內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂系統(tǒng)及其視覺反饋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械輔助裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂系統(tǒng)及其 視覺反饋裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前應(yīng)用于臨床的醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)大多基于內(nèi)窺鏡手術(shù)原理，分為無創(chuàng)手術(shù) 系統(tǒng)與微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)。以美國的Sensei? X2Robotic System為例的無創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)，其手術(shù) 工具需通過狹長復(fù)雜的人體自然腔道進(jìn)入患者體內(nèi)，操作難度大。因而單切口微創(chuàng)手術(shù)在 腹腔鏡手術(shù)、胸腔鏡手術(shù)領(lǐng)域逐漸受到更多人的認(rèn)可。
[0003] 當(dāng)前世界很多研宄機(jī)構(gòu)都致力于研宄單孔內(nèi)窺鏡手術(shù)系統(tǒng)并取得了一定進(jìn)展，如 M. Piccigallo等人提出SPRINT系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過機(jī)械臂內(nèi)的微型電機(jī)實現(xiàn)關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)彎 曲運(yùn)動，模仿醫(yī)生手臂運(yùn)動，實現(xiàn)一個6自由度的單孔內(nèi)窺鏡手術(shù)系統(tǒng)。國內(nèi)專利申請?zhí)枮?201410206379. 1的單孔腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，通過鎳鈦合金驅(qū)動線驅(qū)動機(jī)械臂彎曲 伸縮等運(yùn)動，完成空間多自由度的運(yùn)動操作。而以上內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂裝置操作復(fù)雜，視覺 反饋單元與手術(shù)操作單元均為自由度很高的機(jī)械臂裝置，同時協(xié)調(diào)控制有難度，且在有限 的工作空間會相互干擾。另外多機(jī)械臂機(jī)構(gòu)在進(jìn)入時縮在保護(hù)鞘內(nèi)的設(shè)計使得在尚未到達(dá) 靶器官的進(jìn)入階段無法獲得視覺反饋，無法直接到達(dá)最佳手術(shù)地點，而需要先進(jìn)行機(jī)構(gòu)展 開，在視野范圍內(nèi)進(jìn)行最終機(jī)械臂工作空間位置的調(diào)節(jié)。此操作流程不僅浪費(fèi)了手術(shù)時間， 并且并不能保證進(jìn)行展開動作時體內(nèi)空間充足。為解決體手術(shù)空間小，術(shù)野暴露差等問題， 降低手術(shù)難度，對于腹腔鏡手術(shù)一般采用人工氣腹進(jìn)行工作空間的擴(kuò)充。人工氣腹一般通 過向腹腔充入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行構(gòu)建，而二氧化碳?xì)飧故箽獾缐涸黾?，且其溶解在血液?環(huán)系統(tǒng)中會導(dǎo)致高碳酸血癥。
[0004] 為解決以上問題腹腔鏡手術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一些免氣腹裝置。國內(nèi)專利申請?zhí)枮?200420076684. 5的腹腔鏡免氣腹腹壁懸吊撐開器和國內(nèi)專利申請?zhí)枮?01310603553. 1的 齒開式腹腔鏡免氣腹裝置，可解決手術(shù)視野顯露欠佳以及操作不便等問題。通過支撐桿向 上撐起腹壁，形成較大視野空間。但該裝置無保護(hù)措施，支撐裝置直接與身體組織接觸，可 能造成戳傷等二次傷害。國內(nèi)專利申請?zhí)枮?01220523802. 7的腹腔鏡手術(shù)免氣腹支撐器， 將多條鋼條通過體表切口穿入腹腔，調(diào)整鋼條彎度，形成支撐拱形結(jié)構(gòu)，以構(gòu)造較大的手術(shù) 操作空間。但其穿入過程需要腹腔鏡引導(dǎo)，操作復(fù)雜。穿入過程若處理不當(dāng)，同樣可能造成 二次損傷。且除了內(nèi)窺鏡手術(shù)的手術(shù)切口，需在身體兩側(cè)增加兩個用來貫穿鋼條的附加手 術(shù)切口。排除安全等問題的考量，此類免氣腹裝置僅可應(yīng)用于腹腔鏡手術(shù)中，對于同樣狹小 的胸腔鏡手術(shù)操作環(huán)境不能通用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對以上單孔內(nèi)窺鏡手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)入時導(dǎo)航視覺反饋欠缺、視覺反饋系統(tǒng)在 操作時與操作機(jī)械臂相互干擾以及目前的擴(kuò)充體內(nèi)手術(shù)工作空間裝置安全性低、不通用等 不足，提供了一種內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂系統(tǒng)及其視覺反饋裝置。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種視覺反饋裝置，包括結(jié)構(gòu)單元和功能單元：
[0008] 所述結(jié)構(gòu)單元包括蒙皮、支撐骨架、活動控制環(huán)、固定控制環(huán)、牽引線以及彈性恢 復(fù)單元；其中：所述蒙皮包覆在支撐骨架外圍；所述支撐骨架分別與活動控制環(huán)和固定控 制環(huán)相連接；所述彈性恢復(fù)單元連接在活動控制環(huán)和固定控制環(huán)之間；所述固定控制環(huán)上 設(shè)有縱向通孔，所述牽引線的一端與活動控制環(huán)相連接，牽引線的另一端穿過固定控制環(huán) 上的縱向通孔，所述結(jié)構(gòu)單元在牽引線與彈性恢復(fù)單元的配合下，完成展開與收攏動作；
[0009] 所述功能單元包括照明單元和前置攝像單元，所述照明單元和前置攝像單元分別 設(shè)置于支撐骨架的前端。
[0010] 優(yōu)選地，所述彈性恢復(fù)單元采用彈簧機(jī)構(gòu)，在牽引線不施加外力的情況下，所述結(jié) 構(gòu)單元在彈簧彈力作用下收緊；在牽引線被施加外力的情況下，牽引線克服彈簧彈力，所述 結(jié)構(gòu)單元在彈簧壓縮力作用下展開。
[0011] 優(yōu)選地，所述固定控制環(huán)相對固定，所述活動控制環(huán)沿軸線相對前后滑動。
[0012] 優(yōu)選地，所述蒙皮采用彈性纖維材質(zhì)；所述支撐骨架采用不銹鋼材質(zhì)。
[0013] 優(yōu)選地，所述前置攝像單元采用CXD攝像機(jī)，所述照明單元采用LED燈。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂系統(tǒng)，包括內(nèi)窺鏡手術(shù) 機(jī)械臂以及上述視覺反饋裝置，所述視覺反饋裝置包裹在內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂的外圍。
[0015] 優(yōu)選地，所述固定控制環(huán)固定于內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂的后部；所述活動控制環(huán)環(huán)套 在內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂的前部，并沿著內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂軸線前后滑動；所述牽引線穿過固 定控制環(huán)上的縱向通孔后與內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂的驅(qū)動電機(jī)相連接，并通過驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動控 制。
[0016] 優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)單元在收攏狀態(tài)時，內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂處于前行狀態(tài)，內(nèi)窺鏡手 術(shù)機(jī)械臂行進(jìn)方向的影像通過前置攝像單元進(jìn)行視覺反饋；當(dāng)內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂運(yùn)動到靶 器官時，通過控制驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動牽引線調(diào)整活動控制環(huán)和固定控制環(huán)之間的相對位置，進(jìn) 而調(diào)節(jié)支撐骨架的展開角度，控制前置攝像單元的視角以及照明單元的照明角度，同時推 壓周圍身體組織獲得更多的操作空間。
[0017] 本發(fā)明的工作過程為：
[0018] 在內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂進(jìn)入患者體內(nèi)階段，視覺反饋裝置處于收攏狀態(tài)，減少與身 體組織的推壓產(chǎn)生的阻力，前置攝像頭單元與照明單元朝向行進(jìn)方向，為醫(yī)生控制機(jī)械臂 準(zhǔn)確到達(dá)靶器官提供實時圖像反饋，幫助內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂系統(tǒng)的導(dǎo)航定位控制；到達(dá)靶 器官，牽動牽引線，克服彈性恢復(fù)單元的彈簧彈力使得控制環(huán)之間的距離縮短，支撐骨架得 以展開。支撐骨架推壓周圍身體組織為中間的操作機(jī)械臂裝置獲得更多的操作空間，蒙皮 增加裝置的強(qiáng)度以及通過增加裝置與身體組織的接觸面積來減少接觸壓強(qiáng)，避免推壓身 體組織帶來的接觸傷害；通過牽引線調(diào)節(jié)支撐骨架的展開角度，從而調(diào)節(jié)支撐骨架端頭的 CCD攝像機(jī)與LED燈的視野范圍與照明角度，使得裝置獲得理想的視覺圖像反饋，協(xié)助醫(yī)生 的內(nèi)窺鏡手術(shù)操作與靶器官診斷等工作；手術(shù)完成后，放松牽引線，彈性恢復(fù)單元的彈簧彈 力使得固定控制環(huán)與活動控制環(huán)之間距離增大，支撐骨架再次收攏，操縱內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械 臂系統(tǒng)使其退出患者體內(nèi)。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明實現(xiàn)內(nèi)窺鏡手術(shù)機(jī)械臂與視覺反饋裝置的一體化，為手術(shù)提供視覺反饋 以及操作空間的擴(kuò)充，不僅可應(yīng)用于腹腔鏡手術(shù)免氣腹，也可應(yīng)用于同樣操作空間狹小的 胸腔鏡等手術(shù)，通用性強(qiáng)；
[0021] 2、對比一般基于內(nèi)窺鏡的多臂機(jī)器人，本發(fā)明解決了視覺反饋裝置與內(nèi)窺鏡手術(shù) 機(jī)械臂之間的空間協(xié)調(diào)問題，并引入了進(jìn)入體內(nèi)時的機(jī)械臂的視覺反饋機(jī)構(gòu)設(shè)計，增加導(dǎo) 航定位精確性，降低控制難度；
[0022] 3、本發(fā)明為醫(yī)生操作提供視覺反饋參考，到