呈现优选弯曲的关节式连杆结构和相关的方法技术

根据本发明专利技术的各种示范性实施例，一种外科手术设备可以包括第一对可铰接连接的连杆、第二对可铰接连接的连杆和连接到该第一对连杆和第二对连杆的张力构件，使得改变该张力构件的中的张力将施加趋向于铰接该第一对连杆和第二对连杆以便弯曲该第一对连杆和第二对连杆的力。该外科手术设备可以配置成使得当改变该张力构件中的张力时该第一对连杆具有比第二对连杆更小的抗弯阻力。

【技术实现步骤摘要】
呈现优选弯曲的关节式连杆结构和相关的方法本申请是2016年2月1日提交的名称为“呈现优选弯曲的关节式连杆结构和相关的方法”的中国专利申请201610070135.4的分案申请，且前述专利申请是2012年1月26日提交的名称为“呈现优选弯曲的关节式连杆结构和相关的方法”的中国专利申请201280008803.0的分案申请。
本专利技术涉及挠性的可操控的器械，其包括经由相邻连杆之间的关节相对于彼此铰接的一系列连杆。具体说，本专利技术涉及用在执行包括机器人辅助的各种微创外科手术程序中的这种器械。
技术介绍
运动链系用在各种应用中以提供细长的联动结构。采用这种运动链系的结构示例包括但不限于机器人控制的器械和/或微创外科手术器械。微创外科手术器械可以或者是手动控制的或者是机器人/自动控制的。运动链系作为整个链系或者其一个或更多个部分，可以包括类似于人类骨架并且由一系列相互连接的连杆(类似于椎骨)构成的结构。该连杆可以经由关节相互连接，以允许相邻的连杆以一个或更多个自由度(DOF)相对于彼此铰接。通过这种铰接，这些关节式连杆结构也能够以一个或更多个自由度弯曲(例如，包括俯仰和/或偏转弯曲)以被设置成各种曲线形状，类似于蛇形运动。力传动元件，诸如，例如，张力构件(例如，缆绳、金属丝和/或推杆)和/或压缩构件(例如，推杆、鲍登缆绳)，可以互连该一系列连杆，以施加趋向于将该连杆相对于彼此铰接的致动力，从而提供该关节式连杆结构的期望的总弯曲和曲线的形状。微创外科手术技术，无论手动执行或经由机器人辅助系统执行，通常试图在使对健康组织的损害最小化的同时执行外科手术程序。用于实现这种目标的一个具体技术利用具有由关节式连杆结构构成的可弯曲的、可操控的臂、腕等的外科手术设备，该关节式连杆结构通过至少部分地沿着诸如，例如病人的消化管、血管、支气管或其他内腔的天然内腔而行，能够到达病人体内的目标工作部位。例如，沿着天然内腔而行，可以允许外科医生在工作部位进行手术，同时使更少和/或更小的切口通过健康的组织，尽管在外科手术设备进入或离开天然内腔的位置需要切口。因此，能够沿着天然内腔或其他曲折路径而行的外科手术设备必需是挠性的，以便允许弯曲(例如，成曲线形)并且还是可操控的以便允许对这种弯曲进行控制。各种外科手术应用，特别是与小内腔和/或具有急转弯或分叉的内腔有关的外科手术应用，例如，其中在肺和/或神经应用中所遇到的，可能需要细长的外科手术设备的各部分在弯曲时呈现比较小的弯曲半径，特别是为了到达最终工作部位。一般来说，根据应用，沿着可弯曲的、可操控的设备的长度的各种弯曲和弯曲程度可能是期望的。在一些情况下，关节式连杆结构可以设置在细长的外科手术器械的远端部分(即，当使用该器械时最靠近工作部位的该器械的端部)，在该远端部分处可控的操纵、具有小曲率半径的弯曲和/或大的和/或多个DOF运动可以是有益的。因此，由关节式连杆结构形成的腕可以朝着细长外科手术设备的远端设置以支撑端部执行器(例如，诸如夹钳、刀片、剪刀、烧灼构件等和其组合的工具)。进入导引装置(例如导引管)和/或便于插入和移除外科手术器械和工具并且便于到达微创外科手术程序的目标工作部位的其他类似的内窥镜结构也能够由关节式连杆结构形成，从而提供期望的挠性和弯曲，以使这些设备能够沿着诸如，例如体腔的曲折的路径往返移动和操控。进入导引装置通常包含一个或多于一个通路，通过该通路其他外科手术器械能够被插入和移除。利用进入导引装置也可以允许在每次需要不同的器械时改变器械而不需要专用的操控程序。除了穿过又窄又曲折的路径的能力外，微创外科手术器械的整体尺寸可以造成对这种器械设计的约束。一般而言，期望这种器械的包括外部横向尺寸(例如，直径)的整体尺寸相对较小，以适合在窄内腔和其他通道内。因此，在一些情况下，期望选择力传动元件的数目和布置，以便减小关节式连杆结构的整体尺寸。例如，将一系列可铰接连接的连杆互连以提供致动力从而控制该结构的弯曲的力传动元件的数目和布置可以使得一个或更多个力传动元件通过一个或更多个连杆，而不直接附连在或终止在这样的连杆。例如，一个或更多个力传动元件可以通过该一系列连杆的一个或更多个近侧连杆(“中间连杆”)并且最终终止并直接附连于该一系列连杆的远侧连杆(“末端连杆”)，其中该一系列连杆的中间连杆不具有终止在其上和与其直接附连的任何力传动元件。因此，该一系列连杆中的多个关节(或连杆对)的弯曲和操控，通过单个力传动元件(或在多个弯曲方向和/或多个自由度的情况下的单组力传动元件)致动，而不是通过包括中间连杆的每个关节或连杆对致动，并且因此通过直接附连于这种连杆对的力传动元件的致动能够各自直接弯曲。这种构造有时候被称为“过少约束的(underconstrained)”。换句话说，多个连杆对的操控和弯曲由附连于并且终止在一系列这种连杆对的其中一个连杆对的连杆的单个力传动元件或单组力传动元件致动。但是，这种“过少约束的”结构在试图可控制地操控和弯曲中可能造成挑战，因而引起连杆的不可预计的和/或不可控制的运动(铰接)。用于包括过少约束结构的这种关节式连杆结构的控制，有时候基于所谓的“等角度假设”，其中假定，一系列连杆对(例如包括与末端连杆交界的中间连杆)响应于直接附连于该中间连杆的一个或多个力传动元件的致动，绕其各自的关节以大致相同的角度弯曲。根据可以作用在该连杆上的各种力，诸如例如，由于该结构的表面和/或有效载荷引起的关节摩擦力和阻力，该等角度假设可能不精确地反映连杆对的实际取向。而且，在一些情况下，特别是当这种结构用在非常小的内腔和其他通道中时，不期望提供全部以大约相同角度弯曲的一系列互连连杆对，因为这样做可能导致该一系列连杆对的较大的整体弯曲曲率半径。为了进一步说明包括基于等角度假设的控制系统的关节式连杆系统，参考美国专利US6,817,974B2(2002年6月28日提交，名称为“SurgicalToolHavingPositivelyPositionableTendon-ActuatedMulti-DiskWristJoint”)，其整体内容通过参考并入本文。因此，期望提供能够更加可控地弯曲的关节式连杆结构，以便执行大范围的微创外科手术程序，包括需要穿过小而曲折的路径到工作部位的外科手术程序。还期望在关节式连杆结构的整体尺寸(例如，包括直径)保持相对小的同时，提供能够更加可控地弯曲的关节式连杆结构。而且，期望提供设计相对稳健、制造相对低廉并且能够通过利用相对简单的机械设计实现受控制的弯曲的关节式连杆结构。
技术实现思路
本专利技术可以解决上述的一个或更多个问题和/或可以实例说明上述的一个或更多个期望的特征。其他的特征和优点从下面的描述可以变得明显。根据本专利技术的各种示范性实施例，一种外科手术设备可以包括第一对可铰接连接的连杆、第二对可铰接连接的连杆和连接到该第一对连杆和该第二对连杆的张力构件，使得改变该张力构件的中的张力施加趋向于铰接该第一对连杆和第二对连杆以便弯曲该第一对连杆和第二对连杆的力。该外科手术设备可以配置成使得当改变该张力构件中的张力时该第一对连杆具有比该第二对连杆更小的抗弯阻力。根据本专利技术的各种示范性实施例，预期一种用于控制包括经由张力构件连接的多个可铰接连接的连杆的外科手术设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种引导装配件，其包括：导引管，其包括：包括第一对相邻连杆的第一关节；包括第二对相邻连杆的第二关节，所述第一对相邻连杆和第二对相邻连杆中的每个连杆包括器械通道，该器械通道的尺寸被设置为容纳外科手术器械；以及延伸通过所述第一关节和所述第二关节的张力构件，其中当在所述张力构件上施加张力时，所述第一关节具有更大的抗弯阻力。

【技术特征摘要】
2011.02.14 US 13/027,2211.一种引导装配件，其包括：导引管，其包括：包括第一对相邻连杆的第一关节；包括第二对相邻连杆的第二关节，所述第一对相邻连杆和第二对相邻连杆中的每个连杆包括器械通道，该器械通道的尺寸被设置为容纳外科手术器械；以及延伸通过所述第一关节和所述第二关节的张力构件，其中当在所述张力构件上施加张力时，所述第一关节具有更大的抗弯阻力。2.根据权利要求1所述的引导装配件，其中所述第一对相邻连杆和第二对相邻连杆中的每个连杆包括布线通道，该布线通道的尺寸被设置为容纳所述张力构件。3.根据权利要求1所述的引导装配件，进一步包括所述外科手术器械，其中所述外科手术器械包括细长主体和端部执行器。4.根据权利要求3所述的引导装配件，其中所述导引管包括远侧连杆，并且所述外科手术器械的所述端部执行器的尺寸被设置为穿过所述远侧连杆并且在所述远侧连杆的远端延伸。5.根据权利要求3所述的引导装配件，其中所述端部执行器包括刀片、夹钳和烧灼构件中的至少一个。6.根据权利要求1所述的引导装配件，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·Q·登霍欧，
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