CN112822968A - 一种装置 - Google Patents

Abstract

外科手术装置（204）包括具有轴线（233）和壁的第一管（230），该壁具有在该壁内轴向延伸的通道，该第一管包括多个一体形成的互锁体节（234）。

Description

一种装置

技术领域

本发明涉及一种微创外科手术过程中使用的外科手术装置以及一种用于制造外科手术装置的方法。本发明尤其涉及一种用于支气管镜介入的柔性细长机器人以及一种制造用于支气管镜介入的机器人的方法。该外科手术装置也可用于其他应用，并且该方法也可用于制造具有不同应用的类似装置。

背景技术

许多微创外科手术（MIS）使用柔性管状引导装置或柔性机器人。该柔性管状装置可以装配到内窥镜的工作通道内并且延伸到对于内窥镜来说过于狭窄而无法到达的腔道（例如，其可以是动脉、气道或肠道）内。

可以使用柔性管状装置的微创外科手术的一个示例是支气管镜检查(肺部检查的临床常规)。在手术中，将柔性支气管镜经由病人的口腔或鼻腔插入以检查其气道内部。支气管内器械经由支气管镜的工作通道可以执行各种功能，例如进行活检或递送植入物。操纵支气管镜至周围气道区域对于手术者来说是个挑战。常规支气管镜的直径可能为6mm；因气道尺寸的逐渐缩窄，支气管镜在第四级支气管之后将无法深入气道。通过将柔性管状装置放入支气管镜，则能够深入更高级的支气管气道。

柔性管状装置或柔性机器人可以包括能够由外科医生操作的柔性机械手。示例性驱动机制包括磁驱动和电机驱动。另一种驱动技术是柔索驱动，其中柔性机械手的弯曲可由一个或多个拮抗腱或细丝控制。柔性机械手可以包括附接有腱引导盘的单体柔性骨架。另一种可选方式为将多个体节或椎骨进行组装，而非使用单一连续体。各体节可以具有腱引导特征体。上述将各体节进行组装的方法会使制造复杂化并增加成本。这种将各体节进行组装的方法的另一个缺点是体节有可能会散掉。也就是说，各体节在切向和轴向上没有互锁。其后果是组装后的机械手有可能会易于散架，这是微创手术过程中特别不希望出现的后果。

柔性机械手的外径应足够小以适配内窥镜和狭窄通道的内部，而其内径应足够大以使传感器和器械能够通过。因此，柔性机械手的壁厚通常在几百微米范围内。已知的薄壁机械手在机械手的壁的内表面或外表面上使用附加的碟形或盘形腱引导结构和/或腱引导特征体。这些内/外表面特征体不利地改变了有效内/外径。这些特征体和盘形结构也易于沿管的轴向长度断裂，导致腱在介入区域中的暴露并造成潜在损伤。

因此，薄壁线驱动柔性机械手的已知制造方法的一个问题是，所制造的机械手的腱引导特征体不能沿装置长度充分保护腱，从而对内径或外径产生不利影响和/或需要额外的部件和/或加工步骤来制造。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种外科手术装置，包括具有轴线和壁的第一管，其中该壁具有在该壁内轴向延伸的通道，该第一管包括多个一体形成的互锁体节。

通过本发明，外科手术装置由第一管提供，该外科手术装置包括多个互锁体节和在第一管的壁内轴向延伸的通道。

该通道可以容纳腱使得外科手术装置可用作线驱动柔性机械手。将该通道设置在第一管的壁内不会改变外科手术装置的内径或外径。有利地，可以将内径最大化以容纳器械，而将外径最小化以使该外科手术装置能够进入狭窄的人体腔道，例如支气管或血管。此外，该外科手术装置的外表面可以不设置突出的腱引导特征体，因为该突出的腱特征引导体可能会造成该外科手术装置卡在人体腔道内和/或损伤该人体腔道。

通过将通道设置在第一管的壁内，该通道还可以沿第一管长度保护所容纳的腱。这降低了微创外科手术过程中腱断裂的风险。

第一管的壁可以为圆柱形或椭圆形。在一些实施例中，该壁可以具有多面形的横截面形状，例如六边形或八边形或其他更高阶多边形。第一管的外径可以在0.5至6.0mm的范围内。第一管的内径可以在0.3至5.5mm的范围内。

将多个一体形成的互锁体节设置成一连串体节，其中每个体节均与相邻体节互锁。该互锁机制的具体细节将在下文进一步讨论，这些互锁体节可以防止微创外科手术（MIS）中特别不希望发生的外科手术装置散架。多个互锁体节可以使手术装置弯曲从而适合用作微创外科手术中的线驱动柔性机械手。第一管的中心管腔可以为该外科手术装置提供器械通道。

在本发明的实施例中，该第一管包括聚合物或玻璃。

聚合物和玻璃材料均具有以下优点:(i)生物相容性和(ii)适用于根据本发明第二方面的一种制造外科手术装置的方法。这两种材料也与磁共振成像(MRI)兼容，使得MRI这类技术能够在利用由该方法制造的外科手术装置进行的任何微创外科手术中使用。二氧化硅是合适的玻璃材料的一个示例。合适的聚合物包括聚碳酸酯(PC)；聚砜(PSU)；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(也称为丙烯酸)；和环烯烃共聚物(COC)。具体聚合物材料的选择可以结合进一步的材料特性如弹性、强度、硬度、脆性。

在本发明的实施例中，该第一管包括内壁。

在这些实施例中，内壁可以将第一管的内管腔切分成多个管腔。该多个管腔可为外科手术装置提供单独的器械通道。

在本发明的实施例中，每个互锁体节包括位于该互锁体节第一端的轴向锁部件和切向锁部件；以及位于该互锁体节第二端的互补轴向锁部件和互补切向锁部件，其中:第一互锁体节的轴向锁部件可与第二互锁体节的互补轴向锁部件啮合以形成防止第一体节和第二体节轴向分离的轴向锁；以及第一互锁体节的切向锁部件可与第二体节的互补切向锁部件啮合以形成防止第一体节和第二体节切向分离的切向锁。

在这些实施例中，相邻互锁体节之间的互锁由轴向锁和切向锁提供。轴向锁包括第一互锁体节的轴向锁部件，该轴向锁件可与第二互锁体节的互补轴向锁部件啮合。切向锁包括第一互锁体节的切向锁部件，该切向锁部件可与第二互锁体节的互补锁部件啮合。

通过设置轴向锁和切向锁，相邻互锁体节完全互锁从而在没有破坏力的情况下无法分离。

在本发明的实施例中，每个互补轴向锁部件包括空腔和邻近空腔的开口，其中空腔的宽度大于开口的宽度；以及每个轴向锁部件包括头部和从头部突出的颈部，其中颈部的宽度小于开口的宽度，以及头部的宽度大于开口的宽度但小于空腔的宽度。

在这些实施例中，第一体节的第一轴向锁部件的头部位于第二体节的互补轴向锁部件的空腔内以形成轴向锁。由于头部的宽度大于开口的宽度，该第一轴向锁部件的头部不能穿过该互补轴向锁部件的开口。这种运动限制导致相邻互锁体节之间的轴向互锁。在与头部中心表面相切并与第一管轴线垂直的方向上的运动也被限制。

在一些实施例中，轴向锁部件还包括两个翼部，各翼部分别位于头部和颈部的两侧并由隔开一间隙。在这些实施例中，互补轴向锁部件还包括:限定空腔边缘的C形特征体；以及两个互补翼形特征体，其中各互补翼形特征体分别位于C形特征体的两侧。轴向锁的附加特征体可以在轴向和/或切向方向上产生更稳固的互锁。

在本发明的实施例中，该空腔和头部均为椭圆形、圆形或泪滴形。

在这些实施例中，第一互锁体节中锁部件的头部可以在第二互锁体节中的互补锁部件的空腔内旋转，从而该第一互锁体节可以相对于该第二互锁体节旋转或铰接。旋转轴线(或铰接轴线)被定义为与轴向锁部件头部的表面在头部的中心点正交的轴线。

旋转范围可由该轴向锁部件颈部的宽度和/或形状相对于该互补轴向锁部件开口的宽度和/或形状来限制。在一些实施例中，当邻近该头部/空腔的颈部/开口近端运动到颈部/开口远端时，轴向锁部件颈部的宽度和互补轴向锁部件开口的宽度均增加。这种轴向锁部件和互补轴向锁部件可被称为锁眼形轴向锁。

在本发明的实施例中，每个互补切向锁部件均包括狭槽；并且每个切向锁部件包括宽度小于狭槽宽度的短柱。

第一互锁体节的切向锁部件的短柱，其可啮合在第二互锁体节的互补切向锁部件的狭槽内，其绕静态轴线的旋转受到限制。静态轴线被定义为与切向锁部件短柱的表面在短柱的中心点处正交的轴线。这样，第一和第二互锁体节不能围绕静态轴线相对于彼此旋转或铰接。短柱/狭槽的设计还防止或限制第一和第二体节在与短柱中心处表面相切并垂直于第一管轴线的方向上的相对运动。

在一些实施例中，切向锁部件还包括两个槽，各槽分别位于切向锁部件的短柱的两侧。在这些实施例中，互补切向锁部件还包括两个短柱，各短柱分别位于该互补切向锁部件狭槽的两侧。轴向锁的附加特征体可以在切线方向产生更稳固的互锁。

在一些实施例中，轴向锁的头-颈组合/空腔-开口组合设计和切向锁的短柱/狭槽设计使得相邻体节之间完全平移互锁。但是，任何两个相邻体节依然可以围绕旋转轴线相对于彼此旋转。

在本发明的实施例中，每个互锁体节包括:一对轴向锁部件；一对互补轴向锁部件；一对切向锁部件；和一对互补切向锁部件。

该对轴向锁部件中的各轴向锁部件可以分别位于外科手术装置的相对两侧。类似地，该对互补轴向锁部件、该对切向锁部件、和该对互补切向锁部件中的各部件可以分别位于外科手术装置的相对两侧。通过提供成对的各种锁和互补锁部件，可以降低外科手术装置因体节分离而散架的风险。

在本发明的实施例中，每个互锁体节的轴向锁部件和互补轴向锁部件彼此轴向对准。

在这些实施例中，每个相邻互锁体节之间的旋转轴线彼此平行。这样，轴向锁使得该外科手术装置在由垂直于该旋转轴线的平面限定的一个自由度上弯曲。

在本发明的实施例中，每个互锁体节的轴向锁部件和互补切向锁部件彼此轴向对准。

在这些实施例中，相邻体节之间的旋转轴线沿外科手术装置在每个轴向锁处变化。这样，轴向锁使得该外科手术装置以两个自由度弯曲，从而有利地实现在人体腔道内以任何方向操纵外科手术装置。

在本发明的实施例中，该外科手术装置还包括延伸穿过通道的腱。

该外科手术装置的第一管可包括多个轴向通道和用于每个通道的相应腱或细丝。这样，可以使用成对拮抗腱操纵外科手术装置通过人体腔道。这些腱可以固定在第一管的远端。腱可以通过粘接或焊接（例如激光焊接）或机械方式固定到第一管的远端。腱可以包括球头销以便于粘接。腱可以包括超弹性镍钛合金缆线；液晶聚合物（LCP）单丝或其它合适的生物相容性材料。

在本发明的实施例中，该外科手术装置还包括与第一管的远端互锁的顶端部。

该顶端包括:(i)轴向锁部件和切向锁部件；或者(ii)位于顶端近端的互补轴向锁部件和互补切向锁部件。这样，顶端可与多个互锁体节啮合。顶端和多个互锁体节由第一管一体形成，并且可以通过根据本发明第二方面的方法制造。

在本发明的实施例中，该外科手术装置还包括位于第一管近端的第二管，该第二管具有轴线和壁，该壁具有沿该壁内的螺旋路径延伸的螺旋通道，该螺旋路径具有:沿该第二管轴向长度的路径轴线；以及与该第二管的横截面半径基本相等的半径。

在这些实施例中，第二管位于第一管的近端并且可以与第一管一体形成或者附接到第一管。这样，第二管可以用作支撑第一管的柔性轴，而该第一管可以用作线驱动柔性机械手。第二管的内径和外径可以在上文关于第一管所述的范围值内。第二管的内径和外径可以等于第一管的内径和外径。

第二管包括在第二管的壁内轴向延伸的螺旋通道。螺旋通道可以容纳腱。在一些实施例中，可以有多个螺旋通道在第二管的壁内轴向延伸。螺旋通道的数量可以等于第一管的壁内的通道数量。当第二管弯曲时，螺旋通道保持彼此基本相同的长度。这可以有利地减少第二管弯曲时在具有直轴向通道的柔性轴中可能发生的不期望的腱张紧效应和不希望的腱长度变化。

在本发明的实施例中，第二管与第一管一体形成。

在本发明的实施例中，第二管包括聚合物或玻璃。

第二管可以包括上文关于第一管所描述的任何材料选项。第二管可以包括与第一管相同的材料。

在本发明的实施例中，螺旋通道与第一管中的通道轴向对准。

通过将螺旋通道与第一管的轴向通道对准，所产生的组合通道可以容纳腱。在第一管具有多个通道的实施例中，相应数量的螺旋通道与第一管的通道对准。螺旋通道和第一管的通道可以成对地设置在第一管的相对两侧以容纳成对设置的拮抗腱。第二管可以通过在拉伸过程中旋转第二预制件来制造，如下文关于本发明第二方面所进一步讨论的。通过提供其通道定向与第一管的通道定向相同的第二预制件，可以确保第二管的最终螺旋通道可以与第一管的通道对准。可替代地，第一管和第二管可以从提供连续第一管和第二管结构的第一预制件中拉伸。第二管的螺旋通道须是连续的或者与第一管的轴向通道自动对准。

根据本公开的第二方面，提供了一种制造外科手术装置的方法，包括以下步骤:提供具有轴线和壁的第一预制件，该壁具有在该壁内轴向延伸的通道；拉伸所述第一预制件以形成具有轴线和壁的第一管，该壁具有在该壁内轴向延伸的通道；以及将第一管切分成多个互锁体节。

本发明提供一种通过将第一预制件拉伸形成其壁内具有轴向延伸通道的第一管以制造外科手术装置的方法。将第一管切分成多个互锁体节以提供该外科手术装置。该第一管的壁内轴向通道可提供腱导向特征体，该特征体:(i)在第一管的基本整个长度上保护腱；(ii)不会不利地改变第一管的内径或外径；和(iii)不需要额外的部件或工艺步骤，例如钻孔以形成通道。

根据本发明实施例的方法可以包括提供第一预制件，该第一预制件具有多个在壁内轴向延伸的通道。例如，在第一预制件的壁内可以有两个或三个或四个轴向延伸的通道。

具有壁和轴向通道的该第一预制件可以多种方式在壁内形成。例如，可以将杆或棒直接加工成含有壁的预制件。可替代地，可以将热塑性片材或薄膜卷成含有壁的聚合物预制件。可以在该聚合物预制件的壁内进行钻孔以形成通道从而提供上述具有壁和轴向通道的第一预制件。进一步可替代地，第一聚合物预制件可以通过对热塑性塑料颗粒进行热压、熔铸成型或注塑成型来制造，并且模具可以包括通道特征体。上述方法的各种排列和组合也是可能的。可以直接在第一预制件中设置通道，因为第一预制件的直径可以为数厘米而预制件的壁厚可以为数毫米。在一些实施例中，第一预制件的直径可以在2至4cm之间。

通过拉伸其壁内具有轴向延伸通道的第一预制件，形成样式类似但尺寸更小的第一管，其中该第一管具有在其壁内轴向延伸的类似按比例缩小的通道。包括具有多个通道的预制件的实施例将形成具有多个相应按比例缩小的通道的第一管。这样，具有薄壁的管可以包括在该壁内轴向延伸的通道。例如，可以拉伸第一管使得壁厚在100-1000微米的范围内但仍然包括在第一管的壁内轴向延伸的通道。换句话说，无需在窄壁上进行钻孔的步骤，依然可以形成具有窄壁和在该壁内轴向延伸的通道的第一管。在外科手术装置与支气管镜一起使用的一些实施例中，第一管的外径可以在1.8至2.2mm的范围内；内径可以在1.0至1.4mm的范围内；并且第一管的长度可以在15至25mm的范围内。这些外科手术置的最小弯曲半径可以在6至7毫米的范围内。

将第一管进行切分所形成的外科手术装置具有多个互锁体节，从而无需就各体节进行组装。与要求就各体节进行组装的方法相比，有利地降低了成本并使该外科手术装置的制造更为简便。

该多个互锁体节形成一体化的外科手术装置。互锁体节防止体节(在无破坏力情况下的)分离，并且在一些实施例中防止切向和轴向分离。互锁方式可以为相邻体节可彼此铰接或旋转。这样，外科手术装置能够用作柔性机械手或柔性机器人。每个体节中的一个或多个通道可以容纳腱以操作柔性机械手。通过这种方式，该外科手术装置能够用作可操作穿过狭窄人体腔道的柔性机械手。

通过将第一管切分成多个互锁体节，第一管的轴向通道穿过该多个互锁体节分布。第一管的轴向通道保持其完整性并提供基本连续的通道以容纳腱。

可以通过包括激光切割、机械切割、化学蚀刻和光刻在内的多种工艺将第一管切分成多个互锁体节。

在本发明的实施例中，拉伸第一预制件的步骤包括使用纤维拉伸工艺拉伸第一预制件。

在纤维拉伸工艺中，将第一预制件放置在纤维拉丝塔中。可以加热第一预制件的顶端，然后拔出或拉出熔融的第一预制件以形成第一管纤维 (称为缩颈过程)。在缩颈过程中，预制件材料(例如聚合物或玻璃)的黏度降低几个数量级从而第一预制件在其自身重量下缩颈。

纤维拉丝塔可以包括具有一个或多个加热区的熔炉。在一些实施例中，可以设置沿第一预制件轴向提供温度曲线的三个加热区。温度曲线可以被配置为最大值在曲线中间。熔炉可以将第一预制件加热到温度高于第一预制件材料玻璃化转变温度，从而使得缩颈过程发生。对于聚合物预制件，熔炉的温度可以在65℃至500℃的范围内。例如，对于聚碳酸酯（PC）预制件，温度可以在145℃至400℃的范围内。第一预制件顶端的温度可以限定从第一预制件拉伸第一管纤维时的快速冷却时间或淬火时间。淬火后，可以使用绞盘以恒定速度拉伸第一管纤维。在一些实施例中，拉伸速度可以在0.1米/分钟至10米/分钟的范围内。

第一管纤维的直径可以用激光千分尺来监测。拉伸张力可以用三轮张力传感器监测，该传感器可以测量第一管纤维内部的有效内应力。温度曲线、下料速度和拉伸速度是一组将第一预制件限定到第一管纤维颈缩区域的可调整参数。在纤维拉伸过程完成之后，可以切割第一管纤维的一长度以形成第一管。第一管纤维可用于提供多个第一管。在一些实施例中，第一管纤维外径和第一管外径均可在0.5至6.0mm的范围内。第一管纤维内径和第一管内径可以在0.3至5.5mm的范围内。

在本发明的实施例中，切分第一管的步骤包括机械切割工艺、化学蚀刻工艺和/或光刻工艺。

切分第一管的步骤可以包括激光切割工艺、机械切割工艺、化学蚀刻工艺、光刻工艺、或以上工艺的组合。

在本发明的实施例中，提供第一预制件的步骤包括提供包括聚合物或玻璃的第一预制件。

聚合物和玻璃材料均具有以下优点:(1)生物相容性和(2)适于纤维拉伸。这两种材料也与磁共振成像(MRI)兼容，使得MRI这类技术能够在利用由该方法制造的外科手术装置进行的任何微创外科手术过程中使用。二氧化硅是合适的玻璃材料的一个示例。合适的聚合物包括聚碳酸酯(PC)；聚砜(PSU)；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(也称为丙烯酸)；和环烯烃共聚物(COC)。可以使用铸造成型将聚合物形成预制件，并且可以将模具设计为使得所获第一预制件包括壁和在该壁内轴向延伸的通道。

在本发明的实施例中，提供第一预制件的步骤包括提供含有内壁的第一预制件。

在这些实施例中，第一预制件包括将第一预制件分成多个管腔的内壁。在拉伸第一预制件之后，所得的第一管将包括可用作单独器械通道的多个管腔。

在本发明的实施例中，切分第一管的步骤包括激光切割该第一管以形成互锁体节。

激光切割去除第一管的部分壁以形成互锁体节。在第一管表面并穿过管壁切割出互锁特征体。这些互锁特征体的结构或样式细节将在下文进一步讨论，这些特征体使得互锁体节一体化形成为外科手术装置。

激光切割可以包括以下进一步的步骤:使第一管相对于激光束轴向运动，以及使第一管绕自身轴线旋转。

该激光可以是连续波激光或脉冲激光，这取决于第一预制件和所获第一管的材料。可就功率、波长和脉冲持续时间进行选择以实现最佳切割。低平均功率、短脉冲激光可以适用于切割玻璃或聚合物材料。激光束的标称路径会在第一交点和第二交点处与第一管的壁相交。该第一交点比第二交点更靠近激光源。可以操作或聚焦激光使其仅在第一个交叉点割穿管壁。可选地或者附加地，可以将屏蔽杆插入第一管的内部以防止激光束到达第二交点。

在本发明的实施例中，该方法还包括以下步骤:支撑多个互锁体节；对该多个互锁体节施加轴向压力；以及通过第一管的通道传送腱。

在对第一管进行切分后，由于相邻体节的相对铰接或旋转，可能很难将腱传送穿过第一管的轴向通道。在轴向压力下支撑多个互锁体节可以将该多个体节保持在标称位置从而减少或最小化相邻体节之间的旋转或铰接。在压缩状态下，该多个互锁体节可以处于直线构造，类似于切分步骤前的第一管。这可以简化通过轴向通道传送腱的步骤。

插入后，腱可以固定在多个互锁体节的远端。该腱可以通过粘合或焊接（例如激光焊接）或机械方式固定到远端。腱可以包括球头销以便于粘合。在腱插入和固定后，外科手术装置可以释放出轴向压力。然后可以通过向腱施加张力来操纵或弯曲该外科手术装置。通过使相邻体节根据腱张力产生的力而铰接或旋转，向腱施加张力可以弯曲使该外科手术装置。

如上所述，可以有多个通道。每个通道都可以传送入一个腱，该腱固定在远端。这样，多个腱可以在一个或两个自由度上控制外科手术装置的弯曲。轴向通道可以成对地布置在第一管的壁内，其中每对通道中的各通道分别位于第一管的相对两侧。传送入这些通道的腱可以形成拮抗腱对。向一对拮抗腱中的每个拮抗腱施加张力可以在相反的两个方向上操纵或弯曲外科手术装置。例如，在第一管的相对两侧上有两个通道的情况下，向第一腱施加张力会使得外科手术装置在一个方向上弯曲。相邻的互锁体节围绕旋转轴线在一个方向上铰接或旋转。向第二腱施加张力使得外科手术装置向相反方向弯曲。相邻的互锁体节围绕旋转轴线以相反的方向铰接或旋转。

腱可以包括超弹性镍钛合金缆线；液晶聚合物（LCP）单丝或其它合适的生物相容性材料。

在本发明的实施例中，该方法还包括以下步骤:提供具有轴线和壁的第二预制件，其中该壁具有在该壁内轴向延伸的通道；拉伸第二预制件以形成具有轴线和壁的第二管，其中该壁具有在该壁内轴向延伸的通道，并且在拉伸过程中旋转该第二预制件或第二管；以及将该第二管与第一管邻接。

因此，第二管以类似于第一管的方式形成。但是，第二管或第二预制件在拉伸过程中旋转。这样，第二管的壁内的轴向通道沿着第二管的壁内的螺旋路径轴向延伸。

如同第一管和第一预制件一样，第二管可以有多个通道。第二管中的通道数量可以等于第一管中的通道数量。第二管中的每个通道将沿着第二管的壁内的螺旋路径延伸。

第二管可以是用于支撑第一管多个互锁体节的柔性轴。当外科手术装置弯曲时，通道的螺旋路径可以补偿腱的长度变化，特别是如上文所述当成对通道具有成对拮抗腱时。螺旋路径有助于精确控制外科手术装置的弯曲。

在本发明的实施例中，旋转步骤包括以恒定转速旋转第二预制件或第二管。以恒定转速旋转第二预制件或第二管可以形成具有恒定螺距的螺旋通道。

在本发明的实施例中，提供第二预制件包括提供包括聚合物或玻璃的第二预制件。第二预制件可以包括与第一预制件相同的材料。

在本发明的实施例中，拉伸预制件的步骤包括任何顺序的以下步骤:纤维拉伸第一预制件以形成第一管；以及纤维拉伸第一预制件以形成第二管并在拉伸第二管的过程中旋转第一预制件或第二管。

在这些实施例中，在对第一预制件进行纤维拉伸以形成第一管时并没有旋转第一预制件或第一管。在对第一预制件进行纤维拉伸以形成第二管时，纤维拉伸过程中旋转第一预制件或第二管。该旋转使得第二管的壁内的通道沿着第二管的壁内的螺旋路径轴向延伸。可以在拉伸第一管后再拉伸第二管，反之亦然。可以以恒定的速率施加旋转。

上述实施例有利地简化了外科手术装置的制造。当以连续过程由第一预制件拉伸第一和第二管时，也无需将第二管的螺旋通道与第一管的轴向通道对准。

在本发明的实施例中，纤维拉伸第一预制件以形成第一管和纤维拉伸第一预制件以形成第二管的步骤构成连续的纤维拉伸过程。

在这些实施例中，第一管和第二管都由第一预制件在连续纤维拉伸中形成。通过适当地施加或停止第一预制件或第二管的旋转，可以在连续过程中拉伸第一管和第二管。

在本发明的实施例中，该方法可以包括在拉伸过程中将腱传送入第一管纤维或第二管纤维。

可以在拉伸过程中将腱传送入第一管纤维或第二管纤维。可以在拉伸过程中将腱传送入第二管纤维，然后在形成并切分第一管之后将腱传送穿过第一管。这样可以降低在切分步骤中割断腱的风险。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明，其中:

图1是根据本发明第一方面实施例的一种在支气管镜介入过程中使用的外科手术装置的示意图；

图2a和2b是图1的外科手术装置的示意详图；

图3a至3c是图2a和2b的外科手术装置的互锁体节的示意图。

图3d至3f示出了根据本发明另一实施例的互锁体节的样式；

图4a是处于弯曲构型的图2a的外科手术装置的示意图；

图4b是处于直构型的图2a的外科手术装置的示意图，其中两条腱延伸穿过两个通道。

图5a是具有直通道的第二管的示意图；

图5b是具有螺旋通道的第二管的示意图；

图6是根据本发明第二方面实施例的一种制造图1的外科手术装置的方法的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明第一方面实施例的一种在支气管镜介入过程中使用的外科手术装置的示意图。柔性支气管镜100通过患者口腔插入右肺101。柔性支气管镜100进入第三级细支气管110a。柔性支气管镜100的外径太窄，无法继续深入肺部101，例如进入第四级细支气管110b或第五级细支气管110c。为进入更高级支气管，容纳在柔性支气管镜100内的柔性机械手104由手术者操作或控制并被引导经过第四级支气管110b进入第五级支气管110c。柔性机械手104的近端附接到沿柔性机械手104所经路径的柔性轴102。柔性轴102和柔性机械手104均包括器械通道，器械106可以穿过该通道到达感兴趣的组织108。器械106可用于对感兴趣的组织108进行活检或递送植入物。

图2a和2b是根据本发明第一方面另一实施例的外科手术装置的示意图，示出了可用作图1支气管镜中外科手术机械手的外科手术装置204。图2a和2b分别示出了外科手术装置204的俯视图和侧视图。

外科手术装置204包括具有轴线233和壁的第一管232，其中两个通道(未示出)在该壁内轴向延伸。两个腱235a、235b延伸穿过这些通道，并通过相应的球头销237a、237b固定在第一管232的远端。

第一管232包括多个互锁体节234。在该实施例中，轴向锁236包括轴向锁部件238和互补轴向锁部件240。第一互锁体节的轴向锁部件238可与相邻第二互锁体节的互补轴向锁部件240啮合。轴向锁236提供相邻互锁体节之间的轴向互锁。轴向锁还在与位于轴向锁236的中心点处的表面相切并且垂直于第一管232的轴线233的方向z上提供切向互锁。

切向锁242包括切向锁部件244和互补切向锁部件246。第一互锁体节的切向锁部件244可与第二互锁体节的互补切向锁部件246啮合。切向锁242在与切向锁242的中心点处的表面相切并且垂直于第一管232的轴线233的方向y上提供切向互锁。

图3a至3c分别是图2a和2b的外科手术装置的互锁体节334的示意图。互锁体节334的轴向锁部件包括头部338a和从头部338a突出的颈部338b。互锁体节334的互补轴向锁部件包括空腔340a和邻近空腔340a的开口340b。在该实施例中，轴向锁部件还包括两个翼部338c，各翼部338c分别位于头部338a和颈部338b的两侧并隔开一间隙。互补轴向锁部件还包括:限定空腔边缘的C形特征体340c和两个互补翼形特征体340d，各互补翼形特征体340d分别位于C形特征体340c的两侧。

轴向锁部件的头部338a和颈部338b形成锁眼形状。互补轴向锁部件的空腔340a和开口340b形成类似的锁眼形状。头部338a的宽度或直径类似于但小于空腔340a的宽度。颈部338b的宽度比开口340b的宽度窄。这样，第一互锁体节的头部338a可以在相邻第二互锁体节的空腔内旋转。旋转的范围由颈部338b和开口340b之间的宽度差限定。这样，第一互锁体节可以相对于第二互锁体节围绕旋转轴线y旋转。互锁体节334的切向锁部件包括短柱344。互补切向锁部件包括狭槽346。短柱344的宽度类似于但小于狭槽346的宽度。因此，第一互锁体节的短柱344不能在相邻第二互锁体节的狭槽内绕静态轴线z旋转。在该实施例中，切向锁部件还包括两个狭槽344a，各狭槽344a分别位于切向锁部件的短柱344的两侧。互补切向锁部件还包括两个短柱346a，各短柱346a分别位于互补切向锁部件的狭槽346的两侧。

图3c示出了互锁体节334包括一对轴向锁部件338；一对互补轴向锁部件340；一对切向锁部件344；和一对互补切向锁部件346。容纳图2的腱的两个通道345a、345b也在图中示出。在该实施例中，通道轴向延伸穿过切向锁部件的短柱344。

图3d至3f示出了根据本发明另一实施例的互锁体节334的样式。其样式类似于图3a至3c，但该实施例中的轴向锁不包括附加的翼形特征体、互补翼形特征体和C形特征体，并且切向锁不包括附加的两个短柱和两个狭槽。

回到图2，在该实施例中，每个互锁体节234的轴向锁部件238和互补轴向锁部件240彼此轴向对准。因此，每个相邻互锁体节之间的轴向锁定件236都具有平行的旋转轴线y。因此轴向锁使得外科手术装置在一个由垂直于旋转轴线(x/z)的平面限定的自由度上弯曲。

图4a是处于弯曲构型的图2a的外科手术装置的示意图。在该实施例中，多个互锁体节434中的每一个相对于它们的相邻体节旋转或铰接。轴向锁436有助于旋转，其中每个轴向锁部件438的头部和颈部在相邻互锁体节的空腔和开口440内旋转。该图示出了最大弯曲度，在该最大弯曲度上，每个轴向锁436的旋转达到最大。每个轴向锁436提供的最大旋转由轴向锁部件438的颈部和互补轴向锁部件440的开口之间的相对宽度差决定。颈部一侧与开口一侧的邻接限制了两个旋转方向的旋转范围。

该旋转可以由穿过外科手术装置404的通道传送的腱435a、435b来驱动。在该实施例中，一对拮抗腱435a、435b容纳在位于外科手术装置404相对两侧且在壁内轴向延伸的两个通道内。在该实施例中，通道和腱435a、435b在壁内轴向延伸穿过每个互锁体节的切向锁部件的短柱444，如图4b所示。腱435a、435b通过球头销437a、437b固定在第一管432的远端。

在图4a中，腱435a、435b在壁内沿外科手术装置404的内曲率半径和外曲率半径延伸(如图所示)。以与图4b相同的方式，腱延伸穿过位于外科手术装置404两侧的各互锁体节434的短柱。通过向在壁内沿内曲率半径延伸的腱435a施加张力，该外科手术装置如图所示弯曲。释放张力并向另一个腱435b施加张力可以使该装置返回到图2a的定向，并且施加进一步的张力可以使该外科手术装置在与图4所示相反的方向(-z)上弯曲。

图5a和5b是第二管502a、502b的示意图，其分别具有在该管的壁内轴向延伸的直通道和螺旋通道。第二管502a、502b可以用作图1的外科手术装置中的柔性轴，其中柔性机械手附接到第二管502的远端。

图5a示出了第二管502a，其包括在第二管502a的壁内轴向延伸的两个直通道550a、550b。第二管502a的直和弯曲构型均示出。直通道550a、550b可以容纳腱(未示出)。在直构型中，每个直通道550a、550b中的腱具有相同的长度。当柔性第二管502a弯曲成弯曲构型时，沿着内曲率半径的直通道550b将变得比沿着外曲率半径的直通道550a短。沿着内曲率半径穿过直通道550b的腱会变得松弛。同时，沿着外曲率半径穿过直通道550a的腱可以变得张紧。这种不希望的张紧/松弛会影响附接至第二管502远端的柔性机械手(例如图2所示机械手)的弯曲。在第二管502跟随柔性机械手通过复杂的人体腔道时，无法预测第二管502的弯曲。不必要的腱长度变化会损坏器械，甚至对患者造成伤害。

图5b示出了根据本公开另一实施例的用于外科手术装置的第二管502b的示意图。在该实施例中，第二管502b包括在第二管502b的壁内轴向延伸的螺旋通道552a、552b。第二管502b的直和弯曲构型均示出。螺旋通道552a、552b可以容纳腱(未示出)。螺旋通道552a、552b在直和弯曲构型中的长度彼此基本相同。这样，该实施例减弱了在第二管502b弯曲时腱张紧和不希望的腱长度变化的不良影响。

图6是根据本发明第二方面实施例的一种制造外科手术装置的方法的示意图，例如图1的柔性机械手。关于通过该方法制造的一些装置，也参考图2。

图6的方法包括第一步骤620，提供在其壁内具有轴向通道的第一预制件。在第二步骤622中，使用纤维拉伸工艺拉伸第一预制件以形成第一管纤维。第一管纤维随后被切分成多个长度以形成第一管232。第一管232包括按比例缩小的预制件，该预制件在第一管232的壁内具有按比例缩小的通道。在第三步骤624中，通过激光切割来切分第一管232以形成多个互锁体节234。在第四步骤626中，在对第一管232的端部施加轴向压力之前，支撑第一管232。在第五步骤628中，通过第一管232的轴向通道传送腱。在第七步骤630中，将腱固定在第一管232的远端。

Claims (28)

1.一种外科手术装置，包括具有轴线和壁的第一管，其中所述壁具有在所述壁内轴向延伸的通道，所述第一管包括多个一体形成的互锁体节。

2.根据权利要求1所述的外科手术装置，其中所述第一管包括聚合物或玻璃。

3.根据权利要求1或2所述的外科手术装置，其中所述第一管包括内壁。

4.根据前述任一项权利要求所述的外科手术装置，其中每个互锁体节包括：

轴向锁部件和切向锁部件，位于所述互锁体节的第一端；以及

互补轴向锁部件和互补切向锁部件，位于所述互锁体节的第二端，其中：

第一互锁体节的轴向锁部件可与第二互锁体节的互补轴向锁部件啮合以形成防止所述第一体节和所述第二体节轴向分离的轴向锁；以及

所述第一互锁体节的切向锁部件可与所述第二体节的互补切向锁部件啮合以形成防止所述第一体节和所述第二体节切向分离的切向锁。

5.根据权利要求4所述的外科手术装置，其中每个互补轴向锁部件包括空腔和邻近所述空腔的开口，其中所述空腔的宽度大于所述开口的宽度；以及

每个轴向锁部件包括头部和从所述头部突出的颈部，其中所述颈部的宽度小于所述开口的所述宽度，以及所述头部的所述宽度大于所述开口的所述宽度但小于所述空腔的所述宽度。

6.根据权利要求5所述的外科手术装置，其中所述空腔和头部均为椭圆形、圆形或泪滴形。

7.根据权利要求6所述的外科手术装置，其中每个互补切向锁部件包括狭槽；以及

每个切向锁部件包括宽度小于所述狭槽的宽度的短柱。

8.根据前述任一项权利要求所述的外科手术装置，其中每个互锁体节包括：

一对轴向锁部件；

一对互补轴向锁部件；

一对切向锁部件；和

一对互补切向锁部件。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的外科手术装置，其中每个互锁体节的所述轴向锁部件和所述互补轴向锁部件彼此轴向对准。

10.根据权利要求4至8任一项所述的外科手术装置，其中每个互锁体节的所述轴向锁部件和所述互补切向锁部件彼此轴向对准。

11.根据前述任一项权利要求所述的外科手术装置，进一步包括延伸穿过所述通道的腱。

12.根据前述任一项权利要求所述的外科手术装置，进一步包括与所述第一管的远端互锁的顶端部。

13.根据前述任一项权利要求所述的外科手术装置，进一步包括位于所述第一管近端的第二管，所述第二管具有轴线和壁，所述壁具有沿所述壁内的螺旋路径延伸的螺旋通道，所述螺旋路径具有:

沿所述第二管轴向长度的路径轴线；以及

与所述第二管的横截面半径基本相等的半径。

14.根据权利要求13所述的外科手术装置，其中所述第二管与所述第一管连续并一体形成。

15.根据权利要求13或14所述的外科手术装置，其中所述第二管包括聚合物或玻璃。

16.根据权利要求13或15所述的外科手术装置，其中所述螺旋通道与所述第一管中的所述通道轴向对准。

17.一种制造外科手术装置的方法，包括如下步骤：

提供具有轴线和壁的第一预制件，所述壁具有在所述壁内轴向延伸的通道；

拉伸所述第一预制件以形成具有轴线和壁的管，所述壁具有在所述壁内轴向延伸的通道；以及

将所述管切分成多个互锁体节。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述拉伸所述第一预制件的步骤包括使用纤维拉伸工艺拉伸所述第一预制件。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述提供第一预制件的步骤包括提供包括聚合物或玻璃的第一预制件。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其中所述提供第一预制件的步骤包括提供包括内壁的第一预制件。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中所述切分所述第一管的步骤包括激光切割所述管以形成所述互锁体节。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中所述切分所述第一管的步骤包括机械切割工艺、化学蚀刻工艺和/或光刻工艺。

23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，进一步包括如下步骤：

支撑所述多个互锁体节；

对所述多个互锁体节施加轴向压力；以及

通过所述第一管的所述通道传送腱。

24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，进一步包括如下步骤：

提供具有轴线和壁的第二预制件，其中所述壁具有在所述壁内轴向延伸的通道；

拉伸所述第二预制件以形成具有轴线和壁的第二管，其中所述壁具有在所述壁内轴向延伸的通道，以及在所述拉伸过程中旋转所述第二预制件或所述第二管；以及

将所述第二管与所述第一管邻接。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述旋转步骤包括以恒定转速旋转所述第二预制件或所述第二管。

26.根据权利要求24或25所述的方法，其中提供所述第二预制件包括提供包括聚合物或玻璃的第二预制件。

27.根据权利要求18至23中任一项所述的方法，其中所述拉伸所述预制件包括任何顺序的如下步骤：

纤维拉伸所述第一预制件以形成所述第一管；以及

纤维拉伸所述第一预制件以形成第二管并在拉伸所述第二管的过程中旋转所述第一预制件或所述第二管。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述纤维拉伸所述第一预制件以形成所述第一管的步骤以及所述纤维拉伸所述第一预制件以形成所述第二管的步骤构成连续的纤维拉伸过程。

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