CN105943095A - 一种具有柔性腕部的微创手术器械 - Google Patents

一种具有柔性腕部的微创手术器械 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有柔性腕部的微创手术器械，包括：操作手柄、腕部驱动装置、连接导管、柔性腕部、末端执行装置。在手术实施过程中，所述微创手术智能器械通过病人体表的上的戳卡孔，由医生手持器械进入体内实行手术操作。其可以实现普通微创手术器械的所有操作，包括器械末端开合运动，同时，还可通过控制操作手柄及腕部驱动装置实现器械末端的三自由度运动：俯仰运动，摆动运动以及自转运动。本发明能够输出空间多自由度手术动作，动作灵活，操作力大，更适于进行动作复杂的微创手术。

Description

一种具有柔性腕部的微创手术器械
技术领域
本发明涉及一种微创外科手术医疗设备，特别是一种具有柔性腕部结构的微创手术器械。
背景技术
在微创外科手术过程中，医生借助细长的微创手术器械实施手术操作任务。手术器械的一端由医生手持操作，另一端通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作，因此，手术器械是唯一与人体病变组织相接触的部分，也是直接执行手术动作的唯一工具。在手术实施中，由于手术器械末端的运动与器械手持部分的运动具有特殊的映射关系，为满足不同手术操作任务(夹持、缝合、打结等)的动作需求，医生需手持手术器械大范围运动，降低了器械末端执行手术动作的灵活性，同时，长时间大范围的操作使医生容易疲劳，无形中增加了手术的难度。目前已有产品主要存在的问题是器械末端自由度数少，工作空间小，导致操作不灵活，难以完成手术中复杂的操作动作，且操作力不够，难以实现创口闭合。
发明内容
本发明目的在于克服已有技术的不足，提供一种使用方便可靠，操作灵活的微创手术器械。
本发明通过以下技术手段实现上述目的：
本发明具有柔性腕部的微创手术器械，它包括操作手柄，所述操作手柄包括第一转轴，所述第一转轴通过轴承旋转的安装在第一套筒上，所述的第一转轴后端固定安装有转轮，第二转轴旋转的安装在第二套筒上，所述的第一套筒和第二套筒均与手柄固连，在所述的第二转轴前端以第二转轴的轴线为对称轴对称设置有两滑槽，所述转轮后端的键滑动的安装在所述的两滑槽内,第二转轴能够随转轮转动，在所述的第二转轴内固定安装有钢丝吊码，在所述的第二转轴的后端固定安装有钢球套筒和端盖，钢球连杆一端的钢球卡在钢球套筒和端盖间的空隙内，钢球连杆的另一端通过销钉与拉杆旋转的连接，所述的拉杆通过销钉与手柄旋转的连接，拉杆的转动可带动钢球连杆的运动，进而带动第二转轴及钢丝吊码在第二套筒内沿第二套筒轴向滑动，在所述手柄上设置有齿条，所述齿条的一端通过齿条销钉与手柄转动连接，套在齿条销钉上的扭簧的一端与手柄固定相连并且另一端与齿条固定相连,在扭簧的作用下，齿条与拉杆接触，所述齿条与拉杆接触的一端设置有棘齿，所述齿条上的棘齿与拉杆上设置的棘齿啮合，在所述手柄上开有滑槽,一个锁止开关的滑动轴滑动连接在所述的滑槽内，所述锁止开关的滑动轴的后端能够与齿条接触使得齿条绕齿条销钉转动；
腕部驱动装置包括驱动软管，在所述的驱动软管前端固定安装有锥形芯，在所述的锥形芯上固定安装有连接外壳，在所述的驱动软管的后端固定安装有用于安装及张紧驱动钢丝的张紧装置，所述张紧装置包括固定在驱动软管上的张紧挡片，在所述的张紧挡片的后端固定有张紧架，在所述的张紧架的圆周侧壁上均匀开有多个滑动槽,在每一个滑动槽内分别通过张紧螺钉设置有一个张紧块,所述的张紧块通过张紧螺钉的带动能够在滑动槽内沿驱动软管轴线方向前后移动并停留在滑动槽内的设定位置，在所述的锥形芯和张紧装置之间的驱动软管上套装有接头，所述的接头能够沿驱动软管轴向前后移动,在所述的接头的内孔中设置有内螺纹,所述的张紧装置的张紧架插在第一转轴前端的孔内,所述的张紧装置的张紧挡片插在接头的内孔中并且张紧挡片压紧设置在第一转轴的端面处，所述的接头的内螺纹与第一转轴外壁上的外螺纹螺纹配合锁紧；
所述的连接外壳与刚性直导管后端固定相连，柔性腕部包括多个间隔设置的关节片，在相邻两个关节片间卡有一个关节球，所述的关节球卡在关节片中间的孔内，所述的关节片可绕关节球转动，所述的刚性直导管前端与柔性腕部最后端的关节片固定连接；
末端执行装置包括固定在柔性腕部最前端的关节片上的开合座,在所述的开合座上左右对称设置有两个支架,在所述的两个支架上对称的开有开合轴滑动槽,在所述的开合座的中间沿开合座轴向开有孔,一个开合轴的后部滑动的安装在所述的孔内,第一开合钳和第二开合钳通过第一销轴旋转的安装在两个支架的前端，第二销轴固定在所述的开合轴的前部并且第二销轴的左右两端分别穿过设置在同侧的开合轴滑动槽和开合钳上的滑动槽设置，开合轴能够沿孔的轴向滑动,所述的开合轴在开合座内的滑动可使两开合钳绕第一销轴转动；
四根驱动钢丝围绕器械回转轴线均布设置，所述四根驱动钢丝一端与柔性腕部最前端的关节片固定连接，驱动钢丝另一端依次穿过全部关节片、刚性直导管、锥形芯、驱动软管、张紧挡片以及张紧块并与张紧块固定相连，设置在器械回转轴线上的开合驱动钢丝一端与开合轴固定连接，另一端穿过开合座、全部关节片及关节球、刚性直导管、锥形芯、驱动软管、张紧挡片、张紧架、第一转轴、转轮、第二转轴以及钢丝吊码并与钢丝吊码固定相连。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明具有柔性腕部的微创手术器械，采用手持操作，人力驱动，通过操作手柄来驱动末端执行装置输出多自由度运动，同传统微创手术器械相比，本发明能够输出空间多自由度手术动作，动作灵活，操作力大，更适于进行动作复杂的微创手术；
2.本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械，采用丝传动，并以柔性软管驱动柔性末端的控制方式进行操作，末端易于控制，操作方便、灵活、精准。
附图说明
图1为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械整体结构示意图；
图2a为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械末端开合运动示意图；
图2b为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械末端俯仰运动示意图；
图2c为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械末端摆动运动示意图；
图2d为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械末端自转运动示意图；
图3a为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械操作手柄结构示意图；
图3b为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械操手柄零件示意图；
图3c为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械操第二转轴零件示意图；
图4a为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械驱动装置第一示意图；
图4b为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械驱动装置第二示意图；
图4c为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械腕部驱动装置与操作手柄连接方式示意图；
图5为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械柔性腕部结构示意图；
图6为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械末端执行装置结构示意图；
图7a为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械驱动钢丝安装第一示意图；
图7b为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械驱动钢丝安装第二示意图；
图8为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械驱动软管弯曲示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如附图1所示的本发明具有柔性腕部的微创手术器械，包括：操作手柄100、腕部驱动装置200、刚性直导管300、柔性腕部400、末端执行装置500，其整体可应用于腹腔、胸腔、泌尿、妇科等领域的微创手术中。在手术实施过程中，所述微创手术智能器械通过病人体表的上的戳卡孔，由医生手持器械进入体内实行手术操作。
对照图2a、图2b、图2c、图2d，所述具有柔性腕部的微创手术器械由医生手持，其可以实现普通微创手术器械的所有操作，包括器械末端开合运动R1，同时，还可通过控制操作手柄100及腕部驱动装置200实现器械末端的三自由度运动：俯仰运动R2，摆动运动R3以及自转运动R4。
对照图3a、图3b、图3c，所述操作手柄100包括第一转轴101，所述第一转轴101通过轴承102旋转的安装在第一套筒103上，所述的第一转轴101后端固定安装有转轮105，第二转轴106旋转的安装在第二套筒107上，所述的第一套筒103和第二套筒107均与手柄104固连，在所述的第二转轴106前端以第二转轴106的轴线为对称轴对称设置有两滑槽116，转轮105后端的键滑动的安装在所述的两滑槽116内,第二转轴106可随转轮105转动，转动转轮105，可使第一转轴101、第二转轴106同步转动，在所述的第二转轴106内固定安装有钢丝吊码108，所述钢丝吊码108用来固定安装开合驱动钢丝209，在所述的第二转轴106的后端固定安装有钢球套筒109和端盖110，钢球连杆111一端的钢球卡在钢球套筒109和端盖110间的空隙内，钢球连杆111的另一端通过销钉与拉杆112旋转的连接，所述的拉杆112通过销钉与手柄104旋转的连接，拉杆112的转动可带动钢球连杆111的运动，进而带动第二转轴106及钢丝吊码108在第二套筒107内沿第二套筒107轴向滑动。在所述手柄104上设置有齿条114，所述齿条114的一端通过齿条销钉与手柄104转动连接，套在齿条销钉上的扭簧115的一端与手柄104固定相连并且另一端与齿条114固定相连,在扭簧115的作用下，齿条114与拉杆112接触，所述齿条114与拉杆112接触的一端设置有棘齿，所述齿条114上的棘齿与拉杆112上设置的棘齿啮合。在所述手柄104上开有滑槽,一个锁止开关113的滑动轴滑动连接在所述的滑槽内。所述锁止开关113的滑动轴的后端能够与齿条114接触使得齿条114绕齿条销钉转动。沿锁止开关滑动轴线拉动锁止开关113，锁止开关113推动齿条114克服扭簧115的弹力发生转动，齿条114的棘齿与拉杆112的棘齿分离，拉杆112可自由转动；推动锁止开关113，齿条114在扭簧作用力下反向转动至与拉杆112接触，齿条114的棘齿与拉杆112的棘齿啮合，啮合后拉杆112仅能单向转动。
对照图4a、图4b，所述腕部驱动装置200包括驱动软管201，在所述的驱动软管201前端固定安装有锥形芯202，在所述的锥形芯202上固定安装有连接外壳203，连接外壳203用来固定刚性直导管300，在所述的驱动软管201的后端固定安装有用于安装及张紧驱动钢丝207的张紧装置，所述张紧装置包括固定在驱动软管201上的张紧挡片204，在所述的张紧挡片204的后端固定有张紧架205，在所述的张紧架205的圆周侧壁上均匀开有多个滑动槽,在每一个滑动槽内分别通过张紧螺钉208设置有一个张紧块206,所述的张紧块206通过张紧螺钉208的带动能够在滑动槽内沿驱动软管轴线方向前后移动并停留在滑动槽内的设定位置,旋转张紧螺钉208，张紧块206可在张紧架205槽内滑动，张紧驱动钢丝207。
照图4c为所述腕部驱动装置200与操作手柄100连接方式示意图。所述张紧架205可插入第一转轴101前端的孔内，在所述的锥形芯202和张紧装置之间的驱动软管201上套装有接头210，所述的接头210能够沿驱动软管201轴向前后移动,在所述的接头210的内孔中设置有内螺纹,所述的张紧装置的张紧架205插在第一转轴101前端的孔内,所述的张紧装置的张紧挡片204插在接头210的内孔中并且张紧挡片204压紧设置在第一转轴101的端面处，所述的接头210的内螺纹与第一转轴101外壁上的外螺纹螺纹配合锁紧，锁紧后所述第一转轴101的旋转可带动张紧装置及驱动软管201同步转动。
对照图5，刚性直导管300后端与连接外壳203固定连接，刚性直导管300前端与柔性腕部400最后端的关节片固定连接，所述柔性腕部400包括多个间隔设置的关节片402，在相邻两个关节片402间卡有一个关节球401，所述的关节球401卡在关节片401中间的孔内，关节片401可绕关节球402转动。
对照图6，在柔性腕部400前端安装有末端执行装置500，所述末端执行装置包括固定在柔性腕部400最前端的关节片上的开合座503,在所述的开合座503上左右对称设置有两个支架,在所述的两个支架上对称的开有开合轴滑动槽507,在所述的开合座503的中间沿开合座503轴向开有孔508,一个开合轴504的后部滑动的安装在所述的孔508内,第一开合钳501和第二开合钳502通过第一销轴505旋转的安装在两个支架的前端，第二销轴506固定在所述的开合轴504的前部并且第二销轴506的左右两端分别穿过设置在同侧的开合轴滑动槽507和开合钳上的滑动槽设置。开合轴504能够沿孔508的轴向滑动,开合轴504在开合座503内的滑动可使两开合钳绕第一销轴505转动，即所述开合运动R1。
对照图7a、图7b，四根驱动钢丝207围绕器械回转轴线均布设置，所述四根驱动钢丝207一端与柔性腕部400最前端的关节片402固定连接，驱动钢丝207另一端依次穿过全部关节片402、刚性直导管300、锥形芯202、驱动软管201、张紧挡片204以及张紧块206并与张紧块206固定相连。设置在器械回转轴线上的开合驱动钢丝209一端与开合轴504固定连接，另一端穿过开合座503、全部关节片402及关节球401、刚性直导管300、锥形芯202、驱动软管201、张紧挡片204、张紧架205、第一转轴101、转轮105、第二转轴106以及钢丝吊码108并与钢丝吊码108固定相连。
下面结合附图对本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械进行详细说明。
图1为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械整体结构示意图，其整体可应用于腹腔、胸腔、泌尿、妇科等领域的微创手术中。在手术实施过程中，所述微创手术智能器械通过病人体表的上的戳卡孔，由医生手持器械进入体内实行手术操作。
图2a、图2b、图2c、图2d为本发明所述具有柔性腕部的微创手术器械运动示意图，所述具有柔性腕部的微创手术器械由医生手持，其可以实现普通微创手术器械的所有操作，包括器械末端开合运动R1，同时，还可通过控制操作手柄100及腕部驱动装置200实现器械末端的三自由度运动：俯仰运动R2，摆动运动R3以及自转运动R4。
对照图2a、图3a、图6，转动拉杆112，拉杆112的转动可使与其连接的钢球连杆111运动，进而带动第二转轴106及钢丝吊码108在第二套筒107内滑动，钢丝吊码108的移动可拉动开合驱动钢丝209移动，开合驱动钢丝209拉动开合轴504在开合座503内移动，同时第二销轴506在开合座503上的槽507、及两开合钳的槽内移动，使两开合钳绕第一销轴505转动，实现开合运动R1。
对照图2b、图2c、图4a、图5、图7a、图7b、图8，所述四根驱动钢丝207张紧后，张紧的驱动刚丝207长度不变，在驱动软管201中驱动刚丝207相对于器械轴线的距离b不变，弯曲驱动软管201，所述弯曲的驱动软管201中心轴线长度l不变，外侧长度l2增加，内侧长度l1减少，l2>l>l1，固定外侧驱动钢丝的张紧块拉动驱动钢丝运动，所述驱动钢丝拉动关节片402绕关节球转动，使柔性腕部400向对应方向弯曲，实现俯仰运动R2、摆动运动R3。
对照图2d、图3a、图4a、图4c，转动转轮105，所述转轮105的转动带动第一转轴101在第一套筒103内转动，同时带动张紧装置、驱动软管201、锥形芯202、外壳203、刚性直导管300、柔性腕部400、末端执行装置500的同步转动，实现自转运动R4。

Claims (1)

1.一种具有柔性腕部的微创手术器械，其特征在于:它包括操作手柄，所述操作手柄包括第一转轴，所述第一转轴通过轴承旋转的安装在第一套筒上，所述的第一转轴后端固定安装有转轮，第二转轴旋转的安装在第二套筒上，所述的第一套筒和第二套筒均与手柄固连，在所述的第二转轴前端以第二转轴的轴线为对称轴对称设置有两滑槽，所述转轮后端的键滑动的安装在所述的两滑槽内,第二转轴能够随转轮转动，在所述的第二转轴内固定安装有钢丝吊码，在所述的第二转轴的后端固定安装有钢球套筒和端盖，钢球连杆一端的钢球卡在钢球套筒和端盖间的空隙内，钢球连杆的另一端通过销钉与拉杆旋转的连接，所述的拉杆通过销钉与手柄旋转的连接，拉杆的转动可带动钢球连杆的运动，进而带动第二转轴及钢丝吊码在第二套筒内沿第二套筒轴向滑动，在所述手柄上设置有齿条，所述齿条的一端通过齿条销钉与手柄转动连接，套在齿条销钉上的扭簧的一端与手柄固定相连并且另一端与齿条固定相连,在扭簧的作用下，齿条与拉杆接触，所述齿条与拉杆接触的一端设置有棘齿，所述齿条上的棘齿与拉杆上设置的棘齿啮合，在所述手柄上开有滑槽,一个锁止开关的滑动轴滑动连接在所述的滑槽内，所述锁止开关的滑动轴的后端能够与齿条接触使得齿条绕齿条销钉转动；腕部驱动装置包括驱动软管，在所述的驱动软管前端固定安装有锥形芯，在所述的锥形芯上固定安装有连接外壳，在所述的驱动软管的后端固定安装有用于安装及张紧驱动钢丝的张紧装置，所述张紧装置包括固定在驱动软管上的张紧挡片，在所述的张紧挡片的后端固定有张紧架，在所述的张紧架的圆周侧壁上均匀开有多个滑动槽,在每一个滑动槽内分别通过张紧螺钉设置有一个张紧块,所述的张紧块通过张紧螺钉的带动能够在滑动槽内沿驱动软管轴线方向前后移动并停留在滑动槽内的设定位置，在所述的锥形芯和张紧装置之间的驱动软管上套装有接头，所述的接头能够沿驱动软管轴向前后移动,在所述的接头的内孔中设置有内螺纹,所述的张紧装置的张紧架插在第一转轴前端的孔内,所述的张紧装置的张紧挡片插在接头的内孔中并且张紧挡片压紧设置在第一转轴的端面处，所述的接头的内螺纹与第一转轴外壁上的外螺纹螺纹配合锁紧；所述的连接外壳与刚性直导管后端固定相连，柔性腕部包括多个间隔设置的关节片，在相邻两个关节片间卡有一个关节球，所述的关节球卡在关节片中间的孔内，所述的关节片可绕关节球转动，所述的刚性直导管前端与柔性腕部最后端的关节片固定连接；末端执行装置包括固定在柔性腕部最前端的关节片上的开合座,在所述的开合座上左右对称设置有两个支架,在所述的两个支架上对称的开有开合轴滑动槽,在所述的开合座的中间沿开合座轴向开有孔,一个开合轴的后部滑动的安装在所述的孔内,第一开合钳和第二开合钳通过第一销轴旋转的安装在两个支架的前端，第二销轴固定在所述的开合轴的前部并且第二销轴的左右两端分别穿过设置在同侧的开合轴滑动槽和开合钳上的滑动槽设置，开合轴能够沿孔的轴向滑动,所述的开合轴在开合座内的滑动可使两开合钳绕第一销轴转动；四根驱动钢丝围绕器械回转轴线均布设置，所述四根驱动钢丝一端与柔性腕部最前端的关节片固定连接，驱动钢丝另一端依次穿过全部关节片、刚性直导管、锥形芯、驱动软管、张紧挡片以及张紧块并与张紧块固定相连，设置在器械回转轴线上的开合驱动钢丝一端与开合轴固定连接，另一端穿过开合座、全部关节片及关节球、刚性直导管、锥形芯、驱动软管、张紧挡片、张紧架、第一转轴、转轮、第二转轴以及钢丝吊码并与钢丝吊码固定相连。
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