外科手术设备的制作方法

外科手术设备
1.本技术是申请号为201880005824.4、申请日为2018年6月28日、发明名称为“外科手术设备”的中国专利申请的分案申请。
2.对相关申请的交叉引用
3.本技术要求2017年6月29日提交的名称为“surgical apparatus(外科手术设备)”的美国临时申请序列号62/526,881的权益，该美国临时申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
4.本发明涉及一种外科手术设备，更具体地说，涉及一种能够通过在其远端包括可弯曲元件来执行弯曲操作的外科手术设备。


背景技术：

5.手术中使用的外科手术设备根据手术部位的位置以及将如何治疗手术部位而具有不同结构。近年来，正在开发使用机器人的各种类型的手术设备，以对现有外科手术设备难以接近的手术部位的区域进行手术或者进行微创手术。这些外科手术设备被配置为通过包括可弯曲元件而在人体内的各种方向上移动，在包括美国专利6,858,005的许多文献中公开了这些外科手术设备。
6.在其远端可弯曲的外科手术设备通过其内部的线材移动而弯曲。然而，这些外科手术设备难以精细地操纵，从而显露出一些问题，比如，当它们利用线材弯曲时产生反向间隙或者在被弯曲或弯曲时限制其他线材的移动。另外，这些外科手术设备具有内置在其中的许多部件，这些部件以复杂的方式相互连接，所以难以使它们小型化。


技术实现要素：

7.本文中提供了一种内窥镜装置，该内窥镜装置包括第一管状元件、第二管状元件和第三管状元件，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件中的每者包括机械托架以及位于其远端处的末端执行器，至少所述第二管状构件和所述第三管状构件从所述机械托架延伸出，所述机械托架被配置为在操作者的控制下使所述第二管状构件和所述第三管状构件的远端线性地和围绕中心轴线以轨道方式移动。另外，所述第二管状元件和第三管状元件的远端处的末端执行器中的每者连接到能移动地安装在机械托架内的机器人控制器，该机器人控制器被配置为使第二管状构件和第三管状构件的远端独立地相对于其纵向轴线线性地和旋转地移动。
8.在一方面中，第一管状元件、第二管状元件和第三管状元件通过沿着其长度布置在多个位置处的联接构件相互联接，其中，所述联接构件限制这些管状构件相对于轨道轴线的移动，但是允许至少第二管状元件和第三管状元件相对于第一管状构件线性移动。在其他方面中，第一管状元件、第二管状元件和第三管状元件以及联接构件被诸如生物相容管这样的封闭护套包围。
9.在另一方面中，末端执行器在其一端包括适形延伸部，该适形延伸部包括从第二管状构件和第三管状构件中的至少一者的远端延伸的一组连杆，并且末端执行器在其相对端处包括工具元件，其中，每个连杆包括贯穿其中的中心轴线，并且这些连杆的轴线可以是共线的，其中，这些连杆一起将适形延伸部配置为从第二管状构件或第三管状构件的远端延伸到工具元件的大体笔直元件，或者至少一对相邻连杆的轴线相互成一定角度，使得适形延伸部弯曲。另外，通过旋转与其连接的管状构件，适形延伸部围绕其内轴线旋转。机器人控制器联接到适形延伸部，以使得第二管状构件和第三管状构件能够进行弯曲移动和旋转移动，并且机械托架使机器人控制器进而使与机器人控制器附接的第二管状构件和第三管状构件在操作者的控制下线性移动。末端执行器可以包括钳子、切割刀片、组合的钳子和切割刀片以及其他元件，借此，诸如外科医生这样的操作者能通过切除来去除体腔的一部分，然后缝合所造成的伤口。
附图说明
10.下文中，将参照附图具体描述根据本发明的示例性实施方式的外科手术设备。现在，将参照附图基本描述部件之间的位置关系。在附图中，为了清楚起见，可能简化或夸大实施方式的结构。因此，本发明不限于这些示例性实施方式，而是可以添加、改变或省略各种装置。
11.将针对在插入部内有多个通路的外科手术设备来描述示例性实施方式，其中，各种外科手术器械位于各通路中。然而，要注意，本发明不限于该示例性实施方式，而是适用于在远端处可弯曲的各种外科手术设备，包括导管，内窥镜和外科手术机器人。
12.图1是例示根据本发明的示例性实施方式的外科手术设备的视图；
13.图2是图1的外科手术器械中的一个的剖视图；
14.图3a、图3b和图4是示意性例示线材由于可转向构件的弯曲而松弛的视图；
15.图5a、图5b、图6a和图6b是例示具有1个方向自由度的弯曲节段的结构的视图；
16.图7a、图7b、图8a、图8b、图9a和图9b是例示具有2个方向自由度的弯曲节段的结构的视图；
17.图10和图11是例示使用柔性铰链结构的可转向构件和使用柔性主干结构的可转向构件的视图；
18.图12a至图12c、图13a至图13e和图14a至图14c是例示具有侧向支撑构件的可转向构件的视图；
19.图15a、图15b、图16a、图16b、图17a和图17b是例示具有使用双铰链结构的连接节段的可转向构件的视图；
20.图18a、图18b、图19a和图19b是例示使用路径调节构件的可转向构件的视图；
21.图20a和图20b是例示可转向构件的弯曲的视图；
22.图21a至图21c是例示根据修改实施方式的可转向构件的弯曲的剖视图；
23.图22a至图22c是例示通过线材端接构件固定弯曲致动线材的方法的视图；
24.图23是例示将末端执行器配置为线材端接构件的示例的视图；
25.图24和图25是例示末端执行器的结构的视图；
26.图26至图29是例示其内有套筒的外科手术设备的各种示例的视图；
27.图30是例示外科手术器械的端部与操纵部的连接结构的视图；以及
28.图31a、图31b和图32示意性例示了用于移动弯曲致动线材的操纵部的构造。
29.图33a、图33b是示意性例示在理想的连续柔性臂中弯曲之前和之后的弯曲致动线材的长度的视图，其中，图33a示出了弯曲之前的弯曲致动线材的长度，而图33b示出了弯曲之后的弯曲致动线材的长度。
30.图34a、图34b是示意性例示在实际状况下弯曲之前和之后的弯曲致动线材的长度的视图，其中，图34a示出了弯曲之前的弯曲致动线材的长度，而图34b示出了弯曲之后的弯曲致动线材的长度。
31.图35是例示根据本发明的示例性实施方式的示例性弯曲节段的视图。
32.图36是例示根据本发明的示例性实施方式的图35中的示例性张力调节构件的视图。
33.图37a、图37b例示了图36的示例性张力调节构件中的一个的枢转运动，其中，图37a是向左侧弯曲的张力调节构件的前视图，而图37b是向右侧弯曲的张力调节构件的前视图。
34.图38a、图38b是示意性例示根据图36中的示例性张力调节构件结构而改善的线材中的松弛的视图，其中，图38a示出了弯曲之前的弯曲致动线材的长度，而图38b示出了弯曲之后的弯曲致动线材的长度。
35.图39是例示弯曲致动线材的总长度变化(δl)随着弯曲角θ的变化而变化的模拟结果。
36.图40是例示根据本发明的示例性实施方式的外科手术器械的框图。
37.图41是例示根据本发明的示例性实施方式的外科手术器械的示意图。
38.图42是例示根据本发明的示例性实施方式的在弯曲运动中的外科手术器械的视图。
39.图43是例示根据本发明的另一示例性实施方式的外科手术器械的框图。
40.图44是例示根据本发明的另一示例性实施方式的外科手术器械的示意图。
41.图45是例示根据本发明的示例性实施方式的个性化主控制器的框图。
42.图46是示意性例示根据本发明的示例性实施方式的个性化主控制器的视图。
43.图47是示意性例示根据本发明的示例性实施方式的控制平台和连接部的视图。
44.图48a、图48b、图48c是例示根据本发明的示例性实施方式的三种类型的可更换夹持器的立体图，其中，图48a是夹持器型的立体图，图48b是镊子型的立体图，而图48c是手辅式腹腔镜器械型的立体图。
45.图49是示意性例示根据本发明的另一实施方式的个性化主控制器的视图。
46.图50是示意性例示图49中的个性化主控制器的控制平台的部件(即，底座构件、可移动构件和三个平行运动链)的视图。
47.图51是图49的一部分的放大视图，示出了根据本发明的示例性实施方式的与控制平台的可移动构件附接的可更换夹持器。
48.图52是图49的一部分的放大视图，示出了根据本发明的示例性实施方式的从控制平台的可移动构件拆卸的可更换夹持器。
49.图53是人的嘴部和食管的示意剖视图，示出了插入其中的引入管和引入管上的外
科手术装置；
50.图54是用于定位本文的外科手术装置的定位和控制装置的等轴视图；
51.图55是用于本文的外科手术装置的机械臂的中空构件和护套的示意性立体图；
52.图56是本文的外科手术装置的机械臂的一部分的等轴视图；
53.图57是本文的外科手术装置的远侧联接器的平面图；
54.图58是沿着58-58的图57的远侧联接器的剖视图；
55.图59是本文的外科手术装置的中间联接器的平面图；
56.图60是图54的定位和控制装置的一部分的等轴视图，其中，其一部分已移动到向前位置；
57.图61是图54的定位和控制装置的一部分的等轴视图，其中，其一部分已移动到向前位置并进行旋转；
58.图62是内窥镜的示意图；
59.图63是本文的外科手术装置的机器人控制器的等轴视图；
60.图64是图63的机器人控制器中的一个的等轴视图，示出了用于线材的致动器；
61.图65是本文的外科手术设备的线材联接器的端部的等轴视图；以及
62.图66是本文的外科手术装置的末端执行器的平面图。
具体实施方式
63.参照在附图中例示并且在以下描述中详述的非限制实施方式，更充分地说明本发明及其各种特征和有利细节。省略了对众所周知的材料、制造技术、部件和设备的描述，以免不必要地使本发明的细节模糊。然而，应该理解，仅通过例示的方式而非限制的方式给出表示本发明的优选实施方式的具体实施方式和具体示例。对于本领域的技术人员而言，根据本公开，根本发明构思的精神和/或范围内的各种替代形式、修改形式、添加形式和/或重新布置形式将变得清楚。
64.下文中，将参照附图具体描述根据本发明的示例性实施方式的外科手术设备。现在，将参照附图基本描述部件之间的位置关系。在附图中，为了清楚起见，可能简化或夸大实施方式中的结构。因此，本发明不限于该示例性实施方式，而是可以替代地添加、改变或省略各种装置。
65.如本文中使用的，术语“受试者”或“患者”是指用该装置进行医疗干预的接受方。在某些方面，患者是人类患者。在其他方面，患者是伴侣动物、竞技动物、家养动物或家畜。
66.将针对在插入部内有多个通路延伸的外科手术设备来描述该示例性实施方式，其中，各种外科手术器械位于各通路中。然而，要注意，本发明不限于该示例性实施方式，而是适用于在远端处可弯曲的各种外科手术设备，包括导管，内窥镜和手术机器人。
67.图1是例示根据本发明的示例性实施方式的外科手术设备的视图。如图1中例示的，外科手术设备1包括设置在外科设备的远端处的插入部20和位于插入部20的近端处的操纵部10。
68.插入部20形成外科手术器械10在外科手术期间插入手术部位中的部分。插入部20包括终止于远侧联接器1140(参见例如图56)的柔性的生物相容的周围护套202，其中，用于外科手术操作的至少一个外科手术器械30选择性位于该护套202内或从该护套202延伸出。
外科手术器械30选择性地位于由周围护套202的外壁限定的中空通路内。当外科手术器械30从周围护套202和远侧联接器1140延伸出时，它在插入部20的远端16处从远侧联接器1140向外延伸，并且在该位置，可用于执行外科手术或捕获它所在的体腔的图像。为了便于图1中的例示，插入部的长度被缩短，而在实际装置中，长度可以超过大约一米。
69.在图1的实施方式中，图1的外科手术设备的插入部20的护套202包括贯穿其中延伸的三个外科手术器械30，并且如图1中所示，在护套202的端部处从联接器向外延伸。在图1中，四个外科手术器械中的两个在其远端处包括钳子31作为其末端执行器300。这种外科手术器械可以供诸如外科医生或医师这样的操作者使用，以通过操纵钳子来执行各种外科手术操作。另外，包括刀片、缝合单元、针等的其他各种类型的手术元件可以作为外科手术器械300的末端执行器部署。在该实施方式中，第三外科手术器械是成像单元32。成像单元32包括用于捕获体腔表面图像的电荷耦合器件以及诸如led这样的用于照亮体腔表面以使电荷耦合器件能够捕获体腔图像的照明装置。另选地，诸如其中有工作通道的内腔单元33这样的第四外科手术器械可以贯穿护套202延伸并且终止于联接器，各种器械可以被插入通过该工作通道。
70.从插入部20的远端16延伸的外科手术器械30被配置为使其柔韧部分可以在空间中弯曲或以其他方式被操纵，以引导柔韧部分的端部相对于部署有该端部的体腔的内壁面向特定取向。外科手术器械30的一部分的弯曲允许在不同的方向或取向上进行外科手术，或者从与插入部20的远端16的方向和取向不同的方向或取向上拍摄图像。在此，外科手术器械30改变其相对于插入部20的远端16的取向的操纵由沿其延伸的多根线材提供，以下将对此进行进一步详细的描述。
71.操纵部10设置在插入部20的近端处，并且被配置为操纵插入部20和/或外科手术器械30。操纵部10的远端连接到插入部20的近端，并且在该示例性实施方式中，可以可拆卸地连接到插入部20的近端。在操纵部10中设置至少一个驱动部。驱动部40机械地连接到插入部20和/或外科手术器械30的各种类型的线材构件，并且驱动部40使得插入部20和/或外科手术器械30能够进行各种运动，包括外科手术器械30的一部分进行弯曲移动。稍后在本文中详细描述驱动部的结构和操作。
72.下文中，将参照附图更详细地说明上述外科手术设备的详细构造。
73.图2是图1的外科手术器械中的一个的剖视图。如图2中例示的，外科手术器械30包括位于远端处的可转向构件100，可转向构件100在其整个长度上的一个或更多个位置处可弯曲，并且同样围绕管状柔性构件200的中心纵向轴线18可旋转。可转向构件100具有彼此串行地接触的多个弯曲节段110，弯曲节段110具有中空通道(在该图中未示出)。包含柔性材料的管状柔性构件200从驱动部40延伸(参见例如图54)并且终止于与可转向构件100的近端的连接部。每个管状柔性构件200被配置为中空管，其中在与外科手术器械30的远端的连接部与驱动部40之间延伸的多个线材构件以及从驱动部40向可转向构件100延伸并且延伸回到驱动部40的其他多根转向线材在该中空管中延伸。在图2中，末端执行器300设置在可转向构件100的远端处，并且末端执行器300通过末端执行器致动线材500而被选择性致动，如稍后在本文中将详细描述的。
74.可转向构件100的每个弯曲节段110连接到相邻的弯曲节段110，使得允许在弯曲致动线材400的控制下它们之间进行角运动。弯曲致动线材400以穿过可转向构件100和管
状柔性构件200这样的方式定位，并且弯曲致动线材400的远端连接到可转向构件100，并且它们的近端延伸穿过贯穿柔性构件长度的各个管道，在柔性构件长度内弯曲致动线材连接到驱动部40。每个弯曲节段110包括纵向形成的多个内腔112，由此弯曲致动线材400位于内腔112内并且可以延伸穿过内腔112(图5a)。因此，当弯曲致动线材400通过操纵部10而移动时，多个弯曲节段110铰接地移动，从而致使可转向构件100弯曲。
75.图3a、图3b是示意性地例示由于可转向构件因线材400的移动而弯曲导致在线材中形成的松弛的视图。让弯曲节段110中的每个具有长度l和宽度2r。相邻的弯曲节段110在它们面对侧处的中间处(距外周边的距离为r处)铰接。让弯曲致动线材400位于每个弯曲节段的宽度的两个相对侧，并且在每个弯曲节段的两侧(距每个铰接部分的距离为l)上传送。
76.图3a例示了可转向构件的两个节段之间进行相对弯曲移动之前的这两个节段，而图3b例示了当弯曲成曲率半径r时的可转向构件的两个节段。线材400在其第一侧连接到可转向构件的最远节段，从该最远节段开始穿过管状柔性构件200延伸至驱动单元(在该驱动单元处，线材400卷绕在滑轮上)，因此线材的剩余长度向回延伸穿过管状柔性构件200并且连接到管状柔性构件200的最远节段的相对侧。在图3b中，用θ表示两个弯曲节段110之间的弯曲角度。下式将弯曲之前两个弯曲节段之间的两个线材部分的长度和与弯曲之后两个线材部分的长度和进行比较。如果分别用l1和l2表示弯曲之前两个线材部分的长度并且分别用l1’和l2’表示弯曲之后两个线材部分的长度，则这两个长度之间的差值δl如下：
[0077][0078][0079][0080]
从上式看出的，弯曲之后两个弯曲节段之间的两个线材部分的长度和小于弯曲之前两个弯曲节段之间的两个线材部分的长度和。因此，当两侧的线材彼此相结合地操纵时，在各弯曲节段之间产生松弛δl。这是因为，当发生弯曲时，曲率中心另一侧的线材长度中的变化量(l1’‑
l1)小于接近曲率中心的线材长度的变化量(l
2-l2’
)。因此，由于弯曲而产生反向间隙(backlash)，从而难以进行微调。
[0081]
相反，在该示例性实施方式中，弯曲节段可以被配置成各种形状，以使弯曲所引起的松弛最小化。图4是示意性例示根据改善的弯曲节段结构的线材中的松弛的视图。如图4中例示的，改善的弯曲节段110以内腔112中的弯曲致动线材所在的部分开放这样的方式配置(参见图5a、图5b)。这里，t表示开放内腔部分的长度。虽然接近曲率中心的线材由于开放内腔部分而具有较短路径，但是曲率中心另一侧的线材具有在对应开放内腔部分处增加了额外长度的路径。在这种情况下，接近曲率中心的线材的路径l2*的长度等于前一路径(图3b的l2')，并且曲率中心另一侧的线材的路径l1*比前一路径(图3b的l1')长。路径长度的这种增加是因为位于曲率中心另一侧的(接近弯曲节段中心的)开放内腔部分的侧壁形成绊脚部分114，并且穿过该路径的弯曲致动线材400绊在绊脚部分114上(参见图5a、图5b)。因此，当使用改善的弯曲节段发生弯曲时，δl如下：
[0082][0083][0084][0085][0086]
如上所述，利用被配置为减小松弛长度δl的改善的弯曲节段110，可以精细地控制外科手术设备1的移动。通常，开放内腔部分的长度t可以是弯曲节段的长度l的10％或更多。尽管松弛的长度δl的减小量根据弯曲节段的尺寸、弯曲角度等而不同，但是松弛的长度δl可以减小近似30％或更多。
[0087]
可以通过各种方式设计改善的弯曲节段。下文中，将参照图5a至图11来详细地描述弯曲节段的各种示例性实施方式。
[0088]
图5a、图5b是例示具有1个自由度的弯曲节段的结构的视图。图5a、图5b中示出的弯曲节段110具有主体，该主体具有形成在弯曲节段中的中空通道111。一对连接部120设置在主体的长度的一端上，并且另一对连接部120设置在相对端上。每对连接部120在主体宽度的两个相对侧彼此面对地定位，使中空通道111处于它们中间。
[0089]
每个弯曲节段110被铰接到相邻节段，并且在该实施方式中，它们通过其与相邻弯曲节段联接的连接部而互连。在图5a、图5b中，通过将连接部120销接在一起来连接它们。然而，连接部120不需要诸如通过铰链轴而相对于彼此物理地限制，并且可以围绕铰链轴线相对于彼此移动。因为连接部120的铰链轴全都具有相同的取向，即，它们相互平行，所以图5a、图5b的可转向构件具有使它向左或向右弯曲(如附图中所示)的1个自由度。为了能够将可转向构件100的远端定位并取向成围绕360度面对体腔中的部分，管状柔性构件200可通过驱动部40围绕其纵向轴线18旋转，从而当可转向构件100正面对体腔侧壁时，允许操作者将可转向构件的远端面对的方向围绕体腔内壁周向地移动。
[0090]
每个弯曲节段110包括一对内腔112，弯曲致动线材处于内腔112中。这对内腔112由大体平行于弯曲节段110的横截面的中心并延伸穿过中空主体的壁表面的开口形成，并且这对内腔112关于弯曲节段110的横截面中心对称地布置，因此彼此间隔开预定距离。
[0091]
如图5a和图5b中所示，弯曲节段110的内腔是部分开放的。具体地，每个内腔包括封闭内腔部分112b，封闭内腔部分112b的任一端通向开放内腔部分112a中。在封闭内腔部分112b中，如图5b中所示，内腔壁被壁表面封闭，使得弯曲致动线材由于该封闭结构而被限制在封闭内腔部分112b内。相反，在开放内腔部分112a中，该开放内腔部分112a的壁的至少一部分具有开放结构。因此，位于开放内腔部分112a中的弯曲致动线材可以在该开放部分处向内腔的外部移动。
[0092]
在该示例性实施方式中，开放内腔部分112a具有以下结构：壁113a的在弯曲节段外侧(在弯曲节段的横截面中心的相对侧)的部分是开放的。因此，当弯曲节段发生相对弧形移动时，接近所得的弯曲的可转向构件的曲率中心的线材400a朝向开放内腔部分的外部
部分(向外方向)移动，这使得与内腔在弯曲节段的长度或高度上封闭的弯曲节段相比，弯曲节段能够在更短的长度上连接。在弯曲节段110相对侧的内腔112中，线材400b被抵靠开放内腔部分的壁113b的与弯曲节段的横截面中心最接近的部分拉动，该部分形成了用于绊住线材的绊脚部分114，即，线材400b与开放内腔的壁113b之间的摩擦致使线材400b至少暂时地被壁113b约束。因此，当发生弯曲时，曲率中心另一侧的线材400b与内腔112的内壁具有更大的接触面积，由此减小了松弛长度。
[0093]
在图5a和图5b中，弯曲节段110的每个内腔112被示出为按以下这样的方式配置：封闭内腔部分112b形成在内腔长度的中间处，而开放内腔部分112a位于封闭内腔部分112b的两侧。这仅仅是示例，并且内腔112沿着长度的一侧可以形成开放内腔部分而另一侧可以形成封闭内腔部分。另选地，一对相邻弯曲节段的开放内腔部分可以相对于铰链轴对称地布置。以这种方式，弯曲致动线材所在的内腔可以按以下这样的方式进行各种改变：接近弯曲节段的横截面中心的壁表面(内壁表面)113b比弯曲节段的横截面中心的另一侧的壁表面(外壁表面)113a长。
[0094]
尽管图5a和图5b例示了开放内腔部分112a比封闭内腔部分112b长，但是本发明不限于此，而是可以根据弯曲节段的结构以及相邻弯曲节段之间弧形移动的最大角度而具有各种构造。应该注意，开放内腔部分的长度占据整个内腔长度的20％或更多对于减小松弛长度而言会是有利的。
[0095]
除了如图5a、图5b中所示地将弯曲节段的连接部销接在一起之外，可以按各种方式形成弯曲节段的连接部。图6a、图6b例示了相邻弯曲节段之间的不同类型连接的示例。
[0096]
图6a、图6b的弯曲节段各自在其一端包括一对连接部120并且在其相对端包括一对凹槽部121。弯曲节段110的连接部120被容纳在相邻弯曲节段的凹槽部121中，以形成自由铰链连接。该连接是自由铰链连接，因为这些节段没有被销接或以其他方式受到物理限制而防止它们彼此远离地移动。图6a中的连接部120各自由具有凸圆表面的突起构成，并且凹槽部121各自具有相匹配的凹圆凹槽，凹圆凹槽容纳对应的突起。因此，每个连接部120可以沿着对应的凹槽部121的表面滑动，使得相邻弯曲节段的中心线相对于彼此可成角度地移动。图6b中的连接部120各自由终止于线性边缘的v形突起构成，并且凹槽部121各自具有v形凹口状槽，但是v形突起的相对侧翼之间的角度小于v形凹口的侧翼之间的角度，因此当v形突起的线性边缘安置在v形凹口的底部上时，在突起的任一侧存在间隙或自由空间，并且突起进而相邻弯曲节段的中心线相对于彼此可成角度地移动。
[0097]
图7a、图7b是例示具有2个自由度的弯曲节段的结构的视图。图7a、图7b中的弯曲节段各自连接到相邻弯曲节段，使得允许其间有相对成角度移动，并且各自按以下这种方式配置：在弯曲节段的一端连接到弯曲节段的第一轴线或铰链轴h1中的一者和在弯曲节段的另一端连接到弯曲节段的铰链轴h2具有不同的取向，具体地，彼此偏移近似90度。因此，图7a、图7b的弯曲节段100构成能以2个或更多个自由度移动的可转向构件，这与相对于图5a、图5b和图6a、图6b描述的弯曲节段不同。
[0098]
具体地，图7a、图7b的每个弯曲节段110包括在弯曲节段110的一端的一对连接部120以及在弯曲节段110的相对端的一对凹槽部121。每对连接部120面对一对凹槽120。与图5a和图5b中的情况一样，每个弯曲节段110的连接部120由具有圆形表面的凸形突起构成，并且凹槽是用于容纳相邻弯曲节段110的凸形突起的具有相匹配圆形轮廓的凸形凹槽。
[0099]
如图7b中例示的，在每个弯曲节段110中，延伸穿过这对连接部120的圆形部分的中心的轴线与延伸穿过凹槽121的圆形表面的中心的轴线彼此正交。也就是说，一对连接部和一对凹槽相对于弯曲节段110的横截面处于不同的位置(更具体地，延伸穿过一对连接部和一对凹槽的中心的轴线以90度交叉)。
[0100]
因此，弯曲节段110相对于一侧的相邻节段在第一轴线或铰链轴h1中的一者上并且相对于弯曲节段110的相对端上的相邻节段在第二轴线h2上铰接地移动。也就是说，弯曲节段的连接部按以下这种方式配置：第一铰链轴和第二铰链轴的轴线的取向以相互正交的交替方式布置。因此，图7a、图7b中的弯曲节段110相对于每个相邻弯曲节段110以一个自由度移动，但是由多个弯曲节段110形成的可转向构件100的取向能按两个自由度配置。
[0101]
在可转向构件100的该实施方式中，每个弯曲节段110包括沿着长度形成在每个弯曲节段110的相对端之间的四个内腔112。如图7a和图7b中例示的，每个内腔112向弯曲节段外壁的内侧延伸，以形成连接部120和凹槽部121。四个内腔112中的每一个与形成连接部和凹槽部的位置对准，围绕主体以90度的间隔间隔开。
[0102]
弯曲致动线材400分别位于四个内腔112中的每个中。在这些致动线材400当中，一对线材引起可转向构件100的一个轴的弯曲，而另一对线材引起另一个轴的弯曲。
[0103]
每个内腔都是部分开放的，如以上提到的示例一样。如图7a中例示的，每个内腔112的向弯曲节段110的外壁内侧延伸并且与外壁大体平行的部分都包括封闭内腔部分112b和开放内腔部分112a，封闭内腔部分112b延伸穿过突出部120，开放内腔部分112a从封闭内腔部分112b延伸到弯曲节段110的不存在连接部120或凹槽121的相对端，并且在与内腔112偏离90度的内腔处，封闭内腔部分112b延伸穿过凹槽121并且开放内腔部分112a从封闭内腔部分112b延伸至弯曲节段110的不存在连接部120或凹槽121的相对端。
[0104]
尽管图7a、图7b例示了内腔112延伸穿过连接部120或凹槽121，但是内腔112可以偏离连接部120和凹槽121。在该实施方式中，连接部120和凹槽121围绕每个弯曲节段110的主体的侧面(例如，沿着圆周)以90度的间隔间隔开。因此，每个内腔112位于两个相邻连接部120和两个相邻凹槽121之间，优选地位于距连接部120和凹槽121成45度的位置处。
[0105]
在这种情况下，如图8a、图8b中例示的，每个内腔112可以按以下这样的方式配置：封闭内腔部分112b形成在弯曲节段的相对端之间延伸的内腔长度的中间处，并且开放内腔部分112a形成在封闭内腔部分112b的两侧。
[0106]
已经针对如下的连接部120说明了图7a、图7b和图8a、图8b，该连接部120由具有圆形表面的突起和容纳连接部120的凹槽121构成。然而，这仅仅是示例，并且如图6b中所示，连接部可以由具有线性边缘的突起构成，并且凹槽可以是v形凹口状槽(参见图9a和图9b)。否则，如图5a、图5b中所示，两个连接部可以以允许铰链式移动的方式销接在一起，而非各自包括连接部和凹槽。
[0107]
图7a至图9b中示出的示例性实施方式提供了允许相邻弯曲节段相对弧形定位的连接结构，其中，一对连接部设置在一个弯曲节段上并且一对凹槽设置在另一个弯曲节段上。另选地，一个连接部和一个凹槽可以位于一个弯曲节段的一端，并且通过该弯曲节段的在它们之间延伸的中空部分间隔开，并且相邻弯曲节段的连接部和凹槽与第一弯曲节段的连接部和凹槽颠倒地定位，以在相邻弯曲节段110之间提供连接。
[0108]
图10例示了采用连续柔性铰链结构的可转向构件的替代构造。如图10中例示的，
弯曲节段110呈盘状板的形状，并且通过位于弯曲节段110之间的柔性连接部120连接。虽然图5a至图9b中的可转向构件可以利用连接部的机械铰链结构而弯曲，但是图10中的可转向构件可以利用连接部的弹性而弯曲。
[0109]
更具体地，图10的可转向构件由相互一体形成的多个弯曲节段110和多个连接部120构成。例如，可以使用柔性塑料树脂通过模制方法来制造它。如图10中例示的，每个弯曲节段110和每个连接部120具有在其中从头延伸到尾的中空通道111。连接部120设置在每个弯曲节段110之间并且具有壁结构，壁结构在外径方向上从中空通道的两个相对侧延伸。连接部120(壁结构)布置在与相邻连接部的布置方向垂直的方向上。因此，图10中的可转向构件能以2个自由度弯曲。
[0110]
弯曲致动线材400沿着其定位的四个内腔112以90度的间隔布置。每个内腔112形成在它穿透连接部120的外边缘的点处。在这种情形下，如在以上示例性实施方式中一样，每个内腔112是部分开放的内腔部分112。如图12a至图12c中例示的，每个内腔的封闭内腔部分112b形成在它穿透连接部的点处，并且其开放内腔部分112a形成在弯曲节段所穿透的封闭内腔部分112b的两侧。因此，当弯曲致动线材400移动时，该示例性实施方式的可转向构件100可以通过连接部120而弯曲。
[0111]
图11例示了使用柔性中心主干结构的可转向构件。图11中的可转向构件100包括弯曲节段110，弯曲节段110各自由盘状板和连接部120构成，连接部120使用用于连接弯曲节段中心的主干结构。连接部120可以由设置在每个弯曲节段之间的各个构件构成，或者可以由穿透多个弯曲节段的单个构件构成。在这种情况下，连接部120包含柔性材料，当弯曲致动线材400移动时，该柔性材料弯曲。
[0112]
图11中的可转向构件还包括四个内腔112，并且每个内腔都是部分开放的。具体地，内腔112可以包括形成在内腔长度的中间部分处的封闭内腔部分112b和形成在封闭内腔部分112b的两侧的开放内腔部分112a。
[0113]
在以上阐述的示例性实施方式中，使用能够使松弛最小化的弯曲节段来防止因弯曲引起的反向间隙。可以按其他各种方式配置可转向构件，以便防止反向间隙。
[0114]
图12a至图14c是例示具有侧向支撑构件130的可转向构件的视图。侧向支撑构件130包含弹性材料或超弹性材料，该弹性材料或超弹性材料在可转向构件100的形状偏离了原始形状(例如，大体直线形状)之后施加恢复力，以使可转向构件100返回其原始形状。该可转向构件100在其内包括至少一个侧向支撑构件130，所述侧向支撑构件130被构造有足够的弹性强度和储能能力，以在侧向支撑构件130已弯曲并且使该侧向支撑构件130弯曲的力被移除之后使该侧向支撑构件130恢复到初始取向。
[0115]
图12a至图12c例示了由侧向支撑构件提供的弯曲特性。如图12a至图12c中例示的，如果至少一根弯曲致动线材400被驱动部40在图12b中的箭头方向上拉动，则可转向构件100弯曲。在这种情况下，可转向构件100包括至少一个侧向支撑构件130，并且弯曲致动线材400被操纵，以通过克服侧向支撑构件130的刚度而造成弯曲(图12b)。此后，当对应的弯曲致动线材400被释放(即，不再在驱动部40的方向上被拉动)时(图12c)，由于侧向支撑构件130重新获得其原始取向，可转向构件100返回其原始取向。
[0116]
传统上，当操纵一侧的弯曲致动线材以使可转向构件100在一个方向上弯曲时，操纵另一侧的弯曲致动线材以使可转向构件100返回其原始的中性取向。因此，当与恢复取向
的线材能被回缩或拉动的速度相比，可转向构件100更快地恢复到其原始取向时，在被拉动以使可转向构件100返回其原始的中性取向的线材中发生松弛，从而造成反向间隙。然而，在使用如图12a至图12c中所示的侧向支撑构件130的情况下，由弯曲致动线材中的松弛引起的反向间隙在弯曲期间可能不是个问题。
[0117]
图13a至图13c例示了使用侧向支撑构件的可转向构件的各种示例性实施方式。如图13a至图13e中例示的，可转向构件100可以包括多个弯曲致动线材400和多个侧向支撑构件130。侧向支撑构件130可以被配置成用作线性弹簧的诸如线材结构或中空管结构这样的各种类型的结构。可转向构件100的弯曲节段110被配置成以2个自由度相对于彼此移动，并且可以包括多个内腔112，弯曲致动线材400和侧向支撑构件130穿过内腔112。
[0118]
在图13a至图13c中，多个弯曲致动线材400和多个侧向支撑构件130被布置成在它们之间具有空间。在图13a和图13b中，四根弯曲致动线材400围绕弯曲节段110的主体以90度的间隔布置，并且四个侧向支撑构件130以45度的间隔布置在每根弯曲致动线材400之间。在这种情况下，如图13a中所示，四个弯曲致动线材400被布置为穿过弯曲节段110的连接部120，并且如图13b中所示，四个侧向支撑构件130被交替地布置为穿过弯曲节段110的连接部120。另选地，如图13c中所示，成对的弯曲致动线材400和侧向支撑构件130沿着圆周被成对地布置在每个连接部位置之间，因此不穿过弯曲节段110的连接部120。
[0119]
在图13d和图13e中，侧向支撑构件130具有中空管结构，并且弯曲致动线材400位于侧向支撑构件中的相应一个侧向支撑构件的内部。侧向支撑构件130和弯曲致动线材400围绕弯曲节段110的主体以90度的间隔布置。在图13d中，侧向支撑构件130和弯曲致动线材400被布置为穿过弯曲节段的连接部。在图13e中，侧向支撑构件130和弯曲致动线材400位于各连接部位置之间，以便不穿过连接部。
[0120]
图14a至图14c例示了由预成形的侧向支撑构件提供的特性。图12a至图12c和图13a至图13e中的侧向支撑构件具有与可转向构件的中立位置对应的形状，在中立位置，线材没有被拉动到可转向构件上。因此，可转向构件被配置成利用弯曲致动线材而弯曲，并且通过侧向支撑构件而返回到中立位置。相比之下，图14a至图14c的侧向支撑构件130被配置成在一个方向上具有弯曲形状，使得侧向支撑构件130的弹性有助于可转向构件向一侧弯曲。
[0121]
在一示例中，图14a至图14c的侧向支撑构件130被预成形，以使可转向构件100向左弯曲。在没有对致动线材进行任何操纵的情况下，其中具有侧向支撑构件130的可转向构件保持向左弯曲(图14a)。在用第一拉伸力f将弯曲节段110相对侧的弯曲致动线材400向下拉动的情况下，可转向构件100可以被布置为重新取向成直线取向(图14b)。这里，第一拉伸力f足以与由侧向支撑构件130的刚度所产生的力矩平衡。如果用更大的第二拉伸力f'拉动弯曲致动线材400，则可转向构件向右弯曲(图14c)。在这种情况下，如果施加到弯曲致动线材400上的拉伸力减小至第一拉伸力f，则可转向构件100移动至其在图14b中的位置，并且如果施加到弯曲致动线材400上的拉伸力被完全释放，则可转向构件100向左弯曲(图14a)。
[0122]
在这种情形下，由于侧向支撑构件130的刚度，可转向构件移动至直线位置或初始弯曲位置，由此能够在没有线材反向间隙的情况下对可转向构件100进行弯曲控制。尽管图14a至图14c描绘了使用预成形的侧向支撑构件和弯曲致动线材的具有1个自由度的弯曲机构，但是可以采用使用预成形的侧向支撑构件的各种弯曲机构。
[0123]
另外，可以使用不引起反向间隙的连接节段的弯曲机构以及使用侧向支撑构件的上述方法，如图15a至图17b中所示。
[0124]
图15a、图15b例示了由连接节段所连接的弯曲节段110的弯曲引起的线材路径差异。在以上的示例性实施方式中(例如，在图3a至图9b中)，每个弯曲节段110通过设置在主体中的连接部120直接联接到相邻的弯曲节段，并且它们沿着在每对相邻弯曲节段110之间共用的铰链轴线相互相对地移动。相比之下，如图15a、图15b中所示，连接节段140设置在每对相邻弯曲节段110之间，并且两个相邻弯曲节段分别连接到连接节段140的两端。连接节段140具有双铰链关节结构，该双铰链关节结构使得连接节段140上的两个点能够与两个不同的构件形成铰接关系。因此，一对相邻弯曲节段110分别联接到连接节段140的两端，以便相对于不同的铰链轴旋转，而无需共用铰链轴。
[0125]
让弯曲节段110两侧的线材之间的距离为2r，并且让连接节段的两个铰链轴之间的距离为l。弯曲节段110可以在一对线材之间的中间点(即，距每根线材为r的距离处)铰接到连接节段140。
[0126]
图15a例示了弯曲之前的相邻弯曲节段，并且图15b例示了当移动而形成曲率半径r的弯曲时的相邻弯曲节段。在图15b中，用θ表示两个相邻弯曲节段110之间的弯曲角。另外，可以假定因弯曲产生的弯曲节段与连接节段之间的弯曲的角度θprox和θdistal相等。在这种情况下，使用下式将弯曲之前两个弯曲节段之间的两个线材部分的长度和与弯曲之后两个线材部分的长度和进行比较。分别用l1和l2表示弯曲之前两个线材部分的长度，并且分别用l1’
和l2’
表示弯曲之后两个线材部分的长度。
[0127]
l1＝l2＝l
[0128][0129][0130][0131][0132][0133]
l1 l2＝l
′1 l
′2[0134]
也就是说，如果由连接节段140连接的可转向构件100发生弯曲，则弯曲之前两个线材部分的长度和(l1 l2)和弯曲之后两个线材部分的长度和(l1’
l2’
)基本上相等。因此，可以防止由弯曲引起的线材松弛。
[0135]
在图15a、图15b中，假定弯曲节段140和连接节段110之间的弯曲角度θprox和θdistal相等，因为在每个弯曲节段处由同一线材施加弯曲。然而，当发生实际弯曲时，连接节段140和弯曲节段110之间的弯曲角度在大体相近范围内，尽管它们略有不同。因此，与其中两个弯曲节段在单个铰链轴上联接在一起的结构相比，可以使松弛的长度最小化。
[0136]
图16a、图16b是例示连接节段和由连接节段连接的弯曲节段的立体图。图17a、图17b是例示包括连接节段的可转向构件的立体图。
[0137]
如图16a、图16b中例示的，连接节段140在不同点处铰接到第一弯曲节段110a和第二弯曲节段110b。连接节段140包括横跨中心开口间隔开的两个主体141。每个主体141包括在其长度的一端的第一铰链部142a和在另一端的第二铰链部142b。第一弯曲节段110a和第二弯曲节段110b分别联接到第一铰链部142a和第二铰链部142b，使得它们相对于连接节段围绕不同的铰链轴线移动。
[0138]
在图16a、图16b中，第一铰链部142a和第二铰链部142b各自由具有圆形表面的突起构成，该突起被容纳在向弯曲节段110的内侧延伸形成的凹槽121b中，其中，突起表面沿着凹槽的表面滑动，以允许弯曲节段110a、110b与连接节段140之间进行铰接移动。然而，这仅仅是示例，并且第一铰链部和第二铰链部中的至少一者可以是用于容纳突起的凹槽，或者可以通过其他铰链结构连接。
[0139]
连接节段140还包括引导构件143，引导构件143在其内具有中空空间，该中空空间将彼此面对的两个主体141接合在一起。引导构件143的中空空间允许诸如弯曲致动线材或末端执行器致动线材这样的各种线材构件穿过，并且在所得的可转向构件100弯曲期间防止内部部件向其外侧移动。引导构件143的横截面可以类似于弯曲节段的横截面。在这种情况下，弯曲致动线材所穿过的部分可以是开放的，以便不限制弯曲致动线材的移动。
[0140]
图17a、图17b的可转向构件包括多个连接节段140，并且相邻连接节段140被配置为具有彼此正交的铰链轴线。每个弯曲节段110具有四个内腔112，使得弯曲致动线材400位于这四个内腔112中的每个内腔中。因此，可转向构件100可以以2个自由度弯曲。在这种情况下，弯曲致动线材400可以围绕弯曲节段110的主体围绕每个铰链轴位置之间，以便不穿过连接节段140的铰链轴。
[0141]
在另一个示例性实施方式中，图18a和图18b示意性例示了由于可转向构件100的弯曲而形成弯曲路径的线材的松弛。虽然图3描绘了当发生弯曲时遵循弯曲直线路径的线材，但是图18a、图18b描绘了当发生弯曲时遵循弯曲路径的线材。如果分别用l1和l2表示弯曲之前两个线材部分的长度并且分别用l1’
和l2’
表示弯曲之后两个线材部分的长度，则这两个线材部分的长度之间的关系如下：
[0142][0143]
l
′1 l
′2＝(r r)θ (r-r)θ＝2rθ
[0144][0145]
[δl
松弛
《δl
tu3
＝4r(tan(θ/2)-sin(θ/2)]
[0146]
与在发生弯曲时形成弯曲的直线路径的图3的线材比较，形成弯曲路径的图18a、图18b的线材的松弛长度可以减少近似30％。使用这种原理，弯曲致动线材被配置为通过包括路径调节构件而在发生弯曲时形成弯曲路径，由此使松弛最小化。
[0147]
图19a、图19b是例示使用路径调节构件的可转向构件的视图。如图19a、图19b中例示的，可转向构件100包括板状弯曲节段110和位于弯曲节段之间的壁状连接部120。另外，四个内腔112被形成为穿透弯曲节段100和连接部120的外边缘(参见对图10的描述)。
[0148]
如图19b中例示的，弯曲致动线材400位于每个内腔中的路径调节构件150内，而非直接位于每个内腔中。路径调节构件150包括诸如金属这样的弹性材料，并且在可转向构件
100弯曲时弯曲，由此形成弯曲线材路径(在这种情况下，路径调节构件的刚度不需要高得足以产生如图13d和图13e中所示的恢复力，并且足以形成弯曲路径的弹性力也将这样)。因此，根据该示例性实施方式的弯曲致动线材400没有沿着弯曲的直线路径而是沿着弯曲路径弯曲，由此使线材松弛的长度最小化。
[0149]
虽然已经针对使用路径调节构件用于使用柔性铰链结构的可转向构件的示例描述了该示例性实施方式，但是可以进行修改，比如使用路径调节构件将线材布置在图11至图17b中示出的可转向构件中。
[0150]
图20a和图20b例示了可转向构件的弯曲。如图20b中例示的，在弯曲的初始阶段中，弯曲在整个可转向构件100上不均匀，但是它集中在可转向构件的附加弯曲致动线材300的远端处。因此，当线材的端部在向可转向构件100的内侧的方向上移动时，力直接传递到可转向构件的远端，从而导致可转向构件在其近端处的弯曲较小。
[0151]
图21a至图21c是根据本发明的一个示例性实施方式的可转向构件100的侧视图。图21a、图21b和图21c描绘了通过形成其中可转向构件在近端处比在远端处更容易弯曲的几何增强结构来减少弯曲在可转向构件的远端处的集中的实施方式。
[0152]
具体地，如图21a中所示，弯曲节段110具有与可转向构件的横截面中心相距一定距离形成的内腔，并且越靠近可转向构件的近端，弯曲节段中的内腔距离可转向构件的横截面中心越远。在这种情况下，施加到可转向构件100的力矩在远端处较小，并且朝向近端增加。因此，可转向构件100更容易朝向其近端弯曲。
[0153]
在图21b中，连接部120被配置为沿着可转向构件100的长度逐渐改变其形状，使得可转向构件在近端处比在远端处更容易弯曲。在一示例中，如图21b中例示的，可以通过将连接部配置成在远端处比在近端处具有更大截面宽度来调节沿着该长度的弯曲特性。另选地，除了调节连接部的宽度之外，连接部可以以其他各种形状变化的方式配置，包括调节具有关节结构的连接部的移动范围。
[0154]
另外，如图21c中所示，弯曲节段110之间的距离可以沿着长度而变化。具体地，连接部120可以被设置成，使得弯曲节段之间的距离朝向远端变短并且朝向近端变长。在这种情况下，弯曲节段之间的距离越长，可转向构件越容易弯曲。这导致远端附近的弯曲受到限制并且使近端附近的弯曲特性改善。
[0155]
该配置的可转向构件具有沿着内腔设置的多根弯曲致动线材，并且每根弯曲致动线材的远端被设置在可转向构件远端处的线材端接构件410固定。
[0156]
图22a至图22c例示了使用线材端接构件将弯曲致动线材固定到可转向构件100的方法。因为可转向构件100和弯曲致动线材400的尺寸非常小，所以将各个弯曲致动线材固定到可转向构件远端是非常困难的。因此，该示例性实施方式使用能够容易地固定多根弯曲致动线材的线材端接构件。
[0157]
如图22a中例示的，线材端接构件410在一侧具有螺纹411，并且螺纹连接到可转向构件100的远端。另外，线材端接构件包括供多根弯曲致动线材穿过的多个孔412，并且孔412形成在与可转向构件中的内腔对应的位置处。因此，如图22b中所示，线材端接构件410可以在弯曲致动线材400被插入线材端接构件的孔中(图22a)的同时螺纹连接至可转向构件100的远端，由此使得容易将弯曲致动线材(图22b和图22c)固定到可转向构件100。
[0158]
线材端接构件410可以是设置在可转向构件100和末端执行器300之间的部件。在
这种情况下，线材端接构件410可以螺纹连接至可转向构件100的远端，并且末端执行器300可以连接到线材端接构件410。另选地，如图23中例示的，通过将弯曲致动线材400固定到末端执行器300的内部并且将末端执行器300直接螺纹连接至可转向构件100的远端，末端执行器300可以用作所述线材端接构件。
[0159]
尽管已经针对具有图10中示出的结构的可转向构件描述了图22a至图22c，但是不用说，即使可转向构件具有其他结构，同样也可以固定弯曲致动线材。
[0160]
在以上讨论中，已经参照图5a至图22c描述了可转向构件的各种示例性实施方式。可转向构件100被描述为具有末端执行器的外科手术设备的部件，但是本发明不限于此。例如，本发明适用于各种外科手术器械的诸如成像单元或具有工作通道的内腔单元这样的可弯曲转向构件。
[0161]
回头参照图2，末端执行器300设置在可转向构件的远端处。如上所述，末端执行器300可以直接联接到可转向构件100的远端，或者通过诸如线材端接构件这样的部件联接到可转向构件100的远端。末端执行器300包括用于在外科手术中使用的各种类型的手术元件。图2以举例的方式例示了包括钳子31的末端执行器。
[0162]
末端执行器300的近端连接到执行器致动线材500。执行器致动线材500位于可转向构件100的通道111中，并且通过可转向构件100和管状柔性构件200机械地连接到操纵部10。因此，执行器致动线材500在它在操纵部10的作用下纵向移动时致动末端执行器300。
[0163]
图24是示意性例示末端执行器的操作原理的横截面图。末端执行器300在执行器致动线材500在操纵部10的方向上被拉动时在第一模式下操作(图24中的上图)，并且在执行器致动线材500在末端执行器300的方向上被拉动时在第二模式下操作(图24中的下图)。在第一模式下，当致动线材500在远离末端执行器的方向上被拉动时，末端执行器的钳子闭合，并且当致动线材500上的拉力被释放时，钳子中的内部弹簧机构致使其钳爪打开。可以通过操纵部的驱动部40容易地完成使执行器致动线材500在操纵部的方向上进行拉动动作，由此将力传递到末端执行器。另一方面，因为执行器致动线材具有线材结构，所以不能通过驱动部400适当地完成使执行器致动线材500在末端执行器300的方向上返回的动作。因此，在该示例性实施方式中，末端执行器400包括弹性主体341，以通过利用弹性主体341的弹力将末端执行器致动线材500的端部在末端执行器的方向上拉动来执行第二模式操作。
[0164]
具体地，如图24中例示的，末端执行器的执行器模块包括用于执行外科手术操作的器械部分310和用于致动器械部分310的致动部分320。器械部分310联接到致动部分320，并且被配置成使得通过在器械部分310的关节330固定时移动致动部分320而使外科手术元件(例如，图1和图2中的钳子31)在两侧打开或闭合。弹性主体341可以位于致动部分的近端处。当通过操纵部10拉动执行器致动线材500时，致动部分320在推动弹性主体341的同时向后移动，因此外科手术元件被闭合(图24中的上图)。另外，当通过操纵部10释放作用在执行器致动线材500上的力时，弹性主体341的恢复力致使致动部分320在器械部分310的方向上移动，由此打开外科手术元件(参见例如图24)。以这种方式，可以使用弹性主体简化末端执行器的操作机构。
[0165]
可以以各种方式设计使用弹性主体的末端执行器的结构。图25是例示这种末端执行器的示例的视图。如图25中例示的，末端执行器300包括执行器模块301和执行器模块301
被安装在其中的主体部分340。执行器模块301的器械部分310被配置为被暴露于主体部分340的远端，并且其致动部分320被容纳在主体部分340内。连接器械部分310和致动部分320的关节330可以被固定在主体部分340处，并且致动部分320可以在主体部分340内往复运动。设置在主体部分340内的弹性主体341位于致动部分320的后面，并且致动部分320的近端连接到执行器致动线材500。因此，通过利用执行器致动线材500和弹性主体341移动致动部分320来操纵器械部分310。
[0166]
另外，末端执行器300的全部或部分可以可拆卸地连接到可转向构件100的远端。因此，可以选择性地紧固和使用手术所需的各种器械。在一示例中，图25的末端执行器300被配置成使得执行器模块301可附接到执行器致动线材500的远端或者可从其远端被拆卸。执行器模块301和执行器致动线材500的远端可以以各种方式可拆卸地紧固；例如，根据图25中例示的示例性实施方式，它们可以被磁性地紧固在一起。因此，至少要么致动部分320的近端要么执行器致动线材500的远端包括使得能够进行紧固的磁性主体。
[0167]
如上所述，根据该示例性实施方式的外科手术器械包括可弯曲的可转向构件100和可操作的末端执行器300。另外，可转向构件100和末端执行器300通过诸如弯曲致动线材400和执行器致动线材500这样的多个线材构件移动。这些线材构件被布置为穿过可转向构件100和管状柔性构件200。因此，如果线材构件被线性地布置为使得它们中的每个具有最短路径，则线材的移动会受到可转向构件的弯曲或柔性构件的挠曲的限制或影响。因此，在该示例性实施方式中，可以在可转向构件或柔性构件内设置形成线材构件的行进路径的至少一个套筒。该套筒比设置套筒的部分的最大长度(例如，弯曲或挠曲时该部分的长度)长，所以即使当可转向构件弯曲或柔性构件挠曲时，线材构件也具有足够长的路径。
[0168]
图26是例示执行器致动线材的行进路径的剖视图。如图26中例示的，执行器致动线材500的一端被安装在末端执行器300的近端处，而另一端机械连接到操纵部10(图1)。形成执行器致动线材500的路径的套筒600的一端在可转向构件100的远端或末端执行器300的近端处固定就位。另外，另一端在管状柔性构件200的近端处固定就位。在这种情形下，套筒600比固定套筒两端的部分的长度(可转向构件的长度和柔性构件的长度之和)长。即使当可转向构件100弯曲(图26中的下图)时，套筒中增加的该额外长度(图26中的上图)也为执行器致动线材500的路径提供了更多空间。因此，末端执行器300的移动可以与可转向构件100的弯曲移动分离，以防止其移动受到可转向构件100的弯曲移动的影响。
[0169]
图27是例示弯曲致动线材的行进路径的视图。如图27中例示的，可以设置用于固定弯曲致动线材400的路径的套筒600。在这种情况下，套筒600的一端被固定到可转向构件100的近端或柔性构件200的远端处，而另一端被固定到柔性构件200的近端处。套筒600被配置为具有被添加至放置套筒的部分的线性长度的额外长度。因此，可转向构件100的弯曲将不受管状柔性构件200的挠曲的影响。
[0170]
图28和图29是例示具有两个可弯曲部分的弯曲致动线材400的行进路径的视图。虽然前面的附图例示了可转向构件100具有一个弯曲部分的结构，但是可转向构件100可以被划分成可以单独弯曲的远端可转向部分101和近端可转向部分102。在这种情况下，远端可转向部分101利用远端弯曲致动线材401弯曲，并且近端可转向部分102利用近端弯曲致动线材402弯曲。远端弯曲致动线材401的一端被固定到远端可转向部分101的远端处，穿过远端可转向部分101中的内腔，然后穿过可转向构件100和柔性构件200的中空通道而延伸
至操纵部10。另外，近端弯曲致动线材402的一端被固定到近端可转向部分102的远端处，穿过近端可转向部分102中的内腔，然后穿过管状柔性构件200的中空通道而延伸至操纵部10。在这种情形下，可以设置两根远端弯曲致动线材401和两根近端弯曲致动线材402，并且这两根远端弯曲致动线材401和这两根近端弯曲致动线材402在每个弯曲部分中具有1个自由度，或者可以设置四根远端弯曲致动线材401和四根近端弯曲致动线材402，并且这四根远端弯曲致动线材401和这四根近端弯曲致动线材402在每个弯曲部分中具有2个自由度。
[0171]
如图28中例示的，可以设置用于固定远端弯曲致动线材401的路径的套筒600。该套筒600的一端可以被固定到远端可转向部分101的近端处，而另一端可以被固定到管状柔性构件200的近端处。另外，如图29中例示的，可以设置用于固定近端弯曲致动线材402的路径的套筒600。该套筒600的一端可以被固定到近端可转向部分102的近端处，而另一端可以被固定到管状柔性构件200的近端处。如与上述套筒的情况一样，每个套筒600具有额外长度，所以每个弯曲部分的弯曲移动能够被分离。
[0172]
如上所述，参照图26至图28说明的套筒600具有添加至放置它们的部分的长度中的额外长度，并且它们可以包含弹性材料，从而允许它们的形状随部件移动而改变。这种套筒结构允许每个部件的移动与其他部件的移动分离，并且防止狭窄通道中的线材构件因摩擦而扭曲或受损。
[0173]
图30是例示外科手术器械的端部与操纵部的连接结构的视图。如以上说明的，外科手术器械30分别位于插入部20中的通路中，并且外科手术器械的端部机械地连接到操纵部10。操纵部10包括与外科手术器械的多个线材构件w对应的传动构件700以及待紧固到线材的联接器701。外科手术器械的线材构件w各自包括在近端处的近端模块m，并且每个近端模块m被紧固到对应的联接器701。因此，每个线材构件可以通过操纵部中的每个驱动部而移动。
[0174]
在这种情况下，插入部20和操纵部10彼此可附接或可拆卸，并且设置在插入部20中的外科手术器械30也可附接到操纵部20或者可从操纵部20拆卸。这意味着，可以清洁插入部或外科手术器械或者用新的插入部或外科手术器械替换它们。可以以各种方式可拆卸地紧固外科手术器械30和操纵部10；例如，它们可以磁性紧固在一起，如图30中所示。因此，外科手术器械的近端(具体地，弯曲致动线材和执行器致动线材的近端模块)或操纵部的远端(具体地，传动构件的联接器)可以由磁性主体构成并且通过磁力而彼此附接或拆卸。
[0175]
图31a、图31b和图32示意性例示了用于移动弯曲致动线材400的操纵部10的构造。上述外科手术器械的线材构件w机械地连接到操纵部10的驱动部40，并且随驱动部40的移动一起线性移动。可以使用诸如致动器、线性马达、马达等这样的各种装置来构造驱动部。另外，每个线材构件可以连接到不同的驱动部，使得它们可以分别移动。
[0176]
在这种情形下，当发生弯曲时，在可转向构件100内彼此面对设置的一对弯曲致动线材400在相反方向上移动。具体地，当发生弯曲时，接近曲率中心的弯曲致动线材具有较短的路径，而曲率中心另一侧的弯曲致动线材具有较长的路径。因此，可以利用单个驱动部40使彼此面对的一对线材在相反的方向上同时移动。在这种情况下，通过减少驱动部的数量，可以将操纵部设计得紧凑。
[0177]
在图31a、图31b中，操纵部包括丝杠构件41和用于旋转丝杠构件41的驱动部40。丝杠构件41可以是双向导向丝杠，双向导向丝杠意指在单个丝杠构件上形成具有不同取向的
两个螺纹部分。因此，传动构件的要连接到第一弯曲致动线材403的联接器联接到第一螺纹41a，并且传动构件的要连接到第二弯曲致动线材404的联接器联接到第二螺纹41b。因此，当驱动部旋转时，第一弯曲致动线材403和第二弯曲致动线材404在直线上沿相反方向分别移动对应的距离，由此致使可转向构件弯曲。另外，可以通过改变驱动部的旋转方向，将第一弯曲致动线材403和第二弯曲致动线材404的移动方向颠倒，从而使得它们能够在相反方向上弯曲。
[0178]
在图32中，操纵部包括一对丝杠构件41和用于旋转丝杠构件的驱动部40。该对丝杠构件由具有第一螺纹41a的第一导向丝杠42和具有第二螺纹41b的第二导向丝杠43构成，第二螺纹41b在与第一螺纹相反的方向上取向。第一导向丝杠42和第二导向丝杠43通过齿轮44连接到驱动部40，并且随驱动部的旋转在相同方向上旋转。第一弯曲致动线材403机械地连接到第一导向丝杠42，并且第二弯曲致动线材404机械地连接到第二导向丝杠43。因此，如图31a、图31b中的情况一样，当马达(图中未示出)旋转时，第一弯曲致动线材403和第二弯曲致动线材404可以在相反方向上移动，从而致使可转向构件弯曲。
[0179]
尽管图31a、图31b和图32描绘了使用丝杠构件作为驱动成对的弯曲致动线材的示例，但是不用说，可以使用各种联接结构进行修改。
[0180]
图33a、图33b是示意性例示在理想的连续柔性臂中弯曲之前和之后弯曲致动线材的长度的视图。图33a示出了在理想的连续柔性臂中弯曲之前弯曲致动线材的长度，而图33b示出了在被用线材驱动机构a(例如，滑轮)拉动的理想连续柔性壁中弯曲之后弯曲致动线材的长度。
[0181]
在理想的连续柔性臂中，让弯曲驱动线材位于宽度为2r的线材驱动机构a的两个相对侧，其中，“r”表示线材驱动机构a的半径；“l
1”和“l
2”分别表示在弯曲之前从线材驱动机构a的两个相对侧到弯曲节段(未示出)的弯曲致动线材的长度；“l1’”
和“l2’”
分别表示弯曲之后从线材驱动机构a的两个相对侧到弯曲节段(未示出)的弯曲致动线材的长度；“l”表示从线材驱动机构a的中心到弯曲节段的长度；“r”表示当线材驱动机构a如箭头所指向地被拉动时的曲率半径，并且用“θ”表示线材驱动机构a弯曲的角度。
[0182]
在图33a、图33b中示出的理想连续柔性臂中，可以用下式表示弯曲之前和弯曲之后弯曲致动线材的总长度：
[0183]
弯曲之前：l1 l2＝2rθ；
[0184]
弯曲之后：l1’
l2’
＝(r r)θ (r-r)θ＝2rθ；l1 l2＝l1’
l2’
。
[0185]
然而，如图34a、图34b所示，图34a、图34b示意性例示了在实际状况下弯曲之前(图34a中示出)和弯曲之后(图34b中示出)的弯曲致动线材的长度。如图34b中例示的，弯曲致动线材因被拉动而伸长(被表示为δl伸长)，从而导致在被释放的线材中发生松弛b，松弛b引起反向间隙。在这种状况下，可以用下式表示弯曲之前和弯曲之后弯曲致动线材长度的总长度：
[0186]
弯曲之前：l1 l2＝2rθ；
[0187]
弯曲之后：l1’
l2’
δl伸长＝(r r)θ (r-r)θ δl伸长＝2rθ δl伸长；
[0188]
l1 l2≠l1’
l2’
δl伸长。
[0189]
相反，在该示例性实施方式中，弯曲节段可以被配置为包括一系列中间关节，这些中间关节具有用于使因伸长引起的松弛最小化的张力调节构件。图35是例示根据本发明的
示例性实施方式的示例性弯曲节段的视图。在图35中，弯曲节段80被例示为包括沿着弯曲节段的纵向轴线方向布置的四个中间关节81、82、83、84。每个中间关节81、82、83、84分别具有第一联接部分811、821、831和841以及第二联接部分812、822、832和842。每个中间关节81、82、83、84可以与相邻的中间关节正交地、平行地或以任何角度地交互叠堆。
[0190]
弯曲节段80还包括穿过每个中间关节81、82、83、84的多个内腔801。因此，相同数量的弯曲致动线材(为了清晰起见被省略)可以对应地设置成被布置为分别穿过每个内腔801并且致使弯曲节段80弯曲。
[0191]
每个中间关节81、82、83、84还包括与第一联接部分811、821、831和841以及第二联接部分812、822、832和842联接的两个张力调节构件813、823、833和843。每个张力调节构件813、823、833和843被配置为在弯曲节段弯曲时补偿弯曲致动线材的伸长，由此弯曲致动线材的长度被改变并且保持为预定长度。
[0192]
在图36中，张力调节构件813是双铰接关节，该双铰接关节包括两个离轴铰接关节814。每个离轴铰接关节814包括与第一联接部分811联接的第一接口半部815、815’以及与第二联接部分812联接并且相对于第一接口半部815、815’对应地枢转的第二接口半部816、816’。在该示例性实施方式中，每个第一接口半部815、815’可以分别具有突起端部，而第二接口半部816、816’对应地可以具有凹槽端部。在另一示例性实施方式中，替代地，每个第一接口半部可以具有凹槽端部，而第二接口半部对应地具有突起端部。
[0193]
根据弯曲取向，枢转运动将在两个离轴铰链814中的一个上发生。图37a、图37b例示了图36的张力调节构件中的一个的枢转运动，其中，图37a是向左侧弯曲的张力调节构件的前视图，并且图37b是向右侧弯曲的张力调节构件的前视图。如图37a中所示，中间关节在与纵向轴线方向偏离的左铰链814上以弯曲取向向左侧弯曲，由此只有第一接口半部815向左侧枢转地移动。类似地，当中间关节81向右侧弯曲时，仅第一接口半部815’向右侧枢转地移动，如图37b中所示。
[0194]
图38a、图38b是示意性例示使用图36中的张力调节构件结构使线材伸长而引起的线材松弛最小化的视图。图38a示出了在张力调节构件结构弯曲之前弯曲致动线材的长度，而图38b示出了在张力调节构件结构弯曲之后弯曲致动线材的长度。
[0195]
在图38a和图38b中，“l”分别表示第一联接部分811或第二联接部分812的沿着中间关节81的中心轴线方向的高度。“l
1”表示在弯曲之前穿过第一联接部分811的左侧和第二联接部分812之间的内腔的弯曲致动线材的长度，而“l
1”表示弯曲之后左侧的弯曲致动线材的长度。“l
2”表示在弯曲之前穿过第一联接部分811的右侧和第二联接部分812之间的内腔的弯曲致动线材的长度，而“l
2”表示弯曲之后右侧的弯曲致动线材的长度。“r”表示从每个联接部分的中心轴线到弯曲致动线材所穿过的内腔的半径。“r”表示在中间关节81弯曲时的曲率半径，并且用“θ”表示弯曲的角度。在此，“d”表示从每个联接部分的中心轴线到每个离轴铰链关节814的距离。
[0196]
如图38a和图38b中所示，如果在该示例性实施方式中忽略线材伸长，则可以用下式表示弯曲之前和弯曲之后弯曲致动线材长度的总长度：
[0197]
l1＝l2＝l；
[0198]
l1’
＝2(r r)sin(θ/2)；l2’＝2(r-r)sin(θ/2)；l1＝l2＝l＝l’＝2(r-d)tan(θ/2)；
[0199]
l1 l2＝4(r-d)tan(θ/2)；
[0200]
l1’
l2’
＝2(r r)sin(θ/2) 2(r-r)sin(θ/2)＝4r sin(θ/2)；
[0201]
在此，r＝l/(2tan(θ/2)) d；
[0202]
δl＝(l1 l2)
–
(l1’
l2’
)
[0203]
＝2l-4r sin(θ/2)
[0204]
＝2l
–
4(l/(2tan(θ/2)) d)(sin(θ/2)。
[0205]
图39是例示使用matlab计算的弯曲致动线材的总长度变化(δl)随着弯曲角θ的变化而变化的模拟结果。例如，当l＝2，d＝0.45时，在θ在设计关节的运动范围(0至45度)内时，δl保持《0；所以因线材伸长引起的松弛可以由可通过离轴铰链关节实现的δl补偿。
[0206]
因此，中间关节81的枢转运动发生在与中间关节81的纵向轴线方向偏离设置的铰链814上。弯曲致动线材的长度被改变并且保持在预定长度，因为通过离轴枢转运动补偿了弯曲致动线材的伸长。
[0207]
图40是例示根据本发明的示例性实施方式的外科手术器械的框图。图41是例示根据本发明的示例性实施方式的外科手术器械的示意图。可弯曲的可转向构件100设置在外科手术器械30的远端处。可转向构件100具有多个弯曲节段110，所述多个弯曲节段110具有连接在一起的中空通道(图40和图41中未示出)。每个弯曲节段110包括纵向形成的多个内腔112。包含柔性材料的管状柔性构件200设置在可转向构件100的近端处。管状柔性构件200可以包括中空管，从外科手术设备1的远端连接的各种类型的线材构件位于该中空管中。可选地，末端执行器300设置在可转向构件100的远端处，并且末端执行器300可以由末端执行器致动线材500选择性致动(例如，参见图2、图24至图26)。
[0208]
可转向构件100的每个弯曲节段110连接到相邻的弯曲节段，使得允许进行铰接移动并且通过弯曲致动线材400而弯曲(参见例如图2)。在该示例性实施方式中，第一弯曲致动线材403a和第二弯曲致动线材403b位于单独的内腔112中，以穿过可转向构件100和管状柔性构件200，并且第一弯曲致动线材403a和第二弯曲致动线材403b的远端连接到可转向构件100并且它们的近端机械连接到驱动构件160。因此，当第一弯曲致动线材403a和第二弯曲致动线材403b通过驱动构件160而移动时，多个弯曲节段110铰接地移动，从而致使可转向构件100进行1-dof弯曲运动。
[0209]
驱动构件160包括第一马达161、第二马达162、第一运动传递单元163和第二运动传递单元164。第一马达161经由第一运动传递单元163联接到第一弯曲致动线材403a，使得来自第一马达161的动力可以被传递到第一弯曲致动线材403a以使其致动。类似地，第二马达162经由第二运动传递单元164联接到第二弯曲致动线材403b，从而传递来自第二马达162的动力以致动第二弯曲致动线材403b。在该示例性实施方式中，第一运动传递单元163和第二运动传递单元164可以是导向丝杠或滚珠丝杠，但是不限于这种配置。
[0210]
还设置张力监测构件170，张力监测构件170包括：第一传感器171和第二传感器172。第一传感器171联接到第一运动传递单元163并且联接到第一弯曲致动线材403a。第一传感器171可以响应于感测到第一弯曲致动线材403a在预弯曲和所期望弯曲运动之间的张力变化而提供第一反馈信号s1。类似地，第二传感器172联接到第二运动传递单元164和第二弯曲致动线材403b。第二传感器172可以响应于感测到第二弯曲致动线材403b在预弯曲和所期望弯曲运动之间的张力变化而提供第二反馈信号s2。在该实施方式中，第一传感器171和第二传感器172是测力传感器(load cell)，但是不限于此。第一弯曲致动线材403a或
第二弯曲致动线材403b的张力变化使电气值(例如，电压、电流或其他参数)变化，针对施加在测力传感器上的负载对这种变化进行校准。
[0211]
如上所述的驱动构件160和张力监测构件170还电连接到控制构件180。控制构件180可以响应于第一反馈信号s1而提供第一输出信号s3并且将其发送给第一马达。在接收到第一输出信号s3后，将驱动第一马达161以调节(即，拉动或释放)第一弯曲致动线材403a。类似地，控制构件180可以响应于第二反馈信号s2而提供第二输出信号s4，并且将其发送给第二马达162以调节第二弯曲致动线材403b。
[0212]
图42是例示根据本发明的示例性实施方式的在弯曲状态下的外科手术器械的视图。当第一弯曲致动线材403a被致动(即，被朝向第一马达161的方向拉动，如图42中所示)以便使可转向构件100弯曲时，第一弯曲致动线材403a和/或第二弯曲致动线材403b的张力因各种原因而变化。例如，沿着第二弯曲致动线材403b的弯曲方向在弯曲之前和弯曲之后之间的长度变化小于第一弯曲致动线材403a的长度变化。因此，第二弯曲致动线材403b的张力将变化，并且由于弯曲而将产生反向间隙，因此难以进行精细调节。
[0213]
在该示例性实施方式中，可以分别由第一传感器171和第二传感器172借助张力所引起的电压变化来测量和监视由第一弯曲致动线材403a引起的张力变化。然后，响应于电压变化，将第一反馈信号s1和第二反馈信号s2提供给控制构件180。在接收到并处理第一反馈信号s1和第二反馈信号s2之后，控制构件180将把第一输出信号s3和第二输出信号s4分别提供给第一马达161和第二马达162。然后，第一马达161将响应于第一输出信号s3而不动，而第二马达162将响应于第二输出信号s4而将第二弯曲致动线材403b朝向可转向构件100的方向释放直至预定长度，使得第一弯曲致动线材403a和第二弯曲致动线材403b将再次保持在预定张力下。
[0214]
图43是例示根据本发明的另一示例性实施方式的外科手术器械的框图。图44是例示根据本发明的另一示例性实施方式的外科手术器械的示意图。末端执行器300可能经受各种外力，因为它与身体壁频繁接触或者在沿着身体中的路径向前推动时与身体材料产生摩擦或者在操作末端执行器300时产生反作用力。在传统外科手术中，外科医生用他们自己的手指感觉这种外力。然而，在机器人外科手术中，外科医生无法直接感觉到外力，他们所能做的只是通过他们的观察或经验来猜测。
[0215]
因此，在该实施方式中，本文中提供的外科手术器械30可以经由通信构件191与外科医生站190一起发挥作用。
[0216]
如上所述的第一传感器171和第二传感器172可以被配置为根据感测到的值与施加到可转向构件100的正常操作下的张力值之间的可能差值是否超过预设阈值δvth而确定是否施加了外力。当确定施加了外力时，第一传感器171和第二传感器172将分别向控制构件180提供第一外力信号s5和第二外力信号s6。控制构件180还将响应于第一外力信号s5和第二外力信号s6而提供经由通信构件191传输的指令信号s7。
[0217]
通信构件191可以是控制构件180内的内置构件或外部构件。另外，通信构件191可以使用本领域中的任何电信技术。例如，在一些实施方式中，通信构件191可以包括无线发射器和无线接收器(图中未示出)。在其他实施方式中，在信号是数字信号或由控制构件180进行数字化和调制的情况下，可以根据标准协议(例如，)来配置无线发射器。另选地，可以使用标准或专有的硬连线或无线发射器的任何其他合适配置。另外，无线发射器
可以包括从其延伸的天线(未示出)，以有助于将信号发送到无线接收器。
[0218]
外科医生站190适于供外科医生手动操纵，以进而响应于外科医生的操纵而控制外科手术器械30的运动。在该实施方式中，外科医生站190被配置为响应于向外科医生站190发送的指令信号s7而显示与阻力或振动相关的信息。在一个实施方式中，如上所述的控制构件180可以包括触觉反馈控制器(图中未示出)，从而以触觉反馈的形式处理和发送指令信号s7。可以通过各种形式(例如，机械感觉，包括但不限于振动感觉(例如，振动)、力感觉(例如，阻力)和压力感觉、热知觉(热)和/或冷知觉(冷))提供触觉反馈。外科医生站190可以包括触觉操纵杆(图中未示出)，以将触觉反馈传送给外科医生，从而将外力告知外科医生。
[0219]
在其他实施方式中，与阻力或振动相关的信息可以被示出为图形信息或声学信息。本文中的外科医生站190可以是本领域已知的各种类型，其包括用于显示这种图形信息或声学信息的用户界面。利用本文中提供的外科手术器械30，外力可以由张力监测构件170检测和监视，并且以可视化的形式显示或者通过触觉反馈来感测。因此，即使在远程操作状况下，外科医生也可以使用外科医生站中的主装置及时对抗外力而施加额外的力。另外，将增加使用外科手术器械30执行外科手术的准确性。
[0220]
在其他方面，本发明还提供了用于与机器人等一起使用的个性化主控制器，尤其提供了机器人外科手术装置、系统和方法。在机器人辅助外科手术中，外科医生通常操作主控制器，以远程控制机器人外科手术装置在手术部位处的运动。主控制器可以与患者分开相当大的距离(例如，在手术室两端、在不同房间中或者在与患者完全不同的建筑物中)。另选地，主控制器的位置可以非常靠近手术室中的患者。无论如何，主控制器通常将包括一个或更多个手动输入手柄，以便基于外科医生对手动输入手柄的操纵来移动如图1中所示的外科手术设备1。通常，手动输入手柄可以被设计成允许进行六个自由度的平滑运动，这六个自由度可以对应于三个轴上的平移以及三个轴上的旋转。
[0221]
此外，为了驱动外科手术器械30执行各种外科手术，手动输入手柄本身可以提供用于夹持运动的自由度。例如，可以在手动输入手柄的近端处还设置内置的夹持装置，使得夹持装置可以被控制，以允许操作者模仿剪刀、钳子或止血钳的运动并控制外科手术器械30的致动，诸如以致动末端执行器300(参见图1)，从而通过夹持手术部位的组织和/或其他材料来移动它。然而，这种夹持装置可能是不可更换的，因此操作者别无选择，唯有将手动输入手柄与他们可能不是非常熟悉的夹持装置一起使用。因此，使用主控制器进行外科手术的精确控制可能变得更加困难。
[0222]
出于以上概述的原因，提供用于机器人外科手术、远程手术和其他远程机器人应用的改善的装置、系统和方法将是有利的。在示例性实施方式中，本文中提供了个性化主控制器。图45是例示根据本发明的示例性实施方式的个性化主控制器的框图。个性化主控制器9可以联接到与外科手术设备1电连接的处理器p(例如，计算机)。如本文中提供的，个性化主控制器9可以包括控制平台90、连接部91和可更换夹持器92。如图45中所示，控制平台90可以被配置为定义和输入一个或更多个移动信号，以经由处理器p控制外科手术设备1(参见例如图1)的移动。
[0223]
在一些替代实施方式中，控制平台90可以是串行操纵器，其包括如美国专利no.7714836、7411576和6417638中描述的利用关节连接的多个刚性连杆，这两个专利的全
部内容以引用方式并入本文中。例如，如图46中所示，这种类型的控制平台90可以包括：包括底座900a的主体900、输入手柄901和第一多个传感器902。底座900a可以相对于具有基本上竖直取向的第一轴线a01旋转。输入手柄901可以包括第一连杆903、第二连杆904和包括外万向节907和内万向节908的万向节结构。第一连杆903经由第一关节905相对于主体900枢转，第一关节905允许第一连杆903相对于第二轴线a02移动，第二轴线a02具有相对于第一轴线a01基本上垂直的取向。第二连杆904经由第二关节906相对于第一连杆903枢转，第二关节906允许第二连杆904相对于第三轴线a03移动，第三轴线a03基本上平行于第二轴线a02。
[0224]
包括外万向节907和内万向节908的万向节结构被安装到第二连杆904的自由端。外万向节907由第二连杆904枢转地支撑并且被允许相对于第四轴线a04旋转，第四轴线a04基本上垂直于第三轴线a03。内万向节908由外万向节907枢转地支撑并且被允许相对于第五轴线a05旋转，第五轴线a05基本上垂直于第四轴线a04。连接部91(图48a)被安装在内万向节结构908上，并且允许与其电连接的可更换夹持器92相对于第六轴线a06旋转。
[0225]
安装在内万向节结构908上的连接部91将输入手柄901和可更换手柄92电连接。图47是例示根据本发明的示例性实施方式的连接到控制平台的连接部的立体图。在一个实施方式中，连接部91可以是插头插座型连接器，但是不限于此。如图47中所示，在一个实施方式中，连接部91的单头插头911可以联接到内万向节908，而对应的插座结构912可以被安装在可更换夹持器92的远端(参见图48a至图48c)，使得可更换夹持器92可以连接到内万向节结构908并且被允许相对于第六轴线a06旋转，第六轴线a06基本上垂直于第五轴线a05。另选地，在一些实施方式中，连接部91的单头插头911可以联接到可更换夹持器92的远端924，而插座结构912可以被安装在内万向节908上(参见图48a至图48c)。
[0226]
因此，控制平台90可以提供六个自由度的移动，包括三个平移自由度(在x、y和z方向上)和三个旋转自由度(以俯仰、偏航和滚动运动的方式)。由此，输入手柄901可以在其自身可平移时或者在可更换夹持器92相对于控制平台90安装在x、y和z方向的情况下提供多个位置参数p1，和/或在其自身可旋转时或者在可更换夹持器92相对于控制平台90以俯仰、偏航和滚动运动的方式安装的情况下提供多个取向参数p2。
[0227]
在一个实施方式中，一个或更多个第一传感器902可以被安装到输入手柄901并且被配置为响应于以上提到的位置参数p1和/或取向参数p2而生成一个或更多个第一移动信号s8。第一传感器902可以例如被安装到第一关节905、第二关节906和/或万向节结构907。在一些实施方式中，第一传感器902可以是能够基于因输入手柄901和/或安装好的可更换夹持器92的运动引起的诸如位置、取向、力、扭矩、速度、加速度、应变、变形、磁场、角度和/或光(但是不限于此)这样的状态或变化来测量位置参数p1和/或取向参数p2的任何类型的传感器。例如，第一传感器902可以是压力传感器或力传感器，包括但不限于压电传感器、简单压电晶体、霍尔效应或电阻应变传感器等，所有这些都可以要么是独立的，要么与信号调节电子器件(惠斯通电桥、低噪声放大器、a/d转换器等)集成到单个芯片或单个封装密封的模块中。在其他实施方式中，第一传感器902可以是角度传感器或旋转传感器，但是不限于此。在具体实施方式中，第一传感器902可以是霍尔效应传感器。如本领域中已知的，霍尔效应传感器可以在存在对应磁体元件(图中未示出)时使用，以响应于位置参数p1和/或取向参数p2而感测磁场。因而，第一传感器902可以产生第一移动信号s8，以相应地控制外科手
术设备1的移动(例如，滚动、平移或俯仰/偏航移动)。
[0228]
图48a至图48c是例示根据本发明的示例性实施方式的可更换夹持器的立体图。在一个实施方式中，本文中提供的可更换夹持器92可以包括可拆卸手柄921以模拟手动外科手术器械中的实际手柄，即，它可以是相同的大小和形状，并且可以被可挤压或固定，以便为外科手术提供逼真性。例如，图49中示出的两个夹持杆922、923可以在可拆卸手柄921的近端处枢转，以便提供夹紧或夹持运动的自由度。如箭头h所指示的，可以允许两个夹持杆922、923朝向彼此相对于可拆卸手柄移动，以提供夹紧或夹持运动的自由度。为了根据现场、外科医生或手术操作而模仿实际标准手术手柄，可拆卸手柄921和夹持杆922、923可以被设计成可更换为诸如分别如图48b和图48c中示出的镊子或手辅式腹腔镜器械这样的各种类型的手术工具。
[0229]
另外，在一些实施方式中，可拆卸手柄921可以在其远端924处安装到插座结构912或者从插座结构912拆卸。本文中提供的插座结构912可以能够电连接到连接部91的单头插头911或与连接部91的单头插头911断开，使得可拆卸手柄921可以相应地装配一些器械，以接收来自外科医生的相关夹持运动输入，并且随后产生对应控制信号并且将其经由控制平台90发送到外科手术设备1。
[0230]
为了感测可更换夹持器92的夹持运动，在一个实施方式中，可拆卸手柄921可以限定内部中空管状空间，在该内部中空管状空间中可以容纳第二传感器925，以基于因夹持杆922、923的运动引起的诸如位置、取向、力、扭矩、速度、加速度、应变、变形、磁场、角度和/或光(但是不限于此)这样的状态或变化来感测至少一个参数p3。
[0231]
在一些实施方式中，第二传感器925可以是本领域中已知的任何类型的传感器。例如，第二传感器925可以是压力传感器或力传感器，包括但不限于压电传感器、简单压电晶体、霍尔效应或电阻应变传感器等，所有这些都可以要么是独立的，要么与信号调节电子器件(惠斯通电桥、低噪声放大器、a/d转换器等)集成到单个芯片或单个封装密封的模块中。在其他实施方式中，第二传感器925可以是角度传感器或旋转传感器，但是不限于此。在具体实施方式中，第二传感器925可以是霍尔效应传感器。可以在存在对应磁体元件(图中未示出)的情况下使用霍尔效应传感器，以如本领域中已知的那样感测磁场，使得霍尔效应传感器可以基于因夹持杆922、923的运动引起的磁场的状态或变化来测量夹持参数p3和/或p4。因而，霍尔效应传感器可以产生第二运动信号s9，第二运动信号s9可以相应地控制图1中示出的末端执行器300的移动。(例如，末端执行器300的打开和闭合(夹持)移动，该末端执行器300可以是夹持装置(例如，钳爪或刀片))。
[0232]
图49是示意性例示根据本发明的另一示例性实施方式的个性化主控制器的视图。图50是示意性例示图49中的个性化主控制器的控制平台的部件的视图。在该实施方式中，控制平台90可以是包括并联运动结构的装置，特别是德尔塔(delta)并联运动结构装置(例如在us 2008/0223165a1中描述的，其全部内容以引用方式并入本文中)。如图49中所示，控制平台90适于提供多达六个自由度(即，在x、y和z方向上的多达三个平移自由度以及在俯仰、偏航和滚动取向上的多达三个旋转自由度)，以分别提供位置参数和取向参数。
[0233]
在该实施方式中，控制平台90可以包括：底座构件93、可移动构件94以及分别联接底座构件93和可动构件94的三个并联运动链95。每个并联运动链95具有在相应移动平面950中可移动的第一臂951，该移动平面950与对称轴线(即，垂直于底座构件93的中心线)相
距一定距离。每个第一臂951与其关联的安装构件96联接，使得每个第一臂951可以相对于关联的安装构件96并因此相对于底座构件93旋转或枢转。
[0234]
包括第二臂952的并联运动链95可以联接到可移动构件94。每个第二臂952可以被认为是包括两个联接杆952a、952b的平行四边形。在第二臂952的近端处，每个联接杆952a和952b可以通过关节或铰链97与可移动构件94联接。在第二臂952的远端处，每个联接杆952a、952b可以通过关节或铰链97与其关联的第一臂951的端部联接。每个第二臂952特别是每个联接杆952a、952b在两端都可以具有两个旋转自由度。
[0235]
因此，连接在底座构件93和可移动构件94之间的每个运动链95可以在由底座构件93、可移动构件94和三个并联运动链95限定的移动空间中移动，以提供多达三个平移自由度(分别沿着x、y和z方向，如图50中所示)，从而产生一个或更多个位置参数p1。德尔塔并联运动结构装置的更多细节可以参考例如其全部内容以引用方式并入本文中的us 2008/0223165a1。
[0236]
另外，可以通过联接到可移动构件94的腕结构940提供多达三个旋转自由度，该腕结构940包括例如以枢轴关节形式的三个可枢转连接件941、942和943。可枢转连接件941、942和943中的每个相对于可移动构件94提供旋转自由度(分别以图51中的偏航、俯仰和滚动取向的方式)，由此生成一个或更多个取向参数p2。
[0237]
存在多个第一传感器902，多个第一传感器902被设置用于检测因三个并联运动链95和可移动构件94的移动引起的一个或更多个位置参数p1和/或取向参数p2，之后响应于参数p1和/或p2而生成第一移动信号s8。例如，一些第一传感器902可以分别被安装到每个安装构件96，以检测因相关联的第一臂951的运动引起的至少一个参数。其他第一传感器902可以分别被安装到关节或铰链97中的所有或部分上，以检测因相关联的第二臂952的运动引起的至少一个参数。另选地，三个第一传感器902可以分别设置在三个可枢转连接件941、942和943处。
[0238]
图51是图49的一部分的放大视图，示出了根据示例性实施方式的与控制平台的可移动构件附接的可更换夹持器。图52还是图49的一部分的放大视图，示出了根据示例性实施方式的被从控制平台的可移动构件拆卸下来的可更换夹持器。如图52中所示，连接部91还安装到可枢转连接件943上，使得它可以电连接输入手柄901和可更换夹持器92。如图52中所示，在一个实施方式中，连接部91可以包括插头插座型连接器，但是不限于此。例如，连接部91的单头插头911可以经由螺纹913联接到可更换夹持器92的可拆卸手柄921，而对应的插座结构912可以安装到可枢转连接件943处，使得可更换夹持器可以附接到(参见图51)可枢转连接件943或者从可枢转连接件943拆卸下来(参见图52)，并且被允许相对于可枢转连接件943的旋转轴线a10旋转。
[0239]
图53至图66示意性例示其外科手术工具，所述外科手术工具被配置用于在食管内窥镜过程(例如，去除食管的壁上的病变)中使用，之后使用外科手术工具的末端执行器将该部位原位缝合而闭合。本文中，外科手术工具包括多个管状柔性构件200，管状柔性构件200各自可在专用于其的周围护套202中延伸(图55)，每个周围护套202和管状柔性构件200在外护套1162内延伸，柔性管材在其远端处终止于可转向构件100(图56)和末端执行器，并且每个管状柔性构件200在其近端处连接到专用于其的驱动部40。另外，如图54中示意性所示，传统内窥镜1000的插入管1002同样地延伸穿过外护套1162。内窥镜1000的周围护套202
和插入管1002中的每者终止于远侧联接器1140中并且在它们的远端处支撑在远侧联接器1140中。外护套1162在远侧联接器1140的第一端上延伸并且紧紧装配在远侧联接器1140的第一端上，周围护套202终止于远侧联接器1140内，并且外护套1162和远侧联接器1140一起构成手术工具的引入部分1004的外表面。远侧联接器1140由不锈钢或其他生物相容性材料制成，并且其用于将管状柔性构件200、周围护套202和插入管1002的端部相对于彼此相对定位。外护套1162、周围护套202和柔性管状柔性构件200由生物相容性聚合物制成，该生物相容性聚合物可弯曲以便其相对容易地插入患者的体腔中。在一些实施方式中，还可以设置具有近端和远端的第三柔性护套(图中未示出)，第三柔性护套包围至少一个可弯曲内窥镜1000(例如，插入管1002)的一部分，第三柔性护套的近端被相对于机械托架1100固定就位并且远端连接到远侧联接器1140。
[0240]
如图53中所示，在患者被插管并且引入管1008被引入喉部中之后，引入部分1004通过引入管1008引入，使得远侧联接器1140位于引入管1008的外侧并且位于患者的食道内。外科医生或其他操作者使用连接到传统内窥镜的相机1012(参见图56)将引入部分1004转向到该位置，以沿着患者的食道定位所关注的位置。此后，使用驱动部40将管状柔性构件200从远侧联接器1140延伸出(参见例如图54)，并且通过适当地张紧或拉动弯曲致动线材400来定向它们端部处的可转向构件100，以在所关注位置进行外科手术。
[0241]
图54、图60和图61进一步例示了在图53的过程中使用的外科手术工具的附加替代构造。本文中，驱动部40包括机械托架1100，机械托架1100被安装到诸如桌子或推车的顶部这样的水平表面1104，所述桌子或推车可以被锁定在手术室中的与患者相邻的位置。如图54中所示，该构造中的机械托架1100包括下部水平移动机构1106、与该下部水平移动机构1106连接的旋转机构1108、与该旋转机构1108连接的可旋转壳体1110以及笼(在该实施方式中，两个笼1112a、1112b)，笼中的每个被安装于机器人控制器1114a、1114b。还设置了第一管状构件1116，本文中是标准内窥镜的插入管1002。包括其先前实施方式的第一管状柔性构件200(参见图55)的第二管状构件1120的近端1118连接到第一机器人控制器1114a，并且包括其先前实施方式的第二管状柔性构件200的第三管状构件1124的近端1122连接到第二机器人控制器1114b。管状构件1120、1124中的每者还包括从驱动部40延伸并终止于远端1130、1132的延伸部分1126、1128。
[0242]
如图56至图58中所示，第一管状构件1116包括总体延伸部1136，总体延伸部1136也终止于位于其操纵器壳体1138(图54)远侧的远端1134。插入管1002的远端包括相机1012、用于滑动地提供工具接近和控制的工作通道1014、诸如led或光束这样的照明装置(未示出)以及冲洗和吸引口(未示出)。远端1130、1132和1134被固定在远侧联接器1140内。远侧联接器1140包括：外周壁1142，外周壁1142在其一端终止于直径减小的外壁1143；和贯穿其中的多个(在所描述的实施方式中，三个)开口1146、1148和1150(参见图57和图58)。周围护套202的一端向开口1148、1150中的每个的内侧延伸。第一开口1146接纳第一管状构件的远端1134，使得相机1012、工作通道1014、其照明装置以及冲洗和吸引口(未示出)被暴露于远侧联接器1140的外部，并且第二开口1148和第三开口1150中的每者在其中接纳周围套筒202的远端以及第二管状构件1120的远端1130和第三管状构件1124的远端1132，使得第二管状构件1120的远端1130和第三管状构件1124的远端1132可以相对于其端面1145伸出和回缩。外护套1162的端部在远侧联接器1140的直径减小外壁1143上延伸，由此被固定到
其上。如在图60中最佳示出的，周围护套202的近端1164被保持在桥结构1168中，该桥结构1168大体平行于滑动板1172(参见图61)在该滑动板1172上方延伸，并且相对于该滑动板1172向外延伸，并且在其第一端1165处固定到在笼1112a、1112b之间延伸的十字件(未示出)。利用该构造，位于远侧联接器1140内的周围护套202的远端保持与笼1112a、1112b相距固定长度。
[0243]
为了防止延伸部分1126、1128、1136受限制和产生不期望的弓弯，沿着它们的长度设置一个或更多个联接构件1154a、1154b以接纳周围部分202，延伸部分1126、1128、1136在包围部分202中延伸穿过该包围部分202。在该实施方式中，如图59中所示，每个联接构件1154a、1154b是大体圆形板状构件，具有数量与管状构件的数量相等的开口，在这个实施方式中，具有三个开口1156，这些开口1156围绕联接构件1154a、1154b的中心相互间隔开近似120度。延伸部分1126、1128、1136中的每个延伸穿过这些开口中的一个。第一管状构件1116的延伸部分1136延伸穿过每个联接构件1154a、1154b中的开口1156a。第一管状构件1116的外径和开口1154a的内径的尺寸被确定成使得第一管状构件1116可以被拉动或推动通过开口1154a，但是第一管状构件1116将不会相对于联接构件1154a、1154b移动，除非在其间施加比在使用外科手术设备1期间经历的力大的大力度。相比之下，包围延伸部分1126、1128的周围护套202的外周比开口1156b、1156c的内周小，因此周围护套202和其中的延伸部分1126、1128能够自由地向前和反向移动通过开口1156b、1156c。然而，周围护套202和延伸部分1126、1128、1136中的每者被限制从联接构件1156a、1156b的中心1160向内侧或外侧进行径向大幅移动。外护套1162连同延伸部分1126、1128、1136一起形成了装置的引入部分1004。
[0244]
外科手术机械臂1166设置在管状构件1120、1124的延伸部分1126、1128的远端1130、1132中的每一者处。如本文中将进一步描述的，各自包括第一可转向构件100a和第二可转向构件100b的手术机械臂1166a通过连接器1144互连，其中，每个可转向构件包括多个弯曲节段110，这些多个弯曲节段110枢转地相互连接，被配置为本文中相对于图3a至图29描述的连杆机构中的一个或更多个，它们能在机械托架1100的元件的控制下受控制地定位成相对于远侧联接器1140伸出和回缩，使得它们能完全向远侧联接器1140的联接构件和外护套1162的内侧完全回缩，或者从其伸出，如图56中所示。
[0245]
现在参考图54、图60和图61，针对于此描述机械托架1100的操作以及管状构件1116、1120和1124以及手术机械臂1166a、1166b的对应运动。最初参照图54，机械托架1100的下水平移动机构1106包括底座1170、通过相对的辊支撑滑动导向件1174可移动地固定在该底座1170中的滑动板1172以及下滚动支撑件1176。在滑动板1172的远离第二管状构件1120和第三管状构件1124的位置的一端处，延伸有通过角撑板1180被支撑在该滑动板1172的相对侧的立柱1178。立柱1178的下端通过紧固件或通过焊接于滑动板1172而固定到滑动板1172，并且同样地，角撑板1180同样焊接到滑动板1172的上表面和立柱1178的侧表面。诸如气动线性驱动器或基于导向丝杠的驱动器这样的致动器1182在其一端被固定到立柱1178的后侧，并且其相对端诸如通过连接到与底板1170的安置表面相同的表面或者通过如图所示出地刚性连接到底板1170而机械地接地。线性致动器1182的致动引起滑动板1172的线性移动，诸如从其图54中的位置线性移动到其图60中的位置。线性致动器可以是线性马达、步进马达和导向丝杠机构、或能够可靠地致使滑动板1172与底板1170之间有1mm或更小
移动的其他装置。
[0246]
可旋转壳体1110通过从其面向后部分延伸的轴(未示出)连接到被支撑在立柱1178中的轴承1186。旋转致动器1188(在该实施方式中为步进马达，该步进马达能够使可旋转壳体围绕其轴线进行小于1度的弧形移动)连接到立柱1178的后侧，并且其轴(未示出)联接到可旋转壳体的轴。旋转致动器的操作致使可旋转壳体1110围绕它的轴的中心线进行旋转移动，诸如从其图54中示出的取向到其图61中示出的其取向的旋转移动。
[0247]
如前所述，第一管状构件1116是标准内窥镜的插入管1002，如图62中所示，该插入管1102包括：手柄1191；和一个或更多个引入口1192，所述引入口1192位于手柄中并且与管状构件1116的中空内部部分可连通。如图56中所示，在第一管状构件1116的延伸部分1136的远端1134处设置有诸如像素阵列这样的相机1012和工作通道1014。未示出的导线从相机1012沿着管状构件1116延伸回到手柄1191，然后到达视频端口1018，然后到达显示屏。如图62中所示，第一管状构件1116的端部是弯曲的或卷曲的。标准内窥镜能够在诸如医师或外科医生这样的操作者的控制下弯曲，其中，第一管状构件1116可配置成大体直线形式，或者第一管状构件1116的与其远端1134相邻的一部分弯曲，如图59中所示。内窥镜的手柄1191包括偏转控制旋钮1020，操作者移动该偏转控制旋钮1020，以选择性地并且可控地弯曲内窥镜的远端，并且可通过偏转锁定开关1022的致动而选择性地锁定偏转控制旋钮1020。另外，抽吸口1026从手柄1191延伸到第一管状构件1116的远端1134并且可连接到抽吸管线，并且通过手柄1190上的抽吸阀1024的操作，使抽吸口1026在打开位置和闭合位置之间选择性变化。另外，液体或气体可以通过也延伸到第一管状构件1116的远端1134的口1028引入。在引入装置的引入部分1004期间，外科医生或其他操作者可以利用第一管状构件1116的远端1134的可控弯曲能力，在观察联接至内窥镜的相机1012的视频显示器(未示出)(相机1012捕获的图像在该显示器上显示)的同时使用偏转控制旋钮1020移动远端1134而将引入部分1004的远端定向成也弯曲，以面对体腔中的所关注位置。
[0248]
一旦引入部分1004的远端与体腔中的所关注位置(在这种情况下，为如图53中所示的食管壁1252上的病变1250)相邻设置，则滑动板1172的受控线性移动以及可旋转壳体1110的弧形运动使得由外周围护套1162、远侧联接部1040以及第一管状构件1116、第二管状构件1120和第三管状构件1124形成的引入部分1004能够受控制地线性移动和旋转移动，以允许诸如外科医生或医师这样的操作者进一步将第一管状构件1116的远端1134、第二管状构件1120的远端1130和第三管状构件1124的远端1132定位在患者体腔内的所期望位置处。当引入部分1004的远端正在体腔内移动到达体腔中的所期望位置或者正从体腔回缩时，图56中被示出处于伸出位置的手术机械臂1166a、1166b处于回缩位置，其中，它们向联接器1140中的用于机械臂的开口1148、1150的内侧回缩。最初，通过托架1100的线性和旋转移动，引入部分1004的远端与病变1250相邻地定位并且按期望相对于病变1250取向。一旦处于该位置，引入部分1004就被夹在患者体外(诸如通过锁定旋转壳体1110和滑动板1172以防进一步移动)，以防止第一管状构件的远端1134移动。
[0249]
为了使用外科手术装置去除病变并且使用手术机械臂1166a、1166b缝合切口，机械托架1100中的机器人控制器1114a、1114b中的每者被配置为致使第二管状构件1120和第三管状构件1124相对于机械托架1100进行独立旋转和线性移动，由此使得第一管状构件1120和第二管状构件1124的线性移动能够使手术机械臂1166a、1166b相对于联接器1140伸
出和回缩，并且使手术机械臂1166a、1166b围绕第一管状构件1120和第二管状构件1124的轴线旋转。另外，为了在每个管状构件1120、1124的端部处弯曲可转向构件100a、100b，机器人控制器1114a、1114b中的每者还包括多个(本文中，10个)精细定位构件1190。精细定位构件1190中的四个连接到与可转向构件100a连接的线材400，四个连接到与可转向构件100b连接的四根单独线材400，并且两个连接到在末端执行器300中的滑轮上传送的线材。所有这十个精细定位构件1190都延伸穿过相应的第二管状构件1120或第三管状构件1124。
[0250]
参照图63，第一机器人控制器1114a被支撑在笼1112a内，第二机器人控制器1114b被支撑在笼1112b内，并且笼中的每者都被牢固地固定在托架1100内。除了因滑动板1172移动托架1100的移动而可线性移动之外，每个机器人控制器1114a、1114b也相对于笼1112a、1112b可线性移动，由此允许第二管状构件1120和第三管状构件1124进而其远端独立地线性移位。为了提供这种功能，轴1200从与每个笼1112a、1112b联接的定位装置1202延伸到相应的机器人控制器1114a、1114b，并且轴1120相对于定位装置1202可伸出且可回缩，以将机器人控制器1114a、1114b向笼1112a、1112b的内侧或外侧伸出或回缩。定位装置是例如通过导向丝杠联接到轴1120的线性马达、步进马达或能够以1mm或更小的步长线性移动的其他线性定位装置。因为远侧联接器1140中的周围护套202的远端从桥结构1168(参见图60)延伸固定距离，并且桥结构1168的位置相对于笼1112a、1112b固定，所以机器人控制器1114a、1114b相对于笼1112a、1112b的旋转和线性移动导致第二管状构件1120和第三管状构件1124相对于笼进而相对于周围护套202进行旋转和线性移动。利用该构造，一旦引入部分1104已被引入，远侧联接器1140的位置就可以相对于基座1170被保持在基本固定的位置，从而通过将托架1100的旋转和线性移动锁定，使远侧联接器1140处于体腔中的所期望位置处，因此，当机器人控制器1114a、1114b相对于其相应的笼1112a、1112b线性或旋转地移动时，与它们的端部附连的第二管状构件1120和第三管状构件1124同样地相对于笼1112a、1112b线性或旋转地移动，因此也相对于与周围护套202连接的远侧联接器1140线性且旋转地移动，以允许与管状构件1120、1124的远端可操作连接的末端执行器相对于远侧联接器1140伸出、回缩和旋转。
[0251]
为了使管状构件1120、1124中的每者都能够围绕其纵向轴线旋转移动，每个机器人控制器1114a、1114b被配置为外壳1211和内部可旋转构件1213，内部可旋转构件1213在其后侧具有从动环形齿轮1201并且其前侧终止于内部可旋转构件1213的端面1208。可以通过定位装置1202使外壳1211在笼1112a、1112b内可线性移动。为了致使内部可旋转构件1213相对于外壳1211旋转，由此使与其连接的管状构件1120、1124旋转，设置包括与从动齿轮1205连接的步进马达1203的旋转驱动器，步进马达1203连接到外壳1211的后侧，因此，当外壳1211在笼1112a、1112b内线性移动时，从动齿轮停留在相对于环形齿轮1213的位置。从动齿轮的齿与环形齿轮1201的齿啮合，以使内部可旋转构件1213旋转。因此，将管状构件1120、1124相对于引入部分的旋转、伸出和回缩设置成使得装置的操作者能够使可转向构件100相对于引入部分1004的远端伸出、回缩和旋转。
[0252]
为了使得可转向构件能够弯曲，必须控制用于控制弯曲节段的相对位置和取向的线材400的定位。现在，参照图64和图65，示出了用于控制可转向构件100的移动和取向以及末端执行器300的致动的线材400、500的可控移动的机构。在图54中示出的外科手术设备的实施方式中，每个可转向构件100a、100b中的多组弯曲节段110中的每组都被诸如相对于图
13a至图13c示出和描述地那样配置，并且结合有具有如参照图36和图37a、图37b示出和描述的构造的离轴铰链814。结果，每个可转向构件100的多个接触弯曲节段110上的每个相邻链节可以围绕与相邻链节的摆动轴线垂直的轴线摆动。为了使得可转向构件中的每者能够进行这种可控移动，在管状构件1120、1124的端部处的每个可转向构件100a、100b在其最远侧弯曲节段处从机器人控制器114a、114b连接到四根引导线材400，由此控制各自相对于机器人控制器1114的张力和相对位置。为了定位连接到每个可转向构件100a、100b的四根线材400a至400d，在该实施方式中，每个机器人控制器1114包括八个驱动杆1206，驱动杆1206可从其面向管状构件的端面1208选择性地延伸出，其中，每个驱动杆1206连接到机器人控制器1114内的导向丝杠机构(未示出)，该导向丝杠机构进而连接到导向丝杠1210和步进马达1212。导向丝杠机构、导向丝杠1210和步进马达1212专用于每个驱动杆1206。为了伸出或回缩驱动杆1206，旋转专用于其的步进马达1212以旋转与其连接的导向丝杠1210。导向丝杠1200上的螺纹延伸穿过导向丝杠机构中的螺纹开口，导向丝杠机构相对于导向丝杠1210的纵向轴线自由地线性移动但是被固定以防旋转，因此导向丝杠1210的旋转致使导向丝杠机构进而与其连接的驱动杆1206进行线性运动。步进马达1212在第一方向上的旋转致使驱动杆1206从机器人控制器1114的端面1208延伸出，而在第二方向上的反向旋转致使驱动杆朝向机器人控制器1114的端面1208回缩。
[0253]
管状构件1120、1124可从其专用机器人控制器1114拆卸下来，以允许其上具有不同末端执行器的不同管状构件1120、1124被配置到外科手术装置中。为了实现该构造，每个管状构件1120、1124在其近端处终止于器械连接器1220中。器械连接器1220包括壳体1222、外罩1224和延伸圆周唇缘1226，管状构件1120、1124的近端延伸到壳体1222的一端中。为了将器械连接器1220连接到机器人控制器1114，机器人控制器1114包括向其端面1208的内侧延伸的圆形凹槽1228，唇缘1226被插入圆形凹槽1228中。器械连接器1220还包括由唇缘1226围绕的连接器面1230，端子凹槽1232延伸到唇缘1226中，各个线材端子1230可选择性在端子凹槽1232中定位或延伸到该端子凹槽1232中。线材400、500中的每根线材被端接在线材端子1234中的每个线材端子内，因此，线材端子向连接器面1230的内侧或外侧或者朝向或背离连接器面1230的移动在线材400、500中产生对应的张力或松弛。
[0254]
机器人控制器1114的每个驱动杆1206都连接到线材端子1234中的一个，以将与其连接的线材端子向连接器面1230的内侧或外侧或者朝向或背离连接器面1230移动。在该实施方式中，每个驱动杆1206在磁性空心杯1236中终止于机器人控制器1114的外侧，磁性空心杯1236的外径1238的尺寸被确定成装配在对应线材端子1234的内径1240内并且磁性地保持它们之间的连接。另选地，弹簧加载的球可以部分地从空心杯的外壁延伸出，以接合线材端子内壁上的棘爪，或者设置卡口连接或其他连接，这些连接足够紧密以确保在使用中这些连接不会断开，但是允许容易地移除和更换器械连接器1220。
[0255]
在管状构件1220、1224中的每者内，多根线材400、500延伸穿过套筒600(参见例如图26至图29)，套筒600引导线材的移动并且防止它们在线材系统中弓弯或者以其他方式引入松弛。
[0256]
针对评估患者食道的用途描述本发明的手术工具的使用。最初，如图53中所示，患者被插管，并且将引入管1008伸入到喉部中并且顺着食道向下延伸，使得其端部延伸经过食道-气管连接处。然后，由外科医生或其他操作者握住外科手术装置的引入部分1004，并
且将其引导到患者嘴中，经过引入管1008，直到其远端定位在患者食道中的所期望位置处，例如，先前鉴定的或使用标准内窥镜鉴定和活检的位置处。此时，护套与患者的相对位置宽松地锁定就位。由外科医生或其他操作者通过由内窥镜中的ccd或cmos所捕获的投影到屏幕上的图像观察食管而将外科手术设备1引入患者体内。在引入所述引入部分1004期间，驱动杆1206被向前致动，即，它们将线材400和线材500的两端推向引入部分1004的远端的方向，以释放线材400、500中的任何张力，由此允许引入部分1004在其被引入患者体内时发生弯曲。一旦远侧联接器1140的所期望位置和取向在患者体内固定，驱动杆1206就回缩到其中可转向构件100位于引入部分内的其初始线材张紧位置，并且外科医生使用控制器通过以下步骤控制管状构件1120、1124上的末端执行器300的位置：致使滑动板172进行线性移动并且使笼1112a、1112b进行旋转以将末端执行器精细定位在所期望位置，并且通过由外科医生使用如图45至图52中描述的个性化主控制器、触觉操纵杆或外科医生站处的其他控制装置将末端执行器转向，通过控制器发送到步进马达1212的指令来张紧线材以弯曲可弯曲节段110，从而使得线材400上的张力酌情地增大或减小以弯曲可转向构件100，由此准确地定位末端执行器的顶端或侧面。另外，与外科医生站处的可转向构件100中的一者关联的控制器的旋转运动导致管状构件1120或1124通过机器人控制器1114a或1114b(与控制器关联的可转向构件100设置在该控制器上)而旋转，由此将末端执行器的顶端定位在可转向构件100和末端执行器前方的沿着半球的任何位置。
[0257]
现在参照图66，示出了线材500与末端执行器的连接。
[0258]
现在参照图66，示出了线材500与末端执行器的连接。这里，与用于铰接可转向构件100的线材400相比，每个末端执行器300的打开和关闭是通过致动形成第一部分500a和第二部分500b的单根线材来执行的，该单根线材围绕滑轮1260延伸。末端执行器300是四连杆机构，该四连杆机构具有第一枢轴点1264、第二枢轴点1266、第三枢轴点1268和第四枢轴点1270。如图56中所示，枢轴点1264包括滑动销1262，滑动销1262从枢轴点1264延伸到末端执行器壳的相对侧壁中的槽(未示出)中，并且枢轴点1272包括销1272，销1272从枢轴点1272延伸到末端执行器壳1274的相对侧壁中的配合开口(未示出)中。所述线材作为第一部分500a从每个管状构件1116、1120的近侧部分延伸，环绕围绕销1272定位的滑轮1274，并且作为第二部分500b从滑轮1274向回延伸穿过管状部分1116、1120，并且连接到销1262的夹持件1275被夹在第二部分上。
[0259]
为了打开和关闭每个末端执行器300，在该实施方式中，每个机器人控制器1114包括与线材500的一端联接的单线材驱动杆，并且线材500的另一端相对于机器人末端执行器固定就位。线材500环绕滑轮1260。因此，当线材的可移动端朝向机器人控制器1114回缩时，两个线材节段到其任一侧的有效长度被缩短为回缩距离的一半，偏置构件1276被压缩，并且钳爪一起移动。当线材500的可移动端从机器人控制器延伸出时，发生相反的情况，并且弹簧构件偏压钳爪1280、1282，以在打开方向上围绕第四枢轴点1272枢转。因此，诸如外科医生这样的操作者通过使用控制器可以将诸如钳子这样的末端执行器定位在感兴趣的位置邻近，并且操纵钳子以进行外科手术。参照图56，末端执行器中的一者包括从其侧壁延伸的切割刀片1290。可以使用切割刀片1290切除组织并且消除图53中的病变1250。然后，外科医生可以操纵缝合针(未示出)来缝合并闭合切口。
[0260]
因为两个可转向构件100a、100b位于每个管状构件1120、1124上，并且每个可转向
构件的远端可以位于由弯曲节段110的弧形移动限定的假想部分球形表面上，因此通过其外科手术注装置提供了高操作运动自由度和定位自由度。
[0261]
通过控制系统来控制末端执行器和可转向臂的操作以及机械托架1100的旋转和线性运动，以将外科手术设备1的引入部分1004的远端与体腔内的所关注位置相邻地定位，之后末端执行器进行受控制的移动。
[0262]
如上看出，已描述了外科手术设备的许多示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式仅仅是出于例示目的。例如，上述外科手术器械可以被配置为独立的外科手术设备，或者它们还可以被应用于各种医疗装置，诸如具有工作通道的内腔单元或成像单元这以及具有末端执行器的外科手术设备。此外，可转向构件的各种实施方式可以被集成或者以其他方式适配于各种外科手术设备，包括但不限于在其远端处可弯曲的导管、内窥镜和外科手术机器人。
[0263]
如本文中使用的，术语“包括”、其变型、“具有”、其变型或其任何其他变形形式旨在涵盖非排他性的包含。例如，包括一列元件的过程、产品、制品或设备不一定仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出的或者这种过程、产品、制品或设备固有的其他元件。
[0264]
此外，除非另有指示，否则本文中使用的术语“或”通常旨在意指“和/或”。例如，条件a或b满足以下中的任一项：a为真(或存在)且b为假(或不存在)；a为假(或不存在)且b为真(或存在)；以及a和b均为真(或存在)。如本文中使用的，前面带“一”或“一个”的术语(当先行语基础为“一”或“一个”时，“该”)包括此术语的单数和复数二者，除非另有指示(即，引语“一”或“一个”明确指示仅仅单数或仅仅复数)。另外，如本文中的描述中使用的，除非上下文另有明确规定，否则“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”。
[0265]
还应当理解，附图/图中描绘的元件中的一个或更多个也可以以更加分离或集成的方式实现，或者甚至在某些情况下被去除或变得不可操作，如按照特定应用可使用的。另外，除非另有具体说明，否则附图/图中的任何信号箭头应仅被视为示例性而非限制性的。本公开的范围应该由以下权利要求书及其法律等同物确定。
[0266]
在一些实施方式中，提供了一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲并且包括多个弯曲节段，所述弯曲节段中具有通道；以及多根弯曲致动线材，该多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件并且致使可转向构件弯曲，可转向构件包括供弯曲致动线材穿过的至少一个内腔，并且内腔部分向外开放。在一些实施方式中，弯曲节段被铰接到相邻的弯曲节段。在其它实施方式中，每个弯曲节段的连接部被销接到相邻的弯曲节段。在其它实施方式中，每个弯曲节段的连接部被容纳在相邻弯曲节段的凹槽部中并且被铰接到凹槽部。在其他实施方式中，每个连接部包括具有圆形表面的突起，并且每个凹槽部被成形为容纳每个连接部，使得每个连接部可以旋转。在其他实施方式中，每个连接部包括具有线性边缘的突起，并且每个凹槽部被成形为如同v形凹口，使得每个连接部可以在与每个凹槽部线性接触的同时旋转。在另选实施方式中，一对连接部被设置成在每个弯曲节段的长度的一侧彼此面对，一对凹槽部被设置成在每个弯曲节段的长度的另一侧彼此面对，并且这对连接部和这对凹槽部在彼此垂直的方向上布置，以便允许以2个自由度弯曲。在其他实施方式中，沿每个弯曲节段的长度形成四个内腔，并且每个内腔穿过连接部或凹槽部的至少一部分。在一些方面，每个内腔包括封闭内腔部分和开放内腔部分，并且每个内腔穿过连接部或凹槽部的部分形成封闭内腔部分，并且连接部或凹槽部的
另一侧形成开放内腔部分。在其他实施方式中，每个弯曲节段具有沿着长度的四个内腔，并且每个内腔沿着圆周位于连接部和凹槽部的位置之间。在其他实施方式中，每个内腔包括封闭内腔部分和开放内腔部分，其中，封闭内腔部分形成在内腔长度的中间，并且开放内腔部分形成在封闭内腔部分的两侧。在一些实施方式中，可转向构件包括多个板状弯曲节段和位于弯曲节段之间的柔性材料的连接部。在其他实施方式中，连接部一体地形成在弯曲节段之间，并且从设置在弯曲节段中心处的通道的两个边缘朝向向外方向延伸，并且连接部在垂直于相邻连接部的方向上形成。在其他实施方式中，弯曲致动线材被布置为穿过弯曲节段和连接部，并且其中设置有弯曲致动线材的每个内腔具有以下结构：位于连接部的部分形成封闭内腔，并且形成在弯曲节段处的部分向外开放。在其他实施方式中，连接部被配置为连接相邻弯曲节段的中心。
[0267]
在外科手术设备的一些实施方式中，还包括设置在可转向构件的远端处的末端执行器。在一些实施方式中，末端执行器连接到位于可转向构件的通道中的执行器致动线材，使得该末端执行器可以通过移动执行器致动线材来致动，并且末端执行器的至少部分可拆卸地设置在执行器致动线材的远端处。在一些实施方式中，末端执行器的至少部分磁性连接到执行器致动线材的远端。在其他实施方式中，末端执行器包括执行器模块，执行器模块包括：器械部分，该器械部分用于执行外科手术操作；以及致动部分，该致动部分连接到执行器致动线材以致动器械部分，其中，至少执行器模块的近端或执行器致动线材的远端包括磁性主体。在一些实施方式中，外科手术设备还包括执行器致动线材，执行器致动线材位于可转向构件的通道中并且连接到末端执行器以致动末端执行器，并且末端执行器还包括弹性主体，弹性主体被配置为在与执行器致动线材所施加的力相反的方向上产生弹性力。在其他实施方式中，执行器致动线材被配置为使得末端执行器在被执行器致动线材拉动时在第一模式下操作，而在没有被执行器致动线材拉动时在第二模式下操作。在其他实施方式中，末端执行器的钳子在第一模式下闭合而在第二模式下打开。在一些实施方式中，末端执行器包括：器械部分，该器械部分用于执行外科手术操作；致动部分，该致动部分连接到执行器致动线材以致动器械部分；以及主体部分，该主体部分形成致动部分往复运动所遵循的路径，其中，弹性主体位于致动部分的近端处并且在推动致动部分的方向上施加弹性力。在其他实施方式中，致动部分和执行器致动线材的远端被配置为彼此可附接或可脱离。在其他实施方式中，至少致动部分或执行器致动线材的远端包括磁性主体。
[0268]
在外科手术设备的一些实施方式中，用于固定弯曲致动线材远端的线材端接构件设置在可转向构件的远端处。在一些实施方式中，线材端接构件具有螺纹，使得通过将线材端接构件螺纹连接至可转向构件的远端来固定弯曲致动线材。在其他实施方式中，弯曲致动线材被布置为通过在卷绕在可转向构件的远端和线材端接构件之间的同时被推动进行固定。在一些实施方式中，线材端接构件包括供弯曲致动线材的远端穿过的至少一个孔，并且线材端接构件设置在可转向构件的远端处。在其他实施方式中，线材端接构件中的孔形成在与可转向构件中的内腔对应的位置处。在其他实施方式中，外科手术设备还包括设置在可转向构件的远端处的末端执行器，线材端接构件是末端执行器。
[0269]
在一些实施方式中，一种外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件是能弯曲的并且包括多个弯曲节段，在弯曲节段中具有通道；多根弯曲致动线材，该多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件并且致使可转向构件弯曲，可转向构件包括供弯曲致动线材穿
过的至少一个内腔；其中，外科手术设备还包括：包含柔性材料的柔性构件，该柔性构件设置在可转向构件的近端处；以及至少一个套筒，该至少一个套筒形成穿过可转向构件或柔性构件的线材的行进路径，所述套筒的两端被固定到可转向构件或柔性构件的内部。在一些实施方式中，线材包括弯曲致动线材。在一些实施方式中，套管的主体比在可转向构件或柔性构件弯曲时套筒的两个相对端所固定的两个点之间形成的最长可能路径长，以便使可转向构件或柔性构件的弯曲对套筒中的线材移动的影响最小化。在一些实施方式中，可转向构件和柔性构件具有中空空间，以便将套筒放入在中空空间中。在一些实施方式中，至少一个套筒中的第二套筒形成用于远端弯曲致动线材的路径，第二套筒的一端被固定在远端可转向部分的近端或近端可转向部分的远端处，并且另一端被固定在柔性构件的近端处。在其他实施方式中，第二套筒包含弹性材料，使得当远端可转向部分弯曲时，远端弯曲致动线材沿着弯曲路径定位。在一些实施方式中，至少一个套筒中的第三套筒形成用于近端弯曲致动线材的路径，第三套筒的一端被固定在近端可转向部分的近端或柔性构件的远端处，并且另一端被固定在柔性构件的近端处。在其他实施方式中，第三套筒包含弹性材料，使得当近端可转向部分弯曲时，近端弯曲致动线材沿着弯曲路径定位。
[0270]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件是能弯曲的并且包括多个弯曲节段，在弯曲节段中具有通道；多根弯曲致动线材，所述多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件并且致使可转向构件弯曲，并且可转向构件包括：至少一个内腔，弯曲致动线材穿过至少一个内腔；柔性构件，包含柔性材料的柔性构件，该柔性构件设置在可转向构件的近端处并且形成弯曲致动线材穿过所遵循的路径；以及操纵部，其设置在柔性构件的近端处以便致动弯曲致动线材，其中，弯曲致动线材的近端可附接到操纵部或可从操纵部拆卸。在其他实施方式中，弯曲致动线材的近端和执行器致动线材磁性地且可拆卸地连接到操纵部。
[0271]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，其中，弯曲致动线材包括第一弯曲致动线材和第二弯曲致动线材，第二弯曲致动线材致使可转向构件在与第一弯曲致动线材相反的方向上弯曲，其中，在同一方向上旋转的丝杠构件设置在第一弯曲致动线材的近端和第二弯曲致动线材的近端处，并且被配置为在相反方向上彼此同步地移动。在一些实施方式中，第一弯曲致动线材的近端被配置为沿着第一螺纹移动，并且第二弯曲致动线材的近端被配置为沿着第二螺纹移动，第二螺纹在与第一螺纹相反的方向上取向。在其他实施方式中，第一螺纹和第二螺纹被配置为通过单个驱动部在同一方向上旋转。在其他实施方式中，丝杠构件是双向导向丝杠，并且都具有形成在单个主体上的第一螺纹部分和第二螺纹部分。在其他实施方式中，丝杠构件包括：具有第一螺纹的第一导向丝杠；以及具有第二螺纹的第二导向丝杠，其中，第一导向丝杠和第二导向丝杠被配置为通过齿轮彼此同步地移动，并且通过单个驱动部同时旋转。
[0272]
在外科手术设备的一些实施方式中，可转向构件具有被配置为在远端处比在近端处更容易弯曲的几何形状。在一些实施方式中，弯曲节段具有被配置为使得可转向构件越接近其近端越容易弯曲的几何形状。在一些实施方式中，弯曲节段具有与可转向构件的横截面中心相距一定距离形成的内腔，并且越靠近可转向构件的近端，弯曲节段中的内腔距离可转向构件的横截面中心越远。在一些实施方式中，可转向构件还包括位于弯曲节段之间的多个连接部，其中，连接部具有被配置为使得可转向构件越靠近其近端越容易弯曲的
几何形状。在其他实施方式中，连接部被配置为朝向可转向构件的近端具有较小截面宽度，使得可转向构件的对应部分更容易弯曲。在其他实施方式中，连接部被配置为使其直径沿着长度朝向可转向构件的近端增大，使得可转向构件的对应部分更容易弯曲。
[0273]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲；末端执行器，该末端执行器设置在可转向构件的远端处；以及执行器致动线材，该执行器致动线材被布置成穿过可转向构件并且连接到末端执行器，以致动末端执行器，末端执行器包括弹性主体，弹性主体产生在与执行器致动线材所施加的力相反的方向上的弹性力。在一些实施方式中，末端执行器被配置成在被执行器致动线材拉动时在第一模式下操作，并且被配置为在没有被执行器致动线材拉动时通过弹性主体的弹性力而在第二模式下操作。在其他实施方式中，末端执行器以远端处的手术元件在第一模式下闭合而在第二模式下打开这样的方式致动。在其他实施方式中，末端执行器还包括执行器模块，执行器模块包括：器械部分，该器械部分用于执行外科手术操作；致动部分，该致动部分连接到执行器致动线材以致动器械部分；以及主体部分，其形成致动部分往复运动所遵循的路径。在其他实施方式中，弹性主体位于致动部分的近端处，以用于施加弹力以将致动部分推向远端的方向。在一些实施方式中，执行器模块和执行器致动线材的远端被配置为彼此可附接或可拆下。在其他实施方式中，执行器模块和执行器致动线材磁性连接在一起。
[0274]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲；多根弯曲致动线材，所述多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件并且致使可转向构件弯曲；以及线材端接构件，该端接构件设置在可转向构件的远端处以固定弯曲致动线材，其中，线材端接构件具有用于与可转向构件的远端接合的螺纹，使得通过将线材端接构件和可转向构件螺纹连接在一起而固定弯曲致动线材。在一些实施方式中，弯曲致动线材被配置为通过卷绕在可转向构件的远端和线材端接构件之间进行固定。在其他实施方式中，线材端接构件包括供弯曲致动线材的远端穿过的至少一个孔，并且线材端接构件设置在可转向构件的远端处。在其他实施方式中，线材端接构件中的孔形成在与可转向构件中的内腔对应的位置处。在一些实施方式中，末端执行器设置在线材端接构件上。在一些实施方式中，外科手术设备还包括设置在可转向构件的远端处的末端执行器，线材端接构件是末端执行器。
[0275]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲；第一弯曲致动线材，该第一弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件，以致使可转向构件在第一方向上弯曲；第二弯曲致动线材，该第二弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件，以致使可转向构件在第二方向上弯曲，第二方向与第一方向相反；以及至少一个丝杠构件，第一弯曲致动线材的近端和第二弯曲致动线材的近端联接到该至少一个丝杠构件，使得通过旋转至少一个丝杠构件使可转向构件在第一方向或第二方向上弯曲。在一些实施方式中，至少一个丝杠构件被布置为围绕第一弯曲致动线材和第二弯曲致动线材的纵向轴线旋转。在一些实施方式中，第一弯曲致动线材的近端和第二弯曲致动线材的近端被配置为通过至少一个丝杠构件的旋转在相反方向上彼此同步移动。在其他实施方式中，至少一个丝杠构件被配置为在第一旋转方向上旋转，以使第一弯曲致动线材的近端向后移动并且使第二弯曲致动线材的近端向前移动，由此致使可转向构件在第一方向上弯曲，并且被配置为在第二旋转方向上旋转，以使第一弯曲致动线材的近端向前移动并且使
第二弯曲致动线材的近端向后移动，由此致使可转向构件在第二方向上弯曲。在一些实施方式中，第一弯曲致动线材的近端与第一螺纹接合并且沿着第一螺纹移动，并且第二弯曲致动线材的近端与第二螺纹接合并且沿着第二螺纹移动，第二螺纹在与第一螺纹相反的方向上取向。在其他实施方式中，第一螺纹和第二螺纹被配置为在同一方向上旋转，使得第一弯曲致动线材的近端和第二弯曲致动线材的近端被配置为在相反方向上彼此同步移动。在一些实施方式中，至少一个丝杠构件是双向导向丝杠，该双向导向丝杠具有形成在单个主体上的第一螺纹部分和第二螺纹部分。
[0276]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲；以及多根弯曲致动线材，所述多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件中的内腔并且致使可转向构件弯曲，其中，可转向构件具有被配置为使得可转向构件越靠近其远端越容易弯曲的几何形状。在一些实施方式中，该几何形状被配置为提供越接近可转向构件的近端就越小的曲率半径。
[0277]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向能弯曲并且包括多个弯曲节段，弯曲节段中具有通道；以及多根弯曲致动线材，所述多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件并且致使可转向构件弯曲；以及侧向支撑构件，该侧向支撑构件包含弹性材料并且施加在弯曲之后使可转向构件返回到初始位置的恢复力。在一些实施方式中，外科手术设备还包括多个侧向支撑构件，其中，侧向支撑构件的数量等于弯曲致动线材的数量。在一些实施方式中，侧向支撑构件被配置为通过弯曲致动线材的移动而与可转向构件同步地弯曲，并且侧向支撑构件具有被配置为在施加到弯曲致动线材的力被释放时使其返回到其原始形状从而使可转向构件返回到初始位置的弹力。在一些实施方式中，弯曲之前的侧向支撑构件的形状是线性的。在一些实施方式中，弯曲之前的侧向支撑构件的形状向一侧弯曲。在其他实施方式中，侧向支撑构件被配置为管状，并且弯曲致动线材位于侧向支撑构件内。
[0278]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲并且包括其中具有通道的多个弯曲节段和位于这些弯曲节段之间的多个连接节段；以及多根弯曲致动线材，所述多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件并且致使可转向构件弯曲，其中，每个连接节段的两端被铰接到不同的弯曲节段。在一些实施方式中，每个连接节段包括：一对主体，该对主体形成被铰接到弯曲节段的部分；以及引导构件，该引导构件将这对主体接合在一起并且在其内具有中空空间，弯曲致动线材位于该中空空间内。在一些实施方式中，与每个连接节段的一端连接的弯曲节段围绕第一铰链轴可旋转，并且与另一端连接的弯曲节段围绕第二铰链轴可旋转，并且第一铰链轴和第二铰链轴彼此平行。在一些实施方式中，每个连接节段布置在与相邻连接节段不同的方向上，以致使所连接的弯曲节段围绕不同的旋转轴线弯曲，以便使得可转向构件以至少2个自由度弯曲。在一些实施方式中，每个弯曲节段包括多个内腔，弯曲致动线材位于内腔中，内腔被布置为不穿过被铰接到连接节段的部分。在一些实施方式中，弯曲节段可旋转地连接到连接节段，并且弯曲节段旋转所围绕的铰链轴与弯曲致动线材所处的内腔的端部处于同一平面中。
[0279]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲并且包括多个弯曲节段，其中，每个弯曲节段包括至少具有第一联接部
分和第二联接部分的中间关节，并且其中中间关节沿着每个弯曲节段的纵向轴线方向布置；多根弯曲致动线材，所述多根弯曲致动线材被布置为穿过可转向构件，以便致使可转向构件弯曲；其中，可转向构件还包括供弯曲致动线材穿过的至少一个内腔；并且中间关节还包括张力调节构件，张力调节构件联接到第一联接部分和第二联接部分，并且被配置为在弯曲节段弯曲时通过补偿弯曲致动线材的伸长来调节弯曲致动线材的张力，由此，弯曲致动线材的长度改变并且保持在预定张力下。在其他实施方式中，第一接口半部具有突起端，并且第二接口半部对应地具有凹槽端。在其他实施方式中，第一接口半部具有凹槽端，并且第二接口半部对应地具有突起端。在一些实施方式中，弯曲致动线材的伸长通过两个离轴铰链的偏移来补偿。在一些实施方式中，弯曲节段包括一系列相互叠堆的中间关节。
[0280]
在一些实施方式中的是一种外科手术设备，该外科手术设备包括：可转向构件，该可转向构件能弯曲并且包括多个弯曲节段和多个内腔；弯曲致动构件，该弯曲致动构件包括第一弯曲致动线材和第二弯曲致动线材，第一弯曲致动线材和第二弯曲致动线材被布置为单独穿过每个内腔并且致使可转向构件弯曲；张力监测构件，该张力监测构件包括第一传感器和第二传感器，第一传感器联接到第一弯曲致动线材并且被配置为响应于感测到第一弯曲致动线材在可转向构件的预弯曲和所期望弯曲运动之间的张力变化而提供第一反馈信号，并且第二传感器联接到第二弯曲致动线材并且被配置为响应于感测到第二弯曲致动线材在可转向构件的预弯曲和所期望弯曲运动之间的张力变化而提供第二反馈信号；驱动构件，该驱动构件包括第一马达和第二马达，第一马达联接到第一弯曲致动线材并且适于致动第一弯曲致动线材，并且第二马达联接到第二弯曲致动线材并且适于致动第二弯曲致动线材；控制构件，该控制构件电连接到张力监测构件和驱动构件，其中，控制构件被配置为：响应于第一反馈信号提供第一输出信号，使得第一马达被驱动以调节第一弯曲致动线材的长度来保持预定张力；响应于第二反馈信号提供第二输出信号，使得第二马达被驱动以调节第二弯曲致动线材的长度来保持预定张力。在一些实施方式中，第二弯曲致动线材可在第一弯曲致动线材的相反方向上移动。在一些实施方式中，第一弯曲致动线材被配置为被致动以弯曲可转向构件，并且第二弯曲致动线材被配置为由第二马达驱动，使得第二弯曲致动线材响应于第二输出信号而被释放并且保持处于预定张力下。在一些实施方式中，第一传感器或第二传感器是测力传感器。在一些实施方式中，第一传感器还被配置为响应于感测到施加到可转向构件的外力而提供第一外力信号。在一些实施方式中，第二传感器还被配置为响应于感测到施加到可转向构件的外力而提供第二外力信号。在其他实施方式中，控制构件还被配置为响应于第一外力信号或第二外力信号而提供指令信号。在其他实施方式中，控制构件还包括触觉反馈控制器，触觉反馈控制器被配置为处理和传送采取触觉反馈的形式的信息。在其他实施方式中，第一运动传递单元或第二运动传递单元是导向丝杠或滚珠丝杠。
[0281]
在一些实施方式中的是一种用于外科手术设备的个性化主控制器，该个性化主控制器包括：控制平台，该控制平台被配置为限定一个或更多个移动信号并且将一个或更多个移动信号输入外科手术机器人，其中，控制平台包括：输入手柄，该输入手柄能以多个第一自由度平移以提供多个位置参数和/或能以多个第二自由度旋转以提供多个取向参数；多个第一传感器，所述多个第一传感器联接到输入手柄并且被配置为响应于输入手柄的位置参数和/或取向参数而生成第一移动信号；连接部，该连接部被安装到输入手柄并且电连
接到输入手柄；以及可更换夹持器，该可更换夹持器包括电连接所述连接部的可拆卸手柄和相对于可拆卸手柄枢转的一个或更多个夹持杆，其中，每个夹持杆能相对于可拆卸手柄以第三自由度移动，以便提供夹持运动参数；以及第二传感器，该第二传感器联接到可拆卸手柄并且被配置为响应于夹持运动参数而生成用于控制平台的第二移动信号。在一些实施方式中，多个第一传感器或多个第二传感器包括旋转编码器、霍尔效应传感器、角度传感器、旋转传感器或其任何组合。在一些实施方式中，连接部还包括联接到可拆卸手柄的螺纹并且具有第一电连接端子。在其他实施方式中，可拆卸手柄还包括电连接到第一电连接端子的第二电连接端子。在一些实施方式中，可更换夹持器包括两个夹持杆，这两个夹持杆相对于可拆卸手柄对应地枢转并且允许相对于可拆卸手柄朝向彼此移动。