扭矩轴和扭矩驱动的制作方法

专利名称：扭矩轴和扭矩驱动的制作方法
扭矩轴和扭矩驱动
背景技术：
典型的柔性轴易于受到扭矩的影响，就这方面来说，轴的
一侧的旋转不与该轴的相反侧的旋转相互关联。比如，在使用轴以沿 着曲折的路径把扭矩传递到远处装置的应用场合中，希望能够维持在 轴的一侧上的旋转和在远处装置处的旋转之间的相互关联，使得能够 确定无疑地追踪到在远处装置处的旋转量。在发生相互关联的扭矩传 递之前，典型的轴易于受到压弯、扭折或需要在开始处过多初始旋转 量的影响。因此，需要有一种柔性轴，该柔性轴能够在改进的确定性、 适当性和/或有效性下传递扭矩。
发明简介在此所描述的是在扭矩的背景下用于传递扭矩和转化运动 的系统和方法。描述了扭矩轴的示范性实施例和使用那些轴的系统与 方法，以及其它的方面。
附图简要描述

图1A-1C显示了根据一个实施例的带有T形互锁特征的扭 矩轴。图2A-2B显示了根据另一个实施例的带有泪珠状互锁特征 的扭矩轴。图3图解了扭矩轴的扭矩传输能力。图4显示了带有螺旋槽的扭矩轴，该螺旋槽在扭矩轴的长 度上延伸。图5-6显示了根据另一个实施例的点链(spot-link)扭矩轴。
图7显示了根据另一个实施例的带有活动铰链的扭矩轴。
图8-9显示了根据另一个实施例的两个相反的扭矩轴。
图10显示了根据另一个实施例的拉拉(pull-pull)扭矩驱动。
图ll显示了用于把施加到轴上的轴向力转化成轴的旋转运 动的装置。
发明详细描述在此描述了扭矩轴。扭矩轴既是灵活性的又能够传递扭矩。 扭矩轴适用于需要扭矩和推进性的流程中以在任何应用场合中驱动 或部署装置，比如构成在患者体内使用的医疗应用场合。扭矩轴的灵 活性和推进性使得它们能够沿着体内的通道弯曲，并且轴的扭矩传输 能力使得它们能够在体内传输扭矩以在体内驱动或部署装置。扭矩轴 特别地适用于对患者心脏内的人工心瓣的部署，这在于2005年9月 15曰提交的申请号No.U/066，126中非常详细地进行了描述，该申请 名为 "Prosthetic Heart Valves, Scaffolding Structures, and Systems and Methods for Implantation of Same",且通过引用结合该申请的整个说 明书。在此还描述了作为扭矩轴的可选方案的拉拉扭矩驱动。图IA-IC显示了根据本发明的一个实施例的扭矩轴10。扭 矩轴10包括切入钢管中的多个互锁部段12。通过槽15的互锁几何形 状把部段12连接在一起。每一个互锁槽15都绕着管的周边延伸且包 括多个互锁特征20。每一个槽15的互锁特征20都在槽15的相反侧 上连接两个相邻的部段12。图IB显示了槽15中的一个槽的扩展图， 而图IC显示了槽15中的一个槽的扩展透视图。在本实施例中，每一 个槽都包括T形互锁特征20。图2A-2B显示了根据另 一个实施例的 扭矩轴110,其中每一个槽115都包括泪珠状互锁特征120。互锁特 征的几何形状能够是互锁的任何形状。在优选的实施例中，通过激光把槽切入到钢管中来制造扭 矩轴。在计算机的控制下通过移动钢管穿过稳态激光可完成上述情况 以精确地切割槽。在本领域中激光切割对于制造例如伸展(stent)是已知的。
转到图1B和图2B，每一个槽15, 115都具有由激光切割 的宽度所限定的宽度W。槽宽度W产生在相邻部段之间的空间，该 空间允许相邻部段12， 112稍微相对彼此移动。该运动允许相邻部段 12， 112在相对彼此的微小角度(例如，l-2度)处弯曲。槽宽度W越大， 相邻部段12， 112就能够相对彼此弯曲得越多。
轴10, 110的每单位长度L上的灵活性取决于相邻部段12, 112能够相对彼此弯曲的量和槽15， 115的每单位长度L上的个数。 由于由槽宽度W来确定相邻部段12, 112能够弯曲的量，所以由槽宽 度W和槽15， 115的每单位长度L上的个数来确定轴10， 110的每 单元长度上的灵活性。轴IO, 110的灵活性大致独立于槽的互锁特征 的形状。
互锁槽15, 115在使得轴10， 110能够把施加在轴的一个 端部处的扭矩传递到该轴的另一个端部上的同时允许轴10， 110是柔 性的。在图3中图解了轴10的扭矩传输能力，该图显示了槽15的两 个相邻互锁特征20的扩展图。当轴IO在由箭头所指示的方向上绕着 它的纵向轴线旋转时，槽15的相邻互锁特征20彼此接合，在该接合 点处扭矩在槽15的相邻部l殳12之间传输。
图4显示了才艮据另 一个实施例的互锁槽215。在本实施例中， 替代沿着轴的多个分离的互锁槽，连续的螺旋槽或螺线槽215沿着轴 210的长度延伸。可选地，两个或多个螺线槽可以沿着轴的长度延伸。 图4还显示了其中两个邻接间隔的螺线槽225和235彼此接近而沿着 轴210的长度延伸的实例。螺线槽可以具有相同的互锁几何形状或不 同的互锁几何形状。
图5-6显示了根据本发明的另一个实施例的点链扭矩轴 310。扭矩轴310包括多个互锁部,爻312。每一个部^:312都包括在该对公互锁特征315定向成90度的两个母互锁特征317。公互锁特征315具有圆形形状，而母互锁特征317具有用于把公互锁特征315容 纳在其中的对应的向内弯曲形状。每一个部段312的公互锁特征315 都配合到相邻部段312的母互锁特征317中。这种配合使得相邻部,更 312能够绕着轴线相对彼此枢转。每一个母互锁特征317都绕着对应
为了提供用于相邻部段312枢转的空间，在相邻部段之间 除去或切割掉管的形成轴的部段。在本实施例中，在相邻部，敬之间切 割掉管的楔形形状部段以提供枢转空间320。在相邻部段之间的枢转 空间320允许相邻部段312相对;波此枢转，例如0-15度。这样做以使得互锁特征能够把部段保持在一起。还这样做以便部段 312的枢转轴线在两个垂直轴线之间交替。例如，在图6中，相邻部 段312a和312b的枢转轴线与相邻部段312a和312c的枢转轴线垂直。 交替的枢转轴线允许扭矩轴310在绕着轴线的不受限(unlimited)方向 上折曲或弯曲。
公互锁特征315还使得扭矩轴310能够把扭矩从轴的一个 端部传递到该轴的另一个端部。当轴沿着它的纵向轴线旋转时，每一锁特征315还提供到轴310的断裂强度(压缩的)和抗拉强度。
扭矩轴可以包括用于转向线缆的备选导向件。图5显示了 其中扭矩轴310包括沿着它的内表面用于容纳四个转向线缆的四个等 距间隔的导向件340的实例。导向件也可以在扭矩轴的外表面上。
点链扭矩轴对于带有互锁槽的扭矩轴而言具有几个优点。 一个优点在于点链扭矩轴的相邻部段能够比扭矩轴的带有互锁槽的 相邻部段枢转或弯曲到更大的程度。因此，点链扭矩轴比带有互锁槽 的扭矩轴需要每单位长度上的少得多的部段以折曲或弯曲每单位长 度上给定的量。这种在部段个数上的减少比起带有互锁槽的扭矩轴而 言减少了所需的激光切割量以制造点链扭矩轴。
另 一个优点在于点链扭矩轴在把扭矩从轴的一个端部传递 到该轴的另一个端部之前需要轴的较少旋转。在能够把扭矩从扭矩轴 的一个端部传递到另一个端部之前，必须通过旋转轴除去在轴的相邻 部段中的每一个相邻部段之间的旋转松弛。因为点链扭矩轴比带有互 锁槽的扭矩轴具有较少的部段，所以在把扭矩从轴的一个端部传递到 另 一个端部之前，点链扭矩轴具有较少的需要被除去的旋转松弛。
图7显示了根据另一个实施例的扭矩轴410。扭矩轴410包 括由活动铰链415连接在一起的多个部段412。通过在轴410的相反 侧上的一对活动4交链415把相邻部段412连接到彼此。把部段412激 光切割成管，其中把该管的薄部分保留成连接在部段412之间以形成 活动铰链415。优选地，管由例如钢或镍钬诺的挠性金属或者使得活 动铰链能够在不断裂的情况下折曲或弯曲的其它挠性材料制成。在每 一个活动確交《连415的两侧上切割槽417以增加4交链415的长度且因此 增加每一个铰链能够弯曲的量。活动铰链415使得相邻部段412能够 相对彼此折曲或弯曲。为了提供用于相邻部段412弯曲的空间，在相 邻部段之间除去或切割掉管的部段。在本实施例中，在相邻部段之间 切割掉管的楔形形状部段以提供空间420来弯曲。
把相邻成对的活动铰链415定向在彼此相距90度处。例如， 在图7中，4巴在相邻部段412a和412b之间的成对活动铰链415a定位 在相距在相邻部段412b和412c之间的活动铰链415b的90度处。在 相邻成对活动铰链415之间的90度定向使得扭矩轴410能够在多个 方向上折曲或弯曲。
扭矩轴进一步包括在相邻部段412之间的一对扭矩键430。 每一对扭矩4盍430都乂人部段412的相反侧延伸且被容纳在相邻部段 412中的一对槽435中。为了允许相邻部^殳412绕着铰链415弯曲， 槽435具有一定大小，以便对应的扭矩键430能够在槽435中滑动以 允许弯曲。当通过抵着对应的槽435的侧壁推动使轴绕着它的纵向轴 线旋转时，扭矩键430在轴的相邻部段412之间传递扭矩。扭矩键430可以与部段412邻接或者可以由被连到部段412上的分离件制成。
图8-9显示了两个相反的扭矩轴510和520，其中扭矩轴中
的 一个扭矩轴510在另 一个扭矩轴520中。如上面所解释的，在4巴扭
矩传递到轴的另一个端部之前必须使扭矩轴在一个端部处旋转一定
的量。把这种旋转量称为巻紧(wind-up)。由于两个扭矩轴510和520在旋转方向上彼此相反，所以
每一个扭矩轴在使用之前都能够被预巻绕或预加载以除去巻紧。在图
8中，如由箭头所指示的，外扭矩轴520在逆时针方向上预巻绕，而 内扭矩轴510在顺时针方向上预巻绕。预巻绕扭矩轴510和520，直 到从每一种轴510和520除去巻紧为止。当预巻绕扭矩轴510和520 时，外扭矩轴520希望在顺时针方向上松开，而内扭矩轴510希望在 逆时针方向上松开。为了防止扭矩轴510和520在^皮预巻绕之后松开， 可以在两个扭矩轴之间放置互锁特征。图9显示了被连接到内扭矩轴510上的且被容纳在外扭矩 轴520中的槽中的销525的实例。销525接合槽530的端表面，这可 以防止两个扭矩轴510和520松开。槽530沿着外轴520的周边的部 ^歐延伸以允许扭矩轴510和520的端部在相反的方向上旋转。图10显示了根据一个实施例的拉拉扭矩驱动605的分解图 和透视图。扭矩驱动605包括槽管610、线缆巻轴620和滑轮630。 把巻轴620放置在管610中且使该巻轴在滑轮630上旋转。扭矩驱动 605进一步包括穿过盘管650延伸的两个线缆635(在图10中仅仅显示 了线缆中的一个线缆)。线缆635穿过滑轮630中的通道640且在不同 的方向上巻绕巻轴620。把每一个线缆635的端部都连到巻轴620上。 图10显示了线缆635中的在一个方向上巻绕巻轴620的一个线缆。 另一个线缆(图未示)在相反的方向上巻绕巻轴620。通过轴向拉动线缆635中的一个线缆，线缆635使得线缆 巻轴620能够在相对于管610的任一方向上旋转。继续拉动线缆635 中的一个线缆引起线缆635绕着巻轴620解开(unwind)，由此使巻轴620旋转。这也引起另一个线缆635绕着巻轴620巻绕，以致通过拉 动另一个线缆635巻轴620能够在另一个方向上旋转。拉拉扭矩驱动605适用于在患者中部署人工心瓣，这在于 2005年9月15日提交的申请号No.ll/066,126中进行了非常详细地描 述。图11显示了用于把轴725的轴向运动转化成轴710的旋转 运动的装置705。这可以被用于通过把轴向力施加到轴的近端上来把 扭矩传递到轴的远端上。装置705包括带有弯曲槽720的圆柱套管710 和-陂连接到轴725上的销715,该销在槽720中滑动。当把轴向力施 加到轴725上时，被连接到轴上的销715沿着套管710的弯曲槽720 行进，以引起套管710旋转。尽管就当前优选实施例而言已经描述了本发明，但是可以 理解的是并不把本说明书解释为限制性的。在阅读本说明书之后，对 本领域中的那些技术人员而言各种变型和修改无疑将变得显而易见。
权利要求
1. 一种用于传递扭矩的装置，包括结合到一起成伸长构造的多个刚性部段，其中每一个部段都包括包括阳性构造的第一端部；和包括阴性构造的第二端部，所述阴性构造具有与所述阳性构造对应的形状，使得所述阴性构造构造成能够容纳相邻刚性部段的第一端部的阳性构造。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个刚性部段被结合到一起成柔性的伸长构造。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳性构造具有"T"状形状。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳性构造具有泪^朱状形状。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳性构造包括基部和端部，所述端部具有比所述基部大的宽度。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳性构造构造成与所述阴性构造互锁。
7. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳性构造包括基部和端部，并且从所述部段的所述第一端部延伸笫一长度，所述阳性构造具有沿着所述第 一长度的宽度，当从所述基部向所述端部观察时所述宽度不会增加。
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每一个部段都包括沿着所述第一端部的外围定位的多个阳性构造；和沿着所述第二端部的外围定位的多个阴性构造。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述多个刚性部段被结合到一起成柔性的伸长构造。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阳性构造具有"T"状形状。
11. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阳性构造具有泪珠状形状。
12. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阳性构造包 括基部和端部，所述端部具有比所述基部大的宽度。
13. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阳性构造包 括基部和端部，并且从所述部段的所述第一端部延伸第一长度，所述阳性构造具有沿着所述第一长度的宽度，当从所述基部向所述端部观 察时所述宽度不会增加。
14. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述阳性构造构 造成与所述阴性构造互锁。
15. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，至少两个所述部 段的轴向长度不是相同的。
16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，第一部段的轴 向长度是第一长度，并且所述装置包括与所述第一部段相邻的多个部 段，所述相邻部段中的每一个相邻部段的轴向长度都是与所述第一长 度不相等的第二长度。
17. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述多个相邻 部段定位在所述第 一部段的一侧上。
18. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，每一个部段的轴 向长度都是相同的。
19. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述沿着所述第 一端部的外围定位的多个阳性构造形成第 一 图案轮廓，而所迷沿着所 述第二端部的外围定位的多个阴性构造形成第二图案轮廓，所述第一 图案轮廓和所述第二图案轮廓具有大致相同的形状。
20. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第一图案轮廓和所述第二图案轮廓彼此偏移。
21. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第一图案 轮廓和所述第二图案轮廓具有不同的大小。
22. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳性构造是 第一阳性构造，而所述阴性构造是第一阴性构造，每一个部段都包括在所述第一端部上的第二阳性构造，所述第二阳性构造构造成与 所述第一阳性构造不同；和在所述第二端部上的第二阴性构造，所述第二阴性构造构造成与 所述第 一阴性构造不同，所述第二阴性构造具有与所述第二阳性构造 对应的形状，使得所述第二阴性构造构造成能够容纳相邻刚性部段的 第 一端部的所述第二阳性构造。
23. 根据权利要求22所述的装置，.其特征在于，所述多个刚性 部段被结合到一起成柔性的伸长构造。
24. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步 包括具有不带阴性构造的第二端部的部段。
25. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步 包括具有不带阳性构造的第一端部的部段。
26. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述多个部段的 第一部段相对于所述多个部段的相邻第二部段是可枢转的。
27. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第二部段 的阴性构造构造成绕着所述第一部段的阳性构造旋转。
28. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，每一个部段都 包括枢转空间。
29. 根据权利要求28所述的装置，其特征在于，所述枢转空间 相邻于所述阳性构造和^f迷TO^^^^T^^K
30. 根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述阴性构造 是第一阴性构造，所述阳性构造是第一阳性构造，并且所述枢转空间 是第一枢转空间，每一个部段都进一步包括与所述第 一 阳性构造相反定位的、且具有与所述第 一 阳性构造相同构造的第二阳性构造；与所述第 一 阴性构造相反定位的、且具有与所述第 一 阴性构造相同构造的第二阴性构造；和 与所述第 一枢转空间相反定位的、且具有与所述第 一枢转空间相 同构造的第二枢转空间。
31. 根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第一部段 通过铰链结合到所述第二部段上。
32. 根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述铰链是活 动铰链。
33. 根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述阳性构造 构造成在所述阴性构造中滑动。
34. 根据权利要求33所述的装置，其特征在于，每一个部段都 进一步包括枢转空间。
35. 根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述活动铰链 是第一活动铰链，所述阴性构造是第一阴性构造，所述阳性构造是第 一阳性构造，并且所述枢转空间是第一枢转空间，每一个部段都进一 步包括与所述第一活动铰链相反定位的、且具有与所述第一活动铰链相 似构造的第二活动铰链；与所述第 一 阳性构造相反定位的、且具有与所述第 一 阳性构造相 似构造的第二阳性构造；与所述第 一 阴性构造相反定位的、且具有与所述第 一 阴性构造相 似构造的第二阴性构造；和与所述第 一枢转空间相反定位的第二枢转空间。
36. 根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所迷阳性构造 和所述阴性构造中的至少一个定位在所述枢转空间中的至少 一个中。
37. 根据权利要求35所述的装置，其特征在于，每一个阳性构造都是扭矩4A。
38. 根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述阳性构造是扭矩键。
39. 根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述活动铰链由4臬4太i若组成。
40. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个部段包括引导腔。
41. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每一个部段都是大致管状的。
42. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个刚性构件构造成用于医疗使用。
43. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述多个刚性部段是一个连续体。
44. 一种用于传递扭矩的装置，包括包括巻绕部分的内伸长构件，所述巻绕部分具有相对于远端位置在第一方向上巻绕的近端位置；和包括巻绕部分的外伸长构件，所述巻绕部分具有相对于远端位置在与所述第一方向相反的第二方向上巻绕的近端位置，所述外伸长构件结合到所述内伸长构件上。
45. 根据权利要求44所述的装置，其特征在于，所述外伸长构件和所述内伸长构件是共同柔性的。
46. 根据权利要求45所述的装置，其特征在于，所述内伸长构件的所述巻绕部分被偏置以在所述第二方向上解开。
47. 根据权利要求45所述的装置，其特征在于，所述外伸长构件的所述巻绕部分被偏置以在所述第二方向上解开。
48. 根据权利要求45所述的装置，其特征在于，所述内伸长构件的所述巻绕部分纟皮偏置以在所述第二方向上解开，并且所述外伸长构件的所述巻绕部分被偏置以在所述第二方向上解开。
49. 根据权利要求48所述的装置，其特征在于，所述内伸长构件和所述外伸长构件彼此接触。
50. 根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述内伸长构件和所述外伸长构件构造成使得相应的偏置能够易于彼此抵消且能够防止解开。
51. 根据权利要求44所述的装置，其特征在于，所述内伸长构件和所述外伸长构件构造成用于医疗使用。
52. —种医疗装置，包括构造成与假体接合的管状构件；动，所述扭矩驱动构造成配合在患者的脉管系统中。
53. 根据权利要求52所述的医疗装置，其特征在于，所述管状构件是扭矩轴。
54. 根据权利要求53所述的医疗装置，其特征在于，所述医疗装置进一步包括构造成与所述扭矩轴接合的线缆。
55. 根据权利要求54所述的医疗装置，其特征在于，所述扭矩
56. 根据权利要求55所述的医疗装置，其特征在于，所述扭矩轴包括滑轮；和可旋转地结合到所述滑轮上的、且可固定地与所述扭矩轴结合的线枢，所述线枢构造成在封装状态下容纳所述线缆。
全文摘要
一种扭矩轴和其它相关的系统与方法。扭矩轴既是柔性的又能够传递扭矩。扭矩轴适用于需要扭矩和推进性的流程中以驱动或部署装置。扭矩轴的灵活性和推进性使得它们能够沿着曲折的路径弯曲，并且轴的扭矩传输能力使得它们能够沿着轴传递扭矩。
文档编号F16D3/18GK101506538SQ200780031081
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月19日 优先权日2006年6月20日
发明者A·罗斯, B·沃尔什, B·贝基, D·C·福尔斯特, S·赫内维尔德 申请人:奥尔特克斯公司