具有用於優化電池使用的控制電路的電動切割和緊固器械的製作方法

2023-07-22 17:40:36

專利名稱：具有用於優化電池使用的控制電路的電動切割和緊固器械的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及外科切割和緊固器械，更具體地涉及具有用於優 化電池使用的控制電路的電動切割和緊固器械。
背景技術：
在現有技術中，外科釘合器已被用於同時在組織中形成縱向切口 和將釘線施加在切口的相對側上。這樣的器械通常包括一對協同動 作的鉗口構件，如果器械預期用於內窺鏡或腹腔鏡應用中，鉗口構 件能夠穿過套管通道。 一 個鉗口構件容納具有至少兩個橫向間隔開 的釘排的釘倉。另一鉗口構件限定了具有釘成形凹座的砧座，該釘 成形凹座與釘倉中的釘排對齊。這樣的器械通常包括多個往復運動的楔形件，當向遠端驅動所述楔形件時，所述楔形件穿過釘倉中的 開口並與支撐釘的驅動器接合，以使釘向著砧座擊發。
在公開號為No.2004/0232196 Al ,題為"Surgical stapling instrument having separate distinct closing and firing systems"的美國專 利申請中描述了適合內窺鏡應用的外科釘合器的例子，該申請的內 容通過引用結合入本文中。在使用中，臨床醫生能使釘合器的鉗口 構件閉合在組織上以在擊發前對組織進行定位。如果臨床醫生已經 確定鉗口構件適當地夾住了組織，則臨床醫生可擊發外科釘合器， 由此切割和釘合組織。同時切割和釘合的步驟避免了當用僅能分別 進行切割或者釘合的不同外科工具順序地進行所述動作時可能引起 的併發症。
此外，在端部執行器中包括電極是現有技術中已知的，所述端部 執行器能夠用於發射/接收射頻(RF )能量以沿著切割線形成止血線。 題為"Electrosurgical hemostatic device"的美國專利5,403,312 (以下 稱為，312號專利)公開了具有端部執行器的電外科器械，該端部執 行器將組織壓縮在雙極能量源的處於第一分界面上的第一極(電極) 和處在第二分界面上的第二極(或電極)之間，所述專利通過引用 結合入本文。RF能量被施加穿過壓縮在端部執行器中的組織並且燒 灼所述組織。，312號專利中的端部執行器還包括用於釘合被壓縮在 端部執行器中的組織的釘。
由電動機給切割器械提供動力的電動外科切割和緊固器械在現 有技術中也是已知的，諸如在公開號為No. 2007/0175962 Al，題為 "Motor-driven surgical cutting and fastening instrument with tactile position feedback"的美國專利申請中所述，該申請通過引用結合入 本文。

發明內容
在一個總的方面中，本發明的實施方式涉及外科切割和緊固器 械。所述器械可以是諸如線性內切割器或圓形切割器的內窺鏡器械，或者可以是腹腔鏡器械。所述器械可包括用於緊固被夾緊在端部執 行器中的組織的釘和/或RF電極。
本文公開的多種實施方式涉及無繩(cordless)電動器械。該器 械可通過包括直流(DC)功率源(諸如一個或多個串聯的電池)的 電源包供電。電池選擇開關可控制在給定時刻用於給電動機供電的 電池數量，以便控制電動機可獲得的功率。這允許器械操作者更好 地控制電動機的速度和功率。此在另一種實施方式中，器械可包括 用於調節供應給電動機的電壓的功率調節器，功率調節器包括例如 直流-直流轉換器。另外，功率調節器的電壓設定值可被設置成，使 得從功率源傳輸的電壓小於在功率源傳輸最大功率時的電壓。這樣， 功率源(例如多個串聯的電池)在功率曲線的"左"側或上升側工 作，從而可獲得功率的增加。
另外，根據各種實施方式，功率源可包括次級蓄電裝置，諸如 可充電電池或超級電容器。這樣的次級蓄電裝置可通過可更換電池 反覆充電。充電管理電路可控制次級蓄電裝置的充電並且提供各種 狀態信號，諸如當次級蓄電裝置完成充電時的警報。
在其它實施方式中，包括次級蓄電裝置的電源包可從器械拆下 並且可連接到遠離器械的充電器座上。充電器座可從交流(AC)電 力網或電池對次級蓄電裝置充電。充電器座還可包括處理器和存儲 單元。存儲在可拆卸的電源包的存儲器中的數據可被下載到充電器 座，數據例如可由用戶(例如醫生)、器械製造商或經銷商等從充 電器座上傳以供稍後使用和分析。數據可包括工作參數(諸如充電 周期信息)以及器械的各種可更換部件(諸如釘倉)的標識(ID) 值。
另外，器械可包括扭矩限制裝置以限制由電動機提供的扭矩， 由此限制可能損壞器械部件的致動力。根據各種實施方式，扭矩限 制裝置可以是電磁體或永磁體，或者是(直接地或間接地)連接到 電動機輸出極的機械離合裝置。
在另一個總的方面中，本發明涉及帶有新型電極構型的RF器械(即，外科切割和緊固器械，該器械在端部執行器處具有用於將RF
能量施加到由端部執行器保持的組織上的電極)。 一般而言，新型 電極構型包括較小的有源電極和較大的返回電極的組合。較小的有 源電極被用於將治療能量集中在組織上，而較大的返回電極優選地 用於以對組織界面影響極小的方式接通電3各。返回電極典型地具有 較大質量，由此能夠在電外科應用中保持溫度較低。
另外，根據各種實施方式，端部執行器可包括多個共線的分段 有源電極。分段電極可同步地通電，或者更優選地順序地通電。順
序地激活分段電極提供了以下優點(1)由於組織凝結的目標範圍 較小而減少了瞬時功率需求；以及(2)如果在一個分段短路時允許 其它分段進行擊發。
另外，本文公開了用於激活RF電極以及用於使端部執行器進行 關節運動的多種機構。
本發明具體地包括以下內容
(1). 一種外科切割和緊固器械，包括
端部執行器；
連接到所述端部執行器的軸，所述軸包括用於給所述端部執行器 提供動力的傳動系統；和
連接到所述軸的手柄，所述手柄包括
直流電動機，其連接到所述傳動系統以給所述傳動系統提供 動力；
包括一個或多個電池的直流功率源；和
功率調節器，該功率調節器具有與所述直流功率源連接的輸
入和與所述電動機的輸入連接的輸出，其中，所述功率調節器包
括
功率轉換器；和
用於控制所述功率轉換器的控制電路，所述控制電路用 於控制所述功率轉換器的電壓設定值，使得從所述功率源傳 輸的電壓小於在所述功率源傳輸最大功率時的電壓。(2) .如第(1)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述功
率轉換器包括直流-直流功率轉換器。
(3) .如第(2)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述直 流-直流功率轉換器包括開關模式功率轉換器。
(4) .如第(3)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述直 流-直流功率轉換器包括升降壓式轉換器。
(5) .如第(1 )項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述端 部執行器包括至少一個射頻電極。
(6) .如第(1 )項所述的外科切割和緊固器械，還包括連接在 所述電動機的輸出極和所述傳動系統的輸入極之間的扭矩限制裝 置。
(7) .如第(1)項所述的外科切割和緊固器械，還包括連接到 所述功率源的功率源選擇開關。
(8) .如第(1 )項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述端 部執行器包括
上鉗口；
與所述上4甘口相對的下4計口 ；和
切割器械，所述切割器械設置在由所述下鉗口限定的縱向通道中。
(9) .如第(8)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述下 鉗口包括釘倉。
(10) ,如第(9)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述 上鉗口包括至少一個射頻電極。
(11) . 一種外科切割和緊固器械，包括 端部執行器；
連接到所述端部執行器的軸，所述軸包括用於給所述端部執行器 提供動力的傳動系統；和
連接到所述軸的手柄，所述手柄包括
直流電動機，該電動機連接到所述傳動系統以給所述傳動系統提供動力；
包括一個或多個電池的直流功率源；和
功率調節器，該功率調節器具有與所述直流功率源連接的輸 入和與所述電動機的輸入連接的輸出，其中，所述功率調節器包 括
功率轉換器；和
用於控制所述功率轉換器的控制電路，所述控制電路用 於控制所述功率轉換器的電壓設定值，以控制從所述直流功 率源獲得的電流。
(12) .如第(11 )項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述 控制電路用於控制所述功率轉換器的電壓設定值，以控制從所述直 流功率源獲得的電流，使得直流功率源在下 一 個脈沖之前得到恢復。
(13) .如第(11 )項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述
功率轉換器包括直流-直流功率轉換器。
(14) .如第(13)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述
直流-直流功率轉換器包括開關模式功率轉換器。
(15) .如第(14)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述
直流-直流功率轉換器包括升降壓式轉換器。
(16) .如第(11 )項所述的外科切割和緊固器械，還包括連接 在所述電動機的輸出極和所述傳動系統的輸入極之間的扭矩限制裝置。
(17) .如第(11 )項所述的外科切割和緊固器械，還包括連接 到所述功率源上的功率源選擇開關。
(18) .如第(11 )項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述 端部執行器包括
上鉗口；
與所述上鉗口相對的下4計口 ；和
切割器械，該切割器械設置在由所述下鉗口限定的縱向通道中。
(19) .如第(18)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所述下鉗口包括釘倉。
(20).如第(19)項所述的外科切割和緊固器械，其中，所 述上鉗口包括至少一個射頻電極。


下面結合附圖通過例子來描述本發明的各種實施方式，其中 圖1和2是根據本發明的各種實施方式的外科切割和緊固器械 的透視圖3到5是根據本發明的各種實施方式的器械的端部執行器和 軸的分解圖6是根據本發明的各種實施方式的端部執行器的側視圖； 圖7是根據本發明的各種實施方式的器械的手柄的分解圖； 圖8和9是根據本發明的各種實施方式的手柄的局部透視圖； 圖IO是根據本發明的各種實施方式的手柄的側視意圖;； ，、 ，,、°、' ， 、
圖12-14和17是用於給根據本發明的各種實施方式的器械的電 動機供電的電路的示意圖15是示出了根據本發明的各種實施方式的充電管理電路的框
圖；； 曰，一、 、、 、、、、，、、口"、《、王，
圖18示出了電池的典型功率曲線；
圖19-22示出了根據本發明的各種實施方式的離合器式電磁扭 矩限制裝置的實施方式；
圖23-25, 27-28和59是根據本發明的各種實施方式的器械的砧 座的底面的^L圖26, 53, 54和68是根據本發明的各種實施方式的端部執行 器的正剖視圖29-32示出了根據本發明的各種實施方式的具有RF電極的端部執行器的一種實施方式；
圖33-36示出了根據本發明的各種實施方式的具有RF電極的端 部執行器的另一種實施方式；
圖37-40示出了根據本發明的各種實施方式的具有RF電極的端 部執行器的另一種實施方式；
圖41-44示出了根據本發明的各種實施方式的具有RF電極的端 部執行器的另一種實施方式；
圖45-48示出了根據本發明的各種實施方式的具有RF電極的端 部執行器的另一種實施方式；
圖49-52示出了根據本發明的各種實施方式的具有RF電極的端 部執行器的另一種實施方式；
圖55和圖56示出了根據本發明的各種實施方式的端部執行器 的側一見圖57是根據本發明的另 一種實施方式的器械的手柄的簡圖； 圖58是根據本發明的各種實施方式的圖57中的實施方式的手 柄的剖視圖60-66示出了根據本發明的各種實施方式的多層電路板；
圖67是示出了根據本發明的各種實施方式的端部執行器的簡
圖69和圖70是根據本發明的各種實施方式的包括柔性頸部組 件的器械的簡圖。
具體實施例方式
圖1和2示出了根據本發明的各種實施方式的外科切割和緊固 器械10。所示實施方式是內窺鏡器械， 一般來說，本文中描述的器 械10的實施方式是內窺鏡外科切割和緊固器械。然而應當注意的是， 根據本發明的其他實施方式，所述器械可以是非內窺鏡外科切割和 緊固器械，例如是腹腔鏡器械。
圖1與2中所示的外科器械10包括手柄6、軸8和在關節運動樞軸14處與軸8樞轉連接的關節運動端部執行器12。關節運動控制 器16可靠近手柄6設置，以使端部執行器12圍繞關節運動樞軸14 旋轉。在所示的實施方式中，端部執行器12構造為作為用於夾緊、 切割及釘合組織的內切割器，儘管如此，在其它實施方式中，也可 採用不同類型的端部執行器，例如用於其它類型的外科裝置的端部 執行器，例如抓鉗、切割器、釘合器、夾子施放器、進入裝置、藥 物/基因治療裝置、超聲波、RF或雷射裝置等。與RF裝置有關的細 節參見，312號專利。
器械10的手柄6可包括用於致動端部執行器12的閉合扳機18 和擊發扳機20。應理解，具有用於不同外科任務的端部執行器的器
合適控制器。示出的端部執行器12通過優選的細長軸8與手柄6分 離。在一種實施方式中，器械10的臨床醫生或者操作人員可利用關 節運動控制器16使端部執行器12相對於軸8進行關節運動，如在 由Geoffrey C. Hueil等人的公開號為No.2007/0158385 Al、題為 "Surgical Instrument Having An Articulating End Effector"的美國專利 申請中更詳細描述，其內容通過引用包含於本申請中。
在該例子中，端部執行器12除了包括其它零部件外還包括釘通 道22和可樞轉平移的夾緊構件，例如砧座24, 4丁通道和夾緊構件以 一間距被保持，該間距確保對夾緊在端部執行器12中的組織進行有 效釘合及切割。手柄6包括手槍式握把26，由醫生向著手槍式握把 26可樞轉地拉動閉合扳機18可使砧座24向著端部執行器12的釘通 道22夾緊或者閉合，從而夾緊定位在砧座24和通道22之間的組織。 擊發扳機20位於比閉合扳機18更遠的外側。 一旦閉合扳機18被鎖 定在閉合位置(將在下面進一步描述)，擊發扳機20可略微向著手 槍式握把26旋轉，使其可被操作人員使用一隻手觸及。然後操作人 員可向著手槍式握把26樞轉地拉動擊發扳機20，引起夾緊在端部執 行器12中的組織的釘合及切割。在其它實施方式中，可使用除了砧 座24以外的不同類型的夾緊構件，例如相對的鉗口等。應當理解，在本文中使用的術語"近側"和"遠側"以握持器械10
的手柄6的醫生為參考。因此，相對於更近的手柄6而言，端部執 行器12處於遠側。還應理解，為了方便和清楚起見，在本文中使用 的空間術語，諸如"垂直"和"水平"是相對於附圖而言。但是，所述外 科器械以許多方向和位置被使用，這些術語並不是限定性的和絕對的。
閉合扳機18可首先被致動。 一旦醫生對端部執行器12的位置 感到滿意，醫生可將閉合扳機18向著靠近手槍式握把26的其完全 閉合鎖定位置拉回。然後可致動擊發扳機20。當醫生去掉壓力時(將 在下面更全面描述)，擊發扳機20返回打開位置(在圖1和2中顯 示)。手柄6上的釋放按鈕在壓下時可釋放鎖定的閉合4反機18。釋 放按鈕可以各種形式實現，例如諸如在圖7中顯示的滑動釋放按鈕 160，或在公布的美國專利申請No.2007/01755955 Al中描述的任何 機構，該專利申請通過引用結合入本文。
圖3是根據各實施方式的端部執行器12的分解圖。如在示出的 實施方式中所示，除了前面提到的通道22和砧座24以外，端部執 行器12可包括切割器械32、滑橇33、可拆卸地安裝在通道22中的 釘倉34和螺紋軸36。切割器械32例如可以是刀。砧座24可在與通 道22的近端連接的樞軸點25處可樞轉地打開和閉合。砧座24還可 包括位於其近端的翼片27,其可插入到機械閉合系統的部件中(在 下面進一步描述)以打開和閉合砧座24。當閉合扳機18被致動時， 也就是說由器械10的用戶拉動時，砧座24可圍繞樞軸點25樞轉進 入夾緊或者閉合位置。如果端部執行器12的夾緊是滿意的，操作人 員可致動擊發扳機20,如同將在下面更詳細描述的那樣，這引起刀 32和滑橇33沿著通道22縱向行進，從而切割夾緊在端部執行器12 中的組織。滑橇33沿著通道22的運動引起釘倉34的釘被驅動穿過 被切割的組織並抵靠閉合的砧座24，所述砧座使釘彎曲以緊固被切 割的組織。在各實施方式中，滑橇33可以是釘倉34的一體部件。 題為"Surgical stapling instrument incorporating an E-beam firingmechanism"的美國專利6,978,921提供了關於所述兩沖程切割和緊固 器械的更多細節，其內容通過引用而包含在本申請中。滑橇33可以 是釘倉34的一部分，使得當刀32在切割操作之後回縮時，滑橇33
不回縮。
應注意的是，儘管這裡描述的器械10的實施方式採用對切割的 組織進行釘合的端部執行器12,在其它實施方式中也可使用用於緊 固或者密封被切割組織的不同技術。例如，也可使用採用RF能量或 者粘合劑來緊固被切割組織的端部執行器。Yates等人的題為 "ELECTROSURGICAL HEMOSTATIC DEVICE"的美國專利 5，709，680 ， 和 Yates 等人的題為 "ELECTROSURGICAL HEMOSTATIC DEVICE WITH RECESSED AND/OR OFFSET ELECTRODES"的美國專利5，688，270公開了使用RF能量來密封被 切割組織的內蔬鏡切割器械，它們的內容都通過引用包含在本申請 中。同樣通過引用而包含在本申請中的Jerome R. Morgan等人的公 開號為No.2007/0102453A1的美國專利申i青和Frederick E. Shelton, IV等人的公開號為No.2007/0102452 Al的美國專利申請公開了使用 粘合劑來緊固被切割組織的內窺鏡切割器械。因此，儘管本文中此 處以及下面類似的描述指的是切割/釘合操作，應當認識到，這是典 型實施方式而不意味著限制。也可採用其它組織緊固技術。
圖4和5是根據各實施方式的端部執行器12和軸8的分解圖， 圖6是根據各實施方式的端部執行器12和軸8的側視圖。如在所示 的實施方式中所示，軸8可包括由樞轉連接件44可樞轉連接的近側 閉合管40和遠側閉合管42。遠側閉合管42包括開口 45,砧座24 上的翼片27插入開口 45中以便打開和閉合砧座24 (將在下面進一 步描述)。近側脊管46設置在閉合管40、 42內部。設置在近側脊 管46內部的是主旋轉(或者近側)傳動軸48，其藉助錐齒輪組件 52與次級(或遠側)傳動軸50相連。次級傳動軸50與傳動齒輪54 連接，所述傳動齒輪54與螺紋軸36的近側傳動齒輪56接合。垂直 錐齒輪52b可安放在近側脊管46的遠端中的開口 57中並在其中樞轉。遠側脊管58可用於包圍次級傳動軸50和傳動齒輪54、 56。共 同地，主傳動軸48、次級傳動軸50和關節運動組件(例如錐齒輪組 件52a-c)有時在本文中稱為"主傳動軸組件"。
定位在釘通道22的遠端的軸承38容納螺旋傳動螺杆36,允許 螺旋傳動螺杆36相對於通道22自由旋轉。螺旋傳動螺杆軸36可連 接刀32的帶螺紋的開口 (未顯示)，使軸36的旋轉引起刀32經過 釘通道22向遠側或者近側(取決於旋轉方向)平移。因此，當主傳 動軸48被擊發扳機20致動引起旋轉(將在下面更詳細解釋)時， 錐齒輪組件52a-c引起次級傳動軸50旋轉，進而由於傳動齒輪54、 56的接合引起螺紋軸36旋轉，這引起刀驅動構件32沿著通道22 縱向行進以切割夾緊在端部執行器中的任何組織。滑橇33例如可由 塑料製成，並可具有傾斜的遠側表面。當滑橇33穿過通道22時，
抵靠砧座24。砧座24使釘彎曲，從而釘合切割的組織。當刀32回 縮時，刀32和滑橇33可脫離接合，從而將滑橇22留在通道22的遠端。
圖7-10示出了電動內切割器的示例性實施方式。示出的實施方 式提供了有關端部執行器中切割器械的使用和加載力的用戶反饋。 另外，該實施方式可在回縮擊發扳機20時使用由用戶提供的動力給 裝置提供動力(所謂的"動力輔助"模式)。如在所示的實施方式中 所示，手柄6可包括外部下側件59、 60和外部上側件61、 62,它們 配合在一起總體形成手柄6的外部形狀。電池64，例如鋰離子電池 可設置在手柄6的手槍式握把26部分中。電池64為設置在手柄6 的手槍式握把26部分的上部中的電動機65供電。根據各實施方式， 串聯的多個電池可被用於給電動機65供電。
電動機65可以是在空載時具有大約25000轉每分鐘的最大轉速 的DC有刷驅動電動^幾。電動才幾65可驅動90。《,齒^r組件66，其包 括第一錐齒輪68和第二錐齒輪70。錐齒輪組件66可驅動行星齒輪 組件72。行星齒輪組件72可包括與傳動軸76連接的小齒輪74。小齒輪74可驅動配合的環形齒輪78,所述環形齒輪78經傳動軸82 驅動螺旋齒輪鼓80。環84可與螺旋齒輪鼓80螺紋接合。因此，當 電動機65旋轉時，通過介於其間的錐齒輪組件66、行星齒輪組件 72和環形齒輪78使環84沿著螺旋齒輪鼓80行進。
手柄6還可包括與擊發扳機20通信的運轉電動機傳感器110， 以便檢測何時擊發扳機20已經由操作人員向著手柄6的手槍式握把 部分26拉近(或者"閉合")，從而致動端部執行器12的切割/釘合操 作。所述傳感器110可以是比例傳感器，例如諸如變阻器或者可變 電阻器。當擊發扳機20被拉近時，傳感器IIO檢測運動並發送指示 供給到電動機65的電壓(或者功率)的電信號。當傳感器110是可 變電阻器或其類似物時，電動機65的旋轉通常可與擊發扳機20的 運動量成比例。也就是說，如果操作人員僅僅以很小的力拉動或者 閉合擊發扳機20,電動機65的旋轉相對較慢。當擊發扳機20被完 全拉近(或者處於完全閉合位置)時，電動機65以其最大速度旋轉。 換言之，用戶拉動擊發扳機20越困難，施加到電動機65上的電壓 越高，引起更大的旋轉速度。
手柄6可包括靠近擊發扳機20上部的中間手柄件104。手柄6 還包括連接在中間手柄件104和擊發扳機20的支柱之間的偏壓彈簧 112。偏壓彈簧112可將擊發扳機20偏壓到其完全打開位置。在該 方式中，當操作人員釋放擊發扳機20時，偏壓彈簧112將擊發扳機 20向著其打開位置拉動，由此除去傳感器110的致動，從而使電動 機65停止旋轉。而且，藉助於偏壓彈簧112，在用戶閉合擊發扳機 20的任何時候，用戶將受到對於閉合操作的阻力，從而為用戶提供 有關由電動機65施加的旋轉量的反饋。此外，電動機可停止回縮擊 發扳機20,從而除去來自傳感器200的力，由此停止電動機65。這 樣，用戶可停止端部執行器12的使用，從而為操作人員提供切割/ 緊固操作的控制手段。
螺旋齒輪鼓80的遠端包括驅動與小齒輪124配合的環形齒輪 122的遠側傳動軸120。小齒l侖124與主傳動軸組件的主傳動軸48連接。這樣，電動機65的旋轉引起主傳動軸組件旋轉，這引起端部 執行器12的致動，如上所述。
螺紋接合在螺旋齒輪鼓80上的環84可包括設置在帶槽的臂90 的槽88中的支柱86。帶槽的臂90在其相對的一端94上具有開口 92，該相對的一端94容納連接在手柄外側件59、 60之間的樞軸銷 96。樞軸銷96還經過開口 100設置在擊發扳機20中並經過開口 102 設置在中間手柄件104中。
另外，手柄6可包括反向電動機傳感器(或者衝程結束傳感器) 130和停止電動機(或者沖程開始)傳感器142。在各實施方式中， 反向電動機傳感器130可以是設置在螺旋齒輪鼓80的遠端的限位開 關，當環84到達螺旋齒輪鼓80的遠端時，使螺紋連接在螺旋齒輪 鼓80上的環84與反向電動機傳感器130接觸並使之啟動。當^皮激 活時，反向電動機傳感器130發送信號到電動機65，使其反向旋轉， 從而在切割操作之後縮回端部執行器12的刀32。停止電動機傳感器 142例如可以是常閉的限位開關。在各實施方式中，其可以設置在螺 旋齒輪鼓80的近端，當環84到達螺旋齒輪鼓80的近端時，由環84 斷開所述開關142。
在操作中，當器械10的操作人員向後拉動擊發扳機20時，傳 感器110檢測擊發扳機20的使用並發送信號到電動機65,引起電動 機65以例如與操作人員向後拉動擊發扳機20的困難程度成比例的 速度向前旋轉。電動機65向前旋轉進而引起行星齒輪組件72遠端 的環行齒輪78旋轉，從而引起螺旋齒輪鼓80旋轉，引起以螺紋方 式接合在螺旋齒輪鼓80上的環84沿著螺旋齒輪鼓80向遠側行進。 螺旋齒輪鼓80的旋轉還驅動上述主傳動軸組件，所述主驅動器軸組 件進而引起刀32在端部執行器12中使用。也就是說，引起刀32和 滑橇33縱向穿過通道22,從而切割端部執行器12中夾緊的組織。 而且，在使用釘合型端部執行器的實施方式中，引起端部執行器12 的釘合操作發生。
在端部執行器12的切割/釘合操作完成的時刻，螺旋齒輪鼓80上的環84將到達螺旋齒輪鼓80的遠端，從而使反向電動機傳感器 130啟動，發送信號到電動4幾65引起電動才幾65反轉其旋轉方向。這 又使刀32回縮，並引起螺旋齒輪鼓80上的環84向後運動到螺旋齒 |^鼓80的近端。
中間手柄件104包括與帶槽的臂90接合的後側肩106，如在圖 8和9中最好地顯示的。中間手柄件104還具有與擊發扳機20接合 的向前運動止動件107。帶槽的臂90的運動受到電動機65的旋轉的 控制，如上所述。在隨著環84從螺旋齒輪鼓80的近端向遠端行進， 帶槽的臂90逆時針旋轉時，中間手柄件104將自由地逆時針旋轉。 因此，當用戶拉近擊發扭j幾20時，擊發扭j幾20將4妾合中間手柄件 104的向前運動止動件107，引起中間手柄件104逆時針旋轉。但是， 由於後側肩106接合帶槽的臂90，中間手柄件104將僅僅能夠逆時 針旋轉直到帶槽的壁所允許的程度。這樣，如果電動機65由於某個 原因停止旋轉，帶槽的臂90將停止旋轉，用戶將不能進一步拉近擊 發扳機20,因為由於帶槽的臂卯使中間手柄件104不能自由逆時針 旋轉。
在圖7- 10中顯示了用於通過回縮閉合扳機18來閉合(或夾緊) 端部執行器12的砧座24的示例性閉合系統的元件。在所示的實施 方式中，閉合系統包括通過銷251與閉合扳機18連接的軛形件250, 所述銷251經過閉合4反機18和軛形件250兩者中對準的開口插入。 樞軸銷252經過閉合扳機18中的與銷251插入穿過閉合扳機18的 地方錯位的另一個開口插入，閉合扳機18圍繞所述樞軸銷252樞轉。 因此，閉合扳機18的回縮引起閉合扳機18的上部逆時針旋轉，軛 形件250經銷251與所述閉合扳機的上部連接。軛形件250的遠端 通過銷254連接到第一閉合支架256。第一閉合支架256連接到第二 閉合支架258。共同地，閉合支架256、 258限定一個開口，近側閉 合管40 (見圖4)的近端安放並保持在所述開口中，從而使閉合支 架256、 258的縱向運動引起近側閉合管40縱向運動。器械10還包 括設置在近側閉合管40內部的閉合杆260。閉合杆260可包括窗口261，位於一個手柄外部件(例如在所示的實施方式中的外部下側件 59)上的支柱263設置在該窗口 261中，將閉合杆260固定連接到 手柄6。以該方式，近側閉合管40能夠相對於閉合杆260縱向運動。 閉合杆260還可包括遠側卡圈267,其配合在近側脊管46中的空腔 269中並由帽271限制在其中(見圖4)。
在操作過程中，當軛形件250由於閉合扳機18的回縮而旋轉時， 閉合支架256、 258引起近側閉合管40向遠端運動(即遠離器械10 的手柄端)，引起遠側閉合管42向遠端運動，引起砧座24圍繞樞 軸點25旋轉到夾緊或者閉合位置中。當閉合扳機18沒有鎖定在鎖 定位置中時，引起近側閉合管40向近端滑動，引起遠側閉合管42 向近端滑動，藉助^f皮插入到遠側閉合管42中的翼片27引起砧座24 圍繞樞軸點25旋轉到打開或者未夾緊位置中。以該方式，通過回縮 並鎖定閉合扳機18,操作人員可將組織夾緊在砧座24和通道22之 間，並可在切割、夾緊操作之後通過打開閉合扳機20從鎖定位置釋 放夾緊的組織。
圖11是根據本發明的各實施方式的器械10的電路的示意圖。 在鎖定閉合扳機18之後當操作人員開始拉近擊發扳機20時，激活 傳感器IIO,允許電流流過。如果常開的反向電動機傳感器開關130 斷開(意味著端部執行器沖程的末端還沒有到達)，電流將流到單 刀雙擲繼電器132。由於反向電動機傳感器開關130沒有閉合，繼電 器132的電感器134將不被通電，使繼電器132處於其非通電狀態。 所述電路還包括釘倉鎖定傳感器136。如果端部執行器12包括釘倉 34,傳感器136將處於閉合狀態，允許電流流動。相反，如果端部 執行器12不包括釘倉34，傳感器136將斷開，從而防止電池64為 電動才幾65供電。
當釘倉34存在時，傳感器136閉合，這會給單刀單擲繼電器138 通電。當繼電器138被通電時，電流流過繼電器136和可變電阻型 傳感器110並經由雙刀雙擲繼電器140流到電動機65，從而為電動 機65供電，允許其沿著向前的方向旋轉。當端部執行器12到達其沖程末端時，反向電動機傳感器130將被激活，從而閉合開關130 並為繼電器134通電。這引起繼電器134採取其通電狀態(在圖13 中未顯示)，引起電流繞過釘倉鎖定傳感器136和可變電阻器110, 不是引起電流流到常閉的雙刀雙擲繼電器142並返回到電動機65, 而是經過繼電器140使電動機65反轉。由於停止電動機傳感器開關 142是常閉的，電流將回流到繼電器134以保持其閉合，直到開關 i42斷開。當刀32完全回縮時，停止電動機傳感器開關142被激活， 引起開關142斷開，從而1吏電動機65斷電。
在其它實施方式中，與比例型傳感器110不同，可使用通斷型 傳感器。在所述實施方式中，電動機65的旋轉速度將不再與操作人 員施加的力成比例。而是，電動機65—般將以穩定速度旋轉。但是 因為擊發扳機20與齒輪傳動系統接合，操作人員仍將感受到反饋的 力。
在公開號為No. 2007/0175962 Al,題為"Motor-driven surgical cutting and fastening instrument with tactile position feedback" 的美國 專利申請中公開了電動外科器械的另外構型，該美國專利申請通過 引用結合入本文。
在電動外科器械(諸如上述電動內窺鏡器械的一種)中，或在 電動圓形切割器器械中，電動機可通過串聯的多個電池供電。另夕卜， 在某些場合可能需要利用所有電池的一部分給電動機供電。例如， 如圖12所示，電動機65可通過電源包299供電，該電源包299包 括串聯的六(6)個電池310。電池310可例如是3伏鋰電池，諸如 CR 123A電池，但是在其它實施方式中，可以使用不同類型的電池
伏電池310被串聯以給電動機65供電，則可供電動機65使用的總 電壓為18伏。電池310可包糹舌可充電電池或不可充電電池。
在這樣的實施方式中，電動機65的輸入電壓在最大負載情況下 可降到大約九至十伏。在該工作條件下，電源包299將最大功率傳 輸至電動機65。因此，如圖12所示，電路可包括開關312,所述開關312選擇性地允許通過(1 )所有電池310或(2) —部分電池310 來給電動機65供電。如圖12所示，通過適當選擇，開關312可允 許通過所有六個電池或四個電池給電動4幾65供電。這樣，開關312 可被用於以18伏(當使用所有六個電池310時)或12伏(當使用 其中的四個電池時)給電動機65供電。在各種實施方式中，用於給 電動才幾65供電的這部分電池的電池數量的設計選擇可基於電動枳j 65在以用於最高負載的最大輸出工作時所需的電壓。
開關312可例如是機電開關，諸如微開關。在其他實施方式中， 開關312可實施為固態開關，諸如電晶體。第二開關314(諸如按鈕 開關)可被用於控制功率到底是否被施加到電動機65上。同樣，正 向/反向開關316可被用於控制電動機65是否沿著正向或反向旋轉。 正向/反向開關316可被實施為雙刀-雙擲開關，諸如如圖11所示的 繼電器140。
在工作中，器械10的用戶可通過使用某類開關控制器來選擇期 望的功率水平，開關控制器例如未顯示的取決於位置 (position-dependent)的開關，T者如撥動開關、才幾才成4工鬥幹開關或凸4侖， 該開關控制器控制開關312的位置。用戶隨後可激活第二開關314 以將選擇的電池310連接到電動機65。另外，如圖12所示的電路可 被用於給其他類型的電動外科器械(諸如圓形切割器和/或腹腔鏡器 械)的電動機供電。關於圓形切割器的更多細節可在公開號為No. 2006/0047307 Al和公開號為No. 2007/0262116 Al的美國專利申請 中找到，所述專利申請通過引用結合入本文。
如圖13所示，在其他實施方式中，諸如電池(例如CR2或 CR123A電池)的初級功率源340可被用於對多個次級蓄電裝置342 充電。初級功率源340可包括一個或多個串聯的電池，優選地，所 述電池在示出的實施方式中是可更換的。次級蓄電裝置342可包括 例如可充電電池和/或超級電容器(也稱為"超電容器"或"電化學 雙層電容器，，(EDLC))。與普通電解電容器相比，超級電容器是 具有非常高的能量密度的電化學電容器，通常比高容量電解電容器高數千倍。
初級功率源340可對次級蓄電裝置342充電。如果次級蓄電裝 置342被充足電，則初級功率源340可被拆下並且次級蓄電裝置342 可用於在手術或工作期間給電動機65供電。在各種情況下，次級蓄 電裝置342可能需要大約十五至三十分鐘的充電時間。超級電容具 有以下特性與常規電池相比，超級電容器可^皮極其快速地充電和 放電。另外，電池僅對有限次數的充電/放電循環有效，但是超級電 容器通常可被重複充電/放電，有時候能達到成千上萬次的充電/放電 周期。對於使用超級電容器作為次級蓄電裝置342的實施方式而言， 超級電容器可包括碳納米管、傳導聚合物(例如聚乙烯)或碳氣凝 膠。
如圖14所示，可採用充電管理電^各344來確定次級蓄電裝置342 何時被充足電。充電管理電路344可包括指示器，諸如一個或多個 發光二極體(LED)、液晶顯示器(LCD)等，當次級蓄電裝置342 被充足電時，指示器被激活以給器械10的用戶警報。
初級功率源340、次級蓄電裝置342和充電管理電^各344可以是 在器械10的手柄6的手槍式握把部分26中或者在器械10的另一部 分中的電源包的一部分。電源包可從手槍式握把部分26拆除，在這 種情況下，當器械10即將被用於外科手術時，電源包可由例如協助 手術的輪值護士以無菌的方式插入手槍式握把部分26 (或根據其他 實施方式的器械中的其他位置)中。在插入電源包後，護士可以在 使用器械IO之前將可更換的初級功率源340放入電源包中以對次級 蓄電裝置342充電一段時間，例如三十分鐘。當次級蓄電裝置342 充好電時，充電管理電路344可指示所述電源包已準備就緒。此時， 可更換的初級功率源340可被取出。在工作期間，器械10的用戶隨 後可諸如通過激活開關314來激活電動機65,由此使次級蓄電裝置 342給電動機65供電。因此，作為使用多個一次性電池給電動機65 供電的替代，在這種實施方式中可^f吏用一個一次性電池(作為初級 功率源340 ),並且次級蓄電裝置342是可重複使用的。但是，在替代實施方式中，應當注意到，次級蓄電裝置342可以是可充電的和/ 或不可重複使用的。次級蓄電裝置342可與以上結合圖12描述的電 池選擇開關312 —起使用。
充電管理電路344還可包括指示器(例如LED或LCD顯示器)， 該指示器指示次級蓄電裝置342剩餘多少電量。這樣，外科醫生(或 器械10的其他使用者)可看到在涉及器械10的手術的整個過程中 有多少電量剩餘。
如圖15所示，充電管理電路344可包括電量計345 (charge meter)，用於測量次級蓄電裝置342的電量。充電管理電路344還 可包括非易失性存儲器346 (諸如快閃記憶體或只讀存儲器)和一個或多個 處理器348。 一個或多個處理器348可連接到存儲器346以控制所述 存儲器。另外，處理器348可被連接到電量計345以讀取電量計345 的讀數或者控制電量計345。另外，處理器348可控制充電管理電路 344的LED或其他輸出裝置。處理器348可將器械10的參數存儲在 存儲器346中。所述參數可包括器械的工作參數，所述工作參數通 過可在器械10中安裝或採用的各種傳感器來感測，所述工作參數例 如是擊發次數、有關力的大小，端部執行器12的相對鉗口之間的壓 縮間隙(compression gap )的距離、關節運動量等。此夕卜，存^f諸在存 儲器346中的參數可包括可被充電管理電路344讀取和存儲的器械 IO各部件的ID值。具有這種ID的部件可以是可更換的部件，諸如 釘倉34。 ID可例如是充電管理電路344通過射頻標識(RFID)轉 發器350讀取的RFID。 RFID轉發器350可從器械部件(諸如釘倉 34)讀取RFID, RFID包括RFID標籤。ID值可被讀取和存儲在存 儲器346中，以及被處理器348拿來與存儲在存儲器346中或存儲 在與充電管理電路相連的存儲裝置中的可接受的ID值列表進行比 較，以確定例如與讀取的ID值相關的可拆卸/可更換的部件是否經授 權和/或適當。根據各種實施方式，如果處理器348確定與讀取的ID 值相關的可拆卸/可更換的部件未經授權，則充電管理電路344可阻 止器械10使用電源包，例如通過斷開開關(未示出)，從而防止功率從電源包傳輸到電動機65。根據各種實施方式，可^皮處理器348 用來評估以確定部件是否經授權和/或適當的各種參數包括日期代 碼；部件型號/類型；製造商；地域信息；以及早前的錯誤代碼。 充電管理電路344還可包括用於與其他裝置通信的輸入/輸出 (i/o)接口 352，如下所述。這樣，存儲在存儲器346中的參數可被 下載到另一裝置。輸入/輸出接口 352可以是例如有線接口或無線接 n 。
如以前所述，電源包可包括次級蓄電裝置342、充電管理電^各 344和/或正向/反向(f/r)開關316。 4艮據各種實施方式，如圖16所 示，電源包299可被連接到充電器座362上，充電器座362此外可 對電源包中的次級蓄電裝置342充電。通過在電源包被安裝在器械 IO中的時候，在無菌條件下將充電器座362連接到電源包299,可 將充電器座362連接到電源包299。在拆掉了電源包的其他實施方式 中，通過將電源包299從器械10拆下並且將其連接到充電器座362 上，可將充電器座362連接到電源包299。對於這樣的實施方式，在 充電器座362對次級蓄電裝置342充足電後，電源包299可在無菌 條件下安裝在器械10中。
如圖16所示，充電器座362可包括用於對次級蓄電裝置342充 電的功率源364。充電器座362的功率源364可以是例如電池(多個 串聯的電池)；或者是交流(AC) /直流(DC)轉換器，AC/DC轉 換器將諸如來自電網的交流電轉換成直流電；或者是用於對次級蓄 電裝置342進行充電的其他適當的功率源。充電器座362還可包括 指示器裝置，諸如LED、 LCD顯示器等，用以顯示次級蓄電裝置342 的充電狀態。
另外，如圖16所示，充電器座362可包括一個或多個處理器366; 一個或多個存儲器368;以及輸入/輸出接口 370， 372。充電器座362 可通過第一輸入/輸出接口 370與電源包299 (通過電源包的輸入/輸 出接口 352 )通信。這樣，例如存儲在電源包299的存儲器346中的 數據可被下載到充電器座362的存儲器368。從而，處理器366可評估從充電管理電3各344下載的可拆卸/可更換部件的ID值，以確定部 件是否經授權以及是否合適。從充電管理電路344下載的工作參數 還可被存儲在存儲器368中，然後可經由第二輸入/輸出接口 372下 載到另 一計算機裝置以供諸如醫院系統(在該醫院系統中執行使用 器械10的手術)、外科室、器械經銷商、器械製造商等進行評估和 分析。
充電器座362還可包括電量計374,用於測量次級蓄電裝置342 的電量。電量計374可與處理器366通信，使得處理器366可實時 地確定電源包299的適合性，以便用於確保高性能。
如圖17所示，在另一種實施方式中，電池電路可包括功率調節 器320以便控制由節電器310提供給電動機65的功率。功率調節器 320還可以是電源包299的一部分，或者可以是單獨部件。如上所述， 電動機65可以是直流(DC)有刷電動衝幾。DC有刷電動才幾的速度一 般與施加的輸入電壓成比例。功率調節器320可給電動機65提供高 穩定輸出電壓，使得電動機65以恆定(或基本恆定)的速度工作。 根據各種實施方式，功率調節器320可包括開關模式功率轉換器， 諸如升降壓式(buck-boost)轉換器，如圖17的例子所示。這樣的 升降壓式轉換器320可包括功率開關322 (諸如場效應電晶體
(FET))、整流器32、電感器326和電容器328。當功率開關322 處於接通(on)狀態時，輸入電壓源(例如功率源310)被直接連接 到電感器326，電感器326在該狀態下存儲能量。在該狀態下，電容 器328給輸出負栽(例如電動機65)提供能量。當功率開關320處 於斷開(off)狀態時，電感器326被連接到輸出負載(例如電動機 65)和電容器328,從而將能量從電感器326傳遞到電容器328和負 載65。控制電路330可控制功率開關322。控制電路330可採用數 字和/或模擬控制迴路。此外，在其它實施方式中，控制電路330可 經由通信鏈路(諸如串聯或並聯數字數據總線)接收來自主控制器
(未示出)的控制信息。功率調節器320輸出的電壓設定值可例如 被設置為開路電壓的一半，在開路電壓值時可從源獲得最大功率。在其它實施方式中，可採用不同功率轉換器布局，包括線性或 開關模式功率轉換器。其它可用的開關模式布局包括反馳式、順向
式、降壓式、升壓式和單端初級電感式(SEPIC)。功率調節器320 的電壓設定值可隨著用於給電動機65供電的電池數量而變化。另外， 功率調節器320可用於如圖13所示的次級蓄電裝置342。而且，正 向/反向開關316可被結合入功率調節器320中，但是在圖17中正向 /反向開關316是單獨顯示的。
電池通常可糹皮^^莫型化為理想電壓源和電源電阻。對於理想才莫型， 當電源電阻和負載電阻相匹配時，最大功率被傳遞到負載。圖18示 出了電池的典型功率曲線。當電池電路斷開時，電池的電壓高(處 於其開路值)並且從電池得到的電流為零。從電池傳遞出的功率同 樣為零。隨著從電池得到更多電流，電池的電壓下降。由電池傳遞 的功率是電流和電壓的乘積。大約在低於開路電壓的電壓水平處， 功率達到其峰值。如圖18所示，就絕大多數電池的化學性質而言， 在較高電流下，電壓/功率由於化學性質或正溫度係數(PTC)而急 劇下降，或者由於電池保護裝置而急劇下降。
尤其是對於在手術中使用電池(或複數個電池)給電動機65供 電的實施方式中，控制電路330可監控輸出電壓並控制功率調節器 320的設定值，使得電池在功率曲線的"左"側或功率遞增側工作。 如果電池達到峰值功率水平，則控制電路330可改變(例如降低) 功率調節器的設定值，使得正需要從電池獲得的總功率降低。電動 機65隨後減速。這樣，從電源包獲得的需量即使有，也很少超過可 用的功率峰值，從而避免了手術期間的功率缺乏狀況。
另外，根據其它實施方式，從電池得到的功率可被優化，使得 電池內的化學反應能有時間恢復，由此優化了可從電池獲得的電流 和功率。在脈衝負載下，電池通常在脈衝開始時比在接近脈沖結束 時提供了較大功率。這是由若干因素造成的，包括(l)正溫度系 數(PTC)熱敏電阻在脈衝期間可不斷改變其電阻；(2)電池溫度 可以不斷變化；和(3)電化學反應速率由於在陰極處的電解質正被消耗而不斷變化，並且新電解質的擴散速率限制了反應速率。根據
各種實施方式，控制電路330可控制轉換器320,使得從電池獲得較 低電流，從而允許電池在再次受到脈衝之前恢復。
根據其它實施方式，器械IO可包括離合器式扭矩限制裝置。離 合器式扭矩限制裝置可被例如設置在電動機65和錐齒輪68之間， 在錐齒輪70和行星齒輪組件72之間，或者在行星齒輪組件72的輸 出軸上。根據各種實施方式，扭矩限制裝置可使用電磁離合器或用 磁體離合器。
圖19至22示出了電磁離合器400的例子，該電磁離合器400 可用於根據各種實施方式的器械10。離合器400可包括馬蹄形定子 402,在定子402的每側具有磁碟404、 406。第一磁碟404可連接到 可軸向運動且可旋轉的才及部408 (諸如電動才幾65的輸出極)。第二 磁碟406可連接到軸向固定且可旋轉的極部410 (諸如器械10的齒 輪箱的輸入極)。在圖19和20的視圖中，第一極部408從第二極 部410軸向地拉開間隙412,使得磁碟404、 406不接合。可圍繞定 子400纏繞的線圈(未示出)可用於產生致動所述離合器400所需 的電磁通量。當線圏傳導電流時，引起的磁通量可導致兩個磁碟404、 406相互吸引，使得第一極部408沿著軸向朝第二極部410運動，從 而使兩個磁碟404、 406變為接合(如圖21和22所示)，使得兩個 極部408、 410將一起旋轉，直到扭矩超過在磁碟404和406的表面 之間產生的摩標> 扭矩為止。
通過控制磁碟404、 406的直徑、磁碟404和406的接觸面之間 的摩擦係數以及通過使用在已知且可控的磁通密度下飽和的磁性材 料作為磁碟404、 406的材料，兩個f茲盤404、 406之間的吸引力以 及離合器400的相應扭矩容量可被控制。因此，即使在更多電流通 過線圏的工作條件下，》茲盤404、 406的電^茲材一+也不會產生更大的 吸引力以及相應的限制扭矩。
使用這樣的離合器具有許多潛在的額外好處。在受到電控制時， 可通過去除來自電線的電流使離合器400被快速釋放，以限制在離合器400和電動機65內產生的熱量。通過藉助離合器400解除電動 機與傳動系統的其餘部分的連接，存儲在傳動系統中的大多數慣性 能量可被斷開，從而限制了在輸出突然被阻斷時的衝擊。另外，通 過電控制，可在內部設計一些有限的滑動，有助於減少在負載條件 下起動傳動系統時的衝擊。另外，因此離合器內的一個或多個部件 (例如磁碟404、 406)的磁飽和特性可被用於控制扭矩極限，而不 是用於控制線圈電流，離合器400可對系統電壓的變化較不敏感。 在這樣的實施方式中，扭矩極限主要取決於離合器部件(例如磁碟 404、 406 )的物理尺寸，並且不需要電壓調節器或其它外部部件就 能正常工作。
在另一種實施方式中，扭矩限制裝置可包括永磁體(未示出)， 而不是使用電磁離合器。永磁體可被連接到例如可軸向運動的第一 極部408上並且可吸引軸向固定的第二極部410,反之亦然。在這樣 的實施方式中，》茲盤404、 406的一個可由永/磁體製成，另一個可由 磁性材料(如鐵)製成。稍作變化，定子402可製成永磁體形式， 使得磁碟404和406 4皮此吸引。由於永》茲體的存在，兩個》茲片404、 406總是接合的。使用永磁體不能提供如同上述電磁離合器構造那樣 精確的扭矩控制。但是永磁體具有以下優點(1)不需要控制器或 控制邏輯電路來控制通過線圈的電流；(2)與電磁離合器相比，構 造更加緊湊；以及(3)簡化了器械10的設計。
如之前所述，端部執行器12可發射RF能量以凝結夾緊在端部 執行器中的組織。RF能量可在端部執行器12的電極之間傳遞。RF 源(未示出)除了包括其它部件外還包括例如振蕩器和放大器，RF 源可將RF能量提供給電極，RF源可設置在器械本身中，諸如設置 在無繩器械10的手柄6中，或者RF源可位於器械10的外部。RF 源可被激活，如下面更詳細地描述。
根據各種實施方式，端部執行器12可包括多個電極部分(分段)。 例如，如圖23的例子所示，砧座24的底面(即面向4丁倉34的表 面)可包括三個共線的分段。在該實施方式，每個分段具有相同長度(例如20mm)， ^f旦是在其它實施方式中，可以存在更多或更少的 分段，並且分段可具有不同長度。在圖23的例子中，三對有源或"陽 極"端子或電極500沿著通道長度的每一側在砧座24的底面上縱向 地排成直線。具體而言，在所示的實施方式中，在刀通道516的兩 側上存在一對遠側電極50(h、 一對中間電才及5002和一對近側電招^ 5003。端部執行器12或者金屬砧座24的金屬外部部分或通道22可
上部電極500可連接到RF源。當通電時，RF能量可在上部電極500 和對電極之間傳導，從而使夾在電極之間的組織凝結。
電極500可被同時通電或者以不同次序(諸如順序地)通電。 對於電極500按順序被通電的實施方式，順序可以是自動的(例如 通過與RF源通信的控制器(未示出)控制)或者通過用戶選擇。例 如，近側電極5003可首先通電；然後是中間電極5002;隨後是遠側 電極500"這樣，操作者(例如手術醫生)可選擇性地凝結釘線區 域。在這樣的實施方式中，電極可由多路復用器和/或多個輸出發生 器來控制，如下面更詳細地描述。這樣，每個電才及500下面的組織 可根據凝結需要單獨地處理。成對電極的每個都可連接到RF源上， 使得電極可同時被通電。因此，對於遠側的有源電極500!對，處於 刀通道的相對側上的每個電極可通過RF源同時通電。這同樣適用於 中間的電極5002對和近側的電極5003對，但是在電極對被順序通電 的實施方式中，遠側的電極對與中間的電才及對和近側的電極對不是 同時被通電，等等。
另外，各種電參數(諸如阻抗、輸出功率或能量等)可被監控 並且特定電極500的輸出可一皮修改以產生最需要的組織效應。此外， 另一優點是，如果前一次器械擊發或外科手術留下可能引起電極短 路的金屬釘或其它導電物體，這樣的短路情況可通過發生器和/或多 路復用器進行檢測，並且能量可以以適合短路的方式進行調製。
另外，與具有和如圖23所示三段電極500的組合長度同樣長的 一組電極的設計相比，順序地給電極500通電減少了需要從RF源獲得的瞬時功率。例如，對於在'312號專利中所示的電極構型，已經 證明需要五十至一百瓦特才能在切割線的兩側成功凝結四十五毫米 的線。通過使用與較大的返回電極(例如金屬砧座24)的表面積相 比具有較小表面積的較小有源電極(例如上部電極500 ),較小的有 源電極500可將治療能量集中在組織處，而較大的返回電極被用於 以對組織界面影響極小的方式連通電路。此外優選地，返回電極具 有較大質量，由此能夠在電外科應用中保持溫度較低。
電極500可^皮電絕緣材料504包圍，電絕糹彖材料504可包括陶 瓷材料。
圖24示出了具有分段RF電極的另一實施方式。在如圖24所示 的實施方式中，存在四個共線的等長(在該例子中為15mm)的分段 電極500M。與圖23的實施方式相似，圖24的電極500可被同時通
電或順序通電。
圖25示出了另一種實施方式，其中分段電極具有不同長度。在 所示的實施方式中，存在四個共線的分段電極，但是最遠側的電極 500p 5002的長度為10mm，而兩個近側電極5003、 5004的長度為 20mm。如上所示，短的遠側電極可提供使治療能量集中的優點。
圖59示出了在砧座24的底面上(即面向通道22的表面)上具 有處於電路板570或其他類型的適當基片上的十五對分段RF電極 500的實施方式。通過RF源(或發生器)574給各電極通電。多路 復用器576可在控制器578的控制下根據需要將RF能量分配給各電 極對。根據各種實施方式，RF源574、多路復用器576和控制器578 可被設置在器械的手柄6中。
在這樣的實施方式中，電路板570可包括多個層，所述層在多 路復用器576和各電極對之間提供電連接。例如，如圖60至圖63 所示，電路板可包括三個層580w,每一層580提供至五個電極對的 接線。例如，最上層5803可提供至最近側的五個電極對的接線，如 圖60至61所示；中間層5802可提供至中間的五個電極對的接線， 如圖60至62所示；最下層58(^可提供至最遠側的五個電極對的接線，如圖60至63所示。
圖64示出了根據這樣的實施方式的砧座24的剖切端視圖。與 釘槽口 584鄰接的電路板570包括三個傳導層580w，在所示傳導層 580w之間具有絕緣層582M。圖65和66示出了各個層580w可如 何堆疊以接回到手柄中的多路復用器576。
如圖67所示，在端部執行器12中具有如此多的RF電極的優點 在於，如果前一次器械擊發或外殼手術在組織592中留下可能引起 電極短路的金屬釘線590或其他導電物體，這樣的短路可被發生器 和多路復用器檢測到，並且能量可以以適合於短路的方式進行調製。
圖27示出了帶有RF電極的另一種端部執行器12。在該實施方 式中，端部執行器12僅包括遠側電極500!，金屬砧座24用作返回 電極。遠側電極50(^並不在砧座24的整個長度上延伸，而但J又在所 述長度的一部分延伸。在所示的實施方式中，遠側電極500「沿著60 mm的砧座的長度僅大約為20 mm,因此遠側電極500!大約僅覆蓋 砧座長度最遠側的三分之一。在其他實施方式中，遠側電極500i可 覆蓋砧座長度最近側的十分之一至二分之一。這樣的實施方式可用 於點式凝結，如在美國專利5,599,350中所描述的那樣，該美國專利 通過引用結合入本文。
圖28示出了帶有RF電極的端部執行器12的另一種實施方式。 在該實施方式中，有源電極500被定位在砧座24的遠側尖端上，通 過不導電的絕緣體504與砧座24絕緣，絕緣體504可由陶瓷材料制 成。這樣的實施方式可用於點式凝結。
圖29至32示出了端部執行器12的對點式凝結有用的其他實施 方式。在這些實施方式中，砧座24包括位於砧座24的遠端並且沿 著砧座24的側面的一對電極500" 5002。圖29是根據這樣的實施 方式的砧座24的前端視圖，圖30是側視圖，圖31是局部放大的前 端視圖，而圖32是頂視圖。在這樣的實施方式中，金屬砧座24可 用作返回電極。有源電極50(h、 5002可通過不導電的絕緣體504相 對於砧座24絕緣，絕緣體504可包括陶資材料。圖33至36示出了一種實施方式，其中砧座24包括位於砧座24 的頂部中央的兩個遠側電極500p 5002。此外，金屬砧座24可用作 返回電極，有源電才及500！、 5002可通過不導電的絕糹彖體504相對於 砧座24絕緣。
圖37至40示出了一種實施方式，其中一個有源電極500i (例 如有源電極)被定位在砧座24上，而另 一個有源電極5002被定位在 下鉗口 22上，優選地定位在4丁倉34上。金屬砧座24可用作返回電 極。砧座電極500t通過絕緣體504相對於砧座24絕緣。電極5002 被定位在釘倉34中，釘倉34優選地由諸如塑料的不傳導材料製成， 電極5002通過4丁倉34相對於金屬通道22絕緣。
圖41至44示出了一種實施方式，其中砧座24具有位於砧座24 的最遠端處的兩個有源電極500" 5002，所述有源電極500" 5002 從砧座24的頂面完全延伸到底面。此外，金屬砧座24可用作返回 電極，並且有源電極50(V 5002可通過不導電的絕緣體504相對於 砧座24絕鄉彖。.
圖45至48示出了一種實施方式，其中釘倉34具有在釘倉34 的最遠端處的兩個有源電極500i、 5002。在這樣的實施方式中，金 屬砧座24或金屬通道22可用作返回電極。在示出的實施方式中， 電極500i、 5002被連接到絕緣嵌件503，但是在其他實施方式中，絕 緣嵌件503可被省去並且塑料釘倉34可用作電極50(V 5002的絕緣 體。
圖49至52示出了在砧座24的最遠端具有一個有源電極50(^ 並且在釘倉34的最遠端具有另 一個有源電極5002的實施方式。此外， 在這樣的實施方式中，金屬砧座24或金屬通道22可用作返回電極。 在示出的實施方式中，電極5002被連接到絕緣嵌件503、 505,但是 在其他實施方式中，絕緣嵌件503、 505可被省去並且塑料釘倉34 可用作電極5002的絕緣體。
圖57是根據本發明的其他實施方式的手柄6的側視圖，而圖58 是根據本發明的其他實施方式的手柄6的側剖視圖。示出的實施方式僅包括扳機，閉合扳機18。在該實施方式中，刀、釘驅動器和/
或RF電極的激活可通過除單獨擊發扳機外的部件實現。例如，如圖 57所示，刀、釘驅動器和/或RF電極的致動可通過按鈕開關540或 其他形式的開關來激活，所述開關處在便於操作者的位置中。在圖 57中，所示開關540在手柄6的最近側部分處。在另一種實施方式 中，開關可被設置在手柄6的遠端附近，使得拉動管口 539會激活 開關，引起器械的致動。在這樣的實施方式中，開關(未示出)可 被設置在管口 539下面或附近，使得管口的運動會撥動開關。
替代地，刀、釘驅動器和/或RF電極的致動可通過由麥克風542 檢測到的語音或其他聲音指令來激活。在其他實施方式中，手柄6 可包括RF或聲收發器541，該收發器541可接收和/或傳遞RF或聲 信號以激活器械。同樣，如圖58所示，腳踏開關或開關544可被用 於激活器械IO。腳踏開關544可通過繩545連接到手柄上。同樣， 手柄6可包括撥盤式控制器546或用於控制分段RF電極的致動的其 他適當的控制裝置(見例如圖23和24)。操作者可使用這樣的控制 裝置546連續地激活端部執行器12中的各個RF電極對500。
圖57和58中所示的器械IO還包括多個用戶反饋系統。如上所 述，器械10可包括用於使操作者聽見指令或指示的揚聲器543。另 外，手柄6可包括視覺指示器548，諸如LED或其他光源，視覺指 示器提供與各個分段RF電極的致動有關的視覺反饋。例如，每個視 覺指示器548可對應於一個分段RF電極對。當分段RF電極對:帔激 活時，相應的視覺指示器548可被激活。另外，手柄6可包括字母 數字式顯示器550,其可以是例如LED或LED顯示器。顯示器550 可連接到手柄6內部的電路板552上。手柄6還可包括位於手槍式 握把26中的振動器554，該振動器554可給操作者提供振動反饋。 例如，每當端部執行器12中的一對分段RF電極對被激活時，振動 器554可振動。
圖26是根據各種實施方式的端部執行器12的剖視圖，在這些 實施方式中，電極位於上^T口 (或砧座)24上。在示出的實施方式中，有源電極500被設置在刀槽516附近。金屬砧座24可用作返回 電極。可由陶資製成的絕緣體504將電極500相對於金屬砧座24絕 緣。除了電極500被製得較小使得絕緣體504可在各個電極500和 刀槽516的邊緣之間延伸外，圖68的實施方式類似於圖26的實施方式。
圖53是根據另一種實施方式的端部執行器12的剖切端視圖。 在該實施方式中，與圖26的實施方式相似，有源電極500！、 5002在 砧座24上並且在刀通道的相對側上。電極50(h、5002通過絕緣體504 相對於金屬砧座絕緣，絕緣體504再次優選地包括陶瓷材料。但是， 在該實施方式中，絕緣體504被製得很薄(與圖26相比)。將絕緣 體504製得很薄提供了潛在優點，即砧座24可包括在電極500上面 的相對較大的金屬部分520，由此在給定砧座剛度時可支持較細長的
絕緣體504可被鑄造在砧座24中或者濺射塗覆在砧座24上。
圖54示出了另一種實施方式。在該實施方式中，有源電極50(h、 5002被濺射塗覆或粘接到絕緣體504上，絕緣體504也可被濺射塗 覆或粘接到砧座24上。與圖53的實施方式相同，該設計允許在電 極上使用更多的砧座材料。在該實施方式中，電極500p 5002可包 括銀，銀是優良的電導體並且具有抗菌特性。
圖55示出了根據另一種實施方式的端部執行器的側視圖。在該 實施方式中，電絕緣材料薄膜530被沉積在釘倉34的表面上。絕緣 膜530優選地包括耐熱且耐電弧材料，諸如陶瓷。這傾向於增加釘 倉34的耐電弧軌跡和耐短路性能，從而在更換釘倉34之間允許更 多的擊發次數。另外，如果釘倉34是不良導電體，就可以支持組織 的較快加熱並且減少總能量需求量。有源電極(在圖55中沒有示出) 可以在砧座24中，如上面的實施方式所述。
圖56示出了與圖55所示的實施方式相似的實施方式，除了在 圖56中稍微導電的材料薄層532被沉積在絕緣膜530上。稍微導電 的薄層5 3 2的導電性可低於夾緊在端部執行器12中以便治療的組織的導電性。因此，稍微導電的薄層532可提供傳導率減少的路徑，
以提供對被夾緊的組織的附加加熱。這將易於減少加熱組織和實現 凝結所需的時間。
如上所述，器械10可包括用於使端部執行器12關節運動的關 節運動樞軸14。器械10的醫生或操作者可通過利用關節運動控制器 16使端部執行器12相對於軸8關節運動，如在Geoffrey C. Hueil等 人的7>開號為No.2007/0158385 Al,題為"Surgical Instrument Having An Articulating End Effector"的美國專利申請更詳細地描述，該申請 通過引用結合在本文中。在其他實施方式中，不是通過與器械IO為 一體的控制裝置，而是可通過單獨器械(諸如夾子)使端部執行器 12關節運動，單獨器械被插入患者體內，使得單獨器械的操作部分 接近端部執行器12，從而可根據需要使端部執行器12關節運動。單 獨器械可通過與端部執行器12不同的開口或相同的開口被插入。同 樣，不同操作者可操作單獨器械，或者一個人可操作兩種器械以使 端部執行器12關節運動。在另一種無源關節運動場景中，端部執行 器12可通過謹慎地將其推靠在患者的其他部分上而做關節運動，以 實現期望的關節運動。
在另一種實施方式中，端部執行器12可通過柔性電纜連接到手 柄。在這樣的實施方式中，端部執行器12可通過使用另一種器械(例 如單獨的夾子器械)來根據需要定位和保持就位。另外，在其他實 施方式中，端部執行器12可通過單獨器械來定位並且通過第二單獨 器械來夾緊。另外，端部執行器12可被製得足夠小，諸如8mm至 9mm寬和10mm至llmm高，使得拉近(pull-to-close)機構可被用 於從手柄6夾緊端部執行器。該拉近機構可從題為"Cable-Actuated Jaw Assembly For Surgical Instruments"的美國專利5,562,701所述的 那個機構改裝，該專利通過引用結合入本文。電纜600可被設置在 柔性內窺鏡中或沿著柔性內窺鏡設置，以供例如在上或下胃腸道手 術中使用。
在另一種實施方式中，如圖69和70所示，器械10可包括柔性頸部組件732，該頸部組件使得端部執行器12能夠做關節運動。當 連接到軸8上的關節運動傳遞組件731旋轉時，可引起柔性頸部組 件732做間接的關節運動。柔性頸部組件732可包括容納第一柔性 帶組件735和第二柔性帶組件736的第一柔性頸部部分733和第二 柔性頸部部分734。在關節運動傳遞組件731的旋轉時，第一柔性傳 動帶組件735和第二柔性傳動帶組件736中的一個向前運動，而另 一個帶組件向後運動。響應於帶組件在柔性頸部組件732的第一和 第二柔性頸部部分733、 734內的往復運動，柔性頸部組件732彎曲 以提供關節運動。柔性頸部在美國專利5,704,534中進一步描述，該 專利通過引用結合入本文。
這裡所公開的裝置可以是一次性使用的，也可以設計成多次使 用。然而，在任何一種情況下，在至少一次使用之後，該裝置可被 修復以重新使用。修復可包括裝置的拆卸、接著清洗或更換特定部 件和隨後的重新組裝這些步驟的任意組合。特別地，該裝置可以被 拆卸，任何數量的特定部件或零件可以有選擇地以任意組合被更換 或去除。在清洗和/或替換特定部件之後，該裝置可在修復設備中或 在即將進行手術程序之前由手術隊進行重新組裝以便以後使用。本 領域技術人員將會理解對該裝置的修復可利用用於拆卸、清洗/替換、 和重新組裝的各種技術。這些技術的使用以及產生的修復好的裝置 也全都在本申請的保護範圍內。
前被處理。首先，獲取新的或者使用過的器械並在需要的情況下對 其進行清潔。該器械然後進行滅菌。在一種滅菌工藝中，器械被放 置在閉合且密封的容器中，諸如覆有高密度聚乙烯合成紙的塑料殼。 容器和器械然後被放置在可穿透容器的輻射場中，諸如Y射線、x 射線或者高能電子。輻射殺死器械上以及容器中的細菌。滅菌後的 器械然後可被儲存在無菌容器中。密封的容器保持器械處於無菌狀 態，直到其在醫學場合下被打開。
優選的是裝置被滅菌。這可通過本領域已知的任何數目的方式來實現，包括(3或Y射線、環氧乙烷、蒸汽或其他方法。
雖然通過若干實施方式的描述展示了本發明並且很具體地描述 了示出的實施方式，但是申請人並不是將附帶的權利要求書的範圍 約束或以任何方式限制得如此具體。本領域技術人員很容易想到另
方法的巨大改進，現有釘合方法需要在單個釘倉中使用不同尺寸的 釘來實現具有不同成形(最終)高度的釘。
因此，在內窺鏡手術和器械方面描述了本發明。但是，本文所
內窺鏡管(即套管針)使用的外科釘合和切割器械。相反，本發明 可在入口被限制的任何手術中使用，包括但不限於腹腔鏡手術以及 開放式手術。而且，本發明的各種釘倉實施方式的獨特且新穎的方 面可在結合其他形式的釘合設備使用時有用，而不脫離本發明的主 旨和範圍。
權利要求
1. 一種外科切割和緊固器械，包括端部執行器；連接到所述端部執行器的軸，所述軸包括用於給所述端部執行器提供動力的傳動系統；和連接到所述軸的手柄，所述手柄包括直流電動機，其連接到所述傳動系統以給所述傳動系統提供動力；包括一個或多個電池的直流功率源；和功率調節器，該功率調節器具有與所述直流功率源連接的輸入和與所述電動機的輸入連接的輸出，其中，所述功率調節器包括功率轉換器；和用於控制所述功率轉換器的控制電路，所述控制電路用於控制所述功率轉換器的電壓設定值，使得從所述功率源傳輸的電壓小於在所述功率源傳輸最大功率時的電壓。
2. 如權利要求1所述的外科切割和緊固器械，其中，所述功率轉換器包括直流-直流功率轉換器。
3. 如權利要求2所述的外科切割和緊固器械，其中，所述直流-直流功率轉換器包括開關模式功率轉換器。
4. 如權利要求3所述的外科切割和緊固器械，其中，所述直流-直流功率轉換器包括升降壓式轉換器。
5. 如權利要求1所述的外科切割和緊固器械，其中，所述端部執行器包括至少一個射頻電極。
6. 如權利要求1所述的外科切割和緊固器械，還包括連接在所述電動機的輸出極和所述傳動系統的輸入極之間的扭矩限制裝置。
7. 如權利要求1所述的外科切割和緊固器械，還包括連接到所述功率源的功率源選擇開關。
8. 如權利要求1所述的外科切割和緊固器械，其中，所述端部執行器包括 上鉗口；與所述上鉗口相對的下4甘口 ；和切割器械，所述切割器械設置在由所述下鉗口限定的縱向通道中。
9. 如權利要求8所述的外科切割和緊固器械，其中，所述下鉗 口包括釘倉。
10. 如權利要求9所述的外科切割和緊固器械，其中，所述上鉗 口包括至少一個射頻電才及。
全文摘要
本發明涉及外科切割和緊固器械，具體地涉及具有用於優化電池使用的控制電路的電動切割和緊固器械。所述器械包括端部執行器和連接到所述端部執行器的軸。所述軸包括用於給所述端部執行器提供動力的傳動系統。所述器械還包括連接到所述軸的手柄。所述手柄包括直流電動機，其連接到所述傳動系統以給所述傳動系統提供動力；和包括一個和多個電池的直流功率源。所述手柄還包括功率調節器，該功率調節器具有與所述直流功率源連接的輸入和與所述電動機的輸入連接的輸出。所述功率調節器包括功率轉換器和用於控制所述功率轉換器的控制電路。所述控制電路控制所述功率轉換器的電壓設定值，使得從所述功率源傳輸的電壓小於在所述功率源傳輸最大功率時的電壓。
文檔編號A61B17/072GK101507635SQ200910007808
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月16日 優先權日2008年2月14日
發明者D·C·耶茨, F·E·謝爾頓四世, T·W·休特瑪 申請人:伊西康內外科公司