多方向灵活弯曲与锁定的手术装置的制作方法

本发明涉及一种手术装置，具体涉及一种多方向灵活弯曲与锁定的手术装置。

背景技术：

在微创手术中，外科医生通过患者身上打开的较小创口，借助细长的微创手术器械进入人体实施手术操作任务。与传统的开放式手术相比，微创手术具有创伤小，术后恢复快，复发率降低，并发症减少等优势。基于微创手术创口小的特点，微创手术要求的手术路径复杂，手术操作空间狭窄，在操作中常会遇到手术遮挡区域的情况。另外手术中的不同操作任务(夹持、缝合、打结等)都增加了手术的难度。这些情况都要求手术器械需要有足够的腕部自由度，保证末端执行机构顺利到达手术操作部位并完成动作。但目前缺乏一种能够在较复杂的手术环境中进行复杂手术操作的专用器械。现有的产品中主要以预弯曲和可转腕来实现腹腔镜手术钳的弯曲和旋转。由于预弯曲单孔腹腔镜手术钳的器械间存在相互干扰、手柄缺少指向性、手柄转动使器械位置难以控制等不足，且单一形状手术钳无法满足各种手术位置的需求，造价昂贵，不利于长期使用和维护。有些手术器械如中国专利文献cn106264665a所公开的一种可弯曲的手术装置，虽然可以完成主动弯曲，但弯曲自由度较少。现有技术中也有靠多个伺服电机控制的可转腕的腹腔镜手术钳，既可以根据手腕的运动来控制器械头部的运动，实现多个自由度的灵活操作，同时又能锁定角度，但这种器械结构复杂，价格昂贵，如美国的“达芬奇”手术机器人，无法脱离庞大的手术机器人单独应用。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多方向灵活弯曲与锁定的手术装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的多方向灵活弯曲与锁定的手术装置，具有中空的硬质杆体，在杆体的两端分别具有控制部和腕部结构，所述控制部具有第一球窝关节和驱动装置，所述腕部结构具有第二球窝关节，所述第二球窝关节与前端执行器件连接所述第一球头与第二球窝之间连接有传动拉索；所述第一球窝关节包括第一球头和第一球座，所述第二球窝关节具有第二球头与第二球座；通过传动拉索相互连接的第一球窝关节与第二球窝关节同步操作者在控制部的操作与腕部结构的执行动作。

具体地，所述控制部与前端执行器件之间连接执行拉索或执行通道，可以是常用的空心圆管。

具体地，在所述控制部的前端具有弹性支撑装置，所述弹性支撑装置支撑球型件，所述第一球头的底端具有关节座，所述球型件与关节座滑动配合。

具体地，第一球头的底端连接万向节，所述万向节与支撑板相连接。

具体地，所述控制部是由手柄和方向控制件组成的手控装置，所述方向控制件与第一球窝固定连接。

具体地，第一球头与第一球座之间具有足以锁定两者相对滑动的摩擦力，当操作者按压方向控制件时，第一球头与第一球座脱离。

具体地，所述摩擦力由第一球头和/或第一球座的表面提供，所述第一球座是接触第一球头的的膨大端外壳末端内壁。

具体地，所述球型件与关节座之间具有摩擦力，第一球头上穿设有顶杆，当操作者按压方向控制件时顶杆使型件与关节座脱离，当操作者松开方向控制件时弹力令关节座摩擦锁定球型件。

具体地，所述关节座和/或球型件的表面具有摩擦面具体地，所述第二球窝上设有多个弯曲球窝关节串联成的蛇管，所述的弯曲球窝关节有通孔

相应地，驱动组件里面的伺服电机的控制装置相连接也基于球窝关节，包括相啮合的球型件和滚轴。该控制装置也可以是非球窝关节，但经过运算转化成类似信号。

使用时，包括顺次轴连接的控制部、驱动装置、驱动装置、杆体部、腕部结构、前端执行器件。该种设备能够实现腔镜手术设备前端执行器件多方向灵活弯曲并锁定弯曲方向，相比现有的腔镜手术设备，能够在保正不影响手术顺利的前提下，在手术中灵活控制前端执行器件的弯曲方向，并按术者的意愿随时锁定弯曲方向，降低术者操作困难，减少手术风险和手术时间。

有益效果：本发明具备以下显著的进步：

1、可以灵活旋转弯曲，拥有可媲美人类手腕的自由度。控制第一球窝的转动，通过拉索来控制第二球窝的转动，带动效应端的活动。

2、操作方便。手控实施例：手术者可以单手同时控制旋转和夹持。拇指控制旋转方向，食指控制夹持，中指和无名指夹在弧圈并和小指一起握持手柄。遥控实施例：手术者也可以控制遥控装置，再通过电机来控制旋转方向。

3、可任意锁定钳头的旋转弯曲角度，还可以锁定钳头的夹持力度和张合角度。

4、根据操作精度的需要，可选择第一球窝和第二球窝不同大小比例的型号。

除以上所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外。为使本发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是图1外壳去除后示意图；

图3是摩擦锁定的结构示意图；

图4是万向节支撑结构形式的示意图；

图5是万向节支撑结构形式的分解示意图；

图6是本发明实施例三的结构示意图；

图7是本发明实施例三的结构剖面示意图；

图8是杆体和内部拉索的解剖图；

图9是腕部的结构示意图；

图10是有弯曲球窝关节的腕部结构示意图；

图11是有弯曲球窝关节的腕部弯曲时分解示意图；

图12是用于夹持的前端执行装置。

其中：第一球座11、圆形缺口12、杆部外壳13、腕部密封软套14、第一球头21、第二球座22、关节座23、方向控制件25、传动拉索26、拉索固定件27、球型件31、支撑弹簧32、第一支撑杆33、第一支撑架34、十字万向节35、第二球头36、第二支撑杆37、第二支撑架38、漏斗型孔39、安装座41、复位弹簧42、传动杆43、钳头旋转轴44、钳头45、手柄51、、弧圈52、扳机53、执行拉索54、扳机锁定齿55、扳机转动轴56、方向控制件顶杆61、通孔柱62、顶杆限位杆63，顶杆限位槽64、滚珠65、弯曲球71、弯曲球窝72、传动拉索孔73、执行拉索孔74。

具体实施方式

实施例一

本实施例的手术装置如图1、图2和图3所示，包括外壳、驱动装置、支撑结构、前端执行装置与握持部，其中，外壳包括第一球座11、圆形缺口12、杆部外壳13和腕部密封软套14。驱动装置包括第一球头21、第二球座22、关节座23、方向控制件25、传动拉索26及拉索固定件27。支撑结构包括球型件31、支撑弹簧32、第一支撑杆33、第一支撑架34、第二球头36、第二支撑杆37、第二支撑架38、漏斗型孔39。前端执行装置包括安装座41、复位弹簧42、传动杆43、钳头旋转轴44、钳头45。

握持部包括手柄51、弧圈52、扳机53、执行拉索54、扳机锁定齿55、扳机转动轴56。便于采用手控的方式操作，整体呈枪形，具有手握的手柄，贴合手术者手的弯曲方向，弯曲弧度符合人体工程学。可以仿造已有的各种枪支握持部，根据手术者的个人喜欢更换手柄。

使用时，扳机向后拉动后，可以带动拉索，执行拉索从外壳拉索孔处穿出与扳机相连，另一端牵引前端执行器件，比如钳子的张合和剪子的张合，如前端执行器件为电凝或电切等，拉索可以改用电线与前端电路连接，扳机则控制电路的开关。如前端执行器件为拨动棒或吸引器等，执行拉索连接在拨动棒或吸引器末端的关节活动点，可以控制拨动棒或吸引器进一步弯曲。

扳机的弧圈用于遮挡扳机，防止误操作。另外由于拇指需要套在控制方向环内，不能参与握持手柄。设计较大的弧圈，可以将中指套入，将弧圈夹在中指和无名指之间，使握持更加稳定有力。

弧圈上有扳机锁定齿，手指向内把扳机钩入齿槽可以将扳机锁定，维持前端执行器件固定在某一角度。手指继续拉扳机，扳机会沿着齿槽的斜面滑入下一个齿槽。轻轻侧推可以滑出锁定齿，让扳机自由活动。松开扳机，前端执行器件会在复位弹簧的弹力下初始恢复状态。

方向控制件可以选用球形、环型、柱形和碗型等，优选碗型，以下都以碗型为例，连接在第一球窝上，可控制其多方向旋转。还可以连接柔性圆筒型拇指套，方便拇指较短的手术者使用。

驱动装置由第一球窝关节、支撑件、传动拉索与第二球窝关节组成。

第一球窝关节的球头和第二球窝关节的球窝之间有至少两根传动拉索相连，可以将第一球窝关机的旋转方向通过传动拉索传递到第二球窝关节。传动拉索一端连接在第一球窝关节上，另一端连接在第二球窝关节上。传动拉索长度都相同，传动拉索的走行与杆体的长轴方向平行。拉索数量越多，第一球窝关节和第二球窝关节的活动越精准，锁定后也越稳定。

设备的两端均设有支撑件，支撑件顶部有球型头分别与第一头的底面凹陷和第二球头组成滑动结构。

为了保持传动拉索的紧张度，第一球窝支撑件和第二球窝支撑件至少有一处的支杆上有弹簧，本实施例在第一球窝支撑件的第一支撑杆上安装了支撑弹簧，支撑弹簧安装在第一支撑架和第一支撑球之间，第一支撑架上有孔供第一支撑杆活动。第一支撑球在支撑弹簧的弹力下持续向相反的方向支撑第一球窝。紧绷的传动拉索可以精确地传递动作。

第一球窝支撑件上有第一支撑架，传动拉索穿过第一支撑架，第一支撑架有至少2根支杆与外壳相连。第一支撑架上有与传动拉索相匹配的限位管或限位孔，以限制传动拉索只能沿着限位管或限位孔的长轴方向运动，防止传动拉索互相纠缠或发生旋转。

第一球窝比第二球窝尺寸大，第一球窝的倾斜引起传动拉索的拉伸会带动第二球窝上以更大的角度成比例倾斜，可以让手术者拇指对第一球窝的细微控制角度在前端以更大的角度输出，减少术者的疲劳。在一个实施例中，第一球窝比第二球窝尺寸小，从而让手术者对第一球窝的控制角度在前端以更小的角度输出，提高动作的精细度。

驱动装置如图3所示，靠摩擦锁定，第一球窝和设备的外壳之间形成第一球窝关节，摩擦锁定是在安装关节内的高摩擦系数的摩擦材料。摩擦材料可以固定在外壳的内表面或第一球窝的外表面，也可以二者都有。第一球窝断面中心有光滑的凹陷，与第一球窝支撑件上光滑的支撑球形成无摩擦的第三球窝关节。第一球窝被支撑球顶压时，会与第一球窝关节内的摩擦材料紧贴，锁定在当前位置。当手术者通过方向控制件按压第一球窝时，第一球窝与摩擦材料脱离，可在光滑的第三球窝关节上灵活转动方向。当转到手术者满意的方向时，减小按压力度，第一球窝再次与摩擦材料接触，接触越紧摩擦力越大。手术者停止按压时，第一球窝会被摩擦力锁定在当前位置。

杆体部的结构如图4所示：

包括控制部、中段、前端柔软部，如第一球窝较大，可用膨大的外壳来容纳。第一球窝与第二球窝的尺寸比例为操作精度。前者大于后者，则控制端的转动角度在输出端会被成比例放大，对于操作者来说更省力。如果前者小于后者，则控制端的转动角度在输出端会被成比例缩小，会让操作者者的动作更精细。可以根据这个原理制作不同需求的手术装置。

杆体中段中空，由硬质材料做成，具有良好的方向指向性和力传导效果。

前端柔软部用柔性材料制成，一端与杆体密封连接，一端与第二球窝密封连接，可随之运动而变形，防止体液或气体进入杆体。便于手术后清洗，也避免杂物进入影响器械工作。

内部的拉索可以有钢丝绳、尼龙绳等多种材料，优选钢丝绳。

杆体内部的拉索，包括控制前端效应器动作的执行拉索和控制第二球窝旋转的拉索。

腕部结构的结构如图5所示：

杆体前端有支撑结构，顶端为球形或半球形，中间有漏斗型孔。上面有第二球窝，断面有凹陷的球窝，与第二球头形成第二球窝关节。在传动拉索的带动下可绕第二球头活动，带动前端执行器件安装座灵活转动方向。漏洞型孔可以避免执行拉索过度弯折和磨损，仍可保持良好的力传导。前端执行器件安装座的活动范围为以第二球头为顶点，可以象人类手腕一样灵活的弯曲和旋转。

手术者可以在自己手握持最舒服的角度，无需反转自己手腕，仅仅靠大拇指的活动就可以控制钳头夹持不同平面内的物体，或转动、拨开物体。这样靠钳头在局限的空间内多方向活动，可以让装置的杆体在人体狭小的空间内减少大幅度活动，减少手术的副损伤。对于手术者则只需要手指的活动，减少大臂、小臂和手腕的活动，让双臂更多的时间保持在舒适状态，大大减少手术者的疲劳感。

如图6和图7所示，在支撑件和前端执行器件之间加入带孔可叠加弯曲角度的件，比如弯曲球，碗型件，蛇管等，优选弯曲球，可以增加腕部结构的弯曲角度。多个弯曲球与相邻的弯曲球窝组成弯曲球窝关节，弯曲球和弯曲球窝带上有供传动拉索和执行拉索通过的通孔。弯曲球窝关节可相互叠加，叠加越多弯曲的角度就越大，腕部结构的弹性和柔韧性也越好，对人体组织的损伤就越小。腕部结构外面有杆体的前端柔软部封闭包裹，保持内部清洁，便于清洗。

前端执行器件如图8所示：

杆体前端的支撑机构和第二球窝都是中空，内部有拉索/导线/管道穿过，以控制前端执行器件。以手术钳头为例，安装在安装座上，安装座固定连接在第二球窝上。复位弹簧一端顶在第二球窝上，一端顶在传动杆旋转轴上。

内部手术钳的开合是在控制部扳机控制，执行拉索收缩拉动传动杆向后。传动杆与钳头旋转轴相连，传动杆回拉时可带动钳头旋转轴旋转，带动两个钳头会闭合。当执行拉索放松后，在安装座内的复位弹簧推动传动杆向前，两个钳头会张开。当扳机被锁定后，手术钳张合被固定。优选下图中传动杆回拉时闭合手术钳头，可由手术者控制夹持的力度。

钳头可以有多种状态，优选仿生学，即略向一侧弯曲，角度与人类手腕放松状态下，拇指与食指闭合时食指与手背的角度。

前端执行器件可选择但不限于以下器件：抓握器、卡爪、刀具、刀、烧蚀器、灼烧器、药物输送装置、辐射源、ekg电极、压力传感器、血液传感器、照相机、磁体、加热元件和低温元件等。拉索也可以换成抗拉导线或抗拉管道，可以连接摄像头、led灯、电切电凝设备等。管道可以连接注射器，或做激光光纤通道。

实施例二

本实施例如图9和图10所示，是对实施例一中第一球窝支撑件的一种改进，改进之处在于将第一支撑球改为十字万向节35。第一球窝断面的中心没有光滑的凹陷，而是与十字万向节连接。

十字万向节两个相互垂直的转动叉中经过十字轴连接，同时又可以绕十字轴中心在任意方向摆动。十字万向节可以为第一球窝提供灵活的支撑，也会限制第一球窝无法以支撑杆为轴心旋转，不会引起传动拉索因旋转发生相互扭曲，所以可不用在支撑板上设置限位管或限位孔。

在一个实施例中，十字万向节被球叉式万向节替代。在另一个实施例中，十字万向节被球笼式万向节替代。

实施例三

本实施里是在实施例一基础上的进一步改进，如图11和图12所示，驱动装置也靠摩擦锁定，第一球窝和设备的外壳之间形成光滑无摩擦的第一球窝关节，第一球窝断面中心有凹陷，与第一球窝支撑件上的第一支撑球形成有摩擦的第三球窝关节。摩擦锁定是在安装第三球窝关节内的高摩擦系数的摩擦材料。摩擦材料可以固定在第一球窝的内表面或第一支撑球的外表面，也可以二者都有。

第一球窝中央有固定连接的通孔柱，方向控制件顶杆穿过第一球窝和通孔柱与第一支撑球接触。方向控制件顶杆的顶端有滚珠，可以与第一支撑球表面向任意方向滚动以减小摩擦。通孔柱上有顶杆限位槽，与方向控制件顶杆中段的顶杆限位杆共同形成限位件，限制方向控制件顶杆的活动范围并防止脱落。

第一支撑球被弹簧顶压时，会与第三球窝关节内的摩擦材料紧贴，锁定在当前位置。当手术者通过方向控制件按压第一支撑球时，第一支撑球与第一球窝脱离，第一球窝可在光滑的滚珠上灵活转动方向。当转到手术者满意的方向时，减小按压力度，第一球窝再次与第一支撑球接触，接触越紧摩擦力越大。手术者停止按压时，第一球窝会被摩擦力锁定在当前位置。

本发明结构设计合理，便于使用，同时具备良好的便携性及经济性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。