CN212489827U - 一种医用柔性管状工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种医用柔性管状工具，所述医用柔性管状工具包括成像件和/或器械工作通道，所述柔性管状工具包括第一牵引件、第二牵引件、柔性工作管和至少一根柔性套管；所述柔性工作管套接在所述柔性套管中；所述柔性套管上设有第一牵引件，所述柔性工作管上设有第二牵引件，所述第一、二牵引件分别沿所述柔性套管、柔性工作管的轴向平行设置，所述柔性工作管内设有成像件和/或器械工作通道。本实用新型具有以下有益效果如下：本实用新型的医用柔性管状工具通过多级管分区控制的结构,可以进入细小、蜿蜒的人体腔道，并且实现多自由度的运动，控制精准。

Description

一种医用柔性管状工具

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，具体涉及一种医用柔性管状工具。

背景技术

随着临床治疗的不断进步，越来越多的新型医疗器械应用在手术和检查之中。医生在诊断和治疗患者的腔道时，例如呼吸道、消化道等，医生需要借助一些柔性医疗器械对患者进行诊断和治疗，例如柔性活检针。一般的，这些柔性医疗器械还需要借助柔性管状工具完成诊断和治疗的工作。

医用柔性管状工具包括成像件和/或器械工作通道，成像件用于观察人体腔道的情况，器械工作通道为柔性医疗器械提供工作空间。当医用柔性管状工具需要进入细长、狭小且蜿蜒的人体腔道时，例如人体肺部支气管，要求柔性管状工具细长，并尽可能的进入更深层级的支气管，然而现有的医用柔性管状工具自由度有限，控制精准度低，无法进入此类细长、狭小且蜿蜒的人体腔道中。

发明内容

基于目前医用柔性管状工具实现的自由度有限，控制精准度低，不能进入细长、狭小且蜿蜒的人体腔道中的问题，本实用新型提供一种医用柔性管状工具，该柔性管状工具通过多级管分区控制的方法，实现多自由度精准控制，可以进入细长、狭小且蜿蜒的人体腔道中。

基于上述目的，本实用新型的技术方案如下：

提供一种医用柔性管状工具，所述医用柔性管状工具包括成像件和/或器械工作通道，所述柔性管状工具包括第一牵引件、第二牵引件、柔性工作管和至少一根柔性套管；所述柔性工作管套接在所述柔性套管中；所述柔性套管上设有第一牵引件，所述柔性工作管上设有第二牵引件，所述第一、二牵引件分别沿所述柔性套管、柔性工作管的轴向平行设置，所述柔性工作管内设有成像件和/或器械工作通道；本申请的该方案通过2级管分区控制的方式，实现S型路径多自由度运动，可以进入细长、狭小且蜿蜒的人体腔道中。

为了可以进入更加蜿蜒的人体腔道中，实现多级管分区控制的方式，多S路径多自由度运动，所述柔性套管的数量为2根以上，且所述每根柔性套管的直径各不相同，所述柔性工作管及多根柔性套按直径大小依次套接。

为了实现柔性工作管的可控精准的旋转运动，所述柔性工作管上还设有第三牵引件，其中，1根以上的第三牵引件至少部分顺时针螺旋设置在所述柔性工作管上，且1根以上的第三牵引件至少部分逆时针螺旋设置在所述柔性工作管上。

本申请柔性套管的第一牵引件设置在所述柔性套管的内壁或外壁，柔性工作管的第二、三牵引件设置在所述柔性工作管的内壁或外壁，其中，柔性工作管的第二、三牵引件设置在柔性工作管的外壁可以给柔性工作管内部预留更多的空间，利于外径较大的手术工具的放置。

为了可以感知柔性工作管末端的空间位置和姿态，可以在柔性工作管末端设有电磁传感器；若想感知柔性工作管的空间位置曲线，还可以在柔性工作管内设有光纤光栅阵列。

本申请的所述牵引件包括弹性管和牵引丝，牵引丝设置在弹性管中，所述第一牵引件的弹性管与所述柔性套管固定连接，所述第二、第三牵引件的弹性管与所述柔性工作管固定连接；

或者，牵引件包括牵引环和牵引丝，所述牵引丝设置在所述牵引环中，所述第一牵引件的牵引环与所述柔性套管固定连接，所述第二、第三牵引件的牵引环与所述柔性工作管固定连接。

优选的，牵引丝的材质为钢等弹性模量较大的材料；一般的，弹性管、牵引环上敷有润滑剂，可减少牵引丝与弹性管或牵引环之间的摩擦，提高力的传递效率，减小动力传输的迟滞性。

本申请的第一、第二牵引件的数量为2根以上，一般的，第一、第二牵引件的数量越多，柔性套管和柔性工作管偏摆的方向即运动运动自由度越多。

本实用新型具有以下有益效果如下：本实用新型医用柔性管状工具的多级管分区控制结构，使得柔性管状工具可以进行多S路径的多自由度控制；同时柔性套管和工作管的运动方向也具有多个自由度，增加了柔性管状工具的自由度，可以容易进入细长、狭小且蜿蜒的人体腔道，并且控制精准；

因为本申请的柔性管状工具采用多级管分区控制的结构，故柔性套管和柔性工作管可以做成相互独立的组件，提高了柔性套管和工作管的可复用性，进而降低使用成本，根据手术需求组装成多级管，应用灵活。

下文将结合附图对本实用新型具体实施例进行详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例，附图中相同的附图标志标示了相同或类似的部件或部分，本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

如图1所示，是本实用新型套接的示意图；

如图2所示，是本实用新型柔性管状工具的一种形态的示意图；

如图3所示，图2中A圈的放大图；

如图4所示，是第二牵引件设置在柔性工作管外壁的示意图；

如图5、6所示，是柔性工作管同时设有第二、第三牵引件的示意图；

如图7所示，是本实用新型柔性管状工具的一种形态的示意图；

如图8所示，是图3加入光纤光栅阵列的示意图；

如图9所示，是牵引环设置方式的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

本实用新型提供一种医用柔性管状工具，可以实现S型路径的多自由度运动，具体的，方案如下：医用柔性管状工具包括成像件和/或器械工作通道，第一牵引件、第二牵引件、柔性工作管和至少一根柔性套管；柔性工作管套接在所述柔性套管中，其中，柔性工作管的长度比柔性套管长，直径比柔性套管小；柔性套管上设有第一牵引件，柔性工作管上设有第二牵引件，第一、二牵引件分别沿柔性套管、柔性工作管的轴向平行设置，柔性工作管内设有成像件和/或器械工作通道。

为了实现多S路径的运动，柔性管状工具包括2根以上不同直径的柔性套管，柔性工作管及2根以上的柔性套管按直径大小依次套接。其中，柔性工作管的直径小于所有的柔性套管，且直径越大的管，长度越短。

本实用新型套接的方式指的是，直径小的管置入直径较大的管中，如果是多根管，则按直径大小依次置入，即直径第二大的管置入直径最大的管中，直径第三大的管再置入直径第二大的管中，以此类推，并且直径较小的管可以在直径较大的管中运动。

本实用新型柔性管状工具的柔性套管和柔性工作管通过外部驱动机构控制运动，外部驱动机构可以是机械臂、连续体机器人等驱动机构，以机械臂为例，当柔性工作管、柔性套管组装完成后，机械臂夹持柔性套管和工作管的一端，机械臂通过类似抽、插的方式控制多级管的伸缩，因为机械臂这些外部驱动机构不能进入柔性套管和工作管的内部，且管的直径越大，长度越短，所以机械臂到了控制伸缩中伸出的极限时，如图1的示意图所示，柔性套管、柔性工作管一端对齐，另一端直径较小的管会从直径大的管中依次露出；同时，牵引件也是通过机械臂这些外部驱动部件控制，实现牵引件的拉紧与松弛。

其中，成像件用于观察人体腔道的情况，这里的成像件可以为内窥镜、CCD成像元件、摄像头等；器械工作通道为例如活检针、吸痰管、给药管、穿刺针此类的医疗器械提供工作空间，实现手术中的注射、吸痰、取样等目的。

为了实现柔性工作管可控的旋转运动，1根以上的第三牵引件至少部分顺时针螺旋设置在所述柔性工作管上，且1根以上的第三牵引件至少部分逆时针螺旋设置在所述柔性工作管上，本实用新型相比于现有技术通过旋转柔性工作管自身的一端，控制另一端的旋转的方式，具有控制精准的优势，因为柔性工作管自身细长且柔软的特性，在绕自身旋转时，会存在迟滞性明显的问题，导致一端旋转10°，另一端带动旋转1-2°的问题，而本申请通过牵引件的控制方式，可以有效解决上述迟滞性的问题。

柔性工作管和柔性套管的牵引件可以分别设置柔性工作管和柔性套管的内壁或者外壁，其中，相比于牵引件设置在柔性工作管的内壁，牵引件设置在柔性工作管外壁的设置方法可以增加柔性工作管内部的空间，使得器械工作通道直径可以做的更大，有利于使用外径较大的手术工具。

为了可以感知柔性工作管末端的空间位置和姿态，可以在柔性工作管末端设有电磁传感器；若想感知柔性工作管的空间位置曲线，还可以在柔性工作管内设有光纤光栅阵列。

如图2、3所示，是本实用新型柔性管状工具的一种形态的示意图。本实施例中的柔性管状工具为一级套管，具体的，包括柔性套管1和柔性工作管2，柔性工作管2套接在柔性套管1中，柔性工作管2内设有成像件3和器械工作通道4，柔性工作管2的末端设有电磁传感器。

在本实施例中，柔性套管1和柔性工作管2均设有4根牵引件，第一、第二牵引件分别沿柔性套管1和柔性工作管2的轴向平行设置，柔性套管1和柔性工作管2的牵引件分别设置在柔性套管1和柔性工作管2的内壁，柔性套管1和柔性工作管2的牵引件分别控制柔性套管1和柔性工作管2的运动，可实现S型路径的运动。

具体的，如图3所示，柔性套管上设有第一牵引件11、12、13、14，柔性工作管上设有第二牵引件21、22、23、24，以第一牵引件11、12、13、14为例，拉紧牵引件11，同时松弛牵引件13，可以实现柔性套管1向牵引件11的方向的偏摆运动，同理，拉紧牵引件13，同时松弛牵引件11，可以实现柔性套管1向牵引件13的方向的偏摆运动；拉紧牵引件12，同时松弛牵引件14，可以实现柔性套管1向牵引件12的方向的偏摆运动；拉紧牵引件14，同时松弛牵引件12，可以实现柔性套管1向牵引件14的方向的偏摆运动。当然，也可以同时拉紧其中两根不互相对立牵引件，松弛两根不互相对立牵引件，实现在其他方向上的运动；或者同时拉紧全部的牵引件，实现柔性套管和工作管的锁紧；或者松弛全部的牵引件，比如松弛全部柔性工作管的牵引件，柔性工作管便可以跟随柔性套管运动。这里相互对立的牵引件指的是，该对牵引件一个拉紧，一个松弛可以实现一个方向的运动，若同时拉紧或松弛，则不会发生方向的运动。

另外，第一、第二牵引件不限于本实施例中的4根，可以为2根、3根、5根甚至更多，理论上来说，第一、第二牵引件2根以上即可，一般的，第一、第二牵引件数量越多，可控制的方向即自由度就越多；第一、第二牵引件的排布也不限于本申请图3中两两牵引件沿圆心对称排布的方式，第一、第二牵引件分别沿柔性工作管和柔性套管的内壁或外壁排布即可，本实施例中第一、第二牵引件的排布仅是较优的一种排布方式。柔性管状工具的第一、第二牵引件也可按图4的方式排布，即柔性套管1的第一牵引件11、12、13、14设置在柔性套管的内壁，柔性工作管2的第二牵引件21、22、23、24设置在柔性工作管的外壁，此种排布方式可以增加柔性工作管2内部的空间，使得器械工作通道4有更多的放置空间，有利于使用外径较大的手术工具。

如图5所示，是柔性工作管2既有第二牵引件，又有螺旋设置第三牵引件的示意图，其中，第二牵引件21、22、23、24设置在柔性工作管的内壁，第三牵引件25、26、27、28均设置在柔性工作管的外壁，牵引件25、26全部顺时针设置在柔性工作管2上，牵引件27、28全部逆时针缠绕在柔性工作管2上，拉紧顺时针设置的牵引件25、26，松弛逆时针设置的牵引件27、28，可以实现柔性工作管2的顺时针旋转；拉紧逆时针设置的牵引件27、28，松弛顺时针设置的牵引件25、26，可以实现柔性工作管2的逆时针旋转。螺旋设置的第三牵引件不限于本实施例的4根，2根以上即可，其中至少1根是顺时针螺旋设置，至少有1根是逆时针螺旋设置，一般的，第三牵引件的数量越多，越能更好的保持柔性工作管的形状；第三牵引件不限于设置在本实施例柔性工作管2的外壁，也可设置在柔性工作管的内壁，本实用新型第二牵引件设置在柔性工作内壁、第三牵引件设置在柔性工作管外壁仅是优选实施方式之一；第三牵引件的设置方式也不限于全部螺旋设置在柔性工作管上，如图6所示，可以只缠绕柔性工作管的前端，后端轴向设置在柔性工作管上。

如图7所示，是本实用新型柔性管状工具的另一种形态的示意图。柔性管状工具为二级套管，即有两根柔性套管1、5，和柔性工作管2，柔性套管1、柔性套管5、柔性工作管2的直径依次减小，长度依次增长，柔性套管1、柔性套管5、柔性工作管2依次套接，当柔性套管和工作管达到机械臂的控制伸缩中伸出极限时，形成如图7所示的三个层级的管。该种形态的柔性管状工具可以实现特殊需求的手术动作，比如可以容易的进入4级肺部支气管，因为二级套管的原因，实现双S路径，确保柔性工作管进入人体腔道的一端可以更加顺利的抵达病灶区域。本申请的柔性管状工具可以根据手术需求选择相应级数的套管。一般的，层级越多的套管，可以进入更蜿蜒的人体腔道。

如图8所示，是柔性工作管上设有光纤光栅阵列6的示意图，光纤光栅阵列6用于测量柔性工作管的空间位置形状，因为通过光纤光栅所测中心波长偏移量可计算出相应位置的曲率变化，通过光纤光栅阵列所测柔性工作管各个位置的弯曲变化情况，可以拟合出柔性工作管的空间位置曲线。结合虚拟导航、电磁导航技术以及荧光透视技术以实现准确的柔性导管及柔性工作管控制。光纤光栅阵列不限于图8所示的在柔性工作管2的内壁，也可设置在柔性工作管的外壁。

图3中所用的牵引件包括弹性管和牵引丝，以图3的柔性套管上设有牵引件11为例，牵引件11包括弹性管111和牵引丝112，牵引丝112设置在弹性管的内部，弹性管为牵引丝提供了拉伸轨道，第一牵引件的弹性管与柔性套管的内壁固定连接，第二牵引件的弹性管与柔性工作管的内壁固定连接，以完成弹性管的固定。固定连接的方式比如：柔性套管和柔性工作管的内壁设有固定焊点，第一牵引件的弹性管通过焊接的方式与柔性套管连接并固定在柔性套管上，第二牵引件的弹性管和柔性工作管的连接并固定在柔性工作管上。

为牵引丝提供拉伸轨道的方式不限于使用弹性管，如图9所示，以柔性工作管为例，柔性工作管具有多个牵引环212，第二牵引件的牵引环212固定在柔性工作管2上，牵引丝211设置在牵引环212中，同样的，第一牵引件若采用牵引环结构，也是按上述方式设置。

一般的，弹性管、牵引环上敷有润滑剂，可减少牵引丝与弹性管或牵引环之间的摩擦，提高力的传递效率，减小动力传输的迟滞性。优选的，牵引丝的材质为钢等弹性模量较大的材料。

本申请的柔性管状工具可以应用在各种人体腔道的检查，基于多级管分区的结构，实现多S路径的多自由度的运动，由于每根柔性套管和工作管可以实现多个方向偏摆运动，且柔性工作管还可实现旋转运动，不仅增加了柔性管状工具的自由度，同时使得柔性管状工具可以容易进入细长、狭小且蜿蜒的人体腔道。例如，本申请的二级套管结构可以进入人体的四级支气管，通过控制进入人体肺部的指定区域，吸出肺内粘液，并且通过该通道可以完成给氧给药治疗，对肺部疾病及当前新冠肺炎的治疗和康复具有积极的作用。此外，本申请的柔性管状工具可以做成三级柔性套管结构，可以轻松进入人体的六级支气管。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种医用柔性管状工具，所述医用柔性管状工具包括成像件和/或器械工作通道，其特征在于，所述柔性管状工具包括第一牵引件、第二牵引件、柔性工作管和至少一根柔性套管；所述柔性工作管套接在所述柔性套管中；

所述柔性套管上设有第一牵引件，所述柔性工作管上设有第二牵引件，所述第一、第二牵引件分别沿所述柔性套管、柔性工作管的轴向平行设置，所述柔性工作管内设有成像件和/或器械工作通道。

2.根据权利要求1所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述柔性套管的数量为2根以上，且每根柔性套管的直径各不相同，所述柔性工作管及2根以上的柔性套管按直径大小依次套接。

3.根据权利要求1所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述柔性工作管上还设有第三牵引件，所述第三牵引件的数量为2根以上；

其中，1根以上的第三牵引件至少部分顺时针螺旋设置在所述柔性工作管上，1根以上的第三牵引件至少部分逆时针螺旋设置在所述柔性工作管上。

4.根据权利要求3所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述柔性套管的第一牵引件设置在所述柔性套管的内壁或外壁，所述柔性工作管的第二、三牵引件设置在所述柔性工作管的内壁或外壁。

5.根据权利要求1所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述柔性工作管的末端设有电磁传感器。

6.根据权利要求1所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述柔性工作管设有光纤光栅阵列。

7.根据权利要求3所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述牵引件包括弹性管和牵引丝，所述牵引丝设置在弹性管中，所述第一牵引件的弹性管与所述柔性套管固定连接，所述第二、第三牵引件的弹性管与所述柔性工作管固定连接；

或者，所述牵引件包括牵引环和牵引丝，所述牵引丝设置在所述牵引环中，所述第一牵引件的牵引环与所述柔性套管固定连接，所述第二、第三牵引件的牵引环与所述柔性工作管固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述牵引丝为牵引钢丝。

9.根据权利要求7所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述弹性管或者所述牵引环上设有润滑剂。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种医用柔性管状工具，其特征在于，所述第一、第二牵引件的数量为2根以上。

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