套管（1）便建立了外界與腹腔（11）的通道，手術(shù)器械通過(guò)穿刺套管（1）進(jìn)入人體，用于更換不同的手術(shù)器械，穿刺套管（1）的殼體外有一外加CO₂氣體接頭（4-2），在本系統(tǒng)中用作排煙口（9）。

所述可控閥（2）可選增量式數(shù)字流量閥。圖5為增量式數(shù)字流量閥的結(jié)構(gòu)圖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（5-1）的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)滾珠絲桿（5-2）轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動(dòng)節(jié)流閥閥芯（5-3）移動(dòng)，控制閥口的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。該閥閥口由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的閥芯（5-3）和閥套（5-4）組成，閥套有兩個(gè)通流孔口，左邊為全周開(kāi)口，右邊為非全周開(kāi)口，閥芯移動(dòng)時(shí)先打開(kāi)右邊的節(jié)流口，得到較小的流量；閥芯繼續(xù)移動(dòng)，則打開(kāi)左邊閥口，流量增大。連桿（5-5）的熱膨脹可起溫度補(bǔ)償作用。零位移傳感器（5-6）使閥芯在每個(gè)控制周期終了回零位，提高閥的重復(fù)精度。

所述儲(chǔ)存容器（4），集中儲(chǔ)存手術(shù)煙霧，在清理時(shí)，只需清理儲(chǔ)存容器（4）即可，操作簡(jiǎn)單?？稍趦?chǔ)存容器（4）加入手術(shù)煙霧處理裝置，以減少環(huán)境污染。

所述煙霧圖像處理（6），為基于圖像處理的煙霧檢測(cè)方法，可在單片機(jī)或者pc平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。其模擬了人眼的功能，通過(guò)監(jiān)視設(shè)備將圖像返回給系統(tǒng)，然后用軟件系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行處理識(shí)別，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)可以使系統(tǒng)感知到人眼所能感知的地方，根據(jù)煙霧圖像的特性來(lái)探測(cè)煙霧。該技術(shù)利用腹腔鏡攝像系統(tǒng)（8）選用視頻圖像處理方式獲得腹腔（11）中煙霧的狀態(tài)，通過(guò)視頻圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)處理由攝像系統(tǒng)（8）傳輸?shù)街鳈C(jī)的圖像和數(shù)據(jù)，分析腹腔（11）內(nèi)煙霧的含量、濃度，向控制器（7）提供煙霧的狀態(tài)信號(hào)。

所述控制器（7）主要由單片機(jī)和硬件單路構(gòu)成，其輸入端連接煙霧圖像處理（6）的輸出端，獲得煙霧狀態(tài)信號(hào)，其輸出端連接可控閥（2），控制可控閥（2）的閥門開(kāi)通量。

在進(jìn)行腹腔鏡手術(shù)時(shí)，手術(shù)刀可通過(guò)穿刺器（1）進(jìn)入腹腔，電刀尚未工作，氣腹內(nèi)無(wú)煙霧產(chǎn)生，此時(shí)，由于可控閥（2）處于關(guān)閉狀態(tài)，盡管負(fù)壓裝置（5）在排煙管中產(chǎn)生負(fù)壓，腹腔內(nèi)氣體不受影響。當(dāng)電刀開(kāi)始工作，同時(shí)在腹腔（11）中產(chǎn)生大量煙霧，煙霧圖像處理（6）實(shí)時(shí)檢測(cè)識(shí)別煙霧信號(hào)并將煙霧信號(hào)傳遞給控制器（7）。通過(guò)控制器（7）的綜合分析確定氣體流量參考值，并將參考值與流量傳感器（3）反饋的實(shí)際值對(duì)比，調(diào)節(jié)可控閥（2）的閥門開(kāi)通量。

本發(fā)明的智能排煙系統(tǒng)，通過(guò)排煙管（10）將穿刺器上的排煙口（9）與儲(chǔ)存容器（4）連通，而儲(chǔ)存容器（4）還與負(fù)壓裝置（5）連通，負(fù)壓裝置（5）產(chǎn)生負(fù)壓將氣腹中的手術(shù)煙霧通過(guò)排煙管（10）吸入儲(chǔ)存容器（4），避免將手術(shù)煙霧直接排放在手術(shù)室內(nèi)，防止手術(shù)煙霧遮擋手術(shù)視野、危害醫(yī)務(wù)人員身體健康。

本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容進(jìn)行多種實(shí)施方式。應(yīng)理解上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。