具有复设的闭合机构的末端执行器的制造方法
【专利说明】具有复设的闭合机构的末端执行器
[0001]本申请是申请日为2010年11月12日、名称为“具有复设的闭合机构的末端执行器”的中国专利申请201080051371.2的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请根据35U.S.C.§ 119(e)要求美国专利申请号61/260,907(于2009年11 月 13 日提交；标题为“End Effector with Redundant Closing Mechanisms”)的权益，将其通过引用结合在此。本申请还涉及:美国专利申请号XX/XXX, XXX (同时提交的；标题为“Wrist Articulat1n By Linked Pull Rods”)[律师卷号:ISRG 02320/US]、美国专利申请号xx/xxx, XXX(同时提交的；标题为“Double Universal Joint”)[律师卷号:ISRG02340/US]、美国专利申请号xx/xxx, XXX(同时提交的；标题为“Surgical ToolContaining Two Degree of Freedom Wrist”)[律师卷号:ISRG02350/US]、以及美国专利申请号 xx/xxx, XXX(同时提交的；标题为“Motor Interface For Parallel Drive ShaftsWithin an Independently Rotating Member”)[律师卷号:ISRG 02360/US]，所有这些申请都通过引用结合在此。
技术领域
【背景技术】
[0004]微创手术技术用于减少诊断或手术操作期间损害的无关组织的数量，由此减少病人的恢复时间、不适、以及有害的副作用。因此，使用微创手术技术还可以显著地缩短标准手术的平均住院期。而且使用微创手术还可以减少病人的恢复时间、减少病人不适感、减少手术副作用、以及减少脱离工作的时间。
[0005]微创手术的常见形式是内窥镜检查，并且内窥镜检查的一种常见形式是腹腔镜检查，这是在腹腔内部的微创检查和外科手术。在标准的腹腔镜检查手术中，病人的腹部吸入气体，并且将插管套管穿过小的(约半英寸或更小)切口以提供用于腹腔镜检查仪器的进入端口。
[0006]腹腔镜手术仪器一般包括用于查看术野的内窥镜(例如，腹腔镜)以及用于在手术部位工作的工具。这些工作工具一般与在常规(开放式)手术中使用的类似，除了每个工具的工作末端或末端执行器与其手柄被延伸管(例如也称为，仪器轴或主轴)隔开。该末端执行器可以包括例如:夹紧件、抓握器、剪刀、缝合器、烧灼工具、线性切割器、或持针器。
[0007]为了进行手术进程，外科医生将工作工具穿过多个插管套管到达内部手术部位并从腹部外面操纵它们。外科医生借助监测器来查看进程，该监测器显示了从内窥镜获取的手术部位的图像。类似的内窥镜技术用于例如关节内窥镜检查、腹膜后腔镜检查、盆腔镜检查、肾镜检查、膀胱镜检查、大池内视镜检查、纤维质消化检查、子宫镜检查、尿道镜检查等等中。
[0008]正在对微创远程手术机器人系统进行发展以增大外科医生在内部手术部位上工作时的灵敏性、同时允许外科医生从远距离(无菌场所外)对病人进行手术。在远程手术系统中，通常在控制台上对外科医生提供手术部位的图像。在适当的查看器或显示器上查看手术部位的三维图像时，外科医生通过操纵该控制台的主要输入或控制装置而对病人进行手术进程。每个主要输入装置都控制伺服机械式致动/铰接的手术仪器的移动。在手术进程中，该远程手术系统可以响应于对这些主要输入组织的操纵而对具有末端执行器的多种手术仪器或工具提供机械致动和控制，这些末端执行器对外科医生起到了不同的作用，例如，保持或驱动针、抓握血管、解剖组织或类似作用。
[0009]在许多不同的手术程序中已经采用了非机器人的线性夹紧、切割和缝合装置。例如，可以使用这样装置来从胃肠区域中割除癌组织或异常组织。不幸的是，许多已知的手术装置，包括已知的线性夹紧、切割和缝合装置在内，具有对置的夹爪，这些夹爪可能产生小于希望值的夹紧力，这可能降低手术装置的效力。替代的装置可以提供足够的机械的优点来产生可用于手术程序(例如组织缝合)的所希望水平的夹紧力，但可能具有小于远程手术组织操纵所希望的致动响应速率。此外，具有这样高的力的夹爪致动机构的交换工具可能比理想的更加复杂(并且潜在地更易于产生毛刺)。
[0010]因此认为，需要具有改进的末端执行器的工具。提供足够的夹紧力、提供快速响应/低力铰接模式、并且至少部分地可反向驱动的改进型末端执行器也可以是希望的。这样的工具在手术应用中、特别是在微创手术应用中是有益的。
【发明内容】
[0011]提供了改进的末端执行器、相关的工具以及相关的方法。在许多手术应用中，例如在许多微创手术应用中，手术工具的末端执行器的尺寸基本上受到可用空间限制条件的限制。虽然这样的尺寸限制在使用致动机构时减轻了，但在许多实施例中，所公开的末端执行器使用两个独立的机构来铰接该末端执行器的夹爪。在许多实施例中，第一致动机构提供一种快速响应/低力模式，该模式在一种夹紧构型与一种打开构型之间改变该铰接的夹爪的位置。在许多实施例中，该第一致动机构是可反向驱动的。在许多实施例中，第二致动机构提供一种高的夹紧力的模式，该模式具有一种第一构型和一种第二构型，在该第一构型中该铰接的夹爪被保持在一种夹紧构型中，在该第二构型中该铰接的夹爪不受该第二致动机构的限制。在许多实施例中，该第二致动机构是不可反向驱动的。
[0012]这样的末端执行器、工具和方法提供了多个益处，尤其是关于微创手术应用而言。例如，在许多实施例中，该高夹紧力的铰接模式能够实现恰当的组织压缩并且抵抗夹爪运动，例如在缝合灼烧(staple firing)过程中。在许多实施例中，该快速响应/低力的模式可用于操纵组织、可用于找到更适宜的组织抓握点、并且提供了该铰接的夹爪的更易响应的铰接。在许多实施例中，可反向驱动的第一致动机构允许该铰接的夹爪在重重地接触病人组织后移动(这可以帮助避免损伤病人组织)和/或允许该铰接的夹爪在接触到插管套管之后闭合(这可以辅助从病人体内移除手术工具)。此外，所公开的末端执行器可以提供改进的组织空隙和/或组织压缩感应，因为这些复设的(redundant)致动机构可以提供额外的反馈数据以供分析并且在许多实施例中，可以使得该第一致动机构以低的摩擦损失有效地起作用，这可以改进感应能力。虽然在此公开的不同实施例是关于手术应用进行初步描述，但这些手术应用仅仅是示例性的应用，并且所公开的末端执行器、工具以及方法可以用于其他适当的应用中，在人体之内和之外均可，并且用于非手术的应用中。
[0013]在第一方面，提供了一种微创手术方法。该方法包括将工具的夹爪通过微创开口或自体孔口而引人病人体内的内部手术部位；通过用第一致动机构来铰接该夹爪而以抓握力来操纵该内部手术部位处的组织；并且通过用第二致动机构来铰接该夹爪而用夹紧力来治疗该内部手术部位处的目标组织。该第一和第二致动机构沿轴从病人体外延伸至该夹爪。该夹紧力大于该抓握力。
[0014]在许多实施例中，该第一致动机构包括多个缆线部分并且该第二致动机构包括驱动轴。在许多实施例中，操纵该组织是通过使用第一缆线部分中的张力而闭合该夹爪并且通过使用第二缆线驱动中的张力而打开该夹爪来进行的。在许多实施例中，治疗该组织是通过使用该驱动轴在该工具的轴内的转动而闭合该夹爪来进行的。在许多实施例中，该第二机构反向驱动该第一机构，使得该第二致动机构的闭合该夹爪的铰接作用将驱动这些缆线部分朝向一种闭合的夹爪构型，并且如果这些缆线部分保持在闭合的夹爪构型中，则该第二致动机构朝向一种打开的夹爪构型的铰接作用并不反向驱动该第一机构或者打开该夹爪。
[0015]在另一方面，提供了一种手术工具。该术工具包括:长形轴，该长形轴具有近端和远端；被布置在该轴的远端处的工具本体；相对于该工具在一种夹紧构型与打开构型之间可移动的夹爪；与该夹爪偶联的第一致动机构；以及与该夹爪偶联的第二致动机构。该第一致动机构可操作来改变该夹爪相对于该工具本体在该夹紧构型与该打开构型之间的位置。该第二致动机构具有一种第一构型和一种第二构