CN220967419U - 一种具有多自由度的外科手术器械 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多自由度的外科手术器械，包括依次连接的手柄单元、连接控制单元、管臂、关节单元和闭合单元；所述手柄单元通过两根导线连接闭合单元，通过闭合单元控制钳头的张开与闭合；所述连接控制单元设置在手柄单元与管臂连接处，连接控制单元通过线绳连接关节单元，控制钳头的上下、左右动作；所述手柄单元的导线、连接控制单元的线绳均从管臂的腔体内部穿过。本实用新型可以通过手掌紧握和松开手柄来控制钳头的闭合和分离，简化了医生的操作方式。本实用新型通过三组独立的线绳或导线分别控制钳头的上下，左右以及开合，优化控制方式，使得控制更加精确，操作更加简单。

Description

一种具有多自由度的外科手术器械

技术领域

本实用新型涉及医疗器械，特别涉及一种具有多自由度的外科手术器械。

背景技术

与传统手术相比，微创外科手术手术创伤小，术后恢复快，治疗效果相同等优点越来越受到人们的青睐，但微创手术操作难度较高，其中很大一部分受制于手术器械的限制，现有持针钳存在自由度低、操作精度不高、传动效率低等缺点，在一些高难度的微创手术（例如在重要血管或重要组织附近的缝合和肿瘤切除）中，医生将面临巨大的挑战。

传统持针钳由于终端工具部分没有弯曲，因此存在向手术部位靠近及进行各种手术动作不容易的问题。为了弥补这一缺点，开发了终端工具部分能够弯曲的手术用机械臂。然而，用于使终端工具弯曲或执行手术动作的操作部的操作与实际终端工具的弯曲或执行手术动作的操作直观上不一致。因此具有在手术者的角度上不易执行直观上的操作。而且需要长时间练习才能熟练掌握使用方法的问题。

实用新型内容

本实用新型目的是：针对上述目前全角度腔镜持针钳存在操作精度不高，自由度低，医生使用无法达到随心所动等问题，本实用新型提出一种外科手术器械，具有高随动、多自由度，且操作简便、精度很高的特点，来解决目前市场上持针钳操作困难，自由度低的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种具有多自由度的外科手术器械，包括依次连接的手柄单元、连接控制单元、管臂、关节单元和闭合单元；

所述手柄单元通过两根导线连接闭合单元，通过闭合单元控制钳头的张开与闭合；

所述连接控制单元设置在手柄单元与管臂连接处，分别为上下运动控制单元、左右运动控制单元，其中上下控制单元设置在管臂的底部，左右控制单元设置在手柄单元的上方；连接控制单元通过线绳连接关节单元，控制钳头的上下、左右动作；

所述手柄单元的导线、连接控制单元的线绳均从管臂的腔体内部穿过。

优选的，所述手柄单元包括外壳、握把、凸轮、曲柄、滑块；

所述外壳内设置有旋转轴、弧形定位槽，所述握把中部活动连接在旋转轴上，握把前端与滑块连接，所述滑块置于弧形定位槽内；

所述凸轮通过销钉活动设置于外壳内，凸轮与滑块之间通过曲柄连接，凸轮两端分别连接一根导线连接到闭合单元。

优选的，所述闭合单元包括连接件、牵引滑块、两个导向销轴和两个滑动销轴；

所述牵引滑块通过所述两根导线连接手柄单元，牵引滑块上设置有上下延伸的中下滑槽、中上滑槽以及左右对称的旋转滑槽；

两个导向销轴分别穿过中下滑槽、中上滑槽，且分别与连接件固定连接；

两个滑动销轴分别穿过旋转滑槽两端，且分别与一个钳头连接；

当牵引滑块前后移动时带动牵引滑块内的滑动销轴移动，滑动销轴再带动钳头张开闭合；

所述连接件与关节单元固定连接。

优选的，所述关节单元包括依次连接的三个关节：

第一关节与两个钳头活动连接，由连接控制单元通过两根线绳控制钳头的上下动作；

第二关节与第一关节活动连接，由连接控制单元通过两根线绳控制钳头的左右动作；

第一关节和第二关节运动时相互独立，互不干扰；

第一关节和第二关节连接的两组线绳之间也互不干扰，两组线绳分别只控制一个关节运动；

第三关节与第二关节活动连接，第三关节与管臂固定连接。

优选的，所述第一关节与第二关节、第二关节与第三关节的活动连接轴上分别固定有滑轮，连接控制单元的线绳与滑轮固定缠绕，当连接控制单元带动线绳运动时，带动滑轮转动，进而带动相应关节转动。

优选的，所述连接控制单元包括手柄连接件，定滑轮、骨架、腔体底盘、手柄连接盘；

所述手柄连接盘与手柄外壳顶部固定连接，腔体底盘用于连接骨架；

所述手柄连接件连接手柄连接盘与腔体底盘，所述手柄连接件与手柄连接盘连接处的两侧各有一个滑轮，连接第二关节的两根线绳经过管臂腔体最终与这两个滑轮连接；

所述骨架与管臂的端部活动连接，骨架两侧分别安装有定滑轮；连接第一关节的两根线绳经过腔体分别连接到两个定滑轮上。

优选的，所述手柄做上下运动时，骨架一端会随之上下运动，而另一端相对骨架做旋转运动，同时两个定滑轮一样做旋转运动，最终通过线绳传递到第一关节，带动钳头的上下运动；所述手柄单元左右摆动时，带动手柄连接件两侧滑轮一起转动，进而带动线绳运动，最终运动传递到第二关节，带动钳头的左右摆动。

优选的，所述手柄连接件与手柄连接盘连接处的两个滑轮，通过一根粗销轴和两根细销轴连接。

优选的，所述管臂的腔体内设有滑轮，线绳及导线从腔体经过时全部从滑轮上的凹槽绕过。

优选的，两个钳头的下部内侧设有中空结构，钳头闭合时牵引滑块进入中空结构。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型的手柄单元、连接控制单元分别通过三组独立的线绳或导线分别控制钳头的上下、左右以及开合，优化控制方式，使得控制更加精确，增加钳头的自由度，操作更加简单。

2、本实用新型采用手柄单元的握把、凸轮、曲柄及滑块的配合，结构类似曲柄连杆机构，通过手掌紧握和松开握把，进而通过导线来控制钳头的的闭合和分离，简化了医生的操作方式。

3、本实用新型的钳头部位采用特殊的牵引滑块来控制张开与闭合，当牵引滑块前后移动时带动滑块内的销轴移动，销轴再带动钳头张开闭合，可以顺畅的操作钳头的开合。

4、本实用新型的手柄单元采用握把式结构，与传统的持针钳相比更加便于操作，并且控制钳头的结构可以放到握把内部，使得外观上更加美观。

5、本实用新型操作更加灵活，传统持针钳因为自由度低，医生只能通过不断调整自己手的位置来操作，本实用新型仅需要手轻微的转动带动握把的转动就可实现复杂操作，大大减轻了医生的操作难度。

6、现阶段市场上的较先进持针钳通过一组线绳控制多个方向的运动，传动效率低，本实用新型通过一组线绳控制钳头一个方向的方式使得传动效率增高。

7、本实用新型的连接控制单元分为两个部分，分别为上下运动控制单元，左右运动控制单元，其中上下控制单元在腔体的底部，左右控制单元在手柄的上方，这两部分主要靠骨架与销轴来连接。关节单元包括三个关节，其中第一关节由连接控制单元通过两根线绳控制钳头的上下动作，第二关节由连接控制单元通过两根线绳控制钳头的左右动作，并且每个关节运动时都是相互独立，互不干扰的。

8、本实用新型关节单元的第一关节、第二关节连接一组独立的线绳，线绳之间也是互不干扰，一组线绳只控制一组运动。

9、本实用新型的所有线绳经过转弯处时全部有固定的滑轮，滑轮上有凹槽，防止线绳左右跑偏。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的外科手术器械整体示意图；

图2为手柄部位爆炸图；

图3为钳头整体结构示意图；

图4线绳与滑轮连接示意图；

图5为关节单元示意图；

图6为钳头张开闭合控制部位的爆炸图；

图7为牵引滑块示意图；

图8为钳头连接件示意图；

图9为钳头整体结构示意图；

图10为连接单元示意图；

图11为整体向左、向下运动示意图；

图12为整体向右、向上运动示意图；

其中：1、外壳；2、握把；3、旋转轴；4、拉簧；5、弧形定位槽；6、第一导线；7、凸轮；8、曲柄；9、滑块卡槽；10、第二导线；11、曲柄卡槽；12、滑块；13、钳头；14、销轴一；15、销轴二；16、第一关节；17、第二关节；18、第三关节；19、销轴三；20、牵引滑块；21、滑动销轴；22、滑动销轴孔；23、销轴孔；24、连接件；25、销轴四；26、中下滑槽；27、导线连接槽一；28、旋转滑槽；29、中上滑槽；30、导线连接槽二；31、滑轮一；32、滑轮二；33、销轴五；34、细销轴一；35、细销轴二；36、线绳；37、圆弧槽；38、销轴孔二；39、手柄连接件；40、销轴七；41、销轴八；42、定滑轮一；43、定滑轮二；44、骨架；45、腔体底盘；46手柄连接盘。

具体实施方式

本实用新型的具有多自由度的外科手术器械，包括依次连接的手柄单元、连接控制单元、管臂、关节单元和闭合单元。

手柄单元为驱动单元，使用者依靠驱动手柄来实现关节单元的上下，左右以及开合动作，其中手柄单元内部结构专门用来控制钳头的张开与闭合。

如图1所示，所述手柄单元包括外壳1，握把2，拉簧4，凸轮7，曲柄8，滑块卡槽9，滑块12。

参照图2，所述手柄单元连接如下：

所述握把2相对于整个手柄单元来说，能够以旋转轴3为轴心进行旋转运动。

所述滑块12可以通过滑块卡槽9与握把相连接，当握把围绕着旋转轴3转动时带动滑块一起转动，滑块在弧形定位槽5里做固定方向的运动。

所述曲柄8与滑块12通过曲柄上的卡槽相链接，当滑块12在弧形定位槽5中做固定运动时，滑块12带着曲柄8一起运动。

所述凸轮7通过销钉固定在外壳上，只能围绕着销钉做旋转运动。

所述曲柄8与凸轮7通过曲柄8上的曲柄卡槽11相连接，当曲柄8运动时，带动凸轮7做旋转运动。

所述第一导线6与第二导线10分别绑缚在凸轮7的两端，当凸轮7做旋转运动时，带动第一导线6与第二导线8做拉紧与放松运动。例如：当凸轮7做顺时针旋转时，第一导线6张紧，第二导线10放松，反之做逆时针运动时，两根绳的状态相反。

所述拉簧4两端分别与外壳1内部的支撑轴、握把上的专用卡槽相连接，当握把2运动时，带动拉簧的拉伸与收缩。

参照图2，所述手柄单元的具体运动详述如下：

初始状态下，滑块12位于弧形定位槽5的最左端，如图2所示，钳头13处于分离状态，如图3所示。当握把2在外力的作用下向内按压时，握把2围绕着旋转轴3做顺时针运动，同时由于滑块12与握把2顶端的卡槽相连接，滑块12跟着握把2做顺时针运动，同时由于滑块12的另一端卡在弧形定位槽5内，所以滑块12只能沿着弧形定位槽5做固定运动，当握把向内运动时，滑块12从弧形定位槽5的最左端向右做圆周运动。同时曲柄8也与滑块12相连接，当滑块12在做圆周运动时，曲柄8跟着运动，将圆周运动转化为自身的斜上运动。曲柄8做斜上运动时，凸轮7与曲柄11另一端的曲柄卡槽11相连接，凸轮7随着曲柄8的运动绕着销轴做逆时针圆周运动。在凸轮7两端的第一导线6与第二导线10随着凸轮7的旋转分别做放松与拉紧运动，从而带动第一导线6与第二导线10另一端的钳头做闭合运动。同时由于拉簧4的一端固定在握把2上，拉簧4会随着握把2的运动处于拉伸状态。

当握把2上的作用力消失后，由于拉簧4处于拉伸状态，会把握把4拉回到初始状态，这时滑块12在弧形定位槽5内从右向左运动，曲柄8做斜下运动，凸轮7做顺时针的圆周运动，第一导线6与第二导线10随着凸轮7的旋转分别做拉紧与放松运动，从而带动第一导线6与第二导线10另一端的钳头做张开运动。

所述关节单元为动作实现单元，主要实现器械上下，左右动作。关节单元主要有三个关节组成，第一关节控制钳头的上下动作，第二关节控制钳头的左右动作，上下左右转动动的角度为180°。实现动作主要靠线绳的拉动，线绳与滑轮连接，滑轮与关节连接，线绳动带动滑轮动，滑轮再带动关节动。

如图3、4所示，所述关节单元包括钳头13，销轴一14，销轴二15，第一关节16，第二关节17，第三关节18，销轴三19，滑轮31，滑轮二32，销轴五33，细销轴一34，细销轴二35，线绳36。

参照图3图4，所述关节单元各部位连接如下：

所述钳头13底部有销轴孔，通过销轴将两个钳头连接到一起，在将销轴一14放入第一关节16上的销轴孔内，实现钳头与第一关节的连接。

所述第一关节16底部有销轴孔，在孔内插入销轴二15后将其连接到第二关节17顶部的销轴孔上，如此，第一关节就可以绕着销轴15做旋转运动。

所述第二关节17与第三关节18的连接方式与第一关节16和第二关节17的连接方式相同，即第二关节17与第三关节18通过销轴三19活动连接，第二关节17可以绕着销轴18做旋转运动。

所述第三关节18通过空心管子插入连接到管臂上。

参照图3，图4，所述钳头控制单元的详细运动如下：

第一关节16与第二关节17可以看成两个相互独立的关节，它们分别控制着钳头的上下与左右的运动，互不干扰，各自运动。线绳36控制第一关节16。线绳36与腔体的尾部相连接，控制钳头的上下运动。当手柄整体做上运动时，线绳36的一端收紧，另一端放松，这样就带动钳头端的线绳运动，钳头的线绳放在一个滑轮31里，与滑轮相固定，当线绳运动时带动滑轮做旋转运动，同时滑轮通过细销轴一34、细销轴二35与第一关节16底部相连接。滑轮中心有销轴孔与第一关节16底部的的销轴孔一同与销轴15相连接，这样当线绳运动时，带动滑轮绕销轴二15做旋转运动，同时第一关节16在滑轮的带动下也绕着销轴二15做旋转运动，从整体上看，就是钳头在做相上运动。反之，原理相同，当手柄向下运动时，钳头也会随之做向下的运动。

当手柄做左右运动时，其运动原理与上下运动的原理相同，另一根线绳控制第二关节17，第二关节17底部与滑轮相连接，然后共同连接到销轴19上，第二关节17与滑轮相固定，滑轮与线绳相连接，线绳的运动最终带动第二关节运动。

所述闭合单元控制钳头的张开与闭合。本实用新型的闭合单元依靠牵引滑块与线绳的传动来实现钳头的张开与闭合。两个钳头的下部凸起并且中空，牵引滑块在里面，滑块的上部与下部各有一个线绳连接槽，用来与线绳连接。线绳带动牵引滑块前后移动，牵引滑块再带动滑块内滑动销轴移动，而滑动销轴又和钳头连接再一起，最终形成钳头的张开与闭合。

参照图5-9，所述钳头闭合单元包括牵引滑块20，滑动销轴21，滑动销轴孔22，销轴孔23，连接件24，销轴四25，中下滑槽26，导线连接槽一27，旋转滑槽28，中上滑槽29，导线连接槽二30，圆弧槽37，销轴孔二38。

参照图5-9，所述钳头闭合单元连接如下：

所述牵引滑块20内有一个对称形状的滑槽，滑动销轴21位于滑槽内。

所述钳头13有滑动销轴孔22，其与滑动销轴21相连接。

所述钳头13的尾部有销轴孔23，其与销轴四25相连接，同时连接到第一关节16头部的销轴孔上。

所述连接件24头部与尾部均有销轴孔，尾部销轴孔与销轴四25相连接，销轴四25放入中下滑槽26内。头部销轴孔二38与销轴连接，同时销轴还放入牵引滑块20的中上滑槽29内。

参照图5-9，所述钳头闭合单元的具体运动详述如下：

钳头初始状态是处于张开状态，这时两个滑动销轴21分别处于牵引滑块20的旋转滑槽28内，并且处于最底部。而牵引滑块20的头部与尾部分别有导线连接槽一27，导线连接槽二30，这两个槽内分别固定一根导线，这两根导线就是与手柄内部凸轮7连接的第一导线6和第二导线10。第一导线6连接在牵引滑块20的导线连接槽一27，第二导线10连接在牵引滑块20的导线连接槽二30内，第一导线6与第二导线10初始状态都是拉紧状态，当手柄握把2握紧时，第一导线6向后（朝手柄方向）拉动牵引滑块20，由于连接件24上的两根销轴处于牵引滑块20的中下滑槽26、中上滑槽29内，所以牵引滑块20做水平直线运动。当牵引滑块20向后运动时，位于牵引滑块20旋转滑槽28两侧的滑动销轴21也随着运动，由于处于旋转滑槽28内，所以滑动销轴21只能沿着滑槽做固定的运动。滑动销轴21还与钳头13上的滑动销轴孔22连接，所以当滑动销轴21运动时会带动钳头运动，同时两个钳头尾部固定在第一关节16上，所以钳头13只能做围绕第一关节顶部销轴的旋转运动。当两根滑动销轴21运动到靠近中上滑槽29时，钳头就处于完全闭合状态。

第二导线10连接在牵引滑块20的导线连接槽二30内，其绕行方式如下：第二导线10从导线来连接槽二30出来后绕到连接件24顶部的销轴上，经过绕行后，导线的运行方向变为朝手柄方向，再到连接件24尾部的弧形槽37上，然后经过第一关节16与第二关节17上的凹槽，最后从管体到腔体再到手柄内的凸轮7上。

钳头张开的运动方式与钳头闭合的运动方式相反，第二导线10拉动牵引滑块20向前（远离手柄方向）运动，由于刚开始时闭合状态，旋转滑槽28内的两根滑动销轴21处于靠近中上滑槽29的位置，牵引滑块20向前运动带动两根滑动销轴运动，当运动到旋转滑槽28底部时，钳头就处于完全张开状态。

所述连接控制单元的作用是连接手柄与管臂，控制钳头的上下，左右动作。控制上下的线绳连接到管臂腔体底部，控制左右的线绳连接到手柄上端。

如图10所示，所述连接控制单元包括手柄连接件39，销轴七40，销轴八41，定滑轮一42，定滑轮二43，骨架44，腔体底盘45，手柄连接盘46。

参照图10，所述连接控制单元的各部位连接如下：

所述手柄连接件39主要连接手柄与腔体，主要通过销轴七40相连接，最下方还有一个轴承，方便旋转。

所述定滑轮一42与定滑轮二43分别安装在骨架44的两侧，并通过销轴八41与骨架44连接。

所述腔体底盘45与骨架44连接。

所述手柄连接盘46与手柄外壳1相连接，连接方式为螺钉连接。

参照图10所述连接控制单元的具体运动详述如下：

控制上下方向运动的线绳两端分别连接到定滑轮一42与定滑轮二43上，当手柄做上下运动时，骨架44一端会随之上下运动，而另一端会绕着销轴八41做旋转运动，同时由于定滑轮一42与定滑轮二43与骨架44通过小销轴相固定，所以两个定滑轮会与骨架44一样绕销轴八41做旋转运动，最终这种旋转运动会通过线绳传递到钳头，变成钳头的上下运动。手柄连接件39与销轴七40连接处的上下方各有一个滑轮，控制钳头左右运动的线绳经过腔体最终与这两个滑轮连接，当手柄左右摆动时，带动滑轮一起转动，滑轮再带动线绳运动，最终运动传递到钳头部位变成钳头的左右摆动。

图11、图12为整体的运动示意图，根据图中箭头方向，当手柄朝右朝下运动时，钳头也随之朝右朝下运动，当手柄朝左朝上运动时，钳头也朝左朝上运动。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，包括依次连接的手柄单元、连接控制单元、管臂、关节单元和闭合单元；

所述手柄单元通过两根导线连接闭合单元，通过闭合单元控制钳头的张开与闭合；

所述连接控制单元设置在手柄单元与管臂连接处，分别为上下运动控制单元、左右运动控制单元，其中上下控制单元设置在管臂的底部，左右控制单元设置在手柄单元的上方；连接控制单元通过线绳连接关节单元，控制钳头的上下、左右动作；

所述手柄单元的导线、连接控制单元的线绳均从管臂的腔体内部穿过。

2.根据权利要求1所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述手柄单元包括外壳、握把、凸轮、曲柄、滑块；

所述外壳内设置有旋转轴、弧形定位槽，所述握把中部活动连接在旋转轴上，握把前端与滑块连接，所述滑块置于弧形定位槽内；

所述凸轮通过销钉活动设置于外壳内，凸轮与滑块之间通过曲柄连接，凸轮两端分别连接一根导线连接到闭合单元。

3.根据权利要求2所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述闭合单元包括连接件、牵引滑块、两个导向销轴和两个滑动销轴；

所述牵引滑块通过所述两根导线连接手柄单元，牵引滑块上设置有上下延伸的中下滑槽、中上滑槽以及左右对称的旋转滑槽；

两个导向销轴分别穿过中下滑槽、中上滑槽，且分别与连接件固定连接；

两个滑动销轴分别穿过旋转滑槽两端，且分别与一个钳头连接；

当牵引滑块前后移动时带动牵引滑块内的滑动销轴移动，滑动销轴再带动钳头张开闭合；

所述连接件与关节单元固定连接。

4.根据权利要求1所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述关节单元包括依次连接的三个关节：

第一关节与两个钳头活动连接，由连接控制单元通过两根线绳控制钳头的上下动作；

第二关节与第一关节活动连接，由连接控制单元通过两根线绳控制钳头的左右动作；

第一关节和第二关节运动时相互独立，互不干扰；

第一关节和第二关节连接的两组线绳之间也互不干扰，两组线绳分别只控制一个关节运动；

第三关节与第二关节活动连接，第三关节与管臂固定连接。

5.根据权利要求4所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述第一关节与第二关节、第二关节与第三关节的活动连接轴上分别固定有滑轮，连接控制单元的线绳与滑轮固定缠绕，当连接控制单元带动线绳运动时，带动滑轮转动，进而带动相应关节转动。

6.根据权利要求5所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述连接控制单元包括手柄连接件，定滑轮、骨架、腔体底盘、手柄连接盘；

所述手柄连接盘与手柄外壳顶部固定连接，腔体底盘用于连接骨架；

所述手柄连接件连接手柄连接盘与腔体底盘，所述手柄连接件与手柄连接盘连接处的两侧各有一个滑轮，连接第二关节的两根线绳经过管臂腔体最终与这两个滑轮连接；

所述骨架与管臂的端部活动连接，骨架两侧分别安装有定滑轮；连接第一关节的两根线绳经过腔体分别连接到两个定滑轮上。

7.根据权利要求6所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述手柄做上下运动时，骨架一端会随之上下运动，而另一端相对骨架做旋转运动，同时两个定滑轮一样做旋转运动，最终通过线绳传递到第一关节，带动钳头的上下运动；所述手柄单元左右摆动时，带动手柄连接件两侧滑轮一起转动，进而带动线绳运动，最终运动传递到第二关节，带动钳头的左右摆动。

8.根据权利要求7所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述手柄连接件与手柄连接盘连接处的两个滑轮，通过一根粗销轴和两根细销轴连接。

9.根据权利要求1所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，所述管臂的腔体内设有滑轮，线绳及导线从腔体经过时全部从滑轮上的凹槽绕过。

10.根据权利要求3所述的具有多自由度的外科手术器械，其特征在于，两个钳头的下部内侧设有中空结构，钳头闭合时牵引滑块进入中空结构。