CN107095704B - 一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳 - Google Patents

一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗微创器械技术领域，尤其涉及一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳,包括夹持主体单元，还包括手柄单元、钳端单元和牵引丝单元；所述手柄单元支撑所述夹持主体单元并导引其变形；所述钳端单元为手术钳提供平行夹持面；所述牵引丝单元包括两个部分，分别是夹紧控制线和放松控制线。本发明能够在手术钳夹持展开过程中实现双稳态性能，与传统手术钳相比，不需要克服传统铰链的摩擦力，从而降低了力损耗，提高了机械效益。

Description

一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳
技术领域
本发明涉及医疗微创器械技术领域，尤其涉及一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳。
背景技术
微创手术是通过微创器械和现代化数字诊疗设备进行的诊断和治疗操作，与传统外科手术相比，介入治疗具有出血少、创伤小、并发症少、安全可靠、术后恢复快等优点，微创手术正在被越来越多的医生和患者所采纳。手术钳是微创手术中非常重要的一类夹持工具，术者通过手术钳主要实现对组织的抓取、分离、移位、牵引等操作，手术钳通过仪器通道在闭合的状态下进入人体体内，在接近组织器官时张开进行夹持，手术钳性能的评价指标主要包括夹持力和摩擦力，过小的夹持力和摩擦力容易使组织滑脱手术钳，而过大的夹持力和摩擦力又会造成组织损伤，因此在设计手术钳时应遵循“夹而不滑，持而不伤”原则。
然而，传统手术钳采用由刚性构件靠运动副连接而成的微型机械结构，由于体表微小切口的限制，引起了手术钳零件的加工、装配以及由运动副引起摩擦、磨损、间隙等问题，这些问题均使手术钳的机械效益低、精度差、寿命减小、成本增加，且在体表直径要求更小微创手术中，仍难以获得直径尺寸与夹紧力均能符合要求的手术钳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳。
本发明的技术方案是一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳,包括夹持主体单元，还包括手柄单元、钳端单元和牵引丝单元；所述手柄单元支撑所述夹持主体单元并导引其变形；所述钳端单元为手术钳提供平行夹持面；所述牵引丝单元包括两个部分，分别是夹紧控制线和放松控制线；
所述夹持主体单元由圆弧型薄壁壳构成，所述夹持主体单元由两条空间曲线折痕分成三段，分别为第一薄壁壳、中间薄壁壳和第二薄壁壳；所述第一薄壁壳和所述第二薄壁壳上均设置有连接点，所述中间薄壁壳上设置有穿孔，所述中间薄壁壳的两侧分别设置有导向板；
所述手柄单元为一体结构，主要由手柄和前端部构成，所述手柄中心设置有连通孔，所述前端部中间为空心结构，用以容纳所述中间薄壁壳结构发生双稳态变形所需要的空间，所述前端部的两侧设置有用于插入固定所述导向板的插槽口，所述前端部的顶部设置有改变牵引丝单元拉力方向的导向装置，所述导向装置上设置有导向孔；
所述夹紧控制线的走丝路径是分别从所述第一薄壁壳和所述第二薄壁壳上的连接点起始，且在所述第一薄壁壳和所述第二薄壁壳的背面固结，共同穿过所述导向孔、所述穿孔和所述连通孔合为一条且从所述手柄末端引出；
所述放松控制线的走丝路径是分别从所述第一薄壁壳和所述第二薄壁壳上的连接点起始，且在所述第一薄壁壳和所述第二薄壁壳的正面固结，共同穿过所述连通孔合为一条且从所述手柄末端引出。
所述钳端单元与所述夹持主体单元为一体结构或者粘接一起。
所述穿孔、所述连通孔和所述导向孔内部的中心线均重合。
所述导向装置由两个横放且并排紧靠的短圆柱构成，所述两个横放且并排紧靠的短圆柱的柱身上均设置有凹槽，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱的相交面上开设一导向孔，，为所述牵引丝单元的夹紧控制线提供导向通道，同时两个所述凹槽的外侧为所述牵引丝单元的夹紧控制线提供固定滑道。
所述导向装置由两个横放且并排紧靠的短圆柱构成，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱的柱身中部均开设有导向孔。
所述导向装置为连接柄。
所述连接柄为曲柄，所述曲柄向下弯曲或向上弯曲。
两个所述连接点采用打死结或垫片任一种方式固定。
所述夹持主体单元在所述第一空间曲线折痕、第二空间曲线折痕处均做结构弱化处理，通过激光切割或化学腐蚀其中任一种方式来去除折痕处的部分材料来实现。
所述钳端单元上刻有齿型纹。
本发明的有益效果：
1、本发明能够在手术钳夹持展开过程中实现双稳态性能，与传统手术钳相比，不需要克服传统铰链的摩擦力，从而降低了力损耗，提高了机械效益。
2、本发明结构采用一体化设计且采用柔性铰链，手术钳主体部分无刚性构件，显著降低了制造、装配、后序消毒等技术和成本。
3、本发明是通过在一弹性材料的圆弧薄壁壳上布置折痕，通过三维折叠，折成手术钳形状，设计手柄部分，使手柄对手术钳起到固定导向滑动作用；设计走丝路径，通过对丝施加拉力来控制手术钳的闭合和张开；由于该手术钳结构在完全夹紧和完全展开两个状态都处于稳定状态，该结构属于双稳态结构，在夹紧过程中，手术钳折叠到一定角度后，会自动跳到完全夹紧状态，从而实现预夹紧，然后控制丝拉力有效夹持组织；在展开过程中，手术钳展开一定角度后，又会自动跳到完全展开状态，从而实现手术钳完全打开。
4、本发明通过在夹持主体单元部分的折痕处结构做弱化处理，不需要使用外部连接件，改变了传统手术钳采用由刚性构件靠运动副连接而成的微型机械结构，结构简单、成本低且效率高，尤其适用于体表微小切口之类微创手术，克服了传统手术钳零件的加工、装配以及由运动副引起摩擦、磨损、间隙等问题。
5、本发明导向孔、穿孔和连通孔三者内部的中心线重合在一起，提高了夹持准确度和机械效率。
6、本发明夹持主体单元的中间薄壁壳的两端设置有折纹，提高了手术钳的操作弹性，延长了手术钳主体结构的寿命。
7、本发明通过设置有齿型纹的钳端单元，使得手术钳通过仪器通道在闭合的状态下进入人体体内，在接近组织器官时张开进行有力有效的夹持，达到“夹而不滑，持而不伤”。
附图说明
图1是本发明手术钳结构示意图。
图2是本发明夹持主体单元结构示意图。
图3是本发明的一种手柄单元的结构示意图。
图4是本发明手术钳四个状态结构示意图：
(a)是手术钳结构完全展开示意图；
(b)是手术钳闭合完成后示意图；
(c)是手术钳在夹持目标时张开示意图；
(d)是手术钳夹持目标时完全夹紧示意图。
图5是本发明的另一种手柄单元的结构示意图。
图6是本发明的第三种手柄单元的结构示意图。
附图标记：1-夹持主体单元，2-手柄单元，3-钳端单元，4-牵引丝单元；
101-第一空间曲线折痕，102-第二空间曲线折痕，103-第一薄壁壳，104-中间薄壁壳，105-第二薄壁壳，106-第一导向板，107-第二导向板，108、110-连接点，109-穿孔，111、112-折纹；
201-第一槽口，202-第二槽口，203-第一短圆柱，204-第二短圆柱，205-中心线，206-连通孔；
401-夹紧控制线，402-放松控制线。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
如图1所示，本发明一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳,包括夹持主体单元1，还包括手柄单元2、钳端单元3和牵引丝单元4；所述手柄单元2支撑所述夹持主体单元1并导引其变形；所述钳端单元3为手术钳提供平行夹持面；为了提供有效夹持力，本实施例所述钳端单元3上刻有齿型纹；所述牵引丝单元4包括两个部分，分别是夹紧控制线401和放松控制线402；本实施例所述钳端单元3与夹持主体单元1为一体结构或者采用胶带方式粘接在一起。
如图2所示，所述夹持主体单元1由圆弧型薄壁壳构成，本实施例所述圆弧型薄壁壳由弹性材质构成，所述夹持主体单元1由两条空间曲线折痕101、102分成三段，分别为第一薄壁壳103、中间薄壁壳104和第二薄壁壳105；所述第一薄壁壳103和所述第二薄壁壳105上均设置有连接点108、110，所述中间薄壁壳104上设置有穿孔109，本实施例所述中间薄壁壳104的两端对称设置有折纹111、112，所述中间薄壁壳104的两侧设置有导向板106、107；本实施例所述夹持主体单元1在所述第一空间曲线折痕101、第二空间曲线折痕102处均做结构弱化处理，通过激光切割或化学腐蚀其中任一种方式来去除折痕处的部分材料来实现。
如图3、图5和图6所示，所述手柄单元2为一体结构，采用机械加工或目前成熟的3D打印而成，主要由手柄和前端部构成，所述手柄中心设置有连通孔206，所述前端部中间为空心结构，用以容纳所述中间薄壁壳104结构发生双稳态变形所需要的空间，所述前端部的两侧设置有用于插入固定所述导向板106、107的插槽口201、202，所述前端部的顶部设置有改变牵引丝单元4拉力方向的导向装置，如图6所示本实施例的一种实施方式为所述导向装置为连接柄，所述连接柄上设置有导向孔，所述连接柄为曲柄，所述曲柄可以是向下弯曲，也可是向上弯曲，本实施例采用向上弯曲的曲柄；所述导向装置也可以是导向块、导向柱、导向轮，如图3所示，本实施例的另一种实施方式为所述导向装置由两个横放且并排紧靠的短圆柱203、204构成，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱203、204的柱身上均设置有凹槽，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱203、204的相交面上开设一导向孔，为所述牵引丝单元4的夹紧控制线401提供导向通道，同时两个所述凹槽的外侧为所述牵引丝单元4的夹紧控制线401提供固定滑道，避免了牵引丝单元4的偏离，大大提高机械效益；如图5所示本实施例的另一种方式的导向装置由两个横放且并排紧靠的短圆柱203、204构成，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱203、204的柱身中部均开设有导向孔。
所述夹紧控制线401的走丝路径是分别从所述第一薄壁壳103和所述第二薄壁壳105上的连接点108、110起始，且在所述第一薄壁壳103和所述第二薄壁壳105的背面固结，共同穿过所述导向孔、所述穿孔109和所述连通孔206合为一条且从所述手柄末端引出；本实施例所述穿孔109、所述连通孔206与所述导向孔或两个所述导向孔的内部中心线205均重合，有利于降低力损耗。
所述放松控制线402的走丝路径是分别从所述第一薄壁壳103和所述第二薄壁壳105上的连接点108、110起始，且在所述第一薄壁壳103和所述第二薄壁壳105的正面固结，共同穿过所述连通孔206合为一条且从所述手柄末端引出。本实施例两个所述连接点108、110采用打死结或垫片任一种方式固定。
如图4(a)至(d)，本发明手术钳四个状态：
(a)是手术钳结构完全展开示意图：通过拉伸放松控制线402，达到结构的完全展开。
(b)是手术钳闭合完成后示意图：通过拉伸夹紧控制线401，达到结构闭合。
(c)是手术钳在夹持目标时张开示意图：根据目标尺寸大小，通过控制夹紧控制线401控制夹持主体单元的开度。
(d)是手术钳夹持目标时完全夹紧示意图：根据目标物调整，锁紧夹紧控制线401，达到目标有力夹持。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有双稳态性能的可折展微创手术钳,包括夹持主体单元(1)，其特征是，还包括手柄单元(2)、钳端单元(3)和牵引丝单元(4)；所述手柄单元(2)支撑所述夹持主体单元(1)并导引其变形；所述钳端单元(3)为手术钳提供平行夹持面；所述牵引丝单元(4)包括两个部分，分别是夹紧控制线(401)和放松控制线(402)；
所述夹持主体单元(1)由圆弧型薄壁壳构成，所述夹持主体单元(1)由两条空间曲线折痕(101、102)分成三段，分别为第一薄壁壳(103)、中间薄壁壳(104)和第二薄壁壳(105)；所述第一薄壁壳(103)和所述第二薄壁壳(105)上均设置有连接点(108、110)，所述中间薄壁壳(104)上设置有穿孔(109)，所述中间薄壁壳(104)的两侧分别设置有导向板(106、107)；
所述手柄单元(2)为一体结构，主要由手柄和前端部构成，所述手柄中心设置有连通孔(206)，所述前端部中间为空心结构，用以容纳所述中间薄壁壳(104)结构发生双稳态变形所需要的空间，所述前端部的两侧设置有用于插入固定所述导向板(106、107)的插槽口(201、202)，所述前端部的顶部设置有改变牵引丝单元(4)拉力方向的导向装置，所述导向装置上设置有导向孔；
所述夹紧控制线(401)的走丝路径是分别从所述第一薄壁壳(103)和所述第二薄壁壳(105)上的连接点(108、110)起始，且在所述第一薄壁壳(103)和所述第二薄壁壳(105)的背面固结，共同穿过所述导向孔、所述穿孔(109)和所述连通孔(206)合为一条且从所述手柄末端引出；
所述放松控制线(402)的走丝路径是分别从所述第一薄壁壳(103)和所述第二薄壁壳(105)上的连接点(108、110)起始，且在所述第一薄壁壳(103)和所述第二薄壁壳(105)的正面固结，共同穿过所述连通孔(206)合为一条且从所述手柄末端引出。
2.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述钳端单元(3)与所述夹持主体单元(1)为一体结构或者粘接一起。
3.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述穿孔(109)、所述连通孔(206)与所述导向孔的内部中心线(205)均重合。
4.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述导向装置由两个横放且并排紧靠的短圆柱(203、204)构成，所述两个横放且并排紧靠的短圆柱(203、204)的柱身上均设置有凹槽，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱(203、204)的相交面上开设一导向孔，为所述牵引丝单元(4)的夹紧控制线(401)提供导向通道，同时两个所述凹槽的外侧为所述牵引丝单元(4)的夹紧控制线(401)提供固定滑道。
5.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述导向装置由两个横放且并排紧靠的短圆柱(203、204)构成，在所述两个横放且并排紧靠的短圆柱(203、204)的柱身中部均开设有导向孔。
6.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述导向装置为连接柄。
7.根据权利要求6所述的手术钳，其特征是，所述连接柄为曲柄，所述曲柄向下弯曲或向上弯曲。
8.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，两个所述连接点(108、110)采用打死结或垫片任一种方式固定。
9.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述夹持主体单元(1)在所述两条空间曲线折痕(101、102)处均做结构弱化处理，通过激光切割或化学腐蚀其中任一种方式来去除折痕处的部分材料来实现。
10.根据权利要求1所述的手术钳，其特征是，所述钳端单元(3)上刻有齿型纹。
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