專利名稱：采用電致動(dòng)的樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的外科器械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及適合于將端部執(zhí)行器(例如，內(nèi)切割器、抓鉗、切割器、縫合器、夾具施放器、接觸裝置、藥物/基因治療輸送裝置和使用超聲波、RF、激光等的能量裝置)以可內(nèi)窺的方式插入到手術(shù)部位的外科器械，更具體地說(shuō)，涉及具有關(guān)節(jié)連接軸的這種外科器械。
背景技術(shù)：
內(nèi)窺鏡外科器械通常比傳統(tǒng)的開(kāi)方式外科裝置更受到偏愛(ài)，這是因?yàn)檩^小的切口易于減少術(shù)后恢復(fù)時(shí)間和并發(fā)癥。因此，在內(nèi)窺鏡外科器械的領(lǐng)域中已經(jīng)有了顯著發(fā)展，該內(nèi)窺鏡外科器械適合于將遠(yuǎn)端執(zhí)行器通過(guò)套管針的套管精確地放置在所需的手術(shù)部位。這些遠(yuǎn)端執(zhí)行器以多種方式接合組織以實(shí)現(xiàn)診斷或治療作用(例如，內(nèi)切割器、抓鉗、切割器、縫合器、夾具施放器、接觸裝置、藥物/基因治療輸送裝置和使用超聲波、RF、激光等的能量裝置)。
通過(guò)套管針限制端部執(zhí)行器的定位。通常，這些內(nèi)窺鏡外科器械包括在端部執(zhí)行器和由醫(yī)生操作的手柄部分之間的長(zhǎng)軸。這個(gè)長(zhǎng)軸能夠插入到所需深度并圍繞軸的縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將端部執(zhí)行器定位到一定程度。在正確定位套管針和例如通過(guò)另一套管針使用抓鉗器的條件下，通常這個(gè)定位量是足夠的。諸如在美國(guó)專利NO.5,465,895中描述的外科縫合和切割器械是通過(guò)插入和轉(zhuǎn)動(dòng)成功定位端部執(zhí)行器的內(nèi)窺鏡外科器械的一個(gè)例子。
更近地，美國(guó)專利系列號(hào)10/443,617描述了一種改進(jìn)的用于切割組織和致動(dòng)縫合的“E形梁”發(fā)射桿，該申請(qǐng)由Shelton等人于2003年5月20日提交，名稱為“采用E形梁發(fā)射機(jī)構(gòu)的外科縫合器械”，該申請(qǐng)?jiān)诖巳恳胱鳛閰⒖?。一些另外的?yōu)點(diǎn)包括即使為了最優(yōu)化縫釘?shù)男纬啥鴬A住略微過(guò)多或過(guò)少的組織，也可肯定地分隔端部執(zhí)行器的鉗口，或更具體地說(shuō)，縫釘施加組件的鉗口。此外，E形梁發(fā)射桿以能夠采用幾個(gè)有利的閉鎖的方式接合端部執(zhí)行器和縫釘匣。
取決于操作的性質(zhì)，可能希望進(jìn)一步調(diào)整內(nèi)窺鏡外科器械的端部執(zhí)行器的定位。特別是，通常希望在橫切該器械的軸的縱向軸線的軸線上定向端部執(zhí)行器。通常將端部執(zhí)行器相對(duì)器械軸的橫向運(yùn)動(dòng)稱為“關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)”(articulation)。這典型地通過(guò)被放置在靠近縫釘施加組件的伸長(zhǎng)的軸中的樞軸(或關(guān)節(jié))接合來(lái)實(shí)現(xiàn)。這允許外科醫(yī)生遠(yuǎn)程致動(dòng)縫釘施加組件到任一側(cè)，以便更好的手術(shù)放置縫合線和更簡(jiǎn)單的組織操作和定向。這種關(guān)節(jié)連接定位允許醫(yī)生在一些情況下(例如在器官后)更簡(jiǎn)單地接合組織。另外，關(guān)節(jié)連接定位有利地允許將內(nèi)窺鏡定位在端部執(zhí)行器后方，而不會(huì)被器械軸擋住。
由于將關(guān)節(jié)連接控制結(jié)合到在內(nèi)窺鏡器械的小直徑的限制下閉合端部執(zhí)行器以?shī)A住組織和發(fā)射端部執(zhí)行器(即，縫合和切割)的控制一起，關(guān)節(jié)連接外科縫合和切割器械的方法很復(fù)雜。通常，將三個(gè)控制動(dòng)作都通過(guò)軸轉(zhuǎn)換為縱向平移。例如美國(guó)專利NO.5,673,840披露了手風(fēng)琴狀的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(“柔性頸”)該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)由有選擇地通過(guò)執(zhí)行軸拉回兩個(gè)連接桿中的一個(gè)而進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)軸分別在桿中心線的相對(duì)側(cè)處偏移。連接桿通過(guò)一系列不連續(xù)位置漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的縱向控制的另一例子是美國(guó)專利NO.5,865,361，該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括與凸出樞軸偏置的關(guān)節(jié)連接件，從而推動(dòng)或拉動(dòng)關(guān)節(jié)連接件的縱向平移實(shí)現(xiàn)向相應(yīng)側(cè)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。同樣，美國(guó)專利NO.5,797,537公開(kāi)了類似的穿過(guò)軸以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的桿。
在未審結(jié)和共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)10/615,973中使用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作為替換以將關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成縱向運(yùn)動(dòng)，該申請(qǐng)由KennethWales等人申請(qǐng)，名稱為“具有圍繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的外科器械”，該申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容在此全部引入作為參考。
雖然機(jī)械方式連接的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)已經(jīng)成功地使內(nèi)窺鏡外科縫合和切割器械進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，但發(fā)展趨勢(shì)為進(jìn)入市場(chǎng)提出多種挑戰(zhàn)和阻礙。矛盾的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括設(shè)計(jì)一種具有盡可能小的直徑以減小手術(shù)開(kāi)口的尺寸，然而具有足夠強(qiáng)度以進(jìn)行幾種運(yùn)動(dòng)(例如，閉合，發(fā)射，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)等)的軸。
因此，對(duì)于關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)外科器械存在這樣的需要，即采用關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)需要更少的穿過(guò)該器械的軸的機(jī)械機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)提供具有在手柄和端部執(zhí)行器之間連接的關(guān)節(jié)連接軸的外科器械，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它的缺點(diǎn)。布置在軸的關(guān)節(jié)接頭的電活化聚合物(EAP)致動(dòng)器響應(yīng)通過(guò)軸的電信號(hào)以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。將軸的遠(yuǎn)側(cè)部分通過(guò)銷連接到軸的近側(cè)部分形成樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭。將電活化聚合物(EAP)致動(dòng)器連接在遠(yuǎn)側(cè)框架部分和近側(cè)框架部分之間以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。從而可以得到有利的較小直徑的軸，而且還具有可遙控致動(dòng)的功能。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，外科器械包括在端部執(zhí)行器和細(xì)長(zhǎng)軸的遠(yuǎn)端的樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭。定位電動(dòng)致動(dòng)器以致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭，響應(yīng)在近側(cè)連接到細(xì)長(zhǎng)軸上的手柄所遠(yuǎn)程產(chǎn)生的電信號(hào)。
在本發(fā)明的另一方面中，外科器械具有細(xì)長(zhǎng)軸，該細(xì)長(zhǎng)軸具有框架組件和包圍并且沿縱向可滑動(dòng)接收的閉合套管組件?？p釘施加組件包括細(xì)長(zhǎng)槽、連接在細(xì)長(zhǎng)槽內(nèi)的縫釘匣和以可樞轉(zhuǎn)方式連接到細(xì)長(zhǎng)軸的為縫釘匣提供縫釘形成表面的砧板。關(guān)節(jié)接頭形成在框架組件中。特別是，遠(yuǎn)側(cè)框架部分被連接到細(xì)長(zhǎng)槽而近側(cè)框架部分以可樞轉(zhuǎn)方式被連接到遠(yuǎn)側(cè)框架部分。連接到細(xì)長(zhǎng)槽近端的手柄選擇地將電信號(hào)傳遞到細(xì)長(zhǎng)軸以使連接到關(guān)節(jié)接頭的與之響應(yīng)的電活化聚合物操作縫釘施加組件的關(guān)節(jié)。這樣，提供了一種可以從需要的角度接近組織的外科縫合和切割器械。
在本發(fā)明的又一方面中，所述閉合套管組件包括具有多個(gè)左和右側(cè)垂直凹槽的柔性管部分。
在本發(fā)明的再一方面中，所述閉合套管組件包括以可樞轉(zhuǎn)的方式連接到樞軸連接件的第一端上的遠(yuǎn)側(cè)閉合套管，并包括以可樞轉(zhuǎn)的方式連接到樞軸連接件的第二端上的近側(cè)閉合管。
在本發(fā)明的另一方面中，所述遠(yuǎn)側(cè)閉合管進(jìn)一步包括遠(yuǎn)側(cè)閉合環(huán)，該遠(yuǎn)側(cè)閉合環(huán)包括向近側(cè)伸出的上部和下部柄腳，近側(cè)閉合管進(jìn)一步包括近側(cè)閉合環(huán)，該近側(cè)閉合環(huán)包括向遠(yuǎn)側(cè)伸出的上部和下部柄腳。
在本發(fā)明的又一方面中，第一框架構(gòu)件包括朝第二框架構(gòu)件伸出的力矩臂，第二框架構(gòu)件包括接收力矩臂的凹槽，該力矩臂被以可樞轉(zhuǎn)的方式連接到凹槽的后部，為了使第一框架構(gòu)件進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)設(shè)定該凹槽的尺寸，電活化聚合物致動(dòng)器進(jìn)一步包括連接在該凹槽的第一橫向側(cè)和力矩臂之間的第一電活化聚合物致動(dòng)器和連接在該凹槽的第二橫向側(cè)和力矩臂之間的第二電活化聚合物致動(dòng)器。
在本發(fā)明的再一方面中，所述第一和第二電活化聚合物致動(dòng)器包括被激勵(lì)以推動(dòng)力矩臂的堆疊致動(dòng)器。
在本發(fā)明的又一方面中，所述端部執(zhí)行器包括由發(fā)射桿致動(dòng)的縫合和切割組件，手柄部分在近側(cè)連接到該發(fā)射桿上并具有可操作的構(gòu)造，以將縱向發(fā)射運(yùn)動(dòng)傳遞到該發(fā)射桿，細(xì)長(zhǎng)軸進(jìn)一步包括支撐發(fā)射桿的發(fā)射桿導(dǎo)向件，該力矩臂包括與發(fā)射桿導(dǎo)向件連通以通過(guò)關(guān)節(jié)接頭導(dǎo)向該發(fā)射桿的發(fā)射桿狹槽。
在本發(fā)明的另一方面中，進(jìn)一步包括關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)，其包括縱向平移的鎖定構(gòu)件，其被連接到第一和第二框架構(gòu)件中選擇的一個(gè)上，并被偏壓以朝第一和第二框架構(gòu)件中的另一個(gè)延伸并與之接合；以及電活化聚合物致動(dòng)器，其具有可操作的構(gòu)造并被定位以克服在受激勵(lì)時(shí)在縱向平移的鎖定構(gòu)件上的偏壓，從而解鎖關(guān)節(jié)接頭。
在本發(fā)明的再一方面中，外科器械包括細(xì)長(zhǎng)軸，包括由可縱向滑動(dòng)接收的閉合套管組件包圍的框架組件；縫釘施加組件，其包括細(xì)長(zhǎng)槽，接合在細(xì)長(zhǎng)槽中的縫釘匣以及以可樞轉(zhuǎn)的方式連接到將縫釘形成表面提供給縫釘匣的細(xì)長(zhǎng)槽上的砧板；形成在框架組件中的關(guān)節(jié)接頭，該框架組件包括連接到細(xì)長(zhǎng)槽上的遠(yuǎn)側(cè)框架部分和以可樞轉(zhuǎn)的方式通過(guò)銷連接到遠(yuǎn)側(cè)框架部分上的近側(cè)框架部分；手柄部分，其被連接到細(xì)長(zhǎng)軸的近端上并具有可操作的構(gòu)造以有選擇地將電信號(hào)傳遞到細(xì)長(zhǎng)軸；以及電活化聚合物致動(dòng)器，其被連接到關(guān)節(jié)接頭上并響應(yīng)電信號(hào)以執(zhí)行縫釘施加組件的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明的又一方面中，所述細(xì)長(zhǎng)軸進(jìn)一步包括沿縱向滑動(dòng)地接收的閉合套管組件，該閉合套管組件具有包圍關(guān)節(jié)接頭并且在遠(yuǎn)側(cè)接合上部鉗口以實(shí)現(xiàn)上部鉗口的樞轉(zhuǎn)的多樞軸接頭，手柄部分具有可操作的構(gòu)造以平移閉合套管組件，從而實(shí)現(xiàn)上部鉗口的打開(kāi)和關(guān)閉。
在本發(fā)明的另一方面中，外科器械包括端部執(zhí)行器；細(xì)長(zhǎng)軸，其包括連接到端部執(zhí)行器上的遠(yuǎn)側(cè)框架部分和近側(cè)框架部分；在遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)框架部分之間的樞轉(zhuǎn)連接件；以及用于響應(yīng)電信號(hào)而致動(dòng)近側(cè)框架部分相對(duì)于遠(yuǎn)側(cè)框架部分圍繞樞轉(zhuǎn)連接件的樞轉(zhuǎn)的裝置。
通過(guò)下面的附圖和對(duì)附圖的說(shuō)明，將清楚地了解本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點(diǎn)。


包括在該說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成該說(shuō)明書(shū)的一部分的附示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且與上述本發(fā)明的概述以及下述實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
圖1是處于打開(kāi)、未進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的用于外科縫合和切割的內(nèi)窺鏡外科縫合器械的后側(cè)透視圖。
圖2是層壓的電活化聚合物(EAP)復(fù)合材料的透視圖。
圖3是由堆疊形成的EAP板狀致動(dòng)器的透視圖，該堆疊由粘合固定的多個(gè)圖2中的層壓EAP復(fù)合材料形成。
圖4是沿收縮的EAP纖維致動(dòng)器的縱向軸線的剖面的透視圖。
圖5是沿圖4中收縮的EAP纖維致動(dòng)器的線5-5截取的橫截面的主剖視圖。
圖6是圖1中用于外科器械的EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的前右側(cè)透視圖，帶有柔性閉合套管組件、樞轉(zhuǎn)框架組件和關(guān)閉的縫釘施加組件。
圖7是圖6中EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭和閉合的縫釘施加組件的前右側(cè)透視圖，去除了柔性閉合套管組件并部分分解了單樞軸框架組件。
圖8是圖6中EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭和縫釘施加組件的前右側(cè)分解透視圖。
圖9是包括圖7中的EAP纖維致動(dòng)器的分解的單樞軸框架組件的詳視圖。
圖10是沿圖6的線10-10截取的橫截面的右側(cè)剖視圖，其通過(guò)EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的樞軸軸線并向右看時(shí)可見(jiàn)一對(duì)EAP纖維致動(dòng)器。
圖11是沿圖6的線11-11截取的橫截面的俯視圖，其通過(guò)EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的縱軸，向下看時(shí)可見(jiàn)下部力矩臂和下部EAP纖維致動(dòng)器。
圖12是沿著圖10的線12-12沿橫向EAP纖維致動(dòng)器的橫截面截取的主剖視圖。
圖13是圖11的EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的俯視圖，其中右上部和下部EAP纖維致動(dòng)器收縮以使縫釘施加組件向左進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
圖14是另一可替換的EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的前右側(cè)透視圖，該關(guān)節(jié)接頭包括在端部執(zhí)行器的砧板的近側(cè)位置開(kāi)口處的雙樞軸閉合套管組件。
圖15是圖14中另一可替換的EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的前右側(cè)分解圖，該關(guān)節(jié)接頭包括雙樞軸閉合套管組件和單樞軸框架組件。
圖16是沿圖14的線16-16的橫截面截取的可替換EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭的右側(cè)剖視圖，其中包括了發(fā)射元件。
圖17是可替換EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭在未進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)條件下沿圖14的線17-17截取的橫截面的俯視圖。
圖18是可替換EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭在向左進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)條件下沿圖14的線17-17截取的橫截面的俯視圖。
圖19是處于輕微關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的又一可替換EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭，其中使收縮的EAP纖維致動(dòng)器定位以伸直接頭。
圖20是部分分解的單樞軸關(guān)節(jié)接頭的右前側(cè)透視圖，該關(guān)節(jié)接頭有利地包括被偏置以正常鎖定的EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)。
圖21是在單樞軸關(guān)節(jié)接頭的近側(cè)框架底(frame ground)的EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)的近側(cè)部分的詳細(xì)示出的右前透視圖。
圖22是圖20中的單樞軸關(guān)節(jié)接頭的俯視圖。
圖23是圖22的單樞軸關(guān)節(jié)接頭沿線23-23的縱向中心線截取的橫截面的右側(cè)剖視圖。
圖24是圖23的單樞軸關(guān)節(jié)接頭沿線24-24的橫截面截取的俯視圖，以便示出在未處于關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的由EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)鎖定的位于上部樞軸柄腳上的扇形齒輪。
圖25是向下看近側(cè)框架底的下部樞軸凸起沿線24-24的中心線的橫截面截取的圖23的單樞軸關(guān)節(jié)接頭的俯視圖，其中該近側(cè)框架底使端部執(zhí)行器部分地向左進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)被致動(dòng)到未鎖定狀態(tài)。
圖26是沿線26-26的橫截面截取的圖24中單樞軸關(guān)節(jié)接頭的遠(yuǎn)側(cè)框架底的剖視圖，示出了使接頭進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的EAP纖維致動(dòng)器的連接。
圖27是沿線27-27的橫截面截取以暴露出EAP堆疊致動(dòng)器和EAP致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)的鎖定銷的圖24中單樞軸關(guān)節(jié)接頭的近側(cè)框架底的主剖視圖。
圖28是沿單樞軸關(guān)節(jié)接頭的遠(yuǎn)側(cè)框架底的上部樞軸柄腳和近側(cè)框架底的上部樞軸凸起之間的界面的橫截面截取的俯視圖，其中變長(zhǎng)的EAP纖維致動(dòng)器與EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)相結(jié)合作用在反向(rounded)力矩臂上。
圖29是大體沿通過(guò)近側(cè)框架底和EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)的橫截面截取的主剖視圖，但是示出了更遠(yuǎn)側(cè)看到的力矩臂和連接到其上的變長(zhǎng)的EAP纖維致動(dòng)器。
圖30是沿近側(cè)框架底的上部樞軸凸起的頂表面的橫截面的單樞軸關(guān)節(jié)接頭的俯視圖，顯示了靠著力矩臂作用的膨脹的EAP堆疊致動(dòng)器，該力矩臂在遠(yuǎn)側(cè)連接到上部樞軸凸起上，以同為了準(zhǔn)備進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)而激勵(lì)的沿垂直方向鎖定的EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)一起使用來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
圖31是沿通過(guò)力矩臂的上部和下部末端銷并通過(guò)EAP堆疊致動(dòng)器的橫截面截取的圖30中單樞軸關(guān)節(jié)接頭的主剖視圖。
圖32是在使遠(yuǎn)側(cè)框架底向左進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)后、但是在EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)斷電以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)鎖定之前、沿近側(cè)框架底的上部樞軸凸起的頂表面的橫截面截取的圖30中單樞軸關(guān)節(jié)接頭的俯視圖。
圖33是沿通過(guò)力矩臂的上部和下部末端銷并通過(guò)左側(cè)膨脹和右側(cè)壓縮的EAP堆疊致動(dòng)器的橫截面截取的圖31的單樞軸關(guān)節(jié)接頭的主剖視圖。
具體實(shí)施例方式
關(guān)節(jié)軸概述圖1中示出了作為外科切割和縫合器械10的一種外科器械，該器械10在其遠(yuǎn)端具有縫釘施加組件12的端部執(zhí)行器，通過(guò)細(xì)長(zhǎng)軸16使該縫釘施加組件遠(yuǎn)離手柄14?？p釘施加組件12包括用于接收可更換的縫釘匣20的縫釘槽18。砧板22以可樞轉(zhuǎn)的方式連接到縫釘槽18上，該砧板22抵靠縫釘匣20夾緊組織，以便縫合和切割。當(dāng)閉合縫釘施加組件12時(shí)，它的橫截面區(qū)域和細(xì)長(zhǎng)軸16適合于通過(guò)小手術(shù)開(kāi)口(例如通過(guò)套管針的插管(未示出))插入。
通過(guò)控制手柄14便于正確的定位和定向縫釘施加組件12。特別是，旋鈕30導(dǎo)致軸16圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)，并由此旋轉(zhuǎn)縫釘施加組件12。在軸16中的關(guān)節(jié)接頭32處能夠?qū)崿F(xiàn)附加的定位，能夠使縫釘施加組件12在從軸16的縱向軸線開(kāi)始的一段圓弧上樞轉(zhuǎn)，從而允許放置在器官后方或允許將諸如內(nèi)窺鏡(未示出)的其它器械在縫釘施加組件12的后方定向。通過(guò)位于手柄14上的關(guān)節(jié)控制開(kāi)關(guān)34有利地控制該關(guān)節(jié)，該手柄將電信號(hào)傳送到關(guān)節(jié)接頭32，并傳送到由EAP控制器和手柄14內(nèi)的電源38供能的電活化聚合物(EAP)致動(dòng)器36。
當(dāng)將組織定位在縫釘施加組件12中，醫(yī)生通過(guò)將閉合扳柄40向近側(cè)拉向手槍式握柄42閉合砧板22。從而一旦夾住組織，醫(yī)生可以握住位于更遠(yuǎn)側(cè)的發(fā)射扳柄44，將該扳柄向后拉，以發(fā)射縫釘施加組件12，在一些應(yīng)用中這由一個(gè)發(fā)射沖程實(shí)現(xiàn)，而在另一些應(yīng)用中通過(guò)多個(gè)發(fā)射沖程實(shí)現(xiàn)。在切割其間組織的同時(shí)，發(fā)射同時(shí)實(shí)現(xiàn)至少兩排縫釘?shù)目p合。
可以在全部行程上自動(dòng)開(kāi)始發(fā)射元件的收回?？商鎿Q地，可以向后拉動(dòng)回位桿46以實(shí)現(xiàn)收回。在收回發(fā)射元件的條件下，通過(guò)醫(yī)生將閉合扳柄40朝手槍式握柄42向后輕輕地拉動(dòng)同時(shí)壓下閉合釋放按鈕48，然后釋放閉合扳柄40，可以使縫釘施加組件12松開(kāi)和張開(kāi)，從而將被切割組織的兩個(gè)被縫釘縫合端部從縫釘施加組件12中釋放。
應(yīng)當(dāng)理解，此處的有關(guān)空間的術(shù)語(yǔ)，例如“垂直”，“水平”等參考附圖給出，附圖中假設(shè)外科器械10的縱向軸線水平，并且縫釘施加組件12的砧板22在手柄頂部垂直排列，而扳柄40、44在手柄14的底部垂直排列。然而，在實(shí)際使用中，可以將外科器械10以各種角度定向，同樣地，這些有關(guān)空間的術(shù)語(yǔ)是相對(duì)外科器械10本身使用的。另外，“近側(cè)”是指在手柄14后方將端部執(zhí)行器12向遠(yuǎn)側(cè)遠(yuǎn)離自己的醫(yī)生的透視角。
手柄在圖1中，縫釘施加組件12通過(guò)在軸架(圖1中未示出，但在下面參考圖7描述)上沿軸16縱向向下傳遞的兩個(gè)不同的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)夾住組織、驅(qū)動(dòng)縫合和切割組織的功能。這種軸架組件向近側(cè)連接到手柄14，并為了旋轉(zhuǎn)與旋鈕30連接。在如下的未審結(jié)和共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)中更詳細(xì)地描述了圖1中用于外科縫合和切割器械10的示例性多沖程手柄14，該申請(qǐng)是Jeffrey S.Swayze和FrederickE.Shelton申請(qǐng)的系列號(hào)為10/674,026、名稱為“采用多沖程發(fā)射位置指示器和收回機(jī)構(gòu)的外科縫合器械”的申請(qǐng)和由Kevin R.Doll、Jeffrey S.Swayze、Frederick E.Shelton IV、Douglas B.Hoffman于2005年2月7日申請(qǐng)的系列號(hào)為11/052,632、名稱為“采用具有自動(dòng)結(jié)束發(fā)射行程的多沖程發(fā)射機(jī)構(gòu)的外科縫合器械”(SURGICALSTAPLING INSTRUMENT INCORPORATING A MULTI-STROKEFIRING MECHANISM WITH AUTOMATIC END OF FIRINGTRAVEL RETRACTION)的申請(qǐng)，上述申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容在此全部引入作為參考，附加特征和變化在此進(jìn)行描述。
雖然多沖程手柄14有利地支持在長(zhǎng)距離上高發(fā)射力的應(yīng)用，但是與本發(fā)明一致的應(yīng)用可以采用單一發(fā)射沖程，例如在由FrederickE.Shelton IV、Michael E.Setser和Brian J.Hemmelgarn申請(qǐng)的系列號(hào)為10/441,632的名稱為“具有分開(kāi)的不同閉合和發(fā)射系統(tǒng)的外科縫合器械”未審結(jié)和共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)中所描述的，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容在此全部引入作為參考。
電活化聚合物電活化聚合物(EAPs)是一組當(dāng)施加電壓時(shí)改變形狀的導(dǎo)電的摻雜質(zhì)的聚合物。本質(zhì)上，導(dǎo)電聚合物與一些形式的離子流體或凝膠和電極配對(duì)。通過(guò)施加電勢(shì)導(dǎo)致離子從流體/凝膠流入或流出導(dǎo)電聚合物，并且這種流動(dòng)導(dǎo)致聚合物形狀的變化。根據(jù)使用的聚合物和離子流體，電勢(shì)的范圍為1V-4kV。當(dāng)施加電壓時(shí)，一些EAP收縮，而另一些則膨脹?？梢詫AP與諸如彈簧或柔性板的機(jī)械裝置配對(duì)，以改變?cè)谑┘与妷簳r(shí)產(chǎn)生的效果。
存在兩種基本類型的電活化聚合物并且每種類型有多個(gè)結(jié)構(gòu)。兩種基本類型是纖維束和層壓形式。纖維束由大約為30-50微米的纖維組成。這些纖維可以類似紡織品那樣被編織成束，并由此通常被稱為EAP紗。當(dāng)施加電壓時(shí)，這種EAP收縮。電極通常是中央線芯和同樣用來(lái)包含圍繞纖維束的離子流體的導(dǎo)電外殼。可從商業(yè)渠道獲得的纖維EAP材料的一個(gè)例子是由Santa Fe Science andTechnology制造，其作為PANIONTM纖維出售，這在美國(guó)專利NO,6,667,825中有描述，該專利在此全部引入作為參考。
另一種類型是層壓結(jié)構(gòu)，該層壓結(jié)構(gòu)由一層EAP聚合物、一層離子凝膠和兩個(gè)附著到層板各側(cè)面的柔性板組成。當(dāng)施加電壓時(shí)，正方形層壓板沿一個(gè)方向膨脹，并且在其垂直方向收縮。可商業(yè)獲得的層壓(板狀)EAP材料可以從作為SRI Laboratories的一個(gè)部門(mén)的Artificial Muscle Inc.獲得。板狀EAP材料也可以從日本的EZMEX獲得，并被稱為薄膜EAP。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)提供能量時(shí)EAP不會(huì)改變體積；它們僅在一個(gè)方向膨脹或收縮，而在其橫向進(jìn)行相反的變化。通過(guò)靠著剛性結(jié)構(gòu)容納一側(cè)并類似活塞一樣使用另一側(cè)可以以其基本形式使用層壓形式。也可以將它粘貼在柔性板的各側(cè)。當(dāng)向柔性板狀EAP的一側(cè)施加能量時(shí)，該EAP膨脹，從而將該板以相反方向彎曲。這允許根據(jù)施加能量的側(cè)面使板向任一方向彎曲。
一個(gè)EAP致動(dòng)器通常由許多層或捆扎在一起的纖維組成，以便協(xié)同工作。EAP的機(jī)械構(gòu)造決定了EAP致動(dòng)器和它的運(yùn)動(dòng)性能?？梢詫AP形成長(zhǎng)導(dǎo)線束并圍繞一個(gè)中央電極纏繞。柔性外部外套管形成用于致動(dòng)器的其它電極以及包含設(shè)備功能所必需的離子流體。在這種構(gòu)造中，當(dāng)對(duì)電極施加電場(chǎng)時(shí)，EAP的導(dǎo)線束變短。將這種構(gòu)造的EAP致動(dòng)器稱為纖維EAP致動(dòng)器。同樣，可以將層壓構(gòu)造放置在柔性板的各側(cè)上的許多層中，或者僅在它本身的層上以增加它的性能。典型的纖維結(jié)構(gòu)具有2-4％的有效伸長(zhǎng)率(effetive strain)，而使用更高的電壓，典型的層壓形式可達(dá)到20-30％的有效伸長(zhǎng)率。
在附圖2中示出了層壓EAP復(fù)合材料100，該層壓EAP復(fù)合材料由連接到EAP層104的正的板狀電極層102形成，該EAP層104又被連接到離子室(ionic cell)層106，該離子室層又被連接到負(fù)的板狀電極層108。在圖3中，許多五層層壓EAP復(fù)合材料100通過(guò)其間的粘合劑層110被固定成堆，以形成EAP板致動(dòng)器120。應(yīng)當(dāng)理解，可以形成相反的EAP致動(dòng)器120，該EAP致動(dòng)器120能夠有選擇地沿各方向彎曲。
在圖4-5中，收縮的EAP纖維致動(dòng)器140包括縱向鉑陰極導(dǎo)線142，該導(dǎo)線穿過(guò)絕緣聚合物近端帽144，通過(guò)在塑料圓柱形壁148內(nèi)形成的細(xì)長(zhǎng)的圓柱形腔替146，該塑料圓柱壁導(dǎo)電地?fù)诫s以用作陽(yáng)極。將鉑陰極導(dǎo)線142的遠(yuǎn)端埋放入絕緣聚合物遠(yuǎn)端帽150中。許多收縮聚合物纖維152被平行且圍繞陰極導(dǎo)線142布置，它們的端部被埋放入各端部帽144、150中。塑料圓柱形壁148沿外周圍繞各端部帽144、150連結(jié)以封閉圓柱形腔體146，從而密封入填充在收縮聚合物纖維152和陰極導(dǎo)線142之間的空間的離子流體或凝膠154。當(dāng)跨過(guò)塑料圓柱壁(正極)148和陰極導(dǎo)線142施加電壓時(shí)，離子流體進(jìn)入收縮聚合物纖維152，導(dǎo)致它們的外徑膨脹，并且長(zhǎng)度相應(yīng)地收縮，從而將端部帽144、150朝向彼此拉動(dòng)。
EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭在圖6-13中，外科切割和縫合器械200包括一EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭202，該EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭在該器械的細(xì)長(zhǎng)軸204靠近側(cè)部執(zhí)行器處形成，通過(guò)外科縫合和切割組件12圖示出該端部執(zhí)行器，該外科縫合和切割組件有利地響應(yīng)由細(xì)長(zhǎng)軸204縱向傳遞的分開(kāi)的閉合和發(fā)射運(yùn)動(dòng)。EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭202有利地增加了關(guān)節(jié)接頭的縫釘施加組件12的理想的臨床靈活性。
在圖6-13的示例性形式中，EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭202更具體化為柔性閉合和樞轉(zhuǎn)框架關(guān)節(jié)接頭210，在圖6中示出的繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)框架關(guān)節(jié)接頭包括具有近側(cè)閉合管214和由柔性閉合管218連接的遠(yuǎn)側(cè)閉合環(huán)216的柔性閉合套管組件212。在柔性閉合管218中形成的垂直狹縫220、222的左和右縱向列允許向右或向左彎曲以進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，但是連續(xù)的頂部縱向條帶224與該彎曲量無(wú)關(guān)地傳遞縱向閉合運(yùn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，相同的連續(xù)底部縱向條條帶沿著柔性閉合管218的底部延伸(未示出)，該底部縱向條條帶與頂部縱向條條帶224相對(duì)并與它共同作用傳遞這種運(yùn)動(dòng)。特別是，遠(yuǎn)側(cè)閉合環(huán)216的頂部部分包括接合砧板22的砧板閉合件228的馬蹄形孔226。在圖7中，砧板22包括在其近端處的橫向突出的樞軸銷230，該樞軸銷以可樞轉(zhuǎn)的方式接合靠近細(xì)長(zhǎng)槽18的近端形成的樞軸孔232(圖7-8)。當(dāng)柔性閉合套管組件212向遠(yuǎn)側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，略微更遠(yuǎn)側(cè)砧板閉合件228就這樣傳遞閉合運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該柔性閉合套管組件向近側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，該砧板閉合件傳遞打開(kāi)運(yùn)動(dòng)。柔性閉合管218可以沿著垂直縫220、222的左和右縱向列的長(zhǎng)度彎曲，從而在進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)容納柔性閉合和樞轉(zhuǎn)框架關(guān)節(jié)接頭210的被包裹的單樞軸框架組件234。
特別參考圖7-9，單樞軸框架組件234包括具有向遠(yuǎn)側(cè)突出的頂部和底部樞軸凸起238、240的近側(cè)框架底236，每個(gè)樞軸凸起分別具有頂部和底部樞軸銷孔242、244。從遠(yuǎn)側(cè)框架底250向近側(cè)突出的相應(yīng)的頂部和底部樞軸柄腳246、248以可樞轉(zhuǎn)的方式接合近側(cè)框架底236，各柄腳246、248分別具有頂部和底部樞軸銷孔252、254。特別是，垂直對(duì)準(zhǔn)的頂部樞軸銷孔242、252和底部樞軸銷孔244、254分別通過(guò)頂部和底部框架樞軸銷256、258接合(圖10)。
在圖8中，由細(xì)長(zhǎng)軸16和縫釘施加組件12形成的外科器械200的執(zhí)行部分260還包括發(fā)射桿270，該發(fā)射桿沿縱向平移穿過(guò)近側(cè)框架底218、通過(guò)柔性閉合和樞轉(zhuǎn)框架關(guān)節(jié)接頭210并通過(guò)在遠(yuǎn)側(cè)框架底250中的發(fā)射狹槽272進(jìn)入縫釘施加組件12。在遠(yuǎn)側(cè)框架底250的頂部形成的遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)方形孔274、276限定了在其間的夾條278，該夾條接收夾彈簧282的頂部臂280，該夾彈簧的較低的、向遠(yuǎn)側(cè)延伸的臂284在沿著發(fā)射桿270的上部、對(duì)于發(fā)射行程的空/缺少縫釘匣閉鎖部分的升起部分286上維持向下的壓力。
特別參考圖8，將發(fā)射桿270的向遠(yuǎn)側(cè)突起端連接到E形架288，該E形架輔助將砧板22與縫釘匣20分隔開(kāi)、切割組織和致動(dòng)縫釘匣20?？p釘匣20包括模制的縫釘匣本體290，該縫釘匣本體保持有許多位于各向上開(kāi)口的縫釘孔294內(nèi)的縫釘驅(qū)動(dòng)器292上的縫釘。通過(guò)E形架288向遠(yuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)楔形滑軌296，在縫釘匣托架298上滑動(dòng)，該縫釘匣托架將可更換縫釘匣20的各個(gè)元件保持在一起。楔形橇296向上凸起(cam)縫釘驅(qū)動(dòng)器292以迫使縫釘與砧板22變形接觸同時(shí)E形架288的切割表面300切割被夾緊的組織。應(yīng)當(dāng)理解，在發(fā)射過(guò)程中E形架288的上部銷302接合砧板22，而中間銷304和底部支腳306使在細(xì)長(zhǎng)槽18中形成的縱向狹縫槽308的各頂部和底部表面與對(duì)應(yīng)的縫釘匣托架298中的縱向開(kāi)口310和位于縫釘匣本體290中向后開(kāi)口的垂直狹縫312接合。其后，向近側(cè)收回發(fā)射桿270，以及收回E形架288，允許砧板22打開(kāi)以釋放兩個(gè)被縫釘縫合和切割的組織部分(未示出)。
在未審結(jié)和共同擁有的系列號(hào)為10/955,042的美國(guó)專利申請(qǐng)中更詳細(xì)描述了縫釘施加組件12，該申請(qǐng)由Frederick E.Shelton IV等人于2004年9月30日申請(qǐng)，名稱為“采用兩片E形架發(fā)射機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)連接外科縫合器械”，該申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容在此全部引入作為參考。
特別參考圖9-13，EAP致動(dòng)系統(tǒng)400響應(yīng)從手柄14接收的電動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信號(hào)(未示出)而有利地致動(dòng)單樞軸框架組件234。在圖7-13的示例性形式中，頂部左側(cè)和頂部右側(cè)的EAP纖維致動(dòng)器402、404沿水平方向連接到頂部的向遠(yuǎn)側(cè)突出的力矩臂406的各橫向側(cè)，該力矩臂406連接到頂部樞軸凸起238。將頂部左側(cè)和頂部右側(cè)的EAP纖維致動(dòng)器402、404的外端連接到遠(yuǎn)側(cè)框架底250的內(nèi)徑410的對(duì)應(yīng)的上部左側(cè)和右側(cè)橫向連接點(diǎn)406、408。同樣地，底部左側(cè)和底部右側(cè)的EAP纖維致動(dòng)器412、414沿水平方連接到底部的向遠(yuǎn)側(cè)突出的力矩臂416的各橫向側(cè)邊，該力矩臂416連接到底部樞軸凸起240。將底部左側(cè)和底部右側(cè)的EAP纖維致動(dòng)器412、414的外端連接到遠(yuǎn)側(cè)框架底250的內(nèi)徑410的對(duì)應(yīng)的下部左側(cè)和右側(cè)橫向連接點(diǎn)418、420。圖12示出了連接點(diǎn)406、408、418、420穿過(guò)遠(yuǎn)側(cè)框架底250，在圖9中的遠(yuǎn)側(cè)框架底250的外部能夠看到左側(cè)的連接點(diǎn)406、418。當(dāng)致動(dòng)一對(duì)EAP致動(dòng)器，例如在圖13中所示，上部和下部右側(cè)EAP纖維致動(dòng)器404、414，使它們收縮，將上部和下部力矩臂406、416朝遠(yuǎn)側(cè)框架底250的右側(cè)拉動(dòng)，從而伸展上部和下部EAP纖維致動(dòng)器402、412，塌縮垂直狹槽220的左側(cè)縱向列排，并擴(kuò)張垂直狹槽222的右邊縱向列。
在圖14-18中，外科切割和縫合器械500包括可替換的EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭502，該接頭包括雙樞軸閉合套管組件504(圖14-15)和單樞軸框架組件506(圖15-18)。圖14中示出了去掉可更換的縫釘匣20并且砧板22打開(kāi)的縫釘施加組件12。從而，雙樞軸閉合套管組件504在其近側(cè)位置，使它的遠(yuǎn)側(cè)樞轉(zhuǎn)軸線對(duì)準(zhǔn)框架組件506的樞轉(zhuǎn)軸線。應(yīng)當(dāng)理解，隨著閉合套管組件504向遠(yuǎn)側(cè)運(yùn)動(dòng)以閉合砧板22，閉合套管組件504的近側(cè)樞轉(zhuǎn)軸線也進(jìn)行樞轉(zhuǎn)，以便在進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的框架組件506上平移。
特別參考圖15，雙樞軸閉合套管組件504包括近側(cè)閉合管510，將近側(cè)閉合管的遠(yuǎn)端采用鍵連接(keyed)固定到具有上部和下部遠(yuǎn)側(cè)突出柄腳514、516的近側(cè)閉合環(huán)512。將包括馬蹄鐵形孔520以將砧板閉合件228接合到砧板22上的遠(yuǎn)側(cè)閉合管518在近側(cè)通過(guò)銷連接到具有上部和下部近側(cè)突出柄腳524、526的遠(yuǎn)側(cè)閉合環(huán)522。上部雙樞軸連接件528包括向上突出的遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)樞軸銷530、532，該樞軸銷530、532分別接合到上部近側(cè)突出柄腳524中的上部遠(yuǎn)側(cè)銷孔534和上部遠(yuǎn)側(cè)突出柄腳514中的上部近側(cè)銷孔536。下部雙樞軸連接件538包括向下突出的遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)樞軸銷540、542，該樞軸銷540、542分別接合下部近側(cè)突出柄腳526中的下部遠(yuǎn)側(cè)銷孔544和下部遠(yuǎn)側(cè)突出柄腳516中的下部近側(cè)銷孔546。
特別參考圖15-18，單樞軸框架組件506包括近側(cè)框架底550，該框架底550的遠(yuǎn)端包括居中心的并靠近在左和右力矩臂556、558之間限定的遠(yuǎn)側(cè)開(kāi)口的樞軸凹口554的樞軸銷孔552。八字形(dogbone)連接件560包括向上接合在近側(cè)框架底550中的樞軸銷孔552的近側(cè)銷562，和在左和右力矩臂556、558之間樞轉(zhuǎn)的中央桿564。八字形連接件560的遠(yuǎn)側(cè)銷566剛性連接在遠(yuǎn)側(cè)框架底570中的下部近側(cè)孔568中，該遠(yuǎn)側(cè)框架底具有接合細(xì)長(zhǎng)槽18中的近側(cè)導(dǎo)向件574的遠(yuǎn)側(cè)側(cè)面導(dǎo)向件572。
EAP致動(dòng)系統(tǒng)580包括左側(cè)和右側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器582、584，該堆疊致動(dòng)器有選擇地膨脹以在八字形連接件560的中央桿564上維持關(guān)節(jié)力，該八字形連接件被動(dòng)地壓縮其它的EAP堆疊致動(dòng)器。在圖18中，右側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器582已經(jīng)膨脹，而使八字形連接件560樞轉(zhuǎn)，并因此將縫釘施加組件12繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)到左邊側(cè)，并且被動(dòng)地壓縮左側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器584。
在圖19中，另一可替換的用于外科器械602的EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)接頭600包括單樞軸框架組件604，其中將近側(cè)框架底606在樞軸銷612處接合遠(yuǎn)側(cè)框架底610的向近側(cè)突出柄腳608。將向近側(cè)突出柄腳608在右部橫向側(cè)凹進(jìn)以限定在樞軸銷612的右側(cè)上的半個(gè)淚珠形滑輪614。連接到半個(gè)淚珠形滑輪614的遠(yuǎn)點(diǎn)的是收縮的EAP纖維致動(dòng)器616的遠(yuǎn)端，該致動(dòng)器符合其外形并穿入近側(cè)框架底606。收縮的EAP纖維致動(dòng)器616可以充分長(zhǎng)，從而即便對(duì)于小比率的長(zhǎng)度收縮，也可以實(shí)現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，可以在示出的柄腳608的左側(cè)上使用反向轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該柄腳608位于EAP關(guān)節(jié)接頭600的另一側(cè)形成的相同但反向的機(jī)構(gòu)上。
用于樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)在圖20-27中，將EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)鎖定器700結(jié)合到用于外科器械704的樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭702。為了清楚起見(jiàn)，將單樞轉(zhuǎn)框架組件706與具有向遠(yuǎn)側(cè)延伸的上部和下部樞軸凸起710、712的近側(cè)框架底708一起示出，樞軸凸起710、712可樞轉(zhuǎn)地接合到遠(yuǎn)側(cè)框架底718的向近側(cè)指向的上部和下部柄腳714、716，該遠(yuǎn)側(cè)框架底718被連接到端部執(zhí)行器720上。將上部樞軸凸起710的上部?jī)?nèi)孔722在上部柄腳714的上部外孔724的下方對(duì)準(zhǔn)，通過(guò)上部樞軸銷726將上部?jī)?nèi)孔和上部外孔可樞轉(zhuǎn)地通過(guò)銷連接在一起。將下部樞軸凸起712的下部?jī)?nèi)孔728在下部柄腳716中的下部外孔730的下方對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)下部樞軸銷732將孔728、712可樞轉(zhuǎn)地通過(guò)銷連接在一起。上部和下部力矩臂734、736分別從上部和下部樞軸凸起710、712向遠(yuǎn)側(cè)延伸?？梢酝ㄟ^(guò)基本上水平地上部左側(cè)EAP纖維致動(dòng)器740將上部力矩臂734朝形成在遠(yuǎn)側(cè)框架底718中的上部左側(cè)連接點(diǎn)738向左推動(dòng)。通過(guò)基本上水平的上部右側(cè)EAP纖維致動(dòng)器744可以將上部力矩臂734朝形成在遠(yuǎn)側(cè)框架底718中的上部右側(cè)連接點(diǎn)742向右推動(dòng)。通過(guò)基本上水平的下部左側(cè)EAP纖維致動(dòng)器748可以將下部力矩臂736朝形成在遠(yuǎn)側(cè)框架底718中的下部左側(cè)連接點(diǎn)746向左推動(dòng)。通過(guò)基本上水平的下部右側(cè)EAP纖維致動(dòng)器752可以將下部力矩臂736朝形成在遠(yuǎn)側(cè)框架底718中的下部右側(cè)連接點(diǎn)750向右推動(dòng)。
通過(guò)未示出的閉合機(jī)構(gòu)(例如作用在砧板樞軸上的EAP致動(dòng)器)的動(dòng)作可以產(chǎn)生砧板22的閉合。或者，在實(shí)現(xiàn)縫合和切割的進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)之前發(fā)射運(yùn)動(dòng)可以首先關(guān)閉砧板。作為另一替換，閉合套管組件或其它縱向聯(lián)接機(jī)構(gòu)(未示出)可以將閉合運(yùn)動(dòng)傳遞到砧板22。
上部EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)800有利地解鎖樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭702以允許進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。然后EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)800放松到鎖定狀態(tài)，從而提供不允許能量在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量變化之間消耗及由此的元件加熱的穩(wěn)定鎖定位置。在矩形上部鎖定凹口804中示出了上部鎖定栓組件802，矩形上部鎖定凹口形成在近側(cè)框架底708中，該近側(cè)框架底接近上部樞軸凸起710，并且垂直地比上部樞軸凸起更遠(yuǎn)離縱向中心線。鎖定栓806將鎖定尖端808延伸到在上部鎖定凹口804中形成的遠(yuǎn)側(cè)狹槽810之外、與形成圍繞近側(cè)表面形成的扇形齒輪814的最接近的齒根接合，該近側(cè)表面圍繞遠(yuǎn)側(cè)框架底718的上部樞軸柄腳714。鎖定栓806在近側(cè)終止到橫向板816，該橫向板在近側(cè)定位壓縮彈簧818以及上部左和右側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器820、822的推力之間在矩形上部鎖定凹口804中沿縱向滑動(dòng)，可以致動(dòng)EAP堆疊致動(dòng)器820、822，以便沿縱向膨脹，從而在向近側(cè)運(yùn)動(dòng)鎖定栓806時(shí)壓縮該壓縮彈簧818，由此使鎖定尖端808與扇形齒輪814脫離接合，允許樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭702被重新定位。上部鎖定蓋824封閉上部鎖定凹口804。
為了附加的鎖定支撐，在圖23中下部EAP致動(dòng)關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)830與上部鎖定機(jī)構(gòu)800相同，但作用在靠著下部樞軸柄腳716的相對(duì)位置上。還應(yīng)當(dāng)理解，可以將相同的鎖定機(jī)構(gòu)結(jié)合到細(xì)長(zhǎng)軸的遠(yuǎn)側(cè)部分中而不是結(jié)合到近端。另外，雙樞軸連接件可以包括在各樞軸處的鎖定裝置。
在使用中，將未進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的端部執(zhí)行器720和樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭702(圖20-24)插入到手術(shù)部位。隨著EAP鎖定機(jī)構(gòu)800、830通常地?cái)嚯?，連接到近側(cè)框架底708的鎖定尖端808接合遠(yuǎn)側(cè)框架底718的扇形齒輪814，鎖定單樞軸框架組件706。當(dāng)需要時(shí)，給EAP堆疊致動(dòng)器820、822提供能量以沿縱向加長(zhǎng)，從而解鎖EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)800、830。當(dāng)解鎖時(shí)，可以使關(guān)節(jié)接頭702進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，例如通過(guò)收縮上部和下部右側(cè)EAP纖維致動(dòng)器744、752，以將端部執(zhí)行器720樞轉(zhuǎn)到左側(cè)(圖25)，將不同的齒根812提供給鎖定尖端808，從而當(dāng)斷電時(shí)，EAP致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)800將鎖定到外科器械704的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
在圖28-29中，示出了用于單樞軸關(guān)節(jié)接頭901的可替換EAP關(guān)節(jié)系統(tǒng)900，用于與前述的EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)800一起使用。通過(guò)將上部和下部反向(rounded)力矩臂910、912在遠(yuǎn)側(cè)分別結(jié)合在近側(cè)框架底918的上部和下部樞軸凸起914、916上，使上、下成對(duì)的左、右側(cè)EAP纖維致動(dòng)器902、904、906、908變長(zhǎng)。遠(yuǎn)側(cè)框架底922中的上部左側(cè)連接點(diǎn)920稍微高于上部右側(cè)連接點(diǎn)924。下部左側(cè)連接點(diǎn)926也稍微高于下部右側(cè)連接點(diǎn)928，這對(duì)應(yīng)于上部和下部左側(cè)EAP纖維致動(dòng)器902、906分別在對(duì)應(yīng)的上部和下部反向力矩臂910、912的比上部和下部右側(cè)EAP纖維致動(dòng)器904、908高的部分纏繞(圖29)。從而，可以根據(jù)所需的性能特征選擇與力矩臂910、912的長(zhǎng)度和外形輪廓結(jié)合的變長(zhǎng)的EAP纖維致動(dòng)器902-908。
在圖30-33中，示出了用于單樞軸關(guān)節(jié)接頭1001的另外的可替換的EAP關(guān)節(jié)系統(tǒng)1000，用于與前述的EAP致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)800一起使用。代替致動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)作用的EAP纖維致動(dòng)器，上部和下部成對(duì)的左、右側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器1002、1004、1006、1008分別相對(duì)，并沿橫向運(yùn)動(dòng)上部和下部縱向軌道1010、1012。向遠(yuǎn)側(cè)突出的上部力矩臂1014連接到近側(cè)框架底1018的上部樞軸凸起1016。在上部力矩臂1014的遠(yuǎn)端處的上部向內(nèi)指向末端銷1020沿縱向滑動(dòng)地接合上部縱向軌道1010，從而響應(yīng)由遠(yuǎn)側(cè)框架底1022沿橫向限制的上部左和右側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器1002、1004的不同的收縮和膨脹。向遠(yuǎn)側(cè)突出的下部力矩臂1024連接到近側(cè)框架底1018的上部樞軸凸起1026。在上部力矩臂1024的遠(yuǎn)端處的下部向內(nèi)指向末端銷1030沿縱向滑動(dòng)地接合下部縱向軌道1012，從而響應(yīng)由遠(yuǎn)側(cè)框架底1022沿橫向限制的下部左和右側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器1006、1008的不同的收縮和膨脹。
在圖30-31中，為了準(zhǔn)備進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，將EAP關(guān)節(jié)鎖定機(jī)構(gòu)800致動(dòng)以使鎖定尖端808與扇形齒輪814脫離接合。在圖32-33中，上部和下部左側(cè)EAP堆疊致動(dòng)器1002、1006已經(jīng)被供能膨脹，沿橫向向右運(yùn)動(dòng)上部和下部縱向軌道1010、1012，從而壓縮上部和下部EAP堆疊致動(dòng)器1004、1008，并且相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)側(cè)框架底1022抵抗來(lái)自上部和下部向內(nèi)指向末端銷1020、1030的反作用力，該末端銷在示例性關(guān)節(jié)中向左。
雖然已經(jīng)通過(guò)幾個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明示例性描述了本發(fā)明，并且雖然示例性的實(shí)施例已經(jīng)被相當(dāng)詳細(xì)地描述，但是不意味著申請(qǐng)人限制或以任何方式限定后附權(quán)利要求的范圍到該細(xì)節(jié)。另外的優(yōu)點(diǎn)和變更對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種外科器械，包括端部執(zhí)行器；細(xì)長(zhǎng)軸；樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)接頭，其包括連接到在端部執(zhí)行器和細(xì)長(zhǎng)軸的遠(yuǎn)端中選擇的一個(gè)上的第一框架構(gòu)件，連接到在端部執(zhí)行器和細(xì)長(zhǎng)軸的遠(yuǎn)端中的另一個(gè)上的第二框架構(gòu)件，以及在第一和第二框架構(gòu)件之間的樞轉(zhuǎn)連接；以及連接在第一和第二框架構(gòu)件之間的電活化聚合物致動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科器械，其特征在于，所述第一框架構(gòu)件包括一個(gè)朝向樞轉(zhuǎn)連接和第二框架構(gòu)件開(kāi)口的凹槽，所述第二框架構(gòu)件包括延伸到該凹槽中的第一力矩臂，所述電活化聚合物致動(dòng)器跨過(guò)凹槽連接在力矩臂和第一框架構(gòu)件之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科器械，其特征在于，所述電活化聚合物致動(dòng)器包括具有可操作的構(gòu)造以收縮的電活化聚合物纖維致動(dòng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外科器械，其特征在于，所述第一框架構(gòu)件包括以可樞轉(zhuǎn)的方式分別連接到第二框架構(gòu)件的上部第二柄腳和下部第二柄腳的上部第一柄腳和下部第一柄腳，上部第一和第二柄腳沿橫向與下部第一和第二柄腳分開(kāi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外科器械，其特征在于，所述第一框架構(gòu)件包括限定了一個(gè)容納第二框架構(gòu)件的凹槽的管，上部和下部第二柄腳中的至少一個(gè)包括延伸到該凹槽的力矩臂，電活化聚合物致動(dòng)器包括一對(duì)連接到力矩臂和第一框架構(gòu)件的對(duì)應(yīng)橫向內(nèi)表面上的相對(duì)的電活化聚合物致動(dòng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外科器械，其特征在于，至少一個(gè)柄腳包括橫向于關(guān)節(jié)接頭的關(guān)節(jié)軸線的圓形輪廓部分，電活化聚合物致動(dòng)器包括一電活化聚合物纖維致動(dòng)器，它在一端連接到周向輪廓部分上并在其上定位，而且連接到另一框架構(gòu)件上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外科器械，其特征在于，至少一個(gè)柄腳包括橫向于關(guān)節(jié)接頭的關(guān)節(jié)軸線的周向的反輪廓部分，所述外科器械進(jìn)一步包括連接和定位到反周向輪廓部分上的反向電活化聚合物纖維致動(dòng)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外科器械，其特征在于，上部柄腳中選擇的一個(gè)和下部柄腳中選擇的一個(gè)都包括圓形輪廓，該圓形輪廓包括一個(gè)連接到電活化聚合物纖維致動(dòng)器上的上部并包括一個(gè)連接到反向電活化纖維致動(dòng)器上的下部。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外科器械，其特征在于，所述端部執(zhí)行器包括由發(fā)射桿致動(dòng)的縫合和切割組件，所述手柄部分在近側(cè)連接到發(fā)射桿上并具有可操作的構(gòu)造，以將縱向發(fā)射運(yùn)動(dòng)傳遞到發(fā)射桿，所述細(xì)長(zhǎng)軸進(jìn)一步包括通過(guò)進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)接頭支撐該發(fā)射桿的發(fā)射桿導(dǎo)向件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的外科器械，其特征在于，所述端部執(zhí)行器進(jìn)一步包括具有可操作的構(gòu)造以容納縫釘匣的下部槽，并包括以可樞轉(zhuǎn)的方式連接的上部砧板，手柄部分具有可操作的構(gòu)造以產(chǎn)生縱向閉合運(yùn)動(dòng)，細(xì)長(zhǎng)軸進(jìn)一步包括在近側(cè)連接到手柄部分上以將閉合運(yùn)動(dòng)傳遞給與砧板連接的遠(yuǎn)側(cè)連接的閉合套管組件，所述閉合套管組件具有可操作的構(gòu)造以在收縮位置和遠(yuǎn)側(cè)展長(zhǎng)位置上圍繞關(guān)節(jié)接頭的關(guān)節(jié)軸線樞轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種特別適合內(nèi)窺鏡使用的外科器械，通過(guò)將關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括在細(xì)長(zhǎng)軸中來(lái)使端部執(zhí)行器進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，該細(xì)長(zhǎng)軸采用用于遙控地使端部執(zhí)行器進(jìn)行關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的電活化聚合物(EAP)致動(dòng)器。通過(guò)EAP纖維致動(dòng)器致動(dòng)在遠(yuǎn)側(cè)框架部分和近側(cè)框架部分之間的樞轉(zhuǎn)連接件，并隨后通過(guò)關(guān)閉EAP鎖定釋放在選擇的關(guān)節(jié)角度鎖定該連接件。
文檔編號(hào)A61B18/00GK1732855SQ20051008733
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者弗雷德里克·E·謝爾頓四世 申請(qǐng)人:伊西康內(nèi)外科公司