1.本发明涉及医用器械技术领域，特别是涉及一种蛇骨导管、导管系统及蛇骨导管的设计方法。
背景技术：2.蛇骨关节是一种仿生结构，常用于手术过程中输送植入物，或者用于手术器械的传动调节装置。通常是一组单关节通过铆接连成一组，再通过钢丝绳弯曲装置实现植入物的输送或驱动手术器械转动，以满足手术需求。
3.目前，主流的蛇骨设计分为两种，一种是类似于铆接结构，结构本身不具有弯曲回弹特性，需要接住其他弹性结构实现弯曲回弹特性；另一种是超弹性镂空结构，利用结构中的弹性梁进行弯曲回弹，本身具备回弹特性。
4.但是，铆接结构加工工艺复杂且难度大，特别是蛇管结构尺寸小的需求下，超弹性镂空结构的设计形式相对固定，但是变式少，设计自由度低。上述两种结构形式的蛇骨无法满足弯曲性能要求，设计自由度低，不便于蛇骨的推广使用。
技术实现要素：5.基于此，有必要针对目前的蛇骨无法满足弯曲性能要求、设计自由度低等问题，提供一种保证弯曲刚度与轴向拉压刚度、增加设计自由度的蛇骨导管、导管系统及蛇骨导管的设计方法。
6.一种蛇骨导管，包括多个环组，多个所述环组层叠设置形成管状的所述蛇骨导管；
7.每个环组包括多个中空的蛇骨环，至少部分所述蛇骨环具有镂空部，同一所述环组中各所述蛇骨环的所述镂空部至少部分错开设置，各所述蛇骨环层叠设置。
8.在其中一个实施例中，同一个所述环组的各个所述蛇骨环分为奇数层与偶数层，奇数层的所述蛇骨环具有镂空部，偶数层的所述蛇骨环为完整环；或者，奇数层的所述蛇骨环为完整环，偶数层的所述蛇骨环具有镂空部；
9.奇数层的所述蛇骨环与偶数层的所述蛇骨环层叠设置。
10.在其中一个实施例中，各所述蛇骨环均具有镂空部，所述蛇骨环还具有实体部分，所述实体部分围设成所述镂空部；各所述蛇骨环的部分所述镂空部重叠，相邻所述蛇骨环通过部分所述实体部分相接。
11.在其中一个实施例中，具有所述镂空部的所述蛇骨环上，所述镂空部的数量为至少一个；
12.当所述镂空部的数量为多个时，多个所述镂空部间隔设置。
13.在其中一个实施例中，同一所述环组中，各所述镂空部错位后形成360
°
的沿同一方向转动角度差；
14.每一所述环组中，所述蛇骨环的数量为所述镂空部错位后形成360
°
沿同一方向转动角度差的数量，或者，所述蛇骨环的数量为所述镂空部错位后形成360
°
沿同一方向转动
角度差数量的两倍。
15.在其中一个实施例中，每个所述蛇骨环的所述镂空部的圆心角范围为15
°
～180
°
；
16.相邻具有所述镂空部的所述蛇骨环，两个所述镂空部错位的角度范围为30
°
～120
°
。
17.在其中一个实施例中，同一所述环组中，各所述镂空部的尺寸相同和/或不同；
18.同一所述环组中，各所述蛇骨环的层高相同或相异。
19.在其中一个实施例中，各所述环组的层高相同和/或相异；
20.各所述环组中所述蛇骨环的所述镂空部的布局形式相同和/或相异；
21.各组所述环组中所述镂空部的占空比相同和/或相异。
22.所述蛇骨环采用塑料、不锈钢或镍钛合金制成。
23.在其中一个实施例中，每一所述环组中所述蛇骨环的数量为八层，分别为奇数层和偶数层；
24.奇数层的所述蛇骨环的所述镂空部的圆心角为180
°
，相邻奇数层的所述镂空部之间的沿同一方向转动角度差为90
°
，或者，奇数层的所述蛇骨环的所述镂空部的数量为两个，并对称设置，所述镂空部的圆心角为90
°
，相邻奇数层的所述镂空部之间的沿同一方向转动角度差为45
°
。
25.在其中一个实施例中，每一所述环组中所述蛇骨环的数量为八层；
26.每个所述蛇骨环的所述镂空部的圆心角为180
°
，相邻两个所述蛇骨环之间的沿同一方向转动角度差为90
°
，或者，每个所述蛇骨环的所述镂空部的数量为两个，并对称设置，所述镂空部的圆心角为90
°
，相邻两个所述蛇骨环之间的沿同一方向转动角度差为45
°
。
27.在其中一个实施例中，所述环组中的各所述蛇骨环呈螺旋状设置，每个所述蛇骨环具有所述镂空部，所述镂空部的圆心角范围为90
°
～270
°
。
28.一种导管系统，包括连接段以及多个如上述任一技术特征所述的蛇骨导管，所述连接段设置于所述蛇骨导管的一端，所述蛇骨导管通过所述连接段串联连接相邻的所述蛇骨导管。
29.一种蛇骨导管的设计方法，用于设计如上述任一技术特征所述的蛇骨导管；所述设计方法包括如下步骤：
30.设所述蛇骨导管中的一个环组的高度为一个导程；
31.根据所述导程计算出所述蛇骨导管的弯曲刚度与轴向拉伸刚度；
32.根据所述弯曲刚度与所述轴向拉伸刚度设计所述蛇骨导管中蛇骨环的排布方式及镂空部的占空比。
33.采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：
34.本发明的蛇骨导管、导管系统及蛇骨导管的设计方法，该蛇骨导管具有多个呈周期设置的环组，多个环组呈周期层叠衔接设置形成管状的蛇骨导管，而且，每个环组具有多个中空的蛇骨环，多个中空的蛇骨环层叠设置，至少部分蛇骨环具有镂空部。该镂空部能够连通蛇骨环的内部。当蛇骨导管弯曲时，蛇骨导管能够朝向镂空部的方向弯曲，以使蛇骨导管实现相应的性能。同一环组中各蛇骨环的镂空部至少部分错开设置，能够增加蛇骨导管的自由度，使得蛇骨导管通过错开设置的镂空部朝向任意方向弯曲。本发明的蛇骨导管，各蛇骨环的镂空部至少部分错开设置，使蛇骨导管朝向任意方向弯曲，增加蛇骨导管使用时
的变式，提高蛇骨导管的自由度，而且，该蛇骨导管的工艺简单难度低，易于实现；同时，还能够保证整体的弯曲刚度与轴向拉伸刚度，保证蛇骨导管的使用性能。
附图说明
35.图1为本发明一实施例的蛇骨导管从一角度看的立体图；
36.图2为图1所示的蛇骨导管从另一角度看的立体图；
37.图3a为图1所示的蛇骨导管为第一实施例的结构示意图；
38.图3b为图3a所示的蛇骨导管的局部放大图；
39.图3c为图3a所示的蛇骨导管的俯视图；
40.图4为图3a所示的蛇骨导管中一个环组的各蛇骨环的示意图；
41.图5a为图1所示的蛇骨导管为第二实施例的结构示意图；
42.图5b为图5a所示的蛇骨导管的局部放大图；
43.图5c为图5a所示的蛇骨导管的俯视图；
44.图6为图3a所示的蛇骨导管中一个环组的各蛇骨环的示意图；
45.图7为蛇骨导管第三实施例的结构示意图；
46.图8为图7所示的蛇骨导管每隔10
°
的截取的蛇骨环的示意图；
47.图9为图1所示的蛇骨导管的导程；
48.图10为图7所示的蛇骨导管的导程；
49.图11为图1所示的蛇骨导管的截面图；
50.图12为图1所示的蛇骨导管任意截面的惯性矩；
51.图13为图1所示的蛇骨导管的截面惯性矩随蛇骨导管完整环转动时的变化图；
52.图14为图1所示的蛇骨导管的截面惯性矩随蛇骨导管镂空部排布方式的变化示意图；
53.图15为图1所示的蛇骨导管的截面惯性矩随蛇骨导管完整环在不同时可转动时的变化图。
54.其中：100、蛇骨导管；110、环组；111、蛇骨环；112、镂空部。
具体实施方式
55.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
60.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
61.参见图1至图15，本发明提供一种蛇骨导管100，该蛇骨导管100应用于导管系统中，进而该导管系统能够输送植入物或者驱动手术器械转动，使得植入物或手术器械能够作用在患者的病灶部位，实现对病灶部位的治疗，能够满足不同介入手术的使用需求。
62.值得说明的是，采用蛇骨导管100进行介入手术为现有技术，本发明主要是对蛇骨导管100的结构进行改进，关于其所应用的手术类型及方式在此不再说明。
63.目前，主流的蛇骨设计分为两种，一种是类似于铆接结构，结构本身不具有弯曲回弹特性，需要接住其他弹性结构实现弯曲回弹特性；另一种是超弹性镂空结构，利用结构中的弹性梁进行弯曲回弹，本身具备回弹特性。但是，铆接结构加工工艺复杂且难度大，特别是蛇管结构尺寸小的需求下，超弹性镂空结构的设计形式相对固定，但是变式少，设计自由度低。上述两种结构形式的蛇骨无法满足弯曲性能要求，设计自由度低，不便于蛇骨的推广使用。
64.为此，本发明提供一种新型的蛇骨导管100，该蛇骨导管100能够朝向任意方向弯曲，增加蛇骨导管100使用时的变式，提高蛇骨导管100弯曲性能，使得蛇骨导管100能够在三维空间中朝向任意方向弯曲，以满足使用需求。而且，该蛇骨导管100无需采用铆接方式连接，结构简单易于实现。以下介绍蛇骨导管100的具体结构。
65.参见图1至图15，在一实施例中，蛇骨导管100包括多个环组110，多个所述环组110层叠设置形成管状的所述蛇骨导管100。每个环组110包括多个中空的蛇骨环111，至少部分所述蛇骨环111具有镂空部112，同一所述环组110中各所述蛇骨环111的所述镂空部112至少部分错开设置，各所述蛇骨环111层叠设置。
66.蛇骨导管100具有多个环组110，多个环组110串联连接在一起，形成管状的蛇骨导管100。也就是说，蛇骨导管100为周期结构，多个呈周期设置的环组110连接在一起。蛇骨导管100的每个环组110包括多个蛇骨环111，多个蛇骨环111串联连接形成一个环组110，进而
各环组110中的各蛇骨环111串联，形成完整的蛇骨导管100。蛇骨环111为中空结构，各蛇骨环111串联后形成中空的蛇骨导管100。蛇骨导管100的内部空间能够供导丝等穿过以控制蛇骨导管100的弯曲。
67.而且，蛇骨环111具有镂空部112，该镂空部112连通对应蛇骨环111的内部。也就是说，蛇骨环111具有与中空内部连通的缺口，该缺口即为镂空部112。当各环组110中的各个蛇骨环111串联连接形成蛇骨导管100后，蛇骨导管100能够通过镂空部112弯曲，该镂空部112的间隙能够支撑蛇骨导管100在三维空间中的弯曲，实现蛇骨导管100的弯曲控制，并保证蛇骨导管100的弯曲刚度。
68.同一环组110中的至少部分蛇骨环111具有镂空部112，也就是说，同一环组110中的蛇骨环111部分具有镂空部112，也可以所有的蛇骨环111具有镂空部112。只要保证相邻的蛇骨环111之间能够串联连接在一起即可，避免相邻两个蛇骨环111连接不起来。同一环组110中至少部分蛇骨环111设置镂空部112后，能够增加蛇骨导管100的弯曲度，使得蛇骨导管100易于弯曲，便于用户操作。
69.同一环组110中的各个镂空部112至少部分错开设置。也就是说，同一个环组110的各个镂空部112是至少部分错开设置的。这样，各个镂空部112错开时各个镂空部112沿圆周方向沿伸。当蛇骨导管100弯曲时，蛇骨导管100能够朝向镂空部112的方向弯曲，并且蛇骨导管100能够通过各错开的镂空部112实现蛇骨导管100在三维空间中的弯曲，增加蛇骨导管100的弯曲方向，使得蛇骨导管100能够朝向任意方向弯曲，增加蛇骨导管100的适用范围，满足不同情况使用需求。
70.上述实施例的蛇骨导管100，各蛇骨环111的镂空部112至少部分错开设置，使蛇骨导管100朝向任意方向弯曲，增加蛇骨导管100使用时的变式，提高蛇骨导管100的自由度，而且，该蛇骨导管100的工艺简单难度低，易于实现；同时，还能够保证整体的弯曲刚度与轴向拉伸刚度，保证蛇骨导管100的使用性能。
71.如图1和图2所示，值得说明的是，本发明中的蛇骨导管100为一根空心的管状结构，该蛇骨导管100具有多个环组110，每个环组110具有多个蛇骨环111，在所需的蛇骨环111开设贯通的镂空部112，以满足蛇骨导管100的弯曲需求。也就是说，各个蛇骨环111为一体结构，无需通过铰接等方式连接，该蛇骨导管100的结构简单，只需在蛇骨导管100开设缺口形成镂空部112即可。这样能够便于蛇骨导管100的加工成型，使得加工相对简单，结构紧凑，容易实现小型化。
72.参见图1至图6，在本发明的一实施例中，同一个所述环组110的各个所述蛇骨环111分为奇数层与偶数层，奇数层的所述蛇骨环111具有镂空部112，偶数层的所述蛇骨环111为完整环；或者，奇数层的所述蛇骨环111为完整环，偶数层的所述蛇骨环111具有镂空部112。奇数层的所述蛇骨环111与偶数层的所述蛇骨环111层叠设置。
73.一个环组110中具有多个蛇骨环111，多个蛇骨环111层叠设置形成一个环组110，即一个环组110具有多层蛇骨环111。按照蛇骨环111的层叠顺序分别为奇数层与偶数层，奇数层的蛇骨环111与偶数层的蛇骨环111层叠设置，例如蛇骨环111的一层、三层、五层
……
为奇数层，蛇骨环111的二层、四层、六层
……
为偶数层。
74.奇数层的蛇骨环111与偶数层的蛇骨环111中的一个为完整环，另一个具有镂空部112。也就是说，部分蛇骨环111具有镂空部112，部分蛇骨环111为完整环，并且，相邻两层的
蛇骨环111中的一个为完整的环状结构，另一个为非完整的环状结构即具有镂空部112。通过为完整环的蛇骨环111连接具有镂空部112的蛇骨环111，能够在保证蛇骨导管100的弯曲性能的同时，实现两个具有镂空部112的蛇骨环111的连接，保证蛇骨导管100的弯曲刚度。
75.示例性地，奇数层的蛇骨环111具有镂空部112，偶数层的蛇骨环111为完整环，各蛇骨环111层叠后，一层镂空部112之间具有一个完整的蛇骨环111，如此形成一个完整的环组110。各个环组110串联时，上一环组110底部完整的蛇骨环111连接下一环组110顶部具有镂空部112的蛇骨环111。
76.当然，在本发明的其他实施方式中，可以奇数层的蛇骨环111为完整环，偶数层的蛇骨环111具有镂空部112，各蛇骨环111层叠后，一层镂空部112之间具有一个完整的蛇骨环111。
77.在本发明的一实施例中，各所述蛇骨环111均具有镂空部112，所述蛇骨环111还具有实体部分，所述实体部分围设成所述镂空部112；各所述蛇骨环111的部分所述镂空部112重叠，相邻所述蛇骨环111通过部分所述实体部分相接。
78.也就是说，本实施例中，所有的蛇骨环111都具有镂空部112。相邻两个蛇骨环111的镂空部112部分错开设置。这样，相邻两个蛇骨环111之间能够有连接的部分，同时，还能够避免镂空部112的尺寸过大导致蛇骨导管100过度弯曲，保证蛇骨导管100的使用性能。而且，各个镂空部112部分错开之后是相连通的，各个蛇骨环111层叠设置后，镂空部112形成的空间是沿圆周方向逐渐上升的，这样蛇骨导管100能够通过各个镂空部112在三维空间中沿任意角度、方向弯曲。
79.本实施例中，蛇骨环111具有实体部分，实体部分为蛇骨环111的外壁，实体部分之间的缺口即为镂空部112。如图所示，蛇骨环111的实体部分呈灰色设置，白色的镂空部112。相邻两层蛇骨环111连接时，通过实体部分连接，使得相邻两层蛇骨环111之间有连接部分。
80.上述两个实施例形成的蛇骨导管100的结构实质是相同的，第一个实施例的环组110中取出偶数层的蛇骨环111，只留有奇数层具有镂空部112的蛇骨环111，其实质和第二实施例的实质相同。在第二个实施例的相邻两个蛇骨环111之间增加为完整环的蛇骨环111，其实质和第一个实施例相同。
81.也就是说，第一个实施例中的蛇骨导管100的布局形式和第二个实施例中蛇骨导管100的布局形式实质相同，只要保证上下两层蛇骨环111之间有连接材料(即为连续性)的条件下，相邻的两个具有镂空部112的蛇骨环111之间可以设置完整的蛇骨环111，也可以不设置完整的蛇骨环111。
82.参见图3至图7，在一实施例中，具有所述镂空部112的所述蛇骨环111上，所述镂空部112的数量为至少一个；当所述镂空部112的数量为多个时，多个所述镂空部112对称设置。也就是说，蛇骨环111可以具有一个镂空部112，也可以具有多个镂空部112，并且，多个镂空部112对称设置。本实施例中，镂空部112的数量可以为一个或者两个，两个镂空部112对称设置，以增加蛇骨导管100的弯曲性能。当然，在本发明的其他实施方式中，多个镂空部112还可非对称设置。
83.参见图4和图6，在一实施例中，同一所述环组110中，各所述镂空部112错位后沿同一方向转动形成360
°
的角度差。也就是说，同一环组110中的各个镂空部112错开设置后，镂空部112沿同一方向转动，并且镂空部112从最顶部到最底部转动的角度范围为360
°
。即镂
空部112绕蛇骨导管100的中轴线在不同高度方向上旋转360
°
。这样，蛇骨导管100弯曲时，能够通过任意方向的镂空部112进行弯曲，以保证蛇骨导管100的弯曲性能。
84.参见图4和图6，在一实施例中，每个所述蛇骨环111的所述镂空部112的圆心角范围为15
°
～180
°
。也就是说，镂空部112的弧长对应的角度范围为15
°
～180
°
。示例性地，镂空部112的圆心角为180
°
。当然，在本发明的其他实施方式中，镂空部112的圆心角还可以为30
°
、60
°
、90
°
或120
°
等等。当镂空部112的数量为两个时，镂空部112的圆心角为90
°
，或者，镂空部112的圆心角为30
°
、45
°
或60
°
等等。
85.在一实施例中，相邻具有所述镂空部112的所述蛇骨环111，两个所述镂空部112错位的角度范围为30
°
～120
°
。也就是说，相邻的两个镂空部112错开设置，二者错开的角度范围为30
°
～120
°
。通过相邻的两个镂空部112按照上述角度错开，能够使得同一环组110中的镂空部112沿同一方向转动形成360
°
的角度差，进而能够满足蛇骨导管100任意方向弯曲的需求。
86.本实施例中，相邻两个镂空部112之间的转动角度差为90
°
。比如，下一镂空部112相对于上一镂空部112顺时针或者逆时针转动90
°
，同一环组110中镂空部112的转动方向相同。当然，在本发明的其他实施方式中，相邻两个镂空部112之间的转动角度差还可为30
°
、45
°
或60
°
等等，比如相邻两个镂空部112之间的顺时针或者逆时针转动30
°
、45
°
或60
°
；可以相邻两个镂空部112之间的逆时针转动时的角度差为30
°
、45
°
或60
°
；也可以相邻两个镂空部112之间的顺时针转动时的角度差为-30
°
、-45
°
或-60
°
。同一环组110中镂空部112的转动方向相同。
87.参见图1至图6，在一实施例中，每一所述环组110中，所述蛇骨环111的数量为所述镂空部112错位后沿同一方向转动形成360
°
角度差的数量，或者，所述蛇骨环111的数量为所述镂空部112错位后沿同一方向转动形成360
°
角度差数量的两倍。
88.也就是说，每一环组110中蛇骨环111的数量与镂空部112的角度错开的角度有关。当同一环组110中蛇骨环111都具有镂空部112时，蛇骨环111的数量与镂空部112沿同一方向转动形成360
°
角度差的数量相同。当同一环组110中偶数层的蛇骨环111为完整环时，奇数层的蛇骨环111的数量与镂空部112沿同一方向转动形成360
°
角度差的数量相同，偶数层的蛇骨环111的数量等于奇数层的蛇骨环111的数量。
89.示例性地，镂空部112的圆心角为180
°
时，相邻两个镂空部112之间错位的角度差90
°
。具有镂空部112的蛇骨环111的数量为四个，四个蛇骨环111各错位90
°
设置，四个蛇骨环111顺时针或逆时针转动90
°
。当然，镂空部112的圆心角也可为120
°
，相邻两个镂空部112之间的角度差为60
°
。具有镂空部112的蛇骨环111的数量为六个，六个蛇骨环111各错位60
°
设置，六个蛇骨环111顺时针或逆时针转动60
°
。
90.在一实施例中，同一所述环组110中，各所述镂空部112的尺寸相同和/或不同。也就是说，同一环组110中的各个镂空部112的尺寸/弧长都相同。当然，也可同一环组110中个镂空部112的尺寸不同；还可以部分镂空部112的尺寸相同，部分镂空部112的尺寸不同。值得说明的是，同一环组110中各镂空部112的尺寸原则上不受限制，只要各镂空部112能够形成360
°
的沿同一方向转动角度差即可，以满足蛇骨导管100的弯曲需求，使得蛇骨导管100能够朝向任意方向弯曲。
91.在一实施例中，同一所述环组110中，各所述蛇骨环111的层高相同或相异。也就是
说，同一环组110中的各个蛇骨环111的高度全部相同。当然，在本发明的其他实施方式中，各个蛇骨环111的高度也可完全不同，或者部分相同部分不同。值得说明的是，蛇骨环111的层高原则上不受限制，只要能够保证蛇骨导管100的弯曲刚度与轴向拉伸刚度即可。
92.在一实施例中，各所述环组110的层高相同和/或相异。也就是说，蛇骨导管100的各个环组110的高度全部相同。当然，在本发明的其他实施方式中，各环组110的高度可以完全不同，也可以部分相同，部分不同。值得说明的是，环组110的高度原则上不受限制，只要能够满足蛇骨导管100的使用需求，并保证蛇骨导管100的弯曲刚度与轴向拉伸刚度即可。
93.在一实施例中，各所述环组110中所述蛇骨环111的所述镂空部112的布局形式相同和/或相异。也就是说，各个环组110中，蛇骨环111的镂空部112的布局相同。当然，在本发明的其他实施方式中，蛇骨导管100的各个环组110中，蛇骨环111的镂空部112的布局可以不同；或者蛇骨环111的镂空部112的布局部分相同部分不同。
94.值得说明的是，各个环组110中镂空部112的布局可以根据蛇骨导管100的使用需求布置，只要能够满足蛇骨导管100的使用需求，并保证蛇骨导管100的弯曲刚度与轴向拉伸刚度即可。
95.在一实施例中，各组所述环组110中所述镂空部112的占空比相同和/或相异。也就是说，各个环组110中，蛇骨环111的镂空部112的占空比相同。当然，在本发明的其他实施方式中，蛇骨导管100的各个环组110中，蛇骨环111的镂空部112的占空比可以不同；或者蛇骨环111的镂空部112的占空比部分相同部分不同。
96.值得说明的是，各个环组110中镂空部112的占空比可以根据蛇骨导管100的使用需求布置，只要能够满足蛇骨导管100的使用需求，并保证蛇骨导管100的弯曲刚度与轴向拉伸刚度即可。
97.在一实施例中，所述蛇骨环111采用塑料、不锈钢或镍钛合金等材料制成。可以理解的，蛇骨导管100的材料可以根据疲劳性能、弹性模量等的不同进行选择，以满足使用需求。示例性地，蛇骨环111采用塑料制成。蛇骨导管100为塑料管，在蛇骨导管100上开设镂空部112，并形成多个蛇骨环111。
98.当然，在本发明的其他实施方式中，蛇骨导管100也可采用不锈钢、镍钛合金或者其他材料制成，保证蛇骨导管100能够通过镂空部112弯曲即可。
99.蛇骨导管100整体为圆筒形的镂空结构，为了保持结构强度和稳定性，可以每个一层设置一个不镂空的蛇骨环111。蛇骨导管100能够在内力/外力作用下弯曲，并在力卸载后依靠自身材料弹性回弹。当然，蛇骨导管100在保证结构强度和稳定性的情况下，还可以各层的蛇骨环111均具有镂空部112，只要保证两层呈蛇骨环111之间有连接材料连接即可。
100.在一实施例中，蛇骨环111的壁厚远小于蛇骨环111的半径或者小于半径的1/10。壁厚越大，蛇骨导管100的弯曲刚度越大，轴向拉压刚度越大；壁厚越小，蛇骨导管100的弯曲刚度越小，轴向拉压刚度也越小。
101.参见3至图6，在一实施例中，每一所述环组110中所述蛇骨环111的数量为八层，分别为奇数层和偶数层。奇数层的所述蛇骨环111的所述镂空部112的圆心角为180
°
，相邻奇数层的所述镂空部112之间的沿同一方向转动角度差为90
°
，或者，奇数层的所述蛇骨环111的所述镂空部112的数量为两个，并对称设置，所述镂空部112的圆心角为90
°
，相邻奇数层的所述镂空部112之间的沿同一方向转动角度差为45
°
。
102.参见图3至图4，在本发明的第一实施例中，每一环组110中蛇骨环111的数量为八层，分别为奇数层和偶数层。奇数层的蛇骨环111的镂空部112的圆心角为180
°
，相邻奇数层的镂空部112之间的沿同一方向转动角度差为90
°
。也就是说，如图4所示白色部分的镂空部112的角度为180
°
，其余灰色部分为蛇骨环111的实体材料，而且，偶数层的蛇骨环111为完整环。四层奇数层与四层偶数层交错层叠设置，并且，相邻奇数层蛇骨环111的镂空部112之间错位90
°
设置，即每两层蛇骨环111逆时针旋转90
°
。蛇骨导管100中为多个8层为一周期的环组110。
103.参见图5至图6，在本发明的第二实施例中，每一环组110中蛇骨环111的数量为八层，分别为奇数层和偶数层。奇数层的蛇骨环111的镂空部112的数量为两个，并对称设置，镂空部112的圆心角为90
°
，相邻奇数层的镂空部112之间的沿同一方向转动角度差为45
°
，也就是说，镂空部112分段设置，镂空部112的数量为两个并对称设置，每个镂空部112的圆心角为90
°
，镂空部112的总弧长角度为180
°
。四层奇数层与四层偶数层交错层叠设置，并且，相邻奇数层蛇骨环111的镂空部112之间错位45
°
设置，即每两层蛇骨环111逆时针旋转45
°
。蛇骨导管100中为多个8层为一周期的环组110。沿蛇骨导管100从上到下，奇数层的镂空部112旋转45
°
，偶数层的蛇骨环111为完整环。
104.在一实施例中，每一所述环组110中所述蛇骨环111的数量为八层；每个所述蛇骨环111的所述镂空部112的圆心角为180
°
，相邻两个所述蛇骨环111之间的沿同一方向转动角度差为90
°
，或者，每个所述蛇骨环111的所述镂空部112的数量为两个，并对称设置，所述镂空部112的圆心角为90
°
，相邻两个所述蛇骨环111之间的沿同一方向转动角度差为45
°
。
105.在本发明的第三实施例中，每一环组110中蛇骨环111的数量为四层，每个蛇骨环111都具有镂空部112。镂空部112的圆心角为180
°
，相邻两层镂空部112之间的沿同一方向转动角度差为90
°
。也就是说，镂空部112的角度为180
°
，白色部分为镂空部112，其余灰色部分为蛇骨环111的实体材料，而且，偶数层的蛇骨环111为完整环。四层蛇骨环111交错层叠设置，并且，相邻蛇骨环111的镂空部112之间错位90
°
设置，即每层蛇骨环111逆时针旋转90
°
。蛇骨导管100中为多个四层为一周期的环组110。
106.在本发明的第四实施例中，每一环组110中蛇骨环111的数量为四层，每个蛇骨环111都具有镂空部112。蛇骨环111的镂空部112的数量为两个，并对称设置，镂空部112的圆心角为90
°
，相邻两层镂空部112之间错开45
°
，也就是说，镂空部112分段设置，镂空部112的数量为两个并对称设置，每个镂空部112的圆心角为90
°
，镂空部112的总弧长角度为180
°
。四层镂空部112交错层叠设置，并且，相邻蛇骨环111的镂空部112之间错位45
°
设置，即每层蛇骨环111逆时针旋转45
°
。蛇骨导管100中为多个4层为一周期的环组110。沿蛇骨导管100从上到下，蛇骨环111镂空部112旋转45
°
。
107.参见图7和图8，在第五实施例中，所述环组110中的各所述蛇骨环111呈螺旋状设置，每个所述蛇骨环111具有所述镂空部112，所述镂空部112的圆心角范围为90
°
～270
°
。也就是说，本实施例的蛇骨导管100中不存在完整环。镂空部112沿着蛇骨导管100的高度方向顺时针连续布置。理论上螺旋形蛇骨导管100的单周期层数为无限，镂空部112的旋转角度区域0
°
。
108.如图7所示，图为螺旋式的蛇骨导管100的立体图，蛇骨导管100的各镂空部111沿螺旋状逆时针上升，该蛇骨导管100不存在完整管，每个蛇骨环111均具有镂空部112。如图8
所示，图为蛇骨导管100中蛇骨环111旋转180
°
的截面图，并且，每旋转10
°
截取一个蛇骨环111，灰色部分为蛇骨环111的实体部分，白色部分为镂空部112。
109.参见图1至图8，本发明的蛇骨导管100可以通过上述结构设计(蛇骨环111的结构形式、镂空部112的位置及其设计形式)，改变蛇骨导管100的弯曲刚度、轴向拉压刚度、质量、最大弯曲率等设计指标，以保证蛇骨导管100的性能。同时，该蛇骨导管100无铆接结构，加工相对简单，结构紧凑，容易小型化。
110.本发明还提供一种导管系统，包括连接段以及多个如上述任一实施例所述的蛇骨导管100，所述连接段设置于所述蛇骨导管100的一端，所述蛇骨导管100通过所述连接段串联连接相邻的所述蛇骨导管100。本发明的导管系统采用上述实施例的蛇骨导管100后，该导管系统能够在三维空间内朝向任意空间弯曲，增加导管系统的弯曲度，以满足使用需求。
111.可选地，导管系统中采用两个蛇骨导管100串联连接。当然，在本发明的其他实施方式中，导管系统可以只采用一个蛇骨导管100或者更多个蛇骨导管100，主要能够满足手术需求即可。并且，用户可以根据手术需求选择蛇骨导管100的数量。
112.参见图1至图15，本发明一种蛇骨导管100的设计方法，用于设计如上述任一实施例所述的蛇骨导管100；所述设计方法包括如下步骤：
113.将所述蛇骨导管100中的一个环组110的高度设为一个导程；
114.根据所述导程计算出所述蛇骨导管100的弯曲刚度与轴向拉伸刚度；
115.根据所述弯曲刚度与所述轴向拉伸刚度设计所述蛇骨导管100中蛇骨环111的排布方式及镂空部112的占空比。
116.这里的镂空部112的占空比是指具有镂空部112的蛇骨环111中镂空部112的圆心角的尺寸占空比、弧长占空比与面积占空比的其中一个等。由于蛇骨环112的高度尺寸的半径尺寸是知晓的，知道镂空部112的圆心角占空比实际上就知道了镂空部112的面积占空比以及弧长占空比，同理，知道镂空部112的弧长占空比也可以至少镂空部112的面积占空比以及圆心角占空比等等，所以后文中仅以镂空部112的占空比进行说明。
117.为了对离散型蛇骨导管100(螺旋状蛇骨导管100的结构)和连续性蛇骨导管100(第一实施例至第四实施例中的蛇骨导管100的结构)截面旋转形式进行同一描述，本发明统一定义一指标，称为导程θ。
118.对于第一实施例与第二实施例的蛇骨导管100而言，如图9所示，蛇骨导管100中环组110的单周期为八层，即蛇骨环111的数量为八层，环组110的高度为h。根据图4可知，偶数层的蛇骨环111为完整环，一个周期内有4*pi+4*2pi＝12pi，完成一个周期，因此导程θ＝3pi/2；这里的pi是π。类似的，如图10所示，图7所示的蛇骨环111的截面旋转2pi后，下降了h，因此，导程θ＝2pi/h。
119.而对于图5的蛇骨导管100而言，导程θ＝12pi/8＝3pi/2。因此，离散型的蛇骨导管100，导程θ＝2(1-p)pi；如果相邻两个具有镂空部112的蛇骨环111之间设置一个为完整环的蛇骨环111，则θ＝(2-p)pi。
120.据上所述，通过导程能够定义不同结构蛇骨导管100的结构特性，同时，定义蛇骨导管100的弯曲刚度和轴向拉压刚度，进而研究导程与研究上述实施例中各种蛇骨导管100的弯曲刚度和轴向拉压刚度之间的关系。
121.图11所示为某层蛇骨环111形截面。截面外径为r，内径为r，环形厚度为t＝r-r；建
立坐标系xoy，坐标原点o在截面圆心处。a为蛇骨环111材料连接段起点，oa与x轴夹角为α，b为材料连接段终点，ob与oa夹角为θ。
122.如图12和图13所示，假设蛇骨环111壁厚远小于(小于半径的1/10)半径，也就是说t《《(r+r)/2,或者r≈r
123.该条件下，任意蛇骨截面的惯性矩i可以表示为
[0124][0125]
其中，m为该环形蛇骨总质量；β为该截面的旋转轴，一般穿过蛇骨中心o。
[0126]
由上式可以看出，当θ较小时，i(β)随着β变化较小，而基本稳定在一个常值该值表征了薄壁镂空蛇骨的惯性矩。
[0127]
对于离散型蛇骨导管100，上式中取α＝0，θ＝pi/4，可以绘制图14所示截面惯性矩
[0128]
关于旋转轴β的变化。然后，分别取α＝0，pi/4，pi/2和3pi/4，也就是说蛇骨实心段沿着蛇骨旋转以后，其惯性矩变换如图14所示。因此，可以说，由于蛇骨实心段的旋转，其惯性矩在各个方向上趋于一致。
[0129]
所以，蛇骨环111上的镂空部112赋予了蛇骨导管100各向弯曲的能力，而镂空部112的旋转或者沿着截面的轴向均匀分布，实现了蛇骨导管100的弯曲刚度(弯曲刚度＝材料弹性模量*截面惯性矩)的各向同性，且该值只跟镂空部112占空比p相关。
[0130]
同样地，对于连续型蛇骨导管100结构，由以上公式可得
[0131][0132]
连续蛇骨的惯性矩规律与离散型类似。但是，不同的是，我们可以在连续性蛇骨上观察到严格意义上的各向同性，比如图15中的h＝1和h＝2时候的情况。
[0133]
本案中研究的惯性矩规律为方便工程设计，做合理假设，因此与精确结果会有不同，但可以快速进行蛇骨结构弯曲刚度设计。对于轴向拉压刚度，由于只跟蛇骨导管100最薄弱环节，也就是镂空部112最多的层的截面积成正相关。
[0134]
综上所述，对于连续性的蛇骨导管100与离散型的蛇骨导管100，可以通过上面的公式以及计算方法设计蛇骨导管100的结构，并保证蛇骨导管100的弯曲刚度与轴向拉压刚度，而且，根据弯曲刚度和轴向拉压刚度能够设计蛇骨环111的排布方式以及镂空部112的占空比，以保证蛇骨导管100的结构性能。
[0135]
本发明的蛇骨导管100通过上述方法设计后，可以通过改变蛇骨环111的材料与尺寸外，还可以通过改变镂空部112占空比和镂空部112的形式等等从而改变蛇骨导管100的弯曲刚度和轴向拉压刚度，并得到相应的设计参数，可以从力学或几何角度设计蛇骨的弯曲刚度、轴向拉伸刚度、最大弯曲曲率和质量等设计指标，以保证蛇骨导管100的使用性能。
[0136]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0137]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种蛇骨导管，其特征在于，包括多个环组，多个所述环组层叠设置形成管状的所述蛇骨导管；每个环组包括多个中空的蛇骨环，至少部分所述蛇骨环具有镂空部，同一所述环组中各所述蛇骨环的所述镂空部至少部分错开设置，各所述蛇骨环层叠设置。2.根据权利要求1所述的蛇骨导管，其特征在于，同一个所述环组的各个所述蛇骨环分为奇数层与偶数层，奇数层的所述蛇骨环具有镂空部，偶数层的所述蛇骨环为完整环；或者，奇数层的所述蛇骨环为完整环，偶数层的所述蛇骨环具有镂空部；奇数层的所述蛇骨环与偶数层的所述蛇骨环层叠设置。3.根据权利要求1所述的蛇骨导管，其特征在于，各所述蛇骨环均具有镂空部，所述蛇骨环还具有实体部分，所述实体部分围设成所述镂空部；各所述蛇骨环的部分所述镂空部重叠，相邻所述蛇骨环通过部分所述实体部分相接。4.根据权利要求1所述的蛇骨导管，其特征在于，具有所述镂空部的所述蛇骨环上，所述镂空部的数量为至少一个；当所述镂空部的数量为多个时，多个所述镂空部间隔设置。5.根据权利要求1至4任一项所述的蛇骨导管，其特征在于，同一所述环组中，各所述镂空部错位后沿同一方向转动形成360
°
的角度差；每一所述环组中，所述蛇骨环的数量为所述镂空部错位后沿同一方向转动形成360
°
角度差的数量，或者，所述蛇骨环的数量为所述镂空部错位后沿同一方向转动形成360
°
角度差数量的两倍。6.根据权利要求1至4任一项所述的蛇骨导管，其特征在于，每个所述蛇骨环的所述镂空部的圆心角范围为15
°
～180
°
；相邻具有所述镂空部的所述蛇骨环，两个所述镂空部错位的角度范围为30
°
～120
°
。7.根据权利要求1至4任一项所述的蛇骨导管，其特征在于，同一所述环组中，各所述镂空部的尺寸相同和/或不同；同一所述环组中，各所述蛇骨环的层高相同或相异。8.根据权利要求1至4任一项所述的蛇骨导管，其特征在于，各所述环组的层高相同和/或相异；各所述环组中所述蛇骨环的所述镂空部的布局形式相同和/或相异；各组所述环组中所述镂空部的占空比相同和/或相异。9.根据权利要求1至4任一项所述的蛇骨导管，其特征在于，所述蛇骨环采用塑料、不锈钢或镍钛合金制成。10.根据权利要求2所述的蛇骨导管，其特征在于，每一所述环组中所述蛇骨环的数量为八层，分别为奇数层和偶数层；奇数层的所述蛇骨环的所述镂空部的圆心角为180
°
，相邻奇数层的所述镂空部之间的沿同一方向转动角度差为90
°
，或者，奇数层的所述蛇骨环的所述镂空部的数量为两个，并对称设置，所述镂空部的圆心角为90
°
，相邻奇数层的所述镂空部之间的沿同一方向转动角度差为45
°
。11.根据权利要求3所述的蛇骨导管，其特征在于，每一所述环组中所述蛇骨环的数量为八层；
每个所述蛇骨环的所述镂空部的圆心角为180
°
，相邻两个所述蛇骨环之间的沿同一方向转动角度差为90
°
，或者，每个所述蛇骨环的所述镂空部的数量为两个，并对称设置，所述镂空部的圆心角为90
°
，相邻两个所述蛇骨环之间的沿同一方向转动角度差为45
°
。12.根据权利要求3所述的蛇骨导管，其特征在于，所述环组中的各所述蛇骨环呈螺旋状设置，每个所述蛇骨环具有所述镂空部，所述镂空部的圆心角范围为90
°
～270
°
。13.一种导管系统，其特征在于，包括连接段以及多个如权利要求1至12任一项所述的蛇骨导管，所述连接段设置于所述蛇骨导管的一端，所述蛇骨导管通过所述连接段串联连接相邻的所述蛇骨导管。14.一种蛇骨导管的设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1至12任一项所述的蛇骨导管；所述设计方法包括如下步骤：设所述蛇骨导管中的一个环组的高度为一个导程；根据所述导程计算出所述蛇骨导管的弯曲刚度与轴向拉伸刚度；根据所述弯曲刚度与所述轴向拉伸刚度设计所述蛇骨导管中蛇骨环的排布方式及镂空部的占空比。
技术总结本发明涉及一种蛇骨导管、导管系统及蛇骨导管的设计方法。该蛇骨导管包括多个环组，多个所述环组层叠设置形成管状的所述蛇骨导管；每个环组包括多个中空的蛇骨环，至少部分所述蛇骨环具有镂空部，同一所述环组中各所述蛇骨环的所述镂空部至少部分错开设置，各所述蛇骨环层叠设置。各蛇骨环的镂空部至少部分错开设置，使蛇骨导管朝向任意方向弯曲，增加蛇骨导管使用时的变式，提高蛇骨导管的自由度，而且，该蛇骨导管的工艺简单难度低，易于实现；同时，还能够保证整体的弯曲刚度与轴向拉伸刚度，保证蛇骨导管的使用性能。证蛇骨导管的使用性能。证蛇骨导管的使用性能。
技术研发人员：ꢀ(74)专利代理机构
受保护的技术使用者：上海微创微航机器人有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
