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用于遠程操縱外科或診斷工具的鏈節系統和鉸接機構.pdf

關 鍵 詞:
用于 遠程 操縱 外科 診斷 工具 系統 鉸接 機構
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摘要
申請專利號:

CN201210027026.6

申請日:

2005.05.23

公開號:

CN102525659B

公開日:

2014.11.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322511332IPC(主分類):A61B 19/00專利申請號:2012100270266申請日:20050523|||公開
IPC分類號: A61B19/00 主分類號: A61B19/00
申請人: 諾瓦爾外科系統公司
發明人: C·D·欣曼; D·J·達尼茨
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 2004.06.07 US 60/577,757; 2004.08.26 US 10/928,479
專利代理機構: 北京市中咨律師事務所 11247 代理人: 吳鵬;馬江立
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210027026.6

授權公告號:

102525659B||||||

法律狀態公告日:

2014.11.26|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了用于各種用途包括但不限于遠程操縱器械例如外科或診斷器械或工具的鉸接機構、鏈節系統及其部件。該鏈節系統包括鏈節,其中至少兩個相鄰的鏈節圍繞兩個不同的樞轉點彼此相對樞轉。本發明還提供了用于鎖定鏈節的機構。

權利要求書

1.一種用于遠程操縱外科或診斷工具的鉸接機構,包括:
具有縱向軸線的細長軸;
位于所述軸的遠端的多個沿軸向對齊的鏈節;以及
位于所述沿軸向對齊的鏈節的近端的鎖定機構,該鎖定機構能夠接納
致動元件,該致動元件可連接到所述沿軸向對齊的鏈節并使這些鏈節運動,
所述鎖定機構還構造成當致動元件被接納在該鎖定機構內時阻止該致動元
件的運動,從而阻止所述沿軸向對齊的鏈節的運動。
2.根據權利要求1所述的鉸接機構,其特征在于,所述鎖定機構還
包括活動的鎖定構件和固定的接觸構件,使得當致動元件接納在所述鎖定
機構中時所述活動的鎖定構件的運動可使該致動元件與所述固定的接觸構
件相接觸,從而阻止所述沿軸向對齊的鏈節的運動。
3.根據權利要求2所述的鉸接機構,其特征在于,該鉸接機構還包
括在遠端連接到一個或多個沿軸向對齊的鏈節的一條或多條纜線,所述纜
線在近端被接納通過所述細長軸,其中所述鎖定構件的運動使一條或多條
纜線與所述固定的接觸構件相接觸,從而摩擦地阻止所述一條或多條纜線
的運動。
4.根據權利要求1所述的鉸接機構,其特征在于,所述鎖定機構位
于所述細長軸的遠端。
5.根據權利要求1所述的鉸接機構,其特征在于,所述鎖定機構位
于所述細長軸的近端。
6.根據權利要求1所述的鉸接機構,其特征在于,該鉸接機構還包
括:
位于所述細長軸的近端的多個相應鏈節,每個相應鏈節通過至少一組
纜線連接到位于所述細長軸的遠端的多個鏈節之一以形成鏈節對,從而該
對鏈節中的一個鏈節的運動引起該對的另一個鏈節的對應的相關運動。
7.根據權利要求1所述的鉸接機構,其特征在于,所述鎖定機構還
包括一個或多個鎖定通道和位于該一個或多個鎖定通道內的一個或多個活
動按鈕件。
8.根據權利要求7所述的鉸接機構,其特征在于,該鉸接機構還包
括殼體,該殼體具有接納一個或多個纜線組的一個或多個通過通道,以及
與每個通過通道相關聯的一個或多個鎖定通道,其中所述按鈕件在所述鎖
定通道內的下壓使得在相關聯的通過通道內的纜線與所述筒狀殼體摩擦接
觸,從而摩擦地阻止纜線的運動。
9.根據權利要求8所述的鉸接機構,其特征在于,所述纜線鎖定機
構還包括圍繞所述殼體設置的滑動件,其中該滑動件的運動壓下所述一個
或多個按鈕件。
10.根據權利要求9所述的鉸接機構,其特征在于,該鉸接機構還包
括多個沿所述筒狀殼體的中心軸線設置在不同位置的鎖定通道和按鈕件。
11.根據權利要求1所述的鉸接機構,其特征在于,所述鎖定機構還
包括固定的和活動的套環,這些套環與一個或多個通過一個套環并圍繞另
一個套環的周界的纜線組沿軸向對齊,從而所述活動的套環朝所述固定的
套環的運動使一條或多條纜線與這些套環相接觸,從而摩擦地阻止所述一
條或多條纜線的運動。
12.根據權利要求11所述的鉸接機構,其特征在于,一個套環的直
徑大于另一個套環。

說明書

用于遠程操縱外科或診斷工具的鏈節系統和鉸接機構

本申請是申請日為2005年5月23日、發明名稱為“用于遠程操縱外
科或診斷工具的鏈節系統和鉸接機構”的專利申請No.200580025154.5的
分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2004年6月7日提交的美國臨時申請No.60/577,757的
權益,此處該臨時申請的內容結合在本公開內容中作為參考。

技術領域

本發明涉及鏈節(link)系統及其應用,包括手術或診斷器械和工具
的遠程引導和操縱。

背景技術

能夠容易地遠程操縱、引導和/或操作器械和工具的能力在許多工業和
應用中是有意義的,尤其是在希望將器械或工具導引到不易于用手導引或
者會存在風險或危險的工作空間內的情況下。這些可包括應用工具或器械
難以到達目標位置的情況,例如手動到達目標位置受限的某些外科手術過
程,或機器的制造或修理,乃至商業和家庭使用。其它情況例如可包括工
作環境對于使用者而言是危險的工業應用,例如工作空間暴露在危險的化
學物質下。其它情況還可例如包括使用者會有危險的法律執行或軍事應用,
例如將工具或器械部署在危險或敵對位置。

以外科手術過程作為說明性示例,過程例如內窺鏡檢查和腹腔鏡檢查
通常使用從身體外部的位置在目標器官或組織內操縱或朝該目標器官或組
織操縱的器械。內窺鏡檢查過程的示例包括乙狀結腸鏡檢查、結腸鏡檢查、
食管胃十二指腸鏡檢查和支氣管鏡檢查。傳統上,內窺鏡的插入管可通過
向前推動而前進,通過向后拉動而收回。可通過扭曲以及一般的向上/向下
和向左/向右運動來指引管的端部。該受限的運動范圍往往使得難以通過銳
角處(例如在直腸乙狀結腸內),會使病人不舒服并增加周圍組織受到損
傷的危險。腹腔鏡檢查包括根據解剖標志安置套針工作口(port)。工作
口的數量通常根據預期過程以及要獲得令人滿意的組織松動
(mobilization)以及手術區暴露所需的器械的數量而改變。盡管腹腔鏡手
術存在許多好處,例如術后疼痛較小,下床活動早以及黏連形成減少,但
是其往往難以通過腹腔鏡工作口實現最優的器官回縮(retraction)以及獲
得傳統器械的最佳可操作性。在某些情況下,這些缺陷會導致手術時間增
加或者不精確地放置組件例如縫合器和縫合線。可操縱的導管對于診斷和
治療應用也是公知的。類似于內窺鏡,這種導管包括可在一般受限的運動
范圍內被指引的端部以導引病人的脈管系統。

已經進行了許多嘗試來設計具有改進的可操縱性的內窺鏡和導管。例
如,Sato的U.S.3,557,780、Ailinger等的U.S.5,271,381、Alotta等的U.S.
5,916,146以及Sakai的U.S.6,270,453說明了具有一個或多個柔性部分的
內窺鏡器械,可通過致動一組絲線而使所述柔性部分彎曲。通過旋轉小齒
輪(Sato)、操作旋鈕(Ailinger等)、可操縱臂(Alotta等)或通過滑輪
機構(Sato)從器械的近端來致動所述絲線。Boury等的U.S.5,916,147公
開了一種可操縱的導管,該導管具有四條在導管的壁內延伸的絲線。每條
絲線終止于導管的不同部分。絲線的近端從導管松散地延伸出來從而醫生
可以拉動它們。醫生能夠通過選擇性地拉緊絲線而使導管成一定形狀并從
而操縱導管。

盡管上述每種裝置都可被遠程操縱,但是它們的運動范圍一般受到限
制。操縱機構的使用還比較麻煩,例如在Boury等的導管中,必須單獨拉
動每條絲線以使導管成一定形狀。此外,在例如使用旋鈕和滑輪機構的內
窺鏡和可操縱導管的情況下,需要進行大量訓練以便能夠熟練地操作這些
裝置通過病人的身體。

因此,具有提高的遠程可操縱性以便可控制地導引復雜幾何形體的裝
置能使器械和工具更有效且精確地前進和布置。這種裝置對于提供更直觀
和易用的用戶接口(interface)以實現這種提高的可操縱性而言也是有利
的。這種裝置對于限制纜線部件內所不期望的張緊或松弛也是有利的。另
外,這種裝置具有能夠防止該裝置運動的鎖定機構是有利的。這種裝置在
許多工業領域中在引導、操縱和/或操作器械和工具方面會有廣泛應用。這
種裝置本身還具有娛樂、消遣和教育價值。

發明內容

本發明提供了用于各種用途包括但不限于器械例如外科或診斷器械或
工具的遠程操作的鉸接機構、鏈節系統以及它們的部件。這些器械和工具
可包括外科或診斷器械或工具,包括但不限于內窺鏡、導管、多普勒流量
計、麥克風、探針、牽開器、解剖器、縫合器、夾具、抓緊器、剪刀或切
割器、消融(ablation)或燒灼元件等。非外科應用中的其它器械或工具包
括但不限于抓緊器、驅動器、動力工具、焊接器、磁體、光學透鏡和觀察
器、電動工具、音頻/視頻工具、激光器、監視器等。根據應用,可以想到
本發明的鉸接機構、鏈節系統和其它部件可容易地調整以適應多個器械和
工具的結合或適應它們的變型。鏈節系統和鉸接機構可用于將這些器械或
工具操縱到所期望的目標位置,并且還可用于致動或有助于致動這類器械
和工具。

在本發明的一個方面中,提供一種包括多個鏈節的鏈節系統,其中至
少兩個相鄰的鏈節可圍繞兩個不同的樞轉點彼此相對樞轉。在一些變型中,
相鄰的鏈節具有相對的表面,每個表面具有沿軸向對齊的凸起部或凹部。
在這些變型中,鏈節系統還包括設置在至少兩個相鄰鏈節之間的套管,該
套管與所述至少兩個相鄰鏈節中的每一個的凸起部或凹部相接觸。該套管
可包括構造成接納相鄰鏈節的相對的凸起部和/或凹部的凹部或凸起部。在
某些情況下,相鄰鏈節的凸起部或凹部是半球形。這種鏈節系統可并入或
以其它方式形成根據本發明的鉸接機構的部件。

在本發明的另一個方面中,提供一種用于例如遠程操縱外科或診斷工
具的鉸接機構。該鉸接機構可包括一個或多個允許遠程操縱位于遠端的工
具或器械的鏈節系統。在一個變型內,提供一種包括多對鏈節的鉸接機構,
每個鏈節都相對于該對中的另一個鏈節保持間隔開。至少兩個相鄰的鏈節
可圍繞兩個不同的樞轉點彼此相對樞轉。在一些變型內,相鄰的鏈節具有
相對的表面,每個表面具有沿軸向對齊的凸起部或凹部,并且所述相鄰鏈
節被置于它們之間的套管分隔開。該鉸接機構還包括多組纜線,每組纜線
將分離的一對鏈節相互連接,使得一對中的一個鏈節的運動可引起該對中
的另一個鏈節的對應的相關運動(relative?movement)。在一些變型內,
鏈節設計成減小或消除相鄰鏈節之間的過度的纜線松弛或張緊。

在本發明的又一個方面中,提供一種可并入鉸接機構的鎖定機構。該
機構構造成接納一條或多條在遠端連接到一個或多個鏈節的纜線(或其它
致動元件),并且在被致動時阻止纜線(或其它致動元件)運動從而阻止
對應的鏈節本身的運動。在鎖定機構的一個實施例中,該機構構造成使得
每條纜線能夠從活動的鎖定構件和固定的接觸構件之間通過。活動的鎖定
構件的運動可使一條或多條纜線接觸所述固定的接觸構件,從而摩擦地阻
止一條或多條纜線的運動。

在另一個實施例中,鎖定機構可包括一個或多個垂直于該鎖定機構的
中心軸線設置的鎖定通道。在機構殼體內的一個或多個鎖定通道中的每一
個內都設置有活動的按鈕件。所述殼體可包括接納一條或多條纜線(或其
它致動元件)的一個或多個通過通道,每個鎖定通道與每個通過通道相關
聯。在鎖定通道內壓下按鈕件使得相關聯的通過通道內的纜線(或其它致
動元件)與筒體發生摩擦接觸,從而摩擦地阻止纜線的運動。

在另一個實施例中,鎖定機構包括具有沿軸向對齊的固定和活動套環
的雙套環機構。一個或多個纜線組(或其它致動元件)通過一個套環并圍
繞另一個套環的周界。活動套環朝固定套環的軸向運動使得纜線與兩個套
環接觸,從而摩擦地阻止纜線的運動。

在本發明的另一個方面中,提供一種包括外科或診斷工具以及位于該
外科或診斷工具的近端的多個鏈節的外科裝置。一細長軸位于所述多個鏈
節的近端,并且一條或多條纜線在遠端連接到一個或多個鏈節并在近端被
接納通過該細長軸。一條或多條纜線的運動引起一個或多個鏈節的運動。
此外,至少兩個相鄰的鏈節可圍繞兩個不同的樞轉點彼此相對樞轉。在一
些變型內,至少兩個相鄰鏈節具有相對的表面,這些表面具有沿軸向對齊
的凸起部和/或凹部,并且所述相鄰鏈節被設置在它們之間的套管分隔開。
所述套管與相鄰鏈節中的每一個的凸起部或凹部相接觸。

在本發明的其它方面中,工具或器械可附裝到鏈節系統和/或鉸接機構
并從鏈節系統和/或鉸接機構延伸出,或者鏈節系統和/或鉸接機構可結合在
這種器械或工具中。在外科手術應用的情況下,外科或診斷工具的示例包
括但不限于內窺鏡、導管、多普勒流量計、麥克風、探針、牽開器、解剖
器、縫合器、夾具、抓緊器、剪刀或切割器以及消融或燒灼元件。對于其
它應用,同樣可想到許多工具或器械,包括但不限于抓緊器、驅動器、動
力工具、焊接器、磁體、光學透鏡和觀察器、光源、電動工具、音頻/視頻
工具、激光器、監視器等。工具或器械的類型、附裝方法和位置以及應用
和使用包括但不限于在未決和共有的美國申請No.10/444,769中所述的相
應內容,該申請全文結合于此作為參考。

附圖說明

圖1A示出根據本發明一個實施例的外科針驅動器裝置的透視圖,其
具有近端和遠端的鉸接鏈節系統;

圖1B示出圖1A的實施例的俯視圖,其中該裝置被鉸接至一不同位置;

圖2A示出與圖1A所示的實施例的遠端鏈節系統相類似的鏈節系統的
放大透視圖,其中包括沿軸向對齊的相對的凸起部的相鄰鏈節被設置在所
述凸起部之間的套管分隔開;

圖2B示出圖2A的鏈節系統的側視圖;

圖2C示出圖2A所示的鏈節系統沿由線K-K表示的平面的剖視圖;

圖2D示出處于彎曲構型的圖2A的鏈節系統的側視圖;

圖2E和2F分別示出與圖2A的鏈節系統類似的鏈節系統的直的和彎
曲的(構型的)剖視圖;

圖3A示出部分省略的圖1所示裝置的放大側視圖;

圖3B示出部分省略的圖1所示裝置的放大剖視圖;

圖4示出圖3B所示裝置的由區域A指示的遠端工具和鏈節組件的詳
細剖視圖;

圖5示出圖3B所示實施例的由區域B指示的近端鏈節-手柄組件的詳
細剖視圖;

圖6A和6B分別示出根據本發明另一個實施例的鏈節系統的直的和彎
曲的(構型的)剖視圖,其中包括沿軸向對齊的相對的凹口的相鄰鏈節被
設置在所述凹口之間的套管分隔開;

圖7A和7B分別示出根據本發明又一個實施例的鏈節系統的直的和彎
曲的(構型的)剖視圖;

圖8示出根據本發明另一個實施例的外科針驅動器件的透視圖,其中
遠端鏈節的位置有所改變;

圖9A和9B示出根據本發明另一個實施例的鏈節鎖定機構分別處于鎖
定位置(9A)和解鎖位置(9B)的側視圖;

圖10A示出圖9A的鎖定機構的俯視圖;

圖11A和11B示出圖9A的鎖定機構的剖視圖;

圖12A和12B示出分別用區域C和D指示的圖9A和9B的鎖定機構
的放大剖視圖;

圖13示出根據本發明另一個實施例的鎖定機構的透視圖;

圖14示出圖13的鎖定機構的側視圖;

圖15示出圖13的鎖定機構的俯視圖;

圖16示出圖13的鎖定機構的端視圖;

圖17A-17C示出處于解鎖位置(圖17A)、部分鎖定位置(圖17B)
和鎖定位置(圖17C)的圖13的鎖定機構的俯視圖;

圖18A-18C分別示出圖17A-C所示的鎖定機構分別沿由線18A-18A、
18B-18B和18C-18C表示的平面的剖視圖;

圖19示出根據本發明另一個實施例的鏈節鎖定機構的透視圖;

圖20A和20B示出分別處于鎖定構型(20B)和解鎖構型(20A)的
圖19的機構垂直于其縱向軸線剖切的橫截面視圖;

圖21A和21B分別示出構造為中性纜線偏置(neutral?cable?bias)的
根據本發明另一個實施例的鏈節系統的直的和彎曲的(構型的)剖視圖;

圖22A和22B分別示出構造為負的纜線偏置的根據本發明又一個實施
例的鏈節系統的直的和彎曲的(構型的)剖視圖;

圖23A和23B分別示出構造為正的纜線偏置的根據本發明再一個實施
例的鏈節系統的直的和彎曲的(構型的)剖視圖。

具體實施方式

如文中的更詳細說明,提供了可形成或并入或構成多種裝置的鉸接鏈
節系統和機構。鏈節系統可由各個鏈節的組合形成。根據本發明的鉸接機
構通常包括多對鏈節和至少一組連接至少一對分離的鏈節的纜線。文中使
用的術語“鏈節”是指鏈節系統或鉸接機構的分離部分,該分離部分能夠
相對于該系統或機構的另一個分離部分運動。在一些實施例中,鏈節可對
應于位于機構的相對端的另一個分離部分或限定區域。鏈節通常為筒狀,
但并非必須如此。鏈節通常沿機構的縱向軸線對齊。在一些實施例中,鏈
節系統可包括多個鏈節,至少兩個鏈節通過套管分隔開。

鏈節系統可形成或并入多種鉸接機構。在許多實施例中,根據本發明
的鉸接機構一般包括多對鏈節和多組纜線。在另外的實施例中,鉸接機構
包括多個鏈節或部段,它們都是分離的成對構件。鏈節形成近端和遠端,
而每對中的一個鏈節位于在近端的鏈節系統內,而該鏈節對中的另一個鏈
節位于在遠端的鏈節系統內。

在這種鉸接機構中,每個纜線組使鉸接機構中分離的一對鏈節相互連
接,使得一對鏈節中的一個鏈節的運動引起該對中的另一個鏈節的相應運
動。如文中所用,術語“主動(active)鏈節”或“主動鏈節對”是指通過
纜線組直接相連的鏈節。術語“間隔(spacer)鏈節”或“間隔鏈節對”
是指不通過纜線組直接相連的鏈節。但是,間隔鏈節可設置在主動鏈節之
間,并為連接主動鏈節的纜線組提供通路。能夠操作主動鏈節對的能力使
得機構可容易地形成復雜的三維構型和幾何形狀,下文中將對此作詳細說
明。對于依賴于以不同方式穿過未連接的鏈節的纜線組或絲線的傳統鉸接
裝置,難以實現這種復雜的幾何形狀,這是因為這種裝置通常設計成使操
縱纜線或絲線穿過每個鏈節并終止于最遠端的鏈節處。因此,所有部段協
同響應絲線或纜線組的通常為彎曲或弓形方式的運動而一起彎曲。

本發明的鏈節系統或鉸接機構可例如結合在用于將手術或診斷器械和
工具引導和操縱到病人身體區域內的目標位置的裝置中。該裝置能夠以其
自然的、直的構型,或者在從病人之外的位置在其近端進行各種操作之后
被引入。在許多實施例中,鏈節系統形成鉸接機構的一部分或幾部分。機
構近端的運動導致遠端處的運動。此外,所引起的遠端的定向運動可根據
近端相對于遠端的旋轉程度而被反向、鏡像或產生別的結果。另外,近端
提供了用于控制對遠端的操縱和操作的用戶接口,這使用起來更加方便和
容易。該用戶接口使得例如使用者能夠基于設置在外部的近端用戶接口的
被操作后的形狀而容易地看到位于例如病人體內的機構遠端的形狀和定向
運動。可選擇地,遠端鏈節的控制或致動可通過更傳統的操縱鏈節致動纜
線的方法例如通過使用旋鈕和滑輪系統等來實現。

除了形成復雜構型之外,本發明還允許通過限制被操作的主動鏈節并
允許這樣的鏈節抵抗由橫向施加的力導致的運動來增加機構的剛性。如果
在操作給定的鏈節對以獲得期望形狀并將該對的一個鏈節固定成該期望形
狀時,該對的另一個鏈節可抵抗負荷并同時保持其所期望的無負荷形狀,
則可認為該鏈節對被完全限制。對于以三個自由度自由運動的鏈節,至少
需要三條纜線來完全限制該鏈節。而傳統的鉸接裝置并不總是如此。間隔
鏈節不會這樣被限制,并且在希望被致動機構具有剛性較弱部分的許多情
況下包括這種未被限制的鏈節是有利的。

術語“器械”和“工具”在此可互換使用,并且是指通常由使用者操
作以實現特定目的的裝置。僅為了說明的目的,將在用于在被遠程訪問的
身體區域內的外科或診斷工具和器械的遠程引導、操作和/或致動的范圍內
對本發明的鏈節系統和鉸接機構進行說明。如前所述,還可想到鏈節系統
和鉸接機構的除了外科或診斷應用之外的其它應用,并且這對于本領域的
技術人員而言是顯而易見的。通常,任何這種應用包括希望將器械或工具
導引到不易于用手導引或者會存在危險的工作空間中的任何情況。這包括
而不限于工業應用,例如用于將工具、探針、傳感器等導引到受限的空間
內,或者用于工具的遠程精確操縱,例如機器的組裝或維修。這還可包括
工具或器械的應用目標位置難以到達的商業或家用情況。其它情況可包括
例如工作環境對于使用者而言是危險的工業應用,例如工作空間暴露在危
險化學物質中。其它情況還可包括例如使用者會有危險的法律執行或軍事
應用,例如將工具或器械部署在危險的或敵對的位置。其它應用還包括僅
希望對復雜幾何形狀進行遠程操縱的應用。這些應用包括諸如玩具或游戲
的消遣或娛樂中的使用,例如木偶、玩偶、小雕像等的遠程操縱。

參照圖1A,示出本發明的結合有根據本發明的鉸接機構和鏈節系統的
一個實施例。如圖1A所示,針驅動器100包括具有被細長軸112隔開的
近端鏈節組104和對應的遠端鏈節組106的鉸接機構102,所述細長軸保
持近端和遠端鏈節組處于分隔開的關系,并且還形成用于使針驅動器前進
的工作軸。具有抓緊夾爪108、109的針驅動工具107附裝在遠端鏈節組
106的遠端,并可操作地連接到棘輪手柄110,該手柄附裝在近端鏈節組
104的近端。盡管該實施例結合有針驅動工具,但是容易理解,多種外科
工具和器械能夠可操作地附裝在遠端,包括但不限于多普勒流量計、麥克
風、內窺鏡、光源、探針、牽開器、解剖器、縫合器、夾具、抓緊器、剪
刀或切割器,或者消融或燒灼元件,以及如前所述的用于非外科應用的其
它工具或器械。

如圖3A-5中更詳細地示出,近端和遠端鏈節組104和106包括對應的
成對的鏈節,即近端鏈節組104內的每個單獨的鏈節與遠端鏈節組106內
的單獨鏈節成對以形成一系列分離的對。遠端鏈節組106包括鏈節122A、
124A和126A,而近端鏈節組104包括鏈節122B、124B和126B。鏈節122A
和122B、124A和124B以及126A和126B均為分離的鏈節對。近端鏈節
(122B、124B和125B)通過纜線組134、135連接到遠端鏈節(122A、
124A和126A),使得近端鏈節組104內的近端鏈節的運動引起遠端鏈節
組106的對應的相關運動。具體地,鏈節122A和122B通過纜線134連接,
鏈節124A和124B通過纜線135連接,而鏈節126A和126B固定在細長
軸112上。因此,鏈節122A和122B以及鏈節124A和124B形成主動鏈
節對。一般而言,使用一組或多組纜線來連接根據本發明的變化實施例的
鉸接機構的主動鏈節對。如前所述,在鉸接機構的一端的每個主動鏈節通
過形成纜線組的兩條或多條纜線連接至在另一端的與其對應的鏈節。如所
述,一個主動鏈節對的運動由其相應的纜線組控制,并獨立于任意其它的
主動鏈節對。

圖2A-D更詳細地示出類似于與裝置100分隔開的鏈節組106的鏈節
組。如圖可見,相鄰的鏈節122和124被套管130分隔開,而相鄰的鏈節
124和126被套管132分隔開。從圖2C中更清楚地看到,每個鏈節沿鏈節
組的縱向軸線X1對齊,相鄰的鏈節122和124以及相鄰的鏈節124和126
各具有沿該軸線對齊的相對的凸起部(123、125、127、129)。每個套管
130和132具有用于接納鏈節122、124和126的凸起部的相對的凹部(131、
133、137、139)。鏈節還包括允許纜線組134和135通過的通道138。纜
線組134和135分別連接到鏈節122和124。纜線通道偏離鏈節的中心軸
線,使得當向一條或多條纜線施加張力時,鏈節122、124和126的凸起部
可在每個套管(130和132)的對應凹部內旋轉,從而使每個鏈節圍繞樞轉
點樞轉,并允許鏈節組作為一個整體彎曲,如圖2D中可更清楚地示出。
每個鏈節和套管還分別包括中心通道140和141,這些中心通道與每個鏈
節或套管的中心軸線對齊。在被組裝時,這些通道形成中央腔,致動纜線
(148)從該中央腔通過以便控制和/或致動針驅動工具(107)。中心通道
通常還為與同本發明的鏈節系統或鉸接機構一起使用的任意期望工具或器
械相關聯的纜線、絲線、光纖或其它類似元件提供通道。如圖所示,套管
130和132的中心通道以截頭圓錐142的形狀終止。這使得鏈節和套管能
彼此相對樞轉而不會影響致動纜線通過。截頭圓錐部分的總尺寸通常與鏈
節和套管之間的所期望的相對樞轉程度相稱。盡管由于上述原因設置中心
通道是有利的,但是可理解,鏈節和套管也可不具有這樣的通道,并且對
與本發明的鏈節系統或鉸接機構相關聯的工具或器械的控制還可通過使致
動纜線和其它類似元件沿任意徑向位置-包括鏈節系統或鉸接機構的周邊
-穿過而實現。

轉到圖3A-5,上述裝置100包括設置在近端鏈節組104和遠端鏈節組
106之間的細長軸112。該軸通常是空心的并且包括空腔114,該空腔容納
連接鏈節對的纜線組134和135以及致動纜線148。軸的空腔通常為與同
本發明的鏈節系統或鉸接機構一起使用的任意期望工具或器械相關聯的纜
線、絲線、光纖或其它類似元件提供通道。

驅動器100的手柄110是傳統的棘輪型手柄,該手柄可操作地鏈接到
致動纜線148。具體地,如圖3A、3B和5所示,手柄110包括固定臂151
和樞轉臂152,臂151通過套環153固定在近端鏈節122B上,套環153與
鏈節122B的互補轂部(reciprocal?hub)相接合。樞轉臂152在樞軸150
處可樞轉地連接到固定臂151,并且還包括銷147,該銷被接納在臂151
的導槽149內并且可在該導槽內平移。致動纜線148在其近端終止于纜線
連接器146的遠端,纜線連接器146還在其近端接納銷147。當手柄110
被致動時,臂152圍繞樞轉點150樞轉,從而引起纜線連接器146和致動
纜線148朝裝置的近端平移(即縮回)。

如圖4中清楚地示出,針驅動器107類似地通過套環153固定在遠端
鏈節122A上,該套環與鏈節122A的互補轂部分121A相接合。夾爪108
和109向遠端延伸,并且夾爪108固定,而夾爪109在樞軸105處可樞轉
地連接至夾爪108。纜線連接器154在其遠端在銷106處連接到夾爪108,
而致動纜線148的遠端固定在纜線連接器154的近端上。如圖所示,彈簧
156圍繞纜線148設置并設置在纜線連接器154和遠端鏈節122A之間,使
纜線保持張緊并使夾爪109處于打開位置。針驅動器通過中央纜線148的
縮回而被致動,該縮回使連接器154縮回并壓縮彈簧156,使夾爪109圍
繞樞軸105樞轉到緊靠夾爪108的閉合位置。

在本發明的不同實施例中,鏈節組或鏈節系統設計成根據每個鏈節和
套管的構造而具有“中性纜線偏置”。當鏈節系統由于纜線沿鏈節的一側
施加的致動力而彎曲時,穿過鏈節的纜線的相對張緊度能夠以正的、負的
或中性的方式被影響。此影響或偏置也可稱為“纜線牽引偏置(pull?bias)”。
當鏈節被鉸連時產生或增加纜線張緊的鏈節系統被稱作具有“正偏置”。
或者,當鏈節被鉸連時導致纜線張緊減小或松弛的鏈節系統被稱作具有“負
偏置”。使纜線張緊和纜線松弛最小的鏈節系統被稱作具有“中性偏置”。
結合了具有中性纜線偏置的鏈節系統的機構通常可在一定的運動范圍上保
持其形狀,并可抵抗向該機構施加的會損害形狀精度的反作用力,因此通
常在大多數情況下是優選的。但是,根據應用,負的或正的偏置或影響可
以是有利的。例如,在一些應用中,可使纜線松弛的負的纜線偏置是所期
望的,因為這會減小鉸接鏈節的剛性,并限制它們對于沿鏈節施加的反作
用力的抵抗力。期望獲得此效應的示例包括導引鏈節通過或圍繞敏感或脆
弱的解剖結構的情況。在其它應用中,可使纜線張緊增加的正的纜線偏置
是所期望的,因為這會增加鉸接鏈節的剛性并且還增加它們對所施加的反
作用力的抵抗力。這種張緊還可提高阻礙鏈節的進一步彎曲或鉸接的抵抗
力。期望獲得此效應的示例包括預防鏈節系統的過大彎曲或“過度彎曲”
比較重要的應用。

參照圖2A-2D,鏈節組106內的鏈節和套管的特定構造實現了中性纜
線偏置。在該實施例中對于實現中性纜線偏置而言很重要的是每個鏈節-
套管-鏈節組件之間的樞轉點的設置和位置。鏈節122、124和126的凸起
部(123、125、127、129)是半球形,而套管130和132的凹部(131、133、
137、139)為截頭半球形。凸起部和凹部的半球形狀在相鄰鏈節之間形成
樞轉點P。樞轉點位于鏈節組的中心軸線X與由每個鏈節122、124和126
的平的、未突出的軸向面120限定的平面的交點處,并與半球形凸起部圍
繞其被限定(circumscribe)的軸線點(axis?point)相關聯。這可參照圖
2E和2F更清楚地看到,圖中示出與圖2A-2D內所示的構造類似的鏈節-
套管-鏈節組件。此處,鏈節122c和124c同樣被套管130c分隔開。鏈節
122c和124c分別包括半球形凸起部123c和125c,這些凸起部被套管130c
的截頭半球形凹部131c和133c接納。該構造也在兩個鏈節之間形成樞轉
點P1、P2,這些樞轉點位于軸線X與由每個鏈節的軸向面120c限定的平
面的交點處。另外,鏈節具有相同的總直徑,對應的纜線通道具有相同的
半徑或與鏈節中心的距離,以及相同的相鄰鏈節之間的距離或間隙,所述
距離或間隙由置于鏈節之間的套管保持。

當鏈節被操縱到期望位置或構型時,鏈節-套管-鏈節組件的每個鏈節
圍繞其相應的樞轉點樞轉,使得任意兩個相鄰的鏈節圍繞雙樞轉點相互接
近或遠離地樞轉。此外,由于任意給定鏈節的這種雙樞轉行為,給定纜線
通道出口點朝相鄰鏈節上的與之對應的纜線通道出口點運動的距離等于該
鏈節的相對側上的相對纜線通道出口點運動遠離相鄰鏈節上的與之對應的
纜線通道出口點的距離。但是,不管鏈節是否樞轉,對應的兩組纜線通道
出口點之間的組合距離保持恒定,這對于保持中性纜線偏置是重要的。當
這種組合距離不相等時,纜線松弛或張緊會增加。具體地,當鏈節樞轉或
被鉸接時在成組的相對纜線出口點之間的組合距離大于處于直的、未鉸接
位置時的組合距離的情況下,纜線會張緊。或者,當樞轉或被鉸接時在成
組的相對通道出口點之間的組合距離相對于直的、未鉸接位置時減小的情
況下,纜線會松弛。

該現象可參照圖21A-23B更清楚地進行說明,圖中示出具有中性(圖
21A-21B)、負的(圖22A-22B)和正的(圖23A-23B)纜線偏置的鏈節
組件(610,640,670)。每個鏈節組件(610,640,670)包括兩個相鄰
的鏈節(622和624,652和654以及682和684),并且在這兩個鏈節之
間插有套管(630,660,690)。與上述實施例類似,鏈節包括凸起部(623,
625,653,655,683和685),這些凸起部與套管的凹部(631,633,661,
663,691,693)相接合。圖21A和21B的鏈節組件610的構造與圖2E和
2F內所示的組件類似,并且可實現中性纜線偏置。凸起部623和625為半
球形并且接納在截頭半球形的凹部631和633內。和圖2A-2F的組件一樣,
該構造也形成樞轉點P3和P4,這些樞轉點位于軸線X1與由兩個鏈節(622,
624)的軸向面(620,621)限定的平面的交點處,并且與纜線通道(626,
628,636,638)的纜線通道出口點(627,629,637,639)一致(coincide?
with)。如圖所示,鏈節622的出口點627和629位于鏈節622的相對側
上,并且在組件處于直的、未彎曲位置(圖21A)時與相鄰鏈節624上的
出口點637和639對齊。在此位置,出口點627和637之間的距離與出口
點629和639之間的距離相同,并且在圖21A內用G1表示。當組件彎曲
(圖21B)時,對應的出口點之間的相對距離改變,如圖21B內的距離
H1和K1所示。但是,對于如上所述地定位的樞轉位置P3和P4,當鏈節
處于直的、未彎曲位置時相對的纜線通道出口點之間的組合距離保持相同。
即,G1+G1等于H1+K1,這可用等式G1+G1=H1+K1表示。

圖22A-22B內所示的鏈節組件640設計成實現負的纜線偏置,以便在
鉸接時增加纜線松弛。除了鏈節652和654具有從鏈節652和654的軸向
面650、651更遠地延伸處的半球形凸起部653和655之外,該組件的鏈節
和套管與圖21A-21B內的相同。結果,形成樞轉點P5和P6,這些樞轉點
不再分別與纜線通道656、658、666和668的纜線通道出口點657、659、
667和669一致。而是樞轉點沿靠近套管660的方向與軸向面偏離一距離
y2。在該構型中,當樞轉時相對的纜線通道出口點之間的組合距離不等于
當鏈節處于直的、未彎曲位置時相應纜線通道出口點之間的組合距離。即,
H2+K2不等于G2+G2,而是等于一更小的值,這會向系統內引入纜線
松弛。這可由等式G1+G1=H2+K2+Δ2表示,其中引入系統中的纜線
松弛的程度與值Δ2相關。

相反地,鏈節組件670(圖23A-23B)設計成實現在鉸接時可增加纜
線張緊的正的纜線偏置。同樣,該組件的鏈節和套管與圖21A-21B內的相
同,但是鏈節682和684具有被截短的半球形凸起部683和685。這使得
形成樞轉點P7和P8,這些樞轉點從由鏈節的軸向面680、681限定的平面
偏離一距離y3,但是這次是沿遠離套管690的方向偏離。因此,樞轉點同
樣沒有與對應纜線通道686、688、696和698的纜線通道出口點687、689、
697和699一致。而且,當樞轉時相對的纜線通道出口點之間的組合距離
不等于在直的、未彎曲位置時相應纜線通道出口點之間的組合距離。而是
H3+K3大于G3+G3,這會向系統內引入纜線張緊。這可由等式G3+G3
=H3+K3-Δ3表示,其中引入系統中的纜線張緊的程度同樣與值Δ3相
關。

中性的、負的和正的纜線偏置還可由多種其它的鏈節系統構造來實現。
作為示例而非限制,圖6A和6B內所示的變型示出一種可選構型的鏈節-
套管-鏈節組件,其可實現與圖2A-2D、2E-2F以及21A-21B的鏈節類似的
纜線通道出口點的雙樞轉和等距運動,并且也會導致中性纜線偏置。鏈節
系統200包括由套管210分隔開的相對的相鄰鏈節202和204。相鄰的鏈
節202和204均具有沿軸向對齊的相對的半球形凹部(201、203、205、207)。
套管210具有用于分別接納每個鏈節202和204的凹部203和205的截頭
半球形凸起部211、213。鏈節系統具有兩個樞轉點P9和P10,這些樞轉點
位于鏈節系統的中心軸線X2與分別由鏈節202和204的軸向面220和222
限定的平面的交點處,并且與截頭半球形凸起部繞其被限定的軸線點相關
聯。如參照圖6B可具體地看到,套管210的中心通道214的直徑分別大
于鏈節202和204的中心通道216、218的直徑,以便當鏈節樞轉時允許致
動纜線等無阻礙地通過。通過修改組件以引入樞轉點位置的偏離,可實現
正的或負的偏置。

圖7A和7B內示出同樣可實現中性纜線偏置的另一種鏈節-套管-鏈節
組件。該系統的鏈節具有與設置在鏈節之間的套管相接合的凹部和凸起部。
套管同樣具有相應的凸起部和凹部。該鏈節-套管-鏈節組件同樣可實現與
圖2A-2D的鏈節以及圖6A和6B的鏈節類似的纜線通道出口點的雙樞轉
和等距運動。鏈節系統250包括由套管260分隔開的相對的相鄰鏈節252
和254。鏈節252具有半球形凸起部256,而鏈節254具有與該凸起部256
沿軸向對齊的相對的半球形凹部258。套管260具有接納鏈節252的凸起
部256的截頭半球形凹部262,以及由凹部258接納的截頭半球形凸起部
264。鏈節系統250具有兩個樞轉點P11和P12,這些樞轉點位于鏈節系統
的中心軸線X3與由鏈節252的平的、未凹入也未凸出的軸向面270或鏈節
254的平的、未凹入也未凸出并與套管260相交的軸向面272限定的平面
的交點處。這些樞轉點還與鏈節的半球形凸起部或套管的截頭半球形凸起
部繞其被限定的軸線點相關聯。如參照圖7B可具體地看到,套管260的
中心通道280的直徑分別大于鏈節252和254的中心通道282、284的直徑,
以便當鏈節樞轉時允許致動纜線等無阻礙地通過。同樣,通過修改該組件
以引入樞轉點位置的偏離,可實現正的或負的偏置。

盡管套管的特定實施例已被說明為具有與對應鏈節的凹部和/或凸起
部相接合的凸起部和/或凹部,但是同樣可以使用僅為筒狀和空心的并具有
通常為鈍的端部的套管。假設套管的內徑稍小于對應的凸起部的直徑,或
可選地套管的外徑稍小于對應的凹部,則這種套管在與對應鏈節的凸起部
和/或凹部接合時也同樣能良好地工作,以便鏈節可相對于套管作樞轉運
動。

與上述構造和參數一致,根據本發明的鏈節系統和鉸接機構內的鏈節
和套管可根據用途具有任何尺寸和形狀。對于外科手術應用,它們的形式
通常取決于這些因素例如病人年紀、所關注的解剖區域、預期的應用以及
醫生的喜好。如所述,鏈節和套管通常為筒狀,并且可包括供將鏈節連接
至其它鏈節或裝置部件的纜線以及與同鏈節系統一起使用的期望工具或器
械相關聯的另外的纜線、絲線、光纖或其它類似元件通過的通道。通道直
徑通常稍大于纜線直徑而形成滑動配合。此外,鏈節還包括一個或多個用
于接納可附裝的外科器械或診斷工具的元件或供致動它們的纜線通過的通
道。如所述,這些通道可沿鏈節或套管的中心或周邊或任意徑向位置定位。
根據應用,鏈節的直徑通常為大約0.5mm至大約15mm或更大。套管與鏈
節相比趨向于具有大致相當的尺寸,并常常具有較小的直徑。對于內窺鏡
應用,對于小型內窺鏡器械,典型直徑可為大約2mm至大約3mm,對于
中等尺寸的內窺鏡器械,典型直徑為大約5mm至大約7mm,而對于大型
內窺鏡器械,典型直徑為大約10mm至大約15mm。對于導管應用,直徑
可為大約1mm至大約5mm。鏈節和套管的總長度通常根據鏈節之間的期
望彎曲半徑而改變。

對于外科手術應用,鏈節或套管或該鏈節或套管并入其中的機構或裝
置的其它部件可由任何生物相容材料制成,包括但不限于:不銹鋼、鈦、
鉭;和它們的任何合金;以及聚合物例如聚乙烯或其共聚物,聚對苯二甲
酸乙二醇酯或其共聚物、尼龍、硅樹脂、聚亞胺酯、含氟聚合物、聚(氯
乙烯);以及它們的組合。如果希望的話,可在鏈節或套管或其它部件上
設置光滑涂層以便有助于鏈節系統的前進。光滑涂層可包括親水聚合物例
如聚乙烯吡咯烷酮,含氟聚合物例如四氟乙烯,或硅樹脂。還可在一個或
多個鏈節或套管上包含不透射線的標記以便在射線成像時指示鉸接機構或
裝置的位置。通常,將通過熒光檢查來檢測標記。

盡管附圖內已示出的許多鏈節系統具有一定數量的鏈節和套管,但是
這僅是用于說明單個機構或鏈節和套管組件之間的相互關系。根據這些因
素例如鉸接機構的預期使用和期望長度以及運動范圍,可采用任意數量的
鏈節和套管。

如所述,纜線可用于致動本發明的鏈節系統。在這些實施例中,一個
或多個鏈節通過兩條或多條纜線連接到位于遠端的與之對應的鏈節或部
段。每個纜線組可由至少兩條纜線構成。如所述,鏈節的運動由其對應的
纜線組控制,并獨立于任何其它的鏈節。在一些變型中,例如,纜線組將
包括三條纜線。通過使用一組的三條纜線連接到鏈節,能以三個自由度(即
上/下運動、左/右運動,以及旋轉或“滾動”運動)操縱或移動該鏈節,而
獨立于任何其它的鏈節。通過組合多個鏈節,可實現多個自由度,使得鏈
節系統可成形為多種復雜的構型。例如,圖2A內所示的遠端鏈節組106
共具有三個鏈節(122、124、126),其中兩個鏈節(122、124)通過纜線
組(134、135)獨立地連接,從而能以6個自由度運動。在僅使用一組纜
線來操縱鏈節的典型的傳統機構中,不能獲得這種多個自由度。

纜線直徑根據應用而改變,并且可為大約0.15mm至大約3mm。對于
導管應用,典型直徑可為大約0.15mm至大約0.75mm。對于內窺鏡應用,
典型直徑可為大約0.5mm至大約3mm。

纜線柔性可例如因纜線材料的類型和編排方式而改變或因物理或化學
處理而改變。通常,將根據鉸接機構的預期應用的需要而改變纜線剛度或
柔性。纜線可以是由這樣的材料制成的單股或多股線,所述材料包括但不
限于生物相容材料例如鎳鈦合金、不銹鋼或其任何合金、超彈性合金、碳
纖維,聚合物例如聚(氯乙烯)、聚氧乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和其
它聚酯,聚烯烴、聚丙烯,以及它們的共聚物;尼龍;絲(silk);以及它
們的組合,或本領域內已知的其它合適的材料。

纜線可根據本領域內已知的方式固定在鏈節上,例如通過使用粘結劑
或通過硬釬焊、軟釬焊、焊接等,其包括在未決的且共有的美國申請No.
10/444,769中所述的方法,該申請全文結合于此作為參考。在圖5內所示
的實施例中,纜線134通過定位螺絲143固定在鏈節122B上。

本發明的鏈節系統和鉸接機構還可包括間隔鏈節即未通過分離的纜線
組連接的鏈節。這些鏈節用作被動鏈節,它們不能被獨立地致動,但是允
許纜線組通過其中而到達鄰近的主動鏈節。間隔鏈節是在鏈節系統或鉸接
機構內提供額外長度所需要的。另外,在機構的一端包括間隔鏈節使得在
對應的另一端的移動或運動可成比例地縮放。例如,在遠端和近端的成對
鏈節相連接的鉸接機構的近端包括間隔鏈節需要使用者在近端實施更大的
運動以便在遠端實現所期望的運動。這在需要精確、精細的受控運動的情
況下是有利的,例如在如果遠端的移動或運動不能進行這種成比例縮放則
存在使用者不能必要地熟練執行所期望過程的危險的情況下。或者,可在
遠端設置間隔鏈節,在這種情況下遠端的運動程度可成比例地大于近端的
運動程度,這也是特定應用所需要的。除了上文所述之外,移動或運動的
成比例縮放還可通過增加或減小纜線通道定位處與中心軸線的半徑或距離
來實現,下文將對此作進一步說明。

轉到圖1A和1B的實施例,近端和遠端鏈節的構造成使近端鏈節組
104的運動引起在遠端鏈節組106處的放大運動。尤其參照圖4和5,可見
近端鏈節122B、124B和126B通常大于它們的遠端配對鏈節122A、124A
和126A。更重要的是,對于近端鏈節122B、124B和126B而言,纜線通
道(138B)的定位處離對應鏈節的中心軸線的半徑或距離比它們的遠端鏈
節配對物(138A)更大。由于該差,給定的鏈節對在被操作時可產生與該
差成比例的交互(reciprocal)運動。對于任何兩個鏈節對,該差可用當鏈
節相對于它們的未樞轉狀態被操作時所得到的樞轉角度來表示。因此,對
于任意給定的分別具有不同的纜線通道定位半徑R1和R2的鏈節對L1和
L2,并且其中R2>R1,當L1樞轉角度A1時,對應的鏈節L2將產生樞轉角
A2=A1×sin-1(R1/R2)。因此,纜線通道定位半徑的增加或減小可成比例
地增加或減小對應的近端和遠端鏈節系統的彎曲角。這可具有重要的人類
工程學應用,包括由使用者操作的近端的較小的折曲角會導致遠端的較大
的彎曲角或折曲角從而使得遠端可進行放大或增加的運動以布置和/或致
動外科工具或器械的外科手術應用。這具體參照圖1B可見,該圖示出處
于彎曲構型的裝置100的鏈節組104和106。位于遠端鏈節組106的端部
的針驅動器107相對于細長軸112的運動角度大約為90度,并且成比例地
大于位于近端鏈節組104的近端的手柄110相對于該軸的角度,該角度示
出為大約45度。

在圖1和3-6所示的實施例中,手柄110固定在近端鏈節組104的近
端上。在該構型內,手柄本身可用于操縱近端鏈節,從而對應地操縱遠端
鏈節。因此,手柄本身可用于手動操縱和操作遠端針驅動器。在圖8所示
的可選實施例中,針驅動器700包括手柄710,該手柄直接固定在細長軸
712的近端上。近端鏈節組704如前所述地可操作地連接到遠端鏈節組706,
但是相關聯的鏈節纜線的路線設置成使得鏈節組704從手柄本身露出,并
且該鏈節組的最遠端的鏈節固定在手柄上。在該構型內,手柄可操縱或引
導細長軸。然后,近端鏈節組可被獨立地操作以便操縱遠端的針驅動工具
707,這類似于操縱桿。該“操縱桿”構型可增加使用者在某些方向或使用
中的控制。

鏈節系統、鉸接機構以及結合有這種系統或機構的裝置還可包括鎖定
機構。鎖定機構在被致動時可防止一個或多個鏈節或成對的鏈節運動。在
一個方面中,鎖定機構構造成接納連接到并操縱鏈節的纜線(或其它類似
的致動元件),并且在被致動時,限制纜線(或其它類似的致動元件)運
動并由此限制和鎖定對應的相連的鏈節對。在一些變型中,鎖定機構包括
活動的鎖定構件和固定的接觸構件,從而活動的鎖定構件的運動使纜線(或
其它類似的致動元件)與固定的接觸構件相接觸,從而阻止纜線(或其它
類似的致動元件)進一步運動,進而還阻止鏈節的運動。所述的鎖定機構
與文中公開的鏈節和鏈節系統以及其它鏈節系統-包括在未決和共有的美
國申請No.10/444,769內所述的系統,該申請全文結合于此作為參考-以
及其它已知的鏈節系統兼容。

圖9-12示出這樣一種鎖定機構的實施例。具體參照圖11A-11B,鎖定
機構300在殼體305內包括沿軸向對齊的固定套環302和沿軸向對齊的活
動套環304。固定套環302的內表面和活動套環304的外表面為錐形,從
而如圖所示,活動套環304可部分地接納在固定套環302內。銷312從活
動套環304延伸通過殼體305內的狹槽314。杠桿310在樞軸316處樞轉
地連接到殼體305,此時凸輪318與銷312接觸。纜線309和308沿機構
的縱向軸線對齊。纜線還通過固定套環302被接納,然后圍繞活動套環304
的周界布置。在解鎖位置,如圖9B、11B和12B所示,杠桿310處于豎立
位置,大致垂直于機構的軸線。在此位置,在兩個套環之間存在足夠的間
隙以允許纜線自由地移動通過機構,同時在固定套環302和活動套環304
之間的摩擦接觸最小,這在圖12B中更清楚地示出。

在鎖定位置,如圖9A-11A所示,杠桿310向下樞轉直到大致平行于
鎖定機構的中心軸線。該運動導致凸輪318與銷312接合并使銷312和套
環304朝套環302平移。當杠桿處于鎖定位置時,銷接合棘爪(detent)
319而將杠桿保持在鎖定位置。由于套環304這樣朝套環302運動,所以
纜線與套環摩擦接觸并基本上被夾緊在兩個套環之間,從而摩擦地阻止纜
線的進一步運動,還阻止連接到纜線的鏈節的運動。

圖13-18示出根據本發明的鎖定機構的另一個實施例。在此實施例中,
鎖定機構400包括具有接納纜線的通道的殼體402。應理解,殼體還可并
入軸部分或者沿鉸接機構的其它地方。或者,軸部分本身可形成殼體。滑
動件410圍繞殼體402,并可相對于殼體沿軸向移動。殼體420還包括沿
筒體的中心軸線延伸的中心通道408。如將進一步說明的,滑動件沿中心
軸線的方向移動以致動鎖定機構。圖17A和18A分別示出處于解鎖位置的
軸向滑動件機構的俯視圖和截面圖。參照圖18A,殼體包括相對于殼體402
的中心軸線設置在不同位置的兩個鎖定通道414和416。按鈕件418和424
分別設置在鎖定通道414和416內。每個按鈕件包括頭部(421、427),
彈簧(420,426)和纜線接觸件(422,428)。參照按鈕件418,纜線接
觸件422定位在垂直于中心軸線的通道414內并且在纜線432穿過通道436
時接近纜線432。彈簧426具有足夠的膨脹力以保持接觸件422與纜線輕
微地接觸,而頭部421與滑動件410的內側接觸,同時仍允許纜線432以
最小的阻力自由地穿過通道436。按鈕件424類似地安置在通道416內,
并在纜線436穿過通道438時相對于纜線436類似地定向。

如圖18A-18C最清楚地看出,滑動件410包括滑動件的內徑較大以使
得在滑動件和殼體402之間形成空隙的區域,以及滑動件的內徑較小以使
得僅在滑動件和殼體之間具有很小間隙的區域。這些區域沿直線對齊以與
鎖定通道(的位置)重合。當軸向滑動件機構400處于完全解鎖位置(圖
17A和18A)時,滑動件410定位成使得空隙區域與鎖定通道414和416
對齊。在完全解鎖位置,沒有按鈕件對相應的相關聯纜線施加足夠的力以
摩擦地阻止纜線的運動。因此纜線(432、434)可在它們各自的通過通道
(436、438)內自由移動,從而引起任何相連接的鏈節系統(未示出)的
相應運動。

通過沿鎖定機構400的軸線移動滑動件410來致動鎖定機構400。圖
17B和18B示出機構400處于部分鎖定位置,其中纜線434被鎖定而纜線
432還可自由移動。參照圖18B,可以看到滑動件410已被定位成使得最
小間隙區域與鎖定通道416重合。結果,滑動件沿鎖定通道416向按鈕件
424的頭部427施加增加的徑向力,該徑向力可克服彈簧426的膨脹力,
使得纜線接觸件428以增加的力按壓在纜線434上并發生與通道438的內
壁的摩擦接觸。纜線434的進一步平移被阻止,連接到纜線434的鏈節(未
示出)的任何進一步運動也同樣被阻止。但是,在該相同構造中,滑動件
410仍具有與鎖定通道414重合的空隙區域,從而纜線432仍可在通過通
道436內自由平移,由此與纜線432相關聯的鏈節保持為可運動。最終結
果是,纜線434的平移運動摩擦地阻止,但是纜線432的運動未受阻止,
從而部分地鎖定相關聯的鏈節系統(未示出)。

圖17C和18C示出處于完全鎖定位置的鎖定機構400。參照圖18C,
滑動件410定位成最小間隙區域與鎖定通道414和416都重合,從而兩個
纜線接觸件(422,428)和按鈕件(418,424)被按壓在它們對應的纜線
(432,434)上,使得纜線與它們對應的通過通道(436、438)的內壁摩
擦接觸,從而摩擦地阻止纜線和任何相關聯的鏈節的平移運動。從該實施
例可理解,通過分離的纜線組連接的不同鏈節或鏈節對可具有與每組纜線
相關聯的鎖定通道,這些通道圍繞沿殼體軸線的指定位置沿徑向定向。當
滑動件相對于殼體沿軸向移動時,這些鏈節或鏈節對可被依次鎖定或解鎖。
例如在希望將鏈節系統的一部分鎖定就位而其它部分仍保持自由以便可進
一步操縱、引導、導向或致動遠端工具或器械的情況下,能夠依次鎖定或
解鎖相連的鏈節或鏈節對的能力是有利的。此外,無需限制鏈節組的所有
纜線來有效地鎖定相連的鏈節對。例如,對于具有三條纜線的纜線組,僅
需要限制兩條纜線以便進行有效鎖定。

圖19-20內示出根據本發明的鎖定機構的另一個實施例。鎖定機構500
包括被共軸的鎖定環510和512所圍繞的筒狀殼體502。鎖定環510和512
可圍繞殼體502旋轉,并且其作用與圖13-18的實施例中的滑動件410類
似。當鎖定環510和512旋轉到指定位置時,接納通過殼體502的一條或
多條纜線的移動被阻止。另外,殼體本身可集成于鉸接機構的軸部分或沿
該機構的其它地方,或者軸部分本身可形成殼體。

圖20A和20B示出相對于纜線519、521、423處于解鎖(圖20A)和
鎖定(圖20B)構型的鎖定機構500。殼體502被同軸的鎖定環510所圍
繞。鎖定環510的內側以及該筒體的外周不具有均勻的匹配直徑,而是具
有漸縮(tapered)空隙部分,在兩個漸縮空隙部分之間散置有最小間隙部
分。筒體502包括圍繞筒體502沿徑向設置在不同位置的三個鎖定通道
518、520和522。每個鎖定通道(518、520、522)與穿過接納相關聯的纜
線(519、521、523)的通道的纜線相關聯。應理解,剩余的所示的纜線將
與沿該殼體位于不同軸向位置的鎖定環和鎖定通道相關聯。與圖13-18的
實施例中的那些按鈕件類似,這里的按鈕件具有類似構造并且位于它們對
應的通道內,其中每個按鈕件(526、534、540)具有頭部(527、535、541)、
彈簧(528、532、538)以及纜線接觸件(529、533、539)。還參照圖20A,
當鎖定機構處于解鎖構型時,鎖定環510定位成使每個按鈕件(526、534、
540)都與空隙區域對齊,從而按鈕都沒有被足夠大的力壓下以使相關聯的
纜線(519、521、523)與它們相應的通過通道的內壁摩擦接觸,以便阻止
纜線移動。因此,在該解鎖位置,纜線(519、521、523)可自由地平移通
過筒體502。

圖20B示出通過圍繞筒體502旋轉鎖定環510而使該機構運動到鎖定
構型。當鎖定環510被旋轉到鎖定構型時,每個按鈕(526、534、540)都
與鎖定環510和筒體502之間的最小間隙區域重合。與圖13-19內的實施
例相類似,這也類似地導致每個按鈕(526、534、540)被克服相關聯的彈
簧件(528、532、538)的足夠大的力壓進鎖定通道內,并將它們的相關聯
的纜線接觸件(529、533、539)沿徑向推動壓靠在它們的相關聯纜線(519、
521、523)上,使相關聯的纜線與它們的相關聯的通過通道的內壁摩擦接
觸。這樣,摩擦地阻止纜線(519、521、523)進一步平移通過筒體502,
從而將纜線以及與纜線相連接的任何鏈節鎖定就位。從該實施例可理解,
通過分離的纜線組連接的不同的鏈節或鏈節對也可具有與每組纜線相關聯
的鎖定通道,這些通道圍繞沿與單個鎖定環相關聯的筒體的指定位置沿徑
向定向。因此可獨立地鎖定或解鎖這些鏈節或鏈節對中的每一個。能夠獨
立地鎖定或解鎖相連的鏈節或鏈節對的能力可具有許多優點,包括如前文
所述的希望將鏈節系統的一部分鎖定就位而其它部分仍保持自由以便可進
一步操縱、引導、導向或致動遠端工具或器械的情況。

根據用途,鎖定機構可以為任何尺寸和形狀,但是它們的尺寸和形狀
通常與任何相關聯的鏈節系統、鉸接機構或結合有這種系統或鉸接機構的
裝置類似。類似于鏈節系統本身,鎖定機構通常但非必須地為筒狀,并且
可包括供將鎖定機構連接至裝置的其它部件的纜線以及與同該鎖定機構一
起使用的期望工具或器械相關聯的另外的纜線、絲線、光纖或其它類似元
件通過的通道。在包括纜線的鎖定機構的實施例中,纜線通道直徑通常稍
大于纜線直徑而形成滑動配合。此外,鎖定機構還可包括一個或多個用于
接納可附裝的外科器械或診斷工具的元件或供致動它們的纜線通過的通
道。

在一些實施例中,鎖定機構可設置在鏈節系統或鉸接機構的一端。在
另外的實施例中,鎖定機構可設置在外科器械的近端或遠端的任何位置處。
盡管附圖內示出的多種鎖定機構具有一定的構型和一定數量的部件,但是
這僅用于說明部件之間的相互關系。根據這些因素例如鎖定機構的預期使
用,可采用任何數量的部件。

本發明還包括用于提供各種鏈節系統、鉸接機構、鎖定機構以及相關
聯的附件的成套工具。例如,可提供包含具有不同長度、不同部段直徑的
鏈節系統和鉸接機構,和/或不同類型的工具或器械的成套工具。成套工具
可任選地包含不同類型的鎖定機構。成套工具還可針對特定應用而進行進
一步定制。例如,用于外科手術應用的成套工具可構造成用于例如內窺鏡
檢查、回縮或導管安置和/或用于特定的病人群體例如兒童或成人。

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