[發明專利]連續機械手

有效

• 申請號: 201280048365.0
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN103874524A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 阿斯加爾·阿托拉汗;卡什帕·阿爾瑟弗;托比亞斯·理查德·舍弗特;卡瓦爾迪普·羅德
• 申請（專利權）人: 倫敦國王學院
• 主分類號: A61M25/01
• 分類號: A61M25/01
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;張妍

技術領域

本發明是關于一個連續機械手，以及一個連續機械手的實施例，其可用于可操縱的導管尖端，例如用于心臟導管插入術、內窺鏡成像以及藥物送入等其它情況。

背景技術

心臟導管插入術是一種微創手術（MIS）方法，需使用柔性、細長的管子，其被稱為導管。導管通過一個小切口插入到股靜脈中，沿著股靜脈可以連接到心臟，導管通常可到達體內的具體位置（比如，心臟），并對該區域進行測試或治療，比如射頻消融。使用導管的主要優勢是減小病人的傷口創傷，縮短病人的康復時間，但是傳統的導管通常運動自由度受限，典型的導管只能在交換機端口的控制下進行轉動和滑動。

目前大部分傳統導管包含一根柔性管身以及一個可移動的管尖，通過預先設置的導絲或腱束裝置進行操縱。2010年IEEE國際會議上，Yi等發表在《機器人與自動化》（ICRA）第5570-5575頁的文章《Multitum，張力加勁導管導航系統》中公開了導管現有技術的實例，P.?Canagaratnam等2008年在《介入性心臟電生理學雜志》第21卷第19至26頁上發表的文章《機械導管用于人體上一種新型遠程可操縱導管外鞘的經驗》中也公開了導管現有技術的實例，此外，美國專利RE40852、?4586923及6980843也是關于此類技術的。另外，傳統導管術的成像通常使用x射線熒光檢查方式實現。而這種技術得到的只是軟組織對比的2D圖像。為了改善導管術中的成像效果，并減少病人暴露于x射線輻射中，人們開始使用磁共振成像（MRI）技術，但使用磁共振成像需要使用某些物質，特別是一些非金屬及絕緣物質。

為了繼續改善并進一步擴展到現有的心導管插入術技術上，需要導管的可操縱性更強，同時需采用磁共振兼容的材料來制成。

發明內容

本發明的實施例提出了一種連續機械手，比如可作為一種可控導管尖端使用。實施例中的機械手包含若干個段落堆疊排列，它們能從其長軸方向在一定范圍方向內彎曲。在一個實施例中，段落上含有一個螺旋部分，沿著段落整體長軸方向螺旋，并可從長軸方向朝任意方向彎曲。在另一個實施例中，段落包含一個中樞部分，其上有懸置環從中樞部分伸出，相互之間由彎曲間隙分開，這樣可使段落從中樞部分向一定方向范圍內彎曲，而懸置環之間的彎曲間隙閉合。在一些實施例中，采用一根彈性桿，比如碳纖維桿作為段落整體的中樞部分，從而將滯后效應最小化并改善彎曲的重復性。此外，本發明中的實施例中，在段落內有腱束控制通道，腱束控制索貫穿其中，對段落整體施加壓縮和/或者彎曲力。在段落整體中布置控制通道可使段落整體的剛度變大，并使堆疊的結構受通道控制運動。特別是可避免段落整體尖端不必要的扭轉。

根據上文所述，一方面，本發明提出了一種連續機械手包含了若干個堆疊排列的段落，這些段落可以從整個段落的長軸方向在一定范圍內發生彎曲變形，從而使段落整體從其長軸方向在一定范圍內彎曲。這些段落內還包含一個中樞通道，平行于其長軸方向貫穿這些段落，段落的堆疊方式使得對應的中樞通道在一直線上。一根彈性桿插入并貫穿這些段落的中樞通道。這種結構的明顯優勢是可使段落整體在彎曲后回復到初始位置，并確保在相同腱束位移的情況下有相同的彎曲位移。也即，彎曲的重復性提高了，前向和后向彎曲間的滯后效應降低了。

在本發明的優選實施例中，彈性桿采用一種絕緣材料制成。這在一些應用上有其它的優點，比如磁共振導向的導管術應用中，這種桿是磁共振成像兼容的。在特別優選實施例中，采用一根碳纖維桿，當然也可以使用其它材料，比如高密度聚合物或其它類似物質，需要有合適的彈性。

另一方面，本發明提出了一種連續機械手包含了若干個堆疊排列的段落，這些段落可以從整個段落的長軸方向在一定范圍內發生彎曲變形，從而使段落整體從其長軸方向在一定范圍內彎曲。段落內可包含至少一根腱束導向通道，與段落長軸方向基本平行，段落的堆疊方式可使腱束導向通道在一直線上。一個控制腱束貫穿在導向通道內，緊貼在至少一個段落上，當控制腱束工作時，可在段落整體上施加一個彎曲或壓縮的力。

在每個段落內設置這樣的一個內部腱束導向通道，能改善連續機械手結構上的性能，由于導向通道內的控制腱束能強制連續段落整體受制于通道運動。可避免連續段落整體尖端不必要的扭轉，并提高扭轉性能，即尖端能提供的扭矩大小。在某些應用中這中性能非常有用，比如在導管消融技術中。