医疗器械和用于在身体内执行手术操作的方法与流程

本发明涉及医疗器械和用于在身体内执行手术操作的方法。在一些非限制性的示例中，该医疗器械涉及在人体内部应用的微型机器人。

背景技术：

微创手术，也称为微创外科手术，是仅需要小尺寸切口并且因此需要更短的伤口愈合时间并降低患者受伤风险的外科手术技术。针对于微创外科手术设计了专用工具，比如长条状物或微型摄像机上的导管，光纤电缆，抓手和钳子。

微创手术的局限性在于外科医生可能必须需要镇定的手来使用工具，这对于长时间的操作来说可能是精疲力尽的。

微创外科手术领域中的进一步发展是机器人辅助手术或机器人手术。因此，机器人系统被用于外科手术中以协助外科医生。多个机器人手臂可以执行微创外科手术，同时外科医生例如通过操纵杆来操纵机器人手臂。但是，该操作在某种程度上仍是侵入性的并且会产生内伤和外伤，这需要愈合时间。

更进一步的发展是微型机器人，其被注入到人体以执行诊断、外科手术或治疗。这些微型机器人可用于实时诊断或监测疾病，测量糖尿病患者的血糖水平或将药物递送到目标位点(例如肿瘤)(ornes，2017，pnas)。这些微型机器人是小型装置，尺寸范围从几毫米到几微米。

edd等已经公开了一种外科手术微型机器人，其在人输尿管内部游动并被提议提供一种破坏肾结石的新方法(之前的2003ieee)。peyer等公开了一种带有人工细菌鞭毛的游动微型机器人以在不同粘度的流体中导航(2012ieee)。微型机器人由于其尺寸而无法携带电池和电动机。将微型机器人引导到目标位点的一种常用方法是使用外部磁场控制包含磁性材料的微型机器人。苏黎世联邦理工学院(ethzurich)的多尺度机器人实验室公开了一种直径为285μm(微米)的未系留的微型机器人以执行眼科手术。

这些微型机器人的小尺寸限制了它们克服流体流比如血流移动的能力。磁场可以引导或停止机器人，但其强度可能不足以使机器人克服朝向相反方向流动的血流移动。

技术实现要素：

本发明旨在减轻上述问题中的一个或多个，特别是提供一种易于生产和使用的医疗器械，优选为微型机器人。一些实施例具有可靠且允许安全回收的额外优点。

根据本发明，该问题通过独立权利要求的特征解决。

本发明涉及医疗器械。该医疗器械可为在身体脉管内使用的微型机器人。尤其是，该医疗器械或微型机器人可适用于在人体内应用。该医疗器械包括主体部和尾部。回收线被附接至该器械，优选附接至尾部并且可适用于将医疗器械从第一位点处拉回。在一个实施例中，回收线的刚度不足以将医疗器械移动至目标位点。

第一位点可尤其为医疗器械的目标位点。

回收线的拉伸强度足以拉回医疗器械，但是其柱强度并不足以克服由静态或动态体液生成的力来推动医疗器械。由此，线可被形成为足够细，比如以能够被轻松插入身体管道。

如本文所用，术语“线”旨在覆盖实现拉动器械的任务的任意构造，同时可选地也能够实现其它非限制性的任务。

医疗器械可适用于注入身体内，尤其是人体内。尾部以及可选地主体部可比回收线具有更大的横截面。医疗器械可被机械地或者手动地拉回。此回收线允许拉动医疗器械经过反向的流体流，例如血流。此拉动移动可为对位点的轻微调整或者是对医疗器械的回收。尤其是，该装置可包括用于回收线的手柄。

回收线的长度被构造为从医疗器械延伸至医疗器械的插入位点。本发明的一个实施例涉及此种系统，其包括端口和医疗器械，在该医疗器械中回收线从尾部延伸至端口。

回收线可为绳线，尤其是柔性绳线。有利地，该绳线是可弯曲的。一个优势是此种医疗器械相较于已知导管装置尺寸小并且仅需要小切口。

医疗器械可被释放入身体脉管，由流体流携带穿过身体脉管到达脉管中的目标位点，并且以简单方式被回收。该装置可通过松开回收线或者拉动回收线而被重新定位。

医疗器械优选具有至少一个用于使装置沿一个方向主动移动的驱动器和用于控制并且优选改变医疗器械在身体内的运动的控制件。该医疗器械可在身体流体流内移动和/或在组织上移动。

该驱动器可具有使得医疗器械移动的任意类型的功能性。可能的实施例可为用于外部转向的推进器、轮子、履带、鞭毛、腿、钩或磁力驱动器。控制件可通过外部影响例如信号移动或转向或停止该装置。控制件可调整驱动器的速度或旋转方向并且由此控制位置。驱动器可允许医疗器械在血管中引导经过急转弯。

医疗器械优选具有定位机构以确定医疗器械在身体中的位置。定位机构发出信号，该信号被接收器所接收。接收器接下来计算医疗器械的位置。此信号可为无线电波、放射性示踪剂、声波、蓝牙或任何其它无线信号。在替代实施例中，定位机构可包括用于检测不同环境参数的传感器，该环境参数比如为温度、ph、氧化还原电势、盐浓度、粘度、压力、电势、气体浓度、放射性和或代谢水平。定位机构将测得的参数发送给接收器，接收器计算医疗器械的位置。该测得的参数也可被用于分析环境。

医疗器械的回收线优选包括传输线缆以向医疗器械或者从医疗器械处传输能量和/或数据，尤其是光信号或者电信号。该传输线缆可包括两个分开的线缆，一个用于递送能量和数据，一个用于接收数据。传输线缆也可为单根线缆以作为回收线传输能量和数据以及图像。

回收线可包括生物相容材料或者由其构成。该回收线优选包括或者基本上由以下材料组成的材料组中的材料构成：金属尤其是铜、聚合物、碳纤维、尼龙、聚合物、丝绸和碳纳米管、尤其是石墨烯。

这些材料是生物相容的并且具有足够的纵向长度以拉动医疗器械。进一步地，上述材料优选至少在几个小时或者几天内抗降解并且可在该装置丢失的情况下随后降解。这确保了如果需要的话医疗器械可在任意时刻被移除。另外，该材料抵抗身体内的环境影响，比如不同的ph或者氧化应力。

医疗器械优选包括能够被成像技术检测到的材料，该成像技术例如为磁共振成像(mri)、电子计算机断层(ct)扫描仪、超声波检查、x射线或荧光透视。

由此，该器械的位置可在手术过程中的任意时刻得到确定。如果必要的话，该位置还可被尤其实时地追踪。连续定位过程是有益的，因为医疗器械的引导取决于参数可为复杂的，该参数比如为流体粘度或者来自身体流体流的外部压力。

医疗器械可尤其适用于血管，尤其是动脉或者静脉。其它应用区域可为尿道或输尿管。医疗器械的回收线的外径优选为10至1000微米(μm)，并且更优选为50-200μm。

主体部可包括磁性部分。此磁性部分能够用于通过与外部磁场相互作用引导医疗器械。此磁性部分可为由磁性材料制成的或者在基质或涂层中包括磁性材料、磁性微颗粒或者纳米颗粒的内芯。

医疗器械优选包括至少一个功能单元，比如夹具、手术刀、钻头、钩、支架、腿、履带、推进器、引爆物、相机或传感器或药物释放部件。

功能单元能够被附接至医疗器械。该功能单元可被用于使医疗器械在组织上移动或者使医疗器械移动通过流体。其还可被用于将医疗器械附接至组织部位或者穿过阻挡的开口打开一个通道或者创建一个新开口。替代地，功能单元可用于从身体环境中收集数据。

所提出的装置尤其适用于去除动脉中的血栓形成、填充动脉瘤或将药物递送至肿瘤。引爆物可能会打通血栓。

功能单元是能够启动的。在一些实施例中，功能单元通过磁场或者在某些实施例中通过电磁波被启动。这允许例如可控地释放药物。功能单元可通过能量例如电信号被启动。所述线

医疗器械优选包括存储器以存储和释放药物。该存储器可被用于施加药物至指定施加位点。例如肿瘤细胞可通过毒性药品被局部处理。医疗器械由此被用于将毒性药品传送至施加位点并且在该处释放。药物的可控释放也实现了定时施加药物的可能性。医疗器械可被插入、引导至施加位点并且等待直至药物的预设释放时刻。还可能控制两种不同药物例如活性药物和使药物失活的酶的延迟释放。

该医疗器械优选包括发射器以从医疗器械处尤其通过回收线将数据发送至接收器。

回收线可适用于传输能量。由此，在医疗器械中由传感器获取的数据可被传输。

该装置可适用于通过回收线接收能量和/或通过回收线发送在医疗器械中尤其在身体部位处由传感器获取的数据。在附加的或者替代的实施例中，医疗器械或者回收线可包括无线发射器和/或无线接收器以发送和/或接收能量或数据。

医疗器械的尺寸优选为8-2000μm，尤其优选为50-1000μm，并且更优选为200-500μm。该尺寸可为医疗器械的长度、直径或者最长尺寸。

医疗器械的主体部和/或尾部优选包括材料，比如金属、塑料、玻璃、矿物、陶瓷、碳水化合物、镍钛合金、碳、生物材料或可生物降解的材料。

本发明还提供了用于在身体内、尤其是在人体内执行外科手术操作的方法。第一步，将医疗器械插入身体中。医疗器械接下来被导航至交互位置，不拉动回收线。尤其是，将医疗器械插入目标位点的上游。流体流可携带该医疗器械到达目标位点。该医疗器械可通过放松或者拉动回收线被定位。

医疗器械可在一个或多个位置处执行一个或多个动作。通过拉动回收线将医疗器械从身体移走。

本发明还提供了一种用于控制医疗器械的系统。该系统包括医疗器械优选上文所述的医疗器械和磁场发生器。该医疗器械接下来通过由磁场发生器生成的磁场被引导。

外部磁场发生器创建了以0.1至20t/m(特斯拉/米)、优选0.2-1t/m变化的磁场。一旦医疗器械被插入身体内，磁场可用于将医疗器械引导至施加位点。由此医疗器械通过磁场被移动或停止或转向，尤其是当在体液流中浮动时。在整个时间过程中，医疗器械保持附接至回收线。

在另一个实施例中，医疗器械可具有磁各向异性。由此，医疗器械可通过磁场取向。

本发明还涉及医疗器械，尤其是在身体优选人体内部应用的微型机器人。

附图说明

参照附图仅借助于示例对本发明的非限制性实施例进行描述，其中：

图1：医疗器械的示意图。

图2：医疗器械的在人体的插入位点的示意图。

图3：带有驱动器和控制件的医疗器械的示意图。

图4：带有定位机构的医疗器械的示意图。

图5：通过磁场拉动医疗器械的示意图。

图6：通过医疗器械的回收线传输数据和能量的示意图。

图7a-d：附接至医疗器械的功能单元的示意图。

图8：肿瘤和通过医疗器械递送至肿瘤的抗体的示意图。

具体实施方式

图1示出了医疗器械10的示意图，其包括主体部11和尾部12。回收线13附接至主体部12。回收线13用于拉动医疗器械10。

图2示出了人体2的供医疗器械10的插入位点20的示意图。心脏1连接至血流。该血流包括不同类型的血管6，比如主动脉3、静脉4和毛细血管5。该医疗器械10在插入位点20处插入血管6。由此在插入位点20处血管6被导管22所插穿。将医疗器械10插入血流b。血流b携带着医疗器械10经过血管直至医疗器械达到交互位置25(图5)。在任意时刻，该医疗器械10均连接至回收线13并且可被拉回至插入位点20。

图3示出了位于血管6中的带有回收线13的医疗器械10。医疗器械10具有驱动器15和用于控制驱动器的控制件16。该驱动器15使医疗器械10沿一个方向主动移动。该控制件16改变驱动器15的动作。控制件16可掉转驱动器15的旋转方向或者调节其速度。

图4示出了位于血管16中的带有回收线13的医疗器械10。该医疗器械10具有定位机构17。该定位机构17发出信号19，该信号19由接收器18所接收。基于信号19，接收器18计算出医疗器械10的位置。

图5示出了带有医疗器械10的血管6的示意图。医疗器械10通过血流b传送并且附接至回收线13。磁场发生器23正在施加位点25处产生磁场21。医疗器械10的主体部11具有为磁场21所吸引的磁性部分14。在施加位点25处，医疗器械保持就位，其被磁场21所保持以克服血流b的力。在执行任意类型的动作之后，磁场发生器23被关闭并且磁场21减弱。通过拉动回收线13，医疗器械克服血流b的力地被移走。

图6示出了医疗器械10的示意图。该回收线13包括能量传输线缆30和数据传输线缆31。该能量传输线缆30向传感器40和隔室41传输能量。传感器通过数据传输线缆31发送数据。替代地，能量传输线缆30和数据传输线缆31可被整合入同一根线缆。此线缆用于通过回收线13向医疗器械并且从医疗器械处传送能量和数据。

图7a-d示出了带有可附接的功能单元51的医疗器械10的示意图。在图7a中功能单元51是一个推进器以使医疗器械10沿着经过装置的纵轴线向前或向相反方向移动。图7b示出了其中功能单元51为履带的医疗器械10。履带用于将医疗器械10移动至组织部位。在图7c中医疗器械10的功能单元51为钻头。该钻头可用于对组织穿孔并且创建一个用于移动穿过物理障碍的开口。在图7d中医疗器械10的功能单元51是钩。该钩可用于使医疗器械10保持就位或者当医疗器械10重新回收时拖拽物体或材料。

图8示出肿瘤部位63的示意图。该肿瘤细胞61比正常细胞60具有更大的尺寸和更快的复制周期。医疗器械10被引导至肿瘤部位并且在隔室41中携带肿瘤专用抗体62。在肿瘤部位63，医疗器械10释放肿瘤特异性抗体62。该抗体结合至肿瘤细胞并且引起免疫治疗过程。在释放抗体62之后，通过拉动回收线13将医疗器械10从肿瘤部位63处移走。