專利名稱：用于手術(shù)工具的柔性肘節(jié)的制作方法
用于手術(shù)工具的柔性肘節(jié)
本申請(qǐng)是于2005年5月16日提交的名稱為"用于手術(shù)工具的柔 性肘節(jié)"的中國(guó)專利申請(qǐng)200380103344.5的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及外科手術(shù)工具，更具體地是涉及用以進(jìn)行機(jī)器人 外科手術(shù)(robotic surgery)的手術(shù)工具中的柔性肘節(jié)機(jī)構(gòu)。
微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)方面的進(jìn)步使得以微創(chuàng)方式進(jìn)行的外科手術(shù)數(shù)目急 劇增加。微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)的目的是為了減少診斷或手術(shù)期間破壞的無(wú)關(guān) 組織的量，從而減少病人的康復(fù)時(shí)間、不適感和有害的副作用。利用 微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，還可顯著地縮短一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外科手術(shù)所需的平均住院時(shí) 間。因此，更多地采用微創(chuàng)技術(shù)可以節(jié)省大量的住院時(shí)間，而且僅就 住院費(fèi)用而言每年就可節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。利用微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，也可以 減少病人的康復(fù)時(shí)間、病人的不適感和外科手術(shù)的副作用。
微創(chuàng)手術(shù)最常見(jiàn)的形式就是內(nèi)窺境檢查。內(nèi)窺境檢查最常見(jiàn)的形 式就是腹腔鏡檢査，腹腔鏡檢查是在腹腔內(nèi)進(jìn)行的微創(chuàng)檢查和手術(shù)。 在標(biāo)準(zhǔn)的腹腔手術(shù)中，病人的腹部被吹入氣體，插管套穿過(guò)小(大約 1/2英寸)切口，從而為腹腔鏡手術(shù)器械提供入口。腹腔鏡手術(shù)器械通 常包括一個(gè)腹腔鏡(用于觀察手術(shù)部位)和工作器械。這些工作工具 類似于那些在常規(guī)(開(kāi)腔)手術(shù)中使用的工具，所不同的是每個(gè)工具 的操作末端或末端執(zhí)行器都通過(guò)一根延長(zhǎng)管與該工具的操作柄分離。 此處所用的術(shù)語(yǔ)"末端執(zhí)行器"表示手術(shù)器械的實(shí)際操作部分，其可 包括例如鉗子、抓緊器、剪刀、吻合器以及持針器等。為了進(jìn)行手術(shù) 過(guò)程，外科醫(yī)生將這些工作工具或器械穿過(guò)插管套，使其到達(dá)內(nèi)部的 手術(shù)部位并在腹腔外操縱這些器械。外科醫(yī)生通過(guò)監(jiān)視器監(jiān)控手術(shù)的 過(guò)程，該監(jiān)視器顯示出從腹腔鏡取得的手術(shù)部位的圖像。類似的內(nèi)窺 境技術(shù)應(yīng)用于下列檢查中，例如關(guān)節(jié)內(nèi)窺境檢査、后腹腔鏡檢查、骨 盆鏡檢査、腎鏡檢查、膀胱鏡檢查、池囊鏡檢査(cistemoscopy)、竇
鏡檢査、子宮鏡檢查、尿道鏡檢査等等。
目前的微創(chuàng)手術(shù)(minimally invasive surgical, MIS)有很多缺點(diǎn)。 例如，現(xiàn)有的微創(chuàng)器械所進(jìn)行的手術(shù)沒(méi)有開(kāi)腔手術(shù)所具有的控制工具 的柔性。大多數(shù)的現(xiàn)有的腹腔鏡工具都有剛性軸，因此很難通過(guò)所述 的小切口到達(dá)工作部位。另外，很多內(nèi)窺境器械的長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)都會(huì)降 低醫(yī)生的覺(jué)察能力，這種覺(jué)察能力可以感受到由組織或器官施加到相 關(guān)工具的末端執(zhí)行器上的力。內(nèi)窺境工具缺乏靈活性和靈敏性是微創(chuàng) 手術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要障礙。
正在幵發(fā)的微創(chuàng)遠(yuǎn)距離手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)能夠在體內(nèi)手術(shù)部位中工 作時(shí)增加外科醫(yī)生的靈活性，也可以使外科醫(yī)生遠(yuǎn)距離對(duì)病人進(jìn)行手 術(shù)。在遠(yuǎn)距離手術(shù)系統(tǒng)中，外科醫(yī)生經(jīng)常配有計(jì)算機(jī)工作站提供的手 術(shù)部位的圖像。醫(yī)生一邊在合適的觀察器或顯示器上觀察手術(shù)部位的 三維圖像， 一邊通過(guò)操縱工作站的主輸入端或控制裝置對(duì)病人執(zhí)行手 術(shù)過(guò)程。主輸入端控制以伺服系統(tǒng)方式運(yùn)行的手術(shù)工具的動(dòng)作。在手 術(shù)過(guò)程中，遠(yuǎn)距離手術(shù)系統(tǒng)響應(yīng)于主控制機(jī)構(gòu)的操作從而驅(qū)動(dòng)和控制 各種具有末端執(zhí)行器(例如組織抓緊器、針驅(qū)動(dòng)器等)的手術(shù)器械或 工具，能夠執(zhí)行外科醫(yī)生的功能，例如，持拿或驅(qū)動(dòng)手術(shù)針、抓緊血 管或解剖組織等。
一些手術(shù)工具利用滾動(dòng)一傾斜一擺動(dòng)(roll-pitch-yaw)機(jī)構(gòu)來(lái)提供 末端執(zhí)行器沿三個(gè)正交軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)角度。通常傾斜和擺動(dòng)旋 轉(zhuǎn)由一個(gè)連接在該工具的柄和末端執(zhí)行器之間的肘節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)提供，而 滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通常由柄的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)提供。在大約90度的傾斜位置處，擺 動(dòng)和滾動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)重疊，導(dǎo)致一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角度喪失，這種情況稱為奇 點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有肘節(jié)機(jī)構(gòu)的一種工具的替換實(shí)施例，該肘節(jié)機(jī)構(gòu) 所提供的傾斜和擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)方式使得工具的滾動(dòng)、傾斜和擺動(dòng)不會(huì)出現(xiàn) 奇點(diǎn)。所述肘節(jié)機(jī)構(gòu)具有一個(gè)柔性管狀結(jié)構(gòu)，該柔性管狀結(jié)構(gòu)可以由 一個(gè)柔性管或一系列連接到彈簧或類似柔性組件上的盤狀物形成。驅(qū) 動(dòng)纜線或柔性線(例如，由鎳鈦合金制成)延伸穿過(guò)肘節(jié)機(jī)構(gòu)，并用
于使柔性肘節(jié)在傾斜和擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向彎曲。滾動(dòng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò) 轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)與肘節(jié)機(jī)構(gòu)相連的工具柄來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面， 一個(gè)肘節(jié)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)器械， 該微創(chuàng)手術(shù)器械包括一個(gè)延長(zhǎng)柄，該延長(zhǎng)柄具有一個(gè)工作端、 一個(gè)近 端和一個(gè)位于工作端和近端之間的柄軸；以及一個(gè)末端執(zhí)行器。 一個(gè) 肘節(jié)部件具有一個(gè)柔性管和一個(gè)內(nèi)部彈簧，所述柔性管和內(nèi)部彈簧包 括與所述延長(zhǎng)柄的工作端相連的近端部分和與所述末端執(zhí)行器相連的 遠(yuǎn)端部分。所述內(nèi)部彈簧被布置在所述柔性管的內(nèi)腔中，而且其軸線 平行于所述柔性管的軸線。多條驅(qū)動(dòng)纜線(或線)具有與所述末端執(zhí) 行器相連的遠(yuǎn)端部分，并從所述遠(yuǎn)端部分穿過(guò)所述肘節(jié)部件朝所述延 長(zhǎng)柄方向延伸到近端部分，該近端部分是可驅(qū)動(dòng)的，從而使所述肘節(jié) 部件在傾斜和擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上彎曲。如果用驅(qū)動(dòng)線，那么這些驅(qū)動(dòng) 線也可以幫助支撐所述末端執(zhí)行器。
在某些實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)纜線被置于所述內(nèi)部彈簧的一個(gè)中空
內(nèi)部。至少三條驅(qū)動(dòng)纜線連接到所述末端執(zhí)行器。所述驅(qū)動(dòng)纜線的所
述近端部分連接到一個(gè)萬(wàn)向板，該萬(wàn)向板被設(shè)置為驅(qū)動(dòng)所述纜線并鄰
近所述延長(zhǎng)柄的所述近端。所述驅(qū)動(dòng)纜線可被置于所述內(nèi)部彈簧和所
述柔性管之間。所述柔性管可包括內(nèi)部軸向槽，該軸向槽由所述內(nèi)部
彈簧的外表面界定從而形成用以接收所述驅(qū)動(dòng)纜線的腔管。所述柔性
管可以包括多個(gè)橫向缺口，這些橫向缺口相對(duì)于所述柔性管的軸線大 體上是橫向的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)器械包括一個(gè)延長(zhǎng)柄， 該延長(zhǎng)柄具有一個(gè)工作端、 一個(gè)近端和一個(gè)位于工作端和近端之間的 柄軸；以及一個(gè)末端執(zhí)行器。 一個(gè)肘節(jié)部件具有一個(gè)柔性管，該柔性 管包括一個(gè)軸線，該軸線延伸通過(guò)一個(gè)由一個(gè)管壁包圍的內(nèi)部。所述 柔性管的所述管壁包括多個(gè)基本平行于所述柔性管的所述軸線定向的 腔管。所述肘節(jié)部件具有一個(gè)與所述延長(zhǎng)柄的工作端相連的近端部分 和一個(gè)與所述末端執(zhí)行器相連的遠(yuǎn)端部分。多條驅(qū)動(dòng)纜線具有與所述 末端執(zhí)行器相連的遠(yuǎn)端部分，并從所述遠(yuǎn)端穿過(guò)所述肘節(jié)部件的管壁 的腔管朝所述延長(zhǎng)柄的方向延伸到近端部分，該近端部分是可驅(qū)動(dòng)的， 從而使所述肘節(jié)部件在傾斜和擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上彎曲。
在某些實(shí)施例中，所述柔性管的管壁包括十二個(gè)腔管。每條驅(qū)動(dòng) 纜線在所述柔性管的管壁的遠(yuǎn)端部分回環(huán)，從而延伸穿過(guò)兩個(gè)相鄰的 腔管。所述柔性管包括多個(gè)橫向缺口，這些橫向缺口相對(duì)于所述柔性 管的軸線大體上是橫向的。 一個(gè)外殼包裹在所述柔性管的外表面的周 圍。所述橫行缺口包括缺口的交替層，每個(gè)交替層都包括一對(duì)彼此相
對(duì)放置的缺口。每層中的缺口的方向與相鄰層的缺口相隔約90度。所 述橫向缺口形成了肋，所述肋連接在所述肋上方和下方的盤狀部分之 間。在所述肋的兩側(cè)設(shè)置有狹縫，所述狹縫基本沿所述柔性管的軸線 延伸入所述盤狀部分內(nèi)。
在特定的實(shí)施例中，所述柔性管包括一個(gè)內(nèi)管，該內(nèi)管具有多個(gè) 大致平行于所述柔性管軸線定向的槽，以及一個(gè)包裹在所述內(nèi)管周圍 以在所述槽處形成所述腔管的外殼。所述外殼包括一個(gè)外部彈簧。柔 性管可以包括多個(gè)彈簧，每個(gè)彈簧均被放置在所述多個(gè)槽中的一個(gè)槽 的周圍。內(nèi)部彈簧可以被放置在所述柔性管的內(nèi)部的周圍。編織外殼 可以形成在所述柔性管的外表面上。所述編織外殼具有在所述柔性管 的近端和遠(yuǎn)端之間以順時(shí)針?lè)较蚶p繞的第一組線，以及在所述柔性管 的近端和遠(yuǎn)端之間以逆時(shí)針?lè)较蚶p繞的并與所述第一組線編結(jié)在一起 的第二組線。
在某些實(shí)施例中，所述柔性管包括多個(gè)軸向滑動(dòng)部件，該軸向滑 動(dòng)部件通過(guò)大致平行于所述柔性管軸線的軸向連接彼此可滑行地相 連。所述軸向連接包括一個(gè)舌槽連接。在另一版本中，每個(gè)軸向滑動(dòng) 部件包括一個(gè)用于接收一條驅(qū)動(dòng)纜線的腔管。所述柔性管包括多個(gè)彼 此相連并被放置在所述柔性管的圓周的軸向彈簧。每個(gè)軸向彈簧的線 圈與相鄰軸向彈簧的線圈重疊從而使所述腔管中的一個(gè)用于接收一條 驅(qū)動(dòng)纜線。所述柔性管可以包括波形彈簧(wave spring),該波形彈簧 具有多個(gè)沿著所述柔性管軸線串連起來(lái)的波形彈簧區(qū)段，該彈簧區(qū)段 包括高點(diǎn)和低點(diǎn)。 一個(gè)波形彈簧區(qū)段的高點(diǎn)連到相鄰波形彈簧區(qū)段的 低點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)器械包括一個(gè)延長(zhǎng)柄， 該延長(zhǎng)柄具有一個(gè)工作端、 一個(gè)近端和一個(gè)位于所述工作端和所述近 端之間的柄軸；以及一個(gè)末端執(zhí)行器。肘節(jié)部件具有一個(gè)內(nèi)部彈簧，
其包括一個(gè)與所述延長(zhǎng)柄工作端相連的近端部分和一個(gè)與所述末端執(zhí) 行器相連的遠(yuǎn)端部分。所述肘節(jié)部件具有多個(gè)沿著所述內(nèi)部彈簧的軸 線分布的環(huán)狀盤。每個(gè)所述環(huán)狀盤的內(nèi)邊與所述內(nèi)部彈簧相連。多條 驅(qū)動(dòng)纜線具有連到所述末端執(zhí)行器的遠(yuǎn)端部分，并從所述遠(yuǎn)端穿過(guò)所 述肘節(jié)部件朝所述延長(zhǎng)柄的方向延伸到近端部分，該近端部分是可驅(qū) 動(dòng)的，從而使所述肘節(jié)部件以傾斜和擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式彎曲。
在某些實(shí)施例中，所述盤包括多個(gè)孔，所述驅(qū)動(dòng)纜線延伸穿過(guò)所 述孔。每個(gè)所述盤都包括一對(duì)彼此相對(duì)放置的內(nèi)舌片，該內(nèi)舌片從內(nèi) 邊延伸到所述內(nèi)部彈簧的線圈間的間隙內(nèi)。相鄰的盤被定向?yàn)橐粋€(gè)盤
的內(nèi)舌片與相鄰盤的內(nèi)舌片相隔約90度。每個(gè)所述盤都包括一個(gè)外配 合表面和一個(gè)內(nèi)配合表面用于在相鄰盤間配合， 一個(gè)盤的所述外配合 表面和相鄰盤的所述內(nèi)配合表面配合。所述外配合表面和所述內(nèi)配合 表面大體上是球形的。多個(gè)彈性部件中的每個(gè)都被放置在相鄰盤之間 并與相鄰盤連接。肘節(jié)外殼被放置在所述內(nèi)部彈簧和所述環(huán)狀盤外。 所述肘節(jié)外殼包括一個(gè)由不導(dǎo)電材料制成的平螺旋線(flat spiral)。所 述平螺旋線包括巻曲邊，這些巻曲邊在所述螺旋殼的相鄰層之間重疊。 所述平螺旋線包括大體上平行于所述內(nèi)部彈簧的軸線定向的凹槽。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種手術(shù)工具的透視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的剖視圖； 圖3是圖2的肘節(jié)沿著m-ni線的剖視圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的透視圖； 圖4A和圖4B分別是類似于圖4的一種肘節(jié)實(shí)例的遠(yuǎn)端部分的俯 視圖和正視圖，具體示出了纜線的布置情況；
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的透視圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的俯視圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的剖視圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的俯視圖； 圖9是圖8的肘節(jié)的正視圖，該肘節(jié)具有一個(gè)工具柄和一個(gè)萬(wàn)向
板；
圖IO是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的俯視圖； 圖11是圖IO的肘節(jié)的正視圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的正視圖13是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的俯視圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的一部分的剖視圖15是圖14的肘節(jié)在彎曲時(shí)的局部剖視圖16是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的透視圖17是圖16的肘節(jié)的俯視圖18是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)部分的剖視圖； 圖19是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的透視圖 圖20是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的俯視圖 圖21是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的透視圖22是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的一部分的剖視圖23和圖24是圖22肘節(jié)中的盤狀物的俯視圖25是一種用于圖22的肘節(jié)的一種外殼部件的透視圖26是圖25的外殼部件的剖視圖27是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)的透視圖28是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)外殼的剖視圖29是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)外殼的剖視圖30是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種肘節(jié)外殼的一部分的透視圖。
具體實(shí)施例方式
在此所用的"末端執(zhí)行器"指的是實(shí)際工作的遠(yuǎn)端部分，該部分 能夠通過(guò)肘節(jié)部件操縱進(jìn)行某項(xiàng)醫(yī)療功能，例如，對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行預(yù) 定的處理。例如，某些末端執(zhí)行器具有單個(gè)操作部件，例如解剖刀、 刀片或電極。其他的末端執(zhí)行器具有一對(duì)或多個(gè)操作部件，例如鑷子、 抓緊器、剪刀或施夾鉗。在某些實(shí)施例中，盤狀物或椎骨狀物具有孔 口，這些孔口共同界定了沿肘節(jié)的縱向腔管或空間，從而提供了一個(gè) 用于大量替換元件或工具中任一個(gè)的通道，這些替換元件或工具與末 端執(zhí)行器相連。具體實(shí)例包括，用于電動(dòng)末端執(zhí)行器的導(dǎo)體(例如電
外科電極、轉(zhuǎn)換器、傳感器等)；用于液體、氣體或固體的管道(例 如，用于吸入、吹入、灌入、液體處理、附件導(dǎo)入、切片取出等)； 用來(lái)驅(qū)動(dòng)末端執(zhí)行器部件動(dòng)作的機(jī)械元件(例如，用于操作夾子、鑷 子、剪子的纜線、柔軟元件或關(guān)節(jié)元件)；波導(dǎo)器；聲導(dǎo)元件；光纖 元件等等。這樣的縱向管道可以配有襯里、絕緣體或?qū)蛟?，例?彈性聚合物管、螺旋線繞管等。
本文中使用的"手術(shù)器械"、"器械"、"外科工具"、"工具" 指的是如下部件該部件具有一個(gè)工作末端，該工作末端將一個(gè)或多 個(gè)末端執(zhí)行器導(dǎo)入病人腔體內(nèi)的手術(shù)部位，而且是從腔體外可驅(qū)動(dòng)的， 以操縱一個(gè)或多個(gè)末端執(zhí)行器，從而對(duì)手術(shù)部位的目標(biāo)組織進(jìn)行處理 或執(zhí)行醫(yī)療功能。所述器械或工具通常包括一個(gè)在遠(yuǎn)端帶有末端執(zhí)行 器的柄，所述器械或工具優(yōu)選通過(guò)遠(yuǎn)距離手術(shù)系統(tǒng)以伺服方式驅(qū)動(dòng)， 從而執(zhí)行諸如持拿或驅(qū)動(dòng)手術(shù)針、抓緊血管和解剖組織之類的功能。
本文所描述的各種柔性肘節(jié)的實(shí)施例制造相對(duì)便宜，并能夠用于 燒灼術(shù)，雖然它們的并不局限于用于燒灼術(shù)。對(duì)于MIS應(yīng)用，工具可 插入部分的直徑很小，典型地是大約12 mm或更小，優(yōu)選地是5 mm 或更小，以便于允許很小的切口。應(yīng)該理解的是，雖然詳細(xì)描述的實(shí) 施例標(biāo)明了這個(gè)尺寸范圍，但這些實(shí)施例可以改變比例以包括更大或 更小的器械。
某些肘節(jié)實(shí)施例采用了一系列盤狀物或類似元件，當(dāng)以傾斜和擺 動(dòng)方式彎曲時(shí)，這些元件以類似蛇形的方式運(yùn)動(dòng)(例如圖14和22)。 這些盤狀物是環(huán)形盤，可并且可以有圓形的內(nèi)徑和外徑。通常，這些 肘節(jié)機(jī)構(gòu)的每個(gè)都包括一系列盤狀物，例如，大約十三個(gè)盤，這些盤 可以厚約0.005英寸到0.030英寸，是蝕刻不銹鋼盤。較薄的盤可以用 在中間部分，而較厚的盤應(yīng)該用在末端區(qū)域以提供額外的強(qiáng)度從而能 夠吸收纜線力，例如在末端盤周圍的纜線U形轉(zhuǎn)彎處施加的力。末端 盤可以包括一個(gè)沉孔(例如深度大約為0.015英寸)，中心彈簧可以裝 配到該沉孔中以將來(lái)自纜線的載荷轉(zhuǎn)換成中心彈簧的壓縮。這些盤可 以被串在一個(gè)內(nèi)部彈簧上，該內(nèi)部彈簧作為腔管用于拉扯某個(gè)末端執(zhí) 行器(例如鉗子、燒灼連接機(jī)構(gòu)、或帶有尖端的鏈繩)的纜線。內(nèi)部 彈簧也提供了軸向剛度，因此鉗子或鏈繩上的力不會(huì)使肘節(jié)機(jī)構(gòu)變形。
在某些實(shí)施例中，這些盤包括一對(duì)相對(duì)地布置的被內(nèi)部彈簧抓獲的內(nèi) 部突出物或舌片。除了彈簧中某些位置處需產(chǎn)生空隙以插入盤狀物的
突出物之外，內(nèi)部彈簧處于一個(gè)最大壓縮高度(solidheight)(當(dāng)彈簧 沒(méi)有變形時(shí)，連續(xù)螺距(successive helix pitch)的彈簧絲互相接觸)。 盤狀物在突出物方向上的交替改變可以使傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的交替 改變。典型的內(nèi)部彈簧由直徑O.Ol英寸的線制成，相鄰盤狀物彼此之 間由四個(gè)彈簧線隔幵。如果該彈簧由沿著繞邊扁平線制成(如同一個(gè) 軟彈簧(slinky))，就可以由纜線施加較高的軸向力而不會(huì)使相鄰的 線跳跨過(guò)彼此。
在某些實(shí)施例中，每個(gè)盤狀物都有十二個(gè)均勻隔開(kāi)的孔以接收驅(qū) 動(dòng)纜線。三條纜線就足以將肘節(jié)以任何所需的方向彎曲，調(diào)節(jié)單條纜 線上的張力以產(chǎn)生所需的彎曲動(dòng)作。因?yàn)楹苄〉闹夤?jié)直徑和由手術(shù)力 施加到肘節(jié)上的力矩，三條纜線內(nèi)的應(yīng)力會(huì)很大。通常使用不止三條 纜線來(lái)降低每條纜線內(nèi)的應(yīng)力(包括用于控制目的冗余的額外纜線)。 在下述的某些實(shí)例中，使用十二條或更多的纜線(參考下面對(duì)圖4的 討論)。為了驅(qū)動(dòng)纜線，可以使用萬(wàn)向板或搖板。萬(wàn)向板利用兩個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)的輸入來(lái)操縱纜線從而能夠相對(duì)于傾斜軸和擺動(dòng)軸以任意角度彎曲 肘節(jié)。
一些肘節(jié)由管狀部件制成，該管狀部件的柔性足以傾斜和擺動(dòng)的 方式彎曲(例如，圖2和圖4)?？梢园▋?nèi)部彈簧。該管狀部件可以 包括缺口以降低結(jié)構(gòu)剛度從而便于彎曲(例如，圖5和圖19)。 一種 制造肘節(jié)的方法是在中心孔和控制線孔內(nèi)插入線和海波管(hypotube) 芯軸?？梢灾谱饕粋€(gè)鑄模，然后該機(jī)構(gòu)可以利用在烘箱內(nèi)(例如，在 約165°C)固化的二元鉑固化硅橡膠(two-part platinum cure silicone rubber)被過(guò)模成型(overmold)。成型后拉出芯軸從而產(chǎn)生通道以形 成用來(lái)拉扯纜線的中心腔管和周邊腔管。通過(guò)這種方式，肘節(jié)就沒(méi)有 外露的金屬部分。橡膠可以承受熱壓處理，并可以在肘節(jié)彎曲期間承 受拉伸，該拉伸通常是約30%的應(yīng)變。
在特定的實(shí)施例中，管狀部件包括多個(gè)軸向滑動(dòng)部件，每個(gè)軸向 滑動(dòng)部件都有一個(gè)用于接收驅(qū)動(dòng)纜線的腔管(例如，圖8)。管狀部件 可以由多個(gè)軸向彈簧形成，其中這些彈簧的線圈與相鄰彈簧的線圈重
疊從而形成用來(lái)接收驅(qū)動(dòng)纜線的腔管(例如，圖10)。管狀部件可以 由一疊波形彈簧形成(例如，圖12)。管狀部件內(nèi)的腔管可以由軸向 彈簧的內(nèi)部形成(例如，圖16)。管狀部件的外部可以是編織形成的 從而提供抗扭剛度(例如，圖27)。
A. 由繞線支撐的具有線的肘節(jié)
圖1示出了一個(gè)肘節(jié)10，其被連接在手術(shù)工具的遠(yuǎn)端末端執(zhí)行器 12和近端工具柄或主管14之間的。所示的末端執(zhí)行器12包括安裝到 遠(yuǎn)端掛鉤(clevis) 18的夾子16，從圖2可以清晰地看出。遠(yuǎn)端掛鉤 18包括側(cè)訪問(wèn)槽20用以容納多條線或纜線24的遠(yuǎn)端巻絲22，纜線24 的近端連著海波管26，該海波管26延伸穿過(guò)平臺(tái)或?qū)蚣?0，并穿 過(guò)工具柄14的內(nèi)部。導(dǎo)向件30對(duì)海波管26和線組件定向，并固定到 該器械的工具柄14上。當(dāng)工具柄14以滾動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向件30也 可以驅(qū)動(dòng)肘節(jié)10的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。側(cè)訪問(wèn)槽20方便地將巻絲22壓住定位。 當(dāng)然，可以在其他的實(shí)施例中用其他的方法將線24固定到遠(yuǎn)端掛鉤18 上，例如激光焊接。
圖2和圖3示出了四條線24，但在另一個(gè)實(shí)施例中可以使用不同 數(shù)目的線。線24可以由鎳鈦合金(nitinol)或其他合適的材料制成。 線24產(chǎn)生了肘節(jié)10的關(guān)節(jié)，并且被堅(jiān)固地連接在遠(yuǎn)端掛鉤18和海波 管26之間。繞線34以類似于巻簧的形式纏繞在線24上，并在遠(yuǎn)端掛 鉤18和海波管26之間延伸。收縮管36覆蓋住繞線34和部分遠(yuǎn)端掛 鉤18和導(dǎo)向件30。當(dāng)推拉海波管26使肘節(jié)10傾斜和擺動(dòng)時(shí)，繞線 34和收縮管36使線24彼此之間保持一個(gè)固定距離。它們也向肘節(jié)10 提供了抗扭剛度和總剛度，使得肘節(jié)可以和工具柄14一起滾動(dòng)并可以 抵抗外力。繞線和收縮管可以在其他實(shí)施例中設(shè)計(jì)成不同的形式(一 個(gè)優(yōu)選實(shí)施例示于圖27中，并在下面的J部分中描述)。例如，它們 可以變?yōu)橐粋€(gè)五腔管擠壓件(extrusion)，而線24是內(nèi)部元件。當(dāng)肘 節(jié)10滾動(dòng)、傾斜、和/或擺動(dòng)時(shí)，繞線或等效結(jié)構(gòu)的作用是使線24與 中心線保持一個(gè)恒定距離。
B. 由驅(qū)動(dòng)纜線彎曲的具有柔性管的肘節(jié)
圖4所示的肘節(jié)40包括一個(gè)具有孔或腔管43的管42，這些孔分 布在圓周的周圍以接收驅(qū)動(dòng)纜線或線44，這些纜線可以由鎳鈦合金制 成。管42是柔性的，從而允許通過(guò)拉扯纜線44使其以傾斜和擺動(dòng)的 方式彎曲。肘節(jié)40優(yōu)選包括一個(gè)剛性的遠(yuǎn)端終止盤41 (如圖4B的替 換實(shí)施例所示)或其他的加強(qiáng)件，該加強(qiáng)件的剛性比柔性管42顯著強(qiáng)， 從而能夠?qū)⒗|線力均勻地分配到柔性管42。管42的中空中心為末端執(zhí) 行器的纜線(例如抓握纜線)提供了空間。通常具有至少四個(gè)腔管。 可以一個(gè)內(nèi)部彈簧47。
圖4所示的特定實(shí)施例的十二個(gè)腔管用以容納六條纜線44，該纜 線44在管42遠(yuǎn)端形成U形轉(zhuǎn)折45。對(duì)于使用相同的纜線拉力來(lái)獲取 相同的傾斜和擺動(dòng)彎曲，使用較多的纜線數(shù)目可以使管42具有較大的 剛度。例如，用十二條纜線替代四條纜線意味著對(duì)于同樣的纜線拉力 管42的剛度是原來(lái)的三倍。可選地，如果保持相同的管42的剛度， 用十二條線替代四條線意味著所需的纜線拉力要以系數(shù)3來(lái)降低。注 意，雖然材料性質(zhì)和纜線的應(yīng)力級(jí)別可以允許U形轉(zhuǎn)折45直接支撐在 管42的遠(yuǎn)端，但也可以包括一個(gè)加強(qiáng)的遠(yuǎn)端終止板41以將纜線力更 均勻地分布在管42上。纜線44的近端可以連到一個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如 一個(gè)包括萬(wàn)向板46的機(jī)構(gòu)，其在2002年6月27日提交的專利號(hào)為 10/187,248的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開(kāi)，該申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容在這里以引 用方式引入。該機(jī)構(gòu)便于以一種協(xié)調(diào)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)所選擇的多條纜線， 以控制可彎曲或可操縱的部件，例如控制柔性肘節(jié)的彎曲角度和方向。 申請(qǐng)10/187,248的致動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)例適于以某種合適的方式驅(qū)動(dòng)大量的 外圍纜線，從而能夠協(xié)調(diào)地操縱柔性部件，而不需要較多的線性控制 器?；蛘撸梢允褂锚?dú)立的線性控制致動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)拉緊每條繞在滑輪上 并與旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器一起運(yùn)動(dòng)的纜線或纜線對(duì)，通過(guò)協(xié)調(diào)多個(gè)線性致動(dòng)器 對(duì)操縱過(guò)程進(jìn)行控制。
管42通常由彈性模量足夠低的塑性材料或彈性體制成，從而允許 在傾斜和擺動(dòng)方向上充分彎曲，并且可以由多腔管擠壓件制成從而包 括多個(gè)腔管，例如，十二個(gè)腔管。通常希望該管具有較高的彎曲剛度 以限制不需要的變形，例如S形的彎曲，但是這增加了傾斜和擺動(dòng)方 向上的彎曲所需的纜線力。如下面討論的那樣，可以利用比需要的數(shù)
目更多的纜線(即超過(guò)三條纜線)來(lái)操縱肘節(jié)傾斜和擺動(dòng)，以提供足 夠大的纜線力來(lái)克服該管的高彎曲剛度。
圖4A和圖4B示意地示出一個(gè)類似于圖4所示的肘節(jié)實(shí)施例內(nèi)的 兩種不同纜線布局的一個(gè)實(shí)例。注意，對(duì)于不變的總纜線橫截面積， 包括成對(duì)的纜線和包括較多數(shù)目的相應(yīng)較小纜線都可以使纜線相對(duì)于 肘節(jié)中心線終止在更大的橫向偏移位置處。圖4A和圖4B分別示出了 肘節(jié)實(shí)施例的俯視圖和正視圖，它們由分界線分開(kāi)，每個(gè)圖的右側(cè)所 示為肘節(jié)實(shí)例l，而每個(gè)圖的左側(cè)所示為肘節(jié)實(shí)例2。在每個(gè)實(shí)例中， 管42都有相同的外半徑R和界定中心腔管的內(nèi)半徑r。
在實(shí)例1中，肘節(jié)40.1中纜線44的數(shù)目為4 (wl=4)，每條纜線 都各自終止于遠(yuǎn)端錨44.5 ，該遠(yuǎn)端錨設(shè)置在遠(yuǎn)端終止板41的埋頭孔內(nèi)， 每條纜線都延伸穿過(guò)各自的橫向纜線腔管43，該腔管位于遠(yuǎn)端終止板 41和柔性管42內(nèi)。遠(yuǎn)端錨44.5可以是陷型球(swaged bead)或其他 常規(guī)的纜線錨。
在實(shí)例2中，肘節(jié)40.2中的纜線44'的數(shù)目等于16 ("2=16)，纜 線布置成八個(gè)對(duì)稱相隔部分對(duì)44'，每對(duì)都以遠(yuǎn)端"U形轉(zhuǎn)折"末端環(huán) 45終止，該末端環(huán)45支撐在相鄰纜線腔管43，間的遠(yuǎn)端終止板41，上。 可以對(duì)腔管43'開(kāi)口處遠(yuǎn)端終止板41'的棱邊進(jìn)行倒圓以降低應(yīng)力集 中，而且末端環(huán)45可以部分或全部埋入遠(yuǎn)端終止板41內(nèi)。這十六條 纜線44'的直徑是四條纜線44的直徑的1/2，因此在每個(gè)實(shí)例中纜線的 橫截面總面積是相同的。
比較實(shí)例1和實(shí)例2，采用末端環(huán)45可以省去纜線錨44.5所需的 遠(yuǎn)端體積，而且能使纜線腔管43'比纜線腔管43離管42的半徑R更近。 另外，每條纜線44'較小的直徑使得纜線中心線更靠近纜線腔管43'的 外邊。上述兩個(gè)性質(zhì)使得實(shí)例2中的纜線相對(duì)于管42的中心所產(chǎn)生的 力臂L2大于實(shí)例1的對(duì)應(yīng)力臂L1。對(duì)于管42上相同的總彎曲力矩， 更大的力臂L2使得纜線應(yīng)力較低(從而使纜線的使用壽命更長(zhǎng)或者可 以有更大的纜線材料選擇范圍)，或者，對(duì)于相同的纜線應(yīng)力可以產(chǎn) 生更大的彎曲力矩(從而允許更大的肘節(jié)定位剛度)。而且，直徑較 小的纜線比相對(duì)較粗的纜線更加柔性。因此，肘節(jié)40的優(yōu)選實(shí)施例包 括不止三條纜線，優(yōu)選地至少六條纜線(例如，三對(duì)環(huán)形纜線)，而
且更優(yōu)選地包括十二條或更多條纜線。
注意，在遠(yuǎn)端終止板41處所示的錨或終止點(diǎn)是示例性的，如果所 選材料的性質(zhì)適于所施加的應(yīng)力，那么纜線可以被終止(通過(guò)錨或環(huán))
以直接支撐在管42的材料上?；蛘撸|線可以向遠(yuǎn)端延伸超過(guò)管42 和/或遠(yuǎn)端終止板41，從而通過(guò)連接到更遠(yuǎn)端的末端執(zhí)行器部件(未示 出)而終止，纜線的張力被足夠地偏置，以在肘節(jié)動(dòng)作的操作范圍內(nèi)， 保持末端執(zhí)行器可靠地連接到肘節(jié)40。
一種從結(jié)構(gòu)上降低管的剛度的方法是提供缺口，如圖5所示。管 50在兩側(cè)包括多個(gè)缺口 52，而且缺口分別在兩個(gè)垂直方向上交替出現(xiàn) 以便于在傾斜和擺動(dòng)方向上彎曲。多個(gè)腔管54被分布在圓周周圍以容 納驅(qū)動(dòng)纜線。
在圖6所示的另一個(gè)實(shí)施例中，管60被制成包著內(nèi)部彈簧62的 外部套管，形成內(nèi)部彈簧62的材料的剛度大于管60的材料剛度。管 60包括內(nèi)部槽64以接收驅(qū)動(dòng)纜線。提供一個(gè)單獨(dú)形成的柔性管可以簡(jiǎn) 化裝配。與具有纜線穿引孔的管比較，這樣的一個(gè)管更易擠壓，或成 形。這種管也可以使工具有執(zhí)行終端結(jié)構(gòu)或錨的驅(qū)動(dòng)纜線，因?yàn)榭梢?從中心腔管內(nèi)將纜線安放到位，然后在纜線內(nèi)側(cè)插入內(nèi)部彈簧以保持 纜線的間距和固定。在某些情況下，管60可以是經(jīng)過(guò)消毒的單個(gè)使用 元件，但不必要能夠經(jīng)受熱壓處理。
圖7所示的管70具有缺口 72，該缺口 72可以類似于圖5的管50 中的缺口 52。管70可以由塑料或金屬制成。外殼74位于管70的周圍。 外殼74可以是Kapton (聚酰亞胺)殼或類似物，其材料通常具有較高 的彈性模量，而且外殼具有可以套入缺口72內(nèi)的皺褶。
C.具有使用軸向舌槽的滑動(dòng)部件的肘節(jié)
圖8和圖9所示的肘節(jié)80具有多個(gè)柔性的軸向滑動(dòng)部件82，這些 部件82通過(guò)軸向舌槽連接84彼此連接或互鎖形成管狀肘節(jié)80。每個(gè) 滑動(dòng)部件82都構(gòu)成管80的縱向區(qū)段。軸向連接84允許滑動(dòng)部件82 彼此之間軸向滑動(dòng)，而同時(shí)能夠保持每個(gè)部件相對(duì)于肘節(jié)縱向中心線 的橫向位置。每個(gè)滑動(dòng)部件82都包括一個(gè)用于接收驅(qū)動(dòng)纜線的孔或腔 管86，該驅(qū)動(dòng)纜線的終端鄰近肘節(jié)80的遠(yuǎn)端。圖9示出了在纜線90
的纜線拉力的作用下肘節(jié)80的彎曲，滑動(dòng)部件82的滑動(dòng)能夠助于彎 曲。纜線90延伸穿過(guò)工具柄92，并朝近端連接到致動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如用于 致動(dòng)的萬(wàn)向板94。因?yàn)樵谥夤?jié)80彎曲期間滑動(dòng)部件82的曲率半徑不 同，所以滑動(dòng)部件82以不同的程度彎曲。或者，具有軸向滑動(dòng)部件的 肘節(jié)的一個(gè)實(shí)施例可以具有整體式的纜線和滑動(dòng)部件，例如，從而滑 動(dòng)部件可以作為整體式滑動(dòng)部件在纜線周圍整體地形成(例如，通過(guò) 擠壓)，或者致動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到滑動(dòng)部件的近端，滑動(dòng)部件將力直接傳 遞到肘節(jié)的遠(yuǎn)端。
圖13所示的肘節(jié)130具有多個(gè)軸向部件132，該軸向部件132通 常由柔性塑性材料制成。軸向部件132可以在纜線134上一同擠出， 因此纜線可以是金屬的，并仍然分離開(kāi)。軸向部件132可以通過(guò)軸向 舌槽連接136彼此連接從而形成管狀肘節(jié)130。在肘節(jié)130在傾斜和擺 動(dòng)方向上彎曲期間，軸向部件132彼此之間可以滑動(dòng)。肘節(jié)130類似 于圖8的肘節(jié)80，但具有稍稍不同的結(jié)構(gòu)，而且組件具有不同的形狀。
D.具有重疊的軸向彈簧部件的肘節(jié)
圖10和圖11所示的肘節(jié)100由多個(gè)軸向彈簧102形成，該軸向 彈簧被布置在圓周周圍，從而形成管狀肘節(jié)IOO。彈簧102為巻簧，這 些巻簧以相同方向纏繞，或者更可能地，以相反方向纏繞。纜線104 延伸穿過(guò)每對(duì)相鄰彈簧102的重疊區(qū)，在圖11中可以更清晰地看出。 因?yàn)橹丿B的緣故，如果肘節(jié)在纜線張力的作用下完全壓縮，則肘節(jié)IOO 的最大壓縮高度將是單個(gè)彈簧102最大壓縮高度的兩倍。通常彈簧102 都預(yù)加載到壓縮狀態(tài)，因此纜線不會(huì)松弛，從而增加了肘節(jié)穩(wěn)定性。
在一個(gè)替換方案中，當(dāng)肘節(jié)處于中立(neutral)或未彎曲狀態(tài)時(shí)， 通過(guò)纜線的預(yù)張力彈簧被壓到完全壓縮的最大壓縮高度狀態(tài)。在肘節(jié) 一側(cè)可控制地、協(xié)調(diào)地減小纜線張力或釋放纜線會(huì)使一側(cè)張開(kāi)，因此 肘節(jié)100 —側(cè)的彈簧張開(kāi)從而形成彎曲肘節(jié)100的外半徑。在外側(cè)重 新施加纜線拉力會(huì)使肘節(jié)恢復(fù)到直的結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)替換方案中，當(dāng)肘節(jié)處于中立(neutral)或未彎曲狀態(tài)時(shí)， 通過(guò)纜線的預(yù)張力使彈簧被壓到部分壓縮狀態(tài)。在肘節(jié)一側(cè)可控制地、 協(xié)調(diào)地增大纜線張力或拉扯纜線會(huì)使那一側(cè)收縮，因此肘節(jié)100 —側(cè)
的彈簧縮短從而形成彎曲肘節(jié)100的內(nèi)半徑?？蛇x地，這可以與在外
半徑處的張力釋放(如上述第一個(gè)替換方案所述)組合使用。當(dāng)恢復(fù) 初始的纜線拉力時(shí)，肘節(jié)會(huì)返回到直的結(jié)構(gòu)。
E. 具有波形彈簧部件的肘節(jié)
圖12所示的肘節(jié)是波形彈簧120的形式，波形彈簧120具有多個(gè) 波形彈簧區(qū)段或組件122，這些組件122堆疊起來(lái)或纏繞起來(lái)形成管狀 的波形彈簧肘節(jié)120。在一個(gè)實(shí)施例中，波形彈簧由一條連續(xù)的扁平線 以類似螺旋狀的方式纏繞形成，其中每圈的波形都不同，使得一圈的 高點(diǎn)和下一圈的低點(diǎn)接觸。這樣的彈簧可以購(gòu)買到，例如，從Smalley Spring Company購(gòu)得。在波形彈簧肘節(jié)120內(nèi)形成的孔用來(lái)接收驅(qū)動(dòng) 纜線。或者，多個(gè)分離的盤狀波形彈簧區(qū)段可被珠形焊(strung bead-fashion)到驅(qū)動(dòng)纜線上(由纜線固定或者互相粘合)。
所示的波形彈簧區(qū)段122每個(gè)都有兩個(gè)相對(duì)的高點(diǎn)和兩個(gè)相對(duì)的 低點(diǎn)，這些點(diǎn)以90度隔開(kāi)。這種結(jié)構(gòu)便于傾斜和擺動(dòng)方向的彎曲。當(dāng) 然，波形彈簧區(qū)段122可以具有其他的結(jié)構(gòu)，例如在肘節(jié)120圓周的 周圍具有額外的高點(diǎn)和低點(diǎn)的更密的波形。
F. 具有使用球形配合表面的盤狀物的肘節(jié)
圖14所示的是肘節(jié)140的幾個(gè)區(qū)段或盤狀物142。內(nèi)部彈簧144 設(shè)置在盤狀物142的內(nèi)部空間內(nèi)，而多個(gè)纜線或線145被用于在傾斜 和擺動(dòng)方向彎曲肘節(jié)140。盤狀物142可以串在或連接在內(nèi)部彈簧144 上，內(nèi)部彈簧144作為腔管用于拉扯帶有末端執(zhí)行器的纜線。內(nèi)部彈 簧144提供了軸向剛度，因此通過(guò)拉扯纜線向末端執(zhí)行器所施加的力 不會(huì)使肘節(jié)140變形。在替換實(shí)施例中，可以用疊制的實(shí)心隔板來(lái)替 代彈簧144以達(dá)到這種作用。盤狀物142每個(gè)都包括外配合曲面146 以配合相鄰盤狀物的內(nèi)配合曲面148。圖15所示的肘節(jié)14彎曲伴隨著 盤狀物142間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，盤狀物142可以由塑料或陶瓷制成。 優(yōu)選地，球形配合表面146、 148間的摩擦力不應(yīng)該大到妨礙肘節(jié)140 運(yùn)動(dòng)的程度。 一種緩和這種潛在問(wèn)題的方法就是選擇合適的內(nèi)部彈簧 144，在纜線145驅(qū)動(dòng)肘節(jié)140彎曲期間，該彈簧144能夠承受一些壓
力載荷從而防止過(guò)多的壓力載荷加在盤狀物142上。內(nèi)部彈簧144可 以由硅橡膠或類似材料制成。附加的硅元件150也可以包圍驅(qū)動(dòng)纜線。 在替換實(shí)施例中，分離的盤狀物142可以被一個(gè)連續(xù)的螺旋帶替代。
在替換實(shí)施例中，肘節(jié)160中每條纜線都容納在圖16和圖17所 示的彈簧圈162內(nèi)。也提供了內(nèi)部彈簧164。盤狀物170沒(méi)有環(huán)形外緣 和接收纜線的孔(如圖14和圖15的盤142內(nèi)的情形)。彈簧圈162 內(nèi)的實(shí)心芯軸線172沿著盤狀物170的外圍放置定位。中心芯軸線174 放在中間用以纏繞內(nèi)部彈簧164。該部件可以由硅樹(shù)脂或類似材料封裝 (pot)，然后可移走芯軸線172、 174。某種形式的殼或類似組件可以 用來(lái)防止硅樹(shù)脂粘到盤狀物170的球形配合表面。纏繞小芯軸彈簧172 時(shí)預(yù)留小的間隙(而不是最大壓縮高度)，從而當(dāng)肘節(jié)160彎曲時(shí)提 供收縮空間。硅樹(shù)脂應(yīng)充分結(jié)合到盤狀物170上以向所結(jié)合的組件(盤 狀物170和彈簧172、 174)提供抗扭剛度。絕緣的硅樹(shù)脂材料可以作 為燒灼工具的燒灼絕緣，該燒灼工具包括有肘節(jié)160。
G. 具有被彈性部件隔開(kāi)的盤狀物的肘節(jié)
圖18所示的肘節(jié)180具有多個(gè)被彈性部件184隔開(kāi)的盤狀物182。 彈性部件184可以是環(huán)狀部件，或者可以包括多個(gè)分布在盤狀物182 圓周周圍的塊。類似于圖14的肘節(jié)140，內(nèi)部彈簧186設(shè)置在盤狀物 182和彈性部件184的內(nèi)部空間內(nèi)，而多個(gè)纜線或線188用于在傾斜和 擺動(dòng)方向上彎曲肘節(jié)180。盤狀物182可以串在或連接到內(nèi)部彈簧186 上，內(nèi)部彈簧作為腔管用于拉扯帶有末端執(zhí)行器的纜線。內(nèi)部彈簧186 提供了軸向剛度，因此通過(guò)拉扯纜線向末端執(zhí)行器所施加的力不會(huì)使 肘節(jié)180變形。與肘節(jié)140比較，肘節(jié)180的結(jié)構(gòu)更類似于人體的脊 骨。彈性部件184可以彈性變形從而可以使肘節(jié)180在傾斜和擺動(dòng)方 向彎曲。使用彈性部件184就不需要盤狀物182之間的配合表面，從 而避免了相關(guān)的摩擦力。
H. 具有用交替的肋來(lái)支撐盤狀物進(jìn)行傾斜和擺動(dòng)彎曲的肘節(jié)
圖19所示的肘節(jié)190包括多個(gè)盤狀物192，該盤狀物192由定位 在相互垂直的方向上的交替的梁或肋194、 196支撐從而便于肘節(jié)190
的傾斜和擺動(dòng)彎曲。肘節(jié)190可以由管制成，即除去相鄰盤狀物192 間不要的部分以留下相鄰盤狀物192間基本互相垂直的肋194、 196的 交替層。盤狀物192具有孔198用于使驅(qū)動(dòng)纜線通過(guò)其中。盤狀物192 和肋194、 196可以由各種材料制成，例如鋼、鋁、鎳鈦合金或塑料。 在如圖20所示的肘節(jié)200的一個(gè)替換實(shí)施例中，盤狀物202包括窄槽 204以替代孔來(lái)接收纜線。與具有纜線穿孔的管比較，這樣的管更容易 擠壓成形。在盤狀物202上纏繞彈簧206以支撐纜線。
在圖21中，肘節(jié)210的盤狀物212由交替的梁或肋214、 216支 撐，肋在其兩側(cè)都有深達(dá)盤狀物212內(nèi)的缺口或切口 217從而使得肋 214、 216比盤狀物212間的間距要長(zhǎng)。對(duì)于相同的肘節(jié)長(zhǎng)度，與圖19 中的肘節(jié)190相比這種結(jié)構(gòu)便于彎成更小的曲率半徑，或者便于用較 短的肘節(jié)獲得相同的曲率半徑。在這些實(shí)施例中，相鄰盤狀物212間 的角度通常是大約15度。盤狀物212具有孔218用于接收驅(qū)動(dòng)纜線。
I.利用沿著巻簧分布的薄盤的肘節(jié)
圖22所示為一個(gè)肘節(jié)220的一部分，肘節(jié)220的巻簧222具有多 個(gè)沿著巻簧222長(zhǎng)度方向上分布的薄盤224。圖22的肘節(jié)部分僅示出 了兩個(gè)薄盤224A和224B，薄盤224A和224B由彼此互相垂直的舌片 226來(lái)定位，如圖23和圖24所示。除了用于在其中插入薄盤224的間 隙之外，彈簧222以最大壓縮高度纏繞。在鄰近薄盤224的內(nèi)邊和舌 片226處，彈簧222連到薄盤224。薄盤224可以通過(guò)蝕刻形成，包括 用以接收驅(qū)動(dòng)纜線的孔228。在肘節(jié)220傾斜和擺動(dòng)彎曲期間，舌片 226作為支點(diǎn)使得彈簧222可以在某些位置彎曲。在一些實(shí)施例中薄盤 224可以相對(duì)堅(jiān)硬，但在另外的實(shí)施例中薄盤可以足夠柔軟以致在肘節(jié) 220彎曲期間，薄盤能夠彎曲并作為彈簧元件使用?？梢栽趲喕?22 和薄盤224的周圍提供硅樹(shù)脂外殼作為介質(zhì)絕緣體。另外，彈簧222 和薄盤224可以由外部結(jié)構(gòu)保護(hù)，例如，由圖25和圖26的外殼部分 或外部套管部件250形成的。每個(gè)外部套管部件250包括外配合面252 和內(nèi)配合面254。 一個(gè)外部套管部件250的外配合面252與相鄰?fù)獠刻?管部件250的內(nèi)配合面254配合。外部套管部件250沿著彈簧222的 長(zhǎng)度方向疊制起來(lái)，并且在它們因肘節(jié)220彎曲而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，外部套管
部件250仍保持接觸。
J.具有外部編織線的肘節(jié)
準(zhǔn)確地說(shuō)，柔性肘節(jié)取決于各種材料相對(duì)于所加載荷的剛度。艮P， 如果所用的材料的剛度越大、和/或肘節(jié)的長(zhǎng)度越短、和/或肘節(jié)的直徑 越大，那么在所施加的給定手術(shù)力作用下，肘節(jié)的側(cè)向變形越小。如 果拉伸纜線的柔量可以忽略，就可以精確計(jì)算出肘節(jié)末端的角度，但 在一個(gè)不能被纜線抵消的力的作用下仍會(huì)出現(xiàn)偏斜或橫向變形。如果 肘節(jié)是直的，并且施加這樣的力，例如，肘節(jié)會(huì)呈現(xiàn)S形的變形。抵 消這個(gè)力的一種方法就是為肘節(jié)使用剛度足夠的合適材料和合適的幾 何形狀。另一種方法就是使一半的拉伸纜線終止在肘節(jié)長(zhǎng)度的一半處， 然后盡量拉伸剩下的一半纜線，如美國(guó)專利申請(qǐng)10/187,248所述的那 樣。更好地抵抗S形變形需要肘節(jié)承受力矩的能力。而另一種避免S 形變形的方法使在肘節(jié)的外部提供編織外殼。
圖27所示的肘節(jié)270具有管272，該管272被外部線274纏繞。 每個(gè)線274都纏繞成可以包括管272兩端間大約360度的旋轉(zhuǎn)區(qū)間。 為增加肘節(jié)270的抗扭剛度并避免肘節(jié)270的S形變形，外部線274 可以纏繞形成管272上的編織外殼。為了形成編織外殼，包括右手組 和左手組(即， 一個(gè)順時(shí)針， 一個(gè)逆時(shí)針)的兩組線編織在一起。編 結(jié)或編織能防止順時(shí)針線和逆時(shí)針線相對(duì)于彼此發(fā)生徑向移動(dòng)。由此 產(chǎn)生了抗扭剛度，例如，因?yàn)樵谂まD(zhuǎn)作用下， 一組線的直徑將增大而 另一組線將縮小。編織可以防止一組線不同于另一組線，因此抵抗了 扭轉(zhuǎn)變形。通常希望外部線274的鋪設(shè)長(zhǎng)度等于肘節(jié)270的長(zhǎng)度，因 此當(dāng)肘節(jié)270以圓弧彎曲時(shí)，編織的每個(gè)線都不需要增加長(zhǎng)度，雖然 此時(shí)需要外部線274軸向滑動(dòng)。編織線可以抵抗肘節(jié)270的S形變形， 因?yàn)樗枰鈬€274增加長(zhǎng)度。另外，編織線還可以作為外部套管 保護(hù)肘節(jié)不受擦傷或刮傷。如果編織外殼是不導(dǎo)電的，它還可以位于 最外層作為肘節(jié)270的外部套管。增加肘節(jié)的抗扭剛度和避免肘節(jié)的S 形變形也可以通過(guò)層疊的彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)，層疊的彈簧起始是右手方向纏 繞的，然后蓋上左手方向纏繞的彈簧，然后再蓋上另一個(gè)右手方向纏 繞的彈簧。這些彈簧不需要編織在一起。K.肘節(jié)外殼
上述公開(kāi)了某些用于肘節(jié)的外部套管和外殼。圖28和圖29示出 肘節(jié)外殼的另外的實(shí)例。在圖28中，肘節(jié)外殼280由不導(dǎo)電材料例如 塑料或陶瓷制成的平螺旋線。當(dāng)肘節(jié)被彎曲時(shí)，螺旋外殼280的不同 線圈會(huì)在彼此上滑動(dòng)。圖29所示的肘節(jié)外殼290包括彎曲或巻曲邊292 以確保相鄰螺旋層之間會(huì)重疊。為給肘節(jié)提供抗扭剛度，肘節(jié)外殼300 可以包括平行于肘節(jié)軸線的突棱或凹槽302。突棱302作為從一個(gè)螺旋 層到下一個(gè)螺旋層的鍵，構(gòu)成用于肘節(jié)的扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定機(jī)構(gòu)。還有結(jié)構(gòu)類 似支架(stent)的鎳鈦合金激光外殼。
上面所介紹的裝置結(jié)構(gòu)和方法僅為了闡釋本發(fā)明原理的應(yīng)用，在 不脫離本發(fā)明權(quán)利要求確定的精神和范圍的前提下，可以作出很多其 它實(shí)施例和變化。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該參照上述說(shuō)明來(lái)確定， 而應(yīng)該參照所附權(quán)利要求即其所有等效物來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)療器械，其包括一個(gè)柄，其具有一個(gè)遠(yuǎn)端部分和一個(gè)近端部分；一個(gè)肘節(jié)，其具有一個(gè)近端部分和一個(gè)遠(yuǎn)端部分，所述肘節(jié)的近端部分連接到所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分，所述肘節(jié)包括一個(gè)柔性管狀支撐部件，其從所述肘節(jié)的所述近端部分延伸到所述肘節(jié)的所述遠(yuǎn)端部分；以及一個(gè)包裹在所述支撐部件周圍的外部層，所述外部層具有比所述支撐部件的硬度更低的硬度，所述外部層包括至少三個(gè)腔管，所述腔管從所述肘節(jié)的所述近端部分延伸到所述肘節(jié)的所述遠(yuǎn)端部分；所述器械進(jìn)一步包括至少三條驅(qū)動(dòng)纜線，所述纜線中的每一條纜線從所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分穿過(guò)所述至少三個(gè)腔管中的一個(gè)對(duì)應(yīng)腔管到所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中所述支撐部件是彈簧。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，所述至少三條驅(qū)動(dòng)纜線中的每一 條纜線進(jìn)一步從所述肘節(jié)的近端部分穿過(guò)所述柄到所述柄的近端部 分，所述器械進(jìn)一步包括連接到所述柄的近端部分的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述 機(jī)構(gòu)包括至少三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器連接到所述至少三條驅(qū)動(dòng) 纜線中的對(duì)應(yīng)纜線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的器械，其中所述管的操縱通過(guò)協(xié)調(diào)所述 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的器械，所述肘節(jié)進(jìn)一步包括末端執(zhí)行器 腔管，所述器械進(jìn)一步包括一個(gè)末端執(zhí)行器，其被連接到所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分； 至少一個(gè)末端執(zhí)行器控制元件，其被連接到所述末端執(zhí)行器，所 述末端執(zhí)行器控制元件從所述末端執(zhí)行器穿過(guò)所述肘節(jié)的末端執(zhí)行器腔管穿過(guò)所述柄到所述柄的近端部分；一個(gè)末端執(zhí)行器控制機(jī)構(gòu)，其被連接到所述末端執(zhí)行器控制元件， 所述末端執(zhí)行器控制機(jī)構(gòu)被連接到所述柄的近端部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的器械，所述末端執(zhí)行器控制元件包括驅(qū) 動(dòng)纜線，并且所述末端執(zhí)行器控制機(jī)構(gòu)包括連接到所述驅(qū)動(dòng)纜線的旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的器械，所述末端執(zhí)行器包括鉗子，所述 末端執(zhí)行器控制元件包括抓握纜線，所述末端執(zhí)行器控制機(jī)構(gòu)包括所 述抓握纜線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的器械，所述末端執(zhí)行器包括電極，并且 所述末端執(zhí)行器控制元件包括電導(dǎo)體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，所述驅(qū)動(dòng)纜線被配置成使所述肘 節(jié)的遠(yuǎn)端部分相對(duì)于所述肘節(jié)的近端部分關(guān)于擺動(dòng)軸和傾斜軸彎曲， 所述擺動(dòng)軸與所述傾斜軸交叉。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分被連接到終 止元件，所述至少三條驅(qū)動(dòng)纜線中的每一條纜線被插入穿過(guò)所述終止 元件中的對(duì)應(yīng)孔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的器械，所述終止元件包括一個(gè)剛性盤。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器械，所述終止元件包括一個(gè)環(huán)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的器械，所述肘節(jié)包括至少一個(gè)間隙。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的器械，所述至少一個(gè)間隙包括在至少 兩個(gè)垂直方向上交替的多個(gè)缺口 。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的器械，其中所述缺口位于所述柔性支 撐部件中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的器械，其中所述缺口位于所述外部層中。
全文摘要
一種醫(yī)療器械，其包括一個(gè)柄，其具有一個(gè)遠(yuǎn)端部分和一個(gè)近端部分；一個(gè)肘節(jié)，其具有一個(gè)近端部分和一個(gè)遠(yuǎn)端部分，所述肘節(jié)的近端部分連接到所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分，所述肘節(jié)包括一個(gè)柔性管狀支撐部件，其從所述肘節(jié)的所述近端部分延伸到所述肘節(jié)的所述遠(yuǎn)端部分；以及一個(gè)包裹在所述支撐部件周圍的外部層，所述外部層具有比所述支撐部件的硬度更低的硬度，所述外部層包括至少三個(gè)腔管，所述腔管從所述肘節(jié)的所述近端部分延伸到所述肘節(jié)的所述遠(yuǎn)端部分；所述器械進(jìn)一步包括至少三條驅(qū)動(dòng)纜線，所述纜線中的每一條纜線從所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分穿過(guò)所述至少三個(gè)腔管中的一個(gè)對(duì)應(yīng)腔管到所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分。
文檔編號(hào)A61B17/00GK101181167SQ20071016936
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2003年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者S·C·安德森, T·G·庫(kù)珀 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)公司