CN114587613A - 用于外科手术器械的引导机构以及相关设备、系统和方法 - Google Patents

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CN114587613A CN202210110311.8A CN202210110311A CN114587613A CN 114587613 A CN114587613 A CN 114587613A CN 202210110311 A CN202210110311 A CN 202210110311A CN 114587613 A CN114587613 A CN 114587613A
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Abstract

本申请涉及用于外科手术器械的引导机构以及相关设备、系统和方法。根据示例性实施例，外科手术器械包括轴和致动构件，该致动构件延伸穿过轴的镗孔并且可操作地耦接到端部执行器。套筒围绕致动构件设置并位于轴的镗孔内。被配置成将外科手术通量传递到端部执行器的通量导管被至少部分地接收在套筒的负特征内。根据另一示例性实施例，外科手术器械包括轴、将端部执行器耦接到轴的腕机构，以及可操作地耦接到端部执行器的致动构件。套筒包围致动构件并具有直通道。可操作地耦接到端部执行器的通量导管被接收在直通道内。通量导管的一部分在轴的、套筒不延伸穿过的区域中松弛。

Description

用于外科手术器械的引导机构以及相关设备、系统和方法
本申请为分案申请，原申请的申请日为2017年05月15日、申请号为“201780049812.7”、发明名称为“用于外科手术器械的引导机构以及相关设备、系统和方法”。
技术领域
本申请要求于2016年7月14日提交的美国临时申请No.62/362,344和同样于2016年7月14日提交的美国临时申请No.62/362,357的优先权，这两个申请内容全文以引用方式并入本文。
本公开的各方面涉及外科手术器械、相关部件、相关系统和相关方法。
背景技术
微创手术的益处众所周知，并且与传统的开放式切口手术相比，微创手术的益处包括较少的患者创伤、较少的失血和较快的恢复时间。此外，已知使用远程操作的计算机辅助外科手术系统(例如，提供远程呈现的机器人系统)，诸如由加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术公司制造的da
Figure BDA0003494890600000011
外科手术系统。与手动微创外科手术相比，此类远程操作的外科手术系统可允许外科医生以直观的控制和增加的精度操作。
远程操作的外科手术系统可包括一个或更多个外科手术器械或工具。此类工具可以具有各种配置以执行各种类型的外科手术。例如，外科手术器械可为被配置成通过施加电通量能量来密封、熔合、混合、消融、电灼或以其他方式处理组织的电外科手术器械。
用于微创手术的器械的物理尺寸可相对小，以便于实现与上述微创手术相关联的益处。因此，用于器械的各种部件的空间可能有限，诸如用于远程控制器械和通量导管的移动的致动线缆和/或杆(例如，与外科手术系统的能量源连通并配置成将电流传输给电外科手术器械的端部执行器的电导体)。其他通量导管可包括用于输送气体或液体等的管。期望提供便于有效引导和容纳各种部件(包括通量导管)的外科手术器械及其部件。
此外，在包括一个或更多个接头(例如，朝向器械的远侧端部部分)的器械中，由于需要将多条线缆引导(route)穿过器械以提供接头和/或端部执行器的致动，产生额外的空间问题。需要提供小直径外科手术器械，同时提供用于致动、通量传输和其他器械功能的多个构件。
发明内容
本公开的示例性实施例可解决上述问题中的一个或更多个和/或可展示上述期望特征中的一个或更多个。根据以下描述，其他特征和/或优点可变得显而易见。
根据至少一个示例性实施例，外科手术器械包括轴，该轴具有近侧端部、远侧端部和从近侧端部延伸到远侧端部的镗孔。外科手术器械还包括耦接到轴的远侧端部的端部执行器，以及延伸穿过轴的镗孔并可操作地耦接到端部执行器的致动构件。套筒围绕致动构件设置并位于轴的镗孔内。套筒包括在套筒的壁厚中的负特征(negative feature)，该负特征沿套筒的长度的至少一部分延伸。被配置成将外科手术通量传递到端部执行器的通量导管从轴的近侧端部延伸到端部执行器，通量导管被至少部分地接收在套筒的负特征内。
根据至少一个示例性实施例，形成外科手术器械的方法包括将致动构件引导穿过器械轴的中心镗孔并且将致动构件可操作地耦接到远侧端部处的端部执行器。该方法还包括将套筒定位在镗孔内并且至少部分地围绕致动构件并且将通量导管可操作地耦接到端部执行器，以使得通量导管能够将外科手术通量传递到端部执行器。该方法还包括通过将通量导管的长度的至少一部分至少部分地设置在提供在套筒的壁厚中的负特征内来将通量导管引导穿过器械轴的镗孔到端部执行器。
根据至少一个示例性实施例，外科手术器械可包括轴，该轴具有近侧端部、远侧端部和从近侧端部延伸到远侧端部的镗孔。外科手术器械还可包括端部执行器和将端部执行器耦接到轴的远侧端部的腕机构，腕机构被配置成相对于轴围绕中性位置进行关节运动(articulate)。此外，外科手术器械可以包括延伸穿过轴的镗孔和腕机构的致动构件，致动构件可操作地耦接到端部执行器。套筒可至少在腕机构内包围致动构件，套筒具有从致动构件径向偏移并且至少在腕机构内沿套筒延伸的直通道。通量导管可从近侧端部延伸穿过轴的镗孔到远侧端部，通量导管可操作地耦接到端部执行器，通量导管被接收在套筒的直通道内，其中通量导管的一部分在轴的区域中松弛，套筒不延伸穿过该区域。
根据至少一个示例性实施例，形成外科手术器械的方法可包括将致动构件引导穿过器械轴的中心镗孔并且将致动构件可操作地耦接到远侧端部处的端部执行器，将套筒定位在镗孔内并且至少部分地包围致动构件，以及将通量导管可操作地耦接到端部执行器，以使得通量导管能够将外科手术通量传递到端部执行器。该方法还可包括将通量导管引导穿过器械轴的镗孔到端部执行器，其中引导包括将通量导管的至少一部分长度至少部分地设置在提供在套筒的壁厚中的负特征内，以及至少当腕机构处于中性位置时，在通量导管中形成松弛部分，松弛部分被配置成响应于腕机构的关节运动而移入和移出负特征。
另外的目的、特征和/或优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或可通过本公开和/或权利要求的实践来获悉。通过所附权利要求中特别指出的元件和组合，可实现和获得这些目的和优点中的至少一些。
应当理解，前面的一般性描述和下面的具体实施方式都只是示例性和说明性的，并不是对权利要求的限制；相反，权利要求应有权获得其全部范围，包括等同物。
附图说明
从以下详细描述中可以单独或与附图一起理解本公开。附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本教导的一个或更多个示例性实施例，并与说明书一起用于解释某些原理和操作。在附图中，
图1A是远程操作的外科手术系统的患者侧推车的示例性实施例的前视图；
图1B是患者侧推车的操纵器臂的示例性实施例的局部示意图，其中两个电外科手术器械处于安装位置，两个电外科手术器械中的一个被示出为与通量发生器电连通；
图2是包括端部执行器的外科手术器械的示例性实施例的透视图；
图3是根据示例性实施例的器械和相关联的端部执行器的横截面视图；
图4是根据图3的示例性实施例的器械和端部执行器的详细局部透视内部视图；
图5是根据示例性实施例的器械致动线缆、套筒和电导体的局部详细剖视图；
图6是根据示例性实施例的器械致动线缆、套筒和电导体的局部详细剖视图；
图7是根据示例性实施例的器械致动线缆、套筒和电导体的局部详细剖视图；
图8是根据示例性实施例的器械轴、端部执行器和电导体的内部部分的局部透视内部视图；
图9是根据示例性实施例的器械轴、套筒和电导体的内部部分的局部透视内部视图；
图10是根据示例性实施例的单极电外科手术器械的示意图；
图11是包括根据另一示例性实施例的腕和端部执行器的外科手术器械的的远侧端部部分的横截面视图；
图12是图11的器械的内部的透视图；
图13是根据另一示例性实施例的套筒的透视图；
图14是根据又一示例性实施例的套筒的透视图；
图15是根据又一示例性实施例的套筒的横截面视图。
具体实施方式
本公开设想了被配置成在器械的轴内容纳多个部件同时维持轴的相对小的直径的外科手术器械的各种示例性实施例。例如，本公开的外科手术器械可被配置成容纳一个或更多个致动构件，诸如一个或更多个线缆和/或杆、一个或更多个电导体，以及套筒，以在轴的镗孔内支撑一个或更多个致动构件并对一个或更多个致动构件进行取向，同时维持轴的相对小的外部直径。
为了在被配置成容纳上述各种部件的同时维持器械轴的相对小的直径，本公开设想了具有被引导穿过套筒的负特征(例如，凹部)的一个或更多个通量导管的外科手术器械的各种示例性实施例，其中该负特征设置在外科手术器械的轴的镗孔中并包围沿轴延伸的致动构件。在示例性实施例中，通量导管可为被配置成传输器械的电外科手术能量的电导体。一个或更多个通量导管可定位在套筒中形成的负特征中。负特征可包括形成在套筒中并被配置成接收通量导管的离隙(relief)、凹部、凹槽等。负特征可遵循沿套筒长度的直线路径、沿套筒长度的螺旋路径或它们的组合；也可设想其他几何形状。在一些示例性实施例中，负特征可以从套筒的内表面到套筒的外表面完全延伸穿过套筒的壁厚。在一些示例性实施例中，负特征可从套筒的内表面或从套筒的外表面部分地延伸到套筒的壁厚中。在一些示例性实施例中，负特征可延伸穿过套筒的壁厚的中心部分，位于内表面和外表面之间。在一些示例性实施例中，套筒可包括多个单独的套筒节段，并且套筒节段可例如通过间隔件沿轴的长度纵向间隔开。在一些示例性实施例中，套筒可包括部分地或完全地穿过套筒的壁厚形成的离隙(例如，切口、狭缝等)，以便于在轴的接头结构(例如，腕)附近的区域中弯曲套筒。
在一些示例性实施例中，电导体可被电绝缘材料包围，并且电导体和绝缘材料可设置在套筒的负特征内。电导体可通过电绝缘材料与套筒分离。在一些示例性实施例中，套筒可包括电绝缘材料，并且电导体可设置成与负特征内的套筒的表面直接接触。在其他示例性实施例中，电导体可由电绝缘材料包围，并且电导体和绝缘材料可螺旋地缠绕在致动构件周围以形成套筒。换句话说，套筒可完全由包围电导体的电绝缘材料形成。
本公开的示例性实施例提供了这样的外科手术器械：其维持期望功能，同时展示出期望的小尺寸，诸如器械轴的直径。另外，本公开的示例性实施例可提供此类优点，同时被配置成易于制造、组装、整体低成本等。
如上所述，根据各种示例性实施例，本公开的外科手术器械被配置用于在远程操作的计算机辅助外科手术系统(有时称为机器人外科手术系统)中。现在参考图1A，示出了远程操作的计算机辅助外科手术系统的患者侧推车100的示例性实施例，外科手术器械被配置成安装到该系统以供使用。此外科手术系统还可包括外科医生控制台(未示出)，用于接收来自用户的输入以控制患者侧推车100的器械，以及辅助控制/视觉推车(未示出)，例如，如于2013年12月5日公布的标题为“多端口外科手术机器人系统架构(Multi-PortSurgical Robotic System Architecture)”的美国公布No.US 2013/0325033，以及于2013年12月5日公布的标题为“硬件约束远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度(Redundant Axis and Degree of Freedom for Hardware Constrained Remote CenterRobotic Manipulator)”的美国公布No.US 2013/0325031中所描述的，上述申请中的每个以引用方式全文并入本文。可利用本公开的原理的远程操作的外科手术系统的非限制性示例性实施例包括可从加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术公司获得的da
Figure BDA0003494890600000061
(型号no.IS3000)da
Figure BDA0003494890600000062
外科手术系统、Single Site da
Figure BDA0003494890600000063
外科手术系统，或da
Figure BDA0003494890600000064
外科手术系统。然而，本领域普通技术人员将理解，本公开可以应用于各种外科手术系统，包括自动或手动(手持)腹腔镜外科手术系统。
如图1A的示例性实施例所示，患者侧推车100包括底座102、主柱104以及连接到主柱104的主吊杆106。患者侧推车100还包括多个臂110、111、112、113，它们各自连接到主吊杆106。臂110、111、112、113各自包括器械安装部分120，器械130可安装到该器械安装部分120，其示出为附接到臂110。根据用户在外科医生控制台处提供的命令，可以在外科手术期间操纵器臂110、111、112、113的部分。在示例性实施例中，从外科医生控制台传递的(一个或更多个)信号或(一个或更多个)输入被传递到控制/视觉推车，控制/视觉推车可解释(一个或更多个)输入并生成要传递给患者侧推车100的(一个或更多个)命令或(一个或更多个)输出，以导致操纵器械130(仅一个此种器械安装在图1A中)和/或臂110的部分，器械10在患者侧推车100处耦接到该部分。
根据示例性实施例，器械安装部分120包括致动接口组件122和插管安装件124，其中器械130的力传递机构134与致动接口组件122连接。插管安装件124被配置成保持插管136，器械130的轴132在外科手术期间可通过该插管136延伸到手术部位。如本领域技术人员所熟悉的，致动接口组件122包含被控制以响应外科医生控制台处的输入命令并将力传递到力传递机构134以致动器械130的各种驱动和其他机构。
尽管图1A的示例性实施例为了便于观察而示出了仅附接到臂110的器械10，但是可将器械附接到臂110、111、112、113中的任一个和每个。器械10可为具有如本文所讨论的端部执行器的外科手术器械。具有端部执行器的外科手术器械可附接到臂110、111、112、113中的任一个并与其一起使用。然而，本文描述的实施例不限于图1A的示例性实施例，并且各种其他远程操作的计算机辅助外科手术系统配置可与本文描述的示例性实施例一起使用。
还设想了外科手术系统的其他配置，诸如配置用于单端口外科手术的外科手术系统。例如，现在参考图1B，其示出了患者侧推车的操纵器臂1000的示例性实施例的一部分，其中两个外科手术器械1010、1020处于安装位置。根据2013年11月1日提交的美国专利申请No.14/070,184(标题为“用于远程操作的外科手术系统的通量消除(FLUX DISAMBIGUATIONFOR TELEOPERATED SURGICAL SYSTEMS)”)中描述的示例性实施例，可配置包括具有操纵器臂1000的患者侧推车的远程操作的机器人外科手术系统，该申请以引用方式并入本文。为简单起见，图1B的示意图仅示出了两个外科手术器械，但是如本领域普通技术人员所熟悉的，可在患者侧推车处的安装位置接收两个以上的外科手术器械。每个外科手术器械1010、1020包括器械轴1100、1110，器械轴1100、1110在远侧端部处具有可移动的端部执行器(下面参照图2讨论)或相机或其他感测设备，并且可包括或可不包括腕机构(未示出)以经由相对于轴围绕中性位置的关节运动来控制远侧端部的运动。
在图1B的示例性实施例中，外科手术器械1010、1020的远侧端部部分通过单个端口结构1200接收以被引入患者体内。可以与本公开结合使用的患者侧推车的其他配置可以使用若干单独的操纵器臂。另外，单独的操纵器臂可包括单个器械或多个器械。此外，器械可为具有端部执行器的外科手术器械，或可为在外科手术期间用于提供远程手术部位的信息(例如，可视化、电生理活动、压力、流体流动和/或其他感测的数据)的相机器械或其他感测器械。
力传递机构1070、1080设置在每个轴1100、1110的近侧端部处，并通过无菌适配器1050、1060与致动接口组件1030、1040连接。致动接口组件1030、1040包含由(例如，在外科手术系统的控制推车处的)控制器控制的各种内部机构(未示出)，以响应外科手术系统的外科医生侧控制台处的输入命令来将力传递到力传递机构1070、1080，以致动器械1010、1020。器械轴、腕机构和端部执行器的一个或更多个直径通常根据将与器械一起使用的插管的尺寸并且取决于正在进行的外科手术来选择。在各种示例性实施例中，轴和/或腕机构的直径例如为直径约4mm、5mm或8mm，以匹配一些现有插管系统的尺寸。根据示例性实施例，外科手术器械1010、1020中的一个或更多个可经由通量传递导管1320与通量源1300连通。例如，如果外科手术器械1010是电外科手术器械，则通量传递导管1320是电能传递线缆并且通量源1300是电能发生器。
图2是外科手术器械200的示例性实施例的示意图。外科手术器械200可包括力传递机构210、外科手术器械的远侧端部224处的端部执行器220，以及连接力传递机构210和端部执行器220的轴222。外科手术器械200可包括一个或更多个构件，以在力传递机构210和端部执行器220之间转移力。比如，一个或更多个构件226可将力传递机构210连接到端部执行器220，以通过延伸穿过轴222的内部(例如，镗孔)向端部执行器220提供致动力。通过利用(一个或更多个)构件226，力传递机构210可致动端部执行器220，以例如控制端部执行器220的可移动部件，诸如一个或更多个钳口。
外科手术器械200还可包括一个或更多个关节运动接头，以帮助端部执行器进行取向。例如，腕228可设置在轴222的远侧端部224处并且将端部执行器220耦接到轴222。因此，致动构件226可被配置成在腕228相对于轴围绕中性位置进行关节运动期间偏转(例如，通过弹性变形)。例如，在示例性实施例中，致动构件226可包括金属材料、聚合物材料等。作为非限制性示例，致动构件226可包括钨线缆，并且可为实心的、绞合的、编织的等。致动构件226可被配置为“推/拉”构件。换句话说，致动构件226可被配置成通过力传递机构210将施加在致动构件226上的拉力和压力传送到端部执行器220，以操作端部执行器220(例如，打开或关闭端部执行器的钳口)。例如，致动构件226可在远侧和近侧方向上交替地平移以操作端部执行器220(例如，打开和关闭端部执行器220的钳口232、234)。
任选地，外科手术器械可以包括额外的腕机构229，如图2中的虚线所示。腕229为端部执行器220提供额外的运动自由度。例如，腕228和腕229的某些协调运动实现了端部执行器220的大致侧向平移，如图2中的虚线所示。每个腕228、229或额外的腕或其他接头结构(未示出)可与延伸穿过轴222的相应致动构件相关联，并且接头结构(例如，腕228、229)中的每个可被配置成向端部执行器220提供自由度，诸如俯仰或偏转。
在示例性实施例中，一个或更多个通量导管可延伸穿过器械轴222，例如，从力传递机构210延伸到端部执行器220。例如，在示例性实施例中，端部执行器220包括双极电烙器工具，并且两个电导体(未示出)从力传递机构210延伸并连接到端部执行器220的相应钳口232、234。电能可通过电导体传导并传输到端部执行器220以实行电外科操作，诸如例如烧灼、电灼、密封、熔合、混合、消融等。
现在参考图3，器械轴322的远侧部分324以横截面示出。包括两个钳口(图4中的332和334)的端部执行器320的一个钳口332在图3中示出，另一个钳口由于横截面而被省略。腕接头328(也称为“腕328”)被配置成将端部执行器320耦接到轴322并且使得端部执行器320能够以一个或更多个自由度(例如，俯仰和/或偏转)进行关节运动。致动构件326居中延伸穿过轴322的镗孔336并且与端部执行器320可操作地连接以操作端部执行器320，(例如，打开和关闭图3中的钳口332、334(未示出))。在图3的示例性实施例中，致动构件326是推/拉致动器；然而，本公开不限于此，并且具有例如配置成操作端部执行器320的一个或更多个拉/拉致动器或其他致动构件配置的实施例在本公开的范围内。在图3的示例性实施例中，致动构件326可为金属线缆，例如钨线缆，其具有聚合物涂层，诸如乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)涂层。本领域普通技术人员将理解，除了金属线缆之外，还可使用各种其他推/拉柔性致动构件配置。
套筒338设置在轴322的内表面和致动构件326之间的轴322的镗孔336中。套筒338可帮助将致动构件326居中地定位在镗孔336内。套筒338也可保护致动构件326免于由于与器械轴322的部件(诸如可具有尖锐或粗糙边缘等的腕接头328的部件)接触而损坏。此外，在致动构件326是推/拉元件的实施例中，套筒338被配置成在操作期间施加的压缩力下约束致动构件326的弯曲，例如通过力传递机构(例如，力传递机构210(图2))在远侧方向上平移致动构件326。最后，套筒338可提供低摩擦表面，致动构件326在向近侧和远侧移动时抵靠该低摩擦表面以致动端部执行器320。
导电构件340、342(也称为“导体340、342”或“导电组件340、342”)将电流从与患者侧推车(例如，患者侧推车100(图1))相关联的电能源传导到端部执行器320的钳口332、334，用于执行电外科操作，诸如烧灼、密封、消融、混合、熔合、电灼等。导电构件340和342可包括由绝缘材料343包围的导电材料341(例如，用于使电流流动的铜、铝或其他导电材料)的芯，如本领域普通技术人员所熟悉的那样。在图3的实施例中，导电构件340、342的芯导电材料341可保持在不同的电位以提供电压差，以根据需要在钳口332、334之间产生电流以执行电外科操作，例如，使用双极电能模式。在本公开所设想的一些示例性实施例中，可仅包括图3中所示的导电构件340和342中的一个，并且包括具有导电材料的外科手术器械的另一部分，诸如例如可保持在不同的电位以产生所需的电流的器械轴322或致动构件326。
在其他示例性实施例中，外科手术器械可使用单极电能模式，其中一个端部执行器部件从一个导电构件接收电能，并且电返回(electrical return)由电接地提供。该电接地提供用作器械的“接地”的参考电位。在各种实施例中，该电接地与人体的电位、电能发生器2300的系统接地或真正的接地相关联。单极器械可以是或可以包括单个端部执行器构件而不是钳口。图10示出了单极电外科手术器械2000的示例性实施例。器械2000包括单极能量模式端部执行器2200。与患者侧推车(例如，图1A中所示的患者侧推车100)相关联的电能发生器2300可操作地与端部执行器2200耦接并且与被配置成将患者的身体电接地到参考电位的一个或更多个部件耦接。例如，电能发生器2300可连接到与患者导电接触的患者返回垫(return pad)2202。在一些示例性实施例中，器械2000的轴2220可延伸穿过插管(未示出)，该插管包括可操作地与电能发生器2300连接的导电材料。电能发生器2300保持患者返回垫2202和/或插管的导电部分处于接地电位(例如，“零”电压或其他参考电位)，同时端部执行器2200被设成不同的(例如，较高的)电位，以产生通过端部执行器2200的电流，以执行电外科操作。
套筒338可由针对摩擦特性、压缩强度、温度稳定性、灭菌过程(例如高压灭菌、环氧乙烷灭菌，伽马灭菌、电子束灭菌等)的耐受性、电隔离(例如，介电强度)、制造的容易性和成本、原材料成本和/或其他因素而选择的材料形成。作为非限制性示例，套筒338包括ETFE并且首先通过挤出(例如，成管状形式)形成，所得结构经受减成工艺，诸如机械加工或切割，以形成离隙。作为另一个非限制性示例，套筒338包括PTFE(聚四氟乙烯)。将PTFE材料挤出为具有适当横截面的糊状物，诸如具有图15中所示的横截面。然后，将材料烧结，切成一定长度，并加热和扭曲，以在套筒338的不同区段中提供适当的扭曲量。在加热和扭曲期间，心轴可放置在内腔和凹部(诸如凹部1551)中，以帮助保持这些内部通道的形状。套筒338中的柔性和用于清洁的孔可通过诸如在加热和扭曲之前或之后钻孔的过程形成。由PTFE制成的套筒338可高压进行灭菌。作为具体的示例，套筒338包括PTFE并且具有图15中所示的横截面，沿其长度具有可变的扭曲量；在腕区域产生360度的扭曲，并且在其他区域(诸如其中导体沿凹部(例如凹部1551)的直线部分滑动的接头)中不产生扭曲(0度扭曲)。
作为另一个非限制性示例，套筒338包括热塑性塑料，诸如聚乙烯或聚醚嵌段酰胺(聚醚嵌段酰胺的形式以商标VESTAMID E和PEBAX已知)。这种类型的套筒338可通过在挤出时扭曲、在二次操作中挤出后不久(当材料仍然被加热和可延展时)扭曲，或在二次操作中再加热和扭曲来制造。作为具体的示例，套筒338包括具有图15所示横截面的聚乙烯材料，并且挤出有线性凹部1550、1551。在挤出之后，套筒338在二次操作中被扭曲；在腕区域产生360度的扭曲，并且在其他区域(诸如导体沿凹部1551的直线部分滑动的接头)中不产生扭曲(0度扭曲)。
其他合适的示例性材料包括其他聚合物、金属合金、复合材料等。其他合适的示例性形成工艺包括模制(例如，注塑模制)、机械加工、加成制造工艺等。例如，在一些实施例中，套筒338可通过注塑模制套筒338的部分并将这些部分组装(例如，用热、溶剂、粘合剂等粘合)在一起来形成。将套筒338注塑模制成单独的节段并随后连接或附接单独的节段可有利于套筒338的制造，诸如通过注塑模制，特别是在套筒338包括螺旋凹部的实施例中，如结合下面的图4至图7所示和讨论的。
现在参考图4，其示出了器械的远侧部分324，为清楚起见省略了外部器械轴，套筒338包括负特征，穿过该负特征引导通量导管(诸如导电构件340和342)。在图4的示例性实施例中，负特征包括形成在套筒338中并沿套筒338的长度的至少一部分延伸的螺旋狭槽344。导电构件340和342被引导穿过套筒338的螺旋狭槽344。如图3和图4所示，使用负特征，诸如例如螺旋狭槽344，使得导电构件340和342能够被引导穿过器械轴322的镗孔336(图3)并且围绕致动构件326而不需要增加器械轴322的镗孔336的直径d(图3)以容纳导电组件340和342。
狭槽344的螺旋几何形状在腕328的关节运动期间提供导电组件340和342的长度保持。例如，可选择螺旋狭槽344的节距p，使得导电构件340和342在靠近腕328的位置和远离腕328的位置之间围绕致动构件326完成一个完整的匝(即，延伸360度)。在具有多个腕或接头结构的实施例中，螺旋狭槽344可被配置成使得导电构件340和342在每个腕的近侧端部和远侧端部之间围绕致动构件326完成一个完整的匝(即，延伸360度)。另外地或替代地，螺旋狭槽344可包括具有不同节距、变化节距、由线性部分分开的螺旋部分等的各种部分，或任何其他几何形状。套筒338包围致动构件326，以便大致沿器械轴的中心线引导和支撑致动构件326，同时使得轴能够具有这样的外部直径，该外部直径小于容纳在致动构件326和轴322的内部之间的径向空间内的套筒338的厚度和导电组件340、342的厚度(例如，直径)二者所需的直径。
图5是在正交于器械轴322的纵向轴线的平面中截取的器械轴322的一部分的详细透视剖视图。致动构件326具有直径dA并被涂层327(例如，如上所述的聚合物涂层)包围，其外部直径为dc。致动构件326居中延伸穿过腕接头328的镗孔336。导电构件340和342占据镗孔336的内表面和致动构件326的涂层的外部直径dc之间的环形空间的一部分。作为非限制性示例，致动构件326可具有约1毫米(1.0mm)或更小的直径dA。涂层的外部直径dc可小于2.0mm、小于1.0mm、大于2.0mm等。涂层可包括单层材料或多层材料，并且可通过一层或多层热缩管等，通过挤出形成在致动构件326上。镗孔336可具有小于约5.0mm、小于4.0mm、小于3.0mm等的直径。在该示例性实施例中，致动构件326的直径dA约为0.5毫米(mm)，并包括外部直径dc约为1.0mm的ETFE涂层327。直径为约2.7mm的镗孔336延伸穿过腕接头328。当致动构件326居中位于腕接头328内时，在镗孔和致动构件326之间存在约0.7mm至0.8mm之间的空间。导电组件340和342的外部直径小于约0.7mm，例如小于约0.5mm，例如，在约0.4mm至约0.5mm的范围内，在实施例中，包括具有该实施例的绝缘材料343的ETFE绝缘护套。如先前所述，也可使用ETFE以外的材料，诸如PTFE。
如图5所示，螺旋狭槽344完全延伸穿过套筒338的壁厚tw。换句话说，螺旋狭槽344从套筒338的内表面SI延伸到外表面SO。套筒338的“打开”配置可便于清洁、灭菌等，其中此类过程取决于液体或气体在器械轴322的整个内部的流动。导电构件340和342以及螺旋狭槽344的尺寸可被设定成使得导电构件340和342在螺旋狭槽344中几乎没有间隙地配合。此种布置准许导电构件340和342支撑套筒338并向套筒338提供几何强度。
现在参考图6，示出了致动构件326、导电构件340和342以及套筒638的示例性实施例。在图6的实施例中，套筒638包括仅部分地延伸穿过套筒638的螺旋凹部646。即，在图6的示例性实施例中，螺旋凹部646形成在套筒638的内部直径上，但是与图3和图4中的螺旋狭槽344不同，螺旋凹部646仅部分地延伸到套筒638中并且不会一直穿入套筒638的外表面SO。因此，套筒638的相对薄的(相对于整个套筒壁厚tw)部分648设置在导电组件340和342与器械轴322的镗孔336之间(图3)。此种配置可例如在腕328或器械轴322(图3)的其他接头(导电构件340、342被引导穿过该接头)的关节运动期间为导电组件340和342提供额外的保护，以防止磨损。
现在参考图7，示出了本公开的另一示例性实施例。图7的示例性实施例类似于图6的示例性实施例，但是在套筒738的外表面SO中形成螺旋凹部746。换句话说，螺旋凹部746从套筒738的外表面SO延伸，但是不穿过整个壁厚tw延伸到套筒738的内表面SI。这种布置留下设置在导电构件340和342与致动构件326之间的套筒的相对较薄的(相对于套筒的在内表面和外表面之间的整个壁厚tw)的部分748。与凹部部分地穿入套筒的内表面的实施例(诸如图6的实施例)相比，诸如图7的实施例(其中凹部部分地穿入套筒的外表面)由于导电构件340和342可以容易地缠绕在套筒的外表面周围并且进入凹部，因此可容易地组装和制造器械。
相对于图3、图4和图5的示例性实施例，图6和图7中所示的示例性实施例中的套筒638或738的相对薄的部分648或748的存在可向套筒638、738提供额外的刚度和几何强度。在此类实施例中，可期望包括穿过套筒638、738的开口(例如，孔)以便于清洁外科手术器械，例如，以允许清洁流体循环穿过器械轴322(图3)的内部。
现在参考图8，其示出了本公开的外科手术器械800的另一示例性实施例。在图8的实施例中，导电构件340和342螺旋地缠绕在致动构件326周围，使得相邻的螺旋匝彼此接近或接触(即，导电构件340和342的螺旋匝之间没有空间)。换句话说，导电构件340和342的螺旋匝可具有等于导电构件340和342中的每个的横截面尺寸(例如，直径、宽度或其他横截面尺寸)的约两倍的节距。图8的实施例或本文所述的任何其他实施例中的导电构件340和342的横截面形状可为圆形、矩形、正方形、椭圆形或其他形状或形状的组合。在一些示例性实施例中，导电构件可包括在单个挤出绝缘护套内并由其分开的多个导电芯。在外科手术器械800仅包括单个导电构件的示例性实施例中，螺旋匝的节距可等于导电构件的横截面尺寸(例如，直径)。通过这种布置，包围(一个或更多个)导电构件的导电芯的绝缘材料343(图3)在致动构件326和器械轴322(图3)的镗孔(未示出)之间形成套筒838。包括导电构件的绝缘材料343的套筒838可提供与结合图3描述的套筒338相同的功能。例如，包括导电构件的绝缘材料343的套筒838提供相对低摩擦的表面，致动构件326抵靠该表面平移，并且可保护致动构件326免于与器械轴322(图3)的镗孔内的腕部件的尖锐或粗糙边缘接触。当致动构件326向近侧和远侧平移以操作端部执行器320时，套筒838可类似地提供抵抗弯曲的支撑。导电构件的绝缘材料343可包括聚合物材料，诸如ETFE、PTFE或具有足够的强度和合适的摩擦特性的其他电绝缘材料，诸如上面针对其他示例性实施例中的套筒所描述的那些。在图8的示例性实施例中，导电构件的绝缘材料343可表征为绝缘护套或套筒，并且导体穿过的绝缘材料343的中心处的开口可表征为负特征。因此，经由穿过包围导电构件的绝缘材料343的通道在套筒的总厚度内提供负特征。现在参考图9，示出了外科手术器械900的一部分的另一示例性实施例，为清楚起见省略了外部器械轴。在该实施例中，套筒938围绕致动构件326设置。套筒938包括凹部950，导电组件340和342被引导穿过凹部950。在图9的示例性实施例中，凹部950沿套筒938的长度线性延伸。凹部950可完全延伸穿过套筒938的壁厚，如上面结合图3和图4所述。另选地，凹部950可仅部分地延伸穿过套筒938的壁厚，如上面结合图6和图7所述。在凹部950没有完全延伸穿过套筒938的壁厚的实施例中，套筒938可设置有开口(例如，孔，未示出)，以使得液体和/或气体能够流过外科手术器械的轴的整个内部，以便于外科手术器械900的灭菌和清洁。
因为导电组件340、342从器械轴的中性弯曲轴线偏移(例如，并且还从延伸穿过轴的镗孔的致动构件径向偏移)，在某些情况下，图9中所示的线性线缆引导可由于导电组件340、342随着腕进行关节运动而处于张力和/或压缩状态，而干扰任何腕的完全关节运动。换句话说，线性(直线)凹部950的有效长度可随着腕的关节运动而增大或减小。因此，在一些示例性实施例中，本发明的套筒配置有沿套筒的长度线性延伸的一个或更多个凹部，并且另外配置成当器械轴的一个或更多个接头结构(例如，腕)进行关节运动时便于一个或更多个通量导管(例如，导电组件340和342)纵向移动通过纵向凹部。例如，在一些示例性实施例中，一个或更多个通量导管可在其沿器械轴延伸时设置有一部分松弛。当接头结构进行关节运动时，一个或更多个通量导管的松弛区域使得通量导管能够纵向移动通过一个或更多个套筒节段的线性凹部。
例如，现在参考图11，示出了器械1224的远侧部分的横截面视图。器械1224包括端部执行器1220的一部分，诸如包括相对钳口的端部执行器(由于横截面视图，图11中仅示出了一个钳口1232)。器械1224的轴1222包括至少一个接头结构1228，该接头结构1228被配置成使端部执行器1220相对于轴1222以至少一个自由度(例如，俯仰和/或偏转)运动。器械1224包括在轴1222内的第一套筒节段1252和第二套筒节段1254。第一套筒节段1252和第二套筒节段1254纵向分开距离L。在跨越第一套筒节段1252和第二套筒节段1254之间的距离L的空间内，导电组件340、342松散地盘绕在致动构件1226周围，以在导电组件340、342中形成松弛区域1256。松弛区域1256可定位在器械1224的所有接头结构1228的近侧，或它可沿着轴1222的刚性部分定位在接头结构1228之间。如图11所示，松弛区域1256位于在轴1222的刚性部分1223中的至少一个接头结构1228近侧。例如，轴1222的刚性部分1223可为位于两个接头结构之间的轴的一部分，诸如如图2所示的腕228和229之间的轴222的一部分。另外地或替代地，一个或更多个松弛区域可位于器械轴1222的所有接头结构的近侧(未示出)。
在图11的示例性实施例中，松弛区域1256中的导电组件松散地盘绕在致动构件1226周围以形成松弛区域1256。在其他示例性实施例中，导电组件340、342可沿除螺旋路径之外的非直线路径被引导以形成松弛区域1256。例如，导电组件可以布置成大致S形、U形或其他配置，以形成松弛区域1256。
图12示出了图11的器械1224，为清楚起见省略了轴1222。第一套筒节段1252和第二套筒节段1254包括沿第一套筒节段1252和第二套筒节段1254中的每个纵向延伸的线性凹部1250。当一个或更多个接头结构1228(图11)进行关节运动时，在导电组件340、342中产生的拉伸和/或压缩力使得导电组件340、342在凹部1250内移动，从松弛区域1256内的导电组件340、342的部分拉伸长度或增加松弛区域1256内的导电组件340、342的部分的长度。例如，如果接头结构1228关节运动以使端部执行器1220在偏转中移动，例如沿方向1260移动，则导电组件340、342的一部分从松弛区域1256被拉入第一套筒节段1252的凹部1250中。如果接头结构1228被关节运动以使端部执行器1220返回到图12所示的直线位置，则从松弛区域1256拉入第一套筒节段1252的凹部1250中的导电组件340、342的附加长度被推出凹部1250并返回到松弛区域1256中。类似地，端部执行器1220在方向1258(例如，俯仰)和/或1260(例如，偏转)上的其他关节运动导致导电组件340、342的长度的一部分从松弛区域1256拉入线性凹部1250中和/或导致导电组件340、342的长度的一部分从线性凹部1250推入松弛区域1256中。
可基于接头结构1228移动的取向来选择线性凹部1250的旋转(围绕中心线成角度)取向，以减少导体移动穿过线性凹部1250的必要。例如，仍然参考图12，如果接头结构1228的运动主要在方向1258(例如，俯仰)上，那么线性凹部1250和导电组件340、342可被引导成使得它们位于正交于方向1258取向的平面中，该平面穿过轴1222的中心。因此，当接头结构1228在方向1258(例如，俯仰)上移动端部执行器1220时，导电组件340、342保持与轴的中性轴线对准，并且导电组件340、342不需要显著移动以补偿接头结构1228的移动。类似地，如果接头结构1228的大部分移动在方向1260(例如，偏转)上，则导电组件340、342的引导可例如，在图12中示出的第二套筒节段1254的取向中旋转90度。在端部执行器1220的移动在俯仰和偏转方向上均预期为显著的实施例中，线性凹部1250的取向可基于例如组装的容易性或其他因素。
由于松弛区域1256与接头结构1228沿轴1222的长度不重合，因此第一套筒节段1252完全支撑致动构件1226并使致动构件1226在接头结构1228内居中。可选择松弛区域1256的位置以与轴1222的不包括任何接头结构1228的部分对应，使得存在套筒节段(例如，第一套筒节段1252和第二套筒节段1254)以通过任何接头结构1228来支撑和防止致动构件1226的弯曲。在一些示例性实施例中，器械1224可包括定位在多个套筒节段之间的多个松弛区域1256。
在图12的示例性实施例中，刚性间隔件1257在第一套筒节段1252和第二套筒节段1254之间包围致动构件1226。刚性间隔件1257维持在第一套筒节段1252与第二套筒节段1254之间的纵向距离L并且防止致动构件1226沿距离L弯曲。刚性间隔件1257具有足够小的径向壁厚，以使得导电构件340、342能够在刚性间隔件1257的外表面和轴1222的刚性部分1223的内表面之间沿长度L被引导。另外地或替代地，致动构件1226可包括对应于(一个或更多个)松弛区域1256的位置的刚性部分，以减轻(例如，消除)在该位置通过刚性间隔件1257对致动构件1226侧向支撑的需要。
第一套筒节段1252和第二套筒节段1254可通过挤出形成，不需要额外的切割或机械加工步骤来形成凹部1250。第一套筒节段1252和第二套筒节段1254可由具有相对低的摩擦系数的材料形成，以便于导电构件340、342穿过凹部1250移动。例如，在示例性实施例中，第一套筒节段1252和第二套筒节段1254可由聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)或上面结合本公开的其他示例性实施例讨论的任何材料形成。
在一些示例性实施例中，本公开的套筒可包括被配置和定位在沿套筒的长度的位置处以减小套筒靠近接头结构(例如，腕328(图4)和1228(图11))的弯曲刚度的螺旋狭槽、狭缝和/或切口。例如，现在参见图13，示出了套筒1338的实施例。套筒1338包括在套筒1338的部分上延伸的螺旋形离隙1362，当套筒1338组装在器械中时，该螺旋形离隙1362定位在接头结构(例如，腕328)近侧。在图13的实施例中，导电组件340、342(图4)没有被引导穿过螺旋形离隙1362；相反，导电组件340、342被引导穿过线性(直的)凹部1350，并且套筒1338可与如上面结合图11和图12所讨论的具有松弛区域的器械结合，以允许当器械的任何接头结构进行关节运动时，导电组件340、342移动穿过线性凹部1350。然而，本文所述的套筒中的任一个，诸如套筒338(图4)、638(图6)、738(图7)、938(图9)，以及1252和1254(图11和图12)可包括此类离隙，以用于减小套筒的弯曲刚度。
螺旋形离隙1362可通过例如切割工艺形成在套筒1338中，而线性凹部1350可通过例如挤出形成。螺旋形离隙1362可减小套筒1338的弯曲刚度，以便于接头结构的关节运动。螺旋形离隙的宽度w可例如在约0.01英寸(0.254mm)至约0.05英寸(1.27mm)之间。套筒1338包括开口(例如，孔1364)，以通过允许清洁流体在套筒1338的外部和套筒1338的内部之间流动来促进清洁。螺旋形离隙1362可部分地或完全地延伸穿过套筒1338的壁厚。尽管图13的实施例示出为具有螺旋形离隙1362，但离隙1362不一定是螺旋形的。例如，套筒1338可以包括围绕套筒1338的圆周的至少一部分延伸的离隙、可沿套筒1338纵向取向的离隙，或可具有降低套筒1338的弯曲刚度的任何其他几何形状或配置。
现在参考图14，其示出了根据本公开的套筒1438的另一实施例。套筒1438在大多数方面可类似于套筒1338，但是螺旋形离隙1462的宽度w小于图13中所示的套筒1338的螺旋形离隙1362的宽度除外。例如，螺旋形离隙1462的宽度w可小于0.01英寸(0.254mm)，并且宽度w可基本上等于用于形成螺旋形离隙的切割工具的切削宽度(即，截口)。在一些示例性实施例中，螺旋形离隙1462可具有基本上为零的宽度w，并且可由具有小的或可忽略的截口(诸如剃刀、刀等)的切割工具形成。螺旋形离隙1462可部分地或完全地延伸穿过套筒1438的壁厚。如上面结合图13所述，离隙不一定是螺旋形的，以及有助于降低套筒1438的弯曲刚度的任何形状和/或配置都旨在本公开内。
现在参考图15，示出了套筒1538的横截面视图。套筒1538包括通量导管(例如，导电组件340和342)被引导穿过的外部线性凹部1550和内部线性凹部1551。虽然在图15中示出了两个外部凹部1550和两个内部凹部1551，但是一些实施例可仅包括内部凹部、仅包括外部凹部、包括单个内部凹部和/或包括单个外部凹部等。在一些示例性实施例中，套筒1538包括螺旋形离隙，诸如上面结合图13和图14讨论的螺旋形离隙1362和1462。在一些示例性实施例中，螺旋形离隙1362、1462可部分地延伸穿过套筒1538的壁厚并与内部凹部1551相交。此种配置通过螺旋形离隙1362和/或1462在套筒1538的内部和套筒1538的外部之间提供流体路径。套筒1338可由上面结合其他套筒实施例识别的材料中的任一种制成，并且可通过例如挤出、注塑模制和其他工艺形成。
在本文描述和示出的各种示例性实施例中，通量导管包括电导体。然而，本公开不旨在限制并且设想其他通量导管，诸如用于传递光、气体、液体、真空和其他类型的通量的管。此外，虽然本文描述和示出的各种示例性实施例包括两个导电构件，但是本公开设想了被引导穿过套筒的其他数量的通量导管，诸如一个导管，或多于两个导管。
示出示例性实施例的该描述和附图不应被视为限制。在不脱离本说明书和所要求保护的发明(包括等同物)的范围的情况下，可进行各种机械、组成、结构、电气和操作变化。在一些情况下，未详细示出或描述公知的结构和技术，以避免模糊本公开。两个或更多个图中的相同数字表示相同或相似的元件。此外，参考一个实施例详细描述的元件和它们的相关特征可在任何切实可行的情况下被包括在未具体示出或描述它们的其他实施例中。例如，如果参考一个实施例对元件进行详细描述，并且没有参考第二实施例描述该元件，但该元件也可被要求为被包括在第二实施例中。
为了本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则表示数量、百分比或比例的所有数字，以及在说明书和权利要求中使用的其他数值应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰，只要它们尚未如此修改。因此，除非进行相反的指示，否则在说明书和所附权利要求中列出的数值参数是近似值，其可根据试图获得的所需性质而变化。至少，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释，而不是试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围内。
应当注意，如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“a”、“an”和“the”，以及任何单词的任何单数用法包括复数指代，除非清楚且明确地限制一个指代。如本文所使用的，术语“包括”及其语法变型旨在是非限制性的，使得列表中的项目的叙述不排除可以替换或添加到所列项目的其他类似项目。
此外，该描述的术语不旨在限制本发明。例如，空间相对的术语，诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”等，可用于描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。这些空间相对术语旨在涵盖除了图中所示的位置和取向之外的使用或操作中的设备的不同位置(positions)(即，位置(locations))和取向(即，旋转放置)。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将在其他元件或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的位置和方向二者。设备可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。
鉴于本文的公开内容，进一步的修改和替代实施例对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。例如，系统和方法可包括为了操作的清楚起见而从图和描述中省略的附加部件或步骤。因此，本说明书仅被解释为说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实施本教导内容的一般方式。应当理解，本文所示和所述的各种实施例将被视为示例性的。元件和材料以及这些元件和材料的布置可替代本文所示和所述的那些，零件和过程可颠倒，并且本教导的某些特征可独立使用，在受益于本文的描述之后，对于本领域技术人员而言，这一切都将是显而易见的。在不脱离本教导和以下权利要求的精神和范围的情况下，可对本文描述的元件进行改变。
应当理解，本文所阐述的具体示例和实施例是非限制性的，并且可在不脱离本教导的范围的情况下对结构、尺寸、材料和方法进行修改。
考虑到本文公开的本发明的说明书和实践，根据本公开的其他实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，根据适用法律，所附权利要求被赋予其最大范围，包括等同物。

Claims (10)

1.一种外科手术器械，包括：
轴，所述轴具有近侧端部、远侧端部和从所述近侧端部延伸到所述远侧端部的镗孔；
端部执行器，所述端部执行器耦接到所述轴的所述远侧端部；
致动构件，所述致动构件延伸穿过所述轴的所述镗孔并可操作地耦接到所述端部执行器；
套筒，所述套筒设置在所述致动构件周围并位于所述轴的所述镗孔内，其中所述套筒包括在所述套筒的侧壁中的负特征，所述负特征沿所述套筒的长度的至少一部分延伸；以及
通量导管，所述通量导管被配置成将外科手术通量传递到所述端部执行器，所述通量导管从所述轴的所述近侧端部延伸到所述端部执行器，所述通量导管被至少部分地接收在所述套筒的所述负特征内。
2.根据权利要求1所述的外科手术器械，其中所述负特征完全穿过所述套筒的壁厚形成。
3.根据权利要求1所述的外科手术器械，其中所述负特征部分地延伸穿过所述套筒的壁厚。
4.根据权利要求3所述的外科手术器械，其中所述侧壁位于所述套筒的内表面上。
5.根据权利要求3所述的外科手术器械，其中所述侧壁位于所述套筒的外表面上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的外科手术器械，其中所述负特征具有沿所述套筒的长度的至少一部分的螺旋几何形状。
7.根据权利要求6所述的外科手术器械，还包括：
将所述端部执行器耦接到所述轴的腕，其中所述负特征在所述腕的长度上延伸至少360度。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的外科手术器械，其中所述负特征沿所述套筒的长度的至少一部分线性成形。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的外科手术器械，其中所述通量导管包括电导体。
10.根据权利要求9所述的外科手术器械，其中所述通量导管还包括围绕所述电导体的绝缘材料。
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