專利名稱：用于遠程操縱外科或診斷工具的鏈節(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鏈節(jié)(link)系統(tǒng)及其應(yīng)用，包括手術(shù)或診斷器械和工具的遠程引導(dǎo)和操縱。
背景技術(shù)：
能夠容易地遠程操縱、引導(dǎo)和/或操作器械和工具的能力在許多工業(yè)和應(yīng)用中是有意義的，尤其是在希望將器械或工具導(dǎo)引到不易于用手導(dǎo)引或者會存在風(fēng)險或危險的工作空間內(nèi)的情況下。這些可包括應(yīng)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(shù)過程，或機器的制造或修理，乃至商業(yè)和家庭使用。其它情況例如可包括工作環(huán)境對于使用者而言是危險的工業(yè)應(yīng)用，例如工作空間暴露在危險的化學(xué)物質(zhì)下。其它情況還可例如包括使用者會有危險的法律執(zhí)行或軍事應(yīng)用，例如將工具或器械部署在危險或敵對位置。
以外科手術(shù)過程作為說明性示例，過程例如內(nèi)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(nèi)操縱或朝該目標器官或組織操縱的器械。內(nèi)窺鏡檢查過程的示例包括乙狀結(jié)腸鏡檢查、結(jié)腸鏡檢查、食管胃十二指腸鏡檢查和支氣管鏡檢查。傳統(tǒng)上，內(nèi)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?？赏ㄟ^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(jié)腸內(nèi))，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(jù)解剖標志安置套針工作口(port)。工作口的數(shù)量通常根據(jù)預(yù)期過程以及要獲得令人滿意的組織松動(mobilization)以及手術(shù)區(qū)暴露所需的器械的數(shù)量而改變。盡管腹腔鏡手術(shù)存在許多好處，例如術(shù)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(xiàn)最優(yōu)的器官回縮(retraction)以及獲得傳統(tǒng)器械的最佳可操作性。在某些情況下，這些缺陷會導(dǎo)致手術(shù)時間增加或者不精確地放置組件例如縫合器和縫合線?？刹倏v的導(dǎo)管對于診斷和治療應(yīng)用也是公知的。類似于內(nèi)窺鏡，這種導(dǎo)管包括可在一般受限的運動范圍內(nèi)被指引的端部以導(dǎo)引病人的脈管系統(tǒng)。
已經(jīng)進行了許多嘗試來設(shè)計具有改進的可操縱性的內(nèi)窺鏡和導(dǎo)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(nèi)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(zhuǎn)小齒輪(Sato)、操作旋鈕(Ailinger等)、可操縱臂(Alotta等)或通過滑輪機構(gòu)(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(dǎo)管，該導(dǎo)管具有四條在導(dǎo)管的壁內(nèi)延伸的絲線。每條絲線終止于導(dǎo)管的不同部分。絲線的近端從導(dǎo)管松散地延伸出來從而醫(yī)生可以拉動它們。醫(yī)生能夠通過選擇性地拉緊絲線而使導(dǎo)管成一定形狀并從而操縱導(dǎo)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(gòu)的使用還比較麻煩，例如在Boury等的導(dǎo)管中，必須單獨拉動每條絲線以使導(dǎo)管成一定形狀。此外，在例如使用旋鈕和滑輪機構(gòu)的內(nèi)窺鏡和可操縱導(dǎo)管的情況下，需要進行大量訓(xùn)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(dǎo)引復(fù)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(xiàn)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(nèi)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(gòu)是有利的。這種裝置在許多工業(yè)領(lǐng)域中在引導(dǎo)、操縱和/或操作器械和工具方面會有廣泛應(yīng)用。這種裝置本身還具有娛樂、消遣和教育價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(gòu)、鏈節(jié)系統(tǒng)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(nèi)窺鏡、導(dǎo)管、多普勒流量計、麥克風(fēng)、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(yīng)用中的其它器械或工具包括但不限于抓緊器、驅(qū)動器、動力工具、焊接器、磁體、光學(xué)透鏡和觀察器、電動工具、音頻/視頻工具、激光器、監(jiān)視器等。根據(jù)應(yīng)用，可以想到本發(fā)明的鉸接機構(gòu)、鏈節(jié)系統(tǒng)和其它部件可容易地調(diào)整以適應(yīng)多個器械和工具的結(jié)合或適應(yīng)它們的變型。鏈節(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)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(fā)明的一個方面中，提供一種包括多個鏈節(jié)的鏈節(jié)系統(tǒng)，其中至少兩個相鄰的鏈節(jié)可圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)。在一些變型中，相鄰的鏈節(jié)具有相對的表面，每個表面具有沿軸向?qū)R的凸起部或凹部。在這些變型中，鏈節(jié)系統(tǒng)還包括設(shè)置在至少兩個相鄰鏈節(jié)之間的套管，該套管與所述至少兩個相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部或凹部相接觸。該套管可包括構(gòu)造成接納相鄰鏈節(jié)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(jié)的凸起部或凹部是半球形。這種鏈節(jié)系統(tǒng)可并入或以其它方式形成根據(jù)本發(fā)明的鉸接機構(gòu)的部件。
在本發(fā)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(gòu)。該鉸接機構(gòu)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(jié)系統(tǒng)。在一個變型內(nèi)，提供一種包括多對鏈節(jié)的鉸接機構(gòu)，每個鏈節(jié)都相對于該對中的另一個鏈節(jié)保持間隔開。至少兩個相鄰的鏈節(jié)可圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)。在一些變型內(nèi)，相鄰的鏈節(jié)具有相對的表面，每個表面具有沿軸向?qū)R的凸起部或凹部，并且所述相鄰鏈節(jié)被置于它們之間的套管分隔開。該鉸接機構(gòu)還包括多組纜線，每組纜線將分離的一對鏈節(jié)相互連接，使得一對中的一個鏈節(jié)的運動可引起該對中的另一個鏈節(jié)的對應(yīng)的相關(guān)運動(relative movement)。在一些變型內(nèi)，鏈節(jié)設(shè)計成減小或消除相鄰鏈節(jié)之間的過度的纜線松弛或張緊。
在本發(fā)明的又一個方面中，提供一種可并入鉸接機構(gòu)的鎖定機構(gòu)。該機構(gòu)構(gòu)造成接納一條或多條在遠端連接到一個或多個鏈節(jié)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(yīng)的鏈節(jié)本身的運動。在鎖定機構(gòu)的一個實施例中，該機構(gòu)構(gòu)造成使得每條纜線能夠從活動的鎖定構(gòu)件和固定的接觸構(gòu)件之間通過?；顒拥逆i定構(gòu)件的運動可使一條或多條纜線接觸所述固定的接觸構(gòu)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(gòu)可包括一個或多個垂直于該鎖定機構(gòu)的中心軸線設(shè)置的鎖定通道。在機構(gòu)殼體內(nèi)的一個或多個鎖定通道中的每一個內(nèi)都設(shè)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(guān)聯(lián)。在鎖定通道內(nèi)壓下按鈕件使得相關(guān)聯(lián)的通過通道內(nèi)的纜線(或其它致動元件)與筒體發(fā)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(gòu)包括具有沿軸向?qū)R的固定和活動套環(huán)的雙套環(huán)機構(gòu)。一個或多個纜線組(或其它致動元件)通過一個套環(huán)并圍繞另一個套環(huán)的周界?；顒犹篆h(huán)朝固定套環(huán)的軸向運動使得纜線與兩個套環(huán)接觸，從而摩擦地阻止纜線的運動。
在本發(fā)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(jié)的外科裝置。一細長軸位于所述多個鏈節(jié)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(jié)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(jié)的運動。此外，至少兩個相鄰的鏈節(jié)可圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)。在一些變型內(nèi)，至少兩個相鄰鏈節(jié)具有相對的表面，這些表面具有沿軸向?qū)R的凸起部和/或凹部，并且所述相鄰鏈節(jié)被設(shè)置在它們之間的套管分隔開。所述套管與相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部或凹部相接觸。
在本發(fā)明的其它方面中，工具或器械可附裝到鏈節(jié)系統(tǒng)和/或鉸接機構(gòu)并從鏈節(jié)系統(tǒng)和/或鉸接機構(gòu)延伸出，或者鏈節(jié)系統(tǒng)和/或鉸接機構(gòu)可結(jié)合在這種器械或工具中。在外科手術(shù)應(yīng)用的情況下，外科或診斷工具的示例包括但不限于內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管、多普勒流量計、麥克風(fēng)、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(yīng)用，同樣可想到許多工具或器械，包括但不限于抓緊器、驅(qū)動器、動力工具、焊接器、磁體、光學(xué)透鏡和觀察器、光源、電動工具、音頻/視頻工具、激光器、監(jiān)視器等。工具或器械的類型、附裝方法和位置以及應(yīng)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(yīng)內(nèi)容，該申請全文結(jié)合于此作為參考。


圖1A示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的外科針驅(qū)動器裝置的透視圖，其具有近端和遠端的鉸接鏈節(jié)系統(tǒng)；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(jié)系統(tǒng)相類似的鏈節(jié)系統(tǒng)的放大透視圖，其中包括沿軸向?qū)R的相對的凸起部的相鄰鏈節(jié)被設(shè)置在所述凸起部之間的套管分隔開；圖2B示出圖2A的鏈節(jié)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2C示出圖2A所示的鏈節(jié)系統(tǒng)沿由線K-K表示的平面的剖視圖；圖2D示出處于彎曲構(gòu)型的圖2A的鏈節(jié)系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2E和2F分別示出與圖2A的鏈節(jié)系統(tǒng)類似的鏈節(jié)系統(tǒng)的直的和彎曲的(構(gòu)型的)剖視圖；圖3A示出部分省略的圖1所示裝置的放大側(cè)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(qū)域A指示的遠端工具和鏈節(jié)組件的詳細剖視圖；圖5示出圖3B所示實施例的由區(qū)域B指示的近端鏈節(jié)-手柄組件的詳細剖視圖；圖6A和6B分別示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的鏈節(jié)系統(tǒng)的直的和彎曲的(構(gòu)型的)剖視圖，其中包括沿軸向?qū)R的相對的凹口的相鄰鏈節(jié)被設(shè)置在所述凹口之間的套管分隔開；圖7A和7B分別示出根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的鏈節(jié)系統(tǒng)的直的和彎曲的(構(gòu)型的)剖視圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的外科針驅(qū)動器件的透視圖，其中遠端鏈節(jié)的位置有所改變；圖9A和9B示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的鏈節(jié)鎖定機構(gòu)分別處于鎖定位置(9A)和解鎖位置(9B)的側(cè)視圖；圖10A示出圖9A的鎖定機構(gòu)的俯視圖；圖11A和11B示出圖9A的鎖定機構(gòu)的剖視圖；圖12A和12B示出分別用區(qū)域C和D指示的圖9A和9B的鎖定機構(gòu)的放大剖視圖；圖13示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的鎖定機構(gòu)的透視圖；圖14示出圖13的鎖定機構(gòu)的側(cè)視圖；圖15示出圖13的鎖定機構(gòu)的俯視圖；圖16示出圖13的鎖定機構(gòu)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(gòu)的俯視圖；圖18A-18C分別示出圖17A-C所示的鎖定機構(gòu)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(jù)本發(fā)明另一個實施例的鏈節(jié)鎖定機構(gòu)的透視圖；圖20A和20B示出分別處于鎖定構(gòu)型(20B)和解鎖構(gòu)型(20A)的圖19的機構(gòu)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(gòu)造為中性纜線偏置(neutral cable bias)的根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的鏈節(jié)系統(tǒng)的直的和彎曲的(構(gòu)型的)剖視圖；圖22A和22B分別示出構(gòu)造為負的纜線偏置的根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的鏈節(jié)系統(tǒng)的直的和彎曲的(構(gòu)型的)剖視圖；圖23A和23B分別示出構(gòu)造為正的纜線偏置的根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的鏈節(jié)系統(tǒng)的直的和彎曲的(構(gòu)型的)剖視圖。
具體實施例方式
如文中的更詳細說明，提供了可形成或并入或構(gòu)成多種裝置的鉸接鏈節(jié)系統(tǒng)和機構(gòu)。鏈節(jié)系統(tǒng)可由各個鏈節(jié)的組合形成。根據(jù)本發(fā)明的鉸接機構(gòu)通常包括多對鏈節(jié)和至少一組連接至少一對分離的鏈節(jié)的纜線。文中使用的術(shù)語“鏈節(jié)”是指鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)的分離部分，該分離部分能夠相對于該系統(tǒng)或機構(gòu)的另一個分離部分運動。在一些實施例中，鏈節(jié)可對應(yīng)于位于機構(gòu)的相對端的另一個分離部分或限定區(qū)域。鏈節(jié)通常為筒狀，但并非必須如此。鏈節(jié)通常沿機構(gòu)的縱向軸線對齊。在一些實施例中，鏈節(jié)系統(tǒng)可包括多個鏈節(jié)，至少兩個鏈節(jié)通過套管分隔開。
鏈節(jié)系統(tǒng)可形成或并入多種鉸接機構(gòu)。在許多實施例中，根據(jù)本發(fā)明的鉸接機構(gòu)一般包括多對鏈節(jié)和多組纜線。在另外的實施例中，鉸接機構(gòu)包括多個鏈節(jié)或部段，它們都是分離的成對構(gòu)件。鏈節(jié)形成近端和遠端，而每對中的一個鏈節(jié)位于在近端的鏈節(jié)系統(tǒng)內(nèi)，而該鏈節(jié)對中的另一個鏈節(jié)位于在遠端的鏈節(jié)系統(tǒng)內(nèi)。
在這種鉸接機構(gòu)中，每個纜線組使鉸接機構(gòu)中分離的一對鏈節(jié)相互連接，使得一對鏈節(jié)中的一個鏈節(jié)的運動引起該對中的另一個鏈節(jié)的相應(yīng)運動。如文中所用，術(shù)語“主動(active)鏈節(jié)”或“主動鏈節(jié)對”是指通過纜線組直接相連的鏈節(jié)。術(shù)語“間隔(spacer)鏈節(jié)”或“間隔鏈節(jié)對”是指不通過纜線組直接相連的鏈節(jié)。但是，間隔鏈節(jié)可設(shè)置在主動鏈節(jié)之間，并為連接主動鏈節(jié)的纜線組提供通路。能夠操作主動鏈節(jié)對的能力使得機構(gòu)可容易地形成復(fù)雜的三維構(gòu)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(jié)的纜線組或絲線的傳統(tǒng)鉸接裝置，難以實現(xiàn)這種復(fù)雜的幾何形狀，這是因為這種裝置通常設(shè)計成使操縱纜線或絲線穿過每個鏈節(jié)并終止于最遠端的鏈節(jié)處。因此，所有部段協(xié)同響應(yīng)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(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)可例如結(jié)合在用于將手術(shù)或診斷器械和工具引導(dǎo)和操縱到病人身體區(qū)域內(nèi)的目標位置的裝置中。該裝置能夠以其自然的、直的構(gòu)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(jié)系統(tǒng)形成鉸接機構(gòu)的一部分或幾部分。機構(gòu)近端的運動導(dǎo)致遠端處的運動。此外，所引起的遠端的定向運動可根據(jù)近端相對于遠端的旋轉(zhuǎn)程度而被反向、鏡像或產(chǎn)生別的結(jié)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(shè)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(nèi)的機構(gòu)遠端的形狀和定向運動?？蛇x擇地，遠端鏈節(jié)的控制或致動可通過更傳統(tǒng)的操縱鏈節(jié)致動纜線的方法例如通過使用旋鈕和滑輪系統(tǒng)等來實現(xiàn)。
除了形成復(fù)雜構(gòu)型之外，本發(fā)明還允許通過限制被操作的主動鏈節(jié)并允許這樣的鏈節(jié)抵抗由橫向施加的力導(dǎo)致的運動來增加機構(gòu)的剛性。如果在操作給定的鏈節(jié)對以獲得期望形狀并將該對的一個鏈節(jié)固定成該期望形狀時，該對的另一個鏈節(jié)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(jié)對被完全限制。對于以三個自由度自由運動的鏈節(jié)，至少需要三條纜線來完全限制該鏈節(jié)。而傳統(tǒng)的鉸接裝置并不總是如此。間隔鏈節(jié)不會這樣被限制，并且在希望被致動機構(gòu)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(jié)是有利的。
術(shù)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(xiàn)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(qū)域內(nèi)的外科或診斷工具和器械的遠程引導(dǎo)、操作和/或致動的范圍內(nèi)對本發(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)進行說明。如前所述，還可想到鏈節(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)的除了外科或診斷應(yīng)用之外的其它應(yīng)用，并且這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。通常，任何這種應(yīng)用包括希望將器械或工具導(dǎo)引到不易于用手導(dǎo)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(yè)應(yīng)用，例如用于將工具、探針、傳感器等導(dǎo)引到受限的空間內(nèi)，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(yīng)用目標位置難以到達的商業(yè)或家用情況。其它情況可包括例如工作環(huán)境對于使用者而言是危險的工業(yè)應(yīng)用，例如工作空間暴露在危險化學(xué)物質(zhì)中。其它情況還可包括例如使用者會有危險的法律執(zhí)行或軍事應(yīng)用，例如將工具或器械部署在危險的或敵對的位置。其它應(yīng)用還包括僅希望對復(fù)雜幾何形狀進行遠程操縱的應(yīng)用。這些應(yīng)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(fā)明的結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的鉸接機構(gòu)和鏈節(jié)系統(tǒng)的一個實施例。如圖1A所示，針驅(qū)動器100包括具有被細長軸102隔開的近端鏈節(jié)組104和對應(yīng)的遠端鏈節(jié)組106的鉸接機構(gòu)102，所述細長軸保持近端和遠端鏈節(jié)組處于分隔開的關(guān)系，并且還形成用于使針驅(qū)動器前進的工作軸。具有抓緊夾爪108、109的針驅(qū)動工具107附裝在遠端鏈節(jié)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(jié)組104的近端。盡管該實施例結(jié)合有針驅(qū)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(fēng)、內(nèi)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(yīng)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(jié)組104和106包括對應(yīng)的成對的鏈節(jié)，即近端鏈節(jié)組104內(nèi)的每個單獨的鏈節(jié)與遠端鏈節(jié)組106內(nèi)的單獨鏈節(jié)成對以形成一系列分離的對。遠端鏈節(jié)組106包括鏈節(jié)122A、124A和126A，而近端鏈節(jié)組104包括鏈節(jié)122B、124B和126B。鏈節(jié)122A和122B、124A和124B以及126A和126B均為分離的鏈節(jié)對。近端鏈節(jié)(122B、124B和125B)通過纜線組134、135連接到遠端鏈節(jié)(122A、124A和126A)，使得近端鏈節(jié)組104內(nèi)的近端鏈節(jié)的運動引起遠端鏈節(jié)組106的對應(yīng)的相關(guān)運動。具體地，鏈節(jié)122A和122B通過纜線134連接，鏈節(jié)124A和124B通過纜線135連接，而鏈節(jié)126A和126B固定在細長軸112上。因此，鏈節(jié)122A和122B以及鏈節(jié)124A和124B形成主動鏈節(jié)對。一般而言，使用一組或多組纜線來連接根據(jù)本發(fā)明的變化實施例的鉸接機構(gòu)的主動鏈節(jié)對。如前所述，在鉸接機構(gòu)的一端的每個主動鏈節(jié)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(yīng)的鏈節(jié)。如所述，一個主動鏈節(jié)對的運動由其相應(yīng)的纜線組控制，并獨立于任意其它的主動鏈節(jié)對。
圖2A-D更詳細地示出類似于與裝置100分隔開的鏈節(jié)組106的鏈節(jié)組。如圖可見，相鄰的鏈節(jié)122和124被套管130分隔開，而相鄰的鏈節(jié)124和126被套管132分隔開。從圖2C中更清楚地看到，每個鏈節(jié)沿鏈節(jié)組的縱向軸線X1對齊，相鄰的鏈節(jié)122和124以及相鄰的鏈節(jié)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(jié)122、124和126的凸起部的相對的凹部(131、133、137、139)。鏈節(jié)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(jié)122和124。纜線通道偏離鏈節(jié)的中心軸線，使得當(dāng)向一條或多條纜線施加張力時，鏈節(jié)122、124和126的凸起部可在每個套管(130和132)的對應(yīng)凹部內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使每個鏈節(jié)圍繞樞轉(zhuǎn)點樞轉(zhuǎn)，并允許鏈節(jié)組作為一個整體彎曲，如圖2D中可更清楚地示出。每個鏈節(jié)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(jié)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(qū)動工具(107)。中心通道通常還為與同本發(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)一起使用的任意期望工具或器械相關(guān)聯(lián)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(jié)和套管能彼此相對樞轉(zhuǎn)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(jié)和套管之間的所期望的相對樞轉(zhuǎn)程度相稱。盡管由于上述原因設(shè)置中心通道是有利的，但是可理解，鏈節(jié)和套管也可不具有這樣的通道，并且對與本發(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)相關(guān)聯(lián)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(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)的周邊-穿過而實現(xiàn)。
轉(zhuǎn)到圖3A-5，上述裝置100包括設(shè)置在近端鏈節(jié)組104和遠端鏈節(jié)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(jié)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(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)一起使用的任意期望工具或器械相關(guān)聯(lián)的纜線、絲線、光纖或其它類似元件提供通道。
驅(qū)動器100的手柄110是傳統(tǒng)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(zhuǎn)臂152，臂151通過套環(huán)153固定在近端鏈節(jié)122B上，套環(huán)153與鏈節(jié)122B的互補轂部(reciprocal hub)相接合。樞轉(zhuǎn)臂152在樞軸150處可樞轉(zhuǎn)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(dǎo)槽149內(nèi)并且可在該導(dǎo)槽內(nèi)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(dāng)手柄110被致動時，臂152圍繞樞轉(zhuǎn)點150樞轉(zhuǎn)，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(qū)動器107類似地通過套環(huán)153固定在遠端鏈節(jié)122A上，該套環(huán)與鏈節(jié)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(zhuǎn)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(shè)置并設(shè)置在纜線連接器154和遠端鏈節(jié)122A之間，使纜線保持張緊并使夾爪109處于打開位置。針驅(qū)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(zhuǎn)到緊靠夾爪108的閉合位置。
在本發(fā)明的不同實施例中，鏈節(jié)組或鏈節(jié)系統(tǒng)設(shè)計成根據(jù)每個鏈節(jié)和套管的構(gòu)造而具有“中性纜線偏置”。當(dāng)鏈節(jié)系統(tǒng)由于纜線沿鏈節(jié)的一側(cè)施加的致動力而彎曲時，穿過鏈節(jié)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(dāng)鏈節(jié)被鉸連時產(chǎn)生或增加纜線張緊的鏈節(jié)系統(tǒng)被稱作具有“正偏置”?；蛘?，當(dāng)鏈節(jié)被鉸連時導(dǎo)致纜線張緊減小或松弛的鏈節(jié)系統(tǒng)被稱作具有“負偏置”。使纜線張緊和纜線松弛最小的鏈節(jié)系統(tǒng)被稱作具有“中性偏置”。結(jié)合了具有中性纜線偏置的鏈節(jié)系統(tǒng)的機構(gòu)通?？稍谝欢ǖ倪\動范圍上保持其形狀，并可抵抗向該機構(gòu)施加的會損害形狀精度的反作用力，因此通常在大多數(shù)情況下是優(yōu)選的。但是，根據(jù)應(yīng)用，負的或正的偏置或影響可以是有利的。例如，在一些應(yīng)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(jié)的剛性，并限制它們對于沿鏈節(jié)施加的反作用力的抵抗力。期望獲得此效應(yīng)的示例包括導(dǎo)引鏈節(jié)通過或圍繞敏感或脆弱的解剖結(jié)構(gòu)的情況。在其它應(yīng)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(jié)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(jié)的進一步彎曲或鉸接的抵抗力。期望獲得此效應(yīng)的示例包括預(yù)防鏈節(jié)系統(tǒng)的過大彎曲或“過度彎曲”比較重要的應(yīng)用。
參照圖2A-2D，鏈節(jié)組106內(nèi)的鏈節(jié)和套管的特定構(gòu)造實現(xiàn)了中性纜線偏置。在該實施例中對于實現(xiàn)中性纜線偏置而言很重要的是每個鏈節(jié)-套管-鏈節(jié)組件之間的樞轉(zhuǎn)點的設(shè)置和位置。鏈節(jié)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(jié)之間形成樞轉(zhuǎn)點P。樞轉(zhuǎn)點位于鏈節(jié)組的中心軸線X與由每個鏈節(jié)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(guān)聯(lián)。這可參照圖2E和2F更清楚地看到，圖中示出與圖2A-2D內(nèi)所示的構(gòu)造類似的鏈節(jié)-套管-鏈節(jié)組件。此處，鏈節(jié)122c和124c同樣被套管130c分隔開。鏈節(jié)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(gòu)造也在兩個鏈節(jié)之間形成樞轉(zhuǎn)點P1、P2，這些樞轉(zhuǎn)點位于軸線X與由每個鏈節(jié)的軸向面120c限定的平面的交點處。另外，鏈節(jié)具有相同的總直徑，對應(yīng)的纜線通道具有相同的半徑或與鏈節(jié)中心的距離，以及相同的相鄰鏈節(jié)之間的距離或間隙，所述距離或間隙由置于鏈節(jié)之間的套管保持。
當(dāng)鏈節(jié)被操縱到期望位置或構(gòu)型時，鏈節(jié)-套管-鏈節(jié)組件的每個鏈節(jié)圍繞其相應(yīng)的樞轉(zhuǎn)點樞轉(zhuǎn)，使得任意兩個相鄰的鏈節(jié)圍繞雙樞轉(zhuǎn)點相互接近或遠離地樞轉(zhuǎn)。此外，由于任意給定鏈節(jié)的這種雙樞轉(zhuǎn)行為，給定纜線通道出口點朝相鄰鏈節(jié)上的與之對應(yīng)的纜線通道出口點運動的距離等于該鏈節(jié)的相對側(cè)上的相對纜線通道出口點運動遠離相鄰鏈節(jié)上的與之對應(yīng)的纜線通道出口點的距離。但是，不管鏈節(jié)是否樞轉(zhuǎn)，對應(yīng)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(dāng)這種組合距離不相等時，纜線松弛或張緊會增加。具體地，當(dāng)鏈節(jié)樞轉(zhuǎn)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(dāng)樞轉(zhuǎn)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(xiàn)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(jié)組件(610，640，670)。每個鏈節(jié)組件(610，640，670)包括兩個相鄰的鏈節(jié)(622和624，652和654以及682和684)，并且在這兩個鏈節(jié)之間插有套管(630，660，690)。與上述實施例類似，鏈節(jié)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(jié)組件610的構(gòu)造與圖2E和2F內(nèi)所示的組件類似，并且可實現(xiàn)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(nèi)。和圖2A-2F的組件一樣，該構(gòu)造也形成樞轉(zhuǎn)點P3和P4，這些樞轉(zhuǎn)點位于軸線X1與由兩個鏈節(jié)(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(coincidewith)。如圖所示，鏈節(jié)622的出口點627和629位于鏈節(jié)622的相對側(cè)上，并且在組件處于直的、未彎曲位置(圖21A)時與相鄰鏈節(jié)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(nèi)用G1表示。當(dāng)組件彎曲(圖21B)時，對應(yīng)的出口點之間的相對距離改變，如圖21B內(nèi)的距離H1和K1所示。但是，對于如上所述地定位的樞轉(zhuǎn)位置P3和P4，當(dāng)鏈節(jié)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(nèi)所示的鏈節(jié)組件640設(shè)計成實現(xiàn)負的纜線偏置，以便在鉸接時增加纜線松弛。除了鏈節(jié)652和654具有從鏈節(jié)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(jié)和套管與圖21A-21B內(nèi)的相同。結(jié)果，形成樞轉(zhuǎn)點P5和P6，這些樞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)點沿靠近套管660的方向與軸向面偏離一距離y2。在該構(gòu)型中，當(dāng)樞轉(zhuǎn)時相對的纜線通道出口點之間的組合距離不等于當(dāng)鏈節(jié)處于直的、未彎曲位置時相應(yīng)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(tǒng)內(nèi)引入纜線松弛。這可由等式G1+G1＝H2+K2+Δ2表示，其中引入系統(tǒng)中的纜線松弛的程度與值Δ2相關(guān)。
相反地，鏈節(jié)組件670(圖23A-23B)設(shè)計成實現(xiàn)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(jié)和套管與圖21A-21B內(nèi)的相同，但是鏈節(jié)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(zhuǎn)點P7和P8，這些樞轉(zhuǎn)點從由鏈節(jié)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(zhuǎn)點同樣沒有與對應(yīng)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(dāng)樞轉(zhuǎn)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(yīng)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(tǒng)內(nèi)引入纜線張緊。這可由等式G3+G3＝H3+K3-Δ3表示，其中引入系統(tǒng)中的纜線張緊的程度同樣與值Δ3相關(guān)。
中性的、負的和正的纜線偏置還可由多種其它的鏈節(jié)系統(tǒng)構(gòu)造來實現(xiàn)。作為示例而非限制，圖6A和6B內(nèi)所示的變型示出一種可選構(gòu)型的鏈節(jié)-套管-鏈節(jié)組件，其可實現(xiàn)與圖2A-2D、2E-2F以及21A-21B的鏈節(jié)類似的纜線通道出口點的雙樞轉(zhuǎn)和等距運動，并且也會導(dǎo)致中性纜線偏置。鏈節(jié)系統(tǒng)200包括由套管210分隔開的相對的相鄰鏈節(jié)202和204。相鄰的鏈節(jié)202和204均具有沿軸向?qū)R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(jié)202和204的凹部203和205的截頭半球形凸起部211、213。鏈節(jié)系統(tǒng)具有兩個樞轉(zhuǎn)點P9和P10，這些樞轉(zhuǎn)點位于鏈節(jié)系統(tǒng)的中心軸線X2與分別由鏈節(jié)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(guān)聯(lián)。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(jié)202和204的中心通道216、218的直徑，以便當(dāng)鏈節(jié)樞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)點位置的偏離，可實現(xiàn)正的或負的偏置。
圖7A和7B內(nèi)示出同樣可實現(xiàn)中性纜線偏置的另一種鏈節(jié)-套管-鏈節(jié)組件。該系統(tǒng)的鏈節(jié)具有與設(shè)置在鏈節(jié)之間的套管相接合的凹部和凸起部。套管同樣具有相應(yīng)的凸起部和凹部。該鏈節(jié)-套管-鏈節(jié)組件同樣可實現(xiàn)與圖2A-2D的鏈節(jié)以及圖6A和6B的鏈節(jié)類似的纜線通道出口點的雙樞轉(zhuǎn)和等距運動。鏈節(jié)系統(tǒng)250包括由套管260分隔開的相對的相鄰鏈節(jié)252和254。鏈節(jié)252具有半球形凸起部256，而鏈節(jié)254具有與該凸起部256沿軸向?qū)R的相對的半球形凹部258。套管260具有接納鏈節(jié)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(jié)系統(tǒng)250具有兩個樞轉(zhuǎn)點P11和P12，這些樞轉(zhuǎn)點位于鏈節(jié)系統(tǒng)的中心軸線X3與由鏈節(jié)252的平的、未凹入也未凸出的軸向面270或鏈節(jié)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(zhuǎn)點還與鏈節(jié)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(guān)聯(lián)。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(jié)252和254的中心通道282、284的直徑，以便當(dāng)鏈節(jié)樞轉(zhuǎn)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(zhuǎn)點位置的偏離，可實現(xiàn)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(yīng)鏈節(jié)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(shè)套管的內(nèi)徑稍小于對應(yīng)的凸起部的直徑，或可選地套管的外徑稍小于對應(yīng)的凹部，則這種套管在與對應(yīng)鏈節(jié)的凸起部和/或凹部接合時也同樣能良好地工作，以便鏈節(jié)可相對于套管作樞轉(zhuǎn)運動。
與上述構(gòu)造和參數(shù)一致，根據(jù)本發(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)內(nèi)的鏈節(jié)和套管可根據(jù)用途具有任何尺寸和形狀。對于外科手術(shù)應(yīng)用，它們的形式通常取決于這些因素例如病人年紀、所關(guān)注的解剖區(qū)域、預(yù)期的應(yīng)用以及醫(yī)生的喜好。如所述，鏈節(jié)和套管通常為筒狀，并且可包括供將鏈節(jié)連接至其它鏈節(jié)或裝置部件的纜線以及與同鏈節(jié)系統(tǒng)一起使用的期望工具或器械相關(guān)聯(lián)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(jié)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(jié)或套管的中心或周邊或任意徑向位置定位。根據(jù)應(yīng)用，鏈節(jié)的直徑通常為大約0.5mm至大約15mm或更大。套管與鏈節(jié)相比趨向于具有大致相當(dāng)?shù)某叽?，并常常具有較小的直徑。對于內(nèi)窺鏡應(yīng)用，對于小型內(nèi)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(nèi)窺鏡器械，典型直徑為大約5mm至大約7mm，而對于大型內(nèi)窺鏡器械，典型直徑為大約10mm至大約15mm。對于導(dǎo)管應(yīng)用，直徑可為大約1mm至大約5mm。鏈節(jié)和套管的總長度通常根據(jù)鏈節(jié)之間的期望彎曲半徑而改變。
對于外科手術(shù)應(yīng)用，鏈節(jié)或套管或該鏈節(jié)或套管并入其中的機構(gòu)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(jié)或套管或其它部件上設(shè)置光滑涂層以便有助于鏈節(jié)系統(tǒng)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(jié)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(gòu)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(nèi)已示出的許多鏈節(jié)系統(tǒng)具有一定數(shù)量的鏈節(jié)和套管，但是這僅是用于說明單個機構(gòu)或鏈節(jié)和套管組件之間的相互關(guān)系。根據(jù)這些因素例如鉸接機構(gòu)的預(yù)期使用和期望長度以及運動范圍，可采用任意數(shù)量的鏈節(jié)和套管。
如所述，纜線可用于致動本發(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)。在這些實施例中，一個或多個鏈節(jié)通過兩條或多條纜線連接到位于遠端的與之對應(yīng)的鏈節(jié)或部段。每個纜線組可由至少兩條纜線構(gòu)成。如所述，鏈節(jié)的運動由其對應(yīng)的纜線組控制，并獨立于任何其它的鏈節(jié)。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(jié)，能以三個自由度(即上/下運動、左/右運動，以及旋轉(zhuǎn)或“滾動”運動)操縱或移動該鏈節(jié)，而獨立于任何其它的鏈節(jié)。通過組合多個鏈節(jié)，可實現(xiàn)多個自由度，使得鏈節(jié)系統(tǒng)可成形為多種復(fù)雜的構(gòu)型。例如，圖2A內(nèi)所示的遠端鏈節(jié)組106共具有三個鏈節(jié)(122、124、126)，其中兩個鏈節(jié)(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(jié)的典型的傳統(tǒng)機構(gòu)中，不能獲得這種多個自由度。
纜線直徑根據(jù)應(yīng)用而改變，并且可為大約0.15mm至大約3mm。對于導(dǎo)管應(yīng)用，典型直徑可為大約0.15mm至大約0.75mm。對于內(nèi)窺鏡應(yīng)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(xué)處理而改變。通常，將根據(jù)鉸接機構(gòu)的預(yù)期應(yīng)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(lǐng)域內(nèi)已知的其它合適的材料。
纜線可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)已知的方式固定在鏈節(jié)上，例如通過使用粘結(jié)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(jié)合于此作為參考。在圖5內(nèi)所示的實施例中，纜線134通過定位螺絲143固定在鏈節(jié)122B上。
本發(fā)明的鏈節(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)還可包括間隔鏈節(jié)即未通過分離的纜線組連接的鏈節(jié)。這些鏈節(jié)用作被動鏈節(jié)，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(jié)。間隔鏈節(jié)是在鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)內(nèi)提供額外長度所需要的。另外，在機構(gòu)的一端包括間隔鏈節(jié)使得在對應(yīng)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(jié)相連接的鉸接機構(gòu)的近端包括間隔鏈節(jié)需要使用者在近端實施更大的運動以便在遠端實現(xiàn)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(zhí)行所期望過程的危險的情況下?；蛘?，可在遠端設(shè)置間隔鏈節(jié)，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(yīng)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(xiàn)，下文將對此作進一步說明。
轉(zhuǎn)到圖1A和1B的實施例，近端和遠端鏈節(jié)的構(gòu)造成使近端鏈節(jié)組104的運動引起在遠端鏈節(jié)組106處的放大運動。尤其參照圖4和5，可見近端鏈節(jié)122B、124B和126B通常大于它們的遠端配對鏈節(jié)122A、124A和126A。更重要的是，對于近端鏈節(jié)122B、124B和126B而言，纜線通道(138B)的定位處離對應(yīng)鏈節(jié)的中心軸線的半徑或距離比它們的遠端鏈節(jié)配對物(138A)更大。由于該差，給定的鏈節(jié)對在被操作時可產(chǎn)生與該差成比例的交互(reciprocal)運動。對于任何兩個鏈節(jié)對，該差可用當(dāng)鏈節(jié)相對于它們的未樞轉(zhuǎn)狀態(tài)被操作時所得到的樞轉(zhuǎn)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(jié)對L1和L2，并且其中R2＞R1，當(dāng)L1樞轉(zhuǎn)角度A1時，對應(yīng)的鏈節(jié)L2將產(chǎn)生樞轉(zhuǎn)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(yīng)的近端和遠端鏈節(jié)系統(tǒng)的彎曲角。這可具有重要的人類工程學(xué)應(yīng)用，包括由使用者操作的近端的較小的折曲角會導(dǎo)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(shù)應(yīng)用。這具體參照圖1B可見，該圖示出處于彎曲構(gòu)型的裝置100的鏈節(jié)組104和106。位于遠端鏈節(jié)組106的端部的針驅(qū)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(jié)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(jié)組104的近端上。在該構(gòu)型內(nèi)，手柄本身可用于操縱近端鏈節(jié)，從而對應(yīng)地操縱遠端鏈節(jié)。因此，手柄本身可用于手動操縱和操作遠端針驅(qū)動器。在圖8所示的可選實施例中，針驅(qū)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(jié)組704如前所述地可操作地連接到遠端鏈節(jié)組706，但是相關(guān)聯(lián)的鏈節(jié)纜線的路線設(shè)置成使得鏈節(jié)組704從手柄本身露出，并且該鏈節(jié)組的最遠端的鏈節(jié)固定在手柄上。在該構(gòu)型內(nèi)，手柄可操縱或引導(dǎo)細長軸。然后，近端鏈節(jié)組可被獨立地操作以便操縱遠端的針驅(qū)動工具707，這類似于操縱桿。該“操縱桿”構(gòu)型可增加使用者在某些方向或使用中的控制。
鏈節(jié)系統(tǒng)、鉸接機構(gòu)以及結(jié)合有這種系統(tǒng)或機構(gòu)的裝置還可包括鎖定機構(gòu)。鎖定機構(gòu)在被致動時可防止一個或多個鏈節(jié)或成對的鏈節(jié)運動。在一個方面中，鎖定機構(gòu)構(gòu)造成接納連接到并操縱鏈節(jié)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(yīng)的相連的鏈節(jié)對。在一些變型中，鎖定機構(gòu)包括活動的鎖定構(gòu)件和固定的接觸構(gòu)件，從而活動的鎖定構(gòu)件的運動使纜線(或其它類似的致動元件)與固定的接觸構(gòu)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(jié)的運動。所述的鎖定機構(gòu)與文中公開的鏈節(jié)和鏈節(jié)系統(tǒng)以及其它鏈節(jié)系統(tǒng)-包括在未決和共有的美國申請No.10/444,769內(nèi)所述的系統(tǒng)，該申請全文結(jié)合于此作為參考-以及其它已知的鏈節(jié)系統(tǒng)兼容。
圖9-12示出這樣一種鎖定機構(gòu)的實施例。具體參照圖11A-11B，鎖定機構(gòu)300在殼體305內(nèi)包括沿軸向?qū)R的固定套環(huán)302和沿軸向?qū)R的活動套環(huán)304。固定套環(huán)302的內(nèi)表面和活動套環(huán)304的外表面為錐形，從而如圖所示，活動套環(huán)304可部分地接納在固定套環(huán)302內(nèi)。銷312從活動套環(huán)304延伸通過殼體305內(nèi)的狹槽314。杠桿310在樞軸316處樞轉(zhuǎn)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(gòu)的縱向軸線對齊。纜線還通過固定套環(huán)302被接納，然后圍繞活動套環(huán)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(gòu)的軸線。在此位置，在兩個套環(huán)之間存在足夠的間隙以允許纜線自由地移動通過機構(gòu)，同時在固定套環(huán)302和活動套環(huán)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(zhuǎn)直到大致平行于鎖定機構(gòu)的中心軸線。該運動導(dǎo)致凸輪318與銷312接合并使銷312和套環(huán)304朝套環(huán)302平移。當(dāng)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(huán)304這樣朝套環(huán)302運動，所以纜線與套環(huán)摩擦接觸并基本上被夾緊在兩個套環(huán)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(jié)的運動。
圖13-18示出根據(jù)本發(fā)明的鎖定機構(gòu)的另一個實施例。在此實施例中，鎖定機構(gòu)400包括具有接納纜線的通道的殼體402。應(yīng)理解，殼體還可并入軸部分或者沿鉸接機構(gòu)的其它地方?；蛘?，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(gòu)。圖17A和18A分別示出處于解鎖位置的軸向滑動件機構(gòu)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(shè)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(shè)置在鎖定通道414和416內(nèi)。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(nèi)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(nèi)側(cè)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(nèi)，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(nèi)徑較大以使得在滑動件和殼體402之間形成空隙的區(qū)域，以及滑動件的內(nèi)徑較小以使得僅在滑動件和殼體之間具有很小間隙的區(qū)域。這些區(qū)域沿直線對齊以與鎖定通道(的位置)重合。當(dāng)軸向滑動件機構(gòu)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(qū)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(yīng)的相關(guān)聯(lián)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(nèi)自由移動，從而引起任何相連接的鏈節(jié)系統(tǒng)(未示出)的相應(yīng)運動。
通過沿鎖定機構(gòu)400的軸線移動滑動件410來致動鎖定機構(gòu)400。圖17B和18B示出機構(gòu)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(qū)域與鎖定通道416重合。結(jié)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(fā)生與通道438的內(nèi)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(jié)(未示出)的任何進一步運動也同樣被阻止。但是，在該相同構(gòu)造中，滑動件410仍具有與鎖定通道414重合的空隙區(qū)域，從而纜線432仍可在通過通道436內(nèi)自由平移，由此與纜線432相關(guān)聯(lián)的鏈節(jié)保持為可運動。最終結(jié)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(guān)聯(lián)的鏈節(jié)系統(tǒng)(未示出)。
圖17C和18C示出處于完全鎖定位置的鎖定機構(gòu)400。參照圖18C，滑動件410定位成最小間隙區(qū)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(yīng)的纜線(432，434)上，使得纜線與它們對應(yīng)的通過通道(436、438)的內(nèi)壁摩擦接觸，從而摩擦地阻止纜線和任何相關(guān)聯(lián)的鏈節(jié)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(jié)或鏈節(jié)對可具有與每組纜線相關(guān)聯(lián)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(dāng)滑動件相對于殼體沿軸向移動時，這些鏈節(jié)或鏈節(jié)對可被依次鎖定或解鎖。例如在希望將鏈節(jié)系統(tǒng)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(dǎo)、導(dǎo)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(jié)或鏈節(jié)對的能力是有利的。此外，無需限制鏈節(jié)組的所有纜線來有效地鎖定相連的鏈節(jié)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(nèi)示出根據(jù)本發(fā)明的鎖定機構(gòu)的另一個實施例。鎖定機構(gòu)500包括被共軸的鎖定環(huán)510和512所圍繞的筒狀殼體502。鎖定環(huán)510和512可圍繞殼體502旋轉(zhuǎn)，并且其作用與圖13-18的實施例中的滑動件410類似。當(dāng)鎖定環(huán)510和512旋轉(zhuǎn)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(gòu)的軸部分或沿該機構(gòu)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(gòu)型的鎖定機構(gòu)500。殼體502被同軸的鎖定環(huán)510所圍繞。鎖定環(huán)510的內(nèi)側(cè)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(shè)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(guān)聯(lián)的纜線(519、521、523)的通道的纜線相關(guān)聯(lián)。應(yīng)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(huán)和鎖定通道相關(guān)聯(lián)。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(gòu)造并且位于它們對應(yīng)的通道內(nèi)，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(dāng)鎖定機構(gòu)處于解鎖構(gòu)型時，鎖定環(huán)510定位成使每個按鈕件(526、534、540)都與空隙區(qū)域?qū)R，從而按鈕都沒有被足夠大的力壓下以使相關(guān)聯(lián)的纜線(519、521、523)與它們相應(yīng)的通過通道的內(nèi)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(zhuǎn)鎖定環(huán)510而使該機構(gòu)運動到鎖定構(gòu)型。當(dāng)鎖定環(huán)510被旋轉(zhuǎn)到鎖定構(gòu)型時，每個按鈕(526、534、540)都與鎖定環(huán)510和筒體502之間的最小間隙區(qū)域重合。與圖13-19內(nèi)的實施例相類似，這也類似地導(dǎo)致每個按鈕(526、534、540)被克服相關(guān)聯(lián)的彈簧件(528、532、538)的足夠大的力壓進鎖定通道內(nèi)，并將它們的相關(guān)聯(lián)的纜線接觸件(529、533、539)沿徑向推動壓靠在它們的相關(guān)聯(lián)纜線(519、521、523)上，使相關(guān)聯(lián)的纜線與它們的相關(guān)聯(lián)的通過通道的內(nèi)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(jié)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(jié)或鏈節(jié)對也可具有與每組纜線相關(guān)聯(lián)的鎖定通道，這些通道圍繞沿與單個鎖定環(huán)相關(guān)聯(lián)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(jié)或鏈節(jié)對中的每一個。能夠獨立地鎖定或解鎖相連的鏈節(jié)或鏈節(jié)對的能力可具有許多優(yōu)點，包括如前文所述的希望將鏈節(jié)系統(tǒng)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(dǎo)、導(dǎo)向或致動遠端工具或器械的情況。
根據(jù)用途，鎖定機構(gòu)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(guān)聯(lián)的鏈節(jié)系統(tǒng)、鉸接機構(gòu)或結(jié)合有這種系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)的裝置類似。類似于鏈節(jié)系統(tǒng)本身，鎖定機構(gòu)通常但非必須地為筒狀，并且可包括供將鎖定機構(gòu)連接至裝置的其它部件的纜線以及與同該鎖定機構(gòu)一起使用的期望工具或器械相關(guān)聯(lián)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(gòu)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(gòu)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(gòu)可設(shè)置在鏈節(jié)系統(tǒng)或鉸接機構(gòu)的一端。在另外的實施例中，鎖定機構(gòu)可設(shè)置在外科器械的近端或遠端的任何位置處。盡管附圖內(nèi)示出的多種鎖定機構(gòu)具有一定的構(gòu)型和一定數(shù)量的部件，但是這僅用于說明部件之間的相互關(guān)系。根據(jù)這些因素例如鎖定機構(gòu)的預(yù)期使用，可采用任何數(shù)量的部件。
本發(fā)明還包括用于提供各種鏈節(jié)系統(tǒng)、鉸接機構(gòu)、鎖定機構(gòu)以及相關(guān)聯(lián)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(jié)系統(tǒng)和鉸接機構(gòu)，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(gòu)。成套工具還可針對特定應(yīng)用而進行進一步定制。例如，用于外科手術(shù)應(yīng)用的成套工具可構(gòu)造成用于例如內(nèi)窺鏡檢查、回縮或?qū)Ч馨仓煤?或用于特定的病人群體例如兒童或成人。
權(quán)利要求
1.一種用于遠程操縱外科或診斷工具的鉸接機構(gòu)，包括多對鏈節(jié)，每個鏈節(jié)被保持成與和其同對的另一個鏈節(jié)分隔開，并且其中至少兩個相鄰鏈節(jié)可圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)；以及多組纜線，每組纜線使分離的一對鏈節(jié)相互連接，從而該對鏈節(jié)中的一個鏈節(jié)的運動引起該對中的另一個鏈節(jié)的對應(yīng)的相關(guān)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述至少兩個相鄰鏈節(jié)具有相對的表面，每個該表面具有沿軸向?qū)R的凸起部或凹部，并且所述至少兩個相鄰鏈節(jié)被設(shè)置在所述至少兩個相鄰鏈節(jié)之間的套管分隔開，該套管與所述至少兩個相鄰鏈節(jié)的每一個的凸起部或凹部相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，相鄰鏈節(jié)的至少一個凸起部或凹部是半球形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述套管具有接納所述至少兩個相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部或凹部的凹部和/或凸起部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述至少一個套管在相對側(cè)上具有兩個凹部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述至少一個套管在相對側(cè)上具有兩個凸起部。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述至少一個套管在相對側(cè)上具有一個凹部和一個凸起部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述鏈節(jié)形成近端和遠端，對應(yīng)的成對鏈節(jié)分別位于近端和遠端，并且近端的運動導(dǎo)致遠端的對應(yīng)的相關(guān)運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，遠端的所述對應(yīng)的相關(guān)運動與近端的運動相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，遠端的所述對應(yīng)的相關(guān)運動鏡像近端的運動。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，外科或診斷工具附裝在所述遠端上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述工具選自縫合器、夾具、抓緊器、剪刀、切割器、消融元件和燒灼元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)還包括設(shè)置在成對鏈節(jié)之間的使這些成對鏈節(jié)保持相互間隔開的細長軸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述細長軸容納纜線組。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，成對的鏈節(jié)包括用于接納與相鄰的成對鏈節(jié)相關(guān)聯(lián)的纜線組以及供所述纜線組通過的通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)還包括一個或多個沒有通過分離的纜線組連接的間隔鏈節(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)還包括一個或多個沒有通過分離的纜線組連接的間隔鏈節(jié)，其中每個間隔鏈節(jié)包括沿軸向?qū)R的凸起部或凹部并通過設(shè)置在該間隔鏈節(jié)和相鄰鏈節(jié)之間的套管與所述相鄰鏈節(jié)分隔開。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述間隔鏈節(jié)的凸起部或凹部是半球形的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，連接一對鏈節(jié)的纜線距該對的第一鏈節(jié)的中心的徑向距離與距該對的第二鏈節(jié)的中心的徑向距離不同。
20.一種用于遠程操縱外科或診斷工具的鉸接機構(gòu)，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?qū)R的鏈節(jié)；以及位于所述沿軸向?qū)R的鏈節(jié)的近端的鎖定機構(gòu)，該鎖定機構(gòu)能夠接納致動元件，該致動元件可連接到所述沿軸向?qū)R的鏈節(jié)并使這些鏈節(jié)運動，所述鎖定機構(gòu)還構(gòu)造成當(dāng)致動元件被接納在該鎖定機構(gòu)內(nèi)時阻止該致動元件的運動，從而阻止所述沿軸向?qū)R的鏈節(jié)的運動。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述鎖定機構(gòu)還包括活動的鎖定構(gòu)件和固定的接觸構(gòu)件，使得當(dāng)致動元件接納在所述鎖定機構(gòu)中時所述活動的鎖定構(gòu)件的運動可使該致動元件與所述固定的接觸構(gòu)件相接觸，從而阻止所述沿軸向?qū)R的鏈節(jié)的運動。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)還包括在遠端連接到一個或多個沿軸向?qū)R的鏈節(jié)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(gòu)件的運動使一條或多條纜線與所述固定的接觸構(gòu)件相接觸，從而摩擦地阻止所述一條或多條纜線的運動。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述鎖定機構(gòu)位于所述細長軸的遠端。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述鎖定機構(gòu)位于所述細長軸的近端。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)還包括位于所述細長軸的近端的多個相應(yīng)鏈節(jié)，每個相應(yīng)鏈節(jié)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(jié)之一以形成鏈節(jié)對，從而該對鏈節(jié)中的一個鏈節(jié)的運動引起該對的另一個鏈節(jié)的對應(yīng)的相關(guān)運動。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述鎖定機構(gòu)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(nèi)的一個或多個活動按鈕件。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)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(guān)聯(lián)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(nèi)的下壓使得在相關(guān)聯(lián)的通過通道內(nèi)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。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述纜線鎖定機構(gòu)還包括圍繞所述殼體設(shè)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。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，該鉸接機構(gòu)還包括多個沿所述筒狀殼體的中心軸線設(shè)置在不同位置的鎖定通道和按鈕件。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，所述鎖定機構(gòu)還包括固定的和活動的套環(huán)，這些套環(huán)與一個或多個通過一個套環(huán)并圍繞另一個套環(huán)的周界的纜線組沿軸向?qū)R，從而所述活動的套環(huán)朝所述固定的套環(huán)的運動使一條或多條纜線與這些套環(huán)相接觸，從而摩擦地阻止所述一條或多條纜線的運動。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的鉸接機構(gòu)，其特征在于，一個套環(huán)的直徑大于另一個套環(huán)。
32.一種外科器械，包括外科或診斷工具；位于該外科或診斷工具的近端的多個鏈節(jié)，其中至少兩個相鄰鏈節(jié)可圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)；位于所述多個鏈節(jié)的近端的細長軸；以及一條或多條纜線，所述一條或多條纜線在遠端連接到一個或多個鏈節(jié)并在近端被接納通過所述細長軸，從而一條或多條纜線的運動引起一個或多個鏈節(jié)的運動。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的外科器械，其特征在于，所述至少兩個相鄰鏈節(jié)具有相對的表面，每個表面具有沿軸向?qū)R的凸起部或凹部，并且所述至少兩個相鄰鏈節(jié)被設(shè)置在所述至少兩個相鄰鏈節(jié)之間的套管分隔開，該套管與所述至少兩個相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部或凹部互補。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的外科器械，其特征在于，所述至少兩個相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部和/或凹部為半球形。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的外科器械，其特征在于，所述套管具有接納所述相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部和/或凹部的凹部和/或凸起部。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的外科器械，其特征在于，該外科器械還包括位于所述軸的近端的多個相應(yīng)鏈節(jié)，每個相應(yīng)鏈節(jié)通過至少一組纜線連接到位于所述軸的遠端的多個鏈節(jié)之一以形成鏈節(jié)對，從而該對鏈節(jié)中的一個鏈節(jié)的運動引起該對的另一個鏈節(jié)的對應(yīng)的相關(guān)運動。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的外科器械，其特征在于，該外科器械還包括位于所述細長軸的近端并可操作地連接到外科或遠端工具的致動手柄。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的外科器械，其特征在于，所述致動手柄位于所述多個相應(yīng)鏈節(jié)的近端。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的外科器械，其特征在于，所述多個相應(yīng)鏈節(jié)從所述致動手柄延伸出。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的外科器械，其特征在于，該外科器械還包括構(gòu)造成阻止一條或多條纜線的運動從而阻止鏈節(jié)的運動的纜線鎖定機構(gòu)。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的外科器械，其特征在于，連接一對鏈節(jié)的纜線距該對的第一鏈節(jié)的中心的徑向距離與距該對的第二鏈節(jié)的中心的徑向距離不同。
42.一種包括多個鏈節(jié)的鉸接鏈節(jié)系統(tǒng)，其中至少兩個相鄰鏈節(jié)可圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的鉸接鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個相鄰鏈節(jié)具有相對的表面，每個表面具有沿軸向?qū)R的凸起部或凹部，并且所述鉸接鏈節(jié)系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述至少兩個相鄰鏈節(jié)之間的套管，該套管與所述至少兩個相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部或凹部相接觸。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，相鄰鏈節(jié)的至少一個凸起部或凹部為半球形。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述套管具有接納所述至少兩個相鄰鏈節(jié)中的每一個的凸起部或凹部的凹部和/或凸起部。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個套管在相對側(cè)上具有兩個凹部。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個套管在相對側(cè)上具有兩個凸起部。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個套管在相對側(cè)上具有一個凹部和一個凸起部。
49.根據(jù)權(quán)利要求42所述的鏈節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，該鏈節(jié)系統(tǒng)還包括至少一組沿軸向與所述多個鏈節(jié)對齊的纜線，該至少一組纜線連接到至少一個鏈節(jié)。
全文摘要
本發(fā)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(gòu)、鏈節(jié)系統(tǒng)及其部件。該鏈節(jié)系統(tǒng)包括鏈節(jié)，其中至少兩個相鄰的鏈節(jié)圍繞兩個不同的樞轉(zhuǎn)點彼此相對樞轉(zhuǎn)。本發(fā)明還提供了用于鎖定鏈節(jié)的機構(gòu)。
文檔編號A61B1/008GK101048102SQ200580025154
公開日2007年10月3日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月7日
發(fā)明者C·D·欣曼, D·J·達尼茨 申請人:諾瓦爾外科系統(tǒng)公司