CN102512744B - 导管装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导管装置，其包括用于引入到空腔器官、特别是血管的导管(2)，其具有多个绕导管纵轴并至少在导管的部分长度上分布设置、可通过控制装置(5)单独控制的、用于进行预定的形状改变的弯曲部件(12，12a-12f，12a′-12e′)，和多个绕导管纵轴并至少在导管的部分长度上分布设置的、与控制装置通信的弯曲传感器(15，15a-15e，15a′-15e′)，控制装置根据弯曲传感器信号确定导管(2)的给定几何形状，并确定为了可以按照优选在用户侧预定的移动长度对导管运动所要求的弯曲部件的形状改变，以通过在器官壁(16)上有针对性地施加能够弯曲的力而使该导管(2)可以至少部分地自主运动。

Description

导管装置

本案是申请日为2005年3月31日、申请号为200510062828.0、标题为“导管装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种导管装置，其包括用于引入到空腔器官、特别是血管中的导管。

背景技术

在下文中内窥镜也属于导管的概念，导管尤其用于加强血管内或心脏内的治疗，也可以用在胃肠道中。为此，将导管引入到长的空腔器官中，其中导管必须跟随着器官的形状克服血管或肠等的多重弯曲。使导管相对柔软可以使对弯曲的跟随更容易。但是，这种柔软性使得手动的可推动性变得困难，因为这种导管一般由医生手动地从外部向前推动。前移力在多重弯曲的情况下用来使导管变形，也就是说，在器官弯曲的区域导管越来越多地弯曲，从而使前移实际上不再可能。同时，导管的变形使得器官的壁膨胀，这导致了疼痛以及带来损伤的危险。为了实现预支(Vorschuss)，在能够不“损失”前移力的情况下跟随导管，首先要对移入得相对远的导管采用和施加比实际需要的更多的力来前移。

该问题导致利用导管不能到达一定的区域，无论是例如在其前端具有一定的功能机制(例如用于刺激或炭化组织或者用于引导电信号)的一般的导管，还是内窥镜导管都无法达到。因此例如只能部分地或者极其困难地到达小肠。有问题的还有将导管通过主动脉和心室引入到心房中，与此相关的是巨大的心率干扰和损伤危险。

为了减小在器官弯曲区域中、特别是在导管端部区域产生的阻力，公知的是，将导管借助于在端部的抽拉金属丝可以变形地构成。不过，在此总是仅有最外端可以主动变形，同样突出的、伸拉金属丝控制的导管长度的其余部分可以任意坚硬或者柔软地构成，但是不能主动变形。公知的还有，在导管的端部设置一个磁体使得端部的方向可以从外部磁性地设定并因此可以磁性地导航。不过，为了保证器械在体内的前移，这种措施要求一直通过导管的长度进行从导管远离身体的一端直到导管端部的力量传递。

在随后公开的德国专利申请DE 102004003082.0中公开了一种导管，其至少可以通过其长度的一部分主动地局部变形。这点是通过将弯曲部件一体化而成为可能的，这些弯曲部件通过适当的控制允许特定的形状变化。这种导管使得可以主动地与给定的器官形状进行匹配，即，在导管中主动地模拟器官形状。由此，在前移运动期间导管形状可以几乎连续地与血管形状相匹配，使得局部看来减小了器官对前移导管的阻力。在此，前移也经常手动实现，唯一的“驱动”力是由医生引入的前移力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种导管至少可以部分自主运动的导管装置。

为了解决上述技术问题，提供了一种按照本发明的导管装置，其包括用于引入到空腔器官、特别是血管中的导管，该导管具有多个围绕导管纵轴并至少在导管长度的一部分上分布设置的、可以通过一个控制装置单独控制的、用于进行预定的形状改变的弯曲部件，以及多个围绕导管纵轴并至少在导管长度的一部分上分布设置的、与该控制装置进行通信的弯曲传感器，其中，控制装置构造用来，根据弯曲传感器信号确定所述导管的给定几何形状，并确定为了使可以按照优选在用户侧预定的移动长度对于该导管运动所要求的弯曲部件的形状改变，以便通过在器官壁上有针对性地施加能够弯曲的力而使得该导管可以至少部分地自主运动。

本发明的导管装置的出发点是，一种至少在其长度的一部分上可以主动地改变或者设置形状的导管，这种导管例如在随后公开的德国专利申请DE102004003082.0中进行了描述。与在导管侧集成的弯曲部件相对应，同样分布地设置了与控制装置通信的弯曲传感器。根据传感器信号控制装置可以在计算机技术上采集在信号采集时刻的导管实际形状。每个传感器提供一个相对起始形状的、与其形状或者变形有关的信号，根据该信号可以得出导管在传感器区域内的形状。在传感器以及弯曲部件相对于导管横截面和导管长度的位置已知之后，可以确定对导管的精确几何形状的至少两维描述。

如果用户此时输入可以按下面将描述的不同方式输入的移动长度，则控制装置在考虑导管实际几何形状以及已知的移动长度的条件下，可以确定，如何控制几个或者所有的弯曲部件，以便有目的地通过器官壁或血管壁的形状改变而局部施加力，该局部力在使器官壁或血管壁轻微变形的条件下使导管在器官中前移。也就是说，导管是自主运动的，即，通过对弯曲部件相应的控制通过有目的地形状改变而使导管向前移方向运动或者“爬行”。即，在理想情况下导管可以自主地移动进或插进器官中。

在此特别适合的是，通过所述控制装置可以同时控制所有用于控制导管运动以变形的弯曲部件。也就是说，在很大程度上同时并且均匀地实现在插入的导管长度上的相关弯曲部件的形状改变。在此，这种变形可以连续地或者逐步地从实际形状变为根据对给出的移动长度计算出的预定或目标形状，在此，形状改变应该相对慢地进行，以避免在器官壁上过快地施加力。在此，除了尤其是在弯曲区域中由于导管的“碰撞”而造成的相对微小的变形外，解剖结构的弯曲接近于保持位置固定。当设备的匹配的弯曲在变形期间沿导管纵轴移动时，则导管在许多位置上对器官(例如血管和肠道)壁施加力，其中，这些位置的数目最终取决于弯曲的数目。即，用于前移的力沿纵轴传递到器官壁的不同位置上。由此，在壁上没有任何地方上的力能高得造成疼痛或者有穿孔的危险。除了由于血管壁的微小变形而由血管壁接收的部分力之外，所携带的能量、即变形所需要的能量近乎完全用于前移。由此，导管的这种主动的自身运动使得可以以特别的优点进入迄今为止导管(无论是工作导管或者是内窥镜导管)不能到达或者仅在高风险条件下才可以到达的身体区域。

用于计算机技术上的形状改变以及由此用于确定对各弯曲部件的控制参数所需的移动长度的预先给定可以是不同的。按照本发明的第一实施方式，可以通过控制装置的输入装置作为绝对值输入可预先给定的移动长度。即，医生在将导管引入一确定的路段之前或者之后定义移动长度L，例如2cm或者5cm，他希望导管主动地前移该长度。也就是说，通过该长度定义路径增量作为每个步骤运动周期的基础。根据部件反应的快慢以及系统控制设置的快慢，运动周期可以或者稍快或者稍慢。弯曲部件反应得越快，则按步骤的运动越流畅，不过其中快速的形状改变意味着在血管壁上更高的能量和力量承载。在此根据应用领域的不同而采用相应的设置。

除了通过例如定义的绝对值直接输入路径增量或者移动长度之外，还存在这样的可能性，即，可以手动地通过导管的运动来给定可预先给定的移动长度，其中，可以通过采集装置对这种用于确定移动长度的运动进行采集。也就是说，医生在利用对应的采集装置(例如具有较高分辨率的路径记录仪)进行第一插入运动期间，定义应该作为按步骤自主运动基础的移动段。也可以考虑，在利用电机驱动的移动装置的条件下机械地移动导管，在这种情况下通过对应的电机参数定义移动长度。在此也可以考虑，不是确定关于主动起始-停止运动的移动长度，而是将移动长度定义为导管例如手动地在一个预定的时间间隔内所运动的长度。这种时间间隔例如是两秒，而在该这段时间中导管向前移动4cm，后者就是所确定的移动长度。这种按照本发明的实施方式还具有这样的优点，即，医生可以近乎于连续地一同移动，其中，该时间间隔选择得足够短，并且在每个时间间隔结束时立刻针对紧靠此前所采集的移动长度对主动的部件控制进行计算并实施相应的控制。即，在此医生手动地进行支持，其中，由于结合主动的壁支撑的、连续的、非常迅速的主动形状改变，这里不涉及与在现有技术中同样地给出的、通过手动的移动行为造成的问题，因为每个由手动移动产生的“张开”立即被消除掉。

基本上可以由医生分别仅仅进行一个主动运动步骤，也就是说，在例如给出的绝对值的基础上计算一次形状改变，并参数化对于主动的向前运动的对应控制。医生可以近乎于按步地向前尝试，并且例如通过X射线检查等类似手段跟踪对于目标区域的接近。除了由医生本身开始的单步骤的运动之外，也可以考虑，例如在给定绝对值的前提下，控制装置分别在利用预定移动长度的条件下依次为导管的多次运动计算所需要的弯曲部件的形状改变，并对应地控制这些弯曲部件。即，仅给定一次移动长度并作为每次按步骤的计算的基础。自然也存在这样的可能性，随时停止“爬行运行”或者改变增量的移动长度值。

在如同详细说明的那样在主动导管变形时利用导管与器官壁的主动共同作用带来器官的一定变形，根据局部引入的弯曲力的大小，在本发明的一个有效的扩展中，将控制装置这样构造，使得所述导管在一个运动结束之后再次基本上恢复其在该运动之前所具有的几何形状。也就是说，在每个运动步骤之后或者在每次向前移动所定义的路径增量之后，优选地将弯曲部件在整个导管长度上再次这样控制，使得导管恢复其在执行该运动步骤之前所具有的形状，该形状渐近地与器官解剖结构精确地对应。由此，在每个步骤之后再次消除了可能的器官变形，使得其不在一个连续的按步骤的运动中逐步地建立。在通过弯曲传感器连续地检查呈现的形状并可以与此前取得的实际形状进行比较之后，这种“形状匹配”可以容易地实现。因为传感器以及弯曲部件在导管长度上的位置是已知的，可以由此计算出，哪个传感器必须相对于此前的实际形状正确地设置以及它必须提供哪种信号，以便导管再次恢复此前的血管解剖结构。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节由下面借助于附图对实施方式的描述给出。图中：

图1示出本发明导管装置的原理图，

图2示出带有两个在相反方向上作用的弯曲部件的导管的部件，

图3示出通过带有多个径向向外错开、分布设置的弯曲部件和弯曲传感器的导管的截面图，

图4示出通过控制不同的弯曲部件所得到的导管曲线，和

图5和6示出本发明导管装置的、用于说明自身运动的功能流程的原理图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的导管装置1，其包括导管2，在该导管的自由的、没有引入到患者体内的一端设置一个连接装置3，该连接装置3与通过其可以控制集成在导管中的弯曲部件的控制装置5的连接装置4耦合。通过控制装置5可以单独地控制各个弯曲部件。围绕导管纵轴并在导管长度上分布的弯曲部件例如是可以液压或气压地加载流体或者气体形式填充介质的、软管形的空心体，其在卸载状态下没有填充并且是柔软的，而在压力下形成的填充状态中则呈现出预定的、相对刚性的形状。由此可以有针对性地如下所述地使导管弯曲。控制装置5与带有监视器7、键盘8以及鼠标9的输入装置6耦合。在此，为了可以简单的方式进行导航，操作者可以在在监视器7上观察图像，例如由X射线装置10在侵入期间并行拍摄的X射线图像提供的，或者必要时使用例如从磁共振或计算机图像断层造影仪获得的图像数据组给出，通过对一个或者多个在那里设置的弯曲部件的相应控制在导管端部的哪个方向上进行弯曲。

功能原理的基础是，在导管中集成多个弯曲部件，这些弯曲部件在其内部建立起压力的条件下可以呈现特定的形状。

图2按照原理图的方式示出了两个集成在导管中的弯曲部件12a、12b，两者做成软管形式，并且例如由一种非弹性的塑料材料、例如PUR或PTFE或类似的其它任意塑料制成。每个弯曲部件12a、12b在一侧具有短壁片段而在相对一侧具有较长的壁片段，即壁是不对称的。如果通过引入线13引入填充介质，例如水、食盐溶液、空气或氧气，则在内部建立压力，该压力导致各个受控的弯曲部件在最小的表面积下有尽可能小的体积。因为壁是非弹性的，所以不会出现膨胀。显然，按照这种方式建立起依赖于弯曲部件几何形状的弯曲，如图2所示。根据弯曲部件的不同朝向，可以实现任意的弯曲，其中，对两个相邻的弯曲部件的控制自然也可以使其以中间角度偏转。

图3以截面图的形式示出了导管2，在其中间有导管开孔14和径向向外错开并在所示例子中对称分布的六个弯曲部件12a-12f，在导管开孔14中例如引入其它工作导管、信号或控制线或者内窥镜装置。对每个弯曲部件可以通过没有进一步示出的、单独的引入线进行控制。在此，这样对弯曲部件进行定位和构造，使得每个弯曲部件具有一个分别通过各个箭头表示的、自身的优选弯曲装置。弯曲部件相对于导管纵轴径向向外错开，并且可以分段定位，即，将多个弯曲部件设置在相同的长度位置上。或者也可以考虑，将它们径向向外错开但相互重叠，例如按照螺旋形式的结构进行定位。

如图3所示，为每个弯曲部件设置一个弯曲传感器15a-15f。每个弯曲传感器15a-15f同样通过单独的信号线与控制装置5连接，并且提供一个与其形状相关的信号。每个弯曲传感器都参与导管的变形，使得根据给出的弯曲传感器信号可以采集到关于局部导管形状的精确信息，并且根据同样在导管长度上并围绕导管纵轴分布的弯曲传感器的多个信号可以采集到对给定实际导管形状的精确描述。这些传感器局部地固定在特定的弯曲部件上。因此，控制装置5了解弯曲部件以及属于其的弯曲传感器关于导管纵轴的位置。

图4以原理图的形式举例示出了通过对弯曲部件的分别控制所达到的导管2的变形。在导管的一部分的长度上设置了多个单独的弯曲部件12，它们分别配有一个弯曲传感器15。在所示出的形状中共有六个不同的弯曲部位A、B、C、D、E和F。为了实现在弯曲点A处的弯曲，控制弯曲部件12g，而相邻的、特别是相对的弯曲部件12则保持未加压并因此是柔软的。为了达到在点B的弯曲，控制弯曲部件12h；为了在弯曲点C弯曲控制弯曲部件12i。按照本发明的方法，在弯曲点D(弯曲部件12j)、E(弯曲部件12k)和F(弯曲部件12l)处弯曲也相应地进行。显然，每个分别配属于受控弯曲部件的弯曲传感器也参与到这种弯曲中。这些弯曲传感器以及所有其它弯曲传感器向控制装置5提供相应的反映形状的传感器信号，控制装置5据此可以准确计算出如图4所示的导管形状。

这样，按照本发明的导管装置允许导管在血管中主动自主地运动。基本工作方式由图5和6给出。

图5按照原理图的形式示出由于对若干弯曲部件的控制而在血管16内变形的导管2。在此，进一步示出了五个弯曲部位A，B，C，D，E，其中，通过在导管侧对相应的弯曲部件12g，12h，12i，12j和12k进行控制而对这些弯曲施加影响。

通过控制装置5采集所有配属于各个弯曲部件12的弯曲传感器15的信号，并由此同样采集属于单个弯曲部件12g-12k的弯曲传感器15g-15k的信号。控制装置5可以根据这些单个的传感器信号采集各个弯曲传感器的弯曲或者弯曲度。对于每个弯曲传感器控制装置已知其在导管上的纵向位置以及其在导管截面上的位置。例如，每个传感器可以在传感器信号中传送一个对应的编码，使得其可以得到识别。由于这种局部分辨使得可以将每个传感器信号精确对应于导管的一个点或者一个短的片段。控制装置5根据这种知识可以借助传感器数据确定导管形状。即可以采集导管空间位置的数据表示或者其瞬时几何形状并例如随时在显示器7上输出。

此外，控制装置5采集进给长度，必要时其可由用户定义，也就是说，用户可以例如通过键盘8定义其所希望的、导管应该独立实施的进给运动。例如，用户输入一个5cm的长度，导管自身在后续的运动步骤中应该向前运动该长度。

根据已知的导管形状以及所定义的进给长度，在控制装置5一侧根据该进给长度确定待取得的形状，也就是说，在考虑所希望的进给运动的条件下确定已经给出的导管弯曲沿纵轴所必需的移动。同时，由此确定为了实施所希望的运动所需的、对单个弯曲部件的控制参数。然后，根据这些控制参数控制单个弯曲部件主动地运动该进给长度。

在所示出的实施方式中，由图6示例性地给出了新的、待取得的形状。为了对主动运动施加影响在所示出的实施方式中，对从图5的实际位置出发的弯曲部件12g′，12h′，12i′，12j′和12k′(即直接跟在主动弯曲的弯曲部件12g-12k之后的弯曲部件)进行控制，而弯曲部件12g-12k则被减压放松。这种控制作用为由于根据所希望的进给运动确定的控制参数所控制的弯曲部件区域中导管的局部变形。导管弯曲，由此在多个位置上向血管壁16施加力，也就是说，导管主动地在血管壁16上支撑或者挤压。如果基本上同时控制所有弯曲部件12g′-12k′，则在弯曲部件12g-12k同时放松的条件下，因为主动变形导管在血管中主动地向前挤压，即，其自身向前移动并且在血管壁16的共同作用下完成类似爬行运动。在此，血管壁通过施加于其上的、源自变形的压力而产生一定的变形，因为其不是刚性的。这种形状的改变可以通过直接参与上述步骤的弯曲传感器(即，传感器15g-15k和传感器15g′-15k′)的信号来采集并检验。

通过控制装置5可以紧接在实施该主动的进给运动之后这样重新计算对弯曲部件的控制，使得导管基本上处于一种对应于图5的出发位置的最后形状，也就是说，尽可能理想地对应于血管的解剖形状。通过连续地采集弯曲传感器的信号可以检查导管的连续位置或形状控制，也就是说，总是很清楚导管的实际形状如何。由此，控制装置可以对于给出的情况进行反应并这样优化对弯曲部件的控制，使得导管尽可能少地偏离实际的血管或器官形状。

对于重新的运动步骤，从如图6中所示的理想化的新取得的导管实测形状出发，在考虑例如此前已经处理的进给长度的条件下重新对控制参数进行计算，以便导管向前运动一个在理想情况下对应于进给长度的、进一步的路径增量。

图5和6仅仅是表示理想化主动运动过程的原理草图。因为血管或器官不是刚性构成的，所以由于在弯曲部件变形期间总是发生一定的器官变形，在运动步骤中不一定能够进给精确定义的移动长度。不过，由于连续地采集实际的导管形状，控制装置可以在考虑传感器信号的条件下连续地确定对弯曲部件的最佳控制，从而可以实现导管的自主运动，并且导管可以近乎独立地通过血管移动。

Claims (7)

1.一种导管装置，其包括： 

用于引入到空腔器官中的导管(2)； 

多个内部的和受压力控制的弯曲部件(12,12a-12f,12a′-12e′)，所述弯曲部件被围绕导管纵轴设置并且在导管中沿导管长度在多个轴向位置上分布； 

用于为了获得弯曲部件的期望的形状而控制所述弯曲部件的控制装置，以及 

多个绕导管纵轴并沿导管长度在多个纵向位置上设置的弯曲传感器(15,15a–15e,15a′-15e′)，所述弯曲传感器构造为与所述控制装置进行通信，其中， 

所述弯曲部件被构造为利用所述控制装置被选择性地控制以获得所期望的形状，并且以偏离纵轴来弯曲导管，所述控制装置(5)构造用来： 

根据弯曲传感器所提供的弯曲信号确定所述导管(2)的当前几何形状，并且 

确定为了能够导致该导管(2)的期望的运动所要求的弯曲部件(12,12a-12f,12a′-12e′)的形状改变，以便通过利用根据所期望的形状改变被控制的弯曲部件在器官壁(16)上选择性地施加能够弯曲的力而使得该导管(2)能够至少部分地自主运动。 

2.根据权利要求1所述的导管装置，其特征在于，通过所述控制装置(5)能够同时控制所有用于控制所述导管(2)运动的弯曲部件(12,12a-12f,12a′-12e′)。 

3.根据权利要求1所述的导管装置，其特征在于，能够通过所述控制装置(5)的输入装置(8)作为绝对值输入可预先给定的移动长度。 

4.根据权利要求1所述的导管装置，其特征在于，能够手动地通过导管的运动来给定可预先给定的移动长度，其中，能够通过采集装置对这种用于确定移动长度的运动进行采集。 

5.根据权利要求4所述的导管装置，其特征在于，能够通过采集装置作为移动长度采集在预定的时间间隔内经历过的移动路径。 

6.根据权利要求3所述的导管装置，其特征在于，所述控制装置(5)在利用预先给定的移动长度的条件下依次为所述导管(2)的多次运动计算所需的弯曲部件(12,12a-12f,12a′-12e′)的形状改变，并相应地控制这些弯曲部件 (12,12a-12f,12a′-12e′)。 

7.根据权利要求1至6中任一项所述的导管装置，其特征在于，为了控制所述弯曲部件(12,12a-12f,12a′-12e′)，所述控制装置(5)这样构成，使得所述导管(2)在一次运动结束之后再次基本上恢复其在该运动之前所具有的几何形状。