一种可变刚度的手术器械关节

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是指一种可变刚度的手术器械关节。


背景技术：

2.在微创手术领域，外科医生会使用一些具有细长直杆的手术器械来进行手术操作，而随着“微创”甚至“无创”概念的发展，手术器械被限制在更小的创口内，使得这类直杆器械已经无法完全满足手术操作需求。为了解决上述问题，现有技术中一般在器械的细长直杆上附装关节来拓展其自由度。但是现有的这种多自由度手术器械中存在以下问题：1、存在运动耦合现象，使得不同关节在运动时会相互影响而最终影响器械精度；2、存在控制迟滞现象，使得器械在控制时无法及时到位，导致控制效率较低，延长了手术时间；3.器械磨损较大，降低了器械的使用寿命；4.结构复杂、耗能高、控制也复杂，控制时需要多种计算以补齐误差和多种控制方法共同作用等。
3.鉴于以上问题，使得现有的手术器械整体灵活度较差、难以操作且使用寿命较低，无法满足使用需求。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中手术器械整体灵活度较差、难以操作且使用寿命相对较低的缺陷。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种可变刚度的手术器械关节，包括杆体、第一锁止件和第二锁止件，所述第一锁止件上形成有棘轮，所述棘轮通过转轴和所述杆体相铰接，所述杆体内部形成有容置空腔，所述第二锁止件位于所述容置空腔中，所述第二锁止件的一端形成有棘爪，所述棘爪用于和所述棘轮相啮合，所述第二锁止件的另一端通过弹性件和连接件相连接，所述连接件和所述杆体通过卡轴相连接，所述第二锁止件由主驱动绳驱动沿所述容置空腔滑移，所述杆体外部还连接有牵引绳以使得棘轮相对杆体发生摆转。
6.在本发明的一个实施例中，所述第二锁止件包括滑移主体，所述滑移主体的上部形成有所述棘爪，所述滑移主体上还设置有绕线件，所述主驱动绳的一端绕接在所述绕线件上，另一端从所述连接件穿出。
7.在本发明的一个实施例中，所述滑移主体的内部形成有穿线腔，所述穿线腔的两端侧壁上均形成有缺口，所述缺口内设置有所述绕线件，所述主驱动绳的端部环绕在穿线腔两侧的绕线件上。
8.在本发明的一个实施例中，可变刚度的手术器械关节还包括多个预备绳，所述预备绳的一端从所述穿线腔穿出后经由所述第一锁止件穿出，另一端经由连接连接件穿出。
9.在本发明的一个实施例中，所述滑移主体的外部两侧设置有滑移面，所述容置空腔的内壁上设置有与所述滑移面相对应的滑移槽，所述滑移面可滑移地连接对应的滑移槽中。
10.在本发明的一个实施例中，所述滑移主体的外部两侧的滑移面呈对称设置。
11.在本发明的一个实施例中，所述棘爪的啮合端呈圆弧形，所述棘轮的齿槽也呈圆弧形。
12.在本发明的一个实施例中，所述第一锁止件的两侧均形成有棘轮，所述第二锁止件上部两侧均形成有棘爪，所述第一锁止件一侧的棘轮和所述第二锁止件一侧的棘爪相啮合，所述第一锁止件另一侧的棘轮和所述第二锁止件另一侧的棘爪相啮合。
13.在本发明的一个实施例中，所述杆体外部形成有线槽，所述牵引绳连接在所述线槽中。
14.在本发明的一个实施例中，所述第一锁止件包括第一连接部，所述第一连接部的一端形成所述棘轮，另一端形成有环状凸起。
15.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
16.本发明所述的可变刚度的手术器械关节，整体灵活度较高、便于操作且可以有效保证使用寿命，可以使得手术机械具有更好的操作灵活性与精确性，为微创手术提供了更好的保障。
附图说明
17.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
18.图1是本发明的可变刚度的手术器械关节的结构示意图；
19.图2是本发明的可变刚度的手术器械关节的局部剖视图；
20.图3是图2所示的关节中第一锁止件、第二锁止件和连接件的配合示意图；
21.图4是图1所示的关节中连接件和杆体的配合示意图；
22.图5是图1所示的关节中第二锁止件的结构示意图；
23.图6是图5所示的第二锁止件的主视图；
24.图7是图5所示的第二锁止件的俯视图；
25.图8是图5所示的第二锁止件的局部剖视图；
26.图9是图1中关节和手术器械的直杆的安装示意图；
27.图10是图1中关节在手术器械的应用示意图；
28.说明书附图标记说明：
29.10、关节；101、杆体；1011、容置空腔；1012、线槽；102、第一锁止件；1021、第一连接部；1022、棘轮；1023、环状凸起；103、第二锁止件；1031、棘爪；1032、滑移主体；10321、穿线腔；10322、缺口；10323、绕线件；10324、滑移面；104、弹性件；105、连接件；1051、通孔；106、转轴；107、卡轴；108、主驱动绳；109、预备绳；110、牵引绳；1101、套管；1102、丝线；
30.20、末端钳；
31.30、直杆；
32.40、手柄；401、扳机；402、旋钮；403、切换开关。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以
更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
34.参照图1-图3所示，本发明公开了一种可变刚度的手术器械关节10，包括杆体101、第一锁止件102和第二锁止件103，第一锁止件102上形成有棘轮1022，棘轮1022通过转轴106和杆体101相铰接，杆体101内部形成有容置空腔1011，第二锁止件103位于容置空腔1011中，第二锁止件103的一端形成有棘爪1031，棘爪1031用于和棘轮1022相啮合，第二锁止件103的另一端通过弹性件104和连接件105相连接，连接件105和杆体101通过卡轴107相连接，第二锁止件103由主驱动绳108驱动沿容置空腔1011滑移，杆体101外部还连接有牵引绳110以使得棘轮1022相对杆体101发生摆转。
35.在其中一个实施方式中，弹性件104采用压缩弹簧，弹性件104的一端抵接在第二锁止件103的底部，另一端抵接在连接件105的上部。弹性件104在安装完毕时处于预压缩状态。
36.可以理解地，弹性件104也可以采用可发生形变的板件或其他弹性元件。
37.在其中一个实施方式中，如图5-图8所示，第二锁止件103包括滑移主体1032，滑移主体1032的上部形成有棘爪1031，滑移主体1032上还设置有绕线件10323，主驱动绳108的一端绕接在绕线件10323上，另一端从连接件105穿出。可以理解地，如图4所示，连接件105中部设置有可供主驱动绳108穿过的通孔1051。
38.在其中一个实施方式中，如图5-图8所示，滑移主体1032的内部形成有穿线腔10321，穿线腔10321的两端侧壁上均形成有缺口10322，缺口10322内设置有绕线件10323，主驱动绳108的端部环绕在穿线腔10321两侧的绕线件10323上。例如，可以使得主驱动绳108分别绕经穿线腔10321两侧的绕线件10323后进行打结固定。
39.在其中一个实施方式中，上述可变刚度的手术器械关节10还包括多个预备绳109，预备绳109的一端从穿线腔10321穿出后经由第一锁止件102穿出，另一端经由连接连接件105穿出。
40.上述预备绳109是用于供其他关节10使用，具备和主驱动绳108一样的作用。
41.在其中一个实施方式中，滑移主体1032的外部两侧设置有滑移面10324，所述容置空腔1011的内壁上设置有与滑移面10324相对应的滑移槽，滑移面10324可滑移地连接对应的滑移槽中，以保证第二锁止件103运动的稳定性和可靠性，也可以对第二锁止件103的运动起到导向作用。
42.在其中一个实施方式中，滑移主体1032的外部两侧的滑移面10324呈对称设置，以更好地保证第二锁止件103运动的稳定性。
43.进一步地，滑移面10324可以为平面。
44.进一步地，滑移主体1032的外部两侧的滑移面10324呈平行设置。
45.在其中一个实施方式中，连接件105的外部也可设置滑移面10324。
46.在其中一个实施方式中，棘爪1031的啮合端呈圆弧形，棘轮1022的齿槽也呈圆弧形。
47.另外，采用圆弧形设计，可以使得关节10转动的过程中的受力可以平滑改变，不会出现突变值，保证关节10运动的平稳性。
48.在其中一个实施方式中，如图3所示，第一锁止件102的两侧均形成有棘轮1022，第二锁止件103上部两侧均形成有棘爪1031，第一锁止件102一侧的棘轮1022和第二锁止件
103一侧的棘爪1031相啮合，第一锁止件102另一侧的棘轮1022和第二锁止件103另一侧的棘爪1031相啮合。上述设计可以保证受力均衡，防止第二锁止件103出现轴向偏转的情况而影响运动精度。
49.在其中一个实施方式中，杆体101外部形成有线槽1012，牵引绳110连接在线槽1012中。
50.为保证牵引绳110的连接可靠性，可以在将牵引绳110置于线槽1012中后，在整个杆体101外部包覆一层柔性膜。该柔性膜可以采用ptfe(聚四氟乙烯)材质，具有较高的安全性和生物相容性，同时也利于降低摩擦系数。
51.进一步地，杆体101外部两侧均设置有线槽1012，每个线槽1012中均连接有牵引绳110，以更好地保证运动稳定性。
52.在其中一个实施方式中，第一锁止件102包括第一连接部1021，第一连接部1021的一端形成棘轮1022，另一端形成有环状凸起1023，该环状凸起1023用于和手术机械的直杆30相扣接。
53.具体使用时，如图9所示，需要将上部的第一连接部1021和手术机械的一个直杆30相连接，将下部的连接件105和手术机械的另一个直杆30相连接，这两个直杆30之间通过上述可变刚度关节10可以进行相对运动。
54.进一步地，第一连接部1021的外部也设置有线槽1012，牵引绳110的部分连接在与杆体101外部的线槽1012中，部分连接在第一连接部1021外部的线槽1012中。
55.在其中一种实施方式中，主驱动绳108、预备绳109和牵引绳110均采用钢丝绳、镍钛合金丝绳或者生物相容性好且承载力强的其他材质的绳索。
56.在其中一个实施方式中，主驱动绳108、预备绳109和牵引绳110均包括套管1101，套管1101内部设置丝线1102，通过牵拉内部丝线1102，可以实现驱动控制。牵引绳110和线槽1012连接时，使得套管1101和线槽1012相固定。其中，套管1101为柔性件，在牵引绳110进行牵引控制而使得关节10转动时，套管1101也随之发生一定形变。
57.在其中一个实施方式中，杆体101采用钢制材料制成，其生物相容性好，同时也便于杀菌消毒。
58.在其中一个实施方式中，第一连接部1021和连接件105均呈圆柱形。
59.下面具体说明上述可变刚度的手术器械关节10的工作原理：该关节10具有锁定状态、过渡状态和自由状态。
60.处于锁定状态时，弹性件104处于预压缩状态，弹性件104对第二锁止件103施加向上的力，使得棘爪1031和棘轮1022相啮合，此时关节10处于高刚度状态，转动自由度完全受限；
61.处于过渡状态时，向下拉动主驱动绳108，使得第二锁止件103具有向下运动的趋势，此时主驱动绳108向第二锁止件103施加的拉力(向下)和弹性件104的弹力(向上)方向相反，但拉力小于弹力，此时虽然棘爪1031和棘轮1022仍处于啮合状态，但是关节10刚度相较于锁定状态会有所减小；
62.处于自由状态时，向下拉动主驱动绳108，带动第二锁止件103向下运动，直至主驱动绳108向第二锁止件103施加的拉力大于弹性件104的弹力，从而使得棘爪1031和棘轮1022脱离啮合，此时关节10处于低刚度状态，关节10自由度不受限，此时可以通过控制牵引
绳110来实现关节10的摆动。
63.通过上述方式可以实现关节10刚度的调节，在主驱动绳108施加不同拉力的时候关节的刚度是可以连续变化的，从而消除了现有关节10的运动耦合、控制迟滞等情况，也大大降低了关节10的磨损，提高了关节10控制的灵活性与精确性。
64.另外，在手术中使用时，如果病人器官与第一锁止件102及其相连杆体之间的作用力超过弹性件104的弹力时，会使得第二锁止件103自动发生相对滑动，使得棘轮1022相对杆体101发生摆转，从而避免手术器械和病人器官之间产生较大的接触力而损伤器官，有效实现对病人器官的保护。
65.上述实施例的可变刚度的关节10可用于手术器械。如图10所示，手术机械包括包括依次连接的末端钳20、关节10臂和手柄40，关节10臂包括多段细长的中空直杆30，相邻两段直杆30之间通过上述的可变刚度的关节10连接，相邻两段直杆30中，其中一直杆30与第一锁止件102上的第一连接部1021相固定，另一直杆30与连接件105的一端相固定。
66.其中，手柄40上设置有扳机401、旋钮402和切换开关403，通过扳机401来控制末端钳20的开合，通过旋转旋钮402可以调整关节中主驱动绳的拉力大小，通过切换开关403的切换，就可以切换不同关节的主驱动绳，从而实现不同关节的控制。
67.进一步地，直杆30上也设置有线槽1012，以和牵引绳110相连接。
68.可以理解的，手术器械中，牵引绳110的一端为控制端，通过牵引该控制端可以实现各关节的摆转。
69.上述可变刚度的手术器械关节，可实现关节的变刚度控制，使得整个手术器械更加灵活，可应对更多不同应用环境与手术需求；对于手术器械关节的控制无需持续通电，可规避由于持续通电导致的散热需求与安全问题；可在多个关节运用的情况下实现对每个关节的单独控制，解决了现有技术的运动耦合以及线缆需持续绷紧的问题，提高了器械的定位精度，延长了器械的使用寿命；整体结构简单，成本较低，且机构相对小型化，可以更好地应用于狭窄操作空间使用，为微创或无创手术提供了更好的保障，也为医生提供了更好的操作灵活性与精确性。
70.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。