用于导管和其他用途的铰接系统、设备和方法技术方案

铰接设备、系统、用于铰接的方法以及用于制造铰接结构的方法包括简单的囊阵列，其中囊的充胀与细长骨架支撑结构相互作用以便局部地改变所述骨架的铰接。所述囊可以安装到所述阵列的基底上，其中所述基底具有能够将充胀流体引导到所述囊的子集的通道。所述铰接阵列可以利用简单的平面3D印刷、挤出和/或激光微加工来形成。所述骨架可以包括简单的螺旋盘管或互锁螺旋通道，并且所述阵列可以用于在处理器的控制下使所述盘管的轴线局部地偏转或伸长。液态充胀流体可以从充胀流体罐被引导到所述囊，并且可以在所述通道或囊内汽化，所述充胀系统优选地包括由处理器控制的阀。所述铰接结构可以用于医疗导管系统、工业机器人、辅助成像系统以及娱乐产品和消费产品中。

Articulated systems, equipment and methods for catheters and other uses

Articulated devices, systems, methods for articulation, and methods for manufacturing articulated structures include simple capsule arrays, in which the expansion of the bladder is interacted with the slender skeleton supporting structure to partially change the articulation of the skeleton. The capsule can be mounted on the substrate of the array, in which the substrate has a channel that can guide a dilated fluid to a subset of the capsule. The articulated array can be formed by simple plane 3D printing, extrusion and / or laser micromachining. The skeleton can include simple spiral coil or interlocking spiral channel, and the array can be used for partial deflection or elongation of the axis of the coil under the control of the processor. The liquid filling fluid can be guided from the inflated liquid tank to the capsule, and can be vaporized in the passageway or capsule. The inflation system preferably includes a valve controlled by the processor. The articulated structure can be used in a medical catheter system, an industrial robot, an auxiliary imaging system, and a recreational product and a consumer product.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于导管和其他用途的铰接系统、设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求来自以下共同转让的美国临时专利申请的优先权权益：2015年3月27日提交的名称为“用于导管和其他用途的铰接系统(ArticulationSystemforCathetersandOtherUses)”的美国临时专利申请号62/139,430(代理人案号097805-000100US-0939456)；2015年6月12日提交的名称为“用于导管和其他用途的选择性固化(SelectiveStiffeningforCathetersandOtherUses)”的美国临时专利申请号62/175,095(代理人案号097805-000110US-0941721)；2015年10月30日提交的名称为“用于导管和其他用途的流体铰接(FluidArticulationforCathetersandOtherUses)”的美国临时专利申请号62/248,573(代理人案号097805-000120US-0962383)；2015年12月4日提交的名称为“用于导管和其他用途的输入和铰接系统(InputandArticulationSystemforCathetersandOtherUses)”的美国临时专利申请号62/263,231(代理人案号097805-000200US-0966468)；以及2016年2月17日提交的名称为“用于伸展-收缩导管和其他用途的使用囊膨胀的柔性本体的局部收缩(LocalContractionofFlexibleBodiesusingBalloonExpansionforExtension-ContractionCatheterArticulationandOtherUses)”的美国临时专利申请号62/296,409(代理人案号097805-000300US-0970626)；以上美国临时专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用整体结合在此。本申请的主题涉及以下共同转让的美国专利申请的主题：与本申请同时提交的名称为“用于导管铰接和其他用途的流体驱动系统(FluidDriveSystemforCatheterArticulationandOtherUses)”的美国专利申请号15/080,979(代理人案号097805-000140US-0970629)以及与本申请同时提交的名称为“导管和其他柔性结构的流体可膨胀本体铰接(Fluid-ExpandableBodyArticulationofCathetersandOtherFlexibleStructures)”的美国专利申请号15/080,949(代理人案号097805-000150US-0970627)；以上美国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用整体结合在此。
总体而言，本专利技术提供了用于选择性地使导管和其他细长柔性本体弯曲或以其他方式改变它们的弯曲特性、改变此类本体的长度等的结构、系统和方法。本专利技术的实施例可以用于可逆地、局部地和/或全局地改变用于医疗和其他应用的细长柔性本体的刚度(诸如以便使所述细长柔性本体加劲或降低其刚度)。本专利技术可以包括铰接结构、系统以及用于铰接的方法，或者与它们一起使用，并且用于控制和制造铰接结构。在示例性实施例中，本专利技术提供了具有流体驱动囊阵列的铰接医疗系统，所述流体驱动囊阵列可以帮助导管、导丝(guidewire)或其他细长柔性结构沿着身体管腔成形、导向(steer)和/或前进。还提供了用于促进进出(access)目标组织和/或使医疗诊断和治疗工具与目标组织的对准、铰接流体控制系统以及医学诊断和治疗相关方法的结构。替代实施例利用囊阵列，以便使柔性操纵器和/或末端执行器、工业机器人、内窥镜、假肢手指、机器人手臂、定位支撑件或腿部，消费产品等铰接(或改变它们的刚度)。
技术介绍
诊断和治疗疾病通常涉及进入人体的内部组织。一旦已经进入组织，医疗技术就提供广泛范围的诊断工具来评估组织并识别病变或疾病状态。类似地，已经开发了许多治疗工具，它们可以帮助外科医生与疾病状态所关联的组织相互作用、重建所述组织、向所述组织递送药物或移除所述组织，以便改善患者的健康和生活质量。不幸的是，进入适当的内部组织并且使工具与所述内部组织对准以便进行评估或治疗可能对医师来说是一个重大挑战，可能对患者造成严重的疼痛，并且可能(至少在短期内)严重损害患者的健康。开放性手术通常是进入内部组织的最简单的方法。开放性手术可以通过以下方式来提供这种进入：切割上覆组织并使其移位，以便允许外科医生手动地与身体的目标内部组织结构相互作用。这种标准方法通常利用简单的手持工具，诸如解剖刀、夹具、缝合线等。对于许多情况，开放性手术仍然是优选的方法。尽管开放性手术技术已经非常成功，但是它们可能对附属组织造成显著的创伤，并且这种创伤大部分与进入待治疗的组织相关联。为了帮助避免与开放性手术相关联的创伤，已经开发了许多微创手术进入和治疗技术。许多微创技术涉及通常通过大腿、颈部或手臂的皮肤进入脉管系统。然后，一个或多个细长柔性导管结构可以沿着贯穿身体及其器官延伸的血管腔网络前进。虽然一般限制对患者的创伤，但是基于导管的腔内治疗通常依赖于许多专门的导管操纵技术以便安全且准确地进入目标区域，以便将特定的基于导管的工具定位成与特定的目标组织对准，和/或以便激活或使用所述工具。实际上，在概念上相对简单的一些腔内技术在实践中可能是非常具挑战性的(或甚至是不可能的)(取决于特定患者的解剖结构和特定医师的技能)。更具体地，可以将柔性导丝和/或导管前进穿过弯曲分支的身体管腔网络比作推动绳索。当柔性细长本体围绕第一曲线然后围绕另一曲线并且穿过一系列分支交叉点前进时，导管/组织力、弹性能量储存(通过组织和细长本体)以及运动相互作用可能变得更复杂且不可预测，并且对导管的远端的旋转和轴向位置的控制可能变得更具挑战性且不太精确。因此，将这些细长柔性设备与期望的管腔路径和目标组织准确地对准可能是一个重大挑战。可以采用多种机构来在一个或多个侧向方向上导向导丝或导管的尖端或可变地改变其偏转，以便促进腔内技术和其他微创技术。牵引线可能是最常见的导管尖端偏转结构，并且通过例如可控地减小在沿着导管或线的端部附近的螺旋盘管、编织物或切割海波管的一侧的环之间的间距，可以很好地用于许多导管系统。通常期望在相反的方向上(一般通过包括相反的牵引线)并且在许多情况下沿着两个正交的侧向轴线(使得一些设备中包括三根或四条牵引线)来提供正偏转。在单个设备中期望另外的导向能力的情况下，还可以包括更多的牵引线。已经提出并构建了具有数十根牵引线的复杂且专门的导管系统，并且在一些情况下，每个牵引线由附接到近端的专用电机铰接。还提出了替代的铰接系统，包括电致动形状记忆合金结构、压电致动、相变致动等。随着可导向系统的能力的提高，应当继续扩大可以使用这些技术的治疗范围。不幸的是，由于用于导管的铰接系统变得更复杂，维持对这些柔性本体的准确控制可能变得越来越具挑战性。例如，穿过弯曲的柔性导管的牵引线通常围绕导管内的表面上的弯曲部滑动，其中滑动相互作用不仅围绕用户有意命令的弯曲部延伸，而且还围绕由导管周围的组织施加的弯曲部延伸。牵引线系统的滞后和摩擦力可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可铰接系统，包括：细长柔性本体，所述柔性本体具有近端和远端，其中在所述近端与所述远端之间具有轴线；多个囊，沿着所述柔性本体布置，其中，所述囊从第一构型充胀到第二构型改变了所述细长本体的弯曲特性；流体源，所述流体源可与所述柔性本体耦合，以便将液体从所述源朝向所述柔性本体传输，其中，所传输的液体汽化成充胀气体，以使得处于所述第二构型的所述囊被所述充胀气体充胀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.27 US 62/139,430;2015.06.12 US 62/175,095;1.一种可铰接系统，包括：细长柔性本体，所述柔性本体具有近端和远端，其中在所述近端与所述远端之间具有轴线；多个囊，沿着所述柔性本体布置，其中，所述囊从第一构型充胀到第二构型改变了所述细长本体的弯曲特性；流体源，所述流体源可与所述柔性本体耦合，以便将液体从所述源朝向所述柔性本体传输，其中，所传输的液体汽化成充胀气体，以使得处于所述第二构型的所述囊被所述充胀气体充胀。2.如权利要求1所述的可铰接系统，其中，所述细长本体包括导管本体。3.如权利要求2所述的可铰接系统，其中，所述导管本体包括骨架，所述骨架具有接口区域对，在所述接口区域对之间具有偏移，所述囊布置在所述对的所述接口区域之间。4.如权利要求3所述的可铰接系统，其中，所述骨架包括螺旋构件，所述囊由所述构件支撑，并且所述接口对之间的所述偏移主要轴向地延伸并且与螺旋构件的节距相关地沿周向成角度。5.如权利要求2所述的可铰接系统，其中，护套被密封在所述囊周围以形成真空腔室，所述真空腔室可操作地耦合到所述流体源以便响应于所述腔室内真空的劣化而抑制所述液体的传输。6.如权利要求1所述的可铰接系统，其中，所述多个囊包括囊阵列并且安装到基底上，所述基底具有在所述流体源与所述囊之间提供流体连通的多个通道。7.如权利要求1所述的可铰接系统，其中，所述流体源包括罐。8.如权利要求7所述的可铰接系统，其中，所述罐包括具有易碎密封件的一次性罐。9.如权利要求7所述的可铰接系统，其中，所述罐包含小于10盎司的所述液体，所述液体包含N2O。10.如权利要求6所述的可铰接系统，布置在所述罐中的所述液体处于罐压力下，所述罐压力高于完全充胀囊压力，其中，当在体温下时，所述液体在小于所述罐压力并且大于所述完全充胀囊压力的汽化压力下汽化成所述气体。11.如权利要求1所述的可铰接系统，其中，所述流体供应具有超过40atm的压力，其中，第一阀布置在所述流体源与第一囊之间，其中，第二阀布置在所述流体源与第二囊之间，其中，所述第一阀和所述第二阀被配置用于独立地传输最小增量为50nl或更小的所述液体。12.如权利要求1所述的可铰接系统，其中，第三阀布置在第一囊与周围大气之间，其中，第四阀布置在第二囊与所述周围大气之间，并且其中，所述第三阀和所述第四阀被配置用于独立地传输至少0.1scc/s的所述气体。13.如权利要求1所述的可铰接系统，其中，由压力控制的充压室布置在所述流体源与第一囊和第二囊之间，并且其中，所述液体在经过分别位于所述充压室与所述第一囊和所述第二囊之间的第一阀和第二阀之前汽化成所述气体。14.一种铰接方法，包括：从流体源并且沿着细长柔性本体传输液体，所述液体汽化成充胀气体；使用所述充胀气体来使沿着所述柔性本体布置的多个囊充胀，以使得所述囊改变所述柔性本体的弯曲特性。15.一种可铰接结构，包括：细长柔性本体，所述柔性本体具有近端和远端，其中在所述近端与所述远端之间具有轴线；多个囊，沿着所述本体布置，所述囊可从第一构型充胀到第二构型，以使得所述囊改变所述本体的弯曲状态；以及柔性护套，布置在所述囊周围，所述护套被密封以形成压力腔室，其中所述囊布置在所述压力腔室中。16.如权利要求15所述的可铰接结构，其中，所述细长本体包括导管本体，所述远端被配置用于插入患者体内，并且其中，所述腔室随着所述导管本体侧向地挠曲。17.如权利要求15所述的可铰接结构，进一步包括与所述腔室处于流体连通的压力感测管腔，所述压力感测管腔朝向所述近端延伸。18.如权利要求17所述的可铰接结构，其中，所述囊安装在基底上，并且其中，所述基底具有用于使所述囊充胀的多个管腔，所述压力感测管腔布置在所述基底中。19.如权利要求15所述的可铰接结构，其中，所述基底包括多管腔轴，所述囊具有围绕所述轴延伸的囊壁。20.如权利要求15所述的可铰接结构，进一步包括与所述腔室处于流体连通的真空源，以减小所述腔室的压力，所述腔室包括真空腔室。21.如权利要求20所述的铰接结构，进一步包括流体控制系统，所述流体控制系统具有与所述腔室耦合的传感器以及布置在充胀流体源与所述囊之间的截止阀，其中，所述截止阀响应于来自所述传感器的与所述充胀流体的泄漏相关联的信号而抑制去往所述囊的充胀流体流动。22.如权利要求15所述的铰接结构，其中，所述充胀流体当被布置在所述囊中供使用时包括气体。23.一种方法，包括：将沿着细长柔性本体布置的多个囊从第一构型充胀到第二构型，以使得所述囊改变所述本体的弯曲状态；以及使围绕所述囊布置的护套随着所述本体的侧向挠曲而挠曲，所述护套被密封以形成压力腔室，其中所述囊布置在所述压力腔室中。24.一种结构，包括：细长柔性骨架，所述柔性骨架具有近端和远端，其中在所述近端与所述远端之间具有轴线，所述骨架具有沿着所述轴线分布的多个接口区域对，所述接口区域对限定随着所述骨架的挠曲而变化的偏移；囊阵列，所述囊阵列与所述骨架的所述偏移可操作地耦合，以使得所述囊中的至少一些的充胀改变所述骨架的侧向弯曲刚度。25.如权利要求24所述的结构，其中，所述骨架具有第一轴向区段和第二轴向区段，并且其中，所述偏移对沿着所述第一轴向区段和所述第二轴向区段轴向地分布，并且其中，选择性地改变所述囊中沿着所述第一区段布置的第一子集的充胀能够抑制所述偏移沿着所述第一区段的变化，以便选择性地增加所述第一区段的侧向弯曲刚度。26.如权利要求24所述的结构，其中，所述骨架具有第一侧向弯曲取向和第二侧向弯曲取向，并且其中，所述偏移对沿着所述第一侧向弯曲取向和所述第二侧向弯曲取向周向分布，并且其中，减少所述囊中沿着所述第一侧向弯曲取向布置的第一子集的充胀能够促进所述偏移沿着所述第一侧向弯曲取向的变化，以便选择性地降低在所述第一侧向弯曲取向上的侧向弯曲刚度。27.如权利要求26所述的结构，其中，所述骨架具有第一轴向区段和第二轴向区段，并且其中，所述偏移对沿着所述第一轴向区段和所述第二轴向区段轴向地分布，并且其中，选择性地改变所述囊中沿着所述第一区段布置的第三子集的充胀能够抑制所述偏移沿着所述第一区段的变化，以便选择性地增加所述第一区段的侧向弯曲刚度。28.如权利要求27所述的结构，其中，减小第一囊子集的充胀压力增加了所述骨架的侧向弯曲刚度，所述骨架被偏置成笔直构型，并且所述第一囊子集沿着所述第一区段布置在所述对的所述接口区域之间。29.如权利要求28所述的结构，其中，所述骨架包括具有多个环的螺旋盘管，所述接口区域对包括相邻环的对置表面，所述第一囊子集包括布置在所述对置表面之间的囊壁，所述环被偏置用于对所述囊进行压缩和泄放，当所述囊完全泄放时，通过固体材料在环之间传输轴向力，从而提供第一侧向刚度，当所述囊被部分充胀时，通过所述囊内的流体压力传输轴向力，从而提供比所述第一侧向刚度低的第二侧向刚度。30.如权利要求24所述的结构，其中，增加第一囊子集的充胀压力增加了所述骨架的侧向弯曲刚度。31.如权利要求30所述的结构，其中，所述对的所述接口区域是径向取向的，其中，所述第一囊子集跨越所述接口表面对，并且当所述第一囊子集从第一构型充胀到第二构型时径向地接合所述接口表面，充胀囊的所述流体压力驱使所述充胀囊抵靠所述接口区域，从而抑制相关联偏移的变化。32.如权利要求30所述的结构，其中，所述第一囊子集包括布置在所述骨架的通道中的一对相对的囊，其中所述骨架的凸缘位于所述囊之间，所述偏移包括在所述凸缘与所述通道的对置表面之间的间隔，增加所述对置囊的充胀压力增加了所述通道内的所述凸缘的刚度。33.如权利要求32所述的结构，其中，所述凸缘和所述通道包括由多个相对的囊对接合的螺旋结构，并且其中，所述偏移主要轴向地延伸并且周向成角度。34.一种方法，包括：使包括在囊阵列中的至少一些囊充胀，所述阵列由细长柔性骨架支撑，所述骨架具有沿着所述骨架的轴线分布的多个接口区域对，所述接口区域对限定随着所述骨架的挠曲而变化的偏移，所述至少一些囊与所述骨架的所述偏移可操作地耦合，以使得所述囊的所述充胀改变所述骨架的侧向弯曲刚度。35.一种导管，包括：螺旋骨架结构，所述螺旋骨架结构具有近端、远端、以及位于所述近端与所述远端之间的轴线，所述远端被配置用于插入患者体内；囊阵列，所述囊阵列由所述螺旋骨架支撑，所述阵列包括围绕所述骨架轴向地和周向地分布的囊；以及流体供应系统，所述流体供应系统与所述囊处于流体连通并且被配置用于选择性地使所述囊的多个子集中的任一个子集充胀，以便选择性地改变所述螺旋骨架的形状和/或刚度。36.如权利要求35所述的导管，进一步包括布置在所述近端与所述囊之间的被动柔性近侧导管本体部分，其中，所述流体供应系统包括沿着所述近侧本体部分延伸的通道。37.一种方法，包括选择性地使第一囊子集充胀，所述囊包括在由螺旋骨架支撑的囊阵列中，所述阵列围绕所述骨架轴向地和周向地分布，所述第一子集的所述充胀引起所述螺旋骨架的形状和/或刚度的第一变化；选择性地使所述囊的第二子集充胀，所述第二子集的所述充胀引起所述螺旋骨架的形状和/或刚度的第二变化，形状和/或刚度的所述第二变化从所述第一变化轴向地和/或周向地偏移。38.一种用于与可铰接导管一起使用的流体供应系统，所述导管具有骨架结构以及由所述骨架支撑的囊阵列，所述流体供应系统包括：流体源，所述流体源被配置用于在源压力下提供充胀流体；通道系统，所述通道系统与所述流体源处于流体连通，所述通道系统具有用于朝向所述阵列的所述囊传输所述流体的多个通道；沿着所述通道布置的多个阀；以及处理器，所述处理器与所述阀耦合，所述处理器被配置用于致动所述阀，以便选择性地使所述囊的子集充胀从而控制所述导管的形状和/或刚度。39.如权利要求38所述的系统，进一步包括多个压力传感器，所述多个压力传感器将所述通道与所述处理器耦合，所述处理器被配置用于致动所述阀，以便控制囊的所述子集内的压力。40.一种设备，包括：骨架，所述骨架具有近端和远端，其中轴线在所述近端与所述远端之间延伸，所述骨架具有轴向管腔和多个接口区域对，在所述接口区域对之间具有偏移，所述偏移随着所述骨架的挠曲而变化；多管腔轴本体，所述多管腔轴本体布置在所述框架的所述管腔中，所述轴具有沿着所述轴线延伸的多个管腔；以及囊阵列，所述囊阵列与所述多管腔轴本体的所述管腔处于流体连通，所述阵列的所述囊相对于所述多管腔轴是偏心的并且布置在所述骨架的所述偏移中。41.一种铰接系统，包括：细长螺旋盘管，所述细长螺旋盘管具有近端和远端并且在所述近端与所述远端之间限定轴线，所述螺旋盘管具有轴向的一系列环；致动囊阵列，每个囊布置在第一相关联环和与...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·巴利什，K·P·拉比，H·保让，
申请(专利权)人：项目莫里股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US