销钉1036a和1036b。对 齐销钉1036a和1036b与操纵器安装支架中对应的对齐孔配合从而确保该套管相对于该操 纵器的适当滚动取向。
[0130] 图IlA和IlB是两个弯曲套管的远端1102a和1102b的图解视图，夕卜科医生可以 在外科医生控制台的3D显示器1104中看到它们，该显示器输出内窥镜视场中捕获的图像。 在该显示器中，弯曲的套管延伸离开内窥镜从而使器械1106a和1106b能够到达手术部位 处的组织1108。在手术期间这些套管能够以不同的滚动角度安装在操纵器上，或操纵器可 以被定向从而使得这些器械以不同角度接近手术部位。因此，能够以数种方式说明套管滚 动取向。例如，套管滚动角度可以被彼此相关联地说明。图IlA示出在一个实现方式中这 些套管可以用大致地位于单个的共同平面中的其远端曲线来定向，从而使得器械从直接相 反的角度朝向手术部位延伸。图IlB示出在一个实现方式中这些套管可以用位于相对于彼 此成角度（例如如示出的，约60度）的平面中的其远端曲线来定向，从而使得这些器械从 偏离角度朝向手术部位延伸。许多套管弯曲平面相关角度是可能的（例如，120、90、45、30 或0度）。用于表达套管滚动取向的另一种方式是将它限定为包括套管曲线的平面与对于 操纵器自由度之一的运动（例如，俯仰）平面之间的角度。例如，可以安装一个套管使得它 的曲线位于平面上，该平面与操纵器的俯仰DOF成30度角。
[0131] 因此，用于得到器械套管位置的一个图示说明性方法（如图IlB中所示）是定位 彼此面对的两个PSM，其中它们俯仰运动平面大致平行（这些平面可以稍微偏移使得这两 个套管在它们运动中心不交叉）。然后，将每个弯曲套管以相对于它对应的PSM俯仰运动平 面大致30度来定向。图IlC是处于图示说明性配置的da Vinci?手术系统的平面视图，其 中两个PSM 204和ECM 242的姿势为如以上关于图IlB所述那样来安置弯曲套管416。在 图IIC中可见，与在单个主体开口中使用直的套管和器械相比，具有弯曲套管的PSM具有一 个它们可以在其中无冲撞地移动的适当大的体积，这提供在其中这些器械可以在手术部位 移动的相应的更大体积。
[0132] 再次参考图10,在一些实现方式中套管主体区段1004被分成近端区段1004a、中 间区段1004b和远端区段1004c。近端区段1004a是直的，并且它的长度被做成足以为支 持PSM提供足够的移动间隙。中间区段1004b被弯曲用来从操纵器位置为手术部位提供必 要的器械三角测量，这提供用于完成手术任务的足够运动范围，而没有明显碰撞。在一个实 现方式中，以5英寸弯曲半径将中间区段1004b弯曲60度。其他弯曲角度和弯曲半径可以 用于特定的手术程序。例如，一个套管长度、曲线角度和弯曲半径可能是最适合用于从特定 的切口点（例如，在脐部）朝向一个特定的解剖学结构（例如，胆囊）延伸，而另一个套管 长度、弯曲角度和/或弯曲半径可能最适合用于从特定的切口点朝向第二特定解剖学结构 (例如，阑尾）延伸。并且，在一些实现方式中，可以使用各自具有不同长度和/或弯曲半径 的两个套管。
[0133] 弯曲区段的内壁与内部滑动的柔性器械之间相对紧凑的间隙要求弯曲区段的截 面贯穿其长度是圆形的或接近圆形的。在一些实现方式中，该弯曲套管是由304不锈钢制 成的（加工硬化），并且使用例如弯曲固定件或计算机数字控制（CNC)弯管机将弯曲区段 1004b弯曲。对于5. 5mm(0. 220英寸）外直径器械而言，在一些实现方式中，该弯曲套管的 内直径被制成大致0. 239英寸，其为内直径制造变化提供可接受的公差，其还为器械轴提 供良好的滑动性能。
[0134] 远端区段1004c是套管主体的短的直区段。参考图12A，可以看到的是由于器械轴 外直径与套管内直径之间较小的空间（为了强调的目的夸张地示出），并且由于器械轴的 弹性（虽然是被动柔性的，它可以保留变成直线的倾向），器械轴的远端区段1202接触该套 管远端的外边缘。因此，如果弯曲套管在弯曲区段1004b处终止，则器械的远端区段1202以 相对于套管延伸中心线1204的相对较大的角度延伸出套管外面（再一次，夸张示出）。此 夕卜，器械轴与外边缘之间的角度在器械抽出期间引起增加的摩擦（例如，刮擦）。然而，如图 12B所示，将远端区段1004c添加到套管上减少远端区段1202与套管的延伸中心线1204之 间的角度，并且还减少外边缘与器械轴之间的摩擦。
[0135] 如图12C所示，在一些实现方式中，套筒1206被插入远端区段1004c的远端中。套 筒1206在远端处缩减（neck down)弯曲套管的内直径，并且这样进一步有助于器械轴的远 端区段1202延伸接近套管的延伸中心线1204。在一些实现方式中，套筒1206的外边缘是 圆形的，并且套筒1206的内直径是相对接近于器械轴的外直径。通过防止器械抽出期间组 织被夹紧在器械轴与套管之间，这帮助减少可能的组织损伤。在一些实现方式中，套筒1206 是由304不锈钢制成的并且是大致0. 5英寸长具有大致0. 225英寸内直径。套筒1206也 可以由减少摩擦的材料例如PTFE制成。在替代实现方式中，不使用分离的套筒1206,而是 弯曲套管的远端可以被冲压，以减少套管的内直径从而产生类似效果。缩减远端区段1004c 上的其他方式包括例如压延减小套管或将更小直径的管焊接到该套管末端上。
[0136] 可以使用不同长度的直的远端区段，从而在不同的工作深度处对柔性器械提供支 撑。例如，一个套管可以具有带有特定弯曲半径和相对更短的直远端区段的弯曲区段，并且 第二套管可以具有带有相同的特定弯曲半径但带有相对更长的直远端区段的弯曲区段。可 以使用带有相对更长的直远端区段的套管来定位其相关联的器械以到达病人体内相对更 远的手术部位，并且可以使用该带有相对更短的直远端区段的套管来定位其相关联的器械 以到达病人体内相对更靠近该单个端口入口位置的手术部位。如下面描述的，这些相同弯 曲套管中每个的控制方面实际上可以相同，并且因此在一些实现方式中每个套管都清楚地 带着标签（被标记、彩色编码等等）以指示手术人员其直远端区段的长度。
[0137] 因为可以对具有相同弯曲区段的套管使用不同的直远端区段的长度，并且因为这 些不同的远端区段长度对于该系统可能没有被确认，因此该系统的关于器械在套管内插入 深度的信息可能并不正确地识别出该器械远端相对于套管远端的位置。这种情况对于诸 如使用电烙术器械的情况可能是个问题，其中为安全起见该器械不应被通电，直到其远端 (即，电烙术末端执行器和任何相关联的暴露的通电部分）超过了导电性弯曲套管的远端。 因此，在某些方面，使用套管末端间隙检测系统来确定器械的远端是否安全超过该套管的 远端。
[0138] 图IOB是图示说明套管末端间隙检测系统的实现方式的示意图。如图IOB中所示， 器械的远端部分1040仍然位于套管1042的远端直区段之内。该远端部分1040包括电烙 术末端执行器1044,该电烙术末端执行器接收来自能量控制器1046的电烙术能量。远端部 分1040还包括检测器组件1048,该检测器组件在图IOB中被描绘为例如光学反射传感器 (可以使用各种其他的传感器类型，例如霍尔效应传感器）。传感器部件1050a产生的光从 套管1042的内壁被反射并且被传感器部件1050b接收（在器械与套管之间存在小空隙，这 个空隙提供该反射光程）。能量控制器1046被耦连到检测器组件1048,并且因此该检测器 组件指示该器械的远端是位于套管的远端内还是超过远端。当器械的远端被插入超过套管 的远端时，如虚线表示的，能量控制器1046接收来自检测器组件1048的指示并且对末端执 行器1044提供能量。对各种器械可以使用间隙检测系统的多种实现方式（例如，激光器械 的激活安全性、为抽出器械进行机械腕部组件的自动定位等等），并且一个或多个传感器可 以作为替代被设置在套管上或在器械和套管二者上。
[0139] 图13是图示说明弯曲套管和柔性器械组合的替代实现方式的示意图。作为上述 简单的C形弯曲的替代，弯曲套管1302具有复杂的S形弯曲（平面的亦或体积的）。在一 个图示说明性实现方式中，每个弯曲部具有约3英寸弯曲半径。远端弯曲区段1304为手术 器械提供三角测量，并且近端弯曲部1306为例如PSM 204b (可替代地，在手动实现方式中， 为手术器械手柄和外科医生的手）提供间隙。如所描述的，机器人控制的手术器械402b的 被动柔性轴404b延伸穿过弯曲套管1302并且超过套管的远端1308。为了清楚的目的，第 二弯曲套管和柔性器械组合从图中省略。S形弯曲套管的使用类似于如在此公开的C形弯 曲套管的使用。然而，对于S形套管而言，在针对内窥镜视场限定的参考系中，控制该器械 的操纵器与对应的末端执行器一样被定位在该手术部位相同侧。因为与C形套管相比，S形 套管中多个弯曲部引起该器械轴与套管壁之间沿着套管长度在更多点处接触，在每个点处 具有类似法向力的情况下，使用S形套管该器械和套管之间的I/O和滚动摩擦相对较高。
[0140] 本文描述的弯曲套管被描述为刚性的，这是指它们在使用过程中实际是刚性的。 众所周知某些材料或机构可以弯曲成一种曲线形状并且接着稍后又被弯曲成另一种曲线 形状。例如，具有许多短连杆的柔性管可以通过沿着该管的纵向轴线压缩这些连杆而被有 效刚化，从而使得摩擦作用阻止这些连杆相对于彼此移动。或者，内管和外管可以被径向地 压缩在一起以便防止它们相对于彼此滑动。参见例如美国专利US 5, 251,611(1991年5月 7日提交）（公开"进行探测程序的方法和装置（Method and Apparatus for Conducting Exploratory Procedures)"）以及美国专利申请公开号 US 2008/0091170 Al (2006 年 6 月30日提交）（公开"用于自由空间导航的套管系统以及使用方法（Cannula System for Free-Space Navigation and Method of Use) "），二者均通过引用被并入本文。而且在一些 实现方式中，如在此描述的弯曲套管的弯曲区段可以是可再弯曲（可再定位的）成不同的 曲线形状。为了确定该曲线形状的运动学参数，其中这些参数对于如下面描述的控制是必 要的，可以使用已知的感测技术。这样的技术包括测量用来使该弯曲区段再弯曲的多个腱 (tendon)的电机位置（或这些腱本身的位移）或者使用光纤形状感测来确定该曲线形状。 参见例如美国专利US 5, 798, 521 (1997年2月27日提交）（公开"测量布拉格光栅中应力 的设备和方法（Apparatus and Method for Measuring Strain in Bragg Gratings)''）、 美国专利申请公开号旧2006/0013523 41(2005年7月13日提交）（公开"光纤位置和形 状感测装置和相关方法（Fiber Optic Position and Shape Sensing Device and Method Relating Thereto)"）、美国专利申请公开号 US2007/0156019 Al(2006 年 7 月 20 日提 交）（公开"包括使用光纤布拉格光栅的位置传感器的机器人手术系统（Robotic Surgery System Including Position Sensors Using Fiber Bragg Gratings) "）以及美国专利申 请公开号US 2007/0065077 Al (2006年9月26日提交）（公开"光纤位置和形状感测装置 和相关方'法（Fiber Optic Position and Shape Sensing Device and Method Relating Thereto) "），全部都通过引用并入本文。
[0141] 以上描述的不同方面和实现方式关注在使用两个弯曲套管来在手术部位为它们 的相关联的柔性轴器械提供三角测量。然而，在一些方面和实现方式中，单个弯曲套管及其 相关联的柔性轴器械可以与直套管及其相关联的刚性轴器械一起使用。虽然这样的实现方 式与双弯曲套管的实现方式相比提供了在手术部位处更少的器械三角测量并且可能在更 大程度上阻挡内窥镜的手术部位图像，但弯曲的和直的套管的组合对于在某些解剖区域执 行手术可能是有利的或甚至是必须的。参见图11C，例如在弯曲套管手术系统的一种图示说 明性使用中，左侧PSM 204及其相关联的套管和器械可以暂时从该单个身体开口中移除， 并且另外的左侧PSM(以局部装载位置示出）的姿势可以是将其相关联的直套管和直轴器 械布置在该单个身体开口之内。
[0142] 此外，以上描述的方面和实现方式关注直的刚性内窥镜的图示说明性的使用。然 而，在其他方面和实现方式中，可以使用弯曲的内窥镜套管并且可以将柔性轴摄像机器械 插入穿过该弯曲的内窥镜套管。这样的柔性轴摄像机器械可以使用例如一束柔性光纤来将 图像从内窥镜的远端承载至身体外的近端摄像机，或者它可以具有安装在被动柔性轴的末 端上的远端成像系统（例如，CMOS图像传感器）。关于该直的刚性的内窥镜，可以在其相关 联的套管内部插入、抽出或滚动柔性内窥镜，如以上描述的。使用弯曲的内窥镜套管的优点 是它可以提供该手术部位的三角测量视野，该视野不太可能被手术器械阻碍或者提供对特 殊组织结构的更有益的透视。也可以使用带有成角度的视野（例如，偏离轴线三十度）的 直轴内窥镜来提供替代的视野透视。
[0143] 端口构件
[0144] 图14A是可以与如在此说明的弯曲套管和器械组合以及与内窥镜和一个或多个 其他器械一起使用的端口构件1402的示例性实现方式的图解平面图。图14B是图14A中 所示的实现方式的顶透视图。端口构件1402被插入病人体壁中的单个切口中。如图14A 中所示，端口构件1402是具有五个通道的单个主体，这些通道在顶表面1404与底表面1406 之间延伸。其他实现方式可以在该端口构件上的不同位置处具有不同数量的端口。第一通 道1408用作内窥镜通道并且其尺寸被形成为容纳内窥镜套管。在替代实现方式中，通道 1408的大小被形成为容纳无套管的内窥镜。如图14A中所示，内窥镜通道1404从端口构 件1402的中心轴线1410偏移。如果手术程序需要吹入，则可以通过内窥镜套管上已知构 件来提供。
[0145] 图14A示出两个其他通道1412a和1412b，它们用作器械通道并且各自的尺寸被形 成为容纳本文所述的弯曲套管。通道1412a和1412b以相反角度延伸穿过端口构件1402 以便适应弯曲套管的定位。因此，在一些实现方式中，通道1412a和1412b延伸跨过一个平 面，该平面在图14A中示出的方向上将该端口构件分成左侧和右侧。如图14A所示，器械 通道1412a和1412b也从中心轴线1410偏移。在使用期间，内窥镜和器械套管的远程运动 中心将大体位于它们对应通道内的中间垂直位置。通过使该内窥镜通道1408和器械通道 1412a、1412b从中心轴线1410水平地偏移，可以将这组远程中心的一个中心点大致地定位 在该端口构件的中心（即，该切口的中心）。将远程中心设置成靠近在一起使手术期间病人 创伤降至最低（例如，由于套管移动期间组织拉伸）。并且，该端口构件使套管彼此靠近但 是抵抗组织迫使套管朝向彼此的倾向性，因此防止这些套管彼此干扰。在各种实现方式中 可以使用各种通道角度来适应所使用的弯曲套管的具体配置或有利于具体手术程序所需 要的弯曲套管的定位。
[0146] 图14A还示出两个示意性任选的辅助通道1414和1416,辅助通道1414和1416垂 直地延伸通过端口构件1402 (辅助通道的数量可以改变）。与第二辅助通道1416的直径 相比，第一辅助通道1414的直径相对较大（各种尺寸的直径可以用于各自辅助通道）。第 一辅助通道1414可以用于将另一个手术器械（手动或自动的，例如牵引器或抽吸器械；具 有或不具有套管）插入通过端口构件1402。如图14A中所示，内窥镜通道1408、器械通道 1412a和1412b以及第一辅助通道1414各自包括密封件（下述），而第二辅助通道1416不 包括。因此，第二辅助通道1416可以同样用于插入另一个手术器械，或其可以通过在通道 中不具有密封件而更好地用于另一个目的，例如用于为柔性抽吸或冲洗管（或其他非刚性 器械）提供通道，或用于为吹入或排空提供通道（可以通过使用该内窥镜套管或其他套管 上典型的构件来进行吹入）。
[0147] 这些图中所示的通道角度是图示说明性的，并且应当理解的是可以使用不同角度 的通道。例如，内窥镜通道可以在该端口构件的顶表面与底表面之间以一个角度延伸，从而 使得在手术过程中内窥镜不在端口构件上施加扭力/切向力（例如，对于具有三十度偏离 视角的内窥镜而言，该内窥镜可以用来"向下"看手术部位，以提供较少被弯曲套管和器械 阻挡的视场）。同样，辅助通道中的一个或多个可以是成角度的。而且，在与直套管组合使 用一个或多个弯曲套管的实现方式中，该直套管器械通道可以在该端口构件的顶表面与底 表面之间垂直地延伸，其中该弯曲套管器械通道成角度延伸。
[0148] 图14A示出在一些实施方式中，端口定向构件1418可以被定位在顶表面1404上。 在使用期间，外科医生将端口构件1402插入到切口中并且然后对该端口构件进行定向从 而使得方向/取向指示器1418大体在手术部位的方向上。因此该端口构件被定向成为内窥 镜和弯曲的套管提供必要的定位以便进行手术程序。可以用各种方式形成定向构件1418， 例如模制到顶表面1404中或印制在顶表面1404上。类似地，图14A示出在一些实现方式 中器械端口识别构件1420a和1420b(用圆圈着的数字"1"和"2"所指示）可以各自定位 在两个器械端口之一附近，以识别该器械通道。类似的识别构件可以被设置在旨在用在"左 侦Γ或"右侧"上的套管上，从而使得医务人员可以通过匹配该套管和该端口通道标识而容 易地将弯曲的套管放置在其适当的端口通道中。
[0149] 在一些实现方式中，端口构件1402是由单件的模制（例如，塑模的、压模的等等） 的硅酮/硅树脂制成。该端口构件可以具有不同的硬度计数值（例如，在约40肖氏00 (3-4 肖氏Α)至约15肖氏A的范围内），并且在一个图示说明性实现方式中，注模的硅酮/硅树 脂端口构件具有约5肖氏A的硬度计数值。可以使用端口构件1402的其他配置，包括具 有二级套管的多件式端口构件，这些套管可以容纳例如如在此所述的内窥镜和弯曲套管两 者。
[0150] 参考图14Β，在一些情况中，顶表面1404和底表面1406(未不出）做成凹形。图 14B还示出在一些情况下端口构件1402是缩腰的/腰部变细的。腰部1422提供了帮助将 端口构件1402夹持在切口内适当位置的顶部凸缘1424和底部凸缘1426。因为端口构件 1402可以由软的弹性材料制成，由腰部1422以及凹形顶表面和底表面形成的凸缘1424和 1426容易变形从而允许外科医生将该端口构件插入该切口中，并且然后凸缘返回到其初始 形状以便将该端口构件夹持在适当位置。
[0151] 图15A是在图14中的切割线A-A截取的图解横截面视图，并且它图示说明通道 1408b如何以从一侧到另一侧的锐角横穿（across)端口构件1402的垂直中段从顶表面通 到底表面。类似地通道1408a以相反方向延伸。当适当地插入时，两个通道交叉的垂直位 置（在图15A的方向中，通道1412a(未示出）更接近于观察者，从右上至左下横穿该端口 构件）大致地是对应的套管远程运动中心的垂直位置。如上所述，在一些实施方式中，密封 件被放置在通过端口构件1402的一个或多个通道中，并且图15A示出示例性地定位在该套 管远程运动中心的垂直位置处或实际上位于此处的这样一个密封件的实例。
[0152] 图15B是器械通道1412b内的密封件1502的示例实现方