具有定位在遠側(cè)的換能器的超聲外科器械的制作方法
【專利說明】具有定位在遠側(cè)的換能器的超聲外科器械
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請涉及下列同時提交的美國專利申請，這些美國專利申請全文以引用方式并 入本文：
[0003] 美國專利申請序列號_，名稱為"HapticFeedbackDevices forSurgicalRobot"，代理人案卷號END7042USNP/110388;
[0004] 美國專利申請序列號__，名稱為"LockoutMechanismforUse withRoboticElectrosurgicalDevice"，代理人案卷號END7043USNP/110389;
[0005] 美國專利申請序列號_，名稱為"ClosedFeedbackControl forElectrosurgicalDevice"，代理人案卷號END7044USNP/110390;
[0006] 美國專利申請序列號__，名稱為"SurgicalInstrumentswith ArticulatingShafts"，代理人案卷號END6423USNP/110392;
[0007] 美國專利申請序列號__，名稱為"SurgicalInstrumentswith ArticulatingShafts"，代理人案卷號END7047USNP/110394;
[0008] 美國專利申請序列號_，名稱為"UltrasonicSurgical InstrumentswithDistallyPositionedJawAssemblies''，代理人案卷號END7048USNP/110395 ；
[0009] 美國專利申請序列號__，名稱為"SurgicalInstrumentswith ArticulatingShafts"，代理人案卷號END7049USNP/110396;
[0010] 美國專利申請序列號_，名稱為"UltrasonicSurgical InstrumentswithControlMechanisms"，代理人案卷號END7050USNP/110397;以及
[0011] 美國專利申請序列號__，名稱為"SurgicalInstrumentsWith FluidManagementSystem"，代理人案卷號END7051USNP/110399。
【背景技術(shù)】
[0012] 各種實施例涉及外科器械，該外科器械包括具有定位在遠側(cè)的換能器的超聲器 械。
[0013] 超聲外科裝置諸如超聲刀，因其獨特的性能特征而用于外科手術(shù)的多種應(yīng)用中。 根據(jù)具體的裝置構(gòu)形和操作參數(shù)，超聲外科裝置能夠通過凝結(jié)作用提供基本上同時的組織 橫切和止血，從而有利地減輕患者創(chuàng)傷。超聲外科裝置包括定位在近側(cè)的超聲換能器以及 聯(lián)接到超聲換能器的器械，該器械具有安裝在遠側(cè)的端部執(zhí)行器，該端部執(zhí)行器包括超聲 刀片以切割和密封組織。端部執(zhí)行器通常經(jīng)由軸聯(lián)接到柄部和/或機器人外科工具。刀片 經(jīng)由延伸穿過軸的波導而在聲學上聯(lián)接到換能器。具有該性質(zhì)的超聲外科裝置能被配置用 于開放性外科用途、腹腔鏡式外科手術(shù)或內(nèi)窺鏡式外科手術(shù)，包括機器人輔助的手術(shù)。
[0014] 超聲能量使用比用在電外科手術(shù)中的溫度低的溫度來切割和凝結(jié)組織。通過高頻 (例如每秒55, 500次）振動，超聲刀片使組織中的蛋白質(zhì)變性以形成粘性凝結(jié)物。刀片表 面施加在組織上的壓力使血管塌縮并使該凝結(jié)物能夠形成止血密封。外科醫(yī)生能夠通過由 端部執(zhí)行器施加至組織的力、施加該力的時間以及端部執(zhí)行器的選定偏移水平來控制切割 速度和凝結(jié)。
[0015] 關(guān)于超聲裝置和電外科裝置二者，臨床醫(yī)生通常期望的是器械軸的遠側(cè)部分進行 關(guān)節(jié)運動，以便引導超聲和/或射頻能量的施用。然而，引起和控制這種關(guān)節(jié)運動通常具有 相當大的挑戰(zhàn)性。
【附圖說明】
[0016] 各種實施例的特征結(jié)構(gòu)在所附權(quán)利要求書中進行了詳細描述。然而，參考結(jié)合如 下附圖的下列描述可最好地理解各種實施例（有關(guān)操作的組織和方法兩者）及其優(yōu)點：
[0017] 圖1示出包括外科器械和超聲發(fā)生器的外科系統(tǒng)的一個實施例。
[0018] 圖2示出圖1所示的外科器械的一個實施例。
[0019] 圖3示出超聲端部執(zhí)行器的一個實施例。
[0020] 圖4示出超聲端部執(zhí)行器的另一個實施例。
[0021] 圖5示出圖1所示的外科器械的一個實施例的分解圖。
[0022] 圖6示出圖1所示的外科器械的一個實施例的剖視圖。
[0023] 圖7示出圖1所示的外科器械的一個實施例的各種內(nèi)部部件。
[0024] 圖8示出包括外科器械和超聲發(fā)生器的外科系統(tǒng)的一個實施例的頂視圖。
[0025] 圖9示出圖1的外科器械的一個示例性實施例中包括的旋轉(zhuǎn)組件的一個實施例。
[0026] 圖10示出包括具有單元件端部執(zhí)行器的外科器械的外科系統(tǒng)的一個實施例。
[0027] 圖11示出機器人外科系統(tǒng)的一個實施例的框圖。
[0028] 圖12示出機械臂車的一個實施例。
[0029] 圖13示出圖12的機械臂車的機器人操縱器的一個實施例。
[0030] 圖14示出具有另選的裝置接頭結(jié)構(gòu)的機械臂車的一個實施例。
[0031] 圖15示出可與機械臂車諸如圖11至圖14的機械臂車結(jié)合使用的控制器的一個 實施例。
[0032] 圖16示出適于與機器人系統(tǒng)一起使用的超聲外科器械的一個實施例。
[0033] 圖25示出適于與機器人系統(tǒng)一起使用的電外科器械的一個實施例。
[0034] 圖17示出器械驅(qū)動組件的一個實施例，該器械驅(qū)動組件可聯(lián)接到外科操縱器以 接收和控制圖16所示的外科器械。
[0035] 圖18示出包括圖16的外科器械的圖26的器械驅(qū)動組件實施例的另一個視圖。
[0036] 圖28示出包括圖25的電外科器械的圖26的器械驅(qū)動組件實施例的另一個視圖。
[0037] 圖19-圖21示出圖26的器械驅(qū)動組件實施例的接合器部分的附加視圖。
[0038] 圖22-圖24示出圖16的器械安裝部分的一個實施例，顯示了用于將從動元件的 運動轉(zhuǎn)化成外科器械的運動的部件。
[0039] 圖25-圖27示出圖16的器械安裝部分的另選實施例，顯示了用于將從動元件的 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成圍繞軸的軸線的旋轉(zhuǎn)運動的另選示例性機構(gòu)，以及用于生成一個或多個構(gòu)件沿 軸的軸線的往復(fù)式平移的另選示例性機構(gòu)。
[0040] 圖28-圖32示出圖16的器械安裝部分的另選實施例，顯示了用于將從動元件的 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成圍繞軸的軸線的旋轉(zhuǎn)運動的另一個另選示例性機構(gòu)。
[0041] 圖33-圖36A示出器械安裝部分的另選實施例，顯示了用于使構(gòu)件沿軸的軸線發(fā) 生微分平移（例如，用于進行關(guān)節(jié)運動）的另選示例性機構(gòu)。
[0042] 圖36B-圖36C示出包括內(nèi)部功率和能量源的工具安裝部分的一個實施例。
[0043] 圖37示出包括定位在遠側(cè)的超聲換能器組件的可進行關(guān)節(jié)運動的外科器械的一 個實施例。
[0044] 圖38示出結(jié)合機器人外科系統(tǒng)的器械安裝部分使用的圖37的軸和端部執(zhí)行器的 一個實施例。
[0045] 圖39示出圖37-圖38的軸和端部執(zhí)行器的一個實施例的剖視圖。
[0046] 圖40-圖40A示出結(jié)合手動器械（諸如圖37-圖38的器械）的用于驅(qū)動圖39的 控制構(gòu)件的微分平移的一個實施例。
[0047] 圖41示出圖37-圖38的超聲換能器組件的一個實施例的剖視圖。
[0048] 圖42示出被布置為四條連桿的一部分的圖37-圖38的超聲換能器組件和夾持臂 的一個實施例。
[0049] 圖43示出聯(lián)接到遠側(cè)軸部分且處于打開位置的如圖42所示布置的超聲換能器組 件和夾持臂的一個實施例的側(cè)視圖。
[0050] 圖44示出聯(lián)接到遠側(cè)軸部分且處于閉合位置的如圖42所示布置的圖37-圖38 的超聲換能器組件和夾持臂的一個實施例的側(cè)視圖。
[0051] 圖45-圖46示出包括軸的近側(cè)部分的如圖42所示布置的圖37-圖38的超聲換 能器組件和夾持臂的一個實施例的側(cè)視圖。
[0052] 圖47-圖48示出具有以另選方式成形的超聲刀片和夾持臂的端部執(zhí)行器的一個 實施例。
[0053] 圖49示出包括柔性超聲換能器組件的另一個端部執(zhí)行器的一個實施例。
[0054] 圖50示出具有從關(guān)節(jié)運動接頭朝近側(cè)延伸的換能器組件的手動外科器械的一個 實施例。
[0055] 圖51示出如圖50所示布置的換能器組件、遠側(cè)軸部分、關(guān)節(jié)運動接頭和端部執(zhí)行 器的近距離視圖。
[0056] 圖52示出關(guān)節(jié)運動接頭的一個實施例，其中遠側(cè)軸部分和近側(cè)軸部分被移除以 顯示用于使軸進行關(guān)節(jié)運動和致動左轉(zhuǎn)構(gòu)件（hawmember)的一個示例性實施例。
[0057]圖53示出手動外科器械的一個實施例，其包括具有可進行關(guān)節(jié)運動、可旋轉(zhuǎn)的端 部執(zhí)行器的軸。
[0058] 圖54示出聯(lián)接到控制構(gòu)件的圖53的器械的關(guān)節(jié)運動杠桿的一個實施例。
[0059] 圖55示出器械的一個實施例，其中顯示了端部執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤和中心軸構(gòu)件之 間的鍵連接。
[0060] 圖56示出圖53的軸的一個實施例，著重于關(guān)節(jié)運動接頭。
[0061] 圖57示出由鉸鏈式機械部件制成的中心軸構(gòu)件的一個實施例。
[0062] 圖58示出包括遠側(cè)軸部分和近側(cè)軸部分的圖53的軸的一個實施例。
[0063] 圖59示出圖53的軸和端部執(zhí)行器的一個實施例，其中示出了內(nèi)部軸構(gòu)件和夾持 臂之間的聯(lián)接。
[0064] 圖60-圖61示出外科器械的控制機構(gòu)，其中端部執(zhí)行器1312的關(guān)節(jié)運動和旋轉(zhuǎn) 以機動方式進行。
[0065] 圖62-圖63不出可以與本文所述的各種外科器械中的任何一種一起使用的軸的 一個實施例。
[0066] 圖64示出可利用纜線和滑輪機構(gòu)來進行關(guān)節(jié)運動的軸的一個實施例。
[0067] 圖65示出圖64的軸的一個實施例，其中顯示了遠側(cè)軸部分可如何進行關(guān)節(jié)運動 的附加細節(jié)。
[0068] 圖66示出可以與本文所述的各種器械和/或軸中的任何一種一起使用的端部執(zhí) 行器的一個實施例。
[0069] 圖67示出聯(lián)接到另選的滑輪驅(qū)動的端部執(zhí)行器的圖64的軸的一個實施例。
[0070] 圖68示出端部執(zhí)行器的一個實施例。
【具體實施方式】
[0071] 本文所述的示例性實施例涉及使超聲外科器械和其軸進行關(guān)節(jié)運動，以及使用超 聲外科器械和其軸的方法。在各種示例性實施例中，超聲器械包括定位在遠側(cè)的具有超聲 刀片的端部執(zhí)行器。超聲刀片可被定位在遠側(cè)的超聲換能器組件驅(qū)動。器械的軸可包括在 關(guān)節(jié)運動接頭處以能夠樞轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接到彼此的近側(cè)軸構(gòu)件和遠側(cè)軸構(gòu)件。端部執(zhí)行器可 聯(lián)接到遠側(cè)軸構(gòu)件的遠側(cè)部分，使得端部執(zhí)行器（和遠側(cè)軸構(gòu)件的至少一部分）可圍繞軸 的縱向軸線進行關(guān)節(jié)運動。為了有利于關(guān)節(jié)運動，定位在遠側(cè)的超聲換能器組件可以部分 或完全地遠離關(guān)節(jié)運動接頭定位。通過這種方式，超聲刀片可以在聲學上聯(lián)接到超聲換能 器組件，使得超聲刀片自身和任何中間波導均不跨越關(guān)節(jié)運動接頭。
[0072] 現(xiàn)在將詳細參照若干實施例，包括顯示具有端部執(zhí)行器的手動外科器械和機器人 外科器械的示例性具體實施的實施例，該端部執(zhí)行器包括超聲外科元件和/或電外科元 件。只要可行，相似或相同的參考編號可用于多個附圖并可指示相似或相同的功能。附圖 僅出于舉例說明的目的描繪了所公開外科器械和/或使用方法的示例性實施例。本領(lǐng)域的 技術(shù)人員將通過以下描述容易地認識到：可在不脫離本文所述原理的情況下采用本文所示 的結(jié)構(gòu)和方法的另選的示例性實施例。
[0073] 圖1為超聲外科器械10的一個實施例的右側(cè)視圖。在該例示的實施例中，超聲外 科器械10可用于各種外科手術(shù)，包括內(nèi)窺鏡式外科手術(shù)或傳統(tǒng)的開放式外科手術(shù)。在一個 示例性實施例中，超聲外科器械10包括柄部組件12、伸長軸組件14和超聲換能器16。柄 部組件12包括觸發(fā)器組件24、遠側(cè)旋轉(zhuǎn)組件13和開關(guān)組件28。伸長軸組件14包括端部 執(zhí)行器組件26,該端部執(zhí)行器組件包括用于解剖組織或相互抓緊、切割并凝結(jié)血管和/或 組織的元件，以及用于致動端部執(zhí)行器組件26的致動元件。柄部組件12適于在近側(cè)端部 接收超聲換能器16。超聲換能器16機械地接合到伸長軸組件14和端部執(zhí)行器組件26的 多個部分。超聲換能器16經(jīng)由纜線22電聯(lián)接到發(fā)生器20。雖然大部分附圖描繪了結(jié)合 腹腔鏡式外科手術(shù)使用的多端部執(zhí)行器組件26,但是超聲外科器械10可用于更傳統(tǒng)的開 放式外科手術(shù)和其他實施例中，并且可被配置用于內(nèi)窺鏡式手術(shù)中。出于本文的目的，從內(nèi) 窺鏡式器械的角度來描述超聲外科器械10 ;然而，可以設(shè)想，超聲外科器械10的開放式和/ 或腹腔鏡式形式也可包括如本文所述的相同或相似的操作部件和特征結(jié)構(gòu)。
[0074] 在各種實施例中，發(fā)生器20包括若干功能性元件，諸如模塊和/或塊。不同的功 能性元件或模塊可被配置用于驅(qū)動不同種類的外科裝置。例如，超聲發(fā)生器模塊21可以驅(qū) 動超聲裝置，諸如超聲外科器械10。在一些示例性實施例中，發(fā)生器20還包括用于驅(qū)動電 外科裝置（或超聲外科器械10的電外科實施例）的電外科手術(shù)/射頻發(fā)生器模塊23。在 圖1所示的示例性實施例中，發(fā)生器20包括與發(fā)生器20成一整體的控制系統(tǒng)25,以及經(jīng)由 纜線27連接至發(fā)生器的腳踏開關(guān)29。發(fā)生器20還可以包括用于激活外科器械（諸如器械 10)的觸發(fā)機構(gòu)。觸發(fā)機構(gòu)可以包括電源開關(guān)（未示出）以及腳踏開關(guān)29。當由腳踏開關(guān) 29激活時，發(fā)生器20可提供能量以驅(qū)動外科器械10的聲學組件并以預(yù)定的偏移水平來驅(qū) 動端部執(zhí)行器18。發(fā)生器20以聲學組件的任何合適的共振頻率來驅(qū)動或激發(fā)聲學組件，以 及/或者衍生治療/亞治療電磁/射頻能量。
[0075] 在一個實施例中，電外科/射頻發(fā)生器模塊23可作為電外科手術(shù)單元（ESU)來實 施，該電外科手術(shù)單元能夠提供足以利用射頻（RF)能量來執(zhí)行雙極性電外科手術(shù)的功率。 在一個實施例中，ESU可以是由ERBEUSA，Inc. (Marietta，Ga.)銷售的雙極ERBEICC350。 如此前所論述，在雙極性電外科手術(shù)應(yīng)用中，可以使用具有有源電極和返回電極的外科器 械，其中有源電極和返回電極可抵靠或鄰近待處理的組織定位，使得電流可從有源電極通 過組織流至返回電極。因此，電外科/射頻發(fā)生器模塊23可被配置為通過將足以處理組織 T(例如，燒灼）的電能施加到組織而用于治療目的。
[0076] 在一個實施例中，電外科/射頻發(fā)生器模塊23能夠遞送亞治療射頻信號，以實施 組織阻抗測量模塊。在一個實施例中，電外科/射頻發(fā)生器模塊23包括如下文所詳述的雙 極性射頻發(fā)生器。在一個實施例中，電外科/射頻發(fā)生器模塊12能夠監(jiān)控組織T的電阻抗 Z，并通過在端部執(zhí)行器組件26的夾持構(gòu)件上提供的返回電極來控制基于組織T的時間和 功率電平特性。因此，電外科/射頻發(fā)生器模塊23可出于亞治療目的被配置用于測量組織 T的阻抗或其他電特性。用于測量組織T的阻抗或其他電特性的技術(shù)和電路構(gòu)形在共同轉(zhuǎn) 讓的名稱為"ElectrosurgicalGeneratorforUltrasonicSurgicalInstrument" 的美 國專利公布No. 2011/0015631中有更詳細的討論，該美國專利公布的公開內(nèi)容全文以引用 方式并入本文。
[0077] 合適的超聲發(fā)生器模塊21能夠在功能上以與EthiconEndo-Surgery,Inc. (Cineinnati，Ohi〇)銷售的GEN300相似的方式運作，如在以下美國專利中的一者或多 者中所公開，所有這些專利均以引用方式并入本文：美國專利6, 480, 796("Methodfor ImprovingtheStartUpofanUltrasonicSystemUnderZeroLoadConditions"）； 美國專利 6,537,291("MethodforDetectingBladeBreakageUsingRateand/or ImpedanceInformation"）；美國專利 6, 662, 127 ("MethodforDetectingPresenceof aBladeinanUltrasonicSystem"）；美國專利 6,977, 495("DetectionCircuitry forSurgicalHandpieceSystem"）；美國專利 7, 077, 853("MethodforCalculating TransducerCapacitancetoDetermineTransducerTemperature"）；美 國專利 7, 179,271 ("MethodforDrivinganUltrasonicSystemtoImproveAcquisitionof BladeResonanceFrequencyatStartup"）；以及美國專利 7,273, 483("Apparatusand MethodforAlertingGeneratorFunctioninanUltrasonicSurgicalSystem''）。
[0078] 應(yīng)當理解，在各種實施例中，發(fā)生器20能夠以若干模式運作。在一種模式中，發(fā)生 器20可被配置成使得超聲發(fā)生器模塊21和電外科/射頻發(fā)生器模塊23可被獨立地操作。
[0079] 例如，可將超聲發(fā)生器模塊21激活以向端部執(zhí)行器組件26施加超聲能量，隨后， 可通過電外科/射頻發(fā)生器模塊23向端部執(zhí)行器組件26施加治療或亞治療射頻能量。如 此前所論述，可向夾持在端部執(zhí)行器組件26的受權(quán)利要求保護的元件之間的組織施加亞 治療電外科/射頻能量以測量用于控制超聲發(fā)生器模塊21的激活或改變其激活的組織阻 抗。由施加亞治療能量獲得的組織阻抗反饋還可用于激活電外科/射頻發(fā)生器模塊23的 治療電平，從而將夾持在端部執(zhí)行器組件26的受權(quán)利要求保護的元件之間的組織（例如， 血管）密封。
[0080] 在另一個實施例中，超聲發(fā)生器模塊21和電外科/射頻發(fā)生器模塊23可被同時 激活。在一個例子中，超聲發(fā)生器模塊21與用于測量組織阻抗的亞治療射頻能級被同時激 活，與此同時，端部執(zhí)行器組件26的超聲刀片切割并凝結(jié)夾持在端部執(zhí)行器組件26的夾持 元件之間的組織（或血管）。這種反饋可用于，例如改變超聲發(fā)生器模塊21的驅(qū)動輸出。 在另一個例子中，超聲發(fā)生器模塊21可與電外科/射頻發(fā)生器模塊23被同時驅(qū)動，使得在 將端部執(zhí)行器組件26的超聲刀片部分用于切割受損組織的同時，電外科/射頻能量被施加 到端部執(zhí)行器夾持組件26的電極部分以便將組織（或血管）密封。
[0081] 當發(fā)生器20經(jīng)由觸發(fā)機構(gòu)激活時，電能連續(xù)地由發(fā)生器20施加到聲學組件的換 能器疊堆件或組件上。在另一個實施例中，電能由發(fā)生器20以間歇方式施加（例如，為脈 沖的）。發(fā)生器20的控制系統(tǒng)中的鎖相環(huán)路可監(jiān)控來自聲學組件的反饋。該鎖相環(huán)路調(diào) 整由發(fā)生器20發(fā)送的電能頻率，以匹配聲波組件的所選擇的縱向模式振動的共振頻率。此 夕卜，控制系統(tǒng)25中的第二反饋回路將提供給聲學組件的電流維持在預(yù)選的恒定水平，以便 在聲學組件的端部執(zhí)行器18處實現(xiàn)基本上恒定的偏移。在另一個實施例中，控制系統(tǒng)25 中的第三反饋回路監(jiān)控位于端部執(zhí)行器組件26中的電極之間的阻抗。雖然圖1-圖9顯示 了手動操作的超聲外科器械，但是應(yīng)當理解，超聲外科器械還可以用于，例如如本文所述的 機器人應(yīng)用中以及手動應(yīng)用和機器人應(yīng)用的組合中。
[0082] 在超聲操作模式下，提供給聲學組件的電信號可使端部執(zhí)行器18的遠側(cè)端部在 例如大約20kHz至250kHz的范圍內(nèi)縱向振動。根據(jù)各種實施例，刀片22可在約54kHz至 56kHz的范圍內(nèi)振動，例如以約55. 5kHz振動。在其他實施例中，刀片22可以其他頻率振 動，包括例如約31kHz或約80kHz。例如可通過控制由發(fā)生器20施加到聲學組件的換能器 組件的電信號的振幅來控制刀片的振動偏移。如上所述，發(fā)生器20的觸發(fā)機構(gòu)允許使用者 激活發(fā)生器20,以便可將電能連續(xù)地或間歇地提供給聲學組件。發(fā)生器20還具有電源線以 便插入電外科單元或常規(guī)電插座。據(jù)設(shè)想，還可以通過直流OC)源諸如電池對發(fā)生器20供 電。發(fā)生器20可包括任何合適的發(fā)生器，諸如可得自EthiconEndo-Surgery,Inc的GEN04 型和/或GENII型發(fā)生器。
[0083] 圖2是超聲外科器械10的一個示例性實施例的左側(cè)透視圖，顯示了柄部組件12、 遠側(cè)旋轉(zhuǎn)組件13、伸長軸組件14和端部執(zhí)行器組件26。在該例示的實施例中，伸長軸組件 14包括尺