CN104757931A - 一种微创手术机器人用胆道镜 - Google Patents

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Abstract

一种微创手术机器人用胆道镜，它由微创手术机器人控制实现肝胆管内探查与治疗，包括胆道镜本体和附属设备，所述的胆道镜本体，包括前端组件、弯曲组件、刚性连杆和胆道镜盒；所述的弯曲组件一端固定连接于前端组件，另一端固定连接于刚性连杆；所述的刚性连杆另一端旋转地安装在所述的胆道镜盒上；所述的弯曲组件，实现一个方向的弯曲运动；所述的刚性连杆和胆道镜盒之间实现胆道镜刚性连杆的自转运动；所述的胆道镜盒主要用于将胆道镜与微创机器人连接固定，并传递控制胆道镜其它组件运动的驱动力。本发明的优点是：提高手术的成功率；缓解医生疲劳；有足够的灵活度；减少了手术时间并降低了取石的难度；具有向其它医疗领域扩展的潜力。

Description

一种微创手术机器人用胆道镜
技术领域
本发明涉及一种胆道镜，特别涉及一种微创手术机器人用的胆道镜，它可以对腔道内的组织进行观察和操作。
技术背景
微创外科是通过微小创伤或微小入路，将特殊器械、物理能量或化学药剂送入人体内部，完成对人体内病变、畸形、创伤的灭活、切除、修复或重建等外科手术操作，以达到治疗目的的医学科学分支。传统的微创手术以创伤切口小、出血少、疤痕小、住院和恢复时间短等优点得到医生和患者的认可，并逐渐替代开腹手术。而随着科学技术的发展，将机器人技术引入到微创外科领域，进一步推动了微创外科的发展和进步。相比于传统微创手术，机器人微创手术可以有效消除医生手部颤抖，使医生操作更加稳定，并可以有效缓解医生的疲劳；避免手术器械与医生产生干涉；还可以提供直觉运动控制与立体视觉，简化医生的操作。因此，微创手术机器人被认为是外科手术新的技术革命，并越来越受到众多研究人员的重视。
同时，肝胆管疾病在我国一直是常见病和多发病，占肝胆外科疾病很大一部分。仅以胆石症为例，发病率占我国自然人群中的10％左右，而且在同期住院病患中，患有胆石症的病人占13％～14％。在用传统微创手术方式治疗肝胆管疾病的过程中，医生直接手持胆道镜进行探查治疗操作。一方面，医生需要经过专业长期的训练才可以较好地控制胆道镜的运动，并且操作胆道镜极易使医生产生疲劳；另一方面，观察视野会随着胆道镜的运动而改变，不利于医生控制胆道镜进入胆管。所以，如果能够利用微创机器人进行相应的手术操作，不仅可以减少病人的痛苦、缩短病人的恢复时间，而且降低了医生操作的难度、缓解医生疲劳，提高手术成功率。但是，在现有的机器人微创手术中，医生只能利用腹腔镜对病患腹腔中器官表面进行观察，对于肝胆管等细小结构的内部无法直接探测。这使得在手术过程中，医生无法实时了解肝胆管内部的情况，从而不能做出正确合理的判断。所以，能够对肝胆管内部进行探查会对肝胆管系统疾病的治疗有着极大的帮助。目前腹腔镜或机器人辅助手术中,对胆道内的探查还是依靠传统前卫胆道镜进行,其操作阻挠大,不精准而耗时.因此，设计一种微创手术机器人用胆道镜对填补国内国外空白，推进机器人视觉外科相关领域技术进步具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种微创手术机器人用胆道镜。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种微创手术机器人用胆道镜，它由微创手术机器人控制实现肝胆管内探查与治疗，包括胆道镜本体和附属设备，其特征还在于，所述的胆道镜本体，包括前端组件(1)、弯曲组件(2)、刚性连杆(3)和胆道镜盒(4)；所述的弯曲组件(3)一端固定连接于前端组件(2)，另一端固定连接于刚性连杆(3)；所述的刚性连杆(3)另一端旋转地安装在所述的胆道镜盒(4)上；所述的弯曲组件(2)，实现一个方向的弯曲运动；所述的刚性连杆(3)和胆道镜盒(4)之间实现胆道镜刚性连杆的自转运动；所述的胆道镜盒主要用于将胆道镜与微创机器人连接固定，并传递控制胆道镜其它组件运动的驱动力。
其中，所述的前端组件包括前端座(101)、器械通道(106)、进水管(9)、光缆(8)和摄像头(103)；所述的进水管(9)与前端座上的出水孔(102)固定连接；所述的出水孔(102)喷出高压水，一方面可以适当地扩张肝胆管直径以保证观察视野和治疗空间，另一方面可以清理肝胆管内小型结石；所述的摄像头(103)固定连接于前端座(101)，用以采集肝胆管内部的视觉信息，并通过连接的摄像机电缆传输到图像处理系统；所述的光缆(8)固定连接于前端座(101)上，提供摄像头采集图像时所需的照明；所述的器械通道(106)与前端座(101)上的器械孔(104)固定连接，为胆道镜工具提供通道，以实现一些治疗功能。
其中，所述的附属设备，包括了图像处理系统(5)、高压水源(6)和冷光源(7)；其中，所述的图像处理系统将摄像头采集到的图像信息进行处理，并输出到显示器上；所述的高压水源提供压力可调的高压水，经过进水管通过出水孔注入到胆管系统中；所述的冷光源提供明亮的可见光，通过光缆，照亮胆管内部的环境。
其中，所述的弯曲组件是三层结构，包括关节(202)、钢丝网管(204)和橡胶管(205)；所述的关节(202)以轴线平行的方式两两铰接，实现一个方向的弯曲；所述的钢丝网管(204)包裹在关节(202)外侧，所述的橡胶管(205)包裹在最外侧，每个关节(202)的内侧都固定连接两个丝环(201)，两根钢丝绳(203)分别穿过两组所述的丝环(201)，且一端固定连接在第一个关节上，通过拉动所述的钢丝绳(203)，控制关节(202)的弯曲运动。
其中，通过相邻关节(202)轴线的垂直布置来实现两个方向的弯曲。
与现有技术相比，本发明提供的一种微创手术机器人用胆道镜具有以下有益效果：
1、本发明的一种微创手术机器人用胆道镜配合机器人上的腹腔镜，可以同时完成对腹腔和肝胆管内部的探查，为医生提供了更丰富全面的视觉信息，从而提高手术的成功率。
2、本发明的一种微创手术机器人用胆道镜在微创机器人上使用，降低了对胆道镜操作的难度，缓解医生疲劳。
3、本发明的一种微创手术机器人用胆道镜具有一个自转自由度和一个弯曲自由度，配合机器人的从手臂，可以轻松到达探查目标所在位置，有足够的灵活度。
4、本发明的一种微创手术机器人用胆道镜配备了相应的附属设备，尤其是高压水源的应用，使得保持胆管空间以及清理小型胆结石等功能能够更好实现，减少了手术时间并降低了取石的难度。
5.本发明的一种微创手术机器人用胆道镜主要面向肝胆管疾病，但不限于此，也适用于其他需要进入体内细小结构进行相应探查和治疗的情况，具有向其它医疗领域扩展的潜力。
附图说明
图1为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的整体结构示意图。
图2为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的运动形式。
图3为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的管路线缆布局示意图。
图4为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的单方向弯曲运动实现方式。
图5为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的驱动方式原理图。
图6为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的钢丝绳布局示意图。
图7为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的应用示意图。
图8为本发明一种微创手术机器人用胆道镜使用过程中的双镜显示图像。
图9为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的两方向弯曲运动实现方式。
其中：
1-前端组件  2-弯曲组件  3-刚性连杆  4-胆道镜盒
5-图像处理系统  6-高压水源  7-冷光源  8-光缆  9-进水管
10-摄像机电缆
101-前端座  102-出水孔  103-摄像头  104-器械孔  105-活检钳
106-器械通道
201-丝环  202-关节  203-第一钢丝绳  204-钢丝网管  205-橡胶管
301-第一电机  302-第一驱动丝轮  303-导向轮  304-第二电机
305-第二驱动丝轮  306-第二钢丝绳  307-自转丝轮
401-微创机器人  402-工具  403-胆道镜  404-腹腔镜
501-腹腔镜采集图像  502-胆道镜采集图像
b1-弯曲自由度  r1-自转自由度
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种微创手术机器人用胆道镜进行详细说明。
图1、图2为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的整体结构示意图和运动形式。一种微创手术机器人用胆道镜，包括胆道镜本体和附属设备。其中，所述的胆道镜本体包括前端组件1、弯曲组件2、刚性连杆3和胆道镜盒4。所述的弯曲组件2一端固定连接于前端组件1，另一端固定连接于刚性连杆3。所述的刚性连杆3另一端旋转地安装在所述的胆道镜盒4上。所述的胆道镜盒4主要用于将胆道镜与微创机器人连接固定，并传递控制胆道镜其它组件运动的驱动力。所述的附属设备包括图像处理系统5、高压水源6和冷光源7，并分别通过摄像机电缆10、进水管9和光缆8与胆道镜盒4相连。
图3为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的管路线缆布局示意图。所述的管路和线缆包括光缆8、进水管9、摄像机电缆10和器械通道106。所述的光缆8一端固定在所述的前端组件1中的前端座101上，另一端通过胆道镜盒4上的孔伸出，连接到冷光源7上，以提供观察过程中所需的照明。所述的进水管9一端固定于前端座101的出水孔102上，另一端通过胆道镜盒4上的孔伸出，连接到高压水源6上。这样所述的出水孔102可以喷出高压水，一方面可以适当地扩张肝胆管直径以保证观察视野和治疗空间，另一方面可以清理肝胆管内小型结石。所述的摄像机电缆10一端固定在摄像头103上，另一端从胆道镜盒4上的孔伸出，插到图像处理系统5上。所述的摄像头103固定连接于前端座101，用以采集肝胆管内部的视觉信息。所述的器械通道106一端与前端座101上的器械孔104固定，另一端固定在胆道镜盒4上，并形成器械入口。活检钳105等胆道镜器械可以通过器械通道106进入到胆管，进行取组织等操作，以实现探查和治疗的目的。
图4为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的单方向弯曲运动实现方式。所述的弯曲组件是三层结构，包括关节202、钢丝网管204和橡胶管205。所述的关节202可以以轴线平行的方式两两铰接，如图所示，以实现一个方向的弯曲，也可以使相邻的两个关节轴线垂直布置，以实现两个方向的弯曲。所述的钢丝网管204包裹在关节202外侧，所述的橡胶管205包裹在最外侧，以起到隔离、密封和防水的作用。每个关节202的内侧都固定连接两个丝环201。两根钢丝绳203分别穿过两组所述的丝环201，且一端固定连接在第一个关节上。这样通过拉动所述的钢丝绳203，可以控制关节202的弯曲运动。
图5、图6为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的驱动方式原理图和钢丝布局示意图。所述的弯曲组件2，可以实现一个方向的弯曲运动b1，其驱动方式原理如图5(a)所示。该驱动装置包括电机I301、第一驱动丝轮302、导向轮303、第一钢丝绳203和关节202。所述的电机I301可以固定设置在机器人手臂末端，也可以直接安装在胆道镜盒4中。所述的第一驱动丝轮302固定设置在胆道镜盒4中。胆道镜盒4安装在机器人上的接口，可以参考已授权专利(专利号：200910305201.1)的形式。这样，第一驱动丝轮302能够在电机I301的带动下旋转。所述的第一钢丝绳203一端固定在所述的弯曲组件2中的关节202上，另一端穿过刚性连杆3，并经过所述的导向轮303变向，固定连接于第一驱动丝轮302上。这样，当第一钢丝绳203在电机I301的牵引下运动时，可以实现弯曲组件2的弯曲运动b2。所述的刚性连杆3和胆道镜盒4之间可以实现胆道镜刚性连杆3的自转运动r1，其驱动方式原理如图5(b)所示。该驱动装置包括第二电机304、第二驱动丝轮305、第二钢丝绳306和自转丝轮307。所述的第二电机304和第二驱动丝轮305的布置和连接方式与电机I301和第一驱动丝轮302相同。所述的第二钢丝绳306一端缠绕固定在第二驱动丝轮305上，另一端缠绕固定在自转丝轮307上。所述的自转丝轮307与刚性连杆3固定连接。这样，当第二钢丝绳306在第二电机304牵引下运动时，可以实现刚性连杆3的自转r1。
图7、图8为本发明一种微创手术机器人用胆道镜的应用示意图和使用过程中的双镜显示图像。通过所述的胆道镜盒4，本发明一种微创手术机器人用胆道镜可以安装于机器人上。所述的机器人结构可以采用已授权专利(专利号：2011102597282或2011102597282)的形式，其详细结构在此不再赘述。通过机器人401多个机械臂的结构，可以同时安装两个或是多个手术工具402、胆道镜403和腹腔镜404。所述的腹腔镜404能够采集到腹腔环境的图像501，所述的胆道镜403可以采集到胆管内环境的图像502。两路图像可以在一个监视器中显示，并且可以根据需要以其中一路图像为主。当以图像501为主显示时，可以观察到肝胆系统以及工具402和胆道镜403的图像。此时，可以完成识别胆管位置、分离胆管、切开胆道镜入口以及控制胆道镜进入等任务。当以图像502为主显示时，可以观察到胆管内部以及活检钳105等工具的情况。此时，主要完成探查胆管内病源、取组织样本、取石等任务。医生根据不同的手术任务，选择不同的显示方式，极大地丰富了可获得的视觉信息，从而有效地提高手术的成功率。这是本发明的一大优势。
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，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。例如，图9所示的弯曲组件2，也可以通过相邻关节202轴线的垂直布置来实现两个方向的弯曲。所以，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)

1.一种微创手术机器人用胆道镜，它由微创手术机器人控制实现肝胆管内探查与治疗，包括胆道镜本体和附属设备，其特征还在于，所述的胆道镜本体，包括前端组件(1)、弯曲组件(2)、刚性连杆(3)和胆道镜盒(4)；所述的弯曲组件(3)一端固定连接于前端组件(2)，另一端固定连接于刚性连杆(3)；所述的刚性连杆(3)另一端旋转地安装在所述的胆道镜盒(4)上；所述的弯曲组件(2)，实现一个方向的弯曲运动；所述的刚性连杆(3)和胆道镜盒(4)之间实现胆道镜刚性连杆的自转运动；所述的胆道镜盒主要用于将胆道镜与微创机器人连接固定，并传递控制胆道镜其它组件运动的驱动力。
2.根据权利要求2所述的一种微创手术机器人用胆道镜，其特征在于：所述的前端组件包括前端座(101)、器械通道(106)、进水管(9)、光缆(8)和摄像头(103)；所述的进水管(9)与前端座上的出水孔(102)固定连接；所述的出水孔(102)喷出高压水，一方面可以适当地扩张肝胆管直径以保证观察视野和治疗空间，另一方面可以清理肝胆管内小型结石；所述的摄像头(103)固定连接于前端座(101)，用以采集肝胆管内部的视觉信息，并通过连接的摄像机电缆传输到图像处理系统；所述的光缆(8)固定连接于前端座(101)上，提供摄像头采集图像时所需的照明；所述的器械通道(106)与前端座(101)上的器械孔(104)固定连接，为胆道镜工具提供通道，以实现一些治疗功能。
3.根据权利要求3所述的一种微创手术机器人用胆道镜，其特征在于：所述的附属设备，包括了图像处理系统(5)、高压水源(6)和冷光源(7)；其中，所述的图像处理系统将摄像头采集到的图像信息进行处理，并输出到显示器上；所述的高压水源提供压力可调的高压水，经过进水管通过出水孔注入到胆管系统中；所述的冷光源提供明亮的可见光，通过光缆，照亮胆管内部的环境。
4.根据权利要求4所述的一种微创手术机器人用胆道镜，其特征在于：所述的弯曲组件是三层结构，包括关节(202)、钢丝网管(204)和橡胶管(205)；所述的关节(202)以轴线平行的方式两两铰接，实现一个方向的弯曲；所述的钢丝网管(204)包裹在关节(202)外侧，所述的橡胶管(205)包裹在最外侧，每个关节(202)的内侧都固定连接两个丝环(201)，两根钢丝绳(203)分别穿过两组所述的丝环(201)，且一端固定连接在第一个关节上，通过拉动所述的钢丝绳(203)，控制关节(202)的弯曲运动。
5.根据权利要求5所述的一种微创手术机器人用胆道镜，其特征在于：通过相邻关节(202)轴线的垂直布置来实现两个方向的弯曲。
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