一種微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置及其方法，該方法步驟為：在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng)軟管向下、向上、向左或者向右彎曲一個(gè)輸入角度，張緊裝置隨驅(qū)動(dòng)軟管的彎曲同時(shí)運(yùn)動(dòng)，張緊塊拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)鋼絲運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軟管中心軸線長(zhǎng)度不變，驅(qū)動(dòng)鋼絲拉動(dòng)末端柔性腕部的關(guān)節(jié)片繞關(guān)節(jié)球分別向上、向下、向右或者向左轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部向上、向下、向右或者向左彎曲一個(gè)輸出角度，所述的輸入角度與輸出角度的比值為柔性腕部半徑與驅(qū)動(dòng)軟管半徑的比值。本發(fā)明能夠輸出空間多自由度手術(shù)動(dòng)作，動(dòng)作靈活精準(zhǔn)，易操作，且操作力大，更適于進(jìn)行動(dòng)作復(fù)雜的微創(chuàng)手術(shù)。
【專利說明】
一種微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種微創(chuàng)外科手術(shù)醫(yī)療設(shè)備，特別是一種微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)的 驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微創(chuàng)外科手術(shù)過程中，醫(yī)生借助細(xì)長(zhǎng)的微創(chuàng)手術(shù)器械實(shí)施手術(shù)操作任務(wù)。手術(shù) 器械的一端由醫(yī)生手持操作，另一端通過人體表面的微小切口探入到體內(nèi)進(jìn)行手術(shù)操作， 因此，手術(shù)器械是唯一與人體病變組織相接觸的部分，也是直接執(zhí)行手術(shù)動(dòng)作的唯一工具。 在手術(shù)實(shí)施中，由于手術(shù)器械末端的運(yùn)動(dòng)與器械手持部分的運(yùn)動(dòng)具有特殊的映射關(guān)系，為 滿足不同手術(shù)操作任務(wù)(夾持、縫合、打結(jié)等）的動(dòng)作需求，醫(yī)生需手持手術(shù)器械大范圍運(yùn) 動(dòng)，降低了器械末端執(zhí)行手術(shù)動(dòng)作的靈活性，同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間大范圍的操作使醫(yī)生容易疲勞， 無形中增加了手術(shù)的難度。目前已有產(chǎn)品主要存在的問題是器械末端自由度數(shù)少，工作空 間小，導(dǎo)致操作不靈活，難以完成手術(shù)中復(fù)雜的操作動(dòng)作，且操作力不夠，難以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)口閉 合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種使用方便可靠，操作靈活的微創(chuàng) 手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)及其驅(qū)動(dòng)裝置。
[0004] 本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述目的：
[0005] 本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括腕部驅(qū)動(dòng)裝置，所述的腕 部驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)軟管，在所述的驅(qū)動(dòng)軟管前端固定安裝有錐形芯，在所述的錐形芯上 固定安裝有連接外殼，在所述的驅(qū)動(dòng)軟管的后端固定安裝有用于安裝及張緊驅(qū)動(dòng)鋼絲的張 緊裝置，所述張緊裝置包括固定在驅(qū)動(dòng)軟管上的張緊擋片，在所述的張緊擋片的后端固定 有張緊架，在所述的張緊架的圓周側(cè)壁上均勻開有多個(gè)滑動(dòng)槽，在每一個(gè)滑動(dòng)槽內(nèi)分別通 過張緊螺釘連接設(shè)置有一個(gè)張緊塊，所述的張緊塊通過張緊螺釘?shù)膸?dòng)能夠在滑動(dòng)槽內(nèi)沿 驅(qū)動(dòng)軟管軸線方向前后移動(dòng)并停留在滑動(dòng)槽內(nèi)的設(shè)定位置;連接導(dǎo)管后端與連接外殼固定 連接，連接導(dǎo)管前端與柔性腕部最后端的關(guān)節(jié)片固定連接，所述柔性腕部包括多個(gè)間隔設(shè) 置的關(guān)節(jié)片，在相鄰兩個(gè)關(guān)節(jié)片間卡有一個(gè)關(guān)節(jié)球，所述的關(guān)節(jié)球卡在關(guān)節(jié)片中間的孔內(nèi)， 關(guān)節(jié)片可繞關(guān)節(jié)球轉(zhuǎn)動(dòng)；四根驅(qū)動(dòng)鋼絲圍繞器械回轉(zhuǎn)軸線均布設(shè)置，所述四根驅(qū)動(dòng)鋼絲一 端與柔性腕部最前端的關(guān)節(jié)片固定連接，驅(qū)動(dòng)鋼絲另一端依次穿過全部關(guān)節(jié)片、連接導(dǎo)管、 錐形芯、驅(qū)動(dòng)軟管、張緊擋片以及張緊塊并與張緊塊固定相連。
[0006] 微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方法，它包括以下步驟:在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng) 軟管向下、向上、向左或者向右彎曲一個(gè)輸入角度，張緊裝置隨驅(qū)動(dòng)軟管的彎曲同時(shí)運(yùn)動(dòng)， 張緊塊拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)鋼絲運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軟管中心軸線長(zhǎng)度不變，驅(qū)動(dòng)鋼絲拉動(dòng)末端柔性腕部的關(guān) 節(jié)片繞關(guān)節(jié)球分別向上、向下、向右或者向左轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部向上、向下、向右或者向左彎曲 一個(gè)輸出角度，所述的輸入角度與輸出角度的比值為柔性腕部半徑與驅(qū)動(dòng)軟管半徑的比 值。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0008] 1.本發(fā)明微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，通過操作驅(qū)動(dòng)軟管來驅(qū)動(dòng)末端柔性 關(guān)節(jié)，是采用一種柔性裝置控制另一種柔性裝置的驅(qū)動(dòng)方式，其方式簡(jiǎn)單可靠，同傳統(tǒng)微創(chuàng) 手術(shù)器械相比，本發(fā)明能夠輸出空間多自由度手術(shù)動(dòng)作，動(dòng)作靈活精準(zhǔn)，易操作，且操作力 大，更適于進(jìn)行動(dòng)作復(fù)雜的微創(chuàng)手術(shù)；
[0009] 2.本發(fā)明微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，采用絲傳動(dòng)，每根傳動(dòng)絲具有獨(dú)立 的張緊裝置，傳動(dòng)絲安裝方便且容易張緊，使用時(shí)可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)傳動(dòng)絲張緊力。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置第一整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置第二整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置柔性腕部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)鋼絲安裝第一示意圖；
[0014] 圖5為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)鋼絲安裝第二示意圖；
[0015] 圖6-1為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的柔性關(guān)節(jié)彎曲原理示意 圖；
[0016] 圖6-2為本發(fā)明微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)軟管彎曲原理圖；
[0017] 圖7為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置與操作手柄連接示意圖；
[0018] 圖8為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置末端俯仰運(yùn)動(dòng)示意圖；
[0019] 圖9為本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置末端擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021] 如圖1、2、3所示的本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置，它包括腕部驅(qū) 動(dòng)裝置200,所述的腕部驅(qū)動(dòng)裝置200包括驅(qū)動(dòng)軟管201，在所述的驅(qū)動(dòng)軟管201前端固定安 裝有錐形芯202,在所述的錐形芯202上固定安裝有連接外殼203,連接外殼203用來固定連 接導(dǎo)管300,在所述的驅(qū)動(dòng)軟管201的后端固定安裝有用于安裝及張緊驅(qū)動(dòng)鋼絲207的張緊 裝置，所述張緊裝置包括固定在驅(qū)動(dòng)軟管201上的張緊擋片204,在所述的張緊擋片204的后 端固定有張緊架205,在所述的張緊架205的圓周側(cè)壁上均勻開有多個(gè)滑動(dòng)槽，在每一個(gè)滑 動(dòng)槽內(nèi)分別通過張緊螺釘208連接設(shè)置有一個(gè)張緊塊206,所述的張緊塊206通過張緊螺釘 208的帶動(dòng)能夠在滑動(dòng)槽內(nèi)沿驅(qū)動(dòng)軟管軸線方向前后移動(dòng)并停留在滑動(dòng)槽內(nèi)的設(shè)定位置， 旋轉(zhuǎn)張緊螺釘208,張緊塊206可在張緊架205槽內(nèi)滑動(dòng)，張緊驅(qū)動(dòng)鋼絲207。
[0022]連接導(dǎo)管300后端與連接外殼203固定連接，連接導(dǎo)管300前端與柔性腕部400最后 端的關(guān)節(jié)片固定連接，所述柔性腕部400包括多個(gè)間隔設(shè)置的關(guān)節(jié)片402,在相鄰兩個(gè)關(guān)節(jié) 片402間卡有一個(gè)關(guān)節(jié)球401，所述的關(guān)節(jié)球401卡在關(guān)節(jié)片401中間的孔內(nèi)，關(guān)節(jié)片401可繞 關(guān)節(jié)球402轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]對(duì)照?qǐng)D4、圖5,四根驅(qū)動(dòng)鋼絲207圍繞器械回轉(zhuǎn)軸線均布設(shè)置，所述四根驅(qū)動(dòng)鋼絲 207-端與柔性腕部400最前端的關(guān)節(jié)片402固定連接，驅(qū)動(dòng)鋼絲207另一端依次穿過全部關(guān) 節(jié)片402、連接導(dǎo)管300、錐形芯202、驅(qū)動(dòng)軟管201、張緊擋片204以及張緊塊206并與張緊塊 206固定相連。
[0024] 采用本發(fā)明裝置的操作方法，它包括以下步驟:在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng)軟管201 向下、向上、向左或者向右彎曲一個(gè)輸入角度Θ2，張緊裝置隨驅(qū)動(dòng)軟管201的彎曲同時(shí)運(yùn)動(dòng)， 張緊塊206拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)鋼絲207運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軟管201中心軸線長(zhǎng)度L不變，驅(qū)動(dòng)鋼絲207拉動(dòng)末端 柔性腕部400的關(guān)節(jié)片402繞關(guān)節(jié)球401分別向上、向下、向右或者向左轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部400向 上、向下、向右或者向左彎曲一個(gè)輸出角度Θ1，所述的輸入角度與輸出角度的比值為柔性腕 部400半徑與驅(qū)動(dòng)軟管201半徑的比值。
[0025] 下面對(duì)照附圖對(duì)其操作方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]對(duì)照?qǐng)D6-1、6-2所示，設(shè)柔性腕部400半徑為a、長(zhǎng)度為1、彎曲角度為Q1、彎曲半徑 為r，設(shè)驅(qū)動(dòng)軟管201半徑為b、長(zhǎng)度為L(zhǎng)、彎曲角度為θ2、彎曲半徑為R，柔性腕部400和驅(qū)動(dòng)軟 管201彎曲后直徑、長(zhǎng)度、彎曲角度、彎曲半徑間的關(guān)系可表示為：
[0029]柔性腕部400的彎曲角度與驅(qū)動(dòng)軟管201的彎曲角度有一恒定映射關(guān)系：
[0027]
[0028]
[0030]
[0031] 通過上述分析可知，當(dāng)柔性腕部400半徑a和驅(qū)動(dòng)軟管201半徑b確定時(shí)，腕部柔性 400彎曲角度01與驅(qū)動(dòng)軟管201彎曲角度02的比值為固定值，且該值只與a和b有關(guān)，說明可以 通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)軟管201的彎曲角度0 2來控制柔性腕部400的彎曲角度Q1，且柔性腕部400的彎 曲角度S1可控。
[0032]本發(fā)明裝置和方法可用于微創(chuàng)手術(shù)器械，如圖7所示，腕部驅(qū)動(dòng)裝置200與操作手 柄100相連，末端柔性腕部400與末端執(zhí)行裝置500相連，其整體可應(yīng)用于腹腔、胸腔、泌尿、 婦科等領(lǐng)域的微創(chuàng)手術(shù)中。在手術(shù)實(shí)施過程中，所述微創(chuàng)手術(shù)智能器械通過病人體表的上 的戳卡孔，由醫(yī)生手持器械進(jìn)入體內(nèi)實(shí)行手術(shù)操作。
[0033]步驟一，對(duì)照?qǐng)D7、圖8,所述具有柔性腕部微創(chuàng)手術(shù)器械在是使用時(shí)，連接外殼203 將被固定，手持操作手柄100,向下轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄100,在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng)軟管201向下 彎曲角度θ2,張緊裝置隨驅(qū)動(dòng)軟管201的彎曲同時(shí)運(yùn)動(dòng)，張緊塊206拉動(dòng)上側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲207運(yùn) 動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軟管201中心軸線長(zhǎng)度L不變，驅(qū)動(dòng)軟管201內(nèi)，上側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲長(zhǎng)度L 2增加，下側(cè)驅(qū)動(dòng) 鋼絲長(zhǎng)度1^減少，LADL1，上側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲207拉動(dòng)末端柔性腕部400的關(guān)節(jié)片402繞關(guān)節(jié)球 401向上轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部400向上彎曲角度θ 1;同理，向上轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄100，在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用 下，驅(qū)動(dòng)軟管201向上彎曲角度θ2,下側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲207拉動(dòng)末端柔性腕部400的關(guān)節(jié)片402繞 關(guān)節(jié)球401向下轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部400向下彎曲角度Q 1。
[0034] 步驟二，對(duì)照?qǐng)D7、圖9，連接外殼203固定，手持手柄104，向左轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄100，在 轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng)軟管201向左彎曲角度θ2,張緊裝置隨驅(qū)動(dòng)軟管201的彎曲同時(shí)運(yùn)動(dòng)， 張緊塊206拉動(dòng)右側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲207運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軟管201中心軸線長(zhǎng)度L不變，驅(qū)動(dòng)軟管201內(nèi)， 右側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲長(zhǎng)度L2增加，左側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲長(zhǎng)度L1減少，LAI^L1，右側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲207拉動(dòng)末端 柔性腕部400的關(guān)節(jié)片402繞關(guān)節(jié)球401向右轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部400向右彎曲角度Q1;同理，向右 轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄100,在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng)軟管201向右彎曲角度θ 2,左側(cè)驅(qū)動(dòng)鋼絲207拉 動(dòng)末端柔性腕部400的關(guān)節(jié)片402繞關(guān)節(jié)球401向左轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性腕部400向左彎曲角度Q 1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:它包括腕部驅(qū)動(dòng)裝置，所述的腕 部驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)軟管，在所述的驅(qū)動(dòng)軟管前端固定安裝有錐形芯，在所述的錐形芯上 固定安裝有連接外殼，在所述的驅(qū)動(dòng)軟管的后端固定安裝有用于安裝及張緊驅(qū)動(dòng)鋼絲的張 緊裝置，所述張緊裝置包括固定在驅(qū)動(dòng)軟管上的張緊擋片，在所述的張緊擋片的后端固定 有張緊架，在所述的張緊架的圓周側(cè)壁上均勻開有多個(gè)滑動(dòng)槽，在每一個(gè)滑動(dòng)槽內(nèi)分別通 過張緊螺釘連接設(shè)置有一個(gè)張緊塊，所述的張緊塊通過張緊螺釘?shù)膸?dòng)能夠在滑動(dòng)槽內(nèi)沿 驅(qū)動(dòng)軟管軸線方向前后移動(dòng)并停留在滑動(dòng)槽內(nèi)的設(shè)定位置;連接導(dǎo)管后端與連接外殼固定 連接，連接導(dǎo)管前端與柔性腕部最后端的關(guān)節(jié)片固定連接，所述柔性腕部包括多個(gè)間隔設(shè) 置的關(guān)節(jié)片，在相鄰兩個(gè)關(guān)節(jié)片間卡有一個(gè)關(guān)節(jié)球，所述的關(guān)節(jié)球卡在關(guān)節(jié)片中間的孔內(nèi)， 關(guān)節(jié)片可繞關(guān)節(jié)球轉(zhuǎn)動(dòng)；四根驅(qū)動(dòng)鋼絲圍繞器械回轉(zhuǎn)軸線均布設(shè)置，所述四根驅(qū)動(dòng)鋼絲一 端與柔性腕部最前端的關(guān)節(jié)片固定連接，驅(qū)動(dòng)鋼絲另一端依次穿過全部關(guān)節(jié)片、連接導(dǎo)管、 錐形芯、驅(qū)動(dòng)軟管、張緊擋片以及張緊塊并與張緊塊固定相連。2. -種采用權(quán)利要求1裝置的微創(chuàng)手術(shù)器械用柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:它包 括以下步驟:在轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用下，驅(qū)動(dòng)軟管向下、向上、向左或者向右彎曲一個(gè)輸入角度，張 緊裝置隨驅(qū)動(dòng)軟管的彎曲同時(shí)運(yùn)動(dòng)，張緊塊拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)鋼絲運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軟管中心軸線長(zhǎng)度不 變，驅(qū)動(dòng)鋼絲拉動(dòng)末端柔性腕部的關(guān)節(jié)片繞關(guān)節(jié)球分別向上、向下、向右或者向左轉(zhuǎn)動(dòng)，柔 性腕部向上、向下、向右或者向左彎曲一個(gè)輸出角度，所述的輸入角度與輸出角度的比值為 柔性腕部半徑與驅(qū)動(dòng)軟管半徑的比值。
【文檔編號(hào)】A61B17/00GK106073833SQ201610312955
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】王樹新, 張國凱
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)