专利名称：可操纵探头的制作方法伴随着朝着局部治疗的趋势，目前医学介入的趋势倾向于较少创伤方法。微创(MD进入装置的外科手术探头可以被广义地划分为两个大类腔内探头和经皮探头。腔内探头(例如内窥镜和血管内导管)利用身体内天生的孔和易进入的血管来将工具(例如光纤、组织采样器等)导向目标。它们的使用在一些关键的专业中被证明是非常成功的，比如在胃肠的外科手术中，但是腔内进入装置的应用领域的范围是有限的。相反地，经皮(也就是说经过皮肤)器械可以广泛地应用于“侵入性介入”的整个范围，因为就选定的软组织目标的进入点和进入路径而言，它们的用途很广。目前包含针头或导管的经皮插入的操作，范 围从血液/流体取样、组织活检、导管插入、部分切除和近程放射治疗到脑深部刺激和诊断影像，同时新的方法以前所未有的增加的速度出现在文献中。目前的经皮器械可以被分为两个大类粗的非柔性探头(例如，活检探头和腹腔镜)以及细的柔性探头(例如近程放射治疗针头)。粗的非柔性探头的优点在于，它们可以在可视系统(例如超声波)的帮助下指向目标并且不会在负荷下变形。然而，它们的操作引起组织上显著的压力，这限制了外科医生的自由度。相反地，细的柔性探头倾向于较少地伤害周围组织，但是会抵抗组织的阻力而弯曲和变形，从而导致放置精确度问题，放置精确度与目标的深度成反比。此外，两类探头都受困于同样的表层下技术性和功能性的限制它们不能被沿着曲线轨道导向。这是经皮探头的主要缺陷，这将它们的应用局限在了可实行直线方法的外科手术操作中。之前跟随三条主要的研究路线来解决针头操纵问题。最近的研究表明，当具有斜面顶端的柔性针头被推动穿过软组织时，顶端自身的对称性使得针头沿着具有单一半径的弧形轨道弯曲。在插入过程中改变斜面顶端的轨道的控制策略已经得到论证；轨道曲率的比例控制可以通过针头自身负载循环的旋转来实现，其中针头的趋近角度可以通过沿着纵向轴的循环旋转来控制。然而，针头操作的倾斜顶端方法最主要的缺点涉及针头的横截面直径的局限性，这是操作机构本身固有的。既然轨道控制通过负载循环来实现，制成针头的材料应当足够硬以能够沿着针头的整个长度传递转矩(这解释了镍钛合金绞线的选择)，同时直径应当足够小使得针头是柔性的并且因此能够弯曲(一般O. 28mm)。假设有对于坚硬结构和很柔韧的针头的相反要求时，这种对于最大外径的限制就不能被超过。在针头操作的可选方法中，标准针头通过在其底部施加力矩被沿着软组织(例如火鸡胸肌肉)内部的弯曲轨道操作。使用简化的弹簧-阻尼方法通过模型化组织和针头的相互作用和变形将插入轨道设计好。然而，由于目标执行依赖于组织的硬度和阻力，可应用的柔软材料的范围，即可以使用这种控制策略的场合是有限的。这种方法在软组织和易损组织，例如大脑，的应用将会导致严重的组织损伤。针头操作的第三种也是最后一种方法是以结合预弯曲同心管为基础的，同心管可以相对彼此旋转和延伸以控制顶端位置和方位。虽然这种方法提出了相对简单的控制问题，因为管段和它们的相互作用可以使用简单的束理论来模型化，但是任何一个针头实施例能够实现的可用的轨道范围是非常有限的。由于每个预弯曲管具有“固定的”几何形状和曲率半径，因此不可能设计出具有控制的可变曲率的轨道。此外，路径上弧线的数目不可更改地与段数联系在一起(例如三个同心管只能做出具有两个常量曲率半径的弯曲路径)，这限制了探头将适用的应用范围。总之，虽然这些研究工作已经实质上改进了技术现状，但是至今为止所有提出来的方案都限制了应用领域。因此，对于新的多用途的介入技术仍然存在明确的需要，这种技术将能够以精确性和对周围组织的最少破坏来执行身体中的经皮介入应用到多种外科手术场合的细的柔性工作通道，它可以被精确地定位到身体中的任何地方。
本发明提供了一种可操纵探头包括主体和被设置用来驱动探头经过样本的驱动装置。主体可以包括至少三个沿着探头彼此平行延伸的主体部分，每个主体部分沿着探头 相对于其它主体部分可移动。已经发现的是，具有至少三个主体部分，当其中一个部分移动时，其它部分倾向于保持基本静止。这是因为当探头表面的两个不相等的部分相对于彼此移动时，较大的表面倾向于保持静止而较小的表面倾向于相对于探头所处的样本移动。驱动装置可以被设置成依次按可变的顺序相对其它主体部分移动每个主体部分，例如一次一个或一组，从而驱动探头经过样本。驱动装置可以被设置成，当向主体部分之一施加沿向前方向的力时，向其它主体部分中的至少一个施加沿向后方向的力。这可以减少或限制施加到探头上的总力或合力。驱动装置可以被设置成平衡施加到主体部分上方向向前和向后的力，因此所述驱动装置施加到探头上的合力基本为零。驱动装置可以被设置成在主体部分之间作用，以便施加位于探头内部的力。可选择地，驱动装置可以被配置成在主体部分和另一个主体之间施加力，另一个主体可以是固定的，或者可以被设置成随探头移动经过样本。一个或多个主体部分可包含操纵装置，操纵装置被设置为如果主体部分被移动向前超过其它主体部分，沿相应的方向操纵该主体部分。该操纵装置可包括成形的顶端，或者弹性的偏置装置，或者两者都有。弹性的偏置装置可以是主体部分中的弹性插入件的形式，或者其可以包含主体部分自身的一段，这一段由弹性材料构成，例如通过注塑成形。操纵装置可以是被动的或主动的。每个主体部分可具有形成探头外表面之一部分的外表面，该外表面具有结构。该结构可被设置成等量地阻挡在探头的两个纵向方向上经过样本的移动。可选地，其可被设置成阻挡一个方向上的移动比阻挡另一个方向上的移动更多。驱动装置可包括致动装置和控制装置，致动装置被设置成施加驱动力给主体部分，控制装置被设置成控制致动装置以控制探头的移动。致动装置可以被安装在探头主体上，并被设置成与探头主体一起移动经过样本。可选地，致动装置可以位于远离探头的位置，并且通过力传递装置与探头连接，因此允许致动装置位于不想要有电气组件的容腔的例如MRI扫描仪外部。探头可具有沿着其延伸的通道，例如用作沿着探头的工具或药品的通道，或者用于抽出样本或样本的核心。通道可以延伸穿过探头部分之一，或者可以被限定在两个部分之间，或者限定在所有部分的中间。本发明进一步提供一种探头系统，包括根据本发明的探头，以及被设置成在探头移动经过样本时定位 探头的定位装置。探头的驱动装置可以被设置成从定位装置接收位置定位信号以便提供探头位置的闭合循环控制。探头可以是医学探头。探头优选地是与核磁共振(MRI)兼容。不同寻常的，探头可以具有医学领域以外的应用，并且可以被设置成用于地理学，或者用于搜索和救援，例如在雪中。本发明进一步提供根据本发明的探头，探头进一步包括检测装置，其中驱动装置被设置成从检测装置确定期望的方向，和控制主体部分的移动以便向期望的方向移动探头。下面将只参考附图通过举例的方式描述本发明的优选的实施例。图I是根据本发明的实施例的探头的示意图；图2a、2b和2c是图I中的探头在不同操作阶段的纵向截面图；图3是图I中探头的横截面图；图4示出了根据本发明实施例的探头的驱动机构；图5是根据本发明的进一步的实施例的探头的横截面图；图6是根据本发明的进一步的实施例的探头的纵截面示意图；图7是根据本发明的进一步的实施例的探头的横截面示意图；图8a和Sb是根据本发明的进一步的实施例的探头在不同操作阶段的纵截面图；图Sc和8d示出了可以用于图8a中的探头的操纵元件；图9是包括根据本发明的实施例的探头的外科手术系统的示意图；图9a是图9的系统的功能系统图；图10是根据本发明的进一步的实施例的探头的部分截面图；图11是根据本发明的进一步的实施例的探头的部分截面图；图12是根据本发明的进一步的实施例的外科手术探头系统的框图；图13是图12的系统的探头的截面图；图14是图12的系统的控制的功能图；图15是示出了图12的系统中的探头的控制器路径的几何图形的图；图16a和16b是具有恒定的偏移量的图12中探头的多个部分的偏移量和行程位置曲线图；图17a和17b是具有变化的偏移量的图12中探头的多个部分的偏移量和行程位置曲线图；图18是根据本发明进一步的实施例的栓系搜索探头和控制系统的图；图19是通过根据本发明的进一步实施例的探头的示意截面图；和
图19a是图19的探头的横截面图。

要意识到的是，在上文描述的基于移动的控制中，探头上的纵向合力将是变化的。通常，施加到静止主体部分上以保持它们静止的向后的总力将不等于施加到移动主体部分的向前的力。在不同的操作模式中，电机34被控制以便控制施加到主体部分10a、10b、10c和IOd上的力。在每一步，力被施加直到向前移动的部分相对于其它部分已经移动了预定的距离，但是向前移动部分上向前的力与其它部分上向后的力之间的平衡被控制，以便控制探头上的合(即，总)力。例如，总力可以被设置为零，在这种情况下向前移动部分上向前的力将会等于其它部分上向后的总力。这样的优点在于在探头上没有可能倾向于引起探头变形的合推力，也没有可能倾向于引起探头张紧的合拉力。合推力和合拉力都能引起探头移动经过的组织的损伤。然而，在一些情况下，经过样本的移动可能需要被控制的向前合力，在这种情况下，向前移动的部分上向前的力可以被控制为大于其它部分上向后的合力。为了使探头可以向后移动退出样本，移动以及施加的力的方向可以相反，以便每个主体部分10a、10b、IOc和IOd像向前移动一样按步依次后退。在这种情况下，如果需要，被控制的合拉力也可以被施加到探头上。在该实施例中，控制单元36被设置成使得总合力是可变的，和可以由用户来设定。每一步的相对移动也是可变的和可以由用户来设定，移动方向也可以这样。要意识到的是，主体被分成的部分的数量可以根据应用而变化。四个部分的使用具有的优点是探头的弯曲路径的控制相对容易控制，因为两对相对的部分可以被用来产生在两个正交平面内的曲率。然而，参照图5，可以使由三个部分50a、50b和50c制成的探头，并且探头可以以部分50a、50b和50c的合适的移动顺序被控制以在三维弯曲路径上移动。在这种情况下，由于这些部分弯曲的外表面在尺寸上是相等的，每个都构成探头外表面的三分之一。类似地，也可以使用多于四个部分的探头。在每种情况下，当没有外部合力施加到探头上时，为了探头的移动，移动部分(section)或多个部分(sections)的表面积在任何时候都需要比静止部分的表面积小。明显地，部分的数目越多，一次移动的表面积的比例就越小，“静止”部分将越可能在其它部分移动时保持真正的静止。然而，假设移动表面积大于“静止”表面积，同时具有探头上的适当的表面结构，则通常将可能因被用到的“静摩擦力”效应来在“移动”部分相对于样本移动时保持“静止”部分真正地静止。即使“静止”部分实际上沿与“移动”部分相对的方向移动了，这通常也将仅仅是很小的量，以便经过一个循环移动的进程，探头作为整体上将沿一个方向移动明显地，可以使用不同尺寸的主体部分，例如其中一些部分是主操纵部分，其它部分是非操纵部分，这两组部分可以是不同的尺寸或者不同的形状，或者尺寸和形状都不同。参照图6，根据本发明进一步实施例的探头包括四个主体部分，只示出了两个部分60b和60d的截面，四个主体部分与图3中的主体部分是同样的通用形式。在这种情况下，驱动机构被设置为与探头主体60 —起移动。驱动机构包括具有其内安装有四个致动器64的壳体61,每个致动器通过推杆65与主体部分60b和60d中的一个的后端连接。因此每个致动器被设置成相对于驱动机构壳体61向前或向后移动相应的一个探头部分60b和60d。驱动机构因此可以依次向前或向后将单个的主体部分60b和60d移动控制的距离，就像图4的实施例一样。然而，致动器64施加到探头(包括驱动机构)上的合力将为零，因为施加的力对于探头来说都是内部的。因此，不会有向前或向后的合力通过传致动器64施加到探头上，探头的移动将取决于探头外表面和其移动经过的样本之间的相互作用。致动器由控制单元66控制，控制单元66也安装在驱动装置壳体61中。控制单元被设置成控制致动器64以相对于其它探头部分依次向前移动每个探头主体部分60d和60d。然而在这种情况下，当所有的主体部分60b和60d已经通过致动器64向前推动相应的推杆65的途径而相对于驱动机构壳体61向前移动一步时，接着在下一循环以第一主体部分向前移动而开始之前，致动器壳体61通过致动器同时拉动所有的推杆65而在循环结束时向前移动一步。这拉动驱动机构壳体61向着探头主体60向前。参照图7，根据本发明进一步的实施例的探头再一次包括四个探头主体部分70a、70b,70c和70d，四个主体部分70a、70b、70c和70d相对于彼此可纵向滑动。在这种情况下四个致动器74中的每一个直接在相应的一对相邻的主体部分之间动作，以便其可以相对于另一主体部分沿向前或向后的任一方向移动一对主体部分中的每一个。因此，通过四个致动器74的协调运作，每个主体部分可以相对于其它的主体部分依次向前移动，如上文所述。致动器是压电致动器，其可以是MRI兼容的并且全部地容纳在主体中。这允许探头在两端都具有尖的顶端，致动器的控制器被设置成使得在每一步，相对于其它主体部分移动的那一个主体部分可以沿任一方向移动。这意味着探头可以沿任一方向移动经过样本。这种类型的致动机构的另一个优点在于它可以位于沿着探头长度上的任何位置。例如，致动器可以被定位在接近探头的前端的位置，带有沿着通道79穿过探头供应到致动器的电源。这意味着主体部分顶端的移动可以被控制的比致动器作用在探头的后端时更加精确，在致动器作用在探头后端的情况下，移动必须被沿着探头的整个长度传递。在一些实施例中，两组或更多组致动器被放置在沿着探头的不同位置上。可选地，有了这种类型的致动器，探头可以被做成非常短，例如几厘米长，这意味着沿着探头的力的传递不是重要的问题。参照图8a和8b，在进一步的实施例中，主体部分80b和80d中的每一个都具有弹性的操纵元件81，其沿着主体部分平行于探头的中心轴延伸。每个操纵部元件81在其松弛状态下是弯曲的，如图8c所示。然而位于探头的相对侧的每对主体部分80b和80d的操纵元件向相对的方向弯曲，这样当所有的主体部分在纵向上彼此平齐时，如图8a所示，探头内的、由操纵元件81产生的内力倾向于恢复它们的自然弯曲形状、平衡，从而探头保持笔直。当一个主体部分80b向前移动时，如图8b所示，该截面内操纵元件81凸出超过另一部分80d的前端的一部分可以开始恢复其自然的弯曲状态。因此这倾向于操纵领头的主体部分绕过具有操纵元件81的自然曲率半径的曲线。图8a和Sb中示出的探头具有倾斜顶端，其辅助了操纵效果，但是在其它实施例中，没有倾斜的顶端并且弹性的操纵元件提供了所有需要的操纵。当其它非领头的主体部分向前移动，尽管操纵元件的弯曲力再次倾向于平衡，但它们仍旧倾向于跟随领头的主体部件80b的弯曲路径，因为探头移动经过的样本组织倾向于阻止探头简单地伸直。因此，通过这一操纵机构，以及通过操纵机构的倾斜顶端，操纵的方向可以通过控制主体部分80b和80d向前移动的顺序和步长来控制。参照图Sc，每个操纵元件81在其前端具有基本笔直的部分81a，然后在其后端81c具有曲率半径基本恒定的弯曲部分81b。参照图8d，在进一步的实施例中，操纵元件弯曲的 前部82b具有沿着其长度变化的曲率半径，在这种情况下曲率半径朝向其后端82c越来越小。要意识到的是，操纵元件在其松弛状态的形状可以被选择以决定探头的操纵角度。在这些实施例的进一步的变形例中，操纵元件可以是主动的，例如是压电材料，而不是被动的弹性操纵插入件，以便它们的曲率可以在曲率控制信号的控制下变化。控制信号一般的形式将是通过合适的连接线施加的电压，连接线可以沿着探头主体部分中的通道延伸。在这种情况下控制器36、66被设置成控制操纵元件的曲率程度以及探头的其它参数从而实现期望的路径。在进一步的变形例中，探头主体部分的顶端被形成为具有沿着探头顶端的长度变化的硬度，特别是杨氏模量。这可以通过将顶端形成为多种不同材料的组合物来实现。特别地，顶端的硬度被设置成向顶端的前端减小。当用图8d的设备时，这产生了一条操纵曲线，其随着领头和拖尾主体部分之间的偏移量而变化。在又一进一步的变形例中，探头主体部分的顶端可以从探头主体部分的主长度上拆卸下来。这允许有不同转向特性的多种不同顶端被附于探头，以便操纵特性可以被选择以适应任何特殊的应用。特别地，具有不同硬度的不同组织将需要具有不同操纵机构的探头，可更换的顶端能允许用单个探头来实现该目的。应意识到的是，对于图I的探头以及图8a和8b的探头，领头的主体部分所采用的曲率半径以及因而探头作为一个整体将要跟随的弯曲路径的紧密度，部分地取决于领头的主体部分移动超过其它主体部分经过的距离，也就是说，每一步的距离。通常地，领头的主体部分移动地越向前，将被采用的曲率半径就越小。这意味着，除了通过控制多个部分的移动顺序来控制弯曲的方向，控制器也可以通过控制采用的步长来控制跟随的路径的曲率半径。在进一步附加的控制策略中，每个移动循环的开始和结束，所有的主体部分在纵向上可以不平齐。领头的主体部件甚至在步进移动的循环开始之前，开始时可以稍微超前。这将倾向于减少跟随的路径的曲率半径。总而言之，主体部分的控制将包括定义主体部件的位置之间的起始偏移量，这一偏移量对于任何想要的曲率半径和方向将是常数，然后叠加步进移动，步进移动的顺序和长度都可以是按需变化的和被控制的，如产生想要的弯曲路径所需要的。如果使用弹性操纵元件的话，最终的操纵角度当然也将依赖于弹性操纵元件的形状以及探头顶端的形状。为了简化控制，可以优选地仅仅使用四个基本转向方向，对应于四个主体部分中的每一个作为领头的部分。在那种情况下，对于每个转向方向，与领头的部分相对的部分将通常是每次循环中最后移动的那个。剩下两个部分的移动顺序可以从一个循环到下一个循环进行交替，以便由这两个部分在不同时间的移动而引起的任何操纵效果经过两个循环后抵消掉。在更复杂的控制策略中，可以对应于四个主体部分可被移动的不同的可能顺序使用多于四个的转向方向。参照图9，外科手术系统包括探头90，在这种情况下探头90与图I中示出的相同，且包括靠近其顶端的追踪设备99，追踪设备99可以是电磁(EM)追踪设备，以便探头的位置可以被精确地监控。驱动机构94由计算机96控制，计算机96可以控制多个部分之间固定的偏移量、步长、多个部分的移动顺序以及施加到探头上的合推力或拉力，以实现经过样本的任何期望的路径，样本在这一情况下是大脑93。探头被设置成用在扫描仪95中，例如核磁共振(MRI)扫描仪，追踪设备99以及探头90的核磁共振(MRI)图像因此可以被用来监控探头在移动经过样本时的位置和其跟随的路径。这意味着可以使用反馈控制系统来控制探头的路径的方向和曲率半径，以保证探头跟随期望的路径，和保证在组织横断面被占时发生组织变形。如上文所述，探头经过样本的移动将取决于探头和其移动经过的样本材料之间的相互作用。参照图10，在一些情况下，探头100的外表面可以设有倒钩或齿102形式的表 面结构，倒钩或齿102具有方向性，使得探头100可以在一个方向上比另一个方向上更容易移动。这可以帮助移动探头经过样本，特别是没有合力通过致动机构施加到探头上时。然而，这种方向性的结构将明显地使探头在不期望的方向上的移动更为困难，并且在医学应用中，将导致抽出探头时对样本造成损伤。因此，参照图11，在一些情况下，探头110的外表面以对称的方式形成结构，例如包括在纵向上对称的齿或脊112，也就是说，对称于穿过探头的横向平面。该表面结构因此在探头的两个纵向上等量地阻碍了经过样本的移动。这允许通过适当控制主体部分移动的顺序和方向使探头在经过样本的每个方向上都被同样容易地移动。结构的尺寸和确切的形状可以被选择，以便通过使摩擦效应最大化来使经过样本的移动效率最大化，摩擦效应被用来确保只有一个“移动”部分相对样本显著地移动，而剩下的部分保持基本静止。参照图12，在根据本发明进一步的实施例的外科手术探头系统中，探头120具有四个部分130，其在图13中以横截面示出。探头被固定的致动盒121驱动，致动盒121容纳有四个线性的致动器122，每个探头部分130 —个。每个致动器包括被电机124驱动的驱动螺杆123，和具有一个与驱动螺杆123螺纹耦合并且在轴承(未示出)上滑动以便其将线性移动的被驱动元件125。每个被驱动元件125与相应的一个探头部分130通过柔性电缆或推杆126连接。探头120具有安装在其顶端的追踪传感器127，追踪传感器127形成了追踪系统的一部分，追踪系统还包括追踪域发生器128和追踪控制器129，追踪控制器129包括追踪软件和传感器管理器。致动器122由低水平位置控制器122a控制操作。探头120的高水平定位由高水平控制器122b提供，其通过解释器122c直接与追踪控制器129和低水平控制器122a通信。参照图13，探头120的四个部分130都具有相同的互锁横截面轮廓，其与图3的探头的类似。每个探头部分130在其带有孔131的后端具有刚性部分，柔性推杆的端部与配合在孔131中。位于探头的相对侧的两个部分130a具有沿着它们的长度延伸的中空通道132，其中一个可以用作药物输送，另一个可以用来连接追踪传感器127。这两个部分130a中没有操纵插入件，它们的前端是非常柔软的。另一对探头部分130b也是彼此相对的，其具有弹性的柔性操纵插入件，与图8d中的类似。互锁特征133的形状与图3中探头的类似。在这一实施例中,探头长200mm,直径为12mm。每个部分的每次移动的最大步长为6mm，每个部分的最大速度为6mm/s。探头长度适用于脑部探头，尽管在长度可能有些变化。用于其它医学应用的探头可以有不同的长度。直径可以减小，例如减小到5到4_或者更小，这取决于制造工艺。再一次地，对于其它的应用，可以接受较大的直径，但是如果能够保持充分的控制，通常优选更小的直径。系统可以被设置为使核磁共振(MRI)兼容性最大化。例如电缆的长度可以被做得足够将致动器，尤其是电机124，定位在核磁共振(MRI)扫描仪容腔外侧，而探头在扫描仪内部使用。参照图14，现在将描述低水平位置控制器122a的功能单元。控制器122a已将探头的运动学模式142存储记忆。控制器被设置为接受限定经过病人大脑的想要的曲线路径的数据。电磁(EM)追踪系统129确定探头120的当如位置。对于每个向如移动循环，最近点探测器144确定期望的路径上到当前探头位置的最接近的点，基于曲率的控制模块146 确定下一个向前步进循环所需要的曲率的度。长度差分发生器148和交互动作产生器150基于探头的模式142确定需要的纵向偏移量以及单个探头部分130的移动顺序和长度以实现所需要的曲率。比例-积分-微分(PID)控制器152使用来自编码器154的反馈以想要的方式驱动探头部分移动，。参照图15，探头120当前的曲率用P定义，其中在时间t时的曲率半径为I/Pt。期望的路径被定义为Pdes,位置误差e p被计算为在任何时间t当前位置与期望的位置之间的差额，当前位置由追踪系统确定。倾斜误差^被计算为在时间t时由追踪系统确定的探头120的前端指向的方向(倾斜)和期望的方向之间的差值。在每个步进循环，目标曲率P使用比例/导数(PD)控制由误差计算得来，使用等式P =kp e p+ks e s，其中kp和ks是常数。由于曲率与由操纵部分之间的净偏移量成大约线性的关系，因此产生目标曲率所需的偏移量可以被计算出。参照图16a和16b，当探头在一条直线上移动时，伴随操纵探头部分130b之间固定的、为零的净偏移量，两个操纵部分130b交替地向前移动。假设有固定的步长和固定的步进周期，偏移量将更替，每个操纵探头部分130b在其向前移动后领先0.5步。图16a示出了偏移量的时间函数，图16b示出了两个部分130b的位置的时间函数，其具有各自的曲率。两个部分130b以相同的速度移动相同的步长。参照图17a和17b，如果偏移量变化以改变操纵角度，同时保持相同的操纵方向，然后假设想要的偏移量的变化大于最小值，这经过许多步渐进完成。这允许每个循环的步进的顺序保持相同，同时步长变化以改变偏移量。假设有固定的步进周期，两个操纵探头部分130b将再次向前一步步移动，一个接着另一个交替，但是两个部分中的一个以较高的速度移动，因此每一步的距离比另一个大。因此两个操纵部分之间的净偏移量在每一步都增加了。可选地，这可以通过固定速度和可变的步进周期来实现。应当要理解的是，图16a、16b、17a和17b只示出了探头的两个操纵部分的移动。两个非操纵部分也被移动了。在该实施例中，两个非操作部分中的每一个对于每个操纵部分的每一步移动一次。因此每个移动循环的移动顺序是操纵部分1，非操纵部分1，非操纵部分2，操纵部分2，非操纵部分1，非操纵部分2，操纵部分2，非操纵部分1，非操纵部分2。因此非操纵部分中的每一个移动的步数是每个操作部分的两倍，步幅是其长度的一半。操纵部分中的一个总是领头部分，而两个非操纵部分在每一次操纵部分之一被向前移动时，被带到与“新的”领头部分平齐，或者如果在两个操纵部分之间有着高的净偏移量就被带到领头部分后面的位置。经发现这样会产生较低水平的组织损伤。在这一实施例的变形例中，所有的四个部分中都有操纵插入件。移动的顺序可以是与上文描述的相同，但是由于可以选择四个操纵方向，探头可以在三维而不是二维上被操纵。参照图18，根据本发明进一步的实施例的探头被设计用于地下勘探。基本的设计与图7的类似，驱动机构184被全部整合到探头主体180中。然而，在这种情况下探头的尺寸当然远远大于医学目的使用的探头。探头途径的距离也可能更长，驱动机构包括其自身的电源。驱动机构184的控制器包括被设置用来与遥控单元186通信的收发器，以便探头可以从地面被控制。探头的位置可以用合适的追踪设备来确定。例如，探头的路径可以被计划和控制，以便它可以从多个目标位置183收集样本。可选地，路径可以不被计划，遥控单元186可以包括控制输入端，使用户能够输入操纵命令，然后遥控单元186被设置成与探头通信来控制其路径。在进一步可选的实施例中，探头包括探测系统，探测系统被设置为探测来自目标的信号，例如无线电频率(RF)发送器信号，化学示踪剂信号或者热传感器，驱动系统的控制器被设置成从探测系统确定想要的移动方向，并且控制操纵以实现这一移动方 向。这种设置可以被用在例如搜索和救援的场合。参照图19和19a，在本发明的进一步的实施例中，用于地理勘探的探头被设置成被从地面驱动，就像图4中的外科手术系统一样。然而在这种情况下，探头190具有沿着其纵轴延伸的中心孔191，探头的前端193具有开口。因此当探头190移动进入地下时，样本材料核，例如土壤，被收集在中心孔191中，然后当探头移动返回离开地下时样本可以被从探头中抽出。通常地，假设中心孔191在探头插入时是空的，探头移动经过的材料将在探头向前移动时被收集在孔191中。核也将倾向于当探头被抽出时被拉出，但是探头可以包括关闭机构以在探头被抽出之前关闭孔的前端，以保证核与探头一起出来。另一个与图19相似的探头的应用是在搜索和救援中，尤其是在雪中，例如雪崩之后。在这一应用中，探头上的定位设备优选地被设置成将其位置传递给地面的接收器，探头可以包括热传感器或其它形式的传感器，以使其能够探测到雪中的人或动物的存在。


一种可操纵探头，包括主体和设置用来驱动探头经过样本的驱动装置。主体包括至少三个沿着探头彼此平行地延伸的主体部分，每个主体部分沿着探头相对于其它主体部分可移动。驱动装置被设置成相对于其它部分依次移动每个主体部分，从而移动探头经过样本。