CN106377315A - 一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，包括柔性手术工具和驱动单元；柔性手术工具包括远端结构体、近端结构体和中部连接体；远端结构体包括远端构节，远端构节包括远端间隔盘、远端固定盘和结构骨；近端结构体包括近端构节，近端构节包括近端间隔盘、近端固定盘和结构骨；中部连接体包括通道固定板和结构骨引导通道；驱动单元包括电机部、运动转换部和直线运动机构；电机部包括第一固定板和第一电机，运动转换部包括传动链，传动链将第一电机的旋转输出转换为输出杆的直线运动且通过无菌屏障传递给直线运动机构的推拉杆，直线运动机构的输出端与驱动骨的一端连接。

Description

一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统

技术领域

本发明涉及一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，属于医疗器械领域。

背景技术

多孔腹腔镜微创手术因其创口小、术后恢复快，已经在外科手术中占据了重要的地位。现有Intuitive Surgical公司的da Vinci手术机器人辅助医生完成多孔腹腔镜微创手术，取得了商业上的巨大成功。

微创术式在多孔腹腔镜手术之后又发展出单孔腹腔镜手术和经自然腔道的无创手术，它们对病人创伤更小、术后产出更高。但在单孔腹腔镜手术和经自然腔道的无创手术中，包括视觉照明模块和手术操作臂在内的所有手术器械均通过单一通道达到术部，这对手术器械的制备要求极为苛刻。现有手术器械的远端结构主要为多杆件的串联铰接，采用钢丝绳拉力驱动，使手术器械在铰接关节处实现弯转。由于钢丝绳须通过滑轮保持持续的张紧状态，这一驱动方式难以实现手术器械的进一步小型化，亦难以进一步提升器械的运动性能。

虽然Intuitive Surgical公司近期推出了da Vinci Single-Site手术机器人，其将原有的刚性手术器械改造为半刚性手术器械，并增加了预弯曲套管，一定程度上提升了手术器械的运动性能，但仍无法从根本上解决传统微型手术器械所面临的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，该柔性手术工具系统能够较好地应用于经人体自然腔道或经单一手术切口并且实施手术的机器人系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：它包括柔性手术工具和驱动单元；所述柔性手术工具包括由远端结构体、近端结构体和中部连接体构成的柔性连续体结构；所述远端结构体包括至少一个远端构节，所述远端构节包括远端间隔盘、远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括数量与所述远端构节数相等的近端构节，所述近端构节包括近端间隔盘、近端固定盘和结构骨；所述中部连接体包括两个通道固定板和设置在两所述通道固定板之间的结构骨引导通道；所述远端构节中的结构骨与所述近端构节中的结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨，所述结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接，依次穿过所述近端间隔盘、所述结构骨引导通道、所述远端间隔盘，另一端与所述远端固定盘紧固连接；所述驱动单元包括电机部、运动转换部和多个直线运动机构，在所述运动转换部与所述直线运动机构之间设置有无菌屏障；所述电机部包括第一固定板和紧固连接在所述第一固定板上的第一电机，所述运动转换部包括多个传动链，每一所述传动链将所述第一电机的旋转输出转换为两根输出杆的直线运动，所述输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述直线运动机构的输入端推拉杆，所述直线运动机构的输出端与一根驱动骨的一端紧固连接，所述驱动骨穿过所述近端间隔盘，另一端与所述近端固定盘紧固连接。

所述直线运动机构包括紧固连接在两个所述通道固定板之间的光轴和滑动连接在所述光轴上的滑块，所述滑块作为所述直线运动机构的输出端与所述驱动骨紧固连接，所述滑块还与所述推拉杆的一端紧固连接，所述推拉杆的另一端穿过所述通道固定板且通过所述无菌屏障与所述输出杆连接。

所述无菌屏障包括导杆基座和可滑动地穿过所述导杆基座的导杆；所述导杆连接在所述输出杆与所述推拉杆之间；在所述导杆基座上紧固连接有用于将系统可消毒的部分与未消毒的部分进行隔离的无菌膜。

所述导杆的后端设置有用于与所述输出杆连接的第一快速锁紧头，所述第一快速锁紧头包括两第二滑块和一弹性环，两所述第二滑块相向嵌合在一起，两所述第二滑块通过位于各自左、右两侧的一字槽夹持住所述弹性环，两个所述第二滑块均设置有中心孔，两所述第二滑块在各自的所述中心孔上设置有一月牙形凸起，两所述月牙形凸起呈相对布置。

所述导杆的前端设置有用于与所述推拉杆连接的第二快速锁紧头，所述推拉杆的后端设置有环形槽，所述第二快速锁紧头上设置有与所述推拉杆后端形状相匹配的特征槽，所述特征槽的开口位于所述第二快速锁紧头的侧面；在所述中部连接体的外部设置有柔性手术工具连接壳，所述中部连接体和近端结构体均位于所述柔性手术工具连接壳的内部；在所述导杆基座的前侧设置有用于与所述柔性手术工具连接壳连接的快速锁合机构。

所述快速锁合机构包括通过复位弹簧与所述导杆基座连接的周向限位块，在所述周向限位块的外侧设置有呈L形的第一限位槽，在所述导杆基座的前侧边缘设置有无菌屏障连接壳，在所述无菌屏障连接壳的前端设置有多个呈周向延伸且仅有一个开口的第二限位槽；在所述柔性手术工具连接壳的后端的内侧设置有用于在所述第一限位槽中滑动的第一凸起特征，在所述柔性手术工具连接壳的后端的外侧设置有用于在所述第二限位槽中滑动的第二凸起特征；所述第一凸起特征沿所述第一限位槽的周向段滑动至轴向段所在的位置时，所述第二凸起特征达到所述第二限位槽的底部，同时所述推拉杆的后端进入所述第二锁紧头的特征槽中且所述第二锁紧头的特征槽形成匹配连接状态。

所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；每一所述传动链包括间隔转动支撑在所述第三固定板与所述第四固定板之间的第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆的后端依次穿过所述第三固定板和第二固定板且通过联轴器与所述第一电机的输出轴连接，在位于所述第二固定板与所述第三固定板之间的所述第一螺杆上紧固连接第一齿轮，所述第一齿轮通过惰轮传动连接第二齿轮，所述第二齿轮紧固连接在所述第二螺杆上；在位于所述第三固定板与所述第四固定板之间的所述第一螺杆和第二螺杆上分别配合连接有第一螺母和第二螺母；两根所述输出杆分别与第一螺母和第二螺母紧固连接且前端穿过所述第四固定板。

在所述远端结构体的前端设置有手术执行器，所述手术执行器控线从所述远端结构体中穿过，另一端与位于两所述通道固定板之间的手术执行器驱动机构连接；手术执行器驱动机构包括前端与所述控线紧固连接的第一手术执行器推杆，所述第一手术执行器推杆的后端垂直紧固连接在第二手术执行器推杆的中部，所述第二手术执行器推杆的两端分别紧固连接第二推拉杆的一端，所述第二推拉杆的另一端穿过所述通道固定板且向后延伸；在所述第一固定板上紧固连接有第二电机，所述运动转换部还包括第二传动链，所述第二传动链将所述第二电机的旋转输出转换为两根第二输出杆的直线运动；所述第二输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述第二推拉杆。

所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；所述第二传动链包括第三螺杆，所述第三螺杆后端通过位于第一固定板与第二固定板之间的联轴器与所述第二电机连接，所述第三固定板和第四固定板共同转动支撑所述第三螺杆，在位于所述第三固定板与第四固定板之间的所述第三螺杆上配合连接有第三螺母，所述第三螺母与两根杆紧固连接，两根所述杆的前端穿过所述第四固定板并共同支撑一个连接块，在所述连接块的前侧紧固连接两根所述第二输出杆。

还包括驱动单元壳体，所述第一固定板与所述驱动单元壳体转动连接，所述驱动单元壳体的内壁紧固连接有内齿圈，在所述第一固定板上紧固连接有第三电机，所述第三电机的输出轴紧固连接有齿轮，所述齿轮与所述内齿圈啮合。

还包括驱动单元壳体和线性模组，所述线性模组包括支架体、紧固连接在所述支架体上的第四电机以及与所述第四电机的输出轴紧固连接的直线进给机构，所述直线进给机构的输出端紧固连接所述驱动单元壳体，所述第四电机通过所述直线进给机构驱动所述驱动单元壳体带动所述驱动单元、无菌屏障和柔性手术工具进行直线运动。

所述直线进给机构包括转动连接在所述支架体上的丝杠，在所述丝杠上套设有与所述丝杠通过螺纹配合的第三滑块，在所述支架体上设置有直线滑槽，所述第三滑块滑动设置在所述直线滑槽中；所述第四电机的输出轴通过联轴器与所述丝杠紧固连接。

所述第一螺杆和所述第二螺杆的螺旋方向不同，并且所述第一螺杆与所述第二螺杆的螺距相同。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用包括近端结构体、中部连接体和远端结构体的柔性连续体结构为主体，并配合以驱动单元，其中，远端结构体通过中部连接体与近端结构体关联，驱动单元与近端结构体关联，当驱动单元驱动近端结构体向任意方向弯转时，远端结构体相应地向相反的方向弯转，因此可实现由远端结构体和封皮所构成的柔性手术臂的任意向弯转运动。2、本发明驱动单元包括直线运动机构、电机部和运动转换部，其中，直线运动机构的推拉杆通过驱动骨连接近端结构体，运动转换部中的传动链能够将电机部中电机的输出转换为两根输出杆的协同直线运动，该输出杆与直线运动机构的推拉杆通过无菌屏障进行连接，从而有效地将系统未消毒的部分与已消毒的部分进行隔离，保证临床手术的可实施性。3、本发明无菌屏障包括导杆，导杆的一端与传动链的输出杆通过第一快速锁紧头连接，另一端与直线运动机构的推拉杆通过第二快速锁紧头连接，因此，增强了整个系统的模块化和使用灵活性。4、本发明在远端结构体的前端设置有手术执行器，手术执行器的控线穿过远端结构体，另一端与位于中部连接体处的手术执行器驱动机构连接，并且在电机部设置有用于驱动控线推拉的电机，电机的输出通过另一传动链穿过无菌屏障到达手术执行器驱动机构，从而实现对手术执行器的动作控制。5、本发明在驱动单元壳体的内壁紧固连接有内齿圈，在电机部设置有电机，电机的输出轴紧固连接与内齿圈啮合的齿轮，因此，利用电机能驱动除驱动单元壳体、内齿圈以外的部分整体进行旋转，从而对手术执行器的横滚角度进行调节。6、本发明还设置有线性模组，其与驱动单元壳体进行连接，从而可以通过驱动单元壳体带动驱动单元、无菌屏障以及柔性手术工具进行线性进给运动。

本发明可应用于单孔腔镜手术，也可应用于经自然腔道无创手术。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明远端结构体的结构示意图；

图3是本发明柔性手术工具和直线运动机构的结构示意图；

图4是本发明近端结构体的结构示意图；

图5是本发明中部连接体的结构示意图；

图6是本发明直线运动机构及手术执行器驱动机构的结构示意图；

图7是本发明驱动单元的电机部及运动转换部的结构示意图；

图8是本发明传动链及第二传动链的结构示意图；

图9是本发明无菌屏障的结构示意图；

图10是本发明无菌屏障与推拉杆的连接结构示意图；

图11是本发明柔性手术工具连接壳后端的结构示意图；

图12是本发明第一锁紧头的拆分结构示意图；

图13是本发明第一锁紧头在另一视角下的结构示意图；

图14是本发明部分驱动单元及线性模组的结构示意图；

图15是本发明远端结构体采用柔性鞘套时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括柔性手术工具10和驱动单元20。柔性手术工具10包括由远端结构体101(如图2所示)、近端结构体102(如图3所示)和中部连接体103(如图5所示)构成的柔性连续体结构。其中，远端结构体101通过中部连接体103与近端结构体102关联；驱动单元20与近端结构体102关联，当驱动单元20驱动近端结构体102向任意方向弯转时，远端结构体101相应地向相反的方向弯转。

如图2所示，远端结构体101包括第一远端构节104和第二远端构节105。第一远端构节104包括第一远端间隔盘106、第一远端固定盘107和第一构节结构骨108；第二远端构节105包括第二远端间隔盘109、第二远端固定盘110和第二构节结构骨111。其中，第一远端间隔盘106和第二远端间隔盘109分别间隔分布于第一远端构节104和第二远端构节105中，作用是防止第一构节结构骨108和第二构节结构骨111在受推时失稳。

如图3、图4所示，近端结构体102包括第一近端构节112和第二近端构节113。第一近端构节112包括第一近端间隔盘114、第一近端固定盘115和第一构节结构骨116；第二近端构节113包括第二近端间隔盘117、第二近端固定盘118和第二构节结构骨119。其中，第一近端间隔盘114和第二近端间隔盘117分别间隔分布于第一近端构节112和第二近端构节113中，作用是防止第一构节结构骨116和第二构节结构骨119在受推时失稳。位于第一近端构节112上的第一构节结构骨116与位于第一远端构节104上的第一构节结构骨108一一对应紧固连接或为同一根结构骨；位于第二近端构节113上的第二构节结构骨119与位于第二远端构节105上的第二构节结构骨111一一对应紧固连接或为同一根结构骨。对于每一近端构节112、113和每一远端构节104、105，结构骨的数量为三根以上。

如图5所示，中部连接体103包括两个通道固定板120和固定连接在两个通道固定板120之间的结构骨引导通道121。第一构节结构骨116(108)的一端与第一近端固定盘115紧固连接，另一端依次穿过第一近端间隔盘114、结构骨引导通道121、第一远端间隔盘106后与第一远端固定盘107紧固连接。第二构节结构骨119(111)的一端与第二近端固定盘118紧固连接，另一端依次穿过第二近端间隔盘117、结构骨引导通道121、第一远端构节104、第二远端间隔盘109后与第二远端固定盘110紧固连接。结构骨引导通道121的作用是保持结构骨受推、拉力时形状不变。在中部连接体103的外部设置有柔性手术工具连接壳30，柔性手术工具10的中部连接体103和近端结构体102均位于柔性手术工具连接壳30的内部，且两个通道固定板120与柔性手术工具连接壳30紧固连接。

上述远端结构体101所包括的远端构节数以及近端结构体102所包括的近端构节数也可以是一个或者多于两个，但是近端构节数须与远端构节数保持一致。此外，当远端结构体101所包括的远端构节数为两个以上时，各远端构节之间采用串联的方式连接，即第二构节结构骨从第一远端固定盘、第一远端间隔盘(若第一构节结构骨采用管状结构，也可从第一构节结构骨内穿过)上穿过；当近端结构体102所包括的近端构节数为两个以上时，各构节之间可以采用串联连接、独立设置和嵌套设置(如图4所示)等。

驱动单元20包括多个设置在两个通道固定板120之间的直线运动机构201(如图3、图6所示)，每一个直线运动机构201包括一根推拉杆205和一个与推拉杆205紧固连接的滑块204，滑块204与一根驱动骨202的一端紧固连接，驱动骨202的另一端穿过第一近端间隔盘114后与第一近端固定盘115紧固连接，或穿过第二近端间隔盘117后与第二近端固定盘118紧固连接。在本实施例中，驱动骨202共有八根，其中的四根与第一近端固定盘115紧固连接，另四根与第二近端固定盘118紧固连接。通过直线运动机构201协同推拉与第一近端构节112连接的驱动骨202，可实现第一近端构节112在任意方向上的弯转自由度，当第一近端构节112向某个方向弯转时，第一远端构节104将以一定的比例关系(由第一构节结构骨116和第一构节结构骨108的分布半径共同决定)向相反的方向弯转；类似地，通过直线运动机构201协同推拉与第二近端构节113连接的驱动骨202，可实现第二近端构节113在任意方向上的弯转自由度，当第二近端构节113向某个方向弯转时，第二远端构节105将以一定的比例关系(由第二构节结构骨119和第二构节结构骨111的分布半径共同决定)向相反的方向弯转。

如图6所示，直线运动机构201还包括固定连接在两个通道固定板120之间的光轴203；滑块204滑动连接在光轴203上；推拉杆205穿过通道固定板120向后延伸。

如图7、图8所示，驱动单元20还包括电机部206和运动转换部207，电机部206包括第一固定板208和多个(本实施例为四个)与第一固定板208紧固连接的用于为驱动骨202提供驱动力的电机209；本实施例中，运动转换部207包括多条(本实施例为四条)传动链210，每条传动链210将一个电机209的旋转输出转换为两根输出杆222、223的直线运动，两根输出杆222、223的直线运动最终相应地传递给两根推拉杆205，从而带动一对驱动骨202完成协同推拉运动。

如图7、图8所示，运动转换部207还包括设置在第一固定板208前方的第二固定板211、第三固定板212和第四固定板213。每一传动链210包括间隔转动支撑在第三固定板212与第四固定板213之间的第一螺杆214和第二螺杆215，其中，第一螺杆214的一端顺次穿过第三固定板212和第二固定板211且通过联轴器216与电机209的输出轴连接。在位于第二固定板211与第三固定板212之间的第一螺杆214上紧固连接第一齿轮217；第一齿轮217通过惰轮218传动连接第二齿轮219，第二齿轮219紧固连接在第二螺杆215上，第二螺杆215的一端穿过第三固定板212。第一螺杆214和第二螺杆215的螺旋方向须不同，如第一螺杆213和第二螺杆214分别为左旋螺杆和右旋螺杆，优选地，第一螺杆213和第二螺杆214的螺距相同。在位于第三固定板212与第四固定板213之间的第一螺杆214和第二螺杆215上分别配合连接有第一螺母220和第二螺母221，第一螺母220与输出杆222紧固连接，第二螺母221与输出杆223紧固连接。输出杆222和输出杆223穿过第四固定板213，作为传动链210的输出端。

如图1、图9和图10所示，驱动单元20的直线运动机构201与运动转换部207之间通过无菌屏障224进行连接。无菌屏障224包括导杆基座225、可滑动地穿过导杆基座225的导杆226、设置在导杆226的后端的用于与传动链210的输出杆222或输出杆223连接的第一快速锁紧头227、设置在导杆226前端的用于与推拉杆205连接的第二快速锁紧头228以及设置在导杆基座225前侧的用于与柔性手术工具连接壳30连接的快速锁合机构229。在导杆基座225上紧固连接有无菌膜230，用于将系统可消毒的部分(如柔性手术工具10、直线运动机构201等位于无菌屏障223之前的部分)与未消毒的部分(如运动转换部207、电机部206、线性模组50等位于无菌屏障223之后的部分)进行隔离，保证手术的临床可实施性。

快速锁合机构229包括滑动设置在导杆基座225上且与导杆基座225通过复位弹簧231连接的周向限位块232，在周向限位块232的外侧设置有呈L形的第一限位槽233。在导杆基座225的前侧边缘设置有无菌屏障连接壳234，在无菌屏障连接壳234的前端设置有多个沿周向分布且仅有一个开口的第二限位槽235。推拉杆205的后端设置有一环形槽236，在第二快速锁紧头228上设置有与推拉杆205的后端形状相匹配的特征槽237，特征槽237的开口位于第二快速锁紧头228的侧面，以便于推拉杆205的后端可以从第二快速锁紧头228的一侧进入到特征槽237中。本发明柔性手术工具连接壳30及推拉杆205与无菌屏障224的连接过程如下：在柔性手术工具连接壳30的后端的内侧设置有第一凸起特征301，在柔性手术工具连接壳30的后端的外侧设置有第二凸起特征302(如图11所示)，将柔性手术工具连接壳30的第一凸起特征301顶在周向限位块232上的第一限位槽233周向端的一边，并沿轴向挤压周向限位块232，复位弹簧231被压缩，直至柔性手术工具连接壳30的端面顶住无菌屏障连接壳234的端面，此时，柔性手术工具连接壳30外侧的第二凸起特征302到达第二限位槽235的开口处，同时各推拉杆205的后端位于第二快速锁紧头228的侧面且对准特征槽237的开口(如图10所示)；然后，在第二限位槽235的引导下，将柔性手术工具连接壳30沿周向旋转至极限位置，此时，柔性手术工具连接壳30上的第二凸起特征302沿第二限位槽235滑到底，同时各推拉杆205的后端进入第二快速锁紧头228上的特征槽237内，使推拉杆205与导杆226在轴向上实现连接，此时，柔性手术工具连接壳30上的第一凸起特征301进入到第一限位槽233周向段与轴向段的连接处，由于此时第一凸起特征301不再挤压周向限位块232，周向限位块232在复位弹簧231的作用下向远离导杆基座225的方向弹起，使第一凸起特征301进入到第一限位槽233轴向段的底部，至此，完成柔性手术工具连接壳30与无菌屏障连接壳234、以及各推拉杆205与第二快速锁紧头228之间的连接。从无菌屏障224上拆下柔性手术工具连接壳30及其内部结构的过程与上述安装过程相反：在无菌屏障连接壳234上设置有沿轴向分布的长槽238，在长槽238中滑动设置一扳钮239，扳钮239的一端穿过长槽238后与周向限位块232紧固连接。当需要拆下柔性手术工具连接壳30时，首先沿轴向推动扳钮239的另一端使周向限位块232向靠近导杆基座225的方向运动并压缩复位弹簧231，在此过程中，第一凸起特征301沿第一限位槽233的轴向段运动，当第一凸起特征301滑动至第一限位槽233周向段与轴向段的连接处时，将柔性手术工具连接壳30沿周向进行旋转，直至第一凸起特征301从第一限位槽233的周向段滑出，此时第二凸起特征302亦从第二限位槽235中滑出，各推拉杆205从第二快速锁紧头228的侧面脱离。

如图12、图13所示，第一快速锁紧头227包括两个滑块240、241和一个弹性环242，其中，两个滑块240、241结构相同且相向嵌合在一起，两个滑块240、241分别通过位于各自左、右两侧的一字槽夹持住弹性环242。两个滑块240、241均设置有中心孔，两个滑块均在各自的中心孔上设置一月牙形凸起243、244，两个月牙形凸起243、244呈相对布置。本发明第一快速锁紧头227的锁紧状态如图13所示，当两个滑块240、241承受侧向压力时，弹性环242变形，使得滑块243、244分别在各自受力的方向上移动，此时两月牙形凸起243、244相互背向移动，两月牙形凸起243、244的圆心趋于重合，形成的孔变大，当两个月牙形凸起243、244形成闭合的圆孔时，可使输出杆222或输出杆223插入第一快速锁紧头227中，卸去压力后，弹性环242凭借自身弹性复原，推动两滑块240、241使得两个月牙形凸起243、244相向运动，并对输出杆222或输出杆223形成夹持力，在输出杆222或输出杆223的端部设置有环形槽，两个月牙形凸起243、244卡在输出杆222或输出杆223的环形槽内，从而实现导杆226与输出杆222或输出杆223的紧固连接。同样地，通过对两个滑块240、241再次施加侧向压力即可拔出输出杆222或输出杆223。

上述实施例中，在远端结构体101的前端设置有手术执行器40(如图1、图2所示)，手术执行器40的控线401从远端结构体101中穿过，另一端与位于通道固定板120上的手术执行器驱动机构402(如图6所示)连接，手术执行器驱动机构402通过对控线401的物理推拉实现对手术执行器40(如手术钳)的控制。控线401同样也可以传递如电能、高频振动等各种形式的能量从而实现手术执行器40的特定手术功能。手术执行器驱动机构402包括前端与控线401紧固连接的第一手术执行器推杆403(如图6所示)，第一手术执行器推杆403的后端垂直紧固连接在第二手术执行器推杆404的中部，第二手术执行器推杆404的两端分别紧固连接推拉杆405的一端，推拉杆405的另一端穿过通道固定板120向后延伸。相应地，在第一固定板208上紧固连接有用于为推拉杆405提供驱动力的电机406(如图8所示)，电机406的输出轴通过联轴器407连接螺杆408的一端，螺杆408的另一端转动支撑在第四固定板213上，在位于第三固定板212与第四固定板213之间的螺杆408上配合连接有螺母409，螺母409与两根杆410紧固连接，两根杆410的前端穿过第四固定板213并共同支撑一个连接块411，在连接块411前侧间隔紧固连接两个输出杆412，输出杆412与推拉杆405之间亦通过前述的无菌屏障224上的导杆226进行连接。

上述实施例中，如图1、图7和图14所示，本发明还包括驱动单元壳体50，第一固定板208、第二固定板211、第三固定板212和第四固定板213均与驱动单元壳体50转动连接，驱动单元壳体50的内壁紧固连接内齿圈501，在第一固定板208上紧固连接有电机502，电机502的输出轴紧固连接齿轮503，齿轮503与内齿圈501啮合。当电机502的输出轴旋转时，其带动齿轮503旋转，齿轮503将沿内齿圈501的周向行走，从而带动除驱动单元壳体50和内齿圈501以外的全部结构绕内齿圈501的轴线进行旋转，从而实现对远端结构体101和手术执行器40的横滚角度控制。

上述实施例中，如图1、图14所示，本发明还包括线性模组60，其包括带有滑槽的支架体601，在支架体601上转动设置有丝杠602，在丝杠602上套设有与丝杠602通过螺纹配合且滑动设置在滑槽中的滑块603，在支架体601的一端设置有电机604，电机604的输出轴与丝杠602通过联轴器紧固连接。驱动单元壳体50与滑块603紧固连接。当电机604的输出轴转动时，滑块603将带动驱动单元壳体50沿滑槽做线性运动，从而实现柔性手术工具10的进给运动。

上述实施例中，如图1所示，在远端结构体101的外部设置有封皮122，其作用为改善远端结构体101进入人体自然腔道或手术切口的顺畅性。在封皮122的外部还可以设置鞘套70(如图2所示)，在一种应用中，鞘套70固定于腹腔的单一切口处，远端结构体101连同封皮122、手术执行器40可以自由穿过鞘套70上供手术工具通过的通孔到达术部。如图15所示，鞘套70也可以采用柔性鞘套，其可以更容易地伸入人体的各类自然腔道并随着腔道的形状而自适应改变外形，柔性鞘套的一端固定于腔道入口处，远端结构体101连同封皮122、手术执行器40同样可以自由穿过柔性鞘套上供手术工具通过的通孔到达术部。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (13)

1.一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：它包括柔性手术工具和驱动单元；所述柔性手术工具包括由远端结构体、近端结构体和中部连接体构成的柔性连续体结构；所述远端结构体包括至少一个远端构节，所述远端构节包括远端间隔盘、远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括数量与所述远端构节数相等的近端构节，所述近端构节包括近端间隔盘、近端固定盘和结构骨；所述中部连接体包括两个通道固定板和设置在两所述通道固定板之间的结构骨引导通道；所述远端构节中的结构骨与所述近端构节中的结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨，所述结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接，依次穿过所述近端间隔盘、所述结构骨引导通道、所述远端间隔盘，另一端与所述远端固定盘紧固连接；

所述驱动单元包括电机部、运动转换部和多个直线运动机构，在所述运动转换部与所述直线运动机构之间设置有无菌屏障；所述电机部包括第一固定板和紧固连接在所述第一固定板上的第一电机，所述运动转换部包括多个传动链，每一所述传动链将所述第一电机的旋转输出转换为两根输出杆的直线运动，所述输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述直线运动机构的输入端推拉杆，所述直线运动机构的输出端与一根驱动骨的一端紧固连接，所述驱动骨穿过所述近端间隔盘，另一端与所述近端固定盘紧固连接。

2.如权利要求1所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述直线运动机构包括紧固连接在两个所述通道固定板之间的光轴和滑动连接在所述光轴上的滑块，所述滑块作为所述直线运动机构的输出端与所述驱动骨紧固连接，所述滑块还与所述推拉杆的一端紧固连接，所述推拉杆的另一端穿过所述通道固定板且通过所述无菌屏障与所述输出杆连接。

3.如权利要求1所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述无菌屏障包括导杆基座和可滑动地穿过所述导杆基座的导杆；所述导杆连接在所述输出杆与所述推拉杆之间；在所述导杆基座上紧固连接有用于将系统可消毒的部分与未消毒的部分进行隔离的无菌膜。

4.如权利要求3所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述导杆的后端设置有用于与所述输出杆连接的第一快速锁紧头，所述第一快速锁紧头包括两第二滑块和一弹性环，两所述第二滑块相向嵌合在一起，两所述第二滑块通过位于各自左、右两侧的一字槽夹持住所述弹性环，两个所述第二滑块均设置有中心孔，两所述第二滑块在各自的所述中心孔上设置有一月牙形凸起，两所述月牙形凸起呈相对布置。

5.如权利要求3所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述导杆的前端设置有用于与所述推拉杆连接的第二快速锁紧头，所述推拉杆的后端设置有环形槽，所述第二快速锁紧头上设置有与所述推拉杆后端形状相匹配的特征槽，所述特征槽的开口位于所述第二快速锁紧头的侧面；

在所述中部连接体的外部设置有柔性手术工具连接壳，所述中部连接体和近端结构体均位于所述柔性手术工具连接壳的内部；在所述导杆基座的前侧设置有用于与所述柔性手术工具连接壳连接的快速锁合机构。

6.如权利要求5所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述快速锁合机构包括通过复位弹簧与所述导杆基座连接的周向限位块，在所述周向限位块的外侧设置有呈L形的第一限位槽，在所述导杆基座的前侧边缘设置有无菌屏障连接壳，在所述无菌屏障连接壳的前端设置有多个呈周向延伸且仅有一个开口的第二限位槽；在所述柔性手术工具连接壳的后端的内侧设置有用于在所述第一限位槽中滑动的第一凸起特征，在所述柔性手术工具连接壳的后端的外侧设置有用于在所述第二限位槽中滑动的第二凸起特征；所述第一凸起特征沿所述第一限位槽的周向段滑动至轴向段所在的位置时，所述第二凸起特征达到所述第二限位槽的底部，同时所述推拉杆的后端进入所述第二锁紧头的特征槽中且所述第二锁紧头的特征槽形成匹配连接状态。

7.如权利要求1所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；每一所述传动链包括间隔转动支撑在所述第三固定板与所述第四固定板之间的第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆的后端依次穿过所述第三固定板和第二固定板且通过联轴器与所述第一电机的输出轴连接，在位于所述第二固定板与所述第三固定板之间的所述第一螺杆上紧固连接第一齿轮，所述第一齿轮通过惰轮传动连接第二齿轮，所述第二齿轮紧固连接在所述第二螺杆上；在位于所述第三固定板与所述第四固定板之间的所述第一螺杆和第二螺杆上分别配合连接有第一螺母和第二螺母；两根所述输出杆分别与第一螺母和第二螺母紧固连接且前端穿过所述第四固定板。

8.如权利要求1所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：在所述远端结构体的前端设置有手术执行器，所述手术执行器控线从所述远端结构体中穿过，另一端与位于两所述通道固定板之间的手术执行器驱动机构连接；手术执行器驱动机构包括前端与所述控线紧固连接的第一手术执行器推杆，所述第一手术执行器推杆的后端垂直紧固连接在第二手术执行器推杆的中部，所述第二手术执行器推杆的两端分别紧固连接第二推拉杆的一端，所述第二推拉杆的另一端穿过所述通道固定板且向后延伸；

在所述第一固定板上紧固连接有第二电机，所述运动转换部还包括第二传动链，所述第二传动链将所述第二电机的旋转输出转换为两根第二输出杆的直线运动；所述第二输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述第二推拉杆。

9.如权利要求8所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；所述第二传动链包括第三螺杆，所述第三螺杆后端通过位于第一固定板与第二固定板之间的联轴器与所述第二电机连接，所述第三固定板和第四固定板共同转动支撑所述第三螺杆，在位于所述第三固定板与第四固定板之间的所述第三螺杆上配合连接有第三螺母，所述第三螺母与两根杆紧固连接，两根所述杆的前端穿过所述第四固定板并共同支撑一个连接块，在所述连接块的前侧紧固连接两根所述第二输出杆。

10.如权利要求1所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：还包括驱动单元壳体，所述第一固定板与所述驱动单元壳体转动连接，所述驱动单元壳体的内壁紧固连接有内齿圈，在所述第一固定板上紧固连接有第三电机，所述第三电机的输出轴紧固连接有齿轮，所述齿轮与所述内齿圈啮合。

11.如权利要求1所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：还包括驱动单元壳体和线性模组，所述线性模组包括支架体、紧固连接在所述支架体上的第四电机以及与所述第四电机的输出轴紧固连接的直线进给机构，所述直线进给机构的输出端紧固连接所述驱动单元壳体，所述第四电机通过所述直线进给机构驱动所述驱动单元壳体带动所述驱动单元、无菌屏障和柔性手术工具进行直线运动。

12.如权利要求11所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述直线进给机构包括转动连接在所述支架体上的丝杠，在所述丝杠上套设有与所述丝杠通过螺纹配合的第三滑块，在所述支架体上设置有直线滑槽，所述第三滑块滑动设置在所述直线滑槽中；所述第四电机的输出轴通过联轴器与所述丝杠紧固连接。

13.如权利要求7所述的一种采用无菌屏障的柔性手术工具系统，其特征在于：所述第一螺杆和所述第二螺杆的螺旋方向不同，并且所述第一螺杆与所述第二螺杆的螺距相同。