[0002] 本申请要求2016年2月7日提交的名称为“SURGICAL APPARATUS(手术设备)”的美国临时申请No.62/292,057以及2016年11月18日提交的名称为“SURGICAL APPARATUS(手术设备)”的美国临时申请No.62/424,273的优先权权益，出于各种目的，这里通过参考将这两个申请全部结合在本文中。
技术领域
[0003] 本
发明涉及一种手术设备，更具体地说，涉及这样一种手术设备，该手术设备通过在远端处包括可弯曲元件能够实现弯曲机构。
背景技术
[0004] 在外科手术中使用的手术设备根据外科手术部位的
位置以及将如何处理该外科手术部位而具有不同的结构。近年来，开发了使用
机器人的各种类型的手术装备，以在现有手术设备难以到达的外科手术部位的区域上执行外科手术或者以执行微创外科手术。这些手术设备被构造成通过包括可弯曲元件而在人体内的各个方向上移动，在包括美国
专利6,858,005的许多文献中都公开了这些手术设备。
[0005] 然而，可在远端处弯曲的手术设备通过位于它们内部的丝线的运动而弯曲。然而，这些手术设备难以细微地操控，暴露出了诸如在它们利用丝线弯曲时产生侧隙(backlash)以及限制其他丝线运动的一些问题。此外，这些手术设备具有嵌入在其中的许多部件，这些部件以复杂方式连接至彼此，从而难以将它们小型化。
发明内容
[0006] 本发明的实施方式可以提供一种手术设备，该手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段，在所述多个弯曲节段中具有通道；以及多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并致使所述可操纵构件弯曲，所述可操纵构件包括至少一个管腔，所述弯曲致动丝线穿过所述至少一个管腔，并且所述管腔部分地向外开口。
[0007] 所述手术设备的其他实施方式可以进一步包括：设置在所述可操纵构件的远端处的
末端执行器；以及执行器致动丝线，该执行器致动丝线连接至所述末端执行器以致动所述末端执行器，所述末端执行器的至少一部分可拆卸地设置在所述执行器致动丝线的远端处。
[0008] 用于固定所述弯曲致动丝线的远端的丝线终止构件可以设置在所述可操纵构件的远端处，并且所述弯曲致动丝线可以通过旋拧所述丝线终止构件而固定。
[0009] 所述手术设备可以进一步包括：包括柔性材料的柔性构件，该柔性构件设置在所述可操纵构件的近端处；和至少一个套筒，所述至少一个套筒形成穿过所述可操纵构件或所述柔性构件的丝线的行进路径，所述至少一个套筒的两端固定至所述可操纵构件的内部或所述柔性构件的内部。
[0010]
丝杠构件可以分别设置在所述弯曲致动丝线上，并且所述可操纵构件在所述丝杠构件彼此同步地机械运动时弯曲。
附图说明
[0011] 在下文中，将参照附图具体地描述根据本发明的示例性实施方式的手术设备。现在将主要参照附图描述各部件之间的位置关系。在附图中，为清晰起见，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、更改或省略各种类型的装置。
[0012] 将针对手术设备来描述示例性实施方式，该手术设备具有位于插入部件内的多个通路，各种类型的手术器械都位于每个通路中。然而，需要注意的是，本发明不限于该示例性实施方式，并且适用于可在远端处弯曲的各种手术设备，所述手术设备包括
导管、
内窥镜和手术机器人。
[0013] 图1是示出根据本发明的示例性实施方式的手术设备的视图；
[0014] 图2是图1的其中一个手术器械的剖视图；
[0015] 图3和图4是示意性地示出了由于可操纵构件弯曲而导致的丝线松弛的视图；
[0016] 图5和图6是示出了具有一个方向
自由度的弯曲段的结构的视图；
[0017] 图7至图9是示出了具有两个方向自由度的弯曲段的结构的视图；
[0018] 图10和图11是示出了使用柔性
铰链结构的可操纵构件和使用柔性脊柱结构的可操纵构件的视图；
[0019] 图12至图14是示出了具有横向
支撑构件的可操纵构件的视图；
[0020] 图15至图17是示出了具有使用双铰链结构的连接节段的可操纵构件的视图；
[0021] 图18和图19是示出了使用路径调节构件的可操纵构件的视图；
[0022] 图20是示出了可操纵构件的弯曲的视图；
[0023] 图21是示出了根据
修改实施方式的可操纵构件的弯曲的剖视图；
[0024] 图22是示出了通过丝线终止构件固定弯曲致动丝线的方法的视图；
[0025] 图23是示出了将末端执行器构造为丝线终止构件的示例的视图；
[0026] 图24和图25是示出了末端执行器的结构的视图；
[0027] 图26至图29是示出了其中有套筒的手术设备的各种示例的视图；
[0028] 图30是示出了手术器械的端部与操控部件的连接结构的视图；以及
[0029] 图31和图32示意性地示出了用于移动弯曲致动丝线的操控部件的构造。
[0030] 图33是示意性地示出了在理想连续柔性臂中弯曲之前和之后弯曲致动丝线的长度的视图，其中图33A示出了弯曲之前的弯曲致动丝线的长度，而图33B示出了弯曲之后的弯曲致动丝线的长度。
[0031] 图34是一个示意图性地说明在实际情况下弯曲之前和之后弯曲致动丝线的长度的视图，其中图34A表示弯曲之前致动丝线的长度，图34B表示弯曲之后弯曲致动丝线的长度。
[0032] 图35是示出根据本发明的示例性实施方式的示例性弯曲节段的视图。
[0033] 图36是示出了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。
[0034] 图37示出了图36的其中一个示例性
张力调节构件的枢转运动，其中图37A是向左侧弯曲的张力调节构件的正视图，而图37B是向右侧弯曲的张力调节构件的正视图。
[0035] 图38是示意性地示出了根据图36中的示例性张力调节构件结构改进丝线松弛的视图，其中图38A表示弯曲之前弯曲致动丝线的长度，而图38B表示弯曲之后弯曲致动丝线的长度。
[0036] 图39是示出了弯曲致动丝线的总长度变化(ΔL)随着弯曲
角θ变化的模拟结果。
[0037] 图40是示出了根据本发明的示例性实施方式的手术器械的
框图。
[0038] 图41是示出了根据本发明的示例性实施方式的手术器械的示意图。
[0039] 图42是示出了根据本发明的示例性实施方式的手术器械处于弯曲运动中的视图。
[0040] 图43是示出了根据本发明的另一个示例性实施方式的手术器械的框图。
[0041] 图44是示出了根据本发明的另一个示例性实施方式的手术器械的示意图。
[0042] 图45是示出了根据本发明的示例性实施方式的个性化主
控制器的框图。
[0043] 图46是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的个性化
主控制器的视图。
[0044] 图47是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的控制平台和连接部分的视图。
[0045] 图48是示出了根据本发明的示例性实施方式的三种类型的可互换式夹持器的立体图，其中图48A是夹持器类型的夹持器，图48B是
镊子类型的夹持器，图48C是
腹腔镜手动器械类型的夹持器。
[0046] 图49是示意性地示出了根据本发明的另一个实施方式的个性化主控制器的视图。
[0047] 图50是示意性地示出了图49中的个性化主控制器的控制平台的部件(即
基座构件、可移动构件和三个并联
运动链)的视图。
[0048] 图51是图49的一部分的放大视图，示出了可互换式夹持器被附装至根据本发明的示例性实施方式的控制平台的可移动构件。
[0049] 图52是图49的一部分的放大视图，示出了可互换式夹持器被从根据本发明的示例性实施方式的控制平台的可移动构件拆下。
具体实施方式
[0050] 参照在附图中示出并在以下描述中详细说明的非限制性实施方式来更充分地说明本发明及其各个特征及其有利细节。省略了对众所周知的材料、制造技术、部件和装备的描述，以避免不必要地细节上模糊本发明。然而，应当理解的是，尽管表示本发明的优选实施方式，但是该详细说明和具体示例仅以说明性方式而不是以限制性方式给出。从该公开中，本领域技术人员将可以清楚地看到在基本发明构思的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或重新安排。
[0051] 以下，将参照附图具体地描述根据本发明的示例性实施方式的手术设备。现在将主要参照附图描述各部件之间的位置关系。在附图中，为了清晰起见，可能简化或夸大了实施方式中的结构。因此，本发明不限于该示例性实施方式，而是可以添加、更改或省略各种类型的装置。
[0052] 将针对手术设备来描述该示例性实施方式，该手术设备具有位于插入部件内的多个通路，各种类型的手术器械位于每个通路中。然而，需要注意的是，本发明不限于该示例性实施方式，并且适用于可在远端处弯曲的各种手术设备，所述手术设备包括导管、内窥镜和手术机器人。
[0053] 图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的手术设备的视图。如图1所示，手术设备1包括设置在手术设备的远端处的插入部件20和位于插入部件20的近端处的操控部件10。
[0054] 插入部件20形成了在外科手术过程中插入到手术部位中的部件。插入部件20由柔性管构成，用于在外科手术中使用的至少一个手术器械30位于该柔性管中。手术器械30可以选择性地位于形成在插入部件20内的至少一个中空通路中。另选地，术器械30可以嵌入在插入部件20中。从插入部件20的远端伸出的手术器械30可以用在外科手术中或获取手术部位的图像。
[0055] 图1的手术设备包括具有四个通路的插入部件20，每个通路包括四个手术器械30。在图1中，四个手术器械中的两个包括位于远端的作为末端执行器300的
钳子31。这种手术器械通过操作钳子可以执行各种外科手术。此外，还可以使用其他各种类型的手术元件，包括刀片、缝合器、针等。其余两个手术器械中的一个是成像单元32。成像单元32可以通过包括诸如光纤的光学装置捕获远端的图像。另一个手术器械可以是管腔单元33，管腔单元33具有位于其中的工作通道，通过该工作通道可以插入各种器械。
[0056] 从插入部件20的远端伸出的这些手术器械30被构造成使得它们的突出端可以弯曲。因此，手术器械30的弯曲允许在不同方向上执行外科手术或从不同方向拍摄图像。手术器械30可以通过位于它们内部的多个丝线的运动而弯曲，下面将对此进行详细描述。
[0057] 操控部件10设置在插入部件20的近端处，并且被构造成操控插入部件20和/或手术器械30。操控部件10的远端连接至插入部件20的近端，并且在该示例性实施方式中可以可拆卸地连接至插入部件20。在操控部件10中设置有至少一个驱动部件。驱动部件40机械地连接至插入部件20和/或手术器械30的各种类型的丝线构件。驱动部件40使插入部件20和/或手术器械30能够进行各种运动，包括使手术器械30能够进行弯曲运动。
[0058] 下文将参照附图更详细地说明上述手术设备的详细构造。
[0059] 图2是图1的其中一个手术器械的剖视图。如图2所示，手术器械30包括位于远端处的可弯曲的可操纵构件100。可操纵构件100具有连接在一起的多个弯曲节段110，弯曲节段110具有中空通道(未示出)。在可操纵构件100的近端处设置有包括柔性材料的柔性构件
200。柔性构件200可以由中空管构成，从手术器械30的远端连接的各种类型的丝线构件位于所述中空管中。可选地，在可操纵构件100的远端处设置有末端执行器300，并且末端执行器300可以由执行器致动丝线500选择性地致动。
[0060] 可操纵构件100的每个弯曲节段110以允许铰接运动的方式连接至相邻的弯曲节段，并且通过弯曲致动丝线400而弯曲。弯曲致动丝线400以穿过可操纵构件100和柔性构件200的方式
定位，并且弯曲致动丝线400的远端连接至可操纵构件100，并且它们的近端机械地连接至操控部件10。每个弯曲节段110包括纵向地形成的多个管腔112，并且弯曲致动丝线400位于腔内112内(图5A)。因此，当弯曲致动丝线400被操控部件10移动时，多个弯曲节段110铰接地运动，从而导致可操纵构件100弯曲。
[0061] 图3是示意性地示出了由于可操纵构件弯曲而导致的丝线松弛的视图。让弯曲节段110具有长度L和宽度2r。相邻的弯曲节段110在它们的面对侧的中间处铰接(位于距外周距离r处)。让弯曲致动丝线400位于每个弯曲节段的宽度的两个相反侧，并穿过每个弯曲节段的长度的中间(位于距每个铰链部分距离L处)。
[0062] 图3A示出了弯曲之前的可操纵构件，而图3B示出了弯曲到
曲率半径R时的可操纵构件。在图3B中，两个弯曲节段110之间的弯曲角用θ表示。如下公式用来将弯曲之前两个丝线节段之间的两个丝线部分的长度的和与弯曲之后这两个丝线部分的长度的和进行比较。如果弯曲之前两个丝线部分的长度分别用L1和L2表示，并且弯曲之后两个丝线部分的长度分别用L1’和L2’表示，那么两个长度之间的差ΔL如下：
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 从上面可以看到，弯曲之后两个弯曲节段之间的两个丝线部分的长度的和比弯曲之前小。因此，当彼此协同地操控两侧的丝线时，在每个弯曲节段之间产生了ΔL的松弛。这是因为，当弯曲发生时，位于曲率中心另一侧的丝线长度的变化量(L1’-L1)小于位于曲率中心附近的丝线长度的变化量(L2-L2’)。因此，由于弯曲产生了侧隙，因此很难进行精细调节。
[0067] 相反，在该示例性实施方式中，可以将弯曲节段构造成各种形状，以最小化由弯曲引起的松弛。图4是示意性地示出了根据改进的弯曲节段结构的丝线松弛的视图。如图4所示，该改进的弯曲节段110以如下方式构成，即：管腔112的所述弯曲致动丝线所在的部分是开口的(参见图5)。这里，t表示开口管腔部分的长度。虽然位于曲率中心附近的丝线由于开口管腔部分而具有较
短路径，但是位于曲率中心另一侧的丝线具有在对应开口管腔部分处被增加了额外长度的路径。在这种情况下，位于曲率中心附近的丝线的路径L2*与前一路径(图3的L2’)长度相等，并且位于曲率中心另一侧的丝线的路径L1*比前一路径(图3的L1’)长。路径长度的增加是因为位于曲率中心另一侧的开口管腔部分(位于弯曲节段的中心附近)的
侧壁形成了羁绊部分114，并且穿过该路径的弯曲致动丝线400羁绊在羁绊部分114上(见图5)。因此，当使用改进的弯曲节段进行弯曲时，ΔL如下：
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 如上所述，在改进的弯曲节段110构造成减小松弛长度ΔL的情况下，可以精细地控制手术设备1的运动。通常，开口管腔部分的长度t可以是弯曲节段的长度L的10％或更多。虽然松弛长度ΔL的减少量根据弯曲节段的尺寸、弯曲角等而不同，但松弛长度ΔL可以减少约30％或更多。
[0073] 该改进的弯曲节段可以用多种方式设计。下面，将参照图5至图11详细描述弯曲节段的各种示例性实施方式。
[0074] 图5是示出了具有一个自由度的弯曲节段的结构的视图。图5所示的弯曲节段110具有在其中形成中空通道111的主体。一对连接部分120设置在主体的长度的一端，另一对连接部分120设置在相反端。每一对连接部分120彼此面对地位于主体的宽度的两个相反侧，在它们中间有中空通道111。
[0075] 每个弯曲节段110铰链至相邻弯曲节段，并且通过连接至相邻弯曲节段的连接部分的连接部分而连接至相邻弯曲节段。在图5中，连接部分120通过将这些连接部分销接在一起而连接。由于连接部分120的铰接轴都具有相同取向，因此图5的可操纵构件具有向左或向右弯曲的一个自由度(如图所示)。
[0076] 每个弯曲节段110包括一对管腔112，弯曲致动丝线位于管腔中。该对管腔112可以通过穿透中空主体的壁面形成，并且它们对称地布置在弯曲节段110的横截面的中心周围，彼此间隔预定距离。
[0077] 如图5所示，弯曲节段110的管腔部分地开口。具体而言，每个管腔包括封闭管腔部分112b和开口管腔部分112a。在封闭内腔部分112b中，内侧和外侧被壁表面包围，如图5所示，从而使得弯曲致动丝线由于侧壁结构而仅在管腔内移动。相比之下，在开口管腔部分112a中，其侧壁的至少一部分具有开口结构。因此，位于开口管腔部分112a中的弯曲致动丝线可通过该开口部分而移动到管腔外部。
[0078] 在该示例性实施方式中，开口管腔部分112a具有如下结构：位于弯曲节段的外侧(该外侧位于弯曲节段的横截面中心的相反侧)的侧壁113a是开口的。因此，当发生弯曲时，位于曲率中心附近的丝线400a移动到开口管腔部分的开口部分(向外方向)，这使得与封闭管腔部分相比弯曲节段能够以较短长度连接。相反，开口管腔部分的侧壁113b(位于弯曲节段横截面中心附近)如果位于曲率中心的另一侧则形成羁绊丝线的羁绊部分114。因此，当弯曲发生时，位于曲率中心的另一侧的丝线400b与弯曲节段更多地
接触(因为它被羁绊在羁绊部分114上)，从而减小了松弛长度。
[0079] 在图5中，弯曲节段110的每个管腔112以如下方式构成，即：封闭管腔部分112b形成在在管腔长度的中间，而开口管腔部分112a位于封闭管腔部分112b的任一侧。这仅仅是一个示例，管腔112沿长度的一侧可以形成开
口腔部分，而另一侧可以形成封闭管腔部分。另选地，一对相邻弯曲节段的开口管腔部分可以相对于铰接轴对称地布置。这样，弯曲致动丝线所在的管腔可以以如下的方式改变，即：位于弯曲节段的横截面中心附近的壁表面(内壁表面)113b比位于弯曲节段的横截面中心的另一侧的壁表面(外壁表面)113a长。
[0080] 尽管图5示出了开口管腔部分112a比封闭管腔部分112b长，但本发明不限于此，而是可以根据弯曲节段的结构和弯曲角而具有各种构造。应该注意的是，开口管腔部分的长度占整个管腔长度20％或更多，这可以有利地减小松弛长度。
[0081] 除了图5中所示的连接部分的销接之外，弯曲节段的连接部分可以以多种方式形成。图6示出了不同类型的连接部分的示例。
[0082] 图6的弯曲节段均包括位于一侧的一对连接部分120和位于另一侧的一对凹入部分121。弯曲节段110的连接部分110被容纳在相邻弯曲节段的凹入部分121中并与其铰接。图6A的连接部分120均由具有圆形表面的突起构成，而凹入部分121均被构造成容纳所述突起。因此，每个连接部分120当其在对应的凹入部分121内旋转时铰接地运动。图6B的连接部分120均由端部处具有线性边缘的突起构成，而凹入部分121均具有v形凹口状凹槽。因此，在连接部分120与凹入部分121线性接触的同时，连接部分120能够在与凹入部分121接触的区域围绕旋
转轴线旋转时铰接地运动。
[0083] 图7是示出了具有两个自由度的弯曲节段的结构的视图。图7的弯曲节段均以允许铰接运动的方式连接到相邻弯曲节段，并且以如下方式构成，即：连接到位于一侧的弯曲节段的铰接轴h1和连接到位于另一侧的弯曲节段的铰接轴h2具有不同的取向。因此，与图5和图6中不同，图7的弯曲节段100构成了可以以两个或更多个自由度运动的可操纵构件100。
[0084] 具体地说，图7的每个弯曲节段110包括位于长度的一侧的一对连接部分120和位于另一侧的一对凹入部分121。该对连接部分120相对于弯曲节段110的中心彼此面对，并且一对凹入部分120同样如此。与图5中的情况一样，连接部分120均由具有圆形表面的突起构成，并且凹入部分121被构成可旋转并且容纳所述连接部分。
[0085] 如图7所示，在每个弯曲节段110中，连接一对连接部分120的轴和在一对凹入部分121之间延伸的轴彼此
正交。也就是说，该对连接部分和该对凹入部分相对于弯曲节段110的横截面位于不同的位置(更具体地说，该对连接部分和该对凹入部分在主体周围以90度相交)。
[0086] 因此，弯曲节段110在第一轴h1上相对于位于一侧的相邻节段并在第二轴h2上相对于位于另一侧的相邻节段铰接地运动。也就是说，弯曲节段的连接部分以如下方式构成，即：第一铰接轴和第二铰接轴以交替方式布置。因此，图7的弯曲节段可以以两个自由度运动。
[0087] 每个弯曲节段包括沿着长度形成的四个管腔。如图7所示，每个管腔112被布置成穿透连接部分120或凹入部分121。相应地，这四个管腔定位在围绕主体以90度间隔分开地形成连接部分和凹入部分的位置。
[0088] 四个弯曲致动丝线400分别位于四个管腔112中。其中，一对丝线使可操纵构件的一个轴弯曲，另一对丝线使另一个轴弯曲。
[0089] 与前面的示例一样，每个管腔都是部分开口的。如图7所示，每个管腔112沿着长度的、形成有连接部分120或凹入部分121的部分形成封闭管腔部分112b，而未形成有连接部分120或凹入部分121的另一部分形成开口管腔部分112a。不用说，封闭管腔部分可以以每个管腔为中心，而开口管腔部分可以位于封闭管腔部分的两侧。尽管如此，图7中所示的构造提供了进一步减少松弛长度的优点。
[0090] 此外，尽管图7示出了管腔112穿透连接部分120或凹入部分121，但管腔112可以与连接部分120和凹入部分121偏离。具体地说，连接部分120和凹入部分121可以围绕弯曲节段110的主体的横向侧(例如，沿着圆周)以90度间隔间隔开。每个管腔112可以位于连接部分120和凹入部分121之间，特别是位于每个管腔112距连接部分120和凹入部分121达45度的位置。
[0091] 在这种情况下，如图8所示，每个管腔112可以构造成使得在管腔长度的中间形封闭管腔部分112b并且在管腔112b的两侧形成开口管腔部分112a。
[0092] 已经参照由具有圆形表面的突起构成的连接部分120和容纳连接部分120的凹入部分121说明了图7和图8。然而，这仅仅是一个示例，如图6B所示，连接部分可以由具有线性边缘的突起构成，而凹入部分可以具有v形凹口状凹槽(参见图9)。另外，如图5所示，两个连接部分可以以允许铰接运动的方式销接在一起，而不是每个连接部分都包括连接部分和凹入部分。
[0093] 图7至图9中所示的示例性实施方式涉及用于相对于一个轴旋转的连接结构，其中一对连接部分设置在一个弯曲节段上，而一对凹入部分设置在另一个弯曲节段上。此外，一个连接部分和一个凹入部分可以位于一个弯曲节段的一端上以彼此面对，其中在它们之间有中空主体，并且考虑到连接至相邻弯曲节段的弯曲节段的连接部分和凹入部分的布局，该相邻弯曲节段的连接部分和凹入部分可以以相反方式定位。
[0094] 图10是示出了使用柔性铰链结构的可操纵构件的视图。如图10所示，弯曲节段110采取圆盘状板的形状，并且通过位于弯曲节段110之间的柔性连接部分120连接。尽管图5至图9的可操纵构件能够利用连接部分的机械铰链结构弯曲，但是图10的可操纵构件10能够利用连接部分的材料弹性来弯曲。
[0095] 更具体地说，图10的可操纵构件由多个连接部分120和彼此一体地形成的多个弯曲节段110形成。例如，它可以通过使用具有柔性的塑料
树脂的成型方法来制造。如图10所示，每个弯曲节段110和每个连接部分120在其内部都具有中空通道111。连接部分120设置在每个弯曲节段110之间，并且具有从中空通道的两个相反侧向外径向方向延伸的壁结构。连接部分120(壁结构)沿垂直于相邻连接部分的布置方向的方向布置。因此，图10的可操纵构件可以以两个度自由弯曲。
[0096] 四个管腔112(定位有弯曲致动丝线400)以90度间隔布置。每个管腔112形成在它穿透连接部分120的外边缘的点处。在这种情况下，如同在上述示例性实施方式中一样，每个管腔112是部分开口管腔部分112。如在图12中所示，每个管腔的封闭管腔部分112b形成在其穿透连接部分的位置，并且其开口管腔部分112a形成在封闭管腔部分112b的两侧，弯曲节段在该封闭管腔部分112b处被穿透。因此，当弯曲致动丝线400移动时，该示例性实施方式的可操纵构件100可以在连接部分120上弯曲。
[0097] 图11是示出了使用柔性脊柱结构的可操纵构件的视图。图11的可操纵构件100包括均由圆盘状板组成的弯曲节段110和使用脊柱结构来连接弯曲节段的中心的连接部分120。连接部分120可以由设置在每个弯曲节段之间的各个构件组成，或者可以由穿过多个弯曲节段的单个构件组成。在这种情况下，连接部分120可以包括柔性材料，并且当弯曲致动丝线400移动时可以弯曲。
[0098] 图10的可操纵构件还包括四个管腔112，每个管腔112都是部分开口的。具体地说，管腔112可以包括形成在管腔长度中间的封闭管腔部分112b和形成在封闭管腔部分112b的两侧的开口管腔部分112a。
[0099] 在上述示例性实施方式中，能够将松弛最小化的弯曲节段用来防止由弯曲引起的侧隙。可操纵构件可以其他各种方式构造来防止侧隙。
[0100] 图12至图14是示出了具有横向支撑构件130的可操纵构件的视图。横向支撑构件130包括弹性材料或超弹性材料，并且在其形状发生
变形时施加恢复力以返回至初始形状。
也就是说，该可操纵构件可以包括位于其中的至少一个横向支撑构件，并且可以被构造成在其弯曲时将横向支撑构件的弹性恢复到初始位置。
[0101] 图12是示出了由横向支撑构件提供的弯曲特性的视图。如图12所示，如果通过对操控部件进行操控而拉动至少一个弯曲致动丝线400，则可操纵构件100在对应方向上弯曲。在这种情况下，可操纵构件100包括至少一个横向支撑构件130，并且弯曲致动丝线400被操控成通过克服横向支撑构件130的弹性而引起弯曲(图12的B)。然后，当相应的弯曲致动丝线从被拉动中释放时(图12的C)，可操纵构件100通过横向支撑构件130的弹性而返回到中性位置。
[0102] 传统上，在操控位于一侧的弯曲致动丝线以向一个方向弯曲时，操控位于另一侧的弯曲致动丝线以回到中性位置。因此，由于弯曲而产生松弛，从而引起侧隙。但是，在使用了如图12所述的横向支撑构件的情况下，由弯曲致动丝线中的松弛而引起的侧隙在弯曲过程中不会成为问题。
[0103] 图13是示出了使用横向支撑构件的可操纵构件的各种示例性实施方式的视图。如图13所示，可操纵构件100可以包括多个弯曲致动丝线400和多个横向支撑构件130。横向支撑构件130可以以能够用作横向
弹簧的各种类型结构构成，例如丝线结构或中空管结构。可操纵构件100的弯曲节段110被构造成以两个自由度弯曲，并且可以包括多个管腔112，这些管腔112允许弯曲致动丝线400和横向支撑构件130沿着主体的壁表面穿过所述管腔。
[0104] 在图13的A至C中，分开地放置了多个弯曲致动丝线400和多个横向支撑构件130。在图13的A和B中，四个弯曲致动丝线400围绕弯曲节段110的主体以90度间隔布置，四个横向支撑构件130以45度间隔布置在每个弯曲致动丝线400之间。在这种情况下，如图13的A所示，可以布置四个弯曲致动丝线400穿过弯曲节段的连接部分120，并且如图13的B所示，可以布置四个横向支撑构件130穿过弯曲节段110的连接部分120。另选地，如在图13的C所示，可以将弯曲致动丝线400和横向支撑构件130成对地沿着圆周布置在每个连接部分位置之间，从而不穿过弯曲节段110的连接部分。
[0105] 在图13的D和E中，横向支撑构件130具有中空管结构，并且弯曲致动丝线400分别位于横向支撑构件130内。横向支撑构件130和弯曲致动丝线400可以围绕弯曲节段110的主体以90度间隔布置。在图13的D中，横向支撑构件130和弯曲致动丝线400被布置成穿过弯曲节段的连接部分。在图13的E中，横向支撑构件130和弯曲致动丝线400位于每个连接部分位置之间，从而避免穿过连接部分。
[0106] 图14是示出了由预成形横向支撑构件提供的弯曲特性。图12和图13的横向支撑构件具有对应于可操纵构件的中性位置的形状。因此，可操纵构件被构成利用弯曲致动丝线弯曲并通过横向支撑构件返回到中性位置。相比之下，图14的横向支撑构件130被构造成在一个方向上具有弯曲形状，从而使得横向支撑构件130的弹性有助于将可操纵构件向一侧弯曲。
[0107] 在一个示例中，图14的横向支撑构件130是被预成形为向左弯曲。在未使用弯曲致动丝线进行任何操控的情况下，其中带有横向支撑构件130的可操纵构件保持向左弯曲(图14的A)。此外，如果弯曲致动丝线400在第一拉力F的作用下移动，则可操纵构件可置于中性位置(图14的B)。第一拉力大得足以与由横向支撑构件130的弹性产生的力矩保持平衡。如果弯曲致动丝线400在比第一拉力大的第二拉力F’的作用下移动，则可操纵构件可以向右弯曲(图14的C)。在这种情况下，如果施加在弯曲致动丝线400上的拉力被释放到第一拉力，则可操纵构件可以移动到中性位置(图14的B)，或者如果施加在弯曲致动丝线上的拉力被完全释放，则可操纵构件可以向左弯曲(图14的A)。
[0108] 在这种情况下，可操纵构件通过横向支撑构件的弹性而运动到中性位置或初始位置，由此能够没有侧隙地进行弯曲控制。虽然图14描绘了使用预成形横向支撑构件和弯曲致动丝线而具有一个自由度的弯曲机构，但是可以使用各种使用预成形横向支撑构件的弯曲机构。
[0109] 此外，如图15至图17所示，可以使用不会导致侧隙的使用连接节段的弯曲机构以及上述使用横向支撑构件的方法。
[0110] 图15是示出了通过由连接节段连接的弯曲节段的弯曲引起的丝线路径差异的视图。在上述示例性实施方式中(例如，在图3至图9中)，每个弯曲节段110可以通过设置在主体中的连接部分120直接连接至相邻弯曲节段，并且相对于在每对相邻弯曲节段之间共享的一个铰接轴旋转。相比之下，如图15所示，在每对相邻弯曲节段110之间设置有连接节段140，并且两个相邻弯曲节段分别连接至连接节段140的两端。连接节段140具有双铰链接头结构，该双铰链接头结构使得连接节段140上的两个点能够铰接至两个不同构件。因此，一对相邻弯曲节段110分别连接至连接节段的两端，从而相对于不同铰接轴旋转，而不共享铰接轴。
[0111] 将弯曲节段110的两侧的丝线之间的距离设为2r，并且将连接节段的两个铰接轴之间的距离设为L。弯曲节段110可以在一对丝线之间的中间点(即，距每个丝线距离r的位置处)铰接至连接节段140。
[0112] 图15的A示出了弯曲之前的相邻弯曲节段，而图15的B示出了当弯曲到
曲率半径R时的相邻弯曲节段。在图15的B中，两个弯曲节段110之间的弯曲角用θ表示。此外，可以假定由于弯曲而在弯曲节段和连接节段之间产生的弯曲角θ近端和θ远端相等。在这种情况下，如下等式用来将弯曲之前两个弯曲节段之间的两个丝线部分的长度的和与弯曲之后两个丝线部分的长度的和进行比较。弯曲之前两个丝线部分的长度分别用L1和L2表示，弯曲之后两个丝线部分的长度分别用L1’和L2’表示。
[0113] L1＝L2＝L
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[0118]
[0119] L1+L2＝L′1+L′2
[0120] 即，如果由连接节段140连接的可操纵构件100弯曲，则弯曲之前两个丝线部分的长度和(L1+L2)和弯曲之后两个丝线部分的长度之和(L1’+L2’)基本相等。因此，能够防止由弯曲引起的任何松弛。
[0121] 不用说，图15假定了弯曲节段140和连接节段110之间的弯曲角θ近端和θ远端相等，这是因为由于同一个丝线而在每个弯曲节段处都发生了弯曲。然而，当发生实际弯曲时，连接节段140和弯曲节段110之间的弯曲角在基本相似的范围内，不过它们略有不同。因此，与两个弯曲节段在一个铰接轴上联接在一起的结构相比，可以将松弛长度最小化。
[0122] 图16是示出了连接节段和通过连接段连接的弯曲节段的立体图。图17是示出了包括连接节段的可操纵构件的立体图。
[0123] 如图16所示，连接节段140在不同点处铰接至第一弯曲节段110a和第二弯曲节段110b。连接节段140包括彼此面对的两个主体141。每个主体141包括位于其长度的一端的第一铰链部分142a和位于另一端的第二铰链部分142b。第一弯曲节段110a和第二弯曲节段
110b分别联接至第一铰链部分142a和第二铰链部分142b，从而使它们在不同的铰接轴上铰接地运动。
[0124] 在图16中，第一铰链部分142a和第二铰链部分142b均由具有圆形表面的突起构成，并且容纳在弯曲节段110中形成的凹入部分121b中并且铰接地运动。然而，这仅仅是一个示例，并且第一和第二铰链部分中的至少一个可以是用于容纳突起的凹入部分，或者可以通过其他铰链结构(例如销接)连接。
[0125] 连接节段140进一步包括引导构件143，引导构件143具有位于其内部的中空空间，引导构件143将彼此面对的两个主体141连接在一起。由于该结构，连接节段130可以形成模
块。引导构件143的中空空间允许各种类型的丝线构件(例如，弯曲致动丝线或执行器致动丝线)穿过，并防止内部部件在弯曲过程中脱落。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，弯曲致动丝线穿过的部分可以是开口的，从而不会对弯曲致动丝线的运动进行限制。
[0126] 图17的可操纵构件包括多个连接节段140，并且相邻连接节段140被构造成具有彼此正交的铰接轴。每个弯曲节段110有四个管腔112，从而四个弯曲致动丝线400分别位于这些管腔112中。因此，可操纵构件100可以以两个自由弯曲。在这种情况下，弯曲致动丝线400可以围绕弯曲节段110的主体位于每个铰接轴位置之间，从而不穿过连接节段140的铰接轴。
[0127] 在另一个示例性实施方式中，图18是示意性地示出了由于可操纵构件弯曲而形成弧形路径的丝线中的松弛的视图。尽管图3描绘了发生弯曲时形成弯曲直线路径的丝线，但是图18描绘了发生弯曲时形成弧形路径的丝线。如果弯曲之前两个丝线部分的长度分别用L1和L2表示，并且弯曲之后两个丝线部分的长度分别用L1’和L2’表示，则两个丝线部分的长度之间的关系如下：
[0128]
[0129] L′1+L′2＝(R+r)θ+(R-r)θ＝2Rθ
[0130]
[0131] [ΔL松弛＜ΔL图3＝4R(tan(θ/2)-sin(θ/2))]
[0132] 与在发生弯曲时形成弯曲直线路径的图3的丝线相比，形成弧形路径的图18的丝线可以使松弛长度减少约30％。利用这一原理，将弯曲致动丝线构造成通过包括路径调节构件而在发生弯曲时形成弧形路径，由此使松弛最小化。
[0133] 图19是示出了使用路径调节构件的可操纵构件的视图。如图19所示，可操纵构件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分120。另外，四个管腔112被形成为穿透弯曲节段100和连接部分120的外部边缘(参见图10的描述)。
[0134] 如图19的B所示，弯曲致动丝线400位于每个管腔中的路径调节构件150内，而不是直接位于每个管腔中。路径调节构件150包括诸如金属之类的弹性材料，并且在可操纵构件100弯曲时弯曲，从而形成弧形丝线路径(在这种情况下，路径调节构件的弹性不需要高到足以产生如图13的D和E中所示的恢复力，产生足够形成弧形路径的弹力即可)。因此，根据该示例性实施方式的弯曲致动丝线400不是沿着弯曲直线路径弯曲，而是沿着弧形路径弯曲，从而使松弛长度最小化。
[0135] 尽管已经参照其中路径调节构件用于使用柔性铰链结构的可操纵构件的示例描述该示例性实施方式，但是可以进行修改，例如在使用路径调节构件的情况下将丝线放置在图11至图17中所示的可操纵构件中。
[0136] 图20是示出了可操纵构件的弯曲的视图。如图20所示，在弯曲的初始阶段，在整个可操纵构件100上弯曲不是均匀的，而是集中在可操纵构件的远端(弯曲致动丝线300终止于该远端(参见图20B))。因此，当丝线移动时，力被直接传递到可操纵构件的远端，从而导致可操纵构件在近端弯曲较小。
[0137] 图21是根据本发明的一个示例性实施方式的可操纵构件的剖视图。图21的A、B和C描述了用于改善弯曲集中在可操纵构件的远端处的实施方式，该实施方式涉及几何增强结构，其中可操纵构件在远端比在近端更容易弯曲。
[0138] 具体来说，如图21的A所示，弯曲节段110具有形成在距可操纵构件的横截面的中心一定距离处的管腔，并且距离可操纵构件的近端越近，弯曲节段中的管腔距离可操纵构件的横截面的中心的距离就越远。在这种情况下，施加至可操纵构件100的力矩在远端较小，并且朝向近端增加。因此，可操纵构件100更容易朝向近端弯曲。
[0139] 在图21的B中，连接部分120可以被构造成沿可操纵构件100的长度逐渐改变形状，从而使可操纵构件在近端比在远端更容易弯曲。在一个示例中，如图21的B所示，可以通过将连接部分构造成在远端比在近端具有更大截面宽度来调节沿长度的弯曲特性。另选地，除了调节连接部分的宽度之外，还可以其他各种形状变化的方式来构造连接部分，包括调节具有关节结构的连接部分的运动范围。
[0140] 此外，如图21的C所示，弯曲节段110之间的距离可以沿长度变化。特别地，连接部分120可以定位成使得弯曲节段之间的距离朝向远端变得更短，而朝向近端变得更长。在这种情况下，弯曲节段之间的距离越长，可操纵构件越容易弯曲。这就限制了远端附近的弯曲，并且改善了近端附近的弯曲性能。
[0141] 该构造的可操纵构件具有沿着管腔定位的多个弯曲致动丝线，并且每个弯曲致动丝线的远端由设置在可操作构件的远端处的丝线终止构件410固定。
[0142] 图22是示出了通过丝线终止构件固定弯曲致动丝线的方法的视图。由于可操纵构件和弯曲致动丝线的尺寸很小，将各个弯曲致动丝线固定至可操纵构件的远端是非常困难的。因此，该示例性实施方式使用能够容易地固定多个弯曲致动丝线的丝线终止构件。
[0143] 如图22所示，丝线终止构件410具有位于一侧的
螺纹411，并旋拧至可操纵构件100的远端。此外，丝线终止构件包括多个孔412，多个弯曲致动丝线穿过所述孔，并且孔412形成在与可操纵构件中的管腔对应的位置处。因此，如图22所示，在弯曲致动丝线400插入丝线终止构件的孔中的同时(图22A)，可以将丝线终止构件旋拧至可操纵构件的远端，从而使得容易固定弯曲致动丝线(图22的B和C)。
[0144] 丝线终止构件可以是设置在可操纵构件和末端执行器之间的部件。在这种情况下，丝线终止构件可以旋拧到可操纵构件的远端，并且末端执行器可以连接至该丝线终止构件。另选地，如图23所示，可通过将弯曲致动丝线400固定到末端执行器300的内部并且将末端执行器300直接旋拧至可操纵构件100的远端，来使用末端执行器300作为丝线终止构件。
[0145] 虽然已经针对具有图10所示结构的可操纵构件描述了图22，但不用说，即使可操纵构件具有其他结构，也可以同样地固定弯曲致动丝线。
[0146] 在上述讨论中，已经参照图5至图22描述了可操纵构件的各种示例性实施方式。可操纵构件被描述为手术设备的具有末端执行器的部件，但本发明不限于此。例如，本发明可应用用于各种类型手术器械(例如成像单元或具有工作通道的管腔单元)的可弯曲的可操纵构件。
[0147] 返回来参照图2，末端执行器300设置在可操纵构件的远端处。如上所述，末端执行器300可以直接联接至可操纵构件100的远端或通过诸如丝线终止构件之类的部件联接至可操纵构件100。末端执行器300包括用在外科手术中的各种类型的手术元件。图2以示例方式示出了包括钳子的末端执行器。
[0148] 末端执行器300的近端连接至执行器致动丝线500。执行器致动丝线500位于可操纵构件100的通道111中，并且穿过可操控构件100和柔性构件200机械地连接至操控构件10。因此，当执行器致动丝线500通过操控部件10而纵向移动时，执行器致动丝线500致动末端执行器300。
[0149] 图24是示意性地示出了末端执行器的操作原理的剖视图。当在操控部件10的方向拉动执行器致动丝线500时，末端执行器300以第一模式操作(图24的A)；当在末端执行器300的方向拉动执行器致动丝线500时，末端执行器300以第二模式操作(图24的B)。第一模式涉及关闭末端执行器的钳子，第二模式涉及打开钳子。因此，通过操控部件的驱动部件可以容易地进行在操控部件的方向拉动执行器致动丝线500的动作，由此将力传递至末端执行器。另一方面，通过驱动部件400可能无法适当地进行使执行器致动丝线500在末端执行器300的方向返回的动作，这是因为执行器致动丝线是丝线结构。因此，在该示例性实施方式中，末端执行器400可以包括弹性体341，以通过使用弹性体341的弹性来拉动执行器致动丝线500而执行第二模式操作。
[0150] 具体而言，如图24所示，末端执行器的执行器模块包括用于执行外科手术的器械部分310和用于
致动器械部分310的致动部分320。器械部分310连结至致动部分320，并且被构造成使得在器械部分310的接头330固定的同时，手术元件311通过致动部分320的运动而在两侧打开或关闭。弹性体341可以位于致动部分的近端。当执行器致动丝线500由操控部件10拉动时，致动部分320向后移动，同时推动弹性体341，因此将手术元件311关闭(图24的A)。此外，当作用在执行器致动丝线500上的力被操控部件10释放时，弹性体341的恢复力使致动部分320向器械部分310的方向移动，从而打开手术元件311(图24的B)。这样，利用弹性体可以简化末端执行器的操作机构。
[0151] 使用弹性体的末端执行器的结构可以以多种方法设计。图25是示出了这种末端执行器的一个示例的视图。如图25所示，末端执行器300可以包括执行器模块301和主体部分340，执行器模块301安装在主体部分340中。执行器模块301的器械部分310被构造成暴露于主体部分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的接头330可以固定在主体部分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内的弹性体341位于致动部分320后面，并且致动部分320的近端连接至执行器致动丝线500。因此，可以通过用执行器致动丝线500和弹性体341移动致动部分320来对器械部分310进行操控。
[0152] 此外，末端执行器300的全部或部分可以可拆卸地连接到可操纵构件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。在一个示例中，图25的末端执行器
300被构造成使执行器模块301可附装至执行器致动丝线500的远端或从执行器致动丝线
500的远端拆下。执行器模块301和执行器致动丝线500的远端可以多种方式可拆卸地紧固在一起；例如，根据图25所示的示例性实施方式，它们可以
磁性地紧固在一起。因此，至少致动部分320的近端或执行器致动丝线500的远端由磁性体构成，磁性体使得能够进行紧固。
[0153] 如上所述，根据该示例性实施方式的手术器械包括可弯曲的可操纵构件100和可操作末端执行器300。此外，可操纵构件100和末端执行器300通过多个丝线构件(例如弯曲致动丝线400和执行器致动丝线500)而移动。这些丝线构件被布置成穿过可操纵构件100和柔性构件200。因此，如果这些丝线构件线性布置成使得每个构件具有最短路径，则丝线的运动可能受到可操纵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，可以在可操纵构件或柔性构件内设置形成丝线构件的行进路径的至少一个套筒。该套筒比设置有该套筒的部分的最大长度(例如，该部分弯曲或挠曲时的长度)长，从而即使在可弯曲构件弯曲或柔性构件挠曲时，这些丝线构件也具有足够长的路径。
[0154] 图26是示出了执行器致动丝线的行进路径的剖视图。如图26所示，执行器致动丝线500的一端安装在末端执行器300的近端，而另一端机械地连接到操控部件10(图1)。形成执行器致动丝线500的路径的套筒600的一端在可操纵构件100的远端或末端执行器300的近端处固定就位。另外，另一端在柔性构件200的近端处固定就位。在这种情况下，套筒600比该套筒的两端固定的部分的长度(可操纵构件的长度和柔性构件的长度之和)长。增加到套筒的该额外长度(图26的A)给予执行器致动丝线500的路径更多空间，即使在可操纵构件100弯曲时(图26的B)也是如此。因此，末端执行器300的运动可以与可操纵构件100的弯曲运动分离，以防止其运动受到可操纵构件100的弯曲运动的影响。
[0155] 图27是示出了弯曲致动丝线的行进路线的视图。如图27所示，可以设置用于确保弯曲致动丝线400的路径的套筒600。在这种情况下，套筒600的一端固定在可操纵构件100的近端或柔性构件200的远端处，而另一端固定在柔性构件200的近端处。套筒600被构造成将额外长度添加到放置该套筒的部分的线性长度。因此，可操纵构件100的弯曲将不受柔性构件200的挠曲的影响。
[0156] 图28和图29是示出了带有两个可弯曲部分的弯曲致动丝线400的行进路径的视图。尽管前面的附图示出了可操纵构件100具有一个弯曲部分的结构，但是可操纵构件100可被划分为可分别弯曲的远端可操纵部分101和近端可操纵部分102。在这种情况下，远端可操纵部分101利用远端弯曲致动丝线401弯曲，而近端可操纵部分102利用近端弯曲致动丝线402弯曲。远端弯曲致动丝线401的一端固定在远端可操纵部分101的远端，穿过远端可操纵部分101中的管腔，然后穿过可操纵部件100的柔性构件200的中空通道而延伸到操控部件10。此外，近端弯曲致动丝线402的一端固定在近端可操纵部分102的远端，穿过近端可操纵部分102中的管腔，然后穿过柔性构件200的中空通道而延伸到操控部件10。在这种情况下，可以设置两个远端弯曲致动丝线401和两个近端弯曲致动丝线402，并且它们在每个弯曲部分中都具有一个自由度，或者可以设置四个远端弯曲致动丝线401和四个近端弯曲致动丝线402，并且它们在每个弯曲部分中都具有两个自由度。
[0157] 如图28所示，可以设置用于确保远端弯曲致动丝线401的路径的套筒600。该套筒600的一端可以固定在远端可操纵部分101的近端处，而另一端可以固定在柔性构件200的近端处。此外，如图29所示，可以设置用于确保近端弯曲致动丝线402的路径的套筒600。该套筒600的一端可以固定在近端可操纵部分102的近端处，而另一端可以固定在柔性构件
200的近端处。与上述套筒的情况一样，每个套筒600具有额外长度，因此每个弯曲部分的弯曲运动可以分离。
[0158] 如上所述，参照图26至28说明的套筒600给这些套筒所放置的部分的长度增加了额外长度，并且它们可以由弹性材料支撑，从而允许它们的形状随部件的运动而变化。这种套筒结构允许每个部件的运动与其他部件的运动分离，并且防止窄通道中的丝线构件由于摩擦而扭曲或损坏。
[0159] 图30是示出了手术器械的端部与操控部件的连接结构的视图。如上所述，手术器械30分别位于插入部件20的通路中，并且手术器械的端部机械地连接到操控部件10。操控部件10包括对应于手术器械的多个丝线构件W的传输构件700和将要紧固至丝线的联接器701。手术器械的丝线构件W均包括位于近端的近端模块M，并且每个近端模块M紧固至相应的联接器701。因此，每个丝线构件都可以通过操控部件中的每个驱动部件移动。
[0160] 在这种情况下，插入部件20和操控部件10可附装至彼此或从彼此拆下，并且设置在插入部件20中的手术器械30也可附装至操控部件20或从操控部件20拆下。这意味着插入部件或手术器械可以被清洁或替换为新的。手术器械30和操控部件10可以以各种方式可拆卸地紧固在一起；例如，如图30所示，它们可以磁性地紧固在一起。因此，手术器械的近端(具体地说，弯曲致动丝线和执行器致动丝线的近端模块)或操控部件的远端(具体地说，传输构件的联接器)可以由磁体构成，并且可以通过磁力附装至彼此或从彼此拆下。
[0161] 图31和图32示意性地示出了用于移动弯曲致动丝线400的操控部件10的构造。上述手术器械的丝线构件W机械地连接至操控部件10的驱动部件40，并且与驱动部件40的运动一起线性地移动。驱动部件可以使用各种装置(例如致动器、直线
马达、马达等)来构造。另外，每个丝线构件可以连接到不同的驱动部件，以便它们可以分开地移动。
[0162] 在这种情况下，当发生弯曲时，彼此面对地位于可操纵构件100内的一对弯曲致动丝线400在相反方向上移动。具体来说，当发生弯曲时，曲率中心附近的弯曲致动丝线具有较短路径，而曲率中心另一侧的弯曲致动丝线具有较长路径。因此，通过使用单个驱动部件40可以使彼此面对的一对丝线在相反方向上同
时移动。在这种情况下，通过减少驱动部件的数量可以紧凑地设计操控部件。
[0163] 在图31中，操控部件包括丝杠构件41和用于旋转丝杠构件41的驱动部件40。丝杠构件41可以是双向导向丝杠，这意味着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，待连接到弯曲致动丝线403的传输构件的联接器联接至第一螺纹41a，并且待连接到第二弯曲致动丝线404的传输构件的联接器联接至第二螺纹41b。因此，当驱动部件旋转时，第一弯曲致动丝线403和第二弯曲致动丝线404分别沿直线在相反方向上移动相应的距离，从而导致可操纵构件弯曲。此外，第一弯曲致动丝线403和第二弯曲致动丝线404的运动方向可以通过改变驱动部件的旋转方向来反向，从而使它们能够在反向方向上弯曲。
[0164] 在图32中，操控部件包括一对丝杠构件和用于旋转丝杠构件的驱动部件40。该对丝杠构件由具有第一螺纹的第一导向丝杠42和具有与所述第一螺纹在相反方向取向的第二螺纹的第二导向丝杠43构成。第一导向丝杠42和第二导向丝杠43通过
齿轮44连接到驱动部件40，并且与该驱动部件的旋转一起沿相同方向旋转。第一弯曲致动丝线403机械地连接到第一导向丝杠42，并且第二弯曲致动丝线404机械地连接到第二导向丝杠43。因此，与图31中的情况一样，当马达旋转时，第一和第二弯曲致动丝线可以在相反方向上移动，从而导致可操纵构件弯曲。
[0165] 虽然图31和32描述了使用丝杠构件为例来驱动成对的弯曲致动丝线，但不用说，可以使用各种链接结构进行修改。
[0166] 图33是示意性地示出了在理想的连续柔性臂中弯曲之前和之后弯曲致动丝线的长度的视图。图33A示出了在理想连续柔性臂中弯曲之前弯曲致动丝线的长度，而图33B示出了在用丝线驱动机构A(例如
滑轮)拉动的理想连续柔性臂中弯曲之后弯曲致动丝线的长度。
[0167] 在理想连续柔性臂中，将弯曲致动丝线定位在具有宽度2r的丝线驱动机构A的两侧，其中“r”表示丝线驱动机构A的半径；“L1”和“L2”分别表示在弯曲之前弯曲致动丝线从丝线驱动机构A的两个相反侧到弯曲节段(未示出)的长度；“L1’”和“L2’”分别表示弯曲之后弯曲致动丝线从丝线驱动机构A的两个相反侧到弯曲节段(未示出)的长度；“L”表示从丝线驱动机构A的中心到弯曲节段的长度；“R”表示当丝线驱动机构A如箭头指向那样被拉动时的曲率半径，丝线驱动机构A引起的弯曲角用“θ”表示.。
[0168] 在图33所示的理想连续柔性臂中，弯曲之前和之后弯曲致动丝线的总长度可以用下列等式表示：
[0169] 弯曲之前：L1+L2＝2Rθ；
[0170] 弯曲之后：L1’+L2’＝(R+r)θ+(R-r)θ＝2Rθ
[0171] L1+L2＝L1’+L2’
[0172] 然而，如图34所示，图34是示意性地示出了在实际情况下弯曲之前(如图34A所示)和弯曲之后(如图34B所示)弯曲致动丝线的长度。如图34B所示，弯曲致动丝线通过被拉动而伸长(表示为ΔL伸长)，从而导致释放丝线上出现松弛B，这引起侧隙。在这种情况下，弯曲之前和之后弯曲致动丝线的总长度可以表示为以下等式：
[0173] 弯曲之前：L1+L2＝2Rθ；
[0174] 弯曲之后：L1’+L2’+ΔL伸长＝(R+r)θ+(R-r)θ+ΔL伸长＝2Rθ+ΔL伸长；
[0175] L1+L2≠L1’+L2’+ΔL伸长。
[0176] 相比之下，在该示例性实施方式中，弯曲节段可以被构造成包括一系列具有张力调节构件的中间接头，以使伸长引起的松弛最小化。图35是示出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被示出为包括沿弯曲节段的纵向轴线方向布置的四个中间接头81、82、83、84。每个中间接头81、82、83、84分别具有第一链接部分811、821、831和841以及第二链接部分812、822、832和842。每个中间接头81、82、83、84可与相邻中间接头以正交、平行或任意角度相互堆叠。
[0177] 弯曲节段80还包括穿过每个中间接头81、82、83、84的多个管腔801。因此可以相应地设置相同数目的弯曲致动丝线(为了清晰而省略)以分别穿过每个管腔801并导致弯曲节段80弯曲。
[0178] 每个中间接头81、82、83、84进一步包括连接到第一链接部分811、821、831和841以及第二链接部分812、822、832和842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被构造成在弯曲节段弯曲时补偿弯曲致动丝线的伸长，从而改变弯曲致动丝线的长度并使其保持在预定长度内。
[0179] 在图36中，张力调节构件813是包括两个离轴铰链接头814的双铰链接头。每个离轴铰链接头814包括连接到第一链接部分811的第一
接口半部815、815’和连接到第二链接部分812并相应地枢转至第一接口半部815、815’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’可以分别具有突出端，而第二接口半部816、816’相应地可以具有凹入端。在另一个示例性实施方式中，每个第一接口半部可以转而分别具有凹入端，而第二接口半部相应具有突出端。
[0180] 枢转运动将根据弯曲取向而发生在两个离轴铰链814中的一个上。图37示出了图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正视图，而图37B是向右侧弯曲的张力调节构件的正视图。如图37A所示，中间接头在从纵向轴线方向偏离的左侧铰链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，只有第一接口半部815’向右侧枢转地移动，如图37B所示。
[0181] 图38是示意性示出使用图36中的张力调节构件使由丝线伸长所导致的丝线松弛最小化的视图。图38A表示在张力调节构件结构弯曲之前弯曲致动丝线的长度，而图38B表示在张力调节构件结构弯曲之后弯曲致动丝线的长度。
[0182] 在图38A和图38B中，“L”分别指示沿中间接头81的
中轴线方向第一链接部分811或第二链接部分812的高度。“L1”表示在弯曲之前在第一链接部分811和第二链接部分812的左侧之间的穿过管腔的弯曲致动丝线的长度，而“L1’”表示弯曲之后位于左侧的弯曲致动丝线的长度。“L2”表示在弯曲之前在第一链接部分811和第二链接部分812的右侧之间的穿过管腔的弯曲致动丝线的长度，而“L2’”表示弯曲之后位于右侧的弯曲致动丝线的长度。“r”表示从每个链接部分的中
心轴线到弯曲致动丝线所穿过的管腔的半径。“R”表示当中间接头81弯曲的曲率半径，并且弯曲角由“θ”表示。此处的“d”表示从每个链接部分的中心轴线到每个离轴铰链接头814的距离。
[0183] 如图38A和图38B所示，如果在该示例性实施方式中忽略丝线伸长，则在弯曲之前和弯曲之后弯曲致动丝线的长度的总长度可以表示为如下等式：
[0184] L1＝L2＝L；
[0185] L1’＝2(R+r)sin(θ/2)；L2’＝2(R-r)sin(θ/2)；
[0186] L1＝L2＝L＝L’＝2(R-d)tan(θ/2)；
[0187] L1+L2＝4(R-d)tan(θ/2)；
[0188] L1’+L2’＝2(R+r)sin(θ/2)+2(R-r)sin(θ/2)＝4R sin(θ/2)；
[0189] 这里,R＝L/(2tan(θ/2))+d；
[0190] ΔL＝(L1+L2)–(L1’+L2’)
[0191] ＝2L-4R sin(θ/2)
[0192] ＝2L–4(L/(2tan(θ/2))+d)(sin(θ/2).
[0193] 图39是使用Matlab示出了弯曲致动丝线的总长度变化ΔL随着弯曲角θ变化的模拟结果。例如，当L＝2，d＝0.45时，当θ在设计接头的运动范围内(0～45°)时，ΔL保持<0；因此由丝线伸长引起的松弛可以用ΔL补偿，而离轴铰链接头使这种补偿成为可能。
[0194] 因此，中间接头81的枢转运动发生在从中间接头81的纵向轴线方向偏移的铰链814上。弯曲致动丝线的长度发生改变并保持在预定长度内，这是因为弯曲致动丝线的伸长由离轴枢转
运动补偿。
[0195] 图40是示出了根据本发明的示例性实施方式的手术器械的框图。图41是示出了根据本发明的示例性实施方式的手术器械的示意图。如图40和图41所示，可弯曲的可操纵构件100设置在手术器械30的远端。可操纵构件100具有多个连接在一起的具有中空通道(未在图40和图41中示出)的弯曲节段110。每个弯曲节段110包括纵向形成的多个管腔112。柔性材料的柔性构件200设置在可操纵构件100的近端。柔性构件200可以包括中空管，从手术设备1的远端连接的各种类型的丝线构件定位在该中空管内。可选地，末端执行器300设置在可操纵构件100的远端，并且末端执行器300可以由执行器致动丝线500选择性地致动(例如，参见图2、图24至图26)。
[0196] 可操纵构件100的每个弯曲节段110以允许铰接运动的方式连接到相邻的弯曲节段，并通过弯曲致动丝线400弯曲(参见例如图2)。在该示例性实施方式中，第一弯曲致动丝线403a和第二弯曲致动丝线403b位于分开的管腔112中以穿过可操纵构件100和柔性构件200，并且第一弯曲致动丝线403a和第二弯曲致动丝线403b的远端连接至可操纵构件100，并且它们的近端机械地连接到驱动构件160。因此，当第一弯曲致动丝线403a和第二弯曲致动丝线403b通过驱动构件160移动时，多个弯曲节段110铰接地运动，从而导致可操纵构件
100的一个自由度的弯曲运动。
[0197] 驱动构件160包括第一马达161、第二马达162、第一运动传输单元163和第二运动传输单元164。第一马达161经由第一运动传输单元163联接至第一弯曲致动丝线403a，从而可以将来自第一马达161的动力传输到第一弯曲致动丝线403a以使其致动。类似地，第二马达162经由第二运动传输单元164联接至第二弯曲致动丝线403b，从而从第二马达162传输动力以致动第二弯曲致动丝线403b。在该示例性实施方式中，第一运动传输单元163和第二运动传输单元164可以是导向丝杠或滚珠丝杠，但不限于此。
[0198] 进一步设置了张力监测构件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联接至第一运动传输单元163并联接至第一弯曲致动丝线403a。第一传感器171可以响应于感测到第一弯曲致动丝线403a的张力在预弯曲运动和期望弯曲运动之间的变化而提供第一反馈
信号S1。类似地，第二传感器172联接至第二运动传输单元164和第二弯曲致动丝线403b。第二传感器172可以响应于感测到第二弯曲致动丝线403b的张力在预弯曲运动和期望弯曲运动之间的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是负载单元，但不限于此。第一弯曲致动丝线403a或第二弯曲致动丝线403b的张力变化提供了电值变化(例如
电压、
电流或其他参数)，该电值变化针对放置在负载单元上的负载进行校准。
[0199] 如上所述的驱动构件160和张力监测构件170进一步电连接到控制构件180。控制构件180可以响应于第一反馈信号S1提供第一
输出信号S3并发送到第一马达。一旦接收到第一输出信号S3，第一马达161将被驱动以调节(即，拉动或释放)第一弯曲致动丝线403a。类似地，控制部件180可以响应于第二反馈信号S2提供第二输出信号S4，并发送到第二马达
162以调节第二弯曲致动丝线403b。
[0200] 图42是示出了根据本发明的示例性实施方式的处于弯曲状态的手术器械的视图。当第一弯曲致动丝线403a被致动(即，如图42所示，朝向第一马达161的方向拉动)以弯曲可操纵构件100时，第一弯曲致动丝线403a和/或第二弯曲致动丝线403b的张力由于各种原因而发生变化。例如，第二弯曲致动丝线403b沿着弯曲方向的长度在弯曲之前和之后的变化小于第一弯曲致动丝线403a。相应地，第二弯曲致动丝线403b的张力将发生变化，并且由于弯曲而产生侧隙，从而使精细调整变得困难。
[0201] 在该示例性实施方式中，由第一弯曲致动丝线403a引起的张力变化可以分别由第一传感器171和第二传感器172通过张力引起的电压变化来测量和监测。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。在接收和处理第一反馈信号S1和第二反馈信号S2之后，控制构件180分别向第一马达161和第二马达162提供第一输出信号S3和第二输出信号S4。然后，响应于第一输出信号S3，第一马达161将静止，而第二马达162将响应于第二输出信号S4向可操纵构件100的方向释放第二弯曲致动丝线403b直到预定长度，从而将第一弯曲致动丝线403a和第二弯曲致动丝线403b再次保持在预定张力下。
[0202] 图43是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的手术器械的框图。图44是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的手术器械的示意图。末端执行器300可能经受各种外力，这是因为在沿着身体内通路向前推动末端执行器300时该末端执行器300与身体壁频繁接触或抵靠身体材料产生摩擦，或者在操作末端执行器300时产生反作用力。在传统的外科手术中，外科医生通过自己的
手指感觉到这种外力。然而，在
机器人手术中，外科医生不能直接感觉到外力，他们所能做的只是根据他们的观察或经验来猜测。
[0203] 因此，在该实施方式中，这里提供的手术器械30可以通过通信构件191与外科医生站190一起工作。
[0204] 如上所述的第一传感器171和第二传感器172可以被构造成根据感测值与正常操作中施加至可操纵构件100的张力值之间的电位差是否超过预设
阈值ΔVth来确定是否施加外力。当确定施加外力时，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将响应于第一外力信号S5和第二外力信号S6而进一步提供经由通信构件191传送的指令信号S7。
[0205] 通信构件191可以是控制构件180内的内置构件或外部构件。此外，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(未在图中示出)。在其他实施方式中，当信号为数字式或被数字化并由控制构件180调制的情况下，可以根据标准协议(例如蓝牙)配置无线发射器。另选地，也可以使用
硬件线路或无线的标准或专有发射器的任何其他适当构造。此外，无线发射器可以包括从其延伸出的天线(未示出)，以便于将信号发送到无线接收器。
[0206] 外科医生站190适合于由外科医生手动操作以转而响应于外科医生的操作来控制手术器械30的运动。在该实施方式中，外科医生站190被构造成响应到达外科医生站190的指令信号S7显示与阻力或振动有关的信息。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(未在图中示出)，以处理和传输采取触觉反馈形式的指令信号S7。触觉反馈可通过各种形式提供，例如机械感受，包括但不限于振动感觉(例如振动)、力感受(例如阻力)和压力感受、热感受(热)和/或低温感觉(冷)。外科医生站190可以包括触觉操纵杆(未在图中示出)，以便将触觉反馈传递给外科医生，以将外力通知给他们。
[0207] 在其他实施方式中，与阻力或振动有关的信息可以表示为图形信息或声学信息。在此，外科医生站190可以是本领域中已知的各种类型，包括用于显示此类图形信息或声学信息的
用户界面。通过这里提供的手术器械30，外力可以由张力监测构件170检测和监测，并以
可视化的形式显示或由触觉反馈感测。因此，即使在
远程手术条件下，外科医生也可以利用外科医生站的主设备及时地施加额外力来抵抗外力。此外，使用手术器械30进行手术的准确性也将提高。
[0208] 在另一个方面中，本发明进一步提供了用于与机器人等一起使用的个性化主控制器，特别是提供了
机器人手术装置、系统和方法。在机器人辅助手术中，外科医生通常操作主控制器来远程控制机器人手术装置在外科手术部位进行运动。主控制器可以与病人相距很远(例如，穿过
手术室，在不同的房间，或者在与病人完全不同的
建筑物中)。另选地，主控制器可以位于手术室中，非常靠近患者。无论如何，主控制器通常包括一个或多个手动输入
手柄，以便根据外科医生对手动输入手柄的操控来移动如图1所示的手术设备1。通常，手动输入手柄可以被设计成允许在六个自由度上平稳运动，这可以对应于三个轴上的平移以及三个轴线上的旋转。
[0209] 此外，为了驱动手术器械30以执行各种外科手术，手动输入手柄本身可以为夹持运动提供自由度。例如，可以在手动输入手柄的近端处进一步设置内置的夹持装置，从而可以对夹持装置进行控制以允许操作员模拟
剪刀、钳子或
止血器的运动以及控制手术器械30的致动，例如，致动末端执行器300(参见图1)以通过夹持外科手术部位的组织和/或其他材料而移动这些组织和/或其他材料。然而，这样的夹持装置可能不是可替换的，因此操作人员别无选择，只是被迫使用具有他们不太熟悉的夹持装置的手动输入手柄。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。
[0210] 因为上述原因，为机器人手术、远程外科手术和其他遥机器人应用提供改进的装置、系统和方法将是有益的。在示例性实施方式中，这里提供了个性化主控制器。图45是示出了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可以联接至与手术设备1电连接的处理器P(例如计算机)。如这里所提供的，个性化主控制器9可以包括控制平台90、连接部分91和可互换的夹持器92。如图45所示，控制平台90可以被构造成限定和输入一个或多个运动信号以经由处理器P控制手术设备1的运动(参见例如图1)。
[0211] 在一些另选实施方式中，控制平台90可以是
串联操纵器，该串联操纵器包括如在美国专利No.7714836、No.7411576和No.6417638中描述的利用接头连接的多个刚性
连杆，这里通过参考将这些美国专利全部结合在本文中。例如，如图46所示，这种类型的控制平台90可以包括：包括基座900a的主体900；输入手柄901；和多个第一传感器902。基座900a可以相对于具有基本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通过第一接头905相对于主体900枢转，第一接头905允许第一连杆903相对于第二轴线A02运动，第二轴线A02相对于第一轴线A01具有基本垂直取向。第二连杆904通过第二接头906相对于第一连杆903枢转，第二接头906允许第二连杆904相对于基本上平行于第二轴线A02的第三轴线A03移动。
[0212] 万向节结构安装至第二连杆904的自由端，并且包括外万向节907和内万向节908。外万向节907由第二连杆904枢转地支撑，并被允许相对于基本垂直于第三轴线A03的第四轴线A04旋转。内万向节908由外万向节907枢转地支撑，并被允许相对于基本垂直于第四轴线A04的第五轴线A05旋转。连接部分91(图48A)安装在内万向节结构908上，并允许与其电连接的可互换夹持器92相对于第六轴线A06旋转。
[0213] 安装在内万向节结构908上的连接部分91将输入手柄901和可互换夹持器92电连接。图47是示出了连接到根据本发明的示例性实施方式的控制平台的连接部分的立体图。在一个实施方式中，连接部分91可以是插头插座式连接器，但不限于此。如图47所示，在一个实施方式中，连接部分91的单叉插头911可联接至内万向节908，而对应的插座结构912可安装在可互换夹持器92的远端处(参见图48)，从而使得可互换夹持器92能够连接到内万向节结构908，并被允许相对于基本垂直于第五轴线A05的第六轴线A06旋转。另选地，在一些实施方式中，连接部分91的单叉插头911可以联接至可互换夹持器92的远端924，而插座结构912可以安装至内万向节908(参见图48)。
[0214] 因此，控制平台90可以提供六个自由度运动，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(在
俯仰、横摆和侧倾运动)。因此，当输入手柄91相对于控制平台90独自或与所安装的可互换夹持器92一起在X、Y和Z方向上平移时，输入手柄901能够提供多个位置参数P1，而当该输入手柄901相对于控制平台90独自或与所安装的可互换夹持器92一起以俯仰、横摆和侧倾运动旋转时，输入手柄901能够提供多个取向参数P2。
[0215] 在一个实施方式中，一个或多个第一传感器902可以安装至输入手柄901，并且被构造成响应于上述位置参数P1和/或取向参数P2而产生一个或多个第一运动信号S8。例如，第一传感器902可以安装到第一接头905、第二接头906和/或万向节结构907。在一些实施方式中，第一传感器902可以是能够基于由输入手柄901和/或所安装的可互换夹持器92的运动引起的诸如位置、取向、力、力矩、速度、
加速度、应变、变形、
磁场、角度和/或光(但不限于此)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
电阻应变仪传感器等，所有这些传感器既可以是独立的，也可以与信号调节
电子电路(惠斯顿桥、低噪声
放大器、A/D转换器等)集成到单个芯片或单封装密封模块中。在其他实施方式中，可以是角度传感器或旋转传感器，但不限于此。在特定实施方式中，第一传感器902可以是
霍尔效应传感器。如在本领域中所知道的，霍尔效应传感器可以在存在对应磁体元件(未在图中示出)的情况下用于感测响应于位置参数P1和/或取向参数P2的磁场。然后，第一传感器902可以相应地产生第一运动信号S8以控制手术设备1的运动(例如，侧倾、平移或俯仰/横摆运动)。
[0216] 图48是示出了根据本发明的示例性实施方式的可互换夹持器的立体图。在一个实施方式中，这里提供的可互换夹持器92可以包括可拆卸手柄921，以模拟来自手动手术器械的实际手柄，即，它可以是相同的大小和形状，并且可以被
挤压或固定，以便向外科医生提供真实感。例如，图49A中所示的两个夹持器操纵杆922、923可以设置在可拆卸手柄921的近端处，以便提供捏取或夹取运动的自由度。两个夹持器操纵杆922、923都可以被允许如箭头H所示相对于可拆卸手柄朝向彼此移动，以提供捏取或夹取运动的自由度。为了根据领域、外科医生或手术来模拟实际标准外科手柄，可拆卸手柄921和夹持器操纵杆922、923可以被设计成可互换为各种类型的手术工具，例如，分别如图48B和图48C所示的镊子或腹腔镜手动器械。
[0217] 此外，在一些实施方式中，可拆卸手柄921可以在其远端924处安装至插座结构912或从插座结构912拆下。这里提供的插座结构912可以能够电连接到连接部分91的单叉插头911或从单叉插头911断开，从而使得可拆卸手柄921可以相应地被器械化以接收从外科医生输入的相关夹持运动，并且相应的
控制信号随后被产生并通过控制平台90发送到手术设备1。
[0218] 为了感测可互换夹持器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，第二传感器925可以容纳在该管状空间中，以基于由夹持器操纵杆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(但不限于此)的状态或变化来感测至少一个参数P3。
[0219] 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905可以是压力或力传感器，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仪传感器等，所有这些传感器既可以是独立的，也可以与信号调节
电子电路(惠斯顿桥、
低噪声放大器、A/D转换器等)集成到单个芯片或单封装密封模块中。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，但不限于此。在特定实施方式中，第二传感器902可以是霍尔效应传感器。霍尔效应传感器可以在存在相应磁体元件(未在图中示出)的情况下使用以如本领域中已知的那样感测磁场，从而霍尔效应传感器可以基于由夹持器操纵杆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。然后，霍尔效应传感器可以产生第二运动信号S9，该第二运动信号S9能够相应地控制图1中所示的末端执行器300的运动(例如，末端执行器300的打开和关闭(夹持)运动，末端执行器300可以是夹持装置(例如，卡钳或刀片))。
[0220] 图49是示意性地示出了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是示意性地示出了图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，该并联运动结构特别是德尔塔并联运动结构装置(例如，如US 2008/0223165 A1中所描述的，通过参考将该申请全部结合在本文中)。如图49所示，控制平台90适于提供多达六个自由度(即在X、Y和Z方向上多达三个平移自由度以及在俯仰、横摆和侧倾取向上多达三个旋转自由度)，以分别提供位置参数和取向参数。
[0221] 在该实施方式中，控制平台90可以包括：基座构件93；可移动构件94；和分别将基座构件93和可移动构件94联接的三个并联运动链95。每个并联运动链95具有第一臂951第一臂951可在相应的运动平面950中移动，该运动平面950与对称轴线(即垂直于基座构件93的中心线)间隔开。每个第一臂951与其相关联的安装构件96相联接，从而使得每个第一臂951可以相对于相关联的安装构件96并因此相对于基座构件93旋转或枢转。
[0222] 包括第二臂952的并联运动链95可以联接至可移动构件94。每个第二臂952可视为包括两个连杆952a，952b的平行四边形。在第二臂952的近端处，每个连杆952a和952b可以通过接头或铰链97与可移动构件94联接。在第二臂952的远端处，每个连杆952a、952b通过接头或铰链97与其相关联的第一臂951的端部联接。每个第二臂952，特别是每个连杆952a，952b，在两端可能有两个旋转自由度。
[0223] 因此，连接在基座构件93和可移动构件94之间的每个运动链95可以在由基座构件93、可移动构件94和三个并联运动链95限定的运动空间中移动，以提供多达三个平移自由度(分别沿X、Y和Z方向，如图50所示)，从而生成一个或多个位置参数P1。关于德尔塔并联运动结构装置的更多细节，可参考例如US2008/0223165 A1，通过参考将该申请全部结合在本文中。
[0224] 另外，通过联接至可移动构件94的腕结构940可以提供多达三个旋转自由度，腕结构940包括三个例如采取枢转接头形式的可枢转连接件941、942和943。每个可枢转连接件941、942和943相对于可移动构件94提供旋转自由度(图51中的俯仰、横摆和侧倾取向)，并且由此产生一个或多个取向参数P2。
[0225] 设置有多个第一传感器902来检测由三个并联运动链95和可移动构件94的运动引起的一个或多个位置参数P1和/或取向参数P2，随后响应于参数P1和/或P2生成第一运动信号S8。例如，可将一些第一传感器902分别安装到每个安装构件96，以检测由相关联的第一臂951的运动引起的至少一个参数。其他第一传感器902可分别安装至接头或铰链97的全部或部分上，以检测由相关联的第二臂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轴连接件941、942和943处。
[0226] 图51是图49的一部分的放大视图，示出了可互换夹持器被附装至根据示例性实施方式的控制平台的可移动构件。图52也是图49的一部分的放大视图，示出了可互换夹持器被从根据示例性实施方式的控制平台的可移动构件拆下。如图52所示，连接部分91进一步安装在可枢轴连接件943上，从而它能够将输入手柄901和可互换夹持器92电连接。如图52所示，在一个实施方式中，连接部分91可以包括插头插座式连接器，但不限于此。例如，连接部分91的单叉插头911可以通过螺纹913联接到可互换夹持器92的可拆卸手柄921，而对应的插座结构912可以安装在可枢转连接件943处，从而可以将可互换夹持器可以附装至可枢转连接件943(参见图51)或从可枢转连接件943拆下(参见图52)，并允许相对于可枢转连接件943的
旋转轴线A10旋转。
[0227] 如上所看到的，已经描述了手术设备的几个示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式仅用于说明目的。例如，上述手术器械可以被构造为单个手术设备，或者它们可以应用于各种医疗装置，例如管腔单元或具有通过通道的成像单元，并且应用于具有末端执行器的手术设备。此外，可操纵构件的各种实施方式可以被集成或以其他方式适合于各种手术设备，包括但不限于可在其远端弯曲的导管、内窥镜和手术机器人。
[0228] 如这里使用的术语“包括”、“包含”、“包括”、“具有”或其任何其他变体，意在涵盖非排他性包含。例如，包括一列元件的过程、产品、物品或设备不一定仅限于这些元件，而是可能包括未明确列出或这种过程、产品、物品或设备所固有的其他元件。
[0229] 此外，除非另有说明，这里使用的术语“或”通常是指“和/或”。例如，条件A或B由下列任一条件满足：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)；以及且A和B均为真(或存在)。正如这里所使用的，在前面加上“一”(以及“当引用
基础是“一”时的“该”或“所述”)的术语包括该术语的单数和复数形式，除非另有明确说明(即对“一”的提及显然只表示单数或复数)。此外，如在本
说明书中使用的，“在…里”的含义包括“在…里”和“在…上”，除非上下文另有明确规定。
[0230] 还应当认识到，在附图/图中所描绘的一个或多个元件也可以以更加分离或集成的方式来实现，甚至在某些情况下可以移除或呈现为不可操作，因为这对某一特定应用是有用的。此外，除非另有特别说明，否则附图/图中的任何信号箭头只应视为示例性的而不是为了加以限制。公开的范围应由如下
权利要求及其法律等同物确定。
[0231] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段，在所述多个弯曲节段中具有通道；以及多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并致使所述可操纵构件弯曲，所述可操纵构件包括至少一个管腔，所述弯曲致动丝线穿过所述至少一个管腔，并且所述管腔部分地向外开口。在一些实施方式中，所述弯曲节段铰接至相邻弯曲节段。在其他实施方式中，每个弯曲节段的连接部分销接至相邻弯曲节段。在其他实施方式中，每个弯曲节段的所述连接部分被容纳在所述相邻弯曲节段的凹入部分中并铰接至所述凹入部分。在其他实施方式中，每个连接部分包括具有圆形表面的突起，并且每个凹入部分被成形为容纳每个连接部分，从而使得每个连接部分能旋转。在其他实施方式中，每个连接部分包括具有线性边缘的突起，并且每个凹入部分成形为类似于v形凹口，从而使得每个连接部分能在与每个凹入部分线性接触的同时旋转。在另选实施方式中，在每个弯曲节段的长度的一侧设置有彼此面对的一对连接部分，在每个弯曲节段的长度的另一侧设置有彼此面对的一对凹入部分，并且所述一对连接部分和一对凹入部分布置在彼此垂直的方向上，从而允许以两个自由度弯曲。在其他实施方式中，沿着每个弯曲节段的长度形成有四个管腔，并且每个管腔穿过连接部分或凹入部分的至少一部分。在一些方面中，每个管腔包括封闭管腔部分和开口管腔部分，每个管腔的穿过所述连接部分或所述凹入部分的部分构成封闭管腔部分，并且所述连接部分或所述凹入部分的另一侧形成开口管腔部分。在其他实施方式中，每个弯曲节段具有沿着长度的四个管腔，并且每个管腔沿着圆周位于所述连接部分和所述凹入部分的位置之间。在其他实施方式中，每个管腔包括封闭管腔部分和开口管腔部分，其中所述封闭管腔部分形成在所述管腔长度的中间，而所述开口管腔部分形成在所述封闭管腔部分的两侧。在一些实施方式中，所述可操纵构件包括多个板状弯曲节段和位于所述弯曲节段之间的由柔性材料构成的多个连接部分。在其他实施方式中，所述连接部分一体地形成在所述弯曲节段之间，并且从设置在所述弯曲节段的中心处的所述通道的两个边缘朝向外方向延伸，并且所述连接部分形成在与相邻连接部分垂直的方向上。在其他实施方式中，所述弯曲致动丝线被布置成穿过所述弯曲节段和所述连接部分，并且其中设置有弯曲致动丝线的每个管腔具有如下的结构：位于连接部分处的部分形成封闭管腔而形成在弯曲节段处的部分向外开口。在其他实施方式中，所述连接部分被构造成将相邻弯曲节段的中心相连接。
[0232] 在一些实施方式中，所述手术设备进一步包括设置在所述可操纵构件的远端处的末端执行器。在一些实施方式中，所述末端执行器连接至位于所述可操纵构件的所述通道中的执行器致动丝线，从而能够通过移动所述执行器致动丝线来致动所述末端执行器，并且所述末端执行器的至少一部分可拆卸地设置在所述执行器致动丝线的远端处。在一些实施方式中，所述末端执行器的至少一部分磁性地连接至所述执行器致动丝线的远端。在其他实施方式中，所述末端执行器包括执行器模块，所述执行器模块包括：用于执行外科手术的器械部分；和与所述执行器致动丝线连接以致动所述器械部分的致动部分，其中至少所述执行器模块的近端或所述执行器致动丝线的远端包括磁性体。在一些实施方式中，所述手术设备进一步包括位于所述可操纵构件的通道中并且连接至所述末端执行器以致动所述末端执行器的执行器致动丝线，并且所述末端执行器进一步包括弹性体，该弹性体被构造成产生弹力，该弹力与所述执行器致动丝线所施加的力的方向相反。在其他实施方式中，所述执行器致动丝线被构造成使得所述末端执行器在被所述执行器致动丝线拉动时以第一模式操作，而在没有被所述执行器致动丝线拉动时以第二模式操作。在其他实施方式中，所述末端执行器的钳子在所述第一模式中关闭而在所述第二模式中打开。在一些实施方式中，所述末端执行器包括：用于执行外科手术的器械部分；连接至所述执行器致动丝线以致动所述器械部分的致动部分；以及形成所述致动部分往复运动所沿着的路径的主体部分，其中所述弹性体位于所述致动部分的近端处，并向推动所述致动部分的方向施加弹力。在其他实施方式中，所述致动部分和所述执行器致动丝线的远端被构造成能附装至彼此或能从彼此拆下。在其他实施方式中，至少所述致动部分或所述执行器致动丝线的远端包括磁性体。
[0233] 在手术设备的一些实施方式中，在所述可操纵构件的远端处设置有用于固定所述弯曲致动丝线的远端的丝线终止构件。在一些实施方式中，所述丝线终止构件具有螺纹，从而通过将所述丝线终止构件旋拧至所述可操纵构件的远端将所述弯曲致动丝线固定。在其他实施方式中，所述弯曲致动丝线被布置成通过卷绕在所述可操纵构件的远端和所述丝线终止构件之间的同时被推动而被固定。在一些实施方式中，所述丝线终止构件包括至少一个孔，所述弯曲致动丝线的远端穿过该孔，并且所述丝线终止构件设置在所述可操纵构件的远端。在其他实施方式中，所述丝线终止构件中的孔形成在与所述可操纵构件中的管腔对应的位置处。在其他实施方式中，所述手术设备进一步包括设置在所述可操纵构件的远端处的末端执行器，所述丝线终止构件为所述末端执行器。
[0234] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段，在所述多个弯曲节段中具有通道；多个弯曲致动丝线，所述弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并致使所述可操纵构件弯曲；并且所述可操纵构件包括至少一个管腔，所述弯曲致动丝线穿过所述至少一个管腔，其中所述手术设备进一步包括：包括柔性材料的柔性构件，该柔性构件设置在所述可操纵构件的近端；以及至少一个套筒，所述至少一个套筒形成穿过所述可操纵构件或所述柔性构件的丝线的行进路径，所述至少一个套筒的两端固定至所述可操纵构件的内部或所述柔性构件的内部。在一些实施方式中，所述丝线包括所述弯曲致动丝线。在一些实施方式中，所述套筒的主体比在所述可操纵构件或柔性构件弯曲时形成在所述套筒的两个相反端的两个固定点之间的最长可能路径长，以使所述可操纵构件或所述柔性构件的弯曲对所述丝线在所述套筒中的运动的影响最小化。在一些实施方式中，所述可操纵构件和所述柔性构件具有中空空间以供所述套筒放置在其中。在一些实施方式中，所述至少一个套筒中的第二套筒形成用于所述弯曲致动丝线的远端的路径，所述第二套筒的一端固定在所述远端可操纵部分的近端处或者所述近端可操作部分的远端处，并且另一端被固定在所述柔性构件的近端处。在其他实施方式中，所述第二套筒包括弹性材料，从而使得所述远端弯曲致动丝线在所述远端可操纵部分弯曲时沿着弧形路径定位。在一些实施方式中，所述至少一个套筒中的第三套筒形成用于所述近端弯曲致动丝线的路径，所述第三套筒的一端固定在所述近端可操纵部分的近端处或者所述柔性构件的远端处，并且另一端固定在所述柔性构件的近端处。在其他实施方式中，所述第三套筒包括弹性材料，从而使得所述近端弯曲致动丝线在所述近端可操纵部分弯曲时沿着弧形路径定位。
[0235] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：(修改)一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段，在所述多个弯曲节段中具有通道；多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并致使所述可操纵构件弯曲；并且所述可操纵构件包括至少一个管腔，所述弯曲致动丝线穿过所述至少一个管腔；包括柔性材料的柔性构件，该柔性构件设置在所述可操纵构件的近端并且形成所述弯曲致动丝线行进所沿着的路径；以及操控部件，该操控部件设置在所述柔性构件的近端，以致动所述弯曲致动丝线，其中所述弯曲致动丝线的近端能附装至所述操控部件或能从所述操控部件拆下。在其他实施方式中，所述弯曲致动丝线和执行器致动丝线的近端磁性地并且可拆卸地连接至所述操控部件。
[0236] 在一些实施方式中为一种手术设备，其中所述弯曲致动丝线包括第一弯曲致动丝线和第二弯曲致动丝线，该第二弯曲致动丝线致使所述可操纵构件在与所述第一弯曲致动丝线相反的方向上弯曲，其中在所述第一弯曲致动丝线的近端和所述第二弯曲致动丝线的近端设置有在相同方向上旋转的丝杠构件，所述丝杠构件被构造成在相反方向上彼此同步地运动。在一些实施方式中，所述第一弯曲致动丝线的近端被构造成沿着第一螺纹运动，并且所述第二弯曲致动丝线的近端被构造成沿着第二螺纹运动，所述第二螺纹在与所述第一螺纹相反的方向上取向。在其他实施方式中，所述第一螺纹和所述第二螺纹被构造成通过单个驱动部件在相同方向上旋转。在其他实施方式中，所述丝杠构件为双向导向丝杠，每个丝杠具有形成在单个主体上的第一和第二螺纹部分。在其他实施方式中，所述丝杠构件包括：具有第一螺纹的第一导向丝杠；和具有第二螺纹的第二导向丝杠，其中所述第一导向丝杠和所述第二导向丝杠被构造成通过齿轮彼此同步地运动，并且通过单个驱动部件同时地旋转。
[0237] 在所述手术设备的一些实施方式中，所述可操纵构件具有被构造成在所述远端处比在所述近端处更容易弯曲的几何形状。在一些实施方式中，所述弯曲节段具有被构造成使得所述可操纵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，所述弯曲节段具有形成为与所述可操纵构件的横截面的中心间隔开的管腔，并且越接近所述可操纵构件的近端，所述弯曲节段中的管腔与所述可操纵构件的横截面的中心间隔越远。在一些实施方式中，所述可操纵构件进一步包括位于所述弯曲节段之间的多个连接部分，其中所述连接部分具有被构造成使得所述可操纵构件越接近其近端越容易弯曲的几何形状。在其他实施方式中，所述连接部分被构造成朝向所述可操纵构件的近端具有较小横截面宽度，从而所述可操纵构件的对应部分更容易弯曲。在其他实施方式中，所述连接部分被构造成沿着长度朝向所述可操纵构件的近端增加直径，从而所述可操纵构件的对应部分更容易弯曲。
[0238] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可弯曲的可操纵构件；设置在所述可操纵构件的远端处的末端执行器；以及执行器致动丝线，该执行器致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并连接至所述末端执行器以致动所述末端执行器，所述末端执行器包括弹性体，该弹性体在与由所述执行器致动丝线施加的力相反的方向上产生弹力。在一些实施方式中，所述末端执行器被构造成当被所述执行器致动丝线拉动时以第一模式操作，并且被构造成在没有被所述执行器致动丝线拉动时在所述弹性体的弹力的作用下以第二模式操作。在其他实施方式中，所述末端执行器以如下方式致动，即：位于所述远端的手术元件在所述第一模式时关闭而在所述第二模式时打开。在其他实施方式中，所述末端执行器进一步包括执行器模块，该执行器模块包括：用于执行外科手术的器械部分；和致动部分，该致动部分连接至所述执行器致动丝线以致动所述器械部分；以及主体部分，该主体部分形成所述致动部分往复运动所沿着的路径。在其他实施方式中，所述弹性体位于所述致动部分的近端处，以施加弹力来朝向远端的方向推动所述致动部分。在一些实施方式中，所述执行器模块和所述执行器致动丝线的远端被构造成能附装至彼此或能从彼此拆下。在其他实施方式中，所述执行器模块和所述执行器致动丝线磁性地连接至彼此。
[0239] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可弯曲的可操纵构件；多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并且致使所述可弯曲构件弯曲；以及丝线终止构件，所述丝线终止构件设置在所述可操纵构件的远端处以将所述弯曲致动丝线固定，其中所述丝线终止构件具有用于与所述可操纵构件的远端接合的螺纹，从而所述弯曲致动丝线通过将所述丝线终止构件和所述可操纵构件旋拧在一起而固定。在一些实施方式中，所述弯曲致动丝线被构造成通过卷绕在所述可操纵构件的远端和所述丝线终止构件之间而固定。在其他实施方式中，所述丝线终止构件包括至少一个孔，所述弯曲致动丝线的远端穿过所述至少一个孔，并且所述丝线终止构件设置在所述可操纵构件的远端处。
在其他实施方式中，所述丝线终止构件中的孔形成在与所述可操纵构件中的管腔对应的位置处。在一些实施方式中，所述末端执行器设置在所述丝线终止构件上。在一些实施方式中，所述手术设备进一步包括设置在所述可操纵构件的远端处的末端执行器，所述丝线终止构件为所述末端执行器。
[0240] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可弯曲的可操纵构件；第一弯曲致动丝线，该第一弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件以致使所述可操纵构件在第一方向上弯曲；第二弯曲致动丝线，该第二弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件以致使所述可操纵构件在与所述第一方向相反的第二方向上弯曲；以及至少一个丝杠构件，所述第一弯曲致动丝线的近端和所述第二弯曲致动丝线的近端联接至该至少一个丝杠构件，从而通过旋转所述至少一个丝杠构件，所述可操纵构件在所述第一方向上或在所述第二方向上弯曲。在一些实施方式中，所述至少一个丝杠构件被布置成围绕所述第一和第二弯曲致动丝线的纵向轴线旋转。在一些实施方式中，所述第一弯曲致动丝线的近端和所述第二弯曲致动丝线的近端被构造成通过所述至少一个丝杠构件的旋转在相反方向上彼此同步地运动。在其他实施方式中，当所述至少一个丝杠构件被构造成在第一旋转方向上旋转时，使所述第一弯曲致动丝线的近端向后运动并使所述第二弯曲致动丝线的近端向前运动，由此致使所述可操纵构件在所述第一方向上弯曲；当在第二旋转方向上旋转时，使所述第一弯曲致动丝线的近端向前运动，并且使所述第二弯曲致动丝线的近端向后运动，由此致使所述可操纵构件在所述第二方向上弯曲。在一些实施方式中，所述第一弯曲致动丝线的近端与第一螺纹接合并沿着第一螺纹运动，并且所述第二弯曲致动丝线的近端与第二螺纹接合并沿着第二螺纹运动，所述第二螺纹在与所述第一螺纹相反的方向上取向。在其他实施方式中，所述第一螺纹和所述第二螺纹被构造成在相同方向上旋转，从而使得所述第一弯曲致动丝线的近端和所述第二弯曲致动丝线的近端被构造成在相反方向上彼此同步运动。在一些实施方式中，所述至少一个丝杠构件为具有形成在单个主体上的第一螺纹部分和第二螺纹部分的双向导向丝杠。
[0241] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可弯曲的可操纵构件；以及多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件中的管腔，并且致使所述可弯曲构件弯曲，其中所述可操纵构件具有一几何形状，该几何形状被构造成使得越接近所述可操纵构件的远端，所述可操纵构件越容易弯曲。在一些实施方式中，所述几何形状被构造成越接近所述可操纵构件的近端，提供的曲率半径越小。
[0242] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段，在所述多个弯曲节段中具有通道；多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并致使所述可操纵构件弯曲；以及横向支撑构件，该横向支撑构件包括弹性材料并施加用于使所述可操纵构件在弯曲之后返回至初始位置的恢复力。在一些实施方式中，所述手术设备进一步包括多个横向支撑构件，其中横向支撑构件的数量等于弯曲致动丝线的数量。在一些实施方式中，所述横向支撑构件被构造成通过所述弯曲致动丝线的运动与所述可操纵构件同步地弯曲，并且所述横向支撑构件具有被构造成使其在施加在所述弯曲致动丝线上的力被释放时返回至其初始形状的弹性，因此使所述可操纵构件返回至初始位置。在一些实施方式中，所述横向支撑构件在弯曲之前的形状是线性的。在一些实施方式中，所述横向支撑构件在弯曲之前的形状是向一侧弯曲的。在其他实施方式中，所述横向支撑构件被构造成管状形状，并且弯曲致动丝线位于所述横向支撑构件内。
[0243] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段以及位于所述弯曲节段之间的多个连接节段，在所述弯曲节段具有通道；和多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件并致使所述可操纵构件弯曲，其中每个连接节段的两端铰接至不同的弯曲节段。在一些实施方式中，每个连接节段包括：一对主体，所述一对主体形成铰接至所述弯曲节段的部分；和引导构件，所述引导构件将所述一对主体连接在一起，并且在所述引导构件中具有中空空间，所述弯曲致动丝线位于该中空空间中。在一些实施方式中，连接至每个连接节段的一端的弯曲节段能围绕第一铰接轴旋转，并且连接至另一端的弯曲节段能围绕第二铰接轴旋转，所述第一铰接轴和所述第二铰接轴彼此平行。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，以使所连接的弯曲节段围绕不同的旋转轴线弯曲，以便使所述可操纵构件能够以至少两个自由度弯曲。在一些实施方式中，每个弯曲节段包括多个管腔，所述弯曲致动丝线位于所述多个管腔内，所述管腔被布置成不穿过铰接至所述连接节段的部分。在一些实施方式中，所述弯曲节段可旋转地连接至所述连接节段，并且所述弯曲节段旋转所围绕的铰接轴与所述弯曲致动丝线所在的管腔的端部位于相同的平面内。
[0244] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段，其中，每个弯曲节段至少包括具有第一链接部分和第二链接部分的中间接头，并且其中，所述中间接头沿着每个弯曲节段的纵向轴线方向布置；多个弯曲致动丝线，所述多个弯曲致动丝线被布置成穿过所述可操纵构件以致使所述可操纵构件弯曲；其中所述可操纵构件进一步包括至少一个管腔，所述弯曲致动丝线穿过所述至少一个管腔；并且所述中间接头进一步包括张力调节构件，所述张力调节构件联接至所述第一链接部分和所述第二链接部分并且被构造成通过补偿在弯曲节段弯曲时所述弯曲致动丝线的伸长来调节所述弯曲致动丝线的张力，由此改变所述弯曲致动丝线的长度并使所述弯曲致动丝线保持预定张力。在其他实施方式中，所述第一接口半部具有突出端，并且所述第二接口半部相应地具有凹入端。在其他实施方式中，所述第一接口半部具有凹入端，并且所述第二接口半部相应地具有突出端。在一些实施方式中，所述弯曲致动丝线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，所述弯曲节段包括一系列相互堆叠的中间接头。
[0245] 在一些实施方式中，一种手术设备包括：可操纵构件，该可操纵构件是可弯曲的并且包括多个弯曲节段和多个管腔；弯曲致动构件，该弯曲致动构件包括第一弯曲致动丝线和第二弯曲致动丝线，所述第一弯曲致动丝线和所述第二弯曲致动丝线被布置成分开地穿过每个管腔并致使所述可操纵构件弯曲；张力监测构件，该张力监测构件包括：第一传感器，该第一传感器联接至所述第一弯曲致动丝线并且被构造成响应于感测到所述第一弯曲致动丝线的张力在所述可操纵构件的预弯曲运动和期望弯曲运动之间的变化而提供第一反馈信号；第二传感器，该第二传感器联接至所述第二弯曲致动丝线并且被构造成响应于感测到所述第二弯曲致动丝线的张力在所述可操纵构件的预弯曲运动和期望弯曲运动之间的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，该第一马达联接至所述第一弯曲致动丝线并适合于致动所述第一弯曲致动丝线；第二马达，该第二马达联接至所述第二弯曲致动丝线并且适合于致动所述第二弯曲致动丝线；控制构件，该控制构件电连接至所述张力监测构件和所述驱动构件，其中所述控制构件被构造成：响应于所述第一反馈信号提供第一输出信号，从而驱动所述第一马达以调节所述第一弯曲致动丝线的长度以便维持预定张力；以及响应于所述第二反馈信号提供第二输出信号，从而驱动所述第二马达以调节所述第二弯曲致动丝线的长度以便维持预定张力。在一些实施方式中，所述第二弯曲致动丝线可在所述第一弯曲致动丝线的相反方向上移动。在一些实施方式中，所述第一弯曲致动丝线被构造成被致动以弯曲所述可操纵构件，并且所述第二弯曲致动丝线被构造成由所述第二马达驱动，从而响应于所述第二输出信号释放所述第二弯曲致动丝线并将所述第二弯曲致动丝线维持在预定张力下。在一些实施方式中，所述第一传感器或所述第二传感器为
载荷单元。在一些实施方式中，所述第一传感器进一步被构造成响应于感测到施加至所述可操纵构件的外力而提供第一外力信号。在一些实施方式中，所述第二传感器被进一步构造成响应于施加至所述可操纵构件的外力而提供第二外力信号。在其他实施方式中，所述控制构件被进一步构造成响应于所述第一外力信号或所述第二外力信号而提供指令信号。在其他实施方式中，所述控制构件进一步包括触觉反馈控制器，该触觉反馈控制器被构造成处理并传送采取触觉反馈形式的信息。在其他实施方式中，第一运动传输单元或第二运动传输单元为导向丝杠或滚珠丝杠。
[0246] 在一些实施方式中，一种用于手术设备的个性化主控制器包括：控制平台，该控制平台被构造成限定一个或多个运动信号并将所述一个或多个运动信号输入至手术机器人，其中所述控制平台包括：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至所述输入手柄并且被构造成响应于所述输入手柄的所述位置参数和/或所述取向参数产生第一运动信号；连接部分，所述连接部分安装至所述输入手柄并且电连接至所述输入手柄；以及可互换夹持器，所述可互换夹持器包括：可拆卸手柄，该可拆卸手柄电连接至所述连接部分；一个或多个夹持器操纵杆，所述一个或多个夹持器操纵杆相对于所述可拆卸手柄枢转，其中每个夹持器操纵杆能以第三自由度相对于所述可拆卸手柄移动，从而提供夹持运动参数；以及第二传感器，该第二传感器联接至所述可拆卸手柄并且被构造成响应于所述夹持运动参数而向所述控制平台产生第二运动信号。在一些实施方式中，所述多个第一传感器或所述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、旋转传感器或它们的任意组合。在一些实施方式中，所述连接部分进一步包括联接至所述可拆卸手柄的螺纹，并且具有第一电连接
端子。在其他实施方式中，所述可拆卸手柄进一步包括电连接至所述第一电连接端子的第二电连接端子。在一些实施方式中，所述可互换夹紧器包括两个夹持器操纵杆，所述两个夹紧器操纵杆相对于所述可拆卸手柄对应地枢转并且允许相对于所述可拆卸手柄朝向彼此运动。
