УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАЛОЖЕНИЯ АНАСТОМОТИЧЕСКОГО КОЛЬЦА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОАКТИВНОГО ПОЛИМЕРА
DEVICE FOR ANASTOMOSIS RING APPLICATION WITH USE OF ELECTROACTIVE POLYMER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к хирургии и, в частности, к устройству для выполнения хирургической операции на пищеварительной системе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Процентная доля населения мира, страдающего от патологического ожирения, постоянно увеличивается. Лица с выраженным ожирением могут быть подвержены повышенному риску сердечных заболеваний, инсульта, диабета, заболевания легких и травм. Вследствие влияния патологического ожирения на жизнь пациента, способы лечения патологического ожирения стали объектом интенсивных исследований.
Один известный способ лечения патологического ожирения включает в себя использование анастомотических колец. Устройства для наложения анастомотических колец известны в данной области техники. Устройства данного типа обычно выполнены так, чтобы вставлять сжатое анастомотическое кольцо в анастомотическое отверстие, образованное между соседними стенками из ткани желудочно-кишечного тракта. Данные устройства для наложения могут использовать механизм развертывания кольца, содержащий расширительный элемент, который приводится в действие, как только сжатое кольцо помещают в анастомотическое отверстие, и вынуждает анастомотическое кольцо расширяться из его сжатого положения в форме цилиндра в задействованное положение в форме полой заклепки.
Многие традиционные устройства для наложения нуждаются в передаче рабочего усилия от рукоятки управления к дистальному механизму развертывания кольца. Хотя данное усилие обычно относительно невелико, даже небольшое усилие может быть недопустимым, когда его требуется передавать к концу длинной гибкой или съемной конструкции. Следовательно, может быть желательно наличие устройства для наложения анастомотического кольца, в котором рабочее усилие, способное к развертыванию анастомотического кольца, формируется на дистальном участке устройства и не зависит от длины стержня, соединяющего рукоятку управления с механизмом развертывания кольца.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В различных вариантах осуществления изобретения предлагается устройство для наложения анастомотического кольца, которое позволяет хирургу вызывать формирование рабочего усилия на дистальном участке устройства для наложения, чтобы приводить в действие механизм развертывания кольца для развертывания анастомотического кольца.
В одном варианте осуществления устройство для наложения анастомотического кольца содержит механизм развертывания кольца, выполненный с возможностью вмещения и развертывания анастомотического кольца. Устройство дополнительно содержит источник питания, способный к формированию напряжения. Устройство содержит также электроактивный полимер, предназначенный для приема напряжения и его преобразования в механическое рабочее усилие. Электроактивный полимер дополнительно предназначен для приложения механического рабочего усилия к механизму развертывания кольца, чтобы развертывать кольцо. Данное устройство обеспечивает средство формирования механического рабочего усилия, которое способно к развертыванию анастомотического кольца и не обязательно зависит от передачи механического усилия на большое расстояние.
В другом варианте осуществления инструмент содержит рукоятку, содержащую приводной элемент для приема входных воздействий оператора. Устройство дополнительно содержит электроактивный полимер, который предназначен для приема входных воздействий оператора в форме напряжения. Электроактивный полимер дополнительно предназначен для преобразования напряжения в механическое рабочее усилие, которое данный полимер может прилагать к механизму развертывания кольца для наложения анастомотического кольца. В данном варианте осуществления устройство позволяет оператору прилагать ничтожно малое усилие к приводному элементу для формирования электрического тока, чтобы вызывать необходимое механическое рабочее усилие на механизме развертывания кольца.
В еще одном варианте осуществления устройство содержит рукоятку, соединенную с проксимальным участком удлиненного стержня. Устройство дополнительно содержит механизм развертывания кольца на дистальном конце стержня. Устройство содержит источник питания, предназначенный для формирования напряжения, которое может приниматься электроактивным полимером. Электроактивный полимер предназначен для преобразования напряжения в механическое рабочее усилие, которое данный полимер может прилагать к механизму развертывания кольца для наложения анастомотического кольца. В данном варианте осуществления устройство может обеспечивать преимущество отсутствия необходимости передавать механическое рабочее усилие по всей длине удлиненного стержня.
В еще одном варианте осуществления устройство содержит рукоятку и удлиненный стержень, содержащий проксимальный участок и дистальный участок, при этом проксимальный участок стержня соединен с рукояткой. Устройство дополнительно содержит механизм развертывания кольца на дистальном участке стержня. Механизм развертывания кольца содержит проксимальный участок и дистальный участок. Первый электроактивный полимер присоединен к проксимальному участку механизма развертывания и дополнительно предназначен для приема напряжения от источника питания и преобразования данного напряжения в механическое рабочее усилие, которое может быть приложено к проксимальному участку механизма развертывания для развертывания проксимального участка анастомотического кольца. Аналогично, второй электроактивный полимер присоединен к дистальному участку механизма развертывания и дополнительно предназначен для приема напряжения от источника питания и преобразования данного напряжения в механическое рабочее усилие, которое может быть приложено к дистальному участку механизма развертывания для развертывания дистального участка анастомотического кольца. В данном варианте осуществления устройство может обеспечивать преимущество формирования раздельных механических рабочих усилий для развертывания двух участков анастомотического кольца без необходимости того, чтобы механическое усилие обязательно передавалось по длине удлиненного стержня.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты исполнения изобретения и, вместе с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов исполнения, служат для пояснения принципов настоящего изобретения.
Фиг.1 - вид в перспективе устройства для наложения анастомотического кольца.
Фиг.2 - местный вид в перспективе дистального участка устройства для наложения анастомотического кольца, удерживающего анастомотическое кольцо в незадействованном положении.
Фиг.3 - местный вид в перспективе устройства для наложения анастомотического кольца, изображенного на фиг.2, удерживающего анастомотическое кольцо в частично задействованном положении.
Фиг.4 - вид спереди приведенного в действие анастомотического кольца.
Фиг.5 - вид в перспективе устройства, изображенного на фиг.1, с дистальным участком механизма развертывания кольца в частично задействованном положении.
Фиг.6 - вид в перспективе устройства, изображенного на фиг.1, как с дистальным, так и проксимальным участком механизма развертывания кольца в частично задействованном положении.
Фиг.7 - вид в перспективе устройства, изображенного на фиг.1, как с дистальным, так и проксимальным участком механизма развертывания кольца в полностью задействованном положении.
Фиг.8 - вид с пространственным разделением деталей механизма развертывания кольца устройства, изображенного на фиг.1.
Фиг.9 - вид в разрезе, с пространственным разделением деталей, рукоятки устройства, показанного на фиг.1, с удаленной левой половиной рукоятки.
Фиг.10 - вид в разрезе механизма развертывания кольца, изображенного на фиг.8, с дистальным участком в незадействованном положении.
Фиг.11 - вид в разрезе механизма развертывания кольца, изображенного на фиг.8, с дистальным участком в частично задействованном положении.
Фиг.12 - вид в разрезе механизма развертывания кольца, изображенного на фиг.8, как с дистальным, так и проксимальным участками в частично задействованном положении.
Фиг.13 - вид в разрезе механизма развертывания кольца, изображенного на фиг.8, как с дистальным, так и проксимальным участками в полностью задействованном положении.
Фиг.14 - вид в разрезе участка стержня устройства для наложения анастомотического кольца в соответствии с настоящим изобретением, по плоскости 14 на фиг.13.
Фиг.15 - вид в разрезе рукоятки устройства, показанного на фиг.1, с удаленной левой половиной рукоятки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Если обратиться к чертежам, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые компоненты на нескольких видах, на фиг. 1 представлено устройство 10 для наложения, которое функционально предназначено для развертывания и приведения в действие анастомотического кольцевого устройства (не показанного на фиг. 1) изменением, в основном, цилиндрической формы на форму, обладающую свойствами полой заклепки или кольца, способного к образованию анастомотического скрепления на намеченном месте анастомоза, например, при желудочном шунтировании от ожирения пациента с патологическим ожирением. На фиг.2 изображено другое устройство 12 для наложения. Очевидно, что устройства 10, 12 для наложения можно использовать множеством способов, включая, но без ограничения, лапароскопию или эндоскопию. Устройство 12 для наложения показано на фиг. 2 с анастомотическим кольцом 14 на механизме 16 развертывания. На фиг. 2, анастомотическое кольцо 14 показано в сжатом положении в форме цилиндра. На фиг. 3 механизм 16 развертывания устройства 12 для наложения переместил анастомотическое кольцо 14 в задействованное положение в форме полой заклепки. Фиг. 4 дает увеличенное изображение анастомотического кольца 14 в приведенном в действие положении. Анастомотическое кольцо 14 может содержать материал с памятью формы (SME), например нитинол, только в виде примера, который дополнительно способствует срабатыванию до зацепляющей формы полой заклепки. Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будут очевидны другие подходящие материалы для анастомотических колец 14. Примерное анастомотическое кольцо 14 подробно описано в публикации заявки на патент США № US 2003/0032967 изобретателя Парка с соавторами (Park et al.).
Следует понимать, что термины «проксимальный» и «дистальный» в настоящем описании служат для указания положения относительно захвата врачом рукоятки устройства 10 для наложения. Следует также понимать, что, для удобства и ясности, такие термины, как «правый», «левый», «вертикальный» и «горизонтальный» служат в настоящем описании для указания пространственного положения на чертежах. Однако существует много ориентаций и положений применения хирургических инструментов, и упомянутые термины нельзя считать имеющими ограничительный и абсолютный смысл. Кроме того, аспекты изобретения применимы к хирургическим операциям, выполняемым эндоскопическим и лапароскопическим способами, а также к открытой операции или другим операциям. Применение в настоящем описании одного из данных или аналогичных терминов не следует толковать в смысле ограничения применения настоящего изобретения при хирургических операциях только одной категории.
Как показано на фиг. 1, устройство 10 для наложения в настоящем примере содержит рукоятку 18, соединенную с удлиненным стержнем 20, имеющим проксимальный конец 22 и дистальный конец 24. Как показано на фиг. 1, удлиненный стержень 20 является гибким, либо по всей его длине, либо в, по меньшей мере, одном шарнире. Разумеется, стержень 20 может быть, в качестве альтернативы, жестким, упругим, пластичным, или может обладать другими свойствами. Дистальный конец 24 стержня 20 содержит механизм 26 развертывания кольца. Механизм 26 развертывания можно задействовать кнопкой или рычагом, расположенным на рукоятке 18. Как показано на фиг. 1, в одном варианте осуществления рукоятка 18 содержит пару приводных кнопок 28, 30. Функционирование приводных кнопок 28, 30 описано ниже. Механизм 26 развертывания кольца расположен проксимально от наконечника 32.
В настоящем примере механизм 26 развертывания кольца содержит множество проксимальных пальцев 34 и множество дистальных пальцев 36. Каждый из как проксимальных пальцев 34, так и дистальных пальцев 36 двухшарнирно связан с неподвижным средним кольцом 38 механизма 26 развертывания кольца. Проксимальные пальцы 34 предназначены для скольжения к среднему кольцу 38 в ответ на включение приводной кнопки 28, что вынуждает пальцы 34 срабатывать наружу от стержня 20 (фиг. 6 и 7). Аналогично, дистальные пальцы 36 предназначены для скольжения к среднему кольцу 38 в ответ на включение приводной кнопки 30, что вынуждает пальцы 36 срабатывать наружу от стержня 20 (фиг. 5 и 7). Таким образом, анастомотическое кольцо можно развернуть из сжатого цилиндрического положения в задействованное положение, образующее полую заклепку, как показано на фиг. 3. Пальцы 34, 36 выполнены так, чтобы удерживать анастомотическое кольцо зацеплением лепестков 51 до и во время развертывания анастомотического кольца и отпускать лепестки 51 после развертывания анастомотического кольца.
На фиг. 8 показан вариант осуществления механизма 26 развертывания кольца на виде с пространственным разделением деталей. Как изложено выше, механизм 26 развертывания кольца содержит проксимальные пальцы 34. Проксимальные пальцы 34 соединены с внешней трубкой 40, содержащей фланец 42. Среднее кольцо 38 соединено с закрепляющей трубкой 44, содержащей фланец 46. Дистальные пальцы 36 соединены с внутренней трубкой 48, содержащей фланец 50. Закрепляющая трубка 44 посажена в стержень 20, как показано на фиг. 10-13, и поэтому является неподвижной. Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будут очевидны другие подходящие конфигурации механизма 26 развертывания кольца.
В настоящем примере механизм 26 развертывания кольца дополнительно содержит электроактивный полимер (EAP) 52, содержащий проксимальный участок 54 и дистальный участок 56. Проксимальный участок 54 EAP 52 прикреплен к фланцу 46 закрепляющей трубки 44. Дистальный участок 56 прикреплен к фланцу 42 внешней трубки 40. Как показано на фиг. 8 и фиг. 14, устройство 10 для наложения содержит пару противоположных EAP 52. Кроме того, в механизм 26 развертывания кольца дополнительно входит EAP 58, содержащий проксимальный участок 60 и дистальный участок 62. Проксимальный участок 60 прикреплен к фланцу 50 внутренней трубки 48 и дистальный участок 62 прикреплен к фланцу 46 закрепляющей трубки 44. Как показано на фиг. 8 и фиг. 14, устройство 10 для наложения содержит пару упомянутых EAP 58. Допускается применение EAP любого подходящего типа, включая, но без ограничения, EAP электронного типа или EAP ионного типа.
2
В настоящем примере EAP 52, 58 выполнены в виде проводящих листов, напрессованных на полимерный средний слой. В одном варианте осуществления проводящие листы содержат композит из углеродного волокна. Когда на электродах EAP 52, 58 наводится небольшое напряжение, электроды притягиваются, что вызывает деформацию полимерной подложки. Деформация подложки вынуждает полимер расширяться в одном направлении и сжиматься в перпендикулярном направлении. Напряжение, необходимое для вызова деформации полимерной подложки, может быть сравнительно небольшим. В одном варианте осуществления напряжение, наводимое на электродах EAP, может быть от, приблизительно, 1,5 В до, приблизительно, 3 В. В качестве альтернативы EAP могут быть выполнены с возможностью управления от других напряжений. Кроме того, возможен также набор листов EAP в пакет для достижения суммарного эффекта при создании силы. В одном варианте осуществления листы EAP являются очень тонкими для оптимизации действующей силы. Исключительно в виде примера, толщина листов EAP может быть приблизительно 20 микрометров, что дает полезную удельную мощность приблизительно 200 кг/см, или приблизительно в 100 раз больше удельной мощности человеческих мускулов, и максимальное сопротивление растяжению 100 МПа (или 60 МПа при использовании конструкционных пластиков). EAP могут быть способны к достижению максимальной деформации 40% при максимальной скорости деформирования 8% в секунду. Очевидно, однако, что свойства EAP приведены выше всего лишь для примера и, следовательно, являются возможными, и можно применять EAP в других конфигурациях, а также EAP, обладающие разнообразными другими свойствами.
На фиг. 10 проксимальные и дистальные пальцы 34, 36 показаны в незадействованном состоянии. При прикреплении EAP 58 к внутренней трубке 48, установленной с возможностью скольжения, и неподвижной закрепляющей трубке 44, EAP 58 в настоящем примере получает возможность расширяться в ответ на напряжение и, тем самым, передвигает дистальные пальцы 36 в проксимальном направлении и наружу (фиг. 11-13) с развертыванием посредством этого дистального участка анастомотического кольца. Аналогично, при жестком прикреплении EAP 52 к закрепляющей трубке 44 и внешней трубке 40, EAP 52 получает возможность расширяться в продольном направлении в ответ на наведенное напряжение и, тем самым, толкает проксимальные пальцы 34 в дистальном направлении и наружу (фиг. 12-13) с развертыванием проксимального участка анастомотического кольца.
Как показано на фиг. 9 и 15, рукоятка 18 вмещает источник 64 питания. В качестве альтернативы можно применить внешний источник питания для наведения напряжения на EAP 52, 58. В настоящем примере первая приводная кнопка 28 способна перемещаться из первого невключенного положения во второе включенное положение и, тем самым, вызывать наведение источником 64 питания напряжения на EAP 52, что заставляет полимерную подложку расширяться и толкать проксимальные пальцы 34 в дистальном направлении для развертывания проксимального участка анастомотического кольца. Вторая приводная кнопка 30 способна перемещаться из первого невключенного положения во второе включенное положение и, тем самым, вызывать наведение источником 64 питания напряжения на EAP 52, что заставляет полимерную подложку расширяться и подтягивать проксимальные пальцы 36 в проксимальном направлении для развертывания дистального участка анастомотического кольца. В качестве альтернативы взаимоотношение между приводными кнопками 28, 30 и пальцами 34, 36 можно обращать так, чтобы первая приводная кнопка 28 управляла дистальными пальцами 36, и вторая приводная кнопка 30 управляла проксимальными пальцами 34. Кроме того, можно применить любое подходящее альтернативное решение вместо приводных кнопок 28, 30. Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будут очевидны другие варианты.
В настоящем примере, когда первая и вторая приводные кнопки 28, 34 находятся в невключенном положении, устройство 10 для наложения находится в такой конфигурации, что напряжение на EAP 52, 58 не наведено. В настоящем примере напряжение подводится к EAP 52, 58 от источника 64 питания по монтажным проводам 66. Каждый EAP 52, 58 предназначен для приема сигнала по положительному и отрицательному проводу 66 от источника 64 питания.
В предыдущих примерах EAP подсоединены к закрепляющей трубке 44, внутренней трубке 48 и внешней трубке 40, тогда как очевидно, что в таком устройстве, как устройство 10 для наложения, EAP можно применять для развертывания анастомотического кольца с помощью разнообразных других способов и конфигураций. Исключительно в виде примера, вместо соединения с трубками 44, 48 и 40, EAP можно соединять с, по меньшей мере, одним пальцем 34, 32, чтобы осуществлять приведение в действие пальцев 34, 32. В качестве альтернативы по меньшей мере, участок, по меньшей мере, одного пальца 34, 32 может содержать материал EAP. Например, по меньшей мере, участок, по меньшей мере, одной стороны каждого пальца 34, 32 может содержать материал EAP. Следовательно, пальцы 34, 32 могут быть выполнены с использованием EAP так, чтобы данные пальцы действовали наподобие венериной мухоловки. Другими словами, пальцы 34, 32 могут раскрываться для развертывания анастомотического кольца посредством того, что обеспечивается увеличение площади поверхности одной стороны пальца/тонкой пластинки относительно площади поверхности другой стороны пальца/тонкой пластинки. Исключительно в виде примера, по меньшей мере, участок пальцев 34, 32 может содержать EAP, выполненный с возможностью расширения в ответ на приложенное напряжение, что вынуждает пальцы 34, 32 расширяться для развертывания кольца. Аналогично, по меньшей мере, участок пальцев 34, 32 может содержать EAP, выполненный с возможностью сокращения или отведения в ответ на приложенное напряжение (или в отсутствие приложенного напряжения), что вынуждает пальцы 34, 32 втягиваться или закрываться для извлечения устройства 10 для наложения. В качестве альтернативы EAP может быть выполнен так, чтобы вынуждать пальцы 34, 32 втягиваться или закрываться, когда полярность напряжения изменяется на обратную. В данном варианте осуществления устройство 10 для наложения содержит переключатель или другое средство для переключения полярности.
В качестве альтернативы пальцы 34, 32 могут содержать EAP и упругий материал, чтобы пальцы 34, 32 открывались в ответ на напряжение, подаваемое на EAP, и пальцы 34, 32 закрывались при поджиме упругим материалом, когда напряжение снято. В еще одном варианте осуществления каждый палец 34, 32 шарнирно соединен с механизмом передачи, содержащим EAP. Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будут очевидны другие подходящие способы, которыми пальцы 34, 32 могут быть выполнены с использованием материалов EAP.
Очевидно также, что в тех случаях, когда EAP расположен в механизме 26 развертывания кольца в месте с дистальной стороны за пределами стержня 20, по меньшей мере, одна из трубок 44, 48 или 40 может отсутствовать. В одном варианте осуществления, когда EAP расположен в механизме 26 развертывания кольца в месте с дистальной стороны за пределами стержня 20, трубки 44, 48 или 40 в стержне 20 отсутствуют, и стержень 20 вмещают только монтажные провода 66. В качестве альтернативы EAP можно применять как внутри стержня 20, так и с дистальной стороны за пределами стержня 20. Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будут очевидны и другие подходящие конфигурации.
Выше показаны и описаны различные варианты осуществления и принципы изобретения, однако, специалисты со средним уровнем компетентности в данной области техники смогут осуществить дополнительные доработки вышеописанных способов и систем посредством соответствующих модификаций без выхода за пределы объема изобретения. Некоторые из упомянутых возможных вариантов осуществления, модификаций и изменений упоминались, а другие очевидны специалистам в данной области техники в свете вышеописанного изложения. Соответственно предполагается, что изобретение должно охватывать все упомянутые варианты осуществления, модификации и изменения, которые могут быть в пределах существа и объема притязаний прилагаемой формулы изобретения, и, очевидно, не должно ограничиваться деталями конструкции и функционирования, показанными и охарактеризованными в описании и на чертежах. Специалистам в данной области техники могут быть очевидны дополнительные преимущества.