[发明专利]用于骨横切的超声外科手术系统

说明书

一种用于横切骨组织的外科手术系统，包括超声波形发生器、控制单元、包括机电换能器和超声刀片的超声仪器组件以及机器人系统。该超声仪器组件连接到机械臂。本外科手术系统被构造成使得机械臂在切割操作期间使超声刀片以恒定的向前进给速率移动穿过骨骼，并且使得向前运动减小，并且优选地，当每单位时间的负载下降或施加功率(由拾取器或传感器监测)减小时，该向前运动将自动停止。

背景技术

本发明涉及一种超声外科手术系统，其在横切脊椎骨组织时特别有用。本发明还涉及相关的外科手术方法。

在过去的30年中，人们已经发明了用于在手术中切除或切割组织的数种超声工具。Wuchinich等人的美国专利号为4,223,676的美国专利和Idemoto等人的美国专利号为5,188,1020的美国专利便公开了这样的设备。

超声外科手术设备通常分为两类。一类是钝头空心探针，其在频率为20kc至100kc之间振动，振幅最高达300微米或以上。这样的设备通过以下手段来切除组织，包括：产生会使细胞破裂并瓦解的空化气泡、组织压缩和松弛应力(有时称为手提钻效应(jackhammereffect))或其他力(例如组织基质中的气泡微束力)。达成的效果是使组织变得液化并分离。然后，使用冲洗液将其乳化。接着，将所得乳液从该部位抽出。通过在不需要的肿瘤周围和下方施加能量以将其与周围结构分离，可以对组织实行大块切除操作。再接着，外科医生将使用镊子等常用工具将该组织提出。

第二类超声设备是使用锋利的刀片而不是钝头空心探针。切割的操作如下。这类锋利超声刀片为美国专利号为6,379,371的美国专利所公开的主题。如其中所公开的，刀片在其远端部分呈半圆形，且具有平行于纵向轴线的两个笔直的侧面，并且侧面延伸回到与振动探针接触的肩部。所示的公螺纹与探针(或换能器)的母螺纹插座相配合，以使探针和刀片尖端肩部紧密接触。当两者扭在一起时，它们形成一个单一共振体，该单一共振体将与换能器和发生器的组合一起振动。刀片的远端将以一振幅振动，该振幅是由探针/尖端几何形状的机械增益以及由换能器-发生器组合提供的输入振幅来设定的。该动作将为所述组织提供切割作用。

美国专利号为6,379,371的美国专利所公开的刀片则应用在外科手术领域中，用于切割或切除骨骼或类似硬组织。该刀片在切割硬组织时更有效。软组织则会从刀片弹开。夹在刀片和硬表面之间的软组织(即脊髓)可能会受到损害。在精细手术中，例如鼻窦提升手术或颅骨切开术，其目的是在颅骨前部切开一个小孔以暴露鼻窦组织或大脑，但并不直接在骨结构下方切开膜，这点差别对于硬组织和软组织是很重要的。在脊椎手术和脑外科手术中，这同样也很重要，因为在这种手术中，必须在切开骨组织的同时最小化对骨下的软组织(诸如硬脑膜)造成的损害。在早期的体外测试中发现，如果刀片快速刺入骨皮质，将可能会刺穿或撕裂膜。尽管经过一些实践，合格的外科医生能够熟练地掌握该技术，但是学习难度非常大。

于2014年3月14日提交的美国专利申请号为14/211,586的美国专利申请公开了一种利用超声外科手术器械的外科手术方法，该超声外科手术器械的刀片沿切割边缘的厚度在大约0.0005英寸至大约0.020英寸之间。该方法包括：将刀片手动地插入患者的骨组织中，并在插入过程中使用超声波振动该刀片。该过程是非常紧急的，由于刀片的最远端部分位于患者体内，因此在插入刀片期间，外科医生无法看到刀片的至少最远端部分。外科医生在通过触觉感受到刀片前进的阻力发生改变(表明与软组织发生接触)后，将手动终止刀片的插入。尽管该技术更易于掌握，但仍需要具有确保安全性和有效性的改进的手术方法。特别是在脊柱外科手术中，避免对脊柱内的脊髓造成损害是非常重要的。

发明目的

本发明的目的是提供一种外科手术系统，用于在非常重要的结构(例如脊柱)的附近横切骨组织。

更具体地，本发明的目的是提供一种外科手术系统，其能够选择性地横切骨组织，并同时最小化(优选地，消除)对附近的敏感软组织造成创伤的风险。