專利名稱：用于遠(yuǎn)程操縱抓持工具的手致動設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉸接機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用，該應(yīng)用包括外科或診斷器械和工具的 遠(yuǎn)程引導(dǎo)和操縱。具體地，本發(fā)明涉及用于遠(yuǎn)程操縱身體組織的手致動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在許多行業(yè)和應(yīng)用場合尤其是希望在難以用手進(jìn)入或者否則就會帶來 危險(xiǎn)的空間中控制器械或工具的運(yùn)動時(shí)，容易地遠(yuǎn)程操縱器械和工具的能 力是大家所關(guān)心的。這些可包括在外科手術(shù)中工具或器械的應(yīng)用目標(biāo)位置 難以接近的情況、或機(jī)械的制造或維修、甚至其中手動地進(jìn)入目標(biāo)位置受 限的商業(yè)和家庭使用。其它情況可包括例如其中工作環(huán)境對于使用者是危 險(xiǎn)的例如暴露在危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)下的工作空間的工業(yè)應(yīng)用。另外的情況還可 包括其中使用者處于危險(xiǎn)之中例如將工具或器械部署在危險(xiǎn)或敵方位置的 法律實(shí)施或軍事應(yīng)用。
使用外科手術(shù)作為說明性示例，例如內(nèi)窺鏡和腹腔鏡檢查的手術(shù)通常 從身體外部的位置使用在目標(biāo)器官或組織內(nèi)或朝該目標(biāo)器官或組織轉(zhuǎn)向的
器械。內(nèi)窺鏡檢查手術(shù)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。內(nèi)窺鏡的插入管通常通過推動而前進(jìn)并 通過向后拉而縮回。管的尖端可通過扭轉(zhuǎn)和大致向上/向下以及向左/向右的
運(yùn)動而被引導(dǎo)。此有限的運(yùn)動范圍常常會使得難以轉(zhuǎn)過銳角(例如在直腸 乙狀部結(jié)腸內(nèi))，從而導(dǎo)致患者不舒適并且增加損傷周圍組織的危險(xiǎn)。
腹腔鏡檢查包括根據(jù)解剖標(biāo)志放置套管針孔口 。孑L口的數(shù)量通常隨預(yù) 期的手術(shù)、獲得令人滿意的組織活動所要求的器械數(shù)量、以及操作區(qū)域的 暴露而變化。盡管腹腔鏡外科存在許多優(yōu)點(diǎn)，例如較少的術(shù)后疼痛、較早 的活動、以及減小粘連形成，但是常常難以通過腹腔鏡孔口實(shí)現(xiàn)器官的最 優(yōu)牽拉以及傳統(tǒng)器械的可操縱性。在一些情況中，這些缺陷會導(dǎo)致外科時(shí) 間增加以及部件例如人造纖維和縫合線的不精確放置。
可轉(zhuǎn)向的導(dǎo)液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)液管包括可在基本有限的運(yùn)動范圍內(nèi)被引導(dǎo)以通過患者的脈管系統(tǒng)的
已做出許多努力來設(shè)計(jì)可控性提高的內(nèi)窺鏡以及導(dǎo)液管。例如，Sato 的US 3557780、 Ailinger等的US 5271381、 Alotta等的US 5916146、以及 Sakai的US 6270453說明了具有可通過致動一組線而被彎曲的一個或多個 柔性部分的內(nèi)窺鏡器械。這些線被通過轉(zhuǎn)動小齒輪(Sato)、操縱旋鈕 (Ailiiiger等)、可轉(zhuǎn)向的臂(Alotta等)或者通過滑輪才幾構(gòu)(Sato )從器 械的近端致動。
Boury等人的US5916147公開了 一種具有四條線的可轉(zhuǎn)向?qū)б汗?，?四條線在該導(dǎo)液管的壁內(nèi)行進(jìn)。每條線在導(dǎo)液管的不同部分終止。線的近 端從套管針?biāo)沙诘匮由斐觯瑥亩t(yī)生可拉動它們。醫(yī)生能夠通過選擇性地 拉緊線來使導(dǎo)液管成形和^f吏該導(dǎo)液管轉(zhuǎn)向。
盡管上述每個設(shè)備都可遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)向，但是它們的運(yùn)動范圍通常有限，這 至少部分地是因?yàn)橥ǔH使用單個纜索組來連接可轉(zhuǎn)向元件的鏈節(jié)(link) 或節(jié)段。因此，不可實(shí)現(xiàn)各鏈節(jié)或節(jié)段處的獨(dú)立運(yùn)動。相反，遠(yuǎn)端鏈節(jié)或 節(jié)段作為一個或多個單元一起彎曲。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的使用比較費(fèi)力，例如在 Boury等的導(dǎo)液管內(nèi)，其中必須單獨(dú)拉動每條線以使導(dǎo)液管成形。此外， 在例如使用旋鈕和滑輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)窺鏡和可轉(zhuǎn)向?qū)б汗艿那闆r下，需要大量 訓(xùn)練來熟練操縱設(shè)備穿過患者的體部。
因此，用于可控地通過復(fù)雜體部的具有提高的遠(yuǎn)程可操縱性的設(shè)備可 使器械和工具更高效和精確地前進(jìn)和布置、并幫助減小對周圍組織的損傷、 使患者的不舒適度最小、并在各種外科手術(shù)期間減小操作時(shí)間甚至可能減 小患者發(fā)病率。也是有利的是，這種設(shè)備提供更直觀和流暢的使用者接口
(interface),以實(shí)現(xiàn)這種提高的可操縱性。
將人的手指的運(yùn)動精確地轉(zhuǎn)變成外科器械或工具的運(yùn)動的使用者接口 是一種實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的遠(yuǎn)程可操縱性的方法。盡管已做出許多努力來實(shí)現(xiàn)這種 設(shè)備例如Ortiz的US 5441494、 Viola等的US 5807376、以及Daum等的 US 5813813內(nèi)所述的設(shè)備，但是仍需要一種具有改進(jìn)的控制和運(yùn)動范圍的 設(shè)備。
因此，非常需要一種設(shè)備，該設(shè)備不僅可提供手控使用者接口而且還 提供允許接近地模擬人手運(yùn)動以提高遠(yuǎn)程可操縱性的致動機(jī)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種可用于多種用途的鉸接機(jī)構(gòu)，該用途包括但不局限 于器械例如外科或診斷器械或工具的遠(yuǎn)程操縱，該器械或工具包括但不局 限于內(nèi)窺鏡、導(dǎo)液管、多普勒流量計(jì)、麥克風(fēng)、探針、牽引器、解剖器、 縫合器、夾具、抓持器、剪刀或切割器、消融或燒灼元件等。該鉸接機(jī)構(gòu) 可用于在患者的身體區(qū)域內(nèi)引導(dǎo)這些器械或者將這些器械引導(dǎo)到患者身體 區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)位置，并且還可用于致動或有助于這種器械或工具的致動。
在一個變型中，該鉸接機(jī)構(gòu)包括多對鏈節(jié)，每對中的每一個鏈節(jié)可保 持與該對中的另一鏈節(jié)相互間隔開，以及包括多組纜索，其中每個纜索組 使成對的分離的鏈節(jié)相互連接并在每個成對的分離的鏈節(jié)處終止，從而該 對的一個鏈節(jié)的運(yùn)動導(dǎo)致該對的另一鏈節(jié)進(jìn)行對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動。鉸接機(jī)構(gòu) 遠(yuǎn)端處的相關(guān)運(yùn)動對應(yīng)于近端處的運(yùn)動。
在另一個變型中，該鉸接機(jī)構(gòu)包括連續(xù)柔性部件。該連續(xù)柔性部件包 括多對節(jié)段，其中每對的每個節(jié)段保持與該對的另一個節(jié)段相互間隔開， 以及包括多組纜索，其中每個纜索組使成對的分離的節(jié)段相互連接并在每
個成對的分離的節(jié)段處終止，從而該對的一個節(jié)段的運(yùn)動導(dǎo)致該對的另一 個節(jié)段進(jìn)行對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動。在一些情況中，連續(xù)柔性部件可以是例如具 有多個內(nèi)腔的導(dǎo)液管，其中每個纜索組在沿導(dǎo)液管長度的不同軸向位置處 終止。在另外的情況中，連續(xù)柔性部件具有螺旋狀設(shè)置，其中各節(jié)段對應(yīng) 于該螺旋的一圏。如果需要的，柔性聯(lián)接件可放置在螺旋節(jié)段或鏈節(jié)之間。
鉸接機(jī)構(gòu)的變型還可包括節(jié)段或鏈節(jié)，該節(jié)段或鏈節(jié)包括用于接納可 將鉸接機(jī)構(gòu)的近端固定和保持在固定位置的鎖定桿的通道?？蓪㈡i緊套而 不是鎖定桿裝在機(jī)構(gòu)的近端，以將近端固定和保持在固定位置。
外科或診斷工具可連接到根據(jù)本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端并從該遠(yuǎn)端延 伸出，或者鉸接機(jī)構(gòu)可安裝在這些工具中。外科或診斷工具的示例包括但 不局限于內(nèi)窺鏡、導(dǎo)液管、多普勒流量計(jì)、麥克風(fēng)、探針、牽引器、解剖 器、縫合器、夾具、抓持器、剪刀或切割器、以及消融或燒灼元件。
多個鉸接機(jī)構(gòu)還可結(jié)合成使得可遠(yuǎn)程模擬使用者手指的運(yùn)動，以操縱 身體組織的目標(biāo)。在一個變型中，該機(jī)構(gòu)形成包括多對鏈節(jié)、多組纜索和 使用者手控接口的手致動設(shè)備，其中每個成對的分離鏈節(jié)中的各鏈節(jié)保持 與該對的另一鏈節(jié)相互間隔開，該鏈節(jié)安裝在該設(shè)備的近端和遠(yuǎn)端，而對 應(yīng)對的鏈節(jié)分別位于近端和遠(yuǎn)端，每個纜索組使成對的分離的鏈節(jié)相互連 接，使用者手控接口位于該設(shè)備的近端并構(gòu)造成可取下地固定人手的用于 運(yùn)動的一個或多個指部，從而當(dāng)所述指部被固定到接口時(shí)，所述指部的運(yùn) 動可使所述近端的 一對中的 一個或多個鏈節(jié)運(yùn)動，并使得在設(shè)備遠(yuǎn)端的該 對中的另外一個或多個鏈節(jié)進(jìn)行對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動。在一些情況中， 一對中 的至少 一個鏈節(jié)是細(xì)長鏈節(jié)。
在另一個變型中，手致動設(shè)備包括具有使用者手控接口的近端，該近 端構(gòu)造成可取下地固定人手的用于運(yùn)動的 一個或多個指部，從而所述指部 在被固定時(shí)所述指部的折曲可轉(zhuǎn)變成在遠(yuǎn)端受動器部分的彎曲運(yùn)動。在另 一個變型中，使用者手控接口包括手指滑動裝置，其中手指滑動裝置的平 移運(yùn)動將被轉(zhuǎn)變成受動器部分的彎曲運(yùn)動。
本發(fā)明的手致動設(shè)備還在它們的近端和遠(yuǎn)端包括一個或多個接頭，這
些接頭具有遠(yuǎn)位指間(DIP)關(guān)節(jié)、近位指間(PIP)關(guān)節(jié)或掌部指骨(MCP) 關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍。在一些情況中，近端接頭例如MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動的控制 獨(dú)立于一個或多個遠(yuǎn)端接頭例如PIP接頭或DIP接頭的控制。在另 一些情 況中，^殳備的近端的運(yùn)動例如一對中的一個鏈節(jié)的運(yùn)動或者手指滑動裝置 的平移凈皮按比例地縮放成在該機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端的運(yùn)動例如該對中另一鏈節(jié)或受動 器部分的運(yùn)動。
圖1A-1E示出根據(jù)本發(fā)明一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的透視圖，其中多對鏈 節(jié)通過對應(yīng)的纜索組連接，圖1A示出處于其自然構(gòu)型的鉸接機(jī)構(gòu)，圖 1B-1E示出處于不同操作狀態(tài)的鉸接機(jī)構(gòu)；
圖1F是類似于圖1A的鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端的透視圖，其中端部被操縱形 成多個彎曲部；
圖2A-2E示出用于根據(jù)本發(fā)明另一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的鏈節(jié)的端視 圖、側(cè)-見圖和透#見圖3A-3C示出具有不同形狀的桿部分和對應(yīng)的凹部的類似于圖2A-2E 的鏈節(jié)的橫截面碎見圖；在圖3A和3B中，桿部分的遠(yuǎn)端為凸面狀，而在圖 3C中桿部分的遠(yuǎn)端為球形；凹部在圖3A中為錐形，在圖3B中為凹面狀， 而在圖3C中為球形；
圖3D是用于根據(jù)本發(fā)明另一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的鏈節(jié)的橫截面視圖， 其中在鏈節(jié)之間設(shè)置有球形元件；圖3E是類似于圖3D的鏈節(jié)和球形元件 的橫截面視圖，并且這些鏈節(jié)和球形元件還包括延伸通過且在鏈節(jié)和球形 元件之間連通的中心通道；
圖4A-4C是用于根據(jù)本發(fā)明一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的鏈節(jié)的橫截面視 圖，其示出纜索與鏈節(jié)的各種連接模式；
圖5A和5B示出用于根據(jù)本發(fā)明一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的單個鏈節(jié)，圖 5A是透視圖而圖5B是端視圖，所示的鏈節(jié)包括用于接納和使纜索以及其 它元件通過的內(nèi)腔和通道；
圖6A-6C示出根據(jù)本發(fā)明一個變型的與外科夾具相聯(lián)接的鉸接機(jī)構(gòu)的 透視圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個變型的與導(dǎo)液管相聯(lián)接的鉸接機(jī)構(gòu)的透視
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個變型的與內(nèi)窺鏡相聯(lián)接的鉸接機(jī)構(gòu)的透視
圖9A和9B是用于遠(yuǎn)程形成牽開器的鉸接機(jī)構(gòu)的透視圖，在圖9A中， 牽開器是形，在圖9B中，牽開器具有三角形牽開表面；
圖9C是根據(jù)本發(fā)明另一變型的鉸接機(jī)構(gòu)的透視圖，其中，該機(jī)構(gòu)連 接到使用者的手上；
圖10A-10B示出根據(jù)本發(fā)明另一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的透視圖，該機(jī)構(gòu) 具有包含螺旋形節(jié)段的連續(xù)柔性部件，多對這樣的節(jié)段通過對應(yīng)的纜索組 連接，圖IOB是圖10A內(nèi)所示的螺旋形節(jié)段的部分省略的放大視圖11是根據(jù)本發(fā)明另 一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的透視圖，該機(jī)構(gòu)具有包含 多個直通內(nèi)腔的連續(xù)柔性部件，并且多對節(jié)段通過對應(yīng)的纜索組連接；
圖12A-12B是根據(jù)本發(fā)明另一個變型的鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端的透視圖，在 該遠(yuǎn)端連接有組織消融元件；
圖13A-13F示出被遠(yuǎn)程操縱以產(chǎn)生消融性心臟損傷的根據(jù)圖12的鉸 接才幾構(gòu)的遠(yuǎn)端；
圖14是根據(jù)本發(fā)明一個變型的具有手指環(huán)的手致動裝置的透視圖，該
裝置示出處于未致動狀態(tài)；圖15示出人手在圖14的手致動裝置內(nèi)的放置；
圖16是圖14的手指環(huán)的放大的透視圖17是處于致動狀態(tài)的圖15的手致動裝置的透視圖18是根據(jù)本發(fā)明一個變型的具有手指滑動裝置的手致動裝置的透
視圖，該裝置處于未致動狀態(tài)；
圖19示出人手在圖18的手致動裝置內(nèi)的放置；
圖20是處于致動狀態(tài)的圖19的手致動裝置的透視圖21是根據(jù)本發(fā)明一個變型的手致動設(shè)備的手柄的透視圖22是根據(jù)本發(fā)明一個變型的滑動機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖23是根據(jù)圖18的滑動機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖24是部分拆開的圖23的滑動機(jī)構(gòu)的透視圖25是圖23的滑動機(jī)構(gòu)沿線B-B剖開的橫截面視圖，示出端部接頭 滑輪的直徑為中間接頭滑輪的直徑的兩倍；
圖26是圖23的滑動機(jī)構(gòu)的透視圖，示出根據(jù)本發(fā)明一個變型的纜索 與滑輪和基部接頭的連接；
圖27是手柄的透視圖，示出纜索的路線選擇；
圖28是根據(jù)本發(fā)明一個變型的使用者手控接口的模制手柄的放大透
視圖，其中纜索通過接口內(nèi)的通道；
圖29是根據(jù)本發(fā)明另一個變型的使用者手控接口的空心手柄的放大
橫截面視圖，示出纜索通過滑輪確定路線；
圖30是圖14的手致動裝置的受動器部分的放大剖視圖31A-31C是圖30內(nèi)的受動器的接頭的放大剖視圖32是圖31A和31B的受動器的接頭的放大側(cè)視圖，其中接頭垂直
取向；
圖33是圖31C內(nèi)的受動器的接頭的放大側(cè)視圖，其中接頭垂直取向； 圖34是形成圖30的受動器部分的一部分的受動器鏈節(jié)的分解視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)包括多對鏈節(jié)或節(jié)段以及多組纜索.鉸接機(jī)構(gòu) 可用單獨(dú)的、分隔開的節(jié)段即鏈節(jié)制成，或用由連續(xù)柔性部件形成的節(jié)段 形成。文中使用的術(shù)語"鏈節(jié)"和"節(jié)段"是指在機(jī)構(gòu)的一端的分離部分 或限定區(qū)域，其對應(yīng)于在機(jī)構(gòu)的相對端的另一個分離部分或限定區(qū)域。無 論如何，鉸接機(jī)構(gòu)將包括作為成對的分離部件的多個鏈節(jié)或節(jié)段。鏈節(jié)或 節(jié)段形成近端和遠(yuǎn)端，每對的一個鏈節(jié)或節(jié)段位于近端，而另一鏈節(jié)或節(jié) 段位于遠(yuǎn)端。如下文將進(jìn)一步說明的，用連續(xù)柔性部件形成的鏈節(jié)或節(jié)段的形式為例如連續(xù)的管，或者可處于例如螺旋形布置中，其中各對節(jié)段應(yīng)
于螺4t的一圏。
每個纜索組使成對的分離的鏈節(jié)或節(jié)段相互連接，從而一對中的一個 鏈節(jié)或節(jié)段的運(yùn)動會導(dǎo)致該對中另一鏈節(jié)或節(jié)段發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動。能夠操 縱各鏈節(jié)允許機(jī)構(gòu)容易地形成復(fù)雜的三維構(gòu)型和幾何結(jié)構(gòu)，下文將進(jìn)一步 詳細(xì)說明。對于依賴?yán)|索組或線的傳統(tǒng)鉸接設(shè)備，難以獲得這樣的復(fù)雜幾 何結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種設(shè)備通常設(shè)計(jì)成使轉(zhuǎn)向纜索或線通過每個節(jié)段并且在最 遠(yuǎn)的節(jié)段處終止。因此，所有節(jié)段共同響應(yīng)線或纜索組的運(yùn)動而一起通常 以曲線或弓形形式彎曲。例如，Alotta等的IJS 5916146中所述的設(shè)備具有 這樣的構(gòu)型。
為了說明，將在這樣的上下文中說明本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)用于在身體 的遠(yuǎn)程進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)遠(yuǎn)程引導(dǎo)、操縱和/或致動外科或診斷工具和器械，或者 用于身體組織的遠(yuǎn)程操縱。文中使用的術(shù)語"器械，，和"工具"可互換并 且是指通常被使用者操縱以實(shí)現(xiàn)特定目的的設(shè)備。文中使用的術(shù)語"區(qū)域，， 是指處于它們的病態(tài)或非病態(tài)的任何實(shí)體器官(例如肝臟、腎、腦、心臟) 或中空器官(例如食道、腸、胃、膀胱)、任何實(shí)體或內(nèi)臟組織(例如血 管或管道)、或者任何體腔(例如竇、胸膜或腹膜空間)。除了外科或診 斷應(yīng)用之外，還可想到鉸接機(jī)構(gòu)的其它應(yīng)用并且對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是 顯而易見的。這些包括但并不局限于工業(yè)應(yīng)用例如將工具、探針、傳感器 等引導(dǎo)到狹窄空間，或者工具的遠(yuǎn)程精確操作。其它使用包括其中希望實(shí) 現(xiàn)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程操縱的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括但不局限于消遣或娛樂 例如工具或游戲中的例如木偶、洋娃娃、塑像等的遠(yuǎn)程操縱。
轉(zhuǎn)到圖1A所示的變型，鉸接機(jī)構(gòu)100包括多個鏈節(jié)102，該鏈節(jié)形成 近端106和遠(yuǎn)端108。鏈節(jié)Ai和A2、 Bi和B2以及Di和D2分別是成對的 分離部件，并且一對中的一個鏈節(jié)在近端106而另一鏈節(jié)在遠(yuǎn)端108。鏈 節(jié)Q和C2是間隔鏈節(jié)，下文將進(jìn)行更詳細(xì)地說明。近端鏈節(jié)(Ap Bj和 Di)通過纜索104連接到遠(yuǎn)端鏈節(jié)(A2、 B2和D2)。間隔元件112設(shè)置在 近端106和遠(yuǎn)端108之間以將近端鏈節(jié)與遠(yuǎn)端鏈節(jié)隔開，并保持它們處于
分隔開的關(guān)系。間隔元件112可以是適合于預(yù)期應(yīng)用的任何長度，并且通 常為空心以便其可容納連接鏈節(jié)對的所有纜索104，以及另外的與預(yù)期與 該機(jī)構(gòu)一起使用的工具或器械相聯(lián)接的纜索、線、光纖或其它類似的元件。
鏈節(jié)可以是如用途所需的任何大小和形狀，但是它們的形式通常取決 于因素例如患者的年齡、所關(guān)心區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)、預(yù)期應(yīng)用和醫(yī)生的選擇。 鏈節(jié)102例如通常為柱狀，并且包括用于連接該鏈節(jié)對的纜索以及另外的 與預(yù)期與該機(jī)構(gòu)一起使用的工具或器械相聯(lián)接的纜索、線、光纖或其它類 似的元件通過的通道。通道直徑通常稍大于纜索直徑，從而形成滑動配合。 此外，鏈節(jié)還包括一個或多個用于接納可連接的外科器械或診斷工具的元 件或用于致動它們的纜索通過的通道。根據(jù)應(yīng)用，鏈節(jié)的直徑通常為大約 0.5mm到大約15mm或更大。對于內(nèi)窺鏡應(yīng)用，代表性直徑對于小內(nèi)窺鏡 器械可從大約2mm到大約3mm，對于中等尺寸的內(nèi)窺鏡器械從大約5mm 到大約7mm，而對于大內(nèi)窺鏡器械從大約10mm到大約15mm。對于導(dǎo)液 管應(yīng)用，直徑可從大約lmm到大約5mm。鏈節(jié)的總長度通常將根據(jù)鏈節(jié) 之間希望的彎曲半徑改變。
在圖2A-2E所示的變型中，鏈節(jié)200總體上為柱狀，并且還包括桿部 分202。鏈節(jié)200可被對齊以便桿部分202的遠(yuǎn)端206接合相鄰節(jié)段的表 面210內(nèi)形成的對應(yīng)的凹部208。桿部分的遠(yuǎn)端可具有不同形狀。例如， 鏈節(jié)200a和200b可分別具有凸面狀端部206a和206b (圖3A， 3B )，而 鏈節(jié)200c具有球形端部206c (圖3C)。類似地，只要允許各鏈節(jié)相互接 合并且不會限制鉸接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動的所需角度，則對應(yīng)的凹部可具有許多對 應(yīng)的形狀，例如凹部206b和206c內(nèi)的凹狀面(圖3B和3C)或凹部206a 內(nèi)的錐形(圖3A)。
桿部分202的長度通常在大約0.5mm到大于大約15mm，而直徑為 0.5mm到大約2.5mm。對于內(nèi)宛鏡應(yīng)用，桿的直徑可在從大約lmm到大 約1.5mm的范圍內(nèi)。如圖2A-2E所示，鏈節(jié)200還可包括用于連接鏈節(jié) 對的纜索通過的多個通道212。如圖5所示，鏈節(jié)500設(shè)計(jì)成具有連接通 道502，該通道與節(jié)段外部連通并且朝節(jié)段的周邊安置，該連接通道用于
在鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端安裝其它元件例如能量源(用于消融或凝結(jié))或光纖或 柔性內(nèi)窺鏡。多于一個鏈節(jié)或節(jié)段可包括連接通道，從而該連接通道可從 機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端延伸到近端。如果希望的話，纜索、線、光纖、柔性內(nèi)窕鏡等
還可通過中心通道504。
鏈節(jié)或節(jié)段可用任何生物相容的材料制成，這些材料包括但不局限于 不銹鋼；鈦；鉭；以及任何它們的合金；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、聚亞安酯、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)或節(jié)段上安放光滑的涂層以有助于鉸接機(jī)構(gòu) 的前進(jìn)。光滑涂層可包括親水聚合物例如乙烯聚合物四氯化吡咯、含氟聚 合物例如四氟乙烯，或硅樹脂。
在一個或多個節(jié)段上還可包含不透射線的標(biāo)記，以在射線照相成像時(shí) 指出鉸接機(jī)構(gòu)的位置。通常，標(biāo)記可通過熒光檢查法檢測。
端的對應(yīng)的鏈節(jié)或節(jié)段。每個纜索組可由至少兩條纜索構(gòu)成。應(yīng)指出，一 對(鏈節(jié)或節(jié)段)的運(yùn)動由與其對應(yīng)的纜索組控制，并且與任何其它的對 無關(guān)。在一些變型中，例如，纜索組將包括相互間隔120度的三條纜索。 通過使用 一組三條纜索連接各鏈節(jié)或節(jié)段對，各鏈節(jié)或節(jié)段對可與任何其 它對獨(dú)立地在三自由度內(nèi)被操縱或運(yùn)動。通過組合多個鏈節(jié)或節(jié)段對，可 獲得多個自由度，從而允許鏈節(jié)形成多種復(fù)雜的構(gòu)型。例如，圖1F內(nèi)所 示的變型具有總共9個鏈節(jié)對，各鏈節(jié)對通過一組三個纜索獨(dú)立地連接， 從而可實(shí)現(xiàn)27個自由度。在典型的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)中不能得到這么多的自由度， 其中僅能使用 一組纜索來操作鏈節(jié)。
纜索直徑根據(jù)應(yīng)用改變，并且可在從大約0.15mm到大約3mm的范圍 內(nèi)。對于導(dǎo)液管應(yīng)用，代表性直徑在從大約0.15mm到大約0.75mm的范 圍內(nèi)。對于內(nèi)窺鏡應(yīng)用，代表性直徑可在從大約0.5mm到大約3mm的范 圍內(nèi)。
纜索柔性可由例如纜索材料的類型和編織法或通過物理或化學(xué)處理改
變。通常，可根據(jù)鉸接機(jī)構(gòu)的預(yù)期應(yīng)用的要求改變纜索硬度或柔性。纜索
可以是用如下材料制成的單股或多股線，這些材料包括但不局限于生物 相容材料例如鎳鈦合金、不銹鋼或任何其合金、超彈性合金、碳纖維、聚 合物例如聚氯乙烯、聚氧化乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或其它聚酯、聚 烯烴、聚丙烯和其共聚物；尼龍；絲；和它們的組合；或本領(lǐng)域內(nèi)已知的 其它合適材料。
參照圖1A,固定在近端鏈節(jié)上的纜索通過間隔元件112，以與該對中 的對應(yīng)的遠(yuǎn)端鏈節(jié)連接。如圖1B-1E所示，近端鏈節(jié)的運(yùn)動可導(dǎo)致遠(yuǎn)端鏈 節(jié)進(jìn)行反向的、相應(yīng)的運(yùn)動。在其它變型中，纜索可在通過間隔元件112 的同時(shí)扭曲或轉(zhuǎn)動180度，從而相應(yīng)的運(yùn)動在遠(yuǎn)端108凈皮鏡像。本發(fā)明的 鉸接機(jī)構(gòu)可構(gòu)造成包括扭轉(zhuǎn)0-360度以提供360度范圍的相應(yīng)運(yùn)動的纜索。
纜索可根據(jù)本領(lǐng)域已知的方式例如通過使用粘合劑或通過硬釬焊、軟 釬焊、焊接等固定在一對鏈節(jié)上。圖4a示出纜索401以這樣的方式固定在 鏈節(jié)410的通道402內(nèi)。在圖4B所示的另一個變型中，纜索限定件400 安裝例如壓接、硬釬焊、軟釬焊、焊接或粘接在纜索端部404上，以防止 纜索滑動通過通道402。在另一個變型中，如圖4C所示，纜索限定件400 鍛造形成位于通道402內(nèi)的斜面，從而在纜索端部404和纜索限定件400 之間形成摩擦配合。
圖IOA和IOB示出本發(fā)明的一個變型。不同于單獨(dú)的鏈節(jié)或節(jié)段，鉸 接機(jī)構(gòu)130的節(jié)段由被描述成細(xì)長線圏的連續(xù)的柔性部件形成。線圏的每 一圏是鉸接機(jī)構(gòu)的一螺旋狀節(jié)段131。節(jié)段131的厚度允許通道105與線 圏的軸線平行地從中通過。在近端107的螺旋狀節(jié)段與在遠(yuǎn)端109的節(jié)段 形成分離的對。各對節(jié)段通過其自身的一組纜索111連接。間隔元件113 還設(shè)置在近端107和遠(yuǎn)端109之間，以將近端節(jié)段和遠(yuǎn)端節(jié)段分隔開。纜 索可如前文所述固定在螺旋狀節(jié)段上。
在如圖11所示的本發(fā)明的另一個變型中，鉸接機(jī)構(gòu)132由連續(xù)的管 115形成，該管具有通過管的整個長度的多個內(nèi)腔117。連續(xù)的管115還可 任選地包括中心內(nèi)腔119。纜索組可在管的長度上延伸并且可通過例如環(huán)
氧樹脂錨定在近端和遠(yuǎn)端的變化的對應(yīng)位置，或者纜索組可在一對中的各 個節(jié)段之間延伸且可錨定在近端和遠(yuǎn)端的各個節(jié)段處或附近。例如，在機(jī)
構(gòu)的近端121， 一個纜索組可錨定在處Ai處，另一個纜索組錨定在Bi處， 再一個纜索組錨定在G處。然后各個纜索組可錨定在機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端123的對應(yīng)
位置例如錨定在位置A2， B2和C2處。
在成對的節(jié)段之間延伸的纜索可被精確切割為 一定的長度，但是如果 希望的話，則可被切割成大約等于該長度。 一種放置纜索的方法包括使用 推動器使纜索通過內(nèi)腔前進(jìn)。推進(jìn)器上的可視標(biāo)記或可觸摸止動件將指出 推動器前進(jìn)多遠(yuǎn)。在移開推動器后，可將針引入每個內(nèi)腔，以從例如管外 部的注射器將環(huán)氧樹脂沉積在各個纜索端部上。在例如可與通過管的整個 長度的纜索組一起使用的另一個方法中，針可被引導(dǎo)在希望的纜索連接點(diǎn) 或在其附近刺穿管的壁，以在希望的點(diǎn)向纜索輸送環(huán)氧樹脂，從而將各個 纜索連接在各對應(yīng)的節(jié)段對上。
盡管許多鉸接機(jī)構(gòu)已經(jīng)在上述附圖中示出僅具有8個鏈節(jié)(四對)， 但是這僅是為了指出各個設(shè)備部件相互之間的關(guān)系。根據(jù)因素例如預(yù)期的 要用于身體的區(qū)域和鉸接機(jī)構(gòu)的預(yù)期長度，可使用任何數(shù)量的鏈節(jié)和鏈節(jié) 對。例如，圖1F的鉸接機(jī)構(gòu)101具有9個鏈節(jié)對。
鉸接機(jī)構(gòu)內(nèi)還可包括間隔鏈節(jié)即沒有通過分離的纜索組連接的鏈節(jié) (例如在圖1A-1E內(nèi)的C,和C2)。這些鏈節(jié)可插在位于近端或遠(yuǎn)端或這 兩者的活動鏈節(jié)之間，并且用作不可獨(dú)立地致動但允許纜索組通過以到達(dá) 相鄰的活動鏈節(jié)的被動鏈節(jié)。間隔鏈節(jié)對于使近端或遠(yuǎn)端具有附加的長度 是希望的。另外，在機(jī)構(gòu)的一端包含間隔鏈節(jié)允許對應(yīng)的另一端的運(yùn)動或 動作被按比例地縮放。例如，在遠(yuǎn)端包括間隔鏈節(jié)將需要使用者在近端進(jìn) 行更夸大的運(yùn)動，以在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)希望的動作。這在其中希望細(xì)致、靈敏控 制的運(yùn)動的情況，例如其中在缺少遠(yuǎn)端運(yùn)動或動作的這種按比例縮放時(shí)存 在使用者不具有執(zhí)行希望的手術(shù)所必需的靈巧性的危險(xiǎn)的情況中是有利 的?？蛇x擇地，間隔鏈節(jié)可設(shè)置在遠(yuǎn)端，在此情況下遠(yuǎn)端運(yùn)動的程度可按 比例地大于近端的運(yùn)動程度，這也是特定應(yīng)用需要的。
應(yīng)指出，本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)可用于在其自然的、直線構(gòu)型下，或者在 從患者外部的位置在其近端進(jìn)行各種操作之后，在身體區(qū)域內(nèi)引導(dǎo)外科或 診斷器械工具或?qū)⑵湟龑?dǎo)到患者身體區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)位置。在合適的插入之 后，機(jī)構(gòu)的近端的運(yùn)動會導(dǎo)致遠(yuǎn)端進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動。此外，根據(jù)近端相對 于遠(yuǎn)端的轉(zhuǎn)動度數(shù)，產(chǎn)生的遠(yuǎn)端的定向運(yùn)動可祐反向、鏡像對稱或以其它 方式運(yùn)動。另外，近端提供使用者接口以控制遠(yuǎn)端的轉(zhuǎn)向和操縱，這與取 決于例如滑輪或旋鈕來控制轉(zhuǎn)向線的其它傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相比方便且易于 使用。該使用者接口允許例如使用者基于位于外部的近端使用者接口的被 操縱的形狀，容易地觀看例如位于患者體內(nèi)的機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端的形狀和定向運(yùn)動。
由于形成如上所述的通過分離的纜索組連接的多對節(jié)段或鏈節(jié)，所以 可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動包括向上、向下、向左、向右、傾斜和轉(zhuǎn)動運(yùn)動。例如，
在圖1B內(nèi)所示的變型中，可通過致動在近端的最遠(yuǎn)的鏈節(jié)Ai來致動在遠(yuǎn) 端的最遠(yuǎn)的鏈節(jié)A2，而所有其它鏈節(jié)保持固定不動。為了說明，最遠(yuǎn)的鏈 節(jié)示出為轉(zhuǎn)動以形成直立圓錐114a,其基部直徑隨因素例如增加的桿部分 的長度、提高的纜索柔性以及除了其它鏈節(jié)之外的另外的間隔鏈節(jié)103 (例 如d)而增加。
如圖1C所示，通過致動位于近端的最近的鏈節(jié)Dt來致動位于遠(yuǎn)端的 最近的鏈節(jié)D2，而所有其它鏈節(jié)保持固定不動。在轉(zhuǎn)動時(shí)，由于被致動的 節(jié)段的數(shù)量增加(從而增加傾斜高度)，直立圓錐114a的基部直徑大于圖 1B內(nèi)的圓錐114a。
如果在圖1D內(nèi)在近端的中間鏈節(jié)例如Bi被致動而所有其它鏈節(jié)保持 平直或相對固定不動，則只有在遠(yuǎn)端的對應(yīng)的中間鏈節(jié)B被操縱且轉(zhuǎn)動以 形成具有彎曲側(cè)邊116a的圓錐?；蛘?，如圖1E內(nèi)所示，可通過操縱最遠(yuǎn) 的鏈節(jié)Ai形成具有彎曲側(cè)邊116b的較大圓錐，從而所有近端鏈節(jié)彎曲成 曲線。在遠(yuǎn)端的所有鏈節(jié)然后以反向的方向模擬該曲線。
盡管圖1B-1E內(nèi)示出了轉(zhuǎn)動運(yùn)動，但是其它復(fù)雜的、三維運(yùn)動包括上、 下、右、左和傾斜運(yùn)動也可實(shí)現(xiàn)。例如，圖1F示出沿其長度具有多個彎 曲部(122， 124， 126)的鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端120,每個彎曲部的定向方向彼
此不同。應(yīng)指出，圖IF的鉸接機(jī)構(gòu)101具有包含三個纜索組的9對鏈節(jié)， 從而提供27個自由度的運(yùn)動，但是鏈節(jié)和纜索組的其它構(gòu)型可容易地實(shí)現(xiàn) 類似的復(fù)雜運(yùn)動和幾何結(jié)構(gòu)。可通過控制與各鏈節(jié)或節(jié)段對對應(yīng)的纜索組 而獨(dú)立致動各鏈節(jié)或節(jié)段對，由此提供機(jī)構(gòu)同時(shí)沿不同方向彎曲并形成活 動的復(fù)雜構(gòu)型的能力。
當(dāng)通過纜索組連接時(shí)，節(jié)段的自然構(gòu)型通常是直的。因此，如果希望 在鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端保持一定的彎曲或其它復(fù)雜構(gòu)型，可使在近端節(jié)段上滑 動的可延展管成形，以保持該近端節(jié)段并由此使與該近端節(jié)段對應(yīng)的遠(yuǎn)端 節(jié)段保持處于特定構(gòu)型。當(dāng)例如醫(yī)生已將機(jī)構(gòu)引導(dǎo)到預(yù)期目標(biāo)位置并希望 將該機(jī)構(gòu)"鎖定"在合適位置同時(shí)例如致動與該機(jī)構(gòu)相聯(lián)接的工具、或在 單獨(dú)的手術(shù)中接合在一起時(shí)，這是有利的。術(shù)語"可g"是指管的柔性 足以使其能夠成形，但是其剛性足以使其保持其成形的形式。在另一個變 型中，可將鎖定桿插入延伸通過該鏈節(jié)或節(jié)段的一個或多個連接通道以將 鉸接機(jī)構(gòu)的近端和遠(yuǎn)端節(jié)段"鎖定"在合適位置。鎖定桿可以是可延展金 屬桿，其可成形并然后插入鏈接通道以將該近端和遠(yuǎn)端節(jié)段設(shè)定為特定構(gòu) 型，或者鎖定桿可以以預(yù)成形形式提供。
其它將鉸接機(jī)構(gòu)固定或鎖定在合適位置的方法包括與拉緊纜索 一起使 用構(gòu)造成具有球-凹窩式接頭的鏈節(jié)。Corey， Jr.等的美國專利No. 5899425內(nèi)說明了這種系統(tǒng)的示例。在此系統(tǒng)中，通過接頭的纜索^1拉緊， 使得球-凹窩摩擦地鎖定在一起。纜索可通過多種方式被拉緊，包括例如
圖3D和3E示出用于本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)的球-凹窩式鏈接系統(tǒng)。如圖所示， 在圖3D中，各鏈節(jié)300均具有用于接納設(shè)置在鏈節(jié)之間的球形元件或球 302的凹窩301。當(dāng)沿鏈節(jié)的軸線沿直線施加拉緊力時(shí)，鏈節(jié)將由于球和凹 窩之間的摩擦力而鎖定在合適位置。圖3E示出類似構(gòu)型的鏈接系統(tǒng)，其 中各鏈節(jié)310和球312具有用于拉緊纜索通過的對齊的通道313和314。 其它用于在固定的、鉸接的位置鎖定鉸接機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)包括但不局限于2004 年8月26日提出的美國申請No. 10/928479內(nèi)所述的機(jī)構(gòu)，該申請的全文
引用在此作為參考。
鉸接機(jī)構(gòu)可用于將外科器械、診斷工具、各種導(dǎo)液管等遠(yuǎn)程操縱^ 中空或分室的器官和/或組織，這些器官和/或組織包括但不局限于血管(包 括顱內(nèi)血管、大血管、末梢血管、冠狀動脈、動脈瘤)，心臟，食道，胃， 腸，膀胱，輸尿管，輸卵管，輸送管例如膽管，以及大的和小的氣道內(nèi)。 鉸接機(jī)構(gòu)還可用于將外科器械、診斷工具、各種導(dǎo)液管等遠(yuǎn)程引導(dǎo)進(jìn)入實(shí) 心器官或組織，這些器官或組織包括但不局限于皮膚、肌肉、肝臟、腎、 脾和良性或惡性瘤。鉸接機(jī)構(gòu)可用于哺乳類動物包括人類(哺乳動物包括 但不局限于靈長類動物、家畜、善運(yùn)動的動物、貓、狗、兔子、老鼠)。
鉸接機(jī)構(gòu)通?？捎糜谌魏螒?yīng)用，或安裝在其中在近端存在使用者接口 而在遠(yuǎn)端存在致動元件的其它設(shè)備。使用者接口可包括鉸接機(jī)構(gòu)的近端， 而遠(yuǎn)端可連接在致動元件上。例如，在圖6A中，示出可遠(yuǎn)程操縱的外科 夾具600。夾鉗602連接到鉸接機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端604上。近端606嵌入夾具手 柄608。使用者能夠通過操縱鉸接機(jī)構(gòu)的近端606來遠(yuǎn)程定位夾鉗602。中 間部分("頸部")610還具有外科器械，其長度和柔性將根據(jù)應(yīng)用改變， 并且頸部實(shí)現(xiàn)間隔元件的作用。圖6C示出另一個變型，其中外科夾具630 的夾具手柄632從近端634延伸出。在其它變型中，夾鉗602可與剪刀或 其它切割元件、解剖器、組織抓持器或針抓持器、封縫針、燒灼或消融設(shè) 備或其它類似工具或器械交換。
在另外的變型中，鉸接機(jī)構(gòu)本身可形成夾鉗。在圖6B中，夾具612 具有使用者端部，并且近端節(jié)段614從夾具的樞軸616延伸出。在近端節(jié) 段614內(nèi)開始的纜索分成兩條纜索，每條纜索位于樞軸616的區(qū)域內(nèi)，從 而在近端的每條纜索可然后在形成相對的夾鉗618、618的兩個分離的鉸接 機(jī)構(gòu)內(nèi)終止。因此，當(dāng)使用者操縱近端節(jié)段614時(shí)，夾鉗618將保持對齊 并相應(yīng)地被遠(yuǎn)程操縱。如果希望，則近端節(jié)段614可延伸并通過夾鉗的一 個手柄610被操縱。夾鉗還可構(gòu)造成具有特定的組織接合表面以及消融元 件。
在另 一個變型中，鉸接機(jī)構(gòu)可安裝在導(dǎo)液管中并用于例如在困難的中
心線布置中或在經(jīng)皮膚的或影像導(dǎo)引的排泄導(dǎo)管布置中引導(dǎo)導(dǎo)液管。如圖
7所示，導(dǎo)液管700可包括鉸接機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的近端702構(gòu)造成與使用者 接口——在此實(shí)施例中為與手柄706—一成一體的部件。遠(yuǎn)端節(jié)段708形 成導(dǎo)液管的遠(yuǎn)端部分，并且可^L遠(yuǎn)程操縱以在導(dǎo)液管700前進(jìn)時(shí)引導(dǎo)該導(dǎo) 液管。在另一個變型(未示出)中，鉸接機(jī)構(gòu)可與導(dǎo)線一樣旋檸通過導(dǎo)液 管，從而近端節(jié)段從導(dǎo)液管的近端延伸出，或者直接從導(dǎo)液管內(nèi)腔或者從 分叉的Y形連接器延伸出。遠(yuǎn)端節(jié)段可從導(dǎo)液管尖端延伸出，并且導(dǎo)液管 在前進(jìn)時(shí)被遠(yuǎn)程導(dǎo)入其目標(biāo)位置。通常，鉸接機(jī)構(gòu)可然后被取出以允許通 過導(dǎo)液管的流動。但是，如果使用的鉸接機(jī)構(gòu)具有中心內(nèi)腔，則不必取出 該鉸接纟幾構(gòu)。
鉸接機(jī)構(gòu)可以以相同方式安裝在并用于使柔性內(nèi)窺鏡轉(zhuǎn)向。在圖8內(nèi)， 內(nèi)窺鏡800構(gòu)造成使得鉸接機(jī)構(gòu)的近端806形成與內(nèi)窺鏡手柄804成一體 的部分。機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端808將構(gòu)成內(nèi)窺鏡插入管810的全部或一部分。在操 縱近端節(jié)段806時(shí)，插入管810可被遠(yuǎn)程操縱。
在另一個變型中，如圖9A和9B所示，鉸接機(jī)構(gòu)可用作手保持或自保 持的牽開器900。近端節(jié)段卯2和遠(yuǎn)端節(jié)段904可從牽開器手柄906延伸 出。近端節(jié)段卯2的操縱將使遠(yuǎn)端節(jié)段904以相應(yīng)方式運(yùn)動。遠(yuǎn)端節(jié)段可 被操縱以形成多種復(fù)雜形狀，希望的形狀取決于特定的應(yīng)用。在操作時(shí)， 遠(yuǎn)端可首先被定位成希望的形狀并然后與目標(biāo)組織接合?？蛇x擇地，可在 操縱遠(yuǎn)端的同時(shí)執(zhí)行組織牽拉，即遠(yuǎn)端可與目標(biāo)組織接合，并通過操縱遠(yuǎn) 端的行為來使組織牽拉。
牽開器通常必須在使用時(shí)保持其形狀。因此，牽開器可使用例如前文 所述的方法"鎖定"在合適位置。例如，機(jī)構(gòu)可包括具有球-凹窩式構(gòu)型 的鏈節(jié)以及鎖定纜索(未示出)。可選擇地，如前文所述，可在操縱近端 節(jié)段902之前將可延展護(hù)套(未示出)放置在近端節(jié)段902上，或者可使 用鎖定桿(未示出)以將牽開器固定為特定構(gòu)型。在圖9A中，牽開器900 是形。在圖9B中，牽開器900具有三角形牽開面。應(yīng)指出，牽開器 的形狀可根據(jù)因素例如有關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)或外科手術(shù)的類型改變。
在另 一個變型中，多種鉸接機(jī)構(gòu)可以組合成使得能夠遠(yuǎn)程模擬使用者 手指的運(yùn)動。例如，機(jī)構(gòu)的近端可例如通過綁在每個指部上或固定在使用 者佩戴的手套上而固定在使用者手指上。然后遠(yuǎn)端將根據(jù)使用者手指的運(yùn) 動而運(yùn)動。如文中使用的，術(shù)語"手指，，和"指部"可互換，并且是指大
拇指、食指、中指、無名指和小拇指。在圖9C所示的變型中，機(jī)構(gòu)950 包括可通過使用者的大拇指、食指和中指的運(yùn)動操作的三個鉸接機(jī)構(gòu)?？?見，近端951、 952和953可通過綁帶957分別固定在使用者的大拇指、食 指和中指上。該機(jī)構(gòu)還通過綁帶958固定在使用者的手上，該綁帶將間隔 元件956的近端固定在使用者的手腕上。使用者大拇指、食指和中指的運(yùn) 動會分別導(dǎo)致遠(yuǎn)端961、 962和963發(fā)生對應(yīng)的運(yùn)動。這種變型在其中需要 組織或器官的一般(肉眼)操縱的多種外科情況中是有利的。在此變型以 及其它變型中，保護(hù)性可彎曲護(hù)套可在機(jī)構(gòu)上延伸，以避免各鏈節(jié)或纜索 對組織的可能的損傷。
在另一個變型中，模擬手指運(yùn)動(在文中通常還被稱為手致動設(shè)備) 并且在設(shè)備的近端包括使用者手控接口以便遠(yuǎn)程固定人的手指的上述鉸接 機(jī)構(gòu)或鉸接機(jī)構(gòu)的組合，可被進(jìn)一步修改成使得使用者手控接口還被構(gòu)造 成與手掌(前側(cè)面)可取下地接合。接口總體上包括兩個部分用于致動
運(yùn)動并將一個或多個手指可釋放地固定到接口的手指部分，以及部分緊靠 手掌并提供另一個用于可釋放地固定使用者的手和手指的表面的手柄部 分。此設(shè)備構(gòu)型的人體工程學(xué)是尤其希望的，因?yàn)槭褂谜叩氖挚煽焖俳雍?和脫離設(shè)備。在例如其中醫(yī)生通常需要快速更換工具的外科設(shè)備中，手能 夠快速和容易地接合或脫離設(shè)備是尤其有利的。重要的是，盡管該i殳備通 常適合于通過手使用，并且通常包括三個機(jī)構(gòu)以容納手的食指、中指和大 拇指，但是可包括的鉸接機(jī)構(gòu)的數(shù)量并沒有這樣限制，并且可包括數(shù)量多 達(dá)使用者可一次控制的機(jī)構(gòu)。
手致動設(shè)備的遠(yuǎn)端通常包括受動器部分，該受動器部分總體上才莫擬手 指的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動并且其通過位于接口的手指部分的相應(yīng)運(yùn)動而遠(yuǎn)程致動。 受動器部分通常構(gòu)造成不僅可提供一般的運(yùn)動例如抓緊和夾緊，而且還可
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提供例如小組織操縱常常需要的較精細(xì)的手指運(yùn)動。因此，在外科應(yīng)用中， 受動器可用于夾緊、提供牽引、解剖、清除或其它對身體組織的操縱。
在解剖學(xué)上，人的手指包括被稱為指骨的骨頭。食指、中指、無名指 和小拇指具有三個指骨，它們通常被稱為近節(jié)指骨、中節(jié)指骨、遠(yuǎn)節(jié)指骨。
大拇指僅包括兩個指骨，近節(jié)指骨和遠(yuǎn)節(jié)指骨。指骨的運(yùn)動由將一個指骨 的頭部與較遠(yuǎn)的指骨的基部接合的手指關(guān)節(jié)控制。在近節(jié)指骨的基部處的
關(guān)節(jié)(連接近節(jié)指骨和手的骨頭)是通常允許近節(jié)指骨彎曲、延伸、外展、
內(nèi)收和環(huán)行(在2自由度空間內(nèi)運(yùn)動)的掌指骨(MCP)關(guān)節(jié)。另一方面， 使遠(yuǎn)節(jié)指骨接合到中間指骨和/或使中間指骨接合到近節(jié)指骨的指節(jié)間 (IP)關(guān)節(jié)通常是單軸屈戌關(guān)節(jié)，其僅允許彎曲和延伸(在單自由度內(nèi)的 運(yùn)動)
本發(fā)明的手致動設(shè)備通常由這樣的鏈節(jié)構(gòu)成，該鏈接件適于總體上對 應(yīng)于人手指的解剖結(jié)構(gòu)并基本類似于人手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍，但是還可構(gòu) 造成在任何希望的自由度內(nèi)提供關(guān)節(jié)屈伸。例如，鏈節(jié)可制成一定的尺寸 并且可集合在一起，以便它們的外觀和工作類似于人手指和手指關(guān)節(jié)。這 樣，適于對應(yīng)于指骨的鏈節(jié)將例如長于用作手指關(guān)節(jié)(MCP和IP關(guān)節(jié)) 的一部分的鏈節(jié)。包括對應(yīng)于人手指的總體解剖結(jié)構(gòu)并且包括通常類似于 人手指關(guān)節(jié)作用的部件的設(shè)備將基本上提供大部分通常與人手相關(guān)聯(lián)的手 工技巧。
代表指骨的鏈節(jié)可以具有任何尺寸，只要它們能夠與人指骨類似地起 作用，但是通常如上所迷長于其它鏈節(jié)，并且將因此在文中被稱為"細(xì)長 鏈節(jié)"。細(xì)長鏈節(jié)的長度可在從小于1毫米到數(shù)厘米的范圍內(nèi)，并且在一 些非醫(yī)學(xué)應(yīng)用中甚至為數(shù)英寸。對于普通外科使用，對應(yīng)于近節(jié)指骨的細(xì) 長鏈節(jié)的長度可為大約22mm，對于中節(jié)指骨為大約17mm，而對于遠(yuǎn)節(jié) 指骨為大約15mm。在設(shè)備近端的細(xì)長鏈節(jié)通常被稱為"手指鏈節(jié)"，而 在設(shè)備遠(yuǎn)端的那些細(xì)長鏈節(jié)被稱為"受動器鏈節(jié)"。
細(xì)長鏈節(jié)可具有可提供類似于人指骨的功能的任何形式。例如，如果 希望的話，細(xì)長鏈節(jié)可以是柔性的。細(xì)長鏈節(jié)的直徑還可根據(jù)因素例如與
鏈節(jié)相關(guān)聯(lián)的手指(例如大拇指、食指或中指)和設(shè)備應(yīng)用改變，但是通
常可在從大約lmm到大約20mm的范圍內(nèi)，或者大于20mm。較小細(xì)長 鏈節(jié)的直徑可為大約lmm到大約3mm，對于中等范圍的細(xì)長鏈節(jié)為大約 3mm到大約7mm，對于較大的細(xì)長鏈節(jié)為大約7mm到大約10mm或更大。
細(xì)長鏈節(jié)可用任何生物相容的材料如上文提到的用于鏈節(jié)的材料制 成，該材料包括但不局限于不銹鋼；鈦；鉭以及任何它們的合金；和聚 合物例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)三元共聚物、Delrin⑧聚甲醛均聚 物和共聚物，聚碳酸酯，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，聚亞安酯，含氟聚合物，聚氯乙烯；以及其組合， 或本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何合適的材料。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的，細(xì) 長鏈節(jié)還可以具有各種紋理以提高它們的抓持或牽開能力。細(xì)長鏈節(jié)本身 可形成紋理，或者可在細(xì)長鏈節(jié)上施加帶紋理的材料。在一些變型中，如 US6821284內(nèi)所述，帶紋理的材料可包括牽開表面，該專利的全文引用在 此作為參考。
如前文所述，指骨通過人手指關(guān)節(jié)即DIP、 PIP和MCP關(guān)節(jié)相互接 合。類似地，在機(jī)構(gòu)內(nèi)細(xì)長鏈節(jié)通過接頭連接。文中使用的"接頭"是指 能夠具有DIP、 PIP或MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍的分離鏈節(jié)或鏈節(jié)的分離組 合。在機(jī)構(gòu)的近端，對應(yīng)于MCP關(guān)節(jié)的接頭將通常被稱為"基部接頭"， 而對應(yīng)于DIP和PIP關(guān)節(jié)的接頭通常被稱為"手指接頭"。在機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端， 對應(yīng)于MCP關(guān)節(jié)的接頭將通常被稱為"受動基部接頭"，而對應(yīng)于DIP 和PIP關(guān)節(jié)的接頭通常被稱為"受動接頭"。接頭可用類似于如前文所述 的用于細(xì)長鏈節(jié)的材料的任何生物相容的材料制成。
手致動設(shè)備可用多個單獨(dú)連接的細(xì)長鏈節(jié)和接頭或相互成一體地形成 的細(xì)長鏈節(jié)和接頭形成。此外，用作細(xì)長鏈節(jié)或接頭的鏈節(jié)和鏈節(jié)組合包 括文中所述的那些鏈節(jié)和鏈節(jié)組合，以及其它合適的鏈節(jié)和鏈節(jié)組合，這 些鏈節(jié)和鏈節(jié)組合包括但不局限于2004年8月26提出的美國申請No. 10/928479， 2004年9月24提出的美國申請No. 10/948911以及2004年11
月23提出的名稱為"Articulating Mechanisms and Link Systems With the Torque Transmission in Remote Manipulation of Instruments and Tools" 的美國申請內(nèi)所公開的那些鏈節(jié)和鏈節(jié)組合，這些申請的全文引用在此作 為參考。設(shè)計(jì)成用于纜索偏壓調(diào)節(jié)的鏈節(jié)也是有用的，該鏈節(jié)包括美國申 請No. 10/928479和No. 10/948911內(nèi)所述的那些鏈節(jié)。如美國申請No. 10/928479和No. 10/948911內(nèi)所述，為了提高鉸接機(jī)構(gòu)和手致動設(shè)備在被 操縱時(shí)的剛性，活動鏈節(jié)通常被完全約束以便阻止由于橫向施加的力導(dǎo)致
或遠(yuǎn)端形成的預(yù)期形狀的完整性，并允許力橫跨該預(yù)期形狀分布。另一方 面，間隔鏈節(jié)通常沒有被約束。設(shè)置間隔鏈節(jié)可在包含這種間隔鏈節(jié)或柔 性節(jié)段的區(qū)域內(nèi)減小近端或遠(yuǎn)端的剛性，這在例如當(dāng)操縱通過或圍繞敏感 的或脆弱的解剖結(jié)構(gòu)時(shí)是有用的。
如前文所述的，本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)的近端和遠(yuǎn)端包含鏈節(jié)。近 端和遠(yuǎn)端鏈節(jié)形成分離的對，并且通過纜索組相互連接從而 一對中的 一個 鏈節(jié)的運(yùn)動會導(dǎo)致該對中的另一鏈節(jié)進(jìn)行對應(yīng)的運(yùn)動。同樣，本發(fā)明的手 致動設(shè)備包括具有形成成對的分離部件的多個細(xì)長鏈節(jié)的鉸接機(jī)構(gòu)。細(xì)長 鏈節(jié)形成近端或"手指部分"和遠(yuǎn)端或"受動部分"，并且每對中的一個 細(xì)長鏈節(jié)可位于手指部分的端部，而另一個細(xì)長鏈節(jié)位于受動部分端部。 纜索組穿過接頭并使成對的分離的細(xì)長鏈節(jié)相互連接，從而一對中的一個 鏈節(jié)的運(yùn)動會導(dǎo)致該對中的另 一鏈節(jié)進(jìn)行對應(yīng)的運(yùn)動，該運(yùn)動獨(dú)立于其它 成對細(xì)長鏈節(jié)的運(yùn)動。
細(xì)長鏈節(jié)的運(yùn)動的一對一的對應(yīng)關(guān)系還可推廣到接頭。如下文所述， 受動接頭的鉸接通?？赏ㄟ^在設(shè)備近端的基部接頭和手指接頭的鉸接實(shí) 現(xiàn)，或者通過手指滑動的致動實(shí)現(xiàn)。在一些應(yīng)用中，希望按比例地縮;^文受 動器鏈節(jié)和接頭的運(yùn)動，以相對于在近端的相應(yīng)運(yùn)動增加或減小在遠(yuǎn)端產(chǎn) 生的運(yùn)動，下文給出了其示例。如前文所述，鉸接機(jī)構(gòu)內(nèi)的運(yùn)動的按比例 縮放通常可通過包含另外的間隔鏈節(jié)完成。如未決且共同擁有的美國申請 No. 10/948911內(nèi)所述，鉸接機(jī)構(gòu)內(nèi)的運(yùn)動的按比例縮放通常還可通過增加
或減小機(jī)構(gòu)近端或遠(yuǎn)端的鏈節(jié)內(nèi)的纜索通道圖案半徑來實(shí)現(xiàn)，該申請的全 文引用在此作為參考。例如，如果纜索距近端的鏈節(jié)的中心軸線的距離大 于在遠(yuǎn)端的距離，則遠(yuǎn)端的彎曲或折曲程度將按比例地大于近端。結(jié)果是 在近端的較小程度的運(yùn)動將在遠(yuǎn)端產(chǎn)生較大程度的運(yùn)動。可選擇地，如果 近端的鏈節(jié)的纜索徑向距離小于遠(yuǎn)端的鏈節(jié)的纜索徑向距離，則遠(yuǎn)端的彎 曲或折曲程度將按比例地小于近端，從而近端的運(yùn)動將相對于遠(yuǎn)端擴(kuò)大。 運(yùn)動的按比例縮放將還通常產(chǎn)生力的按比例縮放。
圖14-17示出手致動設(shè)備的一個變型，其中受動接頭的鉸接將通常通 過設(shè)備近端的基部接頭和手指接頭的鉸接實(shí)現(xiàn)。在圖14中，手致動設(shè)備 1700具有近端1711和遠(yuǎn)端1721。在近端1711的使用者接口 1713包括手 指部分1712和手柄部分1717。手指部分1712使遠(yuǎn)端1701運(yùn)動并將一個 或多個手指可釋，;故地固定在接口 1713上。手柄部分1717部分地緊靠手掌 并提供另一個用于可釋放地固定使用者的手和手指的表面。通常，使用者 的大拇指、食指和中指將可釋放地固定在手指部分1712上，但是手指的任 何組合可被可釋放地固定。在圖14中，手指部分1712適于將使用者的食 指、中指和大拇指分別可釋放地固定在食指部分1714、中指部分1715和 大拇指部分1716內(nèi)。
在一個變型中，如圖15所示，使用者的手指通過指環(huán)1709可釋放地 固定或接合到手指部分1712。特別地，使用者的食指、中指和大拇指分別 可釋放地固定在食指部分1714、中指部分1715和大拇指部分1716內(nèi)。
圖16內(nèi)示出食指部分的放大視圖。指環(huán)1709可用與上文所述的細(xì)長 鏈節(jié)相同的材料制成，并且通過本領(lǐng)域內(nèi)已知的技術(shù)例如但不局限于例如 使用機(jī)械緊固件固定、焊接和粘接連接到手指鏈節(jié)1707A、 1707B和1707C。 手指鏈節(jié)1707A和1707B之間的延伸部是遠(yuǎn)端手指接頭1708A，該接頭構(gòu) 造成具有類似于DIP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍。手指鏈節(jié)1707B和1707C之間的 延伸部是另一個遠(yuǎn)端手指接頭1708B,該接頭構(gòu)造成具有類似于PIP關(guān)節(jié) 的運(yùn)動范圍。手指鏈節(jié)1707C通過近端基部接頭1708C聯(lián)接到手柄部分 1717，該近端基部接頭構(gòu)造成具有類似于MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍。下文將進(jìn)一步說明接頭的具體結(jié)構(gòu)。
該變型以及其它變型的手致動機(jī)構(gòu)還包括用于遠(yuǎn)程操縱例如器械、工
具或身體組織的受動器部分。在如圖17所示的一個變型中，受動器部分 1701示出包括三個受動器，1702、 1703和1704，但是如果希望的話，該 設(shè)備可具有多于或少于三個受動器。類似于手指部分，受動器還包括細(xì)長 鏈節(jié)和接頭。受動器部分內(nèi)的細(xì)長鏈節(jié)和接頭通常被分別稱為"受動器鏈 節(jié)"和"受動器接頭，，，并且還適合于模擬人手指/手的運(yùn)動。受動器鏈節(jié) 通常對應(yīng)于指骨，并且受動器接頭的運(yùn)動范圍通常類似于DIP、PIP或MCP 關(guān)節(jié)。例如，在圖17中，受動器鏈節(jié)1705A、 1705B和1705C構(gòu)造成分 別對應(yīng)于遠(yuǎn)節(jié)指骨、中節(jié)指骨和遠(yuǎn)節(jié)指骨，而受動器接頭1706A、 1706B 和1706C適于分別類似于DIP、 PIP和MCP關(guān)節(jié)的作用或運(yùn)動范圍。
在操作時(shí)，如圖15和17所示，由于使用者的手指可釋放地固定在還 連接到手指鏈節(jié)1707A、 1707B和1707C的指環(huán)1709上，所以使用者手 指例如食指、中指和大拇指從打開位置(圖15 )到閉合、抓持位置(圖17 ) 的運(yùn)動使手指鏈節(jié)1707A、 1707B和1707C和手指接頭1708A、 1708B以 及受動器基部接頭1708C進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動。通過使用者手指的運(yùn)動，延伸 穿過手指鏈節(jié)1707A、 1707B和1707C、手指接頭1708A和1708B、受動 器基部接頭1708C、手柄部分1717、軸1710、和受動器掌部1711的纜索 (未示出)被致動，從而使受動器部分1701產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動。特別地，手 指接頭1708A的運(yùn)動可導(dǎo)致受動器接頭1706A的相應(yīng)的鉸接，手指接頭 1708B的運(yùn)動可導(dǎo)致受動器接頭1706B的相應(yīng)的鉸接，而手指接頭1708C 的運(yùn)動可導(dǎo)致受動器接頭1706C的相應(yīng)的鉸接。在受動器部分1701的鏡 ^i^動通?？赏ㄟ^〗吏纜索在通過手柄部分1717、軸1710或受動器掌部1711 時(shí)轉(zhuǎn)動大約180。實(shí)現(xiàn)。鏡像運(yùn)動可更直覺或者是一些情況所希望的，因?yàn)?其允許受動器部分例如在使用者的手指閉合時(shí)關(guān)閉，或者當(dāng)使用者的手指 向右運(yùn)動時(shí)向右運(yùn)動，或者當(dāng)使用者的手指向左運(yùn)動時(shí)向左運(yùn)動?？蛇x擇 地，反向運(yùn)動通常可通過不轉(zhuǎn)動纜索實(shí)現(xiàn)。在一些情況下，希望在受動器 部分實(shí)現(xiàn)鏡像運(yùn)動和反向運(yùn)動的組合。
盡管在圖14、 15和17以及其它附圖中在使用者接口內(nèi)僅示出大拇指、 食指和中指，但是本發(fā)明并未被這樣限制。根據(jù)因素例如預(yù)期使用或使用 者優(yōu)選，該接口可構(gòu)造成包括用于可釋放地固定任意數(shù)量的手指的手指部 分。另外，手指部分可如圖14-17所示地設(shè)置在手柄部分上，但是還可改 變以適應(yīng)其它設(shè)置和位置，只要可實(shí)現(xiàn)受動器部分的足夠的致動就行。
圖18-20示出手致動設(shè)備的另一個變型，其中受動器接頭的鉸接通常 可通過手指滑動裝置的致動實(shí)現(xiàn)。在此變型中，如圖18所示，手致動設(shè)備 1800具有近端1801和遠(yuǎn)端1821。近端1801的使用者接口 1803包括手指 部分1804和手柄部分1805。手指部分1804包括用于導(dǎo)致遠(yuǎn)端1821運(yùn)動 并將一個或多個手指可釋放地固定在接口 1803上的手指滑動裝置1806。 手柄部分1805部分靠接手掌并提供另一個用于可釋放地固定使用者的手 和手指的表面。
遠(yuǎn)端部分1802包括具有受動器1808、 1809和1810的受動器部分1807。 受動器由前文所述的受動器鏈節(jié)和受動器接頭構(gòu)成。例如，在圖18內(nèi)，受 動器1808包括受動器鏈節(jié)1811A、1811B和1811C，以及受動器接頭1812A、 1812B和1812C。具體地，受動器接頭1812A的作用類似于DIP關(guān)節(jié)，受 動器接頭1812B的作用類似于PIP關(guān)節(jié)，而受動器接頭1812C的作用類似 于MCP關(guān)節(jié)。
除了基部接頭1813之外，此變型的使用者接口 1803包括手指滑動裝 置1806以使受動器1808、 1809和1810運(yùn)動。在此以及其它變型中，基部 接頭1813的運(yùn)動類似于MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動，并且能夠彎曲、延伸、外展和 環(huán)行。
在操作中，如圖19和20所示，使用者手指例如食指、中指和大拇指 從(圖19)打開位置到閉合、抓持位置(圖20)的運(yùn)動致動手指滑動裝置 1806。使用食指作為示例，如下文所述，食指滑動裝置1806的致動相應(yīng)地 使受動器接頭1812A、 1812B鉸接?；拷宇^1813的鉸接相應(yīng)地以與針對 手指環(huán)變型內(nèi)的基部接頭說明的方式相同的方式使受動器部分1807內(nèi)的 受動器基部接頭1812C鉸接。使用者手指的運(yùn)動使從手指滑動裝置1806
和基部接頭1813延伸穿過手柄部分1805、軸1815和受動器掌部1816的 纜索(未示出)致動，從而使受動器部分1807進(jìn)行對應(yīng)的運(yùn)動。受動器部 分1807的鏡像運(yùn)動通?？赏ㄟ^使纜索在通過手柄部分1805、軸1815和受 動器掌部1816時(shí)轉(zhuǎn)動大約180°實(shí)現(xiàn)。根據(jù)環(huán)境要求，軸可具有變化的長度 并且可以是剛性或柔性的。
如上文所簡述，手指部分在接口的手柄部分上的設(shè)置可改變，以提高 人機(jī)工程學(xué)，或者取決于因素例如使用者優(yōu)選或包含的手術(shù)的類型。例如， 如圖21所示，大拇指滑動裝置2101在與如圖14-20內(nèi)所示的位置不同的 位置與手柄部分2102配合。在特定的人機(jī)工程構(gòu)型中，如圖21所示，大 拇指滑動裝置2101的位置低于食指滑動裝置2103和中指滑動裝置2104 的位置，并且在一些情況下還在這些滑動裝置后面。
手指滑動裝置的總體構(gòu)型可根據(jù)許多與使用者相關(guān)聯(lián)的因素例如人機(jī) 工程和使用者優(yōu)選改變，但是通常構(gòu)造成包括保持器、滑動件、傳動桿和 滑輪桿，從而保持器產(chǎn)生的平移運(yùn)動使滑輪桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，而滑輪桿的轉(zhuǎn)動 又使連接纜索運(yùn)動，從而致動受動器接頭和鏈節(jié)。
在圖22所示的變型中，手指滑動裝置2200包括殼體2201 、沿殼體2201 的軌道2202、保持器2203、傳動桿2204、滑輪桿2205和滑動件2206?；?動件2206通過穿過滑動件2206和軌道2203安置的銷釘2211聯(lián)接到殼體 2201，以防止滑動件2206相對于殼體2201轉(zhuǎn)動。保持器2203在可樞轉(zhuǎn)鉸 鏈2207處聯(lián)接到滑動件2206，該鉸鏈適應(yīng)手指彎曲和伸展。指部的端部 可放置在保持器2203內(nèi)，并且在PIP和DIP關(guān)節(jié)彎曲或伸展時(shí)，保持器 2203的運(yùn)動可導(dǎo)致滑動件2206沿軌道2202平移。如下文所述，該滑動運(yùn) 動將傳動桿2204的平移轉(zhuǎn)變成滑輪桿2205的轉(zhuǎn)動，從而拉動連接到滑輪 桿2205的纜索(未示出)，以使受動器部分運(yùn)動。圖27內(nèi)所示的保持器 2203具有用于可取下地固定使用者指尖的頂板2208和底板2209。但是， 本發(fā)明的保持器構(gòu)型不僅包括圖27內(nèi)所示的結(jié)構(gòu)，而且還想到環(huán)型結(jié)構(gòu) 2310 (圖23)，或者任何適合于可取下地固定使用者的指尖以便致動設(shè)備 的構(gòu)型。在此以及其它變型中，基部接頭2210從殼體2201延伸出，并且
可剛性固定在殼體2201上或與其成一體地形成。如前文所述，接頭例如基
手指滑動裝置的致動對應(yīng)于DIP和PIP接頭的鉸接，這些接頭通常已知為 在單自由度內(nèi)運(yùn)動。
圖23和24中以及在圖18-21中示出手指滑動裝置的另一變型。在該 變型中，手指滑動裝置1806包括具有滑動銷2302的殼體2301、傳動桿 2304、滑輪桿2307、保持器2310、以及滑輪(未示出)。設(shè)置彎曲的滑動 件2303特別符合人機(jī)工程學(xué)，因?yàn)樵诓倏v中，當(dāng)PIP和DIP接頭彎曲時(shí)， 手指滑動裝置的整個動作模擬使用者指尖經(jīng)過的彎曲路徑。此外，使用該 彎曲的滑動路徑能更精確地模擬人手指的運(yùn)動，因?yàn)槔迷摌?gòu)型，使用者 的DIP和PIP接頭能夠鉸接而不用移動MCP接頭。例如，參見圖20，受 動器接頭1812A和1812B的致動能夠獨(dú)立于受到器基部接頭1812C的致 動而容易地發(fā)生。為實(shí)現(xiàn)上述動作，滑動件2303的彎曲部分可以適應(yīng)于圓 弧、橢圓、拋物線等。
對于手指滑動裝置1806的其它特征，滑動銷2302插入軌道2308以使 彎曲的滑動件2303連接到殼體2301。滑輪桿2307通過第一銷釘2309可 樞轉(zhuǎn)地連接到殼體2301。具有近端2305和遠(yuǎn)端2306的傳動桿2304可操 作地使滑輪桿2307連接到保持器2310。第二銷釘2311使傳動桿近端2305 聯(lián)接到滑輪桿2307。在遠(yuǎn)端2306,傳動桿2304通過第三銷釘(未示出) 可樞轉(zhuǎn)地連接到彎曲滑動件2303。在圖23中，還示出剛性固定在殼體2301 上的基部接頭1813。
在圖24中，更清楚地示出另外的手指滑動裝置所元件相互之間的關(guān) 系。如圖24所示，手指滑動裝置1806包括具有遠(yuǎn)端2313的彎曲的滑動件 2303。遠(yuǎn)端2313固定地連接到托架2314。板2315具有接納心軸2317的 柱狀開口 2316,從而板2315可圍繞心軸2317轉(zhuǎn)動。心軸2317通過銷4丁 2318可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到托架2314。板2315因此可相對于托架2314樞轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn) 動，即其可圍繞銷釘2318樞轉(zhuǎn)以及相對于心軸2317轉(zhuǎn)動。保持器2310 固定在板2315上，并因此可相對于托架2314樞轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動。該手指滑動裝
置構(gòu)型尤其符合人體工程學(xué)，因?yàn)槠湓谑种竿庹箷r(shí)適應(yīng)自然手指運(yùn)動。手 指保持器能夠相對于該滑動裝置轉(zhuǎn)動是尤其有利的，因?yàn)槠淇稍谑种讣獗?此相對地稍微自然轉(zhuǎn)動期間容易地適應(yīng)手指之間的組合彎曲和外展運(yùn)動。
圖23的手指滑動裝置還包括如在圖25內(nèi)沿線B-B的橫截面和圖26 內(nèi)所示的用于導(dǎo)致受動器部分運(yùn)動的纜索。纜索2503和2504圍繞滑輪 2317纏繞并在滑輪桿2307終止。纜索2501和2502在滑輪桿2307的相對 側(cè)圍繞滑輪2318纏繞，并同樣在滑輪桿2307處終止。在操作時(shí)，使用者 手指例如固定在手指滑動裝置上的食指在DIP和PIP關(guān)節(jié)處的彎曲或伸展 可導(dǎo)致滑輪桿2307進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動，這從而圍繞滑輪2318自由地拉動纜索 2501和2502，并圍繞滑輪2317自由拉動纜索2503和2504。更具體地， 當(dāng)使用者的食指在DIP和PIP關(guān)節(jié)處彎曲時(shí)，纜索2501被圍繞滑輪2318 拉動而纜索2503 -皮圍繞滑輪2317拉動。當(dāng)使用者食指在DIP和PIP關(guān)節(jié) 處伸展時(shí)，纜索2502被圍繞滑輪2318拉動而纜索2504被圍繞滑輪2317 拉動。然后，如下文所述，纜索2501、 2502、 2503和2504穿過基部接頭 1813內(nèi)的通道2604，以鉸接受動器接頭(例如圖30內(nèi)的接頭1812A和 1812B)運(yùn)動。
滑輪可構(gòu)造成圍繞銷釘2039轉(zhuǎn)動或者可固定地連接到滑輪桿2307， 并且滑輪通常具有相互不同的直徑。
在一些情況中，希望相對于在使用者接口進(jìn)行的運(yùn)動按比例地縮放受 動器的運(yùn)動。通常，滑輪直徑被選擇為使得對于給定轉(zhuǎn)動，拉動的纜索量 等于如果用鉸接鏈節(jié)代替滑輪可拉動的纜索的量。因此，因?yàn)橹聞幼钸h(yuǎn)端 受動器鏈節(jié)(例如圖20內(nèi)的1811A)的纜索通常比致動另一個遠(yuǎn)端受動器 鏈節(jié)(例如圖20內(nèi)的1811B)的纜索行進(jìn)得遠(yuǎn)，所以控制最遠(yuǎn)端的受動器 鏈節(jié)的滑輪的直徑必須大于控制遠(yuǎn)端受動器鏈節(jié)的滑輪的直徑。例如，在 圖25內(nèi)，滑輪2318示出為其直徑大約為滑輪2317的兩倍。受動器的運(yùn)動
輪直徑和/或改變滑輪直徑相互之間的比率來調(diào)節(jié)。另外，盡管圖25-26內(nèi) 的滑輪是圓形的，但是可使用其它滑輪形狀來調(diào)節(jié)受動器接頭的運(yùn)動。例
如，可使用凸輪形狀來以非線性方式致動受動器接頭。
參照圖26，另一種按比例縮放受動器的運(yùn)動的方式是通過將傳動桿 2305的遠(yuǎn)端提高成更接近滑輪2307以便銷釘2323插入一個銷釘孔2317， 來沿滑輪桿2307的長度調(diào)節(jié)傳動桿2304的位置。當(dāng)遠(yuǎn)端2305更接近滑輪 2505時(shí)，受動器的運(yùn)動按比例縮小。如前文所述，其它按比例縮放受動器
圖案半徑。在一些情況例如在工業(yè)應(yīng)用中，希望反向按比例縮放。
使用者的手指使基部接頭1813運(yùn)動。如前文所述，基部接頭1813的 運(yùn)動導(dǎo)致受動器基部接頭(例如圖20內(nèi)的1812C)發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動。用于 4t基部接頭1813連接到受動器基部接頭的纜索、纜索2601、 2602和2603 終止于圖26所示的基部接頭2813上。下文將進(jìn)一步說明受動器部分上的 纜索末端。
離開使用者接口的手指部分的所有纜索在受動器鏈節(jié)處終止之前通過 手柄部分、軸和受動器掌部。如上所述，為了在設(shè)備的遠(yuǎn)端鏡像運(yùn)動，離 開近端的纜索在遠(yuǎn)端終止之前通常轉(zhuǎn)動大約180。。但是，在一些應(yīng)用中， 由于希望鏡像和反向運(yùn)動的組合，則不必轉(zhuǎn)動所有纜索。另外，在單自由 度接頭例如對應(yīng)于DIP和PIP關(guān)節(jié)的接頭中，為了提供鏡像運(yùn)動，纜索不 必轉(zhuǎn)動180。。纜索僅需運(yùn)動到樞軸的另一側(cè)，或者相對于該對中另一鏈節(jié) 的纜索位置鉸連在該對中一個鏈節(jié)上。
圖27通過記下纜索在手柄部分1805內(nèi)的進(jìn)入點(diǎn)和離開點(diǎn)而示出穿過 手柄部分1805的纜索轉(zhuǎn)動。在圖27中，進(jìn)入手柄部分1805的纜索處于在 第一區(qū)域2703所示的總體圖案。例如，纜索2602示出在大約2點(diǎn)鐘位置 進(jìn)入第一區(qū)域2703，而纜索2603在5點(diǎn)鐘位置進(jìn)入該區(qū)域。在離開第二 區(qū)域2702時(shí)，可看到不同的纜索圖案。纜索2602可在大約8點(diǎn)鐘位置而 不是在2點(diǎn)鐘位置處離開，而纜索2603可在大約11點(diǎn)鐘位置而不是5點(diǎn) 鐘位置離開。只有需要鏡像運(yùn)動時(shí)才需要轉(zhuǎn)動180。。否則，纜索可以以任 何方式轉(zhuǎn)動以適應(yīng)設(shè)備的預(yù)期使用。
使用者手控接口的手柄部分2802可以是如圖28所示的模制手柄，該
手柄具有用于規(guī)定纜索的路線的通道或管2801。在此變型中，通道可轉(zhuǎn)動 或交叉以實(shí)現(xiàn)鏡像或反向運(yùn)動，而不是轉(zhuǎn)動纜索。在如圖29所示的另一個 變型中，手柄部分2901可以是空心的，并包括用于對齊和確定纜索2903 的路線的滑輪2卯2。在此變型中，纜索2903可在到達(dá)滑輪2902之前或者 在繞過滑輪2卯2之后轉(zhuǎn)動(交叉)。本發(fā)明的可用于制造模制或空心手柄 的材料包括前文所述的用于細(xì)長鏈節(jié)的那些材料，以及適合于制造醫(yī)療器 械的其它材料。
該設(shè)備的受動器部分通常包括對應(yīng)于使用者的食指、中指和大拇指的 三個受動器，但是可包含任意數(shù)量的受動器。如通常所述，從使用者接口 前進(jìn)的纜索在受動器鏈節(jié)處以不同的方式終止，以使受動器運(yùn)動?？赏ㄟ^ 結(jié)合圖18-20查看圖30所示的纜索終止位置，而更好地理解使用手指滑動 裝置的接頭鉸接。圖30內(nèi)所示的受動器部分代表圖18-20內(nèi)的受動器部分 1807。盡管已說明了附圖內(nèi)的受動器的總體結(jié)構(gòu)和操作，但是應(yīng)理解，此 結(jié)構(gòu)和操作還可應(yīng)用于具有指環(huán)的接口變型。
在圖30中，受動器1808對應(yīng)于使用者食指，并總體上構(gòu)造成包含受 動器基部接頭1812C，兩個受動器接頭1812A和1812B，以及受動器鏈節(jié) 1811A、 1811B和1811C。受動器鏈節(jié)1811C對應(yīng)于食指的近節(jié)指骨；受 動器鏈節(jié)1811B對應(yīng)于食指的中節(jié)指骨；而受動器鏈節(jié)1811A對應(yīng)于食指 的遠(yuǎn)節(jié)指骨。類似地，受動器基部接頭1812C對應(yīng)于能夠以至少兩個自由 度運(yùn)動的MCP關(guān)節(jié)，受動器接頭1812B對應(yīng)于能夠以單自由度運(yùn)動的PIP 關(guān)節(jié)，而受動器接頭1812A對應(yīng)于能夠以單自由度運(yùn)動的DIP關(guān)節(jié)。如圖 34所示，代表性的受動器鏈節(jié)1811B通過將鏈節(jié)3101固定在管上形成，
但是其它形成受動器鏈節(jié)的方法也是顯而易見的。
離開設(shè)備的手柄部分的纜索被接納穿過軸(未示出)，并且被受動器 掌部1816按一定路線輸送到合適的受動器。如圖30以及其它附圖所示， 從受動器掌部1816引出的受動器從軸延伸出。但是，如果希望的話，受動 器可適合于從沿軸或受動器掌部1816的不同位置出現(xiàn)以形成例如交錯的 或更加M的受動器構(gòu)型。這樣，可制成或多或少與手相似的受動器部分。
通常，來自滑動件并使受動器接頭1812A和1812B運(yùn)動的纜索2501、2502、 2503和2504在兩個受動器鏈節(jié)1811A和1811B之一處終止。例如，如圖 31內(nèi)更清楚地示出的，圍繞較大滑輪拉動并使受動器接頭1812A運(yùn)動的纜 索2501和2502在最遠(yuǎn)處的受動器鏈節(jié)1811A處終止。如圖31B所示，#皮 圍繞較小的滑輪拉動且使受動器接頭1812A運(yùn)動的纜索2503和2504在受 動器鏈節(jié)1811B處終止。同樣，如圖31C所示，源自基部接頭(圖20內(nèi) 的1904 )并且使受動器基部接頭1812C運(yùn)動的纜索2601、 2602和2603總 體上在受動器鏈節(jié)1811C處終止。
受動器接頭1812A-1812C通常構(gòu)造成分別具有模擬MCP、PIP和DIP 關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍的運(yùn)動范圍。例如，對應(yīng)于MCP關(guān)節(jié)的受動器基部接頭 1812C通常裝備成通過包括例如兩個或多個鏈節(jié)3105而在至少兩個自由度 內(nèi)運(yùn)動，其中各鏈節(jié)3105具有從鏈節(jié)的 一個表面的直徑伸出的肋部3106 ， 并具有延伸越過鏈接件的(與所述一個表面)相對的表面的通道3104。通 道3104適合于沿通道的整個長度可樞轉(zhuǎn)地接合肋部3106，從而兩個鏈節(jié) 可圍繞通道的軸線彼此相對地樞轉(zhuǎn)。在受動器基部接頭1812C中，兩個鏈 節(jié)定位成使它們各自的肋部相互垂直地定向，并且最近端的鏈節(jié)的肋部接 合受動器掌部1816內(nèi)設(shè)置的類似的通道，以便提供兩自由度的運(yùn)動。遠(yuǎn)端 受動器接頭1812A和1812B通常僅需要單自由度內(nèi)的運(yùn)動。圖33示出圖 30和31C內(nèi)也示出的接頭結(jié)構(gòu)。圖31A-31B和圖32內(nèi)示出另一個提供單 自由度的代表性接頭，并且該接頭包括具有肋部3102的鏈節(jié)3101,該肋 部從鏈節(jié)的一個表面延伸出并且具有在延伸的肋部的相對側(cè)上與其對齊的 通道3103。通道3103適合于沿通道的整個長度可樞轉(zhuǎn)地接合肋部3102， 從而兩個鏈節(jié)可圍繞通道的軸線彼此相對地樞轉(zhuǎn)以提供單自由度。
重要的是，上述接口的手指部分可構(gòu)造成包括用于鉸接受動器接頭的 手指滑動裝置和手指環(huán)的組合。例如，由于大拇指關(guān)節(jié)通?？梢?與其它 指頭)彼此稍微獨(dú)立地運(yùn)動，所以手指環(huán)類型的手指部分可更準(zhǔn)確地模擬 在受動器處人大拇指關(guān)節(jié)的運(yùn)動。這是因?yàn)榕c僅允許對遠(yuǎn)端受動器鏈節(jié)的 運(yùn)動進(jìn)行耦合控制的手指滑動裝置相比，手指環(huán)輸入控制允許對遠(yuǎn)端受動
器鏈節(jié)的運(yùn)動進(jìn)行獨(dú)立控制。另一方面，當(dāng)手指例如食指、中指和無名指
的DIP和PIP關(guān)節(jié)被致動時(shí)，它們通常一起彎曲或伸展。因此，手指滑動 裝置更適合于使這些手指的受動器運(yùn)動。
還應(yīng)理解，手致動設(shè)備還可釆用與人手不同的構(gòu)型。例如，在一些外 科應(yīng)用中，希望受動器部分的形狀形成為j吏得其成為一工具，該工具的功 能性與手緊握的功能性不同。
在另一個變型中，鉸接機(jī)構(gòu)可用于心房纖維性顫動的內(nèi)窺鏡治療。具 體地，本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)適合于有助于在心臟組織內(nèi)產(chǎn)生燒蝕損傷，如例 如Cox J丄.(2000 ) "Minimally Invasive Maze-Ill Procedure" ， Qpem/ive 7Vc^m々《es /" T/ioni" 朋d CanZ/ovascw/flr 5Wge/j Vol. 5( 1): 79-92; Simha 等(2001 ) , "The Electrocautery Maze — How I Do it" ， 仔eflW
Vol.4 ( 4 ) : 340-345;以及Prasad等(2001 ) "Epicardial Ablation on the Beating Heart; Progress Towards an Off-Pump Maze Procedure"， 77^ /fMW Swwo; Fww附Vol.5 (2 ) :100-104;以及如Cox等的美國專利 No. 6161543內(nèi)所述，這種燒蝕損傷纟皮證明在治療心房纖維性顫動時(shí)是有效 的。這些手術(shù)包括心外膜或心內(nèi)膜消融，并且許多這種過程需要到達(dá)患者 心臟的后面，這是困難的。本發(fā)明的鉸接機(jī)構(gòu)可具有燒蝕元件，并且其能 夠形成復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)可被容易地操縱通過心臟周圍的解剖結(jié)構(gòu) 并容易地定位在心臟后面的不同位置以有助于這種消融治療。
圖12A內(nèi)所示的鉸接機(jī)構(gòu)包括連接到電磁能源(未示出)例如生成射 頻(RF)或孩史波頻率范圍內(nèi)的能量的燒蝕元件125。這種燒蝕元件是本領(lǐng) 域內(nèi)公知的，包括US 6471696內(nèi)所述的那些元件。燒蝕元件通過連接部件 134安裝在機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端141上的鏈節(jié)上，該連接部件與鏈節(jié)142的通道144 適合地接合。燒蝕元件包括通常由熱塑彈性體形成的絕熱部分127，并且 縱向延伸天線或線129，以將能量傳送給(該燒蝕元件)設(shè)置在其中的組 織。包括螺旋線圏、印刷電路等的其它天線或線的幾何結(jié)構(gòu)等同地起作用。 絕緣傳導(dǎo)引線136和137設(shè)置用于在單極構(gòu)型內(nèi)使能源與天線或線連接。 還可設(shè)想雙極構(gòu)型。還可設(shè)置與燒蝕元件連接的附加連接器138和139，
如例如美國申請公才艮No. US 2003/0078644 (Phan )所迷，這些連接器可起 多種作用，例如提供溫度或其它傳感器或探針，或者向元件輸送冷卻介質(zhì) 以冷卻周圍組織并防止大范圍的組織損傷。
圖12B示出構(gòu)造用于消融的本發(fā)明鉸接機(jī)構(gòu)的另一個變型。在此變型 中，構(gòu)造用于雙極應(yīng)用的鉸接機(jī)構(gòu)133包括具有遠(yuǎn)端鏈節(jié)152的遠(yuǎn)端143， 該鏈節(jié)包含相對的電極159。相對的電極被通道164分隔開。絕緣導(dǎo)線例 如導(dǎo)線166和167使每對電極連接到能源(未示出)。當(dāng)被提供能量時(shí)， 越過電極對傳輸能量，從而在周圍組織內(nèi)產(chǎn)生燒蝕損傷。另外，還提供附 加連接件168和169，以提供另外的功能包括探針、傳感器和冷卻流體。
盡管上迷變型使用依賴于電磁能量的燒蝕元件，但是根據(jù)本發(fā)明的鉸 接機(jī)構(gòu)還可被容易地改變以結(jié)合本領(lǐng)域內(nèi)已知的其它消融方法。例如，燒 蝕元件可以是低溫或超聲波探針，或者使用激光能量的燒蝕元件，或其它 已知的燒蝕技術(shù)。
可形成如圖13A-13F內(nèi)所示的示例中所示的心外膜燒蝕損傷?？墒紫?通過例如胸廓切開術(shù)、小型胸廓切開術(shù)或放置在患者前部胸壁內(nèi)的套管針 端口 (例如5-10mm端口 )，借助于鉸接結(jié)構(gòu)到達(dá)患者心臟929的后面。 鉸接機(jī)構(gòu)的間隔元件(未示出)可在端口處起支點(diǎn)的用途。當(dāng)醫(yī)生彎曲位 于患者外部的近端鏈節(jié)時(shí)，在患者體內(nèi)的遠(yuǎn)端鏈節(jié)相對地模擬外部鏈節(jié)的 彎曲部，以便在鉸接機(jī)構(gòu)前進(jìn)時(shí)環(huán)繞上腔靜脈933 (13A)并繼續(xù)圍繞肺靜 脈935 (13B)。 一旦處于如圖13B所示的合適位置，則然后可致動位于鉸 接機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端上的燒蝕元件以形成損傷，如在此具體示出的肺部環(huán)形損傷 943 (圖13C)。在圖13D和13E內(nèi)，鉸接機(jī)構(gòu)示出為被重新定位成^lt 靜脈935向下延伸，以在僧帽瓣環(huán)下面形成連接到前面形成的肺部環(huán)形損 傷943的損傷939 (圖13F)。
本發(fā)明還可想到提供多種鉸接機(jī)構(gòu)和相關(guān)聯(lián)附件的成套工具。例如， 可提供包含具有不同長度、不同節(jié)段直徑和/或不同類型的外科器械或不同 類型的鎖定桿或可延展覆蓋物的鉸接機(jī)構(gòu)的成套工具，該成套工具可針對 特定手術(shù)例如內(nèi)窺鏡、牽開或?qū)б汗芊胖煤?或特定患者A^例如兒童或成
人而定制。
文中引用的所有公告、專利和專利申請的全文引用在此作為參考，這 在作用上與具體和單個地指明引用各個單個的公告、專利或?qū)＠暾堊鳛?參考相同。盡管為了清楚地理解而較詳細(xì)地說明了作為例證和示例的上述 發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可容易地看到，可對本 發(fā)明進(jìn)行某些改變和修改而不會脫離所附權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱的手致動設(shè)備，該設(shè)備包括a)多對鏈節(jié)，每個成對的分離鏈節(jié)中的各鏈節(jié)保持與該對的另一鏈節(jié)相互間隔開，鏈節(jié)安裝在設(shè)備的近端和遠(yuǎn)端，其中相應(yīng)對的鏈節(jié)分別位于近端和遠(yuǎn)端；b)多組纜索，其中各個纜索組使成對的分離的鏈節(jié)相互連接；c)位于設(shè)備近端的使用者手控接口部分，該使用者手控接口部分構(gòu)造成可取下地固定人手的用于運(yùn)動的一個或多個指部，從而當(dāng)所述指部被固定到接口時(shí)，所述指部的運(yùn)動使位于所述近端的一對中的一個或多個鏈節(jié)運(yùn)動，并使位于設(shè)備遠(yuǎn)端的該對中的另外一個或多個鏈節(jié)進(jìn)行對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的手致動設(shè)備，其特征在于，使用者手控接口還 構(gòu)造成可取下地接合使用者的手掌。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的手致動設(shè)備，其特征在于， 一對的至少一個鏈 節(jié)是細(xì)長鏈節(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的手致動設(shè)備，其特征在于， 一對的至少一個鏈 節(jié)是細(xì)長鏈節(jié)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的手致動設(shè)備，其特征在于，至少一個細(xì)長鏈節(jié) 通過具有DIP、 PIP或MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍的接頭聯(lián)接到另一個細(xì)長鏈 節(jié)或聯(lián)接到使用者手控接口 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的手致動設(shè)備，其特征在于，所述接頭是具有 MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍的基部接頭。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的手致動設(shè)備，其特征在于，所述接頭是具有 DIP或PIP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍的遠(yuǎn)端接頭。
8. —種用于對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱的手致動設(shè)備，該設(shè)備包括a)近端，該近端具有包括手指滑動裝置的使用者手控接口部 分，該使用者手控接口構(gòu)造成可取下地固定人手的用于運(yùn)動的一個或多個 指部，從而當(dāng)所述指部被固定在手指滑動裝置上時(shí)，所述指部的折曲被轉(zhuǎn)變成手指滑動裝置的平移運(yùn)動；以及b) 具有受動器部分的遠(yuǎn)端，其中，手指滑動裝置的平移運(yùn)動被 轉(zhuǎn)變成所述受動器部分處的彎曲運(yùn)動。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的手致動設(shè)備，其特征在于，所述手指滑動裝置 包括a) 傳動桿；b) 連接到傳動桿的滑輪桿；c) 連接到滑輪桿的多個滑輪；以及d) 至少兩組纜索，每組纜索在一端連接到滑輪或滑輪桿并且在 另一端可操作地連接到受動器部分；其中，傳動桿的平移運(yùn)動產(chǎn)生滑輪桿的轉(zhuǎn)動運(yùn)動，該轉(zhuǎn)動運(yùn)動致動圍 繞滑輪的纜索，以使受動器部分彎曲。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的手致動設(shè)備，其特征在于，所述受動器部分包 括近端接頭以及一個或多個遠(yuǎn)端接頭。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的手致動設(shè)備，其特征在于，所述手指滑動裝 置控制所述一個或多個遠(yuǎn)端接頭的運(yùn)動。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的手致動設(shè)備，其特征在于，近端接頭的控制 獨(dú)立于一個或多個遠(yuǎn)端接頭的控制。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的手致動設(shè)備，其特征在于，手指滑動裝置通 過具有MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍的基部接頭聯(lián)接到使用者手控接口。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的手致動設(shè)備，其特征在于，所述基部接頭的 運(yùn)動使所述近端接頭發(fā)生對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的手致動設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于 將一對或多對鏈節(jié)鎖定在固定位置的鎖定機(jī)構(gòu)。
16.
17. 根據(jù)權(quán)利要求8的手致動設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于 將受動器部分鎖定在固定位置的鎖定機(jī)構(gòu)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的手致動設(shè)備，其特征在于， 一對中一個鏈節(jié)的 對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動被按比例地縮放成該對中另一鏈節(jié)的運(yùn)動。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8的手致動設(shè)備，其特征在于，手指滑動裝置的平 移運(yùn)動被按比例地縮放成受動器部分的彎曲運(yùn)動。
20. —種用于對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱的手致動設(shè)備，該設(shè)備包括a) 近端，該近端具有用于可取下地固定人手的用于運(yùn)動的一個 或多個指部的使用者手控接口部分，以及b) 具有受動器部分的遠(yuǎn)端，該受動器部分具有近端接頭以及一 個或多個遠(yuǎn)端接頭，該近端接頭具有MCP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍，而該遠(yuǎn)端接 頭具有DIP或PIP關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍，從而當(dāng)所述指部被固定到接口時(shí)，所 述指部的運(yùn)動致動所述受動器部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鉸接機(jī)構(gòu)，該鉸接機(jī)構(gòu)可用于例如在身體區(qū)域內(nèi)或向身體區(qū)域遠(yuǎn)程操縱各種外科器械和診斷工具。位于機(jī)構(gòu)近端(106，107，121，606，806，1711，1801)的節(jié)段(A1，B1，D1)的運(yùn)動導(dǎo)致位于機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)端(108，109，123，604，808，1721，1822)的節(jié)段(A2，B2，D2)發(fā)生對應(yīng)的相關(guān)運(yùn)動。近端和遠(yuǎn)端節(jié)段通過一組纜索(104)連接，使得各近端節(jié)段與一遠(yuǎn)端節(jié)段形成分離的對。該構(gòu)型允許各對節(jié)段相互獨(dú)立地運(yùn)動，并且還允許鉸接機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)動并采用復(fù)雜構(gòu)型。該鉸接機(jī)構(gòu)還可組合用于遠(yuǎn)程模擬手指運(yùn)動，以操縱目標(biāo)或身體組織。
文檔編號B25J13/02GK101106951SQ200580047088
公開日2008年1月16日 申請日期2005年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者C·D·欣曼, D·J·達(dá)尼茨 申請人:諾瓦爾外科系統(tǒng)公司