[發(fā)明專利]剛度可變的柔性內(nèi)窺鏡機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210546744.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN103006165A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳衛(wèi)東;鄧韜;王賀升;王曉舟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B1/005
• 分類號(hào): A61B1/005;A61B1/012
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種醫(yī)療內(nèi)窺鏡技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)窺鏡機(jī)器人系統(tǒng)，具體是一種剛度可變的柔性內(nèi)窺鏡機(jī)器人。

背景技術(shù)

一般地，內(nèi)窺鏡由操作部分與插入部分構(gòu)成，插入部分又分為軟質(zhì)部分與彎曲部分。其中，軟質(zhì)部分為從操作部分延伸出來(lái)的細(xì)長(zhǎng)軟管，具有撓性；彎曲部分位于軟質(zhì)部分頂端，相對(duì)較短，通過(guò)操作部分可控制其在一個(gè)或兩個(gè)方向上彎曲。

目前，醫(yī)用內(nèi)窺鏡的插入部分相對(duì)于人體組織較為堅(jiān)硬，插入體腔的主要方法為在患者體外施力推進(jìn)。推進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)插入的導(dǎo)管在體腔深處遇到狹小、彎曲等復(fù)雜環(huán)境時(shí)，一方面由于軟質(zhì)部分無(wú)法主動(dòng)彎曲，與人體組織間作用較大，患者不適感較強(qiáng)烈；另一方面，由于人體組織的柔韌性，外部推力一旦解除，插入部分會(huì)因組織反推力被推回，推進(jìn)效果不佳。這些也導(dǎo)致了操作者難以精確控制導(dǎo)管末端位姿，在目標(biāo)區(qū)域精細(xì)操作時(shí)可能需要反復(fù)調(diào)整，長(zhǎng)時(shí)間工作易疲勞。

為了解決上述問(wèn)題，球囊式內(nèi)窺鏡及球囊插入輔助工具相繼被提出，例如，日本專利公報(bào)特開昭59-181121號(hào)提出的，通過(guò)內(nèi)窺鏡器械通道插入一球囊裝置至最前段，并可在遠(yuǎn)近方向上移動(dòng)。該球囊裝置能夠在一定程度上減少推進(jìn)中阻力，但由于球囊必須通過(guò)器械通道，實(shí)際可使用的球囊較小。另外，如日本專利公報(bào)特開平8-299261號(hào)所述的內(nèi)窺鏡，在插入部分外周安置有一氣囊，通過(guò)管內(nèi)的絲杠進(jìn)給結(jié)構(gòu)可在遠(yuǎn)近方向上移動(dòng)氣囊。雖然該裝置中氣囊體積有所增加，但其進(jìn)退量依賴于絲杠結(jié)構(gòu)的開孔大小，實(shí)際可移動(dòng)量小，操作也比較費(fèi)時(shí)。此外，還有如日本專利公報(bào)特開2002-301019號(hào)提出的一種雙氣囊式內(nèi)窺鏡裝置，通過(guò)插入部及其外套管上的兩氣囊在腔內(nèi)交替膨脹、收縮，實(shí)現(xiàn)了二者的交替固定、推進(jìn)。

在上述內(nèi)窺鏡及現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)例中，球囊輔助部件大多數(shù)都固定在插入導(dǎo)管前端，或僅能夠在前端小范圍內(nèi)移動(dòng)，作用區(qū)域十分有限，而且也仍無(wú)法控制軟質(zhì)部分的剛度。摩擦大、推進(jìn)難、操作繁瑣等內(nèi)窺鏡常見的問(wèn)題依然不同程度的存在。

因此，為進(jìn)一步改善內(nèi)窺鏡性能，降低操作者工作強(qiáng)度，減輕患者痛苦，自主式或半自主式內(nèi)窺鏡逐漸成為生物醫(yī)療器械行業(yè)競(jìng)相研究和開發(fā)的重點(diǎn)。如我國(guó)上海交通大學(xué)研制的，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00410054206.9的主動(dòng)式腸道內(nèi)窺鏡機(jī)器人系統(tǒng)，利用仿生學(xué)原理，采用直線電磁驅(qū)動(dòng)方式，使機(jī)器人在腸道中蠕動(dòng)。又如哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910072751.3的連續(xù)體型半自主式內(nèi)窺鏡機(jī)器人，通過(guò)多個(gè)關(guān)節(jié)萬(wàn)向節(jié)環(huán)串聯(lián)，采用鋼絲與彈簧配合驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)十個(gè)自由度的復(fù)合彎曲運(yùn)動(dòng)以適應(yīng)腸道復(fù)雜狀況。此外，日本Tohoku大學(xué)利用記憶合金驅(qū)動(dòng)，研制成適于腸道或血管環(huán)境的蛇形驅(qū)動(dòng)裝置；美國(guó)加州理工學(xué)院研制出氣動(dòng)型內(nèi)窺鏡機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)氣體壓力的增大和減小來(lái)控制機(jī)體的前進(jìn)與倒退。

上述幾種內(nèi)窺鏡機(jī)器人系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡可控自由度明顯增多，但現(xiàn)有實(shí)例中幾乎全部采用了傳統(tǒng)硬質(zhì)材料，裝置剛度均不可變。而且，大部分系統(tǒng)都采用形狀記憶合金或者氣流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。一方面，進(jìn)行腔內(nèi)操作的醫(yī)療器械采用硬質(zhì)材料會(huì)存在一定的安全隱患，也會(huì)給患者帶來(lái)一定不適感；另一方面，記憶合金或氣流驅(qū)動(dòng)的方式都難以精確控制，實(shí)用性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種剛度可變的柔性內(nèi)窺鏡機(jī)器人。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種剛度可變的柔性內(nèi)窺鏡機(jī)器人，包括導(dǎo)管部件、驅(qū)動(dòng)部件、流體供給部件以及球囊部件，其中，所述導(dǎo)管部件的一端與驅(qū)動(dòng)部件相連接，所述球囊部件設(shè)置在導(dǎo)管部件自由端的端部，所述流體供給部件通過(guò)流體用管與球囊部件相連接；所述導(dǎo)管部件由軟質(zhì)硅膠制成，其內(nèi)部設(shè)有若干內(nèi)嵌繩線以及硬質(zhì)固定節(jié)，所述內(nèi)嵌繩線的第一端與硬質(zhì)固定節(jié)相連接，所述內(nèi)嵌繩線的第二端與驅(qū)動(dòng)部件固定連接。

所述導(dǎo)管部件內(nèi)部還設(shè)有工作通道和轉(zhuǎn)向通道，其中，所述工作通道位于中心部位，并軸向貫穿整個(gè)導(dǎo)管部件；所述若干轉(zhuǎn)向通道分布于工作通道徑向的外側(cè)，用于放置內(nèi)嵌繩線，所述硬質(zhì)固定節(jié)為若干個(gè)，其中一個(gè)內(nèi)嵌于導(dǎo)管部件頂端部位，其余根據(jù)需要靈活設(shè)置在導(dǎo)管部件內(nèi)部的不同位置；所述內(nèi)嵌繩線的數(shù)量與硬質(zhì)固定節(jié)的數(shù)量相適配。

所述轉(zhuǎn)向通道等角度圓周分布于工作通道徑向的外側(cè)。