CN104825229A - 变刚度内镜手术器械外护套 - Google Patents

变刚度内镜手术器械外护套 Download PDF

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赵儒镇
李祥
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Abstract

本发明提供了一种变刚度内镜手术器械外护套，包括：变刚度外护套、温度控制系统和位姿控制系统；其中，所述变刚度内镜外护套设置有安装腔，用于安装手术器械；所述位姿控制系统连接所述变刚度内镜外护套的一端，用于控制变刚度外护套的三维弯曲；所述温度控制系统的连接所述变刚度外护套，用于控制所述变刚度外护套的温度，从而实现变刚度外护套在低刚度状态和高刚度状态间转换。所述变刚度材料采用低熔点合金，在外界条件下能够在液态与固态间转换，从而改变刚度外护套的刚度。本发明利用低熔点合金作为变刚度外护套变刚度的功能部件，能够保证变刚度外护套具有较高的弯曲刚度。

Description

变刚度内镜手术器械外护套
技术领域
本发明涉及微创医疗器械，具体地，涉及为一种经自然腔道内镜手术器械提供进出人体的通道，提高微创内镜手术器械灵活性、可靠性及手术安全性的可变刚度的内镜手术器械外护套。
背景技术
微创外科手术现已成为外科介入治疗技术的主流。代表性的技术从腹腔镜手术、单孔腹腔经手术发展到经自然腔道内镜手术使外科手术从微创走向体表无创。经自然腔道内镜手术是以软式内镜为手术工具，不经皮肤切口，而通过口、阴道、结直肠等自然腔道对腹腔疾病进行治疗的微创外科治疗方法，与腹膜和腹腔脏器接触较少，可以降低传统开腹外科和腹腔镜手术造成的创伤，减轻术后疼痛，并避免创口感染、切口疝及肠梗阻等并发症。目前，由于手术器械的功能限制，利用现有手术器械在临床上只能实施经口或经阴道等对器械性能要求不高的手术，同时为避免在手术过程中造成不必要的组织损伤等问题，需要对外科医生进行较长时间的培训来降低手术风险。在经自然腔道内镜手术过程中，从器械操作上可分为两个阶段：首先将较长尺度(一般大于30cm)的内镜导管通过人体自然腔道插入体内深部，其次在器械末端到达患部后进行各类外科诊断与手术治疗。在第一阶段中，由于人体的自然腔道形状与解剖结构复杂(如结肠)，周围血管神经密布，组织极易受损，要求手术器械具有较高柔性，从而能在三维空间内灵活顺应腔道形状以保证手术的安全；而在第二阶段中手术器械的末端效应器要进行手术操作，这就要求器械整体在该阶段具备较高的刚度才能为末端提供力学支撑，同时通过保持其本身的形状以避免对腔道及周围组织的牵扯而造成损伤，达到安全、准确手术操作的目的。由于目前临床上使用的软式内镜不能同时满足这两个要求，对新型器械技术的迫切需求已成为医疗工作者的共识。研发具有高灵活性且刚度可变的内镜辅助器械成为经自然腔道内镜手术器械革新的技术重点和难点
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于低熔点合金的变刚度内镜手术器械外护套，可以实现形状与刚度的一体化控制，为内镜手术器械提供进出体内的通道，提高器械的灵活性及手术的安全性。
根据本发明提供的变刚度内镜手术器械外护套，包括：变刚度外护套、温度控制系统和位姿控制系统；
其中，所述变刚度内镜外护套设置有安装腔，用于安装手术器械；所述位姿控制系统连接所述变刚度内镜外护套，所述位姿控制系统用于控制变刚度外护套的三维弯曲；所述温度控制系统的连接所述变刚度外护套，所述温度控制系统用于控制所述变刚度外护套的温度，从而实现变刚度外护套在低刚度状态和高刚度状态间转换。
优选地，所述温度控制系统包括微型水泵、热水槽、冷水槽废水槽和双向换向阀；
所述变刚度外护套内侧设置有若干条沿所述变刚度外护套的轴向延伸的进水通道和排水通道；所述进水通道连通所述排水通道，所述排水通道连通废水槽；双向换向阀用于控制微型水泵与热水槽或冷水槽连通；
所述热水槽和所述冷水槽分别依次通过换向阀、微型水泵连通所述进水通道。
优选地，所述变刚度外护套内侧设置有沿所述变刚度外护套的轴向延伸的合金通道；所述合金通道填充有变刚度材料。
优选地，所述变刚度外护套采用柔软材料制成。
优选地，所述位姿控制系统包括多组牵拉丝和多个步进电机；所述牵拉丝的一端连接所述安装腔的内壁，另一端连接所述步进电机；所述牵拉丝和步进电机一一对应；
所述步进电机用于旋转电机轴来控制牵拉丝的长度，进一步控制变刚度外护套的三维弯曲。
优选地，所述变刚度材料采用低熔点合金，在外界条件下，具体为，当温度变化时，能够在液态与固态间转换，从而改变刚度外护套的刚度。
优选地，所述温度控制系统采用液体循环传热系统；所述液体循环传热系统采用生理盐水作为传热介质。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用低熔点合金作为变刚度外护套变刚度的功能部件，能够保证变刚度外护套具有较高的弯曲刚度；
2、本发明中温度控制系统采用液体循环加热及冷却的方式对低熔点合金升温及降温，具有较高的效率；
3、本发明能够安装多种自然腔道内镜手术器械，适用范围广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中变刚度内镜器械外护套的横截面图。
图中：
1为软式内镜；
2为变刚度内镜外护套；
3为输水管；
4为牵拉丝；
5为步进电机；
6为微型水泵；
7为换向阀；
8为热水槽；
9为冷水槽；
10为安装腔；
11为合金通道；
12为进水通道；
13为排水通道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的变刚度内镜手术器械外护套，包括变刚度外护套2、温度控制系统3和位姿控制系统4；其中，所述变刚度内镜外护套2设置有安装腔，即器械通道，用于安装手术器械；所述位姿控制系统4连接所述变刚度内镜外护套2的一端，用于控制变刚度外护套2的三维弯曲；所述温度控制系统3的连接所述变刚度外护套2，用于控制所述变刚度外护套2的温度，从而实现变刚度外护套2在低刚度状态和高刚度状态间转换。
所述温度控制系统3包括微型水泵6、热水槽8、冷水槽9废水槽和双向换向阀7；所述变刚度外护套2内侧设置有若干条沿所述变刚度外护套2的轴向延伸的进水通道和排水通道；所述进水通道连通所述排水通道，所述排水通道连通废水槽；双向换向阀7用于控制微型水泵6与热水槽8或冷水槽9连通；所述热水槽8和所述冷水槽9分别依次通过换向阀7、微型水泵6连通所述进水通道。所述温度控制系统3采用液体循环传热系统；所述液体循环传热系统采用生理盐水作为传热介质，用于对低熔点合金加热和冷却。所述进水通道和所述排水通道的数量均为三个，所述进水通道和所述排水通道一一对应。
所述变刚度外护套2内侧设置有沿所述变刚度外护套2的轴向延伸的合金通道；所述合金通道填充有变刚度材料。所述变刚度材料采用低熔点合金，在外界条件下能够在液态与固态间转换，从而改变刚度外护套2的刚度。所述变刚度外护套2采用柔软材料制成，例如TPU(Thermoplastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体橡胶)、硅胶等。所述合金通道的数量为三个。
所述位姿控制系统4包括多组牵拉丝和多个步进电机；所述牵拉丝的一端连接所述安装腔的内壁，另一端连接所述步进电机；所述牵拉丝和步进电机一一对应；所述步进电机用于旋转电机轴来控制牵拉丝的长度，进一步控制变刚度外护套2的三维弯曲。
当使用本发明提供的变刚度内镜手术器械外护套时，将内镜手术器械插入变刚度内镜外护套2的安装腔中并与变刚度内镜外护套2的末端固连。利用温度控制系统3将高温生理盐水注入变刚度外护套2内，低熔点合金受热融化，使外护套具有较低的弯曲刚度。在位姿控制系统4的作用下可实现三维弯曲，因此可以顺应人体的腔道形状进入人体内部，避免对腔道的挤压及牵拉；当内镜手术器械末端到达病灶部位后，温度控制系统3将低温生理盐水注入外护套，低熔点合金由液态变为固态，使得变刚度外护套2具有较高的弯曲刚度，为内镜手术器械在手术过程中提供强有效的力学支撑，保证手术的有效性。手术完毕后，低熔点合金在高温生理盐水作用下由固态变为液态，変刚度外护套2具有较低的弯曲刚度，在位姿控制系统4的作用下可任意弯曲，保证手术器械从人体腔道中抽出来的过程中不对腔道造成挤压或牵拉，提高安全性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，包括：变刚度外护套(2)、温度控制系统(3)和位姿控制系统(4)；
其中，所述变刚度内镜外护套(2)设置有安装腔，用于安装手术器械；所述位姿控制系统(4)连接所述变刚度内镜外护套(2)，所述位姿控制系统(4)用于控制变刚度外护套(2)的三维弯曲；所述温度控制系统(3)的连接所述变刚度外护套(2)，所述温度控制系统(3)用于控制所述变刚度外护套(2)的温度，从而实现变刚度外护套(2)在低刚度状态和高刚度状态间转换。
2.根据权利要求1所述的变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，所述温度控制系统(3)包括微型水泵(6)、热水槽(8)、冷水槽(9)、废水槽和双向换向阀(7)；
所述变刚度外护套(2)内侧设置有若干条沿所述变刚度外护套(2)的轴向延伸的进水通道和排水通道；所述进水通道连通所述排水通道，所述排水通道连通废水槽；双向换向阀(7)用于控制微型水泵(6)与热水槽(8)或冷水槽(9)连通；
所述热水槽(8)和所述冷水槽(9)分别依次通过双向换向阀(7)、微型水泵(6)连通所述进水通道。
3.根据权利要求1所述的变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，所述变刚度外护套(2)内侧设置有沿所述变刚度外护套(2)的轴向延伸的合金通道；所述合金通道填充有变刚度材料。
4.根据权利要求1所述的变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，所述变刚度外护套(2)采用柔软材料制成。
5.根据权利要求1所述的变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，所述位姿控制系统(4)包括多组牵拉丝和多个步进电机；所述牵拉丝的一端连接所述安装腔的内壁，另一端连接所述步进电机；所述牵拉丝和步进电机一一对应；
所述步进电机用于旋转电机轴来控制牵拉丝的长度，进一步控制变刚度外护套(2)的三维弯曲。
6.根据权利要求3所述的变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，所述变刚度材料采用合金，随着温度的降低，能够在液态与固态间转换，从而改变刚度外护套(2)的刚度。
7.根据权利要求1所述的变刚度内镜手术器械外护套，其特征在于，所述温度控制系统(3)采用液体循环传热系统；所述液体循环传热系统采用生理盐水作为传热介质。
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