远端已达到期望的深度，套管可以 被耦连到其相关联的机器人操纵器上（例如，套管2004a耦连到操纵器2018a上并且套管 2004b耦连到操纵器2018b上）。然后手术器械可以被插入穿过器械套管之一（例如，通过 套管2004b插入手术器械2020b，如所示）并且被安装到相关联的操纵器上（例如操纵器 2018b)。然后该手术器械可以被用于将该帽从套管（或其他器械，当可用时）的远端去除。 图20D示出可以在使用内窥镜和机器人控制的器械2020a和2020b两者的手术过程期间将 帽2008定位在远离病人内部的手术部位。帽2008可以任选地在该程序结束时结合用于样 品回收的样品袋2022。该样品袋可以任选地结合牵引绳以便将该袋子封闭，并且该样品袋 牵引绳可以任选地与帽栓系2014整合在一起。在手术完成并且器械、套管和端口构件被移 除之后，帽2008(以及任选的袋）可以通过拉动栓系2014而被移除。
[0176] 在一个方面，在此描述的不同的安装固定件被配置为辅助插入和支撑一个或多个 弯曲的器械套管与一个或多个直的器械套管的组合。
[0177] 控制方面
[0178] 微创机器人手术系统的控制是已知的（参见例如，美国专利US5, 859, 934(1997 年1月14日提交）（公开了在远程操作系统中转换坐标系的方法和装置），US 6, 223, 100 (1998年3月25日提交）（公开用铰接的器械执行计算机增强手术的装置和方 法），7, 087, 049 (2002年1月15日提交）（公开了在微创远程手术中主/从关系的再定位 和再定向），以及US 7, 155, 315(2005年12月12日提交）（公开了微创手术装置中摄像机 参考控制）以及美国专利申请公开号US2006/0178559 (2005年12月27日提交）（公开了 微创手术过程中用于协作或培训的多用户医学机器人系统），上面所有文献通过引用并入 本文）。可以如本文所述修改用于操作机器人手术系统的控制系统以便与弯曲套管和被动 型柔性手术器械一起使用。在一个示意性实现方式中，da Vinci?手术系统的控制系统被 这样修改。
[0179] 图21是弯曲套管2102的图解视图，其具有安装在机器人操纵器上的近端2104,远 端2106以及位于该近端和远端之间的弯曲区段（例如，60度弯曲）。纵向中心轴线2110被 限定在该弯曲套管2102的近端和远端之间。此外，插入和抽出轴线2112被限定为包括中 心线，该中心线从该弯曲套管的远端沿着纵向轴线2110以直线延伸。因为被动型柔性器械 轴的远端区段（506c，图5)是相对硬的，当它延伸到该弯曲套管的远端外时它大致地沿着 插入和抽出轴线2112移动。因此，控制系统被配置从而假设该柔性轴用作具有插入和抽出 轴线2112的直的刚性轴。即，采用器械的I/O轴线作为从弯曲套管的远端延伸的直的纵向 中心线，并且该系统确定沿着该I/O轴线2112的器械尖端的虚拟位置。通过双头箭头2114 示出该套管远端处该器械I/O移动。为了防止延伸超过套管远端的该柔性轴区段中过量的 侧向移动，在一个实现方式中延伸距离通过控制系统软件来调节并且可以取决于例如所使 用的具体器械的柔性轴远端区段的硬度。并且在一个实现方式中，该控制系统将不允许主 操纵器移动该套管或器械直至该器械尖端延伸超过该套管的远端。
[0180] 该控制系统还被修改以结合与弯曲套管相关联的运动学限制。对器械尖端延伸 到套管外的移动（就像通过参考系的虚拟系列运动链所产生的一样）进行描述，通过一组 Denavit-Hartenberg(DH)参数独特描述。例如，套管远端2106的边界条件被定义为尖端 位置、尖端取向以及沿着该弯曲区段的长度。作为另一个实例，作为替代使用套管的物理末 端（包括该套管的远端直区段）来定义边界条件。这类边界条件被用来限定适当的DH参 数。如图21中所图示说明的，可以限定一个参考系，其沿着纵向轴线2110在一个位置处具 有原点（例如，在套管远程运动中心2116处，如所示）。这种参考系的一个轴线2118可以 被限定为在点2120处与延伸的I/O轴线2112交叉。可以确定参考系的原点与该套管远端 2106之间的最小距离。各种不同的套管配置（例如，长度、弯曲角度、当安装在操纵器上时 的转动等）将具有各种相关联的运动学限制。然而，对于器械I/O而言，使用沿着该弯曲区 段的实际路径长度而不是远程运动中心和该器械远侧尖端之间的最小距离。本领域技术人 员将理解的是可以使用不同的方法来描述运动学限制。例如，解决该问题的替代方法是将 描述弯曲套管的几何形状的均勾转换（homogenous transformation)明确结合到系列运动 学链中。
[0181] 如以上描述的，可以存在两个或更多个具有相同曲率但具有不同的远端直区段长 度的弯曲套管。由于与这些套管中的每个套管相关联的DH参数是相同的，因此无论每个套 管的远端直区段的长度如何都会保持相同的直观控制。因此，由于为控制的目的可以对每 个套管进行相同处理，因此如以上关于图10所描述的套管类型的检测构件可以将这样的 套管视为单个的套管类型。
[0182] 对于控制系统的进一步修改允许外科医生在主操纵器（例如，122a和122b，如图 IB中所示）处接收触觉反馈。在各种机器人手术系统中，外科医生体验来自主操纵器中伺 服电机的触觉力。例如，如果该系统感测到（例如，通过编码器触发）达到或几乎达到从动 侧关节的极限，则该外科医生体验到在该主操纵器中倾向于阻止外科医生以从动侧关节极 限方向移动该主操纵器的力。作为另一个实例，如果该系统感测到外力在该手术部位处被 施加到该器械上（例如通过感测到当系统试图将器械保持在其命令位置时所使用的过量 的电动机电流），则该外科医生可以体验到在该主操纵器中指示作用在该从动侧上的外力 的方向和大小的力。
[0183] 主操纵器中触觉反馈被用在控制系统的实现方式中，控制系统用于在外科医生使 用套管时为外科医生提供直观控制体验。对于不具有腕部的柔性器械而言，该控制系统在 该主操纵器处提供触觉力，从而防止外科医生通过腕部运动来移动多DOF主操纵器。即，当 外科医生改变主操纵器位置时，主操纵器伺服电动机试图将该主操纵器方向保持固定在俯 仰和偏转方向上。这个特征类似于在当前的机器人手术系统中所使用的特征，其中器械具 有直的刚性轴并且无腕部。该系统感测器械类型（例如，有腕部，无腕部）并且因此施加触 觉反馈。
[0184] 触觉反馈还被用在一个实现方式中用来为外科医生提供对施加到该器械运动学 链中不同点上的外力的感知。对于任何感知的施加到该操纵器上（例如，如果操纵器与其 他操纵器碰撞时可能发生）或该弯曲套管的直的近端部分上的外力的触觉反馈被提供给 外科医生。然而，因为该套管是弯曲的，对于施加到该套管的弯曲区段的外力来说（例如， 在该内窥镜视场之内或之外，与另一个弯曲套管碰撞而产生的外力），该系统不能提供适当 的触觉反馈，这是因为该系统不能确定施加力的方向和大小。对于这个示例性实现方式而 言，为了将这类非直观的触觉反馈降至最低，通过将机器人操纵器以及其相关联的套管适 当定位（例如，如上所述，最初使用固定件和/或在手术期间使用端口构件）将套管碰撞降 至最低。类似地，该系统提供给外科医生的由施加到从套管远端延伸的器械部分上的外力 所引起的触觉反馈将是不准确的（除非是直接地沿着1/0轴线经受的）。然而实际上，与器 械/传递中的摩擦力和顺应力的量相比，在器械远端上的这类力更低，并且因此任何产生 的触觉反馈可忽略不计。
[0185] 然而，在其他实现方式中，可以使用力传感器来为外科医生提供对施加到套管的 弯曲区段或器械的延伸的远端上的外力的准确体验。例如，使用光纤应变传感的力传感器 是已知的（参见例如，美国专利申请公开号US 2007/0151390 Al (2006年9月29日提交） (公开了用于手术器械的力矩传感）、US 2007/0151391 Al (2006年10月26日提交）（公开 了模块力传感器（modular force sensor))、US2〇〇8/0〇65lll Al(2〇〇7年9 月 29 日提交） (公开了用于手术器械的力传感）、US 2009/0157092 Al (2007年12月18日提交）（公开 了带肋的力传感器）以及US 2009/0192522 Al (2009年3月30日提交）（公开了力传感器 温度补偿），上面所有文献都通过引用并入到本文）。图22是弯曲套管和柔性器械远端部 分的图解视图，并且它示出在示意性实现方式中，一个或多个力传感光纤2202a和2202b可 以被定位（例如，四个光纤等距地围绕在外侧）在弯曲套管2204上（为了清楚的目的，光 纤的应变传感解调（interrogation)和应变确定部件被省略）。类似地，该柔性器械的远端 区段2206可以结合（例如，其内部布置）一个或多个应变传感光纤2208,该传感光纤2208 感测在远端区段上弯曲的位置或其形状，并且相对于该套管远端的位移量和位置被用于确 定该延伸器械上的外力。
[0186] 图23是用于带有远程呈现的远程操作的机器人手术系统的控制系统构造 2300的 图解视图。如图23中所示，
[0187] fh=人的力
[0188] Xh=主控器/主操纵器位置
[0189] em,s =编码器数值（主，从）
[0190] im,s=电动机电流（主，从）
[0191] θπ,χ =关节位置（主，从）
[0192] Tni, s =关节扭矩（主，从）
[0193] fm, s =笛卡儿力（主，从）
[0194] Xnbs =笛卡儿位置（主，从）
[0195] fe =环境力
[0196] Xe =从动器械位置
[0197] 在一个实现方式中，控制系统构造2300的"从动运动学"部分2302中进行如上所 述的控制系统改变。例如在上述参考文献中发现控制系统构造2300的另外的详细说明。控 制系统2300数据处理可以在电子数据处理单元142中（图1C)实现，或其可以被分配在贯 穿该手术系统的不同处理单元中。
[0198] 参考图IlA和IlB以及图IB和图4C，可以看到的是在许多实施方式中，被"左侧" 机器人操纵器致动的器械末端执行器出现在该内窥镜视场的右侧，并且被"右侧"机器人操 纵器致动的器械末端执行器出现在该内窥镜视场的左侧。因此，为了保持对末端执行器的 直观控制，就如同外科医生在外科医生控制台显示器上所看到的那样，该右侧主操纵器控 制该"左侧"机器人操纵器，并且该左侧主操纵器控制"右侧"机器人操纵器。这个配置与典 型地与直的手术器械一起使用的配置是相反的，在使用直的手术器械的配置中该机器人操 纵器及其相关联的器械都被定位在相对于该内窥镜视场的垂直分区的同一侧上。在使用弯 曲套管期间，该机器人操纵器及其相关联的器械被定位在该内窥镜参考系的相对侧上。然 而，这不适用于某些混合弯曲套管的使用，例如图13及相关内容所说明的。
[0199] 因此，该控制系统的各种实现方式允许外科医生甚至在不使用提供俯仰和偏转移 动的器械腕的情况下也能体验对器械末端执行器的直观控制以及得到的远程呈现。主操纵 器的移动（例如，122a，图1B)导致相关联的弯曲套管的远端（对于在手术部位处的俯仰和 偏转移动）或者器械末端执行器（对于1/0、滚动和抓握（或其他末端执行器DOF))的相应 移动。因此，在没有使用器械中独立的腕部机构的情况下，外科医生的手在主控制处的移动 可以与对应的从动器在手术部位处的运动相当良好的接近。这些器械尖端响应于主操纵器 位置改变而不是主操纵器取向改变而移动。该控制系统不能解析这种外科医生腕部运动取 向改变。
[0200] 在一些实现方式中，该机器人手术系统的控制系统可以被配置为自动地在使用与 直轴器械相关联的直套管和使用与柔性轴器械相关联的弯曲套管之间进行切换。例如，该 系统可以感测到弯曲套管和柔性轴器械两者都安装在一个操纵器上，如上参考图6和图10 所述，并且因此切换到与弯曲套管和柔性器械相关的控制模式。然而，如果该系统感测到该 操纵器上安装了直套管和柔性器械，则这个感测可以触发非法状态，并且该系统将不能操 作。
[0201] 在具有多个机器人操纵器的机器人手术系统的一些实现方式中，控制软件可以允 许外科医生使用各种不同形状的弯曲套管，各种不同长度的柔性轴器械以及直套管和刚性 直轴器械的混合。所有这些器械的尖端运动会表现得相似，并且由于对上述套管运动学限 制的自动处理使得外科医生可以体验直观控制。
【主权项】
1. 一种手术端口构件，其用于插入切口部位，所述手术端口构件包括： 漏斗状部分； 第一舌状件； 设置在所述漏斗状部分与所述第一舌状件之间的腰部，所述漏斗状部分朝所述腰部向 内呈锥形，并且所述第一舌状件从所述腰部沿远离所述漏斗状部分的方向延伸；以及 延伸通过所述腰部的多个通道，所述多个通道中的每个通道被配置成接收手术器械。
2. 如权利要求1所述的手术端口构件，所述漏斗状部分具有斜锥体形状。
3. 如权利要求2所述的手术端口构件，所述斜锥体形状是斜圆锥形状或椭圆锥形状中 的一个。
4. 如权利要求1所述的手术端口构件，其进一步包括： 第二舌状件； 所述第二舌状件从所述腰部沿远离所述漏斗状部分的方向延伸；并且 所述第二舌状件沿与所述第一舌状件延伸的方向不同的方向延伸。
5. 如权利要求4所述的手术端口构件，其进一步包括： 定位在所述腰部内的转动部分； 所述转动部分包括第二舌状件； 当所述转动部分被定向在第一位置中时，所述第二舌状件与所述第一舌状件基本对 齐；并且 当所述转动部分被定向在与所述转动部分的第一位置不同的第二位置时，所述第二舌 状件与所述第一舌状件不对齐。
6. 如权利要求5所述的手术端口构件，所述转动部分进一步包括指示器，所述指示器 被布置为指示所述第二舌状件的旋转位置。
7. 如权利要求1所述的手术端口构件，所述多个通道中的第一个包括被配置为接收球 关节的凹座，所述球关节被定位在所述腰部，所述多个通道中的所述第一个延伸通过所述 球关节。
8. 如权利要求1所述的手术端口构件，其进一步包括： 被定位在所述腰部中的转动部分，所述多个通道延伸通过所述转动部分。
9. 如权利要求1所述的手术端口构件，其进一步包括： 第二舌状件，所述第二舌状件相对于所述第一舌状件可再定位。
10. 如权利要求9所述的手术端口构件： 在所述第二舌状件的第一位置中，所述第二舌状件与所述第一舌状件对齐；并且 在所述第二舌状件的第二位置中，所述第二舌状件与所述第一舌状件不对齐。
11. 如权利要求9所述的手术端口构件，所述第一舌状件比所述第二舌状件长。
12. 如权利要求1所述的手术端口构件，其被配置成使得在所述手术端口构件插入到 切口的位置中，响应于所述漏斗状部分的边缘朝所述切口的表面移动，所述切口被再定向。
13. 如权利要求1所述的手术端口构件： 所述漏斗状部分具有纵向轴线； 所述腰部具有纵向轴线； 所述漏斗状部分的纵向轴线相对于所述腰部的纵向轴线成角度。
14. 如权利要求13所述的手术端口构件，所述舌状件相对于所述腰部的纵向轴线成角 度。
15. -种手术端口构件，其包括： 端口构件主体，其包括顶表面、底表面、从所述顶表面延伸到所述底表面的外部侧壁表 面、导电部分和第一主体部分，所述第一主体部分比所述导电部分更不导电； 通道，其从所述顶表面延伸通过所述端口构件主体到所述底表面，所述通道包括内 壁； 所述导电部分从所述外部侧壁延伸到所述通道的所述内壁，并且是预定的电接地路 径，所述电接地路径从在所述通道内并且与所述通道的所述内壁接触的器械或套管通过所 述端口构件主体到达所述端口构件主体的所述外部侧壁表面。
16. 如权利要求15所述的手术端口构件，其中所述通道大约在所述端口构件主体的垂 直中线处与所述端口构件主体的所述底表面相交。
17. 如权利要求15所述的手术端口构件： 所述端口构件主体包括比所述导电部分更不导电的第二主体部分； 所述第一主体部分形成所述端口构件主体的所述顶表面； 所述第二主体部分形成所述端口构件主体的所述底表面； 所述导电部分被定位在所述第一主体部分和所述第二主体部分之间。
18. 如权利要求15所述的手术端口构件，进一步包括： 定位在所述通道中的密封件； 所述密封件与所述端口构件主体一体模制。
19. 如权利要求18所述的手术端口构件： 所述密封件包括覆盖所述密封件中的中心开口的膜； 所述膜防止气体通过所述通道。
20. 如权利要求18所述的手术端口构件，所述导电部分包括至少一部分所述密封件。
21. 如权利要求15所述的手术端口构件，所述端口构件主体是模制的单件。
22. 如权利要求15所述的手术端口构件，所述导电部分从所述外部侧壁表面延伸到所 述通道的颈缩区域。
23. -种手术系统，其包括： 如权利要求15所述的手术端口构件； 延伸通过所述手术端口构件的所述通道的套管；以及 手术器械，其包含轴、位于所述轴的近端处的力传递机构和位于所述轴的远端的末端 执行器，所述手术器械的所述轴被定位在所述套管内。
24. 如权利要求23所述的手术系统： 所述端口构件主体包括比所述导电部分更不导电的第二主体部分； 所述第一主体部分形成所述端口构件主体的所述顶表面； 所述第二主体部分形成所述端口构件主体的所述底表面； 所述导电部分被定位在所述第一主体部分和所述第二主体部分之间。
25. 如权利要求23所述的手术系统，进一步包括： 定位在所述通道中的密封件； 所述密封件与所述端口构件主体一体模制。
26. 如权利要求25所述的手术系统： 所述密封件包括覆盖所述密封件中的中心开口的膜； 所述膜在所述套管插入所述通道之前防止气体通过所述通道。
27. 如权利要求25所述的手术系统，所述导电路径包括至少一部分所述密封件。
【专利摘要】一种机器人手术系统配置有(多个)刚性的弯曲套管(416a)，这些套管延伸穿过同个开口进入病人体内。具有(多个)被动柔性轴(506)的手术器械(500)延伸穿过这些弯曲套管。这些套管被定向为朝手术部位引导器械。公开了在该单个开口内支撑弯曲套管的各种端口构件(1402)。在个方面，(多个)手术器械通道在端口构件的顶表面与底表面之间以不同的角度延伸。在另方面，漏斗状部分与舌状件部分被腰部隔开，并且手术器械通道从该漏斗状部分延伸穿过该腰部。公开了在插入到该单个开口以及安装至机器人操纵器上的过程中支撑这些套管的(多个)套管支撑固定件(1902)。公开了种远程操作控制系统，该系统以种允许外科医生体验直观控制的方式移动这些弯曲套管及其相关联的器械。
【IPC分类】A61M25-00, A61B17-34
【公开号】CN104546082
【申请号】CN201510083782
【发明人】T·W·罗杰斯, C·R·杰尔比, J·R·斯蒂格, C·E·斯维尼哈特
【申请人】直观外科手术操作公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2010年11月10日
【公告号】CN102612347A, CN102612347B, EP2480147A2, US8545515, US8551115, US8623028, US20110071473, US20110071542, US20110071544, US20140066717, WO2011060042A1, WO2011060046A2, WO2011060046A3, WO2011060054A2, WO2011060054A3