TW202320714A - 手術設備及其手術工具 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種手術設備，包含：一可操縱方向構件，該可操縱方向構件為可彎曲的，並且包含具有通道於其中的複數個彎曲段；以及複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過該可操縱方向構件並致使該可操縱方向構件彎曲，該可操縱方向構件包含至少一個向外開口管腔，該等彎曲致動導線穿過其中。

Description

手術設備及其手術工具

本申請主張申請號為62/526,881，申請於2017年6月29日，標題為SURGICAL APPARATUS的美國臨時申請案的優先權，其通過引用整體併入本文。

本發明係關於一種手術設備，更具體而言，係關於一種可藉由在其遠端包含可彎曲元件以執行彎曲操作的手術設備。

手術中使用的手術設備根據手術部位的位置以及手術部位將如何治療而具有不同的結構。 近年來，陸續發展出各種類型的使用機器人的手術設備，以在手術部位難以由現有手術設備接近的區域執行手術或以進行微創手術。 這些手術設備被設置成藉由包含可彎曲元件以在人體中沿各個方向運動，包含美國專利6,858,005號在內的許多文獻中均有揭露。

在其遠端處可彎曲的手術設備藉由在其內部的導線的運動而彎曲。然而，這些手術器械難以精細操縱，其暴露出一些問題，例如當彎曲導線時產生反彈，或在被彎曲或呈彎曲狀時限制了其他導線的運動。 而且，這些手術設備其內嵌有以複雜方式相互連接的多個部件，因此很難使其小型化。

本發明提供了一種內視鏡裝置，其包含第一管狀元件、第二管狀元件以及第三管狀元件，其中第二和第三管狀元件中的每一者在其遠端包含末端執行器，以及該裝置包含機械載運器，至少第二和第三管狀構件自其延伸，該機械載運器係設置成在操作者的控制下，使第二和第三管狀構件的遠端繞中心軸線線性且軌道地運動。 另外，第二和第三管狀構件遠端處的每個末端執行器係連接到可移動地安裝在機械載運器內的機器人控制器，其被配置為可單獨使第二和第三管狀構件的遠端相對於其縱向軸線線性且旋轉地移動。

在一方面，第一、第二和第三管狀元件藉由設置在沿其長度的複數個位置處的連結構件彼此連結，其中連結構件限制管狀構件相對於軌道軸線的運動，但允許至少第二和第三管狀構件相對於第一管狀構件線性移動。 在另一方面，第一、第二和第三構件以及連結構件被包圍在諸如生物相容管材的圍閉護套中。

在另一方面，末端執行器包含順應延伸部，其包含在其一端從第二或第三管狀構件至少一者的遠端延伸的一組連鎖，並且在其相對端包含工具元件，其中每個連鎖包含穿過其中的中心軸線，並且該等連鎖的軸線可以共軸，其中該等連鎖共同將順應延伸部配置為從第二或第三管狀構件遠端延伸到工具元件的一大致筆直的元件，或者至少一對相鄰連鎖的軸線相互成一角度，使得順應延伸部彎曲。此外，藉由與其連接的管狀構件的旋轉，順應延伸部圍繞其內部軸線旋轉。機器人控制器與順應延伸部連結以使第二和第三管狀構件可彎曲和旋轉運動，且機械載運器移動機器人控制器，藉此使附接到其上的第二和第三管狀構件在操作者的控制下線性地移動。末端執行器可以包含鉗子、切割刀片、鉗子和切割刀片之組合，以及其他元件，操作者例如外科醫生可藉由該等元件切除體腔的一部分將其移除，並接著縫合所造生的傷口使其閉合。

以下將參考在附圖中示出並在後文描述中詳述的非限制性實施例，更全面地解釋本發明及其各種特徵和有利的細節。對於公知的材料、製造技術、部件和設備的描述將予以省略，以免本發明於細節上被不必要地模糊了。 然而，應該理解，詳細實施方式和具體實施例雖然表明了本發明的優選實施例，但它們僅係用於說明而非用於限制本發明。根據本公開內容，本領域技術人員將清楚在本發明所隱含的發明精神及/或範圍內的各種替換、修改、添加及/或重新佈置。

在下文中，將參考附圖具體地描述根據本發明示例性實施例的手術設備。 在此將參考附圖以基本地描述部件之間的位置關係。在附圖中，為了清楚起見，可簡化或放大實施例中的結構。 因此，本發明不限於此示例性實施例，而是可以添加、改變或省略各種裝置。

在本文所使用的用語中，患者是指藉由該裝置接受干預性醫療行為的接受者。 在某些方面，患者是指人類患者。 在其他方面，患者是指陪伴動物、競技動物、馴養動物或家畜。

將被描述的此示例性實施例係關於在插入部分內具有複數個通道延伸其中的手術設備，且在各通道中包含了各種不同的手術工具。然而，應注意本發明不限於此示例性實施例，而係可應用於各種可在遠端彎曲的手術設備，包含導管、內視鏡和手術機器人。

第一圖為示出了本發明一示例性實施例的手術設備的視圖。 如第一圖中所示，手術設備1包含提供於手術設備遠端處的插入部分20以及位於插入部分20的近端處的操縱部分10。

插入部分20形成手術工具10在手術期間插入至手術部位的部分。插入部分20由終止於遠端連結器1140的柔性、生物相容的周圍護套202組成（參見例如第五十六圖），其中用於外科手術的至少一個手術工具30選擇性地位於其內或由此延伸。外科工具30選擇性地位於由周圍護套202的外壁所定義的中空通道內。當手術工具30從周圍護套202和遠端連結器1140延伸時，其在插入部分20的遠端16處從遠端連結器1140向外延伸，並且在該位置對於執行手術或擷取其所在的體腔的圖像是有用的。在第一圖中插入部分長度縮短以便於說明，並且在實際裝置中可為超過一公尺長的量級。

在第一圖的實施例中，第一圖的手術設備的插入部分20的護套202包含於其中延伸的三個手術工具30，並且如第一圖所示，手術工具30在護套202的末端處從連結器向外延伸。如第一圖所示，四個手術工具中的兩個包含作為在其遠端的末端執行器300的鉗子31。這種手術工具可以由操作者（例如外科醫生或醫生）使用，以藉由操縱鉗子來執行各種外科手術。另外，包含刀片、縫合單元、針等的其他各種類型的手術元件可以布署為手術工具300的末端執行器。在該實施例中，第三手術工具是成像單元32。成像單元32包含電荷耦合裝置用於擷取體腔表面的影像，以及照明裝置（例如LED）以照亮體腔表面以使電荷耦合裝置能夠擷取體腔的影像。或者，可包含第四手術工具延伸穿過護套202並終止於連結器，該第四手術工具例如為管腔單元33，其中具有工作通道，於其間可以插入各種工具。

從插入部分20的遠端16延伸的手術工具30係設置成使得其易彎部可以在空間中被彎曲或操縱以引導易彎部的末端，以相對於其所在的體腔內壁而面向特定方向。手術工具30的一部分彎曲允許外科手術在不同的方位或方向上執行，或者從與插入部分20遠端16的方位和方向不同的方位或方向拍攝影像。於此，操縱手術工具30相對於插入部分20的遠端16改變其方向，係透過沿插入部分20延伸的複數個導線達成，這將在下面進一步詳細描述。

操縱部分10係提供於插入部分20的近端處，並係設置以操縱插入部分20及/或手術工具30。操縱部分10的遠端連接到插入部分20的近端 ，於此示例性實施例中，並能夠可拆卸地連接於其上。在操縱部分10中提供至少一個驅動部分。驅動部分40機械連接到插入部分20及/或手術工具30的各種類型的導線構件，且驅動部分40使得插入部分20及/或手術工具30可進行各種運動，包含手術工具30之一部分的彎曲運動。驅動部分的結構和操作將於後詳述。

在下文中，將參考附圖更詳細地解釋上述手術設備的詳細配置。

第二圖為第一圖中手術工具的橫截面圖。如第二圖所示，手術工具30包含位於遠端的可操縱方向構件100，其可在其長度上的一個或多個位置處彎曲，並且同樣可繞管狀柔性構件200的中心縱向軸線18旋轉。可操縱方向構件100具有複數個彎曲段110，其具有彼此串聯接觸的中空通道（在該圖中未示出）。包含柔性材料的管狀柔性構件200從驅動部分40延伸（參見例如第五十四圖）並且終止於與可操縱方向構件100近端的連接處。每個管狀柔性構件200設置為中空管，複數個導線構件藉以在手術工具30遠端的連接處到驅動部分40之間延伸，且另外複數個操縱方向導線自驅動部分40延伸到可操縱方向構件100，再延伸返回到驅動部分40。在第二圖中，末端執行器300係提供於可操縱方向構件100的遠端，並且末端執行器300由末端執行器致動導線500選擇性地致動，如本文稍後將詳細描述。

可操縱方向構件100的每個彎曲段110以允許在彎曲致動導線400的控制下於其間進行角運動的方式連接到相鄰的彎曲段110。彎曲致動導線400以通過可操縱方向構件100以及管狀柔性構件200的方式定位，彎曲致動導線400的遠端連接到可操縱方向構件100，且它們的近端延伸通過各個導管，該等導管延伸整個柔性構件的長度，並在該處連接驅動部40。每個彎曲段110包含縱向形成的複數個管腔112，彎曲致動導線400藉以位於其內，並且可延伸通過管腔112（第五A圖）。因此，當彎曲致動導線400被操縱部分10移動時，複數個彎曲段110鉸接地移動，從而使可操縱方向構件100彎曲。

第三圖是示意性地示出由於導線400的移動導致可操縱方向構件彎曲而在導線中形成的鬆弛的視圖。每個彎曲段110具有L的長度和2r的寬度。相鄰的彎曲段110在其面對側的中間處鉸接（其與外周邊的距離為r）。讓彎曲致動導線400位於每個彎曲段寬度的兩個相對側上，並越過每個彎曲段的側面（其距離每個鉸接部的距離為L）。

第三A圖示出了可操縱方向構件在其區段之間發生相對彎曲運動之前的兩個區段。第三B圖示出了可操縱方向構件彎曲成曲率R時的兩個區段。導線400在其第一側連接到可操縱方向構件的最遠區段，從其穿過管狀柔性構件200到達驅動單元，其纏繞在滑輪上，然後導線的剩餘長度向後延伸通過管狀柔性構件200並連接到管狀柔性構件200的最遠區段的相對側。在第三B圖中，兩個彎曲段110之間的彎曲角度以θ表示。下面的方程式比較彎曲之前兩個彎曲段之間的兩個導線部的長度之和以及彎曲之後兩個導線部的長度之和。若彎曲前的兩個導線部的長度分別以L1和L2表示，並且彎曲後的兩個導線部的長度分別以L1'和L2'表示，則兩個長度之間的差ΔL如下：

如上述方程式所示，彎曲後兩個彎曲段之間的兩個導線部的長度之和較彎曲之前小。因此，當兩側的導線彼此結合地操縱時，在每個彎曲段之間產生ΔL的鬆弛。這是因為，當發生彎曲時，曲率中心另一側的導線的長度變化量（L1'-L1）小於曲率中心附近的導線的長度變化量（L2-L2'）。 因此，由於彎曲而產生反彈，因此難以進行微調。

相反地，在此示例性實施例中，彎曲段可以設置成各種形狀，以最小化由彎曲引起的鬆弛。第四圖是示意性地示出根據改良的彎曲段結構，導線中的鬆弛視圖。如第四圖所示，改良的彎曲段110係以管腔112於彎曲致動導線所在的部分呈開放（參見第五圖）的方式配置。於此，t表示開放管腔部的長度。當曲率中心附近的導線由於開放管腔部而具有較短的路徑，曲率中心的另一側上的導線具有在對應的開放管腔部處增加額外長度的路徑。在此案例中，曲率中心附近導線的路徑L2 *其長度與前一路徑（第三圖的L2'）相等，且曲率中心的另一側的導線的路徑L1 *較前一路徑（第三圖的L1'）長。此路徑長度的增加是因為在曲率中心另一側上的開放管腔部的側壁（靠近彎曲段的中心）形成絆腳部114，且穿過該路徑的彎曲致動導線400絆到絆腳部114（參見第五圖）。因此，當使用改良的彎曲段發生彎曲時，ΔL如下：

如上所述，通過改良的彎曲段110設置成減小鬆弛的長度ΔL，可以精細地控制手術設備1的運動。通常，開放管腔部的長度t可為彎曲段的長度L的10％或更多。儘管鬆弛的長度ΔL的減小量根據彎曲段的尺寸、彎曲角度等而不同，但鬆弛的長度ΔL可以減小大約30％或更多。

可以各種方式設計改良的彎曲段。以下將參考第五圖至第十一圖詳細描述彎曲段的各種示例性實施例。

第五圖為示出了具有1個自由度之彎曲段的結構的視圖。第五圖中所示的彎曲段110具有在其中形成有中空通道111的主體。一對連接部分120被提供在主體的長度的一端上，而另一對連接部分120被提供在相對的一端上。每對連接部分120在主體寬度的兩個相對側上彼此面對地定位，在其之間的中途具有中空通道111。

每個彎曲段110鉸接到相鄰的彎曲段，且在此實施例中，它們藉由連接到相鄰彎曲段的連接部分互連。在第五圖中，連接部分120藉由將它們以銷固定在一起而連接。然而，連接部分120不需要例如藉由鉸接軸而相對於彼此物理性地約束，且可以繞鉸接軸線相對於彼此移動。由於連接部分120的鉸接軸都具有相同的方向，亦即，它們彼此平行，第五圖中的可操縱方向構件具有1個自由度，其向左或向右彎曲（如圖所示）。為了能夠將可操縱方向構件100的遠端在其周圍360度定位和定向以面向體腔部分，管狀柔性構件200可藉由驅動部分40繞其縱向軸線18旋轉，其當可操縱方向構件100面向管腔的側壁時，允許操作者沿周向移動可操縱方向構件的遠端面向體腔內壁的方向。

每個彎曲段110包含一對管腔112，彎曲致動導線位於管腔112中。該對管腔112通過開口而形成，該等開口延伸穿過中空主體的壁面，其大致平行於彎曲段110的橫截面的中心，且相對於彎曲段110的橫截面的中心對稱地設置，並因而彼此以預定距離分開。

如第五A圖和第五B圖所示，彎曲段110的管腔是部分開放的。具體而言，每個管腔包含封閉管腔部112b，其在任一端處形成開口而與開放管腔部112a連接。在封閉管腔部112b中，管腔壁由壁面所圍閉，如第五圖所示。 因此，由於此圍閉結構，彎曲致動導線被約束在封閉管腔部112b內。相反地，在開放管腔部112a中，其壁的至少一部分具有開放結構。因此，位於開放管腔部112a中的彎曲致動導線可以於此開放部處向管腔的外部移動。

在此示例性實施例中，開放管腔部112a具有其中彎曲段外側上的壁113a的部分（其位於彎曲段的橫截面中心的相對側上）係開放的的結構。因此，當彎曲段的相對弓形運動發生時，被彎曲的可操縱方向構件其曲率中心附近的導線400a朝向開放管腔部的外部（向外方向）移動，相較於其中管腔在彎曲段的長度或高度上閉合的彎曲段，這使得彎曲段能夠在較短的長度上連接。在彎曲段110的相對側上的管腔112中，導線400b被拉向最靠近彎曲段橫截面的中心的開放管腔部的壁113b的部分，其形成導線所絆倒的絆腳部114，即導線400b與開放管腔的壁113b之間的摩擦導致導線400b至少暫時地束縛於壁113b。因此，當發生彎曲時，在曲率中心的另一側上的導線400b具有與管腔112的內壁更大的接觸面積，從而減小了鬆弛的長度。

在第五A圖和第五B圖中，彎曲段110的每個管腔112被配置成封閉管腔部112b形成於管腔長度的中間，且開放管腔部112a位於封閉管腔部112b的兩側上的形式。此僅為一示例，且管腔112沿著長度的一側可形成開放管腔部，而另一側可以形成封閉管腔部。或者，一對相鄰彎曲段的開放管腔部可相對於鉸接軸對稱地佈置。在此種方式下，彎曲致動導線所處的管腔可透過使靠近彎曲段橫截面中心的壁面（內壁面）113b較位於其橫截面中心另一側的壁面（外壁面）113a更長的方式進行各種改變。

儘管第五A圖和第五B圖示出了開放管腔部112a較封閉管腔部112b為長，本發明不限於此，並且可具有各種配置，取決於彎曲段的結構和相鄰彎曲段之間的弓形運動的最大角度。應注意的是，開放管腔部的長度佔整個管腔長度的20％或更多，可能有利於減小鬆弛的長度。

彎曲段的連接部分可以各種方式形成，除了如第五圖所示將連接部分以銷固定在一起之外。第六圖示出了相鄰彎曲段之間不同類型的連接示例。

第六圖的彎曲段，其每一個包含在其一端上的一對連接部分120和在其相對端上的一對凹陷部分121。彎曲段110的連接部分120係容納在相鄰彎曲段的凹陷部分121中，以形成自由鉸接連接。該連接是自由鉸接連接，因為該些段沒有以銷固定住或以其他方式物理性地約束以防止其彼此遠離移動。第六A圖的連接部分120每個都由具有凸圓形面的突起所構成，且凹陷部分121每個都具有匹配的凹圓凹槽，其容納對應的突起。因此，每個連接部分120可以沿著對應的凹陷部分121的表面滑動，使得相鄰的彎曲段的中心線可以相對於彼此成角度地移動。第六B圖的連接部分120每個都包含終止於線性邊緣的V形突起，且凹陷部分121每個都具有V形凹口狀凹槽，但是V形突起的相對側面之間的角度小於V形凹口側面之間的角度。因此，當V形突起的線性邊緣位於V形凹口的基座上時，在突起的兩側和突起上都有間隙或自由空間，如此相鄰彎曲段的中心線可相對於彼此成角度地移動。

第七圖為示出了具有2個方向自由度之彎曲段的結構的視圖。 圖3的彎曲段。 第七圖中的彎曲段每個都以允許其之間的相對角度運動的方式連接到相鄰的彎曲段，且其每一者的配置方式，使得在彎曲的一端上連接到彎曲段的第一軸或鉸接軸h1中之一者，以及在彎曲段的另一端上連接到彎曲段的鉸接軸h2具有不同的方向，具體而言，彼此偏移大約90度。因此，第七圖的彎曲段100構成可以2個或更多自由度運動的可操縱方向構件，與參照第五圖和第六圖所描述的那些不同。

具體而言，第七圖的每個彎曲段110包含在彎曲段110一端上的一對連接部分120和在彎曲段110相對端上的一對凹陷部分121。每對連接部分120面向一對凹陷121。如在第五A圖和第五B圖中的案例，每個彎曲段110的連接部分120由具有圓形表面的凸形突起構成，且凹陷為匹配的圓形輪廓的凸形凹陷，以容納相鄰彎曲段110的凸形突起。

如第七B圖所示，在每個彎曲段110中，延伸穿過該對連接部分120的圓形部中心的軸線和延伸穿過凹陷121的圓形表面中心的軸線彼此正交。亦即，一對連接部分和一對凹陷係相對於彎曲段110的橫截面而位於不同的位置（更具體而言，延伸穿過一對連接部分的中心和一對凹陷的兩軸線以90度交叉）。

因此，彎曲段110的一側在第一軸或鉸接軸h1上相對於相鄰區段鉸接地移動，並且在第二軸h2上相對於彎曲段110相對端的相鄰區段鉸接地移動。亦即，彎曲段的連接部分設置成使得第一鉸接軸和第二鉸接軸的軸線方向以彼此正交的交替方式佈置。因此，第七圖的彎曲段相對於每個相鄰的彎曲段110以一個自由度移動，但是由複數個彎曲段110形成的可操縱方向構件100的方向可以兩個自由度配置。

在可操縱方向構件100的此實施例中，每個彎曲段110包含沿其長度在其相對端之間形成的四個管腔112。如第七A圖和第七B圖所示，每個管腔112從彎曲段的外壁向內延伸，以形成連接部分120和凹陷部分121。四個管腔112中之每一者與形成連接部分及凹陷的位置對齊，圍繞主體並以90度間隔隔開。

彎曲致動導線400分別位於四個管腔112的每一者中。 在這些致動導線400中，一對導線引起可操縱方向構件100的一個軸的彎曲，而另一對導線引起另一個軸的彎曲。

如前述示例一樣，每個管腔有部分為開放。如第七A圖所示，從彎曲段110的外壁向內延伸並且大致平行於彎曲段110的外壁的每個管腔112的一部分，包含延伸穿過突出部分120的封閉管腔部112b和自其延伸到彎曲段110相對端的開放管腔部112a，其中不存在連接部分120或凹陷121，且在自其偏移90度的管腔處，延伸穿過凹陷121的封閉管腔部112b和自其延伸至連接部110的相對端的開放管腔部112a，其中不存在連接部分120或凹陷121。

儘管第七圖示出了管腔112延伸穿過連接部分120或凹陷121，管腔112可以從連接部分120和凹陷121偏移。在該實施例中，連接部分120和凹陷121以90度間隔圍繞每個彎曲段110的主體的側面（例如，沿著圓周）。每個管腔112因此位於兩個相鄰的連接部分120和兩個相鄰的凹陷121之間，較佳為連接部分120和凹陷121距離45度的位置處。

在此案例中，如第八圖所示，每個管腔112的配置方式，可使得封閉管腔部112b形成於彎曲段相對兩端之間延伸的管腔長度中間，且開放管腔部112a形成於封閉管腔部112b的兩側上。

已針對由具有圓形表面的突起和容納連接部分120的凹陷121所組成的連接部分120，說明了第七圖和第八圖所示的連接部分。然而，這僅為一個示例，且如第六圖的B所示，連接部分可以由具有線性邊緣的突起構成，且凹陷可為V形凹口狀凹槽（參見第九A圖和第九B圖）。另一方面，如第五圖所示，兩個連接部分可以允許鉸接狀運動的方式以銷固定在一起，而不是每一者皆包含連接部分和凹陷。

第七圖和第九圖所示之示例性實施例提供了一種連接結構，以允許相鄰彎曲段的相對弓形定位，其中一對連接部分係提供在一個彎曲段上，而一對凹陷係提供在另一個彎曲段上。或者，一個連接部分和一個凹陷可位於一個彎曲段的一端上，其由在它們之間延伸的彎曲段的中空部分間隔開，且相鄰彎曲段的連接部分和凹陷的位置與第一彎曲段的該些相反，以提供相鄰彎曲段110之間的連接。

第十圖示出了採用連續柔性鉸接結構的可操縱方向構件的替代構造。如第十圖所示，彎曲段110呈盤狀板的形狀，並藉由位於彎曲段110之間的柔性連接部分120連接。第五圖至第九圖的可操縱方向構件可使用連接部分的機械鉸接結構彎曲。第十圖的可操縱方向構件可使用連接部分的彈性彎曲。

更具體地，第十圖的可操縱方向構件由彼此一體形成的複數個彎曲段110和複數個連接部分120所構成。例如，其可藉由使用柔性塑料樹脂的模製方法製造。如第十圖所示，每個彎曲段110和每個連接部分120具有在其中從一端延伸到另一端的中空通道111。連接部分120被提供在每個彎曲段110之間，並且具有從中空通道的兩個相對側於外徑向方向延伸的壁結構。連接部分120（壁結構）係佈置在垂直於相鄰連接部分之佈置方向的方向上。因此，第十圖的可操縱方向構件可以2個自由度彎曲。

彎曲致動導線400沿其定位的四個管腔112以90度間隔佈置。每個管腔112係形成於其穿透連接部分120外邊緣的點處。在此例中，如前述示例性實施例，每個管腔112是部分開放的管腔部112。如第十二圖所示，每個管腔的封閉管腔部分112b係形成於其穿透連接部分的點處，而其開放管腔部112a係形成於封閉管腔部分112b的兩側上，彎曲部分於其穿過。因此，當彎曲致動導線400移動時，此示例性實施例的可操縱方向構件100可以通過連接部分120彎曲。

第十一圖為示出了使用柔性中心骨幹結構的可操縱方向構件。 第十一圖的可操縱方向構件100包含彎曲段110，其每一者由盤狀板和使用骨幹結構以連接彎曲段中心的連接部分120組成。連接部分120可由提供於每個彎曲段之間的單獨構件組成，或者可由穿透複數個彎曲段的單個構件所組成。在此種案例中，連接部分120包含柔性材料，其於彎曲致動導線400移動時彎曲。

第十一圖的可操縱方向構件還包含四個管腔112，且每個管腔係部分開放的。特別是，管腔112可包含形成在管腔長度中間部分處的封閉管腔部112b和形成在封閉管腔部112b的兩側上的開放管腔部112a。

在上述示例性實施例中，使用能夠使鬆弛最小化的彎曲段來防止由彎曲引起的反彈。可操縱方向構件可以其他各種方式設置以防止反彈。

第十二圖至第十四圖為示出了具有側向支撐構件130的可操縱方向構件的視圖。側向支撐構件130包含彈性材料或超彈性材料，其在其形狀偏離原始形狀（例如，大致直線形狀）之後施加恢復力以使可操縱方向構件100返回其原始形狀。此可操縱方向構件100於其內包含至少一個側向支撐構件130，其設置成有足夠的彈性強度和能量存儲容量，以在側向支撐構件130被彎曲且使其彎曲的力已去除後將其恢復到初始方向。

第十二A至C圖示出了由側向支撐構件提供的彎曲特性。如第十二圖所示，如果藉由驅動部分40於第十二B圖中的箭頭方向上拉動至少一彎曲致動導線400，則可操縱方向構件100彎曲。在此種案例中，可操縱方向構件100包含至少一個側向支撐構件130，且彎曲致動導線400被操縱以藉由克服側向支撐構件130的剛性而引起彎曲（第十二B圖）。之後，當對應的彎曲致動導線400被釋放，亦即，不再於驅動部分40的方向被拉動時（第十二C圖），由於側向支撐構件130恢復其原始方向，可操縱方向構件100返回到其原始方向。

按照慣例，當於一側上操縱彎曲致動導線以在一方向上彎曲可操縱方向構件100時，彎曲致動導線於另一側上被操縱以使可操縱方向構件100返回其原始的、未變化的方向。因而，當可操縱方向構件100恢復到其原始方向的速度較恢復方向的導線可被縮回或拉動的速度快時，被拉動以使可操縱方向構件100返回到其原始、未變化的方向的導線會發生鬆弛，導致反彈。然而，藉由使用如第十二圖所示的側向支撐構件130，可使得彎曲致動導線鬆弛引起的反彈不會在彎曲期間造成問題。

第十三A至C圖示出了使用側向支撐構件的可操縱方向構件的各種示例性實施例。如第十三圖中所示，可操縱方向構件100可包含複數個彎曲致動導線400和複數個側向支撐構件130。側向支撐構件130可設置成各種類型的結構，例如導線結構或中空管結構，其作用為線性彈簧。可操縱方向構件100的彎曲段110被設置成以2個自由度相對於彼此移動，並且可包含複數個管腔112，彎曲致動導線400和側向支撐構件130自其穿過。

在第十三A至C圖中，複數個彎曲致動導線400和複數個側向支撐構件130被佈置成在它們之間具有空間。在十三A和B圖中，四個彎曲致動導導線400圍繞彎曲段110的主體以90度間隔佈置，且四個側向支撐構件130以45度間隔佈置在每個彎曲致動導線400之間。在此種案例中，如第十三A圖所示，四個彎曲致動導線400佈置成穿過彎曲段110的連接部分120，且如第十三B圖所示，四個側向支撐構件130交替地佈置成穿過彎曲段110的連接部分120。可選地，如第十三C圖所示，成對的彎曲致動導線400和側向支撐構件130成對地佈置在沿著圓周的每個連接部分之間，因此不穿過彎曲段110的連接部分120。

在第十三D和E圖中，側向支撐構件130具有中空管結構，且彎曲致動導線400位於相應的側向支撐構件內。側向支撐構件130和彎曲致動導線400圍繞彎曲段110的主體以90度間隔佈置。在第十三D圖中，側向支撐構件130和彎曲致動導線400佈置成穿過彎曲段的連接部分。如第十三E圖所示，側向支撐構件130和彎曲致動導線400位於每個連接部分位置之間，因此不穿過連接部分。

第十四圖示出了由預成形的側向支撐構件提供的特性。 第十二圖和第十三圖的側向支撐構件具有對應於可操縱方向構件未變化位置時的形狀，其中導線並未在其上拉動。因而，可操縱方向構件設置成與彎曲致動導線一起彎曲並藉由側向支撐構件返回到未變化位置。相比之下，第十四圖的側向支撐構件130設置成在一個方向上具有彎曲形狀，使得側向支撐構件130的彈性有助於可操縱方向構件向一側的彎曲。

在一個示例中，第十四圖的側向支撐構件130係預成形的，以將可操縱方向構件100彎曲到左側。不需要致動導線的任何操縱，其中具有側向支撐構件130的可操縱方向構件即保持向左彎曲（第十四A圖）。在彎曲段110的相對側上的彎曲致動導線400以第一拉力F向下拉動的情況下，可操縱方向構件100可以重新定向成直線方向（第十四B圖）。於此，第一拉力F足以與藉由側向支撐構件130的剛性所產生的力矩平衡。若彎曲致動導線400以更大的第二拉力F'被拉動，則可操縱方向構件向右彎曲（第十四C圖）。在此種案例中，若施加在彎曲致動導線400上的拉力減小到第一拉力F，則可操縱方向構件100移動到其於第十四B圖中的位置，且若施加在彎曲致動導線400上的拉力完全釋放，則可操縱方向構件100向左彎曲（第十四A圖）。

在這種情況下，由於側向支撐構件130的剛性，可操縱方向構件移動到直線位置或初始彎曲位置，從而能夠在沒有導線反彈的情況下對可操縱方向構件100進行彎曲控制。雖然第十四圖描繪了使用預成形的側向支撐構件和彎曲致動導線以具有1個自由度的彎曲機構，各種使用預成形側向支撐構件的彎曲機構皆可被採用。

另外，使用不引起反彈的連接段的彎曲機構，以及使用側向支撐構件的上述方法均為可行，如第十五圖至第十七圖所示。

第十五圖示出了由連接段連接的彎曲段110之彎曲所引起的導線路徑差異。在前述示例性實施例中（例如，在第三圖至第九圖中），每個彎曲段110通過在主體中所提供的連接部分120直接連結到相鄰的彎曲段，且沿著在它們之間共享的鉸接軸相對於彼此移動。相對地，如第十五圖所示，連接段140被提供於每對相鄰的彎曲段110之間，且兩個相鄰的彎曲段分別連接到連接段140的兩端。連接段140具有雙鉸接接合結構，其使得連接段140上的兩個點能夠與兩個不同的構件形成鉸接關係。因而，一對相鄰的彎曲段110分別連結到連接段140的兩端，以便相對於不同的鉸接軸旋轉，而不共用鉸接軸。

令彎曲段110兩側的導線之間的距離為2r，並且令連接段的兩個鉸接軸之間的距離為L。彎曲段110可在一對導線之間（即，距離每個導線的距離為r）的中間點處鉸接到連接段140。

第十五A圖示出了彎曲之前的相鄰彎曲段。第十五B圖示出了移動以形成曲率半徑R的彎曲時的相鄰彎曲段。在第十五B圖中，兩個相鄰彎曲段110之間的彎曲角度由θ表示。同時，可以假設彎曲段與彎曲產生的連接段之間的彎曲角度θprox和θdistal相等。在此種案例中，使用以下方程式來比較彎曲之前兩個彎曲段之間的兩個導線部的長度之和以及彎曲之後兩個導線部的長度之和。彎曲前的兩個導線部的長度分別由L1和L2表示，且彎曲後的兩個導線部的長度分別由L1'和L2'表示。

也就是說，如果由連接段140連接的可操縱方向構件100被彎曲，則彎曲之前兩個導線部的長度的和（L1 + L2）和彎曲後的兩個導線部的長度的和（L1'+ L2'）基本相等。因此，可以防止由彎曲引起的導線中的鬆弛。

在第十五圖中，其假設彎曲段140和連接段110之間的彎曲角度θprox和θdistal是相等的，因為在每個彎曲段處由相同的導線施加彎曲。然而，當發生實際彎曲時，連接段140和彎曲段110之間的彎曲角度係在基本相似的範圍內，儘管它們略微不同。因此，與其中兩個彎曲段在單個鉸接軸上連結在一起的結構相比，可以使鬆弛的長度最小化。

第十六圖是示出連接段和由連接段連接的彎曲段的透視圖。第十七圖是示出包含連接段的可操縱方向構件的透視圖。

如第十六圖所示，連接段140在不同點處鉸接到第一彎曲段110a和第二彎曲段110b。連接段140包含跨過中心開口隔開的兩個主體141。每個主體141包含在其長度的一端上的第一鉸接部分142a和在另一端上的第二鉸接部分142b。第一和第二彎曲段110a和110b分別連結到第一和第二鉸接部分142a和142b，使得它們相對於連接段繞不同的鉸接軸線移動。

如第十六圖所示，第一鉸接部分142a和第二鉸接部分142b各由具有圓形表面的突起構成，其容納在從彎曲段110向內延伸形成的凹陷121b中，其中突起表面沿凹陷的表面滑動以允許彎曲段110a、110b和連接部140之間的鉸接運動。然而，這僅僅是一個例子，第一和第二鉸接部分中的至少一個可以是用於容納突起的凹陷或者可以通過其它鉸接結構連接。

連接段140進一步包含引導構件143，引導構件143內部具有中空空間，其將彼此面對的兩個主體141連接在一起。引導構件143的中空空間允許諸如彎曲致動導線或末端執行器致動導線的各種導線構件穿過，並且在可操縱方向構件100彎曲期間防止內部部件向外移動。引導構件143的橫截面可類似於彎曲段的橫截面。在此種案例中，彎曲致動導線穿過的部分可為開放的，因此不會限制彎曲致動導線的運動。

第十七圖的可操縱方向構件包含複數個連接段140，且相鄰的連接段140設置成具有彼此正交的鉸接軸。每個彎曲段110具有四個管腔112，使得彎曲致動導線400位於它們中的每一者中。因此，可操縱方向構件100可以2個自由度彎曲。在此種案例中，彎曲致動導線400可位於圍繞彎曲段110主體的每個鉸接軸位置之間，因此不會穿過連接段140的鉸接軸。

在另一示例性實施例中，第十八A和B圖示意性地示出了由於可操縱方向構件100彎曲而形成彎曲路徑的導線鬆弛。第三圖描繪了當發生彎曲時沿著直線路徑彎曲的導線。第十八圖描繪了當發生彎曲時沿著彎曲路徑彎曲的導線。若彎曲前的兩個導線部的長度分別由L1和L2表示，而彎曲後的兩個導線部的長度分別由L1'和L2'表示，則兩個導線部的長度之間的關係如下：

與第三圖發生彎曲時，形成直線路徑的導線相比，第十八圖形成彎曲路徑的導線其鬆弛的長度可減少約30％。使用此原理，彎曲致動導線設置成藉由包含路徑調整構件而在彎曲發生時形成彎曲路徑，從而使鬆弛最小化。

第十九圖是示出使用路徑調整構件的可操縱方向構件的視圖。如第十九圖所示，可操縱方向構件100包含板狀彎曲段110和位於彎曲段之間的壁狀連接部分120。此外，所形成的四個管腔112穿透彎曲段100和連接部分120的外邊緣（參見第十圖的描述）。

如第十九B圖所示，彎曲致動導線400位於每個管腔中的路徑調整構件150內部，而不是直接位於每個管腔中。路徑調節構件150包含諸如金屬的彈性材料，並且於可操縱方向構件100彎曲時彎曲，從而形成彎曲的導線路徑（在這種情況下，路徑調整構件的剛性不需要高到會產生如第十三D和E圖所示的恢復力，足以形成一彎曲路徑的彈力即可）。因此，根據該示例性實施例的彎曲致動導線400並不沿著直線路徑彎曲而是沿彎曲路徑彎曲，從而最小化導線鬆弛的長度。

儘管已就使用柔性鉸接結構的可操縱方向構件示例，描述了其中路徑調整構件之示例性實施例，但是諸多修改均為可能，像是將導線放置在第十一圖至第十七圖中所示的可操縱方向構件中，並同時使用路徑調整構件。

第二十A和B圖示出了可操縱方向構件的彎曲。如第二十B圖所示，在彎曲的初始階段，彎曲在整個可操縱方向構件100上並非均勻發生，而是集中在彎曲致動導線400所附接的可操縱方向構件的遠端。因此，當導線的末端在可操縱方向構件100的內部方向上移動時，力直接傳遞到可操縱方向構件的遠端，導致可操縱方向構件在其近端處的彎曲較小。

第二十一A至C圖是根據本發明一示例性實施例的可操縱方向構件100側視圖。第二十一A、B和C圖描繪的實施例，係藉由形成幾何上增強的結構來降低可操縱方向構件於遠端處的彎曲集中，其中可操縱方向構件在近端處較在遠端處更容易彎曲。

具體而言，如第二十一A圖所示，彎曲段110具有多個管腔，其形成於與可操縱方向構件橫截面中心相距一距離處，並且越靠近可操縱方向構件的近端，彎曲段中的該等管腔便離可操縱方向構件的橫截面中心越遠。在此種案例中，施加到可操縱方向構件100的力矩在遠端處較小並且朝向近端增加。因此，可操縱方向構件100更容易朝向其近端彎曲。

在第二十一B圖中，連接部分120設置成沿著可操縱方向構件100的長度逐漸改變形狀，使得可操縱方向構件在近端處比在遠端處更容易彎曲。在一個示例中，如第二十一B圖所示，沿著長度的彎曲特性可藉由將連接部分設置成在遠端處具有比在近端處更大的截面寬度來調整。或者，除了調整連接部分的寬度之外，連接部分可以其他各種形狀變化的方式設置，包含調整具有接合結構的連接部分的運動範圍。

同時，如第二十一C圖所示，彎曲段110之間的距離可沿著長度改變。具體而言，連接部分120可被定位成使得彎曲段之間的距離朝向遠端變短並且朝向近端變長。在此種案例中，彎曲段之間的距離越長，可操縱方向構件的彎曲越容易。此導致對遠端附近的彎曲可受到限制，而近端附近的彎曲特性能獲得改善。

在此設置下的可操縱方向構件具有沿著管腔定位的複數個彎曲致動導線，且每個彎曲致動導線的遠端由提供於可操縱方向構件遠端處的導線終端構件410固定。

第二十二A至C圖示出了使用導線終端構件將彎曲致動導線固定到可操縱方向構件100的方法。由於可操縱方向構件100和彎曲致動導線400的尺寸非常小，因而將各個彎曲致動導線固定到可操縱方向構件的遠端非常困難。因此，此示例性實施例使用能夠輕易固定複數個彎曲致動線的導線終端構件。

如第二十二A圖所示，導線終端構件410在一側具有螺紋411，並且螺合到可操縱方向構件100的遠端。此外，導線終端構件包含複數個孔洞412，複數個彎曲致動導線可於其中穿過，且孔洞412形成在與可操縱方向構件中的管腔相對應的位置處。因此，如第二十二B圖所示，導線終端構件410可螺合至可操縱方向構件100的遠端，同時彎曲致動導線400會插入導線終端構件的孔洞中操縱方向（第二十二A圖），從而令彎曲致動導線（第二十二圖的B和C）易於固定至可操縱方向構件100。

導線終端構件410可為提供於可操縱方向構件100和末端執行器300之間的部件。在此種案例中，導線終端構件410可螺合至可操縱方向構件100的遠端，且末端執行器300可連接到導線終端構件410。或者，如第二十三圖所示，末端執行器300可藉由將彎曲致動導線400固定到末端執行器300的內部，並且將末端執行器300直接螺合至可操縱方向構件100的遠端而作為導線終端構件。

儘管第二十二圖的描述是針對具有第十圖所示結構的可操縱方向構件，無需說明而可理解的是，即使可操縱方向構件具有其他結構，彎曲致動導線也可以同樣方式固定。

在上面的討論中，已經參考第五圖至第二十二圖描述了可操縱方向構件的各種示例性實施例。可操縱方向構件100被描述為具有末端執行器的手術設備部件，但本發明不限於此。例如，本發明可應用於各種手術工具所適用的可彎曲之可操縱方向構件，例如成像單元或具有工作通道的管腔單元。

返回參考第二圖，末端執行器300提供於可操縱方向構件的遠端。如上所述，末端執行器300可以直接連結到可操縱方向構件100的遠端，或者通過諸如導線終端構件的部件連結到可操縱方向構件100的遠端。末端執行器300包含用於手術的各種類型手術元件。第二圖以示例的方式示出了包含鉗子31的末端執行器。

末端執行器300的近端連接到執行器致動導線500。執行器致動導線500位於可操縱方向構件100的通道111中，並且通過可操縱方向構件100和管狀柔性構件200機械連接到操縱部分10。因此，執行器致動導線500在其被操縱部分10操控而縱向移動時致動末端執行器300。

第二十四圖是示意性地示出末端執行器操作原理的橫截面圖。當執行器致動導線500在操縱部分10的方向上被拉動時，末端執行器300以第一模式操作（第二十四A圖），而當執行器致動導線500在末端執行器300的方向上被拉動時以第二模式操作（第二十四圖的B）。在第一模式中，當致動導線500在遠離末端執行器的方向上被拉動時，末端執行器的鉗子閉合，而當致動導線500上的拉力被釋放時，鉗子中的內部彈簧機構導致其顎部打開。將執行器致動導線500拉向操縱部分的方向的動作可藉由操縱部分的驅動部分40輕易地完成，從而將力傳遞到末端執行器。另一方面，由於執行器致動導線具有導線結構，驅動部分400可能無法正確地執行將執行器致動導線500帶回末端執行器300的方向的動作。因此，在該示例性實施例中，末端執行器400包含彈性體341，以藉由使用彈性體341的彈性在末端執行器的方向上拉動末端執行器致動導線500的末端，來執行第二模式操作。

具體而言，如第二十四圖所示，末端執行器的執行器模組包含用於執行外科手術的工具部310和用於致動工具部310的致動部320。工具部310鏈接到致動部320，並且設置成使得手術元件（例如第一圖和第二圖中的鉗子31）在兩側藉由致動部320的運動而打開或關閉，同時工具部310的接合330被固定。彈性體341可位於致動部的近端。當操縱部分10拉動執行器致動導線500時，致動部320在推動彈性體341的同時向後移動，手術元件並因此而閉合（第二十四A圖）。此外，當作用在執行器致動導線500上的力藉由操縱部分10被釋放時，彈性體341的恢復力致使致動部320在工具部分310的方向上移動，從而打開手術元件（參見例如第二十四圖）。在此種方式下，可通過彈性體的使用而簡化末端執行器的操作機構。

使用彈性體的末端執行器結構可以各種方式設計。第二十五圖是示出此種末端執行器示例的視圖。如第二十五圖所示，末端執行器300包含執行器模組301和安裝有執行器模組301的主體部340。執行器模組301的工具部310設置成暴露於主體部340的遠端，且其致動部320容納於主體部340內。連接工具部310和致動部320的接合330可固定在主體部340處，且致動部320可在主體部340內往復運動。提供於主體部340內的彈性主體341位於致動部320的後面，且致動部320的近端連接到執行器致動導線500。因此，藉由利用執行器致動線500和彈性體341來移動致動部320，從而操縱工具部310。

此外，末端執行器300的全部或一部分可以可拆卸地連接到可操縱方向構件100的遠端。因此，可以選擇性地緊固和使用手術所需的各種工具。在一個示例中，第二十五圖的末端執行器300被配置成使得執行器模組301可附接到執行器致動導線500的遠端或可從其拆卸。執行器模組301和執行器致動導線500的遠端可以各種方式可拆卸地緊固；例如，根據第二十五圖所示的示例性實施例，它們可以磁性緊固在一起。 因此，致動部320的近端或執行器致動導線500的遠端中的至少一個由磁體構成，其能致使該等部件緊固。

如上所述，根據此示例性實施例的手術工具包含可彎曲的可操縱方向構件100和可操作的末端執行器300。此外，可操縱方向構件100和末端執行器300由複數個導線構件（例如，彎曲致動導線400和執行器致動導線500）使其運動。這些導線構件佈置成穿過可操縱方向構件100和管狀柔性構件200。因此，若導線構件線性地佈置以使它們中的每一個具有最短路徑，則導線的運動可能因可操縱方向構件彎曲或柔性構件伸縮而受到限制或影響。因此，在此示例性實施例中，形成導線構件行進路徑的至少一個套管可提供於可操縱方向構件或柔性構件內。此套管較設置套管的部分之最大長度（例如，彎曲或伸縮時該部分的長度）更長，因此即使當可操縱方向構件彎曲或柔性構件伸縮時，導線構件也具有足夠長的路徑。

第二十六圖是示出執行器致動導線行進路徑的橫截面圖。如第二十六圖所示，執行器致動線500的一端安裝在末端執行器300的近端，另一端機械連接到操縱部分10（第一圖）。形成執行器致動導線500之路徑的套管600之一端固定在可操縱方向構件100的遠端或末端執行器300的近端處的位置。此外，另一端固定在管狀柔性構件200近端處的位置，在這種情況下，套管600較固定套管兩端的部分的長度（可操縱方向構件的長度和柔性構件的長度之和）更長。即使當可操縱方向構件100彎曲時，添加到套管（圖26A）的此額外長度給予執行器致動導線500的路徑更多空間（第二十六B圖）。因此，末端執行器300的運動可與可操縱方向構件100的彎曲運動分離，以防止其運動受到可操縱方向構件100的彎曲運動影響。

第二十七圖是示出彎曲致動導線行進路徑的視圖。 如第二十七圖所示，可以提供用於確保彎曲致動導線400路徑的套管600。在此種案例中，套管600的一端固定在可操縱方向構件100的近端或柔性構件200的遠端，另一端固定在柔性構件200的近端。套管600 被設置為相較於放置套管的部分之線性長度，更增加了額外的長度。 因此，可操縱方向構件100的彎曲不會受到管狀柔性構件200的伸縮的影響。

第二十八圖和第二十九圖是示出具有兩個可彎曲部的彎曲致動導線400行進路徑視圖。雖然前面的附圖示出了其中可操縱方向構件100具有一個彎曲部的結構，但是可操縱方向構件100可以被分成遠端可操縱方向部101和近端可操縱方向部102，其可以單獨彎曲。在此種案例中，遠端可操縱方向部101用遠端彎曲致動導線401彎曲，而近端可操縱方向部102用近端彎曲致動導線402彎曲。遠端彎曲致動導線401的一端是固定在遠端可操縱方向部101的遠端，穿過遠端可操縱方向部101中的管腔，然後通過可操縱方向構件100和柔性構件200的中空通道延伸到操縱部分10。此外，近端彎曲致動導線402的一端固定在近端可操縱方向部102的遠端，穿過近端可操縱方向部102中的管腔，然後通過管狀柔性構件200的中空通道延伸到操縱部分10。在這種情況下，可提供兩個遠端彎曲致動導線401和兩個近端彎曲致動導線402，並在每個彎曲部具有1個自由度。或者可提供四個遠端彎曲致動導線401和四個近端彎曲致動導線402，並在每個彎曲部具有2個自由度。

如第二十八圖所示，可以提供用於確保遠端彎曲致動線401路徑的套管600。該套管600的一端可以固定在遠端可操縱方向部分101的近端，另一端可以固定在管狀柔性構件200的近端。此外，如第二十九圖所示，可以提供用於確保近端彎曲致動導線402的路徑的套管600。該套管600的一端可固定在近端可操縱方向部102的近端，另一端可固定在管狀柔性構件200的近端。與上述套管的案例一樣， 每個套管600具有額外的長度，因此每個彎曲部的彎曲運動可分開進行。

如上所述，參照第二十六圖至第二十八圖進行說明的套管600相較於其所放置的部分具有額外的長度，且它們可包含彈性材料，允許其形狀隨著部件的運動而變化。此種套管結構允許每個部件的運動與其他部件的運動分離，並防止窄通道中的導線構件被摩擦所扭曲或損壞。

第三十圖是示出連接手術工具末端和操縱部分的連接結構視圖。如上所述，手術工具30分別位於插入部分20中的通道中，且手術工具的末端機械地連接到操縱部分10。操縱部分10包含對應於手術工具複數個導線構件W的傳遞構件700和被緊固至導線的連結器701。手術工具的導線構件W每個包含在近端處的近端模組M，並且每個近端模組M被緊固至相應的連結器701。因此，每個導線構件可被操縱部分中的每個驅動部分移動。

在此案例中，插入部分20和操縱部分10可彼此附接或拆卸，並且設置在插入部分20中的外科工具30也可附接到操縱部分20或可從操縱部分20拆卸。這意味著可清潔插入部分或手術工具，或將其以新的部件替換。手術工具30和操縱部分10可以各種方式可拆卸地緊固；例如，它們可以磁性地緊固在一起，如第三十圖所示。因此，手術工具的近端（具體為彎曲致動導線和執行器致動導線的近端模組）或操縱部分的遠端（具體為傳遞構件的連結器）可以由磁性體組成，並通過磁力相互附接或拆卸。

第三十一圖和第三十二圖示意性地示出了用於使彎曲致動導線400運動的操縱部分10之設置。上述手術工具的導線構件W機械地連接到操縱部分10的驅動部分40並與驅動部分40一起線性運動。可使用諸如致動器、線性馬達、馬達等的各種裝置來構造驅動部分。此外，每個導線構件可以連接到不同的驅動部分，使得它們可以分開運動。

在此種情況下，當彎曲發生時，在可操縱方向構件100內彼此面對定位的一對彎曲致動導線400沿相反方向運動。具體而言，當發生彎曲時，靠近曲率中心的彎曲致動導線具有較短的路徑，且曲率中心另一側上的彎曲致動導線具有較長的路徑。因此，彼此面對的一對導線可藉由使用單個驅動部分40而在相反的方向上同時運動。在此種案例中，藉由減少驅動部分的數量，可以將操縱部分設計得更為精巧。

在第三十一圖中，操縱部分包含螺桿構件41和用於旋轉螺桿構件41的驅動部分40。螺桿構件41可以是雙向導螺桿，這意味著在單個螺桿構件上形成具有不同放向的兩個螺紋部分。因此，要連接到第一彎曲致動導線403傳遞構件的連結器連結到第一螺紋41a，並且要連接到第二彎曲致動導線404傳遞構件的連結器連結到第二螺紋41b。因此，當驅動部分旋轉時，第一彎曲致動導線403和第二彎曲致動導線404在直線上向相反方向分別運動對應的距離，從而致使可操縱方向構件彎曲。此外，第一彎曲致動導線403和第二彎曲致動導線404的運動方向可以藉由改變驅動部分的旋轉方向而反轉，從而使它們能夠向相反方向彎曲。

在第三十二圖中，操縱部分包含一對螺桿構件和用於旋轉螺桿構件的驅動部分40。該對螺桿構件由具有第一螺紋41a的第一導螺桿42和具有第二螺紋41b（其與第一螺紋方向相反）的第二導螺桿43所組成。第一導螺桿42和第二導螺桿43藉由齒輪44連接到驅動部分40，並隨著驅動部分的旋轉在相同方向上旋轉。第一彎曲致動導線403機械地連接到第一導螺桿42，並且第二彎曲致動導線404機械地連接到第二導螺桿43。因此，如第三十一圖中的案例，當馬達（圖中未示）旋轉時，第一和第二彎曲致動導線403、404可向相反方向運動，致使可操縱方向構件彎曲。

儘管第三十一圖和第三十二圖描繪了成對地使用螺桿構件作為示例以驅動一對彎曲致動導線，應可理解而無需說明的是，可以使用各種連桿結構進行修改。

第三十三圖為示意性地示出在一理想的連續柔性臂中，彎曲之前和之後彎曲致動導線的長度視圖。第三十三A圖示出了在理想連續柔性臂中，彎曲之前的彎曲致動導線長度。第三十三B圖示出了在用導線驅動機構A（例如滑輪）拉動後，理想連續柔性臂發生彎曲後的彎曲致動導線長度。

在一理想連續柔性臂中，使彎曲致動導線位於寬度為2r的導線驅動機構A的兩個相對側，其中“r”表示導線驅動機構A的半徑；“L1”和“L2”分別表示在彎曲之前從導線驅動機構A的兩個相對側到彎曲段（未示出）的彎曲致動導線的長度；“L1'”和“L2'”分別表示在彎曲之後從導線驅動機構A的兩個相對側到彎曲段（未示出）的彎曲致動導線的長度；“L”表示從導線驅動機構A的中心到彎曲段的長度。“R”表示當導線驅動機構A如箭頭所示被拉動時的曲率半徑，且由導線驅動機構A所彎曲的角度由“θ”表示。

在第三十三圖中所示的理想連續柔性臂中，彎曲前後的彎曲致動導線的總長度可表示為以下方程式： 彎曲前：L1 + L2 = 2 Rθ； 彎曲後：L1’ + L2’ = (R+r) θ + (R-r) θ = 2 Rθ ; L1 + L2 = L1’ + L2’。

然而，如第三十四圖所示，其為示意性地示出在實際條件下彎曲之前（圖第三十四A圖中所示）和之後（第三十四B圖中所示）彎曲致動導線長度的視圖。如第三十四B圖中所示，彎曲致動導線透過被拉伸而伸長（表示為ΔL伸長度），導致釋放的導線上的鬆弛B，其致使反彈。在這種情況下，彎曲前後彎曲致動導線長度的總長度可以表示為以下方程式： 彎曲前：L1 + L2 = 2 Rθ； 彎曲後：L1’ + L2’+ ΔL 伸長度 = (R+r) θ + (R-r) θ+ ΔL伸長度 = 2 Rθ+ ΔL伸長度； L1 + L2 ≠ L1’ + L2’ +ΔL 伸長度。

相反地，在此示例性實施例中，彎曲段可設置成包含一系列具有張力調節構件的中間接合，以最小化由伸長作用引起的鬆弛。第三十五圖為示出根據本發明示例性實施例的示例性彎曲段的視圖。在第三十五圖中，示出的彎曲段80包含沿彎曲段縱向軸線方向佈置的四個中間接合81、82、83、84。每個中間接合81、82、83、84分別具有第一連桿部811、821、831和841以及第二連桿部812、822、832和842。每個中間接合81、82、83、84可與相鄰的中間接合正交、平行或以任何角度交錯堆疊。

彎曲段80進一步包含穿過每個中間接合81、82、83、84的複數個管腔801。相同數量的彎曲致動導線（為清楚起見而省略）可因而對應地被提供以分別穿過每個管腔801並致使彎曲段80彎曲。

每個中間接合81、82、83、84進一步包含兩個張力調節構件813、823、833和843，其連結到第一連桿部811、821、831和841以及第二連桿部812、822、832和842。每個張力調節構件813、823、833和843設置成在彎曲段彎曲時，補償彎曲致動導線的伸長度，由此使彎曲致動導線的長度被改變並保持在預定長度。

如第三十六圖所示，張力調節構件813是雙鉸接接合，包含兩個離軸鉸接接合814。每個離軸鉸接接合814包含連結到第一連桿部811的第一接口半部815、815'，以及連結到第二連桿部812並對應樞轉到第一接口半部815、815'的第二接口半部816、816'。在此示例性實施例中，每個第一接口半部815、815'可分別具有突起端，而第二接口半部816、816'可對應地具有凹陷端。在另一個示例性實施例中，替代地，每個第一接口半部可分別具有凹陷端，而第二接口半部對應地具有突起端。

樞轉運動會發生在兩個離軸鉸接814的其中一個，視彎曲方向而定。第三十七圖示出了第三十六圖其中一個張力調節構件的樞轉運動，其中，第三十七A圖是在左側上彎曲的張力調節構件前視圖，第三十七B圖是在右側上彎曲的張力調節構件前視圖。如第三十七A圖所示，中間接合在左鉸接814上於左側彎曲，呈現彎曲方向，左鉸接814自縱向軸線方向偏移，由此僅第一接口半部815在左側上樞轉地運動。 類似地，當中間接合81在右側上彎曲時，僅第一接口半部815'在右側上樞轉地運動，如第三十七B圖所示。

第三十八圖示意性地示出使用第三十六圖中的張力調節構件結構使導線伸長度最小化，所產生的導線鬆弛視圖。第三十八A圖示出了張力調節構件結構彎曲之前的彎曲致動導線長度，而第三十八B圖示出了張力調節構件結構彎曲之後的彎曲致動導線長度。

在第三十八A和B圖中，“L”分別表示第一連桿部811或第二連桿部812沿中間接合81中心軸線方向的高度。“L1”表示在彎曲之前，通過第一連桿部811左側和第二連桿部812之間管腔的彎曲致動導線長度，而“L1'”表示在彎曲之後，左側的彎曲致動導線長度。“L2”表示在彎曲之前，通過第一連桿部811右側和第二連桿部812之間管腔的彎曲致動導線長度，而“L2'”表示在彎曲之後，右側的彎曲致動導線長度。“r”表示從每個連桿部的中心軸線到彎曲致動導線所穿過的管腔之半徑。“R”表示當中間接合81彎曲時的曲率半徑，且彎曲角度由“θ”表示。於此的“d”表示從每個連桿部中心軸線到每個離軸鉸接接合814的距離。

如第三十八A和B圖所示，若在此示例性實施例中忽略導線伸長度，則彎曲之前和之後彎曲致動導線的長度總和可表示為以下方程式： L1 = L2 = L； L1’ = 2 (R+r) sin(θ/2); L2’ = 2 (R-r) sin(θ/2); L1 = L2 = L = L’ = 2(R-d) tan(θ/2) ； L1 + L2 = 4(R-d) tan(θ/2) ； L1’ + L2’ = 2 (R+r) sin(θ/2) + 2 (R-r) sin(θ/2) = 4R sin(θ/2) ； 於此，R = L/(2tan(θ/2)) + d； ΔL = (L1 + L2) – (L1’ + L2’) = 2L - 4R sin(θ/2) = 2L – 4(L/(2tan(θ/2)) + d)(sin(θ/2)。

第三十九圖示出作為使用Matlab計算的彎曲角度θ的函數的彎曲致動導線總長度變化（ΔL）的模擬結果。 例如，當L = 2，d = 0.45時，當θ在設計接合的運動範圍內（0到45度）時，ΔL保持＜0；因此，導線伸長度引起的鬆弛可透過ΔL來補償，這可以藉由離軸鉸接接合實現。

因此，中間接合81的樞轉運動發生在從中間接合81縱向軸線方向偏移的鉸接814上。彎曲致動導線的長度被改變並保持在預定長度，因為彎曲致動導線的伸長度透過離軸樞轉運動來補償。

第四十圖是示出根據本發明示例性實施例的手術工具的方塊圖。第四十一圖是示出根據本發明示例性實施例的手術工具的示意圖。可彎曲的可操縱方向構件100設置於外科工具30的遠端。可操縱方向構件100具有複數個彎曲段110，其具有連接在一起的中空通道（第四十圖和第四十一圖中未示出）。每個彎曲段110包含沿長邊方向形成的複數個管腔112。包含柔性材料的管狀柔性構件200提供於可操縱方向構件100的近端處。管狀柔性構件200可包含中空管，其中定位有從手術設備1遠端連接的各種類型導線構件。可選地，末端執行器300提供於可操縱方向構件100的遠端處，並且末端執行器300可以由執行器致動導線500選擇性地致動（例如參見第二圖、第二十四圖至第二十六圖）。

可操縱方向構件100的每個彎曲段110以允許鉸接運動的方式連接到相鄰的彎曲段，並且藉由彎曲致動導線400彎曲（參見例如第二圖）。在此示例性實施例中，第一彎曲致動導線403a和第二彎曲致動導線403b位於分開的管腔112中，並穿過可操縱方向構件100和管狀柔性構件200，第一彎曲致動導線403a和第二彎曲致動導線403b的兩個遠端係連接到可操縱方向構件100，它們的近端則機械地連接到驅動構件160。因此，當驅動構件160驅使第一彎曲致動導線403a和第二彎曲致動導線403b運動時，複數個彎曲段110鉸接地運動，從而致使可操縱方向構件100進行1個自由度（1-DOF）的彎曲運動。

驅動構件160包含第一馬達161、第二馬達162、第一運動傳遞單元163和第二運動傳遞單元164。第一馬達161經由第一運動傳遞單元163連結到第一彎曲致動導線403a，使得來自第一馬達161的動力可傳遞到第一彎曲致動導線403a以使其致動。類似地，第二馬達162經由第二運動傳遞單元164連結到第二彎曲致動導線403b，傳遞來自第二馬達162的動力以致動第二彎曲致動導線403b。在此示例性實施例中，第一運動傳遞單元163和第二運動傳遞單元164可為導螺桿或滾珠螺桿，但不限於此種配置。

進一步提供張力監測構件170，其包含：第一感測器171和第二感測器172。第一感測器171連結到第一運動傳遞單元163並連結到第一彎曲致動導線403a。第一感測器171可回應所感測到的第一彎曲致動導線403a在預彎曲和期望彎曲運動之間的張力變化，而提供第一反饋信號S1。類似地，第二感測器172連結到第二運動傳遞單元164和第二彎曲致動導線403b。第二感測器172可回應所感測到的第二彎曲致動導線403b在預彎曲和期望彎曲運動之間的張力變化，而提供第二反饋信號S2。在此實施例中，第一感測器171和第二感測器172是荷重元（load cells），但不限於此。第一彎曲致動導線403a或第二彎曲致動導線403b的張力變化提供一電氣值變化（例如，電壓、電流或其他參數），其被校準到荷重元上的負載。

如上所述的驅動構件160和張力監測構件170進一步電連接到控制構件180。控制構件180可回應第一反饋信號S1而提供第一輸出信號S3，並傳遞到第一馬達。在接收到第一輸出信號S3時，第一馬達161將會被驅動以調整（即，拉動或釋放）第一彎曲致動導線403a。類似地，控制構件180可回應第二反饋信號S2而提供第二輸出信號S4，並且傳遞到第二馬達162以調整第二彎曲致動導線403b。

第四十二圖示出根據本發明示例性實施例的處於彎曲狀態的手術工具視圖。當第一彎曲致動導線403a被致動（即，朝向第一馬達161的方向拉動，如第四十二圖所示）以彎曲可操縱方向構件100時，第一彎曲致動導線403a及/或第二彎曲致動導線403b的張力由於各種原因而改變。例如，在彎曲之前和之後，沿第二彎曲致動導線403b彎曲方向的長度變化，較第一彎曲致動導線403a的長度變化為小。因此，第二彎曲致動導線403b的張力將會被改變，並且由於彎曲會產生反彈，因而難以進行微調。

在此示例性實施例中，由第一彎曲致動導線403a引起的張力變化，可分別藉由第一感測器171和第二感測器172通過由張力引起的電壓變化來測量和監測。接著，回應該電壓變化，第一反饋信號S1和第二反饋信號S2會被提供給控制構件180。在接收並處理第一反饋信號S1和第二反饋信號S2之後，控制構件180將第一輸出信號S3和第二輸出信號S4分別提供給第一馬達161和第二馬達162。然後，第一馬達161將維持不動，作為對第一輸出信號S3的回應，而第二馬達162將朝向可操縱方向構件100的方向釋放第二彎曲致動導線403b直至預定長度，以作為對第二輸出信號S4的回應，使得第一彎曲致動導線403a和第二彎曲致動導線403b會再次保持在預定張力。

第四十三圖示出根據本發明另一示例性實施例的手術工具之方塊圖。第四十四圖示出根據本發明另一示例性實施例的手術工具之示意圖。末端執行器300可能經受各種外力，因為其會與體壁頻繁接觸，或者在沿著身體中的路徑被向前推動時與身體物質產生摩擦，或者在操作末端執行器300時產生反作用力。在傳統手術中，外科醫生通過自己的手指感受這種外力。然而，在使用機器人輔助的手術中，外科醫生無法直接感受到外力，只能藉由他們的觀察或經驗來猜測。

因此，在此實施例中，於此提供的手術工具30可經由通信構件191與外科醫生工作站190一起運作。

如上所述的第一感測器171和第二感測器172可被設置為，依據操縱方向感測值與正常操作中施加至可操縱方向構件100的張力值之間的電位差是否超過預設閾值ΔVth，來確定是否被施加外力。當確定施加外力時，第一感測器171和第二感測器172將分別向控制構件180提供第一外力信號S5和第二外力信號S6。為回應第一外力信號S5和第二外力信號S6，控制構件180將進一步提供經由通信構件191所傳遞的指令信號S7。

通信構件191可為控制構件180內的內建構件或外部構件。此外，通信構件191可使用本領域中的任何電信技術。例如，在一些實施例中，通信構件191可包含無線發射器和無線接收器（圖中未示出）。在其他實施例中，在信號為數位的，或由控制構件180進行數位化和模組化的情況下，可以根據標準協議（例如，藍牙）來配置無線發射器。或者，可使用標準或專有的硬連線或無線發射器的任何其他合適配置。此外，無線發射器可包含從其延伸的天線（未示出），以便於將信號傳遞到無線接收器。

外科醫生工作站190用於供外科醫生手動操縱，並且反過來控制手術工具30的運動以回應外科醫生的操縱。在此實施例中，外科醫生工作站190被配置成可顯示與阻力或振動有關的信息，以回應外科醫生工作站190的指令信號S7。在一個實施例中，如上所述的控制構件180可包含觸覺反饋控制器（圖中未示），其以觸覺反饋的形式處理和發送指令信號S7。觸覺反饋可通過各種形式提供，例如機械感知，其包含但不限於振動感知（例如振動）、力感知（例如阻力）和壓力感知，熱感知（熱）及/或低溫感知（冷）。外科醫生工作站190可包含觸覺操縱桿（圖中未示出），以將觸覺反饋轉移給外科醫生，使其獲知外力的存在。

在其他實施例中，與阻力或振動有關的信息可顯示為圖形信息或聲音信息。此處的外科醫生工作站190可為本領域中已知的各種類型，其包含用於顯示此種圖形信息或聲音信息的使用者界面。使用本文所述的手術工具30，外力可由張力監測構件170檢測和監測，並以可視化的形式顯示或透過觸覺反饋被感測。因此，即使在遠程操作狀態下，外科醫生也可使用外科醫生工作站中的主設備及時施加額外的力以抵抗外力。此外，使用手術工具30執行手術的準確性也將隨之增加。

另一方面，本發明進一步提供一種用於機器人等的個人化主控制器，尤其可用於機器人手術裝置、系統和方法。在機器人輔助手術中，外科醫生通常操作主控制器以遠程控制機器人手術裝置在手術部位處的運動。主控制器可能與患者分隔相當大的距離（例如，在手術室的另一側，位於不同房間，或與患者在完全不同的建築物）。或者，主控制器可能被安置在手術室中極為靠近患者處。無論如何，主控制器通常包含一個或多個手動輸入手柄，以便基於外科醫生對手動輸入手柄的操縱，使得如第一圖所示的手術設備1進行運動。手動輸入手柄通常可設計成允許六個自由度的平滑運動，其可對應於三個軸的平移，以及三個軸的旋轉。

此外，為了驅動手術工具30以執行各種外科手術，手動輸入手柄本身可針對夾持運動提供一個自由度。例如，可在手動輸入手柄的近端處進一步提供內建夾持裝置，使得夾持裝置可以被撬動以允許操作者模擬剪刀、鉗子或止血鉗的運動並控制手術工具30的致動，例如，藉由夾持該夾持裝置來致動末端執行器300（參見第一圖），以移動手術部位處的組織及/或其他材料。然而，此種夾持裝置可能無法替換的，因此操作者別無選擇，只能將手動輸入手柄與他們可能不太熟悉的夾持裝置一起使用。使用主控制器進行外科手術的精確控制可能因而變得更加困難。

由於上面概述的原因，提供用於機器人手術、遠程手術和其他遠程機器人應用的改良式裝置、系統和方法將是有益的。在一示例性實施例中，提供了一種個人化的主控制器。第四十五圖為例示根據本發明示例性實施例的個人化主控制器之方塊圖。個人化主控制器9可結合到處理器P（例如一電腦），其電連接至手術設備1。此處所述的個人化主控制器9可包含控制平台90、連接部分91和可互換把手92。如第四十五圖所示，控制平台90可被配置以定義並輸入一個或多個運動信號，藉此經由處理器P控制手術設備1（參見例如第一圖）的運動。

在一些替代實施例中，控制平台90可為連續操縱器，包含：以連結件連接的多個剛性連桿，如美國專利第7714836、7411576和6417638號中所描述，該等專利文件通過引用整體併入本文。例如，如第四十六圖所示，此種類型的控制平台90可包含：主體900，其包含基座900a、輸入手柄901和複數個第一感測器902。基座900a可相對於基本上為垂直方向的第一軸線A01旋轉。輸入手柄901可包含第一連桿903、第二連桿904以及包含外萬向節907和內萬向節908的萬向節結構。第一連桿903經由允許第一連桿903相對於第二軸線A02運動的第一接合905樞轉到主體900，第二軸線A02具有相對於第一軸線A01基本上為垂直的方向。第二連桿904經由允許第二連桿904相對於第三軸線A03運動的第二接合906樞轉到第一連桿903，第三軸線A03基本上平行於第二軸線A02。

將萬向節結構安裝到包含外萬向節907和內萬向節908的第二連桿904的自由端。外萬向節907由第二連桿904樞轉地支撐並且允許相對於第四軸線A04旋轉，第四軸線A04基本上垂直於第三軸線A03。內萬向節908由外萬向節907樞轉地支撐並且允許相對於第五軸線A05旋轉，第五軸線A05基本上垂直於第四軸線A04。連接部分91（第四十八A圖）安裝在內萬向節結構908上，並允許與其電連接的可互換把手92相對於第六軸線A06旋轉。

安裝在內萬向節結構908上的連接部分91與輸入手柄901和可互換握把92電連接。第四十七圖示出根據本發明示例性實施例，連接到控制平台的連接部分之透視圖。在一個實施例中，連接部分91可為插頭插座型連接器，但不限於此。如第四十七圖所示，在一個實施例中，連接部分91的單叉插頭911可連結到內萬向節908，而相應的插座結構912可安裝在可互換把手92的遠端（見第四十八圖），使得可互換把手92可以連接到內萬向節結構908上並且允許相對於第六軸線A06旋轉，第六軸線A06基本上垂直於第五軸線A05。或者，在一些實施例中，連接部分91的單叉插頭911可連結到可互換把手92的遠端924，而插座結構912可安裝在內萬向節908上（見第四十八圖）。

因此，控制平台90可以提供六個自由度運動，包含三個平移自由度（在X、Y和Z方向上）和三個旋轉自由度（俯仰、偏轉和滾轉運動）。因此，當輸入手柄901相對於控制平台90獨自平移，或與所安裝的可互換把手92共同在X、Y和Z方向上相對於控制平台90平移時，將可提供複數個位置參數P1，及/或當輸入手柄901相對於控制平台90獨自旋轉，或與所安裝的可互換把手92共同相對於控制平台90進行俯仰、偏轉和滾動運動時，將可提供複數個方向參數P2。

在一個實施例中，一或多個第一感測器902可安裝到輸入手柄901並且被配置為可產生一或多個第一運動信號S8，以回應上述位置參數P1及/或方向參數P2。第一感測器902可例如安裝到第一接合905、第二接合906及/或萬向節結構907。在一些實施例中，第一感測器902可為任何類型的感測器，能夠基於例如由輸入手柄901及/或安裝的可互換把手92的運動引起的位置、方向、力、扭矩、速度、加速度、應變、變形、磁場、角度及/或光（但不限於此）的狀態或變化，測量位置參數P1及/或方向參數P2。例如，第一感測器902可以是壓力感測器或力感測器，包含但不限於壓電感測器、簡單壓電晶體、霍爾效應或電阻應變計感測器等，所有前述感測器都可以是獨立元件，也可以與信號調節電子設備（惠斯通電橋，低噪音放大器，A/D轉換器等）集成在一個單晶片或單封裝密封模組中。在其他實施例中，第一感測器92可為角度感測器或旋轉感測器，但不限於此。在特定實施例中，第一感測器902可為霍爾效應感測器。如本領域中已知的，霍爾效應感測器可以在對應的磁體元件（圖中未示出）存在時使用，以感測回應於位置參數P1及/或方向參數P2的磁場。接著，第一感測器902可以產生第一運動信號S8，以相應地控制手術設備1的運動（例如，滾轉、平移或俯仰/偏轉運動）。

第四十八圖示出根據本發明示例性實施例的可互換把手透視圖。在一個實施例中，於此提供的可互換把手92可包含可拆卸手柄921，以模擬來自手動手術工具的實際手柄。即，其可為相同尺寸和形狀，並且可為可擠壓的或固定的，以便為外科醫生提供真實感。例如，第四十九A圖中所示的兩個抓握桿922、923可在可拆卸手柄921的近端處樞轉，以便提供夾緊或抓握運動的自由度。抓握桿922、923兩者能夠相對於可拆卸手柄朝向彼此移動，如箭頭H所示，以提供夾緊或抓握運動的自由度。為了依據領域、外科醫生或手術模擬實際的標準手術手柄，可拆卸手柄921和抓握桿922、923可設計成可互換為各種類型的手術器具，例如鑷子或腹腔鏡手持工具，分別如第四十八B圖和第四十八C圖所示。

此外，在一些實施例中，可拆卸手柄921可在其遠端924處安裝到插座結構912或從插座結構912拆卸。這裡提供的插座結構912能夠與連接部分91的單叉插頭911電連接或自其斷開，因而可拆卸手柄921可相應地被裝配以接收來自外科醫生的相關夾持運動輸入，並且隨後產生對應的控制信號並經由控制平台90傳輸到手術設備1。

為了感測可互換把手92的抓握運動，在一個實施例中，可拆卸手柄921可以定義一內部中空管狀空間，其中可容納第二感測器925，以基於例如由抓握桿922、923的運動引起的位置、方向、力、扭矩、速度、加速度、應變、變形、磁場、角度及/或光（但不限於此）的狀態或改變來感測至少一個參數P3。

在一些實施例中，第二感測器925可為本領域中已知的任何類型感測器。例如，第二感測器925可為壓力感測器或力感測器，包含但不限於壓電感測器、簡單壓電晶體、霍爾效應或電阻應變計感測器等，所有前述感測器都可為單獨元件或與信號調節電子器件（惠斯通電橋、低噪音放大器，A/D轉換器等）集成到單晶片或單封裝密封模組中。在其他實施例中，第二感測器925可為角度感測器或旋轉感測器，但不限於此。在特定實施例中，第二感測器925可為霍爾效應感測器。霍爾效應感測器可在對應的磁體元件（圖中未示出）存在時使用，以感測本領域已知的磁場，使得霍爾效應感測器可基於由抓握桿922、923運動引起的磁場狀態或變化，測量夾持參數P3及/或P4。接下來，霍爾效應感測器可以產生第二運動信號S9，其因而可控制第一圖中所示的末端執行器300的運動。（例如，末端執行器300可以為夾持裝置（例如鉗子或刀片），因此可控制其打開和閉合（夾持）運動。）

第四十九圖示意性地示出根據本發明另一示例性實施例的個人化主控制器視圖。第五十圖示意性地示出第四十九圖中的個人化主控制器的控制平台之部件視圖。在此實施例中，控制平台90可以是包含並聯運動結構的裝置，特別是三角並聯運動結構裝置（Delta parallel kinematics structure device）（例如美國2008/0223165A1中所述者，該申請案通過引用整體併入本文。）。如第四十九圖所示，控制平台90適於提供多達六個自由度（即，在X、Y和Z方向上最多三個平移自由度，以及在俯仰，偏轉和滾轉方向中最多三個旋轉自由度，以分別提供位置參數和方向參數。

在此實施例中，控制平台90可包含：基座構件93、可動構件94，以及分別連結基座構件93和可動構件94的三個並聯運動鏈95。每個並聯運動鏈95具有可在相應運動平面950中運動的第一臂951，該運動平面950與對稱軸（即垂直於基座構件93的中心線）相距一定距離。每個第一臂951與其相關聯的安裝構件96連結，使得每個第一臂951可相對於相關聯的安裝構件96旋轉或樞轉，並因此相對於基座構件93旋轉或樞轉。

包含第二臂952的並聯運動鏈95可連結到可動構件94。每個第二臂952可被視為是包含兩個連桿柵952a、952b的平行四邊形。在第二臂952的近端處，每個連桿柵952a和952b可藉由接合或鉸接97與可動構件94連結。在第二臂952的遠端，每個連桿柵952a、952b藉由接合或鉸接97與其相關聯的第一臂951的末端連結。每個第二臂952，特別是每個連桿柵952a、952b，在兩端可具有兩個旋轉自由度。

因此，連接在基座構件93和可動構件94之間的每個運動鏈95，可在由基座構件93、可動構件94和三個並聯運動鏈95定義的運動空間中運動，以提供多達三個平移自由度（分別沿X、Y和Z方向，如第五十圖所示），產生一或多個位置參數P1。三角並聯運動結構裝置的更多細節可參考例如美國2008/0223165A1申請案，其通過引用整體併入本文。

另外，可藉由連結到可動構件94並包含三個可樞轉連接941、942和943的腕結構940提供多達三個旋轉自由度，例如以樞轉接合的形式連結。每個可樞轉連接941、942和943相對於可動構件94提供一旋轉自由度（分別如第五十一圖中的偏轉、俯仰和滾轉方向），並由此產生一或多個方向參數P2。

設置複數個第一感測器902以檢測由三個並聯運動鏈95和可動構件94的運動引起的一個或多個位置參數P1及/或方向參數P2，然後產生第一運動信號S8以回應參數P1及/或P2。例如，一些第一感測器902可分別安裝到每個安裝構件96，以檢測由關聯的第一臂951之運動引起的至少一個參數。其他第一感測器902可分別安裝到接合或鉸接97的全部或部分上，以檢測由關聯的第二臂952之運動引起的至少一個參數。或者，三個第一感測器902可分別設置於三個可樞轉連接941、942和943處。

第五十一圖第四十九圖其中一部分的放大視圖，示出一示例性實施例中，可互換把手附接到控制平台的可動構件。第五十二圖同樣是第四十九圖其中一部分的放大視圖，示出一示例性實施例中，可互換把手從控制平台的可動構件拆卸下來。如第五十二圖所示，連接部分91進一步安裝在可樞轉連接943上，使其可電連接輸入手柄901和可互換把手92。如第五十二圖所示，在一個實施例中，連接部分91可包含插頭插座型連接器，但不限於此。例如，連接部分91的單叉插頭911可經由螺紋913連結到可互換把手92的可拆卸手柄921，而對應的插座結構912可安裝在可樞轉連接943上，因而可互換把手可附接到可樞轉連接943（參見第五十一圖），或從可樞轉連接943拆卸（參見第五十二圖），並且允許相對於可樞轉連接943的旋轉軸線A10旋轉。

第五十三圖至第六十六圖示意性地示出了本文所述的手術器具，其配置用於食道內視鏡手術，例如移除食道壁上的病變，然後在原地使用外科手術工具的末端執行器縫合手術部位使其閉合。於此，手術器具包含複數個管狀柔性構件200，其每一者可在專用的周圍護套202中延伸（第五十五圖），每個周圍護套202和管狀柔性構件200在外護套1162內延伸，柔性管件終止於可操縱方向構件100（第五十六圖）及其遠端處之末端執行器，且每個管狀柔性構件200係在其近端處連接到其專用的驅動部分40。另外，傳統內視鏡1000的插入管1002，如第五十四圖中示意性所示，同樣延伸穿過外護套1162。內視鏡1000的每個周圍護套202和插入管1002終止於其內，並且在其遠端的遠端連結器1140中獲得支撐。外護套1162延伸並緊密地套合於遠端連結器1140的第一端，周圍護套202在遠端連結器1140內終止，且外護套1162和遠端連結器1140共同構成手術器具的引入部1004之外表面。遠端連結器1140由不銹鋼或其他生物相容性材料製成，並且其用於相對地將管狀柔性構件200、周圍護套202和插入管1002的末端相對於彼此定位。外護套1162、周圍護套202和柔性管狀柔性構件200由生物相容性聚合物製成，其可彎曲以相對容易地插入患者體腔。在一些實施例中，可以進一步提供第三柔性護套（圖中未示出），其具有近端和遠端，第三柔性護套圍繞該至少一個可彎曲內視鏡1000的一部分，例如插入管1002，且該第三柔性護套的近端相對於機械載運器1100固定，其遠端則連接到遠端連結器1140。

如第五十三圖所示，在患者插管並且引入管1008被引入喉部之後，引入部1004通過引入管1008引入，使得遠端連結器1140位於引入管1008的外部並且位於患者的食道內。外科醫生或其他操作者使用連接到傳統內視鏡的攝影機1012（參見第五十六圖）操控引入部分1004的方向使其到達此位置，以沿著患者的食道找出欲處理位置。之後，利用驅動部分40（參見例如第五十四圖）使管狀柔性構件200從遠端連結器1140延伸，且管狀柔性構件200末端上的可操縱方向構件100藉由將彎曲致動導線400適當張緊或拉動控制方向，以在欲處理位置執行外科手術。

第五十四圖、第六十圖和第六十一圖進一步示出了在第五十三圖中的手術所使用手術器具的其他替代構造。於此，驅動部分40包含機械載運器1100，其安裝在水平表面1104上，例如桌子或台車的頂部，其可以鎖定在手術室中與患者相鄰的位置。如第五十四圖所示，該配置中的機械載運器1100包含下水平運動機構1106，與其連接的旋轉機構1108，與其連接的可旋轉殼體1110，以及籠架，在該實施例中，兩個籠架1112a、1112b之每一者內裝有一個機器人控制器1114a、1114b。同時亦設置有第一管狀構件1116，於此為一標準內視鏡的插入管1002。包含先前實施例所述第一管狀柔性構件200（參見第五十五圖）的第二管狀構件1120，其近端1118被連接到第一機器人控制器1114a，而包含先前實施例所述第二管狀柔性構件200的第三管狀構件1124，其近端1122被連接到第二機器人控制器1114b。每個管狀構件1120、1124進一步包含從驅動部分40延伸並終止於遠端1130、1132的延伸部1126、1128。

如第五十六圖至第五十八圖所示，第一管狀構件1116包含大致延伸部1136，其也終止於遠端1134，遠端1134係遠離操縱器殼體1138（第五十四圖）。插入管1002的遠端包含攝影機1012、用於滑動地提供器具進入和控制的工作通道1014、諸如LED或光束的照明裝置（未示出），以及沖洗和抽吸端口（未示出）。遠端1130、1132和1134固定在遠端連結器1140內。遠端連結器1140包含外圓周壁1142，其在遠端連結器1140的一端終止時具有直徑縮減的外壁1143，以及複數個開口，在所述實施例中為三個穿過其中延伸的開口1146、1148和1150（參見第五十七圖和第五十八圖）。周圍護套202的一端從每個開口1148、1150向內延伸。第一開口1146接收第一管狀構件的遠端1134，使得攝影機1012、工作通道1014、照明裝置以及沖洗和抽吸端口（圖未示）皆暴露於遠端連結器1140的外部，而第二和第三開口1148、1150各自於其中接收周圍護套202的遠端以及第二和第三管狀構件1120、1124的遠端1130、1132，使得第二和第三管狀構件1120、1124的遠端1130、1132可相對於其端面1145伸展和縮回。外護套1162的末端延伸越過遠端連結器1140的直徑縮減外壁1143，從而固定到該處。如第六十圖中的最佳示例，周圍護套202的近端1164保持在橋結構1168中，橋結構1168大致平行於滑板1172（見第六十一圖）並在其上方延伸，並相對於其向外延伸，並且在第一末端1165處固定到在籠架1112a、1112b之間延伸的橫向件（未示出）。利用該構造，位於遠端連結器1140內的周圍護套202的遠端，與籠架1112a、1112b保持一固定長度。

為了防止延伸部1126、1128、1136結合或不必要的彎曲，沿著它們的長度提供一或多個連結構件1154a、1154b以接收周圍部202，延伸部1126、1128、1136通過周圍部202在其中延伸。在此實施例中，如第五十九圖所示，每個連結構件1154a、1154b是大致圓形的板狀構件，具有與管狀構件數量相等的多個開口，在此實施例中，三個開口1156繞連結構件1154a、1154b的中心以大約120度彼此間隔開。每個延伸部1126、1128、1136延伸通過其中一個開口。第一管狀構件1116的延伸部1136延伸穿過每個連結構件1154a、1154b中的開口1156a。第一管狀構件1116的外徑和開口1154a內徑的尺寸設置，會使得第一管狀構件1116可通過開口1154a被拉動或推動，但第一管狀構件1116將不會相對於連結構件1154a、1154b移動，除非在其間施加一高度的力，其大於手術設備1使用期間所經受的的力。相反地，圍繞延伸部1126、1128的周圍護套202之外圓周小於開口1156b、c的內圓周，因而周圍護套202和其中的延伸部1126、1128能夠通過開口1156b、c向前和向後自由移動。然而，周圍護套202和延伸部1126、1128、1136中的每一者受到約束，以防止其從連結構件1156a、1156b的中心1160徑向向內或向外的顯著移動。外護套1162與延伸部1126、1128、1136一起形成裝置的引入部1004。

機器手術臂1166設置於管狀構件1120、1124的延伸部1126、1128的各別遠端1130、1132處。如以下將進一步描述的，每個包含第一可操縱方向構件100a和第二可操縱方向構件100b的機器手術臂1166a藉由連接器1144互連，其中每個可操縱方向構件包含可樞轉地連接於另一者的複數個彎曲段110，其配置為如第三圖至第二十九圖所描述的一或多個連接段，並且可在機械載運器1100各元件的控制下使其定位，以相對於遠端連結器1140伸展和縮回，使得它們可以從連結構件遠端連結器1140和外護套1162向內完全縮回，或從其延伸，如第五十六圖所示。

參考第五十四圖、第六十圖和第六十一圖，在此將描述機械載運器1100的操作，以及管狀構件1116、1120和1124與機器手術臂1166a、1166b的對應運動。首先參照第五十四圖，機械載運器1100的下水平運動機構1106包含基座1170，藉由相對滾筒支撐的滑動導引1174可移動地固定在其中的滑板1172，以及下滾動支撐1176。在滑板1172遠離第二和第三管狀構件1120、1124位置的一端，延伸有立柱1178，其藉由角板1180支撐其相對側。立柱1178的下端藉由緊固件或藉由焊接固定到滑板1172，且角板1180同樣焊接到滑板1172的上表面和立柱1178的側表面。致動器1182，例如氣動線性驅動或基於導螺桿的驅動，在其一端固定到立柱1178的後側，其相對端則是機械接地的，例如藉由連接到基座板1170安置處的相同表面，或藉由與基座板1170的剛性連接，如所示。線性致動器1182的致動引起滑板1172的線性運動，例如從第五十四圖中的位置到第六十圖中的位置。線性致動器可為線性馬達、步進馬達和導螺桿機構，或為能夠可靠地在滑板1172和基座板1170之間引起1mm或更小的運動的其它裝置。

可旋轉殼體1110通過從其後表面部延伸的軸（未示出）連接到支撐在立柱1178中的軸承1186中。旋轉致動器1188，在該實施例中為能夠使可旋轉殼體繞其軸線以小於一度進行弓形運動的步進馬達，係連接到立柱1178的後側，且其軸（未示出）連結到可旋轉殼體的軸。旋轉致動器的運作引起可旋轉殼體1110圍繞其軸的中心線進行旋轉運動，例如從第五十四圖中所示的方向到第六十一圖中所示的方向。

如前所述，第一管狀構件1116是一標準內視鏡的插入管1002，其如第六十二圖所示包含手柄1191，和在手柄中且可與管狀構件1116之中空內部連通的一個或多個引入端口1192。如第五十六圖所示，在第一管狀構件1116的延伸部1136的遠端1134處設有攝影機1012，例如像素陣列和工作通道1014。導線（未示出）從攝影機1012沿著管狀構件1116延伸回到手柄1191，之後到視頻端口1018，之後到顯示螢幕。如第六十二圖所示，第一管狀構件1116的末端是彎曲的或捲曲的。標準內視鏡能夠在例如醫生或外科醫生的操作者控制下彎曲，其中第一管狀構件1116可配置成大致直線或其鄰近遠端1134的部分彎曲，如第五十九圖所示。內視鏡的手柄1191包含偏向控制旋鈕1020，操作者移動偏向控制旋鈕1020以在遠端選擇性地且可控制地彎曲內視鏡，並且通過致動偏向鎖定肘節1022，可選擇性地鎖定偏向控制旋鈕1020。另外，抽吸端口1026從手柄1191延伸到第一管狀構件1116的遠端1134並且可連接到抽吸管線，並且藉由手柄1190上的抽吸閥1024的操作，抽吸端口1026可在打開和關閉位置之間選擇性地變化。此外，液體或氣體可通過端口1028引入，端口1028同樣延伸到第一管狀構件1116的遠端1134。在裝置的引入部分1004引入期間，外科醫生或其他操作者可利用第一管狀構件1116遠端1134可控制的彎曲能力，來引導引入部1004遠端的方向，以使該遠端同樣彎曲而面向體腔中的欲處理位置，欲達到上述流程，可藉由一邊觀看連結至內視鏡的攝影機1012視頻顯示器（未示出），一邊使用偏向控制旋鈕1020移動遠端1134，視頻顯示器上將會顯示攝影機1012所拍攝的影像。

一旦引入部1004的遠端定位在體腔內欲處理位置（在此案例為第五十三圖所示食道壁1252上的病變1250）的鄰近處，滑板1172經控制的線性運動和可旋轉殼體1110的弓形運動使得引入部1004（其由外圍繞護套1162、遠端連結器1040以及第一、第二和第三管狀構件1116、1120和1124構成）能夠進行經控制的線性和旋轉運動，以允許操作者（例如外科醫生或醫生）進一步將第一、第二和第三管狀構件1116、1120、1124的遠端1134、1130和1132定位在患者體腔內的期望位置。當引入部1004的遠端在體腔內移動到期望位置，或者從體腔縮回時，示於第五十六圖中呈延伸位置的機器手術臂1166a、1166b會被設置成縮回位置，也就是會向內縮回連結器1140的開口1148、1150之中。起初，藉由載運器1100的線性和旋轉運動，引入部1004的遠端被定位至病變1250相鄰處，並且根據期望相對於病變1250定向。一旦於該位置完成定位後，引入部1004會在患者體外被夾持固定以防止其遠端1134移動，例如藉由鎖住旋轉殼體1110和滑板1172以防止進一步移動。

為了使用外科手術裝置移除病變並且使用機器手術臂1166a、1166b縫合切口，機械載運器1100中的每個機器人控制器1114a、1114b被配置成可使第二和第三管狀構件1120、1124相對於機械載運器1100進行獨立的旋轉和線性運動，從而能夠使第一和第二管狀構件1120、1124線性移動，以相對於連結器1140延伸和縮回機器手術臂1166a、1166b，並能夠使機器手術臂1166a、1166b圍繞第一和第二管狀構件1120、1124的軸線旋轉。另外，為了在每個管狀構件1120、1124的末端彎曲可操縱方向構件100a、100b，每個機器人控制器1114a、1114b還包含複數個（於此為十個）精細定位構件1190。該等精細定位構件1190其中的四個連接到與可操縱方向構件100a連接的導線400，四個連接到與可操縱方向構件100b連接的四個單獨導線400，兩個連接到越過末端執行器300其中滑輪的導線。所有的十個導線延伸穿過相應的第二或第三管狀構件1120、1124。

參見第六十三圖，第一機器人控制器1114a被支撐在籠架1112a內，第二機器人控制器1114b被支撐在籠架1112b內，且每個籠架固定地固定在載運器1100內。除了藉由滑板1172移動載運器1100而可進行線性運動外，每個機器人控制器1114a、1114b也可相對於籠架1112a、1112b線性移動，從而允許第二和第三管狀構件1120、1124的獨立線性位移，並因此允許其遠端的獨立線性位移。為了提供這種功能，軸1200從連結到每個籠架1112a、1112b的定位裝置1202延伸到相應的機器人控制器1114a、1114b，且軸1120可相對於定位裝置1202延伸和縮回以使機器人控制器1114a、1114b從籠架1112a、1112b向內或向外延伸或縮回。定位裝置例如是線性馬達、通過導螺桿連結到軸1120的步進馬達，或能夠以1mm或更小的步長線性移動的其他線性定位裝置。因為遠端連結器1140中的周圍護套202的遠端從橋結構1168延伸一固定距離（參見第六十圖），且橋結構1168的位置相對於籠架1112a、1112b固定，機器人控制器1114a、1114b相對於籠架1112a、1112b的旋轉和線性運動導致第二和第三管狀構件1120、1124相對於籠架進行旋轉和線性運動，並因此相對於周圍護套202進行旋轉和線性運動。此結構的結果為，一旦引入部1104被引入，遠端連結器1140的位置可相對於基座1170保持在實質上固定的位置，使得遠端連結器1140藉由鎖住載運器1100的旋轉和線性運動而位於體腔中的期望位置處，因此當機器人控制器1114a、1114b相對於它們各自的籠架1112a、1112b線性地或旋轉地運動時，在其末端固定的第二和第三管狀構件1120、1124同樣相對於籠架1112a、1112b線性地或旋轉地運動，並因此也相對於連接到周圍護套202的遠端連結器1140線性地和旋轉地移動，以允許可操作地連接到管狀構件1120、1124遠端的末端執行器相對於遠端連結器1140進行伸展、縮回和旋轉。

為了使每個管狀構件1120、1124圍繞其縱向軸線旋轉運動，每個機器人控制器1114a、1114b被配置為外殼1211和內可旋轉構件1213，在其後側包含驅動環形齒輪1201而前側終止於其端面1208處。外殼1211可通過定位裝置1202在籠架1112a、1112b內線性移動。為使內可旋轉構件1213相對於外殼1211旋轉，從而旋轉與其連接的管狀構件1120、1124，設置了一旋轉驅動器，其包含連接到驅動齒輪1205的步進馬達1203，步進馬達1203連接到外殼1211的後側，因此，當外殼在籠架1112a、1112b內線性移動時，驅動齒輪相對於環形齒輪1213維持在固定位置。驅動齒輪的齒與環形齒輪1201的齒嚙合，以旋轉內可旋轉構件1213。因此，管狀構件1120、1124相對於引入部分可旋轉、伸展和縮回，以使裝置的操作者能夠相對於引入部分1004的遠端伸展、縮回和旋轉可操縱方向構件100。

為了能夠彎曲可操縱方向構件，必須控制用於操控彎曲段相對位置和方向的導線400之定位。參考第六十四圖和第六十五圖，示出了導線400、500的可控運動機構，其用於控制可操縱方向構件100的運動和方向以及末端執行器300的致動。在第五十四圖所示的手術裝置的實施例中，每個可操縱方向構件100a、100b中的每組彎曲段110配置成如第十三A圖至第十三C圖所示及所描述者，並結合如第三十六圖和第三十七圖所示及所述的離軸鉸接814結構。其結果為，每個可操縱方向構件100的複數個接觸彎曲段110上的每個相鄰連桿，可繞垂直於相鄰連桿之擺動軸線的軸線擺動。為使每個可操縱方向構件能進行上述可控運動，在管狀構件1120、1124末端處的每個可操縱方向構件100a、100b在距離機器人控制器114a、114b最遠的彎曲段處連接到四個引導導線400，從而控制張力和每一可操縱方向構件相對於機器人控制器1114的相對位置。為了定位連接到每個可操縱方向構件100a、100b的四個導線400a-400d，在該實施例中，每個機器人控制器1114包含八個驅動桿1206，其可從其管狀構件面向表面1208選擇性地延伸，其中每個驅動桿1206連接到機器人控制器1114內的導螺桿機構（未示出），其又連接到導螺桿1210和步進馬達1212。導螺桿機構、導螺桿1210和步進馬達1212專用於每個驅動桿1206。為了伸出或縮回驅動桿1206，其專用的步進馬達1212會被旋轉，進而旋轉與其連接的導螺桿1210。導螺桿1200上的螺紋延伸穿過導螺桿機構中的螺紋開口，其相對於導螺桿1210的縱向軸線自由地線性運動但是被固定以防止旋轉，因此導螺桿1210的旋轉引起導螺桿機構的線性運動，以及與其連接的驅動桿1206的線性運動。步進馬達1212的第一方向旋轉致使驅動桿1206從機器人控制器1114的端面1208延伸，而第二方向的反向旋轉則致使驅動桿朝向機器人控制器1114的端面1208縮回。

管狀構件1120、1124可從其專用機器人控制器1114拆卸，以允許其上具有不同末端執行器的不同管狀構件1120、1124配置到手術裝置中。為了實現此構造，每個管狀構件1120、1124在工具連接器1220中其近端處終止。工具連接器1220包含殼體1222，管狀構件1120、1124之近端、外殼體1224和延伸圓週唇緣1226均延伸進入殼體1222的一端。為了將工具連接器1220連接到機器人控制器1114，機器人控制器1114包含從其面1208向內延伸的圓形凹陷1228，供唇緣1226插入其中。工具連接器1220還包含由唇緣1226圍繞的連接器面1230，端子凹陷1232延伸進入其中，而各個導線端子1234可選擇性地定位或延伸到所述端子凹陷1232中。每個導線400、500中的一者端接在每個導線端子1234中之一者內，因此，導線端子相對於連接器面1230向內或向外、或朝向或遠離地運動，導致導線400、500中對應的張力或鬆弛。

機器人控制器1114的每個驅動桿1206連接到導線端子1234中的一個，以使所連接的導線端子相對於連接器面1230向內或向外、或朝向或遠離地移動。在該實施例中，每個驅動桿1206終止於機器人控制器1114的外部，位於磁性空心杯體1236之中，其外徑1238的尺寸被設計成可套入對應的導線端子1234的內徑1240內，並且兩者之間保持磁性連接。或者，一彈簧加載的球可部分地從杯體的外壁延伸，以接合導線端子內壁上的棘爪，或刺刀連接件，或其他足夠緊密的連接件，以確保在使用期間連接不會斷開，但允許工具連接器1220可被輕易地移除和替換。

在每個管狀構件1220、1224內，複數個導線400、500延伸穿過套管600（參見例如第二十六圖至第二十九圖），其引導導線的運動並防止它們彎曲或在導線系統中鬆弛。

以下描述本文揭示的手術工具用於評估患者食道的使用方式。最初，如第五十三圖所示，患者被插管，並將引入管1008伸入咽喉中並沿著食道向下，使得其末端延伸通過食道與氣管交界處。然後，外科醫生或其他操作者握住手術裝置的引入部1004，並引導至患者口腔中並通過引入管1008，直到其遠端定位在患者食道中的期望位置，例如，使用標準內視鏡預先識別或識別並做過活體組織切片的欲處理位置。此時，護套對患者的相對位置鬆弛地鎖定在適當位置。將手術設備1引入患者體內係由外科醫生或其他操作者來引導，其通過內視鏡中CCD或CMOS攝影機拍攝並投影至螢幕的影像觀察食道。在引入部1004的引入期間，驅動桿1206被向前致動，亦即驅動桿推動導線400和導線500的兩端往引入部1004的遠端方向前進，以釋放導線400、500中的任何張力，並藉此允許引入部1004在引入患者體內時彎曲。一旦遠端連結器1140的期望位置和方向在患者體內中固定，驅動桿1206即縮回到其初始導線張緊位置，其中可操縱方向構件100定位在引入部內，且外科醫生使用控制器，藉由致使滑板172進行線性運動和籠架1112a、1112b進行旋轉來控制末端執行器300在管狀構件1120、1124上的位置，以將末端執行器精確地定位在期望的位置，並由於外科醫生在外科醫生工作站使用如第四十五圖至第五十二圖所描述的個人化主控制器、觸覺操縱桿或其他控制裝置對末端執行器進行方向控制，而透過控制器對步進馬達1212的指示拉緊導線以彎曲可彎曲段110，使得導線400上的張力適當地增大或減小，以彎曲可操縱方向構件100，從而精確地定位末端執行器的末端或側面。另外，與外科醫生工作站處其中一可操縱方向構件100相關聯的控制器進行旋轉運動，導致管狀構件1120或1124藉由機器人控制器1114a或1114b旋轉，因為與控制器相關聯的可操縱方向構件100亦位在該等機器人控制器上，並從而將末端執行器的末端定位在可操縱方向構件100和末端執行器前方半球的任何位置上。

現參考第六十六圖，示出了導線500與末端執行器的連接。

現參考第六十六圖，示出了導線500與末端執行器的連接。於此，與用於鉸接可操縱方向構件100的導線400相反，每個末端執行器300的打開和關閉係藉由致動形成第一部分500A和第二部分500B的單個導線來執行，第二部分500B圍繞滑輪延伸。末端執行器300為四桿連鎖，具有第一樞轉點1264、第二樞轉點1266、第三樞轉點1268和第四樞轉點1270。如第五十六圖所示，樞轉點1264包含：滑銷1262，其從樞轉點1264延伸進入末端執行器殼體相對側壁中的槽（未示出），樞轉點1270包含銷1272，其從樞轉點1270延伸進入末端執行器殼體1274相對側壁中的匹配開口（未示出）。導線從每個管狀構件1116、1120的近端部作為第一部分500a延伸，環繞位於銷1272周圍的滑輪1274，並自其延伸作為第二部分500b回到管狀部分1116、1120，且連接到銷1262的夾鉗1275夾在第二部分上。

為了打開和關閉每個末端執行器300，在此實施例中，每個機器人控制器1114包含連結到導線500一端的單導線驅動桿，且導線500的另一端相對於機器人末端執行器固定就位。導線500環繞滑輪1260。因此，當導線的可移動端朝向機器人控制器1114縮回時，兩個導線段到其任一側的有效長度縮短了縮回距離的一半，偏置構件1276被壓縮，且顎部一起移動。當導線500的可移動端從機器人控制器延伸時，發生相反的情況，並且彈簧構件使顎部1280、1282偏置以沿打開方向繞第四樞轉點1272樞轉。因此，藉由使用控制器，諸如外科醫生的操作者可將諸如鉗子的末端執行器定位在欲處理位置附近，並且操縱鉗子以執行外科手術。參見第五十六圖，一個末端執行器包含從其側壁延伸的切割刀片1290。切割刀片1290可用於切除組織並移除第五十三圖的病變1250。然後，外科醫生可操縱縫合針（未示出）以縫合切口使其閉合。

因為兩個可操縱方向構件100a、100b位於每個管狀構件1120、1124上，並且每個可操縱方向構件的遠端可位於由彎曲段110的弓形運動所定義之假想的部分球形表面上，所以本文的手術裝置可提供高度的運動操作自由度和定位自由度。

末端執行器和可操縱方向臂的操作，以及用以將手術設備1之引入部1004的遠端定位在體腔中欲處理位置附近的機械載運器1100的旋轉和線性運動，以及隨後末端執行器經過控制的運動，皆係由控制系統控制。

如上所述，已描述了手術設備的若干示例性實施例。 然而，這些示例性實施例僅用於說明目的。例如，上述手術工具可被配置為單獨的手術設備，或者它們可以應用於各種醫療裝置，例如具有工作通道的管腔單元或成像單元，以及具有末端執行器的手術設備。此外，可操縱方向構件的各種實施例可以整合或應用至各種手術設備，包含但不限於在其遠端可彎曲的導管、內視鏡和手術機器人。

如本文所使用的，術語“包含（comprises/comprising）”、“包括（includes/including）”、“具有（has/having）”或其任何其他變化，旨在涵蓋非排他性的包含。例如，包含一系列元件的方法、產品、物品或設備不一定僅限於那些元件，而是可以包含未明確列出的或該方法、產品、物品或設備固有的其他元件。

此外，除非另有說明，否則本文所用的術語“或”通常旨在表示“及/或”。 例如，條件A或B係由以下任何一個所滿足：A為真（或存在）且B為假（或不存在），A為假（或不存在）且B為真（或存在） ，A和B都是真的（或存在）。 如於此所使用的，以 “一（a/an）”開頭的術語（以及在前置基礎上為“一（a/an）”的“該（the）”）包含該術語的單數和複數意涵，除非另有明確說明（即，“一（a/an）”所指涉者清楚地表示只有單數或僅複數。此外，如於此的描述中所使用的，除非上下文另有明確指明，否則“在...中”的含義包含“在...中”和“在...上”。

還應當理解，附圖/圖式中所描繪元件的一或多者也可以以更分離或整合的方式實現，或者甚至在某些情況下可被移除或成為無法操作的，其根據特定應用係為有用的。另外，除非另外特別指出，否則附圖/圖式中的任何信號箭頭應僅被視為示例性而非限制性的。本公開的範圍應由以下權利要求及其法律上的均等物所決定。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：手術設備，包含：可操縱方向構件，該可操縱方向構件是可彎曲的並且包含其中具有通道的複數個彎曲段；以及複數個彎曲致動導線，其設置成穿過可操縱方向構件並導致可操縱方向構件彎曲，該可操縱方向構件包含至少一個管腔，彎曲致動導線穿過該管腔，且管腔部分地向外開口。在一些實施例中，彎曲段鉸接到相鄰的彎曲段。在其他實施例中，每個彎曲段的連接部分以銷固定在相鄰的彎曲段上。在其他實施例中，每個彎曲段的連接部分被容納在相鄰彎曲段的凹陷部分中並與其鉸接。在其他實施例中，每個連接部分包含具有圓形面的突起，且每個凹陷部分成形為可容納各連接部分，使得每個連接部分可旋轉。在其他實施例中，每個連接部分包含具有直線邊緣的突起，且每個凹陷部分的形狀類似於V形凹口，使得每個連接部分可在與每個凹陷部分線性接觸的同時旋轉。在替代實施例中，一對連接部分設置在每個彎曲段的長度的一側上彼此面對，一對凹陷部分設置在每個彎曲段的長度的另一側上彼此面對，且該對連接部分和該對凹陷部分被佈置在彼此垂直的方向上，以允許以2個自由度進行彎曲。在其他實施例中，沿每個彎曲段的長度形成四個管腔，且每個管腔穿過連接部分或凹陷部分的至少一部分。在一些方面，每個管腔包含封閉管腔部和開放管腔部，且穿過連接部分或凹陷部分的每個管腔之一部分形成封閉管腔部，且連接部分或凹陷部分的另一側形成開放管腔部。在其他實施例中，每個彎曲段沿著長度具有四個管腔，並且每個管腔沿著圓周位於連接部分和凹陷部分的位置之間。在其他實施例中，每個管腔包含封閉管腔部和開放管腔部，其中封閉管腔部形成在管腔長度的中間，且開放管腔部形成在封閉管腔部的兩側。在一些實施例中，可操縱方向構件包含複數個板狀彎曲段和位於彎曲段之間、柔性材料構成的連接部分。在其他實施例中，連接部分一體地形成在彎曲段之間，並從設置於彎曲段中心處通道的兩個邊緣延伸至向外的方向，且連接部分以垂直於相鄰連接部分的方向形成。在其他實施例中，彎曲致動導線佈置成穿過彎曲段和連接部分，且彎曲致動導線設置於其中的每個管腔具有一結構，其中位於連接部分處的部分形成封閉管腔，而在彎曲段處形成的部分是向外開口的。在其他實施例中，連接部分設置成連接相鄰彎曲段的中心。

在手術設備的一些實施例中，進一步包含設置於可操縱方向構件遠端處的末端執行器。在一些實施例中，末端執行器連接到位於可操縱方向構件的通道中的執行器致動導線，使得末端執行器可藉由移動執行器致動導線來致動，且末端執行器的至少一部分係可拆卸地設置於執行器致動導線的遠端處。在一些實施例中，末端執行器的至少一部分磁性連接到執行器致動導線的遠端。在其他實施例中，末端執行器包含執行器模組，該執行器模組包含：用於執行外科手術的工具部；以及連接到執行器致動導線以致動工具部的致動部，其中執行器模組的近端或執行器致動導線的遠端的至少一者包含磁體。在一些實施例中，手術設備進一步包含執行器致動導線，其位於可操縱方向構件的通道中並連接到末端執行器以致動末端執行器，且末端執行器進一步包含彈性體，該彈性體被配置以產生與執行器致動導線施加的力相反方向的彈力。在其他實施例中，執行器致動導線被配置為在被執行器致動導線拉動時，使得末端執行器以第一模式操作，並且在未被執行器致動導線拉動時，使得末端執行器以第二模式操作。在其他實施例中，末端執行器的鉗子在第一模式中閉合並在第二模式中打開。在一些實施例中，末端執行器包含：用於執行外科手術的工具部；連接到執行器致動導線以致動工具部的致動部；以及主體部，形成致動部所往復運動的路徑，其中彈性體位於致動部的近端並沿推動致動部的方向施加彈力。在其他實施例中，致動部和致動器致動導線的遠端配置成可彼此附接或可彼此拆卸。在其他實施例中，致動部或執行器致動導線遠端的至少一者包含磁體。

在手術設備的一些實施例中，用於固定彎曲致動導線遠端的導線終端構件，設置於可操縱方向構件的遠端處。在一些實施例中，導線終端構件具有螺紋，使得彎曲致動導線藉由將導線終端構件螺合到可操縱方向構件的遠端而被固定。在其他實施例中，彎曲致動導線佈置成被纏繞在可操縱方向構件的遠端和導線終端構件之間的同時，藉由被推動而固定。在一些實施例中，導線終端構件包含至少一個孔洞，彎曲致動導線的遠端穿過該孔洞，且導線終端構件設置於可操縱方向構件的遠端。在其他實施例中，導線終端構件中的孔洞形成在與可操縱方向構件中的管腔對應的位置處。在其他實施例中，手術設備進一步包含設置於可操縱方向構件遠端處的末端執行器，該導線終端構件即為末端執行器。

在一些實施例中，提供一種手術設備，其包含：可操縱方向構件，其係可彎曲的並且包含其中具有通道的複數個彎曲段；複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件並使可操縱方向構件彎曲，且可操縱方向構件包含至少一個管腔，彎曲致動導線穿過該管腔；其中，該手術設備進一步包含：包含柔性材料的柔性構件，其設置於所述可操縱方向構件的近端；以及至少一個套管，其形成穿過可操縱方向構件或柔性構件的導線之行進路徑，其兩端固定在其內部。在一些實施例中，導線包含彎曲致動導線。在一些實施例中，套管的主體係較可操縱方向構件或柔性構件彎曲時，在套管的兩個相對端固定的兩個點之間形成的最長可能路徑還長，以便最小化可操縱方向構件或柔性構件的彎曲對套管中的導線運動的影響。在一些實施例中，可操縱方向構件和柔性構件具有中空空間，用於將套管放置在其中。在一些實施例中，所述至少一個套管外的第二套管形成遠端彎曲致動導線的路徑，第二套管的一端固定在遠端可操縱方向部的近端或近端可操縱方向部的遠端，另一端則固定在柔性構件的近端。在其他實施例中，第二套管包含彈性材料，使得當遠端可操縱方向部彎曲時，遠端彎曲致動導線沿彎曲路徑定位。在一些實施例中，所述至少一個套管外的第三套管形成近端彎曲致動導線沿其移動的路徑，第三套管的一端固定在近端可操縱方向部的近端或柔性構件的遠端，另一端則固定在柔性構件的近端。在其他實施例中，第三套管包含彈性材料，使得當近端可操縱方向部彎曲時，近端彎曲致動導線沿彎曲路徑定位。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：手術設備，其包含：可操縱方向構件，其係可彎曲的並包含其中具有通道的複數個彎曲段；複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件並使可操縱方向構件彎曲，且可操縱方向構件包含至少一個管腔，彎曲致動導線穿過所述管腔；包含柔性材料的柔性構件，設置於可操縱方向構件的近端處並形成一路徑，彎曲致動導線沿該路徑穿過；以及操縱部分，設置於柔性構件的近端處，用於致動彎曲致動導線，其中彎曲致動導線的近端可附接到操縱部分或可從操縱部分拆卸。在其他實施例中，彎曲致動導線的近端和執行器致動導線藉由磁性且可拆卸地連接到操縱部分。

在一些實施例中，提供一種手術設備，其中彎曲致動導線包含第一彎曲致動導線和第二彎曲致動導線，第二彎曲致動導線使得可操縱方向構件以相反於第一彎曲致動導線的方向彎曲，其中以相同方向旋轉的螺桿構件設置於第一彎曲致動導線的近端和第二彎曲致動導線的近端處，並被配置成彼此以相反方向同步地運動。在一些實施例中，第一彎曲致動導線的近端配置成沿第一螺紋運動，且第二彎曲致動導線的近端配置為沿著與第一螺紋相反方向定向的第二螺紋運動。在其他實施例中，第一螺紋和第二螺紋配置成藉由單個驅動部分以相同方向旋轉。在其他實施例中，螺桿構件是雙向導螺桿，每個都具有形成在單個主體上的第一和第二螺紋部。在其他實施例中，螺桿構件包含：具有第一螺紋的第一導螺桿；以及具有第二螺紋的第二導螺桿，其中第一導螺桿和第二導螺桿配置成藉由齒輪彼此同步運動並藉由單個驅動部分同時旋轉。

在手術設備的一些實施例中，可操縱方向構件具有幾何形狀，其配置成在遠端處較在近端處更容易彎曲。在一些實施例中，彎曲段具有幾何形狀，其配置成使得可操縱方向構件越靠近其近端處越容易彎曲。在一些實施例中，彎曲段具有管腔，該等管腔形成於距可操縱方向構件橫截面中心一距離處，且越靠近可操縱方向構件的近端，彎曲段中的管腔距離可操縱方向構件的橫截面中心越遠。在一些實施例中，可操縱方向構件進一步包含位於彎曲段之間的複數個連接部分，其中連接部分具有幾何形狀，其配置成使得可操縱方向構件越靠近其近端處越容易彎曲。在其他實施例中，連接部分配置成朝向可操縱方向構件的近端具有較小的截面寬度，使得可操縱方向構件的對應部分更容易彎曲。在其他實施例中，連接部分配置成沿著長度朝向可操縱方向構件的近端增加直徑，使得可操縱方向構件的對應部分更容易彎曲。

在一些實施方式中，提供一種手術設備，包含：可彎曲的可操縱方向構件；設置於可操縱方向構件遠端的末端執行器；以及執行器致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件並連接到末端執行器以致動末端執行器，末端執行器包含彈性體，其產生與執行器致動導線施加的力相反方向的彈力。在一些實施例中，末端執行器配置成被執行器致動導線拉動時，以第一模式操作，且配置為未被執行器致動導線拉動時，藉由彈性體的彈力以第二模式操作。在其他實施例中，末端執行器的致動方式，係使得遠端處的手術元件在第一模式中閉合並在第二模式中打開。在其他實施例中，末端執行器進一步包含執行器模組，該執行器模組包含：用於執行外科手術的工具部；致動部，連接到執行器致動導線以致動工具部；以及主體部，其形成致動部沿其往復運動的路徑。在其他實施例中，彈性體位於致動部的近端，用於施加彈力以推動致動部往遠端方向移動。在一些實施例中，執行器模組和執行器致動導線的遠端被配置為可附接到彼此或可彼此拆卸。在其他實施例中，執行器模組和執行器致動導線利用磁性連接在一起。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：可彎曲的可操縱方向構件；複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件並使可操縱方向構件彎曲；導線終端構件，設置於可操縱方向構件的遠端以固定彎曲致動導線，其中導線終端構件具有螺紋，用於與可操縱方向構件的遠端接合，使得彎曲致動線藉由將導線終端構件和可操縱方向構件螺合在一起而固定。在一些實施例中，彎曲致動導線配置成藉由纏繞在可操縱方向構件遠端和導線終端構件之間而固定。在其他實施例中，導線終端構件包含至少一個孔洞，彎曲致動導線的遠端穿過該孔洞，且導線終端構件設置於可操縱方向構件的遠端。在其他實施例中，導線終端構件中的孔洞係形成在與可操縱方向構件中的管腔對應的位置處。在一些實施例中，末端執行器設置於導線終端構件上。在一些實施例中，手術設備進一步包含設置於可操縱方向構件遠端處的末端執行器，而導線終端構件即為該末端執行器。

在一些實施方式中，提供一種手術設備，包含：可彎曲的可操縱方向構件；第一彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件以使可操縱方向構件以第一方向彎曲；第二彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件以使可操縱方向構件以相反於第一方向的第二方向彎曲；以及至少一個螺桿構件，第一彎曲致動導線的近端和第二彎曲致動導線的近端連結到該螺桿構件，使得可操縱方向構件藉由旋轉該至少一個螺桿構件，以第一方向或第二方向彎曲。在一些實施例中，該至少一個螺桿構件佈置成繞第一和第二彎曲致動導線的縱向軸線旋轉。在一些實施例中，第一彎曲致動導線的近端和第二彎曲致動導線的近端配置成藉由該至少一個螺桿構件的旋轉，彼此以相反方向同步地運動。在其他實施例中，該至少一個螺桿構件被配置為以第一旋轉方向旋轉，以使第一彎曲致動導線的近端向後移動，並使第二彎曲致動導線的近端向前移動，從而引起可操縱方向構件以第一方向彎曲，該至少一個螺桿構件亦被配置為以第二旋轉方向旋轉，以使第一彎曲致動導線的近端向前移動，並使第二彎曲致動導線的近端向後移動，從而使可操縱方向構件以第二方向彎曲。在一些實施例中，第一彎曲致動導線的近端與第一螺紋接合並沿第一螺紋運動，且第二彎曲致動導線的近端與第二螺紋接合並沿第二螺紋運動，第二螺紋與第一螺紋呈相反方向。在其他實施例中，第一螺紋和第二螺紋配置成沿相同方向旋轉，使得第一彎曲致動導線的近端和第二彎曲致動導線的近端配置成彼此以相反方向同步運動。在一些實施例中，該至少一個螺桿構件係雙向導螺桿，其具有形成在單個主體上的第一和第二螺紋部。

在一些實施方式中，提供一種手術設備，包含：可彎曲的可操縱方向構件； 複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件中的管腔並使可操縱方向構件彎曲，其中可操縱方向構件具有幾何形狀，該幾何形狀配置成使得可操縱方向構件越靠近其遠端處越容易彎曲。在一些實施例中，幾何形狀被配置為越靠近可操縱方向構件近端處曲率半徑越小。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：可操縱方向構件，其是可彎曲的且包含複數個其中具有通道的彎曲段；複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件並使可操縱方向構件彎曲；側向支撐構件，其包含彈性材料且在彎曲之後施加一恢復力以使可操縱方向構件返回初始位置。在一些實施例中，手術設備進一步包含複數個側向支撐構件，其中側向支撐構件的數量等於彎曲致動導線的數量。在一些實施例中，側向支撐構件配置成藉由彎曲致動導線的運動而與可操縱方向構件同步彎曲，且側向支撐構件具有彈性，該彈性配置成使得當施加在彎曲致動導線上的力被釋放時，側向支撐構件即恢復到其原始形狀，從而使可操縱方向構件回到原始位置。在一些實施例中，側向支撐構件在彎曲之前的形狀是線性的。在一些實施例中，側向支撐構件在彎曲之前的形狀向一側彎曲。在其他實施例中，側向支撐構件配置成管狀，且彎曲致動導線位於側向支撐構件內。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：可操縱方向構件，其可彎曲並且包含複數個其中具有通道的彎曲段，以及複數個位於彎曲段之間的連接段；以及複數個彎曲致動導線，設置成穿過可操縱方向構件並使可操縱方向構件彎曲，其中每個連接段的兩端鉸接到不同的彎曲段。在一些實施例中，每個連接段包含：一對主體，其形成鉸接到彎曲段的部分；以及引導構件，其將該對主體接合在一起，並且在其內部具有中空空間，彎曲致動導線位於該中空空間中。在一些實施例中，連接到每個連接段一端的彎曲段可繞第一鉸接軸轉動，且連接到連接段另一端的彎曲段可繞第二鉸接軸轉動，且第一鉸接軸和第二鉸接軸相互平行。在一些實施例中，每個連接段佈置與相鄰連接段具有不同方向，以使連接的彎曲段繞不同的旋轉軸線彎曲，以使可操縱方向構件能夠彎曲至少2個自由度。在一些實施例中，每個彎曲段包含複數個管腔，彎曲致動導線位於所述管腔中，管腔佈置成不穿過鉸接到連接段的部分。在一些實施例中，彎曲段可旋轉地連接到連接段，且彎曲段繞其旋轉的鉸接軸與彎曲致動導線所在的管腔末端位在同一平面。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：可操縱方向構件，其是可彎曲的並且包含複數個彎曲段，其中每個彎曲段包含至少一個中間接合，該中間接合具有第一連桿部和第二連桿部，且其中該中間接合沿每個彎曲段的縱軸方向佈置；複數個彎曲致動導線，其佈置成穿過可操縱方向構件以使可操縱方向構件彎曲；其中，可操縱方向構件進一步包含至少一個管腔，彎曲致動導線穿過該管腔；且該中間接合進一步包含張力調節構件，其連結到第一連桿部和第二連桿部，並且配置成在彎曲段彎曲時，藉由補償彎曲致動導線的伸長度來調節彎曲致動導線的張力，由此彎曲驅動導線的長度被改變並保持在預定的張力。在其他實施例中，第一接口半部具有突起端，且第二接口半部對應地具有凹陷端。在其他實施例中，第一接口半部具有凹陷端，且第二接口半部對應地具有突起端。在一些實施例中，彎曲致動導線的伸長度係藉由偏移兩個離軸鉸接來補償。在一些實施例中，彎曲段包含一系列交錯堆疊的中間接合。

在一些實施例中，提供一種手術設備，包含：可操縱方向構件，其是可彎曲的並且包含複數個彎曲段和複數個管腔；彎曲致動構件，包含第一彎曲致動導線和第二彎曲致動導線，第一彎曲致動導線和第二彎曲致動導線佈置成分別穿過每個管腔並使得可操縱方向構件彎曲；張力監測構件，包含：第一感測器，其連結到第一彎曲致動導線並且被配置為可提供第一反饋信號，以回應所感測的第一彎曲致動導線在可操縱方向構件預彎曲和期望彎曲運動之間的張力變化；第二感測器，其連結到第二彎曲致動導線並且被配置為可提供第二反饋信號，以回應所感測的第二彎曲致動導線在可操縱方向構件預彎曲和期望彎曲運動之間的張力變化；驅動構件，包含：第一馬達，連結到第一彎曲致動導線並適於致動第一彎曲致動導線；第二馬達，連結到第二彎曲致動導線並適於致動第二彎曲致動導線；控制構件，其電連接到張力監測構件和驅動構件，其中控制構件配置成可提供：回應於第一反饋信號的第一輸出信號，使得第一馬達被驅動以調整第一彎曲致動導線的長度，進而保持預定的張力；以及回應於第二反饋信號的第二輸出信號，使得第二馬達被驅動以調整第二彎曲致動導線的長度，進而保持預定的張力。在一些實施例中，第二彎曲致動導線可朝第一彎曲致動導線的相反方向移動。在一些實施例中，第一彎曲致動導線係配置為被致動以彎曲可操縱方向構件，且第二彎曲致動導線係配置為由第二馬達驅動，使得第二彎曲致動導線回應於第二輸出信號而被釋放並保持在預定張力。在一些實施例中，第一感測器或第二感測器是荷重元。在一些實施例中，第一感測器進一步被配置為可提供第一外力信號，以回應所感測到的施加到可操縱方向構件之外力。在一些實施例中，第二感測器進一步被配置為可提供第二外力信號，以回應所感測到的施加到可操縱方向構件之外力。在其他實施例中，控制構件進一步被配置為可提供指令信號，以回應第一外力信號或第二外力信號。在其他實施例中，控制構件進一步包含觸覺反饋控制器，其被配置為可處理和傳送以觸覺反饋形式呈現的信息。在其他實施例中，第一運動傳遞單元或第二運動傳遞單元是導螺桿或滾珠螺桿。

在一些實施例中，提供一種用於手術設備的個人化主控制器，包含：控制平台，其被配置為定義並向外科手術機器人輸入一或多個運動信號，其中控制平台包含：輸入手柄，其可進行第一複數個自由度的平移，以提供複數個位置參數，及/或可進行第二複數個自由度的旋轉，以提供複數個方向參數；複數個第一感測器，其連結到輸入手柄並且被配置為可回應於輸入手柄的位置參數及/或方向參數而產生第一運動信號；連接部分，安裝在輸入手柄上並與輸入手柄電連接；以及可互換把手，包含：可拆卸手柄，其與連接部分電連接；一或多個抓握桿，其相對於可拆卸手柄樞轉，其中每個抓握桿可相對於可拆卸手柄以第三自由度運動，以提供抓握運動參數；以及第二感測器，其連結到可拆卸手柄並且被配置為可回應於抓握運動參數而產生第二運動信號至控制平台。在一些實施例中，第一複數個感測器或第二複數個感測器包含旋轉編碼器、霍爾效應感測器、角度感測器、旋轉感測器或任何前述各項之組合。在一些實施例中，連接部分進一步包含螺紋，該螺紋連結到可拆卸手柄並具有第一電連接端子。在其他實施例中，可拆卸手柄進一步包含第二電連接端子，其電連接到第一電連接端子。在一些實施例中，可互換把手包含兩個抓握桿，其對應地樞接到可拆卸手柄並允許相對於可拆卸手柄朝向彼此運動。

1:手術設備

9:個人化主控制器

10:操縱部分

16:遠端

18:中心縱向軸線

20:插入部分

30:手術工具

31:鉗子

32:成像單元

33:管腔單元

40:驅動部分

41:螺桿構件

41a:第一螺紋

41b:第二螺紋

42:第一導螺桿

43:第二導螺桿

80:彎曲段

81:中間接合

82:中間接合

83:中間接合

84:中間接合

90:控制平台

91:連接部分

92:可互換把手

93:基座構件

94:可動構件

95:並聯運動鏈

96:安裝構件

97:鉸接

100:可操縱方向構件

100a:可操縱方向構件

100b:可操縱方向構件

101:遠端可操縱方向部

102:近端可操縱方向部

110:彎曲段

111:中空通道

112:管腔

112a:開放管腔部

112b:封閉管腔部

113a 壁/壁面

113b:壁/壁面

114:絆腳部

120:連接部分

121:凹陷部分/凹陷

121b:凹陷

130:側向支撐構件

140:連接段

141:主體

142a:第一鉸接部分142a

142b:第二鉸接部分

143:引導構件

160:驅動構件

161:第一馬達

162:第二馬達

163:第一運動傳遞單元

164:第二運動傳遞單元

170:張力監測構件

171:第一感測器

172:第二感測器

180:控制構件

190:外科醫生工作站

191:通信構件

200:管狀柔性構件

202:周圍護套

300:末端執行器

301:執行器模組

310:工具部

320:致動部

330:接合

340:主體部

341:彈性體

400:彎曲致動導線

400a:導線

400b:導線

400c:導線

400d:導線

401:遠端彎曲致動導線

402:近端彎曲致動導線

403:第一彎曲致動導線

403a:第一彎曲致動導線

403b:第二彎曲致動導線

404:第二彎曲致動導線

410:導線終端構件

411:螺紋

412:孔洞

500:執行器致動導線

600:套管

700:傳遞構件

701:連結器

811:第一連桿部

812:第二連桿部

813:張力調節構件

814:離軸鉸接

815:第一接口半部

815':第一接口半部

816:第二接口半部

816':第二接口半部

821:第一連桿部

822:第二連桿部

823:張力調節構件

831:第一連桿部

832:第二連桿部

833:張力調節構件

841:第一連桿部

842:第二連桿部

843:張力調節構件

900:主體

900a:基座

901:輸入手柄

902:第一感測器

903:第一連桿

904:第二連桿

905:第一接合

906:第二接合

907:外萬向節

908:內萬向節

911:單叉插頭

912:插座結構

921:可拆卸手柄

922:抓握桿

923:抓握桿

924:遠端

925:第二感測器

940:腕結構

941:可樞轉連接

942:可樞轉連接

943:可樞轉連接

950:運動平面

951:第一臂

952:第二臂

952a:連桿柵

952b:連桿柵

1000:內視鏡

1002:插入管

1004:引入部

1008:引入管

1012:攝影機

1014:工作通道

1018:視頻端口

1020:偏向控制旋鈕

1022:偏向鎖定肘節

1024:抽吸閥

1026:抽吸端口

1028:端口

1040:遠端連結器

1100:機械載運器

1104:表面

1106:下水平運動機構

1108:旋轉機構

1110:可旋轉殼體

1112a:籠架

1112b:籠架

1114a:機器人控制器

1114b:機器人控制器

1116:第一管狀構件

1118:近端

1120:第二管狀構件

1122:近端

1124:第三管狀構件

1126:延伸部

1128:延伸部

1130:遠端

1132:遠端

1134:遠端

1136:大致延伸部

1138:操縱器殼體

1140:遠端連結器

1142:外圓周壁

1143:直徑縮減外壁

1145:端面

1146:開口

1148:開口

1150:開口

1154a:連結構件

1154b:連結構件

1156a:開口

1156b:開口

1156c:開口

1162:外護套

1166a:機器手術臂

1166b:機器手術臂

1168:橋結構

1170:基座

1172:滑板

1174:滑動導引

1176:下滾動支撐

1178:立柱

1180:角板

1182:致動器

1186:軸承

1188:旋轉致動器

1190:手柄

1191:手柄

1192:引入端口

1200:軸

1201:環形齒輪

1202:定位裝置

1203:步進馬達

1205:驅動齒輪

1206:驅動桿

1208:端面/表面

1210:導螺桿

1211:外殼

1212:步進馬達

1213:內可旋轉構件

1220:工具連接器

1226:唇緣

1228:圓形凹陷

1230:連接器面

1232:端子凹陷

1234:導線端子

1236:磁性空心杯體

1238:外徑

1240:內徑

1250:病變

1260:滑輪

1262:滑銷

1264:第一樞轉點

1266:第二樞轉點

1268:第三樞轉點

1270:轉點

1272:銷

1274:滑輪

1275:夾鉗

1276:偏置構件

1280:顎部

1282:顎部

A01:第一軸線

A02:第二軸線

A03:第三軸線

A04:第四軸線

A05:第五軸線

A06:第六軸線

H:箭頭

h1:鉸接軸

h2:鉸接軸

M:近端模組

P:處理器

P1:位置參數

P2:方向參數

P3:參數

P4:參數

S1:第一反饋信號

S2:第二反饋信號

S3:第一輸出信號

S4:第二輸出信號

S5:第一外力信號

S6:第二外力信號

S7:指令信號

S8:第一運動信號

S9:第二運動信號

W:導線構件

以下將參照附圖具體描述根據本發明的示例性實施例的手術設備。在此將基本參照附圖對組件之間的位置關係進行描述。在附圖中，為了清楚起見，實施例的結構可以被簡化或放大。因此，本發明不限於這些示例性實施例，而是可以增加，改變或省略各種裝置。

將針對在插入部分內具有多個通道的手術設備來描述示例性實施例，其中各種手術工具位於每個通道中。但是，應該注意的是，本發明不限於此示例性實施例，並且可應用於各種手術設備，包含可在遠端彎曲的導管、內視鏡和手術機器人。

第一圖為示出了本發明一示例性實施例的手術設備的視圖；

第二圖為第一圖其中一手術工具的橫截面圖；

第三A圖、第三B圖及第四圖為示意性地示出了由於可操縱方向構件的彎曲導致導線鬆弛的視圖；

第五A圖、第五B圖、第六A圖及第六B圖為示出了具有1個方向自由度之彎曲段的結構的視圖；

第七A圖、第七B圖、第八A圖、第八B圖、第九A圖及第九B圖為示出了具有2個方向自由度之彎曲段的結構的視圖；

第十圖及第十一圖為示出了使用柔性鉸接結構的可操縱方向構件及使用柔性骨幹結構的可操縱方向構件的視圖；

第十二A圖～第十二C圖、第十三A圖～第十三E圖及第十四A圖～第十四C圖為示出了具有側向支撐構件的可操縱方向構件的視圖；

第十五A圖、第十五B圖、第十六A圖、第十六B圖、第十七A圖及第十七B圖為示出了具有使用雙鉸接結構的連接段的可操縱方向構件的視圖；

第十八A圖、第十八B圖、第十九A圖及第十九B圖為示出了使用路徑調整構件的可操縱方向構件的視圖；

第二十A圖及第二十B圖為示出了可操縱方向構件彎曲的視圖；

第二十一A圖～第二十一C圖為示出了根據修改之實施例的可操縱方向構件彎曲的橫截面圖；

第二十二A圖～第二十二C圖為示出了藉由導線終端構件固定彎曲致動導線的方法的視圖；

第二十三圖為示出了將末端執行器配置為導線終端構件之示例的視圖；

第二十四圖第二十五圖為示出了末端執行器的結構的視圖；

第二十六圖至第二十九圖為示出了其中具有套管的手術設備之各種示例的視圖；

第三十圖為示出了手術工具末端的連接結構及操縱部分的視圖；以及

第三十一A圖、第三十一B圖及第三十二圖示意性地示出了用於移動彎曲致動導線的操縱部分的構造。

第三十三圖為示意性地示出了在一理想的連續柔性臂中，彎曲致動導線彎曲之前和之後的長度的視圖，其中第三十三A圖顯示彎曲前的彎曲致動導線的長度，第三十三B圖顯示彎曲後的彎曲致動導線的長度。

第三十四圖為示意性地示出了在實際狀態下，彎曲致動線彎曲之前和之後的長度的視圖，其中第三十四A圖顯示彎曲前的彎曲致動導線的長度，第三十四B圖顯示彎曲後的彎曲致動導線的長度。

第三十五圖為示出了根據本發明示例性實施例的示例性彎曲段的視圖。

第三十六圖為示出了根據本發明第三十五圖示例性實施例，的其中的示例性張力調節構件的視圖。

第三十七圖示出了第三十六圖的示例性張力調節構件的樞轉運動，其中第三十七A圖是張力調節構件向左彎曲的前視圖，第三十七B圖是張力調節構件向右彎曲的前視圖。

第三十八圖為示意性地示出了根據第三十六圖中的示例性張力調節構件結構而改善的導線之鬆弛的視圖。其中第三十八A圖顯示彎曲前的彎曲致動導線的長度，第三十八B圖顯示彎曲後的彎曲致動導線的長度。

第三十九圖為一模擬結果，其示出了彎曲致動導線的總長度變化（ΔL）係以彎曲角θ的函數變化。

第四十圖為示出了根據本發明示例性實施例的手術工具的方塊圖。

第四十一圖為示出根據本發明示例性實施例的手術工具的示意圖。

第四十二圖為示出了根據本發明示例性實施例的處於彎曲運動中的手術工具的視圖。

第四十三圖為示出了根據本發明另一示例性實施例的手術工具的方塊圖。

第四十四圖為示出了根據本發明另一示例性實施例的手術工具的示意圖。

第四十五圖為示出了根據本發明示例性實施例的個人化主控制器的方塊圖。

第四十六圖為示意性示出了根據本發明示例性實施例的個人化主控制器的視圖。

第四十七圖為示意性地示出了根據本發明的示例性實施例的控制平台及連接部分的視圖。

第四十八圖為示出根據本發明的示例性實施例的三種類型的可互換把手的透視圖，其中第四十八A圖為把手型把手，第四十八B圖為鑷子型把手，圖48C是腹腔鏡手持工具型把手。

第四十九圖為示意性示出了根據本發明另一實施例的個人化主控制器的視圖。

第五十圖為示意性地示出了第四十九圖中的個人化主控制器的控制平台的部分（即，基座構件、可動構件和三個並聯運動鏈）的視圖。

第五十一圖為第四十九圖之一部分的放大圖，顯示根據本發明的示例性實施例的可互換把手附接到控制平台的可動構件。

第五十二圖為第四十九圖之一部分的放大視圖，顯示根據本發明的示例性實施例的可互換把手自控制平台的可動構件分離。

第五十三圖為人體口部和食道的示意性截面圖，顯示插入其中的引入管和手術裝置。

第五十四圖為用於定位手術裝置的定位和控制裝置的等距視圖。

第五十五圖為用於手術裝置的機器手臂的中空構件和護套的示意性透視圖。

第五十六圖為本發明手術裝置的機器手臂的一部分的等距視圖。

第五十七圖為本發明手術裝置的遠端連結器的平面圖。

第五十八圖為第五十七圖的遠端連結器沿切線58-58的截面圖。

第五十九圖為本發明手術裝置的中間連結器的平面圖。

第六十圖為第五十四圖的定位和控制裝置之一部分的等距視圖，其中，其一部分已經移動到向前的位置。

第六十一圖為第五十四圖的定位和控制裝置之一部分的等距視圖，其中，其一部分已經移動到向前的位置並被旋轉。

第六十二圖為內視鏡的示意圖。

第六十三圖為本發明手術裝置的機器控制器的等距視圖。

第六十四圖為第六十三圖的機器人控制器之一者的等距視圖，顯示用於導線的致動器。

第六十五圖為本發明手術設備的導線連結器的末端的等距視圖；以及。

第六十六圖為本發明手術裝置的末端執行器的平面圖。

無

40:驅動部分

1000:內視鏡

1002:插入管

1004:引入部

1100:機械載運器

1104:表面

1106:下水平運動機構

1108:旋轉機構

1110:可旋轉殼體

1112a:籠架

1112b:籠架

1114a:機器人控制器

1114b:機器人控制器

1116:第一管狀構件

1118:近端

1120:第二管狀構件

1122:近端

1124:第三管狀構件

1126:延伸部

1128:延伸部

1130:遠端

1132:遠端

1138:操縱器殼體

1140:遠端連結器

1166a:機器手術臂

1166b:機器手術臂

1170:基座

1172:滑板

1174:滑動導引

1176:下滾動支撐件

1178:立柱

1180:角板

1182:致動器

1186:軸承

1188:旋轉致動器

Claims (10)

1. 一種操作致動設備之方法，包含以下步驟： 提供一致動設備，其包含具有一近端和一遠端的一可彎曲內視鏡，包含一遠端、一近端以及其中具有至少一導管在該近端和遠端之間延伸的至少一機器臂，至少一機器人定位器可操作地連結到該至少一機器臂的該近端，一第一護套圍繞該至少一機器臂的至少一部分並且包含一近端和一遠端，該內視鏡的該遠端和該至少一護套的該遠端連結到一遠端連結器，以形成該致動設備的一遠端； 利用設置在該第一護套內的該至少一機器臂的至少一部分，並包含其遠端，將所述致動設備的遠端插入穿過一孔口； 藉由操縱該可彎曲內視鏡之方向，將該致動設備導航到一腔內的一期望部位，同時保持該至少一機器臂的至少一部分，包含其遠端，設置在該第一護套內； 提供至少一操縱方向導線，其自至少其近端延伸通過該機器臂的該導管到與其遠端相鄰但隔開的一位置，使得該至少一導線的選擇性張緊導致相鄰於其遠端的該至少一機器臂彎曲； 在將該致動設備導航到腔內的一期望部位期間，釋放該至少一導線的張力，從而使該等臂具有足夠可撓性以與該內視鏡一起彎曲， 在張緊該至少一導線的同時，在該部位處使該等臂從該等護套向前行進；以及 在該部位處執行一操作任務。
2. 如請求項1所述之方法，進一步包含位於該內視鏡的遠端和近端與該至少一護套之間的至少一中間連結器。
3. 如請求項2所述之方法，其中該至少一中間連結器包含穿過其中的至少一第一開口和一第二開口，且該內視鏡在該第一開口中連接到該至少一中間連結器。
4. 如請求項1所述之方法，進一步包含： 在將該致動設備導航到腔內的一期望部位之後，固定該內視鏡和第一護套，以限制其遠端相對於該部位運動。
5. 如請求項1所述之方法，進一步包含： 一定位構件，其包含一基座以及可相對於基座運動的一可動構件，且 其中該第一護套固定至該可動構件上。
6. 如請求項5所述之方法，進一步包含在將該致動設備導航到腔內的一期望部位期間，藉由相對於該基座以線性和旋轉至少其中一種方式移動該可動構件，進而移動該第一護套。
7. 如請求項5所述之方法，其中該至少一機器人定位器係安裝在該可動構件內。
8. 如請求項7所述之方法，進一步包含藉由相對於該可動構件移動該機器人定位器，進而移動該機器臂的遠端。
9. 如請求項8所述之方法，其中該至少一機器臂的遠端包含一可操縱方向構件和一末端執行器，其中該至少一導線連接至該可操縱方向構件。
10. 如請求項8所述之方法，其中該至少一機器臂的遠端包含一可操縱方向構件和一末端執行器，其中該至少一導線係可動的，以致動該末端執行器的運動。

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