CN110338855B - 具有旋转止动装置的外科器械和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了具有旋转止动装置的外科器械和相关方法，例如，用于提供在大于360度的范围内的外科器械的第一部件和第二部件之间的有限旋转。示例性旋转止动装置可具有薄型，并且可包括各种特征部以有利于将装置封装在更大的器械内。

Description

具有旋转止动装置的外科器械和相关方法
技术领域
本文公开了具有旋转止动装置的外科器械和相关方法，例如，用于提供在大于360度的范围内的外科器械的第一部件和第二部件之间的有限旋转。
背景技术
存在可期望限制第一部件和第二部件可相对于彼此旋转的程度的许多实例。例如，在外科器械(外科器械具有相对于手柄可旋转以操纵外科器械的远侧端部的旋钮)中，可期望限制旋钮能够相对于手柄旋转的程度。可期望旋转限制以避免折断或张紧导线、光纤或在旋转期间扭曲或弯曲的其它部件。限制旋转的现有方法一般涉及设置在围绕旋转轴线的离散角度位置处的固定机械止动件，提供小于360度的有限旋转范围。在一些应用中，可期望在大于360度的范围内的第一部件和第二部件之间的有限旋转。限制旋转的现有方法也可相对较大，并且难以封装在器械或装置内。
需要改进的旋转止动装置和相关方法。
发明内容
本文公开了具有旋转止动装置的外科器械和相关方法，例如，用于提供在大于360度的范围内的外科器械的第一部件和第二部件之间的有限旋转。示例性旋转止动装置可具有薄型，并且可包括各种特征部以有利于将装置封装在更大的器械内。
在一些实施方案中，外科器械可包括近侧手柄；轴，轴从手柄延伸，并且具有远侧安装的可视化装置；旋钮，旋钮被构造成围绕旋转轴线相对于手柄旋转以移动可视化装置；以及旋转止动件，旋转止动件将旋钮相对于手柄的旋转限制在大于360度的范围。
器械可包括传感器，传感器被构造成检测旋钮的旋转位置，并且基于所检测的位置校正由可视化装置捕获的图像的电子显示。旋转止动件可包括与螺母相配合的螺纹轴，螺纹轴被构造成与旋钮一起旋转，并且螺母由手柄不可旋转地捕获。器械可包括电位差计，电位差计具有联接到螺纹轴或与螺纹轴一体形成的轴。旋转止动装置可包括螺纹轴，螺纹轴被构造成与旋钮一起旋转；以及螺母，螺母具有开口，螺纹轴被接纳在开口中，螺母不可旋转地联接到手柄。螺母可沿螺纹轴在第一旋转限制和第二旋转限制之间行进，以限制旋钮围绕旋转轴线相对于手柄的旋转。第一旋转限制可为面向手柄的旋钮的表面。第二旋转限制可为面向旋钮的手柄的表面。当旋钮相对于手柄旋转时，第一旋转限制和第二旋转限制之间的距离可保持恒定。第一旋转限制和第二旋转限制之间的距离可小于或等于10mm。器械可包括通孔，通孔延伸穿过旋钮和螺纹轴。螺母和螺纹轴可被接纳在手柄的腔体内。器械可包括细长构件，细长构件越过限定在旋钮和手柄之间的旋转平面，细长构件具有固定到在旋转平面远侧的器械的一部分的第一端部和固定到在旋转平面近侧的器械的一部分的第二端部。细长构件可包括光纤，细长构件的第一端部可联接到在旋转平面近侧的光源，并且细长构件的第二端部可被构造成将光引导到与可视化装置相邻的外科区域中。细长构件可包括电导体，细长构件的第一端部可联接到设置在旋转平面近侧的控制器，并且细长构件的第二端部可联接到可视化装置。细长构件可延伸穿过旋转止动件的通孔。通孔可形成于旋转止动件的螺纹轴中。
在一些实施方案中，旋转止动装置可包括第一部件；第二部件，第二部件被构造成围绕旋转轴线相对于第一部件旋转；轴，轴从第一部件沿旋转轴线延伸；以及螺母，螺母具有开口，轴被接纳在开口中，螺母不可旋转地联接到第二部件；其中螺母沿轴在第一旋转限制和第二旋转限制之间行进，以限制第一部件围绕旋转轴线相对于第二部件的旋转。
第一旋转限制和第二旋转限制可将第一部件围绕旋转轴线相对于第二部件的旋转限制在大于360度的范围。第一旋转限制可为面向第二部件的第一部件的表面。第二旋转限制可为面向第一部件的第二部件的表面。当第一部件相对于第二部件旋转时，第一旋转限制和第二旋转限制之间的距离可保持恒定。第一旋转限制和第二旋转限制之间的距离可小于或等于10mm。装置可包括通孔，通孔延伸穿过第一部件和轴。通孔可延伸穿过第二部件。第一部件可由一个或多个弹簧调整片固持到第二部件，一个或多个弹簧调整片从第二部件延伸且穿过通孔。装置可包括电位差计，电位差计具有被接纳在通孔内的轴。螺母和轴可被接纳在第二部件的腔体内。螺母可包括与轴的外螺纹相配合的内螺纹。螺母可包括销，销架在轴的螺旋槽内。装置可包括检测第一部件和第二部件的相对旋转位置的传感器。传感器可为电位差计、霍尔效应传感器和光学编码器中的至少一个。
在一些实施方案中，外科方法可包括将器械插入患者中，器械在器械的远侧端部处具有摄像头。相对于器械的第二部分旋转器械的第一部分以调节摄像头的位置，其中所述旋转由旋转止动件限制在大于360度的范围；检测第一部分相对于第二部分的旋转位置；以及基于所检测的旋转位置调节由摄像头捕获的图像的电子显示。
第一部分可包括旋钮，并且第二部分可包括手柄，旋钮能够相对于手柄旋转，以相对于手柄旋转摄像头。
附图说明
图1为旋转止动装置的分解透视图；
图2为图1的装置的另一分解透视图；
图3为图1的装置的顶视图；
图4为图1的装置的透视图；
图5为图1的装置的侧视图；
图6为图1的装置的底视图；
图7为图1的装置的剖面透视图；
图8为图1的装置的分解透视图；
图9A为包括旋转止动装置的外科器械的侧视图；
图9B为图9A的器械的透视图，为清楚起见，移除了手柄套；并且
图9C为图9A的器械的剖视侧视图。
具体实施方式
本文公开了具有旋转止动装置的外科器械和相关方法，例如，用于提供在大于360度的范围内的外科器械的第一部件和第二部件之间的有限旋转。示例性装置可具有薄型，并且可包括各种特征部以有利于将装置封装在更大的器械内。
现在将描述某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的装置和方法的结构、功能、制造和用途的原理全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域的技术人员应当理解，本文具体描述且附图中示出的装置与方法为非限制性的示例性实施方案。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征部可与其它实施方案的特征部进行组合。
图1至图8示出了示例性旋转止动装置100。装置100可允许第一部件102围绕旋转轴线A1相对于第二部件104旋转。装置100可被构造成限制第一部件102被允许围绕轴线A1相对于第二部件104旋转的程度。第一部件102可相对于第二部件104自由旋转直至预先确定的限制。限制可大于360度。限制可在约0度至约720度的范围内。限制可在约360度至约720度的范围内。限制可在约420度至约500度的范围内。限制可大于720度。限制可小于或等于360度。如下面另外讨论的，旋转止动装置100可结合到外科器械(诸如内窥镜、关节镜、外科摄像头等)中，以限制外科器械的部件之间的旋转。
第一部件102可包括螺纹轴106。螺纹轴106可沿旋转轴线A1在自由端108和支撑端110之间延伸。螺母112可与轴106相配合。例如，螺母112可包括内部螺纹开口114，内部螺纹开口114螺纹连接到轴106的外部螺纹上。虽然示出了螺纹接合，但是应当了解，螺母112可以其它方式与轴106相配合。例如，螺母可包括突出到螺母的开口中的销。销可被接纳在轴的外部表面中的螺旋槽内，以将螺母与轴相配合。
第二部件104可包括用于防止螺母112围绕轴线A1相对于第二部件104旋转同时允许螺母沿轴线A1相对于第二部件平移的特征部。例如，第二部件104可包括腔体116，腔体116被构造成在其中接纳螺母112。腔体116可由侧壁118限定。侧壁118的至少一部分和螺母112的至少一部分可为平面的或非圆柱形的，并且可被构造成彼此抵靠以防止螺母和第二部件104之间的相对旋转。腔体116可具有大于螺母112的高度H2的高度H1，使得螺母能够沿轴线A1在腔体内行进。螺纹轴106可具有与腔体116的高度H1基本匹配或稍微小于腔体116的高度H1的高度H3。螺纹轴106可具有大于螺母112的高度H2的高度H3。
虽然示出了腔体116，但是应当了解，代替地或此外，可使用用于防止螺母112围绕轴线A1相对于第二部件104旋转同时允许螺母沿轴线A1相对于第二部件平移的其它特征部。例如，第二部件104可包括从其凸出的销，该销从旋转轴线A1侧向偏移。销可被滑动地接纳在形成于螺母112中的孔内。作为另一实施例，第二部件104可包括一个或多个平面壁，一个或多个平面壁接触螺母112的对应的平面外表面部分。
装置100可包括用于将第一部件102固持到第二部件104同时允许第一部件102和第二部件104之间的旋转的特征部。例如，第二部件104可包括从其突出的一个或多个弹簧调整片120。弹簧调整片120可被构造成卡扣配合到形成于第一部件102中的通孔122中。每个弹簧调整片120可包括卡位装置124，卡位装置124接合第一部件102的沟槽或表面以抵抗或防止第一部件与第二部件104分离，同时允许第一部件相对于第二部件旋转。当配合时，第一部件102可接触腔体116的侧壁118的上表面，从而形成不可旋转地捕获螺母112的封闭空间。当第一部件和第二部件通过准许的旋转范围旋转时，第一部件102和第二部件104可被构造成沿轴线A1彼此保持固定距离。虽然示出了弹簧调整片120，但是应当了解，代替地或此外，可使用各种其它保持特征部。在一些实施方案中，可省略保持特征部，并且可依赖于装置100被封装的器械或系统的特征部，以将第一部件102和第二部件104沿轴线A1维持固定距离。
可通过将螺母112螺纹连接到第一部件102的轴106上且然后将轴和螺母插入第二部件104的腔体116中来组装装置100。在组装期间，第二部件104的弹簧调整片120可穿过第一部件102中的通孔122，并且卡入到位以将部件锁定在一起。
在使用中，螺母112可与第一部件102和第二部件104相互作用，以限制围绕轴线A1第一部件102和第二部件104之间相对旋转。当第一部件102围绕轴线A1在第一方向上相对于第二部件104旋转时，轴106可在螺母112内向下前进，致使螺母在腔体116内向上行进。旋转可继续直到螺母112接触上止动件，例如，第一部件102的下侧126。由于螺母112被约束使其不能相对于第二部件104旋转，所以防止在第一方向上第一部件和第二部件之间的另外的相对旋转，从而形成第一旋转限制。当第一部件102围绕轴线A1在第二相反方向上相对于第二部件104旋转时，轴106可在螺母112内向上回缩，致使螺母在腔体116内向下行进。旋转可继续直到螺母112接触下止动件，例如，第二部件104的上侧128或腔体116的底板。由于螺母112被约束使其不能相对于第二部件104旋转，并且第二部件被固持到第一部件102，所以防止在第二方向上第一部件和第二部件之间的另外的相对旋转，从而形成第二旋转限制。因此应当了解，装置100可将第一部件102和第二部件104围绕轴线A1的相对旋转限制在由第一旋转限制和第二旋转限制限定的范围。可选择装置100的各种部件的几何形状以实现期望的准许旋转范围。例如，可增加螺母112的高度H2以减少准许旋转的范围，或者可减小螺母112的高度H2以延伸准许旋转的范围。作为另一实施例，可增加轴106的高度H3以增加准许旋转的范围，或者可减小轴106的高度H3以减少准许旋转的范围。代替地或此外，可调节其它参数，包括侧壁118的高度、轴106和螺母112上的螺纹的节距和/或导程等等。
装置100可包括用于检测第一部件102和第二部件104之间的旋转程度的传感器130。传感器130输出可由控制器、处理器或电路接收，并且用于控制装置100是组成部分的系统或器械。例如，所检测的外科器械的旋转程度可用于通知外科导航系统或外科机器人关于器械的位置或取向。作为另一实施例，所检测的可视化或摄像头器械的旋转程度可用于例如通过根据由传感器130检测的旋转来旋转或以其它方式校正屏幕上的所显示的图像，调节由摄像头捕获的图像的显示。示例性传感器130可包括电位差计、霍尔效应传感器、光学编码器等。
装置100可包括形成于其中的通孔122。通孔122可完全延伸穿过装置100，例如，穿过第一部件102，穿过轴106，穿过螺母112，且穿过第二部件104，或者可仅部分地延伸穿过装置。通孔122可与旋转轴线A1同轴，可从其偏移，或者可相对于其倾斜地成角度。通孔122可接纳上面讨论的弹簧调整片120以使第一部件102与第二部件104相配合。另选地或此外，通孔122可接纳装置100是组成部分的系统或器械的另一部件的至少一部分。例如，通孔122可在其中接纳电位差计的旋钮或轴。这可允许电位差计被定位成比原本可能的更靠近装置100，在更大的系统或器械内提供减少的占有面积和更有效的装置100的封装。通孔122也可用于允许零件之间的连接，以布设导线或光纤等等。
装置100可具有薄型，这可有利于将装置封装在更大的器械或系统内。装置100的止动表面126、止动表面128之间的距离H4可被制作为尽可能小。例如，距离H4可小于约20mm，小于约10mm，小于约9mm，小于约7mm和/或小于约5mm。
图9A-图9C示出了示例性器械10，示例性器械10包括本文所述类型的旋转止动装置200。装置200可包括上面描述的装置100的特征部中的任一个。器械10可为外科器械，诸如外科摄像头系统、光学系统、内窥镜、关节镜等。器械10可包括近侧手柄外壳204和向前旋钮202。旋钮202能够围绕轴线A2相对于手柄外壳204旋转。旋钮202围绕轴线A2相对于外壳204的旋转可有效地旋转器械的远侧轴238，例如，以将摄像头或端部执行器240重新定位在外科手术部位内。旋转止动装置200可被构造成限制旋钮202和手柄204之间的旋转。特别地，旋钮202可用作装置200的“第一部件”，包括沿轴线A2延伸的螺纹轴206。旋钮202可为包括轴206的整体部件，或者如图所示，轴可为附接到旋钮202的主要部分202B的单独部件202A。外壳204可用作装置200的“第二部件”，包括腔体216，螺母212被捕获在腔体216中，使得螺母可沿轴线A2平移但是被约束使其不能围绕轴线A2相对于外壳旋转。外壳204和旋钮202可例如通过外壳的轴颈或凸起232与旋钮的沟槽234之间的接合，沿轴线A2相对于彼此维持固定距离。轴206可螺纹连接到所约束的螺母212中，以允许装置200如上所述限制旋转。
轴206可联接到电位差计230的轴236或与电位差计230的轴236一体形成。于是，旋钮202的旋转以及引申开来轴206的旋转可有效地旋转电位差计轴236以改变跨越电位差计230的电位。可感测电位或其改变以确定旋钮202相对于外壳204的旋转程度。在摄像头器械的情况下，所感测的旋转程度可用于以等于所感测的旋转程度、与所感测的旋转程度成比例、与所感测的旋转程度相当或以其它方式基于所感测的旋转程度的量旋转或以其它方式校正由摄像头系统捕获的图像的电子显示。旋转止动装置200可有效地将电位差计轴236的旋转限制在大于360度的角度处。
如图9C所示，器械10可包括一个或多个细长构件，一个或多个细长构件越过限定在旋钮202和外壳204之间的旋转平面。细长构件的第一端部可固定到在旋转平面远侧的器械的一部分，并且细长构件的第二端部可固定到在旋转平面近侧的器械的一部分。例如，器械10可包括一个或多个光纤242和/或一个或多个电导体或导线244，一个或多个光纤242和/或一个或多个电导体或导线244从在旋转平面近侧的位置(例如，器械的近侧电缆246)跨越旋转平面延伸，且到在旋转平面远侧的位置(例如，器械的远侧轴238或摄像头组件240)中。在一些实施方案中，器械10可包括光纤242，光纤242将来自在手柄204近侧的光源的光引导到与轴238的远侧端部相邻的位置。在一些实施方案中，器械10可包括电导体244，电导体244将对由设置在轴238的远侧端部处或附近的图像传感器捕获的图像数据进行编码的数字或模拟信号从图像传感器传达到在手柄204近侧的控制器或处理器。应当了解，旋转止动装置200可允许旋钮202相对于手柄204旋转，同时将旋转限制为小于可损坏、折断或张紧纤维242或导体244的量的量。
应当指出的是，上面的描述中或附图中所表达或暗示的方法步骤的任何顺序不应理解为是限制所公开的方法按照该顺序执行步骤。相反，本文所公开的每种方法的各种步骤可按照任意多种顺序执行。此外，由于所描述的方法仅为示例性实施方案，因此包括更多步骤或包括更少步骤的各种其它方法也涵盖在本公开的范围内。
本文公开的装置可由多种已知材料中的任一种构造。示例性材料包括适用于外科应用的材料，材料包括金属(诸如不锈钢、钛、镍、钴-铬、或其合金和组合)、聚合物(诸如PEEK、陶瓷、碳纤维)等等。本文所公开的装置的各种部件可为刚性的或柔性的。装置的一个或多个部件或部分可由不透射线的材料形成，以便于在荧光镜透视检查和其它成像技术下可视化，或者由射线可透过的材料形成，以便不干扰其它结构的可视化。示例性射线可透过的材料包括碳纤维和高强度聚合物。
本文所公开的装置和方法可用于微创手术和/或开放式手术中。虽然本文公开的装置和方法一般在对人类患者的手术的上下文中进行描述，但是应当了解，本文公开的方法和装置可用于对人类或动物受试者、对无生命对象(在非外科应用中)等等的任何类型的手术。
虽然上面描述了具体实施方案，但是应当理解，在所描述的构思的实质和范围内可作出多种变化。

Claims (28)

1.一种外科器械，所述外科器械包括：
近侧手柄；
轴，所述轴从所述手柄延伸，并且具有远侧安装的可视化装置；
旋钮，所述旋钮被构造成围绕旋转轴线相对于所述手柄旋转以移动所述可视化装置；以及
旋转止动件，所述旋转止动件将所述旋钮相对于所述手柄的旋转限制在大于360度的范围，其中所述旋转止动件进一步包括：
第一部件；
第二部件，所述第二部件被构造成围绕旋转轴线相对于所述第一部件旋转；
螺纹轴，所述螺纹轴从所述第一部件沿所述旋转轴线延伸；以及
螺母，所述螺母具有开口，所述螺纹轴被接纳在所述开口中，所述螺母不可旋转地联接到所述第二部件；
其中所述螺母沿所述螺纹轴在第一旋转限制和第二旋转限制之间行进，以限制所述第一部件围绕所述旋转轴线相对于所述第二部件的旋转。
2.根据权利要求1所述的器械，所述器械还包括传感器，所述传感器被构造成检测所述旋钮的旋转位置，并且基于所检测的位置校正由所述可视化装置捕获的图像的电子显示。
3.根据权利要求1所述的器械，其中所述螺纹轴被构造成与所述旋钮一起旋转，并且所述螺母由所述手柄不可旋转地捕获。
4.根据权利要求3所述的器械，所述器械还包括电位差计，所述电位差计具有联接到所述螺纹轴或与所述螺纹轴一体形成的轴。
5.根据权利要求1所述的器械，其中所述第一旋转限制为面向所述手柄的所述旋钮的表面，并且所述第二旋转限制为面向所述旋钮的所述手柄的表面。
6.根据权利要求1所述的器械，其中当所述旋钮相对于所述手柄旋转时，所述第一旋转限制和所述第二旋转限制之间的距离保持恒定。
7.根据权利要求6所述的器械，其中所述第一旋转限制和所述第二旋转限制之间的所述距离小于或等于10mm。
8.根据权利要求1所述的器械，所述器械还包括通孔，所述通孔延伸穿过所述旋钮和所述螺纹轴。
9.根据权利要求1所述的器械，其中所述螺母和所述螺纹轴被接纳在所述手柄的腔体内。
10.根据权利要求1所述的器械，所述器械还包括细长构件，所述细长构件越过限定在所述旋钮和所述手柄之间的旋转平面，所述细长构件具有固定到在所述旋转平面远侧的所述器械的一部分的第一端部和固定到在所述旋转平面近侧的所述器械的一部分的第二端部。
11.根据权利要求10所述的器械，其中所述细长构件包括光纤，并且其中所述细长构件的所述第一端部联接到在所述旋转平面近侧的光源，并且所述细长构件的所述第二端部被构造成将光引导到与所述可视化装置相邻的外科区域中。
12.根据权利要求10所述的器械，其中所述细长构件包括电导体，并且其中所述细长构件的所述第一端部联接到设置在所述旋转平面近侧的控制器，并且所述细长构件的所述第二端部联接到所述可视化装置。
13.根据权利要求10所述的器械，其中所述细长构件延伸穿过所述旋转止动件的通孔。
14.根据权利要求13所述的器械，其中所述通孔形成于所述旋转止动件的螺纹轴中。
15.一种旋转止动装置，所述旋转止动装置包括：
第一部件；
第二部件，所述第二部件被构造成围绕旋转轴线相对于所述第一部件旋转；
轴，所述轴从所述第一部件沿所述旋转轴线延伸；以及
螺母，所述螺母具有开口，所述轴被接纳在所述开口中，所述螺母不可旋转地联接到所述第二部件；
其中所述螺母沿所述轴在第一旋转限制和第二旋转限制之间行进，以限制所述第一部件围绕所述旋转轴线相对于所述第二部件的旋转。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一旋转限制和所述第二旋转限制将所述第一部件围绕所述旋转轴线相对于所述第二部件的旋转限制在大于360度的范围。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一旋转限制为面向所述第二部件的所述第一部件的表面，并且所述第二旋转限制为面向所述第一部件的所述第二部件的表面。
18.根据权利要求15所述的装置，其中当所述第一部件相对于所述第二部件旋转时，所述第一旋转限制和所述第二旋转限制之间的距离保持恒定。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第一旋转限制和所述第二旋转限制之间的所述距离小于或等于10mm。
20.根据权利要求15所述的装置，所述装置还包括通孔，所述通孔延伸穿过所述第一部件和所述轴。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述通孔延伸穿过所述第二部件。
22.根据权利要求20所述的装置，其中所述第一部件由一个或多个弹簧调整片固持到所述第二部件，所述一个或多个弹簧调整片从所述第二部件延伸且穿过所述通孔。
23.根据权利要求20所述的装置，所述装置还包括电位差计，所述电位差计具有被接纳在所述通孔内的轴。
24.根据权利要求15所述的装置，其中所述螺母和所述轴被接纳在所述第二部件的腔体内。
25.根据权利要求15所述的装置，其中所述螺母包括与所述轴的外螺纹相配合的内螺纹。
26.根据权利要求15所述的装置，其中所述螺母包括销，所述销架在所述轴的螺旋槽内。
27.根据权利要求15所述的装置，所述装置还包括检测所述第一部件和所述第二部件的相对旋转位置的传感器。
28.根据权利要求27所述的装置，其中所述传感器为电位差计、霍尔效应传感器和光学编码器中的至少一者。
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