本發(fā)明涉及醫(yī)學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種手術(shù)操作系統(tǒng)，特別涉及一種單驅(qū)動自動化內(nèi)窺鏡手術(shù)操作系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，在做開放性手術(shù)或腹腔鏡手術(shù)時，通常采用的方法是從腹腔介入，切開20cm以上的創(chuàng)口，而即使是微創(chuàng)“腹腔鏡手術(shù)”也需要切開3-5個2-3cm的微創(chuàng)口。在進行這些手術(shù)時均需要將胃、腸組織切開，摘除內(nèi)部的腫瘤或息肉后，再進行縫合，術(shù)后恢復(fù)時間一般較長，存在并發(fā)癥的風險。

隨著醫(yī)學技術(shù)的逐步發(fā)展，傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡手術(shù)逐步得到應(yīng)用，內(nèi)窺鏡手術(shù)通常是由胃或直腸介入直達患處，這樣不會給患者體表留下任何創(chuàng)口，不需徹底切開胃、腸組織，便可直接從內(nèi)部摘除腫瘤或息肉，手術(shù)后亦無需進行縫合，這樣術(shù)后恢復(fù)時間短，隔天即可出院。

但由于傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡器械本身操作上的限制，操作起來較為復(fù)雜，需要高超技巧和長期訓練才能夠進行熟練操作，采用傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡器械進行手術(shù)，手術(shù)過程時間較長，早期臨床應(yīng)用并發(fā)癥風險也相對較高。

隨著醫(yī)學技術(shù)的進一步發(fā)展，機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)逐漸開始應(yīng)用到醫(yī)學治療領(lǐng)域，目前所采用的機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)操作系統(tǒng)包括操作機械臂、操作接口、接口控制器、接口端控制站、連接接口控制站和機器人控制站的通信通道，機器人控制站分別通過控制系統(tǒng)控制機械手臂進行手術(shù)操作。另外，所述的機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)系統(tǒng)還包括輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，這樣通過機械手臂與內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的組合實現(xiàn)機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)。

目前，在實際操作機器人進行輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)時，存在著末端機械手臂 操作不靈活，外部機械操作手臂的操作指令無法精準快速傳輸至末端操作手臂，存在末端操作手臂動作執(zhí)行遲緩，操作不便的弊端。并且，目前所采用的機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)多為在內(nèi)窺鏡末端設(shè)置單個末端機械手臂，無法完成完全模擬人的雙手進行相應(yīng)的操作，實際使用過程中存在一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種單驅(qū)動自動化內(nèi)窺鏡手術(shù)操作系統(tǒng)，它克服了采用機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)時，內(nèi)部操作手臂無法快速有效執(zhí)行外部機械操作手臂相應(yīng)指令的弊端，且由于內(nèi)部操作手臂為單個手臂，從而造成內(nèi)部操作手臂無法完全有效模擬人手操作端所輸入的各種操作，該發(fā)明解決了目前機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)系統(tǒng)存在諸多的問題，它具有動作執(zhí)行的精準度高，靈活性強，大大縮短了手術(shù)操作時間。

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種單驅(qū)動自動化內(nèi)窺鏡手術(shù)操作系統(tǒng)，包括外部指令輸入裝置、動作指令執(zhí)行裝置以及內(nèi)窺鏡裝置，其特征是，所述的內(nèi)窺鏡裝置包括內(nèi)窺鏡、內(nèi)窺鏡工作站以及內(nèi)窺鏡監(jiān)視器，所述的內(nèi)窺鏡工作站分別通過信號線連接內(nèi)窺鏡和內(nèi)窺鏡監(jiān)視器；所述的內(nèi)窺鏡包括內(nèi)窺鏡管路以及設(shè)置在內(nèi)窺鏡管路下端部的內(nèi)窺鏡體，所述內(nèi)窺鏡體的端部設(shè)置有攝像裝置；

所述的動作指令執(zhí)行裝置包括末端機械手臂控制站、驅(qū)動單元、動作執(zhí)行單元，所述末端機械手臂控制站分別通過通訊線連接于驅(qū)動單元和內(nèi)窺鏡工作站；所述的驅(qū)動單元包括若干臺微型電機以及若干與微型電機對應(yīng)設(shè)置的動力轉(zhuǎn)換裝置；

所述的動作執(zhí)行單元為兩套，兩套動作執(zhí)行單元分別對應(yīng)連接于驅(qū)動單元的動力轉(zhuǎn)換裝置，所述的每套動作執(zhí)行單元包括手臂驅(qū)動連接端、蛇形頸、末端機械手臂；所述的手臂驅(qū)動連接端、蛇形頸、末端機械手臂依次相連；所述的蛇形頸連接末端機械手臂的一端伸入內(nèi)窺鏡裝置的內(nèi)窺鏡管路內(nèi)，且 連接于蛇形頸末端的末端機械手臂伸出內(nèi)窺鏡管路；

所述的末端機械手臂包括手指驅(qū)動裝置和操作手指，所述的手指驅(qū)動裝置包括偏轉(zhuǎn)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述的操作手指設(shè)置在手指驅(qū)動裝置上；

所述的動作指令執(zhí)行裝置的驅(qū)動單元與末端機械手臂的手指驅(qū)動裝置的偏轉(zhuǎn)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)一一對應(yīng)設(shè)置，所述的驅(qū)動單元與手指驅(qū)動裝置的偏轉(zhuǎn)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)分別通過兩根拉線連接。

所述的外部指令輸入裝置包括操作機械臂、外部指令接收器、指令傳輸控制站以及輸入裝置監(jiān)視器，所述的操作機械臂、外部指令接收器、指令傳輸控制站之間依次通過信號線相連接，所述輸入裝置監(jiān)視器分別通過通信線連接指令傳輸控制站和內(nèi)窺鏡裝置的內(nèi)窺鏡監(jiān)視器；

所述的外部指令輸入裝置與動作指令執(zhí)行裝置之間設(shè)置通信通道，所述通信通道連接外部指令輸入裝置的指令傳輸控制站和動作指令執(zhí)行裝置的末端機械手臂控制站。

所述的偏轉(zhuǎn)機構(gòu)包括拉線I、滑移塊、偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)，所述拉線I為兩根，滑移塊為兩個，偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)為兩副，所述的兩副偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)分別固定在與其相對應(yīng)的滑移塊上，兩副偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)的齒部互相嚙合，所述的兩根拉線I分別穿過其中一滑移塊兩側(cè)設(shè)置的滑移孔與另一滑移塊的兩側(cè)固定連接。

所述的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括拉線II、底座結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述的拉線II為兩根，兩根拉線II分別穿過底座結(jié)構(gòu)進入旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)部，所述的兩根拉線II均沿旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)部纏繞一周，所述拉線II末端固定在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上。

所述的操作手指為雙指結(jié)構(gòu)，所述雙指結(jié)構(gòu)包括兩個夾持手指，所述兩夾持手指相對的內(nèi)側(cè)設(shè)置夾持齒。

所述動作指令執(zhí)行裝置的驅(qū)動單元上還設(shè)置有力傳感器，所述的力傳感器為拉力傳感器。

所述內(nèi)窺鏡體的端部設(shè)置攝像裝置為集成攝像頭

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明一種單驅(qū)動自動化內(nèi)窺鏡手術(shù)操作系統(tǒng)它克服了采用機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)時，內(nèi)部操作手臂無法快速有效執(zhí)行外部機械操作手臂相應(yīng)指令的弊端，徹底解決了由于末端機械手臂自由度的局限，內(nèi)部操作手臂無法完全有效模擬人手操作端所輸入的各種操作的問題。

2、本發(fā)明在保留了目前所采用的機器人輔助內(nèi)窺鏡手術(shù)系統(tǒng)各種優(yōu)點的同時，內(nèi)部操作手臂對于外部操作手臂所執(zhí)行的各項動作響應(yīng)速度更快，動作執(zhí)行的精準度更高，大大降低了對醫(yī)生技巧和訓練經(jīng)驗的要求，縮短了手術(shù)操作時間。

3、本發(fā)明采用了動作指令執(zhí)行裝置的驅(qū)動單元與末端機械手臂的手指驅(qū)動裝置一一對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上更為簡單，靈活度高，可操作性強。

4、本發(fā)明采用了雙操作手臂的設(shè)計，可以有效的模仿人手，執(zhí)行單手臂無法完成的各種操作，能大大擴展該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是動作執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的A-A剖面圖；

圖4驅(qū)動單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖5是偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)I的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是具有夾持齒的操作手指雙指結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是驅(qū)動單元與手指驅(qū)動裝置組合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是拉力傳感器與驅(qū)動單元組合使用時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是內(nèi)窺鏡管路端部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-外部指令傳輸裝置、11-操作機械臂、12-外部指令接收器、13-指令傳輸控制站、14-輸入裝置監(jiān)視器、2-動作指令執(zhí)行裝置、21-驅(qū)動單元、211-微型電機、212-動力轉(zhuǎn)換裝置、22-動作執(zhí)行單元、221-手臂動作接入端、222-蛇形頸、223-末端機械手臂、23-末端機械手臂控制站、3-內(nèi)窺鏡裝置、31-內(nèi)窺鏡、311-內(nèi)窺鏡管路、312-內(nèi)窺鏡體、313-集成攝像頭、32-內(nèi)窺鏡工作站、33-內(nèi)窺鏡監(jiān)視器、4-通信通道、5-手指驅(qū)動裝置、51-偏轉(zhuǎn)機構(gòu)、511-拉線I、512-滑移塊、513-偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)、52-旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、521-拉線II、522-底座結(jié)構(gòu)、523-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、6-操作手指、61-夾持手指、611-夾持齒、7-力傳感器。

具體實施方式

為能清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面通過一個具體實施方式，并結(jié)合其附圖，對本方案進行闡述。

如圖1-10所示，本發(fā)明一種單驅(qū)動自動化內(nèi)窺鏡手術(shù)操作系統(tǒng)，它包括外部指令傳輸裝置1、動作指令執(zhí)行裝置2以及內(nèi)窺鏡裝置3。

外部指令輸入裝置1包括操作機械臂11、外部指令接收器12、指令傳輸控制站13以及輸入裝置監(jiān)視器14，所述的操作機械臂11、外部指令接收器12、指令傳輸控制站13之間依次通過信號線相連接，輸入裝置監(jiān)視器14分別通過通訊線連接指令傳輸控制站13和內(nèi)窺鏡裝置3的內(nèi)窺鏡監(jiān)視器，設(shè)置輸入裝置監(jiān)視器14主要用于接收從內(nèi)窺鏡監(jiān)視器傳輸過來的畫面信號，便于醫(yī)生根據(jù)傳輸?shù)漠嬅媲闆r操作機械臂進行手術(shù)。

所述的輸入裝置監(jiān)視器14和內(nèi)窺鏡監(jiān)視器33在使用時需要與內(nèi)窺鏡裝置3上設(shè)置的攝像裝置相匹配，從而來獲得2D/3D的圖像反饋。獲取的圖像反饋可以加以處理，來增加對于機器人操作狀態(tài)和信息的顯示，讓醫(yī)生更多的了解手術(shù)信息和狀態(tài)。

工作時，所述的外部指令輸入裝置1的指令傳輸控制站13可以通過通信 通道4向動作指令執(zhí)行裝置2傳輸相應(yīng)的動作信號。

所述的動作指令執(zhí)行裝置2又包括驅(qū)動單元21、動作執(zhí)行單元22以及末端機械手臂控制站23，所述末端機械手臂控制站23分別通過通訊線連接于驅(qū)動單元21和內(nèi)窺鏡裝置3的內(nèi)窺鏡工作站。

所述的驅(qū)動單元21包括若干臺微型電機211以及若干與微型電機211對應(yīng)設(shè)置的動力轉(zhuǎn)換裝置212，所述的動力轉(zhuǎn)換裝置212與動作執(zhí)行單元22對應(yīng)設(shè)置，所述的動力轉(zhuǎn)化裝置212為動力轉(zhuǎn)換器，動力轉(zhuǎn)化器可以將微型電機211的動力轉(zhuǎn)化成拉線的線性拉動，以驅(qū)動動作執(zhí)行單元22動作完成相應(yīng)的操作。

所述的動作執(zhí)行單元22為兩套，兩套動作執(zhí)行單元22分別對應(yīng)連接于驅(qū)動單元21的動力轉(zhuǎn)換裝置212。

所述的每套動作執(zhí)行單元22包括手臂驅(qū)動連接端221、蛇形頸222、末端機械手臂223；所述的手臂驅(qū)動連接端221、蛇形頸222、末端機械手臂223依次相連，從而共同完成末端機械手臂223相應(yīng)的操作。

所述的蛇形頸222連接末端機械手臂223的一端伸入內(nèi)窺鏡裝置3的內(nèi)窺鏡管路內(nèi)，且連接于蛇形頸222末端的末端機械手臂223伸出內(nèi)窺鏡管路，所述伸出內(nèi)窺鏡管路的末端機械手臂223固定在內(nèi)窺鏡管路的末端。

所述的末端機械手臂223包括手指驅(qū)動裝置5和操作手指6，所述的操作手指設(shè)置在手指驅(qū)動裝置上，所述的手指驅(qū)動裝置5包括偏轉(zhuǎn)機構(gòu)51和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)53。

末端機械手臂的動作是通過動作指令執(zhí)行裝置2的驅(qū)動單元21驅(qū)動末端機械手臂223的手指驅(qū)動裝置5來實現(xiàn)的，所述動作指令執(zhí)行裝置2的驅(qū)動單元21與末端機械手臂223的手指驅(qū)動裝置5的偏轉(zhuǎn)機構(gòu)51和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)52一一對應(yīng)設(shè)置，所述的驅(qū)動單元21與手指驅(qū)動裝置5的偏轉(zhuǎn)機構(gòu)51和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)52分別通過兩根拉線連接，驅(qū)動單元21通過拉線帶動偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)51和旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)52動作，從而實現(xiàn)末端機械手臂223發(fā)生偏轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)。

動作指令執(zhí)行裝置2的驅(qū)動單元21驅(qū)動末端機械手臂223動作的具體情況為：一臺微型電機211對應(yīng)連接兩根拉線，兩根拉線的另一端連接到相應(yīng)的末端機械手臂223驅(qū)動機構(gòu)上，當微型電機211旋轉(zhuǎn)時，一根拉線將被拉緊，相應(yīng)的對側(cè)的拉線將被放松，通過對兩側(cè)拉線的拉緊和放松從而驅(qū)動末端機械手臂223動作。

所述的內(nèi)窺鏡裝置3包括內(nèi)窺鏡31、內(nèi)窺鏡工作站32以及內(nèi)窺鏡監(jiān)視器33，所述的內(nèi)窺鏡工作站32分別通過信號線連接內(nèi)窺鏡31和內(nèi)窺鏡監(jiān)視器33。所述的內(nèi)窺鏡31包括內(nèi)窺鏡管路311以及設(shè)置在內(nèi)窺鏡管路311下端部的內(nèi)窺鏡體312，所述內(nèi)窺鏡體312的端部設(shè)置有攝像裝置，攝像裝置為集成攝像頭313，集成攝像頭313可以采用2D或3D的，并且可以通過內(nèi)窺鏡裝置3來進行控制。

內(nèi)窺鏡31主要用于觀察體腔內(nèi)部情況，并將監(jiān)測到的信息及時反饋到內(nèi)窺鏡工作站32，信號經(jīng)內(nèi)窺鏡工作站32處理后傳輸至內(nèi)窺鏡監(jiān)視器33，這樣方便醫(yī)生手術(shù)過程中，隨時觀察體腔內(nèi)部情況。

使用時，末端機械手臂控制站23分別通過信號通訊線與動作指令執(zhí)行裝置2的驅(qū)動單元21以及內(nèi)窺鏡裝置3的內(nèi)窺鏡工作站32相連，這樣可以通過末端機械手臂控制站23向動作指令執(zhí)行裝置2傳輸操作機械臂的各種操作指令。另外，末端機械手臂控制站23與內(nèi)窺鏡裝置3相連目的是為了接收內(nèi)窺鏡裝置3反饋過來的體腔內(nèi)部信息。

另外，上述所述手指驅(qū)動裝置的5偏轉(zhuǎn)機構(gòu)51包括拉線I 511、滑移塊512、偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)513，所述拉線I 511為兩根，滑移塊512為兩個，偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)513為兩副，所述的兩副偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)513分別固定在與其相對應(yīng)的滑移塊512上，兩副偏轉(zhuǎn)齒輪結(jié)構(gòu)513的齒部互相嚙合，彼此之間可以相對轉(zhuǎn)動。所述的兩根拉線I 511分別穿過其中一滑移塊兩側(cè)設(shè)置的滑移孔與另 一滑移塊的兩側(cè)固定連接。

使用時，設(shè)置在一側(cè)的拉線被拉動時，另一側(cè)的拉線放松，固定拉線末端的滑移塊相對于另一滑移塊發(fā)生偏轉(zhuǎn)。相反的，一側(cè)拉線放松，另一側(cè)拉線拉緊，固定拉線末端的滑移塊向拉緊側(cè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣通過調(diào)節(jié)滑移塊兩側(cè)拉緊線的松緊度實現(xiàn)操作手指的偏轉(zhuǎn)。

所述的手指驅(qū)動裝置5還包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)52，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)52包括拉線II 521、底座結(jié)構(gòu)522、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523，所述的拉線II 521為兩根，兩根拉線II 521分別穿過底座結(jié)構(gòu)522進入旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523內(nèi)部，所述的兩根拉線II 521均沿旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523內(nèi)部纏繞一周，拉線II 521的末端固定在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523上。

所述的兩根拉線II 521對稱設(shè)置用來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523的旋轉(zhuǎn)。使用時，一側(cè)的拉線拉緊，另一側(cè)拉線放松，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523向拉緊一側(cè)旋轉(zhuǎn)；另外，當一側(cè)拉線放松，另一側(cè)拉線拉緊，此時旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)反向旋轉(zhuǎn)。所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523底部活動卡置于底座結(jié)構(gòu)522內(nèi)，這樣可以有效的避免旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)523在轉(zhuǎn)動時發(fā)生錯位。

所述的操作手指6為雙指結(jié)構(gòu)，所述雙指結(jié)構(gòu)包括兩個夾持手指61，所述兩夾持手指相對的內(nèi)側(cè)設(shè)置夾持齒611，夾持齒611可以幫助夾持手指61進行抓取。

動作指令執(zhí)行裝置2的驅(qū)動單元21上還設(shè)置有力傳感器7，所述的力傳感器7為拉力傳感器。

當采用拉力傳感器檢測拉線拉力的大小時，可以通過測量驅(qū)動單元上承受的力來等效測量拉線拉力的大小，從而確定拉線的松緊度；當采用彈簧壓力傳感器檢測拉線拉力的大小時，安裝在驅(qū)動單元上的彈簧壓力傳感器頂置在拉線上，在彈簧力的作用下拉線形成一個張緊力，通過測量這個張緊力的變化從而實現(xiàn)對拉線拉力大小的測量。

在獲得了控制末端機械手臂223動作的拉線拉力大小之后，這些測量數(shù) 據(jù)將通過信號線傳輸至末端機械手臂控制站23，測量數(shù)據(jù)經(jīng)末端機械手臂控制站23處理后，去除掉傳動阻力等干擾因素，得到操作機械臂11實際上應(yīng)該施加力的大小，經(jīng)處理得到的數(shù)據(jù)將通過通信通道4傳輸至指令傳輸控制站13，進一步確定醫(yī)生施加給操作機械臂11力的大小，這樣便于醫(yī)生在手術(shù)過程確定操作機械手臂11時施加力的大小。

以上所述只是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也被視為本發(fā)明的保護范圍。