一种用于自然腔道手术的刚度可控器械及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于自然腔道手术的刚度可控器械及其应用方法，该器械基于一个柔性硅胶骨架结构，采用低熔点合金相变技术，在刚态下具有很高的刚度，能够满足手术操作的需求，在柔态下具有足够的灵活性，能够顺利通过自然腔道进入人体，并且刚柔状态转换迅速，刚度可控器械在刚态下足够大的刚性，柔性手术工具的稳定性和手术操作的精度得到了保证。

A stiffness controllable instrument for natural orifice surgery and its application

The invention discloses a method for natural orifice surgery devices and application of controllable stiffness method, the device based on a flexible silica gel skeleton structure, the transformation technology of low melting point alloy, has high rigidity in the rigid state, can satisfy the operation demand, has enough flexibility in the soft state. Able to enter the body smoothly through the natural cavity, and rigid state transition in the state quickly, just large enough for a rigid stiffness controllable device, operation stability and flexible operation tools to guarantee the precision.

【技术实现步骤摘要】
一种用于自然腔道手术的刚度可控器械及其应用方法
本专利技术涉及一种用于微创手术的器械，特别涉及一种用于自然腔道手术的刚度可控器械及其应用方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，现代医学已经进入了微创外科时代。其中自然腔道手术(naturalorificetransluminalendoscopicsurgery，NOTES)作为现代手术模式的第一高度，具有疼痛轻、住院时间短、术后无瘢痕等优点，成为现代医学的研究热点。所谓自然腔道手术，是指手术工具通过人体的自然孔口(如食道、阴道、肚脐等)进入人体内部进行手术操作。由于人体自然腔道弯曲狭长，传统的刚性直杆类微创手术器械难以到达病灶区域，无法满足自然腔道手术的要求，因此在自然腔道手术过程中，医生往往需要借助柔软并且细长的手术工具来完成手术操作任务。通常来说，虽然柔性手术工具对人体自然腔道具有良好的顺应性，能够顺利到达病灶区域，但是一方面，柔性手术工具存在长距离传动精度与控制精度低的问题，另一方面，由于柔性手术工具的刚度不足，在进行某些手术操作(例如缝合、牵拉等)时，会存在手术工具变形的问题。这些问题严重影响了柔性手术器械的可用性，增大了手术的难度和风险，也严重制约了自然腔道手术的发展。针对此问题，科研人员开始构想用于自然腔道手术的具有刚度可控功能的柔性手术器械：手术工具以柔态进入人体，到达病灶区域；在进行手术操作之前，柔性手术工具通过某种方式改变自身刚度，提高刚性，然后开始手术操作。这种改变手术器械刚度的方法既保证了器械顺利到达病灶区域，又保证了手术工具在操作时的操作精度与稳定性。目前来说，最为广泛使用的实现变刚度功能的方法是张紧柔性器械内部的传动丝来增大相邻两个部件之间的摩擦力从而实现手术器械从柔态到刚态的转变，参见US20060058582A1。但是该方法存在器械刚度提升不足的问题，并且由于传动丝上较大的张力，存在断丝的可能性，因此该方法具有一定的安全风险。因此，专利技术一种安全并且变刚度效果明显的用于自然腔道手术的器械具有重要的意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种变刚度效果明显的用于自然腔道手术的刚度可控器械及其应用方法，用以解决上述问题。(二)技术方案一种用于自然腔道手术中的刚度可控器械，包括：柔性骨架结构，为具有中空通道的圆柱体结构，所述中空通道轴向贯穿圆柱体结构；柔性骨架结构两端的圆环端面上开有加热孔，所述加热孔沿轴向贯穿整个柔性骨架结构，所述加热孔穿设有加热丝；柔性骨架结构的外圆柱面上均匀开设有多个凹槽，所述凹槽与加热孔连通，所述凹槽内填充有低熔点合金，所述加热丝与低熔点合金接触。在本专利技术一些示例性实施例中，在所述凹槽底部开设有通向中空通道的通孔，所述通孔穿设有导热丝，导热丝从凹槽延伸至中空通道中，导热丝与低熔点合金接触。在本专利技术一些示例性实施例中，柔性骨架结构的圆环端面上还开有驱动丝孔，所述驱动丝孔沿轴向贯穿整个柔性骨架结构，所述驱动丝孔穿设有驱动丝，用于弯曲所述柔性骨架结构。在本专利技术一些示例性实施例中，所述柔性骨架结构外部包覆有外皮，用于密封低熔点合金，并起绝缘绝热的作用。在本专利技术一些示例性实施例中，所述柔性骨架结构的圆环端面上设置有端盖，所述端盖在对应驱动丝孔和加热丝孔的位置开设有小孔，用于密封低熔点合金并引导所述驱动丝和加热丝穿入柔性骨架结构。在本专利技术一些示例性实施例中，所述加热孔和驱动丝孔数量均为四，四个加热孔和四个驱动丝孔沿周向均匀交替分布。在本专利技术一些示例性实施例中，所述多个凹槽沿周向均匀分为四列，每列中的凹槽沿轴向均匀分布，每个凹槽与两个加热孔连通。在本专利技术一些示例性实施例中，凹槽为椭圆形槽，其沿周向的长度大于沿轴向的长度，从柔性骨架结构外圆柱面向轴线的宽度逐渐变窄。一种将上述的刚度可控器械用于自然腔道手术的方法，包括以下步骤：S1：利用加热丝加热柔性骨架结构凹槽内的低熔点合金，低熔点合金融化，所述刚度可控器械呈柔态；S2：将所述柔性骨架结构伸入自然腔道；S3：冷却凹槽内的低熔点合金，所述刚度可控器械转变成刚态；S4：手术工具通过中空通道到达指定位置进行手术操作；S5：手术完成之后，利用加热丝加热凹槽内的低熔点合金，所述刚度可控器械恢复成柔态，从自然腔道取出。在本专利技术一些示例性实施例中，步骤S3包括：S31：向中空通道中喷射低温冷冻喷剂；S32：导热丝将低温传导至低熔点合金，低熔点合金凝固，所述刚度可控器械转变成刚态。(三)有益效果与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.本专利技术的刚度可控器械在柔态下具有良好的柔顺性，可以实现大曲率弯曲，适应复杂人体腔道环境能力更强；2.本专利技术利用低熔点合金相变技术来改变器械的结构刚度，能够保证刚度可控器械具有较大的刚度变化范围，保证手术操作中器械的操作精度和稳定性；3.本专利技术采用高电热转换效率的碳纤维电加热丝以及降温迅速的低温冷冻喷剂，能够在很短的时间内实现器械的刚柔转换，具有很高的效率。4.本专利技术采用4根90度均匀分布的驱动丝来驱动器械弯曲，具有很高的灵活性。附图说明图1为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械整体结构示意图；图2为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械整体结构爆炸示意图；图3为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械柔性硅胶骨架结构正视图；图4为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械柔性硅胶骨架结构俯视图；图5为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械导热丝结构示意图；图6为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械端盖结构示意图；图7为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械加热装置工作配置示意图；图8为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械冷却装置工作配置示意图。图9为本专利技术实施例的将刚度可控器械用于自然腔道手术的方法流程图。【符号说明】1-柔性硅胶骨架结构；2-绝缘绝热外皮；3-端盖；4-导热丝；5-驱动丝；6-电加热丝；7-通孔；8-驱动丝孔；81-第一驱动丝孔；82-第二驱动丝孔；83-第三驱动丝孔；84-第四驱动丝孔；9-电加热丝孔；91-第一电加热丝孔；92-第二电加热丝孔；93-第三电加热丝孔；94-第四电加热丝孔；10-电源；11-低温冷冻喷剂；12-中空通道；131-第一凹槽；132-第二凹槽；133-第三凹槽；134-第四凹槽。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术第一实施例提供一种用于自然腔道手术中的刚度可控器械，主要由柔性硅胶骨架结构、低熔点合金和用于改变器械刚柔状态的状态转换装置构成，其中状态转换装置包括加热装置和冷却装置。图1为本专利技术的用于自然腔道手术中的刚度可控器械整体结构示意图，图2为本专利技术实施例的用于自然腔道手术的刚度可控器械整体结构爆炸示意图。如图1和图2所示，用于自然腔道手术中的刚度可控器械包括柔性硅胶骨架结构1，绝缘绝热外皮2，端盖3，低熔点合金，器械驱动结构以及用于改变器械刚柔状态的状态转换装置，状态转换装置包括加热装置和冷却装置。器械驱动结构包括四根驱动丝5，加热装置包括四根电加热丝6(即加热丝)，冷却装置包括多个导热丝4以及低温冷冻喷剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自然腔道手术中的刚度可控器械，包括：柔性骨架结构，为具有中空通道的圆柱体结构，所述中空通道轴向贯穿圆柱体结构；柔性骨架结构两端的圆环端面上开有加热孔，所述加热孔沿轴向贯穿整个柔性骨架结构，所述加热孔穿设有加热丝；柔性骨架结构的外圆柱面上均匀开设有多个凹槽，所述凹槽与加热孔连通，所述凹槽内填充有低熔点合金，所述加热丝与低熔点合金接触。

【技术特征摘要】
1.一种用于自然腔道手术中的刚度可控器械，包括：柔性骨架结构，为具有中空通道的圆柱体结构，所述中空通道轴向贯穿圆柱体结构；柔性骨架结构两端的圆环端面上开有加热孔，所述加热孔沿轴向贯穿整个柔性骨架结构，所述加热孔穿设有加热丝；柔性骨架结构的外圆柱面上均匀开设有多个凹槽，所述凹槽与加热孔连通，所述凹槽内填充有低熔点合金，所述加热丝与低熔点合金接触。2.根据权利要求1所述的刚度可控器械，其中，在所述凹槽底部开设有通向中空通道的通孔，所述通孔穿设有导热丝，导热丝从凹槽延伸至中空通道中，导热丝与低熔点合金接触。3.根据权利要求1或2所述的刚度可控器械，其中，柔性骨架结构的圆环端面上还开有驱动丝孔，所述驱动丝孔沿轴向贯穿整个柔性骨架结构，所述驱动丝孔穿设有驱动丝，用于弯曲所述柔性骨架结构。4.根据权利要求1所述的刚度可控器械，其中，所述柔性骨架结构外部包覆有外皮，用于密封低熔点合金，并起绝缘绝热的作用。5.根据权利要求3所述的用于自然腔道手术中的刚度可控器械，其中，所述柔性骨架结构的圆环端面上设置有端盖，所述端盖在对应驱动丝孔和加热丝孔的位置开设有小孔，用于密封低熔点合金并引导所述驱动丝和加热丝穿入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进华，刘开元，王树新，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12