具有紧凑腕部的手术工具制造技术

本发明专利技术公开一种手术工具，其具有两个自由度的腕部(70)、经链接张力构件(218、220、222、224)的腕部铰接、用于通过某一角度传递扭矩的机构(372、390)，以及包括这些部件的微创手术工具。细长中间腕部构件(80)被枢轴耦合器械轴(74)的远端，以便关于垂直于轴的第一轴线旋转，并且末端执行器主体(72)枢轴耦合中间构件，以便关于垂直于第一轴线的第二轴线旋转。链接张力构件(218、220、222、224)与附接部件(180、182、184、186)相互作用，从而铰接腕部。扭矩传递机构(372、390)包括耦合构件(384、394)、耦合销件(398、400)、驱动轴(392)、以及从动轴(396)。驱动轴与从动轴耦合，以便控制驱动轴、耦合构件、以及从动轴的相对定向。 1

An operating tool with a compact wrist

The invention discloses an operating tool with two free degrees of wrist (70), a wrist articulated through a linked tension member (218, 220, 222, 224), an mechanism (372, 390) for transmitting torque through a certain angle, and a minimally invasive surgical tool including these components. The slender intermediate wrist member (80) is at the far end of the pivot coupler arm (74), so as to rotate the first axis perpendicular to the axis, and the end actuator body (72) pivot coupling the intermediate member so that the second axis perpendicular to the first axis is rotated. The link tension components (218, 220, 222, 224) interact with the attachment parts (180, 182, 184, 186) to hinged the wrist. The torque transmitting mechanism (372, 390) comprises a coupling member (384, 394), a coupling pin (398, 400), a driving shaft (392), and a driven shaft (396). The driving shaft is coupled with the driven shaft to control the relative orientation of the driving shaft, the coupling member and the driven shaft. One

【技术实现步骤摘要】
具有紧凑腕部的手术工具本申请是申请日为2010年11月12日、专利技术名称为“具有紧凑腕部的手术工具”的中国专利申请201510205067.3的分案申请。相关申请的交叉参考本申请要求以下文献的权益，即2009年11月13日提交的标题为“WRISTARTICULATIONBYLINKEDTENSIONMEMBERS”的美国临时申请号61/260,903(代理人案号ISRG02320PROV)；2009年11月13日提交的标题为“DOUBLEUNIVERSALJOINT”的美国临时申请号61/260,910(代理人案号ISRG02340PROV)；以及2009年11月13日提交的标题为“SURGICALTOOLWITHATWODEGREEOFFREEDOMWRIST”的美国临时申请号61/260,915(代理人案号ISRG02350PROV)，其全部公开包括在此以供参考。本申请涉及2009年11月13日提交的标题为“ENDEFFECTORWITHREDUNDANTCLOSINGMECHANISMS”的美国临时申请号61/260,907(代理人案号ISRG02330PROV)；以及2009年11月13日提交的标题为“MOTORINTERFACEFORPARALLELDRIVESHAFTSWITHINANINDEPENDENTLYROTATINGMEMBER”的美国临时申请号61/260,919(代理人案号ISRG02360PROV)，其全部公开包括在此以供参考。
技术介绍
微创手术技术针对降低诊断或手术程序期间受损的外部组织量，因此降低患者恢复时间、不适以及有害副作用。因而，使用微创手术技术，可显著缩短标准手术的住院平均时间长度。同样地，也可通过微创手术，降低患者恢复时间、患者不适、手术副作用、以及离岗时间。微创手术的通常形式为内窥镜法，并且内窥镜法的通常形式为腹腔镜法，后者为腹腔内部的微创检查和/或手术。在标准腹腔镜手术中，向患者的腹腔吹入气体，并且通过小(大约半英寸或更小)切口穿过套管袖件，从而为腹腔镜器械提供进入端口。腹腔镜手术器械通常包括内窥镜(例如，腹腔镜)和工具，前者用于观察手术野，后者用于在手术点工作。工作工具通常类似于传统(开放)手术中使用的那些工具，除了每个工具的工作末端或末端执行器都通过延伸管(也称为，例如器械轴或主轴)而与其把手分离。末端执行器能够包括，例如，夹钳、抓紧器、剪刀、吻合器、烧灼工具、直线型切割器、或针托。为了执行手术程序，外科医生使工作工具穿过套管袖件，到达内部手术点，并且从腹部外操作工具。外科医生从监控器观察程序，监控器显示内窥镜拍摄的手术点图像。类似的内窥镜技术例如用于关节镜、后腹膜腔镜、盆腔镜、肾镜、膀胱镜、仿真内镜(cisternoscopy)、内视镜、子宫镜、尿道镜等等。开发微创远程手术机器人系统，从而当在内部手术点上工作时提高外科医生的灵敏度，以及允许外科医生从远处(无菌区之外)对患者进行手术。在远程手术系统中，通常在控制台为外科医生提供手术点的图像。在观察适当的观察期或屏幕上的手术点的三维图像的同时，外科医生通过操作控制台的主输入或控制装置，而对患者实施手术程序。每个主输入装置都控制机械伺服致动/铰接手术器械的运动。在手术程序期间，远程手术系统能够提供多种手术器械或工具的机械致动或控制。许多远程手术工具有这样的钳夹或其他可铰接末端执行器，其为外科医生执行各种功能，例如，响应主输入装置的操作，而支持或驱动针、抓握血管、解剖组织等等。具有远腕部接头的工具允许外科医生在内部手术点内定向工具，很大程度提高外科医生能够实时与组织相互作用(并且处理)的自由度。发现外科医生在更多种治疗中应用远程手术系统。新工具将有助于继续该增长，并且尤其是这样的工具，诸如吻合器、直线型切割器等等(其能够对内部组织施加有效的夹紧和其他力)。不幸地，通过已知的工具腕部传送期望的远程手术末端执行器力具有挑战性，特别是同时保持远程手术任务期望的工具中的响应时间、精度、灵活性和可靠性尤其如此。例如，已在许多不同的手术程序中使用包括直线型夹紧、切割和吻合装置的非机器人手术工具。能够使用该工具，从而从胃肠道切除癌变或异常组织。不幸地，许多已知的手术工具，包括已知的直线型夹紧、切割和吻合工具，都缺乏穿过紧凑铰接腕部传递期望的扭矩(例如，组织夹紧扭矩)或力(例如，吻合加热力)的能力，这可降低手术工具的效力。具有轴驱动夹紧机构的可替换工具也不能提供模仿外科医生手腕的自然运动的末端执行器的转动运动。因为上述原因，期望提供改进的手术和/或机器人腕部结构。也期望提供这样的改进微创手术工具，其包括模仿外科医生的自然运动的腕部机构，而同时允许适用于远程手术控制的改进末端执行器力和响应时间。
技术实现思路
提供具有两个自由度的腕部的手术工具，以及相关方法。当在微创手术中使用时，公开的手术工具可特别有益。在许多实施例中，中间腕部构件被枢轴耦合器械轴的远端，以便关于/绕(about)与该轴垂直的第一轴线旋转，并且末端执行器主体被枢轴耦合至中间构件，以便关于与第一轴线垂直的第二轴线旋转。能够使用该两个自由度的腕部，从而以模仿外科医生腕部的自然运动的方式，铰接末端执行器主体，因此为末端执行器主体提供期望量的机动性。在许多实施例中，中间构件具有细长形状。细长形状允许这样的邻近区域，其自由路由致动组件，例如，相对于器械轴铰接末端执行器主体的致动组件，以及相对于末端执行器主体，铰接一个或更多末端执行器部件的执行器部件(例如，控制缆索、驱动轴)。在许多实施例中，两个自由度的腕部包括引导控制缆索的内部通道。能够配置该内部通道，从而在关于第一和第二轴枢轴旋转期间，抑制改变控制缆索张力。例示性实施例提供通过连接张力构件的腕部铰接。在许多实施例中，末端执行器被通过两个自由度的接头而耦合细长轴的远端，以便允许在内部手术空间内定向末端执行器。在例示性实施例中，张力构件的相对运动相对于轴成角度地定向末端执行器，并且张力构件和末端执行器之间的滑动接口表面/界面关于末端执行器的定向，而改变张力构件的位置，从而抑制张力构件中张力的不良变化。通过抑制张力构件中张力的该变化，当将张力构件用作连接对，例如通过共用公共直线型驱动机构(例如，马达驱动绞盘)的相对张力构件时，就可避免有害的控制缆索松弛和/或手术工具组件超负载。致动连接对中的张力构件可提供末端执行器相对于轴的平滑和响应铰接。也可使用经连接张力构件的腕部铰接而缩短轴的手术工具远端的长度，这可改善狭小身体空间中的接触，接触身体结构的角度，以及身体结构的可见度。也提供用于通过某一角度传递扭矩的机构、包括用于通过某一角度传递扭矩的机构的微创手术工具。能够使用公开的机构，从而向手术末端执行器的轴驱动致动机构传递扭矩，该末端执行器被通过两个自由度的腕部而安装至器械轴。在许多手术应用(例如，许多微创手术应用)中，使用包括被通过两个自由度的腕部而安装至器械轴的远端的手术末端执行器的手术工具可有益，以便模仿外科医生的腕部的自然运动(通常相对快)。例如，能够使用该轴驱动机构，从而铰接末端执行器的夹紧钳夹，以便产生高夹紧力。例示性实施例能够使用以下系统而通过微创手术工具的带角度腕部而传递足够的扭矩，该系统为相对简单的双球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造微创手术工具的方法，所述方法包括：

【技术特征摘要】
2009.11.13 US 61/260,915;2009.11.13 US 61/260,910;1.一种制造微创手术工具的方法，所述方法包括：将中间构件枢轴耦合至器械轴，用于关于不平行于所述器械轴的细长方向定向的第一轴线旋转；将末端执行器的末端执行器基础枢轴耦合至所述中间构件，用于关于不平行于所述第一轴线和所述细长方向定向的第二轴线旋转；以及耦合致动机构和所述末端执行器基础，所述致动机构可操作以在二维上相对于所述细长方向改变所述末端执行器基础的定向，至少一部分所述致动机构被路由在所述末端执行器基础和所述器械轴的孔之间，以便通过所述中间构件的至少一侧的外部，并与其分离，其中所述中间构件具有平行于所述第一轴线方向的外部宽度和平行于所述第二轴线的最大外部长度，所述最大外部长度大于平行于所述第一轴线的所述外部宽度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一轴线垂直于所述第二轴线，并且所述第一轴线或所述第二轴线的至少其中之一垂直于所述器械轴细长方向。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间构件在所述第一轴线方向具有外部宽度，并且在所述第二轴线方向具有最大外部长度，其比在所述第一轴线方向的宽度大。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述中间构件在所述第一轴线方向具有最大外部宽度，其小于所述外部长度的三分之一。5.根据权利要求1所述的方法，其中：所述中间构件包括内部通道，其用于引导被路由在所述末端执行器基础和所述器械轴的所述孔之间的控制缆索，其中引导表面约束所述控制缆索，以便在关于所述第一轴线和第二轴线枢轴旋转期间，抑制缆索张力变化；并且所述方法进一步包括将末端执行器控制缆索路由通过所述中间构件的内部通道。6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过相对于所述器械轴改变所述末端执行器基础的定向，反向驱动所述致动机构，以便被施加至所述末端执行器从而改变其定向的力由所述致动系统通过所述孔向近端传递。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述末端执行器的致动包括铰接所述末端执行器的接头。8.一种微型机器人方法，其包括：关于第一接头，相对于机器人工具的轴，枢轴旋转中间构件，以便相对于所述轴关于第一轴线定向所述中间构件，所述中间构件通过所述第一接头与所述轴枢转地耦合；关于第二接头，相对于所述中间构件，枢轴旋转末端执行器的末端执行器基础，以便相对于所述中间构件关于第二轴线定向所述末端执行器基础，所述末端执行器基础通过所述第二接头与所述中间构件枢转地耦合，所述第一接头和所述第二接头的其中之一包括布置在所述机器人工具的横截面中心部分内的居中定位的接头；以及利用致动系统组件机械地致动所述末端执行器，所述致动系统组件从所述轴内穿过到横向偏移所述居中定位的接头的所述末端执行器。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述末端执行器的致动包括铰接所述末端执行器的接头。10.一种手术器械，其包括：器械轴；包括末端执行器基础的手术末端执行器；以及腕部，其耦合所述器械轴和所述末端执行器基础，以便所述末端执行器基础围绕第一腕部枢轴轴线和第二腕部枢轴轴线，相对于所述轴移动；其中所述腕部包括支撑构件和中间构件；其中所述中间构件包括第一末端、第二末端、以及狭槽，所述狭槽沿所述第一末端和第二末端之间的轴线而处于所述中间构件中；其中所述支撑构件被枢轴耦合至所述中间构件、在所述狭槽内部，从而限定所述第一腕部枢轴轴线；以及其中所述第二腕部枢轴轴线被限定在所述中间构件的所述第一末端和第二末端之间。11.一种手术工具，其包括：第一链接，其具有远端、近端、以及在其之间限定的第一链接轴线；多个控制缆索，其从邻近所述第一链接的近端布置的控制缆索致动总成向远端延伸；第二链接，其与所述第一链接的远端枢轴耦合，以便关于第一轴线和第二轴线定向所述第二链接，所述第一轴线和第二轴线不平行于所述第一链接轴线，所述第一轴线不平行于所述第二轴线；以及多个接口总成，每个接口总成都耦合控制缆索的其中一个和所述第二链接，以便所述控制缆索的轴向运动相对于所述第一链接，关于所述第一轴线和第二轴线，成角度地定向所述第二链接，一个所述接口总成包括弯曲部分以及附接突缘，该附接突缘具有附接突缘孔，其尺寸被设置为滑动接收所述弯曲部分，其中当所述第二链接围绕所述第一轴线旋转时，所述附接突缘关于所述弯曲部分旋转，并且当所述第二链接围绕所述第二轴线旋转时，所述附接突缘倚靠所述弯曲部分并且沿所述弯曲部分滑动，所述接口总成的接口表面改变所述控制缆索相对于所述第二链接的位置，其关联所述第二链接相对于所述第一链接的角度定向，以便抑制所述控制缆索的张力变化。12.根据权利要求11所述的工具，其中所述多个控制缆索包括四个控制缆索，并且其中每个所述接口总成都包括一段长度的弯曲部分以及附接突缘，该附接突缘具有附接突缘孔，其尺寸被设置为滑动接收所述弯曲部分，以便当所述第二链接关于所述第一轴线旋转时，所述附接突缘关于所述弯曲部分旋转，并且当所述第二链接关于所述第二轴线旋转时，所述附接突缘倚靠所述弯曲部分并且沿所述弯曲部分滑动。13.一种制造手术工具的方法，所述方法包括：将第二链接枢轴耦合至第一链接，从而关于不平行于所述第一链接的细长方向被定向的第一轴线旋转，并且关于不平行于所述第一链接的细长方向以及所述第一轴线两者被定向的第二轴线旋转，四个附接部件被布置在所述第二链接上，当沿所述第一链接的细长方向观察时，每个所述附接部件都从所述第一轴线和第二轴线偏移，当沿所述第一链接的细长方向观察时，一个所述附接部件被布置在由所述第一轴线和第二轴线限定的每个象限内；耦合张力构件和每个所述附接部件，每个所述张力构件都从所述第一链接的孔内向远端延伸至所述第二链接的一个所述附接部件，以便所述张力构件的轴向运动相对于所述第一链接关于所述轴线成角度地定向所述第二链接，所述张力构件和所述附接部件之间的接口表面改变所述张力构件相对于所述第二链接的位置，其关联所述第二链接相对于所述第一链接的角度定向，以便抑制所述张力构件的张力变化；以及耦合每个所述张力构件和致动机构，所述致动机构可操作以通过致动所述张力构件，在二维上控制所述第二链接相对于所述第一链接的角度定向。14.根据权利要求13所述的方法，其中耦合每个所述张力构件和致动机构的步骤包括：耦合所述张力构件的第一张力构件和第一控制缆索；耦合所述张力构件的第二张力构件和第二控制缆索，所述第二张力构件与所述第一张力构件对角相对；将所述第一控制缆索和所述第二控制缆索与所述致动机构的第一绞盘耦合；耦合所述张力构件的第三张力构件和第三控制缆索；耦合所述张力构件的第四张力构件和第四控制缆索，所述第四张力构件与所述第三张力构件对角相对；以及将所述第三控制缆索和所述第四控制缆索与所述致动机构的第二绞盘耦合。15.一种手术器械，其包括：第一链接；第二链接，其包括附接部件，其中所述附接部件包括弯曲部分；接头，其耦合所述第一链接和第二链接，其中所述接头围绕第一轴线并且围绕第二轴线旋转，并且其中所述第一轴线和第二轴线彼此不平行并且彼此偏移；以及张力构件，其包括附接突缘，其中所述附接突缘被耦合至所述附接部件，其中当所述张力构件围绕所述第一轴线旋转所述接头时，所述附接突缘围绕弯曲部分旋转，并且其中当所述张力构件围绕所述第二轴线旋转所述接头时，所述附接突缘倚靠所述弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·伯班克，G·达克斯二世，T·墨菲，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US