CN112790798A

CN112790798A - 一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘及其使用方法

Info

Publication number: CN112790798A
Application number: CN202110038833.7A
Authority: CN
Inventors: 左思洋; 王海波
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本发明公开一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘及其使用方法。该可变刚度折展保护鞘包括柔性管状的骨架、密封膜，密封膜包围在骨架的外圆周外侧并与所述骨架的两端密封连接，在密封膜与所述骨架之间形成一个封闭腔，封闭腔中设有由若干单鳞片状薄片交错分布于骨架的外表面所形成的阻塞层；每个单鳞片状薄片的同侧端与所述骨架固定且相对的另一端为自由端；封闭腔的一端设置有抽气口；封闭腔被施加负压时，单鳞片状薄片被压紧，单鳞片状薄片之间的挤压力与摩擦力增大，能使可变刚度折展保护鞘呈高刚度状态。本发明在自然状态下具有良好的柔性，可以实现大曲率弯折，能够适应人体复杂的腔道环境，从而为手术工具提供稳定、安全的进入路径。

Description

一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘及其使用方法

技术领域

本发明涉及经自然腔道内镜手术器械技术领域，特别是涉及一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘及其在经自然腔道内镜手术中的使用方法。

背景技术

经自然腔道内镜手术是指医生将手术工具通过人体的自然孔口(如食道、阴道等)进入人体完成手术操作的一种手术形式。相比于其它微创手术类型(如多孔腹腔镜手术、单孔腹腔镜手术)，经自然腔道内镜手术具有体表无疤痕、术后效果更美观、疼痛轻、住院时间短等诸多优点。经自然腔道内镜手术作为腹腔镜微创手术后外科领域的又一次革命，已经成为新的研究热点。

然而，由于人体腔道解剖路径狭长弯曲，医生需要操纵细长的手术工具(如柔性内窥镜)以执行相应的手术操作。长距离的传动和操作对手术工具的刚度具有特殊的要求。手术工具需要具有足够的“柔性”以适应人体复杂的腔道环境。当到达病灶位置后，手术工具建立了病灶与体外之间的物理连接，此时手术工具应该具有足够的“刚性”以保持固定的形状，不得进行大范围移动。为兼顾手术工具的“刚性”和“柔性”，具有刚度可变功能的“Dragon skin”和“Layer jamming”等结构已被提出。但是，这种变刚度结构弯曲曲率小、柔性不足难以适应复杂的人体腔道环境，而且直径很大在入路过程中容易对腔道组织造成戳伤、划伤等物理性伤害。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘及其在经自然腔道内镜手术中的使用方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘，包括：

柔性管状的骨架、密封膜，所述密封膜包围在所述骨架的外圆周外侧并与所述骨架的两端密封连接，在所述密封膜与所述骨架之间形成一个封闭腔，所述封闭腔中设有由若干单鳞片状薄片交错分布于所述骨架的外表面所形成的阻塞层；每个所述单鳞片状薄片的同侧端与所述骨架固定且相对的另一端为自由端；所述封闭腔的一端设置有抽气口；所述封闭腔被施加负压时，所述单鳞片状薄片被压紧，所述单鳞片状薄片之间的挤压力与摩擦力增大，能使可变刚度折展保护鞘呈高刚度状态。

优选的，所述柔性管状的骨架采用硅胶软管，所述密封膜采用硅胶薄膜。

其中，所述抽气口连接抽气管，所述抽气管连接抽气装置。

优选的，所述抽气装置通过连接调压阀所述抽气管，所述调压阀用于调节所述封闭腔内的负压压强。

优选的，所述单鳞片状薄片的两侧表面的摩擦力系数在1.03-1.25范围内。

本发明的目的还在于提供一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的使用方法，包括步骤：

S1.自然状态下，将可变刚度折展保护鞘伸入人体腔道；

S2.向可变刚度折展保护鞘的中间通道内预置的膨胀气囊施加正压，使可变刚度折展保护鞘径向膨胀状态；

所述的膨胀气囊为长条状，其长度大于所述可变刚度折展保护鞘的长度，沿所述可变刚度折展保护鞘的轴向方向预放置在所述可变刚度折展保护鞘内，用于在充气受力膨胀时，通过径向膨胀力作用而使所述可变刚度折展保护鞘的径向尺寸变大；

S3.向所述可变刚度折展保护鞘的密封膜与骨架之间形成的封闭腔施加负压，通过所述阻塞层的单鳞片状薄片被压紧，单鳞片状薄片之间的挤压力与摩擦力增大，使可变刚度折展保护鞘呈高刚度状态；

S4.卸去所述膨胀气囊的正压并从可变刚度折展保护鞘中抽出，插入手术工具执行手术操作；

S5.手术完成后，撤出手术工具并卸去所述封闭腔的负压，使可变刚度折展保护鞘恢复自然状态；

S6.将可变刚度折展保护鞘从人体自然腔道中撤出。

优选的，所述膨胀气囊采用硅胶制成。

本发明提出的具有可变刚度折展保护鞘，具有以下有益效果：

1.本发明的可变刚度折展保护鞘中的单鳞片状薄片交错分布，不施加负压时具有较好的柔性，可以实现较大曲率的弯折并可以适应人体复杂腔道环境。

2.本发明的可变刚度折展保护鞘可以以低刚度、小直径的状态通过人体复杂的腔道，然后在膨胀气囊的作用下将其中间通道直径变大并撑开人体腔道。

3.本发明的可变刚度折展保护鞘撑开人体腔道后，在负压的作用下可以转变为高刚度的状态，手术工具可安全、顺畅地通过人体腔道。可变刚度折展保护鞘可以保护人体腔道免受手术工具的戳伤、划伤等物理性伤害。

4.本发明的可变刚度折展保护鞘在手术工具执行完手术操作后，可以恢复为小直径、低刚度的状态，可以安全地从人体腔道中撤回，不会给病人造成明显不适感。

5.本发明的可变刚度折展保护鞘通过负压可以快速调节刚度，为手术工具提供一个稳定的支撑以提高手术操作的稳定性和准确性。

综上，可以看出，本发明提出的具有可变刚度折展保护鞘，能够以小直径、低刚度的状态进入人体腔道。当到达病灶位置后，保护鞘可以转变为大直径、高刚度的状态。可变刚度折展保护鞘可以为手术工具提供一个安全的入路载体，克服手术工具的人路困难。手术过程中，本发明提出的保护鞘可以为手术工具提供一个稳定的支撑，保证手术的安全进行，对于经自然腔道手术的发展具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的整体结构示意图。

图2为图1的本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的A-A剖面结构示意图。

图3为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的阻塞层结构展开示意图。

图4为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的调节径向尺寸的示意图。

图5为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的刚度控制系统硬件构成图。

图6为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的阻塞层在负压作用下的变化示意图。

图7为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的用于自然腔道手术的流程图。

图8为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的应用示意图。

图中：

1-可变刚度折展保护鞘；2-膨胀气囊；3-调压阀；4-真空泵；5-手术工具；

1-1-抽气管；1-2-柔性管状的骨架；1-3-阻塞层；1-4-密封膜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的整体结构示意图，图2为图1的本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的A-A剖面结构示意图。参见图1-2所示，本发明的可变刚度折展保护鞘1由抽气管1-1、柔性管状的骨架1-2、阻塞层1-3和密封膜1-4组成。所述的阻塞层1-3布置在由柔性管状的骨架1-2和密封膜1-4所形成的封闭腔中，所述的抽气孔1-1可以将封闭腔的气体抽出。

上术的技术方案中，所述密封膜1-4可以做硅胶薄膜或类似材料的薄膜，可以与所述性管状的骨架1-2粘连形成一个封闭腔，所述阻塞层包裹在所形成的封闭腔中。所述柔性管状的骨架1-2可以采用硅胶软管或类似材料的制作形成的软管形成，具有很好的延展性，自然直状态下直径很小。

图3为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的阻塞层结构展开示意图。所述的阻塞层1-3由许多单鳞片状薄片交替分布于所述柔性管状的骨架1-2的外侧。单鳞片状薄片交错布置方式可以使可变刚度折展保护鞘在自然状态下具有良好的柔性。

上述的技术方案中，所述的单鳞片状薄片采用双面具有一定摩擦力的薄片，优选摩擦力系数在1.03-1.25范围内，如可以采用双面摩擦的干砂纸经激光雕刻机切割制成。当然也可以采用其它材料制作形成，具体不限。

上述的技术方案中，所述的单鳞片状薄片的单侧边缘使用胶水与柔性管状的骨架1-2固定。

上述的技术方案中，所述封闭腔连有抽气装置，当抽气装置抽出封闭腔内的气体时，封闭腔的气压下降，在外界大气压强的作用下，所述阻塞层被压紧，单鳞片状薄片之间的挤压力与摩擦力增大，可变刚度折展保护鞘的刚度增大。

为了实现手术操作，还配置一个膨胀气囊2。所述膨胀气囊可以由硅胶或类似材料制成，当充气时，其径向尺寸变大。

使用时，所述膨胀气囊为长条状，其长度大于所述骨架的长度，沿所述骨架的轴向方向预放置在所述柔性管状的骨架内，柔性管状的骨架受膨胀气囊的径向力作用而使所述可变刚度折展保护鞘的径向尺寸变大。

图4为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的调节径向尺寸的示意图。可变刚度折展保护鞘的径向尺寸可以由所述膨胀气囊2进行控制。所述的柔性管状的骨架1-2和密封膜1-4可以是由硅胶或类似具有延展性的材料制成，具有很强的延展性。柔性管状的骨架的中间通道放置所述膨胀气囊2。当对膨胀气囊施加正压时，可变刚度折展保护鞘受膨胀气囊的径向力而使直径变大。当去除膨胀气囊中正压时，可变刚度折展保护鞘可以在硅胶的弹性回复力的作用下返回到初始的小直径状态。

图5为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的刚度控制系统硬件构成图。所述抽气管1-1的一端与可变刚度折展保护鞘的封闭内腔连通，另一端通过调压阀3与真空泵4相连。调压阀3通过控制封闭腔的负压压强对可变刚度折展保护鞘的刚度进行控制。

图6为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的阻塞层在负压作用下的变化示意图。当对封闭内腔内施加负压时，所述阻塞层1-3受负压作用彼此间压紧从而使可变刚度折展保护鞘的刚度增大；所施加的负压越大，阻塞层压得越紧，可变刚度折展保护鞘的刚度越大。

图7为本发明实施例基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的用于自然腔道手术的流程图，包括如下步骤：

S1：自然状态下，可变刚度折展保护鞘呈现低刚度、小直径的状态，将可变刚度折展保护鞘伸入人体腔道。可变刚度折展保护鞘可以柔顺、被动地适应人体腔道环境并送达病灶处，入路过程不会给患者造成明显的不适感。

S2：向中间通道内的膨胀气囊施加正压使可变刚度折展保护鞘呈大直径的状态。利用膨胀气囊将可变刚度折展保护鞘的中间通道撑开，以便后续操作中手术工具的顺利通过。

S3：向封闭腔施加负压使可变刚度折展保护鞘呈高刚度的状态。

启动负压泵使可变刚度折展保护鞘的封闭腔的气压下降，在外界大气压的作用下，封闭腔中的阻塞层被压紧。单鳞片状薄片间的摩擦力使保护鞘的刚度增大并保持稳定的空间形状。

S4：卸去膨胀气囊的正压、从可变刚度折展保护鞘中抽出并插入手术工具执行手术操作。

在负压的作用下，阻塞层可以使可变刚度折展保护鞘保持稳定的空间形状，其中间通道的径向尺寸不再受膨胀气囊的影响。此时，卸去膨胀气囊的正压，将膨胀气囊抽出，可变刚度折展保护鞘将保持撑开人体腔道的状态。

在插入手术工具的过程中，可变刚度折展保护鞘可以保护腔道组织免受手术工具的戳伤、划伤等物理性伤害。在执行手术操作时，可变刚度折展保护鞘可以起到支撑的作用。

图8展示了所述可变刚度折展保护鞘与手术工具5之间的配合关系。

S5：手术完成后，撤出手术工具并卸去封闭内腔的负压，使可变刚度折展保护鞘恢复低刚度、小直径的状态。手术完成后，将手术工具从保护鞘中撤出。然后，关闭真空泵4并通过所述调压阀3使封闭腔室的气压逐渐恢复到大气压状态。此时，阻塞层之间的挤压消失，可变刚度折展保护鞘可以在硅胶的弹性回复力的作用下返回到初始的小直径、低刚度状态。

S5：将可变刚度折展保护鞘从人体自然腔道中抽出。

自然转态下，可变刚度折展保护鞘呈低刚度、小直径状态，可变刚度折展保护鞘可柔顺地从自然腔道中抽出，抽出过程不会给患者操成明显的不适感。

本发明的可变刚度折展保护鞘,在进入人体腔道后可以由膨胀气囊撑起，呈现大直径状态，并通过调节封闭内腔的负压使保护鞘转变为高刚度状态。从而为手术工具提供稳定、安全的进入路径。

本发明的可变刚度折展保护鞘,在入路过程中，保护鞘可以保护人体腔道组织免受手术工具的戳伤、刮伤等物理性伤害。

本发明的可变刚度折展保护鞘,在手术过程中，可以为手术器械提供稳定支撑，保障手术操作的安全进行。

本发明的可变刚度折展保护鞘,手术完成后，通过调节封腔室的压强，保护鞘可以恢复为小直径、低刚度的转态，安全地从人体腔道中抽出。

由上述实施例可以看出，本发明的可变刚度折展保护鞘在自然状态下具有良好的柔性，可以实现大曲率弯折，能够适应人体复杂的腔道环境。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘，其特征在于，所述柔性管状的骨架采用硅胶软管，所述密封膜采用硅胶薄膜。

3.根据权利要求1所述基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘，其特征在于，所述抽气口连接抽气管，所述抽气管连接抽气装置。

4.根据权利要求1所述基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘，其特征在于，所述抽气装置通过连接调压阀所述抽气管，所述调压阀用于调节所述封闭腔内的负压压强。

5.根据权利要求1所述基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘，其特征在于，所述单鳞片状薄片的两侧表面的摩擦力系数在1.03-1.25范围内。

6.一种权利要求1所述基于层阻塞原理的可变刚度折展保护鞘的使用方法，其特征在于，包括步骤：

S1.自然状态下，将可变刚度折展保护鞘伸入人体腔道；

S6.将可变刚度折展保护鞘从人体自然腔道中撤出。

7.根据权利要求6所述可变刚度折展保护鞘用于自然腔道手术的方法，其特征在于，所述膨胀气囊采用硅胶制成。