外科裝置制造方法

外科裝置制造方法
【專利摘要】一種外科裝置（2），具有遠端和近端，并且包括：輸送部（12），從所述近端伸出，且包括第一器械輸送通道和第二器械輸送通道；主動部（4、8），位于所述裝置的遠端部；以及插塞（10），具有近端和遠端，并在其近端可與所述輸送部接合，而在其遠端可與所述主動部接合，所述插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道（82），每個插塞通道限定彎曲路徑，使得所述插塞通道朝向所述插塞的遠端彼此岔開，其中，當所述插塞與所述輸送部接合時，所述第一插塞通道和所述第一器械輸送通道形成第一器械通道，所述第二插塞通道和所述第二器械輸送通道形成第二器械通道。
【專利說明】外科裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及外科裝置，并具體涉及適合用于微創手術(MIS)的機械手式外科裝置。【背景技術】
[0002]由于腹腔鏡檢查的出現，在拓寬外科醫生用最小的切口進入手術區域的方面，外科技術取得了呈指數級的進步。MIS通常通過自然人體上的開口或小的人造切口來實施，使得病人的外傷減輕、住院治療縮短、診斷準確度以及治療結果提高。然而，由于沒有深部感知(因為圖像通常被捕獲并顯示在2D監視器上)、觸覺反饋減少并且器械控制的復雜性增加，該技術實質上要求外科醫生具有較高的技巧。當前的器械難以操作，由于長的、剛性的、符合人體工學的非自然器械的使用伴有“支點效應”，所以外科醫生的手需要以反直覺的方式運動。
[0003]機械手輔助的MIS的引入特別地利用3D視覺的引入、一體器械控制、動作縮放以及可視化動作軸線的對齊已經解決了許多上述問題。
[0004]已知的系統整合了主單元，其中，外科醫生通過放大的3D顯示器來觀察手術區域，外科醫生的手部動作被數字式地復制到在病人體內操作的小型的機械人控制的內腕，使器械尖端的關節運動能夠`類似于人的關節運動。數字界面還濾除外科醫生的顫動，并按比例減小進入在手術區域上執行的從屬系統。
[0005]在MIS中，大部分外科工具使用剛性軸，該剛性軸具有為端部執行器提供三個旋轉運動度的橫滾-俯仰-偏轉機構。盡管眾所周知，MIS機械手的精細操縱能力在執行精密穩定而無顫動的動作時提高了機器精度，但在涉及彎曲的解剖軌跡的復雜手術中對MIS機械手的應用仍然有限。在手術中，通過使用自然孔口(例如NOTES -經自然腔道內窺鏡手術)或單端口(例如SILS -單切口腹腔鏡手術)，在柔性器械的發展中甚至已要求能夠符合彎曲的解剖軌跡的更少侵入性的操作，同時提供具有可互換器械通道和集成的視覺/成像的穩定操作環境。
[0006]無論是NOTES或SILS，朝向使用集成有外科器械的柔性器械的運動代表當前柔性進入微創手術的思考模式的轉移，切口點的選擇不再由解剖方式來決定，而是由安全性、美觀性以及病人自己的選擇來決定。
[0007]迄今，大部分的NOTES或SILS手術是通過適應現有的柔性內窺鏡來執行的。現有的內窺鏡被設計有用于探索胃腸道的最大靈活性，而沒有用于主動控制內窺鏡的尖端介入操作的穩定性，這是因為窄的胃腸軌跡起到外部約束的作用，以在內窺鏡操作期間強加穩定性和固定。因此柔性的內窺鏡是更難以在腹腔內導航的器械。自然腔道手術評估與研究協會(N0SCAR)，一個由美國胃腸內鏡醫師學會(ASGE)和美國胃腸內鏡外科醫師學會支持的聯合倡議機構，已經認明安全引入NOTES的12個原理挑戰。這些挑戰包括進入、封閉、感染控制、縫合、空間導向和醫原性的腹腔內并發癥的控制，以及訓練和新裝置的開發。關于提供進入和可靠操作環境方面，提供機動性、穩定性和三角測量(triangulation)是重要的考慮因素，當前的內窺鏡不能滿足大多數這類要求。[0008]迄今，已經開發了許多專用的NOTES導航平臺，其中的大多數是基于現有的具有受控的靈活性和多種器械通路的內窺鏡的改造。

【發明內容】

[0009]根據本發明的第一方案，提供一種外科裝置，其具有遠端和近端，并且包括:輸送部，從近端伸出，且包括第一器械輸送通道和第二器械輸送通道；主動部，位于裝置的遠端部；以及插塞，具有近端和遠端，并在其近端可與輸送部接合，而在其遠端可與主動部接合，插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每個插塞通道限定彎曲路徑，使得插塞通道朝向插塞的遠端彼此盆開，其中，當插塞與輸送部接合時，第一插塞通道與第一器械輸送通道形成第一器械通道，第二插塞通道與第二器械輸送通道形成第二器械通道。
[0010]根據本發明的第二方案，提供一種用于外科裝置的部件，該部件包括:輸送部，包括通過輸送部延伸的第一器械輸送通道和第二器械輸送通道；以及插塞，在插塞的近端可與輸送部接合，插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每個插塞通道限定彎曲路徑，使得當插塞與輸送部接合時，插塞通道朝向插塞的遠端彼此岔開，而且其中，第一插塞通道和第一器械輸送通道形成第一器械通道，第二插塞通道和第二器械輸送通道形成第二器械通道。
[0011]在本發明的實施例中，所述部件可還包括主動部，主動部可與插塞的遠端接合以形成一裝置，輸送部從所述裝置的近端伸出，而且主動部形成裝置的遠端部。
[0012]第一器械輸送通道和第二器械輸送通道適于分別承載第一器械和第二器械，并當插塞與輸送部接合時，第一插塞通道和第二插塞通道也分別適于承載第一器械和第二器械。
[0013]當插塞與輸送部接合以形成第一器械通道和第二器械通道時，第一器械通道和第二器械通道中的每個分別適于承載第一器械和第二器械。
[0014]借助本發明，輸送部可以借助插塞容易地與主動部連接。
[0015]由于第一插塞通道和第二插塞通道通過插塞朝向插塞的遠端延伸,所以第一插塞通道和第二插塞通道采用彎曲構造，并且每個通道遠離插塞的軸線彎曲，因此遠離另一通道。通道因此彼此岔開，造成器械經過相應的也采用彎曲路徑的插塞通道。
[0016]這是本發明的一個重要特征，因為其意味著第一器械通道和第二器械通道相對于彼此以及相對于該裝置整體的取向由第一插塞通道和第二插塞通道的曲線來確定。這樣反過來分別確定了第一器械通道和第二器械通道承載的第一器械和第二器械的取向。
[0017]在本發明的一些實施例中，每個通道的出口的切線被設計為相對于輸送部的軸線成20°。這個角度在該裝置使用期間為第一器械和第二器械提供了必要的三角測量。
[0018]在一些實施例中，輸送部可包括第一插塞部和第二插塞部，第一插塞部包括第一插塞通道，而第二插塞部包括第二插塞通道。
[0019]在這樣的實施例中，插塞被縱向地分成第一插塞部和第二插塞部。
[0020]第一插塞部和第二插塞部適于適配在一起以形成插塞。
[0021]在一些實施例中，每個插塞部可具有一大體平面，該平面可造成鄰接另一插塞部的平面以形成插塞。
[0022]插塞部可例如使用緊固件、夾子這樣的便利方式被保持在一起。[0023]在使用中，插塞部可相對于彼此移動，或可平移，因此允許分別由第一插塞通道和第二插塞通道承載的第一器械和第二器械的獨立的運動和/或定位。
[0024]運動可以是軸向運動。
[0025]第一器械通道和第二器械通道可分別容置第一器械臂和第二器械臂。每個器械臂可采取任何便利形式，但是在一些實施例中，每個器械臂包括三段；具有兩個方向靈活性并在兩個平面致動的遠端段；具有一個方向靈活性的中間段；以及近端段。
[0026]每個器械臂的中間段適于符合插塞通道的彎曲路徑，每個器械臂的近端段將在裝置的近端沿器械輸送通道延伸。
[0027]每個器械臂可采取任何便利形式，但是在一些實施例中可由超彈鎳鈦諾管制成，且可由至少一個肌腱部驅動，至少一個肌腱部可被附接到相應的器械臂的遠端并沿該臂延伸到其近端。
[0028]每個器械臂可由雙向致動的多個肌腱部來致動。
[0029]肌腱部可由一個或多個電機例如DC電機來驅動。
[0030]借助本發明的實施例，可以將第一器械臂和第二器械臂從裝置的近端，分別通過第一器械通道和第二器械通道輸送到遠端。為了適當地定位每個第一器械臂和第二器械臂，每個器械臂在近端被插入裝置，使得器械臂通過相應的器械通道前進，首先通過輸送部，隨后通過插塞，然后從插塞的遠端伸出。[0031]一旦中間柔性段位于相應的插塞通道內，并且其遠端從插塞突出，器械臂就被適當地定位。此時，相應的器械臂的遠端準備好被致動。
[0032]然后第一器械和第二器械可被分別插入第一器械臂和第二器械臂，并可通過在相應的器械臂內通過裝置前進，直到每個器械的一部分從相應的器械臂的遠端突出為止。
[0033]因此通過插塞，能夠確保第一器械和第二器械在展開時被適當地定位，由此在微創手術期間獲得所需的三角測量。
[0034]本發明的進一步優點是能夠為了清潔目的而容易地移除器械，和/或為了實施的手術展開不同的適當器械。
[0035]具體地，在本發明的某些實施例中，每個器械臂可容置有可互換器械。
[0036]本文術語“可互換器械”被用來限定一種器械，該器械可被容易地插入根據本發明的實施例的外科裝置的器械臂內并從器械臂上移除，以便適當的器械能夠在外科手術期間被設置在所使用的器械臂中。
[0037]在本發明的實施例中，每個可互換器械可以是柔性的，但同時可具備輸送轉矩的能力。
[0038]轉矩可按照任何期望的方式來輸送，并可例如使用構成可互換器械的部分的空心柔性多頭軸來輸送。
[0039]在本發明的一些實施例中，輸送部可還包括第三器械輸送通道，而且插塞可還包括第三插塞通道，并且當插塞與輸送部接合時，第三器械輸送通道和第三插塞通道構成第三器械通道。
[0040]第三輸送通道進一步使例如小型器械這樣的裝置能夠被輸送到所述裝置的主動部。
[0041]在本發明的一些實施例中，設備可作為第三器械通道的替代、或除第三器械通道之外額外地包括在輸送部中形成的另一輸送通道。在這樣的實施例中，插塞可包括另一插塞通道，另一輸送通道和另一插塞輸送通道構成裝置通道。
[0042]裝置通道可用來通過裝置輸送例如信號線/電源線。
[0043]主動部可包括展開段和關節段。
[0044]關節段可采取任何便利形式，但是在一些實施例中包括多個關節萬向接頭或/與單自由度接頭。關節段可具有一個或多個被嵌入一個或多個接頭或被嵌入所有接頭的微型電機。[0045]上文所述類型的主動部在我們共同待決的相同日期提交的國際專利申請中進行了更詳細描述，其內容通過援引并入本文。
[0046]展開段可采取任何便利形式，例如平行機構，但是在一些實施例中，展開段包括多個接頭，這些接頭被彼此可樞轉地鏈接，以形成連續的柔性段。
[0047]柔性段可包括一個或多個肌腱部，用以在非展開位置與轉移展開位置之間驅動柔性段，在非展開位置柔性段基本上在與輸送部相同的平面中延伸，在轉移展開位置柔性段遠離輸送部和可移動的器械的平面延伸。
[0048]柔性段可適于在其近端承載相機。這樣為手術部位提供寬闊的視野。
[0049]柔性段也可沿其長度承載一個或多個光源，以提供附加的照明。
[0050]在展開位置，肌腱部可用來移動柔性段，以形成被稱為鵝頸的S彎構造。這樣的S彎構造導致柔性段承載的任何相機和光源暴露于將操作可移動的器械的部位，因此進一步幫助照明該部位。
[0051]在本發明的一些實施例中，對應于非展開位置和展開位置，可存在兩個結構上的硬限制。這些硬限制有利于精確控制柔性段，并特別有利于控制柔性段在直的非展開位置與最大彎曲或展開位置之間的運動，這在許多情況下是柔性段的兩個最期望的位置。然而，柔性段可被鎖定在這兩個限制之間的任一期望位置。
[0052]鎖定機構可采取任一具體形式并且可例如包括齒輪系統，其中的齒輪可當柔性段在展開位置或任一其它期望位置時鎖定。
[0053]輸送部可采取任何便利形式，并且可例如包括中空軸。
[0054]在本發明的一些實施例中，輸送部可以是柔性的。
[0055]輸送部的靈活性可通過任何便利手段獲得。在本發明的一些實施例中，輸送部包括多個被設置成允許輸送部的柔性運動的連桿。
[0056]這些連桿可彼此分隔開，或可彼此連接。這些連桿可被可樞轉地相互連接。
[0057]輸送部可還包括適于在連桿之間延伸的柔性材料。
[0058]輸送部可僅在單個平面中是柔性的。在其它實施例中，輸送部可在多于一個平面中是柔性的，和/或輸送部的多段可具有與輸送部的其它部分不同的靈活性。
[0059]在本發明的一些實施例中，任何兩個相鄰的連桿之間的旋轉軸可按照交替的方式來設置，使得直角或其它靈活性角度被周期性地重復。在這樣的實施例中，輸送部的柔性部分可按照任何期望的方向彎曲。
[0060]由于輸送部由散布在連桿之間的柔性材料形成，所以當輸送部被致動時，部分的柔性材料將被壓縮，同時其他部分將根據輸送部的運動而膨脹。
[0061]在本發明的實施例中，輸送部包括具有大體上圓柱形的形狀的中空軸，任何兩個相鄰的連桿之間的旋轉軸由組件中匹配的輸送軸的圓柱表面限定。
[0062] 這樣的設置消除了對軸的需求，這種軸占據空間而且增大輸送部的壁厚。進一步，這樣的設置使器械能夠在輸送部承載以符合可能不直的切口路徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]現在將僅參照附圖，經由示例來進一步描述本發明，附圖中:
[0064]圖1是根據本發明的手術工具的示意圖；
[0065]圖2a和圖2b是示出構成圖1的裝置的部分的關節式機械手(區)段的細節的示意圖；
[0066]圖3是更詳細示出構成圖1的裝置的部分的驅動單元的示意圖；
[0067]圖4a是構成圖1的裝置的插塞的示意圖，示出電機和單線延伸所遵循的路徑的細節;
[0068]圖4b是示出沿插塞延伸的兩個器械通道的細節的圖4a所示的插塞的示意圖；
[0069]圖4c是示出附加通道的圖4a的插塞的剖視圖；
[0070]圖5是根據本發明的另一實施例的并由兩個插塞部形成的插塞的示意圖；
[0071]圖6是示出一個插塞部相對于圖5所示的另一個插塞的軸向平移如何能導致插塞承載的器械獨立運動的示意圖；
[0072]圖7是構成圖1的裝置的部分的輸送部的剖視圖；
[0073]圖8至圖10是根據本發明的實施例的輸送部的一部分導致輸送部不同程度的靈活性的局部示意圖；
[0074]圖11和圖12是更詳細地示出輸送部的橫截面并示出可能的鏈接設計的示意圖；
[0075]圖13是呈構成圖1的裝置的外管(overtube)形式的器械的示意圖；
[0076]圖14是示出可與圖1的裝置一起使用的構成操縱器的部分的圖6的外管的一部分的示意圖；
[0077]圖15是包括可構成圖1的裝置的部分的夾具的器械的示意圖；
[0078]圖16是可用于圖15的器械的空心柔性軸的示意圖；以及
[0079]圖17是更詳細地示出構成圖1的裝置的部分的燈和相機的示意圖。
【具體實施方式】
[0080]根據本發明的實施例的裝置在圖1中被示意性示出，并由附圖標記“2”來大體表示。裝置2包括適合外科醫生或其他專業技術人員在微創手術中使用的外科裝置。
[0081]裝置2包括近端3和遠端5。裝置2的遠端5形成有裝置的主動部，裝置的主動部包括關節式機械手段4而且包括肌腱從動式柔性段8。在該裝置的使用期間，外科醫生遠程操縱主動部，以便執行MIS。裝置2還包括輸送部，輸送部包括中空軸12、后接口單元14和插塞10,插塞10構成主動部與輸送部之間的接口。如以下將更詳細描述的,輸送部輸送信號、線以及器械，例如輸送到裝置2的主動部以便主動部能夠被遠程地操作。插塞10用來使輸送部連接到主動部。
[0082]具有多個自由度的萬向接頭7被設置在機械手段的遠端，并允許輸送部與主動部之間的相對運動。[0083]偏轉接頭9被設置在機械手段4的近端，并允許一個運動自由度。
[0084]機械手段也可由兩個或更多個萬向接頭，或任一萬向接頭與單自由度接頭的組合來形成。
[0085]在一個實施例中，主動段可包括雙自由度萬向接頭和單自由度偏轉接頭。在這樣的實施例中，每個自由度能夠被致動±45°。
[0086]主動段的目的是使手術部位可視化或將附加的器械輸送到該部位。
[0087]這意味著萬向接頭的中立位置被設置成角度向下30°。因此，萬向接頭的行進范圍在垂直面中為+15°到-75°，在水平面中為±45°。偏轉接頭也可行進±45°，因此關節機械手段4的行進范圍在這樣的實施例中為水平±90°、豎直+15°到-75°。
[0088]在其它實施例中，不同的設置方式也可以是適當的。
[0089]該裝置還包括可互換器械20，可互換器械20在裝置展開期間構成部分的主動裝置。
[0090]裝置的主動部還包括相機22、24，相機22、24用于使病人身體內執行手術的區域能夠可視化。一個相機或一組相機22被設置在關節機械手段4的遠端，而另一相機或另一組相機24被設置在柔性段8的相對端以提供手術部位更寬的視野。
[0091]照明 由LED26、28來提供，不過當然，如果適當的話可使用其它光源。
[0092]LED26、28可被設置在任何便利位置，在本實施例中分別被設置在柔性段8的近端和關節段的遠端。
[0093]如圖1所示，裝置2示出在展開位置中機械手段4的柔性段8大體位于裝置2的本體之上并呈“鵝頸”狀。而且，可互換器械20準備好使用。
[0094]在裝置2被放置在展開位置之前，機械手段4可基本上位于中空軸12的相同平面中，而且可互換器械20可以尚未被插入，或如果插入則被保持在中空軸12內。
[0095]一旦裝置插入病人的身體，而且產生充足的工作空間，就可通過提升柔性段8并定位器械20，使得柔性段8和器械20露出并準備好使用，而將該裝置放置在展開位置。
[0096]現在將參照適當的附圖更詳細地描述裝置2的每個部件。
[0097]現在參照圖2a和圖2b，其更詳細地示出也被稱為“鵝頸”的柔性段8。在圖2a中柔性段8處于未展開位置，在圖2b中則處于展開位置。柔性段8包括多個模塊40，這些模塊40由連接兩個相鄰的模塊40的樞軸銷42鏈接在一起。
[0098]裝置2還包括肌腱部44 ;這些肌腱部44從肌腱驅動單元16延伸到柔性段8，用于驅動柔性段8。第一對肌腱部44延伸到柔性段8上的固定點46、48 ;而第二對肌腱部44又延伸到柔性段上的固定點50、52。如能夠從圖2a具體觀察的，固定點46、48位于柔性段8的中間部，固定點50、52位于柔性段8的遠端。
[0099]通過單獨致動兩對肌腱部，可形成“S”形。這樣提升裝置2的遠端段54從而生成所謂的“鵝頸”，并將裝置放置在展開位置。
[0100]現在參照圖3，其更詳細地示出肌腱驅動單元16。該驅動單元包括多個子單元，每個子單元驅動一對肌腱部。參照圖3更詳細地描述一個子單元。子單元包括驅動把手60、被附接到驅動桿66的第一齒輪64和被附接到單元16的本體72的第二齒輪70。如能夠從圖中看到的，沿把手60的多個齒具有間隙62。這意味著位于把手中并處于該間隙內的任一齒輪將是分離的。把手的尺寸以及齒輪64、70的尺寸和位置使得，當驅動把手與齒輪64接合時，齒輪70將位于間隙中并將因此分離。這意味著，桿66將與驅動把手旋轉。因此，桿66驅動繞桿66纏繞的肌腱部44，以致動柔性段8并使柔性段8放置在圖2b中所示的展開位置。
[0101]如果驅動把手60被進一步驅動，則齒輪64和70兩者與把手接合。因為齒輪70被附接到驅動單元16的本體72，所以桿66和驅動把手60與齒輪70被鎖定。這使得柔性段被鎖定。
[0102]在本發明的另一實施例中，可有多于兩對肌腱部44，它們可終止在不同的位置以產生多個彎曲。
[0103]在本發明的一些實施例中，通過將軸設置在其它平面中，能夠產生3D彎曲。
[0104]在本發明的一些實施例中，把手60被驅動柔性段8的電機所代替。在一些實施例中可設有多個電機。
[0105]現在轉到圖4a、圖4b和圖4c，其更詳細地示出了插塞10。
[0106]插塞10用 于將輸送部連接到主動部，并為電機線和信號線提供呈柔性內部通道形式的路徑80，以使電機線和信號線沿路徑80延伸，從而將電機連接到柔性段8。
[0107]插塞10還為可互換器械20提供三角測量；這些可互換器械20從背面接口單元14被插入，并在中空軸12內沿彼此的側面行進，直到它們到達插塞10為止。在插塞處，多個器械20借助在插塞10內形成的兩個彎曲通道82來分開。這些器械從中空軸12的入口84,86進入插塞10，并沿彎曲軌道從出口 88、90露出，因此提供期望的三角測量。
[0108]如圖4c所示，插塞還包括構成用于各種內窺鏡器械的路徑的另一通道400。
[0109]現在轉到圖5和圖6，根據本發明的另一實施例的插塞大體由附圖標記“510”來表示。在本實施例中，插塞510包括第一插塞部520和第二插塞部530。每個插塞部520、530沿插塞510的長度延伸。而且，每個插塞部包括彎曲通道82，器械可沿彎曲通道82延伸。
[0110]插塞部520、530可相對于彼此軸向移動。這個結果如圖6所示，通道82中承載的器械可彼此獨立地被軸向定位。
[0111]現在轉到圖7，其更詳細地示出了中空軸12。該軸包括薄壁98、兩個通道100、102、以及兩個器械臂104、106。
[0112]通道100承載信號線、電機電源線、光源線和相機線，而通道102形成各種內窺鏡器械的路徑。通道102與上文描述的插塞10的通道400對齊并具體參照圖4c，因此使內窺鏡器械能夠經過通道延伸到裝置的主動部。每個器械臂承載一個可互換器械。
[0113]在本發明的一些實施例中，中空軸可由連續的套管構成。然而，在其它示例中，該軸可由多個短段構成，其可由肌腱部以本文以上已經描述的致動柔性段8相似的方式致動。
[0114]這樣的實施例有利于在病人身體內繞障礙為裝置導航，也有利于到達在缺少關節的條件下可能難以到達的某些部位。可按照上文參照柔性段8來描述的相似的方式，成對設置肌腱部，每對肌腱部可終止在沿中空軸12的不同位置。
[0115]圖8、圖9和圖10示出本發明的各種實施例，其中，中空軸12具有不同的柔性程度。
[0116]在圖8中，中空軸12包括多個連桿610，這些連桿相互連接并由柔性材料620分開。[0117]在圖8中，連桿的設置使得輸送部僅在單個平面中是柔性的。
[0118]在圖9中，輸送部在多于一個平面中是柔性的，而且段630、640具有不同程度的靈活性。
[0119]在圖10中，輸送軸具有連桿610，這些連桿610以交替方式被設置，使得直角或其它角度的靈活性被周期性地重復。
[0120]現在轉到圖13到圖16，其更詳細地示出了裝置2的遠端部的多個部分。如能夠從這些圖具體看到的，裝置2包括器械臂，這些器械臂呈套筒30的形式，套筒30包括肌腱致動的外管。每個套筒30容置多個可互換器械20之一，由此當裝置處于展開位置時，每個可互換器械的至少尖端從相應套管30的遠端伸出。每個外管沿相應的器械臂，通過空心管12延伸到驅動單元16。
[0121]每個套管30可由任何便利的材料制成，但是在本實施例中，套筒由超彈鎳鈦諾(super elastic Nitinol)制成。套管30可被認為包括三段:第一段90,從插塞10伸出并且是遠端段，當套管在展開位置時被容置在套管中的可互換器械的至少尖端從第一段90突出；第二段92，延伸通過插塞10 ;以及第三段94，沿空心管12延伸到驅動單元。`
[0122]所述這些段中，每段具有不同的要求。第一段即遠端段必須是柔性的，為的是避免限制其所承載的器械的運動。因此按照使套管能夠在兩個正交的平面中被致動的方式，在套管中形成切割部110、120。這樣通過適當地組合兩個平面中的致動力，使得致動能夠沿任何方向來進行。
[0123]第二段必須能夠符合插塞10中的通道82的彎曲路徑，并且在一個平面中被切割。這意味著第二段比第一段柔性更小，但是仍然能夠如所需要地彎曲以通過插塞10。
[0124]第三段被要求柔性甚至更小，但是能夠符合外部軸的彎曲。這段在兩個平面中被松散地切割。
[0125]多個(在本示例中為四個)呈鎳鈦諾線的形式的肌腱部大約分開90°，被附接到每個套管30的遠端而且沿外管30延伸到驅動單元16。每個肌腱部(圖中未示)與相對的肌腱部形成一對。在使用中，一個肌腱部向后拉，同時相對的肌腱部伸出。這引起套管30向后拉的肌腱部那一側彎曲。
[0126]對于每個套筒30來說，主要的要求是組合沿徑向的靈活性與沿軸向的剛性，使得套筒在被致動時不會壓縮。這借助切除來實現，切除導致沿脊柱(軸向)的薄壁和套筒上的(橫向)的厚壁。
[0127]因為遠端段90如圖14具體示出的被切成多個平面(plane)，所以沒有骨干來支撐該結構。這意味著驅動肌腱部會引起外管30沿軸線壓縮。借助在外管的遠部仔細設計的切割部110、120，軸向力可相對的小，所以薄壁可仍能夠承受使用期間施加的軸向力，同時能夠容易彎曲。假如最大彎曲±90°，則被壓縮邊緣與脊柱之間的長度差為Sl=JiXiv^其中r是管的半徑，最大值S I為當所有槽口被完全壓縮時的壓縮量。因此，每個槽口的寬度可以是S 1/n，其中n是一個平面中槽口的數量。利用這個槽口寬度來給出承受驅動肌腱部時產生的軸向力，同時仍滿足裝置的致動范圍要求的最大能力。
[0128]由模擬得到的結果表明致動一個肌腱部可生成4N的拉力。這會引起約30mm的位移。
[0129]外管30可使用線切割電火花加工機來切割。[0130]器械尖端的設計根據所要實施的醫療手術的要求而變化。
[0131]圖15示意性地示出一個器械的示意圖。該器械包括夾具120，夾具120能夠打開、閉合并繞軸向旋轉而且沿套筒30平移。
[0132]在所示實施例中，器械的尖端被輸送到裝置的遠端，以借助器械的外管展開，外管包括柔性的中空軸122，中空軸122提供柔性以隨套筒30彎曲，并且還傳輸轉矩以使器械能夠旋轉。
[0133]為了傳輸充足的轉矩，中空軸122由多個涂有柔性涂層的絲卷(wire coil)制成，如圖16所示。與單個絲卷相比，多個絲卷顯著提高了轉矩傳輸能力。而且，軸的柔性未受明顯影響。柔性涂層則可防止構成軸的那些絲的錯位。
[0134]柔性軸的中心通道為致動器械尖端的肌腱部提供了路徑。
[0135]夾具還具有比外管內期望的器械平移行程更長的截面圓柱形特征。
[0136]根據本發明的裝置可與任何合適的器械一起使用，且具體地與可互換器械使用，可互換器械適于按需要被插入和移除，以便手術操作能夠被有效、安全地實施。
[0137]通常，這些器械應具有簡單的打開/閉合致動機構，能夠在外管內旋轉和平移，并具有靈活性從而可通過外管來操縱。
[0138]這些要求中的每個要求可借助標準腹腔鏡器械或內窺鏡器械的一些基本知識來實現。然而，期望的是對這些器械作進一步設計，以便確保器械與裝置的其他部件兼容。
[0139]現在轉到圖 17，其更詳細地示出了相機22、24和LED26、28的位置。
[0140]在圖17所示的實施例中，裝置包括位于朝向柔性段8的近端的五個LED28和位于主動部4的遠端的兩個LED26。
[0141]遠端LED26的功率能夠被調整，使得當主動部4的遠端靠近將由裝置來進行手術的組織時，被照明區域不會過亮。
[0142]可米取兩種方案來調整LED。
[0143]第一種方案是通過感測遠端側尖端4a與組織之間的距離。
[0144]第二種方案是通過分析遠端相機22獲取的圖像。
[0145]裝置包括近端相機24和遠端相機22。
[0146]一種使手術部位可視化的方式是使用兩個相機，一個相機被安裝在主動部的遠端側尖端，另一個相機被安裝在柔性部8的近端。這種設置提供了周圍區域的更寬視野，并可提高手術部位的可視化程度。
[0147]在圖16所示的實施例中，可安裝兩個或更多個相機22或先進的立體相機，以與兩個LED26結合提供立體視覺(圖中僅示出一個)。
[0148]多個LED26、28從多個點提供照明，通過利用放置在裝置2內的電位器，這些點的位置在任何時候都是已知的，從而在物理成像過程中實現完全控制。
[0149]傳統地自動使用立體相機來進行3D再現，在此條件下傳統算法由于缺乏顏色恒定串像(colour constancy cross views)而不利。這個條件應用于內窺鏡組,其中局部強烈照明造成顏色在左右視頻信道之間看起來不同。
[0150]完整的設置包括在兩個機械手的尖端上設置立體相機(其中兩個LED用于前端照明)，和沿機械手的本體設置可變數量的LED。
[0151]沿機械手的本體放置的LED從多個點提供照明，這些點的位置通過被放置在機械手自身內的電位計而始終是已知的，從而在物理成像過程中可實現完全的控制。
[0152]傳統地自動使用立體相機來進行3D再現，在此條件下傳統算法由于缺乏顏色恒定串像(colour constancy cross views)而不利。這個條件應用于內窺鏡組,其中局部強烈照明造成顏色在左右視頻信道之間看起來不同。
[0153]通過明確地考慮陰影信息，LED的物理構造被開發，以再現可視化的場景的3D結構。假設完全知道相機和光的位置信息，就可以根據如下的Lambertian形成模型，使每個點的利用其3D位置來可視化的感覺亮度與表面取向互相關聯:
[0154]
i(x, y) = 10n(x, y)Ue(i)R(x, y,i)S(i)di
[0155]其中，I是對應于像素坐標x和y的圖像亮度，I是己知光源的方向向量，n是表面法線，而積分表示表面反射率屬性。當系統中存在至少3個光源LED時，就能夠求解未知表面的法線，而當存在兩個相機時，則使用準確的變分法來求解未知表面的深度值。
[0156]沿機械手本體放置三個同時對場景進行照明的LED。為區分哪個LED貢獻感覺亮度，選定波長沿可見光譜盡可能相等地被間隔開:447nm、530nm和627nm分別用于藍色、綠色和紅色的LED。波長對應于所使用的RGB CCD相機的靈敏度，使得每個光源對全部的圖像亮度的貢獻能夠被分離出來并一起使用，以得到手術場景的完整密集的再現。
[0157]柔性段8可按任何便利的方式來驅動，而且例如可使用允許在接頭之間進行切換的控制棒(thumb stick)和嵌入按鈕來驅動。
[0158]因此根據本發明的實施例的裝置提供了一種特別適合于微創手術的通用外科裝置。該裝置可包括一個或多個可通過主裝置來控制的從屬裝置。
【權利要求】
1.一種外科裝置，其具有遠端和近端，并且包括:輸送部，從所述近端伸出，且包括第一器械輸送通道和第二器械輸送通道；主動部，位于所述裝置的遠端部；以及插塞，具有近端和遠端，并在其近端能與所述輸送部接合，而在其遠端能與所述主動部接合，所述插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每個所述插塞通道限定彎曲路徑，使得所述插塞通道朝向所述插塞的遠端彼此岔開，其中，當所述插塞與所述輸送部接合時，所述第一插塞通道和所述第一器械輸送通道形成第一器械通道，所述第二插塞通道和所述第二器械輸送通道形成第二器械通道。
2.根據權利要求1所述的外科裝置，其中，所述插塞包括第一插塞部和第二插塞部，所述第一插塞部包括所述第一插塞通道，而所述第二插塞部包括所述第二插塞通道。
3.根據權利要求2所述的外科裝置，其中，所述第一插塞部和第二插塞部能夠相對于彼此運動。
4.根據前述權利要求中任一項所述的外科裝置，還包括適于插入所述第一器械通道的第一器械臂和適于插入所述第二器械通道的第二器械臂。
5.根據權利要求4所述的外科裝置，其中，每個器械臂包括三段: 遠端段，具有兩個方向靈活性并且能夠在兩個平面中致動； 中間段，具有一個方向靈活性；以及 近端段。
6.根據權利要求4或5所述的外科裝置，其中，每個器械臂包括超彈鎳鈦諾管。
7.根據權利要求書4到6中任一項所述的外科裝置，其中，每個器械臂能夠由至少一個肌腱部驅動，所述至少一個肌腱部被附接到所述器械臂的遠端并沿所述臂延伸到所述器械臂的近端。
8.根據權利要求書4到7中任一項所述的外科裝置，其中，每個器械臂容置有可互換器械。
9.根據權利要求8所述的外科裝置，其中，所述可互換器械是柔性的，同時能夠使用空心柔性多頭軸來輸送轉矩。
10.根據前述權利要求中任一項所述的外科裝置，包括在所述輸送部中形成的第三器械輸送通道和在所述插塞中形成的第三插塞通道，當所述插塞與所述輸送部接合時，所述第三器械輸送通道和所述第三插塞通道構成第三器械通道。
11.根據前述權利要求中任一項所述的外科裝置，包括在所述輸送部中形成的另一輸送通道和在所述插塞中形成的另一插塞通道，所述另一輸送通道和所述另一插塞通道形成裝置通道。
12.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述主動部包括展開段和關節段。
13.根據權利要求12所述的外科裝置，其中，所述關節段包括多個關節萬向接頭和/或單自由度接頭。
14.根據權利要求12或13所述的外科裝置，其中，所述關節段包括一個或多個被嵌入一個或多個所述接頭或被嵌入所有所述接頭的微型電機。
15.根據權利要求12到14中任一項所述的外科裝置，其中，所述展開段包括多個彼此被可樞轉地鏈接以形成連續柔性段的接頭。
16.根據權利要求15所述的外科裝置，其中，所述柔性段包括一個或多個適于在非展開位置和轉移展開位置之間驅動所述柔性段的肌腱部，所述柔性段在所述非展開位置在與所述輸送部大體相同的平面中延伸，所述柔性段在所述轉移展開位置遠離所述輸送部的平面延伸。
17.根據權利要求15或16所述的外科裝置，其中，所述柔性段適于在其近端承載相機和/或光源。
18.根據權利要求15到17中任一項所述的裝置，還包括用于將所述柔性段鎖定在任何位置的鎖定機構。
19.根據前述權利要 求中任一項所述的裝置，其中，所述輸送部是柔性的。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述輸送部包括多個被設置成允許所述輸送部的柔性運動的連桿、以及適于在多個連桿之間延伸的柔性材料。
21.根據權利要求19或20所述的裝置，其中，所述連桿之間的旋轉軸由所述輸送部的圓柱表面限定。
22.一種用于外科裝置的部件，所述部件包括:輸送部，包括通過所述輸送部延伸的第一器械輸送通道和第二器械輸送通道；以及插塞，能夠在所述插塞的近端與所述輸送部接合，所述插塞包括第一插塞通道和第二插塞通道，每個所述插塞通道限定彎曲路徑，使得當所述插塞與所述輸送部接合時，所述插塞通道朝向所述插塞的遠端彼此岔開，而且其中，所述第一插塞通道和所述第一器械輸送通道形成第一器械通道，所述第二插塞通道和所述第二器械輸送通道形成第二器械通道。
23.根據權利要求22所述的外科裝置，其中，所述插塞包括第一插塞部和第二插塞部，所述第一插塞部包括所述第一插塞通道，而所述第二插塞部包括所述第二插塞通道。
24.根據權利要求22所述的外科裝置，其中，所述第一插塞部和所述第二插塞部能夠相對于彼此運動。
25.根據權利要求22到25中任一項所述的裝置，其中，所述輸送部是柔性的。
26.根據權利要求25所述的裝置，其中，所述輸送部包括多個被設置成允許所述輸送部的柔性運動的連桿、以及適于在多個連桿之間延伸的柔性材料。
27.根據權利要求25或26所述的裝置，其中，所述連桿之間的旋轉軸由所述輸送部的圓柱表面限定。
【文檔編號】A61B1/018GK103648362SQ201280034240
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月14日 優先權日:2011年5月12日
【發明者】光-忠·楊, 尚建忠 申請人:帝國創新技術有限公司