CN113951948B - 一种手术器械控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术器械控制单元，包括：控制手柄；与所述控制手柄连接的驱动模组；与所述驱动模组连接的离合快换模块；以及与所述离合快换模块连接的手术器械；所述的手术器械包括：与所述离合快换模块连接的器械端部；与所述器械端部连接的器械连接杆；设置在所述器械连接杆端部的头部器械。本发明的手术器械控制单元允许外科医生直观地在体内操纵一系列的手术工具，同时允许通过大幅度的设备运动对效应器端部运动进行精确控制。本发明的手术器械控制单元可以使用户能够使用单手同时控制附接的手术工具的移动和转动。

Description

一种手术器械控制单元

技术领域

本发明涉及手术工具领域，具体涉及一种手术器械控制单元。

背景技术

内窥镜和导管等医疗器械广泛用于微创手术中，用于观察或治疗器官、腔体、通道和组织。通常，这种装置包括细长的装置主体，及用于在体腔、血管或组织内远端安装的器械(例如手术刀、抓握器或照相机/照相机镜头)。

由于这样的装置通过组织壁(例如腹壁)上制成的小切口递送，并且在解剖学受限的手术空间中使用，因此期望医疗设备或其至少一部分是位于身体外部(在医疗设备的近端)的控件可实现映射在身体内部的操纵。例如腔内可弯的手术工具，手术工具的弯曲使操作者能够在体内引导装置并将远侧安装的器械准确地定位至解剖标志处。但这也增加了外壳医生操作的复杂性。虽然目前使用的设备接口可以提供部分这样的功能，但它们可能会受到设备复杂程度与可操作性的限制(简单的手术工具手术效果差，复杂的手术工具学习成本高)，因此需要在设备上花费大量时间和精力外完成微创治疗程序的学习。

然而，仍然需要一种更加实用的医疗设备控制单元，该界面允许外科医生直观地在体内操纵一系列的手术工具，同时允许通过大幅度的设备运动对效应器端部运动进行精确控制。

发明内容

本发明提供了一种手术器械控制单元，可以使用户能够使用单手同时控制附接的手术工具的移动和转动。

一种手术器械控制单元，包括：

控制手柄；

与所述控制手柄连接的驱动模组；

与所述驱动模组连接的离合快换模块；

以及与所述离合快换模块连接的手术器械；

所述的手术器械包括：

与所述离合快换模块连接的器械端部；

与所述器械端部连接的器械连接杆；

设置在所述器械连接杆端部的头部器械。

本发明中，将手术器械通过离合快换模块快速安装到驱动模组上，控制手柄通过驱动模组带动头部器械运动，本发明的手术器械控制单元可以使用户能够使用单手同时控制附接的手术器械的移动和转动。

所述的头部器械包括：

夹钳；

与所述夹钳连接的三维运动控制机构；

所述的三维运动控制机构包括：

与所述夹钳连接的腕关节俯仰机构；

与所述腕关节俯仰机构连接的旋转机构；

与所述旋转机构连接的肘关节俯仰机构。

所述的腕关节俯仰机构、所述旋转机构和所述肘关节俯仰机构的三个运动面相互垂直，从而构成三维运动机构，控制夹钳的三维运动，控制夹钳的旋转以及左右上下移动。

所述的夹钳包括：夹钳基座以及与所述夹钳基座配合的夹钳片，所述的夹钳片固定在控制轮上，所述的控制轮连接有两根控制线，所述的两根控制线连接到器械端部，驱动模组的电机通过转动，带动器械端部上的这两根控制线，从而控制夹钳的开闭。

所述的腕关节俯仰机构包括：

腕关节基座；

安装在所述腕关节基座上的偏摆线轮；

安装在所述偏摆线轮上的腕关节波形体；

所述的腕关节波形体与所述夹钳连接。

所述的偏摆线轮连接有两根控制线，所述的两根控制线连接到器械端部，驱动模组的电机通过转动，带动器械端部上的这两根控制线，从而带动偏摆线轮在所在平面转动一定角度，从而进一步带动腕关节波形体和安装在腕关节波形体上的夹钳一起运动。

所述的旋转机构包括：

旋转母件；

安装在所述旋转母件上的推力轴承；

安装在所述推力轴承上的旋转公件；

所述的旋转公件与所述腕关节基座连接。

所述的推力轴承连接有两根控制线，所述的两根控制线连接到器械端部，驱动模组的电机通过转动，带动器械端部上的这两根控制线，从而带动推力轴承在所在平面转动一定角度，从而进一步带动旋转公件和安装在旋转公件上的腕关节基座一起运动。

所述的肘关节俯仰机构包括：

肘关节基座；

安装在所述肘关节基座上的关节转轴；

安装在所述关节转轴上的肘关节波形体；

所述的肘关节波形体与所述旋转母件连接。

所述的肘关节基座与所述器械连接杆连接，控制线穿过所述器械连接杆内部后与所述器械端部连接。

所述的关节转轴连接有两根控制线，所述的两根控制线连接到器械端部，驱动模组的电机通过转动，带动器械端部上的这两根控制线，从而带动关节转轴在所在平面转动一定角度，从而进一步带动肘关节波形体和安装在肘关节波形体上的旋转母件一起运动。

所述的器械端部包括：

器械底座；

安装在所述器械底座内的导向轮架；

设置在所述导向轮架上用于控制线导向的导线轮；

通过轴承安装在所述器械底座上的绞盘心轴；

安装在所述绞盘心轴并与控制线连接的绞盘。

本发明，通过驱动模组通过离合快换模块驱动绞盘心轴转动，从而带动绞盘心轴上的绞盘转动，从而使得绞盘上的控制线发生变化，带动各个三维运动控制机构运动。

所述的离合快换模块包括：

离合体盖；

设置在所述离合体盖内的离合体上部和离合体下部；

设置在所述离合体上部和离合体下部之间的弹簧。

所述的离合体盖还设置有旋钮，用于控制离合快换模块的安装。

离合快换模块安装后，离合体上部和离合体下部之间的弹簧被压缩，离合体上部和离合体下部能够配合一起运动。

离合快换模块(即快换模组)具有快速连接或分离手术工具与驱动模组的功能。通过快换模组将手术工具与控制单元分离，可以使控制单元装配多种类型的手术工具，并在术中快速更换。

所述的驱动模组包括：

壳体；

以及设置在所述壳体内的驱动所述夹钳夹合的第一电机，具体通过驱动所述钳夹控制线对应的绞盘心轴转动；

驱动所述腕关节俯仰机构运动的第二电机，具体通过驱动所述腕关节俯仰机构的控制线对应的绞盘心轴转动；

驱动所述旋转机构运动的第三电机，具体通过驱动所述旋转机构的控制线对应的绞盘心轴转动；

驱动所述肘关节俯仰机构运动的第四电机，具体通过驱动所述肘关节俯仰机构的控制线对应的绞盘心轴转动。

本发明，通过驱动模组的电机通过离合快换模块驱动对应的绞盘心轴转动，从而带动绞盘心轴上的绞盘转动，从而使得绞盘上的控制线发生变化，带动夹钳、腕关节俯仰机构、旋转机构以及肘关节俯仰机构运动。

所述的控制手柄设置有控制所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的各个控制开关。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

通过这样的结构形式，本手术工具操作单元在操作手术工具(如可弯持针钳等)时提供了以下优势：

一、本发明的手术器械控制单元允许外科医生直观地在体内操纵一系列的手术工具，同时允许通过大幅度的设备运动对效应器端部运动进行精确控制。本发明的手术器械控制单元可以使用户能够使用单手同时控制附接的手术工具的移动和转动。

二、电动控制及驱动使术者操作更加自然，可操作的角度更多。

三、多个功能可同时操作，如手术工具弯曲的同时夹持、旋转。

四、小巧、集成的操作界面，比较直观的操作缩短了学习曲线

五、模块化的设计可以集成任何可安装的手术工具。

附图说明

图1为本发明手术器械控制单元的结构示意图；

图2为本发明手术器械控制单元的结构示意图；

图3为本发明中手术器械的结构示意图；

图4为本发明中头部器械的结构示意图；

图5为本发明中手术器械的结构示意图；

图6为本发明中器械端部的结构示意图；

图7为本发明中器械端部的内部结构示意图；

图8为本发明中器械端部导向轮架和导线轮的结构示意图；

图9为本发明中离合快换模块的结构示意图；

图10为本发明中离合快换模块的结构示意图；

图11为本发明中驱动模组的结构示意图；

图12为本发明中驱动模组的结构示意图；

图13为本发明中控制手柄的结构示意图；

图14为本发明中控制手柄的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明手术器械控制单元作进一步详细描述。

如图1、图2所示，一种手术器械控制单元，包括：控制手柄6；与控制手柄6连接的驱动模组5；与驱动模组5连接的离合快换模块4；以及与离合快换模块4连接的手术器械。

如图1、图2、图3所示，手术器械包括：与离合快换模块4连接的器械端部3；与器械端部3连接的器械连接杆2；设置在器械连接杆2端部的头部器械1。

如图3、图4、图5所示，头部器械1包括：夹钳基座101、夹钳片102、腕关节波形体103、偏摆线轮104、腕关节基座105、关节转轴106、肘关节基座107、肘关节波形体108、旋转母件109、推力轴承110、旋转公件111、关节转轴112等。头部器械1包括：夹钳，夹钳对应的是夹钳开合自由度121；与夹钳连接的三维运动控制机构；三维运动控制机构包括：与夹钳连接的腕关节俯仰机构，腕关节俯仰机构对应的是腕关节俯仰自由度122；与腕关节俯仰机构连接的旋转机构，旋转机构对应的是旋转自由度123；与旋转机构连接的肘关节俯仰机构，肘关节俯仰机构对应的是肘关节俯仰自由度124。

腕关节俯仰机构、所述旋转机构和所述肘关节俯仰机构的三个运动面相互垂直，从而构成三维运动机构，控制夹钳的三维运动，腕关节俯仰自由度122、旋转自由度123、旋转自由度123沿三个维度运动，控制夹钳的旋转以及左右上下移动。

如图4所示，夹钳包括：夹钳基座101以及与夹钳基座101配合的夹钳片102，夹钳片102固定在控制轮上，控制轮连接有两根控制线，两根控制线穿过器械连接杆2内部连接到器械端部，驱动模组5的电机通过转动，带动器械端部3上的这两根控制线，从而控制夹钳的开闭。

如图4所示，腕关节俯仰机构包括：腕关节基座105；安装在腕关节基座105上的偏摆线轮104；安装在偏摆线轮104上的腕关节波形体103；腕关节波形体103与夹钳连接。偏摆线轮104连接有两根控制线，两根控制线穿过器械连接杆2内部连接到器械端部3，驱动模组5的电机通过转动，带动器械端部3上的这两根控制线，从而带动偏摆线轮104在所在平面转动一定角度，从而进一步带动腕关节波形体103和安装在腕关节波形体103上的夹钳一起运动。

如图4所示，旋转机构包括：旋转母件109；安装在旋转母件109上的推力轴承110；安装在推力轴承110上的旋转公件111；旋转公件111与腕关节基座105连接。推力轴承110连接有两根控制线，两根控制线穿过器械连接杆2内部连接到器械端部3，驱动模组5的电机通过转动，带动器械端部3上的这两根控制线，从而带动推力轴承110在所在平面转动一定角度，从而进一步带动旋转公件111和安装在旋转公件111上的腕关节基座105一起运动。

如图4所示，肘关节俯仰机构包括：肘关节基座107；安装在肘关节基座107上的关节转轴106；安装在关节转轴106上的肘关节波形体108；肘关节波形体108与旋转母件109连接。肘关节基座107与器械连接杆2连接，关节转轴106连接有两根控制线，控制线穿过器械连接杆2内部后与器械端部3连接。驱动模组5的电机通过转动，带动器械端部3上的这两根控制线，从而带动关节转轴106在所在平面转动一定角度，从而进一步带动肘关节波形体108和安装在肘关节波形体108上的旋转母件109一起运动。

器械连接杆2(也称中间器械杆)采用碳纤维材质，内部用于控制线的走线。。

如图6、图7、图8所示，器械端部3包括：导线轮301、导向轮架302、绞盘心轴303、器械底座304、轴承305、绞盘306、轴承307、盖子308，器械端部3包括：器械底座；安装在器械底座304内的导向轮架302；设置在所述导向轮架302上用于控制线导向的导线轮301；通过轴承(轴承307和轴承305)安装在器械底座304上的绞盘心轴303；安装在绞盘心轴303并与控制线连接的绞盘306。

本发明，通过驱动模组5通过离合快换模块4驱动绞盘心轴303转动，从而带动绞盘心轴303上的绞盘306转动，从而使得绞盘306上的控制线发生变化，带动各个三维运动控制机构运动。

夹钳开合自由度121、腕关节俯仰自由度122、旋转自由度123以及肘关节俯仰自由度124，每个自由度需要有两根控制线控制，控制线可具体采用钢丝绳。钢丝绳一端固定在绞盘306上，另一端通过导向轮架302，进行走线。4个关节，共8根线。通过绞盘306的转动，实现末端的自由度(夹钳开合自由度121、腕关节俯仰自由度122、旋转自由度123、肘关节俯仰自由度124)。

如图9和图10所示，离合快换模块4包括离合体盖401、离合体上盖402、离合体下盖403、离合体下部404、弹簧405、离合体上部406、旋钮407等。离合快换模块4包括：离合体盖401(具体包括离合体上盖402和离合体下盖403)；设置在离合体盖401内的离合体上部406和离合体下部404；设置在离合体上部406和离合体下部404之间的弹簧405。离合体盖401还设置有旋钮407，用于控制离合快换模块4的安装。离合快换模块4安装后，离合体上部406和离合体下部404之间的弹簧被压缩，离合体上部406和离合体下部404能够合在一起，能够配合一起运动。

如图11、图12所示，驱动模组5包括离合件501、电机502、PCB板503、电机安装壳体504、电源开关505、驱动安装壳体506等。电机502由PCB板503控制。驱动模组5的壳体包括电机安装壳体504和驱动安装壳体506，在电机安装壳体504内安装的电机502为4个，具体为：驱动夹钳夹合的第一电机，具体通过驱动钳夹控制线对应的绞盘心轴转动；驱动腕关节俯仰机构运动的第二电机，具体通过驱动腕关节俯仰机构的控制线对应的绞盘心轴转动；驱动旋转机构运动的第三电机，具体通过驱动旋转机构的控制线对应的绞盘心轴转动；驱动肘关节俯仰机构运动的第四电机，具体通过驱动肘关节俯仰机构的控制线对应的绞盘心轴转动。驱动模组5包括安装在一起的电机组件及驱动组件，电机组件中的电机安装壳体504安装4个电机并具有接口可与快换模组连接，驱动组件中的驱动安装壳体506可以安装相应的驱动板控制板(PCB板503)等集成电路，并留有接口与控制手柄6连接并通讯。

本发明，通过驱动模组5的电机502通过离合快换模块4安装后，驱动对应的绞盘心轴303转动，从而带动绞盘心轴303上的绞盘306转动，从而使得绞盘306上的控制线发生变化，带动夹钳、腕关节俯仰机构、旋转机构以及肘关节俯仰机构运动。

如图13、图14所示，控制手柄6设置有控制第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的各个控制开关。具体地，控制手柄6包括601档位按钮、602拇指摇杆、603扳机、604旋转按钮、605复位按钮。控制手柄设计为符合人体工学的形状，手柄上具有一系列的按钮及摇杆等开关，从而读取医生的手部动作，主要通过以下几个独立的肢体关节及肌肉群来实现：手臂关节，控制手术工具大范围的移动与角度转动，拇指摇杆，通过操纵手柄上的拇指摇杆来控制手术工具上可弯曲部分的弯曲或偏摆。食指关节，通过操作手柄上的开关来控制手术工具的绕杆旋转。无名指及其余指关节，通过操作操作手柄上的扳机开合，控制夹钳类手术工具(如持针钳、分离钳)的开合。

本发明中，将手术器械通过离合快换模块4快速安装到驱动模组5上，控制手柄6通过驱动模组5带动头部器械1运动，本发明的手术器械控制单元可以使用户能够使用单手同时控制附接的手术器械的移动和转动。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种手术器械控制单元，其特征在于，包括：

控制手柄；

与所述控制手柄连接的驱动模组；

与所述驱动模组连接的离合快换模块；

以及与所述离合快换模块连接的手术器械；

所述的手术器械包括：

与所述离合快换模块连接的器械端部；

与所述器械端部连接的器械连接杆；

设置在所述器械连接杆端部的头部器械；

所述的头部器械包括：

夹钳；

与所述夹钳连接的三维运动控制机构；

所述的三维运动控制机构包括：

与所述夹钳连接的腕关节俯仰机构；

与所述腕关节俯仰机构连接的旋转机构；

与所述旋转机构连接的肘关节俯仰机构；

所述的腕关节俯仰机构、所述旋转机构和所述肘关节俯仰机构的三个运动面相互垂直；

所述的腕关节俯仰机构包括：

腕关节基座；

安装在所述腕关节基座上的偏摆线轮；

安装在所述偏摆线轮上的腕关节波形体；

所述的腕关节波形体与所述夹钳连接；

所述的偏摆线轮连接有两根控制线，所述的两根控制线穿过所述器械连接杆内部连接到所述器械端部；

所述的旋转机构包括：

旋转母件；

安装在所述旋转母件上的推力轴承；

安装在所述推力轴承上的旋转公件；

所述的旋转公件与所述腕关节基座连接；

所述的推力轴承连接有两根控制线，所述的两根控制线穿过所述器械连接杆内部连接到所述器械端部；

所述的肘关节俯仰机构包括：

肘关节基座；

安装在所述肘关节基座上的关节转轴；

安装在所述关节转轴上的肘关节波形体；

所述的肘关节波形体与所述旋转母件连接；

所述的肘关节基座与所述器械连接杆连接；

所述的关节转轴连接有两根控制线，所述的两根控制线穿过所述器械连接杆内部连接到所述器械端部；

所述的驱动模组包括：

壳体；

以及设置在所述壳体内的驱动所述夹钳夹合的第一电机、驱动所述腕关节俯仰机构运动的第二电机、驱动所述旋转机构运动的第三电机、驱动所述肘关节俯仰机构运动的第四电机。

2.根据权利要求1所述的手术器械控制单元，其特征在于，所述的夹钳包括：夹钳基座以及与所述夹钳基座配合的夹钳片，所述的夹钳片固定在控制轮上，所述的控制轮连接有两根控制线，所述的两根控制线连接到所述器械端部。

3.根据权利要求1所述的手术器械控制单元，其特征在于，所述的器械端部包括：

器械底座；

安装在所述器械底座内的导向轮架；

设置在所述导向轮架上用于控制线导向的导线轮；

通过轴承安装在所述器械底座上的绞盘心轴；

安装在所述绞盘心轴并与控制线连接的绞盘。

4.根据权利要求1所述的手术器械控制单元，其特征在于，所述的控制手柄上设置有控制所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的各个控制开关。

Images