一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的制作方法
【专利摘要】一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，包括输送管道、辐条、机器人手臂和底座，所述输送管道连接在底座中，所述辐条包括上辐条和下辐条，所述上辐条通过上辐条－输送管道关节与输送管道连接，通过机器人肩关节与机器人臂连接，下辐条通过输送管道关节与下辐条滑道连接，所述机器人手臂由机器人臂、机器人手、机器人肩关节、机器人腕关节和机器人水平关节组成，机器人臂通过机器人肩关节与上辐条连接，机器人臂通过腕关节与机器人手连接，机器人臂的中部设有机器人水平关节。采用本实用新型能够解决现有经自然腔道内镜机器人手术系统操作平台不稳定、手术操作三角狭小和手术器械少而简单的问题，能够胜任复杂的腹部外科手术。
【专利说明】一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及经自然腔镜内镜外科手术用器具领域，具体是一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台。
【背景技术】
[0002]经自然腔道内镜手术(NaturalOrifice Transluminal Endoscopic Surgery,NOTES)是指通过自然孔口(直肠，阴道，口腔和尿道等)进入腹腔进行操作的一种微创外科手术。NOTES手术在解决病人疾患的过程中，未在人体表面留有切口，减轻了手术创伤和术后疼痛，增加了美容效果，实现更好的生理微创和心理微创效果。对于那些肥胖、体质差、疤痕体质及对美容效果追求较高的人群来说，NOTES将成为他们最好的选择。但NOTES的手术器械欠缺灵活度，手术图像是二维成像，增加了外科手术操作困难。于是，能够增加手术器械的灵活度、提供三维手术图像的经自然腔道内镜机器人手术系统应运而生。新加坡南洋工业大学开发出了一种内窥镜机器人名为主从式机器人用于NOTES手术，并于2010年发表文章进行报道。该手术系统由三部分组成:主操控器、从属控制器(末端有两个工作臂:抓手、单级电极钩)及双通道内窥镜。医生通过主操控器经行操作，命令通过电线由主操控器传至从属控制器，通过其末端的器械经行手术操作。但该系统在手术的过程中末端工作臂不可以更换，末端器械比较单一。Wei Yao于2013年发表论文称其构架出一种新的可重构的内窥镜机器人系统。其利用中间一个环形的平台很好地解决了器械回撤的问题。外部器械可以通过中间的通道进入腹腔进行操作。其缺点也是比较明显的，首先，支架平台是弹性的，提供的牵引、推拨等基本手术操作的力量是有限的，不足以进行复杂的手术；其次，末端的器械简单，缺乏多样性，不能进行复杂的操作。总之，现有的经自然腔道内镜机器人手术系统存在手术操作平台不稳定、手术操作三角狭小和手术器械少而简单等问题。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的时提供一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，能够解决现有经自然腔道内镜机器人手术系统操作平台不稳定、手术操作三角狭小和手术器械少而简单等问题，为经自然腔道内镜机器人手术提供一个宽大而稳固的手术操作平台、开阔而充分的手术操作三角和丰富而多样的机器人手，突破经自然腔道内镜机器人手术的瓶颈，使经自然腔道内镜机器人手术系统能够胜任复杂的腹部外科手术，推动经自然腔道内镜机器人手术的发展。
[0004]本实用新型通过以下技术方案达到上述目的:一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，包括输送管道、辐条、机器人手臂和底座。所述输送管道连接在底座中，所述辐条包括上辐条和下辐条，所述上辐条通过上辐条一输送管道关节与输送管道连接，通过机器人肩关节与机器人臂连接，下辐条通过输送管道关节与下辐条滑道连接，所述机器人手臂由机器人臂、机器人手、机器人肩关节、机器人腕关节和机器人水平关节组成，机器人臂通过机器人肩关节与上辐条连接，机器人臂通过腕关节与机器人手连接，机器人臂的中部设有机器人水平关节。
[0005]所述机器人手分为钳子手、镊子手、剪刀手、腔镜手和冲吸手五种类型，机器人手通过腕关节与机器人臂连接。
[0006]所述输送管道前部四周有多条下辐条滑道，前端有多个上辐条一输送管道关节，内部有器械通道、冲吸通道、二氧化碳通道和上辐条数据线通道和下辐条数据通道，所述器械通道位于输送管道的中心，冲吸通道、二氧化碳通道、上辐条数据线通道位于器械通道的周围，所述冲吸通道与冲吸手相对应。器械通道供特定的手术器械如切割闭合器、施夹器等大型手术器械的导入。冲吸通道供冲吸导管的导入，从输送管道的头端出来后，经机器人冲吸臂的侧孔先后进入机器人冲吸臂和机器人冲吸手的管状结构中间，二氧化碳通道供二氧化碳的注入，维持稳定的气腹压力。上辐条数据线通道提供控制机器人臂、机器人手运动的数据线的进出。
[0007]所述冲吸手所连接的机器人冲吸腕关节和机器人冲吸臂均为管状结构，其中机器人冲吸臂有侧孔。
[0008]所述输送管道有弯曲部，弯曲部与人体盆腹腔的骨性生理弯曲相适应。避免在输送管道导入人体盆腹腔和在手术过程中损伤人体器官。
[0009]所述下辐条分为左侧下辐条、右侧下辐条、上方下辐条、下方下辐条四种类型，每种类型的下辐条由下辐条杆、下辐条一输送管道关节和下辐条一上辐条关节组成，下辐条通过下辐条一输送管道关节与输送管道的下辐条滑道相连接，下辐条通过下辐条一上辐条关节与上福条连接。
[0010]所述下辐条数据线通道开口于下辐条滑道的后端，下辐条数据线通道、下辐条滑道和上辐条一输送管道关节位于输送管道的最外围。
[0011]所述上辐条分为左侧上辐条、右侧上辐条、上方上辐条和下方上辐条四种类型。下辐条在输送管道的下辐条滑道中做前后滑动动作，带动相对应的上辐条做前收一外展一后收运动，进而带动上辐条外端连接的机器人手臂做前后运动。
[0012]所述输送管道、辐条、机器人手臂和底座均为金属构成。从而能够为手术牵拉、推拨、切割、分离等操作提供稳定和牢固的平台。
[0013]本实用新型突出的技术效果在于:
[0014]与现有的经自然腔道内镜机器人手术平台相比，本实用新型引入滑行一折叠运动机理(下辐条11在输送管道1的下辐条滑道1-1中做前后滑行动作，带动相对应的上辐条10通过折叠动作做前收一外展一后收运动)。滑行一折叠运动机理解决了经自然腔道内镜机器人手术平台三个关键技术问题。1.经自然腔道内镜机器人手术平台导入和回撤问题。在合拢状态下，经自然腔道内镜机器人手术平台呈管状，在机器人内镜手的监视和引导下容易导入腹腔或从腹腔撤出。2.手术器械操作三角问题。在上辐条10充分外展状态下，形成的宽大的手术平台为立于上辐条10外端的机器人手臂3提供充分的操作三角。3.机器人器械臂数量问题。数量众多的上辐条10，可以提供大量的机器人手臂3连接点。同时输送管道1内部有多个数据线通道提供控制机器人手臂3运动的数据线的进出，从而实现提供丰富而多样的机器人手6的目的。包括机器人钳子手6-1、镊子手6-2、剪刀手6-3、腔镜手6-4和冲吸手6-5等。
[0015]本实用新型首次实现大型手术器械经NOTES平台导入腹腔。本实用新型的输送管道1的中心有器械通道1-3，供特定的大型手术器械如切割闭合器、施夹器等器械的导入。切割闭合器可以进行器官的切割、闭合和消化道吻合等外科操作，施夹器可以把夹子带入腹腔，在切断之前夹闭腹腔器官大血管。大型手术器械导入通道的发明使得经自然腔道内镜机器人进行复杂的腹腔手术如胃肠道肿瘤根治术成为可能。
[0016]本实用新型能够提供稳定、牢固而有力的手术操作平台和稳定的三维手术图像。本实用新型的输送管道1、辐条2、机器人手臂3、底座4以及各个关节均为金属构成，输送管道1牢固地安装在底座4上，从而能够为机器人手6的手术牵拉、推拨、切割、分离等操作，以及机器人腔镜手6-4的三维图像监视，提供稳定和牢固的平台。
[0017]本实用新型的左侧上辐条10-1和右侧上辐条的长度长10-2、上方上辐条10-3和下方上辐条10-4的长度短是本实用新型的一个突出的技术效果。由于腹腔横切面的左右径长，上下径短，利用此解剖特点，设计左侧上辐条10-1和右侧上辐条10-2的长度长可以提供足够宽大的手术操作平台和手术操作三角；在保证足够的手术操作三角的条件下，设计上方上辐条10-3和下方上辐条10-4的长度短可以避免手术操作时误伤到操作平台下方的肠管等内脏。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的整体结构示意图。
[0019]图2是本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的机器人手臂的结构示意图。
[0020]图3是本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的输送管的结构示意图。
[0021]图4是本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的下辐条的结构示意图。
[0022]图5是本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的上辐条的结构示意图。
[0023]图6是本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台的收拢状态下的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下通过附图和实例对本实用新型的技术方案作进一步描述。
[0025]对照图1，本实用新型所述经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，包括输送管道1、辐条2、机器人手臂3和底座4。所述输送管道1连接在底座4中。所述输送管道1有弯曲部14，弯曲部14与人体盆腹腔的骨性生理弯曲相适应，避免在输送管道1导入人体盆腹腔和在手术过程中损伤人体器官。
[0026]对照图2，所述的机器人手臂3由机器人臂5、机器人手6、机器人肩关节7、机器人腕关节8和机器人水平关节9组成。所述机器人臂5通过机器人肩关节7与上辐条10连接，机器人臂5通过机器人腕关节8与机器人手6连接，机器人臂5的中部设有机器人水平关节9。所述机器人手6包括钳子手6-1、镊子手6-2、剪刀手6-3、腔镜手6_4和冲吸手6-5。所述辐条2包括多根上辐条10和多根下辐条11。
[0027]对照图3，所述的输送管1道前部四周有多条下辐条滑道1-1。所述输送管道1的前端有多个上辐条一输送管道关节1-2。所述输送管道1的内部有一个器械通道1-3、一个冲吸通道1-4、一个二氧化碳通道1-5和多个上辐条数据线通道1-6和多个下辐条数据通道
1-7。所述器械通道1-3位于输送管道1的中心，冲吸通道1-4、二氧化碳通道1-5、上辐条数据线通道1-6位于器械通道1-3的周围。所述冲吸通道1-4与冲吸手6-5相对应。所述冲吸手6-5、冲吸手6-5所连接的机器人冲吸腕关节15和机器人冲吸臂12均为管状结构，其中机器人冲吸臂12有侧孔13。
[0028]所述器械通道1-3供特定的手术器械如切割闭合器、施夹器等大型手术器械的导入。冲吸通道1-4供冲吸导管的导入，从输送管道1的头端出来后，经机器人冲吸臂12的侧孔13先后进入机器人冲吸臂12和机器人冲吸手6-5的管状结构中间。二氧化碳通道1-5供二氧化碳的注入，维持稳定的气腹压力。上辐条数据线通道1-6提供控制机器人臂5、机器人手6运动的数据线的进出。
[0029]对照图4，所述的下辐条11包括左侧下辐条11-1、右侧下辐条11-2、上方下辐条
I1-3和下方下辐条11-4四种类型。每种类型的下辐条11由下辐条杆11-5、下辐条一输送管道关节11-6和下辐条一上辐条关节11-7组成。下辐条11通过下辐条一输送管道关节11-6与输送管道1的下辐条滑道1-1相连接。下辐条11通过下辐条一上辐条关节11-7与上辐条10连接。所述下辐条数据线通道1-7开口于下辐条滑道1-1的后端。所述下辐条数据线通道1-7、下辐条滑道1-1和上辐条一输送管道关节1-2位于输送管道1的最外围。所述下辐条数据线通道1-7提供控制下辐条11在输送管道1的下辐条滑道1-1中做前后滑动动作的数据线的进出。
[0030]对照图5，所述的上辐条10包括左侧上辐条10-1、右侧上辐条10-2、上方上辐条10-3和下方上辐条10-4四种类型。所述上辐条10通过上辐条一输送管道关节1-2与输送管道1连接。所述上辐条10通过机器人肩关节7与机器人臂5连接。下辐条11在输送管道1的下辐条滑道1-1中做前后滑动动作，带动相对应的上辐条10做前收一外展一后收运动，进而带动上辐条10外端连接的机器人手臂3做前后运动。
[0031]对照图2、6，所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，当下辐条11在输送管道1的下辐条滑道1-1中向后滑动，可带动上辐条10向后回收，进而带动机器人手臂3向后运动，再通过操控机器人肩关节7、机器人腕关节8和机器人水平关节9，实现下辐条11、上辐条10和机器人手臂3处于全收拢状态。
[0032]对照图1，所述的输送管道1、辐条2、机器人手臂3和底座4均为金属构成，从而能够为手术牵拉、推拨、切割、分离等操作提供稳定和牢固的平台。
[0033]工作原理及过程:
[0034]病人截石体位，应用肛门窥器显露直肠中下段，在内镜超声的引导下，把气腹针经直肠插入到直肠膀胱陷窝，建立气腹。在直肠前壁做一小切口，插入套管针(Trocar)，拔出针心，置入收拢状态的经自然腔道内镜机器人手术平台。在机器人内镜手的引导下，适应人体盆腹腔生理弯曲度，把有一定弯曲度的经自然腔道内镜机器人手术平台导入到腹部合适的位置，然后把经自然腔道内镜机器人手术平台固定于底座4。连接二氧化碳气腹装置到经自然腔道内镜机器人手术平台尾端的二氧化碳通道1-5，以维持稳定的气腹压力，建立充分的腹部手术空间。连接冲洗、吸引装置到经自然腔道内镜机器人手术平台尾端的冲吸通道1-4。
[0035]在手术过程中，通过操控下辐条11在输送管道1的下辐条滑道1-1中做前后滑动动作，带动相对应的上辐条10做前收一外展一后收运动，进而带动上辐条10外端连接的机器人手臂3做前后运动，实现机器人手6的前后方向的动作。通过操控机器人肩关节7、机器人腕关节8和机器人水平关节9，实现机器人手6做上、下、左、右方向的动作。机器人腔镜手6-4负责手术照明和监视作用，钳子6-1手负责切割、止血、分离、牵拉等手术操作，镊子手6-2负责胃肠等内脏的牵拉、固定等手术操作，剪刀手6-3负责器官组织的剪切、缝线的切断等手术操作，冲吸手6-5负责手术创面的冲洗、水和液体的吸引。切割闭合器、施夹器等大型手术器械通过输送管道1的器械通道1-3导入到腹腔，切割闭合器进行器官的切害J、闭合和消化道吻合等外科操作，施夹器可以把夹子带入腹腔，在切断之前夹闭腹腔器官大血管。
[0036]外科手术结束后，操控下辐条11在输送管道1的下辐条滑道1-1中向后滑动，带动上辐条10向后回收，进而带动机器人手臂3向后运动，再通过操控机器人肩关节7、机器人腕关节8和机器人水平关节9，实现下辐条11、上辐条10和机器人手臂3处于全收拢状态。最后在机器人腔镜手6-4的监视下退出经自然腔道内镜机器人手术平台。
【权利要求】
1.一种经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，包括输送管道、辐条、机器人手臂和底座，其特征在于，所述输送管道连接在底座中，所述辐条包括上辐条和下辐条，所述上辐条通过上辐条一输送管道关节与输送管道连接，通过机器人肩关节与机器人臂连接，下辐条通过输送管道关节与下辐条滑道连接，所述机器人手臂由机器人臂、机器人手、机器人肩关节、机器人腕关节和机器人水平关节组成，机器人臂通过机器人肩关节与上辐条连接，机器人臂通过腕关节与机器人手连接，机器人臂的中部设有机器人水平关节。
2.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述机器人手分为钳子手、镊子手、剪刀手、腔镜手和冲吸手五种类型，机器人手通过腕关节与机器人臂连接。
3.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述输送管道前部四周有多条下辐条滑道，前端有多个上辐条一输送管道关节，内部有器械通道、冲吸通道、二氧化碳通道和上辐条数据线通道和下辐条数据通道，所述器械通道位于输送管道的中心，冲吸通道、二氧化碳通道、上辐条数据线通道位于器械通道的周围，所述冲吸通道与冲吸手相对应。
4.根据权利要求3所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述冲吸手所连接的机器人冲吸腕关节和机器人冲吸臂均为管状结构，其中机器人冲吸臂有侧孔。
5.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述输送管道有弯曲部，弯曲部与人体盆腹腔的骨性生理弯曲相适应。
6.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述下辐条分为左侧下辐条、右侧下辐条、上方下辐条、下方下辐条四种类型，每种类型的下辐条由下辐条杆、下辐条一输送管道关节和下辐条一上辐条关节组成，下辐条通过下辐条一输送管道关节与输送管道的下辐条滑道相连接，下辐条通过下辐条一上辐条关节与上福条连接。
7.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述下辐条数据线通道开口于下辐条滑道的后端，下辐条数据线通道、下辐条滑道和上辐条一输送管道关节位于输送管道的最外围。
8.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述上辐条分为左侧上辐条、右侧上辐条、上方上辐条和下方上辐条四种类型。
9.根据权利要求1所述的经自然腔道内镜手术用的机器人手术平台，其特征在于，所述输送管道、辐条、机器人手臂和底座均为金属构成。
【文档编号】A61B19/00GK204133608SQ201420564372
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】吴东波, 林慧玲, 徐巍 申请人:吴东波, 林慧玲, 徐巍