专利名称：一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及外科微创手术器械技术领域，特别涉及一种外科手术机器人用的手术工具，它可以在外科医师的控制下，自动完成切割与止血手术操作。
背景技术：
切开、止血、缝合、打结是传统外科四大操作基本动作，手术过程中少出血甚至不出血则是外科医生的最高追求！在开放手术中，已经出现相关手术工具，可以实现在极少出血的情况下完成对组织的切割，如电刀、氩气刀、超声刀等；这类手术工具的出现，使外科大夫从繁杂的传统手术操作中解放出来，降低医生的劳动强度；并缩短手了术时间，保证手术质量，减少并发症，节约了临床用血。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，是21世纪全球外科发展的主旋律。微创手术与传统的开口手术相比具有切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，使病人遭受的痛苦大大减小，被广泛地应用于临床手术。近年来，机器人辅助微创手术出现并得到了迅速发展，它克服了传统微创技术的许多缺点，具有操作的灵活性高、稳定性好、实现直觉运动控制、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广泛应用。 然而需要指出的是，在微创技术的约束条件下，复杂的缝合、打结手术操作变得非常困难。 即使这种情况下，无论是传统的微创技术中还是机器人辅助的微创技术中，目前均无能够实现止血切割操作的器械出现。因此，提供一种应用于微创手术的止血切割工具，能够填补该领域的空白，并在降低微创医生的劳动强度，保证微创手术质量方面具有重要意义。无论是传统的微创技术中还是机器人辅助的微创技术中，目前还没有能同时替代传统外科传统外科四大操作基本技术的器械出现。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具。它将外科医生的手术经验与机器人的自动控制能力相结合，能够自动完成止血切割缝扎操作。在对组织、器官的切除过程中省去复杂的缝合操作，实现少出血，甚至不出血，从而节省手术时间，保证手术质量。为微创和机器人外科在高难手术的拓展开辟了新的途径。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案—种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具，它包括有工具盒、工具杆、腕部、工具头，所述的工具盒的前端上连接有工具杆，该工具杆的一端与工具盒转动连接，该工具杆的另一端与支座固定连接，所述的腕部的一端转动地安装在所述的支座上， 所述的腕部的另一端与工具头的后端转动连接，在工具头的前端上设置有至少两个操作针；所述的腕部在所述的支座上的转动轴线与所述的工具头在所述的腕部上的转动轴线相互垂直。所述的工具盒内设置有分别驱动工具头15、腕部9和工具杆11转动的三组驱动装置；第一组驱动装置包括电机I、驱动轮I、驱动丝轮I、驱动丝I，该驱动轮I与电机轴 I连接，该驱动丝轮I与腕部上的转动轴I连接，驱动丝I呈环绕状，驱动丝I穿置在工具杆内，两端分别与驱动轮I和驱动丝轮I环绕套接；在电机I的带动下，使腕部在180°的范围内进行往复转动，以满足手术使用要求。第二组驱动装置包括电机II、驱动轮II、驱动丝轮II、驱动丝II，该驱动轮II与电机轴II连接，该驱动丝轮II与工具头上的转动轴II连接，驱动丝II呈环绕状，驱动丝 II穿置在工具杆内，两端分别与驱动轮II和驱动丝轮II环绕套接，在驱动丝II的环绕套接中设置有导向轮；在电机II的带动下，使工具头在180°的范围内进行往复转动，以满足手术使用要求。第三组驱动装置包括电机III、驱动轮III、驱动丝轮III、驱动丝III，该驱动轮 III与电机轴III连接，该驱动丝轮III与工具杆套接连接，驱动丝III呈环绕状，该驱动丝 III两端分别与电机III的驱动轮III和驱动丝轮III环绕套接；在电机III的带动向，使用工具杆进行转动，以满足手术使用要求。根据使用需要，在所述的工具头上设置有四个操作针，分别为操作针I、操作针 II、操作针III、操作针IV ；所述的操作针I与操作针II为一组，操作针I与操作针II的后端设置在工具盒内，并与导线I相连；所述的操作针III与操作针IV为一组，操作针III与操作针IV的后端设置在工具盒内，并与导线II相连；导线I与导线II依次通过所述的支座、工具杆内和工具盒，与固定于工具盒上的接头I相连，导线II与固定在工具盒上的接头 II相连。为了防止所述的驱动丝I、驱动丝II在运动中打滑，在各驱动丝上设计有与所述驱动丝固定连接的挡块，在各驱动丝轮的远端中部设有凹槽，该挡块安装于各驱动丝轮的凹槽内。所述的工具盒安装于机器人的机械臂上使用。与现有的技术相比，本实用新型提供的用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具具有一下有益效果1.本实用新型的止血切割工具面向微创手术使用，可以填补在微创手术领域无该类产品的空白。2.本实用新型的止血切割工具在使用时，首先利用能量将组织凝固，然后实施切割操作，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。3.本实用新型的止血切割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、器官的止血切割操作。4.本实用新型的止血切割工具安装于机器人操作臂上，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。5.本实用新型的止血切割工具的末端操作部分可以具有多种形式，可以满足对不同组织、器官操作时的需求。6.本实用新型的止血切割工具可以接受多种能量形式，能够满足不同医院条件的要求。
[0022]图1是本实用新型工具杆、腕部、工具头连接结构示意图(实施例1)；[0023]图2是本实用新型的整体结构示意图与工具盒后部接头放大示意图；[0024]图3是本实用新型的多自由度止血切割工具使用状态与局部放大示意图[0025]图4-a是本实用新型的工具头运动传动原理示意图；[0026]图4-b是本实用新型的腕部运动传动原理示意图；[0027]图4-c是本实用新型的工具杆运动传动结构示意图；[0028]图5是本实用新型的腕部运动传动结构示意图；[0029]图6是本实用新型的腕部、工具头运动传动结构示意图；[0030]图7是本实用新型的驱动丝轮的防滑凹槽结构示意图；[0031]图8是本实用新型的驱动丝上固定有防滑块结构示意图；[0032]图9是图7与图8组合构成防滑结构示意图；[0033]图10是本实用新型的操作针插入肌体组织的使用状态示意图；[0034]图11是本实用新型的操作针伸出肌体组织的使用状态示意图；[0035]图12是本实用新型的实施例2结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型用于微创机器人的多自由度止血切割工具进行详细说明。参见图1、图2、图3所示一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具，它包括有工具盒12、工具杆11、腕部9、工具头15，所述的工具盒12的前端上连接有工具杆11，该工具杆11的一端与工具盒12转动连接，该工具杆11的另一端与支座10固定连接，所述的腕部9的一端转动地安装在所述的支座10上，所述的腕部9的另一端与工具头15的后端转动连接，在工具头15的前端上设置有至少两个操作针(本实施例1是有四个操作针1、2、3、4)；所述的腕部9在所述的支座上的转动轴线307与所述的工具头在所述的腕部上的转动轴线308相互垂直(见图5、图6所示)。腕部9呈开口 U形，腕部9的前端开口插入工具头15的后端进行铰接；支座10也呈开口 U形，支座10的前端开口插入腕部9的后端进行铰接，形成两个自由度的转动，同时工具杆11亦可以转动，最终可以形成多个自由度的转动，有多个位形31、32、33，以满足实际手术的使用要求。参见图4-a、图4-b、图4_c所示所述的工具盒内设置有分别驱动工具头15、腕部9和工具杆11转动的三组驱动装置；见图4-b、图5，第一组驱动装置包括电机1202、驱动轮1203、驱动丝轮1206、驱动丝1201，该驱动轮1203与电机轴1207连接，该驱动丝轮1206与腕部上的转动轴1208连接，驱动丝1201呈环绕状，驱动丝1201穿置在工具杆11内，两端分别与驱动轮1203和驱动丝轮1206环绕套接；在电机1202的带动下，使腕部在180°的范围内进行往复转动，以满足手术使用要求。电机1202采用步进电机。见图4-a、图6，第二组驱动装置包括电机11205、驱动轮11204、驱动丝轮11209、驱动丝117，该驱动轮II204与电机轴II连接，该驱动丝轮II209与工具头15上的转动轴 II210连接，驱动丝117呈环绕状，驱动丝117穿置在工具杆11内，两端分别与驱动轮II204 和驱动丝轮II209环绕套接，在驱动丝117的环绕套接中设置有导向轮8 ；在电机II205的带动下，使工具头在180°的范围内进行往复转动，以满足手术使用要求。电机II205采用步进电机。见图4-c，第三组驱动装置包括电机111211、驱动轮111213、驱动丝轮111215、驱动丝111214，该驱动轮III213与电机轴III212连接，该驱动丝轮III215与工具杆11套接连接，驱动丝III214呈环绕状，该驱动丝III214两端分别与电机III211的驱动轮III213 和驱动丝轮III215环绕套接；在电机III211的带动下，使用工具杆11进行转动，以满足手术使用要求。电机III211采用步进电机。根据使用需要，在所述的工具头上设置有四个操作针1、2、3、4(见图1)，分别为操作针II、操作针112、操作针1113、操作针IV4 ；所述的操作针I与操作针II为一组，操作针 I与操作针II的后端设置在工具盒12内，并与导线15相连；所述的操作针III与操作针 IV为一组，操作针III与操作针IV的后端设置在工具盒内，并与导线116相连；导线15与导线116依次通过所述的支座10、工具杆11内和工具盒12，与固定于工具盒12上的接头 113相连，导线116与固定在工具盒上的接头1114相连(见图4)。接头113和接头1114可以与能量发生器相连，所述的能量发生器可以是双极电能、射频、微波、超声等。能量发生器产生的能量，分别经所述的接头113和接头1114、导线 115、导线116传递至安装于所述的工具头15上的各操作针，用以实现对组织或器官的凝固操作。参见图7、图8、图9所示为了防止所述的驱动丝1201、驱动丝117在运动中打滑， 在驱动丝1201、驱动丝117上设计有与所述驱动丝1201、驱动丝117固定连接的挡块311， 在各驱动丝轮11209、驱动丝轮1206的远端中部设有凹槽310，该挡块311安装于各驱动丝轮11209、驱动丝轮1206的凹槽310内；通过驱动丝11209、驱动丝轮1206、挡块311带动驱动丝轮II209、驱动丝轮1206转动。所述的工具盒12安装于机器人的机械臂上使用。通过所述的工具盒12，本实用新型用于微创机器人的多自由度切割止血工具可以安装于机器人机械臂上。所述的机械臂可以采用已授权专利(专利号200810153717. 4或 200810152764. 7)的形式，其详细结构在此不再赘述。这样本实用新型可在机器人的控制下，并结合能量发生器，可以自动完成对组织的凝固操作。该过程如图10、图11所示，手术医生首先确定要保留的组织401和要切除的组织402。据此，手术医生控制机器人对本实用新型进行定位，并将所述的本实用新型的各操作针刺入组织内部；此时，能量发生器产生能量，该能量通过所述的接头和导线传递至各操作针，实现对组织的凝固操作；与此同时，各操作针在机器人和所述的驱动装置的控制下，自动沿插入组织的方向做往复运动，以增强组织的凝固效果，图10所示为往复运动的刺入过程，图11所示为往复运动的退出过程。不断重复上述凝固操作过程，便可以在组织上形成一个凝固区域403;更换切割类工具沿图示的位于所述的凝固区域内的切割线404对组织进行切割，最终完成需切除的组织402和需保留组织401的分离操作。由于切割线404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，这是本实用新型的一个重要优势，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。机器人控制本实用新型的工具自动完成沿插入组织的方向做往复运动，又可以降低手术医生的劳动强度，这是本实用新型的另一优势。控制机器人对本实用新型进行定位过程和机器人控制本实用新型自动作往复运动的过程不属于本实用新型的范畴，在此不再赘述。需要指出的是，所述的本实用新型的操作针可以根据实际需求而设置不同的数量，如图12所示(实施例2)，安装于工具头15上的操作针仅有操作针I’ 101和操作针 II’ 102。所述的操作针还可以根据不同的手术操作需求，而具有不同的长度。以上示意性的对本实用新型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实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具，其特征在于它包括有工具盒、工具杆、腕部、工具头，所述的工具盒的前端上连接有工具杆，该工具杆的一端与工具盒转动连接，该工具杆的另一端与支座固定连接，所述的腕部的一端转动地安装在所述的支座上，所述的腕部的另一端与工具头的后端转动连接，在工具头的前端上设置有至少两个操作针；所述的腕部在所述的支座上的转动轴线与所述的工具头在所述的腕部上的转动轴线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具， 其特征在于所述的工具盒内设置有分别驱动工具头(15)、腕部(9)和工具杆(11)转动的三组驱动装置；第一组驱动装置包括电机I、驱动轮I、驱动丝轮I、驱动丝I，该驱动轮I与电机轴I连接，该驱动丝轮I与腕部上的转动轴I连接，驱动丝I呈环绕状，驱动丝I穿置在工具杆内， 两端分别与驱动轮I和驱动丝轮I环绕套接；第二组驱动装置包括电机II、驱动轮II、驱动丝轮II、驱动丝II，该驱动轮II与电机轴II连接，该驱动丝轮II与工具头上的转动轴II连接，驱动丝II呈环绕状，驱动丝II穿置在工具杆内，两端分别与驱动轮II和驱动丝轮II环绕套接，在驱动丝II的环绕套接中设置有导向轮，第三组驱动装置包括电机III、驱动轮III、驱动丝轮III、驱动丝III，该驱动轮III与电机轴III连接，该驱动丝轮III与工具杆套接连接，驱动丝III呈环绕状，该驱动丝III 两端分别与电机III的驱动轮III和驱动丝轮III环绕套接。
3.根据权利要求2所述的一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具，其特征在于在所述的工具头上设置有四个操作针，分别为操作针I、操作针II、操作针 III、操作针IV ；所述的操作针I与操作针II为一组，操作针I与操作针II的后端设置在工具盒内，并与导线I相连；所述的操作针III与操作针IV为一组，操作针III与操作针IV 的后端设置在工具盒内，并与导线II相连；导线I与导线II依次通过所述的支座、工具杆内和工具盒，与固定于工具盒上的接头I相连，导线II与固定在工具盒上的接头II相连。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具，其特征在于在各驱动丝上设计有与所述驱动丝固定连接的挡块，在各驱动丝轮的远端中部设有凹槽，该挡块安装于各驱动丝轮的凹槽内。
专利摘要一种用于外科机器人及腔镜手术的多自由度止血切割工具，它包括工具盒、工具杆、腕部、工具头，工具盒的前端上连接有工具杆，工具杆的一端与工具盒转动连接，工具杆的另一端与支座固定连接，腕部的一端转动地安装在所述的支座上，腕部的另一端与工具头的后端转动连接，工具头的前端上设置有至少两个操作针；腕部在支座上的转动轴线与工具头在腕部上的转动轴线相互垂直。本实用新型将外科医生的手术经验与机器人的自动控制能力相结合，能够自动完成止血切割缝扎操作。在对组织、器官的切除过程中省去复杂的缝合操作，实现少出血，甚至不出血，从而节省手术时间，保证手术质量。为微创和机器人外科在高难手术的拓展开辟了新的途径。
文档编号A61B18/18GK201977927SQ20112002560
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者周宁新 申请人:周宁新