具有远端轴承组件的外科器械的制作方法

背景技术：

带动力的外科器械已开发用于在许多整形外科耳鼻喉科(ent)操作以及颅骨内部和周围的其它操作中使用。一种类型的切割器械包括由内部管状构件支撑的钻头，该内部管状构件可相对于外部管状构件旋转。钻头用来对处理部位的靶组织清创。在许多情况下，对钻头和/或处理部位进行冲洗以有利于处理部位的润滑并且冷却钻头。在其它情况下，将抽吸施加到处理部位以移除清创后的组织并且移除多余的流体。

在一些当前的切割器械中，内部管状组件可采用弹簧部段来赋予器械内柔韧性。虽然获得了增加的柔韧性，但与内部管状构件联接的对应的钻头会相对于外部管状构件经历显著的轴向移动。这种轴向移动会将不期望的应力增加至内部管状构件。另外，轴向移动为跟踪钻头相对于患者的位置或在患者解剖结构内的位置带来困难，例如在采用器械跟踪和导航技术时。因此，具有表现出轴向移动的远端钻头的外科器械会通过增加内部管状构件上的应力和阻止器械的准确跟踪来降低微清创器械的有效性。

技术实现要素：

一种外科切割器械包括具有近端部段、中间部段和中心管腔的外部管状构件。内部管状构件可旋转地接纳在中心管腔内并且包括形成切割构件的远端，所述切割构件向远端延伸超出外部管状构件的远端部段并且相对于该远端部段暴露。轴承组件联接到外部管状构件和内部管状构件。

附图说明

图1是根据本公开的原理的包括外科清创器械的系统的立体图；

图2是该器械的组装图；

图3是图2的器械的放大局部剖视图；

图4a-4d是清创器械的远端轴承组件的立体图；

图5是使用清创器械冲洗处理部位的示意图；

图6是清创器械的外部管状构件的外部部分的俯视平面图；

图7是沿图6的线7-7截取的器械的剖视图；

图8是固定在外插座内的图6的器械的近端部分的放大局部剖视图；

图9是清创器械的外部管状构件的内部部分的俯视平面图；

图10是沿图9的线10-10截取的器械的剖视图；

图11是外部管状构件的立体图，示出了外部管状构件的侧壁的内部通路；以及

图12是沿图11的线12-12截取的外部管状构件的剖视图。

具体实施方式

本发明公开的实施例涉及具有远端轴承组件以抑制远端切割顶端的轴向移动的切割器械。

在一个实施例中，切割器械包括内部管状构件，该内部管状构件可旋转地接纳在外部管状构件内并且在其远端处包括诸如钻头的切割构件。内部管状构件和外部管状构件各自包括插座以有利于其旋转关系和通过手持件对其的控制，该手持件进一步支撑内部管状构件和外部管状构件两者。经由内部管状构件的旋转的钻头的旋转引起在处理部位处对靶组织的清创。

外部管状构件包括限定内部通路的侧壁，该内部通路充当冲洗通道以将冲洗流体供应至钻头附近的处理部位。由于冲洗通道被结合在内部并且不是仅有外管来提供(如在常规切割器械中那样)，切割器械具有较薄横截面轮廓。这种较小的横截面轮廓使得器械的远端切割端能够插入较小的处理部位内并且有利于将远端切割端通过提供到处理部位的路径的狭窄和/或弯曲通路而引入。在另一方面，通过将冲洗通道设置在外部管状构件的侧壁内，避免了冲洗流体与内部管状构件(或切割器械内部的其它部件)的相互作用。

远端轴承组件限制钻头和内部管状构件相对于外部管状构件的轴向移动。在一些实施例中，远端轴承组件采用一个或多个滚珠来联接钻头与冲洗通道。在一方面，滚珠围绕钻头的圆周等间距地间隔开并且定位在冲洗通道的孔口和钻头的座圈内。

在一些实施例中，钻头和内部管状构件还限定通过钻头(和内部管状构件)的内部的抽吸通道，以避免在常规器械中通常使用的类型的外部抽吸管的常规布置。在各实施例中，内部管状构件具有如下长度，该长度使得抽吸通道可连续地延伸穿过内部管状构件和外部管状构件两者的插座组件。因此，利用这种布置，被结合到内部的抽吸通道进一步保持如上所述通过将冲洗通道布置在外部管状构件的侧壁内而实现的薄横截面轮廓。

在一个实施例中，器械可被构造成在电磁图像引导系统中使用，其中器械配有至少一个跟踪装置。一种示例性的电磁图像引导系统公开于美国专利申请公布no.2010/0234724中，该申请提交于2009年3月10日，名称为“navigatingasurgicalinstrument(外科器械导航)”。通常，跟踪装置可包括一个或多个线圈，其可将对于装置的位置和取向的指示提供给图像引导系统。该指示可用于利用外科器械的外科手术期间。

体现本公开的原理的外科器械可在各种类型的外科手术中采用，包括但不限于各种窦手术、颅底肿瘤切除术(例如，垂体肿瘤、斜坡脊索瘤等)、乳突切开术、颞骨肿瘤切除术、开颅术、改良lothrop手术、脊柱疾病、髁间窝成形术、肩峰成形术、椎板切开术、椎板切除术等。

结合图1-12更充分地描述这些和其它实施例。

图1-2中示出了外科微钻磨器械10的一个优选实施例。器械10包括外部管状组件12和内部管状组件14(在图1中大体上引用)。特别地参照图2，外部管状组件12包括外插座16和外部管状构件18，而内部管状组件14包括内插座20和内部管状构件22。内部管状构件22尺寸设计成同轴地接纳在外部管状构件18内并且形成具体化为钻头24的切割构件。其它示例性切割构件可包括构造成切割组织的各种刀片等。内部管状构件22包括具有端部143的近端部段142和远端部段145。内部管状构件22附加地包括在远端部段145处靠近钻头24定位的弹簧部段26。弹簧部段26赋予内部管状构件22内的柔韧性，使得内部管状构件可呈现外部管状组件22的曲率。在一方面，内部管状构件22的内表面限定管腔147。

如图1所示，外部管状构件18从外插座16向远端延伸。为此，外插座16可呈现本领域已知的各种各样的形式。在一些实施例中，外插座16包括冲洗口30，其被构造用于经由配管(未示出)与由控制器34控制的流体源32流体连通。

如图1所示并且另外参照图3，内部管状构件22从内插座20向远端延伸。继续参照图1，在一些实施例中，内插座20从远端95延伸至近端96并且被构造成由用于抓握器械10的手持件36接合。特别地，旋转控制器38(经由手持件36和内插座20之间的连接)使得能够对内部管状构件22进行选择性的旋转控制，以引起钻头24的高速旋转，以便清创或以其它方式切割靶组织。

另外，内部管状构件22可选地联接到对钻头24提供吸力的负压源37。此外，插座16可与合适的跟踪装置39联接，使得器械10可与合适的电磁图像引导系统一起使用，该系统可确定钻头24在患者的解剖结构内的位置。在一个实施例中，跟踪装置39包括可由图像引导系统检测的一个或多个磁线圈，该图像引导系统可用来显示器械10和钻头24相对于患者的解剖结构的图像。磁线圈可提供可由图像引导系统检测的参考位置，使得根据该参考位置，钻头24的取向和位置可由图像引导系统在术前程序期间确定(例如，利用计算机断层扫描(ct)或磁共振成像(mri)扫描)。在外科手术期间，例如通过在显示器上提供相对于患者的解剖结构的钻头24的图像，可提供钻头24的取向和位置的指示，以帮助外科医生。

参照图2，外部管状构件18为细长的管状主体，其限定具有近端41(图6)的近端部段40、中间部段42、具有远端45(图6)的远端部段44、以及中心管腔46。外部管状构件在器械10的远端部段44和近端部段40之间的接头处限定由51大体上引用的轻微的弯曲部。在一个实施例中并且进一步参照图1，弯曲部51被构造成造成远端部段44的中心轴线(如由虚线a所表示的)相对于器械10的近端部段40的中心轴线(如由虚线b所表示的)限定在10°-90°的范围内的角度α。除了别的用途之外，该弯曲部51尤其用于在颅底手术以及受益于远端部段44中的弯曲部51的其它外科手术期间正确定位远端部段44。为了有利于内部管状组件14在弯曲部51的区域中的必要旋转(例如，用于在其远端处旋转钻头24)，内部管状构件优选地为柔性的并且由采用弹簧部段26的合适材料形成。特别地，由于弹簧部段26的柔韧性，弹簧部段26可呈现外弯曲部51的形状。备选地，可采用其它构造。例如，可取消弯曲部51，使得外部管状构件18为基本上直的。

中心管腔46从近端部段40延伸至远端部段44。就这一点而言，并且如下文更详细描述的，远端部段44在其远端45处开放，以使得内部管状构件22能够向远端延伸超出外部管状构件18的远端45。类似地，近端部段40在其近端41处开放，以有利于将内部管状构件22定位在中心管腔46内。此外，另外参照图3、图6和图8，近端部段40包括位于近端41远端处的近端窗口47。在一些实施例中，近端部段40附加地包括滚花部分49，其位于近端部段40的表面上且围绕近端窗口47。在一方面，滚花部分49有利于将近端部段40固定到外插座16的内部部分，如在图3和图8中所示。

在一个合适的构型中，如图8所示，近端部分40被插入外插座16的管腔93中，以将滚花部分49固定在外插座16的远端部段92和中间部段91内。虽然在图3中更清楚地示出，近端部段40在外插座16的管腔93内向近端推进，直到窗口47对齐在冲洗口30的底部开口31下方，然后固定在该位置以保持冲洗口30和近端窗口47之间的流体连通。此外，在该构型中，近端41通向外插座16的管腔93。因此，在一方面，近端部段40具有适合在其上接纳外插座16的外径。

然而，外部管状构件18的其余部分优选地提供选择用于执行所需的窦手术的相对均匀的外径(如由图7中的附图标记74所表示的)和选择用于可旋转地接纳内部管状构件22的相对均匀的内径(如由图7中的附图标记107所表示的)。例如，在一个实施例中，中间部段42和远端部段44允许将内部管状构件22/钻头24作为窦手术的一部分使用。

返回图2，内部管状构件22从内插座20延伸。在一个优选实施例中，内插座20被构造用于选择性地附接到手持件36，手持件36在使用期间可被操作以自动地旋转内部管状构件22。

如前所述，内部管状构件22在其远端处形成钻头24。一般而言，钻头24为实心构件，其可呈现各种形式并且配有磨料或粗糙表面以在其旋转时切割或研磨身体组织。在一些实施例中，钻头24形成包括一个或多个切割元件的切割表面。虽然示出了球形钻头构型，但应当理解，可以使用其它构型，包括但不限于圆柱形、半球形、椭球体和梨形构型。

参照图1-3，微钻磨器械10通过将内部管状构件22经由中心管腔46同轴地定位在外部管状构件18内组装而成。特别地参照图3，内插座20(在内插座20的远端95处)紧靠外插座16(在内插座16的近端94处)。据此，内部组件14的内部管状构件22和内插座20可相对于外部组件12的外部管状构件18和外插座16旋转。为此，在内插座20和钻头24之间的分离距离大于在外插座16和外部管状构件18的远端45之间的分离距离，从而决定钻头24的理想位置将相对于外部管状构件18暴露，如图1所示。特别地，内部管状构件22同轴地设置在外部管状构件18内，使得外部管状构件18的远端45邻近钻头24和内部管状构件22的远端145。外插座16可进一步限定肩部35以接合手持件36。

进一步参照图4a-4d，器械10还包括远端轴承组件61，其限制钻头24相对于外部管状构件18的轴向移动，并且特别地限制钻头24在平行于远端部段44的中心轴线a(图1)的方向上的轴向移动。在所示出的实施例中，轴承组件61包括多个滚珠62(在图示实施例中为三个，其中两个被示出)，多个滚珠62保持在外部管状构件18内且通过圆形座圈63与钻头24联接。

在一个实施例中，滚珠62为球形的并且由围绕圆形座圈63等间距地间隔开(即，彼此相隔120°)的陶瓷材料形成。在其它实施例中，可使用比三个更少或更多数目的滚珠。钻头24和特别地座圈63可由各种材料形成，其示例包括但不限于440不锈钢、m2工具钢、碳化物等。因此，在一个实施例中，滚珠62由第一材料(例如，陶瓷)形成，并且座圈63由不同于第一材料的第二材料(例如，440不锈钢)形成。在某些情况下，滚珠62和座圈63可防止擦伤和/或磨损。

不论为滚珠62和座圈63选择何种材料，轴承组件61都控制钻头24相对于管102的轴向和径向位置，以在利用电磁图像引导系统的同时允许对钻头24的准确跟踪。另外，当与钻头24和内部部分104之间的滑动接触相比较时，在滚珠62和座圈63之间的滚动接触提供了减小的摩擦。因此，外部部分102在操作期间的温度降低，使得可以防止靠近和/或接触外部部分102的组织的损伤。此外，不需要用于器械10的单独的推力轴承。轴承组件61可操作并且在构造上类似于滚珠轴承，其中内部部分104充当滚珠62的滚珠架，钻头24充当内部座圈。外部部分102不需要承受来自滚珠62的载荷并且可以被设置成用于将滚珠62在孔口106内保持就位。在最终组装后，轴承组件61限制钻头24的轴向运动，同时允许钻头24相对于外部部分102和内部部分104的旋转。

钻头24终止于在一端的顶端70处，包括轴71，并终止于与顶端70相对的近端73处。座圈63在近端73附近被机加工到钻头24内。另外，钻头24包括内管腔75，用于将吸力递送到正由顶端70切割的组织。如下文更详细讨论的，外部管状构件18包括外部部分102和内部部分104。多个滚珠62被定位在内部部分104内的对应孔口106内。当如图4d所示完全组装好时，滚珠62接合圆形座圈63并且由外部部分102覆盖。此外，虽然顶端70在图4中示出为具有大体上球形的形状，但钻头24可采取其它形式，如此前结合图1-2所描述那样。

如由图1-2所示并且另外参照图5，一旦钻头24被定位在处理部位80处以对靶组织82清创，从流体源32供应的流体58就流过外部管状构件18的侧壁60的内部通道64(例如，形成于外部部分102和内部部分104之间)以冲洗钻头24和/或处理部位80。在一方面，该布置使得能够在钻头24旋转以切割靶组织82的同时根据手术需要用流体58(并且如由箭头f进一步表示的)淹没处理部位80。在一些实施例中，流体58在钻头24旋转以切割靶组织82之前和/或之后冲洗处理部位80。虽然侧壁60可采取许多形式，但在图7-12中示出了一个特定的实施例，如下文更详细描述的。

钻头24的顶端70形成管腔75，管腔75延伸穿过钻头24的轴71并且通向由内部管状构件22限定的中心管腔147。通过将管腔75形成为延伸穿过钻头24，根据通过在外部管状构件18的侧壁60的内部通路64内提供冲洗通道而实现的较小横截面轮廓来保持器械10的较小的总体横截面轮廓。无论如何，中心管腔147都用作微钻磨器械10的抽吸管道。此外，参照图5，当配有包括中心管腔147的抽吸通道的器械10被施加到目标处理部位82时，延伸穿过钻头24的管腔75使得能够经由内部管状构件22的中心管腔147定期或连续抽吸(如由箭头v所表示的)，以从目标部位82移除研磨下的组织。

虽然此前结合图1-2描述了外部管状构件18，但外部管状构件18可采取许多形式，以实现限定内部通路64的侧壁60的构型，内部通路64被构造成提供流体以冷却钻头24和/或润滑处理部位80，如此前结合图5所描述的。然而，在一种构型中，外部管状构件18包括组件100，其由图6-8所示外部部分102和如图9-10所示的内部部分104形成。外部部分102和内部部分104包括两个分开的构件，这两个构件接合在一起以产生具有图11-12所示形式的组件100。为了清楚说明起见，将进一步单独地描述内部部分102和外部部分104中的每一个。

图7是外部管状构件18的外部部分102的剖视图，并且示出限定中空套管的外部部分102。在一方面，外部管状构件18的外部部分102的外表面包括此前结合图3、图6和图8而作为整体针对外部管状构件18所描述的基本上相同的特征和属性。在一方面，图7还示出包括内表面107的外部部分102，内表面107限定尺寸被设计和调适成接纳内部部分104的直径。外部部分102也限定外表面74，外表面74形成外部管状构件18的外表面并且提供大体上均匀且大体上平滑的外径。

图9是外部管状构件18的内部部分104的侧视平面图，并且图10是根据本发明公开的原理的内部部分104的剖视图。虽然内部部分104可采取许多形式，但在图9-10中所示的一种构型中，内部部分104限定内表面120和外表面122。内表面120限定大体上均匀的直径，并且从近端部段40、通过中间部段42至远端部段44为大体均匀地为平滑的。然而，外表面122限定细长凹部130的阵列128，细长凹部130从远端部段44沿着中间部段42并且通过近端部段40的至少一部分地延伸。在一个实施例中，在终止于横向地延伸至细长凹部130的圆形凹部140附近之前，细长凹部130沿内部部分104的长度的大部分(且因此沿外部管状构件18的长度的大部分)延伸。在一方面，圆形凹部140形成围绕内部部分104的外表面的圆周延伸的环。圆形凹部140同时与细长凹部中的每一个流体连通，如随后在图11中将进一步示出的。

如图9所示，在一方面，内部部分104的外表面122进一步限定邻近圆形凹部140的非凹形部分142。非凹部部分142尺寸被设计和调适成密封地固定到外部部分102的内表面107。在一个实施例中，非凹部部分142相对于外部部分102的内表面107激光焊接。该布置将内部部分104在外部管状构件18的近端部段40(邻近图6和图8中所示近端窗口47定位)处固定到外部部分102，并且同时限定大体上在外部管状构件18的侧壁60内延伸的流体连通通道的终端。因此，在近端部段40处(从端口30和流体源32)流入外部管状构件18的流体将通过外部管状构件18的近端窗口47进入，并且在行进到凹部130之前在紧邻内部部分104的非凹部部分142的远端处流过圆形凹部130(图3、图6和图8)。

如在图10中可最清楚地看出的，(外部管状构件18的)内部部分104的细长凹部130形成凹部130的阵列128，凹部130围绕内部部分104的圆周均匀地间隔开，其中每个细长凹部130限定在形成于内部部分104的外表面122上的一对相邻的突起150之间。在图10中所示的一种构型中，阵列128包括六个细长凹部130，其围绕内部部分104的外表面122的周向均匀地间隔开(即，彼此等距)。当然，在其它构型中，可存在比六个多或少的细长凹部130。然而，设置至少一个凹部130，以在外部管状构件18的侧壁60中形成内部通路64。具有围绕内部部分的周向(且因此围绕外部管状构件18的圆周)均匀地间隔开的更多数目的凹部(而不是更少凹部)的构型为通过侧壁60的流体流提供更大平衡。该布置使得外部管状构件18能够具有较小厚度的侧壁，因为每个凹部130可具有更小的厚度或高度(如由图12中的h所表示的)，同时使得大体上相同体积的流体能够在外部管状构件18的侧壁60内流动。

虽然多种技术可用来形成内部部分104，但在一个实施例中，通过提供具有第一厚度的大体上管状的套管(未示出)并且然后切割套管的外表面(对应于外表面122)以产生每个细长凹部130，来形成内部部分104。因此，参照图10，突起150大体上限定套管的初始第一厚度(如由tl所表示的)，同时在相应的突起150之间延伸的凹部130包括显著小于第一厚度的第二厚度(如由t2所表示的)。在第一厚度和第二厚度之间的差值于是将限定凹部130的高度，如在图11中最清楚地看到的。在一方面，每个凹部130的高度(如由tl和t2之间的差值h所表示的)、每个凹部130的宽度(如由w所表示的)以及凹部的数目限定可用于将流体传送通过外部管状构件18的侧壁60内的内部通路64的横截面积。

图11是外部管状构件18的组件100的立体图，示出了处于组装状态以形成外部管状构件18的内部部分104和外部部分102。图12是图11的组件100的剖视图，该图进一步示出外部管状构件18的组件100的内部部分104和外部部分102之间的关系。

如在图11-12中可见，在将内部部分104可滑动地插入外部部分102内之后，内部部分104变得同轴地设置在外部部分102内。利用该布置，突起150接触外部部分102的内表面107，从而在细长凹部130中的每一个和外部部分102的内表面75之间形成单独的管道160。因此，在一方面，每对相邻的突起150限定每个相应的管道160的侧壁。管道160延伸外部管状构件18的长度(在图9中由l表示)的大部分，以提供从近端部段40(在该部段处，流体58经由近端窗口47(图6)且经由圆形凹部140而从冲洗口30供应)至远端部段44的流体连通通道。在一方面，圆形凹部140的表面141(也可在图10中看到)和每个凹部130的底部部分在(圆形凹部150和相应的凹部130之间的)接头155处具有基本上相同的高度，以在两者间提供大体上无缝的过渡。

因此，图11-12中所示的一个或多个管道160对应于此前结合图5所描述的外部管状构件18的侧壁60的内部通路64(并且限定其仅一种构型)。因此，管道160在内部限定在外部管状构件18的侧壁60内的流体流动通道，以将流体58(从流体源32)递送到钻头24和在处理部位80处的靶组织82。如此前所指出的，这种被递送的流体将淹没处理部位80，以在旋转期间冷却钻头24和/或以润滑靶组织82，从而增加钻头24的清创动作的有效性。

此外，由于冲洗流体通道被包含在外部管状构件18的侧壁60内部内，外部管状构件18具有较小的总体横截面轮廓。在另一方面，外部管状构件18的外表面74为大体上均匀的和大体上平滑的，而没有显著的突起，如本来由在外部附接到器械的冲洗管形成的(多个)突起，如在常规器械中所看到那样。据此，这种较小的横截面轮廓为器械10提供了更大的可操纵性，以使得器械10的远端部段44能够穿过各种软组织和骨骼结构，并且器械10钩住沿到钻头24的旋转所部属到的处理部位的路径所遭遇的软组织和骨骼结构的可能性更小。

无论确切的形式如何，本发明公开的微钻磨器械10都可用于执行各种窦手术和其它手术。作为举例，并且参照图1和图2的一个实施例，组装好的器械10被部署到目标部位。例如，在外科手术中，器械10被操纵到处理部位80，并且钻头24被定位成抵靠骨或其它靶组织82，如图5所示。其它相关的外科技术可在施加器械10之前、期间或之后执行。

接下来，内部管状构件22接着相对于外部管状构件18旋转，使得钻头24钻磨(例如，切割或研磨)所接触的软骨和/或骨骼。如在图5中可最清楚地看出的，钻头24和因此目标部位82经由在外部管状构件18的侧壁60内延伸的内部通路64(例如，冲洗管道160)而由冲洗流体定期地或连续地冲刷。

除了上述外科手术之外，本发明公开的微钻磨器械10可用来执行各种其它外科手术，在这些手术中，硬组织被清创或切割，同时用流体淹没处理部位以冲洗钻头和靶组织。

然而，应当理解，可通过修改器械10的实施例(图1-12)而形成备选实施例以包括邻近钻头24的在外部延伸的抽吸通路，该通路本来流体连接到中心管腔147。该布置提供了位于外部的抽吸机构，其与根据本公开的原理形成并且此前结合图1-12所描述的位于内部的冲洗机构结合。

如本领域的技术人员所熟悉的，外部管状构件18和内部管状构件22由诸如不锈钢、钛合金等的生物相容性金属材料形成。因此，至少外部管状构件18限定大体上刚性的构件。

虽然已经结合优选实施例描述了本公开，但本领域的技术人员将会知道，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上进行更改。