立体定向驱动系统的制作方法

专利名称：立体定向驱动系统的制作方法
立体定向驱动系统
背景技术：
本发明一般涉及控制系统。更具体地，本发明涉及用于控制细长构件的纵向运动 和转动位置的驱动系统。在美国，每年有大概200，000患者被诊断为脑瘤。这些肿瘤中大概17，000个是“良 性的”，这意味着这些肿瘤块是不癌变的。然而，这些肿瘤中的其他大概183，00个是“恶性 的”(即，癌变的)，这意味着，它们能够引起或促进患者死亡。大约10%的癌变脑瘤是“初 生”肿瘤，这意味着，这些肿瘤起源于大脑里。初生肿瘤一般由DNA突变的脑组织构成，其迅 速生长并置换或取代正常脑组织。一种最普通的初生肿瘤是神经胶质瘤，指的是脑神经胶 质细胞癌。在大多数情况下，初生肿瘤表现为单块型。但是，这些单块型通常可以很大，形 状不规则，呈多叶形和/或可渗透到周围脑组织中。初生肿瘤一般直到患者经历诸如头痛、行为异常、感觉减弱的症状时才能被诊断 出来。但是，到显现出症状时，肿瘤可能已经很大且迅速蔓延。一种已知的治疗癌变脑瘤的方法是手术。特别地，手术包括颅骨切开术(即，移除 颅骨的一部分)、解剖、和切除整个或部分肿瘤。手术的目的包括移除或减少大脑里活跃的 恶性细胞的数目，减少由于肿瘤对邻近脑结构的影响而造成的疼痛或功能减弱。但是，由于 其特有的性质，手术具有高扩散性和高风险性。而且，对某些肿瘤而言，手术通常是仅仅部 分有效的。在其他肿瘤中，手术本身可能没有可行性，其可能具有使患者恶化的风险，患者 可能无法忍受，并且/或者其可能涉及相当大的花费和相当长时间的恢复。另外一种已知的治疗癌变脑瘤的方法是定向放射外科(SRS)。特别地，SRS是这样 一种治疗方法，通过其将多个交叉放射束定向到肿瘤，从而使得放射束的交叉点接收致命 剂量的辐射，而在任何单一光束路径上的组织保持未受损。SRS是无创的且一般是作为单个 门诊患者程序来执行。但是，经历几个月的后期治疗，通常无法确认肿瘤已经被杀死或已无 效。而且，在可能需要高剂量的放射来杀死肿瘤的情形下，例如在多肿瘤或多发性肿瘤的病 例中，对患者来说在杀死所有肿瘤之前达到“毒性临界”是常见的，这样进一步的放射是不 可取的。最近，已经开发出通过“热”治疗肿瘤(也被称为高温疗法或热疗)。特别地，已知， 高于57°C时，所有存活组织会通过一种称为凝固性坏死或切除过程而几乎立刻且无法修复 地损伤和杀死。恶性肿瘤，由于其高血管化作用和变异的DNA，比正常组织更加易受热致损 伤的影响。可以使用各种类型的能量源，诸如激光、微波、射频、电、和超声波源。依赖于应 用和技术，热源可以是体外的(即，身体之外)、外质的(extrastitialM即，肿瘤之外)或 间质的(即，肿瘤内)。间质热疗法(ITT)是设计成从肿瘤内部加热并破坏肿瘤的过程。这种类型疗法的 一个优点是能量直接应用到肿瘤，而不是通过周围正常组织。这种类型疗法的另一个优点 是能量沉积更可能在整个肿瘤扩展。一个示例性ITT过程由将光纤插入肿瘤中开始，其中肿瘤在其“插入”端具有一元 件，该元件将来自外部源的激光的方向改变为与光纤的长度通常成直角的方向。来自激光的能量因此扩展到末端或尖端周围的组织并影响加热。能量被引导为限制在一相对小的角 度中的光束，这样，当光纤转动时，光束也围绕着光纤的轴线转动，以影响光纤周围位置处 肿瘤的不同部位的加热。因此可纵向运动并转动光纤以影响整个肿瘤块的加热，以便加热 肿瘤到所需温度，而不明显影响周围组织。在ITT过程中使用的光纤可以由外科医生控制和操作，除了外科医生关于患者的 解剖学知识和肿瘤位置外，几乎没有或没有指导。因此，对于外科医生来说，难以实现将整 个肿瘤加热到所需温度且同时使得对周围组织的损伤最小化的受控加热。已知通过磁共振成像系统可以确定待切除的肿瘤和其他病变的位置。尽管这些成 像系统已经有助于帮助外科医生确定待切除肿瘤的位置，但一旦为外科医生定位出肿瘤位 置，就结束使用成像系统。特别地，先前的切除过程需要在开始治疗之前使患者离开成像系 统。但是，患者的运动，以及一些组织的部分切除或凝结，可能明显地改变待切除肿瘤的位 置。因此，在切除术中提供受控精确度的任何可能性被排除。还已知可通过调整成像序列使用磁共振成像系统来确定成像内的组织温度并确 定该温度随时间的变化。1990年4月3日授权的转让给美国健康和人类服务部门的美国专利 No. 4，914，608 (LeBianhan)公开了一种用于确定组织温度的方法。1994年2月8日授权的转让给美国健康和人类服务部门的美国专利 No. 5，284, 144 (Delannoy)公开了一种用于高温疗法治疗癌症的设备，其中，一外部无创加 热系统安装在磁共振成像系统的线圈内。此公开是试探性的且涉及关于结合外部加热系统 的温度MRI测量可行性的最初试验。该专利的公开并没有产生商业上切实可行的温热治疗 系统。转让给通用电气公司(General Electric)的美国专利No. 5，368，031和 No. 5，291, 890涉及一种MRI受控加热系统，其中热点源产生预定的热分布，然后其被监控 以确保实际的热分配遵循预测的热分配，以全面加热要加热的区域。同样，该专利没有产生 商业上切实可行的热疗外科手术系统。1987年6月9日授权的转让给癌症及相关疾病纪念医院的美国专利 No. 4, 671, 254(Fair)公开了一种用于非外科手术治疗肿瘤的方法，其中肿瘤受到冲击波。 这种类型的治疗未结合用于监控和控制冲击波影响的监控系统。1998年10月20日授权的未转让的美国专利No. 5，823，941 (Shaunnessey)公开了 一种专门改装的内窥镜，其设计用于支撑光纤。光纤发射光能并可以纵向运动且围绕其轴 线规则地转动以引导能量。该装置用于切除肿瘤，且布置充足的能量以使要切除的组织汽 化。在此过程期间形成的气体经由穿过内窥镜的抽吸而被移除。通过MRI获得肿瘤成像， 其随后用于对光线在操作期间采取的运动路径进行编程。再次，在过程期间没有反馈以控 制光纤的运动，该操作完全依赖于最初的分析。该布置尚未取得商业上或医学上的成功。1995年10月3日授权的转让给波士顿科学公司(Boston ScientificCorporation)的美国专利 No. 5，454，807 (Lennox)公开了一种装置，其用于利 用来自光纤的光能照射肿瘤。在光纤内通过导管提供一冷却液以提供表面冷却并防止表面 损伤，而同时允许增加的能量等级被应用于较深的组织。再次，该布置没有提供加热效应的 反馈控制。
1996年7月28日授权的转让给MRC Systems公司的美国专利 No. 5，785，704(Bille)也公开了一种在脑瘤放疗中使用的具有激光束和透镜的特定布置。 特别地，该布置使用高速脉冲激光能以产生光致破裂效应，但没有公开能量的反馈控制方 法。Kahn 等人在 1994 年 7 月 /8 月的 Journal of Computer AssistedTomography 18(4) :519-532 ψ ；Kahn ^Λ 1998 Journal of MagneticResonance Imaging 8 160-164中；以及Vogl等人在1998年的Radiology209 :381-385中都公开了应用来自激光 的热能的方法，来自激光的热能通过光纤到达肿瘤，其中，在通过MRI应用能量期间，监控 月中瘤外围的温度。McNichols，RJ 等人在 2005 年的 Lasers in Surgery and Medicine, 34 48-55 中的题为"MR Thermometry-Based Feedback Control of LITT at980nm，，的论文中 公开了通过MRI反馈监控布置的能量控制。此外，Vogl的论文公开了一种冷却系统，其由 德国柏林的Somatex商业提供，用于冷却探针端部的组织。系统由包含安装在外管内的光 纤的内管形成。冷却液经过两个管之间以及内管内部而形成连续流。虽然在某些应用中高度有效，但由于无法专门地且精确地将能量聚集到肿瘤上以 避免损伤周围的正常脑组织，所以使用ITT治疗脑瘤受到限制。由于很多脑瘤的形状是非 常无规则的，因此这样的治疗过程很复杂。聚集激光的间质热疗法(f-LITT)是基于激光热疗技术的又一个一般细化。特别 地，f-LITT能够精确地控制热能的沉积，因此能使医生在实际上任何大小和任何形状的肿 瘤块内排他性地遏制细胞损伤。但是，与其它ITT治疗系统一样，需要一种设备，其允许外 科医生精确地控制治疗装置在肿瘤块内的位置。因此，迄今为止没有得到解决的是，需要构建一种用于细长构件的驱动系统，其能 够精确地控制细长构件相对于于目标物(诸如，肿瘤块)的纵向位置和转动位置。此外，需 要一种用于细长构件的驱动系统，其使用简单且产生精确和可预测的结果。该驱动系统应 该优选地构造成以与任何细长的医疗装置使用，这些细长的医疗装置包括但并不限于激光 探针、导管、内窥镜等。该驱动系统还应该优选由使系统可兼容MRI的材料制造。

发明内容
本发明通过提供一种驱动系统解决上述问题，该驱动系统用于控制细长构件的运 动，其包括具有第一可转动旋钮和第二可转动旋钮的底座单元；包括可滑动地连接到导 轨的从动器的从动器组件；纵向运动引线；以及和转动运动引线。从动器包括纵向运动滑 轮、转动运动滑轮和对准(alignment)元件，对准元件被构造成容纳细长构件，从而使得细 长构件可附接到其上。纵向运动引线将第一可转动旋钮可操作地连接到纵向运动滑轮，从 而使得第一旋钮的转动沿着导轨在纵向方向驱动从动器。转动运动引线将第二可转动旋钮 可操作地连接到转动运动滑轮，从而使得第二旋钮的转动使对准元件和所附接的细长构件 转动。


图1是根据本发明的一个示例性驱动系统的透视图，其包括命令器单元、从动器 组件以及连接到从动器组件的细长构件。
图2A是图1的命令器单元和从动器组件的透视图，其示出第一旋钮的转动以引起 从动器装置在纵向运动。图2B是根据本发明的一个示例性可选择从动器组件的透视图。图3是图1的命令器单元和从动器组件的透视图，其示出第二旋钮的转动以使对 准装置在从动器装置的近端上产生转动运动。图4是命令器单元的放大透视图，其中移除了命令器盖子以示出命令器单元的内 部部件。图5是示出了命令器单元内的第一张力块(tension block)组件的侧视图。图6是从动器组件的放大透视图，其中去除了从动器装置外壳的一部分以示出从 动器装置的内部部件。图7是根据本发明的驱动系统的透视图，其中所示从动器装置处于“中立 的” (netural)起动位置。图8A是驱动系统的透视图，其示出操作命令器单元以沿纵向以及在远端方向上 驱动从动器装置。图8B是从动器组件的下侧示图，其示出了图8A所示的从动器装置沿纵向以及在 远端方向上的运动。图9A是驱动系统的透视图，其示出了操作命令器单元以沿纵向以及在近端方向 上驱动从动器装置。图9B是从动器组件的下侧示图，其示出了图9A所示的从动器装置沿纵向以及在 近端方向上的运动。图10是驱动系统的透视图，其示出了操作命令器单元以沿顺时针方向(从从动器 装置的近端看时)转动对准装置。图11是驱动系统的透视图，其示出了操作命令器单元以沿逆时针方向(从从动器 装置的近端看时)转动对准装置。图12A是示出连接到命令器单元的第一锁定装置的结构的示图。图12B是第一锁定装置的透视图，其示出了第一旋钮处于解锁位置。
具体实施例方式本发明涉及一种用于对细长构件立体定向定位(stereotacticpositioning)的 驱动系统。该细长构件可包括，例如，细长探针、导管、内窥镜等。但是，本领域技术人员应 当理解，本发明的驱动系统可以与要求在纵向和/或转动方向上精确控制的任何细长构件 结合使用。在一个示例性实施例中，根据本发明的驱动系统可用于控制可插入患者颅骨中的 激光探针的精确运动，以进行肿瘤治疗。特别地，如本领域技术人员基于下面的公开和相应 附图而明白的，可以操作该驱动系统以通过探针的受控的纵向运动和转动运动来定位探针 远端在肿瘤内部的精确位置。参考图1，其示出了一个示例性驱动系统10的透视图，其包括命令器或基本单元 12、从动器组件14、具有连接器13的电位计组件15以及连接到从动器组件14的细长构件 16。如下面将进一步详述的，命令器单元12具有第一旋钮18，其构造为以使细长构件16产生纵向运动，如箭头L所示；以及第二旋钮20，其构造为以使细长构件16产生转动运动， 如箭头R所示。因此，如本领域的技术人员应当理解的，可以使用驱动系统10控制细长构件 16相对于一个特定位置或元件(诸如，接近从动器组件14的虚线所示的通用质块(generic mass)Μ)或者在该特定位置或元件内的精确的纵向位置和角位置。电位计组件15可操作地连接到从动器组件14并被配置为通过连接器13向计算 机系统或其他处理装置提供关于细长构件16的纵向位置和角位置的反馈。外部显示器可 以可操作地连接到计算机系统或处理装置，以便显示在驱动系统10操作过程中细长构件 16的纵向运动和转动运动。如本领域的技术人员应当理解的，取代(或者除了)外部显示 器，可替换地，可在命令器单元12上设置显示器。在一个示例性实施例中，细长构件16的纵 向运动可以任意合适单位(诸如，毫米)的数值(相对于“0”参考点)显示。此外，细长构 件16的转动运动可以任意适当的方式(诸如，通过围绕“0”参考点在约负180度到约180 度范围内的数字)显示。但是，本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的预期范围的 前提下，细长构件16的纵向运动和转动运动可以很多其它方式且在很多其它范围内显示。图2Α是命令器单元12和从动器组件14的透视图，其示出了第一旋钮18的转动 和从动器组件14相应的纵向运动。特别地，命令器单元12包括命令器底座19和命令器盖 子21。从动器组件14包括从动器装置22，其具有远端M和近端沈。从动器装置22由从 动器外壳27包围并可操作地连接到导轨28，从而使得从动器装置22可以在导轨28的远端 29和近端31之间被驱动。电位计组件15定位在导轨28的远端四处，且将从动器组件14 附接到任意合适的安装座或支架(诸如，可调节的轨道装置安装座)上的附接装置17邻近 电位计组件15。如图2Α所示，附接装置17包括“夹子”类型的紧固件，其被构造成使得连 接装置能够夹在安装座或支架上，尽管如此，但可以使用任意合适的附接装置。尽管在图2Α中示出的从动器组件14包括近邻导轨远端的电位计组件和包含“夹 子”类型紧固件的附接装置，但在不背离本发明的预期范围的前提下可以进行修改。例如， 图2Β所示的从动器组件14Α是根据本发明的从动器组件的示例性可替换实施例。特别地， 从动器组件14Α所包括的部件基本上类似于从动器组件14的部件。但是，电位计组件15Α 位于导轨28Α的与从动器装置22Α相对的一侧上，而不是位于导轨28Α的远端。此外，附接 装置17已经被可替换的附接装置17Α取代，其具有一基本呈管状的构件，该管状构件被构 造成待被容纳在安装座或支架(诸如，上面所讨论的可调节的轨道装置安装座)内。因此， 如本领域技术人员应理解的，可以构思从动器组件的许多可替换配置。再参考图2Α的从动器组件14，从动器装置22的近端沈包括连接到其上且被构造 成以便容纳细长构件16的可转动对准装置30。细长构件16在图2Α中省略以提供命令器 单元12和从动器组件14的操作的较清晰视图。但是，如本领域的技术人员应理解的，细长 构件16可以固定在可转动的对准装置30内，从而使得从动器装置22的纵向运动和对准装 置30的转动运动直接转移到细长构件16，以便控制细长构件16的纵向位置和转动位置。如图2Α所大概示出的，在箭头32Α所指方向上转动第一旋钮18可使从动器装置 22沿着导轨观在箭头32Β所指方向上被纵向驱动。该纵向运动由以虚线表示的从动器装 置22’示出。类似地，在箭头34Α所指方向上转动第一旋钮18可使从动器装置22沿着导 轨观在箭头34Β所指方向上被纵向驱动。因此，基于第一旋钮18的转动量以及转动方向， 用户可控制从动器装置22沿着导轨28的精确纵向位置。
图3是命令器单元12和从动器组件14的透视图，其示出第二旋钮20的转动和对 准装置30在从动器装置22的近端沈上的相应转动运动。如上所述，因为细长构件16可 插入通过对准装置30并可被固定在其上，因而对准装置30的转动运动可引起细长构件16 转动一近似量，以控制细长构件16的转动位置和定向。如图3所大概示出的，在箭头36A所指方向上转动第二旋钮20可使得对准装置30 相对于从动器装置22在箭头36B所指方向上转动。该转动运动由以虚线表示的对准装置 30’示出。类似地，在箭头38A所指方向上转动第二旋钮20可使得对准装置30相对于从动 器装置22在箭头38B所指方向上转动。因此，基于第二旋钮20的转动量及转动方向，用户 可控制对准装置30相对于从动器装置22的精确转动位置。图4是命令器单元12的放大的透视图，其中移除了命令器盖子21以示出命令器 单元12的内部部件。特别地，命令器单元12包括具有第一旋钮齿轮42的第一内部旋钮 40、具有第二旋钮齿轮46的第二内部旋钮44、具有第一线管(spool) 50的第一驱动线管轴 48、具有第一线管56和第二线管58的第二驱动线管轴54、与第一驱动线管轴48关联的一 对引线护套60以及与第二驱动线管轴M关联的一对引线护套62。第一内部旋钮40可经 由穿过第一旋钮18中的孔并插入第一内部旋钮40端部中的螺纹凹口的螺栓64而连接到 第一旋钮18。类似地，第二内部旋钮44可经由穿过第二旋钮44中的孔并插入第二内部旋 钮44端部中的螺纹凹口的螺栓66而连接到第二旋钮20。如图4所示，第二驱动线管轴M可包括横截面基本呈正方形的端部部分68，该端 部部分被构造成以便由第二内部旋钮44的第二旋钮齿轮46中的基本正方形的孔70容纳 并与之配合。如图4所示，短语“基本正方形”旨在包括具有“尖角”和“圆角”的实施例。 在一个示例性实施例中，正方形孔70可具有与端部部分68大约相似的尺寸，从而使得在第 二旋钮齿轮46和端部部分68之间可以形成基本紧密的连接。第二驱动线管轴M的端部 部分68和正方形孔70的结合使得能够将使用者对第二旋钮的转动转移到第二驱动线管轴 M。类似地，第一驱动线管轴48包括横截面基本呈正方形的端部部分72，该端部部分被构 造成以便由第一内部旋钮40的第一旋钮齿轮42中的基本正方形的孔(未示出)容纳并与 之配合。再一次，该正方形孔可具有与端部部分72大约相似的尺寸，从而使得在第一旋钮 齿轮42和端部部分72之间形成基本紧密的连接。虽然所描述的第一和第二驱动线管轴48和M分别包含基本呈正方形的端部部分 72和68，其被配置为与基本正方形的孔配合，但本领域技术人员应当理解，驱动线管轴可 替换地包括具有很多其它横截面形状(例如，三角形、矩形、六边形等)的端部部分。因此， 在本发明的预期范围内，可构思允许将转动运动从旋钮齿轮转移到驱动线管轴的任何形状组合。除了上述连接到第一旋钮齿轮42之外，第一驱动线管轴48可以通过第一线管轴 顶部7 载件(spool shaft top carrier) 74 禾口马区动车由保持件(driveshaft retainer) 76 M 包含在命令器单元12内。类似地，除了上述连接到第二旋钮齿轮46之外，第二驱动线管轴 54可以通过第二线管轴顶部承载件78和驱动轴保持件76包含在命令器单元12内。如本 领域技术人员将理解的，第一线管轴顶部承载件74、第二线管轴顶部承载件78和驱动轴保 持件76与命令器底座19 一起作用形成衬套(bushing)，以便包含第一和第二驱动线管轴 48和M且允许这些轴转动。一旦第一和第二驱动线管轴48和M在组装期间被准确定位在命令器单元12内，第一和第二线管轴顶部承载件74和78可与驱动轴保持件76 —起固 定到命令器底座19。在一个示例性实施例中，第一线管轴顶部承载件74、第二线管轴顶部 承载件78和驱动轴保持件76通过螺钉80固定到命令器底座19，尽管如此，但如本领域技 术人员应当理解的，可以使用任何适合的紧固装置，诸如螺栓或粘合剂。本领域技术人员还 应当理解，第一和第二驱动线管轴48和M可以由第一和第二线管轴顶部承载件74和78 形成的衬套充分包含，从而可以不必使用驱动轴保持件76。因此，在可替换的实施例中，在 不背离本发明的精神和范围的前提下，驱动轴保持件76可以从命令器单元12中移除。如图4所示，驱动系统10进一步包括可操作地附接到第一驱动线管轴48的纵向 运动引线82和可操作地附接到第二驱动线管轴M的转动运动引线84。特别地，纵向运动 引线82的第一端86从与第一驱动线管轴48关联的一个引线护套60延伸出并绕在第一线 管50上，而纵向运动引线82的第二端88从另一个引线护套60延伸出并绕在第二线管52 上。如图4进一步所示，转动运动引线84的第一端92从与第二驱动线管轴M关联的一个 引线护套62延伸出并绕在第一线管56上，而转动运动引线84的第二端94从另一个引线 护套62延伸出并绕在第二线管58上。为了防止第一和第二旋钮18和20意外转动并为了在不使用时将其锁定在位，驱 动系统10还包括第一和第二锁定装置85和87。特别地，第一锁定装置85被构造成与第一 旋钮齿轮42啮合，以便锁定第一旋钮18，而第二锁定装置87被构造成与第二旋钮齿轮46 啮合，以便锁定第二旋钮20。因此，第一和第二锁定装置85和87用作“安全”装置，其使得 细长构件16的纵向位置和转动位置意外改变的可能性最小化。如下面进一步详细讨论的， 必须克服第一旋钮18和命令器底座19之间设置的第一弹簧89的力而对第一旋钮18施加 一轴向力，以便脱离第一锁定装置85并使得第一旋钮18能够转动，从而允许使用者操作细 长构件16的纵向位置。类似地，还必须克服第二旋钮20和命令器底座19之间设置的第二 弹簧91的力对第二旋钮20施加一轴向力，以便脱离第二锁定装置87并允许第二旋钮20 转动，且从而允许用户操作细长构件16的纵向位置。可选择地，如图4所示，与第一驱动线管轴48关联的一对引线护套60可以连接到 第一张力块(tension block)组件90，而与第二驱动线管轴M关联的一对引线护套62可 以连接到第二张力块组件96。特别地，虽然第一和第二张力块组件90和96不是本发明必 需的部件，但当引线缠绕到它们各自的驱动线管轴上以及从各自的驱动线管轴上展开时， 张力块组件用来缓解作用在纵向运动引线82和转动运动引线84上的张力。张力块组件的 一个示例性实施例将在下面参考图5描述。特别地，图5示出了第一张力块组件90的侧视图。第一张力块组件90大体上包 括护套连接块97、护套连接块支架98、构造成插入到穿过护套连接块97的孔中的支柱构件 99以及弹簧100。护套连接块支架98包括被构造成由护套连接块97中的一对狭槽102容 纳的一对凸缘101。紧固件103将护套连接块97连接到支柱构件99，以便限制护套连接块 97的运动并防止凸缘101从狭槽102移除。在驱动系统10的操作过程中，当引线缠绕到第 一驱动线管轴48上以及从第一驱动线管轴48展开时，护套连接块97必要时可在箭头95 所指方向上移动，以便缓解作用在纵向运动引线82上的张力。因此，护套连接块97被构造 成在这样的方向上行进，在该方向上，纵向运动引线82移入和移出命令器单元12。这使得 驱动系统操作期间纵向运动引线82断裂的可能性最小化，并提供第一旋钮18的更平滑的转动。本领域技术人员应当理解，上面针对第一张力块组件90的讨论仅仅是为了举例的目 的而绝非用于限制的目的，且第二张力块组件96可以类似的方式设计。如本领域技术人员应当理解的，也可以在命令器单元12中结合很多可替换的张 力块组件。例如，在一个可替换的张力块组件中，护套连接块可被设计成，并不在与纵向运 动引线82的运动方向基本一致的方向上行进，相反，护套连接块在基本垂直于纵向运动引 线82的运动方向的方向上行进。因此，当纵向运动引线82 “绞合(rides)”在护套连接块 上并由其导引时，可操作地连接到护套连接块的支柱和弹簧允许该块在基本垂直于纵向运 动引线82的运动方向上行进，以使得当引线移入和移出命令器单元12时施加在纵向运动 引线82上的张力最小化。图6是从动器组件14的放大透视图，为了示出从动器装置22的内部部件，移除了 从动器外壳27的一部分。特别地，从动器装置22包括轨道从动器组件104、纵向运动滑轮 105、转动运动滑轮106、第一惰轮(idlerpulley) 107、第二惰轮108以及用于容纳细长构件 16的管状构件109。如图6所示，轨道从动器组件104被构造成，当从动器装置22沿着轨 道纵向移动时，该轨道从动器组件由导轨观支撑并载(ride)于其中。纵向运动滑轮105 可以邻近包含纵向运动引线82的一对引线护套60而定位。纵向运动引线82从第一引线 护套60延伸出，绕在纵向运动滑轮105上，再次进入第二线护套60，并于此返回到命令器单 元12。转动运动滑轮106连接到管状构件109和对准装置30或与该管状构件和对准装 置整体形成。因此，当转动运动滑轮106通过转动运动引线84转动时，转动运动被转移到 管状构件109和对准装置30。第一惰轮107可邻近第一引线护套62定位，而第二惰轮108 可邻近第二引线护套62定位。转动运动引线84从第一引线护套62中延伸出并在到达且 绕在转动运动滑轮106上之前绕在第一惰轮107上。然后，转动运动引线84在再次进入其 返回到命令器单元12的第二线护套62之前，延伸到并绕在第二惰轮108上。图7是驱动系统10的透视图，其中从动器组件14的从动器装置22示出在“中立 的”起动位置。将从动器装置22的该中立的起动位置限定为大约在导轨28的远端四和近 端31中间仅仅是为了举例的目的而非限制的目的。因此，驱动系统10的操作将在下文中 参考图7所示中立的起动位置描述。但是，本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的 预期范围的情况下，起动位置可限定为沿着导轨观的某些其他位置。图8A是驱动系统10的透视图，其示出了操作命令器单元12以朝着导轨观的远端 29沿纵向驱动从动器装置22。特别地，如图8A所示，在箭头34A所指方向上转动第一旋钮 18使得在箭头34B所指方向上纵向驱动从动器装置22从图7所示的中立的起动位置到邻 近导轨观的远端四的新位置。参考图1，在箭头34B所指方向上纵向驱动从动器装置22 的效果是驱动细长构件16进入质量块M(或者，如果细长构件16已经位于质量块中的话则 进一步进入质量块M)。如前面参考图4所讨论的，当第一旋钮18在箭头34A所指方向上转动时，由于第 一驱动线管轴48的端部72和第一内部旋钮40的第一旋钮齿轮42之间的连接，第一驱动 线管轴48也在类似方向上转动。结果，纵向运动引线82的第一端86进一步缠绕在第一驱 动线管轴48的第一线管50上，而纵向运动引线82的第二端88进一步从第二线管52上展 开。如本领域技术人员应当理解的，当纵向运动引线82的第一端86和第二端88正相应地缠绕到第一和第二线管50和52上以及从其上展开时，纵向运动滑轮105在图8A中箭头 112所指方向上转动。如下面参考图8B的进一步详细讨论，纵向运动滑轮105在箭头112 所指方向上的转动使得从动器装置22被纵向驱动至图8A所示的远端位置。图8B示出了从动器组件14的下侧114。如图8B所示，从动器组件14进一步包括 从动齿轮116，其通过合适的连接装置118可操作地连接到纵向运动滑轮105上。连接装 置118被构造成将参考图8所述的纵向运动滑轮105的运动连接至从动齿轮116。因此， 例如，当纵向运动滑轮105在图8A中的箭头112所指方向上转动时，由于从动齿轮116经 由连接装置118可操作地连接到纵向运动滑轮105上，因而从动齿轮116也相应地在方向 112上转动。从动器组件14的下侧114示出了导轨28的齿轨(gear track)部分120，其具有 的多个齿122被构造成与从动齿轮116上的相应多个齿IM配合。因此，当从动齿轮116 通过纵向运动滑轮105转动时，从动齿轮116上的齿IM与齿轨120上的齿122啮合，以驱 动从动齿轮116，且因此沿着齿轨120纵向驱动从动器装置22。图9A是驱动系统10的透视图，其示出了操作命令器单元12以朝着导轨观的近 端31沿纵向驱动从动器装置22。特别地，如图9A所示，在箭头32A所指方向上转动第一 旋钮18使得在箭头32B所指方向上沿纵向驱动从动器装置22从图7所示的中立的起动位 置(或从，例如，图8A所示的位置)到邻近导轨观的近端31的新位置。参考图1，在箭头 32B所指方向上纵向驱动从动器装置22的效果是使细长构件16从质量块M撤回。再一次，在箭头32A所指方向上转动第一旋钮18使得第一驱动线管轴48在相似 方向上转动。结果，纵向运动引线82的第二端88进一步缠绕在第一驱动线管轴48的第二 线管52上，而纵向运动引线82的第一端86进一步从第一线管50上展开。如本领域技术 人员应当理解的，当纵向运动引线82的第一端86和第二端88各自相应地从第一线管50 和第二线管52上展开以及缠绕在其上时，纵向运动滑轮105在图9A中的箭头1 所指方 向上转动。纵向运动滑轮105在箭头1 所指方向上的转动使得从动器装置22沿纵向被 驱动到图9A所示的近端位置。图9B示出了在从动器装置22已经被驱动到导轨28的近端31之后从动器组件14 的导轨部分观的下侧114。因为连接装置118将纵向运动滑轮105的运动连接至从动齿轮 116，因而转动滑轮105在箭头1 所指方向上的转动使得从动齿轮116在相似方向上产生 相应的转动。特别地，当从动齿轮116通过纵向运动滑轮105转动时，从动齿轮116上的齿 124与齿轨120上的齿122啮合以驱动从动齿轮116，且因此沿着齿轨120沿纵向驱动从动 器装置22到图9B所示的近端位置。图10是驱动系统10的透视图，其示出了从从动器装置22的近端沈看，操作命令 器单元12以在顺时针方向上转动对准装置30。特别地，如图10所示，在箭头36A所指方向 上转动第二旋钮20使得对准装置30从图7所示中立的起动位置在箭头36B所指方向上转 动。参考图1，在箭头36B所指方向上转动对准装置30的效果是使得所附接的细长构件16 相对于质量块M转动。如图10所示，对准装置30已经在顺时针方向上转动了大约90度。 但是，本领域技术人员应该理解，对准装置30可以转动大约0度和360度之间的任意角度。如前面参考图4的讨论，当第二旋钮20在箭头36A所指方向上转动时，由于第二 驱动线管轴M的端部部分68和第二内部旋钮44的第二旋钮齿轮46之间的连接，第二驱动线管轴M也在相似的方向上转动。结果，转动运动引线84的第一端92进一步缠绕在第 二驱动线管轴M的第一线管56上，而转动运动引线84的第二端94进一步从第二线管58 展开。如本领域技术人员应当理解的，当转动运动引线84的第一端92和第二端94各自相 应地缠绕在第一线管56和第二线管58上以及从其上展开时，转动运动滑轮106在图10中 箭头36B所指方向上转动。因为转动运动滑轮106被连接到对准装置30上或与其整体形 成，所以对准装置30也在箭头36B所指方向上转动。图11是驱动系统10的透视图，其示出了从从动器装置22的近端沈看，操作命令 器单元12以在逆时针方向上转动对准装置30。特别地，如图11所示，在箭头38A所指方向 上转动第二旋钮20使得对准装置30在箭头38B所指方向上从图10所示的位置转动返回 到图7所示的起动位置。虽然所示的对准装置30被逆时针转动大约90度，但是本领域技 术人员应该理解，在不背离本发明的预期范围的前提下，可以操作第二旋钮20，使得对准装 置30转动不同的角度量。再一次，在箭头38A所指方向上转动第二旋钮20可使得第二驱动线管轴M在相 似的方向上转动。结果，转动运动引线84的第二端94进一步缠绕在第二驱动线管轴M的 第二线管58上，而转动运动引线84的第一端92则进一步从第一线管56上展开。如本领 域技术人员应当理解的，当转动运动引线84的第一端92和第二端94各自相应地从第一线 管56和第二线管58上展开和缠绕在其上时，转动运动滑轮106在图11中箭头38B所指方 向上转动。由于对准装置30连接到转动运动滑轮106，因而对准装置30也可以在箭头38B 所指方向上转动。图12A是示出上面参考图4介绍的第一锁定装置85的图示，该第一锁定装置被构 造成与第一旋钮18—起操作。尽管如此，命令器单元12还包括第二锁定装置87，其被构造 成与第二旋钮20 —起操作，第一和第二锁定装置85和87操作基本相同。因此，虽然详细 示出并描述了第一锁定装置85，但该论述也可等同地应用于第二锁定装置87。如图12A所示，第一锁定装置85包括底部表面142，其被构造成与命令器底座19 的内部表面以及包含具有多个锁定齿148的弯曲部146的顶部表面144啮合。锁定装置85 可通过任何合适装置连接到命令器底座19，诸如通过插入穿过孔149的紧固件。在另一个 示例性实施例中，锁定装置85可以与命令器底座19整体形成或用粘合剂连接到命令器底 座19。锁定齿148被构造成当第一旋钮18处于“锁定”位置时与第一旋钮齿轮42上的多 个旋钮齿轮齿150啮合。特别地，第一旋钮18通常通过第一弹簧89偏压在锁定位置，且在 以之前所述的方式调整细长构件16的纵向位置之前，必须克服第一弹簧89的弹力移动到 如图12B所示的“解锁”位置。图12B是第一旋钮18和第一锁定装置85的透视图，其示出了第一旋钮18处于解 锁位置。特别地，在如之前参考图2A、8A、9A所描述的在箭头32A所指方向上或箭头34A所 指方向上转动第一旋钮18之前，第一旋钮18必须被移动到解锁位置。通过对第一旋钮18 施加轴向力A从而而使第一旋钮齿轮42上的旋钮齿轮齿150与第一锁定装置85上的锁定 齿148脱离啮合，第一旋钮18可以从图12A所示的锁定位置移动到图12B所示的解锁位 置。一旦旋钮齿轮齿150与锁定齿148脱离啮合，只要保持轴向力A，用户即可在箭头32A 和34A所指方向上自由地转动第一旋钮18。当不再需要进一步操纵细长构件16的纵向位 置时，用户可以简单地中断施加轴向力A，且第一弹簧构件89将迫使旋钮齿轮齿150返回到与锁定齿148啮合，从而防止第一旋钮18进一步转动。本领域技术人员应该理解，细长构 件16的纵向位置可以进一步通过再次向第一旋钮18施加轴向力A并转动旋钮来操作。如图12B所进一步示出的，第一驱动线管轴48可包括邻近第一线管50的第一轴 凸缘152和邻近第二线管52的第二轴凸缘154。特别地，纵向运动引线82的第二端88可 沿着第二轴凸缘1 延伸并通过固定装置158固定到其端部部分156。类似地，尽管在图 12B中不可见，但纵向运动引线82的第一端86可沿着第一轴凸缘152延伸并通过固定装置 162固定到其端部部分160。本领域技术人员应该理解，尽管已经参考引起特定方向上的纵向运动和转动运动 的第一旋钮18和第二旋钮20的转动运动说明了驱动系统10，但在不背离本发明的预期范 围的前提下，可以对该驱动系统进行修改，以使旋钮的转动反而引起相反方向的运动。因 此，由于操作旋钮18和20而导致细长构件16运动的特定方向不是本发明的必要组成。尽管已经参考优选实施例对本发明进行了说明，但本领域技人员应该认识到，在 不背离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上做出改变。
权利要求
1.一种用于控制细长构件的运动的驱动系统，所述驱动系统包括底座单元，具有第一可转动旋钮和第二可转动旋钮；从动器组件，包括可滑动地连接到导轨的从动器，其中，所述从动器包括纵向运动滑 轮、转动运动滑轮以及对准元件，所述对准元件被构造成容纳细长构件以使所述细长构件 可附连到所述对准元件上；纵向运动引线，将所述第一可转动旋钮可操作地连接到所述纵向运动滑轮，从而使得 所述第一旋钮的转动沿着所述导轨在纵向方向上驱动所述从动器；以及转动运动引线，将所述第二可转动旋钮可操作地连接到所述转动运动滑轮，从而使得 所述第二旋钮的转动使所述对准元件及所附接的细长构件转动。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述第一旋钮可操作地连接到第一驱动线 管轴，且所述第二旋钮可操作地连接到第二驱动线管轴。
3.根据权利要求2所述的驱动系统，其中，所述纵向运动引线将所述第一驱动线管轴 可操作地连接到所述纵向运动滑轮，且所述转动运动引线将所述第二驱动线管轴可操作地 连接到所述转动运动滑轮。
4.根据权利要求2所述的驱动系统，其中，所述底座单元进一步包括第一内部旋钮，具有第一旋钮齿轮，其中，所述第一内部旋钮将所述第一可转动旋钮可 操作地连接到所述第一驱动线管轴；以及第二内部旋钮，具有第二旋钮齿轮，其中，所述第二内部旋钮将所述第二可转动旋钮可 操作地连接到所述第二驱动线管轴。
5.根据权利要求4所述的驱动系统，其中，所述第一内部旋钮进一步包括第一旋钮齿 轮，所述第一旋钮齿轮具有多个旋钮齿轮齿。
6.根据权利要求5所述的驱动系统，其中，所述第一驱动线管轴包括横截面基本为正 方形的端部部分。
7.根据权利要求6所述的驱动系统，其中，所述第一内部旋钮的所述第一旋钮齿轮包 括孔，所述孔被构造成容纳所述第一驱动线管轴的横截面基本为正方形的所述端部部分。
8.根据权利要求5所示的驱动系统，进一步包括连接到底座单元的锁定装置，所述锁 定装置具有多个锁定齿，当所述第一可转动旋钮处于锁定位置时，所述多个锁定齿能够与 所述多个旋钮齿轮齿啮合。
9.根据权利要求2所述的驱动系统，其中，所述第一驱动线管轴包括第一线管和第二 线管，该第一线管被构造成容纳所述纵向运动引线的第一端，且该第二线管被构造成容纳 所述纵向运动引线的第二端。
10.根据权利要求9所述的驱动系统，其中，所述第二驱动线管轴包括第一线管和第二 线管，该第一线管被构造成容纳所述转动运动引线的第一端，且该第二线管被构造成容纳 所述转动运动引线的第二端。
11.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述从动器进一步包括一个或多个惰轮构 件，所述惰轮构件邻近所述转动运动滑轮定位以与所述转动运动引线接合。
12.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述从动器组件进一步包括从动齿轮，连接到所述纵向运动滑轮且包括多个齿轮齿；以及齿轨，具有被构造成与所述从动齿轮的齿轮齿啮合的多个齿轨齿。
13.根据权利要求1所述的驱动系统，进一步包括第一对引线护套，在所述底座单元和所述从动器组件之间延伸且被构造成将所述纵向 运动引线容纳在所述第一对引线护套中；以及第二对引线护套，在所述底座单元和所述从动器组件之间延伸且被构造成将所述转动 运动引线容纳在所述第二对引线护套中。
14.根据权利要求13所述的驱动系统，进一步包括 可附接到所述第一对引线护套的第一张力块组件；以及 可附接到所述第二对引线护套的第二张力块组件。
15.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述从动器组件进一步包括从动齿轮，所 述从动齿轮连接到所述纵向运动滑轮且能够沿着齿轨移动以沿着所述导轨在所述纵向方 向上驱动所述从动器。
16.一种用于控制细长构件的运动的方法，其包括 设置驱动系统，所述驱动系统包括底座单元，具有第一可转动旋钮和第二可转动旋钮；从动器组件，包括可滑动地连接到导轨的从动器，其中，所述从动器包括纵向运动滑 轮、转动运动滑轮以及对准元件，所述对准元件被构造成容纳细长构件以使所述细长构件 可附接到所述对准元件上；纵向运动引线，将所述第一可转动旋钮可操作地连接到所述纵向运动滑轮；以及 转动运动引线，将所述第二可转动旋钮可操作地连接到所述转动运动滑轮； 转动所述第一可转动旋钮以沿所述导轨在纵向上驱动所述从动器；以及 转动所述第二可转动旋钮以使所述对准元件及所附接的细长构件转动。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述从动器组件进一步包括 从动齿轮，连接到所述纵向运动滑轮且包括多个齿轮齿；以及齿轨，具有被构造成与所述从动齿轮的齿轮齿啮合的多个齿轨齿。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一旋钮可操作地连接到第一驱动线管 轴，且所述第二旋钮可操作地连接到第二驱动线管轴。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述纵向运动引线将所述第一驱动线管轴可 操作地连接到所述纵向运动滑轮，且所述转动运动引线将所述第二驱动线管轴可操作地连 接到所述转动运动滑轮。
20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在转动所述第一可转动旋钮以沿所述导 轨驱动所述从动器之前，将所述第一可转动旋钮从锁定位置移动至解锁位置的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在转动所述第二可转动旋钮以使所述对 准元件及所附接的细长构件转动之前，将所述第二可转动旋钮从锁定位置移动到解锁位置 的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一可转动旋钮和所述第二可转动旋钮 中的每一个均包括多个旋钮齿轮齿，所述旋钮齿轮齿被构造成当所述旋钮处于锁定位置时 与所述底座单元的相应多个锁定齿啮合。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，通过对所述第一可转动旋钮和所述第二可转 动旋钮施加基本沿轴向的力，所述第一可转动旋钮和所述第二可转动旋钮可从所述锁定位置移动至所述解锁位置。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，当所述第一可转动旋钮和所述第二可转动旋 钮被移动到所述解锁位置时，所述第一可转动旋钮和所述第二可转动旋钮的旋钮齿轮齿与 相应的锁定齿脱离啮合。
全文摘要
本发明公开了一种用于控制细长构件的运动的驱动系统，所述驱动系统包括具有第一可转动旋钮和第二可转动旋钮的底座单元、包括可滑动地连接到导轨的从动器的从动器组件、纵向运动引线以及转动运动引线。从动器包括纵向运动滑轮、转动运动滑轮以及构造成容纳细长构件以使细长构件可附接到其上的对准元件。纵向运动引线将第一可转动旋钮可操作地连接到纵向运动滑轮，从而使得第一旋钮的转动沿着导轨在纵向方向上驱动从动器。转动运动引线将第二可转动旋钮可操作地连接到转动运动滑轮，从而使得第二旋钮的转动使对准元件及所附接的细长构件转动。
文档编号B25J1/00GK102132225SQ200980131609
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月14日 优先权日2008年8月14日
发明者沙尔曼·库雷希, 路易斯·菲利佩·西尔瓦·费尔南德斯, 马克·格兰特 申请人:曼特瑞斯医药公司