用于沿着路径推进物品的系统、装置和方法与流程

本公开的主题涉及用于沿着路径推进物品的系统和方法领域。

背景

与导管结合使用的外翻套管的原理在医疗装置领域已为人所知多年。这种套管用于使得能够进入诸如结肠系统或尿道系统的不同体腔，并在相应的生物内腔内导航。以下是其中使用了具有外翻套管的装置的多个现有技术示例。

us4,493,711公开了一种具有反向可外翻的非弹性管的导管，该反向可外翻的非弹性管具有自始至终都等于或大于导管主体的直径、在远端处的轴向对准的端部开口以及用于在内翻和外翻期间保持端部密封的远端的多重构造。

us2003/208223公开了一种含有用于沿着患者的体腔定位的细长中空元件的设备。中空元件具有前导区域和尾部区域，并且尾部区域被布置成沿着中空元件从前导区域逐渐地外翻，从而随着尾部区域跟随而不断地延伸以逐渐地沿着体腔。

us4,043,345公开了一种导管，其包括附接到刚性管的一个端部的柔性软管，通过该刚性管可以施加流体压力以将所述软管从所述管内的套进位置外翻到从所述管向外延伸的外露位置，在所述软管的远端形成阀，该阀当软管处于套进位置时保持关闭并且当软管处于其外露位置时打开。

本公开主题的概述

根据本公开主题的一个方面，提供了一种用于沿着路径推进物品的系统，包括：

头部构件；

调度构件(dispatchingmember)；以及

外翻套管，其配置有外侧部分、外翻部分和内侧部分，外侧部分具有被配置成固定到调度构件的套管端部，外翻部分被配置成用于滑动地联接至头部构件，内侧部分配置成从外翻部分朝向调度构件延伸；

所述内侧部分和所述外侧部分配置成在其间形成空间，所述空间用于接收推进流体以在外翻部分上施加力，从而使内侧部分的一段朝着头部构件逐渐前进，使得其相对于头部构件滑动地移位并逐渐地将外翻部分的相应的段推进到外侧部分中，从而将所述外翻套管从里向外翻并使头部构件沿着路径前进；

其中所述头部构件配置有内部部分，该内部部分用于保持外翻部分并且有助于外翻部分相对于头部构件滑动。

根据本公开主题的另一方面，提供了一种用于沿着路径推进物品的装置，包括：

头部构件；

调度构件；

外翻套管，其配置有外侧部分、外翻部分和内侧部分，外侧部分具有固定到调度构件的套管端部，外翻部分滑动地联接到头部构件，内侧部分从外翻部分朝向调度构件延伸；和

空间，其形成在所述内侧部分和所述外侧部分之间，用于接收推进流体以在外翻部分上施加力，从而使内侧部分的一段朝向头部构件逐渐前进，使得其相对于头部构件滑动地移位，并逐渐地将外翻部分的相应的段推进到外侧部分中，从而将所述外翻套管从里向外翻并使头部构件沿着路径前进；

其中所述头部构件配置有内部部分，该内部部分用于保持外翻部分并且有助于外翻部分相对于头部构件滑动。

在此处说明书和权利要求书中使用的术语“物品”表示其上安装有或未安装有电气或机械单元的头部构件、摄像机、静止照相机、成像系统、感测系统、处理系统、工作工具、通讯系统、治疗装备等。

在此处说明书和权利要求书中使用的术语“路径”表示管道、通道、空腔、隧道、地下通道、腔道、管、内腔、导管等。

在此处说明书和权利要求书中使用的术语“流体”表示气态流体(例如空气、氦气等)或液态流体(例如水、油等)。

本公开的主题的外翻套管由回弹性和/或柔性材料制成，其允许其上安装有头部构件的外翻套管沿着弯曲路径推进，具有在前进过程中当接触到路径的壁时使外翻套管弯曲和挠曲的能力，从而沿着路径前进。在外翻套管的前进过程中，它将沿最小阻力的路径前进，因此当挠曲发生时，外翻套管将沿着路径前进。

外翻过程涉及通过把外翻套管从里向外翻转来展开外翻套管。这允许使外翻套管及其头部构件在路径的可能是粗糙的且可能沿着其包括各种障碍物的内部表面内以基本上较低的摩擦力前进，从而允许头部构件沿着路径容易且可靠地自我推进。最终，外翻过程是这样的，套管的外侧部分相对于路径的壁保持基本上静止，且可能与路径摩擦的主要元件是头部构件。

下面的特征、设计和构造中的任何一个或更多个可以独立地或以其各种组合被包含在本公开主题的系统和装置中。

头部构件可以由基本上刚性的材料制成，当推进流体在外翻部分上施加的力减小或终止时(即，空间内的推进流体的压力下降)时，该头部构件仍保持其形状。这可以允许头部构件和/或整个装置在推进流体的压降存在时沿着路径在任何位置处执行其指定的功能。

外翻部分可以配置有外部表面和内部表面，该外部表面接合头部构件的内部部分，在该内部表面上将施加推进流体的力。

头部构件的内部部分可以配置成具有至少一个窄部分和至少一个宽部分，该至少一个窄部分具有垂直于其长度截取的第一横截面直径d1，至少一个宽部分具有垂直于其长度截取的第二横截面直径d2，d2大于d1。至少一个窄部分配置成接合外翻部分的外部表面并且防止头部构件相对于外翻部分的轴向移位，而允许外翻部分相对于内部部分滑动地移位。

窄部分可以形成为在头部构件中形成的周向槽。

至少一个窄部分可以比至少一个宽部分更靠近外侧部分设置。

至少一个窄部分可以设置在两个所述宽部分之间。

头部构件还可以包括保持构件，该保持构件配置成用于接合外翻部分的内部表面并在其上施加向外按压的力，从而将外翻部分保持靠近内部部分同时允许外翻部分相对于内部部分滑动地移位。

保持构件可以定位成紧靠着内部部分的宽部分。保持构件可以具有外表面，该外表面具有模仿宽部分的形状的形状。

保持构件可以具有用于允许内侧部分从中通过的中心开口。

保持构件可以具有环面形状(torusshape)。

头部构件还可以配置有具有圆形轮廓的前部分。圆形轮廓可以是球形轮廓。

调度构件可以具有环形形状，并且可以配置有：周边缘，其用于密封地周向地固定到套管端部；管嘴，其用于允许内部部分从中通过；以及入口，其用于与配置用于将推进流体引入空间内的泵送机构相接。

调度构件可以配置有设置在其中心处的管嘴。

系统和装置可以包括用于将推进流体引入空间中的泵送机构，从而在其中产生正压并且在外翻部分上施加力。

外翻套管可以由以下材料中的一种制成：丝、尼龙、橡胶、可变形塑性材料。

外翻套管可以由不透流体的材料制成。

空间可以与外界密封。

内部部分的内部可以界定细长的内腔，该内腔允许在调度构件周围的装置外部和头部构件及其周围之间通过该内腔电气地或机械地连通。细长的内腔可以允许通过其中引入物体(例如，内窥镜、测量仪器、传感器、工作工具)、缆线(例如，电缆、鲍登缆线、光纤)或管。

头部构件可以安装到操作单元，该操作单元包括以下项中的一项或更多项：摄像机、静物照相机、成像系统、感测系统、处理系统、工作工具和通信系统。

头部构件和操作单元可以集成到单个单元中。

头部构件可以安装到转向机构，该转向机构具有连接到头部构件的前端部的主体构件。转向机构配置成用于在头部构件沿着路径推进物品期间引导头部构件。

转向机构可以包括至少一对轮和至少一个控制机构，该至少一个控制机构配置成用于控制所述对轮的方向。

控制机构可以包括沿着细长内腔延伸的至少一条鲍登缆线和安装到至少一条鲍登缆线用于控制所述一对轮的方向的张紧机构。

转向机构可以包括相对于彼此和相对于头部构件连续布置的两对轮。两对轮中的前面的一对可以是通过控制机构可控制的。

转向机构可以允许头部构件沿着路径以大约90°或大于90°的角度执行急转弯。

从空间抽出推进流体可以减小外翻部分上的力，从而允许逐渐地将内侧部分的一段朝向调度构件拉回并将外侧部分的相应的段朝向头部构件推进，从而沿着路径向后拉回头部构件。

系统和装置还可以包括卷轴，内部部分被卷绕在卷轴上，用于在向空间中供应推进流体期间通过调度构件来供给外翻套管。

根据本公开的主题的另一方面，提供了一种用于组装沿着路径推进物品的系统的方法，该系统包括：具有内部部分的头部构件、具有管嘴的调度构件以及外翻套管，该方法包括：

(i)经由所述管嘴引入所述外翻套管的部分；

(ii)将外翻套管从里向外翻，从而形成具有套管端部的外侧部分、外翻部分以及从该外翻部分朝向调度构件延伸的内侧部分；和

(iii)将所述外翻部分安装到所述内部部分，以便保持外翻部分并有利于其相对于头部部件滑动；和

(iv)将所述套管端部密封地固定到所述调度构件，从而在其间形成空间，该空间用于接收推进流体以在外翻部分上施加力。

该用于组装的方法还可以包括：将所述外翻套管的所述部分引导穿过所述保持构件的步骤，该步骤在步骤(i)和步骤(ii)之间执行；以及将保持构件定位在外翻部分的内部表面处以在内部表面上施加向外按压的力的步骤，该步骤在步骤(iii)和步骤(iv)之间执行。

步骤(iv)还可以包括将保持构件定位在头部构件的宽部分内的步骤。

根据本公开主题的另一方面，提供了一种使用用于沿着路径推进物品的装置的方法，包括：

(i)提供装置，该装置包括：头部构件；调度构件；外翻套管，其配置成具有外侧部分、外翻部分和内侧部分，外侧部分具有固定到调度构件的套管端部，外翻部分滑动地联接到头部构件，内侧部分从外翻部分朝向调度构件延伸；以及空间，其形成在所述内侧部分和所述外侧部分之间；所述头部构件配置有内部部分，该内部部分用于保持外翻部分并且有助于外翻部分相对于头部构件滑动。

(ii)将所述装置定位在路径上的特定位置处，其中头部构件沿着路径朝向前进方向；和

(iii)将推进流体引入到空间中以在外翻部分上施加力，从而使内侧部分的一段朝向头部构件逐渐前进，使其相对于头部构件滑动地移位，并逐渐地将外翻部分的相应的段推进到外侧部分中，从而将所述外翻套管从里向外翻过来并使头部构件沿着前进方向前进。

该方法还包括以下步骤：为装置提供转向机构，该转向机构具有连接到头部构件的前端部的主体构件；以及操作转向机构以引导头部构件的前进方向。

附图简述

为了更好地理解本文公开的主题并且举例说明可以如何在实践中实施它，现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述实施例，在附图中：

图1a是根据本公开主题的一个示例的装置的分解透视图，该装置构成用于沿着路径推进物品的系统；

图1b是处于其初始状态的图1a的装置的后透视图；

图1c是沿图1b的装置的a1部分的线a-a截取的横截面图；

图1d是沿着图1b的装置的线b-b截取的横截面图；

图2a是处于其伸长状态的图1b的装置的后透视图；

图2b是沿图2a的装置的线c-c截取的横截面图；

图3是沿着路径处于其伸长状态的图1b的装置的俯视图；

图4是配置有安装到其头部构件的转向机构的图2a的装置的后透视图；

图5a是处于其伸长状态特别是沿着具有直角转弯的路径推进物品的图4的装置的俯视图；和

图5b是沿着路径在直角转弯处进一步推进物品的图5a的装置。

具体实施方式

首先将注意力转向图1a至图1d，根据本公开主题的一个示例，其中示出了用于沿着路径推进物品的系统1'(图1a)和装置1(图1b至1d)。装置1构成系统1'的组装形式，并且因此，尽管关于装置1进行了以下说明，但是它们同样与系统1'相关。

装置1包括头部构件10、保持构件30、调度构件50、外翻套管60以及泵90形式的泵送机构。装置1可以可选地包括操作单元100，该操作单元100可以在需要时安装到头部构件10。

如图1a中所示，外翻套管60是缠绕在卷取卷轴70周围的细长套管。在图1a中示出了外翻套管60，其前端部被从里向外翻出，从而形成三个主要部分：内侧部分62、外翻部分64以及外侧部分66，外侧部分66相对于未外翻的内侧部分62被翻过来180°的角度。如图1c中所示，外翻部分64被定义为外翻套管60的在套管的假想圆m和n之间延伸的部分。应该指出，外翻部分64的位置以及内侧部分62和外侧部分66的长度分别是动态的，并且取决于外翻套管60的外翻程度，如下所述。

外翻套管60由不透流体的材料(例如尼龙)制成。当被置于压力下时，由于外翻套管60是回弹性的且柔性的，所以允许头部构件10沿着弯曲的路径前进，如下面参考图3所解释的。尽管图1a的外翻部分64以其非变形状态示出，但是当组装装置1时，并且特别地当头部构件10和保持构件30被安装到外翻部分时，外翻部分的形状根据头部构件10和保持构件30的结构改变(如图1c所示)。

如下面以详细方式说明的，在装置1的操作中，将推进流体引入到装置1的内部中使外翻套管60持续地外翻，同时增加了外侧部分66的长度并减小了内侧部分62的长度。这种外翻之后是头部构件10相对于外翻套管60的滑动移位，这导致头部构件10沿着沿装置1的长度延伸的伸长x轴进行运动。

调度构件50包括环形壳体54，环形壳体54具有用于密封地将封闭件52接收在其中的开口55。壳体54配置有周边缘56。如图1b和1c中所示，外侧部分66的套管端部67密封地固定到周边缘56。封闭件52具有设置在其中心处的管嘴53，以允许内侧部分62从中通过。壳体54还具有用于与泵90相接的入口57，以使它们之间流体连通。内侧部分62从外翻部分64朝向调度构件50延伸，并且从那里延伸到卷取卷轴70。外翻部分64配置有外部表面72(图1a中所示)和内部表面74(如图1c中所示)。外部表面72与头部构件10的内部部分12接合。头部构件10被构造成使得外翻部分64保持与其邻近，同时允许和便于其相对于内部部分12滑动。特别地，如图1c中所示，内部部分12构造成具有窄部分13，该窄部分13具有垂直于其沿x轴的长度截取的第一横截面直径d1。窄部分13是形成在头部构件10中的周向槽。内部部分12进一步构造成具有宽部分14，该宽部分14具有垂直于其沿着x轴的长度截取的第二横截面直径d2。d2大于d1。窄部分13通过接合外部表面72而保持外翻套管，并防止头部构件10相对于外翻部分64沿x轴移位，同时允许外翻套管60相对于内部部分12滑动地移动。

根据其它示例，头部构件可以配置成具有多于一个窄部分和/或具有多于一个宽部分。窄部分和宽部分可以相对于彼此以不同的组合定位。

除了头部构件10的结构之外，保持构件30也用于将头部构件10保持到外翻套管60。

保持构件30是具有环面形状的中空回弹性构件，其外表面模仿宽部分14的表面的形状。

头部构件10对外翻套管60的保持是通过将保持构件30从内部表面74侧定位在宽部分14处来执行的，从而使外翻部分64设置在保持构件30和头部构件10之间。在该位置，保持构件30向内部表面74施加向外按压的力，从而将外翻部分64保持靠近内部部分12，同时允许外翻部分64相对于内部部分12滑动地移动。

在图1c中最好地看出，在装置1内在内侧部分62和外侧部分66之间形成有不透流体的可密封空间80。空间80通过连接到入口57的软管92与泵90流体连通。空间80与装置1的外界密封，并且构造成用于接收来自泵90的空气的形式的推进加压流体。泵90可以手动或电动操作。

现在参考图2a和2b，以便解释将空气引入空间80中如何使外侧部分66的长度增加同时外侧部分66保持不动，从而通过使头部构件10随着相对于外翻套管60的滑动运动推进而使头部构件10沿x轴前进。

由于向空间80中引入了预定量的空气，在空间80内产生了相对于装置1的外界的压力梯度。由于外翻套管60在径向方向上的有限的回弹性，所以空间80内的空气的压力产生大致沿着x轴定向的力f(如图1c中所示)。力f直接地和通过保持构件30施加在外翻部分64上。力f的作用在x轴方向上对内侧部分62施加拉力，使内侧部分62的一段随着卷取卷轴70的相应的旋转而朝向头部构件10逐渐地前进。该段具有长度l(如图1c中所示)。由于施加在其上的拉力，内侧部分62的该段在头部构件10和保持构件30之间滑动，逐渐地将外翻部分64的一段推进到外侧部分66中。这导致外侧部分66的长度增加l/2的长度并使头部构件在x轴方向上前进到l/2的距离。换句话说，力f的作用引起外翻套管60外翻具有长度l的段，这导致头部构件10沿着l/2的距离前进(如图2a中所示)。因此，在将空气引入空间80期间，内侧部分62的前进速度是头部构件10的前进速度的两倍。

头部构件10由刚性材料制成，在空间80中的空气的压力下降时，例如当头部构件10沿着路径前进到特定位置，并且从装置1断开泵90时，该头部构件10仍保持其形状。头部构件10的这种保持其形状的能力允许其在空间80内存在压降时沿着路径在任何位置处执行其指定的功能(例如，测量、感测、光学检查等)。

头部构件10配置有具有圆形轮廓的前部分，并且配置有设置在其前边缘处的附接构件15。为了不同的需要，附接构件15可以用于将不同的构件安装到头部构件10。根据图1a-1d和2a-2b的示例，附接构件15可以可选地连接到操作单元100。操作单元100包括在其前端部的照相机105(如图1c和2b中所示)。根据图4和图5a-5b的示例，附接构件15可以用于将转向机构安装到其上。

内部部分62的内部界定细长内腔63(如图1c、1d和2b中所示)，以允许通过该内腔63而在调度构件周围的装置外部与头部构件10及其周围之间电气或机械连通。内腔63可以允许沿着路径通过其将不同物体(例如，内窥镜、测量仪器、传感器、工作工具)、缆线(例如，电缆、鲍登缆线、光纤)或细长元件引入到头部构件的位置。根据本示例，内腔63可以用于通过其将电缆传递到照相机105以与照相机105通信并向其提供电力供应。

现在参考图3，其中装置1被示出在弯曲路径200内。如上所述，外翻套管60由回弹性和/或柔性材料制成，其允许外翻套管60的外侧部分66与安装到其上的头部构件10一起沿着弯曲结构推进。例如，当头部构件10沿着路径200前进并且在转折点202处触到路径200的壁时，头部构件10的进一步前进将引起外侧部分66弯曲，从而遵循路径200的形状和结构。

上述涉及通过将外翻套管60从里向外翻来展开外翻套管60的外翻过程允许将头部构件10沿着路径200以最小的摩擦推进，这是因为外侧部分66在头部构件10推进的过程中不需要在路径200内滑动。因此，需要供给到空间80中以用于沿着路径200推进头部构件10的空气的压力的程度也是合理的。

应当指出的是，头部构件10也可以在路径200内例如在完成其预期操作之后向后前进。这可以通过减小空间80内的压力来实现，从而允许沿相反方向逐渐拉动内侧部分62，导致外侧部分62的长度减小和头部构件10的相应的向后移动。

虽然外翻套管60具有有限的长度，但是通过本领域技术中已知的技术(例如，热焊接)，其长度可以通过密封地连接到另外的外翻套管来手动或自动地增加。这可以允许使头部构件10沿着非常长的甚至比在将头部构件引入到路径中之前操作者所知道的更长的路径前进。

现在参考图4和5a-5b，其中装置1包括安装到头部构件10上的转向机构150。转向机构150配置成用于在头部构件10沿着路径推进物品时引导头部构件10。

转向机构150包括在其之间枢转地连接的第一主体构件152和第二主体构件154。第一主体构件152枢转地连接到附接构件15。第一主体构件152具有设置在其两侧的第一对轮153，并且第二主体构件154具有设置在其两侧的第二对轮155。轮153和155构造成在头部构件10沿着路径前进时自身旋转。

转向机构150还包括被配置为控制对轮的方向的控制机构(未示出)。特别地，控制机构被配置为改变第一主体构件152和第二主体构件154相对于x轴和相对于彼此的方向。控制机构配置有两条鲍登缆线162和164(图4中所示)，每条连接到其相应的主体构件152和154。鲍登缆线沿内侧部分62的整个长度在内腔63内延伸。控制机构还包括安装到鲍登缆线162和164的张紧机构，用于控制这些缆线的张力，并且从而改变第一主体构件152和第二主体构件154相对于x轴的方向。

在图5a-5b中示出了具有急直角转弯的路径300。如图5b中所示，为了允许头部构件10向左转而不被卡在路径的禁止处，第二主体构件154通过鲍登缆线164的相应张紧而旋转。该旋转允许头部构件10向左转，并且从而沿着路径300继续推进物品。

根据另一示例，当装置1的操作者不知道路径的结构时，转向机构可以结合安装到头部构件或转向机构的摄像机来使用。摄像机可以提供头部构件前面的区域的实时图像，并且转向机构可以由用户使用以将头部构件导向到优选的方向。