CN101528111B - 具有多个工作口的可操纵多节设备 - Google Patents

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Abstract

一种可操纵多节设备。该设备包括第一多节机构和第二多节机构。该第一机构限定第一多个槽。该第二机构限定第二多个槽。所述第一和第二多个槽协同来限定沿所述设备的长度的至少两个工作口。所述第一和第二机构中的至少之一是可操纵的。

Description

具有多个工作口的可操纵多节设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年8月14日递交的美国临时专利申请No.60/822,280的优先权益。该申请还要求2006年10月24日递交的美国临时专利申请No.60/862,636的优先权益。 
背景
本申请公开总地并且在各个实施方案中涉及一种具有多个工作口(workingport)的可操纵多节设备(multi-linked device)。 
存在很多种可操纵多节设备，并且这样的设备被用于多种应用中。对于一些应用，期望能够将多个设备(例如摄像机、光纤、外科用工具等等)从可操纵多节设备的第一端传递到该可操纵多节设备的第二端。尽管一些可操纵多节设备限定一从该设备的一端延伸到该设备的另一端的中心通道，但是这样的通道一般被配置为仅允许一个设备在其中通过。 
发明内容
在一个总的方面，该申请公开一种可操纵多节设备。根据各个实施方案，该设备包括第一多节机构和第二多节机构。该第一多节机构限定第一多个槽。该第二多节机构限定第二多个槽。该第一和第二多个槽协作来沿所述设备的长度限定至少两个工作口。所述第一和第二机构中的至少一个是可操纵的。 
附图说明
在本文中结合附图以实施例的方式描述了本发明的各个实施方案。 
图1A和1B图示可操纵多节设备的各个实施方案； 
图2图示图1的设备的第一机构(mechanism)的各个实施方案； 
图3A-3C图示图2的第一机构的第一节(link)的各个实施方案； 
图4A-4C图示图2的第一机构的中间节的各个实施方案； 
图5A-5C图示图2的第一机构的第二节的各个实施方案； 
图6图示图1的设备的第二机构的各个实施方案； 
图7A-7C图示图6的第二机构的第一节的各个实施方案； 
图8A-8C图示图6的第二机构的中间节的各个实施方案； 
图9A-9C图示图6的第二机构的第二节的各个实施方案； 
图10图示图1的设备的动作序列(motion sequence)的各个实施方案；以及 
图11图示可操纵多节设备穿越(traverse)具有紧凑曲率的路径的各个实施方案。 
具体实施方式
应该理解，本发明的至少一些附图和描述已经被简化为关注于与清楚理解本发明相关的部件，而出于清楚的目的去除了本领域技术普通人员将意识到也可以构成本发明一部分的其他部件。然而，因为这些部件在本领域是公知的，并且因为它们并非必定有助于对本发明的更好理解，所以在本文中并未提供对这样的部件的描述。 
图1A和1B图示可操纵多节设备10的各个实施方案。使用在这里，术语“可操纵(steerable)”意指设备10的一端可以相对于设备10的另一部分在多个方向(例如上、下、左、右等)上被引导。设备10的各个实施方案可以被用于医疗过程(例如微创过程(minimally invasive procedures))、用于监控应用、用于检查应用、用于搜救应用等等。仅仅出于清楚的目的，在本文下面将在其应用于医疗过程的情境下描述设备10的使用。然而，本领域技术人员将意识到设备10可以被用于各种不同的应用。 
设备10包括第一机构12和第二机构14。根据各个实施方案，第二机构14被构造和设置为如图1B所示那样接纳并且包围第一机构12。对于这样的实施方案，第一机构12可以被视为内部机构或者核心机构(core mechanism)，而第二机构14可以被视为外部机构或者套管机构(sleeve mechanism)。根据其他实施方案，第一和第二机构12、14可以被构造和设置为具有除同心关系之外的关系。例如，本领域技术人员将意识到，根据各个实施方案，第一和第二机构12、14可以构造和设置为以并排(side by side)设备进行工作，其中第一机构12邻近于第二机构14进行工作。如本文下面更详细地描述的，第一机构12可以以刚性模式或者柔性模式进行工作，第二机构14可以以刚性模式或者柔性模式进行工作，并且第一和第二机构12、14可以独立于彼此而进行工作。 
使用在这里，术语“柔性(1imp)”意指高度挠性的。因此，当第一或第二机构12、14处于柔性模式时，该柔性机构要么呈(assume)其包围物的形状要么可以被重新构型。应该注意，使用在这里，术语“柔性”不代表依赖于重力以及其环境的形状而被动地呈特定构造的结构。相反，当第一或第二机构12、14处于柔性模式时，该柔性机构能够呈设备10的操作者所期望的位置和构造，并且因此是活节的(articulated)且受控的，而不是松弛和被动的。 
第一机构12和第二机构14两者可以为可操纵的机构。因此，将意识到设备10可以被用于通行于(navigate)管道或囊腔的空间(luminal space)以第二部分42具有一般为圆柱形的外部。第二部分42在其接触第一部分40的地方具有圆柱形的外部，并且朝向第一节28的第二端36逐渐变细。第二部分42可以被构形为在第一节28的第二端36处一般为部分半球(segmented hemisphere)形式。根据各个实施方案，第二部分42的直径在其接触第一部分40处为大约4.75毫米数量级。 
示设备10的第一机构12的各个实施方案。第一机构12是多节机构，并且包括第一端24和第二端26。第一端24可以被视为近端而第二端26可以被视为远端。第一机构12包括第一节28、第二节30，以及在第一和第二节28、30之间的任何数量的中间节32。第一节28可以被视为近端节，而第二节30可以被视为远端节。 
图3A-3C图示第一机构12的第一节28(内部近端节)的各个实施方案。第一节28包括第一端34和第二端36，并且限定如图3B所示的通过第一端34中心和第二端36中心的纵轴38。第一节28可以由任何适当的材料制成。根据各个实施方案，第一节28由诸如G10/FR4 
Figure G200780030338XD00031
的纤维增强材料制成。第一节28具有一般为圆柱形的外部，并且在本文下面更详细地被描述。 
第一节28包括第一部分(portion)40和第二部分42。第一部分40可以被视为近端部分，而第二部分42可以被视为远端部分。第一部分40可以被制造为与第二部分42一体。第一部分40具有圆柱形的外部，并且从第一节28的第一端34向第一节28的第二端36延伸。根据各个实施方案，第一部分40的直径为大约6.35毫米数量级。 
第二部分42具有一般为圆柱形的外部。第二部分42在其接触第一部分40的地方具有圆柱形的外部，并且朝向第一节28的第二端36逐渐变细。第二部分42可以被构形为在第一节28的第二端36处一般为部分半球(segmented hemisphere)形式。根据各个实施方案，第二部分42的直径在其接触第一部分40处为大约4.75毫米数量级。 
第二部分42包括第一表面44。第一表面44可以被视为第二部分42的外表面。第二部分42限定沿第一表面44平行于纵轴38的第一槽46、沿第一表面44平行于纵轴38的第二槽48，以及沿第一表面44平行于纵轴38的第三槽50。所述第一、第二和第三槽46、48、50中的每一槽均沿第一表面44向第一节28的第二端36延伸。所述第一、第二和第三槽46、48、50可以为半管形的形状，并且可以如图3C所示的那样关于第一节28的第二部分42的第一表面44均匀间隔。根据各个实施方案，所述第一、第二和第三槽46、48、50可以被配置为部分圆柱体(segmented cylinder)的形状。每个槽46、48、50的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，第一和第二槽46、48可以被配置为具有大约1.25毫米数量级直径的圆柱体的部分(segment)，而第三槽50可以被配置为具有大约2.50毫米数量级直径的圆柱体的部分。第一节28的长度可以为大约65毫米数量级。然而，本领域技术人员将意识到，第一节28的长度可以基于应用而改变。 
第一节28还限定如图3B所示沿纵轴38从第一端34延伸到第二端36的通道52。该通道52具有足以允许第四线缆22通过的尺寸。根据各个实施方案，通道52一般被配置为复合的形状，该复合形状包括从第一端34向第二端36延伸的第一圆柱体54和从第一圆柱体54向第二端36延伸的第二圆柱体56的组合。第一圆柱体54的直径大于第二圆柱体56的直径。例如，根据各个实施方案，第一圆柱体54具有为大约3.20毫米数量级的直径，而第二圆柱体56具有为大约1.50毫米数量级的直径。 
图4A-4C图示第一机构12的中间节32(内部中间节)之一的各个实施方案。中间节32是其他中间节32的代表。中间节32包括第一端58和第二端60，并且限定如图4B所示通过第一端58中心和第二端60中心的纵轴62。中间节32可以由任何适当的材料制成。根据各个实施方案，中间节32由诸如G10/FR4 
Figure G200780030338XD00041
的纤维增强材料制成。中间节32具有一般为子弹形的外部，并且在本文下面更详细地被描述。 
中间节32包括第一部分64和第二部分66。第一部分64可以被视为近端部分，而第二部分66可以被视为远端部分。第一部分64可以被制造为与第二部分66为一体。第一部分64具有一般为圆柱形的外部，并且从中间节32的第一端58向中间节32的第二端60延伸。根据各个实施方案，第二部分66在其接触第一部分64的地方具有一般为圆柱形的外部，并且朝向中间节32的第二端60逐渐变细。第二部分66的外部被配置为一般为部分半球形式。根据各个实施方案，中间节32在其第一端58的直径为大约4.75毫米数量级。中间节32的长度可以为大约5.85毫米数量级。然而，本领域技术人员将意识到中间节32的长度可以基于应用而改变。 
中间节32还包括从中间节32的第一端58延伸到中间节32的第二端60的第一表面68。该第一表面68可以被视为中间节32的外表面。中间节32还限定沿第一表面68平行于纵轴62的第一槽70、沿第一表面68平行于纵轴62的第二槽72，以及沿第一表面68平行于纵轴62的第三槽74。所述第一、第二和第三槽70、72、74中的每一槽均沿第一表面68从中间节32的第一端58向中间节32的第二端60延伸。所述第一、第二和第三槽70、72、74可以为半管形的形状，并且可以如图4C所示的那样关于中间节32的第一表面68均匀间隔。根据各个实施方案，所述第一、第二和第三槽70、72、74可以被配置为部分圆柱体的形状。每个槽70、72、74的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，第一和第二槽70、72可以在中间节32的第一端58被配置为具有大约1.75毫米数量级直径的圆柱体的部分，而第三槽74可以在中间节32的第一端58被配置为具有大约2.50毫米数量级直径的圆柱体的部分。第一、第二和第三槽70、72、74的每一个可以被配置为接纳并且部分地包围任何各种从多节设备10的第一端24传递到多节设备10的第二端26的工具和器具(例如切除工具)。 
中间节32还限定如图4B所示沿纵轴62从第一端58延伸到第二端60的通道76。该通道76具有足以允许第四线缆22通过的尺寸。根据各个实施方案，通道76一般被配置为复合的形状，该复合形状包括从第一端58向第二端60延伸的第一部分半球78、从第一部分半球78向第二端60延伸的第二部分半球80、从第二部分半球80向第二端60 延伸的圆柱体82，以及从圆柱体82向中间节32的第二端60延伸的第三部分半球84的组合。根据各个实施方案，第一部分半球78表示具有大约4.75毫米数量级的直径的球的一部分，第二部分半球80表示具有大约2.25毫米数量级的直径的球的一部分，圆柱体82具有为大约1.0毫米数量级的直径，而第三部分半球84表示具有大约2.25毫米数量级的直径的球的一部分。 
通道76的第一部分半球78被配置为在第一节28耦合到中间节32时接纳第一节28的第二端36。类似地，对于给定中间节32，通道76的第一部分半球78被配置为在其他中间节32耦合到该给定中间节32时接纳其他节32的第二端60。当一个中间节32相对于耦合到其的邻近中间节32移动时，第三部分半球84可以起到减少对第四线缆22的夹挤(pinching)或约束(binding)的作用。类似地，当第二节30耦合到给定中间节32时，该第三部分半球84可以起到减少在第二节30相对于该给定中间节32移动时对第四线缆22的夹挤或约束的作用。 
以上面描述的结构，可以通过使第一节28的第二端36就位于(seat)中间节32的通道76的第一部分半球78中来将第一节28耦合到中间节32。因为第一节28的第二端36的凸出构造一般对应于中间节32的通道76的第一部分半球78的凹入构造，因此第一节28可以耦合到中间节32，使得第一节28的纵轴38以及第一、第二和第三槽46、48、50分别与中间节32的纵轴62以及第一、第二和第三槽70、72、74对准。中间节32可以相对于第一节28移动，使得中间节32的纵轴62不与第一节28的纵轴38对准。根据各个实施方案，第一节28和中间节32的构造允许中间节32相对于耦合到其的第一节28移动，使得第一节28的纵轴38和中间节32的纵轴62彼此不对准达大约25°。类似地，通过使中间节32的第二端60就位于另一中间节32的通道76的第一部分半球78中，一个中间节32可以耦合到另一个中间节32并且以此类推。因为中间节32的第二端60的凸出构造一般对应于中间节32的通道76的第一部分半球78的凹入构造，因此所述多个中间节32可以耦合，使得所述多个中间节32的分别的纵轴62以及分别的第一、第二和第三槽46、48、50对准。该耦合的多个中间节32可以相对于彼此移动，使得耦合的多个中间节32分别的纵轴62不对准。根据各个实施方案，耦合的多个中间节32的构造允许一个中间节32相对于耦合到其的邻近中间节32移动，使得分别的纵轴62彼此不对准达大约25°。 
图5A-5C图示第一机构12的第二节30(内部远端节)的各个实施方案。第二节30包括第一端86和第二端88，并且限定如图5B所示的通过第一端86中心和第二端88中心的纵轴90。第二节30可以由任何适当的材料制成。根据各个实施方案，第二节30由诸如 
Figure G200780030338XD00051
的热塑性材料制成。 
第二节30包括第一部分92和第二部分94。第一部分92可以被视为近端部分，而第二部分94可以被视为远端部分。第一部分92可以被制造为与第二部分94为一体。第一部分92具有一般为圆柱形的外部，并且从第二节30的第一端86向第二节30的第二 端88延伸。根据各个实施方案，第二部分94在其接触第一部分92的地方具有一般为圆柱形的外部，并且朝向第二节30的第二端88逐渐变细。第二部分64的外部被配置为一般为部分锥体(segmented cone)的形式。根据各个实施方案，第二节30的直径在其第一端86为大约4.75毫米数量级，并且第二部分94的锥度为相对于第一部分92的外部呈大约30°的角度。第二节30的长度可以为大约5.90毫米数量级。然而，本领域技术人员将意识到，第二节30的长度可以基于应用而改变。 
第二节30还包括从第二节30的第一端86延伸到第二节30的第二端88的第一表面96。该第一表面96可以被视为第二节30的外表面。第二节30还限定沿第一表面96平行于纵轴90的第一槽98、沿第一表面96平行于纵轴90的第二槽100，以及沿第一表面96平行于纵轴90的第三槽102。所述第一、第二和第三槽98、100、102中的每一槽均沿第一表面96从第二节30的第一端86向第二节30的第二端88延伸。所述第一、第二和第三槽98、100、102可以为半管形的形状，并且可以如图5C所示的那样关于第二节30的第一表面96均匀间隔。根据各个实施方案，所述第一、第二和第三槽98、100、102可以被配置为部分圆柱体的形状。每个槽98、100、102的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，第一和第二槽98、100可以在第二节30的第一端86被配置为具有大约1.25毫米数量级直径的圆柱体的部分，而第三槽102可以在第二节30的第一端86被配置为具有大约2.50毫米数量级直径的圆柱体的部分。第一、第二和第三槽98、100、102的每一个可以被配置为接纳并且部分地包围任何各种从多节设备10的第一端24传递到多节设备10的第二端26的工具和器具(例如切除工具)。 
第二节30还限定如图5B所示沿纵轴90从第一端86延伸到第二端88的通道104。该通道104具有足以允许第四线缆22通过的尺寸。根据各个实施方案，通道104一般被配置为复合的形状，该复合形状包括从第一端86向第二端88延伸的第一部分半球106、从第一部分半球106向第二端88延伸的第二部分半球108以及从第二部分半球108向第二节30的第二端88延伸的圆柱体110的组合。根据各个实施方案，第一部分半球106表示具有大约4.75毫米数量级的直径的球的一部分，第二部分半球108表示具有大约2.50毫米数量级的直径的球的一部分，而圆柱体110具有为大约1.0毫米数量级的直径。通道104的第一部分半球106被配置为在中间节32耦合到第二节30时接纳中间节32的第二端60。 
以上面描述的结构，可以通过使中间节32的第二端36就位于第二节30的通道104的第一部分半球106中来将中间节32耦合到第二节30。因为中间节32的第二端60的凸出构造一般对应于第二节30的通道104的第一部分半球106的凹入构造，因此中间节32可以耦合到第二节30，使得中间节32的纵轴62以及第一、第二和第三槽70、72、74分别与第二节30的纵轴90以及第一、第二和第三槽98、100、102对准。第二节30可以相对于耦合到其的中间节32移动，使得分别的纵轴62、90不对准。根据各个实施方案，第二节30的构造允许耦合到其的中间节32相对于第二节30移动，使得分别的纵轴62、90彼此不对准达大约25°。 
图6图示设备10的第二机构14的各个实施方案。第二机构14是多节机构，并且包括第一端120和第二端122。第一端120可以被视为近端而第二端122可以被视为远端。第二机构14包括第一节124、第二节126，以及在第一和第二节124、126之间的任何数量的中间节128。第一节124可以被视为近端节，而第二节126可以被视为远端节。 
图7A-7C图示第二机构14的第一节124(外部近端节)的各个实施方案。第一节124包括第一端130和第二端132，并且限定如图7B所示的通过第一端130中心和第二端132中心的纵轴134。第一节124可以由任何适当的材料制成。根据各个实施方案，第一节124由诸如316不锈钢的不锈钢材料制成。第一节124具有一般为子弹形的外部，并且在本文下面更详细地被描述。 
第一节124包括第一部分136和第二部分138。第一部分136可以被视为近端部分，而第二部分138可以被视为远端部分。第一部分136可以被制造为与第二部分138为一体。第一部分136具有圆柱形的外部，并且从第一节124的第一端130向第一节124的第二端132延伸。根据各个实施方案，第一部分136的直径为大约12.70毫米数量级。 
第二部分138具有一般为圆柱形的外部。第二部分138在其接触第一部分136的地方具有圆柱形的外部，并且朝向第一节124的第二端132逐渐变细。第二部分138可以被构形为在第一节124的第二端132处一般为部分半球形式。根据各个实施方案，第二部分138的直径在其接触第一部分136处为大约9.50毫米数量级。 
第二部分138包括第一表面140。第一表面140可以被视为第二部分138的外表面。第二部分138限定沿第一表面140的第一槽142、沿第一表面140的第二槽144，以及沿第一表面140的第三槽146。所述第一、第二和第三槽142、144、146中的每一槽均相对于纵轴134倾斜，并且沿第一表面140向第一节124的第二端132延伸。根据各个实施方案，所述第一、第二和第三槽142、144、146的每一个取向为相对于纵轴134呈大约15°数量级的角度。如图7C所示，第一、第二和第三槽142、144、146可以关于第一节124的第一表面140均匀间隔。根据各个实施方案，所述第一、第二和第三槽142、144、146可以被配置为部分圆柱体的形状。每个槽142、144、146的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，每个槽142、144、146可以被配置为具有大约3.0毫米数量级直径的分别的圆柱体的部分。第一、第二和第三槽142、144、146的每一个被配置为便利将各种工具或器具(例如切除工具)引入到多节设备10中。第一节124的长度可以为大约18.5毫米数量级。然而，本领域技术人员将意识到，第一节124的长度可以基于应用而改变。 
第一节124还限定如图7B所示沿纵轴134从第一端130延伸到第二端132的通道148。该通道148具有足以允许第一机构12通过的尺寸。根据各个实施方案，通道148一般被配置为复合的形状，该复合形状包括从第一端130向第二端132延伸的部分锥 体150和从部分锥体150向第一节124第二端132延伸的圆柱体152的组合。根据各个实施方案，部分锥体150在第一节124的第一端130具有为大约7.0毫米数量级的直径，并且以相对于纵轴134为大约45°数量级的角度逐渐变细。圆柱体152具有为大约5.50毫米数量级的直径。 
第一节124还限定第一通孔(through-hole)154、第二通孔156和第三通孔158(参见图7C)。第一通孔154基本上平行于纵轴134，从第一部分136向第二端132延伸，并且被设置在通道148和第一表面140之间。第二通孔156基本上平行于纵轴134，从第一部分136向第二端132延伸，并且被设置在通道148和第一表面140之间。第三通孔158基本上平行于纵轴134，从第一部分136向第二端132延伸，并且被设置在通道148和第一表面140之间。该第一、第二和第三通孔154、156、158一般为圆柱形的形状。根据各个实施方案，如图7C中所示，通孔154、156、158与彼此均匀间隔。每个通孔154、156、158的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，与通孔154、156、158相关联的分别的直径每一个可以为大约1.20毫米数量级。第一通孔154被配置为接纳并且包围第一线缆16。第二通孔156被配置为接纳并且包围第二线缆18。第三通孔158被配置为接纳并且包围第三线缆20。第一、第二和第三通孔154、156、158可以充当用于该第一、第二和第三线缆16、18、20移动的引导路径(guidepath)。 
图8A-8C图示第二机构14的中间节128(外部中间节)之一的各个实施方案。中间节128是其他中间节128的代表。中间节128包括第一端160和第二端162，并且限定如图8B所示通过第一端160中心和第二端162中心的纵轴164。中间节128可以由任何适当的材料制成。根据各个实施方案，中间节128由诸如聚砜(polysulfone)的聚合物热塑性材料制成。中间节128具有一般为子弹形的外部，并且在本文下面更详细地被描述。 
中间节128包括第一部分166和第二部分168。第一部分166可以被视为近端部分，而第二部分168可以被视为远端部分。第一部分166可以被制造为与第二部分168为一体。第一部分166具有一般为圆柱形的外部，并且从中间节128的第一端160向中间节128的第二端162延伸。根据各个实施方案，第二部分168在其接触第一部分166的地方具有一般为圆柱形的外部，并且朝向中间节128的第二端162逐渐变细。第二部分168的外部被配置为一般为部分半球形式。根据各个实施方案，中间节128在其第一端160的直径为大约9.65毫米数量级。中间节128的长度可以为大约8.40毫米数量级。然而，本领域技术人员将意识到中间节128的长度可以基于应用而改变。 
中间节128还包括从中间节128的第一端160延伸到中间节128的第二端162的第一表面170，以及从中间节128的第一端160延伸到中间节128的第二端162的第二表面170。该第一表面170可以被视为中间节128的外表面，而该第二表面172可以被视为中间节128的内表面。中间节32还限定沿第二表面172基本上平行于纵轴164的第一槽174、沿第二表面172平行于纵轴164的第二槽176，以及沿第二表面172平行于纵轴164的第三槽178。所述第一、第二和第三槽174、176、178中的每一槽均沿第二表面172 向中间节128的第二端162延伸。所述第一、第二和第三槽174、176、178可以为半管形的形状，并且可以如图8C所示的那样关于中间节128的第二表面172均匀间隔。根据各个实施方案，所述第一、第二和第三槽174、176、178可以被配置为部分圆柱体的形状。每个槽174、176、178的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，第一和第二槽174、176可以在中间节128的第一端160被配置为具有大约1.75毫米数量级直径的圆柱体的部分，而第三槽178可以在中间节128的第一端160被配置为具有大约2.50毫米数量级直径的圆柱体的部分。第一、第二和第三槽174、176、178的每一个可以被配置为接纳并且部分地包围任何各种从多节设备10的第一端24传递到多节设备10的第二端26的工具和器具(例如切除工具)。 
中间节128还限定如图8B所示沿纵轴164从第一端160延伸到第二端162的通道180。该通道180具有足以允许第一机构12通过的尺寸。根据各个实施方案，通道180一般被配置为复合的形状，该复合形状包括从第一端160向第二端162延伸的部分半球182、从部分半球182向第二端162延伸的第一部分锥体184、从第一部分锥体184向第二端162延伸的圆柱体186，以及从圆柱体186向中间节128的第二端162延伸的第二部分锥体188的组合。根据各个实施方案，部分半球182表示具有大约9.65毫米数量级的直径的球的一部分，第一部分锥体184以相对于纵轴164为大约15°数量级的角度逐渐变细，圆柱体186具有为大约5.50毫米数量级的直径，而第二部分锥体188以相对于纵轴164为大约15°数量级的角度逐渐变细。通道180的部分半球182被配置为在第一节124耦合到中间节128时接纳第一节124的第二端132。类似地，对于给定中间节128，通道180的部分半球182被配置为在其他中间节128耦合到该给定中间节128时接纳其他节128的第二端162。 
中间节128还限定第一通孔190、第二通孔192和第三通孔194(参见图8C)。第一通孔190基本上平行于纵轴164，从第一部分166向第二端162延伸，并且被设置在通道180和第一表面170之间。第二通孔192基本上平行于纵轴164，从第一部分166向第二端162延伸，并且被设置在通道180和第一表面170之间。第三通孔194基本上平行于纵轴164，从第一部分166向第二端162延伸，并且被设置在通道180和第一表面170之间。该第一、第二和第三通孔190、192、194一般为圆柱形的形状。根据各个实施方案，通孔190、192、194与彼此均匀间隔。每个通孔190、192、194的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，与通孔190、192、194相关联的分别的直径每一个可以为大约1.25毫米数量级。第一通孔190被配置为接纳并且包围第一线缆16。第二通孔192被配置为接纳并且包围第二线缆18。第三通孔194被配置为接纳并且包围第三线缆20。第一、第二和第三通孔190、192、194可以充当用于该第一、第二和第三线缆16、18、20移动的引导路径。 
如图8C所示，中间节128还在其第二端162限定第一、第二和第三凹口(indent)196、198、200，所述第一、第二和第三凹口196、198、200部分是产生自与第二部分168相关联的逐渐变细部分以及第一、第二和第三槽174、176、178的构造和取向的组合。该 第一、第二和第三凹口196、198、200可以如图8C所示那样关于中间节128的第二端162均匀间隔。当第二机构14的一个中间节128相对于耦合到其的另一个中间节128移动时，该第一、第二和第三凹口196、198、200可以起到减少对各种工具或器具(例如切除工具)的夹挤或约束的作用。 
中间节128还在其第二端162限定第四、第五和第六凹口202、204、206，所述第四、第五和第六凹口202、204、206部分是产生自与第二部分168相关联的逐渐变细部分以及第一、第二和第三通孔190、192、194的构造和取向的组合。该第四、第五和第六凹口202、204、206可以如图8C所示那样关于中间节128的第二端162均匀间隔，并且可以与第一、第二和第三凹口196、198、200均匀间隔。当第二机构14的一个中间节128相对于耦合到其的另一个中间节128移动时，该第四、第五和第六凹口202、204、206可以起到减少对第一、第二和第三线缆16、18、20的夹挤或约束的作用。 
根据各个实施方案，中间节128还可以限定从第二表面172或者从槽174、176、178之一向中间节128的第一表面170延伸的开口(未示出)。中间节128可以具有任何数量的这种开口，并且任何数量的中间节128可以具有这种开口。该开口可以用作供可以从多节设备10的第一端24传递到多节设备10的第二端26的工具或器具使用的出口点(exit point)。对于这样的实施方案，分别的中间节128可以设置为紧接第二机构14的第二节126。该开口可以取向为相对于中间节128的纵轴134呈任何角度。当第一机构12从第二机构14移出并且相对大的工具或器具从第二机构14的第一端120向第二机构14的第二端122推进时，可能不存在足够供第二工具或器具(例如光纤线缆)通过第二机构14的第二端122的空间。对于这样的情况，该第二工具或器具可以通过中间节128之一的开口出来。 
以上面描述的结构，可以通过使第一节124的第二端132就位于中间节128的通道180的部分半球182中来将第一节124耦合到中间节128。因为第一节124的第二端132的凸出构造一般对应于中间节128的通道180的部分半球182的凹入构造，因此第一节124可以耦合到中间节128，使得第一节124的纵轴134，第一、第二和第三槽142、144、146以及第一、第二和第三通孔154、156、158分别与中间节128的纵轴164，第一、第二和第三槽174、176、178以及第一、第二和第三通孔190、192、194对准。中间节128可以相对于第一节124移动，使得中间节128的纵轴164不与第一节124的纵轴134对准。根据各个实施方案，第一节124和中间节128的构造允许中间节128相对于耦合到其的第一节124移动，使得第一节124的纵轴134和中间节128的纵轴164彼此不对准达大约10°。类似地，通过使中间节128的第二端162就位于另一中间节128的通道180的部分半球182中，一个中间节128可以耦合到另一个中间节128并且以此类推。因为中间节128的第二端162的凸出构造一般对应于中间节128的通道180的部分半球182的凹入构造，因此所述多个中间节128可以耦合，使得使所述多个中间节128的分别的纵轴164，分别的第一、第二和第三槽174、176、178以及分别的第一、第二和第三通孔190、192、194对准。该耦合的多个中间节128可以相对于彼此移动，使得耦合的多个中间节128分别的纵轴164 不对准。根据各个实施方案，耦合的多个中间节128的构造允许一个中间节128相对于耦合到其的另一中间节128移动，使得分别的纵轴164彼此不对准达大约10°。 
图9A-9D图示第二机构14的第二节126(外部远端节)的各个实施方案。第二节126包括第一端208和第二端210，并且限定如图9C所示的通过第一端208中心和第二端210中心的纵轴212。第二节126可以由任何适当的材料制成。根据各个实施方案，第二节126由诸如 
Figure G200780030338XD00111
的热塑性材料制成。 
第二节126包括第一部分214和第二部分216。第一部分214可以被视为近端部分，而第二部分216可以被视为远端部分。第一部分214可以被制造为与第二部分216为一体。第一部分214具有一般为圆柱形的外部，并且从第二节126的第一端208向第二节126的第二端210延伸。根据各个实施方案，第一部分214的直径为大约4.80毫米数量级。 
根据各个实施方案，第二部分216在其接触第一部分214的地方具有一般为圆柱形的外部，并且朝向第二节126的第二端210逐渐变细。第二部分216的外部被配置为一般为部分锥体的形式。根据各个实施方案，第二部分216的外部从第一部分214向第二节126的第二端210以相对于第一部分214的外部呈大约20°数量级的角度逐渐变细。第二节126的长度可以为大约15毫米数量级。然而，本领域技术人员将意识到，第二节126的长度可以基于应用而改变。 
第二节126还包括从第二节126的第一端208延伸到第二节126的第二端210的第一表面218，以及从第二节126的第一端208朝第二节126的第二端210延伸的第二表面220。该第一表面218可以被视为第二节126的外表面，而该第二表面220可以被视为第二节126的内表面。 
第二节126还限定第一口222、第二口224和第三口226(参见图9B)。第一口222从第二表面220延伸到第一表面218，并且基本上平行于纵轴212。第二口224从第二表面220延伸到第一表面218，并且基本上平行于纵轴212。第三口226从第二表面220延伸到第一表面218，并且基本上平行于纵轴212。所述第一、第二和第三口222、224、226可以为圆柱形的形状，并且可以如图9D所示的那样关于第二节126的纵轴212均匀间隔。每个口222、224、226的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，第一和第二口222、224可以被配置为具有大约1.50毫米数量级直径的圆柱体，而第三口226可以被配置为具有大约2.50毫米数量级直径的圆柱体。第一、第二和第三口222、224、226的每一个可以被配置为接纳并且包围任何各种从多节设备10的第一端24传递到多节设备10的第二端26的工具和器具(例如切除工具)。 
第二节126还限定第一通孔228、第二通孔230和第三通孔232(参见图9B)。第一通孔228从第二表面220延伸到第一表面218，并且基本上平行于纵轴212。第二通 孔230从第二表面220延伸到第一表面218，并且基本上平行于纵轴212。第三通孔232从第二表面220延伸到第一表面218，并且基本上平行于纵轴212。该第一、第二和第三通孔228、230、232一般为圆柱形的形状。根据各个实施方案，通孔228、230、232如图9D所示那样与彼此均匀间隔。每个通孔228、230、232的尺寸可以彼此相等，或者可以彼此不同。例如，根据各个实施方案，与通孔228、230、232相关联的分别的直径每一个可以为大约1.25毫米数量级。第一通孔228被配置为接纳并且包围第一线缆16。第二通孔230被配置为接纳并且包围第二线缆18。第三通孔232被配置为接纳并且包围第三线缆20。 
第二节126还限定如图9C所示沿纵轴212从第一端208延伸到第二端210的凹入部(recess)234。根据各个实施方案，凹入部234一般被配置为复合的形状，该复合形状包括从第一端208向第二端210延伸的第一部分半球236和从第一部分半球236向第二节126的第二端210延伸的第二部分半球238的组合。根据各个实施方案，第一部分半球236表示具有大约9.50毫米数量级的直径的球的一部分，而第二部分半球238表示具有大约7.0毫米数量级的直径的球的一部分。凹入部234的第一部分半球236被配置为在中间节128耦合到第二节126时接纳中间节128的第二端162。 
以上面描述的结构，可以通过使中间节128的第二端132就位于第二节126的凹入部234的第一部分半球236中来将中间节128耦合到第二节126。因为中间节128的第二端162的凸出构造一般对应于第二节126的凹入部234的第一部分半球236的凹入构造，因此中间节128可以耦合到第二节126，使得中间节128的纵轴164，第一、第二和第三槽174、176、178，以及第一、第二和第三通孔190、192、194分别与第二节126的纵轴212，第一、第二和第三口222、224、226，以及第一、第二和第三通孔228、230、232对准。第二节126可以相对于耦合到其的中间节128移动，使得分别的纵轴164、212不对准。根据各个实施方案，第二节126的构造允许耦合到其的中间节128相对于第二节126移动，使得分别的纵轴164、212彼此不对准达大约10°。 
当第一机构12插入到第二机构14中时，第一机构12的中间节32的第一、第二和第三槽70、72、74可以基本上与第二机构14的中间节128的第一、第二和第三槽174、176、178对准，并且第一机构12的第二节30的第一、第二和第三槽98、100、102可以基本上与第二机构14的第二节126的第一、第二和第三口222、224、226对准。与第二机构14的多个中间节128的多个第一槽174对准的第一机构12的多个中间节32的多个第一槽70的组合允许分别的第一槽70、174集体充当基本上与第二机构14的第二节126的第一口222对准的第一工作口。使用在这里，术语“工作口”意指这样的通路(passageway)，设备(例如摄像机、光纤、切除工具、外科用器具等)可以通过该通路。第一槽70可以被视为第一工作口的内部部分，而第一槽174可以被视为第一工作口的外部部分。 
类似地，与第二机构14的多个中间节128的多个第二槽176对准的第一机构 12的多个中间节32的多个第二槽72的组合允许分别的第二槽72、176集体充当基本上与第二机构14的第二节126的第二口224对准的第二工作口，而与第二机构14的多个中间节128的多个第三槽178对准的第一机构12的多个中间节32的多个第三槽74的组合允许分别的第二槽74、178集体充当基本上与第二机构14的第二节126的第三口226对准的第三工作口。第二槽72可以被视为第二工作口的内部部分，而第二槽176可以被视为第二工作口的外部部分。第三槽74可以被视为第三工作口的内部部分，而第三槽178可以被视为第三工作口的外部部分。该第一、第二和第三工作口可以被用来使各种工具或器具(例如切除工具)从多节设备10的第一端24传递到多节设备10的第二端26。对于本文上面描述的示例性尺寸，第三工作口大于第一和第二工作口。因此，第三工作口可以被用来传送对于由第一或第二工作口传送来说太大的特定工具或器具。 
当分别的中间节32、128的分别的槽70、72、74、174、176、178对准并且集体包围各种工具和器具时，槽70、72、74、174、176、178与工具和器具的组合可以起到限制或者防止第一机构12相对于第二机构14旋转的作用。 
由于第二机构14的中间节128的通道180的直径大于第一机构12的任何部分的直径，所以当第一机构12被第二机构14接纳(参见图1B)时，在第一机构12和第二机构14之间存在着三维空间240。根据各个实施方案，空间240可以被用来将线路(wiring)、工具、器具等等从多节设备10的第一端24传送到多节设备10的第二端26。 
该第一、第二和第三线缆16、18、20可以由任何适当的材料制成。例如，根据各个实施方案，线缆16、18、20可以由诸如 
Figure G200780030338XD00131
的聚乙烯纤维线缆制成。线缆16、18、20可以被用来控制多节设备10的运动。例如，通过向每根线缆16、18、20施加基本上相等的张力，第一机构12和/或第二机构14可以在这样的方向上被操纵，使得每个节28、30、32、124、126、128的分别的纵轴38、62、90、134、164、212全都对准。通过向线缆16、18、20中的一条或更多条施加不同的张力，第一机构12和/或第二机构14可以在这样的方向上被操纵，使得每个节28、30、32、124、126、128的分别的纵轴38、62、90、134、164、212并非全都对准。线缆16、18、20还可以被用来控制第二机构14的相对状态。例如，当向线缆16、18、20施加均匀的张力时，第二机构14被置于“刚性”状态，而当从线缆16、18、20移除张力时，第二机构14被置于“柔性”状态。根据各个实施方案，线缆16、18、20可以在第二机构14的第一节124的第一端130例如通过分别的止索结(stopper knot)附接到分别的滑轮(pully)(未示出)。线缆16、18、20可以例如通过分别的止索结附接到第二机构14的第二节126的第二端132。本领域技术人员将意识到，根据其他实施方案，可以通过使第一和/或第二机构12、14经受扭力或者通过本领域已知的任何其他方式达到“刚性”和“柔性”状态。 
第四线缆22可以由任何适当的材料制成。例如，根据各个实施方案，线缆22可以由诸如 
Figure G200780030338XD00132
的聚乙烯纤维线缆制成。第四线缆22可以被用来控制第一机构12的相对状态。例如，当拉紧第四线缆22时，第一机构12被置于“刚性”状态，而当放松第 四线缆22时，第一机构12被置于“柔性”状态。根据各个实施方案，第四线缆22可以在第一机构12的第一节28的第一端34例如通过止索结附接到滑轮(未示出)。第四线缆22可以例如通过止索结附接到第一机构12的第二节30的第二端88。 
图10图示可操纵多节设备10的动作序列的各个实施方案。如图10的步骤“a”中所示，在该序列的起始，第二机构14包围第一机构12，第一机构12的节28、30、32的纵轴38、62、90基本上与第二机构的节124、126、128的分别的纵轴134、164、212对准，并且第一机构12的第二端26处于与第二机构14的第二端122基本上相同的位置。第四线缆被拉紧，由此将第一机构置于刚性模式。线缆16、18、20未被拉紧，由此将第二机构14置于柔性模式。 
如图10的步骤“b”中所示，第二机构14随后被推进，从而第二节126被设置到在第一机构12的第二端24前大约一个节处。线缆16、18、20可以被用来使第二节126取向为一特定朝向，在此朝向第一节124的纵轴134不再与第二机构14的中间节128的纵轴164或者第一机构12的第二节30的纵轴90对准。在第二节126处于期望的位置和朝向时，以等同的力拉动线缆16、18、20，以便将第二机构14置于刚性模式，由此保持第二机构14的位置和朝向。 
随后释放对第四线缆22的拉力，以将第一机构12置于柔性模式。如图10的步骤“c”中所示，在第一机构12被置于柔性模式之后，第一机构12被推进，从而其第二节30处于与第二机构14的第二端122基本上相同的位置。在第一机构12的第二节30处于期望的位置和朝向时，拉紧第四线缆22，以将第一机构12置回刚性模式，由此保持第一机构12的位置和朝向。 
随后释放对线缆16、18、20的拉力，以将第二机构14置于柔性模式。如图10的步骤“d”中所示，在第二机构14被置于柔性模式之后，第二机构14被推进，从而其第二节126再次被设置到在第一机构12的第二端26前大约一个节处。在第二节126处于期望的位置和朝向时，以等同的力拉动线缆16、18、20，以便将第二机构14置于刚性模式，由此保持第二机构14的位置和朝向。 
随后释放对第四线缆22的拉力，以将第一机构12置回柔性模式。如图10的步骤“e”中所示，在第一机构12被置回柔性模式之后，第一机构12被推进，从而其第二节30再次处于与第二机构14的第二端122基本上相同的位置。在第一机构12的第二节30处于期望的位置和朝向时，拉紧第四线缆22，以将第一机构12置回刚性模式，由此保持第一机构12的位置和朝向。本文上面描述的该一般的动作序列可以重复任何次数，并且第二机构14的第二节126可以在任何方向和朝向被推进。本领域技术人员将意识到，可以以多节设备10使用任何数量的动作序列。例如，根据各个实施方案，第二机构14可以推进到第一机构12前任何数量的链接处。 
本文上面描述的示例性尺寸一般彼此相关，并且本领域技术人员将意识到，多节设备10可以按比例增大(scale up)或者按比例缩小(scale down)。例如，尽管对于本文上面描述的实施方案来说，多节设备10的中间节128的最大部分的直径在大约9.65毫米数量级，但是本领域技术人员将意识到，对于其他实施方案，中间节128可以按比例缩小，使得多节设备10的中间节128的最大部分的直径在大约1.0毫米数量级。对于这样的实施方案，多节设备10的每一个其他组件也将被适当地按比例缩小。 
构成第一机构12的分别的节28、30、32的独特构造，以及构成第二机构14的分别的节124、126、128的独特构造的组合，为多节设备10提供了穿越具有相对小半径的圆周所限定的路径的能力。例如，对于本文上面所描述的示例性尺寸，多节设备10可以穿越一具有大约40毫米数量级半径的圆周所限定的路径。多节设备10通行于这样的紧凑曲率的实施例在图11中示出。对于多节设备10的中间节128的最大部分为大约1.0毫米数量级的实施方案来说，多节设备10可以穿越具有显著小于45毫米半径(例如在大约4.0毫米数量级)的圆周所限定的路径。换言之，多节设备10可以穿越具有这样的半径的圆周所限定的路径，该半径大约是所述设备10的外径的四倍。本领域技术人员将意识到，通行于这样的紧凑曲率的能力使得多节设备10适用于多种不同的微创过程，无论是管道或囊腔的空间中还是空腔内空间中。 
尽管已经通过实施例的方式描述了本发明的数个实施方案，但是本领域技术人员将意识到，可以实现各种修改、更改和调适，而不偏离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。例如，本领域技术人员将意识到，多节设备10可以包括任何数量的工作口。同样，第一机构12还可以包括通孔和替代第四线缆22的线缆，使得第一机构12为可操纵的。 

Claims (20)

1.一种可操纵多节设备，包括：
多节的第一机构，所述多节的第一机构包括多个节，其中所述第一机构的所述节中的一个或更多个包括第一多个槽，其中所述第一多个槽中的每一个沿所述第一机构的所述节的外表面从所述第一机构的所述节的第一端向所述第一机构的所述节的第二端延伸；
多节的第二机构，所述多节的第二机构包括多个节，其中所述第二机构的所述节中的一个或更多个包括第二多个槽，其中所述第二多个槽中的每一个沿所述第二机构的所述节的内表面从所述第二机构的所述节的第一端向所述第二机构的所述节的第二端延伸，并且其中：
所述第一和第二多个槽协同来限定沿所述设备的长度的至少两个工作口；
所述多节的第二机构接纳并且包围所述多节的第一机构；并且
所述多节的第一和第二机构中的至少之一是可操纵的。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述设备被配置来通行于管道或囊腔的空间和空腔内空间。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二机构可独立于彼此工作。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二机构的每一个被配置来在刚性和柔性模式中工作。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二机构在其间限定一间隔。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述第一机构的所述多个节包括：
第一节；
多个中间节，其中所述中间节之一以可移动的方式耦合到所述第一节；以及
第二节，所述第二节以可移动的方式耦合到所述多个中间节中的另一个。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述第一节限定沿纵轴从所述第一节的第一端延伸到所述第一节的第二端的通道，所述纵轴通过所述第一端的中心和所述第二端的中心。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述中间节的至少之一限定沿纵轴从所述中间节的所述至少之一的第一端延伸到所述中间节的所述至少之一的第二端的通道，所述纵轴通过所述第一端的中心和所述第二端的中心。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述通道的至少一部分被配置为部分半球。
10.如权利要求6所述的设备，其中所述第二节限定沿纵轴从所述第二节的第一端延伸到所述第二节的第二端的通道，所述纵轴通过所述第一端的中心和所述第二端的中心。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述通道的至少一部分被配置为部分半球。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述第二机构的所述多个节包括：
第一节；
多个中间节，其中所述中间节之一以可移动的方式耦合到所述第一节；以及
第二节，所述第二节以可移动的方式耦合到所述多个中间节中的另一个。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述第一节限定沿纵轴从所述第一节的第一端延伸到所述第一节的第二端的通道，所述纵轴通过所述第一端的中心和所述第二端的中心。
14.如权利要求12所述的设备，其中所述中间节的至少之一限定沿纵轴从所述中间节的所述至少之一的第一端延伸到所述中间节的所述至少之一的第二端的通道，所述纵轴通过所述第一端的中心和所述第二端的中心。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述通道的至少一部分被配置为部分半球。
16.如权利要求14所述的设备，其中所述通道的至少一部分被配置为部分锥体。
17.如权利要求14所述的设备，其中所述中间节的至少之一限定紧接所述第二槽之一的开口，所述开口从所述中间节的所述至少之一的第一表面通到所述中间节的所述至少之一的第二表面。
18.如权利要求12所述的设备，其中所述中间节的至少之一限定至少两个凹口，所述凹口紧接所述中间节的所述至少之一的端部。
19.如权利要求12所述的设备，其中所述第二节限定沿纵轴从所述第二节的第一端朝所述第二节的第二端延伸的凹入部，所述纵轴通过所述第一端的中心和所述第二端的中心。
20.如权利要求19所述的设备，其中所述凹入部的至少一部分被配置为部分半球。
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