外科装置制造方法

外科装置制造方法
【专利摘要】一种外科装置（2），具有远端和近端，并且包括：输送部（12），从所述近端伸出，且包括第一器械输送通道和第二器械输送通道；主动部（4、8），位于所述装置的远端部；以及插塞（10），具有近端和远端，并在其近端可与所述输送部接合，而在其远端可与所述主动部接合，所述插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道（82），每个插塞通道限定弯曲路径，使得所述插塞通道朝向所述插塞的远端彼此岔开，其中，当所述插塞与所述输送部接合时，所述第一插塞通道和所述第一器械输送通道形成第一器械通道，所述第二插塞通道和所述第二器械输送通道形成第二器械通道。
【专利说明】外科装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及外科装置，并具体涉及适合用于微创手术(MIS)的机械手式外科装置。【背景技术】
[0002]由于腹腔镜检查的出现，在拓宽外科医生用最小的切口进入手术区域的方面，外科技术取得了呈指数级的进步。MIS通常通过自然人体上的开口或小的人造切口来实施，使得病人的外伤减轻、住院治疗缩短、诊断准确度以及治疗结果提高。然而，由于没有深部感知(因为图像通常被捕获并显示在2D监视器上)、触觉反馈减少并且器械控制的复杂性增加，该技术实质上要求外科医生具有较高的技巧。当前的器械难以操作，由于长的、刚性的、符合人体工学的非自然器械的使用伴有“支点效应”，所以外科医生的手需要以反直觉的方式运动。
[0003]机械手辅助的MIS的引入特别地利用3D视觉的引入、一体器械控制、动作缩放以及可视化动作轴线的对齐已经解决了许多上述问题。
[0004]已知的系统整合了主单元，其中，外科医生通过放大的3D显示器来观察手术区域，外科医生的手部动作被数字式地复制到在病人体内操作的小型的机械人控制的内腕，使器械尖端的关节运动能够`类似于人的关节运动。数字界面还滤除外科医生的颤动，并按比例减小进入在手术区域上执行的从属系统。
[0005]在MIS中，大部分外科工具使用刚性轴，该刚性轴具有为端部执行器提供三个旋转运动度的横滚-俯仰-偏转机构。尽管众所周知，MIS机械手的精细操纵能力在执行精密稳定而无颤动的动作时提高了机器精度，但在涉及弯曲的解剖轨迹的复杂手术中对MIS机械手的应用仍然有限。在手术中，通过使用自然孔口(例如NOTES -经自然腔道内窥镜手术)或单端口(例如SILS -单切口腹腔镜手术)，在柔性器械的发展中甚至已要求能够符合弯曲的解剖轨迹的更少侵入性的操作，同时提供具有可互换器械通道和集成的视觉/成像的稳定操作环境。
[0006]无论是NOTES或SILS，朝向使用集成有外科器械的柔性器械的运动代表当前柔性进入微创手术的思考模式的转移，切口点的选择不再由解剖方式来决定，而是由安全性、美观性以及病人自己的选择来决定。
[0007]迄今，大部分的NOTES或SILS手术是通过适应现有的柔性内窥镜来执行的。现有的内窥镜被设计有用于探索胃肠道的最大灵活性，而没有用于主动控制内窥镜的尖端介入操作的稳定性，这是因为窄的胃肠轨迹起到外部约束的作用，以在内窥镜操作期间强加稳定性和固定。因此柔性的内窥镜是更难以在腹腔内导航的器械。自然腔道手术评估与研究协会(N0SCAR)，一个由美国胃肠内镜医师学会(ASGE)和美国胃肠内镜外科医师学会支持的联合倡议机构，已经认明安全引入NOTES的12个原理挑战。这些挑战包括进入、封闭、感染控制、缝合、空间导向和医原性的腹腔内并发症的控制，以及训练和新装置的开发。关于提供进入和可靠操作环境方面，提供机动性、稳定性和三角测量(triangulation)是重要的考虑因素，当前的内窥镜不能满足大多数这类要求。[0008]迄今，已经开发了许多专用的NOTES导航平台，其中的大多数是基于现有的具有受控的灵活性和多种器械通路的内窥镜的改造。

【发明内容】

[0009]根据本发明的第一方案，提供一种外科装置，其具有远端和近端，并且包括:输送部，从近端伸出，且包括第一器械输送通道和第二器械输送通道；主动部，位于装置的远端部；以及插塞，具有近端和远端，并在其近端可与输送部接合，而在其远端可与主动部接合，插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每个插塞通道限定弯曲路径，使得插塞通道朝向插塞的远端彼此盆开，其中，当插塞与输送部接合时，第一插塞通道与第一器械输送通道形成第一器械通道，第二插塞通道与第二器械输送通道形成第二器械通道。
[0010]根据本发明的第二方案，提供一种用于外科装置的部件，该部件包括:输送部，包括通过输送部延伸的第一器械输送通道和第二器械输送通道；以及插塞，在插塞的近端可与输送部接合，插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每个插塞通道限定弯曲路径，使得当插塞与输送部接合时，插塞通道朝向插塞的远端彼此岔开，而且其中，第一插塞通道和第一器械输送通道形成第一器械通道，第二插塞通道和第二器械输送通道形成第二器械通道。
[0011]在本发明的实施例中，所述部件可还包括主动部，主动部可与插塞的远端接合以形成一装置，输送部从所述装置的近端伸出，而且主动部形成装置的远端部。
[0012]第一器械输送通道和第二器械输送通道适于分别承载第一器械和第二器械，并当插塞与输送部接合时，第一插塞通道和第二插塞通道也分别适于承载第一器械和第二器械。
[0013]当插塞与输送部接合以形成第一器械通道和第二器械通道时，第一器械通道和第二器械通道中的每个分别适于承载第一器械和第二器械。
[0014]借助本发明，输送部可以借助插塞容易地与主动部连接。
[0015]由于第一插塞通道和第二插塞通道通过插塞朝向插塞的远端延伸,所以第一插塞通道和第二插塞通道采用弯曲构造，并且每个通道远离插塞的轴线弯曲，因此远离另一通道。通道因此彼此岔开，造成器械经过相应的也采用弯曲路径的插塞通道。
[0016]这是本发明的一个重要特征，因为其意味着第一器械通道和第二器械通道相对于彼此以及相对于该装置整体的取向由第一插塞通道和第二插塞通道的曲线来确定。这样反过来分别确定了第一器械通道和第二器械通道承载的第一器械和第二器械的取向。
[0017]在本发明的一些实施例中，每个通道的出口的切线被设计为相对于输送部的轴线成20°。这个角度在该装置使用期间为第一器械和第二器械提供了必要的三角测量。
[0018]在一些实施例中，输送部可包括第一插塞部和第二插塞部，第一插塞部包括第一插塞通道，而第二插塞部包括第二插塞通道。
[0019]在这样的实施例中，插塞被纵向地分成第一插塞部和第二插塞部。
[0020]第一插塞部和第二插塞部适于适配在一起以形成插塞。
[0021]在一些实施例中，每个插塞部可具有一大体平面，该平面可造成邻接另一插塞部的平面以形成插塞。
[0022]插塞部可例如使用紧固件、夹子这样的便利方式被保持在一起。[0023]在使用中，插塞部可相对于彼此移动，或可平移，因此允许分别由第一插塞通道和第二插塞通道承载的第一器械和第二器械的独立的运动和/或定位。
[0024]运动可以是轴向运动。
[0025]第一器械通道和第二器械通道可分别容置第一器械臂和第二器械臂。每个器械臂可采取任何便利形式，但是在一些实施例中，每个器械臂包括三段；具有两个方向灵活性并在两个平面致动的远端段；具有一个方向灵活性的中间段；以及近端段。
[0026]每个器械臂的中间段适于符合插塞通道的弯曲路径，每个器械臂的近端段将在装置的近端沿器械输送通道延伸。
[0027]每个器械臂可采取任何便利形式，但是在一些实施例中可由超弹镍钛诺管制成，且可由至少一个肌腱部驱动，至少一个肌腱部可被附接到相应的器械臂的远端并沿该臂延伸到其近端。
[0028]每个器械臂可由双向致动的多个肌腱部来致动。
[0029]肌腱部可由一个或多个电机例如DC电机来驱动。
[0030]借助本发明的实施例，可以将第一器械臂和第二器械臂从装置的近端，分别通过第一器械通道和第二器械通道输送到远端。为了适当地定位每个第一器械臂和第二器械臂，每个器械臂在近端被插入装置，使得器械臂通过相应的器械通道前进，首先通过输送部，随后通过插塞，然后从插塞的远端伸出。[0031]一旦中间柔性段位于相应的插塞通道内，并且其远端从插塞突出，器械臂就被适当地定位。此时，相应的器械臂的远端准备好被致动。
[0032]然后第一器械和第二器械可被分别插入第一器械臂和第二器械臂，并可通过在相应的器械臂内通过装置前进，直到每个器械的一部分从相应的器械臂的远端突出为止。
[0033]因此通过插塞，能够确保第一器械和第二器械在展开时被适当地定位，由此在微创手术期间获得所需的三角测量。
[0034]本发明的进一步优点是能够为了清洁目的而容易地移除器械，和/或为了实施的手术展开不同的适当器械。
[0035]具体地，在本发明的某些实施例中，每个器械臂可容置有可互换器械。
[0036]本文术语“可互换器械”被用来限定一种器械，该器械可被容易地插入根据本发明的实施例的外科装置的器械臂内并从器械臂上移除，以便适当的器械能够在外科手术期间被设置在所使用的器械臂中。
[0037]在本发明的实施例中，每个可互换器械可以是柔性的，但同时可具备输送转矩的能力。
[0038]转矩可按照任何期望的方式来输送，并可例如使用构成可互换器械的部分的空心柔性多头轴来输送。
[0039]在本发明的一些实施例中，输送部可还包括第三器械输送通道，而且插塞可还包括第三插塞通道，并且当插塞与输送部接合时，第三器械输送通道和第三插塞通道构成第三器械通道。
[0040]第三输送通道进一步使例如小型器械这样的装置能够被输送到所述装置的主动部。
[0041]在本发明的一些实施例中，设备可作为第三器械通道的替代、或除第三器械通道之外额外地包括在输送部中形成的另一输送通道。在这样的实施例中，插塞可包括另一插塞通道，另一输送通道和另一插塞输送通道构成装置通道。
[0042]装置通道可用来通过装置输送例如信号线/电源线。
[0043]主动部可包括展开段和关节段。
[0044]关节段可采取任何便利形式，但是在一些实施例中包括多个关节万向接头或/与单自由度接头。关节段可具有一个或多个被嵌入一个或多个接头或被嵌入所有接头的微型电机。[0045]上文所述类型的主动部在我们共同待决的相同日期提交的国际专利申请中进行了更详细描述，其内容通过援引并入本文。
[0046]展开段可采取任何便利形式，例如平行机构，但是在一些实施例中，展开段包括多个接头，这些接头被彼此可枢转地链接，以形成连续的柔性段。
[0047]柔性段可包括一个或多个肌腱部，用以在非展开位置与转移展开位置之间驱动柔性段，在非展开位置柔性段基本上在与输送部相同的平面中延伸，在转移展开位置柔性段远离输送部和可移动的器械的平面延伸。
[0048]柔性段可适于在其近端承载相机。这样为手术部位提供宽阔的视野。
[0049]柔性段也可沿其长度承载一个或多个光源，以提供附加的照明。
[0050]在展开位置，肌腱部可用来移动柔性段，以形成被称为鹅颈的S弯构造。这样的S弯构造导致柔性段承载的任何相机和光源暴露于将操作可移动的器械的部位，因此进一步帮助照明该部位。
[0051]在本发明的一些实施例中，对应于非展开位置和展开位置，可存在两个结构上的硬限制。这些硬限制有利于精确控制柔性段，并特别有利于控制柔性段在直的非展开位置与最大弯曲或展开位置之间的运动，这在许多情况下是柔性段的两个最期望的位置。然而，柔性段可被锁定在这两个限制之间的任一期望位置。
[0052]锁定机构可采取任一具体形式并且可例如包括齿轮系统，其中的齿轮可当柔性段在展开位置或任一其它期望位置时锁定。
[0053]输送部可采取任何便利形式，并且可例如包括中空轴。
[0054]在本发明的一些实施例中，输送部可以是柔性的。
[0055]输送部的灵活性可通过任何便利手段获得。在本发明的一些实施例中，输送部包括多个被设置成允许输送部的柔性运动的连杆。
[0056]这些连杆可彼此分隔开，或可彼此连接。这些连杆可被可枢转地相互连接。
[0057]输送部可还包括适于在连杆之间延伸的柔性材料。
[0058]输送部可仅在单个平面中是柔性的。在其它实施例中，输送部可在多于一个平面中是柔性的，和/或输送部的多段可具有与输送部的其它部分不同的灵活性。
[0059]在本发明的一些实施例中，任何两个相邻的连杆之间的旋转轴可按照交替的方式来设置，使得直角或其它灵活性角度被周期性地重复。在这样的实施例中，输送部的柔性部分可按照任何期望的方向弯曲。
[0060]由于输送部由散布在连杆之间的柔性材料形成，所以当输送部被致动时，部分的柔性材料将被压缩，同时其他部分将根据输送部的运动而膨胀。
[0061]在本发明的实施例中，输送部包括具有大体上圆柱形的形状的中空轴，任何两个相邻的连杆之间的旋转轴由组件中匹配的输送轴的圆柱表面限定。
[0062] 这样的设置消除了对轴的需求，这种轴占据空间而且增大输送部的壁厚。进一步，这样的设置使器械能够在输送部承载以符合可能不直的切口路径。
【专利附图】

【附图说明】
[0063]现在将仅参照附图，经由示例来进一步描述本发明，附图中:
[0064]图1是根据本发明的手术工具的示意图；
[0065]图2a和图2b是示出构成图1的装置的部分的关节式机械手(区)段的细节的示意图；
[0066]图3是更详细示出构成图1的装置的部分的驱动单元的示意图；
[0067]图4a是构成图1的装置的插塞的示意图，示出电机和单线延伸所遵循的路径的细节;
[0068]图4b是示出沿插塞延伸的两个器械通道的细节的图4a所示的插塞的示意图；
[0069]图4c是示出附加通道的图4a的插塞的剖视图；
[0070]图5是根据本发明的另一实施例的并由两个插塞部形成的插塞的示意图；
[0071]图6是示出一个插塞部相对于图5所示的另一个插塞的轴向平移如何能导致插塞承载的器械独立运动的示意图；
[0072]图7是构成图1的装置的部分的输送部的剖视图；
[0073]图8至图10是根据本发明的实施例的输送部的一部分导致输送部不同程度的灵活性的局部示意图；
[0074]图11和图12是更详细地示出输送部的横截面并示出可能的链接设计的示意图；
[0075]图13是呈构成图1的装置的外管(overtube)形式的器械的示意图；
[0076]图14是示出可与图1的装置一起使用的构成操纵器的部分的图6的外管的一部分的示意图；
[0077]图15是包括可构成图1的装置的部分的夹具的器械的示意图；
[0078]图16是可用于图15的器械的空心柔性轴的示意图；以及
[0079]图17是更详细地示出构成图1的装置的部分的灯和相机的示意图。
【具体实施方式】
[0080]根据本发明的实施例的装置在图1中被示意性示出，并由附图标记“2”来大体表示。装置2包括适合外科医生或其他专业技术人员在微创手术中使用的外科装置。
[0081]装置2包括近端3和远端5。装置2的远端5形成有装置的主动部，装置的主动部包括关节式机械手段4而且包括肌腱从动式柔性段8。在该装置的使用期间，外科医生远程操纵主动部，以便执行MIS。装置2还包括输送部，输送部包括中空轴12、后接口单元14和插塞10,插塞10构成主动部与输送部之间的接口。如以下将更详细描述的,输送部输送信号、线以及器械，例如输送到装置2的主动部以便主动部能够被远程地操作。插塞10用来使输送部连接到主动部。
[0082]具有多个自由度的万向接头7被设置在机械手段的远端，并允许输送部与主动部之间的相对运动。[0083]偏转接头9被设置在机械手段4的近端，并允许一个运动自由度。
[0084]机械手段也可由两个或更多个万向接头，或任一万向接头与单自由度接头的组合来形成。
[0085]在一个实施例中，主动段可包括双自由度万向接头和单自由度偏转接头。在这样的实施例中，每个自由度能够被致动±45°。
[0086]主动段的目的是使手术部位可视化或将附加的器械输送到该部位。
[0087]这意味着万向接头的中立位置被设置成角度向下30°。因此，万向接头的行进范围在垂直面中为+15°到-75°，在水平面中为±45°。偏转接头也可行进±45°，因此关节机械手段4的行进范围在这样的实施例中为水平±90°、竖直+15°到-75°。
[0088]在其它实施例中，不同的设置方式也可以是适当的。
[0089]该装置还包括可互换器械20，可互换器械20在装置展开期间构成部分的主动装置。
[0090]装置的主动部还包括相机22、24，相机22、24用于使病人身体内执行手术的区域能够可视化。一个相机或一组相机22被设置在关节机械手段4的远端，而另一相机或另一组相机24被设置在柔性段8的相对端以提供手术部位更宽的视野。
[0091]照明 由LED26、28来提供，不过当然，如果适当的话可使用其它光源。
[0092]LED26、28可被设置在任何便利位置，在本实施例中分别被设置在柔性段8的近端和关节段的远端。
[0093]如图1所示，装置2示出在展开位置中机械手段4的柔性段8大体位于装置2的本体之上并呈“鹅颈”状。而且，可互换器械20准备好使用。
[0094]在装置2被放置在展开位置之前，机械手段4可基本上位于中空轴12的相同平面中，而且可互换器械20可以尚未被插入，或如果插入则被保持在中空轴12内。
[0095]一旦装置插入病人的身体，而且产生充足的工作空间，就可通过提升柔性段8并定位器械20，使得柔性段8和器械20露出并准备好使用，而将该装置放置在展开位置。
[0096]现在将参照适当的附图更详细地描述装置2的每个部件。
[0097]现在参照图2a和图2b，其更详细地示出也被称为“鹅颈”的柔性段8。在图2a中柔性段8处于未展开位置，在图2b中则处于展开位置。柔性段8包括多个模块40，这些模块40由连接两个相邻的模块40的枢轴销42链接在一起。
[0098]装置2还包括肌腱部44 ;这些肌腱部44从肌腱驱动单元16延伸到柔性段8，用于驱动柔性段8。第一对肌腱部44延伸到柔性段8上的固定点46、48 ;而第二对肌腱部44又延伸到柔性段上的固定点50、52。如能够从图2a具体观察的，固定点46、48位于柔性段8的中间部，固定点50、52位于柔性段8的远端。
[0099]通过单独致动两对肌腱部，可形成“S”形。这样提升装置2的远端段54从而生成所谓的“鹅颈”，并将装置放置在展开位置。
[0100]现在参照图3，其更详细地示出肌腱驱动单元16。该驱动单元包括多个子单元，每个子单元驱动一对肌腱部。参照图3更详细地描述一个子单元。子单元包括驱动把手60、被附接到驱动杆66的第一齿轮64和被附接到单元16的本体72的第二齿轮70。如能够从图中看到的，沿把手60的多个齿具有间隙62。这意味着位于把手中并处于该间隙内的任一齿轮将是分离的。把手的尺寸以及齿轮64、70的尺寸和位置使得，当驱动把手与齿轮64接合时，齿轮70将位于间隙中并将因此分离。这意味着，杆66将与驱动把手旋转。因此，杆66驱动绕杆66缠绕的肌腱部44，以致动柔性段8并使柔性段8放置在图2b中所示的展开位置。
[0101]如果驱动把手60被进一步驱动，则齿轮64和70两者与把手接合。因为齿轮70被附接到驱动单元16的本体72，所以杆66和驱动把手60与齿轮70被锁定。这使得柔性段被锁定。
[0102]在本发明的另一实施例中，可有多于两对肌腱部44，它们可终止在不同的位置以产生多个弯曲。
[0103]在本发明的一些实施例中，通过将轴设置在其它平面中，能够产生3D弯曲。
[0104]在本发明的一些实施例中，把手60被驱动柔性段8的电机所代替。在一些实施例中可设有多个电机。
[0105]现在转到图4a、图4b和图4c，其更详细地示出了插塞10。
[0106]插塞10用 于将输送部连接到主动部，并为电机线和信号线提供呈柔性内部通道形式的路径80，以使电机线和信号线沿路径80延伸，从而将电机连接到柔性段8。
[0107]插塞10还为可互换器械20提供三角测量；这些可互换器械20从背面接口单元14被插入，并在中空轴12内沿彼此的侧面行进，直到它们到达插塞10为止。在插塞处，多个器械20借助在插塞10内形成的两个弯曲通道82来分开。这些器械从中空轴12的入口84,86进入插塞10，并沿弯曲轨道从出口 88、90露出，因此提供期望的三角测量。
[0108]如图4c所示，插塞还包括构成用于各种内窥镜器械的路径的另一通道400。
[0109]现在转到图5和图6，根据本发明的另一实施例的插塞大体由附图标记“510”来表示。在本实施例中，插塞510包括第一插塞部520和第二插塞部530。每个插塞部520、530沿插塞510的长度延伸。而且，每个插塞部包括弯曲通道82，器械可沿弯曲通道82延伸。
[0110]插塞部520、530可相对于彼此轴向移动。这个结果如图6所示，通道82中承载的器械可彼此独立地被轴向定位。
[0111]现在转到图7，其更详细地示出了中空轴12。该轴包括薄壁98、两个通道100、102、以及两个器械臂104、106。
[0112]通道100承载信号线、电机电源线、光源线和相机线，而通道102形成各种内窥镜器械的路径。通道102与上文描述的插塞10的通道400对齐并具体参照图4c，因此使内窥镜器械能够经过通道延伸到装置的主动部。每个器械臂承载一个可互换器械。
[0113]在本发明的一些实施例中，中空轴可由连续的套管构成。然而，在其它示例中，该轴可由多个短段构成，其可由肌腱部以本文以上已经描述的致动柔性段8相似的方式致动。
[0114]这样的实施例有利于在病人身体内绕障碍为装置导航，也有利于到达在缺少关节的条件下可能难以到达的某些部位。可按照上文参照柔性段8来描述的相似的方式，成对设置肌腱部，每对肌腱部可终止在沿中空轴12的不同位置。
[0115]图8、图9和图10示出本发明的各种实施例，其中，中空轴12具有不同的柔性程度。
[0116]在图8中，中空轴12包括多个连杆610，这些连杆相互连接并由柔性材料620分开。[0117]在图8中，连杆的设置使得输送部仅在单个平面中是柔性的。
[0118]在图9中，输送部在多于一个平面中是柔性的，而且段630、640具有不同程度的灵活性。
[0119]在图10中，输送轴具有连杆610，这些连杆610以交替方式被设置，使得直角或其它角度的灵活性被周期性地重复。
[0120]现在转到图13到图16，其更详细地示出了装置2的远端部的多个部分。如能够从这些图具体看到的，装置2包括器械臂，这些器械臂呈套筒30的形式，套筒30包括肌腱致动的外管。每个套筒30容置多个可互换器械20之一，由此当装置处于展开位置时，每个可互换器械的至少尖端从相应套管30的远端伸出。每个外管沿相应的器械臂，通过空心管12延伸到驱动单元16。
[0121]每个套管30可由任何便利的材料制成，但是在本实施例中，套筒由超弹镍钛诺(super elastic Nitinol)制成。套管30可被认为包括三段:第一段90,从插塞10伸出并且是远端段，当套管在展开位置时被容置在套管中的可互换器械的至少尖端从第一段90突出；第二段92，延伸通过插塞10 ;以及第三段94，沿空心管12延伸到驱动单元。`
[0122]所述这些段中，每段具有不同的要求。第一段即远端段必须是柔性的，为的是避免限制其所承载的器械的运动。因此按照使套管能够在两个正交的平面中被致动的方式，在套管中形成切割部110、120。这样通过适当地组合两个平面中的致动力，使得致动能够沿任何方向来进行。
[0123]第二段必须能够符合插塞10中的通道82的弯曲路径，并且在一个平面中被切割。这意味着第二段比第一段柔性更小，但是仍然能够如所需要地弯曲以通过插塞10。
[0124]第三段被要求柔性甚至更小，但是能够符合外部轴的弯曲。这段在两个平面中被松散地切割。
[0125]多个(在本示例中为四个)呈镍钛诺线的形式的肌腱部大约分开90°，被附接到每个套管30的远端而且沿外管30延伸到驱动单元16。每个肌腱部(图中未示)与相对的肌腱部形成一对。在使用中，一个肌腱部向后拉，同时相对的肌腱部伸出。这引起套管30向后拉的肌腱部那一侧弯曲。
[0126]对于每个套筒30来说，主要的要求是组合沿径向的灵活性与沿轴向的刚性，使得套筒在被致动时不会压缩。这借助切除来实现，切除导致沿脊柱(轴向)的薄壁和套筒上的(横向)的厚壁。
[0127]因为远端段90如图14具体示出的被切成多个平面(plane)，所以没有骨干来支撑该结构。这意味着驱动肌腱部会引起外管30沿轴线压缩。借助在外管的远部仔细设计的切割部110、120，轴向力可相对的小，所以薄壁可仍能够承受使用期间施加的轴向力，同时能够容易弯曲。假如最大弯曲±90°，则被压缩边缘与脊柱之间的长度差为Sl=JiXiv^其中r是管的半径，最大值S I为当所有槽口被完全压缩时的压缩量。因此，每个槽口的宽度可以是S 1/n，其中n是一个平面中槽口的数量。利用这个槽口宽度来给出承受驱动肌腱部时产生的轴向力，同时仍满足装置的致动范围要求的最大能力。
[0128]由模拟得到的结果表明致动一个肌腱部可生成4N的拉力。这会引起约30mm的位移。
[0129]外管30可使用线切割电火花加工机来切割。[0130]器械尖端的设计根据所要实施的医疗手术的要求而变化。
[0131]图15示意性地示出一个器械的示意图。该器械包括夹具120，夹具120能够打开、闭合并绕轴向旋转而且沿套筒30平移。
[0132]在所示实施例中，器械的尖端被输送到装置的远端，以借助器械的外管展开，外管包括柔性的中空轴122，中空轴122提供柔性以随套筒30弯曲，并且还传输转矩以使器械能够旋转。
[0133]为了传输充足的转矩，中空轴122由多个涂有柔性涂层的丝卷(wire coil)制成，如图16所示。与单个丝卷相比，多个丝卷显著提高了转矩传输能力。而且，轴的柔性未受明显影响。柔性涂层则可防止构成轴的那些丝的错位。
[0134]柔性轴的中心通道为致动器械尖端的肌腱部提供了路径。
[0135]夹具还具有比外管内期望的器械平移行程更长的截面圆柱形特征。
[0136]根据本发明的装置可与任何合适的器械一起使用，且具体地与可互换器械使用，可互换器械适于按需要被插入和移除，以便手术操作能够被有效、安全地实施。
[0137]通常，这些器械应具有简单的打开/闭合致动机构，能够在外管内旋转和平移，并具有灵活性从而可通过外管来操纵。
[0138]这些要求中的每个要求可借助标准腹腔镜器械或内窥镜器械的一些基本知识来实现。然而，期望的是对这些器械作进一步设计，以便确保器械与装置的其他部件兼容。
[0139]现在转到图 17，其更详细地示出了相机22、24和LED26、28的位置。
[0140]在图17所示的实施例中，装置包括位于朝向柔性段8的近端的五个LED28和位于主动部4的远端的两个LED26。
[0141]远端LED26的功率能够被调整，使得当主动部4的远端靠近将由装置来进行手术的组织时，被照明区域不会过亮。
[0142]可米取两种方案来调整LED。
[0143]第一种方案是通过感测远端侧尖端4a与组织之间的距离。
[0144]第二种方案是通过分析远端相机22获取的图像。
[0145]装置包括近端相机24和远端相机22。
[0146]一种使手术部位可视化的方式是使用两个相机，一个相机被安装在主动部的远端侧尖端，另一个相机被安装在柔性部8的近端。这种设置提供了周围区域的更宽视野，并可提高手术部位的可视化程度。
[0147]在图16所示的实施例中，可安装两个或更多个相机22或先进的立体相机，以与两个LED26结合提供立体视觉(图中仅示出一个)。
[0148]多个LED26、28从多个点提供照明，通过利用放置在装置2内的电位器，这些点的位置在任何时候都是已知的，从而在物理成像过程中实现完全控制。
[0149]传统地自动使用立体相机来进行3D再现，在此条件下传统算法由于缺乏颜色恒定串像(colour constancy cross views)而不利。这个条件应用于内窥镜组,其中局部强烈照明造成颜色在左右视频信道之间看起来不同。
[0150]完整的设置包括在两个机械手的尖端上设置立体相机(其中两个LED用于前端照明)，和沿机械手的本体设置可变数量的LED。
[0151]沿机械手的本体放置的LED从多个点提供照明，这些点的位置通过被放置在机械手自身内的电位计而始终是已知的，从而在物理成像过程中可实现完全的控制。
[0152]传统地自动使用立体相机来进行3D再现，在此条件下传统算法由于缺乏颜色恒定串像(colour constancy cross views)而不利。这个条件应用于内窥镜组,其中局部强烈照明造成颜色在左右视频信道之间看起来不同。
[0153]通过明确地考虑阴影信息，LED的物理构造被开发，以再现可视化的场景的3D结构。假设完全知道相机和光的位置信息，就可以根据如下的Lambertian形成模型，使每个点的利用其3D位置来可视化的感觉亮度与表面取向互相关联:
[0154]
i(x, y) = 10n(x, y)Ue(i)R(x, y,i)S(i)di
[0155]其中，I是对应于像素坐标x和y的图像亮度，I是己知光源的方向向量，n是表面法线，而积分表示表面反射率属性。当系统中存在至少3个光源LED时，就能够求解未知表面的法线，而当存在两个相机时，则使用准确的变分法来求解未知表面的深度值。
[0156]沿机械手本体放置三个同时对场景进行照明的LED。为区分哪个LED贡献感觉亮度，选定波长沿可见光谱尽可能相等地被间隔开:447nm、530nm和627nm分别用于蓝色、绿色和红色的LED。波长对应于所使用的RGB CCD相机的灵敏度，使得每个光源对全部的图像亮度的贡献能够被分离出来并一起使用，以得到手术场景的完整密集的再现。
[0157]柔性段8可按任何便利的方式来驱动，而且例如可使用允许在接头之间进行切换的控制棒(thumb stick)和嵌入按钮来驱动。
[0158]因此根据本发明的实施例的装置提供了一种特别适合于微创手术的通用外科装置。该装置可包括一个或多个可通过主装置来控制的从属装置。
【权利要求】
1.一种外科装置，其具有远端和近端，并且包括:输送部，从所述近端伸出，且包括第一器械输送通道和第二器械输送通道；主动部，位于所述装置的远端部；以及插塞，具有近端和远端，并在其近端能与所述输送部接合，而在其远端能与所述主动部接合，所述插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每个所述插塞通道限定弯曲路径，使得所述插塞通道朝向所述插塞的远端彼此岔开，其中，当所述插塞与所述输送部接合时，所述第一插塞通道和所述第一器械输送通道形成第一器械通道，所述第二插塞通道和所述第二器械输送通道形成第二器械通道。
2.根据权利要求1所述的外科装置，其中，所述插塞包括第一插塞部和第二插塞部，所述第一插塞部包括所述第一插塞通道，而所述第二插塞部包括所述第二插塞通道。
3.根据权利要求2所述的外科装置，其中，所述第一插塞部和第二插塞部能够相对于彼此运动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的外科装置，还包括适于插入所述第一器械通道的第一器械臂和适于插入所述第二器械通道的第二器械臂。
5.根据权利要求4所述的外科装置，其中，每个器械臂包括三段: 远端段，具有两个方向灵活性并且能够在两个平面中致动； 中间段，具有一个方向灵活性；以及 近端段。
6.根据权利要求4或5所述的外科装置，其中，每个器械臂包括超弹镍钛诺管。
7.根据权利要求书4到6中任一项所述的外科装置，其中，每个器械臂能够由至少一个肌腱部驱动，所述至少一个肌腱部被附接到所述器械臂的远端并沿所述臂延伸到所述器械臂的近端。
8.根据权利要求书4到7中任一项所述的外科装置，其中，每个器械臂容置有可互换器械。
9.根据权利要求8所述的外科装置，其中，所述可互换器械是柔性的，同时能够使用空心柔性多头轴来输送转矩。
10.根据前述权利要求中任一项所述的外科装置，包括在所述输送部中形成的第三器械输送通道和在所述插塞中形成的第三插塞通道，当所述插塞与所述输送部接合时，所述第三器械输送通道和所述第三插塞通道构成第三器械通道。
11.根据前述权利要求中任一项所述的外科装置，包括在所述输送部中形成的另一输送通道和在所述插塞中形成的另一插塞通道，所述另一输送通道和所述另一插塞通道形成装置通道。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述主动部包括展开段和关节段。
13.根据权利要求12所述的外科装置，其中，所述关节段包括多个关节万向接头和/或单自由度接头。
14.根据权利要求12或13所述的外科装置，其中，所述关节段包括一个或多个被嵌入一个或多个所述接头或被嵌入所有所述接头的微型电机。
15.根据权利要求12到14中任一项所述的外科装置，其中，所述展开段包括多个彼此被可枢转地链接以形成连续柔性段的接头。
16.根据权利要求15所述的外科装置，其中，所述柔性段包括一个或多个适于在非展开位置和转移展开位置之间驱动所述柔性段的肌腱部，所述柔性段在所述非展开位置在与所述输送部大体相同的平面中延伸，所述柔性段在所述转移展开位置远离所述输送部的平面延伸。
17.根据权利要求15或16所述的外科装置，其中，所述柔性段适于在其近端承载相机和/或光源。
18.根据权利要求15到17中任一项所述的装置，还包括用于将所述柔性段锁定在任何位置的锁定机构。
19.根据前述权利要 求中任一项所述的装置，其中，所述输送部是柔性的。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述输送部包括多个被设置成允许所述输送部的柔性运动的连杆、以及适于在多个连杆之间延伸的柔性材料。
21.根据权利要求19或20所述的装置，其中，所述连杆之间的旋转轴由所述输送部的圆柱表面限定。
22.一种用于外科装置的部件，所述部件包括:输送部，包括通过所述输送部延伸的第一器械输送通道和第二器械输送通道；以及插塞，能够在所述插塞的近端与所述输送部接合，所述插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每个所述插塞通道限定弯曲路径，使得当所述插塞与所述输送部接合时，所述插塞通道朝向所述插塞的远端彼此岔开，而且其中，所述第一插塞通道和所述第一器械输送通道形成第一器械通道，所述第二插塞通道和所述第二器械输送通道形成第二器械通道。
23.根据权利要求22所述的外科装置，其中，所述插塞包括第一插塞部和第二插塞部，所述第一插塞部包括所述第一插塞通道，而所述第二插塞部包括所述第二插塞通道。
24.根据权利要求22所述的外科装置，其中，所述第一插塞部和所述第二插塞部能够相对于彼此运动。
25.根据权利要求22到25中任一项所述的装置，其中，所述输送部是柔性的。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述输送部包括多个被设置成允许所述输送部的柔性运动的连杆、以及适于在多个连杆之间延伸的柔性材料。
27.根据权利要求25或26所述的装置，其中，所述连杆之间的旋转轴由所述输送部的圆柱表面限定。
【文档编号】A61B1/018GK103648362SQ201280034240
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月14日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】光-忠·杨, 尚建忠 申请人:帝国创新技术有限公司