[发明专利]用于手术工具的柔性肘节

说明书

本申请是于2005年5月16日提交的名称为“用于手术工具的柔性肘节”的中国专利申请200380103344.5的分案申请。

背景技术

本发明一般涉及外科手术工具，更具体地是涉及用以进行机器人外科手术(robotic surgery)的手术工具中的柔性肘节机构。

微创手术技术方面的进步使得以微创方式进行的外科手术数目急剧增加。微创医疗技术的目的是为了减少诊断或手术期间破坏的无关组织的量，从而减少病人的康复时间、不适感和有害的副作用。利用微创手术技术，还可显著地缩短一个标准外科手术所需的平均住院时间。因此，更多地采用微创技术可以节省大量的住院时间，而且仅就住院费用而言每年就可节省数百万美元。利用微创手术技术，也可以减少病人的康复时间、病人的不适感和外科手术的副作用。

微创手术最常见的形式就是内窥境检查。内窥境检查最常见的形式就是腹腔镜检查，腹腔镜检查是在腹腔内进行的微创检查和手术。在标准的腹腔手术中，病人的腹部被吹入气体，插管套穿过小(大约1/2英寸)切口，从而为腹腔镜手术器械提供入口。腹腔镜手术器械通常包括一个腹腔镜(用于观察手术部位)和工作器械。这些工作工具类似于那些在常规(开腔)手术中使用的工具，所不同的是每个工具的操作末端或末端执行器都通过一根延长管与该工具的操作柄分离。此处所用的术语“末端执行器”表示手术器械的实际操作部分，其可包括例如钳子、抓紧器、剪刀、吻合器以及持针器等。为了进行手术过程，外科医生将这些工作工具或器械穿过插管套，使其到达内部的手术部位并在腹腔外操纵这些器械。外科医生通过监视器监控手术的过程，该监视器显示出从腹腔镜取得的手术部位的图像。类似的内窥境技术应用于下列检查中，例如关节内窥境检查、后腹腔镜检查、骨盆镜检查、肾镜检查、膀胱镜检查、池囊镜检查(cisternoscopy)、窦镜检查、子宫镜检查、尿道镜检查等等。

目前的微创手术(minimally invasive surgical，MIS)有很多缺点。例如，现有的微创器械所进行的手术没有开腔手术所具有的控制工具的柔性。大多数的现有的腹腔镜工具都有刚性轴，因此很难通过所述的小切口到达工作部位。另外，很多内窥境器械的长度和结构都会降低医生的觉察能力，这种觉察能力可以感受到由组织或器官施加到相关工具的末端执行器上的力。内窥境工具缺乏灵活性和灵敏性是微创手术发展的一个主要障碍。

正在开发的微创远距离手术机器人系统能够在体内手术部位中工作时增加外科医生的灵活性，也可以使外科医生远距离对病人进行手术。在远距离手术系统中，外科医生经常配有计算机工作站提供的手术部位的图像。医生一边在合适的观察器或显示器上观察手术部位的三维图像，一边通过操纵工作站的主输入端或控制装置对病人执行手术过程。主输入端控制以伺服系统方式运行的手术工具的动作。在手术过程中，远距离手术系统响应于主控制机构的操作从而驱动和控制各种具有末端执行器(例如组织抓紧器、针驱动器等)的手术器械或工具，能够执行外科医生的功能，例如，持拿或驱动手术针、抓紧血管或解剖组织等。

一些手术工具利用滚动一倾斜-摆动(roll-pitch-yaw)机构来提供末端执行器沿三个正交轴线旋转运动的三个角度。通常倾斜和摆动旋转由一个连接在该工具的柄和末端执行器之间的肘节机构来提供，而滚动旋转运动通常由柄的转动来提供。在大约90度的倾斜位置处，摆动和滚动转动会重叠，导致一个旋转运动角度丧失，这种情况称为奇点。

发明内容

本发明涉及具有肘节机构的一种工具的替换实施例，该肘节机构所提供的倾斜和摆动转动方式使得工具的滚动、倾斜和摆动不会出现奇点。所述肘节机构具有一个柔性管状结构，该柔性管状结构可以由一个柔性管或一系列连接到弹簧或类似柔性组件上的盘状物形成。驱动缆线或柔性线(例如，由镍钛合金制成)延伸穿过肘节机构，并用于使柔性肘节在倾斜和摆动旋转方向弯曲。滚动方向的转动可以通过转动一个与肘节机构相连的工具柄来实现。