具有反枢转机构的器械的制作方法

具有反枢转机构的器械
1.交叉引用的申请
2.本技术要求2022年4月5日提交的题为“instrument with a counter-pivoting mechanism”的美国临时申请号63/327,472的优先权和权益，其通过引用以其整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于进行医学或非医学程序的系统和方法，并且更具体地涉及具有反枢转(counter-pivoting)机构的工具。


背景技术：

4.微创医学技术旨在减少医学程序期间受损的组织的量，从而减少患者恢复时间、不适和有害副作用。此类微创技术可通过患者解剖体中的自然孔口或通过一个或多个外科手术切口来执行。操作者可通过这些自然孔口或切口插入微创医学器械以到达目标组织位置。微创医学器械包括诸如治疗器械、诊断器械、活检器械和外科手术器械等器械。医学器械可被插入解剖通道中并且被导航到患者解剖体内的感兴趣区域。
5.一些医学器械包括平行运动机构以平移器械的一部分，同时维持器械的这一部分的定向。现有的平行运动机构构造包括两个共轴管，缆线在内管和外管之间布线(routed)，如美国专利号7,942,868(2007年6月13日提交)(公开了“surgical instrument with parallel motion mechanism”)中所述，其通过引用以其整体并入本文。这种设计具有在某些程序中可能是所不期望的特性。
6.需要具有改进的反枢转机构的器械来加强医学和非医学程序。


技术实现要素：

7.与一些示例一致，一种器械可包括细长轴、反枢转机构和延伸穿过细长轴并且被配置为控制反枢转机构的操纵的多个控制缆线。细长轴可具有近侧部分和远侧部分。反枢转机构可包括：联接到细长轴的远侧部分的第一关节(joint)，第一关节包括第一联节(link)；以及设置在第一关节远侧的第二关节，第二关节包括第二联节。反枢转机构还可包括细长管，该细长管设置在第一关节和第二关节之间并且具有沿细长管的纵向轴线延伸的中心腔。多个约束缆线可在第一和第二关节之间、在形成于细长管的壁的外周向表面中的多个第一凹槽内线性地延伸。多个控制缆线可在形成在细长管的壁的外周向表面中的多个第二凹槽内螺旋地缠绕细长管的至少一部分。第一和第二关节可通过多个约束缆线联接使得当反枢转机构由多个控制缆线操纵时，第一关节沿第一方向枢转，第二关节随同沿与第一方向相对的第二方向枢转，同时第一联节和第二联节被维持在平行定向。
8.在一些示例中，多个控制缆线中的每个可固定到第二关节。一种器械还可包括联接到第一关节的第三关节和联接到第二关节的第四关节。第一和第二关节可被配置为沿俯仰方向枢转，而第三和第四关节可被配置为沿偏航方向枢转。多个控制缆线可包括一组俯
仰控制缆线和一组偏航控制缆线。
9.在一些示例中，多个控制缆线中的每个控制缆线可在自每个相应的控制缆线进入细长管的壁的位置相对于纵向轴线周向偏移大约180
°
的位置处离开细长管的壁。在一些示例中，多个第二凹槽可比多个第一凹槽更深地形成在壁中使得多个约束缆线自细长管内的多个控制缆线径向向外设置，或者多个第一凹槽可比多个第二凹槽更深地形成在壁中使得多个约束缆线自细长管内的多个控制缆线径向向内设置。
10.在一些示例中，细长管的外径可小于约5mm。中心腔的最大宽度可大于约2.8mm。在这点上，中心腔的横截面面积与细长管的横截面面积的比可大于1:2。
11.在一些示例中，一种器械可包括设置在反枢转机构远侧的末端执行器。末端执行器可任选地包括肘节关节。多个肘节控制缆线可延伸穿过细长管的中心腔并固定到肘节关节。多个肘节控制缆线可设置在延伸穿过细长管的中心腔的多个盘管内。末端执行器可包括夹持器，并且多个肘节控制缆线可包括被配置为控制末端执行器的俯仰、偏航和夹持的至少四个缆线。末端执行器可包括电炙刀(electrocautery blade)或消融工具，并且导线可延伸穿过细长管的中心腔。
12.在一些示例中，一种器械可包括延伸穿过第一和第二关节的形状传感器。
13.与一些示例一致，一种器械可包括具有近侧部分和远侧部分的细长轴、反枢转机构和延伸穿过细长轴并且被配置为控制反枢转机构的操纵的多个控制缆线。反枢转机构可包括：联接到细长轴的远侧部分的第一关节，第一关节包括第一联节；设置在第一关节远侧的第二关节，第二关节包括第二联节；细长管，该细长管设置在第一关节和第二关节之间并且具有沿细长管的纵向轴线延伸的中心腔；以及多个约束缆线，多个约束缆线在第一和第二关节之间、于形成在细长管的壁中的多个通道内延伸。多个控制缆线可在形成在细长管的壁的外周向表面中的多个凹槽内螺旋地缠绕细长管的至少一部分。第一和第二关节可通过多个约束缆线联接使得当反枢转机构由多个控制缆线操纵时，第一关节沿第一方向枢转，第二关节随同沿与第一方向相对的第二方向枢转，同时第一联节和第二联节被维持在平行定向。
14.在一些示例中，多个通道可包括延伸穿过细长管的壁的线性腔。在一些示例中，多个通道可在中心腔内延伸。在一些示例中，多个通道可包括形成在细长管的壁的内表面中的凹槽。
15.与一些示例一致，一种控制器械的方法可包括操纵延伸穿过器械的细长轴的多个控制缆线中的至少一个控制缆线，器械具有近侧部分、远侧部分和反枢转机构。反枢转机构可包括：联接到细长轴的远侧部分的第一关节，第一关节包括第一联节；设置在第一关节远侧的第二关节，第二关节包括第二联节；细长管，该细长管设置在第一关节和第二关节之间并且具有沿细长管的纵向轴线延伸的中心腔；以及多个约束缆线，多个约束缆线在第一和第二关节之间、于形成在细长管的壁的外周向表面中的多个第一凹槽内线性地延伸。至少一个控制缆线可延伸穿过多个螺旋缠绕的第二凹槽中的至少一个，多个螺旋缠绕的第二凹槽形成在细长管的壁的外周向表面中。操纵至少一个控制缆线可使第一关节沿第一方向枢转并且使第二关节沿与第一方向相对的第二方向枢转，同时第一联节和第二联节通过多个约束缆线维持在平行定向。
16.其它示例包括对应的计算机系统、设备和记载在一个或多个计算机存储装置上的
计算机程序，其各自被配置为执行本文描述的任意方法的动作。
17.应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述两者在本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。在这点上，根据以下详细描述，本公开的另外的方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
18.当结合图附阅读时，本公开的各方面通过以下详细描述会得到最佳理解。要强调的是，根据工业上的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚讨论，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。另外，本公开可在各种示例中重复参考数字和/或字母。此重复是出于简单和清楚的目的，而其本身并不指示所讨论的各种实施方式和/或配置之间的关系。
19.图1是根据本公开的远程操作系统的图。
20.图2a示出了采用本公开的方面的器械系统。
21.图2b示出了根据本公开的具有延伸的器械示例的图2a器械系统的远侧部分。
22.图2c示出了图2a器械系统的柔性可转向装置的远端。
23.图2d示出了采用本公开方面的器械系统的远侧部分。
24.图3示出了根据本公开的器械的远侧部分。
25.图4示出了根据本公开的反枢转机构的细长管。
26.图5a示出了根据本公开的由联节形成的多个反枢转机构关节。
27.图5b示出了如图5a所示的联节。
28.图6示出了根据本公开的用于将反枢转机构连接到器械的细长轴的适配器。
29.图7a-图7b示出了根据本公开的反枢转机构的锚定件联节。
30.图8a-图8b示出了根据本公开的分别处于笔直构型和弯曲构型的反枢转机构。
31.图9示出了贯穿根据本公开的器械的远侧部分的横截面。
32.图10示出了根据本公开的移除了联节的反枢转机构的远端。
33.图11示出了根据本公开的移除了联节的反枢转机构的近端。
34.图12示出了贯穿根据本公开的器械的远侧部分的横截面。
35.图13a-图13b示出了贯穿图9反枢转机构的横截面。
36.图14-图16示出了贯穿根据本公开反枢转机构的示例的横截面。
37.通过参考下面的详细描述，本公开的示例及其优点会得到最佳理解。应当理解，相同的参考编号用于标识一个或多个图中所示的相同元件，其中，其中的显示是为了说明本公开的示例而不是为了对其限制。
具体实施方式
38.在以下对本发明各方面的详细描述中阐述了许多具体细节，以便提供对所公开的实施方式的透彻理解。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，本公开的实施方式可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，未详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊本发明实施方式的各个方面。此外，为了避免不必要的描述性重复，根据一个说明性实施方式描述的一个或多个部件或动作在其它说明性实施方式适用时
能够被使用或省略。为了简洁起见，将不单独描述这些组合的许多迭代。为了简单起见，在一些情况下，在所有附图中使用相同的附图编号指代相同或相似的部分。
39.反枢转机构可被定位在器械的末端执行器和细长轴之间。反枢转机构可被设计成在器械于反枢转机构处弯曲期间，维持设置在反枢转机构的任一侧上的近侧联节和远侧联节之间的平行布置。这可允许平移末端执行器和/或肘节的位置，同时维持末端执行器和/或肘节相对于细长轴的一部分的定向。
40.本公开涉及一种器械用反枢转机构，其具有可通过减小反枢转机构的外径和/或增加中心腔或工作通道的内径来促进于远程操作或机器人辅助外科手术平台中使用的设计。这可例如通过将用于反枢转机构的控制件和/或约束缆线设置在形成于反枢转机构的壁中的凹槽或通道中来实现。
41.参考附图中的图1，一种用于例如外科手术、诊断、治疗、活检或非医学程序(在本文中可统称为“外科”)的远程操作系统总体上由附图编号100表示。如图1所示，远程操作系统100总体上包括远程操作操纵器组件102，用于在执行各种程序——例如对患者p执行医学程序——时操作医学器械系统104。医学器械系统104可包括一个或多个可转向器械和/或一个或多个被动器械。医学器械系统104的一个或多个器械可被配置为定位在医学器械系统104的一个或多个其它器械的工作通道或腔内。在一些示例中，一个或多个外科器械或工具可定位在诸如医学器械系统104的导管或内窥镜之类的器械的一个或多个工作通道内。操纵器组件102被安装到患者支撑台t或附近，患者支撑台t可位于外科手术室或其它医学环境中。操作者输入系统106允许操作者(例如，临床医生、外科医生或其他人员)s观察介入部位并控制操纵器组件102。图1中示出了单个操纵器组件102、医学器械系统104和操作者输入系统106。然而，应当理解，各种远程操作的系统可具有多个操纵器组件、医学器械系统(各自包括一个或多个医学器械)、操作者输入系统或其组合。
42.操作者输入系统106可位于通常与患者支撑台t位于同一房间的用户控制系统处。然而，应当理解，操作者s可位于不同的房间或完全不同的建筑物中，或者在地理上远离患者p。操作者输入系统106总体上包括用于控制操纵器组件102的一个或多个控制装置。控制装置可包括任意数量的各种输入装置或传感器，如操纵杆、轨迹球、数据手套、扳机枪、手动操作控制器、眼动跟踪装置、语音识别装置、身体运动或存在传感器或者类似装置。在一些实施方式中，控制装置将被提供有与一个或多个相关联的医学器械系统(如医学器械系统104)相同的自由度，从而为操作者提供远程呈现(telepresence)，或者控制装置与医学器械系统成为整体使得操作者拥有足够强烈的直接控制医学器械系统的感知的知觉。在其它实施方式中，控制装置可具有与一个或多个相关联医学器械系统(如医学器械系统104)相比更多或更少或者不同的自由度，并且仍然为操作者提供远程呈现。在一些实施方式中，控制装置是手动输入装置，该手动输入装置以六个自由度移动并且也可以包括用于致动器械(例如，用于闭合抓取爪、向电极施加电位、输送治疗药物等)的可致动手柄。
43.远程操作操纵器组件102支撑医学器械系统104，并且可以包括一个或多个非伺服控制连杆(links)(例如，可被手动地或机器人地定位且锁定就位的一个或多个连杆，通常被称为组建结构(set-up structure))和一个远程操作操纵器的运动学结构。远程操作操纵器组件102包括多个致动器或马达，这些致动器或马达响应于来自控制系统(例如，控制系统112)的命令而驱动医学器械系统104的一个或多个器械上的输入。马达包括驱动系统，
这些驱动系统在联接至医学器械系统104时可将医学器械系统104的器械(一个或多个)推进到天然形成的或外科手术形成的解剖孔口中。其它机动式驱动系统可以使医学器械系统104的器械(一个或多个)的远端以多个自由度移动，这些自由度可包括三个平移运动自由度(例如，沿着x、y、z笛卡尔轴的平移运动)和三个旋转运动自由度(例如，围绕x、y、z笛卡尔轴的旋转)。另外，马达可用于致动器械的可铰接末端执行器，以便将组织抓紧在活检装置的钳口或类似工具中。马达方位(position)或速度传感器如解算器、编码器、电位差计及其它机构可将传感器数据提供给远程操作组件，以描述马达轴的旋转和定向。此方位传感器数据可用于确定由马达操纵的对象的运动。
44.远程操作系统100还包括具有一个或多个子系统的传感器系统108，这些子系统用于接收关于远程操作系统100的子组件(包括远程操作操纵器组件102的器械)的信息。这样的子系统可包括下列中的至少一种：方位/位置传感器系统(例如，电磁(em)传感器系统)；形状传感器系统，用于确定诸如是柔性可转向主体或具有或不具有关节的刚性器械主体的医学器械系统104的器械的至少一部分的方位、定向、速度、速率、姿势和/或形状；可视化系统，用于从器械的远端捕获图像；基于各种传感器技术的其它传感器系统；或其组合。
45.在一些示例中，可视化系统(例如，图2a的可视化系统231)可包括观察镜组件，其记录手术部位的并发(concurrent)或实时图像并将图像提供给操作者(例如，临床医生或外科医生或其他人员)s。并发图像可以是例如由定位在手术部位内的内窥镜捕获的二维或三维图像。在此实施方式中，可视化系统包括可以整体地或可移除地联接到医学器械系统104的一个或多个器械的内窥镜部件。然而，在可选实施方式中，附接到单独操纵器组件的单独内窥镜可与医学器械系统104联用以对手术部位成像。可视化系统可以实现为与一个或多个计算机处理器交互或以其它方式由该计算机处理器执行的硬件、固件、软件或其组合，该计算机处理器可包括控制系统112(下文描述)的处理器。控制系统112的处理器可执行包括对应于本文公开的过程的指令在内的指令。
46.远程操作系统100还包括显示系统110，用于显示由传感器系统108的子系统生成的手术部位和/或医学器械系统(一个或多个)104的图像或表示。显示系统110和操作者输入系统106可被定向使得操作者可利用远程呈现的知觉来控制医学器械系统104和操作者输入系统106。
47.显示系统110还可显示由可视化系统捕获的手术部位和医学器械(例如，医学器械系统104的器械)的图像。显示系统110和控制装置可被定向使得成像装置在镜组件和医学器械中的相对方位类似于操作者的眼睛和手的相对方位，从而操作者可操纵医学器械系统104和手控件，就好像在基本上真实的存在中观察工作空间一样。真实存在是指图像的呈现是真实的透视图像，其模拟实体地操纵医学器械系统104的医师的视点。
48.可选地或另外地，显示系统110可呈现术前或术中记录的手术部位的图像和/或虚拟导航图像。国际专利公开号wo2018/132386(2018年1月9日提交)(公开了“systems and methos for using a robotic medical system”)和美国专利申请公开号2012/0289777(2011年5月13日提交)(公开了“medical system providing dynamic registration of a model of an anatomic structure for image-guided surgery”)中提供了适于显示的此类信息的其它细节，这些专利通过引用以其整体并入本文。
49.远程操作系统100还包括控制系统112。控制系统112包括至少一个存储器和至少
一个计算机处理器(未示出)，以及在一些实施方式中一般还有多个处理器，用于实现在医学器械系统104、操作者输入系统106、传感器系统108和显示系统110之间的控制。控制系统112还包括存储在非暂时性处理器可读存储介质上的编程的指令(例如，存储指令的计算机可读介质)，以实现根据本文公开的各方面描述的方法中的一些或全部，包括用于向显示系统110提供信息的指令。尽管控制系统112在图1的简化示意图中被示为单个块，控制系统112可包括两个或更多个数据处理电路，其中处理的一部分任选地在远程操作操纵器组件102上或邻近其执行，处理的另一部分在操作者输入系统106处执行等。可采用各种各样的集中式或分布式数据处理架构中的任一种。类似地，编程的指令可以被实现为多个单独程序或子例程，或它们可被集成到本文描述的远程操作系统的多个其它方面。在一个实施方式中，控制系统112支持一种或多种有线或无线通信协议。无线通信协议包括诸如蓝牙、irda、homerf、ieee 802.11、dect和无线遥测等示例。
50.在一些实施方式中，控制系统112可包括从一个或多个医学器械(如医学器械系统104的医学器械)接收力和/或扭矩反馈的一个或多个伺服控制器。响应于该反馈，伺服控制器将信号传输到操作者输入系统106。伺服控制器(一个或多个)还可传输指示远程操作操纵器组件102移动医学器械的信号，医学器械经由患者身体中的开口延伸到体内的内部手术或治疗部位。可以使用任意合适的常规或专用的伺服控制器。伺服控制器可与远程操作操纵器组件102分离或集成。在一些实施方式中，伺服控制器和远程操作操纵器组件102被提供为经配置以在手术程序期间邻近患者身体定位的远程操作臂推车的一部分。
51.远程操作系统100还可包括任选的操作和支持系统(未示出)如照明系统、转向控制系统、冲洗系统、抽吸系统、烧灼或能量施加系统、其它系统或其组合。在可选实施方式中，远程操作系统100可包括多于一个的远程操作操纵器组件102和/或多于一个的操作者输入系统106。远程操作操纵器组件的确切数量将取决于外科手术程序和手术室内的空间限制等因素。操作者输入系统可以是并置的，它们也可位于地理上彼此靠近或远离的单独位置。多个操作者输入系统允许多于一个的操作者以各种组合方式控制一个或多个操纵器组件。
52.图2a示出了根据本公开的各方面的医学器械系统200，其可在利用远程操作系统100执行的图像引导的医学程序中用作医学器械系统104或在医学器械系统104中使用。可选地，医学器械系统200可用于非远程操作探索程序或涉及常规手动操作的医学器械的程序，如内窥镜检查。
53.器械系统200包括联接到壳体204的柔性可转向主体202。柔性可转向主体202具有近端217和远端或尖端部分218。在各种实施方式中，柔性可转向主体202具有到达目标解剖体的尺寸和形状，诸如，例如4mm至25mm的直径。其它柔性可转向主体外径可以更大或更小。器械系统200可任选地包括一个或多个形状传感器222，用于确定沿柔性可转向主体202的和/或沿可定位在柔性可转向主体202的腔或通道221内的器械(例如，下文进一步详细描述的器械226)的至少一部分的一个或多个节段224的远端218处的柔性可转向主体尖端的方位、定向、速度、速率、姿势、形状或其它物理特性。柔性可转向主体202在远端218和近端217之间的整个长度可有效地分成节段224。如果器械系统200是远程操作系统100的医学器械系统，如医学器械系统104，则形状传感器222可以是传感器系统108的部件。如果器械系统200被手动操作或以其它方式用于非远程操作程序，则形状传感器222可联接到跟踪系统
230，跟踪系统230询问形状传感器222并处理接收到的形状数据。在一些实施方式中，任选地，柔性可转向主体202可包括一个或多个形状传感器222。另外地或可选地，联接到柔性可转向主体202或定位在柔性可转向主体202的腔221内的器械226可任选地包括形状传感器222。
54.医学器械系统200(例如，可转向主体202和/或器械226)可任选地包括一个或多个方位传感器系统220和/或形状传感器222，其可被提供在柔性可转向主体202或器械226内或安装在柔性可转向主体202或器械226外部。美国专利申请号11/180,389(2005年7月13日提交)(公开了“fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto”)；美国专利申请号12/047,056(2004年7月16日提交)(公开了“fiber-optic shape and relative position sensing”)；和美国专利号6,389,187(1998年6月17日提交)(公开了“optical fibre bend sensor”)；美国专利申请号13/107,562(2011年5月13日提交)(公开了“medical system providing dynamic registration of a model of an anatomic structure for image-guided surgery”)；美国专利号6,380,732(1999年8月11日提交)(公开了“six-degree of freedom tracking system having a passive transponder on the object being tracked”)；和美国临时专利申请63/240471(2021年9月3日提交)(公开了“ultrasound elongate instrument systems and methods”)中描述了用于监测器械的形状和相对方位的各种系统和方法，这些专利均通过引用以其整体并入本文。跟踪系统230可包括一个或多个方位传感器系统220和一个或多个形状传感器222，用于确定器械的方位、定向、速度、姿势和/或形状。跟踪系统230可被实现为与一个或多个计算机处理器交互或以其他方式由其执行的硬件、固件、软件或其组合，该计算机处理器可包括控制系统112的处理器。
55.柔性可转向主体202包括一个或多个腔221，腔221被设定尺寸和形状以接收一个或多个医学器械226。医学器械可包括例如图像捕获装置(例如，内窥镜，如单视(monoscopic)或立体(stereoscopic)内窥镜)、电外科装置、活检器械、激光消融纤维或其它外科、诊断或治疗工具。医学器械可包括具有一个或多个工作构件如手术刀、钝刀、光纤或电极的末端执行器。其它末端执行器可包括例如镊子、夹持器、剪刀、施夹器等。电激活的末端执行器的示例包括电外科电极、换能器、传感器等。腔221中的一个或多个可具有例如大约3mm至20mm的直径。在一个示例中，被配置为接收大约5mm器械的腔221b可具有大约6mm的直径。腔221a可具有更大的直径以接收更大的器械如图像捕获装置。例如，如图2c所示，柔性可转向主体202可包括被设定尺寸以接收较大器械如图像捕获装置的腔221a，以及各自被设定尺寸以接收柔性器械226的两个腔221b。然而，其它实施方式可包括更多或更少的腔221a和/或221b(如一个、两个、三个、四个或更多个腔221a、221b)。腔221a、221b可具有相对于彼此不同的尺寸，或者腔221a、221b中的两个或更多个可具有相同的尺寸。在一些实施方式中，较大的腔221a可定位在较小的腔221b下方，如图2c所示，或者较大的腔221a可定位在较小的腔221b上方，或者较大的腔221a可与较小的腔221b中的一个或多个沿着共同的水平面定位。
56.在各种实施方式中，医学器械226中的一个或多个可以是或包括图像捕获装置，该图像捕获装置包括具有立体或单视相机的远侧部分，该远侧部分由可视化系统231处理以供显示。图像捕获装置可包括联接到相机的缆线以用于传输捕获的图像数据。可选地，图像
捕获装置可以是联接到可视化系统的光纤束，如纤维镜。图像捕获装置可以是单谱或多谱的，例如捕获可见光谱、红外光谱或紫外光谱中的一个或多个中的图像数据。
57.在一些实施方式中，柔性可转向主体202可包括图像捕获装置235，如立体相机，被设置在远端218处或附近，如图2d所示，用于捕获图像(包括视频图像)。延伸穿过柔性可转向主体202的多个腔221可为多个器械226提供进入图像捕获装置的视场内的手术部位的入口。例如，如图2d所示，柔性可转向主体202可包括图像捕获装置235，以及两个腔221，各自接收柔性器械226。然而，其它实施方式可包括更多或更少的腔221(如一个、两个、三个、四个或更多个腔)。腔221可具有相对于彼此不同的尺寸，或者腔221中的两个或更多个可具有相同尺寸。在一些实施方式中，图像捕获装置235可定位在腔221下方，或者图像捕获装置235可定位在腔221上方，或者图像捕获装置235可沿着与腔221中的一个或多个共同的水平面定位。
58.医学器械226可容纳在该器械的近端和远端之间延伸以可控制地弯曲该器械的远端的缆线、联动装置或其它致动控制件(未示出)。美国专利号7,316,681(2005年10月4日提交)(公开了“articulated surgical instrument for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity”)和美国专利申请号12/286,644(2008年9月30日提交)(公开了“passive preload and capstan drive for surgical instruments”)中详细描述了可转向器械，这些专利通过引用以其整体并入本文。
59.柔性可转向主体202还可容纳在壳体204和远端218之间延伸以可控制地弯曲远端218的缆线、联动装置或其它转向控件(未示出)——例如由柔性可转向主体202的远端的虚线描绘219所示。美国专利申请号13/274,208(2011年10月14日提交)(公开了“catheter with removable vision probe”)中详细描述了柔性可转向主体，如导管，该专利通过引用以其整体并入本文。在器械系统200由远程操作组件如远程操作操纵器组件102致动的实施方式中，壳体204可包括驱动输入，该驱动输入可移除地联接到远程操作组件的机动式驱动元件并从其接收动力。在器械系统200全部或部分是手动操作的实施方式中，壳体204可包括夹持特征、手动致动器或用于手动控制器械系统200的运动的其它部件。器械系统200可以是可转向的，或者可选地，该系统可以是不可转向的，没有供操作者控制器械弯曲的集成机构。此外或可选地，一个或多个腔被限定在柔性可转向主体202的壁中，医学器械可通过该一个或多个腔部署在目标外科手术位置处并在该处使用。
60.在各种实施方式中，医学器械系统200可包括柔性器械，该柔性器械适于经由自然或手术形成的连接通道在各种解剖系统中的任意解剖系统中导航和治疗组织，解剖系统包括结肠、肠、肾、脑、心脏、循环系统、肺系统、胃、其它胃肠通道等。
61.在图2a的实施方式中，器械系统200在远程操作系统100内被远程操作。在可选实施方式中，远程操作操纵器组件102可由直接的操作者控制代替。在直接操作可选方案中，各种手柄和操作者界面可被包括用于器械的手持操作。
62.如在图2b中更详细示出的，用于诸如外科手术、活检、消融、照明、冲洗或抽吸等程序的医学器械(如医学器械226)可通过柔性可转向主体202的一个或多个腔部署并在解剖体内的目标位置处并在该处使用。医学器械226可与也在柔性可转向主体202内的图像捕获装置(例如，内窥镜)联用。可选地，医学器械226本身可以是图像捕获装置。医学器械226可从腔221的开口被推进以执行程序，然后当程序完成时被缩回到腔中。在一些实施方式中，
任选地，医学器械226可从柔性可转向主体202的近端217或从沿柔性可转向主体的另一任选的器械端口(未示出)移除。
63.图3示出了器械300的远侧部分，器械300可以是如图2b和图2d所示的医学器械226的示例，具有反枢转机构306。反枢转机构306的各个部件将在下面关于图4-图7b进行讨论。应当理解，器械300可从引导装置如柔性可转向主体202延伸，可在没有引导装置的情况下独立使用，或者其本身可以是将工具引导至目标部位的引导装置。尽管在远程操作系统中使用的医学器械的背景下进行了描述，但是应当理解，本文的公开内容考虑到了反枢转机构在非医学器械(例如，机械修复或制造应用)和非远程操作(例如，手持)器械中的使用。
64.器械300可包括细长轴302、末端执行器304和设置在细长轴与末端执行器之间的反枢转机构306。适配器308可将反枢转机构306固定到细长轴302，但是应当理解，在其它示例中，反枢转机构306可包括细长轴的一部分，使得可省略适配器308。肘节组件310——其可包括多个联节如近侧联节305a和远侧联节305b——可设置在反枢转机构306和末端执行器304之间。尽管在所示的示例中示出为具有两个钳口的夹持器，但是末端执行器304可以是任意合适的工具，包括但不限于消融工具、活检工具、图像捕获装置、治疗工具等。尽管为了避免模糊本文所述的特征而未示出，但柔性外鞘或编织物可在细长轴302、适配器308、反枢转机构306、肘节组件310和/或末端执行器304中的一些或全部上延伸。柔性外鞘可防止流体、组织或其它碎屑进入器械300。
65.反枢转机构306在位于机构306的相对端的部件之间提供反枢转运动。具体而言，由于反枢转机构306的第二部分中的一个或多个其它关节在与第一方向相对，或者以其它方式不同的第二方向上弯曲，因此导致反枢转机构306的第一部分中的一个或多个关节在第一方向上枢转。在一些实施方式中，反枢转机构306允许器械300的远侧部分弯曲或枢转，而不改变器械的远侧部分相对于器械的近侧部分的定向。也就是说，反枢转机构306被配置为在反枢转机构弯曲期间，使器械300在反枢转机构远侧的部分(例如，末端执行器304和/或肘节组件310)维持在与器械在反枢转机构近侧的部分(例如，细长轴302或适配器308)平行的定向，以相对于近侧部分平移远侧部分而不改变定向。反枢转机构306允许多个器械(如器械300)从引导装置(如柔性可转向主体202)的远端伸出来并张开，例如图2d中所示，以在器械之间提供增大的工作空间而使操纵范围不受干扰并且使到目标组织的途径角度的范围更宽。当末端执行器张开时，通过反枢转机构使肘节的定向维持与轴的定向一致，允许肘节保持其操纵范围而不必补偿否则可能因器械张开引起的定向变化。在所示的示例中，器械的远侧部分可以是肘节组件310的近侧联节305a，而近侧部分可以是适配器308，使得当反枢转机构306发生弯曲时，肘节组件310的近侧联节305a被维持在相对于适配器308平行，或者以其它方式恒定的定向。然而，应当理解，反枢转机构306可被配置为在器械设置于反枢转机构的相对侧上的其它部分或部件之间维持恒定的定向。此外，在一些实施方式中，反枢转机构306可提供反枢转运动，借此器械300在反枢转机构306远侧的部分在与反枢转机构306近侧的部分相对的方向上枢转而不维持平行或恒定的定向。例如，反枢转运动可偏离平行定向，使得远侧部分相对于近侧部分具有一定量的定向变化。
66.所示反枢转机构306可包括细长管314(其中控制缆线356和约束缆线358延伸穿过细长管)以及由细长管的任一端上的联节形成的近侧关节组件312和远侧关节组件313。形成在细长管中的通道或凹槽316、318可接收缆线356、358。控制缆线356被致动以铰接关节
组件312、313，从而使肘节组件310和/或末端执行器304相对于细长轴302沿所期望的方向平移。约束缆线358引起关节组件312、313的相对的枢转移动，以在由控制缆线356引起的这种平移期间维持肘节组件310和/或末端执行器304的定向。如下文进一步描述的，其中布置了缆线的凹槽316、318可形成在细长管314的外周向表面中，这可有助于装置的组装和制造。
67.图5a和8a-图8b提供了近侧关节组件312和远侧关节组件313中的联节的布置的进一步图示。如下文进一步讨论的，约束缆线358可在形成于细长管314中的第一多个通道或凹槽316中轴向延伸通过反枢转机构306的长度(例如，在与细长管314的纵向轴线对准或平行的构型下)。约束缆线358可在近侧终止于适配器308处，并且可在远侧终止于设置在关节313远侧的锚定件联节342处。在一些示例中，可省略锚定件联节342，并且约束缆线358可在远侧终止于远侧关节组件313的最远侧联节处。由于约束缆线358具有固定的长度并且固定地固定在反枢转机构306的远端和近端处，当该机构由控制缆线356致动时，相对的成对约束缆线358维持反枢转机构的平行运动。然而，在其它实施方式中，约束缆线358提供偏离平行定向的反枢转运动。
68.控制缆线356可从细长轴的近侧部分延伸穿过在细长轴302内延伸的盘管(未示出)。盘管可在反枢转机构306之前终止，例如终止于反枢转机构的最近侧联节307a(图5a)、终止于适配器308处或其近侧。在一些实施方式中，任选地，当拉动设置在相应盘管内的缆线时，盘管可用于接收轴向压缩载荷，从而将由拉动缆线引起的移动隔离到盘管远侧的部件，同时防止例如在柔性细长轴302中沿盘管的长度发生弯曲。盘管可类似于在美国专利公开号us 2016/0067450(2015年9月3日提交)(公开了“flexible instrument with nested conduits”)中描述的那些，其通过引用以其整体并入本文。在其它示例中，细长轴302可以是刚性的，并且因此，可省略盘管，因为细长轴302自身的刚性就可以防止弯曲并且将移动隔离到细长轴302远侧的部件。
69.控制缆线356可从轴向远侧延伸，在形成于细长管314中的第二多个凹槽或通道318中继续穿过反枢转机构306。通道318可螺旋地定位在细长管314中，使得控制缆线356可螺旋地缠绕在细长管314的通道318内。例如，参考图3，在近端的左侧进入细长管314的控制缆线356可在远端的右侧、距控制缆线356进入细长管的位置大约180
°
(例如，150-210
°
)的径向方位处离开细长管。控制缆线356可终止于并且可固定到反枢转机构306的远侧部分或其远侧。在所示的示例中，控制缆线356可终止于远侧关节312远侧的锚定件联节342处。在一些示例中，卷曲部(crimps)或套筒可附接到控制缆线的末端，以类似于约束缆线的方式锚定控制缆线。
70.总体上，反枢转机构306的长度(或近侧和远侧界限)可由锚定点限定，约束缆线358的末端在该锚定点处固定或固定到器械300。在所示的示例中，反枢转机构306可在近侧关节组件312的最近侧联节307a的近侧、靠近适配器308处开始，并且可在远侧关节组件313的最远侧联节315d的远侧、靠近肘节组件310处终止(参见图8a)。此外，尽管示出具有两个近侧关节309a、309b和两个远侧关节311a、311b(图8a)，但反枢转机构306可包括在细长管314的每一端上的任意数量的关节。通过利用反枢转机构306的每一端上的两个近侧关节309和两个远侧关节311(其各自可包括两个联节307、315或其可共享一个共有联节)，每一端上的两个关节可被配置为沿正交方向枢转以提供沿俯仰方向和偏航方向两者的移动。在
一些示例中，适配器308、锚定件联节342和/或肘节组件310可被认为是反枢转机构306的一部分。
71.图4示出了在图3的反枢转机构306中使用的细长管314的示例。细长管314包括围绕中心腔320形成的壁317，中心腔320沿着细长管的纵向轴线361延伸。细长管314的外径d1可以是大约2mm至20mm。在一个示例中，细长管314的外径是大约5mm，如4mm或6mm。所示的中心腔320具有基本上正方形的横截面，但是可以是圆形或任意其它合适的形状。中心腔320可具有大约1mm-10mm的宽度或直径w1。在一个示例中，对于具有大约5mm的外径的细长管314，横跨中心腔320的最大尺寸w1可以是大约2.8mm，如2.5mm或3.0mm
72.在细长管314的外周向表面上，形成多个第一凹槽316和多个第二凹槽318。第一凹槽316被配置为接收多个约束缆线358，而第二凹槽318被配置为接收多个控制缆线356。第一凹槽316沿着细长管314的长度基本上是线性的(例如，第一凹槽316沿着或平行于细长管314的纵向轴线361延伸)。第二凹槽318螺旋地或螺旋状地缠绕细长管。第二凹槽318比第一凹槽316更深地形成在壁中。以这种方式，当约束缆线358相对于纵向轴线361自控制缆线356径向向外被设置时，约束缆线358可在控制缆线356上经过，例如图13a-图13b所示。这种布置可使约束缆线358施加径向向内的力，以帮助将控制缆线356保持在其各自的第二凹槽318中。应当理解，在其它示例中，第一凹槽316可形成在细长管314的壁中更深，而第二凹槽318可形成得更浅，使得控制缆线356自约束缆线358径向向外被设置。在一些示例中，用于接收约束缆线358的第一凹槽316也可在与第二凹槽318相同或相对的定向上围绕细长管314螺旋缠绕，或者第一凹槽316和第二凹槽318两者都可沿着细长管314基本上线性地延伸。在一些示例中，控制缆线356可缠绕在管314的外侧上(例如，在笔直的或螺旋的槽318中)，而约束缆线358可被布线穿过中心腔320或穿过管314的壁中的其它腔。在一些示例中，在细长管314中形成四个第一凹槽316和四个第二凹槽318。第一凹槽316可周向间隔90
°
。第二凹槽也可周向间隔90
°
。在细长管314的远端和近端，每个第一凹槽316可被设置在两个相邻的第二凹槽318之间。在一些示例中，可使用多于或少于四个第一和/或第二凹槽。在一些示例中，可使用三个控制缆线356和三个第二凹槽318，其各自周向间隔大约120
°
。在一些示例中，可使用三个约束缆线358和三个第一凹槽316。第一和/或第二凹槽可围绕细长管314的圆周等距间隔，或者可以不均匀地间隔。
73.在图4所示的示例中，细长管314的长度和多个第二凹槽318的俯仰角使得每个第二凹槽318终止于细长管远端处的径向方位，距细长管近端处的相应径向方位大约180
°
。然而，细长管314可以更短或更长，而第二凹槽318的俯仰角可以更陡或更浅，这取决于具体设计应用的优选特性。在这点上，第二凹槽318可沿着细长管314的长度缠绕小于或大于180
°
，例如90
°
或更小，或360
°
或更大。
74.如图4所示，细长管314的一个端面包括多个突起322，而相对的端面包括自其延伸的多个凹部324。突起322和凹部324可被配置为与邻近(adject to)细长管314的部件上的对应突起322和凹部324配合地接合，例如，如图5a-图5b所示的远侧或近侧枢转联节326。对应的成对突起322和凹部324的接合可抵抗相邻部件的平移和旋转。
75.控制缆线356的致动(例如，拉动或推动)引起反枢转机构306的弯曲以及反枢转机构远侧的部件(即，末端执行器304和肘节组件310)的对应平移，同时约束缆线358在这种平移期间保持联节对307a、315d处于平行布置。
76.与包括具有在内管和外管之间布线的缆线的两个共轴管的平行运动机构相比，反枢转机构306的设计可提供若干所期望的特征。例如，反枢转机构306可消除平行运动机构中的两个管中的一个，从而允许反枢转机构的外径从6mm或更大减小到小于5mm，同时还允许中心腔320的内径或横截面面积增大，从而提供更大的内径与外径(或中心腔横截面面积与总横截面面积)比。中心腔320的增大的面积可允许肘节和/或末端执行器缆线被布线通过中心腔320内的盘管，这有助于隔离肘节致动载荷对反枢转机构306的对准或定向的影响。中心腔320可另外容纳电线(例如，向电炙术工具供电)、形状传感器、夹持控件(推拉(push-pull)或拉拽(pull-pull))和/或容纳这些部件的另外的盘管。在一些示例中，延伸穿过中心腔320的多个部件如电线、形状传感器、夹持控件等的紧凑布置可表现得类似于盘管，以在不使用盘管的情况下将致动载荷与肘节和/或末端执行器缆线隔离。例如，在上或下胃肠程序期间，细长管314的减小的外径可提高器械300在紧密的解剖空间中腔内使用的适用性，在紧密的解剖空间中，该器械可通过柔性可转向主体的工作通道插入。
77.此外，所提出的设计可提供反枢转机构306制造和组装的简化。例如，在细长管314的壁的外表面内布线控制件和/或约束缆线可消除对单独的内部管的需要。与现有装置相比，这些缆线可从细长管外侧沿径向方向快速插入到凹槽316、318中，这可消除将缆线纵向进给通过反枢转机构中的窄开口的困难任务。安装后能够从外部查看缆线的布线的能力还可允许在视觉上确认缆线布线适当，没有发生错误交叉。
78.图5a示出了包括一对关节309a、309b的近侧关节组件312的示例。第一关节309a包括第一联节307a和第二联节307b。第二关节309b包括第三联节307c和第四联节307d。第一联节307a和第三联节307c可以是相同的，或可以各自具有独特的特征。类似地，第二联节307b和第四联节307d可以是相同的，或可以各自具有独特的特征。在一些示例中，第一关节309a和第二关节309b可各自包括共有的中心联节，而不是具有两对离散的联节。
79.第一联节307a和第三联节307c中的每个都包括第一配合特征319a，而第二联节307b和第四联节307d中的每个都包括对应的第二配合特征319b，使得每个关节围绕延伸穿过第一和第二配合特征的旋转轴线枢转。各种配合特征布置在美国专利号6,817,974(2002年6月28日提交)(公开了“surgical tool having positively positionable tendon-actuated multi-disk wrist joint”)中有所描述，其通过引用以其整体并入本文。联节307可用任意合适的第一和第二配合特征319a、319b诸如所示的一对凹槽和对应的突起、用沿着旋转轴线延伸的铰链销、用交错齿轮齿的径向区段或用任意其它合适的固定机构固定在一起。从图5a所示的布置可以理解，第一关节309a的旋转轴线与第二关节309b的旋转轴线正交。对此，两个关节309a、309b促进器械300沿偏航方向和俯仰方向两者以及其任意组合的枢转移动。远侧关节组件313可以与图5a所示的近侧关节组件312相同，也可以具有独特的特征。例如，反枢转机构306可以具有比远侧关节311更多的近侧关节309，也可以具有比近侧关节309更多的远侧关节311。远侧关节组件313的远侧联节315可具有与近侧关节组件312的近侧联节307不同的配合特征。
80.图5b示出了具有中心腔328、多个控制缆线腔330和多个约束缆线腔332的第一联节307a的示例。第一配合特征319a包括一对突起，其被配置为枢转地接合相邻联节307上的相应凹部。提供多个凹部324用于与相邻联节307、适配器308或细长管314的突起322配合接合。近侧关节组件312的其它联节307和远侧关节组件313的联节315可具有类似或相关的特
征。
81.图6示出了适配器308的另一个示例，其可类似于图3所示的适配器。在适配器308的近端处的凸缘336可被设定尺寸以通过任意合适的机构(紧固件、粘合剂等)接收细长轴302的远端并与其联接。适配器308的远侧部分包括多个锚定件凹部340，其各自被配置为接收对应约束缆线的近侧锚定件352。多个控制缆线腔338在相邻的锚定件凹部340之间延伸。控制缆线356可延伸穿过器械300的细长轴302中的盘管，盘管终止于适配器308内。控制缆线356然后延伸穿过控制缆线腔338并进入反枢转机构306的近侧关节组件312。适配器308的远侧端面包括多个突起322，其被配置为配合地接合相邻联节如第一联节307a的对应凹部。可选地，适配器308可包括被配置为配合地接合相邻近侧联节307上的对应突起的凹部。在一些示例中，适配器308可被焊接到相邻近侧联节307。
82.图7a-图7b分别示出锚定件联节342的近侧和远侧，锚定件联节342被配置为定位在远侧关节组件313和肘节组件310之间，如图3所示。类似于适配器308、联节307、315和细长管314，锚定件联节342还包括中心腔344，中心腔344与反枢转机构306中的中心腔320、328和334对准，以容纳从细长轴302延伸到肘节组件310和/或末端执行器304的拉线、控制缆线和其它机构。锚定件联节342包括延伸到中心腔344中的多个支撑件346。支撑件346可充当锚定控制缆线356的楔子或支柱。在一些示例中，一对控制缆线356可包括单个缆线，其从细长轴302的近端延伸到锚定件联节342，被系在支撑件346中的一个和/或锚定件联节342的其它特征上或者围绕支撑件346中的一个和/或锚定件联节342的其它特征成环，然后通过细长轴302往回延伸。在缆线的中心部分被固定到锚定件联节342的情况下，该单个缆线可充当两个单独的控制缆线356。在所示的示例中，支撑件346包括弯曲表面，该弯曲表面被配置为容纳盘管的对应成形的外表面，末端执行器和/或肘节组件控制缆线延伸通过该外表面。虽然将理解的是在一些示例中可省略支撑件346，因为控制缆线356可以以另一种方式(例如，卷曲部)锚定，但是当被包括时，它们可帮助将盘管保持在中心腔344(以及中心腔320、328和334)的它们各自的角部中，从而在中心腔344的中心留出开口，该开口可容纳电线、末端执行器用推杆或拉杆、工具(例如，活检针)等。
83.锚定件联节342的近侧包括多个锚定件凹部350，其被配置为接收相应的约束缆线358的远侧锚定件354(例如，卷曲部或套筒)。多个控制缆线腔348延伸穿过锚定件联节342，使得控制缆线356穿过控制缆线腔348并系在锚定件联节上。应当理解，在其它示例中，控制缆线356和/或约束缆线358可终止于锚定件联节342的远侧或近侧，并且可以以任意合适的方式锚定。在一些示例中，可省略锚定件联节342，并且控制缆线356和约束缆线358可被锚定到另一部件如远侧关节组件313的联节，或者锚定到末端执行器部件如近侧肘节联节。
84.图8a-图8b示出了根据一些实施方式的反枢转机构306的俯视图弯曲。在图8a中，反枢转机构306处于中立或笔直构型，其中所有关节309a-b、311a-b都与细长管314的纵向轴线361线性对准。在图8b中，控制缆线356已被致动(例如，由远程操作操纵器组件102的致动器)以沿第一方向(例如，偏航方向)向左弯曲关节311a。此枢转移动在约束缆线中引起张力，这种张力不是由致动器直接控制的。约束缆线中的张力在关节309b上施加往复致动力，使其沿与第一方向相对的方向向右弯曲相等的量，从而维持近侧联节307a和远侧联节315d之间的平行定向。对此，锚定件联节342及其远侧的其它部件相对于适配器308和/或细长轴302保持在与反枢转机构306致动前相同的定向。也就是说，在肘节组件310或末端执行器
304缺少任何单独致动的情况下，肘节组件310和末端执行器304的部件将在反枢转机构306被致动时(例如，从图8a的构型致动成图8b的构型)相对于细长轴302的远端保持相同的定向，但它们的相对方位将会改变(即，平移)。
85.因为控制缆线356螺旋地缠绕在细长管周围大约180
°
，所以沿联节307a-d的右侧延伸的控制缆线是沿联节315a-d的左侧延伸的相同控制缆线。对此，一个控制缆线被配置为穿过关节309b的右侧，该控制缆线螺旋地缠绕在细长管314周围，并且该控制缆线在关节311a的左侧离开细长管314，这可减小致动反枢转机构306所需的致动力或者可使所施加的力倍增——与控制缆线基本上笔直地延伸通过反枢转机构而不螺旋缠绕的设计相比。控制缆线356的螺旋缠绕还可增加反枢转机构306中的关节的刚度。
86.在图8b所示的示例中，控制缆线356已经以使得关节309a和311b仍处于其中立方位的方式被致动。然而，应当理解，关节309a和311b可沿俯仰方向被致动，而非关节309b和311a沿偏航方向被致动，或者所有关节309a-b、311a-b都可被同时致动以提供俯仰和偏航移动，同时维持锚定件联节342和适配器308的平行对准。在此所示的示例中，内关节309b和311a具有平行的旋转轴线，而外关节309a和311b具有平行的旋转轴线，使得内关节彼此成镜像，外关节彼此成镜像。将要理解的是在一些示例中，关节可以以多种供选(alternate)构型布置。例如，近侧关节组件的近侧关节309a可平行于远侧关节组件的近侧关节311a布置，而近侧关节组件的远侧关节309b平行于远侧关节组件的远侧关节311b布置。
87.多个控制缆线356可被同时致动以引起所期望的反枢转机构306的移动。例如，在控制缆线356以成对的相对缆线(例如，隔开180
°
)布置的示例中，第一控制缆线可被拉动(例如，长度减少)，而相对的第二控制缆线以基本上相同的速率被释放(例如，长度增加)，产生缆线长度保护(conservation)。在一些示例中，每个控制缆线都可由单独的致动器致动。在一些示例中，相对的控制缆线可由单个致动器致动，其中每个控制缆线的近端沿相对方向缠绕在主导轴(capstan)上，主导轴被配置为由致动器旋转。缆线长度保护可促进维持控制缆线中的所期望的张力，以防止松弛缆线的脱轨和/或缆线中可能损坏缆线或其它部件的过度张力。
88.图9示出了沿反枢转机构306的细长管314的纵向轴线361截取的横截面。如上所述，多个肘节和/或末端执行器控制构件(例如，缆线)可延伸穿过反枢转机构306的中心腔320。如上面进一步描述的，任选地，盘管360可另外延伸穿过反枢转机构306的中心腔320。盘管360可围绕或容纳肘节和/或末端执行器控制缆线362，同时将肘节和/或控制缆线362的致动引起的轴向载荷与反枢转机构306隔离，以防止反枢转机构306响应于肘节控制缆线362上的致动力而弯曲。相反，当反枢转机构306被致动时，盘管360还可防止反枢转机构306在肘节控制缆线362上施加力，否则该力将倾向于操纵肘节。
89.图10-图11分别示出了反枢转机构306的远端和近端，其中联节307、315被移除以避免模糊其它特征。在图10所示的远端处，如上文关于图7a-图7b所述，约束缆线358的远侧锚定件354可被接收在锚定件联节342的近侧上的锚定件凹部中。在一些示例中，远侧锚定件354可固定到锚定件联节342和/或远侧联节315d，而在其它示例中，远侧锚定件354可仅被固定到约束缆线358本身，以防止约束缆线的远端通过远侧联节315d中的约束缆线腔332撤回。控制缆线356可穿过锚定件联节342中的控制缆线腔348，并且被锚定在其远侧。在一些示例中，控制缆线356被系在锚定件联节342的部件如支撑件346周围。在一些示例中，控
制缆线356中的每个被固定到锚定件联节342的近侧或远侧上的锚定件，类似于远侧锚定件354，其中锚定件凹部(例如，图7a的锚定件凹部350)容纳锚定件。在一些示例中，锚定件联节342可被省略，并且约束缆线358上的远侧锚定件354和控制缆线356上的类似锚定件可抵靠远侧关节组件的最远侧联节(例如，图8a中的远侧联节315d)的远侧安置(rest)。在一些示例中，约束缆线358上的远侧锚定件354和控制缆线356上的类似锚定件可被接收在锚定件凹部(类似于图6中所示的适配器308中的锚定件凹部340)中，该锚定件凹部形成在肘节部件(例如，近侧肘节联节305a)或器械300设置在反枢转机构306远侧的其它部件的近端中。
90.在反枢转机构306的近端处，如图11所示，约束缆线358的近侧锚定件352可被接收在适配器308中的锚定件凹部中。在一些示例中，近侧锚定件352可固定到适配器308和/或近侧联节307a，而在其它示例中，近侧锚定件352可仅被固定到约束缆线358本身并且可邻接近侧联节307a，以防止约束缆线的近端通过近侧联节307a中的约束缆线腔332撤回。控制缆线356穿过适配器308中的控制缆线腔(图6中的腔338)并延伸穿过细长轴302。
91.在所示的示例中，锚定件联节342和适配器308中的控制缆线腔与细长管314上的第二凹槽318对准，使得控制缆线从适配器308线性地延伸通过近侧关节组件312到细长管314，并且从细长管314线性地延伸通过远侧关节组件313到锚定件联节342，同时控制缆线螺旋地缠绕通过细长管314。相比之下，约束缆线358在锚定件联节342和适配器308处径向向内定位——与它们在细长管314上的第一凹槽316中的方位相比。在联节307、315被移除的情况下，这可在图10和图11中被看到：细长管314的近端近侧和细长管314的远端远侧的约束缆线358中略微弯曲。这种布置可在细长管314中径向向内偏置约束缆线358，这可有助于将控制缆线356保持在它们各自的凹槽中。
92.将要理解的是在其它示例中，控制缆线356和/或约束缆线358可从所示的示例中示出的它们各自的方位径向向内或径向向外定位在反枢转机构306的一个或多个部件中(例如，细长管314、在关节组件312、313中、在适配器308中和/或在锚定件联节342中)。
93.图12示出了反枢转机构306沿纵向轴线的横截面，其中肘节控制缆线362和它们各自的盘管360从各种部件的中心腔320、328、334、344移除以避免模糊其它特征。虽然用于肘节控制缆线362的盘管未示出，但是用于控制缆线356的四个盘管360中的两个显示沿细长轴302的长度延伸并终止于适配器308中。控制缆线356从盘管360的远端延伸穿过适配器308的控制缆线腔338。尽管所示的示例及其描述包括四个控制缆线356和四个约束缆线358，但是应当理解，可使用任意合适数量的控制缆线356或约束缆线358。
94.图13a和图13b示出了穿过细长管314在横向于纵向轴线且沿细长管314的长度隔开一定距离的平面中截取的横截面。可以看出，四个肘节控制缆线362和它们各自的盘管360延伸穿过中心腔320。考虑到了用于肘节控制缆线362的盘管360可被移除，从而允许中心腔320以及进而细长管314的外径被制造得更小。如图所示提供四个肘节控制缆线362可允许控制肘节组件310和末端执行器304的多个自由度。例如，在如图3所示的夹持器的情况下，四个肘节控制缆线362可允许以3个自由度进行控制，包括使钳口俯仰、偏航和打开/关闭。
95.在图13a所示的横截面处，多个第一凹槽316与多个第二凹槽318周向重合，使得约束缆线358跨越控制缆线356。在图13b所示的横截面处，多个第一凹槽316自多个第二凹槽
318周向偏移。将要理解的是图13a和图13b之间的这种区别是由于第一凹槽316沿细长管314基本上是线性的，而第二凹槽318螺旋地缠绕细长管314，例如图4所示。
96.虽然在图13a-图13b中未示出，但是考虑到了诸如光纤形状传感器之类的形状传感器可延伸穿过反枢转机构306，以测量关节309、311、肘节组件310和/或末端执行器304的弯曲角度。这种形状传感器可穿过反枢转机构306的每个部件的中心腔(例如，细长管314的中心腔320)或者穿过形成在每个部件的壁内的腔布线，类似于控制缆线布线。
97.除了肘节控制缆线362之外或作为肘节控制缆线362的可选方案，一个或多个导线可穿过中心腔布线，以根据电动末端执行器如消融工具或成像装置的需要向末端执行器供电。类似地，一个或多个用于推动或拉动以致动末端执行器如夹持器的控制杆可被按路径行进(routed)穿过中心腔。
98.图14-图16示出了反枢转机构306的细长管314的各种可选布置的横截面图。在图14中，与图13b相比，多个第一凹槽316被形成在细长管314的壁中的约束缆线腔370形式的多个通道替换，使得约束缆线358延伸穿过约束缆线腔370。在图15中，多个第一凹槽316被包括约束缆线管372的多个通道代替，约束缆线管372可包括或类似于盘管，使得约束缆线358延伸穿过中心腔320内的约束缆线管372。任选地，可省略约束缆线管372。在图16中，多个第一凹槽316被包括约束缆线凹槽374的多个通道替换，约束缆线凹槽374形成在中心腔320内的细长管314的内部表面上使得约束缆线358在约束缆线凹槽374内延伸。如上文关于图10-图11所讨论的，与约束缆线358在关节组件312、313内的位置相比，约束缆线358可径向向内定位在约束缆线凹槽374内。对此，约束缆线358可在细长管314内向外偏置，这可帮助将约束缆线358保持在约束缆线凹槽374内。
99.在一些示例中，一种制造反枢转机构306或具有反枢转机构的器械300的方法可包括形成细长管314。细长管可由提供足够刚性以抵抗弯曲的任意合适材料(一种或多种)构造，包括但不限于陶瓷、塑料、热塑性塑料、聚氯乙烯(pvc)、聚酰胺-酰亚胺(pai)、聚醚醚酮(peek)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯、丙烯酸、钢、不锈钢、钛、铝、钴、镍、钼、铬、金属合金等。细长管可使用各种制造方法中的一种或多种来构造，包括但不限于注射成型、铸造、诸如机械加工的减材制造方法和/或诸如熔融沉积成型、粉末床烧结等的增材制造方法。
100.在一些示例中，细长管314由原材料(stock material)的圆柱形坯料工件形成。原料可以是圆管或实心杆。如果需要，中心腔320可例如通过机械加工，沿坯料的纵向轴线形成。可例如通过机械加工或铣削，穿过工件的壁，进入工件的外表面，或进入工件限定中心腔的内表面来形成一组或多组凹槽和/或通道。在一个示例中，两组凹槽形成在工件的外表面中。第一组凹槽316沿管平行于纵向轴线的长度，线性地形成，而第二组凹槽318使用例如4轴cnc铣削机螺旋地围绕工件形成。第二组凹槽可以比第一组凹槽更深地铣削到工件中，反之亦然。
101.在一些示例中，利用增材制造，由粉末材料形成细长管314。在一个示例中，可控制激光束或电子束以熔化粉末床中的粉末材料的连续层区域。在另一个示例中，聚合物可用于将粉末材料的层熔合在一起。然后，例如在炉中加热该件，将聚合物从该件中熔化出来，并将剩余的粉末烧结在一起。在机械加工可能很困难的示例中，例如在用于接收缆线的通道形成为在细长管的壁内轴向地或螺旋地延伸的腔或者形成为沿细长管的形成中心腔的
内表面延伸的凹槽的那些示例中，增材制造可能是优选的。
102.在一些示例中，可利用减材和增材制造方法的组合来形成细长管314。
103.也可使用任意合适的减材或增材制造方法(一种或多种)来构造联节307。可通过配合地接合联节对的第一配合特征319a和对应的第二配合特征319b来构造关节309。然后，可通过使相邻关节上的多个突起322与对应的多个凹部324配合，将关节组装在一起以形成近侧关节组件312和远侧关节组件313。粘合剂可用于将相邻关节固定在一起。
104.关节组件312、313可通过对应的配合突起322和凹部324之间的卡扣配合和/或粘合剂固定到细长管314。如果存在，则锚定件联节342可以以类似的方式固定到远侧关节组件313的远端。类似地，远侧关节组件313或锚定件联节342(如果存在)可固定到肘节组件310(存在)或末端执行器304，而近侧关节组件312可固定到细长轴302或适配器308。
105.一种制造反枢转机构306或具有反枢转机构的器械300的方法可还包括将一组约束缆线358布线穿过细长管314中的第一组凹槽或通道，和将一组控制缆线356布线穿过细长管中的第二组凹槽或通道。在约束缆线和控制缆线都设置在形成于细长管外表面中的成组凹槽中且一组凹槽比另一组凹槽深的示例中，对应于较深凹槽的缆线(例如，控制缆线)可先被插入，然后是对应于较浅凹槽的缆线(例如，约束缆线)。与使每个缆线纵向穿过细长管中的通道相比，这样的示例通过允许缆线沿横向于纵向轴线的方向径向插入细长管中，可提高效率并减少总组装时间。
106.控制缆线356和约束缆线358可在组装过程中的任意合适的步骤处被布线通过器械300的各种部件。在一个示例中，控制缆线356和约束缆线358可先被布线通过细长管314，并且近侧关节组件312和远侧关节组件313(或其每个单独的联节)可在控制缆线和约束缆线的相应末端上滑动，其中缆线穿过每个联节307中的对应腔。近侧锚定件352可固定到约束缆线358的近端，而远侧锚定件354可固定到约束缆线358的远端。控制缆线356的远端可固定到反枢转机构306的远端(例如，固定在锚定件联节342处)。然后，在将反枢转机构306固定到细长轴302之前，控制缆线356的近端可被进给到细长轴302中。在另一个示例中，在将细长管314组装到近侧关节组件312和远侧关节组件313之后且在将反枢转机构306固定到细长轴302之前，控制缆线356和约束缆线358都被进给通过反枢转机构306。在另一个示例中，约束缆线358被布线通过反枢转机构306并利用近侧锚定件352和远端锚定件354固定到其上，然后反枢转机构306固定到细长轴302，然后控制缆线被布线通过反枢转机构306并固定到其远端(例如，固定在锚定件联节342的远侧)。
107.当将肘节组件310和/或末端执行器304固定到反枢转机构306时，远端控制机构——包括肘节组件控制缆线、末端执行器控制缆线或其它末端执行器装置如用于电炙术、消融、成像等的电线，其每个都可任选地设置在盘管中——可被布线通过中心腔320、328和334。这可在将反枢转机构306固定到细长轴302之前或之后发生。
108.在描述中，已经阐述了描述一些示例的具体细节。阐述了许多具体细节以提供对示例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，很明显一些示例可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践。本文公开的具体示例旨在是说明性的而非限制性的。本领域技术人员可认识到其它元件尽管本文未具体描述，但也在本公开的范围和精神内。
109.参考一个示例、实例、实施方案或应用详细描述的元素可任选地被包括在未具体示出或描述它们的其它示例、实施方案或应用中。例如，如果参考一个示例详细描述一个元
件，而不参考第二示例描述，则该元件仍然可要求被包括在第二示例中。因此，为了避免前面描述中不必要的重复，结合一个示例、实施方案或应用示出和描述的一个或多个元件可并入到其它示例、实施方案或应用中，除非另有具体描述，除非该一个或多个元件将使示例或实施方案不起作用，或者除非两个或更多个元件提供冲突的功能。类似地，应当理解，包括系统部件或方法过程在内的任何特定元件都是任选的，并且除非另有明确说明，否则不应被认为是本公开的必要特征。
110.如与本公开相关领域的技术人员通常会想到的，对本公开的所描述的装置、器械、方法的任何改变和进一步修改以及对本公开的原理的任何进一步应用都是完全考虑到的。特别地，完全考虑到关于一个示例描述的特征、部件和/或步骤可与关于本公开的其它示例描述的特征、部件和/或步骤组合。另外，本文提供的尺寸用于具体示例，并且考虑到可以利用不同的大小、尺寸和/或比率来实现本公开的概念。
111.虽然本文在医学程序的背景下提供了一些示例，但是对医学或外科手术器械以及医学或外科手术方法的任何提及都是非限制性的。例如，本文所述的器械、系统和方法可用于非医学目的，包括工业用途、通用机器人用途和感测或操纵非组织工件。其它示例应用包括美容改进、对人或动物解剖体成像、从人或动物解剖体收集数据和培训医务人员或非医务人员。另外的示例应用包括对从人或动物解剖体移除的组织(不返回人或动物解剖体)进行程序和对人或动物尸体执行程序的用途。此外，这些技术也可用于外科手术或非外科手术医学治疗或诊断程序。
112.本文描述的方法被示为一组操作或过程。并非所有所示的过程都可在方法的所有示例中执行。另外，未明确示出或描述的一个或多个过程可被包括在示例过程之前、之后、之间，或作为示例过程的一部分。在一些示例中，过程中的一个或多个可由控制系统(例如，控制系统112)执行，或者可至少部分地以存储在非暂时性、有形的、机器可读介质上的可执行代码的形式来实现，当由一个或多个处理器(例如，控制系统112的处理器)运行时，可执行代码可使一个或多个处理器执行过程中的一个或多个。
113.本公开的示例中的一个或多个元件可以以软件实现，以在计算机系统诸如控制处理系统的处理器上执行。当以软件实现时，本公开的示例的元件本质上是执行所需任务的代码段。程序或代码段可存储在处理器可读存储介质或装置中，这些介质或装置可能已经通过在传输介质或通信链路上以载波体现的计算机数据信号下载过了。处理器可读存储装置可包括能够存储信息的任何介质，包括光学介质、半导体介质和磁性介质。处理器可读存储装置的示例包括电子电路；半导体装置、半导体存储装置、只读存储器(rom)、闪存、可擦除可编程只读存储器(eprom)；软盘、cd-rom、光盘、硬盘或其它存储装置。可经由诸如因特网、内联网等计算机网络下载代码段。可采用各种各样的集中式或分布式数据处理架构中的任一种。编程的指令可被实现为多个单独程序或子例程，或它们可被集成到本文描述的系统的多个其它方面。在一个示例中，控制系统支持无线通信协议如蓝牙、irda、homerf、ieee 802.11、dect和无线遥测。
114.请注意，所呈现的过程和显示可能并不固有地与任何特定的计算机或其它设备相关。各种通用系统都可根据本文的教导与程序联使用，或者可以证明构造出更专用的设备来执行所描述的操作是便利的。各种这些系统所需的结构将作为权利要求中的要素出现。另外，未参考任何特定的编程语言来描述本公开的示例。将要理解的是，可使用各种编程语
言来实现本公开的教导。
115.本公开就各种器械、器械的部分以及解剖结构在三维空间中的状态对其进行了描述。如本文中所用，术语“方位”是指对象或对象的一部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文中所使用的，术语“定向”是指对象或对象的一部分的旋转放置(三个旋转自由度——例如，滚转、俯仰和偏航)。“俯仰”方向和“偏航”方向不必分别限于竖直和水平移动，而可以是彼此正交的任意方向。如本文中所用，术语“姿势”是指对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的方位以及该对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的定向(至多共六个自由度)。如本文中所用，术语“形状”是指沿对象的长度测量的一组姿势、方位或定向。
116.虽然已经在附图中描述和示出了本公开的某些示例性示例，但是应当理解，这些示例仅仅是说明性的而不是对本文的广泛公开内容的限制，并且本公开的示例不应当限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员可想到各种其它修改。

技术特征：
1.一种器械，其包括：细长轴，所述细长轴具有近侧部分和远侧部分；反枢转机构，所述反枢转机构包括：联接到所述细长轴的所述远侧部分的第一关节，所述第一关节包括第一联节；设置在所述第一关节远侧的第二关节，所述第二关节包括第二联节；细长管，所述细长管设置在所述第一关节和所述第二关节之间并且具有沿所述细长管的纵向轴线延伸的中心腔；和多个约束缆线，所述多个约束缆线在所述第一关节和第二关节之间在形成于所述细长管的壁的外周向表面中的多个第一凹槽内延伸；和多个控制缆线，所述多个控制缆线延伸穿过所述细长轴并且被配置为控制所述反枢转机构的操纵，其中所述多个控制缆线在形成于所述细长管的所述壁的所述外周向表面中的多个第二凹槽内螺旋地缠绕所述细长管的至少一部分，其中所述第一关节和第二关节通过所述多个约束缆线联接，使得当所述反枢转机构由所述多个控制缆线操纵时，所述第一关节沿第一方向枢转，所述第二关节随同沿与所述第一方向相对的第二方向枢转，同时所述第一联节和所述第二联节被维持在平行定向。2.根据权利要求1所述的器械，其中所述多个控制缆线中的每个被固定到所述第二关节。3.根据权利要求1所述的器械，还包括：第三关节，所述第三关节联接到所述第一关节；和第四关节，所述第四关节联接到所述第二关节，其中所述第一关节和第二关节被配置为沿俯仰方向枢转，以及其中所述第三关节和第四关节被配置为沿偏航方向枢转。4.根据权利要求1所述的器械，其中所述多个控制缆线中的每个控制缆线在自每个相应的控制缆线进入所述细长管的所述壁的位置相对于所述纵向轴线周向偏移大约180
°
的位置处离开所述细长管的所述壁。5.根据权利要求1-4中任一项所述的器械，其中所述多个第二凹槽比所述多个第一凹槽更深地形成在所述壁中，使得所述多个约束缆线从所述细长管内的所述多个控制缆线径向向外设置。6.根据权利要求1-4中任一项所述的器械，其中所述多个第一凹槽比所述多个第二凹槽更深地形成在所述壁中，使得所述多个约束缆线从所述细长管内的所述多个控制缆线径向向内设置。7.根据权利要求1所述的器械，其中所述中心腔的横截面面积与所述细长管的横截面面积的比大于1:2。8.根据权利要求1所述的器械，还包括设置在所述反枢转机构远侧的末端执行器。9.根据权利要求8所述的器械，其中所述末端执行器包括肘节关节，和多个肘节控制缆线延伸穿过所述细长管的所述中心腔并固定到所述肘节关节。10.根据权利要求9所述的器械，其中所述多个肘节控制缆线设置在延伸穿过所述细长管的所述中心腔的多个盘管内。11.根据权利要求8所述的器械，其中所述末端执行器包括电炙刀或消融工具，并且导线延伸穿过所述细长管的所述中心腔。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的器械，还包括延伸穿过所述第一关节和第二关节的形状传感器。13.根据权利要求8所述的器械，其中所述末端执行器包括夹持器，和多个夹持控制缆线延伸穿过所述细长管的所述中心腔并固定到所述夹持器。14.一种控制器械的方法，其包括：操纵延伸穿过所述器械的细长轴的多个控制缆线中的至少一个控制缆线，所述器械具有近侧部分、远侧部分和反枢转机构，所述反枢转机构包括：联接到所述细长轴的所述远侧部分的第一关节，所述第一关节包括第一联节；设置在所述第一关节远侧的第二关节，所述第二关节包括第二联节；细长管，所述细长管设置在所述第一关节和所述第二关节之间并且具有沿所述细长管的纵向轴线延伸的中心腔；和多个约束缆线，所述多个约束缆线在所述第一关节和第二关节之间在形成于所述细长管的壁的外周向表面中的多个第一凹槽内线性地延伸，其中所述至少一个控制缆线延伸穿过多个螺旋缠绕的第二凹槽中的至少一个，所述多个螺旋缠绕的第二凹槽形成于所述细长管的所述壁的所述外周向表面中；其中操纵所述至少一个控制缆线使所述第一关节沿第一方向枢转并且使所述第二关节沿与所述第一方向相对的第二方向枢转，同时所述第一联节和所述第二联节通过所述多个约束缆线维持在平行定向。

技术总结
本申请涉及具有反枢转机构的器械。器械包括细长轴、反枢转机构和控制缆线。反枢转机构的第一关节具有第一联节，被联接到细长轴，而第二关节具有第二联节，被设置在第一关节远侧。细长管设置在第一关节和第二关节之间。约束缆线在第一和第二关节之间、形成在细长管的外表面中的第一凹槽内线性地延伸。控制缆线在形成在外表面中的第二凹槽内螺旋地缠绕细长管。关节通过约束缆线联接使得当反枢转机构由控制缆线操纵时，第一关节沿第一方向枢转，第二关节随同沿相对的第二方向枢转，以将第一和第二联节维持在平行定向。第二联节维持在平行定向。第二联节维持在平行定向。


技术研发人员：I
受保护的技术使用者：直观外科手术操作公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/10/19