具有平滑铰接的多簇接头的医疗装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种铰接式接头，其包括多簇接头，其中每一连续成对链节通过万向节交接，该万向节在同一平面内提供围绕两个正交轴线的旋转。因此，铰接接头包括交替顺序的链节和万向节。此外，可有多条线缆附接至一个或多个链节。当这些线缆被选择性地拉动和释放时，可以实现铰接接头的任一期望的铰接。可以有一个传输构件延伸穿过链节和万向节，平行于接头的在其标称非铰接状态下的中心纵向轴线。该传输构件可以是被拉动(例如线缆或柔性拉杆)并且将该铰接式接头加载成压缩状态的张紧构件，或者该传输构件可以是将该铰接式接头加载成拉伸状态的柔性推杆。

Medical device with multiple articulated joints with smooth articulation

The invention relates to an articulated joint comprising a plurality of clusters of joints in which each continuous pair of chain joints is joined through a universal joint which provides rotation around two orthogonal axes in the same plane. Therefore, articulated joints include alternating links and cardan joints. In addition, multiple cables can be attached to one or more links. When these cables are selectively pulled and released, any desired articulation of the articulated joint can be achieved. A transmission member may extend through the chain and cardan joints, parallel to the central longitudinal axis of the joint in its nominal non-articulated state. The transmission member may be a tension member that is pulled (e.g., a cable or a flexible tie rod) and loads the articulated joint into a compressive state, or the transmission member may be a flexible push rod that loads the articulated joint into a tensile state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有平滑铰接的多簇接头的医疗装置相关申请的交叉引用本专利申请要求2015年10月5日提交的、名称为“ARTICULATINGJOINTANDSUPPORTINGMEMBERTHEREOF”、序号为62/237,483的美国临时专利申请的优先权；以及2015年10月5日提交的、名称为“END-EFFECTORJAWCLOSURETRANSMISSIONSYSTEMSFORREMOTEACCESSTOOLS”、序号为62/237,476的美国临时专利申请的优先权，其分别通过引用整体并入本文。本申请还可以涉及于2016年4月15日提交的、名称为“ATTACHMENTAPPARATUSFORREMOTEACCESSTOOLS”、序号为15/130,915的美国专利申请，其要求2015年4月15日提交的序号为62/147,998的美国临时专利申请(名称为“FOREARMATTACHMENTAPPARATUSFORREMOTEACCESSTOOLS”)的优先权以及于2015年10月2日提交的序号为62/236,805的美国临时专利申请(名称为“FOREARMATTACHMENTAPPARATUSFORREMOTEACCESSTOOLS”)的优先权。本申请还可以涉及于2016年2月25日提交的名称为“PARALLELKINEMATICMECHANISMSWITHDECOUPLEDROTATIONALMOTIONS”的序号为15/054,068的美国专利申请，其作为部分延续案要求于2014年1月28日提交的名称为“MINIMALACCESSTOOL”、序号为14/166,503、公开号为US-2014-0142595-A1的美国专利申请的优先权，其为2009年4月13日提交的序号为12/937,523的美国专利申请(现在是序号为8,668,702的美国专利)的继续申请，其要求于2008年4月11日提交的序号为61/044,168的美国临时专利申请的优先权。这些专利和专利申请中的每一个都通过引用整体并入本文。参考引用本说明书中提到的所有出版物和专利申请都通过引用整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地指出通过引用并入。
在此描述的是多簇铰接接头，其可以铰接远程接入器械、例如微创手术工具的端部执行器。
技术介绍
多种铰接式远程接入工具(US5,330,502、US8,029,531B2、美国专利申请13/865,790)具有包括可由一个或多个张紧构件(例如铰接线缆或铰接传输线缆)控制的一个或多个链节、多链节、或簇的输出铰接接头。链节、簇、部件和张紧构件的这些特定组合对于操控端部执行器(EE)以用于远程接入和操纵器械、特别是腹腔镜或内窥镜手术器械的目的可以是有用的。由于这些装置利用通常由张紧构件(例如铰接线缆)控制的铰接式端部执行器接头，所以这些装置可以通过通常存在于工具的近侧区域中的铰接输入进行铰接或操纵。例如，与张紧构件/铰接传输线缆联接的铰接输入(其手动或机电地执行)的铰接或操纵可引起端部执行器经由输出铰接接头/多链节端部执行器接头(美国专利8,668,702)的铰接。端部执行器可以包括许多不同的实施例，并且可以不限于一对卡钳。其他实施例可用于保持和操纵针、缝合线、组织、烧灼物、结扎夹应用等，或者其可以可转向腹腔镜/内窥镜可视化和/或诊断的照相机的形式发挥作用。对于这些用途或其他实施例中的任一种，铰接式机构可以提供必要的自由度以帮助操控这些端部执行器。如本文所使用的，术语“接头”和“机构”可以等效地使用。对于微创手术工具和程序，特别是腹腔镜和内窥镜程序，具有铰接接头的端部执行器可以是必要的，以提供类似于外科医生自己的手腕的高灵活性和类似手腕的运动，但是以微型尺寸。这种增强的灵活性可以实现复杂的腹腔镜检查任务，包括沿着穿过各种组织平面的缝合针的曲线驱动针、组织解剖和回缩、打结等。通常，端部执行器铰接接头可以定位在提供远程接入的诸如器械/工具轴的细长构件和提供诸如保持、抓取、解剖、剪切等功能的端部执行器之间。为了完成以上所列的任务，端部执行器铰接接头必须为端部执行器相对于器械轴提供一定的旋转自由度(DoF)。例如参见图1A和图1B。这些旋转自由度包括两个正交旋转，通常称为俯仰和偏航旋转。在某些情况下，滚动旋转受到端部执行器铰接接头的约束。典型地，铰接接头由多个张紧构件、诸如电线或线缆(例如柔性钢或镍钛诺线、钢缆等)控制，其横穿或附接至多链节端部执行器铰接接头内的特定链节，或通过复杂的一系列滑轮和铰接接头的各种部件到达端部执行器。这些可拉伸的构件用于多链节铰接接头的铰接并且通常可以被称为端部执行器铰接传输线缆，或者称为端部执行器铰接式线缆或者称为铰接线缆等等。这些类型的系统已经在各种实施例中被证明，但是典型地遭受在端部执行器铰接接头的基于线缆的致动内发生的性能折衷。受使手术期间患者创伤减少以便术后恢复更好的希望所驱动，进入端口直径越来越小，因此微创手术器械类型的尺寸受到约束，所以用于微创手术工具的线缆驱动的端部执行器铰接接头是最实际的。然而，许多实际的折衷困扰着基于线缆的铰接式机构。用于各种腹腔镜手术的端部执行器铰接接头可能需要在所有旋转方向(特别是俯仰和偏航旋转方向)上向端部执行器提供大的角度范围的旋转以提供足够的延伸和工作空间。一旦端部执行器沿一个方向旋转，在许多铰接接头中，用于在另一个方向上铰接的传输路径可能会改变。这也可能与一根或多根线缆中张力的增加有关，这些线缆有助于铰接多链节铰接接头并减少张力或减少相对线缆中松弛的产生。这可能导致端部执行器铰接中不必要的松弛产生和/或反冲。如下面所讨论的，铰接接头设计中的各种其他挑战来自必须满足的性能属性以及由工程和设计观点产生的相关冲突折衷。现有解决方案通常需要复杂的一序列的多个滑轮和其他部件，导致不利于小型化的设计(例如参见US8,540,748、US7,101,363和US8,528,440)。其他示例性装置包括US2010/0030018，Peirs等人(2002年罗马尼亚、锡纳亚，第13界微型机械欧洲研讨会，MME02’，“AFlexibleDistalTipwithTwoDegreesofFreedomforEnhancedDexterityinEndoscopicRobotSurgery”J.Peirs、H.Brussel、D.Reynaerts、G.Gersem)和Simaan等人(2004年新奥尔良、洛杉矶，2004年IEEE机器人与自动化国际会议论文集，“ADexterousSystemforLaryngealSurgery”N.Simaan、R.Tayloer、P.Flint)。在典型的多链节铰接接头中，多个链节借由端部执行器旋转通过两个(或多个)“铰接线缆”连接在一起并穿过多个链节外围上的孔(也称为铰接线缆开口)。例如参见图2A和图2B。为了实现所需的大范围旋转，该设计必须包括多个链节。例如参见图3。链节数量越多，线缆松弛和端部执行器反冲的问题就越大。此外，较大数量的链节与大的卡钳闭合力(通过端部执行器铰接传输线缆中的高张力施加)相结合，在端部执行器处产生跳动或急动以及由于屈曲型现象的接头变形(或S形弯曲)，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医疗装置，所述医疗装置具有能够平滑地致动的具有紧凑的最小弯曲半径的铰接式多簇接头，所述装置包括：细长的工具轴；铰接运动输入件，其能够驱动所述多簇接头的铰接运动；端部执行器，其在所述细长的工具轴的远端处；其中，所述多簇接头位于所述工具轴和所述端部执行器之间并且包括：多个接头簇，其中，每个接头簇在非铰接状态下具有接头簇轴线，并且当完全铰接时在任一铰接运动方向上具有相同的最小弯曲半径，每个接头簇提供两个正交的旋转自由度，此外每个接头簇包括沿着所述接头簇轴线穿过所述接头簇的开口；端部执行器传输线缆，其延伸穿过所述多簇接头的每个接头簇的开口；以及线缆管理导向件，所述线缆管理导向件穿过所述接头簇的开口，所述线缆管理导向件能够防止所述端部执行器传输线缆在穿过所述接头簇的每个开口内的横向运动，同时允许所述端部执行器传输线缆沿着所述接头簇轴线轴向运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.05 US 62/237,476;2015.10.05 US 62/237,4831.一种医疗装置，所述医疗装置具有能够平滑地致动的具有紧凑的最小弯曲半径的铰接式多簇接头，所述装置包括：细长的工具轴；铰接运动输入件，其能够驱动所述多簇接头的铰接运动；端部执行器，其在所述细长的工具轴的远端处；其中，所述多簇接头位于所述工具轴和所述端部执行器之间并且包括：多个接头簇，其中，每个接头簇在非铰接状态下具有接头簇轴线，并且当完全铰接时在任一铰接运动方向上具有相同的最小弯曲半径，每个接头簇提供两个正交的旋转自由度，此外每个接头簇包括沿着所述接头簇轴线穿过所述接头簇的开口；端部执行器传输线缆，其延伸穿过所述多簇接头的每个接头簇的开口；以及线缆管理导向件，所述线缆管理导向件穿过所述接头簇的开口，所述线缆管理导向件能够防止所述端部执行器传输线缆在穿过所述接头簇的每个开口内的横向运动，同时允许所述端部执行器传输线缆沿着所述接头簇轴线轴向运动。2.一种医疗装置，该医疗装置具有能够平滑地致动的具有紧凑的最小弯曲半径的铰接式多簇接头，所述装置包括：细长的工具轴；在所述工具轴的近端处的铰接运动输入件；在所述细长的工具轴的远端处的端部执行器；其中，所述多簇接头位于所述工具轴与所述端部执行器之间，并且包括：多个接头簇，其中，每个接头簇在非铰接状态下具有接头簇轴线，并且当完全铰接时在任一铰接运动方向上具有相同的最小弯曲半径，其为所述多簇接头的直径的1.2倍或更小，并且每个接头簇提供两个正交的旋转自由度，此外每个接头簇包括沿着所述接头簇轴线穿过所述接头簇的开口；延伸穿过所述多簇接头的每个接头簇的开口的端部执行器传输线缆；以及线缆管理导向件，所述线缆管理导向件穿过所述接头簇的开口，所述线缆管理导向件能够防止所述端部执行器传输线缆在穿过所述接头簇的每个开口内的横向运动，同时允许所述端部执行器传输线缆沿着所述接头簇轴线轴向运动。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述线缆管理导向件包括线缆通道，以定位所述端部执行器传输线缆，并且防止所述端部执行器传输线缆在穿过所述接头簇的每个开口内横向运动，同时允许所述端部执行器传输线缆沿所述接头簇轴线轴向运动。4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述铰接运动输入件包括通过输入接头连接到所述细长的工具轴的手柄。5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个接头簇包括：第一半万向节导向件、第二半万向节导向件以及具有第一对共线万向节主轴和第二对共线万向节主轴的万向节，这两对是正交的并且位于一个簇平面内，并且万向节定位在所述第一半万向节导向件和第二半万向节导向件之间。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述多个接头簇顺序地相邻布置，使得每个接头簇的所述第一半万向节导向件和第二半万向节导向件中的至少一个刚性地联接至相邻接头簇的半万向节导向件或者与其一体形成，形成一个全万向节导向件。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述全万向节导向件的每个半万向节包括一对共线轭，每对共线轭能够保持成对的共线万向节主轴中的一对，并且在所述全万向节导向件的第一侧上的半万向节导向件上的成对共线轭平行于在所述全万向节导向件的相对侧上的成对共线轭布置。8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述全万向节导向件的每个半万向节包括一对共线轭，每对共线轭能够保持成对的共线万向节主轴中的一对，并且在所述全万向节导向件的第一侧上的半万向节导向件上的成对共线轭正交于在所述全万向节导向件的相对侧上的成对共线轭布置。9.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述线缆管理导向件被固定至以下中的至少一者：多个接头簇中的一个或多个、所述端部执行器和所述工具轴，以防止所述线缆管理导向件围绕任一接头簇轴线旋转。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述线缆管理导向件通过以下中的一种或多种方式固定：粘合剂或机械键合、或者在所述线缆管理导向件的外表面与一个或多个所述接合簇、端部执行器或工具轴之间的压配合。11.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个接头簇在簇平面中提供两个正交的旋转自由度。12.根据权利要求1或2所述的装置，还包括延伸穿过所述多簇接头的每个接头簇的开口的第二端部执行器传输线缆。13.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述端部执行器传输线缆是弯曲度高的柔性线缆。14.根据权利要求1或2所述的装置，还包括一组铰接线缆，其沿着所述多簇接头的中性轴线从所述铰接运动输入件延伸并且侧向地定位在所述接头簇的开口之外，并且能够使所述多簇接头铰接运动。15.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个接头簇包括相对于每个相应的接头簇轴线轴对称的铰接运动极限，使得每个接头簇提供均匀的铰接扫掠和铰接滚动。16.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述多簇接头通过堆叠多个万向节和万向节导向件而形成。17.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述多簇接头包括多个万向节导向件和多个万向节，其中所述多簇接头通过以下方式组装：将所述多个万向节中的万向节相邻地堆叠在多个万向节导向件中的一对万向节导向件之间，使得每个万向节上的多个万向节主轴坐落于相邻万向节导向件上的多个开放的轭中。18.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个接头簇在任一铰接运动方向上的最小弯曲半径是所述多簇接头的直径的1倍或更小。19.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个接头簇在任一铰接运动方向上的最小弯曲半径是所述多簇接头的直径的0.8倍或更小。20.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述线缆管理导向件具有大于0.1GPa的杨氏模量。21.一种医疗装置，该医疗装置具有能够平滑地致动的具有紧凑的最小弯曲半径的铰接式多簇接头，所述装置包括：细长的工具轴；在所述工具轴的近端处的铰接运动输入件；在所述细长的工具轴的远端处的端部执行器；其中，所述多簇接头位于所述工具轴与所述端部执行器之间，并且包括：多个接头簇，其中，每个接头簇在非铰接状态下具有接头簇轴线，并且当完全铰接时在任一铰接运动方向上具有相同的最小弯曲半径，其为所述多簇接头的直径的1.2倍或更小，并且每个接头簇提供两个正交的旋转自由度，此外每个接头簇包括：第一半万向节导向件、第二半万向节导向件以及具有第一对共线万向节主轴和第二对共线万向节主轴的万向节，其中，两对正交且位于一簇平面中，此外所述万向节位于所述第一半万向节导向件和所述第二半万向节导向件之间；沿接头簇轴线穿过接头簇的中央开口；一对端部执行器传输线缆，其延伸穿过所述多簇接头的每个接头簇的开口，其中，所述端部执行器传输线缆易于弯曲；以及线缆管理导向件，所述线缆管理导向件穿过所述接头簇的中央开口，所述线缆管理导向件能够防止所述端部执行器传输线缆在所述接头簇的中央开口内的横向运动，同时允许所述端部执行器传输线缆沿着所述接头簇轴线轴向运动，其中，所述线缆管理导向件被固定至以下中的至少一者：所述多个接头簇中的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·利希特，S·奥塔，D·沙玛，Z·齐默曼，B·约翰森，C·K·霍尔梅斯，P·F·科斯塔，B·D·拉罗斯，R·苏利文，R·B·兰克，
申请(专利权)人：弗莱克斯德克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US