一种内窥镜操作部、内窥镜、驱动轮的外轮廓的确定方法与流程

本申请涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种内窥镜操作部、内窥镜、驱动轮的外轮廓的确定方法。

背景技术：

医用内窥镜操作部用于控制头端的上下左右弯曲运动，医生握持操作部对头端的运动进行控制，以完成相关消化道的检查和手术。每天医生都需要进行大量的手术，操作部的舒适性直接影响医生的使用体验，同时也会间接影响手术效果。

目前市面上的医用内窥镜在使用过程中，用户控制手轮带动驱动轮转动，驱动轮转动带动缠绕在驱动轮上的驱动线拉紧，进而控制头端弯曲。手轮的中心和驱动轮的中心同轴，二者可绕该轴线转动。驱动轮外轮廓或者外轮廓的包络为圆形。设定驱动轮的半径为ρ，驱动线上的拉力为f，平稳转动手轮时所需的转矩为m。则m＝ρ*f。随着驱动轮转动角度的增大，头端弯曲角度逐渐增大，驱动线上的拉力f逐渐增大，而驱动轮的半径ρ为定值，则转动手轮时所需的转矩m会逐渐增大。因此手轮在转动时，随着头端弯曲角度的增大，所需的扭力会逐渐增大，长时间操作医生的手指极容易产生疲劳感。

综上所述，如何降低医生进行内窥镜手术时的疲劳感，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的是提供一种内窥镜操作部，医生在控制驱动轮旋转时所需的操控力较小，进而大大减小医生操控内窥镜所需的力度，保证旋转过程中力的均匀性，提高医生操控的舒适感。本申请的另一目的是提供一种包括上述内窥镜操作部的内窥镜。本申请的另一目的是提供一种驱动轮的外轮廓的确定方法。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种内窥镜操作部，包括驱动轮组件，所述驱动轮组件包括两个固定连接、且可绕转轴同步旋转的驱动轮，两个所述驱动轮的外轮廓分别缠绕有用于与内窥镜的头端连接的驱动线，至少一个所述驱动轮的所述外轮廓至旋转中心的距离沿初始角度至目标角度的方向逐渐减小。

可选的，每一所述驱动轮的所述外轮廓至所述旋转中心的距离沿所述初始角度至所述目标角度的方向逐渐减小。

可选的，所述初始角度为0°，所述目标角度包括180°和-180°，两个所述驱动轮的所述外轮廓分别为轴对称图形。

可选的，在沿所述旋转中心的轴向的投影上，两个所述驱动轮的所述外轮廓关于所述旋转中心呈中心对称分布。

可选的，所述内窥镜操作部还包括两个定滑轮，分别缠绕于两个所述驱动轮上的两个所述驱动线均位于两个所述定滑轮之间，两个所述定滑轮的间距小于或等于两个所述驱动轮重合部分的最短直径。

可选的，所述驱动轮组件有两个，一个所述驱动轮组件控制所述头端上下弯曲，另一个所述驱动轮组件控制所述头端左右弯曲。

可选的，所述内窥镜操作部还包括两个手轮，两个所述手轮与两个所述驱动轮组件一一对应连接。

可选的，所述外轮廓的形状为预设函数的轨迹曲线；其中，所述预设函数为ρ＝m/f1(β)，m为预设扭矩，β为转动角度，f1(β)为所述驱动线的拉力f与所述转动角度的对应关系，且所述驱动线的拉力f与所述转动角度呈正相关。

一种内窥镜，包括头端和上述任意一种内窥镜操作部。

一种驱动轮的外轮廓的确定方法，包括：

获取驱动线的拉力与转动角度的对应关系；

确定驱动轮的预设扭矩；

根据所述对应关系和所述预设扭矩确定预设函数；其中，所述预设函数满足ρ＝m/f1(β)，ρ为所述驱动轮的外轮廓的半径，m为所述预设扭矩，β为所述转动角度，f1(β)为所述对应关系；

将所述预设函数的轨迹曲线的形状确定为所述驱动轮的外轮廓的形状。

通过上述方案，本申请提供的内窥镜操作部的有益效果在于：

本申请提供的内窥镜操作部包括两个固定连接、且可绕同一转轴同步旋转的驱动轮，两个驱动轮的外轮廓分别缠绕有驱动线，在两个驱动轮从初始角度转动至目标角度的过程中，至少一个驱动轮的外轮廓的半径均随着转动角度的增大而减小。

在使用过程中，随着驱动轮转动角度的增大，内窥镜的头端弯曲角度逐渐增大，驱动线的拉力逐渐增大，而由于驱动轮的外轮廓的半径均随着转动角度的增大而减小，使得驱动线在驱动轮上的力臂逐渐减小，进而将驱动轮旋转所需的扭矩维持在较低水平，大大减小医生操控驱动轮所需的力度，保证旋转过程中力的均匀性，提高医生操控的舒适感。

此外，应当理解的是，本申请提供的内窥镜包括上述内窥镜操作部，因此，本申请提供的内窥镜同样具备上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种内窥镜的结构示意图；

图2为驱动线的拉力与驱动轮外轮廓半径的对应关系；

图3为本申请实施例提供的一种外轮廓的形状示意图；

图4为本申请实施例提供的一种驱动轮组件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种内窥镜操作部中的驱动轮、手轮、驱动线、定滑轮配合的结构示意图；

图6为内窥镜操作部沿上方向转动手轮至转动角度为0°时的示意图；

图7为内窥镜操作部沿上方向旋转至转动角度为90°时的示意图；

图8为内窥镜操作部沿上方向旋转至转动角度为180°时的示意图；

图9为内窥镜操作部沿下方向旋转至转动角度为0°时的示意图；

图10为内窥镜操作部沿下方向旋转至转动角度为-90°时的示意图；

图11为内窥镜操作部沿下方向旋转至转动角度为-180°时的示意图；

图12为驱动轮的外轮廓的确定方法的流程图。

上图中，为了方便区分两个驱动轮，第一驱动轮用实线表示，第二驱动轮用虚线表示；为了方便区分两个驱动线，第一驱动线用实线表示，第二驱动线用虚线表示。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供的内窥镜操作部可以包括：驱动轮组件、驱动线和手轮。

驱动轮组件用于控制内窥镜的头端8弯曲。同一个内窥镜操作部可以仅配备一个驱动轮组件，对头端8进行上下弯曲控制或者左右弯曲控制。而考虑到实际手术过程中，头端8可能需要向上下左右四个方向进行弯曲，因此，优选同一个内窥镜操作部配备两个驱动轮组件，一个驱动轮组件控制头端8上下弯曲，另一个驱动轮组件控制头端8左右弯曲。由于控制头端8上下弯曲运动和控制头端8左右弯曲运动的原理一样，因此本申请主要就控制头端8上下弯曲运动的情况进行说明。

一个驱动轮组件包括两个驱动轮，两个驱动轮分别为第一驱动轮1和第二驱动轮2，第一驱动轮1与第二驱动轮2固定连接，且二者可绕同一转轴进行同步旋转。

每一个驱动轮均具有供对应的驱动线缠绕的外轮廓。需要说明的是，第一驱动轮1的外轮廓与第二驱动轮2的外轮廓可以相同，也可以不同。若第一驱动轮1和第二驱动轮2中，仅有一者的外轮廓的半径ρ沿预设方向逐渐减小，则在实际使用时，驱动轮组件在转动的过程中，仅能在上方向(逆时针方向)和下方向(顺时针方向)中的一个方向达到省力的效果。因此，优选第一驱动轮1的外轮廓的半径ρ沿预设方向逐渐减小，并且第二驱动轮2的半径ρ沿预设方向逐渐减小，此时驱动轮组件沿上方向和下方向转动时，均可以达到省力的效果。

对于半径ρ沿预设方向逐渐减小的外轮廓，该外轮廓的形状为非圆形，转轴与外轮廓所在平面相交于旋转中心o，外轮廓的形状可以认为是有一个假想点绕旋转中心o转动360°之后形成的运动轨迹，该假想点至旋转中心o的距离为外轮廓的半径ρ，该假想点从初始位置顺时针或者逆时针移动一段距离后形成的弧线的弧度为转动角度β，半径ρ与转动角度β有对应关系。

上文所述的“外轮廓的半径ρ沿预设方向逐渐减小”这句话中，预设方向指从初始角度至目标角度的方向；初始角度为0°；目标角度为驱动轮绕转轴转动所能达到的最大转动角度，并且目标角度区分正负，若目标角度为正，则预设方向为上方向；若目标角度为负，则预设方向为下方向。

需要说明的是，对于不同型号的内窥镜操作部，其驱动轮沿上方向、下方向所能达到的最大转动角度存在差异。例如，有些内窥镜的驱动轮可以沿上方向转动180°，沿下方向转动180°，则此时目标角度包括180°和-180°，并且此时外轮廓为轴对称图形，且对称轴为转动角度β等于0°时的假想点与旋转中心o的连线。再例如，有些内窥镜的驱动轮可以沿上方向转动210°，沿下方向转动90°，则此时目标角度包括210°和-90°。再例如，有些内窥镜驱动轮可以沿上方向转动100°，沿下方向转动100°，则此时目标角度包括100°和-100°。

可选的，在一个实施例中，在沿转轴的轴向的投影上，两个驱动轮的外轮廓关于旋转中心o呈中心对称分布。具体的，此时第一驱动轮1和第二驱动轮2有两个对称轴，且两个对称轴垂直分布。

可选的，在上述任意一个实施例的基础上，外轮廓的形状为预设函数的轨迹曲线；其中，预设函数为ρ＝f2(β)＝m/f1(β)，m为预设扭矩，f1(β)为驱动线的拉力f与转动角度β的对应关系，且驱动线的拉力f与转动角度β呈正相关。本实施例的具体说明请参加下文中的确定方法部分，此处不再重复说明。

驱动线有两个，两个驱动线分别为第一驱动线3和第二驱动线4。第一驱动线3沿顺时针缠绕在第一驱动轮1的外轮廓上，并且端部与内窥镜的头端8连接。第二驱动线4沿逆时针缠绕在第二驱动轮2的外轮廓上，并且端部与内窥镜的头端8连接。当两个驱动轮同步转动，一个驱动线收线，另一个驱动线放线，收线的驱动线将拉紧头端8、并控制头端8弯曲。

可选的，在一个实施例中，为了方便控制驱动轮转动，内窥镜操作部一般会设置手轮7，手轮7与驱动轮组件固定连接。具体的，对于具有两个驱动轮组件的内窥镜操作部，此时手轮7也有两个，两个手轮7分别为第一手轮和第二手轮，第一手轮与一个驱动轮组件同轴固定连接，第二手轮与另一个驱动轮组件同轴固定连接。

可选的，在一个实施例中，内窥镜操作部还包括两个定滑轮，两个定滑轮分别为第一定滑轮5和第二定滑轮6，第一驱动线3和第二驱动线4位于第一定滑轮5和第二定滑轮6之间，且两个定滑轮的间距小于或等于第一驱动轮1与第二驱动轮2重合部分的最短直径。

为了方便理解本申请中内窥镜操作部所达到的省力效果，下面以驱动轮处于不同转动角度β的情况进行详细说明：

图5～图12为一个手轮7控制头端8上下弯曲运动的状态图。

如图5所示，第一驱动轮1和第二驱动轮2重合的最短部分直径为a(对于这种结构的驱动轮组件，此处a＝2*ρmin)，第一驱动轮1和第二驱动轮2重合的最长部分直径为d，驱动轮组件的最长直径为b，手轮7最远端距离旋转中心o的距离为f，竖直的轴线k经过旋转中心o，第一定滑轮5和第二定滑轮6关于轴线k对称且间距小于等于a，在此选择其间距为a。旋转中心o距离第一定滑轮5和第二定滑轮6竖直距离为c。手轮7的几何中心在旋转中心o上，图3和图4所示的驱动轮转轴经过旋转中心o。第一驱动线3的一端固定在第一驱动轮1上，另外一端连接头端8，第二驱动线4的一端固定在第二驱动轮2上，另外一端连接头端8。

图6～图8分别为沿上方向转动手轮7时，0°，90°，180°的示意图。

图6中手轮7处于初始位置的状态，第二驱动线4与轴线k平行时，与第二驱动轮2的切点为p1，第二驱动线4绕过第二定滑轮6时即为第二驱动线4′的实际状态，第二驱动线4′与第二驱动轮2的切点为p2，p2较p1而言位置稍微下移。此时的力臂等于半径ρ，而半径ρ稍微小于b/2，转动角度β＝0°，f＝f1(β)可通过试验测得，可计算得ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。

图7中手轮7处于逆时针90°的状态，第二驱动线4与轴线k平行时，与第二驱动轮2的切点为p1，第二驱动线4绕过第二定滑轮6时即为第二驱动线4′的实际状态，第二驱动线4′与第二驱动轮2的切点为p2，p2较p1而言位置稍微下移。此时的力臂等于半径ρ，且半径ρ稍微小于d/2，转动角度β＝90°，f＝f1(β)可通过试验测得，可计算得ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。

图8中手轮7处于逆时针180°的状态，第二驱动线4与轴线k平行时，与第二驱动轮2的切点为p1，第二驱动线4绕过第二定滑轮6时即为第二驱动线4′的实际状态，第二驱动线4′与第二驱动轮2的切点为p2，p2与p1重合。此时的力臂等于半径ρ，且ρ＝a/2，转动角度β＝180°，f＝f1(β)可通过试验测得，可计算得ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。(如果第一定滑轮5和第二定滑轮6间距小于a，则此种情况下力臂稍微小于a/2)。

图9～图11分别为沿下方向转动手轮7时，0°，-90°，-180°的示意图。

图9中手轮7处于初始位置的状态，第一驱动线3与轴线k平行时，与第一驱动轮1的切点为p3，第一驱动线3绕过第一定滑轮5时即为第一驱动线3′的实际状态，第一驱动线3′与第一驱动轮1的切点为p4，p4较p3而言位置稍微下移。此时的力臂等于半径ρ，且半径ρ稍微小于b/2，转动角度β＝0°，f＝f1(β)可通过试验测得，可计算得ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。

图10中手轮7处于顺时针90°的状态，第一驱动线3与轴线k平行时，与第一驱动轮1的切点为p3，第一驱动线3绕过第一定滑轮5时即为第一驱动线3′的实际状态，第一驱动线3′与第一驱动轮1的切点为p4，p4较p3而言位置稍微下移。此时的力臂等于半径ρ、且半径ρ稍微小于d/2，转动角度β＝-90°，f＝f1(β)可通过试验测得，可计算得ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。

图11中手轮7处于顺时针180°的状态，第一驱动线3与轴线k平行时，与第一驱动轮1的切点为p3，第一驱动线3绕过第一定滑轮5时即为第一驱动线3′的实际状态，第一驱动线3′与第一驱动轮1的切点为p4，p3与p4重合。此时的力臂等于半径ρ，且ρ＝a/2，转动角度β＝-180°，f＝f1(β)可通过试验测得，可计算得ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。(如果第一定滑轮5和第二定滑轮6间距小于a，则此种情况下力臂等于半径ρ，且半径ρ稍微小于a/2)。

综上可知，在0°～180°之间，以及0～-180°之间，任何一个转动角度β总能测出f＝f1(β)的值，同时根据ρ＝f2(β)＝m/f1(β)也能得出相应的半径ρ的数值，因此可得到相应的形状的驱动轮外轮廓。而且转动角度β在0°～180°逐渐变化时，f1(β)会逐渐增大，因此半径ρ逐渐减小，力臂会逐渐减小；转动角度β在0°～-180°逐渐变化时，f1(β)也会逐渐增大，此时半径ρ亦逐渐减小，力臂会逐渐减小。

图1为内窥镜镜体部分结构简图，图中头端8左右两侧的虚线为头端8弯曲之后的形状，第一驱动线3′和第二驱动线4′的另一端分别连接头端8方向(或者跟连接头端8的线缆相连接)，转动手轮7即可实现头端8向上或者向下弯曲的控制。

另一个手轮7通过第二个驱动轮组件控制头端8左右弯曲的控制原理与上述方法相同，本文不在单独说明。

由上述实施方式可以见，本申请提供的内窥镜操作部的有益效果在于：在使用过程中，随着驱动轮转动角度β的增大，内窥镜的头端8弯曲角度逐渐增大，驱动线的拉力f逐渐增大，而由于驱动轮的外轮廓的半径ρ均随着转动角度β的增大而减小，使得驱动线在驱动轮上的力臂逐渐减小，进而将驱动轮旋转所需的扭矩维持在较低水平，大大减小医生操控驱动轮所需的力度，保证旋转过程中力的均匀性，提高医生操控的舒适感。

本申请还提供一种内窥镜，该内窥镜包括头端8和上述任意一种内窥镜操作部，该内窥镜降低了医生控制驱动轮旋转过程中所需的控制力，进而提高了医生进行内窥镜手术时的舒适性。该内窥镜的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

请参考图12，本申请还提供了一种驱动轮的外轮廓的确定方法，该驱动轮特指内窥镜操作部的驱动轮，该确定方法可以应用在上述任意一种内窥镜操作部的驱动轮上，该确定方法包括以下步骤：

步骤s1、获取驱动线的拉力f与转动角度β的对应关系。

具体的，随着头端8弯曲角度的增大，驱动线的拉力f会逐渐增大，可以通过实验得出驱动线的拉力f与驱动轮的转动角度β的对应关系，得到f＝f1(β)。

在进行实验时，可以通过下述过程确定驱动线的拉力f与驱动轮的转动角度β的对应关系：在内窥镜的头端8放置角度板，同时在驱动线上设置拉力计，在拉动驱动线的过程中，多次读取拉力计的读数和角度板的读数，将多个读数在二维坐标系中进行瞄点并拟合成曲线，即可确定驱动线的拉力f与驱动轮的转动角度β的对应关系。

步骤s2、确定驱动轮的预设扭矩m。具体的，预设扭矩m为设计人员根据实际情况选择的一个定值，预设扭矩m表示控制驱动轮旋转所需要的扭矩。步骤s2与步骤s1不分先后。

步骤s3、根据对应关系和预设扭矩m确定预设函数；其中，预设函数满足ρ＝m/f1(β)。

具体的，由于m＝ρ*f，要想保证预设扭矩m恒定，则如图2所示，半径ρ和拉力f呈反比例关系。因此，让半径ρ随着转动角度β增大的时候减小，半径ρ也是关于转动角度β的函数，因此ρ＝f2(β)，f1(β)*f2(β)＝m，可得出ρ＝f2(β)＝m/f1(β)。

步骤s4、将预设函数的轨迹曲线的形状确定为驱动轮的外轮廓的形状。

根据预设函数的轨迹曲线可得驱动轮的外形轮廓，由于向上向下弯曲是由同一个驱动轮组件控制(或者向左向右弯曲也是由同一个驱动轮组件控制)。因此，驱动轮组件可设置为图4所示的形状。即驱动轮组件包括第一驱动轮1和第二驱动轮2，二者固定连接，二者转轴重合，旋转中心o的位置设置在图3中的坐标原点位置。第一驱动轮1和第二驱动轮2的侧面可以设置有凹槽，用于容纳与之配合的驱动线。

需要说明的是，对于目标角度包括180°和-180°的情况，半径ρ的轨迹曲线如图3所示，转动角度β从0°(转动起始位置)开始到180°或-180°时，半径ρ逐渐减小。另外，在进行实验时，由于头端8沿上方向和下方向的弯曲基本对称，因此，可以对上方向和下方向的弯曲均进行测试，而后得到的预设函数的轨迹曲线为完整的外轮廓的形状；或者也可以仅测试头端在一个方向上的弯曲，则确定的预设函数的轨迹曲线为完整曲线一半，而后进行对称翻折得到完整的外轮廓的形状。

应用本申请提供的驱动轮的外轮廓的确定方法，有益效果在于：通过该种确定方式得到的外轮廓的形状，可以使得医生在操作手轮7时所需的操控力恒定，特别是在头端8弯曲角度较大时，所需的操控力跟初始角度开始转动时所需的操控力相同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的内窥镜操作部、内窥镜、驱动轮的外轮廓的确定方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。