CN116782976A - 具有可控致动的锚定、摩擦减少和装置移动的医疗装置 - Google Patents

Abstract

利用导管(100)的导管系统和方法，该导管具有设置在其上的策略性配置的致动器，以修改导管的形状和/或刚度，从而提供电子致动的锚定、减少摩擦和/或用于使导管在身体内腔(例如血管)内移动的动力。导管包括长形的柔性管状构件(12)，该管状构件具有设置在管状构件上的一个或更多个致动器(114a、114b、114c、114e、114f、114g)。致动器被配置成修改管状构件的形状和/或刚度，以提供各种受控功能，包括锚定、在移动导管时减少摩擦和/或在身体内腔中推动导管。致动器可以是可电子致动的电活性聚合物致动器、由诸如拉线的机械装置致动的机械致动器、可由流体压力致动的液压或气动致动器、或其组合。

Description

具有可控致动的锚定、摩擦减少和装置移动的医疗装置

发明领域

所公开的发明总体上涉及用于在患者血管系统的内腔内执行程序的医疗装置和方法，更具体地，涉及具有致动器(例如，机械性、液压性、热阻或电活性聚合物致动器)的导管、护套和/或导丝以及使用该导管、护套和/或导丝的方法，所述致动器用于修改导管的刚度和/或形状以提供用于在血管系统内使用的可致动功能，例如，力诱导功能或电子可致动功能。

背景

先前已经公开了各种设计的医疗装置，用于执行各种医疗程序，包括介入治疗、药物递送、诊断、灌注等。通常，医用护套、导管或导丝通过将装置的远侧端引导穿过患者的进入部位并进入患者的血管系统(例如静脉或动脉)来使用。例如，通过引导和推动导管的近端部分来从进入部位推进导管，以使导管前进穿过血管系统到达目标部位，从而执行治疗和/或诊断医疗程序。到达目标部位的血管路径通常是曲折的，需要导管遵循弯曲且方向变化的路径。使用者(通常是医生)必须在导管被推进时通过操纵导管(例如，使导管扭转、旋转等)来使导管转向和/或通过使用耦合到远侧端的拉线或其他转向机构来使远侧端沿着血管路径转向，从而使导管转向。

一种类型的血管内导管的示例是引导导管。引导导管用于将其他器械引导至血管系统内的期望部位。通常，引导导管包括长形的柔性的管状构件，并且可以具有诸如拉线的转向机构。一种常见类型的引导导管是球囊引导导管，其还包括附连到管状构件的球囊构件。球囊可以附连到管状构件的远端部分或其他合适的位置。球囊可以提供几种有用功能中的任何一种，包括：一旦引导导管被推进到目标部位，就将引导导管锚定在适当的位置；在球囊的位置处密封血管内腔(例如，以阻塞流体流动)；以及/或执行治疗手术，诸如扩大血管、压缩阻塞等。球囊引导导管还包括从管状构件的近侧端延伸到可扩充球囊的扩充内腔，用于注射扩充流体以使球囊扩充，并且还用于释放流体压力以使球囊瘪缩。

先前已经公开了用于使导管转向和改变导管的形状的各种设计。这些设计中的一些利用设置在导管上的电活性聚合物致动器和耦合到致动器的控制单元来选择性地向致动器发送电控制信号，该电控制信号使得致动器改变导管的配置。例如，美国专利第7,261,686号描述了一种导引导管，该引导导管具有沿其轴向长度设置的电活性聚合物致动器，其中，基于从控制单元接收的控制信号，致动器改变引导导管的形状和/或刚度。美国专利第7,261,686号解释了致动器可用于使引导导管成形成适合患者解剖结构，用于在导管被插入时可控地使导管转向，以及使导管变硬。类似地，美国专利第8,920,870号描述了一种导管系统，该导管系统包括在导管上的不同位置处具有电活性聚合物的区段的导管，这些电活性聚合物区段由控制信号致动以使导管的区段铰接、弯曲、旋转、扩张或收缩，或者导致围绕区段的区的刚度增加，从而提高导管的可推动性。

概述

所公开的发明涉及具有经策略性配置和定位的致动器的装置，致动器被设置在装置上，以提供致动的锚定、减少摩擦和/或使装置在身体内腔(诸如，血管)内移动的动力。致动器可以是由电信号致动的机电致动器、由机械装置(诸如拉线)致动的机械致动器、可由流体压力致动的液压或气动致动器、或它们的组合。尽管所公开实施例的描述涉及用于在患者的血管系统内插入和定位治疗装置的引导导管，但是应当理解，所公开的发明不限于引导导管，而是可以用于任何合适的导管、护套或导丝。例如，本文描述的导管可以是任何合适类型的装置，包括引导导管、球囊引导导管、诊断导管、治疗导管、引入护套、引导护套、扩张器、导丝、管心针等。

相应地，在一个实施例中，导管系统包括长形的柔性管状构件和设置在管状构件上的一个或更多个致动器，该管状构件具有带有固有柔性的锚定部分。如本文所使用的，术语“设置在...上”是指第一结构附接在第二结构上、与第二结构成一体、被施加到第二结构或以其他方式固定到第二结构。管状构件具有带有固有柔性的锚定部分。例如，管状构件通常是非常柔性的，以便沿身体内腔内的曲折路径中行进。一个或更多个致动器可以沿着管状构件的轴向长度设置，以及设置在管状构件的不同周界/周向位置处。一个或更多个致动器被配置成：当致动器被致动时，修改锚定部分的刚度以成为锚定形状，该锚定形状被配置成将锚定部分锚定在身体内腔中与该锚定形状相对应的适当位置。一个或更多个致动器具有非致动状态和致动状态，在非致动状态中，一个或更多个致动器允许管状构件具有其固有柔性，在致动器被致动的致动状态中，一个或更多个致动器使锚定部分变硬成为锚定形状，该锚定形状被配置成将锚定部分锚定在身体内腔中与该锚定形状相对应的适当位置。

导管系统具有非致动配置，其中一个或更多个致动器是非致动的，使得致动器不会显著影响管状构件的锚定部分的刚度和/或形状。换句话说，管状构件的锚定部分具有其松弛形状和/或固有柔性。导管系统还具有致动配置，其中一个或更多个致动器被致动，这导致致动器使锚定部分在锚定形状下变硬，锚定形状被配置成将锚定部分锚定在身体内腔中与该锚定形状相对应的适当位置。锚定形状被配置成将锚定部分锚定在身体内腔中与该锚定形状相对应的适当位置。锚定阻止管状构件的移动，从而防止管状构件在身体内腔内纵向移动。因此，当管状构件通过锚定形状锚定在适当位置时，器械和其他导管可以被导航和操纵穿过该管状构件。

例如，身体内腔可能具有弯曲形状(例如，对应于岩状颈动脉的S形或穿过主动脉弓并进入分支血管的路径)，使得当锚定部分在身体内腔的弯曲形状下变硬时，锚定部分将管状构件锚定在适当的位置，使得管状构件阻止纵向移动。

在导管系统的各种实施例中，一个或更多个致动器可以被配置成还修改锚定部分的形状。例如，致动器可以被配置成还使锚定部分形成锚定形状。因此，致动器不仅使锚定部分形成锚定形状，又使锚定部分在锚定形状下变硬。在上面针对S形的示例中，致动器被配置成使管状构件的锚定部分形成解剖学上对应的S形。

在导管系统的各种实施例中，一个或更多个致动器可以包括机械致动器，机械致动器是通过耦合到机械致动器的一根或更多根拉线致动的致动器。在一个实施例中，每个机械致动器包括致动器元件，该致动器元件具有围绕管状构件的中心轴线的各向异性区，各向异性区具有第一区域和第二区域，第一区域具有第一柔顺性，第二区域具有不同于第一柔顺性的第二柔顺性，使得由一根或更多个拉线对致动器元件的压缩载荷导致致动器元件弯曲并变硬成为预定的形状。各向异性区可以由具有切割模式的管(例如海波管(hypotube))形成，该切割模式赋予第一区域第一柔顺性，并赋予第二区域第二柔顺性。

在导管系统的其他实施例中，致动器可以具有通过机械装置(诸如拉线)致动的其他类型的机械致动器、可通过流体压力致动的液压或气动致动器、或其组合。一些代表性的示例包括以下。致动器元件，该致动器元件使用结合在装置内的线性拉伸或压缩元件来机械驱动，使得当力被施加到该元件时，力在期望形状变化的位置处引起装置内的离散结构的不对称弹性长度收缩或扩张。在另一个示例中，致动器使用可旋转的、同心的、预弯曲的弹性管来机械地驱动，这些弹性管构成装置的主要加强件，其中当管相对于彼此旋转和/或延伸时，它们的内在曲率被弹性地加强或消除，以改变装置沿其长度的形状。

在液压致动器的一个示例中，致动器经由嵌入在装置中的流体连接件被液压地驱动，以允许结合在装置内的流体腔的扩充或排空，从而经由以下中的一项或更多项来赋予维度变化：在期望形状变化的位置处，装置内的不对称放置的元件和/或腔的直接压力诱导的弹性长度扩张或收缩；和/或在期望形状变化的位置处，装置内的不对称放置的腔的渗透压力驱动的弹性长度扩张或收缩，并通过膜与流体腔分离。

在导管系统的另外的实施例中，致动器可以是其他类型的电致动器。例如，致动器可以使用嵌入在装置中的导体来电驱动，以经由以下中的一项或更多项来诱导弯曲力：在电阻材料上施加电位差以改变温度，从而改变形状记忆材料的形状；在电活性聚合物上施加电位差，从而改变电活性聚合物的形状；和/或在压电材料上施加电位差，从而改变压电材料的形状。

另一个公开的实施例涉及使用导管系统的方法。该方法包括在一个或更多个致动器未致动且锚定部分具有其固有柔性的情况下插入导管系统的远端并将导管推进到身体内腔中至目标位置。将致动器致动，从而使锚定部分在锚定形状下变硬，并将锚定部分锚定在身体内腔中的适当位置。变硬的锚定部分将导管锚定在身体内腔内的适当位置。这将导管保持在适当的位置，使得其他导管和/或器械可以插入通过导管，而导管不会移动离开其锚定位置。

该方法还可以包括在致动器被配置成还使锚定部分形成锚定形状的情况下致动致动器，以使锚定部分形成锚定形状。

在还有的另外公开的实施例中，致动器包括电活性聚合物。使用可电子致动的电活性聚合物允许导管被电子控制，电子控制也可以包括计算机化控制。与拉线技术相反，电活性聚合物致动器的局部化电子致动对导管的较远的部分(例如，近侧轴)还具有最小的影响。使用电活性聚合物致动器也使得能够使用许多致动器，并且使致动器的放置更加复杂。使用电子致动还使得导管能够具有可编程的动态形状和配置以及用于通过测量电活性聚合物在非激活状态下的电容或感应电压来感测致动器处的应变环境的附加能力。

在这些实施例中，导管系统利用设置在导管上和/或导管内的策略性配置的电活性聚合物致动器来提供电子致动的锚定、减少摩擦和用于使导管在身体内腔(例如血管)内移动的动力。使用可电子致动的电活性聚合物允许导管被电子控制，电子控制也可以包括计算机化控制。与拉线技术相反，电活性聚合物致动器的局部化电子致动对导管的较远部分(例如，近侧轴)还具有最小的影响。使用电活性聚合物致动器也使得能够使用许多致动器，并且使致动器的放置更加复杂。使用电子致动还使得导管能够具有可编程的动态形状和配置。使用电子致动还使得导管能够具有应变感测能力和反馈控制，以诱导匹配或模拟周围解剖内腔形状的导管形状。

在本文描述的实施例中采用的电活性聚合物致动器利用有时也被称为“导电聚合物”的电活性聚合物。利用电活性聚合物的致动器在本文公开的导管中是有利的，因为它们可以非常小，但产生大的力和应变。它们也具有相对低的成本，并且相对容易结合到本文公开的导管中。

电活性聚合物是一种能够响应于电刺激(即电信号)而改变形状的聚合物。电活性聚合物中的维度变化可以通过离子进入或离开聚合物的质量转移来产生。因此，离子进入或离开电活性聚合物的转移导致维度变化，例如，由于聚合物链之间的离子插入和/或链间排斥而扩张或收缩。因此，基于这些特性使用电活性聚合物产生电活性聚合物致动器。通过向致动器施加和移除电控制信号来致动电活性聚合物致动器和使电活性聚合物致动器解除致动(de-actuated)。致动器然后可以被施加到结构以在结构上施加力以在结构上施加力，力可以改变结构的物理属性，例如改变结构的形状、维度、刚度和/或位置。

在利用电活性聚合物致动器的示例性实施例中，导管系统包括导管，该导管具有长形的柔性管状构件和设置在管状构件上的一个或更多个电活性聚合物致动器。管状构件具有带有固有柔性的锚定部分。例如，管状构件通常是非常柔性的，以便沿身体内腔内的曲折路径中行进。一个或更多个电活性聚合物致动器可以沿着管状构件的轴向长度设置，以及设置在管状构件的不同周界/周向位置处。一个或更多个电活性聚合物致动器被配置成响应于一个或更多个电控制信号，修改处于锚定形状下的锚定部分的刚度，该锚定形状被配置成将锚定部分锚定在身体内腔中与该锚定形状相对应的适当位置。

因此，导管系统具有非致动配置，在该非致动配置中，电活性聚合物致动器未被致动。换句话说，电活性聚合物致动器未被电信号(诸如电压和/或电流)致动，使得电活性聚合物致动器处于不显著影响管状构件的锚定部分的刚度和/或形状的松弛配置，即，管状构件的锚定部分具有其固有柔性。

导管系统还具有致动配置，在该致动配置中，一个或更多个电活性聚合物致动器由一个或更多个控制信号(诸如电压和/或电流)致动。控制信号导致电活性聚合物致动器使锚定部分在锚定形状下变硬，即，致动器使锚定部分的刚度从管状构件的固有柔性增加。锚定形状被配置成将锚定部分锚定在身体内腔中与该锚定形状相对应的适当位置。这允许器械以及其他导管被导航和/或操纵穿过管状构件，而管状构件通过锚定形状保持静止。

作为一个示例，身体内腔可以具有弯曲形状(例如，对应于岩状颈动脉的S形)，使得当锚定部分在身体内腔的弯曲形状下变硬时，锚定部分将管状构件锚定在适当的位置，使得管状构件阻止纵向移动。然后，当导管保持锚定在适当位置时，其他导管和器械可以被引导通过管状构件到达身体内腔内的目标位置。

在导管系统的各种实施例中，一个或更多个电活性聚合物致动器可以被配置成还修改锚定部分的形状。例如，电活性聚合物致动器可以被配置成还使锚定部分形成锚定形状。以这种方式，电活性聚合物致动器不仅使锚定部分形成锚定形状，又使锚定部分在锚定形状下变硬。在上面S形的示例中，电活性聚合物致动器被配置成使管状构件的锚定部分形成S形。

在各种其他实施例中，导管系统还可以包括可操作地耦合到多个电活性聚合物致动器的控制器。控制器被配置成选择性地将电控制信号传输到多个电活性聚合物致动器，用于修改管状构件的配置，例如修改锚定部分的刚度和/或形状。电控制信号可以是施加到每个电活性聚合物致动器的电压。控制器可以使用设置在管状构件上的多个导体(例如，导线、导电迹线等)耦合到一个或更多个电活性聚合物致动器。每个导体具有连接到相应电活性聚合物致动器的第一端和连接到控制器的第二端。

在另一实施例中，控制器可经由感应电压或电容变化感测施加到致动器的应变，并由此解释被感测的致动器的位置中的装置曲率，并由此解释未致动装置所处的解剖形状。然后，控制器可以将信号施加到被感测的致动器，以诱导模拟所解释的解剖内腔形状的形状变化，从而在没有锚定位置的解剖形状的先验知识的情况下实现适合于解剖形状的锚定形状。

在各种实施例中，电活性聚合物致动器可以包括聚对二甲苯膜。在其他实施例中，电活性聚合物致动器包括任何合适的电活性聚合物，诸如聚对二甲苯、聚苯胺、聚吡咯、聚砜或聚乙炔。

所公开发明的另一方面涉及使用导管系统的上述示例性实施例的方法。该方法包括将导管的远侧端插入身体内腔中，并且在一个或更多个电活性聚合物致动器未致动使得管状构件的锚定部分具有其固有柔性的情况下将导管推进到身体内腔内的目标位置。这允许导管以柔性状态被推进穿过身体内腔。一旦导管被定位在目标位置，使用控制信号致动电活性聚合物致动器，该控制信号使锚定部分在锚定形状下变硬。变硬的锚定部分将导管锚定在身体内腔中的适当位置。这将导管保持在适当的位置，使得其他导管和/或器械可以插入通过导管，而导管不会移动离开其锚定位置。

该方法还可以包括在电活性聚合物致动器被配置成还使锚定部分形成锚定形状的情况下致动电活性聚合物致动器，以使锚定部分形成锚定形状。

该方法还可以包括上述导管系统的其他方面中的任何一个或更多个。

利用电活性聚合物致动器的导管系统的另一个实施例涉及一种导管系统，该导管系统被配置成利用电活性聚合物致动器来减少在导管在身体内腔内纵向移动时导管的静态摩擦。在该实施例中，导管系统包括导管，该导管具有长形的柔性管状构件和设置在管状构件上的多个电活性聚合物致动器。多个电活性聚合物致动器被配置成使管状构件形成基本上正弦的形状，并使该正弦形状在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间来回循环(即，使正弦形状在0°异相和180°异相之间来回转变)。换句话说，管状构件的形状循环，使得正弦形状的波峰移动为波谷，波谷移动为波峰。

导管系统还包括可操作地耦合到多个电活性聚合物致动器的控制器。控制器被配置成将控制信号传输到多个电活性聚合物致动器，以使管状构件在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间动态地来回循环。

因此，当导管系统在身体内腔内纵向移动时，多个电活性聚合物致动器被致动以使管状构件在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间动态地来回循环。当导管纵向移动时，管状构件的这种循环的正弦移动破坏管状构件的静态摩擦，从而需要较小的力来使导管移动，并使导管的移动更加平滑。

在摩擦减少实施例的各种实施例中，控制器被配置成使管状构件的正弦形状以减少在管状构件在身体内腔内纵向移动时管状构件的静态摩擦的振幅、峰到峰波长和循环频率来动态地循环。例如，可以设定振幅和波长，使得其刚好足以破坏静态摩擦，同时频率使得其不会损坏身体内腔的壁或产生其他不想要的副作用。

在摩擦减少实施例的各种实施例中，电活性聚合物致动器以提供正弦形状的一种特定配置进行布置。多个电活性聚合物致动器包括第一组电活性聚合物致动器和第二组电活性聚合物致动器。在管状构件的第一侧上，第一组的电活性聚合物致动器沿着管状构件纵向设置，并与沿着管状构件纵向设置在第一侧上的第二组的电活性聚合物致动器交替。类似地，在管状构件的与第一侧相对的第二侧上，第一组的电活性聚合物致动器沿着管状构件纵向设置，并且与沿着管状构件设置在第二侧上的第二组的电活性聚合物致动器交替。此外，第一组的电活性聚合物致动器被布置成使得第一侧上的电活性聚合物致动器相对于第二侧上的电活性聚合物致动器偏离。类似地，第二组的电活性聚合物致动器被布置成使得第一侧上的电活性聚合物致动器相对于第二侧上的电活性聚合物致动器偏离。以一种方式，在第一侧上的第一组的电活性聚合物致动器与在第二侧上的第二组的电活性聚合物致动器相对，并且在第二侧上的第一组的电活性聚合物致动器与在第一侧上的第二组的电活性聚合物致动器相对，反之亦然。电活性聚合物致动器的配置使得第一组电活性聚合物致动器的致动将管状构件的形状修改为0°异相的基本上正弦的形状，并且第二组电活性聚合物致动器的致动将管状构件的形状修改为180°异相的正弦形状。

在摩擦减少实施例的另一方面，第一组电活性聚合物致动器经由第一对电导体电连接到控制器，使得第一组中的所有电活性聚合物致动器由来自控制器的单个第一信号致动。同样，第二组电活性聚合物致动器经由第二对电导体连接到控制器，使得第二组中的所有电活性聚合物致动器由来自控制器的单个第二信号致动。第二对电导体与第一对电导体电绝缘/分离。因此，通过在第一信号和第二信号之间交替，多个电活性聚合物致动器可以被致动以使管状构件在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间动态地来回循环。

所公开实施例的另一方面涉及在身体内腔中使用导管系统的摩擦减少实施例的方法。该方法包括将导管插入身体内腔中。使导管在身体内腔中纵向移动，同时控制器将控制信号传输到多个电活性聚合物致动器，从而使管状构件在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间动态地来回循环。当导管纵向移动时，管状构件的循环正弦运动破坏管状构件的静态摩擦。

在各种实施例中，使用导管的摩擦减少实施例的方法还包括导管系统的上述第二实施例的其他方面中的任何一个或更多个。

利用电活性聚合物致动器的导管系统的另一个实施例涉及一种导管系统，该导管系统被配置成利用电活性聚合物致动器来使管状构件成形，以与身体内腔的壁进行基本连续的周向接触，从而使导管稳定。导管系统包括长形的柔性管状构件和沿着管状构件以螺旋路径设置在管状构件上的电活性聚合物致动器。使用电控制信号致动螺旋放置的电活性聚合物致动器将管状构件的形状转变为基本上螺旋形的形状，使得管状构件可以沿着管状构件的长度与身体内腔的壁进行周向接触，该长度足以使管状构件在身体内腔中稳定。例如，周向接触可以防止导管在身体内腔中的纵向移动，类似于第一实施例的锚定特征，和/或使导管在身体内腔中居中，或者以其他方式防止导管的移动。

在螺旋形实施例的各种实施例中，导管被配置成使得基本上螺旋形的形状的管状构件沿着导管的选定的离散长度或沿着管状构件的基本上整个可插入长度与身体内腔的壁进行周向接触。例如，导管可以沿着一定长度配置有电活性聚合物，该长度从距离导管的远侧端第一距离的位置处开始并在距离导管的远侧端的第二更长的长度处结束，或者导管可以沿着管状构件的基本上整个长度配置有电活性聚合物，除了保持在体外的近侧端之外。

在螺旋形实施例的各种实施例中，导管系统还可以包括可操作地耦合到电活性聚合物致动器的控制器，该控制器被配置成选择性地将控制信号传输到电活性聚合物致动器。

在螺旋形装置的各种实施例中，一个或更多个致动器可以包括机械致动器，该机械致动器通过耦合到机械致动器的一根或更多根拉线致动。在一个实施例中，一系列可致动机械结构沿着装置的长度串行设置，每个机械结构包括各向异性可致动元件(并且因此包括相对于轴线的优选弯曲方向)，其中可致动元件围绕并沿着装置的中心轴线以螺旋路径旋转地串行索引，使得一根或更多根拉线对该系列致动器元件的压缩载荷导致装置弯曲并变硬成为螺旋形形状。该系列机械结构和对应的各向异性元件可以形成在管(诸如海波管)内，该管具有切割模式，该切割模式赋予每个单独结构的区域各向异性柔顺性，该单独结构可以与相邻结构相同或不同，从而使得每个结构能够在相同或不同的方向上弯曲。

在另一个实施例中，一系列机械结构或机械结构的连续体(continuum)沿着装置的长度设置，每个机械元件或该连续体具有围绕装置的中心轴线的各向同性弯曲(并且因此具有相对于轴线的非优选弯曲方向)，并且单根拉线沿着该系列机械结构或该机械结构连续体的长度以螺旋路径布置，使得拉线对该系列机械结构或该机械结构连续体的压缩载荷导致装置弯曲并变硬成为螺旋形的形状。该系列机械结构或该机械结构连续体以及对应的各向同性元件可以由线圈形成；可替代地，它可以形成在管(诸如海波管)内，该管具有切割模式，该切割模式赋予每个单独结构的区各向同性的柔顺性，这使得每个结构能够在任何方向上非优选地弯曲。

在该螺旋形装置的其他实施例中，致动器可以具有通过机械装置(诸如拉线)、可通过流体压力致动的液压或气动致动器或其组合致动的其他类型的机械致动器。

在优选实施例中，螺旋形装置，螺旋形具有外螺旋直径和螺旋节距。外螺旋直径被选择成至少与将要发生锚定的目标内腔一样大，并且更优选地，外螺旋直径是目标内腔直径的1.25倍到2倍之间。螺旋节距被选择成足够短，以在内腔的壁和螺旋形装置之间赋予能够将装置锚定在适当位置的一定量的摩擦。此外，螺旋节距需要足够的长，以不妨碍其他导管和/或器械平滑地穿过装置内腔或抽出到螺旋装置的外部。优选的螺旋节距是外螺旋直径的3倍到10倍。

所公开发明的另一方面涉及一种在身体内腔中使用导管系统的螺旋形实施例的方法。该方法包括将导管插入身体内腔中，其中电活性聚合物致动器处于非致动配置，其中管状构件具有其固有的柔性和松弛形状。使用控制信号致动电活性聚合物致动器，从而将管状构件的形状转变为基本上螺旋形的形状，使得管状构件沿着管状构件的长度与身体内腔的壁进行周向接触，该长度足以使管状构件在身体内腔中稳定。因此，导管被稳定在身体内腔内。在该方法的各种实施例中，管状构件可以沿着管状构件的基本上整个可插入长度与身体内腔的壁进行周向接触。

螺旋形装置的另一个实施例涉及一种利用致动器产生动力以使导管在身体内腔内纵向移动的装置。导管系统包括长形的柔性构件。柔性构件具有多个径向布置的线性部分或路径部段。这些部段沿着装置的离散长度在纵向上一致并且在径向上彼此间隔开，例如第一部段、从第一部段径向移位的第二部段、和从第二部段径向移位的第三部段，等等。相应的致动器或一系列致动器沿着装置的离散长度以螺旋路径设置在每个相应的部段内，使得使用相应的控制方法致动相应的一个致动器或多个致动器将装置的离散长度的形状转变为基本上螺旋形的形状。每个相应的致动器或致动器系列被配置成使得致动器的调制致动在柔性构件与身体内腔的壁之间产生摩擦力。每个路径部段内的致动器或致动器系列的串行激活使柔性构件在身体内腔内纵向移动。例如，路径部段的调制致动可以导致柔性构件以蠕虫爬行式运动(worm crawler-like motion)或旋转螺纹运动移动，这产生了使柔性构件在纵向上移动的动力。

在各种实施例中，使用相应的控制方法，在每个路径部段内的致动器或致动器系列上施加经调制的信号或力，从而控制每个相应路径部段的形状响应的振幅。该控制赋予信号或力正弦波振幅调制，每个信号或力与其他信号异相。例如，在三个路径部段的情况下，每个信号或施加的力可能与其他两个信号或施加的力成120°异相。

在各种实施例中，利用电活性聚合物致动的装置还可以包括控制器，该控制器可操作地耦合到电活性聚合物致动器，并且被配置成将相应的控制信号传输到相应的电活性聚合物致动器。同样，利用机械或液压致动的装置还可以包括控制器，该控制器可操作地耦合到机械或液压致动器，并被配置成将相应的控制力或压力传输到相应的致动器。控制器可以是机电的或纯机械的，并且能够生成对相应致动器进行调制致动所需的调制力和/或压力。

所公开的实施例的另一方面涉及在身体内腔中使用螺旋形装置实施例的方法。该方法包括将导管系统插入身体内腔中。使用对每个相应路径部段的相应调制控制方法来致动每个路径部段内的相应致动器或致动器系列。调制致动在柔性构件与身体内腔的壁之间产生动力，该动力使柔性构件在身体内腔内纵向移动。

在各种实施例中，相应的调制控制信号或力是正弦波振幅调制信号或施加的力，其中每个信号或施加的力与其他信号或施加的力异相。例如，在三个路径部段的情况下，每个信号或施加的力与其他信号或施加的力成120°异相。

因此，本文描述的实施例提供了利用致动器(例如机械致动器和/或电活性聚合物致动器)的创新装置，以及使用该装置的方法，该方法提供致动锚定、减少摩擦和/或用于使装置在身体内腔内移动的动力。电活性聚合物致动的实施例提供了一种电子可控装置，其允许计算机化控制、对远程部分具有最小影响的电活性聚合物致动器的局部电子致动、使用许多致动器、致动器放置的更大复杂性，并且还实现了装置的可编程和/或动态形状和结构。

附图简述

现在将在鉴于附图来阅读的下面的详细描述中更详细地描述前述以及所公开的发明的其他和另外的实施例和方面，其中相似的附图标记指代相似的元件，并且对于相似元件的描述应适用于所有相关的所描述的实施例。

图1是根据所公开发明的实施例的导管系统的示意图；

图2A-图2C是根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统中的导管上的致动器的各种配置的一部分的透视图；

图3A-图3B是根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统中的导管上的电活性聚合物致动器的配置的局部侧视图；

图4A-图4B是示出根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统中的导管的锚定特征的侧视图；

图5A-图5B是示出根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统中的导管的另一锚定特征的侧视图；

图6示出了根据所公开发明的实施例的使用具有图4A-图4B和图5A-图5B中所示的锚定特征的导管的方法的流程图；

图7A-图7B是根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统中的另一导管的侧视图；

图8A-图8C示出了根据所公开发明的实施例的图7A-图7B的导管的动态循环运动；

图9示出了根据所公开发明的实施例的使用图7A-图7B的导管的方法的流程图；

图10A是根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统中的另一导管的侧视图；

图10B是根据所公开发明的实施例的处于致动配置的图10A的导管的侧视图；

图10C是处于非致动配置的图10A的导管的侧视透视图；

图10D是处于致动配置的图10A的导管的侧视透视图；

图11是根据所公开发明的实施例的在身体内腔中处于致动配置的图10A的导管的侧视图；

图12示出了根据所公开发明的实施例的使用图10A-图10D的导管的方法的流程图；

图13是根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统的又一导管的侧视图；

图14A-图14D是根据所公开发明的实施例的处于用于产生动力的调制致动序列的各种状态的图13的导管的侧视图；

图14E是根据所公开发明的实施例的用于使图13的导管产生图14A-图14D中描绘的调制致动序列的调制致动序列的曲线图；以及

图15是根据所公开发明的实施例的用于图1的导管系统的又一导管的侧视图；

图16A-图16C是根据所公开发明的实施例的处于用于产生动力的调制致动序列的各种状态的图15的导管的侧视图；

图16D是根据所公开发明的实施例的用于使图15的导管产生图16A-图16C中描绘的调制致动序列的调制致动序列的曲线图；

图17示出了根据所公开发明的实施例的使用图13和图15的导管的方法的流程图；

图18是根据所公开发明的实施例的用于导管系统中的、具有多个机械致动器的导管加强件的一部分的侧视图；

图19是根据所公开发明的实施例的处于无压缩载荷下的图16的导管加强件的图示，其示出了由机械致动器提供的具有变化的柔顺性的区域；

图20是根据所公开发明的实施例的处于压缩载荷下的图16的导管加强件的图示，其示出了由机械致动器提供的具有变化的柔顺性的区域的弯曲/变硬；

图21是根据所公开发明的实施例的图18的导管加强件的一个实施例的放大横截面，示出了用于机械致动器的拉线致动器的一个实施例；

图22是根据所公开发明的实施例的图18的导管加强件的另一个实施例的放大横截面，示出了用于机械致动器的多拉线致动器的另一个实施例；

图23是根据所公开发明的实施例的没有压缩载荷下的导管加强件的机械致动器之一的放大侧视图；以及

图24是根据所公开发明的实施例的图21的机械致动器的放大侧视图，其示出了致动器在压缩载荷下的弯曲。

详细描述

图1-图4示出了根据所公开发明的示例性实施例配置的导管系统100。导管系统100通常被配置用于在身体内腔(例如，血管系统内的内腔)内执行程序，例如医疗或诊断程序。导管系统100包括导管102和控制器104。导管102包括柔性的长形管状构件106，该管状构件106具有近端部分108和远端部分110以及在近端部分108和远端部分110之间延伸的工作内腔112。管状构件106具有固有柔性(或固有刚度)，固有柔性(或固有刚度)取决于形成管状构件106的材料的物理属性和维度。固有柔性通常是非常柔性的，使得导管102可以沿血管系统的身体内腔的相对曲折的路径行进。导管102还具有设置在管状构件106上的一个或更多个致动器114。

致动器114可以包括锚定致动器114e、114g、114f以及定位在管状构件106的远端部分上的转向致动器114a、114b、114c和114d(114d在图中未示出，但114d在管状构件106上与转向致动器114b相对地被定位)。可以使用更多或更少的致动器114，因为任何合适数量的致动器114可以设置在管状构件106上，这取决于导管102的期望致动配置，如本文所述。致动器114可包括电活性聚合物材料。如本文所述，电活性聚合物具有响应电刺激(即电信号)改变形状的能力。电活性聚合物可以是电活性聚合物薄膜，或其他合适形式的电活性聚合物。电活性聚合物可以是任何合适的电活性聚合物，例如聚对二甲苯、聚苯胺、聚吡咯、聚砜或聚乙炔。通过向致动器施加电控制信号来致动电活性聚合物致动器114，并通过移除电控制信号来解除电活性聚合物致动器114的致动。

致动器114被施加到管状构件106，以在管状构件的结构上施加力，从而在管状构件106上施加力，力改变管状构件106的物理属性，诸如改变管状构件106的形状、维度、刚度和/或位置。

致动器114可以通过任何合适的方法设置在管状构件106上。作为一些示例，致动器114可以使用粘合剂或其他紧固装置附接到管状构件106的表面上(例如，附接到外表面上、附接到内表面上)。致动器114可以沉积到管状构件106上，例如通过喷雾沉积、电沉积或其他合适的沉积方式沉积。致动器114可以与管状构件106集成在一起或集成到管状构件106中，例如模制在管状构件106的壁内。

导管102具有非致动配置，在非致动配置中，致动器114未由控制信号致动。在非致动配置中，每个致动器114和其上设置有相应致动器114的管状构件106的相应部段处于松弛配置(即，非致动配置)。在松弛配置中，致动器114不显著影响管状构件106的配置(例如，刚度和/或形状)。因此，在松弛配置中，管状构件106具有其固有的形状和柔性。导管102具有致动配置，其电活性聚合物致动器中的一个或更多个由一个或更多个电控制信号致动。控制信号使电活性聚合物致动器改变形状，这对电活性聚合物致动器被施加到的管状构件106施加力，从而修改管状构件106的特性。如下所述，被致动的致动器114可以改变管状构件106的刚度和/或形状。在移除电控制信号后，致动器114恢复到它们的松弛配置，并且管状构件106也恢复到其松弛配置，包括恢复到其固有的柔性在内。

图2A-图2C示出了电活性聚合物致动器114的各种配置，该电活性聚合物致动器114被布置成实现对其上设置有电活性聚合物致动器114的管状构件106的配置的各种改变。图2A示出了管状构件106和设置在管状构件106上的电活性聚合物致动器114之一的放大的侧视图。图2A示出了管状构件106和处于非致动配置(即，没有施加电控制信号)的电活性聚合物致动器114。图2B示出了图2A的电活性聚合物致动器114的致动配置，其中致动器114在由电控制信号致动时扩张，并且在电控制信号被移除时从扩张状态缩回至非致动配置。如图2B所示，在致动时，电活性聚合物致动器114扩张，从而导致管状构件106的附接到电活性聚合物致动器114的部段以凸曲线(相对于管状构件106的附接有致动器114的一侧)弯曲。除了使管状构件106弯曲之外，电活性聚合物致动器114的致动还使管状构件106在弯曲形状下变硬。

图2C示出了图2A的电活性聚合物致动器114的致动配置，其中致动器114在由电控制信号致动时收缩，并且在电控制信号被移除时从收缩状态扩张回到非致动配置。如图2C所示，在致动时，电活性聚合物致动器114收缩，从而导致管状构件106的附接到电活性聚合物致动器114的部段以凹曲线(相对于管状构件106的附接有致动器114的一侧)弯曲。同样，除了使管状构件106弯曲之外，电活性聚合物致动器114的致动还使管状构件106在弯曲形状下变硬。

图3A示出了管状构件106和设置在管状构件106上的电活性聚合物致动器114的另一个实施例的放大侧视图。在图3A中，电活性聚合物致动器114被配置成使管状构件106在基本上直的形状下变硬。电活性聚合物致动器114周向地设置在管状构件106上。替代地，一对电活性聚合物致动器114可以设置在管状构件106的相对侧上，使得该对电活性聚合物致动器114彼此张紧。图3A示出了管状构件106和处于非致动配置(即，没有施加电控制信号)的电活性聚合物致动器114。图3B示出了图3A的电活性聚合物致动器114的致动配置，其中致动器114在由电控制信号致动时扩张，并且在电控制信号被移除时从扩张状态扩张回到非致动配置。如图3B所示，在致动时，电活性聚合物致动器114扩张，从而导致管状构件106的附接到电活性聚合物致动器114的部段扩张，并在直线状态下变硬。替代地，图3A的电活性聚合物致动器114可以被配置成在致动时收缩。在致动时，电活性聚合物致动器114收缩，导致类似的变硬效果。

控制器104被配置成选择性地将一个或更多个电控制信号传输到电活性聚合物致动器114。控制器104使用一个或更多个导体118可操作地耦合到电活性聚合物致动器114，每个导体118具有电连接到控制器104的第一端和电连接到电活性聚合物致动器114中的一个或更多个的第二端。在一个实施例中，每个电活性聚合物致动器114可以各有一对导体118。在替代实施例中，一组两个或更多个电活性聚合物致动器114可以连接到同一对导体118，使得该组电活性聚合物致动器114由来自控制器104的相同的电控制信号致动。类似地，导管系统100可以配置有一个或更多个组，每个组具有连接到同一对导体118的多个电活性聚合物致动器114。

因此，返回参考图1，导管系统100包括导管102，导管102利用电活性聚合物致动器114来使用电控制信号选择性地修改导管102的配置，例如管状构件106的形状和/或刚度。例如，转向致动器114a、114b、114c和114d可以被配置成当导管102在身体内腔内移动时使导管102转向。在一个实施例中，转向致动器114a、114b、114c和114d中的每一个可以被配置成与图2B的电活性聚合物致动器114相同或相似。以这种方式，当导管102在身体内腔内前进时，可以使用一个或更多个控制信号选择性地致动转向致动器114a、114b、114c和114d，以在使用者希望使导管102转向的方向上使管状构件106的远端部分110弯曲。转向致动器114a、114b、114c和114d中的每一个独立地连接到控制器104，并且可以由来自控制器104的相应单独的控制信号来控制。这允许转向致动器114a、114b、114c和114d中的每一个能够独立于其他转向致动器114a、114b、114c和114d进行控制。尽管图1的示例性实施例示出了四个转向致动器114，但是可以使用任何合适的数量来提供期望的转向效果。例如，可以使用单个转向致动器114a，并且使用者将从近侧端手动操纵导管102以使管状构件106旋转，使得致动转向导管114a使管状构件106的远端部分110在期望的转向方向上弯曲。

锚定致动器114e、114f和114g设置在管状构件106的锚定部分120上。锚定致动器114e、114f和114g被配置成被致动以修改管状构件106的刚度和/或形状而成为锚定形状，以将锚定部分锚定在具有对应于锚定形状的形状的身体内腔中的适当位置。在图1的示例性实施例中，锚定致动器114e和114g被配置成使管状构件106变硬和/或成形，并将管状构件106偏压成弯曲形状，而锚定致动器114f被配置成使管状构件106变硬，并将管状构件106偏压成基本直的形状。因此，锚定致动器114e和114g与图2B的电活性聚合物致动器114相同或相似。锚定致动器114f与图3A-图3B中描绘的电活性聚合物致动器114相同或相似。锚定致动器114e、114f和114g可以单独地连接到控制器104，使得锚定致动器114e、114f和114g可以由来自控制器104的单独的控制信号独立地致动，或者锚定致动器114e、114f和114g可以作为一个组连接到控制器104，使得锚定致动器114e、114f和114g可以由来自控制器104的单个控制信号致动。

在导管系统100的锚定特征的非致动配置中，锚定致动器114e、114f和114g是非致动的，使得管状构件106的锚定部分120具有其固有的柔性。换句话说，锚定部分120是相对柔性的，使得当导管102在身体内腔中前进时，锚定部分120可以沿身体内腔内相对曲折的路径行进。在导管系统100的锚定特征的致动配置中，锚定致动器114e、114f和114g由一个或更多个控制信号(取决于与控制器的连接的配置，如上所述)致动。锚定致动器114e、114f和114g的致动导致锚定致动器114e、114f和114g使管状构件106的锚定部分120变硬和/或成形为锚定形状。

图4A-图4B示出了导管102的用于将导管102锚定或稳定在示例性身体内腔122中的锚定特征。在所示的示例中，身体内腔122是包括多个互连的血管的血管系统124内的拱形穿越路线(arch traverse)122。图4A描绘了正被推进到血管系统124的身体内腔122中的导管102。在图4A中，导管102处于非致动配置，其中锚定致动器114e、114f和114g是非致动的，使得管状构件106的锚定部分120是固有柔性的。当导管102被定位，而锚定部分120位于身体内腔122内的期望位置时，锚定致动器114e、114f和114g使用来自控制器104的一个或更多个控制信号被致动，如图4B所示。如图4B中所示，锚定致动器114e、114f和114g的致动使锚定部分120变硬并成形为对应于身体内腔122的形状，使得锚定部分120楔入身体内腔122中。这将锚定部分120稳定和/或锚定在身体内腔122中，进而将导管102稳定和/或锚定在适当的位置。当其他器械(诸如其他导管或装置)被插入并推进穿过导管102时，导管102的锚定防止导管102移动。

图5A-图5B示出了导管系统100上的锚定特征的另一示例性实施例。图5A-图5B中示出的锚定特征类似于图4A-图4B中描绘的锚定特征，除了图5A-图5B中的锚定特征被配置用于具有S形曲线(类似于典型的岩状颈动脉的形状)的特定弯曲的身体内腔124中之外。图5A-图5B的导管140不像图4A-图4B的导管102那样需要直形锚定致动器114f。相反，导管140具有锚定致动器114h和锚定致动器114i，该锚定致动器114h和锚定致动器114i被配置成沿相反方向弯曲以形成对应于身体内腔142的S曲线形状的锚定形状。图5A描绘了正被推进到血管系统144的身体内腔142中的导管140。在图5A中，导管140处于非致动配置，其中锚定致动器114h和114i是非致动的，使得管状构件106的锚定部分120是固有柔性的。当导管140被定位且锚定部分120位于身体内腔142内的期望位置时，锚定致动器114h和114i使用来自控制器104的一个或更多个控制信号被致动，如图5B所示。如图5B所示，锚定致动器114h和114i的致动使锚定部分120变硬并成形为S形，该S形将锚定部分120锚定成对应于身体内腔142的形状。这将使锚定部分120在身体内腔142中稳定/或锚定，进而将导管140稳定和/或锚定在适当的位置。当其他器械(诸如其他导管或装置)被插入并被推进穿过导管102时，导管102的锚定防止导管140移动。

转向图6，示出了描绘使用导管系统100的方法150的流程图，该导管系统100具有导管102或140中的任一个。使用具有导管102或140中的任一个的导管系统100的方法基本上是相同的，因此，将针对具有导管102的导管系统描述方法150。在步骤152，导管102的远侧端110在锚定致动器114e、114f和114g未致动使得管状构件106的锚定部分120具有其固有柔性的情况下被插入到身体内腔中。在步骤154，在锚定致动器114e、114f和114g未致动的情况下将导管102推进到身体内腔中，以将导管102定位在期望的位置，其中锚定部分被定位在身体内腔122中。在步骤156，控制器104向锚定致动器114e、114f和114g发送一个或更多个控制信号，从而致动锚定致动器114e、114f和114g。在步骤158，锚定致动器114e、114f和114g的致动使锚定部分120变硬和/或成形为锚定形状，该锚定形状将锚定部分120锚定在身体内腔122中的适当位置。

现在转向图7A-图7B以及图8A-图8C，示出了具有致动器114的导管160的另一示例性实施例，该导管160可用于图1的导管系统100中。此外，导管160可以包括附图中所示的以及本文中描述的导管102的特征和方面中的任何一个或更多个。导管160被配置成利用致动器114来使导管160的形状动态地循环，以减少导管160在身体内腔中纵向移动时的静态摩擦。如图7A-图7B所示，导管160包括长形的柔性管状构件106和设置在管状构件106上的多个致动器114。致动器114被配置和布置成将管状构件106的形状修改为基本正弦形的形状，并使该正弦形状在0°异相(如图8B所示)到180°异相(如图8C所示)动态地来回循环。图7A-图7B以及图8A-图8C示出了导管160的代表性部段，应当理解致动器114j、114k可以设置在管状构件106的任何合适的长度上，包括设置在从管状构件106的近侧端108延伸到远侧端110的管状构件106的基本上整个长度上，或者致动器114j、114k可以设置在管状构件106的基本上整个可插入长度上。

图7A和图7B示出了致动器114的一个示例性布置，该布置被配置成使管状构件106形成0°异相的正弦形状和180°异相的正弦形状。多个致动器114包括第一组162致动器114j和第二组164致动器114k。在管状构件106的第一侧166上(径向上)，第一组162的致动器114j沿着管状构件106纵向设置，并且与在第一侧166上沿着管状构件106纵向设置的第二组164的致动器114k交替。类似地，在管状构件106的与第一侧166径向相对的第二侧168上(径向上)，第一组162的致动器114j沿着管状构件106纵向设置，并且与在第二侧168上沿着管状构件106纵向设置的第二组164的致动器114k交替。

如图7A-图7B所示，第一组162的致动器114j被布置成使得第一侧166上的致动器114j相对于第二侧168上的致动器114j纵向地偏离。类似地，第二组164的致动器114k被布置成使得第一侧166上的致动器114k相对于第二侧168上的致动器114k纵向地偏离。同样如图7A-图7B所示，这种布置导致第一侧166上的第一组162的致动器114j与第二侧168上的第二组168的致动器114k相对，并且第二侧168上的第一组162的致动器114j与第一侧166上的第二组164的致动器114k相对，反之亦然。致动器114的配置使得：第一组162的致动器114j的致动将管状构件106的形状修改为0°异相的基本正弦形状，如图8B所示，并且第二组164致动器114k的致动将管状构件106的形状修改为180异相的正弦形状，如图8C所示。

参照图7A，当致动器包含电活性聚合物时，第一组162电活性聚合物致动器114j经由第一对电连接件118a、118b电连接到控制器104，使得第一组162中的所有电活性聚合物致动器114j由来自控制器104的单个第一电控制信号致动。该对电连接件中的一个连接件118a连接到每个电活性聚合物致动器114j的相应的第一端，并且另一个连接件118b连接到每个电活性聚合物致动器114j的相应的第二端。电连接件118a、118b可以各自包括相应的导线，该相应的导线设置在管状构件106上并从导管160的远侧端110延伸到近侧端108以及延伸到与控制器104的连接件。代替导线，电连接件118a、118b可以包括任何其他合适的电导体，例如涂覆或印刷在管状构件106上的导电材料等。

类似地，如图7B所示，第二组164电活性聚合物致动器114k经由第二对电连接件118c、118d连接到控制器104，使得第二组164中的所有电活性聚合物致动器114k由来自控制器104的单个第二电控制信号致动。第二对电连接件118c、118d与第一对电连接件118a、118b电绝缘/分离。该对电连接件中的一个连接件118c连接到每个电活性聚合物致动器114k的相应第一端，并且另一个连接件118d连接到每个电活性聚合物致动器114k的相应第二端。电连接件118c、118d可以各自包括相应的导线，该相应的导线设置在管状构件106上并从导管160的远端110延伸到近端108以及延伸到与控制器104的连接。代替导线，电连接件118c、118d可以包括任何其他合适的电导体，例如涂覆或印刷在管状构件106上的导电材料等。

如图8A-图8C中所描绘的，通过使用第一信号和第二信号交替致动第一组162和第二组164，导管160上的多个致动器114可以被动态地致动，以使管状构件106在0°异相的基本正弦形状和180°异相的基本正弦形状之间来回循环。图8A示出了第一组162和第二组164都未致动的情况下的导管160，使得管状构件106具有其内在的柔性和松弛形状，该松弛形状通常是导管160插入其中的身体内腔的路径的形状。如图8B所示，在由来自控制器104的第一控制信号致动第一组162致动器114j(第二组164保持未致动)时，致动器114j使管状构件106形成0°异相的基本正弦形状。如图8C所示，在由来自控制器104的第二控制信号致动第二组164致动器114k(并且通过关闭第一控制信号来使第一组162解除致动)时，致动器114k使管状构件106形成180°异相的基本正弦形状。控制器104被配置成以交替模式调制第一控制信号和第二控制信号，以使第一组162致动器114j的致动和第二组164致动器114k的致动动态地循环，从而使管状构件106在0°异相的基本正弦形状和180°异相的基本正弦形状之间动态地来回循环。

具有导管160的导管系统100被配置成使管状构件106的正弦形状以减少管状构件106在其在身体内腔内纵向移动时的静态摩擦的振幅和频率动态地循环。振幅和频率可以被设置为减少静态摩擦所需的最小值，并且不会刺激身体内腔(例如血管)的壁或引起痉挛。例如，示例性频率在从1Hz到10Hz(每秒循环数)的范围内，并且示例性振幅在从0.1mm到1.0mm的范围内(这与用于使转向致动器114a-114d在2.0mm-10.0mm的范围内移动的示例性振幅进行了比较)。

参考图9，示出了流程图，该流程图示出了使用实施导管160的导管系统100的方法170。方法170包括步骤172，其中导管160的远侧端110被插入到身体内腔中。导管160可以在致动器114未致动的情况下插入到身体内腔中，或者在致动器114被动态致动的情况下插入到身体内腔中，以减少导管160被插入时的静态摩擦。可以设想，导管160最初将被插入身体内腔至少一个短的长度，以便在导管160第一次被插入时具有更稳定的导管160。在步骤174，当导管102在身体内腔内纵向移动时，控制器施加交替的第一电控制信号和第二电控制信号，从而使管状构件106在0°异相的基本正弦形状和180°异相的基本正弦形状之间动态地来回循环。管状构件106的循环正弦运动破坏了管状构件106的静态摩擦，使得纵向移动更加容易(即，在导管160上需要更小的力)且更平滑。

图10A-图10D和图11示出了具有致动器114的导管180的另一示例性实施例，该导管180可用于图1的导管系统100中。此外，导管180可以包括如附图中所示并且如本文所描述的导管102的特征和方面中的任何一个或更多个。导管180利用单个螺旋布置的致动器114m，该致动器114m被配置成使管状构件106成形为螺旋形形状，该螺旋形形状与身体内腔122的壁182进行周向接触以使导管180在身体内腔122内稳定。如图10A所示，导管180包括管状构件106。致动器114m纵向地沿着管状构件106以螺旋路径设置在管状构件106上。图10A-图10D和图11示出了导管180的代表性部段，应理解，致动器114m可以设置在管状构件106的任何合适长度上，包括设置在从管状构件106的近侧端108延伸到远侧端110的管状构件106的基本上整个长度上，或者致动器114m可以设置在管状构件106的基本上整个可插入长度上。如图10A和图10C所示，当致动器114是非致动的时，管状构件106具有其固有的柔性和其松弛形状(典型地，其呈现导管所插入其中的身体内腔122的路径的形状)。在图10A和图10C中，非致动的导管180基本上是直的。如图10B和图10D所示，在致动致动器114m时，致动器114m将管状构件106的形状转变为基本上螺旋形的形状。致动器114m收缩(即处于张紧状态)，导致管状构件106形成基本上螺旋形的形状，使得致动器114m位于螺旋形管状构件106的内半径上(如图10D所示)。

如图1、图2A-图3B以及图7A-图7B所示，当致动器包含电活性聚合物时，导管180还具有一对电连接件118，每个电连接件118具有连接到电活性聚合物致动器114m的一端和连接到控制器104的一端。当电活性聚合物致动器114m是未致动的时，管状构件106具有其固有的柔性和其松弛形状(其典型地是导管180所插入其中的身体内腔122的路径的形状)，如图10A和图10C所示。

如图10B和图10D所示，在由来自控制器104的电控制信号致动电活性聚合物致动器114m时，电活性聚合物致动器114m将管状构件106的形状转变为基本上螺旋形的形状。致动器114m收缩(即处于张紧状态)，导致管状构件106形成基本上螺旋形的形状，使得致动器114m位于螺旋形管状构件106的内半径上。

单一致动器114m可以包括任何类型的长形线性作用收缩或扩张致动器。如果致动器114m是收缩致动器，则在收缩时，致动器将迫使管状构件106的螺旋地设置有该致动器的一侧缩短，导致导管180呈现螺旋形形状，其中致动器114m被偏置到螺旋形形状的内部。如果致动器是扩张致动器，则在扩张时，致动器将迫使管状构件106的螺旋地设置有该致动器的一侧变长，导致导管180呈现螺旋形形状，其中致动器114m被偏置到螺旋形形状的外部。

如图11所示，导管180被配置成使得基本上螺旋形的形状的管状构件106与身体内腔122的壁182进行周向接触(围绕整个周边的接触)。管状构件106与壁182的周向接触使导管180在身体内腔122中稳定。例如，当器械和其他导管行进和/或操纵穿过管状构件106时，导管106被防止径向移动，并且还被防止纵向移动，这防止导管180相对于身体内腔122的纵向移动。

转到图12，示出了流程图，该流程图示出了使用实施导管180的导管系统100的方法190。方法190包括步骤192，在电活性聚合物致动器114m未致动的情况下将导管180插入身体内腔122中，使得管状构件106具有其固有的柔性和松弛形状。在步骤194，将导管180推进到身体内腔122内的期望位置。在步骤196，控制器104向电活性聚合物致动器114m施加电控制信号。在步骤198，控制器104致动电活性聚合物致动器114m，这将管状构件106的形状转变为基本上螺旋形的形状，使得管状构件106与身体内腔122的壁182进行周向接触。周向接触使导管180在身体内腔122中稳定和/或锚定。

图13和图14A-图14E示出了具有致动器114的导管200的另一示例性实施例，该导管200可用于图1的导管系统100中。此外，导管200可以包括附图中所示的以及本文中描述的导管102的特征和方面中的任何一个或更多个。导管200利用包括多个螺旋布置的致动器114n、114o、114p等的动力致动器202来产生动力以使导管200在身体内腔122内纵向移动或帮助导管200移动。图示的导管200的实施例包括具有三个螺旋致动器114n、114o和114p的动力致动器202，但是也可以使用任何合适数量的螺旋致动器114。

像本文中描述的其他导管一样，导管200包括长形的柔性管状构件106。管状构件106具有多个纵向部段或部分204，每个螺旋致动器114一个部段200。在所示实施例中，管状构件106具有三个部段204a、204b和204c。部段204a、204b和204c在纵向上被定位成彼此间隔开，例如，第一部段204a、在第一部段204a的远侧的第二部段204b和在第二部段204b的远侧的第三部段204c。三个部段204a、204b和204c可以定位在管状构件106的远端部分110处。以这种方式，动力致动器202通常首先与导管200的远端部分110一起被插入身体内腔122中，然后动力致动器202可以将导管200推入或拉入身体内腔122中，以将导管200推进到身体内腔122中的期望位置。

每个螺旋致动器114n、114o和114p沿着相应的部段204a、204b和204c以螺旋路径设置在相应的部段204a、204b和204c上，使得使用相应的控制信号致动相应致动器114n、114o和114p会将相应部段204a、204b和204c的形状转变为基本上螺旋形的形状，如图14A-图14D所示。图14A示出了处于非致动状态的致动器114n，以及被致动以使部段204b和204c形成相应螺旋形形状的致动器114o和114p。图14B示出了处于非致动状态的致动器114o，以及被致动以使部段204a和204c形成相应螺旋形形状的致动器114n和114p。图14C示出了处于非致动状态的致动器114p，以及被致动以使部段204a和204b形成相应螺旋形形状的致动器114n和114o。

每个相应的致动器114n、114o和114p被配置成使得致动器114n、114o和114p的调制致动在管状构件106与身体内腔122的壁182之间产生动力，该动力使管状构件106在身体内腔122内纵向移动。

部段204a、204b和204c中的每一个的外表面可以具有螺旋形形状的波纹、肋或其他结构，以促进管状构件106响应于调制致动而移动。波纹、肋或其它结构可以增加管状构件106与身体内腔122的壁182之间的摩擦。

以一种方式，聚合物致动器114n、114o和114p的调制致动导致管状构件106以蠕虫爬行式运动的方式移动，如图14A-图14E所描绘的。为了产生蠕虫爬行式运动，致动器114n、114o和114p中的每一个以与其它两个致动器异相的调制方式致动。在图14A-图14E所示的示例性实施例中，每个致动器114的调制致动与其他致动器114成120°异相。图14E示出了致动器114n、114o和114p的随时间变化的调制致动状态/信号的示例，用于产生爬行式动力来使管状构件106移动。在图14E的图形中，致动线220a对应于致动器114n的致动状态，致动线220b对应于致动器114o的致动状态，致动线220c对应于致动器114p的致动状态。图14E中的时间A1、B1、C1和A2对应于图14A-图14D中的类似的附图标记。

现在将参照图14A-图14E描述用于使导管200在具有壁182的身体内腔122内移动的操作。如图14E所示，在时间A1，致动器114n是未致动的，致动器114o完全致动，并且致动器114p完全致动。图14A示出了导管200的与时间A1时的致动状态相对应的配置，其中未致动的致动器114使部段204a形成基本直的形状，完全致动的致动器114o使部段204b形成接触壁182的螺旋形形状，并且完全致动的致动器114o使部段204b形成接触壁182的螺旋形形状。如图14E所示，随着调制致动从时间A1进行到时间B1(“时间间隔1”)，致动器114n被逐渐致动，致动器114o逐渐解除致动，并且致动器114p仍然保持完全致动。在时间间隔1期间，致动器114n使部段204a形成螺旋形形状，致动器114o使部段204b从螺旋形形状转变为基本直的形状，并且致动器114p使部段204c保持螺旋形形状。在时间间隔1期间，部段204c将动力致动器202的尾端锚定到壁182，并且部段204b的延伸将部段204a向左侧推动。

如图14E所示，随着调制致动从时间B1进行到时间C1(“时间间隔2”)，致动器114n仍然保持致动，致动器114o被逐渐致动，并且致动器114p逐渐解除致动。在时间间隔2期间，致动器114n使部段204a保持螺旋形形状，致动器114o使部段204b从基本直的形状转变为螺旋形形状，并且致动器114p使部段204c从螺旋形形状转变为基本直的形状。在时间间隔2期间，部段204a将动力致动器202的前端锚定到壁182，部段204c从壁182释放，并且在部段204b形成为螺旋形形状时，部段204b的收缩将部段204c向左侧拉动。

如图14E所示，随着调制致动从时间C1进行到时间A2(“时间间隔3”)，致动器114n逐渐解除致动，致动器114o仍然保持完全致动，并且致动器114p被逐渐致动。在时间间隔3期间，致动器114n将部段204a从螺旋形形状转变为基本直的形状，致动器114o使部段204b保持处于螺旋形形状，并且致动器114p将部段204c从基本直的形状转变为螺旋形形状。在时间间隔3期间，部段204b将动力致动器202的中部锚定到壁182，部段204a使动力致动器202的前端从壁182释放并向左侧延伸，并且在部段204c形成为螺旋形形状时，部段204c的收缩，在螺旋形形状下，部段204c再次将动力致动器202的尾端锚定到壁182。在时间A2时，动力致动器202处于与时间A1相同的配置中，并且调制致动可以重复以使导管200继续移动。当然，调制致动可以反过来进行，以便产生相反方向上的动力，从而使导管200向右移动。

致动器114之间的相移程度可以根据致动器114的数量以及其他考虑因素(如运动的设计)而不同，以产生期望的动力。此外，导管200中的致动器114可以是任何合适的致动器，包括电活性聚合物致动器或本文公开的其他类型的致动器。在电活性聚合物致动器114的情况下，导管200还具有到每个电活性聚合物致动器114的一对电连接件118，以允许每个致动器114的独立致动。控制器104被配置成根据调制模式向致动器114n、114o和114p中的每一个提供调制的电致动信号以产生动力。

图15和图16A-图16D示出了导管250的另一示例性实施例，该导管250具有动力致动器252，用于产生使导管在身体内腔122内纵向移动或帮助导管移动的动力。像导管200一样，导管250具有致动器114，并且可以用于图1的导管系统100中。此外，导管250可以包括附图中所示的以及本文所描述的导管102的特征和方面中的任何一个或更多个。动力致动器250包括多个螺旋布置的致动器114q、114r、114s等，以产生用于使导管250在身体内腔122内纵向移动的动力。导管250的图示实施例包括具有三个螺旋致动器114q、114r和114s的动力致动器252，但是也可以利用任何合适数量的螺旋致动器114。

像本文描述的其他导管一样，导管250包括长形的柔性管状构件106。

每个螺旋致动器114q、114r和114s沿着管状构件106的纵向长度以螺旋路径设置在管状构件106上，其中致动器114的每个螺旋路径与其他致动器114的螺旋路径纵向间隔开，即偏离。如图15和图16A-图16C所示，致动器114的顺序按照由左到右114q、114r、114s的顺序，其中致动器114q、114r、114s沿着管状构件平行地布置。由螺旋致动器114q、114r和114s组成的动力致动器252可以沿着管状构件106的一部分254延伸，或者沿着管状构件106的整个长度延伸，或者沿着管状构件106的长度的至少一个百分比(例如，90％、或80％、或70％、或60％或50％)延伸，或者沿着管状构件的某个其他合适长度延伸。例如，动力致动器252可以设置在导管250的远端部分的一部分254上。以这种方式，动力致动器252可以首先与导管250的远端部分110一起插入身体内腔122中，然后动力致动器252可以用于将导管250推入或拉入身体内腔122中，并使导管200前进或缩回到身体内腔122中的期望位置。

每个螺旋致动器114q、114r和114s设置在管状构件106上，并且被配置成使得使用相应的控制信号致动相应的致动器114q、114r和114s会使管状构件106形成基本上螺旋形的形状，如图16A-图16C所示。由于致动器114q、114r和114s中的每一个的偏离开的位置，由致动器114q、114r和114s中的每一个形成的管状构件106的螺旋形形状也偏离开。因此，致动器114q、114r和114s的调制致动可以使管状构件106形成螺旋形形状，该螺旋形形状沿着管状构件106的纵向长度以波形传播。螺旋形形状沿着管状构件106的纵向长度在第一方向上(例如，向右)的波传播，产生管状构件106抵靠身体内腔122的壁182的相反的动力(例如，向左)，这导致导管250在动力的方向上移动。

导管250的管状构件106的外表面可以具有螺旋形形状的波纹、肋或其他结构，以促进管状构件106响应于调制致动而移动。波纹、肋或其它结构可增加管状构件106与身体内腔122的壁182之间的摩擦。

图16A-图16D示出了用于产生使导管250移动的动力的动力致动器250的调制致动的一个示例。图16D示出了每个致动器114q、114r和114s随时间变化的相应致动状态/信号，以产生以波形从左向右传播的螺旋形形状。致动线256a对应于致动器114q的致动状态，致动线256b对应于致动器114r的致动状态，并且致动线256c对应于致动器114s的致动状态。图16D中的时间A、B和C对应于图16A-图16C中的类似的附图标记。致动状态/信号256以正弦波形式调制，其中每个致动器114的正弦波致动状态/信号与其他致动器114成120°异相。换句话说，致动器114r的正弦波致动状态/信号256b与致动器114q的致动状态/信号256a成120°异相，致动器114s的正弦波致动状态/信号256c与致动器114r的致动状态/信号256b成120°异相，并且致动器114q的正弦波致动状态/信号256a与致动器114s的致动状态/信号256c成120°异相。

如图16A所示，在图16D的时间A处，致动器114q和114s被致动，而致动器114r是未致动的。这使管状构件106形成这样的螺旋形形状，在该螺旋形形状中，致动器114r和管状构件106的附接到致动器114r的部分位于螺旋形形状的外半径上，而致动器114q和114s以及管状构件106的相应部分位于螺旋形形状的内半径上。如图16B所示，在图16D的时间B处，致动器114q和114r被致动，而致动器114s是未致动的。这使管状构件106形成这样的螺旋形形状，在该螺旋形形状中，致动器114s和管状构件106的附接到致动器114s的部分位于螺旋形形状的外半径上，而致动器114q和114r以及管状构件106的相应部分位于螺旋形形状的内半径上。如图16C所示，在图16D的时间C处，致动器114r和114s被致动，而致动器114q是未致动的。这使管状构件106形成这样的螺旋形形状，在该螺旋形形状中，致动器114q和管状构件106的附接到致动器114q的部分位于螺旋形形状的外半径上，而致动器114r和114s以及管状构件106的相应部分位于螺旋形形状的内半径上。

通过调制相应的致动信号256a、256b和256，如图16D所示，管状构件106的螺旋形形状沿着管状构件106的纵向长度在第一方向上(例如，向右)上以波形传播，产生管状构件106抵靠身体内腔122的壁182的相反动力(例如，向左)，这使得导管250在动力的方向上移动。调制致动模式可以反过来进行，以便产生相反方向上的动力，从而使导管250向右移动。例如，致动器114q、114r和114s的调制致动可以导致管状构件106以旋转螺纹运动移动，这产生使导管250纵向移动的动力。

动力致动器252中的致动器114之间的相移程度可以根据致动器114的数量以及诸如运动设计的其他考虑因素而不同，以产生期望的动力。此外，导管250中的致动器114可以是任何合适的致动器，包括电活性聚合物致动器或本文公开的其他类型的致动器。在电活性聚合物致动器114的情况下，导管250还具有到每个电活性聚合物致动器114的一对电连接件118，允许每个致动器114的独立致动。控制器104被配置成根据调制模式向致动器114q、114r和114s中的每一个提供经调制的电致动信号以产生动力。

转向图17，示出了流程图，该流程图示出了使用实施导管200和250中的任一者的导管系统100的方法210。方法210包括步骤212，在致动器114n、114o和114p未致动的情况下将导管200插入身体内腔122中使得管状构件106具有其固有的柔性和松弛形状。在步骤214，对每个致动器114n、114o和114p使用相应的调制控制信号的第一模式来致动致动器114n、114o和114p。控制器104提供控制信号，该控制信号可以包括各种形式的能量，包括电的、机械的、液压的或其中可以传递能量信号的其它手段。相应的调制控制信号彼此异相(例如，120°异相)。经调制的致动以第一调制模式将各个部段204a、204b和204c转变成螺旋形形状，从而在管状构件106与身体内腔122的壁182之间产生动力。在步骤216，使用调制控制信号的第二模式(例如，第二模式可以是第一模式的反向)来致动致动器114n、114o和114p，该第二模式使管状构件106撤回(即，使管状构件106沿与前进方向相反的方向移动)。

参考图18，示出了用于为导管系统提供锚定特征的机械致动系统300。导管系统可以类似于本文描述的导管系统100，除了致动器114被机械致动系统300取代之外。机械致动系统300包括具有一个或更多个机械致动器元件302的管304。管304可以是海波管或用于在导管中使用的其他合适的管。图示的实施例包括两个致动器元件302a和302b。机械致动系统300可以包括任何合适数量的机械致动器302，以提供用于锚定在具有对应形状的身体内腔中的期望锚定形状。

在图示的实施例中，致动器元件302一体地形成在管304中，这种管具有分离的纵向区，包括包含致动器元件302的区和邻近致动器元件302定位的非致动区306a、306b、306c。非致动区306a、306b、306c是管304的其中轴向压缩柔顺性低并且围绕管304的中心轴线各向同性的区，这些区形成管304的直的非致动部段。

致动器元件302是管304的其中柔顺性围绕中心轴线是各向异性的区，并且这些区可以包括具有变化的柔顺性的区。致动器元件302a具有第一各向异性区域308a，该第一各向异性区域308a具有向下偏置和中等柔顺性(即，对于给定压缩力比低柔顺性弯曲得更多，并且比高柔顺性弯曲得更少)，并且致动器元件302a具有第二各向异性区域308b，该第二各向异性区域308b具有向下偏置和高柔顺性(即，对于给定压缩力比中等柔顺性弯曲得更多)。“偏置”的方向是基于图18-图20中所示出的取向。换句话说，第一各向异性区域308a和第二各向异性区域308b被配置为响应于压缩力顺时针弯曲，如图20所示。如图20所示，对于给定的压缩力，第一各向异性区域308a将比第二各向异性区域308b弯曲得更少(即，以更大的弯曲半径或弯曲曲率弯曲)。类似地，致动器元件302b具有第一各向异性区域310a，该第一各向异性区域310a具有向上偏置和中等柔顺性(即，对于给定压缩力比低柔顺性弯曲得更多，并且比高柔顺性弯曲得更少)，并且致动器元件302b具有第二各向异性区域310b，该第二各向异性区域310b具有向上偏置和高柔顺性(即，对于给定压缩力比中等柔顺性弯曲得更多)。在如图16-图18所示的取向中，第一各向异性区域310a和第二各向异性区域3108b被配置成响应于压缩力逆时针弯曲，如图18所示。如图18所描绘的，对于给定的压缩力，第一各向异性区域310a将比第二各向异性区域310b弯曲得更少(即，以更大的弯曲半径或弯曲曲率弯曲)。

图19示出了机械致动系统300的每个区的相对轴向压缩柔顺性。如图20所示，在通过在管303上施加轴向压缩力来致动致动系统300时，致动器元件302将基于每个相应致动器元件302的配置而弯曲。转向图19和图20，示出了两个可选的致动机构312a、312b。图21的致动机构312a包括设置在导管的内腔内的单根拉线314。拉线314具有附接到致动系统300的远侧端的远侧端，并且沿着导管的长度向近侧延伸到导管的近侧端，在导管的近侧端处，拉线314可以被操作以施加和移除对致动系统300的压缩力。图22的致动机构312b具有设置在管304壁中的通道或内腔内的多根拉线314a、314b、314c。拉线314a、314b和314c以类似于图19的拉线314的方式附接和操作。多根拉线14a、314b、314c可以全部同时致动或者每根顺序地致动，并且类似地，单独线上的致动力都可以具有相同的大小，或者各自可以具有不同的大小。

转向图24-图25，示出了致动器元件302a的示例性实施例。致动器元件302a的各向异性区域308a、308b由管304中的多个切口形成，例如海波管304中的激光或机器切口。切口的宽度、间距和位置建立了每个各向异性区域308的变化的压缩柔顺性和弯曲曲率。如图22所示，在施加压缩力时，各向异性区域308a以比各向异性区域308b更大的半径弯曲。

各向异性区域308可以针对每个致动器元件302区域在给定方向上赋予弯曲偏置，该弯曲偏置可在区域与区域之间变化，以导致在每个区域处在不同平面中的弯曲，或者在弯曲区内连续变化以产生复杂的弯曲，包括沿着致动系统300的一部分或全部形成螺旋形形状。

使用具有致动系统300的导管系统100的方法类似于上述使用导管120或140的方法，除了通过致动拉线314来致动致动系统300以在致动器元件302上施加和移除轴向压缩力之外。导管102的远侧端110插入到身体内腔中，其中没有压缩载荷被施加到致动系统300，使得致动元件302不被致动，并且管状构件106的锚定部分120具有其松弛形状和/或固有柔性。将导管102推进到身体内腔中，以将导管102定位在期望的位置，其中锚定部分被定位在身体内腔122中。然后，通过向致动元件302施加压缩力来致动致动系统300，从而导致致动元件302弯曲并变硬成锚定形状，该锚定形状将锚定部分120锚定在身体内腔122中的适当位置。

类似地，使用导管系统100的另一种方法涉及具有致动系统300的导管系统，致动系统300被配置成使导管102形成螺旋形形状，使得管状构件106可以沿着管状构件106的长度与身体内腔的壁进行周向接触，该长度足以将管状构件在身体内腔中稳定。该方法包括在致动系统300未致动以使得管状构件106具有其松弛形状和/或固有柔性的情况下将导管102插入身体内腔122中的步骤。导管100被推进到身体内腔中到达身体内腔内的期望位置。然后通过向致动元件302施加压缩力来致动致动系统300，从而导致致动元件302弯曲并变硬成为螺旋形形状，使得导管100与身体内腔的壁进行周向接触。周向接触使导管100稳定和/或锚定在身体内腔中。

尽管已经示出和描述了特定的实施例，但是应当理解，上面的描述并不意图限制这些实施例的范围。尽管本发明的许多方面的实施例和变型已经在本文公开和描述，但是提供这样的公开仅用于解释和说明的目的。因此，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。例如，不是所有在实施例中描述的部件都是必要的，并且本发明可以包括所描述的部件的任何合适的组合，并且本发明的部件的一般形状和相对尺寸可以被修改。因此，实施例旨在举例说明替代方案、修改方案和等同方案，这些替代方案、修改方案和等同方案可落入权利要求的范围内。因此，除了所附权利要求及其等同物之外，本发明不应被限制。

Claims (64)

1.一种导管系统，包括：

长形的柔性管状构件，所述管状构件具有带有固有柔性的锚定部分；

设置在所述管状构件上的一个或更多个致动器，所述一个或更多个致动器具有非致动状态和致动状态，在所述非致动状态中，所述一个或更多个致动器允许所述管状构件具有其松弛形状，在所述致动状态中，响应于被致动，所述一个或更多个致动器使所述锚定部分变硬成锚定形状，所述锚定形状被配置成将所述锚定部分锚定在身体内腔中与所述锚定形状相对应的适当位置，

其中，所述导管系统具有：(a)非致动配置，在所述非致动配置中，所述一个或更多个致动器未被致动，使得所述管状构件的所述锚定部分具有其固有柔性，以及(b)致动配置，在所述致动配置中，所述一个或更多个致动器被致动，从而导致所述致动器使所述锚定部分在所述锚定形状下变硬，所述锚定形状被配置成将所述锚定部分锚定在身体内腔中与所述锚定形状相对应的适当位置。

2.根据权利要求1所述的导管系统，其中，所述一个或更多个致动器被配置成还修改所述锚定部分的形状，并且其中，在所述致动配置中，所述一个或更多个致动器还使所述锚定部分形成所述锚定形状。

3.根据权利要求1所述的导管系统，其中，所述一个或更多个致动器包括由一个或更多个电控制信号致动的电活性聚合物致动器。

4.根据权利要求3所述的导管系统，还包括：

可操作地耦合到所述多个电活性聚合物致动器的控制器，所述控制器被配置成选择性地将所述电控制信号传输到所述多个电活性聚合物致动器。

5.根据权利要求4所述的导管系统，其中，所述控制器通过多个导体耦合到所述一个或更多个电活性聚合物致动器，每个导体具有连接到相应电活性聚合物致动器的第一端和连接到所述控制器的第二端。

6.根据权利要求4所述的导管系统，其中，所述电控制信号包括施加到所述一个或更多个电活性聚合物致动器的相应电压。

7.根据权利要求3所述的导管系统，其中，所述电活性聚合物致动器包括聚对二甲苯膜。

8.根据权利要求3所述的导管系统，其中，所述电活性聚合物致动器包括选自由聚对二甲苯、聚苯胺、聚吡咯、聚砜和聚乙炔构成的组的电活性聚合物。

9.根据权利要求1所述的导管系统，其中，所述一个或更多个致动器包括机械致动器，所述机械致动器由耦合到所述机械致动器的一根或更多根拉线致动。

10.根据权利要求9所述的导管系统，其中，每个机械致动器包括致动器元件，所述致动器元件具有围绕所述管状构件的中心轴线的各向异性区，所述各向异性区具有第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一柔顺性，所述第二区域具有不同于所述第一柔顺性的第二柔顺性，使得所述一根或更多个拉线对所述致动器元件的压缩载荷导致所述致动器元件弯曲并变硬成预定的形状。

11.根据权利要求10所述的导管系统，其中，每个致动器元件包括具有切割模式的海波管区，所述切割模式赋予所述第一区域第一柔顺性并且赋予所述第二区域第二柔顺性。

12.根据权利要求1所述的导管系统，其中，所述一个或更多个致动器包括压力致动器，所述压力致动器由耦合到所述压力致动器的一个或更多个压力内腔致动。

13.一种在身体内腔中使用根据权利要求1-11中任一项所述的导管系统的方法，所述方法包括：

将导管的远端插入身体内腔中，所述导管包括长形的柔性管状构件和设置在所述管状构件上的一个或更多个致动器，所述管状构件具有带有固有柔性的锚定部分，所述一个或更多个致动器被配置成响应于被致动而修改锚定形状下的所述锚定部分的刚度，所述锚定形状被配置成将所述锚定部分锚定在身体内腔中具有对应于所述锚定形状的形状的适当位置；

在所述一个或更多个致动器未致动且所述锚定部分具有其固有柔性的情况下，将所述导管推进到所述身体内腔中至目标位置，所述目标位置具有对应于所述锚定形状的形状；

致动所述致动器中的一个或更多个，从而使所述锚定部分在所述锚定形状下变硬，并且将所述锚定部分锚定在所述身体内腔中的适当位置。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或更多个致动器被配置成还修改所述锚定部分的形状，并且其中，致动一个或更多个致动器的步骤还使所述锚定部分形成所述锚定形状。

15.一种导管系统，包括：

长形的柔性管状构件，所述管状构件具有带有固有柔性的锚定部分；

设置在所述管状构件上的一个或更多个电活性聚合物致动器，所述一个或更多个电活性聚合物致动器被配置成响应于一个或更多个电控制信号，修改处于锚定形状下的所述锚定部分的刚度，所述锚定形状被配置成将所述锚定部分锚定在身体内腔中与所述锚定形状相对应的适当位置；

其中，所述导管系统具有：(a)非致动配置，在所述非致动配置中，所述一个或更多个电活性聚合物致动器未被致动，使得所述管状构件的所述锚定部分具有其固有柔性，以及(b)致动配置，在所述致动配置中，所述一个或更多个电活性聚合物致动器由至少一个控制信号致动，所述至少一个控制信号导致所述电活性聚合物致动器使所述锚定部分在所述锚定形状下变硬，所述锚定形状被配置成将所述锚定部分锚定在身体内腔中与所述锚定形状相对应的适当位置。

16.根据权利要求15所述的导管系统，其中，所述一个或更多个电活性聚合物致动器被配置成还修改所述锚定部分的形状，并且其中，在所述致动配置中，所述一个或更多个电活性聚合物致动器还使所述锚定部分形成所述锚定形状。

17.根据权利要求15所述的导管系统，还包括：

可操作地耦合到所述多个电活性聚合物致动器的控制器，所述控制器被配置成选择性地将所述电控制信号传输到所述多个电活性聚合物致动器。

18.根据权利要求17所述的导管系统，其中，所述控制器通过多个导体耦合到所述一个或更多个电活性聚合物致动器，每个导体具有连接到相应电活性聚合物致动器的第一端和连接到所述控制器的第二端。

19.根据权利要求17所述的导管系统，其中，所述电控制信号包括施加到所述一个或更多个电活性聚合物致动器的相应电压。

20.根据权利要求15所述的导管系统，其中，所述电活性聚合物致动器包括聚对二甲苯膜。

21.根据权利要求15所述的导管系统，其中，所述电活性聚合物致动器包括选自由聚对二甲苯、聚苯胺、聚吡咯、聚砜和聚乙炔构成的组的电活性聚合物。

22.一种在身体内腔中使用导管系统的方法，包括：

将导管的远侧端插入身体内腔中，所述导管包括长形的柔性管状构件和设置在所述管状构件上的一个或更多个电活性聚合物致动器，所述管状构件具有带有固有柔性的锚定部分，所述一个或更多个电活性聚合物致动器被配置成响应于一个或更多个电控制信号而修改锚定形状下的所述锚定部分的刚度，所述锚定形状被配置成将所述锚定部分锚定在身体内腔中具有对应于所述锚定形状的形状的适当位置；

在所述一个或更多个电活性聚合物致动器未致动且所述锚定部分具有其固有柔性的情况下，将所述导管推进到所述身体内腔中至目标位置；

使用至少一个控制信号致动所述电活性聚合物致动器中的一个或更多个，从而使所述锚定部分在所述锚定形状下变硬，并将所述锚定部分锚定在所述身体内腔中的适当位置。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述一个或更多个电活性聚合物致动器被配置成还修改所述锚定部分的形状，并且其中，致动所述一个或更多个电活性聚合物致动器的步骤还使所述锚定部分形成所述锚定形状。

24.一种导管系统，包括：

长形的柔性管状构件；

设置在所述管状构件上的多个电活性聚合物致动器，所述多个电活性聚合物致动器被配置成使所述管状构件形成基本上正弦的形状，并使所述管状构件的形状在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间来回转换；

可操作地耦合到所述多个电活性聚合物致动器的控制器，所述控制器被配置成将控制信号传输到所述多个电活性聚合物致动器，以使所述管状构件在异相0°的基本上正弦的形状和异相180°的基本上正弦的形状之间动态地来回循环。

25.根据权利要求24所述的导管系统，其中，所述控制器使所述管状构件的正弦形状以减少在所述管状构件在身体内腔内纵向移动时所述管状构件的静态摩擦的振幅和频率动态地循环。

26.根据权利要求25所述的导管系统，其中，所述多个电活性聚合物致动器包括第一组和第二组，并且在所述管状构件的第一侧上，所述第一组的电活性聚合物致动器沿着所述管状构件纵向设置，并与在所述第一侧上沿所述管状构件纵向设置的所述第二组的电活性聚合物致动器交替，并且在所述管状构件的与所述第一侧相对的第二侧上，所述第一组的电活性聚合物致动器沿着所述管状构件纵向设置，并与在所述第二侧上沿着所述管状构件设置的所述第二组的电活性聚合物致动器交替，使得所述第一组电活性聚合物致动器的致动将所述管状构件的形状修改为0°异相的基本上正弦的形状，并且所述第二组电活性聚合物致动器的致动将所述管状构件的形状修改为180°异相的正弦形状。

27.根据权利要求26所述的导管系统，其中，所述第一组电活性聚合物致动器经由第一对电连接件电连接到所述控制器，使得所述第一组中的所有电活性聚合物致动器由来自所述控制器的单个第一信号致动，并且所述第二组电活性聚合物经由第二对电连接件电连接到所述控制器，使得所述第一组中的所有电活性聚合物致动器由来自所述控制器的单个第二信号致动，并且其中，所述第二对电连接件与所述第一对电连接件电绝缘/分离。

28.一种在身体内腔中使用导管系统的方法，包括：

将所述导管系统插入身体内腔中，所述导管系统包括长形的柔性管状构件和设置在所述管状构件上的多个电活性聚合物致动器，所述多个电活性聚合物致动器被配置成使所述管状构件的形状在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间来回转换；

使所述导管在所述身体内腔中纵向移动，同时控制器将控制信号传输到所述多个电活性聚合物致动器，从而使所述管状构件在0°异相的基本上正弦的形状和180°异相的基本上正弦的形状之间动态地来回循环。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述控制器使所述管状构件的正弦形状以在所述管状构件在身体内腔内纵向移动时减少所述管状构件与所述身体内腔的壁之间的静态摩擦的振幅和频率动态地循环。

30.根据权利要求28所述的方法，其中，第一组的所述电活性聚合物致动器以与第二组的所述电活性聚合物致动器交替的方式设置在所述管状构件的相对侧上，从所述第一组交替到沿着所述管状构件纵向间隔开的所述第二组，使得所述第一组的电活性聚合物致动器的致动将所述管状构件的形状修改为0°异相的基本上正弦的形状，并且所述第二组的电活性聚合物致动器的致动将所述管状构件的形状修改为180异相的正弦形状。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述第一组电活性聚合物致动器经由第一对电连接件电连接到所述控制器，使得所述第一组中的所有电活性聚合物致动器由来自所述控制器的单个第一信号致动，并且所述第二组的电活性聚合物经由第二对电连接件电连接到所述控制器，使得所述第一组中的所有电活性聚合物致动器由来自所述控制器的单个第二信号致动，并且其中，所述第二对电连接件与所述第一对电连接件电绝缘/分离。

32.一种导管系统，包括：

长形的柔性管状构件；

致动器，所述致动器沿着所述管状构件以螺旋路径设置在所述管状构件上，使得所述致动器的致动将所述管状构件的形状转变为基本上螺旋形的形状，使得所述管状构件能够沿着所述管状构件的长度与身体内腔的壁进行周向接触，所述长度足以使所述管状构件在身体内腔中稳定。

33.根据权利要求32所述的导管系统，其中，所述导管被配置成使得处于所述基本上螺旋形的形状的所述管状构件沿着所述管状构件的基本上整个可插入长度与身体内腔的壁进行周向接触。

34.根据权利要求32所述的导管系统，其中，所述致动器包括由一个或更多个电控制信号致动的电活性聚合物致动器。

35.根据权利要求34所述的导管系统，还包括：

可操作地耦合到所述电活性聚合物致动器的控制器，所述控制器被配置成选择性地将电控制信号传输到所述电活性聚合物致动器。

36.根据权利要求35所述的导管系统，其中，所述控制器通过一对导体耦合到所述电活性聚合物致动器，每个导体具有连接到所述电活性聚合物致动器的第一端和连接到所述控制器的第二端。

37.根据权利要求35所述的导管系统，其中，所述电控制信号包括施加到所述电活性聚合物致动器的相应电压。

38.根据权利要求34所述的导管系统，其中，所述电活性聚合物致动器包括聚对二甲苯膜。

39.根据权利要求34所述的导管系统，其中，所述电活性聚合物致动器包括选自由聚对二甲苯、聚苯胺、聚吡咯、聚砜和聚乙炔构成的组的电活性聚合物。

40.根据权利要求32所述的导管系统，其中，所述致动器包括机械致动器，所述机械致动器由耦合到所述机械致动器的一根或更多根拉线致动。

41.一种使用导管系统的方法，包括：

将所述导管系统插入到身体内腔中，所述导管系统包括长形的柔性管状构件以及沿着所述管状构件以螺旋路径设置在所述管状构件上的致动器，使得所述致动器的致动将所述管状构件的形状转变为基本上螺旋形的形状；

致动所述致动器，从而将所述管状构件的形状转变成基本上螺旋形的形状，使得所述管状构件沿着所述管状构件的长度与身体内腔的壁进行周向接触，所述长度足以使所述管状构件在身体内腔中稳定。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述管状构件沿着所述管状构件的基本上整个可插入长度与身体内腔的壁进行周向接触。

43.一种导管系统，包括：

长形的柔性管状构件，所述管状构件具有第一部分、与所述第一部分纵向间隔开的第二部分、以及与所述第一部分和所述第二部分纵向间隔开的第三部分；第一致动器，所述第一致动器沿着所述管状构件的所述第一部分以螺旋路径设置在所述管状构件的所述第一部分上，使得使用第一致动模式致动所述第一致动器将所述管状构件的所述第一部分的形状转变为基本上螺旋形的形状；

第二致动器，所述第二致动器沿着所述管状构件的所述第二部分以螺旋路径设置在所述管状构件的所述第二部分上，使得使用第二致动模式致动所述致动器将所述管状构件的所述第二部分的形状转变为基本上螺旋形的形状；

第三致动器，所述第三致动器沿着所述管状构件的所述第三部分以螺旋路径设置在所述管状构件的所述第三部分上，使得使用第三致动模式致动所述第三致动器将所述管状构件的所述第三部分的形状转变为基本上螺旋形的形状；

其中，所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器被配置成使得所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器的调制致动在所述管状构件与身体内腔的壁之间产生动力，所述动力使所述管状构件在所述身体内腔内纵向移动。

44.根据权利要求43所述的导管系统，其中，所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器的调制致动产生以下中的一种动力：蠕虫爬行式运动；一个方向的波运动产生相反方向的动力；以及旋转螺纹运动。

45.根据权利要求43所述的导管系统，其中，所述第一致动模式、所述第二致动模式和所述第三致动模式是正弦波振幅调制模式，其中每个调制模式与其它两个模式异相。

46.根据权利要求45所述的导管系统，其中，每个模式与其他两个模式成120°异相。

47.根据权利要求43所述的导管系统，其中，所述管状构件的所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分的外表面具有螺旋形波纹。

48.根据权利要求43所述的导管系统，其中，所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器包括由一个或更多个电控制信号致动的相应电活性聚合物致动器。

49.根据权利要求48所述的导管系统，还包括：

可操作地耦合到第一电活性聚合物致动器、第二电活性聚合物致动器和第三电活性聚合物致动器的控制器，所述控制器被配置成将第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号传输到相应的第一电活性聚合物致动器、第二电活性聚合物致动器和第三电活性聚合物致动器。

50.根据权利要求49所述的导管系统，其中，所述第一电控制信号、所述第二电控制信号和所述第三电控制信号是正弦波振幅调制信号，其中每个信号与其他两个信号成120°异相。

51.一种使用导管系统的方法，包括：

将所述导管系统插入身体内腔中，所述导管系统包括：

长形的柔性管状构件，所述管状构件具有第一部分、与所述第一部分纵向间隔开的第二部分、以及与所述第一部分和所述第二部分纵向间隔开的第三部分；

第一电活性聚合物致动器，所述第一电活性聚合物致动器沿着所述管状构件的所述第一部分以螺旋路径设置在所述管状构件的所述第一部分上，使得使用第一电控制信号致动所述第一电活性聚合物致动器将所述管状构件的所述第一部分的形状转变为基本上螺旋形的形状；

第二电活性聚合物致动器，所述第二电活性聚合物致动器沿着所述管状构件的所述第二部分以螺旋路径设置在所述管状构件的所述第二部分上，使得使用第二电控制信号致动所述电活性聚合物致动器将所述管状构件的所述第二部分的形状转变为基本上螺旋形的形状；

第三电活性聚合物致动器，所述第三电活性聚合物致动器沿着所述管状构件的所述第三部分以螺旋路径设置在所述管状构件的所述第三部分上，使得使用第三电控制信号致动所述电活性聚合物致动器将所述管状构件的所述第三部分的形状转变为基本上螺旋形的形状；

使用经调制的第一电控制信号、经调制的第二电控制信号和经调制的第三电控制信号致动所述第一电活性聚合物致动器、所述第二电活性聚合物致动器和所述第三电活性聚合物致动器，从而在所述管状构件与所述身体内腔的壁之间产生动力，所述动力使所述管状构件在所述身体内腔内纵向移动。

52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述第一电控制信号、所述第二电控制信号和所述第三电控制信号是正弦波振幅调制信号，其中每个信号与其它两个信号异相。

53.根据权利要求52所述的方法，其中，每个信号与其它两个信号成120°异相。

54.一种导管系统，包括：

长形的柔性管状构件，所述管状构件具有多个径向布置的部段，所述部段沿着所述管状构件的离散长度在纵向上一致并且在径向上彼此间隔开；

多个致动器，相应的致动器沿着相应的部段的纵向长度以螺旋路径设置在每个部段内，其中以相应致动模式致动每个相应的致动器将相应部段的形状转变为基本上螺旋形的形状；

其中，所述多个致动器被配置成使得所述致动器的串行致动在所述管状构件与身体内腔的壁之间产生动力，所述动力使所述管状构件在所述身体内腔内纵向移动。

55.根据权利要求54所述的导管系统，其中，所述致动器的串行致动产生以下中的一种动力：螺旋爬行式运动；和旋转螺纹运动。

56.根据权利要求54所述的导管系统，其中，每个致动器的相应致动模式是正弦波振幅调制模式，其中每个致动器的调制模式与其他致动器异相。

57.根据权利要求56所述的导管系统，其中，所述多个致动器由三个致动器组成，并且每个调制模式与其他两个模式成120°异相。

58.根据权利要求54所述的导管系统，其中，所述管状构件的所述部段的外表面具有螺旋形波纹。

59.根据权利要求54所述的导管系统，其中，所述多个致动器包括由一个或更多个电控制信号致动的相应电活性聚合物致动器。

60.根据权利要求59所述的导管系统，还包括：

可操作地耦合到所述致动器的控制器，所述控制器被配置成将相应的电控制信号传输到相应的电活性聚合物致动器。

61.根据权利要求60所述的导管系统，其中，所述相应的电控制信号是正弦波幅度调制信号，其中每个相应的电信号与其他电信号异相。

62.一种使用导管系统的方法，包括：

将所述导管系统插入身体内腔中，所述导管系统包括：

长形的柔性管状构件，所述管状构件具有多个径向布置的部段，所述部段沿着所述管状构件的离散长度在纵向上一致并且在径向上彼此间隔开；

多个致动器，相应的致动器沿着相应的部段的纵向长度以螺旋路径设置在每个部段内，其中以相应致动模式致动每个相应的致动器将相应部段的形状转变为基本上螺旋形的形状；

以串行致动模式致动所述致动器，从而在所述管状构件与所述身体内腔的壁之间产生动力，所述动力使所述管状构件在所述身体内腔内纵向移动。

63.根据权利要求62所述的方法，其中，所述串行致动模式以相应的正弦波振幅模式致动每个致动器，其中每个相应模式与其他模式异相。

64.根据权利要求63所述的方法，其中，每个模式与其他模式成360°/N异相，其中N表示所述导管系统中的致动器的数量。