CN104797201B - 铰接式外科器械及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种外科工具，包括细长的第一组件和细长的第二组件。第二组件包括：细长的支撑元件；可相对于支撑元件移动的细长的激活元件；以及被联接到激活元件的功能结构。该功能结构的移动响应于激活元件的移动。由激活元件的移动所给予的力通过支撑元件与第一组件相隔离。

Description

铰接式外科器械及其使用方法
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本申请与2012年12月20日提交的PCT申请No.PCT/US2012/070924相关，其内容通过引用被全部合并于此。
本申请与2011年12月21日提交的美国临时申请No.61/578,582相关，其内容通过引用被全部合并于此。
本申请与2006年12月20日提交的、被公开为美国专利申请公开No.2009/0171151的美国专利申请No.11/630,279相关，其内容通过引用被全部合并于此。
技术领域
本发明的概念一般涉及外科工具领域，并且更具体地涉及铰接式外科工具和工具护套，使用铰接式外科工具和工具护套的方法，及其形成方法。
背景技术
当微创医疗技术和手术变得更加普遍，诸如外科医生之类的医务人员可能需要铰接式外科工具从人体外部执行这种微创医疗技术和手术。然而，诸如内窥镜和其它类型的工具之类的传统铰接式外科工具在高铰接度(high articulation)范围处可能具有有限的转弯半径以及降低的载荷稳定性。
发明内容
本发明构思的实施例可针对在高铰接度范围处具有延长的转弯半径和增加的载荷稳定性的铰接式外科工具和工具护套。
在一方面，一种用于执行医疗手术的系统包括：包括内套管和外套管的铰接式探头；以及包括位于工具轴的远端的功能元件的外科工具，该工具轴具有铰接区域，其中铰接式探头和外科工具是独立可控的。
在一些实施例中，铰接式探头被构造并布置为通过人机交互设备进行控制。人机交互设备可包括从包括以下各项的组中选择的一项或多项：触觉控制器、操纵杆、轨迹球、鼠标和机电设备。
在一些实施例中，外科工具被构造并布置为通过外科工具手柄进行控制。外科工具手柄可包括从包含以下各项的组中选择的一项：剪刀手柄、手持握把、拇指/食指/中指握把及手枪式握把。
在一些实施例中，铰接式探头还包括至少一个工作通道，该工作通道在铰接式探头的工作表面处具有开口，该工作表面在铰接式探头的远端处。工具轴的一部分可放置到该至少一个工作通道内。外科工具的功能元件可以从开口向外延伸。该功能元件可被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面铰接。该功能元件可被构造且布置为相对于工具轴的延伸轴线铰接。该功能元件可被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面在0°和90°之间铰接。该功能元件可被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面在0°和135°之间铰接。该功能元件可被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面在0°和180°之间铰接。
在一些实施例中，铰接式探头的外套管包括至少一个侧口(side port)。该至少一个侧口可包括侧口锁(side port lock)。该侧口锁可以包括气动锁。该气动锁可以包括电磁阀。该气动锁可以包括可膨胀的袋。该侧口锁可以包括液压锁。该液压锁可以包括电磁阀。该液压锁可以包括可膨胀的袋或囊。该侧口锁可以包括电激活锁。该电激活锁可以包括电磁阀。该电激活锁可以包括压电致动器。该侧口锁可以位于该至少一个侧口内。侧口锁可以被构造和布置成在锁定模式下固定穿过该至少一个侧口的工具轴。侧口锁可以被构造且布置为在未锁定模式下允许工具轴穿过该至少一个侧口。
在一些实施例中，铰接式探头的外套管包括至少一个侧口。工具轴的一部分可以穿过该至少一个侧口。侧口可以沿外套管的外表面引导工具轴。外科工具的功能元件可以从铰接式探头的工作表面向外延伸，工作表面在铰接式探头的远端。该功能元件可以被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面铰接。该功能元件可以被构造且布置为相对于工具轴延伸的轴线铰接。该功能元件可以被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面在0°和90°之间铰接。该功能元件可以被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面在0°和135°之间铰接。该功能元件可以被构造且布置为相对于铰接式探头的工作表面在0°和180°之间铰接。
在一些实施例中，铰接式探头的内套管和外套管各自包括多个探头链(probelinks)。
在一些实施例中，铰接式探头的内套管和外套管可独立地控制。铰接式探头的内套管和外套管可各自配置在保护模式(limp mode)和刚性模式(rigid mode)中的一个模式中。
在一些实施例中，铰接式探头包括至少一个转向缆。至少一个转向缆可以终止在靠近铰接式探头的远端的区域处。
在一些实施例中，功能元件包括从下述组中选择的一个或多个：抓握器、爪、刀具、刀、烧蚀器、灼烧器、药物递送装置、辐射源、心电图电极、压力传感器、血液传感器、相机、磁体、加热元件和低温(cryogenic)元件。
在一些实施例中，功能元件包括第一工具护套(sheath)空腔，且工具轴包括第二工具护套空腔。外科工具可以被被构造和布置成提供用于第二外科工具进入的空腔路径。第一工具护套空腔和第二工具护套空腔可以连接以形成空腔路径。空腔路径的区域可对应于工具轴的铰接区域。
在一些实施例中，外科工具包括锁定设备，其构造并布置成锁定功能元件的铰接位置。
在一些实施例中，外科工具包括锁定设备，其构造并布置成锁定功能元件的操作模式。
在一些实施例中，功能元件包括抓握器。抓握器可构造并布置成施加大约1lbF的抓握力。当铰接区域被置于完全铰接状态时，抓握器可构造并布置成施加大约1lbF的抓握力。
在一些实施例中，该系统被构造且布置为执行一种经口咽入路的机器人外科手术。
在一些实施例中，工具轴的铰接区域包括至少两个分段链。至少两个分段链中的一个分段链可以是一体的。至少两个分段链中的每个分段链可以是一体的。至少两个分段链中的第一分段链可连接至工具轴的第一轴部分，至少两个分段链中的第二分段链可连接至工具轴的第二轴部分。功能元件可以连接到第二轴部分。至少两个分段链中的第一分段链可连接至工具轴的第一轴部分，至少两个分段链中的第二分段链可连接至功能元件。工具轴的铰接区域还可以包括一个或多个第三分段链，其连接在第一分段链和第二分段链之间。
第一分段链可以包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括半球体部分。第一分段链可以包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括凸面体部分。该凸面体部分可以是半球体部分。该凸面体部分可以是半椭圆体部分。第一部分可以包括圆柱体部分。第一分段链的半球体部分可以与第一轴部分的半球形空腔部分配合。第一分段链的半球体部分可以与第一轴部分的凹形空腔部分配合。该凹形空腔部分可以是半球形空腔部分。该凹形空腔部分可以是半椭圆形空腔部分。
第一分段链可以包括至少一个铰接线缆通道。至少一个铰接线缆通道可以包括在第一部分的上表面内的第一开口和在第一部分的底表面内的第二开口。第一部分可以包括圆柱体部分。至少一个铰接线缆通道可以包括第一至第四铰链线缆通道，它们可以绕第一部分的圆周或周长间隔开90°。至少一个铰接线缆通道可以包括第一至第四铰链线缆通道，它们可以沿相对于第一部分的中心轴线的共同径向路径彼此分开90°设置。第一部分可以包括圆柱体部分。
第一分段可包括致动线缆通道。致动线缆通道可以包括在第一分段的半球体部分的直径中点处的第一开口和在第一分段的第一部分的直径中点处的第二开口。第一部分可以包括圆柱体部分。致动线缆通道可包括连接在第一开口处的上锥体，其整合第一开口与第一分段的主体的圆柱形空腔。圆柱形空腔可以连接第一分段的主体的下锥体。下锥体可以整合圆柱形空腔与第一分段的主体的半球形空腔。第二分段链可包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括半球体部分。
第二分段链可包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括凸面体部分。凸面体部分可以是半球体部分。凸面体部分可以是半椭圆体部分。第一部分可包括圆柱体部分。第二分段链的半球体部分可以与第一分段链的半球形空腔部分配合。第二分段链的半球体部分可以与第一分段链的凹形空腔部分配合。凹形空腔部分可以是半球形空腔部分。凹形空腔部分可以是半椭圆形空腔部分。第一分段链的至少两个铰接线缆通道可以与第二分段链的至少两个铰接线缆通道对齐。第一分段链的各铰接线缆通道可以与第二分段链的各铰接线缆通道对齐。
第二分段链的主体可包括至少一个铰接线缆通道。至少一个铰接线缆通道可包括在第一部分的上表面内的第一开口和在第一部分的底表面内的第二开口。第一部分可包括圆柱体部分。至少一个铰接线缆通道可包括第一至第四铰接线缆通道，它们绕第一部分的圆周或周长间隔开90°。至少一个铰接线缆通道可包括第一至第四铰接线缆通道，它们沿相对于第一部分的中心轴线的共同径向路径彼此分开90°设置。第一部分可包括圆柱体部分。
第二分段的主体可包括致动线缆通道。致动线缆通道可包括在第二分段半球体部分的直径中点处的第一开口和在第二分段第一部分的直径中点处的第二开口。第一部分可包括圆柱体部分。致动线缆通道可包括连接在第一开口处的上锥体，其整合第一开口与第二分段的主体的第一圆柱形空腔。第一圆柱形空腔可连接第二分段的主体的第二圆柱形空腔。第一圆柱形空腔的直径可小于第二圆柱形空腔的直径。
第二分段链可连接到功能元件。第二分段链可连接到功能元件的连接链。连接链可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。
功能元件可包括设置在连接链的内腔内的致动活塞。致动活塞可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。功能元件可进一步包括连接到致动活塞的第一和第二致动链部件。第一和第二致动链部件可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。功能元件可进一步包括第一和第二爪部件，它们分别连接到第一和第二致动链部件。第一和第二爪部件可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。致动活塞在连接链的内腔内的线性运动，可使得第一和第二爪部件打开或关闭。致动线缆可连接到致动活塞。致动线缆可包括选自以下组中的一种或多种：金属线缆、塑料线缆、在售电缆、编织线缆和不锈钢丝编织线缆。
至少两个分段链可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物和聚四氟乙烯。第一分段链可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物和聚四氟乙烯。第二分段链可包括与第一分段链不同的材料。
在一些实施例中，至少两个分段链中的第一分段链可连接到工具轴的第一轴部分，至少两个分段链中的第二分段链连接到功能元件和工具轴的第二轴部分中的一个。工具轴的第一轴部分包括线缆过渡段。
线缆过渡段可包括至少一个铰接线缆通道。至少一个铰接线缆通道可包括第一到第四铰接线缆通道，它们绕线缆过渡段的圆周间隔开90°。线缆过渡段的至少两个铰接线缆通道可以与第一分段链的至少两个铰接线缆通道对齐。
线缆过渡段可包括致动线缆通道。致动线缆通道可设置在线缆过渡段的直径中点。线缆过渡段可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物和聚四氟乙烯。
工具轴的第一轴部分可包括柔性工具轴部分。柔性工具轴部分可包括具有至少一个线缆通道的腔内引导件。所述至少一个线缆通道可包括致动线缆通道和至少一个铰接线缆通道。致动线缆通道可设置在柔性工具轴部分的直径中点处，且至少一个铰接线缆通道可沿柔性工具轴部分的圆周设置。腔内引导件包括五个腔内加强杆。腔内引导件可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物和聚四氟乙烯。
在第二分段第一部分的底表面内可以形成至少一个空腔槽。所述至少一个空腔槽可以包括第一空腔槽和第二空腔槽。第一空腔槽可以从所述至少一个铰接线缆通道的第一铰接线缆通道延伸到至少一个铰接线缆通道的第二铰接线缆通道。第一铰接线缆可设置在第一铰接线缆通道、第一空腔槽和第二铰接线缆通道内。第一铰接线缆可以固定到第一空腔槽的表面。第一铰接线缆可以焊接到第一空腔槽的表面。第一铰接线缆可以粘结到第一空腔槽的表面。第一铰接线缆可以压配合在第一空腔槽内。第二空腔槽可以从所述至少一个铰接线缆通道的第三铰接线缆通道延伸到所述至少一个铰接线缆通道的第四铰接线缆通道。第二铰接线缆可以设置在第三铰接线缆通道、第二空腔槽和第四铰接线缆通道内。
所述至少一个空腔槽可以沿第二分段圆柱体部分的底表面的整个圆周延伸。所述至少一个铰接线缆通道的第二开口可以由至少一个空腔槽部分地限定。至少一根铰接线缆可以设置在所述至少一个铰接线缆通道内，且所述至少一根铰接线缆可以固定到所述至少一个空腔槽的表面。
在一些实施例中，工具轴的铰接区域可包括多个分段链。多个分段链中的每一分段链可以顺序连接到多个分段链中的另一个分段链。多个分段链可相对于彼此铰接。多个分段链中第一分段链的第一部分的底表面可以邻接多个分段链中第二分段链的第一部分的上表面，以限定相对于第一和第二分段链各自中心轴线的铰接角度。铰接角度可以限定在12°到15°。
第一分段链的第一部分可包括圆柱体部分且第二分段链的第一部分可包括圆柱体部分。多个分段链中的每个分段链可被构造和布置成在功能元件和铰接式探头的工作面之间提供12°到15°的铰接。多个分段链中的每个分段链可被构造和布置成在功能元件和工具轴的线缆过渡段的纵向轴线之间提供12°到15°的铰接。多个分段链中的每个分段链可被构造和布置成在功能元件和工具轴的延伸轴线之间提供12°到15°的铰接。
在一些实施例中，铰接区域可被构造和布置为支撑大约1lbF的力而偏离不超过大约1/2英寸。
在一些实施例中，铰接区域可被构造和布置为：当处于完全铰接状态时，支撑大约1lbF的力而偏离不超过大约1/2英寸。
在另一方面，外科工具包括：设置在工具轴远端的功能元件；以及设置在工具轴近端的工具手柄，其中工具轴包括铰接区域。
在一些实施例中，铰接区域可设置在功能元件和工具轴第一部分之间的工具轴的远端。
在一些实施例中，铰接区域可设置在工具轴的中心区域。铰接区域可设置在工具轴的第一部分和工具轴的第二部分之间。工具手柄可连接到工具轴的第一部分的近端。
铰接区域可包括多个分段链。多个分段链中的每个分段链可被构造和布置为在功能元件和工具轴的轴线之间提供12°到15°的铰接。多个分段链中的第一分段链可连接到工具轴的第一部分，且多个分段链中的第二分段链连接到功能元件。
第一分段链可包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括半球体部分。第一部分可包括圆柱体部分。
第二分段链可包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括半球体部分。第一部分可包括圆柱体部分。
第一分段链的半球体部分可以与工具轴第一部分的半球形空腔部分配合，且其中第二分段链的半球体部分可以与第一分段链的半球形空腔部分配合。功能元件可包括连接链，连接链具有与第二分段链的半球形空腔部分相配合的半球体部分。
多个分段链中的每个分段链可包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分可包括半球体部分，且其中多个分段链中的每个分段链可包括至少一个铰接线缆通道和致动线缆通道。第一部分可包括圆柱体部分。
至少一根铰接线缆可设置在所述至少一个铰接线缆通道内。所述至少一根铰接线缆可固定到多个分段链中的远端分段链。施加到所述至少一根铰接线缆的张紧力可以使得功能元件相对于工具轴铰接。
致动线缆可设置在致动线缆通道内。施加到致动线缆上的张紧力可以使得功能元件改变状态。
在一些实施例中，工具轴包括设置在线圈内的五个腔挤压件。工具轴盖可环绕线圈。工具轴盖可包括型轴盖。
在另一方面，外科工具包括：设置在工具轴远端的功能元件；以及设置在工具轴近端的工具手柄，其中工具轴包括铰接区域。
在一些实施例中，铰接区域可包括多个分段链。多个分段链中的第一分段链可包括具有第一和第二凹形空腔的主体，第一和第二凹形空腔形成在主体的相对端表面。第一凹形空腔可以是半球形空腔。第一凹形空腔可以是半椭圆形空腔。第二凹形空腔可以是半球形空腔。第二凹形空腔可以是半椭圆形空腔。
多个分段链中的第二分段链可包括具有第一和第二凸面体部分的主体，第一和第二凸面体部分形成在中心体部分的相对端表面。第一凸面体部分可以是半球体部分。第一凸面体部分可以是半椭圆体部分。第二凸面体部分可以是半球体部分。第二凸面体部分可以是半椭圆体部分。中心体部分可以是圆柱形。
第二分段链的第一和第二凸面体部分之一可以与第一分段链的第一和第二凹形空腔之一相配合。第二分段链的第一和第二凸面体部分中的另一个，可以与工具轴的凹形空腔相配合。第一分段链的第一和第二凹形空腔中的另一个，可以与多个分段链中的第三分段链的凸面体部分相配合。第三分段链可连接到功能元件。
在一些实施例中，多个分段链中的第一分段链可包括第一主体，第一主体具有从第一主体的表面延伸的第一凸起。第一主体可以是圆柱体。第一主体可具有椭圆形横截面。第一凸起可以是圆柱形凸起。第一凸起可具有椭圆形横截面。
多个分段链中的第二分段链可包括第二主体，第二主体具有从第二主体的第一表面延伸的第二凸起。第二主体可以是圆柱体。第二主体可具有椭圆形横截面。第二凸起可以是圆柱形凸起。第二凸起可具有椭圆形横截面。
第二分段链可包括形成在第二主体的第二表面内的凹形空腔。凹形空腔可以是半球形空腔。凹形空腔可以是半椭圆形空腔。第一分段链的第一凸起可以与第二分段链的凹形空腔配合。第一分段链可连接到功能元件。第二分段链的第二凸起可以与工具轴的凹形空腔配合。
在一些实施例中，多个分段链中的第一分段链可包括具有第一体部分和第二体部分的主体。第一体部分可包括圆柱体部分。第一体部分可具有椭圆形横截面。第二体部分可包括凸面体部分。凸面体部分可以是半球体部分。凸面体部分可以是半椭圆体部分。
多个分段链中的第二分段链可包括具有中心体部分的主体、连接到中心体部分的第一表面的凸面体部分、以及从中心体部分的第二表面向外延伸的多个柱(post)。凸面体部分可以是半球体部分。凸面体部分可以是半椭圆体部分。中心体部分可以是圆柱体。中心体部分可以具有椭圆形横截面。多个柱可以是圆柱体。多个柱可具有椭圆形横截面。多个柱可包括圆形或倾斜的上边缘中的一种边缘。
多个柱可沿相对于中心体部分第二表面的中心轴线的共同径向路径设置。多个柱可包括中心柱和两个或多个外部柱，中心柱位于第二表面的直径中点处。两个或多个外部柱可沿相对于中心柱的共同径向路径设置。外部柱可以等间隔分开。两个或多个外部柱可以各自具有高于中心柱的第二高度的第一高度。
第一分段链的第二体部分可以与从中心体部分的第二表面向外延伸的多个柱配合。第二分段链的凸面体部分可以与多个分段链的第三分段链的多个柱配合。第三分段链可连接到工具轴。
在另一方面，一种外科工具，包括：细长的第一组件；以及细长的第二组件，该细长的第二组件包括：细长的支撑元件；可相对于支撑元件移动的细长的激活元件；以及联接到激活元件的功能结构，功能结构的移动响应于激活元件的移动，其中由激活元件的移动所给予的力通过支撑元件与第一组件相隔离。
在一些实施例中，第二组件还包括联接到支撑元件的U形夹。
在一些实施例中，U形夹联接至支撑元件的远端。
在一些实施例中，U形夹的内表面联接至支撑元件的外表面。
在一些实施例中，U形夹被粘合到支撑元件。
在一些实施例中，粘合包括粘合剂。
在一些实施例中，U形夹被焊接到支撑元件。
在一些实施例中，U形夹和支撑元件通过以下方式中的至少一项进行联接：模锻、螺纹、销钉、卡扣配合、压入配合、或者联接到一起。
在一些实施例中，激活元件沿支撑元件和U形夹的延伸方向自由地移动。
在一些实施例中，外科工具还包括U形夹和第一组件的远端之间的纵向间隙。
在一些实施例中，纵向间隙在纵向方向的尺寸被形成为在由激活元件的移动给予力时阻止U形夹和第一组件的远端之间的接触。
在一些实施例中，纵向间隙的尺寸确保了对所给予的力的隔离。
在一些实施例中，纵向间隙的尺寸在给予力时提供了U形夹和第一组件的远端之间的空间(play)。
在一些实施例中，纵向间隙的尺寸在给予力时减小。
在一些实施例中，外科工具还包括位于纵向间隙中的可压缩材料。
在一些实施例中，可压缩材料包括以下各项中的至少一项：弹性体、聚合物、橡胶、泡沫、海绵材料、或者它们的组合。
在一些实施例中，外科工具还包括位于纵向间隙中的可压缩元件。
在一些实施例中，可压缩元件包括以下各项中的至少一项：弹簧、可压缩盘片、弹性盘片、液压活塞、气动活塞、或者它们的组合。
在一些实施例中，U形夹包括底部和从底部延伸出的凸起。
在一些实施例中，凸起延伸到第一组件的远端的凹处中。
在一些实施例中，凹处包括内端壁和侧壁。
在一些实施例中，纵向间隙在凸起和凹处的内端壁之间。
在一些实施例中，底部比凸起更宽。
在一些实施例中，纵向间隙在U形夹的底部和第一组件的远端之间。
在一些实施例中，底部的外部宽度等于第一组件的远端的外部宽度。
在一些实施例中，凸起具有圆柱形外表面并且远端具有圆柱形内表面。
在一些实施例中，凸起的圆柱形外表面包括至少一个第一平坦部分，该第一平坦部分与远端的内表面的相应第二平坦部分相对齐。
在一些实施例中，第一和第二平坦部分的对齐阻止了第二组件相对于第一组件的扭转。
在一些实施例中，U形夹包括用于容纳功能结构的壳体。
在一些实施例中，激活元件在壳体处联接至功能结构。
在一些实施例中，壳体的尺寸被形成为准许功能结构在功能结构移动期间相对于壳体展开和收紧。
在一些实施例中，第二组件与第一组件相连，从而使得第二组件的支撑元件相对于第一组件是可移动的。
在一些实施例中，支撑元件包括沿支撑元件的延伸方向延伸的腔。
在一些实施例中，激活元件可滑动地放置于支撑元件的腔中。
在一些实施例中，激活元件在支撑元件的延伸方向上与支撑元件可滑动地连接。
在一些实施例中，支撑元件被构造和布置为线圈。
在一些实施例中，支撑元件被构造和布置为杆。
在一些实施例中，杆在支撑元件的延伸方向上具有有限的压缩度并且在相对于延伸方向的横向方向上是弹性的。
在一些实施例中，支撑元件被构造和布置为空心管。
在一些实施例中，支撑元件包括多个链的布置。
在一些实施例中，支撑元件在支撑元件的延伸方向上具有有限的压缩度并且在相对于延伸方向的横向方向上是弹性的。
在一些实施例中，支撑元件吸收由激活元件的移动所给予的力而产生的负荷。
在一些实施例中，支撑元件在力由激活元件的移动给予时阻止力被施加至第一组件。
在一些实施例中，激活元件相对于支撑元件可自由移动。
在一些实施例中，激活元件在支撑元件内自由移动。
在一些实施例中，激活元件邻近支撑元件的外表面自由移动。
在一些实施例中，激活元件的移动由外科工具近端处的手柄引发。
在一些实施例中，激活元件被构造和布置为导线。
在一些实施例中，导线被构造和布置为传递能量和/或数据。
在一些实施例中，激活元件被构造和布置为线缆。
在一些实施例中，激活元件被构造和布置为光纤。
在一些实施例中，光纤被构造和布置为传递能量和/或数据。
在一些实施例中，激活元件包括光滑的外表面部分。
在一些实施例中，光滑的外表面部分包括选自由以下材料组成的组中的材料：石墨；亲水涂料；表面积减小材质；以及它们的组合。
在一些实施例中，功能结构包括以下各项中的至少一项：抓握器；剪刀；切刀；爪；刀。
在一些实施例中，功能结构包括以下各项中的至少一项：烧蚀器、灼烧器、药物递送装置、辐射源、心电图电极、压力传感器、血液传感器、相机、磁体、加热元件或低温元件。
在一些实施例中，功能结构包括弹簧偏置的工具。
在一些实施例中，弹簧偏置的工具进行操作以施加相对于激活元件的移动的力。
在一些实施例中，弹簧偏置的工具进行操作以施加力来将功能结构复位。
在一些实施例中，弹簧偏置的工具进行操作以施加与由激活元件的移动所给予的力方向相反的力。
在一些实施例中，功能元件被构造和布置为相对于第一组件的延伸方向铰接。
在一些实施例中，功能结构包括致动活塞，该致动活塞联接至激活元件以将激活元件链接至功能结构。
在一些实施例中，致动活塞位于第一组件远端的内部空腔内。
在一些实施例中，功能元件还包括被联接至致动活塞的第一和第二致动链部件。
在一些实施例中，第一和第二致动链部件包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属；塑料；热塑性聚合物；不锈钢；聚氯乙烯；液晶聚合物；以及它们的组合。
在一些实施例中，功能元件还包括分别联接至第一和第二致动链部件的第一和第二爪部件。
在一些实施例中，第一和第二爪部件包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物、以及它们的组合
在一些实施例中，致动活塞在内部空腔内的线性移动使得第一和第二爪部件打开和闭合。
在一些实施例中，外科工具还包括手柄，该手柄在第一组件的近端处联接至支撑元件的近端。
在一些实施例中，手柄控制外科工具。
在一些实施例中，外科工具还包括至少一个转向线缆，该至少一个转向线缆操作来控制第一组件的铰接。在一些实施例中，所述至少一个转向线缆联接至手柄。
在一些实施例中，外科工具还包括与手柄相连接的球窝结构，该球窝结构控制至少一个转向线缆的移动。
在一些实施例中，外科工具还包括锁定结构，该锁定结构锁定球窝结构的位置。
在一些实施例中，锁定结构包括螺母或蝶形螺钉。
在一些实施例中，激活元件联接至手柄。
在一些实施例中，手柄包括扳柄，并且在一些实施例中，激活元件联接至扳柄。
在一些实施例中，扳柄是弹簧加载的。
在一些实施例中，扳柄的激活以第一方向移动激活元件。
在一些实施例中，由操作者松开扳柄使得扳柄复位，继而允许激活元件以与第一方向相反的第二方向移动。
在一些实施例中，扳柄启动激活元件沿朝向扳柄的方向移动。
在一些实施例中，手柄包括连接支撑元件联接的底座。
在一些实施例中，支撑元件在支撑元件的近端处联接至底座。
在一些实施例中，手柄还包括扳柄，并且在一些实施例中，激活元件通过底座延伸至扳柄。
在一些实施例中，手柄包括从包括以下各项的组中选择的一项：剪刀手柄；手持握把；拇指/食指/中指握把；手枪式握把；往复式扳柄；以及它们的组合。
在一些实施例中，外科工具包括锁定设备，其构造和布置为锁定功能结构的铰接位置。
在一些实施例中，外科工具包括锁定设备，其构造和布置为锁定功能结构的操作模式。
在一些实施例中，第一组件邻接第二组件的外表面。
在一些实施例中，第一和第二组件以相同的延伸方向延伸。
在一些实施例中，第一组件和第二组件共同位于铰接式探头的腔中。
在一些实施例中，第二组件的至少一部分位于第一组件中。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力通过支撑元件相对于第一组件的隔离阻止了第一组件的铰接区域处的绑定。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力通过支撑元件相对于第一组件的隔离阻止了第一组件的铰接区域处的铰接分段的绑定。
在一些实施例中，外科工具被构造和布置为经由人机交互设备来进行控制。
在一些实施例中，人机交互设备包括从包括以下各项的组中选择的一项：触觉控制器；操纵杆；轨迹球；鼠标；机电设备；以及它们的组合。
在一些实施例中，第一组件包括：工具轴；包括多个铰接分段的铰接区域；以及通过工具轴延伸到铰接区域的至少两个转向线缆。
在一些实施例中，铰接区域在外科工具的远端处。
在一些实施例中，至少两个转向线缆控制铰接分段的铰接。
在一些实施例中，铰接分段中的至少一个包括至少一个铰接线缆通道，所述至少两个转向线缆中的一个转向线缆延伸通过该通道。
在一些实施例中，至少一个铰接线缆通道包括围绕铰接分段的圆周或周长以约20°隔开的第一至第三铰接线缆通道。
在一些实施例中，至少一个铰接线缆通道包括围绕铰接分段的圆周或周长以约90°隔开的第一至第四铰接线缆通道。
在一些实施例中，至少一个铰接线缆通道包括沿相对于第一组件中心轴线的共同径向路径彼此分隔开约90°的第一至第四铰接线缆通道。
在一些实施例中，至少两个转向线缆进行操作来锁定铰接区域的铰接位置。
在一些实施例中，外科工具包括将转向线缆保留在锁定位置的锁定结构。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力通过支撑元件与铰接区域相隔离。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力与铰接区域的朝向无关。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力与施加到至少两个转向线缆的力无关。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力与铰接区域的隔离阻止了至少两个转向线缆的绑定。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力与铰接区域的隔离阻止了相邻铰接分段的无意锁定。
在一些实施例中，由激活元件的移动所给予的力与铰接区域的隔离避免了铰接区域响应于激活元件的移动而移动。
在一些实施例中，工具轴包括用于接收激活元件和至少两个转向线缆的腔引导元件。
在一些实施例中，腔引导元件包括多个腔加强杆。
在一些实施例中，多个腔加强杆包括用于接收激活元件的第一线缆通道和用于接收至少两个转向线缆的多个第二线缆通道。
在一些实施例中，工具轴的铰接区域包括至少两个分段链。
在一些实施例中，至少两个分段链中的第一分段链联接至工具轴的第一轴部分，并且至少两个分段链中的第二分段链与功能结构相连接。
在一些实施例中，工具轴的铰接区域还包括联接于第一分段链和第二分段链之间的一个或多个第三分段链。
在一些实施例中，第一分段链包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括半球体部分。
在一些实施例中，第一分段链包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括凸面体部分。
在一些实施例中，凸面体部分是半球体部分。
在一些实施例中，凸面体部分是半椭圆体部分。
在一些实施例中，第一部分包括圆柱体部分。
在一些实施例中，第一分段链的半球体部分与第一轴部分的半球形空腔部分相配合。
在一些实施例中，第一分段链的半球体部分与第一轴部分的凹形空腔部分相配合。
在一些实施例中，第二分段链包括具有第一部分和第二部分的主体，其中第二部分包括凸面体部分。
在一些实施例中，凸面体部分是半球体部分。
在一些实施例中，凸面体部分是半椭圆体部分。
在一些实施例中，第一部分包括圆柱体部分。
在一些实施例中，多个分段链中的第一分段链的第一部分的底表面邻接多个分段链中的第二分段链的第一部分的上表面以限制相对于第一和第二分段链中每一个的中心轴线的铰接角度。
在一些实施例中，铰接角度被限制为约12°到15°。
在一些实施例中，至少两个分段链中的每个分段链被构造和布置为在外科工具的工作表面和功能结构之间提供约12°到15°的铰接。
在一些实施例中，至少两个分段链中的每个分段链被构造和布置为在工具轴的工作表面和功能结构之间提供约12°到15°的铰接。
在一些实施例中，铰接区域被构造和布置为在偏离不超过约1/2英寸的情况下支撑1lbF的力。
在一些实施例中，铰接区域被构造和布置为：当处于完全铰接状态时，在偏离不超过约1/2英寸的情况下支撑约1lbF的力。
在一些实施例中，支撑元件的远端位于第二分段链处。
在一些实施例中，第一组件的铰接区域包括腔并且其中第二组件的一部分位于第一组件的腔中。
在一些实施例中，至少两个转向线缆各自具有终止于外科工具手柄的近端，并且其中铰接分段相对于彼此的移动由外科工具手柄来控制。
在一些实施例中，第一组件与第二组件的外表面相邻并且沿与第二组件共同的延伸方向延伸。
在一些实施例中，外科工具还包括护套，第一组件和第二组件共同位于护套的腔中。
在一些实施例中，激活元件沿第一组件的外表面延伸。
在另一方面，提供了一种利用本文提及的外科工具执行医疗手术的方法。
在另一方面，提供了一种用于执行医疗手术的系统，该系统包括：铰接式探头，该铰接式探头包括内套管和外套管；以及外科工具，该外科工具包括：
细长的第一组件；细长的第二组件，该细长的第二组件包括：
细长的支撑元件；可相对于支撑元件移动的细长的激活元件；以及联接到激活元件的功能结构，功能结构的移动响应于激活元件的移动，其中由激活元件的移动所给予的力通过支撑元件与第一组件相隔离，并且其中铰接式探头和外科工具是独立可控的。
附图说明
本发明构思的实施例的前述和其他目的、特征和优点将从优选实施例的更具体描述中显而易见，如附图所示，其中相同的附图标记在所有不同视图中表示相同的元件。附图未必依比例绘制，而是重点在于例示出优选实施例的原理。
图1A是根据本发明构思的实施例的用于执行医疗手术的系统的铰接式探头的透视图；
图1B和1C是根据本发明构思的实施例的、如图1A例示出的铰接式探头的工作表面的端视图；
图2是根据本发明构思的实施例的铰接式外科工具的透视图；
图3A和3B是根据本发明构思的实施例的、如图2例示出的铰接式外科工具的远端的透视图；
图4A是根据本发明构思的实施例的、如图3例示出的铰接式外科工具的分段链的透视图；
图4B是根据本发明构思的实施例的、如图3例示出的铰接式外科工具的分段链的透视图；
图4C是根据本发明构思的实施例的、如图4例示出的分段链的横截面透视图；
图5A和5B是根据本发明构思的实施例的、例示出了如图2例示出的铰接式外科工具的铰接范围的透视图；
图6A是例示出根据本发明构思的实施例的铰接式外科工具的可选择的分段链构造的侧视透视图；
图6B是例示出根据本发明构思的实施例的铰接式外科工具的可选择的分段链构造的侧视透视图；
图6C是根据本发明构思的实施例的、如图6B中例示出的第三分段链的截面图；
图7是例示出根据本发明构思的实施例的铰接式外科工具的可选择的分段链构造的透视图；
图8A是例示出根据本发明构思的实施例的铰接式外科工具的可选择的分段链构造的透视图；
图8B是根据本发明构思的实施例的分段链的透视图；
图8C是根据本发明构思的实施例的、如图8B中例示出的分段链的顶视图；
图8D是根据本发明构思的实施例的分段链的透视图；
图8E是根据本发明构思的实施例的、如图8D中例示出的分段链的顶视图；
图9是例示出根据本发明构思的实施例的铰接式外科工具的可选择的分段链构造的透视图；
图10是根据本发明构思的另一实施例的铰接式外科工具的横截面侧视图；
图11是根据本发明构思的另一实施例的、如图10中例示出的铰接式外科工具的详细视图；
图12是根据本发明构思的另一实施例的、图10和11的铰接式外科工具的斜视图；
图13是根据本发明构思的另一实施例的、如图10中例示出的手柄组件的扩展视图；
图14A是根据本发明构思的实施例的、具有处于第一状态中的功能元件的铰接式外科工具的横截面侧视图；
图14B是图14A的铰接式外科工具的横截面侧视图，其中功能元件处于第二状态中；以及
图15A-15C是根据本发明构思的另一实施例的铰接式外科工具的横截面侧视图，每个侧视图表示该铰接式外科工具的不同状态。
具体实施方式
这里使用的术语是为了描述特定实施例而不旨在限制本发明的构思。如这里所用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还应当理解，当这里使用术语“包含”、“包括”、“含有”和/或“蕴含”时，表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或成分，但未排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、成分和/或它们的组。
应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里被用于描述各种限定、元件、成分、区域、层和/或部分，但是这些限定、元件、成分、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。这些术语仅被用于将一个限定、元件、成分、区域、层或部分与另一个限定、元件、成分、区域、层或部分区分开来。因此，下面所论述的第一限定、元件、成分、区域、层或部分可被叫做第二限定、元件、成分、区域、层或部分，而不背离本申请的教导。
还应当理解，当元件被称为在另一元件“上”或者“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接在该另一元件上或上方，或直接连接或联接到该另一元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当元件被称为是“直接在……上”或者“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，不存在介于中间的元件。用于描述元件之间关系的其他词语应该以相似的方式进行解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)。当一个元件在这里被表述为在另一元件“之上(over)”时，它可以是在该另一元件之上或之下，并且不是被直接联接到该另一元件，就是存在介入中间的元件，或者这些元件可以由空处或空隙隔开。
图1A是用于执行医疗手术的系统的铰接式探头的透视图，并且图1B和1C是如图1A所例示的铰接式探头的工作表面的端视图。用于执行医疗手术(例如，经口咽入路的机器人外科手术)的系统100可包括用于在患者体内引导一个或多个外科工具200、200a-d和/或工具护套200、200a的铰接式探头120。系统100可以包括于2010年7月28日提交的序列号为No.61/368,257的美国临时专利申请中所述的手术定位和支撑系统的一个或多个特征，该申请对应于2011年7月21日提交的序列号为PCT/US2011/044811的PCT申请，其内容通过引用被全部合并于此。
诸如医学专家的操作者(operator)可通过人机交互设备(HID)控制铰接式探头120以操纵或者以其他方式控制铰接式探头120的功能和移动。HID可包括选自包括以下各项的组中的一项：触觉控制器、操纵杆、轨迹球、鼠标和机电设备。
铰接式探头120可以包括内套管(sleeve)(未示出)和外套管160，在操纵铰接式探头120期间，该内套管和外套管可以相对于彼此前进或缩回。例如，铰接式探头120的内套管和外套管(其可以包括多个内链和多个外链160、160a-d)可被配置为保护模式和刚性模式中的一种以便辅助对铰接式探头120的操纵。例如，内套管和外套管可通过铰接式探头120的一个或多个转向线缆被配置为保护模式和刚性模式中的一种。
于2009年7月2日公开的Choset等人的美国专利申请公开No.2009/0171151以及于2008年2月14日公开的Zubiate等人的美国专利申请公开No.2008/0039690中进一步描述了示例性的探头，它们各自的内容通过引用被全部合并于此。
铰接式探头120可包括至少一个工作通道170、170a-c，其在铰接式探头120的工作表面180具有开口。工作通道170、170a-c可延伸穿过铰接式探头120，例如从铰接式探头120的近端到远端。工作表面180可以位于铰接式探头120的远端。例如，工作表面180可位于铰接式探头120的外部远端链160a的远端。
铰接式探头120可以包括至少一个侧口或引导孔166、166a-b。例如，在图1示出的实施例中，铰接式探头120包括在外链160a的凸缘165a、165b中形成的第一和第二侧口166a、166b。铰接式探头120还可包括联接到铰接式探头120的侧口或引导孔166、166a-b的至少一个输送管135、135a-b。
尽管图1A示出了第一和第二侧口166a、166b，多个第一和第二侧口166a、166b可形成于铰接式探头120的多个凸缘165a、165b中。例如，多个第一和/或第二侧口166a、166b可以沿铰接式探头120的外套管160放置从而为与铰接式探头120共同铰接的一个或多个输送管135、135a-b提供引导。
铰接式探头可包括设置在铰接式探头120的工作表面180处的一个或多个光源175、175a-c。光源175、175a-c可包括诸如电子受激发光光源的电子激发光源、诸如白炽灯泡的白炽光源、诸如发光二极管的电致发光光源、以及诸如荧光灯的气体放电光源。
光源175、175a-c还可包括光纤，该光纤可被配置为将光线发送到铰接式探头120的工作面180和从其发送出来。
系统100还可包括具有铰接区域235、235a-b的一个或多个外科工具200、200a-d。系统100可被配置为允许操作者独立地控制铰接式探头120和外科工具200、200a-d。例如，铰接式探头120可通过HID进行控制，而外科工具200、200a-d可通过工具手柄(参见例如，图2示出的工具手柄205)进行控制。
系统100可被配置为具有任意数量的外科工具200、200a-d，其能够可滑动地放置在铰接式探头120的工作通道170、170a-c内和/或铰接式探头120的侧口166、166a-b或引导孔166、166a-b内。
例如，在医疗手术期间，铰接式探头120可配置为引导一个或多个外科工具200、200a-d。例如，在医疗手术之前、期间或之后，外科工具轴的一部分可以位于铰接式探头120的工作通道170、170a-c中的至少一个内。铰接式探头120还可被配置为允许操作者将外科工具轴可滑动地放置在工作通道170、170a-c中的至少一个内，从而使得外科工具200、200a-d的功能元件250、250a-b能够从工作通道开口向外延伸。
在另一示例中，在医疗手术之前、期间或之后，外科工具轴的一部分可被放置在铰接式探头120的至少一个侧口或引导孔166、166a-b内。铰接式探头120还可被配置为允许操作者将外科工具轴可滑动地放置在至少一个侧口或引导孔166、166a-b内，从而使得外科工具200、200a-d的功能元件250、250a-b能够从铰接式探头120的工作表面180向外延伸。外科工具轴的一部分可穿过铰接式探头120的至少一个侧口或引导孔166、166a-b，从而使得该侧口或引导孔166、166a-b沿铰接式探头120的外套管160的外表面引导外科工具轴。
铰接式探头120可包括侧口或引导孔锁1040、1050，其可被配置为处于锁定或解锁模式中的一个模式。锁1040、1050可被构造为固定位于铰接式探头120的侧口或引导孔166、166a-b内的外科工具200、200a-b的位置，因此防止外科工具200、200a-b在侧口或引导孔166、166a-b内滑动。
在一些实施例中，铰接式探头120可包括气动或液压锁1050，例如电磁阀或空气/流体袋(pouch)。例如，气动或液压锁1050可位于铰接式探头120的侧口或引导孔166、166a-b内。铰接式探头120还可包括用于将压缩气体或液体供应至气动或液压锁1050的通道或管1055。
在一些实施例中，铰接式探头120可包括电激活锁1040，例如电磁阀、压电致动器或镍钛诺致动锁(nitinol actuated lock)。例如，电激活锁1040可位于铰接式探头120的侧口或引导孔166、166a-b内。铰接式探头120还可包括用于将致动信号供应到电激活锁1040的导体1045，例如电线或电缆。
参考图1B，电激活锁1040被示出为位于铰接式探头120的第一侧口或引导孔166a内，且气动或液压锁1050被示出为位于铰接式探头120的第二侧口或引导孔166b内。在该例示中，电激活锁1040和气动或液压锁1050被示出为处于解锁模式中，从而允许系统100的操作者或使用者将外科工具轴可滑动地放置在铰接式探头120的侧口或引导孔166、166a-b内。
参考图1C，气动或液压锁1050被示出为处于锁定模式中。在锁定模式中，气动或液压锁1050在侧口或引导孔166、166b内扩展，从而将外科工具200、200b的轴固定在侧口或引导孔166、166b内。尽管未示出，但电激活锁1040可被配置为在侧口或引导孔166、166a内扩展，从而将外科工具200、200a的轴固定在侧口或引导孔166、166a内。
功能元件250、250a-b可被构造和布置为相对于铰接式探头120的工作表面180铰接。例如，在图1A所示的实施例中，功能元件250a、250b被示出为相对于铰接式探头120的工作表面180铰接。功能元件250、250a、250b也可被构造和布置为相对于工具轴的延伸轴线铰接。
功能元件250、250a-b可被构造和布置为相对于铰接式探头120的工作表面180和/或工具轴的延伸轴线在0°和90°之间铰接。功能元件250、250a-b可被构造和布置为相对于铰接式探头120的工作表面180和/或工具轴的延伸轴线在0°和135°之间铰接。功能元件250、250a-b可被构造和布置为相对于铰接式探头120的工作表面180和/或工具轴的延伸轴线在0°和180°之间铰接。功能元件250、250a-b可被构造和布置为相对于铰接式探头120的工作表面180和/或工具轴的延伸轴线在大于180°的角度处铰接。
功能元件250可包括选自由以下各项组成的组中的一项或多项：抓握器、爪、刀具、刀、烧蚀器、灼烧器、药物递送装置、辐射源、心电图电极、压力传感器、血液传感器、相机(carema)、磁体、加热元件和低温元件。例如，第一外科工具200a的功能元件250a可包括具有第一和第二刀片1010的刀具。第二外科工具200b的功能元件250b可包括加热元件、低温元件、压力传感器、血液传感器和/或辐射源1030。第三外科工具200c的功能元件250c可包括一个或多个心电图(EKG)电极或心脏除颤器电极1015、1020。第四外科工具200d的功能元件250d可包括相机1025。
图2是铰接式外科工具的透视图。外科工具200可包括工具手柄205、具有铰接区域235的外科工具轴215、220以及功能元件250。
外科工具200可被构造和布置为通过外科工具手柄205来进行控制。外科工具手柄205可包括选自由以下各项组成的组中的一项：剪刀手柄、手持握把、拇指/食指/中指握把、和手枪式握把。例如，在图2所示的实施例中，外科工具手柄205包括第一和第二致动手柄元件206a、206b，它们被联接至球形机构211和手柄链接机构207处。手柄链接机构207可包括在链接主体(link body)207b处联接的第一和第二分段链207a、207c。
在该示例性实施例中，外科工具包括球形机构211，该球形机构211被构造和布置为联接至套接机构212以用于操纵或者以其他方式控制外科工具200的功能和移动。尽管未示出，但一根或多根铰接线缆410可被固定到球形机构211，并且一根或多根致动线缆420可被固定到手柄链接机构207的链接主体207b。以这种方式，球形机构211相对于套接机构212的移动能够对固定到球形机构211上的一根或多根铰接线缆410提供张紧和松弛，由此调节铰接区域235的铰接状态。此外，第一和第二致动手柄元件206a、206b的剪式运动能够使得链接机构207的链接主体207b从球形机构211向外延伸(例如，沿纵向轴线)，由此对一根或多根铰接线缆420施加张紧力。
外科工具轴215、220可包括第一工具轴215和第二工具轴220。第一工具轴215的近端215p可连接到工具手柄205，例如通过球形机构和套接机构211、212联接，并且第一工具轴215的远端215d可联接到第二工具轴220的近端220p。第二工具轴220的远端220d可直接联接至铰接区域235或者间接联接至铰接区域235。例如，在图2和3A所示的实施例中，第二工具轴220的远端220d通过可选的线缆过渡段225联接到铰接区域235。
尽管铰接区域235被示出在外科工具200的远端230处，但铰接区域235可设置在功能元件250和第一工具轴215的近端215p之间的任意位置处。
铰接区域235可被构造和布置为在偏离不超过约1/2英寸的情况下支撑大约1lbF(磅力)的力。在一些实施例中，铰接区域235被构造和布置为：当处于完全铰接状态时，在偏离不超过约1/2英寸的情况下支撑大约1lbF(磅力)的力。
参考图3A和3B，线缆过渡段225可包括至少一个铰接线缆通道226。例如，该至少一个铰接线缆通道226可包括围绕线缆过渡段225的圆周或周长以约90°隔开的第一到第四铰接线缆通道226。可替换地，该至少一个铰接线缆通道226可包括围绕线缆过渡段225的圆周或周长以约120°隔开的第一到第三铰接线缆通道226。线缆过渡段225的至少两个铰接线缆通道226a、226c可与铰接区域235的第一分段链236的至少两个铰接线缆通道313a、313c和/或铰接区域235的第二分段链237的至少两个铰接线缆通道353a、353c相对齐。以这种方式，一根或多根铰接线缆410可位于第一和第二分段链236、237的线缆通道313a、313c、353a、353c内。
在一些实施例中，线缆过渡段225可包括n个铰接线缆通道226，其中n是大于0的实数。对于n大于1的情况，n个铰接线缆通道226可以围绕线缆过渡段225的圆周或周长均匀隔开或者非均匀地隔开。
线缆过渡段225可包括致动线缆通道227。致动线缆通道227可位于线缆过渡段225的直径中点处，并且可与铰接区域235的一个或多个分段链236、237的一个或多个致动线缆通道314、354相对齐。以这种方式，一根或多根致动线缆420能够位于第一和第二分段链236、237的线缆通道314、354内。
线缆过渡段225可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物、聚四氟乙烯以及这些材料的组合或其他适合的材料。
参考图3B，线缆过渡段225和/或外科工具轴220可包括位于线圈225b(例如扁平线圈或者弹簧)内的腔挤压件(lumen extrusion)225a。线圈225b可增加线缆过渡段225和/或外科工具轴220的刚度，以防止外科工具200的扭转和/或扭结。线圈225b还可增加线缆过渡段225和/或外科工具轴220的径向刚度，以防止工具轴的径向坍塌和/或防止挤压线缆410、420。可以提供诸如型轴套(shaft cover)的工具轴套225c以包覆线圈225b。
返回参考图2，第一工具轴215可包括刚性工具轴，且第二工具轴220可包括柔性工具轴；然而，外科工具200的工具轴215、220二者均可包括刚性或柔性工具轴。也就是说，外科工具200的第一和第二工具轴215、220可包括刚性和柔性工具轴的任意组合。
柔性工具轴215、220可包括具有至少一个线缆通道的腔引导元件。在一些实施例中，至少一个线缆通道包括致动线缆通道和至少一个铰接线缆通道。致动线缆通道可位于柔性工具轴的直径中点处，且该至少一个铰接线缆通道可沿柔性工具轴部分的圆周或周长放置。例如，腔引导元件可包括具有致动线缆通道和第一至第四铰接线缆通道的五腔加强杆。
腔引导元件可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物、聚四氟乙烯以及这些材料的组合或者其他适合的材料。
外科工具200的功能元件250可设置在外科工具200的远端230。功能元件250可包括选自由以下各项组成的组中的一项或多项：抓握器、爪、刀具、刀、烧蚀器、灼烧器、药物递送装置、辐射源、心电图电极、压力传感器、血液传感器、相机、磁体、加热元件和低温元件。例如，在图2和3所示的实施例中，功能元件250包括具有第一和第二抓握部件244a、244b的抓握器。抓握器可被构造并布置成施加约1lbF的抓握力。该抓握器还被构造和布置为在铰接区域处于完全铰接状态时施加大约1lbF的抓握力。抓握器还可被构造和布置为在外科工具200的铰接区域235的所有铰接状态下施加基本相似的抓握力，以使得在外科工具200的整个铰接范围内基本保持抓握器或其它类型的功能性元件250的操作。
外科工具200可包括构造和布置为锁定功能元件250的铰接位置的锁定设备。外科工具还可包括构造和布置为锁定功能元件250的操作模式的锁定设备。例如，锁定设备可被构造和布置为锁定外科工具200、200a-b的铰接状态和/或功能元件250的抓握状态(例如，打开的、闭合的、部分闭合的)。
外科工具200可被构造和布置为提供用于第二外科工具(例如，激光纤维或其他细长工具)进入的空腔路径。例如，第一外科工具的功能元件可包括第一工具护套腔，且第一外科工具的工具轴可包括第二工具护套腔。这样，第二外科工具可被可滑动地放置在第一外科工具的空腔路径内。
例如，参考图1A，第一外科工具200a可被配置为外科工具护套。外科工具护套可具有在外科工具200a的远端处形成的护套开口165a。第二外科工具可被可滑动地放置在第一外科工具200a的空腔路径内，以便第二外科工具的功能元件能够从护套开口165a向外延伸。
图3A和3B是图2所例示的铰接式外科工具的远端的透视图。工具轴的铰接区域235可包括单个分段链236或237或至少两个分段链236、237。例如，在图2、3A和3B所示的实施例中，铰接区域235包括第一至第六分段链236a-e、237。这些分段链236、236a-e、237可各自为单一形式，或者可各自由结合或连接在一起的材料的多个部分构造成。
至少两个分段链中的第一分段链236、236e可直接或间接地联接到工具轴215、220。例如，至少两个分段链236、237中的第一分段链236、236e可通过线缆过渡段225联接至第二工具轴220，线缆过渡段可从工具轴215、220到分段链236、237的通道分布多根线缆(例如，一根或多根致动线缆420和/或一根或多根铰接线缆410)。
该至少两个分段链236、237中的第二分段链237可联接到功能元件250。然而，如上所述，铰接区域235可设置在功能元件250和第一工具轴215的近端215p之间的任意位置处。例如，至少两个分段链236、237中的第一分段链236、236e可直接或间接地联接到第一工具轴215，且至少两个分段链中的第二分段链237可直接或间接地联接到第二工具轴220。
第二分段链237可联接到功能元件250。例如，第二分段链237可联接到功能元件250的连接链241。连接链241可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。
功能元件250可包括位于连接链241的内腔内的致动活塞242。致动活塞242可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。
功能元件250还可包括联接到致动活塞242的第一和第二致动链部件243a-b。第一和第二致动链部件可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯和液晶聚合物。
功能元件250还可包括第一和第二爪部件或抓握部件244a-b，它们能够分别联接到第一和第二致动链部件243a-b。第一和第二爪部件或抓握部件244a-b可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物以及这些材料的组合或者其他合适的材料。
在图3A所示的实施例中，致动活塞242在连接链241的内腔内的线性运动可使得第一和第二爪部件或抓握部件244a-b打开及闭合。第一和第二爪部件或抓握部件244a-b的打开及闭合可响应于施加到联接至致动活塞242的致动线缆420上的张紧力。致动线缆420可包括选自包括以下各项的组中的一项或多项：金属线缆、塑料线缆、在售电缆、编织线缆和不锈钢丝编织线缆。
虽然图3A和3B所示的外科工具200的铰接区域235例示出具有凸面体部分312、352(例如，半椭圆体部分、半球体部分)的多个分段链236、237，该凸面体部分向着背朝功能元件250的方向，但是外科工具200能够被配置为包括具有多个分段链236、237的铰接区域235，该多个分段链具有如图6A所示的朝着面向功能元件250的方向的凸面体部分312、352(例如半椭圆体部分、半球体部分)。
在一些实施例中，当与相邻分段链236的相应凹形空腔部分配合时，分段链236、237的可替换的凸面体部分312、352可被构造和布置为具有不同的摩擦系数。例如，当与相邻分段链236的相应凹形空腔部分配合时，分段链236、237的可替换的凸面体部分312、352可包括不同材料和/或涂层以调节和/或改变摩擦系数。
图4A是图3所例示的铰接式外科工具的分段链的顶部透视图，图4B是图3所例示的铰接式外科工具的分段链的底部透视图，而图4C是图4B所例示的分段链的横截面透视图。
第一分段链236、236a-e可包括具有第一部分310和第二部分312的主体。第一部分310可包括圆柱体部分或者具有椭圆横截面的体部分，且第二部分312可包括凸面体部分、半椭圆体部分或半球体部分。
在第二部分312包括半球体部分的情形中，该半球体部分可包括具有范围在1/20英寸和1/4英寸之间的球半径SR1的外表面。例如，球半径SR1可以是大约1/20英寸。
参考图3，第一分段链236的半球体部分可以与工具轴215、220和/或线缆过渡段225的半球形空腔部分相配合。
返回参考图4A-4C，第一分段链236、236a-e可包括至少一个铰接线缆通道313、313a-d。至少一个铰接线缆通道313、313a-d可包括在第一部分310的上表面311内的第一开口和在第一部分310的底表面315内的第二开口。例如，在图4A-4C所示的实施例中，至少一个铰接线缆通道313、313a-d可包括第一至第四铰接线缆通道313a-d，它们围绕第一部分310的圆周或周长隔开90°。至少一个铰接线缆通道313、313a-d还可包括沿相对于第一部分310的中心轴线的共同径向路径彼此隔开90°放置的第一至第四铰接线缆通道313a-d。
第一分段链236、236a-e可包括致动线缆通道314。致动线缆通道314可包括在第一分段236、236a-e的半球体部分的直径中点处的第一开口和在第一分段236、236a-e的第一部分310的直径中点处的第二开口。
致动线缆通道314可包括在第一开口处接合的上锥体(upper taper)319，该上锥体整合第一开口与第一分段236、236a-e的主体的圆柱形空腔318。上锥体包括拔模角α1，其范围可介于0°和45°之间。圆柱形空腔318可与第一分段236、236a-e的主体的下锥体317相接合。下锥体317可整合圆柱形空腔318与第一分段236、236a-e的主体的凹形空腔或半球形空腔316。下锥体包括拔模角α2，其范围可介于0°和45°之间。致动线缆通道314可包括上锥体319和/或下锥体317以防止位于铰接线缆通道314内的致动线缆420在外科工具200的铰接区域235的铰接状态期间被挤压。
第一分段236、236a-e的主体的半球形空腔316可包括具有范围在1/20英寸和1/4英寸之间的球半径SR3的内表面。例如，球半径SR3可以是大约1/20英寸。球半径SR3可以基本上约等于或大于第一和第二分段链236、237的球半径SR1、SR2，以便第一和第二分段链236、237之一的半球体部分可以与另一个第一分段链的半球形空腔部分配合。
第二分段链237可包括具有第一部分350和第二部分352的主体。第一部分350可包括圆柱体部分或具有椭圆形横截面的体部分，且第二部分352可包括凸面体部分、半椭圆体部分或半球体部分。
在第二部分包括半球体部分的情形中，半球体部分可包括具有范围在1/20英寸和1/4英寸之间的球半径SR2的外表面。例如，球半径SR2可以是大约1/20英寸。
参考图3A，第二分段链237的半球体部分可以与第一分段链236的半球形空腔部分316配合。
返回参考图4A-4C，第二分段链237可包括至少一个铰接线缆通道353、353a-d。至少一个铰接线缆通道353、353a-d可包括在第一部分350的上表面351中的第一开口和在第一部分350的底表面355中的第二开口。例如，在图4A-4C所示的实施例中，至少一个铰接线缆通道353、353a-d可包括围绕第一部分350的圆周或周长隔开90°的第一至第四铰接线缆通道353a-d。至少一个铰接线缆通道353、353a-d还可包括沿相对于第一部分350的中心轴线的共同径向路径彼此隔开90°放置的第一至第四铰接线缆通道353a-d。
参考图3A，第一分段链236、236a-e的至少两个铰接线缆通道313、313a-d可与第二分段链237的至少两个铰接线缆通道353、353a-d相对齐，从而为一根或多根铰接线缆410的插入提供线缆通道。
返回参考图4A-4C，第二分段237可包括致动线缆通道354。致动线缆通道354可包括在第二分段237的半球体部分的直径中点处的第一开口和在第二分段237的第一部分350的直径中点处的第二开口。
致动线缆通道354可包括在第一开口处接合的上锥体359，其整合第一开口与第二分段237的主体的第一圆柱形空腔358。上锥体359包括拔模角α3，其范围可介于0°和45°之间。第一圆柱形空腔358可与第二分段237的主体的第二圆柱形空腔356相接合。第一圆柱形空腔358可包括在第一圆柱形空腔358和第二圆柱形空腔356的上表面357的分界面处的斜面358a。第一圆柱形空腔358的直径可以小于第二圆柱形空腔356的直径。
第二分段237’还可包括形成在第二分段237’的第一部分350的底表面355中的至少一个空腔槽360、360a-b。至少一个空腔槽360、360a-b可包括单个连续的空腔槽360或者可包括第一空腔槽360a和第二空腔槽360b。第一空腔槽360a可从至少一个铰接线缆通道的第一铰接线缆通道353a延伸到该至少一个铰接线缆通道的第二铰接线缆通道353b。
第一铰接线缆410可位于第一铰接线缆通道353a、第一空腔槽360a和第二铰接线缆通道353b内。第一铰接线缆410可被固定于第一空腔槽360a的表面。例如，第一铰接线缆可被焊接到第一空腔槽360a的表面，粘结到第一空腔槽360a的表面和/或压配合在第一空腔槽360a内。
第二空腔槽360b可以从该至少一个铰接线缆通道的第三铰接线缆通道353c延伸到该至少一个铰接线缆通道的第四铰接线缆通道353d。第二铰接线缆410可位于第三铰接线缆通道353c、第二空腔槽360b和第四铰接线缆通道353d内。
至少一个空腔槽360可以绕第一部分350的底表面355或者第二分段237的圆柱体部分的整个周长或圆周延伸。这样，该至少一个铰接线缆通道353、353a-d的第二开口可由至少一个空腔槽360部分地限定。至少一根铰接线缆410可位于该至少一个铰接线缆通道353、353a-d内，且可被固定于至少一个空腔槽360的表面。
分段链236、237可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物和聚四氟乙烯。分段链236、237可以是刚性的。第二分段链237可含有与第一分段链236的材料不同的材料。
在一些实施例中，分段链236、236a-e、237的第二部分312、352的高度可以不同，以便一个或多个分段链之间的铰接角度可以被限制于不同的铰接角度。例如，第一分段链236、237或第一组分段链可以被限定为每分段约12°到15°，第二分段链236、237或第二组分段链可以被限定为每分段约8°到11°。
图5A和5B是例示出图2所例示的铰接式外科工具的铰接范围的透视图。例示了处于各种铰接状态901a-i中的外科工具200的铰接区域235。
如上所述，工具轴的铰接区域235可包括一个或多个分段链236、237。在包括两个或多个分段链236、237的实施例中，每个分段链236、237可以顺序地联接。这样，多个分段链236、237可以相对于彼此铰接。
铰接区域的分段链236、237可被构造和布置以限制铰接的角度。例如，第一分段链的第一部分的底表面可以邻接第二分段链的第一部分的上表面，以相对于第一和第二分段链各自的中心轴线限制铰接角度。
在一些实施例中，铰接角度可以被限定为每分段236、237约12°到15°。例如，参考铰接状态901f，包括单个分段链237的外科工具200可被限定到范围在约12°到15°之间的最大铰接角度α4。参考铰接状态901e，包括两个分段链236a、237的外科工具200可被限定到范围在约24°到30°之间的最大铰接角度α5。参考铰接状态901d，包括三个分段链236a-b、237的外科工具200可被限定到范围在36°到45°之间的最大铰接角度α6。参考铰接状态901c，包括四个分段链236a-c、237的外科工具200可被限定到范围在约48°到60°之间的最大铰接角度α7。参考铰接状态901b，包括五个分段链236a-d、237的外科工具200可被限定到范围在约60°到75°之间的最大铰接角度α8。参考铰接状态901a，包括六个分段链236a-e、237的外科工具200可被限定到范围在约72°到90°之间的最大铰接角度α9。参考铰接状态901g，包括七个分段链的外科工具200可被限定到范围在约84°到105°之间的最大铰接角度α10。参考铰接状态901h，包括九个分段链的外科工具200可被限定到范围在约108°到135°之间的最大铰接角度α11。参考铰接状态901i，包括十二个分段链的外科工具200可被限定到范围在约144°到180°之间的最大铰接角度α12。因此，包括n个分段链的外科工具200的铰接状态可被限定到范围在约(12*n)°到(15*n)°之间的最大铰接角度α。
参考图6A、6B、7、8A-8E和9，其中例示出的可替换的分段链配置可被轻易地并入图2和3所示的铰接式外科工具200中。例如，图6A、6B、7、8A-8E和9中例示出的任意一个铰接区域235可以代替图2和3中示出的铰接区域235。
图6A是例示出铰接式外科工具的可替换的分段链配置的侧视透视图。如上所述，外科工具200能够被配置为包括具有多个分段链236、237的铰接区域235，该多个分段链具有朝着面向功能元件250的方向的凸面体部分312、352(例如，半椭圆体部分、半球体部分)，如图6A所示。图6A所示的分段链236、237与图3和4A-4C所示的分段链236、237基本相似并且表示为具有相同的附图标记。
图6B是例示出铰接式外科工具的可替换的分段链配置的侧视透视图，且图6C是图6B中所例示的第三分段链的截面图。外科工具200的铰接区域235可包括第一分段链237、一个或多个第二分段链610a-b以及一个或多个第三分段链611a-b。例如，在图6B所示的实施例中，铰接区域235包括第一分段链237、两(2)个第二分段链610a-b和两(2)个第三分段链611a-b。
第一分段链237可以与图4A-4C中示出的远端分段链237相似，且可联接到功能元件250。然而，如上所述，铰接区域235可被设置在功能元件250和工具轴215的近端215p之间的任意位置(比如参见图2)。
至少一个第二分段链611a-b可以直接或间接地联接到工具轴215、220。例如，第二分段611b可以通过线缆过渡段225联接到第二工具轴220，该线缆过渡段可以从工具轴215、220到分段链610a-b、611a-b、237的通道610a-b、611a-b分布多根线缆(例如，一根或多根致动线缆420和/或一根或多根铰接线缆410)。
至少一个第三分段链611a-b可联接于第一分段链237和第二分段链610a-b中的一个之间。例如，在图6B所示的实施例中，第三分段链611a联接于第一分段链237和第二分段链610a之间，且第三分段链611b联接于第二分段链610a和第二分段链610b之间。
第二分段链610a-b可包括主体620，主体620具有形成在主体620的相对端表面处的第一和第二凹形空腔621a-b。第一和第二凹形空腔621a-b可包括半椭圆形空腔或半球形空腔。在具有半球形空腔的实施例中，半球形空腔可具有与第三分段链611a-b的半球体部分的球半径匹配的球半径。
第一凹形空腔621a可与第二分段链610a-b的主体620的第一锥体613相接合，且第一锥体613可整合第一凹形空腔621a与圆柱形空腔614的第一开口。第二凹形空腔621b可以与第二分段链610a-b的主体620的第二锥体615相接合，且第二锥体615可整合第二凹形空腔621b与圆柱形空腔614的第二开口。这样，致动线缆通道可以形成于第二分段链610a-b的主体620内，从第一凹形空腔621a延伸到第二凹形空腔621b。此外，第一和第二锥体613、615可防止位于第二分段链610a-b的致动线缆通道内的致动线缆420在铰接区域235的铰接状态期间被挤压。
第三分段链611a-b可包括具有第一凸面体部分623a、第二体部分622以及第三凸面体部分623b的主体。第一和第三体部分623a-b可包括半椭圆体部分或半球体部分，且第二体部分622可包括圆柱体部分。
第三分段链611a-b可包括接合于第一凸面体部分623a中的第一开口处的第一锥体617。第一锥体617可整合第一凸面体部分623a中的第一开口与第三分段611a-b的圆柱形空腔618。第三分段链611a-b可包括接合于第二凸面体部分623b中的第二开口处的第二锥体619。第二锥体619可整合第二凸面体部分623b中的第二开口与第三分段链611a-b的圆柱形空腔618。这样，致动线缆通道可形成于第三分段链611a-b的主体内，从第一凸面体部分623a内的第一开口延伸到第二凸面体部分623b内的第二开口。此外，第一和第二锥体617、619可防止位于第三分段链611a-b的致动线缆通道内的致动线缆420在铰接区域235的铰接状态期间被挤压。
如上参考图4A-4C所示的分段链236、237所述，第二和第三分段链610a-b、611a-b可同样地包括至少一个铰接线缆通道612a-b、616a-b。至少一个铰接线缆通道612a-b、616a-b可包括在第二和第三分段链610a-b、611a-b的主体的第一表面624、626中的第一开口，以及在第二和第三分段链610a-b、611a-b的主体的第二表面625、627中的第二开口。例如，在图6B所示的实施例中，第二和第三分段链610a-b、611a-b的至少一个铰接线缆通道可包括围绕第二和第三分段链610a-b、611a-b的主体的圆周或周长隔开90°的第一至第四铰接线缆通道。该至少一个铰接线缆通道还可包括沿相对于第二和第三分段链610a-b、611a-b的中心轴线的共同径向路径彼此隔开90°放置的第一至第四铰接线缆通道。
图7是例示出铰接式外科工具的可替换的分段链配置的透视图。外科工具200的铰接区域235可包括第一分段链701和一个或多个第二分段链702a-b。例如，在图7所示的实施例中，铰接区域235包括第一分段链701和两(2)个第二分段链702a-b。
第一分段链701可包括主体704和凸起703。主体704可包括具有椭圆形横截面或者圆柱体的主体，且凸起703可包括椭圆形凸起或者圆柱形凸起。例如，在图7所示的实施例中，示出了第一分段链701具有圆柱形主体和圆柱形凸起。主体704的直径可大于凸起703的直径。
第一分段链701可包括形成在主体704的底表面710中的至少一个空腔槽711a-b。至少一个空腔槽711a-b可与如图4B所示形成在第二分段链237的第一部分350的底表面355中的至少一个空腔槽360、360a-b相似。该至少一个空腔槽可包括单个连续的空腔槽(未示出)，例如图4B中示出的单个连续的空腔槽360，或者可包括如图7中所示的第一空腔槽711a和第二空腔槽711b。
第二分段链702a-b可包括主体706和凸起705。主体706可包括具有椭圆形横截面或者圆柱体的主体，且凸起705可包括椭圆形凸起或者圆柱形凸起。例如，在图7所示的实施例中，示出了第二分段链702a-b具有圆柱形主体和圆柱形凸起。主体706的直径可大于凸起705的直径。
第二分段链702a-b可包括至少一个凹形空腔707。该凹形空腔可包括半椭圆形空腔或半球形空腔。以这种方式，第一和第二分段链701、702a-b的凸起703、705可与另一个第二分段链702a-b的凹形空腔707配合。例如，在图7所示的实施例中，示出了第一分段链701的凸起703与第二分段链702a的凹形空腔707配合，且示出了第二分段链702a的凸起705与第二分段链702b的凹形空腔707配合。在该示例中，线缆过渡段235包括凹形空腔712，其被示出为与第二分段链702b的凸起705配合。
如上参考图4A-4C所示的分段链236、237所述，第一和第二分段链701、702a-b可同样地包括至少一个铰接线缆通道708a-d、709a-d。该至少一个铰接线缆通道708a-d、709a-d可包括第一和第二分段链701、702a-b的主体704、706的第一表面内的第一开口，以及第一和第二分段链701、702a-b的主体704、706的底表面内的第二开口。例如，在图7所示的实施例中，第一和第二分段链701、702a-b的至少一个铰接线缆通道可包括围绕第一和第二分段链701、702a-b的主体704、706的圆周或周长隔开90°的第一至第四铰接线缆通道708a-d、709a-d。该至少一个铰接线缆通道还可包括沿相对于第一和第二分段链701、702a-b的中心轴线的共同径向路径彼此隔开90°放置的第一至第四铰接线缆通道708a-d、709a-d。
第一和第二分段链701、702a-b可包括致动线缆通道713、714。致动线缆通道713、714可包括在凸起703、705的直径中点处的第一开口和在主体704、706的底表面的直径中点处的第二开口。尽管未示出，但第一和第二开口可以与第一和第二锥体相接合，该第一和第二锥体整合第一和第二开口与圆柱形空腔从而形成通道。如上所述，锥体可防止位于分段链701、702a-b的致动线缆通道713、714内的致动线缆420在铰接区域235的铰接状态期间被挤压。
图8A是例示出铰接式外科工具的可替换的分段链配置的透视图。外科工具的铰接区域235可包括第一分段链801、一个或多个第二分段链802以及第三分段链803。
第一分段链801可包括具有第一体部分801a和第二体部分801b的主体。第一体部分801a可包括具有椭圆形横截面或圆柱体部分的体部分，且第二体部分801b可包括凸面体部分、半椭圆体部分或半球体部分。第一分段链可以与图4A-4C所示的远端分段链237相似。
第二分段链802可包括第一体部分802a、第二体部分802b以及从第一体部分802a的表面延伸的多个凸起柱802c。第一体部分802a可包括具有椭圆形横截面或者圆柱体部分的体部分，且第二体部分802b可包括凸面体部分、半椭圆体部分或者半球体部分。柱802c可包括圆柱形柱，且可具有圆的或斜的顶表面。
第三分段链803可包括第一体部分803a和从第三体部分803a的表面延伸的多个凸起柱802c。柱803b可包括圆柱形柱，且可具有圆的或斜的顶表面。
第一分段801的第二体部分801b可与第二分段802的多个柱802c配合，且第二分段链802的第二体部分802b可与第三分段803的多个柱803b配合。以这种方式，在第一分段链801的第二体部分801b和第二分段链802的柱802c之间的界面处、以及第二分段链802的第二体部分802b和第三分段链803的柱803b之间的界面处，摩擦可以降低。
如上参考图4A-4C所示的分段链236、237所述，第二和第三分段链802、803可同样包括至少一个铰接线缆通道804a-b、805a-b。例如，在图8A所示的实施例中，第二和第三分段链802、803的至少一个铰接线缆通道可包括围绕第二和第三分段链802、803的主体802a、803a的圆周或周长隔开90°的第一至第四铰接线缆通道。该至少一个铰接线缆通道还可包括沿相对于第二和第三分段链802、803的中心轴线的共同径向路径彼此隔开90°放置的第一至第四铰接线缆通道。
第二和第三分段链802、803可包括致动线缆通道804c、805c。致动线缆通道804c、805c可位于第二和第三分段链802、803的直径中点处。
图8B-8E例示出根据图8A所示的可替换的分段链结构的可替换的柱结构。
图8B是分段链的透视图，图8C是图8B所例示的分段链的顶视图。如上所述，第二和第三分段链802、803可包括多个柱802c、803b。多个柱802c、803b可沿相对于第二和第三分段链802、803的中心轴线的共同径向路径布置，且可被隔开相同的距离。例如，在图8B和8C所示的实施例中，多个柱802c、803b包括第一至第四柱。多个柱802c、803b可具有相同的高度。
图8D是分段链的透视图，且图8E是图8D所例示的分段链的顶视图。如上所述，第二和第三分段链802、803可包括多个柱802c、803b。多个柱802c、803b可沿相对于第二和第三分段链802、803的中心柱802x、803x的共同径向路径布置，且可被隔开相同的距离。例如，在图8D和8E所示的实施例中，多个柱802c、803b包括第一至第四柱。第一至第四柱沿相对于中心柱802x、803x的共同径向路径布置。在该示例性配置中，多个柱802c、803b绕中心柱802x、803x布置且可各自具有比中心柱802x、803x的第二高度高的第一高度。
图9是例示出铰接式外科工具的可替换的分段链的透视图。外科工具的铰接区域235可包括第一分段链901和一个或多个第二分段链902a-b。
第一分段链901可以与图4A-4C所示的远端分段链237相似，且第二分段链902a-b可以与图4A-4C所示的第一分段链236相似。然而，替代于包括如图4A-4C所示的凹形空腔316，第二分段链902a-b可包括在第二分段链902a-b的底表面905中形成的椭圆形或圆形开口906。开口906可具有小于第一和第二分段901、902a-b的凸面体部分的球半径两倍的直径，从而使得当配合时，第一和第二分段901、902a-b的凸面体部分在开口906内部分地突出。
如这里所述，施加到铰接线缆的张紧或松弛能够准许操作者改变外科工具的铰接状态。例如，操作者能够向铰接线缆施加力以将外科工具弯曲到想要的铰接角度。操作者能够维持该铰接角度直到不同的力被施加到该铰接线缆。继续此示例，在工具轴被维持在铰接角度的同时，操作者能够向致动线缆施加张紧或松弛，例如以打开或闭合抓握器。操作者能够在还弯曲外科工具的同时可替换地打开或闭合抓握器。然而，如果将过多的张紧力施加到致动线缆，施加到致动线缆的过量的力能够不注意地使得致动线缆绑定和/或使得铰接区域的分段链(例如，通过绑定在一起)进入锁定状态。因此，希望彼此独立地施加给予致动线缆的力和给予铰接线缆的力。例如，当为了操作抓握器或其他功能元件而向致动线缆施加张紧或松弛时，希望由致动线缆的移动所生成的力不影响铰接线缆或者铰接区域的分段链。
图10是根据本发明构思的另一实施例的铰接式外科工具1200的横截面侧视图。图10的外科工具1200能够防止在操作期间发生疏忽的绑定或锁定。外科工具1200能够在用于执行医疗手术的系统(例如，上述的系统100)中实现。因此，外科工具1200能够是铰接式探头(例如，这里所述的铰接式探头120)的一部分，该铰接式探头能够在患者体内对外科工具1200和/或在前述实施例中所述的其他外科工具200、200a-d进行引导。
外科工具1200能够被构造并布置为通过人机交互设备进行控制，例如触觉控制器、操纵杆、轨迹球、鼠标或者机电或基于处理器的设备。
外科工具1200能够包括工具手柄1205、第一组件(assembly)1221、和第二组件1222。第一组件1221和第二组件1222能够共同位于铰接式探头处，例如，共同位于铰接式探头的管腔中。
在实施例中，在第一组件1221的近端处，工具手柄1205联接至支撑元件(例如，下文所述的支撑元件1231)的近端。工具手柄1205能够包括选自包括以下各项的组中的一项：剪刀手柄、手持握把、拇指/食指/中指握把及手枪式握把。工具手柄1205能够包括扳柄1208，该扳柄1208施加用于第二组件1222的元件(例如，激活元件1420)的移动的力。
在实施例中，外科工具1200包括球窝结构(ball and socket mechanism)1212，该球窝结构被构造和布置为操纵或者以其他方式控制外科工具1200的元件的功能和移动。尽管未在图10中示出，但一个或多个转向线缆(也被称作铰接线缆)可被固定至球窝结构1212，示出为图13处的铰接线缆1410。一个或多个激活元件1420可被固定到工具手柄1205，在图13处被更详细地示出。球窝结构1212的移动能够对固定到球窝结构1212的一个或多个转向线缆1410提供张紧或松弛，从而调整第一组件1221的铰接区域1235的铰接状态。铰接区域1235可在第一组件1221的远端处，邻接第二组件1222。铰接区域1235能够可替换地位于沿第一组件1221、在第一组件1221的远端与第一组件1221的近端之间的任何地方。与张紧、松弛等有关的力能够由激活元件1420响应于手柄1205的移动(例如，握紧扳柄1208)而施加。
外科工具1200的第一组件1221能够包括第一工具轴1215和第二工具轴1220。第一工具轴1215的近端能够(例如，经由球窝结构1212)联接至工具手柄1205。在实施例中，第一工具轴1215的远端联接至第二工具轴1220的近端。第二工具轴1220的远端可直接联接到铰接区域1235或者能够经由第二工具轴1220和铰接区域1235之间的中间组件以其他方式与铰接区域1235相连接，例如，经由与上文所述的段225相同或相似的线缆过渡段。
尽管铰接区域1235被示出于外科工具1200的远端处，但铰接区域1235可设置在功能结构1250(也被称作功能元件)和第一工具轴1215的近端之间的任何位置处。铰接区域1235的细节在这里参考图11来进行描述。
第一工具轴1215能够包括刚性工具轴，且第二工具轴122能够包括柔性工具轴。可替换地，外科工具1200的工具轴1215、1220能够各自包括刚性和/或柔性工具轴。
工具轴1215、1200中的至少一者可包括具有至少一个线缆通道的腔引导元件(未示出)，该至少一个线缆通道例如是用于接纳激活元件1420的第一线缆通道以及用于容纳转向线缆1410的至少一个第二线缆通道。第一线缆通道在直径上可优选地大于参考图2-9所述的铰接线缆通道226，以容纳下文所述的、诸如支撑元件1231的第二组件1222的元件。在其他实施例中，仅激活元件1420延伸通过铰接段。这里，用于转向线缆1410的第二线缆通道具有比第一线缆通道更小的尺寸，比如宽度或直径。第一线缆通道能够位于工具轴的直径中点处，且该至少一个第二线缆通道可沿工具轴的圆周或周长放置。例如，腔引导元件可包括多腔加强杆，例如，具有第一线缆通道和四个第二线缆通道的五腔加强杆。腔引导元件可包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、不锈钢、聚氯乙烯、液晶聚合物、聚四氟乙烯以及这些材料的组合或者其他适合的材料。
外科工具1200可包括锁定设备(未示出)，其被构造和布置为锁定功能元件1250的铰接位置。外科工具还可包括被构造和布置为锁定功能元件1250的操作模式的锁定设备。例如，锁定设备可被构造和布置为在适当的位置锁定铰接区域1235以维持外科工具1200的特定状态(例如，角度)和/或维持功能元件1250的抓握状态(例如，打开的、闭合的、部分闭合的)。
图11是根据本发明构思的另一实施例、在图10中例示出的铰接式外科工具1200的详细视图。
第二组件1222包括细长支撑元件1231、细长激活元件1420、和功能结构1250。第二组件1222与第一组件1221相连接从而使得支撑元件1231能够相对于第一组件1221是可移动的。在实施例中，第一状态中的支撑元件1231沿轴线延伸并且被构造和布置为用于当沿轴线方向向支撑元件1231施加力时相对于轴线的径向方向的柔韧性，同时维持支柱强度。在第二状态中，支撑元件1231能够相对于轴线屈曲或弯曲。支撑元件1231能够包括用于在第一和第二状态之间过渡的弹性弯曲和/或塑性变形特性。
支撑元件1231能够被构造和布置为线圈、杆、空心管、多个链的线性布置、或者相关的结构。支撑元件1231能够具有任何公知的适当形状的横截面，包括但不限于：圆形、椭圆形、多边形、方形、三角形、或者矩形。支撑元件1231包括沿支撑元件1231的延伸方向延伸的腔。激活元件1420位于腔中，并且能够相对于支撑元件1231移动，例如沿支撑元件1231的延伸方向。在一个实施例中，激活元件1420在支撑元件1420内自由移动。在另一实施例中，激活元件1520接近支撑元件1531的外表面自由移动，如图15A-15C所示。
支撑元件1231在它的延伸方向具有有限的压缩度，但在相对于延伸方向的横向方向或横穿方向是柔性的。例如，在操作期间，支撑元件1231能够沿与第一组件1221相同或相似的方向弯曲。这里，激活元件1420能够独立于第一组件1221中的任意移动而沿支撑元件1231中弯曲的方向移动。因此，当由激活元件1420向功能结构1250施加力时，例如，在功能结构1250的操作期间以远离功能结构1250的方向拉拽激活元件，支撑元件1231在激活元件1420在支撑元件1231的腔中移动的期间维持刚性位置(rigid position)。换而言之，支撑元件1231能够吸收由于激活元件1420的移动所给予的力造成的负荷。更具体地，支撑元件1231提供了纵向方向的刚性，同时还在力被施加时提供横向方向的一定柔韧性，这阻止了绑定，但仍然允许工具与探头等等弯曲。支撑元件1231因此能够在由激活元件1420的移动给予力时阻止或者以其他方式减少传递到第一组件1221的力的量。这样，由激活元件1420的移动所给予的力能够与第一组件相隔离。在这种力的隔离不是绝对、完美或者完全的情形中，会发生力的边际量传递到第一组件1420的元件。然而，力的任何传递都被减少以阻止或者很大程度地缓和对第一组件1221的任何不希望的影响，例如，转向线缆的绑定或者铰接区域1235处链的无意锁定。
激活元件1420能够被构造和布置为用于操作功能结构1250的导线、线缆、光纤、绳线等等。激活元件1420能够由聚四氟乙烯(也被称作)、石墨、金属、塑料或者准许功能结构1250的操作的其他材料形成。在一些实施例中，激活元件1420可包括被配置为递送能量或数据的导线或光纤。能量能够是机械能、电能、辐射能、或者本领域普通技术人员已知的其他形式的能量。在一些实施例中，激活元件1420可包括其外表面光滑的至少一部分，比如包括选自由以下材料组成的组中的材料的表面部分：特氟龙；石墨；亲水涂料；表面积减小材质；以及它们的组合。
功能结构1250能够直接或间接地联接至激活元件1420，例如，经由功能结构1250处的连杆结构。以此方式，功能结构1250的移动能够响应于激活元件1420的移动而发生。功能结构1250的结构、位置和功能可类似于上述的功能元件250。因而功能结构1250的细节为了简洁而不再重复。功能结构1250能够是抓握器、剪刀、往复式切刀、爪、切刀、刀、或者本领域普通技术人员所公知的用于施行医疗手术的其他工具。功能结构1250可被构造和布置为相对于第一组件1221的延伸方向铰接。
功能结构1250能够包括联接至激活元件1420的致动活塞(未示出)来将激活元件1420链接至功能结构1250。致动活塞的结构、位置和功能可类似于这里所述的致动活塞242。为了简洁，致动活塞的细节因此不再重复。
第二组件1222还能够包括联接到支撑元件1231的底座(mount)，比如U形夹(clevis)1223。U形夹1223能够联接到支撑元件1231的远端1223。U形夹1223的内表面能够在支撑元件1231的远端1232处联接到支撑元件1231的外表面。在实施例中，U形夹1223被粘合到支撑元件1231，例如，使用粘合剂。在另一实施例中，U形夹1223被焊接到支撑元件1231。在其他实施例中，U形夹1223和支撑元件1231通过模锻、螺纹(threading)、销钉、卡扣配合、压入配合、或者以本领域普通技术人员公知的方式联接到一起来进行连接。
U形夹1223能够包括底部1213和从底部1213延伸的凸起1214。在实施例中，底部1213比凸起1214更宽。U形夹1223的凸起1214能够延伸到第一组件1221远端处的连接链1241处的开口或者凹处中。在一实施例中，底部1213的外部宽度等于第一组件1221的远端1217的外部宽度。凸起1214能够具有圆柱形的外表面。连接链1241处用于接纳U形夹1223的开口能够具有圆柱形的内表面。
U形夹1223包括用于接纳功能结构1250的开口1228。激活元件1420能够联接到功能结构1250并且激活元件1420的平移对功能结构1250进行操作。例如，激活元件1420的平移控制功能结构1250的移动。开口1228能够被构造和布置为准许功能结构1250在功能结构1250的移动期间相对于开口1228展开或收紧，例如如图14A和14B所示的那样打开或闭合抓握器。
激活元件1420沿支撑元件1231和U形夹1223的延伸方向自由移动。激活元件1420能够包括一个或多个致动线缆，例如类似于这里所述的致动线缆420。
外科工具1200还包括U形夹1223和第一组件1221的远端链1241之间的第一纵向间隙1238和/或第二纵向间隙1239。第一纵向间隙1238和/或第二纵向间隙1239(也被称为空隙)位于U形夹1223的近表面和连接链1241的相对远表面之间。在一些实施例中，第一纵向间隙1238和/或第二纵向间隙1239能够被至少部分地填充有或者完全填充有可压缩材料，例如弹性体、聚合物、橡胶、泡沫、海绵材料、或者这些材料的组合。在其他实施例中，诸如图14A和14B中的可压缩元件1464之类的可压缩元件能够位于第一纵向间隙1238和/或第二纵向间隙1239处，例如弹簧、诸如弹性盘片的可压缩盘片、液压活塞、气动活塞、或者它们的组合。在空隙1238、1239处引入材料或器件能够提供附加的稳定性，并且能够吸收在操作期间可能发生的震动或者与力有关的事件。
在纵向方向设定纵向间隙1238、1239的尺寸以在激活元件1420的移动给予力时阻止或者最小化U形夹1223和第一组件1221的远端链1241之间的接触。纵向间隙1238、1239的尺寸可包括长度、宽度、面积、或者其他公知的尺寸。纵向间隙1238、1239的尺寸还在激活元件1420的移动(例如，沿相对于第一组件1221的延伸方向的纵向方向)给予力时提供了U形夹1223和第一组件1221的远端链1241之间的空间或“余地”。因此，第一纵向间隙1238和第二纵向间隙1239中至少一者的尺寸(例如，空隙宽度)能够在力被给予时减少，来阻止所给予的力向第一组件1221上给予另一力，特别是向转向线缆1410和/或铰接区域1235处的链1236。因此，第一纵向间隙1239和/或第二纵向间隙1238能够确保所给予的力与第一组件1221的隔离，并阻止第一组件1221的绑定或锁定。
第一纵向间隙1238能够在U形夹1223的底部1213与第一组件1221的远端1217之间。第二纵向间隙1239能够在U形夹1223的凸起1214的最外端与第一组件1221的远端链1241处的凹处的内端壁1216之间。
在一实施例中，第一组件1221的铰接区域1235包括多个铰接分段1236或者多个链。铰接分段1236可与上文相对于图2-9所述的分段链236相同或相似。因而铰接分段1236的细节为了简洁而不再重复。
至少两个转向线缆1410能够通过工具轴1220延伸到铰接区域1235以用于控制铰接分段1236的铰接。每个转向线缆1410具有能够终止于外科工具手柄1205处的近端。铰接分段1236相对于彼此的移动能够由手柄1205来控制。
图12是根据本发明构思的另一实施例、图10和11的铰接式外科工具1200的斜视图。如图12中所示，U形夹1223能够具有包括至少一个第一平坦部分1229的圆柱形外表面，该至少一个第一平坦部分与远端的内表面的相应第二平坦部分(未示出)相对齐。第一平坦部分1229和第二平坦部分的对齐(registration)阻止了第二组件1222相对于第一组件1221的扭转。
功能结构1250能够包括在两个轴心点处联接到U形夹1223的抓握器。尽管示出了抓握器1250，但其他功能结构1250能够同等适用。这里，第一销钉(pin)能够延伸通过在U形夹1223第一侧的孔，并且第二销钉(未示出)能够延伸通过在U形夹1223相对于第一侧的第二侧的孔。如图12中所示，抓握器1250能够沿与外科工具1200的铰接区域1235和第一组件1221相同的延伸方向延伸。轴心区域准许抓握器1250在操作期间(例如，通过由手柄、操纵杆、或其他控制器设备对一个或多个铰接线缆(未示出)进行控制)沿与延伸方向正切的方向移动。
图13是根据本发明构思的另一实施例、图10中例示出的手柄组件1205的扩展视图。手柄组件1205能够联接至第一组件1221的近端处的支撑元件1231的近端。至少一个转向线缆1410能够联接至手柄1205和/或球窝组件1212以控制第一组件1221的铰接。诸如螺母、蝶形螺钉或者类似器件的锁定结构1462能够延伸通过球窝组件，用于锁定球窝组件1212的位置，其能将转向线缆1410保持在适当的地方。
激活元件1420能够联接至扳柄1208。扳柄1208可以是弹簧加载的，例如包括扳柄1208和手柄1205之间的弹簧组件1251。扳柄1208在被拉动或以其他方式触发时能够引发激活元件1420的运动。具体地，激活元件1420能够沿朝着手柄组件1205的方向移动。操作者松开扳柄1208使得扳柄1208复位，继而允许激活元件1420以相反方向移动，例如朝着功能结构1250移动。
手柄组件1205包括将支撑元件1420的近端固定到手柄1205的一个或多个底座1246。底座1246能够包括两个或多个可压缩元件，这些可压缩元件将支撑元件1231保持在它们之间的适当位置。激活元件1420能够通过底座1246延伸到扳柄1208。
图14A和14B例示出了根据实施例的铰接式外科工具1400的操作。具体而言，图14A是功能元件处于打开状态的铰接式外科工具1400的横截面侧视图，而图14B是图14A的铰接式外科工具1400的横截面侧视图，其中功能元件处于闭合状态。外科工具1400类似于这里参考图10-13所描述的外科工具1200，但一个值得注意的例外是：不同的功能结构1450被附接到U形夹1423，例如，一副手术剪刀。
剪刀1450可包括在支点1452处彼此附接的两个刀片1455、1456。弹簧偏置的元件1451能够附接于刀片1455、1456之间以将剪刀1450维持在如图14A所示的打开位置。臂1457、1458能够在轴心点1459处分别可移动地连接到各个刀片1455、1456。连接头(attachment)1453能够在轴心点1459处可移动地附接至各个臂1457、1458的最外端。在向连接头1453施加力时四个轴心点1459准许剪刀1450打开和闭合。
激活元件1420的远端联接至剪刀连接头1453。激活元件1420的近端联接至手柄1405的手柄扳柄1408。
在第一状态或者打开状态中，如图14A所示，功能结构1450处于平衡条件下，其中没有力从连接头1453施加到剪刀1450。
弹簧偏置的元件1452能够操作以施加与激活元件1420的移动有关的力。在第一状态中，弹簧偏置的元件1452在刀片1455、1456之间施加力并且能够复位功能结构1450。在第一状态中，转向线缆1410a、1410b未施加力，即：Fsc1＝0，Fsc2＝0。另外，激活元件1420也未施加力，即，Fa1＝0。
在图14B所示的第二状态中，由激活元件1420给予力，即Fa1>0。力Fa1能够通过捏紧(S)扳柄1408或者其他器件来给予，这将沿远离剪刀1450的方向拉拽激活元件1420。这么做，激活元件1420能够在支撑元件1431的腔内以线性方向移动，该支撑元件被保持在外科工具1400中的适当地方。由激活元件1420的移动所给予的力Fa1通过支撑元件1431与第一组件1421相隔离。因此，由激活元件1420的移动所给予的力Fa1并不影响或改变由转向线缆1410a、1410b施加的力，例如，Fsc1＝0，Fsc2＝0。在另一示例中，在激活元件1420的移动期间，由转向线缆施加的力(例如，Fsc1＝x，Fsc2＝y)不被由激活元件1420的移动所给予的力Fa1所改变。以这种方式，由激活元件1420的移动所给予的力相对于第一组件1421的、通过支撑元件1431的隔离阻止了第一组件1421的铰接区域1435处的绑定。例如，能够防止作为激活元件1420的移动的结果而对转向线缆1410的绑定或锁定。本发明构思的实施例所提供的这种力的隔离并不一定是完美或完全的，因为会发生力的边际量到第一组件1421的元件的传递，虽然它仍然阻止或者很大程度地缓和了第一组件1421的铰接区域1435处的任何绑定或锁定。
纵向间隙1438、1439也能有助于阻止力Fa1影响转向线缆力Fsc1、Fsc2。例如，纵向间隙1439能够在力Fa1被给予时从宽度W减少至宽度W’，阻止了所给予的力Fa1给予其他力，即，Fsc1，Fsc2。
在所例示的实施例中，可压缩元件1464能够位于第一纵向间隙1238和/或第二纵向间隙1239处，该可压缩元件例如是弹簧、诸如弹性盘片的可压缩盘片、液压活塞、气动活塞、或者它们的组合。在空隙1238、1239处引入材料或器件能够提供附加的稳定性，并且能够吸收在操作期间可能发生的震动或者与力有关的事件。
图15A-15C是根据本发明构思的另一实施例的、铰接式外科工具1500的横截面侧视图，每个侧视图表示铰接式外科工具1500的不同状态。这里，第二组件1522不延伸通过第一组件1521。替代地，第二组件1522邻接第一组件1521，例如，沿共同的延伸方向延伸。第一组件1521和第二组件1522共同位于护套1581的腔中。第二组件1522包括支撑元件1531和邻近支撑元件1531的外表面自由移动的激活元件1520。因此，在第一组件1521处可以不需要中心开口(在上文被称作第一线缆通道)，因为激活元件1520未延伸通过第一组件1521；而是，激活元件1520沿第一组件1521的外表面延伸。这里，第一组件1521能够包括用于接纳一个或多个转向线缆1510的开口(在上文被称作第二线缆通道)，该一个或多个转向线缆1510能够控制第一组件1521的铰接区域1535的移动。铰接区域1535终止于远端链1580。远端链1580可以是非创伤性尖端，例如，被设计为例如在外科工具1500的操作或插入期间阻止对组织的创伤的尖端。
诸如剪刀、抓握器等等的功能元件1550能够联接至激活元件1520，该激活元件1520通过以类似于这里所述的方式施加力来控制功能元件1550的移动。诸如U形夹的底座(未示出)能够位于功能元件1550和第二组件1522的远端之间。
在图15A中，外科工具1500处于第一状态，其中第一和第二组件1521、1522以纵向的延伸方向延伸。功能元件1550能够处于平衡的状态，即由于附接于刀片之间的、类似于图14A和14B中所示的那样的弹簧偏置的元件(未示出)并且还由于没有张力施加于激活元件1520，所以刀片是打开的。这里，没有施加激活元件1520的力Fa1，并且没有施加第一和第二转向线缆1510的力Fsc1、Fsc2。
在图15B中，外科工具1500处于第二状态，其中第一和第二组件1521、1522以纵向的延伸方向延伸，并且功能元件1550由于在激活元件1520处的力Fa1是闭合的。例如，以远离功能元件1550的方向拉拽激活元件1520。这里，由激活元件1520的移动所给予的力Fa1与第一组件1521的铰接区域1535相隔离，从而阻止铰接区域1535处的链相对于彼此被按压，否则这会将它们锁定。转向线缆1510处的绑定也能够被阻止。没有施加第一和第二转向线缆1510的力Fsc1、Fsc2。
在图15C中，外科工具1500处于第三状态，其中由于施加到转向线缆1510的力Fsc1和/或Fsc2(即，Fsc1<0，Fsc2>0)，第一和第二组件1521、1522相对于纵向的延伸方向被弯曲或者成角度。另外，由于在激活元件1520处没有力Fa1(即，Fa1＝0)，功能元件1550类似于图15A是打开的。这里，由转向线缆1510施加的力Fsc1、Fsc2不影响由激活元件1520施加的力Fa1。因此，在铰接区域1535的移动期间，功能元件1550无意的打开或闭合的风险被降低或者消除。
尽管本发明构思已经在上文参考其示意性实施例进行了具体的示出和描述，但本领域技术人员应当理解：在不背离由所附权利要求所描述和定义的本发明构思的精神和范围的情况下，能够进行形式和细节上的各种改变。

Claims (142)

1.一种外科工具，包括：
细长的第一组件，其包括铰接区域；以及
细长的第二组件，该细长的第二组件包括：
细长的支撑元件；
可相对于所述支撑元件移动的细长的激活元件；以及
被联接到所述激活元件的功能结构，所述功能结构的移动响应于所述激活元件的移动，
其中由所述激活元件的移动所给予的力通过所述支撑元件与所述第一组件相隔离，其中所述第二组件还包括被联接到所述支撑元件的U形夹，并且其中所述外科工具还包括所述U形夹和所述第一组件的远端之间的纵向间隙，并且
第二组件与第一组件相连接，从而使得支撑元件相对于第一组件是可移动的。
2.如权利要求1所述的外科工具，其中所述U形夹被联接至所述支撑元件的远端。
3.如权利要求1所述的外科工具，其中所述U形夹的内表面被联接至所述支撑元件的外表面。
4.如权利要求1所述的外科工具，其中所述U形夹被粘合到所述支撑元件。
5.如权利要求4所述的外科工具，其中所述粘合包括粘合剂。
6.如权利要求4所述的外科工具，其中所述U形夹被焊接到所述支撑元件。
7.如权利要求4所述的外科工具，其中所述U形夹和所述支撑元件通过以下方式中的至少一项来联接：模锻、螺纹、销钉、卡扣配合、或者压入配合。
8.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件沿所述支撑元件和所述U形夹的延伸方向自由移动。
9.如权利要求1所述的外科工具，其中所述纵向间隙在纵向方向的尺寸形成为在由所述激活元件的移动给予所述力时阻止所述U形夹和所述第一组件的远端之间的接触。
10.如权利要求9所述的外科工具，其中所述纵向间隙的尺寸确保了对所给予的力的隔离。
11.如权利要求9所述的外科工具，其中在给予所述力时，所述纵向间隙的尺寸提供了所述U形夹和所述第一组件的远端之间的空间。
12.如权利要求9所述的外科工具，其中在给予所述力时，减小所述纵向间隙的尺寸。
13.如权利要求1所述的外科工具，还包括位于所述纵向间隙中的可压缩材料。
14.如权利要求13所述的外科工具，其中所述可压缩材料包括弹性体、聚合物或者它们的组合。
15.如权利要求13所述的外科工具，其中所述可压缩材料包括以下各项中的至少一项：橡胶、泡沫、海绵材料，或者它们的组合。
16.如权利要求1所述的外科工具，还包括位于所述纵向间隙中的可压缩元件。
17.如权利要求16所述的外科工具，其中所述可压缩元件包括以下各项中的至少一项：弹簧、可压缩盘片、弹性盘片、液压活塞、气动活塞、或者它们的组合。
18.如权利要求1所述的外科工具，其中所述U形夹包括底部和从所述底部延伸出的凸起。
19.如权利要求18所述的外科工具，其中所述凸起延伸到所述第一组件的远端的凹处中。
20.如权利要求19所述的外科工具，其中所述凹处包括内端壁和侧壁。
21.如权利要求20所述的外科工具，其中纵向间隙在所述凸起和所述凹处的所述内端壁之间。
22.如权利要求18所述的外科工具，其中所述底部比所述凸起宽。
23.如权利要求18所述的外科工具，其中纵向间隙在所述U形夹的底部和所述第一组件的远端之间。
24.如权利要求18所述的外科工具，所述底部的外部宽度等于所述第一组件的远端的外部宽度。
25.如权利要求18所述的外科工具，其中所述凸起具有圆柱形外表面并且所述第一组件的远端具有圆柱形内表面。
26.如权利要求25所述的外科工具，其中所述凸起的圆柱形外表面包括至少一个第一平坦部分，该第一平坦部分与所述第一组件的远端的内表面的相应第二平坦部分相对齐。
27.如权利要求26所述的外科工具，其中所述第一和第二平坦部分的对齐阻止了所述第二组件相对于所述第一组件的扭转。
28.如权利要求1所述的外科工具，其中所述U形夹包括用于接纳所述功能结构的壳体。
29.如权利要求28所述的外科工具，其中所述激活元件在所述壳体处被联接至所述功能结构。
30.如权利要求29所述的外科工具，其中所述壳体的尺寸形成为准许所述功能结构在所述功能结构的移动期间相对于所述壳体展开和收紧。
31.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件包括沿所述支撑元件的延伸方向延伸的腔。
32.如权利要求31所述的外科工具，其中所述激活元件可滑动地放置于所述支撑元件的腔中。
33.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件在所述支撑元件的延伸方向上与所述支撑元件可滑动地连接。
34.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件被构造和布置为线圈。
35.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件被构造和布置为杆。
36.如权利要求35所述的外科工具，其中所述杆在所述支撑元件的延伸方向上具有有限的压缩度并且在相对于延伸方向的横向方向上是弹性的。
37.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件被构造和布置为空心管。
38.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件包括多个链的布置。
39.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件在所述支撑元件的延伸方向上具有有限的压缩度并且在相对于延伸方向的横向方向上是弹性的。
40.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件吸收由所述激活元件的移动所给予的所述力所产生的负荷。
41.如权利要求1所述的外科工具，其中所述支撑元件在由所述激活元件的移动给予所述力时阻止力被施加至所述第一组件。
42.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件相对于所述支撑元件可自由移动。
43.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件在所述支撑元件内自由移动。
44.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件邻近所述支撑元件的外表面自由移动。
45.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件的移动由所述外科工具的近端处的手柄引发。
46.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件被构造和布置为导线。
47.如权利要求46所述的外科工具，其中所述导线被构造和布置为递送能量和/或数据。
48.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件被构造和布置为线缆。
49.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件被构造和布置为光纤。
50.如权利要求49所述的外科工具，其中所述光纤被构造和布置为递送能量和/或数据。
51.如权利要求49所述的外科工具，其中所述激活元件包括光滑的外表面部分。
52.如权利要求51所述的外科工具，其中所述光滑的外表面部分包括选自由以下材料组成的组中的材料：石墨；亲水涂料；表面积减小材质；以及它们的组合。
53.如权利要求1所述的外科工具，其中所述功能结构包括以下各项中的至少一项：抓握器；爪；或刀。
54.如权利要求53所述的外科工具，其中所述刀是剪刀或切刀。
55.如权利要求1所述的外科工具，其中所述功能结构包括以下各项中的至少一项：药物递送装置、辐射源、心电图电极、压力传感器、血液传感器、相机、磁体、加热元件或低温元件。
56.如权利要求55所述的外科工具，其中所述加热元件是烧蚀器或灼烧器。
57.如权利要求1所述的外科工具，其中所述功能结构包括弹簧偏置的工具。
58.如权利要求57所述的外科工具，其中所述弹簧偏置的工具进行操作以施加与所述激活元件的移动有关的力。
59.如权利要求57所述的外科工具，其中所述弹簧偏置的工具进行操作以施加力来复位所述功能结构。
60.如权利要求57所述的外科工具，其中所述弹簧偏置的工具进行操作以施加与由所述激活元件的移动所给予的力相反的力。
61.如权利要求1所述的外科工具，其中所述功能元件被构造和布置为相对于所述第一组件的延伸方向铰接。
62.如权利要求1所述的外科工具，其中所述功能结构包括致动活塞，该致动活塞联接至所述激活元件以将所述激活元件联接至所述功能结构。
63.如权利要求62所述的外科工具，其中所述致动活塞位于所述第一组件的远端的内部空腔内。
64.如权利要求63所述的外科工具，其中所述功能元件还包括联接至所述致动活塞的第一和第二致动链部件。
65.如权利要求64所述的外科工具，其中所述第一和第二致动链部件包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属；塑料；热塑性聚合物；液晶聚合物；以及它们的组合。
66.如权利要求65所述的外科工具，其中所述金属为不锈钢；所述塑料为聚氯乙烯。
67.如权利要求64所述的外科工具，其中所述功能元件还包括分别联接至所述第一和第二致动链部件的第一和第二爪部件。
68.如权利要求67所述的外科工具，其中所述第一和第二爪部件包括选自由以下材料组成的组中的材料：金属、塑料、热塑性聚合物、液晶聚合物、以及它们的组合。
69.如权利要求68所述的外科工具，其中所述金属为不锈钢；所述塑料为聚氯乙烯。
70.如权利要求68所述的外科工具，其中所述致动活塞在所述内部空腔内的线性移动使得所述第一和第二爪部件打开和闭合。
71.如权利要求1所述的外科工具，还包括手柄，该手柄在所述第一组件的近端处联接至所述支撑元件的近端。
72.如权利要求71所述的外科工具，其中所述手柄控制所述外科工具。
73.如权利要求71所述的外科工具，还包括至少一个转向线缆，该至少一个转向线缆操作来控制所述第一组件的铰接，其中所述至少一个转向线缆联接至所述手柄。
74.如权利要求73所述的外科工具，还包括与所述手柄相连接的球窝结构，该球窝结构控制所述至少一个转向线缆的移动。
75.如权利要求74所述的外科工具，还包括锁定结构，该锁定结构锁定所述球窝结构的位置。
76.如权利要求75所述的外科工具，其中所述锁定结构包括螺母或蝶形螺钉。
77.如权利要求71所述的外科工具，其中所述激活元件被联接至所述手柄。
78.如权利要求77所述的外科工具，其中所述手柄包括扳柄并且其中所述激活元件被联接至所述扳柄。
79.如权利要求78所述的外科工具，其中所述扳柄是弹簧加载的。
80.如权利要求79所述的外科工具，其中所述扳柄的激活以第一方向移动所述激活元件。
81.如权利要求80所述的外科工具，其中由操作者松开所述扳柄引起所述扳柄复位，继而允许激活元件以与所述第一方向相反的第二方向移动。
82.如权利要求78所述的外科工具，其中所述扳柄启动所述激活元件朝着所述扳柄的方向移动。
83.如权利要求71所述的外科工具，其中所述手柄包括联接所述支撑元件的底座。
84.如权利要求83所述的外科工具，其中所述支撑元件在所述支撑元件的近端处被联接至所述底座。
85.如权利要求83所述的外科工具，其中所述手柄还包括扳柄并且其中所述激活元件通过所述底座延伸至所述扳柄。
86.如权利要求71所述的外科工具，其中所述手柄包括选自由以下各项组成的组中的一项：剪刀手柄；手持握把；拇指/食指/中指握把；手枪式握把；往复式扳柄；以及它们的组合。
87.如权利要求1所述的外科工具，其中所述外科工具包括锁定设备，所述锁定设备被构造和布置为锁定所述功能结构的铰接位置。
88.如权利要求1所述的外科工具，其中所述外科工具包括锁定设备，该锁定设备被构造和布置为锁定所述功能结构的操作模式。
89.如权利要求1所述的外科工具，其中所述第一组件邻接所述第二组件的外表面。
90.如权利要求1所述的外科工具，其中所述第一和第二组件以相同的延伸方向延伸。
91.如权利要求1所述的外科工具，其中所述第一组件和所述第二组件共同位于铰接式探头的腔中。
92.如权利要求1所述的外科工具，其中所述第二组件的至少一部分位于所述第一组件中。
93.如权利要求1所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力通过所述支撑元件相对于所述第一组件的隔离阻止了所述第一组件的铰接区域处的绑定。
94.如权利要求1所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力通过所述支撑元件相对于所述第一组件的隔离阻止了所述第一组件的铰接区域处的铰接分段的绑定。
95.如权利要求1所述的外科工具，其中所述外科工具被构造和布置为经由人机交互设备来进行控制。
96.如权利要求95所述的外科工具，其中所述人机交互设备包括选自由以下各项组成的组中的一项：操纵杆；轨迹球；鼠标；机电设备；以及它们的组合。
97.如权利要求96所述的外科工具，其中所述机电设备是触觉控制器。
98.如权利要求1所述的外科工具，其中所述第一组件包括：
工具轴；
包括多个铰接分段的铰接区域；以及
延伸通过所述工具轴到所述铰接区域的至少两个转向线缆。
99.如权利要求98所述的外科工具，其中所述铰接区域在所述外科工具的远端处。
100.如权利要求98所述的外科工具，其中所述至少两个转向线缆控制所述铰接分段的铰接。
101.如权利要求100所述的外科工具，其中所述铰接分段中的至少一个包括所述至少两个转向线缆中的转向线缆延伸通过的至少一个铰接线缆通道。
102.如权利要求101所述的外科工具，其中所述至少一个铰接线缆通道包括围绕所述铰接分段的圆周或周长以约120°隔开的第一至第三铰接线缆通道。
103.如权利要求101所述的外科工具，其中所述至少一个铰接线缆通道包括围绕所述铰接分段的圆周或周长以约90°隔开的第一至第四铰接线缆通道。
104.如权利要求101所述的外科工具，其中所述至少一个铰接线缆通道包括沿相对于所述第一组件的中心轴线的共同径向路径彼此分隔开约90°的第一至第四铰接线缆通道。
105.如权利要求100所述的外科工具，其中所述至少两个转向线缆进行操作来锁定所述铰接区域的铰接位置。
106.如权利要求105所述的外科工具，还包括将所述转向线缆保留在锁定位置的锁定结构。
107.如权利要求98所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力通过所述支撑元件与所述铰接区域相隔离。
108.如权利要求107所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力与所述铰接区域的朝向无关。
109.如权利要求107所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力与施加到所述至少两个转向线缆的力无关。
110.如权利要求107所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力与所述铰接区域的隔离阻止了所述至少两个转向线缆的绑定。
111.如权利要求107所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力与所述铰接区域的隔离阻止了相邻铰接分段的无意锁定。
112.如权利要求107所述的外科工具，其中由所述激活元件的移动所给予的力与所述铰接区域的隔离避免了所述铰接区域响应于所述激活元件的移动而移动。
113.如权利要求107所述的外科工具，其中所述工具轴包括用于接纳所述激活元件和所述至少两个转向线缆的腔引导元件。
114.如权利要求113所述的外科工具，其中所述腔引导元件包括多腔加强杆。
115.如权利要求114所述的外科工具，其中所述多腔加强杆包括用于接纳所述激活元件的第一线缆通道和用于接纳所述至少两个转向线缆的多个第二线缆通道。
116.如权利要求98所述的外科工具，其中所述工具轴的所述铰接区域包括至少两个分段链。
117.如权利要求116所述的外科工具，其中所述至少两个分段链中的第一分段链被联接至所述工具轴的第一轴部分，并且所述至少两个分段链中的第二分段链与所述功能结构相连接。
118.如权利要求117所述的外科工具，其中所述工具轴的所述铰接区域还包括联接于所述第一分段链和所述第二分段链之间的一个或多个第三分段链。
119.如权利要求117所述的外科工具，其中所述第一分段链包括具有第一部分和第二部分的主体，其中所述第二部分包括半球体部分。
120.如权利要求117所述的外科工具，其中所述第一分段链包括具有第一部分和第二部分的主体，其中所述第二部分包括凸面体部分。
121.如权利要求120所述的外科工具，其中所述凸面体部分是半球体部分。
122.如权利要求120所述的外科工具，其中所述凸面体部分是半椭圆体部分。
123.如权利要求120所述的外科工具，其中所述第一部分包括圆柱体部分。
124.如权利要求117所述的外科工具，其中所述第一分段链的半球体部分与所述第一轴部分的半球形空腔部分相配合。
125.如权利要求117所述的外科工具，其中所述第一分段链的半球体部分与所述第一轴部分的凹形空腔部分相配合。
126.如权利要求117所述的外科工具，其中所述第二分段链包括具有第一部分和第二部分的主体，其中所述第二部分包括凸面体部分。
127.如权利要求126所述的外科工具，其中所述凸面体部分是半球体部分。
128.如权利要求126所述的外科工具，其中所述凸面体部分是半椭圆体部分。
129.如权利要求126所述的外科工具，其中所述第一部分包括圆柱体部分。
130.如权利要求116所述的外科工具，其中所述多个分段链中的第一分段链的第一部分的底表面邻接所述多个分段链中的第二分段链的第一部分的上表面以限制相对于所述第一分段链和第二分段链中的每一个的中心轴线的铰接角度。
131.如权利要求130所述的外科工具，其中所述铰接角度被限制为约12°到15°。
132.如权利要求116所述的外科工具，其中所述至少两个分段链中的每个分段链被构造和布置为在所述外科工具的工作表面和所述功能结构之间提供约12°到15°的铰接。
133.如权利要求116所述的外科工具，其中所述至少两个分段链中的每个分段链被构造和布置为在所述工具轴的工作表面和所述功能结构之间提供约12°到15°的铰接。
134.如权利要求116所述的外科工具，其中所述铰接区域被构造和布置为在偏离不超过约1/2英寸的情况下支撑1lbF的力。
135.如权利要求116所述的外科工具，其中所述铰接区域被构造和布置为：当处于完全铰接状态时，在偏离不超过约1/2英寸的情况下支撑约1lbF的力。
136.如权利要求116所述的外科工具，其中所述支撑元件的远端位于所述第二分段链处。
137.如权利要求98所述的外科工具，其中所述第一组件的所述铰接区域包括腔并且其中所述第二组件的一部分位于所述第一组件的腔中。
138.如权利要求98所述的外科工具，其中所述至少两个转向线缆中的每一个具有终止于外科工具手柄的近端，并且其中所述铰接分段相对于彼此的移动由所述外科工具手柄控制。
139.如权利要求1所述的外科工具，其中所述第一组件与所述第二组件的外表面相邻并且沿与所述第二组件共同的延伸方向延伸。
140.如权利要求1所述的外科工具，还包括护套，所述第一组件和所述第二组件共同位于护套的腔中。
141.如权利要求1所述的外科工具，其中所述激活元件沿所述第一组件的外表面延伸。
142.一种用于执行医疗手术的系统，包括：
铰接式探头，该铰接式探头包括内套管和外套管；以及
外科工具，该外科工具包括：
细长的第一组件；
细长的第二组件，该细长的第二组件包括：
细长的支撑元件；
可相对于所述支撑元件移动的细长的激活元件；以及
被联接到所述激活元件的功能结构，所述功能结构的移动响应于所述激活元件的移动，
其中由所述激活元件的移动所给予的力通过所述支撑元件与所述第一组件相隔离，
其中所述铰接式探头和所述外科工具是独立可控的，
其中所述第二组件还包括被联接到所述支撑元件的U形夹，并且其中所述外科工具还包括所述U形夹和所述第一组件的远端之间的纵向间隙。
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