專利名稱：可操縱探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可操縱的探頭。其應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如應(yīng)用于腦或肝的外科手術(shù)，但是不尋常地，還可以應(yīng)用于其它領(lǐng)域，例如采礦或者勘探。
背景技術(shù)：
伴隨著朝著局部治療的趨勢(shì)，目前醫(yī)學(xué)介入的趨勢(shì)傾向于較少創(chuàng)傷方法。微創(chuàng)(MD進(jìn)入裝置的外科手術(shù)探頭可以被廣義地劃分為兩個(gè)大類腔內(nèi)探頭和經(jīng)皮探頭。腔內(nèi)探頭(例如內(nèi)窺鏡和血管內(nèi)導(dǎo)管)利用身體內(nèi)天生的孔和易進(jìn)入的血管來(lái)將工具(例如光纖、組織采樣器等)導(dǎo)向目標(biāo)。它們的使用在一些關(guān)鍵的專業(yè)中被證明是非常成功的，比如在胃腸的外科手術(shù)中，但是腔內(nèi)進(jìn)入裝置的應(yīng)用領(lǐng)域的范圍是有限的。相反地，經(jīng)皮(也就是說(shuō)經(jīng)過皮膚)器械可以廣泛地應(yīng)用于“侵入性介入”的整個(gè)范圍，因?yàn)榫瓦x定的軟組織目標(biāo)的進(jìn)入點(diǎn)和進(jìn)入路徑而言，它們的用途很廣。目前包含針頭或?qū)Ч艿慕?jīng)皮插入的操作，范 圍從血液/流體取樣、組織活檢、導(dǎo)管插入、部分切除和近程放射治療到腦深部刺激和診斷影像，同時(shí)新的方法以前所未有的增加的速度出現(xiàn)在文獻(xiàn)中。目前的經(jīng)皮器械可以被分為兩個(gè)大類粗的非柔性探頭(例如，活檢探頭和腹腔鏡)以及細(xì)的柔性探頭(例如近程放射治療針頭)。粗的非柔性探頭的優(yōu)點(diǎn)在于，它們可以在可視系統(tǒng)(例如超聲波)的幫助下指向目標(biāo)并且不會(huì)在負(fù)荷下變形。然而，它們的操作引起組織上顯著的壓力，這限制了外科醫(yī)生的自由度。相反地，細(xì)的柔性探頭傾向于較少地傷害周圍組織，但是會(huì)抵抗組織的阻力而彎曲和變形，從而導(dǎo)致放置精確度問題，放置精確度與目標(biāo)的深度成反比。此外，兩類探頭都受困于同樣的表層下技術(shù)性和功能性的限制它們不能被沿著曲線軌道導(dǎo)向。這是經(jīng)皮探頭的主要缺陷，這將它們的應(yīng)用局限在了可實(shí)行直線方法的外科手術(shù)操作中。之前跟隨三條主要的研究路線來(lái)解決針頭操縱問題。最近的研究表明，當(dāng)具有斜面頂端的柔性針頭被推動(dòng)穿過軟組織時(shí)，頂端自身的對(duì)稱性使得針頭沿著具有單一半徑的弧形軌道彎曲。在插入過程中改變斜面頂端的軌道的控制策略已經(jīng)得到論證；軌道曲率的比例控制可以通過針頭自身負(fù)載循環(huán)的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中針頭的趨近角度可以通過沿著縱向軸的循環(huán)旋轉(zhuǎn)來(lái)控制。然而，針頭操作的傾斜頂端方法最主要的缺點(diǎn)涉及針頭的橫截面直徑的局限性，這是操作機(jī)構(gòu)本身固有的。既然軌道控制通過負(fù)載循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，制成針頭的材料應(yīng)當(dāng)足夠硬以能夠沿著針頭的整個(gè)長(zhǎng)度傳遞轉(zhuǎn)矩(這解釋了鎳鈦合金絞線的選擇)，同時(shí)直徑應(yīng)當(dāng)足夠小使得針頭是柔性的并且因此能夠彎曲(一般O. 28mm)。假設(shè)有對(duì)于堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)和很柔韌的針頭的相反要求時(shí)，這種對(duì)于最大外徑的限制就不能被超過。在針頭操作的可選方法中，標(biāo)準(zhǔn)針頭通過在其底部施加力矩被沿著軟組織(例如火雞胸肌肉)內(nèi)部的彎曲軌道操作。使用簡(jiǎn)化的彈簧-阻尼方法通過模型化組織和針頭的相互作用和變形將插入軌道設(shè)計(jì)好。然而，由于目標(biāo)執(zhí)行依賴于組織的硬度和阻力，可應(yīng)用的柔軟材料的范圍，即可以使用這種控制策略的場(chǎng)合是有限的。這種方法在軟組織和易損組織，例如大腦，的應(yīng)用將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的組織損傷。
針頭操作的第三種也是最后一種方法是以結(jié)合預(yù)彎曲同心管為基礎(chǔ)的，同心管可以相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)和延伸以控制頂端位置和方位。雖然這種方法提出了相對(duì)簡(jiǎn)單的控制問題，因?yàn)楣芏魏退鼈兊南嗷プ饔每梢允褂煤?jiǎn)單的束理論來(lái)模型化，但是任何一個(gè)針頭實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)的可用的軌道范圍是非常有限的。由于每個(gè)預(yù)彎曲管具有“固定的”幾何形狀和曲率半徑，因此不可能設(shè)計(jì)出具有控制的可變曲率的軌道。此外，路徑上弧線的數(shù)目不可更改地與段數(shù)聯(lián)系在一起(例如三個(gè)同心管只能做出具有兩個(gè)常量曲率半徑的彎曲路徑)，這限制了探頭將適用的應(yīng)用范圍?？傊m然這些研究工作已經(jīng)實(shí)質(zhì)上改進(jìn)了技術(shù)現(xiàn)狀，但是至今為止所有提出來(lái)的方案都限制了應(yīng)用領(lǐng)域。因此，對(duì)于新的多用途的介入技術(shù)仍然存在明確的需要，這種技術(shù)將能夠以精確性和對(duì)周圍組織的最少破壞來(lái)執(zhí)行身體中的經(jīng)皮介入應(yīng)用到多種外科手術(shù)場(chǎng)合的細(xì)的柔性工作通道，它可以被精確地定位到身體中的任何地方。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可操縱探頭包括主體和被設(shè)置用來(lái)驅(qū)動(dòng)探頭經(jīng)過樣本的驅(qū)動(dòng)裝置。主體可以包括至少三個(gè)沿著探頭彼此平行延伸的主體部分，每個(gè)主體部分沿著探頭 相對(duì)于其它主體部分可移動(dòng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，具有至少三個(gè)主體部分，當(dāng)其中一個(gè)部分移動(dòng)時(shí)，其它部分傾向于保持基本靜止。這是因?yàn)楫?dāng)探頭表面的兩個(gè)不相等的部分相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)，較大的表面傾向于保持靜止而較小的表面傾向于相對(duì)于探頭所處的樣本移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置可以被設(shè)置成依次按可變的順序相對(duì)其它主體部分移動(dòng)每個(gè)主體部分，例如一次一個(gè)或一組，從而驅(qū)動(dòng)探頭經(jīng)過樣本。驅(qū)動(dòng)裝置可以被設(shè)置成，當(dāng)向主體部分之一施加沿向前方向的力時(shí)，向其它主體部分中的至少一個(gè)施加沿向后方向的力。這可以減少或限制施加到探頭上的總力或合力。驅(qū)動(dòng)裝置可以被設(shè)置成平衡施加到主體部分上方向向前和向后的力，因此所述驅(qū)動(dòng)裝置施加到探頭上的合力基本為零。驅(qū)動(dòng)裝置可以被設(shè)置成在主體部分之間作用，以便施加位于探頭內(nèi)部的力。可選擇地，驅(qū)動(dòng)裝置可以被配置成在主體部分和另一個(gè)主體之間施加力，另一個(gè)主體可以是固定的，或者可以被設(shè)置成隨探頭移動(dòng)經(jīng)過樣本。一個(gè)或多個(gè)主體部分可包含操縱裝置，操縱裝置被設(shè)置為如果主體部分被移動(dòng)向前超過其它主體部分，沿相應(yīng)的方向操縱該主體部分。該操縱裝置可包括成形的頂端，或者彈性的偏置裝置，或者兩者都有。彈性的偏置裝置可以是主體部分中的彈性插入件的形式，或者其可以包含主體部分自身的一段，這一段由彈性材料構(gòu)成，例如通過注塑成形。操縱裝置可以是被動(dòng)的或主動(dòng)的。每個(gè)主體部分可具有形成探頭外表面之一部分的外表面，該外表面具有結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可被設(shè)置成等量地阻擋在探頭的兩個(gè)縱向方向上經(jīng)過樣本的移動(dòng)。可選地，其可被設(shè)置成阻擋一個(gè)方向上的移動(dòng)比阻擋另一個(gè)方向上的移動(dòng)更多。驅(qū)動(dòng)裝置可包括致動(dòng)裝置和控制裝置，致動(dòng)裝置被設(shè)置成施加驅(qū)動(dòng)力給主體部分，控制裝置被設(shè)置成控制致動(dòng)裝置以控制探頭的移動(dòng)。致動(dòng)裝置可以被安裝在探頭主體上，并被設(shè)置成與探頭主體一起移動(dòng)經(jīng)過樣本?？蛇x地，致動(dòng)裝置可以位于遠(yuǎn)離探頭的位置，并且通過力傳遞裝置與探頭連接，因此允許致動(dòng)裝置位于不想要有電氣組件的容腔的例如MRI掃描儀外部。探頭可具有沿著其延伸的通道，例如用作沿著探頭的工具或藥品的通道，或者用于抽出樣本或樣本的核心。通道可以延伸穿過探頭部分之一，或者可以被限定在兩個(gè)部分之間，或者限定在所有部分的中間。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種探頭系統(tǒng)，包括根據(jù)本發(fā)明的探頭，以及被設(shè)置成在探頭移動(dòng)經(jīng)過樣本時(shí)定位 探頭的定位裝置。探頭的驅(qū)動(dòng)裝置可以被設(shè)置成從定位裝置接收位置定位信號(hào)以便提供探頭位置的閉合循環(huán)控制。探頭可以是醫(yī)學(xué)探頭。探頭優(yōu)選地是與核磁共振(MRI)兼容。不同尋常的，探頭可以具有醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以外的應(yīng)用，并且可以被設(shè)置成用于地理學(xué)，或者用于搜索和救援，例如
在雪中。本發(fā)明進(jìn)一步提供根據(jù)本發(fā)明的探頭，探頭進(jìn)一步包括檢測(cè)裝置，其中驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成從檢測(cè)裝置確定期望的方向，和控制主體部分的移動(dòng)以便向期望的方向移動(dòng)探頭。下面將只參考附圖通過舉例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的探頭的示意圖；圖2a、2b和2c是圖I中的探頭在不同操作階段的縱向截面圖；圖3是圖I中探頭的橫截面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的探頭的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；圖5是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭的橫截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭的縱截面示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭的橫截面示意圖；圖8a和Sb是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭在不同操作階段的縱截面圖；圖Sc和8d示出了可以用于圖8a中的探頭的操縱元件；圖9是包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的探頭的外科手術(shù)系統(tǒng)的示意圖；圖9a是圖9的系統(tǒng)的功能系統(tǒng)圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭的部分截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭的部分截面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例的外科手術(shù)探頭系統(tǒng)的框圖；圖13是圖12的系統(tǒng)的探頭的截面圖；圖14是圖12的系統(tǒng)的控制的功能圖；圖15是示出了圖12的系統(tǒng)中的探頭的控制器路徑的幾何圖形的圖；圖16a和16b是具有恒定的偏移量的圖12中探頭的多個(gè)部分的偏移量和行程位置曲線圖；圖17a和17b是具有變化的偏移量的圖12中探頭的多個(gè)部分的偏移量和行程位置曲線圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例的栓系搜索探頭和控制系統(tǒng)的圖；圖19是通過根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例的探頭的示意截面圖；和
圖19a是圖19的探頭的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式參 照?qǐng)D1，用在腦外科手術(shù)中的可操縱探頭包括伸長(zhǎng)的柔性主體10，其由四個(gè)主體部分10a、10b、IOc和IOd組成，每個(gè)主體部分從主體10的前端12到后端14在主體10的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。主體10具有圓形的橫截面，四個(gè)主體部分10a、10b、IOc和IOd中的每一個(gè)都具有通常為整個(gè)圓形橫截面的一瓣形式的橫截面，在這里是四分之一。探頭的前端12成錐形匯聚到一點(diǎn)，因此每個(gè)主體部分在其前端具有錐形的或傾斜的頂端16，在頂端16處其外表面18向內(nèi)朝著探頭的縱向中心線20成錐形。主體部分10a、10b、IOc和IOd通過互鎖結(jié)構(gòu)相互連接，這將在下文更詳細(xì)地描述，這允許主體部分相對(duì)于彼此向后和向前滑動(dòng)。為了清楚起見，探頭顯示的非常短，但是實(shí)際上這種類型的外科手術(shù)應(yīng)用的探頭的直徑通常大約為I. 5到10mm，長(zhǎng)度通常為100到300mm。參照?qǐng)D2a到2c，通過一次一個(gè)依次向前移動(dòng)主體部分，探頭被移動(dòng)進(jìn)入樣本11，在這里是大腦。主體部分移動(dòng)的順序控制了探頭的操縱。如果一個(gè)主體部分IOb向前移動(dòng)超過其它主體部分，它的傾斜頂端16傾向于使其向內(nèi)彎曲，如圖2b所示。當(dāng)相對(duì)的主體部分IOd向前移動(dòng)到與第一個(gè)部分IOb的平齊時(shí)，然后它就傾向于跟隨由第一主體部分IOb形成的彎曲路徑，如圖2c所示。另外兩個(gè)主體部分IOa和IOc在它們向前移動(dòng)以與第一個(gè)部分IOb平齊時(shí)也將傾向于跟隨第一個(gè)部分10b，盡管它們可能在遠(yuǎn)離它們之中第一個(gè)將被移動(dòng)的方向上增加一小部分曲率。因此，探頭能沿著彎曲的路徑前進(jìn)，彎曲路徑的方向是不是由別的而是由主體部分10a、10b、10c和IOd前進(jìn)的順序所決定的。參照?qǐng)D3，在該實(shí)施例中，四個(gè)主體部分10a、10b、IOc和IOd中的每一個(gè)在其大部分長(zhǎng)度上具有恒定的橫截面，和因此可以方便地由彈性材料擠出成型。所有的四個(gè)主體部分10a、10b、IOc和IOd是相同的，每個(gè)都具有彎曲的外表面18和兩個(gè)內(nèi)表面20a和20b，兩個(gè)內(nèi)表面20a和20b被設(shè)置成與兩個(gè)相鄰主體部分上的對(duì)應(yīng)表面滑動(dòng)接觸。由于主體部分都是相似的，每個(gè)主體部分的彎曲的外表面尺寸基本相同，因此在這種情況下構(gòu)成探頭外表面的四分之一。互鎖結(jié)構(gòu)22是切割槽24和相應(yīng)形狀的肋26的形式，切割槽24形成在一個(gè)平坦內(nèi)表面20a上，相應(yīng)形狀的肋26從另一個(gè)平坦內(nèi)表面20b突出。肋26具有在其基部的狹窄的頸部26a和較寬的頂部26b以便其適配到相鄰主體部分中的槽24中并且與其互鎖，從而防止兩個(gè)相鄰的主體部分10a、IObUOc和IOd散開。然而，主體部分10a、10b、IOc和IOd的恒定的橫截面意味著它們可以沿著探頭的長(zhǎng)度相對(duì)彼此滑動(dòng)，如上文所述。每個(gè)部分還具有沿其延伸的孔或通道29，孔或通道29可以被用來(lái)在探頭被插入到樣本中時(shí)使外科手術(shù)器械通過其中，比如微創(chuàng)工具，外科手術(shù)器械可以是主動(dòng)的或被動(dòng)的，并可包括導(dǎo)管或活檢針頭。參照?qǐng)D4，其非常示意性地和不按比例地示出了圖I到圖3中探頭的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括具有通孔32的支撐殼體或?qū)驂K30，探頭主體10可以被送進(jìn)穿過孔32。四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪33圍繞孔的內(nèi)壁間隔開，以便它們中的每一個(gè)可以與相應(yīng)的一個(gè)探頭主體部分10a、10b、10c和IOd滾動(dòng)接觸。每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪33獨(dú)立地被相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)34所驅(qū)動(dòng)，所有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)34都被控制單元36控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)34是雙向的，以便探頭主體部分10a、10b、IOc和IOd中的每一個(gè)可以獨(dú)立于其它部分向前或向后移動(dòng)?？刂茊卧?6被設(shè)置成控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)34以便控制施加到探頭主體部分10a、10b、IOc和IOd中的每一個(gè)的力，從而控制每個(gè)主體部分10a、10b、IOc 和 IOd 的移動(dòng)。控制探頭主體部分10a、10b、10c和IOd上的力可以通過多種方式來(lái)進(jìn)行。如上文所述，每個(gè)主體部分10a、10b、IOc和IOd的移動(dòng)將通常是步進(jìn)的，每一步包括一個(gè)探頭部分相對(duì)于其它部分向前移動(dòng)。在一個(gè)操作模式中，對(duì)于每一步，每個(gè)主體部分移動(dòng)的距離被控制。特別地，所有部分10a、10b、IOc和10d，除了一個(gè)部分之外，都保持靜止，而那一個(gè)部分向前移動(dòng)預(yù)定距離。在每一步，不同的部分接著前一步移動(dòng)，通過這種方式這些部分依次向前移動(dòng)。這導(dǎo)致這些部分以一系列的循環(huán)移動(dòng)，每個(gè)循環(huán)包括每個(gè)部分10a、10b、10c和IOd向前一步。每個(gè)循環(huán)可以在所有的部分都平齊的時(shí)候開始，在它們?cè)俅纹烬R的時(shí)候結(jié)束，即這些部分之間沒有固定的偏移?？蛇x地，如果探頭以固定的曲率轉(zhuǎn)向，這些部分之間可能有固定的偏移，如下文將詳細(xì)描述的。在這種情況下，這些部分將不會(huì)平齊，但是將會(huì)在循環(huán)開始和結(jié)束的時(shí)候相對(duì)于彼此位于相同的位置。在轉(zhuǎn)向曲率是變化的其它的情況下，循環(huán)可包括這些部分相對(duì)位置的整體變化。
要意識(shí)到的是，在上文描述的基于移動(dòng)的控制中，探頭上的縱向合力將是變化的。通常，施加到靜止主體部分上以保持它們靜止的向后的總力將不等于施加到移動(dòng)主體部分的向前的力。在不同的操作模式中，電機(jī)34被控制以便控制施加到主體部分10a、10b、10c和IOd上的力。在每一步，力被施加直到向前移動(dòng)的部分相對(duì)于其它部分已經(jīng)移動(dòng)了預(yù)定的距離，但是向前移動(dòng)部分上向前的力與其它部分上向后的力之間的平衡被控制，以便控制探頭上的合(即，總)力。例如，總力可以被設(shè)置為零，在這種情況下向前移動(dòng)部分上向前的力將會(huì)等于其它部分上向后的總力。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于在探頭上沒有可能傾向于引起探頭變形的合推力，也沒有可能傾向于引起探頭張緊的合拉力。合推力和合拉力都能引起探頭移動(dòng)經(jīng)過的組織的損傷。然而，在一些情況下，經(jīng)過樣本的移動(dòng)可能需要被控制的向前合力，在這種情況下，向前移動(dòng)的部分上向前的力可以被控制為大于其它部分上向后的合力。為了使探頭可以向后移動(dòng)退出樣本，移動(dòng)以及施加的力的方向可以相反，以便每個(gè)主體部分10a、10b、IOc和IOd像向前移動(dòng)一樣按步依次后退。在這種情況下，如果需要，被控制的合拉力也可以被施加到探頭上。在該實(shí)施例中，控制單元36被設(shè)置成使得總合力是可變的，和可以由用戶來(lái)設(shè)定。每一步的相對(duì)移動(dòng)也是可變的和可以由用戶來(lái)設(shè)定，移動(dòng)方向也可以這樣。要意識(shí)到的是，主體被分成的部分的數(shù)量可以根據(jù)應(yīng)用而變化。四個(gè)部分的使用具有的優(yōu)點(diǎn)是探頭的彎曲路徑的控制相對(duì)容易控制，因?yàn)閮蓪?duì)相對(duì)的部分可以被用來(lái)產(chǎn)生在兩個(gè)正交平面內(nèi)的曲率。然而，參照?qǐng)D5，可以使由三個(gè)部分50a、50b和50c制成的探頭，并且探頭可以以部分50a、50b和50c的合適的移動(dòng)順序被控制以在三維彎曲路徑上移動(dòng)。在這種情況下，由于這些部分彎曲的外表面在尺寸上是相等的，每個(gè)都構(gòu)成探頭外表面的三分之一。類似地，也可以使用多于四個(gè)部分的探頭。在每種情況下，當(dāng)沒有外部合力施加到探頭上時(shí)，為了探頭的移動(dòng)，移動(dòng)部分(section)或多個(gè)部分(sections)的表面積在任何時(shí)候都需要比靜止部分的表面積小。明顯地，部分的數(shù)目越多，一次移動(dòng)的表面積的比例就越小，“靜止”部分將越可能在其它部分移動(dòng)時(shí)保持真正的靜止。然而，假設(shè)移動(dòng)表面積大于“靜止”表面積，同時(shí)具有探頭上的適當(dāng)?shù)谋砻娼Y(jié)構(gòu)，則通常將可能因被用到的“靜摩擦力”效應(yīng)來(lái)在“移動(dòng)”部分相對(duì)于樣本移動(dòng)時(shí)保持“靜止”部分真正地靜止。即使“靜止”部分實(shí)際上沿與“移動(dòng)”部分相對(duì)的方向移動(dòng)了，這通常也將僅僅是很小的量，以便經(jīng)過一個(gè)循環(huán)移動(dòng)的進(jìn)程，探頭作為整體上將沿一個(gè)方向移動(dòng)明顯地，可以使用不同尺寸的主體部分，例如其中一些部分是主操縱部分，其它部分是非操縱部分，這兩組部分可以是不同的尺寸或者不同的形狀，或者尺寸和形狀都不同。參照?qǐng)D6，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的探頭包括四個(gè)主體部分，只示出了兩個(gè)部分60b和60d的截面，四個(gè)主體部分與圖3中的主體部分是同樣的通用形式。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)置為與探頭主體60 —起移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括具有其內(nèi)安裝有四個(gè)致動(dòng)器64的殼體61,每個(gè)致動(dòng)器通過推桿65與主體部分60b和60d中的一個(gè)的后端連接。因此每個(gè)致動(dòng)器被設(shè)置成相對(duì)于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)殼體61向前或向后移動(dòng)相應(yīng)的一個(gè)探頭部分60b和60d。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)因此可以依次向前或向后將單個(gè)的主體部分60b和60d移動(dòng)控制的距離，就像圖4的實(shí)施例一樣。然而，致動(dòng)器64施加到探頭(包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))上的合力將為零，因?yàn)槭┘拥牧?duì)于探頭來(lái)說(shuō)都是內(nèi)部的。因此，不會(huì)有向前或向后的合力通過傳致動(dòng)器64施加到探頭上，探頭的移動(dòng)將取決于探頭外表面和其移動(dòng)經(jīng)過的樣本之間的相互作用。致動(dòng)器由控制單元66控制，控制單元66也安裝在驅(qū)動(dòng)裝置殼體61中?？刂茊卧辉O(shè)置成控制致動(dòng)器64以相對(duì)于其它探頭部分依次向前移動(dòng)每個(gè)探頭主體部分60d和60d。然而在這種情況下，當(dāng)所有的主體部分60b和60d已經(jīng)通過致動(dòng)器64向前推動(dòng)相應(yīng)的推桿65的途徑而相對(duì)于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)殼體61向前移動(dòng)一步時(shí)，接著在下一循環(huán)以第一主體部分向前移動(dòng)而開始之前，致動(dòng)器殼體61通過致動(dòng)器同時(shí)拉動(dòng)所有的推桿65而在循環(huán)結(jié)束時(shí)向前移動(dòng)一步。這拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)殼體61向著探頭主體60向前。參照?qǐng)D7，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭再一次包括四個(gè)探頭主體部分70a、70b,70c和70d，四個(gè)主體部分70a、70b、70c和70d相對(duì)于彼此可縱向滑動(dòng)。在這種情況下四個(gè)致動(dòng)器74中的每一個(gè)直接在相應(yīng)的一對(duì)相鄰的主體部分之間動(dòng)作，以便其可以相對(duì)于另一主體部分沿向前或向后的任一方向移動(dòng)一對(duì)主體部分中的每一個(gè)。因此，通過四個(gè)致動(dòng)器74的協(xié)調(diào)運(yùn)作，每個(gè)主體部分可以相對(duì)于其它的主體部分依次向前移動(dòng)，如上文所述。致動(dòng)器是壓電致動(dòng)器，其可以是MRI兼容的并且全部地容納在主體中。這允許探頭在兩端都具有尖的頂端，致動(dòng)器的控制器被設(shè)置成使得在每一步，相對(duì)于其它主體部分移動(dòng)的那一個(gè)主體部分可以沿任一方向移動(dòng)。這意味著探頭可以沿任一方向移動(dòng)經(jīng)過樣本。這種類型的致動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它可以位于沿著探頭長(zhǎng)度上的任何位置。例如，致動(dòng)器可以被定位在接近探頭的前端的位置，帶有沿著通道79穿過探頭供應(yīng)到致動(dòng)器的電源。這意味著主體部分頂端的移動(dòng)可以被控制的比致動(dòng)器作用在探頭的后端時(shí)更加精確，在致動(dòng)器作用在探頭后端的情況下，移動(dòng)必須被沿著探頭的整個(gè)長(zhǎng)度傳遞。在一些實(shí)施例中，兩組或更多組致動(dòng)器被放置在沿著探頭的不同位置上?？蛇x地，有了這種類型的致動(dòng)器，探頭可以被做成非常短，例如幾厘米長(zhǎng)，這意味著沿著探頭的力的傳遞不是重要的問題。參照?qǐng)D8a和8b，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，主體部分80b和80d中的每一個(gè)都具有彈性的操縱元件81，其沿著主體部分平行于探頭的中心軸延伸。每個(gè)操縱部元件81在其松弛狀態(tài)下是彎曲的，如圖8c所示。然而位于探頭的相對(duì)側(cè)的每對(duì)主體部分80b和80d的操縱元件向相對(duì)的方向彎曲，這樣當(dāng)所有的主體部分在縱向上彼此平齊時(shí)，如圖8a所示，探頭內(nèi)的、由操縱元件81產(chǎn)生的內(nèi)力傾向于恢復(fù)它們的自然彎曲形狀、平衡，從而探頭保持筆直。當(dāng)一個(gè)主體部分80b向前移動(dòng)時(shí)，如圖8b所示，該截面內(nèi)操縱元件81凸出超過另一部分80d的前端的一部分可以開始恢復(fù)其自然的彎曲狀態(tài)。因此這傾向于操縱領(lǐng)頭的主體部分繞過具有操縱元件81的自然曲率半徑的曲線。圖8a和Sb中示出的探頭具有傾斜頂端，其輔助了操縱效果，但是在其它實(shí)施例中，沒有傾斜的頂端并且彈性的操縱元件提供了所有需要的操縱。當(dāng)其它非領(lǐng)頭的主體部分向前移動(dòng)，盡管操縱元件的彎曲力再次傾向于平衡，但它們?nèi)耘f傾向于跟隨領(lǐng)頭的主體部件80b的彎曲路徑，因?yàn)樘筋^移動(dòng)經(jīng)過的樣本組織傾向于阻止探頭簡(jiǎn)單地伸直。因此，通過這一操縱機(jī)構(gòu)，以及通過操縱機(jī)構(gòu)的傾斜頂端，操縱的方向可以通過控制主體部分80b和80d向前移動(dòng)的順序和步長(zhǎng)來(lái)控制。參照?qǐng)DSc，每個(gè)操縱元件81在其前端具有基本筆直的部分81a，然后在其后端81c具有曲率半徑基本恒定的彎曲部分81b。參照?qǐng)D8d，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，操縱元件彎曲的 前部82b具有沿著其長(zhǎng)度變化的曲率半徑，在這種情況下曲率半徑朝向其后端82c越來(lái)越小。要意識(shí)到的是，操縱元件在其松弛狀態(tài)的形狀可以被選擇以決定探頭的操縱角度。在這些實(shí)施例的進(jìn)一步的變形例中，操縱元件可以是主動(dòng)的，例如是壓電材料，而不是被動(dòng)的彈性操縱插入件，以便它們的曲率可以在曲率控制信號(hào)的控制下變化?？刂菩盘?hào)一般的形式將是通過合適的連接線施加的電壓，連接線可以沿著探頭主體部分中的通道延伸。在這種情況下控制器36、66被設(shè)置成控制操縱元件的曲率程度以及探頭的其它參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)期望的路徑。在進(jìn)一步的變形例中，探頭主體部分的頂端被形成為具有沿著探頭頂端的長(zhǎng)度變化的硬度，特別是楊氏模量。這可以通過將頂端形成為多種不同材料的組合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別地，頂端的硬度被設(shè)置成向頂端的前端減小。當(dāng)用圖8d的設(shè)備時(shí)，這產(chǎn)生了一條操縱曲線，其隨著領(lǐng)頭和拖尾主體部分之間的偏移量而變化。在又一進(jìn)一步的變形例中，探頭主體部分的頂端可以從探頭主體部分的主長(zhǎng)度上拆卸下來(lái)。這允許有不同轉(zhuǎn)向特性的多種不同頂端被附于探頭，以便操縱特性可以被選擇以適應(yīng)任何特殊的應(yīng)用。特別地，具有不同硬度的不同組織將需要具有不同操縱機(jī)構(gòu)的探頭，可更換的頂端能允許用單個(gè)探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。應(yīng)意識(shí)到的是，對(duì)于圖I的探頭以及圖8a和8b的探頭，領(lǐng)頭的主體部分所采用的曲率半徑以及因而探頭作為一個(gè)整體將要跟隨的彎曲路徑的緊密度，部分地取決于領(lǐng)頭的主體部分移動(dòng)超過其它主體部分經(jīng)過的距離，也就是說(shuō)，每一步的距離。通常地，領(lǐng)頭的主體部分移動(dòng)地越向前，將被采用的曲率半徑就越小。這意味著，除了通過控制多個(gè)部分的移動(dòng)順序來(lái)控制彎曲的方向，控制器也可以通過控制采用的步長(zhǎng)來(lái)控制跟隨的路徑的曲率半徑。在進(jìn)一步附加的控制策略中，每個(gè)移動(dòng)循環(huán)的開始和結(jié)束，所有的主體部分在縱向上可以不平齊。領(lǐng)頭的主體部件甚至在步進(jìn)移動(dòng)的循環(huán)開始之前，開始時(shí)可以稍微超前。這將傾向于減少跟隨的路徑的曲率半徑?？偠灾?，主體部分的控制將包括定義主體部件的位置之間的起始偏移量，這一偏移量對(duì)于任何想要的曲率半徑和方向?qū)⑹浅?shù)，然后疊加步進(jìn)移動(dòng)，步進(jìn)移動(dòng)的順序和長(zhǎng)度都可以是按需變化的和被控制的，如產(chǎn)生想要的彎曲路徑所需要的。如果使用彈性操縱元件的話，最終的操縱角度當(dāng)然也將依賴于彈性操縱元件的形狀以及探頭頂端的形狀。為了簡(jiǎn)化控制，可以優(yōu)選地僅僅使用四個(gè)基本轉(zhuǎn)向方向，對(duì)應(yīng)于四個(gè)主體部分中的每一個(gè)作為領(lǐng)頭的部分。在那種情況下，對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)向方向，與領(lǐng)頭的部分相對(duì)的部分將通常是每次循環(huán)中最后移動(dòng)的那個(gè)。剩下兩個(gè)部分的移動(dòng)順序可以從一個(gè)循環(huán)到下一個(gè)循環(huán)進(jìn)行交替，以便由這兩個(gè)部分在不同時(shí)間的移動(dòng)而引起的任何操縱效果經(jīng)過兩個(gè)循環(huán)后抵消掉。在更復(fù)雜的控制策略中，可以對(duì)應(yīng)于四個(gè)主體部分可被移動(dòng)的不同的可能順序使用多于四個(gè)的轉(zhuǎn)向方向。參照?qǐng)D9，外科手術(shù)系統(tǒng)包括探頭90，在這種情況下探頭90與圖I中示出的相同，且包括靠近其頂端的追蹤設(shè)備99，追蹤設(shè)備99可以是電磁(EM)追蹤設(shè)備，以便探頭的位置可以被精確地監(jiān)控。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)94由計(jì)算機(jī)96控制，計(jì)算機(jī)96可以控制多個(gè)部分之間固定的偏移量、步長(zhǎng)、多個(gè)部分的移動(dòng)順序以及施加到探頭上的合推力或拉力，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)過樣本的任何期望的路徑，樣本在這一情況下是大腦93。探頭被設(shè)置成用在掃描儀95中，例如核磁共振(MRI)掃描儀，追蹤設(shè)備99以及探頭90的核磁共振(MRI)圖像因此可以被用來(lái)監(jiān)控探頭在移動(dòng)經(jīng)過樣本時(shí)的位置和其跟隨的路徑。這意味著可以使用反饋控制系統(tǒng)來(lái)控制探頭的路徑的方向和曲率半徑，以保證探頭跟隨期望的路徑，和保證在組織橫斷面被占時(shí)發(fā)生組織變形。如上文所述，探頭經(jīng)過樣本的移動(dòng)將取決于探頭和其移動(dòng)經(jīng)過的樣本材料之間的相互作用。參照?qǐng)D10，在一些情況下，探頭100的外表面可以設(shè)有倒鉤或齒102形式的表 面結(jié)構(gòu)，倒鉤或齒102具有方向性，使得探頭100可以在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向上更容易移動(dòng)。這可以幫助移動(dòng)探頭經(jīng)過樣本，特別是沒有合力通過致動(dòng)機(jī)構(gòu)施加到探頭上時(shí)。然而，這種方向性的結(jié)構(gòu)將明顯地使探頭在不期望的方向上的移動(dòng)更為困難，并且在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，將導(dǎo)致抽出探頭時(shí)對(duì)樣本造成損傷。因此，參照?qǐng)D11，在一些情況下，探頭110的外表面以對(duì)稱的方式形成結(jié)構(gòu)，例如包括在縱向上對(duì)稱的齒或脊112，也就是說(shuō)，對(duì)稱于穿過探頭的橫向平面。該表面結(jié)構(gòu)因此在探頭的兩個(gè)縱向上等量地阻礙了經(jīng)過樣本的移動(dòng)。這允許通過適當(dāng)控制主體部分移動(dòng)的順序和方向使探頭在經(jīng)過樣本的每個(gè)方向上都被同樣容易地移動(dòng)。結(jié)構(gòu)的尺寸和確切的形狀可以被選擇，以便通過使摩擦效應(yīng)最大化來(lái)使經(jīng)過樣本的移動(dòng)效率最大化，摩擦效應(yīng)被用來(lái)確保只有一個(gè)“移動(dòng)”部分相對(duì)樣本顯著地移動(dòng)，而剩下的部分保持基本靜止。參照?qǐng)D12，在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例的外科手術(shù)探頭系統(tǒng)中，探頭120具有四個(gè)部分130，其在圖13中以橫截面示出。探頭被固定的致動(dòng)盒121驅(qū)動(dòng)，致動(dòng)盒121容納有四個(gè)線性的致動(dòng)器122，每個(gè)探頭部分130 —個(gè)。每個(gè)致動(dòng)器包括被電機(jī)124驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)螺桿123，和具有一個(gè)與驅(qū)動(dòng)螺桿123螺紋耦合并且在軸承(未示出)上滑動(dòng)以便其將線性移動(dòng)的被驅(qū)動(dòng)元件125。每個(gè)被驅(qū)動(dòng)元件125與相應(yīng)的一個(gè)探頭部分130通過柔性電纜或推桿126連接。探頭120具有安裝在其頂端的追蹤傳感器127，追蹤傳感器127形成了追蹤系統(tǒng)的一部分，追蹤系統(tǒng)還包括追蹤域發(fā)生器128和追蹤控制器129，追蹤控制器129包括追蹤軟件和傳感器管理器。致動(dòng)器122由低水平位置控制器122a控制操作。探頭120的高水平定位由高水平控制器122b提供，其通過解釋器122c直接與追蹤控制器129和低水平控制器122a通信。參照?qǐng)D13，探頭120的四個(gè)部分130都具有相同的互鎖橫截面輪廓，其與圖3的探頭的類似。每個(gè)探頭部分130在其帶有孔131的后端具有剛性部分，柔性推桿的端部與配合在孔131中。位于探頭的相對(duì)側(cè)的兩個(gè)部分130a具有沿著它們的長(zhǎng)度延伸的中空通道132，其中一個(gè)可以用作藥物輸送，另一個(gè)可以用來(lái)連接追蹤傳感器127。這兩個(gè)部分130a中沒有操縱插入件，它們的前端是非常柔軟的。另一對(duì)探頭部分130b也是彼此相對(duì)的，其具有彈性的柔性操縱插入件，與圖8d中的類似?；ユi特征133的形狀與圖3中探頭的類似。在這一實(shí)施例中,探頭長(zhǎng)200mm,直徑為12mm。每個(gè)部分的每次移動(dòng)的最大步長(zhǎng)為6mm，每個(gè)部分的最大速度為6mm/s。探頭長(zhǎng)度適用于腦部探頭，盡管在長(zhǎng)度可能有些變化。用于其它醫(yī)學(xué)應(yīng)用的探頭可以有不同的長(zhǎng)度。直徑可以減小，例如減小到5到4_或者更小，這取決于制造工藝。再一次地，對(duì)于其它的應(yīng)用，可以接受較大的直徑，但是如果能夠保持充分的控制，通常優(yōu)選更小的直徑。系統(tǒng)可以被設(shè)置為使核磁共振(MRI)兼容性最大化。例如電纜的長(zhǎng)度可以被做得足夠?qū)⒅聞?dòng)器，尤其是電機(jī)124，定位在核磁共振(MRI)掃描儀容腔外側(cè)，而探頭在掃描儀內(nèi)部使用。參照?qǐng)D14，現(xiàn)在將描述低水平位置控制器122a的功能單元?？刂破?22a已將探頭的運(yùn)動(dòng)學(xué)模式142存儲(chǔ)記憶?？刂破鞅辉O(shè)置為接受限定經(jīng)過病人大腦的想要的曲線路徑的數(shù)據(jù)。電磁(EM)追蹤系統(tǒng)129確定探頭120的當(dāng)如位置。對(duì)于每個(gè)向如移動(dòng)循環(huán)，最近點(diǎn)探測(cè)器144確定期望的路徑上到當(dāng)前探頭位置的最接近的點(diǎn)，基于曲率的控制模塊146 確定下一個(gè)向前步進(jìn)循環(huán)所需要的曲率的度。長(zhǎng)度差分發(fā)生器148和交互動(dòng)作產(chǎn)生器150基于探頭的模式142確定需要的縱向偏移量以及單個(gè)探頭部分130的移動(dòng)順序和長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)所需要的曲率。比例-積分-微分(PID)控制器152使用來(lái)自編碼器154的反饋以想要的方式驅(qū)動(dòng)探頭部分移動(dòng)，。參照?qǐng)D15，探頭120當(dāng)前的曲率用P定義，其中在時(shí)間t時(shí)的曲率半徑為I/Pt。期望的路徑被定義為Pdes,位置誤差e p被計(jì)算為在任何時(shí)間t當(dāng)前位置與期望的位置之間的差額，當(dāng)前位置由追蹤系統(tǒng)確定。傾斜誤差^被計(jì)算為在時(shí)間t時(shí)由追蹤系統(tǒng)確定的探頭120的前端指向的方向(傾斜)和期望的方向之間的差值。在每個(gè)步進(jìn)循環(huán)，目標(biāo)曲率P使用比例/導(dǎo)數(shù)(PD)控制由誤差計(jì)算得來(lái)，使用等式P =kp e p+ks e s，其中kp和ks是常數(shù)。由于曲率與由操縱部分之間的凈偏移量成大約線性的關(guān)系，因此產(chǎn)生目標(biāo)曲率所需的偏移量可以被計(jì)算出。參照?qǐng)D16a和16b，當(dāng)探頭在一條直線上移動(dòng)時(shí)，伴隨操縱探頭部分130b之間固定的、為零的凈偏移量，兩個(gè)操縱部分130b交替地向前移動(dòng)。假設(shè)有固定的步長(zhǎng)和固定的步進(jìn)周期，偏移量將更替，每個(gè)操縱探頭部分130b在其向前移動(dòng)后領(lǐng)先0.5步。圖16a示出了偏移量的時(shí)間函數(shù)，圖16b示出了兩個(gè)部分130b的位置的時(shí)間函數(shù)，其具有各自的曲率。兩個(gè)部分130b以相同的速度移動(dòng)相同的步長(zhǎng)。參照?qǐng)D17a和17b，如果偏移量變化以改變操縱角度，同時(shí)保持相同的操縱方向，然后假設(shè)想要的偏移量的變化大于最小值，這經(jīng)過許多步漸進(jìn)完成。這允許每個(gè)循環(huán)的步進(jìn)的順序保持相同，同時(shí)步長(zhǎng)變化以改變偏移量。假設(shè)有固定的步進(jìn)周期，兩個(gè)操縱探頭部分130b將再次向前一步步移動(dòng)，一個(gè)接著另一個(gè)交替，但是兩個(gè)部分中的一個(gè)以較高的速度移動(dòng)，因此每一步的距離比另一個(gè)大。因此兩個(gè)操縱部分之間的凈偏移量在每一步都增加了?？蛇x地，這可以通過固定速度和可變的步進(jìn)周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)要理解的是，圖16a、16b、17a和17b只示出了探頭的兩個(gè)操縱部分的移動(dòng)。兩個(gè)非操縱部分也被移動(dòng)了。在該實(shí)施例中，兩個(gè)非操作部分中的每一個(gè)對(duì)于每個(gè)操縱部分的每一步移動(dòng)一次。因此每個(gè)移動(dòng)循環(huán)的移動(dòng)順序是操縱部分1，非操縱部分1，非操縱部分2，操縱部分2，非操縱部分1，非操縱部分2，操縱部分2，非操縱部分1，非操縱部分2。因此非操縱部分中的每一個(gè)移動(dòng)的步數(shù)是每個(gè)操作部分的兩倍，步幅是其長(zhǎng)度的一半。操縱部分中的一個(gè)總是領(lǐng)頭部分，而兩個(gè)非操縱部分在每一次操縱部分之一被向前移動(dòng)時(shí)，被帶到與“新的”領(lǐng)頭部分平齊，或者如果在兩個(gè)操縱部分之間有著高的凈偏移量就被帶到領(lǐng)頭部分后面的位置。經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣會(huì)產(chǎn)生較低水平的組織損傷。在這一實(shí)施例的變形例中，所有的四個(gè)部分中都有操縱插入件。移動(dòng)的順序可以是與上文描述的相同，但是由于可以選擇四個(gè)操縱方向，探頭可以在三維而不是二維上被操縱。參照?qǐng)D18，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例的探頭被設(shè)計(jì)用于地下勘探?；镜脑O(shè)計(jì)與圖7的類似，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)184被全部整合到探頭主體180中。然而，在這種情況下探頭的尺寸當(dāng)然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于醫(yī)學(xué)目的使用的探頭。探頭途徑的距離也可能更長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括其自身的電源。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)184的控制器包括被設(shè)置用來(lái)與遙控單元186通信的收發(fā)器，以便探頭可以從地面被控制。探頭的位置可以用合適的追蹤設(shè)備來(lái)確定。例如，探頭的路徑可以被計(jì)劃和控制，以便它可以從多個(gè)目標(biāo)位置183收集樣本?？蛇x地，路徑可以不被計(jì)劃，遙控單元186可以包括控制輸入端，使用戶能夠輸入操縱命令，然后遙控單元186被設(shè)置成與探頭通信來(lái)控制其路徑。在進(jìn)一步可選的實(shí)施例中，探頭包括探測(cè)系統(tǒng)，探測(cè)系統(tǒng)被設(shè)置為探測(cè)來(lái)自目標(biāo)的信號(hào)，例如無(wú)線電頻率(RF)發(fā)送器信號(hào)，化學(xué)示蹤劑信號(hào)或者熱傳感器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器被設(shè)置成從探測(cè)系統(tǒng)確定想要的移動(dòng)方向，并且控制操縱以實(shí)現(xiàn)這一移動(dòng)方 向。這種設(shè)置可以被用在例如搜索和救援的場(chǎng)合。參照?qǐng)D19和19a，在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，用于地理勘探的探頭被設(shè)置成被從地面驅(qū)動(dòng)，就像圖4中的外科手術(shù)系統(tǒng)一樣。然而在這種情況下，探頭190具有沿著其縱軸延伸的中心孔191，探頭的前端193具有開口。因此當(dāng)探頭190移動(dòng)進(jìn)入地下時(shí)，樣本材料核，例如土壤，被收集在中心孔191中，然后當(dāng)探頭移動(dòng)返回離開地下時(shí)樣本可以被從探頭中抽出。通常地，假設(shè)中心孔191在探頭插入時(shí)是空的，探頭移動(dòng)經(jīng)過的材料將在探頭向前移動(dòng)時(shí)被收集在孔191中。核也將傾向于當(dāng)探頭被抽出時(shí)被拉出，但是探頭可以包括關(guān)閉機(jī)構(gòu)以在探頭被抽出之前關(guān)閉孔的前端，以保證核與探頭一起出來(lái)。另一個(gè)與圖19相似的探頭的應(yīng)用是在搜索和救援中，尤其是在雪中，例如雪崩之后。在這一應(yīng)用中，探頭上的定位設(shè)備優(yōu)選地被設(shè)置成將其位置傳遞給地面的接收器，探頭可以包括熱傳感器或其它形式的傳感器，以使其能夠探測(cè)到雪中的人或動(dòng)物的存在。
權(quán)利要求
1.一種可操縱探頭，包括主體和被設(shè)置用來(lái)驅(qū)動(dòng)探頭經(jīng)過樣本的驅(qū)動(dòng)裝置，其中，所述主體包括至少三個(gè)沿著探頭彼此平行地延伸的主體部分,每個(gè)主體部分沿著探頭相對(duì)于其它主體部分可移動(dòng)，并且，所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置為相對(duì)于其它主體部分依次移動(dòng)每個(gè)主體部分，從而驅(qū)動(dòng)探頭經(jīng)過樣本。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的探頭，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成當(dāng)向主體部分之一施加方向向前的力時(shí)，向其它主體部分中的至少一個(gè)施加方向向后的力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的探頭，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成平衡施加到主體部分上方向向前和向后的力，以便所述驅(qū)動(dòng)裝置施加到探頭上的合力基本為零。
4.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成在主體部分之間作用，以便施加位于探頭內(nèi)部的力。
5.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，其中，至少一個(gè)主體部分是包含操縱裝置的操縱部分，如果所述至少一個(gè)主體部分被移動(dòng)向前超過其它主體部分，操縱裝置被設(shè)置為在相應(yīng)的方向上操縱主體部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的探頭，其中，所述操縱裝置包括成形的頂端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的探頭，其中，所述操縱裝置包括彈性的偏置裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的探頭，其中，所述偏置裝置具有沿著其長(zhǎng)度變化的曲率，以便操縱曲率隨著探頭主體部分之間的縱向偏移量而變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)的探頭，其中，所述操縱裝置是主動(dòng)的，并且被設(shè)置成響應(yīng)于控制輸入而改變操作曲率。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)的探頭，其中，至少一個(gè)主體部分是非操縱部分，非操縱部分被設(shè)置為跟隨操縱部分限定的路徑。
11.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，其中，每個(gè)主體部分都具有形成探頭外表面之一部分的外表面，該外表面具有結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被設(shè)置成等量地阻擋在探頭的兩個(gè)縱向方向上經(jīng)過樣本的移動(dòng)。
12.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括致動(dòng)裝置和控制裝置，致動(dòng)裝置被設(shè)置為施加驅(qū)動(dòng)力給主體部分，控制裝置被設(shè)置為控制致動(dòng)裝置以控制探頭的移動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的探頭，其中，所述致動(dòng)裝置安裝在探頭主體上，并被設(shè)置成與探頭主體一起移動(dòng)經(jīng)過樣本。
14.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置為以一系列步進(jìn)循環(huán)移動(dòng)主體部分，其中每個(gè)主體部分被設(shè)置為在每個(gè)循環(huán)移動(dòng)至少一步，根據(jù)期望的操縱方向來(lái)選擇在每個(gè)循環(huán)中第一個(gè)移動(dòng)的主體部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的探頭，其中，每個(gè)探頭部分在每個(gè)循環(huán)中所移動(dòng)的距離是可變的，因而探頭部分之間的凈偏移量可以是變化的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的探頭，其中，每個(gè)探頭部分在每一步所移動(dòng)的距離是可變的，因而探頭部分之間的凈偏移量可以是變化的。
17.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，具有沿著探頭限定的通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的探頭，其中，所述通道被限定為穿過主體部分之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的探頭，其中，所述通道被限定為在多個(gè)主體部分的中間。
20.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，是醫(yī)學(xué)探頭。
21.一種探頭系統(tǒng)，包括根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求的探頭，以及被設(shè)置成在探頭移動(dòng)經(jīng)過樣本時(shí)定位探頭的定位裝置，其中驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成接收來(lái)自定位裝置的位置信號(hào)以便提供探頭位置的閉合循環(huán)控制。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的探頭系統(tǒng)，其中，所述定位裝置被設(shè)置成測(cè)量探頭的一部分的位置和方位。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的探頭系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成限定探頭的期望的路徑，并且從測(cè)量的位置和方位以及期望的路徑來(lái)確定位置誤差和方向誤差。
24.根據(jù)權(quán)利要求I到20中任一項(xiàng)的探頭，進(jìn)一步包括檢測(cè)裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成從檢測(cè)裝置確定期望的方向，并且控制主體部分的移動(dòng)以便向期望的方向移動(dòng)探頭。
全文摘要
一種可操縱探頭，包括主體和設(shè)置用來(lái)驅(qū)動(dòng)探頭經(jīng)過樣本的驅(qū)動(dòng)裝置。主體包括至少三個(gè)沿著探頭彼此平行地延伸的主體部分，每個(gè)主體部分沿著探頭相對(duì)于其它主體部分可移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)置成相對(duì)于其它部分依次移動(dòng)每個(gè)主體部分，從而移動(dòng)探頭經(jīng)過樣本。
文檔編號(hào)A61B1/01GK102655802SQ201080054109
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者F.M.羅德里格茲-Y-貝納, L.弗雷森 申請(qǐng)人:帝國(guó)改革有限公司