專利名稱：一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及外科微創(chuàng)手術器械技術領域，特別涉及一種外科手術機器人用的手術 工具，它可以在外科醫(yī)師的控制下，自動完成切割與止血手術操作。
背景技術：
切開、止血、縫合、打結是傳統(tǒng)外科四大操作基本動作，手術過程中少出血甚至不 出血則是外科醫(yī)生的最高追求！在開放手術中，已經出現(xiàn)相關手術工具，可以實現(xiàn)在極少 出血的情況下完成對組織的切割，如電刀、氬氣刀、超聲刀等；這類手術工具的出現(xiàn)，使外科 大夫從繁雜的傳統(tǒng)手術操作中解放出來，降低醫(yī)生的勞動強度；并縮短手了術時間，保證手 術質量，減少并發(fā)癥，節(jié)約了臨床用血。以腹腔鏡為代表的微創(chuàng)外科被譽為20世紀醫(yī)學科學對人類文明的重要貢獻之 一，是21世紀全球外科發(fā)展的主旋律。微創(chuàng)手術與傳統(tǒng)的開口手術相比具有切口小、出血 量少、術后疤痕小、恢復時間快等優(yōu)點，使病人遭受的痛苦大大減小，被廣泛地應用于臨床 手術。近年來，機器人輔助微創(chuàng)手術出現(xiàn)并得到了迅速發(fā)展，它克服了傳統(tǒng)微創(chuàng)技術的許多 缺點，具有操作的靈活性高、穩(wěn)定性好、實現(xiàn)直覺運動控制、可提供立體視覺且具有遠程手 術的潛力等優(yōu)點，已在心臟外科、泌尿外科、普通外科、婦產科和兒科等領域得到廣泛應用。 然而需要指出的是，在微創(chuàng)技術的約束條件下，復雜的縫合、打結手術操作變得非常困難。 即使這種情況下，無論是傳統(tǒng)的微創(chuàng)技術中還是機器人輔助的微創(chuàng)技術中，目前均無能夠 實現(xiàn)止血切割操作的器械出現(xiàn)。因此，提供一種應用于微創(chuàng)手術的止血切割工具，能夠填補 該領域的空白，并在降低微創(chuàng)醫(yī)生的勞動強度，保證微創(chuàng)手術質量方面具有重要意義。無論是傳統(tǒng)的微創(chuàng)技術中還是機器人輔助的微創(chuàng)技術中，目前還沒有能同時替代 傳統(tǒng)外科傳統(tǒng)外科四大操作基本技術的器械出現(xiàn)。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工具。 它將外科醫(yī)生的手術經驗與機器人的自動控制能力相結合，能夠自動完成止血切割縫扎操 作。在對組織、器官的切除過程中省去復雜的縫合操作，實現(xiàn)少出血，甚至不出血，從而節(jié)省 手術時間，保證手術質量。為微創(chuàng)和機器人外科在高難手術的拓展開辟了新的途徑。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案—種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工具，它包括有工具盒、工 具桿、腕部、工具頭，所述的工具盒的前端上連接有工具桿，該工具桿的一端與工具盒轉動 連接，該工具桿的另一端與支座固定連接，所述的腕部的一端轉動地安裝在所述的支座上， 所述的腕部的另一端與工具頭的后端轉動連接，在工具頭的前端上設置有至少兩個操作 針；所述的腕部在所述的支座上的轉動軸線與所述的工具頭在所述的腕部上的轉動軸線相 互垂直。所述的工具盒內設置有分別驅動工具頭15、腕部9和工具桿11轉動的三組驅動裝置；第一組驅動裝置包括電機I、驅動輪I、驅動絲輪I、驅動絲I，該驅動輪I與電機軸 I連接，該驅動絲輪I與腕部上的轉動軸I連接，驅動絲I呈環(huán)繞狀，驅動絲I穿置在工具桿 內，兩端分別與驅動輪I和驅動絲輪I環(huán)繞套接；在電機I的帶動下，使腕部在180°的范 圍內進行往復轉動，以滿足手術使用要求。第二組驅動裝置包括電機II、驅動輪II、驅動絲輪II、驅動絲II，該驅動輪II與 電機軸II連接，該驅動絲輪II與工具頭上的轉動軸II連接，驅動絲II呈環(huán)繞狀，驅動絲 II穿置在工具桿內，兩端分別與驅動輪II和驅動絲輪II環(huán)繞套接，在驅動絲II的環(huán)繞套 接中設置有導向輪；在電機II的帶動下，使工具頭在180°的范圍內進行往復轉動，以滿足 手術使用要求。第三組驅動裝置包括電機III、驅動輪III、驅動絲輪III、驅動絲III，該驅動輪 III與電機軸III連接，該驅動絲輪III與工具桿套接連接，驅動絲III呈環(huán)繞狀，該驅動絲 III兩端分別與電機III的驅動輪III和驅動絲輪III環(huán)繞套接；在電機III的帶動向，使 用工具桿進行轉動，以滿足手術使用要求。根據(jù)使用需要，在所述的工具頭上設置有四個操作針，分別為操作針I(yè)、操作針 II、操作針I(yè)II、操作針I(yè)V ；所述的操作針I(yè)與操作針I(yè)I為一組，操作針I(yè)與操作針I(yè)I的后 端設置在工具盒內，并與導線I相連；所述的操作針I(yè)II與操作針I(yè)V為一組，操作針I(yè)II與 操作針I(yè)V的后端設置在工具盒內，并與導線II相連；導線I與導線II依次通過所述的支 座、工具桿內和工具盒，與固定于工具盒上的接頭I相連，導線II與固定在工具盒上的接頭 II相連。為了防止所述的驅動絲I、驅動絲II在運動中打滑，在各驅動絲上設計有與所述 驅動絲固定連接的擋塊，在各驅動絲輪的遠端中部設有凹槽，該擋塊安裝于各驅動絲輪的 凹槽內。所述的工具盒安裝于機器人的機械臂上使用。與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明提供的用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切 割工具具有一下有益效果1.本發(fā)明的止血切割工具面向微創(chuàng)手術使用，可以填補在微創(chuàng)手術領域無該類產 品的空白。2.本發(fā)明的止血切割工具在使用時，首先利用能量將組織凝固，然后實施切割操 作，與現(xiàn)有的切開-止血-縫合操作相比，它可以實現(xiàn)少出血，甚至不出血。3.本發(fā)明的止血切割工具具有多個自由度，能夠保證操作的靈活性，使其可以沿 任意方向完成對組織、器官的止血切割操作。4.本發(fā)明的止血切割工具安裝于機器人操作臂上，手術醫(yī)生將其定位后，可在機 器人的控制下，自動完成對組織的凝固操作，因此可以在很大程度上節(jié)約手術時間，并能夠 降低手術醫(yī)生的勞動強度。5.本發(fā)明的止血切割工具的末端操作部分可以具有多種形式，可以滿足對不同組 織、器官操作時的需求。6.本發(fā)明的止血切割工具可以接受多種能量形式，能夠滿足不同醫(yī)院條件的要 求。
圖1是本發(fā)明工具桿、腕部、工具頭連接結構示意圖(實施例1)；
圖2是本發(fā)明的整體結構示意圖與工具盒后部接頭放大示意圖3是本發(fā)明的多自由度止血切割工具的使用狀態(tài)與局部放大示意圖
圖4-a是本發(fā)明的工具頭運動傳動原理示意圖4-b是本發(fā)明的腕部運動傳動原理示意圖4-c是本發(fā)明的工具桿運動傳動結構示意圖5是本發(fā)明的腕部運動傳動結構示意圖6是本發(fā)明的腕部、工具頭運動傳動結構示意圖7是本發(fā)明的驅動絲輪的防滑凹槽結構示意圖8是本發(fā)明的驅動絲上固定有防滑塊結構示意圖9是圖7與圖8組合構成防滑結構示意圖10是本發(fā)明的操作針插入肌體組織的使用狀態(tài)示意圖11是本發(fā)明的操作針伸出肌體組織的使用狀態(tài)示意圖12是本發(fā)明的實施例2結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明用于微創(chuàng)機器人的多自由度止血切割工具進行詳細說明。參見圖1、圖2、圖3所示一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工 具，它包括有工具盒12、工具桿11、腕部9、工具頭15，所述的工具盒12的前端上連接有工 具桿11，該工具桿11的一端與工具盒12轉動連接，該工具桿11的另一端與支座10固定 連接，所述的腕部9的一端轉動地安裝在所述的支座10上，所述的腕部9的另一端與工具 頭15的后端轉動連接，在工具頭15的前端上設置有至少兩個操作針(本實施例1是有四 個操作針1、2、3、4)；所述的腕部9在所述的支座上的轉動軸線307與所述的工具頭在所述 的腕部上的轉動軸線308相互垂直(見圖5、圖6所示)。腕部9呈開口 U形，腕部9的前 端開口插入工具頭15的后端進行鉸接；支座10也呈開口 U形，支座10的前端開口插入腕 部9的后端進行鉸接，形成兩個自由度的轉動，同時工具桿11亦可以轉動，最終可以形成多 個自由度的轉動，有多個位形31、32、33，以滿足實際手術的使用要求。參見圖4-a、圖4-b、圖4_c所示所述的工具盒內設置有分別驅動工具頭15、腕部9和工具桿11轉動的三組驅動裝 置；見圖4-b、圖5，第一組驅動裝置包括電機1202、驅動輪1203、驅動絲輪1206、驅動 絲1201，該驅動輪1203與電機軸1207連接，該驅動絲輪1206與腕部上的轉動軸1208連 接，驅動絲1201呈環(huán)繞狀，驅動絲1201穿置在工具桿11內，兩端分別與驅動輪1203和驅 動絲輪1206環(huán)繞套接；在電機1202的帶動下，使腕部在180°的范圍內進行往復轉動，以 滿足手術使用要求。電機1202采用步進電機。見圖4-a、圖6，第二組驅動裝置包括電機11205、驅動輪11204、驅動絲輪11209、 驅動絲117，該驅動輪II204與電機軸II連接，該驅動絲輪II209與工具頭15上的轉動軸
5II210連接，驅動絲117呈環(huán)繞狀，驅動絲117穿置在工具桿11內，兩端分別與驅動輪II204 和驅動絲輪II209環(huán)繞套接，在驅動絲117的環(huán)繞套接中設置有導向輪8 ；在電機II205的 帶動下，使工具頭在180°的范圍內進行往復轉動，以滿足手術使用要求。電機II205采用 步進電機。見圖4-c，第三組驅動裝置包括電機111211、驅動輪111213、驅動絲輪111215、驅 動絲111214，該驅動輪III213與電機軸III212連接，該驅動絲輪III215與工具桿11套接 連接，驅動絲III214呈環(huán)繞狀，該驅動絲III214兩端分別與電機III211的驅動輪III213 和驅動絲輪III215環(huán)繞套接；在電機III211的帶動下，使用工具桿11進行轉動，以滿足手 術使用要求。電機III211采用步進電機。根據(jù)使用需要，在所述的工具頭上設置有四個操作針1、2、3、4(見圖1)，分別為操 作針I(yè)I、操作針112、操作針1113、操作針I(yè)V4 ；所述的操作針I(yè)與操作針I(yè)I為一組，操作針 I與操作針I(yè)I的后端設置在工具盒12內，并與導線15相連；所述的操作針I(yè)II與操作針 IV為一組，操作針I(yè)II與操作針I(yè)V的后端設置在工具盒內，并與導線116相連；導線15與 導線116依次通過所述的支座10、工具桿11內和工具盒12，與固定于工具盒12上的接頭 113相連，導線116與固定在工具盒上的接頭1114相連(見圖4)。接頭113和接頭1114可以與能量發(fā)生器相連，所述的能量發(fā)生器可以是雙極電 能、射頻、微波、超聲等。能量發(fā)生器產生的能量，分別經所述的接頭113和接頭1114、導線 115、導線116傳遞至安裝于所述的工具頭15上的各操作針，用以實現(xiàn)對組織或器官的凝固 操作。參見圖7、圖8、圖9所示為了防止所述的驅動絲1201、驅動絲117在運動中打滑， 在驅動絲1201、驅動絲117上設計有與所述驅動絲1201、驅動絲117固定連接的擋塊311， 在各驅動絲輪11209、驅動絲輪1206的遠端中部設有凹槽310，該擋塊311安裝于各驅動絲 輪11209、驅動絲輪1206的凹槽310內；通過驅動絲11209、驅動絲輪1206、擋塊311帶動 驅動絲輪II209、驅動絲輪1206轉動。所述的工具盒12安裝于機器人的機械臂上使用。通過所述的工具盒12，本發(fā)明用于微創(chuàng)機器人的多自由度切割止血工具可以安 裝于機器人機械臂上。所述的機械臂可以采用已授權專利(專利號200810153717. 4或 200810152764. 7)的形式，其詳細結構在此不再贅述。這樣本發(fā)明可在機器人的控制下，并 結合能量發(fā)生器，可以自動完成對組織的凝固操作。該過程如圖10、圖11所示，手術醫(yī)生首 先確定要保留的組織401和要切除的組織402。據(jù)此，手術醫(yī)生控制機器人對本發(fā)明進行定 位，并將所述的本發(fā)明的各操作針刺入組織內部；此時，能量發(fā)生器產生能量，該能量通過 所述的接頭和導線傳遞至各操作針，實現(xiàn)對組織的凝固操作；與此同時，各操作針在機器人 和所述的驅動裝置的控制下，自動沿插入組織的方向做往復運動，以增強組織的凝固效果， 圖10所示為往復運動的刺入過程，圖11所示為往復運動的退出過程。不斷重復上述凝固 操作過程，便可以在組織上形成一個凝固區(qū)域403 ；更換切割類工具沿圖示的位于所述的 凝固區(qū)域內的切割線404對組織進行切割，最終完成需切除的組織402和需保留組織401 的分離操作。由于切割線404所在區(qū)域的組織已經凝固，因此在切割過程中組織不會再出 血，這是本發(fā)明的一個重要優(yōu)勢，可以在很大程度上節(jié)約臨床用血，并可減少輸血導致的并 發(fā)癥。機器人控制本發(fā)明的工具自動完成沿插入組織的方向做往復運動，又可以降低手術醫(yī)生的勞動強度，這是本發(fā)明的另一優(yōu)勢?？刂茩C器人對本發(fā)明進行定位過程和機器人控 制本發(fā)明自動作往復運動的過程不屬于本發(fā)明的范疇，在此不再贅述。需要指出的是，所述的本發(fā)明的操作針可以根據(jù)實際需求而設置不同的數(shù)量，如 圖12所示(實施例2)，安裝于工具頭15上的操作針僅有操作針I(yè)’ 101和操作針I(yè)I’ 102。 所述的操作針還可以根據(jù)不同的手術操作需求，而具有不同的長度。以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所 示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的技術人 員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的傳動、驅動裝置以及連接 方式不經創(chuàng)造性的設計與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范 圍。
權利要求
1.一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工具，其特征在于它包括有 工具盒、工具桿、腕部、工具頭，所述的工具盒的前端上連接有工具桿，該工具桿的一端與工 具盒轉動連接，該工具桿的另一端與支座固定連接，所述的腕部的一端轉動地安裝在所述 的支座上，所述的腕部的另一端與工具頭的后端轉動連接，在工具頭的前端上設置有至少 兩個操作針；所述的腕部在所述的支座上的轉動軸線與所述的工具頭在所述的腕部上的轉 動軸線相互垂直。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工具， 其特征在于所述的工具盒內設置有分別驅動工具頭15、腕部9和工具桿11轉動的三組驅 動裝置；第一組驅動裝置包括電機I、驅動輪I、驅動絲輪I、驅動絲I，該驅動輪I與電機軸I連 接，該驅動絲輪I與腕部上的轉動軸I連接，驅動絲I呈環(huán)繞狀，驅動絲I穿置在工具桿內， 兩端分別與驅動輪I和驅動絲輪I環(huán)繞套接；第二組驅動裝置包括電機II、驅動輪II、驅動絲輪II、驅動絲II，該驅動輪II與電機 軸II連接，該驅動絲輪II與工具頭上的轉動軸II連接，驅動絲II呈環(huán)繞狀，驅動絲II穿 置在工具桿內，兩端分別與驅動輪II和驅動絲輪II環(huán)繞套接，在驅動絲II的環(huán)繞套接中 設置有導向輪。第三組驅動裝置包括電機III、驅動輪III、驅動絲輪III、驅動絲III，該驅動輪III與 電機軸III連接，該驅動絲輪III與工具桿套接連接，驅動絲III呈環(huán)繞狀，該驅動絲III 兩端分別與電機III的驅動輪III和驅動絲輪III環(huán)繞套接。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工 具，其特征在于在所述的工具頭上設置有四個操作針，分別為操作針I(yè)、操作針I(yè)I、操作針 III、操作針I(yè)V ；所述的操作針I(yè)與操作針I(yè)I為一組，操作針I(yè)與操作針I(yè)I的后端設置在工 具盒內，并與導線I相連；所述的操作針I(yè)II與操作針I(yè)V為一組，操作針I(yè)II與操作針I(yè)V 的后端設置在工具盒內，并與導線II相連；導線I與導線II依次通過所述的支座、工具桿 內和工具盒，與固定于工具盒上的接頭I相連，導線II與固定在工具盒上的接頭II相連。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工 具，其特征在于在各驅動絲上設計有與所述驅動絲固定連接的擋塊，在各驅動絲輪的遠端 中部設有凹槽，該擋塊安裝于各驅動絲輪的凹槽內。
全文摘要
一種用于外科機器人及腔鏡手術的多自由度止血切割工具，它包括工具盒、工具桿、腕部、工具頭，工具盒的前端上連接有工具桿，工具桿的一端與工具盒轉動連接，工具桿的另一端與支座固定連接，腕部的一端轉動地安裝在所述的支座上，腕部的另一端與工具頭的后端轉動連接，工具頭的前端上設置有至少兩個操作針；腕部在支座上的轉動軸線與工具頭在腕部上的轉動軸線相互垂直。本發(fā)明將外科醫(yī)生的手術經驗與機器人的自動控制能力相結合，能夠自動完成止血切割縫扎操作。在對組織、器官的切除過程中省去復雜的縫合操作，實現(xiàn)少出血，甚至不出血，從而節(jié)省手術時間，保證手術質量。為微創(chuàng)和機器人外科在高難手術的拓展開辟了新的途徑。
文檔編號A61B18/18GK102106751SQ201110027869
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權日2011年1月26日
發(fā)明者周寧新 申請人:周寧新