一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的制作方法
【專利摘要】一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，包括輸送管道、輻條、機器人手臂和底座，所述輸送管道連接在底座中，所述輻條包括上輻條和下輻條，所述上輻條通過上輻條－輸送管道關節與輸送管道連接，通過機器人肩關節與機器人臂連接，下輻條通過輸送管道關節與下輻條滑道連接，所述機器人手臂由機器人臂、機器人手、機器人肩關節、機器人腕關節和機器人水平關節組成，機器人臂通過機器人肩關節與上輻條連接，機器人臂通過腕關節與機器人手連接，機器人臂的中部設有機器人水平關節。采用本實用新型能夠解決現有經自然腔道內鏡機器人手術系統操作平臺不穩定、手術操作三角狹小和手術器械少而簡單的問題，能夠勝任復雜的腹部外科手術。
【專利說明】一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及經自然腔鏡內鏡外科手術用器具領域，具體是一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺。
【背景技術】
[0002]經自然腔道內鏡手術(NaturalOrifice Transluminal Endoscopic Surgery,NOTES)是指通過自然孔口(直腸，陰道，口腔和尿道等)進入腹腔進行操作的一種微創外科手術。NOTES手術在解決病人疾患的過程中，未在人體表面留有切口，減輕了手術創傷和術后疼痛，增加了美容效果，實現更好的生理微創和心理微創效果。對于那些肥胖、體質差、疤痕體質及對美容效果追求較高的人群來說，NOTES將成為他們最好的選擇。但NOTES的手術器械欠缺靈活度，手術圖像是二維成像，增加了外科手術操作困難。于是，能夠增加手術器械的靈活度、提供三維手術圖像的經自然腔道內鏡機器人手術系統應運而生。新加坡南洋工業大學開發出了一種內窺鏡機器人名為主從式機器人用于NOTES手術，并于2010年發表文章進行報道。該手術系統由三部分組成:主操控器、從屬控制器(末端有兩個工作臂:抓手、單級電極鉤)及雙通道內窺鏡。醫生通過主操控器經行操作，命令通過電線由主操控器傳至從屬控制器，通過其末端的器械經行手術操作。但該系統在手術的過程中末端工作臂不可以更換，末端器械比較單一。Wei Yao于2013年發表論文稱其構架出一種新的可重構的內窺鏡機器人系統。其利用中間一個環形的平臺很好地解決了器械回撤的問題。外部器械可以通過中間的通道進入腹腔進行操作。其缺點也是比較明顯的，首先，支架平臺是彈性的，提供的牽引、推撥等基本手術操作的力量是有限的，不足以進行復雜的手術；其次，末端的器械簡單，缺乏多樣性，不能進行復雜的操作。總之，現有的經自然腔道內鏡機器人手術系統存在手術操作平臺不穩定、手術操作三角狹小和手術器械少而簡單等問題。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的時提供一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，能夠解決現有經自然腔道內鏡機器人手術系統操作平臺不穩定、手術操作三角狹小和手術器械少而簡單等問題，為經自然腔道內鏡機器人手術提供一個寬大而穩固的手術操作平臺、開闊而充分的手術操作三角和豐富而多樣的機器人手，突破經自然腔道內鏡機器人手術的瓶頸，使經自然腔道內鏡機器人手術系統能夠勝任復雜的腹部外科手術，推動經自然腔道內鏡機器人手術的發展。
[0004]本實用新型通過以下技術方案達到上述目的:一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，包括輸送管道、輻條、機器人手臂和底座。所述輸送管道連接在底座中，所述輻條包括上輻條和下輻條，所述上輻條通過上輻條一輸送管道關節與輸送管道連接，通過機器人肩關節與機器人臂連接，下輻條通過輸送管道關節與下輻條滑道連接，所述機器人手臂由機器人臂、機器人手、機器人肩關節、機器人腕關節和機器人水平關節組成，機器人臂通過機器人肩關節與上輻條連接，機器人臂通過腕關節與機器人手連接，機器人臂的中部設有機器人水平關節。
[0005]所述機器人手分為鉗子手、鑷子手、剪刀手、腔鏡手和沖吸手五種類型，機器人手通過腕關節與機器人臂連接。
[0006]所述輸送管道前部四周有多條下輻條滑道，前端有多個上輻條一輸送管道關節，內部有器械通道、沖吸通道、二氧化碳通道和上輻條數據線通道和下輻條數據通道，所述器械通道位于輸送管道的中心，沖吸通道、二氧化碳通道、上輻條數據線通道位于器械通道的周圍，所述沖吸通道與沖吸手相對應。器械通道供特定的手術器械如切割閉合器、施夾器等大型手術器械的導入。沖吸通道供沖吸導管的導入，從輸送管道的頭端出來后，經機器人沖吸臂的側孔先后進入機器人沖吸臂和機器人沖吸手的管狀結構中間，二氧化碳通道供二氧化碳的注入，維持穩定的氣腹壓力。上輻條數據線通道提供控制機器人臂、機器人手運動的數據線的進出。
[0007]所述沖吸手所連接的機器人沖吸腕關節和機器人沖吸臂均為管狀結構，其中機器人沖吸臂有側孔。
[0008]所述輸送管道有彎曲部，彎曲部與人體盆腹腔的骨性生理彎曲相適應。避免在輸送管道導入人體盆腹腔和在手術過程中損傷人體器官。
[0009]所述下輻條分為左側下輻條、右側下輻條、上方下輻條、下方下輻條四種類型，每種類型的下輻條由下輻條桿、下輻條一輸送管道關節和下輻條一上輻條關節組成，下輻條通過下輻條一輸送管道關節與輸送管道的下輻條滑道相連接，下輻條通過下輻條一上輻條關節與上福條連接。
[0010]所述下輻條數據線通道開口于下輻條滑道的后端，下輻條數據線通道、下輻條滑道和上輻條一輸送管道關節位于輸送管道的最外圍。
[0011]所述上輻條分為左側上輻條、右側上輻條、上方上輻條和下方上輻條四種類型。下輻條在輸送管道的下輻條滑道中做前后滑動動作，帶動相對應的上輻條做前收一外展一后收運動，進而帶動上輻條外端連接的機器人手臂做前后運動。
[0012]所述輸送管道、輻條、機器人手臂和底座均為金屬構成。從而能夠為手術牽拉、推撥、切割、分離等操作提供穩定和牢固的平臺。
[0013]本實用新型突出的技術效果在于:
[0014]與現有的經自然腔道內鏡機器人手術平臺相比，本實用新型引入滑行一折疊運動機理(下輻條11在輸送管道1的下輻條滑道1-1中做前后滑行動作，帶動相對應的上輻條10通過折疊動作做前收一外展一后收運動)。滑行一折疊運動機理解決了經自然腔道內鏡機器人手術平臺三個關鍵技術問題。1.經自然腔道內鏡機器人手術平臺導入和回撤問題。在合攏狀態下，經自然腔道內鏡機器人手術平臺呈管狀，在機器人內鏡手的監視和引導下容易導入腹腔或從腹腔撤出。2.手術器械操作三角問題。在上輻條10充分外展狀態下，形成的寬大的手術平臺為立于上輻條10外端的機器人手臂3提供充分的操作三角。3.機器人器械臂數量問題。數量眾多的上輻條10，可以提供大量的機器人手臂3連接點。同時輸送管道1內部有多個數據線通道提供控制機器人手臂3運動的數據線的進出，從而實現提供豐富而多樣的機器人手6的目的。包括機器人鉗子手6-1、鑷子手6-2、剪刀手6-3、腔鏡手6-4和沖吸手6-5等。
[0015]本實用新型首次實現大型手術器械經NOTES平臺導入腹腔。本實用新型的輸送管道1的中心有器械通道1-3，供特定的大型手術器械如切割閉合器、施夾器等器械的導入。切割閉合器可以進行器官的切割、閉合和消化道吻合等外科操作，施夾器可以把夾子帶入腹腔，在切斷之前夾閉腹腔器官大血管。大型手術器械導入通道的發明使得經自然腔道內鏡機器人進行復雜的腹腔手術如胃腸道腫瘤根治術成為可能。
[0016]本實用新型能夠提供穩定、牢固而有力的手術操作平臺和穩定的三維手術圖像。本實用新型的輸送管道1、輻條2、機器人手臂3、底座4以及各個關節均為金屬構成，輸送管道1牢固地安裝在底座4上，從而能夠為機器人手6的手術牽拉、推撥、切割、分離等操作，以及機器人腔鏡手6-4的三維圖像監視，提供穩定和牢固的平臺。
[0017]本實用新型的左側上輻條10-1和右側上輻條的長度長10-2、上方上輻條10-3和下方上輻條10-4的長度短是本實用新型的一個突出的技術效果。由于腹腔橫切面的左右徑長，上下徑短，利用此解剖特點，設計左側上輻條10-1和右側上輻條10-2的長度長可以提供足夠寬大的手術操作平臺和手術操作三角；在保證足夠的手術操作三角的條件下，設計上方上輻條10-3和下方上輻條10-4的長度短可以避免手術操作時誤傷到操作平臺下方的腸管等內臟。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的整體結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的機器人手臂的結構示意圖。
[0020]圖3是本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的輸送管的結構示意圖。
[0021]圖4是本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的下輻條的結構示意圖。
[0022]圖5是本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的上輻條的結構示意圖。
[0023]圖6是本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺的收攏狀態下的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下通過附圖和實例對本實用新型的技術方案作進一步描述。
[0025]對照圖1，本實用新型所述經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，包括輸送管道1、輻條2、機器人手臂3和底座4。所述輸送管道1連接在底座4中。所述輸送管道1有彎曲部14，彎曲部14與人體盆腹腔的骨性生理彎曲相適應，避免在輸送管道1導入人體盆腹腔和在手術過程中損傷人體器官。
[0026]對照圖2，所述的機器人手臂3由機器人臂5、機器人手6、機器人肩關節7、機器人腕關節8和機器人水平關節9組成。所述機器人臂5通過機器人肩關節7與上輻條10連接，機器人臂5通過機器人腕關節8與機器人手6連接，機器人臂5的中部設有機器人水平關節9。所述機器人手6包括鉗子手6-1、鑷子手6-2、剪刀手6-3、腔鏡手6_4和沖吸手6-5。所述輻條2包括多根上輻條10和多根下輻條11。
[0027]對照圖3，所述的輸送管1道前部四周有多條下輻條滑道1-1。所述輸送管道1的前端有多個上輻條一輸送管道關節1-2。所述輸送管道1的內部有一個器械通道1-3、一個沖吸通道1-4、一個二氧化碳通道1-5和多個上輻條數據線通道1-6和多個下輻條數據通道
1-7。所述器械通道1-3位于輸送管道1的中心，沖吸通道1-4、二氧化碳通道1-5、上輻條數據線通道1-6位于器械通道1-3的周圍。所述沖吸通道1-4與沖吸手6-5相對應。所述沖吸手6-5、沖吸手6-5所連接的機器人沖吸腕關節15和機器人沖吸臂12均為管狀結構，其中機器人沖吸臂12有側孔13。
[0028]所述器械通道1-3供特定的手術器械如切割閉合器、施夾器等大型手術器械的導入。沖吸通道1-4供沖吸導管的導入，從輸送管道1的頭端出來后，經機器人沖吸臂12的側孔13先后進入機器人沖吸臂12和機器人沖吸手6-5的管狀結構中間。二氧化碳通道1-5供二氧化碳的注入，維持穩定的氣腹壓力。上輻條數據線通道1-6提供控制機器人臂5、機器人手6運動的數據線的進出。
[0029]對照圖4，所述的下輻條11包括左側下輻條11-1、右側下輻條11-2、上方下輻條
I1-3和下方下輻條11-4四種類型。每種類型的下輻條11由下輻條桿11-5、下輻條一輸送管道關節11-6和下輻條一上輻條關節11-7組成。下輻條11通過下輻條一輸送管道關節11-6與輸送管道1的下輻條滑道1-1相連接。下輻條11通過下輻條一上輻條關節11-7與上輻條10連接。所述下輻條數據線通道1-7開口于下輻條滑道1-1的后端。所述下輻條數據線通道1-7、下輻條滑道1-1和上輻條一輸送管道關節1-2位于輸送管道1的最外圍。所述下輻條數據線通道1-7提供控制下輻條11在輸送管道1的下輻條滑道1-1中做前后滑動動作的數據線的進出。
[0030]對照圖5，所述的上輻條10包括左側上輻條10-1、右側上輻條10-2、上方上輻條10-3和下方上輻條10-4四種類型。所述上輻條10通過上輻條一輸送管道關節1-2與輸送管道1連接。所述上輻條10通過機器人肩關節7與機器人臂5連接。下輻條11在輸送管道1的下輻條滑道1-1中做前后滑動動作，帶動相對應的上輻條10做前收一外展一后收運動，進而帶動上輻條10外端連接的機器人手臂3做前后運動。
[0031]對照圖2、6，所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，當下輻條11在輸送管道1的下輻條滑道1-1中向后滑動，可帶動上輻條10向后回收，進而帶動機器人手臂3向后運動，再通過操控機器人肩關節7、機器人腕關節8和機器人水平關節9，實現下輻條11、上輻條10和機器人手臂3處于全收攏狀態。
[0032]對照圖1，所述的輸送管道1、輻條2、機器人手臂3和底座4均為金屬構成，從而能夠為手術牽拉、推撥、切割、分離等操作提供穩定和牢固的平臺。
[0033]工作原理及過程:
[0034]病人截石體位，應用肛門窺器顯露直腸中下段，在內鏡超聲的引導下，把氣腹針經直腸插入到直腸膀胱陷窩，建立氣腹。在直腸前壁做一小切口，插入套管針(Trocar)，拔出針心，置入收攏狀態的經自然腔道內鏡機器人手術平臺。在機器人內鏡手的引導下，適應人體盆腹腔生理彎曲度，把有一定彎曲度的經自然腔道內鏡機器人手術平臺導入到腹部合適的位置，然后把經自然腔道內鏡機器人手術平臺固定于底座4。連接二氧化碳氣腹裝置到經自然腔道內鏡機器人手術平臺尾端的二氧化碳通道1-5，以維持穩定的氣腹壓力，建立充分的腹部手術空間。連接沖洗、吸引裝置到經自然腔道內鏡機器人手術平臺尾端的沖吸通道1-4。
[0035]在手術過程中，通過操控下輻條11在輸送管道1的下輻條滑道1-1中做前后滑動動作，帶動相對應的上輻條10做前收一外展一后收運動，進而帶動上輻條10外端連接的機器人手臂3做前后運動，實現機器人手6的前后方向的動作。通過操控機器人肩關節7、機器人腕關節8和機器人水平關節9，實現機器人手6做上、下、左、右方向的動作。機器人腔鏡手6-4負責手術照明和監視作用，鉗子6-1手負責切割、止血、分離、牽拉等手術操作，鑷子手6-2負責胃腸等內臟的牽拉、固定等手術操作，剪刀手6-3負責器官組織的剪切、縫線的切斷等手術操作，沖吸手6-5負責手術創面的沖洗、水和液體的吸引。切割閉合器、施夾器等大型手術器械通過輸送管道1的器械通道1-3導入到腹腔，切割閉合器進行器官的切害J、閉合和消化道吻合等外科操作，施夾器可以把夾子帶入腹腔，在切斷之前夾閉腹腔器官大血管。
[0036]外科手術結束后，操控下輻條11在輸送管道1的下輻條滑道1-1中向后滑動，帶動上輻條10向后回收，進而帶動機器人手臂3向后運動，再通過操控機器人肩關節7、機器人腕關節8和機器人水平關節9，實現下輻條11、上輻條10和機器人手臂3處于全收攏狀態。最后在機器人腔鏡手6-4的監視下退出經自然腔道內鏡機器人手術平臺。
【權利要求】
1.一種經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，包括輸送管道、輻條、機器人手臂和底座，其特征在于，所述輸送管道連接在底座中，所述輻條包括上輻條和下輻條，所述上輻條通過上輻條一輸送管道關節與輸送管道連接，通過機器人肩關節與機器人臂連接，下輻條通過輸送管道關節與下輻條滑道連接，所述機器人手臂由機器人臂、機器人手、機器人肩關節、機器人腕關節和機器人水平關節組成，機器人臂通過機器人肩關節與上輻條連接，機器人臂通過腕關節與機器人手連接，機器人臂的中部設有機器人水平關節。
2.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述機器人手分為鉗子手、鑷子手、剪刀手、腔鏡手和沖吸手五種類型，機器人手通過腕關節與機器人臂連接。
3.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述輸送管道前部四周有多條下輻條滑道，前端有多個上輻條一輸送管道關節，內部有器械通道、沖吸通道、二氧化碳通道和上輻條數據線通道和下輻條數據通道，所述器械通道位于輸送管道的中心，沖吸通道、二氧化碳通道、上輻條數據線通道位于器械通道的周圍，所述沖吸通道與沖吸手相對應。
4.根據權利要求3所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述沖吸手所連接的機器人沖吸腕關節和機器人沖吸臂均為管狀結構，其中機器人沖吸臂有側孔。
5.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述輸送管道有彎曲部，彎曲部與人體盆腹腔的骨性生理彎曲相適應。
6.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述下輻條分為左側下輻條、右側下輻條、上方下輻條、下方下輻條四種類型，每種類型的下輻條由下輻條桿、下輻條一輸送管道關節和下輻條一上輻條關節組成，下輻條通過下輻條一輸送管道關節與輸送管道的下輻條滑道相連接，下輻條通過下輻條一上輻條關節與上福條連接。
7.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述下輻條數據線通道開口于下輻條滑道的后端，下輻條數據線通道、下輻條滑道和上輻條一輸送管道關節位于輸送管道的最外圍。
8.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述上輻條分為左側上輻條、右側上輻條、上方上輻條和下方上輻條四種類型。
9.根據權利要求1所述的經自然腔道內鏡手術用的機器人手術平臺，其特征在于，所述輸送管道、輻條、機器人手臂和底座均為金屬構成。
【文檔編號】A61B19/00GK204133608SQ201420564372
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】吳東波, 林慧玲, 徐巍 申請人:吳東波, 林慧玲, 徐巍