CN102271597A - 包括带鞘腱体的外科器械 - Google Patents

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Abstract

一种使用绕腱体的鞘体的柔性外科器械，该腱体致动末端执行器或器械的远端尖端中的其他机构。能够在鞘体中引入液体润滑剂，从而减小摩擦力，并且鞘体能够为多孔的或无孔的。能够以例如O形环或波纹管式密封件来限制润滑剂，从而防止润滑剂从腱体延伸出鞘体的地方渗漏。更为普通地讲，密封器械的远端，从而防止润滑剂渗漏进患者体内。为了进一步减小风险，能够使用无毒的水基润滑剂。

Description

包括带鞘腱体的外科器械
相关申请的交叉参考
本专利申请文件涉及代理人档案号No.ISRG01851US、名称为“Lubricating Tendons in a Tendon-Actuated Surgical Instrument”的共同提交的美国专利申请，其全部内容包括在此以供参考。
背景技术
通常在微创外科手术(minimally invasive surgical procedure)中使用自动控制(Robotically controlled)器械(instrument)。一种用于此类外科器械的通常体系包括末端执行器(end effector)或工具，例如安装在延伸体(extension)远端的钳状骨针、解剖刀、剪子、线环(wire loop)或烧灼工具，延伸体有时在此称为器械的主管。自动控制器械的远端尖端通常包括腕部机构(wrist mechanism)，该腕部机构在主管和末端执行器之间以便允许对末端执行器的工作表面的操作、定位或取向。在外科手术期间，末端执行器、腕部机构和主管的远端能够按照需要能够被插入通过患者身上的小切口或自然腔道/孔口(natural orifice)并被引导以便将末端执行器定位在患者体内的工作点。能够为缆索(cable)或类似结构的腱体延伸通过器械的主管，并且连接末端执行器以及传动及致动机构(a transmission and actuation mechanism)，该机构在此有时称为后端机构(backend mechanism)。为了外科器械的自动操作，在器械近端的后端机构由马达驱动，从而拉动腱体，并且因此移动或以其他方式操作腕部机构和末端执行器，并且可使用计算系统来向外科医生提供用户界面，从而精确地控制器械。
已发展了自动控制外科器械，其具有柔性的主管，该主管能够按需要弯曲，从而沿着自然内腔(natural lumen)例如患者的消化道的一部分前进，或者用于被插入通过弯曲的引导管(guide tube)，相比笔直途径，该引导管提供了导向手术部位的改善的途径。无论是直接插入还是通过引导件插入，这些柔性医学器械的主管通常都将在几个位置具有几个弯曲，其可在一个程序期间改变，或者可一个程序不同于另一个程序。在这些弯曲处，贯通器械的腱体可与器械的主管的内壁摩擦并相互摩擦，而这些弯曲产生的摩擦(有时称为绞盘摩擦(capstan friction))能够很大程度上增加移动腱体从而操作腕部以及在主管远端的末端执行器所需的力。此外，这些摩擦力倾向于在零速度时比在低的非零速度时更大，导致响应腱体负载的变化产生所谓的粘性滑动(stick-slip motion)(有时称为粘滞作用(stiction))。这种粘性滑动使器械远端接头的微幅运动(small motion)的平稳自动控制难以被实现。由于机械结构必须被设计成足够结实从而抵挡大摩擦力，所以该大摩擦力也使小直径柔性外科器械的构造更困难。因此，期望用于降低涉及柔性外科器械中所遇到的绞盘摩擦的结构和方法。
发明内容
依照本发明的一方面，具有柔性主管的外科器械使用围绕腱体的鞘体，腱体致动该器械中的致动末端执行器或其他机构。鞘体增加了围绕腱体的轴向刚度，从而在器械致动期间，抵抗腱体的反作用力并且减小或消除腱体的横向运动。另外，能够在鞘体中提供润滑剂，从而减小抵抗鞘体运动的摩擦。鞘体能够为多孔的，从而允许润滑剂在鞘体的内部和外部之间流动，并且主管的内部能够填充有润滑剂。可替换地，鞘体能够为非多孔的，并且鞘体能够例如通过波纹管式密封件(bellows-type seal)而被密封，从而将润滑剂保持在鞘体内。在任一情形中，主管的远端和鞘体通常都被密封，从而防止润滑剂渗漏进患者体内。为了进一步减小风险，能够使用外科上认可或生物相容的润滑剂，例如由水与按重量计1-30％脂肪酸或水与按重量计1-10％精炼矿物油组成的润滑剂。
本发明的一个具体实施例是可被自动控制的外科系统。该系统包括一束(a bundle of)鞘体，而腱体分别延伸通过鞘体。液体润滑剂在鞘体和腱体之间，使用密封系统来限制液体润滑剂。在该束鞘体的一端处的远端尖端被连接到腱体，以便腱体的运动致动远端尖端。
附图说明
图1示出依照本发明实施例的柔性外科器械的一部分，其使用鞘体中的腱体和润滑剂，从而减小阻碍腱体运动的摩擦力。
图2示出依照本发明实施例的外科器械的远端，其使用O形环，从而密封引导器，腱体通过该引导器离开主管的密封部分。
图3示出依照本发明实施例的外科器械的远端，其使用波纹管式密封件，从而覆盖引导器，腱体通过该引导器离开主管的密封部分。
图4示出依照本发明实施例的带鞘腱体，其中鞘体中的狭槽或切口使鞘体更柔韧并且能渗透润滑剂。
图5A和图5B示出依照本发明实施例的带鞘腱体，其使用末端密封件，从而将润滑剂保持在鞘体中。
图6示出依照本发明实施例的柔性的、自动控制的外科器械的应用。
在不同的图中使用的相同附图标记指示类似或相同的物品。
具体实施方式
依照本发明的一方面，具有柔性主管的自动控制外科器械能够在腱体上使用液体润滑剂，从而降低器械内弯曲处的绞盘摩擦。该润滑剂能够在外壳或鞘体中，该外壳或鞘体围绕腱体的中间部分(medialportion)并且延伸通过主管到达该器械的被致动部件。进一步，主管能够包含润滑剂，从而减小由腱体鞘体相互摩擦或与主管的内壁之间的摩擦而导致的摩擦。腱体的鞘体能够为多孔的从而允许润滑剂在鞘体的内部和外部之间移动，或者能够为密封的从而将润滑剂保持在鞘体的内部。例如O形环或波纹管式密封件的密封件能够将润滑剂保持在主管或单独鞘体的密封部分内。
依照本发明的另一方面，柔性的外科器械针对各结构(例如主管、鞘体和腱体)使用特定的材料组合，并且使用例如水基溶液的润滑剂，材料组合和润滑剂一起提供了低摩擦和低粘滞作用，并且对于正在经历外科手术的患者是无害的。一种特定的实施例结合了绞合或编织腱体以及不锈钢鞘体且使用为水、脂肪酸或精炼矿物油和适当表面活性剂的混合剂的润滑剂，其中腱体由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成。
图1示出依照本发明实施例的柔性外科器械100。器械100包括后端机构130、柔性延伸件或主管120以及远端尖端段110。对于外科手术过程，远端尖端110和主管120的远端能够直接插入患者体内，或者通过引导器遵循患者体内的弯曲路线到达外科手术过程(或者其他医疗或诊断程序)可执行的部位。到达该部位的路线可延伸通过患者身上的切口或者自然腔道，并且沿患者体内的自然内腔延伸。器械100的各部分可进一步穿过自然内腔的壁中的切口，从而通达到外科手术部位或者末端尖端110必须走的路线的其他部分。通常，器械100可需要遵循包括一个或更多弯曲的旋绕路线。插入器械100的过程能够是手动过程，例如通常的内窥镜或类似装置的插入执行过程。可替换地，插入过程可完全是自动控制的或虽然是手动控制的，但是由远端尖端110或主管120中的接头的伺服致动操作来辅助。一旦被定位以在外科部位使用，则能够使用远端尖端110来执行外科手术过程，例如仅举几个例子：切割、切除或破坏组织、插入医疗装置、烧灼、血管封闭或缝合。
腱体131、132和133从后端机构130延伸出，并且连接到远端尖端110，以便通过后端机构130施加在腱体131、132和133上的张力控制远端尖端110的操作。腱体131、132和133能够是提供操作远端尖端110所需的强度和柔韧性的任何适当类型。例如，腱体能够是钢或其他金属缆索或管(例如海波管)。可替换地，每个腱体131、132和133均能够是由一种或更多种材料制成的合成纤维或缆索，举几个适当材料的例子：例如UHMWPE、液晶聚合物(LCP)、聚芳基酰胺聚合物(例如凯夫拉尔)或聚(对苯撑-2，6-苯并双恶唑)(PBO)。
图1的实施例中的远端尖端110包括使用腱体131、132和133被致动的末端执行器112和腕部机构116。特别地，末端执行器112包括枢转的钳子型夹具(jaw)114，使用例如腱体133的腱体来致动该夹具114。腱体133提供特定的运动自由度，从而闭合夹具114以便夹紧、切割或其他动作。使用例如腱体131和132的腱体来致动腕部机构116，并且该腕部机构116提供特定的运动自由度来定位和定向末端执行器112。远端尖端110的这种特定功能以及腱体131、132和133的布置和连接仅被提供作为示例来说明本发明实施例。本发明的其他实施例能够使用将受益于腱体摩擦减小的其他类型的末端执行器或腕部机构或被致动主管。
腱体131、132和133与远端末端110的连接示出用于外科器械致动的结构和方法。为了说明致动末端执行器112的一种策略，示出的腱体133连接到夹具114，以便腱体133中的张力导致夹具114彼此紧贴闭合。为了说明用于腕部机构116的双向致动的一种策略，示出了腱体131和132。特别地，腱体131和132在关于枢轴127的力矩臂处连接腕部段126，以便腱体131中的张力引起趋于沿一个方向(图1中的逆时针方向)旋转腕部段126的扭矩，并且腱体132中的张力引起趋于沿相反方向(或图1中的顺时针方向)旋转腕部段126的扭矩。因此，能够通过拉动腱体131或132其中之一的某一长度，同时释放另外一个腱体132或131的相等长度，而沿一个方向或另一个方向定向末端执行器112。能够使用用腱体来致动腕部机构116和末端执行器112的各部分的其他策略。例如，能够使用三个腱体(未示出)，从而完全定义腕部机构的取向，该取向由两个非多余的自由度组成。实际的医疗器械通常将需要比图1所示更多的腱体，来致动外科器械中适当的自由度数量，但是在图1中为了容易图解而仅示出三个腱体131、132和133。本领域已知很多种类型的末端执行器和腕部机构，并且该机构的有些例子在以下文献中被描述，即Larkin等人的名称为“Minimally Invasive Surgical System”的美国专利申请公开号No.US2008/0065105；Morley等人的名称为“Roll-Pitch-Roll Surgical Tool”的美国专利No.6,746,443；以及Wallace等人的名称为“Surgical Tools foruse in Minimally Invasive Telesurgical Applications”的美国专利No.6,394,998，其全部内容包括在此以供参考。
后端机构130起传送的作用，其能够被连接成驱动马达和计算机辅助控制系统(未示出)，马达和计算机辅助控制系统根据需要控制腱体131、132和133中的张力从而操作器械100。通常，后端机构130的具体操作将取决于末端尖端110或器械100中其他地方所使用的致动策略。在本领域已知适合的后端机构130的实施方式，并且其对本发明实施例的使用不关键。适合的后端机构130的有些实施例在以下文献中被描述，即William A.Burbank的名称为“Backend Mechanism forFour Cable Wrist”的美国专利申请号No.12/173,928；以及Giuseppe MPrisco的名称为“Passive Preload and Capstan Drive for SurgicalInstruments”的美国专利申请号No.12/286,644，其全部内容包括在此以供参考。
主管120根据需要是柔性的，从而如上所述，沿着期望的路线到达外科手术部位。在一个实施例中，主管120能够是由适当的柔性材料制成的均匀截面管(uniform tube)，所述材料例如尼龙、聚酰胺、硅树脂或氟化乙丙烯。另外或可替换地能够由一层或更多层螺旋线圈或一系列刚性环或能够以椎骨体方式相对彼此移动的其他结构来构成主管120。该椎骨体能够由提供在主管120中使用所需的强度和耐久性的塑料、金属或其他材料制成。主管120也能够由多层复合材料制成，其能够包括低摩擦力的亲水外部涂层，从而允许容易地插入通过生物组织、由螺旋状、编织或辫股材料(例如不锈钢或高强度合成聚合物纤维)制成的一层或更多层内部加固层、围绕内部加固层的粘合聚合物以及可能的低摩擦力内壁涂层，如PTFE。主管120能够被构造成单独的内腔管且所有的器械鞘体束在其内，或者可替换地，主管120能够被构造成具有多条通路的多内腔管，从而将单个或成束致动缆索约束在主管120横截面上的特定位置。另外，主管120能够包含提供特定外科功能的特征和用于选择性地改变主管的柔性部分的硬度或者致动主管上不是末端尖端110的部分的额外自由度，其中所述特征例如用于吹入法、吸入法、外科手术部位冲洗、光或功率输送的通路。
依照本发明的一方面，腱体131、132和133分别被封装在主管120内部的鞘体121、122和123中。在器械100中，鞘体121、122和123有几个目的。特别地，为了当后端机构130向腱体131、132和133施加张力或改变张力时能够抵抗主管120内的腱体131、132和133的反作用力和横向运动，鞘体121、122和123被设计成具有比腱体131、132和133更大的轴向硬度。鞘体121、122和123能够由以下金属或者合成或聚合物材料制成，其中所述金属例如不锈钢(例如304，17-4PH，Nitronic60
Figure BPA00001392290100061
)或者镍钛合金，所述合成或聚合物材料例如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚嵌段酰胺(PEBA)如Pebax、尼龙或聚酰亚胺。鞘体121、122和123能够具有平滑/光滑的内部表面和已去毛刺的末端，从而减小腱体131、132和133的滑动摩擦力，但是鞘体121、122和123也包含液体润滑剂，当后端机构为了操作末端尖端110而移动腱体131、132和133时，该润滑剂进一步减小所遇到的摩擦力。鞘体121、122和123能够为多孔的，从而允许润滑剂在鞘体121、122和123的内部和外部之间穿过，或者为无孔的，从而将润滑剂限制在鞘体121、122和123内部。无论鞘体121、122和123是多孔的还是无孔的，鞘体121、122和123的外部都能够涂覆有液体润滑剂，或者主管120的内部能够填充有润滑剂，从而减小与鞘体121、122和123相对彼此滑动相关的摩擦力，当在用于外科手术或其他程序的插入期间弯曲主管120时该摩擦力普遍发生。
在鞘体121、122和123中具有腱体131、132和133的柔性外科器械不必须需要主管120，而是能够使用其他机构从而在插入期间将鞘体121、122和123保持在一起。例如，能够沿着鞘体121、122和123周期性地安置带子、链或其他连接物(未示出)，从而将鞘体保持在一起。在其他的实施例中，与单独的引导器一起使用的外科器械能够在没有主管120或鞘体121、122和123的连接物的情况下，使用鞘体121、122和123以及腱体131、132和133，并且引导器中的内腔能够保持鞘体121、122和123被束在一起。
腱体131、132和133延伸超过相应的鞘体121、122和123的末端，从而与被致动的组件建立连接，并且能够使用密封件从而即使腱体131、132和133延伸超过润滑剂所限于的部分，仍能将润滑剂限制在器械100的一个或更多个期望部分内。例如，压应力密封件124能够紧贴着腕部机构116的构件125而密封主管120，而单独的密封件能够被置于接触构件125的鞘体121、122和123的末端。通常期望需要将液体润滑剂限制于主管120内或鞘体121、122和123中从而在需要润滑剂处避免润滑剂的损失，并且在外科手术期间最小化润滑剂在患者体内的释放。因为在外科手术期间可预期到因为器械100的正常操作或故障所引起的一些润滑剂渗漏，所以在任何情况下，所选择的润滑剂都不应对患者有害。
图2示出类似图1的器械100的柔性外科器械的主管120的远端处的末端执行器200的一部分。末端执行器200使用安装在主管120中的基础构件210、防止主管120和构件210之间渗漏的密封件220以及防止围绕从主管120延伸的腱体201和202渗漏的密封件231和232。更普遍地，在被致动的器械的远端末端处的密封系统将需要密封延伸到润滑剂所限于的容积之外的每个腱体，从而在典型的柔性器械中将需要两个以上密封件231和232。如上所述，主管120的近端(未示出)连接后端机构，并且可类似地密封件以便将润滑剂限制在主管120内，或者可包括用于向主管120中注入润滑剂或使润滑剂在主管120内循环的系统。
构件210具有安装在器械的主管120中的一部分以及延伸超过主管120的一部分。在图解实施例中，构件210延伸超过主管120的部分提供与密封件220啮合的表面。密封件220能够是O形环或压应力环，其可以是沿主管120的长度延伸的鞘体的一部分，或者是装在主管120的末端上的靴形体的一部分。可替换地，能够在构件210和主管120之间施加密封材料或粘合剂，从而防止润滑剂渗漏。
密封件231和232是定位在通过构件210延伸的引导器管211和212中的O形环。腱体201和202贯穿引导器管211和212，并且通过相应的密封件231和232紧密配合，所以密封件231和232被压在相应的腱体201和202以及相应的引导器管211和212的内壁之间。每个引导器管211或212都可包括槽口或其他结构，当用于致动末端执行器200而移动腱体201和202时，该槽口或其他结构将相应的密封件231或232保持就位。结果，腱体201和202能够贴着密封件231和232滑动，而不引起润滑剂的明显渗漏。必要时，腱体201和202的材料和结构能够在腱体201和202接触各自的密封件231和232的各区域内是不同的。例如，腱体201或202能够包括被熔合到一部分金属或塑料管或杆的一部分合成缆索，其中该合成缆索用于沿主管的大部分长度提供柔韧性，而该金属或塑料管或杆用于在腱体201或202接触相应的密封件231或232处提供更好的密封表面。另外，使用实心连杆作为腱体201或202的一部分能够起密封件的作用，从而最小化润滑剂的毛细所用，而尤其对于合成缆索能够发生该毛细作用。可替换地，穿透缆索并粘结到缆索的纤维的一种柔性密封材料(例如液体硅树脂或氨基钾酸酯)能够防止毛细作用，并且在固化之前，柔性密封材料能够被模铸或以其他方式形成，从而绕不平滑缆索产生平滑表面，并且因此提高O形环密封件231和232的密封性能。
图3示出类似图2的末端执行器200的末端执行器300，但是末端执行器300使用折叠或波纹管式密封件331和332来防止围绕相应的腱体201和202的渗漏。每个密封件331或332都具有一个末端和一个相反末端，所述末端能够粘结或以其他方式固定在机械构件210上，所述相反末端能够粘结或以其他方式固定在相应的腱体201或202上。每个密封件331或332都具有弹性材料折痕，随着连接的腱体201或202的移动该折痕折叠或打开。永久地固定每个密封件331和332的末端防止了由于腱体201或202摩擦固定的密封件而引起的密封件331或332的磨损。与摩擦腱体201和202的密封件231和232相比，末端执行器300的密封件331和332可以具有更少泄漏、产生更少的由于磨损而导致的颗粒以及具有更长的寿命。然而，密封件231和232可要求更小的空间并且可有助于更小直径的器械的操作。
图2和图3中的密封系统能够防止或最小化在主管120的远端末端处的液体润滑剂的渗漏，并且因而允许主管120包含或填充有润滑剂。在本发明的一个实施例中，腱体201和202的鞘体203和204是多孔的，所以润滑剂能够在每个鞘体203或204的内部和外部之间穿行。如果鞘体203和204具有低多孔性，那么鞘体203和204能够填充有渗漏至鞘体203和204的外部表面的润滑剂。当腱体201和202移动时，鞘体203和204内部的润滑剂降低腱体201和202与各自的鞘体203和204之间的摩擦力。当弯曲柔性主管120期间移动鞘体203和204时，涂覆在鞘体203和204外部的润滑剂会减小鞘体203和204及主管120之间的摩擦力。如果鞘体203和204具有高多孔性，那么润滑剂能够填充主管120及鞘体203和204，从而类似地防止摩擦。
通过选择可透过润滑剂的鞘体203和204材料，或者通过在沿每个鞘体203或204的长度间隔地在不渗透性鞘体材料上打孔(例如针孔或切口)，从而鞘体203和204能够被制成多孔的。另外类型的多孔鞘体203或204使用允许润滑剂在线圈之间流动的螺旋绕线。而另外类型的多孔鞘体是由编成的多股绳制造的管，所以润滑剂能够穿过多股绳之间。图4示出腱体-鞘体系统400，其包括贯穿鞘体420的腱体410，其中鞘体420包括一系列切口425。切口425提供了在鞘体420的内部和外部之间的流体路线，并且也能够增加鞘体420的柔韧性，所以鞘体420能够由相对刚性的材料例如不锈钢制成。
用于将润滑剂限制在期望区域的可替换系统使用了无孔鞘体，该无孔鞘体能够被密封从而将润滑剂限制在鞘体的内部。图5A示出包括鞘体520中的腱体510的鞘体-腱体系统500A的一个例子。在该系统中，鞘体520为无孔的，并且可为例如不锈钢海波管、塑料管或者聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚嵌段酰胺基质或其他无孔涂层中的螺旋线圈。一种例如Fort Wayne Metals或者Asahi-Intec(日本)出售的陷型绞管金属管(stranded-swaged metal tube)能够提供无孔鞘体，其具有类似于海波管的摩擦特性但是柔韧性更大。必要时，鞘体520能够为多段鞘体，其结合了实心海波管和陷型绞管金属管，前者用于具有较低柔韧性的后端段，而后者用于远端尖端附近的高柔韧段。密封件530在鞘体520的两端上，从而将液体润滑剂540限制在鞘体520的内部。在图解实施例中，密封件530为波纹管式密封件，其相应的末端粘贴于腱体510和鞘体520，但是可替换地，能够使用限制润滑剂540但允许腱体510相对于鞘体520运动的O形环或其他任何类型的密封件。图5A示出密封件530的一个具体构造，其为波纹管式密封件，并且两端都在鞘体520之外。也可能有其他的构造。例如，图5B示出这样一种构造，其中两个波纹管式密封件530都在鞘体520的内部。可替换地，腱体密封件530可以只在每个鞘体520的一端使用，例如在近端使用，而鞘体和腱体的远端能够附连到具有参考图2和图3描述的类型的密封件的远端尖端。
在具体柔性器械中使用的润滑剂通常将根据以下条件选择，即腱体、鞘体及器械的主管所使用的材料，以及组件尺寸的较小程度的延伸。例如，包含脂肪酸的水溶液的润滑剂为金属腱体和金属鞘体之间的最佳润滑剂，而矿物油的水溶液是合成腱体和金属鞘体之间的最佳润滑剂。在一个例示性实施中，腱体为鞘体中的大约直径0.4mm的绞合或编织UHMWPE，而该鞘体为具有大约0.5mm内直径的不锈钢海波管。为了增加强度和硬度，每个腱体都能够包含一个更复杂的结构，例如围绕聚(对苯撑-2，6-苯并双恶唑)纤维内核的超高分子量聚乙烯纤维管状编织物。必要时，每个腱体中的表面绞线能够部分熔合，从而为腱体提供平滑的外部表面。在通过鞘体进给腱体之前或之后，能够允许如下的水基润滑剂浸透腱体(例如编织或绞合腱体)，该水基润滑剂包含高达10％并且优选大约5％或更多精炼医用级矿物油，或者包含高达30％并且优选大约5％或更多脂肪酸(例如月桂酸或肉豆蔻酸)。润滑剂也可包含0.05-1％浓度的表面活性剂(例如硅氧烷)，从而帮助产生脂肪酸或矿物油的水溶液。这些润滑剂配方为该腱体-鞘体材料的组合提供了小摩擦力系数，而在外科手术期间发生润滑剂渗漏时对患者无害。
也可使用其他的润滑剂配方，例如具有高达碳基润滑剂在水中的溶解度的更高百分比矿物油或脂肪酸的水溶液。另外，这些润滑剂会随时间而变干，因此改变与水的相对比例，但是即使变干以后，润滑剂仍提供期望的润滑功能。也能够使用纯水或纯矿物油。当用于金属鞘体(例如不锈钢鞘体)中的合成腱体(例如UHMWPE腱体)时，盐溶液，例如按重量为水中有0.9％的氯化钠(NaCl)的常规盐溶液为医用安全液体润滑剂，其能够提供小摩擦力而没有粘滞作用。
鞘体材料和腱体材料的组合对于提供小摩擦力及避免粘滞作用很重要。对于使用UHMWPE腱体和不锈钢鞘体的示例性实施例，特定类型的不锈钢例如17-4PH、Nitronic 60或304钢可提供比其他类型的不锈钢更好的结果(即，小摩擦力)。
在其他实施例中，其他金属或高强度聚合物可替换鞘体材料中的不锈钢。为了优化性能，不同材料构成的鞘体通常需要不同的润滑剂配方。例如，编织UHMWPE构成的腱体能够被用在由聚醚醚酮(PEEK)或聚酰胺-酰亚胺(PAI)构成的鞘体内部，且结合地使用如下所述的水基润滑剂，该水基润滑剂包含1-30％的溶解脂肪酸(例如月桂酸或肉豆蔻酸)。也可在超弹性镍-钛合金(Nitinol
Figure BPA00001392290100111
)鞘体中使用UHMWPE腱体，同时结合使用上述类型的液体润滑剂，以便实现小摩擦力并避免粘滞作用。
如果期望一种在储存或制造期间比上述水基润滑剂更不易于变干的润滑剂，则聚乙二醇或有关的醚-二醇类化合物(polyglycol)例如聚乙二醇(PEG)能够替代润滑剂中的水基。在例示性实施例中，用于包含在不锈钢鞘体中的UHMWPE腱体的润滑剂能够这样制成，即聚乙二醇基包含1-6％的溶解脂肪酸(例如月桂酸或肉豆蔻酸)。
表1：用于带鞘腱体的材料和润滑剂组合
Figure BPA00001392290100121
表1示出鞘体材料、腱体材料和润滑剂配方的几种组合，在正确的应用中已显示其提供很少甚至没有粘滞行为，并且摩擦系数非常小，从而使柔性主体的自动驱动外科器械能够平滑控制。表1所列的每种润滑剂都指出用于润滑剂的基底，并且如果润滑剂中包含任何列举的添加剂，则指出该添加剂。表1展示适当的材料组合的概要，然而腱体材料、鞘体材料和润滑剂的最佳选择可基于外科工具的具体设计参数而变化，并且尤其基于该外科工具的预期用途、成本和寿命周期而变化。
自动控制外科器械的远端通常包含机械链接，其将腱体和鞘体之间的反作用力转化为铰接远端尖端的组件的机械动作。该机械动作的例子包括开启和闭合末端执行器夹钳以及使得包含器械的远端尖端上的腕部机构的接头枢转。连接这些机械链接的腱体通常越过或穿过链接组件，从而在腱体在机械链接上滑动所处的界面上产生摩擦力。除了满足器械远端尖端的其他设计和性能约束，对于材料组合或在这些位置施加的润滑剂的适当选择能够实现低摩擦系数，且同时很少或甚至没有粘滞作用。
表2示出当远端机构受到由于腱体在机械组件的表面上滑动而引起的摩擦时，对于润滑剂和机械组件的一些材料选择。表2所列的每种润滑剂都指出用于该润滑剂的基底，并且如果润滑剂中包含任何列举的添加剂则指出该添加剂。表2展示适当的材料组合的概要，然而腱体材料、机械组件材料和润滑剂的最佳选择可基于外科工具的具体设计参数而变化，并且尤其基于该外科工具预期用途、成本和寿命周期而变化。通常，机械组件需要由金属或适当强度的合成材料制成，该合成材料例如聚酰胺-酰亚胺(PAI)、云母增强聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯并咪唑(PBI)、聚对苯基共聚物(polyparaphenyl copolymer)(PPP)、聚醚醚酮(PEEK)，其可为纯的、玻璃状的或碳填充的。表2仅示出合成腱体的例子，但是可替换地可以使用金属腱体。
表2：用于在机械组件上滑动的腱体的材料和润滑剂组合
Figure BPA00001392290100131
Figure BPA00001392290100141
Figure BPA00001392290100151
图6示出用于在患者610身上实施微创外科手术的系统600。系统600使用柔性主管620，其能够通过自然腔道例如患者610的嘴被插入，并且被沿自然内腔例如患者610的消化道被引导。可替换地，主管620能够沿着引导器(未示出)的路线，该引导器可在主管620被插入引导器之前，沿着患者610体内的期望路线被插入。使用腱体624操作主管620的远端处的被致动尖端622。远端尖端622的致动能够在如下情况下发生，即当主管620的远端到达患者610体内的手术部位时，或在插入过程中例如当在自然内腔壁上做切口，从而有助于自然内腔外工作点的主管620的进入。
能够用于控制远端末端622并且控制进口引导器620的位置和形状的腱体624穿过主管620中的被润滑鞘体(未示出)，并且连接致动器组630，该致动器组630按系统600的操作要求来控制腱体624中的张力。用于来自主管620的传感器信号和视频信号的界面可通过致动器组630、控制系统640或用户界面650提供。也能够向远端尖端622处的传感器或控制电子器件发送电或其他功率和通信信号，或者从该传感器或控制电子器件接收电或其他功率和通信信号。用户界面650优选向操作者例如外科医生提供视觉显示器，例如立体(3-D)显示器，并且该用户界面优选包括操作者移动从而引导远端尖端622的操纵器控制。控制系统640能够将外科医生对用户界面650中操纵器控制的移动转化为控制信号，必要时，该信号引起致动器组630向缆索624施加张力，从而引起末端尖端622或主管620的期望的移动。一些适当的用户界面和控制系统在名称为“Endoscopic Surgical Instrument andMethod for Use”的美国专利号No.5,808,665中进一步被描述，其全部内容包括在此以供参考。
虽然已参考具体实施例描述了本发明，不过本说明仅为本发明的应用的一个例子，不应被视为限制。所公开的实施例的部件的各种改型和组合落入权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (35)

1.一种外科系统，包含：
一束鞘体；
多个腱体，所述腱体分别延伸通过所述鞘体；
液体润滑剂，所述润滑剂在所述鞘体和分别延伸通过所述鞘体的所述腱体之间；
密封系统，所述密封系统限制所述液体润滑剂；以及
远端尖端，所述远端尖端在所述一束鞘体的一端并且被连接到所述腱体，以便所述腱体的移动致动所述远端尖端。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包含主管，所述鞘体延伸通过所述主管。
3.根据权利要求2所述的系统，其中每个所述鞘体都是多孔的，从而允许所述液体润滑剂在所述鞘体的内部和外部之间流动。
4.根据权利要求2所述的系统，其中每个所述鞘体都包括其中切有切口的管子。
5.根据权利要求2所述的系统，其中每个所述鞘体都包括一种管子，其中多个孔穿过所述管子的管壁。
6.根据权利要求2所述的系统，其中每个所述鞘体都包括由编织绞线制成的管子。
7.根据权利要求2所述的系统，其中每个所述鞘体都包括由螺旋缠绕绞线制成的管子。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述主管由所述液体润滑剂填充，并且所述密封系统将所述液体润滑剂限制在所述主管中。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述鞘体是无孔的从而不渗透所述液体润滑剂。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述密封系统进一步包含多个第一密封件，所述腱体分别穿过所述第一密封件，其中所述第一密封件禁止所述液体润滑剂从围绕所述腱体而渗漏。
11.根据权利要求10所述的系统，其中每个所述密封件都包括O形环。
12.根据权利要求10所述的系统，其中每个所述密封件都包括波纹管式密封件。
13.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述腱体都包括合成纤维。
14.根据权利要求13所述的系统，其中每个所述腱体都包括超高分子量聚乙烯编织绞线。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述超高分子量聚乙烯编织绞线被部分熔合，从而提供光滑的外部表面。
16.根据权利要求13所述的系统，其中每个所述腱体都包含围绕聚(对苯撑-2，6-苯并双恶唑)纤维内核的超高分子量聚乙烯管状编织物。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述鞘体包含不锈钢。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述鞘体包含被嵌入合成基质中的螺旋缠绕不锈钢的复合构造。
19.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述鞘体由金属制成；和
所述鞘体由合成材料制成。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述金属是不锈钢。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述合成材料从以下材料组成的组中选择，即超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、液晶聚合物(LCP)、聚芳基酰胺聚合物和聚(对苯撑-2，6-苯并双恶唑)(PBO)。
22.根据权利要求1所述的系统，其中所述润滑剂包含水溶液，所述水溶液包含从由矿物油、脂肪酸和表面活性剂组成的组中选择的添加剂。
23.根据权利要求1所述的系统，其中所述液体润滑剂包含聚乙二醇。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述液体润滑剂包含从由脂肪酸和表面活性剂组成的组中选择的添加剂。
25.根据权利要求1所述的系统，其中所述远端尖端包含：
腕部机构，所述腕部机构包含一个或更多个接头，每个所述接头都提供通过一个或更多个所述腱体的运动而致动的至少一个运动自由度；以及
末端执行器，所述末端执行器被安装在所述腕部机构上并且由一个或更多个所述腱体致动。
26.一种润滑外科器械中腱体的方法，包含：
将液体润滑剂引入所述腱体穿过的鞘体中；以及
密封所述外科器械，从而包含所述液体润滑剂。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述液体润滑剂为水溶液，所述水溶液包含一种从由矿物油、脂肪酸和表面活性剂组成的组中选择的添加剂。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述液体润滑剂包含聚乙二醇。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述腱体和所述鞘体由金属制成。
30.根据权利要求26所述的方法，其中所述腱体包含合成缆索，并且所述鞘体由金属制成。
31.根据权利要求26所述的方法，其中所述腱体包含合成缆索，并且所述鞘体由聚合物制成。
32.根据权利要求26所述的方法，其中所述腱体包含合成缆索，并且所述鞘体由被嵌入聚合物基质的螺旋缠绕金属线的复合物制成。
33.根据权利要求26所述的方法，其中所述腱体包含合成缆索，并且所述鞘体由被嵌入聚合物基质的螺旋缠绕合成缆索的复合物制成。
34.根据权利要求26所述的方法，其中密封所述外科器械包含将所述腱体的远端穿过O形环，所述O形环紧贴所述腱体的表面密封。
35.根据权利要求26所述的方法，其中密封所述外科器械包含将波纹管式密封件的第一端附连到所述外科器械的表面，并且将所述波纹管式密封件的第二端附连到所述腱体。
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