一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)及其修復方法
【專利摘要】一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)及其修復方法，所述的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元。根據(jù)成像單元實時采集的信息，操控控制單元，驅動包括三個六自由度機械臂及其端部的執(zhí)行器械在內的執(zhí)行單元進行操作，以此來進行病變組織的切除和新組織的修復與成形。本發(fā)明基于微創(chuàng)手術和組織成形原理，先將病變需要切除的組織切除，并從體內抽吸出來，再將含細胞的高分子溶液噴涂在設定位置形成細胞層，最后在細胞層外面噴涂高分子溶液形成保護膜。按照設定的步驟，進行組織修復與成形。本發(fā)明對患者造成的創(chuàng)傷較小，并且可實現(xiàn)多種材料和多種細胞在體內位置上的準確定位，快速修復體內病變組織并恢復其組織功能。
【專利說明】一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)及其修復方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在患者體內使用的醫(yī)療系統(tǒng)，特別涉及一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)及其修復方法。
[0002]【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種在患者體內使用的醫(yī)療系統(tǒng)，屬于醫(yī)療設備【技術領域】。
【背景技術】
[0004]大塊軟組織及內臟器官(如心、肝、脾、肺、腎等)，是人體的重要組成部分，由于疾病、創(chuàng)傷和老化引起的相關損傷和功能障礙，嚴重危害人體健康和生命質量。傳統(tǒng)的手術，需要以刀、剪、針等器械在人體局部進行操作，是外科的主要治療方法，俗稱“開刀”。目的是醫(yī)治或診斷疾病，如去除病變組織、修復損傷、移植器官、改善機體的功能和形態(tài)等，是一種破壞組織完整性(切開)，或使完整性受到破壞的組織復原(縫合)的操作。因此傳統(tǒng)手術有較大的缺陷:
[0005]I)創(chuàng)口大:傳統(tǒng)長切口≥10cm，疤痕呈長線狀，影響美觀；
[0006]2)疼痛大:傳統(tǒng)手術需要開腹，術后切口部位常伴有疼痛、酸脹、麻木感；
[0007]3)恢復慢:傳 統(tǒng)手術由于切口大，且會造成切口附近肌肉、血管和相應神經(jīng)的損傷，有可能伴隨某些組織感染并發(fā)癥，因此患者恢復速度慢。
[0008]4)住院時間長:術后24小時下床，7-15天出院，費用相對高。
[0009]5)出血多:傳統(tǒng)手術分離組織廣泛，出血量比較大。傳統(tǒng)開刀的切口感染或脂肪液化、切口裂開，一直是無法避免的問題。
[0010]為了克服傳統(tǒng)手術的缺陷，出現(xiàn)了微創(chuàng)手術，即通過腹腔鏡、胸腔鏡等內窺鏡在人體內施行手術的一種新技術。微創(chuàng)手術無須開刀，只需在病人身上開1-3個0.5-1厘米的小孔，病人不留疤痕、無疼痛感、只需3-5天便可完成檢查、治療、康復全過程。降低了傳統(tǒng)手術對人體的傷害，極大地減少了疾病給患者給來的不便和痛苦。微創(chuàng)手術具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、恢復快的優(yōu)越性。
[0011]微創(chuàng)手術是在小尺度范圍內進行高精確的操作，這就要求主刀醫(yī)師的經(jīng)驗和體力有著非常高的要求。如果引入基于微創(chuàng)技術的醫(yī)療系統(tǒng)則可以很好的解決這種困難，微創(chuàng)手術醫(yī)療系統(tǒng)可以憑借機器人系統(tǒng)自身的高穩(wěn)定性和高精度來保持端部操作的準確，通過體外CT掃描和體內內窺鏡的引導實時顯示良好的手術圖像。
[0012]申請?zhí)?01110166848.8的專利文獻公布了一種微創(chuàng)醫(yī)療裝置。該裝置包括工具端、操作端、偵測單元、信號處理模塊、信息控制模塊和警示裝置。此種設計可以讓醫(yī)師參考屏幕上顯示的應力、應變和溫度等信號來進行手術而不是自身的感覺，從而讓手術更精確、更安全。但是，此種裝置也有一定的不足之處:
[0013]①功能不夠完善，一般組織病變壞死需要切除后，也需要進行細胞打印、組織修復并恢復其應有的功能。②只有一個操作端，實際手術過程中需要用到的醫(yī)療器械有切除、弓丨流、止血、內窺鏡等裝置，這就至少需要三套機械臂進行相互配合。③自由度較低，六自由度操作裝置才能有效的模擬人的手臂的運動，保證手術順暢、高效的完成。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明針對已有技術的不足之處，提供一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)及其修復方法，本發(fā)明基于微創(chuàng)手術和細胞打印技術，先將病變需要切除的組織切除，并從體內抽吸出來，然后再將含細胞的高分子溶液噴涂在設定位置形成細胞層，最后在細胞層外面噴涂高分子溶液形成保護膜。按照設定的步驟，進行組織修復與成形。本發(fā)明能大幅減少醫(yī)師在手術時的體力消耗，動作準確穩(wěn)定，給病人造成的身體創(chuàng)傷小，組織功能恢復快。
[0015]本發(fā)明的技術方案如下:
[0016]一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元；成像單元包括顯示屏、體外攝像頭和內窺鏡；執(zhí)行單元包括三個機械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個機械臂是六自由度機械臂，分別為一號機械臂、二號機械臂和三號機械臂，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接，機械臂端部安裝有卡緊器；執(zhí)行器械為手術器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個機械臂安裝在支撐臺上，內窺鏡安裝在其中的一個機械臂的端部，噴涂槍和手術器械分別安裝在其余兩個機械臂端部；高壓氣體源通過管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過連接管路與噴涂槍相連接，并通過線路接收控制單元的控制信號；體外攝像頭安裝在支撐臺的頂端位置，將拍攝畫面通過線路輸送到顯示屏；控制單元與顯示屏集成安裝在一起。
[0017]本發(fā)明的另一技術特征是:所述的執(zhí)行器械還包括激光照射頭，激光照射頭和內窺鏡安裝在同一個機械臂 的端部。
[0018]基于技術方案I所述系統(tǒng)的一種體內組織直接修復方法，包括如下步驟:
[0019]I)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0020]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0021]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍，一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的噴涂槍在指定位置上噴涂交聯(lián)劑使材料固化并形成組織結構；
[0022]4) 二號機械臂110帶動端部器械到達設定位置并噴射裝有不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織結構表面噴涂并在成形體外表面形成一層保護膜，最終實現(xiàn)在體內直接對病變組織進行修復。
[0023]所述的含細胞的高分子溶液和交聯(lián)劑分別為含細胞的海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液，或為含細胞的纖維蛋白原溶液和凝血酶溶液，其中，海藻酸鈉溶液的質量體積濃度為0.1-5% (w/v)，氯化鈣溶液的質量體積濃度為1-10% (w/v)，纖維蛋白原溶液的質量體積濃度為0.01-5% (w/v)，凝血酶溶液的質量體積濃度為50-200U/mL，其中細胞密度為I X IO5個/mL-Ι X IO7個/mL，所述的細胞是成體細胞、胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞和脂肪干細胞中的一種或幾種的組合，所述的成體細胞為成骨細胞、肝細胞、心肌細胞、星狀細胞或成纖維細胞；步驟4)中所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液或乳酸與乙醇酸共聚物溶液，聚氨酯或乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑制成質量百分濃度為1^-30%的溶液，所述的有機溶劑采用二甲基亞砜、四乙二醇或1.4 二氧六環(huán)。
[0024]基于技術方案2所述系統(tǒng)的一種體內組織直接修復方法，包括如下步驟:
[0025]I)首先 對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0026]2)利用內窺鏡(301)和體外攝像頭(109)分別檢查體內和體外狀態(tài)，利用一號機械臂(107)和二號機械臂(110)端部安裝的手術器械將病變組織切除并移除體外；
[0027]3)再在一號機械臂(107)和二號機械臂(110)的端部分別安裝噴涂槍，一號機械臂(107)端部的噴涂槍裝有含細胞的高分子溶液，二號機械臂(110)端部的噴涂槍裝有不含細胞的高分子溶液；
[0028]4) 一號機械臂(107)端部的噴涂槍在病變組織上噴涂含細胞的高分子溶液，然后通過三號機械臂(103)上的激光照射頭照射，使噴涂的高分子溶液固化并形成組織結構；然后利用二號機械臂(110)的噴涂槍在固化并形成的組織結構表面噴涂不含細胞的高分子溶液，最終在體內實現(xiàn)直接修復病變組織。
[0029]所述的含細胞的高分子溶液為含聚乙二醇丙烯酸酯、樟腦醌、聚乙二醇、明膠、生長因子和細胞的水溶液，其中，聚乙二醇丙烯酸酯和聚乙二醇的質量百分濃度分別為30% -60%和5% -10%，樟腦醌質量百分濃度為3% -5% ;明膠的質量體積濃度為
0.05g-0.5g/ml，生長因子質量體積濃度為10-50ng/ml，細胞濃度為I X IO5個/ml_l X IO7個/ml，所述的細胞是成體細胞、胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞和脂肪干細胞中的一種或幾種的組合，所述的成體細胞為成骨細胞、肝細胞、心肌細胞、星狀細胞或成纖維細胞；所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液或乳酸與乙醇酸共聚物溶液，聚氨酯或乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑制成質量百分濃度為1% -30%的溶液，所述的有機溶劑采用二甲基亞砜、四乙二醇或1.4 二氧六環(huán)。
[0030]本發(fā)明具有以下優(yōu)點和突出性效果:
[0031]①本發(fā)明的成像單元包含體外攝像頭和內窺鏡，實時提供機械臂及端部器械的位置及患者體外寬范圍視野，方便器械精確定位；內窺鏡可引導執(zhí)行端進行精細的手術操作，兩種裝置的配合使用大大提高了手術中精準度。②本發(fā)明采用的是六自由度機械臂，可以精確的模擬醫(yī)師的手臂動作，并擁有較大的工作范圍，憑借機器人系統(tǒng)自身的高穩(wěn)定性和高精度來保持端部操作的準確；采用多套機械臂作為執(zhí)行部件，在執(zhí)行部件的端部安裝與手術相關的多套工具，可以進行相互配合進行復制的手術，更減少了因為將手術工具撤出換裝而延長的手術時間，可以大幅減小病人的痛苦時間。③本發(fā)明基于微創(chuàng)手術和細胞打印技術，先將病變需要切除的組織切除，并從體內抽吸出來，然后再將含細胞的高分子溶液噴涂在設定位置形成細胞層，最后在細胞層外面噴涂高分子溶液形成保護膜，能在較短的時間內恢復組織應有的功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明一種可在體內直接組織修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)實施例的三維結構簡圖。
[0033]圖2是機械臂及其端部卡緊器示意圖。[0034]圖3a、3b和3c分別是內窺鏡和部分執(zhí)行器械示意圖。
[0035]圖4是體內組織修復示意圖。
[0036]圖5是本發(fā)明一種可在體內直接組織修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)控制示意圖。
[0037]圖6是本發(fā)明一種可在體內直接組織修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)控制線路連接圖。
[0038]圖7是本發(fā)明一種體內組織直接修復方法操作流程圖。
[0039]圖中:101-顯示屏；102_操控按鈕；103-操控手柄；104-控制箱；105-踏板；106-手術臺；107_ —號機械臂；108-三號機械臂；109_體外攝像頭；110_ 二號機械臂；111-支撐臺；201-卡緊器；301-內窺鏡；302_引流器；303_直剪；401_患者；402_組織修復結構體；403-病變組織；404_執(zhí)行器械。
【具體實施方式】
[0040]為了進一步理解本發(fā)明的技術方案，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0041]本發(fā)明 針對已有技術的不足之處，提供一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)及其修復方法，本發(fā)明基于微創(chuàng)手術和細胞打印技術，先將病變需要切除的組織切除，并從體內抽吸出來，然后再將含細胞的高分子溶液噴涂在設定位置形成細胞層，最后在細胞層外面噴涂高分子溶液形成保護膜。按照設定的步驟，進行組織修復與成形。
[0042]圖1是本發(fā)明一種可在體內直接組織修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)實施例的三維結構簡圖，該系統(tǒng)包括支撐臺111、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元；成像單元包括顯示屏101、體外攝像頭109和內窺鏡301 ;執(zhí)行單元包括三個機械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個機械臂是六自由度機械臂，分別為一號機械臂107、二號機械臂110和三號機械臂108，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接，機械臂端部安裝有卡緊器201 ;執(zhí)行器械手術器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個機械臂安裝在支撐臺111上，內窺鏡301和激光照射頭安裝在其中的一個機械臂的端部，噴涂槍和手術器械分別安裝在其余兩個機械臂端部；高壓氣體源通過管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過連接管路與噴涂槍相連接，并通過線路接收控制單元的控制信號；體外攝像頭109安裝在支撐臺111的頂端位置，將拍攝畫面通過線路輸送到顯示屏101 ;控制單元與顯示屏101集成安裝在一起。
[0043]一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的實施例2與實施例1相比，在執(zhí)行器械中增加了激光照射頭，激光照射頭和內窺鏡安裝在同一個機械臂的端部，其余結構不變。
[0044]圖1是本發(fā)明一種可在體內直接組織修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)的三維結構簡圖，該系統(tǒng)包括:顯示屏101、操控按鈕102、操控手柄103、控制箱104、踏板105、手術臺106、一號機械臂107、三號機械臂108、體外攝像頭109、二號機械臂110和支撐臺111。
[0045]顯示屏101、操控按鈕102、操控手柄103、控制箱104和踏板105安裝在同一機架上，方便醫(yī)師坐姿操控設備，減小長時間手術造成的體力消耗。
[0046]三個六自由度機械臂安裝在支撐臺111上，中間的三號機械臂108端部安裝有內窺鏡系統(tǒng)，其余兩個分別安裝相應的手術器械；體外攝像頭109也安裝在支撐臺111的頂端位置，可以有效的監(jiān)控三個機械臂準確的進入體內位置。[0047]支撐臺111設置在手術臺106旁，根據(jù)實際需要可以進行相關距離的調整。
[0048]控制箱104和機械臂、體外攝像頭109及內窺鏡301之間通過電氣線路進行連接，數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)無線接收模塊的加入支持進行遠程醫(yī)療，對機械臂進行遠程遙控。
[0049]顯示屏101是可對手術中的視覺類和非視覺類信息進行實時顯示，視覺類信息包括體外攝像頭拍攝的三個機械臂的進入位置，內窺鏡301拍攝的機械臂端部執(zhí)行器的操作、及位置 ；非視覺類信息包括位置、速度信息和力的信息，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤可以提供位置和速度信息，在機械臂的端部位置也安裝有力傳感器，提供力的信息。
[0050]操控按鈕102能對伺服電機的行進速度等參數(shù)進行設置。
[0051]操控手柄103，可對端部安裝有執(zhí)行器的兩個機械臂及執(zhí)行器進行實時操控。
[0052]踏板105，可對端部安裝內窺鏡的機械臂及內窺鏡301進行實時操控，能將內窺鏡對焦在關注的手術區(qū)域。
[0053]六自由度機械臂及其端部的卡緊器201如圖2所示，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路向控制單元反饋位置和速度信息。
[0054]機械臂的端部安裝有卡緊器201，以此來卡緊和換裝執(zhí)行器械，卡緊器201以高壓氣體為動力源，接受控制單元的信號進行卡緊和松開端部器械。
[0055]內窺鏡301和部分執(zhí)行器械如圖3所示，其中內窺鏡301如圖3a所示、引流器302如圖3b所示、直剪303如圖3c所示，起切除作用的是直剪303，引流器302起到引流作用，將切除的病變組織移送到體外，此外還有組織修復的器械，通過微管的輸入含細胞高分子溶液在指定位置，三號機械臂108的端部除了內窺鏡301也安裝有激光照射頭，在激光的照射下含細胞的高分子溶液會迅速固化成形，用于溶液的噴涂槍和引流器302結構相同，但是液體的流動方向相反，它也是以高壓氣體為動力源。
[0056]本發(fā)明中使用的高壓氣體源包括空壓機、壓力表、儲氣罐、冷卻器、過濾器?？諌簷C產生高壓空氣，然后高壓空氣輸送到儲氣罐存儲，儲氣罐不僅有儲存壓縮氣體的功能，也可以降低壓縮氣體壓力的波動。壓力表顯示儲氣罐中的氣體壓力值。儲氣罐送出的高壓空氣具有很高的溫度，需要經(jīng)冷卻器將其溫度降低到符合工作要求的溫度值，然后再有過濾器將高壓空氣中的水、油以及其他雜質顆粒進行徹底的過濾。高壓氣體接通到噴頭控制器上，從噴頭吐控制器出來的高壓氣體連通噴涂槍來噴涂液體。
[0057]圖5是本發(fā)明一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)控制示意圖，手術醫(yī)師是整個系統(tǒng)的操控者，他通過操控手柄103、踏板105和操控按鈕102來輸入操控信息,然后經(jīng)控制單元將將控制信號傳遞到機械臂、端部器械和成像單元；成像單元實時的采集、顯示病體外部和內部的圖像信息以及機械臂的狀態(tài)，能為醫(yī)師的操作提供實時依據(jù)。
[0058]圖6是本發(fā)明一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)控制線路連接圖，本發(fā)明的控制系統(tǒng)是基于工控機和運動控制卡PMACl相結合，直流電源為整個系統(tǒng)提供能量輸入，操控手柄103、踏板105、操控按鈕102、顯示屏101、體外攝像頭109、內窺鏡301和數(shù)據(jù)無線發(fā)送模塊通過線路連接到工控機的相應端口。運動控制卡PMACl通過插槽插入工控機內部，運動控制卡PMACl通過本身的端口和數(shù)據(jù)無線接受模塊、限位開關相連接接受他們發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并通過自身的I/o端口與傳感器、噴頭控制器相接，進而通過對噴頭控制器發(fā)送通斷信號來控制噴涂槍的啟停。三個六自由度機械臂的動力源為伺服電機，每個伺服電機都通過相應的驅動器和運動控制卡PMACl的端口相連接，接收發(fā)送過來的信號。
[0059]實施例1:基于本發(fā)明所述的一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)(實施例1)，本發(fā)明一種體內組織直接修復方法操作流程如圖7所示，包括如下步驟:
[0060]I)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0061]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0062]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍，一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的噴涂槍在指定位置上噴涂交聯(lián)劑使材料固化并形成組織結構；
[0063]4) 二號機械臂110帶動端部器械到達設定位置并噴射裝有不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織器官三維結構支架表面噴涂并在成形體外表面形成一層保護膜，最終制造出具有空間復雜形狀和多種細胞的組織器官前體。
[0064]步驟3)中所述的含細胞的高分子溶液和交聯(lián)劑分別為含細胞的海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液，其中，海藻酸鈉溶溶液質量體積濃度為0.1% (w/v)，氯化鈣溶液的質量體積濃度為1% (?/V)，所述的細胞是肝細胞與脂肪干細胞，兩種細胞密度均為IX IO5個/mL ;步驟4)中所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液,聚氨酯溶液為將聚氨酯溶于有機溶劑四乙二醇制成質量百分 濃度為I %的溶液。
[0065]實施例2:
[0066]I)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0067]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0068]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍,一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的噴涂槍在指定位置上噴涂交聯(lián)劑使材料固化并形成組織結構；
[0069]4) 二號機械臂110帶動端部器械到達設定位置并噴射裝有不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織器官三維結構支架表面噴涂并在成形體外表面形成一層保護膜，最終制造出具有空間復雜形狀和多種細胞的組織器官前體。
[0070]步驟3)中所述的含細胞的高分子溶液和交聯(lián)劑分別為含細胞的纖維蛋白原溶液和凝血酶溶液，其中，纖維蛋白原溶液的質量體積濃度為3% (w/v)，凝血酶溶液的質量體積濃度為100U/mL ;所述的細胞是星狀細胞與胚胎干細胞的兩種組合，兩種細胞密度均為I X IO6個/mL ;步驟4)中所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液，聚氨酯溶液為將聚氨酯溶于有機溶劑1.4 二氧六環(huán)中質量濃度為20%的溶液。
[0071]實施例3:
[0072]I)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；[0073]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0074]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍，一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的噴涂槍在指定位置上噴涂交聯(lián)劑使材料固化并形成組織結構；
[0075]4) 二號機械臂110帶動端部器械到達設定位置并噴射裝有不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織器官三維結構支架表面噴涂并在成形體外表面形成一層保護膜，最終制造出具有空間復雜形狀和多種細胞的組織器官前體。
[0076]步驟3)中所述的含細胞的高分子溶液和交聯(lián)劑分別為含細胞的海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液，其中，海藻酸鈉溶液的質量體積濃度為5% (w/v)，氯化鈣溶液的質量體積濃度為10% (w/v)，所述的細胞是肝細胞和胚胎干細胞的兩者組合，兩種細胞密度均為為I X IO7個/mL ;步驟4)中所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液，聚氨酯溶液為將聚氨酯溶于有機溶劑四乙二醇中制成質量濃度為30 %的溶液。
[0077]實施例4:
[0078]1)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0079]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0080]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍，一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的激光照射頭照射在指定位置上使噴涂的高分子溶液固化并形成組織結構；
[0081]4) 二號機械臂110帶動端部噴涂槍到達設定位置，并噴射不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織結構表面噴涂并形成一層保護膜，最終實現(xiàn)在體內直接修復病變組織。
[0082]步驟3)中所述的含細胞的高分子溶液為含聚乙二醇丙烯酸酯、樟腦醌、聚乙二醇、明膠、生長因子和細胞的水溶液，聚乙二醇丙烯酸酯和聚乙二醇溶于水中質量百分濃度分別為30%和5%，明膠的質量體積濃度為0.05g/ml，樟腦醌質量百分濃度為3%，生長因子質量體積濃度為10/ml，其中所述的細胞是肝細胞和脂肪干細胞的兩者組合，兩種細胞濃度為I X IO5個/ml，步驟4)不含細胞的高分子溶液是乳酸與乙醇酸共聚物溶液，乳酸與乙醇酸共聚物溶液為乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑四乙二醇制成質量百分濃度為1%的溶液。
[0083]實施例5:
[0084]I)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0085]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0086]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍,一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的激光照射頭照射在指定位置上使噴涂的高分子溶液固化并形成組織結構；[0087]4) 二號機械臂110帶動端部噴涂槍到達設定位置，并噴射不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織結構表面噴涂并形成一層保護膜，最終實現(xiàn)在體內直接修復病變組織。
[0088]步驟3)中所述的含細胞的高分子溶液為含聚乙二醇丙烯酸酯、樟腦醌、聚乙二醇、明膠、生長因子和細胞的水溶液，聚乙二醇丙烯酸酯和聚乙二醇溶于水中質量百分濃度分別為40%和6%，明膠的質量體積濃度為0.2g/ml，樟腦醌質量百分濃度為4%，生長因子質量體積濃度為30ng/ml，其中所述的細胞是心肌細胞和脂肪干細胞的兩者組合，兩種細胞濃度為I X IO6個/ml，步驟4)不含細胞的高分子溶液是乳酸與乙醇酸共聚物溶液，乳酸與乙醇酸共聚物溶液為乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑四乙二醇制成質量百分濃度為20%的溶液。
[0089]實施例6:
[0090]I)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；
[0091]2) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外；
[0092]3) 一號機械臂107和二號機械臂110的端部換裝噴涂槍，一號機械臂107帶動端部器械到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂108上的激光照射頭照射在指定位置上使噴涂的高分子溶液固化并形成組織結構；
[0093]4) 二號機械臂1 10帶動端部噴涂槍到達設定位置，并噴射不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織結構表面噴涂并形成一層保護膜，最終實現(xiàn)在體內直接修復病變組織。
[0094]步驟3)中所述的含細胞的高分子溶液為含聚乙二醇丙烯酸酯、樟腦醌、聚乙二醇、明膠、生長因子和細胞的水溶液，聚乙二醇丙烯酸酯和聚乙二醇溶于水中質量百分濃度分別為60%和10%，明膠的質量體積濃度為0.5g/ml，樟腦醌質量百分濃度為5%，生長因子質量體積濃度為50ng/ml，其中所述的細胞是肝細胞和脂肪干細胞的兩者組合，兩種細胞濃度均為I X IO7個/ml，步驟4)不含細胞的高分子溶液是乳酸與乙醇酸共聚物溶液，乳酸與乙醇酸共聚物溶液為乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑四乙二醇制成質量百分濃度為30%的溶液。
【權利要求】
1.一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于:所述的醫(yī)療系統(tǒng)包括支撐臺(111)、成像單元、執(zhí)行單元、成形單元和控制單元；成像單元包括顯示屏(101)、體外攝像頭(109)和內窺鏡(301);執(zhí)行單元包括三個機械臂及其端部的執(zhí)行器械；所述的三個機械臂是六自由度機械臂，分別為一號機械臂(107)、二號機械臂(110)和三號機械臂(108)，機械臂的六個自由度由六個伺服電機作為動力源，每個伺服電機的后端安裝有光電碼盤，光電碼盤通過線路與控制單元連接，機械臂端部安裝有卡緊器(201);執(zhí)行器械為手術器械；成形單元包括高壓氣體源、噴涂槍和噴頭控制器；三個機械臂安裝在支撐臺(111)上，內窺鏡(301)安裝在其中的一個機械臂的端部，噴涂槍和手術器械分別安裝在其余兩個機械臂端部；高壓氣體源通過管路與噴頭控制器；所述噴頭控制器通過連接管路與噴涂槍相連接，并通過線路接收控制單元的控制信號；體外攝像頭(109)安裝在支撐臺(111)的頂端位置，將拍攝畫面通過線路輸送到顯示屏；控制單元與顯示屏集成安裝在一起。
2.按照權利要求1所述的一種體內組織直接修復與成形的醫(yī)療系統(tǒng)，其特征在于:所述的執(zhí)行器械還包括激光照射頭，內窺鏡(301)和激光照射頭安裝在同一個機械臂的端部。
3.采用如權利要求1所述系統(tǒng)的一種體內組織直接修復方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 1)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用； 2)一號機械臂(107)和二號機械臂(110)的端部安裝手術器械，通過微創(chuàng)手術切除病變組織，并將切除后的組織移除體外； 3)—號機械臂(107)和二號機械臂(110)的端部換裝噴涂槍，一號機械臂(107)帶動噴涂槍到達設定位置并噴射出含細胞的高分子溶液，三號機械臂(108)上的噴涂槍在指定位置上噴涂交聯(lián)劑使材料固化并形成組織結構； 4)二號機械臂(110)帶動噴涂槍到達設定位置并噴射裝有不含細胞的高分子溶液，在步驟3)形成的組織結構表面噴涂一層保護膜，最終實現(xiàn)在體內直接對病變組織進行修復。
4.如權利要求3所述的一種體內組織直接修復方法，其特征在于:所述的含細胞的高分子溶液和交聯(lián)劑分別為含細胞的海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液，或為含細胞的纖維蛋白原溶液和凝血酶溶液，其中，海藻酸鈉溶液的質量體積濃度為0.1-5% (w/v)，氯化鈣溶液的質量體積濃度為1-10% (w/v)，纖維蛋白原溶液的質量體積濃度為0.01-5% (w/v)，凝血酶溶液的質量體積濃度為50-200U/mL，其中細胞密度為IX IO5個/mL_lX IO7個/mL，所述的細胞是成體細胞、胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞和脂肪干細胞中的一種或幾種的組合；所述的成體細胞為成骨細胞、肝細胞、心肌細胞、星狀細胞或成纖維細胞；步驟4)中所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液或乳酸與乙醇酸共聚物溶液，聚氨酯或乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑制成質量百分濃度為1% -30%的溶液，所述的有機溶劑采用二甲基亞砜、四乙二醇或1.4 二氧六環(huán)。
5.采用如權利要求2所述系統(tǒng)的一種體內組織直接修復方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 1)首先對患者進行CT掃描，確定病變組織的位置，然后提取健康細胞進行細胞體外增殖，制成含細胞的高分子溶液，備用；2)利用內窺鏡(301)和體外攝像頭(109)分別檢查體內和體外狀態(tài)，利用一號機械臂(107)和二號機械臂(110)端部安裝的手術器械將病變組織切除并移除體外； 3)再在一號機械臂(107)和二號機械臂(110)的端部分別安裝噴涂槍,一號機械臂(107)端部的噴涂槍裝有含細胞的高分子溶液，二號機械臂(110)端部的噴涂槍裝有不含細胞的高分子溶液； 4)一號機械臂(107)端部的噴涂槍在病變組織上噴涂含細胞的高分子溶液，然后通過三號機械臂(103)上的激光照射頭照射，使噴涂的高分子溶液固化并形成組織結構；然后利用二號機械臂(110)的噴涂槍在固化并形成的組織結構表面噴涂不含細胞的高分子溶液，最終在體內實現(xiàn)直接修復病變組織。
6.如權利要求5所述的一種體內組織直接修復方法，其特征在于:所述的含細胞的高分子溶液為含聚乙二醇丙烯酸酯、樟腦醌、聚乙二醇、明膠、生長因子和細胞的水溶液，其中，聚乙二醇丙烯酸酯和聚乙二醇的質量百分濃度分別為30% -60%和5% -10%，樟腦醌質量百分濃度為3% -5% ;明膠的質量體積濃度為0.05g-0.5g/ml，生長因子質量體積濃度為10-50ng/ml，細胞濃度為lX105f/ml-lX107f/ml ;所述的細胞是成體細胞、胚胎干細胞、骨髓間充質干細胞和脂肪干細胞中的一種或幾種的組合，所述的成體細胞為成骨細胞、肝細胞、心肌細胞、星狀細胞或成纖維細胞；所述的不含細胞的高分子溶液為聚氨酯溶液或乳酸與乙醇酸共聚物溶液，聚氨酯或乳酸與乙醇酸共聚物溶于有機溶劑制成質量百分濃度為1% -30%的溶液，有 機溶劑采用二甲基亞砜、四乙二醇或1.4 二氧六環(huán)。
【文檔編號】A61B17/32GK104000637SQ201410236051
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王小紅, 劉利彪 申請人:清華大學