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)"的中國專利申請200380103344.5的分案申請。
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)最常見的形式就是內(nèi)窺境檢查。內(nèi)窺境檢查最常見的形 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)行器都通過一根延長管與該工具的操作柄分離。 此處所用的術(shù)語"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) 過程，外科醫(yī)生將這些工作工具或器械穿過插管套，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)生通過監(jiān)視器監(jiān)控手術(shù)的 過程，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)沒有開腔手術(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)窺境器械的長度和結(jié)構(gòu)都會降 低醫(yī)生的覺察能力，這種覺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， 一邊通過操縱工作站的主輸入端或控制裝置對病人執(zhí)行手 術(shù)過程。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)來提供，而 滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通常由柄的轉(zhuǎn)動(dòng)來提供。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 轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)與肘節(jié)機(jī)構(gòu)相連的工具柄來實(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)延長柄，該延長柄具有一個(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)端部分穿過所述肘節(jié)部件朝所述延 長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)萬向板，該萬向板被設(shè)置為驅(qū)動(dòng)所述纜線并鄰
近所述延長柄的所述近端。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)延長柄， 該延長柄具有一個(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)端穿過所述肘節(jié)部件的管壁 的腔管朝所述延長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)交替層都包括一對彼此相
對放置的缺口。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)針方向纏繞的第一組線，以及在所述柔性管 的近端和遠(yuǎn)端之間以逆時(shí)針方向纏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)延長柄， 該延長柄具有一個(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)端穿過所 述肘節(jié)部件朝所述延長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)纜線延伸穿過所 述孔。每個(gè)所述盤都包括一對彼此相對放置的內(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 能夠通過肘節(jié)部件操縱進(jìn)行某項(xiàng)醫(yī)療功能，例如，對目標(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，這些盤包括一對相對地布置的被內(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使相鄰的 線跳跨過彼此。
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)力會很大。通常使用不止三條 纜線來降低每條纜線內(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(參考下面對圖4的 討論)。為了驅(qū)動(dòng)纜線，可以使用萬向板或搖板。萬向板利用兩個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)的輸入來操縱纜線從而能夠相對于傾斜軸和擺動(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)。可以包括內(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)被過模成型(overmold)。成型后拉出芯軸從而產(chǎn)生通道以形 成用來拉扯纜線的中心腔管和周邊腔管。通過這種方式，肘節(jié)就沒有 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延伸穿過平臺或?qū)蚣?0，并穿 過工具柄14的內(nèi)部。導(dǎo)向件30對海波管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。對于使用相同的纜線拉力來獲取 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于同樣的纜線拉力 管42的剛度是原來的三倍?？蛇x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來降低。注 意，雖然材料性質(zhì)和纜線的應(yīng)力級別可以允許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)包括萬向板46的機(jī)構(gòu)，其在2002年6月27日提交的專利號為 10/187,248的美國專利申請中公開，該申請的全部公開內(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?，可以使用獨(dú)立的線性控制致動(dòng)機(jī)構(gòu)來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，通過協(xié)調(diào)多個(gè)線性致動(dòng)器 對操縱過程進(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(即超過三條纜線)來操縱肘節(jié)傾斜和擺動(dòng)，以提供足 夠大的纜線力來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，對于不變的總纜線橫截面積， 包括成對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，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)對稱相隔部分對44'，每對都以遠(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。 可以對腔管43'開口處遠(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中的纜線相對于管42的中心所產(chǎn)生的 力臂L2大于實(shí)例1的對應(yīng)力臂L1。對于管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或者可 以有更大的纜線材料選擇范圍)，或者，對于相同的纜線應(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(通過錨或環(huán))
以直接支撐在管42的材料上?；蛘?，纜線可以向遠(yuǎn)端延伸超過管42 和/或遠(yuǎn)端終止板41，從而通過連接到更遠(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 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 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。軸向部件132可以通過軸向 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 延伸穿過每對相鄰彈簧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使一側(cè)張開，因此 肘節(jié)100 —側(cè)的彈簧張開從而形成彎曲肘節(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。可選地，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堆疊起來或纏繞起來形成管狀 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。這樣的彈簧可以購買到，例如，從Smalley Spring Company購得。在波形彈簧肘節(jié)120內(nèi)形成的孔用來接收驅(qū)動(dòng) 纜線?；蛘撸鄠€(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)相對的高點(diǎn)和兩個(gè)相對的 低點(diǎn)，這些點(diǎn)以90度隔開。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，因此通過拉扯纜線向末端執(zhí)行器所施加的力 不會使肘節(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 用來防止硅樹脂粘到盤狀物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，因此通過拉扯纜線向末端執(zhí)行器所施加的力不會使 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。對于相同的肘節(jié)長度，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。可以在巻簧222 和薄盤224的周圍提供硅樹脂外殼作為介質(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 長度方向疊制起來，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，柔性肘節(jié)取決于各種材料相對于所加載荷的剛度。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)長度的一半處， 然后盡量拉伸剩下的一半纜線，如美國專利申請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)長度等于肘節(jié)270的長度，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 形變形也可以通過層疊的彈簧來實(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)該參照上述說明來確定， 而應(yīng)該參照所附權(quán)利要求即其所有等效物來確定。
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)端部分穿過所述至少三個(gè)腔管中的一個(gè)對應(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)行器穿過所述肘節(jié)的末端執(zhí)行器腔管穿過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所述終止 元件中的對應(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)端部分穿過所述至少三個(gè)腔管中的一個(gè)對應(yīng)腔管到所述肘節(jié)的遠(yuǎn)端部分。
文檔編號A61B17/00GK101181167SQ20071016936
公開日2008年5月21日 申請日期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·庫珀 申請人:直觀外科手術(shù)公司