[发明专利]连续机械手

说明书

技术领域

本发明是关于一个连续机械手，以及一个连续机械手的实施例，其可用于可操纵的导管尖端，例如用于心脏导管插入术、内窥镜成像以及药物送入等其它情况。

背景技术

心脏导管插入术是一种微创手术（MIS）方法，需使用柔性、细长的管子，其被称为导管。导管通过一个小切口插入到股静脉中，沿着股静脉可以连接到心脏，导管通常可到达体内的具体位置（比如，心脏），并对该区域进行测试或治疗，比如射频消融。使用导管的主要优势是减小病人的伤口创伤，缩短病人的康复时间，但是传统的导管通常运动自由度受限，典型的导管只能在交换机端口的控制下进行转动和滑动。

目前大部分传统导管包含一根柔性管身以及一个可移动的管尖，通过预先设置的导丝或腱束装置进行操纵。2010年IEEE国际会议上，Yi等发表在《机器人与自动化》（ICRA）第5570-5575页的文章《Multitum，张力加劲导管导航系统》中公开了导管现有技术的实例，P. Canagaratnam等2008年在《介入性心脏电生理学杂志》第21卷第19至26页上发表的文章《机械导管用于人体上一种新型远程可操纵导管外鞘的经验》中也公开了导管现有技术的实例，此外，美国专利RE40852、 4586923及6980843也是关于此类技术的。另外，传统导管术的成像通常使用x射线荧光检查方式实现。而这种技术得到的只是软组织对比的2D图像。为了改善导管术中的成像效果，并减少病人暴露于x射线辐射中，人们开始使用磁共振成像（MRI）技术，但使用磁共振成像需要使用某些物质，特别是一些非金属及绝缘物质。

为了继续改善并进一步扩展到现有的心导管插入术技术上，需要导管的可操纵性更强，同时需采用磁共振兼容的材料来制成。

发明内容

本发明的实施例提出了一种连续机械手，比如可作为一种可控导管尖端使用。实施例中的机械手包含若干个段落堆叠排列，它们能从其长轴方向在一定范围方向内弯曲。在一个实施例中，段落上含有一个螺旋部分，沿着段落整体长轴方向螺旋，并可从长轴方向朝任意方向弯曲。在另一个实施例中，段落包含一个中枢部分，其上有悬置环从中枢部分伸出，相互之间由弯曲间隙分开，这样可使段落从中枢部分向一定方向范围内弯曲，而悬置环之间的弯曲间隙闭合。在一些实施例中，采用一根弹性杆，比如碳纤维杆作为段落整体的中枢部分，从而将滞后效应最小化并改善弯曲的重复性。此外，本发明中的实施例中，在段落内有腱束控制通道，腱束控制索贯穿其中，对段落整体施加压缩和/或者弯曲力。在段落整体中布置控制通道可使段落整体的刚度变大，并使堆叠的结构受通道控制运动。特别是可避免段落整体尖端不必要的扭转。

根据上文所述，一方面，本发明提出了一种连续机械手包含了若干个堆叠排列的段落，这些段落可以从整个段落的长轴方向在一定范围内发生弯曲变形，从而使段落整体从其长轴方向在一定范围内弯曲。这些段落内还包含一个中枢通道，平行于其长轴方向贯穿这些段落，段落的堆叠方式使得对应的中枢通道在一直线上。一根弹性杆插入并贯穿这些段落的中枢通道。这种结构的明显优势是可使段落整体在弯曲后回复到初始位置，并确保在相同腱束位移的情况下有相同的弯曲位移。也即，弯曲的重复性提高了，前向和后向弯曲间的滞后效应降低了。

在本发明的优选实施例中，弹性杆采用一种绝缘材料制成。这在一些应用上有其它的优点，比如磁共振导向的导管术应用中，这种杆是磁共振成像兼容的。在特别优选实施例中，采用一根碳纤维杆，当然也可以使用其它材料，比如高密度聚合物或其它类似物质，需要有合适的弹性。

另一方面，本发明提出了一种连续机械手包含了若干个堆叠排列的段落，这些段落可以从整个段落的长轴方向在一定范围内发生弯曲变形，从而使段落整体从其长轴方向在一定范围内弯曲。段落内可包含至少一根腱束导向通道，与段落长轴方向基本平行，段落的堆叠方式可使腱束导向通道在一直线上。一个控制腱束贯穿在导向通道内，紧贴在至少一个段落上，当控制腱束工作时，可在段落整体上施加一个弯曲或压缩的力。

在每个段落内设置这样的一个内部腱束导向通道，能改善连续机械手结构上的性能，由于导向通道内的控制腱束能强制连续段落整体受制于通道运动。可避免连续段落整体尖端不必要的扭转，并提高扭转性能，即尖端能提供的扭矩大小。在某些应用中这中性能非常有用，比如在导管消融技术中。