用于机器人手术的外科器械的制作方法

本发明涉及针保持器/切割器型的外科器械。根据本发明的针保持器/切割器型的外科器械特别适于应用于机器人遥控操作显微手术。本发明还涉及一种机器人手术系统，其包括至少一个针保持器/切割器型的外科器械。

背景技术：

1、机器人手术设备在本领域中是公知的，并且通常包括中央机器人塔(或运载车)和从中央机器人塔架延伸的一个或更多个机械臂。每个臂包括机动定位系统(或操纵器)，以用于向远侧移动可与其附接的外科器械，以便对患者执行外科手术。患者通常躺在位于手术室中的手术床上，在手术室中确保无菌，以避免由于机器人设备的非无菌零件造成的细菌污染。

2、在传统的(即非机器人)的手术中，针保持器/切割器型的器械通常是已知的，其通常在操纵环的相对端部处包括由两个自由端形成的针保持器/切割器，这两个自由端部具有用于外科针的夹持表面和用于切割缝线的刀片。在一些情况下，刀片被制造在夹持器的主体中的座或凹部中，该座或凹部可相对于用于接近针的夹持表面的开口而通过不同且独立的接近开口接近。

3、此外，在机器人手术领域，已经建议将用于腹腔镜检查的针保持器/切割器型的端部执行器解决方案放置在细长轴的远侧端部处。

4、例如在us-2019-298465中所示，通常地，刀片与用于针的相应夹持表面共同模制，从而形成相对于夹持表面的悬臂式突出部并将其靠近夹持表面放置，即夹持表面和夹持表面的铰接铰链之间。因此，单个模制件通常包括用于形成铰链的一部分的根部、自由端部、夹持表面和刀片，该刀片相对于夹持表面在闭合方向上朝向端部执行器的相对且可面对的另一刀片延伸。

5、在铰链处，单个垫圈或多个“贝氏垫圈”类型的弹性垫圈确保在针保持器/切割器型的端部执行器的两个构件的根部之间形成弹性预加载，以在闭合时确定旨在进行切割的刀片之间的机械干涉状态。因此，当端部执行器关闭时，相对的刀片在一个点中进入干涉并导致相应根部之间的横向滑动，从而抵消由所述弹性贝氏垫圈对铰链施加的弹性影响作用。

6、另外，us-2019-0105032示出了一种切割端部执行器，其中刀片各自以单件形式包括弹性悬臂式凸片，所述两个弹性悬臂式凸片在平行于销的方向上朝向彼此延伸，使得弹性预加载由两个悬臂式凸片之间的接触给出。因此，避免了在铰链上装配贝氏型弹性垫圈，从而允许在两个刀片之间的铰链处留有轴向空间，以适应其相对于由相互接触的悬臂式弹性凸片施加的弹性反作用力的变型的滑动。

7、可替代地，或者除了“贝氏垫圈”类型的多个垫圈之外，可以在铰链处设置调节螺钉，通常形成铰接销本身，以便调节刀片之间的切割干涉。如果调节螺钉与多个“贝氏垫圈”类型的弹性垫圈组合提供，则它通过抵消弹簧的弹性作用来允许在弹性预加载中结束调节。

8、通常地，已知的解决方案建议在同一端部执行器中结合进一步的功能，比如凭借在夹持表面上设置电极来提供电热烧灼处理能力。例如，针保持器/切割器器械的刀片能够制成与端部执行器的相应自由端部和夹持表面共同模制的单个构件，并且包括在夹持表面本身上形成电烧灼电极的电气连接。

9、us-2020-0107894给出了另一个已知的示例，其示出了一种针保持器/切割器解决方案，其中刀片容纳在夹持连杆的纵向凹穴中并且可相对于该凹穴独立地旋转，从而在必要时可以将其抽出。

10、外科器械的小型化，特别是用于机器人手术的外科器械的端部或端部执行器的小型化是特别理想的，因为这为接受手术的患者提供了微创的有利方案，从而提高了对毫米和亚毫米组织的操作和处理能力。

11、上述类型的已知解决方案完全不适合于促进小型化，因为它们将强加不可能用于构件的生产的工艺以及构件的复杂组装策略以获得组装的端部执行器。例如，考虑将微型部件组装到铰链上同时抵消贝氏型弹性垫圈的弹性反作用的需要，以及通过共同模制微型脊和微型底切来制造的客观极度困难，这些微型脊和微型底切必须足够坚固以在操作时承受相当高的应力，并且同时几何地成形以最小化摩擦。事实上，众所周知，在微观尺度上，表面力(比如摩擦力)比体积力占主导地位。

12、除了制造微脊、微槽和底切微加工的困难之外，参考已知解决方案在上述刀片主体中获得的弹性悬臂凸片也极难以精确和可重复的方式在微观尺度上切割和成形。

13、此外，随着比例的减小，精确地确定旋转接头组装时要形成的元件的尺寸变得越来越复杂，比如外科器械的端部执行器夹持终端，这是因为支点水平上的较小加工不确定性在相对于旋转接头在远侧方向上放置的相应悬臂式自由端部附近造成巨大的不准确性，这些自由端部通常负责外科针、缝线线材以及接受手术的患者的解剖部分的非常精细的微操纵操作。

14、在试图传递高闭合力以在不损坏致动筋束的情况下施加精确的切割动作时，与刀片相关联的杠杆(本领域中已知的解决方案)的提供也将成为小型化的障碍，即使对于在如此小的规模上制造构件的唯一客观困难，即它们在工作条件下同时证明是坚固的，以及对于靠近自由端部的公共旋转轴线的区域中的占地面积，以及对于组装的困难。

15、相对于铰链放置在远侧的端部执行器部分，即切割刀片和夹持表面，通常都被设计成执行极度精确的任务，同时切割刀片必须确保精确和干净的切割动作。

16、同一申请人的us-10864051、wo-2017-064301、wo-2019-220407、wo-2019-220408、wo-2019-220409和us-2021-059776公开了具有由一个或更多个主界面控制的一个或更多个外科器械的遥控操作机器人手术系统。此外，同一申请人的us-10582975、ep-3586780、wo-2017-064303、wo-2018-189721、wo-2018-189729、us-2020-0170727和us-2020-0170726公开了适用于机器人手术和显微手术的外科器械的各种实施例。这些类型的外科器械通常包括近侧接口部分，其具有由机器人操纵器驱动的接口、轴和位于轴的远侧端部的铰接式套囊。铰接套囊包括由多个筋束(或致动缆线)移动的多个连杆。两个端部末端连杆具有自由端部和在其间的打开/关闭自由度，并且可以适于操纵针以及缝线线材，该缝线线材形成针保持器夹持器类型的端部执行器，以用于遥控操作机器人手术以执行吻合术或其他手术治疗。

17、例如，同一申请人的wo-2017-064306示出了一种外科器械，其中用于致动铰接式端部执行器的打开/关闭自由度的筋束在端部执行器连杆的凸规则滑动表面上滑动，同时避免将筋束布置在具有凹形截面的导向凹槽或通道内。因此，筋束和连杆之间的滑动接触部分的横截面被最小化，从而减小滑动摩擦并允许铰接式端部执行器的进一步小型化，同时确保端部执行器接头(比如俯仰和偏转的旋转接头)所提供的高度灵活性。

18、此外，同一申请人的wo-2018-189722公开了一种外科器械，其中，除了在端部执行器连杆的凸形规则滑动表面上滑动之外，用于致动铰接式端部执行器的打开/关闭自由度的筋束类似于之前所讨论的那样卷绕在所述凸规则滑动表面上，描绘了在特别高的卷绕角度下的弧形路径。事实上，凭借筋束的低滑动摩擦，它们能够在相对长且弧形的纵向截面上与连杆的凸规则表面保持接触。

19、附加地，同一申请人的us-2021-0106393公开了由交织的聚合物纤维组成的筋束的一些实施例。聚合物筋束的使用允许相对于金属筋束的使用减少滑动摩擦，同时筋束的适当尺寸允许在铰接式端部执行器中行进卷绕的纵向路径。

20、因此，强烈需要提供一种针保持器/切割器型的外科器械解决方案，其适于极度小型化，同时坚固、可靠并能够提供精确且可重复的切割动作。

21、此外，需要提出一种用于遥控操作机器人显微手术的针保持器/切割器型的外科器械解决方案，其组装和构建简单，并且在操作条件下可靠、精确和坚固，但适于允许切割动作相对于例如外科器械主体的主纵向延伸方向的期望和受控的空间定向，这可以有助于手术的观察。

22、有必要提出一种解决方案，该方案允许组装具有夹子和剪刀的铰接末端微型器械，并且由最少数量的部件组成，从而可以容易地并且以成本可承受的方式进行组装，而不会对铰接式端部执行器造成较小的灵活性。

23、有必要提出一种解决方案，其允许制造具有高几何精度和可重复性的微机械部件，特别是尖锐的微机械零件，以用于形成设置有夹子和剪刀的铰接末端微型器械。

技术实现思路

1、本发明的目的是消除背景技术所抱怨的缺点。

2、通过根据权利要求1所述的针保持器/切割器型的外科器械实现了该目的和其他目的。

3、一些有利的实施例是从属权利要求的主题。

4、根据本发明的一个方面，用于机器人手术系统的针保持器/切割器型的外科器械包括铰接式端部执行器，其包括具有两个叉头的支撑结构、具有细长主体的第一末端连杆，其以单件形式包括第一近侧附接根部、第一远侧自由端部和其间的第一夹持表面，以及具有细长主体的第二末端连杆，其以单件形式包括第二近侧附接根部、第二远侧自由端部和其间的第二夹持表面。

5、铰接式端部执行器进一步包括刀片连杆，该刀片连杆以单件形式包括第三近侧附接根部、可弹性地变形的弯折主体和切割边缘。

6、刀片连杆与用作刀片保持架连杆的所述第一末端连杆一体地旋转。可以在刀片连杆和第一末端连杆之间提供制动接合，该第一末端连杆可以相对于切割边缘被布置在远侧。

7、此外，提供了对立刀片表面，该对立刀片表面与第二末端连杆一体地旋转，因此该第二末端连杆用作反作用连杆。可以提供具有对立刀片连杆根部的另一对立刀片连杆。

8、对立刀片表面适于抵接所述刀片连杆的切割边缘，以轴向地弹性地弯折所述刀片连杆，使得所述刀片连杆的切割边缘和所述对立刀片表面达到机械干涉接触状态以施加切割动作。

9、对立刀片可以是锋利的并且包括切割边缘。

10、支撑结构、第一末端连杆、第二末端连杆和刀片连杆是在公共旋转轴线上彼此铰接的单独的构件，所述公共旋转轴线限定了与公共旋转轴线重合或平行的轴向方向。

11、根部轴向地彼此相邻，并且相对于支撑结构的叉头铰接，从而限定切割接头的旋转接头。所述旋转接头可以是在轴向方向上的刚性旋转接头，其中在联接器中未设置弹性元件，并且相对于旋转接头在远侧提供弹性，即在刀片连杆的刀片上提供弹性。

12、支撑结构可以属于以单件形式制成的支撑连杆。

13、支撑结构可以与外科器械的杆或轴的远侧端部以单件形式制成。

14、根据一个实施例，根部总体上成组地插入在支撑结构的所述两个叉头之间并与其直接且紧密的接触，以在切割动作期间对刀片连杆的刀片的弹性弯折提供反作用，并且在轴向方向上未设置预加载弹性元件，也没有调节螺钉。所述支撑结构的第一、第二和第三根部以及所述叉头可以包括两两相互接触的相应接触表面，这些接触表面轴向地面向并且都彼此平行。

15、根据一个实施例，刀片连杆的第三根部轴向地插入所述第一末端连杆的第一根部和所述第二末端连杆的第二根部之间并与其直接且紧密的接触，以在切割动作期间对刀片连杆的刀片的弹性弯折提供反作用。叉头之间的可限定的轴向距离对于任何切割条件都可以保持恒定。第一附接根部可以包括轴向地面向外的第一表面，并且第二根部可以包括轴向地面向外的第二表面，并且其中在所述第一表面和所述第二表面之间可以确定轴向方向上的另一距离，该另一距离对于任何切割条件都是恒定的。

16、根据一个实施例，根部各自包括通孔，并且通孔可以都位于轴向上以接收铰接销。

17、与所述第二末端连杆一体地旋转的对立刀片表面可以制成轴向地突出，以在打开/关闭自由度的运动期间弯折刀片连杆。

18、根据一个实施例，对立刀片表面是弯曲的突出表面，其具有轴向地面向内的凹度。

19、根据一个实施例，当处于非变形构造并且位于可限定的搁置平面上时，刀片连杆主体基本上是平面的；其中优选地，刀片连杆的轴向地面向的刀片表面与刀片连杆的第三根部的接触表面平行并对准，该接触表面与第二末端连杆的第二根部直接且紧密的接触。

20、第一末端连杆可以与其一部分限定轴向变形座，该变形座轴向地延伸以在切割动作期间接收刀片连杆的刀片的弹性弯折。根据一个实施例，轴向变形座由第一末端连杆的轴向地面向内的表面轴向地限定，该表面优选地平行于对立刀片表面。

21、根据一个实施例，第二末端设置有用于接收缝线线材的线止挡凹部，以便在切割闭合期间保持缝线线材与刀片连杆的刀片的切割边缘接触。

22、根据一个实施例，第一末端连杆的第一根部以单件形式包括用于围绕所述公共旋转轴线的第一末端连杆的至少一个致动筋束的至少第一端接座，并且第二末端连杆的第二根部以单件形式包括用于围绕所述公共旋转轴线的第二末端连杆的至少一个致动筋束的至少第二端接座。

23、包括所述两个叉头的支撑结构可以属于相对于轴的远侧端部围绕近侧旋转轴线铰接的支撑连杆，并且以单件形式包括用于围绕所述近侧旋转轴线的支撑连杆的至少一个致动筋束的至少第三端接座。

24、支撑连杆可以进一步以单件形式包括用于第一末端连杆和第二末端连杆的致动筋束的一个或更多个凸规则滑动表面。

25、优选地，所述支撑连杆的一个或更多个凸规则滑动表面的表面与所述第一根部或第二根部的端接座之间的端接座之间的可限定的轴向距离在任何切割条件下保持恒定，优选地在夹紧条件下也保持恒定。

26、根据一个实施例，执行切割动作所需的轴向弹性由刀片部分提供，并且根部被支撑结构轴向地填充，以便对刀片的弹性弯折产生反作用，从而防止根部之间发生轴向位移。

27、第二末端的对立刀片部分的主体可以在轴向方向上弹性地可弯折，优选地轴向地向外弯折。因此，执行切割动作所需的轴向弹性由刀片部分和对立刀片部分共同或单独地提供，例如取决于末端的打开角度。

28、根据一个实施例，第一对对立性筋束连接到第一附接根部，例如刀片保持架连杆根部，以围绕所述公共远侧旋转轴线移动切割边缘，并且第二对对立性筋束连接到第二根部，以围绕所述公共远侧旋转轴线移动对立刀片部分。

29、根据一个实施例，第一附接根部(例如刀片保持架连杆根部)以单件形式包括至少第一端接座，该第一端接座接收所述第一对对立性筋束，并且第二附接根部以单件形式包括至少第二端接座，该第二端接座接收所述第二对对立性筋束。

30、第一对对立性筋束和第二对对立性筋束适于在所述连接连杆的一个或更多个凸规则表面上纵向地滑动(如果设置的话)，并适于在所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面上纵向地滑动，并且适于在刀片保持架连杆根部(即第一根部)或反作用连杆(即第二根部)的相应凸规则表面上卷绕/展开而不滑动，以分别在打开/关闭时移动刀片连杆和对立刀片部分。

31、根据一个实施例，第一悬臂式制动支腿从形成第一支腿的自由端部的第一根部延伸，轴向地限定所述第一端接座，并且第二悬臂式制动支腿从形成第二支腿的自由端部的第二根部延伸，轴向地限定所述第二端接座，所述第一和第二悬臂式支腿各自包括邻接壁和制动壁，所述邻接壁和制动壁相对于相应的端接座设置为底切部，以用作相应筋束端接部的制动邻接部。在这种情况下，可以确定第一悬臂式支腿和所述支撑结构(例如支撑连杆)的一个或更多个凸规则表面的表面之间的在轴向方向上的第一距离对于任何切割条件都是恒定的，并且第二悬臂式支腿和所述支撑结构(例如支撑连杆)的一个或更多个凸规则表面的表面之间的在平行于公共远侧旋转轴线的方向上的第二距离对于任何切割条件都是恒定的。

32、第一距离和第二距离可以相互相等。

33、第一距离和/或第二距离可以为零。

34、根据一个实施例，当处于操作状态时，在每个筋束和所述筋束在其上滑动的连杆的所有规则表面之间交换的总滑动摩擦力远小于当所述打开/关闭自由度在关闭时移动以施加切割动作时由相同筋束传递以实现刀片部分的弹性弯折变形的张力。换句话说，所述筋束的滑动摩擦力可以比刀片和对立刀片之间的机械干涉接触摩擦力小得多。为此目的，筋束可以由聚合物材料制成，并且连杆可以由金属材料制成，并且连杆的具有平行母线的凸规则表面可以是光滑的，以减小筋束在连杆上的纵向滑动摩擦。例如，连杆的规则表面是通过线材电蚀获得的。

35、优选地，连接连杆、支撑连杆、第一根部的滑轮部分和第二根部的滑轮部分的所有凸规则表面都没有纵向通道。因此，致动筋束不会在凹形通道内滑动。

36、可以提供第三对对立性筋束，以用于相对于连接连杆围绕所述公共近侧旋转轴线移动支撑连杆，支撑连杆包括至少第三端接座，该第三端接座接收所述第三对对立性筋束的筋束端接部。优选地，所述第三对对立性筋束的支撑连杆的致动筋束在所述支撑连杆的一个或更多个凸规则表面上卷绕/展开，而不纵向地滑动，该凸规则表面因此用作第三对对立性筋束的致动筋束的滑轮表面。

37、根据本发明的一个方面，提供了针保持器/切割器型的外科器械的切割接头的旋转接头。

38、根据本发明的一个方面，提供了一种包括至少一个针保持器/切割器型的外科器械的机器人手术系统。