CN111513855B - 心脏内科介入导管手术系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心脏内科介入导管手术系统及其应用方法。心脏内科介入导管手术系统，包括：手术执行系统，用于在远程工作站系统的控制下，对患者进行心脏内科介入导管手术；远程工作站系统，与手术执行系统通信连接，远程工作站系统用于生成控制指令并发送给手术执行系统，以控制手术执行系统运行。采用本发明，可以实现心内科射频消融手术的远程指导、操控，不仅可以解决某些医院因缺少有经验的医生导致心脏介入导管手术无法进行、患者耽误治疗时间的问题，还可以通过多个专家的远程会诊、提高手术的成功率，是心内科射频消融手术领域中的重大突破。

Description

心脏内科介入导管手术系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种心脏内科介入导管手术系统及其应用方法。

背景技术

相关技术中，在心脏内科手术过程中，必须医生在导管室现场操作手术，这种手术方式存在以下弊端：心脏内科手术作为尖端手术，培养并教育一位能熟练、安全、高效率完成手术的医生的过程非常漫长，通常需要几百例手术的锤炼，并在大的心脏手术中心培训，如此，导致心脏内科手术医生资源非常缺乏，使得很多医院无法完成该类手术；心血管疾病作为现在头号威胁生命的疾病，很多新建医院配备了介入手术设备，但因为手术时缺少有经验的医生对于所述介入手术设备的使用指导，很多心脏介入导管手术无法进行，从而患者要转院进行手术医治，耽误患者及时治疗。

发明内容

本发明实施例提供一种心脏内科介入导管手术系统及其应用方法，用以解决现有技术中治疗心脏内科手术必须医生在场所造成的不便问题。

一方面，本发明实施例提出一种心脏内科介入导管手术系统，包括：

手术执行系统，用于在远程工作站系统的控制下，对患者进行心脏内科介入导管手术；

所述远程工作站系统，与所述手术执行系统通信连接，所述远程工作站系统用于生成控制指令并发送给所述手术执行系统，以控制所述手术执行系统运行。

根据本发明的一些实施例，所述手术执行系统还用于生成手术影像信息并发送给所述远程工作站系统，所述远程工作站系统基于所述手术影像信息生成所述控制指令。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括：

云端服务器系统，与所述手术执行系统、以及所述远程工作站系统均通信连接，所述云端服务器系统用于接收所述手术执行系统发送的所述手术影像信息并转发给所述远程工作站系统；接收所述远程工作站系统发送的所述控制指令并有选择地转发给所述手术执行系统。

根据本发明的一些实施例，所述手术执行系统包括：

患者端机器人导管手术系统，用于对患者进行心脏内科介入导管手术；

手术室控制中继系统，与所述患者端机器人导管手术系统、以及所述云端服务器系统均通信连接，所述手术室控制中继系统用于生成所述手术影像信息并发送给所述云端服务器系统；接收所述云端服务器系统发送的所述控制指令并转发给所述患者端机器人导管手术系统。

根据本发明的一些实施例，所述患者端机器人导管手术系统包括：

手术介入导管，用于在导管控制系统的控制下，伸入患者体内并完成心脏内科介入导管手术；

导管控制系统，与所述手术介入导管连接，所述导管控制系统与所述手术室控制中继系统、以及所述手术介入导管均通信连接，以接收所述云端服务器系统发送的所述控制指令并基于所述控制指令控制所述手术介入导管多自由度运动；

手术床机械臂定位系统，与所述手术室控制中继系统、以及所述导管控制系统均通信连接，以接收所述云端服务器系统发送的所述控制指令并基于所述控制指令控制所述导管控制系统运动。

根据本发明的一些实施例，所述手术室控制中继系统包括以下仪器中的至少一种：电生理多导生理仪、体表十二导联心电仪、电生理三维标测仪、实时视频通讯仪、以及X光机血管造影仪器。

根据本发明的一些实施例，所述远程工作站系统包括多个操作工作站，多个所述操作工作站均与所述云端服务器系统通信连接，

所述云端服务器系统用于接收所述手术执行系统发送的所述手术影像信息并将所述手术影像信息发送给各个所述操作工作站，

所述云端服务器系统还用于接收多个所述操作工作站发送的多个控制指令，并对所述多个控制指令进行仲裁后确定要使用的控制指令并将要使用的控制指令发送给所述手术执行系统。

根据本发明的一些实施例，所述操作工作站包括控制器和监控器，所述监控器用于采集所述手术影像信息，所述控制器用于基于所述手术影像信息生成所述控制指令。

根据本发明的一些实施例，所述控制器包括按键和/或摇杆。

另一方面，本发明实施例提出一种基于如上所述的心脏内科介入导管手术系统的应用方法，包括：

手术执行系统接收所述远程工作站系统远程发送的控制指令；

所述手术执行系统基于所述控制指令对患者进行心脏内科介入导管手术。

采用本发明实施例，可以实现心内科射频消融手术的远程指导、操控，不仅可以解决某些医院因缺少有经验的医生导致心脏介入导管手术无法进行、患者耽误治疗时间的问题，还可以通过多个专家的远程会诊、提高手术的成功率，是心内科射频消融手术领域中的重大突破。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中心脏内科介入导管手术系统示意图；

图2是本发明实施例中心脏内科介入导管手术系统结构示意图；

图3是本发明实施例中心脏内科介入导管手术系统局部结构示意图；

图4是本发明实施例中控制器的示意图；

图5是本发明实施例中控制器的示意图；

图6是本发明实施例中云端服务器系统的结构示意图；

图7是本发明实施例中心脏内科介入导管手术系统的应用方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

一方面，如图1-图2所示，本发明实施例提出一种心脏内科介入导管手术系统1。心脏内科介入导管手术系统1可以应用于心脏内科介入导管手术中。心脏内科介入导管手术系统1包括：手术执行系统和远程工作站系统10。手术执行系统用于在远程工作站系统10的控制下，对患者进行心脏内科介入导管手术。远程工作站系统10与手术执行系统通信连接，远程工作站系统10用于生成控制指令并发送给手术执行系统，以控制手术执行系统运行。

可以理解的是，手术执行系统位于患者端，手术执行系统可以直接对患者进行操作，如将导管介入患者的心脏等操作。远程工作站系统10位于远程端，远程工作站系统10可以通过通信技术（如信号传递）控制手术执行系统的运行，如控制手术执行系统将导管介入患者的心脏等操作。

采用本发明实施例，通过手术执行系统和远程工作站系统10的信息交互，远程工作站系统10可以在远程端指导手术执行系统对患者进行手术，实现心内科手术的远程指导、操控，不仅可以解决某些医院因缺少有经验的医生导致心脏介入导管手术无法进行、患者耽误治疗时间的问题，还可以通过多个专家的远程会诊、提高手术的成功率，是心内科射频消融手术领域中的重大突破。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，手术执行系统还用于生成手术影像信息并发送给远程工作站系统10，远程工作站系统10基于手术影像信息生成控制指令。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，系统1还包括：云端服务器系统20。云端服务器系统20与手术执行系统、以及远程工作站系统10均通信连接。云端服务器系统20用于接收手术执行系统发送的手术影像信息并转发给远程工作站系统10，以及接收远程工作站系统10发送的控制指令并转发给手术执行系统。换言之，云端服务器系统20是手术执行系统与远程工作站系统10之间的桥梁，手术执行系统与远程工作站系统10之间的通信交互信息可以通过云端服务器系统20实现交互。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，手术执行系统包括：患者端机器人导管手术系统40和手术室控制中继系统30。患者端机器人导管手术系统40用于对患者进行心脏内科介入导管手术。手术室控制中继系统30与患者端机器人导管手术系统40、以及云端服务器系统20均通信连接。手术室控制中继系统30用于生成手术影像信息并发送给云端服务器系统20，以及接收云端服务器系统20发送的控制指令并有选择地转发给患者端机器人导管手术系统40。

根据本发明的一些实施例，患者端机器人导管手术系统40包括：手术介入导管、导管控制系统、以及手术床机械臂定位系统。手术介入导管用于在导管控制系统的控制下，伸入患者体内并完成心脏内科介入导管手术。导管控制系统与手术介入导管连接，导管控制系统与手术室控制中继系统30、以及手术介入导管均通信连接，以接收云端服务器系统20发送的控制指令并基于控制指令控制手术介入导管多自由度运动。手术床机械臂定位系统与手术室控制中继系统30、以及导管控制系统均通信连接，以接收云端服务器系统20发送的控制指令并基于控制指令控制导管控制系统运动。

可以理解的是，手术床机械臂定位系统接收云端服务器系统20发送的控制指令后可以基于控制指令控制导管控制系统运动，由于导管控制系统与手术介入导管之间存在机械连接关系，如手术介入导管可以设于导管控制系统。导管控制系统运动也会带动手术介入导管运动。导管控制系统与手术介入导管之间还有信息的交互，导管控制系统可以控制手术介入导管多自由度运动。

如图3所示，根据本发明的一些实施例，手术室控制中继系统30包括以下仪器中的至少一种：电生理多导生理仪300、体表十二导联心电仪310、电生理三维标测仪320、实时视频通讯仪330、以及X光机血管造影仪器340。手术室控制中继系统30包括手术室中继及监视系统350，用于控制电生理多导生理仪300、体表十二导联心电仪310、电生理三维标测仪320、实时视频通讯仪330、以及X光机血管造影仪器340。

手术影像信息可以包括以下信息中的至少一种：电生理多导生理仪导出图、体表十二导联心电仪导出图、电生理三维标测仪导出图、手术室实时视频、手术室图片、以及X光机血管造影仪器导出图。

如图1-图2所示，根据本发明的一些实施例，远程工作站系统10可以包括多个操作工作站100，多个操作工作站100均与云端服务器系统20通信连接。云端服务器系统20用于接收手术执行系统发送的手术影像信息并将手术影像信息发送给各个操作工作站100，云端服务器系统20还用于接收多个操作工作站100发送的多个控制指令，并对多个控制指令进行仲裁后确定要使用的控制指令并将该控制指令发送给手术执行系统。

由此，具有丰富经验的多个医生可以分布在多个操作工作站100，每个医生均可以通过其拥有的操作工作站100向云端服务器系统20发送控制指令。云端服务器系统20可以接收到多个控制指令。云端服务器系统20具备仲裁功能，可以对多个控制指令进行仲裁，以选择一个控制指令作为最终要使用的控制指令发送给手术执行系统。因此，可以综合多个医生的指导建议确定手术方案，以对患者进行手术，从而可以提高手术的成功率。

如图1-图2所示，根据本发明的一些实施例，操作工作站100包括控制器101和监控器，监控器用于采集手术影像信息，控制器101用于基于手术影像信息生成控制指令。

如图4所示，在本发明的一些实施例中，控制器101和监控器可以耦合至一个APP的界面中，控制器101可以包括界面中的各个虚拟按钮。用户可以通过各个虚拟按钮进行操控。

如图5所示，在本发明的另一些实施例中，控制器101可以独立于监控器。控制器101可以包括按键和/或摇杆。用户可以通过操作按键和/或摇杆进行操控。

另一方面，如图7所示，本发明实施例提出一种基于如上所述的心脏内科介入导管手术系统的应用方法，包括：

S1，手术执行系统接收远程工作站系统远程发送的控制指令；

S2，手术执行系统基于控制指令对患者进行心脏内科介入导管手术。

下面参照图1-图6以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的心脏内科介入导管手术系统及其应用方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

随着5G网络的大规模建设，图像及数据的远程传输延迟越来越低，使得实时手术成为可能。不仅可以传输X光等传统二维医学影像，还可以把心脏建模的三维医学影像进行远程传输，从而使医生在远程可做手术方案判断。作为新一代信息通信网络，5G为远程医疗搭建了一条信息传输高速公路。高通量、大带宽、低延时的特点可以使医学影像无延迟、无卡顿传输到位，无论是远程手术，还是医联体内部医疗数据的共享及传输、医疗资源向基层医院的下沉，都有了可能。

本发明实施例提出一种心脏内科介入导管手术系统1，该心脏内科介入导管手术系统1可以应用于心脏内科介入导管手术。

如图1-图2所示，本发明实施例的心脏内科介入导管手术系统1包括：远程工作站系统10、云端服务器系统20、手术室控制中继系统30以及患者端机器人导管手术系统40。

具体而言，如图1-图2所示，远程工作站系统10包括一套或多套放置在不同地点的操作工作站100。每套操作工作站100被配置为医生导管控制输入的控制器101和医生实时查看手术情况以及患者参数的监视器。如图5所示，控制器101可以通过按键和摇杆来接收医生的控制指令，控制指令包括手术介入导管的前进和后退、手术介入导管的旋转、以及手术介入导管头端弧度的变化调整。监视器为配置监视器屏幕的工作站电脑。如图4所示，控制器101也可以耦合至监视器界面，医生可以通过工作站电脑的屏幕直接通过鼠标直接输入这些命令。当然，这两个控制指令的生成方法也可以耦合在一起，通过医生灵活选择。医生在手术过程中，通过监视器查看远端的视频图片、X光射线的二维图片、电生理三位标测信息、及手术介入导管前端发回的压力感应信号，做出综合判断，从而远程发出控制信号。

云端服务器系统20是整个系统的核心。如图6所示，云端服务器系统20包括：处理器单元200、数据存储单元210、通讯协议处理模块220、手术室中继通讯处理模块230、多工作站协同处理仲裁单元240、用户配置模块250、设备软件身份ID鉴别260、及版本兼容性处理模块270。

云端服务器系统20通过通讯协议处理模块220和远程工作站系统10完成信息交互，然后内部传送到手术室中继通讯处理模块230，转成中继命令协议格式，发给手术室控制中继系统30，完成远程工作站系统10和手术室控制中继系统30的通讯。当远程工作站系统10包括多个操作工作站100时，每个操作工作站100均可发起对话请求，多工作站协同处理仲裁单元240可以用于当活跃操作工作站100的交互结束后，系统建立新的链接，把对话控制权交到新的操作工作站100，由新的操作工作站100继续手术命令的交互。

云端服务器系统20的数据存储单元210可以云端存储包括12导联的心电信号、电生理信号、视频通讯等，同时传输信号到远程工作站系统10。

云端服务器系统20的设备软件身份ID鉴别260及版本兼容性处理模块270，可以配合工作，以用于当操作工作站的版本和手术室控制中继系统的版本不兼容时，提醒用户做软件维护或更新。

当有多个操作工作站100时，通过云端服务器系统20的多工作站协同处理仲裁单元240协议仲裁控制终端，即云端服务器系统20通过仲裁选择一个操作工作站100作为控制终端。手术室控制中继系统30最终接收来自控制终端的控制命令，并和患者端机器人导管手术系统40通讯。

患者端机器人导管手术系统40包括：介入手术导管、导管控制系统、以及手术床机械臂定位系统。导管控制系统可以控制介入手术导管完成多自由度运动。手术床机械臂定位系统用来固定及调整导管控制系统的位置。患者端机器人导管手术系统40接收控制指令后将其转化为导管控制系统中电机的工作参数。

对手术介入导管的控制可以包括手术介入导管的轴向移动、周向旋转和导管前端弧度的调整。远程端的医生可以控制手术介入导管到达心脏预定位置，通过电生理信号做判断，所有心内电生理信号及血管造影均送回到操作工作站100供医生参考。在手术室，这些信息通过手术室控制中继系统30实现。手术室控制中继系统30包括电生理多导生理仪300、体表十二导联心电仪310、电生理三维标测仪320、实时视频通讯仪330、X光机血管造影仪器340、手术室中继及监视系统350，手术室中继及监视系统350用于控制电生理多导生理仪300、体表十二导联心电仪310、电生理三维标测仪320、实时视频通讯仪330、以及X光机血管造影仪器340，完成介入手术导管400运动的监测和反馈。手术效果由体表心电图信号及心内电生理信号完成手术验证。同时，手术室控制中继系统30在患者手术端装视频摄像头，实时反映手术状况，包括射频消融的时间长短，射频功率的控制，发送程序刺激仪的脉冲信号来确认消融结果。另外，12导联心电图、心内电生理多导生理仪、信号也均通过手术室控制中继系统30送出。

手术开始前，云端服务器系统和远程工作站系统建立通讯联系，同时连接手术室控制中继系统，做好患者端手术控制的准备。手术开始后，远程工作站系统可以发送控制指令到云端服务器系统，云端服务器系统发送控制指令到手术室控制中继系统，然后控制患者端手术床边的患者端机器人导管手术系统实行手术。

具体而言，手术流程包括：

1）在手术开始后，手术室控制中继系统处于准备状态，患者端机器人导管手术系统和手术室控制中继系统完成连接，手术介入导管放置于患者心腔内。云端服务器系统等待操作工作站发起远程手术请求。

2）操作工作站发起手术请求，通过Internet，云端服务器系统接收到手术请求后，检查手术室控制中继系统是否处于打开及准备状态，如果手术室控制中继系统可以开始手术，云端服务器系统发回给操作工作站确认消息。同时通过手术室控制中继系统控制打开介入手术影像设备，包括2维心电图、多导生理仪、2维数字血管造影设备、心脏电生理3维标测设备、及视频会议系统。

3）操作工作站收到确认消息后，接收所有手术影像信息流，并开始视频会议系统。

4）医生通过操作工作站传回的手术影像信息，发出控制指令。云端服务器系统接收到控制指令后，发给手术室控制中继系统，然后控制患者端机器人导管手术系统做相应的手术介入导管的移动、打弯和旋转。

5）重复手术步骤（4），通过手术介入导管做介入手术，然后基于实时的心脏手术影像信息，发出相应的手术介入导管控制指令，由患者端机器人导管手术系统执行。

6）医生通过心脏手术影像信息作出完成手术的判断。然后发出指令，告知云端服务器系统完成手术。云端服务器系统控制手术中继系统停止手术。

7）当手术中间，有新的操作工作站发出控制指令来接管手术，云端服务器系统首先停止和操作工作站的通讯，然后确定由新的操作工作站开始发送控制指令。

8）在步骤（7）中，之前的操作工作站可以把手术控制权交给新的操作工作站，也可发出“忙碌”的信息给云端服务器系统，让新的操作工作站进行等待，继续手术。

采用本发明实施例，一套或多套远程工作站，通过手术室的中继系统完成对机器人导管系统的控制和命令传输，可以实现远程机器人的心内科介入导管射频消融手术。可以让一位或多位手术医生在远程协同完成心内科射频消融手术，可以让一位或多位手术医生在远程指导手术室医生完成患者的射频消融手术过程。可以解决医生通过远程终端完成手术的问题。可以解决远端医生指导本地医生完成手术的问题。可以解决在做复杂心脏手术，多学科联合会诊的问题。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种心脏内科介入导管手术系统，其特征在于，包括：

手术执行系统，用于在远程工作站系统的控制下，对患者进行心脏内科介入导管手术；

所述远程工作站系统，与所述手术执行系统通信连接，所述远程工作站系统用于生成控制指令并发送给所述手术执行系统，以控制所述手术执行系统运行；

所述手术执行系统还用于生成手术影像信息并发送给所述远程工作站系统，所述远程工作站系统基于所述手术影像信息生成所述控制指令；

所述手术影像信息包括：电生理多导生理仪导出图、体表十二导联心电仪导出图、电生理三维标测仪导出图、手术室实时视频、手术室图片、以及X光机血管造影仪器导出图；

所述系统还包括：

云端服务器系统，与所述手术执行系统、以及所述远程工作站系统均通信连接，所述云端服务器系统用于接收所述手术执行系统发送的所述手术影像信息并转发给所述远程工作站系统；接收所述远程工作站系统发送的所述控制指令并有选择地转发给所述手术执行系统；

所述远程工作站系统包括多个操作工作站，多个所述操作工作站均与所述云端服务器系统通信连接，

所述云端服务器系统用于接收所述手术执行系统发送的所述手术影像信息并将所述手术影像信息发送给各个所述操作工作站，

所述云端服务器系统还用于接收多个所述操作工作站发送的多个控制指令，并对所述多个控制指令进行仲裁后确定一个要使用的控制指令并将要使用的控制指令发送给所述手术执行系统。

2.如权利要求1所述的心脏内科介入导管手术系统，其特征在于，所述手术执行系统包括：

患者端机器人导管手术系统，用于对患者进行心脏内科介入导管手术；

手术室控制中继系统，与所述患者端机器人导管手术系统、以及所述云端服务器系统均通信连接，所述手术室控制中继系统用于生成所述手术影像信息并发送给所述云端服务器系统；接收所述云端服务器系统发送的所述控制指令并转发给所述患者端机器人导管手术系统。

3.如权利要求2所述的心脏内科介入导管手术系统，其特征在于，所述患者端机器人导管手术系统包括：

手术介入导管，用于在导管控制系统的控制下，伸入患者体内并完成心脏内科介入导管手术；

导管控制系统，与所述手术介入导管连接，所述导管控制系统与所述手术室控制中继系统、以及所述手术介入导管均通信连接，以接收所述云端服务器系统发送的所述控制指令并基于所述控制指令控制所述手术介入导管多自由度运动；

手术床机械臂定位系统，与所述手术室控制中继系统、以及所述导管控制系统均通信连接，以接收所述云端服务器系统发送的所述控制指令并基于所述控制指令控制所述导管控制系统运动。

4.如权利要求2所述的心脏内科介入导管手术系统，其特征在于，所述手术室控制中继系统包括以下仪器中的至少一种：电生理多导生理仪、体表十二导联心电仪、电生理三维标测仪、实时视频通讯仪、以及X光机血管造影仪器。

5.如权利要求1所述的心脏内科介入导管手术系统，其特征在于，所述操作工作站包括控制器和监控器，所述监控器用于采集所述手术影像信息，所述控制器用于基于所述手术影像信息生成所述控制指令。

6.如权利要求5所述的心脏内科介入导管手术系统，其特征在于，所述控制器包括按键和/或摇杆。

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