阅读说明：本技术 可编程医用线系统和方法 (Programmable medical line system and method ) 是由 K.E.舒伯特 L.奥拉弗森 J.奥拉弗森 S.李 J.H.黄 S.达雅万萨 J-W.崔 于 2019-02-07 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种用于可编程医用线的系统和方法,该系统和方法可以被预编程,并根据命令控制和变形。该系统可以包括电源、控制器和多层线组件。线组件包括：芯导体；耦合到芯导体的致动器导体；形成在芯导体和致动器导体附近的选择性导体；以及围绕层的生物相容性防护罩。可以给选择性导体通电以激活致动器导体,并使致动器导体以预编程的方式弯曲或扭曲。通过选择性地控制致动器导体的运动方向,可以将线组件通过身体通道远程引导到目标。辅助设备(诸如传感器、微型相机、检测器、切割器和其他设备)也可以耦合到线组件,并通过一个或多个选择性导体进行控制和通讯。(The present disclosure provides a system and method for programmable medical lines that can be pre-programmed and controlled and morphed on command. The system may include a power supply, a controller, and a multi-layer wire assembly. The wire assembly includes: a core conductor; an actuator conductor coupled to the core conductor; a selective conductor formed adjacent to the core conductor and the actuator conductor; and a biocompatible protective cover surrounding the layer. The selective conductor may be energized to activate the actuator conductor and cause the actuator conductor to bend or twist in a preprogrammed manner. By selectively controlling the direction of movement of the actuator conductor, the wire assembly can be remotely guided through the body passageway to the target. Auxiliary devices such as sensors, miniature cameras, detectors, cutters, and other devices may also be coupled to the wire assembly and controlled and communicated through one or more optional conductors.)

可编程医用线系统和方法

相关申请的交叉引用

不适用

关于联邦资助研究或开发的声明

不适用

附录参考

不适用

发明背景

技术领域

本公开总体上涉及医用设备及其使用方法。更具体地，本公开涉及用于通过身体通道进入的医用线组件。

背景技术

在医学应用中，经常需要通过身体自身的通道来到达身体的部位。诸如耳朵、鼻子、喉咙、输尿管和直肠通道之类的身体通道允许外科医生和其他医务人员进入需要治疗的身体不同部位。其他身体通道包括血管。

例如，动脉瘤通常发生在血管的薄弱部位，其进一步拉伸血管壁。加强血管壁的一种治疗方法是将极细的线***血管中，并沿着穿过身体的通道到达动脉瘤。可以通过外部连续运行的CT扫描跟踪线。医务人员通常会来回移动线。也许通过反复试验以一种或另一种方式扭曲线，直到理想地达到目标区域。如果线可以在动脉瘤破裂前及时在瘤内形成保护性物质或保护层，那么患者的健康状况和可能的存活率会显著提高。因此，对于患者而言，成功和及时到达目标区域至关重要。

需要制造能更容易、更可靠和更快速地被引导穿过包括血管的身体通道的医用线系统。

发明内容

本公开内容提供了一种用于可编程医用线的系统和方法，该系统和方法可以被预编程，然后根据命令进行控制和变形。使线变形的能力提供了身体通道内的线更快速、更容易、更成功地到达身体目标区域的能力。通常，该系统包括电源、控制器和多层线组件。线组件包括：芯导体；电耦合至芯导体的多个致动器导体；形成在芯导体和致动器导体附近的多个选择性导体，该多个选择性导体被绝缘体隔开并且能够选择性地电耦合至致动器导体和/或芯导体；以及围绕层的生物相容性防护罩。可以给一个或多个选择性导体通电以激活致动器导体和/或芯导体，并使致动器导体和/或芯导体以预编程的方式弯曲或扭曲。当导体断电时，致动器导体和/或芯导体可以恢复其自然形状。通过选择性地控制一个或多个致动器导体和/或芯导体的弯曲或扭曲的方向和量以及弯曲的时间，可以将线组件通过身体通道远程引导至目标。辅助设备，诸如传感器、微型相机、检测器、切割器和其他设备，也可以耦合到线组件，并通过一个或多个选择性导体进行控制和通讯。

本公开还提供一种通过选择性地给导体通电以致动特定致动器来弯曲或扭曲线组件的部分来控制身体通道中的线组件的方法，所述线组件被预编程以在线组件沿身体通道运动时响应通电导体。

附图说明

图1是可编程医用线系统的示例的示意性透视图。

图2是具有芯导体和选择性导体的可编程医用线系统的选择性导体部分的示例的示意性截面图。

图3A是具有芯导体、电耦合至芯导体的致动器导体和选择性导体的可编程医用线系统的过渡致动器部分的示例的示意性截面图。

图3B是具有芯导体、电耦合至芯导体的致动器导体以及电耦合至致动器导体的选择性导体的可编程医用线系统的耦合致动器部分的示例的示意性截面图。

图4是可编程医用线系统的设备部分的示例的示意性截面图，该可编程医用线系统具有芯导体、电耦合至芯导体的扭曲导体以及电耦合至扭曲导体的至少一个选择性导体。

图5是可编程医用线组件的示意图，该组件在指定位置具有各种示例横截面。

具体实施方式

上面描述的附图以及下面的具体结构和功能的书面描述并非呈现以限制申请人发明的范围或所附权利要求的范围。相反，提供附图和书面描述是为了教导本领域的任何技术人员如何实现和使用寻求专利保护的发明。本领域技术人员将理解，为了清楚和理解，并未描述或示出本发明的商业实施方式的所有特征。本领域技术人员还将意识到，结合本公开内容的方面的实际商业实施方式的开发将需要许多特定于实现的决定，以实现开发者针对商业实施方式的最终目标。此类特定于实现的决定可能包括但可能不限于遵守与系统有关、与业务有关、与政府有关的约束以及其他约束，这些约束可能会因具体实施、位置或时间而异。尽管从绝对意义上说开发人员的工作可能是复杂并且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这样的工作仍然是例行任务。必须理解的是，本文公开和教导的发明易于进行多种和各种变化和替代形式。单数术语(诸如但不限于“一”)的使用并不旨在限制项目的数量。此外，系统的各种方法和实施方式可以彼此组合地包含，以产生所公开的方法和实施方式的变型。单数元素的讨论可以包括复数元素，反之亦然。提及至少一项可以包括一项或多项。而且，实施方式的各个方面可以彼此结合使用以实现本公开的理解目标。除非上下文另外要求，否则术语“包括”或诸如“包括”的变体应被理解为暗示包括至少陈述的要素或步骤或要素组或步骤组或其等同物，而不是排除大量或任何其他要素或步骤或要素组或步骤组或其等同物。该装置或系统可以在许多方向和定向上使用。术语“顶部”、“上”、“向上”、“底部”、“下”、“向下”以及类似方向性术语用于指示相对于附图的方向及其图示定向，而不是在商业用途中相对于固定基准(诸如地球)绝对的。术语“内”、“向内”、“内部”或类似术语是指朝向组件或部件的中心部分的方向，诸如组件或部件的纵向中心线，以及术语“外”、“向外”、“外部”或类似术语是指背离组件或部件的中心部分的方向。术语“耦合(coupled/coupling)”、“耦合器”和类似术语在本文中广泛使用，并且可以包括用于固定、结合、粘结、紧固、附接、接合、***其中、形成于其上或其中、通信或其他方式联接(例如通过机械、磁性、电气、化学、可操作、直接或间接地与中间元素、一个或多个构件连接在一起、并且还可以包括但不限于以一个整体的方式将一个功能构件与另一个功能构件整体形成)的任何方法或装置。耦合可以在任何方向上发生，包括旋转地。除非另外特别限制，否则步骤的顺序可以以各种顺序发生。本文描述的各个步骤可以与其他步骤组合，与所述步骤间隔，和/或分为多个步骤。类似地，元素已被功能地描述了，并且可以体现为单独的部件，或者可以组合为具有多种功能的部件。为了简单起见，一些元素由设备名称命名，并且将被理解为包括本领域普通技术人员已知并且可能未具体描述的相关部件的系统。一些元素以给定的元素编号来描述，并且在说明书和附图中提供各种示例来有助于描述实施方式，这些示例执行各种功能并且在形状、大小、描述上是非限制性的，但是用作说明性结构，鉴于本文所包含的教导，本领域普通技术人员已知可对该说明性结构进行改变。带后缀字母的元素编号，诸如“A”、“B”等，是指一组中具有相似结构或功能的相似元素的不同元素，而没有字母的相应元素编号通常是指一个或多个类似元素。

本公开提供了一种用于可编程医用线的系统和方法，该系统和方法可以被预编程、然后根据命令进行控制和变形。使线变形的能力提供了线在身体通道中以更快、容易、更成功地到达身体中的目标区域的能力。通常，该系统包括电源、控制器和多层线组件。线组件包括：芯导体；电耦合至芯导体的多个致动器导体；形成在芯导体和致动器导体附近的多个选择性导体，所述多个选择性导体被绝缘体隔开并且能够选择性地电耦合至致动器导体和/或芯导体，以及围绕层的生物相容性防护罩。可以给一个或多个选择性导体通电以激活致动器导体和/或芯导体，并使致动器导体和/或芯导体以预编程的方式弯曲或扭曲。当导体断电时，致动器导体和/或芯导体可以恢复其自然形状。通过选择性地控制一个或多个致动器导体和/或芯导体的弯曲或扭曲的方向和量以及弯曲的时间，可以将线组件通过身体通道远程引导至目标。辅助设备，诸如传感器、微型相机、检测器、切割器和其他设备，也可以耦合到线组件，并通过一个或多个选择性导体进行控制和通讯。

图1是可编程医用线系统的示例的示意性透视图。图2是具有芯导体和选择性导体的可编程医用线系统的选择性导体部分的示例的示意性截面图。图3A是具有芯导体、电耦合至芯导体的致动器导体和选择性导体的可编程医用线系统的过渡致动器部分的示例的示意性截面图。图3B是具有芯导体、电耦合至芯导体的致动器导体以及电耦合至致动器导体的选择性导体的可编程医用线系统的耦合致动器部分的示例的示意性截面图。图4是可编程医用线系统的设备部分的示例的示意性截面图，该可编程医用线系统具有芯导体、电耦合至芯导体的扭曲导体以及电耦合至扭曲导体的至少一个选择性导体。

可编程医用线系统10通常包括具有本文所述的各种导体的多层可编程线组件12，用于使线组件中的导体通电的电源40，以及用于控制向哪些导体通电的控制器42。术语“线”在本文中被广泛地使用，并且包括形成线以及通过沉积或其他方法形成的导体。“线”的材料可以是各种导电材料，包括金属、半金属、导电金属氧化物和其他导电材料。通常，导体是柔性的，以适应一定量的弯曲、扭曲和其他适合于应用的运动。通常，可编程线组件12是具有一个或多个部分的细长的多层组件，这些部分被预编程为相对于线组件的主体横向或旋转(或“扭曲”)运动。在至少一个实施方式中，可以通过将致动器导体、芯导体或其组合预先设置为在通电时以给定的方式运动并且在断电时返回到正常形状来对运动进行预编程。

在至少一个实施方式中，线组件12的至少一个选择性导体部分30(诸如图1所示的选择性导体部分30A)由芯导体14、围绕芯导体14的一系列层形成。芯导体可以沿着线组件12改变尺寸和配置。图1中的插图和图2中的大图更详细地示出了选择性导体部分30A的横截面。可以在芯导体周围形成绝缘层16。可以在绝缘层16的周围形成选择性导体层18。选择性导体层18可以在径向上被分成将选择性导体22分开的绝缘部分20。例如，选择性导体22A在一侧被绝缘部分20A限制，并且在远侧被绝缘层20B限制。可以在选择性性导体层18上形成另一层24，以保护线组件作为免受外部流体和其他材料的屏蔽物。因此，有利地，层24可以是生物相容的并且是柔性的，以允许通过身体通道的运动。合适材料的一个示例是化学气相沉积聚合物。

在至少一个实施方式中，可以在可编程线组件12中形成至少一个致动器部分26A(通常为“26”)。致动器部分26可以与选择性导体部分30电耦合。在至少一个实施方式中，为了说明的目的，致动器部分26可以由过渡致动器部分261A和耦合致动器部分262A形成。

图1和图3A中的插图示出了过渡致动器部分261A的细节。过渡致动器部分261A包括直径较小的芯导体14，该芯导体14被类似于绝缘层16的绝缘体包围。该绝缘体使多个致动器导体28A、28B等(总体为“28”)与芯导体14绝缘。致动器导体28通常在朝向选择性导体部分30A的近端而通常不是在远端电耦合至芯导体14。此外，致动器导体28彼此绝缘，以允许通过选择相应的一个或多个选择性导体22所提供的电能来独立地控制致动器导体28。具有选择性导体22的选择性导体层18保持形成于芯导体14以及现在的致动器导体28周围。

致动器导体28可以由随温度变化而改变形状的材料制成。例如但不限于，合适的材料可以是“形状记忆效应”(“SME”)材料，诸如镍钛(镍钛诺)。这样的材料诸如通过阻力材料的电刺激来对热做出响应，并且当热被去除时可以返回到自然状态。化学组成可以改变产生给定运动所需的热量。为了编程形状，可以将材料加热到一定水平、弯曲或扭曲或以其他方式形成期望的形状，然后冷却到该形状以设定形状。形状将在适当的热下恢复。因此，材料形成加热形状的“记忆”。

因此，可以在制造可编程线组件12的过程中对期望的形状进行编程。利用阻力电能在致动器部分26中产生热，可编程线组件取决于哪个致动器导体28被热刺激可以在各种方向上运动，例如通过电流。

图1的插图和图3B的较大视图所示的耦合致动器部分262A与过渡致动器部分261A类似地构造。然而，致动器导体28电耦合至相应的选择性导体22。例如，致动器导体28A可以电耦合至选择性导体22A。该耦合被与绝缘层16和绝缘体20的绝缘体包围。实质上，绝缘层16已经通过将致动器导体与选择性导体耦合而被桥接。因此，当期望致动器导体28A被致动时，电流可以流过选择性导体22A并且加热致动器导体28A。热可导致致动器导体28A根据致动器导体28A产生的热或其他能量的水平以预编程的方式运动。以类似的方式，其他选择性导体22可与相应的致动器导体28电耦合。因此，一个或多个致动器导体的选择性致动可导致可编程线组件在各个方向运动。以类似的方式，如果芯导体已经被预设为在激活时这样做，则芯导体可以与选择性导体电耦合以使电流流入芯导体中，以使芯导体以预编程的方式运动。

可编程线组件12的设备部分32可以提供进一步的灵活性和可编程线组件12的使用。在至少一个实施方式中，可以将芯导体14的端部预编程为扭曲形状以形成作为扭曲导体36的部分。一个或多个扭曲导体(未示出)可以在耦合至芯导体14的不同位置中使用。扭曲导体36可以以与已被描述的类似的方式电耦合至选择性导体22B。在致动选择性导体22B以在扭曲导体36上产生热时，扭曲导体36可沿扭曲导体的纵轴(即，沿扭曲导体的长度)扭曲，并根据提供热的量旋转可编程线组件。在该实施方式中，当激活设备部分32时，扭曲导体可以旋转。虽然设备部分32用于说明，但是可以沿可编程线组件12的长度在其他部分***扭曲导体36。

设备部分32也可以用于支撑设备34的各种功能。例如但不限于，这样的设备可以包括照相机、传感器、切割器和其他工具。这样的设备可以是微尺寸的或适当的其他尺寸。可以通过一个或多个选择性导体控制设备并与之通信。

图5是可编程医用线组件的示意图，该组件在指定位置具有各种示例横截面。在一些实施方式中，可编程工作组件12可以包括多个选择性导体部分30和致动器部分26。可以在每个致动器部分26中通过将不同的选择性导体22与致动器导体28耦合来选择性地控制致动器部分26。

在该示例中，可编程工作组件12包括第一选择性导体部分，该第一选择性导体部分包括上述选择性导体22和芯导体14，随后是具有过渡致动器部分261A和耦合致动器部分262A的第一致动器部分26A，如上所述。

第二选择性导体部分30B可以沿着可编程线组件12跟随第一致动器部分26A，并被示出为具有部分301B和部分302B。第一过渡导体引导部分301B示出了其余的选择性导体22，这些剩余的选择性导体22可用于下游的后续控制，而没有在第一致动器部分26A中使用的致动器导体28和选择性导体22。第一过渡导体引导部分301B还示出了在第一致动器部26A中使用的芯导体14。第二过渡导体引导部分302B仍然示出其余的选择性导体，但是具有相对扩大的芯导体14，该芯导体14可以更容易地耦合至接下来的下游部分中的附加致动器导体28。

第二致动器部分26B可以沿着可编程线组件12跟随第二选择性导体部分30B。第二致动器部分26B可以包括过渡致动器部分261B和耦合致动器部分262B。过渡致动器部分261B包括芯导体14，其中致动器导体28耦合至该芯导体和其余的选择性导体22。耦合致动器部分262B与过渡致动器部分261B类似地构造，但是致动器导体28也耦合至一个或多个其余的选择性导体22。可以给一个或多个选择性导体通电，以致动它们相应的致动器导体28，来在一个或多个方向上运动，如上所述。

第三选择性导体部分30C可以沿着可编程线组件12跟随第二致动器部分26B，并被示出为具有部分301C和部分302C。第一过渡导体引导部分301C示出了其余的选择性导体22，这些其余的选择性导体22可用于下游的后续控制，而没有在第二致动器部分26B中使用致动器导体28和选择性导体22。第一过渡导体引导部301C还示出了在第二致动器部分26B中使用的芯导体14。第二过渡导体引导部分302C仍然示出其余的选择性导体22，但是具有相对扩大的芯导体14，该芯导体14可以更容易地耦合至在接下来的下游部分中的附加致动器导体28。第二过渡导体引导部分302C(和其他部分)还示出，随着可编程线组件12中的选择性导体22和/或致动器导体28的数量减少，可以适当地减小***尺寸。

第三致动器部分26C可以沿着可编程线组件12跟随第三选择性导体部分30C。第三致动器部分26C可以包括过渡致动器部分261C和耦合致动器部分262C。过渡致动器部分261C包括耦合至第三选择导体部分30C的芯导体14的致动器导体28和其余的选择性导体22。耦合致动器部分262C与过渡致动器部分261C类似地构造，但是致动器导体28也耦合至一个或多个其余的选择性导体22。一个或多个选择性导体可以被通电以致动它们相应的致动器导体28以如上所述地在一个或多个方向上运动。

可编程线组件12的设备部分32可以提供更大的灵活性和可编程线组件12的使用。如上所述，设备部分32还可以用于支持各种功能的设备并与之通信。这样的设备可以是微尺寸的或适当的其他尺寸。可以通过一个或多个选择性导体22来控制设备并与之通信。

已经在优选实施方式和其他实施方式的上下文中描述了本发明，并且没有描述本发明的每个实施方式。明显的修改包括可以组合的部件的数量，层的数量，和/或导体、形状和目的的变化，以及本领域普通技术人员基于本文的教导将想到的其他变化以及相关的使用和制造方法。所公开和未公开的实施方式并非旨在限制或约束申请人所构想的本发明的范围或适用性，而是根据专利法，申请人旨在完全保护落入所附权利要求的范围内的所有此类修改和改进。