用于将电缆耦接到医疗设备的设备和方法技术

工具构件被可旋转地耦接到轴的远端部分并且包括驱动滑轮和耦接线轴。机械结构被耦接到轴的近端部分并且包括第一绞盘和第二绞盘。第一绞盘和第二绞盘各自包括第一部分和第二部分。电缆的远侧部分围绕耦接线轴缠绕至少一圈。电缆的第一近端围绕第一绞盘的第二部分缠绕，使得第二部分横越电缆的第一近端的第一部分。电缆的第二近端围绕第二绞盘的第二部分缠绕，使得电缆的第二近端的第二部分横越电缆的第二近端的第一部分。第二近端的第一部分。第二近端的第一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将电缆耦接到医疗设备的设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月13日提交的题为“Devices and Methods for Coupling a Cable to a Capstan of a Medical Device”的美国临时专利申请号62/975,927和于2020年2月13日提交的题为“Devices and Methods for Coupling a Cable to a Capstan of a Medical Device”美国临时专利申请号62/975,928的优先权和权益，每个申请的公开内容通过引用整体被并入本文。

技术介绍

[0003]本文描述的实施例涉及医疗设备，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张紧电缆和用于将电缆耦接到任何绞盘或末端执行器工具(其耦接到绞盘)的机构的设备。
[0004]用于微创外科手术(MIS)的已知技术采用器械来操纵能够被手动控制或经由计算机辅助远程操作控制的组织。许多已知的MIS器械包括安装在轴的远端处的腕部机构上的治疗或诊断末端执行器(例如，镊子、切割工具或烧灼工具)。在MIS程序期间，末端执行器、腕部机构和轴的远端能够被插入患者的小切口或自然孔口中，以将末端执行器定位在患者身体内的工作位点。可选的腕部机构可用于改变末端执行器相对于轴的取向，以在工作位点执行所需的程序。已知的腕部机构通常为末端执行器的移动提供所需的自由度(DOF)。例如，已知的腕部机构通常能够改变末端执行器参考轴的俯仰和偏航。腕部可以可选地为末端执行器提供滚转DOF，或者可以通过使轴滚转来实施滚转DOF。末端执行器可以可选地具有附加的机械DOF，例如夹持或刀片运动。在某些情况下，腕部和末端执行器机械DOF可以被组合。例如，美国专利号5,792,135(1997年5月16日提交)公开了其中腕部和末端执行器夹持DOF被组合的机构。
[0005]为了实现腕部机构和末端执行器的所需移动，已知的器械包括延伸穿过器械的轴并将腕部机构连接到机械结构的电缆(例如，电缆)，该机械结构被配置为移动电缆以操作腕部机构。对于机器人或远程操作系统，机械结构通常是马达驱动的，并且能够可操作地耦接到处理系统，以为临床用户(例如，外科医生)提供用户界面以控制器械。
[0006]患者受益于提高MIS方法和工具的效能的不断努力。例如，减小轴和腕部机构的尺寸和/或操作占地范围能够允许更小的进入切口并减少对外科手术位点处空间的需求，从而减少外科手术的负面影响，例如疼痛、疤痕和不良愈合时间。但是，生产实施微创程序临床所需功能的小型医疗器械可能具有挑战性。具体来说，简单地通过“缩小”部件来减小已知腕部机构的尺寸不会产生有效的解决方案，因为所需的部件和材料属性不会按比例缩放。例如，腕部机构的有效实施可能会很复杂，因为电缆必须小心地布线穿过腕部机构，以在腕部机构的整个运动范围内维持电缆张紧并最小化一个旋转轴线在另一个上的相互作用(或耦接效应)。此外，通常需要滑轮和/或轮廓表面来减少电缆摩擦，这延长了器械寿命，并准许操作而不会对腕部机构中的电缆或其他结构施加过大的力。较小的结构(包括电缆和腕部机构的其他部件)可能导致的增加的局部力可能导致电缆在存储和使用期间的不希
望的加长(例如，“拉伸”或“蠕变”)、电缆寿命的缩短等。
[0007]此外，腕部机构通常为末端执行器的移动提供特定的自由度。例如，对于镊子或其他抓握工具，腕部可能能够改变末端执行器的俯仰、偏航和夹持。更多的自由度可以通过腕部实施，但需要腕部和轴中的附加致动构件，这将争夺存在的有限空间(考虑到MIS应用需要尺寸限制)。其他自由度(例如通过主管的移动的滚转或插入/抽出)也会在设备的轴处或设备的轴中争夺空间。
[0008]用于机器人控制的医疗器械中腕部机构的传统架构使用电缆来转动后端机构中的绞盘，从而旋转腕部机构被连接到绞盘的部分。例如，腕部机构可以被可操作地耦接到用于围绕俯仰轴线、偏航轴线或夹持轴线旋转的三个绞盘。每个绞盘可以使用附接到绞盘的两根电缆来控制，以便一侧放出电缆，而另一侧拉入等长的电缆。使用这种架构，三个自由度需要总共六根电缆，从腕部机构沿着主管的长度向后延伸到器械的后端机构。腕部机构和后端机构的有效实施可能很复杂，因为电缆必须小心地布线穿过腕部机构、工具构件和后端机构，以在腕部机构的整个运动范围内维持腕部的稳定性并最小化一个旋转轴线在另一个上的相互作用(或耦接效应)。
[0009]一些用于机器人控制的医疗器械的已知架构使用包括卷边或其他保持方法的电缆来将电缆固定到绞盘或工具构件，这可能增加制造医疗器械的时间和成本。例如，将卷边布线和固定到绞盘和/或末端执行器所需的时间可能增加。此外，电缆本身可能非常昂贵。例如，许多用于机器人控制的医疗器械的传统架构使用由诸如钨或钢的材料制成的电缆。这种电缆可以被构造用于多种用途，但也非常昂贵。
[0010]因此，需要改进的内窥镜工具(包括改进的后端机构)，以使腕部能够用少量电缆来操作，以促进器械的小型化，降低器械的成本，并通过减少所需的零件数量降低制造成本。还需要改进的内窥镜工具，其能够提供对腕部机构和末端执行器的移动的更严格的控制，并且可以包括由诸如能够降低成本的各种聚合物的材料形成的电缆。还需要内窥镜工具，其包括不需要电缆包括卷边或以其他方式需要保持元件来将电缆固定在腕部机构、末端执行器或后端机构内的架构。

技术实现思路

[0011]本概要介绍了本文描述的实施例的某些方面以提供基本理解。本概要不是本专利技术主题的广泛概述，并且其并非旨在识别关键或极其重要要素或划定本专利技术主题的范畴。在一些实施例中，医疗设备包括轴、工具构件、机械结构和电缆，其中轴包括远端部分和近端部分。工具构件围绕旋转轴线可旋转地耦接到轴的远端部分并且包括驱动滑轮和耦接线轴。机械结构被耦接到轴的近端部分并且包括第一绞盘和第二绞盘。第一绞盘包括第一部分和第二部分。第二绞盘包括第一部分和第二部分。电缆包括第一近端、第二近端和远侧部分并且沿着轴布线。电缆的远侧部分围绕驱动滑轮的驱动表面布线并且围绕耦接线轴缠绕至少一圈以将电缆的远侧部分固定到工具构件。电缆的第一近端围绕第一绞盘的第一部分的驱动表面布线，并围绕第一绞盘的第二部分缠绕，使得电缆的第一近端的第二缠绕部分横越(cross over)电缆的第一近端的第一缠绕部分。电缆的第二近端围绕第二绞盘的第一部分的驱动表面布线并围绕第二绞盘的第二部分缠绕，使得电缆的第二近端的第二缠绕部分横越电缆的第二近端的第一缠绕部分。
[0012]在一些实施例中，医疗设备的电缆由聚合物形成。在一些实施例中，医疗设备的电缆没有保持特征。在一些实施例中，远端电缆围绕耦接线轴缠绕至少两圈。在一些实施例中，电缆的第一近端围绕第一绞盘的第二部分缠绕至少两圈，并且电缆的第二近端围绕第二绞盘的第二部分缠绕至少两圈。在一些实施例中，第一狭槽和第二狭槽被限定在第一绞盘的第二部分内，并且第二狭槽与第一狭槽交叉(cross)。在这样的实施例中，电缆的第一近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种医疗器械，包括：轴，其包括远端部分和近端部分；工具构件，其围绕旋转轴线可旋转地耦接到所述轴的所述远端部分，所述工具构件包括驱动滑轮和耦接线轴；机械结构，其耦接到所述轴的所述近端部分，所述机械结构包括第一绞盘和第二绞盘，所述第一绞盘包括第一部分和第二部分，所述第二绞盘包括第一部分和第二部分；以及电缆，其包括第一近端、第二近端和远侧部分，所述电缆沿所述轴布线，所述电缆的所述远侧部分围绕所述驱动滑轮的驱动表面布线并围绕所述耦接线轴缠绕至少一圈以将所述电缆的所述远侧部分固定到所述工具构件，所述电缆的所述第一近端围绕所述第一绞盘的所述第一部分的驱动表面布线，所述电缆的所述第一近端围绕所述第一绞盘的所述第二部分缠绕，使得所述电缆的所述第一近端的第二缠绕部分横越所述电缆的所述第一近端的第一缠绕部分，并且所述电缆的所述第二近端围绕所述第二绞盘的所述第一部分的驱动表面布线，所述电缆的所述第二近端围绕所述第二绞盘的所述第二部分缠绕，使得所述电缆的所述第二近端的第二缠绕部分横越所述电缆的所述第二近端的第一缠绕部分。2.根据权利要求1所述的医疗器械，其中，所述电缆包括聚合物。3.根据权利要求2所述的医疗器械，其中，所述电缆的所述远侧部分没有保持特征。4.根据权利要求2所述的医疗器械，其中，所述电缆的所述第一近端和电缆的所述第二近端均没有保持特征。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆的所述远侧部分围绕所述耦接线轴缠绕至少两圈。6.根据权利要求1
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4中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆围绕所述耦接线轴的缠绕表面缠绕，使得所述电缆的所述远侧部分的第二段横越所述电缆的所述远侧部分的第一段。7.根据权利要求1
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4中任一项所述的医疗器械，其中：所述电缆的所述第一近端围绕所述第一绞盘的所述第二部分缠绕至少两圈；并且所述电缆的所述第二近端围绕所述第二绞盘的所述第二部分缠绕至少两圈。8.根据权利要求7所述的医疗器械，其中第一狭槽和第二狭槽各自被限定在所述第一绞盘的所述第二部分内，所述第二狭槽与所述第一狭槽交叉；所述电缆的所述第一近端在所述第一狭槽内围绕所述第一绞盘的所述第二部分缠绕；并且所述电缆的所述第一近端在所述第二狭槽内围绕所述第一绞盘的所述第二部分缠绕，使得所述电缆的所述第二缠绕部分横越所述电缆的所述第一缠绕部分。9.一种医疗器械，包括：轴，其包括远端部分和近端部分；以及机械结构，其耦接到所述轴的所述近端部分，所述机械结构包括绞盘，所述绞盘包括第
一部分和第二部分，所述第一部分包括驱动表面，所述驱动表面被配置为接合电缆，使得所述绞盘的旋转在所述电缆中产生张力，第一狭槽和第二狭槽各自被限定在所述第二部分内，所述第二狭槽与所述第一狭槽交叉，所述第一狭槽和所述第二狭槽各自被配置为接收所述电缆以将所述电缆固定到所述绞盘的所述第二部分，并且开口被限定在所述绞盘的所述第二部分内。10.根据权利要求9所述的医疗器械，其中，所述开口沿所述绞盘的纵向中心线限定。11.根据权利要求9所述的医疗器械，其中：所述绞盘限定第三狭槽，所述第三狭槽限定在两个柱之间，所述第三狭槽被配置为接收所述电缆以将所述电缆固定到所述绞盘的所述第二部分。12.根据权利要求9所述的医疗器械，还包括：所述电缆，其耦接到所述绞盘，所述电缆沿所述轴延伸并围绕所述第一部分的所述驱动表面缠绕；所述电缆在所述第一狭槽内围绕所述绞盘的所述第二部分缠绕；所述电缆在所述第二狭槽内围绕所述绞盘的所述第二部分缠绕，使得所述电缆的第二缠绕部分横越所述电缆的第一缠绕部分；以及所述电缆的终端部分可设置在所述开口内。13.根据权利要求12所述的医疗器械，其中，所述电缆在所述第一狭槽或所述第二狭槽中的至少一个内围绕所述第二部分的耦接表面缠绕至少两圈。14.根据权利要求12所述的医疗器械，其中，所述电缆在所述第一狭槽和所述第二狭槽中的每一个内围绕所述第二部分缠绕至少两圈。15.根据权利要求12
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14中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆包括聚合物。16.根据权利要求12
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14中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆的所述终端部分没有保持特征。17.一种医疗器械，包括：轴，其包括远端部分和近端部分；末端执行器，其耦接到所述轴的所述远端部分；机械结构，其耦接到所述轴的所述近端部分，所述机械结构包括绞盘，所述绞盘包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括驱动表面，开口被限定在所述第二部分内，第一狭槽和第二狭槽被限定在所述第二部分内，所述第二狭槽与所述第一狭槽交叉；以及电缆，其包括近端部分和远侧部分，所述电缆沿所述轴布线，所述电缆的所述远侧部分耦接到所述末端执行器，所述电缆的所述近端部分包括驱动部分、第一缠绕部分、第二缠绕部分和终止部分；所述电缆的所述驱动部分至少部分地在所述绞盘的所述第一部分的所述驱动表面周围缠绕，
所述电缆的所述第一缠绕部分在所述第一狭槽内围绕所述绞盘的所述第二部分缠绕，所述电缆的所述第二缠绕部分在所述第二狭槽内围绕所述绞盘的所述第二部分缠绕，使得所述第二缠绕部分横越所述第一缠绕部分，以及所述终止部分可设置在所述开口内。18.根据权利要求17所述的医疗器械，其中：所述第一部分的所述驱动表面是围绕所述绞盘的纵向轴线的圆形凹槽并且限定直径；并且所述绞盘的所述第二部分围绕所述绞盘的所述纵向轴线是圆柱形的并且限定大于所述驱动表面的直径的直径。19.根据权利要求18所述的医疗器械，其中，所述绞盘的所述第一部分包括第一侧壁和第二侧壁，所述驱动表面在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间。20.根据权利要求19所述的医疗器械，其中：通路被限定在所述第一侧壁内；并且所述电缆的所述第一缠绕部分从所述绞盘的所述第一部分穿过所述通路布线并到达所述第一狭槽。21.根据权利要求17
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20中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆包括聚合物。22.根据权利要求17
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20中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆的所述终止部分没有保持特征。23.根据权利要求17
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20中任一项所述的医疗器械，其中，所述电缆的所述终止部分具有恒定的横截面直径。24.根据权利要求17
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20中任一项所述的医疗器械，其中：中心孔被限定在所述绞盘内；并且所述绞盘包括所述中心孔内的加强杆。25.一种组装医疗器械的方法，所述医疗器械包括轴、可移动地耦接到所述轴的远端的末端执行器、耦接到所述轴的近端的机械结构以及电缆，所述电缆包括驱动部分、第一缠绕部分、第二缠绕部分和终止部分，所述方法包括：将所述电缆从所述末端执行器穿过所述轴布线并到达所述机械结构的绞盘，所述绞盘包括第一部分和第二部分；所述第一部分包括驱动表面；第一狭槽、第二狭槽和开口被限定在所述第二部分内；围绕所述绞盘的所述第一部分的所述驱动表面缠绕所述电缆的所述驱动部分的至少一部分；在所述第一狭槽内围绕所述绞盘的所述第二部分缠绕所述第一缠绕部分；在所述第二狭槽内围绕所述绞盘的所述第二部分缠绕所述第二缠绕部分，所述第二缠绕部分横越所述第一缠绕部分；以及将所述终止部分设置在所述开口内。26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述电缆包括聚合物。27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述电缆的所述终止部分没有保持特征。28.根据权利要求25所述的方法，还包括：
在缠绕所述第二缠绕部分之后，切割所述电缆的所述终止部分的一部分。29.一种医疗器械，包括：轴，其包括远端部分和近端部分；连杆，其耦接到所述轴的所述远端部分；工具构件，其围绕旋转轴线可旋转地耦接到所述连杆，所述工具构件包括驱动滑轮和耦接线轴，所述驱动滑轮包括在沿所述旋转轴线的第一位置处的驱动表面，所述耦接线...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：