一种多自由度手术机器人高频超声刀的制作方法

本发明涉及超声刀领域，特别涉及一种多自由度手术机器人高频超声刀。

背景技术：

1、目前微创手术机器人的应用已经非常广泛，而外科手术使用超声刀也基本普遍，为了更好的发挥微创手术机器人的优势，市面上出现了多种可匹配微创手术机器人使用的超声刀。

2、此外，可参考现有公开号为cn113427286a的中国专利，其公开了一种高频超声刀柄，包括：依次连接在刀柄本体前端的筒夹和用于接收换能器转换的高频凝切的变幅杆；所述刀柄本体的前端开设有第一容置腔，所述筒夹与所述刀柄本体可拆卸连接且部分插设于所述第一容置腔中；在所述筒夹与所述变幅杆连接部分设置有振动能量阻断结构，所述振动能量阻断结构用于减少所述变幅杆传递的高频凝切传递到所述筒夹上。

3、再如，现有公开号为cn117798981a的中国专利，其公开了一种非金属材质加工的高频超声波切割刀具，第一壳体另一端设有第二壳体，第一壳体与第二壳体围设成的腔室内设有超声波换能器组件，超声波换能器组件远离电滑环端部连接有刀头，第一壳体外壁可拆卸连接有辅助定位机构，用于辅助刀头调节切割刃面同时也辅助定位机构与外部切割机安装口对应连接，第一壳体远离第二壳体端的侧壁设有至少个调节槽，每一调节槽内设有辅助定位机构，通过超声波换能器组件、刀头配合运动代替现有的点刺切割。

4、上述的专利有一定的优点，但是依旧存在以下缺点∶目前市场上手术机器人配套使用的超声刀，与传统手持操作的超声刀一样，都是直杆操作。由于目前超声刀具结构中，分为换能器和刀杆两个部分，一是刀杆不能弯曲，二是由于腹腔镜手术环境刀杆尺寸都比较长，这就导致了其不能多自由度转动，只能平面加持，无法发挥出手术机器人的优势，限制了手术机器人的应用。且由于刀杆较长，能量传输会有损耗等诸多问题，需要进行改进。

技术实现思路

1、针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是在于提供了一种多自由度手术机器人高频超声刀，结构简单，自由转动，操作灵活，能量传输效率高，可发挥出了微创手术机器人的优势。解决了背景技术中提到的存在问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种多自由度手术机器人高频超声刀，包括高频超声主机，所述高频超声主机通过航插连接线连接有机器人操纵盒，所述机器人操纵盒通过连接线连接手术机器人控制台接受控制信号，所述机器人操纵盒的一端为刀管后端，所述刀管后端背离机器人操纵盒的一端安装有旋转关节；所述旋转关节的另一端连接有刀管前端，所述高频超声主机上连接有高频正极线、超声正极线和高频超声负极线，所述高频正极线、超声正极线和高频超声负极线布设在刀管后端中并穿过旋转关节内部包裹在刀管前端内部，所述刀管前端设置有钳头和刀杆，所述刀管前端内部包裹有换能器，所述换能器与超声正极线和高频超声负极线连接；所述换能器与刀杆为一体结构；所述钳头与高频正极线连接；所述高频超声主机产生的高频和超声能量通过超声正极线和高频超声负极线传输到换能器，换能器接收高频能量和超声能量，并转换为凝切的能量，传输给刀杆；所述钳头接收高频能量，形成钳头-组织-刀杆的回路；手术机器人控制台通过连接线向机器人操纵盒传达控制信号，控制信号通过刀管后端传输到旋转关节，旋转关节接收控制信号，做出动作控制旋转关节动作；所述旋转关节与钳头以及机器人操纵盒双向连接用于执行钳头动作。

4、所述的刀管后端与旋转关节连接，用以将控制信号传递至旋转关节，使旋转关节运动；旋转关节与刀管前端连接，用于控制刀管前端转动；高频正极线、超声正极线和高频超声共用负极线穿过旋转关节内部，用于传输高频和超声能量；刀管前端内部的换能器分别与超声正极线和高频超声共用负极线连接，用于接收高频和超声能量并转换为凝切的能量；换能器与刀杆为一体结构；钳头与高频正极线连接，用于接收高频能量，形成钳头-组织-刀杆的回路，共同将能量传输到刀杆，完成凝切；钳头与刀管前端连接钳头，带动钳头和刀杆随旋转关节转动。

5、所述的旋转关节与钳头和机器人操控盒双向连接，用于执行钳头动作；手术机器人控制台和机器人操控盒，用于控制旋转关节动作。

6、旋转关节可以360°旋转，控制刀管前端张开角度不大于45°，绕刀管后端所在的轴旋转360°。

7、较佳的，所述刀管后端为金属材料，包括但不限于不锈钢、铁钴合金、钛合金材料。

8、较佳的，所述钳头和刀杆进行开合时的俯仰偏转角度为±80°或以上,90度以下，偏航旋转角度为±80°或以上，90度以下。

9、较佳的，所述钳头、换能器和刀杆一体设计。

10、较佳的，所述刀管后端表面涂有聚四氟乙烯绝缘涂层。

11、较佳的，所述钳头在靠近刀杆的端面设置有刀口，所述刀口设置为锯齿状。

12、较佳的，所述钳头的表面涂覆有一层防污涂层，涂层的材料为聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚乙烯、聚丙烯类防粘绝缘材料中的一种或2－4任一种。

13、本发明解决的技术难点是：一是之前的同类产品都是直杆硬杆操作，刀头只能平面夹持，不能自由旋转。二是高频或超声能量是在通过后端的换能器传递传输到刀杆和钳头；由于腔镜手术环境需要，刀杆通常会做的比较长，就导致传输距离较长，能量会有较大损耗。本发明通过将同类产品中刀杆和换能器一体小型设计，将其直接置于刀管前端，并在刀管前端和刀管后端内部设置高频正极线、超声正极线和高频超声负极线，将高频和超声能量通过高频正极线、超声正极线和高频超声负极线直接传出到刀杆和钳头，使换能器一体刀杆能够在刀管前端直接接收传输过来的高频能量和超声能量，极大缩短了刀杆长度，减少了能量传输损耗，大大提高了能量传输效率。这一发明解决了之前的技术难点问题。

14、对本发明一种多自由度手术机器人高频超声刀和同类产品直硬杆射频超声刀，我们进行了闭合血管爆破压性能对比实验。

15、实施例为本发明一种多自由度手术机器人高频超声刀，对比例为同类产品直硬杆射频超声刀btw-ur-a45y。

16、选取的高频超声主机(武汉半边天btw-rus-101)，机器人操纵盒(韩国利弗斯迈德(livsmed)：abfo1-lv型)，旋转关节(韩国利弗斯迈德(livsmed)：abfo1-lv型)，连接线(韩国利弗斯迈德(livsmed)：abfo1-lv型)，手术机器人控制台(韩国利弗斯迈德(livsmed)：abfo1-lv型)均从市面购得。btw-ur-a45y搭配使用换能器hnq55使用，也从市面购得。

17、测量夹紧力所用的柔性薄膜压力传感器检测模组型号my2801，也从市面购得。

18、选取高频超声主机(武汉半边天btw-rus-101)的高频超声3档30w进行闭合血管爆破压实验，实施例和对比例都是选择此能量输出档位。

19、实验指标设计参照了《双极血管闭合设备注册技术审查指导原则(征求意见稿)》。爆破压的数值应大于360mmhg，凝闭时间应小于20s，夹紧力不低于6n，连续使用寿命不低于8h。

20、爆破压装置参考了专利cn116515296a记载的测试方法和装置，试验步骤：将血管一端连接在爆破压装置接头上，使用射频超声刀单射频40w功能对直径3-5mm的血管进行凝闭，等待血管凝闭完成，开始向连通接头的输气管道加压直至血管爆破或渗漏，输气管道的另一端与数显压力测试装置连接，记录装置显示的最大腔内压力和凝闭时间，即为血管爆破压。血管爆破压数值越大，凝闭时间越短、表示血管凝闭效果越好。实验选取了常见的3-5mm和5-7mm猪血管进行凝切实验。在下表1中的对比实验数据实施例1-5和对比例1-5为3-5mm猪血管凝切的平行实验，在下表1中的对比实验数据实施例6-10和对比例6-10为5-7mm猪血管凝切的平行实验。

21、主要观察指标：血管爆破压，血管闭合成功率，血管凝闭时间，夹紧力次要观察指标：组织粘连，焦痂，连续使用寿命

22、具体评价指标：

23、血管爆破压：逐步升压测试，直至试验样品的闭合端爆破或渗漏，记录爆破瞬间的压力值，以评价超声刀闭合血管的能力。

24、血管闭合成功率：计算超声刀在血管闭合过程中，出现爆破压低于360mmhg情况的概率(根据相关导则，360mmhg为部分血管闭合爆破压可接受的最小值。若低于360mmhg，可认为闭合失败)，以评价超声刀的安全性。血管凝闭时间：记录用超声刀在高频超声模式下完全切断血管的时间(s)，记录闭合时的档位/能量水平和血管直径，以评价超声刀的血管闭合速度。

25、夹紧力：夹紧力是超声刀头在夹持过程中对组织施加的力，保证组织不会移动，是评价超声刀头的夹持能力的重要指标。可通过薄膜压力传感器my2801直接进行测量。

26、焦痂：操作者凭主观打分，1-4评分。评价超声刀的工作稳定性与附带热损伤情况。

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29、组织粘连：操作者凭主观打分，1-4评分，评价超声刀在使用过程中与组织粘连情况。

30、 分值 评价 1 与刀头粘连较紧，很难分离 2 与刀头中度粘连，分离中度困难 3 与刀头轻微粘连，分离轻微困难 4 与刀头不粘连，容易从刀头分离

31、连续使用寿命：超声刀在工作状态下，能连续工作不报错的时间。是衡量超声刀使用寿命的一个重要指标。

32、实验中，20组血管均成功闭合。具体实验数据如下：

33、表1对比实验数据

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36、通过表1可知，实施例本发明一种多自由度手术机器人高频超声刀和对比例同类产品直硬杆射频超声刀btw-ur-a45y在常用档位3档/30w下，各项性能并不存在显著差异。本发明一种多自由度手术机器人高频超声刀在实现原产品现有功能的情况下，实现了刀杆和钳头多自由度转动。

37、本发明与现在技术相比，具有以下优点和有益效果：

38、本发明的一种多自由度手术机器人高频超声刀，能多自由度转动，操作灵活，效率高，可发挥出微创手术机器人的优势。本发明的多自由度手术机器人高频超声刀的刀杆和钳头结构中，通过采用创新性的刀杆和换能器一体式设计，减小整体尺寸，提高能量传输效率。将其置于前端，通过旋转关节，配合手术机器人使用，使其可以任意转动，可极大发挥出手术机器人优势。本发明的一种多自由度手术机器人高频超声刀，能实现高频和超声能量同时输出，拓宽了手术应用。