CN107280716B - 一种用于自然腔道手术的变刚度保护鞘及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，包括编织管，编织管由多根软管螺旋缠绕交叉而成，软管内部填充有低熔点合金。本发明还提供一种将变刚度保护鞘应用于自然腔道手术的方法，包括：向软管内的低熔点合金通电，低熔点合金融化，编织管呈现柔态、小直径状态；将编织管放入自然腔道；增大编织管直径，低熔点合金在人体温度下凝固，编织管呈现刚态、大直径状态；编织管内通入手术工具进行手术操作；手术后向软管内的低熔点合金通电，编织管恢复到柔态，将编织管撤出自然腔道。变刚度保护鞘的编织管利用低熔点合金相变技术来改变结构刚度，能够保证变刚度保护鞘具有较大的刚度变化范围，保护人体腔道免受手术工具的划伤和戳伤。

Description

一种用于自然腔道手术的变刚度保护鞘及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种用于微创手术领域，特别涉及一种用于自然腔道手术的变刚度保护鞘及其应用方法。

背景技术

随着科学技术的发展，现代医学已经进入了微创外科时代。其中自然腔道手术(natural orifice transluminal endoscopic surgery，NOTES)作为现代手术模式的第一高度，具有疼痛轻、住院时间短、术后无瘢痕等优点，成为现代医学的研究热点。所谓自然腔道手术，是指手术工具通过人体的自然孔口(如食道、阴道、肚脐等)进入人体内部进行手术操作。由于人体自然腔道弯曲狭长，在手术过程中，医生需要借助细长的手术工具来完成手术操作任务。长距离的传动与控制要求手术工具具有一定的刚度来满足手术操作所需要的操作力，以保证操作精度，而手术工具刚度的提升将增大器械通过复杂人体腔道，到达病灶位置的风险，很容易对人体组织造成划伤和戳伤。

针对此问题，外科医生进行自然腔道手术操作时，在手术工具通过的人体自然腔道内壁上需要有一个保护鞘来保护人体组织。然而如前文所述，由于人体自然腔道的弯曲和狭长，普通的刚性保护鞘难以进入人体自然腔道，因此需要本发明所述的具有变刚度功能的保护鞘。变刚度保护鞘以柔态进入人体腔道，不会对组织造成损伤；到达指定位置后转换成刚态，起到隔离组织和手术工具的作用，防止组织被手术工具划伤和戳伤。目前已有类似的具有可变刚度功能的结构被提出，例如“Dragon Skin”结构和“Layer Jamming”结构。两种结构通过形状锁定和摩擦，利用负压来实现变刚度功能。但是两种结构都存在弯曲曲率小，难以适应复杂的人体腔道形状；直径无法改变，进入人体困难；从柔态到刚态刚度提升不足等问题。因此，发明一种具有优良性能的变刚度保护鞘具有重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有优良性能的基于低熔点合金的变刚度保护鞘及其应用方法。该保护鞘基于编织管结构，采用低熔点合金相变技术，在刚态下具有很高的刚度，在柔态下具有足够的灵活性，并且刚柔状态转换迅速。由于编织管结构由螺旋线组成，其本身具有弯曲曲率大、直径可变的特性，因此该发明在实现变刚度功能的同时有效解决了上述弯曲曲率小及直径无法改变的问题。

(二)技术方案

一种用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，包括编织管，所述编织管由多根软管螺旋缠绕交叉而成，所述软管内部填充有低熔点合金。

在本发明一些示例性实施例中，所述低熔点合金常态为固态，编织管呈刚态；所述低熔点合金通电后融化为液态，编织管呈柔态。

在本发明一些示例性实施例中，所述软管两端设置有金属端盖，与软管内的低熔点合金紧密连接，用于密封低熔点合金，且用于向内部的低熔点合金导电。

在本发明一些示例性实施例中，软管两端的金属端盖通过端部导线连接，用于将全部软管内的低熔点合金串联，与外部电源形成闭合回路。

在本发明一些示例性实施例中，软管包括多根顺序排列的左旋螺旋软管及右旋螺旋软管，左旋螺旋软管与右旋螺旋软管交叉缠绕形成编织管；在编织管的前端，相邻的左旋螺旋软管的前端金属端盖和右旋螺旋软管的前端金属端盖由端部导线两两连接；在编织管的后端，其中一个左旋螺旋软管和一个右旋螺旋软管的后端金属端盖分别作为编织管的正极接口和负极接口，用于连接外部电源的正极和负极，其他相邻的左旋螺旋软管的后端金属端盖和右旋螺旋软管的后端金属端盖由端部导线连通。

在本发明一些示例性实施例中，还包括状态转换装置，所述状态转换装置包括：电源，用于向软管内的低熔点合金放电；导线，用于串联电源和软管内的低熔点合金，向软管内的低熔点合金导电。

在本发明一些示例性实施例中，软管包括聚氯乙烯软管、硅橡胶软管、聚四氟乙烯软管或聚氨酯软管；和/或，低熔点合金包括菲尔德金属、伍德合金或镓基合金。

一种将上述的变刚度保护鞘应用于自然腔道手术的方法，包括以下步骤：S1：向软管内的低熔点合金通电，低熔点合金融化，编织管呈现柔态、小直径状态；S2：将编织管放入自然腔道；S3：增大编织管直径，低熔点合金在人体温度下凝固，编织管呈现刚态、大直径状态；S4：编织管内通入手术工具进行手术操作；S5：手术后向软管内的低熔点合金通电，编织管恢复到柔态，将编织管撤出自然腔道。

在本发明一些示例性实施例中，步骤S1是通过状态转换装置的电源和导线向软管内的低熔点合金放电实现低熔点合金的融化，从而实现整个编织管由刚态转换成柔态。

在本发明一些示例性实施例中，步骤S3中增大编织管直径是通过辅助工具进入编织管中部，撑开编织管实现的。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明的变刚度保护鞘的编织管在柔态下具有良好的柔顺性，可实现大曲率弯折，适应复杂人体腔道环境能力更强；

2.本发明的变刚度保护鞘的编织管可以以小直径状态进入人体腔道，进入腔道后由气囊等撑起，实现可变直径，大大降低进入人体狭窄腔道的难度；

3.本发明的利用低熔点合金相变技术来改变结构刚度，能够保证变刚度保护鞘具有较大的刚度变化范围，保护人体腔道免受手术工具的划伤和戳伤；

4.本发明的采用大功率电源向低熔点合金放电的方式来实现低熔点合金的融化，具有很高的效率；

5.本发明的在保护人体腔道免受手术工具的划伤和戳伤的同时，由于其在刚态下较大的刚性，可以为手术工具提供一定的支持，提高手术操作的准确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘编织管正视图；

图2为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘编织管侧视图；

图3为本发明实施例的用于自然腔道手术的变刚度保护鞘的编织管结构弯曲示意图；

图4为本发明实施例的用作自然腔道手术的变刚度保护鞘的编织管结构径向尺度变化示意图；

图5为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘编织管端部结构示意图；

图6为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘金属端盖结构示意图；

图7为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘整体结构示意图；

图8为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘结构编织管角度示意图；

图9为本发明实施例的将变刚度保护鞘用于自然腔道手术的方法流程图；

图10为本发明实施例的用于自然腔道手术的变刚度保护鞘在整机中使用示意图。

【符号说明】

1-塑料软管；2-端盖；21-正极接口；22-负极接口；3-导线；4-大功率电源；5-低熔点合金通道；6-变刚度保护鞘；7-手术工具

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例提供一种用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，主要由可变刚度的编织管结构和用于改变编织管刚柔状态的状态转换装置两部分组成，通过控制可变刚度的编织管结构中塑料软管中填充的低熔点合金的相变，来实现对保护鞘编织管整体结构刚度的控制。

图1为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘编织管正视图，图2为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘编织管侧视图，如图1和图2所示，编织管包括多根螺旋形塑料软管1，其中，包括等量的左旋及右旋的塑料软管。多根左旋塑料软管顺序排列，多根右旋塑料软管顺序排列，左旋塑料软管与右旋塑料软管交叉缠绕形成中空的编织管，编织管内部可通入手术工具，编织管可以起到隔离工具保护组织的作用，手术操作时起到对工具支撑的作用。由于塑料软管具有一定柔韧性，且编织管交叉处没有其他约束，所以编织管结构具有良好的柔顺性，其弯曲形态如图3所示，可进行大曲率弯曲，其径向尺度变化形态如图4所示，编织管可改变其直径大小，且在轴向方向不同位置处其直径大小可不相同。编织管中各塑料软管内部通道作为低熔点合金通道5，用于填充低熔点合金，低熔点合金熔点较低，常态为固态。

图5为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘编织管端部结构示意图。图6为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘金属端盖结构示意图。如图5和图6所示，塑料软管的两端通过金属端盖2将低熔点合金密封在其内部，并且金属端盖与内部低熔点合金可以实现电性导通。编织管的两端由端部导线连通，使所有塑料软管内的低熔点合金电性导通，本实施例中塑料软管之间的连接方式为：在编织管的前端，相邻的左旋塑料软管的前端端盖和右旋塑料软管的前端端盖通过端部导线两两连接，使塑料软管内部的低熔点合金导通；在编织管的后端，需保留一个左旋塑料软管和一个右旋塑料软管不与其他塑料软管连通，这两个塑料软管后端的端盖分别作为编织管的正极接口21和负极接口22，除此以外，其他相邻的左旋塑料软管的后端和右旋塑料软管的后端也由导线连通。本实施例中，前端是指进行手术操作的一端，即远离腔道入口的一端。

如图7所示为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘整体结构示意图。如图7所示，状态转换装置包括两根导线3和大功率电源4，编织管的正极接口21和负极接口22通过两根导线3连接大功率电源4，使所有塑料软管内的低熔点合金通过正负极接口，实现电路上的串联连接，组成闭合回路。大功率电源4为标称容量3000F，额定电压2.7V的超级电容。状态转换装置通过大功率电源4向所有合金通道5中的低熔点合金放电实现低熔点合金的融化，从而实现整个保护鞘编织管由刚态转换成柔态，采用大功率电源向低熔点合金放电的方式来实现低熔点合金的融化，具有很高的效率。

图8为本发明实施例的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘结构编织管角度示意图。如图8所示，α为编织管的编织角，是指编织管螺旋线与编织管前后端面的夹角。本实施例中，所述编织管结构参数为编织角45度，塑料软管1为聚氯乙烯软管，数量为16根，左旋和右旋的塑料软管各8根；编织管结构可以通过编织机编织上述塑料软管而来，或者借助模子手工编织而来。低熔点合金采用熔点为62摄氏度的菲尔德金属。

塑料软管可以是聚氯乙烯软管、硅橡胶软管、聚四氟乙烯软管、聚氨酯软管等。

低熔点合金可以是菲尔德金属、伍德合金或镓基合金等低熔点合金。

大功率电源可以是可调节的大电流直流电源或者超级电容。

端盖可以是铜片等导电金属片，其与填充于塑料软管中的低熔点合金紧密相连。

编织管结构有多种编织方式，包括普通编织，钻石编织和三轴编织。

本发明第二实施例提供一种将变刚度保护鞘用于自然腔道手术的方法，用于上述的用于自然腔道手术的变刚度保护鞘，如图9为本发明实施例的将可展变刚度蛇形载体用于自然腔道手术的方法流程图，如图9所示，包括以下步骤：

S1：向软管内的低熔点合金通电，低熔点合金融化，编织管呈现柔态、小直径状态。

当使用本发明提供的用于自然腔道手术的变刚度保护鞘时，利用状态转换装置，大功率电源向组成编织管结构的塑料软管中的低熔点合金放电，低熔点合金得到大量焦耳热迅速融化，变刚度保护鞘编织管由常温下的刚态转变成柔态。

S2：将编织管放入自然腔道。

由于变刚度保护鞘的编织管在柔态下具有很大的柔度，可以在外力作用下缩小直径，因此可以在其他手术工具的帮助下顺应人体的狭窄自然腔道形状进入并且紧贴腔道，对人体组织不容易造成损伤，不适感小，并且在柔态下具有良好的柔顺性，可实现大曲率弯折，适应复杂人体腔道环境能力更强。

S3：增大编织管直径，低熔点合金在人体温度下凝固，编织管呈现刚态、大直径状态。

在变刚度保护鞘的编织管到达指定位置之后，由于编织管结构良好的轴向和径向伸缩性，可以使用气囊等辅助工具进入保护鞘的编织管中部，撑开编织管和人体腔道，增大腔道空间，有利于手术操作，实现可变直径，大大降低保护鞘编织管进入人体狭窄腔道的难度。由于所使用的菲尔德金属熔点高于人体体温，因此会很快降温至体温而凝固，变刚度保护鞘编织管由柔态转变成刚态。

S4：编织管内通入手术工具进行手术操作。

此时即可撤回气囊等辅助工具，人体自然腔道将会在保护鞘编织管的约束下保持被撑开的状态，在此状态下，手术工具就可以通过人体自然腔道进入人体来进行手术操作。在手术工具通过弯曲复杂人体腔道时，刚态状态下的保护鞘编织管不仅可以保护人体腔道免受手术工具的撞击、划伤和戳伤，还可以在手术过程中为手术工具提供刚性支撑，提高手术操作的准确性和稳定性，图10展示了一种变刚度保护鞘编织管6和手术工具7之间的配合关系。

S5：手术后向软管内的低熔点合金通电，编织管恢复到柔态，将编织管撤出自然腔道。

手术操作完成之后，在保护鞘编织管的保护之下，首先取出手术工具，然后大功率电源再次向低熔点合金放电，变刚度保护鞘编织管由刚态转换成柔态，可以被轻易地从人体自然腔道取出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，包括：

编织管，所述编织管由多根软管螺旋缠绕交叉而成，所述软管内部填充有低熔点合金，其中，所述低熔点合金为固态的情况下所述编织管呈刚态；所述低熔点合金通电后由固态融化为液态，所述编织管呈柔态；

多个金属端盖，每个所述软管两端各设置一个所述金属端盖，所述金属端盖用于密封所述软管内的低熔点合金，并与所述软管内的低熔点合金接触；导线，将所述多个金属端盖两两连接，使所述多根软管内的低熔点合金连通；

其中，所述多个金属端盖中的两个金属端盖连接外部电源。

2.根据权利要求1所述的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，其中，软管两端的金属端盖通过端部导线连接，用于将全部软管内的低熔点合金串联，与外部电源形成闭合回路。

3.根据权利要求2所述的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，其中，

软管包括多根顺序排列的左旋螺旋软管及右旋螺旋软管，左旋螺旋软管与右旋螺旋软管交叉缠绕形成编织管；

在编织管的前端，相邻的左旋螺旋软管的前端金属端盖和右旋螺旋软管的前端金属端盖由端部导线两两连接；

在编织管的后端，其中一个左旋螺旋软管和一个右旋螺旋软管的后端金属端盖分别作为编织管的正极接口和负极接口，用于连接外部电源的正极和负极，其他相邻的左旋螺旋软管的后端金属端盖和右旋螺旋软管的后端金属端盖由端部导线连通。

4.根据权利要求1所述的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，其中，还包括状态转换装置，所述状态转换装置包括：

电源，用于向软管内的低熔点合金放电；

导线，用于串联电源和软管内的低熔点合金，向软管内的低熔点合金导电。

5.根据权利要求1所述的用于自然腔道手术中的变刚度保护鞘，其中，

软管包括聚氯乙烯软管、硅橡胶软管、聚四氟乙烯软管或聚氨酯软管；和/或，

低熔点合金包括菲尔德金属、伍德合金或镓基合金。