医疗器械以及机器人手术组件制造技术

本发明专利技术提出一种医疗器械和一种机器人手术组件。该医疗器械包括框架和关节式装置，其中，关节式装置包括第一连杆和第二连杆，第一连杆连接到框架，第二连杆经由旋转关节连接到第一连杆，旋转关节限定关节运动轴线；其中，医疗器械还包括至少一个肌腱以用于通过拉动肌腱使第二连杆相对于第一连杆移动；其中，第一连杆和第二连杆中的至少一者包括至少一个滑动表面，该滑动表面适于允许肌腱的至少一部分在滑动表面上滑动，其中，滑动表面为由彼此平行且平行于旋转关节的关节运动轴线的多个直母线部分形成的直纹面。母线部分形成的直纹面。母线部分形成的直纹面。

【技术实现步骤摘要】
医疗器械以及机器人手术组件
[0001]本申请是申请日为2016年10月14日、申请号为201680072848.2的中国专利专利技术申请“用于机器人手术的手术工具以及机器人手术组件”的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种医疗器械。
[0003]特别地，本专利技术涉及一种特别适于用作用于机器人微外科手术的机器人末端执行器的医疗器械。
[0004]另外，本专利技术涉及一种制造所述医疗器械的方法。
[0005]而且，本专利技术涉及一种包括所述医疗器械的机器人手术组件。
[0006]此外，本专利技术涉及一种用于医疗器械的肌腱驱动系统以及一种包括所述肌腱驱动系统的医疗器械。

技术介绍

[0007]包括终端接有手术器械的多关节机器臂的用于手术或微手术的机器人组件在本领域中是已知的。例如，文献US
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71553116
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B2公开了一种用于在MRI(磁共振成像)指导下执行脑微手术的机器人组件，其包括基于MRI的图像采集系统和两个多关节臂，每个多关节臂具有带有三个竖直轴的旋转关节以避免直接的重力载荷(如例如在所述文献US
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7155316
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B2的图7中所示)，每个旋转关节连接到其相应的端部执行器，该端部执行器被赋予有内部运动自由度以用于进行抓持。
[0008]在现有技术中可用的解决方案尽管提供了部分优点，但需要一种即使对于手术工作场所中的手术器械的小运动也同时涉及多个独立运动的运动策略，这导致难以控制运动精度并且在手术工作场所中导致实际上使外科医生无法接近的大量阻碍。事实上，基于主从范式的大部分用于手术的机器人组件的应用领域专用于微创手术(或MIS)，例如腹腔镜或内窥镜手术。在这两种应用中，机器人组件的运动学旨在优化手术器械通过手术端口或孔口接近手术区，这是需要协调多个运动自由度的技艺。相比之下，在开放手术中的手术和微手术应用需要在由手术显微镜的视野限制的工作空间上对平移运动进行精确的运动学控制，而没有由手术端口或自然孔口表示的限制运动学约束，并因此从外科医生直接接近手术区的能力中受益匪浅。
[0009]还值得注意的是，主要外科基元(例如组织张紧和吻合口缝合)的执行需要将手术器械顶端定向在大空间锥方向上并且使该器械围绕其纵向轴线旋转(转动)的能力，例如以类似于人手在腕关节和肘关节处接合的方式用针保持器械的顶端引导针穿过组织。
[0010]例如在文献US
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6963792
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A中描述的，包括远程操作的主从系统的用于手术或微手术的机器人组件通常是已知的，并且更具体地，US
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6385509
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B2和US
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2014
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0135794
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A1的微手术应用描述了用于手术器械顶端的运动的运动学解决方案，该运动学解决方案需要在杂乱手术区的连续运动链中协调多个关节。随着铰接器械顶端的关节更远离顶端本身，这种阻碍效应越来越明显。此外，所述微手术系统不允许在距离皮肤表面小到10厘米的病变内
的手术部位处时的器械顶端的适当的移动，更具体地，适当的重新定向。
[0011]一般来说，即使是专业操作员也需要长时间的训练才能掌握已知主从系统中采用的主命令装置。事实上，已知的主装置具有很长的学习曲线，主要是因为它们机械链接到运动记录站，这必然以不熟悉的方式限制其运动并且往往具有较大的尺寸。因此，已知的主装置本质上不适合复制传统开放式手术器械的功能，并且缺乏在三维空间中进行大线性运动和角运动谱的能力。
[0012]例如，文献US
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8521331
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B2公开了一种用于腹腔镜手术的机器人装置，其中，主命令装置具有允许外科医生将其作为手套戴在他
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她的手指上的形状。根据所述专利的图2B所示的另一个实施例，主命令装置具有操纵杆形状，其一部分附接到外科医生的手腕并延伸使得仅用一只手将其保持，包括具有可以记录抓持运动的一对横向翼部。外科医生利用与所述命令装置成一体的腹腔镜显示装置。
[0013]上述解决方案尽管部分有利于腹腔镜手术，但并不能完全解决该问题，因此在熟练操作所述指令装置而不是熟悉的开放式手术器械之前，对外科医生进行长期培训仍然是必需的。
[0014]众所周知，微手术的实施需要使用光学显微镜或放大镜、要求外科医生具有高水平的灵巧性和经验，外科医生在生理性震颤的限制和在这样的尺度上人类手部运动可达到的精度的限制下工作。
[0015]采用机器人技术可以带来巨大的好处，既可以实现器械的高程度小型化，又可以扩大手术区内的运动范围，从而消除生理性震颤的影响并简化手动任务。例如，在重建生物组织的几个阶段中进行微手术过程，例如在执行包括小直径血管和神经的血管吻合术中。进行这些过程是为了在外伤性伤口或由外科手术切除组织产生的伤口之后重建解剖结构、重新附着肢体并使组织重新血管化，所有这些在预先存在表面伤口的情况下均在开放手术装置中进行。
[0016]在移植手术、神经外科手术或血管手术中以及在眼睛周围和眼内以及在内耳中的手术中，如在人工耳蜗的情况下，均可以发现微手术技术的应用的其他示例。此外，心脏旁路的突出外科手术包括冠状动脉吻合的关键步骤。器械小型化的需求也能在其他手术技术中感受到，例如在旨在限制手术器械在生物组织上的侵入性的微创外科手术中，例如腹腔镜手术和内窥镜手术中。关于腹腔镜手术，本领域已知的技术解决方案不能在单切口腹腔镜手术或单端口手术中使用的腹腔镜器械的直径的小型化方面令人满意。此外，值得注意的是，通常在MIS中使用的内窥镜具有直径在1mm至3.2mm之间的器械通道。这些尺寸限制了通过内窥镜器械通道可用的当前外科手术器械的功能，其在目前通常仅能够执行抓持动作。
[0017]包括适用于在患者上工作的关节式装置的医疗器械在本领域中通常是已知的。例如，文献WO
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2010
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009221
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A2示出了包括远侧关节式装置的机器人手术器械，该机器人手术器械能够仅使用四根致动缆线提供三个运动自由度，分别为俯仰(pitch)、偏转(yaw)和抓持(grip)。这种缆线在存在于铰接式装置的主体内的引导通道或护套内部滑动。
[0018]所述技术方案限制了机器人铰接式装置的小型化，这是因为引导通道表面与在其内部滑动的缆线之间的摩擦限制了可由铰接式装置实现的定位精度。如本领域中已知的，随着医疗器械的物理尺寸减小，出现与在容积力上占优势的表面力(例如摩擦力)的相关性
增加有关的困难。这种现象需要求助于最小化摩擦力，且同时将机械装置的无效运动减到最小的解决方案。铰接式装置的定位精度的损失是铰接式装置进一步小型化的基本技术障碍，这是因为随着小型化，驱动构件(肌腱)的刚度以其直径的二次方下降，使其对于器械顶端的精确定位而言更加难以克服摩擦。此外，这种解决方案需要包括围绕缆线的通道和引导表面的肌腱引导系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.医疗器械(60、160、260、360)，包括框架(57)和关节式装置(70)，所述关节式装置包括第一连杆(71)和第二连杆(72)，所述第一连杆连接到所述框架(57)，所述第二连杆经由旋转关节(171)连接到所述第一连杆，所述旋转关节限定关节运动轴线(P
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P、Y
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Y)；其中，所述医疗器械还包括至少一个肌腱(90)以用于通过拉动所述肌腱使所述第二连杆相对于所述第一连杆移动；其特征在于，所述第一连杆(71)和所述第二连杆(72)中的至少一者包括至少一个滑动表面(40、80、140、180)，所述滑动表面适于允许所述肌腱(90)的至少一部分在所述滑动表面上滑动，其中，所述滑动表面为由彼此平行且平行于所述旋转关节的所述关节运动轴线(P
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P、Y
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Y)的多个直母线部分形成的直纹面。2.根据权利要求1所述的医疗器械，其中，所述第二连杆(72)是所述关节式装置(70)的末端构件并且包括至少一个缠绕表面(86)，所述缠绕表面为由彼此平行且平行于所述旋转关节的所述关节运动轴线(P
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P、Y
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Y)的多个直母线部分形成的直纹面，并且其中，所述缠绕表面(86)允许所述肌腱(90)的至少一部分绕所述缠绕表面缠绕，并且所述缠绕表面不适于所述肌腱在所述缠绕表面上滑动。3.根据权利要求2所述的医疗器械，包括至少一对肌腱(90、190)，所述至少一对肌腱包括用于使所述第二连杆(72)相对于所述第一连杆(71)移动的所述至少一个肌腱(90)，并且其中所述第一连杆(71)和所述第二连杆(72)中的每者包括主结构体，所述主结构体在单件中包括一个或多个凸接触表面，并且其中，所述一个或多个凸接触表面包括所述至少一个滑动表面(40、80、140、180)和所述至少一个缠绕表面(86)，并且其中，所述凸接触表面中的每个为由彼此平行且基本上平行于所述旋转关节的所述关节运动轴线(P
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P、Y
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Y)的多个直线部分形成的直纹面。4.根据权利要求3所述的医疗器械，其中，所述一对肌腱(90、190)中的每个肌腱包括与所述框架(57)相关联的第一肌腱末端(91)、固定到所述第二构件(72)的第二肌腱末端(92)，以及在所述第一肌腱末端(91)与所述第二肌腱末端(92)之间延伸的主部分，并且其中，所述一对肌腱(90、190)中的每个肌腱的所述主部分仅在所述凸接触表面(40、80、86...

【专利技术属性】
技术研发人员：马西米利亚诺，
申请(专利权)人：医疗显微器具股份公司，
类型：发明
国别省市：