线缆长度持恒的医疗器械制造技术

一种装置包括腕部、末端执行器、线缆对和传动装置。近侧腕部分耦接到轴的远端部分。腕部的致动使远侧腕部分相对于近侧腕部分移动。末端执行器耦接到远侧腕部分，并且能够被致动以相对于腕部移动。传动装置耦接到轴的近端部分，并且能够移动线缆对的一端以致动末端执行器。线缆对的端部被布线通过传动装置内的传动线缆路径。传动装置包括调整机构，该调整机构具有接收由线缆对的端部施加的力的输入部分。调整机构被配置为响应于所述力的改变而改变传动线缆路径的长度。

Medical Devices with Constant Cable Length

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线缆长度持恒的医疗器械相关申请交叉引用本申请要求标题为“CableLengthConservingMedicalInstrument”的美国临时专利申请第62/424,744号(2016年11月21日提交)的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本文描述的实施例涉及用于持恒线缆长度的机构，更具体地涉及医疗设备，并且更具体地涉及内窥镜工具。更具体地，本文描述的实施例涉及包括用于在腕关节的运动范围内持恒线缆长度的机构的设备。
技术介绍
用于微创手术的许多已知医疗器械可以沿细长轴使用一个或多个关节或腕部，该细长轴有时被称为医疗器械的主轴。典型地，腕部提供多个移动自由度，并且在主轴的远端处或远端附近的腕部可附接到或可结合有远侧工具，例如活检针、手术刀、钳子、剪刀或电灼工具。这种已知的腕部通常通过线缆来操作，这些线缆延伸通过器械的主轴内部并连接到传动装置或致动器(也称为后端(backend)中的驱动系统。该后端通常位于医疗器械的近端，并且可以被配置为与机器人接合或接口连接，该机器人在机械方面为后端提供动力以移动线缆，从而操作腕部。对于机器人系统或远程操作系统，后端机构是马达驱动的，并且可以可操作地耦接到处理系统，以便为用户提供用户界面以控制器械。在微创手术期间，医务人员可以操作该系统以通过小切口、导管或自然管腔插入医疗器械的远侧部分，直到医疗器械的远侧尖端位于患者体内的工作部位，并且随后医务人员可以操作机器人以驱动线缆并根据需要控制腕部，以移动远侧工具并在工作部位执行临床功能。已知的医疗器械限定一条或多条线缆路径，通过该路径，线缆被从后端布线穿过器械轴并到达腕部。因为已知的腕部可以提供多个自由度，所以当使用医疗器械时，线缆路径(以及因此穿过线缆路径的线缆的长度)可以改变。例如，当一些已知的腕部围绕俯仰轴线旋转时，在俯仰轴线的第一侧上布线的线缆的线缆路径长度增加，而在俯仰轴线的第二侧(或相反侧)上布线的线缆的线缆路径长度减小。增加的线缆路径长度倾向于在俯仰轴线的第一侧上拉伸线缆或增加线缆中的张力，并且减小的线缆路径长度允许在俯仰轴线的第二侧上的线缆变得松弛或在线缆中的降低的张力下工作。一般而言，希望将线缆中的张力保持在合适的范围内，以防止松弛的线缆脱轨，并防止张紧的线缆变形或损坏其它部件。因此，一些已知的医疗器械包括在腕部内的线缆路径，这些线缆路径被布线以最小化线缆路径长度在致动期间的变化。这有时在本文中被称为线缆长度持恒/节省(cablelengthconservation)。例如，图1A和图1B示出已知医疗器械100的俯视图和侧视图。医疗器械100包括腕部130，该腕部130位于医疗器械100的主轴120的远端并且经由后端110来致动。腕部130包括受动机构140和150，这些受动机构一起能够实现多个移动自由度。在图示的配置中，受动机构140是可被致动以提供对应于俯仰运动的自由度的关节。受动机构140包括耦接至主轴120的连杆142和耦接至受动机构150的连杆144。耦接到受动机构140的一对线缆126a和126b延伸穿过主轴120并且耦接到后端110中的驱动机构(未示出)。因此，如图1C所示，驱动机构可以拉动缆索126a或126b中的任一个，以使连杆144(以及医疗器械100的更远侧部分)相对于连杆142旋转。受动机构150(也称为末端执行器)包括夹爪152和154，这些夹爪在它们一起转动时可充当另一个腕部自由度(例如，偏航运动)，并且在它们沿相反方向转动时可充当手术工具，例如钳子或剪刀。夹爪152和154被安装在枢轴156上，枢轴156可以偏移于并垂直于关节140的旋转轴线146(即俯仰轴线)。一对线缆122a和122b耦接到夹爪152并延伸穿过关节140和主轴120至后端110中的驱动机构112，并且驱动机构112可以拉动线缆122a或122b以围绕枢轴156旋转夹爪152。类似地，另一对致动线缆124耦接到夹爪154并延伸穿过受动机构140和主轴120至后端110，并且后端110中的另一驱动机构(未示出)可以拉动线缆124中的任一个以使夹爪154围绕共享枢轴156旋转。图1B示出用于线缆122a和122b的驱动机构112如何可包括线缆122a和122b从其延伸的绞盘112。在使用中，致动器(诸如控制机器人中的马达)可以旋转绞盘112以卷入一定长度的线缆122b或122a并且同时放出相同长度的线缆122a或122b，从而导致夹爪152的旋转。另一马达和绞盘(未示出)可以驱动线缆124以旋转夹爪154。如图1A所示，线缆122和124具有交叉路径，并且被布线通过关节140的旋转轴线146，使得关节140的旋转不改变后端机构110与受动机构150之间的线缆122和124的路径长度。以此方式，即使当关节140围绕俯仰轴线146移动时，关节140内的线缆路径也在后端110和受动机构150之间保持线缆122和124的基本恒定的长度(见例如图1C)。因此，这种已知的接头组合件可以被认为是一种线缆长度持恒设备。然而，在某些情况下，在腕关节内限定线缆长度持恒路径是不切实际的。例如，包括被布线至末端执行器的许多功能元件或其它部件(例如，电线)的医疗器械可能不适应线缆长度持恒路径。类似地，包含具有小横截面积或直径的关节的医疗器械可能没有足够的空间来容纳多根线缆的布线以用于线缆长度持恒。特别地，随着用于医疗器械的腕部架构被缩小到5mm或更小的直径，空间限制使得具有线缆长度持恒线缆路径的关节在实现的同时仍使用具有足够强度的线缆来满足所需的医疗能力是有挑战性的。因此，需要改进的机构以适应医疗器械的远端和近端之间由远侧部件的运动范围引起的不同的线缆路径长度。
技术实现思路
本
技术实现思路
介绍了本文所描述的实施例的某些方面，以提供基本理解。该
技术实现思路
不是对专利技术主题的广泛概述，并且其不旨在识别关键或重要要素或描绘专利技术主题的范围。在一些实施例中，一种线缆长度持恒医疗器械包括路径长度调整驱动机构，该路径长度调整驱动机构可以位于医疗器械的后端中，并且可以消除对远侧线缆路径的固有长度持恒的需求。该驱动机构可以特别包括自主改变后端线缆布线以补偿远侧路径长度变化的机构，从而医疗器械整体上提供路径长度持恒。结果，驱动机构和腕部的结合允许简单的绞盘致动，并且外部控制系统不需要主动地监视或调整线缆长度张力。在一些实施方式中，由于在器械的一部分中缺乏长度持恒而引起的张力变化致动路线改变机构以补偿远程缺乏长度持恒，例如，使得一对线缆的路径长度响应于另一对线缆的路径长度的张力减小而增加。在一些实施例中，一种装置包括腕部组合件、末端执行器、线缆对和传动装置。腕部组合件具有近侧腕部分和远侧腕部分。近侧腕部分耦接到轴的远端部分。腕部组合件的致动产生远侧腕部分相对于近侧腕部分的移动。腕部组合件限定在远侧腕部分相对于近侧腕部分移动时发生变化的长度的腕部线缆路径。末端执行器耦接到远侧腕部分。末端执行器的致动产生末端执行器相对于远侧腕部分的移动。线缆对被布线通过腕部线缆路径，并且线缆对的第一端耦接到末端执行器。传动装置耦接到轴的近端部分，并且能够移动线缆对的第二端以致动末端执行器。线缆对的第二端被布线通过传动装置内的传动线缆路径。传动装置包括调整机构，该调整机构被配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，其包括：具有近侧腕部分和远侧腕部分的腕部组合件，所述近侧腕部分耦接到轴的远端部分，所述腕部组合件的致动产生所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分的移动，所述腕部组合件限定腕部线缆路径，所述腕部线缆路径的长度在所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分移动时变化；耦接到所述远侧腕部分的末端执行器，所述末端执行器的致动产生所述末端执行器相对于所述远侧腕部分的移动；通过所述腕部线缆路径布线的线缆对，所述线缆对的第一端耦接到所述末端执行器；以及耦接到所述轴的近端部分的传动装置，所述传动装置包括致动器，所述致动器被配置为移动所述线缆对的第二端以致动所述末端执行器，所述线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的传动线缆路径，所述传动装置包括调整机构，所述调整机构被配置为响应于所述腕部线缆路径的长度的变化而改变所述传动线缆路径的长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.21 US 62/424,7441.一种装置，其包括：具有近侧腕部分和远侧腕部分的腕部组合件，所述近侧腕部分耦接到轴的远端部分，所述腕部组合件的致动产生所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分的移动，所述腕部组合件限定腕部线缆路径，所述腕部线缆路径的长度在所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分移动时变化；耦接到所述远侧腕部分的末端执行器，所述末端执行器的致动产生所述末端执行器相对于所述远侧腕部分的移动；通过所述腕部线缆路径布线的线缆对，所述线缆对的第一端耦接到所述末端执行器；以及耦接到所述轴的近端部分的传动装置，所述传动装置包括致动器，所述致动器被配置为移动所述线缆对的第二端以致动所述末端执行器，所述线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的传动线缆路径，所述传动装置包括调整机构，所述调整机构被配置为响应于所述腕部线缆路径的长度的变化而改变所述传动线缆路径的长度。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述腕部线缆路径是第一腕部线缆路径，所述线缆对是第一线缆对，所述第一线缆对的所述第一端耦接到所述末端执行器的第一工具，所述传动装置的所述致动器是第一致动器，所述传动线缆路径是第一传动线缆路径，所述装置还包括：通过所述腕部组合件内的第二腕部线缆路径布线的第二线缆对，所述第二腕部线缆路径的长度在所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分移动时变化，所述第二线缆对的第一端耦接到所述末端执行器的第二工具，所述传动装置包括第二致动器，所述第二致动器被配置为移动所述第二线缆对的第二端以促使所述第二线缆对致动所述末端执行器的所述第二工具，所述第二线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的第二传动线缆路径，所述调整机构被配置为响应于所述第二腕部线缆路径的长度的变化而改变所述第二传动线缆路径的长度。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述调整机构包括可操作地耦接到所述第一线缆对的所述第二端和所述第二线缆对的所述第二端的可移动构件，所述可移动构件的移动同时增加所述第一传动线缆路径或所述第二传动线缆路径中的一个并且减小所述第一传动线缆路径或所述第二传动线缆路径中的另一个。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一线缆对的第二端在所述可移动构件的第一侧上施加第一力，并且所述第二线缆对的所述第二端在所述可移动构件的第二侧上施加第二力，所述述可移动构件的移动由所述第一力和所述第二力之间的差异产生。5.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述调整机构包括可操作地至少耦接到所述线缆对的所述第二端的可移动构件，所述可移动构件被配置为响应于由所述线缆对在所述可移动构件上施加的张力的变化而在所述传动装置内移动，所述传动线缆路径的长度响应于所述可移动构件的移动而变化。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述调整机构包括在所述可移动构件上施加偏置力的偏置构件，所述偏置力与所述张力相反。7.根据权利要求3所述的装置，其中所述可移动构件包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一线缆对的所述第二端的一部分卷绕所述第一滑轮并在所述第一滑轮上施加第一力，所述第二线缆对的所述第二端的一部分卷绕所述第二滑轮并在所述第二滑轮上施加第二力，所述可移动构件被配置为响应于所述第一力与所述第二力之间的差异而在所述传动装置内移动。8.根据权利要求3或7所述的装置，其中：所述可移动构件能够在所述传动装置内围绕枢转轴线旋转；所述可移动构件在第一方向上围绕所述枢转轴线的旋转增加所述第一传动线缆路径的长度并且减小所述第二传动线缆路径的长度；以及所述可移动构件在第二方向上围绕所述枢转轴线的旋转减小所述第一传动线缆路径的长度并且增加所述第二传动线缆路径的长度。9.根据权利要求3所述的装置，其中：所述致动器是包括第一绞盘的第一致动器，所述第一线缆对的所述第二端围绕所述第一绞盘缠绕，所述第一绞盘被配置为围绕第一轮轴旋转以移动所述第一线缆对的所述第二端，所述第一轮轴被配置为在所述传动装置内移动以改变所述第一传动线缆路径的长度；所述传动装置包括第二致动器，所述第二致动器包括第二绞盘，所述第二线缆对的所述第二端围绕所述第二绞盘缠绕，所述第二绞盘被配置为围绕第二轮轴旋转以移动所述第二线缆对的所述第二端，所述第二轮轴被配置为在所述传动装置内移动以改变所述第二传动线缆路径的长度；以及所述可移动构件是连杆，所述连杆将所述第一致动器连接到所述第二致动器，使得所述第一轮轴的第一移动引起所述第二轮轴的第二移动。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述传动装置还包括：第一驱动耦接件，其将第一驱动芯轴连接到所述第一绞盘，使得所述第一驱动芯轴的旋转引起所述第一绞盘围绕所述第一轴线旋转；以及第二驱动耦接件，其将第二驱动芯轴连接到所述第二绞盘，使得所述第二驱动芯轴的旋转引起所述第二绞盘围绕所述第二轴线。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一移动减小所述第一对线缆的所述第一传动装置路径长度，并且所述第二移动增加所述第二对线缆的所述第二传动装置路径长度。12.一种装置，其包括：具有近侧腕部分和远侧腕部分的腕部组合件，所述近侧腕部分耦接到轴的远端部分，所述腕部组合件的致动产生所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分的移动；耦接到所述远侧腕部分的末端执行器，所述末端执行器的致动产生所述末端执行器相对于所述远侧腕部分的移动；具有第一端和第二端的线缆对，所述第一端耦接到所述末端执行器；以及耦接到所述轴的近端部分的传动装置，所述传动装置包括致动器，所述致动器被配置为移动所述线缆对的所述第二端，以使得所述线缆对致动所述末端执行器，所述线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的传动线缆路径，所述传动装置包括调整机构，所述调整机构具有接收由所述线缆对的所述第二端施加的力的输入部分，所述调整机构被配置为由所述线缆对的所述第二端施加的力的变化而改变所述传动线缆路径的长度。13.根据权利要求12所述的装置，其中所述线缆对是第一线缆对，所述第一线缆对的所述第一端耦接到所述末端执行器的第一工具，所述传动装置的所述致动器是第一致动器，所述传动线缆路径是第一传动线缆路径，所述调整机构的所述输入部分是第一输入部分，所述力是第一力，所述装置还包括：具有第一端和第二端的第二线缆对，所述第二线缆对的第一端耦接到所述末端执行器的第二工具，所述传动装置包括第二致动器，所述第二致动器被配置为移动所述第二线缆对的第二端以促使所述第二线缆对致动所述末端执行器的所述第二工具，所述第二线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的第二传动线缆路径，所述调整机构具有接收由所述第二线缆对的所述第二端施加的第二力的第二输入部分，所述调整机构被配置为响应于所述第二力的变化而改变所述第二传动线缆路径的长度。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述调整机构包括可移动构件，所述可移动构件包括所述第一输入部分和所述第二输入部分，所述可移动构件的移动同时增加所述第一传动线缆路径或所述第二传动线缆路径中的一个并减小所述第一传动线缆路径或所述第二传动线缆路径中的另一个。15.根据权利要求14所述的装置，其中通过所述第一力与所述第二力之间的差异来产生所述可移动构件的移动。16.根据权利要求13-15所述的装置，其中所述第一输入部分包括第一滑轮并且所述第二输入部分包括第二滑轮，所述第一线缆对的所述第二端的一部分卷绕所述第一滑轮并在所述第一滑轮上施加所述第一力，所述第二线缆对的所述第二端的一部分卷绕所述第二滑轮并在所述第二滑轮上施加所述第二力，所述可移动构件被配置为响应于所述第一力与所述第二力之间的差异而在所述传动装置内移动。17.根据权利要求3、7、14或15所述的装置，其中：所述调整机构包括轴承；并且所述可移动构件包括与所述轴承滑动接触的轴承表面，所述可移动构件被配置为在所述传动装置内平移，所述可移动构件在第一方向上沿着所述轴承表面的平移增加所述第一传动线缆路径的长度并减小所述第二传动线缆路径的长度，所述可移动构件在第二方向上沿着所述轴承表面的平移减小所述第一传动线缆路径的长度并增大所述第二传动线缆路径的长度。18.根据权利要求17所述的装置，其中：所述调整机构包括耦接在所述传动装置内的框架；所述轴承是围绕第一销耦接到所述框架的第一辊轴承；并且所述调整机构包括围绕第二销耦接到所述框架的第二辊轴承，所述可移动构件被配置为沿着限定在所述第一销的中心线与所述第二销的中心线之间的线性路径平移。19.根据权利要求17所述的装置，其中：所述调整机构包括耦接在所述传动装置内的框架，所述框架包括止动表面，所述止动表面被配置为接合所述可移动构件以限制所述可移动构件的移动。20.根据权利要求17所述的装置，其中：所述可移动构件被配置为沿着基本与所述可移动构件的纵向中心线共线的线性路径平移；并且所述可移动构件的所述轴承表面是配置为接触所述轴承的第一侧的第一轴承表面，所述可移动构件包括配置为接触所述轴承的第二侧的第二轴承表面。21.根据权利要求1、2、12或13所述的装置，其中所述致动器或所述调整机构的一部分中的至少一个被配置为在所述传动装置内移动以改变所述传动线缆路径的长度。22.根据权利要求21所述的装置，其中所述致动器包括绞盘，所述线缆对的所述第二端缠绕所述绞盘，所述绞盘被配置为围绕轮轴旋转以移动所述线缆对的所述第二端，所述轮轴被配置为在所述传动装置内移动以改变所述传动线缆路径的长度。23.一种装置，其包括：具有近侧腕部分和远侧腕部分的腕部组合件，所述近侧腕部分耦接到轴的远端部分，所述腕部组合件的致动产生所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分的移动，所述腕部组合件限定腕部线缆路径，所述腕部线缆路径的长度在所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分移动时发生变化；耦接到所述远侧腕部分的末端执行器，所述末端执行器的致动产生所述末端执行器相对于所述远侧腕部分的移动；被布线通过所述腕部线缆路径的线缆对，所述线缆对的第一端耦接到所述末端执行器；耦接到所述轴的近端部分的传动装置，所述传动装置包括致动器，所述致动器被配置为移动所述线缆对的第二端以促使所述线缆对致动所述末端执行器，所述线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的传动线缆路径；以及调整工具，其用于响应于所述腕部线缆路径的所述长度的变化而改变所述传动线缆路径的长度。24.根据权利要求23所述的装置，其中所述腕部线缆路径是第一腕部线缆路径，所述线缆对是第一线缆对，所述第一线缆对的所述第一端耦接到所述末端执行器的第一工具，所述传动装置的所述致动器是第一致动器，所述传动线缆路径是第一传动线缆路径，所述装置还包括：第二线缆对，其被布线通过所述腕部组合件内的第二腕部线缆路径，所述第二腕部线缆路径的长度在所述远侧腕部分相对于所述近侧腕部分移动时发生变化，所述第二线缆对的第一端耦接到所述末端执行器的第二工具，所述传动装置包括第二致动器，所述第二致动器被配置为移动所述第二线缆对的第二端以促使所述第二线缆对致动所述末端执行器的所述第二工具，所述第二线缆对的所述第二端被布线通过所述传动装置内的第二传动线缆路径，所述调整工具被配置为响应于所述第二腕部线缆路...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·沃特伯瑞，J·R·斯蒂格，Z·叶，
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