CN110799146B - 可操纵外科手术机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种用于在患者体内对包括护套和导丝的导管进行定位的可操纵外科手术机器人系统，包括：护套驱动器，其被配置为使具有中空内部的护套沿着在其中延伸的护套前进和缩回路径前进和缩回；导丝驱动器，其被配置为使导丝沿着在其中延伸的导丝前进和缩回路径前进和缩回，其中，护套前进和缩回路径和导丝前进和缩回路径中的每一个在相应护套驱动器和辊驱动器中的成对辊之间延伸，并且所述路径彼此平行。

Description

可操纵外科手术机器人系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月29日提交的题为“STEERABLE SURGICAL ROBOTIC SYSTEM”的美国临时申请序列号62/612,233的权益，其整体通过引用并入本文。
技术领域
本说明书涉及机器人医疗程序的领域，其中，通过导管将导丝引入到体内。更具体地，本说明书涉及用于在机器人外科手术中控制导丝和导管的移动的可操纵外科手术机器人系统的领域。
背景技术
引入导管已知用于将诸如支架、球囊或其它装置的元件传送至体腔内的期望位置。在这些应用中，导丝被引入到体腔内，并使用其端部的不透射线标记被操纵到体腔内的期望位置，该标记由外科医生在放射学上可视化。这种操纵可包括使导丝的远侧尖端的取向相对于其余部分移动，以操纵尖端进入腔的曲折部分中或分支腔中等。一旦远侧尖端在体内适当地定位，其上或其中可包括诸如支架或球囊的可展开元件的护套在丝上前进，以将其远端定位在患者体内的期望位置。
已出现了以机器人方式引入这种导管的需求，即，其中，诸如外科医生的操作者在显示屏上观察导丝的尖端和患者的相邻解剖结构的同时控制操纵杆或连接到控制器的其它控制元件。用于使导丝和导丝在患者体内独立地前进的机器人控制器是已知的。例如，在一个这样的控制器中，可通过一对辊来使护套前进或缩回，导丝可在护套内移动，并且导丝可从偏离护套的纵向轴线的位置插入到其中。结果，无法容易地控制护套和导丝的相对运动，包括使导丝绕其自己的轴线旋转以使其尖端按期望的方向来取向的理想能力，以便在体内(例如，体腔内)进一步前进
发明内容
本文中提供了一种用于在患者体内对包括护套和导丝的导管进行定位的可操纵外科手术机器人系统，包括：护套驱动器，其被配置为使具有中空内部的护套沿着在其中延伸的护套前进和缩回路径前进和缩回；以及导丝驱动器，其被配置为使导丝沿着在其中延伸的导丝前进和缩回路径前进和缩回，其中，护套前进和缩回路径和导丝前进和缩回路径中的每一个在相应护套和辊驱动器中在成对的辊之间延伸，并且这些路径彼此平行。
附图说明
图1是固定具有可操纵导丝的可操纵外科手术机器人系统的机器人控制器组件的服务车的等轴视图，导丝可被插入到护套中，然后通过其被馈送、前进并操纵至人或动物患者的体内的适当位置。
图2A是图1所示的机器人控制器组件的等轴视图。
图2B是图2A的护套和导丝的远端部分的等轴视图。
图3A是图2A所示的机器人控制器组件的平面图。
图3B是图3A的护套和导丝的远端部分的平面图。
图4A是图2A所示的机器人控制器组件的等轴后视图。
图4B是图4A的护套和导丝的远端部分的透视图。
图5A是图4A所示的机器人控制器组件的等轴后视图，其中，机器人控制器已被致动以使导丝相对于护套旋转。
图5B是图5A的护套和导丝的远端部分的透视图。
图6A是图2A的机器人控制器组件的等轴视图，其中，相对于图2A，机器人控制器组件已被致动以改变护套和其中的导丝的相对位置。
图6B示出护套已向图的左侧移动，而导丝位置保持静止。
图7是用于控制机器人控制器组件的操作的控制器架构的框图。
图8A和图8B是图2A至图6A上的导丝的可弯曲端的等轴视图。
图8C和图8D是导丝的端视图。
图9A和图9B是用于将导丝的可弯曲部分上的电极电连接到电源的连接范式的截面图。
具体实施方式
本文中，提供了可操纵机器人系统10，其安装在悬挂在以悬臂方式从基座16延伸的臂14上的引导托盘12中。基座16这里被示出为安装在包括多个可锁定轮20的可移动推车18上，其允许外科医生或其他技术人员将推车18移到与患者相邻的期望位置并将轮20锁定以防止移动，从而将推车18锁定就位。基座16可在垂直方向上相对于推车18平移地移动。臂14这里包括弓形悬臂部分22，第一子臂24通过回转连接26枢转地连接到悬臂部分22并由回转连接26在水平平面中支撑。第二子臂28在其第一端同样枢转地连接到第一子臂24，并且直角悬挂器30枢转地连接到其相对远端30。第二子臂28与第一子臂24的枢转连接允许第二子臂的远端30绕以第二子臂与第一子臂24的枢转连接为中心的弧的受控摆动运动，使得远端30可相对于推车18的轮20所在的支撑面向上或向下移动。直角支撑件32枢转地悬挂在远端30上，并且包括在另一转环34处连接的第一和第二部分，其中，第二部分连接到引导托盘12。引导托盘12可由用户经由其上的手柄36通过臂22、24和28和直角支撑件32的回转连接相对于水平和垂直方向定位。结果，引导托盘12相对于推车18定位的五个自由度包括3个平移自由度、一个俯仰运动和一个偏航运动。
机器人控制器50设置在引导托盘12中并由引导托盘12支撑，柔性护套52(例如，导管的外护套)从机器人控制器50延伸并且可操纵导丝54在护套52中延伸并最终从护套52延伸(参见例如图2A)。引导托盘12包括：槽状支撑区域38，机器人控制器50被安装并支撑在其上；以及漏斗形罩40，其从支撑区域38的一端延伸并在其向内渐缩的末端具有直径减小的引导开口42。其中可移动地设置有可操纵导丝54的护套52从机器人控制器50延伸到开口42之外。引导托盘12可相对于患者并且相对于护套52向内延伸到患者的切口中的期望取向定位，以允许可操纵导丝54到达患者体内的处理部位。
本文中，最初，其中具有导丝54的护套52被手动引导到患者体内。可观察护套52和导丝54的远端的单独视觉范围或护套52和导丝54的远端上的不透射线标记可与患者身体的放射学成像组合，以此后将护套52和导丝54的远端引导到患者体内的期望位置。
参照图2A和图3A，以等轴视图(图2A)和平面图(图3A)示出护套52和导丝54从其延伸的机器人控制器50。在机器人控制器的该构造中，机器人控制器50包括护套驱动器62和导丝驱动器64，其中，护套驱动器62固定地连接到固定到引导托盘12的机器人控制器的基座60，并且导丝驱动器64可滑动地连接到基座60。在该构造中，护套驱动器62和导丝驱动器64中的每一个被配置为允许导丝54和护套52相对于基座60定位的精细移动控制，并且另外可通过使导丝驱动器64沿着基座60滑动地移动来使导丝54相对于护套52移动。因此，如果护套驱动器62和导丝驱动器64中的每一个相对于彼此保持静止，并且它们各自同时使护套52和导丝54朝着或远离引导托盘12上的开口42移动，则尽管相对于开口42移动，并因此穿过患者体内的切口，并因此移动到患者体内，护套52和导丝54不会相对于彼此移动。另选地，在护套驱动器62使护套52相对于其移动的情况下，导丝驱动器64可自己移动，导丝54相对于其保持静止，以达到护套52和导丝54相对于开口42同时移动，但不相对于彼此移动的效果。在任一情况下，随着导丝被插入到曲折解剖结构中，通过具有控制器(图7)的护套驱动器62和导丝驱动器54的操作，导丝54的远侧尖端56也可以可控地远离护套52的远端58前进，或者朝着远端58缩回或甚至缩回到远端58中。
护套驱动器62包括基座61，其被固定地支撑在大致垂直于安装基座60延伸的凸缘板66的端部上，并且这里，基座61形成具有两对压紧辊组件68a、68b(图3A、图3B)的辊壳体。成对的压紧辊组件68a、68b中的每一个包括两个辊70a、70b，其可旋转地支撑在大致垂直于护套52的驱动路径延伸的驱动轴72a、72b上。成对辊70a、70b之一的成对驱动轴72a、72b中的一个(这里，压紧辊组件68b的辊70b的轴72b)联接到电机73(这里，其输出轴74具有可精细控制的弧形移动的电机)，以允许其输出轴74的小弧形运动。输出轴74连接到齿轮箱75，其具有一对锥齿轮，专用于驱动辊组件68b的辊70b的驱动轴72b。这里，输出轴74的中心线大致平行于护套52的驱动路径，并且当驱动轴72a、72b大致垂直于该驱动路径时，一对锥齿轮在将发生旋转的中心线的方向从平行于驱动路径转换为垂直于驱动路径的同时传递输出轴74的旋转。为了实现压紧辊组件68a、68b的压紧性质，辊70a的驱动轴72a设置在可滑动壳体67a、67b上，并且各个可滑动壳体通过弹簧69a、69b或其它偏置机构来弹簧加载，以将辊70a的外周表面朝着辊70b的对应外周表面推压，从而抓牢在其间延伸的护套52。由于辊70b或压紧辊组件68a被物理地驱动，所以在压紧辊组件68b的旋转辊70a、70b之间压紧护套导致夹在其间的护套的对应线性移动，并且护套52的运动导致压紧辊组件68b的辊70a、70b的旋转。由于辊70a、70b用作将护套52外表面压紧在其间的压紧辊，所以仅需要驱动每对68a、68b的两个70a、70b中的一个，另一辊提供从动辊表面。另选地，可提供连接到电机74的第二输出轴的第二对锥齿轮或第二电机和锥齿轮集合，以驱动压紧辊组件68a的辊70b。
导丝驱动器64可相对于护套驱动器62线性地移动，并且其还包括与护套驱动器62相同的辊构造。导丝驱动器64包括基座80，其包括被配置为接纳在安装基座60的滑杆凹陷84内的下滑动部分82、向上延伸(在远离安装基座60的方向上)的后驱动器安装件86以及从其延伸的前侧凸缘90。安装基座60包括大致平行于前侧凸缘90延伸的侧凸缘88。主电机92(这里，能够进行其输出轴94的可控小角移动的步进电机或伺服电机)通过输出轴94联接到螺纹杆96的第一端98。螺纹杆96的第二端100由轴承(未示出)支撑在侧凸缘88的开口102中。前侧凸缘90包括穿过其的螺纹开口104(这里，螺纹开口104延伸穿过从侧凸缘90的面向主电机的一侧延伸的凸台106并与轴94的中心和侧凸缘88中的开口102轴向对准)。分别穿过凸缘88、90提供稳定开口110、112，以用于接纳穿过其的稳定杆(未示出)，其由托盘12或基座的附加元件支撑，以防止侧凸缘90绕输出轴94轴线的弧形运动。主电机92被安装到与凸缘板66相邻的安装基座60，因此相对于侧凸缘88的位置固定。因此，主电机92(因此，与凸台106中的螺纹螺纹接合的螺纹杆96)的旋转导致前侧凸缘90相对于侧凸缘88的线性运动，因此导致导丝驱动器64的对应线性运动。
如先前讨论的，导丝驱动器64具有与护套驱动器62相同的一般构造，并且包括形成辊壳体的基座61和两对压紧辊组件68a、68b。成对的压紧辊组件68a、68b中的每一个包括两个辊70a、70b，其可旋转地支撑在大致垂直于穿过其的导丝54的驱动路径延伸的驱动轴72a、72b上。成对辊70a、70b之一的成对驱动轴72a、72b中的一个(这里，压紧辊组件68b的辊70b的轴72b)联接到电机(这里，其输出轴74具有可精细控制的弧形移动的电机73)，以允许其输出轴74的小弧形运动。输出轴74连接到齿轮箱，其专用于驱动辊组件68b的辊70b的驱动轴72b。这里，输出轴74的中心线大致平行于护套的驱动路径，并且当驱动轴72a、72b大致垂直于该驱动路径时，一对锥齿轮在将发生旋转的中心线的方向从平行于驱动路径转换为垂直于驱动路径的同时传递输出轴74的旋转。为了实现压紧辊组件68a、68b的压紧性质，辊70a的驱动轴72a设置在可滑动壳体67a、67b上，并且各个可滑动壳体通过弹簧69a、69b或其它偏置机构来弹簧加载，以将辊70a的外周表面朝着辊70b的对应外周表面推压，从而抓牢在其间延伸的导丝54。由于辊70b或压紧辊组件68a被物理地驱动，所以在压紧辊组件68b的旋转辊70a、70b之间压紧导丝54导致夹在其间的导丝54的对应线性移动，并且导丝54的运动导致压紧辊组件68b的辊70a、70b的旋转。由于辊70a、70b用作将导丝54外表面压紧在其间的压紧辊，所以仅需要驱动辊70a、70b的每对68a、68b的两个70a、70b中的一个，另一辊提供从动辊表面。另选地，可提供连接到电机74的第二输出轴的第二对锥齿轮或第二电机和锥齿轮集合，以驱动压紧辊组件68a的辊70b。
与护套驱动器62的基座61相反，导丝驱动器64的基座61在其后端114安装到支撑在驱动器安装件86中的轴承118中的短轴116，短轴116继而连接到正时齿轮120。参照图4A，旋转驱动电机122附接到基座80，并且驱动正时齿轮124附接到其输出轴，该输出轴延伸穿过驱动器安装件86中的开口128并被支撑在开口128中的轴承126内。惰轮127也被支撑在驱动器安装件86中的开口中的轴承上。图5A的正时皮带130围绕正时齿轮120、惰轮127和驱动正时齿轮124延伸，由此导致其输出轴94旋转的电机操作导致正时皮带130移动，从而导致正时齿轮120在+/-θ方向上的旋转。这继而导致导丝驱动器64的基座61与短轴一起绕短轴116轴线旋转。当导丝54被压紧在辊68a、68b之间时，该旋转运动导致导丝54在导丝驱动器64内的对应旋转。如图4B所示，其中，护套驱动器62和导丝驱动器64具有相同的取向，导丝的尖端部分56这里沿着从在Z方向上延伸的导丝54的一部分延伸的弯曲部分大致向Y轴延伸。无需独立地修改尖端56的取向，除了通过使导丝驱动器64的基座61部分绕短轴轴线旋转到图5B所示的位置，导丝54的尖端部分56的取向现在沿着从Z方向上的导丝54的一部分延伸的弯曲部分大致向Y轴延伸。
本文中，护套驱动器62和导丝驱动器64中的每一个的压紧辊组件68a、68b的从动辊70b和驱动辊70a允许导丝54和护套52在护套驱动器62和导丝驱动器64内在图4A的+/-Z方向上的平移移动。另外，通过其图4A和图5A的相对位置与图6A所示相比所示，整个导丝驱动器54可相对于护套驱动器62在Z方向上平移移动。在图6A中，主电机92使附接到其的螺纹杆96旋转的操作已使得导丝驱动器64朝着固定到基座60的护套驱动器62移动。结果，如果导丝驱动器的从动辊70b保持静止，则导丝54将被向在护套52的近端的套圈140内推压，导丝54通过该套圈140被引入到护套52的内部。这可导致套圈140与护套驱动器62之间的护套52区域压弯。因此，套圈140可物理地连接(连接未示出)到导丝驱动器64的侧凸缘90，因此当导丝驱动器64平移移动时平移移动。为了实现该运动，护套52必须由护套驱动器62的压紧辊组件68b的从动辊70b以与前侧凸缘90的平移移动相同的平移速度在相同的方向上驱动。另外，比较图2B至图6B，前侧凸缘90从其在图2A中的位置到其在图6B中的位置的平移运动表明，护套52已向图的左侧移动，而导丝54位置保持静止。这通过控制器操作导丝电机73以使其压紧辊组件68b的从动辊70b旋转以相对于引导托盘12维持导丝54的位置静止来实现，因此允许护套52相对于其中并从其近端和远端延伸的导丝54移动。
本文中，通过护套驱动器62和导丝驱动器64的相对取向来固定护套驱动器64内的护套52和导丝驱动器64内的导丝54的驱动方向。在例如图2B所示的实现方式中，导丝54被在其上推压的从动辊70b和剩余辊直接推压到护套52的近端的套圈中。换言之，辊推压导丝的方向沿着护套52的内部体积的中心线。因此，当通过导丝驱动器使导丝旋转时，其在护套52内以及从其远端58延伸的部分将同样在相同的方向上旋转。相反，在导丝以一角度被引入到护套的现有装置中，导丝将在引入位置外部弯曲或成环，并且导丝的远端的可控旋转不稳定。另外，当护套52的套圈物理地固定到导丝驱动器64的侧凸缘90时，通过辊在导丝驱动器64相对于护套驱动器62的相对移动的方面的适当操作，护套52可被仅仅地保持在护套驱动器62的侧凸缘90与辊70之间以沿直线路径延伸。此外，护套驱动器62和导丝驱动器中的每一个的辊70可包括沿着护套52或导丝54的前进/缩回方向对准的止动器，以确保护套52和导丝54在其相应驱动器62、64中的相对位置。这进一步确保导丝在前进到护套52近端中或相对于护套52近端旋转时不太可能向外弯曲或成环。通过使护套驱动器62和导丝驱动器64相对于彼此适当对准，护套和导丝穿过其相应驱动器的路径可平行并共线。
参照图7，示意性地示出机器人控制器的控制系统132。该控制系统包括可编程存储器，包括用于暂时存储控制程序的至少一个随机存取存储器134、永久地存储系统和控制程序的操作参数的只读存储器136以及被配置为使用控制程序操作和控制机器人控制器50的处理器138。因此，控制器硬连线或无线连接到主电机122以及驱动压紧辊组件68b的驱动轴72b的电机，以向其提供控制信号以允许护套52和导丝54的选择性前进和缩回以及导丝54的旋转(全在控制系统132的控制下)。这允许导丝54、护套52以及导丝驱动器64和护套驱动器62的各种相对运动。
为了将护套52的远端58适当地定位在患者内腔中，导丝54沿其延伸的护套52初始被引入到患者切口中，并在放射学成像以便于外科医生观察的同时沿着内腔前进。这可初始手动完成，此后，外科医生在放射学地观察内腔、导丝远侧尖端56和护套远端58的同时，致动操纵杆或其它装置以同时或独立地控制导丝和护套的前进、缩回和旋转，以及远侧尖端56的弯曲取向。结果，外科医生能够将导丝(因此护套)引导到患者体内的期望位置。
这里，为了实现导丝的远侧尖端56的取向在图1所示与例如图4B所示之间转变，导丝包括可弯曲端部分150。图8A是可弯曲部分150的实施方式的透视图，示出处于笔直模式的可弯曲部分150。可弯曲部分150包括离子电活性聚合物致动器210，其包括聚合物电解质层211，该聚合物电解质层211与导丝54的远端200相邻设置并且在围绕其成角度分布的多个可独立通电的电极212内居中设置。一起围绕聚合物电解质层211的外表面213的多个电极212中的每一个连接到导电丝152(图9A、图9B)的远端123，电信号或电流可通过导电丝152被供应到连接的电极212。在一个实施方式中，成角度分布的电极212围绕聚合物电解质层211的外表面213等角度分布。例如但非限制，在图8A的实施方式中，离子电活性聚合物致动器210可包括四个成角度分布的电极212，其中心线彼此分离开约90度(1.571弧度)。将理解，多个电极212中的每一个沿着聚合物电解质层的表面占据圆周跨度，因此“角距”可以是就电极的中心线217而言的，而非电极的相邻边缘(将更靠近相邻电极的相邻边缘)。在一些实施方式中，按照在相邻电极之间提供显著间隙作为绝缘通道216的方式使电极间隔开。对一个或更多个电极212选择性施加电流/电压导致可弯曲部分150在其在图8A中的取向与其在图8B中的取向之间移动。
在一个实施方式中，导丝54的可弯曲端部分150被配置为离子电活性聚合物致动器210。在一个实施方式中，离子电活性聚合物致动器210包括由以EMITF(作为电解质)浸渍的PVDF-HFP制成的聚合物电解质层211。另选地，离子电活性聚合物致动器210的其它实施方式可包括聚合物电解质层211，其包括诸如AciplexTM(可得自日本东京的Asahi KaseiChemical Corp.)、
Figure BDA0002287179280000081
(可得自美国宾夕法尼亚州Exton的AGC Chemical Americas,Inc.)、
Figure BDA0002287179280000082
F序列(可得自德意志联邦共和国Bietigheim-Bissingen的FumatechBWT GmbH)或
Figure BDA0002287179280000091
(可得自美国特拉华州Wilmington的Chemours Company)的至少一种全氟化离聚物。
在一个实施方式中，电极212可包括铂、金、碳基材料或其组合(例如，复合材料)中的一种。在其它实施方式中，例如但不限于，碳材料可包括碳化物衍生碳(CDC)、碳纳米管(CNT)、石墨烯、碳化物衍生碳和聚合物电解质层211的复合物以及碳纳米管和聚合物电解质层211的复合物。在示例性实施方式中，如图9所示，电极212是双层的，并且包括：碳(CDC和/或CNT)和PVDF-HFP/EMITF的复合层212a以及其上的金层212b。电极212可使用任何合适的技术集成在聚合物电解质层211的外表面213上。例如但非限制，金属电极212可使用电化学工艺沉积在其上(例如，铂或金电极)。另选地，双层电极212可通过以下步骤制备并集成在外表面213上：在外表面213上喷涂复合层，在复合层上喷涂金层，然后使用回流工艺将两个层集成。回流工艺的细节在PCT申请No.PCT/US17/16513中有所讨论，其整体通过引用完整并入本文。
通过多个电极212中的一个或更多个的选择性通电，可弯曲部分150可选择性地且可控制地变形为弯曲模式，如下面将更详细说明的。图8B是图8A的可弯曲部分150的变形或弯曲模式下的部分的等轴视图。多个电极212中的每一个连接到导电丝152(图9A)的远端220，电信号可通过导电丝152施加到丝152所连接到的电极212，从而使得聚合物电解质层211内的金属阳离子在由施加的电信号确定的方向上移动。在聚合物电解质层211的靠近阳极设置的部分中，由施加的电信号产生的该阳离子迁移导致聚合物电解质层211膨胀，在剩余未膨胀部分的方向上弯曲或翘曲。结果，可通过策略性地选择要通电的电极212并调节通过导电丝152施加到那些电极212的电信号来控制离子电活性聚合物致动器210的聚合物电解质层211的弯曲变形的大小和方向。
另选地，在未对多个电极212中的一个或更多个施加一个或更多个电信号的情况下观察到可弯曲部分150处于变形模式的情况下，所观察到的偏转的大小可用于确定施加到可弯曲部分150的外力的大小和方向，或者另选地，在对电极212施加已知电流未能产生可弯曲部分150的预期变形的情况下，预期变形与实际变形(如果有的话)之间的差异可用作施加到导丝52的可弯曲部分150的外力的大小的指标。
图8C是图8A和图8B的可弯曲部分150的截面图，示出选择的第一组四个电信号被施加到围绕聚合物电解质层211的外表面213设置的四个圆周分布的电极212以提供两个自由度(例如，沿着X轴方向和/或Y轴方向弯曲)的一个实施方式。图8C示出可施加到多个成角度分布的电极212以使可弯曲部分150在箭头3的方向上弯曲的电信号。将理解，除了对图8C的顶部的电极212施加正电荷(电位)之外，并且还除了对图8C的底部的电极212施加负电荷(电位)之外，还在图8C的可弯曲部分150的左侧和右侧的电极212上施加正电荷(电位)可导致与在图8C的顶部的电极212上施加正电荷(电位)并对剩余电极212施加负电荷(电位)时将发生的变形不同量的变形。将理解，用户可选择产生用户所期望的变形的多个电信号。
图8D是图8A和图8B的可弯曲部分150的截面图，显示选择的第二组四个电信号被施加到围绕聚合物电解质层211设置的圆周分布的电极212的另一实施方式。图8D示出对图8D的可弯曲部分150的顶部的电极212并且还对图8D的可弯曲部分150的右侧的电极212施加正电荷(电位)，并且图8D还示出对图8D的底部的电极212并且还对图8D的左侧的电极212施加负电荷(电位)。聚合物电解质层211的变形是由在箭头4的方向上施加这些电荷(电位)导致的。
从图8C和图8D将理解，通过策略性地控制赋予各个电极212的电荷的符号(+、-)和大小，可弯曲部分150可在多个方向上弯曲并且具有不同程度的变形或偏转。尽管图8A至图8D所示的实施方式示出包括四个电极212的可弯曲部分150，但将理解，导丝54的可弯曲部分150可包括少于四个或多于四个电极212，这些其它实施方式将具有不同的偏转和变形定向能力，因此提供更多或更少的自由度。
导电丝152可使用任何合适的连接技术按照各种配置与电极212互连。例如，可采用导电糊剂或激光焊接来将导电丝152和电极212物理连接和电连接。图9A和图9B示出离子电活性聚合物致动器210的横截面，示出导电丝152和电极212的物理连接和电连接的一个实施方式，其公开于临时申请No.62/539,346中并整体通过引用完整并入本文。这里，导电丝152在离子电活性聚合物致动器210的近端202使用导电糊剂或激光焊接与各个电极212的至少一部分互连(例如，集成(参见例如图9A)或嵌入(参见例如图9B))。然后，提供聚合物套筒204以方便体腔或通道内的导丝可操纵性。聚合物套筒204被覆盖在导丝芯206、近端202的一部分以及与之连接的导电丝152上，以将它们牢固地固定在一起。
导丝54的近端进一步联接到连接器300(参见例如图4A)，连接器300可进一步电连接到电控制器(未示出)。电控制器被配置为选择性地控制由导电丝152承载并赋予多个电极212的电荷，以控制和操纵导丝的可弯曲部分150。在一些实施方式中，电控制器可包括处理器(未示出)，其响应于来自主控制器(未示出)的用户输入信号，计算施加到电极的电信号的值。例如，主控制器可包括操纵杆，其使得用户能够向可弯曲部分150的电极212输入弯曲控制信号，以通过电控制器提供两个弯曲自由度。
本文中，提供了用于使用电活性聚合物和电极构造来局部操纵导丝54的远侧尖端56的机构，以及远侧尖端56相对于周围护套52的远端58前进的能力，以及使导丝54旋转的能力，因此使远侧尖端以圆形路径(pat)移动，其半径取决于其由使用电活性聚合物和电极导致的弯曲，以使得远侧尖端56相对于导丝56的其余部分运动。因此，在由外科医生使用时，护套的远端58被首先引入到患者体内(例如，患者的体腔内)。这里，护套52的与远端58相邻的部分包括一个或更多个放射性标记，从而允许远端在体腔内放射学地成像。然后，当遇到曲折内腔结构时，通过操作导丝驱动器64的电机73以使得其至少一个辊70旋转，从而使得导丝相对于护套52的远端58前进，也放射性地标记的导丝54的远侧尖端56可相对于护套52的远端58前进。在导丝54前进的同时，通过操纵杆或连接到控制器的其它装置的操作，外科医生可控制导丝54的前进，控制由于作为控制器向所选的电极212供电的结果的电极和电活性聚合物的操作所导致的弯曲方向和弯曲量t，并且一旦实现导丝54端部的弯曲，就使远侧尖端沿着弧移动以使其与内腔的另一部分或分支对准，然后远侧尖端56前进到内腔的该另一部分或分支中。然后如果需要，护套52可沿着导丝前进，并且重复操作序列，直至护套的远端被定位在患者体内的期望位置。
例如，护套的远端可承载支架、球囊或其它可展开装置。因此，当护套的远端已前进到期望的内腔位置时，支架或球囊可展开，并且护套52和导丝从患者移除。

Claims (7)

1.一种用于在患者体内对包括具有中空内部的护套和导丝的导管进行定位的机器人控制器，该机器人控制器包括：
基座；
护套驱动器，该护套驱动器包括在其中延伸的护套前进和缩回路径以及固定地连接到所述基座的护套驱动器辊壳体，并且被配置为使所述护套沿着所述护套前进和缩回路径前进和缩回，所述护套驱动器辊壳体还包括至少一对护套辊，所述一对护套辊中的护套辊被设置为沿着所述护套前进和缩回路径彼此面对，每一个护套辊包括外周表面，所述外周表面被配置为当所述护套被定位在所述护套辊之间时抓牢所述护套；
导丝驱动器，该导丝驱动器包括在其中延伸的导丝前进和缩回路径以及可移动地连接到所述基座的导丝驱动器辊壳体，并且被配置为使所述导丝沿着所述导丝前进和缩回路径前进和缩回并且选择性地朝向所述护套驱动器移动和远离所述护套驱动器移动，所述导丝驱动器辊壳体还包括至少一对导丝辊，所述一对导丝辊中的导丝辊被设置为沿着所述导丝前进和缩回路径彼此面对，每一个导丝辊包括外周表面，所述外周表面被配置为当所述导丝被定位在所述导丝辊之间时抓牢所述导丝；其中
所述护套驱动器辊壳体内的所述护套前进和缩回路径和所述导丝驱动器辊壳体内的所述导丝前进和缩回路径中的每一个在相应护套驱动器中的成对护套辊和导丝驱动器中的成对导丝辊之间延伸，并且所述护套前进和缩回路径与所述导丝前进和缩回路径彼此平行。
2.根据权利要求1所述的机器人控制器，其中，所述护套前进和缩回路径和所述导丝前进和缩回路径以共线的关系彼此对准。
3.根据权利要求1所述的机器人控制器，其中，所述导丝驱动器还包括驱动器安装件，所述导丝驱动器辊壳体可旋转地联接到所述驱动器安装件，所述驱动器安装件可操作地固定联接到被可移动地接纳在滑杆凹陷中的滑动部分。
4.根据权利要求3所述的机器人控制器，其中，所述导丝驱动器还包括在从所述护套驱动器延伸的护套的近端上的套圈。
5.根据权利要求3所述的机器人控制器，其中
所述导丝驱动器还包括其中具有开口的侧凸缘以及具有螺纹开口的前侧凸缘，所述螺纹开口延伸穿过所述前侧凸缘，并且
主电机连接到所述基座，并且螺纹杆从所述主电机延伸，其中，所述螺纹杆延伸穿过并且螺纹连接到在所述前侧凸缘中的所述螺纹开口，并且所述螺纹杆的远离所述电机的一端被接纳在所述侧凸缘中的所述开口中。
6.根据权利要求3所述的机器人控制器，其中，所述导丝驱动器辊壳体中的成对辊包括第一对辊和第二对辊，并且所述第一对辊和所述第二对辊中的每一对辊包括联接到辊驱动轴的从动辊，所述辊驱动轴连接到辊驱动电机。
7.根据权利要求6所述的机器人控制器，其中，所述导丝驱动器还包括：
联接到驱动齿轮的旋转电机；
旋转齿轮；
联接到所述旋转齿轮和所述驱动齿轮的皮带；以及
支撑轴，所述支撑轴延伸通过并且可旋转地支撑在所述驱动器安装件中，所述支撑轴在所述旋转齿轮和所述导丝驱动器辊壳体之间延伸并且联接到所述旋转齿轮和所述导丝驱动器辊壳体。
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