[發明專利]具有擺線表面的器械腕部

有效

• 申請號: 201080058496.8
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102665592A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: M·R·威廉斯
• 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;A61B17/00
• 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

技術領域

背景技術

用于微創手術程序的醫療器械通常采用遠距離啟動的機械腕部或關節。在一些配置中，腕部機構可以是位于該器械的主要導管的遠端處的工具（如鉗、解剖刀、剪刀或燒灼工具）的一部分或可以操縱該工具。腱通常附連到該腕部機構中的機械構件或圓盤上并且延伸穿過該主要導管而到達該主要導管近端處的驅動系統。授予Cooper等人標題為“具有可主動定位的腱致動的多圓盤式腕部關節的手術工具（Surgical?tool?having?Positively?Positionable?Tendon-Actuated?Multi-Disk?Wrist?Joint）”的美國專利US.6,817,974描述了一些已知的腕部機構，其包含多個圓盤以及腱控制的腕部關節。

當機構中的兩個構件具有根據一種固定關系或齒輪比而改變的相對角度取向時，在一個關節處發生該腕部機構中的齒輪式移動。例如，圖1A示出腕部關節100的側視圖，該腕部關節具有構件110和120，這些構件具有圓形的并且曲率半徑相同的載荷表面112和122。當圓形表面112和122在彼此上滾動而不滑動時，產生了1:1齒輪比的齒輪式運動。為了防止滑動，構件110上的銷或齒114可以嚙合構件120中開口124的壁，并且防止構件110和120在驅動系統（未示出）拉動腱130并且松開相反的腱132時相對于彼此滑動（如圖1B中所示）。齒114被優選地設計形狀、定位和設計尺寸，從而使得齒114在構件110和120的全轉動范圍上保持與開口124耦合。齒輪式運動是希望的，因為構件110和120的移動可以在計算機或確定如何操縱腱130和132來實現關節100的期望運動的其他處理系統中進行建模和預測。圓形載荷表面112和122保持了限定表面112和122的圓的中心之間的間隔，這是希望的，因為產生的移動被容易地建模并且因為腱130和132的對稱附連導致腱130或132被拉動的長度與另一個腱132或130被松開的長度相等。因此可以簡化操縱腱130和132的驅動系統的機械學。

一般已知齒輪使用多種表面形狀來允許齒輪的齒相嚙合而不受約束。例如，擺線齒輪是具有遵循擺線曲線的接觸面的齒的齒輪。圖2示出了一對擺線齒輪210和220，它們被設置在相應的軸212和222上，這些軸具有為了使齒輪210和220的齒正確嚙合所需要的間隔。具體而言，當驅動齒輪210順時針轉動時，齒輪210的表面214接觸齒輪220的表面224。表面214和224的形狀被設計為當齒輪221和220轉動時抵靠彼此滾動，例如表面214可以是平的而表面224遵循擺線曲線。然后表面216和226相接觸，并且齒輪210和220轉動，直到齒輪210的下一個齒218與齒輪220的下一個齒228相接觸。擺線齒輪如齒輪210和220的恰當嚙合對于軸212與222之間的間距是敏感的，這可能是現今在齒輪中更常使用漸開線曲面（involute?surface）的主要原因。

如圖2中圖示的齒輪與諸如圖1A和1B中圖示的齒輪式腕部關節的不同之處在于軸212和222固定齒輪210和220的間距，從而使得這些齒輪的接觸面不承載顯著的壓縮力。相比之下，圖1A和1B的腕部關節100在位于醫療器械中時通常需要承載壓縮力（例如，由于腱130和132的張緊），這些壓縮力趨向于使構件110和120的凸形載荷表面112和122變平。由于含腕部關節（諸如腕部關節100）的醫療器械通常具有較小的直徑，例如構件110或120的總直徑典型地約為3至10mm，并且可能遇到約一百磅的壓縮力，因此載荷表面112和122的變形是重要問題。此外，對于腱引導件或諸如攝像機纜線或可以延伸穿過器械的其他系統的裝置的一個或更多個中心內腔而言，可能需要腕部關節的大部分截面積。這些機械結構的小的可用空間可能使得制造具有適當強度和精確度的腕部關節100有挑戰性。具體而言，齒114的相對小的尺寸可能導致在腕部的極限運動下齒114與開口124脫離接合，特別是當腕部100支撐一個使表面112和122變形的負荷時。

發明內容