CN102469923A - 柔顺手术装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔顺手术装置，例如柔性进入导引器，其采用筋束从而操作或操纵该装置，且附接不对称或恒力弹簧系统以便控制筋束中的张力。因此，手术装置能够是柔顺的且在手术步骤中响应外力，而不快速回弹或以别的方式导致损害组织的反作用。在用于手术步骤的插入期间或之前，柔顺性也允许对装置的手动定位或定形，而不损害筋束或装置内筋束的连接或至后端机构的连接。

Description

柔顺手术装置

背景技术

微创手术技术通常试图在最小化对健康组织的损害的同时执行手术过程。用于实现该目标的一种具体技术采用柔性手术器械，其通过至少部分地遵循自然管腔而能够到达病患体内的目标工作部位，其中所述自然管腔例如是病患的消化道(digestive tract)。遵循自然管腔允许外科医生在工作部位上手术且较少地需要穿过健康组织造成切口，尽管在柔性器械进入或离开自然管腔的位置可能需要切口。在这样的手术过程中能够使用进入导引器从而帮助该过程中手术器械或工具的插入和移除。通常，通过切口或自然孔口(orifice)插入进入导引器，且沿着通向所述进入导引器远端接近或到达目标工作部位的点的路径来操纵进入导引器。进入导引器通常包含一个或多个器械管腔，通过其可插入或移除不同的手术器械。这允许改变器械，而不需要每次需要不同器械组时的微妙的操纵过程。

能够遵循自然管腔或其它回旋路径的手术器械和进入导引器通常必须是柔性的，这要求这些装置具有在大多数其它手术器械中不需要的属性和能力。特别地，虽然进入导引器必须足够柔性来导航回旋路径，但导引器理想上应提供在工作部位的稳定基础以用于操纵通过导引器插入一个或多个器械。此外，导引器不应以会意外损害邻近组织的方式来改变形状或对外力作出反作用(reaction)。缆绳或筋束可以延伸通过进入导引器的全部或一部分，以用于致动进入导引器的机械特征或沿其路径操纵进入导引器。在一些先进的手术系统中，使用马达和计算机辅助控制来自动控制地操作这些缆绳(如在此所用，术语“机器人”或“自动控制地”等等包括遥控或遥控机器人方面。)。通过筋束施加的力能够是重要的，既用于克服摩擦力，也是由于进入导引器和器械的长度能产生长力矩臂。柔性手术装置需要控制这些相对大的力以便沿着装置的一段长度的反作用或运动不损害病患的邻近组织。

发明内容

按照本发明的方面，柔顺手术装置，例如铰接的进入导引器，采用筋束来操作或操纵该装置且附接恒力弹簧系统以便控制筋束中的张力。因此，手术装置能够是柔顺的且在手术过程期间响应外力，而不快速回弹或以别的方式导致损害组织的反作用。在用于手术过程的插入期间或之前，柔顺性也允许手动定位或定形该装置，而不损害筋束或在装置内筋束的连接或导致对后端机构的损害。

本发明的一个具体实施例为手术装置，例如进入导引器。装置包括具有可动构件的轴、附接到该构件的筋束、恒力弹簧系统以及控制机构。恒力弹簧系统被附接到筋束，且控制机构控制恒力弹簧系统施加于筋束的幅度/大小(magnitude)。筋束中的张力能够因此独立于移动筋束的外力但被控制成铰接(articulate)构件。

本发明的另一个实施例也为手术装置。该实施例包括具有可动构件的轴、附接到该构件的筋束以及附接到该筋束的不对称弹簧系统。不对称弹簧系统是这样的，即由不对称弹簧系统施加到筋束的力更依赖于弹簧系统近端(proximalend)的位置，而不是筋束的位置。控制机构能够被连接到不对称弹簧系统的近端。

本发明的另一个实施例为用于操作手术装置的方法。该方法包括插入用于手术过程的手术装置的铰接轴，且使用不对称或恒力弹簧系统来维持在铰接轴的构件上的平衡力。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的柔性或铰接进入导引器和后端机构。

图2A示出根据本发明实施例的用于控制在手术装置内的可动链接的两个筋束至不对称弹簧系统的连接。

图2B和图2C示出了根据本发明实施例的不对称弹簧系统，其分别使用扭力弹簧和恒力弹簧来产生随筋束的运动而保持恒定、但可通过控制机构被调节的筋束张力。

图3示出了根据本发明实施例的用于控制在手术装置内的可动链接的三个筋束至不对称弹簧系统的连接。

在不同附图中使用相同附图标记表明类似或相同的项。

具体实施方式

在铰接手术装置(例如柔性进入导引器)中的柔顺性通常是理想的以便允许对该装置的手动定形。根据本发明的一个方面，将柔性装置中的各部分(例如，机械链接或脊)连接到后端机构的筋束被连接到弹簧系统，所述弹簧系统能够适应对该装置的柔性部分的手动操纵，而不会损害后端机构或筋束的连接。根据本发明另一个方面，耦合到驱动筋束的弹簧系统能够是不对称弹簧或甚至为恒力弹簧，以使得弹簧系统不引起大反作用力且装置不会快速回弹来响应外力。当柔性装置承受变化外力时，手术装置的柔顺性和回弹的缺乏会有助于避免在手术过程期间可能会导致的组织损害。

图1示出了根据本发明实施例的柔性进入导引器100。进入导引器100包括柔性主管110和在主管110近端处的后端机构120。主管110是柔性的，因为当需要遵循回旋路径时主管110能够弯曲，不过主管110可包括能够用作铰接脊来改变主管110的形状的一系列刚性链接或机械构件。在授予Amir Belson的、标题为“Methods and Apparatus for Performing Transluminal and OtherProcedures”、公开号为No.2007/0135803A1的美国专利申请，和授予Ross等人的、标题为“Endoscope having a Guide Tube”、公开号为No.2004/0193009A1的美国专利申请中说明了适合于主管110的一些示范性铰接结构，其全文包括在此以供参考。此外，进入导引器中的铰接结构能够采用在铰接机器人腕部和类似机器人机构中发现的一些相同架构，例如下列专利中所描述的，授予Cooper等人的、标题为“Surgical Tool Having Positively Positionable Tendon-ActuatedMulti-Disk Wrist Joint”的美国专利No.6,817,974，Cooper等人的、标题为“FlexibleWrist For Surgical Tool”、公开号为No.US2004/0138700A1的美国专利申请，授予Wallace等人的、标题为“Platform Link Wrist Mechanism”的美国专利No.6,699,235，其全文已包括在此以供参考。由橡胶或塑料(例如氯丁橡胶、石榴皮碱、FEP、PTFE、尼龙或类似材料)制造的柔顺鞘能够覆盖主管110的链接和其它内部结构，从而提供用于进入导引器内部机构的密封封罩且有助于在手术过程中主管110的插入和移除。主管110通常具有在大约8mm和大约25mm之间的直径，这取决于预期使用的主管110和被同时引导的手术器械的数目。可根据被执行的手术过程类型来选择主管110的总长度，不过典型长度可以是大约60cm或更长。

主管110也包括一个或更多个器械管腔112。每个器械管腔112均能够是由橡胶、氯丁橡胶、石榴皮碱、FEP、PTFE、尼龙或其它柔性材料制成的柔性管。每个器械管腔112均延伸/运行(run)主管110的大部分长度且通常穿过在链接或构件的表面中或位于所述表面上的开口，其中所述链接或构件是用于控制主管110形状的机械系统的一部分。每个器械管腔112均能够引导并装纳在手术过程中可使用的柔性手术器械。特别地，当需要时，柔性手术器械(未示出)能够被插入在器械管腔112的近端处的开口112A内并且滑动通过器械管腔112，以致柔性手术器械的远尖端处的工具从器械管腔112的远端处的开口112B出现。器械管腔112所具有的直径尺寸通常适于标准手术器械，例如5mm或8mm，以便器械管腔112能够处理许多不同类型的器械，例如，各种形状和类型的钳子、剪刀、手术刀和烧灼器械。当器械管腔112中的器械当前不需要时，该器械能够从该器械管腔112中被移除且由另一个柔性器械取代，而不需要复杂且费时的操纵过程。通过器械管腔112可以类似地插入传感器和摄像机或其它视觉系统。此种轻易更换的器械或其它手术系统会具有其自身的能够独立于后端机构120被操作的后端机构和/或接口。可替换地或额外地，主管110可包括手术过程中不试图被移除的手术器械、传感器、视觉系统、流道或其它手术上实用的系统(未示出)，且此种系统可以通过后端机构120提供的接口来机械地或电力地操作。

筋束130将主管110的各部分(例如，机械链接或固定的手术系统)连接到后端机构120且在图1中的剖示部分被示出。筋束130能够是例如多股绞合的或编织的缆线、单丝线或者管，其由能够为连接到筋束130的系统的操作提供足够的强度和柔性的金属或合成材料制成。后端机构120通常用作当马达组(未示出)提供动力时拉紧筋束130的传动机构。后端机构120包括能够机械地耦合马达组的接口。在示出的实施例中，多个齿轮122啮合相应马达，其中所述马达旋转所述齿轮从而控制相应筋束130中的张力，如以下进一步说明。针对机器人操作，包括由外科医生操作的用户接口和执行软件的计算机的控制系统(未示出)能够控制马达组。在后端机构120和主管110之间可提供无菌屏障(sterile barrier)，以便在手术过程中不污染连接到后端机构120的马达组和其它系统。

图2A示意地示出进入导引器的一部分200，其使用后端机构220中的不对称弹簧系统210来控制被耦合到机械链接240的筋束230A和230B中的相应张力。为便于说明，在图2A中仅示出两个筋束230A和230B，在此被总称为筋束230，且示出的筋束230被附接到同一链接240。实际的进入导引器可以包含大约十个链接240到超过一百个链接240，并且每个链接240均可以具有终止于该链接240的一个或更多个筋束230。通常，进入导引器可以是未被约束的，即，一些链接240可以不直接附接到筋束230或被筋束230约束，而是可以由链接240周围的鞘或外皮(未示出)的刚性部位或由延伸通过链接240的加劲杆(stiffening rod)替代。在可替代实施例中，筋束230的远端可被附接到柔性鞘的不同部分，从而提供连续(continuum)机构，其不需要链接240或铰链机构，而是通过筋束230施加于鞘上的力而被弯曲。

当进入导引器的附接链接或机构中柔顺性理想时，筋束230可以具有被附接到后端机构220中的相应不对称弹簧系统210的近端。进入导引器可以额外地包括柔顺性不理想的系统，且在后端机构220内的驱动系统(未示出)可以采用本领域中已知的、用于耦合柔顺性不理想的系统的筋束的不柔顺驱动的机构。

图2A中每个弹簧系统210均包括机械驱动系统212、弹簧216和凸轮218。驱动系统212将驱动器马达250的旋转运动转换为线性运动，且弹簧216连接到驱动系统212以便驱动系统212的线性运动移动弹簧216的近端(注意到，向线性运动的这种转换不是必需的要素，每个弹簧216的近端可以可替换地被附接到环绕滑轮或绞盘缠绕的缆绳，如必要则可以具有制动器以便当滑轮和绞盘脱离与驱动马达的联接时防止不必要的运动。)凸轮218具有第一导引表面和第二导引表面，被附接到弹簧216远端的缆绳217被附接到且搭置于在该第一导引表面上，筋束230的一部分被附接到且搭置于该第二导引表面上。凸轮218的这些表面通常位于距凸轮218的旋转轴线的不同距离处，以致筋束230中的张力与来自弹簧216的弹簧力的比等于距缆绳217离开凸轮218的点的径向距离与距筋束230离开凸轮218的点的径向距离的比。凸轮218的每个表面均可以是延伸多个盘旋的螺旋表面以便提供筋束230的所需运动范围。

凸轮218的导引表面被进一步定形成减少或消除附接筋束230中的张力对于链接240附接到该筋束230的位置、以及凸轮218和该链接240之间筋束路径形状的依赖。特别地，若用仅具有圆形导引表面的滑轮来替换凸轮218，则拉动筋束230会导致在弹簧216的伸长/拉伸(stretch)的等比增加，且假设弹簧212遵从Hooke法则，则导致筋束230的张力的线性增加。为了减少张力对于在筋束230或链接240上所施加的张力的依赖，凸轮218的一个或两个表面是非圆形的，但是一旦在筋束230中的张力或来自弹簧230的力充当凸轮218旋转，就提供可变力矩臂。例如，试图拉伸弹簧216的凸轮218旋转能够减小弹簧216作用在凸轮218的力矩臂或者增加筋束230中的张力所作用的力矩臂。已经知道，对于恒力弹簧，凸轮218的形状能够被选择成，使得当筋束230的移动导致凸轮218的旋转时，筋束230中的张力保持恒定，且同时来自弹簧216的弹力根据Hooke法则增加。弹簧系统210因此可充当恒力弹簧或可替换地只减小筋束230中的张力随着筋束230从凸轮218松开而变化的比率。

使用线性弹簧来产生恒力弹簧的凸轮和合适系统的实施例在Eugene F.Duvallt的、标题为“Mechanical Arm Including a Counter-Balance”、公开号为No.US2008/0277552A1的美国专利申请和Eugene F.Duvallt的、标题为“Counter Balance System and Method with One or More Mechanical Arms”的美国专利No.7,428,855中更加具体地被描述，其全文包含在此以供参考。

每个机械系统212控制对应的弹簧216的近端的位置且因此影响对应弹簧216中的伸长量以及附接筋束230中的张力。操作中，若弹簧系统210中的机械系统212拉动附接弹簧216，则弹簧216开始伸长，且若附接到弹簧系统210的链接240和筋束230保持固定，则弹簧216施加在凸轮218上的力会增大且因此附接缆绳230中的张力会增加。因此，筋束230中的张力线性地(按照Hooke法则，凸轮218的力矩臂，和弹簧216的弹簧常数)依赖于弹簧216的近端的运动，不过每个弹簧系统210的行为均是不对称的，即，对于移动筋束230的外力具有弱很多的响应，或者以其他方式，借助恒力、非线性依赖或较小有效弹簧常数来响应移动230筋束的外力。

上述的每个驱动系统212将旋转运动转换为弹簧216近端的线性运动，其中该旋转运动可由机械耦合到驱动系统212的驱动马达250来提供。在示范实施例中，驱动系统212是滚珠螺杆，其包括螺纹轴214，该螺纹轴214为滚珠螺母213的内膛内的滚珠轴承提供螺旋轨道。滚珠螺母213机械耦合到对应的马达250，以便随着马达250转动，轴214运动进或出传动装置213的内膛。甚至当滚珠螺杆向弹簧216施加显著的力或承受来自弹簧216的显著的力时，滚珠螺杆仍可提供最小化的摩擦力。然而，可替换地采用其它机械系统来拉伸弹簧216。例如，简单的螺纹装置可以按照与滚珠螺杆大体相同的方式但具有更大的摩擦力而操作。可替换地，弹簧216的近端可附接到绕绞盘缠绕的缆绳，以便驱动绞盘的马达可移动弹簧216的近端。齿轮和杠杆系统也可用于将旋转运动转换为线性运动，或者代替转换旋转运动，线性驱动系统(例如螺线管)可以用于移动弹簧216的近端。在此提供的示例简单说明了适合于驱动系统212的一些机械系统，但明显的，可采用许多其它机械系统来移动弹簧216的近端。

可调节恒力弹簧或不对称弹簧系统不被限制于使用线性弹簧或卷簧，而是可以使用其它类型的弹簧元件被构造。图2B示出弹簧系统210B的一种示例，其使用扭力弹簧216B来产生筋束230中的张力，该张力几乎不依赖于筋束230的运动而是可使用驱动马达250来调节。在系统210B中，扭力弹簧216B具有附接到凸轮218的远端，以便凸轮218的旋转改变扭力弹簧216B中的扭矩/扭力。由扭力弹簧216B导致的在凸轮218上的扭矩因此随着凸轮218的旋转角而变化(例如，线性地)。然而，筋束230被缠绕在凸轮218的表面上，该表面被定形成改变筋束230作用的力矩臂，以使得筋束230中的恒定张力导致与来自扭力弹簧216B的扭矩相同的方式改变的扭矩。因此，弹簧系统210B用作恒力弹簧。然而，能够使用马达250来旋转扭力弹簧216B的近端，从而控制筋束230中的弹力和张力。特别地，马达250更紧地(或更松地)缠绕扭力弹簧216B，会增加(或减少)筋束230中的张力。因此，假如马达250和弹簧系统216和216B之间在接口方向上的不同被适应，则图2A中每个弹簧系统216均能够由弹簧系统216B替换。

图2C示出另一个可替换不对称弹簧系统216C，其采用恒力弹簧216C。恒力弹簧216C是当发条完全卷起时松驰的弹簧材料卷绕发条。随着发条展开，发条靠近卷的一部分会产生弹力。随着发条展开该弹力基本保持恒定，这是因为发条产生弹力的一部分，即，靠近卷的一部分，随弹簧展开具基本相同的形状。当筋束230附接到恒力弹簧216C的外端时，随着筋束230移动，将承受来自弹簧216C的恒力。然而，接口(例如，齿轮)252能够附接到恒力弹簧216C的内端，以便马达(未示出)能够啮合接口252且改变弹簧216C的恒力及筋束250中的张力。因此，图2A中每个弹簧系统216均能够由弹簧系统216C替换。

图2A示出两条筋束230A和230B耦合到相同链接240的构造。能够机械约束链接240以便链接240仅能够绕单一轴线旋转。筋束230A和230B能够附接在旋转轴线的相反侧上，以便拉动一条筋束230A或230B会导致一个方向的旋转，且拉动另一条筋束230B或230A会导致相反方向的旋转。在该构造中，当在链接240上的力(包括外力、摩擦力以及筋束230A和230B中的张力)平衡时，链接240将处于静止。施加到链接240的外力的改变，例如，在图2A的进入导引器被插入期间或已经插入进入导引器之后，通过病患的运动而导致的外力的改变，能够导致链接240运动。此外，这种运动将导致筋束230A和230B中的张力的微小变化或无变化，这是由于弹簧系统210对筋束230A和230B的运动相对不敏感。进入导引器在具有迅速增大阻力的情况下不对外力做出响应并回弹，而这会发生于恒定长度定位系统的情况下(相反地，大多数机器人机构和控制被建立成使用可变力来保持恒定位置，而不是如图2A的进入导引器中是在可变位置情况下的恒定力。)。在弹簧系统210用作恒力弹簧的情况下，进入导引器能够是完全柔顺的，甚至在摩擦力可忽视的限制下仍不回弹。一般来说，当由于进入导引器的运动所导致的筋束230中张力增加具有比摩擦所造成的更小的影响时，能够避免回弹。

能够通过激活马达250来转动驱动系统212且改变筋束230A和230B中至少一个中的张力，从而移动图2A的进入导引器中的链接240。张力的改变打破了力的平衡，从而导致链接240移动直至新平衡建立。通常，这涉及操作一个机械系统212来拉伸相应弹簧216且增加一条筋束230A或230B中的张力。可选择地，另一个机械系统210可以被操作成松弛另一条筋束230B或230A中的张力。当链接240旋转了所需量时，能够根据需要来调节两条筋束230A和230B中的张力以便重新建立平衡(例如，回到它们原始的张力设定。)。通常，链接240的位置与机械系统212的设定不具有固定关系。然而，能够通过操作者视觉观察或使用形状传感器来感测每个链接240的位置(或作为整体的进入导引器的形状)，该形状传感器例如在Larkin等人的、标题为“Robotic SurgerySystem Including Position Sensors Using Fiber Bragg Gratings”的、公开号为No.US 2007/0156019A1的美国专利申请(2006年7月20日提交)以及Giuseppe M.Prisco的、标题为“Fiber optic shape sensor”的美国专利申请No.12/164,829(2008年6月30日提交)中所描述的形状传感器，其全文已包含在此以供参考。因此，采用图2A中系统的进入导引器的运动可以是使用执行反馈回路的控制系统260和传感器270的自动控制的或计算机辅助的，该反馈回路监视进入导引器中的链接240并控制驱动马达250，例如从而在插入过程中操纵进入导引器。操纵进入导引器来遵循自然管腔通常不需要迅速或刚性的反应，以便慢的移动和使用刚刚超过外部阻力和内部摩擦力的力可以理想地最小化越过(overshoot)目标位置的移动。

图2A示出相对于进入导引器主管的后端机构220和弹簧系统210的一种具体构造。然而，可替换地采用许多其它构造。特别地，图2A中，传动装置213的轴线或旋转大体上平行于进入导引器主管从后端机构220伸出的方向。若使用图2B或图2C中的弹簧系统210B或210C，则控制马达250的旋转轴线将垂直于进入导引器的方向。图3示出使用弹簧系统210但具有后端机构320的可替换构造，其中该后端机构320使用带有大体垂直于主管的旋转轴线的驱动马达250。同样，图2B或图2C中的弹簧系统210B或210C可用于代替图3系统中弹簧系统210。

图3还示出三条筋束330A、330B和330C的远端附接到同一链接340的构造。在该构造中，链接340可以具有允许链接340绕两个独立轴线旋转的枢轴(pivot)系统。之后，在一条或更多条筋束330A、330B和330C中的张力能够增加从而使链接340倾斜，且当链接340达到理想取向时张力能够恢复平衡(与彼此、外力和摩擦力平衡)。三条筋束330A、330B和330C因此能够用于控制链接240的两个自由度。

虽然参考特殊实施例对本发明进行了说明，但是说明仅为本发明应用的示例且不应被视为限制。例如，虽然以上实施例公开了本发明特殊实施例，进入导引器，但是本发明实施例可同样适用于要求柔顺性的其它手术器械。这里公开的实施例特征的其他不同变化和组合在权利要求限定的本发明范围内。

Claims (27)

1.一种手术装置包括：

轴，其包括可运动的构件；

第一筋束，其附接到所述构件且延伸通过所述轴；

第一恒力弹簧系统，其附接到所述第一筋束；以及

第一机构，其控制所述第一恒力弹簧系统施加于所述第一筋束的恒力。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述轴包含管腔，该管腔的尺寸适于引导手术器械通过所述轴。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述管腔的一部分穿过所述构件。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述轴包括多个构件，每个所述构件均被铰接以控制所述轴的形状。

5.根据权利要求1所述的装置，进一步包含：

第二筋束，其附接到所述构件且延伸通过所述轴；

第二恒力弹簧系统，其附接到所述第二筋束；以及

第二机构，其控制所述第二恒力弹簧系统施加于所述第二筋束的恒力。

6.根据权利要求5所述的装置，进一步包含：

第三筋束，其附接到所述构件且延伸通过所述轴；

第三恒力弹簧系统，其附接到所述第三筋束；以及

第三机构，其控制所述第三恒力弹簧系统施加于所述第三筋束的恒力。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述恒力弹簧系统包含耦合至凸轮的弹簧元件，其被定形成在所述第一筋束的运动范围上提供在所述第一筋束上的所述恒力。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一机构包括附接到所述弹簧元件的一端的滚珠螺杆。

9.根据权利要求7所述的装置，其中所述弹簧元件包括线性弹簧，所述线性弹簧具有附接到绕所述凸轮的一部分缠绕的缆绳的一端。

10.根据权利要求7所述的装置，其中所述弹簧元件包括附接到所述凸轮的扭力弹簧。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述恒力弹簧元件包括弹簧材料卷，其具有附接到所述筋束的外端和附接到接口的内端，所述接口使得能够卷起和展开所述卷从而调节所述弹簧元件施加于所述筋束的恒力。

12.根据权利要求1所述的装置，进一步包含：

在所述轴中的传感器；以及

控制系统，其操作所述第一机构来移动所述轴直至所述传感器表明所述轴已达到理想构造。

13.一种手术装置，其包括：

轴，其包括可运动部分；

第一筋束，其附接到所述可运动部分且延伸通过所述轴；

第一不对称弹簧系统，其具有附接到所述第一筋束的第一端，其中所述不对称弹簧系统使得通过所述第一不对称弹簧系统施加到所述第一筋束的力更多地依赖于所述弹簧系统的第二端的位置，而不是所述第一筋束的位置；以及

第一机构，其被连接成控制所述第一不对称弹簧系统的所述第二端的位置。

14.根据权利要求13所述的装置，其中至少当所述第一不对称弹簧系统的所述第二端的位置具有一种设定时，通过所述第一不对称弹簧系统施加于所述第一筋束的力独立于所述第一筋束的位置。

15.根据权利要求13所述的装置，其中所述轴包含管腔，该管腔的尺寸适于引导手术器械通过所述轴。

16.根据权利要求13所述的装置，其中所述轴包括多个构件，每个所述构件均被铰接成控制所述轴的形状。

17.根据权利要求13所述的装置，进一步包含：

第二筋束，其附接到所述构件且延伸通过所述轴；

第二不对称弹簧系统，其具有附接到所述第二筋束的第一端，其中所述第二不对称弹簧系统使得通过所述第二不对称弹簧系统施加到所述第二筋束的力更多地依赖于所述第二弹簧系统的第二端的位置，而不是所述第二筋束的位置；以及

第二机构，其被连接成控制所述第二不对称弹簧系统的所述第二端的位置。

18.根据权利要求17所述的装置，进一步包含：

第三筋束，其附接到所述构件且延伸通过所述轴；

第三不对称弹簧系统，其具有附接到所述第三筋束的第一端，其中所述第三不对称弹簧系统使得通过所述第三不对称弹簧系统施加到所述第三筋束的力更多地依赖于所述第三对称弹簧系统的第二端的位置，而不是所述第三筋束的位置；以及

第三控制机构，其被连接成控制所述第三不对称弹簧系统的所述第二端的位置。

19.根据权利要求13所述的装置，其中所述第一不对称弹簧系统包括弹簧元件和附接到所述弹簧元件和所述第一筋束的凸轮。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一机构包括附接到所述不对称弹簧系统的所述第二端的滚珠螺杆。

21.一种用于操作手术装置的方法，其包含：

插入用于手术过程的所述手术装置的铰接轴；以及

使用恒力弹簧来维持在所述铰接轴的构件上的平衡力。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包含在插入期间改变通过所述恒力弹簧施加的一个或更多个力，从而改变所述轴的形状或操纵所述轴。

23.根据权利要求22所述的方法，其中改变所述一个或更多个力包括激活驱动控制机构的马达，其中所述控制机构被连接到所述恒力弹簧。

24.根据权利要求22所述的方法，其中改变所述一个或更多个力包括操作者：

观察所述插入过程；以及

操控对所述手术装置的控制；

25.根据权利要求24所述的方法，其中操控所述控制导致处理系统计算所述一个或更多个力的改变且激活实现所述改变的驱动系统。

26.根据权利要求22所述的方法，其中改变所述一个或更多个力包含：

感测所述手术装置的形状；以及

响应判断所感测的形状和理想形状之间的差异的反馈回路，来改变所述一个或更多个力。

27.根据权利要求21所述的方法，其中在所述铰接轴的所述构件上的力的平衡允许所述病患的组织施加到所述轴上的力重新定形所述轴，且限制通过所述铰接轴施加所述组织的力。

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