CN113440184B - 一种手控式柔性微创手术器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手控式柔性微创手术器械，包括执行器、带自锁的柔性偏摆机构、操作杆和开合运动机构，带自锁的柔性偏摆机构包括偏摆部件和偏摆自锁机构，执行器可拆卸连接于偏摆部件上，偏摆部件连接于操作杆的一端，操作杆的另一端设置于偏摆自锁机构上，执行器与开合运动机构连接，偏摆部件的两侧分别通过柔性件与偏摆自锁机构连接，使执行器能够实现±60°的开合运动和±90°的偏摆运动。本发明在进行夹持时无需更多精力固定执行器的偏摆角度，随时可调整和锁定执行器的姿态，提高了手术器械的可操作空间和便利性；执行器的可拆卸连接方式，可实现快速换刀，节省手术时间，操作效率提高，且避免了各关节的运动耦合等问题。

Description

一种手控式柔性微创手术器械

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，特别是涉及一种手控式柔性微创手术器械。

背景技术

微创手术是指外科医生通过在患者体表切开小孔，借助于手术器械和内窥镜对患者病灶进行治疗。微创手术与传统手术相比，具有切口小、对患者体表没有二次损伤且恢复时间短等优点。微创手术被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一。目前，微创手术广泛应用于胸腹外科、妇科以及泌尿外科等多个医疗领域。近些年来，作为医疗机器人商业化的典型代表，DaVinci微创手术机器人在中国各大医院应用，但是其具有较高的价格并且后期维护困难。通过对外科医生进行走访调查，外科医生普遍表示：他们急需一套具有多自由度的柔性手术器械。

手术器械作为微创外科手术过程中的执行工具，外科医生利用手术器械来完成对脏器组织的切割、夹持、缝合、提拉和游离等手术操作。外科手术器械直接与操作组织进行相互作用，所以手术器械的具体结构与性能指标对手术质量和手术安全性有直接的影响。受限于手术机器人的普及程度，目前大部分医院微创手术仍是医生把持手术器械来进行手术操作，所用手术器械仍以手控式微创手术器械为主，这种手术器械的末端执行器一般只具备开合自由度，器械操作灵活度较低。在现有微创手术操作中，医生普遍采用手控式微创手术器械进行手术操作，手术器械末端执行器主要以“刚性”为主，大部分手术器械只能实现2个自由度。在微创手术中，为了降低外科医生的执行难度，提高操作的灵活度和舒适性，开发一套性能良好的微创手术用手术器械对提高手术质量至关重要。

专利号200980153938.4、公开号为CN102271596A的发明专利公开了一种手术器械、手术器械手柄和手术器械系统，该专利中所述的手术器械只能实现末端执行器的两个自由度。专利号201710959357.6、公开号为CN107550541B的发明专利公开了一种用于腹腔微创手术的手持式柔性多关节手术器械，该专利中的手术器械运用了棘轮机构，能够完成末端执行器的自锁和偏摆运动，但是该专利中所述的手术器械结构复杂、零件多并且不易拆装。

发明内容

本发明的目的是提供一种手控式柔性微创手术器械，以解决上述现有技术存在的问题，使微创手术器械末端执行器便于更换，微创手术操作灵活、快捷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种手控式柔性微创手术器械，包括执行器、带自锁的柔性偏摆机构、操作杆和开合运动机构，所述带自锁的柔性偏摆机构包括偏摆部件和偏摆自锁机构，所述执行器可拆卸连接于所述偏摆部件上，所述偏摆部件连接于所述操作杆的一端，所述操作杆的另一端设置于偏摆自锁机构上，所述执行器与所述开合运动机构连接，所述偏摆部件的两侧分别通过一柔性件与所述偏摆自锁机构连接，所述开合运动机构能够使所述执行器实现±60°的开合运动，所述带自锁的柔性偏摆机构能够使所述执行器实现±90°的偏摆运动。

优选的，所述执行器为两片相互铰接的操作臂，所述操作臂为夹爪臂、镊子片或者剪刀片。

优选的，所述开合运动机构包括手柄、推杆、支撑件和连杆，所述支撑件的一端开设有U型深槽、另一端开设有与所述偏摆部件连接用的螺纹孔，两个所述操作臂铰接于所述U型深槽的侧壁上、尾部分别活动铆接一L型的所述连杆，两个所述连杆均活动铆接于所述推杆的头部上，所述推杆依次贯穿所述螺纹孔、所述偏摆部件、所述操作杆和所述偏摆自锁机构，两个所述手柄通过销轴铰接，一个所述手柄与所述偏摆自锁机构连接，另一个所述手柄与所述推杆的尾部连接，所述手柄能够使所述推杆沿所述操作杆轴向移动。

优选的，所述推杆包括依次连接的刚性推杆和柔性推杆，所述柔性推杆与所述连杆通过一连接头连接，所述刚性推杆的末端设置有球头，所述球头卡接于所述手柄的异形槽内。

优选的，所述偏摆部件包括腕关节和若干个摆动关节，所述摆动关节的一端开设有U型槽、另一端设置有伸出臂，相邻的一个所述摆动关节的伸出臂与另一个所述摆动关节的U型槽侧壁铰接，所述摆动关节顺次铰接形成摆动链，所述摆动链的一端与所述腕关节的切口铰接、另一端与所述操作杆的端部铰接，所述腕关节的另一端设置有用于与所述支撑件连接的螺纹柱。

优选的，所述螺纹柱的左右两侧对称设置有阶梯孔，所述摆动关节与所述腕关节的中部均设置有所述推杆的贯穿孔和所述柔性件的穿线孔，所述穿线孔对称设置于所述贯穿孔的左右两侧；所述操作杆为中空杆。

优选的，所述偏摆自锁机构包括壳体、波珠螺丝、柔性件和锁芯机构，所述壳体上插接有至少一对中心对称设置的所述波珠螺丝，所述壳体内部转动设置有所述锁芯机构，所述波珠螺丝的下端能够与所述锁芯机构上的凹坑相匹配，所述锁芯机构通过所述柔性件与所述腕关节的穿线孔连接。

优选的，所述壳体为长方体壳，所述壳体的左右两侧设置有矩形孔、前后两侧设置有贯穿孔、上下两侧设置有轴孔，上侧的所述轴孔上通过螺纹连接有轴承端盖，下侧的所述轴孔为阶梯孔，前侧的所述贯穿孔上设置有与所述操作杆插接的锥筒，后侧的所述贯穿孔上设置有与所述手柄插接的方筒，所述操作杆与所述锥筒之间、所述手柄与所述方筒之间均通过顶丝锁定。

优选的，所述锁芯机构包括中心轴、线轮和拨轮，所述中心轴为中间粗两头细的阶梯轴，所述中心轴的两端分别通过轴承与所述轴孔连接，所述中心轴的上方套设有所述线轮，所述线轮与所述中心轴通过顶丝锁定，所述线轮的上方与所述轴承之间设置有挡圈，所述中心轴的下方套设有所述拨轮，所述拨轮与所述中心轴通过顶丝锁定，所述拨轮上设置有若干个能够与所述波珠螺丝相匹配的凹坑，所述拨轮的两侧均凸出所述矩形孔，所述中心轴的中部圆环与所述线轮上均连接有所述柔性件的一端。

优选的，所述柔性件为钢丝，每根所述钢丝的两端分别设置于一钢管内，所述中心轴的中部圆环与所述线轮上均设置有一阶梯孔和弧形线槽，每根所述钢丝均穿过所述阶梯孔后绕设置于所述弧形线槽内，所述钢管卡接于所述阶梯孔内，所述弧形线槽的正投影关于所述中心轴的直径对称；所述中部圆环上设置有用于所述推杆通过的方孔。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明在进行夹持时不用再使用更多的精力用于固定执行器的偏摆角度，随时可调整器械末端姿态并能使其锁定，提高了手术器械的可操作空间，在手术中也能为医生提供方便；执行器的可拆卸连接方式，可实现手术操作过程中快速换刀的目的，节省手术时间，操作效率提高，且有效地避免了各关节的运动耦合等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明手控式柔性微创手术器械的结构示意图一；

图2为本发明手控式柔性微创手术器械的结构示意图二；

图3为本发明手控式柔性微创手术器械的结构示意图三；

图4为本发明中执行器的连接结构示意图；

图5为本发明中开合运动机构的结构示意图；

图6为本发明中偏摆部件的结构示意图；

图7为本发明中偏摆部件的连接关系结构示意图；

图8为本发明中壳体的连接关系结构示意图；

图9为本发明中壳体的结构示意图；

图10为本发明中锁芯机构的结构示意图；

其中：1-手控式柔性微创手术器械，2-操作臂，3-连杆，4-支撑件，5-连接头，6-柔性推杆，7-刚性推杆，8-球头，9-手柄，10-异形槽，11-壳体，12-中心轴，13-中部圆环，14-轴承，15-线轮，16-拨轮，17-凹坑，18-挡圈，19-锥筒，20-方筒，21-轴承端盖，22-矩形孔，23-弧形线槽，24-钢丝，25-钢管，26-腕关节，27-摆动关节，28-操作杆，29-阶梯孔，30-螺纹孔，31-贯穿孔，32-穿线孔，33-波珠螺丝，34-顶丝，35-销轴，36-铆钉，37-螺栓，38-通孔，39-面板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种手控式柔性微创手术器械，以解决现有技术存在的问题，使微创手术器械末端执行器便于更换，微创手术操作灵活、快捷。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图10所示：本实施例提供了一种手控式柔性微创手术器械1，包括执行器、带自锁的柔性偏摆机构、操作杆28和开合运动机构，带自锁的柔性偏摆机构包括偏摆部件和偏摆自锁机构，执行器可拆卸连接于偏摆部件上，偏摆部件连接于操作杆28的一端，操作杆28的另一端设置于偏摆自锁机构上，执行器与开合运动机构连接，偏摆部件的两侧分别通过一柔性件与偏摆自锁机构连接，开合运动机构能够使执行器实现±60°的开合运动，带自锁的柔性偏摆机构能够使执行器实现±90°的偏摆运动。

执行器为两片相互铰接的操作臂2，操作臂2为夹爪臂、镊子片或者剪刀片。开合运动机构包括手柄9、推杆、支撑件4和连杆3，支撑件4的一端开设有U型深槽、另一端开设有与偏摆部件连接用的螺纹孔30，两个操作臂2铰接于U型深槽的侧壁上、尾部分别活动铆接一L型的连杆3，两个连杆3均活动铆接于推杆的头部上，推杆依次贯穿螺纹孔30、偏摆部件、操作杆28和偏摆自锁机构，两个手柄9通过销轴35铰接，一个手柄9与偏摆自锁机构呈90°固定连接，另一个手柄9与推杆的尾部连接，手柄9能够使推杆沿操作杆28轴向移动。推杆包括依次连接的刚性推杆7和柔性推杆6，柔性推杆6与连杆3通过一连接头5连接，便于与偏摆部件一同发生偏摆运动、互不干涉，连接头5一端与两个连杆3铰接、另外一端与柔性推杆6插接或者螺纹连接，便于直接整体更换支撑件4及执行器部分，涉及手术过程中的换刀操作更方便，刚性推杆7的末端设置有球头8，球头8卡接于手柄9的异形槽10内，便于刚性推杆7的末端在手柄9转动作用下横向移动。

偏摆部件包括腕关节26和若干个摆动关节27，摆动关节27的一端开设有U型槽、另一端设置有伸出臂，相邻的一个摆动关节27的伸出臂与另一个摆动关节27的U型槽侧壁铰接，摆动关节27顺次铰接形成摆动链，摆动链的一端与腕关节26的切口铰接、另一端与操作杆28的端部铰接，腕关节26的另一端设置有用于与支撑件4连接的螺纹柱。螺纹柱的左右两侧对称设置有阶梯孔29，摆动关节27与腕关节26的中部均设置有推杆的贯穿孔31和柔性件的穿线孔32，穿线孔32对称设置于贯穿孔31的左右两侧；操作杆28为中空杆。

偏摆自锁机构包括壳体11、波珠螺丝33、柔性件和锁芯机构，壳体11上插接有至少一对中心对称设置的波珠螺丝33，壳体11内部转动设置有锁芯机构，波珠螺丝33的下端能够与锁芯机构上的凹坑17相匹配，锁芯机构通过柔性件与腕关节26的穿线孔32连接。本实施例中设置有四个波珠螺丝33。

壳体11为长方体壳，壳体11的左右两侧设置有矩形孔22、前后两侧设置有贯穿孔31、上下两侧设置有轴孔，上侧的轴孔上通过螺纹连接有轴承端盖21，下侧的轴孔为阶梯孔29，前侧的贯穿孔31上设置有与操作杆28插接的锥筒19，后侧的贯穿孔31上设置有与手柄9插接的方筒20，左右两侧壁中有一侧壁为可拆卸(通过螺栓37连接)面板39，便于对锁芯机构的装配，操作杆28与锥筒19之间、手柄9与方筒20之间均通过顶丝34锁定。

锁芯机构包括中心轴12、线轮15和拨轮16，中心轴12为中间粗两头细的阶梯轴，中心轴12的两端分别通过轴承14与轴孔连接，中心轴12的上方套设有线轮15，线轮15与中心轴12通过顶丝34锁定，线轮15的上方与轴承14之间设置有挡圈18，中心轴12的下方套设有拨轮16，拨轮16与中心轴12通过顶丝34锁定，拨轮16上设置有若干个能够与波珠螺丝33相匹配的凹坑17，波珠螺丝33的波珠与凹坑17位于同一圆周上，拨轮16的两侧各对称设置有五个凹坑17，凹坑17用于波珠螺丝33压紧锁定，转动拨轮16当其到达指定位置时松开拨轮16，只要有一个波珠螺丝33掉入其中一个凹坑17中，就可以锁紧拨轮16，波珠螺丝33自动弹出钢珠对波轮施加压力锁定凹坑17的位置，形成偏摆运动的自锁功能。拨轮16的两侧均凸出矩形孔22，便于摩擦拨轮16施加其转动驱动力进行偏摆运动，中心轴12的中部圆环13与线轮15上均连接有柔性件的一端。

柔性件为钢丝24，每根钢丝24的两端分别设置于一钢管25内，便于对钢丝24端部进行固定和装配，中心轴12的中部圆环13与线轮15上均设置有一阶梯孔29和弧形线槽23，每根钢丝24均穿过阶梯孔29后绕设置于弧形线槽23内，钢管25卡接或套设于阶梯孔29内，弧形线槽23的正投影关于中心轴12的直径对称，使左右偏摆的角度一致，当轴转动就会拉动钢丝24进行偏摆运动，中部圆环13上设置有用于推杆通过的方孔，避免中心轴12的转动干涉推杆的运动。

本实施例可适用于胸腹腔微创外科手术中，具有一定的自锁力，可使柔性偏摆部件的姿态在外力作用下保持不变；采用柔性摆动链，在提高执行器自由度的同时，提高了手术器械的可操作空间和操作灵活性，且可有效避免各关节的运动耦合等问题；执行器可根据实际微创手术操作需求随时更换，无需将整个手术器械进行更换，很好地降低了手术器械的制作成本及更换时间；可解决现有手控式微创手术器械操作不便、灵活度低，偏摆运动不具备自锁功能，不能固定偏摆位置，执行器更换不方便等问题。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种手控式柔性微创手术器械，其特征在于：包括执行器、带自锁的柔性偏摆机构、操作杆和开合运动机构，所述带自锁的柔性偏摆机构包括偏摆部件和偏摆自锁机构，所述执行器可拆卸连接于所述偏摆部件上，所述偏摆部件连接于所述操作杆的一端，所述操作杆的另一端设置于偏摆自锁机构上，所述执行器与所述开合运动机构连接，所述偏摆部件的两侧分别通过一柔性件与所述偏摆自锁机构连接，所述开合运动机构能够使所述执行器实现±60°的开合运动，所述带自锁的柔性偏摆机构能够使所述执行器实现±90°的偏摆运动；

所述执行器为两片相互铰接的操作臂，所述开合运动机构包括手柄、推杆、支撑件和连杆，所述支撑件的一端开设有U型深槽、另一端开设有与所述偏摆部件连接用的螺纹孔，两个所述操作臂铰接于所述U型深槽的侧壁上、尾部分别活动铆接一L型的所述连杆，两个所述连杆均活动铆接于所述推杆的头部上，所述推杆依次贯穿所述螺纹孔、所述偏摆部件、所述操作杆和所述偏摆自锁机构，两个所述手柄通过销轴铰接，一个所述手柄与所述偏摆自锁机构连接，另一个所述手柄与所述推杆的尾部连接，所述手柄能够使所述推杆沿所述操作杆轴向移动；

所述偏摆部件包括腕关节和若干个摆动关节，所述摆动关节的一端开设有U型槽、另一端设置有伸出臂，相邻的一个所述摆动关节的伸出臂与另一个所述摆动关节的U型槽侧壁铰接，所述摆动关节顺次铰接形成摆动链，所述摆动链的一端与所述腕关节的切口铰接、另一端与所述操作杆的端部铰接，所述腕关节的另一端设置有用于与所述支撑件连接的螺纹柱；所述螺纹柱的左右两侧对称设置有阶梯孔，所述摆动关节与所述腕关节的中部均设置有所述推杆的贯穿孔和所述柔性件的穿线孔，所述穿线孔对称设置于所述贯穿孔的左右两侧；所述操作杆为中空杆；

所述偏摆自锁机构包括壳体、波珠螺丝、柔性件和锁芯机构，所述壳体上插接有至少一对中心对称设置的所述波珠螺丝，所述壳体内部转动设置有所述锁芯机构，所述波珠螺丝的下端能够与所述锁芯机构上的凹坑相匹配，所述锁芯机构通过所述柔性件与所述腕关节的穿线孔连接。

2.根据权利要求1所述的手控式柔性微创手术器械，其特征在于：所述操作臂为夹爪臂、镊子片或者剪刀片。

3.根据权利要求1所述的手控式柔性微创手术器械，其特征在于：所述推杆包括依次连接的刚性推杆和柔性推杆，所述柔性推杆与所述连杆通过一连接头连接，所述刚性推杆的末端设置有球头，所述球头卡接于所述手柄的异形槽内。

4.根据权利要求1所述的手控式柔性微创手术器械，其特征在于：所述壳体为长方体壳，所述壳体的左右两侧设置有矩形孔、前后两侧设置有贯穿孔、上下两侧设置有轴孔，上侧的所述轴孔上通过螺纹连接有轴承端盖，下侧的所述轴孔为阶梯孔，前侧的所述贯穿孔上设置有与所述操作杆插接的锥筒，后侧的所述贯穿孔上设置有与所述手柄插接的方筒，所述操作杆与所述锥筒之间、所述手柄与所述方筒之间均通过顶丝锁定。

5.根据权利要求4所述的手控式柔性微创手术器械，其特征在于：所述锁芯机构包括中心轴、线轮和拨轮，所述中心轴为中间粗两头细的阶梯轴，所述中心轴的两端分别通过轴承与所述轴孔连接，所述中心轴的上方套设有所述线轮，所述线轮与所述中心轴通过顶丝锁定，所述线轮的上方与所述轴承之间设置有挡圈，所述中心轴的下方套设有所述拨轮，所述拨轮与所述中心轴通过顶丝锁定，所述拨轮上设置有若干个能够与所述波珠螺丝相匹配的凹坑，所述拨轮的两侧均凸出所述矩形孔，所述中心轴的中部圆环与所述线轮上均连接有所述柔性件的一端。

6.根据权利要求5所述的手控式柔性微创手术器械，其特征在于：所述柔性件为钢丝，每根所述钢丝的两端分别设置于一钢管内，所述中心轴的中部圆环与所述线轮上均设置有一阶梯孔和弧形线槽，每根所述钢丝均穿过所述阶梯孔后绕设置于所述弧形线槽内，所述钢管卡接于所述阶梯孔内，所述弧形线槽的正投影关于所述中心轴的直径对称；所述中部圆环上设置有用于所述推杆通过的方孔。

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