外科手術(shù)器械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特別是機(jī)器人引導(dǎo)的外科手術(shù)器械，一種具有這種手術(shù)器械的外科手術(shù)機(jī)器人，以及一種用于設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)離身體地致動(dòng)這種手術(shù)器械的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]特別是在受機(jī)器人支持的微創(chuàng)外科手術(shù)中，經(jīng)常通過反向的牽拉工具對(duì)(Zugmittelpaare)使手術(shù)器械致動(dòng)。
[0003]例如與主動(dòng)輪相聯(lián)接的血管夾鉗的鉗顎可以通過兩個(gè)纏繞該主動(dòng)輪的引線的反向致動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，以使血管夾鉗閉合或張開。
[0004]為了防止引線松弛以及在主動(dòng)輪上滑移，需要對(duì)引線進(jìn)行預(yù)緊。但是這種預(yù)緊使得引線和支承件承受載荷，并且限制了鉗顎所能施加的最大的力，在此，為了簡潔起見，也將反平行的力偶(即轉(zhuǎn)矩)通稱為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種經(jīng)過改進(jìn)的、特別是機(jī)器人引導(dǎo)的外科手術(shù)器械，或者說改進(jìn)這種外科手術(shù)器械的運(yùn)行。
[0006]本發(fā)明的這一目的通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的外科手術(shù)器械或一種具有如權(quán)利要求14、15所述特征的方法來實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求13要求保護(hù)一種具有相應(yīng)器械的外科手術(shù)機(jī)器人。優(yōu)選的擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求給出。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，外科手術(shù)器械具有一個(gè)或多個(gè)被預(yù)緊的牽拉工具對(duì)，該牽拉工具對(duì)分別具有第一牽拉工具回行段和反向的第二牽拉工具回行段，用于通過主動(dòng)裝置(Eintriebsanordnung)使手術(shù)器械的自由度相反地致動(dòng)。
[0008]牽拉工具特別可以被構(gòu)造為繩索狀或纜繩狀的，或者是帶狀或者說皮帶狀的，特別是平面狀的、楔形的和/或肋條帶狀的或皮帶狀的。在一種實(shí)施方式中，牽拉工具可以包括合成材料和/或金屬，特別是由合成材料和/或金屬構(gòu)成。
[0009]在此，牽拉工具回行段特別是指在主動(dòng)裝置的主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)裝置、特別是末端執(zhí)行器從動(dòng)裝置的從動(dòng)節(jié)肢之間的牽拉工具的(自由)部分。
[0010]在一種實(shí)施方式中，牽拉工具關(guān)于牽拉工具的縱軸線被特定于軸向地、持久地或可松脫地、特別是摩擦配合、材料配合或形狀配合地固定在主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)節(jié)肢上。據(jù)此，牽拉工具或其位于主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)節(jié)肢上的固定部之間的部分在本發(fā)明中就代表牽拉工具回行段。在另一種實(shí)施方式中，牽拉工具分別至少局部摩擦配合地纏繞主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)節(jié)肢。據(jù)此，牽拉工具的在通過主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)節(jié)肢或者說在主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)節(jié)肢上的卷起或放開之間的部分在本發(fā)明中分別代表牽拉工具回行段。就此而言，本發(fā)明意義下的牽拉工具回行段同樣也代表(固定的)牽拉工具的固定區(qū)域或者(卷起或放開的)牽拉工具的變化區(qū)域。在一種實(shí)施方式中，一側(cè)開放的牽拉工具摩擦配合地至少局部纏繞主動(dòng)節(jié)肢，在此，其兩個(gè)端部分別固定在相對(duì)置的從動(dòng)節(jié)肢上。據(jù)此，牽拉工具的在通過主動(dòng)節(jié)肢或者說在主動(dòng)節(jié)肢上的卷起或放開和在從動(dòng)節(jié)肢上的固定之間的部分分別代表本發(fā)明意義下的牽拉工具回行段。相反在另一種實(shí)施方式中，一側(cè)開放的牽拉工具摩擦配合地至少局部纏繞從動(dòng)節(jié)肢，在此，其兩個(gè)端部分別固定在相對(duì)置的主動(dòng)節(jié)肢上。據(jù)此，牽拉工具的在通過從動(dòng)節(jié)肢或者說在從動(dòng)節(jié)肢上的卷起或放開和在主動(dòng)節(jié)肢上的固定之間的部分分別代表本發(fā)明意義下的牽拉工具回行段。
[0011 ]相應(yīng)地，在一種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)牽拉工具對(duì)的第一牽拉工具回行段和第二牽拉工具回行段分別在從動(dòng)側(cè)、特別是在末端執(zhí)行器側(cè)和/或在主動(dòng)側(cè)彼此連接，或者相互獨(dú)立地固定在主動(dòng)節(jié)肢和/或從動(dòng)節(jié)肢上。相應(yīng)地，一個(gè)或多個(gè)牽拉工具對(duì)可以封閉或環(huán)形地、半開放或單側(cè)地連接，或者由兩個(gè)單獨(dú)的牽拉工具構(gòu)成。
[0012]在一種實(shí)施方式中，第一牽拉工具回行段和第二牽拉工具回行段通過同一主動(dòng)節(jié)肢致動(dòng)和/或通過同一從動(dòng)節(jié)肢致動(dòng)。例如，牽拉工具可以纏繞主動(dòng)輪或固定在曉板的兩個(gè)側(cè)邊上。第一牽拉工具回行段和第二牽拉工具回行段同樣也可以通過單獨(dú)的主動(dòng)節(jié)肢致動(dòng)和/或通過單獨(dú)的從動(dòng)節(jié)肢致動(dòng)，在此，在一種擴(kuò)展方案中，優(yōu)選主動(dòng)裝置的單獨(dú)的主動(dòng)節(jié)肢或從動(dòng)裝置的單獨(dú)的從動(dòng)節(jié)肢特別是被機(jī)械地、液壓地、氣動(dòng)地和/或控制技術(shù)地實(shí)現(xiàn)反向同步。例如，兩個(gè)反向同步的線性執(zhí)行元件可以反向地牽拉或推送第一牽拉工具回行段和第二牽拉工具回行段，或者兩個(gè)牽拉工具端部可以反向地調(diào)整機(jī)械裝置(例如平行四邊形機(jī)械裝置)的兩個(gè)聯(lián)接件。在一種實(shí)施方式中，在主動(dòng)裝置和從動(dòng)裝置之間可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)節(jié)肢和/或聯(lián)接節(jié)肢、特別是皮帶輪，用于引導(dǎo)或聯(lián)接牽拉工具回行段。
[0013]通過牽拉工具對(duì)被反向致動(dòng)的自由度特別可以是手術(shù)器械的末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)自由度，尤其是平移自由度或轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，例如手術(shù)刀、鉤子或者夾子、剪刀、鉗子等的鉗顎的轉(zhuǎn)動(dòng)。相應(yīng)地，從動(dòng)裝置可以是末端執(zhí)行器從動(dòng)裝置，并且一個(gè)多個(gè)從動(dòng)節(jié)肢可以與由單一組件或多個(gè)組件構(gòu)成的末端執(zhí)行器聯(lián)接，特別是固定地連接。自由度同樣也可以是鉸接式器械桿等的關(guān)節(jié)自由度。相應(yīng)地，從動(dòng)裝置可以是器械桿從動(dòng)裝置，并將一個(gè)或多個(gè)從動(dòng)節(jié)肢與鉸接式器械桿相聯(lián)接。在一種實(shí)施方式中，自由度是末端執(zhí)行器相對(duì)于器械桿的樞轉(zhuǎn)自由度，末端執(zhí)行器可運(yùn)動(dòng)或鉸接地安裝在該器械桿上，或者自由度是一器械桿部分相對(duì)于另一器械桿部分的樞轉(zhuǎn)自由度，末端執(zhí)行器可運(yùn)動(dòng)或鉸接地安裝在該另一器械桿部分上。
[0014]在一種實(shí)施方式中，為了使器械、特別是末端執(zhí)行器的兩個(gè)或多個(gè)自由度反向地致動(dòng)，設(shè)有多個(gè)反向的牽拉工具對(duì)，下面為簡潔起見，特別是借助牽拉工具對(duì)進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0015]在后面將要詳細(xì)說明的圖1示出了主動(dòng)節(jié)肢A上的主動(dòng)力Fa和反作用力矩Mr之間的靜態(tài)平衡，該反作用力矩由于末端執(zhí)行器3.1的設(shè)計(jì)而作用于從動(dòng)節(jié)肢3上。
[0016]主動(dòng)節(jié)肢和從動(dòng)節(jié)肢通過牽拉工具對(duì)與第一牽拉工具回行段1和反向的第二牽拉工具回行段2聯(lián)接，這些牽拉工具回行段分別通過預(yù)緊件來預(yù)緊，以使其在非致動(dòng)狀態(tài)下具有牽拉預(yù)緊力或預(yù)緊切向力(Vorspannschnittkraf t)Fv。
[0017]由于主動(dòng)力Fa或反作用力矩Mr的原因，在被拉動(dòng)的第一牽拉工具回行段1中的牽拉預(yù)緊力或切向力^將增大一彈性分量(Δ 1.C1)，該彈性分量由該牽拉工具回行段的附加伸長Δ 1和牽拉剛度ci來確定:
[0018]Fi = Fv+ A 1.ci (1)。
[0019]相應(yīng)地，在松弛的第二牽拉工具回行段2中的牽拉預(yù)緊力或切向力F2會(huì)減少一彈性分量(△ 1.C2)，該彈性分量由該牽拉工具回行段的反向縮短△ 1和牽拉剛度C2來確定:
[0020]F2 = Fv- A 1.C2 (2)0
[0021 ]反作用力矩Mr則由根據(jù)這兩個(gè)切削力&、內(nèi)和杠桿臂r的靜態(tài)力矩平衡得出:
[0022]Mr= (F1-F2).r (3)，
[0023]并與公式(1)、(2)相結(jié)合等到:
[0024]Mr= (ci/c2+l).(C2.Δ 1).r (4)
[0025]在松弛的第二牽拉工具回行段2中，當(dāng)消失的牽拉預(yù)緊力或切削力F2= 0時(shí)，得出最大反作用力矩Mr,max并由此得到可由末端執(zhí)行器施加在周圍環(huán)境上的最大的力或可傳遞的最大主動(dòng)力FA,max:
[0026]Fv= Δ 1.。2 (5)
[0027]代入⑷中，得到
[0028]MR,max= (Cl/C2+1).Fv.r (7)
[0029]由上可知，在牽拉工具對(duì)被相同預(yù)緊的情況下，如果增大第一牽拉工具回行段和第二牽拉工具回行段的牽拉剛度的比例，則最大反作用力矩Mr,max可以被放大，并由此使得特別是可由末端執(zhí)行器施加在周圍環(huán)境上的最大力增大;或者反過來說，對(duì)于相同的最大反作用力矩，僅需要很小的預(yù)緊力Fv。由于該預(yù)緊力特別是對(duì)牽拉工具加載，還要對(duì)支承件加載，并且難以施加，因此通過增大牽拉剛度的比例而有利地改進(jìn)了器械，特別是器械的使用壽命會(huì)由于支承件和牽拉工具負(fù)載的減小而增加，和/或由于最大反作用力矩的增大并由此使得特別是可由末端執(zhí)行器施加在周圍環(huán)境上的最大力的增大而改善了對(duì)器械的操作。
[0030]相應(yīng)地根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，外科手術(shù)器械的至少一個(gè)被預(yù)緊的牽拉工具對(duì)的第一牽拉工具回行段，優(yōu)選兩個(gè)或多個(gè)、特別是所有被預(yù)緊的牽拉工具對(duì)的第一牽拉工具回行段，分別具有比該牽拉工具對(duì)的第二牽拉工具回行段更大的牽拉剛度。
[0031]在本發(fā)明中，正如特別是根據(jù)公式(1)、(2)所得的結(jié)果，牽拉剛度c特別是指在牽拉工具回行段上的牽拉力F或牽拉工具回行段中的牽拉預(yù)緊力相對(duì)于由此導(dǎo)致或其產(chǎn)生的牽拉工具回行段的伸長A 1或拉伸增長(Δ 1/1)的比或商(c = F/A 1)，優(yōu)選為絕對(duì)的或者特定的或者與牽拉工具回行段的長度1相關(guān)(c = F/( △ 1/1))的。也就是說，其他方面相同但具有兩倍長度的牽拉工具回行段在本發(fā)明意義下具有更小的絕對(duì)牽拉剛