一种自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体及其应用方法与流程

本发明属于自然腔道手术领域，涉及自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体及其应用方法。

背景技术：

作为医疗领域的研究热点，自然腔道手术(naturalorificetransluminalendoscopicsurgery，notes)与传统手术模式相比，具有对内环境干扰较小，具有疼痛轻，住院时间短，皮肤无瘢痕等优点。所谓自然腔道手术，是指手术工具通过人体孔口，包括口腔、阴道、肛门等进入人体内部，并到达病灶处进行手术操作的手术模式。随着科学技术的发展，自然手术的难点正在逐步被克服，自然腔道手术正从实验走向临床，具有良好的发展前景。

目前的自然腔道手术，为适应人体结构，常采用细长柔性手术工具进行手术操作。手术工具需要具有通水通光，运送切下的组织等功能。进行手术操作时，手术工具通过人体腔道到达病灶处，通过丝驱动等控制工具前端进行手术操作，包括切割、缝合及打结等手术操作，手术结束后撤出细长工具。

此细长手术工具的实际应用中，存在两个局限：1)形状复杂的人体腔道需要工具有良好的柔顺性来避免组织损伤等，而降低工具刚度会造成器械操作精度的降低。2)手术工具功能多，结构尺寸很难降低，与人体腔道空间狭小形成矛盾，工具进入人体容易造成组织戳伤及人体不适。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明目的在于克服现有手术工具的不足，提出一种具有可变刚度的可展蛇形载体及其应用方法，既可以通过刚柔状态转化保证手术工具操作精度同时又能保护人体；又可以改变尺度解决工具与人体腔道尺度的矛盾。

(二)技术方案

本发明是通过以下技术方案实现上述目的：

一种自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体，包括编织管，所述编织管由多根编织线螺旋缠绕交叉而成；所述编织线为中空管状结构。

在本发明一些示例性实施例中，还包括热熔胶，所述热熔胶涂覆在编织线的交叉节点处；所述热熔胶的硬度随温度变化，所述编织管的刚度随热熔胶硬度的变化而变化。

在本发明一些示例性实施例中，所述编织线内部通有介质，所述介质在编织线内传输，利用热传导使热量在介质与所述热熔胶之间传递。

在本发明一些示例性实施例中，编织线包括多根顺序排列的左旋螺旋线及右旋螺旋线，左旋螺旋线与右旋螺旋线交叉缠绕形成编织管；左旋螺旋线与右旋螺旋线两端设置有端部接头，用于将左旋螺旋线与右旋螺旋线连接为通路。

在本发明一些示例性实施例中，在编织管的前端，左旋螺旋线的前端和右旋螺旋线的前端由端部接头连通；在编织管的后端，其中一个左旋螺旋线和一个右旋螺旋线的开口互不连通，作为编织线的输入口和输出口，用于向编织线内输入输出液体，其他左旋螺旋线的后端和右旋螺旋线的后端由端部接头连通。

在本发明一些示例性实施例中，所述热熔胶采用至少两种软化温度不同的热熔胶，分别涂覆于所述编织管的不同区域，用于实现局部区域变刚度；和/或所述热熔胶表面涂有乳胶，用于限制热熔胶的位置，防止热熔胶相互粘连。

在本发明一些示例性实施例中，还包括：驱动丝，用于对编织管施加轴向力，调节编织管的直径和弯曲程度；和/或弹性橡胶环，套设在编织管外周，用于对编织管施加径向力，使编织管由大直径恢复到小直径状态。

在本发明一些示例性实施例中，所述驱动丝前端与编织管前端连接，并沿轴向穿过交叉节点向后延伸，通过拉伸驱动丝后端，增大编织管的直径。

一种将上述的可展变刚度蛇形载体用于自然腔道手术的方法，包括以下步骤：s1：向编织线内通入热介质，编织管呈现柔态、小直径状态；s2：将编织管伸入自然腔道；s3：增大编织管直径，并向编织线内通入冷介质，编织管呈现刚态、大直径状态；s4：编织管内通入手术工具进行手术操作；s5：手术后向编织线内通入热介质，编织管恢复到柔态、小直径状态，将编织管撤出自然腔道。

在本发明一些示例性实施例中，步骤s3包括：s31：拉伸驱动丝使编织管直径增大；s32：保持拉力，向编织线内通入冷介质，热熔胶凝固后取消拉力，编织管呈现刚态、大直径状态；步骤s5包括：s51：手术后向编织线内通入热介质；s52：弹性橡胶环对编织管施加径向压力，编织管恢复到柔态、小直径状态；s53：将编织管撤出自然腔道。

(三)有益效果

1、本发明的蛇形载体呈现大直径后通过控制热量输入输出可实现刚柔两态转化，可保护人体腔道免受手术器械的戳伤、刮伤，并为手术器械提供支撑，提高稳定性，提升手术精度。

2、本发明的蛇形载体进入人体后通过驱动丝撑起，呈现大直径状态，撑开人体组织，提供更大的腔道通路。

3、本发明的蛇形载体可通过选用软化温度不同的热熔胶而实现变刚度位置可控，实现蛇形载体刚度分段可控，更满足手术操作实际需求。

4、本发明的蛇形载体具有良好的柔性，可实现大曲率弯折，适应复杂人体腔道环境能力更强。

5、本发明的蛇形载体在进入人体过程中呈现小直径、柔态，进入过程不会给人体造成明显不适感。

6、本发明在手术后通过控制热量输入输出，蛇形载体可呈现小直径、柔态，方便撤出。

附图说明

图1为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体编织管示意图；

图2为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体编织管侧视图；

图3为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体主体结构示意图；

图4为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体的热交换系统示意图；

图5为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体的驱动系统示意图；

图6为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体弯曲状态示意图；

图7为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体局部变刚度弯曲示意图；

图8为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体的锥形编织管示意图；

图9为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体的椭圆形编织管示意图。

图10为本发明实施例的将可展变刚度蛇形载体用于自然腔道手术的方法流程图；

图11为本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体在整机中使用示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体，主要由编织管及热熔胶构成，其变刚度功能依靠改变热熔胶状态实现，其变尺度依靠编织管自身特性，通过丝驱动实现。

本发明的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体，以编织管为基体，如图1所示，组成编织管的编织线为多根等量的左旋及右旋的螺旋线，多根左旋螺旋线顺序排列，多根右旋螺旋线顺序排列，左旋螺旋线与右旋螺旋线交叉缠绕形成编织结构。编织结构整体为管状结构，内部可通入手术工具，可以起到隔离工具保护组织的作用，手术操作时起到对工具支撑的作用。由于编织线具有一定强度，且交叉处没有其他约束，此编织管稳定，柔顺性好，可大曲率弯曲。编织管的编织线为中空细管，如图2所示。自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体，其主体结构如图3所示，其包括编织管3-1，热熔胶3-2，及端部接头3-3。左旋螺旋线与右旋螺旋线每一相交处形成一交叉点，共形成多个交叉点列，每个交叉点列的交叉点沿编织管轴向分布，其中，一部分交叉点列的交叉点涂覆热熔胶，另一部分交叉点列的交叉点摩擦接触，这两部分交叉点列相间分布。但本发明并不以此为限，也可以将全部交叉点列的交叉点涂覆热熔胶。

热熔胶3-2涂覆在编织管3-1的交叉点处，热熔胶3-2上涂有乳胶，用于限制热熔胶的位置，防止热熔胶相互粘连。编织管的两端由端部接头3-3连通，可采用柔性良好的硅胶管，使所有编织线(细管)构成一个通路，本实施例中编织线之间的连接方式为：在编织管的前端，相邻的左旋螺旋线的前端和右旋螺旋线的前端由端部接头3-3连通，在编织管的后端，需保留一个左旋螺旋线和一个右旋螺旋线开口互不连通，除此以外，其他相邻的左旋螺旋线的后端和右旋螺旋线的后端也由端部接头3-3连通，保留的两个开口作为输入口和输出口，用于向螺旋线输入输出液体。本实施例中，前端是指进行手术操作的一端。

本发明实施例的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体的刚度的变化通过控制热量的输入输出改变热熔胶状态来实现，控制原理如图4所示。液泵4-2连接热介质源4-3和冷介质源4-4，并通过连接管连接至编织线的入口，液泵4-2可将热介质源4-3或冷介质源4-4的热介质或冷介质注入到编织线的中空细管中，由于所有编织线构成一个通路，所以介质可以充满整个编织管。利用热传导，使热量在热熔胶和介质之间传递，改变热熔胶的状态进而改变其对编织丝(细管)约束的能力，最终实现整体结构变刚度的功能，介质传输完成后，通过编织线的出口将废介质回收至容器4-5。热熔胶的状态变化为：当通入热介质时，热熔胶变软呈现可塑黏稠状态，对编织线(细管)约束能力小，结构承受载荷能力差，结构呈现柔态；当通入冷介质时，热熔胶变硬呈现固态，对编织线(细管)约束能力强，结构承受载荷能力强，结构呈现刚态。

自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体的折展通过驱动丝控制，控制原理如图5所示。编织管可在外载荷下轻松的进行径向伸展，编织管初始状态为小直径状态，图5所示的驱动丝5-1沿交叉点列分布，其一端固定在编织管的端部接头，并依次交错穿过交叉点列的交叉点向后延伸。所述交错穿过是指在驱动丝与奇数交叉点的交叉处，驱动丝位于编织管外部，在驱动丝与偶数交叉点的交叉处，驱动丝位于编织管内部，或者相反的情况也可以。

编织管外壁还套有弹性橡胶环，同时拉伸两侧的驱动丝能够调节增大编织管的直径，取消丝拉力弹性橡胶环将编织管压成小直径状态。

本实施例中，驱动丝数量为3，且3根驱动丝以圆周阵列结构均匀布置，即在编织管周向间隔120°均匀布置，通过轴向拉伸3根驱动丝对编织管施加轴向力，结构变粗，呈现大直径状态；取消丝拉力，编织管依靠弹性橡胶环5-2的压力恢复到小直径状态。轴向拉伸一或两根驱动丝，编织管会发生弯曲。本发明并不以此为限，驱动丝数量可以多于3根。

自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体可实现分段变刚度以便进行弯曲控制。在编织管的不同区域采用软化温度不同的热熔胶，当通入的热水介于两种不同材料的软化温度之间时，可实现结构局部变刚度。在蛇形载体后端涂覆高软化温度材料，在前端涂覆低软化温度材料，当通入的水温度在两软化温度之间时，可实现后端刚度高，前端刚度低。整体刚度一致时，蛇形载体弯曲形式如图6所示；分段变刚度时，蛇形载体弯曲形式如图7所示，图中未弯曲部分为涂覆高软化温度材料段，弯曲部分为涂覆低软化温度材料。

可展可变刚度蛇形载体可根据特殊需求采用其他初始形状的编织管，如锥形，如图8所示。也可以截面形状为其他形状，如椭圆形，如图9所示。

编织管结构有多种编织方式，包括普通编织，钻石编织和三轴编织。

合理布置变刚度、变直径的顺序，可实现变刚度及变直径的耦合，将折展方法与变刚度方法进行综合。

本发明第二实施例提供一种将可展变刚度蛇形载体用于自然腔道手术的方法，用于上述的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体，如图10为本发明实施例的将可展变刚度蛇形载体用于自然腔道手术的方法流程图，如图10所示，包括以下步骤：

步骤s1：向编织线内通入热介质，编织管呈现柔态、小直径状态。

当编织线通入热介质，热熔胶为粘稠状，编织管的状态为柔态、小直径状态。

步骤s2：将编织管伸入自然腔道。

编织管在在进入人体过程中呈现小直径、柔态，进入过程不会给人体造成明显不适感。

步骤s3：增大编织管直径，并向编织线内通入冷介质，编织管呈现刚态、大直径状态。

步骤s3包括以下子步骤：

子步骤s31：拉伸驱动丝使编织管直径增大；

子步骤s32：保持拉力，向编织线内通入冷介质，热熔胶凝固后取消拉力，编织管呈现刚态、大直径状态。

步骤s4：编织管内通入手术工具进行手术操作。

图11为本发明实施例的自然腔道手术用折展变刚度蛇形载体在notes机器人整机中的使用示意图。11-1为手术工具，全部手术工具通过本发明的可展变刚度蛇形载体11-2进入人体内部进行手术操作。蛇形载体11-2在手术工具进入人体时可以起到隔离工具保护组织作用，手术操作时起到多工具支撑的作用。

步骤s5：手术后向编织线内通入热介质，编织管恢复到柔态、小直径状态，将编织管撤出自然腔道。

步骤s5包括以下子步骤：

子步骤s51：手术后向编织线内通入热介质；

子步骤s52：弹性橡胶环对编织管施加径向压力，编织管恢复到柔态、小直径状态；

子步骤s53：将编织管撤出自然腔道。

由上述实施例可以看出，本发明的自然腔道手术用可展变刚度蛇形载体，具有良好的柔性，可实现大曲率弯折，适应复杂人体腔道环境能力更强；在进入人体后通过驱动丝撑起，呈现大直径状态，撑开人体组织，提供更大的腔道通路；呈现大直径后通过控制热量输入输出可呈现刚态，可保护人体腔道免受手术器械的戳伤、刮伤，并为手术器械提供支撑，提高稳定性，提升手术精度；可通过选用软化温度不同的热熔胶而实现变刚度位置可控，实现蛇形载体刚度分段可控，更满足手术操作实际需求；在进入人体过程中呈现小直径、柔态，进入过程不会给人体造成明显不适感；手术后通过控制热量输入输出，蛇形载体可呈现小直径、柔态，方便撤出。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的只是本发明的实施方式之一，实际的结构也并不局限于此。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的控制以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。