專利名稱：基于電活性聚合物的組織并置裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及外科手術(shù)裝置，尤其涉及用于使組織彼此并置(apposition)定位的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在嚴(yán)重肥胖的情況中，患者可以進(jìn)行各種外科手術(shù)以結(jié)扎、吻合或旁通部分胃和胃腸道(例如大腸或小腸)。這些手術(shù)能夠減少由患者所期望和消化的食物的量，由此使患者減肥。
被稱為魯氏Y形(Roux-En-Y)胃旁路術(shù)的一種外科手術(shù)導(dǎo)致患者胃體積的永久性的手術(shù)減小和形成患者的腸旁路。在該手術(shù)中，例如通過使用吻合裝置將胃分成較小的上部胃囊和較大的下部胃囊。然后使一段患者的小腸(例如，十二指腸遠(yuǎn)端或空腸近側(cè)的一段)從下腹部引出，并且與在胃囊和小腸中形成穿過半英寸開口或人造口的上部胃囊連接。被稱為“魯氏環(huán)(Roux Loop)”的這段小腸從上部胃囊將食物運(yùn)送到用于消化食物的腸的其余部分。剩下的下部胃囊和十二直腸的附加段然后重新連接以在離人造口大約50-150cm(1.6至4.9英尺)的位置處形成另一個(gè)與魯氏環(huán)的吻合連接，通常使用吻合器械來進(jìn)行連接。從該連接中，來自設(shè)有旁路的胃(例如，下部胃囊)、胰腺和肝臟的消化液進(jìn)入空腸或回腸以幫助消化。因此，上部胃囊相對較小的尺寸減少了患者一次能夠吃入的食物的量，由此導(dǎo)致患者重量減少。
在魯氏Y形胃旁路術(shù)中，可以使用許多技術(shù)來使小腸相對于上部胃囊取向。某些傳統(tǒng)器械包括具有用來接合上部胃囊和小腸的壁的近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)氣囊的撓性軸。具體地說，遠(yuǎn)側(cè)氣囊能夠插入到小腸的開口中并擴(kuò)張以接觸小腸壁，并且近側(cè)氣囊能夠插入在上部胃囊內(nèi)并且擴(kuò)張以接觸上部胃囊壁。當(dāng)在患者體內(nèi)操作撓性軸(例如在患者體內(nèi)向遠(yuǎn)側(cè)推出或向近側(cè)牽拉)時(shí)，這些氣囊使上部胃囊和小腸彼此靠近定位。連接裝置的組織可以在上部胃囊和小腸的接合處定位以施加縫釘或縫合線，從而使該上部胃囊連接到小腸上。
盡管使用具有撓性軸和氣囊的器械是用來使上部胃囊和小腸或十二指腸彼此相關(guān)地定位的有效機(jī)構(gòu)，但是使用這種器械會碰到困難。例如，在該器械的操作期間，這些氣囊例如由于氣囊刺穿或過度充氣引起的可能漏氣并且變癟，由此限制了該器械控制組織的相對定位的能力。另外，軸的撓性會妨礙這些氣囊的定位。
因此，需要用于使組織彼此并置定位的改進(jìn)方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總的提供了用于使組織彼此并置定位的方法和裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，提供了一種組織并置裝置，其具有其上連接有至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)募?xì)長構(gòu)件和與該細(xì)長構(gòu)件連接并且用于使可擴(kuò)張?jiān)鄬τ诩?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動的定位元件，由此使由可擴(kuò)張?jiān)雍系慕M織運(yùn)動。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，定位元件和可擴(kuò)張?jiān)械闹辽僖粋€(gè)能夠在向其輸送電能時(shí)尺寸發(fā)生變化。
細(xì)長構(gòu)件可以具有多種結(jié)構(gòu)，但是在一個(gè)實(shí)施方式中，細(xì)長構(gòu)件可以包括固定部分和與固定部分可動地連接并且具有其上連接的可擴(kuò)張?jiān)目蓜硬糠?。盡管可以采用各種技術(shù)來可動地連接可動部分和固定部分，但是在一個(gè)實(shí)施方式中，可動部分能夠可滑動地設(shè)置在形成于固定部分中的內(nèi)腔內(nèi)。定位元件可以與可動部分和固定部分連接并且在它們之間延伸，從而致動定位元件使可動部分相對于固定部分滑動，由此使可擴(kuò)張?jiān)S向運(yùn)動。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，定位元件可以為電活性聚合物索，它在向其輸送能量時(shí)軸向收縮以使可擴(kuò)張?jiān)\(yùn)動。在另一個(gè)實(shí)施方式中，至少一部分細(xì)長構(gòu)件可以是撓性的以允許在固定部分和可動部分之間運(yùn)動。定位元件可與撓性部分連接，并且它可以用來使撓性部分向其輸送能量時(shí)軸向收縮，以使至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)鄬τ诩?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，定位元件可以為至少一種電活性聚合物復(fù)合材料。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種組織并置裝置，其具有細(xì)長構(gòu)件、與該細(xì)長構(gòu)件連接并且用來接合組織的至少一個(gè)可電致動擴(kuò)張?jiān)?、以及與細(xì)長構(gòu)件連接并且用于使至少一個(gè)可電擴(kuò)張?jiān)鄬τ诩?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動的可電致動定位元件。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該裝置包括與細(xì)長軸連接并且彼此間隔一段距離的第一和第二可電致動擴(kuò)張?jiān)@些可電致動定位元件用來使第一和第二可電致動擴(kuò)張?jiān)舜诉\(yùn)動。
還提供了用于使組織彼此并置的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法可包括將細(xì)長軸插入穿過第一組織和第二組織，并且電致動與細(xì)長軸連接的至少一個(gè)電活性聚合物致動器，以接合第二組織并且使之朝著第一組織運(yùn)動。在某些實(shí)施方式中，電致動至少一個(gè)電活性聚合物致動器可以包括使與細(xì)長構(gòu)件連接并且用來接合第二組織的第一電活性聚合物電擴(kuò)張，并且電致動與細(xì)長構(gòu)件連接的第二電活性聚合物以使第一電活性聚合物相對于細(xì)長軸軸向運(yùn)動。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二電活性聚合物可以與細(xì)長軸的可動部分連接，從而電致動第二電活性聚合物使可動部分相對于細(xì)長軸的固定部分滑動。該方法還包括電致動與細(xì)長軸連接的第二電活性聚合物以接合第一組織。
本發(fā)明還涉及如下內(nèi)容(1).本發(fā)明涉及一種組織并置裝置，包括其上連接有至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)募?xì)長構(gòu)件；以及與該細(xì)長構(gòu)件連接并且用于使至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)鄬τ谠摷?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動的定位元件，其中，該定位元件和至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)械闹辽僖粋€(gè)能夠向其輸送電能時(shí)尺寸發(fā)生變化。
(2).根據(jù)項(xiàng)目(1)所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件能夠向其輸送電能時(shí)軸向收縮。
(3).根據(jù)項(xiàng)目(1)所述的組織并置裝置，其中，至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)軌蛳蚱漭斔碗娔軙r(shí)徑向擴(kuò)張。
(4).根據(jù)項(xiàng)目(1)所述的組織并置裝置，其中，所述細(xì)長構(gòu)件包括固定部分和與該固定部分可動地連接的可動部分，并且將至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)B接到該可動部分上。
(5).根據(jù)項(xiàng)目(4)所述的組織并置裝置，其中，所述可動部分可滑動地設(shè)置在形成于至少一部分固定部分中的內(nèi)腔內(nèi)。
(6).根據(jù)項(xiàng)目(4)所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件與該細(xì)長構(gòu)件的固定部分和可動部分連接并且在它們之間延伸。
(7).根據(jù)項(xiàng)目(4)所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件包括電活性聚合物索。
(8).根據(jù)項(xiàng)目(7)所述的組織并置裝置，其中，所述電活性聚合物索包括撓性導(dǎo)電外殼，該外殼具有設(shè)置在其中的電活性聚合物和離子流體。
(9).根據(jù)項(xiàng)目(7)所述的組織并置裝置，其中，所述電活性聚合物索包括電活性聚合物復(fù)合材料，其具有至少一層撓性導(dǎo)電層、電活性聚合物層和離子凝膠層。
(10).根據(jù)項(xiàng)目(4)所述的組織并置裝置，其中，所述可動部分和固定部分通過該細(xì)長構(gòu)件的撓性部分彼此可動地連接。
(11).根據(jù)項(xiàng)目(10)所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件沿著該細(xì)長構(gòu)件的撓性部分的長度延伸，并且用來在向其輸送電能時(shí)使撓性部分軸向收縮，以使第一可擴(kuò)張?jiān)鄬τ谠摷?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動。
(12).根據(jù)項(xiàng)目(4)所述的組織并置裝置，其中，所述可擴(kuò)張?jiān)ǖ谝豢蓴U(kuò)張?jiān)?，并且第二可擴(kuò)張?jiān)O(shè)置在該細(xì)長構(gòu)件的固定部分上并且與第一可擴(kuò)張?jiān)g隔開。
(13).根據(jù)項(xiàng)目(3)所述的組織并置裝置，其中，至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)娀钚跃酆衔飶?fù)合材料，其具有至少一層撓性導(dǎo)電層、電活性聚合物層和離子凝膠層。
(14).本發(fā)明還涉及一種組織并置裝置，包括細(xì)長構(gòu)件；與該細(xì)長構(gòu)件連接并且用來接合組織的至少一個(gè)可電致動擴(kuò)張?jiān)?；以及與該細(xì)長構(gòu)件連接并且用于使至少一個(gè)可電致動擴(kuò)張?jiān)鄬τ谠摷?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動的可電致動定位元件。
(15).根據(jù)項(xiàng)目(14)所述的組織并置裝置，其中，所述可電致動擴(kuò)張?jiān)退隹呻娭聞佣ㄎ辉總€(gè)都包括電活性聚合物致動器。
(16).根據(jù)項(xiàng)目(14)所述的組織并置裝置，其中，至少一個(gè)可電致動擴(kuò)張?jiān)ㄅc該細(xì)長軸連接并且彼此間隔開一定距離的第一和第二可電致動擴(kuò)張?jiān)摽呻娭聞佣ㄎ辉脕硎乖摰谝缓偷诙呻娭聞訑U(kuò)張?jiān)虮舜诉\(yùn)動。
(17).根據(jù)項(xiàng)目(14)所述的組織并置裝置，其中，所述可電致動定位元件在該細(xì)長構(gòu)件的固定部分和可動部分之間延伸，并且該可電致動擴(kuò)張?jiān)c可動部分連接。
(18).本發(fā)明還涉及一種用于使組織彼此并置定位的方法，該方法包括將該細(xì)長軸插入穿過第一組織和第二組織；并且電致動與該細(xì)長軸連接的至少一個(gè)電活性聚合物致動器以接合第二組織并且使第二組織朝著第一組織運(yùn)動。
(19).根據(jù)項(xiàng)目(18)所述的方法，其中，至少一個(gè)電活性聚合物致動器包括在受到電致動時(shí)徑向擴(kuò)張以接合第二組織的第一電活性聚合物致動器，和在受到電致動時(shí)軸向收縮以使第一電活性聚合物致動器和第二組織朝著第一組織運(yùn)動的第二電活性聚合物致動器。
(20).根據(jù)項(xiàng)目(19)所述的方法，其中，所述第二電活性聚合物致動器與該細(xì)長軸的可動部分連接，并且該電致動第二電活性聚合物致動器使可動部分相對于該細(xì)長軸的固定部分滑動。
(21).根據(jù)項(xiàng)目(18)所述的方法，還包括使與該細(xì)長軸連接的第二可擴(kuò)張?jiān)姅U(kuò)張以接合第一組織。
(22).根據(jù)項(xiàng)目(19)所述的方法，其中，所述第一電活性聚合物致動器被電致動至預(yù)選的尺寸。


從下面結(jié)合附圖給出的詳細(xì)說明中將更加全面地理解本發(fā)明，其中圖1A為組織并置裝置的一個(gè)示例性實(shí)施方式的透視圖；圖1B為圖1A中的組織并置裝置的剖視圖，其顯示出與細(xì)長軸的固定部分和可動部分連接的定位元件；圖1C為圖1B中的組織并置裝置的遠(yuǎn)端部分的放大剖視圖；圖2A為現(xiàn)有技術(shù)的纖維束式電活性聚合物(EAP)致動器的剖視圖；圖2B為在圖2A中所示的現(xiàn)有技術(shù)的致動器的徑向剖視圖；圖3A為具有多層EAP復(fù)合層的現(xiàn)有技術(shù)的層壓式EAP致動器的剖視圖；圖3B為在圖3A中所示的現(xiàn)有技術(shù)的致動器的其中一個(gè)復(fù)合層的透視圖；圖4為組織并置裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的透視圖，其具有設(shè)置在擴(kuò)張細(xì)長軸的撓性部分的相對側(cè)面上的定位致動器，將該細(xì)長軸構(gòu)成為使第一和第二可擴(kuò)張?jiān)舜讼鄬\(yùn)動；圖5A為示出穿過近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)組織插入的圖1A-1C中的組織并置裝置的示意圖；圖5B為示出在圖5A中的組織并置裝置上擴(kuò)張以接合遠(yuǎn)側(cè)組織的遠(yuǎn)側(cè)可擴(kuò)張?jiān)氖疽鈭D；圖5C為示出圖5B中的組織并置裝置的定位致動器的示意圖，其軸向收縮以使第二可擴(kuò)張?jiān)瓦h(yuǎn)側(cè)組織朝著近側(cè)組織軸向運(yùn)動；圖5D為示出擴(kuò)張以接合近側(cè)組織的圖5C中的組織并置裝置的第一可擴(kuò)張?jiān)氖疽鈭D；圖5E為示出在圖5D中的組織并置裝置周圍植入在近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)組織中的組織緊固件的示意圖；以及圖5F為圖5E中的組織并置裝置的透視圖，其示出收縮以從連接的組織中取出組織并置裝置的遠(yuǎn)側(cè)元件和近側(cè)元件。
具體實(shí)施例方式
下面將描述一些示例性實(shí)施方式，以提供對本發(fā)明公開的裝置和方法的結(jié)構(gòu)原理、功能、制造和使用的全面理解。附圖中顯示了這些實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)例子。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，這里具體描述和附圖中顯示出的裝置和方法是非限制性的示例性實(shí)施方式，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限定。所描述的或者所顯示出的與一個(gè)示例性實(shí)施方式有關(guān)的特征可以與其它實(shí)施方式的特征結(jié)合。這種修改和變型包括在本發(fā)明的范圍中。本發(fā)明總的提供了用于例如在胃旁路手術(shù)期間使組織彼此并置定位的方法和裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，提供了一種組織并置裝置，其具有其上連接有至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)膿闲暂S，和與該細(xì)長軸連接并且用于使可擴(kuò)張?jiān)S向運(yùn)動以使由可擴(kuò)張?jiān)雍系慕M織運(yùn)動的定位元件擴(kuò)張。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，可以電致動定位元件和/或可擴(kuò)張?jiān)?，從而使它們適于尺寸變化，例如沿著一個(gè)方向擴(kuò)張而沿著相反方向收縮，以接合組織并且使組織運(yùn)動。因此，例如可擴(kuò)張?jiān)軌蛴脕韽较驍U(kuò)張以接合組織，和/或定位元件能夠用來軸向收縮以使可擴(kuò)張?jiān)S向運(yùn)動，由此使組織軸向運(yùn)動。使用可電致動定位元件不需要通過撓性軸的長度傳遞力，并且使用可電致動擴(kuò)張?jiān)軌蚴褂糜诮雍辖M織的技術(shù)更容易、更受控。在某些示例性實(shí)施方式中，可以使用兩個(gè)可擴(kuò)張?jiān)斫雍系谝缓偷诙M織，以使組織運(yùn)動成相互并置。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，該裝置可以包括可電致動構(gòu)件和可非電致動構(gòu)件的任意組合，并且可以將該裝置用于除了使組織運(yùn)動成相互并置之外的各種目的。
圖1A-1C顯示出組織并置裝置300的一個(gè)示例性實(shí)施方式。如所示一樣，該裝置300總的包括細(xì)長構(gòu)件或軸302、與該細(xì)長軸302連接的第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312、以及與細(xì)長軸302連接并且用來使第一和/或第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312相對于彼此運(yùn)動的定位元件314。在使用的過程中，可以將可擴(kuò)張?jiān)?10、312定位在第一和第二組織表面的相對側(cè)面上，并且使可擴(kuò)張?jiān)?10、312的一個(gè)或兩個(gè)擴(kuò)張以接合組織。然后可以致動定位元件314以使可擴(kuò)張?jiān)?10、312的一個(gè)或兩個(gè)朝著彼此運(yùn)動，由此使這些組織彼此并置定位。
細(xì)長軸302可以具有各種結(jié)構(gòu)，但是在所示的實(shí)施方式中，它具有帶有近端和遠(yuǎn)端306、308的大體上細(xì)長的形狀。如圖1A所示，近端306可以與把手304連接，從而有利于裝置300的抓握和操作。把手304還可以包括其它部件以便于該裝置的操作，如將在下面更詳細(xì)地描述的一樣。細(xì)長軸302的遠(yuǎn)端308可以周來插入到組織中或穿過該組織，并且它可以包括諸如錐形頂端320的特征以便于插入。細(xì)長軸302還可以由各種材料制成，但是在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，它可以由基本上撓性材料形成，該撓性材料使得細(xì)長構(gòu)件302能夠彎曲或者順從在患者體內(nèi)的空腔的大體上的曲面形狀。如圖1A所示，在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，根據(jù)空腔305的所期望的用途，細(xì)長軸302限定了穿過細(xì)長軸302的至少一部分延伸、并且任選穿過該裝置300的細(xì)長軸302和把手304的整個(gè)長度的內(nèi)腔305。該內(nèi)腔305可以構(gòu)成為接收或容納各種部件(例如諸如照相機(jī)的成像裝置)，或各種其它醫(yī)療裝置(例如撓性抓握器或其它外科手術(shù)器具)。內(nèi)腔305還可以構(gòu)成為將流體或其它材料輸送到手術(shù)位置或者從其中排出它們。
如在圖1B和1C中更詳細(xì)地所示一樣，細(xì)長軸302還可以包括具有其上連接的第二可擴(kuò)張?jiān)?12的固定部分316，和具有其上連接的第一可擴(kuò)張?jiān)?10以允許第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312相對運(yùn)動的可動部分317。盡管可以使用各種技術(shù)來提供固定部分和可動部分316、317，但是在該例舉的實(shí)施方式中，將固定部分316安裝在把手304上并且從其中伸出，并且可動部分317采取可滑動地設(shè)置在由固定部分316限定的內(nèi)腔305內(nèi)并且從其中向遠(yuǎn)側(cè)延伸的大體上管狀結(jié)構(gòu)的形式。因此，可動部分317可以在其中第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312基本上彼此相鄰地定位的回縮的最近位置和其中第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312彼此間隔一段距離的延伸的最遠(yuǎn)位置之間沿著細(xì)長軸302的軸線334相對于固定部分316滑動。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，可以使用各種其它技術(shù)來實(shí)現(xiàn)在第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312之間的相對運(yùn)動。如將在下面更詳細(xì)說明的一樣，在另一個(gè)實(shí)施方式中，可動部分316和固定部分317能夠通過沿著一部分細(xì)長構(gòu)件302在它們之間形成的撓性部分可動地相互連接。
如上所述，所示的裝置300還包括第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312和用于使第一和/或第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312相對于彼此運(yùn)動的定位元件314。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，元件310、312、314中的至少一個(gè)可以由能夠響應(yīng)于施加在該材料上的電能改變尺寸的可電致動材料形成。形成元件310、312、314中的任一個(gè)或多個(gè)的可電致動材料可以連接到各種電源上以有利于這種尺寸變化。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以將電源(例如電池)設(shè)置在把手304內(nèi)以用于向可電致動材料輸送電能?？蛇x的是，把手304可以適于連接到電源(例如插座)上。如圖1A所示，把手304還可以包括一個(gè)或多個(gè)控制器322，它們構(gòu)成用來調(diào)節(jié)由電源提供給可電致動材料的電量以控制該可電致動材料的相應(yīng)幾何或尺寸變化的程度。例如，通過使相對較小的電壓的量從電源傳遞到該可電致動材料上，控制器322可以使得該可電致動材料以相對較小的程度改變尺寸?？蛇x的是，通過使相對較大的電壓的量從電源傳遞到可電致動材料上，控制器322可以使得該可電致動材料以相對較大的程度改變尺寸，如將在下面更詳細(xì)描述的一樣。
盡管第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312和定位元件314中的至少一個(gè)可以由可電致動材料形成，但是在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，這些元件310、312、314中的至少一個(gè)可以由電活性聚合物材料形成。電活性聚合物(EAPs)，也稱為人造肌，是響應(yīng)于電場或機(jī)械場表現(xiàn)壓電、熱電或電致伸縮性質(zhì)的材料。具體地說，EAPs是一組導(dǎo)電摻雜聚合物，當(dāng)施加電壓時(shí)所述導(dǎo)電摻雜聚合物改變形狀?？梢允褂秒姌O使所述導(dǎo)電聚合物與某種形式的離子流體或凝膠配對。一旦對電極施加電壓電位，離子從流體/凝膠流入或流出導(dǎo)電聚合物，可以引起聚合物的形狀變化。通常，可以根據(jù)使用的具體聚合物和離子流體或凝膠施加在大約1V-4kV范圍內(nèi)的電壓電位。特別需要注意的是，EAPs在被供能時(shí)并不改變體積，而是它們僅僅在一個(gè)方向上擴(kuò)張并且在橫向方向上收縮。
EAPs的主要優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)是能夠電控制和微調(diào)它們的性能和特性?？梢酝ㄟ^在EAP上施加外部電壓重復(fù)變形EAPs，并且當(dāng)?shù)罐D(zhuǎn)所施加的電壓的極性時(shí)，它們可以快速回復(fù)到它們的初始構(gòu)型?？梢赃x擇特定聚合物，以形成不同類型的運(yùn)動結(jié)構(gòu)，包括擴(kuò)張、線性運(yùn)動和彎曲結(jié)構(gòu)。EAPs也可以與機(jī)械機(jī)構(gòu)(例如彈簧或撓性板)配對，從而當(dāng)電壓施加到EAP時(shí)改變EAP對機(jī)械機(jī)構(gòu)的影響。輸送到EAP的電壓的大小也可以與產(chǎn)生的運(yùn)動量或尺寸變化量對應(yīng)，因此可以控制能量輸送，從而實(shí)現(xiàn)所需的變化量。
有兩種基本類型的EAPs，每種類型有多種構(gòu)型。第一種類型是纖維束，其可以包括捆在一起協(xié)同工作的許多纖維。所述纖維通常具有大約30-50微米的尺寸。這些纖維可以被編織成很像織物的束，并且它們常常被稱為EAP紗線。在使用中，EAP的機(jī)械構(gòu)型確定了EAP致動器和其運(yùn)動能力。例如，EAP可以形成長股線并且纏繞單個(gè)中心電極。撓性外部外護(hù)套將形成用于致動器的另一電極并且包含實(shí)現(xiàn)裝置的功能所必須的離子流體。當(dāng)對其施加電壓時(shí)，EAP將擴(kuò)張，使所述股線收縮或縮短?？稍谏虡I(yè)上獲得的纖維EAP材料的一個(gè)例子由Santa Fe Science and Technology公司制造并且作為PANIONTM纖維出售，其描述于美國專利No.6,667,825中，通過參考將該文獻(xiàn)的全部內(nèi)容并入本文。
圖2A和2B示出了由纖維束形成的EAP致動器100的一個(gè)示例性實(shí)施方式。如圖所示，致動器100通常包括撓性導(dǎo)電外護(hù)套102，該外護(hù)套采用細(xì)長圓柱形構(gòu)件的形式，其上形成有相對的絕緣端帽102a和102b。然而，導(dǎo)電外護(hù)套102可以根據(jù)預(yù)期用途具有各種其它形狀和尺寸。如進(jìn)一步所顯示的，導(dǎo)電外護(hù)套102聯(lián)接到回流電極108a上，能量輸送電極108b通過絕緣端帽中的一個(gè)(例如端帽102a)延伸，通過導(dǎo)電外護(hù)套102的內(nèi)腔，并且進(jìn)入相對的絕緣端帽(例如端帽102b)中。能量輸送電極108b例如可以是鉑陰極線。導(dǎo)電外護(hù)套102也可以包括布置在其中的離子流體或凝膠106，以用于將能量從能量輸送電極108b輸送到布置在外護(hù)套102內(nèi)的EAP纖維104。具體地說，一些EAP纖維104平行布置并且在每個(gè)端帽102a，102b之間和延伸，并延伸進(jìn)入端帽102a和102b。如上所述，纖維104可以布置成各種方位，以提供預(yù)期結(jié)果，例如徑向地?cái)U(kuò)張或收縮或者彎曲運(yùn)動。在使用中，能量可以通過有源能量輸送電極108b和導(dǎo)電外護(hù)套102(陽極)輸送到致動器100。所述能量將使離子流體中的離子進(jìn)入EAP纖維104，由此使纖維104在一個(gè)方向上擴(kuò)張(例如徑向地?cái)U(kuò)張，使得每個(gè)纖維104的外徑增大)和在橫向方向上收縮(例如軸向地收縮，使得所述纖維的長度減小)。因此，端帽102a，102b將被朝著彼此被牽引，從而收縮和減小撓性外護(hù)套102的長度。
另一種類型的EAP是層壓結(jié)構(gòu)，其包括一個(gè)或多個(gè)EAP層、布置在每個(gè)EAP層之間的離子凝膠或流體層和連接到所述結(jié)構(gòu)上的一個(gè)或多個(gè)撓性導(dǎo)電板，例如正電極板和負(fù)電極板。當(dāng)施加電壓時(shí)，層壓結(jié)構(gòu)在一個(gè)方向上擴(kuò)張并且在橫向或垂直方向上收縮，從而使與之聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)撓性板根據(jù)EAP相對于一個(gè)或多個(gè)撓性板的構(gòu)型縮短或伸長，或者彎曲或撓曲。可在商業(yè)上獲得的層壓EAP材料的一個(gè)例子由SRI Laboratories的一個(gè)分部Artificial Muscle Inc制造。稱為薄膜EAP的板狀EAP材料也可從日本的EAMEX獲得。
圖3A和3B示出了由層壓材料形成的EAP致動器200的一個(gè)示例性構(gòu)型。首先參照圖3A，致動器200可以包括層壓EAP復(fù)合層的多個(gè)層(例如顯示了五個(gè)層210、210a、210b、210c、210d)，所述層由布置在它們之間的粘合劑層103a、103b、103c、103d彼此粘合。在圖3B中更詳細(xì)地顯示了所述層中的一個(gè)，即層210，如圖所示，層210包括第一撓性導(dǎo)電板212a、EAP層214、離子凝膠層216和第二撓性導(dǎo)電板212b，所有這些層都彼此連接，以形成層壓復(fù)合層。如圖3B中進(jìn)一步所示，所述復(fù)合層也可以包括聯(lián)接到撓性導(dǎo)電板212a，212b上的能量輸送電極218a和回流電極218b。在使用中，能量可以通過有源能量輸送電極218a輸送到致動器200。所述能量使離子凝膠層216中的離子進(jìn)入EAP層214，從而使層214在一個(gè)方向上擴(kuò)張并且在橫向方向上收縮。因此，將迫使撓性板212a，212b撓曲或彎曲，或者以其它方式隨EAP層214改變形狀。
回到圖1A-1C，可以使用任一種致動器來形成可擴(kuò)張?jiān)?10、312的一個(gè)或兩個(gè)，但是在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，采用EAP層壓件或由多個(gè)層壓件層形成的復(fù)合EAP來形成這些可擴(kuò)張?jiān)?10、312?？梢酝ㄟ^圍繞裝置300的細(xì)長軸302卷繞EAP致動器來形成第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312。可以使用粘接劑或其它配合技術(shù)來使致動器與軸配合。盡管未示出，但是可擴(kuò)張?jiān)?10、312可以任選設(shè)置在細(xì)長軸302的內(nèi)腔305內(nèi)和/或嵌入在細(xì)長軸302的壁內(nèi)，或者可選的是可擴(kuò)張?jiān)?10、312可以與細(xì)長軸302形成為一體。而且，盡管顯示出該裝置300具有兩個(gè)可擴(kuò)張?jiān)?10、312，但是該裝置300可以包括任意數(shù)量的位于相對于細(xì)長軸302的縱向軸線334的任意位置中的可擴(kuò)張?jiān)?br> 在使用的過程中，EAP致動器的方位可以構(gòu)成為使得第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312在將電能施加在這些可擴(kuò)張?jiān)?10、312上時(shí)能夠徑向擴(kuò)張并且軸向收縮。具體地說，在向第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312輸送電能時(shí)，如圖1A所示，每個(gè)可擴(kuò)張?jiān)?10、312的直徑d1、d2可以從未擴(kuò)張位置(圖5A)向擴(kuò)張位置增大。根據(jù)這種幾何形狀變化，可擴(kuò)張?jiān)?10、312可以構(gòu)成為接合位于元件310、312附近的身體組織或器官。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，可以使用各種技術(shù)來向可擴(kuò)張?jiān)?10、312提供能量。例如，可擴(kuò)張?jiān)?10、312可以與回流電極和用來從電源將電能輸送給致動器的輸送電極連接。這些電極可以穿過在細(xì)長軸302中的內(nèi)腔延伸，嵌入在細(xì)長軸302的側(cè)壁中，或者它們能夠沿著細(xì)長軸302的外表面延伸。
還可以采用任一種EAP來形成定位元件314，但是在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，采用在這里還被稱為索式EAP的纖維束式EAP來形成定位元件314。在圖1B和1C中所示的實(shí)施方式中索式EAP定位元件314可以連接到在軸302的可動部分317和固定部分316之間的該細(xì)長軸302上。具體地說，盡管定位元件314可以連接到細(xì)長軸302的外表面上或者它可以嵌入在一部分細(xì)長軸302內(nèi)，但是在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，索式EAP定位元件314設(shè)置在軸302的內(nèi)腔305內(nèi)，并且它與可動部分317的遠(yuǎn)端330和固定部分316的內(nèi)腔305的側(cè)壁332連接并且在它們之間延伸。定位元件314的遠(yuǎn)端330在內(nèi)腔305內(nèi)的位置可以根據(jù)所期望的可動部分317相對于細(xì)長軸302的固定部分316的運(yùn)動量變化。例如，其中在可動部分317處于延伸的最遠(yuǎn)位置中時(shí)，第一可擴(kuò)張?jiān)?10與第二可擴(kuò)張?jiān)?12間隔預(yù)定距離定位，定位元件314可以在距離固定部分316的最遠(yuǎn)端預(yù)定距離的位置處與固定部分316的內(nèi)腔305的側(cè)壁332連接。但是，定位元件314可以延伸穿過細(xì)長軸302的更大部分，或者它可以延伸穿過細(xì)長軸302的整個(gè)長度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，定位元件314可以由可非電致動材料形成。例如，定位元件可以是延伸穿過該裝置并且用來沿著近側(cè)方向牽掛以使可擴(kuò)張?jiān)?10、312朝著彼此運(yùn)動的細(xì)長索或軸?？梢匀芜x設(shè)置偏壓元件(例如彈簧)，用來將定位元件偏壓向所延伸的位置，在該位置中可擴(kuò)張?jiān)?10、312彼此間隔開。
在使用的過程中，定位元件314可以構(gòu)成為在將電能施加到定位元件314上時(shí)相對于縱向軸線334軸向收縮和徑向擴(kuò)張。這種收縮是有效的，尤其對于減小定位元件314的長度l，由此使可動部分317相對于固定部分316向近側(cè)滑動，并且減小在位于固定部分316上的第二可擴(kuò)張?jiān)?12和位于可動部分317上的第一可擴(kuò)張?jiān)?14之間的距離。因此，由第一可擴(kuò)張?jiān)?10接合的組織將朝著定位在第二可擴(kuò)張?jiān)?12附近或者由它接合的組織運(yùn)動。
如上所述，可以采用層壓或纖維束式EAP來形成定位元件314。圖4顯示出采用用來形成EAP帶的層壓或復(fù)合式EAP所形成的定位元件314的另一個(gè)實(shí)施方式。盡管這些帶318可以設(shè)置在細(xì)長軸302的內(nèi)腔305內(nèi)或者它們可以與細(xì)長軸302一體地形成，但是在該所示的實(shí)施方式中，多個(gè)EAP帶318沿著細(xì)長軸302的外表面軸向設(shè)置。這些帶318可操作用來在將電能施加在其上時(shí)軸向收縮。因此，在第一和第二定位元件310、312之間延伸的一部分細(xì)長軸302可以由撓性材料形成，或者可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即，使得帶318能夠使細(xì)長軸302軸向收縮。這些帶318相對于細(xì)長軸302的布置可以變化，但是在一個(gè)實(shí)施方式中，這些帶318可以圍繞著細(xì)長構(gòu)件302的撓性材料336的圓周彼此基本上等距離地間隔開，以使細(xì)長軸302的撓性部分均勻地收縮。具體地說，等距離地間隔開這些帶318將減小撓性材料336在電致動這些帶318時(shí)的彎曲或紐結(jié)。這些帶318任選可以構(gòu)成為沿著所期望的方向使細(xì)長軸302彎曲和/或撓曲。
如上所述，在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，組織并置裝置300可以用來使組織相對于彼此并置定位，例如以在胃旁路手術(shù)期間將胃囊定位在小腸附近，以便允許手術(shù)連接這些組織并且形成端對端的吻合。圖5A-5F顯示出用于在這種手術(shù)期間定位和固定胃囊和小腸的一個(gè)示例性方法。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，可以在各種其它醫(yī)療手術(shù)中使用該裝置300。
為了使小胃囊與患者的小腸連接，例如通過采用組織切割裝置，可以在小胃囊的壁352中形成開口350，并且在患者小腸的壁356中形成開口354。這些開口350、354允許將組織并置裝置300插入在胃囊和小腸內(nèi)以便并置這些器官。如圖5A所示，第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312處于徑向收縮(例如非電致動)狀態(tài)中，并且組織并置裝置300的錐形頂端320用來沿著由箭頭358所示的方向?qū)⒓?xì)長構(gòu)件302引導(dǎo)到組織壁352、356的開口350、354中并且穿過這些開口，從而將第一可擴(kuò)張?jiān)?10定位在位于小腸壁356中的開口354的相對側(cè)面上。
如圖5B所示，一旦將第一可擴(kuò)張?jiān)?10插入到小腸中，可以例如使用形成在把手304上的按鈕、旋鈕或撥來將電能輸送給第一可擴(kuò)張?jiān)?10，以使第一可擴(kuò)張?jiān)?10的幾何形狀變化，并且更優(yōu)選使第一可擴(kuò)張?jiān)较驍U(kuò)張至足以接合組織356的尺寸，即，防止第一可擴(kuò)張?jiān)?10穿過在小腸壁356中的開口354?？梢钥刂扑斔偷碾娏恳允沟谝豢蓴U(kuò)張?jiān)?10擴(kuò)張至所期望的尺寸。一旦接合小腸壁356，則可以將電能輸送給定位元件314以改變定位元件314的幾何形狀，并且尤其是使定位元件314沿著細(xì)長構(gòu)件308的縱向軸線334軸向收縮，由此使可動部分317在細(xì)長構(gòu)件302的固定部分316內(nèi)向近側(cè)滑動，并且使第一可擴(kuò)張?jiān)?10朝著第二可擴(kuò)張?jiān)?12運(yùn)動，如圖5C所示。因此，使小腸壁356運(yùn)動到胃囊壁352附近中。
在將小腸壁356定位在胃囊壁352附近的情況下，可以將電能輸送給第二可擴(kuò)張?jiān)?12，以使得第二可擴(kuò)張?jiān)?12的幾何形狀變化，并且尤其是使得第二可擴(kuò)張?jiān)?12徑向擴(kuò)張并且接合胃囊壁352，由此將胃囊壁352固定在小腸壁356附近或固定在其上。優(yōu)選保持向可擴(kuò)張?jiān)?10、312和定位元件314輸送電能以使這些元件保持在電致動狀態(tài)中。在可擴(kuò)張?jiān)?10、312兩個(gè)都處于徑向擴(kuò)張狀態(tài)中并且定位元件314處于收縮狀態(tài)中的情況下，如圖5E所示，可以將緊固件380(例如縫釘或縫合線)施加在小腸壁356和胃囊壁352上，以使小腸和胃囊彼此固定，從而形成端對端的吻合。例如，可以通過外科吻合器在第二可擴(kuò)張?jiān)?12的圓周附近將縫釘施加在小腸壁356和胃囊壁352上。
一旦胃囊和小腸已經(jīng)彼此固定，則可以從組織中的開口350、354中取出組織并置裝置300。如圖5F所示，為了能夠從開口350、354中取出裝置300，可以中止向至少第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10、312輸送電能以使得第一和第二可擴(kuò)張?jiān)?10徑向收縮，由此使得組織并置裝置300能夠從小腸壁356和胃囊壁352中取出。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)上述實(shí)施方式將了解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明不會受到已經(jīng)具體顯示和描述的內(nèi)容限制，而是由所附權(quán)利要求限定的一樣。在這里所引用的所有公開內(nèi)容和參考文獻(xiàn)其全文在這里通過引用并入本文。
權(quán)利要求
1.一種組織并置裝置，包括其上連接有至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)募?xì)長構(gòu)件；以及與該細(xì)長構(gòu)件連接并且用于使至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)鄬τ谠摷?xì)長構(gòu)件軸向運(yùn)動的定位元件，其中，該定位元件和至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)械闹辽僖粋€(gè)能夠在向其輸送電能時(shí)尺寸發(fā)生變化。
2.如權(quán)利要求1所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件能夠在向其輸送電能時(shí)軸向收縮。
3.如權(quán)利要求1所述的組織并置裝置，其中，至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)軌蛟谙蚱漭斔碗娔軙r(shí)徑向擴(kuò)張。
4.如權(quán)利要求1所述的組織并置裝置，其中，所述細(xì)長構(gòu)件包括固定部分和與該固定部分可動地連接的可動部分，并且將至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)B接到該可動部分上。
5.如權(quán)利要求4所述的組織并置裝置，其中，所述可動部分可滑動地設(shè)置在形成于至少一部分固定部分中的內(nèi)腔內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件與該細(xì)長構(gòu)件的固定部分和可動部分連接并且在它們之間延伸。
7.如權(quán)利要求4所述的組織并置裝置，其中，所述定位元件包括電活性聚合物索。
8.如權(quán)利要求7所述的組織并置裝置，其中，所述電活性聚合物索包括撓性導(dǎo)電外殼，該外殼具有設(shè)置在其中的電活性聚合物和離子流體。
9.如權(quán)利要求7所述的組織并置裝置，其中，所述電活性聚合物索包括電活性聚合物復(fù)合材料，其具有至少一層撓性導(dǎo)電層、電活性聚合物層和離子凝膠層。
10.如權(quán)利要求4所述的組織并置裝置，其中，所述可動部分和固定部分通過該細(xì)長構(gòu)件的撓性部分彼此可動地連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于使組織彼此并置定位的裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，提供了一種組織并置裝置，其具有其上連接有至少一個(gè)可擴(kuò)張?jiān)膿闲暂S，和適于使該可擴(kuò)張?jiān)鄬τ诩?xì)長軸軸向運(yùn)動以使通過可擴(kuò)張?jiān)雍系慕M織運(yùn)動的定位元件擴(kuò)張。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，定位元件和可擴(kuò)張?jiān)械闹辽僖粋€(gè)可以由電活性聚合物形成。
文檔編號A61M29/00GK1903134SQ20061010891
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者馬克·S·奧爾蒂斯, 萊內(nèi)塔·弗里曼 申請人:伊西康內(nèi)外科公司