УПРАВЛЯЕМОЕ ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК A61B17/00 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в хирургических и стоматологических инструментах или в других областях, например, в манипуляторах с дистанционным управлением, в устройствах для изменения направления световода - в жестких эндоскопах с быстро изменяемым направлением области обзора и освещения, в осветителях для глубоких полостей, в устройствах с изменяемым направлением потока жидкости или газа (аспираторах, омывателях, разбрызгивателях) и т.д.

В медицинской технике известны конструкции, позволяющие отклонять рабочие части инструмента от продольной оси основного корпуса, однако эти конструкции имеют определенные недостатки и приспособлены лишь для частных случаев.

Прототипами настоящего изобретения являются “Пологое поворотное устройство” (RU №2144791 С1, 7 А 61 В 17/00, 17/062 от 14.04.1997 г.) и “Управляемый поворотный механизм” (RU №2181566 С2, 7 А 61 В 17/00 от 10.01.2000 г.).

Это изобретение может быть использовано в любом инструменте или устройстве с длинным полым корпусом, независимо от его длины и с большим диапазоном его поперечного диаметра. Конструкция предусматривает разделение длинного полого корпуса на три части (или большее количество частей). Каждая часть имеет плоскую торцевую поверхность, расположенную под углом α к продольной оси инструмента. В каждой паре углы α открыты в противоположные направления. Точное сопряжение примыкающих друг к другу торцевых поверхностей осуществляется полыми осями, располагающимися перпендикулярно скошенным торцевым поверхностям. Оси проксимальной и дистальной частей корпуса инструмента заканчиваются зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении друг с другом или непосредственно (“Пологое поворотное устройство”) или через дополнительный цилиндр, располагающийся в промежуточной части корпуса инструмента соосно с цилиндрическим корпусом этой части и также имеющий зубчатые колеса с каждого торца, соответствующие зубчатым колесам осей (“Управляемый поворотный механизм”).

Механизм дистанционного управления поворотом одинаков в обоих патентах. Он располагается в проксимальной части корпуса инструмента и состоит из двух соосно расположенных цилиндров с возможностью независимого вращения каждого цилиндра вокруг их продольной оси. Один из цилиндров используется как основа корпуса инструмента, другой цилиндр используется для управления поворотным механизмом. В проксимальной части управляющего цилиндра имеется рукоятка для удобства его вращения и фиксации в нужном положении, в дистальной части имеется выступ (эксцентричный поворотный шток), который входит в зацепление с корпусом промежуточной части инструмента. При вращении управляющего цилиндра этот выступ поворачивает промежуточную часть по отношению к проксимальной части корпуса инструмента, что приводит к отклонению промежуточной части и синхронно с этим еще большему отклонению диетальной рабочей части от продольной оси проксимальной части корпуса инструмента. Отклонение происходит в объемно-сферической зоне по отношению к проксимальному звену и зависит от углов α. Поворот может быть осуществлен и при вращении основного корпуса инструмента при фиксации управляющего цилиндра. Объем вращения управляющего цилиндра вокруг продольной оси корпуса инструмента (или основного корпуса при фиксации управляющего цилиндра) не ограничен - 360 градусов в любую сторону можно повторять многократно. При повороте на 180 градусов достигается максимальный угол отклонения рабочей части от продольной оси проксимальной части корпуса инструмента. При дальнейшем вращении управляющего цилиндра угол отклонения постепенно уменьшается и отклоняющаяся часть возвращается в исходное положение.

Максимальный угол отклонения рабочей части от продольной оси проксимальной части корпуса инструмента зависит от угла скоса торцевых поверхностей α. Так, при угле α в 67,5 градусов (в случае равных углов α1 и α2) максимальный угол отклонения равен 90 градусам, а при угле α в 45 градусов угол отклонения достигает 180 градусов. Общий максимальный угол отклонения рабочей части от продольной оси инструмента составляет 360-2(α1+α2) или 2(180-α1-α2). В случае равных углов α1 и α2 общий угол отклонения равен 360-4α или 4(90-α).

Дуга изгиба в обеих конструкциях создается пологой, т.к. общий угол поворота складывается из двух углов α. В “Управляемом поворотном механизме” эта дуга более полога, т.к. промежуточная часть инструмента, располагающаяся между двумя углами поворота может быть любой длины. При этом углы α1 и α2 могут быть разными. Это дает возможность создавать инструменты весьма разнообразной конструкции.

Однако конструкция поворотного механизма позволяет создать дугу изгиба еще более пологой. Для этого корпус инструмента может быть выполнен с множественными парами примыкающих друг к другу плоских сопряженных торцевых поверхностей, расположенных под определенными или разными углами α к продольной оси инструмента. Количество сопряженных торцевых поверхностей может быть четным или нечетным. Для создания такой многочленной конструкции необходимо, чтобы после каждой промежуточной части корпус состоял из двух концентрично расположенных цилиндров, как и проксимальная часть корпуса инструмента, с соответствующими эксцентричными выступами на одном из цилиндров, входящими в зацепление как с предыдущей, так и с последующей промежуточной частью.

Все перечисленное делает конструкцию “Управляемого поворотного механизма” весьма перспективной. Однако наличие в промежуточной части инструмента внутреннего поворачивающегося цилиндра в некоторых случаях может оказаться нежелательным моментом, т.к. некоторые элементы, расположенные в центральном канале (например, гибкие светопроводящие волокна) могут травмироваться и требуют дополнительной изоляции. Поэтому предлагается новое решение данной проблемы.

Целью данного изобретения является существенное усовершенствование “Управляемого поворотного механизма”, которое полностью исключает возможность повреждения внутренних элементов устройства, располагающихся в центральном канале, при сохранении всех вышеуказанных его преимуществ.

Усовершенствование заключается в том, что внутренний цилиндр в промежуточной части корпуса убирается и заменяется достаточно тонким одиночным стержнем с зубчатыми колесами на концах. Эти зубчатые колеса входят в зацепление с зубчатыми колесами, расположенными на полых осях проксимальной и дистальной частей корпуса. Такая замена полностью решает проблему надежной связи обеих осей при любом расстоянии между ними и при изгибе корпуса. Указанный стержень передает вращательные движения с проксимальной оси на дистальную, обеспечивая синхронность их движений. При этом стержень с зубчатыми колесами на концах располагается эксцентрично и занимает очень небольшое пространство. Возможно разместить его в несколько утолщенном для этого отрезке стенки корпуса промежуточной части или специально отгороженном секторе. Это позволит укрепить стенку промежуточной части и полностью изолировать поворачивающийся стержень от центрального канала и находящихся в нем элементов.

Объем центрального канала в этом варианте увеличивается, что весьма существенно.

Зубчатая нарезка на осях располагается (в отличие от предыдущей модели) на наружной стороне края оси и также изолирована от центрального канала. Длина оси еще более укорачивается. Таким образом, достигается увеличение объема центрального канала и изоляция его содержимого от поворачивающихся деталей при надежности получаемого соединения.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами. На фиг.1 показан общий вид устройства с разрезом в области промежуточного и части проксимального звена. На фиг.2 показана конструкция при максимальном повороте. На фиг.3 показан общий вид многозвеньевой конструкции.

Как показано на фиг.1, управляемое поворотное устройство состоит из трех частей: 1 - проксимальная к рукояткам корпуса инструмента часть, 2 - промежуточная часть, 3 - дистальная часть с рабочими губками или другими рабочими органами. Торцевые поверхности сопряжения 4-4' и 5'-5 расположены под углами α1 и α2 к продольной оси инструмента.

Первая (проксимальная) часть корпуса инструмента состоит из двух цилиндров, расположенных соосно, один в другом, с возможностью независимого друг от друга вращения вокруг продольной оси корпуса инструмента: внутренний цилиндр 7 и наружный цилиндр 6. На проксимальной части наружного цилиндра 6 предусматривается рукоятка (не показана) для удобства его вращения и фиксации. На дистальном его конце имеется эксцентрично расположенный выступ 8, входящий в гнездо 11 в промежуточной части 2. Возможны и другие варианты зацепления наружного цилиндра 6 с промежуточной частью 2.

Каждая пара сопряженных торцевых поверхностей выполнена в виде примыкающих друг к другу плоских скосов 4 и 4', а также 5 и 5', соединенных между собой ориентированными перпендикулярно скосам цилиндрическими полыми осями 9 и 10. Ось 9 заканчивается зубчатым колесом 13, а ось 10 - зубчатым колесом 14 с зубчатой нарезкой на наружной стороне. Зубцы 13 оси 9 находятся в зацеплении с соответствующими им зубцами 19, расположенными в торце стержня 18 промежуточной части 2, а зубцы 14 оси 10 находятся в зацеплении с зубцами 20, расположенными в другом торце стержня 18.

Промежуточная часть 2 имеет с каждого торца плоские скошенные поверхности 4' и 5', расположенные под углами α1 и α2 по отношению к продольной оси корпуса инструмента, открытыми в противоположные стороны. В центре этих торцевых плоскостей располагаются специальные гнезда 16 и 17 для цилиндрических осей 9 и 10. Гнездо 11 в промежуточной части 2 предназначено для эксцентричного выступа 8 наружного цилиндра 6.

Внутри промежуточной части 2 располагается стержень 18, с зубчатыми нарезками с каждого торца 19 и 20, соответствующим зубчатым нарезкам 13 и 14 осей 9 и 10. Стержень 18 располагается эксцентрично. Он может быть расположен в специальном канале утолщенной с этой стороны стенки промежуточной части корпуса инструмента или отгорожен от центрального канала специальной перегородкой 12. В этих случаях стержень 18 полностью изолирован от центрального канала промежуточной части. Эксцентричное расположение достаточно небольшого по диаметру стержня позволяет увеличить полезный объем центрального канала в промежуточной части инструмента по сравнению с первой моделью. Зубчатая нарезка на осях 9 и 10 располагается только на наружной стороне осей, что, в определенной степени, изолирует ее от содержащихся в центральной полости элементов. Использование стержня 18 для передачи вращения от проксимальной части корпуса инструмента 1 к дистальной части 3 позволяет создавать промежуточную часть 2 любой длины, при этом дуга изгиба становится более пологой, а конфигурация инструмента в изогнутом положении - более соответствовать поставленной задаче. Углы α1 и α2 могут быть разные, что дает дополнительные возможности для выбора оптимальной конфигурации изгиба. Редукция объема внутреннего центрального канала в участках изгибов - минимальная, т.к. длина осей 9 и 10 сокращается до минимума.

Работа предлагаемого управляемого поворотного устройства, производится следующим образом: при вращении наружного цилиндра 6 вокруг внутреннего цилиндра 7 эксцентричный шток 8 вращает промежуточную часть 2 вокруг оси 9. При этом промежуточная часть отклоняется от продольной оси корпуса инструмента и отклоняет дистальную часть 3 еще на больший угол благодаря прочной сопряженности скошенных торцевых поверхностей 4-4' и 5'-5 с каждой стороны и связи осей 9 и 10 через стержень 18. В случае вращения внутреннего цилиндра 1 при фиксации наружного цилиндра 6 вращательное движение на дистальную часть передается через стержень 18, что приводит к тем же результатам - отклонению промежуточной и дистальной частей инструмента от продольной оси. Точное соответствие осей и их гнезд при наличии хорошо сопряженных торцевых поверхностях и достаточности зубчатых зацеплений осей и стержня 18 позволяет совершать повороты на требуемый угол, сохраняя жесткость конструкции.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в хирургических и стоматологических инструментах или в других областях, например, в манипуляторах с дистанционным управлением, в устройствах для изменения направления световода - в жестких эндоскопах с быстро изменяемым направлением области обзора и освещения, в осветителях для глубоких полостей, в устройствах с изменяемым направлением потока жидкости или газа (аспираторах, омывателях, разбрызгивателях) и т.д. Устройство содержит механизм управления и полый корпус из шарнирно соединенных частей с расположенными под углом к продольной оси корпуса двумя и более парами торцевых поверхностей сопряжения с осями. Оси ориентированы перпендикулярно торцевым поверхностям сопряжения и имеют центральный канал и зубчатые колеса на концах. Промежуточная часть корпуса содержит эксцентрично расположенный стержень с зубчатыми колесами на концах. Колеса входят в зацепление с зубчатыми колесами осей проксимальной и дистальной частей корпуса. Угол наклона каждого торца промежуточной части по отношению к продольной оси выполнен одинаковым или разным. Механизм управления в проксимальной части корпуса выполнен в виде двух соосно расположенных полых цилиндров. Один из цилиндров в проксимальной части имеет рукоятку для вращения и фиксации, а в дистальной части - эксцентричный поворотный шток, который входит в зацепление с промежуточной частью корпуса. В результате достигнуто существенное усовершенствование управляемого поворотного механизма, которое при сохранении всех его преимуществ полностью исключает возможность повреждения внутренних элементов устройства, в центральном канале. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Управляемое поворотное устройство, содержащее механизм управления и полый корпус из шарнирно соединенных частей с расположенными под углом к продольной оси корпуса двумя и более парами торцевых поверхностей сопряжения, с ориентированными перпендикулярно торцевым поверхностям сопряжения осями, имеющими центральный канал и зубчатые колеса на концах, отличающееся тем, что промежуточная часть корпуса содержит эксцентрично расположенный стержень с зубчатыми колесами на концах, входящими в зацепление с зубчатыми колесами осей проксимальной и дистальной частей корпуса, при этом угол наклона каждого торца промежуточной части по отношению к продольной оси выполнен одинаковым или разным, а механизм управления в проксимальной части корпуса выполнен в виде двух соосно расположенных полых цилиндров, один из которых в проксимальной части имеет рукоятку для вращения и фиксации, а в дистальной части - эксцентричный поворотный шток, входящий в зацепление с промежуточной частью корпуса.2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что стержень размещен в утолщенном отрезке стенки корпуса или в отгороженном секторе.