CN103239261A - 链接单元、臂模块和包括该臂模块的外科手术装置 - Google Patents

Abstract

公开一种链接单元、臂模块和包括该臂模块的外科手术装置。外科手术装置在固定模式下具有足够的刚性并在转向模式下能够自由操作。外科手术装置包括具有至少一个自由度的至少一个臂模块，至少一个臂模块包括：至少一个转向线缆，使臂模块转向；多个链接单元，一个堆叠在另一个之上，以形成至少一个臂模块，每个链接单元包括：头部，设置在链接单元的上部，并具有半球形形状；安放部，形成在链接单元的下部；滑动球，布置在安放部处，其中，链接单元中相邻的链接单元被布置成使得相邻的链接单元中的一个的头部安放在相邻的链接单元中的另一个的安放部上，相邻的链接单元中的一个的头部和相邻的链接单元中的另一个的安放部通过滑动球相对于彼此滑动。

Description

链接单元、臂模块和包括该臂模块的外科手术装置

技术领域

本发明的实施例涉及一种具有足够的刚性并柔性地运动的外科手术装置。

背景技术

通常，为了在腹腔中执行手术，利用剖腹手术，在剖腹手术中，在腹部切口，并在打开状态下进行外科手术。然而，剖腹手术伴有剧烈疼痛、需要长的恢复时间并导致疤痕，因此，已经对微创外科手术进行了研究。

微创外科手术总体上指使切口的尺寸最小化的外科手术。作为代表性示例的是腹腔镜外科手术。腹腔镜外科手术是这样的手术，其中，在病人身上开多个小切口，将气体充入病人体内以形成手术空间，通过所述切口插入腹腔镜和小的外科手术仪器。涉及形成多个切口的腹腔镜外科手术也被称为多口外科手术(multiport surgery)。

腹腔镜外科手术对开放式手术(open procedure)有利，但是由于需要形成多个切口，所以腹腔镜外科手术仍然具有与开放式手术的问题相同的一些问题。

因此，正在对单口外科手术或经自然孔道内镜外科手术(naturalorifice translumenal endoscopic surgery，NOTES)进行研究，其中，在单口外科手术中，开单个切口，在NOTES中，不开切口。

NOTES是这样的过程：通过该过程，柔性外科手术装置插入到自然开口(即，嘴或者肛门)中以到达手术位置，并且通过操作包括在外套管(overtube)中的外科手术仪器来进行外科手术。

单口手术和NOTES需要外科手术仪器穿过病人的具有曲率的器官或者体内并牢固地固定在手术位置从而被支撑。因此，最近已经对实现柔性和刚性两者的方法进行了研究。

发明内容

因此，本发明的一方面在于提供一种在固定模式下具有足够的刚性并在转向模式下能够自由地操作的外科手术装置。

本发明的另一方面在于提供一种包括在转向模式下能够自由地操作的链接单元的外科手术装置。

将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面，还有一部分通过描述将是显而易见的，或者可以经过本发明的实施而得知。

根据本发明的一方面，一种外科手术装置包括具有至少一个自由度的至少一个臂模块，其中，所述至少一个臂模块包括：至少一个转向线缆，用于使臂模块转向；多个链接单元，一个堆叠在另一个之上，以形成所述至少一个臂模块，其中，链接单元中的每个包括：头部，设置在链接单元的上部，并具有半球形形状；安放部，设置在链接单元的下部；滑动球，布置在安放部处，其中，链接单元中相邻的链接单元被布置成使得相邻的链接单元中的一个的头部安放在相邻的链接单元中的另一个的安放部上，相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部通过滑动球相对于彼此滑动。

滑动球可安装在安放部处，使得滑动球的一部分从安放部突出。

链接单元还可包括弹性单元，所述弹性单元用于使滑动球沿着滑动球从安放部突出的方向弹性地偏置。

链接单元可具有使链接单元能够彼此接触并被固定从而具有高的刚性的固定模式和使链接单元能够彼此分开从而能够操作的转向模式。

在固定模式下，相邻的链接单元中的一个的头部和相邻的链接单元中的另一个的安放部可彼此紧密接触。

在转向模式下，相邻的链接单元中的所述一个的头部可接触相邻的链接单元中的所述另一个的滑动球，并可与相邻的链接单元中的所述另一个的安放部分开。

所述外科手术装置还可包括模式切换线缆，所述模式切换线缆使链接单元能够根据固定模式和转向模式彼此接触或者彼此分开。

链接单元还可包括中央孔，所述中央孔位于链接单元的中央部分，从而模式切换线缆穿过所述中央孔。

所述至少一个臂模块可包括第一臂模块和第二臂模块。

第一臂模块和第二臂模块可独立地操作。

第一臂模块可包括驱动第一臂模块的至少一个第一转向线缆，第二臂模块可包括驱动第二臂模块的至少一个第二转向线缆。

每个链接单元还可包括边缘孔，所述边缘孔沿着链接单元的圆周方向布置在链接单元的边缘部分处，使得所述至少一个第一转向线缆和所述至少一个第二转向线缆穿过所述边缘孔。

根据本发明的另一方面，一种臂模块包括一个堆叠在另一个之上的多个链接单元，其中，链接单元中的每个包括：头部，设置在链接单元的上部；安放部，设置在链接单元的下部，并具有与头部的形状对应的形状；滑动球，从安放部的表面突出或者插入到安放部中，其中，链接单元中相邻的链接单元被布置成使得相邻的链接单元中的一个的头部安放在相邻的链接单元中的另一个的安放部上，相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部通过滑动球相对于彼此滑动，其中，臂模块具有使相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部能够彼此接触的固定模式和使相邻的链接单元中的所述一个的头部能够接触相邻的链接单元中的所述另一个的滑动球以使相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的滑动球相对于彼此滑动的转向模式。

所述臂模块还可包括穿过每个链接单元的中央部分的模式切换线缆。

滑动球可在固定模式下插入到安放部中并可在转向模式下从安放部突出。

每个链接单元还可包括用于使滑动球从安放部向外弹性地偏置的弹性单元。

根据本发明的另一方面，一种链接单元包括：头部，具有半球形形状；安放部，具有与头部的形状对应的形状，并具有向上凹入的底表面；滑动球，布置在安放部的底表面处。

滑动球能够在滑动球的一部分从安放部突出的位置以及在滑动球插入到安放部中的位置运动。

所述链接单元还可包括用于使滑动球从安放部向外弹性地偏置的弹性单元。

所述链接单元还可包括穿过链接单元的中央部分的中央孔。

所述链接单元还可包括多个边缘孔，所述多个边缘孔沿着链接单元的圆周方向布置在链接单元的边缘部分以穿过所述边缘部分。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面将会变得清楚和更易于理解，在附图中：

图1是根据实施例的链接单元的视图；

图2是图1的链接单元的底部视图；

图3是沿着图2的I-I线截取的剖视图；

图4是用于解释根据实施例的链接单元在转向模式(steering mode)下的操作的视图；

图5是用于解释根据实施例的链接单元在固定模式下的操作的视图；

图6是根据实施例的外科手术装置的视图。

具体实施方式

现在，将详细描述本发明的实施例，其示例表示在附图中，在附图中，相同的标号始终指示相同的元件。

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的一个或者多个实施例。

图1是根据实施例的链接单元100的视图。图2是图1的链接单元100的底部视图。

如图1和图2所示，链接单元100可包括头部110，该头部110具有半球形形状，并形成在链接单元100的上部。此外，链接单元100可包括主体115，该主体115形成在头部110之下，并具有圆柱形形状。在图1和图2中，示出了链接单元100包括主体115。然而，在一些实施例中，可以不形成主体115。例如，链接单元100可总体上呈半球形形状。

主体115的下表面可以凹入以形成安放部120。安放部120可具有与另一链接单元100的头部110的形状对应的形状，使得另一链接单元100的头部110可安放在安放部120上，其中，所述另一链接单元100的形状与所述链接单元100的形状相同。

安放部120可包括沿着圆周方向布置以从安放部120突出的至少一个滑动球130。滑动球130从安放部120突出，从而当施加外力时，滑动球130插入到安放部120中。

中央孔170可形成在安放部120处，以穿透链接单元100的中央部分，使得模式切换线缆200(见图5)穿过中央孔170。中央孔170从头部110的上端部分延伸到安放部120。

参照图5，中央接合台阶175形成在中央孔170处，使得模式切换线缆200的端部与中央接合台阶175接合，以被固定到链接单元100。

边缘孔180可穿过链接单元100的边缘部分形成，使得转向线缆300穿过边缘孔180设置。即，边缘孔180穿过主体115形成。

边缘凹槽181形成在头部110的与边缘孔180对应的部分，使得转向线缆300穿过边缘孔180。

主体115的上表面的一些部分通过边缘凹槽181暴露以形成边缘接合台阶185。边缘接合台阶185可使各个转向线缆300的端部能够与边缘接合台阶185接合，以被固定到链接单元100。

图3是沿着图2的I-I线截取的剖视图。

如图3所示，链接单元100的安放部120的一部分向内凹入，以形成球安装凹槽125。参照图2，安装在安放部120处的滑动球130的数量是三，因此，球安装凹槽125的数量也是三。这里，滑动球130的数量可根据实施例进行适当地调节。即，球安装凹槽125的数量可对应于滑动球130的数量。

滑动球130插入到球安装凹槽125中。弹性单元140安装在球安装凹槽125内，使得滑动球130从安放部120向外弹性地偏置。当弹性单元140没有将外力施加到滑动球130时，滑动球130的一部分从安放部120突出。

球板160设置在弹性单元140和滑动球130之间，从而将滑动球130连接到弹性单元140。球板160直接连接到弹性单元140，并且滑动球130安装在球板160上。因此，当通过弹性单元140推动球板160时，滑动球130从安放部120突出。

为了安装滑动球130，球安装凹槽125的宽度可大于滑动球130的直径。接合环150设置在球安装凹槽125的入口处，接合环150具有直径小于滑动球130的直径的开口。因此，即使弹性单元140从安放部120向外压迫滑动球130，由于接合环150使得滑动球130也不会从安放部120完全突出来，并且滑动球130仅有一部分可从安放部120突出。

图4是用于解释链接单元在转向模式下的操作的视图。

在图4中示出了由标号100指示的链接单元的截面图，因此，将首先描述链接单元的内部结构和结合结构。这里，图4的上侧被限定为第一方向，图4的下侧被限定为第二方向。

如在图1、图2和图4中示出的多个链接单元100堆叠以形成臂模块。为了简洁起见，在图4中，仅示出了多个链接单元100中的构成臂模块的端部的两个链接单元，即，第一链接单元101和第二链接单元102。

第一链接单元101和第二链接单元102顺序地设置，使得第二链接单元102的头部110与第一链接单元101的安放部120相邻地设置。

模式切换线缆200被设置成穿过相应的第一链接单元101和第二链接单元102的中央孔170。模式切换线缆200具有直径大于中央孔170的直径的端部，因此，模式切换线缆200的端部可以与中央接合台阶175接合，以被固定到第一链接单元101。

转向线缆300被设置成穿过第一链接单元101和第二链接单元102中的每个的边缘孔180。每个转向线缆300也可具有直径大于边缘孔180的直径的端部，因此，转向线缆300的端部可与边缘接合台阶185接合，以被固定到第一链接单元101。

驱动单元(未示出)可连接到转向线缆300的与和边缘接合台阶185接合的端部相对的端部。

单个链接单元具有多个边缘孔。在图4的截面图中，对于每个链接单元，示出了彼此面对的一对边缘孔180。示出了与所述一对边缘孔180对应的一对转向线缆300。

参照图4，所述一对转向线缆300包括由标号310和320指示的第一转向线缆和第二转向线缆。第一转向线缆310设置在第一方向侧上的边缘孔180中，第二转向线缆320设置在第二方向侧上的边缘孔180中。

当驱动单元(未示出)拉动第一转向线缆310并推动第二转向线缆320时，第一链接单元101沿着第一方向旋转。另一方面，当驱动单元(未示出)推动第一转向线缆310并拉动第二转向线缆320时，第一链接单元101沿着第二方向旋转。即，第一转向线缆310与第二转向线缆320的操作相对应地操作，从而使链接单元100旋转。

虽然第一方向和第二方向指示两个方向，但是第一方向和第二方向指平面上的单自由度。即，第一转向线缆310和第二转向线缆320可使链接单元100能够以单自由度进行操作。

因此，为了使链接单元100具有2个自由度，需要两对转向线缆300。与此对应，需要两对边缘孔180，即，四个边缘孔。

根据本实施例的链接单元100中包括的边缘孔180的总数是8。假设形成具有2个自由度的两个臂模块10，获得边缘孔180的数量。即，调节边缘孔180的数量，使得每个臂模块10具有2个自由度。

因此，边缘孔180的数量可以增加或者减小，以增加或者减少臂模块10的自由度，并且转向线缆300的数量对应于边缘孔180的数量。

此外，边缘孔180的数量可以增加或者减小，以增加或者减小具有不同自由度的臂模块10的数量。

在下文中，将描述臂模块10在转向模式和固定模式下的操作。

如图4所示，第二链接单元102的头部110不接触第一链接单元101的安放部120，并且第二链接单元102的头部110与第一链接单元101的安放部120分开。第二链接单元102的头部110接触第一链接单元101的滑动球130。

第二链接单元102的头部110和第一链接单元101的滑动球130之间的接触面积小，因此，第二链接单元102的头部110和第一链接单元101的滑动球130之间的摩擦小于在第二链接单元102的头部110和第一链接单元101的滑动球130之间的接触面积大的情况下的摩擦。因此，第一链接单元101和第二链接单元102彼此容易地旋转。

此外，滑动球130被安装成在球安装凹槽125中自由地旋转，因此，第一链接单元101和第二链接单元102随滑动球130更加自由地旋转。

图5是用于解释链接单元在固定模式下的操作的视图。

如图5所示，当驱动单元(未示出)拉动模式切换线缆200时，第一链接单元101的安放部120和第二链接单元102的头部110彼此接触。第二链接单元102的头部110压迫第一链接单元101的滑动球130，因此，滑动球130插入到第一链接单元101中。

当第一链接单元101和第二链接单元102彼此接触时，第二链接单元102的头部110和第一链接单元101的安放部120之间的摩擦增加。因此，第一链接单元101和第二链接单元102的旋转受限制，并且第一链接单元101和第二链接单元102可彼此牢固地固定。

包括具有第一链接单元101和第二链接单元102的多个链接单元100的臂模块10以及包括臂模块10的外科手术装置1也表现出强的刚性。

外科手术装置1在其端部包括重的外科手术仪器(未示出)。所述外科手术仪器在固定模式下被牢固地固定，因此，手术员能够以完美的姿态实施外科手术。

根据实施例，可对链接单元100的头部110和安放部120进行表面处理，以使摩擦力最大化。可通过涂覆、镀覆或者热处理执行对头部110和安放部120的表面处理。然而，表面处理方法不限于此。例如，可使用其他方法对头部110和安放部120进行后处理，以增加摩擦力。

可选地，可更改链接单元100的材料，以增加摩擦力。采取这样的更改的原因在于：摩擦力根据组成材料的特性而改变。

当在这样的固定模式下手术员想要再次操作臂模块10或者外科手术装置1时，手术员可驱动驱动单元(未示出)以推动模式切换线缆200，使得链接单元100彼此分开。因此，如图4所示，第二链接单元102的头部110接触第一链接单元101的滑动球130，从而便于第一链接单元101和第二链接单元102旋转。

图6是根据实施例的外科手术装置1的视图。

如图1、图2以及图6所示，外科手术装置1可包括两个臂模块10，即，第一臂模块11和第二臂模块12。

然而，在一些实施例中，外科手术装置1可包括单个臂模块或者至少三个臂模块。当臂模块10的数量增加时，外科手术装置1可柔性地操作。

在图6中示出的外科手术装置包括一个堆叠在另一个之上的多个在图1和图2中示出的链接单元100。链接单元100具有四对边缘孔180。即，臂模块10包括两对边缘孔180，因此，臂模块10具有2个自由度。如上所述，自由度可通过改变边缘孔180的数量而增加或者减少。

第一臂模块11和第二臂模块12可独立地操作。然而，第一臂模块11和第二臂模块12可包括单个模式切换线缆。

外科手术装置1包括在转向模式下能够以独立的自由度操作的两个臂模块10，因此，外科手术装置1可柔性地运动并可沿着复杂的弯曲路径行进。在单口手术或经自然孔道内镜外科手术中，外科手术装置1可将外科手术仪器安全地插入到手术位置，而不损伤病人的内脏。

在固定模式下，链接单元100彼此接触并被牢固地固定，因此，链接单元100可刚性地支撑外科手术仪器，使得插入到外科手术位置的外科手术仪器不离开手术位置。此外，即使使用重的外科手术仪器，外科手术装置1也可承受外科手术仪器的重量，而不会弯曲或者变形。

从上面的描述清楚的是，外科手术装置具有这样的结构：在固定模式下，相邻的链接单元中的一个的安放部与相邻的链接单元中的另一个的头部彼此紧密接触，因此，所述外科手术装置可具有足够的刚性。另一方面，在转向模式下，相邻的链接单元中的另一个的头部与相邻的链接单元中的一个的滑动球相对于彼此滑动，因此，所述外科手术装置可自由地操作。

虽然已示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变。

Claims (21)

1.一种外科手术装置，所述外科手术装置包括具有至少一个自由度的至少一个臂模块，

其中，所述至少一个臂模块包括：

至少一个转向线缆，用于使臂模块转向；以及

多个链接单元，一个堆叠在另一个之上，以形成所述至少一个臂模块，

其中，所述多个链接单元中的每个链接单元包括：

头部，设置在链接单元的上部，并具有半球形形状；

安放部，形成在链接单元的下部；以及

滑动球，布置在安放部处，

其中，所述多个链接单元中相邻的链接单元被布置成使得相邻的链接单元中的一个的头部安放在相邻的链接单元中的另一个的安放部上，并且相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部通过滑动球相对于彼此滑动。

2.如权利要求1所述的外科手术装置，其中，滑动球安装在安放部处，使得滑动球的一部分从安放部突出。

3.如权利要求1所述的外科手术装置，其中，每个链接单元还包括弹性单元，所述弹性单元用于使滑动球沿着滑动球从安放部突出的方向弹性地偏置。

4.如权利要求1所述的外科手术装置，其中，所述多个链接单元具有使所述多个链接单元能够彼此接触并被固定从而具有刚性的固定模式和使所述多个链接单元能够彼此分开从而能够操作的转向模式。

5.如权利要求4所述的外科手术装置，其中，在固定模式下，相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部彼此紧密接触。

6.如权利要求4所述的外科手术装置，其中，在转向模式下，相邻的链接单元中的所述一个的头部接触相邻的链接单元中的所述另一个的滑动球，并与相邻的链接单元中的所述另一个的安放部分开。

7.如权利要求4所述的外科手术装置，其中，所述外科手术装置还包括模式切换线缆，所述模式切换线缆使所述多个链接单元能够根据固定模式和转向模式彼此接触或者彼此分开。

8.如权利要求7所述的外科手术装置，其中，每个链接单元还包括中央孔，所述中央孔位于链接单元的中央部分，从而模式切换线缆穿过所述中央孔。

9.如权利要求1所述的外科手术装置，其中，所述至少一个臂模块包括第一臂模块和第二臂模块。

10.如权利要求9所述的外科手术装置，其中，第一臂模块和第二臂模块独立地操作。

11.如权利要求9所述的外科手术装置，其中，第一臂模块包括驱动第一臂模块的至少一个第一转向线缆，第二臂模块包括驱动第二臂模块的至少一个第二转向线缆。

12.如权利要求11所述的外科手术装置，其中，每个链接单元包括多个边缘孔，所述多个边缘孔沿着链接单元的圆周方向布置在链接单元的边缘部分处，使得所述至少一个第一转向线缆和所述至少一个第二转向线缆穿过所述多个边缘孔。

13.一种臂模块，所述臂模块包括一个堆叠在另一个之上的多个链接单元，

其中，所述多个链接单元中的每个链接单元包括：

头部，设置在链接单元的上部；

安放部，设置在链接单元的下部，并具有与头部的形状对应的形状；以及

滑动球，从安放部的表面突出或者插入到安放部中，

其中，所述多个链接单元中相邻的链接单元被布置成使得相邻的链接单元中的一个的头部安放在相邻的链接单元中的另一个的安放部上，并且相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部通过滑动球相对于彼此滑动，

其中，臂模块具有使相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的安放部能够彼此接触的固定模式和使相邻的链接单元中的所述一个的头部能够接触相邻的链接单元中的所述另一个的滑动球以使相邻的链接单元中的所述一个的头部和相邻的链接单元中的所述另一个的滑动球相对于彼此滑动的转向模式。

14.如权利要求13所述的臂模块，其中，所述臂模块还包括穿过每个链接单元的中央部分的模式切换线缆。

15.如权利要求13所述的臂模块，其中，滑动球在固定模式下插入到安放部中并在转向模式下从安放部突出。

16.如权利要求13所述的臂模块，其中，每个链接单元还包括用于使滑动球从安放部向外弹性地偏置的弹性单元。

17.一种链接单元，包括：

头部，具有半球形形状；

安放部，具有与头部的形状对应的形状，并具有向上凹入的底表面；以及

滑动球，布置在安放部的底表面处。

18.如权利要求17所述的链接单元，其中，滑动球能够在滑动球的一部分从安放部突出的位置以及在滑动球插入到安放部中的位置运动。

19.如权利要求18所述的链接单元，所述链接单元还包括用于使滑动球从安放部向外弹性地偏置的弹性单元。

20.如权利要求17所述的链接单元，所述链接单元还包括穿过链接单元的中央部分的中央孔。

21.如权利要求17所述的链接单元，所述链接单元还包括多个边缘孔，所述多个边缘孔沿着链接单元的圆周方向布置在链接单元的边缘部分以穿过所述边缘部分。

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