CN118141475A - 基于齿轮控制的腹腔镜手术器械 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，包括：钳头组件，用于夹持目标；器械杆，钳头组件可转动连接在器械杆的一端；推杆，内置在器械杆中，可相对于器械杆滑动，推杆一端与钳头组件可转动连接；推杆被配置为在受到沿与推杆长度方向平行的第一作用力的驱动下，带动钳头组件绕器械杆的头端摆动；开合驱动杆，内置在推杆中，可相对于推杆滑动，开合驱动杆一端与钳头组件连接，被配置为在受到沿与开合驱动杆长度方向平行的第二作用力的驱动下，带动钳头组件开合；控制机构，包括开合扳机和齿轮结构，齿轮结构与开合扳机一端连接，开合驱动杆的另一端与齿轮结构连接，通过按压开合扳机带动齿轮结构转动，以向开合驱动杆施加第二作用力。

Description

基于齿轮控制的腹腔镜手术器械

技术领域

本发明涉及微创手术器械技术领域，尤其涉及一种基于齿轮控制的腹腔镜手术器械。

背景技术

传统的腹腔镜手术器械不符合人体工程学，并且受到较少的腔内活动自由度限制，导致术者在执行简单的手术过程中受到严重限制，使许多外科医生难以从事各种微创操作和手术。目前使用广泛的腹腔镜手术器械包括：传统的直型手动器械和基于控制台和大型手术机器人的手术器械。手术机器人***提供了更高的灵活性、稳定性、术野清晰度和3D视觉，但需要大量的财务成本和后勤复杂性，导致复杂的手术机器人与传统腹腔镜器械相比，机器人化设备并未显示出足够大的市场化优势，当前的手持式手术器械仍是临床手术的主流工具，具有广泛的用户基础。

随着多关节手术器械技术的成熟，手持式机器人手术器械应运而生。相较于传统手术器械，新型腹腔镜手术器械能够以较低的成本提供目前仅在手术机器人***中才能找到的一些功能，例如，多自由度关节提供更加灵活、自然的操作体验，不需要肢体的复杂动作；实现多关节同时平稳运动实现多角度操作，可缩短手术时间、提供较好的手术切口等，从而提升手术质量。从而影响微创手术市场，相较于***庞杂的手术机器人，新型腹腔镜手术器械更加灵活实用，并且具有更好的经济性与流转性。

现有的腹腔镜手术器械中的手术器械钳头部分控制的主要包括两种方式，一种方式是采用线控实现钳头的开合控制和偏摆，连接杆内部需要四根钨丝绳控制，占用空间，使得连接杆直径有9mm，连接杆过粗，器械不够小巧，并且，连接杆在沿轴向旋转时，内部的钨丝绳会拧在一起，增加易断的风险。另一种方式是通过一根钨丝绳绕过滑轮组进行钳头的开合控制，这种方式能够减小连杆内部占用的空间，减小了钨丝绳易断的风险。

然而，上述两种方式在钳头开合控制时都存在机械强度不足的问题，导致钳头正压力较小，不利于钳头的夹紧，并且，机械强度不足还会导致控制精度偏低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，用于解决现有腹腔镜手术器械存在的以上技术问题。

本发明的实施例提供一种基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，包括：钳头组件，用于夹持目标；器械杆，钳头组件可转动连接在器械杆的一端；推杆，内置在器械杆中，可相对于器械杆滑动，推杆一端与钳头组件可转动连接；推杆被配置为：在受到沿与推杆长度方向平行的第一作用力的驱动下，带动钳头组件绕器械杆的头端摆动；开合驱动杆，内置在推杆中，可相对于推杆滑动，开合驱动杆一端与钳头组件连接，开合驱动杆被配置为：在受到沿与开合驱动杆长度方向平行的第二作用力的驱动下，带动钳头组件开合；控制机构，包括开合扳机和齿轮结构，齿轮结构与开合扳机一端连接，开合驱动杆的另一端与齿轮结构连接，其中，通过按压开合扳机带动齿轮结构转动，以向开合驱动杆施加第二作用力。

根据本发明的实施例，控制机构还包括：手柄壳体、第一支撑轴和第二支撑轴，第一支撑轴和第二支撑轴固定在手柄壳体上；齿轮结构包括主动齿轮、从动齿轮，主动齿轮与第一支撑轴转动连接，从动齿轮与第二支撑轴转动连接，主动齿轮与从动齿轮啮合；其中，按压开合扳机，开合扳机绕第一支撑轴转动，带动主动齿轮同步转动，在啮合作用下，主动齿轮带动从动齿轮绕第二支撑轴，向开合驱动杆施加第二作用力。

根据本发明的实施例，控制机构还包括：刚性弹片，刚性弹片的一端与开合扳机的一端固定连接，刚性弹片的另一端与手柄壳体固定连接，刚性弹片被配置为：为开合扳机提供恢复力。

根据本发明的实施例，齿轮结构的材料包括金属材料。

根据本发明的实施例，控制机构还包括：滑块导轨，固定在手柄壳体上；偏摆拨轮和凸轮，偏摆拨轮与凸轮固定连接且同轴，凸轮上设有曲线槽；偏摆座，下方设有滑动轴，偏摆座滑动安装在滑块导轨内，滑动轴滑动安装在曲线槽内，推杆的另一端安装在偏摆座内；其中，通过旋转摆拨轮带动凸轮转动，滑动轴相对曲线槽运动，带动偏摆座相对于滑块导轨滑动来带动推杆沿与推杆长度方向平行的方向运动。

根据本发明的实施例，曲线槽为阿基米德线。

根据本发明的实施例，控制机构还包括：自转拨轮，套设在器械杆上，与偏摆座连接，自转拨轮被配置为通过旋转自转拨轮带动器械杆旋转来带动钳头组件旋转。

根据本发明的实施例，开合驱动杆与钳头组件连接的一端为软轴。

根据本发明的实施例，钳头组件包括抓取钳、分离钳，持针钳，剪刀或施夹钳。

根据本发明实施例提供的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，至少能够实现以下技术效果：

通过利用齿轮结构与开合驱动杆连接，提供驱动钳头开合的作用力，由于齿轮结构具备很强的刚性，相比于线控与滑轮组控制的方式，在器械杆内部占用的空间较小的情况下，提高了控制机构的机械强度，从而能够提高钳头的最大正压力，使得腹腔镜手术器械的更能够满足钳头夹紧的使用场景。并且，由于齿轮结构具备很强的刚性，在手动按压开合机构施加作用力时，能够更好地控制开合机构开合的角度大小，从而能够提高钳头开合的控制精度。

开合扳机与手柄壳体之间采用刚性弹片连接，相比于传统的弹簧连接方式，进一步提高了控制机构的机械强度，从而提高了钳头的最大正压力和控制精度。

在基于齿轮结构控制钳头开合的基础上，增加了偏摆控制和旋转控制的结构，能够在占用空间小，避免钨丝绳断裂的情况下，同时实现钳头的三个方向自由度的控制。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本发明实施例的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械的立体结构图。

图2示意性示出了根据本发明实施例的控制机构的结构图。

图3示意性示出了根据本发明一实施例的控制机构的***结构图。

图4示意性示出了根据本发明另一实施例的控制机构第一方向的***结构图。

图5示意性示出了根据本发明另一实施例的控制机构第二方向的***结构图。

图6示意性示出了根据本发明实施例的钳头组件的结构图。

图7示意性示出了根据本发明实施例的滑槽结构与推杆的安装结构图。

图8示意性示出了根据本发明实施例的钳头组件偏摆后的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的子***或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在本发明中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本发明的限制。

类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

图1示意性示出了根据本发明实施例的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械的立体结构图。图2示意性示出了根据本发明一实施例的控制机构的结构图。

如图1及图2所示，基于齿轮控制的腹腔镜手术器械可以包括钳头组件1、器械杆2、推杆3、开合驱动杆4以及控制机构5。

钳头组件1用于夹持目标。目标可以理解为在进行腹腔镜手术过程中夹持的对象。钳头组件1可以包括抓取钳、分离钳，持针钳，剪刀或施夹钳等。

钳头组件1可转动连接在器械杆2的一端。器械杆2为空心结构，推杆3内置在器械杆2中，一端与钳头组件1可转动连接。推杆3被配置为：在受到沿与推杆3长度方向平行的第一作用力的驱动下，带动钳头组件1绕器械杆2的头端摆动，实现偏摆。

推杆3也可以为空心结构，开合驱动杆4内置在所述推杆3中，可相对于推杆3滑动(图示左右方向滑动)。开合驱动杆4一端与钳头组件1连接，开合驱动杆4被配置为：在受到沿与开合驱动杆4长度方向平行的第二作用力的驱动下，带动钳头组件1开合。

控制机构5，包括开合扳机501和齿轮结构，齿轮结构与开合扳机501一端连接，开合驱动杆4的另一端与齿轮结构连接，其中，通过按压开合扳机501带动齿轮结构转动，以向开合驱动杆4施加第二作用力。

由于传统钳头开合控制的刚性不足，导致能够为钳头提供的最大正压力约为10N。而采用本发明实施例提供的齿轮结构控制钳头开合的方式后，能够为钳头提供的最大正压力大于60N，极大地提高了钳头的正压力。高的正压力有利于提高腹腔镜手术器械的效果，例如，对于钳头组件1为持针钳的场景，能够紧紧夹紧缝合针，避免在缝合过程中由于钳头组件1的正压力不足导致缝合针松弛或掉落，影响缝合效果。

进一步地，继续参阅图2，在本发明的实施例中，控制机构5还包括：手柄壳体502、第一支撑轴503和第二支撑轴504，第一支撑轴503和第二支撑轴504固定在手柄壳体502上。

齿轮结构包括：主动齿轮505、从动齿轮506，主动齿轮505与第一支撑轴503转动连接，从动齿轮506与第二支撑轴504转动连接，主动齿轮505与从动齿轮506啮合。

当按压开合扳机501时，开合扳机501绕第一支撑轴503转动，带动主动齿轮505同步转动，在主动齿轮505与从动齿轮506啮合作用下，主动齿轮505带动从动齿轮506绕第二支撑轴504，向开合驱动杆4施加第二作用力，从而带动开合驱动杆4滑动，进而实现钳头组件1的开合(R1)。

图3示意性示出了根据本发明一实施例的控制机构的***结构图。

如图2及图3所示，在本发明的实施例中，控制机构5还包括：刚性弹片508。刚性弹片508的一端与开合扳机501的一端固定连接，刚性弹片508的另一端与手柄壳体502固定连接，刚性弹片508被配置为：为开合扳机501提供恢复力。例如，在按压开合扳机501时，刚性弹片508提供与按压方向相反的恢复力。

腹腔镜手术器械是手动控制，不同于机器控制的精度，按压的力度不好把控。由于传统钳头开合的控制方式中开合扳机的回弹采用的是弹簧，而弹簧的刚性较小，在按压开合扳机501时，弹簧为开合扳机501提供的恢复力较小，而刚性弹片508为开合扳机501提供的恢复力较大，因此，在弹簧恢复和刚性弹片恢复两种情况下，对开合扳机501施加相同的作用力，弹簧恢复对应的开合扳机被按压的幅度更大，也即单位作用力下弹簧恢复对应的开合扳机被按压的幅度步长更大，对应的力度控制精度更低；刚性弹片对应的开合扳机被按压的幅度更小，也即单位作用力下弹簧恢复对应的开合扳机被按压的幅度步长更小，对应的力度控制精度更高。

进一步地，齿轮结构的材料包括金属材料，也即主动齿轮和从动齿轮可以采用金属材料制备而成。应当理解，本发明实施例齿轮结构的材料也可以采用其他材料，这些材料能够保证足够的机械强度即可，具体本发明不作限定。

图4示意性示出了根据本发明另一实施例的控制机构第一方向的***结构图。图5示意性示出了根据本发明另一实施例的控制机构第二方向的***结构图。

如图4及5所示，控制机构5还包括：

滑块导轨508，固定在手柄壳体502上。

偏摆拨轮509和凸轮510，偏摆拨轮509与凸轮510固定连接且同轴，凸轮510上设有曲线槽511，曲线槽511为阿基米德线。

偏摆座512，下方设有滑动轴513，偏摆座512滑动安装在滑块导轨508内，滑动轴513滑动安装在曲线槽511内，推杆3的另一端安装在偏摆座512内。

其中，通过旋转摆拨轮509带动凸轮510转动，滑动轴513相对曲线槽511运动，带动偏摆座512相对于滑块导轨508滑动来带动推杆3沿与推杆3长度方向平行的方向运动，也即驱动推杆3在器械杆2内运动，实现钳头组件1的偏摆(R2)。

进一步地，继续参阅图4及5，控制机构5还包括：

自转拨轮514，套设在器械杆2上，与偏摆座512连接，自转拨轮514被配置为通过旋转自转拨轮514带动器械杆2旋转(R3)来带动钳头组件1旋转。

进一步地，在本发明的实施例中，开合驱动杆4与钳头组件1连接的一端为软轴。采用软轴替代钨丝绳，一方面可以更好地实现钳头组件1的偏摆，另一方面可以双向传力，增加分离功能。

进一步地，在本发明的实施例中，器械杆2和推杆3为空心推杆，推杆3、器械杆2、开合驱动杆4可以同心配合。器械杆2的直径小于等于5mm。

图6示意性示出了根据本发明实施例的钳头组件的结构图。

如图6所示，钳头组件1可以包括：第一钳片101、第二钳片102、夹钳销103、滑槽结构104、开合滑动销105、连杆机构108和塔簧109。

第一钳片101和第二钳片102通过夹钳销103铰接且固定在滑槽结构104的一端。连杆机构108的数量为两个，两个连杆机构108一端分别与第一钳片101和第二钳片102转动连接，另一端与开合滑动销105转动连接，开合滑动销105滑动设置在滑槽结构104。塔簧109套设置在开合滑动销15与滑槽结构104之间，一端可以固定在滑槽结构104上，另一端固定在开合滑动销105上，滑槽结构104与器械杆2和推杆3转动连接。其中，在推杆3受到沿与推杆3中心轴方向平行的推力或拉力的驱动下，使滑槽结构104绕器械杆2和推杆3转动。

进一步地，连杆机构108可以包括：两个圆柱销106和两个连接片107，每个连接片107一端集成一个圆柱销106，连接片107一端通过圆柱销106与第一钳片101和第二钳片102可转动连接。其中，在连接片107的带动下，第一钳片101和第二钳片102绕圆柱销106转动，以控制第一钳片101和第二钳片102的开合运动。

需要说明的是，第一钳片101和第二钳片102可以是剪刀片、抓取钳片、施夹钳片、分离钳片等形式。

图7示意性示出了根据本发明实施例的滑槽结构与推杆的安装结构图。

如图7所示，钳头组件1还包括：弯曲连杆100，弯曲连杆100的两端分别与滑槽结构104与推杆3转动连接。一般情况下，弯曲连杆10的数量为2，上下各设置一个弯曲连杆100，这样既可以保证滑槽结构104与推杆3更好地旋转，也可以保证稳定性。钳头组件1通过旋转销120可旋转连接在器械杆2上。

例如，以图7所示方向，当推杆3受到向右的拉力时，带动滑槽结构104绕器械杆2逆时针摆动，从而带动第一钳片101和第二钳片102逆时针偏摆。当推杆3受到向左的推力时，带动滑槽结构104绕器械杆2顺时针摆动，从而带动第一钳片101和第二钳片102顺时针偏摆。

图8示意性示出了根据本发明实施例的钳头组件偏摆后的结构图。

例如，以图8所示方向，在不扣动开合扳机501时，两个连接片107之间存在夹角，处于弯折状态，开合滑动销105位于滑槽结构104中的滑槽的最左端，此时第一钳片101和第二钳片102处于张开状态；当扣动开合扳机501带动开合滑动销105向右运动时，开合滑动销15带动两个连接片107运动，使两个连接片107与第一钳片101和第二钳片102之间的夹角逐渐增大，趋于直线状态，从而带动第一钳片101和第二钳片102趋于闭合状态；当松开开合扳机501，开合滑动销105在塔簧109的恢复力作用下向左运动，开合滑动销105不对两个连接片107施加拉力，使两个连接片107与第一钳片101和第二钳片102之间的夹角逐渐减小，趋于弯折状态，从而带动第一钳片101和第二钳片102趋于张开状态。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本申请的保护范围并不局限于此。任何在本发明的精神和原则之内所做的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，包括：

钳头组件(1)，用于夹持目标；

器械杆(2)，所述钳头组件(1)可转动连接在所述器械杆(2)的一端；

推杆(3)，内置在所述器械杆(2)中，可相对于所述器械杆(2)滑动，所述推杆(3)一端与所述钳头组件(1)可转动连接；所述推杆(3)被配置为：在受到沿与所述推杆(3)长度方向平行的第一作用力的驱动下，带动所述钳头组件(1)绕所述器械杆(2)的头端摆动；

开合驱动杆(4)，内置在所述推杆(3)中，可相对于所述推杆(3)滑动，所述开合驱动杆(4)一端与所述钳头组件(1)连接，所述开合驱动杆(4)被配置为：在受到沿与所述开合驱动杆(4)长度方向平行的第二作用力的驱动下，带动所述钳头组件(1)开合；

控制机构(5)，包括开合扳机(501)和齿轮结构，所述齿轮结构与所述开合扳机(501)一端连接，所述开合驱动杆(4)的另一端与所述齿轮结构连接，其中，通过按压所述开合扳机(501)带动所述齿轮结构转动，以向所述开合驱动杆(4)施加所述第二作用力。

2.根据权利要求1所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述控制机构(5)还包括：

手柄壳体(502)、第一支撑轴(503)和第二支撑轴(504)，所述第一支撑轴(503)和所述第二支撑轴(504)固定在所述手柄壳体(502)上；

所述齿轮结构包括主动齿轮(505)、从动齿轮(506)，所述主动齿轮(505)与所述第一支撑轴(503)转动连接，所述从动齿轮(506)与所述第二支撑轴(504)转动连接，所述主动齿轮(505)与所述从动齿轮(506)啮合；

其中，按压所述开合扳机(501)，所述开合扳机(501)绕所述第一支撑轴(503)转动，带动所述主动齿轮(505)同步转动，在啮合作用下，所述主动齿轮(505)带动所述从动齿轮(506)绕第二支撑轴(504)，向所述开合驱动杆(4)施加所述第二作用力。

3.根据权利要求2所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述控制机构(5)还包括：

刚性弹片(508)，所述刚性弹片(508)的一端与所述开合扳机(501)的一端固定连接，所述刚性弹片(508)的另一端与所述手柄壳体(502)固定连接，所述刚性弹片(508)被配置为：为所述开合扳机(501)提供恢复力。

4.根据权利要求2所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述控制机构(5)还包括：

滑块导轨(508)，固定在所述手柄壳体(502)上；

偏摆拨轮(509)和凸轮(510)，所述偏摆拨轮(509)与凸轮(510)固定连接且同轴，所述凸轮(510)上设有曲线槽(511)；

偏摆座(512)，下方设有滑动轴(513)，所述偏摆座(512)滑动安装在所述滑块导轨(508)内，所述滑动轴(513)滑动安装在所述曲线槽(511)内，所述推杆(3)的另一端安装在所述偏摆座(512)内；

其中，通过旋转所述摆拨轮(509)带动所述凸轮(510)转动，所述滑动轴(513)相对所述曲线槽(511)运动，带动所述偏摆座(512)相对于所述滑块导轨(508)滑动来带动所述推杆(3)沿与所述推杆(3)长度方向平行的方向运动。

5.根据权利要求4所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述曲线槽(511)为阿基米德线。

6.根据权利要求4或5所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述控制机构(5)还包括：

自转拨轮(514)，套设在所述器械杆(2)上，与所述偏摆座(512)连接，所述自转拨轮(514)被配置为通过旋转所述自转拨轮(514)带动所述器械杆(2)旋转来带动所述钳头组件(1)旋转。

7.根据权利要求1所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述开合驱动杆(4)与所述钳头组件(1)连接的一端为软轴。

8.根据权利要求1所述的基于齿轮控制的腹腔镜手术器械，其特征在于，所述钳头组件(1)包括抓取钳、分离钳，持针钳，剪刀或施夹钳。