[发明专利]可操纵探头

说明书

技术领域

本发明涉及可操纵的探头。其应用在医学领域，例如应用于脑或肝的外科手术，但是不寻常地，还可以应用于其它领域，例如采矿或者勘探。

背景技术

伴随着朝着局部治疗的趋势，目前医学介入的趋势倾向于较少创伤方法。微创（MI）进入装置的外科手术探头可以被广义地划分为两个大类：腔内探头和经皮探头。腔内探头（例如内窥镜和血管内导管）利用身体内天生的孔和易进入的血管来将工具（例如光纤、组织采样器等）导向目标。它们的使用在一些关键的专业中被证明是非常成功的，比如在胃肠的外科手术中，但是腔内进入装置的应用领域的范围是有限的。相反地，经皮（也就是说经过皮肤）器械可以广泛地应用于“侵入性介入”的整个范围，因为就选定的软组织目标的进入点和进入路径而言，它们的用途很广。目前包含针头或导管的经皮插入的操作，范围从血液/流体取样、组织活检、导管插入、部分切除和近程放射治疗到脑深部刺激和诊断影像，同时新的方法以前所未有的增加的速度出现在文献中。

目前的经皮器械可以被分为两个大类：粗的非柔性探头（例如，活检探头和腹腔镜）以及细的柔性探头（例如近程放射治疗针头）。粗的非柔性探头的优点在于，它们可以在可视系统（例如超声波）的帮助下指向目标并且不会在负荷下变形。然而，它们的操作引起组织上显著的压力，这限制了外科医生的自由度。相反地，细的柔性探头倾向于较少地伤害周围组织，但是会抵抗组织的阻力而弯曲和变形，从而导致放置精确度问题，放置精确度与目标的深度成反比。此外，两类探头都受困于同样的表层下技术性和功能性的限制：它们不能被沿着曲线轨道导向。这是经皮探头的主要缺陷，这将它们的应用局限在了可实行直线方法的外科手术操作中。

之前跟随三条主要的研究路线来解决针头操纵问题。最近的研究表明，当具有斜面顶端的柔性针头被推动穿过软组织时，顶端自身的对称性使得针头沿着具有单一半径的弧形轨道弯曲。在插入过程中改变斜面顶端的轨道的控制策略已经得到论证；轨道曲率的比例控制可以通过针头自身负载循环的旋转来实现，其中针头的趋近角度可以通过沿着纵向轴的循环旋转来控制。然而，针头操作的倾斜顶端方法最主要的缺点涉及针头的横截面直径的局限性，这是操作机构本身固有的。既然轨道控制通过负载循环来实现，制成针头的材料应当足够硬以能够沿着针头的整个长度传递转矩（这解释了镍钛合金绞线的选择），同时直径应当足够小使得针头是柔性的并且因此能够弯曲（一般0.28mm）。假设有对于坚硬结构和很柔韧的针头的相反要求时，这种对于最大外径的限制就不能被超过。

在针头操作的可选方法中，标准针头通过在其底部施加力矩被沿着软组织（例如火鸡胸肌肉）内部的弯曲轨道操作。使用简化的弹簧-阻尼方法通过模型化组织和针头的相互作用和变形将插入轨道设计好。然而，由于目标执行依赖于组织的硬度和阻力，可应用的柔软材料的范围，即可以使用这种控制策略的场合是有限的。这种方法在软组织和易损组织，例如大脑，的应用将会导致严重的组织损伤。

针头操作的第三种也是最后一种方法是以结合预弯曲同心管为基础的，同心管可以相对彼此旋转和延伸以控制顶端位置和方位。虽然这种方法提出了相对简单的控制问题，因为管段和它们的相互作用可以使用简单的束理论来模型化，但是任何一个针头实施例能够实现的可用的轨道范围是非常有限的。由于每个预弯曲管具有“固定的”几何形状和曲率半径，因此不可能设计出具有控制的可变曲率的轨道。此外，路径上弧线的数目不可更改地与段数联系在一起（例如三个同心管只能做出具有两个常量曲率半径的弯曲路径），这限制了探头将适用的应用范围。

总之，虽然这些研究工作已经实质上改进了技术现状，但是至今为止所有提出来的方案都限制了应用领域。因此，对于新的多用途的介入技术仍然存在明确的需要，这种技术将能够以精确性和对周围组织的最少破坏来执行身体中的经皮介入：应用到多种外科手术场合的细的柔性工作通道，它可以被精确地定位到身体中的任何地方。

发明内容

本发明提供了一种可操纵探头包括主体和被设置用来驱动探头经过样本的驱动装置。主体可以包括至少三个沿着探头彼此平行延伸的主体部分，每个主体部分沿着探头相对于其它主体部分可移动。已经发现的是，具有至少三个主体部分，当其中一个部分移动时，其它部分倾向于保持基本静止。这是因为当探头表面的两个不相等的部分相对于彼此移动时，较大的表面倾向于保持静止而较小的表面倾向于相对于探头所处的样本移动。驱动装置可以被设置成依次按可变的顺序相对其它主体部分移动每个主体部分，例如一次一个或一组，从而驱动探头经过样本。