CN116421863A - 一种内耳注射-采样手术的连续体机构 - Google Patents

Abstract

一种内耳注射‑采样手术的连续体机构，它涉及一种内耳注射‑采样连续体机构。本发明为了解决现有手术器械经通道进入中耳或内耳完成相应手术，执行难度较高，对人体存在一定程度损伤的问题。本发明的鞍形关节(1‑1)和中段(1‑3)依次连接，内管(1‑2)穿设在鞍形关节(1‑1)内，内管(1‑2)的前端安装有摄像头模组(1‑4)、手术微针(1‑5)和导光光纤(1‑6)，多根驱动钢丝(1‑6)的一端穿过并安装在鞍形关节(1‑1)上，多根驱动钢丝(1‑6)的另一端与驱动模块连接并驱动鞍形关节(1‑1)的柔性弯曲自由度。采用线驱动方式，将驱动系统集成在手术执行器外部，有利于安装和调试；本发明用于耳科手术机器人中。

Description

一种内耳注射-采样手术的连续体机构

技术领域

本发明涉及一种执行机构，具体涉及一种内耳注射-采样手术的连续体机构。

背景技术

内耳给药-采样手术的组织位于鼓室内部，需要手术器械经过狭小的骨质腔道，从鼓膜进入中耳或内耳完成相关手术操作，其狭小弯曲的腔道环境特性对手术器械的尺寸和运动灵活性提出了较高的要求，导致目前国内外耳科手术机器人一般采用刚性手术器械，采用在颧骨表面钻孔产生通道，使器械直接进入中耳或内耳完成相应手术，对人体存在一定损伤，需要较长的术后恢复期。

综上所述，现有手术器械在尺寸和运动灵活度等方面无法满足经自然腔道微创手术的要求，对具备高灵活度的微小尺寸的手术执行机构的需求较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有手术器械在尺寸和运动灵活度等性能难以满足经自然腔道微创手术的问题，提出了一种新型的连续体机构作为经自然腔道手术的执行机构，凭借其尺寸较小以及运动灵活度较高等优势，可以安全穿过耳内狭小的骨质腔道，实现两段空间曲线的手术位姿，满足内耳给药-采样手术的具体需求。

本发明的技术方案是：一种内耳注射-采样手术的连续体机构包括鞍形关节、内管、中段、摄像头模组、手术微针、导光光纤和多根驱动钢丝；鞍形关节和中段依次连接，内管穿设在鞍形关节内，内管的前端安装有摄像头模组、手术微针和导光光纤，多根驱动钢丝的一端穿过并安装在鞍形关节上，多根驱动钢丝的另一端与驱动模块连接并驱动鞍形关节的柔性弯曲自由度。

进一步地，鞍形关节的数量为8-14片，相邻两片鞍形关节扣装形成一个关节单元，多个关节单元之间串联。

进一步地，每片鞍形关节均由两对驱动钢丝连接并驱动。

优选地，鞍形关节的数量为10片。

进一步地，每片鞍形关节上开设有4个钢丝绳孔。

进一步地，中段为圆柱形中段，中段的一端与鞍形关节连接，中段的另一端与驱动模块连接。

进一步地，内管为柔性内管。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明用于耳道的内耳注射-采样手术机器人系统上，通过控制末端连续体机构经过外耳道，绕过耳骨等内耳结构到达手术靶点位置，通过手术微针完成内耳注射给药以及组织液活检等手术操作。作为一种新的手术范式，具有创伤小、时间短和术后并发症风险低等优点。

2、本发明经过外耳道从鼓膜上预先开好的3mm孔进入中耳(术后可自愈)并绕过内耳结构运动至圆窗将药物递送至手术靶点位置并完成内耳组织液活检工作。

3、本发明通过设计一种由鞍形关节组成的连续体柔性臂，凭借独特的关节结构设计和布置以及线驱动的外置驱动方式，有效实现了狭小尺度(3mm)腔道内的四自由度弯曲运动，具有较高的运动灵活性。

4、本发明功能完备，兼具内窥镜和手术器械两种功能，通过内置集成的影像系统可以获得实时的2D手术影像，在到达指定靶点位置后通过搭载的手术微针实现采样、注药等手术操作。

附图说明

图1是本发明的主视图；图2是图1的后视图；图3是图1的俯视图；图4是柔性段模块1的三维结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种内耳注射-采样手术的连续体机构包括鞍形关节1-1、内管1-2、中段1-3、摄像头模组1-4、手术微针1-5、导光光纤1-6和多根驱动钢丝1-7；鞍形关节1-1和中段1-3依次连接，内管1-2穿设在鞍形关节1-1内，内管1-2的前端安装有摄像头模组1-4、手术微针1-5和导光光纤1-6，多根驱动钢丝1-6的一端穿过并安装在鞍形关节1-1上，多根驱动钢丝1-6的另一端与驱动模块2连接并驱动鞍形关节1-1的柔性弯曲自由度。

本实施方式的一种内耳注射-采样手术的连续体机构是安装于系统执行器末端的一种手术器械，经过外耳道从鼓膜上预先开好的3mm孔进入中耳(术后可自愈)，绕过内耳结构运动至圆窗将药物递送至手术靶点位置，完成内耳组织液活检工作。

本发明的连续体机构外径2mm，内径1.3mm，总体长度为5mm，具备四个方向的弯曲自由度，可以实现两端空间曲线的手术姿态。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的鞍形关节1-1的数量为8-14片，相邻两片鞍形关节1-1扣装形成一个关节单元，多个关节单元之间串联。如此设置，便于保证关节位于内耳中并处于自由弯曲的状态，进而实现注射和采样。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式的驱动钢丝穿过两片鞍形关节1-1上的钢丝孔实现连接固定，并设置有一定的预紧力使连续体机构具有足够的刚度以保持形状不变，通过改变关节内钢丝的长度，使相邻滚动关节绕接触点相对转动，每一关节段(指一个关节单元)由两对钢丝主动驱动，具备两个方向的弯曲自由度，连续体机构整体具备四个方向的柔性弯曲自由度，能够实现两段空间曲线的运动姿态，从而保证末端运动的灵活性。

通过Adams软件进行连续体机构的运动规划仿真，验证了连续体机构具备四个方向弯曲自由度，在尺寸、运动灵活度和运动分辨率等方面均可以满足内耳给药-活检手术的具体需求。

具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的每片鞍形关节1-1均由两对驱动钢丝1-6连接并驱动。如此设置，便于灵活控制连续体机构的弯曲自由度。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的鞍形关节1-1的数量为10片。如此设置，便于满足手术要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的每片鞍形关节1-1上开设有4个钢丝绳孔1-1-1。如此设置，便于穿设钢丝绳。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的中段1-3为圆柱形中段，中段1-3的一端与鞍形关节1-1连接，中段1-3的另一端与驱动模块连接。如此设置，便于中段内部的空间安装有钢丝绳等构件，节省空间。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的内管1-2为柔性内管。如此设置，柔性段采用中空设计，内嵌有柔性内管，内管末端内设有孔道以容纳在末端集成的摄像头模组1-4、手术微针1-5和导光光纤1-6，提供手术过程中的实时影像、照明并完成注射给药和活检等手术操作，整个柔性段通过中段1-3与后端驱动模块部分连接固定。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

结合图1至图4说明本发明的工作原理：

内耳注射-采样手术的连续体机构的工作原理，借助术前编写好的运动控制程序，控制八根驱动钢丝按照运动规划进行拉伸或缩短，使得连续体机构作四自由度柔性弯曲运动，绕过砧骨、锤骨等内部结构以两段空间曲线的运动位姿到达内耳圆窗的靶点位置。医生通过内窥镜实时影响识别圆床以及靶点位置小幅度调整第二段姿态，释放出手术微针，完成注药以及活检等手术操作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：它包括鞍形关节(1-1)、内管(1-2)、中段(1-3)、摄像头模组(1-4)、手术微针(1-5)、导光光纤(1-6)和多根驱动钢丝(1-7)；

鞍形关节(1-1)和中段(1-3)依次连接，内管(1-2)穿设在鞍形关节(1-1)内，内管(1-2)的前端安装有摄像头模组(1-4)、手术微针(1-5)和导光光纤(1-6)，多根驱动钢丝(1-6)的一端穿过并安装在鞍形关节(1-1)上，多根驱动钢丝(1-6)的另一端与驱动模块(2)连接并驱动鞍形关节(1-1)的柔性弯曲自由度。

2.根据权利要求1所述的一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：鞍形关节(1-1)的数量为8-14片，相邻两片鞍形关节(1-1)扣装形成一个关节单元，多个关节单元之间串联。

3.根据权利要求2所述的一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：每片鞍形关节(1-1)均由两对驱动钢丝(1-6)连接并驱动。

4.根据权利要求3所述的一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：鞍形关节(1-1)的数量为10片。

5.根据权利要求1或4所述的一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：每片鞍形关节(1-1)上开设有4个钢丝绳孔(1-1-1)。

6.根据权利要求5所述的一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：中段(1-3)为圆柱形中段，中段(1-3)的一端与鞍形关节(1-1)连接，中段(1-3)的另一端与驱动模块连接。

7.根据权利要求6所述的一种内耳注射-采样手术的连续体机构，其特征在于：内管(1-2)为柔性内管。

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