专利名称：用于微创手术机器人的单极电钩及单极电烧蚀工具的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种微创手术工具，特别涉及一种微创手术机器人用的手术工具，它可以在手术机器人的控制下实现止血功能并同步完成切割或剥离等手术操作。
背景技术：
在外科手术过程中，切割、剥离、缝合、打结是医生经常用到的手术操作，手术操作中少出血甚至不出血则是外科医生长期致力于实现的目标。在开口手术中，已经研发出相关的手术工具，可以实现在较少出血的情况下完成对组织的切除手术操作。此类手术工具的出现，使医生可以从复杂的缝合、打结手术操作中解放出来，降低了医生的劳动强度。同时，有利于缩短手术时间，保证手术质量，减少并发症，节约临床用血。微创手术是指医生利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械以及相关设备进行的手术操作，微创手术技术被誉为20世纪医学领域对人类文明的重要贡献之一，是21世纪全球外科发展的主旋律。与传统的开口手术相比，微创手术具有切口小、出血量少、恢复时间短、术后疤痕小等优点，被越来越广泛地应用于临床手术中。近年来，用于辅助实现微创手术的微创手术机器人出现并得到了迅速发展，它是集内窥镜、控制器、执行器等三大系统于一体的现代化医疗设备，它的出现克服了传统微创技术的许多缺点，具有操作灵活性高、稳定性好、可提供立体视觉且具有远程手术的潜力等优点，已在心脏外科、泌尿外科、普通外科、妇产科和儿科等领域得到推广。在微创手术中，电烧蚀手术工具能显著提高手术操作效率，增强手术的安全性，特别是处理术中出血方面具有极高的应用价值。因此，提供一种在机器人微创手术中实施切割、剥离等操作的安全高效的电烧蚀手术工具具有重要意义。美国专利 US7276065提供一种多自由度电烧蚀工具，但是该工具前端防护采用金属材质，通过表面涂层实现漏电防护。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有更高的安全性和电烧蚀可靠性的用于微创手术机器人的单极电钩。本发明的另一目的在于提供一种能有效避免手术操作过程中对非相关组织的伤害，能自动实现止血功能，操作灵活，具有更高的安全性和电烧蚀可靠性的用于微创手术机器人的单极电烧蚀工具。本发明的用于微创手术机器人的单极电钩，它包括绝缘电钩基座主体和电钩本体，在所述的电钩本体下部设置有开口槽，在所述的电钩基座主体的底部左右两侧分别安装有驱动轮I和驱动轮II，在所述的电钩基座主体内开有插槽，所述的电钩本体的下部插在所述的插槽内并且在所述的电钩本体和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线的一端与电钩本体通过绝缘压丝块固定相连并且其另一端穿过电钩本体的开口槽以及电钩基座主体设置，所述的电钩本体的工作端为弧形钩状结构。本发明的用于微创手术机器人的单极电烧蚀工具，它包括工具末端和工具盒，所述的工具末端包括腕部连杆、腕部基座和单极电钩，工具杆组件一端与工具杆的转动输出端固定相连并且其另一端与腕部连杆的一端固定相连，所述的工具杆通过轴承架设在所述的工具盒内，在所述的腕部连杆与腕部基座连接一侧的腕部连杆的中心孔内安装有密封板，所述的单极电钩包括绝缘电钩基座主体和电钩本体，在所述的电钩本体下部设置有开口槽，在所述的电钩基座主体的底部左右两侧分别安装有驱动轮I和驱动轮II，在所述的电钩基座主体内开有插槽，所述的电钩本体的下部插在所述的插槽内并且在所述的电钩本体和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线的一端与电钩本体通过绝缘压丝块固定相连并且其另一端穿过电钩本体的开口槽、电钩基座主体以及工具杆组件的中心孔固定安装在导线固定座内，所述的导线固定座安装在工具盒的盒体上，在所述的导线与导线固定座的连接部位加装有绝缘套管，所述的电钩本体的工作端为弧形钩状结构，驱动轮III 通过销钉固定连接在腕部基座一端，驱动轮I和驱动轮II的转轴固定连接在腕部基座的另一端，两个传动轮I、驱动轮III和腕部基座通过销轴I旋转的连接在所述的腕部连杆另一端，两个传动轮II和两个传动轮III各自通过销轴连接在腕部基座上，末端偏转传动装置、 腕部俯仰和自传传动装置分别与驱动装置相连并且安装在所述的工具盒内，钢丝I 一端旋绕在末端偏转传动装置上并且其另一端经两个传动轮I、两个传动轮II和两个传动轮III 导向后连接在驱动轮II上形成闭环传动相连；钢丝II 一端旋绕在腕部俯仰传动装置上并且其另一端连接在驱动轮III上形成闭环传动形式；钢丝III 一端旋绕在自转传动装置上并且其另一端旋绕在工具杆上形成闭环传动，所述的末端偏转传动装置、腕部俯仰和自传传动装置的旋转轴线彼此平行设置，所述的工具杆旋转轴线和驱动轮II旋转轴线均与驱动轮III的旋转轴线相垂直设置。与现有的技术相比，本发明提供的用于微创手术机器人的单极电钩及多自由度单极电烧蚀工具具有以下有益效果1.本发明的多自由度单极电烧蚀工具在使用时，能够利用能量将组织凝固的同时实施手术操作，与现有的切开-止血-缝合操作相比，它可以实现少出血，甚至不出血。2.本发明的多自由度单极电烧蚀工具具有多个自由度，能够保证操作的灵活性， 使其可以沿任意方向完成对组织、器官的切除、剥离等操作。3.本发明的多自由度单极电烧蚀工具安装于机器人快换装置上，手术医生将其定位后，可在机器人的控制下，自动完成对组织的凝固操作，因此可以在很大程度上节约手术时间，并能够降低手术医生的劳动强度。4、本发明的单极电钩的操作安全性高。采用多种防漏电设计，可有效避免手术过程中电流泄露对人体造成的伤害。5、本发明的单极电钩可提高手术效率。末端采用易于实现勾切、剥离操作的弧形结构设计，配合有效电流，可提高微创手术的操作效率。6.本发明的单极电钩的末端操作部分可以具有多种形式和尺寸，可以满足对不同组织、器官操作时的需求。7.本发明的单极电钩可以接受多种能量形式，能够满足不同医院条件的要求。
图1为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的总体结构示意图2为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的末端结构示意图；图3为本发明用于微创机器人的单极电钩的防漏电结构分解示意图；图4为本发明用于微创机器人的单极电钩的末端结构分解示意图；图5本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的末端丝传动结构示意图；图6-1和图6-2为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的丝传动原理示意图；图7为本发明的用于微创机器人的单极电烧蚀工具的工作原理示意图；图8-1和图8-2为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的使用方法示意图。
具体实施例方式下面结合图对本发明装置加以说明用于微创手术机器人的单极电钩2-3，它包括绝缘电钩基座主体3-1和电钩本体
2-5，在所述的电钩本体2-5下部设置有开口槽，驱动轮13-3、驱动轮II5-6通过驱动销钉 5-10分别固定安装在所述的电钩基座主体3-1的底部左右两侧，驱动轮II5-6与末端偏转传动装置605通过钢丝15-8相连，驱动轮I为辅助零件，使电钩本体2-5呈对称设置，并且将电钩基座主体3-1与腕部基座2-2隔开以减小两者之间的摩擦。在所述的电钩基座主体
3-1内开有插槽，所述的电钩本体2-5的下部插在所述的插槽内并且在所述的电钩本体2-5 的下部和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线2-6的一端与电钩本体2-5通过绝缘压丝块3-5固定相连并且其另一端穿过电钩本体2-5的开口槽以及电钩基座主体 3-1设置，所述的电钩本体2-5的工作端为弧形钩状结构。用于微创手术机器人的单极电烧蚀工具，它包括工具末端1-1和工具盒1-2，所述的工具末端1-1包括腕部连杆2-1、腕部基座2-2和单极电钩2-3，工具杆组件1-3 —端与工具杆的转动输出端固定相连并且其另一端与腕部连杆2-1的一端固定相连，所述的工具杆通过轴承架设在所述的工具盒1-2内，所述的腕部基座2-2通过销轴12-7旋转的安装在腕部连杆2-1上，在所述的腕部连杆2-1与腕部基座2-2连接一侧的腕部连杆的中心孔内安装有密封板5-1，所述的单极电钩2-3包括绝缘电钩基座主体3-1和电钩本体2-5，在所述的电钩本体2-5下部设置有开口槽，驱动轮13-3、驱动轮II5-6通过驱动销钉5_10分别固定安装在所述的电钩基座主体3-1的底部左右两侧，在所述的电钩基座主体3-1内开有插槽，所述的电钩本体2-5的下部插在所述的插槽内并且在所述的电钩本体2-5的下部和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线2-6的一端与电钩本体2-5通过绝缘压丝块3-5固定相连并且其另一端穿过电钩本体2-5的开口槽、电钩基座主体3-1以及工具杆组件1-3的中心孔固定安装在导线固定座1-4内，所述的导线固定座1-4安装在工具盒1-2的盒体上，在所述的导线2-6与导线固定座1-4的连接部位加装有绝缘套管1-5，所述的电钩本体2-5的工作端为弧形钩状结构，驱动轮III5-7通过销钉固定连接在腕部基座 2-2 一端，驱动轮I和驱动轮II的转轴固定连接在腕部基座的另一端，两个传动轮15-2、驱动轮1115-7、腕部基座2-2通过销轴12-7旋转的连接在所述的腕部连杆2_1的另一端，两个传动轮II5-3、两个传动轮II15-5各自通过销轴II15-4连接在腕部基座2_2上，末端偏转传动装置605、腕部俯仰传动装置604和自传传动装置601分别与驱动装置相连并且安装在所述的工具盒1-2内。钢丝15-8 —端旋绕在末端偏转传动装置605上并且其另一端经两个传动轮15-2、两个传动轮115-3、两个传动轮III5-5导向后连接在驱动轮II5-6上形成闭环传动相连；钢丝II5-9 —端旋绕在腕部俯仰传动装置604上并且其另一端连接在驱动轮III5-7上形成闭环传动形式；钢丝III603 —端旋绕在自转传动装置601上并且其另一端旋绕在工具杆602上形成闭环传动，所述的末端偏转传动装置605、腕部俯仰传动装置 604和自传传动装置601的旋转轴线彼此平行设置。所述的自转自由度R1、末端偏转自由度R3的旋转轴线均与腕部俯仰自由度R2的旋转轴线相垂直设置。本装置中的工具盒和工具杆组件也可以采用专利(专利号200910305201、200910306053)中公开的结构。下面再结合每一幅图对本发明装置的安装使用过程加以详细说明图1所示为本发明的一种用于微创机器人的单极电烧蚀工具的总体结构示意图。 本电烧蚀工具可以包括工具末端1-1、工具盒1-2、工具杆组件1-3。所述的工具杆组件1-3 的一端旋转地安装在所述的工具盒1-2上并且其另一端与工具末端1-1的腕部连杆固定相连，所述的工具杆组件1-3的旋转轴线与所述的工具末端1-1的腕部旋转轴线相互垂直。单极电钩的导线前端与工具末端1-1相连，导线后端经所述的工具杆组件1-3、工具盒1-2后引出，用于连接电源发生器。为防止导线后端在所述的工具盒1-2中发生窜动，所述的工具盒1-2的后部安装导线固定座1-4以对导线进行约束，导线在与所述的导线固定座1-4的连接部位加装绝缘材质的套管1-5，以防止导线磨损而产生的漏电现象，导线末端连接有导线接头1-6。图2所示为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的末端结构示意图。所述的工具末端1-1可以包括腕部连杆2-1、腕部基座2-2、单极电钩2-3。单极电钩2-3可以包括电钩基座2-4、电钩本体2-5和导线2-6。所述的腕部连杆2-1的一端固定安装在所述的工具杆组件1-3上，所述的腕部基座2-2通过销轴12-7旋转的安装在腕部连杆2-1的另一端，所述的单极电钩2-3通过销轴II 2-8旋转的安装在所述的腕部基座2-2的另一端，所述的电钩本体2-5固定安装在所述的电钩基座2-4上，所述的导线2-6的一端与电钩本体 2-5固定相连，另一端经所述的工具杆组件1-3、工具盒1-2引出，在实际工作时，导线引出端的导线接头1-6连接在电源发生器上。所述的单极电钩2-3的电钩基座2-4和导线2-4 部分均采用防漏电装置。所述的工具末端1-1的腕部俯仰自由度R2的旋转轴线与所述的工具杆组件1-3的自转自由度Rl的旋转轴线垂直；所述的单极电钩2-3在腕部基座2-2上的末端偏转自由度R3的旋转轴线与所述的腕部俯仰自由度R2的旋转轴线垂直。图3、图4所示为本发明用于微创机器人手术工具的单极电钩的防漏电结构和末端结构分解示意图。所述的电钩本体2-5固定安装在电钩基座主体3-1上，为防止所述的导线2-6前端以及电钩本体2-5发生漏电现象，电钩基座主体3-1整体采用绝缘塑料材质，在实际工作中，所述的电钩本体2-5长期处于通电高温状态，为减小高温对所述的电钩基座主体3-1的影响，并且进一步优化所述的工具末端1-1的防漏电设计，作为本发明的一种实施方式在所述的电钩本体2-5与电钩基座主体3-1之间嵌入陶瓷隔片(陶瓷隔片14-1、陶瓷隔片114-2、陶瓷隔片1114-3、陶瓷隔片IV4-4、陶瓷隔片V4-5)。所述的电钩基座2_4可以包括电钩基座主体3-1、右挡板3-2、左挡板3-4、开口固定座3-6。所述的单极电钩2_3的整体装配顺序为在所述的电钩本体2-5的前、后、右、下等面上贴装所述的陶瓷隔片4-1、 4-2、4-4、4-5，将电钩本体2-5装入所述的电钩基座主体3_1中，导线2_6经由电钩基座主体3-1的导线孔、电钩本体2-5的开口槽引入，导线2-6前端通过压丝块3-5实现与电钩本体2-5的连接，贴装左侧面的陶瓷隔片1114-3，随后封装所述的电钩基座2-4的右挡板 3-2、左挡板3-4和开口固定座3-6，以实现对陶瓷隔片的固定，最后将陶瓷框4-6嵌入开口固定座，以实现电钩本体2-5的完全固定以及电钩本体2-5和电钩基座2-4的之间的完全隔离。陶瓷是良好的绝缘材料，且具有耐高温的特性，所以嵌入式陶瓷隔片设计以及绝缘塑料材质的电钩基座可以实现双层防漏电功能。当然本发明中的电钩本体2-5与电钩基座主体3-1之间的插合配合结构还可以根据实际使用要求采用其它的配合结构。图5与图6-1、6_2所示为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的丝传动结构与原理示意图。图5所示为所述的工具末端1-1丝传动结构示意图，图6-1、6-2所示为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的丝传动原理示意图。密封板5-1用以对所述的工具杆组件1-3进行密封，防止手术过程中体腔内的气体经由所述的工具杆组件1-3的内孔外泄。钢丝15-8 —端旋绕在末端偏转传动装置605上，另一端经传动轮15-2、传动轮 115-3、传动轮III5-5导向后连接在驱动轮II5-6上，从而形成闭环传动形式，所述的末端偏转传动装置605在驱动装置的驱动下产生旋转运动，经所述的钢丝15-8的闭环传动，最终实现末端偏转自由度R3的运动；钢丝II5-9 —端旋绕在腕部俯仰传动装置604上，另一端连接在驱动轮III5-7上，形成闭环传动形式，所述的腕部俯仰传动装置604在驱动装置的驱动下旋转，经所述的钢丝II5-9的闭环传动，最终实现腕部俯仰自由度R2的运动；钢丝 III603 —端旋绕在自转传动装置601上，另一端旋绕在工具杆602上，所述的自转传动装置601在驱动装置的驱动下旋转，经所述的钢丝III603的闭环传动，最终实现自转自由度 Rl的运动。所述的驱动轮II5-6通过驱动销钉5-10与所述的单极电钩2-3固定，驱动轮 II15-7通过销钉固定连接在腕部基座2-2上，传动轮15-2、驱动轮II15-7、腕部基座2_2通过销轴12-7旋转的连接在所述的腕部连杆2-1上，所述的传动轮115-3、传动轮III5-5通过销轴III5-4连接在腕部基座2-2上。末端偏转传动装置605、腕部俯仰传动装置604和自传传动装置601可以安装在所述的工具盒1-2内，所述的驱动装置安装在微创机器人的本体系统上，可以包含有固定设置的电机。图7所示为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的工作原理示意图。电烧蚀工具可以实现自转自由度R1、腕部俯仰自由度R2、末端偏转自由度R3。所述的三个自由度可以实现所述的单极电钩2-3在空间上的灵活转动。所述的电钩本体2-5采用独特的弧形设计，使本发明用于微创机器人的多自由度单极电钩有两个工作面B和G，B面为剥离面， G面为勾切面。在实际手术操作过程中，需要对病变组织进行勾除或切除操作时，使G面接触病变部位，随后对工具通电，调整工具所述的三个自由度上的运动使所述的电钩本体2-5 的G工作面始终接触病变组织并逐步予以勾除；需要对病变组织进行剥离操作时，使B面接触病变部位，随后对工具通电，调整工具三个自由度上的运动使所述的电钩本体2-5的B工作面始终接触病变组织并逐步实施剥离操作。图8-1、8_2所示为本发明用于微创机器人的单极电烧蚀工具的使用方法示意图。 在实际手术操作过程中，手术医生首先确定要切除的组织801和需要保留的组织802，控制机器人对本发明工具进行定位，精确调整所述的工具末端1-1使电钩本体2-5的工作面接触病变组织，接通电源发生器产生能量，该能量通过所述的导线接头1-6和导线2-6传递至电钩本体2-5，在实现组织凝固的情况下，同步完成勾除/剥离操作。图8-1所示为勾除运动的操作过程，图8-2所示为剥离运动的操作过程。在所述的电钩工作面B/G沿规划的切割线804实施手术操作过程中，所述的电钩本体2-5可以在病变组织上形成一个凝固的区域803，最终安全高效的完成对需切除的组织801和需的保留组织802的分离操作，图中 805为电钩本体切割移动方向。由于切割线804所在区域的组织已经凝固，因此在切割过程中组织不会再出血， 而且易于实现勾除/剥离操作，这是本发明的一个重要优势，可以在很大程度上节约临床用血，并可减少输血导致的并发症。可以有效提高手术效率，降低手术医生的劳动强度，这是本发明的另一优势。需要指出的是，所述的本发明弧形的电钩本体可以根据实际需求而设置不同的弧度和长度。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。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，采用其它形式的传动、驱动装置以及不经创造性设计的连接方式，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
1.用于微创手术机器人的单极电钩，其特征在于它包括绝缘电钩基座主体和电钩本体，在所述的电钩本体下部设置有开口槽，在所述的电钩基座主体的底部左右两侧分别安装有驱动轮I和驱动轮II，在所述的电钩基座主体内开有插槽，所述的电钩本体的下部插在所述的插槽内并且在所述的电钩本体和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线的一端与电钩本体通过绝缘压丝块固定相连并且其另一端穿过电钩本体的开口槽以及电钩基座主体设置，所述的电钩本体的工作端为弧形钩状结构。
2.用于微创手术机器人的单极电烧蚀工具，它包括工具末端和工具盒，其特征在于 所述的工具末端包括腕部连杆、腕部基座和单极电钩，工具杆组件一端与工具杆的转动输出端固定相连并且其另一端与腕部连杆的一端固定相连，所述的工具杆通过轴承架设在所述的工具盒内，在所述的腕部连杆与腕部基座连接一侧的腕部连杆的中心孔内安装有密封板，所述的单极电钩包括绝缘电钩基座主体和电钩本体，在所述的电钩本体下部设置有开口槽，在所述的电钩基座主体的底部左右两侧分别安装有驱动轮I和驱动轮II，在所述的电钩基座主体内开有插槽，所述的电钩本体的下部插在所述的插槽内并且在所述的电钩本体和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线的一端与电钩本体通过绝缘压丝块固定相连并且其另一端穿过电钩本体的开口槽、电钩基座主体以及工具杆组件的中心孔固定安装在导线固定座内，所述的导线固定座安装在工具盒的盒体上，在所述的导线与导线固定座的连接部位加装有绝缘套管，所述的电钩本体的工作端为弧形钩状结构，驱动轮III 通过销钉固定连接在腕部基座一端，驱动轮I和驱动轮II的转轴固定连接在腕部基座的另一端，两个传动轮I、驱动轮III和腕部基座通过销轴I旋转的连接在所述的腕部连杆另一端，两个传动轮II和两个传动轮III各自通过销轴连接在腕部基座上，末端偏转传动装置、 腕部俯仰和自传传动装置分别与驱动装置相连并且安装在所述的工具盒内，钢丝I 一端旋绕在末端偏转传动装置上并且其另一端经两个传动轮I、两个传动轮II和两个传动轮III 导向后连接在驱动轮II上形成闭环传动相连；钢丝II 一端旋绕在腕部俯仰传动装置上并且其另一端连接在驱动轮III上形成闭环传动形式；钢丝III 一端旋绕在自转传动装置上并且其另一端旋绕在工具杆上形成闭环传动，所述的末端偏转传动装置、腕部俯仰和自传传动装置的旋转轴线彼此平行设置，所述的工具杆旋转轴线和驱动轮II旋转轴线均与驱动轮III的旋转轴线相垂直设置。
全文摘要
本发明公开了用于微创手术机器人的单极电钩及单极电烧蚀工具，单极电钩包括绝缘电钩基座主体和电钩本体，在电钩本体下部设置有开口槽，在电钩基座主体的底部左右两侧分别安装有驱动轮I和驱动轮II，在电钩基座主体内开有插槽，电钩本体的下部插在插槽内并且在所述的电钩本体和插槽的插合配合面之间嵌有陶瓷隔片以绝缘，导线的一端与电钩本体通过绝缘压丝块固定相连并且其另一端穿过电钩本体的开口槽以及电钩基座主体设置，电钩本体的工作端为弧形钩状结构。采用本结构可以实现少出血，甚至不出血；可以沿任意方向完成对组织、器官的切除、剥离等操作；可有效避免手术过程中电流泄露对人体造成的伤害。
文档编号A61B18/14GK102429724SQ201110313709
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者何超, 孔康, 王树新 申请人:天津大学