[发明专利]一种基于柱状IPMC电致动的介入式主动导管

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于柱状IPMC电致动的介入式主动导管，属于智能材料应用领域。

背景技术

血管内介入治疗技术是借助于介入导管通过血管管腔到达体内较远的病变部位(如冠状动脉、脑部、肝脏和肾脏部位的血管腔)，然后注入诊疗剂以对体内较远部位实现微创治疗的一种新兴医疗技术。血管内介入治疗技术在临床上已广泛应用于血管造影、血管成形术、血管内血栓或异物的摘除、治疗肿瘤或血管畸形、溶解血栓等方面。人体血管错综复杂、分支众多，目前微创介入手术是指医生在造影图像辅助下，将介入导丝或者微细导管经过患者的穿刺位置送至病灶血管，然后进行相应的诊断或治疗。传统的介入式手术中导管的操作使用的是人工控制方式，这种操作方式中导管的转向依靠的是固有的二维运动和操作者进行导管操作时的力矩传输所提供的第三维运动，力矩传输收到曲折路径中摩擦接触的限制，导管操纵过程中作用在血管壁上的力也无法估计，常见的问题在于当导丝或导管成功的跨越了第一或第二分支后，医生将对导丝或导管失去控制，将使整个过程变得无法预测，严重影响了介入治疗的安全性和有效性(李显凌.用于微创介入手术的导管导向机器人研究,[博士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009.)。因此，有必要发展一种能够在前端实现自主弯曲和转向功能的主动导管技术，使血管手术难度大大降低，手术时间明显缩短，既能提高手术导管插管的精确性和安全性、又能减轻手术过程对人体血管带来的伤害。

随着MEMS技术和新材料的发展，微型驱动器技术得到了很大发展。传统介入导管已逐渐被主动导管取代。目前国内外对主动介入导管展开了大量的研究。根据其驱动方式的不同，主动导管大致可以分为一下几种：磁力驱动、绳索驱动、复合材料驱动和液压驱动。磁力驱动的基本原理式在导管或导丝末端装上永久磁体或者铁磁性物体，利用体外超导磁体产生的磁场在空间位置的梯度变化对导向磁体产生力和力矩的作用，来控制导向磁体的前进与转向，并带动导管完成导向控制。这种导向方式在导向过程中导管前段在各个方向的动作以及自身姿态始终可以得到控制，这种导管虽然已经投入临床使用，但昂贵的价格和严格的磁屏蔽使得一般医院无力购置；绳索驱动技术操作复杂，通常需要经验丰富的操作医生进行完成，应用普及比较困难，而且单根绳索只能控制导管的单向弯曲，多根绳索可实现导管的复杂姿态控制，但是多节绳索驱动导管存在耦合的问题，较难实现末端精确控制；液压驱动导管的优点在于驱动力较大，驱动响应快，但对于驱动液的清洁性和安全性有较高要求，并且液压阀的加工精度要求高，在某些内部压力较大的血管中，导管内压力的传递会受到干扰，导管的稳定性有待提高；复合材料驱动的导管包括形状记忆合金(SMA,Shape Memory Alloy)驱动的导管和电活性聚合物(EAP,Electro-active Polymer)驱动的导管。SMA驱动的原理是SMA两端在通以电流加热后会产生长度收缩，从而可以实现导管末端的弯曲，但是温度不能过高以免引起患者不适或烫伤。EAP(具体为离子聚合物金属复合物IPMC)驱动机理为电场激励引起薄膜材料内部离子迁移，造成非对称膨胀产生弯曲，从而实现导管前端的弯曲，这种导向方式的优点是：结构简单，响应速度快，低电压驱动，工作过程安全，但是薄膜状的IPMC所提供的2个弯曲自由度是在二维平面内(Fang B K,Lin C C K,Ju M S.Development of sensing/actuating ionic polymer-metal composite(IPMC)for active guide-wire system.Sensors and Actuators A,2010,158:1-9.)，还没有达到空间导向。因此有必要发展一种具有空间导向的IPMC主动驱动的导管，使血管手术难度大大降低，手术时间明显缩短，既能提高手术导管插管的精确性和安全性、又能减轻手术过程对人体血管带来的伤害。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柱状IPMC电致动的介入式主动导管，以降低血管手术难度，缩短手术时间，既能提高手术导管插管的精确性和安全性、又能减轻手术过程对人体血管带来的伤害。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于柱状IPMC电致动的介入式主动导管，包括柱状IPMC电致动材料、电极、导线、信号发生器、导管，所述柱状IPMC电致动材料的端部与电极连接，电极通过导线与信号发生器连接，所述导管的一端与柱状IPMC电致动材料连接电极的端部固定，导线位于导管内。