相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求于2014年11月13日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/079,302的優(yōu)先權(quán)。上述申請(qǐng)的內(nèi)容被援引納入本文。

本發(fā)明大體涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及采用軟機(jī)器人致動(dòng)器的醫(yī)療牽拉器。

背景技術(shù)：

機(jī)器人應(yīng)用于許多行業(yè)，例如制造業(yè)、工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)療應(yīng)用等。軟機(jī)器人是機(jī)器人的發(fā)展領(lǐng)域，其提供了軟的、適形的以及自適應(yīng)的抓持器和致動(dòng)器以使機(jī)器人能夠以與人相似的方式與物體相互作用。特別地，這樣的機(jī)器人能夠以與人手相同的方式操作物體。

軟機(jī)器人已被用于機(jī)器人系統(tǒng)，用于抓持生產(chǎn)線上或倉庫中的物體。例如，如果部件位于容器中、架子上、傳送帶上或者部件從架子被移到傳送帶上，末端執(zhí)行器可以自適應(yīng)地從各種方向?qū)ξ矬w進(jìn)行拾取，例如“側(cè)面拾取”或“從上向下拾取”。在每一個(gè)任務(wù)中相同的抓持器也可以像人手一樣自適應(yīng)地改變物體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)施例采取了將軟機(jī)器人致動(dòng)器的內(nèi)容應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的構(gòu)思，具體說是將軟機(jī)器人牽拉器提供到在外科手術(shù)期間和其它醫(yī)療操作中使用。軟機(jī)器人致動(dòng)器有許多優(yōu)點(diǎn)，包括對(duì)給定空間自適形的能力和傳統(tǒng)致動(dòng)器相比減小了對(duì)被操作物體或周圍結(jié)構(gòu)造成損害的風(fēng)險(xiǎn)、傳遞力的變化的能力、由醫(yī)學(xué)安全材料制成的能力以及可再用或一次性使用的可能性。

附圖說明

圖1a-1d示出了使用軟機(jī)器人致動(dòng)器的示例性切口牽拉器。

圖2a-2d示出了使用軟機(jī)器人致動(dòng)器的示例性身體管腔牽拉器。

圖3a-3c示出了示例性切口牽拉器和示例性身體管腔牽拉器在使用時(shí)的例子。

圖4a-4e是更詳細(xì)地示出了示例性切口牽拉器的各種立體圖。

圖5a-5e是更詳細(xì)地示出了示例性身體管腔牽拉器的各種立體圖。

圖6是示出了用于使用切口牽拉器和身體管腔牽拉器的示例過程的流程圖。

圖7a-7h示出了執(zhí)行圖6所示步驟的示例性切口牽拉器和示例性身體管腔牽拉器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明現(xiàn)將參考附圖在下文更全面地描述，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但本發(fā)明能以各種不同方式來實(shí)施且不應(yīng)被視為被本文所述的實(shí)施例限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開充分且完善并充分向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的零部件。

實(shí)施例提供了在醫(yī)療例如在手術(shù)或其它醫(yī)療操作中使用的軟機(jī)器人致動(dòng)器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種軟機(jī)器人切口牽拉器。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種軟機(jī)器人身體組織牽拉器。切口牽拉器和身體組織牽拉器可共同使用，例如通過使用切口牽拉器使切口保持打開，同時(shí)身體組織牽拉器通過該切口可操作生物物質(zhì)或接觸物體。所描述的實(shí)施例具有適形于給定空間的能力、相較于傳統(tǒng)的牽拉器而言對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的降低的損害風(fēng)險(xiǎn)、傳遞力的變化的能力、可由醫(yī)學(xué)安全材料制成的能力、以及可再用的或一次性使用的可能性。

現(xiàn)在對(duì)軟機(jī)器人致動(dòng)器進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

軟機(jī)器人致動(dòng)器

傳統(tǒng)的機(jī)器人抓持器或致動(dòng)器可能是價(jià)格昂貴的且不能在某些環(huán)境中操作，其中正被處理的物體在重量、尺寸和形狀方面的不確定性和多樣性導(dǎo)致無法采用如過去那樣的自動(dòng)化解決方案。本申請(qǐng)描述自適應(yīng)性、價(jià)格便宜、重量輕、可定制和易使用的新型軟機(jī)器人致動(dòng)器的應(yīng)用。

軟機(jī)器人致動(dòng)器可以由彈性材料例如橡膠形成。它們可以例如通過將一片或多片彈性材料成型為期望的形狀來產(chǎn)生。軟機(jī)器人致動(dòng)器可以包括可填充有流體例如空氣、水或鹽水的中空內(nèi)部以膨脹和致動(dòng)該致動(dòng)器。在致動(dòng)時(shí)，致動(dòng)器的形狀或輪廓會(huì)改變。在手風(fēng)琴式致動(dòng)器的情況中(在下文中更加詳述)，致動(dòng)可以使致動(dòng)器彎曲或拉直成預(yù)設(shè)的目標(biāo)形狀。處于完全未致動(dòng)形狀和完全致動(dòng)形狀之間的一個(gè)或多個(gè)中間目標(biāo)形狀可通過局部地膨脹致動(dòng)器來獲得。

致動(dòng)還可以允許致動(dòng)器在要被抓持或被推動(dòng)的物體上施加力。但是，與傳統(tǒng)的硬機(jī)器人致動(dòng)器不同，軟致動(dòng)器在被致動(dòng)時(shí)保持自適應(yīng)性，以使軟致動(dòng)器可以部分地或完全地適形于要被抓持的物體的形狀。此外，可以可控方式在整個(gè)大表面區(qū)域分散施加的力。通過這種方式，軟機(jī)器人致動(dòng)器可抓持物體且不對(duì)其造成損壞。

此外，軟機(jī)器人致動(dòng)器允許新類型的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)(包括彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸、收縮)的組合，這可能難以或不可能用傳統(tǒng)硬機(jī)器人致動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例利用軟機(jī)器人致動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)來提供適用于醫(yī)療應(yīng)用的牽拉器，如下所述。

應(yīng)用

在醫(yī)療環(huán)境中，軟機(jī)器人致動(dòng)器具有許多優(yōu)點(diǎn)。軟機(jī)器人致動(dòng)器具有適形于給定空間的能力，這就意味著它們可以向可能具有不規(guī)則尺寸或難以接觸的組織或身體管腔施加力。因?yàn)檐洐C(jī)器人致動(dòng)器是適形的并且自適應(yīng)的，并且因?yàn)檐洐C(jī)器人致動(dòng)器可由醫(yī)學(xué)安全彈性材料制成，所以相較于傳統(tǒng)牽拉器而言使用軟機(jī)器人致動(dòng)器可降低對(duì)周圍結(jié)構(gòu)造成損壞的風(fēng)險(xiǎn)。此外，軟機(jī)器人致動(dòng)器可傳遞力的變化，允許牽拉器適應(yīng)于變化的需求。更進(jìn)一步，因?yàn)閺V泛的材料可以用來制造軟機(jī)器人致動(dòng)器，所以依據(jù)使用者的需要致動(dòng)器可被制造成具有可再用、部分可再用或一次性使用的可能性。更進(jìn)一步，因?yàn)橹聞?dòng)器可改變尺寸，因此它們可以穿過小開口(這例如在腹腔鏡治療中可能是有用的)。在穿過開口之后，致動(dòng)器可在開口的遠(yuǎn)側(cè)上增大尺寸，以使致動(dòng)器處于可牽拉和可操作目標(biāo)的狀態(tài)。

軟機(jī)器人致動(dòng)器可能特別有用的操作的例子包括但不限于：開放軟組織管理、開放手術(shù)粘連分解、開放手術(shù)闌尾切除術(shù)、開放手術(shù)胃旁路術(shù)、開放手術(shù)膽囊切除術(shù)、開放手術(shù)食管胃底成形術(shù)、開放手術(shù)疝縫手術(shù)、部分結(jié)腸切除術(shù)、完整結(jié)腸切除術(shù)、乙狀結(jié)腸切除術(shù)、常規(guī)痔切除術(shù)、開放手術(shù)活檢、腸移植、腎移植、肝移植、部分腎切除術(shù)、根治性腎切除術(shù)、脾切除術(shù)、部分肺切除術(shù)、肺葉切除術(shù)、開放肺活檢、胸腔鏡檢查手術(shù)、手術(shù)創(chuàng)傷。

現(xiàn)在對(duì)適用于這些(和其它的)類型的操作的示例性軟機(jī)器人牽拉器進(jìn)行描述。

實(shí)施例

在此討論兩種類型的軟機(jī)器人致動(dòng)器。切口牽拉器被設(shè)計(jì)為插入體內(nèi)某一位置，例如切口位置或傷口位置，從而對(duì)切口或傷口邊緣進(jìn)行支撐以在該位置提供限定的工作空間。身體組織牽拉器被設(shè)計(jì)為插入位于身體內(nèi)的工作空間，從而操作工作空間內(nèi)的生物物質(zhì)或物體以便更好地看見或物體接觸目標(biāo)組織或器官。例如，可采用腸牽拉器可被用于操作病人的腸部，從而在手術(shù)操作中將腸移出。

圖1a-1d示出了示例性切口牽拉器。更具體地，圖1a示出了在切口處展開的切口牽拉器的部分側(cè)視圖。圖1b示出了圖1a中的部分的俯視圖。圖1c示出了保持在切口外部并且被使用者操作的切口牽拉器的部分的側(cè)視圖。圖1d示出了圖1c中所示的外部部分的替代實(shí)施例。

雖然在以下的描述內(nèi)容中將這些裝置描述成“切口”牽拉器，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明不僅限于此。除了在切口區(qū)域提供牽引能力外，本文所描述的示例性切口牽拉器可用于在任何適用位置提供牽引能力(如牽拉腹內(nèi)器官)。

切口牽拉器通常包括軟機(jī)器人致動(dòng)器100，其利用膨脹流體是可膨脹的。膨脹流體可經(jīng)由膨脹裝置120通過軟管118被提供。

通常，切口牽拉器應(yīng)該經(jīng)由最小尺寸的打開切口向皮下解剖提供安全、可靠并且最大的物理和視線通道。示例性切口牽拉器通過使軟機(jī)器人致動(dòng)器100膨脹可被展開；在展開之前或之后，軟機(jī)器人致動(dòng)器100可處于未膨脹狀態(tài)。當(dāng)膨脹時(shí)，致動(dòng)器100基本上呈“c”形或部分呈橢圓形；在膨脹之前或收縮之后，如果希望，致動(dòng)器100呈相對(duì)平坦的形狀并且可以被折疊。這允許牽拉器在展開時(shí)可使物理和視線通道最大化，同時(shí)在插入切口期間具有最小的輪廓。

在膨脹狀態(tài)，致動(dòng)器100繞著中心軸線彎曲，如圖1a所示。為便于討論，本文定義了幾個(gè)方向。如圖1b所示，通過中心軸線的軸向方向。在垂直于軸向的方向上并在位于由膨脹的致動(dòng)器100構(gòu)成的圓的半徑方向上延伸的徑向方向。沿著膨脹的致動(dòng)器100的圓周延伸的周向方向。

在膨脹狀態(tài)，致動(dòng)器100可在沿著致動(dòng)器100的圓周邊緣在徑向上施加0.1到5磅的力。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)器施加1到3磅的力。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器施加大約1.5磅的力。

給定的牽拉器所能夠施加的力的大小可以以多種方式變化。例如，較大的致動(dòng)器100相較于較小的致動(dòng)器100而言，在同樣程度的膨脹壓力下會(huì)傳遞更多的力。通過對(duì)致動(dòng)器100添加增強(qiáng)件例如纖維增強(qiáng)件，相同形式因子的致動(dòng)器可通過能夠在較高壓力下操作而傳遞更多的力。相似地，通過將致動(dòng)器100設(shè)計(jì)為帶有塑料薄片或相對(duì)硬的彈性件，相同尺寸的致動(dòng)器通過利用較高的膨脹壓力可以傳遞更多的力。

切口牽拉器的結(jié)構(gòu)提供足夠的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度以反復(fù)地牽拉軟組織，同時(shí)在變化的外部載荷作用下可靠并且可預(yù)測(cè)地工作(例如牽拉器在應(yīng)力下不移位或脫落)。相似地，當(dāng)在膨脹狀態(tài)下物理地操作時(shí)，牽拉器可靠地工作(在操作期間沒有不希望的移位或脫落。產(chǎn)生這些優(yōu)點(diǎn)部分是因?yàn)檐洐C(jī)器人致動(dòng)器在膨脹時(shí)仍然相對(duì)地適形，這歸因于所使用的材料(例如構(gòu)成致動(dòng)器主體的材料和用于使致動(dòng)器膨脹的流體)和該裝置總體結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵撗b置相對(duì)適形，所以在一定程度上具有其展開區(qū)域的形狀，并且因此可以保持相對(duì)穩(wěn)定。

致動(dòng)器100可由允許相對(duì)軟或帶適形結(jié)構(gòu)的一種或多種彈性材料構(gòu)成。彈性材料可以從一組生物相容的或其它醫(yī)學(xué)安全的、食品藥品監(jiān)督管理局(fda)批準(zhǔn)的材料中選擇。致動(dòng)器100可以包括具有藥物洗脫能力或抗菌涂層的聚合物。致動(dòng)器100可采用符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(“gmp”)的設(shè)備來加工。

致動(dòng)器100可包括基本平坦的基座102。當(dāng)膨脹時(shí)，基座102的內(nèi)部區(qū)域(即基座102的徑向內(nèi)部區(qū)域)形成了工作區(qū)域，皮下物質(zhì)通過該區(qū)域可被操作。因?yàn)榛?02基本平坦但頂部卻并不平坦的(由于下文討論的手風(fēng)琴式延伸部)，所以該致動(dòng)器傾向于徑向向外彎曲。而且，使基座102基本平坦相較于如果基座102不平坦的情況可提供相對(duì)大的工作區(qū)域。

替代地，基座102可包括一個(gè)或多個(gè)包覆成型的板條或其它合適的剛性結(jié)構(gòu)以防止基座在加壓時(shí)彎曲，這可進(jìn)一步增大了可用的工作區(qū)域。軟致動(dòng)器的基座102可具有在膨脹期間遠(yuǎn)離致動(dòng)器中性彎曲平面彎曲的趨勢(shì)。基座102的彎曲增加了致動(dòng)器橫截面的面積二次矩，從而增加了致動(dòng)器的抗彎曲性。該特性削弱了致動(dòng)器100的功能。通過將剛性元件(如塑料、金屬、陶瓷或更硬的彈性體)包覆成型在基座102中可以解決該問題。這通過將多個(gè)剛性元件放入基座102中來完成，其中每個(gè)元件的長(zhǎng)軸線都垂直于中性彎曲軸線取向。該取向允許剛性元件防止基座102在垂直于中性軸線方向上彎曲，但僅最小化地阻止沿著中性軸線的彎曲。通過減少基座102向外彎曲的趨勢(shì)，剛性元件可提供一個(gè)擴(kuò)大的工作區(qū)域。

致動(dòng)器100可包括一個(gè)或多個(gè)手風(fēng)琴式延伸部104。該手風(fēng)琴式延伸部允許致動(dòng)器100在膨脹時(shí)彎曲或撓曲，從而有助于限定致動(dòng)器100在處于膨脹狀態(tài)時(shí)的形狀。手風(fēng)琴式延伸部104包括一連串的脊106和槽108。手風(fēng)琴式延伸部104的尺寸與脊106和槽108的布置可改變以得到不同形狀或輪廓的延伸部。

雖然圖1a-1d中示例性切口牽拉器在展開時(shí)呈“c”形或橢圓形，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到本發(fā)明不僅限于此。通過改變致動(dòng)器100主體的形狀或手風(fēng)琴式延伸部104的尺寸、位置或形態(tài)，可獲得不同的尺寸、形狀和形態(tài)。而且，改變提供給致動(dòng)器100的膨脹流體的量允許牽拉器呈在未膨脹狀態(tài)和膨脹狀態(tài)之間的一個(gè)或多個(gè)中間尺寸或形狀。因此，單獨(dú)的致動(dòng)器100通過改變膨脹量在尺寸和形狀方面是可縮放的，并且通過用具有不同尺寸、形狀或結(jié)構(gòu)的另一個(gè)致動(dòng)器100來代替一個(gè)致動(dòng)器100可在尺寸和形狀方面進(jìn)一步縮放切口牽拉器。

致動(dòng)器100在手術(shù)過程中可重新定位和調(diào)整。這可以執(zhí)行高動(dòng)態(tài)的操作例如排便。

致動(dòng)器100從近端112向遠(yuǎn)端110延伸。近端112與接口114相連。接口114允許致動(dòng)器100與切口牽拉器的其它部分可拆卸地連接。接口114是由醫(yī)學(xué)安全材料例如丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物(“abs”)或迭爾林制成。接口114可與致動(dòng)器100和軟管118中的一個(gè)或兩個(gè)可拆卸地連接。接口114可具有用于與致動(dòng)器100連接的端口。不同的接口114可具有不同的尺寸、數(shù)量或構(gòu)造的致動(dòng)器端口，以便適應(yīng)較大或較小的致動(dòng)器、不同數(shù)量的致動(dòng)器或不同形態(tài)的致動(dòng)器。

用從膨脹裝置穿過軟管118被供應(yīng)的膨脹流體可以使致動(dòng)器100膨脹。接口114可包括閥116或可被附接至閥116，以使流體進(jìn)入致動(dòng)器100并防止流體從致動(dòng)器中流出(除非閥是打開的)。軟管118也可能或替代地附接至位于膨脹裝置120處的膨脹器閥24，以調(diào)節(jié)在膨脹裝置120位置處的膨脹流體的供應(yīng)。

軟管118還可包括致動(dòng)器連接接口122，用于在一端可拆卸地連接接口114并且在另一端可拆卸地連接膨脹裝置120。通過將致動(dòng)器連接接口122的兩部分分離，不同的膨脹裝置120可與不同的接口114和/或致動(dòng)器100連接。

膨脹流體可以是例如空氣或鹽水。在空氣的情況下，膨脹裝置120可包括手動(dòng)操作的球狀體、波紋管、導(dǎo)管球囊充氣機(jī)或注射器，以便供應(yīng)環(huán)境空氣。在鹽水的情況下，膨脹裝置120可包括注射器或其它合適的流體遞送系統(tǒng)。替代地或另外地，膨脹裝置120可包括壓縮機(jī)或泵，以便供應(yīng)膨脹流體。

在一些應(yīng)用中，優(yōu)選鹽水作為膨脹流體。例如，在某些應(yīng)用中鹽水可能優(yōu)于空氣的原因在于，在致動(dòng)器100應(yīng)該破裂或發(fā)生泄漏等小概率事件中，液體鹽水將以最小體積膨脹使致動(dòng)器100減壓，因此對(duì)病人的傷害較小。相反，如果含有壓縮空氣的致動(dòng)器100破裂，那么空氣將引起明顯的體積膨脹，這會(huì)對(duì)病人造成傷害。另外，所述事件可能會(huì)將氣泡留在病人體內(nèi)，這可能是危險(xiǎn)的(例如，如果氣泡位于病人的血管系統(tǒng))。

例如圖1d示出了替代的膨脹裝置120。膨脹裝置120包括用于供應(yīng)膨脹流體的流體供給部126。例如流體供給部126可以是用于儲(chǔ)存壓縮空氣或鹽水的儲(chǔ)存器、儲(chǔ)存加壓的或液化的氣體(例如二氧化碳)的容器，或者可以是用于向軟管118供應(yīng)環(huán)境空氣的通風(fēng)口。

膨脹裝置120還包括用于從流體供應(yīng)部126供應(yīng)膨脹流體穿過軟管118到致動(dòng)器100的流體遞送裝置128，例如泵或壓塑機(jī)。流體遞送裝置128能夠向致動(dòng)器100供應(yīng)流體或從致動(dòng)器100中抽出流體。流體遞送裝置128可以被電力驅(qū)動(dòng)。為供應(yīng)電力，膨脹裝置120可包括動(dòng)力源130，例如電池或與電源插座的接口。

動(dòng)力源供應(yīng)部130也可向控制裝置132提供動(dòng)力?？刂蒲b置132可允許使用者例如通過一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)按鈕134(或替代裝置例如開關(guān))來控制致動(dòng)器的膨脹或收縮。控制裝置132可包括用于向流體遞送裝置120發(fā)送控制信號(hào)的控制器136，以使流體遞送裝置128向致動(dòng)器100供應(yīng)流體或從致動(dòng)器100中抽出流體。

不同的地理或商業(yè)需求可能決定了對(duì)切口牽拉器的不同要求。例如根據(jù)使用者的需求，切口牽拉器可被設(shè)計(jì)為一次性的、可再用的、或部分一次性和部分可再用。

例如，切口牽拉器整體可以是一次性的。在一次性的結(jié)構(gòu)中，切口牽拉器的每個(gè)部件都被設(shè)計(jì)為無菌的、單次使用的部件。膨脹裝置120可是手動(dòng)操作的充氣球或波紋管。膨脹裝置120可提供空氣或鹽水的工作流體作為膨脹流體。

在這種結(jié)構(gòu)中，切口牽拉器不需要大量的前期資金花費(fèi)，并且相對(duì)容易使用。另外，不需要維護(hù)，因?yàn)榍锌跔坷髟谑褂煤罂珊?jiǎn)單地處理。

替代地，切口牽拉器整體可以是可再用的。在這種結(jié)構(gòu)中，牽拉器(尤其是致動(dòng)器100)的部件可由與高壓滅菌器中的清潔相容的相對(duì)高等級(jí)的材料構(gòu)成。膨脹裝置120可以是手動(dòng)操作的(例如充氣球或波紋管)，或者可以是電動(dòng)的(帶有或不帶外接控制裝置)。膨脹裝置120可提供空氣或鹽水的工作流體作為膨脹流體。

在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，雖然需要較大的前期花費(fèi)，但隨著時(shí)間推移長(zhǎng)期花費(fèi)可能會(huì)更小，這是由于切口牽拉器在每次操作過后不需要更換。而且，因?yàn)槊總€(gè)牽拉器都被設(shè)計(jì)成用于多種用途，所以牽拉器可以具有更多的功能性和耐用性。

替代地，切口牽拉器的部分可被設(shè)計(jì)為一次性的，而其它部分被設(shè)計(jì)為可再用的。例如，膨脹裝置120和/或控制裝置136可以是可再用的，而致動(dòng)器100是單次使用的和一次性的。膨脹裝置120可提供鹽水的工作流體作為膨脹流體。

在一些應(yīng)用中，外科醫(yī)生可能需要在切口邊緣處進(jìn)行足夠的組織灌注。因此，為了刺激組織灌注，在一些實(shí)施例中牽拉器可被構(gòu)造為振動(dòng)或間接脈沖。例如，致動(dòng)器100可具有本地供能或從膨脹裝置120供能的小型振動(dòng)裝置。在這些實(shí)施例中，致動(dòng)器100應(yīng)該足夠穩(wěn)固，從而維持牽拉量和被牽拉的切口的形狀。在一些實(shí)施例中，振動(dòng)可通過振動(dòng)電機(jī)獲得，脈沖可通過周期性的調(diào)制壓力獲得(即通過控制裝置自動(dòng)地獲得或通過手持式膨脹裝置手動(dòng)地獲得)。

切口牽拉器可與身體組織牽拉器結(jié)合使用。圖2a-2d示出示例性身體組織牽拉器。

身體組織牽拉器可用于對(duì)身體組織、器官或物體進(jìn)行操作、牽拉或隔離，同時(shí)降低傷害的可能性、意外減少灌注或組織穿刺。這使外科醫(yī)生可通過最小尺寸的打開切口來最大化目標(biāo)皮下解剖的視線通道和物理通道。因此身體組織牽拉器能夠運(yùn)用足夠的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度以反復(fù)地牽拉柔軟且敏感的器官。

身體組織牽拉器在一些實(shí)施例中可以用手操作，但是本發(fā)明并不僅限于此。例如，身體組織牽拉器的一些或全部可以被安裝在機(jī)器人手臂的端部以進(jìn)行機(jī)器人手術(shù)。

而且，雖然身體組織牽拉器可以和上述切口牽拉器結(jié)合使用，但是身體組織牽拉器可附加地或替代地和其它裝置結(jié)合使用。在一個(gè)實(shí)施例中，為進(jìn)行腹腔鏡手術(shù)，身體組織牽拉器可通過套管針?biāo)腿搿?/p>

而且，由于牽拉器的相對(duì)順從的性質(zhì)，在變化的外部載荷下和當(dāng)牽拉器在膨脹狀態(tài)下被物理操作時(shí)，牽拉器能夠可靠地工作。特別地，當(dāng)牽拉器被操作或承受外部應(yīng)力時(shí)不會(huì)移位或脫落。

而且，牽拉器應(yīng)該向被牽拉的組織施加安全的壓力。這允許外科醫(yī)生最大化或維持被牽拉的組織的健康。

如圖2a所示，身體組織牽拉器包括允許使用者對(duì)身體組織牽拉器進(jìn)行操作的手柄200。手柄以符合身體工學(xué)的方式設(shè)計(jì)以舒適抓持。手柄200可包括手動(dòng)操作的膨脹裝置202，例如球狀體或波紋管。膨脹裝置202可包括一個(gè)或多個(gè)閥，以允許膨脹裝置202作為手泵操作(例如血壓計(jì)球)。身體組織牽拉器的膨脹裝置202可與切口牽拉器的膨脹裝置120具有相似的結(jié)構(gòu)(包括上文討論的變化形式)。

在一些實(shí)施例中，身體組織牽拉器可向使用者或控制裝置提供觸覺反饋。例如膨脹裝置202可填充有預(yù)定量流體，該預(yù)定量流體被限制或截留在由膨脹裝置202、軸206內(nèi)的管和致動(dòng)器100構(gòu)成的系統(tǒng)中。當(dāng)使用者或控制裝置致動(dòng)膨脹裝置202時(shí)，一些流體離開膨脹裝置202并被導(dǎo)入致動(dòng)器100。在一些點(diǎn)處，致動(dòng)器100可與物體接觸使得致動(dòng)器100偏轉(zhuǎn)。當(dāng)致動(dòng)器100偏轉(zhuǎn)時(shí)，與偏轉(zhuǎn)量成比例的膨脹流體量從致動(dòng)器100中被迫退出進(jìn)入管并返回至膨脹裝置202。這引起了要被施加在膨脹裝置202上的碰撞力，這使操作者或控制器通過與膨脹裝置的觸覺相互作用來直接感受致動(dòng)器100的偏轉(zhuǎn)。這可使例如外科醫(yī)生不需要使用電子光學(xué)設(shè)備例如照相機(jī)或昂貴的觸覺機(jī)器人反饋設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)組織牽拉程度的感受。

響應(yīng)于偏轉(zhuǎn)而離開致動(dòng)器100的膨脹流體也可以通過存在于致動(dòng)器100、軸206或膨脹裝置202內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感器例如壓力傳感器和/或流量傳感器來測(cè)量。例如，流量傳感器可以測(cè)量從致動(dòng)器100返回膨脹裝置的膨脹流體的流量。在另一個(gè)實(shí)施例中，膨脹裝置202可處于體積被鎖定的狀態(tài)。當(dāng)膨脹流體流回膨脹裝置202時(shí)，系統(tǒng)的整體壓力將增加，這可通過壓力傳感器來測(cè)量。

傳感器輸出(例如以數(shù)字形式)可被控制器讀取并且可以作為通過控制器處理以產(chǎn)生觸覺信號(hào)的輸入信號(hào)?？刂破骺奢敵雠c來自傳感器的輸入信號(hào)成比例的反饋信號(hào)，其中該反饋信號(hào)引起手柄200中的觸覺裝置產(chǎn)生可被手柄200的操作者感受到的觸覺輸出。替代地或附加地，觸覺輸出反饋信號(hào)可與輸入信號(hào)不成比例。例如，如果由牽拉器傳遞的力接近于預(yù)設(shè)的閾值(例如對(duì)應(yīng)于病人疼痛閾值或高于對(duì)組織損害有風(fēng)險(xiǎn)的閾值)，那么輸出反饋信號(hào)可非線性地變化，使得觸覺反饋?zhàn)兊酶訌?qiáng)烈。這可作為即將發(fā)生危險(xiǎn)的警告。

在一個(gè)實(shí)施例中，這些信號(hào)可用于觸發(fā)手柄200內(nèi)振動(dòng)電機(jī)的動(dòng)作，從而向使用者提供致動(dòng)器100正被偏轉(zhuǎn)的觸覺提示。

手柄200也可包括閥致動(dòng)器204例如銷，以允許使用者打開或關(guān)閉位于膨脹裝置202和致動(dòng)器100之間的流動(dòng)路徑中的閥。閥致動(dòng)器204可與上文討論的接口閥116或切口牽拉器的膨脹閥124相似。

手柄200可連接至從手柄200上延伸出的軸206。軸206允許身體組織牽拉器進(jìn)入切口的內(nèi)部區(qū)域以對(duì)皮下物質(zhì)進(jìn)行操作。

軸206也可作為管道用于將膨脹流體從膨脹裝置202引導(dǎo)到致動(dòng)器100。為此，軸206可包括柔軟的彈性材料以簡(jiǎn)化裝置的組裝。例如，由橡膠或其它彈性材料制成的管可在軸向方向上插入到軸206的中空中心。由于管是彈性的，該管在沿軸向被拉伸時(shí)可伸長(zhǎng)，并且在拉力釋放時(shí)可恢復(fù)原始尺寸。管在其每個(gè)端部上包括接口，一個(gè)用于附接膨脹裝置202，一個(gè)用于附接致動(dòng)器100或接口208。通過拉動(dòng)該管，管可變長(zhǎng)使其延伸超過軸206的端部，這使得膨脹裝置202、接口208和/或致動(dòng)器100易于附接。拉力的釋放使管回縮進(jìn)軸內(nèi)。在管的每個(gè)端部上的接口可以被構(gòu)造為當(dāng)管回到其未延伸狀態(tài)時(shí)與軸206端齊平。

軸206可連接至和切口牽拉器的接口114相似的接口208。特別地，接口114可支撐致動(dòng)器100并允許不同類型或尺寸的致動(dòng)器、不同數(shù)量的致動(dòng)器或不同形態(tài)的致動(dòng)器被附接至身體組織牽拉器。例如雖然圖2a-2d示出的身體組織牽拉器有兩個(gè)致動(dòng)器，但其它實(shí)施例可包括不同形態(tài)的三個(gè)或更多的致動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，附加的致動(dòng)器可置于如圖所示的兩個(gè)致動(dòng)器之間，從而改變指狀件之間的展開角度。替代地或附加地，可提供線纜，其附接于指狀件之間的彈簧。通過拉動(dòng)線纜，可改變指狀件之間的展開角度。線纜可從致動(dòng)器100延伸到手柄200，所以操作者可用手或使用機(jī)器/電機(jī)來改變線纜上的張力。這隨后具有展開致動(dòng)器100的效果。

附接至接口208的致動(dòng)器100可大體與上文描述的與切口牽拉器連接的致動(dòng)器相似，但是可對(duì)其形狀和形態(tài)進(jìn)行設(shè)定以針對(duì)特殊應(yīng)用(例如操作腸道物質(zhì))定制身體組織牽拉器。

在膨脹狀態(tài)，致動(dòng)器100可在周向方向上施加0.1磅至5磅的力。在一些實(shí)施例中，致動(dòng)器100施加約0.2磅至2磅的力。圖2c和2d示出示例性腸組織牽拉器的膨脹特征。

圖2b示出了用于使致動(dòng)器100膨脹的替代膨脹機(jī)構(gòu)。該膨脹機(jī)構(gòu)由腳踏板210來操作，該腳踏板能夠可操作地將控制信號(hào)通過信號(hào)線212發(fā)送到控制裝置214?？刂蒲b置214可被構(gòu)造成與圖1d的膨脹裝置120相似，包括流體遞送管線216，其用于將膨脹流體從流體供應(yīng)部126提供到手柄200，并從手柄通過軸206到致動(dòng)器100。

應(yīng)該注意，圖2b中的替代膨脹機(jī)構(gòu)也可被應(yīng)用到圖1a-1d中的切口牽拉器。

與切口牽拉器一樣，身體組織牽拉器可被構(gòu)造為完全一次性、完全可再用或部分一次性和部分可再用。在一次性的結(jié)構(gòu)中，軸206可由鋁制成，并且接口208可由abs成型。致動(dòng)器100可由外科硅膠制成，并且膨脹流體可為空氣。

在可再用的結(jié)構(gòu)中，軸206可由不銹鋼制成，接口208可由迭爾林成型，致動(dòng)器可由外科硅膠或熱塑性聚氨酯制成，膨脹流體可為鹽水。這樣的身體組織牽拉器可配置有外接控制系統(tǒng)以允許手控和/或腳踏板控制。

在部分可再用的結(jié)構(gòu)中，身體組織牽拉器可采用可再用的部件材料。端部執(zhí)行器可由abs制成的接口208和一次性致動(dòng)器100組成。膨脹流體可以是鹽水且系統(tǒng)可被連接至外接控制系統(tǒng)以允許手控和腳踏板控制。

圖3a-3c示出切口牽拉器和身體組織牽拉器的示例性使用。圖3a示出了在模擬的切口中的未膨脹的切口牽拉器。如圖3a所示，未膨脹的切口牽拉器通常小于切口區(qū)域，并且(例如通過折疊和彎曲致動(dòng)器100)可以展開為相對(duì)平坦的結(jié)構(gòu)。由圖3a明顯可見，當(dāng)致動(dòng)器處于未膨脹狀態(tài)時(shí)，能通過切口牽拉器的接觸只能由切口產(chǎn)生的開口的相當(dāng)小的部分來實(shí)現(xiàn)。

圖3b示出致動(dòng)器100膨脹后的切口牽拉器。如圖3b所示，在膨脹時(shí)切口牽拉器在周向方向上從近端到遠(yuǎn)端沿著致動(dòng)器的長(zhǎng)度呈現(xiàn)基本均勻的形狀，變?yōu)閏形或部分橢圓形。與如圖3a所示的未膨脹狀態(tài)相比，圖3b中的膨脹的致動(dòng)器100允許通過由切口產(chǎn)生的開口的相對(duì)更大的部分。

應(yīng)該注意，當(dāng)將致動(dòng)器100在切口或者傷口中展開時(shí)會(huì)變成橢圓形。如果相同的致動(dòng)器100在自由空間中膨脹，它基本呈圓形。因?yàn)橹聞?dòng)器100被構(gòu)造成在自由空間內(nèi)基本呈圓形，當(dāng)其在切口或傷口中展開時(shí)由于其試圖要呈現(xiàn)基本圓形，所以會(huì)對(duì)非圓形的切口或傷口開口施加打開力。因?yàn)榍锌谕ǔＪ侵本€或非圓輪廓，所以切口組織抵抗由于致動(dòng)器100試圖獲得圓形狀態(tài)而施加的載荷。由于致動(dòng)器100試圖將其本身推至圓形狀態(tài)，所以載荷被施加在抵抗組織上以使切口打開。

一旦使用切口牽拉器將切口打開，那么身體組織牽拉器可以被插入到由致動(dòng)器100產(chǎn)生的開口中，如圖3c所示。通過使身體組織牽拉器的致動(dòng)器膨脹，致動(dòng)器可呈現(xiàn)相對(duì)更加剛性的形狀(但仍保持適形)，以允許對(duì)身體組織、器官或通過切口可接觸的物體進(jìn)行操作。

圖4a-5e示出了切口牽拉器和身體組織牽拉器的其它視圖。圖4a-4e示出了示例性切口牽拉器的各種立體圖，圖5a-5e示出了示例性身體組織牽拉器特別是軟機(jī)器人腸牽拉器的各種立體圖。

圖6是描述軟機(jī)器人身體組織牽拉器與軟機(jī)器人切口牽拉器結(jié)合使用的示例性方法的流程圖600。圖7a-7h說明了圖6中所描述的步驟。

在步驟602，切口牽拉器可被放置于所期望的位置。切口牽拉器可處于初始的未膨脹狀態(tài)，并且可以被折疊或彎曲以允許更容易地插入在所期望的位置。該位置可以是例如在切口或傷口的內(nèi)部。圖7a示出了將切口牽拉器放置在這樣位置的例子。

在步驟604，切口牽拉器的膨脹裝置可以被致動(dòng)。使用者可以通過致動(dòng)膨脹裝置120或按壓按鈕134以向流體遞送裝置128發(fā)送控制信號(hào)來觸發(fā)致動(dòng)。致動(dòng)的結(jié)果為切口牽拉器的致動(dòng)器會(huì)經(jīng)受膨脹。致動(dòng)器可在其變?yōu)槿鐖D7c所示的完全膨脹之前，進(jìn)入如圖7b所示的中間部分膨脹狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用以及使用者的需求，致動(dòng)器可以保持在部分膨脹狀態(tài)或可以處于完全膨脹狀態(tài)。

在步驟606，組織牽拉器的閥致動(dòng)器可以被關(guān)閉。關(guān)閉組織牽拉器的閥致動(dòng)器允許膨脹流體單向流通到組織牽拉器的致動(dòng)器，而不允許膨脹流體離開組織牽拉器的致動(dòng)器。例如如果組織牽拉器的閥致動(dòng)器是銷，該銷可轉(zhuǎn)入關(guān)閉位置。

在步驟608，組織牽拉器可通過切口牽拉器中的開口插入。如圖7d所示，組織牽拉器可處于如圖7d所示的初始的未膨脹狀態(tài)。

在步驟610，組織牽拉器的膨脹裝置可以被致動(dòng)。使用者可以通過致動(dòng)膨脹裝置202或按壓?jiǎn)?dòng)按鈕134或致動(dòng)踏板210以向流體遞送裝置128發(fā)送控制信號(hào)來觸發(fā)啟動(dòng)。致動(dòng)的結(jié)果為組織牽拉器的致動(dòng)器會(huì)經(jīng)受膨脹。致動(dòng)器可在其變?yōu)槿鐖D7f所示的完全膨脹之前，進(jìn)入如圖7e所示的中間部分膨脹狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用以及使用者的需求，致動(dòng)器可以保持在部分膨脹狀態(tài)或可以處于完全膨脹狀態(tài)。

在步驟612，使用組織牽拉器的致動(dòng)器可以執(zhí)行操作。例如，組織牽拉器可被用于移出皮下材料，這樣外科醫(yī)生可以接觸否則會(huì)被阻擋的物理空間。圖7g示出了利用組織牽拉器執(zhí)行操作的模擬例子。

在步驟614，組織牽拉器閥致動(dòng)器可以被打開。這允許膨脹流體從組織牽拉器的致動(dòng)器中排空，導(dǎo)致致動(dòng)器進(jìn)入未膨脹狀態(tài)。

在步驟618，如圖7h所示，組織牽拉器可以從被切口牽拉器保持打開的切口區(qū)域中移除。

在步驟620，切口牽拉器可以被移除。步驟620可涉及打開一個(gè)或多個(gè)附接于切口牽拉器的閥，以使膨脹流體流出切口牽拉器的致動(dòng)器。當(dāng)牽拉器恢復(fù)到未膨脹狀態(tài)，切口牽拉器可從切口區(qū)域移除。切口現(xiàn)在可以例如通過縫合該切口而閉合。

通過使用本文的裝置和技術(shù)，可以安全有效地、降低成本地提供醫(yī)療操作和外科手術(shù)，同時(shí)對(duì)病人組織造成損害的風(fēng)險(xiǎn)降低。

術(shù)語說明

如本文所用，以單數(shù)描述且冠以用詞“一”的元件或步驟應(yīng)被理解為不排除復(fù)數(shù)的元件或步驟，除非這樣的排除被明確記載。此外，本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的引用并不旨在被解釋為排除還包括所述特征的附加實(shí)施例的存在。

雖然已經(jīng)參照某些實(shí)施例公開了本發(fā)明，但可以在不脫離如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍的情況下可以對(duì)所述實(shí)施例進(jìn)行各種修改、改變和變化。因此，本發(fā)明并不打算被局限于所述實(shí)施例，而是具有由所附權(quán)利要求書的語言及其等同所限定的全部范圍。