[發明專利]四線纜腕的后端機構

有效

• 申請號: 200980134414.0
• 申請日: 2009-07-15
• 公開（公告）號: CN102143719A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: W·A·伯班克
• 申請（專利權）人: 直觀外科手術操作公司
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00;B25J9/00;B25J17/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

相關申請的交叉引用

本專利文件涉及并且結合共同提交的題為“Four-Cable?Wrist?with?Solid?Surface?Cable?Channels”、代理卷號為ISRG01630US的美國專利申請和共同提交的題為“Bipolar?Cautery?Instrument”、代理卷號為ISRG01640US的美國專利申請作為參考。

背景技術

機器人控制的外科器械通常用在微創醫療程序中。這種器械的一個結構包括在延伸部分的遠端處安裝在腕機構上的(例如手術鉗、剪切工具或燒灼工具)的執行器或工具，延伸部分有時在此稱為器械的主管路。在醫療程序中，執行器和主管路的遠端被插入到病人的小切口或自然開口中，以將執行器放置在病人的體內的工作部位。然后，當在工作部位實施期望的程序時，腕機構可被用于移動或者操作執行器。延伸通過器械的主管路的線纜或相似結構可以將腕機構連接至傳輸裝置，傳輸裝置有時在此稱為后端機構。為實現執行器和腕機構的機器人控制，后端機構是電機驅動的，并且處理系統可以被用于為醫生提供一個用戶界面以便控制器械。

腕機構一般提供執行器運動的特定自由度。例如，對于手術鉗或其他夾握工具，腕能夠改變執行器的俯仰、偏轉和夾握。雖然能夠通過腕實現更多的自由度，但是實現腕的三個自由度并且通過主管路的運動實現例如側滾或者插入/抽出的其他自由度一般提供實施醫療程序所需的運動。

在機器人控制的醫療器械中腕機構的常規結構采用線纜來轉動腕機構的絞盤(capstan)并且由此旋轉被連接至絞盤的腕機構的部分。例如，腕機構可包括繞俯仰軸線、偏轉軸線或夾握軸線旋轉的三個絞盤。每個絞盤可以通過使用兩根線纜來控制，這兩根線纜均被附接至絞盤，從而使得一側輸出線纜而另一側拉進相等長度的線纜。通過該結構，三個自由度需要從腕機構向后沿主管路的長度延伸至器械的后端機構的六根線纜。由于線纜必須被仔細地引導通過腕機構以在腕機構的整個運動范圍內保持線纜的張力/張緊度并且最小化一個旋轉軸線與另一個的相互作用(或聯接作用)，所以腕機構的有效實施是復雜的。此外，滑輪一般用于降低線纜的摩擦，這延長了器械的壽命并且允許在沒有過大的力施加至腕機構的線纜或其他結構的情況下的操作。燒灼工具對于帶有腕的器械存在更多的復雜性，因為燒灼器械需要輸送電力至可移動執行器。例如，雙極燒灼工具需要相反極性電壓的輸送，導體移動的空間和電壓的有效隔離。

期望一種腕機構能夠通過小數目的線纜操作，以便于器械的小型化并且降低器械的成本。期望腕機構的低部件數目，以降低制造成本。此外，腕機構應該允許適合于燒灼器械的電隔離并且具有高效的后端機構。

發明內容

根據本發明的一方面，適用于微創醫療程序的器械具有腕機構，該腕機構能夠通過使用從腕延伸通過器械的主管路到達后端機構的四根線纜來控制執行器的俯仰、偏轉和夾握。根據本發明的另一方面，后端機構將四根線纜連接至三個電機驅動機構，這三個電機驅動機構共同控制執行器的俯仰、偏轉和夾握。在一個實施例中，執行器是雙極燒灼工具，其采用刷式接觸用以電連接至執行器的可移動部件。

本發明的一個具體實施例是醫療器械或后端機構，其包括附接至第一和第二線纜的第一機構、附接至第三和第四線纜的第二機構和附接至第一和第二機構的一部分的搖臂。所述第一機構是可操作用來拉進所述第一和第二線纜中的一個而同時輸出所述第一和第二線纜的另一個，并且所述第二機構可被操作用來拉進所述第三和第四線纜中的一個而同時輸出所述第三和第四線纜中的另一個。所述第一和第二機構的每一個能夠使用絞盤或桿系統，以引起線纜期望的相對運動。所述搖臂包括第一樞轉軸，第二樞轉軸和第三樞轉軸，其中第一機構的一部分圍繞第一樞轉軸旋轉，第二機構的一部分圍繞第二樞轉軸旋轉并且搖臂圍繞第三樞轉軸旋轉。搖臂以第一方向圍繞第三樞轉軸的旋轉使第一和第二樞轉軸移動，拉進第一和第二線纜中的至少一個，并且輸出第三和第四線纜中的至少一個。

本發明的另一實施例是包括第一絞盤、第二絞盤和搖臂的醫療器械或后端機構。第一和第二線纜纏繞在第一絞盤上，使得第一絞盤的旋轉拉進第一和第三線纜中的一個而同時輸出第一和第二線纜中的另一個。相似地，第三和第四線纜纏繞在第二絞盤上，使得第二絞盤的旋轉拉進第三和第二線纜中的一個而同時輸出第三和第四線纜中的另一個。第一滑輪組被安裝到搖臂上，并且第一和第二線纜從第一絞盤延伸并且圍繞第一滑輪組延伸。第二滑輪組也被安裝到搖臂上，并且第三和第四線纜從第二絞盤延伸并且圍繞第二滑輪組延伸。搖臂被機械聯接以擺動并且移動第一和第二滑輪組，并且由此相對第三和第四線纜移動第一和第二線纜。