CN108354667A - 一种柔性手术器械装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，公开了一种柔性手术器械装置。该柔性手术器械装置包括器械盒、枝干单元、末端单元，枝干单元从器械盒的出口伸出，末端单元与枝干单元的伸出端连接，器械盒中设置有驱动模块；其中，驱动模块由多个关节驱动部和单个整体驱动部组成，其中多个关节驱动部各连接有两根弹簧管，整体驱动部包括中心轴和中心枝干，枝干单元包括弹簧管和中心枝干。其可以作为消化内镜末端辅助装置，安装在消化内镜末端，实现快速切换和柔性弯曲，使手术器械在内镜治疗过程中自由灵活地活动。

Description

一种柔性手术器械装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体是涉及一种柔性手术器械装置，主要用于消化道手术治疗还适用于其他经自然腔道的手术中；在消化道手术中，该柔性手术器械装置可以作为消化内镜末端辅助装置，安装在不同规格的消化内镜末端，可以实现快速切换和柔性弯曲，使手术器械在内镜治疗过程中自由灵活地活动。

背景技术

现在市场上消化道手术治疗主要是使用内镜系统（普遍为传统的单通道的内镜平台，市面上虽有双通道内镜系统，但是普及范围很小）配合手术器械完成。由于内镜平台结构上的限制，单通道一次性只能通过一种手术器械，医生在对患者进行手术治疗的过程中对病变粘膜只能做切割操作，没有额外的提拉臂能够提供辅助提拉的操作，这就影响到手术的实施难度、手术时间、治疗效果以及并发症出现的概率。

CN106236269A公布了一种多自由度的柔性手术工具，专利CN106175852A公布了一种结构骨对向交叉布置的柔性手术工具，二者都是用于单孔腹腔镜手术，具有前段柔性弯曲的特性，器械后端为刚性结构，而且尺寸偏大，弯曲角度有限。CN101627921B公布了一种用于辅助微创外科手术机器人的快速接口，提供了一种器械盒与驱动部的快速转换接口的方式，属于刚性手术器械，用于多孔腹腔镜手术。

发明内容

本发明设计一种能实现快速切换的柔性手术器械单元，该单元可以在其驱动模块的驱动下配合传统内镜平台共同实现对目标粘膜的提拉、切割动作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性手术器械装置，包括器械盒、枝干单元、末端单元，枝干单元从器械盒的出口伸出，末端单元与枝干单元的伸出端连接，器械盒中设置有驱动模块；其中，驱动模块由多个关节驱动部和单个整体驱动部组成，其中多个关节驱动部各连接有两根弹簧管，整体驱动部包括中心轴和中心枝干，枝干单元包括弹簧管和中心枝干。

优选的方案是，驱动模块包括五个驱动部，关节驱动部采用腱鞘驱动方式，多个关节驱动部各连接有两根弹簧管；

关节驱动部包括两组结构相同的驱动单元，驱动单元包括驱动绳从弹簧管穿出之后经导线轮后绕在绕线盘的绕线槽上，两组驱动单元上的两个绕线盘的螺旋方向相反，两个绕线盘中间设置有齿轮轴，齿轮轴往一个方向转动时一个绕线盘上的驱动绳是绕进状态，另一个绕线盘上的驱动绳是绕出状态，两个驱动绳的绕进量和绕出量相同。

优选的方案是，齿轮轴两侧分别有第二摩擦面，第二摩擦面上有圆周均匀分布的多个螺纹孔，绕线盘上具有圆周均匀分布的N个弧形槽口，N大于等于3，在驱动绳张紧的过程中，至少N个螺纹孔可将绕线盘锁紧在齿轮轴的第二摩擦面。

优选的方案是，绕线盘上具有圆周均匀分布的M个弧形槽口、第一槽口以及设置在第一槽口对侧的第二槽口、绕线槽、端子沉孔以及第一摩擦面，驱动绳依次经弹簧管、导线轮、绕线槽、第二槽口、第一槽口后，固定在端子沉孔处， M大于等于3。

优选的方案是，整体驱动部的中心轴上有与中心枝干配合的中心通孔，沿着中心轴依次是半圆型轴、与轴承内圈配合的第一轴面以及与齿轮配合的第二轴面，中心轴外安装有第一端盖、第二端盖、第一轴承支座、齿轮以及第二轴承支座；

第一端盖上具有两个通孔，齿轮与中心轴固结在端盖上具有与两个通孔相对应的螺纹孔，第一端盖和第二端盖通过螺钉连接在一起，夹紧中心轴和中心枝干，并使齿轮与中心轴固结。中心枝干安装在中心轴的中心通孔内。

优选的方案是，中心枝干上间隔性分布有多个的法兰盘，法兰盘上周向均匀分布有与弹簧管数量一致的多个圆形通孔，末端单元所需的弹簧管穿过法兰盘的圆形通孔。

优选的方案是，中心枝干采用镍钛合金管，中心轴采用不锈钢。

优选的方案是，枝干单元包括枝干套管，弹簧管以及中心枝干被枝干套管包裹。

本发明的柔性手术器械装置结构简单紧凑、尺寸小，能够实现柔性弯曲，适应消化道手术的环境。因此，可以有效降低手术的实施难度、减少手术时间、提高手术效率、降低手术并发症发生的概率和减少患术后的恢复时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是柔性手术器械装置的整体结构；

图2是器械盒内部主要结构；

图3是关节驱动原理示意图；

图4a是绕线盘结构第一示意图；

图4b是绕线盘结构第二示意图；

图5a是齿轮轴的示意图；

图5b是齿轮轴及绕线盘连接示意图；

图6是轴转关节示意图；

图7是中心轴示意图；

图8是末端单元分布及器械枝干实现方式的示意图；

图9a是法兰盘与中心枝干的连接方式示意图；

图9b是法兰盘及其固定方式的示意图。

标号说明：

1、器械盒；11、第一关节驱动部；110、导线轮支架；111、第一弹簧管；113、第一端子；115、第一导线轮；117、第一驱动绳；119、第一绕线盘；112、第二弹簧管；114、第二端子；116、第二导线轮；118、第二驱动绳；120、第二绕线盘；1190、绕线槽；1191、第一槽口；1192、第二槽口；1193、弧形槽口；1194、端子沉孔；1195、第一摩擦面；190、齿轮轴；1900、第二摩擦面；1901、螺纹孔；12、第二关节驱动部；121、第三弹簧管；122、第四弹簧管；13、第三关节驱动部；131、第五弹簧管；132、第六弹簧管；14、第四关节驱动部；141、第七弹簧管；142、第八弹簧管；15、整体驱动部；150、中心轴；1501、半圆形轴；1502、轴面一；1503、轴面二；151、中心枝干；152、第一端盖；153、第二端盖；154、第一轴承支座；155、第二轴承支座；156、齿轮；100、出口；101、上盖；102、底板；2、枝干单元；201、枝干套管；3、末端单元；31、夹子一；32、夹子二；33、横摆关节；34、提拉关节；35、关节基座；1510、法兰盘；1511、套管；1512、销轴。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1，柔性手术器械装置包括器械盒1、枝干单元2、末端单元3。枝干单元2从器械盒1的出口100延伸出来，末端单元3与枝干单元2的另一端连接。其中，器械盒1包括上盖101、底板102、出口100和内部的驱动模块，各驱动模块的弹簧管、中心枝干汇聚在器械盒的出口100。枝干单元2包括枝干套管201和被枝干套管201包裹的弹簧管、中心枝干151。

参照图2，器械盒1内部的驱动模块包括五个驱动部，第一关节驱动部11、第二关节驱动部12、第三关节驱动部13、第四关节驱动部14、整体驱动部15以及与第一关节驱动部11连接的第一弹簧管111、第二弹簧管112、与第二关节驱动部12连接的第三弹簧管121、第四弹簧管122、与第三关节驱动部13连接的第五弹簧管131、第六弹簧管132、与第四关节驱动部14连接的第七弹簧管141、第八弹簧管142。五个关节驱动部实现了末端单元3的两个夹子独立运动、左右倾摆运动、提拉运动及周转运动五个自由度的运动。

该柔性器械装置的第一至四关节驱动结构类似，每个关节驱动部包括两组结构相同的驱动单元，均采用腱鞘（tendon sheath）驱动方式。以第一关节驱动部11为例，参照图3所示，第一弹簧管111与第一端子113固定连接，第二弹簧管112与第二端子114固定连接，第一端子113、第二端子114与导线轮支架110固定，第一导线轮115、第二导线轮116通过销轴与导向轮支架110连接；第一驱动绳117、第二驱动绳118分别从第一弹簧管111、第二弹簧管112穿出之后分别经第一导线轮115、第二导线轮116后绕在第一绕线盘119、第二绕线盘120的绕线槽上，参见图4，第一绕线盘119、第二绕线盘120上都具有槽口一、设置在槽口一对侧的槽口二，第一驱动绳117、第二驱动绳118经第一绕线盘119、第二绕线盘120上的槽口二到达对侧的槽口一后固定在端子沉孔处。这种绕线方式能够有效改善驱动绳端部的直接受力情况以及受力大小。

第一绕线盘119和第二绕线盘120的结构相同，如图4a和图4b所示，以第一绕线盘119为例，第一绕线盘119上具有圆周均匀分布的三个弧形槽口1193、第一槽口1191、设置在第一槽口1191对侧的第二槽口1192、绕线槽1190、端子沉孔1194以及第一摩擦面1195。第一驱动绳117经第一弹簧管111、第一导线轮115、绕线槽1190、第二槽口1192、第一槽口1191后，最终固定在端子沉孔1194处。当需要张紧第一驱动绳117时，可保持齿轮轴不动，周向转动第一绕线盘119，待张紧驱动绳后，在弧形槽口1193处用螺钉将第一绕线盘119与齿轮轴190在第一摩擦面1195处压紧。

同一关节的两个绕线盘的螺旋方向相反所以张紧方向也相反，因此能保证齿轮轴往一个方向转动时一边的驱动绳是绕进状态，另一侧的绕线盘上的驱动绳是绕出状态，而且两个绕线盘上的驱动绳绕进和绕出的量相同。这种结构不仅具有双向张紧的功能，而且在关节运动的过程中保证关节的两根驱动绳始终是张紧状态，在结构上减少了绳驱动的迟滞现象。

如图5a和5b所示，第一绕线盘119、第二绕线盘120中间设置有齿轮轴190齿轮轴190两侧分别有第二摩擦面1900，第二摩擦面1900上有圆周均匀分布的10个螺纹孔1901，齿轮轴190上有对称分布的轴面一和轴面二，轴面一用于与绕线盘的中心孔配合，轴面二与齿轮轴190的支撑轴承内圈配合。在驱动绳张紧的过程中，无论绕线盘相对齿轮轴190转动多大的角度，总能保证至少6个螺纹孔1901可用于将绕线盘锁紧在齿轮轴190的第二摩擦面1900上，因此，该张紧结构具有锁紧力大、锁紧牢固的特点，而且对绳长的长度要求不高。每组驱动单元的两个绕线盘可以相对于齿轮轴190周向转动。在本实施例中，当需要张紧驱动绳117、118时，齿轮轴190不动，周向转动绕线盘119、120，待张紧驱动绳117、118后，通过螺钉将绕线盘119、120在齿轮轴190的第二摩擦面1900上压紧达到将对应的驱动绳117、118张紧的目的。

如图6所示为本实施例柔性器械装置的整体驱动部15，整体驱动部15包括中心轴150和中心枝干151，枝干单元包括弹簧管和中心枝干151，中心轴150上有与中心枝干151配合的中心通孔，中心枝干151安装在中心轴150的中心通孔内，中心轴150的一端为半圆型轴；中心轴150外安装有第一端盖152、第二端盖513、第一轴承支座154、齿轮156、第二轴承支座155。第一端盖152上具有两个通孔，第二端盖153上具有与两个通孔相对应的螺纹孔，第一端盖152和第二端盖153通过螺钉连接在一起，两者夹紧中心轴150和中心枝干151，从而将中心枝干151与中心轴150在半圆型轴处固定住，因此当中心轴150转动时会带着中心枝干151一起同步转动。中心枝干151采用镍钛合金管，中心轴150是不锈钢，两者不宜直接焊接固定，因此二者采用如图6所示的连接方式。

如图7所示，中心轴150的一端为半圆型轴1501，沿着中心轴150依次是半圆型轴1501、与轴承内圈配合的第一轴面1502、与齿轮156配合的第二轴面1503。齿轮156与中心轴150固结，因此齿轮156在外力的转动下降带动中心轴150和中心枝干151一起转动，中心枝干151为刚性可弯曲结构，因此可以传递扭矩和推拉力，进而最终实现末端单元3的周转运动。

图8所示为器械末端单元3的关节分布于枝干关节的实现方式。末端单元3由夹子一31、夹子二32、横摆关节33、提拉关节34及关节基座35组成。每个关节由两根驱动绳驱动实现各个关节的正反运动。夹子一31、夹子二32、横摆关节33、提拉关节34四个部分的运动共需要四个关节驱动部、八根驱动绳。关节运动所需的驱动绳与该关节固定连接；每个关节的驱动绳所需的弹簧管与后一个关节固定，提拉关节34的驱动绳所需的弹簧管与关节基座35固定。末端单元3所有关节的驱动绳均在同一半径的圆弧上，因此所有的关节的驱动理论上都属于线性驱动。用于实现柔性弯曲的中心枝干151与关节基座35固定连接，因此末端单元3的各个关节能传递中心枝干151上的推拉运动和扭转运动。中心枝干151上间隔性分布有一定数量的法兰盘1510，法兰盘1510上周向均匀分布有8个圆形通孔，末端单元3所需的弹簧管均匀穿过法兰盘1510的圆形通孔。法兰盘1510的作用除了限制弹簧管的分布以外，还减小了轴转过程中与外管道之间的摩擦力作用，同时还能保证中心枝干151能够有效传递推拉力的作用下实现较好的直线运动。

结合图9a和图9b所示，法兰盘1510的两侧分别分布有一个套管1511，套管1511上有销轴1512孔，套管1511与中心枝干151通过销轴1512固结。销轴1512与套管1511焊接固定。这种方式不仅能使中心枝干151具有很好地传递扭矩和拉压力的能力，同时解决了中心枝干151与法兰盘1510因材料和工艺的问题产生的焊接效果不接的难题。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种柔性手术器械装置，包括器械盒、枝干单元、末端单元，所述枝干单元从所述器械盒的出口伸出，所述末端单元与所述枝干单元的伸出端连接，所述器械盒中设置有驱动模块；其特征在于，所述驱动模块由多个关节驱动部和单个整体驱动部组成，其中多个所述关节驱动部各连接有两根弹簧管，所述整体驱动部包括中心轴和中心枝干，所述枝干单元包括所述弹簧管和所述中心枝干。

2.根据权利要求1所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述关节驱动部采用腱鞘驱动方式，多个所述关节驱动部各连接有两根弹簧管；

所述关节驱动部包括两组结构相同的驱动单元，所述驱动单元包括驱动绳从弹簧管穿出之后经导线轮后绕在绕线盘的绕线槽上，两组所述驱动单元上的两个所述绕线盘的螺旋方向相反，两个所述绕线盘中间设置有齿轮轴，所述齿轮轴往一个方向转动时一个所述绕线盘上的所述驱动绳是绕进状态，另一个所述绕线盘上的所述驱动绳是绕出状态，两个所述驱动绳的绕进量和绕出量相同。

3.根据权利要求2所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述齿轮轴两侧分别有第二摩擦面，所述第二摩擦面上有圆周均匀分布的多个螺纹孔，所述绕线盘上具有圆周均匀分布的N个弧形槽口，N大于等于3，在所述驱动绳张紧的过程中，至少N个所述螺纹孔可将所述绕线盘锁紧在所述齿轮轴的所述第二摩擦面。

4.根据权利要求2所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述绕线盘上具有圆周均匀分布的M个弧形槽口、第一槽口以及设置在所述第一槽口对侧的第二槽口、绕线槽、端子沉孔以及第一摩擦面，所述驱动绳依次经所述弹簧管、导线轮、绕线槽、第二槽口、第一槽口后，固定在所述端子沉孔处，所述M大于等于3。

5.根据权利要求2所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述整体驱动部中所述中心轴上有与所述中心枝干配合的中心通孔，所述中心枝干安装在所述中心轴的所述中心通孔内。

6.根据权利要求5所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，沿着所述中心轴依次是所述半圆型轴、与轴承内圈配合的第一轴面以及与齿轮配合的第二轴面，所述中心轴外安装有第一端盖、第二端盖、第一轴承支座、所述齿轮以及第二轴承支座；

所述第一端盖上具有两个通孔，所述齿轮与所述中心轴固结在所述端盖上具有与两个所述通孔相对应的螺纹孔，所述第一端盖和所述第二端盖通过螺钉连接在一起，夹紧所述中心轴和所述中心枝干，并使所述齿轮与所述中心轴固结。

7.根据权利要求1-6所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述末端单元依次由夹子一、夹子二、横摆关节、提拉关节及关节基座组成，每个关节部件由两根所述驱动绳驱动实现各个所述关节部件的正反运动，所述关节部件运动所需的所述驱动绳与所述关节部件固定连接，每个所述关节部件的所述驱动绳所需的所述弹簧管与后一个所述关节部件固定，所述提拉关节驱动绳所需的弹簧管与所述关节基座固定，所述中心枝干与所述关节基座固定连接。

8.根据权利要求1-6所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述中心枝干上间隔性分布有多个法兰盘，所述法兰盘上周向均匀分布有与所述弹簧管数量一致的多个圆形通孔，所述末端单元所需的所述弹簧管穿过所述法兰盘的所述圆形通孔。

9.根据权利要求1-6所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述中心枝干采用镍钛合金管，所述中心轴采用不锈钢。

10.根据权利要求1-6所述的一种柔性手术器械装置，其特征在于，所述枝干单元包括枝干套管，所述弹簧管以及所述中心枝干被所述枝干套管包裹。