[发明专利]用于远程操纵器械和工具的能传递转矩的铰接机构和链节系统

说明书

相关申请

本申请要求享有于2005年5月4日提交的美国申请No.11/122,598的优先权，该美国申请是于2004年11月23日提交的美国申请No.10/997,372的延续部分，这些申请的内容引用在本公开中作为参考。

技术领域

本发明涉及链节(link)系统及其应用，该应用包括器械和工具的远程引导和操纵。

背景技术

在许多行业和应用场合尤其是希望引导器械或工具进入不易于用手进行手动引导或者否则就会带来危险的空间的情况下，容易地远程转向、引导和/或操纵器械和工具的能力是大家所关心的。这些可包括其中应用工具或器械的目标位置难以接近的情况例如特定的外科手术、机械的制造或维修、甚至其中手动地访问目标位置受限的商业和家庭使用。其它情况可包括例如其中工作环境对于使用者是危险的例如暴露在危险化学物质下的工作空间的工业应用。其它情况还可包括其中使用者处于危险之中例如将工具或器械部署在危险或敌方位置的法律实施或军事应用。

使用外科手术作为说明性示例，例如内窥镜和腹腔镜检查的手术通常从身体外部的位置使用在目标器官或组织内或朝该目标器官或组织转向的器械。内窥镜检查手术的示例包括乙状结肠镜检查、结肠镜检查、食管胃十二指肠镜检查和支气管镜检查。内窥镜的插入管通常通过推动而前进并通过向后拉而缩回。管的尖端可通过扭转和大致向上/向下以及向左/向右的运动而被引导。此有限的运动范围常常会使得难以转过锐角(例如在直肠乙状部结肠内)，从而导致患者不舒适并且增加损伤周围组织的危险。腹腔镜检查包括根据解剖标志放置套管针孔口。孔口的数量通常随预期的手术、获得令人满意的组织活动所要求的器械数量、以及操作区域的暴露而变化。尽管腹腔镜外科存在许多优点，例如较少的术后疼痛、较早的活动、以及减小粘连形成，但是常常难以通过腹腔镜孔口实现器官的最优缩回以及传统器械的可操纵性。在一些情况中，这些缺陷会导致外科时间增加以及部件例如人造纤维和缝合线的不精确放置。可转向的导液管对于诊断和治疗应用也是公知的。类似于内窥镜，这种导液管包括可在基本有限的运动范围内被引导以通过患者的脉管系统的尖端。

已做出许多努力来设计可控性提高的内窥镜以及导液管。例如，Sato的US3557780、Ailinger等的US 5271381、Alotta等的US 5916146、以及Sakai的US 6270453说明了具有可通过致动一组线而被弯曲的一个或多个柔性部分的内窥镜器械。这些线被通过转动小齿轮(Sato)、操纵旋钮(Ailinger等)、可转向的臂(Alotta等)或者通过滑轮机构(Sato)从器械的近端致动。Boury等人的US 5916147公开了一种具有四条线的可转向导液管，该四条线在该导液管的壁内行进。每条线在导液管的不同部分终止。线的近端从套管针松弛地延伸出，从而医生可拉动它们。医生能够通过选择性地拉紧线来使导液管成形和使该导液管转向。

尽管上述各个设备都可远程转向，但是它们的运动范围通常有限。此外，难以通过围绕在这种设备中的各个链节的中心轴线转动该设备同时仍允许部件彼此相对地枢转来在链节之间传递转矩。因此，这种设备如果能够围绕各个链节的中心轴线传送转矩同时保持部件能够彼此相对地枢转将是有利的。此外，这种设备的部件彼此如果能够相对地枢转而不是彼此相对地横向运动(即形成平行四边形)将是有利的。此外，这种设备如果具有能够防止设备运动的锁定机构将是有利的。这种设备将会在多种行业的引导、转向和/或操纵器械和工具中具有广泛应用。这种设备本身可具有娱乐、消遣和教育价值。

发明内容

本发明提供了一种可用于多种用途的远程操纵的铰接机构、链节系统及其部件，所述用途包括但不局限于器械例如外科或诊断器械或工具的操纵。这些外科或诊断器械或工具包括但不局限于内窥镜、光源、导液管、多普勒流量计、麦克风、探针、牵引器、心脏起搏器导线放置设备、解剖器、缝合器、夹具、抓持器、剪刀或切割器、切除或烧灼元件等。非外科应用中的其它器械或工具包括但不局限于抓持器、驱动器、动力工具、焊接器、磁铁、光学透镜和观察器、光源、电气工具、音频/视频工具、激光器、监控器等。根据应用，可想到本发明的铰接机构、链节系统和其它部件可容易地缩放，以适应多种器械和工具的安装或配合。链节系统和铰接机构可用于将这些器械或工具转向到希望的目标位置，并还用于致动或有助于这种器械和工具的致动。