本公开涉及自然腔道手术器械技术领域，尤其涉及一种基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构及使用方法。
背景技术：
经自然腔道微创手术(naturalorificetransluminalendoscopicsurgery，notes)是继多孔微创手术以及单孔微创手术之后新的外科手术领域研究热点，此类手术中，手术器械经口、结直肠、膀胱等人体的自然腔道进入腹腔治疗疾病，是一种体表无切口的无瘢痕手术。经自然腔道微创手术在解决病人疾患的过程中，不在人体表面留有切口，减轻了手术创伤和术后疼痛，增加了美容效果，实现更好的生理微创和心理微创效果。
目前使用的手术器械多采用主从式操作器械，只将微型手术工具送至手术部位，医生在远端通过控制机构进行操作，中间通过管道将控制机构与执行机构进行连接，为了适应人体曲折的腔道结构，中间连接的管道需要做成柔性杆。管道末端固连手术工具，通过人体腔道将其送至手术部位，辅助手术工具进行切割，缝合，打结，冲洗等手术操作，然后在手术完毕之后再沿着自然腔道撤出手术工具。
然而，在实现本公开的过程中，本公开发明人发现，在通过人体自然腔道接近手术部位的过程中，目前手术器械管道的柔顺性不够，会对自然腔道造成损伤，并且在手术之前手术工具位姿调整的过程中也因为没有足够的柔顺性导致到达某些位姿存在较大的难度；同时手术操作时候需要一个稳定的操作环境，需要手术器械管道给其提供稳定可靠的支撑，而目前的手术器械管道的刚度不足以保证手术的稳定性和准确性。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本公开提供一种基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构及使用方法，以缓解现有技术中的人体自然腔道手术器械管道的柔顺性不够，容易对自然腔道造成损伤，并且刚度不足以保证手术的稳定性和准确性的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供一种基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构，包括：变刚度海绵管道，与手术器械连接，用于在自然腔道内支撑手术器械；疏水透气膜，贴设在所述变刚度海绵管道的外壁上，用于隔离所述变刚度海绵管道与人体自然腔道体液；以及气体传输装置，与所述变刚度海绵管道通过气体传输管路连接，用于向所述变刚度海绵管道的变刚度海绵内注入压缩空气或水蒸气；其中，所述变刚度海绵管道的刚度随水蒸气含量的增加而降低。
在本公开的一些实施例中，所述变刚度海绵管道内部设置有弹簧骨架，用于支撑所述变刚度海绵管道；所述弹簧骨架包含不锈钢，且所述弹簧骨架表面涂覆有绝缘涂层。
在本公开的一些实施例中，所述变刚度海绵管道的内壁上设置有所述疏水透气膜。
在本公开的一些实施例中，所述气体传输管路设置在所述疏水透气膜和所述变刚度海绵管道之间。
在本公开的一些实施例中，所述变刚度海绵管道上的局部位置贴设有非透气薄膜，所述非透气薄膜用于隔绝水蒸气与变刚度海绵接触。
在本公开的一些实施例中，所述变刚度海绵管道的横截面为椭圆环或n边形环，n≥3。
在本公开的一些实施例中，所述变刚度海绵为聚乙烯醇缩甲醛。
根据本公开的另一个方面，还提供一种基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构的使用方法，包括：步骤a：将本公开提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构与自然腔道手术器械进行装配；步骤b：通过所述气体传输管路向所述变刚度海绵管道中注入水蒸气使其变为柔态，并将自然腔道手术器械插入自然腔道；步骤c：调整自然腔道手术器械的位姿，通过所述气体传输管路向所述变刚度海绵管道中通入压缩空气使其变为刚态，进行手术操作；步骤d：手术操作完毕后，通过所述气体传输管路向所述变刚度海绵管道中通入水蒸气使其变为柔态，并通过自然腔道将手术器械移出人体。
在本公开的一些实施例中，该使用方法还包括：步骤e：在所述变刚度海绵管道中需持续保持刚态的部分贴上非透气薄膜。
在本公开的一些实施例中，其中：所述变刚度海绵管道的轴向拉伸弹性模量介于0.09至10mpa之间时，所述变刚度海绵管道为柔态；所述变刚度海绵管道的轴向拉伸弹性模量介于10至31mpa之间时，所述变刚度海绵管道为刚态。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构及使用方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)变刚度海绵管道具有良好的刚柔变换特性，在与变刚度手术器械进行装配时候可以变为柔态方便装配，在和手术管器械道一起通入自然腔道时可保护人体组织不被自然腔道手术器械管道划伤，在进行手术位姿调整时可以不增加额外阻力，降低位姿调整的难度，在进行手术操作时变为刚态可以提供稳定的操作平台，保证手术操作稳定，精准；
(2)通过设置弹簧骨架能够使变刚度海绵管道在大曲率变形或者受到径向挤压的情况下不容易垮塌导致中空结构被堵塞；
(3)通过在变刚度海绵管道上设置局部的气体传输管路或贴设非透气薄膜来达到局部变刚度的效果，实现手术器械刚度分段控制，差异化控制，满足手术的多样化需求；
(4)变刚度海绵以及疏水透气膜所用材料为无毒且具有良好组织相容性的材料，适合用于和人体组织有接触的手术器械上；
(5)通过水蒸气和压缩空气实现变刚度海绵管道的刚柔转换，响应快速，转换效率高，可有效缩短手术耗时。
附图说明
图1为本公开基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构的结构示意图。
图2为图1所示支撑结构中变刚度海绵管道与气体输送管路的连接示意图。
图3为图2所示支撑结构中a-a方向剖视图。
图4为图1所示支撑结构中变刚度海绵管道的整体弯曲示意图。
图5为图1所示支撑结构中变刚度海绵管道的局部弯曲示意图。
图6为图1所示支撑结构与自然腔道手术器械连接示意图。
图7为本公开提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构的使用方法流程图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构；
10-变刚度海绵管道；
20-疏水透气膜；
30-气体传输装置；
31-水蒸气发生器；
32-气泵；
40-气体传输管路；
50-弹簧骨架；
60-非透气薄膜；
2-自然腔道手术器械。
具体实施方式
本公开实施例提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构及使用方法中，采用变刚度海绵作为支撑结构的基体，通过调节变刚度海绵的刚度既能降低手术器械划伤人体自然腔道的风险，又能保证手术过程中手术器械的稳定性。
为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。
图1为本公开基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构的结构示意图。图2为图1所示支撑结构中变刚度海绵管道与气体输送管路的连接示意图。图3为图2所示支撑结构中a-a方向剖视图。
根据本公开的一个方面，提供一种基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构，如图1至图3所示，包括：变刚度海绵管道10，与手术器械连接，用于在自然腔道内支撑手术器械；疏水透气膜20，贴设在变刚度海绵管道10的外壁上，用于隔离变刚度海绵管道10与人体自然腔道体液；以及气体传输装置，与变刚度海绵管道10通过气体传输管路40连接，用于向变刚度海绵管道10的变刚度海绵内注入压缩空气或水蒸气；其中，变刚度海绵管道10的刚度随水蒸气含量的增加而降低。利用变刚度海绵的溶胀原理来控制变刚度海绵管道10的刚度大小，在通入水蒸气时，变刚度海绵发生溶胀，分子间作用力下降，变刚度海绵的刚度变小，进而整个变刚度海绵管道10的刚度变小；在通入高压空气时，可以将变刚度海绵内的水蒸气吹出，使海绵发生反溶胀，分子间隙变小，从而使整个变刚度海绵管道10的刚度变大。变刚度海绵管道10具有良好的刚柔变换特性，在与变刚度手术器械进行装配时候可以变为柔态方便装配，在和手术管器械道一起通入自然腔道时可保护人体组织不被自然腔道手术器械管道划伤，在进行手术位姿调整时可以不增加额外阻力，降低位姿调整的难度，在进行手术操作时变为刚态可以提供稳定的操作平台，保证手术操作稳定，精准。
在本公开的一些实施例中，如图2至图3所示，变刚度海绵管道10内部设置有弹簧骨架50，用于支撑变刚度海绵管道10；弹簧骨架50包含不锈钢，且弹簧骨架50表面涂覆有绝缘涂层。通过设置弹簧骨架50能够使变刚度海绵管道10在大曲率变形或者受到径向挤压的情况下不容易垮塌导致中空结构被堵塞。
在本公开的一些实施例中，变刚度海绵管道10的内壁上也设置有疏水透气膜。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，气体传输管路40设置在疏水透气膜20和变刚度海绵管道10之间。
图4为图1所示支撑结构中变刚度海绵管道的整体弯曲示意图。图5为图1所示支撑结构中变刚度海绵管道的局部弯曲示意图。
在本公开的一些实施例中，如图4至图5所示，变刚度海绵管道10上的局部位置贴设有非透气薄膜60，非透气薄膜60用于隔绝水蒸气与变刚度海绵接触，从而实现变刚度海绵管道10局部弯曲；此外，还能够通过在变刚度海绵管道10上设置局部的气体传输管路40(改变气体传输管路40与变刚度海绵管道10的接入点)来实现变刚度海绵管道10局部弯曲。通过在变刚度海绵管道10上设置局部的气体传输管路或贴设非透气薄膜60来达到局部变刚度的效果，实现手术器械刚度分段控制，差异化控制，满足手术的多样化需求。
在本公开的一些实施例中，变刚度海绵管道10的横截面为椭圆环或n边形环，n≥3。
在本公开的一些实施例中，变刚度海绵为聚乙烯醇缩甲醛，变刚度海绵以及疏水透气膜所用材料为无毒且具有良好组织相容性的材料，适合用于和人体组织有接触的手术器械上。
图6为图1所示支撑结构与自然腔道手术器械连接示意图。图7为本公开提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构的使用方法流程图。
根据本公开的另一个方面，还提供一种基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构的使用方法，如图6至图7所示，包括：步骤a：将本公开实施例提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构1与自然腔道手术器械2进行装配；步骤b：通过气体传输管路40向变刚度海绵管道10中注入水蒸气使其变为柔态，并将自然腔道手术器械2插入自然腔道；步骤c：调整自然腔道手术器械2的位姿，通过气体传输管路40向变刚度海绵管道10中通入压缩空气使其变为刚态，进行手术操作；步骤d：手术操作完毕后，通过气体传输管路40向变刚度海绵管道10中通入水蒸气使其变为柔态，并通过自然腔道将手术器械移出人体，通过水蒸气和压缩空气实现变刚度海绵管道10的刚柔转换，响应快速，转换效率高，可有效缩短手术耗时。
在本公开的一些实施例中，该使用方法还包括：步骤e：在变刚度海绵管道10中需持续保持刚态的部分贴上非透气薄膜60，从而实现手术器械刚度分段控制，差异化控制，满足手术的多样化需求。
在本公开的一些实施例中，其中：变刚度海绵管道10的轴向拉伸弹性模量介于0.09至10mpa之间时，变刚度海绵管道10为柔态；变刚度海绵管道10的轴向拉伸弹性模量介于10至31mpa之间时，变刚度海绵管道10为刚态。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构及使用方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供的基于海绵的变刚度自然腔道手术器械支撑结构及使用方法利用变刚度海绵与水蒸气结合导致刚度变化的特性，实现对变刚度海绵管道的刚度控制，从而确保手术精准稳定地进行。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。