专利名称：弯曲插管和自动操纵器的制作方法微创手术的益处是熟知的，并且当与传统的开放切口手术相比较时它们包括更小的患者创伤，更少的失血，以及更快的恢复时间。此外，自动手术系统(例如，提供远程呈现的远程操作自动系统)，例如由加利福尼亚州森尼韦尔市直观外科公司(Intuitive Surgical, Inc)制造的da Vinci 手术系统的用途是已知的。当与手动微创手术相比较时， 这类自动手术系统可以允许外科医生通过直观控制进行操作并且增加了精确性。为了进一步减少患者创伤并且为了保持自动手术系统的益处，外科医生们已经开始进行手术操作从而通过贯穿皮肤的单个切口来研究或治疗患者的病症。在一些情况下， 这类“单端口进口”手术是用手动器械或用现有的手术自动系统来完成的。因此所期望的是相比于使用现有设备和方法的使用改进的设备和方法，其能够使外科医生更有效地进行单端口进入手术。还期望的是能够容易地将通常用于多切口(多端口)手术的现有自动手术系统修改成实施这类单端口进入手术。
一方面，手术系统包括自动操纵器、弯曲插管以及具有延伸通过该弯曲插管的无源柔性轴的器械。该自动操纵器使该弯曲插管围绕远程运动中心运动，远程运动中心位于进入患者体内的开口处(例如，切口、自体孔)，从而使得该弯曲插管在手术部位为该手术器械提供三角测量角度。在一个实施方式中，使用内窥镜和远端从不同角度朝向手术部位定向的两个这样的弯曲插管，使得有效的器械三角测量得以实现，这允许外科医生有效地工作并且看到该手术部位。另一方面，该弯曲插管包括直区段和邻近的弯曲区段。自动操纵器安装支架联接到该直区段上。第二直区段可以联接到该弯曲区段的相反端上以利于朝向手术部位延伸超出该插管远端的无源柔性手术器械对齐。另一方面，一种手术器械包括无源的柔性轴以及联接到该轴的远端上的手术末端执行器。该柔性轴延伸通过弯曲插管，并且该柔性轴的远侧区段悬臂地延伸超过该弯曲插管的远端。该柔性轴的远侧区段是足够刚性的从而在手术部位提供有效的手术动作，但它又是足够柔性的从而允许使它通过该弯曲插管插入和抽出。在一些方面，在手术操作期间， 该器械轴远侧区段的刚度大于保留在插管的弯曲区段中的轴区段的刚度。另一方面，手术端口结构是单体，它包括位于其顶部和底部表面之间的多个通道。 这些通道在相反方向上成角度以便将该弯曲插管的直区段保持在期望的角度上。该本体是足够柔性的从而允许该弯曲插管围绕大体上定位在这些通道内的远程运动中心运动。在一些方面中，该端口结构还包括用于内窥镜插管的通道和/或一个或多个辅助通道。这些通道可以包括各种密封件。另一方面，公开了第二端口结构，该端口结构包括上面的漏斗部分以及下面的舌部。用于手术器械(例如弯曲插管)的通道限定在连接该漏斗部分和舌部的腰部区段中。 一方面，这个第二端口结构用于要求使器械以相对小的角度(锐角)进入患者体内的手术， 因为该端口结构有助于防止这些器械与患者身体之间不必要的应力并且反之亦然。另一方面，公开了插管安装固定件。这些固定件支撑插管插入以及对接到它们相关的自动操纵器上。一方面，该固定件包括保持内窥镜插管和弯曲器械插管的臂。另一方面，固定件被配置成帽，该帽保持内窥镜和弯曲插管的远端。该帽被定向为便于插入进入患者体内的开口中。另一方面，公开了带有弯曲插管的自动手术系统的控制系统。该控制系统使用与该弯曲插管相关的运动(kinematic)数据。为了向外科医生提供直观控制感受，该控制系统响应于主操纵器上外科医生的输入命令自动操纵器移动该弯曲插管以及它的器械，就像该器械沿着从该弯曲插管远端延伸的直轴线被定位一样(大体上切向于该插管的弯曲区段的远端)。图IA是自动手术系统中患者侧推车的正视图。图IB是自动手术系统中外科医生的控制台的正视图。图IC是自动手术系统中视像推车的正视图。图2A是器械臂的侧视图。图2B是安装有器械的操纵器的透视图。图2C是安装有相机的相机臂的一部分的侧视图。图3是插入穿过体壁从而达到手术部位的多个插管和相关器械的图解视图。图4A是患者侧自动操纵器的一部分的示意图，该部分支撑并且移动弯曲插管和无源柔性手术器械的组合。图4B是示意图，该示意图显示加入图4A视图中的第二患者侧自动操纵器，该操纵器支撑和移动第二弯曲插管以及无源柔性手术器械组合。图4C是示意图，该图显示了加入图4B视图中的内窥镜相机操纵器，该操纵器支撑内窥镜。图5是柔性器械的图解视图。图6是力传输机构的底视图。图7是手术器械远侧部分的图解侧视图。图8是器械轴的一部分的去掉一部分的透视图。图9是另一器械轴的一部分的去掉一部分的透视图。图10是弯曲插管的图解视图。图IOA是对齐的销栓结构的图解视图。图IlA和IlB展示了插管取向。图12A、12B和12C是图解视图，它们显示了穿过各种插管构型并且从各种插管构型延伸出的器械轴。图13是示意图，该图展示了另一弯曲插管和柔性器械组合。图14A是端口结构的图解平面视图。图14B是端口结构的图解透视图。图15A是在图14A中切割线处截取的图解截面视图。图15B显示了图15A中所描绘的密封件的一个细节。图15C是在图14A中另一切割线处截取的图解截面视图。图15D是图解截面视图，该图展示了端口结构中的导电层。图16A是各种皮肤和筋膜切口的图解视图。图16B是另一端口结构的图解透视截面视图。图17A和17B是又一端口结构的图解视图。图18A和18B是又一端口结构的图解视图。图19A是插管插入/稳定固定件的透视图。图19B是插管插入/稳定固定件的另一透视图。图19C是插管稳定固定件的图解透射图。图20A-20D是图解视图，它们展示了插入插管的另一种方法。图21是弯曲插管和各种参考轴线的图解视图。图22是弯曲插管和带有相关光纤应力传感器的柔性器械远端的图解视图。图23是控制系统结构的图解视图。

图4A是患者侧自动操纵器的一部分的示意图，该部分支撑并且移动弯曲插管和无源柔性手术器械的组合。如图4A中所示，远程自动操作的手术器械40 包括力传送机构 40 、无源柔性轴406a以及末端执行器408a。器械40 安装在PSM 204a的器械托架组件 21 上(为了清楚的目的示意地绘制上述部件)。界面盘41 联接了来自PSM 20 中的伺服致动器的致动力用来移动器械40 部件。末端执行器408a示例性地以单个DOF(例如，闭合的夹钳)操作。提供一个或多个末端执行器DOF的腕部是可选的并且未示出(例如，俯仰、偏摆；例如参见美国专利号6，817，974(2002年6月观日提交的)(公开了具有主动可定位腱致动的多盘腕部接合处的手术工具)，通过引用将其结合在此)。许多器械实施方式不包括这样的腕部。省略腕部简化了 PSM 20 和器械40 之间的致动力界面的数量， 并且这种省略还减少了在近侧力传送机构40 与远侧致动工件之间必要的力传递元件的数量(并且因此降低了器械复杂性和尺寸)。图4A进一步显示了弯曲插管416a，该插管具有近端418a、远端420a以及在近端 418a与远端420a之间延伸的中间通道42加。在一个实施方式中，弯曲插管416a是刚性的单件插管。如图4A中所绘制的，弯曲插管416a的近端418a安装在PSM 20 的插管支座 216a上。使用期间，器械40 的柔性轴406a延伸穿过弯曲插管416a的中间通道422a，从而使得柔性轴406a的远侧部分和末端执行器408a延伸超过插管416a的远端420a从而到达手术部位424。如上所述，PSM 20 的机械限制(或，可替代地，PSM 20 的控制系统中预编程的软件限制)引起器械40 和弯曲插管416a以俯仰和偏摆的形式围绕沿着插管 416a定位的远程运动中心4 运动，该插管通常布置在患者体壁中的切口处。由托架21 提供的PSM 204a的I/O致动将器械40 插入和抽出插管416a从而移入和移出末端执行器408a。下面讨论器械40 、插管416a以及对这两个部件进行控制的详细情况。图4B是示意图，该示意图显示第二患者侧自动操纵器，该操纵器支撑和移动加入图4A视图中的第二弯曲插管以及无源柔性手术器械组合。第二 PSM 204b、器械402b以及弯曲插管416b的部件基本上类似与图4A中所述的那些，并且以与它们基本上类似的方式起作用。然而，弯曲插管416b在与弯曲插管416a弯曲方向相反的方向上弯曲。因此图4B 展示了在相反方向上弯曲的两个弯曲插管和相关器械被定位以延伸通过患者体壁430中单个切口 4 从而到达手术部位424。每个弯曲插管首先成角度远离该切口与手术部位之间的直线并且然后朝向该线弯曲返回从而将该延伸的器械引导至手术部位。通过以俯仰方式和偏摆方式操作PSM 204a和204b，弯曲插管的远端420a、420b相应地运动，并且因此器械末端执行器40 和404b相对于手术部位运动(并且相应地相对于内窥镜视场运动)。 可以看到的是虽然这两个弯曲插管和柔性器械组合的远程运动中心是不同的，但它们彼此足够接近(邻近)以便可以将它们两者定位在单个切口 4 处。图4C是示意图，该图显示了加入图4B视图中的内窥镜相机操纵器，该操纵器支撑内窥镜。为了清楚的目的，一些前面使用的附图标记被省略掉。如图4C中所示，ECM 242 保持内窥镜112从而使得它连同这两个弯曲插管和柔性器械组合一起延伸穿过单个切口 428。内窥镜112延伸穿过被插管支座邪4支撑的常规的插管252。在一些实施方式中，插管252提供了通往体腔的吹入。ECM 242被定位用来将内窥镜112的远程运动中心安置在切口 4 处。如上，可以看到的是这两个弯曲插管和器械组合以及内窥镜112的这些远程运动中心是不同的，并且它们可以定位充分接近从而允许全体延伸穿过该单个切口 4 而无需做出过大的切口。在示例性实施方式中，这三个远程中心可以定位在大致地直线上(如图4C中展示)。在其他实施方式中，例如下述的那些，这些远程中心不是线性地对齐的，而是足够接近。图4C还示意性地展示了 PSM 204a、204b和ECM 242可以被定位从而使得每一个具有显著改进的空间，在该空间中以俯仰和偏摆方式运动而不彼此干扰。即，如果使用直轴器械，则PSM必须大体上保持在彼此邻近的位置中，用于将这些轴保持在接近平行的关系中以便有效地穿过单个切口工作。然而，在使用弯曲插管的情况下，PSM可以被彼此更加远离地安置，并且这样与直轴器械相比较，每个PSM大体上可以在相对较大空间中运动。此外，图4C展示了弯曲插管416如何为这些手术器械提供改进的三角测量，从而使得在内窥镜112的视场430中手术部位4 是相对清楚的。图4C进一步展示了端口结构432可以安置在切口似8中。插管416a、416b和252 都延伸穿过端口结构432。这类端口结构可以具有各种构型(如下面详细说明)。图5是与弯曲插管一起使用的示例性柔性器械500的图解视图。器械500包括近端力传送机构502、远端手术末端执行器504以及联接力传送机构502和末端执行器504的轴506。在一些实施方式中，轴506是无源柔性的并且包括三个区段——近侧区段506a、远侧区段506c以及位于近侧区段506a和远侧区段506c之间的中间区段506b。在一些实施方式中，这些区段506a、506b、506c中的每一个的特征在于可以具有不同刚度。区段506a是轴506的从力传送机构502朝向弯曲插管延伸的部分，轴506的其他区段延伸穿过弯曲插管。结果，与其他区段506b、506c相比较，区段506a是相对刚性的。在一些实施方式中，区段506a可以是有效地刚性的。与其他两个区段506a、506c相比较，区段506b是相对更柔性的。在手术操作期间区段506b的大部分位于该弯曲插管内，并且因此区段506b被做成相对柔性从而减少与弯曲插管内壁的摩擦力，但它没有被做成如此柔性使得在手动或伺服控制操作下在插入期间它翘曲。与区段506b相比较，区段506c是相对更硬的，因为区段506c 从该弯曲插管的远端延伸。因此，区段506c被做成足够柔性使得可以将它插入穿过该弯曲插管的弯曲处，然而将它做成足够刚性从而为末端执行器504提供足够的悬臂支撑。然而， 在一些实施方式中，轴区段506a-506c每个都具有相同的物理结构(每个由相同的一种或多种材料构成，并且选择该一种或多种材料以便具有各区段可接受的弯曲刚度)从而因此这些区段具有相同的刚度。对于需要通过轴滚动获得末端执行器滚动DOF的器械来说，所有三个区段506a-506c都是足以从器械的近端至远侧手术端执行器504传递滚动运动的扭转性刚性的。下文参考图9对示例进行说明。在一个实施方式中，轴506是约43cm长。图6是力传送机构502的实施方式的底视图。如图6中所示，da Vinci 手术系统中使用的手术器械的力传送机构已经被改造从而消除了用于控制该器械上腕部机构的机构，并且仅使用单个的界面盘对末端执行器(或其他可运动部件)的夹钳进行控制。因此在一个示例性实施方式中，一个界面盘60 滚动轴506从而为末端执行器504提供了滚动 D0F，并且第二界面盘602b操作末端执行器504的夹钳机构。在一个实施方式中，传送机构 502中的隔板支撑穿过该器械轴的盘绕管(如下详述)。力传送机构502可以联接到PSM 204上，而PSM不需要任何机械修改。 图6还显示力传送机构502的实施方式可以包括导电界面引脚604和电联接到界面引脚604上的电子数据存储器606。可以将与器械500及其操作相关的参数(例如，器械被使用的次数，用于控制的Denavit-Hartenberg参数(下面说明)，等)存储在存储器 606中并且在操作期间被自动手术系统访问用来适当地使用该器械(例如参见美国专利号 6，331，181 (1999年10月15日提交)(公开了手术自动工具、数据结构以及用途)，通过引用将其结合在此)。在一个实施方式中，该器械延伸穿过其中的弯曲插管专用运动数据也可以存储在存储器606中，从而使得如果该系统检测出弯曲插管被安装(参见，例如图10和下面相关文字)，该系统可以访问和使用所存储的插管数据。如果使用多于一个弯曲插管运动配置(例如，不同长度、弯曲半径、弯曲角度等)，则每个容许的配置的专用数据可以存储在相关器械的存储器中，并且该系统可以访问并且使用被安装的该特定的插管配置的数据。此外，在一些情况下如果自动手术系统检测到柔性器械已经联接到保持直插管而不是弯曲插管的操纵器上，则该系统可以表明这种情况是非法状态并且阻止操作。图7是手术器械500的远侧部分的示例性实施方式的图解侧视图。如图7中所示， 近侧U形夹702联接(例如，激光焊、焊料焊接等)到套管704上，在一种情况下该套管是由不锈钢形成的。套管704进而联接(例如，压接、粘合等)到轴506的远端上。可以使用其他已知的联接方法。近侧U形夹702是可以使用的多个手术器械末端实施器的示例性部件，多个手术器械末端实施器包括针驱动器、子弹头解剖器、弯剪、马里兰解剖器、施夹器、 烧灼钩等。图8是去掉一部分的(cutaway)透视图，该视图显示器械轴506的一部分的示例性结构。两个张力元件8(^a、802b延伸穿过轴506的远侧部分，并且被联接从而操作该末端执行器(示例性显示；例如da Vinci 手术系统器械中使用的5mm级手术末端执行器)。 张力元件80h、802b可以分开，或它们可以是例如环绕在末端执行器中滑轮周围的相同元件的多个部分。在一个实施方式中，张力元件80h、802b是0.018英寸的钨丝。如图8中所示，张力元件80h、802b的近端联接(例如，压接等)到进一步近侧地延伸穿过大部分轴506的第二张力元件8(Ma、804b的远端上。在一个实施方式中，张力元件8(Ma、804b是 0.032英寸的不锈钢海波管。在近端处(未显示)使用以类似方式联接的金属丝将张力元件8(Ma、804b联接到传送机构502上。如图8中所示，张力元件8(Ma、804b分别延伸穿过支撑管806a、806b，它们引导张力元件8(Ma、804b并且使它们保持避免在轴506内屈曲或扭折。在一个实施方式中，支撑管 806a、806b是不锈钢(例如，304V (减少摩擦的真空熔制))盘绕管(0. 035英寸内径；0. 065 英寸外径)，并且可以使用其他材料和结构。为了减少当每个张力元件滑动到其支撑管内部时的摩擦，摩擦减小鞘808a、808b被布置在该张力元件与该支撑管的内壁之间。在一个实施方式中，鞘808a、808b是聚四氟乙烯(PTFE)，并且可以使用其他材料。两个支撑管806a、 806b被布置在单个的内部轴管810内。在一个实施方式中，将平面-螺旋不锈钢丝用于内部轴管810用来在滚动期间提供抗扭刚度。外部轴管812 (例如，编织的不锈钢网或适合用于保护这些轴部件的其他材料)包围内部轴管810。弹性体外皮814(例如，Pellothane 或其他适当的材料)包围该外部轴管812。外皮814保护轴506的内部部件免受例如手术期间体液的直接污染，并且该外皮有助于轴506滑入该弯曲插管中。在一些实施方式中，轴 506具有大致5. 5mm (0. 220英寸)的外径。在一个示例性实施方式中，该支撑管和张力元件组件可以用PTFE浸涂从而提供减小摩擦的“鞘”。将浸涂材料填充入这些盘绕管之间的空间从而形成管。在另一示例性实施方式中，在将盘绕管卷曲之前预涂覆丝，并且然后将该盘绕管烘焙用来将涂层再熔化并且形成该固体管。可以将该管的末端围绕这些张力元件进行密封从而防止污染物(例如， 体液)进入该张力元件与该盘绕管之间。轴506可以包括额外的部件。如图8中所示，例如，在一些实施方式中一个或多个加强杆816穿过轴506的不同部分。杆816的数量、尺寸以及构成可以不同从而提供部分 506a-506c的不同刚度(如上所述)。例如，在一些实施方式中，杆816是不锈钢。此外， 在一些实施方式中另一种材料的一个或多个额外的杆818可以穿过轴506的一个或多个部分。例如，图8显示聚芳醚醚酮(PEEK)的第二杆，在一个实施方式中该杆穿过远侧区段 506c从而提供除了来自杆516的刚度之外的刚度。此外，可以将用来提供例如抽吸和/或冲洗的一个或多个补充管包括在轴506中(除了这些加强杆之外或替代这些加强杆)。并且，可以包括额外的张力元件用来操作例如位于该器械轴远端的可选的多DOF腕部机构。图9是去掉一部分的透视图，该视图显示器械轴506的部分的第二示例性结构。张力元件9(^a、902b、9(Ma和904b类似于上述张力元件8(^a、802b、8(Ma以及804d。这些张力元件每个都通过多通道支撑管906中各个通道。在一个实施方式中，管906是具有多个通道908的聚四氟乙稀(FEP)挤压件，并且可以使用其他材料。FEP提供了这些张力元件在其上滑动的低摩擦表面。类似于上面图8和相关文字中公开的那些的一个或多个加强杆 (未显示)可以通过支撑管906中不同的其他通道908从而为每个器械轴区段506a-506c 提供期望的刚度。七通道管906示于图9中，并且可以将加强杆或其他元件插入中心通道中。额外的线缆(例如用于操作轴506远端的可选的多DOF腕部机构)可以通过管906中的其他通道。替代地，可以通过这些通道提供其他功能(例如抽吸和/或冲洗)。图9进一步显示环绕支撑管908从而为轴506提供轴向和扭转刚度的轴体管 910 (例如，挤压的PEEK或其他适当的材料)。外皮或涂层912环绕本体管910用来当轴 506在弯曲插管内部滑动时减少摩擦并且用来保护这些轴部件。在一个实施方式中，外皮 912是热收缩在支撑管910周围的0. 005英寸FEP层，并且可以使用其他适当的材料。在图9中所示结构的一个实施方式中，轴506外径是约5. 5mm(0. 220英寸)，其中单个挤压件 PEEK本体管具有约5. Omm的外径以及约3. 5mm的内径。使用PEEK，因为它的刚度(弹性模量或杨氏模量)低到足以允许用足够小的径向力弯曲从而限制该弯曲插管内部的摩擦力， 以使得器械I/O不显著受到影响，但是它的弹性模量高到足以为延伸超过该弯曲插管远端的轴远侧部分506c提供良好的悬臂梁刚度，用来抵抗传送机构与该插管近端之间轴的任何部分的屈曲，并且用来沿着该器械轴的长度以足够的刚度和精度传递滚动运动和扭矩。当弯曲插管的弯曲半径减小时，器械轴刚度主要由于摩擦力必须也降低。如果将各向同性的材料用于该器械轴，如图9中展示的，则从该插管远端延伸的轴部分的刚度也降低。在某一点处，轴的延伸远端的刚度或传送机构与插管之间的轴部分的刚度可以变成低得不可接受。因此，可以取决于插管的弯曲半径以及内径限定具有固定尺寸的各向同性的材料轴的刚度范围。图10是示例性弯曲插管416的图解视图。如图10中所示，插管416包括安装区段1002以及插管本体区段1004。该安装区段1002被配置成安装在自动系统操纵器上(例如，PSM 204)。在一些实施方式中，一个或多个结构1006被布置在该安装区段1002上用来被该操纵器的插管支座中的传感器1008检测。传感器1008检测到的结构1006的存在例如可以指示该插管被适当地安装和插管的类型(例如，直的或弯曲的、插管长度、弯曲半径等)。在一个实施方式中，这些结构1006是凸起的环形金属环，并且相应的传感器1008是霍尔效应传感器。安装区段1002还可以包括机械销栓(key)结构1009，该结构与操纵器上相应的结构配合用来确保该插管以相对于操纵器插入轴线适当的取向来安装。以此方式，例如，可以制造“左侧”和“右侧”弯曲插管。此外，为了区别左侧和右侧弯曲方向，可以使用该销栓结构来确保该插管以适当角度在该操纵器支座中滚动从而使得这些器械以期望的角度接近手术部位。熟知人员应当理解的是可以使用许多不同的机械销栓结构(例如，配合的销 /孔、突舌/凹槽、球/定位件等)。图IOA展示了示例性销栓结构。如图IOA中所示，销栓结构1030附连(例如，焊接)到弯曲插管的安装支架1032 —侧。销栓结构1030包括凹口 1034以及两个垂直对齐的销钉1036a和1036b，该凹口接收自动操纵器的插管安装支架的一部分。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插管相对于该操纵器的适当滚动方向。图IlA和IlB是两个弯曲插管的远端110 和1102b的图解视图，外科医生可以在外科医生控制台的3-D显示器1104中看到它们，该显示器输出在内窥镜视场中捕获的图像。在该显示器中，弯曲插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。能够以不同的滚动角度将这些插管安装在操纵器上，或可以在手术期间将这些操纵器定向，从而使得这些器械以不同角度接近手术部位。因此，能够以数种方式描述插管滚动方向。例如，可以彼此相关联地描述插管滚动角度。图IlA显示在一个实施方式中这些插管可以被定向为其远侧弯曲大致地位于单个共同平面中，这样使得这些器械以完全相反的角度朝向手术部位延伸。图IlB显示在一个实施方式中这些插管可以被定向为其远侧弯曲位于相对于彼此成角度的平面中，例如如图所示大约60度，从而使得这些器械以偏斜角朝向手术部位延伸。许多插管弯曲平面关系角度是可能的(例如，120、90、45、30 或0度)。用于表达插管滚动方向的另一种方式是将它限定为包括插管弯曲的平面与操纵器自由度之一(例如，俯仰)的运动平面之间的角度。例如，可以安装插管使得它的弯曲位于与操纵器的俯仰DOF成30度角度的平面上。因此，用于得到图IlB中所示的器械插管位置的一个示例性方法是彼此面对地定位这两个PSM，使其俯仰运动平面大致平行(这些平面可以稍微偏移以便这两个插管在它们运动中心不交叉)。然后，将每个弯曲插管定向为相对于其对应的PSM俯仰运动平面成大致30度角。再次参考图10，在一些实施方式中插管本体区段1004被分成近侧区段1004a、中间区段1004b以及远侧区段1004c。近侧区段100 是直的，并且它的长度被做成足以为支撑PSM提供充分运动间隙。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，它提供了足够的运动范围用来完成手术任务，而没有显著的碰撞。在一个实施方式中，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操作。例如，可以最佳地设置一个插管长度、弯曲角度以及弯曲半径以便从特定的切口点(例如，在脐部)朝向一个特定的解剖学结构(例如，胆囊)延伸，同时可以最佳地设置另一个插管长度、弯曲角度和/或弯曲半径以便从特定的切口点朝向第二特定的解剖学结构(例如，阑尾)延伸。并且，在一些实施方式中，可以使用各自具有不同长度和/或弯曲半径的两个插管。
该弯曲区段的内壁与在内部滑动的柔性器械之间相对紧密的间隙要求该弯曲区段沿其整个长度的横截面都是圆形的或接近圆形的。在一些实施方式中，该弯曲插管是由 304不锈钢制成的(锻制硬化)，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)外径的器械而言，在一些实施方式中，该弯曲插管的内径被制成为大致0. 239英寸，它给还将为器械轴提供良好的滑动性能的内径制造变化提供了可接受的公差。远侧区段10(Mc是插管本体的短直区段。参考图12A，可以看到的是由于器械轴外径与插管内径之间较小的空间(为了强调的目的放大显示)，并且由于器械轴的弹性(虽然是无源柔性的，但它可以保持变直的倾向)，器械轴的远侧区段1202接触该插管远端的外边唇。结果，如果这些弯曲插管在弯曲区段1004b处终止，则器械的远侧区段1202以相对于插管延伸中心线1204的相对较大的角度延伸出插管外面(再一次放大显示)。此外，器械轴与外边唇之间的角度在器械抽出期间引起增大的摩擦(例如，刮擦)。然而，如图12B 所示，将远侧区段100 添加到插管上减少了远侧区段1202与插管的延伸中心线1204之间的角度，并且还减少了外边唇与器械轴之间的摩擦。如图12C所示，在一些实施方式中，套管1206被插入远侧区段1004c的远端中。 套管1206在远端使该弯曲插管的内径变小，并且这样进一步帮助延伸器械轴的远侧区段 1202接近插管的延伸中心线1204。在一些实施方式中，套管1206的外边唇经过圆整，并且套管1206的内径相对接近器械轴的外径。通过防止器械抽出期间组织被夹紧在器械轴与插管之间，这帮助减少可能的组织损伤。在一些实施方式中，套管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英寸的内径。套管1206也可以由减少摩擦的材料例如PTFE制成。在替代实施方式中，不是使用单独的套管1206，而是可以型锻该弯曲插管的远端以减少插管的内径从而产生类似效果。图13是示意图，该图展示了弯曲插管和柔性器械组合的替代实施方式。代替上述简单的C形弯曲，弯曲插管1302具有复杂的S形弯曲(平面的或立体的)。在一个示例性实施方式中，每个弯曲具有约3英寸的弯曲半径。远侧弯曲区段1304为手术器械提供三角测量，并且近侧弯曲1306为例如PSM 204b (可替代地，在手动实施方式中，为手术器械手柄和外科医生的手)提供了间隙。如所描述的，自动控制的手术器械402b的无源柔性轴404b 延伸穿过弯曲插管1302并且超过插管的远端1308。为了清楚的目的将第二弯曲插管和柔性器械组合从该图形中省略。S形弯曲插管的用途类似于如在此公开的C形弯曲插管的用法。然而，对于S形插管而言，在针对内窥镜视场限定的坐标系中，控制该器械的操纵器被定位在该手术部位的与对应的末端执行器相同的侧面上。因为与C形插管相比较，S形插管中多个弯曲引起该器械轴与插管壁之间沿着插管长度在更多的点处接触，在每个点处具有类似法向力的情况下，S形插管的器械和插管之间的I/O和滚动摩擦相对较大。端口结构图14A是可以与在此说明的弯曲插管和器械组合，以及与内窥镜和一个或多个其他器械一起使用的端口结构1402的示例性实施方式的图解平面图。图14B是图14A中所示的实施方式的俯视透视图。端口结构1402被插入患者体壁中单个切口中。如图14A中所示， 端口结构1402是具有五个通道的单个体，这些通道在顶表面1404与底表面1406之间延伸。第一通道1408用作内窥镜通道并且尺寸被做成用来容纳内窥镜插管。在替代实施方式中，可以将通道1408尺寸做成用来容纳无插管的内窥镜。如图14A中所示，内窥镜通道1404 从端口结构1402的中心轴线1410偏移。如果手术操作需要吹入操作(insufflation)，它可以通过内窥镜插管上的公知结构来提供。图14A显示了另外两个通道141 和1412b，它们用作器械通道并且各自尺寸被做成用来容纳在此所述的弯曲插管。通道1412a、1412b对角延伸穿过端口结构1402以便容许弯曲插管的定位。因此，在一些实施方式中，通道1412a、1412b延伸穿过一个平面，该平面在图14A中显示的方向上将该端口结构分成左侧和右侧。如图14A中所示，器械通道 1412a和1412b也从中心轴线1410偏移。在使用期间，内窥镜和器械插管的远程运动中心将大体上位于各自通道内的中间垂直位置。通过从中心轴线1410水平地偏移该内窥镜通道1408以及器械通道1412a、1412b，可以将这组远程中心的中心点大致地定位在该端口结构的中心中(即，该切口的中心中)。将远程中心紧密地布置在一起将手术期间患者创伤降至最低(例如，由于插管运动期间组织拉伸)。并且，该端口结构使这些插管彼此接近但是抵制组织迫使插管朝向彼此运动的倾向性，因此防止这些插管彼此干扰。在不同实施方式中可以使用不同通道角度，从而允许所使用的具体弯曲插管的配置或从而促进具体手术操作所需要的弯曲插管布置。图14A还显示了两个示例性的可选辅助通道1414和1416，这些通道垂直地延伸通过端口结构1402(辅助通道的数量可以改变)。与第二辅助通道1416的直径相比较，第一辅助通道1414的直径相对较大(不同尺寸的直径可以用于各自辅助通道)。首先，可以使用辅助通道1414来将另一手术器械(手动或自动设备，例如牵引器或抽吸器械；具有或不具有插管)通过端口结构1402插入。如图14A中所示，内窥镜通道1408、器械通道1412a、 1412b以及第一辅助通道1414各自包括密封件(下述)，并且第二辅助通道1416不包括。 因此，类似地可以使用第二辅助通道1416来插入另一手术器械，或可以将它用于另一目的 (通过使其在通道中不具有密封件能更好地用于该目的)，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，或用于为吹入操作或排空(可以使用该内窥镜插管或其他插管上的典型结构来进行吹入操作)提供通道。图14A显示在一些实施方式中，可以将端口定向结构1418定位在顶部表面1404 上。使用期间，外科医生将端口结构1402插入到该切口中并且然后对该端口结构进行定向从而使得定向指示物1418大体上在手术部位的方向上。因此该端口结构被定向用来为内窥镜和弯曲插管提供必要的位置以便进行手术操作。可以用各种方式获得定向结构1418， 例如模制或印制在顶部表面1404上。类似地，图14A显示在一些实施方式中器械端口识别结构1420a和1420b(示出圆圈数字“1”和“2”)可以各自定位在两个器械端口之一附近用来标识该器械通道。可以将类似的识别结构放置在意图用于“左侧”或“右侧”上的插管上，这样使得医务人员可以通过匹配该插管和该端口通道识别物容易地将弯曲插管放置在其适当的端口通道中。在一些实施方式中，端口结构1402由具有刚度值约15肖氏A的注模硅胶的单件组成。可以使用端口结构1402的其他配置，包括具有二级插管的多件式端口结构，其可以容纳例如在此所述的内窥镜和弯曲插管两者。参考图14B，在一些情况中，顶部表面1404和底部表面1406(未显示)做成凹形。 图14B还显示在一些情况下端口结构1402被收腰。腰部1422提供了帮助将端口结构1402保持在切口内适当位置中的顶部凸缘14 和底部凸缘1似6。因为端口结构1402可以由一种软的弹性材料制成，所以由腰部1422以及凹形顶部和底部表面形成的凸缘1似4、1似6容易变形从而允许外科医生将该端口结构插入该切口中，并且然后凸缘返回到它们的初始形状用来将该端口结构保持就位。图15A是沿图14中的切割线A-A截取的图解横截面视图，并且它展示通道1408b 如何以角度从顶部至底部表面从一侧至另一侧经过端口结构1402。通道1408a类似地沿相反方向延伸。当适当地插入时，两个通道交叉的垂直位置(图15A中方向，通道1412a(未显示)更接近于观察者，从右上至左下穿过该端口结构)大致地是相应的插管远程运动中心的垂直位置。如上所述，在一些实施方式中，可以将密封件放置在通过端口结构1402的一个或多个通道中，并且图15A显示了示例性地定位在该插管远程运动中心的垂直位置的这样的密封件示例。图15B是器械通道1412b内密封件1502的示例实施方式的详细视图。如图15B 中所示，密封件1502包括一体模制的固体环1504，该环从通道1412b的内壁1506向内朝向通道1412b的纵向中心线延伸。小开口 1508保留在环1504的中心中以允许该环围绕插入的物体拉伸张开，但是该开口大体上小到足以防止任何显著的流体通过(例如，吹入气体逃逸)。因此，这些密封件允许在插入任何器械(例如，插管)之前进行吹入操作(例如，通过该端口结构的辅助通道)。当该端口结构是柔性时，这些密封件还改善了该端口结构与这些插管之间的密封，并且因此通过手术期间插管的运动使这些通道的形状发生变形。熟知人员应当理解的是可以使用用于执行有效密封的各种其他方法。例如，在另一个密封实施方式中，一体模制的弹性膜完全封闭了通道，并且在将物体第一次插入穿过该通道时刺穿该膜。然后，该膜与该物体形成密封。在其他实施方式中，可以将单独的密封件插入该通道中。例如，可以将环形定位件(detent)模制在通道壁1506中，并且然后可以将密封件定位并且保持在该定位件中。图15C是在图14A中切割线B-B处截取的图解横截面视图。切割线B-B通过内窥镜通道1408的中心线，因此切割线B-B不包括辅助通道1414或1416的中心线。图15C展示了在一些实施方式中内窥镜通道1408包括密封件1508，并且辅助通道1414包括密封件 1510，但是辅助通道1416不具有密封件。图15C进一步展示了密封件1508和1510类似于密封件1502，虽然可以如上所述使用各种密封件。图15D是在图14中切割线A-A处截取的图解横截面视图，并且它展示了在一些实施方式中存在水平地延伸横过该端口结构的中部的导电的硅酮层1512(例如，如所示在腰部1422)。导电层1512显示在该端口结构的顶部和底部表面之间的间隔开的中间位置，因此它包含如上所述的密封件。在其他实施方式中，导电层可以是位于不包含这些密封件的另一个垂直位置处，或可以使用两个或更多个导电层。在一些实施方式中，这些通道的内部在导电层处缩小但是不必配置成密封件，从而在导电层与该器械之间提供了必要的电接触。在一个实施方式中，导电层1512与该端口结构的上部分1514和下部分1516—体地模制。由于必要的添加剂，与上部分和下部分相比较，该导电硅酮可以具有更高的刚度值， 但是因为它大致地定位在插管运动中心的高度处，所以与无导电层的类似的插管结构相比较，较高的刚度没有显著地影响插管运动。这种导电层在患者体壁(它与端口结构的外表面接触)与通过该通道的该插管和/或器械之间形成导电路径。在电烙术期间这个导电路径提供了电接地路径。如上所述，在一些情况下，可以将端口结构1402插入穿过整个体壁。然而，在其他情况下，不可做出穿过整个体壁的单个切口。例如，单个切口可以包括在脐处(例如，以 Z形)做出的单个经皮切口以及在下面筋膜中的多个切口。因此，在一些情况下，该端口结构可以被省略，并且当该内窥镜插管和弯曲插管中的每一个延伸穿过该单个经皮切口时， 这些插管每一个都通过筋膜中分开的/单独的切口，并且可以被它们支撑。图16A是图解视图，该视图展示了内窥镜插管1602以及左侧和右侧弯曲插管160 和1604b的部分，这些插管通过单个的皮肤切口 1606，并且然后每一个都通过分开的筋膜切口 1608。在一些情况下，手术室人员可以期望在这样的单个的经皮的/多重筋膜切口中对于插管额外的支撑 (例如，当插入的插管对接到它们相关的自动操纵器上时)。在这类情况中，可以使用类似于顶部部分1514(图15D)或类似于结合的顶部部分1514和导电层1512配置的端口。图16B是另一个端口结构的图解透视横截面视图，该端口结构可以用于与单个皮肤切口 /多个筋膜切口手术。端口结构1620在配置上类似于端口结构1402，并且也将上述特征(例如，定向和端口指示物、可适用时的密封件、软的弹性材料等)应用到端口结构 1620上。端口结构1620具有大体圆柱形的本体，它包括顶部表面1622、底部表面16M以及位于该顶部表面和底部表面之间的窄的侧壁腰部16沈。因此，顶部凸缘16 和底部凸缘 1630形成于该侧壁和该顶部和底部表面之间。在使用期间，将皮肤保持在该上部凸缘和下部凸缘之间的腰部16 中，并且底部表面16M和底部凸缘1630保持在皮肤下面的筋膜层上。图16B进一步显示四个示例性端口，这些端口在该端口结构的顶部和底部表面之间延伸。通道1632是内窥镜通道，并且通道16；34是辅助通道，类似于上面关于端口结构 1402所述的通道。类似地，通道1636a和1636b是成角度的器械通道，这些通道类似于上述通道，通道1636b从右上朝向左下成角度(如显示)，并且通道1636a从左上朝向右下成角度(隐藏不可见)。然而，与端口结构1402的器械通道不同，端口结构1620的器械通道 1636a和1636b的中心线不与端口结构的垂直中线交叉。相反地，成角度的器械通道终止于端口结构1620的中线处，这样使得这些插管和器械的远程运动中心被定位在下面的筋膜切口处(展示了示例性的运动中心位置1638)。因此，可以看到的是器械通道在该端口结构的底部表面上的出口位置可以改变从而将运动中心布置在相对于患者组织的期望位置处。对于一些手术操作而言，单个切口和手术部位之间(例如，脐与胆囊之间)的直线开始相对于患者的冠状(正面)平面成锐角地接近。结果，这些插管以相对于皮肤表面相对小的角度(锐角)进入该单个切口中，并且该体壁扭曲并且施加扭矩在这些插管/器械上或在该端口上。图17A是另一端口结构1702的图解顶视图，并且图17B是它的图解侧视图， 该端口结构可以用于引导以及支撑两个或更多个插管穿过单个切口进入。如图17A和17B 中所示，端口结构1702包括上部漏斗区段1704、下前舌部1706以及下后舌部1708。在一些实施方式中，该漏斗区段和舌部是单个件。例如可以由相对刚性模制的塑料例如PEEK、聚醚酰亚胺(例如，Ultem 产品)、聚乙烯、聚丙烯等形成端口结构1702，从而使得端口结构 1702大体上在使用期间保持其形状。当定位在切口 1710中时，下舌部1706、1708在本体的内侧，并且漏斗区段1704保持在本体的外侧。如这些图中所示，在一些实施方式中漏斗区段1704被成型为倾斜的圆锥或椭圆锥，当在如下所述的切口中该端口结构被扭曲时它减少了对定位在该漏斗区段上的设备的干扰。可以看到的是一旦就位，可以将漏斗区段1704 的远端1712压向皮肤表面。这个动作引起该上面漏斗部分与下舌部之间腰部区段1714在该切口中扭曲，这有效地对该切口再定向，并且使得它为该手术部位提供阻力更小的路径。 前舌部防止在这个扭曲过程中端口结构1702从切口中出来。此外，在漏斗区段的远端1712 上向下推使得前舌部的远端1716升高。在一些实施方式中，该前舌部的尺寸和形状可以被做成在将舌部的远端升高时缩回组织。后舌部1708还帮助将端口结构1702保持在切口中。端口结构1702还包括至少两个进入通道，用来容纳内窥镜和器械插管。如图17A 中所展示的，在一些实施方式中，四个示例通道在腰部部分1714内。内窥镜插管通道1720 被放置在腰部部分1714的中间，并且三个器械插管通道1722被定位在内窥镜插管通道 1720周围。在一些实施方式中，这些通道形成于与该漏斗区段和这些舌部相同的单件中。 在其他实施方式中，这些通道形成于圆柱形工件1723中，该工件被安装从而如箭头1723a 指示在腰部区段1714中旋转。在一些实施方式中，这些器械插管通道1722各自形成于球窝头节17M中，该球头节被定位在腰部区段1714中(例如，直接地或在该圆柱形工件中)。 这些插管的远程运动中心被定位在这些球窝接头中，然后允许这些插管在端口结构1702 内容易地枢转。在其他实施方式中，这些通道被配置成接收球，该球在远程运动中心安装 (例如，压力装配)到插管，然后该插管球在该通道中象球窝接头一样来枢转。在其他实施方式中，可以将腰部区段的顶部和底部表面(例如，该圆柱形工件的顶部和底部表面)倾斜从而允许增加插管在该球窝接头中运动的运动范围。在一些实施方式中，该内窥镜插管通道1720不包括球窝接头。在一些实施方式中，可以使内窥镜和/或具有刚性轴的器械路由穿过它们对应的无插管的通道。图18A是又一端口结构1802的图解顶视图，并且图18B是它的图解侧视图，该端口结构可以用于引导以及支撑两个或更多个插管穿过单个切口进入。端口结构1802的基本构型类似于端口结构1702，例如漏斗区段、前舌部以及这些通道是大体上类似的。然而， 在端口结构1802中，后舌部1804可以从与前舌部1806对齐的位置(如通过替换位置1808 所指示)旋转到与该前舌部相对的位置(如图18B中所示)。因此，后舌部1804可以做成比后舌部1708 (图17B)相对更长，并且可以仍然将端口结构1802插入单个的小切口中。当将端口结构1802定位在该切口中时，后舌部1804与前舌部1806对齐，并且然后当该端口结构就位时，将它旋转至后面位置。在一个实施方式中，后舌部1804偶联到包含这些通道的旋转圆柱体上(如上所述)，并且定位在漏斗区段内部位于圆柱形工件上的接片1810如箭头指示从它的替换的插入位置1812朝向前面旋转从而将该后面的舌部定位用于手术用途。在此所述的端口结构的多个方面不被限制为与一个或多个弯曲插管一起使用，并且这类端口结构可以例如与直器械插管、刚性器械轴(具有或不具有插管)一起使用，并且用于自动和手动手术两者。插入固定件在多端口微创手术中，该内窥镜通常是插入的第一手术器械