[发明专利]四线缆腕的后端机构

说明书

相关申请的交叉引用

本专利文件涉及并且结合共同提交的题为“Four-Cable Wrist with Solid Surface Cable Channels”、代理卷号为ISRG01630US的美国专利申请和共同提交的题为“Bipolar Cautery Instrument”、代理卷号为ISRG01640US的美国专利申请作为参考。

背景技术

机器人控制的外科器械通常用在微创医疗程序中。这种器械的一个结构包括在延伸部分的远端处安装在腕机构上的(例如手术钳、剪切工具或烧灼工具)的执行器或工具，延伸部分有时在此称为器械的主管路。在医疗程序中，执行器和主管路的远端被插入到病人的小切口或自然开口中，以将执行器放置在病人的体内的工作部位。然后，当在工作部位实施期望的程序时，腕机构可被用于移动或者操作执行器。延伸通过器械的主管路的线缆或相似结构可以将腕机构连接至传输装置，传输装置有时在此称为后端机构。为实现执行器和腕机构的机器人控制，后端机构是电机驱动的，并且处理系统可以被用于为医生提供一个用户界面以便控制器械。

腕机构一般提供执行器运动的特定自由度。例如，对于手术钳或其他夹握工具，腕能够改变执行器的俯仰、偏转和夹握。虽然能够通过腕实现更多的自由度，但是实现腕的三个自由度并且通过主管路的运动实现例如侧滚或者插入/抽出的其他自由度一般提供实施医疗程序所需的运动。

在机器人控制的医疗器械中腕机构的常规结构采用线缆来转动腕机构的绞盘(capstan)并且由此旋转被连接至绞盘的腕机构的部分。例如，腕机构可包括绕俯仰轴线、偏转轴线或夹握轴线旋转的三个绞盘。每个绞盘可以通过使用两根线缆来控制，这两根线缆均被附接至绞盘，从而使得一侧输出线缆而另一侧拉进相等长度的线缆。通过该结构，三个自由度需要从腕机构向后沿主管路的长度延伸至器械的后端机构的六根线缆。由于线缆必须被仔细地引导通过腕机构以在腕机构的整个运动范围内保持线缆的张力/张紧度并且最小化一个旋转轴线与另一个的相互作用(或联接作用)，所以腕机构的有效实施是复杂的。此外，滑轮一般用于降低线缆的摩擦，这延长了器械的寿命并且允许在没有过大的力施加至腕机构的线缆或其他结构的情况下的操作。烧灼工具对于带有腕的器械存在更多的复杂性，因为烧灼器械需要输送电力至可移动执行器。例如，双极烧灼工具需要相反极性电压的输送，导体移动的空间和电压的有效隔离。

期望一种腕机构能够通过小数目的线缆操作，以便于器械的小型化并且降低器械的成本。期望腕机构的低部件数目，以降低制造成本。此外，腕机构应该允许适合于烧灼器械的电隔离并且具有高效的后端机构。

发明内容

根据本发明的一方面，适用于微创医疗程序的器械具有腕机构，该腕机构能够通过使用从腕延伸通过器械的主管路到达后端机构的四根线缆来控制执行器的俯仰、偏转和夹握。根据本发明的另一方面，后端机构将四根线缆连接至三个电机驱动机构，这三个电机驱动机构共同控制执行器的俯仰、偏转和夹握。在一个实施例中，执行器是双极烧灼工具，其采用刷式接触用以电连接至执行器的可移动部件。

本发明的一个具体实施例是医疗器械或后端机构，其包括附接至第一和第二线缆的第一机构、附接至第三和第四线缆的第二机构和附接至第一和第二机构的一部分的摇臂。所述第一机构是可操作用来拉进所述第一和第二线缆中的一个而同时输出所述第一和第二线缆的另一个，并且所述第二机构可被操作用来拉进所述第三和第四线缆中的一个而同时输出所述第三和第四线缆中的另一个。所述第一和第二机构的每一个能够使用绞盘或杆系统，以引起线缆期望的相对运动。所述摇臂包括第一枢转轴，第二枢转轴和第三枢转轴，其中第一机构的一部分围绕第一枢转轴旋转，第二机构的一部分围绕第二枢转轴旋转并且摇臂围绕第三枢转轴旋转。摇臂以第一方向围绕第三枢转轴的旋转使第一和第二枢转轴移动，拉进第一和第二线缆中的至少一个，并且输出第三和第四线缆中的至少一个。

本发明的另一实施例是包括第一绞盘、第二绞盘和摇臂的医疗器械或后端机构。第一和第二线缆缠绕在第一绞盘上，使得第一绞盘的旋转拉进第一和第三线缆中的一个而同时输出第一和第二线缆中的另一个。相似地，第三和第四线缆缠绕在第二绞盘上，使得第二绞盘的旋转拉进第三和第二线缆中的一个而同时输出第三和第四线缆中的另一个。第一滑轮组被安装到摇臂上，并且第一和第二线缆从第一绞盘延伸并且围绕第一滑轮组延伸。第二滑轮组也被安装到摇臂上，并且第三和第四线缆从第二绞盘延伸并且围绕第二滑轮组延伸。摇臂被机械联接以摆动并且移动第一和第二滑轮组，并且由此相对第三和第四线缆移动第一和第二线缆。