一种牵引丝线的枢转结构和外科器械

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地说是在手柄组件和用来夹紧、切割、吻合和/密封组织的末端执行器之间使用并将它们相互连接提供关节转向功能的一种大角度关节转向结构。

背景技术

目前市面上的吻合器关节转向的左右极限角度为45度，如专利103393443B及CN103445818A中，如图1其工具组件和砧座组件安装在上安装部236和下安装部238上，上安装部236和下安装部238与连接件256铰接，连接件256的尺寸设置为来可滑动地设置在形成于上和下半壳体250和252之间的狭槽402内，连接件256滑动时使上安装部236和下安装部238绕接合构件246、247枢转，一对H-块组件255设置得邻近轴向驱动组件212的远端，从而防止在外科缝合装置的铰接及发射(firing)期间驱动组件212外向弯曲和凸出。每个H-块组件255包括挠性体255a。由于连接件256只能直线运动，因此上安装部236和下安装部238枢转时其铰接部不能脱离连接件256的运动路径，导致该装置的关节转向的左右极限角度为45度。

对于一些位置较深的手术部位，比如地位直肠癌保肛手术，盆腔限制了器械进入的角度，导致无法使用吻合器切除病症。因此，需要一种更大关节转向角度的结构设计，实现器械的更大关节转角适应不同的手术需求。

另外如专利103393443B及CN103445818A中，外科缝合装置的铰接及发射(firing)期间驱动组件212伸向远端，如此时末端执行器已相对于上安装部236和下安装部238向两侧枢转，驱动组件212伸向远端时连接件256的近端需受到较大的锁紧力，阻止驱动组件212将末端执行器转回至与连接件256平行的方向。

发明内容

本发明旨在提供在手柄组件和用来夹紧、切割、吻合和/密封组织的末端执行器之间使用并将它们相互连接提供关节转向功能的一种大角度关节转向结构，用丝线实现关节转向，能在所需的角度锁定手柄组件和末端执行器的夹角，具备自锁能力，并多关节转向的设计能够轻松实现60度大角度转向。

本发明提供的技术方案如下：一种牵引丝线的枢转结构，所述枢转结构容纳于下基座、上基座围合形成的腔体中，包括枢转轴，枢转轴的一端延伸到腔体内与下基座或上基座转动连接，枢转轴的另一端延伸穿过形成在上基座中的相应的通孔，所述枢转轴的侧面安装能沿枢转轴径向滑动的按钮，该按钮面向枢转轴的一侧与枢转轴相互耦合，使按钮被阻止沿枢转轴圆周及轴向滑行，该按钮背向枢转轴的一侧设有与形成在通孔内周的内齿环配合的楔形块，该内齿环设有沿内圆周均匀布置并朝向枢转轴的齿槽，该按钮与枢转轴之间设有弹簧，用于将楔形块楔入齿槽内，所述弹簧被压缩时该按钮能随枢转轴在通孔内周旋转，所述丝线的一端缠绕于枢转轴位于腔体中的一端，所述丝线的另一端延伸穿过位于腔体的一侧由下基座、上基座围合成的丝线孔。

有利地，枢转轴的转动可使丝线移动较长的距离，按钮压缩弹簧时枢转轴可转动，按钮松开时，楔形块楔入齿槽内而按钮不能沿枢转轴圆周及轴向滑行，因此，环形的齿槽能通过楔形块锁定枢转轴，使枢转轴具备自锁功能及调节丝线缩回和伸出长度的功能，弹簧被压缩时该楔形块离开齿槽，按钮能随枢转轴在通孔内周旋转。

优选地，位于所述腔体内的所述枢转轴设有与两条绕线轨道，所述丝线为两股，分别以相反方向缠绕于两条绕线轨道内。

有利地，两股丝线以相反方向分别缠绕在枢转轴上，使得枢转轴超一个方向旋转时，两股丝线一股伸出，一股缩回，使两股丝线可配合驱动其他部件。

进一步地，位于所述腔体内的所述枢转轴设有突出部或环形凹槽，突出部或环形凹槽随枢转轴绕轴心旋转，所述腔体内固定有位于突出部的旋转路径上或伸入环形凹槽的限位结构，该限位结构将突出部的旋转路径截断成弧度为额定值的弧形路径，或所述环形凹槽的弧度小于360度的额定值，使突出部或环形凹槽能阻挡枢转轴在旋转额定的弧度后继续朝一个方向旋转。

优选地，所述突出部为垂直于枢转轴的销，所述限位结构为形成在所述通孔内圆周面并延伸至，销的旋转路径上的两处突台。

进一步地，所述枢转结构还包括关节转向组件、末端执行器，所述两股丝线穿过丝线孔的一端分别紧绷着延伸通过关节转向组件的左右两侧与末端执行器的左右两侧连接，使得丝线相对于丝线孔轴线方向的纵向运动实现末端执行器在两股丝线所在平面上相对关节转向组件枢转。

有利地，枢转轴被限位结构和突出部限位旋转，可使两股丝线被枢转结构驱动只能伸出和缩回同样的长度，使关节转向组件能向左右两侧转动，由于两股丝线具有挠性，丝线可随关节转向组件的转动而发生弯曲，因此关节转向组件可大范围的转动，关节转向组件主要由缩回的丝线驱动，而现有技术仅依靠杆状连接件驱动关节组件，杆状连接件不能选择挠性的材料，否则在推动驱动关节转向组件转动时若关节转向组件受到阻力，杆状连接件容易偏转弯曲，无法实现关节转向组件的转向。

优选地，所述通孔面向所述腔体的一侧固定有转盘，该转盘的中部形成与通孔同心的枢转孔，所述枢转轴与枢转孔的轮廓吻合，所述枢转轴位于腔体的外的一端通过与按钮装配悬挂在转盘表面。

具体地，所述突出部或环形凹槽、限位结构不在同一平面内。

有利地，由于转盘与枢转轴转动连接，使枢转轴不必与下基座转动连接，因此下基座与转轴之间还可案子伸出丝线孔的部件。

本发明的另一个技术方案是：一种基于所述牵引丝线的枢转结构的外科器械，包括所述枢转结构，还包括轴管、驱动杆、挠性驱动杆、手柄组件，所述上基座和下基座围合形成的腔体背向丝线孔的一端形成安装手柄组件的驱动孔，所述轴管的近侧端安装在丝线孔上，轴管的远侧端连接关节转向组件的近侧端，关节转向组件的远侧端与末端执行器铰接，多片所述挠性驱动杆的远侧端沿平行于轴管的纵向延伸通过关节转向组件及末端执行器的近侧端，使得多片绕行驱动杆的远侧端相对末端执行器纵向运动实现末端执行器的夹紧、切割、吻合和/密封组织运动，多片绕行驱动杆的远侧端与布置在所述轴管内的驱动杆的远侧端接合，驱动杆的近侧端延伸通过形成在下基座和枢转轴的端面之间的间隙伸入到手柄组件中，所述通孔的轴线垂直于轴管的纵向，所述枢转轴远离腔体的一端与旋钮接合，使枢转轴随旋钮的转动在腔体中实现两股丝线的分别等长度的伸和缩，驱使末端执行器在两股丝线所在平面上相对关节转向组件枢转。

进一步地，所述关节转向组件至少具有两节指节，两节指节相互铰接实现在两股丝线所在的平面上枢转，所述指节包括在纵向贯穿两节指节且垂直于两股丝线所在的平面的条缝孔。

具体地，所述末端执行器及绕行驱动杆可参考已公开的专利CN103445818A的0104段及其对应的附图。

进一步地，所述内齿环的内周均匀的交替布置V型齿槽和突出齿，突出齿面向相邻突出齿的两侧面与该突出齿的中点到枢转轴的轴心的连线平行，所述楔形块远离枢转轴的前端轮廓与V型齿槽形状吻合，形成在楔形块的前部至后端的侧面与突出齿的两侧面平行。

有利地，楔形块插入齿槽时，若枢转轴受到扭力，则楔形块受到突出齿对楔形块侧面施加的垂直于楔形块侧面的剪切力，内齿环不压缩楔形块向枢转轴的轴心移动。

优选地，所述突出齿面向枢转轴的轴心的一侧呈弧面。

有利地，突出齿的弧面利于楔形块被弹簧弹出时嵌入V型齿槽和两侧的突出齿之间。

本发明的益处在于，本发明的用丝线实现关节转向，控制更灵活，多关节转向的设计能够轻松实现60度大角度转向。另外按钮上的楔形块楔入齿槽中时，该结构提供的转向锁紧力矩M＝N·S·σ·R，N为楔形块的数量，S为楔形块与齿槽的单面接触面积，σ为楔形块的抗剪强度，R为内齿环的半径。由于即使选用普通塑料，楔形块的抗剪强度也有5×10

附图说明

图1是现有技术中关节转向结构的零件爆炸示意图；

图2是本发明的枢转结构的零件爆炸示意图；

图3是本发明的枢转结构去掉丝线、上基座、下基座后的零件装配示意图；

图4是图3的俯视示意图；

图5是本发明的枢转结构的卡盘的结构示意图；

图6是本发明的枢转结构的去掉上基座、下基座后的零件装配示意图；

图7是本发明的关节转向组件与末端执行器装配后的结构示意图；

图8是本发明的外科器械的结构示意图；

图9是本发明的末端执行器和绕行驱动杆件的装配图；

图10是本发明的枢转结构在内齿环处的平剖示意图；

图11是对比例的枢转结构的示意图；

图12是柱塞体的球冠面与卡盘的受力分析图；

图13是柱塞体中小弹簧的可选范围图。

具体实施例

为了使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，进一步详细介绍本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。应当说明的是，在整个说明书中，术语“远侧”是指更远离使用者的部分，“近侧”是更接近使用者的部分。术语“上旋转头”是指上基座，“下旋转头”是指上基座，术语“卡盘”是指限位结构，下面参见图1～图8，对本发明的一种电动腔镜切割吻合器进行详细说明。

如图2所示，为本发明的牵引丝线的枢转结构100的内部爆炸结构示意图，包括旋钮101、上旋转头102、右侧按钮103、左侧按钮104、转盘105、卡盘106、枢转轴107、下旋转头108。上旋转头102、上基座围合形成腔体，转盘105和卡盘106装配在上旋转头102中的相应的通孔110内，腔体在垂直于通孔110的轴线的纵向两端形成丝线孔112和驱动孔113，作为一种实施方式但不限于此，卡盘106和通孔110具有相互配合的齿或槽，卡盘106与转盘105相对的一面具有相互配合的销或孔，使转盘105和卡盘106相对固定在通孔110中。卡盘106位于转盘105面向下旋转头108的一侧，左右按钮103、104位于卡盘106的背向下旋转头108的一侧并装配在枢转轴107的两侧，作为一种实施方式但不限于此，枢转轴107设有只有沿径向两个突出的接收销1071，左右按钮103、104分别在面向枢转轴107的一侧设有与接收销1071耦合的销孔，左右按钮103、104分别在面向枢转轴107的一侧还与枢转轴107的棱面耦合，使左右按钮103、104与枢转轴107接合并使按钮被阻止沿枢转轴107圆周及轴向滑行，也使按钮被阻止绕接收销1071转动；转盘105中部形成与通孔110同心的枢转孔111，枢转轴107与枢转孔111的轮廓吻合，卡盘106中部形成与通孔110同心的异形通道，枢转轴107依次穿过转盘105和卡盘106伸入腔体中，枢转轴107位于腔体的外的一端通过与按钮103、104装配悬挂在转盘105表面。

如图5，枢转轴107在与卡盘106共平面的位置设置有突出部1075(例如可设置一个销)，异形通道包括将突出部1075随枢转轴107的旋转路径限定为弧度为180度的大半圆孔1061，和与枢转轴107表面贴合的小半圆孔1062，小半圆孔1062的直径小于大半圆孔1061，使大半圆孔1061两端形成位于突出部1075的旋转路径上的两处突台；图5仅是一种实施方式，枢转轴107在与卡盘106共平面的位置也可以设置半圈环形凹槽，而在异形通道中设置伸入环形凹槽的限位结构，也能使阻挡枢转轴在旋转额定的弧度后继续朝一个方向旋转。本图5中卡盘106能限制枢转轴107向顺时针和逆时针方向各旋转不超过90度。

如图3和图4，转盘105上表面布置一圈内齿环，该内齿环沿内圆周均匀分布着多个朝向枢转轴107的齿槽1051。按钮103、104背向枢转轴107的一侧设有与齿槽1051配合的楔形块1031，按钮103、104与枢转轴107之间设有弹簧1072，用于将楔形块1031楔入齿槽1051内，弹簧1072被压缩时该按钮103、104能随枢转轴107在通孔110内周旋转，按钮103、104松开时弹簧1072推动楔形块1031楔入齿槽1051，使枢转轴107与转盘105互相锁定。

如图6和图7所示，两股丝线201和202的近侧端分别以相反方向绕过形成在枢转轴107下端的两道绕线轨道1073、1074并通过卡套2011和2021固定在枢转轴107上。两股丝线201和202分别穿过装配在腔体中的H型丝线限位板203上的孔向远侧延伸通过丝线孔112、关节转向组件300的左右两侧，再与末端执行器400接合。两股丝线分别通过卡套2012固定在末端执行器400(钉匣)上的孔401中。使关节转向组件300能随着丝线201和202的拉伸和缩放进行关节转向。丝线始终处于绷直的状态，使在枢转轴107旋转作用下，使丝线201和202在绷直状态下拉伸和缩放。

进一步地，如图2和图8，以上枢转结构应用于外科器械时，外科器械包括枢转结构100，轴管200、驱动杆204、关节转向组件300、末端执行器400、挠性驱动杆205，轴管200的近侧端安装在丝线孔112上，轴管200的远侧端连接关节转向组件300的近侧端，关节转向组件300的远侧端与末端执行器400铰接，多片挠性驱动杆205的远侧端沿平行于轴管200的纵向延伸通过关节转向组件300及末端执行器400的近侧端，使得多片绕行驱动杆205的远侧端相对末端执行器400纵向运动实现末端执行器的夹紧、切割、吻合和/密封组织运动，末端执行器及绕行驱动杆可参考已公开的专利CN103445818A的0104段及其对应的附图。多片绕行驱动杆205的远侧端与布置在轴管200内的驱动杆204的远侧端接合，驱动杆204的近侧端延伸通过形成在下旋转头108和枢转轴107的端面之间的间隙伸出驱动孔113再伸入到手柄组件中，枢转轴107远离腔体的一端与旋钮101接合，使枢转轴107随旋钮101的转动在腔体中实现两股丝线201、202的分别等长度的伸和缩，驱使末端执行器400在两股丝线201、202所在平面上相对关节转向组件300枢转。关节转向组件300至少具有两节指节310、320，两节指节310、320相互铰接实现在两股丝线所在的平面上枢转，指节310、320包括在纵向贯穿两节指节且垂直于两股丝线201、202所在的平面的条缝孔303，

指节310面向指节320的一端设有两斜切面，两斜切面垂直于两股丝线201、202所在的平面并于条缝孔303的纵向之间形成锐角夹角，并在指节310面向指节320的一端形成锥头，参考已公开的专利CN103445818A，如图9，一对H-块组件设置在挠性驱动杆205左右两侧，每个H-块组件包括挠性体255，一对挠性体包括固定地紧固在指节310的近侧端以及固定地紧固在挠性驱动杆205的远侧端，从而防止在末端执行器400的铰接及发射期间挠性驱动杆205外向弯曲和凸出。

如图10，内齿环的内周均匀的交替布置V型齿槽1051和突出齿1052，突出齿1052的两侧面1053与突出齿1052的中点1054到枢转轴107的轴心的连线平行，楔形块1031远离枢转轴的前端轮廓与V型齿槽1051形状配合，楔形块1031的两侧面与突出齿1052的两侧面1053平行，突出齿1052面向枢转轴107的轴心的一侧呈弧面，因此楔形块1031插入齿槽1051时，若枢转轴107受到扭力，则楔形块1031受到突出齿1052对楔形块1031侧面施加的垂直于楔形块1031侧面的剪切力，内齿环不压缩楔形块1031向枢转轴107的轴心移动，突出齿1052的弧面利于楔形块1031被弹簧1072弹出时嵌入V型齿槽1051和两侧的突出齿1052之间。

两节指节实现了关节转向组件的大角度转向，转盘与枢转轴的锁定结构实现了关节转向组件的大角度转向后锁定姿势，两股丝线的伸缩实现了末端执行器400弯曲后与驱动件不在同一直线上难推送的困难，枢转轴的悬挂方式解决了轴管内安装其他同心的驱动杆件的空间难题，卡盘使枢转轴转动的角度有限，避免转动角度超出关节转向组件的极限。

力矩验证：如图10，按钮上的楔形块1031楔入齿槽1051中时，在枢转轴107被施加扭力时，楔形块1031受到垂直于弹簧1072的推力方向的剪切力。该结构提供的转向锁紧力矩M＝N·S·σ·R，N为楔形块的数量，N＝2，S为楔形块与齿槽的单面接触面积，S＝2mm

对比例

当将枢转结构的锁闭方式由楔形块沿内齿环的径向弹出锁闭内齿环的方式，如图11改为以下方式：在枢转轴上端设置弹簧，由弹簧对转盘105施加朝向卡盘106的力，转盘固定在枢转轴107上随枢转轴旋转，转盘设有朝向卡盘突出的柱塞109，而卡盘设有配合柱塞的圆孔，为方便弹簧推动转盘下压时柱塞随时能卡入圆孔中，柱塞面向圆孔的一端必须设计为球冠面或锥面，柱塞和圆孔尽可能的多且均匀分布，如具有6个柱塞，12个圆孔，该锁紧结构中柱塞对卡盘的阻力力矩M

计算过程：设弹性柱塞弹力为f

f

单个柱塞对卡盘的阻力为f

f

设AD长度为x，则

OB长度为1.2mm，卡盘与柱塞刚接触时x＝1.6mm

综上

算得f2的最大值约为2.04N，该结构对卡盘最大阻力矩M1为M1＝6×2.04×8.5＝104.04N.mm。

因此，枢转结构在应用于外科器械时，枢转结构选用由楔形块沿内齿环的径向弹出锁闭内齿环的方式，更能防止在末端执行器的铰接及发射(firing)期间，关节转向组件被多片绕行驱动杆强行旋转至与轴杆平行的位置，从而避免了关节转向组件锁闭不佳时对手术部位的突然牵拉所造成的手术事故。