[发明专利]具有吸附能力的柔性内窥镜机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗内窥镜技术领域的内窥镜机器人系统，具体是一种具有吸附能力的柔性内窥镜机器人。

背景技术

在医学领域，通过内窥镜进行医疗诊断已经十分广泛。一般的，内窥镜产品包括插入组件与操作组件，其中插入组件又分为软质部分与弯曲部分。其中，软质部分为从操作组件延伸出来的细长软管，具有挠性；弯曲部分位于软质部分顶端，相对较短，通过操作部分可控制其在一个或两个方向上弯曲。弯曲部分最前端一般嵌有CCD等图像传感装置，可在病人体内获取图像并在外接显示器上实时显示。

目前，内窥镜的插入部分相对于人体组织较为坚硬，插入体腔的主要方法为在患者体外施力推进，内窥镜随着腔道环境被动形变。由于软质部分无法主动弯曲，推进过程中，当导管遇到狭小、弯曲等复杂环境时，外部推力一旦解除，插入部分会因组织反推力被推回。组织这一柔韧性也导致了插入部分末端位姿难以精确控制，精细操作时可能需要操作者反复调整，长时间易疲劳。

为解决上述困难，球囊式内窥镜及球囊插入辅助工具被提出，例如，日本专利公报特开昭59-181121号、日本专利公报特开平8-299261号等。此类球囊式内窥镜主要利用球囊组件在腔内膨胀以与组织相对固定，现有实例中球囊部件大多固定在插入部分的前端，或仅能够在前端小范围内移动，插入导管的后半段依然不可控。此外，球囊组件在非圆形腔道等不规则环境中固定效果并不理想，长时间膨胀、过分挤压某些组织器官甚至会对人体造成一定危害。

为进一步改善内窥镜性能，减轻患者痛苦，降低操作者工作强度，自主式或半自主式内窥镜逐渐成为生物医疗器械行业竞相研究和开发的重点。如我国上海交通大学研制的，国内专利申请号为200410054206.9的主动式肠道内窥镜机器人系统，采用直线电磁驱动方式，使机器人在肠道中蠕动。又如哈尔滨工业大学研制的，国内专利申请号为200910072751.3的连续体型半自主式内窥镜机器人，通过多个关节万向节环串联，采用钢丝与弹簧配合驱动，可实现十个自由度的复合弯曲运动以适应肠道复杂状况。此外，美国加州理工学院研制出气动型内窥镜机器人系统，通过气体压力的增大和减小来控制机体的前进与倒退。上述内窥镜机器人系统相对于传统内窥镜，可控自由度明显增多，但现有实例中几乎全部采用了传统硬质材料，临床使用可能存在一定安全隐患；另一方面，与传统内窥镜相似，系统插入部分难以与人体组织相对固定，在复杂的组织环境中，摩擦大与推进难等常见问题依然不同程度的存在。

在此基础上，美国卡内基梅陇大学研制出利用微型吸盘进行爬行的内窥镜机器人系统--HeartLander，该系统插入部分最前端设有两个微型吸盘，通过两吸盘间交替吸附与放松实现其在组织光滑处的爬行。类似的，日本千叶大学也研制出利用吸盘爬行的内窥镜机器人系统。

该类吸盘式内窥镜系统虽然能与组织相对固定，但与球囊式内窥镜类似的，吸盘仅位于插入部分最前端，其后的插入部分主体仅能随组织被动弯曲、无法主动控制，因此插入部分在拥挤、弯曲等复杂环境中与组织的摩擦仍会较大，外部推送时顶端吸盘实际可达的步长较小，操作效果不佳。上述系统现有实例中，吸盘数量偏少，大小也受到一定限制，导致系统在组织非平滑处固定能力不足，每次吸附可能需要反复尝试，操作效率低。此外，系统中所有吸盘均面向同一方向，无法充分利用组织环境完成吸附，实际中需要不断调整吸盘朝向，进一步增加了操作量。

发明内容

本发明针对现有内窥镜系统中存在的上述不足，特别是上述吸盘式内窥镜系统吸附能力不佳、吸盘适用范围有限以及可控自由度低等几点不足，提供了一种具有吸附能力的柔性内窥镜机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种具有吸附能力的柔性内窥镜机器人，包括插入组件、驱动组件以及流体排给组件，其中，所述插入组件由软质硅胶制成，插入组件的外周面阵列有若干吸附装置，所述流体排给组件通过流体管道与吸附装置相连接，插入组件的内部嵌有绳线以及硬质固定节，所述绳线的第一端与硬质固定节相连接，所述绳线的第二端与驱动组件固定连接。

所述插入组件内部设有各自独立的工作通道和驱动通道，其中，所述工作通道位于中心部位，并轴向贯穿整个插入组件；若干所述驱动通道分布于工作通道径向的外侧，用于放置绳线；所述硬质固定节为若干个，其中一个内嵌于插入组件顶端部位，其余则任意设置在插入组件内部的不同位置；所述绳线的数量与硬质固定节的数量相适配。