专利名称：直接牵引手术夹持器的制作方法微创手术(MIS)(例如内窥镜检查、腹腔镜检查、胸腔镜检查、膀胱镜检查等)允许在使用细长手术器械穿过小切口从而被引入到体内手术部位处的情况下对患者进行手术。大体而言，套管被插入通过切口从而为手术器械提供通达端口。手术部位通常包括体腔，例如患者的腹腔。可以可选地使用干净的流体(例如充入气体)来涨满体腔。在传统微创手术中，医生在观察视频监视器上的手术部位的同时通过操纵细长手术器械的手动末端执行器 来操纵组织。细长手术器械通常在细长管的一端处具有手术工具形式的末端执行器，例如钳子、剪刀、夹子、持针器等。提供致动力来控制末端执行器的致动器被联接到细长管的另一端。将执行器力联接到末端执行器的器件延伸通过细长管。为了最小化器械通达端口所需的切口的尺寸，细长管通常具有小直径，优选地大约6毫米。因此，必要的是将执行器力联接到末端执行器的器件是紧凑的。期望的是，细长管具有一定程度的柔性以允许手术器械适于手术通达路径的几何构造。在一些情况下，细长管可以被铰接以便通达到与手术通达端口不直接共线的手术部位。理想的是使用导线作为将执行器力联接到末端执行器的器件，这是由于它们所提供的柔性以及导线能够通过小横截面传递显著的力经过一段实质性距离的能力。不过，未受支撑的导线仅能够传递张力。因此，通常需要提供两个导线来传递双向致动力。这加倍了穿过细长管的导线所需的横截面。导线需要具有足够的强度以便提供产生末端执行器所提供的所需力的必要张力。需要的张力越大，则导线横截面必须越大。将导线张力转换成末端执行器力时的低效性增加了所需张力，并且因而增加了所需横截面。不管是由于更多数量的导线还是由于单个线缆的更大的横截面，均导致横截面的增加，从而增加了弯曲缆线(例如当穿过铰接腕关节时)对于缆线所传递的力的影响。这能够导致当末端执行器被支撑末端执行器的铰接腕组件移动时改变手术末端执行器的夹持压力。同样期望的是提供电连接从而为双极烧灼术提供电流，在双极烧灼术中通过流经组织的电流来烧灼组织。能够通过手术末端执行器的两个钳爪来提供相反电极与组织的两个连接。因此，必要的是将一个钳爪与另一个钳爪电绝缘并且提供两个钳爪中的每个与施加烧灼电流的细长管的执行器末端之间的绝缘性电连接。综上，期望的是提供一种改进的设备和方法，其用于通过细长管传递双向致动力并且将这些力施加到手术器械的手术末端执行器以试图用于微创手术，其减小了细长管中所需的横截面并且为双极烧灼术所需的电流提供了电连接。
手术末端执行器包括一个U形夹(clevis)和枢转地联接到U形夹的两个钳爪。导线被联接到每个钳爪并且延伸通过另一钳爪中的引导路径且通过U形夹的末端。可以通过推和拉两个缆线来打开和关闭钳爪。拉动每个导线在两个钳爪上产生闭合力。摆动销可以被U形夹枢转地支撑并且枢转地联接到钳爪以便将钳爪限制成具有相反运动。U形夹可以联接到细长轴和贯穿轴延伸的导线来提供内窥镜器械。导线引导器可以支撑轴中的导线以致它们能够在不屈曲的情况下传递压缩力。导线可以向钳爪运送电流以用于电烧灼。从附图和下述详细描述中将显而易见到本发明的其他特征和优点。通过参考仅通过示例性而非限制性方式来描述本发明实施例的下述描述和附图，将最佳地理解本发明。附图中类似附图标记指代类似元件 图I是机器人手术系统的简化立体图，其具有通过端口被插入患者腹腔内的自动控制手术器械。图2是与机器人操纵器一起使用的手术器械的平面图。图3是手术末端执行器的侧视图。图4是图3的手术末端执行器的主视图。图5是图3的手术末端执行器的主视图，其上部被去除以允许更清楚地观察到某些细节。图6是另一手术末端执行器的主视图。图7是又一手术末端执行器的端视图。图8A是处于闭合位置的图7的手术末端执行器的端视图，其中一个钳爪被去除以允许更清楚地观察到某些细节。图SB是处于闭合位置的图7的手术末端执行器的端视图，其中两个钳爪被去除以允许更清楚地观察到某些细节。图9是处于闭合位置的图7的手术末端执行器的立体图，其中两个钳爪被去除。图10是图7的手术末端执行器的分解图。图IlA是具有细长轴的微创手术器械的主视图，其以截面图示出以允许更清楚地观察到某些细节。图IlB是图IlA所示的微创手术器械的近端的细节图。图IlC是图IlA所示的微创手术器械的中间部分的细节图。图IlD是图IlA所示的微创手术器械的远端的细节图。图12是导线的近端和导线引导器的侧视图。图13A是处于未压缩状态的导线引导器的压缩段的细节图。图13B是处于压缩状态的导线引导器的压缩段的细节图。图14是从图13A和图13B所示的压缩段的导线支撑段的立体图。图15是具有导线引导器的细长轴的俯视图。图16是末端执行器的主视图。图17是沿图15的线17-17截取的末端执行器的截面图。图18是具有铰接腕的末端执行器的主视图。图19是导线引导器的远端段的细节图。

在所不实施例中，第一和第二钳爪252、254以及第一和第二导线206、208是导电的。U形夹300以及第一和第二枢轴302、304是不导电的。这允许电流被第一和第二导线206,208施加到第一和第二钳爪252、254以用于执行双极电烧灼，其中通过从一个钳爪流经组织到达另一钳爪的电流来烧灼该组织。图6示出了另一手术末端执行器650的俯视图。如前述末端执行器，第一和第二导线606、608被联接(610、612)到第一和第二钳爪652、654以便提供打开和闭合力。在这种实施例中，第一和第二枢轴602被同轴地结合在一起并且被设置为装置的单个元件。图7至图10示出了另一手术末端执行器750。如前述末端执行器，第一和第二导线706、708为第一和第二钳爪752、754提供打开和闭合力。图7中能够看到钳爪752、754的面720、722内的引导路径716、718。在这种实施例中，摆动销702被U形夹700枢转地支撑。摆动销702被枢转地联接到第一和第二钳爪752、754以致摆动销将第一和第二钳爪约束成具有相反运动。图8A示出了处于闭合位置的手术末端执行器750，其中两个钳爪中的一个被去除以便能够部分地看到摆动销702。图SB示出了处于闭合位置的手术末端执行器750，其中两个钳爪均被去除以便能够清晰地看到摆动销702。图9以立体图示出了手术末端执行器750，其允许能够更加清晰地看到U形夹700和摆动销702之间的关系。图10以分解图示出了手术末端执行器750，其允许更加清晰地看到末端执行器的各部分。在所示实施例中，摆动销702枢转地被U形夹700支撑在其中点。因此，摆动销将第一和第二钳爪约束成具有相等且相反运动。在其他实施例中，摆动销700被U形夹700枢转地支撑在其他位置以致各钳爪的运动量之间的比不是I: I。第一和第二钳爪752、754以及第一和第二导线706、708能够是导电的。在所不实施例中，连接器1010、1012压接在每条导线706、708的末端上。每个连接器1010、1012均包括柄1006、1008，所述柄1006、1008接合钳爪752、754内的开口 1022、1024以便提供机械和电连接。柄1006、1008的末端在被插入到钳爪752、754内的开口 1018、1020内后膨胀从而在导线和钳爪之间产生紧密连接。这允许电流通过第一和第二导线706、708被施加到第一和第二钳爪752、754以用于执行双极电灼烧的目的，在双极电灼烧中通过从第一钳爪流经组织到另一钳爪的电流来灼烧该组织。双极电灼烧需要当第一和第二钳爪752、754抓持组织时除了钳爪间形成的导电路径之外彼此电绝缘。在所示实施例中，U形夹700和封装U形夹内的运动部分的盖1000是不导电的。同样必要的是，阻止摆动销702提供钳爪752、754间的导电路径。这能够通过由不导电材料来制造摆动销702来实现。在所示实施例中，增加不导电衬套1014、1016来提供第一和第二钳爪752、754的面。衬套1014、1016中断第一和第二钳爪752、754之间的导电路径并且允许由金属制造摆动销702。衬套1014、1016还提供支撑导线706,708的引导路径716、718。衬套1014、1016能够由具有引导路径716、718的塑料材料构成，这减小了导线706、708在绝缘套上的摩擦。在所示实施例中，引导路径716、718围绕稍多于引导路径内导线的一半圆周。在其他实施例中，引导路径完全围绕引导路径内的导线。在另一些实施例中，引导路径围绕引导路径内导线的一半圆周或稍少。图IlA示出了图2所示的微创手术器械120的细长轴210。图IlB至图IlD更具 体地示出了细长轴210的各部分。应该意识到，图IlB至图IlD并没有共同地示出细长轴210的整个长度，并且在这些图之间存在重叠部分。图7-10示出的手术末端执行器750被示为联接到细长轴210的远端1112以作为示例性末端执行器。应该意识到，末端执行器的任意实施例能够与细长轴210 —同使用。细长轴210包括远端1112、近端1110和在远端和近端之间延伸的纵向轴线。纵向轴线是细长轴210的旋转轴线或对称轴线。末端执行器250的U形夹700联接到细长轴210的远端1112。如上所述，第一和第二钳爪752、754被枢转地联接到U形夹700。第一和第二导线706、708如上所述从U形夹的末端1114露出并且沿远端512和近端510之间的纵向轴线延伸通过细长轴210。在一种实施例中，细长轴具有可能为5至6_的相对小的直径。在一种实施例中，第一和第二导线706、708是成股构造以便提供在钳爪752、754的引导路径716、718内滑动所需的柔性。导线由提供大强度以致能够最小化导线的横截面的材料(例如镍或钨)构成。导线材料和构造还被选择为当末端执行器的钳爪打开和闭合时使得导线滑动通过弯曲引导路径所强加的重复弯曲循环期间是耐用的。在一种实施例中，导线被隔绝以致仅其上暴露的导电金属处于其附接到钳爪的远端以及其压接在连接器销中的近端处。在一种实施例中，隔绝物是乙烯四氟乙烯(例如Tefze膽750的ETFE)。将意识到，必要的是通过导线传递压缩力以便为末端执行器的钳爪提供打开力。还应意识到，必要的是支撑导线以致导线能够在不屈曲的情况下传递压缩力。理想的是最小化每条导线的未支撑长度以便允许在不屈曲缆绳的情况下施加更大的压缩负载。例如，对于在5-6_直径细长轴中会使用的典型导线构造而言，理想的是保持导线的未支撑长度小于I英寸且更理想的是具有近似1/16英寸的最大未支撑长度。因此，微创手术器械120包括导线引导件1100，其沿着细长轴210的纵向轴线(端对端轴线)联接到U形夹700和第一和第二导线706、708。导线引导件1100支撑第一和第二导线706、708以致第一和第二导线能够在不屈曲的情况下传递压缩力。导线引导件1100包括邻近细长轴210的近端1110的近端段1102、邻近细长轴210的工作(远)端1112的工作段1106以及联接在近端段和工作段之间的压缩段1104。
导线引导件1100的近端段1102的至少一部分被固定到第一和第二导线706、708以致能够通过抓取近端段并且向近端段施加力从而将力施加到导线。在所示实施例中，导线引导件1100的近端段1102的一部分1108延伸超过细长轴210的近端1110从而有助于抓取近端段。在一种实施例中，导线引导件1100的近端段1102包括外金属管，且导线支撑件被插入到该管中。第一和第二导线706、708穿过导线支撑件中的开口。在一种实施例中，导线支撑件由聚氟乙烯丙烯(Teflon -FEP或FEP)制成。FEP在与ETFE基本相同的温度处熔化从而允许热量被用于将导线隔离物、导线支撑件和金属管结合在一起。FEP穿过金属中的槽，从而产生机械连接。以此方式，能够通过抓住金属管的同时保持导线电绝缘来机械驱动导线706、708。图12示出了导线引导件1100的近端段1102的一部分1108的侧视图，其中该近端段1102延伸超过细长轴210的近端1110。第一和第二导线706、708从导线引导件延伸出以便有助于与缆绳产生电连接。再次参考图11B，在所示实施例中，细长轴210相对于近端控制机构240 (图2)旋 转以便为末端执行器750提供额外运动。导线引导件1100的近端段1102由两件1120、1124制成。近端段1102的上部件1120相对于近端控制机构240保持在固定位置以便适应对近端段的抓取以及与缆绳的电连接。近端段1102的下部件1124联接到细长轴210以随其旋转。所述两件1120、1124在两件之间的接头1122处相对彼此旋转。导线隔离物、导线支撑件和金属管在两件1120、1124中每个的远端处结合在一起。这导致在细长轴210旋转时较长的导线706、708能够在近端段1102的下部件1124内扭曲。所示实施例中的上部件1120大约4英寸长并且下部件1124大约16英寸长。导线引导件1100的工作段1106的远端被固定到末端执行器750的U形夹700。导线706、708在工作段1106的与细长轴210的纵向轴线平行的沟槽内滑动。在一种实施例中，工作段1106提供横向柔性从而适应细长轴210的柔性和/或铰接。如果导线引导件1100的近端段1102的一部分固定到第一和第二导线706、708，则当通过向近端段施加力从而向导线施加力时，导线引导件1100的整体长度改变。联接到近端段1102和工作段1106的压缩段1104适应这种长度改变且同时为导线提供支撑以便阻止屈曲。图IlC示出了细长轴210包括导线引导件1100的压缩段1104的一部分。图13A示出了处于未压缩状态的压缩段的一部分。图13B示出了处于压缩状态的压缩段的一部分。图14示出了用于形成压缩段1104的导线支撑段1300的立体图。在所示实施例中，通过将多个导线支撑段1300与压缩弹簧1306联接来形成压缩段1104。如图13A和图14最佳示出的，导线706、708穿过导线支撑段1300内的引导路径1402、1404并且进一步被连接支撑段的压缩弹簧1306支撑。导线引导件210的压缩段1104允许当近端段1102被移动从而通过导线706、708施加力时导线引导件改变长度。压缩段1104允许当压缩力被施加到近端段1102是导线引导件1100的长度减小。这种特征允许压缩力被施加于导线706、708且同时提供防止缆绳屈曲所必须的支撑。在图13A中可以看出，当处于未压缩时压缩弹簧1306的长度将被选择成是弹簧所联接的导线支撑段1300的部分1406的长度的两倍加上缆绳的所需最大未支撑长度。在图13B中可以看出，压缩弹簧1306可以被压缩到一点，其中在该点处一个导线支撑段1300的端面1304接触相邻导线支撑段的对置端面1302。因此，每个压缩弹簧1306均允许当弹簧未被压缩时长度改变大致等于未支撑长度。任意所需数量的压缩段1300能够被使用来形成压缩段1104从而形成近端段1102相对于工作段1106的所需行程。图15至图17示出了将末端执行器750联接到细长轴210的远端1112的细节。图15是具有沿纵向轴线示出的导线引导件1100的细长轴210的俯视图。图16是联接到细长轴210的远端1112的末端执行器750的俯视图，其中钳爪752、754处于打开位置。图17是沿图15的线17-17截取的末端执行器750的截面图，其中为了清晰没有示出第二钳爪754。如图17所最佳示出的，末端执行器750的U形夹700被固定到导线引导件1100的末端。因此，导线708滑动通过钳爪752的引导路径、从U形夹700的末端1114露出并且延伸通过导线引导件1100到达细长轴210的近端1110。如上所述，导线708的末端712被联接到第一钳爪754并且之后延伸通过第二钳爪752的引导路径以致导线的张力和压缩产生作用在通过枢轴704连接到U形夹700的第一和第二钳爪上的闭合和打开力。摆动销702被U形夹700枢转地支撑并且枢转地联接到第一和第二钳爪752、754以致摆动销将第 一和第二钳爪约束成具有相同且相反的运动。图18是末端执行器750的主视图，其通过铰接腕组件1800联接到细长轴210的远端1112。导线引导件1100的工作段1106的远端沿其中心轴线穿过铰接腕组件1800并且固定到末端执行器750的U形夹700。导线706、708与细长轴210的纵向轴线平行地在工作段1106中的沟槽内滑动。工作段1106提供了横向柔性从而适应在铰接腕组件1800的接头处的运动。在所示实施例中，工作段1108的远端包括至少位于最远端部分处的在外管中的穿孔以便允许从导线引导件1100排出流体。如图IlC所示，在一些实施例中，工作段1106的各部分具有保护罩，例如弹簧导线，以便在穿过铰接接头时保护引导件不被磨损。也可以使用具有更大或更小自由度的其他形式的铰接腕组件将末端执行器联接到细长轴的远端。图19是导线引导件的远端段的细节图。在所示实施例中，两条导线的引导路径1900、1902在导线引导件穿过腕的部分中提供360度扭转。这试图补偿了当腕被铰接时由于腕弯曲所导致的路径长度的微小差别。导线引导件的扩大部分1904被联接到器械的远端部分以便导线引导件1106不能够旋转或被拉离U形夹750。虽然已经描述并在附图中示出了某些示例性实施例，不过应该理解这些实施例仅是示意性的并且不限制本发明范围，本发明不受限于示出且描述的特定构造和设置，因为本领域技术人员可以意识到各种其他改型。因此，说明书仅被看作是示意性的而非限制性的。


手术末端执行器包括U形夹和枢转地联接到所述U形夹的两个钳爪。导线联接到每个钳爪并且延伸通过另一钳爪内的引导路径并通过U形夹的末端。可以通过推动和拉动两条缆绳来打开和关闭钳爪。拉动每条导线在两个钳爪中产生闭合力。摆动销可以被U形夹枢转地支撑并且枢转地联接到钳爪以便将钳爪约束成具有相反运动。U形夹可以联接到细长轴并且导线延伸通过该轴来提供内窥镜器械。导线引导件可以支撑轴内的导线以致它们能够传递压缩力而不屈曲。导线可以将电流运载到钳爪以用于电烧灼。