专利名称：微创外科手术用多自由度手术工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种手术工具，尤其涉及一种微创外科手术用多自由度手术工具。
背景技术：
以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之 一，微创手术操作是指医生利用细长的手术工具通过人体表面的微小切口探入到体内进行 手术操作的。它与传统的开口手术相比具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间 快等优点，这使得病人遭受的痛苦大大减少；因此微创外科被广泛的应用于临床手术。然 而，由于传统的微创手术工具本身的自由度数较少(一股只有一个开合自由度)，降低了手 术操作的灵活性，使得这项新技术只能够在相对简单的手术中得到应用。
由于这个原因，在微创手术领域中迫切需要新型的工具来延伸医生的能力，以克 服上述缺点，使医生能够更容易的完成微创手术操作。机器人技术的引入是一个突破，并在 一定程度上获得了成功，如美国Intuitive Surgical公司开发的da Vinci机器人系统。然 而，机器人辅助微创手术引入了新的问题，如1)他阻碍了医生与病人的直接接触及医生 与助手之间的交流，2)术前调整时间长，3)许多医院无法承担设备高昂的费用，许多病人 也无法承受高昂的手术成本。因此开发新型的微创手术工具，并使其具有机器人辅助微创 操作的灵活性，将对微创手术的进一步推广具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工具的操作端和执行端的姿态
完全一致，并可以提高手术操作的灵活性的微创外科手术用多自由度手术工具。 本发明的微创外科手术用多自由度手术工具，它包括操作端和执行端，它还包括
筒形主杆，在所述的主杆内开有完全贯穿的通孔，在所述的通孔内设置有连接体，所述的连
接体的顶部与所述的操作端底部相连并且连接体的底部与所述的执行端底部相连，所述的
主杆顶部通过上虎克铰与操作端的底部相连并且其底部通过下虎克铰与执行端的底部相
连，在所述的主杆外套有外筒，所述的主杆上部和外筒上部之间设置有轴承。 采用本发明工具的有益效果是 1.本发明工具增加了手术工具的自由度，增加了微创手术操作的灵活性，使一些 复杂手术实现微创化变为可能； 2.本发明工具具有结构简单、体积小、重量轻、操作方便等优点，便于在微创手术 中使用； 3.本发明工具可以衍生出多种类型的手术工具，如手术刀、手术剪、针持、分离钳等；
4.本发明工具不阻碍手术过程中医生与助手之间的交流与医患之间的接触。
图1是本发明微创外科手术用多自由度手术工具整体示意 图2是本发明微创外科手术用多自由度手术工具运动一致性示意图； 图3是本发明微创外科手术用多自由度手术工具的局部剖面图； 图4是本发明手术工具的主杆的结构示意图； 图5是本发明手术工具应用于微创手术中的示意图； 图6是本发明手术工具通过连杆方式实现的示意图。
具体实施例方式
下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明
如附图所示的本发明的微创外科手术用多自由度手术工具，它包括操作端1和执 行端12，它还包括筒形主杆IO，在所述的主杆10内对称的开有两个完全贯穿的通孔10-1， 在所述的两个通孔内各自设置有两根钢丝，分别为3、4， 5、6，每一根钢丝的顶部与所述的操 作端1底部固定相连并且每一连接体的底部与所述的执行端12底部固定相连。初始装配 时，两个通孔内的四根钢丝相对于主杆10的两个垂直中轴面彼此对称设置。所述的主杆顶 部通过上虎克铰(也可称为万向节)2与操作端的底部相连并且其底部通过下虎克铰11与 执行端的底部相连，在所述的主杆外套有外筒9，所述的主杆上部和外筒上部之间设置有轴 承15以便于主杆能够在外筒内转动。 作为本发明的另一种实施方式，所述的钢丝可以采用连杆13、14代替。在所述的 主杆内开的通孔io-i为一个并且与所述的主杆同轴线设置，所述的两根连杆在初始装配 时对称的设置在通孔轴线的两侧。两根连杆13、14的顶部和底部分别通过球铰与操作端底 部和执行端底部相连。 下面结合每一附图对本发明的微创外科手术用多自由度手术工具做出详细说明。
图l所示为本发明的总体示意图，包括外筒9，可在外筒9内旋转的主杆IO，通过 上虎克铰2、下虎克铰11安装于主杆10上的操作端1和执行端12，以及连接操作端1和执 行端12的经预紧的钢丝a3、钢丝b4、钢丝c5和钢丝d6等组成。钢丝a3和钢丝c5为一组， 对称分布在主杆10轴线的两侧；钢丝b4和钢丝d6为一组，同样对称分布在主杆10轴线的 两侧。各钢丝经预紧后，其两端分别与操作端1和执行端12固定连接；两个钢丝组分布在 不同的平面内。操作端1可以根据手术操作的需要，设置为手柄结构或钳形结构，而执行端 12可根据应用对象设置成多种工具形式，如手术刀、分离钳、针持、剪刀等。
图2所示为本发明操作端1和执行端12的运动一致性示意图。由于本发明本身 的结构约束，使得操作端1和执行端12在运动过程中的方向完全一致。如图2所示，在一 位置下，操作端1的中心线L1与执行端12的中心线L2平行；工具运动到另一姿态后，操作 端1的中心线Lll与执行端12的中心线L22仍然平行。本发明的这一特点，使其操作简单 方便。 图3所示为本发明的局部剖面图。可以看出，主杆IO通过轴承15安装于外筒9 内，并通过锁紧螺母7和端盖8固定，轴承15内圈一侧通过主杆上的凸台固定，主杆10可 绕外筒9的轴线旋转。主杆10的结构如图4所示，其上开有两个完全贯穿的通孔IO-I，通 孔10-1为连接操作端1和执行端12的各钢丝提供了运动通道。 图5所示为本发明的工具100应用于微创手术时的示意图。使用时，将外筒9穿 过设置于体表102上的套管101中，执行端12在体内的移动通过套管101绕体表102上的切入点的摆动及工具100沿套管101的进出运动实现；而本发明所增加的执行端12的偏 转、俯仰、横滚等运动自由度则全部通过对工具100的操作端1进行相应的操作实现。工具 100的执行端12所具有的这些运动，已基本上能够满足所有对体内组织103操作的需求。
图6所示为本发明的另一种实现形式。连接操作端1和执行端12的两组钢丝可 由连杆a13和连杆b14代替；连杆a13和连杆b14的两端通过球铰与操作端1和执行端12 相连。 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，工具的操作端与执行端根 据不同的操作要求也可以衍生出多种不同手术工具的形式。所以，如果本领域的技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的布局形式、传动方式、以及 铰链连接方式不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发 明的保护范围。
权利要求
微创外科手术用多自由度手术工具，它包括操作端和执行端，其特征在于它还包括筒形主杆，在所述的主杆内开有完全贯穿的通孔，在所述的通孔内设置有连接体，所述的连接体的顶部与所述的操作端底部相连并且连接体的底部与所述的执行端底部相连，所述的主杆顶部通过上虎克铰与操作端的底部相连并且其底部通过下虎克铰与执行端的底部相连，在所述的主杆外套有外筒，所述的主杆上部和外筒上部之间设置有轴承。
2. 根据权利要求1所述的微创外科手术用多自由度手术工具，其特征在于所述的连接体为其顶部和底部分别与操作端底部和执行端底部固定相连的四根钢丝，在所述的主杆内开的通孔为对称设置的两个通孔，在所述的两个通孔内各自设置有两根钢丝，两个通孔内的四根钢丝相对于主杆的两个垂直中轴面彼此对称设置。
3. 根据权利要求1所述的微创外科手术用多自由度手术工具，其特征在于所述的连接体为其顶部和底部分别通过球铰与操作端底部和执行端底部相连的两根连杆，在所述的主杆内开的通孔为一个并且与所述的主杆同轴线设置，所述的两根连杆对称的设置在通孔轴线的两侧。
4. 根据权利要求1所述的微创外科手术用多自由度手术工具，其特征在于所述的操作端为手柄结构或钳形结构，所述的执行端为手术刀、分离钳、针持或剪刀。
全文摘要
本发明公开了微创外科手术用多自由度手术工具，它包括操作端和执行端，它还包括筒形主杆，在所述的主杆内开有完全贯穿的通孔，在所述的通孔内设置有连接体，所述的连接体的顶部与所述的操作端底部相连并且连接体的底部与所述的执行端底部相连，所述的主杆顶部通过上虎克铰与操作端的底部相连并且其底部通过下虎克铰与执行端的底部相连，在所述的主杆外套有外筒，所述的主杆上部和外筒上部之间设置有轴承。本工具增加了手术工具的自由度，增加了微创手术操作的灵活性；本工具结构简单、体积小、重量轻、操作方便；本工具不阻碍手术过程中医生与助手之间的交流与医患之间的接触。
文档编号A61B17/94GK101791247SQ20101013784
公开日2010年8月4日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者张国凯, 李建民, 王晓菲, 王树新, 赵学满 申请人:天津大学