CN102920489B - 免气腹微创手术辅助装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了免气腹微创手术辅助装置，它包括支撑末端、工具盒和工具杆，在工具盒内安装有工具盒传动装置，支撑末端包括后支撑座和前支撑座，在后支撑座和前支撑座上各自沿其圆周方向均匀开有多个槽，在后支撑座的每一个槽内连接有后销轴，在前支撑座的每一个槽内连接有前销轴，彼此之间对应设置的每一组前、后销轴之间通过连接件相连，后支撑座固定在工具杆的前端，支撑轴的前端与前支撑座通过支撑头固定相连，支撑轴的后端穿过工具杆的中心孔与工具盒传动装置相连并且能够在工具盒传动装置的驱动下做伸缩以及旋转运动，前支撑座在支撑轴的带动下能够相对后支撑座做伸缩运动。本机构可减小因腹腔充气对胸腔等其他部位造成的压迫效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种微创手术工具，特别涉及一种微创机器人用的手术工具。
背景技术
以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，是21世纪全球外科发展的主旋律。微创手术与传统的开口手术相比具有切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，使病人遭受的痛苦大大减小，被广泛地应用于临床手术。近年来，机器人辅助微创手术出现并得到了迅速发展，它克服了传统微创技术的许多缺点，具有操作的灵活性高、稳定性好、可实现直觉运动控制等优点，已在心脏外科、泌尿外科、普通外科、妇产科和儿科等领域得到广泛应用。
在常规腹腔镜微创手术中，手术视野的暴露主要依赖二氧化碳气腹。气腹状态下进行的手术操作必需处于密封状态，因此对手术器械以及微创切孔的密封性要求较高，且手术时间过长及气腹压力过高时，可引起皮下及纵隔气肿、高碳酸血症、血流瘀阻、空气栓塞等，由腹腔向胸腔的压迫还可引起心肺功能障碍。对于婴幼儿以及老年人，尤其是有心肺血管疾病的患者危害严重，也增加手术与麻醉的危险。而无气腹腹腔镜手术则不存在上述危险。然而需要指出的是，在微创技术的约束条件下，无论是传统的微创技术中还是机器人辅助的微创技术中，目前均无能够快速有效的实现腹腔支撑操作的器械出现。因此，提供一种应用于微创手术的腹腔支撑工具，能够填补该领域的空白，并在降低微创医生的劳动强度，保证微创手术质量方面具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够精确实现对腹腔的支撑操作，提供机器人完成手术所需的工作空间，可避免微创手术中因腹腔充气对胸腔等其他部位造成的压迫效应，并简化了腹腔撑起的操作步骤，节省手术时间，保证手术质量的免气腹微创手术辅助装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
免气腹微创手术辅助装置，它包括支撑末端、工具盒和工具杆，在所述的工具盒内安装有工具盒传动装置，所述的支撑末端包括后支撑座和前支撑座，在所述的后支撑座和前支撑座上各自沿其圆周方向均匀开有多个槽，在后支撑座的每一个槽内连接有后销轴，在前支撑座的每一个槽内连接有前销轴，彼此之间对应设置的每一组所述的前、后销轴之间通过连接件相连，所述的后支撑座固定在所述的工具杆的前端，支撑轴的前端与前支撑座通过支撑头固定相连，所述的支撑轴的后端穿过工具杆的中心孔与工具盒传动装置相连并且能够在所述的工具盒传动装置的驱动下做伸缩以及旋转运动，所述的前支撑座在所述的支撑轴的带动下能够相对后支撑座做伸缩运动。
与现有技术相比，本发明提供的免气腹微创手术辅助装置具有以下有益效果：
1.本发明的微创手术辅助装置面向机器人微创手术使用，可以填补在微创手术机器人领域无该类产品的空白。
2.本发明的微创手术辅助装置在使用时，支撑末端展开后将腹腔提起，其弹性缓冲作用可减小对腹腔切口及其他组织的损伤。
3.本发明的微创手术辅助装置可实现无气腹操作，与传统的气腹操作相比，可减小因腹腔充气对胸腔等其他部位造成的压迫效应。
4.本发明的微创手术辅助装置安装于机器人操作臂上，手术医生将其定位后，可在机器人的控制下，精确完成对腹腔的支撑操作，因此可以在很大程度上简化操作步骤，节省操作时间，提高手术质量。
5.本发明的微创手术辅助装置的支撑末端的展开程度可通过机器人灵活调整，进而满足对腹腔不同部分、组织操作时的工作空间需求。
6.本发明的微创手术辅助装置可具有多种结构形式，可满足不同医院条件的要求。
附图说明
图1为本发明免气腹微创手术辅助装置的总体结构示意图；
图2-1为本发明免气腹微创手术辅助装置末端结构的收回状态示意图；
图2-2为本发明免气腹微创手术辅助装置末端结构的展开状态示意图；
图3为本发明免气腹微创手术辅助装置的末端结构爆炸示意图；
图4为本发明免气腹微创手术辅助装置的工具盒传动结构示意图；
图5为本发明免气腹微创手术辅助装置的张紧轮结构整体示意图；
图6为本发明免气腹微创手术辅助装置的张紧轮结构爆炸示意图；
图7-1为本发明免气腹微创手术辅助装置的实施方式示意图；
图7-2为本发明免气腹微创手术辅助装置的另一种实施方式示意图；
图8-1为本发明免气腹微创手术辅助装置末端的另一种结构的收回状态示意图；
图8-2为本发明免气腹微创手术辅助装置末端的另一种结构的展开状态示意图；
图9为本发明免气腹微创手术辅助装置末端的另一种结构爆炸示意图。
其中：
1-支撑末端 2–工具盒 3–工具杆
1-1-后支撑组件 1-2-前支撑组件 1-3-支撑轴 1-4-弹性撑杆
101-后支撑座 102-后连接座 103-后销轴 104-前支撑座 105-前连接座
106-前销轴 107-支撑头 108-钢丝I
109-硅胶封膜I 110-腹腔 111、112-末端运动方向
2-1-张紧轮机构I 2-2-张紧轮机构II 2-3-自转连接轴 2-4-钢丝II
2-5-导向轮机构
201-张紧轮组件 202-止动组件I 203-止动组件II 204-传动轴
205-压紧螺钉 206-止动座I 207-止动棘爪I 208-销轴II
209-拉伸弹簧I 210-张紧轮I 211-张紧轮II 212-止动座II
213-止动棘爪II 214-销轴III 215-拉伸弹簧II
3-1-后支撑座I 3-2-前支撑组件I 3-3-支撑轴I 3-4-支撑板
3-5-辅撑杆 3-6-硅胶封膜II
301-后销轴I 302–前支撑座I 303-前连接座I 304-前销轴I
305-支撑头I
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
如图所示的本发明的免气腹微创手术辅助装置，它包括支撑末端1、工具盒2和工具杆3。在所述的工具盒内安装有工具盒传动装置，所述的支撑末端包括后支撑座101和前支撑座104，在所述的后支撑座和前支撑座上各自沿其圆周方向均匀开有多个槽，在后支撑座的每一个槽内连接有后销轴103，在前支撑座的每一个槽内连接有前销轴106，彼此之间对应设置的每一组所述的前、后销轴之间通过连接件相连，所述的后支撑座101固定在所述的工具杆3的前端，支撑轴1-3的前端与前支撑座104通过支撑头107固定相连，所述的支撑轴1-3的后端穿过工具杆3的中心孔与工具盒传动装置相连并且能够在所述的工具盒传动装置的驱动下做伸缩以及旋转运动，所述的前支撑座104在所述的支撑轴1-3的带动下能够相对后支撑座101做伸缩运动。
作为本发明的一种实施方式，所述的连接件包括与后销轴103转动连接的后连接座102，与前销轴106转动连接的前连接座105，彼此之间对应设置的每一组所述的前、后连接座之间通过弹性撑杆1-4相连；作为本发明的另一种实施方式，所述的连接件包括与后销轴(图9中的后销轴I301)转动相连的支撑板3-4，与前销轴(图9中的前销轴I304)转动连接的前连接座I303，辅撑杆3-5的后端与支撑板3-4旋转的相连，所述的辅撑杆3-5的前端固定安插在前连接座I303的轴孔内。
作为本发明的一种优选的实施方式，所述的工具盒传动装置包括张紧轮机构I2-1、张紧轮机构II2-2、自转连接轴2-3和导向轮机构2-5。所述的自转连接轴2-3与工具杆3固定相连，所述的张紧轮机构I2-1和张紧轮机构II2-2结构相同，使用过程中，每一个张紧轮机构均包括用作动力输入接口的传动轴204，所述的传动轴204与安装在手术机器人机械臂上的旋转驱动系统相对接，实现动力由机械臂向工具系统的传递。在所述的传动轴上自下而上依次套装有止动组件II203、张紧轮II211、张紧轮I210和止动组件I202，在每一所述的张紧轮上设置有棘轮，所述的张紧轮I210、II211的可旋转方向相反，两个止动组件分别与两个棘轮对应设置，所述的两个止动组件均包括与每一个棘轮对应设置的止动棘爪，所述的止动棘爪通过止动座安装在传动轴204上，每一个止动棘爪一侧与止动座之间通过拉伸弹簧相连并且每一个止动棘爪另一侧与止动座之间通过销轴旋转相连，所述的张紧轮I210、II211分别与止动组件I202、II203组成棘轮机构。与支撑轴1-3的后端相连的钢丝I108通过所述的导向轮机构2-5导向后旋绕并固定张紧在所述的张紧轮机构II2-2的张紧轮I210、II211上，从而实现所述的支撑末端1的展开自由度的传动；闭环传动钢丝II2-4一侧旋绕并固定在所述的自转连接轴2-3的前、后两丝槽中，另一侧旋绕并固定张紧在所述的张紧轮机构I2-1的张紧轮I210、II211丝槽中，从而实现该装置的自转自由度的传动。
优选的在所述的后支撑座和前支撑座上各自沿其圆周方向均匀开有四个槽。
下面再结合每一附图对本发明加以详细说明：
图1所示为本发明一种免气腹微创手术辅助装置的总体结构示意图。该装置可以应用于微创手术机器人，其结构组成可以包括支撑末端1、工具盒2、工具杆3三部分。所述的工具杆3的一端旋转地安装在所述的工具盒2上，所述的支撑末端1的后支撑座与所述的工具杆3的另一端相连，所述的支撑末端1的支撑轴在传动钢丝的作用下可沿工具杆3的轴向孔发生相对滑动，从而实现该装置支撑末端1的展开与收回操作。
图2-1、2-2、图3所示的分别为本发明的末端支撑的收回与展开状态以及结构爆炸示意图。所述的支撑末端1可以包括后支撑组件1-1、前支撑组件1-2、支撑轴1-3、弹性撑杆1-4。所述的后支撑组件1-1包括后支撑座101、后连接座102、后销轴103；所述的前支撑组件1-2包括前支撑座104、前连接座105、前销轴106、支撑头107。所述的前支撑组件1-2通过支撑头107固定安装在支撑轴1-3的一端。所述的支撑轴1-3的另一端穿过工具杆3的轴向孔并与钢丝I108相连。所述的后支撑组件1-1安装在工具杆3的前端。所述的弹性撑杆1-4的两端分别固定安插在所述的两连接座102、105的座孔内。所述的后连接座102、前连接座105与弹性撑杆1-4的组合可以包含四组并呈均匀分布。当所述的传动钢丝I108拉动支撑轴1-3向工具盒运动，所述的前支撑组件1-2在支撑轴1-3的作用下向后支撑组件1-1靠近，所述的均匀分布的四个弹性撑杆1-4在两支撑组件1-1、1-2的压迫下发生弹性变形，从而将支撑末端1整体压缩为扁平的椭球形结构，使该装置处在展开状态；当传动钢丝I反向运动，前支撑组件1-2在弹性撑杆1-4的弹性回复力的作用下远离后支撑组件1-1，使该装置恢复到初始的收回状态。
图4所示为本发明一种免气腹微创手术辅助装置的工具盒传动结构示意图。所述的工具盒2可以包括张紧轮机构I2-1、张紧轮机构II2-2、自转连接轴2-3、导向轮机构2-5。钢丝I108通过所述的导向轮机构2-5导向后，旋绕并固定张紧在所述的张紧轮机构II2-2上，从而实现所述的支撑末端1的展开自由度的传动；闭环传动钢丝II2-4一侧旋绕并固定在所述的自转连接轴2-3的丝槽中，另一侧旋绕并固定张紧在所述的张紧轮机构I2-1的丝槽中，从而实现该装置的自转自由度的传动。
图5、图6所示的分别为张紧轮机构的整体与爆炸结构示意图。所述的张紧轮机构I2-1与张紧轮机构II2-2的结构相同，可以包括张紧轮组件201、止动组件I202、止动组件II203、传动轴204和压紧螺钉205。所述的止动组件I202包括止动座I206、止动棘爪I207、销轴II208和拉伸弹簧I209。所述的止动组件II203包括止动座II212、止动棘爪II213、销轴III214和拉伸弹簧II215。所述的张紧轮组件201包括张紧轮I210、II211。所述的止动组件I202、II203分别通过止动座I206、II212的矩形孔安装在传动轴204上。所述的张紧轮I210、II211套装在传动轴204上并分别与止动组件I202、II203组成棘轮机构。钢丝的两端分别固定在张紧轮I210、II211上，所述的张紧轮I210、II211的可旋转方向相反，沿两张紧轮的旋向分别进行调整，便可以实现钢丝的同步张紧。
图7-1、7-2所示为本发明一种免气腹微创手术辅助装置的实施方式示意图。在实施微创手术之前，应在该装置的支撑末端1的外侧加封医用硅胶封膜109，以便于工具的消毒与隔离操作。通过所述的工具盒2，免气腹微创手术辅助装置可以安装于机器人机械臂上。所述的机械臂可以采用已授权专利(专利号：200810153717.4或200810152764.7)的形式。这样本发明可在机器人的控制下，并结合医生的手术经验，精准的完成对腹腔的支撑操作。图7-1所示为该装置通过在腹腔110表面开设的微小切口沿运动方向111探入人体内部的过程示意图，所述的该装置的支撑末端1在探入过程中处于收回状态。图7-2所示为该装置支撑末端1在腹腔110内展开并提起腹腔110的示意图。当所述的支撑末端1进入腹腔110后，医生可控制机器人将该装置的支撑末端1展开，所述的支撑末端1呈扁平的椭球形结构，同时，将该装置按运动方向112上提，使支撑末端1接触腹腔110内壁并逐渐将腹腔110提起。在工具末端展开过程中，医生可根据对腹腔不同部分、组织操作时的工作空间需求，并结合手术经验来调整支撑末端1的展开程度。
图8-1、8-2、图9所示为所述的支撑末端的另一种结构形式的状态与爆炸示意图。图8-1、8-2所示的分别是支撑末端的收起与展开状态。支撑末端的另一种结构形式可以包括后支撑座I3-1、前支撑组件I3-2、支撑轴I3-3、支撑板3-4、辅撑杆3-5以及医用硅胶封膜II3-6。所述的前支撑组件I3-2包括前支撑座I302、前连接座I303、前销轴I304、支撑头I305。所述的前支撑组件I3-2通过支撑头I305固定安装在支撑轴I3-3的一端，所述的支撑轴I3-3的另一端穿过工具杆3的轴向孔并与钢丝I108相连，所述的后支撑座I3-1安装在工具杆3的前端，所述的支撑板3-4分别与后支撑座I3-1、辅撑杆3-5旋转的相连，所述的辅撑杆3-5的另一端固定安插在前连接座I303的轴孔内。支撑板3-4、辅撑杆3-5、前连接座I303的组合可以包含四组并呈均匀分布。其工作原理与前述的结构形式相似，当钢丝I108拉动所述的支撑轴I3-3向靠近工具盒的方向运动，所述的支撑板3-4在辅撑杆3-5的作用下撑开，使该微创手术辅助装置处在展开状态；当钢丝I108反向运动，所述的支撑板3-4在辅撑杆3-5的作用下闭合，使该装置恢复到初始的收回状态。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的只是本发明的实施方式之一，实际的结构也并不局限于此。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.免气腹微创手术辅助装置，它包括支撑末端、工具盒和工具杆，其特征在于：在所述的工具盒内安装有工具盒传动装置，所述的支撑末端包括后支撑座和前支撑座，在所述的后支撑座和前支撑座上各自沿其圆周方向均匀开有多个槽，在后支撑座的每一个槽内连接有后销轴，在前支撑座的每一个槽内连接有前销轴，彼此之间对应设置的每一组所述的前、后销轴之间通过连接件相连，所述的后支撑座固定在所述的工具杆的前端，支撑轴的前端与前支撑座通过支撑头固定相连，所述的支撑轴的后端穿过工具杆的中心孔与工具盒传动装置相连并且能够在所述的工具盒传动装置的驱动下做伸缩以及旋转运动，所述的前支撑座在所述的支撑轴的带动下能够相对后支撑座做伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的免气腹微创手术辅助装置，其特征在于：所述的连接件包括与后销轴转动连接的后连接座，与前销轴转动连接的前连接座，彼此之间对应设置的每一组所述的前、后连接座之间通过弹性撑杆相连。
3.根据权利要求1所述的免气腹微创手术辅助装置，其特征在于：所述的连接件包括与后销轴转动相连的支撑板，与前销轴转动连接的前连接座I，辅撑杆的后端与支撑板旋转相连，所述的辅撑杆的前端固定安插在前连接座I的轴孔内。
4.根据权利要求1-3中之一的所述的免气腹微创手术辅助装置，其特征在于：所述的工具盒传动装置包括张紧轮机构I、张紧轮机构II、自转连接轴和导向轮机构，所述的自转连接轴与工具杆固定相连，所述的张紧轮机构I和张紧轮机构II结构相同，每一个张紧轮机构均包括用作动力输入接口的传动轴，在所述的传动轴上自下而上依次套装有止动组件II、张紧轮II、张紧轮I和止动组件I，在每一所述的张紧轮上设置有棘轮，所述的张紧轮I、II的可旋转方向相反，两个止动组件分别与两个棘轮对应设置，所述的两个止动组件均包括与每一个棘轮对应设置的止动棘爪，所述的止动棘爪通过止动座安装在传动轴上，每一个止动棘爪一侧与止动座之间通过拉伸弹簧相连并且每一个止动棘爪另一侧与止动座之间通过销轴旋转相连，所述的张紧轮I、II分别与止动组件I、II组成棘轮机构，与支撑轴的后端相连的钢丝I通过所述的导向轮机构导向后旋绕并固定张紧在所述的张紧轮机构II的张紧轮I、II上；闭环传动钢丝II一侧旋绕并固定在所述的自转连接轴的前、后两丝槽中，另一侧旋绕并固定张紧在所述的张紧轮机构I的张紧轮I、II丝槽中。
5.根据权利要求4所述的免气腹微创手术辅助装置，其特征在于：在所述的后支撑座和前支撑座上各自沿其圆周方向均匀开有四个槽。
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