CN113633372B - 一种用于组织切除的消融工具阵列装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于组织切除的消融工具阵列装置及其控制方法，包括由控制单元分别控制的多个消融工具模块，所述消融工具模块包括由控制单元控制的驱动电机、工具驱动部件及消融工具，所述消融工具前端设有能量出射端口；所述驱动电机通过所述工具驱动部件控制所述消融工具运动；所述多个消融工具模块的消融工具可相互独立运动且可同时进行工作。使得本发明消融工具阵列装置具有切割效率高、切割精度高、结构简单、操作简便、病灶切除彻底、安全性高等有益效果。

Description

一种用于组织切除的消融工具阵列装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其是涉及一种用于组织切除的消融工具阵列装置及其控制方法。

背景技术

针对增生组织或癌组织，如良性前列腺增生（BPH）、前列腺癌等的治疗，除药物治疗外，很长时间内较为常用的为传统外科切除或部分切除手术，该种方式普遍依赖开放式切口，具有侵入性强、创伤大、恢复期长等缺陷。后微创切除疗法在该领域得到广泛应用，如以激光、水射流、光纤等能量作为流体流用于对前列腺等组织通过切除和/或烧灼病变或增生组织，其一般经由尿道途径进入，而无需开放式切口，具有创伤小的优点。

现有技术的前列腺切除装置，包括探头以及设置在探头端部面的孔口，用于提供用以切除前列腺组织的射流能量，射流可为柱状流体流或发散流体流，此类流体组织切除设备，包括具有多个轴向管腔的轴杆，能量源、球囊膨胀源、灌注/冲洗源、喷注源等通过轴杆的轴向管腔进行输送，在轴杆的前端开设有供流体流能量喷射的喷嘴，利用经过该喷嘴的一定强度的能量实现对增生组织的消融/切除。然而，上述现有技术均为单消融工具系统，由于增生和肿瘤组织的形状通常是不规则的，上述切除设备进入人体后，其切割范围受限，如需实现较大范围的切割，则需分次不断调整喷嘴/孔口工作时的角度、切割深度、能量强度等工作参数等，使得切割效率较低，手术时间延长，患者体验差。同时，分次切割还存在部分组织切除后所产生的组织塌陷问题，对其他待切割组织的切除产生不利影响，可能导致切除不彻底。作为改进的现有技术，也有出现多喷嘴的结构设计，此类技术方案虽然在一定程度上能够提高切割效率，但仍存在如下缺陷：操作人员无法单独控制其中某一喷嘴的切割参数，也无法单独控制单个喷嘴的位置和运动，当针对增生组织或肿瘤组织等不规则组织的切除时，不仅切割精度差，安全性也存在问题。更严重地，在用于BPH切除手术时，极易触及精阜等敏感部位，此部位的被误切除会对患者健康带来严重损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时具备高切割效率和高切割精度、且结构简单、操作简便、病灶切除彻底、安全性高的用于组织切除的消融工具阵列装置及其控制方法，尤其适合前列腺增生或肿瘤组织的切除。

为达到上述发明目的，本发明采用了下列技术方案：

本发明所要保护的一种用于组织切除的消融工具阵列装置，包括由控制单元分别控制的多个消融工具模块，每个消融工具模块包括由控制单元控制的驱动电机、工具驱动部件、消融工具，消融工具前端设有能量出射端口。驱动电机通过工具驱动部件控制消融工具运动，多个消融工具模块的消融工具可相互独立运动且可同时进行工作。从而使得操作人员可分别对多个消融工具模块的切割参数进行设置，各个消融工具模块可针对不同切割区域采用不同的切割深度、能量强度、切割角度等参数进行工作，且多个消融工具模块还可同时工作，同时完成不同区域的切割。有效提高了切割精度和切割效率，在使得病灶组织切除更彻底的同时有效保证了不会对非病灶组织的切除。

其中，可采用总能量源对多个消融工具模块输送切割能量，每个消融工具模块设置由能量分配单元，控制单元通过能量分配单元控制总能量源向各个消融工具模块的消融工具所提供的能量强度。从而使得本消融工具阵列装置可很好地适用于不规则组织的切除，针对不同的切割区域，通过控制切割能量的强度从而调节切割深度。

可替代的，也可针对每个消融工具模块提供独立能量源，根据切割区域的形态，通过控制单元控制各个独立能量源向相应消融工具所提供的能量强度。同样，可很好地适用于不规则组织的消融。

在许多实施例中，本发明用于组织切除的消融工具阵列装置，驱动电机包括工具旋转驱动电机和工具进退驱动电机，工具旋转驱动电机控制工具驱动部件的径向旋转运动，工具进退驱动电机控制工具驱动部件的轴向运动。工具驱动部件通过工具旋转驱动电机的驱动控制消融工具的旋转，从而调整能量出射端口的朝向位置。工具驱动部件通过工具进退驱动电机的驱动控制消融工具的前进/后退直至到达目标切割位置。

由于控制单元可通过控制工具旋转驱动电机和工具进退驱动电机而控制多个消融工具模块的消融工具的能量出射端口的位置，通过控制能量分配单元调整能量强度进而调整每个消融工具的切割半径，从而使得多个消融工具模块的消融工具的能量出射端口所形成的切割区域互不交叉，有效避免了不同能量源之间的相互影响，保证了不同组织区域切割效果的稳定性。

在许多实施例中，本消融工具阵列装置还包括鞘套，多个消融工具模块的消融工具集成在鞘套内，鞘套开设有与所述消融工具模块的消融工具的能量出射端口相配合的开口。通过设置鞘套在实现对多个消融工具定位排布的同时避免本消融工具阵列装置进入人体的过程中对人体组织造成伤害，以及加强操作的便捷性。

在许多实施例中，消融工具模块的消融工具的能量出射端口均匀地分布在所述鞘套上，尤其当能量源为水射流时，均匀排布可使得能量出射时的反作用力得以抵消，减少振动，从而提高切割精度。

在许多实施例中，本消融工具阵列装置的鞘套内还设有工具支架，工具支架设有与消融工具结构相配合的凹槽，使得消融工具可在凹槽内旋转或轴向移动。通过设置工具支架进一步实现对消融工具的定位和稳固，有效降低工作时消融工具的不必要位移，从而避免消融工具的移位导致切割精度降低的问题。

本消融工具阵列装置的消融工具模块优选为2-5个，可有效平衡切割效率、精度以及制作难度和成本。

本发明还提供一种用于组织切除的消融工具阵列装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤1: 确定目标病灶组织的基本信息；

步骤2: 根据步骤1所获取的目标病灶组织信息，选择消融工具模块数量及工作模式；所述工作模式包括低反作用力模式、深度切除模式或高效切除模式；

步骤3: 输入操作参数，启动对目标病灶组织的消融。

其中，低反作用力模式指所述消融工具模块设置为对称分布的偶数个，工作时控制所述消融工具模块的消融工具所产生反作用力可相互抵消。该模式可有效避免反作用力所带来的振动影响切割精度。

深度切除模式是指根据图像引导技术所获取的目标病灶组织的参数信息，分别通过所述控制单元调整各个所述消融工具模块的消融工具位置、切割深度及切割角度。该模式下可有效提高切割的精度，使得切除更加彻底。

高效切除模式是指同时启动多个消融工具模块对目标病灶组织进行消融，该模式下切割效率得以大大提高，手术时间大大缩短。

根据目标病灶组织的形状、尺寸、组织特性等基本信息，根据需要选择合适的消融模式，最大限度提高切割效果，达到预期消融目标，充分发挥本发明消融工具阵列的优势。

对于要求将目标病灶组织消融地更彻底的场景，可在完成步骤3后，更新目标病灶组织的基本信息，以及根据更新的目标病灶组织的基本信息更新工作模式，并基于更新的工作模式确定更新的切割参数的步骤。如针对未被成功消融的目标病灶组织重新进行目标识别，启动二次消融工作。

本发明具有如下有益效果：由于消融工具阵列装置包括多个可被控制单元单独控制的消融工具模块，因而可针对不同切割区域采用不同的切割深度、能量强度、切割角度等参数进行工作，且多个消融工具模块还可同时完成不同区域的切割。此外，还可通过工具旋转驱动电机和工具进退驱动电机调整消融工具模块的消融工具的能量出射端口的位置，同时通过能量分配单元调整经能量出射端口喷射的能量强度，从而调整使得各个消融工具的切割范围不产生交叉，保证切割效果的稳定性。本发明结构简单、操作简便、安全性高，可有效提高切割精度和切割效率，在使得病灶组织消融更彻底的同时有效保证了不会对非病灶组织的消融。

附图说明

图1是本发明实施例1消融工具阵列装置及其控制系统的整体构成示意图；

图2A是本发明实施例2两消融工具阵列装置的整体结构示意图；

图2B本发明实施例2两消融工具阵列装置的内部结构示意图；

图2C本发明的实施例2两消融工具阵列装置的剖面图；

图2D本发明的实施例2目标病灶组织形状示意图；

图2E本发明的实施例2两消融工具阵列装置调整前的切割范围示意图；

图2F本发明的实施例2两消融工具阵列装置调整后的切割范围示意图；

图3A本发明的实施例3目标病灶组织形状示意图；

图3B本发明的实施例3三消融工具阵列装置的局部剖视图；

图3C本发明的实施例3三消融工具阵列装置的切割范围示意图；

图3D本发明的现有技术单消融工具的切割范围示意图；

图4A是本发明实施例4四消融工具阵列装置的整体结构示意图；

图4B本发明实施例4四消融工具阵列装置的内部结构示意图；

图4C本发明的实施例4四消融工具阵列装置的剖面图；

图4D本发明的实施例4目标病灶组织形状示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

其中，本发明所使用术语含义如下：

“消融工具”指通过能量（如水射流、激光、电等）对组织进行切割、烧灼等，使得待切割组织或目标病灶组织被消融（即体积减小）的工具；

“切割角度”指消融工具阵列装置工作时，消融工具的用于消融组织的能量经由能量出射端口出射并旋转所扫过的角度。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种消融工具阵列装置及其控制系统，包括N个消融工具模块，N为大于等于1的自然数，作为优选，N的取值为2-5中的任一个自然数，该优选方案一方面是基于对切割效率、控制精度以及制作难度和成本的考虑，另一方面也是基于不同切除模式的选择。在下文的实施例中将对不同的设置分别展开详细介绍。

本发明所提供的消融工具阵列装置中，控制系统包括上位机及能量分配单元，通过上位机可以分别控制N个消融工具模块中的每一个的运动，进而控制其启停位置，还可以控制其工作时的切割范围，通过控制能量分配单元还可以控制总能量源分别向N个消融工具模块中的每一个所输送的能量的强度。

消融工具阵列装置包括N个消融工具模块，其中，第一消融工具模块包括由上位机分别控制的第一工具旋转驱动电机、第一工具进退驱动电机，第一工具旋转驱动电机和第一工具进退驱动电机均与第一工具驱动杆的后端相连接，第一工具驱动杆的前端与第一消融工具的后端相连，第一工具旋转驱动电机通过第一工具驱动杆控制第一消融工具的径向旋转运动，第一工具进退驱动电机通过第一工具驱动杆控制第一消融工具的轴向运动。上位机通过第一能量分配单元控制能量源向第一消融工具所输送的能量强度。第二消融工具模块包括由上位机分别控制的第二工具旋转驱动电机和第二工具进退驱动电机，第二工具旋转驱动电机和第二工具进退驱动电机均与第二工具驱动杆的后端相连接，第二工具驱动杆的前端与第二消融工具的后端相连，第二工具旋转驱动电机通过第二工具驱动杆控制第二消融工具的径向旋转运动，第二工具进退驱动电机通过第二工具驱动杆控制第二消融工具的轴向运动。上位机通过第二能量分配单元控制能量源向第二消融工具所输送的能量强度。基于相似的配置，第N消融工具模块包括由上位机分别控制的第N工具旋转驱动电机和第N工具进退驱动电机，第N工具旋转驱动电机和第N工具进退驱动电机均与第N工具驱动杆的后端相连接，第N工具驱动杆的前端与第N消融工具的后端相连，第N工具旋转驱动电机通过第N工具驱动杆控制第N消融工具的径向旋转运动，第N工具进退驱动电机通过第N工具驱动杆控制第N消融工具的轴向运动。上位机通过第N能量分配单元控制能量源向第N消融工具所输送的能量强度。

在进行组织消融手术时，由于目标病灶组织通常是不对称甚至是完全不规则的，这就需要针对不同的方向或区域，设置不同的切割参数。因此，针对消融工具阵列装置中所包含的N个消融工具模块中的每一个，可以设置包括切割角度、切割深度、切割位置等不同的切割参数。这些切割参数的设置，可以通过上位机输入参数，或者通过操作者手动直接输入参数，或者通过选择不同的模式调取对应模式下预存的预设参数，或者通过其他任意方式生成或获取。各消融工具可根据其对应的切割参数（切割角度、切割深度、切割位置等），独立或同时完成切割，实现对目标病灶组织的消融。

通过上述设置，本发明所提供的消融工具阵列装置中，多个消融工具模块中的每一个均可独立运动、可被独立控制且可同时进行组织消融，使得本发明所提供的消融工具阵列装置相对于以往的消融工具，能够在更短的时间内完成更大体积的组织消融，具有更高的消融效率。不仅如此，本发明所提供的消融工具阵列装置由于多个消融工具模块中的每一个均可独立接受控制，并设置不同的切割参数，因此能够提供更精确的规划和切割控制，针对体积不规则的目标病灶组织，能够进行更有效更完整的组织切除，从而具有更高的切割精度，以及对病灶切除更彻底等有益效果。

作为优选方案，消融工具可选择为水射流消融工具，相应的，能量分配单元可为伺服液压阀等。

作为另一优选方案，消融工具可选择为激光消融工具，相应的，能量分配单元可为激光强度调节装置等。

可替换地，也可在各个消融工具模块中设置独立能量源替代总能量源和能量分配单元。此时，若消融工具为水射流消融工具，则在N个消融工具模块的每一个中均设置独立的液压泵头；若消融工具为激光消融工具，则在N个消融工具模块的每一个中设置独立的激光出射装置。

实施例2 两消融工具阵列装置

如图2A-图2F所示，为根据本发明实施例2提供的具有两个消融工具的消融工具阵列装置示例，如图2A所示，该消融工具阵列装置包括第一消融工具模块100、第二消融工具模块200及控制系统，其中，第一消融工具模块100包括第一消融工具110、第一工具旋转驱动电机、第一工具进退驱动电机、第一能量分配单元（图中未示出）。第二消融工具模块200包括第二消融工具210、第二工具旋转驱动电机、第二工具进退驱动电机、第二能量分配单元（图中未示出）。控制系统包括上位机，由上位机控制的第一、第二工具旋转驱动电机及第一、第二工具进退驱动电机的启/停。

作为优选，控制系统的上位机通过能量分配单元（图中未示出）控制总能量源分别向第一和第二消融消融工具模块输送的能量强度。需说明的是，能量源的设置方式不限于上述所述的方式，如可替代的，在每个消融工具模块中均设置能量源，并且每个能量源均由上位机分别控制，以此取代总能量源及能量分配单元的设置。

图2B-图2C进一步示出消融工具阵列装置的结构组成，第一消融工具110和第二消融工具210并列排布，工具支架101具有轴向延伸的形状，用于支撑固定第一消融工具110和第二消融工具210，在进行组织切除手术时可插入患者体腔，对体腔内的目标病灶组织进行切割或切除。沿工具支架101的轴向设有两个凹槽，两个凹槽沿轴向延伸，分别与第一消融工具110、第二消融工具210相配合，并提供第一消融工具110和第二消融工具210的容纳和移动空间，第一消融工具110和第二消融工具210均轴向配合安装在工具支架101的相应凹糟中，并且，第一消融工具110在第一工具旋转驱动电机以及第一工具进退驱动电机的驱动带动下、第二消融工具210在第二工具旋转驱动电机以及第二工具进退驱动电机的驱动带动下，可沿工具支架101上的凹槽的限定空间旋转和/或前后移动。

如图2C所示，工具支架101及第一消融工具110和第二消融工具210均集成在一个鞘套102内。鞘套102内套设工具支架101，工具支架101的外表面与鞘套102的内表面至少部分贴合，以确保二者的紧密装配。工具支架101通过第一凹槽卡配第一消融工具110，并通过第二凹槽卡配第二消融工具210，所述第一消融工具110、第二消融工具210的外表面与鞘套102至少部分贴合，以使得工具支架101与鞘套102包覆两消融工具的外表面，确保对消融工具的较为紧密的卡配。作为优选，所述工具支架101还提供内窥镜通道103，以便于手术过程中内窥镜的插入。第一消融工具110的前端设有第一能量出射端口120，以提供用于组织消融的能量的出射口；相似的，第二消融工具210的前端设有第二能量出射端口220，以提供用于组织消融的能量的出射口。

在鞘套102的周向上开设有与能量出射端口相匹配的开口，以确保用于组织消融的能量的流畅输出。

作为优选方案，第一消融工具110和第二消融工具210为水射流消融工具，相应的，第一能量出射端口120、第二能量出射端口220为水射流的喷嘴；以及，作为优选方案，第一消融工具110和第二消融工具210为激光消融工具，相应的，第一能量出射端口120、第二能量出射端口220为激光发射头。

第一消融工具110后端分别连接第一工具驱动杆130、第二消融工具210后端分别连接第二工具驱动杆230，如图2B所示，在第一消融工具110和第二消融工具210的后端还分别设有定位柱，定位柱分别与第一工具驱动杆130和第二工具驱动杆230的定位槽相配合从而实现消融工具与工具驱动杆的连接。以此方式，确保工具驱动杆与消融工具的配合连接，保障在工具旋转驱动电机、工具进退驱动电机的驱动带动下，工具驱动杆带动消融工具在工具支架所提供的凹槽内进退和/或旋转。需说明的是，消融工具与工具驱动杆之间的连接方式不限，只要实现二者的稳固连接即可。工具驱动杆与工具旋转驱动电机及工具进退电机的驱动轴可以通过其他相似的机械传动机构直接或间接相连。

作为示例，在采用本实施例所提供的消融工具阵列装置进行前列腺增生组织切除手术时，采取如下步骤对消融工具阵列装置控制：

步骤1: 获取目标前列腺增生组织的信息，该信息可以是目标病灶组织及周围组织的图像数据，第一目标病灶组织150前列腺增生组织，形状如图2D所示，是需要切除的前列腺增生组织，敏感区域105是手术过程中需要小心处理、避免被误切的部位（如精阜和射精管等敏感区域）；步骤2: 根据步骤1所获取并确定的目标病灶组织的信息，选择消融工具模块数量为2，并选择切除模式为深度切除模式；步骤3: 基于步骤2所确定的工作模式，确定切割参数，作为可选步骤，操作者还可向上位机输入操作参数，或者可对切割参数的范围进行调整。所述切割参数包括：切割角度，或切割深度，或切割位置等。步骤4：控制系统中的上位机根据步骤3所确定的切割参数启动各个消融工具进行组织消融。

其中，控制消融工具阵列中的每一个到达切割初始位置，该切割初始位置包括初始径向位置、以及初始轴向位置，其中通过工具进退驱动电机分别控制第一消融工具110和第二消融工具210到达初始轴向位置，通过工具旋转驱动电机分别控制第一消融工具110的第一能量出射端口120、第二消融工具210的第二能量出射端口220到达初始径向位置。通过能量分配单元分别控制第一消融工具110和第二消融工具210的能量出射强度，该能量出射强度决定了切割深度。在切割过程中，通过工具旋转驱动电机还可以分别控制第一消融工具110和第二消融工具210的切割角度。

步骤5: 如检测到待切除目标病灶组织尚未切除干净，则返回步骤1，更新目标病灶组织的基本信息，以及根据更新的目标病灶组织的基本信息更新工作模式，并基于更新的工作模式确定更新的切割参数的步骤，并按照更新的切割参数执行切割操作，重复执行以上步骤，直至完成目标病灶组织的消融。

根据本发明所提供的消融工具阵列的控制方法，能够针对目标病灶组织的形状、尺寸、组织特性等基本信息，根据手术需要，选择合适的切除模式，并且可以调整切割参数，从而优化切割效果，充分发挥本发明消融工具阵列装置的优势。

更具体地，对两消融工具的切割范围进行调整前的切割示意图如图2E所示，第一扇形区域140为第一消融工具110的切割范围，由切割角度、切割深度共同定义，其中第一切割深度体现为第一扇形区域140的半径长度r₁（r₁取决于能量源的强度，对于水射流消融工具，通过射流的流速可以改变扇形的半径，对于激光消融工具则可以通过改变激光的强度改变半径），第一切割角度体现为第一扇形区域140的扇角α₁。同理，第二消融工具210的切割范围体现为第二扇形区域240，其中第二切割深度体现为第二扇形区域240的半径长度r₂，第二切割角度体现为第二扇形区域240的扇角α₂。

第一消融工具110的第一扇形区域140与第二消融工具210的第二扇形区域240可能存在重叠，如图2E中所示的重叠区域104，在重叠区域104内，第一消融工具110和第二消融工具210均可能对此区域的组织进行切割。在此情形下，经由第一消融工具110的第一能量出射端口120、第二消融工具210的第二能量出射端口220所出射的能量强度会相互干扰，使得消融效果不稳定，影响消融效率和精度。

为了避免出现此种情形，作为优选，本发明所提供的消融工具阵列装置的控制方法还包括控制使得各消融工具的切割范围不重叠的步骤。作为示例，针对设置两个消融工具的情形，可采用的控制方式包括：通过工具旋转驱动电机驱动带动第一消融工具110和第二消融工具210旋转，两个消融工具的旋转方向为使第一能量出射端口120、第二能量出射端口220互相远离彼此，使得两个扇形区域相互远离，直至两个消融工具的第一扇形区域140、第二扇形区域240没有重叠。可采用的控制方式还可以是，改变两个消融工具中至少一个的切割角度参数，例如调小第一切割角度，使得扇角α₁减小为α₁'，和/或调小第二切割角度，使得扇角α₂减小为α₂'，直至两个消融工具的扇形区域没有重叠。可采用的控制方式还可以是，改变两个消融工具中至少一个的切割深度参数，例如调小第一能量出射端口120和/或第二能量出射端口220所出射的能量强度，使得两个扇形区域的半径长度r₁和/或r₂减小，直至两个消融工具的扇形区域没有重叠。

可以理解，以上可采用的控制方式可以根据具体情形选择其中一种或多种方式，直到确保第一消融工具110调整后第一扇形区域160、第二消融工具210调整后第二扇形区域260之间没有重叠，以保证两个消融工具工作时不相交叉或干扰。

基于相似的控制方式可以控制选择两个消融工具切割的扇形区域，而现有技术的单消融工具系统在对前列腺侧叶部分进行切除时，需至少分两次分别将左右两侧的前列腺侧叶部分进行切除，切完的一侧前列腺侧叶可能出现组织塌陷问题，进而对另一侧的切割产生不利影响，可能导致另一侧切除不彻底，且切割效率较低，导致手术时间长，患者体验差。本发明不仅解决了以上问题，而且通过对切割范围的选择，可以避开敏感部位，在切割效率和精度提高的同时，兼顾了安全性。

实施例3 三消融工具阵列装置

针对如图3A所示的第二目标病灶组织250的切除，选择采用具有三个消融工具的消融工具阵列装置，实施例3所提供的消融工具阵列装置的结构与实施例2所提供的具有两个消融工具装置的结构类似。实施例3所示阵列装置包括控制系统和三个消融工具模块，控制系统包括上位机，上位机控制工具旋转驱动电机及工具进退驱动电机的启/停（图中未示出）。

作为优选，控制系统的上位机通过能量分配单元（图中未示出）控制总能量源分别向第一消融工具模块和第二消融工具模块输送的能量强度。需说明的是，能量源的设置方式不限于上述所述的方式，如可替代的，在每个消融工具模块中均设置能量源，并且每个能量源均由上位机分别控制，以此取代总能量源及能量分配单元的设置。

与实施例2类似，本实施例优选包括第一消融工具110、第二消融工具210和第三消融工具310，工具支架设有三个分别与以上三个消融工具相配合的凹槽，第一消融工具110、第二消融工具210和第三消融工具310前部均配合安装在工具支架的凹糟中，且可沿凹槽的限定空间旋转和/或前后移动。工具支架及第一消融工具110、第二消融工具210和第三消融工具310均集成在一个鞘套内。第一消融工具110、第二消融工具210和第三消融工具310的前端均设有能量出射端口。第一工具旋转驱动电机及第一工具进退电机通过第一工具驱动杆控制第一消融工具110的旋转/前后轴向运动，同理，第二、第三工具旋转驱动电机及第二、第三工具进退驱动电机通过第二、第三工具驱动杆分别控制第二消融工具210和第三消融工具310的旋转/前后轴向运动。实施例3所涉及各部件的具体连接及控制方式可采取与实施例2类似的方式，也可采取不同的方式，只要达到本发明目的即可。

当对第二目标病灶组织250进行切除时，可采用本实施例的消融工具阵列，并选择深度切除模式，具体步骤与实施例2控制操作类似，相同部分在此不再赘述。本实施例3与实施例2相比，主要差异在于对于三个消融工具切割范围的调整方式，具体示例如下：通过上位机分别控制第一和第三工具进退驱动电机使得第一消融工具110的能量出射端口和第三消融工具310的能量出射端口位于同一消融处理平面内，控制第二消融工具210位于第一、第三消融工具的后端一定距离x处，即使得第二消融工具210与第一消融工具110、第三消融工具310具有一定位移差x（x取值可根据实际需要设置），本实施例中x可取值为2mm，如图3B所示。从而使得第一消融工具110、第三消融工具310可对第二目标病灶组织250先进行消融，所遗留未能切除的区域由第二消融工具210随后进行消融。

上述使得第一消融工具110、第三消融工具310与第二消融工具210工作时处于不同消融处理平面的方式并非唯一的，只要可实现该目的即可。如可替代的，也可将三个消融工具的能量出射端口的初始位置设置在同一垂直平面内，上位机通过第一、第三工具进退电机控制第一消融工具110、第三消融工具310以相同的速度前进/后退，且其前进/后退的速度大于第二消融工具210前进/后退的速度，且速度差可根据实际需要进行设置。

通过上述设置，并通过对三消融工具的能量出射端口的预设角度及扫描角度进行调节、设置，最终使得实施例3采取如下扇形切割区域，实现较为彻底地消融。切割范围如图3C所示，第一扇形区域140为第一消融工具110的切割范围，由切割角度、切割深度共同定义，其中第一切割深度体现为第一扇形区域140的半径长度r₁（r₁取决于能量源的强度，对于水射流消融工具，通过射流的流速可以改变扇形的半径，对于激光消融工具则可以通过改变激光的强度改变半径），第一切割角度体现为第一扇形区域140的扇角α₁。同理，第二消融工具210的切割范围体现为第二扇形区域240，其中第二切割深度体现为第二扇形区域240的半径长度r₂，第二切割角度体现为第二扇形区域240的扇角α₂。第三消融工具310的切割范围体现为第三扇形区域340，其中第二切割深度体现为第三扇形区域340的半径长度r₃，第二切割角度体现为第三扇形区域340的扇角α₃。

控制第一消融工具110、第二消融工具210和第三消融工具310的切割范围分别为第一扇形区域140、第二扇形区域240和第三扇形区域340，提高切割效率的同时使得切割更加彻底。若采用现有单消融工具系统，则如图3D的切割扇形区域的切割范围面积为C，相比而言，现有技术能够切除的病灶组织切割范围面积C远小于本实施例消融工具阵列病灶切除面积。本实施例不仅切割彻底，而且操作简单、切割效率高，可有效避免组织塌陷所带来的切割精度低、切割不彻底等问题。

更进一步地，作为选择，如特定应用场景下，需对组织进行更加彻底的消融，则可在上述消融工作完成后，可采取二次消融工作。如通过上位机控制第一消融工具110对遗留的未被消融的病灶组织部分进行二次消融。

实施例4 四消融工具阵列装置

如图4A-4D所示，本实施例具有四消融工具模块的消融工具均布阵列，包括第一消融工具模块100、第二消融工具模块200、第三消融工具模块300、第四消融工具模块400和控制系统。第一消融工具模块100包括第一消融工具110、第一工具旋转驱动电机、第一工具进退驱动电机、第一能量分配单元（图中未示出）。同理，第二消融工具模块200包括第二消融工具210、第二工具旋转驱动电机、第二工具进退驱动电机、第二能量分配单元（图中未示出）；第三消融工具模块300包括第三消融工具310、第三工具旋转驱动电机、第三工具进退驱动电机、第三能量分配单元（图中未示出）；第四消融工具模块400包括第四消融工具410、第四工具旋转驱动电机、第四工具进退驱动电机、第四能量分配单元（图中未示出）。控制系统包括上位机，上位机控制的工具旋转驱动电机及工具进退电机的工作（图中未示出）。工具支架沿周向均匀设有四个消融工具外径相配合的凹槽，四个消融工具的前部均配合安装在工具支架的凹糟中，且可沿凹槽的限定空间旋转和/或前后移动。工具支架101及第一消融工具110、第二消融工具210、第三消融工具310和第四消融工具410均集成在一个鞘套102内，第一消融工具110的第一能量出射端口120、第二消融工具210的第二能量出射端口220、第三消融工具310的第三能量出射端口320和第四消融工具410的第四能量出射端口420均匀地分布在所述鞘套上。工具旋转驱动电机及工具进退电机通过工具驱动杆分别控制第一消融工具110、第二消融工具210、第三消融工具310和第四消融工具410的旋转/前后轴向运动。整体而言，实施例4的消融工具阵列与实施例2、3的消融工具阵列控制方式及结构基本相同，此处不再赘述。

根据力的相互作用关系，当消融工具向目标病灶组织出射能量时，必然地，所出射出的能量会对消融工具产生反作用力，尤其是采用水射流消融工具时。该反作用力会导致消融工具产生一定程度的振动，从而影响切割精度。

针对如图4D所示的第三目标病灶组织350，可采用本实施例的具有四消融工具模块的消融工具阵列，该工具阵列中4个消融工具对称设置，其能量出射端口均布在鞘套的外周上。该排布方式可使得反作用力得到较大程度的抵消，有效减少振动，从而进一步提高切割精度。

具体控制方法如下：

步骤1: 确定目标病灶组织的基本信息，具体结构形状如图4D所示，形状较为规则，且待切割组织分布在四周；步骤2: 根据步骤1所获取的目标病灶组织信息，选择消融工具模块数量为4，处理模式为低反作用力模式，将4个消融工具模块的消融工具对称设置，确定始末切割位置、切割深度、切割角度等参数。步骤3: 向上位机输入步骤2所获取的上述操作参数，上位机通过工具进退驱动电机分别控制第一消融工具110、第二消融工具210、第三消融工具310和第四消融工具410到达初始切割位置，通过工具旋转驱动电机分别控制第一消融工具110的第一能量出射端口120、第二消融工具210的第二能量出射端口220、第三消融工具310的第三能量出射端口320和第四消融工具410的第四能量出射端口420达到对称位置（如图4C所示），启动对目标病灶组织的消融，直至消融完毕。

此外，对于切割效率要求较高的应用场景，可采用高效切割模式，同时启动多个消融工具模块对同一目标病灶组织进行消融，大大提高切割效率。

以上实施例所示出的消融工具阵列的排布方式仅为示例，各个消融工具围绕工具支架，可相对、并列、均布或呈一定夹角进行排布，排布位置分布的选择主要依赖于待切割组织的形状、体积分布，以及切除模式的选择。

以上实施例所示出的上位机等控制模块仅为示例，根据某些实现要求，本文提供的控制相关实施方式可以用硬件或软件实现。本公开内容中所描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或更多个处理器内实现，所述处理器包括一个或更多个微处理器、DSP、ASIC或任意其他等同的集成或分立逻辑电路、以及这样的部件的任意组合。包括硬件的控制单元还可以执行本公开内容中描述的一种或更多种技术。这样的硬件、软件和固件可以在相同的装置内或在独立的装置内实现，以支持本公开内容中描述的各种技术。可以将软件存储在非暂态计算机可读介质上，使得该非暂态计算机可读介质包括存储在其上的程序代码或程序算法，所述程序代码或程序算法在被执行时使计算机程序执行方法的步骤。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种用于组织切除的水射流切割工具阵列装置，包括：两个以上水射流切割工具模块及控制单元，所述控制单元分别控制所述两个以上水射流切割工具模块；其中，所述两个以上水射流切割工具模块中的每一个均包括：由控制单元控制的工具旋转驱动电机、工具进退驱动电机、工具驱动杆及水射流切割工具；所述工具旋转驱动电机通过所述工具驱动杆控制所述水射流切割工具的径向旋转运动，所述工具进退驱动电机通过所述工具驱动杆控制所述水射流切割工具的轴向运动；所述水射流切割工具前端设有水射流喷嘴，用于出射水射流以切割目标病灶组织；所述工具旋转驱动电机及工具进退驱动电机接收来自所述控制单元的指令，通过所述工具驱动杆带动所述水射流切割工具运动;所述水射流切割工具模块设置为对称分布的偶数个，所述偶数个水射流喷嘴对称设置，以使得所述水射流喷嘴喷射水射流时产生的反作用力可相互抵消，以确保切除过程的平稳和精准。

2.根据权利要求1所述的用于组织切除的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述两个以上水射流切割工具模块中的每一个还包括伺服液压阀，所述控制单元通过所述伺服液压阀调节所述水射流切割工具工作时的水射流强度。

3.根据权利要求1所述的用于组织切除的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述控制单元控制所述水射流切割工具的切割范围互不重叠。

4.根据权利要求1或2所述的用于组织切除的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，还包括鞘套，所述水射流切割工具集成在所述鞘套内，所述鞘套开设有与所述水射流喷嘴相配合的开口；所述水射流喷嘴均匀地分布在所述鞘套上。

5.根据权利要求4所述的用于组织切除的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述鞘套内还设有工具支架，所述工具支架设有与水射流切割工具相配合的凹槽，使得水射流切割工具可在凹槽内旋转和/或轴向移动。

6.根据权利要求1或2所述的用于组织切除的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述水射流切割工具模块的数量为2-5个。

7.根据权利要求1所述的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述水射流切割工具阵列装置的工作模式还包括深度切除模式，所述深度切除模式指根据目标病灶组织的参数信息，通过所述控制单元分别调整各个所述水射流切割工具模块的水射流切割工具位置、切割深度及切割角度，以实现对目标病灶组织的精准全面切除。

8.根据权利要求1所述的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述水射流切割工具阵列装置的工作模式还包括高效切除模式，所述高效切除模式指同时启动多个水射流切割工具模块对目标病灶组织快速进行切除。

9.根据权利要求1所述的水射流切割工具阵列装置，其特征在于，所述水射流切割工具阵列装置的控制单元可以更新目标病灶组织的基本信息，以及根据更新的目标病灶组织的基本信息更新工作模式，并基于更新的工作模式确定更新的切割参数。

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