CN115177377A - 一种经皮肾镜组合设备及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种经皮肾镜组合设备及其操作方法，涉及外科用的针头操纵器领域，包括用于观察的经皮肾镜和用于操作的工作臂；经皮肾镜包括肾镜支架管，肾镜支架管的尾部与第一驱动端连接；工作臂包括工作支架管，工作支架管的尾部与第二驱动端连接；肾镜支架管靠近头部端面的位置上设置有第一连接结构，工作支架管靠近头部端面的位置上设置有第二连接结构，第一连接结构和第二连接结构可拆卸式连接，第一连接结构和第二连接结构于连接位置上为球铰配合关系。该经皮肾镜组合设备能够使体外分离的经皮肾镜和工作臂在特定区域内能够产生配合连接，对于操作者而言，具体操作中可以以其中一者作为支点对另外一者进行调节，简化了实际操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及到外科用的针头操纵器领域，具体涉及到一种经皮肾镜组合设备及其操作方法。
背景技术
图1示出了现有技术下的经皮肾镜应用操作示意图，经皮肾管在结石手术的应用中，首先在皮肤1至肾3之间建立至少两根穿透皮肤及肾脏的瘘管，其中一根瘘管用于导入经皮肾镜4进行观察，另一根瘘管用于操作设备5的导入；其中，经皮肾镜4用于观察结石2形态，操作设备5用于对结石2进行操作。
在以上所描述的操作过程中，主要依赖于医生精湛的操作技术，根据杠杆原理，在长杠杆的距离放大作用下，经皮肾镜和操作设备的操作难度较高，不利于进行精准化作业，手术风险较高。
发明内容
为了简化经皮肾镜的操作难度，本发明提供了一种经皮肾镜组合设备及其操作方法，通过第一连接结构和第二连接结构的设置，使体外分离的经皮肾镜和工作臂在特定区域内能够产生配合连接，对于操作者而言，具体操作中可以以其中一者作为支点对另外一者进行调节，简化了实际操作难度，具有良好的实施便利性。
相应的，本发明提供了一种经皮肾镜组合设备，包括用于观察的经皮肾镜和用于操作的工作臂，还包括外部驱动模组，所述外部驱动模组具有第一驱动端和第二驱动端；
所述经皮肾镜包括肾镜支架管，所述肾镜支架管的尾部与所述第一驱动端连接；
所述工作臂包括工作支架管，所述工作支架管的尾部与所述第二驱动端连接；
所述肾镜支架管靠近头部端面的位置上设置有第一连接结构，所述工作支架管靠近头部端面的位置上设置有第二连接结构，所述第一连接结构和第二连接结构可拆卸式连接，所述第一连接结构和第二连接结构于连接位置上为球铰配合关系。
可选的实施方式，所述第一连接结构为球面支座，所述第二连接结构为球面体；
所述球面支座固设在所述肾镜支架管上，所述球面支座具有一个配合球面，所述配合球面为完整球面的其中一部分结构；
所述球面体固设在所述工作支架管上；
所述球面体可拆卸的配合在所述球面支架的配合球面上。
可选的实施方式，所述球面支座上设置有第一电生磁机构，所述球面体上设置有第二电生磁机构；
在第一电生磁机构和第二电生磁机构的配合下，所述球面体紧贴在所述配合球面上。
可选的实施方式，所述第一驱动端基于第一位置监控设备监控空间位置，所述第一驱动端基于第一姿态监控设备监控空间姿态；
所述第二驱动端基于第二位置监控设备监控空间位置，所述第二驱动端基于第二姿态监控设备监控空间姿态。
可选的实施方式，所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端，所述第一位置监控设备和所述第一姿态监控设备整合在所述第一机械臂中；
所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端，所述第二位置监控设备和所述第二姿态监控设备整合在所述第二机械臂中。
相应的，本发明提供了一种经皮肾镜组合设备操作方法，基于任一项所述的经皮肾镜组合设备实现，包括：
通过驱动所述肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域，通过观察经皮肾镜导出的影像寻找目标位置；
根据所述肾镜支架管的结构、所述肾镜支架管的姿态以及所述肾镜支架管的尾部的空间位置确认所述肾镜支架管上的第一连接结构的空间位置；
基于所述第二连接结构的空间位置开设连通所述预设区域的第二瘘管；
通过驱动所述工作支架管的尾部带动所述工作支架管的头部经过第二瘘管进入所述预设区域，并使所述第一连接结构和第二连接结构连接；
固定所述肾镜支架管，通过所述工作支架管的尾部控制所述工作支架管绕连接位置运动并进行作业。
可选的实施方式，所述通过驱动所述肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域包括：
基于第一驱动端驱动所述肾镜支架管的尾部；
所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端；
所述第一驱动端基于第一位置监控设备监控空间位置，所述第一驱动端基于第一姿态监控设备监控空间姿态。
可选的实施方式，所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端，所述第一位置监控设备和所述第一姿态监控设备整合在所述第一机械臂中。
可选的实施方式，所述通过驱动所述工作支架管的尾部带动所述工作支架管的头部经过第二瘘管进入所述预设区域包括：
基于第二驱动端驱动所述工作支架管的尾部；
所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端；
所述第二驱动端基于第二位置监控设备监控空间位置，所述第二驱动端基于第二姿态监控设备监控空间姿态。
可选的实施方式，所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端，所述第二位置监控设备和所述第二姿态监控设备整合在所述第二机械臂中。
综上，本发明实施例提供了一种经皮肾镜组合设备及其操作方法，通过增设的配合结构，使得肾镜支架管和工作支架管能够进行可拆卸式的球铰配合关系，利用该配合关系，可使得经皮肾镜和工作支架管在作业时具有一定的相互限制性，而并非是完全开放式的操作，简化的二者操作难度；经皮支架管或工作支架管以所述球铰配合关系为支点可形成具有尺度缩小作用的杠杆结构，可提高其头部的运动精度；球铰配合关系的设置，还可以限制肾镜支架管或工作支架管的头部的运动范围，起到了提高操作安全性的作用。相应的，通过对应的操作方法，该经皮肾镜组合设备能够很好的服务于相关病状的治疗，能够有效提高治疗安全性，具有良好的实践意义。
附图说明
图1为现有技术下的经皮肾镜应用操作示意图。
图2为本发明实施例的经皮肾镜组合设备基本结构示意图。
图3为本发明实施例的连接位置的局部放大结构示意图。
图4为本发明实施例的经皮肾镜组合设备操作方法流程图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明实施例的经皮肾镜组合设备基本结构示意图。
相应的，本发明提供了一种经皮肾镜组合设备，包括用于观察的经皮肾镜和用于操作的工作臂，还包括外部驱动模组，所述外部驱动模组具有第一驱动端13和第二驱动端14。具体的，所述经皮肾镜包括肾镜支架管10，所述肾镜支架管10的尾部与所述第一驱动端13连接；具体的，肾镜支架管为现有技术下的经皮肾管的主体结构，起到了基本的支架支撑作用，相关的透镜元件等结构安装在肾镜支架管架上，并通过肾镜支架管导入至目标区域中，相关的影像光线从肾镜支架管传导至外部进行分析处理后进行展示，以供医务人员进行观察。具体的，在本发明实施例中，所述肾镜支架管的尾部，即所述肾镜支架管的尾部用于供外部进行操作，在本发明实施例中，操作的主体可以为医务人员，也可以为第一驱动端。
具体的，所述工作臂包括工作支架管11，所述工作支架管的尾部与所述第二驱动端14连接；相类似的，工作支架管同样起到了辅助工作臂相关部件进入到目标区域的作用，工作臂相关部件可以为电刀、激光光线、高压气管等设备。
具体的，所述肾镜支架管靠近头部端面的位置上设置有第一连接结构，所述工作支架管靠近头部端面的位置上设置有第二连接结构，所述第一连接结构和第二连接结构可拆卸式连接，所述第一连接结构和第二连接结构于连接位置12上为球铰配合关系；具体的，所述第一连接结构和第二连接结构产生可拆卸式配合连接，并能够与连接位置上形成球铰配合关系，可使得肾镜支架管和工作支架管能够通过不同的瘘管进入人体后形成一定的连接关系，使得外部对肾镜支架管和工作支架管的控制并非为现有技术下的完全开放的状态，二者之间能够形成一定的相互连接配合关系，可使得外部对二者的操控难度降低。例如，通过固定其中一者的方式，另一这可以以连接位置为支点进行可靠的空间自由摆动运动，从而使得外部对二者的操作更为精准。
具体的，图2所示结构为本发明实施例的经皮肾镜组合设备的基本实施原理，基于实际条件考虑，参照图3所示意的本发明实施例的连接位置的局部放大结构示意图，可选的实施方式，所述第一连接结构为球面支座20，所述第二连接结构为球面体21。
所述球面支座20固设在所述肾镜支架管10上，所述球面支座具有一个配合球面，所述配合球面为完整球面的其中一部分结构；
所述球面体21固设在所述工作支架管11上；
所述球面体21可拆卸的配合在所述球面支架20的配合球面上。
具体的，考虑到实际的空间占用情况，工作支架管和肾镜支架管于连接位置是不能够完全重叠的，因此，所述第一连接结构和第二连接结构的实际配合情况在空间上是具有一定错位的，如附图图3所示，在本发明实施例的实施结构中，将球铰配合关系的球心位置设置在工作支架管一侧，具体的，所述第一连接结构为固设在所述肾镜支架管上的球面支座，所述第二连接结构为固设在所述工作支架管的球面体，相应的，球面支座具有一个配合球面，所述配合球面为完整球面的其中一部分结构，受物理干涉关系的影响，所述配合球面的大小影响着球面体的活动范围，所述配合球面越小，工作支架管和肾镜支架管之间的相互活动空间越大，但配合定位稳定性越低；反之，所述配合球面越大，工作支架管和肾镜支架管之间的相互活动空间越小，但配合定位稳定性越高。实际实施中可根据需求关系选用。
结合一般的实施逻辑可知，通过肾镜支架管的头部位置控制观察区域，在确定目标区域后，则需要在观察的同时，利用工作臂对相关目标区域执行动作，如粉碎结石、切割病灶等操作，因此，该经皮肾镜组合设备在实际使用时，利用肾镜支架管找到目标区域后，保持肾镜支架管的位置稳定性，然后利用工作臂进行后续的执行操作。具体的，工作支架管通过球铰与肾镜支架管形成配合，肾镜支架管理论上是保持固定不动的，可以提供一个稳固的支架结构，工作支架管的头部和尾部之间通过连接位置的球铰结构形成一个杠杆结构，且结合实际实施结构考虑，该杠杆结构是一个力放大、距离尺度缩小的杠杆结构，通过该实施方式，可保证外部对工作支架管的操作精度和降低工作支架管的操作难度。
具体的，关于第一连接结构和第二连接结构之间的可拆卸配合关系，由于二者一般是于人体内产生连接关系及解除连接关系，因此，传统的机械结构很难满足使用需求，可选的实施方式，可选的实施方式，所述球面支座上设置有第一电生磁机构和/或所述球面体上设置有第二电生磁机构；在第一电生磁机构和/或第二电生磁机构的配合下，所述球面体紧贴在所述配合球面上。具体的，实际实施中，当第一连接结构和第二连接结构其中一者具有电生磁机构时，另一者应为能被磁铁吸引的材料；当二者均具有电生磁机构时，则二者的电生磁机构极性需要进行配合调整，保证二者之间能够产生吸引关系。
进一步的，为了进一步的降低经皮肾镜组合设备的实施难度，可选的实施方式，所述第一驱动端基于第一位置监控设备监控空间位置，所述第一驱动端基于第一姿态监控设备监控空间姿态；所述第二驱动端基于第二位置监控设备监控空间位置，所述第二驱动端基于第二姿态监控设备监控空间姿态。通过对驱动端的位置监控和姿态监控，可以实时感知到肾镜支架管和工作支架管的位置和姿态，以保证二者之间产生精确的配合运动。
实际实施中，基于实施可行性和便利性考虑，可选的实施方式，所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端，所述第一位置监控设备和所述第一姿态监控设备整合在所述第一机械臂中；所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端，所述第二位置监控设备和所述第二姿态监控设备整合在所述第二机械臂中。具体的，机械臂基于模拟人手动作的角度触发，一般优选为六轴机械臂，实际实施中，可采用纯控制机械臂的方式进行经皮肾镜组合设备的使用，而可以仅利用机械臂发挥对肾镜支架管和工作支架管的位置监控和姿态监控作用，具体的，即将肾镜支架管和工作支架管安装至对应的机械臂后，机械臂的末端为开放运动状态，医护人员可通过手动方式对肾镜支架管和工作支架管进行操作，机械臂的末端仅产生跟随作用（类似于现有技术下的机械臂的示教模式）。
图4示出了本发明实施例的经皮肾镜组合设备操作方法流程图。
相应的，本发明提供了一种经皮肾镜组合设备操作方法，基于前述的经皮肾镜组合设备实现，包括：
S101：通过驱动所述肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域，通过观察经皮肾镜导出的影像寻找目标位置；
第一瘘管的架设有赖于医护人员的确认，第一瘘管的两端分别连通预设区域和外部环境。在第一瘘管在架设完毕后，通过肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域，经皮肾镜开始获取其头部所对应的区域的影像并导出至尾部输出，外部显示设备则对相关影像进行显示后供医护人员参考。
医护人员基于对肾镜支架管的尾部的操作控制肾镜支架管的头部的影像区域，直至医护人员寻找到目标位置后，保持肾镜支架管的固定，以进行后续的操作作业。由于涉及到了对肾镜支架管保持固定的动作，一般情况下，该动作需要通过外部机械设备进行保持，相较于人工操作，其位置保持性能较佳。
S102：根据所述肾镜支架管的结构、所述肾镜支架管的姿态以及所述肾镜支架管的尾部的空间位置确认所述肾镜支架管上的第一连接结构的空间位置；
具体的，肾镜支架管的结构（具体为其长度即第一连接结构所在的位置）是已知的，在肾镜支架管保持固定后，所述肾镜支架管的姿态以及所述肾镜支架管的尾部位置是已知的，通过计算机的三维重构技术，可确认所述肾镜支架管上的第一连接结构的空间位置。
S103：基于所述第二连接结构的空间位置开设连通所述预设区域的第二瘘管；
以第二连接结构的空间位置为导向，需要开设连通所述预设区域的第二瘘管进行工作臂的导入。
S104：通过驱动所述工作支架管的尾部带动所述工作支架管的头部经过第二瘘管进入所述预设区域，并使所述第一连接结构和第二连接结构连接；
相应的，第二瘘管构建完成后，导入工作支架管，由于第二瘘管的构建基础是指向第二连接结构的空间位置的，相对应二代，工作支架管在导入后，第一连接结构和第二连接结构能够较为容易的完成连接。
相对应的，针对于前述采用电生磁机构的实施方式，通过启动相关的电生磁机构，基于磁性的吸引作用，能够在一定的空间区域内自动化完成第一连接结构和第二连接结构的连接。
S105：固定所述肾镜支架管，通过所述工作支架管的尾部控制所述工作支架管绕连接位置运动并进行作业。
由于通过经皮肾镜已经找到了目标位置进行了定位和观察，因此，保持所述肾镜支架管的固定，通过工作支架管的尾部控制所述工作支架管绕连接位置运动并进行作业。
该实施方式的好处包括：在距离尺度缩小的杠杆结构中，工作支架管的末端的运动精度更高，操作难度更低；受连接位置出的球铰的限制，工作支架管的末端的运动范围是可控的，不会因为工作支架管走偏等因素对其余的位置造成意外破坏，提高了实施的安全性；观察区域一般情况下和工作支架管的末端的运动范围是重叠的，可观察的实时性和工作臂工作的可观察性。
具体的，理论上通过手工测量、手工监控、手工操作等方式就能够完成对本发明实施例的经皮肾镜组合设备的使用，但考虑到了实施的便利性和安全性，一般还需要增加额外的辅助设备以更好的辅助经皮肾镜组合设备的使用。
可选的实施方式，所述通过驱动所述肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域包括：
基于第一驱动端驱动所述肾镜支架管的尾部；
所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端；
所述第一驱动端基于第一位置监控设备监控空间位置，所述第一驱动端基于第一姿态监控设备监控空间姿态。
可选的实施方式，所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端，所述第一位置监控设备和所述第一姿态监控设备整合在所述第一机械臂中。
可选的实施方式，所述通过驱动所述工作支架管的尾部带动所述工作支架管的头部经过第二瘘管进入所述预设区域包括：
基于第二驱动端驱动所述工作支架管的尾部；
所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端；
所述第二驱动端基于第二位置监控设备监控空间位置，所述第二驱动端基于第二姿态监控设备监控空间姿态。
可选的实施方式，所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端，所述第二位置监控设备和所述第二姿态监控设备整合在所述第二机械臂中。
根据前述的描述，机械臂的辅助使用，对经皮肾镜组合设备的部件起到了位置监控和姿态监控的作用，额外的，机械臂的使用还能够对肾镜支架管和工作支架管起到了驱动以及位置保持的作用，以解放人力资源以及避免意外产生。
综上，本发明实施例提供了一种经皮肾镜组合设备及其操作方法，通过增设的配合结构，使得肾镜支架管和工作支架管能够进行可拆卸式的球铰配合关系，利用该配合关系，可使得经皮肾镜和工作支架管在作业时具有一定的相互限制性，而并非是完全开放式的操作，简化的二者操作难度；经皮支架管或工作支架管以所述球铰配合关系为支点可形成具有尺度缩小作用的杠杆结构，可提高其头部的运动精度；球铰配合关系的设置，还可以限制肾镜支架管或工作支架管的头部的运动范围，起到了提高操作安全性的作用。相应的，通过对应的操作方法，该经皮肾镜组合设备能够很好的服务于相关病状的治疗，能够有效提高治疗安全性，具有良好的实践意义。
以上对本发明实施例所提供的一种经皮肾镜组合设备及其操作方法进行了详细介绍，本文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 (10)
1.一种经皮肾镜组合设备，包括用于观察的经皮肾镜和用于操作的工作臂，其特征在于，还包括外部驱动模组，所述外部驱动模组具有第一驱动端和第二驱动端；
所述经皮肾镜包括肾镜支架管，所述肾镜支架管的尾部与所述第一驱动端连接；
所述工作臂包括工作支架管，所述工作支架管的尾部与所述第二驱动端连接；
所述肾镜支架管靠近头部端面的位置上设置有第一连接结构，所述工作支架管靠近头部端面的位置上设置有第二连接结构，所述第一连接结构和第二连接结构可拆卸式连接，所述第一连接结构和第二连接结构于连接位置上为球铰配合关系。
2.如权利要求1所述的经皮肾镜组合设备，其特征在于，所述第一连接结构为球面支座，所述第二连接结构为球面体；
所述球面支座固设在所述肾镜支架管上，所述球面支座具有一个配合球面，所述配合球面为完整球面的其中一部分结构；
所述球面体固设在所述工作支架管上；
所述球面体可拆卸的配合在所述球面支架的配合球面上。
3.如权利要求1所述的经皮肾镜组合设备，其特征在于，所述球面支座上设置有第一电生磁机构和/或所述球面体上设置有第二电生磁机构；
在第一电生磁机构和/或第二电生磁机构的配合下，所述球面体紧贴在所述配合球面上。
4.如权利要求1所述的经皮肾镜组合设备，其特征在于，所述第一驱动端基于第一位置监控设备监控空间位置，所述第一驱动端基于第一姿态监控设备监控空间姿态；
所述第二驱动端基于第二位置监控设备监控空间位置，所述第二驱动端基于第二姿态监控设备监控空间姿态。
5.如权利要求4所述的经皮肾镜组合设备，其特征在于，所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端，所述第一位置监控设备和所述第一姿态监控设备整合在所述第一机械臂中；
所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端，所述第二位置监控设备和所述第二姿态监控设备整合在所述第二机械臂中。
6.一种经皮肾镜组合设备操作方法，其特征在于，基于权利要求1至5任一项所述的经皮肾镜组合设备实现，包括：
通过驱动所述肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域，通过观察经皮肾镜导出的影像寻找目标位置；
根据所述肾镜支架管的结构、所述肾镜支架管的姿态以及所述肾镜支架管的尾部的空间位置确认所述肾镜支架管上的第一连接结构的空间位置；
基于所述第二连接结构的空间位置开设连通所述预设区域的第二瘘管；
通过驱动所述工作支架管的尾部带动所述工作支架管的头部经过第二瘘管进入所述预设区域，并使所述第一连接结构和第二连接结构连接；
固定所述肾镜支架管，通过所述工作支架管的尾部控制所述工作支架管绕连接位置运动并进行作业。
7.如权利要求6所述的经皮肾镜组合设备操作方法，其特征在于，所述通过驱动所述肾镜支架管的尾部带动所述肾镜支架管的头部穿过第一瘘管到达预设区域包括：
基于第一驱动端驱动所述肾镜支架管的尾部；
所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端；
所述第一驱动端基于第一位置监控设备监控空间位置，所述第一驱动端基于第一姿态监控设备监控空间姿态。
8.如权利要求7所述的经皮肾镜组合设备操作方法，其特征在于，所述第一驱动端为第一机械臂的工作末端，所述第一位置监控设备和所述第一姿态监控设备整合在所述第一机械臂中。
9.如权利要求6所述的经皮肾镜组合设备操作方法，其特征在于，所述通过驱动所述工作支架管的尾部带动所述工作支架管的头部经过第二瘘管进入所述预设区域包括：
基于第二驱动端驱动所述工作支架管的尾部；
所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端；
所述第二驱动端基于第二位置监控设备监控空间位置，所述第二驱动端基于第二姿态监控设备监控空间姿态。
10.如权利要求9所述的经皮肾镜组合设备操作方法，其特征在于，所述第二驱动端为第二机械臂的工作末端，所述第二位置监控设备和所述第二姿态监控设备整合在所述第二机械臂中。
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