CN110870937A - 一种介入医疗智能导管驱动组件、介入医疗智能导管及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种介入医疗智能导管驱动组件，包括：固态电解质管；至少一对电极，所述电极贴附于所述固态电解质管外侧；一种介入医疗智能导管，包括：介入医疗智能导管驱动组件；内层导管，与所述介入医疗智能导管驱动组件同轴相接；屏蔽导线层，包覆在所述内存导管的外侧，并与所述介入医疗智能导管驱动组件接触；外层导管，包覆在屏蔽导线层与介入医疗智能导管驱动组件外侧。本发明的介入医疗智能导管，实现电驱介入医疗智能导管精准定向弯曲的效果。其结构简单，操作简便，解决现有介入手术中操作难度大、控制精度差、介入手术时间长等技术难题，实现介入医疗智能导管的精确快捷可控，允许医生远程精准控制介入医疗智能导管执行相应动作，并完成记录操作信息。

Description

一种介入医疗智能导管驱动组件、介入医疗智能导管及控制 系统

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其是一种介入医疗智能导管驱动组件、介入医疗智能导管及控制系统。

背景技术

微创介入医疗技术是近年来逐渐兴起的高效诊疗方法，其具有创伤小、操作简便、介入部位准确、并发症少等突出优点，现已成为心血管疾病和肿瘤疾病的最重要诊疗手段之一。在介入医疗手术中，通常专业医生需要手动机械操作一个或多个不同形状功能的细长柔性导管来应对病患复杂多变的心血管等人体内腔环境，才能将导管、导丝、支架等器械送至预定诊疗病变部位，对病变部位进行微创诊疗。然而这种方案需要积累丰富的操作技巧，对医生经验水平要求非常高；手术介入导管时间长，降低医生体能及注意力，影响操作精度，易产生由操作不当引发组织或血管腔内的内膜损伤、穿孔破裂等伤害，给手术带来不必要的风险。介入医疗智能导管及其操作系统，已逐步成为制约介入手术发展不可忽视的关键问题。

当前，国内外主流的智能介入导管由绳索驱动导管、形状记忆合金驱动导管、压电材料驱动导管和电磁场驱动导管四类构成。然而由于材料原理限制，现有介入医疗智能导管都存在一定的不足。利用绳索驱动技术的导管可以提供较大的能量，但由于结构较为复杂，器件尺寸往往较大。传统的绳索驱动技术操作复杂，主要依赖于医生的操作水平和熟练程度，应用普及比较困难。目前研究较为广泛的是形状记忆合金驱动导管，但其主要问题是滞后性和时间延迟，严重延长介入诊疗的手术时间；同时形状记忆合金变形时产生的热量可能造成病人的不适感。此外，基于形状记忆合金驱动导管的导向机器人及其研究普遍缺乏具体的理论支持，弯曲刚度与导管导向机器人零件尺寸的关系计算十分复杂，在实际临床手术中难以直接应用。因此，探索研发一种弥补上述问题的新型智能导管及其控制系统是介入医疗智能导管技术领域的当务之急。

离子聚合物金属复合驱动材料(Ion-exchange polymer metal composite，IPMC)作为一种新型智能材料，在低电压激励刺激下，由离子迁移带来的聚合物区域发生膨胀和收缩，实现可逆驱动弯曲转向。相比传统的介入医疗智能导管，如压电陶瓷、记忆合金等，IPMC智能材料虽然具备轻质、柔性、高应变、结构简单、良好生物相容性、高可控性等特点，但是缺乏且尚无完备科学临床应用。借助IPMC新型智能材料构成的介入医疗智能导管装置及其配套电控操作系统，是解决传统介入医疗智能导管缺陷与不足的有益尝试。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的目的是提供一种介入医疗智能导管驱动组件、介入医疗智能导管及控制系统，以解决上述现有技术中绳索驱动技术操作复杂设备过大、记忆合金驱动导管发热等问题，实现了操作简便、弯曲精确等技术效果。

一种介入医疗智能导管驱动组件，包括：

固态电解质管；

至少一对电极，所述电极贴附于所述固态电解质管外侧。

优选的，所述电极沿固态电解质管的周向间隔设置，且沿固定电解质管的长度方向延伸。

优选的，所述固态电解质管为圆柱空心管。

本发明还提供一种介入医疗智能导管，包括：

介入医疗智能导管驱动组件；

内层导管，与所述介入医疗智能导管驱动组件同轴相接；

屏蔽导线层，包覆在所述内存导管的外侧，并与所述介入医疗智能导管驱动组件接触；

外层导管，包覆在屏蔽导线层与介入医疗智能导管驱动组件外侧。

优选的，还包括金属编织网层，设于屏蔽导线层与外层导管之间。

优选的，当所述介入医疗智能导管驱动组件的数量为多个时，所述多个介入医疗智能导管驱动组件被所述内层导管隔开，所述屏蔽导线层的数量与所述介入医疗智能导管驱动组件的数量相同，各层屏蔽导线层之间由绝缘材料隔开，每个屏蔽导线层分别与一个介入医疗智能导管驱动组件接触。

本发明还提供一种介入医疗智能导管控制系统，包括：

介入医疗智能导管，包括介入端和非介入端，所述介入端包括介入医疗智能导管驱动组件；

导管周向控制单元，用于适时为所述介入医疗智能导管驱动组件供电从而控制所述介入医疗智能导管的定向弯曲。

优选的，所述介入医疗智能导管的非介入端外侧套有一导管鞘。

优选的，还包括导管轴向控制单元，与介入医疗智能导管的非介入端的末端相接，用于驱动所述介入医疗智能导管的推进或退出。

优选的，还包括医疗控制平台，分别与导管周向控制单元和导管轴向控制单元相连，用于接收用户指令及向导管周向控制单元和导管轴向控制单元发送指令。

本发明的介入医疗智能导管，其关键组成部件介入医疗智能导管驱动组件采用固态电解质，实现了介入医疗智能导管精准定向弯曲的效果。而且其结构简单，操作简便，解决了现有介入手术中导管和导丝的操作难度大、控制精度差、介入手术时间长等技术难题，实现介入医疗智能导管的精确快捷可控，允许医生远程精准控制介入医疗智能导管执行相应动作，并完成记录操作信息。

附图说明

图1是本发明实施例一种介入医疗智能导管驱动组件的结构示意图；

图2是本发明实施例一种介入医疗智能导管的剖面图；

图3是本发明实施例一种介入医疗智能导管的结构示意图；

图4是本发明实施例一种介入医疗智能导管控制系统的示意图。

图5是本发明实施例一种介入医疗导管的工作示意图。

具体实施方式

为了使本领域相关技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施方式的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

实施例一

如图1所示，本发明的一个实施例，一种介入医疗智能导管驱动组件，包括：固态电解质管12；至少一对电极11，所述电极11贴附于所述固态电解质管12外侧。

所述电极11沿固态电解质管12的周向间隔设置，且沿固定电解质管12的长度方向延伸。

该电极11应正负成对设置，可根据介入手术部位复杂程度，配置不同数目相同材料电极对，按照施加电压大小及正负性控制导管多方位、多自由度弯曲转向。本实施例的电极11可以选用金、银、铜等一种或多种组合的导电金属或者石墨烯、碳纳米管、金属银纳米线等一种或多种参杂的导电材料。

该固态电解质管12可以是多种形状，最好是圆形空心管。固态电解质管选用圆柱空心管，相较于其他形状，圆柱更容易弯曲，另外，空心比实心更容易弯曲而且所需电解质材料更少成本更低。

所述介入医疗智能导管驱动组件外径可根据待诊疗病患体内介入位置和介入执行内容来确定。

本实施例的固态电解质管11的材料是离子聚合物金属复合驱动材料，可以选择用全氟磺酸或聚偏氟乙烯，其电解质离子为水合氢离子或水合氢氧根离子。当有持续低电压施加在电极上时，固态电解质中的阳离子迁移，实现定向弯曲。利用离子聚合物金属符合驱动材料这种新型智能材料，在低电压激励刺激下，由离子迁移带来的聚合物区域发生膨胀和收缩，实现可逆驱动弯曲转向。相比传统的介入医疗智能导管，如压电陶瓷、记忆合金等，离子聚合物金属复合驱动材料具备轻质、柔性、高应变、结构简单、良好生物相容性、高可控性等特点。

本实施例采用内部固态电解质管外部电极的结构，其结构制作工艺较简单方便，电极在外部也更容易引出，方便连接至外部电源。

另外，优选的，所述介入医疗智能导管驱动组件还可以采用固态电解质管和偶数个导电聚合物电极膜结构，其中导电聚合物电极膜可以选用石墨烯、碳纳米管、金属银纳米线等一种或多种参杂的导电材料或由一种多种导电聚合物、碳纳米管经与离子液融合组成导电聚合物电极膜；所述固态电解质管材料选用支撑离子液体聚合物和离子液，所述阳离子包括季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子中的任一种或两种以上的组合，阴离子包括卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子中的任一种或两种以上的组合。当有低电压施加在导电聚合物电极膜时，该固态电解质管中的阴阳离子迁移可逆脱嵌，实现在介入体内精确便捷主动弯曲。

实施例二

如图2所示，本发明另一实施例，一种介入医疗智能导管，包括：

介入医疗智能导管驱动组件1；

内层导管21，与所述介入医疗智能导管驱动组件同轴相接；

屏蔽导线层22，包覆在所述内层导管21的外侧，并与所述介入医疗智能导管驱动组件1接触；

外层导管23，包覆在屏蔽导线层22与介入医疗智能导管驱动组件1外侧。

本实施例的介入医疗智能导管驱动组件1优选实施例一的介入医疗智能导管驱动组件。相比于传统的医疗智能导管，利用实施例一中描述的介入医疗智能导管驱动组件所构成的智能导管具有轻质、柔性、高应变、结构简单、良好生物相容性、高可控性等特点。

本实施例由屏蔽导线层将介入医疗智能导管驱动组件1从导管内部引出，从而方便外部电源为介入医疗智能导管驱动组件提供所需的低电压。

所述内层导管21材料一般情况下，采用尼龙、PEBAX、PC、PP、聚氨酯等介入医疗领域常用医疗级生物兼容性的材料或者PTFE材料。

所述外层导管23由多种材料、相同直径或壁厚的导管组成，保护和屏蔽内层导管，支撑导管介入待诊疗病患体内。

优选的，还可以包括金属编织网层24，设于屏蔽导线层22与外层导管23 之间。金属编织网层24保护内层导管21和屏蔽导线层22，防止其因过度弯折而损伤。金属编织网层24没有包覆住介入医疗智能导管驱动组件，是为了不在介入医疗智能导管驱动组件弯曲时额外施压束缚力，从而保证了整个医疗导管弯曲的灵活性。

本实施例的结构既保证了介入医疗智能导管驱动组件的供电又保证了介入医疗智能导管的灵活性，而且结构简单。若导入到病人体内，不会给病人的身体增加负担。

本实施例不对介入医疗智能导管驱动组件、内层导管、屏蔽导线层、外层导管等部件的数量做限制，可根据需要增加数量。比如，若介入医疗智能导管需要多重弯曲，则可在导管需要的多处弯曲处加入介入医疗智能导管驱动组件。相应地，屏蔽导线层也会相应增加。在介入医疗智能导管的不同部位分别安装介入医疗智能导管驱动组件可实现介入医疗智能导管不同角度、不同平面的弯曲。

优选的，当所述介入医疗智能导管驱动组件的数量为多个时，所述多个介入医疗智能导管驱动组件被所述内层导管隔开，所述屏蔽导线层的数量与所述介入医疗智能导管驱动组件的数量相同，各层屏蔽导线层之间由绝缘材料隔开，每个屏蔽导线层分别与一个介入医疗智能导管驱动组件接触。各层屏蔽导线层之间由绝缘材料隔开，保证了各层之间不会因串电而影响整个介入医疗智能导管的弯曲效果。

实施例三

本发明另一实施例，一种介入医疗智能导管控制系统，包括：

介入医疗智能导管，包括介入端和非介入端，所述介入端包括介入医疗智能导管驱动组件；

导管周向控制单元，用于适时为所述介入医疗智能导管驱动组件供电从而控制所述介入医疗智能导管的定向弯曲。

优选的，该介入医疗智能导管的直径从非介入端至介入端逐渐减小，使得导管介入端更容易弯曲转向。

本实施例优选实施例一的介入医疗智能导管驱动组件。相比于传统的医疗智能导管，利用实施例一中描述的介入医疗智能导管驱动组件所构成的智能导管具有轻质、柔性、高应变、结构简单、良好生物相容性、高可控性等特点。

优选的，介入医疗智能导管的非介入端外侧套有一导管鞘，所述导管鞘的外侧设有一固定架。导管鞘和介入医疗智能导管并非固定，可相互移动的。

优选的，所述介入医疗智能导管控制系统还包括导管轴向控制单元，与介入医疗智能导管的非介入端的末端相接，用于驱动所述介入医疗智能导管的推进或退出。

结合图3说明，介入医疗智能导管包括介入端25和非介入端26。在设备使用中，介入端是进入病人体内的部分，而非介入端是在病人体外的部分。介入端25包括关键部件即介入医疗智能导管驱动组件1。非介入端26外侧设有导管鞘261

该导管鞘261套在介入医疗智能导管外侧。非介入端26的末端262连接至导管轴向控制单元，该导管轴向控制单元用于驱动所述介入医疗智能导管的推进或退出。当医生使用该介入医疗智能导管时，将固定架及导管鞘固定在病人体外，将介入医疗智能导管的介入端升入病人体内，再通过导管轴向控制单元驱动介入医疗智能导管的推进或退出。介入医疗智能导管的介入医疗智能导管驱动组件1由屏蔽导线层从介入医疗智能导管的介入端引至非介入端，再从导管鞘及固定架处引出形成输入端263。该输入端263连接至导管周向控制单元。

优选的，介入医疗智能导管控制系统还包括医疗控制平台，该医疗控制平台分别与导管周向控制单元和导管轴向控制单元相连，用于接收用户指令及向导管周向控制单元和导管轴向控制单元发送指令。该医疗控制平台可以是计算机，用户通过键盘、鼠标或触摸屏等方式向系统发送指令。

结合图4对整个介入医疗智能导管控制系统的工作原理及操作流程做说明，介入医疗智能导管控制系统包括介入医疗智能导管2、导管周向控制单元3，还可以包括导管轴向控制单元4和医疗控制平台5。当医生在为病人手术时，医生操作于病患介入切口处紧固介入医疗智能导管的导管鞘、固定架，使得进行介入医疗智能导管介入端深入病人体内；医生模拟导管和导丝医疗行为的动作，并将该动作对应的指令信息通过如手柄、鼠标、键盘等操作机构键入医疗控制平台的主控计算机中，由配套软件实时识别并整理后，按功能分别发送至导管周向控制单元和轴向控制单元中。

其中导管周向控制单元实时准备收发用于控制导管定向弯曲的信号，当收到来自医疗控制平台相应信号时，导管周向控制单元的转换电路或通信电路传递至单片机中处理，按照预定程序驱动电压调节电路输出特定激励低电压直流方波，电压值范围-5～+5V，持续低电压借由微型屏蔽导线施加于相应活性导管电极上，形成阳离子迁移，实现定向弯曲。如图5所示，当介入医疗智能导管驱动组件中固态电解质的阳离子迁移，随之该介入医疗智能导管驱动组件1膨胀或收缩，从而实现整个介入医疗智能导管的定向弯曲。该导管周向控制单元由信号转换电路、单片机、微弱信号检测电路、电压调节电路构成，该微弱信号检测电路接收到介入医疗智能导管驱动组件的检测信号放大后，发送至单片机处理，并将结果经过信号转换电路发送至医疗控制平台，提供给操作人员实时观测分析；操作人员再利用所述医疗控制平台将操作执行指令通过转换电路传递至单片机中解析后，传输至电压调节电路驱动介入医疗智能导管驱动组件执行特定的周向运动。

随后导管轴向控制单元根据医疗控制平台的相应控制指令，通常为PWM方式驱动导管轴向控制单元中的电机传动机构转动丝杆完成定量位移，使得联动的轴承转过相应角度，最终将介入医疗智能导管延长管定量输入或定量抽出。另外，还可以采用微型真空泵或液压式注射泵替代导管轴向控制单元中电机传动机构，以真空气压推动导管单元体外固定端，执行介入医疗智能导管轴向输送和撤回运动。

所述医疗控制平台实时处于双向接收状态，在接收到周向控制单元的反馈信号后，实时显示在所述控制系统的显示器上，为医生提供一种辅助介入体内腔分析手段，参考掌握介入体内环境情况。

该医疗控制平台也可以进行嵌入式移植，采用操作手柄与单片机对应替代所述医疗控制平台中操作机构和主控计算机，优化所述配套控制系统功能，实现包含导管定向驱动、导管轴向驱动特定功能的独立指令单元，完成介入医疗智能导管控制系统向便携型或手持型诊疗设备改进。

本发明介入医疗智能导管控制系统、介入医疗智能导管及其组成部件适用于包括治疗血管狭窄和闭塞的经皮腔内血管成形术和血管支架置入术、治疗动静脉血栓的溶栓治疗、控制出血(急慢性创伤、产后、炎症、静脉曲张等)、血管畸形以及动静脉瘘与血管瘤的栓塞治疗、预防肺栓塞的下腔静脉滤器、治疗肝硬化门静脉高压的经颈静脉途径肝内门体分流术技术、各种血管造影诊断、静脉取血诊断等血管性疾病的介入诊疗，以及肿瘤的供血动脉栓塞与药物灌注、术前栓塞肿瘤血管、肿瘤经皮穿刺活检、射频消融、冷冻消融(氩氦刀)、放射性粒子植入等肿瘤性疾病的介入诊疗。

本发明的介入医疗智能导管，其关键组成部件介入医疗智能导管驱动组件采用固态电解质，实现了介入医疗智能导管精准定向弯曲的效果。而且其结构简单，操作简便，解决了现有介入手术中导管和导丝的操作难度大、控制精度差、介入手术时间长等技术难题，实现介入医疗智能导管的精确快捷可控，允许医生远程精准控制介入医疗智能导管执行相应动作，并完成记录操作信息。结构简单易实现，提高介入手术的安全性、及时性和可操作性，在介入医疗中具有优越的应用前景。

以上仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种介入医疗智能导管驱动组件，其特征在于，包括：

固态电解质管；

至少一对电极，所述电极贴附于所述固态电解质管外侧。

2.根据权利要求1所述的一种介入医疗智能导管驱动组件，其特征在于，所述电极沿固态电解质管的周向间隔设置，且沿固定电解质管的长度方向延伸。

3.根据权利要求1所述的一种介入医疗智能导管驱动组件，其特征在于，所述固态电解质管为圆柱空心管。

4.一种介入医疗智能导管，其特征在于，包括：

介入医疗智能导管驱动组件；

内层导管，与所述介入医疗智能导管驱动组件同轴相接；

屏蔽导线层，包覆在所述内存导管的外侧，并与所述介入医疗智能导管驱动组件接触；

外层导管，包覆在屏蔽导线层与介入医疗智能导管驱动组件外侧。

5.根据权利要求4所述的一种介入医疗智能导管，其特征在于，还包括金属编织网层，设于屏蔽导线层与外层导管之间。

6.根据权利要求4所述的一种介入医疗智能导管，其特征在于，当所述介入医疗智能导管驱动组件的数量为多个时，所述多个介入医疗智能导管驱动组件被所述内层导管隔开，所述屏蔽导线层的数量与所述介入医疗智能导管驱动组件的数量相同，各层屏蔽导线层之间由绝缘材料隔开，每个屏蔽导线层分别与一个介入医疗智能导管驱动组件接触。

7.一种介入医疗智能导管控制系统，其特征在于，包括：

介入医疗智能导管，包括介入端和非介入端，所述介入端包括介入医疗智能导管驱动组件；

导管周向控制单元，用于适时为所述介入医疗智能导管驱动组件供电从而控制所述介入医疗智能导管的定向弯曲。

8.根据权利要求7所述的一种介入医疗智能导管控制系统，其特征在于，所述介入医疗智能导管的非介入端外侧套有一导管鞘。

9.根据权利要求7所述的一种介入医疗智能导管控制系统，其特征在于，还包括导管轴向控制单元，与介入医疗智能导管的非介入端的末端相接，用于驱动所述介入医疗智能导管的推进或退出。

10.根据权利要求9所述的一种介入医疗智能导管控制系统，其特征在于，还包括

医疗控制平台，分别与导管周向控制单元和导管轴向控制单元相连，用于接收用户指令及向导管周向控制单元和导管轴向控制单元发送指令。

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