内窥镜手术机械臂系统及其视觉反馈装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种内窥镜手术机械臂系统及其视觉反馈装置，视觉反馈装置包覆在内窥镜手术机械臂的外围，包括结构单元：蒙皮、支撑骨架、活动控制环、固定控制环、牵引线以及弹性恢复单元；蒙皮包覆在支撑骨架外围；支撑骨架分别与活动控制环和固定控制环相连接；弹性恢复单元连接在活动控制环和固定控制环之间；固定控制环上设有纵向通孔，牵引线的一端与活动控制环相连接，牵引线另一端穿过固定控制环上的纵向通孔，结构单元在牵引线与弹性恢复单元的配合下，完成展开与收拢动作；功能单元：包括照明单元和前置摄像单元，照明单元和前置摄像单元分别设置于支撑骨架前端。本发明专利技术应用于腹腔镜与胸腔镜手术系统，完成狭小空间内的微创手术操作。

【技术实现步骤摘要】
内窥镜手术机械臂系统及其视觉反馈装置
本专利技术涉及医疗器械辅助装置
，具体是一种内窥镜手术机械臂系统及其视觉反馈装置。
技术介绍
目前应用于临床的医疗手术机器人系统大多基于内窥镜手术原理，分为无创手术系统与微创手术系统。以美国的X2RoboticSystem为例的无创手术系统，其手术工具需通过狭长复杂的人体自然腔道进入患者体内，操作难度大。因而单切口微创手术在腹腔镜手术、胸腔镜手术领域逐渐受到更多人的认可。当前世界很多研究机构都致力于研究单孔内窥镜手术系统并取得了一定进展，如M.Piccigallo等人提出SPRINT系统，该系统通过机械臂内的微型电机实现关节的扭转弯曲运动，模仿医生手臂运动，实现一个6自由度的单孔内窥镜手术系统。国内专利申请号为201410206379.1的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，通过镍钛合金驱动线驱动机械臂弯曲伸缩等运动，完成空间多自由度的运动操作。而以上内窥镜手术机械臂装置操作复杂，视觉反馈单元与手术操作单元均为自由度很高的机械臂装置，同时协调控制有难度，且在有限的工作空间会相互干扰。另外多机械臂机构在进入时缩在保护鞘内的设计使得在尚未到达靶器官的进入阶段无法获得视觉反馈，无法直接到达最佳手术地点，而需要先进行机构展开，在视野范围内进行最终机械臂工作空间位置的调节。此操作流程不仅浪费了手术时间，并且并不能保证进行展开动作时体内空间充足。为解决体手术空间小，术野暴露差等问题，降低手术难度，对于腹腔镜手术一般采用人工气腹进行工作空间的扩充。人工气腹一般通过向腹腔充入二氧化碳气体进行构建，而二氧化碳气腹使气道压增加，且其溶解在血液循环系统中会导致高碳酸血症。为解决以上问题腹腔镜手术领域出现了一些免气腹装置。国内专利申请号为200420076684.5的腹腔镜免气腹腹壁悬吊撑开器和国内专利申请号为201310603553.1的齿开式腹腔镜免气腹装置，可解决手术视野显露欠佳以及操作不便等问题。通过支撑杆向上撑起腹壁，形成较大视野空间。但该装置无保护措施，支撑装置直接与身体组织接触，可能造成戳伤等二次伤害。国内专利申请号为201220523802.7的腹腔镜手术免气腹支撑器，将多条钢条通过体表切口穿入腹腔，调整钢条弯度，形成支撑拱形结构，以构造较大的手术操作空间。但其穿入过程需要腹腔镜引导，操作复杂。穿入过程若处理不当，同样可能造成二次损伤。且除了内窥镜手术的手术切口，需在身体两侧增加两个用来贯穿钢条的附加手术切口。排除安全等问题的考量，此类免气腹装置仅可应用于腹腔镜手术中，对于同样狭小的胸腔镜手术操作环境不能通用。
技术实现思路
本专利技术针对以上单孔内窥镜手术系统进入时导航视觉反馈欠缺、视觉反馈系统在操作时与操作机械臂相互干扰以及目前的扩充体内手术工作空间装置安全性低、不通用等不足，提供了一种内窥镜手术机械臂系统及其视觉反馈装置。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种视觉反馈装置，包括结构单元和功能单元：所述结构单元包括蒙皮、支撑骨架、活动控制环、固定控制环、牵引线以及弹性恢复单元；其中：所述蒙皮包覆在支撑骨架外围；所述支撑骨架分别与活动控制环和固定控制环相连接；所述弹性恢复单元连接在活动控制环和固定控制环之间；所述固定控制环上设有纵向通孔，所述牵引线的一端与活动控制环相连接，牵引线的另一端穿过固定控制环上的纵向通孔，所述结构单元在牵引线与弹性恢复单元的配合下，完成展开与收拢动作；所述功能单元包括照明单元和前置摄像单元，所述照明单元和前置摄像单元分别设置于支撑骨架的前端。优选地，所述弹性恢复单元采用弹簧机构，在牵引线不施加外力的情况下，所述结构单元在弹簧弹力作用下收紧；在牵引线被施加外力的情况下，牵引线克服弹簧弹力，所述结构单元在弹簧压缩力作用下展开。优选地，所述固定控制环相对固定，所述活动控制环沿轴线相对前后滑动。优选地，所述蒙皮采用弹性纤维材质；所述支撑骨架采用不锈钢材质。优选地，所述前置摄像单元采用CCD摄像机，所述照明单元采用LED灯。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种内窥镜手术机械臂系统，包括内窥镜手术机械臂以及上述视觉反馈装置，所述视觉反馈装置包裹在内窥镜手术机械臂的外围。优选地，所述固定控制环固定于内窥镜手术机械臂的后部；所述活动控制环环套在内窥镜手术机械臂的前部，并沿着内窥镜手术机械臂轴线前后滑动；所述牵引线穿过固定控制环上的纵向通孔后与内窥镜手术机械臂的驱动电机相连接，并通过驱动电机驱动控制。优选地，所述结构单元在收拢状态时，内窥镜手术机械臂处于前行状态，内窥镜手术机械臂行进方向的影像通过前置摄像单元进行视觉反馈；当内窥镜手术机械臂运动到靶器官时，通过控制驱动电机驱动牵引线调整活动控制环和固定控制环之间的相对位置，进而调节支撑骨架的展开角度，控制前置摄像单元的视角以及照明单元的照明角度，同时推压周围身体组织获得更多的操作空间。本专利技术的工作过程为：在内窥镜手术机械臂进入患者体内阶段，视觉反馈装置处于收拢状态，减少与身体组织的推压产生的阻力，前置摄像头单元与照明单元朝向行进方向，为医生控制机械臂准确到达靶器官提供实时图像反馈，帮助内窥镜手术机械臂系统的导航定位控制；到达靶器官，牵动牵引线，克服弹性恢复单元的弹簧弹力使得控制环之间的距离缩短，支撑骨架得以展开。支撑骨架推压周围身体组织为中间的操作机械臂装置获得更多的操作空间，蒙皮增加装置的强度以及通过增加装置与身体组织的接触面积来减少接触压强，避免推压身体组织带来的接触伤害；通过牵引线调节支撑骨架的展开角度，从而调节支撑骨架端头的CCD摄像机与LED灯的视野范围与照明角度，使得装置获得理想的视觉图像反馈，协助医生的内窥镜手术操作与靶器官诊断等工作；手术完成后，放松牵引线，弹性恢复单元的弹簧弹力使得固定控制环与活动控制环之间距离增大，支撑骨架再次收拢，操纵内窥镜手术机械臂系统使其退出患者体内。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术实现内窥镜手术机械臂与视觉反馈装置的一体化，为手术提供视觉反馈以及操作空间的扩充，不仅可应用于腹腔镜手术免气腹，也可应用于同样操作空间狭小的胸腔镜等手术，通用性强；2、对比一般基于内窥镜的多臂机器人，本专利技术解决了视觉反馈装置与内窥镜手术机械臂之间的空间协调问题，并引入了进入体内时的机械臂的视觉反馈机构设计，增加导航定位精确性，降低控制难度；3、本专利技术为医生操作提供视觉反馈参考，到达体内靶器官手术操作区，通过其牵引装置克服弹性恢复单元弹力将其展开，推压周围身体组织以帮助位于中心的内窥镜手术机械臂获得更大操作空间，可通过调节支撑骨架的展开角度调整位于支撑骨架前端的前置摄像单元与照明单元的姿态，使摄像头获得较好的术野效果，可应用于腹腔镜与胸腔镜手术系统，完成狭小空间内的微创手术操作。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术装置的整体结构收拢状态概略图图2是本专利技术装置的整体结构展开状态概略图图3是本专利技术装置的控制环相对控制示意图图4是固定控制环的左视图图5是固定控制环的右视图图6是活动控制环的左视图图7是活动控制环的右视图图8是第一支撑骨架示意图图9是第二支撑骨架示意图图中，1为功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视觉反馈装置，其特征在于，包括结构单元和功能单元：所述结构单元包括蒙皮、支撑骨架、活动控制环、固定控制环、牵引线以及弹性恢复单元；其中：所述蒙皮包覆在支撑骨架外围；所述支撑骨架分别与活动控制环和固定控制环相连接；所述弹性恢复单元连接在活动控制环和固定控制环之间；所述固定控制环上设有纵向通孔，所述牵引线的一端与活动控制环相连接，牵引线的另一端穿过固定控制环上的纵向通孔，所述结构单元在牵引线与弹性恢复单元的配合下，完成展开与收拢动作；所述功能单元包括照明单元和前置摄像单元，所述照明单元和前置摄像单元分别设置于支撑骨架的前端。

【技术特征摘要】
1.一种内窥镜手术机械臂系统，其特征在于，包括内窥镜手术机械臂以及视觉反馈装置，所述视觉反馈装置包裹在内窥镜手术机械臂的外围；所述视觉反馈装置，包括结构单元和功能单元：所述结构单元包括蒙皮、支撑骨架、活动控制环、固定控制环、牵引线以及弹性恢复单元；其中：所述蒙皮包覆在支撑骨架外围；所述支撑骨架分别与活动控制环和固定控制环相连接；所述弹性恢复单元连接在活动控制环和固定控制环之间；所述固定控制环上设有纵向通孔，所述牵引线的一端与活动控制环相连接，牵引线的另一端穿过固定控制环上的纵向通孔，所述结构单元在牵引线与弹性恢复单元的配合下，完成展开与收拢动作；所述功能单元包括照明单元和前置摄像单元，所述照明单元和前置摄像单元分别设置于支撑骨架的前端；所述视觉反馈装置的固定控制环固定于内窥镜手术机械臂的后部；所述视觉反馈装置的活动控制环环套在内窥镜手术机械臂的前部，并沿着内窥镜手术机械臂轴线前后滑动；所述视觉反馈装置的牵引线穿过固定控制环上的纵向通孔后与内窥镜手术机械臂的驱动电机相连接，并通过驱动电机驱动控制。2.根据权利要求1所述的内窥镜手术机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫东，王贺升，刘雨霆，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31