用于机器人手术的外科切割器械和方法与流程

本发明涉及一种外科器械。特别地，本发明涉及一种适用于执行切割动作的外科器械。根据本发明的外科切割器械特别适用于机器人手术。本发明进一步涉及一种外科切割器械的旋转接头。此外，本发明涉及一种方法。

背景技术：

1、机器人手术设备在本领域中是公知的，并且通常包括中央机器人塔(或推车)和从中央机器人塔架延伸的一个或更多个机械臂。每个臂包括机动定位系统(或操纵器)，以用于向远侧移动可与其附接的外科器械，以便对患者执行外科手术。患者通常躺在位于手术室中的手术床上，在手术室中确保无菌，以避免由于机器人设备的非无菌零件造成的细菌污染。

2、在传统的(即非机器人)的手术中，针驱动器/缝线切割器类型的器械通常是已知的，其通常在操纵环的相对端部处包括由两个自由端形成的针驱动器/缝线切割器，这两个自由端部具有用于外科针的夹持表面和用于切割缝线的刀片。在一些情况下，刀片被制造在夹持器的主体中的座或凹部中，该座或凹部可相对于用于接近针的夹持表面的开口而通过不同且独立的接近开口接近。

3、外科剪刀在本领域也是已知的，其在操作环的相对端部处包括两个位于自由端部上的对立刀片。可以为操纵环提供弹簧。通常地，在这种传统的外科剪刀中，用于执行切割动作的自由端部的打开角度必须小于25°。

4、此外，在机器人手术领域，已经提出了用于腹腔镜检查的针驱动器/缝线切割器类型的端部执行器解决方案，其具有相对的夹持表面和放置在细长杆或细长轴的远侧端部处的相应刀片。通常地，刀片与用于针的相应夹持表面共同模制，从而形成相对于夹持表面的悬臂式突出部并将其靠近夹持表面放置，即夹持表面和夹持表面的枢转铰链之间。通常地，刀片线材是在对每个单独的件进行的第二次锐化过程中制成的。因此，单个模制件通常包括用于形成铰链的一部分的根部、自由端部、夹持表面和刀片，该刀片相对于夹持表面在闭合方向上朝向针驱动器/缝线切割器类型的端部执行器的相对且可面对的另一刀片延伸。

5、还提出了用于机器人手术的剪刀型端部执行器解决方案，其中端部执行器的每个自由端部都设置有刀片，例如如us2008/0119870中所示。

6、在用于针驱动器/缝线切割器类型的机器人手术的外科器械中，以及在剪刀型的外科器械中，多个“贝氏垫圈(belleville washer)”类型的弹性垫圈确保形成端部执行器的两个构件的根部之间的预预载，以在闭合时确定旨在进行切割的刀片之间的机械干涉状态。因此，当端部执行器关闭时，相对的刀片进入干涉并导致相应根部之间的横向滑动，从而抵消由所述弹性贝氏垫圈对铰链施加的弹性影响作用。

7、另外，us-2019/0105032示出了一种切割端部执行器，其中刀片各自包括单件形式弹性悬臂式凸片，所述两个弹性悬臂式凸片在平行于销的方向上朝向彼此延伸，使得弹性预加载由两个悬臂式凸片之间的接触给出。因此，避免了在铰链上装配贝氏型弹性垫圈，从而允许在两个刀片之间的铰链处留有轴向空间，以适应其相对于由相互接触的悬臂式弹性凸片施加的弹性反作用力的变型的滑动。

8、us-2020-0107894给出了另一个已知的示例，其示出了一种针驱动器/缝线切割器解决方案，其中刀片容纳在夹持连杆的纵向凹穴中并且可相对于该凹穴独立地旋转，从而在必要时可以将其抽出。

9、可替代地或除了“贝氏垫圈”类型的多个垫圈之外，可以在铰链处设置调节螺钉，以便调节刀片之间的切割干涉，通常形成铰接销本身。如果调节螺钉与多个“贝氏垫圈”类型的弹性垫圈组合提供，则它通过抵消弹簧的弹性作用来允许在弹性预加载中结束调节。

10、通常地，可归因于上述类型的已知外科剪刀具有两个刀片，这两个刀片都在相同方向上轴向地弯曲，以确保切割干涉的相互接触，所述刀片被调节成使得它们仅能够令人满意地切割小的打开角度，例如不超过25°，即，刀片仅在靠近或在轴向曲率(即，在铰链轴线的方向上)更加剧的远侧自由端部处切割良好，而在其相应的近侧部段，它们轴向地间隔开，因此不适合用于执行精确切割(待切割的组织在刀片之间弯折而不分离)。相反地，如果刀片被调节成在其近侧部分机械切割干涉接触，即，对于较高的打开角度，例如大于15°，它们将不适于完全闭合，因为其远侧曲率实际上将产生关闭冲程端部，排除了用于较小的打开角度的切割能力。极大地增加了刀片的紧固力，它们可以闭合但是必须在其近侧部段再次轴向地远离，从而失去了在近侧区域中的切割能力。由于这些原因，通常选择拧紧已知外科剪刀的刀片的调节螺钉，从而仅在靠近自由端部处可以达到机械干涉状态，因为它们更容易观察并且需要较低程度的开口，因此占地面积更小。

11、外科器械的小型化，并且特别是用于机器人手术的外科器械的端部或端部执行器的小型化是特别理想的，因为这为复杂区域的可接近性和对接受手术的患者的潜在最小侵入性开辟了有利的场景。

12、上述类型的已知解决方案完全不适合于促进小型化，因为它们将强加不可能用于构件的生产的工艺以及构件的复杂组装策略以获得组装的端部执行器。例如，考虑将微型部件组装到铰链上同时抵消贝氏型弹性垫圈的弹性反作用的需要，以及通过共同模制微型脊和微型底切来制造的客观极度困难，这些微型脊和微型底切必须足够坚固以在操作时承受相当高的应力，并且同时几何地成形以最小化摩擦。事实上，众所周知，在微观尺度上，表面力(比如摩擦力)比体积力占主导地位。

13、此外，在具有由致动缆线或筋束致动的切割端部执行器的外科器械中，为了确保高闭合力，从而在不损坏致动筋束的情况下施加精确的切割动作，通常需要制造渐缩管，即直径相对较大的滑轮，但是这限制了尤其靠近端部执行器的远侧端部的构件的小型化。否则，为了保持端部执行器的紧凑尺寸，有必要以牺牲其纵向可弯折性为代价来增加致动筋束的抗拉强度，因此在任何情况下都需要相对较大直径的远侧滑轮；或者可以尝试通过增加筋束的直径来加强筋束，但是对于本领域技术人员来说清楚的是，这两种选择都是严重阻碍小型化的障碍。

14、此外，随着比例的减小，精确地确定在旋转接头组装时将要形成的元件的尺寸变得越来越复杂，比如外科器械的端部执行器夹持末端，因为在支点(即铰链)的水平上的较小的加工不确定性，因此在靠近各个悬臂自由端部产生巨大的误差，并且因此在剪刀型器械的情况下在切割刀片处，或者在比如针驱动器/缝线切割器的工具的情况下在夹持表面处产生巨大的误差。

15、因此，类似地，在试图传递高闭合力以在不损坏致动筋束的情况下施加精确的切割动作时，与刀片相关联的连杆(本领域中已知的解决方案)的提供也将成为小型化的障碍，即使是为了在工作条件下同时证明其坚固耐用而缩小部件的制造规模这一唯一的目标困难，以及对于靠近自由端部的公共旋转轴线的区域中的占地面积，以及对于组装的困难。

16、相对于铰链放置在远侧的端部执行器部分，无论是仅切割刀片还是切割刀片和夹持表面，通常都被设计成执行极度精确的任务，同时切割刀片必须确保精确和干净的切割动作。

17、同一申请人的us-10864051、wo-2017-064301、wo-2019-220407、wo-2019-220408、wo-2019-220409和us-2021-059776公开了具有由一个或更多个主界面控制的一个或更多个外科器械的遥操作机器人手术系统。此外，同一申请人的us-10582975、ep-3586780、wo-2017-064303、wo-2018-189721、wo-2018-189729、us-2020-0170727和us-2020-0170726公开了适用于机器人手术和显微手术的外科器械的各种实施例。这些类型的外科器械通常包括近侧接口致动部分(或后端部分)，该近侧接口致动部分具有旨在由机器人操纵器驱动的接口、杆和位于杆的远侧端部的铰接套囊。铰接套囊包括由多个筋束(或致动缆线)移动的多个连杆。两个末端连杆具有自由端部并且适于直接在患者的解剖结构上操作和/或处理针以及缝合线，以用于执行吻合或其他外科治疗。

18、例如，同一申请人的wo-2017-064306示出了一种外科器械，其中用于致动铰接式端部执行器的打开/关闭自由度的筋束在端部执行器连杆的凸形规则滑动表面上滑动，同时避免将筋束布置在具有凹形截面的导向凹槽或通道内。因此，筋束和连杆之间的滑动接触部分的横截面被最小化，从而减小滑动摩擦并允许铰接式端部执行器的进一步小型化，同时确保端部执行器接头(比如俯仰和偏转的旋转接头)所提供的高度灵活性。

19、此外，同一申请人的wo-2018-189722公开了一种外科器械，其中，除了在端部执行器连杆的凸形规则滑动表面上滑动之外，用于致动铰接式端部执行器的打开/关闭自由度的筋束类似于之前所讨论的那样卷绕在所述凸形规则滑动表面上，描绘了在特别高的卷绕角度下的弧形路径。事实上，凭借筋束的低滑动摩擦，它们能够在相对长且弧形的纵向截面上与连杆的凸规则表面保持接触。

20、附加地，同一申请人的us-2021-0106393公开了由交织的聚合物纤维组成的筋束的一些实施例。聚合物筋束的使用允许相对于金属筋束的使用减少滑动摩擦，同时筋束的适当尺寸允许在铰接式端部执行器中行进卷绕的纵向路径。

21、此外，us-2020/0390507示出了一种解决方案，其中滚子可旋转地安装在外科器械的铰接终端的连杆上，以引导筋束。这种滚子的设置明显阻碍了铰接终端的小型化。

22、因此，强烈需要提供一种具有铰接式端部执行器的外科器械解决方案，其适合于极度小型化，并且同时坚固、可靠且能够提供精确和可重复的切割动作，而不会降低铰接式端部执行器的灵活性。

23、此外，需要提出一种用于遥操作机器人显微手术的外科器械解决方案，其尽管组装和构建简单，并且在操作条件下可靠、精确和坚固，但适于允许切割动作相对于例如外科器械主体的主纵向延伸方向的期望和受控的空间定向，这可以有助于手术的观察。

24、有必要提出一种解决方案，该方案允许组装具有夹子和/或剪刀的铰接末端外科微型器械，并且由最少数量的部件组成，从而可以容易地并且以成本可承受的方式进行组装。

25、有必要提出一种解决方案，其允许制造具有高几何精度和可重复性的微机械部件，特别是尖锐的微机械零件，以用于形成设置有夹子和/或剪刀的铰接末端微型器械。

技术实现思路

1、本发明的目的是消除参考背景技术所抱怨的缺点。

2、这个和其他目的通过根据权利要求1所述的外科器械、以及根据权利要求10所述的方法以及根据权利要求12所述的旋转接头来实现。

3、一些有利的实施例是从属权利要求的主题。

4、根据本发明的一个方面，外科切割器械包括具有远侧端部的杆或轴和铰接到杆的远侧端部的铰接式端部执行器。

5、所述铰接式端部执行器包括连接到杆的远侧端部的连接连杆，该连接连杆具有主体，该主体以单件形式包括具有平行母线的连接连杆的一个或更多个凸规则表面和第一远侧连接部分；

6、所述铰接式端部执行器包括支撑连杆，其铰接到连接连杆并且具有主体，该主体以单件形式包括具有平行母线的支撑连杆的一个或更多个凸规则表面，以及近侧连接部分，其铰接到第一连接连杆的第一远侧连接部分，从而限定了用于连接连杆和支撑连杆的近侧旋转接头，使得它们能够围绕公共近侧旋转轴线相对地旋转，以及第二远侧连接部分；

7、所述铰接式端部执行器包括铰接到支撑连杆的刀片保持器连杆，该支撑连杆具有主体，该主体以单件形式包括刀片保持器连杆附接根部，其具有由具有平行母线的刀片保持器根部的一个或更多个凸规则表面形成的滑轮部分，以及制动部分。

8、所述铰接式端部执行器包括刀片连杆，其与所述刀片保持器连杆一体地旋转，该刀片连杆具有主体，该主体以单件形式包括切割边缘和与所述刀片保持器连杆的制动部分接合的制动对立部分；

9、所述铰接式端部执行器包括铰接到支撑连杆并铰接到由刀片连杆和刀片保持器连杆形成的组的反作用连杆，该反作用连杆具有主体，该主体以单件形式包括附接根部，该附接根部具有由具有平行母线的反作用连杆根部的一个或更多个凸规则表面形成的滑轮部分。

10、根据本发明的一个方面，刀片保持器附接根部和反作用连杆附接根部与支撑连杆的第二远侧连接部分一起限定了用于刀片保持器连杆、反作用连杆和支撑连杆的远侧旋转接头，使得它们能够围绕与所述公共近侧旋转轴线正交的公共远侧旋转轴线相对地旋转。

11、根据本发明的一个方面，包括对立刀片部分，该对立刀片部分与所述反作用连杆的附接根部一体地旋转。

12、所述外科切割器械进一步包括第一对对立性筋束，其沿着杆延伸并连接到刀片保持器连杆，以用于使刀片连杆围绕所述公共远侧旋转轴线移动，以及第二对对立性筋束，其沿着杆延伸并连接到所述反作用连杆，以用于使对立刀片部分围绕所述公共远侧旋转轴线移动。此外，刀片保持器连杆的附接根部以单件形式包括至少第一端接座，其接收所述第一对对立性筋束，并且反作用连杆的附接根部以单件形式包括至少第二端接座，其接收所述第二对对立性筋束。

13、根据本发明的一个方面，所述连接连杆的具有平行母线的一个或更多个凸规则表面平行于所述公共近侧旋转轴线，并且所述支撑连杆的具有平行母线的一个或更多个凸规则表面中的至少一个平行于所述公共近侧旋转轴线，并且所述刀片保持器连杆的具有平行母线的刀片保持器根部的一个或更多个凸规则表面和所述反作用连杆的具有平行母线的一个或更多个凸规则表面都与公共远侧旋转轴线平行，并且第一对对立性筋束和第二对对立性筋束适于在所述连接连杆的一个或更多个凸规则表面上以及所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面上纵向地滑动，并且适于在刀片保持器连杆或反作用连杆的根部的相应凸规则表面上卷绕/展开而不滑动，以分别在打开/关闭刀片连杆和对立刀片部分时移动。

14、优选地，在机械干涉接触状态下的打开/关闭自由度的运动期间，刀片连杆的切割边缘适于抵接所述对立刀片部分，以施加切割动作，并且刀片连杆的切割边缘在平行于公共远侧旋转轴线的方向上是弹性地柔性的。

15、在平行于公共远侧旋转轴线的方向上可以在刀片保持器连杆根部的第一端接座和所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间确定的第一距离对于任何切割状况都是恒定的。

16、在平行于公共远侧旋转轴线的方向上可以在另一连杆的第二根部端接座和所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间检测到的第二距离对于任何切割状况都是恒定的。

17、根据一个实施例，刀片保持器连杆以单件形式包括第一悬臂式制动支腿，该第一悬臂式制动支腿从刀片保持器连杆根部延伸，以形成第一支腿的自由端部，从而轴向地限定所述第一端接座，并且其中反作用连杆以单件形式包括第二悬臂式制动支腿，该第二悬臂式制动支腿从反作用连杆根部延伸，以形成第二支腿的自由端部，从而轴向地限定所述第二端接座，所述第一和第二悬臂式支腿各自包括相对于相应的端接座底切放置的邻接与制动壁，以用作用于相应筋束端接部的制动邻接件。在这种情况下，可以确定在轴向方向上位于刀片保持器连杆的第一悬臂式支腿和例如所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间的第一距离对于任何切割状况都是恒定的，并且平行于公共远侧旋转轴线的方向上位于第二悬臂式支腿和所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间的第二距离对于任何切割状况都是恒定的。

18、第一距离和第二距离可以相互相等。

19、第一距离和/或第二距离可以为零。

20、刀片保持器连杆的附接根部可以包括轴向地面向外的第一表面，并且反作用连杆的根部可以包括轴向地面向外的第二表面，并且其中可以检测在所述刀片保持器连杆的第一附接根部表面和所述反作用连杆的第二附接根部表面之间的另一轴向距离，该另一轴向距离对于任何切割状况都是恒定的。

21、根据一个实施例，刀片保持器连杆以单件形式包括第一悬臂式制动支腿，该第一悬臂式制动支腿从刀片保持器连杆根部延伸，以形成第一支腿的自由端部，从而轴向地限定所述第一端接座，并且其中反作用连杆以单件形式包括第二悬臂式制动支腿，该第二悬臂式制动支腿从反作用连杆根部延伸，以形成第二支腿的自由端部，从而轴向地限定所述第二端接座，所述第一和第二悬臂式支腿各自包括相对于相应的端接座底切放置的邻接与制动壁，以用作用于相应筋束端接部的制动邻接件。在这种情况下，可以确定在轴向方向上位于刀片保持器连杆的第一悬臂式支腿和例如所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间的第一距离对于任何切割状况都是恒定的，并且平行于公共远侧旋转轴线的方向上位于第二悬臂式支腿和所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间的第二距离对于任何切割状况都是恒定的。

22、根据一个实施例，当处于操作状态时，在每个筋束和所述筋束在其上滑动的连杆的所有规则表面之间交换的总滑动摩擦力远小于当所述打开/关闭自由度在关闭时移动以施加切割动作时由相同筋束传递以实现刀片连杆的刀片部分的弹性弯折变形的张力。换句话说，所述筋束的滑动摩擦力可以比刀片连杆和对立刀片部分之间的机械干涉接触摩擦力小得多。为此目的，筋束可以由聚合物材料制成，并且连杆可以由金属材料制成，并且连杆的具有平行母线的凸规则表面可以是光滑的，以减小筋束在连杆上的纵向滑动摩擦。例如，连杆的规则表面是通过线材电蚀获得的。

23、所述远侧旋转接头可以是在轴向方向上的刚性旋转接头。优选地，弹性元件不包括在联接器中，并且弹性相对于旋转接头在远侧(即在刀片上)提供。

24、优选地，连接连杆、支撑连杆、刀片保持器连杆的滑轮部分和反作用连杆的滑轮部分的所有凸规则表面都没有纵向通道。因此，致动筋束不会在凹形通道内滑动。

25、可以提供第三对对立性筋束，以用于相对于连接连杆围绕所述公共近侧旋转轴线移动支撑连杆，支撑连杆包括至少第三端接座，该第三端接座接收所述第三对对立性筋束的筋束端接部。优选地，所述第三对对立性筋束的支撑连杆的致动筋束在所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面上卷绕/展开，而不纵向地滑动，该凸规则表面因此用作第三对对立性筋束的致动筋束的滑轮表面。

26、根据本发明的一个方面，一种用于外科器械的切割方法包括在杆的远侧端部处提供铰接式端部执行器的步骤，该杆包括在近侧旋转接头中铰接在一起的连接连杆和支撑连杆，其中所述支撑连杆在远侧旋转接头中与以下铰接：具有切割边缘的刀片连杆、与刀片连杆一体地旋转的刀片保持器连杆、以及具有对立刀片部分的反作用连杆。

27、此外，该方法包括以下步骤：在具有连接连杆和支撑连杆中的至少一个的平行母线的一个或更多个凸规则表面上纵向地滑动至少一对对立性筋束的致动筋束，以将刀片连杆的切割边缘定向在期望的方向上，和在具有连接连杆和支撑连杆的平行母线的一个或更多个凸规则表面上纵向地滑动远侧旋转接头的至少一对对立性致动筋束的致动筋束，以使切割边缘与所述对立刀片部分接触。

28、该方法进一步包括弹性地弯折切割边缘和对立刀片部分中的至少一个，以在它们之间形成机械干涉接触，从而施加切割动作。

29、在具有连接连杆和支撑连杆的平行母线的凸规则表面上纵向地滑动远侧旋转接头的至少一对对立性致动筋束的对立性筋束的步骤可以包括在凸规则表面上卷绕远侧旋转接头的至少一个运动筋束的步骤，该运动筋束在该凸规则表面上以在60°和300°之间，优选地大于120°的卷绕角度滑动。

30、根据本发明的一个方面，由致动筋束致动的具有旋转轴线的切割接头的旋转接头包括支撑连杆的远侧连接部分、在轴向方向上具有弹性地可弯折主体的刀片连杆的附接根部、与刀片连杆一体地旋转的刀片保持器连杆的附接根部、以及与对立刀片部分一体地旋转的反作用连杆的附接根部，其中，在机械干涉接触状态下，在打开/关闭自由度的运动期间，刀片连杆的切割边缘适于抵接所述对立刀片部分，以施加切割动作。

31、刀片保持器连杆的根部以单件形式包括用于第一对对立性筋束的至少第一端接座，并且反作用连杆的根部以单件形式包括用于第二对对立性筋束的至少第二端接座。支撑连杆以单件形式包括具有平行母线的一个或更多个凸规则表面，在切割动作期间，第一对对立性筋束和第二对对立性筋束的筋束在该凸规则表面上滑动。

32、所述旋转接头在轴向方向上是刚性的，使得在平行于公共远侧旋转轴线的方向上位于刀片保持器连杆根部的第一端接座和所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间的第一距离对于任何切割状况都是恒定的；并且在平行于公共远侧旋转轴线的方向上位于反作用连杆根部的第二端接座和所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面的表面之间的第二距离对于任何切割状况都是恒定的。

33、凭借所建议的解决方案，允许铰接式端部执行器的极度和增强的小型化，例如，其再现了腕部而没有由具有非常小半径的单件形式的连杆的规则表面代替的滑轮。因此，已知的金属筋束可以被小型化的聚合物筋束代替，该聚合物筋束凭借低摩擦在限定其运动的此类规则表面上滑动，

34、可以制造具有简化的打开和关闭和切割机构的最小尺寸的外科切割器械，从而用包括弹性刀片(并且优选弯曲的对立刀片)来代替调节销钉和/或贝氏弹簧链，该弹性刀片的闭合干涉施加其变形和切割动作。

35、事实上消除了那些部件(键控的滑轮或旋转地连接到连杆、远侧铰接销上的贝氏型弹簧、金属致动筋束)体积相对较大和/或随着天平的下降而难以组装，从而具有不可容忍的间隙的风险，这将成为小型化的障碍。

36、附接根部具有用于形成没有纵向通道的滑轮部分的相应筋束的凸规则卷绕表面，该附接根部包括适于允许另一部件互锁的几何制动元件，该另一部件优选地为平面且弹性刀片，并且这种几何元件在打开和关闭动作中引导刀片一体地抵靠对立刀片。