[发明专利]用于能转向工具的转矩-传输转向机构

说明书

一种用于能转向工具(500)的机械传输系统MTS(100)，该能转向工具(500)具有近端端部(20)和远端端部(40)并且包括轴区域(532)、能全方向运动的可弯曲近端部分BPP(534)以及能全方向运动并响应于BPP(534)的运动而运动的可弯曲远端部分BDP(530)，该MTS(100)包括围绕虚构管(120)在纵向方向上布置的各自具有近端端部(20)和远端端部(40)的多个纵向构件LM(110)，并且具有对应的传输轴区域TSR(132)、传输可弯曲近端部分TBPP(134)和传输可弯曲远端部分TBDP(130)，其中至少一个LM(110)的平面截面(114)呈现各向异性的惯性面积矩，且大多数LM(110)中的每个LM在沿TBDP(130)或沿TSP(132)的一个或多个约束点处受到轴向旋转限制，其中LM相对于每个离散的约束点能纵向滑动，且MTS(100)被配置成使得BDP(530)的顶端通过BPP(534)的互补旋转在弯曲位置中能轴向地旋转。

发明背景

自1980年以来，开放手术大部分被内窥镜方法替代，由此长轴器械通过套管针插入气体延伸的腹部中。因其确认的较短的住院时间、较少的术后疼痛以及较早的恢复的益处而出名的这种腹腔镜手术对外科医生提出了更多的要求。

内窥镜手术的缺点是灵活性降低。这主要是因为支点效应和在器械顶端处缺少腕状移动。对该缺点的意识随着进行特征为器械的“剑斗”的更复杂的内窥镜程序和单孔手术而增加。

支点效应涉及长轴器械在插入腹部中的套管针(枢轴点)的水平处的枢转。把手向左边的移动被转化为在执行器(例如，一把剪刀)处的向右边的移动，且反之亦然。外科医生能够快速适应这些反向移动。

缺少腕状移动更难克服。最新技术水平的解决方案由达芬奇机器人(直觉外科公司(Intuitive Surgical))提供，其中外科医生的手在控制台的移动转移为器械顶端处的流畅的移动。该解决方案是昂贵的，从而导致带有全方向的铰接顶端的更便宜的手用器械的研发。

许多手术挑战归因于灵活性降低。常规的刚性腹腔镜器械仅提供4个自由度(旋转、上/下成角、左/右成角、内/外运动)。为了克服运动的这种限制，已经研发了用于能转向器械的各种设计：

1.在其最简单的形式中，铰接的器械包括预先弯曲的柔性管，其可滑动地从刚性直管拔出。该顶端可以仅在一个方向(单向铰接器械)上弯曲，且可以仅承受有限量的侧向力。

2.更先进的替换方案为这样的器械：其允许顶端在一个平面上的弯曲移动，例如，左到右，且反之亦然。由于构造的性质，创建大部分稳定的顶端。这些双向器械需要通过向一个方向弯曲且然后通过围绕其自身的轴线转动整个器械而导航到兴趣点。这缺少直觉。

3.真实的腕部移动仅在全方向系统的情况下是可能的。全方向的铰接器械主要由近端端部和远端端部、远端弯曲部分、从远端弯曲部分延伸的轴区域以及可选的近端弯曲部分组成。近端端部的移动被转移为远端端部处的移动。在美国专利号7,410,483(图11)和美国专利号8,105,350(图15)中描述了实例。

类似于机器人手术，全方向的铰接器械提供了多达7个自由度(顶端在两个平面中的轴向旋转和偏移添加到常规的刚性器械的4个DOF)。近端侧处的上/下运动以及左/右运动的组合允许将到达远端执行器侧处的任一点而不需要围绕其自身轴线旋转。然而，增加的机动性是以顶端稳定性的显著下降为代价。为了解决该问题，诸如系统(泰尔茂株式会社(Terumo))和系统(远藤控制(EndoControl))等混合解决方案通过使用强大的电气伺服马达恢复顶端稳定性来补偿。

相比机器人系统，全方向的铰接器械提供了低成本和触觉反馈的优点。

外科手术铰接器械的腕部必须是稳定的，即呈现出对外力的施加的足够的阻力。近来Chang Wook Jeong对其进行了研究(Chang等人，用于腹腔内窥镜单部位手术的第一代铰接器械的不足的接头力，外科创新2012)。他计算出器械的腕部理想上承受20N的最小侧向力将是有效的。