專利名稱：用于圓形縫合器的基于電活化聚合物的關節運動機構的制作方法
技術領域：
本發明廣義上涉及外科裝置，尤其涉及使如圓形縫合器一類的外 科工具上的端部執行器進行關節運動和/或致動端部執行器的方法和裝置o背景技術內窺鏡外科器械通常比傳統的開放式外科裝置更受到偏愛，這是 因為較小的切口易于減少術后恢復時間和并發癥。因此，在適合于將 遠端執行器通過套管針的插管精確地設置在所需手術部位的內窺鏡 外科器械領域中已經有了顯著發展。這些遠端執行器以多種方式接合 組織以達到診斷或治療效果(例如，內切割器、抓鉗、切割器、縫合 器、夾具施放器、接觸裝置、藥物/基因治療輸送裝置和使用超聲波、 RF、激光等的能量裝置)。吻合術是對分離的組織部分迸行外科手術接合。典型地，吻合過 程是在外科手術之后進行，在該外科手術中，去除中空組織的有病變 或有缺陷的部分，并將其余的端部部分接合在一起，當然，也可吻合
直腸或其它組織。基于所需要的吻合操作，端部部分可通過圓形、對 端或對邊器官重建方法進行接合。在圓形吻合操作中，通過縫合器械將組織片斷的兩端接合在一 起，該縫合器械驅動釘的圓形陣列穿過每個組織片斷并同時將被驅動 的釘的圓形陣列內部的任何組織挖除以形成管狀通道。己知的圓形縫 合器典型地包括位于釘保持部件附近的砧座頭。待縫合的組織的相對 端部分被夾鉗在砧座頭和釘保持部件之間，并且通過從釘保持部件驅 動一個或多個釘來縫合被夾鉗的組織，從而使釘的端部穿過組織并受 砧座頭作用產生變形。可同時或隨后推進環形刀具挖出中心組織以形 成管狀通道。目前的圓形縫合裝置的一個缺點是，需要較大的力來實現擊發， 而且該力在擊發沖程的整個過程中發生改變。目前大多數圓形縫合裝 置利用一個手握觸發器。在擊發早期階段期間，當釘被推出釘倉并刺 入組織時，負荷較低。 一旦釘進入砧座凹槽，當釘腿彎曲時，阻力和 負載就會很快升高。而后，阻力和負載降低并在形成縫合時再次升高。 相反，操作者在擊發沖程早期和中期階段具有最大的力量，而該力量 在閉合的最后階段最小。實現擊發所需要的較大力以及該力的變化經 常會超過外科醫生的手的力量，并可潛在地導致當需要未料想到的較 大力時會出現束縛或其它故障。實現擊發所需要的較大力還會與軸的撓性或適應性相沖突。目 前，釘保持部件可樞轉地與軸相聯，或者軸可以是撓性的以允許軸穿 過彎曲的路徑。力從手柄到釘保持部件的傳遞必然妨礙軸的樞轉或彎 曲取向，潛在地導致其變直。因此，需要用于使圓形縫合器致動和/或進行關節運動的方法和 裝置，尤其是需要以較低的力來實現圓形縫合器的致動和/或關節運 動的方法和裝置。發明內容本發明提供縫合組織的各種裝置和方法。在一個實施例中，提供
一種圓形縫合器，該圓形縫合器包括具有縫合裝置的細長軸，該縫合 裝置聯接至細長軸的遠端并適于以大致彎曲的圖式將釘送入組織。雖 然縫合裝置可具有各種結構，在一個實施例中，縫合裝置包括釘施放 組件和砧座，所述砧座聯接至該釘施放組件并可在張開的組織接收位 置和閉合的釘施放位置之間運動。在一個示范性實施例中，該裝置還 包括一個或多個用于實現縫合裝置的關節運動和/或致動的致動器。 該裝置還可包括在細長軸的近端上形成的手柄，且該手柄具有用于有 選擇地向致動器輸送能量的控制機構。在一個實施例中，可采用電活化聚合物致動器實現該裝置的致 動，該電活化聚合物致動器聯接至釘施放組件并適于驅動一個或多個 釘進入位于釘施放組件和砧座之間的組織。例如，釘施放組件可包括 驅動器，該驅動器適于向遠側運動，以向著砧座驅動釘穿過釘施放組 件。電活化聚合物致動器可聯接至驅動器和釘施放組件，且其可適于 當向電活化聚合物輸送能量對向遠側運動驅動器。雖然電活化聚合物 致動器可具有各種結構，在一個示范性實施例中，電活化聚合物致動 器可以是一個或多個電活化聚合物索的形式，其適于當向其輸送能量 時沿軸向收縮，以在釘施放組件內向遠側拉動所述驅動器。在另一個實施例中，縫合裝置可包括電活化聚合物致動器，該電 活化聚合物致動器聯接至砧座且適于當向其輸送能量時使砧座從張 開的組織接收位置向閉合的釘施放位置運動。在一個示范性實施例 中，電活化聚合物致動器是電活化聚合物索的形式，當向其輸送能量 時，其軸向收縮以將砧座拉向釘施放組件。本發明還提供縫合組織的方法。在一個實施例中，該方法可包括 將圓形縫合器插入體腔內，將要縫合的組織設置在砧座和位于圓形縫 合器遠端上的釘施放組件之間，向聯接至釘施放組件的電活化聚合物 致動器輸送能量以驅動多個釘穿過釘施放組件并抵住砧座，從而用定 位成大致彎曲圖式的釘縫合位于其間的組織。在一個實施例中，向電 活化聚合物致動器輸送能量能夠有效地運動設置在釘施放組件內的 驅動器以驅動釘穿過其中并抵住砧座。在一個示范性實施例中，當向
其輸送能量時，電活化聚合物致動器可軸向收縮以運動驅動器穿過釘 施放組件。在另一個實施例中，電活化聚合物致動器可聯接至砧座且 向電活化聚合物致動器輸送的能量可將砧座拉向釘施放組件。在另一個實施例中，可采用電活化聚合物致動器實現圓形縫合裝 置的端部執行器的關節運動。例如，該裝置可包括細長軸和端部執行 器，該端部執行器通過關節運動接頭可動地聯接到細長軸的遠端。端 部執行器可適于以大致彎曲的圖式將釘送入組織。該裝置還可包括電 活化聚合物致動器，其聯接至關節運動接頭并適于當向電活化聚合物 致動器輸送能量時，使端部執行器繞關節運動接頭相對于細長軸運 動。雖然可采用各種技術來運動關節運動接頭，從而使用端部執行 器，在一個實施例中，細長軸可包括延伸穿過其中并具有聯接至關節 運動接頭的遠端的滑棒。電活化聚合物致動器可設置成沿側向運動該 滑棒以實現端部致動器的運動。例如，電活化聚合物致動器可包括設 置在滑棒相對側上的第一和第二電活化聚合物致動器。滑棒可包括在 其遠端上形成的并適于與在關節運動接頭上形成的相應齒輪嚙合的 齒輪。在另一個實施例中，關節運動接頭可以是樞軸接頭的形式，且 電活化聚合物致動器可包括在端部執行器的第一側和細長軸的第一 側之間延伸的第一電活化聚合物致動器，和在端部執行器的第二相對 側和細長軸的第二相對側之間延伸的第二電活化聚合物致動器。在又 一個實施例中，關節運動接頭可以是在細長軸和端部執行器之間形成 的撓性部分的形式。電活化聚合物致動器可包括在不同位置處聯接至 該撓性部分的多個電活化聚合物致動器，多個電活化聚合物致動器的 每一個設置成當向其輸送能量時改變取向，以使撓性部分撓曲。本發明還提供一種固定組織的方法，在一個實施例中該方法包括: 將圓形縫合裝置的細長軸插入體腔內，以將可動地聯接至細長軸遠端 的端部執行器定位在手術部位附近；向電活化聚合物致動器輸送能 量，使端部執行器相對于細長軸成角度地定位；以及同時推動多個釘 穿過端部執行器以縫合設置在端部執行器附近的組織。向電活化聚合 物致動器輸送能量可導致電活化聚合物致動器沿徑向擴張，以沿側向 運動滑棒，從而實現端部執行器的樞轉運動，所述滑棒延伸穿過細長 軸并聯接至在細長軸和端部執行器之間形成的關節運動接頭。可選擇 地，向電活化聚合物致動器輸送能量可導致電活化聚合物致動器沿軸 向收縮，以沿側向運動滑棒，從而實現端部執行器的樞轉運動，所述 滑棒延伸穿過細長軸并聯接至在細長軸和端部執行器之間形成的關 節運動接頭。在其它實施例中，可向第一電活化聚合物致動器輸送能 量以沿第一方向運動端部執行器，并可向第二電活化聚合物致動器輸 送能量以沿相反的第二方向運動端部執行器。向每個電活化聚合物致 動器輸送的能量量值可對應于端部執行器的運動程度。在又一個實施 例中，向電活化聚合物致動器輸送能量可通過使細長軸和端部執行器 之間的撓性部分撓曲來使端部執行器相對于細長軸以一定角度定位。 在其它實施例中，在同時推進多個釘之前，組織可接合在端部執行器 的釘施放組件和砧座之間。例如，可向電活化聚合物致動器輸送能量 以使砧座向釘施放組件運動。在又一個實施例中，同時推進多個釘可 包括向聯接至推進釘的電活化聚合物致動器輸送能量以同時推進多 個釘穿過端部執行器，從而縫合設置在端部執行器附近的組織。 更具體地說，本發明涉及如下內容-(1) 一種圓形縫合裝置，包括 具有近端和遠端的細長軸；釘施放組件，其聯接至細長軸的遠端且適于以大致彎曲的圖式將 釘輸送進組織；砧座，其聯接至釘施放組件并可在張開的組織接收位置和閉合的 釘施放位置之間運動；和電活化聚合物致動器，其聯接至釘施放組件并適于從釘施放組件 驅動一個或多個釘進入位于釘施放組件和砧座之間的組織。(2) 如第(1)項所述的裝置，還包括驅動器，該驅動器位于釘施放組件內并適于向遠側運動以向著砧座驅動釘穿過釘施放組件，電 活化聚合物致動器聯接至驅動器并適于當向該電活化聚合物致動器
輸送能量時使驅動器向遠側運動。(3) 如第(2)項所述的裝置，其中，所述驅動器包括形成于其上并適于切割被縫合組織的刀。(4) 如第(2)項所述的裝置，其中，所述電活化聚合物致動器包括聯接至釘施放組件的一部分的第一端，以及聯接至所述驅動器的第二端o(5) 如第(4)項所述的裝置，其中，所述第一端位于電活化聚 合物致動器的第二端的遠側。(6) 如第(5)項所述的裝置，其中，所述電活化聚合物致動器 包括至少一個電活化聚合物索，該電活化聚合物索適于當向其輸送能 量時沿軸向收縮以向遠側拉動驅動器。(7) 如第(1)項所述的裝置，還包括手柄，該手柄形成于細長 軸的近端上并包括適于有選擇地向電活化聚合物致動器輸送能量的 控制機構。(8) 如第(1)項所述的裝置，還包括第二電活化聚合物致動器， 該第二電活化聚合物致動器聯接至砧座并適于當向該第二電活化聚 合物致動器輸送能量時使砧座從張開的組織接收位置向閉合的釘施 放位置運動。(9) 如第(1)項所述的裝置，其中，可相對于細長軸的遠端成角度地調整釘施放組件，且其中該裝置還包括第二電活化聚合物致動器，該第二電活化聚合物致動器聯接在釘施放組件和細長軸之間并適 于當向該第二電活化聚合物致動器輸送能量時成角度地調整釘施放組件相對于細長軸的位置。(10) —種縫合組織的方法，包括 將圓形縫合器插入體腔內；將待縫合的組織定位在位于圓形縫合器遠端上的砧座和釘施放 組件之間；和向聯接至釘施放組件的電活化聚合物致動器輸送能量以驅動多 個釘穿過釘施放組件并抵住砧座，從而用以大致彎曲的圖式定位的釘
縫合位于其間的組織。(11) 如第(10)項所述的方法，其中，向電活化聚合物致動器輸送能量有效地運動設置在釘施放組件內的驅動器，以驅動釘穿過其中并抵住砧座。(12) 如第(11)項所述的方法，其中，當向電活化聚合物致動 器輸送能量時，該電活化聚合物致動器沿軸向收縮以拉動驅動器穿過 釘施放組件。(13) 如第(10)項所述的方法，其中，將待縫合的組織定位在 砧座和釘施放組件之間包括將組織拉進在砧座和釘施放組件之間形 成的縫隙，并且使砧座向釘施放組件運動以接合在其間的組織。(14) 如第(13)項所述的方法，其中，使砧座向釘施放組件運 動包括向聯接至砧座的第二電活化聚合物致動器輸送能量以使該電 活化聚合物致動器將砧座拉向釘施放組件。(15) 如第(10)項所述的方法，還包括切除一部分被縫合的組織。(16) 如第(10)項所述的方法，還包括在定位組織之前，成角 度地調整釘施放組件和砧座的位置。(17) 如第(16)項所述的方法，其中，通過向聯接至釘施放組 件的第二電活化聚合物致動器輸送能量來成角度地調整釘施放組件 和砧座。


從下面結合附圖進行的詳細描述將獲得本發明的更全面的理解， 附圖中-圖1A是現有技術的纖維束類型的EAP致動器的剖視圖； 圖1B是圖1A中所示現有技術的致動器的沿徑向的剖視圖； 圖2A是具有多個EAP復合層的現有技術的層壓型EAP致動器的 剖視圖；圖2B是圖2A所示現有技術的致動器的其中一個復合層的透視 圖；圖3A是圓形縫合器的一個示范性實施例的部分剖視圖，該圓形縫合器具有在其遠端上形成的縫合裝置，所述縫合裝置具有砧座和釘施放組件；圖3B是圖3A的圓形縫合器的遠側部分的部分剖視圖，示出用于 致動釘施放組件的電活化聚合物致動器的一個示范性實施例；圖3C是圓形縫合器的遠側部分的另一個實施例的剖視圖，該圓 形縫合器具有用于驅動釘穿過釘施放組件的電活化聚合物致動器；圖4A是圓形縫合器一個示范性實施例的遠側部分的剖視圖，示 出用于實現釘施放組件關節運動的處于非致動結構的EAP致動器；圖4B是圖4A所示圓形縫合器的遠側部分的剖視圖，示出其中一 個EAP致動器被電致動，以使釘施放組件進行關節運動；圖5A是釘施放組件的另一實施例的剖視圖，該釘施放組件可動 地聯接至細長軸的遠側部分并具有用于使釘施放組件進行關節運動 的EAP致動器;圖5B是圖5A所示釘施放組件和細長軸的部分剖視圖，示出其中 一個EAP致動器被電致動，以使釘施放組件進行關節運動；圖6是釘施放組件的另一個實施例的部分剖視圖，該釘施放組件 可動地聯接至細長軸的遠側部分并具有用于使釘施放組件進行關節 運動的EAP致動器；圖7A是釘施放組件的另一實施例的部分剖視圖，該釘施放組件 可動地聯接至細長軸的遠側部分并具有用于使釘施放組件進行關節 運動的EAP致動器；圖7B是圖7A所示釘施放組件和細長軸的部分剖視圖，示出其中 一個EAP致動器被電致動，以使釘施放組件進行關節運動；圖8A是釘施放組件的又一實施例的部分剖視圖，該釘施放組件 可動地聯接至細長軸的遠側部分并具有用于使釘施放組件進行關節 運動的EAP致動器；圖8B是圖8A所示釘施放組件和細長軸的部分剖視圖，示出其中 一個EAP致動器被電致動，以使釘施放組件進行關節運動；圖9是釘施放組件的又一實施例的透視圖，該釘施放組件通過撓性部分可動地聯接至細長軸的遠側部分并具有用于使釘施放組件進行關節運動的EAP致動器；圖10是釘施放組件的又一實施例的透視圖，該釘施放組件通過撓性部分可動地聯接至細長軸的遠側部分并具有用于使釘施放組件進行關節運動的EAP致動器；圖11A處于未致動位置的鎖定機構的一個示范性實施例的透視 圖，其用于鎖定圖4A—10任一個中的釘施放組件和細長軸之間的可 動接頭；和圖IIB是圖IIA的鎖定機構的透視圖，致動該鎖定機構以將可動 接頭鎖定在固定位置；具體實施方式
現在將描述一些示范性實施例，以提供在此公開的裝置和方法的結構、功能、制造和使用的原則的全面理解。在附圖中示出了這些實施例的一個或多個實例。本領域技術人員將會意識到，在此具體描述和在附圖中示出的裝置和方法是非限制性的示范性實施例，而本發明的范圍僅由權利要求書限定。就一個示范性實施例示出或描述的特征 可與其它實施例的特征相結合。這種修改和改變應包括在本發明的范圍內。本發明總的提供用于實現圓形縫合器的一個或多個部件的運動 的方法和裝置。在一個示范性實施例中，提供一種圓形縫合器，該縫 合器具有細長軸，該細長軸具有聯接至其上的端部執行器或釘施放組件。可采用可電擴張和收縮致動器(如電活化聚合物致動器)來致動 釘施放組件，從而驅動一個或多個釘、優選基本上為彎曲圖式的多個 釘釘進組織。還可任選釆用可電擴張和收縮致動器使砧座向釘施放組 件運動。在另一個實施例中，提供具有縫合裝置的圓形縫合器，該縫 合裝置可動地聯接至細長軸的遠端。可采用可電擴張和收縮電動機， 如電活化聚合物致動器，通過向電活化聚合物致動器輸送能量來樞轉 地或成角度地調整縫合裝置相對于細長軸的位置。本領域技術人員將 會意識到，該圓形縫合器可具有各種結構，而且一個或多個電活化聚 合物致動器可聯接至圓形縫合器的一個或多個部件以實現運動。電活化聚合物電活化聚合物(EAPs)(也稱為人造肌肉)是響應電或機械場呈 現壓電、熱電或電致伸縮特性的材料。具體地，EAPs是一組當施放電 壓時改變形狀的導電摻雜質聚合物。該導電聚合物可與一些形式的離 子流體或凝膠和電極配對，并且離子從流體/凝膠流入或流出導電聚 合物可導致聚合物形狀的變化。典型地，可基于具體所使用的聚合物 和離子流體或凝膠使用范圍在約IV至4kV的電勢。重要的是要注意 到，當受到激發時，EAPs不會改變體積，而是只在一個方向上擴張并 且橫向上收縮。EAPs的一個主要優點是它們的性能和特性能夠受電控制和微調。 可通過穿過EAP施放外部電壓來使EAPs反復變形，而且當反轉所施 放的電壓極性時，EAPs能夠快速恢復其原始結構。可選擇特定的聚合 物來形成不同種類的運動結構，包括擴張、線性運動和彎曲結構。EAPs還可與機械機構(如彈簧或撓性板)配對，以改變當施放電壓時所導 致的效果。存在兩種基本類型的EAPs并且每種類型具有多種結構。第一種 類型是可由許多纖維綁束在一起協同工作而組成的纖維束。這些纖維 典型地具有約30-50微米的尺寸。這些纖維可以類似編織品那樣被編 織成束，且其通常被稱為EAP紗。使用時，EAP的機械結構決定EAP 的致動器及其運動能力。例如，EAP可以形成長絞股并且纏繞在單個 中央電極周圍。撓性的外部護套將形成致動器的另一個電極，并且該 護套用于容納裝置功能所必需的離子流。當向其施放電壓時，EAP將 脹大，導致絞股收縮或變短。這些纖維可有選擇地構造成擴張或加長。 可從商業渠道獲得的纖維EAP材料的一個實例是由Santa Fe Science and Technology制造的，作為PANION 纖維出售，其在美國專利No. 6， 667， 825中有所描述，該專利的全部內容通過引用結合入本文。圖1A—1B示出了由纖維東形成的EAP致動器100的一個示范性 實施例。如所示，致動器100通常包括撓性導電外護套102，該外護 套102成其上具有端蓋102a、 102b的細長圓筒件形式。然而，外護 套102可基于不同的用途具有各種其它形狀和尺寸。如所進一步示出 的，外護套102聯接到能量輸送電極108a和回流電極108b。在所示 出的實施例中，能量輸送電極108a延伸穿過一個端蓋(如端蓋102a)， 穿過導電外護套102的內腔并進入相對的端蓋(例如端蓋102b)。能 量輸送電極108a可以是例如鉑陰極導線，并且其可以與外護套102 的任何部分聯接。導電外護套102還可包括設置在其內的離子流體或 凝膠106，用于從能量輸送電極108a向設置在外護套102內的EAP 纖維104傳送能量。具體地，數個EAP纖維104平行布置并在每個端 蓋102a、 102b之間延伸且穿進每個端蓋102a、 102b。如上所述，纖 維104可布置成不同取向以提供所需的結果，例如，徑向擴張或收縮 或者彎曲運動。使用時，通過有源能量輸送電極106a向致動器100 輸送能量。該能量導致離子流體內的離子進入EAP纖維104，從而導 致纖維104向一個方向(例如徑向)擴張，從而每個纖維104的外徑增加，并沿橫向方向(例如軸向)收縮，從而纖維的長度減小。結果， 端蓋102a、 102b將會被拉向彼此，從而使撓性外護套102的長度收縮和減小。EAP的另一種類型是層壓結構，其由一層或多層EAP組成，在每 層EAP之間設置有一層離子凝膠或流體，并且將一個或多個撓性板附 著到該結構上。當施加電壓時，層壓結構沿一個方向擴張并沿橫向或 垂直方向收縮，從而導致與其聯接的撓性板變短或加長，或者彎曲或 撓曲，這取決于EAP相對于撓性板的結構。可由商業渠道獲得層壓EAP 材料的 一 個實例是由作為SRI Laboratories的 一 個部門的 Artificial Muscle Inc制造的。板狀EAP材料也可從日本的EAMEX 獲得，該材料被稱為薄膜EAP。
一種圓形縫合器，該圓形縫合器包括具有縫合裝置的細長軸，該縫合 裝置聯接至細長軸的遠端并適于以大致彎曲的圖式將釘送入組織。雖 然縫合裝置可具有各種結構，在一個實施例中，縫合裝置包括釘施放 組件和砧座，所述砧座聯接至該釘施放組件并可在張開的組織接收位 置和閉合的釘施放位置之間運動。在一個示范性實施例中，該裝置還 包括一個或多個用于實現縫合裝置的關節運動和/或致動的致動器。 該裝置還可包括在細長軸的近端上形成的手柄，且該手柄具有用于有 選擇地向致動器輸送能量的控制機構。在一個實施例中，可采用電活化聚合物致動器實現該裝置的致 動，該電活化聚合物致動器聯接至釘施放組件并適于驅動一個或多個 釘進入位于釘施放組件和砧座之間的組織。例如，釘施放組件可包括 驅動器，該驅動器適于向遠側運動，以向著砧座驅動釘穿過釘施放組 件。電活化聚合物致動器可聯接至驅動器和釘施放組件，且其可適于 當向電活化聚合物輸送能量對向遠側運動驅動器。雖然電活化聚合物 致動器可具有各種結構，在一個示范性實施例中，電活化聚合物致動 器可以是一個或多個電活化聚合物索的形式，其適于當向其輸送能量 時沿軸向收縮，以在釘施放組件內向遠側拉動所述驅動器。在另一個實施例中，縫合裝置可包括電活化聚合物致動器，該電 活化聚合物致動器聯接至砧座且適于當向其輸送能量時使砧座從張 開的組織接收位置向閉合的釘施放位置運動。在一個示范性實施例 中，電活化聚合物致動器是電活化聚合物索的形式，當向其輸送能量 時，其軸向收縮以將砧座拉向釘施放組件。本發明還提供縫合組織的方法。在一個實施例中，該方法可包括 將圓形縫合器插入體腔內，將要縫合的組織設置在砧座和位于圓形縫 合器遠端上的釘施放組件之間，向聯接至釘施放組件的電活化聚合物 致動器輸送能量以驅動多個釘穿過釘施放組件并抵住砧座，從而用定 位成大致彎曲圖式的釘縫合位于其間的組織。在一個實施例中，向電 活化聚合物致動器輸送能量能夠有效地運動設置在釘施放組件內的 驅動器以驅動釘穿過其中并抵住砧座。在一個示范性實施例中，當向 于砧座18和釘施放組件16之間，而后砧座18從張開位置運動到閉 合位置，以接合砧座18和釘施放組件16之間的組織。縫合裝置11 可任選地相對于細長軸12樞轉以有利于定位其中的組織。 一旦將組 織接合在砧座18和釘施放組件16之間，就致動釘施放組件16來驅 動一個或多個釘穿過組織并抵住砧座18，砧座18使釘腿變形。在一 個示范性實施例中，以基本上圓形圖式向組織施放多個釘。圓形縫合 器10尤其適用于內窺鏡和腹腔鏡手術，因為細長軸12相對較小的直 徑使其適于穿過小的入口或路徑。然而，縫合器可適用于各種醫療操 作。為使縫合裝置相對于細長軸12進行關節運動(即，成角度地定 位縫合裝置)，閉合砧座18，和/或致動(擊發)釘施放組件16，裝 置10可包括觸發器、旋鈕、手柄、開關或其它在手柄14上形成的機 構。在一個示范性實施例中，如圖3A所示，手柄14包括形成于其上 用于閉合該縫合裝置11、也就是用于使砧座18向釘施放組件16運動 的第一開關13。手柄14還可包括與其聯接的第二開關15，用于擊發 釘施放組件16內的釘倉44以將一個或多個釘輸送進組織。第二幵關 15還可有效地向遠側推動刀穿過釘施放組件16以切割被縫合的組 織。本領域技術人員將會意識到，雖然所示出的是開關13， 15，但可 采用觸發器、旋鈕、桿、滑動鈕或其它機構使縫合裝置11相對于細 長軸16進行關節運動、使砧座18向著釘施放組件16運動和/或致動 釘施放組件16。致動如上所述，本發明提供用于致動圓形縫合器上的縫合裝置的示范 性方法和裝置，包括擊發釘和任選地驅動刀具或刀穿過釘施放組件以 切割被縫合的組織。圖3B更詳細地示出圖3A圓形縫合器10的一部 分，示出用于采用一個或多個EAP致動器擊發釘施放組件16和/或驅 動刀穿過釘施放組件16以切割被縫合組織的技術的一個示范性實施 例。本領域技術人員將會意識到，縫合裝置可具有各種結構，且EAP 致動器可以結合到各種其它釘施放組件內來實現擊發和/或切割。如所示，細長軸12包括設置在其中且適于在近側位置和遠側位 置之間運動的撞針42a。撞針42a可形成釘驅動器，或其可聯接至釘 驅動器42b，如所示，以向遠側推動釘驅動器42b，從而驅動釘穿過 釘施放組件16并移向砧座18和/或切割由縫合裝置ll接合的組織。 如圖3B所進一步示出的，撞針42a聯接至多個EAP致動器索，該多 個EAP致動器索有效地使撞針42a在近側和遠側位置之間沿軸向運 動。具體地，撞針42a的近端可包括在其周圍形成的圓盤或凸緣49， 且多個EAP致動器索60可聯接至凸緣49以使撞針42a相對于細長軸 12運動。在所示出的實施例中，細長軸12包括固定地聯接到其內側 壁上的基盤47，該基盤47可用作EAP致動器索60的基底。基盤47 定位在撞針42a上形成的凸緣49的遠側，且多個EAP致動器索60在 基盤47和凸緣49之間延伸。當向EAP致動器索60輸送能量時，索 60將會軸向收縮或縮短，從而將凸緣49和撞針42a沿遠側方向拉向 基盤47。結果，撞針42a將會向遠側推進，將釘驅動器42b向遠側推 動以驅動釘穿過釘施放組件16內的釘倉。可終止能量輸送，以便使 致動器索60沿軸向擴張并返回其初始位置，從而使撞針42a向近側 運動。撞針42a還可或有選擇地聯接至刀具驅動器43，該刀具驅動器 43可有效地向遠側驅動刀41以切割組織。在其它實施例中，獨立的 電活化聚合物致動器組件可聯接至刀具驅動器43以允許驅動刀與釘 驅動器42b分離。本領域技術人員將會意識到，現有技術已知的各種 驅動器和/或切割刀都可與縫合裝置11 一起使用，而且一個或多個電 活化聚合物致動器可聯接至各種結構的驅動器和/或切割刀，以致動 驅動器和/或切割刀。圖3C示出了致動圓形縫合器的釘施放組件的技術的另一個實施 例。在該實施例中，代替采用軸向收縮的電活化聚合物致動器向遠側 拉動撞針或驅動器，可沿軸向推動撞針或驅動器以驅動釘穿過釘施放 組件。具體地，圖3C示出了圓形縫合器的細長軸82的遠側部分。驅 動器84可滑動地設置在細長軸82內且其適于在近側位置和遠側位置
之間運動，其中驅動器84驅動釘穿過設置在釘施放組件88內的釘倉 86并向使釘變形的砧座98運動。電活化聚合物致動器94設置在驅動 器84的近側部分84a和驅動器的遠側部分84b之間。這可例如釆用 層壓或復合型的電活化聚合物致動器實現，所述電活化聚合物致動器 附著到近側部分84a和遠側部分84b的每一個，以將這些部分連接起 來。使用時，可通過電極向電活化聚合物致動器94輸送能量，所述 電極聯接至設置在該裝置手柄內或與該裝置手柄配合的電源上。該能 量將會導致電活化聚合物致動器沿軸向擴張，從而將驅動器84的遠 側部分84b推向釘施放組件88，以驅動釘穿過釘倉86并移向砧座98。 能量輸送的終止將會導致電活化聚合物致動器沿軸向收縮，從而將驅 動器的遠側部分84b向近側拉至其初始位置。本領域技術人員將會意 識到，可采用各種其它技術來采用電活化聚合物致動器使圓形縫合器 的驅動器或撞針運動。關節運動如前所示，本發明還提供使圓形縫合器的縫合裝置進行關節運動 的示范性方法和裝置。圖4A—11B示出用于實現關節運動的關節運動 接頭和電活體聚合物致動器的各種示范性實施例。首先參見圖4A—4B，細長軸612的遠端612b示出為通過樞軸接 頭616聯接至縫合裝置611的近端，從而縫合裝置611可相對于軸612 繞樞軸接頭616樞轉。該裝置還包括滑棒624，滑棒624延伸穿過細 長軸612并具有遠端624d，遠端624d具有形成于其上且適于與縫合 裝置611上形成的相應輪齒616t嚙合的輪齒624t。該裝置還可包括 一個或多個可電擴張和收縮致動器(如EAP致動器)，用于運動滑棒 624，以使滑棒624上的輪齒624t運動縫合裝置611上的輪齒624t， 從而使縫合裝置611相對于細長軸612樞轉。雖然EAP致動器可采用 各種技術實現滑棒624的運動，在一個示范性實施例中，EAP致動器 設置成使滑棒624沿側向運動。具體地，第一 EAP致動器626a可延 伸穿過細長軸612鄰近滑棒624第一側面的至少一部分，而第二 EAP
致動器626b可延伸穿過細長軸612鄰近滑棒624的相對的第二側面 的至少一部分，如圖4A — 4B所示。可以采用任何一種類型的EAP致 動器，但在一個示范性實施例中，EAP致動器626a、 626b是層壓型的 EAP致動器，當向該EAP致動器輸送能量時，其適于沿側向擴張。圖 4A示出兩個EAP致動器626a、 626b處于未擴張未致動的結構，此時 不向任何一個致動器626a、 626b輸送能量。圖4B示出第一EAP致動 器626a沿側向擴張以使滑棒624沿側向向第二 EAP致動器626a運動， 從而導致滑棒624使縫合裝置611沿與滑棒624的運動方向相反的方 向樞轉。可通過電極向致動器626a、 626b輸送能量，所述電極延伸 穿過軸612并可聯接至設置在該裝置的手柄內或聯接至該裝置的手柄 的能量源，例如電池電源或電源插座或其它能量源。手柄還可包括與 其聯接并適于控制向每個致動器626a、 626b輸送的能量量大小的控 制機構，如滑桿、旋鈕或撥盤。向每個致動器626a、 626b輸送的能 量大小由致動器626a、 626b的擴張量決定，從而允許有選擇地調整 縫合裝置611的樞轉運動量。本領域技術人員將會意識到，雖然圖4A —4B示出了帶有側向擴 張EAP致動器626a、 626b的側向運動滑棒624，滑棒624和致動器 626a、 626b可具有各種其它結構。例如，纖維束形式的多個EAP致動 器可在細長軸612的內表面和滑棒624之間側向延伸。當向致動器輸 送能量時，致動器的長度可收縮或縮短，以將滑棒624拉向細長軸 612，從而使滑棒624沿側向運動。可選擇地，滑棒624可設置成沿 縱向運動，以實現縫合裝置611的運動，并且可采用EAP來實現滑棒 624的縱向運動。在其它實施例中，滑棒自身或至少滑棒的一部分可 由EAP致動器形成，該EAP致動器適于沿所需的方向軸向擴張，以使滑棒沿側向運動。圖5A—5B示出用于使圓形縫合器進行關節運動的技術的另一個 實施例。在該實施例中，縫合裝置711通過聯接至細長軸712的相對 側的相對的第一臂790a和第二臂790b樞轉地聯接至細長軸712。第 一 EAP致動器726a和第三EAP致動器726c連接到第一臂790a的終 端的相對側并從該相對側延伸出，且第二 EAP致動器726b和第四EAP 致動器726d連接到第二臂790b的終端的相對側并從相對側延伸出。 每個EAP致動器726a-d的遠端在連接點(示出了第一、第二和第三 連接點792a、 792b、 792c)處聯接至細長軸712的內側壁上。結果， 第一致動器726a和第二致動器726b連接到細長軸712的一側上，而 第三致動器726c和第四致動器726d連接到細長軸712的相對側上。 使用時，向第一 EAP致動器726a和第二 EAP致動器726b輸送能量以 使致動器726a、 726b沿軸向收縮或縮短，從而將第一臂790a和第二 臂790b沿側向拉向第一連接點792a和第二連接點792b。結果，縫合 裝置711沿第一方向樞轉。當終止能量輸送時，第一致動器726a和 第二致動器726b將沿軸向擴張，返回其初始結構，從而使縫合裝置 711運動回其初始位置，在該初始位置處，縫合裝置711與細長軸712 對準。可向第三致動器726c和第四致動器726d輸送能量以類似地使 縫合裝置711沿相反方向運動。如前面所討論的，可控制所輸送能量 的大小以控制縫合裝置711的樞轉運動量。如圖5B所示，該裝置還 可包括圍繞在樞軸框架組件757的至少一部分上以向其提供支撐的覆 蓋件799。圖6示出用于使圓形縫合器進行關節運動的技術的又一個實施 例。在該實施例中， 一個或多個致動件結合到作為樞轉框架組件857 一部分的滑輪898內。滑輪898可整個由EAP致動器制成，或者可選 擇地，EAP致動器可連接到滑輪898的近端和遠端。在所示出的實施 例中，第一 EAP致動器826a和第二 EAP致動器826b連接到滑輪898 的近端和遠端。EAP致動器826a、 826b錨固至細長軸812上以推或拉 動縫合裝置811來實現關節運動。具體地，向其中一個EAP致動器(例 如第一EAP致動器826a)輸送能量，使得第一 EAP致動器826a沿軸 向收縮或縮短，以使滑輪898沿第一方向運動，從而使縫合裝置811 沿第一方向樞轉。相反地，向第二 EAP致動器826b輸送能量使得第 二EAP致動器沿軸向收縮或縮短，以使滑輪898向相反的第二方向運 動，從而使縫合裝置811沿相反的第二方向樞轉。再一次，可控制能
量輸送以控制縫合裝置811的運動量。圖7A—7B示出用于使縫合裝置相對于圓形縫合器的細長軸進行 關節運動的技術的另一個實施例。在該實施例中，細長軸912包括延 伸穿過其中的滑棒924，且滑棒924具有在其遠端上形成的球924t， 并且該球924t容納于在縫合裝置911近端上形成的相應凹槽916s內。 滑棒924還包括在其上形成的凸輪表面925a、 925b，其優選位于鄰近 細長軸912的遠端處。凸輪表面925a、 925b可具有各種形狀和尺寸， 但在一個示范性實施例中，如所示，凸輪表面925a、 925b從滑棒924 的相對側向外伸出且其為寬度沿從近到遠方向逐漸增加的楔狀件。該 裝置還包括第一致動件926a和第二致動件926b，其延伸穿過細長軸 912且位于滑棒924的相對側上。每個致動件926a、 926b包括形成在 其上的凸輪表面927a、 927b，所述凸輪表面927a、 927b適于抵接在 滑棒924上形成的凸輪表面925a、 925b。結果，第一致動件926a向 遠側的運動將會導致形成于其上的凸輪表面927a滑動抵住在滑棒 924上形成的凸輪表面925a，從而使滑棒924沿側向從第一致動件 926a移開。滑棒924側向運動的結果是，球924t將會使縫合裝置911 相對于細長軸912樞轉。相反地，第二致動件926b向遠側的運動將 會導致形成于其上的凸輪表面927b滑動抵住在滑棒924上形成的凸 輪表面925b，從而使滑棒924沿側向從第二致動件926b移開，因而 使縫合裝置911向相反的方向樞轉。可在滑棒924的每一側上設置偏 壓元件(未示出)，如彈簧，以將滑棒924偏壓至如圖7A所示的中 央靜止位置，從而當致動件926a、 926b向近側運動時允許滑棒924 返回到靜止位置。在一個示范性實施例中，每個致動件926a、 926b的運動可采用 聯接到其上的EAP致動器來實現。如圖7A—7B所示，優選為纖維束 型致動器形式的EAP致動器索928a、 928b在每個致動件926a、 926b 的遠端和軸912的遠端之間延伸。當有選擇地向EAP致動索中的一個 (如第一致動索928a)輸送能量時，索928a將會軸向收縮或縮短， 如圖7B所示，從而將聯接至被致動的EAP索928a的致動件926a沿
遠側方向拉動。致動件926a上的凸輪表面927a將抵接滑棒924上的 凸輪表面925a，以使滑棒924向第二致動件926b沿側向運動。結果， 滑棒924遠端上的球924t將使縫合裝置911進行關節運動或繞其樞 轉。本領域技術人員將會意識到，EAP致動器可具有各種其它結構， 且它們可采用各種其它技術實現滑棒的運動。例如，當向EAP致動索 928a、 928b輸送能量時，不是向遠側拉動滑棒924，而是可使EAP致 動器聯接至滑棒924的近端且它們可適于向遠端推動滑棒924。在其 它實施例中，在每個致動件926a、 926b上形成的凸輪表面927a、 927b 可由EAP致動器形成，從而輸送到凸輪表面927a、 927b的能量使凸 輪表面927a、 927b向滑棒924擴張，由此使滑棒924沿所需的方向 運動，以使縫合裝置911進行關節運動。每個致動件926a、 926b的 運動量以及縫合裝置911的關節運動量還可通過控制輸送到每個EAP 致動器的能量大小來進行控制。圖8A—8B示出用于使圓形縫合器的縫合裝置進行關節運動的技 術的又一個實施例。在該實施例中，不是采用滑棒來使縫合裝置樞轉， 而是使兩個致動件26a、 26b直接聯接至縫合裝置412的相對側以推 或拉動縫合裝置412來實現關節運動。具體地，每個致動件26a、 26b 的遠端通過樞軸接頭聯接至縫合裝置412的近端，從而第一致動件 26a向近側的運動使縫合裝置412繞第二致動件26b樞轉，并且第二 致動件26b向近側的運動使縫合裝置412繞第一致動件26a樞轉。可 采用各種技術使致動件26a、 26b運動。例如，每個致動件26a、 26b 的全部或部分可由適于沿軸向擴張的EAP形成，或者致動件26a、 26b 可聯接至EAP致動器以使致動件26a、 26b向近側和遠側運動，從而 使縫合裝置412進行關節運動。圖9示出使圓形縫合器的縫合裝置進行關節運動的技術的另一個 實施例。在該實施例中，細長軸20包括由在細長軸20的相對側上形 成多個切除部分22、 24、 26、 28、 30、 32、 34、 36、 38、 40 (此后寫 為22 — 40)而形成的撓性部分。所述切除部分允許細長軸20繞其撓 曲。一個或多個EAP致動器可相對于切除部分定位以實現縫合裝置(未 示出)相對于細長軸20的樞轉或彎曲運動。圖9示出了多個EAP致 動器索46、 48、 50、 52、 54、 56、 58 (此后寫為46 — 58)，它們沿 縱向延伸穿過其上形成有切除部分的細長軸20。EAP致動器索46 — 58 彼此平行地縱向延伸，且它們在正好最接近切除部分22 — 40的第一 端處和在正好最遠離切除部分22 — 40的第二端處聯接至細長軸20。 使用時，可有選擇地向EAP致動器索46 — 58的任何一個或任何組合 輸送能量以使切除部分22 — 40撓曲，從而使縫合裝置沿所需方向進 行關節運動。例如，可向第一EAP致動器索46輸送能量，以使第一 致動器索46沿軸向收縮或縮短，從而將索46的相對端拉向相彼此。 由于第一致動器索46的兩端在切除部分的相對端處連接到細長軸 20,而且由于第一EAP致動器索46偏離細長軸20的中心軸線，第一 EAP致動器索46將會使細長軸20沿第一方向彎曲。因此，可有選擇 地致動一個或多個致動器索46 — 58，即，可有選擇地向其輸送能量， 以實現縫合裝置沿所需方向的運動。本領域技術人員將會意識到，可 采用各種其它技術使切除部分彎曲。圖10示出用于采用在縫合裝置和細長軸12'''之間形成的撓 性部分12p'''使縫合裝置進行關節運動的技術的又一個實施例。 在該實施例中， 一個或多個EAP致動器可在各種位置定位在細長軸 12，，，的撓性部分12p'，，內、之上或圍繞其定位，且EAP致動 器可設置成當向致動器輸送能量時使撓性部分12p'''撓曲，從而 使縫合裝置進行關節運動。圖10示出沿細長軸12'''的撓性部分 12p'，，的不同部分沿軸向延伸的多個EAP致動器26,、 262、 263、 264、 265。雖然未示出，多個EAP致動器可定位于撓性部分12p'，' 外周周圍各種其它位置處。使用時，例如，向第一致動器26,輸送能 量可使第一致動器26^軸向收縮，從而使撓性部分12p'''的一部分彎曲。用戶從而可有選擇地向一個或多個致動器輸送能量，以使縫 合裝置按照需要進行關節運動和定位。本領域技術人員將會意識到，任何上述實施例可包括當終止向 EAP致動器輸送能量時允許該裝置保持其關節運動位置的鎖定元件。具體地，當終止向能量輸送時，EAP致動器沿軸向擴張，以使縫合裝置返回其初始位置，在該位置處，縫合裝置沿縱向與細長軸對準。因 而在終止向EAP致動器輸送能量前可采用鎖定機構將縫合裝置鎖定在所需的關節運動位置。雖然鎖定機構可具有各種結構，圖11A—11B示出了結合在樞轉 關節運動接頭62內的關節運動鎖70的一個示范性實施例。如所示， 關節運動接頭62包括旋轉結構72，旋轉結構72具有多個適于接納撞 針以防止關節運動接頭62進行旋轉運動的孔64a、 64b、 64c、 64d、 64e。在該裝置的細長軸61內形成一止動件且該止動件位于旋轉結構 72的近側，該止動件在一個實施例中可以是彈簧加載撞針66。撞針 66還聯接至EAP致動器(未示出)，當受能量致動時，EAP致動器實 現撞針66的運動，從而允許關節運動接頭62運動。具體地，如圖11A 所示，當該裝置處于未致動位置時，撞針66靜止在旋轉結構72的一 個孔內(如所示出的孔64e)，從而將縫合裝置保持在固定位置。如 圖IIB所示，向EAP致動器輸送能量將會將撞針66從孔64e中拉出， 以允許關節運動接頭62運動到所需的位置。可采用前面描述的各種 技術來使縫合裝置進行關節運動。 一旦使縫合裝置運動到所需的關節 運動位置，就可使EAP致動器解除致動，g卩，可終止能量輸送，允許 彈簧將撞針66偏壓進旋轉結構72的一個孔內。由此使縫合裝置再次 保持在固定位置。本領域技術人員將會意識到，各種其它的鎖定機構 可結合到關節運動接頭中，如棘輪和棘齒系統。基于上述實施例，本領域技術人員將會意識到本發明的進一步的 特征和優點。因此，本發明不應受到已具體示出和描述的內容的限制， 除非由附加權利要求書所指明的。在此引證的公開內容和參考內容全 部清楚地通過參考接合入本文。
權利要求
1.一種圓形縫合裝置，包括具有近端和遠端的細長軸；釘施放組件，其聯接至細長軸的遠端且適于以大致彎曲的圖式將釘輸送進組織；砧座，其聯接至釘施放組件并可在張開的組織接收位置和閉合的釘施放位置之間運動；和電活化聚合物致動器，其聯接至釘施放組件并適于從釘施放組件驅動一個或多個釘進入位于釘施放組件和砧座之間的組織。
2. 根據權利要求l所述的裝置，還包括驅動器，該驅動器位于釘 施放組件內并適于向遠側運動以向著砧座驅動釘穿過釘施放組件，電 活化聚合物致動器聯接至驅動器并適于當向該電活化聚合物致動器 輸送能量時使驅動器向遠側運動。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其中，所述驅動器包括形成于其上并適于切割被縫合組織的刀。
4. 根據權利要求2所述的裝置，其中，所述電活化聚合物致動器 包括聯接至釘施放組件的一部分的第一端，以及聯接至所述驅動器的第一頓。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其中，所述第一端位于電活化聚 合物致動器的第二端的遠側。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中，所述電活化聚合物致動器 包括至少一個電活化聚合物索，該電活化聚合物索適于當向其輸送能 量時沿軸向收縮以向遠側拉動驅動器。
7. 根據權利要求1所述的裝置，還包括手柄，該手柄形成于細長 軸的近端上并包括適于有選擇地向電活化聚合物致動器輸送能量的 控制機構。
8. 根據權利要求1所述的裝置，還包括第二電活化聚合物致動器， 該第二電活化聚合物致動器聯接至砧座并適于當向該第二電活化聚 合物致動器輸送能量時使砧座從張幵的組織接收位置向閉合的釘施 放位置運動。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中，可相對于細長軸的遠端成 角度地調整釘施放組件，且其中該裝置還包括第二電活化聚合物致動 器，該第二電活化聚合物致動器聯接在釘施放組件和細長軸之間并適 于當向該第二電活化聚合物致動器輸送能量時成角度地調整釘施放 組件相對于細長軸的位置。
全文摘要
本發明提供用于致動圓形縫合器和/或使之進行關節運動的方法和裝置。在一個示范性實施例中，提供一種具有細長軸的圓形縫合器，該細長軸具有與其聯接的縫合裝置。可采用例如電活化聚合物致動器的可電擴張和收縮致動器，以便通過向電活化聚合物致動器輸送能量來樞轉地或成角度地調整縫合裝置相對于細長軸的位置。在另一個實施例中，可采用電活化聚合物致動器致動縫合裝置，由此優選以大致彎曲的圖式驅動一個或多個釘進入組織。該致動器可有選擇地或額外地向遠側驅動刀，以切割被縫合的組織。
文檔編號A61B17/068GK101152098SQ20061014637
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優先權日2005年9月30日
發明者弗雷德里克·E·謝爾頓四世, 杰弗里·S·斯韋茲, 約瑟夫·C·休伊爾, 馬克·S·奧爾蒂斯 申請人:伊西康內外科公司