CN102448388B - 外科手术器械 - Google Patents
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Abstract
在一种外科手术器械中,该外科手术器械具有近端部分、远端部分以及中央部分,该中央部分在所述近端部分和远端部分之间延伸,其中,所述器械包括:细长中空的外轴,该外轴从所述器械的近端部分延伸至远端部分;驱动元件,该驱动元件以可旋转方式安装在所述外轴中;以及钻孔、切削、研磨或铣削工具,该钻孔、切削、研磨或铣削工具布置在所述器械的远端部分处并且联接到所述驱动元件,还提出了:所述驱动元件具有柔性部分,该柔性部分布置在近端部分和远端部分之间并且包括多个环形段,所述多个环形段中的每一个环形段均在轴向方向上具有第一端部区域和第二端部区域,其中,该第一端部区域包括在轴向方向上突出的两个或更多个凸起,该第二端部区域包括用于容纳所述凸起的两个或更多个凹部,并且所述环形段彼此通过这些凸起和凹部以铰接的方式接合,其中所述环形段彼此在轴向方向和/或径向方向上通过所述凸起和凹部牢固地连接在一起,并且还提出了:所述外轴包括铰接区域,该铰接区域布置在所述器械的远端部分的区域中并且将所述器械的远端部分和中央部分彼此以铰接的方式连接在一起,其中所述驱动元件的柔性部分的沿轴向方向的长度至少基本相当于所述外轴的铰接区域的沿轴向方向的长度。由此,提供了一种能够在多种不同工作情形下使用的器械。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于微创外科手术操作的外科手术器械,该外科手术器械包括在轴的所谓远端处连接到驱动元件的工具。此类器械常常用作所谓的剃刀。
背景技术
这类外科手术器械具有近端部分、远端部分以及中央部分,该中央部分在所述近端部分和远端部分之间延伸。细长中空的外轴、以可旋转方式安装在该外轴中的通常中空圆柱形的驱动元件、以及布置该在器械的远端部分处且连接到所述驱动元件的切削、研磨或铣削工具形成了这些器械的主要部件。
除了具有线性特征的器械之外,也已知如下这种外科手术器械:其中,远端区域被弯曲或折曲,以便该外科手术器械能够到达较不容易接近的工作位置,并且通常能够扩大该器械的工作区域。
在这方面,已知提供了具有柔性部分的驱动元件,该柔性部分位于近端部分和远端部分之间,其中所述柔性部分包括多个环形段,所述多个环形段中的每一个环形段均在轴向方向上具有第一端部区域和第二端部区域,其中该第一端部区域包括在轴向方向上突出的两个或更多个凸起,且该第二端部区域具有用于容纳所述凸起的两个或更多个凹部,并且所述环形段通过这些凸起和凹部而以铰接的方式互相啮合。
例如,从EP 0677276B1中已知这类外科手术器械,其中柔性部分允许扭矩从驱动单元的近端部分有效传递至远端部分,从而传递到附接于远端部分的工具。
由于剃刀通常用于去除身体组织,所以使用从所述轴和(中空圆柱形的)驱动元件的内部穿过的通道来吸出已去除的组织碎片。
这些已知的器械的缺点是:制造过程、尤其是柔性部分的组装很复杂,因为该柔性部分仅仅是由多个环形段松散地组成,从而,不仅在制造过程中,而且在拆下驱动单元并将其从中空圆柱形的外轴取出时,环形段可能会丢失,尤其是在手术室中。
从DE 102004046539A1中已知另一种剃刀,该剃刀遵循这种原理:利用在柔性部分中松散地啮合的环形段来构造所述驱动单元。
EP 0986989B1中选择了另一种方案,其中,柔性部分由中空圆柱形元件形成,其中该元件的壁在径向方向上被以螺旋方式开槽,由此,交替的齿和凹口以迂曲方式沿着螺旋线交替并互相啮合,从而各个圈在轴向方向上保持在一起。
该解决方案的缺点在于:其柔性相当低,并且由于轴旋转时出现的交替弯曲应力,常常会发生疲劳断裂。当然,也可以为该器械使用往复式驱动,但它只能在一个旋转方向上以高旋转速度驱动。
发明内容
本发明的目的是以如下方式来开发上述类型的外科手术器械,即,在制造过程的成本最小的同时,使得它更可靠,尤其是在高旋转速度下运行时更可靠。另一个方面在于提供一种能在多种不同工作情形下使用的器械。
根据本发明,该目的在以下外科手术器械的情况中来实现:其中,所述环形段在轴向方向和/或径向方向上通过凸起和凹部以互锁方式连接在一起,并且,所述外轴包括铰接区域,该铰接区域布置在器械的远端部分附近,并且将该器械的远端部分和中央部分以铰接的方式连接在一起,由此,所述驱动元件的柔性部分的沿轴向方向的长度至少基本相当于所述外轴的铰接区域的沿轴向方向的长度。
由于所述凸起和凹部在轴向方向和/或径向方向上、优选在轴向和径向这两个方向上的互锁,所以在制造过程、组装过程以及任何后续的拆卸过程中,操纵该驱动元件的过程变得明显更容易。而且,总是能够确保所述柔性部分中的环形段的铰接。
如果所述环形段设有两个以上的凸起和凹部,则可以为每一对段实现两个或更多个铰接轴线。
由于在远端部分中形成有铰接区域,所以该远端部分以铰接方式连接到中央部分。该器械能够在中央部分和远端部分以直线或以如下的多种构造对齐的情况下被选择性地操作:这些构造或多或少地偏移并且可由进行手术的外科医生调节,并且特别地,甚至也可以在使用该器械时改变。
环形段在轴向方向或径向方向上的互锁在很大程度上降低了各个环形段丢失的风险,换言之,如果未通过优选沿轴向和径向的互锁过程来预先排除这种丢失。
由于在轴向方向和/或径向方向上的互锁过程,能够以这种高精度来预先确定彼此交界的环形段的相互定位,使得也能够在两个可能的驱动方向上实现较高的旋转速度。
可通过使用两个以上的凸起和凹部来改善在轴向方向上的互锁过程。
通常,这些凸起和凹部在各个环形段的周向方向上以规则的间隔布置。这确保了在驱动力传递过程中对所述环形段的均匀加载,从而导致尽可能长的使用寿命。
根据本发明的一个实施例,所述凸起和凹部的数量被选择为奇数,这导致了在径向方向上的互锁布置结构,而不需要进一步的措施,尤其是在这些凸起和凹部沿着各个环形段的周向方向以规则的间隔布置的情况下。
此外或作为一种替代,也能实现径向方向上的互锁过程,因为:所述凸起的径向外侧在周向方向上比所述凸起的径向内侧延伸得程度大,并且,以对应的方式,所述凹部的径向内侧在周向方向上的延伸范围小于在该凹部中接合的所述凸起的对应区域内的对应的径向向外延伸范围。
通过这种措施,能够获得径向方向上的互锁过程,而与所述凸起和凹部的数量是奇数还是偶数无关。
通过使所述凸起的与环形段远离的自由端在周向方向上比所述凸起的与环形段邻近的端部延伸得程度大,并且通过使所述凹部的开口端在周向方向上延伸的范围比在该凹部中接合的所述凸起的自由端在周向方向上的延伸范围小,能够实现轴向方向上的互锁过程。
如果同时在轴向方向和径向方向上实现互锁过程,则获得了能够作为一个整体被操纵的驱动元件,而不会有丢失所述柔性部分的各个部分的危险。
优选地,包括柔性部分的这种驱动元件通过如下方式来制造:最初使用一体式中空圆柱形元件,其中例如通过激光来切割出这些凸起和凹部的轮廓。通常,通过该切割工艺产生的间隙已经足以确保各个环形段足够的相互枢转,从而使驱动元件的柔性部分能产生足以用于特定应用的弯曲角度。
如果也存在沿轴向方向的互锁特征,则通过使所述凸起的沿轴向方向的径向外侧在纵向方向上比所述凸起的径向内侧延伸得程度大,并且通过使所述凹部的径向内侧的沿轴向方向的深度小于所述凸起的径向外侧的沿轴向方向的长度,则能够获得径向方向上的互锁过程。
在本发明的一个优选实施例中,在所述凸起的沿轴向方向的一部分上设置有接触表面,并且对应地,所述凹部也设置有接触表面,这些接触表面是平坦的。由此,能够优化对扭矩的传递,从而导致较少的磨损和破裂,并且允许非常高的旋转速度的可能性。
所述凸起在周向方向上的优选形状为梯形形状,但很显然,与此不同的形状也能够实现轴向方向上的互锁功能。与此相应,所述凹部也优选为在周向方向上呈梯形的形式。这会导致所述凸起和凹部的更宽的接触表面。
为了确保径向方向上的互锁,所述凸起优选被形成为在径向方向上观察时为梯形的横截面,其中,在此限定中,并未考虑所述凸起的径向向外定位和径向向内定位的表面的曲率。
以与此对应的方式,同样优选的是,所述凹部在径向方向上具有梯形横截面。
如上文已讨论的,本发明的一个方面包括以如下方式来开发上文提及的外科手术器械:即,该器械能够以更灵活的方式被使用并且具有更大的工作区域。这通过设置在远端部分中的铰接区域来实现。
优选地,通过控制元件来实现所述远端部分相对于中央部分的角度设定的调节。在这一点上,由此引起的所述远端部分的偏转优选是可逆的。
根据本发明的外科手术器械优选包括控制元件,该控制元件具有用于传递张力和/或压缩力的两个或更多个纵向元件,这些纵向元件至少基本上从该器械的近端部分延伸至其远端部分。在这一点上,这些纵向元件在该器械的周向方向上以大致规则的角度间隔布置。
更优选的是,这些力传递纵向元件在其近端和远端处沿周向方向牢固地连接在一起。此外,在这样的实施例中,所述近端部分优选包括铰接区域。
由于该外科手术器械的这种设计,此时能够在近端部分处实现枢转运动,然后能够相应地产生远端部分处的枢转运动。通过控制元件及其力传递纵向元件来实现该近端部分处和远端部分处的枢转运动的联接。
与现有技术的器械相比,现在能够取代线性构造或固定曲柄式样的构造,使其根据需要具有线性或可调曲柄的构造,由此可以在预定的极限范围内改变该构造,甚至在手术过程中的外科处理期间改变。
如果使用两个力传递纵向元件,则枢转运动被限制为仅在一个平面内进行。然而,如果使用多个(尤其是四个或更多个,例如八个)力传递纵向元件,则该外科手术器械能够在两个相互垂直的平面内枢转,或甚至(尤其当使用八个或更多个控制元件时)实际上能够在任何可选平面内枢转。
在这一点上,该枢转运动不限于大约20°的角度,而是可以很容易地达到远远超过90°的值。
在本发明的一个优选实施例中,该器械包括控制元件,该控制元件包括中空圆柱形部件,其中,其圆柱形壁至少在位于近端和远端之间的部分的区域中被进一步分成两个或更多个壁段,所述壁段形成力传递纵向元件。
在此方面,所述两个或更多个壁段能够在该中空圆柱形部件的远端处通过环形圈牢固地连接在一起。
此外,所述两个或更多个壁段能够在该中空圆柱形部件的近端的区域中牢固连接在一起。
尤其优选的是,该中空圆柱形部件被一体地形成。这里,组装该器械时所涉及的操纵过程就变得特别简单。此外,可以针对所述壁段的相互取向而以特别高的精度来制造该一体式部件。
特别地,这类器械包括由一段管子制成的中空圆柱形部件,其中,优选通过激光切割工艺来实现将所述圆柱形壁进一步分成若干个壁段。
用于制造该控制元件(尤其是所述中空圆柱形部件)的特别合适的材料是钢合金或镍钛诺。
此外,在本发明的尤其优选的实施例中,使用了可具有用于该器械的驱动元件形式的中空圆柱形内轴。因此,其内部剩余的腔管尽可能地大,例如,以便从正被处理的患者带走已由所述工具剥离的组织碎片。
在这样的优选实施例中,所述驱动元件设有两个柔性部分,在该器械的组装状态下,这两个柔性部分分别在近端铰接区域和远端铰接区域中布置在外轴内。由此,实现了这样的效果:通常为旋转的驱动运动可以传递到附接于所述远端部分的工具,甚至在其处于弯曲状态时也可如此。
除了上文提及的切削、研磨和铣削工具之外,也可使用钻孔工具,由此,该器械具有用于插入该钻孔工具的沿轴向方向的开口,而不是在其远端处的侧向开口。
为了在这种情况下实现最有效的扭矩传递,所述驱动元件被成形为使得其基本是扭转刚性(torsionally stiff)的。
为了防止该器械扭曲并且为了适应该工具工作时出现的反作用力,所述外轴也优选形成为使得其是扭转刚性的。该器械的任何扭曲都将导致该器械移动离开其对应的预期工作位置,在不得不以高精度进行手术的情况下,这将导致明显的复杂化。
在本发明的另一个实施例中,所述铰接区域以可弹性弯曲的方式形成,从而,如果中止在近端引起枢转运动的力,该外科手术器械就将恢复到其直线形状。
在本发明的一个变体中,所述力传递纵向元件以它们彼此横向隔开的方式布置,使得它们在枢转运动期间不会相互摩擦,由此能够以最小的力来实现枢转运动。
替代地,可以在所述横向隔开的纵向元件之间布置有相应的隔离物,从而,即使在为了执行枢转运动而不得不施加更大的力时,这些纵向元件在周向方向上的位置也将保持基本不变。
替代地,可以规定所述力传递纵向元件被以如下方式布置:即,它们沿着纵向方向彼此至少部分地直接接触。这里还可以确保的是,即使在施加力时,这些纵向元件也将保持在其从周向方向上观察的位置处,因此能够获得对远端的枢转运动的精确控制。
还优选的是,所述力传递纵向元件在径向方向上由外轴和内轴引导,从而导致在远端处实施的枢转运动的精度的进一步提高。
根据本发明的另一个实施例,在根据本发明使用该控制元件的情况下,可以规定的是:所述纵向元件的远端在周向方向上被固定的角向位置与各自相关的近端被固定的角度位置不同。
这允许远端的枢转运动发生在与近端的枢转运动所发生的平面不同的平面内。
纵向元件的近端被固定的角向位置和远端被固定的角向位置之间的角度差可以落在大约10°至大约350°的范围内。特别地,感兴趣的是,所述近端处和远端处的角向间隔在大约45°至大约315°的范围内,更优选地,在大约150°至大约210°的范围内。
为了实现这一点,优选地,所述力传递纵向元件的至少某些部分被布置成螺旋状。
考虑到外科手术器械的典型长度和由此得到的纵向元件的长度以及同时得到的相对小的直径,导致所述纵向元件沿着其螺旋路径的角向定位,此螺旋路径相对于该器械的轴向方向很小程度地偏离。这确保了能够以可靠的方式操纵该器械,而且这也尤其意味着:即使存在着例如180°的非常大的角度偏移时,也能够以可预测且角度精确的方式来实现远端的枢转运动。
在本发明的另一个实施例中,可以规定的是,所述力传递纵向元件以如下方式布置:即,在近端部分和/或远端部分附近,所述力传递纵向元件与该器械的纵向轴线大致平行地对齐。
替代地,一个或多个部分也可以布置成使得它们平行于该器械的纵向。
这里,考虑到所需的控制元件的通常大于10cm的典型长度以及该器械的仅有几毫米的的典型直径,这导致了极高的螺旋节距,或换句话讲,相对于与该器械的纵向方向平行来说,偏差非常小,这种偏差仅仅为几度,甚至几分之一角度。
根据按照本发明的该器械的一种变体,所述力传递纵向元件为缆绳或线的形式。
在另一个变体中,所述力传递纵向元件具有香蕉形的横截面。
如此前已经说明的,在尤其优选的实施例中,所述力传递纵向元件为中空圆柱形部件的形式,其中,例如通过激光切割工艺,圆柱形壁沿轴向方向在其大部分长度上被开槽,尤其是在其基本整个长度上被开槽,以便制造所述力传递纵向元件。在这一点上,所述纵向元件由具有圆弧形式的横截面的圆柱形壁段形成。
优选地,所述壁段的横截面具有与大约20°或以上(尤其是30°或以上)的弧度角相对应的圆弧的形式。
所述壁段的数量优选在4至16个的范围内,更优选在6至12个的范围内。
当以角度来度量时,这些壁段之间在周向方向上的间距(该值对应于狭槽的宽度)优选为大约2°至15°,更优选为大约4°至大约8°。
通过激光切割工艺得到的狭槽的宽度可以根据需要而增大,以使其余的条状壁段能够以非接触的方式相对于彼此移动。由于纵向元件的横截面具有圆弧段的形式,所以在铰接区域中,甚至在承受拉伸或压缩荷载的情况下,也仍然保持所述纵向元件的非接触状态;这尤其适合于在内轴和外轴之间沿径向方向引导所述纵向元件。
所述中空圆柱形元件的两端区域未设有狭槽,从而这些纵向元件仍然通过环形圈连接在一起。
该器械的近端铰接区域和远端铰接区域能够以各种方式来实现。
如果所述内轴用作驱动元件,则其在铰接区域中首先具有柔性部分,该柔性部分可能足以实现近端铰接区域和远端铰接区域。这意味着,该外轴的末端部分同样必须相应地为柔性的,以便跟随于由控制元件引发的枢转运动。
通过该内轴和/或外轴的抗弯布置结构,能够确保所述中央部分的抗弯性。
替代地,该内轴和外轴均可具有在近端铰接区域和远端铰接区域附近的近端铰接部分和远端铰接部分,从而,当使用该内轴作为驱动元件时,其柔性部分对应于各自的近端铰接部分和远端铰接部分。
优选地,该外轴和/或内轴的铰接区域包括若干个狭槽,这些狭槽在周向方向上延伸,并且在周向方向或轴向方向上通过壁区域而彼此隔开。
优选的是,各自的壁部应当包括在周向方向上相继布置的两个或更多个(尤其是三个或更多个)狭槽。在这一点上,这些狭槽优选彼此等间距地布置成在周向方向上。
在轴向方向上,该优选器械的铰接区域具有彼此相邻布置的三个或更多个狭槽,其中优选的是,相邻的狭槽在周向方向上相互偏移。这些狭槽在轴向方向上彼此间隔的间距可以相同,或者可以不同,从而能够影响铰接属性,尤其能够影响弯曲半径。
通常,这些狭槽被规定为完全贯穿所述圆柱形壁的狭槽。然而,如果这些狭槽不完全贯穿所述轴的壁,而是它们尤其在到达内周之前结束,也能够获得令人满意的弯曲属性。因此,所述轴的壁整体上保持封闭,这在某些应用中(尤其在外轴的情况下)是所期望的特征。
当限定所述狭槽的壁表面被布置成与径向成锐角时,获得了这些狭槽的优选几何形状。因此优选地,同一狭槽的相对的壁表面成镜像,从而导致在轴的外周处的狭槽宽度比内周附近存在的狭槽宽度更大。
在轴向方向上彼此隔开的狭槽优选在周向方向上重叠,但也布置成相互偏移,以便形成这些狭槽的规则布置。
在这一点上,所述狭槽的壁表面能够相对于轴向方向以不同于90°的角度倾斜,使得狭槽宽度在外轴的外周处比在外轴的内周处更大。因此,即使在狭槽宽度较小的情况下,也能够实现足够大的枢转角度,而不必增加狭槽的数量或者必须使铰接区域在较大的轴向长度上延伸。
虽然所述近端铰接区域和远端铰接区域在很多情况下相似,尤其是在该器械的纵向方向上延伸相同的量,但这并非是绝对必要的。
特别地,可以规定该近端铰接区域和远端铰接区域不同,尤其是长度不同。例如,作为其结果,能够实现这样的效果:近端铰接区域的特定枢转运动将导致该器械的远端部分处的更小或增强的枢转运动。
特别地,可以规定该近端铰接区域和/或远端铰接区域的枢转运动是可调的。这例如可以通过改变该近端铰接区域和/或远端铰接区域的延伸范围来实现,由此两个铰接区域的枢转特性被相互改变。
特别地,可以规定该器械包括保持装置,借助于该保持装置,其中一个铰接区域的一部分能够相对于所述中央部分或相对于与该器械的近端部分或远端部分邻接的功能单元以抗弯的方式固定。
因此,在根据本发明的该器械的一个变体中,所述保持装置可包括抗弯曲套管,该抗弯曲套管能够与抗弯曲中央部分的纵向轴线平行地移位。该近端部分和/或远端部分以及设置在该近端部分和/或远端部分处的铰接区域的长度可根据所述套管在纵向方向上相对于中央部分的位置而受到影响,从而其枢转特性可同样受到影响。
因此优选地,该抗弯曲套管被布置在所述抗弯曲轴的外周上,从而,不仅控制装置的腔管不受影响,而且能够以简单的方式来改变该套管的位置,特别地,该位置也是可固定的。
根据另一个变体,与控制装置的近端联接的功能单元上的该保持装置可包括支撑保持元件。这样,能够从近端影响所述铰接区域的枢转特性。
根据按照本发明的该器械的又一个变体,该保持装置能够定位在预定位置,且尤其也能固定在预定位置。由此,这产生了预先以可重复且可准确预测的方式来调节远端部分和近端部分的相互枢转特性的可能性,或者产生了重新调节它们的可能性。
附图说明
下面将借助于附图来更详细地说明本发明的这些及其他优点,在附图中:
图1A详细示出了具有剃刀形式的根据本发明的外科手术器械的透视图;
图1B详细示出了图1A中描绘的剃刀的剖面图;
图2详细示出了根据本发明的器械的另一个实施例;
图3A、3B和3C详细示出了依照图2的、根据本发明的器械的外轴、控制元件以及内轴;
图3D详细示出了图3B中描绘的控制元件的替代实施例;
图3E和3F详细示出了用于图3A中描绘的外轴的铰接段的两个替代实施例;
图4A和4B详细示出了图3B中描绘的根据本发明的外科手术器械的控制元件的替代实施例;
图5详细示出了图1B中描绘的器械的柔性驱动元件的详图;
图6详细示出了图2中描绘的根据本发明的器械的第一变型例的示意图;并且
图7A和7B详细示出了图2中描绘的根据本发明的外科手术器械的第二变型例的示意图。
具体实施方式
图1A示出了具有剃刀10形式的根据本发明的外科手术器械,该剃刀10具有中空圆柱形的外轴11,外轴11被分成近端部分12、平直的抗弯曲中央部分14、以及稍微弯曲的远端部分16,该远端部分16包括铰接区域18、工具19(例如钻孔、切削、研磨或铣削工具),该工具19附接到远端部分16上或者尤其形成在远端部分16上。
由于铰接区域18,远端部分16相对于器械10的中央部分14的纵向方向偏离的角度是可变的。这大大便利了在难以接近的工作位置的工作。
通过围绕通常为套管针形式的中央部分14的纵向轴线旋转,该器械能够覆盖另外的工作区域,该工作区域与先前已知的采用线性方案的器械相比明显扩大了。
中空圆柱形的外轴11中容纳有以可旋转方式安装的、优选中空圆柱形的驱动元件20。
工具22连接到驱动元件20的远端21,所述工具以与外轴11相似的方式具有侧向开口。如从图1B中明显可见的,这些开口的边缘被打磨并设有刀刃。一旦驱动元件20开始旋转运动,到达侧向开口附近的组织部分就通过所述刀刃而在这些开口的边缘处被分离,并且可以利用负压经由中空圆柱形的驱动元件20的剩余内部空间被吸出。
在剃刀10的远端部分16处,即在铰接区域18附近,中空圆柱形的驱动元件20从一体式或刚性的中空圆柱形部件变成由多个环形段24形成的中空圆柱形的柔性部分23,稍后将参照图5来更详细地描述该环形段24。
驱动元件20的远端通常中止于联接件25,该联接件25上可联接有以可脱开方式接合的工具,尤其是铣削工具22。
在经受例如磨损和刮伤之后,铣削工具22能因此以简单的方式更换,并且用新的工具替换,或者必要时,也可以用其它工具替换。替代地,工具22也能以刚性而牢固的方式连接到驱动元件20的远端21。
远端部分16相对于所述中央部分倾斜的角度的调节可通过已知的控制元件来设定,例如鲍登缆线(Bowden cables)。该细节在图1B未示出。
在图1A和1B中,器械10的远端被示出为闭合的,但其内具有侧向开口。然而,如果使用钻孔工具代替铣削工具,则设有轴向方向上的开口来代替所述侧向开口,该轴向方向上的开口使所述远端敞开,以在轴向方向上插入该钻孔工具(未示出)。
根据本发明,外科手术器械优选设有近端铰接区域和远端铰接区域,如图2中使用剃刀30的实例所示的以及下文将讨论的。
根据本发明的剃刀30具有轴,该轴被分成近端部分31、抗弯曲的中央部分32、以及远端部分33。
在远端部分33上形成有或附接有工具34,例如,该工具34能够以与DE 102004046539A1中描述的方式相对应的方式来构造。
该器械30的近端部分31和远端部分33分别包括各自的铰接区域35、36,该铰接区域35、36允许近端部分31的枢转运动,由于器械30的控制元件,该枢转运动能够转换成远端部分33在铰接区域36处的枢转运动。因此,可以在远端部分33略微弯曲的平直方向上以及远端部分33显著弯曲(例如,它实际上可以垂直)的情况下利用图2的剃刀30来工作,这为该器械创造了明显增大的工作区域,并且也允许接近难以接近的工作位置。
现在,将参照图3A至3C所示的详图来更详细地描述根据本发明的剃刀30的构造。
图3A示出了中空圆柱形的外轴40,其具有:近端部分,该近端部分包括端部区域42以及与该端部区域42邻接的近端柔性部分44;抗弯曲的中央部分46,该中央部分46在朝着远端52的方向上与近端柔性部分44邻接,在该中央部分46之后,在远端部分48处首先是柔性部分50,工具的部件附接或形成在该柔性部分50上。在当前情况下,该工具的部件形成在外轴40的远端上。
然后,图3B所示的控制元件60滑动到该外轴40内,所述控制元件包括多个(在当前情况下为八个)力传递纵向元件62,这些力传递纵向元件62例如为平行于该器械的纵向方向延伸的缆绳或线的形式。
这些纵向元件62在其近端和远端处沿周向方向由环形圈64、66连接在一起。从图3A和3B中图示的对比明显可见,控制元件60的长度从外轴40的近端铰接段44延伸至外轴40的远端铰接段50。
图3D示出了控制元件的替代实施例60′,该控制元件60′由一段一体式管子61例如通过激光切割工艺而制成。
通过激光切割工艺在管子61中形成的狭槽63在管子61的几乎整个长度上延伸,使得在近端和远端处仅留下无狭槽的环形圈64′、66′,这些环形圈64′、66′把用作力传递纵向元件的壁段65互连。
最后,中空圆柱形内轴80被推入中空圆柱形控制元件60的内部,如图3C所示。
内轴80还包括:位于近端处的铰接部分或柔性部分82;抗弯曲的中央部分84;以及远端铰接部分或柔性部分86。工具部件88附接到远端铰接部分86,在将内轴80推入到控制元件60并将二者推入到外轴40中之后,该工具部件88布置在与外轴40的远端52处的工具部件相同的位置。
根据本发明的一个优选实施例,使得该内轴80同时用作驱动元件,从而在其旋转运动期间,工具部件88和52能够协作,并且能够通过例如切削、研磨或铣削功能来去除在该区域中接触的组织部分。
由于内轴80包括自由腔管,所以,这种组织部分能够经由内轴80的腔管输送至近端部分42并送至外部。
所述外轴和内轴各自的具有柔性部分44、50和82、86形式的铰接部分的设计可以大大不同。
图3E和3F示出了所述柔性部分的相关设计的两种变体,此处为部分44′和44″的形式。相同类型的设计也适用于柔性部分50。
这两种变体的共同点是使用了具有狭槽的结构,该具有狭槽的结构是中空圆柱形轴中的周向狭槽47的形式。优选地,沿着周边线(peripheralline)存在有彼此通过连结条(web)49隔开的两个或更多个狭槽。由于这些狭槽的仅沿一个周边线的布置结构只允许非常小的枢转角度,所以,在用于铰接区域44′的典型具有狭槽的结构中存在有包括狭槽47的多个轴向间隔开的周边线。优选的是,在轴向方向上的相邻狭槽47应当在周向方向上相互偏移,从而使其具有在若干个平面内弯曲的可能性。
在图3F中,每个周边线存在由连结条49彼此隔开的两个狭槽47。在图3E中,存在三个狭槽47。在这两种情况下,所述具有狭槽的结构通常均由多个狭槽47组成,这些狭槽47沿着在轴向方向上相互间隔开的若干个假想周边线布置。能够以非常简单的方式来预先确定所允许的枢转角度,而且,能够通过选择该具有狭槽的结构以及狭槽的数量来使铰接部分的更多性质(例如抗弯性)适合于特定的应用。
图4A示出了一种替代的控制元件90,在该控制元件90中,力传递纵向元件92在它们的近端和远端处附接到对应的近端环形圈和远端环形圈94、96。与图3B所示的控制元件60相比,力传递纵向元件92未布置成与控制元件90的纵向轴线平行的直线,而是,它们沿着螺旋线布置,使得纵向元件92的在环形圈94、96处结束的末端在周向方向上具有角度偏移。在图4A所示的示例性实施例中,该周向方向上的角度偏移大约为180°,其结果是:该器械近端的枢转运动引起了远端部分的枢转运动,该远端部分的枢转运动与近端的枢转运动在同一枢转平面内,但在相反方向上进行。由此,获得了具有U形弯曲构造的器械,而非图2所示的S形形状。
其它角度差也是可以的;在角度偏移例如为90°的情况下,获得了与近端部分的枢转平面垂直的远端部分的枢转运动。
图4B示出了控制元件的一个变体90′,该控制元件90′由一段一体式管子以与图3D的控制元件60′类似的方式通过激光切割工艺而形成。由此制成的壁段92′彼此通过狭槽93′隔开,并且仅在环形圈94′、96′附近以力锁定的方式连接在一起。这些壁段的螺旋图案的优点与具有螺旋延伸的纵向元件92的控制元件90相同。
图5中详细示出了驱动元件20(图1B)的环形段24,环形段24包括在第一轴向方向上的第一端部区域100以及在相反的轴向方向上的第二端部区域102。在环形段24的第一端部区域处,环形段24具有六个凸起104,这六个凸起104布置在环形段24上并且沿周向方向规则地分布。在环形段24的沿轴向相反的端部区域102处,环形段24具有与凸起104相对应的成形凹口或凹部106,由此,当在周向方向上观察时,这些凸起和凹部均具有梯形形状,其中,在凸起104的情况下,其轴向方向上的自由端比其与该环形段邻近的端部在周向方向上延伸得程度更大,同时以对应的方式,凹部106的内端比位于端部区域102的方向上的向外敞口的部分在周向方向上延伸得程度更大。就图5中详细示出的环形段24而言,由于两个端部区域的规则几何形状,所以提供了与其镜像布置结构完全相同的构造。
由于凸起104以具有游隙(但是为正的游隙)的方式接合在对应成形的凹部106中,这形成了一种轴向互锁的布置结构,使得环形段24能够在轴向方向上彼此连接,因此能够一起插入到外轴11中或从外轴11中一起拔出。
然而,由于凸起104和凹部106之间存在的间隙,有足够的游隙来确保相邻环形段24之间的铰接。
凸起104和凹部106均具有彼此接触的接触表面108、109,所述接触表面是平坦的,并且在图5所示的示例性实施例的情况下具有较大表面积。因此,可以在各个相继的环形段之间进行最佳的扭矩传递。
由于凸起104和凹部106为多个,所以存在有用于连接两个相继的环形段的多个枢转轴线,使得驱动元件20能顺应于中空圆柱形轴11的弯曲形状。
具有梯形构造的多个相互啮合的凸起104和凹部106产生了在轴向方向上尤其牢固的连接。
为了使驱动元件20和形成其柔性部分的环形段24能作为整体以无故障的方式被操纵,设定这些凸起104的自由端在外表面处的在周向方向上的延伸范围(a)大于其在内表面处的对应延伸范围(a′)。
以对应的方式,凹部106的外周和内周的尺寸被设定为对应的宽度b和宽度b′,这使得它们也能够在径向方向上互锁,从而使环形段24能够以受限方式被操纵并彼此连接。
最后,图6以第一变型例示出了本发明的变体,其中操纵装置130在器械110的近端部分118处附接到该器械110。
如结合图2所描述的,器械110具有近端铰接区域122和远端铰接区域124,该近端铰接区域122和远端铰接区域124被形成为具有基本相等的长度,使得当近端部分118经过例如30°的弯曲时,会导致远端部分120同样经过30°的相应弯曲。远端部分120实现弯曲的方向取决于对控制元件(此处未详细示出)的选择以及力传递纵向元件的端部的固定方式,如上文详细描述的。
图6所示的器械110另外包括保持装置132,该保持装置132为纵向可移位套管133的形式,套管132位于控制装置110的外轴上,例如与中央部分125重叠。
如果使套管133朝着近端部分118移位,并使套管133与该铰接区域122重叠,则铰接区域122变短,由此限制了其最大弯曲角度。因此,能够改变在远端部分120的区域中的允许弯曲角度,使得当使用例如内窥镜技术来去除病理学结构时,能构从进行手术的外科医生的角度来调节所限定的工作区域。
图6包含该保持装置132的替代解决方案,即保持装置136,该保持装置136包括纵向可移位环138,该纵向可移位环138通过包括线性引导机构142的双弯曲杆140来固定到操纵装置130。通过改变该环138沿着所述部分118的位置,可以如上文结合该套管133所描述的那样,缩短铰接区域122的可用于所述近端部分的弯曲运动的部分,由此,同样仅允许远端部分120处的有限弯曲角度。这些铰接区域可以如上文所述地构成。
此外,可以设想,在套管133的情况下和环138的情况下,该装置将固定在预定位置(即与铰接区域具有预定的重叠),使得能够确保远端部分120处的经调节的有限工作区域。
另一方面,还可以设想,套管133将朝着远端铰接部分120移位,由此,当近端部分118存在对应的枢转运动时,在远端部分120的区域中将发生逐步增大(即逐步增强)的枢转运动。
同样可以设想,为套管133或环138或其线性引导结构142提供标记,从而一旦发现了角度限制,总是能够在稍后的情形下准确地重新建立这种限制。
为了说明所述远端处的枢转运动或弯曲运动的上述放大效果,请参见图7,图7示出了器械150,该器械150具有近端部分152、远端部分154、以及位于该近端部分152与远端部分154之间的中央部分156。虽然中央部分156是抗弯曲的,但近端部分152和远端部分154各包含铰接区域158或160,铰接区域158和160具有沿轴向方向上测量的各自长度L1和L2。此处,长度L2被选择为短于长度L1。图7A示出了处于其基本位置的器械150,在该基本位置,在近端部分152上没有施加力。
如图7B的图示中清楚可见,如果近端部区域152相对于轴向方向向外枢转,这会导致铰接区域158的长度在近端铰接区域158中的弯曲端部区域152的外径处增大至L1+Δ1,同时会导致内径处的缩短的长度L1-Δ2。远端部分104的长度也会发生相应变化,即,外径处的长度为L2+Δ2,而内径处的长度为L2-Δ1。由于铰接区域158的长度L1和铰接区域160的长度L2不同,所以对于远端部分154来说,必然的结果是弯曲运动增强了,从而其能够顺应于由近端部分限定的长度变化。
这种效果例如也可用于具有成比例的较小枢转运动的、有限的近端工作区域中,以便能够充分利用所述远端处的给定枢转半径,并使远端处的可用工作区域尽可能大。
该原理能够以变化的方式应用于本发明,因为能够通过保持装置(参见图6)来改变与另一个铰接区域成比例的一个铰接区域的长度。
Claims (56)
1.一种外科手术器械,所述外科手术器械具有近端部分、远端部分以及中央部分,所述中央部分在所述近端部分和所述远端部分之间延伸,
其中,所述器械包括:细长中空的外轴,所述细长中空的外轴从所述器械的所述近端部分延伸至所述远端部分;驱动元件,所述驱动元件以可旋转方式安装在所述外轴中;以及钻孔、切削、研磨或铣削工具,所述钻孔、切削、研磨或铣削工具布置在所述器械的所述远端部分处并且联接到所述驱动元件,
其中,所述驱动元件包括柔性部分,所述柔性部分被布置在所述近端部分和所述远端部分之间并且包括多个环形段,所述多个环形段中的每一个环形段均在轴向方向上具有第一端部区域和第二端部区域,
其中,所述第一端部区域包括在轴向方向上突出的两个或更多个凸起,且所述第二端部区域包括用于容纳所述凸起的两个或更多个凹部,并且所述环形段通过所述凸起和凹部以铰接的方式相互啮合,
其特征在于,所述环形段在轴向方向和/或径向方向上通过所述凸起和凹部以互锁方式连接在一起,
其中,所述外轴包括铰接区域,所述铰接区域被布置在所述器械的所述远端部分附近并且将所述器械的所述远端部分和所述中央部分以铰接的方式连接在一起,
其中,所述驱动元件的所述柔性部分的沿轴向方向的长度至少相当于所述外轴的所述铰接区域的沿轴向方向的长度,并且
其中,所述器械包括控制元件,利用所述控制元件,所述器械的所述远端部分能够相对于所述中央部分偏转。
2.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述凸起和凹部绕各个环形段的周边以规则的间隔布置。
3.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,存在有奇数个凸起和凹部。
4.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,所述凸起的径向外侧在周向方向上比所述凸起的径向内侧延伸一个更大的延伸范围,并且,所述凹部的径向内侧在所述周向方向上的延伸范围小于在所述凹部中接合的所述凸起的对应的径向外部的延伸范围。
5.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,所述凸起的与所述环形段远离的自由端在周向方向上比所述凸起的与所述环形段邻近的端部延伸一个更大的延伸范围,并且,所述凹部的开口端在所述周向方向上延伸的延伸范围比在所述凹部中接合的所述凸起的自由端的延伸范围小。
6.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,所述凸起的径向外侧在所述轴向方向上比所述凸起的径向内侧延伸一个更大的延伸范围,并且,所述凹部的径向内侧的沿所述轴向方向的深度小于所述凸起的径向外侧的沿所述轴向方向的长度。
7.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,所述凸起和/或所述凹部在周向方向上具有梯形横截面。
8.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,所述凸起和/或凹部在径向方向上具有梯形横截面。
9.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,所述凸起和所述凹部在周向方向上设有相互接触的平坦接触表面。
10.根据权利要求1或2所述的器械,其特征在于,两个相邻的环形段形成两个或更多个铰接轴线。
11.根据权利要求10所述的器械,其特征在于,所述器械的所述远端部分能够相对于所述中央部分以可逆的方式偏转。
12.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述控制元件包括两个或更多个力传递纵向元件,所述两个或更多个力传递纵向元件被布置成使得所述两个或更多个力传递纵向元件在所述外轴的周向方向上规则地分布,并且从所述器械的所述近端部分延伸至所述远端部分。
13.根据权利要求12所述的器械,其特征在于,所述外轴包括在所述近端部分中的第二铰接区域,并且,在所述力传递纵向元件各自的近端和远端处,所述力传递纵向元件沿周向方向牢固地连接在一起。
14.根据权利要求12所述的器械,其特征在于,所述力传递纵向元件为线的形式。
15.根据权利要求12所述的器械,其特征在于,所述力传递纵向元件为缆绳的形式。
16.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述控制元件包括中空圆柱形部件,其中所述中空圆柱形部件的圆柱形壁至少在位于近端和远端之间的部分的区域中在所述圆柱形部件的周向方向上被细分成两个或更多个壁段,所述壁段形成力传递纵向元件。
17.根据权利要求16所述的器械,其特征在于,所述两个或更多个壁段在所述中空圆柱形部件的远端处通过环形圈牢固地连接在一起。
18.根据权利要求16所述的器械,其特征在于,所述两个或更多个壁段在所述中空圆柱形部件的近端的区域中牢固地连接在一起。
19.根据权利要求16所述的器械,其特征在于,所述中空圆柱形部件以一体的方式形成。
20.根据权利要求19所述的器械,其特征在于,所述中空圆柱形部件由一段管子制成。
21.根据权利要求16所述的器械,其特征在于,所述中空圆柱形部件由钢合金或镍钛诺制成。
22.根据权利要求12或16所述的器械,其特征在于,所述力传递纵向元件以所述力传递纵向元件彼此横向隔开的方式布置。
23.根据权利要求22所述的器械,其特征在于,在所述力传递纵向元件之间布置有隔离物。
24.根据权利要求12或16所述的器械,其特征在于,所述力传递纵向元件以所述力传递纵向元件沿着纵向方向至少部分地彼此直接接触的方式布置。
25.根据权利要求12所述的器械,其特征在于,在所述外轴的周向方向上观察时,所述力传递纵向元件在所述近端部分和所述远端部分处终止于不同的角位置处。
26.根据权利要求12或16所述的器械,其特征在于,在所述近端部分和/或远端部分的区域中,所述力传递纵向元件以所述力传递纵向元件与所述器械的纵向方向大致平行地对齐的方式布置。
27.根据权利要求12或16所述的器械,其特征在于,所述力传递纵向元件包括相对于所述器械的纵向方向呈螺旋状布置的一个或多个部分。
28.根据权利要求12或16所述的器械,其特征在于,所述控制元件被形成为是抗扭转的。
29.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述外轴的铰接区域能够以弹性方式弯曲。
30.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述外轴和/或内轴的铰接区域包括壁部,在所述壁部中布置有多个沿周向方向延伸的相互隔开的狭槽。
31.根据权利要求30所述的器械,其特征在于,在所述周向方向上以一个在另一个后面的方式布置有两个或更多个狭槽。
32.根据权利要求30或31所述的器械,其特征在于,在所述轴向方向上彼此相邻地布置有三个或更多个狭槽。
33.根据权利要求32所述的器械,其特征在于,彼此相邻地布置的所述狭槽在所述周向方向上相互偏移。
34.根据权利要求30所述的器械,其特征在于,所述狭槽是完全穿透圆柱形壁的狭槽。
35.根据权利要求30所述的器械,其特征在于,限定所述狭槽的壁表面被布置成与所述径向方向成锐角。
36.根据权利要求35所述的器械,其特征在于,同一狭槽的相对的壁表面镜像设置,从而导致在轴的外周处的狭槽宽度比邻近内周处存在的狭槽宽度大。
37.根据权利要求12或16所述的器械,其特征在于,所述器械还包括内部中空圆柱形轴,所述内部中空圆柱形轴在径向方向上引导所述力传递纵向元件,并且包括在纵向方向上与所述外轴的远端部分的区域中的铰接区域的位置相对应地布置的铰接区域。
38.根据权利要求37所述的器械,其特征在于,所述内部中空圆柱形轴的铰接区域与所述外轴的铰接区域具有相同的长度。
39.根据权利要求37所述的器械,其特征在于,所述内部中空圆柱形轴被布置在所述驱动元件内。
40.根据权利要求38所述的器械,其特征在于,所述内部中空圆柱形轴被布置在所述驱动元件内。
41.根据权利要求37所述的器械,其特征在于,所述内部中空圆柱形轴被布置在所述驱动元件和所述外轴之间。
42.根据权利要求38所述的器械,其特征在于,所述内部中空圆柱形轴被布置在所述驱动元件和所述外轴之间。
43.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述外轴具有第二铰接区域,其中所述铰接区域中的一个铰接区域被布置在所述器械上的近端,而另一个铰接区域被布置在所述器械上的远端。
44.根据权利要求43所述的器械,其特征在于,近端铰接区域在所述器械的纵向方向上的延伸范围不同于远端铰接区域的延伸范围。
45.根据权利要求43或44所述的器械,其特征在于,所述器械的近端铰接区域和/或远端铰接区域的延伸范围是可调节的。
46.根据权利要求45所述的器械,其特征在于,所述器械包括保持装置,借助于所述保持装置,能够使铰接区域的部分相对于所述器械的纵向方向或相对于与所述器械的近端部分或远端部分邻接的功能单元、以抗弯曲的方式固定。
47.根据权利要求46所述的器械,其特征在于,所述保持装置包括抗弯曲套管,所述抗弯曲套管能够相对于所述器械的纵向方向移位。
48.根据权利要求47所述的器械,其特征在于,所述抗弯曲套管被布置在所述外轴的外周上。
49.根据权利要求46所述的器械,其特征在于,所述保持装置包括被支撑在所述功能单元上的保持元件。
50.根据权利要求46所述的器械,其特征在于,所述保持装置能够定位在预定位置中。
51.根据权利要求1所述的器械,其特征在于,所述驱动元件为中空圆柱体的形式。
52.根据权利要求51所述的器械,其特征在于,所述驱动元件形成内部中空圆柱形轴。
53.根据权利要求20所述的器械,其特征在于,通过激光切割工艺来实现将所述圆柱形壁细分成壁段。
54.根据权利要求31所述的器械,其特征在于,在所述周向方向上以一个在另一个后面的方式布置有三个或更多个狭槽。
55.根据权利要求50所述的器械,其特征在于,所述保持装置能够固定在预定位置中。
56.根据权利要求16所述的器械,其特征在于,在所述圆柱形部件的周向方向上观察时,所述力传递纵向元件在所述近端部分和所述远端部分处终止于不同的角位置处。
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