包含通過關節接頭的電活化聚合物致動發射桿軌道的外科縫合器械的制作方法

專利名稱：包含通過關節接頭的電活化聚合物致動發射桿軌道的外科縫合器械的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及適合于將端部執行器(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)以可內窺的方式插入到手術部位的外科器械，更具體地說，涉及具有關節連接軸的這種外科器械。
背景技術：
內窺鏡外科器械通常比傳統的開方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，在內窺鏡外科器械的領域中已經有了顯著發展，該內窺鏡外科器械適合于將遠端執行器通過套管針的套管精確地放置在所需的手術部位。這些遠端執行器以多種方式接合組織以實現診斷或治療作用(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)。
通過套管針限制端部執行器的定位。通常，這些內窺鏡外科器械包括在端部執行器和由醫生操作的手柄部分之間的長軸。這個長軸能夠插入到所需深度并圍繞軸的縱向軸線轉動，從而將端部執行器定位到一定程度。在正確定位套管針和例如通過另一套管針使用抓鉗器的條件下，通常這個定位量是足夠的。諸如在美國專利NO.5,465,895中描述的外科縫合和切割器械是通過插入和轉動成功定位端部執行器的內窺鏡外科器械的一個例子。
更近地，美國專利系列號10/443,617描述了一種改進的用于切割組織和致動縫合的“E形梁”發射桿，該申請由Shelton等人于2003年5月20日提交，名稱為“采用E形梁發射機構的外科縫合器械”，該申請在此全部引入作為參考。一些另外的優點包括即使為了最優化縫釘的形成而夾住略微過多或過少的組織，也可肯定地分隔端部執行器的鉗口，或更具體地說，縫釘施加組件的鉗口。此外，E形梁發射桿以能夠采用幾個有利的閉鎖的方式接合端部執行器和縫釘匣。
取決于操作的性質，可能希望進一步調整內窺鏡外科器械的端部執行器的定位。特別是，通常希望在橫切該器械的軸的縱向軸線的軸線上定向端部執行器。通常將端部執行器相對器械軸的橫向運動稱為“關節運動”(articulation)。這典型地通過被放置在靠近縫釘施加組件的伸長的軸中的樞軸(或關節)接合來實現。這允許外科醫生遠程致動縫釘施加組件到任一側，以便更好的手術放置縫合線和更簡單的組織操作和定向。這種關節連接定位允許醫生在一些情況下(例如在器官后)更簡單地接合組織。另外，關節連接定位有利地允許將內窺鏡定位在端部執行器后方，而不會被器械軸擋住。
由于將關節連接控制結合到在內窺鏡器械的小直徑的限制下閉合端部執行器以夾住組織和發射端部執行器(即，縫合和切割)的控制一起，關節連接外科縫合和切割器械的方法很復雜。通常，將三個控制動作都通過軸轉換為縱向平移。例如美國專利NO.5,673,840披露了手風琴狀的關節機構(“柔性頸”)該關節機構由有選擇地通過執行軸拉回兩個連接桿中的一個而進行關節運動，每個軸分別在桿中心線的相對側處偏移。連接桿通過一系列不連續位置漸進運動。
在美國專利申請NO.10/615,971中描述了支撐板，該支撐板通過樞軸轉動的關節接頭引導發射桿。在一端或兩端的彈性或彈簧件有利地補償在內部和外部支撐板之間沿徑向距離的改變，從而保持其間的間距以避免束縛。從而，避免了發射桿的爆裂(blowout)而不會導致性能降低，例如增加致動發射機構所需的力。
雖然這些公知的方法通過用于外科縫合和切割器械的關節接頭成功地支撐發射桿，但是仍希望進一步提高它們的性能。
因此，非常需要改進通過關節接頭支撐發射桿的關節連接外科器械。

發明內容
通過提供具有在手柄和端部執行器之間連接的關節軸的外科器械，本發明克服了現有技術的上述和其它缺陷。一對電活化聚合物(EAP)支撐構件被設置在軸的關節接頭內，并且響應通過軸的電信號。排列每個構件并使其沿橫向偏移關節接頭的縱向軸線。致動所選擇的EAP支撐構件實現縱向尺寸變化以輔助關節運動。
在本發明的一個方面中，外科器械包括由在細長軸內平移的發射桿致動的端部執行器。當發射桿通過關節接頭平移時，EAP支撐位于發射桿的各橫向側上。通過尺寸變化，在關節內側的EAP支撐構件的旋轉半徑的變化比在外側上的EAP支撐構件的小，以保持間距以有效地引導發射桿而不會束縛。
在本發明的另一方面中，通過具有一對橫向偏移、縱向排列的EAP支撐構件在關節運動中支撐外科器械的關節軸，該EAP支撐構件的一端沿縱向受約束并且另一端可滑動地存放。將EAP支撐構件構造為當致動時彎曲，以輔助關節運動。
在本發明的又一方面中，通過具有一對橫向偏移、縱向排列的EAP支撐構件在關節運動中支撐外科器械的關節軸，該EAP支撐構件的兩端沿縱向分別在關節接頭的近端和遠端受到限制。該EAP支撐構件在致動時可確定地改變縱向長度，以輔助關節運動。
通過下面的附圖和對附圖的說明，將清楚地了解本發明的這些和其它目的及優點。


包括在該說明書中并構成該說明書的一部分的附示出本發明的實施例，并且與上述本發明的概述以及下述實施例的詳細說明一起用來解釋本發明的原理。
圖1是處于打開、未進行關節運動狀態的用于外科縫合和切割的內窺鏡外科縫合器械的后側透視圖。
圖2是層壓的電活化聚合物(EAP)復合材料的透視圖。
圖3是由堆疊形成的EAP板狀致動器的透視圖，該堆疊由粘合固定的多個圖2中的層壓EAP復合材料形成。
圖4是沿收縮的EAP纖維致動器的縱向軸線的剖面的透視圖。
圖5是沿圖4中收縮的EAP纖維致動器的線5-5截取的橫截面的主剖視圖。
圖6是圖1中用于外科器械的EAP致動關節接頭的前右側透視圖，帶有柔性閉合套管組件、樞轉框架組件和關閉的縫釘施加組件。
圖7是圖6中EAP致動關節接頭和閉合的縫釘施加組件的前右側透視圖，去除了柔性閉合套管組件并部分分解了單樞軸框架組件。
圖8是圖6中EAP致動關節接頭和縫釘施加組件的前右側分解透視圖。
圖9是包括圖7中的EAP纖維致動器的分解的單樞軸框架組件的詳視圖。
圖10是沿圖6的線10-10截取的橫截面的右側剖視圖，其通過EAP致動關節接頭的樞軸軸線并向右看時可見一對EAP纖維致動器。
圖11是沿圖6的線11-11截取的橫截面的俯視圖，其通過EAP致動關節接頭的縱軸，向下看時可見下部力矩臂和下部EAP纖維致動器。
圖12是沿著圖10的線12-12沿橫向EAP纖維致動器的橫截面截取的主剖視圖。
圖13是圖11的EAP致動關節接頭的俯視圖，其中右上部和下部EAP纖維致動器收縮以使縫釘施加組件向左進行關節運動。
圖14是另一可替換的EAP致動關節接頭的前右側透視圖，該關節接頭包括在端部執行器的砧板的近側位置開口處的雙樞軸閉合套管組件。
圖15是圖14中另一可替換的EAP致動關節接頭的前右側分解圖，該關節接頭包括雙樞軸閉合套管組件和單樞軸框架組件。
圖16是沿圖14的線16-16的橫截面截取的可替換EAP致動關節接頭的右側剖視圖，其中包括了發射元件。
圖17是可替換EAP致動關節接頭在未進行關節運動條件下沿圖14的線17-17截取的橫截面的俯視圖。
圖18是可替換EAP致動關節接頭在向左進行關節運動條件下沿圖14的線17-17截取的橫截面的俯視圖。
圖19是處于輕微關節運動狀態的又一可替換EAP致動關節接頭，其中使收縮的EAP纖維致動器定位以伸直接頭。
圖20是部分分解的單樞軸關節接頭的右前側透視圖，該關節接頭有利地包括被偏置以正常鎖定的EAP關節鎖定機構。
圖21是在單樞軸關節接頭的近側框架底(frame ground)的EAP關節鎖定機構的近側部分的詳細示出的右前透視圖。
圖22是圖20中的單樞軸關節接頭的俯視圖。
圖23是圖22的單樞軸關節接頭沿線23-23的縱向中心線截取的橫截面的右側剖視圖。
圖24是圖23的單樞軸關節接頭沿線24-24的橫截面截取的俯視圖，以便示出在未處于關節運動狀態的由EAP關節鎖定機構鎖定的位于上部樞軸柄腳上的扇形齒輪。
圖25是向下看近側框架底的下部樞軸凸起沿線24-24的中心線的橫截面截取的圖23的單樞軸關節接頭的俯視圖，其中該近側框架底使端部執行器部分地向左進行關節運動，同時EAP關節鎖定機構被致動到未鎖定狀態。
圖26是沿線26-26的橫截面截取的圖24中單樞軸關節接頭的遠側框架底的剖視圖，示出了使接頭進行關節運動的EAP纖維致動器的連接。
圖27是沿線27-27的橫截面截取以暴露出EAP堆疊致動器和EAP致動鎖定機構的鎖定銷的圖24中單樞軸關節接頭的近側框架底的主剖視圖。
圖28是沿單樞軸關節接頭的遠側框架底的上部樞軸柄腳和近側框架底的上部樞軸凸起之間的界面的橫截面截取的俯視圖，其中變長的EAP纖維致動器與EAP關節鎖定機構相結合作用在反向(rounded)力矩臂上。
圖29是大體沿通過近側框架底和EAP關節鎖定機構的橫截面截取的主剖視圖，但是示出了更遠側看到的力矩臂和連接到其上的變長的EAP纖維致動器。
圖30是沿近側框架底的上部樞軸凸起的頂表面的橫截面的單樞軸關節接頭的俯視圖，顯示了靠著力矩臂作用的膨脹的EAP堆疊致動器，該力矩臂在遠側連接到上部樞軸凸起上，以同為了準備進行關節運動而激勵的沿垂直方向鎖定的EAP關節鎖定機構一起使用來實現關節運動。
圖31是沿通過力矩臂的上部和下部末端銷并通過EAP堆疊致動器的橫截面截取的圖30中單樞軸關節接頭的主剖視圖。
圖32是在使遠側框架底向左進行關節運動后、但是在EAP關節鎖定機構斷電以實現關節鎖定之前、沿近側框架底的上部樞軸凸起的頂表面的橫截面截取的圖30中單樞軸關節接頭的俯視圖。
圖33是沿通過力矩臂的上部和下部末端銷并通過左側膨脹和右側壓縮的EAP堆疊致動器的橫截面截取的圖31的單樞軸關節接頭的主剖視圖。
圖34是將閉合套管組件切除以露出使柔性關節連接框架底進行關節運動的EAP致動關節機構的外科器械的右側剖視圖。
圖35是向左進行關節運動的圖34的外科器械的俯視圖。
圖36是采用EAP板狀致動器和鎖定條的圖34的關節連接框架底的前右側透視圖。
圖37是處于向左進行關節運動狀態的圖34的關節連接框架底的俯視圖，其中以雙點劃線示出了處于未鎖定致動狀態和鎖定釋放狀態的左側EAP鎖定條。
圖38是沿通過EAP板狀致動器和EAP鎖定條的橫截面截取的處于向左關節運動狀態的圖34中關節連接框架底的俯視圖。
圖39是沿通過橫向導向銷的線39-39的橫截面截取的圖37中關節連接框架底的主剖視圖。
圖40是沿通過多個EAP肋撐板致動器(rib spreader actuator)的橫截面截取的可替換關節連接框架底的俯視圖。
圖41是具有多個EAP纖維致動器的又一可替換的關節連接框架底的部分分解的右側透視圖。
圖42是沿線42-42的橫截面截取的圖41中另外的可替換的關節連接框架底的主剖視圖。
圖43是沿穿過外科器械的關節接頭的發射桿的縱向橫截面的俯視圖，其中通過帶有一個滑動端的向內致動EAP板狀致動器的支撐板來有利地沿橫向導向發射桿。
圖44是穿過圖43的外科器械的進行關節運動的關節接頭的發射桿的縱向橫截面截取的俯視圖。
圖45是沿穿過外科器械的進行關節運動的關節接頭的發射桿的縱向橫截面截取的俯視圖，其中通過帶有一個滑動端的向外致動的EAP板狀致動器的支撐板來有利地沿橫向導向發射桿。
圖46是沿穿過外科器械的關節接頭的發射桿的縱向橫截面截取的俯視圖，其中通過向外致動的EAP支撐板有利地沿橫向導向發射桿，每個支撐板具有受約束但是可沿縱向浮動的鉤狀端。
圖47是沿穿過外科器械的關節接頭的發射桿的縱向橫截面截取的俯視圖，通過向外致動的EAP支撐板有利地沿橫向導向發射桿，該支撐板分別具有一個固定的鉤狀端和一個被彈簧沿縱向約束的端部。
圖48是沿穿過外科器械的關節接頭的發射桿的縱向橫截面截取的俯視圖，其中通過向外致動的EAP支撐板有利地沿橫向導向發射桿，該支撐板具有兩個被彈簧沿縱向約束的端部。
圖49是采用圖45或46的EAP支撐板的柔性關節接頭的俯視圖。
圖50是沿線49-49的圖49的柔性關節接頭的主剖視圖。
圖51是向左進行關節運動的圖49的柔性關節接頭的俯視圖。
圖52是采用圖45或46的EAP支撐板并包括左和右側EAP板狀關節致動器的柔性關節接頭的前右側透視圖。
圖53是沿通過縱向軸線的橫截面截取的關節接頭的俯視圖，其中一對支撐板具有固定在接頭一側的向外彎曲端部以及具有彈性保持在框架凹槽內的另一向外彎曲端部，該框架凹槽位于相對的EAP堆疊致動器之間。
圖54是沿通過縱向軸線的橫截面截取的關節接頭的俯視圖，其中一對支撐板具有兩個彈性保持在相應的框架凹槽內的向外彎曲端部，該框架凹槽位于相對的EAP堆疊致動器之間。
具體實施例方式
關節軸概述圖1中示出了作為外科切割和縫合器械10的一種外科器械，該器械10在其遠端具有縫釘施加組件12的端部執行器，通過細長軸16使該縫釘施加組件遠離手柄14。縫釘施加組件12包括用于接收可更換的縫釘匣20的縫釘槽18。砧板22以可樞轉的方式連接到縫釘槽18上，該砧板22抵靠縫釘匣20夾緊組織，以便縫合和切割。當閉合縫釘施加組件12時，它的橫截面區域和細長軸16適合于通過小手術開口(例如通過套管針的插管(未示出))插入。
通過控制手柄14便于正確的定位和定向縫釘施加組件12。特別是，旋鈕30導致軸16圍繞其縱向軸線旋轉，并由此旋轉縫釘施加組件12。在軸16中的關節接頭32處能夠實現附加的定位，能夠使縫釘施加組件12在從軸16的縱向軸線開始的一段圓弧上樞轉，從而允許放置在器官后方或允許將諸如內窺鏡(未示出)的其它器械在縫釘施加組件12的后方定向。通過位于手柄14上的關節控制開關34有利地控制該關節，該手柄將電信號傳送到關節接頭32，并傳送到由EAP控制器和手柄14內的電源38供能的電活化聚合物(EAP)致動器36。
當將組織定位在縫釘施加組件12中，醫生通過將閉合扳柄40向近側拉向手槍式握柄42閉合砧板22。從而一旦夾住組織，醫生可以握住位于更遠側的發射扳柄44，將該扳柄向后拉，以發射縫釘施加組件12，在一些應用中這由一個發射沖程實現，而在另一些應用中通過多個發射沖程實現。在切割其間組織的同時，發射同時實現至少兩排縫釘的縫合。
可以在全部行程上自動開始發射元件的收回。可替換地，可以向后拉動回位桿46以實現收回。在收回發射元件的條件下，通過醫生將閉合扳柄40朝手槍式握柄42向后輕輕地拉動并且壓下閉合釋放按鈕48，然后釋放閉合扳柄40，可以使縫釘施加組件12松開和張開，從而將被切割組織的兩個被縫釘縫合端部從縫釘施加組件12中釋放。
應當理解，此處的有關空間的術語，例如垂直，水平等參考附圖給出，附圖中假設外科器械10的縱向軸線水平，并且縫釘施加組件12的砧板22在手柄頂部垂直排列，而扳柄40、44在手柄14的底部垂直排列。然而，在實際使用中，可以將外科器械10以各種角度定向，同樣地，這些有關空間的術語是相對外科器械10本身使用的。另外，近側是指在手柄14后方將端部執行器12向遠側遠離自己的醫生的透視角。
手柄在圖1中，縫釘施加組件12通過在軸架(圖1中未示出，但在下面參考圖7描述)上沿軸16縱向向下傳遞的兩個不同的動作實現夾住組織、驅動縫合和切割組織的功能。這種軸架組件向近側連接到手柄14，并為了旋轉與旋鈕30連接。在如下的未審結和共同擁有的美國專利申請中更詳細地描述了圖1中用于外科縫合和切割器械10的示例性多沖程手柄14，該申請是Swayze和Shelton申請的系列號為10/674,026、名稱為“采用多沖程發射位置指示器和收回機構的外科縫合器械”的申請和由Kevin R.Doll、Jeffrey S.Swayze、FrederickE.Shelton IV、Douglas B.Hoffman和Michael E.Setser于2005年2月7日申請的系列號為＿＿、名稱為“采用具有自動結束發射行程的多沖程發射機構的外科縫合器械”(SURGICAL STAPLINGINSTRUMENT INCORPORATING A MULTI-STROKE FIRINGMECHANISM WITH AUTOMATIC END OF FIRING TRAVELRETRACTION)的申請，上述申請公開的內容在此全部引入作為參考，附加特征和變化在此進行描述。
雖然多沖程手柄14有利地支持在長距離上高發射力的應用，但是與本發明一致的應用可以采用單一發射沖程，例如在由FrederickE.Shelton IV、Michael E.Setser和Brian J.Hemmelgarn申請的系列號為10/441,632的名稱為“具有分開的不同閉合和發射系統的外科縫合器械”未審結和共同擁有的美國專利申請中所描述的，該申請的公開內容在此全部引入作為參考。
電活化聚合物電活化聚合物(EAPs)是一組當施加電壓時改變形狀的導電的摻雜質的聚合物。本質上，導電聚合物與一些形式的離子流體或凝膠和電極配對。通過施加電勢導致離子從流體/凝膠流入或流出導電聚合物，并且這種流動導致聚合物形狀的變化。根據使用的聚合物和離子流體，電勢的范圍為1V-4kV。當施加電壓時，一些EAP收縮，而另一些則膨脹。可以將EAP與諸如彈簧或柔性板的機械裝置配對，以改變在施加電壓時產生的效果。
存在兩種基本類型的電活化聚合物并且每種類型有多個結構。兩種基本類型是纖維束和層壓形式。纖維束由大約為30-50微米的纖維組成。這些纖維可以類似紡織品那樣被編織成束，并由此通常被稱為EAP紗。當施加電壓時，這種EAP收縮。電極通常是中央線芯和同樣用來包含圍繞纖維束的離子流體的導電外殼。可從商業渠道獲得的纖維EAP材料的一個例子是由Santa Fe Science andTechnology制造，其作為PANIONTM纖維出售，這在美國專利NO,6,667,825中有描述，該專利在此全部引入作為參考。
另一種類型是層壓結構，該層壓結構由一層EAP聚合物、一層離子凝膠和兩個附著到層板各側面的柔性板組成。當施加電壓時，方形層壓板沿一個方向膨脹，并且在其垂直方向收縮。作為SRILaboratories的一個部門的Artificial Muscle Inc.制造了可以商業渠道獲得的層壓(板狀)EAP材料的一個例子。板狀EAP材料也可以從日本的EZMEX獲得，并被稱為薄膜EAP。
應當注意，當提供能量時EAP不會改變體積；它們僅在一個方向膨脹或收縮，而在其橫向進行相反的變化。通過將一側靠著剛性結構并類似活塞一樣使用另一側可以以其基本形式使用層壓形式。也可以將它粘貼在柔性板的各側。當向柔性板狀EAP的一側施加能量時，該EAP膨脹，從而將該板以相反方向彎曲。這允許根據施加能量的側面使板向任一方向彎曲。
一個EAP致動器通常由許多層或捆扎在一起的纖維組成，以便協同工作。EAP的機械構造決定了EAP致動器和它的運動性能。可以將EAP形成長導線束并圍繞一個中央電極纏繞。柔性外部外套管形成用于致動器的其它電極以及包含設備功能所必需的離子流體。在這種構造中，當對電極施加電場時，EAP的導線束變短。將這種構造的EAP致動器稱為纖維EAP致動器。同樣，可以將層壓構造放置在柔性板的各側上的許多層中，或者僅在它本身的層上以增加它的性能。典型的纖維結構具有2-4％的有效伸長率(effetive strain)，而使用更高的電壓，典型的層壓形式可達到20-30％的有效伸長率。
在附圖2中示出了層壓EAP復合材料100，該層壓EAP復合材料由連接到EAP層104的正的板狀電極層102形成，該EAP層104又被連接到離子室(ionic cell)層106，該離子室層又被連接到負的板狀電極層108。在圖3中，許多五層層壓EAP復合材料100通過其間的粘合劑層110被固定成堆，以形成EAP板致動器120。應當理解，可以形成相反的EAP致動器120，該EAP致動器120能夠有選擇地沿各方向彎曲。例如，層壓EAP復合材料100可以被有差別地致動，從而在一側上的層根據EAP的構造膨脹或收縮，以便實現相對未致動層的彎曲。作為另一個例子，將例如彈簧鋼、樹脂或聚合物的非EAP基底附著到層壓EAP復合材料100上。這樣，被構造成長的層壓復合材料100將引起非EAP基底遠離層壓復合材料100的彎曲。被構造成收縮的層壓EAP復合材料100將引起非EAP基底朝層壓EAP復合材料的彎曲。將層壓EAP復合材料100設置在非EAP基底的兩側上可以用于獲得沿各方向彎曲的不同效果。
在圖4-5中，收縮的EAP纖維致動器140包括縱向鉑陰極導線142，該導線穿過絕緣聚合物近端帽144，通過在塑料圓柱形壁148內形成的細長的圓柱形腔替146，該塑料圓柱壁導電地摻雜以用作陽極。將鉑陰極導線142的遠端埋放入絕緣聚合物遠端帽150中。許多收縮聚合物纖維152被平行且圍繞陰極導線142布置，它們的端部被埋放入各端部帽144、150中。塑料圓柱形壁148沿外周圍繞各端部帽144、150連結以封閉圓柱形腔體146，從而密封入填充在收縮聚合物纖維152和陰極導線142之間的空間的離子流體或凝膠154。當跨過塑料圓柱壁(正極)148和陰極導線142施加電壓時，離子流體進入收縮聚合物纖維152，導致它們的外徑膨脹，并且長度相應地收縮，從而將端部帽144、150朝向彼此拉動。
EAP致動關節接頭在圖6-13中，外科切割和縫合器械200包括一EAP致動關節接頭202，該EAP致動關節接頭在該器械的細長軸204靠近側部執行器處形成，通過外科縫合和切割組件12圖示出該端部執行器，該外科縫合和切割組件有利地響應由細長軸204縱向傳遞的分開的閉合和發射運動。EAP致動關節接頭202有利地增加了關節接頭的縫釘施加組件12的理想的臨床靈活性。
在圖6-13的示例性形式中，EAP致動關節接頭202更具體化為柔性閉合和樞轉框架關節接頭210，在圖6中示出的繞樞軸轉動框架關節接頭包括具有近側閉合管214和由柔性閉合管218連接的遠側閉合環216的柔性閉合套管組件212。在柔性閉合管218中形成的垂直狹縫220、222的左和右縱向列允許向右或向左彎曲以進行關節運動，但是連續的頂部縱向條帶224與該彎曲量無關地傳遞縱向閉合運動。應當理解，相同的連續底部縱向條條帶沿著柔性閉合管218的底部延伸(未示出)，該底部縱向條條帶與頂部縱向條條帶224相對并與它共同作用傳遞這種運動。特別是，遠側閉合環216的頂部部分包括接合砧板22的砧板閉合件228的馬蹄形孔226。在圖7中，砧板22包括在其近端處的橫向突出的樞軸銷230，該樞軸銷以可樞轉的方式接合靠近細長槽18的近端形成的樞軸孔232(圖7-8)。當柔性閉合套管組件212向遠側運動時，略微更遠側砧板閉合件228就這樣傳遞閉合運動，當該柔性閉合套管組件向近側運動時，該砧板閉合件傳遞打開運動。柔性閉合管218可以沿著垂直縫220、222的左和右縱向列的長度彎曲，從而在進行關節運動時容納柔性閉合和樞轉框架關節接頭210的被包裹的單樞軸框架組件234。
特別參考圖7-9，單樞軸框架組件234包括具有向遠側突出的頂部和底部樞軸凸起238、240的近側框架底236，每個樞軸凸起分別具有頂部和底部樞軸銷孔242、244。從遠側框架底250向近側突出的相應的頂部和底部樞軸柄腳246、248以可樞轉的方式接合近側框架底236，各柄腳246、248分別具有頂部和底部樞軸銷孔252、254。特別是，垂直對準的頂部樞軸銷孔242、252和底部樞軸銷孔244、254分別通過頂部和底部框架樞軸銷256、258接合(圖10)。
在圖8中，由細長軸16和縫釘施加組件12形成的外科器械200的執行部分260還包括發射桿270，該發射桿沿縱向平移穿過近側框架底218、通過柔性閉合和樞轉框架關節接頭210并通過在遠側框架底250中的發射狹槽272進入縫釘施加組件12。在遠側框架底250的頂部形成的遠側和近側方形孔274、276限定了在其間的夾條278，該夾條接收夾彈簧282的頂部臂280，該夾彈簧的較低的、向遠側延伸的臂284在沿著發射桿270的上部、對于發射行程的空/缺少縫釘匣閉鎖部分的升起部分286上維持向下的壓力。
特別參考圖8，將發射桿270的向遠側突起端連接到E形架288，該E形架輔助將砧板22與縫釘匣20分隔開、切割組織和致動縫釘匣20。縫釘匣20包括模制的縫釘匣本體290，該縫釘匣本體保持有許多位于各向上開口的縫釘孔294內的縫釘驅動器292上的縫釘。通過E形架288向遠側驅動楔形滑軌296，在縫釘匣托架298上滑動，該縫釘匣托架將可更換縫釘匣20的各個元件保持在一起。楔形橇296向上凸起(cam)縫釘驅動器292以迫使縫釘與砧板22變形接觸同時E形架288的切割表面300切割被夾緊的組織。應當理解，在發射過程中E形架288的上部銷302接合砧板22，而中間銷304和底部支腳306使在細長槽18中形成的縱向狹縫槽308的各頂部和底部表面與對應的縫釘匣托架298中的縱向開口310和位于縫釘匣本體290中向后開口的垂直狹縫312接合。其后，向近側收回發射桿270，以及收回E形架288，允許砧板22打開以釋放兩個被縫釘縫合和切割的組織部分(未示出)。
在未審結和共同擁有的系列號為10/955,042的美國專利申請中更詳細描述了縫釘施加組件12，該申請由Frederick E.Shelton IV等人于2004年9月30日申請，名稱為“采用兩片E形架發射機構的關節連接外科縫合器械”，該申請公開的內容在此全部引入作為參考。
特別參考圖9-13，EAP致動系統400響應從手柄14接收的電動關節運動信號(未示出)而有利地致動單樞軸框架組件234。在圖7-13的示例性形式中，頂部左側和頂部右側的EAP纖維致動器402、404沿水平方向連接到頂部的向遠側突出的力矩臂406的各橫向側，該力矩臂406連接到頂部樞軸凸起238。將頂部左側和頂部右側的EAP纖維致動器402、404的外端連接到遠側框架底250的內徑410的對應的上部左側和右側橫向連接點406、408。同樣地，底部左側和底部右側的EAP纖維致動器412、414沿水平方連接到底部的向遠側突出的力矩臂416的各橫向側邊，該力矩臂416連接到底部樞軸凸起240。將底部左側和底部右側的EAP纖維致動器412、414的外端連接到遠側框架底250的內徑410的對應的下部左側和右側橫向連接點418、420。圖12示出了連接點406、408、418、420穿過遠側框架底250，在圖9中的遠側框架底250的外部能夠看到左側的連接點406、418。致動一對EAP致動器，例如在圖13中所示，特別參照上部和下部右側EAP纖維致動器404、414，使它們收縮，將上部和下部力矩臂406、416朝遠側框架底250的右側拉動，從而伸展上部和下部EAP纖維致動器402、412，塌縮垂直狹槽220的左側縱向列排，并擴張垂直狹槽222的右邊縱向列。
在圖14-18中，外科切割和縫合器械500包括可替換的EAP致動關節接頭502，該接頭包括雙樞軸閉合套管組件504(圖14-15)和單樞軸框架組件506(圖15-18)。圖14中示出了去掉可更換的縫釘匣20并且砧板22打開的縫釘施加組件12。從而，雙樞軸閉合套管組件504在其近側位置，使它的遠側樞轉軸線對準框架組件506的樞轉軸線。應當理解，隨著閉合套管組件504向遠側運動以閉合砧板22，閉合套管組件504的近側樞轉軸線也進行樞轉，以便在進行關節運動的框架組件506上平移。
特別參考圖15，雙樞軸閉合套管組件504包括近側閉合管510，將近側閉合管的遠端采用鍵連接(keyed)固定到具有上部和下部遠側突出柄腳514、516的近側閉合環512。將包括馬蹄鐵形孔520以將砧板閉合件228接合到砧板22上的遠側閉合管518在近側通過銷連接到具有上部和下部近側突出柄腳524、526的遠側閉合環522。上部雙樞軸連接件528包括向上突出的遠側和近側樞軸銷530、532，該樞軸銷530、532分別接合到上部近側突出柄腳524中的上部遠側銷孔534和上部遠側突出柄腳514中的上部近側銷孔536。下部雙樞軸連接件538包括向下突出的遠側和近側樞軸銷540、542，該樞軸銷540、542分別接合下部近側突出柄腳526中的下部遠側銷孔544和下部遠側突出柄腳516中的下部近側銷孔546。
特別參考圖15-18，單樞軸框架組件506包括近側框架底550，該框架底550的遠端包括居中心的并靠近在左和右力矩臂556、558之間限定的遠側開口的樞軸凹口554的樞軸銷孔552。八字形(dogbone)連接件560包括向上接合在近側框架底550中的樞軸銷孔552的近側銷562，和在左和右力矩臂556、558之間樞轉的中央桿564。八字形連接件560的遠側銷566剛性連接在遠側框架底570中的下部近側孔568中，該遠側框架底具有接合細長槽18中的近側導向件574的遠側側面導向件572。
EAP致動系統580包括左側和右側EAP堆疊致動器582、584，該堆疊致動器有選擇地膨脹以在八字形連接件560的中央桿564上維持關節力，該八字形連接件被動地壓縮其它的EAP堆疊致動器。在圖18中，右側EAP堆疊致動器582已經膨脹，而使八字形連接件560樞轉，并因此將縫釘施加組件12繞樞軸轉動到左邊側，并且被動地壓縮左側EAP堆疊致動器584。
在圖19中，另一可替換的用于外科器械602的EAP致動關節接頭600包括單樞軸框架組件604，其中將近側框架底606在樞軸銷612處接合遠側框架底610的向近側突出柄腳608。將向近側突出柄腳608在右部橫向側凹進以限定在樞軸銷612的右側上的半個淚珠形滑輪614。連接到半個淚珠形滑輪614的遠點的是收縮的EAP纖維致動器616的遠端，該致動器符合其外形并穿入近側框架底606。收縮的EAP纖維致動器616可以充分長，從而即便對于小比率的長度收縮，也可以實現明顯的轉動。應當理解，可以在示出的柄腳608的左側上使用反向轉動機構，該柄腳608位于EAP關節接頭600的另一側形成的相同但反向的機構上。
用于樞轉關節機構的關節鎖定機構在圖20-27中，將EAP致動關節鎖定器700結合到用于外科器械704的樞轉關節接頭702。為了清楚起見，將單樞軸框架組件706與具有向遠側延伸的上部和下部樞軸凸起710、712的近側框架底708一起示出，樞軸凸起710、712可樞轉地接合到遠側框架底718的向近側指向的上部和下部柄腳714、716，該遠側框架底718被連接到端部執行器720上。將上部樞軸凸起710的上部內孔722在上部柄腳714的上部外孔724的下方對準，通過上部樞軸銷726將上部內孔和上部外孔可樞轉地通過銷連接在一起。將下部樞軸凸起712的下部內孔728在下部柄腳716中的下部外孔730的下方對準。通過下部樞軸銷732將孔728、712可樞轉地通過銷連接在一起。上部和下部力矩臂734、736分別從上部和下部樞軸凸起710、712向遠側延伸。可以通過基本上水平地上部左側EAP纖維致動器740將上部力矩臂734朝形成在遠側框架底718中的上部左側連接點738向左推動。通過基本上水平的上部右側EAP纖維致動器744可以將上部力矩臂734朝形成在遠側框架底718中的上部右側連接點742向右推動。通過基本上水平的下部左側EAP纖維致動器748可以將下部力矩臂736朝形成在遠側框架底718中的下部左側連接點746向左推動。通過基本上水平的下部右側EAP纖維致動器752可以將下部力矩臂736朝形成在遠側框架底718中的下部右側連接點750向右推動。
通過未示出的閉合機構(例如作用在砧板樞軸上的EAP致動器)的動作可以產生砧板22的閉合。或者，在實現縫合和切割的進一步的運動之前發射運動可以首先關閉砧板。作為另一替換，閉合套管組件或其它縱向聯接機構(未示出)可以將閉合運動傳遞到砧板22。
上部EAP致動關節鎖定機構800有利地解鎖樞轉關節接頭702以允許進行關節運動。然后EAP致動關節鎖定機構800放松到鎖定狀態，從而提供不允許能量在關節運動量變化之間消耗及由此的元件加熱的穩定鎖定位置。在矩形上部鎖定凹口804中示出了上部鎖定栓組件802，矩形上部鎖定凹口形成在近側框架底708中，該近側框架底接近上部樞軸凸起710，并且垂直地比上部樞軸凸起更遠離縱向中心線。鎖定栓806將鎖定尖端808延伸到在上部鎖定凹口804中形成的遠側狹槽810之外、與形成圍繞近側表面形成的扇形齒輪814的最接近的齒根接合，該近側表面圍繞遠側框架底718的上部樞軸柄腳714。鎖定栓806在近側終止到橫向板816，該橫向板在近側定位壓縮彈簧818以及上部左和右側EAP堆疊致動器820、822的推力之間在矩形上部鎖定凹口804中沿縱向滑動，可以致動EAP堆疊致動器820、822，以便沿縱向膨脹，從而在向近側運動鎖定栓806時壓縮該壓縮彈簧818，由此使鎖定尖端808與扇形齒輪814脫離接合，允許樞轉關節接頭702被重新定位。上部鎖定蓋824封閉上部鎖定凹口804。
為了附加的鎖定支撐，在圖23中與上部鎖定機構800相同的下部EAP致動關節鎖定機構830作用在靠著下部樞軸柄腳716的相對位置上。還應當理解，可以將相同的鎖定機構結合到細長軸的遠側部分中而不是結合到近端。另外，雙樞軸連接件可以包括在各樞軸處的鎖定裝置。
在使用中，將未進行關節運動的端部執行器720和樞轉關節接頭702(圖20-24)插入到手術部位。隨著EAP鎖定機構800、830通常地斷電，連接到近側框架底708的鎖定尖端808接合遠側框架底718的扇形齒輪814，鎖定單樞軸框架組件706。當需要時，給EAP堆疊致動器820、822提供能量以沿縱向加長，從而解鎖EAP關節鎖定機構800、830。當解鎖時，可以使關節接頭702進行關節運動，例如通過收縮上部和下部右側EAP纖維致動器744、752，以將端部執行器720樞轉到左側(圖25)，將不同的齒根812提供給鎖定尖端808，從而當斷電時，EAP致動鎖定機構800將鎖定到外科器械704的關節運動狀態。
在圖28-29中，示出了用于單樞軸關節接頭901的可替換EAP關節系統900，用于與前述的EAP關節鎖定機構800一起使用。通過將上部和下部反向(rounded)力矩臂910、912在遠側分別結合在近側框架底918的上部和下部樞軸凸起914、916上，使上、下成對的左、右側EAP纖維致動器902、904、906、908變長。遠側框架底922中的上部左側連接點920稍微高于上部右側連接點924。下部左側連接點926也稍微高于下部右側連接點928，這對應于上部和下部左側EAP纖維致動器902、906分別在對應的上部和下部反向力矩臂910、912的比上部和下部右側EAP纖維致動器904、908高的部分纏繞(圖29)。從而，可以根據所需的性能特征選擇與力矩臂910、912的長度和外形輪廓結合的變長的EAP纖維致動器902-908。
在圖30-33中，示出了用于單樞軸關節接頭1001的另外的可替換的EAP關節系統1000，用于與前述的EAP致動鎖定機構800一起使用。代替致動關節運動作用的EAP纖維致動器，上部和下部成對的左、右側EAP堆疊致動器1002、1004、1006、1008分別相對，并沿橫向運動上部和下部縱向軌道1010、1012。向遠側突出的上部力矩臂1014連接到近側框架底1018的上部樞軸凸起1016。在上部力矩臂1014的遠端處的上部向內指向末端銷1020沿縱向滑動地接合上部縱向軌道1010，從而響應由遠側框架底1022沿橫向限制的上部左和右側EAP堆疊致動器1002、1004的不同的收縮和膨脹。向遠側突出的下部力矩臂1024連接到近側框架底1018的上部樞軸凸起1026。在上部力矩臂1024的遠端處的下部向內指向末端銷1030沿縱向滑動地接合下部縱向軌道1012，從而響應由遠側框架底1022沿橫向限制的下部左和右側EAP堆疊致動器1006、1008的不同的收縮和膨脹。
在圖30-31中，為了準備進行關節運動，將EAP關節鎖定機構800致動以使鎖定尖端808與扇形齒輪814脫離接合。在圖32-33中，上部和下部左側EAP堆疊致動器1002、1006已經被供能膨脹，沿橫向向右運動上部和下部縱向軌道1010、1012，從而壓縮上部和下部EAP堆疊致動器1004、1008，并且相應地運動遠側框架底1022抵抗來自上部和下部向內指向末端銷1020、1030的反作用力，該末端銷在示例性關節中向左。
帶有EAP致動柔性頸(flexneck)關節接頭的外科器械在圖34中，外科器械1200有利地采用EAP致動關節接頭1202，該關節接頭與細長軸1206的關節連接框架組件1204成為一體，該細長軸1206將單獨地閉合和發射運動從手柄1208傳遞到端部執行器1210，該端部執行器被示出為具有可閉合砧板1214的縫釘施加組件1212，將可閉合砧板以可樞轉的方式連接到保持有可更換縫釘匣1218的細長槽1216。手柄1208包括向近側朝手槍式握柄1222握緊以關閉砧板1214的閉合扳柄1220。應當理解，閉合套管組件1223或未示出的其它閉合裝置(例如，EAP致動砧板、內部縱向平移構件等)作用在砧板閉合件1224上以實現砧板1214的打開和閉合。一旦被閉合或夾緊，向手槍式握柄1222握緊更遠側的發射扳柄1226，以實現發射構件1228沿縱向向下發射細長軸1206以導致組織的切割和被切割端部的縫合。一旦將發射扳柄1226釋放，隨著輕輕壓下閉合扳柄1220一起壓下閉合釋放鈕1230，以在釋放閉合扳柄1220后釋放夾緊元件，從而打開砧板1214并允許被縫合和切割組織的釋放。旋鈕1232允許圍繞細長軸1206的縱向軸線的有選擇地轉動。
關節連接框架組件1204包括在近側可轉動地連接到手柄1208，并且在遠側連接到關節連接框架底1242的近側框架底1240，該關節連接框架底1242又被連接到支撐端部執行器1210的遠側框架底1244。手柄1208上的關節控制器1246有利地允許通過致動到該處適當的的電信號來選擇關節連接框架底1242的關節運動，例如圖35中示出了已通過關節控制器1246選擇的向左的關節運動。應當理解，關節控制器1246可以有利地包括手動和/或自動地使用于關節連接框架1242的關節鎖定器脫離接合。
在圖36-39中，關節連接框架底1242結合使用左和右側EAP板狀致動器1302、1304的EAP致動系統1300，該EAP板狀致動器1302、1304穿過在基本上為圓柱形的彈性框架體1310的各橫向側的對應的左邊和右側矩形致動器凹槽1306、1308(圖38-39)。矩形刀槽1312形成在彈性框架體1310中，該彈性框架體在用于引導發射桿1314的左、右矩形致動器凹槽1306、1308之間對準，該發射桿是發射構件1228的遠側部分。
當關節連接框架底1242是直的或在進行關節運動的時候，彈性框架體1310的連續的頂部和底部縱向條帶1320(圖36-37)保持發射桿1314的縱向行程量。彈性框架體1310有利地由均質材料形成，該均質材料不會沿其縱向軸線顯著地壓縮。左、右多個縱向排列的垂直凹槽1322、1324分別貫穿(intersect)左、右EAP致動器凹槽1306、1308。各垂直凹槽1322、1324均包括矩形通孔1326，該通孔與矩形刀槽1312和左或右矩形致動器凹槽1306、1308中適當的一個平行地但沿橫向偏離地從頂部到底部穿過彈性框架體1310。各矩形通孔1326沿橫向與橫向窄縫1328連通。在相鄰垂直凹槽1322、1324之間限定了具有狹窄內壁1332的肋1330，該狹窄內壁允許連續頂部和底部縱向條帶1320的沿橫向彎曲，該肋還具有較厚的彎曲外板1334，該彎曲外板支撐對應的一個EAP板狀致動器1302、1304，并且當致動一個或兩個EAP板狀致動器1302、1304以在所選擇的方向彎曲時，在橫向窄縫1328完全塌縮之前，限制可以在那個方向實現的關節活動量。例如在圖37中，激勵左側EAP板狀致動器1302以向左致動，同時右側EAP板狀致動器1304相應地擴展。應當理解，當電激勵以分別在左和右側矩形致動器凹槽1306、1308內產生拉力或推力時，左、右側EAP板狀致動器1302、1304可以交替地收縮或膨脹。
在圖38-39中，關節連接框架底1242有利地包括EAP關節鎖定機構1350，該鎖定機構有選擇地將彈性框架體1310保持在向左進行關節運動或向右進行關節運動的狀態。為了該目的，限定左側鎖定通道1352臨近多個矩形通孔最左側的外部部分穿過左側多個矩形通孔1326，從而允許左側凸脊狀EAP鎖定條1354從該處穿過。同樣，限定右側鎖定通道1356臨近多個矩形通孔1326穿過它們的右側的外部部分，從而允許右側凸脊狀EAP鎖定條1358的放置。沿著左、右凸脊狀EAP鎖定條1354、1358的各自的最外側表面1360，多個沿縱向間隔開的垂直堵塞凸脊1362被沿縱向間隔開和設定尺寸，以同肋1330的幾何形狀一起限定而鎖定在期望的關節運動量。特別是，當柔性框架底1242朝一個對應的凸脊狀EAP鎖定條1354、1358的相對側進行關節運動時，在該側上的肋1330變成弓形彼此遠離，如圖38所示的正在向左進行關節運動。一旦肋1330達到足夠用于鎖定的間隔時(即，比豎直堵塞凸脊1362的縱向寬度更寬)，右側凸脊狀EAP鎖定條1358被向外偏壓以將其凸脊1362卡接在相鄰肋1330的相鄰的被變厚的較厚彎曲外部片1334之間。致動右側凸脊狀EAP鎖定條1358導致解鎖右側凸脊狀EAP鎖定條1358的收縮。在圖39中，在矩形刀槽1312上方和下方穿過的橫向的上部和下部導向銷1370、1372保持橫向對準。
在圖40中，關節連接框架底1242結合使用多個左和右側EAP肋撐板致動器(rib spreader plate actuator)1402的EAP致動系統1400，該撐板致動器每一個均位于彈性框架體1408相對的一對遠側和近側開口矩形凹槽之間。各相對的一對遠側和近側開口矩形致動器凹槽1404、1406分別形成于相鄰一對(近側的/遠側的)橫向限定的肋1410中。各肋1410包括沿橫向向外開口的垂直狹槽1412，沿該垂直狹槽的高度較寬矩形通孔1414更向內定位，縮入外部垂直狹槽1416之內。由此每個肋1410包括連接到上部和下部縱向連續條帶1420的薄內壁1418。沿著縱向中心線在橫向形成矩形刀槽1422。如上所述，左、右凸脊狀EAP鎖定條1354、1358有利地放松成在關節連接框架底1242的膨脹側上的膨脹的、彎曲的形狀以進行鎖定，縱向對準由橫向導向銷1370保持。
在圖41-42中，關節連接框架底1242將另一可替換的EAP致動系統1500結合到彈性框架體1502中，該彈性框架體包括布置在左、右垂直堆疊1506、1508中的縱向排列的EAP纖維致動器1504，該堆疊穿過相應的左、右多個橫向肋1510，每個肋具有薄的垂直內壁1512，該內壁連接到連續的縱向頂部和底部條帶1514，以便于在其橫向彎曲。每個肋1510沿橫向加寬成厚的外板1516，將該外板的尺寸設定成用于限定向該側的關節運動。每個厚的外板1516包括允許EAP纖維致動器1504穿過的垂直排列的縱向通孔1518。遠側和近側側蓋1520、1522沿縱向位于肋1510的側面，以覆蓋EAP纖維致動器1504的相應的終端。在彈性框架體1502中形成用于發射桿1314的沿橫向位于中央的刀槽1524。收縮EAP纖維致動器1504的選擇的垂直堆疊1506、1508導致向該側的關節運動，并且沒有致動的垂直堆疊1506、1508響應于該情況而被動地伸長。
用于發射桿的EAP支撐板參考圖43-54，沿橫向對稱普遍用于各種形式的成對的支撐用于在在關節接頭中發射桿的支撐板。另外，可以想到與本發明一致的應用可以包括可將任一端作為用于那些也不是縱向對稱的所示的關節接頭的近端或遠端。從而，用后綴“a”表示橫向對稱元件以及用后綴“b”表示鏡像元件并不暗示右側或左側。
在圖43中，用于外科器械2002的關節接頭2000包括一對EAP支撐板2004、2006，該支撐板沿橫向支撐發射桿2008，從而當進行關節運動時使束縛和變形最小化。每個支撐板2004、2006均包括相應的結構件2010a、2010b(例如，剛性聚合物、金屬)，該結構件包括沿橫向加寬的端部2012a、2012b，該加寬端部被捕獲在第一框架底2016中的對應尺寸的凹槽2014a、2014b內，該結構件還包括被滑動地接收在第二框架底2020內的平直端部2018a、2018b。縱向膨脹的EAP層壓板2022a、2022b覆蓋各支撐板2004、2006的內表面。
在圖44中，使關節接頭2000向一橫向側進行關節運動，導致發射桿2008越過進行關節運動的縱向軸線2024并接觸支撐板2006。該處的橫向支撐防止發射桿2008爆裂到關節接頭2000之外，和/或允許裝配具有如此減小的力得更柔軟的發射桿2008以進行關節運動。另外，當必要時激勵在各支撐板2004、2006上的EAP層壓板2022a、2022b以控制二者的曲率大小，從而維持期望的用于發射桿2008的其間的間距。當平直端部2018a、2018b滑入第二框架底部分2020以容納內部支撐板2004與外部支撐板2006相比所需減少的行程。EAP層壓板2022b還可以提供輔助沿橫向導向的發射桿2008的緩沖和低表面摩擦性質。
在圖45中，用于外科器械2102的可替換的關節接頭2100包括一對EAP支撐板2104、2106，該支撐板沿橫向支撐發射桿2108，以在進行關節運動時使束縛和變形最小化。各支撐板2104、2106分別包括結構件2110a、2110b(例如，剛性聚合物、金屬)，該結構件包括沿橫向加寬的端部2112a、2112b，該加寬端部被捕獲在第一框架底2116中的對應尺寸的凹槽2114a、2114b內，該結構件還包括被滑動地接收在第二框架底2120內的平直端部2118a、2118b。縱向膨脹的EAP層壓板2122a、2122b覆蓋各支撐板2104、2106的內表面。使關節接頭2100向一橫向側關節運動，導致發射桿2102越過進行關節運動的縱向軸線2124并接觸支撐板2106。該處的橫向支撐防止發射桿2008爆裂到關節接頭2100之外，和/或允許裝配具有如此減小的力得更柔軟的發射桿2108以進行關節運動。另外，當必要時激勵在各支撐板2104、2106上的EAP層壓板2122a、2122b以控制二者的曲率大小，從而維持期望的用于發射桿2108的其間的間距。當平直端部2118a、2118b滑入第二框架底部分2120以容納內部支撐板2104與外部支撐板2106相比所需減少的行程。將EAP層壓板2122a、2122b遠離與發射桿2108接觸的放置可以具有諸如減少磨損EAP層壓板2122a、2122b的優點。
在圖46中，用于外科器械2202的可替換的另外的關節接頭2200包括一對EAP支撐板2204、2206，該支撐板沿橫向支撐發射桿2208，以在進行關節運動時使束縛和變形最小化。各支撐板2204、2206分別包括結構件2210a，2210b(例如，金屬)，該結構件包括第一向外突起端2212a、2212b，該第一向外突起端受到約束，并且可在第一框架底2216中的第一向內開口凹槽2214a、2214b內沿縱向自由浮動，該結構件還包括第二向外突起端2218a、2218b，該第二向外突起端受到約束，并且可在第二框架底2222的第二向內開口凹槽2220a、2220b內沿縱向自由浮動。沿縱向膨脹的EAP層壓板2224a、2224b覆蓋各支撐板2204、2206的內表面。
在圖47中，再一個用于外科器械2302的可替換的關節接頭2300包括一對EAP支撐板2304、2306，該支撐板沿橫向支撐發射桿2308，以在進行關節運動時使束縛和變形最小化。各支撐板2304、2306包括各自的結構件2310a，2310b(例如，金屬)，該結構件包括第一向外突起端2312a、2312b，該第一向外突起端與第一框架底2316中的向內開口的狹槽2314a、2314b固定在一起，該結構件還包括第二向外突起端2318a、2318b，該第二向外突起端受到約束，并且可在第二框架底2322的第二向內開口凹槽2320a、2320b內沿縱向自由浮動。縱向膨脹的EAP層壓板2324a、2324b覆蓋各支撐板2304、2306的內表面。在向內開口凹槽2320a內沿縱向排列一對壓縮彈簧2326a、2328a，將支撐板2304的第二向外突起端2318a偏壓到其中的中間位置。同樣，在向內開口凹槽2320b內沿縱向排列一對壓縮彈簧2326b、2328b，將支撐板2306的第二向外突起端2318b偏壓到其中的中間位置。
在圖48中，用于外科器械2402的還有另一可替換的關節接頭2400，其包括一對EAP支撐板2404、2406，該支撐板沿橫向支撐發射桿2408，以在進行關節運動時使束縛和變形最小化。各支撐板2404、2406分別包括結構件2410a、2410b(例如，金屬)，該結構件包括第一向外突起端2412a、2412b，該第一向外突起端受到約束，但可在第一框架底2416中的第一向內開口凹槽2414a、2414b內沿縱向自由浮動，該結構件還包括第二向外突起端2418a、2418b，該第二向外突起端受到約束，并且可在第二框架底2422的第二向內開口凹槽2420a、2420b內沿縱向自由浮動。沿縱向膨脹的EAP層壓板2424a、2424b覆蓋各支撐板2404、2406的內表面。在第一向內開口凹槽2414a、2414b內分別沿縱向排列對應的成對壓縮彈簧2426a-2428a、2426b-2428b，將各支撐板2404、2406的第一向外突起端2412a、2412b偏壓到其中的中間位置。在第二向內開口凹槽2420a、2420b內分別沿縱向排列另一對應成對壓縮彈簧2430a-2432a、2430b-2432b，將各支撐板2404、2406的第二向外突起端2418a、2418b偏壓到其中的中間位置。
在圖49-52中，用于外科器械2502的另一可替換的關節接頭2500采用EAP支撐板2504、2506，該EAP支撐板位于關節連接框架底2514的彈性框架體2512的刀槽2510中的發射桿2508的各橫向側上，該關節連接框架底在近側連接到近側框架底2516上并在遠側連接到遠側框架底2518上。左側EAP板狀致動器2520穿過左側的多個形成在彈性框架體2512中的橫向肋2522。右側EAP板狀致動器2524穿過右側的多個橫向肋2526。向近側延伸到近側框架底2516中的各EAP板狀致動器2520、2524分別包括連接到內部板2530a、2530b的外部EAP層壓層2528a、2528b，并被構成為當供應電能時致動，以將遠側框架圓形件(round)2518朝另一側彎曲。彈性框架體2512包括在近側向內開口凹槽2532，該近側向內開口凹槽分別抓緊各支撐板2504、2506的相應的近側、向內彎曲端2534a、2534b。允許各支撐板2504、2506的平直遠側2536a、2536b滑動脫離刀槽2510，以調整用于關節運動行程的變化，如圖51所示。
在圖53中，用于外科器械2602的又一可替換的關節接頭2600包括一對EAP支撐板2604、2606，該支撐板沿橫向支撐發射桿2608，以在進行關節運動時使束縛和變形最小化。各支撐板2604、2606包括各自的結構件2610a、2610b(例如，金屬、樹脂、聚合物)，該結構件包括第一向外突起端2612a、2612b，該第一向外突起端與第一框架底2616的相應的右側和左側向內開口的狹槽2614a、2614b固定在一起，該結構件還包括第二向外突起端2618a、2618b，該第二向外突起端分別受到約束，并且可在第二框架底2622的第二向內開口凹槽2620a、2620b內沿縱向自由浮動。
將外部的沿縱向膨脹EAP層壓板2624a、2624b定位在靠著第二向外突起端2618a、2618b的各向內開口的凹槽2620a、2620b的外側部分。將內部縱向膨脹EAP層壓板2625a、2625b定位在靠著第二向外突起端2618a、2618b的各相對側的向內開口凹槽2620a、2620b的內側部分。從而，激勵外部縱向膨脹EAP層壓板2624a、2624b中的一個有效地使相應的支撐板2604、2606變長。相反，激勵內部縱向膨脹EAP層壓板2625a、2625b中的一個有效地使相應的支撐板2604、2606變短。
在圖54中，用于外科器械2702的另外的可替換的關節接頭2700包括一對EAP支撐板2704、2706，該支撐板沿橫向支撐發射桿2708，以在進行關節運動時使束縛和變形最小化。各支撐板2704、2706包括各自的結構件2710a、2710b(例如，金屬)，該結構件包括第一向外突起端2712a、2712b，該第一向外突起端受到約束，但可在第一框架底2716中的第一向內開口凹槽2714a、2714b內沿縱向自由浮動，該結構件還包括第二向外突起端2718a、2718b，該第二向外突起端受到約束，并且可在第二框架底2722的第二向內開口凹槽2720a、2720b內沿縱向自由浮動。
將外部的沿縱向膨脹EAP層壓板2724a、2724b定位在靠著第二向外突起端2718a、2718b的相應第二向內開口的凹槽2720a、2720b的外側部分。將內部縱向膨脹EAP層壓板2725a、2725b定位在靠著第二向外突起端2718a、2718b的相應的相對側的第二向內開口凹槽2720a、2720b的內側部分。為了有效地使支撐板2704、2706的變長和變短加倍，將另一外部沿縱向膨脹EAP層壓板2734a、2734b定位在靠著第一外部突起端2712a、2712b的相應的第一向內開口凹槽2714a、2714b的外側部分。將另一內部沿縱向膨脹EAP層壓板2735a、2735b定位在靠著第一向外突起端2612a、2612b的相應的相對側的第一向內開口凹槽2720a、2720b的內側部分。從而，激勵橫向的第一對外部縱向膨脹EAP層壓板2724a、2734a有效地使支撐板2704變長，激勵橫向的第二對外部縱向膨脹EAP層壓板2724b、2734b有效地使支撐板2706變長。相反，激勵橫向第一對內部縱向膨脹EAP層壓板2726a、2736a有效地使支撐板2704變短，激勵橫向第二對內部縱向膨脹EAP層壓板2726b、2736b有效地使支撐板2706變短。
在這些形式的每個中，關節支撐控制電路可以有利地激勵一個或兩個EAP支撐板，以實現它們的縱向長度和/或實現它們的縱向偏轉或彎曲的程度。例如，激勵EAP支撐板可以實現接頭的關節運動，并且支撐發射桿，從而保持活動。在另一例子中，可以通過機械或電子裝置分別進行關節接頭的致動，并且在致動的同時或立即進行發射(例如一旦檢測或命令端部執行器閉合)時激勵關節運動支持控制電路。
雖然已經通過幾個實施例的說明示例性描述了本發明，并且雖然示例性的實施例已經被相當詳細地描述，但是不意味著申請人限制或以任何方式限定后附權利要求的范圍到該細節。另外的優點和變更對本領域普通技術人員來說是顯而易見的。
例如，雖然將手動操作外科器械以示例性方式示出，應當理解，可以將本發明的各個方面結合到自動定位和控制器械。因而手柄部分可以包括被穩定在夾緊設備中的外部部分。
權利要求
1.一種外科器械，其包括手柄部分，該部分包括具有可操作的構造以產生關節支撐信號的關節控制電路，包含沿縱向平移的發射桿的發射機構；連接到手柄上并且包括包圍發射桿的發射桿導向槽的細長軸；以及在遠側連接到細長軸并且由所述發射桿的遠端致動的端部執行器；將細長軸連接到端部執行器上并且通過細長軸與關節支撐信號通訊的關節接頭；以及定位在發射桿的各橫向側上的關節接頭內的一對電活化聚合物支撐構件，其響應關節支撐信號以為了鉸接到選定的橫向側而在尺寸上補償調整。
2.根據權利要求1所述的外科器械，其特征在于，在關節運動的內側上的成對電活化聚合物支撐構件對中所選擇的一個響應關節支撐信號而收縮。
3.根據權利要求1所述的外科器械，其特征在于，在關節運動的外側上的成對電活化聚合物支撐構件對中所選擇的一個響應于關節支撐信號而伸長。
4.根據權利要求1所述的外科器械，其特征在于，所述電活化聚合物支撐構件每一個均包括電活化聚合物板狀致動器，其具有可操作的構造以響應關節支撐信號而橫向偏轉。
5.根據權利要求4所述的外科器械，其特征在于，關節接頭的近側部分和遠側部分中所選擇的一個包括與發射桿導向槽連通的框架凹槽，各電活化聚合物板狀致動器包括具有容納在框架凹槽內的向外偏轉的端部的剛性基底，并包括被連接到所述剛性基底的一側以響應關節支撐信號進行彎曲的電活化聚合物致動器。
6.根據權利要求5所述的外科器械，進一步包括縱向相對地插在剛性基底的向外偏轉的端部和框架凹槽的壁之間的彈性構件。
7.根據權利要求5所述的外科器械，其中特征在于，將電活化聚合物致動器連接到靠近發射桿的剛性基底的內側表面上。
8.根據權利要求5所述的外科器械，其特征在于，所述剛性基底的內表面靠近發射桿，并將電活化聚合物致動器連接到所述剛性基底的外表面上。
9.根據權利要求1所述的外科器械，其特征在于，關節接頭包括連接到細長軸上的近側部分和連接到端部執行器上的遠側部分，該近側部分為關節運動而連接到遠側部分上，各電活化聚合物致動器分別被連接到近側部分和遠側部分上，并具有可操作的構造以響應關節支撐信號實現關節運動。
10.根據權利要求9所述的外科器械，其特征在于，所述關節接頭包括以可樞轉的方式連接到遠側部分上的近側部分。
11.根據權利要求9所述的外科器械，其特征在于，所述關節接頭包括分別由連接在近側和遠側部分之間的縱向不可壓縮的柔性材料形成的上部條帶和下部條帶，還包括多個左側垂直肋和多個右側垂直肋，將每個肋連接到在上部和下部條帶之間的橫向側上。
12.根據權利要求9所述的外科器械，其特征在于，在關節運動的內側上的成對電活化聚合物支撐構件中所選擇的一個響應關節支撐信號而收縮。
13.根據權利要求9所述的外科器械，其特征在于，在關節運動的外側上的成對電活化聚合物支撐構件中所選擇的一個響應關節支撐信號而伸長。
14.根據權利要求9所述的外科器械，其特征在于，電活化聚合物支撐構件分別包括具有可操作的構造以響應關節支撐信號而橫向偏轉的電活化聚合物板狀致動器。
15.根據權利要求9所述的外科器械，其特征在于，每個電活化聚合物支撐構件包括一結構件，該結構件具有縱向部分和在各端分別被約束在關節接頭的近側部分和遠側部分內的向外彎曲的小凸起，還包括內部和外部電活化聚合物致動器，每個致動器的構造為為了縱向膨脹而定位在所選擇的一個向外彎曲小凸起的縱向相對側上，其中關節接頭的各部分包括接收內部和外部電活化聚合物致動器的向內開口的凹槽和所選擇的一個向外彎曲的小凸起。
16.根據權利要求15所述的外科器械，其特征在于，每個電活化聚合物支撐構件還進一步包括第二對內部和外部電活化聚合物致動器，各致動器的構造為為了縱向膨脹而定位在另一個向外彎曲的小凸起的縱向相對側上，其中關節接頭的各部分包括接收第二對內部和外部電活化聚合物致動器的向內開口的凹槽和另一個向外彎曲的小凸起，關節控制電路具有可操作的構造以致動所選擇的電活化聚合物支撐構件的兩個電活化聚合物致動器從而實現變長，并且致動兩個內部電活化聚合物致動器從而實現變短。
17.一種外科器械，其包括手柄部分，該部分包括具有可操作的構造以產生關節支撐信號的關節控制電路；連接到手柄部分上的細長軸；以及在遠側連接到細長軸上的端部執行器；將細長軸連接到端部執行器上并且通過細長軸與關節支撐信號通訊的關節接頭；以及位于關節接頭的橫向側上的一對電活化聚合物支撐構件，每個所述支撐構件具有沿縱向被限制在關節接頭中的一端和被滑動接收的另一端，該構件對準細長軸的縱向軸線并從該縱向軸線偏置，每個電活化聚合物支撐構件響應關節支撐信號以沿橫向彎曲。
18.一種外科器械，其包括手柄部分，該部分包括具有可操作的構造以產生關節支撐信號的關節控制電路；連接到手柄部分上的細長軸；以及在遠側連接到細長軸上的端部執行器；將細長軸連接到端部執行器并且通過細長軸與關節支撐信號通訊的關節接頭；以及位于關節接頭的橫向側上的一對電活化聚合物支撐構件，每個所述支撐構件具有沿縱向被限制在關節接頭的兩端，該構件對準細長軸的縱向軸線并從該縱向軸向偏置，每個電活化聚合物支撐構件響應關節支撐信號以有選擇地加長或縮短。
全文摘要
一種特別適合于內窺鏡使用的外科縫合器械，使由發射桿致動的端部執行器(例如，縫合和切割)進行關節運動。細長軸中的關節機構采用沿橫向支撐發射桿的電活化聚合物(EAP)致動器，從而充分限制發射桿以避免爆裂，而且在并沒有過度摩擦和束縛的條件下導向。從而，實現有效且一致地發射，而不會在使端部執行器進行關節運動時過度增加所需的發射力。
文檔編號A61B17/00GK1726875SQ20051008734
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優先權日2004年7月28日
發明者肯尼思·S·威爾士 申請人:伊西康內外科公司