一种操作医疗设备的装置的制作方法

专利名称：一种操作医疗设备的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于医疗设备的操作装置。特别是，本发明的实施 方案涉及一种用于在外科手术中操作内窥镜或腹腔镜的设备和方法。
背景技术：
有许多场合需要对远程或不能达到的部位进行观察和处理。例如， 在外科手术中，有时需要对人体内的器官进行手术。
在外科手术的实例中，外科医生希望通过尽可能小的切口进行外科 手术以降低对病人形成的症痕和损伤(另外，小切口可降低感染的风险 并减少病人术后恢复时间)。
因此，需要有成像设备或相机，其具有较小的外部尺寸，其可以通 过小孔操作以便能够到达远程或不能达到的部位。为此目的，已经研制 了内窥镜(包括内窥镜相机)。内窥镜通常包括一定长度的刚性或弹性 管，其含有光学纤维系统和光发送系统，其中光发送系统具有连接于管 末端的光源。透镜系统与光学纤维系统在管远端相连，同时内窥镜相机 与光学纤维系统在管的最近端相连。因此，使用者可以通过连接于内窥 镜相机的显示装置观察位于管远端的目标(或远程部位)。可以操作管 远端以改变在显示装置上所显示的目标(或远程部位)的视图。
特别设计了多种内窥镜用于该类型的外科手术，例如，可以在腹腔 镜外科手术(在病人的腹部上进行)中使用内窥镜，在这种情形下通常 称为腹腔镜。当然，本发明并不限于用于腹部手术的设备，但是下文的 实施例将参照腹腔镜进行描述。
腹腔镜可以包括刚性的腹腔镜，其近端与相机相连，其远端插入病 人腹部(通常通过他们的脐部)。
通常，助手已经将腹腔镜放于适当位置，该助手根据外科医生的指
示移动该设备。最近，已经研制了大量的机械和机器人装置以支持和操 作腹腔镜以使外科医生例如直接使用声音命令或头部移动来控制相机。
必然地，腹腔镜的受控移动通常很慢。这使得外科医生可以精确地
控制腹腔镜的位置，并使相机精确地瞄准(train)病人体内细微特征。
然而，外科医生经常希望观察病人的一部分，其需要腹腔镜从其现 有的位置进行大的移动。在这种情况下，使用所提供的控制装置需要非 常长的时间将腹腔镜移动到希望的位置。

发明内容
本发明的 一个目的是寻求提供一种改进的用于操作医疗设备的装置。
因此，本发明的一个方面提供了 一种用于操作插入病人体内的医疗 设备的装置，所述装置包括由马达驱动的驱动构件；用于控制医疗设 备的至少一种运动的控制构件；用于从驱动构件传递移动至控制构件的 传递装置，所述传递装置包括彼此摩擦配合的第一构件和第二构件，以 使移动可以从一个构件传递到另一个构件；以及手动才喿作控制器，当第 一构件和第二构件彼此保持摩擦配合且控制构件由手动驱动时，所述控 制器可以由使用者掌握以手动移动医疗设备，所述移动基本上不被传递 至驱动构件。
有利地，可以调整第一构件和第二构件之间的摩擦配合的强度。 优选地，设置调整构件以调整第一构件和第二构件之间的摩擦配合 的强度。
方便地，第一构件包括一可旋转轴，第二构件安装在所述轴上。 有利地，第二构件位于一对组件之间，每一组件可以对第二构件施 加摩擦力。
优选地，至少一个组件为弹簧，所述弹簧支承第二构件的一部分。 方便地，可以调整所述弹簧支承第二构件的力。 有利地，设有一调整构件，所述调整构件与第二构件的距离是可变 的，所述弹簧以压缩方式设置在调整构件和第二构件之间。
优选地，第一构件和第二构件包括彼此摩擦配合的相对的板。 方便地，第二构件包括环绕第一构件至少一部分的带。 有利地，第一构件和第二构件形成翁滞流体传动的一部分。 本发明的另 一方面提供了结合了上述装置的手术机器人。 优选地，手术机器人结合多种上述装置。
本发明的另 一 方面提供了 一种操作插入病人体内的医疗设备的方
法，所述方法包括下述步骤提供由马达驱动的驱动构件；4是供用于控 制医疗设备的至少一种移动的控制构件；提供用于从驱动构件传递移动 至控制构件的传递装置，所述传递装置包括彼此摩擦配合的第一构件和 第二构件，以使移动可以从一个构件传递到另一个构件；以及提供手动 操作控制器，当第一构件和第二构件彼此保持摩擦配合且控制构件由手 动驱动时，所述控制器可以由使用者掌握以手动移动医疗设备，所述移 动基本上不纟皮传递至驱动构件。


为了使本发明更容易得到理解，将通过实施例描述本发明的实施方 案，其中
图l示出了一种体现本发明的装置；以及 图2为图1装置的局部剖面图。
具体实施例方式
首先观察图1,示出了在外科手术过程中躺在手术台2上的病人1。 提供了手术机器人3。手术机器人3立在靠近手术台2的手术间的地板上， 本领域技术人员能够理解，根据手术台2或根据另一参照物的固定参考 系记录手术机器人3的位置。
手术机器人3具有臂4，其伸向病人l,并且所述手术机器人3具有 一用于支持多种外科器械的支持座(未示出)，包括腹腔镜。尽管可以理 解，本发明并不限于使用腹腔镜，但是附着在支持座上的是腹腔镜(未 示出)，其插入到病人1的腹部的切口 5中。
通过界面6控制手术机器人3,所述界面6可以包括具有按纽或操作 杆的控制面板，外科医生可以操作所述按纽或操作杆以控制腹腔镜在病 人l体内的移动。可以使用任何适当的控制方法，例如，监测外科医生 的头部运动，或者通过声音控制。通过在手术机器人3内或者其臂4内 放置一个或多个马达使腹腔镜移动。在一个实施例中，外科医生可以控 制腹腔镜的平移、倾斜和变焦(zoom)。如上所述，由这些马达启动的 腹腔镜的移动较慢。
参照图2，示出了手术机器人3的臂4的局部剖面图。臂4包括密封 的外壳7以保护臂4内的部件。
在外壳7的一部分之内，设有一密封的、装有马达的马达外壳8(未 示出)。马达驱动轴从马达外壳突出，并驱动驱动轮9的旋转运动。在 驱动轮9的附近设有驱动轮10，驱动轮9和驱动轮10具有彼此平行但分 隔开的旋转轴。驱动带11环绕驱动轮9和驱动轮10。驱动轮9和驱动轮 10的外表面，和驱动带11的内表面由适当的材料制成以在这些部件之间 产生大量的摩擦。因此，当驱动轮9转动时，旋转运动将经由驱动带11 ^f艮少或没有滑动地传递到驱动4仑10。
驱动轮10与主轴12旋转连接，所述主轴12穿过驱动轮10的旋转 轴，并被限定与旋转轴一起旋转，例如，通过在主轴12的适当部位设置 一销(key)以及在穿过驱动轮10中心的孔内设置一相对应的销座 (keyway)来实现。
与驱动4仑10紧紧毗邻的主轴12的第一部分13具有第一厚度，并且 在距驱动轮IO较短的距离处，在主轴12上设有一更厚的轴环14。轴环 14可以与主轴12—体制成，也可以通过任何方便的方法，例如焊接将其 固定其上。但是，重要的是轴环14不能相对于主轴12轴向或旋转移动。 在距离驱动轮10最远的侧边上，在轴环14附近设有第一圆盘18。第一 圆盘18与主轴12共轴，并宽于轴环14。第一圓盘18可以相对于主轴 12#1固定，也可以相对于主轴12 4t转。
设有一控制驱动轮15,其具有鼓状构造， 一基本上为圆形的孔穿过 控制驱动轮15的中心轴，两外侧表面16都为研磨的或设置成在两表面
靠在一起时具有啮合力(grip)。控制驱动轮15的外圆周表面为齿状。 控制驱动轮15被拧到主轴12上，主轴12比穿过控制驱动轮15中心的 孔略小，从而控制驱动轮15可以相对于主轴12旋转。控制驱动轮15位 于主轴12上以使控制驱动轮15的第一侧表面16紧靠第一圆盘18的侧 面，并且控制驱动轮15的半径略小于第一圆盘18的半径。
在控制驱动轮15的第二侧表面16的附近设有第二圆盘19。第二圓 盘19具有与控制驱动轮15近似的半径，并且可以沿主轴12轴向滑动， 并相对于其转动。在主轴12上设有压缩弹簧17，从而压缩弹簧17的一 个末端按压不与控制驱动轮15毗邻的第二圓盘19的末端。
螺母20被柠在主轴12的螺紋部21上，从而螺母20的一侧边按压 不与第二圆盘接触的压缩弹簧17的末端。螺母20沿主轴12的螺紋部21 前进，从而压缩弹簧17受到压力，对第二圆盘19和螺母20都施加力。 第一圓盘18和第二圓盘19的内表面是研磨的或者由可以啮合其他表面 的材料制成。
主轴12在两末端或靠近两末端的位置与轴承固定，从而其相对于臂 4的外壳7的位置是固定的，但是主轴12仍然可以相对于外壳4旋转。
控制驱动带22环绕控制驱动轮15的外表面，控制驱动带22具有适 于与控制驱动轮15的齿相配合的齿的齿状内表面，并且控制驱动带22 也环绕可旋转部件的一部分(未示出)，控制驱动带22的转动引起腹腔 镜的移动。结果是控制驱动轮15的旋转将驱动控制驱动带22,所述控制 驱动带22可以控制腹腔镜移动的至少一个方面。该移动可以是本领域技 术人员可以容易地理解的诸如平移、倾斜或变焦中的任何一种。在本发 明的一个优选实施方案中，该移动为腹腔镜的变焦移动，因此，通过所 述移动可以控制腹腔镜进入病人1体内的程度。根据本发明可以预期手 术机器人可以具有多种装置，各种装置都用于机器人进行的移动的一些 或全部。
现描述手术机器人3的操作。在腹腔镜通常的精密控制中，装在马 达外壳8内的马达的驱动轴通过外科医生沿某一的方向旋转而控制。这 引起驱动轮9的旋转，由此引起驱动轮10和主轴12的旋转。螺母被紧
固到一定程度使得控制驱动轮15在环状的(collar)第一圆盘18和第二 圓盘19之间足够稳固地啮合以使主轴12的转动可以被传递到控制驱动 轮15。然后，这将驱动控制驱动带22,并产生如外科医生所希望的腹腔 镜的移动。
参照图1,设有一手动控制柄23,其在臂4的支架附近从手术机器 人3的臂4突出。手动控制柄23直接与腹腔镜相连，或者直接与被限制 成与腹腔镜一起移动的另一部件相连，例如支架。
如果外科医生希望使腹腔镜移动一相对较长的距离，则外科医生可 以握持手动控制柄23并手动地使腹腔镜移动到一新位置。
回到图2,可以理解腹腔镜以该方式的手动移动可以驱动控制驱动带 22。然后，这将引起控制驱动轮15的旋转。
然而，可以预期当通过外科医生在手动控制柄23上施力使腹腔镜移 动时，该移动将显著地快于由马达控制的腹腔镜的移动。
可以选才奪压缩弹簧17的石更度，以及螺母20柠到主轴12的螺紋部21 上的程度以便在手动控制腹腔镜时，控制驱动轮15可以相对于主轴12 滑动。控制驱动轮15的转动可以具有足够的扭矩以克服控制驱动轮15 和第一圆盘18以及第二圆盘19之间的摩擦力。因此，控制驱动轮15的 移动将不^皮传递到主轴12。
可以理解，由于其可阻止马达的"反驱动，，而具有优势。这样的反驱 动不但使得腹腔镜的手动运动更困难，而且由于在高转速时的强力驱动 马达也具有纟皮损害的可能性。
优选地，在手动移动时，通过一个或多个连接编码器或其他传感器 跟踪腹腔镜相对于手术机器人3的臂4的位置和方向，这对于本领域技 术人员而言是熟悉的。因此，当外科医生释放手动控制柄23时，手术机 器人3将仍然具有病人1体内的腹腔镜位置的精确记录。然后可以继续 通过手术机器人3精准控制腹腔镜。
本发明不限于上述装置。然而， 一般而言，至少设有两个彼此摩擦 配合的构件，并且当通过马达发生驱动时，移动通过该摩擦配合传递。 然而，在手动操作由手术机器人3支持的腹腔镜或其他装置的过程中，
当两个构件保持彼此配合时，它们之间的摩擦力被克服，并且在手动操 作过程中这两个构件之间很少或没有移动传递。优选的是，在手动操作
过程中不设置离合器(clutch)以使构件彼此之间可以解耦或分开。
可以使用任何方便的材料作为所述构件的表面，例如，可以使用金 属、塑料或有机材料，对于这些用途而言尼龙是优选的。也可以使用诸 如Velcro⑧的钩形和环形材料。也应该理解的是这些构件彼此之间不需要 直接的物理接触，可以使用非接触装置，例如黏滞流体传动。结合了具 有高分子量的蜡质材料的流体传动在构件的转速相对较低时传递扭矩是 可操作的，但是在较高的速度时，材料将剪切，从而将不传递扭矩。
可以理解，本发明提供了一种有利的装置，其特别适用于支持插入 病人体内的医疗设备，但是也适用于多种应用。
当在说明书和权利要求书使用术语"包括(comprises)"和"包含 (comprising)"及其变体时，其是指包括特定的特征、步骤或整体。所述 术语不应被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。
在之前的描述中或下述权利要求中或附图中所公开的特征，其以特 定的形式被表述，或者被表述成一种实现所公开功能的装置，或者被表 述成用于获得所公开的结果的方法或工艺，这些特征可以酌情被单独地 或任意地组合以多种形式用于实现本发明。
权利要求
1. 一种用于操作插入病人体内的医疗设备的装置，所述装置包括:驱动构件，所述驱动构件由马达驱动；控制构件，所述控制构件用于控制医疗设备的至少一种运动；传递装置，所述传递装置用于从驱动构件传递移动至控制构件，所述传递装置包括彼此摩擦配合的第一构件和第二构件，以使移动可以从一个构件传递到另一个构件；以及手动操作控制器，当第一构件和第二构件彼此保持摩擦配合且控制构件由手动驱动时，所述控制器可以由使用者掌握以手动移动医疗设备，所述移动基本上不被传递至驱动构件。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，可以调整第一构件和 第二构件之间的摩擦配合的强度。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，设有一调整元件以调 整所述第一构件和第二构件之间的摩擦配合的强度。
4. 根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一构件 包括一可旋转轴，且第二构件安装在所述轴上。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二构件被设置 在一对组件之间，每一组件可以对第二构件施加摩4寮力。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，至少一个所述组件为 支^^第二部件的 一部分的弹簧。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，可以调整所述弹簧支 承第二构件的力。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，设有一调整构件，所 述调整构件与第二构件的距离是可变的，所述弹簧以压缩方式设置在调 整构件和第二构件之间。
9. 根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一构件 和第二构件包括彼此摩擦配合的相对的板。
10. 根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述第二构 件包括环绕第 一构件的至少 一部分的带。
11. 根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一构 件和第二构件形成黏滞流体传动的 一部分。
12. —种结合了任一前述权利要求所述装置的手术机器人。
13. 根据权利要求12所述的手术机器人，其特征在于，所述机器人 结合了多种根据任一权利要求1-11所述的装置。
14. 一种操作插入病人体内的医疗设备的方法，所述方法包括下述 步骤提供由马达驱动的驱动构件；提供用于控制医疗设备的至少一种移动的控制构件；提供用于从驱动构件传递移动至控制构件的传递装置，所述传递装置包括彼此摩擦配合的第一构件和第二构件，以使移动可以从一个构件传递到另一个构件；以及提供手动操作控制器，当第 一构件和第二构件彼此保持摩擦配合且控制构件由手动驱动时，所述控制器可以由使用者掌握以手动移动医疗设备，所述移动基本上不被传递至驱动构件。
15. —种参照附图基本上如前所述的装置。
16. —种参照附图基本上如前所述的方法。
17. 本申请/>开的任何新的特征或特征的组合。
全文摘要
一种用于操作插入病人体内的医疗设备的装置，所述装置包括由马达驱动的驱动元件；用于控制医疗设备的至少一种移动的控制构件；将移动从驱动构件传递至控制构件的传递装置，所述传递装置包括彼此摩擦配合的第一构件和第二构件，以使移动可以从一个构件传递到另一个构件；以及手动操作控制器，当第一构件和第二构件保持彼此摩擦配合时，其可以由使用者掌握以手动移动医疗设备。
文档编号A61B1/313GK101380249SQ20081012997
公开日2009年3月11日 申请日期2008年7月30日 优先权日2007年7月31日
发明者帕特里克·芬利 申请人:普罗苏吉科斯有限公司