本發(fā)明涉及醫(yī)療用微型機(jī)器人，更詳細(xì)地涉及能夠投入用于溶解血管內(nèi)血栓的藥物并可進(jìn)行鉆孔的醫(yī)療用微型機(jī)器人及具備其的微型機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常，血管治療用微型機(jī)器人為了治療血管只能進(jìn)行機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)。

僅使用機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)的血管治療方式的操作方法單純，因此可能比較易于體現(xiàn)。

但是，治療如慢性完全閉塞癥等嚴(yán)重的血管疾病時(shí)需要進(jìn)行相對(duì)高速的鉆孔運(yùn)動(dòng)，而此時(shí)存在高速鉆孔運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)血管壁導(dǎo)致二次損傷的重大缺點(diǎn)。

作為治療血管疾病的傳統(tǒng)方法，通過大腿動(dòng)脈插入導(dǎo)管后由醫(yī)生手動(dòng)操作來貫通血管。

但是，導(dǎo)管由于其結(jié)構(gòu)特征無法適用于復(fù)雜的血管，且手術(shù)的成功與否極大依賴于醫(yī)生的熟練度。

為了客服如上所述的導(dǎo)管的缺點(diǎn)，近期在各個(gè)先進(jìn)研究機(jī)構(gòu)對(duì)血管治療用微型機(jī)器人正活躍進(jìn)行研究。

至今開發(fā)出的微型機(jī)器人主要是利用機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)來治療堵塞的血管的方法。

但是，如慢性完全閉塞癥，由堅(jiān)固的材質(zhì)而導(dǎo)致血管堵塞的嚴(yán)重的血管疾病的情況下，只用機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)則難以治療疾病。

另一方面，血栓溶解劑作為可生化學(xué)地溶解血栓的藥物，與微型機(jī)器人的機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)一并使用時(shí)可有效治療血管疾病。

因此，為了提高微型機(jī)器人的血管治療性能，需要開發(fā)同時(shí)具有機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)功能及藥物傳達(dá)功能的微型機(jī)器人。

與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有文獻(xiàn)有韓國(guó)公開專利公開號(hào)第10-2009-0122648號(hào)(公開日：2009年12月01日)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供具有螺旋形結(jié)合結(jié)構(gòu)而進(jìn)行前進(jìn)及血栓鉆孔的同時(shí)，可噴射用于溶解血栓的藥物的醫(yī)療用微型機(jī)器人及具備其的微型機(jī)器人系統(tǒng)。

技術(shù)方案

在第一方面，本發(fā)明提供微型機(jī)器人，其包括：鉆孔本體部，末端形成有鉆頭；螺旋結(jié)合本體部，內(nèi)部設(shè)有磁鐵，上述螺旋結(jié)合本體部與上述鉆孔本體部的外緣螺旋結(jié)合；以及系統(tǒng)控制部，向上述磁鐵提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，來控制上述鉆孔本體部和上述螺旋結(jié)合本體部相互同時(shí)進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)或者上述螺旋結(jié)合本體部在上述鉆孔本體部的周圍進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，在上述鉆孔本體部的外緣形成有與上述螺旋結(jié)合本體部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的螺旋形突起。

優(yōu)選地，在上述鉆孔本體部的內(nèi)部形成有用于裝載藥物的呈中空形狀的藥物裝載空間。

優(yōu)選地，在上述鉆頭的端部形成有上述藥物的藥物噴射孔。

優(yōu)選地，上述螺旋結(jié)合本體部為，活塞本體，夾設(shè)在上述藥物裝載空間來抽吸上述藥物；螺旋形線圈，形成于上述活塞本體的端部并與上述螺旋形突起螺旋結(jié)合。

優(yōu)選地，在上述活塞本體的內(nèi)部形成有磁鐵插槽，上述磁鐵夾設(shè)在磁鐵插槽。

優(yōu)選地，上述磁鐵插槽呈圓筒狀的孔，上述磁鐵呈圓柱狀。

優(yōu)選地，上述活塞本體的端部突出形成。

優(yōu)選地，上述螺旋形突起之間的齒距為，大于上述螺旋形線圈的厚度。

上述系統(tǒng)控制部控制產(chǎn)生上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生部的驅(qū)動(dòng)。

上述系統(tǒng)控制部具有前進(jìn)或后退模式、藥物噴射模式、鉆孔模式。

優(yōu)選地，在執(zhí)行上述前進(jìn)及后退模式的情況下，上述系統(tǒng)控制部符合如下條件：

優(yōu)選地，執(zhí)行上述藥物噴射模式的情況下，上述系統(tǒng)控制部符合如下條件：

優(yōu)選地，執(zhí)行上述鉆孔模式的情況下，上述系統(tǒng)控制部符合

優(yōu)選地，其中，上述為借助上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)施加于上述鉆孔本體部的磁矩，上述為在上述鉆孔本體部和上述螺旋結(jié)合本體部之間發(fā)生的摩擦力矩，上述為借助上述鉆孔本體部的螺旋運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的阻力矩，上述為借助上述螺旋結(jié)合本體部的螺旋運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的阻力矩，上述I_H1為上述鉆孔本體部的旋轉(zhuǎn)慣性矩，上述I_H2為上述螺旋結(jié)合本體部的旋轉(zhuǎn)慣性矩，上述為在上述鉆孔本體部與上述螺旋結(jié)合本體部之間發(fā)生的最大摩擦力矩。

并且，在上述前進(jìn)及后退模式的情況下，上述鉆孔本體部和上述螺旋結(jié)合本體部相互同時(shí)進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。

在上述藥物噴射模式的情況下，上述螺旋結(jié)合本體部在與上述鉆孔本體部的外緣部分螺旋結(jié)合的狀態(tài)下進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，上述活塞本體抽吸裝載于上述藥物裝載空間的藥物并通過上述藥物噴射孔向外部噴射。

優(yōu)選地，在上述鉆孔模式的情況下，在上述螺旋結(jié)合本體部與上述鉆孔本體部的外緣完成螺旋結(jié)合的狀態(tài)下，上述鉆孔本體部進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。

另一方面，本發(fā)明提供包括上述微型機(jī)器人的微型機(jī)器人系統(tǒng)。

有益效果

本發(fā)明具有構(gòu)成螺旋形結(jié)合結(jié)構(gòu)而進(jìn)行前進(jìn)并對(duì)血栓進(jìn)行鉆孔的同時(shí)，可噴射用于溶解血栓的藥物的效果。

并且，本發(fā)明不僅治療血管而且適用于多種人體疾病，具有可進(jìn)行最小浸濕、低成本、高效率的治療的效果。

附圖說明

圖1為示出本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的結(jié)合立體圖。

圖2為示出本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的分解立體圖。

圖3為示出作用于本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的多個(gè)扭矩的附圖。

圖4為示出具有本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的微型機(jī)器人系統(tǒng)的附圖。

圖5為示出本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人位于血管內(nèi)而除去血栓的過程的試驗(yàn)照片。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖說明本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人。

圖1為示出本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的結(jié)合立體圖，圖2為示出本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的分解立體圖，圖3為示出作用于本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的多個(gè)扭矩的附圖。

參照?qǐng)D1及圖2，說明本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人1大體上由鉆孔本體部100、螺旋結(jié)合本體部200及系統(tǒng)控制部300構(gòu)成。

上述鉆孔本體部100呈中空形狀，以另一端或末端的直徑逐漸變小的方式形成。

在上述鉆孔本體部100的末端形成有鉆頭110。

上述鉆孔本體部100呈中空形狀，內(nèi)部形成有空間。

優(yōu)選地，上述空間為可裝載或收容藥物的藥物裝載空間130。

上述藥物可以為溶解形成于血管的血栓的藥物，也可以為其他通途的藥物。

并且，上述藥物裝載空間130提供夾設(shè)有后述的螺旋結(jié)合本體部200的活塞本體210并可左右移動(dòng)的空間。

而且，在上述鉆孔本體部100的末端，優(yōu)選地在鉆頭110的中央部形成有向外部露出藥物裝載空間130的同時(shí)可向外部噴射藥物的藥物噴射孔120。

并且，在上述鉆孔本體部100的外緣突出形成有具有規(guī)定齒距(pitch)的螺旋形突起140。

上述螺旋結(jié)合本體部200包括活塞本體210和螺旋形線圈220。

上述活塞本體210的末端以末端突出的方式形成。

上述活塞本體210夾設(shè)于上述藥物裝載空間130，用于抽吸上述藥物。

上述螺旋形線圈220的一端以固定于上述活塞本體210的方式形成，沿著另一端具有規(guī)定齒距來形成螺旋形。

上述螺旋形線圈220與上述形成于鉆孔本體部100的外緣的螺旋形突起140之間的螺旋形槽150螺旋結(jié)合。

因此，隨著螺旋形線圈220與上述螺旋形槽150螺旋結(jié)合并進(jìn)行前進(jìn)或后退動(dòng)作，螺旋結(jié)合本體部200以能夠在鉆孔本體部100的外緣進(jìn)行前進(jìn)或后退的方式螺旋結(jié)合。

并且，上述螺旋結(jié)合本體部200具有磁鐵插槽230。

上述磁鐵插槽230以具有規(guī)定深度的方式形成在活塞本體210的一端側(cè)。

優(yōu)選地，上述磁鐵插槽230根據(jù)磁鐵的形狀形成，例如，可以呈圓筒狀的槽。

而且，在上述磁鐵插槽230以?shī)A設(shè)方式固定有圓柱狀的磁鐵400。

其中，上述螺旋形突起140之間的齒距可大于上述螺旋形線圈220的厚度。

參照?qǐng)D2及圖3，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)控制部300控制產(chǎn)生上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生部(未圖示)的驅(qū)動(dòng)。

鉆孔本體部100可借助向磁鐵插槽230插入的磁鐵400而向x軸方向旋轉(zhuǎn)的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生x軸方向的螺旋運(yùn)動(dòng)。

此時(shí)，若鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200的一部分螺旋結(jié)合，則借助鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200之間的旋轉(zhuǎn)摩擦矩，螺旋結(jié)合本體部200可沿著鉆孔本體部100同時(shí)旋轉(zhuǎn)或著鉆產(chǎn)生孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200的螺旋結(jié)合的運(yùn)動(dòng)。

鉆孔本體部100在外部磁場(chǎng)內(nèi)所受到的磁矩可由【數(shù)學(xué)式1】表示。

【數(shù)學(xué)式1】

其中，為借助外部磁場(chǎng)施加于鉆孔本體部100的磁矩，m為磁鐵磁力矩，B為外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度。

用于從【數(shù)學(xué)式1】產(chǎn)生使微型機(jī)器人1向x軸方向螺旋運(yùn)動(dòng)的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可由【數(shù)學(xué)式2】表示。

B_ERMF(t)＝B₀(0，cos 2πft，sin 2πft)

其中，B₀為外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，f為外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率，t為時(shí)間。

所提出的微型機(jī)器人1的鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式可由如下【數(shù)學(xué)式3】、【數(shù)學(xué)式4】表示。

【數(shù)學(xué)式3】

【數(shù)學(xué)式4】

其中，上述為借助上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而施加于上述鉆孔本體部100的磁矩。

上述為借助上述鉆孔本體部100的螺旋運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的阻力矩。

上述為借助上述螺旋結(jié)合本體部200的螺旋運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的阻力矩。

上述I_H1為，上述鉆孔本體部100的旋轉(zhuǎn)慣性矩，上述I_H2為上述螺旋結(jié)合本體部200的旋轉(zhuǎn)慣性矩，上述為上述鉆孔本體部100和上述螺旋結(jié)合本體部200之間發(fā)生的最大摩擦力矩。

并且，上述α_H1為鉆孔本體部100的角加速度，上述α_H2為螺旋結(jié)合本體部200的角加速度。

參照【數(shù)學(xué)式1】至【數(shù)學(xué)式4】，當(dāng)施加于鉆孔本體部100的磁矩在以下【數(shù)學(xué)式5】的范圍內(nèi)作用時(shí)，鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200可借助外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同時(shí)產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)。

【數(shù)學(xué)式5】

其中，為鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200之間發(fā)生的最大摩擦矩。

如此，鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200的同步螺旋運(yùn)動(dòng)部分能夠使部分螺旋結(jié)合的微型機(jī)器人1在藥物裝載空間130裝載藥物且不發(fā)生藥物的流出地生成前進(jìn)推力，因此微型機(jī)器人1可在如血管的流體環(huán)境下有效進(jìn)行移動(dòng)、轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)施加于鉆孔本體部100的磁矩在以下【數(shù)學(xué)式6】的范圍內(nèi)作用時(shí)，鉆孔本體部100可與螺旋結(jié)合本體部200螺旋結(jié)合。

【數(shù)學(xué)式6】

此類螺旋結(jié)合對(duì)螺旋結(jié)合本體部200的內(nèi)部發(fā)生壓力，此壓力使裝載于藥物裝載空間130藥物可通過藥物噴射孔120向外部噴射。

當(dāng)完全螺旋結(jié)合的微型機(jī)器人1在以下【數(shù)學(xué)式7】的條件下驅(qū)動(dòng)時(shí)，可產(chǎn)生機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)。

【數(shù)學(xué)式7】

再次整理上述內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)控制部300具有前進(jìn)或后退模式、藥物噴射模式、鉆孔模式。

在執(zhí)行上述前進(jìn)及后退模式的情況下，上述系統(tǒng)控制部300符合如下條件：

在執(zhí)行上述藥物噴射模式的情況下，上述系統(tǒng)控制部300符合如下條件：

在執(zhí)行上述鉆孔模式的情況下，上述系統(tǒng)控制部300符合如下條件：

其中，上述為借助上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)施加于上述鉆孔本體部100的磁矩。

上述為上述鉆孔本體部100和上述螺旋結(jié)合本體部200之間發(fā)生的摩擦力矩。

上述為借助上述鉆孔本體部100的螺旋運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的阻力矩。

上述為借助上述螺旋結(jié)合本體部200的螺旋運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的阻力矩。

上述I_H1為上述鉆孔本體部100的旋轉(zhuǎn)慣性矩，上述I_H2為上述螺旋結(jié)合本體部200的旋轉(zhuǎn)慣性矩，上述為上述鉆孔本體部100和上述螺旋結(jié)合本體部200之間發(fā)生的最大摩擦力矩。

在上述前進(jìn)及后退模式的情況下，上述鉆孔本體部100和上述螺旋結(jié)合本體部200相互同時(shí)進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。

在上述藥物噴射模式的情況下，上述螺旋結(jié)合本體部200在與上述鉆孔本體部100的外緣部分螺旋結(jié)合的狀態(tài)下進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，上述活塞本體210抽吸裝載于上述藥物裝載空間130的藥物并通過上述藥物噴射孔120向外部噴射。

在上述鉆孔模式的情況下，在上述螺旋結(jié)合本體部200與上述鉆孔本體部100的外緣完成螺旋結(jié)合的狀態(tài)下，上述鉆孔本體部100進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。

圖4為示出具有本發(fā)明的微型機(jī)器人的系統(tǒng)的附圖。

參照?qǐng)D4，本發(fā)明的微型機(jī)器人系統(tǒng)包括微型機(jī)器人1、驅(qū)動(dòng)部600及上述系統(tǒng)控制部300。

其中，上述微型機(jī)器人1與參照?qǐng)D1至圖4的說明的結(jié)構(gòu)相同，因此以下省略對(duì)其的說明。

上述驅(qū)動(dòng)部600利用從作為檢測(cè)對(duì)象的人體30的外部向上述人體30的內(nèi)部插入的微型機(jī)器人1傳達(dá)驅(qū)動(dòng)力。

上述驅(qū)動(dòng)部600包括外部驅(qū)動(dòng)部610，在上述外部驅(qū)動(dòng)部610的發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力包括超聲波、微波或電磁場(chǎng)。

優(yōu)選地，上述外部驅(qū)動(dòng)部610為發(fā)生上述外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生部。

并且，上述驅(qū)動(dòng)部600還包括位置識(shí)別部620，上述位置識(shí)別部620用于識(shí)別在上述人體30的內(nèi)部移動(dòng)的微型機(jī)器人1的位置。

并且，上述位置識(shí)別部620拍攝上述人體30的x線影像來可識(shí)別上述微型機(jī)器人1的位置。

上述系統(tǒng)控制部300從上述驅(qū)動(dòng)部600接收上述微型機(jī)器人1的位置信息來控制上述驅(qū)動(dòng)部600。

并且，上述系統(tǒng)控制部300包括位置控制部310，上述位置控制部310處理從上述位置識(shí)別部610傳送的超聲波位置信息或處理從上述位置識(shí)別部210傳送的x線影像。

并且，上述位置控制部310包括處理上述x線影像來識(shí)別上述微型機(jī)器人1的位置的功能。

上述系統(tǒng)控制部300用顯示面板330顯示在上述位置控制部310識(shí)別到的上述微型機(jī)器人1的位置。

操作員操作上述系統(tǒng)控制部300的操作面板320來控制上述驅(qū)動(dòng)部600，上述微型機(jī)器人1可向病變的位置移動(dòng)。

其次，說明使用具有如上結(jié)構(gòu)的醫(yī)療用微型機(jī)器人除去及溶解血管內(nèi)血栓的實(shí)驗(yàn)例。

圖5為示出本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人1位于血管10內(nèi)而除去血栓的過程的實(shí)驗(yàn)照片。

圖5的(a)部分示出利用本發(fā)明的微型機(jī)器人1在模擬血管10內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)、藥物放出、機(jī)械鉆孔運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

首先，在分支管形態(tài)的模擬血管10設(shè)置由碳酸鈣構(gòu)成的模擬血栓20。

在微型機(jī)器人1裝載有可與碳酸鈣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的乙酸。上述乙酸裝載或收容于藥物裝載空間130。

首先，本發(fā)明的微型機(jī)器人1首先借助符合上述【數(shù)學(xué)式5】的4mT，20Hz的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，向模擬血管10內(nèi)的治療區(qū)域未產(chǎn)生藥物的放出地進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)形式的前進(jìn)移動(dòng)。

本發(fā)明的微型機(jī)器人1抵達(dá)治療區(qū)域后，銀模擬血栓20而無法繼續(xù)移動(dòng)。

本發(fā)明中微型機(jī)器人1借助符合上述【數(shù)學(xué)式6】的14mT，20Hz的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，鉆孔本體部100和螺旋結(jié)合本體部200進(jìn)行螺旋結(jié)合并放出藥物。

此時(shí)，碳酸鈣和二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)馀荨?/p>

通過二氧化碳?xì)馀莸陌l(fā)生可確認(rèn)到裝載于微型機(jī)器人1的血栓溶解劑可溶解實(shí)際血栓20。

放出作為藥物的乙酸后，完全螺旋結(jié)合的微型機(jī)器人1借助符合【數(shù)學(xué)式7】的4mT，20Hz的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生有效的鉆孔運(yùn)動(dòng)。

完成鉆孔運(yùn)動(dòng)約需45秒左右。

其后，借助與前進(jìn)所使用的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反的方向旋轉(zhuǎn)的4mT，20Hz的外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)施返回到始發(fā)位置的后退運(yùn)動(dòng)。

使用本發(fā)明的微型機(jī)器人1的上述實(shí)驗(yàn)例中，填充有實(shí)際的水的微型機(jī)器人1完成上述相同的鉆孔運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間約為300秒左右。

據(jù)此，本發(fā)明的微型機(jī)器人1借助血栓溶解劑的輔助可有效治療血管。

通過如上的結(jié)構(gòu)及作用，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)成螺旋形結(jié)合結(jié)構(gòu)而進(jìn)行前進(jìn)并對(duì)血栓進(jìn)行鉆孔的同時(shí)，可噴射用于溶解血栓的藥物。

并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例不僅治療血管而且適用于多種人體疾病，所以可實(shí)現(xiàn)最小浸濕、低成本、高效率的治療。

以上，說明了有關(guān)本發(fā)明的醫(yī)療用微型機(jī)器人的具體實(shí)施例，但是在未超出本發(fā)明的范圍內(nèi)可采取各種實(shí)施變更。

因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)限于所說明的實(shí)施例，應(yīng)根據(jù)上述發(fā)明要求保護(hù)范圍及其等同物。

即，應(yīng)理解為，上述實(shí)施例在各方面為示例性的，并不限定本發(fā)明。與具體實(shí)施方式相比，本發(fā)明的范圍在后述的發(fā)明要求保護(hù)范圍中更加以體現(xiàn)，其發(fā)明要求保護(hù)范圍的意義及范圍且由其等同的概念導(dǎo)出的所有修改或變更的形態(tài)則應(yīng)屬于本發(fā)明。