CN117379185A - 柔性可延伸医疗器械及手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种柔性可延伸医疗器械，包括：可形变臂，包括多对结构骨、连接盘及多个间隔盘，结构骨穿过多个间隔盘且末端与连接盘固定连接，连接盘包括多个第一滚转机构，每个间隔盘包括多对第二滚转机构；多组环形管，包括位于连接盘和与连接盘相邻的间隔盘之间的末端环形管及位于相邻间隔盘之间的中间环形管，末端环形管套设在相邻的第一滚转机构和第二滚转机构上，中间环形管套设在相邻的间隔盘彼此相对的第二滚转机构上，环形管包括流体腔；及与可形变臂连接，用于驱动可形变臂进退及弯转的驱动装置；第一滚转机构和第二滚转机构配置为协同驱动多组环形管，以使多组环形管相对于可形变臂的进退反向同步转动。本发明还公开一种手术机器人系统。

Description

柔性可延伸医疗器械及手术机器人系统

技术领域

本发明实施例涉及器械领域，特别涉及一种柔性可延伸医疗器械及手术机器人系统。

背景技术

传统疾病诊断和手术治疗主要分为开放诊断和手术以及腔内介入诊断和治疗。腔内介入诊断或治疗是在不开刀暴露病灶的情况下，在血管、皮肤上进行切口形成通道，或经人体原有的腔道，在影像设备的引导下到达目标位置，对病灶局部进行诊断或治疗，具有创伤小的特点。

为了减轻医生的负担，提高腔内介入的效率与安全性，利用腔内介入器械辅助进行介入诊断或手术的方法渐渐成为行业的研究热点。腔内介入器械具有运动精准、重复定位精度高、可以远程操控等优点，同时也可以消除手动操作过程中医生的生理颤抖和疲劳时的误操作带来的危险。但是目前采用的器械辅助介入诊断或手术的方法存在介入器械的柔性相对较差，不能适应弯曲复杂的人体腔道，或是介入器械的主体由硬质材料构成，在介入时容易对人体组织造成损伤等问题。

发明内容

对于以上问题，本公开提供可延伸医疗以及手术机器人系统，能够解决现有的诸多问题。

在一些实施例中，本公开提供一种柔性可延伸医疗器械及手术机器人系统，包括可形变臂，可形变臂包括多对结构骨、连接盘以及多个间隔盘，多对结构骨穿过多个间隔盘并且末端与连接盘固定连接，连接盘包括连接盘主体和沿连接盘主体的外周设置的多个第一滚转机构，每个间隔盘包括间隔盘主体和沿间隔盘主体的外周设置多对第二滚转机构，每对第二滚转机构配置为沿间隔盘主体的轴向排列；多组环形管，多组环形管包括沿连接盘和与连接盘相邻的间隔盘的周向布置的一组末端环形管以及沿相邻的间隔盘的周向布置的至少一组中间环形管，每个末端环形管套设在相邻的第一滚转机构和第二滚转机构上，每个中间环形管套设在相邻的间隔盘中彼此相对的第二滚转机构上，每个末端环形管和每个中间环形管包括位于外侧用于容纳流体的流体腔；以及驱动装置，与可形变臂连接，用于驱动可形变臂进退及弯转；其中，多个第一滚转机构和多对第二滚转机构配置为协同驱动多组环形管，以使多组环形管相对于可形变臂的进退反向同步转动。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对本公开实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅示出本公开的一些实施例，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，还可以根据本公开实施例的内容和这些附图获得其他的实施例。

图1示出根据本公开一些实施例的柔性可延伸医疗器械的远端部分立体图；

图2示出根据本公开的一些实施例的可延伸器械位于体内腔道内的远端部分结构示意图；

图3示出根据本公开一些实施例的可形变臂的结构示意图；

图4A示出根据本公开一些实施例的连接盘的结构示意图；

图4B示出根据本公开一些实施例的连接盘的B-B向剖视图；

图5A示出根据本公开一些实施例的间隔盘的结构示意图；

图5B示出根据本公开一些实施例的间隔盘的C-C向剖视图；

图6示出根据本公开一些实施例的可延伸器械的末端的剖视示意图；

图7示出根据本公开一些实施例的可延伸器械的前视图；

图8示出根据本公开一些实施例的设置有隔离膜的可形变臂的结构示意图；

图9示出根据本公开一些实施例的第一驱动机构的结构示意图；

图10示出根据本公开另一些实施例的第一驱动机构的结构示意图；

图11示出根据本公开一些实施例的可延伸器械的结构示意图；

图12示出根据本公开一些实施例的手术器械的结构示意图；

图13示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统的示意图。

具体实施方式

为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开示例性实施例，而不是全部的实施例。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，定义靠近操作者(例如医生)的一端为近端、近部或后端、后部，靠近患者的一端为远端、远部或前端、前部。

图1示出根据本公开一些实施例的柔性可延伸医疗器械100(以下也简称“可延伸器械100”)的远端部分立体图。可延伸器械100可以通过开口(例如切口或者自然开口)进入腔道(例如血管、气管、食道、阴道、肠道等等)，执行介入式诊断和治疗。图2示出根据本公开的一些实施例的可延伸器械100位于体内(例如人体内或动物体内)腔道A内的远端部分结构示意图。图3示出根据本公开一些实施例的可形变臂110的结构示意图。

如图1所示，可延伸器械100可以包括可形变臂110和多组环形管150。本公开中，可形变臂110可以是在至少一个自由度上可弯转的可形变连续体。在一些实施例中，可形变臂110可以包括设置在远端的连接盘120、多个间隔盘130以及多对结构骨140，多对结构骨140穿过多个间隔盘130并且末端与连接盘120固定连接，如图3所示。在一些实施例中，连接盘120可以包括连接盘主体121和沿连接盘主体121的外周设置的多个第一滚转机构122。每个间隔盘130可以包括间隔盘主体131和沿间隔盘主体131的外周设置多对第二滚转机构132。

本公开中，多组环形管150可以是多个具有弹性的柔性环状软管，内部填充有流体，用于包围可形变臂110以将可形变臂110与外界隔开。在一些实施例中，流体可以为液态流体，例如生理盐水等，或者为气态流体，例如空气、二氧化碳气体或者惰性气体等。

在一些实施例中，多组环形管150可以配置为从远端向近端沿周向依次包围可形变臂110的至少一部分。在一些实施例中，如图1所示，多组环形管150包括一组末端环形管151和至少一组中间环形管152。一组末端环形管151可以沿连接盘120和与连接盘120相邻的间隔盘130的周向布置，至少一组中间环形管152可以沿相邻的间隔盘130的周向布置。例如，一组末端环形管151可以配置为每个末端环形管151套设在相邻的第一滚转机构(例如，图3、图4A和图4B所示连接盘120的第一滚转机构122)和第二滚转机构(例如，图3、图5A和图5B所示间隔盘130的一对第二滚转机构132中与第一滚转机构122相邻的第二滚转机构132)上，从而沿周向包围可形变臂110上位于连接盘120和与该连接盘120相邻的间隔盘130之间的区域。至少一组中间环形管152可以配置为每个中间环形管152套设在相邻的间隔盘130中彼此相对的第二滚转机构(例如，图3、图5A和图5B所示相邻的两个间隔盘130中位于各间隔盘相对侧的一对第二滚转机构132)上，从而沿周向包围可形变臂110上位于相邻两个间隔盘130之间的区域。

在一些实施例中，每个末端环形管151和每个中间环形管152可以包括位于外侧(远离可形变臂110的一侧)用于容纳流体的流体腔(例如图6所示流体腔1514)。例如，末端环形管151和中间环形管152可以分别配置为以流体腔被两个滚转机构封闭于环形管外侧的状态套设在两个滚转机构上。在容纳有流体的状态下，末端环形管151和中间环形管152的流体腔在环形管外侧膨胀，从而将位于多组环形管150内侧的可形变臂110与位于多组环形管150外侧的腔道壁面或体内组织隔开，形成保护，具体内容后述。

在一些实施例中，可延伸器械100还可以包括驱动装置(例如，图9所示的第一驱动机构160、图10所示的第一驱动机构260、图11所示的第二驱动机构170)。驱动装置与可形变臂110连接，用于驱动可形变臂110进退及弯转，具体内容后述。由此实现可延伸器械100的线性运动和转向以适应弯曲复杂的腔道A，从而在不伤及腔道壁面的状态下使可延伸器械100中的手术器械190准确地抵达腔道A中的病灶区域，如图2所示。

本公开中，可延伸器械100的外表面由沿周向包围可形变臂110的多组环形管150的外侧表面构成。在一些实施例中，可延伸器械100可以在形变臂110运动过程中，控制多组环形管150反向转动，以补偿可形变臂110与腔道壁面之间的相对运动，使可延伸器械100的外表面与腔道壁面之间保持相对静止，同时多组环形管150可以类似履带一样在腔道壁面上通过。例如，多个第一滚转机构122和多对第二滚转机构132可以配置为协同驱动多组环形管150，以使多组环形管150相对于可形变臂110的进退反向同步转动，具体内容后述。

图4A示出根据本公开一些实施例的连接盘120的结构示意图，图4B示出根据本公开一些实施例的连接盘120的B-B向剖视图。如图4A和图4B所示，可形变臂110的连接盘120可以包括连接盘主体121和沿连接盘主体121的外周设置的多个第一滚转机构122，例如四个第一滚转机构。

连接盘主体121可以形成为大致正方形或多边形。在一些实施例中，在连接盘主体121上可以开设有第一通道孔1211。第一通道孔1211位于连接盘主体121的中央，可以与间隔盘上的第二通道孔(例如，图3所示的间隔盘130的第二通道孔1311)一起形成通道(例如图3所示的通道115)，以通过手术器械(例如，图2、图11、图12、图13所示的手术器械190)，具体内容后述。在一些实施例中，连接盘主体121的截面上还可以开设有多个第一通孔1212，且第一通孔1212的形状与结构骨(例如，图1、图3、图6、图8、图9或图10所示的结构骨140)截面的形状匹配或者基本匹配，以使得结构骨可以可滑动地穿过第一通孔1212并与第一通孔1212固定连接。在一些实施例中，在连接盘主体121还可以用于设置可延伸器械100的隔离膜(例如图8所示的末端隔离膜101)，具体内容后述。

在一些实施例中，在连接盘主体121上可以形成有多个第一安装部，用于安装多个第一滚转机构122。第一安装部可以包括在连接盘主体121的四周形成的第一安装槽1213和在连接盘主体121的四个角上形成的第一安装座1214。如图4A和图4B所示，第一安装槽1213可以沿连接盘主体121的外侧表面形成。在一些实施例中，第一安装槽1213可以配置为在安装有第一滚转机构122的状态下，与第一滚转机构122之间形成第一间隙123，该第一间隙123可以用于通过末端环形管151的远端的至少一部分。如图4B所示，第一安装槽1213可以包括第一挤压部1213a，第一挤压部1213a与连接盘主体121的上表面邻接，用于与第一滚转机构122匹配以密封套设在第一滚转机构122上的末端环形管151，具体内容后述。在一些实施例中，第一安装槽1213还可以包括位于上部的弧形面1213b和位于下部的平直面1213c，用于与第一滚转机构122形成第一间隙123。第一挤压部1213a可以形成于第一安装槽1213的弧形面1213b与连接盘主体121的上表面之间，从而与第一滚转机构122一起限制套设在第一滚转机构122上的末端环形管151的厚度。

在一些实施例中，如图4A所示，第一安装座1214可以是通过在连接盘主体121上开设多个第一安装槽1213而从连接盘主体121的四个角向外挤出的部分。第一安装座1214可以具有朝向第一安装槽1213的安装面，相邻两个第一安装座1214的安装面彼此相对。在一些实施例中，第一安装座1214的外侧表面可以形成为大致弧面状，和/或，第一安装座1214的外缘可以形成为大致圆角状，以防止可延伸器械100在运动过程中刮伤腔道壁面或体内组织。

在一些实施例中，第一滚转机构122可以包括安装在连接盘主体121上的第一轴1221和可转动地套设在第一轴1221上的第一转动件1222。如图4A所示，第一滚转机构122可以配置为第一轴1221设置于一对第一安装座1214的安装面之间，第一转动件1222容纳在第一安装槽1213内，以形成能相对于连接盘主体121转动的结构。第一滚转机构122可以用于套设末端环形管151。在一些实施例中，末端环形管151的远端可以套设在第一滚转机构122上，具体内容后述。

在一些实施例中，第一滚转机构122可以是主动式的滚转机构，配置为驱动第一转动件1222围绕第一轴1221转动，以配合相邻间隔盘上的第二滚转机构(例如，图3、图5A和图5B所示间隔盘130的一对第二滚转机构132中与第一滚转机构122相邻的第二滚转机构132)共同带动末端环形管151转动。例如，第一滚转机构122还可以包括第一外转子电机(图中未示出)，第一外转子电机包括与第一转动件1222固定连接或一体成型的第一外转子和与第一轴1221固定连接或一体成型的第一内定子。在一些实施例中，第一外转子电机的第一内定子可以作为第一滚转机构122的第一轴1221固定设置在一对第一安装座1214之间，或者可以与固定设置在一对第一安装座1214之间的第一轴1221固定连接。第一外转子可以作为第一滚转机构122的第一转动件1222围绕第一内定子转动，或者可以与套设在第一轴1221上的第一转动件1222固定连接，以带动第一转动件1222围绕第一轴1221转动。应当理解，第一滚转机构不限于上述结构，例如也可以是从动式的滚转机构。例如，第一滚转机构122可以配置为第一轴1221固定设置在一对第一安装座1214之间，第一转动件1222可转动地套设在第一轴1221上。在一对第一安装座1214之间还可以设置有用于与第一滚转机构122配合的主动滚转机构(例如挤压轮)，主动滚转机构可以带动第一滚转机构122转动，以驱动末端环形管151。应当理解，第一滚转机构的数量不限于四个，第一滚转机构以及连接盘主体上用于设置第一滚转机构的第一安装部的数量可以基于实际需求和连接盘的尺寸进行设置。例如，在连接盘主体上也可以沿周向形成有三个、五个或更多的第一安装部，用以设置对应数量的第一滚转机构。

图5A示出根据本公开一些实施例的间隔盘130的结构示意图，图5B示出根据本公开一些实施例的间隔盘130的C-C向剖视图。如图5A和图5B所示，可形变臂110的间隔盘130可以包括间隔盘主体131和沿间隔盘主体131的外周设置的多对第二滚转机构132，例如四对第二滚转机构。

间隔盘主体131可以具有与连接盘主体121类似的外形形状，形成为大致正方形或多边形。在一些实施例中，在间隔盘主体131上可以开设有第二通道孔1311。第二通道孔1311位于间隔盘主体131的中央，可以与连接盘上的第一通道孔(例如图3所示连接盘120的第一通道孔1211)一起形成用于通过手术器械(例如，图2、图11、图12、图13所示的手术器械190)的通道(例如图3所示的通道115)。在一些实施例中，间隔盘主体131的截面上还可以开设有多个第二通孔1312，且第二通孔1312的形状与结构骨(例如，图1、图3、图6、图8、图9或图10所示的结构骨140)截面的形状匹配或者基本匹配，以使得结构骨可以可滑动地穿过第二通孔1312。在一些实施例中，在间隔盘主体131还可以用于设置可延伸器械100的隔离膜(例如，图8所示的末端隔离膜101或中间隔离膜102)，具体内容后述。

在一些实施例中，在间隔盘主体131上可以形成有多个第二安装部，用于安装多对第二滚转机构132。第二安装部可以包括在间隔盘主体131的四周形成的第二安装槽1313和在间隔盘主体131的四个角上形成的第二安装座1314。如图5A和图5B所示，第二安装槽1313沿间隔盘主体131的外侧表面形成，并且形成为相对于间隔盘主体131的中间截面1301(间隔盘主体131厚度方向1/2处的截面)对称的结构。在一些实施例中，第二安装槽1313可以配置为在安装有一对第二滚转机构132的状态下，与一对第二滚转机构132之间分别形成第二间隙133，用于通过套设在第二滚转机构132上的末端环形管151的近端的至少一部分或中间环形管152两端的至少一部分。第二间隙133可以包括彼此连通的轴向间隙133a和径向间隙133b。如图5B所示，轴向间隙133a的宽度或跨度方向大致沿间隔盘主体131的轴向(图5B中的竖直方向)，径向间隙133b的宽度或跨度方向大致沿间隔盘主体131的径向(图5B中的水平方向)。

在一些实施例中，第二安装槽1313可以包括第二挤压部1313a，用于与一对第二滚转机构132匹配以分别密封套设在第二滚转机构132上的末端环形管151和/或中间环形管152。例如，第二挤压部1313a可以配置为在第二安装槽1313内安装有一对第二滚转机构132的状态下，与一对第二滚转机构132之间分别形成有一对轴向间隙133a。轴向间隙133a可以形成为沿间隔盘主体131的径向向外侧开口，以与一对第二滚转机构132一起限制套设在第二滚转机构132上的末端环形管151或中间环形管152的厚度。在一些实施例中，第二安装槽1313还可以包括与一对第二滚转机构132分别相对的一对弧形面1313b。一对弧形面1313b配置为在第二安装槽1313内安装有一对第二滚转机构132的状态下，与一对第二滚转机构132之间形成有分别向间隔盘主体131的上表面和下表面开口的一对径向间隙133b。在一些实施例中，如图5B所示，第二挤压部1313a可以与一对弧形面1313b一体形成并且沿间隔盘主体131的径向向外侧延伸，从而在第二挤压部1313a与一对第二滚转机构132之间形成分别与一对径向间隙133b连续且连通的一对轴向间隙133a。

应当理解，间隔盘主体的第二安装槽不限于上述结构，只要是能够安装一对第二滚转机构，并且能够通过并限制套设在第二滚转机构上的末端环形管或中间环形管的第二安装槽均不脱离本公开的范围。例如，第二安装槽的第二挤压部也可以与一对弧形面分离。或者，第二安装槽也可以不包括一对弧形面，而是包括与第二挤压部分离的平直面，平直面可以在安装有第二滚转机构的状态下与第二滚转机构之间形成贯穿间隔盘主体的上下表面的一个轴向间隙。在一些实施例中，第二安装槽也可以包括多个彼此分离的第二挤压部。在一些实施例中，第二安装槽也可以包括至少一个挤压轮，挤压轮可以用于将末端环形管或中间环形管按压在对应的第二滚转机构的第二转动件上，以实现密封末端环形管或中间环形管的至少一部分。或者，第二安装槽也可以包括至少一个挤压部与至少一个挤压轮的组合，以共同限制末端环形管或中间环形管的厚度。

在一些实施例中，如图5A所示，第二安装座1314可以是通过在间隔盘主体131上开设多个第二安装槽1313而从间隔盘主体131的四个角向外挤出的部分。第二安装座1314可以具有朝向第二安装槽1313的安装面，相邻两个第二安装座1314的安装面彼此相对。在一些实施例中，第二安装座1314的外侧表面可以形成为大致弧面状，和/或，第二安装座1314的外缘可以形成为大致圆角状，以防止可延伸器械100在运动过程中刮伤腔道壁面或体内组织。

在一些实施例中，第二滚转机构132可以包括安装在间隔盘主体131上的第二轴1321和可转动地套设在第二轴1321上的第二转动件1322。如图5A所示，在一些实施例中，一对第二滚转机构132可以配置为沿间隔盘主体131的轴向排列，其中每个第二滚转机构132的第二轴1321设置于一对第二安装座1314的安装面之间，第二转动件1322容纳在第二安装槽1313内，以形成能相对于间隔盘主体131转动的结构。第二滚转机构132可以用于套设末端环形管151或中间环状管152。在一些实施例中，末端环形管151的近端可以套设在与连接盘120相邻的间隔盘130的第二滚转机构132上，或者中间环状管152的两端可以分别套设在相邻的两个间隔盘130中彼此相对的第二滚转机构132上，具体内容后述。

在一些实施例中，第二滚转机构132可以是主动式的滚转机构，配置为驱动第二转动件1322围绕第二轴1321转动，以配合连接盘上的第一滚转机构共同带动末端环形管151转动，或者配合相邻间隔盘上的第二滚转机构共同带动中间环形管152转动。例如，第二滚转机构132还可以分别包括第二外转子电机(图中未示出)，第二外转子电机包括与第二转动件1322固定连接或一体成型的第二外转子和与第二轴1321固定连接或一体成型的第二内定子。在一些实施例中，第二外转子电机的第二内定子可以作为第二滚转机构132的第二轴1321固定设置在一对第二安装座1314之间，或者可以与固定设置在一对第二安装座1314之间的第二轴1321固定连接。第二外转子可以作为第二滚转机构132的第二转动件1322围绕第二内定子转动，或者可以与套设在第二轴1321上的第二转动件1322固定连接，以带动第二转动件1322围绕第二轴1321转动。应当理解，第二滚转机构不限于上述结构，例如也可以是从动式的滚转机构，与主动式的滚转机构协同，驱动末端环形管151或中间环状管152。例如，第二滚转机构132可以配置为第二轴1321固定设置在一对第二安装座1314之间，第二转动件1322可转动地套设在第二轴1321上。在一对第二安装座1314之间还可以设置有用于与一对第二滚转机构132配合的主动滚转机构(例如挤压轮)，主动滚转机构可以带动一对第二滚转机构132同步转动，以驱动末端环形管151或中间环状管152。应当理解，第二滚转机构的数量不限于四对，第二滚转机构以及连接盘主体上用于设置第二滚转机构的第二安装部的数量可以基于实际需求和连接盘的尺寸进行设置。例如，在连接盘主体上也可以沿周向形成有三个、五个或更多的第二安装部，用以设置对应数量的成对的第二滚转机构。

在一些实施例中，如图3所示，连接盘120和多个间隔盘130可以在结构骨140的轴向上间隔布置，结构骨140的末端可以与连接盘120(例如如图4A所示的连接盘120上的多个第一通孔1212)固定连接，结构骨140的近端可以穿过多个间隔盘130(例如每个间隔盘130上的多个第二通孔1312)与驱动装置中的第一驱动机构(例如，图9所示的第一驱动机构160或图10所示的第一驱动机构260)连接，具体内容后述。通过设置多个间隔盘130可以加强结构骨140在推拉过程中的稳定性。

在一些实施例中，可形变臂110可以包括多对结构骨140。在一些实施例中，多对结构骨140的远端沿周向间隔固定设置在连接盘120上。例如，多对结构骨140可以均匀间隔设置或者规律的对称设置。在一些实施例中，结构骨140可以为镍钛合金丝、钢丝等等。在一些实施例中，结构骨140的数量可以为两对，协同推拉对应设置的一对结构骨，可以实现可形变臂110向第一自由度方向的弯转，协同推拉对应设置的另外一对结构骨，可以实现可形变臂110向第二自由度方向的弯转，从而使可形变臂110具有至少一个方向上的自由度。在一些实施例中，结构骨140的数量还可以为三对、四对、六对等等。结构骨140的数量可以包括但不限于上述实施例中的数量。

图6示出根据本公开一些实施例的可延伸器械100的末端的剖视示意图。应当理解，为了图面简洁，仅示意性地示出了可延伸器械100末端的上半部分的剖视图，末端的下半部分可以具有与上半部分对称的类似结构。如图1和图6所示，可延伸器械100可以多组环形管150，多组环形管150可以包括设置于连接盘120和间隔盘130之间的一组末端环形管151以及设置于相邻两个间隔盘130之间的至少一组中间环形管152。在一些实施例中，末端环形管151和中间环形管152可以具有类似的结构。以下以末端环形管为例进行说明。

在一些实施例中，如图6所示，末端环形管151可以包括用于与第一滚转机构122和第二滚转机构132配合的内圈1511以及相对内圈1511远离第一滚转机构122和第二滚转机构132的外圈1512。在一些实施例中，末端环形管151可以配置为远端套设在连接盘120的第一滚转机构122上，近端套设在与连接盘120相邻的间隔盘130的第二滚转机构132上。末端环形管151在卷绕于第一滚转机构122和第二滚转机构132的状态下，内圈1511张紧在第一转动件1222和第二转动件1322之间，在第一转动件1222和第二转动件1322协同转动时可以通过摩擦力带动内圈1511运动，实现末端环形管151的顺时针或逆时针转动。本公开中，第一转动件和第二转动件的协同转动是指第一转动件和第二转动件的线速度相同。

例如，如图4B、图5B和图6所示，在第一转动件1222和第二转动件1322沿图6中的顺时针协同转动时，可以带动内圈1511运动以拉动套设在第二转动件1322上的末端环形管151的近端在间隔盘130的第二间隙133中沿顺时针(例如，从图5B所示轴向间隙133a至径向间隙133b)卷入，并且拉动套设在第一转动件1222上的末端环形管151的远端在连接盘120的第一间隙123中沿顺时针(例如，从如图4B所示靠近平直面1213c的一端至靠近第一挤压部1213a的一端)卷出，从而实现末端环形管151整体的顺时针转动。或者，在第一转动件1222和第二转动件1322沿图6中的逆时针协同转动时，可以带动内圈1511运动以拉动卷绕在套设在第一转动件1222上的末端环形管151的远端在连接盘120的第一间隙123中沿逆时针(例如，从如图4B所示靠近第一挤压部1213a的一端至靠近平直面1213c的一端)卷入，并且拉动套设在第二转动件1322上的末端环形管151的近端在间隔盘130的第二间隙133中沿逆时针(例如，从图5B所示径向间隙133b至轴向间隙133a)卷出，从而实现末端环形管151整体的逆时针转动。

在一些实施例中，在末端环形管151的内圈1511和外圈1512之间形成有用于容纳流体的流体腔。流体腔可以在容纳有流体时膨胀，从而在可形变臂与腔道壁面之间形成缓冲区域。在一些实施例中，末端环形管151可以预先填充有流体，并且以流体集中于环形管外侧的状态张紧套设在连接盘120的第一滚转机构122和间隔盘130的第二滚转机构132上。在一些实施例中，如图6所示，连接盘120的连接盘主体121和第一滚转机构122可以配置为密封末端环形管151的远端以在远端隔离位于环形管外侧的流体腔和位于环形管内侧的流体腔，并且间隔盘130的间隔盘主体131和第二滚转机构132可以配置为密封末端环形管151的近端以在近端隔离位于环形管外侧的流体腔和位于环形管内侧的流体腔，从而使流体仅能容纳于位于末端环形管151外侧且被密封于第一滚转机构122和第二滚转机构132之间的流体腔1514内。

在一些实施例中，连接盘120的第一滚转机构122可以与连接盘主体121匹配以密封末端环形管151的远端。并且，间隔盘130的第二滚转机构132可以和间隔盘主体131匹配以密封末端环形管151的近端。本公开中，第一滚转机构与连接盘主体匹配是指第一滚转机构与连接盘主体之间形成的间隙(例如，图4B或图6所示第一间隙123)的宽度允许环形管在压紧状态下通过，第二滚转机构与间隔盘匹配是指第二滚转机构与间隔盘主体之间形成的间隙(例如，图5B所示第二间隙133中的轴向间隙133a)的宽度允许环形管在压紧状态下通过。

在一些实施例中，如图4B、图5B和图6所示，第一滚转机构122与连接盘主体121匹配可以包括第一转动件1222与第一安装槽1213之间的第一间隙123的宽度d1小于等于末端环形管151的内圈1511与外圈1512的壁面厚度之和，并且第二滚转机构132与间隔盘主体131匹配可以包括第二转动件1322与第二安装槽1313之间的轴向间隙133a的宽度d2小于等于末端环形管151的内圈1511与外圈1512的壁面厚度之和。末端环形管151在第一转动件1222和第二转动件1322的带动下顺时针转动时，由第二安装槽1313的第二挤压部1313a与第二转动件1322包围形成的轴向间隙133a的开口会将流体腔1514的近端压紧以挤出流体，并且从第一安装槽1213的第二挤压部1313a与第一挤压部1213a包围形成的第一间隙123的一端(例如，图4B所示靠近第一挤压部1213a的一端)会释放流体腔1514的远端以容纳被挤出流体，从而在末端环形管151的运动过程中能实现流体始终容纳在流体腔1514内，将可形变臂110与腔道A的壁面隔开。另外，末端环形管151在第一转动件1222和第二转动件1322的带动下逆时针转动的状态与顺时针转动的状态类似，在此不再赘述。

在一些实施例中，多组环形管150配置为在容纳流体的状态下，容纳腔包围可形变臂以形成整体上圆形或椭圆的横截面。图7示出根据本公开一些实施例的可延伸器械100的前视图。在一些实施例中，多组环形管的外圈由弹性柔性材料构成，内圈由非弹性柔性材料构成。例如，如图6所示，末端环形管151可以包括由非弹性柔性材料构成的内圈1511、由弹性柔性材料构成的外圈1512以及位于内圈1511和外圈1512之间且两端封闭的流体腔1514。在流体腔1514内容纳有流体的情况下，末端环形管151可以形成为内圈1511保持平整且外圈1512向外隆起的截面大致劣弧弓形状，如图7所示。通过使一组末端环形管151以外侧容纳有流体的状态套设在连接盘120和间隔盘130之间，且使至少一组中间环形管152以外侧容纳有流体的状态套设在相邻两个间隔盘130之间，可延伸器械100可以在多组环形管150的包围下形成整体上圆形或椭圆形的截面(例如图7中虚线圆所示)。由此，多组环形管150可以在各个方向上将可形变臂110与腔道A的壁面隔开，防止可形变臂110对腔道A造成损伤。

在一些实施例中，如图3所示，连接盘120上形成的第一通道孔1211与多个间隔盘130上分别形成的第二通道孔1311构成了贯穿可形变臂110的通道115，用于通过手术器械(例如，图2、图11、图12、图13所示的手术器械190)，具体内容后述。

在一些实施例中，可形变臂110还可以包括隔离膜，用于将可形变臂中的多对结构骨140以及通道115与外界隔开，防止结构骨和手术器械的臂体受到腐蚀。在一些实施例中，隔离膜可以配置为在多对结构骨和多组环形管之间沿周向密封连接在连接盘和间隔盘上。图8示出根据本公开一些实施例的设置有隔离膜的可形变臂110的结构示意图。如图8所示，隔离膜可以包括末端隔离膜101和中间隔离膜102，其中末端隔离膜101用于覆盖连接盘120与相邻的间隔盘130之间的空间，中间隔离膜102用于覆盖相邻两个间隔盘130之间的空间。在一些实施例中，末端隔离膜101可以配置为在多对结构骨140与一组远端环形管151之间沿周向密封连接在连接盘主体121的下表面和间隔盘主体131的上表面之间，以将连接盘120与相邻的间隔盘130之间的空间与外界隔开。中间隔离膜102可以配置为在多对结构骨140与一组中间环形管152之间沿周向密封连接在相邻两个间隔盘主体131的下表面和上表面之间，以将相邻两个间隔盘130之间的空间与外界隔开。

应当理解，本公开的可变形臂包括但不限于上述实施例中的结构，只要能够实现进退及弯转的可变形臂均不脱离本公开的范围。在一些实施例中，可变形臂也可以形成为对偶连续体结构，包括远端连续体和近端连续体。远端连续体例如包括远端止盘(例如图3或图8所示连接盘120)、至少一个远端间隔盘(例如图3或图8所示间隔盘130)、位于远端连续体近端的远端基盘和至少一对第一结构骨(例如图3或图8所示结构骨140)。近端连续体具有与远端连续体类似的结构，近端连续体可以反向设置在可形变臂的近端，与远端连续体关联以形成对偶连续体结构。通过驱动近端连续体向任意方向弯转，可以耦合驱动远端连续体向相反的方向弯转。

在一些实施例中，可延伸器械100还可以包括驱动装置，用于驱动可形变臂110进退及弯转。在一些实施例中，驱动装置可以包括多个第一驱动机构，第一驱动机构与多对结构骨连接，通过推拉多对结构骨以带动可形变臂弯转。第一驱动机构可以与多对结构骨140连接，通过推拉多对结构骨140以带动可形变臂110在空间中向不同方向的弯转。在一些实施例中，可形变臂110还可以包括连续体框架(例如图11所示连续体框架111)，用于容纳多个第一驱动机构(例如，图9所示第一驱动机构160或图10所示第一驱动机构260)。

图9示出根据本公开一些实施例的第一驱动机构160的结构示意图。如图9所示，在一些实施例中，第一驱动机构160可以包括多组双头螺杆模组161，双头螺杆模组161可以包括具有反向螺纹的双头螺杆162、与双头螺杆162螺纹连接的一对滑块163a和163b、以及与双头螺杆162连接的第一驱动单元(图中未示，例如电机)。在一些实施例中，双头螺杆模组161可以包括分别滑动穿设在滑块163a和163b上的导杆164a和164b。一对结构骨140分别与滑块163a和163b固定连接。第一驱动单元驱动双头螺杆162旋转，驱动滑块163a和163b分别同步反向线性移动(例如沿导杆164a和164b)，从而可以协同推拉结构骨140。通过多组双头螺杆模组161可以协同推拉多对结构骨140，以实现可形变臂110的弯转。

图10示出根据本公开另一些实施例的第一驱动机构260的结构示意图，作为上述第一驱动机构160的替代性实施例。如图10所示，第一驱动机构260可以包括多组丝杆螺母模组261，丝杆螺母模组261可以包括螺纹连接的丝杆262和螺母263、滑动穿设在螺母263上的导杆264以及与丝杆262连接的第一驱动单元(图中未示，例如电机)。结构骨140中与螺母263固定连接。第一驱动单元驱动丝杆262旋转，驱动螺母263线性移动(例如沿导杆264)，从而推或拉结构骨140。通过多组丝杆螺母模组261协同推拉多对结构骨140，以实现可形变臂110的弯转。应当理解，本公开的第一驱动机构包括但不限于上述实施例中的结构，只要能够实现推拉结构骨的第一驱动机构均不脱离本公开的范围。

在一些实施例中，驱动装置还可以包括第二驱动机构，第二驱动机构与可形变臂连接，用于驱动可形变臂进给或后退。图11示出根据本公开一些实施例的可延伸器械200的结构示意图。如图11所示，可延伸器械200可以包括可形变臂110和用于驱动可形变臂110的驱动装置。可形变臂110在近端包括连续体框架111，连续体框架111用于容纳第一驱动机构(例如，图9所示第一驱动机构160或图10所示第一驱动机构260)。

在一些实施例中，第二驱动机构170可以是线性驱动机构，用以驱动可形变臂110线性运动。在一些实施例中，第二驱动机构170可以包括台座和驱动部，台座可以用于支持连续体框架111，驱动部用于驱动台座前进或后退。在一些实施例中，第二驱动机构170可以包括带有滑槽的支架171，在支架171上转动设置有丝杠172。在丝杠172上套设有滑块173作为台座，该滑块173与丝杠172通过螺纹配合且滑动设置在支架171的滑槽中。在支架171的一端可以设置有作为第二驱动单元的电机174，电机174的输出轴可以通过联轴器175与丝杠172固定连接。在一些实施例中，滑块173还包括用于安装连续体框架111的套筒1731。套筒1731可以安装在滑块173上，或者套筒1731也可以和滑块173一体成型。电机174驱动丝杠172，从而驱动滑块173和套筒1731沿滑槽线性运动，由此实现可形变臂110进给和后退运动。应当理解，第二驱动机构不限于上述结构，只要是能够实现可形变臂的进给运动的驱动机构均不脱离本公开的范围。

在一些实施例中，可延伸器械可以在可形变臂的线性运动过程中，协同驱动多个环形管转动，使多个环形管的外侧相对于可形变臂的运动方向反向同步运动。在一些实施例中，第一滚转机构和第二滚转机构可以配置为协同驱动多个环形管，以使多个环形管相对于可形变臂反向同步转动。本公开中，协同驱动多个环形管转动是指一组末端环形管和至少一组中间环形管以相同的线速度运动。

在一些实施例中，可延伸器械还可以包括控制装置。控制装置可以与驱动装置、连接盘120上的多个第一滚转机构122以及间隔盘130上的多组第二滚转机构132连接，配置为控制驱动装置以使可形变臂110进退及弯转，并且基于可形变臂110的运动协同控制多个第一滚转机构122和多组第二滚转机构132带动多个环形管150转动，以使多个环形管150配合可形变臂110的运动方向反向同步转动。例如，如图6所示，控制装置可以配置为在控制可形变臂110进给(例如，图6中实线箭头方向)时，控制多个第一转动件1222和多组第二转动件1322顺时针转动，从而协同驱动套设在第一滚转机构122和第二滚转机构132之间的一组末端环形管151和套设在两个第二滚转机构132之间的至少一组中间环形管152转动，使末端环形管151和中间环形管152的外侧沿与可形变臂110的运动方向反向(例如，图6中空心箭头方向))同步运动。由此，在可延伸器械100在腔道A内进给或回撤时，实现作为可延伸器械100的外表面的多个环形管150的外侧表面与腔道A的壁面的相对速度为零，从而能够在可延伸器械100运动过程中避免损伤腔道A的壁面或体内组织。

在一些实施例中，可延伸器械还可以包括手术器械，手术器械包括柔性管以及设置在柔性管末端的器械，柔性管配置为能穿过可形变臂中形成的通道，以使器械从连接盘伸出。图12示出根据本公开一些实施例的手术器械190的结构示意图。在一些实施例中，如图12所示，手术器械190可以包括器械191和柔性管192，柔性管192与器械191的后端连接，以带动器械191在可形变臂110中形成的通道(例如图3所示的通道115)内运动。在一些实施例中，器械191可以是视觉工具或手术工具，例如内窥镜、超声探头、穿刺针、夹钳、电凝等。柔性管192例如可以是软管、波纹管、由多个弯转构节依次连接构成的柔性管等。

应当理解，可延伸器械不限于包括上述结构的手术器械，也可以是在可形变臂的末端集成有末端器械。例如，可延伸器械100还包括末端器械，末端器械可以设置在可形变臂110的连接盘120上，包括视觉工具或手术工具。

本公开还提供一种手术机器人系统，图13示出根据本公开一些实施例的手术机器人系统1000的示意图。如图13所示，手术机器人系统1000可以包括机械臂900和可延伸器械100，可延伸器械100设置在机械臂900的末端。在一些实施例中，可延伸器械100例如可以是上述的可延伸器械100、200中的任意一种。

本公开提供的可延伸器械具有较好的柔性，可以很好地适应弯曲复杂的腔道，可广泛应用于各种腔道的介入诊断和治疗。并且，填充有流体的多个环形管将可形变臂与腔道隔开，并且能保持可延伸器械的外表面与腔道壁面相对静止，能够在可延伸器械运动过程中避免损伤腔道壁面，从而能满足介入诊断和治疗安全需求。

注意，上述仅为本公开的示例性实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本公开不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本公开的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本公开进行了较为详细的说明，但是本公开不仅仅限于以上实施例，在不脱离本公开构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本公开的范围由所附的权利要求范围决定方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种柔性可延伸医疗器械，其特征在于，包括：

可形变臂，所述可形变臂包括连接盘、多对结构骨以及多个间隔盘，所述多对结构骨穿过所述多个间隔盘并且末端与所述连接盘固定连接，所述连接盘包括连接盘主体和沿所述连接盘主体的外周设置的多个第一滚转机构，每个间隔盘包括间隔盘主体和沿所述间隔盘主体的外周设置多对第二滚转机构，每对第二滚转机构配置为沿所述间隔盘主体的轴向排列；

多组环形管，所述多组环形管包括沿所述连接盘和与所述连接盘相邻的间隔盘的周向布置的一组末端环形管以及沿相邻的所述间隔盘的周向布置的至少一组中间环形管，每个末端环形管套设在相邻的第一滚转机构和第二滚转机构上，每个中间环形管套设在相邻的所述间隔盘中彼此相对的第二滚转机构上，每个末端环形管和每个中间环形管包括位于外侧用于容纳流体的流体腔；以及

驱动装置，与所述可形变臂连接，用于驱动所述可形变臂进退及弯转；

其中，所述多个第一滚转机构和所述多对第二滚转机构配置为协同驱动所述多组环形管，以使所述多组环形管相对于所述可形变臂的进退反向同步转动。

2.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述第一滚转机构包括安装在所述连接盘主体上的第一轴和可转动地套设在所述第一轴上的第一转动件；

所述第二滚转机构包括安装在所述间隔盘主体上的第二轴和可转动地套设在所述第二轴上的第二转动件。

3.根据权利要求2所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述第一滚转机构还包括第一外转子电机，所述第一外转子电机包括与所述第一转动件固定连接或一体成型的第一外转子和与所述第一轴固定连接或一体成型的第一内定子，所述第一外转子电机配置为驱动所述第一转动件围绕所述第一轴转动；

所述第二滚转机构还包括第二外转子电机，所述第二外转子电机包括与所述第二转动件固定连接或一体成型的第二外转子和与所述第二轴固定连接或一体成型的第二内定子，所述第二外转子电机配置为驱动所述第二转动件围绕所述第二轴转动，以配合所述连接盘上的第一滚转机构共同带动所述末端环形管转动，或者配合相邻所述间隔盘上的第二滚转机构共同带动所述中间环形管转动。

4.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述连接盘主体包括用于设置所述第一滚转机构的多个第一安装槽，所述第一安装槽包括与所述连接盘主体的上表面邻接的第一挤压部，所述第一挤压部用于与所述第一滚转机构匹配以密封套设在所述第一滚转机构上的末端环形管。

5.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述间隔盘主体包括用于设置所述第二滚转机构的多个第二安装槽，所述第二安装槽包括至少一个第二挤压部和/或至少一个挤压轮，用于与一对第二滚转机构匹配以分别密封套设在所述第二滚转机构上的末端环形管和/或中间环形管。

6.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述多组环形管的外圈由弹性柔性材料构成，内圈由非弹性柔性材料构成；

所述多组环形管配置为在容纳所述流体的状态下，所述容纳腔包围所述可形变臂以形成整体上圆形或椭圆的横截面。

7.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，可形变臂还包括多个隔离膜，所述隔离膜配置为在所述多对结构骨和所述多组环形管之间沿周向密封连接在所述连接盘和所述间隔盘上。

8.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述驱动装置包括多个第一驱动机构和第二驱动机构，

所述第一驱动机构与所述多对结构骨连接，通过推拉所述多对结构骨以带动所述可形变臂弯转，

所述第二驱动机构与所述可形变臂连接，用于驱动所述可形变臂进给或后退。

9.根据权利要求1所述的柔性可延伸医疗器械，其特征在于，

所述柔性可延伸医疗器械还包括末端器械，所述末端器械设置在所述连接盘上，包括视觉工具或手术工具；或者

所述柔性可延伸医疗器械还包括手术器械，所述手术器械包括柔性管以及设置在所述柔性管末端的器械，所述柔性管配置为能穿过所述可形变臂中形成的通道，以使所述器械从所述连接盘伸出。

10.一种手术机器人系统，其特征在于，包括：

机械臂；以及

根据权利要求1-9中任一项所述的柔性可延伸医疗器械，所述柔性可延伸医疗器械设置在所述机械臂末端。