用于电外科装置的封闭反馈控制的制造方法

文档序号:11057249
用于电外科装置的封闭反馈控制的制造方法
用于电外科装置的封闭反馈控制相关申请的交叉引用本申请涉及下列同时提交的美国专利申请,这些美国专利申请全文以引用方式并入本文:美国专利申请序列号_________________,名称为“HapticFeedbackDevicesforSurgicalRobot”,代理人案卷号END7042USNP/110388;美国专利申请序列号_________________,名称为“LockoutMechanismforUsewithRoboticElectrosurgicalDevice”,代理人案卷号END7043USNP/110389;美国专利申请序列号_________________,名称为“SurgicalInstrumentswithArticulatingShafts”,代理人案卷号END6423USNP/110392;美国专利申请序列号_________________,名称为“UltrasonicSurgicalInstrumentswithDistallyPositionedTransducers”,代理人案卷号END6819USNP/110393;美国专利申请序列号_________________,名称为“SurgicalInstrumentswithArticulatingShafts”,代理人案卷号END7047USNP/110394;美国专利申请序列号_________________,名称为“UltrasonicSurgicalInstrumentswithDistallyPositionedJawAssemblies”,代理人案卷号END7048USNP/110395;美国专利申请序列号_________________,名称为“SurgicalInstrumentswithArticulatingShafts”,代理人案卷号END7049USNP/110396;美国专利申请序列号_________________,名称为“UltrasonicSurgicalInstrumentswithControlMechanisms”,代理人案卷号END7050USNP/110397;和美国专利申请序列号_________________,名称为“SurgicalInstrumentswithFluidManagementSystem”,代理人案卷号为END7051USNP/110399。

背景技术:
本公开整体涉及机器人外科手术领域。具体地,本公开并不唯一地涉及电外科器械。更具体地讲,本公开并不唯一地涉及用于电外科装置的反馈控制。超声外科装置(诸如超声刀)因其独特的性能特性而用于外科手术的多种应用中。根据具体的装置构型和操作参数,超声外科装置能够基本上同时进行组织的横切和通过凝结作用的止血,从而有利地最大程度减轻患者创伤。超声外科装置包括定位在近侧的超声换能器和联接到超声换能器的器械,该器械具有安装在远侧的端部执行器,该端部执行器包括超声刀以切割和密封组织。端部执行器通常经由轴联接到柄部和/或机器人外科工具。刀经由延伸穿过轴的波导而在声学上联接到换能器。具有该性质的超声外科装置能够用于开放性外科用途、腹腔镜式或内窥镜式外科手术,包括机器人辅助的手术。超声能量使用比用在电外科手术中的温度低的温度来切割和凝结组织。通过高频振动(例如每秒55,500次),超声刀使组织中的蛋白质变性以形成粘性凝结物。由刀表面施加在组织上的压力使血管塌缩并且允许所述凝结物形成止血密封。外科医生能够通过由端部执行器施加至组织的力、施加该力的时间、以及端部执行器的选定偏移水平来控制切割速度和凝结。电外科装置还用于多种外科应用。电外科装置向组织施加电能以便对组织进行处理。电外科装置可包括具有安装在远侧的端部执行器的器械,该端部执行器包括一个或多个电极。端部执行器可抵靠组织定位,使得电流被引入到组织中。电外科装置能够用于双极或单极操作。在双极操作期间,电流分别通过端部执行器的有源电极和返回电极被引入组织中并从组织返回。在单极操作期间,电流通过端部执行器的有源电极被引入组织中,并通过返回电极(例如,接地垫)返回,该有源电极与返回电极分开地位于患者的身体上。通过组织的电流所生成的热可在组织内和/或在组织之间形成止血密封,并且因此可尤其适用于例如密封血管。电外科装置的端部执行器有时还包括可相对于组织和电极移动的切割构件以用于横切组织。由电外科装置施加的电能可通过发生器传递至器械。电能可以是射频(“RF”)能量的形式。射频能量为可在300kHz至1MHz频率范围内的电能形式。在其操作期间,电外科装置可将低频射频能量传递通过组织,这会引起离子振荡或摩擦,实际上造成电阻性加热,从而升高组织的温度。由于可在受影响的组织和周围组织之间形成明显的边界,因此外科医生能够以高精确度进行操作和控制,而不损伤相邻的非目标组织。射频能量的低操作温度可适用于在密封血管的同时移除、收缩软组织,或对软组织塑形。射频能量可尤其良好地适用于结缔组织,该结缔组织主要包含胶原,并在接触热时收缩。

技术实现要素:
各种示例性实施例涉及用于机器人式受控的电外科器械的封闭反馈控制的系统和方法。在一个实施例中,该方法包括将至少一个电外科信号施加到以机器人方式控制的外科器械的电外科端部执行器。反馈信号可由电外科端部执行器生成并提供给控制逻辑部件。控制逻辑部件能够基于从电外科端部执行器接收的反馈信号来确定目标组织的阻抗的变化速率。控制逻辑部件能够控制或修改至少一个电外科信号使得从反馈信号确定的阻抗变化速率保持在预先确定的速率或预先确定的范围内。附图说明多个实施例的特征结构在所附权利要求书中进行了详细描述。然而,参考结合如下附图的下列描述可最好地理解多个实施例(有关手术的组织和方法两者)及其优点:图1示出包括外科器械和超声发生器的外科系统的一个实施例。图2示出图1所示外科器械的一个实施例。图3示出超声端部执行器的一个实施例。图4示出超声端部执行器的另一个实施例。图5示出图1所示的外科器械的一个实施例的分解图。图6示出图1所示的外科器械的一个实施例的剖视图。图7示出图1所示的外科器械的一个示例性实施例的各种内部部件。图8示出包括外科器械和超声发生器的外科系统的一个实施例的顶视图。图9示出图1的外科器械的一个示例性实施例中包括的旋转组件的一个实施例。图10示出包括外科器械的外科系统的一个实施例,该外科器械具有单元件端部执行器。图11是电能外科器械的一个实施例的透视图。图12是图11的外科器械的一个实施例的柄部的侧视图,其中移除了柄部主体的一半以示出其中的一些部件。图13示出图11的外科器械的端部执行器的一个实施例的透视图,其中钳口打开并且可轴向运动的构件的远侧端部处于回缩位置。图14示出图11的外科器械的端部执行器的一个实施例的透视图,其中钳口闭合并且可轴向运动的构件的远侧端部处于部分推进的位置。图15示出图1的外科器械的可轴向运动的构件的一个实施例的透视图。图16示出图1的外科器械的端部执行器的一个实施例的截面图。图17示出无绳的电能外科器械的一个实施例的透视图的一部分。图18A示出图17的外科器械的一个实施例的柄部的侧视图,其中移除了柄部主体的一半以示出其中的各种部件。图18B示出根据一个实施例的射频驱动和控制电路。图18C示出根据一个实施例的控制器的主要部件。图19示出机器人外科系统的一个实例实施例的框图。图20示出机械臂车的一个实施例。图21示出图20的机械臂车的机器人操纵器的一个实施例。图22示出具有另选的装置接头结构的机械臂车的一个实施例。图23示出可与机械臂车(诸如图19-图22的机械臂车)结合使用的控制器的一个实施例。图24示出适于与机器人系统一起使用的超声外科器械的一个实施例。图25示出适于与机器人系统一起使用的电外科器械的一个实施例。图26示出器械驱动组件的一个实施例,该器械驱动组件可联接到外科操纵器以接收和控制图24所示的外科器械。图27示出包括图26的外科工具的图24的器械驱动组件实施例的另一个视图。图28示出包括图26的电外科工具的图25的器械驱动组件的另一个视图。图29-图31示出图26的器械驱动组件的适配器部分的另外视图。图32-图34示出图24-图25的器械安装部分的一个实施例,显示用于将从动元件的运动转化成外科器械的运动的部件。图35-图37示出图24-图25的器械安装部分的另选实施例,显示用于将从动元件的旋转转化成围绕轴的轴线的旋转运动的另选示例性机构,以及用于生成一个或多个构件沿轴538的轴线的往复式平移的另选示例性机构。图38-图42示出图24-图25的器械安装部分的另选实施例,显示用于将从动元件的旋转转化成围绕轴的轴线的旋转运动的另一个另选示例性机构。图43-图46A示出器械安装部分的另选实施例,显示用于使构件沿轴的轴线进行微分平移(例如,用于进行关节运动)的另选示例性机构。图46B-图46C示出包括内部功率源和能量源的器械安装部分的一个实施例。图48示出与封闭反馈控制方法一起使用的电外科端部执行器的一个实施例。图49示出用于封闭反馈控制的方法的一个实施例。图50示出用于封闭反馈控制的方法的可供选择的实施例。具体实施方式各种示例性实施例涉及用于机器人式受控的电外科器械的封闭反馈控制的系统和方法。在一个实施例中,该方法包括将至少一个电外科信号施加到机器人式受控的外科器械的电外科端部执行器。反馈信号可由电外科端部执行器生成并提供至控制逻辑部件。控制逻辑部件能够基于从电外科端部执行器接收的反馈信号来确定目标组织的阻抗的变化速率。控制逻辑部件能够控制或修改至少一个电外科信号使得从反馈信号确定的阻抗变化速率保持在预先确定的速率或预先确定的范围内。各种示例性实施例涉及修改电外科驱动信号。驱动信号能够控制电外科刀沿电外科端部执行器的纵向轴线的运动。驱动信号可由控制逻辑部件控制以调整电外科刀的速度。通过改变电外科刀的速度,控制器可将目标组织的阻抗的增加速率保持在预先确定的速率或预先确定的范围内。其他示例性实施例涉及修改递送至电外科端部执行器以用于处理目标组织的电外科信号。递送至电外科端部执行器的电外科信号可包括超声信号或射频(RF)信号。在一个实施例中,超声信号被施加到电外科刀以赋予电外科刀超声运动。在另一个实施例中,射频信号被施加到位于电外科端部执行器上的第一电极和第二电极以将射频信号传递到目标组织,以引起目标组织的接合(welding)。在另一个实施例中,超声能量和射频能量都可被施加到电外科端部执行器。电外科信号可由控制逻辑部件修改以将目标组织的阻抗的增加速率保持在预先确定的速率或预先确定的范围内。现在将详细提及若干实施例,包括显示具有端部执行器的手动和机器人外科器械的示例性具体实施的实施例,所述端部执行器包括超声元件和/或电外科元件。只要可行,相似或相同的参考编号可用于多个附图并可指示相似或相同的功能。附图仅出于举例说明的目的描绘了所公开的外科器械和/或使用方法的示例性实施例。本领域的技术人员将通过以下描述容易地认识到:可在不脱离本文所述原理的情况下采用本文所示的结构和方法的另选的示例性实施例。图1为超声外科器械10的一个实施例的右侧视图。在该例示的实施例中,超声外科器械10可用于各种外科手术,包括内窥镜式外科手术或传统的开放式外科手术。在一个示例性实施例中,超声外科器械10包括柄部组件12、细长轴组件14和超声换能器16。柄部组件12包括触发器组件24、远侧旋转组件13和开关组件28。细长轴组件14包括端部执行器组件26,该端部执行器组件包括用于解剖组织或相互抓紧、切割并凝结血管和/或组织的元件,以及用于致动端部执行器组件26的致动元件。柄部组件12适于在近侧端部接收超声换能器16。超声换能器16机械地接合到端部执行器组件26的多个部分和细长轴组件14。超声换能器16经由缆线22电联接到发生器20。虽然大部分附图描绘了结合腹腔镜式外科手术使用的多端部执行器组件26,但是超声外科器械10可用于更传统的开放式外科手术中。出于本文的目的,从内窥镜式器械的角度来描述超声外科器械10;然而,可以设想,超声外科器械10的开放式和/或腹腔镜式形式也可包括如本文所述的相同或相似的操作部件和特征结构。在各种实施例中,发生器20包括若干功能性元件,诸如模块和/或块。不同的功能性元件或模块能够用于驱动不同种类的外科装置。例如,超声发生器模块21可以驱动超声装置,诸如超声外科器械10。在一些示例性实施例中,发生器20还包括用于驱动电外科装置(或超声外科器械10的电外科实施例)的电外科手术/射频发生器模块23。在各种实施例中,发生器20可在柄部组件12内一体地形成。在此类具体实施中,电池将协同定位在柄部组件12内以充当能量源。图18A和附随的公开内容提供了此类具体实施的一个示例。在一些实施例中,电外科手术/射频发生器模块23能够生成治疗和/或亚治疗能级。在图1所示的示例性实施例中,发生器20包括与发生器20成一体的控制系统25,以及经由缆线27连接至发生器的脚踏开关29。发生器20还可包括用于激活外科器械(诸如器械10)的触发机构。触发机构可包括电源开关(未示出)以及脚踏开关29。当由脚踏开关29激活时,发生器20可提供能量以驱动外科器械10的声学组件并以预先确定的偏移水平来驱动端部执行器18。发生器20以声学组件的任何合适的共振频率来驱动或激发声学组件,以及/或者形成治疗/亚治疗电磁/射频能量。在一个实施例中,电外科/射频发生器模块23可作为电外科手术单元(ESU)实施,该电外科手术单元能够利用射频(RF)能量来提供足以来执行双极电外科手术的功率。在一个实施例中,ESU可以是由ERBEUSA,Inc.(Marietta,Ga.)销售的双极ERBEICC350。如此前所论述,在双极电外科手术应用中,可以使用具有有源电极和返回电极的外科器械,其中有源电极和返回电极可抵靠或邻近待处理的组织定位,使得电流可从有源电极通过组织流至返回电极。因此,电外科/射频发生器模块23能够通过将足以处理组织T(例如,烧灼)的电能施加到组织而用于治疗目的。在一个实施例中,电外科/射频发生器模块23能够递送亚治疗射频信号,以实施组织阻抗测量模块。在一个实施例中,电外科/射频发生器模块23包括如下文所详述的双极射频发生器。在一个实施例中,电外科/射频发生器模块12能够监控组织T的电阻抗Z,并通过在端部执行器组件26的夹持构件上提供的返回电极来控制基于组织T的时间和功率电平属性。因此,电外科/射频发生器模块23可出于亚治疗目的能够用于测量组织T的阻抗或其他电特性。用于测量组织T的阻抗或其他电特性的技术和电路配置在共同转让的名称为“ElectrosurgicalGeneratorforUltrasonicSurgicalInstruments”的美国专利公布No.2011/0015631中有更详细的讨论,该美国专利公布的公开内容全文以引用方式并入本文。合适的超声发生器模块21能够在功能上以与EthiconEndo-Surgery,Inc.(Cincinnati,Ohio)销售的GEN300相似的方式运作,如在以下美国专利中的一者或多者中所公开,所有这些专利均以引用方式并入本文:美国专利6,480,796(“MethodforImprovingtheStartUpofanUltrasonicSystemUnderZeroLoadConditions”);美国专利6,537,291(“MethodforDetectingBladeBreakageUsingRateand/orImpedanceInformation”);美国专利6,662,127(“MethodforDetectingPresenceofaBladeinanUltrasonicSystem”);美国专利6,678,899(“MethodforDetectingTransverseVibrationsinanUltrasonicSurgicalSystem”);美国专利6,977,495(“DetectionCircuitryforSurgicalHandpieceSystem”);美国专利7,077,853(“MethodforCalculatingTransducerCapacitancetoDetermineTransducerTemperature”);美国专利7,179,271(“MethodforDrivinganUltrasonicSystemtoImproveAcquisitionofBladeResonanceFrequencyatStartup”);以及美国专利7,273,483(“ApparatusandMethodforAlertingGeneratorFunctioninanUltrasonicSurgicalSystem”)。应当理解,在各种实施例中,发生器20能够以若干模式来操作。在一种模式中,发生器20能够使得超声发生器模块21和电外科/射频发生器模块23可被独立地操作。例如,可将超声发生器模块21激活以向端部执行器组件26施加超声能量,并且随后,可通过电外科/射频发生器模块23向端部执行器组件26施加治疗或亚治疗射频能量。如此前所论述,可向夹持在端部执行器组件26的受权利要求保护元件之间的组织施加亚治疗电外科/射频能量,以测量用于控制超声发生器模块21的激活或改变其激活的组织阻抗。由施加亚治疗能量获得的组织阻抗反馈还可用于激活电外科/射频发生器模块23的治疗电平,从而将夹持在端部执行器组件26的受权利要求保护元件之间的组织(例如,血管)密封。在另一个实施例中,超声发生器模块21和电外科/射频发生器模块23可被同时激活。在一个示例中,超声发生器模块21与用于测量组织阻抗的亚治疗射频能级被同时激活,与此同时,端部执行器组件26的超声刀切割并凝结夹持在端部执行器组件26的夹持元件之间的组织(或血管)。此类反馈可用于例如修改超声发生器模块21的驱动输出。在另一个示例中,超声发生器模块21可与电外科/射频发生器模块23被同时驱动,使得在将端部执行器组件26的超声刀部分用于切割受损组织的同时,电外科/射频能量被施加到端部执行器夹持组件26的电极部分以便将组织(或血管)密封。当发生器20经由触发机构激活时,在一个实施例中,电能由发生器20连续地施加到声学组件的换能器叠堆件或组件上。在另一个实施例中,电能由发生器20以间歇方式施加(例如,为脉冲的)。发生器20的控制系统中的锁相环路可监控来自声学组件的反馈。锁相环路调节由发生器20发送的电能的频率,使其与声学组件的选定纵向振动模式的共振频率匹配。此外,控制系统25中的第二反馈回路将提供给声学组件的电流维持在预选的恒定水平,以便在声学组件的端部执行器18处实现基本上恒定的偏移。在另一个实施例中,控制系统25中的第三反馈回路监控位于端部执行器组件26中的电极之间的阻抗。虽然图1-图9示出手动操作的超声外科器械,但是应当理解,超声外科器械还可以用于(例如)如本文所述的机器人应用中,以及手动应用和机器人应用的组合中。在超声操作模式下,提供给声学组件的电信号可使端部执行器18的远侧端部在例如大约20kHz至250kHz的范围内纵向振动。根据各种实施例,刀22可在约54kHz至56kHz的范围内振动,例如以约55.5kHz振动。在其他实施例中,刀22可以其他频率振动,包括例如约31kHz或约80kHz。可通过例如控制由发生器20施加到声学组件的换能器组件的电信号的振幅来控制刀的振动偏移。如上所述,发生器20的触发机构允许使用者激活发生器20,以使得可将电能连续地或间歇地提供给声学组件。发生器20还具有电源线以便插入电外科单元或常规电源插座。据设想,还可以通过直流(DC)源诸如电池来对发生器20供电。发生器20可包括任何合适的发生器,诸如可得自EthiconEndo-Surgery,Inc的GEN04型和/或GEN11型发生器。图2是超声外科器械10的一个示例性实施例的左侧透视图,显示柄部组件12、远侧旋转组件13、细长轴组件14和端部执行器组件26。在该例示的实施例中,细长轴组件14包括尺寸被设计为机械地接合端部执行器组件26的远侧端部52,以及机械地接合柄部组件12和远侧旋转组件13的近侧端部50。细长内窥镜式轴组件14的近侧端部50接收在柄部组件12和远侧旋转组件13内。关于细长轴组件14、柄部组件12和远侧旋转组件13之间的连接的更多细节在图5和图7的描述中提供。在该例示的实施例中,触发器组件24包括与固定柄部34结合操作的触发器32。固定柄部34和触发器32以符合人体工程学的方式形成,并且适于与使用者舒适地交接。固定柄部34与柄部组件12整体地相关联。触发器32可相对于固定柄部34可枢转地运动,如在下文相对于超声外科器械10的操作更详细地解释。当使用者施加相对于触发器32的挤压力时,触发器32可沿朝着固定柄部34的方向33A可枢转地运动。当使用者释放相对于触发器32的挤压力时,弹簧元件98(图5)致使触发器32沿方向33B可枢转地运动。在一个示例性实施例中,触发器32包括细长触发器钩36,其在细长触发器钩36和触发器32之间限定孔38。孔38的大小被设计成适于接收使用者的从中穿过的一根或多根手指。触发器32还可包括在触发器32基底的上方模塑的弹性部分32a。形成重叠注塑的弹性部分32a,从而得到更加舒适的接触表面,用于沿向外方向33B控制触发器32。在一个示例性实施例中,可在细长触发器钩36的一部分的上方提供重叠注塑的弹性部分32a。细长触发器钩32的近侧表面保持未涂布状态或涂布有非弹性基材,以使使用者能够轻易地将其手指滑入和滑出孔38。在另一个实施例中,触发器的几何结构形成完全闭合的套环,其限定大小被设计成适于接收使用者的从中穿过的一根或多根手指的孔。完全闭合的套环触发器还可包括在触发器基底的上方模塑的弹性部分。在一个示例性实施例中,固定柄部34包括近侧接触表面40和握持锚定件或鞍形表面42。鞍形表面42倚靠在手上拇指和食指结合的指蹼上。近侧接触表面40具有手枪式握把轮廓,其在没有环或孔的普通手枪式握把上接收手掌。近侧接触表面40的轮廓曲线可为波状外形的以适应或接收手掌。稳定性尾部44朝向柄部组件12的更近侧的部分定位。稳定性尾部44可以与手的位于拇指和食指之间的最上方指蹼部分接触,以稳定柄部组件12并使柄部组件12更易于控制。在一个示例性实施例中,开关组件28可包括拨动开关30。拨动开关30可以作为位于柄部组件12内部的具有中心枢轴304的单个部件来实施,以消除同时激活的可能性。在一个示例性实施例中,拨动开关30包括第一突出旋钮30a和第二突出旋钮30b,用于将超声换能器16的功率设置设定在最小功率电平(例如,MIN)和最大功率电平(例如,MAX)之间。在另一个实施例中,摇臂开关可在标准设置和特殊设置之间枢转。特殊设置可允许由装置执行一个或多个特殊程序。当第一突出旋钮30a和第二突出旋钮30b被致动时,拨动开关30围绕中心枢轴旋转。一个或多个突出旋钮30a,30b联接到一个或多个臂,所述一个或多个臂运动通过一小段弧并且致使电触点根据第一突出旋钮30a或第二突出旋钮30b的启动情况来闭合或断开电路从而以电气方式为超声换能器16供能或使超声换能器16去能。拨动开关30联接到发生器20以控制超声换能器16的启动。拨动开关30包括用于启动超声换能器16的一个或多个电功率设置开关,旨在为超声换能器16设定一项或多项功率设置。启动拨动开关30所需的力被导向为大致朝向鞍形点42,由此避免了在启动拨动开关30时器械在手中旋转的任何趋势。在一个示例性实施例中,第一突出旋钮30a和第二突出旋钮30b位于柄部组件12的远侧端部上,使得它们能被使用者轻易地触及,从而在最低程度或基本上无需重新定位握把的情况下激活电源,因此适于在启动拨动开关30的同时维持控制并将注意力集中在手术部位(例如,腹腔镜手术中的监视器)上。突出旋钮30a,30b能够卷绕柄部组件12的侧面至一定程度,以便更易于被不同长度的手指触及,并且在不顺手位置或针对较短的手指允许较大的触及自由度来启动突出旋钮。在该例示的实施例中,第一突出旋钮30a包括多个触觉元件30c,例如该例示的实施例中的纹理突出部或“凸耳”,以允许使用者区分第一突出旋钮30a和第二突出旋钮30b。本领域的技术人员应当理解,可将若干人体工程学特征结构结合到柄部组件12中。此类人体工程学特征结构在名称为“ErgonomicSurgicalInstruments”的美国专利申请公布No.2009/0105750中有所描述,该专利申请公布全文以引用方式并入本文。在一个示例性实施例中,拨动开关30可以由使用者的手操作。使用者可以在任何点轻易地触及第一突出旋钮30a和第二突出旋钮30b,同时还避免在任何时间意外或无意启动。拨动开关30可以易于用手指操作以控制传输至超声组件16和/或超声组件16的功率。例如,食指可用于启动第一接触部分30a以将超声组件16接通到最大(MAX)功率电平。食指可用于启动第二接触部分30b以将超声组件16接通到最小(MIN)功率电平。在另一个实施例中,摇臂开关可使器械10在标准设置和特殊设置之间枢转。特殊设置可允许由器械10执行一个或多个特殊程序。使用者无需观察第一突出旋钮30a或第二突出旋钮30b便可以操作拨动开关30。例如,第一突出旋钮30a或第二突出旋钮30b可以包括纹理部或突出,因而无需观察便可以触觉方式区分第一突出旋钮30a和第二突出旋钮30b。在其他实施例中,触发器32和/或拨动开关30可以单独地用于或与超声发生器模块21的激活相结合地用于致动电外科/射频发生器模块23。在一个示例性实施例中,远侧旋转组件13可绕纵向轴线“T”在任一方向上不受限制地旋转。远侧旋转组件13机械地接合到细长轴组件14。远侧旋转组件13位于柄部组件12的远侧端部上。远侧旋转组件13包括圆柱形毂46以及在毂46的上方形成的旋钮48。毂46机械地接合细长轴组件14。旋钮48可包括有凹槽的聚合物特征结构,并且可以用手指(例如,食指)接合以旋转细长轴组件14。毂46可包括在主结构的上方模塑的用于形成旋钮48的材料。旋钮48可在毂46上方重叠注塑。毂46包括在远侧端部露出的端盖部分46a。在腹腔镜式手术期间,毂46的端盖部分46a可以接触套管针的表面。毂46可以由硬质耐用塑料诸如聚碳酸酯形成,用于缓解端盖部分46a和套管针之间可能出现的任何摩擦。旋钮48可以包括由突肋48a形成的“扇形凹口”或凹槽以及位于肋48a之间的凹面部分48b,从而提供更加精确的旋转握持。在一个示例性实施例中,旋钮48可以包括多个凹槽(例如,三个或更多个凹槽)。在其他实施例中,可以采用任何合适数量的凹槽。旋钮48可以由在硬质塑性材料上重叠注塑的较软聚合材料形成。例如,旋钮48可以由柔韧的、有弹性的、柔性的聚合材料(包括例如GLS公司制造的TPE合金)形成。这种较软的重叠注塑材料可以提供更好的握持,以及对旋钮48的运动的更加精确的控制。应当理解,任何提供充分地耐受灭菌处理、具有生物相容性且提供对外科手套提供足够摩擦阻力的材料都可以用于形成旋钮48。在一个示例性实施例中,柄部组件12由包括第一部分12a和第二部分12b的两(2)个外壳部分或护罩形成。从使用者的角度由远侧端部朝近侧端部观察柄部组件12,第一部分12a被视为右侧部分,并且第二部分12b被视为左侧部分。第一部分12a和第二部分12b中的每个包括多个接合部69(图5),接合部的尺寸被设计为彼此机械地对准并接合以形成柄部组件12并且封闭其内部工作部件。与柄部组件12整体地相关联的固定柄部34在组装柄部组件12的第一部分12a和第二部分12b后成形。可以在柄部组件12的第一部分12a和第二部分12b的周边周围的多个点处设置多个另外的接合部(未示出),例如能量方向点/挠曲点,以用于超声焊接的目的。可以按本领域已知的任何方式将第一部分12a和第二部分12b(以及下文所述的其他部件)组装在一起。例如,定位销、按扣型接合部、舌状物接合部和沟槽接合部、锁定接片、粘结口可以单独或组合用于组装目的。在一个示例性实施例中,细长内窥镜式轴组件14包括适于机械地接合柄部组件12和远侧旋转组件13的近侧端部50;以及适于机械地接合端部执行器组件26的远侧端部52。细长轴组件14包括外部管状护套56和位于外部管状护套56内的往复式管状致动构件58。管状往复式管状致动构件58的近侧端部机械地接合到柄部组件12的触发器32,以响应于触发器32的致动和/或释放而沿方向60A或60B运动。可枢转地运动的触发器32可以生成沿纵向轴线“T”的往复式运动。这种运动可用于例如致动端部执行器组件26的钳口或夹紧机构。一系列连杆将触发器32的枢转旋转转化成联接到致动机构的轭的轴向运动,该轴向运动控制端部执行器组件26的夹紧机构的钳口的打开和闭合。管状往复式管状致动构件58的远侧端部机械地接合到端部执行器组件26。在该例示的实施例中,管状往复式管状致动构件58的远侧端部机械地接合到可绕枢转点70枢转的夹持臂组件64,以响应于触发器32的致动和/或释放而打开和闭合夹持臂组件64。例如,在该例示的实施例中,当沿方向33A挤压触发器32时,夹持臂组件64可绕枢转点70沿方向62A从打开位置运动到闭合位置。当沿方向33B释放触发器32或使其向外接触时,夹持臂组件64可绕枢转点70沿方向62B从闭合位置运动到打开位置。在一个示例性实施例中,端部执行器组件26附接在细长轴组件14的远侧端部52处,并且包括夹持臂组件64和刀66。端部执行器组件26的夹紧机构的钳口由夹持臂组件64和刀66形成。刀66可超声致动并在声学上联接到超声换能器16。柄部组件12上的触发器32最终连接至驱动组件,它们一起机械地配合以影响夹持臂组件64的运动。沿方向33A挤压触发器32使夹持臂组件64沿方向62A从打开位置运动到夹持或闭合位置,在打开位置,夹持臂组件64和刀66相对于彼此以间隔关系设置,在夹持或闭合位置,夹持臂组件64和刀66配合以夹持其间的组织。夹持臂组件64可以包括夹持垫69以接合刀66和夹持臂64之间的组织。沿方向33B释放触发器32使夹持臂组件64沿方向62B从闭合关系运动到打开位置,在打开位置,夹持臂组件64和刀66相对于彼此以间隔关系设置。柄部组件12的近侧部分包括用于接收超声组件16的远侧端部的近侧开口68。超声组件16插入近侧开口68中并且机械地接合到细长轴组件14。在一个示例性实施例中,触发器32的细长触发器钩36部分提供具有较短的跨度和旋转行程的较长的触发器杠杆。细长触发器钩36的较长杠杆允许使用者在孔38内使用多根手指来操作细长触发器钩36,并且使触发器32沿方向33B枢转以打开端部执行器组件26的钳口。例如,使用者可以将三根手指(例如,中指、无名指和小指)插入孔38中。多根手指允许外科医生可在触发器32和细长触发器钩36上施加较大的输入力来启动端部执行器组件26。当沿方向33A闭合或挤压触发器32或沿方向33B通过向外开启运动来开启触发器32时,较短的跨度和旋转行程产生更舒适的握持,从而减少进一步向外伸出手指的需求。这将显著减轻与触发器32沿方向33B的向外开启运动相关联的手部疲劳和紧张。触发器的向外开启运动可以由弹簧元件98(图5)弹簧协助以有助于缓解疲劳。开启弹簧力足以协助轻易地开启,但不足以在展开解剖期间对组织张力的触觉反馈造成不利影响。例如,在外科手术期间,任意食指可用于控制细长轴组件14的旋转,以在合适的取向上来定位端部执行器组件26的钳口。中指和/或其他较短手指可用于挤压触发器32和抓握钳口内的组织。一旦钳口位于所期望的位置并且钳口夹持住组织,食指就可用于启动拨动开关30,从而调整超声换能器16的用于处理组织的功率电平。一旦已经处理了组织,使用者就可以使用中指和/或较短手指抵靠细长触发器钩36沿远侧方向向外推动来释放触发器32,从而打开端部执行器组件26的钳口。使用者不必调整其对柄部组件12的握持即可执行此基本过程。图3-图4示出细长内窥镜式轴组件14相对于端部执行器组件26的连接。如前所述,在该例示的实施例中,端部执行器组件26包括夹持臂组件64和刀66以形成夹紧机构的钳口。刀66可以是在声学上联接到超声换能器16的可超声致动的刀。触发器32机械地连接至驱动组件。触发器32和驱动组件机械地共同配合以使夹持臂组件64沿方向62A运动到打开位置,其中夹持臂组件64和刀66相对于彼此以间隔关系设置,并且使夹持臂组件64沿方向62B运动到夹持或闭合位置,在该位置夹持臂组件64和刀66配合以夹持其间的组织。夹持臂组件64可以包括夹持垫69以接合刀66和夹持臂64之间的组织。管状往复式管状致动构件58的远侧端部机械地接合到端部执行器组件26。在该例示的实施例中,管状往复式管状致动构件58的远侧端部机械地接合到可绕枢转点70枢转的夹持臂组件64,以响应于触发器32的致动和/或释放而打开和闭合夹持臂组件64。例如,在该例示的实施例中,当沿方向33A挤压触发器32时,夹持臂组件64可绕枢转点70沿方向62B从打开位置运动到闭合位置。当沿方向33B释放触发器32或使其向外接触时,夹持臂组件64可绕枢转点70沿62B方向从闭合位置运动到打开位置。如此前所论述,夹持臂组件64可包括电联接到电外科/射频发生器模块23以接收治疗和/或亚治疗能量的电极,其中电外科/射频能量可在或不在超声能量施加至刀66的同时被施加到电极。此类能量激活可以任何合适的组合施加,以便与算法或其他控制逻辑部件相配合而实现所期望的组织效应。图5为图2所示的超声外科器械10的分解图。在该例示的实施例中,分解图显示柄部组件12的内部元件、柄部组件12、远侧旋转组件13、开关组件28和细长轴组件14。在该例示的实施例中,第一部分12a和第二部分12b配合形成柄部组件12。第一部分12a和第二部分12b各自包括多个接合部69,接合部的尺寸被设计为彼此机械地对准并接合以形成柄部组件12并且封闭超声外科器械10的内部工作部件。旋钮48机械地接合到外部管状护套56,使得其可以沿圆形方向54旋转最多360°。外部管状护套56位于往复式管状致动构件58之上,该往复式管状致动构件经由多个联接元件72机械地接合到柄部组件12并保持在其中。联接元件72可包括O形环72a、管套环帽72b、远侧垫圈72c、近侧垫圈72d和螺纹管套环72e。往复式管状致动构件58位于往复式轭84内,该往复式轭保持在柄部组件12的第一部分12a和第二部分12b之间。轭84是往复式轭组件88的一部分。一系列连杆将细长触发器钩32的枢转旋转转化成往复式轭84的轴向运动,该轴向运动控制超声外科器械10远侧端部处的端部执行器组件26的夹紧机构的钳口的打开和闭合。在一个示例性实施例中,四联接件设计提供例如在相对短的旋转跨度方面的机械优势。在一个示例性实施例中,超声传输波导78设置在往复式管状致动构件58的内部。超声传输波导78的远侧端部52在声学上联接(例如,直接或间接机械联接)到刀66,并且超声传输波导78的近侧端部50被接收在柄部组件12内。超声传输波导78的近侧端部50适于在声学上联接到超声换能器16的远侧端部,如下文更详细地讨论。超声传输波导78通过保护护套80和多个隔离元件82(诸如硅胶环)与细长轴组件14的其他元件隔离。外部管状护套56、往复式管状致动构件58和超声传输波导78通过销74机械地接合。开关组件28包括拨动开关30和电气元件86a,b,用于根据第一突出旋钮30a或第二突出旋钮30b的启动来以电气方式为超声换能器16供能。在一个示例性实施例中,外部管状护套56将使用者或患者与超声传输波导78的超声振动隔离。外部管状护套56通常包括毂76。外部管状护套56通过螺纹连接到柄部组件12的远侧端部上。超声传输波导78延伸穿过外部管状护套56的开口,而隔离元件82将超声传输波导24与外部管状护套56隔离。外部管状护套56可使用销74附接到波导78。波导78中用于接收销74的孔穴可以标称地出现在位移波节处。波导78可通过螺栓螺纹连接或卡合到手持式柄部组件12中。毂76上的平坦部分可以允许组件扭转至所需的程度。在一个示例性实施例中,外部管状护套56的毂76部分优选地由塑料构造,并且外部管状护套56的管状细长部分由不锈钢制成。作为另外一种选择,超声传输波导78可以包括围绕在其周围的聚合材料,以隔离其与外部接触。在一个示例性实施例中,超声传输波导78的远侧端部可以通过内部螺纹连接而联接到刀66的近侧端部,优选地位于或靠近波腹。据设想,刀66可通过任何合适的手段诸如焊接接头等附接到超声传输波导78。虽然刀66可以与超声传输波导78分离,但另据设想,单元件端部执行器(例如,刀66)和超声传输波导78可形成为单个一体件。在一个示例性实施例中,触发器32联接到连杆机构以将触发器32沿方向33A和33B的旋转运动转化为往复式管状致动构件58沿相应方向60A和60B的线性运动。触发器32包括其中形成有开口以接收第一轭销92a的第一组凸缘98。第一轭销92a还定位成穿过在轭84的远侧端部处形成的一组开口。触发器32还包括用于接收联接件92的第一端部92a的第二组凸缘96。触发器销90接收在形成于联接件92和第二组凸缘96中的开口内。触发器销90接收在形成于联接件92和第二组凸缘96中的开口内,并且适于联接到柄部组件12的第一部分12a和第二部分12b以形成触发器32的触发器枢转点。联接件92的第二端部92b接收在形成于轭84的近侧端部中的狭槽384内,并通过第二轭销94b保持在其中。随着触发器32绕由触发器销90形成的枢转点190以枢转方式旋转,轭在箭头60A,B指示的方向上沿纵向轴线“T”水平平移。图8示出超声外科器械10的一个示例性实施例。在该例示的实施例中,在柄部组件12的局部剖面图内显示超声换能器16的剖视图。超声外科器械10的一个示例性实施例包括:联接到超声换能器16的超声信号发生器20,该超声换能器16包括手持式外壳99;以及可超声致动的单元件或多元件端部执行器组件26。如此前所论述,端部执行器组件26包括可超声致动的刀66和夹持臂64。超声换能器16(被称为“Langevin叠堆件”)通常包括换能部分100、第一共振器部分或端罩102、第二共振器部分或前罩104、以及辅助部件。这些部件的总体构造是共振器。超声换能器16的长度优选地为整数个系统半波长(nλ/2;其中“n”为任何正整数;例如,n=1、2、3……),如下文将更详细地描述。声学组件106包括超声换能器16、鼻部锥108、速度变换器118和表面110。在一个示例性实施例中,端罩102的远侧端部连接至换能部分100的近侧端部,而前罩104的近侧端部连接至换能部分100的远侧端部。前罩104和端罩102的长度由多个变量确定,这些变量包括换能部分100的厚度、用于制造端罩102和前罩22的材料的密度和弹性模量、以及超声换能器16的共振频率。前罩104可以与速度变换器118一样,从其近侧端部到其远侧端部向内成锥形以放大超声振动振幅,另选地,可以不具有放大作用。合适的振动频率范围可以为约20Hz至32Hz,并且非常合适的振动频率范围可以为约30-10kHz。例如,合适的工作振动频率可以为大约55.5kHz。在一个示例性实施例中,压电元件112可由诸如锆钛酸铅、间铌酸铅、钛酸铅、钛酸钡或其他压电陶瓷材料等任何合适的材料制成。正电极114、负电极116和压电元件112中的每个都具有延伸穿过中心的镗孔。正电极114和负电极116分别电联接到电线120和122。电线120和122封闭在缆线22内,并且可电连接到超声信号发生器20。声学组件106的超声换能器16将来自超声信号发生器20的电信号转化为机械能,该机械能主要致使超声换能器16以及端部执行器组件26的刀66部分出现以超声频率纵向振动运动的声学驻波。在另一个实施例中,超声换能器的振动运动可以在不同的方向起作用。例如,振动运动可包括细长轴组件14的顶端的更复杂运动的局部纵向分量。合适的发生器为得自EthiconEndo-Surgery,Inc.(Cincinnati,Ohio)的GEN11型发生器。当声学组件106被供能时,振动运动驻波通过声学组件106生成。超声外科器械10被设计为在共振下操作,使得产生预先确定的振幅的声学驻波图案。沿声学组件106的任何点处的振动运动振幅取决于沿声学组件106用于测量振动运动的位置。振动运动驻波的最小或零交点通常称为波节(即纵向运动最小的位置),驻波的局部最大绝对值或峰值通常称为波腹(即局部运动最大的位置)。波腹与距其最近的波节之间的距离为四分之一波长(λ/4)。线120和122将电信号从超声信号发生器20传输到正电极114和负电极116。由超声信号发生器20响应于致动器224(诸如脚踏开关)而提供的电信号来激励压电元件112,从而在声学组件106中产生声学驻波。电信号在压电元件112中产生反复小位移形式的扰动,导致材料内出现较大的交替压缩力和张力。反复的小位移使压电元件112沿电压梯度的轴线以连续方式伸展和收缩,从而生成超声能量的纵波。通过细长轴组件14的传输部件或超声传输波导部分78将超声能量通过声学组件106传输至端部执行器组件26的刀66部分。在一个示例性实施例中,为了使声学组件106能够向端部执行器组件26的刀66部分递送能量,声学组件106的所有部件必须在声学上联接到刀66。超声换能器16的远侧端部可以在表面110处通过螺纹连接件(诸如螺柱124)在声学上联接到超声传输波导78的近侧端部。在一个示例性实施例中,优选地对声学组件106的部件进行声学调谐,使得任何组件的长度均为整数个半波长(nλ/2),其中波长λ是声学组件106的预选或操作的纵向振动驱动频率fd的波长。另据设想,声学组件106可以结合任何合适的声学元件布置方式。在一个示例性实施例中,刀66的长度可基本上等于系统半波长的整数倍(nλ/2)。刀66的远侧端部可设置在波腹附近,以便提供远侧端部的最大纵向偏移。当换能器组件被供能时,刀66的远侧端部能够以例如55kHz的预先确定的振动频率在例如大约10至500微米峰到峰的范围内运动,并且优选地在约30至64微米的范围内运动。在一个示例性实施例中,刀66可联接到超声传输波导78。所示的刀66和超声传输波导78由适于传输超声能量的材料形成为单个单元构造。此类材料的示例包括Ti6Al4V(含有铝和钒的钛合金)、铝、不锈钢、或其他合适的材料。另选地,刀66可以与超声传输波导78分开(并且由不同的组合物制成),并且通过例如螺柱、焊接件、胶水、快速连接或其他合适的已知方法联接这两个部件。超声传输波导78的长度可基本上等于例如整数个半波长(nλ/2)。超声传输波导78可以优选地由使用适合高效传播超声能量的材料(诸如上述钛合金(即,Ti6Al4V)、或任何合适的铝合金、或其他合金)构造的实芯轴制成。在一个示例性实施例中,超声传输波导78包括在近侧端部处的纵向突出的附接柱,用于通过螺纹连接诸如螺柱124来联接到超声传输波导78的表面110。超声传输波导78可包括定位在多个波节处的多个起稳定作用的硅氧烷环或适形支撑件82(图5)。硅氧烷环82抑制不可取的振动并将超声能量与外部保护护套80(图5)隔离,以确保纵向的超声能量流以最大的效率到达刀66的远侧端部。图9示出近侧旋转组件128的一个示例性实施例。在该例示的实施例中,近侧旋转组件128包括插在圆柱形毂135上的近侧旋钮134。近侧旋钮134包括多个径向突出部138,这些突出部被接收在形成于圆柱形毂135的近侧端部上的相应狭槽130中。近侧旋钮134限定用于接收超声换能器16的远侧端部的开口142。径向突出部138由柔软的聚合材料形成,并且限定了尺寸相对比超声换能器16的外径较小的直径,以便在超声换能器16的远侧端部时形成摩擦过盈配合。聚合物径向突出部138径向地突起到开口142中,以形成牢牢地抓住超声换能器16的外壳的“抓具”肋。因此,近侧旋钮134牢固地抓住超声换能器16。圆柱形毂135的远侧端部包括周边唇缘132和周边支承表面140。周边唇缘与形成于外壳12中的沟槽接合,周边支承表面140则与外壳12接合。这样,圆柱形毂135便机械地保持在外壳12的两个外壳部分(未示出)内。圆柱形毂135的周边唇缘132位于或“被捕获”在第一外壳部分12a和第二外壳部分12b之间,并且可在沟槽内适当地自由旋转。周边支承表面140倚靠着外壳的内部部分,以协助正确的旋转。这样,圆柱形毂135便可在外壳内适当地自由旋转。使用者利用其手指或拇指接合在近侧旋钮134上形成的凹槽136,以旋转外壳12内的圆柱形毂135。在一个示例性实施例中,圆柱形毂135可以由耐用塑料诸如聚碳酸酯形成。在一个示例性实施例中,圆...
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