微波消融导管、操控其的机械手及机械手控制系统
阅读：519发布：2020-05-14
专利汇可以提供微波消融导管、操控其的机械手及机械手控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 微波 消融 导管 、操控其的机械手及机械手控制系统。其中，该微波消融导管包括主体管，所述主体管内设置有冷却管路和微波 信号 传输线，所述冷却管路用于冷却所述微波 信号传输 线。其中，所述微波消融导管的头端设置有头端管，且所述头端管采用 套管 和变径结构。本 发明 的变径可控弯穿刺微波消融导管可以消融人体支气管内部的病灶，便于进入 肺 部较深的小直径支气管进行病灶消融，实现以往既有技术难以达到的消融 位置 和精确 治疗 效果；本发明的微波消融导管具有套管结构，针头不会划伤组织。，下面是微波消融导管、操控其的机械手及机械手控制系统专利的具体信息内容。
1.一种微波消融导管，其特征在于，所述微波消融导管包括主体管，所述主体管内设置有冷却管路和微波信号传输线，所述冷却管路用于冷却所述微波信号传输线。
2.如权利要求1所述的微波消融导管，其特征在于，所述主体管由具有内、中、外三层结构的复合管材制成；
作为优选，所述冷却管路内通冷却水或冷却气体。
3.如权利要求1所述的微波消融导管，其特征在于，所述微波消融导管的头端设置有头端管；
作为优选，所述头端管上设置有能够穿刺的针头，进一步优选所述针头的材质为陶瓷或不锈钢；
作为优选，所述头端管设置为能够在主体管内前后滑动，即所述微波消融导管为双层套管，内层为头端管，外层为内径比头端管外径大的主体管；
作为优选，所述微波消融导管在人体内穿行时，带有针头的头端管回退至主体管内部；
作为优选，所述主体管的远端端部带有锥形圆滑过渡的头端，保证所述微波消融导管在人体内穿行时不会划伤组织。
4.如权利要求3所述的微波消融导管，其特征在于，所述头端管具有变径结构；
作为优选，所述头端管从近端向远端的外管径逐渐变细，且所述头端管的外壁曲率连续。
5.如权利要求3所述的微波消融导管，其特征在于，所述微波消融导管的头端设置有可控弯的头端管，所述头端管能够在控弯手柄的操纵下实现控弯；
作为优选，所述头端管能够实现单向或双向控弯；
作为优选，所述头端管为双向控弯时，向两个方向弯曲时的弯曲曲率不同。
6.如权利要求3所述的微波消融导管，其特征在于，所述微波消融导管的近端还设置有操控手柄，用于操控所述头端管的前进、后退、控弯和/或扭转操作；
作为优选，所述操控手柄与主体管之间还设置有张力释放管，用于释放控弯时主体管承受的轴向张力，使得控弯时主体管的近端不弯曲变形。
7.如权利要求3所述的微波消融导管，其特征在于，所述微波消融导管的近端还设置有控弯手柄，用于操控头端管的弯曲方向；
作为优选，所述控弯手柄尾端设置有止血阀，止血阀内设有开口的硅胶片；
作为优选，所述控弯手柄上设置有信号线接头，用于输入微波能量信号。
8.一种用于操纵如权利要求1～7任一项所述的微波消融导管的机械手，其特征在于，所述机械手包括前端机械手和后端机械手，所述前端机械手上设置有前端手柄握持器，用于固定控弯手柄，且所述前端手柄握持器上设有旋转输出器用于自动操作控弯旋钮；所述后端机械手上设置有后端手柄握持器，用于固定操控手柄。
9.如权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述机械手安装于具有轮子的台车上，所述台车能够自动或手动前进、后退；
作为优选，所述台车上安装有导轨，所述前端机械手和/或后端机械手安装于所述导轨上，能够沿导轨前后滑行；
作为优选，所述机械手为具有多自由度的机械手，通过机械手的旋转动作能够实现转动所述前端手柄握持器和/或后端手柄握持器，从而旋转固定于所述前端手柄握持器和/或后端手柄握持器上的微波消融导管；
作为优选，所述前端机械手和后端机械手能够相对运动，即相互靠近或远离，从而实现头端管在主体管内部的前进、后退；
作为优选，所述机械手为七自由度机构。
10.一种用于操控如权利要求1～7任一项所述的微波消融导管的机械手控制系统，其特征在于，所述机械手控制系统包括远程控制单元、机械手驱动器单元、手臂位置传感器、手臂力传感器、手臂速度传感器，以及如权利要求8或9所述的机械手本体；其中：
远程控制单元，用于设置并发送前进、后退、旋转、前端/后端手柄握持器夹紧或释放的操控指令；
机械手驱动器单元，用于接收远程控制单元发出的指令并解码，并驱动机械手按指令执行相应动作；
手臂位置传感器，设置于机械手上的关节电机的前轴端或后轴端，用于监测机械手所到达的位置，并将其传送给机械手驱动器单元；
手臂力传感器，用于实时检测机械手各关节电机的扭矩值变化，防止机械手超载，一旦机械手关节电机扭矩值突变并超限，所述手臂力传感器将发送指令给所述机械手驱动器单元，使关节电机停转，使机械手锁止；
机械手速度传感器，设置于机械手上关节电机的轴前端或尾端，与所述机械手驱动器单元交互信息，实时监测电机转速，防止失速或超速；
机械手，具有多自由度，每一自由度由一关节电机实现转动。
微波消融导管、操控其的机械手及机械手控制系统
技术领域
[0001] 本发明属于微波消融医疗器械领域，具体地涉及一种微波消融导管、操控其的机械手及机械手控制系统。
背景技术
[0002] 在世界范围内，肺癌的发病率和死亡率居癌症之首，全球每年发病约250万例，每年有超过160万人死于肺癌。在我国，肺癌的发病形势更加严峻，2010年新发肺癌605900例，死亡486600例。2016年我国将新发肺癌733300例，死亡610200例，绝对数均排在世界第一。对于早期非小细胞肺癌(NSCLC)，外科切除是治愈的主要手段，但是由于各种原因，大约
80％的肺癌无法通过手术切除治疗。对于无法手术切除的多数肺癌患者在传统的放化疗中获益有限，因此许多新的局部消融治疗方法应运而生。局部热消融术作为一种微创技术，目前已应用于早期肺癌的治疗，年治疗患者数目迅速增加。
80％的肺癌无法通过手术切除治疗。对于无法手术切除的多数肺癌患者在传统的放化疗中获益有限，因此许多新的局部消融治疗方法应运而生。局部热消融术作为一种微创技术，目前已应用于早期肺癌的治疗，年治疗患者数目迅速增加。
[0003] 目前临床常用的肺肿瘤热消融方法主要有射频消融、微波消融、冷冻消融和激光消融。
[0004] 微波消融术是近十几年发展起来的治疗恶性肿瘤的有效的微创技术，尤其是在实体肿瘤的治疗中更是取得了显著成效，已有多篇报道说明其治疗效果优于激光消融、射频消融、冷冻消融等其它微创方法。随着工程技术的发展，这种方法不但可以治疗丧失手术机会的患者，而且具有较手术治疗更能耐受脏器功能差、保存瘤外正常组织、避免全身化疗不良反应以及减少手术创伤和病死率、有效治疗转移肿瘤的优势。
[0005] 在CT等影像技术引导下，将微波天线经皮肤穿刺进入肿瘤组织内，在微波电磁场的作用下，肿瘤组织内的水分子、蛋白质分子等极性分子产生极高速振动，造成分子之间的相互碰撞、相互摩擦，在短时间内产生高达60℃～150℃的高温，从而导致细胞凝固性坏死。
[0006] 微波消融因其消融时间短、消融范围大，受血流灌注影响小，局部复发率低等优势，其在肺部肿瘤消融中应用越来越广泛。微波消融治疗不可耐受手术的早期肺癌，5年生存率可达50％左右；治疗各种恶性肿瘤肺部寡转移瘤的5年生存率也可达50％左右。肺部转移瘤在临床上十分常见，是所有肿瘤转移的第二器官，目前已证实，经皮微波消融也可以有效地治疗肺部转移瘤。
[0007] 然而临床上人体肺部肿瘤复杂多变，气管内的肿瘤病变十分常见。受限于经皮穿刺的技术特点，气管内的肿瘤病变不适合使用常规的经皮穿刺的硬微波针消融，例如起源于小直径支气管的腺癌。使用经皮穿刺的硬微波针进行体外穿刺进入支气管治疗病灶，势必导致气管和肺叶等组织贯穿，形成气胸，从而进一步导致如胸腔积液、肺炎、咳血等并发症。
[0008] 此外，很多临近支气管壁靠近肺动脉的肿瘤，由于病灶所处的位置特殊，从人体外部经皮硬针穿刺很难实现不贯穿重要血管、器官等组织而到达理想的消融位置。某些病灶经由人体内气管或支气管等自然腔体进入肺部反而更容易到达病灶位置。
[0009] 再者，从体外经皮将微波硬针穿刺进入肿瘤内部进行消融治疗时有肿瘤种植扩散的风险。肿瘤种植扩散是指穿刺进入肿瘤内部的微波针头，在反复穿入肿瘤内部时会接触肿瘤细胞，微波硬针在回撤时针头带有肿瘤细胞，肿瘤细胞随着微波硬针的回撤进入人体的正常组织，形成新的肿瘤。
[0010] 肿瘤微波消融治疗时由医生手部操作微波消融导管，手术的成功与否受限于医生的手术操作熟练程度及个人手术经验。过于依赖医生经验及操作技能不利于微波消融手术的技术推广。同时，经CT、X光机等核医学影像设备进行图像导航引导的微波消融手术，患者及医生受到X射线的灼伤较严重，此问题亟待解决。
[0011] 因此，临床中急需一种能够经由人体气管或支气管等自然腔体进入人体肺部，可以治疗肺部远端小直径支气管病灶，能够准确到达病灶位置，并可对病灶进行准确消融的微波消融导管。同时为减少射线伤害，增加置管精度，一种自动化的可以操作微波消融导管的机械手系统也是临床的迫切需求。
发明内容
[0013] 为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种微波消融导管，其特征在于，所述微波消融导管包括主体管，所述主体管内设置有冷却管路和微波信号传输线，所述冷却管路用于冷却所述微波信号传输线。
[0014] 作为本发明的另一个方面，还提供了一种用于操纵如上所述的微波消融导管的机械手，其特征在于，所述机械手包括前端机械手和后端机械手，所述前端机械手上设置有前端手柄握持器，用于固定控弯手柄，且所述前端手柄握持器上设有旋转输出器用于自动操作控弯旋钮；所述后端机械手上设置有后端手柄握持器，用于固定操控手柄。
[0015] 作为本发明的再一个方面，还提供了一种用于操控如上所述的微波消融导管的机械手控制系统，其特征在于，所述机械手控制系统包括远程控制单元、机械手驱动器单元、手臂位置传感器、手臂力传感器、手臂速度传感器，以及如上所述的机械手；其中：
[0016] 远程控制单元，用于设置并发送前进、后退、旋转、前端/后端手柄握持器夹紧或释放的操控指令；
[0017] 机械手驱动器单元，用于接收远程控制单元发出的指令并解码，并驱动机械手按指令执行相应动作；
[0019] 手臂力传感器，用于实时检测机械手各关节电机的扭矩值变化，防止机械手超载，一旦机械手关节电机扭矩值突变并超限，所述手臂力传感器将发送指令给所述机械手驱动器单元，使关节电机停转，使机械手锁止；
[0020] 机械手速度传感器，设置于机械手上的关节电机轴前端或尾端，与所述机械手驱动器单元交互信息，实时监测电机转速，防止失速或超速；
[0021] 机械手，具有多自由度，每一自由度由一关节电机实现转动。
[0022] 基于上述技术方案可知，本发明的微波消融导管、操控其的机械手及机械手控制系统相对于现有技术，具有如下有益效果：
[0023] (1)本发明的变径可控弯穿刺微波消融导管可以消融人体支气管内部的病灶，与微波硬针从体外经皮穿刺不同，本发明采用的进入人体肺部的通路是人体上呼吸道气管，因此不会贯穿气管与肺叶，不会形成气胸，不会导致针道烧伤、咳血、胸腔积液、肺炎等并发症；本发明的微波消融导管具有变径的头端管(从近端到远端，头端导管由较粗的直径逐渐变为较细的直径，所以是变径的头端管)，管体实现了从粗到细的圆滑曲率连续渐变，同时导管头端可以双向精确控弯，上述特征便于导管进入肺部较深的小直径支气管进行病灶消融，实现以往既有技术难以达到的消融位置和精确治疗效果；
[0024] (2)本发明的微波消融导管具有内管和外管的套管结构，变径头端管可以在主体管内滑动，即导管向前推进时带有针头的头端管可以回退至主体管内，因此针头不会划伤组织，同时在到达病灶位置时又能由套管内穿刺进入支气管壁外侧对病灶进行消融；
[0025] (3)本发明的变径可控弯穿刺微波消融导管可以通过机械手系统来操控，本发明的机械手系统可灵活操控导管完成管体夹紧、释放、前进、后退、旋转、控弯、消融等操作，由机械手完成手术，增加了手术操控精度，降低了因术者身体疲劳带来的手术风险，利于实现微波消融导管消融手术方式的推广，同时可大大降低患者和医生受到的X射线辐射的伤害。附图说明
[0026] 图1A为本发明的微波消融导管及操控其的机械手的结构示意图；
[0027] 图1B为本发明的机械手控制系统的结构示意图；
[0028] 图2为本发明的一种优选的微波消融导管的结构示意图；
[0029] 图3为本发明的左控弯导管的形态示意图；
[0030] 图4为本发明的右控弯导管的形态示意图；
[0031] 图5为本发明一优选实施例的左、右控弯弯型相同的形态示意图；
[0032] 图6为本发明一优选实施例的左、右控弯弯型不同的形态示意图；
[0033] 图7为本发明的第二种优选的微波消融导管的结构示意图；
[0035] 图9为本发明的第二种优选的微波消融导管头端管伸出主体管时的结构示意图；
[0036] 图10为本发明的第二种优选的微波消融导管头端管回缩进入主体管时的结构示意图；
[0037] 图11为本发明的机械手手柄握持器的结构示意图；
[0038] 图12为本发明的机械手操控系统的结构图；
[0039] 图13为本发明的微波消融导管的三腔结构的横截面示意图。
[0040] 上述附图中，附图标记含义如下：
[0041] 1-头端管 2-主体管 21-张力释放管
[0042] 3-控弯手柄 4-微波信号线 5-冷却水管
[0043] 8-后端机械手
[0044] 9-后端机械手握持器 10-头端导管手柄固定座[0045] 11-控弯手柄固定座 12-前端机械手握持器
[0046] 13-前端机械手 14-台车
具体实施方式
[0048] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0049] 由于本发明产品摆放的位置可以随意发生变化，本发明中所述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词，只表示相对的位置关系，而不用于限定绝对的位置关系。此外，本发明中所述的“近端”是指接近手术操作者的一端，“远端”是指远离手术操作者的一端。
[0050] 本发明具体公开了一种微波消融导管，该微波消融导管包括主体管，主体管内设置有冷却管路和微波信号传输线，冷却管路用于冷却微波信号传输线。
[0051] 其中，主体管由具有内、中、外三层结构的复合管材制成。
[0052] 其中，冷却管路内通冷却水或冷却气体。
[0053] 其中，微波消融导管的头端设置有头端管。
[0055] 其中，头端管设置为能够在主体管内前后滑动，即微波消融导管为双层套管，内层为头端管，外层为内径比头端管外径大的主体管。
[0056] 其中，微波消融导管在人体内穿行时，带有针头的头端管回退至主体管内部。
[0057] 其中，主体管的远端端部带有锥形圆滑过渡的头端，保证微波消融导管在人体内穿行时不会划伤组织。
[0058] 其中，头端管具有变径结构。
[0059] 其中，头端管从近端向远端的外管径逐渐变细，且所述头端管的外壁曲率连续。
[0060] 其中，微波消融导管的头端设置有可控弯的头端管，头端管能够在控弯手柄的操纵下实现控弯；
[0061] 其中，头端管能够实现单向或双向控弯；
[0062] 其中，头端管为双向控弯时，向两个方向弯曲时的弯曲曲率相同或不同。
[0063] 其中，微波消融导管的近端还设置有操控手柄，用于操控头端管的前进、后退、控弯和/或扭转操作；
[0064] 其中，操控手柄与主体管之间还设置有张力释放管，用于释放控弯时主体管承受的轴向张力，使得控弯时主体管的近端不弯曲变形。
[0065] 其中，微波消融导管的近端还设置有控弯手柄，用于操控头端管的弯曲方向；
[0067] 其中，控弯手柄上设置有信号线接头，用于输入微波能量信号。
[0068] 本发明还公开了一种用于操纵如上所述的微波消融导管的机械手，该机械手包括前端机械手和后端机械手，前端机械手上设置有前端手柄握持器，用于固定控弯手柄，且前端手柄握持器上设有旋转输出器用于自动操作控弯旋钮；后端机械手上设置有后端手柄握持器，用于固定操控手柄。
[0069] 其中，机械手安装于具有轮子的台车上，台车能够自动或手动前进、后退；
[0070] 其中，台车上安装有导轨，前端机械手和/或后端机械手安装于导轨上，能够沿导轨前后滑行；
[0071] 其中，机械手为具有多自由度的机械手，通过机械手的旋转动作能够实现转动前端手柄握持器和/或后端手柄握持器，从而旋转固定于前端手柄握持器和/或后端手柄握持器上的微波消融导管；
[0072] 其中，前端机械手和后端机械手能够相对运动，即相互靠近或远离，从而实现头端管在主体管内部的前进、后退；通过前端机械手和后端机械手分别握持住控弯手柄和操控手柄，通过机械手的旋转带动操控手柄和控弯手柄动作，实现控弯和旋转；
[0073] 其中，该机械手为七自由度机构。
[0074] 本发明还公开了一种用于操控如上所述的微波消融导管的机械手控制系统，该机械手控制系统包括远程控制单元、机械手驱动器单元、手臂位置传感器、手臂力传感器、手臂速度传感器，以及如上所述的机械手；其中：
[0075] 远程控制单元，用于设置并发送前进、后退、旋转、前端/后端手柄握持器夹紧或释放的操控指令；
[0076] 机械手驱动器单元，用于接收远程控制单元发出的指令并解码，并驱动机械手按指令执行相应动作；
[0077] 手臂位置传感器，设置于机械手上的关节电机的前轴端或后轴端，用于监测机械手所到达的位置，并将其传送给机械手驱动器单元；
[0078] 手臂力传感器，用于实时检测机械手各关节电机的扭矩值变化，防止机械手超载，一旦机械手关节电机扭矩值突变并超限，所述手臂力传感器将发送指令给所述机械手驱动器单元，使关节电机停转，使机械手锁止；
[0079] 机械手速度传感器，设置于机械手上关节电机的轴前端或尾端，与所述机械手驱动器单元交互信息，实时监测电机转速，防止失速或超速；
[0080] 机械手，具有多自由度，每一自由度由一关节电机实现转动。其中，机械手优选为多关节机械手，一个关节的两端分别连接着一个臂，分别是前臂和后臂，前臂和后臂之间的角度是由关节电机的旋转控制的。
[0081] 在一个优选实施方式中，本发明的微波消融导管包括张力释放管、主体管、头端管、控弯手柄、操控手柄、冷却水路和微波信号线。
[0082] 该导管头端具有变径结构，即变径头端管。具体细节为导管从近端向远端推进时导管直径逐渐变细，粗细不同的导管缓慢圆滑过渡且曲率连续。
[0083] 该微波消融导管具有可以控弯的头端管，具体地，头端管的控弯由近端的控弯手柄实现。控弯手柄上设置有控弯旋钮，向某一方向转动控弯旋钮时微波消融导管的头端管将向一个方向弯曲，向相反的方向转动控弯旋钮，头端管将向另一个方向弯曲。可以设置导管为单向弯曲或双向弯曲即单向可控弯或双向可控弯。在一种实施方式中，本发明的微波消融导管被设置为双向可控弯时，向两个方向弯曲时的头端管的弯曲曲率可以相同，也可以不同，以适应不同的临床需求。
[0084] 该头端管优选具有三腔结构，即左控弯钢丝腔、中间微波信号线腔和右控弯钢丝腔，以实现单向或双向控弯。该主体管远端耦合头端管，近端耦合操控手柄。
[0085] 在一种实施方式中，优选主体管由具有三层结构，即外层、中间层、内层的复合管材制成。
[0086] 该张力释放管耦合于主体管近端连接操控手柄。张力释放管用于释放控弯时主体管承受的轴向张力，使得控弯时主体管的近端不弯曲变形。
[0087] 微波信号线穿行于微波消融导管主体管与头端管管腔中间，冷却管路用于冷却微波信号线，可以选择冷却水或冷气循环于冷却管路，以实现冷却微波信号线。
[0090] 为避免针头划伤组织，优选的头端管设置为可以在主体管内前后滑动，即该微波消融导管为双层套管，内层为直径较细的头端管，外层为直径较粗的主体管。管体向前推进时，带有针头的头端管可回退至主体管内部。主体管带有锥形圆滑过渡的头端，此特征保证微波消融导管在人体气管内向前推进时不会划伤组织。内层的头端管设有操控手柄，主体管耦合于控弯手柄，控弯手柄尾端设置有止血阀，止血阀内设有开口的硅胶片，内层头端管从止血阀开口的硅胶片穿入主体管内腔。到达病变位置后，带有穿刺针头的头端管向前推进，主体管静止，此时头端管伸出主体管，控弯旋钮此时开始旋转，自动调整头端管的穿刺方向。
[0091] 在一种实施方式中，操控微波消融导管的为机械手，其分为前端机械手和后端机械手。机械手带有手柄握持器，手柄握持器用于固定操控手柄。握持器设有旋转输出器用于自动的操作控弯旋钮。握持器优选的设置于机械手的前端。机械手安装于具有轮胎的台车上，台车可自动或手动前进后退。台车上安装有导轨。前、后端机械手安装于导轨上，其可沿导轨前后滑行。
[0092] 优选的机械手为具有多自由度的机械手，通过机械手的旋转动作可实现转动握持器，从而旋转固定于握持器的导管。前、后端机械手可相对运动，即相互靠近或远离，从而实现握持器的靠近或远离，继而自动控制导管的前、后端机械手实现了头端管在主体管内部的前进、后退、控弯及旋转。
[0093] 作为本发明的另一个方面，提供了一种操控此微波消融导管的机械手控制系统，包括：远程控制单元、机械手驱动器单元、手臂位置传感器、手臂力传感器、手臂速度传感器和机械手本体。其中远程控制单元由进行手术者操控，通过此远程控制单元设置并发送前进、后退、旋转、握持器夹紧或释放等操控指令。机械手驱动器单元用来接收远程控制单元发出的指令，并驱动机械手本体按指令执行。机械手本体(即机械手)为多自由度机构，优选的机械手为七自由度，每自由度由一个关节电机实现转动，机械手驱动器单元用来接收操控指令并解码执行指令。
[0094] 手臂位置传感器设置于机械手关节电机前轴端或后轴端，用于监测机械手所到达的位置。具体的实施方式为：通过电机轴端的角度传感器记录电机转过的角度，与接收到的预设角度值做比较，如果到达驱动器发出的预设的角度，电机将锁止，并力矩保持。手臂位置传感器时时传送并接收位置信息。
[0095] 手臂力传感器用于实时检测机械手各关节电机的扭矩值变化，防止机械手超载，一旦机械手关节电机扭矩值突变并超限，其将发送指令给驱动器单元，关节电机将停转，机械手将锁止。
[0096] 机械手速度传感器设置于机械手上的电机轴前端或尾端，与机械手驱动器单元交互信息，实时监测电机转速，防止失速或超速。
[0097] 作为本发明的再一个方面，还提供了一种采用上述机械手控制系统操控微波消融导管进行微波消融的方法，包括以下步骤：
[0098] 对所述机械手控制系统进行自检及设备初始化；
[0099] 在远程控制单元设置并发送操控指令给机械手驱动器单元；
[0100] 机械手驱动器单元接收远程控制单元指令并解码，发送指令驱动机械手各关节电机转动；
[0101] 手臂位置传感器，监测各关节电机实际转动时到达的位置，并反馈位置信息给机械手驱动器单元；
[0102] 手臂速度传感器接收到机械手驱动器单元的速度指令，按指令设置关节电机转动速度，监测关节电机运转速度并反馈给机械手驱动器单元；
[0103] 在进行手术时，机械手的动作遵循如下规则：
[0104] 当到达指定位置时，前端机械手静止，后端机械手向前推进，微波消融导管的头端管穿出主体管，将头端管上的微波发射单元推送到病灶位置；当完成微波消融时，前端机械手静止，后端机械手后退，头端管将回缩入主体管；其余时间段，前、后端机械手同时向前推进或向后回退，微波消融导管将整体向前推进或向后回退；
[0105] 前端机械手旋转输出器向某一方向转动，微波消融导管的头端管将向某一方向弯曲，旋转输出器向另一方向转动，微波消融导管的头端管将向另一方向弯曲。
[0106] 下面结合附图对本发明的优选实施例进行进一步阐述说明。
[0107] 图1A为本发明的一种变径可控弯穿刺微波消融导管及其操控机械手示意图。该微波消融导管包括头端管1、主体管2、张力释放管21、控弯手柄3、微波信号线4、冷却水管5、后端机械手8、后端机械手握持器9、头端导管手柄固定座10、控弯手柄固定座11、前端机械手握持器12、前端机械手13、台车14、台车导轨15和台车轮16。
[0108] 图2为本发明一优选实施例的微波消融导管的结构示意图。其中头端管1具有变径结构，如图2所示，17为头端管的粗直径端，18为头端管的细直径端，从近端到远端导管的直径逐渐变细，粗细不同的导管之间圆滑过渡，微波消融导管向前推进时，较细的头端管具有更强的通过性及穿刺力，便于更深入的进入肺部远端小直径支气管。例如消融起源于肺部远端小直径支气管的腺癌时，使用本发明的微波消融导管更容易实现，普通的微波针难以实现此类腺癌的消融。直径较粗的近端头端管可以提供更大的支撑力、传递更大的扭矩和推送力给导管尖端，使头端管可以深入肺部远端的支气管病灶。导管设有张力释放管21，其耦合于主体管2的近端，主体管2及张力释放管21共同耦合于控弯手柄3的远端。张力释放管21设置于主体管2的外侧。控弯手柄3上设有控弯旋钮31及微波信号接头32。进行微波消融时，微波信号连接线4将连接波信号接头。控弯时主体管受到较大的轴向拉力，张力释放管
21起到释放轴向拉力保证主体管近端不弯曲变形的作用。
21起到释放轴向拉力保证主体管近端不弯曲变形的作用。
[0109] 本实施例中微波消融导管设有可以控弯的头端管，具体地，头端管1的控弯由控弯手柄3实现。
[0110] 如图3所示，控弯手柄的控弯旋钮31逆时针转动时，头端管将向左弯曲，当控弯旋钮旋转到达逆时针最大旋转行程311状态时，头端管将逐渐达到最大的左弯曲状态111。相反的，如图4所示，当控弯旋钮31顺时针转动时，头端管将向右弯曲，当控弯旋钮旋转到达顺时针最大旋转行程312状态时，头端管将逐渐达到最大的右弯曲状态122。
[0111] 图5为本发明控弯状态的一个实施例，左控弯及右控弯具有相同的最大弯曲状态。如图5所示，头端管111与122具有相同的最大弯曲曲率。
[0112] 图6为本发明的另一个实施例，左控弯及右控弯具有不同的最大弯曲状态。如图6所示，头端管111与19具有不同的最大弯曲曲率。
[0113] 由于人体肺部支气管弯曲迂回，肺部支气管病变往往处于曲折复杂的支气管远端，本实施例的双向控弯的微波消融导管可以灵活的选择导管远端进入支气管岔路的腔道，给临床医生消融肺部远端小直径支气管病灶带来突破性解决方案。
[0114] 在一个优选实施方式中，如图13所示，头端管优选具有三腔结构，即左控弯钢丝腔H1、中间微波信号线腔H2和右控弯钢丝腔H3，以实现双向控弯。
[0115] 图7为本发明的第二种优选实施例的微波消融导管的结构示意图。当病灶处于支气管壁外侧时，微波消融导管需要穿刺进入支气管壁外侧。此优选的实施例中头端管设置有可以穿刺的针头8，优选的针头材料为陶瓷或不锈钢。为避免针头划伤组织，优选的头端管设置为可以在主体管内滑动。所述的微波消融导管被设置为双层套管，优选的内层管为直径较细的头端管1，外层管为直径较粗的主体管2。
[0116] 如图8所示，手术时，头端管要穿入主体管内部，此时耦合于主体管尾端的控弯手柄设置有止血阀6。头端管设置有单独的操控手柄7。止血阀体6内部设有开口的高弹性硅胶阀片61，一种优选的开口方式为“一”字切缝。头端管1从阀体切缝61穿入主体管，设置的硅胶片具有高弹性，利用硅胶片自身的回弹，头端管将被阀片包裹密封，确保主体管管腔内的血液等体液不会因头端管的穿入而流出人体外。
[0117] 如图9所示，微波消融导管在支气管内向前推进时，带有针头的头端管首先退回至主体管内部。此时主体管的前端将首先接触人体组织。此方案主体管设置有锥形圆滑过渡的软头端22，此特征保证导管在人体气管内向前推进时不会划伤组织。
[0118] 如图10所示，到达病灶位置后，外层主体管保持静止，内层头端管向前推进，头端管将逐渐伸出主体管。此时可以转动控弯旋钮，头端管随着控弯旋钮的转动将逐渐向某一方向弯曲，以此来调整头端管的穿刺方向，待穿刺方向调整到位，继续向前推进内层的头端管，完成穿刺，继续向前推进头端管，头端管进入病灶。
[0119] 如图11所示，旋转输出器111用于自动的转动控弯手柄上的控弯旋钮31，实现自动控弯。101为操控手柄锁紧器，其实现操控手柄的自动或手动锁紧。
[0120] 图12为机械手控制系统的方框结构示意图。该机械手控制系统包括远程控制单元C1、机械手驱动器单元C2、手臂位置传感器C3、手臂力传感器C4、手臂速度传感器C5和机械手本体C6。机械手操控微波消融导管时术者首先规划好手术路径，并将路径通过远程控制单元C1的输入输出设备82输入系统，转化为操控指令。随后操控指令被传输给机械手驱动器单元C2，机械手驱动器单元C2解码指令后按指令驱动机械手本体C6的关机电机转动。该机械手控制系统包括手臂位置传感器C3，其设置于关节电机的前轴端或后轴端，用于监测并反馈手臂所到达的位置。具体的实施方式为：通过电机轴端的角度传感器记录电机所转过的角度，优选的角度传感器为绝对值角度传感器，因此通过转过的角度减去原来的角度而知道机械手的实际空间位置。当到达驱动器单元C2发出的预设角度值时，关节电机将被锁止，并力矩保持。手臂位置传感器C3时时传送角度位置信息到机械手驱动器单元C2，并接收驱动器单元C2所发出预设角度值信息。手臂力传感器C4用于实时监测机械手臂各关节电机的扭矩值变化，防止机械手超载。手臂速度传感器C5设置于机械手关节电机轴前端或尾端，与机械手驱动器单元交互信息，实时监测电机转速，防止失速或超速。机械手本体C6用于固定安装微波消融导管，并操控微波消融导管完成导管夹紧、导管释放、前进、后退、控弯导管、旋转管体等操作。
[0121] 在一优选实施方式中，机械手控制系统操控此微波消融导管，如图1A、1B所示。机械手本体分为后端机械手8和前端机械手13。机械手上设置有后端手柄握持器9和前端手柄握持器12。手柄握持器前端设置有操控手柄固定座10和控弯手柄固定座11。前端手柄握持器12内设置有旋转输出器111。操控手柄固定座10上设置有卡紧器101，用于固定头端管操控手柄7。前端、后端手柄握持器均设置于机械手前端，而机械手安装于具有轮胎的台车14上，台车上安装有导轨15。前、后端机械手安装于导轨上，并可沿导轨前后滑动。
[0122] 图1B为机械手控制系统的外观示意图，其上设置有遥控手柄81，用于遥控机械手动作本体动作。82为输入输出设备。
[0123] 机械手操控微波消融导管完成消融流程及方法如下：
[0124] 首先打开系统电源，系统将开机自检。系统自检结束后远程控制台初始化功能将开启，可以点按初始化键。点按初始化按键后，机械手本体的机械臂各关节电机将转动到初始化位置，前、后端机械手沿台车导轨15移动到初始化位置。
[0125] 初始化完毕后通过远程控制单元C1的交互设备82(键盘、显示器、电脑主机)按照前期规划的手术路径设置操控指令。指令设置完毕后，安装本发明的微波消融导管至机械手：主体管的控弯手柄3安装于前端机械手的控弯手柄固定座11；头端管的操控手柄7安装于后端机械手的操控手柄固定座10。
[0127] 手术开始时，先执行手动操控模式：通过遥控手柄81操控前端机械手13、后端机械手8同时沿导轨15前行，随着机械手的前行，穿入气管的微波消融导管将沿人体气管逐渐向前推进。通过影像设备观察导管状态正确，停止手动模式，导管静止，可转入自动操控模式。
[0128] 自动操控模式时，机械手按照系统初始化时设置的手术规划路径指令自动前进。到达支气管分支时，前端机械手的转动旋转输出器111转动，实现自动控制导管前端头端管的弯曲方向，从而完成路径选择，继续深入推进。
[0129] 自动操作模式时，术者在远程控制单元显示屏中实时观测导管推进状态，必要时可实时通过模式转换按钮转化为手动操控模式。例如术者对进入支气管的路径需要临时更改，点按手动模式按钮，转化为手动模式，通过遥控手柄81遥控机械手回退微波消融导管，通过遥控手柄控弯导管的头端管，重新选择需要进入的支气管分支，手动遥控机械手继续向前推进微波消融导管。
[0130] 消融支气管内病灶时，可以选择第一种优选实施例的微波消融导管，如图2示意。此种导管不需要穿刺进入气管壁外侧，即导管的头端不带锋利的陶瓷或金属针头，此种实施例采用高分子塑料制作带有圆滑锥形头的头端管。
[0131] 不论病灶处于支气管内还是支气管壁外，第二种优选实施例的微波消融导管，如图7所示，均可采用。当采用此种微波消融导管时，头端管设有锋利的针头8，手术中在未到达消融病灶位置时，头端管始终回缩于主体管内部，即头端管不穿出主体管，避免了导管的针头划伤组织，在到达病灶位置需要穿刺时，前端机械手13静止，后端机械手8继续向前推进，带有穿刺针头的头端管将伸出主体管，穿刺进入支气管，此时前端机械手的旋转输出器111可同时转动，即头端管在穿刺的同时又可以调整穿刺方向，实现了精确的控制穿刺的方向，可保证准确地穿刺进入病灶的中心位置，此种机械手操控的可控弯穿刺的微波消融导管实现了消融穿刺方向的灵活控制，可以操控导管进入最佳的消融位置。到达规划的消融位置后，微波消融导管可以开启消融。消融结束后，机械手8、13按指令沿导轨15后退，为避免头端管针头划伤组织，一种优选的导轨回退方式，后端的机械手8先沿导轨15后退，待头端管回缩至主体管内部时，机械手8、13再同时沿导轨15回退。另一种优选的回退方式，后端机械手8沿导轨15后退直至整根头端管从止血阀6退出，之后前端机械手13再沿导轨1后退。
此种回退方案的优点是：单独回退头端管、主体管使整根导管更加柔顺，避免整体回退时因导管过硬、管壁外侧与支气管摩擦力过大，不易弯曲的导管拉伤支气管，减少手术给患者带来痛苦。
此种回退方案的优点是：单独回退头端管、主体管使整根导管更加柔顺，避免整体回退时因导管过硬、管壁外侧与支气管摩擦力过大，不易弯曲的导管拉伤支气管，减少手术给患者带来痛苦。
[0132] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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