CN107405165B - 插入导引件 - Google Patents

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Abstract

一种用于将柔性针或其它这种器械插入组织内的装置，引入了可塌缩的支撑导引件，该支撑导引件支撑着针的还没有穿透组织的那一部分，防止其变形，并且引入了从针的近侧端拉动针以提供用于穿透过程的足够的力的结构。可塌缩支撑导引件可以是一对柔性带，它们沿着它们的长度相连接并且沿着针的未插入长度包封针以支撑针，在本装置的远侧端处具有用于随着针被插入而将所述带从针脱离的机构。插入可以通过一对滚子实现，所述滚子接合带并且向远侧推进带。可替代地，伸缩支撑管可用于支撑针，该管随着针被插入而伸缩性塌缩，用于在针上保持空隙。

Description

插入导引件
技术领域
本发明涉及针或其他细医疗工具的插入领域，并且具体涉及用于防止医疗工具在插入过程中变形的装置。
背景技术
当代临床实践中采用的许多常规治疗包括针、导管和其他细医疗工具的经皮插入，用于活检、药物输送和其他诊断和治疗过程。插入过程的目的是将合适医疗器械的末端安全且精确地置于目标区域中，该目标区域可以是肿瘤、病变组织、器官或血管。需要插入针或另一类似医疗工具的治疗的例子包括种痘、血液/流体取样、局部麻醉、组织活检、导管插入、低温消融、电解消融、浅部治疗、神经外科、深部脑刺激以及各种微创手术。
这类医疗工具(例如，针)一般是薄壁的、直径小并且多数都非常长。由于这些特征，并且因为需要力来穿透患者的皮肤(大约10N)，在该力的作用下，可能很难在针不变形的情况下使针从针的近侧端穿透患者的皮肤。如果针在其行进过程中遇到硬的物体、比如骨头，也可能具有相同的问题。
在其发明人与本发明相同的、共同拥有的PCT申请号PCT/IL2014/050891中，题为“Needle Steering by Shaft Manipulation”，介绍了一种使针插入患者体内的装置，其中针被从其近侧端远程地保持并且通过基于摩擦的机构拉动。这种装置可以防止变形，但其构造复杂，并且不容易实现一次性消毒针包的使用。此外，借助于摩擦驱动器从其近侧端拉动针可能提供不了足够克服如上所述的穿透力的力。
摩擦驱动器一般需要向针施加径向力，这可能导致针弯曲。因为活检针的趋势是减小针的壁厚，这可能成为严重的问题。
在授予R.J.Webster III等人的US专利No.7,822,458，题为“Distal Bevel TipNeedle Control Device and Algorithm”，描述了经皮地操纵手术针进入患者组织内的方法。一个实施例示出将针从其远侧端拉到患者皮肤内的一对驱动轮，该实施例具有与PCT/IL2014/050891相同的缺点。第二实施例使用伸缩导引件，但具有下述缺点：因为使用导螺杆来推进针，所以机构的高度得以保持在其固定的全尺寸，这妨碍了其使用，例如，在CT系统的受限孔内。
因此，需要一种克服现有技术装置的缺点的新插入装置。
在本部分中以及在本说明书的其它部分中涉及到的文献中每一个的公开内容都被整体以引用方式并入本文。
发明内容
本公开描述了一种通过使用可塌缩支撑导引件将柔性针或任何其它细长器械或物体机械插入到软介质(例如，组织)的方法和设备，所述支撑导引件支撑着针的还没有穿透介质的那部分，防止其变形，但不妨碍继续插入过程。在本公开中描述的装置的不同实施方式包括：
(i)使用柔性支撑导引件，比如沿着它们的长度相连接并且沿着针长度的至少一部分包封针的一对柔性带。这些带被适于随着针被插入而从针脱离，这使得该针能够通过从其近侧端推进它而实现插入，以确保足够的力能够被施加以用于穿透过程；
(ii)使用伸缩支撑管，上述伸缩支撑管支撑着针并且防止位于患者皮肤外面的针的那一部分变形，该伸缩支撑管当针被插入时伸缩式塌缩使该装置的高度不妨碍在受限空间、比如CT系统的内孔中的使用。
对于在这里描述的使用柔性支撑导引件的第一实施方式(i)来说，许多推进方法可被使用，以通过针-支撑导引件组件的近侧端将其推或拉到患者身体内，如下：
(a)导引件的近侧端被经由拉机构、比如通过缆线或带子向下拉；
(b)导引件自身被穿孔，并且该组件的下部分中的两个或更多个滚子具有突出部，上述突出部接合导引件的穿孔并且向远侧朝向患者身体拉导引件自身；
(c)导引件被成形为类似于齿条，上述齿条在其长度的至少一部分上具有齿，并且其齿与被定位在该组件的下部分处的对应齿轮齿啮合；
(d)基于摩擦的机构，其中导引件具有粗糙的外表面并且一对相对面对面的滑轮压在导引件上。滑轮自身也可以是粗糙的；
(e)压电驱动器的阵列被安装在针或导引件的一侧或多侧上，使得它们的驱动器元件分别与针或导引件接触，并且它们的致动向远侧推进针或导引件。
对于在这里描述的第二实施方式(ii)来说，首选的推进方法是使用缆线向远侧拉动带有被包封的针的伸缩组件的近侧端。
因此，根据本公开中描述的装置的示例性实施方式，提供了一种用于工具的插入装置，包括：
(i)导引元件，其具有适于允许所述工具穿过的开口；
(ii)推进机构，其被配置用于在朝向插入部位的方向上推进所述工具使其通过所述开口；和
(iii)防变形机构，其被配置用于当所述工具被在朝向插入部位的方向上推进时沿着所述工具的长度的至少一部分支撑所述工具，其中，所述装置被配置为使其相对于插入部位的高度随着所述工具被在朝向插入部位的方向上推进而减小。
此装置可还包括头部元件，所述工具在其近侧区域处被接合到所述头部元件。在本实例中，所述推进机构可包括所述防变形机构并且包括：
(i)一对柔性带，所述一对柔性带被沿着它们长度的至少一部分连接并且在它们之间具有适于接收和支撑所述工具的中心通道，所述一对带在其近侧区域处被接合到所述头部元件；和
(ii)一对滚子，所述一对滚子被设置在所述一对柔性带的任一侧上，并且与所述一对柔性带相互作用使得所述一对滚子的反向转动致使所述一对柔性带在所述一对滚子之间移动，
其中，在所述工具被接收在所述中心通道内时，所述一对柔性带和所述工具借助于所述头部元件相连接，使得所述滚子在适当方向上的反向转动朝向所述一对滚子拉动所述一对柔性带和所述工具。所述一对滚子中的每一个滚子可包括沿着其周长布置的多个突出部，所述多个突出部被适于与沿着所述一对柔性带中的每一个带的长度形成的对应多个孔相接合。所述一对柔性带可在适于接收所述工具的所述中心通道的至少一侧上相连接。此外，它们可在适于接收所述工具的所述中心通道的区域中未连接。这种带有滚子的装置可还包括适于围绕着所述一对滚子之一引导所述一对柔性带中的每一个带的分离特征。所述分离特征可以仅仅是所述一对柔性带的未连接远侧端，所述未连接远侧端中的每一个围绕着所述一对滚子中的相关联的滚子缠绕。作为可替代方式，所述一对滚子中的每一个滚子可包括沿着其周长布置的多个脊部，所述脊部被适于与形成在所述一对柔性带中的对应脊部接合。
在上述装置中的任一者中，所述中心通道可包括沿着其长度的弱化部分，以便于所述一对柔性带中的每一个带围绕着其相关联的滚子缠绕。根据不同实施方式，所述插入装置包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
(i)所述一对带中的一个带；
(ii)所述一对滚子中的一个滚子；和
(iii)所述导引元件的至少一部分。
在上述装置的又其它实施方式中，所述防变形机构可包括伸缩管。这种伸缩管的实施方式可还包括头部元件，所述工具在其近侧区域处被接合到所述头部元件，其中所述伸缩管被附接在所述头部元件和所述导引元件之间。在这些实例的任一者中，该装置可还包括被连接到所述伸缩管的至少一个夹持构件，所述至少一个夹持构件被配置用于接收所述工具并且当所述工具被在朝向插入部位的方向上推进时支撑所述工具。所述工具可被包封在所述伸缩管内。此外，所述头部元件可被借助于附接在所述头部元件和所述导引元件之间的缆线而朝向所述导引元件移动。所述缆线可被围绕着附接至所述导引元件的滑轮缠绕。
在这种用于工具的插入装置中，所述推进机构可包括一个或多个压电致动器。
在上述装置中的任一者中，所述开口可还包括被配置为根据所述工具的尺寸进行调节的约束机构，所述约束机构的至少一部分设置在所述开口内开口。这种约束机构可包括彼此相对设置的至少两个部分，并且其中，所述至少两个部分中的至少一个被适于朝向所述至少两个部分中的另一个移动。约束机构可还包括拧紧螺丝。
上述装置的其它实施方式可还包括被配置用于确定所述工具的位置的编码器。所述编码器可以是光学编码器，其被配置用于通过所述工具上的感测标记和所述防变形机构的一个或多个部件上的感测特征中的一个或多个来确定所述工具的位置。
上述装置的其它例子可包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
(i)所述导引元件的至少一部分；
(ii)所述推进机构的至少一部分；和
(iii)所述防变形机构的至少一部分。
此外，上述工具可包括下述中一个或多个：针，套管，导管，插管器，端口，流体输送管或电极杆。
根据本公开的装置的可替代实施方式，还提供一种用于工具的插入组件，包括：
(i)插入模块，所述插入模块包括：
(a)导引元件，其具有适于允许所述工具穿过的开口；
(b)推进机构，其被配置用于在朝向插入部位的方向上推进所述工具使其通过所述开口；和
(c)防变形机构，其被配置用于当所述工具被在朝向插入部位的方向上推进时沿着所述工具的长度的至少一部分支撑所述工具；
(ii)壳体，其被配置用于接收所述插入模块；和
(iii)致动机构，其被配置用于致动所述推进机构。
在这种插入组件中，所述插入模块可被配置为使其相对于插入部位的高度随着所述工具被在朝向插入部位的方向上推进而减小。插入模块可还包括头部元件，所述工具在其近侧区域处被接合到所述头部元件。此外，推进机构可包括防变形机构并且可包括：
(i)一对柔性带，所述一对柔性带被沿着它们长度的至少一部分连接并且在它们之间具有适于接收和支撑所述工具的中心通道，所述一对带在其近侧区域处被接合到所述头部元件；和
(ii)一对滚子，所述一对滚子被设置在所述一对柔性带的任一侧上，并且与所述一对柔性带相互作用使得所述一对滚子的反向转动致使所述一对柔性带在所述一对滚子之间移动；
其中，在所述工具被接收在所述中心通道内时，所述一对柔性带和所述工具借助于所述头部元件相连接，使得所述滚子在适当方向上的反向转动朝向所述一对滚子拉动所述一对柔性带和所述工具。在这些情况下，所述一对滚子中的每一个滚子可包括沿着其周长布置的多个突出部，所述多个突出部被适于与沿着所述一对柔性带中的每一个带的长度形成的对应多个孔相接合。此外，所述一对柔性带的远侧端可未连接，所述未连接远侧端中的每一个围绕着所述一对滚子中的相关联的滚子缠绕。
根据不同的实施方式，插入模块可包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
(i)所述一对带中的一个带；
(ii)所述一对滚子中的一个滚子；和
(iii)所述导引元件的至少一部分。
在本公开的装置的可替代实施方式的任一者中，防变形机构可包括伸缩管，在这种情况下防变形机构可还包括被连接到所述伸缩管的至少一个夹持构件，所述夹持构件被配置用于接收所述工具并且当所述工具在朝向插入部位的方向上前进时支撑所述工具。在这些可替代实施方式中，推进机构可包括一个或多个压电致动器。此外，它们可还包括被配置用于确定所述工具的位置的编码器。工具自身可包括下述中一个或多个：针，套管，导管，插管器，端口，流体输送管或电极杆。此外，所述致动机构的第一部分可被接合到所述壳体，并且所述致动机构的第二部分可被接合到所述插入模块的所述导引元件。在这些装置中，锁定机构可被配置用于将所述插入模块锁定在所述壳体内。锁定机构可包括：
(i)被接合到所述插入模块的转动构件；和
(ii)形成在所述壳体中的一个或多个缝，
其中，所述转动构件的转动使所述转动构件的至少一部分进入所述一个或多个缝的至少一个中，将所述插入模块锁定在所述壳体内。
此外，在上述插入组件中，壳体可包括适于将所述壳体接合到自动插入装置的一个或多个接合元件，所述自动插入装置至少包括控制器。而且，插入模块可包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
(i)所述导引元件的至少一部分；
(ii)所述推进机构的至少一部分；和
(iii)所述防变形机构的至少一部分。
根据本公开的装置的又其它实施方式，提供了一种用于工具的插入装置，包括：
(i)一对柔性带，所述一对柔性带被沿着它们长度的至少一部分连接并且在它们之间具有适于接收所述工具的中心通道；和
(ii)一对滚子，所述一对滚子被设置在所述一对柔性带的任一侧上，并且与所述一对柔性带相互作用使得所述一对滚子的反向转动致使所述一对柔性带在所述一对滚子之间移动，
其中，在所述工具被接收在所述中心通道内时，所述一对柔性带和所述工具在远离所述一对滚子的端部处被紧固在一起，使得所述滚子在适当方向上的反向转动朝向所述一对滚子拉动所述一对柔性带和所述工具。
在又其它实施方式中，所述一对滚子中的每一个滚子可包括沿着其周长布置的多个突出部，并且所述多个突出部被适于与沿着所述一对柔性带中的每一个带的长度形成的对应多个孔相接合。所述一对柔性带可在适于接收所述工具的所述中心通道的至少一侧上相连接，并且可在所述中心通道的区域中未连接。这种装置可还包括被配置用于将所述一对柔性带和所述工具紧固在一起的保持器构件。它们可还具有导引元件，导引元件包括：
(i)适于容纳所述一对滚子的一个或多个腔；和
(ii)适于允许所述工具穿过的开口。
在该实例中，所述开口可还包括被配置为根据所述工具的尺寸进行调节的约束机构，所述约束机构的至少一部分设置在所述开口内。所述约束机构可包括彼此相对设置的至少两个部分，并且其中，所述至少两个部分中的至少一个被适于朝向所述至少两个部分中的另一个移动。
另外一些实施方式可还包括适于围绕着所述一对滚子之一引导所述一对柔性带中的每一个带的分离特征。此分离特征可包括所述一对柔性带的未连接远侧端，所述未连接远侧端中的每一个围绕着所述一对滚子中的相关联的滚子缠绕。可替代地，它可包括一对结构边缘，每一个结构边缘被充分地靠近相关联的滚子设置使得每一个柔性带被所述边缘中的一个围绕着靠近所述边缘设置的滚子引导。可替代地，上述一对滚子可被设置在导引元件内，并且所述结构边缘中的每一个是所述导引元件的一部件的边缘。
在又其它实施方式中的任一者中，中心通道可包括沿着其长度的弱化部分，以便于每一个柔性带围绕着其相关联的滚子缠绕。此外，所述多个突出部中两个相邻的突出部之间的距离可大于所述多个孔中两个相邻的孔之间的距离。所述一对滚子的外表面和所述一对柔性带的外表面可可替代地被粗糙化使得它们之间的相互作用借助于摩擦实现。所述工具可包括末端，并且所述插入装置可还包括保护元件，所述保护元件被配置用于当所述工具被在朝向插入部位的方向上推进时防止所述末端接触所述中心通道的内表面。所述保护元件可被插入所述中心通道内，并且它可包括空心管。可替代地和附加地，它可被接合到位于所述中心通道外面的所述插入装置的至少一部分。最后，在这些其它实施方式中的任一者中，插入装置可包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
(i)所述一对带中的一个带；和
(ii)所述一对滚子中的一个滚子。
另外，本公开的装置的可替代实施方式可进一步涉及一种用于工具的插入组件，包括：
(i)插入模块，所述插入模块包括：
(a)一对柔性带，所述一对柔性带被沿着它们长度的至少一部分连接并且在它们之间具有适于接收所述工具的中心通道；和
(b)一对滚子，所述一对滚子被设置在所述一对柔性带的任一侧上，并且与所述一对柔性带相互作用使得所述一对滚子的反向转动致使所述一对柔性带在所述一对滚子之间移动，
其中，在所述工具被接收在所述中心通道内时，所述一对柔性带和所述工具在远离所述一对滚子的端部处被紧固在一起，使得所述滚子在适当方向上的反向转动朝向所述一对滚子拉动所述一对柔性带和所述工具，
(ii)壳体，其被配置用于接收所述插入模块；和
(iii)致动机构，其被配置用于旋转所述一对滚子。
在这种组件中，所述致动机构的第一部分可被接合到所述壳体。而且，所述插入模块可包括所述致动机构的第二部分。这种组件中的任一者可还包括被配置用于将所述插入模块锁定在所述壳体内的锁定机构。在这种实例中，所述锁定机构可包括：
(i)被接合到所述插入模块的转动构件；和
(ii)形成在所述壳体中的一个或多个缝，
其中，所述转动构件的转动使所述转动构件的至少一部分进入所述一个或多个缝的至少一个中，将所述插入模块锁定在所述壳体内。
上述组件可还包括适于围绕着所述一对滚子之一引导所述一对柔性带中的每一个带的分离特征，并且分离特征可自身包括所述一对柔性带的未连接远侧端，所述未连接远侧端中的每一个围绕着所述一对滚子中的相关联的滚子缠绕。另外，这种组件可还包括：
(i)被接合到所述插入模块的前导入元件；和
(ii)被接合到所述壳体的后导入元件，
其中，所述前和后导入元件被配置用于在所述一对带的所述未连接端部中的一个围绕着所述一对滚子中其相关联的滚子缠绕之后将所述未连接端部中的所述一个接收于所述前和后导入元件之间。
根据这种组件的其它实施方式，所述壳体可包括适于将所述壳体接合到自动插入装置的一个或多个接合元件，所述自动插入装置至少包括控制器。此外，插入模块可包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
(i)所述一对带中的一个带；和
(ii)所述一对滚子中的一个滚子。
最后，根据本公开的装置的又另一实施方式，提供了一种用于工具的插入装置，包括：
(i)头部元件，所述工具在所述工具的近侧区域处被接合到所述头部元件，
(ii)端部导引元件，所述工具被穿过所述端部导引元件递送到插入部位；和
(iii)附接在所述头部元件和所述端部导引元件之间的伸缩管，
其中，当所述伸缩管塌缩时，所述头部元件被朝向所述端部导引元件移动并且所述工具朝向所述插入部位前进。在这种装置中，所述头部元件可被借助于附接在所述头部元件和所述端部导引元件之间的缆线而朝向所述端部导引元件移动。所述缆线可缠绕在附接到所述端部导引元件的滑轮上。这些其它实施方式的中任一者可还包括至少一个夹持构件，其被配置用于接收所述工具并且当所述工具在朝向插入部位的方向上前进时支撑所述工具。工具可被包封在所述伸缩管内。
应理解，在本公开中使用的术语近侧和远侧具有它们在临床领域中的通常含义，也就是说，近侧是指装置或物体的最靠近插入或使用该装置或物体的人或机器而远离患者的端部，而远侧是指装置或物体的最靠近患者而远离插入或使用该装置或物体的人或机器的端部。
还应理解，虽然在本公开中使用的例子有关于一种针的插入装置，但本装置不意于被限制于与针一起使用，而是应理解为包括在没有任何支撑装置的情况下从其近侧端推或拉可能经历变形的任何长细工具、医学器械或其它的插入，包括针、接口、插管器、导管(例如，消融导管)、套管、外科手术工具、流体递送工具、或任何其它这种可插入工具。
附图说明
结合附图从下面的详细描述中，本发明将得到更完整地理解和欣赏，图中：
图1示意性示出了本公开的插入装置的第一示例性实施方式的断面图。
图2示出了针被包封在图1的插入装置的两个导引带之间的轴向断面图。
图3是示意性示出了具有沿着带的长度布置的穿孔的柔性带装置的实施方式的等轴测视图。
图4是示意性示出了具有沿着带的长度延伸的脊部的柔性带装置的实施方式的等轴测视图。
图5A和5B示意性示出其中运动被借助于压电电机施加到针的实施方式；在图5A中电机操作在柔性带上，而在图5B中直接操作在针上。
图6A示意性示出本公开的插入装置的另一实施方式，其中针被借助于在其每一个高度水平上具有夹持用夹具的伸缩管支撑而免于变形。
图6B是图6A的装置的针夹具的放大图。
图7示出了伸缩管支撑装置的可替代例子，示出了用于针头的线牵引组件。
图8A示出了具有沿着图3的带的长度布置的穿孔的柔性带装置的示例性实施方式的立体图。
图8B示出了示例性针约束机构。
图9示出了图8A的插入装置的另一立体图。
图10A-10B是图8A的插入装置的滚子和带的两个示例性布置的俯视图。
图11是图8A的插入装置的滚子和带之间的操作界面的截面图。
图12A-12C是绘示出使用图8A的针插入装置的三个针插入阶段的纵向断面图。
图13示出了包括被接合到机器人端部受动器的图8A的插入装置的示例性插入组件的立体图
图14是图13的插入组件的分解图。
图15A-15B是用于将插入装置紧固到机器人端部受动器的示例性机构的立体图；在图15A中锁定机构处于打开状态；在图15B中锁定机构处于闭合状态。
图16示出用于控制带的前进方向的示例性后和前导引件。
图17A-17B分别示出示例性带的立体图和断面图，该示例性带具有沿着其纵向槽的长度的弱化部分。
图18A-18B示出处于装配(图18A)和拆卸(图18B)状态的示例性模块式插入装置的等轴测视图。
具体实施方式
首先参考图1，其示意性示出本公开中描述的针插入装置的第一示例性实施方式的断面图。图1示出了支撑媒介的插入装置10，其中针(或任何其它细的可插入元件)100被保持在一对柔性带110之间。这些带借助于粘接、焊接、几何锁定机构比如卡扣机构、或任何其它适当的附接装置方便地保持在一起，并且针100被沿着耦合带110的中心向下延伸的细通道保持在两个带110之间。插入装置10的远侧端包括保持器150，一对滚子120设置于保持器150中。保持器150还包括向远侧朝向患者身体引导针100的开口152。滚子120被定位于保持器150内使它们接触带110，并且当滚子120反向转动时，双带-针组件在滚子120之间移动。滚子120可被定位于形成在保持器150内的腔中，腔的内壁紧密适配到滚子120的外表面，使得当柔性带-针组件经过滚子120之间时，针100能够穿过开口152行进到滚子120外面，同时在滚子120的任一侧上柔性带110中的每一个柔性带被从针100脱离。然后针从双滚子组件露出来，没有柔性带覆盖，这样就准备好插入患者体内了。在一些实施方式中，保持器元件之一的“刀刃”(图1中未示出)或直拐角可被定位成使其致使柔性带110从针100并且围绕着滚子脱离。为了帮助此动作，双柔性带110的前(例如，远侧)端可保持不连接。以便每一个可以围绕着其自己的滚子120自由脱离。插入装置10可提供每一个未连接带端，其被部分地围绕着其滚子120缠绕、或甚至附接于其上、或仅仅分别被朝向其滚子120的周长上的远侧点引导，使得滚子120的转动导致带110从针100脱离，而不需要“刀刃”等将带110从彼此和从针100分开。
带110可以是基于纸的或基于塑料的，或由能够沿着针的长度支撑针100的任何其它材料制成，以此防止其变形，但同时足够柔韧以围绕着滚子120、远离针100弯曲。这些材料例如可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亚安酯(PU)或胶布。在它们的近侧端，柔性带110可被附接到针头102，或附接到针头保持器160，针头保持器160包封并且夹持针头102，使得当滚子120反向转动并且朝向患者的皮肤移动双带-针组件时，柔性带110的近侧端带动针头102随其一起朝向患者皮肤上的插入点向远侧拉动。针100从其近侧端推进是独特的特征，这为针100提供了足以使其能够克服其插入路径中的任何障碍的力，无论是在皮肤入口点处或是在插入过程中进一步向下的过程中。
可选地，编码器可与带110相邻地定位，以使这些带的位置以及因此针100的插入位置可被确定，比如通过接收编码器的输出信号的控制器或处理器(未示出)确定。通过这种方式，医务人员能够跟踪针100的插入深度的进展。编码器例如可以是光学编码器，其可以计数带110上的特征，比如带驱动器的孔或脊部，如在下面图3和4中示出的，或可以检测针自身上的标记。
插入装置10可以是单独的装置，或它可以是插入组件/系统的一部分。在插入装置10是单独的装置的情况下，它可还包括致动机构，例如，电机和齿轮，用于转动滚子120以及因此朝向患者身体移动针100(移动到患者身体内)。在插入装置是插入组件/系统的一部分的情况下，它可被配置为接合到外部致动机构。
现在参考图2，其是图1的插入装置的两个带110以及包封在它们之间的针100的轴向断面图。如图所示，两个柔性带110被沿着它们的宽度接合到一起，除在它们的中心线处包封针100的区域中之外。每一个带110具有沿其中心线延伸的槽114，为带提供“欧米伽形”横向截面，使得当带110被接合到一起时，例如使用粘接剂，这两个带110的纵向槽114一起形成接收和包封针100的空心管或通道。带110可被接合到针头102(在图2中未示出，但在图1中可见)或被与针头102一起紧固到针保持器160(在图2中未示出)。
如上所述，许多方法可以用于将针向远侧推进到患者身体内。现在参考图3，其是示意性示出柔性带装置30的第一实施方式的等轴测视图。在本实施方式中，柔性带310具有沿着带310的长度的至少一部分、并且在沿着中心线的针位置的任一侧上排列的穿孔312。当这些穿孔312与滚子320上的对应突出部(或齿)322接合、并且滚子320在适当方向上反向转动时，双带-针组件被在远侧方向上移动。带310的近侧端被附接到针头302和/或到针头保持器360，使得当带310朝向患者身体向远侧移动时，它们的近侧端朝向患者拉动针。更具体地，滚子320的反向转动通过包括滚子的突出部和带的孔的“类似同步齿带”机构向下拉动耦合的带310。这样，带的拉力与针头保持器360相互作用，从针头302向下推动针300。此力可以远远大于如果滚子320通过摩擦力夹持针300自身并且从其远侧端向下拉动所能够获得的力。如上面提到的，整个装置30可以是单独的装置或它可以是插入系统的一部分，例如，其可以被机械保持(例如，机器人地)以使针300相对于患者对准。
现在参考图4，示出了用于柔性带的移动的可替代方法。在本实施方式中，滚子420被配置为齿轮，并且带410在它们的外边缘处并且横跨它们的宽度的至少一部分被形成有脊部415。脊部415与滚子/齿轮420的齿425啮合，类似于齿条齿轮机构，当滚子/齿轮420反向转动时双带-针组件被在远侧方向上迫移。柔性带410在它们的近侧端处的附接方法可与对于图3的实施方式所描述的相同。
虽然图3和4中示出的实施方式提供了具有最佳的、无滑移推进力的双带-针组件，但还可以使用传统的摩擦力来推进该组件。在这种实施例中，滚子的表面和柔性带的外表面具有摩擦界面，比如在一者或两者上的粗糙化表面，以便滚子的转动导致柔性带相应地移动。
为了提供装置的灭菌操作，可以有很多选择。柔性带可被提供有作为完整的灭菌组件安装的针，准备好安装到滚子组件内。可替代地，滚子组件也可以是被提供装置的一部分，使整个装置成为一次性单次使用装置。在其他实施例中，带被插入其中但没有任何针的滚子组件可被提供为单次使用的一次性单元，使得使用者能够选择要安装到双柔性带导引件中的针。在这些实施例中，双柔性带导引件可被提供有沿着其内孔的细壁引入管，使用者可以将针插入该引入管内，然后可以撤出引入管而针留下被柔性带包封着。这使得使用者能够在不会意外刮擦或刺穿柔性带的软材料的情况下引入针，否则可能进一步导致带材料颗粒留在针内并且进入患者身体。
用于防止针刮擦带的内表面的另一解决方案例如可以是在带之间的内孔中包括具有锥形头部的短杆(例如，比带之间的内孔的长度短)，其被定位于在内孔的顶(近侧)端，锥形头部的凹侧面对着内孔的近侧端以及引入的针，使得当针被引入内孔中时其末端遇到锥形杆头部的凹侧的底部，并且随着针被插入到内孔中其向下推在锥形头部上，从而向下推整个杆，直到杆从内孔的底(远侧)端掉出，而针留在内部。另一解决方案可以是使用外部稳定机构，该机构其被接合到本装置，或至少接合到双带-针组件，以在针被插入到内孔内时保持其笔直并且防止带弯折，从而防止针刮擦/刺穿带的内表面。一旦针被正确定位在带之间的内孔内，外部稳定构件可被移除。此机构可以是一次性的，并且被提供有本装置，例如，预装配的，和在单次使用后丢弃的。
现在参考图5A和5B，其示意性示出其中运动被借助于压电电机施用到针的实施方式。在图5A中，压电电机530被安置于柔性带510的任一侧上，使得当它们被致动时它们的驱动器腿部535使带有包围的针500的带510向远侧朝向患者身体移动。在本实施方式中，滚子520不需要参与推进，并且可以仅仅用于引导柔性带510，以便它们被脱离针500。图5B示出类似实施方式，除了没有使用柔性带并且压电电机530直接操作在针500上之外。
现在参考图6A至7，其示意性示出了本公开的插入装置的其它实施方式，其中针被借助于沿着针的长度提供支撑的伸缩管支撑而免于变形。然而，与现有技术中的伸缩支撑系统不同，这些实施方式使得随着针被插入而装置的高度能够减小，使得它们更方便使用在受限的空间情况下，比如在CT系统的内孔中。针在其近侧端被附接到保持器元件，并且在其远侧端附接到针导引件以对齐针的正确插入点。伸缩管组件被附接在保持器元件和端部导引件之间，用于当针借助于施加于保持器元件上的力而推(或拉)到患者体内时为针提供支撑。
图6A示出具有伸缩管610的插入装置60，伸缩管610被借助于夹子620附接到针600以允许针滑动穿过夹子。当附接着针的保持器元件660被向远侧推(或拉)以将针600插入患者身体内时，连接在保持器元件660和装置的远侧端导引件640之间的伸缩管610塌缩，从而随着针600被插入而保持器660能够接近远侧端导引件640。保持器元件660可被手动向下推或它可以使用各种推进机构，比如滑轮和缆线，向下推或拉，如下面在图7中所示的。在一些实施方式中，针600不会在外部附接到伸缩管610，而是包裹在里面。
现在参考图6B，其是在图6A中示出的装置的夹具620的放大图，示出当伸缩管610塌缩在自己身上时针600如何能够滑动穿过夹具620上的开口，如在伸缩管组件的区域650中示出的。
现在参考图7，其示出了图6A和6B中示出的伸缩管支撑装置的另一示例性实施方式，示出了其中针700的运动借助于缆线720实现的插入装置70，所述缆线720被附接到针头保持器760，并且绕过位于伸缩管710的远侧端处的滑轮730，并且被手动地或借助于电机、液动/气动活塞或任何其它适当的致动/推进机构(未示出)拉动。借助于这种结构，针的运动可以借助于其长度随着伸缩性支撑导引件60一起塌缩的机构实现，以此解决如何执行针在受限空间中的插入的上述问题，其中，连接在针头和远侧端之间的常规导螺杆驱动机构的长度，例如在上述美国专利No.7,822,458中描述的那样，不会妨碍此目的。
现在参考图8A-12C，示出了图3中示出的插入装置的示例性实施方式，即，具有沿着带的长度排列的穿孔的柔性带装置。在本实施方式中，插入装置(也可以称为“插入模块”)被配置为插入组件的一部分，其被配置用于耦合到自动插入系统(例如，机器人系统)。此自动插入系统可以是安装在身体上的(body-mounted)，或可被配置用于耦合到专用臂，所述专用臂被连接至患者的床或者如果手术是图像引导的话则连接至成像装置(例如CT，MRI)。
图8A示出插入模块80的立体图，其包括被包封在由被耦合到一起的两个柔性带810a，810b形成的通道内的针(或任何其它可插入工具，比如插管器、导管等)800。在一些实施方式中，针800被与插入模块80一体地提供，即，作为插入模块的一体部件，而在其它实施方式中，插入模块被配置用于接收各种不同的商业上可得到的针类型，并且由使用者(例如，护士、医师)选择针并且在插入过程之前将其引入该插入模块内。
柔性带810a，810b具有沿着它们长度的至少一部分排列的穿孔(或孔)812，和沿着它们的纵向中心线延伸的槽814a，814b，使得当这些带被附接到彼此时它们的相接合的槽814a，814b一起形成接收和包封针800的通道。
在一些实施方式中，每个带810a，810b可包括四行穿孔812，例如，槽814a，814b的每一侧上有两行，如图8A中所示。在其它实施方式中，每个带810a，810b可包括两行穿孔812，槽814a，814b的每一侧上有一行。可以理解穿孔的布置不仅限于两行或四行，并且带可包括任何数量的穿孔行或任何其它适当的穿孔布置。
插入模块80还包括上面具有突出部822的两个滚子820a，820b。突出部822与带810a，810b的穿孔812对齐，使得当每个滚子820a，820b转动时其突出部822接合对应带810a，810b的穿孔812，导致带810a，810b被沿着并且围绕着滚子820a，820b拉动。
插入模块80可还包括锥齿轮830，其与其中一个滚子、在本实例中为滚子820a安装在同一轴840a上，使得锥齿轮830的转动使滚子820a在相同方向上转动。第二滚子820b的反向转动通过安装在轴840a，840b的相对端部上的两个齿轮实现。
轴840a，840b以及滚子820a，820b可被包封在保持器850内，其可包括轴(或轴杆)保持器部分853，带导引部分855和针导引部分857。轴保持器部分853被配置用于保持和固定轴840a，840b的位置。带导引部分855被配置用于在滚子连续转动时远离滚子引导带，并且其壁可包括当滚子转动时允许突出部822通过的缝8552。针导引部分857可包括细长的“管状”开口(图8A中未示出)，其被配置用于当针在向远侧方向上受拉(或受推)并且带810被从针800脱离时接收针800。针导引部分857还将针800限定于细长开口并且因此在预期的插入方向上导引针800。
在一些实施方式中，为了使插入模块80与各种各样的针型号和尺寸一起使用，细长开口可以具有与意于与插入模块80一起使用的最大直径(号)的针的直径相等或稍大的直径。在其它实施方式中，细长开口在其内可包括约束机构，所述约束机构可以按照所使用的针的直径进行调节。示例性约束机构在图8B中示出了，图8B是该机构的横断面视图。约束机构可包括静止部分8572，其被固定地连接到保持器850的针导引部分857的内表面8573，以及可移动部分8574。所述可移动部分8574可被连接到螺钉(或螺栓)8576，螺钉(或螺栓)8576的头部被定位于在针导引部分857外面以使使用者可触及。螺栓8578可被接合到静止的螺母8578，使得螺栓8576的转动导致可移动部分8574的直线移动。在一些实施方式中，静止部分和可移动部分可分别包括具有两个三角形边缘8571，8575的块，在所述两个三角形边缘之间分别形成v-槽8573，8577，并且当可移动部分8574朝向静止部分8572前进时可移动部分8574的三角形边缘8575适配在静止部分8572的块下面，如图8B中所示，或反之。在其它实施方式中，静止部分和可移动部分可分别包括多个块，并且当可移动部分8574朝向静止部分8572前进时三角形边缘8571，8575交缠(interwine)。这样，在针800被插入插入模块之后，使用者在适当方向上转动螺栓8576使可移动部分8574朝向静止部分8572前进，直到针800和两个v-槽8573，8577之间发生接触并且针800沿着单一直线8579相切到三角形边缘8571，8575中的每一个(图8B中用点表示)。应意识到约束机构可包括不同于螺栓8576、或除螺栓之外的弹簧(未示出)，或适于朝向静止部分8572移动/推动可移动部分8574的任何其它元件。
轴保持器部分853，带导引部分855和针导引部分857可以是组装在一起而形成保持器850的三个分离的部件，或它们可被制造为单一单元。在一些实施方式中，这三个部分中的两个(例如，带导引部分和针导引部分)可被制造为一个部件，之后被接合到第三部分(例如，轴保持器部分)。
插入模块80可还包括针头保持器860，其将针头802和带810a，810b的近侧端紧固在一起。在一些实施方式中，针头保持器860可由两个部分862组成，它们在针800插入两个带810a，810b之间的通道内之后被接合到一起，例如，使用螺钉、粘接剂或闩锁机构。在一些实施方式中，针头保持器860的两个部分862可在它们的远侧端处固定地紧固到一起，带810a，810b的近侧端被附接到它们的远侧端，在针8002插入这两个带之间的通道内之后，两个部分862的近侧(顶)端被在针头802上方接合在一起。如果意图用于医学领域，插入模块80应该是一次性的单次使用装置，以防止患者之间的交叉感染。因此，在一些实施方式中，为了确保插入模块80不与新针重复性使用，针头保持器860可被配置成一旦其被紧固到针头802上就不能从针头802上拆下，或从针头802拆下针头保持器860使针头保持器860永久性破坏从而其丧失功能性。
图9示出插入模块80的另一立体图。如上所述地，插入模块80可包括锥齿轮(图9中未示出)，在本实施方式中其安装在滚子820a的轴840a上。这样，锥齿轮830转动导致滚子820a在同一方向上转动。插入模块80还包括分别安装在滚子轴840a，840b上的两个齿轮870a，870b。在与安装锥齿轮的端部相反的端部处，齿轮870a安装在轴840a上，使得锥齿轮的转动导致齿轮870a与锥齿轮和滚子820a在同一方向上转动。齿轮870a的齿与齿轮870b的齿啮合，使齿轮870b在与齿轮870a相反的方向上转动。因为滚子820b与齿轮870b安装在同一轴840b上，所以齿轮870b的转动导致滚子820b和滚子870b在同一方向上转动，例如，在与滚子820a相反的方向上。当滚子820a，820b反向转动时，它们的突出部822接合带的穿孔812，使得带810a，810b与所包封的针800一起被在向远侧方向上朝向患者身体拉动。这样带810a，810b被迫彼此分离，被在相反的方向上围绕着滚子820a，820b拉动，同时针800继续在向远侧方向上移动并且进入患者体内。
在一些实施方式中，齿轮870a，870b中的至少一个可以是棘轮，设有棘爪，使得这些齿轮只能在一个方向上转动，同时使滚子820a，820b的转动同步和匹配。使用棘轮防止了插入模块80与新的针重复使用，该插入模块在一次使用之后不再是无菌的。可以意识到插入模块80可包括防止重复使用的其它机构，比如不可拆除的针头保持器，如上所述地。
图10A是没有针和针头保持器的插入模块80的俯视图，示出保持器850(图10A未示出)内的滚子820a，820b的示例性布置。在本实施方式中，为了避免当滚子反向转动时发生两个滚子的突出部822撞击到彼此的危险，这种情况会中断插入过程或甚至对带或针等带来破坏，滚子820a，820b被相对于彼此定位在相反的方向上，这样每一个滚子的突出部不面对另一个滚子的突出部。此外，突出部822被围绕着每一个滚子周向地设置，使得每一个滚子820a，820b包括两“圈”的突出部822。在本实施方式中，与每一个“圈”相对的，在另一个滚子上具有环形槽824，其允许当滚子820a，820b反向转动时突出部822不受妨碍地通过。因为突出部822不彼此面对，所以在本实施方式中带810被提供有四行穿孔812，四个突出部“圈”中的每一个对应一行。
在一些实施方式中，每一个滚子820a，820b还包括附加环形槽826，其可以比环形槽824宽且深，并且设置在滚子的横向中心中，以当带在向远侧方向上并且围绕着滚子820a，820b移动时允许沿着带810a，810b的纵向中心延伸的槽814a，814b的凸侧不受阻碍地通过。当带810a，810b被附接(例如，粘接)到彼此时，纵向槽814a，814b一起形成将针接收和容纳在其中的通道815。在一些实施方式中，与插入模块80包括分别具有环形中心槽826的两个滚子820a，820b不同，插入模块80可包括四个滚子，每一对滚子设置在单一轴上，并且被间隔开，以允许槽814a，814b的凸侧在它们之间不受阻碍地通过。
图10B是示出在另一示例性插入模块90的保持器(图10B中未示出)内的滚子920a，920b的可替代布置的俯视图。在本实施方式中，滚子920a，920b被间隔得稍稍远于图10A的滚子820a，820b，使得两个滚子920a，920b的突出部922可以下述方式设置在这些滚子上：当滚子反向转动时它们面对着彼此、但不会出现两个滚子920a，920b的突出部撞击到彼此的危险。因此，在本实施方式中，每一个带910a，910b仅有两行穿孔912，环形槽914a，914b的每一侧上一行。可以意识到，类似于图10A中示出的实施方式，在本实施方式中，不同于分别具有环形中心槽926的两个滚子920a，920b，插入模块90可包括四个滚子，每一个轴940a，940b上安装两个。如在图10B中进一步示出的，在一些实施方式中，可在轴940b上安装锥齿轮930，锥齿轮930的转动导致滚子920a，920b的转动。
现在参考图11，其是示出了滚子820b的突出部822在接合带810b的穿孔812时的断面图。如上所述地，在一些实施方式中，两个滚子820a，820b的突出部不是彼此面对的，即它们被设置成相对于彼此偏置。因此，图11的断面图仅绘示出滚子820b的突出部在接合带810b的穿孔时的情形，而滚子820a的突出部和带810a的穿孔之间的接合不能看到。然而，应意识到下面有关滚子820b的突出部和带810b的穿孔之间的接合的描述同样适用于滚子820a的突出部和带810a的穿孔之间的界面。
在一些实施方式中，滚子820b的节距(pitch)可稍大于带810b的节距，即两个相邻的滚子突出部之间的距离可大于两个相邻的带穿孔之间的距离。因此，拉动带的载荷落在带从滚子820b脱开之前与带810b保持接合的最后一个突出部822a上。这是有利的，因为这保证了当滚子820b转动时在第一接合突出部822b和最后的接合突出部822a之间的部分中带810b保持紧密接合到滚子820b。如果两个相邻的突出部822之间的距离小于两个相邻的穿孔812之间的距离，那么当滚子820b转动时拉动带810的载荷将落在与带810b接合的第一突出部822b上。这可能导致在滚子转动时带810b从滚子822b上脱开并且落在保持器850的内表面上，可能造成高摩擦或甚至损坏带和/或滚子以及中断插入过程。此外，在带810b于其内表面上包括用于附接到第二带810a的粘接剂的情况下摩擦力可能增大，因为在这些带从彼此分离之后剩余的粘接剂可能导致带810b附接到保持器850的内表面。
现在参考图12A-12C，它们示出了插入装置80的纵向断面图，示意出针插入过程的三个不同阶段。
图12A示出处于初始状态、即在开始插入过程之前的插入装置80。在图示的实施例中，本装置被提供有已经分别缠绕在滚子820a，820b上的带810a，810b的远侧端，以保证这些带从彼此分开并且与反向转动的滚子820a，820b一起向外远离彼此滚动。在一些实施方式中，在开始插入过程之前，针800的末端被与保持器850的远侧(底)端大致对齐。在其它实施方式中，针末端可被稍稍隐藏在保持器850内或它可稍稍从其突伸出来。图12B示出在针800已经部分地插入患者身体内之后的插入装置80，带810a，810b已经进一步从针800上、围绕着滚子820a，820b脱离了。
图12C示出在插入过程的前进阶段的插入装置80。针头保持器860正在接近保持器850和滚子820a，820b并且带810a，810b被进一步脱离针800并且围绕着滚子820a，820b缠绕。
现在参考图13，示出了包括被接合到机器人端部受动器1300的插入模块80的插入组件5的立体图。端部受动器1300包括用于接收和容置插入模块80的框架(或壳体)1310，和电机组件1320，电机组件包括设有用于验证减速电机1322的正确功能的电机编码器(未示出)的减速电机1322(例如，电机和行星齿轮系统)，锥齿轮1324，和印刷电路板(PCB)1326。在插入模块80被接合到端部受动器1300上之后，它可使用一个或多个螺钉1330或任何其它适当的紧固机构、比如图15A-15B中示出的机构紧固到端部受动器1300。
在一些实施方式中，插入模块80是一次性的单次使用单元，但端部受动器1300是可重复使用的，即它可与新的一次性插入模块80重复性使用。在这些实例中，端部受动器1300优选是自动(例如，机器人)插入装置(图13中未示出)的一体单元。在其它实施方式中，端部受动器1300可以是一次性的并且从自动插入装置分离。在这些情况下，端部受动器1300和插入模块80可被制造为单一单元。
在一些实施方式中，电机组件1320是端部受动器1300的一体部件。在其它实施方式中，电机组件1320可以是与端部受动器1300分离的，这样电机组件1320在插入模块80被接合到端部受动器1300之前或之后被接合到端部受动器1300。电机组件1320如下述地致动插入机构：减速电机1322转动锥齿轮1324，锥齿轮1324继而转动相接合的插入模块80的锥齿轮830。然后插入模块80的锥齿轮830转动插入模块80的滚子(图13中未示出)，如上关于图8A和9所述地。可以意识到将力矩从电机组件1320传递到插入模块80的任何其它可用方法可被实施，使用相接合的锥齿轮830和1324仅仅是一个示例性方法。
在电机组件1320是端部受动器1300的一体部分的情况下，电机组件1320可被连接到框架1310使电机组件1320可被除去以允许插入模块80到端部受动器1300的正确接合(和脱耦)。例如，电机组件1320和框架1310之间的连接可以是铰接的形式，使得电机组件1320能够围绕着其轴线枢转。在插入模块80被引入框架1310内之后，电机组件1320被向后移动至其位置使得锥齿轮1324被正确接合到插入模块80的锥齿轮830。电机组件1320可被手动或自动地向后移动至其位置，例如，电机组件1320可包括突伸部(未示出)，所述突伸部在插入模块80插入端部受动器1300的框架1310内时被插入模块80挤压(或以其他方式接合)，使得插入模块80到端部受动器1300的接合致使电机组件1320返回其位置并且建立与插入模块80的操作接合(例如，在插入模块的锥齿轮830和电机组件1320的锥齿轮1324之间)。
图14示出图13的插入组件5的分解图。图中示出具有针头保持器860的两个部分862的插入模块80，这两个部分862当例如借助于多个螺钉864连接时将针头802和带810a，810b的近侧端紧固到一起。还示出了包括端部受动器框架1310和电机组件1320的端部受动器1300。如在前面讨论的，通过将插入模块80插入端部受动器框架1310内并且例如借助于两个螺钉1330将其锁定于其中，插入模块80被接合到端部受动器1300。端部受动器框架1310可包括用于接收轴840a的专用槽1312，这样，在插入模块80插入框架1310内之后锥齿轮830保持位于框架1310外面，从而其能够接合到电机组件1320的锥齿轮1324。
图15A-15B示出了用于将插入模块80锁定在端部受动器1300的框架1310内的可替代机构。在一些实施方式中，插入模块的保持器850，或更具体为保持器的针引导部分857，可包括包含两个片形件8582(其可由单一长片形件制成)的可转动元件858，和能够由使用者抓握的把手8584。端部受动器框架1310可具有彼此面对的两个缝1315，使得当可转动元件858通过把手8584转动时片形件8582能够进入缝1315。当可转动元件858处于竖直位置时，即片形件8582平行于针800时，如图15A中所示，插入模块80可被自由地移进和移出端部受动器框架1310。当可转动元件858被转动到大致水平位置时，即向右或向左90度(或稍小于/大于90度)，片形件8582进入缝1315，如图15B中所示，插入模块80被锁定在框架1310内的位置从而其不能仅通过拉动而从端部受动器1300移除。
图16示出插入端部受动器框架1310内的插入模块80。如上所述地，当滚子820a，820b反向转动时，滚子的突出部接合带的穿孔，这导致带810a，810b在相反方向上、围绕着滚子820a，820b脱离针800，然后离开插入模块的保持器850。在一些实施方式中，插入组件5和自动插入装置(未示出)之间的连接可使得当带810a，810b离开保持器850并且向外折叠时至少一个带、例如带810a可能接触自动插入装置的其它部件，比如将端部受动器连接到自动插入装置的结合部(未示出)，这可能影响其正确功能。因此，在一些实施方式中，端部受动器1300的框架1310可包括后导引件1318并且插入模块80可包括被接合到保持器850的前导引件880，它们一起通过将带810a约束到它们之间的空间内来防止带810a朝向自动插入装置向外折叠。在一些实施方式中，可仅提供后导引件1318而不提供前导引件880。
图17A示出示例性带1710的立体图。如在前面讨论的，当滚子反向转动时，滚子的突出部接合带的穿孔，使带与包封在它们之间的针一起在向远侧方向上受拉，同时带从彼此分开并且在相反方向上围绕着滚子从针脱离。因为带1710不是平坦的，而是具有沿着它们长度延伸的槽1714，槽的凸侧面对着滚子，所以要使这些带随着它们被转动的滚子拉动而从彼此分开和向外弯曲需要大量的能量，这只能通过强有力且相对较大的推进机构(例如，电机和齿轮、活塞等)提供。因此，为了减少使带从彼此分开所需的能量并且使它们向外弯曲并且缠绕在滚子上，带的槽1714可包括沿着其长度的弱化部分1716，在不降低带1710强度的情况下这有利于带的弯曲动作。优选地，按照带1710的天然塑料变形特性，弱化部分1716应被间隔开，如根据经验确定地。图17B是带1710的槽1714的纵向断面图，示出了具有弱化区域1716，在本实例中为相等间隔开的弱化区域1716，的槽1714的波状轮廓。
一旦医疗工具(例如，针)被插入患者身体内的预期位置，内科医生/临床医生可优选从患者身体移除插入装置/组件和整个自动插入系统(当采用安装到身体上的插入系统时)，仅将工具保留在位。例如，在使用插入装置将插管器插入患者身体内的活检过程中，一旦插管器处于其位置，则将插管器的芯体从插管器移除并且将活检针通过插管器插入目标(例如，肿瘤)内。在这些实例中，插入装置和/或自动插入装置可能阻挡临床医生的视线或动作，所以他/她可能首选从患者身体移除除插管器之外的所有装置/部件。
图18A示出处于其装配状态的示例性模块式插入装置/模块180的等轴测视图。插入模块包括沿着它们的纵向轴线连接的两个部分182，184。每个部分182，184包括保持器1852，1854的一部分，一个带1810a，1810b，一个滚子(未示出)和一个齿轮1872，1874(分别是所有数字)。在针插入的初始情况下，两个部分182，184被连接，该区域中的带1810a，1810b在被馈送到滚子之前被附接到彼此或保持在一起，并且它们的相结合的槽1814a，1814b一起形成接收和包封针1800的通道。
图18B示出处于其拆卸状态的示例性模块式插入装置/模块180的等轴测视图。其中一个部分、例如部分182可具有多个突出部1882，第二部分、例如部分184可具有多个对应槽/缺口1884(仅一个槽/缺口1884在图18B中可见)，槽/缺口1884用于当这两个部分182，184相连接时接收上述突出部1882。可以意识到用于连接插入模块的这两个部分的任何其它适当的方法可被实施。虽然针1800被包封在形成于带1810a，1810b之间的通道内，但它并没有连接到带1810，1810b或没有连接到插入模块180的任何其它部件，一旦针1800已经到达目标，使用者可以将两个部分182，184从彼此断开连接，使带1810a，1810b从彼此且背离针1800分开，而不用在针1800上施加可以使其移离其位置的任何主要力。
本领域内的技术人员应意识到本发明并不受图中具体示出的以及在上面描述的那些限制。相反，本发明的范围包括如上述各特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读了上述说明书之后能够想到的但不属于现有技术的、对上述特征的变异和修改。

Claims (32)

1.一种用于使医疗工具穿过患者身体上的插入部位朝向患者身体内的目标插入的插入装置，包括：
导引元件，其具有适于允许所述医疗工具穿过的开口；
防变形机构，所述防变形机构包括一对柔性带，所述一对柔性带被沿着它们长度的至少一部分连接，所述一对柔性带中的每一个带包括沿着该带的纵向中心线延伸的槽，使得所述槽在被耦合时一起形成空心中心通道，所述空心中心通道适于当所述医疗工具被穿过所述插入部位朝向所述目标推进时沿着所述医疗工具的长度的至少一部分使所述医疗工具插入其中和支撑所述医疗工具；
头部元件，所述头部元件被配置为使所述一对柔性带的和所述医疗工具的近侧区域接合到其上；以及
推进机构，所述推进机构包括一对滚子，所述一对滚子被设置在所述一对柔性带的任一侧上，并且与所述一对柔性带相互作用使得所述一对滚子的反向转动致使所述一对柔性带在所述一对滚子之间移动；
其中，在所述医疗工具被插入所述空心中心通道内时，所述一对柔性带和所述医疗工具借助于所述头部元件相连接，使得所述滚子在适当方向上的反向转动朝向所述插入部位拉动所述一对柔性带并且穿过所述插入部位朝向所述目标推进所述医疗工具，使得所述装置相对于所述插入部位的高度减小。
2.根据权利要求1所述的插入装置，其中，所述一对滚子中的每一个滚子包括沿着其周长布置的多个突出部，所述多个突出部被适于与沿着所述一对柔性带中的每一个带的长度形成的对应多个孔相接合。
3.根据权利要求1或2所述的插入装置，其中，所述一对柔性带在适于使所述医疗工具插入其中的所述空心中心通道的至少一侧上相连接，并且在适于使所述医疗工具插入其中的所述空心中心通道的区域中未连接。
4.根据权利要求1或2所述的插入装置，还包括适于围绕着所述一对滚子中的一个滚子引导所述一对柔性带中的每一个带的分离特征。
5.根据权利要求4所述的插入装置，其中，所述分离特征包括所述一对柔性带的未连接远侧端，所述未连接远侧端中的每一个围绕着所述一对滚子中的相关联的滚子缠绕。
6.根据权利要求1所述的插入装置，其中，所述一对滚子中的每一个滚子包括沿着其周长布置的多个脊部，所述脊部被适于与形成在所述一对柔性带中的对应脊部接合。
7.根据权利要求1或2所述的插入装置，其中，所述空心中心通道包括沿着其长度的弱化部分，以便于所述一对柔性带中的每一个带围绕着其相关联的滚子缠绕。
8.根据权利要求1或2所述的插入装置，其中，所述插入装置包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
所述一对柔性带中的一个带；
所述一对滚子中的一个滚子；和
所述导引元件的至少一部分。
9.根据权利要求1或2所述的插入装置，其中，所述开口还包括被配置为根据所述医疗工具的尺寸进行调节的约束机构，所述约束机构的至少一部分设置在所述开口内。
10.根据权利要求9所述的插入装置，其中，所述约束机构包括彼此相对设置的至少两个部分，并且其中，所述至少两个部分中的至少一个被适于朝向所述至少两个部分中的另一个移动。
11.根据权利要求10所述的插入装置，其中，所述约束机构还包括拧紧螺丝。
12.根据权利要求1或2所述的插入装置，还包括被配置用于确定所述医疗工具的位置的编码器。
13.根据权利要求12所述的插入装置，其中，所述编码器是光学编码器，其被配置用于通过下述中的一个或多个来确定所述医疗工具的位置：所述医疗工具上的感测标记和所述防变形机构的一个或多个部件上的感测特征。
14.根据权利要求1或2所述的插入装置，其中，所述医疗工具包括下述中一个或多个：针，套管，导管，插管器，输液港，流体输送管或电极杆。
15.一种用于使医疗工具穿过患者身体上的插入部位朝向患者身体内的目标插入的插入系统，包括：
根据权利要求1所述的插入装置；
壳体，其被配置用于接收所述插入装置；和
致动机构，其被配置用于致动所述推进机构。
16.根据权利要求15所述的插入系统，其中，所述一对滚子中的每一个滚子包括沿着其周长布置的多个突出部，所述多个突出部被适于与沿着所述一对柔性带中的每一个带的长度形成的对应多个孔相接合。
17.根据权利要求15或16所述的插入系统，其中，所述一对柔性带的远侧端未连接，所述未连接远侧端中的每一个围绕着所述一对滚子中的相关联的滚子缠绕。
18.根据权利要求15或16所述的插入系统，其中，所述插入装置包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
所述一对柔性带中的一个带；
所述一对滚子中的一个滚子；和
所述导引元件的至少一部分。
19.根据权利要求15或16所述的插入系统，还包括被配置用于确定所述医疗工具的位置的编码器。
20.根据权利要求15或16所述的插入系统，其中，所述医疗工具包括下述中一个或多个：针，套管，导管，插管器，输液港，流体输送管或电极杆。
21.根据权利要求15所述的插入系统，其中，所述致动机构的第一部分被接合到所述壳体，并且所述致动机构的第二部分被接合到所述插入装置的所述导引元件。
22.根据权利要求15或16所述的插入系统，还包括被配置用于将所述插入装置锁定在所述壳体内的锁定机构。
23.根据权利要求22所述的插入系统，其中，所述锁定机构包括：
被接合到所述插入装置的转动构件；和
形成在所述壳体中的一个或多个缝；
其中，所述转动构件的转动使所述转动构件的至少一部分进入所述一个或多个缝的至少一个中，将所述插入装置锁定在所述壳体内。
24.一种用于使医疗工具穿过患者身体上的插入部位朝向患者身体内的目标插入的插入装置，包括：
一对柔性带，所述一对柔性带中的每一个带包括沿着该带的纵向中心线延伸的槽，使得所述槽在被耦合时一起形成空心中心通道，所述一对柔性带在所述空心中心通道的至少一侧上沿着所述一对柔性带的长度的至少一部分相互连接，并且在所述空心中心通道的区域中未相互连接，所述空心中心通道适于使所述医疗工具插入其中；和
一对滚子，所述一对滚子被设置在所述一对柔性带的任一侧上，并且与所述一对柔性带相互作用使得所述一对滚子的反向转动致使所述一对柔性带在所述一对滚子之间移动；
其中，在所述医疗工具被插入所述空心中心通道内时，所述一对柔性带和所述医疗工具在远离所述一对滚子的端部处被紧固在一起，使得所述滚子在适当方向上的反向转动朝向所述患者身体拉动所述一对柔性带和所述医疗工具。
25.根据权利要求24所述的插入装置，其中，所述一对滚子中的每一个滚子包括沿着其周长布置的多个突出部，并且所述多个突出部被适于与沿着所述一对柔性带中的每一个带的长度形成的对应多个孔相接合。
26.根据权利要求24所述的插入装置，还包括被配置用于将所述一对柔性带和所述医疗工具紧固在一起的保持器构件。
27.根据权利要求24所述的插入装置，还包括导引元件，所述导引元件包括：
适于容纳所述一对滚子的一个或多个腔；和
适于允许所述医疗工具穿过的开口。
28.根据权利要求25所述的插入装置，其中，所述多个突出部中两个相邻的突出部之间的距离大于所述多个孔中两个相邻的孔之间的距离。
29.根据权利要求24至28中任一项所述的插入装置，其中，所述插入装置包括适于被连接到彼此和从彼此断开连接的两个单独的单元，每个单元包括：
所述一对柔性带中的一个带；和
所述一对滚子中的一个滚子。
30.一种用于使医疗工具穿过患者身体上的插入部位朝向患者身体内的目标插入的插入系统，包括：
根据权利要求24所述的插入装置；
壳体，其被配置用于接收所述插入装置；和
致动机构，其被配置用于旋转所述一对滚子。
31.根据权利要求30所述的插入系统，其中，所述致动机构的第一部分被接合到所述壳体。
32.根据权利要求31所述的插入系统，其中，所述插入装置包括所述致动机构的第二部分。
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