CN106341976A - 机动外科器械 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例中公开了一种机动外科器械，其包括细长轴、手腕件及一对工作件，至少一个工作件相对另外的工作件可在开启与关闭位置间移动。该细长轴包括朝向其近端的承载板，该承载板通过牢固地容纳于其中的多个驱动器使得外科器械可以独立受控地运动。此外，还公开了一种外科器械，其工作件可简易快捷地被替换。

Description

机动外科器械

技术领域

本公开大体上涉及一种用于在微创手术中提高外科医生能力的外科器械，尤其涉及一种在外科手术过程中对运动可独立控制以能够展现增强的外科性能的一种先进的外科器械。

此外，本公开涉及一种具有可替换刀头的外科器械，以有助于用更合适的刀头取代“之前的刀头”，从而更精确地实现不同的或者相似的功能。

背景技术

由于外科器械插入的切口的尺寸显著减小，使微创外科手术产生更小的创伤，微创外科手术已经成功取代了传统的外科手术。在目前机器人辅助的外科手术过程中，外科器械驱动单元一般装设在操作机械手上以使该器械绕其轴线转动并使末端执行器绕枢接件转动，导致产生一些阻碍微创手术进展的缺点。

由于为实现在手术部位接合涉及庞大的操作工具的组件，因此，目前流行的微创外科技术在适应性上受到限制。因为外科器械的动作系由安装在操作机械手上的驱动单元驱动，所以外科器械仅可自我适应地收容上述补充布置的驱动单元的机械手。上述配置存在一种可能仅存在于其的限制，该限制限制了灵巧性及最小移动性，即外科医生列举的最艰巨的挑战。因此，外科器械不具备独立的功能，这意味着给定的配置同时需要装配以达到基本功能，导致限制了功能。更进一步地，始终需要建立机械与电气连接以传输物理动作给外科器械，因此需要艰巨的拆卸及重新组装程序。

此外，在机器人外科手术领域，安装的用以执行外科手术的外科器械一般在使用一次后被处理掉或在每一次使用后重复作消毒处理。如本领域技术人员所公认，这些在外科手术中连接在外科器械末端的外科器械、主要的镊子或钳子的尖端在使用多次后会逐步退化，而产生一种由于这种退化而导致的失效的可能性。

鉴于上述限制，有需要提供一种外科器械，其通过器械的控制驱动元件能够精确控制末梢执行器，从而使得该外科器械能够配备不同的当前产业中的操作医疗手臂；因此，简化控制配置并节约成本。同时，有需要提供一种外科器械，其使外科器械尖端易于替换，从而有助于简化消毒处理，进一步减少在少次外科使用后替换整套外科器械所涉及的高昂成本。

上述讨论只是为了说明一些目前在本发明领域当时存在的不足，而不应被视为权利要求范围的否认。

发明内容

与本发明的各种实施例的一般方面相关，这里提供一种外科器械，在至少一种形式中，包括具有轴轴线的纵向轴，该轴轴线定义一近端及一远端，上述纵向轴响应于其致动运动绕轴轴线可转动。该纵向轴通过枢接件有效地与设置在远端的手腕件耦合，该枢接件定义一手腕轴线。手腕件通过至少两个手腕件移动驱动器，相对手腕轴线可产生角位移，至少两个手腕件移动驱动器与单一连续的手腕件移动细长元件实时耦合，从而对细长元件的一端的选择性拉伸而使手腕件沿一方向随之运动，对细长元件的反向拉伸使手腕件相向反方向运动。

此外，一对朝向手腕件的工作端的工作件被提供：第一工作件及第二工作件通过普通枢接件与手腕件耦合以定义工作件轴线，当与对应的第一工作件移动细长元件耦合的第一工作件移动驱动器或与对应的第二工作件移动细长元件耦合的第二工作件移动驱动器分别单独驱动该工作件时，该工作件绕工作件轴线可产生角位移.

与本发明的一种形式的另一个一般方面相关，该轴转动驱动器、手腕件移动驱动器及该工作件移动驱动器为可消毒的，均可对轴、手腕件、工作件施加运动以产生多个分离运动。

附图说明

包含于本说明书内并作为本说明书的一部分，附图图示了本发明的实施例，并且与上述本发明的整体概述以及下文将详细说明的各个实施例一起用于解释本发明的各种形式的原理。

图1是本发明一实施例的一种形式的外科器械的分解透视图。

图2是本发明一实施例的外科器械的手腕件的分解透视图。

图3是用于说明本发明一实施例的工作件与手腕件的功能方面的示意图。

图4是本发明一实施例的带有多个导向机构的承载板的简化透视图。

图5是依照本发明的一个实施例的与细长轴耦合的承载板的另一个视图。

图6是依照本发明的一个实施例的承载板的另一个透视图，该带有细长件的承载板跨设在导向机构上。

图7示出了依照本发明的一个实施例的手腕件移动驱动器的布置。

图8是依照本发明的一个实施例的收容有驱动器及齿轮组件的承载板的顶视图。

图9是依照本发明的一个实施例的带有可替换工作件的自动的外科器械的透视图。

图10是依照本发明的一个实施例的带有可替换工作件的自动的外科器械的分解图。

图11示出了本发明的另一个实施例的带有可替换工作件的自动的外科器械。

具体实施方式

现在将描述某些典型实施例以提供在此公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施例的一个或多个例子在附图中示出。本领域的普通技术人员将理解，在此具体描述并且在附图中示出的装置和方法是非限定性的典型实施例，本发明的各种实施例的范围仅由权利要求限定。一个典型实施例显示或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这样的修改和变化旨在包括在本发明的范围之内。

参考整个说明书“一些实施例”、“某些实施例”、“一个实施例”、“实施例”或者与其类似的，意味着在实施例中被描述的特定的特征、结构、或特点被包括在至少一个实施例中。因此，这些在整个说明书中出现的短语，如“一些实施例”、“某些实施例”、“一个实施例”、“实施例”或者与其类似的，并不必要全部参考同一个实施例。此外，这些特定的特征、结构、或特点可能以任何一种合适方式在一个或多个实施例中被组合。因此，这些在一个实施例中被解释或说明的特定的特征、结构、或特点可能无限制地，整体或部分地进行组合。这样的修改和变化旨在包括在本发明的范围之内。

术语“近”及“远”在这里指以患者侧的助手操作外科器械的外壳部或者承载板为参照。术语“近”指离患者侧的助手最近的部分，及术语“远”指位于远离助手朝向患者的部分。另外，应当理解，为了便于方便和清楚，空间术语，如“垂直的”、“水平的”、“上”和“下”在这里均对应附图被使用。然而，外科器械以多种方向及位置使用，且这些术语并不旨在限制性的和/或绝对的。

在本发明的另一个方面，外科器械可通过任何合适的可释放的连接工具或界面可释放地牢固地连接在机器人手臂上。这样与标准机器人辅助的外科手术不同，在标准机器人辅助的外科手术中，外科器械的操作位置通过封装在机器人手臂壳体内部的驱动组件来控制，并且需要外科器械与铰接臂之间呈比例的协调运动；本公开对于在手术部位控制外科器械独立于整个机器人手臂的相对呈比例的运动非常有用。如下文所解释，这是通过外科器械的模块化构造达成的。

现在参照图1，图1示出了外科器械100的一种形式，同时本发明的第一优选实施例被说明。在至少一个实施例中，外科器械100包括与细长轴组件10连接的承载板组件20，细长轴组件10有效地与多个不同的外科刀头或多个不同的工作件40(a)、40(b)连接。

图1示出了外科器械100的分解图，外科器械100包括手腕件组件30，手腕件组件30朝向其工作端与不同的工作件40(a)、40(b)耦合，手腕件组件30的附件及操作将在下文被详细讨论。在所述的实施例中，承载板组件20有效地支撑一般被标记为25的作动系统，作动系统25可选择性地对特定类型的工作件施加多种形式的作动动作，工作件一般被标记为40。如本详细说明继续进行，本领域普通技术人员将理解这里揭露的外科器械100有效地与机器人控制系统配合，该机器人控制系统能够为器械100中的作动系统25提供需要的控制信号以启动作动系统25。

在给出的实施例中，外科器械100的所有实际动作，即器械绕其轴线的自转、手腕件30的转动及工作件40的打开动作及关闭动作或者工作件40各自独立的转动，均是通过器械驱动器及设置于承载板20内的齿轮组件来提供动力实现的。

可以理解，更多自由度的运动也是可能的，如任意方向的角度倾斜、空间内的自由移动；然而，在外科器械被使用的受约束的手术环境中，这样的更多自由度的自由实际上可能在很大程度上被限制。所有这些运动的结合使得外科器械100具有高度的灵活性，同时，也是由于外科医生的手远距离地指示动作，具有能更好地控制的优点。关于外科器械100和用于实现同样目的的专门的器械结构的操作性特征在图1-8中示出，在下文同时被描述。

在一些实施例中，承载板组件20与沿轴轴线12延伸的细长轴10的近端5(a)协同地耦合，承载板组件20包括固定安装于其上的作动系统25，作动系统25通过紧固机构固定安装且易于组装。细长轴10包括大体上形成有中空管的轴外壳。该轴外壳包括可转动地与承载板组件10连接的近端5(a)及与手腕件30和一对工作件40(a)、40(b)耦合的开口的远端5(b)。器械100通过对接件典型地可释放地安装在机器人手臂上。为适于微创手术，外科器械必须绕相交于切口的轴线可操作，器械经由该切口插入患者体内。

可以理解，本发明的应用领域并不限制于仅在内手术部位的外科手术过程，也可用在开放式手术部位。再次参照图1，外科器械100的分解图被示出，外科器械100包括一个独特且新颖地设置在承载板20内的传动或作动系统，以助于实现器械100为执行外科手术程序所需的不同动作，所述不同动作包括轴10绕轴轴线12的滚转运动、手腕件30绕手腕件轴线的类手腕运动、工作件40(a)、40(b)绕工作件轴线的类剪刀运动，其中，工作件40(a)、40(b)可相对工作件轴线各自独立地产生角位移，因此，工作件，作为整体标记为40，是可角位移的。

如结合图1与图2最佳显示的，可以理解，手腕件30通过枢接件与轴10的远端5(b)耦接，从而定义一手腕轴线32，当手腕件30在任一方向上作角位移运动时，手腕件30相对手腕轴线32作类手腕动作。同样地，工作件40(a)、40(b)可转动地安装在手腕件30的相反的工作端上，以绕工作件轴线可枢转从而形成类似剪刀的布置。可以理解，工作件40可为任何需要的包括两个元件或者指状物的外科手术工具，该两个元件或指状物绕一普通枢转轴线枢转，如剪刀、作为手术针驱动器的钳子、任何电烙术器或与其类似的。

手腕件轴线32与轴轴线12保持非平行且大致相互垂直，从而允许手腕件30绕两条大致正交的轴线相对轴轴线12转动。同样地，手腕件轴线32与工作件轴线也保持非平行且大致相互垂直。应该注意到，工作件40的自由端可相互独立地，绕工作件轴线32像剪刀样地朝向或远离彼此可产生角位移，从而，工作件40作为一整体在任一方向可移动。

参照图3及图2，手腕件轴线32设置在滑轮件36上，滑轮件36开设有沿圆周的延伸槽，朝向轴10的近端5(a)延伸的手腕件移动细长元件38缠绕在该延伸槽上，现在对此作更详细说明。如在图3中可见，滑轮件36包括一开设在中央的孔，枢轴销34穿过该孔，以使手腕件30与细长轴10枢接。参考图3，工作件轴线与两套滑轮44、46侧接，两套滑轮44、46同轴地定位在枢接件42上以相互大致共平面。

与手腕件30的滑轮件36类似，每个滑轮44、46定义有沿圆周的延伸槽以收容对应的工作件移动细长元件48、50，工作件移动细长元件48、50朝向轴10的近端5(a)延伸。在工作件移动细长元件48、50朝向轴10的近端5(a)穿过轴10的中空管与手腕件移动细长元件38结合之前，其紧贴地穿过手腕件30上的狭槽。

现在参照图4-8，依据另一个优选实施例，承载板20的内部视图被示出，其中示出了作动系统25和用于产生运动的细长元件，这些运动是使器械能工作而必需的。如在图4中可清楚看到的，承载板组件20被两个垂直的支撑件62、82区隔，支撑件62、82从水平放置的承载板20向上延伸以明显地在其中形成三个区间。

承载板20的第一区间60被支撑柱62与第二区间70隔开，支撑柱62垂直于承载板20而保持在垂直位置。第一区间60与齿轮组件64耦合，如图8所示，下文将更详细地讨论。该齿轮组件64有效地与细长轴10耦合以使轴绕轴轴线12可转动。参考图8，更详细地，齿轮组件64包括三个齿轮64(a)、64(b)、64(c)的堆叠组件，优选地，采用传动比为至少1：1的直齿轮，三个轮64(a)、64(b)、64(c)相互啮合并能够同步转动以产生轴转动所需的动力。虽然，单一齿轮也可能取代本实施例中的三个齿轮构成的齿轮组件64，但是，该单一齿轮将占据更大的工作空间，也将偏离节约所述承载板20内的空间，很想使该器械相对于该承载板20独立可动的想法。

参照图4及图5，如上文所讨论，定义第一区间60边界的支撑柱62包括垂直间隔的开口62(a)、62(b)、62(c)，其中，开口62(a)用于收容轴转动驱动器25(a)，轴转动驱动器25轴向延伸穿过并有效地与齿轮组件64耦合以使外科器械100绕轴轴线12转动。开口62(b)与支撑轴66耦合，以支撑堆叠齿轮组件中间的齿轮64(b)(如图8所示)，开口62(c)的尺寸与外形适于收容细长轴10。

参照图4-8，承载板20内的作动系统25的一种形式包括适于与支撑板20定义的第二区间70固定连接的支架板72，以支撑作动系统25。作动系统25包括多个驱动器，具体地，如轴驱动器25(a)、至少两个手腕件运动驱动器25(b)、25(c)、第一工作件移动驱动器25(d)及第二工作件移动驱动器25(e)，这些驱动器分别延伸通过支架板72上的间隔设置的狭槽74(a)、74(b)、74(c)、74(d)、74(e)，狭槽74(a)、74(b)、74(c)、74(d)、74(e)的尺寸适于收容合适比例和尺寸的驱动器25。

如图8所示，在一个具体的实施例中，但并不局限在该实施例，轴转动驱动器25(a)轴向延伸通过支撑柱62上的最顶层的开口62(a)，并前进通过狭槽74(a)，两个手腕件移动驱动器25(b)、25(c)前进通过狭槽74(b)、74(c)，第一工作件移动驱动器25(d)及第二工作件移动驱动器25(e)分别前进通过狭槽74(d)、74(e)。本领域技术人员可理解，穿过支架板72上的给定狭槽的多个驱动器25从某种意义上不应被限制，任一驱动器可被允许前进穿过任意狭槽，这取决于其期望用来布置细长元件的网络的模式。本领域技术人员可能进一步组合上述实施例，在本公开中不再单独讨论这些组合。

如前面所述，第二区间70通过垂直延伸的第二支撑柱82与第三区间80间隔。如图4-7所示，支撑柱82包括两个间隔的开口，用于分别收容从支架板72突出的两个手腕件移动驱动器25(b)、25(c)。在一个实施例中，支撑柱82朝向其周边进一步开设有一对弧形槽，用于分别收容也是从前述支架板72突出的第一工作件移动驱动器25(d)及第二工作件移动驱动器25(e)。然而，本领域普通技术人员可以理解，支撑柱82可被设计成类似的其他支撑柱，包括间隔开设的用于收容并支撑驱动器组件的开口，从而为每个驱动器的自由驱动动作保留必要的空间，因此使器械可保持最小尺寸及重量。

再次参考图4及图5，优选地，从承载板20上垂直地形成的凸起平台被示出，凸起平台适于支撑并固定推进机构76及通道结构78。推进机构76包括一对间隔设置的复合的滑轮组件76(a)、76(b)，每个组件进一步包括一组按堆叠设置排列的三个空转轮76(a_i)、76(a_ii)、76(a_iii)及76(b_i)、76(b_ii)、76(b_iii)(在图中未单独标识和示出)，因此，每一组滑轮中的最底层的滑轮牢固地与平台连接并与对应在其上的中间滑轮耦合，中间滑轮进一步牢固地与最顶层的空转轮配合。前面提到的通道结构78包括保持在一个合适平面的第一导向滑轮78(a)及第二导向滑轮78(b)，其不同于推进机构76的平面，优选地，较推进机构76的平面更低。必须注意的是，上述空转轮套件进一步设有一对滚珠轴承。

如图5所示，承载板20的第三区间80包括一对相对设置的侧柱84(a)、84(b)，侧柱84(a)、84(b)相对承载板20大致垂直设置，且其相对的侧面相互倾斜以使第一导向机构86安装在倾斜面，第一导向机构86包括一对相对轴轴线12呈需要角度定位的导向滑轮86(a)、86(b)。优选地，相对在中央延伸的轴轴线12，该角度保持在30度到65度之间。这些空转轮均提供有如上所述的滚珠轴承。

如进一步在图5中被示出的，在第三区间80内提供的L型凸起平台用来支撑第二导向机构88，第二导向机构88包括一对滚珠轴承支撑的一组空转轮88(a)、88(b)，每组空转轮进一步包括一组按堆叠设置排列的至少两个滑轮88(a_i)、88(a_ii)、88(b_i)、88(b_ii)(未单独在图中示出)。该L型的平台使其中一套空转轮定位在一较其他平面更高的平面内，现在更详细地阐述其理由。

如上文所述，随手腕件移动细长元件38，工作件移动细长元件48、50朝向近端5(a)穿过轴10的中空管。因此，每个细长元件延伸至轴10的长度并继续向上延伸至第二区间70，每个单独的连续的细长元件形成有两个侧边，如38(a)、38(b)、48(a)、48(b)、50(a)、50(b)，总共六个。现在，进入承载板20的第二区间70的六个细长元件被推进穿过推进机构76，以便细长元件相互之间保持靠近并靠近轴轴线12。在一个实施例中，细长元件相互之间的距离不大于1.4毫米。

如图6所示，在远端且在工作件轴线上与滑轮件44耦合的第一工作件移动细长元件48沿着轴10的长度回复并被推进穿过推进机构76，以使其一端48(a)与最顶层的空转轮76(a_i)耦合，另一端48(b)与第二组合滑轮组件76(b)的最底层的滑轮76(b_ii)耦合。同样地，第二工作件移动细长元件50与同轴定位在工作件轴线的另一个滑轮件46耦合，并沿着轴10的长度回复并被推进穿过推进机构76，以使其一端50(a)与最顶层的空转轮76(b_i)耦合，另一端50(b)与第一组合滑轮组件76(a)的最底层的滑轮76(a_iii)耦合。

另一方面，手腕件移动细长元件38跨设在位于手腕件轴线32上的滑轮件36，跨过其周向槽，向后拉伸以穿过轴10，并被推进穿过推进机构76，以使其两自由端38(a)、38(b)分别与中间的空转轮76(a)、76(b)配合。

现在，如图6清楚示出，手腕件移动细长元件38(a)、38(b)紧贴地前进通过第三区间80，在其分别固定在手腕件移动驱动器之前，其分别至少部分缠绕在导向轮86(a)、86(b)上，这控制着手腕件30绕手腕件轴线32的转动，如图7所示。

在一个优选的实施例中，驱动器包括细长轴10，该细长轴10能够通过紧固机构安装在一个多沟槽滑轮组件上，如通过平台螺钉或其他合适的牢固地将滑轮组件连接在马达轴上的紧固件。该多沟槽滑轮进一步可收容缠绕在滑轮上的该细长元件，并被预张紧至最大操作张力的至少一半值以消除任何松弛。在一个具体的实施例中，多沟槽滑轮包括在其圆周上的一对相同的圆盘，该对相同的圆盘通过任何合适的紧固机构与马达轴固定连接。优选地，其中定位在向外朝向马达轴一端的一个圆盘，为分离盘，该分离盘包括通过紧固件相互卡合的两个半圆部，以形成一个完整的穿孔圆盘。其中，上面的半圆部是一个典型的C-型滑轮，适于预张紧与其耦合的线缆。细长元件被预张紧，直至达到细长元件最大屈服强度的一半值，在该程度，可避免在施加的峰值转矩时细长元件的任何一段松弛并可避免回差。

在本发明的一个重要方面，细长元件缠绕在多沟槽滑轮上，并从多沟槽滑轮的一个开口穿过且从另一个开口中延伸出来，接着，为了抑制细长元件在其长度上拉伸，一相对刚性的细长元件，如海波管部，被设置在该细长元件的端部并从开口延伸出来。海波管部一般卷曲在细长元件的端部，以在张紧状态时自动锁住细长元件。海波管一般呈中空状态，其截面呈圆形轮廓。一旦细长元件的自由端被卷曲，C型滑轮即稍微松开并反向转动以使细长元件预张紧至一指定滑轮。

在一个优选的实施例中，在多沟槽滑轮组件的每一侧，轴承23，优选地，滚珠轴承，跨设在与其牢固地连接的驱动器轴上，并被安装板固持于其上，以避免在马达启动状态时滑轮产生径向游隙。因此，参照图6及图7，手腕件移动细长元件38(a)、38(b)分别缠绕在多沟槽滑轮25(b_i)、25(c_i)(图中未示出)，细长元件的端部从多沟槽滑轮25(b_i)、25(c_i)的开口中穿过并从引入的海波管部延伸出来，从而达到预张紧。这样，绕设在多沟槽滑轮25(b_ii)、25(b_iii)、25(c_ii)、25(c_iii)圆周的两个相同的圆盘与其中一个C型滑轮25(b_iii)、25(c_iii)(如上文所解释)相关以预张紧细长元件。多沟槽滑轮25(bi)、25(c_i)进一步被安装板28(b)、28(c)固持并被轴承对23(b_i)、23(b_ii)、23(c_i)、23(c_ii)支撑。

依照细长元件固定至其对应的驱动器的模式，手腕件移动细长元件38(a)、38(b)的自由端被引导通过对应的导向滑轮86(a)、86(b)以使其紧密地与对应的驱动器25(b)、25(c)牢固地连接。再次，这些导向滑轮被配备有滚珠轴承。

如上文所述，由推进机构76(a)的最顶层的空转轮部分导向的第一工作件移动细长元件48(a)的自由端朝承载板20的近端延伸，以在固定至第一细长元件移动驱动器25(d)的对应的多沟槽滑轮25(d_i)[25(d_ii)、25(d_iii)]前，与第二导向机构88的空转轮88(a_i)耦合，该第一细长元件移动驱动器25(d)突出设置在第三区间。在驱动器25(d)上，细长元件以上文所讨论的方式预张紧，并涉及C型滑轮25(d_iii)、安装板28(d)、轴承23(d_i)、23(d_ii)。

以相似方式，由推进机构76(a)的第二复合滑轮的最顶层的空转轮76(b_iii)部分导向的第一工作件移动细长元件48(b)的另一自由端穿过通道结构78的第二导向轮78(b)的外圆周，并前进至第三区间，以与第二导向机构88的最顶层空转轮88(a_ii)耦合。

现在，第一工作件移动细长元件的第一端48(a)及第二端48(b)以上文所述方式牢固地连接至第一工作件移动驱动器25(d)，并且预张紧。

以类似的方式，由推进机构76(b_i)的最顶层的空转轮部分导向的第二工作件移动细长元件50(a)的第一自由端朝承载板20的近端延伸，以在固定至第二细长元件移动驱动器25(e)的对应的多沟槽滑轮25(e_i)[25(e_ii)、25(e_iii)]前，与第二导向机构88的最顶层的空转轮88(b_i)耦合，该第二细长元件移动驱动器25(e)突出设置在第三区间80。在驱动器25(e)上，细长元件以上文所讨论的方式预张紧，并涉及C型滑轮25(e_iii)、安装板28(e)、轴承23(e_i)、23(e_ii)。

现在，由推进机构的第一复合滑轮的最底层的空转轮76(a_iii)部分导向的第二工作件移动细长元件50(b)的另一自由端穿过通道机构78的第一导向轮78(a)的外圆周并前进至第三区间，以与第二导向机构88的最底层的空转轮88(b_ii)配合。

因此，第二工作件移动细长元件的第一端50(a)及第二端50(b)以上文所述方式牢固地连接至第二工作件移动驱动器25(e)，并且预张紧。

在本发明的一个优选的实施例中，细长元件部分形成有一段柔性线缆及至少一个海波管部，该至少一个海波管部牢固地连接至柔性线缆的一端。然而，需要注意的是，避免器械的过度旋转，这会导致线缆之间缠绕与摩擦。在本发明的另一重要方面，上述驱动器是可消毒的。

如图6所示，第一、第二工作件移动细长元件的端部48(a)、48(b)、50(a)、50(b)呈直角交叉设置，从而所占空间最小且相互之间保持最小间隔以避免细长元件从推进机构朝其对应的驱动器前进时相互交叉。优选地，细长元件之间的距离保持在不小于1毫米。从上述给出的细长元件的配置，本领域技术人员可以理解，第一、第二工作件通过细长元件的直角交叉设置在开启及关闭位置可移动并呈类似剪刀状态，工作件趋向关闭位置。

包括在本发明的思想内，可为器械提供必需的致动动作的致动系统25、导向机构78、88及细长元件28、48、50之间的有效的耦联结构有多种修改模式，该多种修改模式对本领域普通技术人员来说显而易见。因此，可以理解，本公开揭露的实施例中的具体耦合及结合为解释目的仅组成了一些可能的实施例，且本发明通过任何具体的结合并非意图限制。

如图8所示，每一个驱动器25(a)、25(b)、25(c)、25(d)、25(e)进一步包括磁性编码器31(a)、31(b)、31(c)、31(d)、31(e)以完成动作控制，当它们为动作创造闭环，该闭环帮助界定驱动器的轨迹以重置工作件48、50的动作。进一步地，承载板20支撑与驱动器25(a)、25(b)、25(c)、25(d)、25(e)有效地耦合的印刷电路板33(a)、33(b)、33(c)、33(d)、33(e)，另一个印刷电路板也被承载板20支撑以给驱动器提供电能。

在至少一个实施例中，响应于施加其上的控制信号以选择性地拉伸对应的细长元件，外科器械允许手腕件、第一工作件、第二工作选择性地运动。每个驱动器的端部被滑轮保持板保持，滑轮保持板内设有一个与滑轮固定连接的轴承。

现在参照图9，带有可替换的工作件的外科器械100被示出，其可允许采用更合适的尖端来替换之前的以相对用来安装工作件40(a)、40(b)的手腕件30实现相同或者不同的功能。最新替换的工作件保证工作尖端的精确定位并使工作件可相对手腕件30被简易替换或取代。该提出的机构能够使所有相同或类似的工作件40(a)、40(b)承担相对手腕件30的相同的工作关系，因此，优选地，其工作轴线与手腕件轴线正交。

在一个所示的实施例中，外科器械100包括一次性的或可替换的工作件40(a)、40(b)，允许工作件与手腕件30紧密耦合或连接，为了解释工作件尖端替换的作用，这应该被视作用于安置该工作件的收容座。该一次性的或可替换的工作件40(a)、40(b)可能被用于切削、修剪、抓取、配合或接触临近手术部位的组织。

在一个一般方面，本发明的实施例提供了具有可替换工作件的外科器械，其可更精确地控制外科器械的使用期。

如说明书上文所讨论，特别是在图2及图3，在空间上与手腕件轴线32正交的工作件轴线位于两组滑轮44、46之间，两组滑轮44、46同轴地定位在枢转机构42上并相互大致共平面。然而，优选地如图9及图10所示，可替换的工作件40为双极烙术器械，其中，每个工作件独立地、可移动地与对应的滑轮件耦合，工作件40(a)对应滑轮件46，工作件40(b)对应滑轮件44。图9示出了工作件40固定地与对应的滑轮件耦合，图10是一分解图，简要地示出了滑轮件与对应的工作件耦合的机构。

为实现独立的可移动的耦合，每个滑轮件44、46被设计为分别包括第一类方形凸起或块54、56，第一类方形凸起或块54、56开设有至少一个相对圆形的开口52(a)、52(b)，圆形开口52(a)、52(b)与相邻的滑轮件44、46分别形成邻接关系。如图10所示，该开口的尺寸适于收容与滑轮件44、46合为一体的细长元件48、50。

再如图10所示，类方形凸起或块54、56包括第二类方形凸起，第二类方向凸起可为可分离单元或者与类方形凸起或块54、56集成地形成。仅为说明目的，并非限制本公开的范围，第一类方形块与第二类方形块一体成型，且其尺寸较第一块54、56小。

如图10所示，第一类方形块54、56进一步开设有朝其外表面的狭槽54(a)、56(a)，第二类方形块也开设有朝其外表面的狭槽54(b)、56(b)，从而配合件58(a)、58(b)分别与工作件40(a)、40(b)配合，工作件40(a)、40(b)分别与滑轮件44、46耦合。与工作件耦合的第二类方形块朝其端部开设有开口，该开口与工作件的配合端的开口相同，从而该两个开口牢固地相互连接并通过合适的配合件58(a)、58(b)固定保持在那里。

在一个优选的实施例中，配合件58(a)、58(b)为一扁平的或圆形的不锈钢线缆，其一个自由端被推进从外部朝里面穿过第一类方形凸起/块54、56的狭槽54(a)、6(a)，且被反向拉伸通过第二类方形凸起的狭槽54(b)、56(b)，从而张紧该线缆。在其他替换的结构中，配合件58(a)、58(b)可采用其他具有高拉伸强度和高抗腐蚀性的柔性材料。

朝工作件40(a)、40(b)的配合端提供的一个互补结构，如上文所述，包括一个互补的开口，其外形尺寸适于与狭槽54(b)、56(b)配合，从而，如上文所述，现在上述两个附带部件开设有用于收容配合件另一端的一般一体的狭槽54(b)、56(b)。

每个配合件的朝向外部的两个自由端通过施加捆扎材料、柔性材料，最普通的如钢材或塑料，来捆绑或绑扎从而保证紧密配合。一般标识为59的扎带，工作件40(a)、40(b)的分别的扎带分别标识为59(a)、59(b)，一般被一体形成在其上的锁扣件锁住。优选地，配合件58至少朝其由扎带59捆绑的端部形成有一个粗糙的摩擦面，以避免配合件从锁扣捆扎材料上滑行。

可选择地，在另一个实施例中，配合件58(a)、58(b)的端部可被紧紧地拉伸并采用上文详细描述的方式通过海波管的一部分卷曲。

在另一个优选的实施例中，当外科器械关闭时，相互肩承的工作件40(a)、40(b)的内表面朝其配合端被切断为一个倾斜的平面，以形成弧形狭槽，从而，当外科器械处于关闭位置时，分别穿过狭槽54(b)、56(b)的配合件58(a)、58(b)与工作件之间由于其厚度不会形成间隙。配合件安置于倾斜部内或朝向内部表面上的弧形狭槽内，且通过其在工作件的尖端之间被推进，从而不会影响外科器械的关闭及打开机构。

现在参照图11，每个工作件40(a)、40(b)的第二类方形块在其侧壁容纳有一个钢珠47，弹簧机构49也容纳其中。一般地，弹簧机构49包括一个或多个弹簧件或其他合适选择的弹性元件，当使工作件与开设有狭槽的滑轮件形成卡扣连接时，弹性元件被压缩。工作件的耦合端包括开口，该开口跨过第二类方形块，接着钢珠47，然后压缩弹簧或弹性元件49，并以牢固连接的方式卡合各部件在一起。

上文对外科器械的一个或多个具体的实施例进行了说明。然而，显然地，上述实施例可作其他变形或修改以获得一些或全部的优点。相应地，本说明仅是作为例子而非限制本发明的范围，或与本发明的基本思想背离。所有这些变形或修改都被认为落在本发明的范围内，其本质被上述说明及所附的权利要求所确定。

Claims (37)

1.一种外科器械，包括：

纵向轴，其具有轴轴线定义一近端及一远端,所述纵向轴可绕该轴轴线转动；

手腕件，其通过一枢接件与该轴的所述远端耦合，该枢接件定义一手腕轴线，该手腕件通过至少两个手腕件移动驱动器可相对该手腕轴线产生角位移，该至少两个手腕件移动驱动器有效地与一单一连续的手腕件移动细长元件耦合，从而该细长元件的一端的选择性拉伸使该手腕件沿一个方向随之运动，同时反向拉伸使该手腕件向相反方向运动；及

第一工作件和第二工作件，其通过一普通枢接件与该手腕件的工作端耦合的并定义工作件轴线，当被第一工作件移动驱动器或第二工作件移动驱动器分别独立地致动时，该第一工作件和该第二工作件可相对该工作件轴线产生角位移，该第一工作件移动驱动器与对应的第一工作件移动细长元件耦合，该第二工作件移动驱动器与对应的第二工作件移动细长元件耦合。

2.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该手腕件轴线与该轴轴线大致垂直，以使该手腕件相对该轴轴线绕两根大致正交的轴线转动。

3.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该手腕件轴线与该工作件轴线大致正交。

4.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该细长元件部分地由柔性线缆及至少一个海波管部形成，该至少一个海波管部与该柔性线缆的一端部牢固连接，该细长元件从该手腕件、该第一工作件及该第二工作件朝向该轴的近端延伸。

5.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该外科器械还包括使该轴绕该轴轴线转动的驱动器。

6.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该外科器械还包括承载板，该承载板可释放地使该外科器械与微创外科手术系统的机器人手臂牢固连接。

7.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该承载板与该轴的近端耦合，且该承载板收容该至少两个手腕件移动驱动器、第一工作件移动驱动器、第二工作件移动驱动器及该轴转动驱动器。

8.如权利要求7所述的外科器械，其特征在于：收容在该承载板内的该驱动器为可消毒的。

9.如权利要求6所述的外科器械，其特征在于：该承载板还包括推进机构，该推进机构推动从该轴出来的该细长元件朝向彼此运动预设距离，以保持该细长元件靠近该轴轴线。

10.如权利要求9所述的外科器械，其特征在于：该预设距离不大于1.4毫米。

11.如权利要求9所述的外科器械，其特征在于：该推进机构包括至少两个复合滑轮组件，每个复合滑轮组件还包括一堆叠至少三个空转轮，其中，所述堆叠中最顶层的空转轮分别用于收容该第一工作件细长元件及该第二工作件细长元件的第一端；中间的空转轮用于收容每个该手腕件移动细长元件的一端；及最底层的空转轮用于收容该工作件细长元件的第二端，从而同一堆叠中最底层的空转轮收容所述第二工作件细长元件且其最顶层的空转轮收容所述第一工作件细长元件的第一端，该堆叠最底层的空转轮收容该第一工作件细长元件的第二端且其最顶层的空转轮收容该第二工作件细长元件的该第一端。

12.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该第一工作件及该第二工件在开启和关闭位置可以以类剪刀方式相对彼此移动，该工作件趋向该关闭位置。

13.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该手腕件移动细长元件可缠绕在该手腕件上的滑轮件的径向部分上，其中，该细长元件的自由端朝其近端延伸并穿过该轴，且被该推进机构推进，从而在与其对应的手腕件移动驱动器固定连接之前绕设在第一导向机构上。

14.如权利要求13所述的外科器械，其特征在于：该第一导向机构包括一对导向轮，该对导向轮相对该轴轴线呈需要角度安装，且该对导向轮能够收容每个该手腕件移动细长元件的一端并朝对应的手腕件移动驱动器导向。

15.如权利要求14所述的外科器械，其特征在于：该导向轮相对该轴轴线倾斜，其夹角优选地在30度到65度之间。

16.如权利要求13所述的外科器械，其特征在于：每个该手腕件移动驱动器包括细长驱动器轴，多沟槽滑轮组件通过紧固机构固定安装在该细长驱动器轴上，该多沟槽滑轮用于收容手腕件移动细长元件，该手腕件移动细长元件被预张紧至最大操作张力的至少一半值以消除任何松弛。

17.如权利要求16所述的外科器械，其特征在于：该多沟槽滑轮包括在其圆周上的一对相同的圆盘，该对相同的圆盘与该驱动器轴固定连接，其中至少一个圆盘为分离盘，其包括两个半圆形部分，该两个半圆形部分中的至少一个可使该手腕件移动细长元件预张紧，该两个半圆形凸起形成一个完整的穿孔圆盘。

18.如权利要求16所述的外科器械，其特征在于：收容该手腕件移动细长元件的该多沟槽滑轮开设有一个或多个间隔的孔洞，该一个或多个孔洞在尺寸上适于收容该细长元件，该细长元件还用于收容海波管，该海波管保持至少部分压缩以在张紧状态时自动锁住该细长元件。

19.如权利要求17所述的外科器械，其特征在于：执行预张紧的该半圆形的圆盘部稍微松开并反向转动，以使该整个手腕件移动细长元件预张紧至一需要的程度。

20.如权利要求16所述的外科器械，其特征在于：该驱动器轴在多沟槽滑轮的任一侧还安装有至少一个轴承，以减少该多沟槽滑轮组件的径向游隙。

21.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：至少两个滑轮件同轴地设置在工作件轴线上，该第一工作件移动元件及该第二工作件移动元件分别至少部分地缠绕在该至少两个滑轮件的直径部分上，其中每个该细长元件的自由端朝该轴的近端延伸并穿过该轴，且被推进穿过该推进机构。

22.如权利要求21所述的外科器械，其特征在于：该第一工作件移动元件的第一端至少部分缠绕在该推进机构的该第一组合滑轮组件的最顶层的空转轮上并朝该承载板的近端延伸，以在与该第一工作件移动驱动器固定连接前，引导穿过第二导向机构。

23.如权利要求21所述的外科器械，其特征在于：该第一工作件移动元件的第二端至少部分缠绕在该推进机构的该第二组合滑轮组件的最底层的空转轮上，穿过第二导向轮的外圆周，并在与该第一工作件移动驱动器固定连接前，进一步被该第二导向机构导向，该第二导向轮形成通道机构的一部分。

24.如权利要求20所述的外科器械，其特征在于：该第二工作件移动元件的第一端至少部分缠绕在该推进机构的第二组合滑轮组件的最顶层的空转轮上，并朝该承载板的近端延伸以在与该第二工作件移动驱动器固定连接前，被第二导向机构导向。

25.如权利要求20所述的外科器械，其特征在于：该第二工作件移动元件的第二端至少部分缠绕在该推进机构的第一组合滑轮组件的最底层的空转轮上，穿过第一导引滑轮的外圆周，并在与该第二工作件移动驱动器固定连接前，进一步被该第二导向机构导向，该第一导引滑轮形成该通道机构的一部分。

26.如权利要求23所述的外科器械，其特征在于：该第二导向机构包括按堆叠设置排列的一组空转轮，以使得每组空转轮中顶层的空转轮分别收容该第一工作件移动细长元件和该第二工作件移动细长元件的第一端，底层的空转轮轮换收容工作件移动细长元件的第二端，从而同一堆叠的底层空转轮收容第一工作件移动元件的第二端且其顶层空转轮收容第二工作件移动细长元件的第一端，该堆叠的底层空转轮收容该第二工作件移动元件的第二端且其顶层空转轮收容第一工作件移动细长元件的第一端。

27.如权利要求26所述的外科器械，其特征在于：被该顶层空转轮收容的该第一工作件移动细长元件与被该第二套空转轮收容的第二工作件移动细长元件被保持在不同平面，从而，每个该第一工作件移动细长元件及第二工作件移动细长元件的端部呈十字交叉设置，并保持最小间隙，从而当其相对彼此执行工作件的类剪刀的运动时，相互之间无摩擦。

28.如权利要求23所述的外科器械，其特征在于：该通道机构由该第一导向轮及该第二导向轮组成，该第二导向轮与该推进机构所在的平面不同，从而使该第二工作件移动细长元件及第一工作件移动细长元件的第二端分别穿过其外圆周，从而当其延伸至该承载板的近端时可避免细长元件交叉。

29.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该第一工作件移动驱动器及该第二工作件移动驱动器均包括细长驱动器轴，多沟槽滑轮组件通过紧固机构固定安装在该细长驱动器轴上，该多沟槽滑轮用于分别收容该第一工作件移动细长元件及该第二工作件细长元件，该细长元件被预张紧至最大操作张力的至少一半值以消除任何松弛。

30.如权利要求29所述的外科器械，其特征在于：该多沟槽滑轮包括在其圆周上的一对相同的圆盘，该对相同的圆盘与该工作件移动驱动器轴固定连接，其中至少一个圆盘为分离盘，其包括两个半圆形部分，该两个半圆形部分中的至少一个用于使该工作件移动细长元件预张紧，该两个半圆形凸起形成一个完整的穿孔圆盘。

31.如权利要求29所述的外科器械，收容该工作件移动细长元件的该多沟槽滑轮开设有一个或多个间隔孔洞，该一个或多个孔洞在尺寸上适于收容该细长元件，该细长元件还用于收容海波管，该海波管保持至少部分压缩以在张紧状态时自动锁住该细长元件。

32.如权利要求30所述的外科器械，其特征在于：该两个对应的工作件移动驱动器的且用于预张紧的该半圆形圆盘部稍微松开，并反向转动，以使每个该工作件移动细长元件预张紧至一需要的程度。

33.如权利要求30所述的外科器械，其特征在于：每个该工作件移动驱动器的该驱动器轴还安装有至少一个轴承，以减小该多沟槽滑轮的径向游隙。

34.如权利要求1所述的外科器械，其特征在于：该承载板还收容驱动器，该驱动器主动地与齿轮组件啮合，以使该轴能够绕该轴轴线转动。

35.如权利要求34所述的外科器械，其特征在于：该齿轮组件包括两个或两个以上堆叠设置的齿轮，从而通过有效地耦合该齿轮组件与该驱动器可达到该轴转动所需的动力。

36.如权利要求34所述的外科器械，其特征在于：该齿轮组件包括多个齿轮，优选地，该齿轮为具有传动比为1:1的直齿轮。

37.如权利要求7所述的外科器械，其特征在于：该驱动器还与磁性编码器耦合以完成动作控制，其为动作创造闭环，该闭环帮助界定驱动器的轨迹以重置所述工作件的动作。