用于醫(yī)療器械的自對抗驅動裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]用于微創(chuàng)醫(yī)療程序的器械可以直接手動操控或者可以使用計算機控制或計算機輔助進行操作。然而，醫(yī)療器械的計算機操控經常對醫(yī)療器械設置嚴格的機械要求。特別地，機器人醫(yī)療器械的機械系統可能需要具有對致動器操作的嚴格受控響應，以便計算機化的控制系統可以計算致動器的移動，這將實現器械的精確移動。致動器控制的醫(yī)療器械也可能需要對接結構，這些對接結構接合電子控制的致動器。由于這些原因或其他原因，適合于計算機輔助操作的醫(yī)療器械往往是笨重的或難以手動使用。
[0002]圖1示意性地說明了一種醫(yī)療器械，該醫(yī)療器械可以在用于微創(chuàng)醫(yī)療程序的機器人系統中使用。(如本文所用，術語“機器人”或“自動地”等包括遠程操作或遠程機器人/遠程自動方面。)器械100包括在軸桿120的遠端處的工具或末端執(zhí)行器110。末端執(zhí)行器I1包括可旋轉地安裝的鉗爪112和114。鉗爪112被連接到第一對腱121和122上，并且鉗爪114被連接到第二對腱123和124上。額外的腱(未示出)可以在器械100內被連接到腕機構或關節(jié)(未示出)，所述腕機構或關節(jié)為定位和定向末端執(zhí)行器I1提供額外的自由度。
[0003]當附連到軸桿120的近端的后端機構130牽引腱121、122、123和124時，這些腱施加力和扭矩到鉗爪112和114。后端機構130可以充當傳動裝置，其將驅動馬達(未示出)的轉動轉換成腱121、122、123和124和末端執(zhí)行器110的移動。如圖所示，后端機構130 包括每根腱 121、122、123 或 124 的一個絞盤 131、132、133 或 134，并且腱 121、122、123和124的近端分別纏繞絞盤131、132、133和134，然后附連到預加載系統135、136、137和138。預加載系統135、136、137和138可以被偏壓，例如包括拉緊彈簧，以便非零力在執(zhí)行器100的整個移動范圍內被施加到各個腱121、122、123和124的近端。利用該配置，當絞盤131、132、133和134自由旋轉時，對應的預加載系統135、136、137或138提供張力并且避免腱121、122、123和124內松弛。
[0004]可以使用在受控系統內執(zhí)行的軟件的主動控制下的驅動馬達操作末端執(zhí)行器110，該受控系統解釋人類輸入(例如，通過主從伺服控制系統中的主控制輸入)。特別地，在控制系統(未示出)的對接端口中提供的四個驅動馬達可以分別被耦連，以使絞盤131、132、133和134旋轉。后端機構130可以與包括多個馬達或其他致動器的控制系統的接口對接。當后端機構130從對接端口移除時，由于后端機構130的形狀和絞盤131、132、133和134的可進入性(accessibility)，并且因為末端執(zhí)行器110的每個自由度的控制涉及使用兩個絞盤，例如絞盤131和132或者133和134，所以后端機構130的手持操作可能特別困難。

【發(fā)明內容】

[0005]根據該發(fā)明的一個方面，一種醫(yī)療器械包括軸桿和安裝在軸桿的遠端的受驅結構，該醫(yī)療器械可以使用連接到受驅結構的一對腱，這對腱沿著軸桿延伸下去并且分別以相反的方向纏繞絞盤，以提供自對抗驅動系統。預加載系統可以被耦連以保持腱內的最小張力。
[0006]本發(fā)明的一個具體實施例是醫(yī)療器械，其包括受驅結構，該受驅結構以允許受驅結構相對于軸桿移動的方式安裝在軸桿的遠端。兩個腱(其可以是連續(xù)纜繩或類似結構的相反末端)可以連接到受驅結構并且沿著軸桿延伸下去。一個腱的部分可以以第一方向纏繞軸桿近端處的絞盤，并且另一個腱的一部分可以以與第一方向相反的第二方向纏繞該絞盤。被動預加載系統可以被耦連以保持腱內的張力。
[0007]本發(fā)明的另一個具體實施例是用于操作器械的方法，該器械包括安裝在軸桿的遠端的受驅結構。該方法包括驅動絞盤的旋轉，該絞盤具有以第一方向纏繞該絞盤的第一腱和以第二方向纏繞該絞盤的第二腱，其中第二方向與第一方向相反。第一腱和第二腱的遠端部分沿著軸桿延伸并且接合受驅結構。該方法進一步包括被動地控制從絞盤延伸出來的第一腱和第二腱的近端部分內的張力。
【附圖說明】
[0008]圖1示意性地說明一種已知的醫(yī)療器械，該醫(yī)療器械能夠在微創(chuàng)醫(yī)療程序期間被自動地控制。
[0009]圖2示出了具有使用單個絞盤的控制系統的醫(yī)療器械，其中相反纏繞的致動腱分別連接到獨立的預加載系統。
[0010]圖3示出了具有使用單個絞盤的控制系統的醫(yī)療器械，其中相反纏繞的致動腱連接到預加載系統，該預加載系統包括彈簧加載的動滑輪。
[0011]圖4示出了具有使用單個絞盤的控制系統的醫(yī)療器械，其中相反纏繞的致動腱連接到預加載系統，該預加載系統包括串聯彈簧系統和定滑輪。
[0012]圖5示出了具有控制系統的醫(yī)療器械，該控制系統使用相反纏繞的致動腱，這些致動腱以彈簧加載的滑動安裝方式連接到絞盤。
[0013]圖6示出了具有使用單個絞盤的控制系統的醫(yī)療器械，其中相反纏繞的致動腱分別連接到獨立的預加載系統以及在絞盤與受驅結構之間的額外收線滑輪。
[0014]圖7A示出了具有使用單個絞盤的控制系統的醫(yī)療器械，其中在兩個獨立的單向離合器/軸承上的相反纏繞的致動腱連接到獨立預加載系統。
[0015]圖7B示出了具有使用單個絞盤的控制系統的醫(yī)療器械，其中在兩個獨立的單向離合器/軸承上的相反纏繞的致動腱連接到預加載系統，該預加載系統包括串聯的彈簧系統和定滑輪。
[0016]圖8示出了用于控制醫(yī)療器械的兩個自由度的系統。
[0017]圖9是導管系統的后端的透視圖，該導管系統針對每個自由度只有單個絞盤，其足夠緊湊以用于手持使用并且也能夠通過計算機輔助控制來使用。
[0018]在不同的示圖中用相同的參考符號指示相似的或相同的項目。
【具體實施方式】
[0019]用于醫(yī)療器械的驅動系統可以使用單個馬達驅動絞盤，兩個致動腱相反地纏繞在該絞盤上以用于受驅結構諸如末端執(zhí)行器的自對抗驅動。通常，對抗驅動可以使用分別連接以便在相反方向上牽引的兩個驅動纜繩或腱來致動一個自由度。通過一種類型的對抗驅動，這兩個腱連接到兩個獨立的驅動馬達或致動器，這些驅動馬達或致動器分別與單個自由度的相反方向相關聯。然而，通過使用如在本文所描述的自對抗驅動，與一個自由度的相反方向相關聯的兩個纜繩可以連接到同一驅動馬達或致動器。因此，自對抗驅動系統針對受驅結構的每個自由度可以使用一個馬達或致動器，從而允許驅動系統變得更簡單、更低成本并且比針對每個致動腱使用一個馬達或致動器的驅動系統更緊湊。此外，自對抗驅動系統可以適用于手持操作和自動操作。即使當驅動馬達或致動器關閉時，一個或多個預加載系統也可以保持致動腱內的張力，這還有利于允許手持操作或自動操作。在不同的配置中，驅動系統可以直接地或通過滑輪系統被連接到致動腱的近端，或者可以被連接到滑動安裝的馬達或絞盤。
[0020]圖2示意性地說明了根據本發(fā)明的實施例的醫(yī)療器械200。器械200包括在主管220的遠端處的受驅結構或轉向段210，其被連接到后端機構230。在說明的實施例中，轉向段210包括柔性管212和致動環(huán)214。例如，轉向段210可以包括通過關節(jié)互連的管狀椎骨，或可替代地為彈性材料諸如具有切口以產生彎曲部的鎳鈦合金的管子。轉向段210可以額外地包括覆蓋關節(jié)或彎曲部的外護套。環(huán)214可以是剛性結構，其具有耦連到環(huán)214的相反邊緣的致動腱221和222，以便對腱2