CN103415263A - 具有增强的流体流动的外科探针 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外科探针、例如玻璃体切除探针及其制造方法。示例性外科探针可以包括管状主体和容纳在主体内的切割工具。管状主体可以限定邻近主体的第一端部的切割孔和通过主体从切割孔延伸到主体的第二端部的流体通道。切割工具可以容纳在主体内并且布置在流体通道内。切割工具大体上配置成允许流体流动通过切割工具。切割工具可以限定主体部分和配置成切割进入切割孔的材料的刀片部分。主体部分可以仅仅部分地围绕管状主体的内圆周延伸。

Description

具有增强的流体流动的外科探针

背景技术

许多显微外科程序需要各种身体组织的精确切割和/或去除。例如，玻璃体视网膜手术常常需要诸如玻璃体液、牵引带、膜或视网膜的脆弱组织的切割、去除、切开、层离、凝固或其它操作。玻璃体液或玻璃体由常常附着到视网膜的许多微小纤维组成。所以，玻璃体的切割、去除或其它操作必须很小心地进行以避免牵引视网膜、视网膜从脉络膜分离、视网膜撕裂或在最坏的情况下切割和去除视网膜自身。

诸如玻璃体切除探针、光纤照明器、输注套管、抽吸探针、剪刀、钳子和激光器的显微外科器械典型地在玻璃体切除手术期间使用。这些装置通常通过靠近睫状体扁平部的巩膜中的一个或多个手术切口插入，这被称为巩膜切开术。一般而言，布置在管状探针内的切割刀片在探针针头内往复地移动，由此用相对于针头中的孔平移的刀刃切割材料、例如玻璃体液。同时，玻璃体液通过孔被吸引远离切割部位。例如，可以施加抽吸以吸引玻璃体液远离孔，继续通过针头。

为了最小化执行这些程序所必须的手术切口的尺寸，探针针头以逐渐更小的尺寸设计。当探针尺寸减小时，最大化通过针头的流体流动变得愈加重要。必须足够强以抵抗由针头内的高速往复运动产生的屈曲的切割刀片必然减小流动，原因是它阻塞针头的一部分。因此，需要一种改进的探针针头，其减小总体尺寸，同时提供通过针头的充分流动。

附图说明

尽管权利要求不限于所示的例子，但是通过其例子的论述最佳地获得各方面的领会。现在参考附图，详细地显示示例性例子。尽管附图表示各例子，但是附图不必按比例并且某些特征可以放大以更好地示出和解释例子的创新方面。此外，本文中所述的例子不旨在是穷举的或以另外方式限制或局限到附图中所示和以下详细描述中所述的精确形式和配置。通过参考如下的附图详细地描述本发明的示例性说明。

图1示出示例性外科探针的透视图；

图2示出示例性外科探针的横截面图；

图3示出另一示例性外科探针的透视图；以及

图4示出制造外科探针的示例性方法的方法流程图。

具体实施方式

本文中公开了诸如玻璃体切除探针的外科探针的各种示例性说明。示例性外科探针可以包括管状主体和容纳在主体内的切割工具。管状主体可以限定邻近主体的第一端部的切割孔和通过主体从切割孔延伸到主体的第二端部的流体通道。切割工具可以容纳在主体内并且布置在流体通道内。切割工具大体上配置成允许流体流动通过切割工具。切割工具可以限定主体部分和布置在主体部分的第一端部处的刀片部分。刀片部分可以配置成切割进入切割孔的材料。切割工具的主体部分可以仅仅部分地围绕管状主体的内圆周延伸。

形成诸如玻璃体切除探针的外科探针的示例性方法可以包括提供管状主体，该管状主体限定邻近主体的第一端部的切割孔。管状主体可以限定通过主体从切割孔延伸到主体的第二端部的流体通道。该方法还可以包括形成具有主体部分和刀片部分的切割工具，包括从主体部分去除管状坯件的一部分，使得管状部分仅仅部分地围绕管状主体的内圆周延伸。该方法还可以包括将切割工具插入管状主体的流体通道中，使得刀片部分邻近切割孔定位。切割工具可以配置成允许流体流动通过切割工具。

一般而言，外科探针的流动性能受到通过探针的压降影响。如果在外科探针的任何区段上的压降可以减小，探针的总流动可以增加。因此，通过由刀具管减小流体通道的缩窄，可以实现流动的增加。压降可以大体上与刀具管的长度成比例。同时，对于圆形横截面，压降将随着刀具管的直径或横截面积的增加而减小。更具体地，这可以由下面的泊肃叶方程（Poiseuille’s方程）解释：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{128\mathrm{\μLQ}}{\mathrm{\π}{D}^4};$

其中：μ=动态粘度

L=管的长度

Q=体积流量

D=内径

对于指定压降ΔP，流量Q由此与刀具管的内径D的四次方成比例：

Q∝D⁴ΔP

因此，通过扩大刀具管的内径可以显著地减小压降。同时，刀具管的表面或材料的任何减小可能需要与刀具管中的稳定性的需要进行平衡以例如防止切割期间的管的屈曲。

上面在泊肃叶方程中可以看到，横截面积不能单独确定流阻。相反地，包括直径的四次方作为一个分量的总横截面几何形状确定流阻。所以，单独的横截面积的增加不足以在所有情况下保证增加的流动。为了流阻在本文中比较的横截面几何形状为大致圆形或几乎为圆形，并且最重要地，具有更小横截面积的例子的几何形状通常可以完全包含在具有更大横截面积的例子的几何形状内。因此，在这些情况下更大的横截面积将导致减小的流阻。

现在参考图1和2，示出示例性外科探针100。外科探针100可以是任何类型的外科探针，例如玻璃体切除探针。外科探针100可以包括管状主体102，该管状主体限定邻近主体102的第一端部108的切割孔106。外科探针100还可以包括容纳在主体102内的切割工具104。切割工具104可以具有主体部分105和刀片部分109。在探针100是玻璃体切除探针的情况下，切割工具104可以配置成在管状主体102内轴向地平移，由此进入切割孔106的切割或切片材料例如玻璃体液，如下面将进一步所述。

探针100可以具有配置成例如在玻璃体切除程序期间插入手术切口中的第一端部108。第二端部110可以固定到用于与其流体交换的外科工具（未显示），以允许抽吸或去除进入切割孔106的材料。因此，第二端部110可以大体上限定与切割孔106流体连通的流体孔107。

管状主体102大体上限定通道以便流体流动F通过主体从切割孔106延伸到主体102的第二端部110中的孔107。切割工具104大体上布置在通道内，并且配置成允许流体流动F流动通过切割工具104。例如，切割工具104可以例如沿着刀片部分109大体上为管状，由此限定通过切割工具104的中心孔。刀片部分109可以限定刀片112，该刀片配置成在玻璃体切除程序期间切割通过切割孔106延伸或吸引到管状主体102中的材料，例如玻璃体液。例如，切割工具104可以在管状主体102内往复移动，使得刀片112在切割孔106上移动，由此切割进入孔106的材料。刀片112可以至少部分地围绕切割工具104的邻近切割孔106的端部延伸。

在一个示例性说明中，切割工具104的刀片部分109可以限定大体上对应于沿着切割工具104的部分L_P的管状主体102的内表面的形状。例如，如图1和2中所示，刀片部分109和管状主体102都限定大体圆柱形状。此外，切割工具104可以尺寸确定成使得它可以容纳在管状主体内，以允许切割工具104的往复运动以便于切割工具104的切割动作。切割工具104例如可以沿着刀片部分109限定在管状主体102的内表面上的大体液密配合，由此基本上迫使通过管状主体102的流体流动F穿过切割工具104，如图1和3中大体上所示。

在另一示例性说明中，切割工具104的主体部分105可以大体上仅仅部分地围绕管状主体102的内圆周C延伸。更具体地，主体部分105可以大体上沿着切割工具104的整个长度L的一部分L_P延伸。如图1中最佳地所见，切割工具104的主体部分105大体上具有沿着切割工具104的长度L_P去除的管状的上半部。通过去除原本大体上为圆柱形切割工具104的至少一部分，通过外科探针100的流体流动有利地增加。更具体地，几何形状大体上敞开的以增加通过切割工具104的主体部分105的流体流动F，由此有效地减小探针100内的切割工具104上的压降。例如通过切割或磨掉用于形成切割工具104的管状原料的部分可以去除切割工具104的任何部分。在另一示例性说明中，电火花加工（EDM）可以用于从切割工具104去除材料。在图1和2所示的例子中，切割工具104的主体部分105围绕管状主体102的内圆周C的不超过大约一半延伸。

在图2中显示沿着切割工具的主体部分105的垂直于流体流动F的横截面积。图2中所示的沿着主体部分105的流体流动F的横截面积可以大体上包括沿着下半部由切割工具104和沿着上半部由管状主体102限定的两个大致半球形分量。

沿着切割工具104的主体部分105由切割工具104和管状主体102提供的扩大横截面积具有大于切割工具104的直径D₁的有效直径D₂。因此，在图2中示意性地显示的由外科探针100提供的流体流动横截面积A₂大于由切割工具104的内径D₁提供的横截面积A₁。探针100的最大宽度或直径D₂因此大于由切割工具104限定的内径D₁。

通过去除大体管状的上半部（包括沿着切割工具104的主体部分105的扩大横截面积A₂）敞开切割工具104的几何形状导致流阻减小，并且因此导致通过探针100的流量增加。在一个示例性说明中，切割工具104具有例如沿着刀片部分109测量的0.0116英寸的内径D₁，而管状主体102的内径为0.0156英寸。通过去除沿着主体部分105的切割工具104的上半部，沿着主体部分105的有效直径D₂增加到大约0.0136英寸。通过假设最后产生的几何形状可以近似为圆形，这导致沿着切割工具104的主体部分105的减小47％的阻力。如果在切割工具104的长度的一半上提供该减小的阻力，流动可以增加超过30％，如使用泊肃叶方程近似。

尽管可以去除切割工具104的较大部分以增强通过探针100的流动，但是其它因素可能限制可以去除多大的部分。例如，通过去除切割工具104的一部分提供的增加的流动可以与在外科探针100的使用期间防止屈曲或其它变形所需的切割工具104的最小强度进行平衡。换句话说，如果去除的切割工具104的部分太大，切割工具104可能由于其减小和更小的结构稳定横截面积而屈曲。同时，切割工具104大体上被限制在管状主体102内，由此提供一定的支撑。

另外，如果经修改/扩大的横截面积不保持在扩大尺寸一直到管状主体102的端部，则可能产生流体流动F的堵塞。换句话说，在探针100的横截面积沿着探针100的长度远离切割孔106移动而保持或增加的情况下，堵塞问题可能倾向于减轻。因此，如图1中所示，流体流动F的扩大横截面积可以有利地保持一直到管状主体102的第二端部110。另外，管状主体102可以在第二端部110处张开或扩大，例如，其中管状主体附连到外科探针100的基部（未显示）。例如，张开部分150可以设在第二端部110处。

在另一示例性说明中，切割工具104可以包括布置在主体部分105和刀片部分109之间的过渡部分111。过渡部分111可以大体上提供刀片部分109的较小横截面流动区域和主体部分105的较大横截面流动区域之间的过渡，由此防止否则可能导致通过探针100的流动扰动的横截面流动区域的突然变化。例如，过渡部分111可以限定在主体部分105和刀片部分109之间延伸的倾斜表面113。另外，倾斜表面113与管状主体102和/或切割工具104的轴线A-A形成角α。如图1中所示，角α可以小于90度。尽管可以使用适宜的任何角α，但是小于90度的角α可以大体上减小切割工具104的重量，同时最小化切割工具104的总强度的损失。

尽管切割工具104的主体部分105示出为大体半圆形，即，具有沿着切割工具104的部分L_P去除的管状部分的上半部，但是可以使用仅仅提供围绕管状主体102的内圆周的部分范围的任何配置。在一个示例性说明中，主体部分105可以完全由实心杆（未显示）替换，该实心杆支撑刀片部分109，从刀片部分109朝着流体孔107延伸并且固定到使用杆平移刀片部分109的马达或其它装置。因此，可以使用与围绕管状主体102的整个内周边延伸的管状部分相比导致减小的流阻的切割工具104的任何配置。

现在参考图3，示出另一示例性外科探针100′。外科探针100′、特别是切割工具104′包括进一步优化切割工具104′以便增加流动的多种材料。更具体地，刀片112可以由针对更大强度和/或硬度进行优化以在切割孔106处提供增加的切割作用的第一材料形成。相比之下，切割工具104的剩余部分可以由不同于形成刀片112的材料的第二材料形成。第二材料可以针对与切割工具104′的主体相关的其它因素、例如针对将力从外科探针100的马达传递到刀片112进行优化。例如，第二材料可以具有高硬度。在一个示例中，第二材料是具有高硬度以增强力从马达传递到刀具的陶瓷材料。在另一示例性说明中，第一材料是不锈钢材料。

切割工具104′也可以限定两个区域，其中切割工具104′仅仅部分地围绕管状主体102的内圆周C延伸。例如，切割工具104′可以包括仅仅部分地围绕管状主体102的内圆周C延伸的主体部分105和也仅仅部分地围绕管状主体102的内圆周C延伸的刀片部分109′。刀片部分109′和主体部分105可以由中间部分G纵向地间隔开。切割工具104′的刀片部分109′可以限定沿着切割工具104′的长度L1，该长度包括在切割工具104的切割端部中的开口114。主体部分105限定也不围绕管状主体102的整个内圆周C延伸的长度L₂。长度L₁和L₂由中间部分G纵向地间隔开。中间部分G大体上对应于完全围绕管状主体102的圆周C形成的切割工具104的区域，由此增加切割工具104′的总强度和/或稳定性。

与切割工具104一样，切割工具104′可以包括布置在主体部分105和刀片部分109′之间的过渡部分111，用于提供刀片部分109′的横截面流动区域和主体部分105的横截面流动区域之间的过渡。此外，过渡部分111可以限定在主体部分105和刀片部分109′之间延伸且与管状主体102和/或切割工具104的轴线B-B形成角α的倾斜表面113。角α可以是适宜的任何角，例如小于90度。

除了邻近管状主体102的第二端部去除切割工具104的上半部以外，切割工具104′也具有沿着刀片部分109′的开口114。例如，从与刀片112相对的切割工具104的底侧去除切割工具104的一部分。因此，开口114可以相对于切割工具104的切割端部的圆周大体上与刀片112相对定位。开口114还可以增加沿着切割工具104′的流动并且减小切割工具104′的总重量。

除了通过切割工具104的流动的增加以外，沿着切割工具104的长度的至少一部分去除切割工具104的一部分可以大体上防止气体、例如空气通过切割孔106从探针100逸出。更具体地，空气或其它气体可能偶然地从管状主体102所附连的装置逸出，在管状主体102和切割工具104之间形成气泡，气泡可以通过切割孔106逸出到手术部位。通过允许切割孔106的下游的切割工具104的内部和外部之间的连通，例如通过如上所述去除切割工具104、104′的上半部，在管状主体102和切割工具104之间泄漏到探针100中的任何气泡将倾向于夹带在流动F中，由此将气泡远离孔106地运载到探针100中，由此减小气体逸出到手术部位、例如眼腔中的风险。

现在参考图4，示出用于组装外科探针的示例性方法400。方法400可以大体上在方框402开始，其中提供管状主体。例如，如上所述，可以提供管状主体102，该管状主体限定邻近主体102的第一端部108的切割孔106。管状主体102还可以限定通过主体102从切割孔106延伸到主体102的第二端部110的流体通道F。方法400然后可以进入方框404。

在方框404，可以形成切割工具。例如，如上所述，可以形成具有主体部分105和相应的刀片部分109的109′的切割工具104、104′。可以从切割工具104、104′的一个或多个部分去除大体管状的一部分。因此，例如沿着主体部分105和/或刀片部分109，切割工具104的一个或多个部分可以具有的横截面流动区域不超过管状主体102的整个内圆周C。

可以使用适宜的任何方法形成切割工具104、104′。在一个示例性说明中，可以提供大致限定具有圆形横截面的管形状的管状坯件或原料。管状坯件的一部分可以被去除，例如使得切割工具104的主体部分105仅仅部分地围绕管状主体102的内圆周C延伸。在另一示例性说明中，管状坯件的一部分可以沿着刀片部分109′被去除，使得刀片部分109′仅仅部分地围绕管状主体102的圆周延伸。例如，在一个示例中，可以通过切割或磨削管状坯件或通过将电火花加工方法应用到管状坯件去除管状坯件的部分，由此从切割工具104、104′去除材料。如上所述，管状主体102和切割工具104两者可以限定大体圆柱形内表面。可以使用适宜的任何其它形状。

进入方框406，可以将切割工具插入管状主体102的流体通道中。例如，可以将切割工具104插入管状主体102中，使得切割工具104的刀片112邻近切割孔106定位。切割工具104可以配置成允许通过切割工具104的流体流动。

另外，也如上所述，在将切割工具104插入管状主体102中之后，切割工具104和管状主体102可以大体上协作以限定垂直于流体流动F的横截面积A₂。横截面积A₂可以大于由切割工具104的管状内表面限定的横截面积A₁。

因此，与利用完全管状切割工具的探针相比，外科探针100允许通过外科探针100的流体流动的增加。在一些示例中，切割工具104的多个部分例如可以从管状原料被去除，进一步增加通过探针100的流动。

在说明书中提到“一个例子”、“例子”、“一个实施例”表示结合该例子描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个例子中。在说明书中各处的短语“在一个例子中”每当其出现时不一定表示相同的例子。

关于本文中所述的方法、系统、方法、启发等，应当理解尽管这样的方法等的步骤已被描述为根据有序顺序发生，但是这样的方法可以在按照不同于本文中所述的顺序执行步骤的情况下被实施。还应当理解某些步骤可以同时执行，可以增加其它步骤，或者本文中所述的某些步骤可以被省略。换句话说，本文中的方法的描述仅仅为了举例说明某些实施例而被提供，并且决不应当被理解为限制本发明的权利要求。

因此，应当理解以上描述旨在是示意性的而不是限制性的。通过阅读以上描述将想到除了提供的例子以外的许多实施例和应用。本发明的范围不应当参考以上描述进行确定，而是应当参考附带的权利要求以及这样的权利要求享有的等效物的完整范围进行确定。可以预料和想到未来发展将在本文所述的领域中出现，并且所公开的系统和方法将被包含到这样的未来实施例中。总之，应当理解本发明能够进行修改和变化并且仅仅由以下权利要求限制。

在权利要求中使用的所有术语旨在给出本领域技术人员所理解的它们的最广义的合理解释和它们的一般含义，除非在本文中进行相反的明确说明。特别地，诸如“一”、“所述”等的单数冠词的使用应当被理解为叙述一个或多个指示元件，除非权利要求相反地叙述明确限制。

Claims (20)

1.一种外科探针，包括：

管状主体，所述管状主体限定邻近于所述管状主体的第一端部的切割孔，所述管状主体限定从所述切割孔延伸到所述管状主体的第二端部地通过所述管状主体的流体通道；以及

切割工具，所述切割工具容纳在所述管状主体内并且布置在所述流体通道内，所述切割工具被构造成允许流体流动通过所述切割工具，所述切割工具包括：主体部分；以及布置在所述主体部分的第一端部处的刀片部分，所述刀片部分被构造成在所述切割孔处切割材料；其中所述主体部分仅仅部分地围绕着所述管状主体的内圆周延伸。

2.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具沿着所述切割工具的一部分限定对应于所述管状主体的内表面的形状。

3.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具沿着所述切割工具的一部分围绕大约不超过所述管状主体的内圆周的一半延伸。

4.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具的所述主体部分限定至少两个区域，其中所述切割工具仅仅部分地围绕所述管状主体的内圆周延伸，所述至少两个区域由所述主体部分的管状部分纵向地间隔开，所述管状部分完整地围绕所述管状主体的内圆周延伸。

5.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具的所述主体部分与所述管状主体协作以限定垂直于通过所述管状主体的流体流动的第一横截面积，所述第一横截面积大于垂直于由所述切割工具限定的流体流动的第二横截面积。

6.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具的所述主体部分限定大体半圆形状。

7.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述管状主体的所述第一端部被构造成插入手术切口中，并且所述第二端部被构造成固定到用于与其流体交换的外科工具，所述第二端部限定与所述切割孔流体连通的流体孔。

8.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具的所述刀片部分由第一材料形成，并且所述切割工具的所述主体部分由不同于所述第一材料的第二材料形成。

9.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述刀片部分至少部分地围绕所述切割工具的邻近于所述切割孔的切割端部延伸。

10.根据权利要求9所述的外科探针，其中所述切割工具限定所述切割端部中的开口，所述开口相对于所述切割端部的圆周与所述刀片部分相对定位。

11.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具的长度的所述一部分为所述长度的至少一半。

12.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述外科探针是玻璃体切除探针。

13.根据权利要求1所述的外科探针，其中所述切割工具包括布置在所述刀片部分和所述主体部分之间的过渡部分，所述过渡部分限定在所述刀片部分和所述主体部分之间延伸的倾斜表面，所述倾斜表面与所述切割工具的轴线限定小于90度的角。

14.一种外科探针，包括：

管状主体，所述管状主体限定邻近于所述管状主体的第一端部的切割孔，所述管状主体限定从所述切割孔延伸到所述管状主体的第二端部地通过所述管状主体的流体通道；以及

切割工具，所述切割工具容纳在所述管状主体内并且布置在所述流体通道内，所述切割工具配置成允许流体流动通过切割工具，所述切割工具包括：主体部分；以及布置在所述主体部分的第一端部处的刀片部分，所述刀片部分包括被构造成在所述切割孔处切割材料的刀片，其中所述主体部分至少部分地围绕所述管状主体的内圆周延伸；

其中所述刀片至少部分地围绕邻近所述切割孔的所述切割工具的切割端部延伸，所述切割工具限定所述切割端部中的开口，所述开口相对于所述切割端部的圆周与所述刀片相对定位；以及

其中所述切割工具与所述管状主体协作以限定垂直于通过所述管状主体的流体流动的第一横截面积，所述第一横截面积大于垂直于由所述切割工具限定的通过所述管状主体的流体流动的第二横截面积。

15.根据权利要求14所述的外科探针，其中所述管状主体和所述切割工具均限定大体圆柱形内表面。

16.根据权利要求14所述的外科探针，其中所述切割工具的所述刀片由第一材料形成，并且所述切割工具的长度的一部分由不同于所述第一材料的第二材料形成。

17.一种形成外科探针的方法，包括：

提供管状主体，所述管状主体限定邻近于所述管状主体的第一端部的切割孔，所述管状主体限定从所述切割孔延伸到所述管状主体的第二端部地通过所述管状主体的流体通道；

形成具有主体部分和刀片部分的切割工具，包括从所述主体部分去除管状坯件的一部分，使得当插入所述管状主体时，所述主体部分仅仅部分地围绕所述管状主体的内圆周延伸；以及

将所述切割工具插入所述管状主体的所述流体通道中，使得所述刀片部分邻近所述切割孔定位，所述切割工具被构造成允许流体流动通过所述切割工具。

18.根据权利要求17所述的方法，其中去除所述管状坯件的所述一部分包括切割所述管状坯件、磨削所述管状坯件和使用电火花加工方法中的一个。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述管状主体和所述切割工具均限定大体圆柱形内表面。

20.根据权利要求17所述的方法，其中在将所述切割工具插入所述管状主体中之后，所述切割工具的所述主体部分与所述管状主体协作以限定垂直于通过所述管状主体的流体流动的第一横截面积，所述第一横截面积大于垂直于由所述切割工具限定的通过所述管状主体的流体流动的第二横截面积。

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