用于导管、连续体操纵器和其它用途的流体致动的护套位移和铰接特性改进的系统、设备以及方法
2019-11-22

用于导管、连续体操纵器和其它用途的流体致动的护套位移和铰接特性改进的系统、设备以及方法

导管支承的治疗和诊断工具可以被引入到患者身体中,具有可滑动地设置在该工具上的护套。一旦工具与靶组织对准,则流体驱动的致动器就可以使护套在工具之上轴向移动,例如,允许支架、支架移植物、假体瓣膜等在心血管系统内径向地扩张,而不必从患者体外沿着导管轴和护套传递较大的展开力。运行良好的铰接系统经常将包括简单囊阵列,其中囊的充胀与细长的构架支承结构相互作用,从而改进构架的铰接特性。该阵列可用于改进沿着诸如导管之类的柔性本体的区段的弯曲的均匀性。铰接改进结构可在微创医疗导管系统中使用,并且也可用于工业连续体机器人,用于支承成像系统,用于娱乐和消费品等。

关于可变有效面积囊弯曲特性改进系统1026,囊1034再次处于相对高度压缩的状态中,该状态与近侧部分1016的大曲率相关联。腔体1036提供囊1034和囊1038之间的流体连通,囊1034和囊1038沿着相同的横向弯曲(在该示例中在轴线1014的曲率内侧)对准、但是沿着远侧部分1018的更小的局部曲率对准。尽管囊内侧相同的压力,并且尽管类似的囊和类似的框架界面几何形状,近侧囊1034可以施加比由囊1038所施加的力更大的力到框架(以抵抗近侧部分的进一步弯曲),因为囊/框架压力传递界面的有效面积随着增大的压缩而增大。应当注意,该可变有效面积与许多活塞、波纹管和其它液压或启动致动器的恒定有效面积相反,并且可以借助合适的囊接合形状、框架/囊界面表面几何形状、框架刚度和流体供应来帮助通过铰接的囊阵列施加更均匀的曲率。下文中将参考图43和图44来描述可变有效面积囊系统。

图34A和图34B示意性地示出往复运动的囊和框架组件,其用于使护套或与铰接结构的远端相邻的其它结构朝近侧或朝远侧渐增地移动。

如图2所示,致动部分20可以包括轴向的一系列2个或更多个(并且较佳地为至少3个)可致动子部分或区段20’、20”、20”’,其中所述区段可选地彼此相邻,或者替代地由导管12的相对短的(小于10个直径)和/或相对刚性的中间部分分离。每个子部分或区段可以具有相关联的致动阵列,其中所述阵列一起工作以提供给尖端或工具期望的总体导管形状和自由度。至少2个子部分可以采用类似的铰接部件(诸如类似的囊阵列、类似的结构主干部分、类似的阀系统和/或类似的软件)。共同性可以包括使用对应的致动囊阵列,但是可选地,不同阵列的单独的致动囊的特征以及阵列的位置之间的间距对于导管本体的任何远侧锥形化(渐缩)而变化。使用不同的铰接部件可能是有优点的,例如,其中近侧和远侧子部分20’、20”’具有构造为允许以至少两个自由度选择性地横向弯曲的类似结构,而中间部分20”构造为允许可变的轴向伸长。然而,在许多实施例中,至少两个(并且较佳地为全部)区段是基本上连续的并且共享共同的部件和几何形状,其中不同的区段具有分离的流体通道并且是单独地可铰接的,但是每个区段可选地提供类似的移动能力。

附图说明

在图14的侧视图以及图15的剖视图中示出的实施例中,螺旋形盘绕件的外直径为约0.130英寸。多腔体结构440a、440b的外直径范围是约0.020英寸至约0.030英寸(可选地为约0.027英寸),其中腔体的内直径为约0.004英寸,并且每个腔体周围的壁的最小厚度为0.004英寸。尽管使用了20个标准大气压或更大的充胀压力,小直径的腔体帮助对典型地包含聚合物(理想地是挤压成型的)的螺旋形芯部结构上的应变进行限制。主要通过使用盘绕件442a、442b中的金属来提供囊的轴向压缩(以及泄放之后导管轴线的拉直),而不是在多腔体结构中包括弹性线等。盘绕件442的相反的凹入轴向表面帮助维持囊和多腔体结构在盘绕件之间的径向定位。将弹性盘绕件442和囊供应/支承结构440的端部一起固附到盘绕件端部处的内护套和外护套以及可选地固附在区段之间也可以帮助维持螺旋形的形状。增加盘绕件442的轴向厚度和凹入表面的深度也可以有益于有帮助维持对准,其中盘绕件然后可选地包括聚合物结构。在本文描述的大部分或所有螺旋形实施例中,还可以包括其它的螺旋形维持结构,包括固附到盘绕件442或其它螺旋形构架构件的周期性结构,所述周期性结构具有突出部,所述突出部在囊之间延伸并且能接合充胀的囊壁的端部以维持或指示横向囊定向。

图34A和图34B示意性地示出往复运动的囊和框架组件,其用于使护套或与铰接结构的远端相邻的其它结构朝近侧或朝远侧渐增地移动。

现在参考图13B和图13C,可以理解从多腔体螺旋形芯部到缆线的一个示例性过渡。这里的螺旋形芯部再次包括由挤压成型的多腔体聚合物本体422包围的盘绕件线420,其中所述本体在此具有围绕盘绕件线扭转的腔体424。虽然仅示出3个腔体,但是这里的间距将允许9个扭转腔体(为简单起见,省略了其它腔体)。来自这些腔体中的8个的径向端口会允许例如对8个囊(或囊组)进行独立的充胀控制,并且可以使用第九个腔体来抽取和监测围绕这些囊的密封轴向区段中以及内护套与外护套(均如上所述)之间的真空。附加地,在两个相邻的腔体之间的空间中,凹口426径向延伸部分地通过本体422,其中凹口围绕芯部轴线缠绕。在安装在本体422上的最近侧的囊近侧,本体422在凹口426处分离,并且本体材料和其中的腔体424从盘绕件线420退绕。这种退绕的材料可以平坦化以形成如上文关于图12和图13所示的缆线410、410a和410b所解释的多腔体缆线,其中缆线从螺旋形多腔体芯部朝朝近侧延伸,而不必依赖于密封的管状接头等。还可以采用在挤压成型部、单腔体或多腔体管状结构和/或分层通道系统之间的替代的粘结接头或连接器。

用于与驱动器804一起使用的导管812或其它细长柔性本体一般将具有与驱动器的接纳部816相配合的近侧接口814。如参照以上描述可以理解的,近侧接口与接纳部的配合常常将在导管的囊阵列与歧管组件的阀之间提供密封的流体连通。近侧接口与接纳部的联接也可以导致驱动器818的电触点与导管820的电触点的联接,从而有利于访问内部形状传感器数据、外部定位数据(其可以采用关于导管和外部电磁传感器系统等的动力基准)。还可以促进导管与驱动器之间的更进一步通信,包括导管标识数据的传递(其可以包括用于构造控制器的导管类型、唯一导管标识符,以帮助抑制导管等的不合期望并且可能有害的重复使用等)。作为所述数据的电通信的替代方案(或附加于其),导管812可以在近侧接口814上或附近具有RFID、条形码或其它机器可读标签,并且驱动器804可以包括相应的读取器一个或在接纳部816附近。