專利名稱：一種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)的多自由度止血切割工具的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及外科微創(chuàng)手術(shù)器械技術(shù)領域，特別涉及一種外科手術(shù)機器人用的手術(shù) 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(shù)操作。
背景技術(shù)：
切開、止血、縫合、打結(jié)是傳統(tǒng)外科四大操作基本動作，手術(shù)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(shù)中，已經(jīng)出現(xiàn)相關(guān)手術(shù)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(shù)工具的出現(xiàn)，使外科 大夫從繁雜的傳統(tǒng)手術(shù)操作中解放出來，降低醫(yī)生的勞動強度；并縮短手了術(shù)時間，保證手 術(shù)質(zhì)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(shù)與傳統(tǒng)的開口手術(shù)相比具有切口小、出血 量少、術(shù)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(shù)。近年來，機器人輔助微創(chuàng)手術(shù)出現(xiàn)并得到了迅速發(fā)展，它克服了傳統(tǒng)微創(chuàng)技術(shù)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(shù)的潛力等優(yōu)點，已在心臟外科、泌尿外科、普通外科、婦產(chǎn)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(shù)的約束條件下，復雜的縫合、打結(jié)手術(shù)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(shù)中還是機器人輔助的微創(chuàng)技術(shù)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(shù)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(shù)質(zhì)量方面具有重要意義。無論是傳統(tǒng)的微創(chuàng)技術(shù)中還是機器人輔助的微創(chuàng)技術(shù)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(shù)的器械出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)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(shù)的多自由度止血切割工具。 它將外科醫(yī)生的手術(shù)經(jīng)驗與機器人的自動控制能力相結(jié)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(shù)時間，保證手術(shù)質(zhì)量。為微創(chuàng)和機器人外科在高難手術(shù)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(shù)方案—種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動軸線與所述的工具頭在所述的腕部上的轉(zhuǎn)動軸線相 互垂直。所述的工具盒內(nèi)設置有分別驅(qū)動工具頭15、腕部9和工具桿11轉(zhuǎn)動的三組驅(qū)動裝置；第一組驅(qū)動裝置包括電機I、驅(qū)動輪I、驅(qū)動絲輪I、驅(qū)動絲I，該驅(qū)動輪I與電機軸 I連接，該驅(qū)動絲輪I與腕部上的轉(zhuǎn)動軸I連接，驅(qū)動絲I呈環(huán)繞狀，驅(qū)動絲I穿置在工具桿 內(nèi)，兩端分別與驅(qū)動輪I和驅(qū)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(nèi)進行往復轉(zhuǎn)動，以滿足手術(shù)使用要求。第二組驅(qū)動裝置包括電機II、驅(qū)動輪II、驅(qū)動絲輪II、驅(qū)動絲II，該驅(qū)動輪II與 電機軸II連接，該驅(qū)動絲輪II與工具頭上的轉(zhuǎn)動軸II連接，驅(qū)動絲II呈環(huán)繞狀，驅(qū)動絲 II穿置在工具桿內(nèi)，兩端分別與驅(qū)動輪II和驅(qū)動絲輪II環(huán)繞套接，在驅(qū)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(nèi)進行往復轉(zhuǎn)動，以滿足 手術(shù)使用要求。第三組驅(qū)動裝置包括電機III、驅(qū)動輪III、驅(qū)動絲輪III、驅(qū)動絲III，該驅(qū)動輪 III與電機軸III連接，該驅(qū)動絲輪III與工具桿套接連接，驅(qū)動絲III呈環(huán)繞狀，該驅(qū)動絲 III兩端分別與電機III的驅(qū)動輪III和驅(qū)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(zhuǎn)動，以滿足手術(shù)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)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(qū)動絲I、驅(qū)動絲II在運動中打滑，在各驅(qū)動絲上設計有與所述 驅(qū)動絲固定連接的擋塊，在各驅(qū)動絲輪的遠端中部設有凹槽，該擋塊安裝于各驅(qū)動絲輪的 凹槽內(nèi)。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(shù)相比，本發(fā)明提供的用于外科機器人及腔鏡手術(shù)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(shù)使用，可以填補在微創(chuàng)手術(shù)領域無該類產(chǎn) 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(shù)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(shù)時間，并能夠 降低手術(shù)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(jié)構(gòu)示意圖(實施例1)；
圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明的腕部運動傳動結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明的腕部、工具頭運動傳動結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明的驅(qū)動絲輪的防滑凹槽結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明的驅(qū)動絲上固定有防滑塊結(jié)構(gòu)示意圖9是圖7與圖8組合構(gòu)成防滑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)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(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動軸線307與所述的工具頭在所述 的腕部上的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，同時工具桿11亦可以轉(zhuǎn)動，最終可以形成多 個自由度的轉(zhuǎn)動，有多個位形31、32、33，以滿足實際手術(shù)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(nèi)設置有分別驅(qū)動工具頭15、腕部9和工具桿11轉(zhuǎn)動的三組驅(qū)動裝 置；見圖4-b、圖5，第一組驅(qū)動裝置包括電機1202、驅(qū)動輪1203、驅(qū)動絲輪1206、驅(qū)動 絲1201，該驅(qū)動輪1203與電機軸1207連接，該驅(qū)動絲輪1206與腕部上的轉(zhuǎn)動軸1208連 接，驅(qū)動絲1201呈環(huán)繞狀，驅(qū)動絲1201穿置在工具桿11內(nèi)，兩端分別與驅(qū)動輪1203和驅(qū) 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(nèi)進行往復轉(zhuǎn)動，以 滿足手術(shù)使用要求。電機1202采用步進電機。見圖4-a、圖6，第二組驅(qū)動裝置包括電機11205、驅(qū)動輪11204、驅(qū)動絲輪11209、 驅(qū)動絲117，該驅(qū)動輪II204與電機軸II連接，該驅(qū)動絲輪II209與工具頭15上的轉(zhuǎn)動軸
5II210連接，驅(qū)動絲117呈環(huán)繞狀，驅(qū)動絲117穿置在工具桿11內(nèi)，兩端分別與驅(qū)動輪II204 和驅(qū)動絲輪II209環(huán)繞套接，在驅(qū)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(nèi)進行往復轉(zhuǎn)動，以滿足手術(shù)使用要求。電機II205采用 步進電機。見圖4-c，第三組驅(qū)動裝置包括電機111211、驅(qū)動輪111213、驅(qū)動絲輪111215、驅(qū) 動絲111214，該驅(qū)動輪III213與電機軸III212連接，該驅(qū)動絲輪III215與工具桿11套接 連接，驅(qū)動絲III214呈環(huán)繞狀，該驅(qū)動絲III214兩端分別與電機III211的驅(qū)動輪III213 和驅(qū)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(zhuǎn)動，以滿足手 術(shù)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)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(chǎn)生的能量，分別經(jīng)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(qū)動絲1201、驅(qū)動絲117在運動中打滑， 在驅(qū)動絲1201、驅(qū)動絲117上設計有與所述驅(qū)動絲1201、驅(qū)動絲117固定連接的擋塊311， 在各驅(qū)動絲輪11209、驅(qū)動絲輪1206的遠端中部設有凹槽310，該擋塊311安裝于各驅(qū)動絲 輪11209、驅(qū)動絲輪1206的凹槽310內(nèi)；通過驅(qū)動絲11209、驅(qū)動絲輪1206、擋塊311帶動 驅(qū)動絲輪II209、驅(qū)動絲輪1206轉(zhuǎn)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(quán)專利(專利號200810153717. 4或 200810152764. 7)的形式，其詳細結(jié)構(gòu)在此不再贅述。這樣本發(fā)明可在機器人的控制下，并 結(jié)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(shù)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(shù)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(nèi)部；此時，能量發(fā)生器產(chǎn)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(qū)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(nèi)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(jīng)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(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領域的技術(shù)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(qū)動裝置以及連接 方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設計與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范 圍。
權(quán)利要求
1.一種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動軸線與所述的工具頭在所述的腕部上的轉(zhuǎn) 動軸線相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)的多自由度止血切割工具， 其特征在于所述的工具盒內(nèi)設置有分別驅(qū)動工具頭15、腕部9和工具桿11轉(zhuǎn)動的三組驅(qū) 動裝置；第一組驅(qū)動裝置包括電機I、驅(qū)動輪I、驅(qū)動絲輪I、驅(qū)動絲I，該驅(qū)動輪I與電機軸I連 接，該驅(qū)動絲輪I與腕部上的轉(zhuǎn)動軸I連接，驅(qū)動絲I呈環(huán)繞狀，驅(qū)動絲I穿置在工具桿內(nèi)， 兩端分別與驅(qū)動輪I和驅(qū)動絲輪I環(huán)繞套接；第二組驅(qū)動裝置包括電機II、驅(qū)動輪II、驅(qū)動絲輪II、驅(qū)動絲II，該驅(qū)動輪II與電機 軸II連接，該驅(qū)動絲輪II與工具頭上的轉(zhuǎn)動軸II連接，驅(qū)動絲II呈環(huán)繞狀，驅(qū)動絲II穿 置在工具桿內(nèi)，兩端分別與驅(qū)動輪II和驅(qū)動絲輪II環(huán)繞套接，在驅(qū)動絲II的環(huán)繞套接中 設置有導向輪。第三組驅(qū)動裝置包括電機III、驅(qū)動輪III、驅(qū)動絲輪III、驅(qū)動絲III，該驅(qū)動輪III與 電機軸III連接，該驅(qū)動絲輪III與工具桿套接連接，驅(qū)動絲III呈環(huán)繞狀，該驅(qū)動絲III 兩端分別與電機III的驅(qū)動輪III和驅(qū)動絲輪III環(huán)繞套接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)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(quán)利要求2或3所述的一種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)的多自由度止血切割工 具，其特征在于在各驅(qū)動絲上設計有與所述驅(qū)動絲固定連接的擋塊，在各驅(qū)動絲輪的遠端 中部設有凹槽，該擋塊安裝于各驅(qū)動絲輪的凹槽內(nèi)。
全文摘要
一種用于外科機器人及腔鏡手術(shù)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(zhuǎn)動連接，工具桿的另一端與支座固定連接，腕部的一端轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動軸線與工具頭在腕部上的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直。本發(fā)明將外科醫(yī)生的手術(shù)經(jīng)驗與機器人的自動控制能力相結(jié)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(shù)時間，保證手術(shù)質(zhì)量。為微創(chuàng)和機器人外科在高難手術(shù)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(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者周寧新 申請人:周寧新