[發明專利]外科手術操作臂及外科手術操作系統

有效

• 申請號: 201710128927.7
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN108524000B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 任洪亮;劉銓權
• 申請（專利權）人: 新加坡國立大學;蘇州工業園區新國大研究院
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何沖

本發明公開了一種外科手術操作臂，包括驅動機構、執行工具、以及可彎曲臂，其中，可彎曲臂包括第一可彎曲部分和第二可彎曲部分。第一可彎曲部分包括并聯分布在頂蓋和底座之間的三個或三個以上萬向調節裝置，該萬向調節裝置包括多個軸，相鄰兩個軸之間通過萬向聯軸器彼此聯接。第二可彎曲部分包括相互套接的內柔性管、至少一個中間柔性管、以及外柔性管，位于內部的柔性管適于收縮進或伸展出位于外部的柔性管。內柔性管連接至執行工具，外柔性管位于多個萬向調節裝置圍繞形成的容置空間中。通過采用多個并聯的萬向調節裝置和多個串聯套接的柔性管的串并聯混合模式，該外科手術操作臂在保持剛性的同時保證高靈活性，并且結構簡單、易于操作。

技術領域

本發明涉及外科手術器械領域，特別是涉及一種基于多個并聯的萬向調節裝置和多個串聯套接的柔性管的串并聯混合式外科手術操作臂，以及采用該外科手術操作臂的外科手術操作系統。

背景技術

隨著醫學科學技術的迅猛發展，疾病診斷、監測、采樣和活體內臨場手術處理越來越趨于微創化。智能微創手術能夠在將患者身體的切口最小化的同時實施復雜的外科手術，因此得到越來越廣泛的關注和應用。智能微創手術平臺通常包括控制臺和操作臂，控制臺由計算機系統、手術操作監視器、操作臂控制監視器、操作手柄和輸入輸出設備等組成。手術時外科醫生可坐在遠離手術臺的控制臺前，頭靠在視野框上，雙眼接受來自不同攝像機的完整圖像，共同合成術野的三維立體圖，然后雙手控制操作桿，手部動作傳達到機械臂的尖端，完成手術操作，從而增加操作的精確性和平穩性。操作臂的可靠性和可操作性對智能微創手術的成功起到至關主要的影響。操作臂的可靠性主要取決于構成操作臂的材料的剛性，而操作臂的可操作性主要取決于操作臂各部分的靈活性。當智能微創手術過程中，平衡操作臂的靈活性和剛性是極具挑戰的。

機械臂往往需要深入患者體內一端較長的距離，并且其尖端通常遠離控制段，因此機械臂的局限性主要在于與它的長的支撐桿相關的靈巧性的降低，以及與它的關節處的材料有關的剛性的減小。在操作臂被插入患者體內后，其可操作性與其尖端的靈活性高度相關。操作臂可以由柔性材料構成，從而容易實現連續彎曲，然而，柔性材料的過多使用通常會導致操作臂能夠承擔的工作負載較小，或者，如果需要操作臂承擔較大的工作負載，那么它能夠延伸的距離將受限，即，操作臂僅能在預定的較短距離范圍內工作。此外，為提高操作臂的可操作性，通常需要操作臂實現多自由度的可操作。傳統的操作臂通常使用單獨的內置電極分別控制操作臂的每個關節的運動，因此操作臂的尺寸極大地受到電極尺寸的影響，并且存在例如，電極的電流泄露的潛在危險。在保持操作臂的剛性的同時保證高靈活性是提高操作臂在微創手術中的應用的關鍵問題。

當前，已經提出了許多應用于智能微創手術的帶有末端靈活性的器械，例如，美國專利US7338513、US7398707、US20120083770等。其中，US7338513公開了一種器械引導設備，其通過柔性套管和繩子驅動關節旋轉來實現位于尖端的夾持裝置繞軸的開合；US7398707公開了一種機器人手術工具，其通過柔性套管和繩子驅動兩個垂直的樞軸關節實現位于尖端的夾持裝置繞軸的開合。US7338513和US7398707都可以把插入點和夾持裝置末端的軸向轉動結合起來驅動夾持裝置的彎曲。然而，柔性套管和繩子的使用使得夾持裝置的精確控制變得復雜。US20120083770公開了一種手術器械，其將萬向節用于夾持裝置控制中的動力傳輸。然而，在US20120083770中，萬向節只是被動地跟隨通過繩驅動手術器械的柔性套管運行。

傳統的可應用于智能微創手術的操作臂通常存在結構復雜、不易操作，并且難以兼顧剛性和靈活性的缺點。

發明內容

基于此，有必要針對現有應用于智能微創手術的機械臂存在的局限性和缺點，提供一種基于多個并聯的萬向調節裝置和多個串聯套接的柔性管的串并聯混合式外科手術操作臂，以及采用該外科手術操作臂的外科手術操作系統。