具有定位在远侧的换能器的超声外科器械的制作方法
【专利说明】具有定位在远侧的换能器的超声外科器械
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请涉及下列同时提交的美国专利申请，这些美国专利申请全文以引用方式并 入本文：
[0003] 美国专利申请序列号_，名称为"HapticFeedbackDevices forSurgicalRobot"，代理人案卷号END7042USNP/110388;
[0004] 美国专利申请序列号__，名称为"LockoutMechanismforUse withRoboticElectrosurgicalDevice"，代理人案卷号END7043USNP/110389;
[0005] 美国专利申请序列号_，名称为"ClosedFeedbackControl forElectrosurgicalDevice"，代理人案卷号END7044USNP/110390;
[0006] 美国专利申请序列号__，名称为"SurgicalInstrumentswith ArticulatingShafts"，代理人案卷号END6423USNP/110392;
[0007] 美国专利申请序列号__，名称为"SurgicalInstrumentswith ArticulatingShafts"，代理人案卷号END7047USNP/110394;
[0008] 美国专利申请序列号_，名称为"UltrasonicSurgical InstrumentswithDistallyPositionedJawAssemblies''，代理人案卷号END7048USNP/110395 ；
[0009] 美国专利申请序列号__，名称为"SurgicalInstrumentswith ArticulatingShafts"，代理人案卷号END7049USNP/110396;
[0010] 美国专利申请序列号_，名称为"UltrasonicSurgical InstrumentswithControlMechanisms"，代理人案卷号END7050USNP/110397;以及
[0011] 美国专利申请序列号__，名称为"SurgicalInstrumentsWith FluidManagementSystem"，代理人案卷号END7051USNP/110399。
【背景技术】
[0012] 各种实施例涉及外科器械，该外科器械包括具有定位在远侧的换能器的超声器 械。
[0013] 超声外科装置诸如超声刀，因其独特的性能特征而用于外科手术的多种应用中。 根据具体的装置构形和操作参数，超声外科装置能够通过凝结作用提供基本上同时的组织 横切和止血，从而有利地减轻患者创伤。超声外科装置包括定位在近侧的超声换能器以及 联接到超声换能器的器械，该器械具有安装在远侧的端部执行器，该端部执行器包括超声 刀片以切割和密封组织。端部执行器通常经由轴联接到柄部和/或机器人外科工具。刀片 经由延伸穿过轴的波导而在声学上联接到换能器。具有该性质的超声外科装置能被配置用 于开放性外科用途、腹腔镜式外科手术或内窥镜式外科手术，包括机器人辅助的手术。
[0014] 超声能量使用比用在电外科手术中的温度低的温度来切割和凝结组织。通过高频 (例如每秒55, 500次）振动，超声刀片使组织中的蛋白质变性以形成粘性凝结物。刀片表 面施加在组织上的压力使血管塌缩并使该凝结物能够形成止血密封。外科医生能够通过由 端部执行器施加至组织的力、施加该力的时间以及端部执行器的选定偏移水平来控制切割 速度和凝结。
[0015] 关于超声装置和电外科装置二者，临床医生通常期望的是器械轴的远侧部分进行 关节运动，以便引导超声和/或射频能量的施用。然而，引起和控制这种关节运动通常具有 相当大的挑战性。
【附图说明】
[0016] 各种实施例的特征结构在所附权利要求书中进行了详细描述。然而，参考结合如 下附图的下列描述可最好地理解各种实施例（有关操作的组织和方法两者）及其优点：
[0017] 图1示出包括外科器械和超声发生器的外科系统的一个实施例。
[0018] 图2示出图1所示的外科器械的一个实施例。
[0019] 图3示出超声端部执行器的一个实施例。
[0020] 图4示出超声端部执行器的另一个实施例。
[0021] 图5示出图1所示的外科器械的一个实施例的分解图。
[0022] 图6示出图1所示的外科器械的一个实施例的剖视图。
[0023] 图7示出图1所示的外科器械的一个实施例的各种内部部件。
[0024] 图8示出包括外科器械和超声发生器的外科系统的一个实施例的顶视图。
[0025] 图9示出图1的外科器械的一个示例性实施例中包括的旋转组件的一个实施例。
[0026] 图10示出包括具有单元件端部执行器的外科器械的外科系统的一个实施例。
[0027] 图11示出机器人外科系统的一个实施例的框图。
[0028] 图12示出机械臂车的一个实施例。
[0029] 图13示出图12的机械臂车的机器人操纵器的一个实施例。
[0030] 图14示出具有另选的装置接头结构的机械臂车的一个实施例。
[0031] 图15示出可与机械臂车诸如图11至图14的机械臂车结合使用的控制器的一个 实施例。
[0032] 图16示出适于与机器人系统一起使用的超声外科器械的一个实施例。
[0033] 图25示出适于与机器人系统一起使用的电外科器械的一个实施例。
[0034] 图17示出器械驱动组件的一个实施例，该器械驱动组件可联接到外科操纵器以 接收和控制图16所示的外科器械。
[0035] 图18示出包括图16的外科器械的图26的器械驱动组件实施例的另一个视图。
[0036] 图28示出包括图25的电外科器械的图26的器械驱动组件实施例的另一个视图。
[0037] 图19-图21示出图26的器械驱动组件实施例的接合器部分的附加视图。
[0038] 图22-图24示出图16的器械安装部分的一个实施例，显示了用于将从动元件的 运动转化成外科器械的运动的部件。
[0039] 图25-图27示出图16的器械安装部分的另选实施例，显示了用于将从动元件的 旋转转化成围绕轴的轴线的旋转运动的另选示例性机构，以及用于生成一个或多个构件沿 轴的轴线的往复式平移的另选示例性机构。
[0040] 图28-图32示出图16的器械安装部分的另选实施例，显示了用于将从动元件的 旋转转化成围绕轴的轴线的旋转运动的另一个另选示例性机构。
[0041] 图33-图36A示出器械安装部分的另选实施例，显示了用于使构件沿轴的轴线发 生微分平移（例如，用于进行关节运动）的另选示例性机构。
[0042] 图36B-图36C示出包括内部功率和能量源的工具安装部分的一个实施例。
[0043] 图37示出包括定位在远侧的超声换能器组件的可进行关节运动的外科器械的一 个实施例。
[0044] 图38示出结合机器人外科系统的器械安装部分使用的图37的轴和端部执行器的 一个实施例。
[0045] 图39示出图37-图38的轴和端部执行器的一个实施例的剖视图。
[0046] 图40-图40A示出结合手动器械（诸如图37-图38的器械）的用于驱动图39的 控制构件的微分平移的一个实施例。
[0047] 图41示出图37-图38的超声换能器组件的一个实施例的剖视图。
[0048] 图42示出被布置为四条连杆的一部分的图37-图38的超声换能器组件和夹持臂 的一个实施例。
[0049] 图43示出联接到远侧轴部分且处于打开位置的如图42所示布置的超声换能器组 件和夹持臂的一个实施例的侧视图。
[0050] 图44示出联接到远侧轴部分且处于闭合位置的如图42所示布置的图37-图38 的超声换能器组件和夹持臂的一个实施例的侧视图。
[0051] 图45-图46示出包括轴的近侧部分的如图42所示布置的图37-图38的超声换 能器组件和夹持臂的一个实施例的侧视图。
[0052] 图47-图48示出具有以另选方式成形的超声刀片和夹持臂的端部执行器的一个 实施例。
[0053] 图49示出包括柔性超声换能器组件的另一个端部执行器的一个实施例。
[0054] 图50示出具有从关节运动接头朝近侧延伸的换能器组件的手动外科器械的一个 实施例。
[0055] 图51示出如图50所示布置的换能器组件、远侧轴部分、关节运动接头和端部执行 器的近距离视图。
[0056] 图52示出关节运动接头的一个实施例，其中远侧轴部分和近侧轴部分被移除以 显示用于使轴进行关节运动和致动左转构件（hawmember)的一个示例性实施例。
[0057]图53示出手动外科器械的一个实施例，其包括具有可进行关节运动、可旋转的端 部执行器的轴。
[0058] 图54示出联接到控制构件的图53的器械的关节运动杠杆的一个实施例。
[0059] 图55示出器械的一个实施例，其中显示了端部执行器旋转转盘和中心轴构件之 间的键连接。
[0060] 图56示出图53的轴的一个实施例，着重于关节运动接头。
[0061] 图57示出由铰链式机械部件制成的中心轴构件的一个实施例。
[0062] 图58示出包括远侧轴部分和近侧轴部分的图53的轴的一个实施例。
[0063] 图59示出图53的轴和端部执行器的一个实施例，其中示出了内部轴构件和夹持 臂之间的联接。
[0064] 图60-图61示出外科器械的控制机构，其中端部执行器1312的关节运动和旋转 以机动方式进行。
[0065] 图62-图63不出可以与本文所述的各种外科器械中的任何一种一起使用的轴的 一个实施例。
[0066] 图64示出可利用缆线和滑轮机构来进行关节运动的轴的一个实施例。
[0067] 图65示出图64的轴的一个实施例，其中显示了远侧轴部分可如何进行关节运动 的附加细节。
[0068] 图66示出可以与本文所述的各种器械和/或轴中的任何一种一起使用的端部执 行器的一个实施例。
[0069] 图67示出联接到另选的滑轮驱动的端部执行器的图64的轴的一个实施例。
[0070] 图68示出端部执行器的一个实施例。
【具体实施方式】
[0071] 本文所述的示例性实施例涉及使超声外科器械和其轴进行关节运动，以及使用超 声外科器械和其轴的方法。在各种示例性实施例中，超声器械包括定位在远侧的具有超声 刀片的端部执行器。超声刀片可被定位在远侧的超声换能器组件驱动。器械的轴可包括在 关节运动接头处以能够枢转的方式联接到彼此的近侧轴构件和远侧轴构件。端部执行器可 联接到远侧轴构件的远侧部分，使得端部执行器（和远侧轴构件的至少一部分）可围绕轴 的纵向轴线进行关节运动。为了有利于关节运动，定位在远侧的超声换能器组件可以部分 或完全地远离关节运动接头定位。通过这种方式，超声刀片可以在声学上联接到超声换能 器组件，使得超声刀片自身和任何中间波导均不跨越关节运动接头。
[0072] 现在将详细参照若干实施例，包括显示具有端部执行器的手动外科器械和机器人 外科器械的示例性具体实施的实施例，该端部执行器包括超声外科元件和/或电外科元 件。只要可行，相似或相同的参考编号可用于多个附图并可指示相似或相同的功能。附图 仅出于举例说明的目的描绘了所公开外科器械和/或使用方法的示例性实施例。本领域的 技术人员将通过以下描述容易地认识到：可在不脱离本文所述原理的情况下采用本文所示 的结构和方法的另选的示例性实施例。
[0073] 图1为超声外科器械10的一个实施例的右侧视图。在该例示的实施例中，超声外 科器械10可用于各种外科手术，包括内窥镜式外科手术或传统的开放式外科手术。在一个 示例性实施例中，超声外科器械10包括柄部组件12、伸长轴组件14和超声换能器16。柄 部组件12包括触发器组件24、远侧旋转组件13和开关组件28。伸长轴组件14包括端部 执行器组件26,该端部执行器组件包括用于解剖组织或相互抓紧、切割并凝结血管和/或 组织的元件，以及用于致动端部执行器组件26的致动元件。柄部组件12适于在近侧端部 接收超声换能器16。超声换能器16机械地接合到伸长轴组件14和端部执行器组件26的 多个部分。超声换能器16经由缆线22电联接到发生器20。虽然大部分附图描绘了结合 腹腔镜式外科手术使用的多端部执行器组件26,但是超声外科器械10可用于更传统的开 放式外科手术和其他实施例中，并且可被配置用于内窥镜式手术中。出于本文的目的，从内 窥镜式器械的角度来描述超声外科器械10 ;然而，可以设想，超声外科器械10的开放式和/ 或腹腔镜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结构。
[0074] 在各种实施例中，发生器20包括若干功能性元件，诸如模块和/或块。不同的功 能性元件或模块可被配置用于驱动不同种类的外科装置。例如，超声发生器模块21可以驱 动超声装置，诸如超声外科器械10。在一些示例性实施例中，发生器20还包括用于驱动电 外科装置（或超声外科器械10的电外科实施例）的电外科手术/射频发生器模块23。在 图1所示的示例性实施例中，发生器20包括与发生器20成一整体的控制系统25,以及经由 缆线27连接至发生器的脚踏开关29。发生器20还可以包括用于激活外科器械（诸如器械 10)的触发机构。触发机构可以包括电源开关（未示出）以及脚踏开关29。当由脚踏开关 29激活时，发生器20可提供能量以驱动外科器械10的声学组件并以预定的偏移水平来驱 动端部执行器18。发生器20以声学组件的任何合适的共振频率来驱动或激发声学组件，以 及/或者衍生治疗/亚治疗电磁/射频能量。
[0075] 在一个实施例中，电外科/射频发生器模块23可作为电外科手术单元（ESU)来实 施，该电外科手术单元能够提供足以利用射频（RF)能量来执行双极性电外科手术的功率。 在一个实施例中，ESU可以是由ERBEUSA，Inc. (Marietta，Ga.)销售的双极ERBEICC350。 如此前所论述，在双极性电外科手术应用中，可以使用具有有源电极和返回电极的外科器 械，其中有源电极和返回电极可抵靠或邻近待处理的组织定位，使得电流可从有源电极通 过组织流至返回电极。因此，电外科/射频发生器模块23可被配置为通过将足以处理组织 T(例如，烧灼）的电能施加到组织而用于治疗目的。
[0076] 在一个实施例中，电外科/射频发生器模块23能够递送亚治疗射频信号，以实施 组织阻抗测量模块。在一个实施例中，电外科/射频发生器模块23包括如下文所详述的双 极性射频发生器。在一个实施例中，电外科/射频发生器模块12能够监控组织T的电阻抗 Z，并通过在端部执行器组件26的夹持构件上提供的返回电极来控制基于组织T的时间和 功率电平特性。因此，电外科/射频发生器模块23可出于亚治疗目的被配置用于测量组织 T的阻抗或其他电特性。用于测量组织T的阻抗或其他电特性的技术和电路构形在共同转 让的名称为"ElectrosurgicalGeneratorforUltrasonicSurgicalInstrument" 的美 国专利公布No. 2011/0015631中有更详细的讨论，该美国专利公布的公开内容全文以引用 方式并入本文。
[0077] 合适的超声发生器模块21能够在功能上以与EthiconEndo-Surgery,Inc. (Cineinnati，Ohi〇)销售的GEN300相似的方式运作，如在以下美国专利中的一者或多 者中所公开，所有这些专利均以引用方式并入本文：美国专利6, 480, 796("Methodfor ImprovingtheStartUpofanUltrasonicSystemUnderZeroLoadConditions"）； 美国专利 6,537,291("MethodforDetectingBladeBreakageUsingRateand/or ImpedanceInformation"）；美国专利 6, 662, 127 ("MethodforDetectingPresenceof aBladeinanUltrasonicSystem"）；美国专利 6,977, 495("DetectionCircuitry forSurgicalHandpieceSystem"）；美国专利 7, 077, 853("MethodforCalculating TransducerCapacitancetoDetermineTransducerTemperature"）；美 国专利 7, 179,271 ("MethodforDrivinganUltrasonicSystemtoImproveAcquisitionof BladeResonanceFrequencyatStartup"）；以及美国专利 7,273, 483("Apparatusand MethodforAlertingGeneratorFunctioninanUltrasonicSurgicalSystem''）。
[0078] 应当理解，在各种实施例中，发生器20能够以若干模式运作。在一种模式中，发生 器20可被配置成使得超声发生器模块21和电外科/射频发生器模块23可被独立地操作。
[0079] 例如，可将超声发生器模块21激活以向端部执行器组件26施加超声能量，随后， 可通过电外科/射频发生器模块23向端部执行器组件26施加治疗或亚治疗射频能量。如 此前所论述，可向夹持在端部执行器组件26的受权利要求保护的元件之间的组织施加亚 治疗电外科/射频能量以测量用于控制超声发生器模块21的激活或改变其激活的组织阻 抗。由施加亚治疗能量获得的组织阻抗反馈还可用于激活电外科/射频发生器模块23的 治疗电平，从而将夹持在端部执行器组件26的受权利要求保护的元件之间的组织（例如， 血管）密封。
[0080] 在另一个实施例中，超声发生器模块21和电外科/射频发生器模块23可被同时 激活。在一个例子中，超声发生器模块21与用于测量组织阻抗的亚治疗射频能级被同时激 活，与此同时，端部执行器组件26的超声刀片切割并凝结夹持在端部执行器组件26的夹持 元件之间的组织（或血管）。这种反馈可用于，例如改变超声发生器模块21的驱动输出。 在另一个例子中，超声发生器模块21可与电外科/射频发生器模块23被同时驱动，使得在 将端部执行器组件26的超声刀片部分用于切割受损组织的同时，电外科/射频能量被施加 到端部执行器夹持组件26的电极部分以便将组织（或血管）密封。
[0081] 当发生器20经由触发机构激活时，电能连续地由发生器20施加到声学组件的换 能器叠堆件或组件上。在另一个实施例中，电能由发生器20以间歇方式施加（例如，为脉 冲的）。发生器20的控制系统中的锁相环路可监控来自声学组件的反馈。该锁相环路调 整由发生器20发送的电能频率，以匹配声波组件的所选择的纵向模式振动的共振频率。此 夕卜，控制系统25中的第二反馈回路将提供给声学组件的电流维持在预选的恒定水平，以便 在声学组件的端部执行器18处实现基本上恒定的偏移。在另一个实施例中，控制系统25 中的第三反馈回路监控位于端部执行器组件26中的电极之间的阻抗。虽然图1-图9显示 了手动操作的超声外科器械，但是应当理解，超声外科器械还可以用于，例如如本文所述的 机器人应用中以及手动应用和机器人应用的组合中。
[0082] 在超声操作模式下，提供给声学组件的电信号可使端部执行器18的远侧端部在 例如大约20kHz至250kHz的范围内纵向振动。根据各种实施例，刀片22可在约54kHz至 56kHz的范围内振动，例如以约55. 5kHz振动。在其他实施例中，刀片22可以其他频率振 动，包括例如约31kHz或约80kHz。例如可通过控制由发生器20施加到声学组件的换能器 组件的电信号的振幅来控制刀片的振动偏移。如上所述，发生器20的触发机构允许使用者 激活发生器20,以便可将电能连续地或间歇地提供给声学组件。发生器20还具有电源线以 便插入电外科单元或常规电插座。据设想，还可以通过直流OC)源诸如电池对发生器20供 电。发生器20可包括任何合适的发生器，诸如可得自EthiconEndo-Surgery,Inc的GEN04 型和/或GENII型发生器。
[0083] 图2是超声外科器械10的一个示例性实施例的左侧透视图，显示了柄部组件12、 远侧旋转组件13、伸长轴组件14和端部执行器组件26。在该例示的实施例中，伸长轴组件 14包括尺