專利名稱：手術系統(tǒng)器械操縱器的制作方法
技術領域：
背景技術：
在機器人輔助或遙控機器人手術中，外科醫(yī)生通常操作主控制器，以便在遠離病人的位置遙控手術器械在手術部位的運動(例如，橫跨手術室，在不同房間或與病人完全不同的建筑物內)。主控制器通常包括一個或更多手動輸入設備，例如控制桿，外骨骼手套或其類似物，該輸入設備通過在手術部位鉸接器械的伺服電機連接到手術器械。伺服電機通常是機電設備或手術操縱器(從動器)的一部分，所述手術操縱器支撐和控制已經被直接引入打開的手術部位或通過套管針套引入體腔(例如病人腹部)的手術器械。在手術期間，手術操縱器提供各種手術器械的鉸接和控制，各種手術器械例如組織抓鉗、針驅動器、電灼燒探針等，各種手術器械中的每個為外科醫(yī)生執(zhí)行不同功能，例如夾持或驅動針，緊握血管，或解剖、灼燒或凝固組織。自由度(DOF)的數量是唯一標識遙控機器人系統(tǒng)姿態(tài)/配置的獨立變量的數量。由于機器人操縱器是將(輸入)關節(jié)空間映射到(輸出)笛卡爾空間的運動鏈，DOF的概念可以以這兩個空間的任意一個表述。尤其是，關節(jié)DOF集合是用于所有獨立控制關節(jié)的關節(jié)變量集合。不失一般性，關節(jié)是提供單一平移(棱形關節(jié))或旋轉(回轉關節(jié))DOF的機構。從運動學建模的角度來考慮，提供多于一個DOF運動的任何機構被認為是兩個或更多獨立的關節(jié)。笛卡爾DOF集合通常由三個平移(位置)變量(例如前后移動，上下移動，左右移動)·和三個旋轉(取向)變量(例如歐拉角或滾動/俯仰/偏轉角)表示，其中所述變量描述末端執(zhí)行器(或頂端)參考系相對于給定參考笛卡爾參考系的位置和取向。例如，具有安裝在兩個獨立和垂直導軌上的末端執(zhí)行器的平面機構具有在兩個導軌跨越區(qū)域內控制x/y位置的能力(棱形D0F)。如果末端執(zhí)行器能夠圍繞垂直于導軌平面的軸線旋轉，那么存在與三個輸出DOF (末端執(zhí)行器的x/y位置和取向角)相對應的三個輸Λ DOF (兩個導軌位置和該偏轉角)。雖然在笛卡爾參考系內描述身體的非冗余笛卡爾DOF數量可以是6個(其中所有平移和取向變量是獨立控制的)，但是關節(jié)DOF的數量通常是涉及考慮機構復雜性和任務規(guī)范的設計選擇的結果。因此，關節(jié)DOF的數量可以是多于、等于或少于6個。對于非冗余運動鏈，獨立控制關節(jié)的數量等于末端執(zhí)行器參照系的移動性程度。對于一定數量的棱形和回轉關節(jié)D0F，末端執(zhí)行器參照系將在笛卡爾空間中具有等同數量的DOF (除了在單數配置以外)，其中所述笛卡爾空間中的自由度將對應于平移(x/y/z位置)和旋轉(滾動/俯仰/偏轉取向角)運動組合。輸入和輸出DOF之間的區(qū)別在具有冗余或“不完全”運動鏈(例如，機械操縱器)的情況下是非常重要的。尤其是，“不完全”操縱器具有少于6個獨立控制關節(jié)，因此不具有完全控制末端執(zhí)行器位置和取向的能力。相反，不完全操縱器受限于僅控制位置和取向變量的子集。另一方面，冗余操縱器具有多于6個關節(jié)D0F。因此，冗余操縱器能夠使用不止一個關節(jié)配置建立期望的6-D0F末端執(zhí)行器姿態(tài)。換句話說，附加自由度不僅能夠用于控制末端執(zhí)行器位置和取向，而且能夠控制操縱器自身的“形狀”。除了運動自由度以外，操縱器還具有其他D0F，例如夾取夾鉗或剪刀刀片的樞轉桿運動。通過遠程操縱的遙控機器人手術已經能夠減少手術中要求的切口尺寸和數量，以便增強病人恢復而且有助于減少病人創(chuàng)傷和不適。然而，遙控機器人手術也產生許多新的挑戰(zhàn)。鄰近病人的機器人操縱器使得有時候病人側醫(yī)務人員難以接近病人，并且對于專為單端口手術設計的機器人，接近單端口是非常重要的。例如，在程序中外科醫(yī)生通常采用大量不同外科器械/工具，并且易于接近操縱器和單端口和易于交換器械是高度有利的。
另一個挑戰(zhàn)是由于機電手術操縱器的一部分將位于鄰近手術部位。因此，手術操縱器在手術期間會被污染，在手術之間通常被處理或消毒。從成本的角度考慮，優(yōu)選是對設備進行消毒。然而，伺服電機、傳感器、編碼器以及對于機器人控制馬達必要的電氣連接不能使用常規(guī)方法消毒，例如蒸汽，加熱和加壓或化學方法，這是因為在消毒過程中系統(tǒng)部件會被損壞或毀壞。之前已使用無菌帷簾遮蓋手術操縱器并且之前已包括適配器通過其進入無菌區(qū)域的孔(例如，手腕單元適配器或套管適配器)。然而，這不利地需要在每個程序后對適配器分離和消毒，而且在穿過帷簾孔時導致污染的可能性更大。而且，對于現(xiàn)有多臂手術機器人系統(tǒng)的無菌帷簾設計，系統(tǒng)的每個獨 立臂被覆蓋，但是這樣的設計不適用于單端口系統(tǒng)，尤其是當通過單個從操縱器將所有器械致動器一起移動時。因此，所需要的是用于遠程控制病人手術部位處的手術器械的改進的遙控機器人系統(tǒng)、裝置和方法。尤其是，這些系統(tǒng)、裝置和方法應當被配置成最小化對消毒的需求，從而提高成本效率而且保護系統(tǒng)和手術病人。此外，這些系統(tǒng)、裝置和方法應當被設計成在提供器械和操縱器之間準確接口連接的同時，在手術程序中最小化器械交換時間和難度。而且，這些系統(tǒng)和方法應當被配置成最小化形式因素，以便為手術人員在進入端口提供最有效空間同時還提供改進的運動范圍。而且，這些系統(tǒng)、裝置和方法應當提供組織、支撐和有效操作多個器械通過單個端口，同時減少器械與其他裝置之間碰撞。

發(fā)明內容
本公開提供用于遙控機器人手術的改進手術系統(tǒng)、裝置和方法。根據一個方面，系統(tǒng)、裝置和方法在具有準確和穩(wěn)固接口的、覆蓋有帷簾的器械操縱器和操縱器臂的遠端處提供至少一個遠程操縱的手術器械，而且還提供容易的器械交換和增強的器械操控，每個手術器械彼此獨立工作，并且每個手術器械具有在笛卡爾空間(即，前后移動，上下移動，左右移動，滾動，俯仰，偏轉)的至少6個主動/有源受控自由度的末端執(zhí)行器。在一個實施例中，器械操縱器包括多個獨立致動器驅動模塊，所述多個致動器驅動模塊中的每個包括致動器輸出端，其中所述致動器輸出端中的每個被配置成在沒有來自另一個致動器輸出端的力輸入的情況下，獨立致動手術器械的相應致動器輸入端。器械操縱器進一步包括容納多個獨立致動器驅動模塊的框架，所述框架包括遠端，每個所述致動器輸出端從所述框架的所述遠端向遠側伸出，以便接合所述手術器械的所述相應致動器輸入端。在另一個實施例中，機器人手術系統(tǒng)包括定位機器人手術系統(tǒng)的遠距離運動中心的設置連桿、可操作連接于所述設置連桿的近側連桿、可操作連接于所述近側連桿的遠端連桿以及如上所述的多個器械操縱器，所述多個器械操縱器可操作連接于在遠側連桿遠端處的可旋轉元件。該系統(tǒng)進一步包括多個手術器械，所述手術器械中的每個可操作連接于相應器械操縱器。通過考慮下列一個或更多實施例的詳細描述，本領域的技術人員會獲得對本公開實施例的更完整理解，以及其額外優(yōu)勢的實現(xiàn)。首先簡要描述隨附的附圖。


圖IA和圖IB分別示出根據本公開實施例的在帶有無菌帷簾和不帶無菌帷簾的遙控手術系統(tǒng)中病人側支撐組件的示意圖。圖2A示出帶有無菌帷簾和安裝器械的遙控手術系統(tǒng)實施例的圖解透視圖。圖2B和2C分別示出圖2A沒有顯示無菌帷簾的遙控手術系統(tǒng)的側視圖和俯視圖。圖3示出操縱器基座平臺、器械操縱器群以及安裝器械實施例的透視圖。圖4A和4B分別示出器械操縱器沿插入軸線伸展和收縮的透視圖。圖5A-1和5B-1示出支撐鉤將器械傳動機構的近側面連接到器械操縱器遠側面的操作，以及圖5A-2和5B-2分別示出圖5A1和5B1的剖視圖。圖5C-1到5C-4示出沒有外殼的器械操縱器的不同視圖。圖6A-6B示出根據本公開實施例的器械操縱器的夾鉗模塊的不同視圖。圖7A示出根據本公開實施例的器械操縱器萬向節(jié)致動器模塊視圖。圖7B示出根據本公開實施例的器械操縱器的滾動模塊視圖。圖8示出根據本公開實施例的器械操縱器可伸縮(telescopic)插入軸線視圖。圖9A和9B分別示出配置成安裝到器械操縱器的器械的近側部分和遠側部分透視圖。圖10示出根據本公開實施例的可操作連接于器械的器械操縱器的剖視圖。圖11A-11B分別示出根據本公開實施例的部分無菌帷簾在收縮狀態(tài)和展開狀態(tài)的透視圖。圖IlC示出根據本公開實施例安裝到包括基座平臺的操縱器臂遠端的旋轉無菌帷簾部分的剖視圖。圖IlD示出根據本公開實施例的展開無菌帷簾。圖12示出根據本公開實施例包括無菌適配器的展開的無菌帷簾部分的透視圖。圖13A和13B分別示出根據本公開實施例的組裝無菌帷簾適配器透視圖和無菌適配器分解圖。圖13C示出根據本公開實施例的滾動致動器接口放大圖。圖14A和14B示出根據本公開實施例的器械操縱器底部透視圖和底視圖。圖15示出根據本公開實施例的可操作連接于無菌適配器的器械操縱器底部透視圖。圖16A-16E示出根據本公開實施例連接器械操縱器和無菌適配器的順序。圖17A-17C示出根據本公開實施例將手術器械連接到無菌適配器的順序。圖18A和18B分別示出器械和無菌適配器在接合前的放大透視圖和側視圖。圖19A和19B分別示出可移動套管支架在收縮位置和伸展位置的透視圖。圖20A和20B示出根據實施例的安裝在套管夾具上的套管的正面透視圖和后透視圖。圖21單獨示出套管的透視圖。圖22示出根據本公開實施例的圖21的套管和圖23A及23B的安裝進入導引裝置的橫截面視圖，其中所述進入導引裝置結合安裝在操縱器平臺上的器械操縱器的器械。圖23A和23B示出圖22進入導引裝置透視圖和俯視圖。
圖24示出根據本公開實施例的另一個套管和另一個安裝的進入導引裝置橫截面視圖，其中所述進入導引裝置結合安裝在操縱器平臺上器械操縱器的器械。圖24A-24B分別示出另一個可移動套管安裝臂在收縮位置和伸展位置的透視圖。圖24C示出根據另一個實施例的套管近側頂部。圖24D示出根據另一個實施例的在套管安裝臂遠端的套管夾具。圖25A-25C、26A-26C以及27A-27C示出帶有器械操縱器組件滾動軸線或指向不同方向的器械插入軸線的手術系統(tǒng)不同視圖。圖28示出根據實施例的用于微創(chuàng)遙控手術系統(tǒng)的集中運動控制系統(tǒng)的示意圖。圖29示出根據實施例的用于微創(chuàng)遙控手術系統(tǒng)的分布運動控制系統(tǒng)的示意圖。
圖30A-30B示出根據實施例的機器人手術系統(tǒng)平衡連桿的不同視圖。圖31示出根據實施例的沒有外部殼體的平衡連桿的視圖。圖32A和32B分別示出根據實施例的平衡連桿遠側部分的底部透視圖和剖視圖。圖33示出沒有端塞的平衡連桿遠側部分側視圖，圖34示出端塞線性導引裝置的放大透視圖，以及圖35示出根據本公開各方面的調整銷的透視圖。圖36A-36C示出根據本公開各方面的調整銷相對于線性導引裝置移動端塞的運動范圍的側剖視圖。圖37A-37C示出根據本公開各方面的平衡近側連桿遠端的細節(jié)視圖。通過參考后面的詳細描述，能夠最好理解本公開的實施例及其優(yōu)勢。應當明白類似參數數字標記用于標識一個或更多附圖中的類似元件。還應當明白這些附圖不必按照比例繪制。
具體實施例方式說明本公開各方面和各實施例的描述和附圖不應當作為對本發(fā)明的限制?？梢宰龀龈鞣N機械的、組成的、結構的、電氣的和操作的變化，而不偏離本說明書精神和范圍。在某些實例中，已知的電路、結構和技術沒有詳細示出是為了不至于模糊本公開。在兩個或更多附圖中的類似數字標記表示相同或類似元件。此外，該說明書的術語不是為了限制本公開。例如，空間相關術語，諸如“在…之下”，“在…下方”，“較低”，“在…上方”，“較高”，“近側的”，“遠側的”及其類似物，可用于描述如圖所示的一個元件或特征對另一個元件或特征的關系。這些空間相關術語是為了包含除了圖中所示位置和取向以外的在使用中或操作中設備的不同位置和取向。例如，如果圖中的設備翻過來，那么描述為在其他元件或特征“下方” “之下”會變成在其他元件或特征“上方”或“之上”。因此，示范性術語“在…下方”可以包含在…上面和在…之上的位置和取向。設備可以被另外定向(旋轉90度或在其他取向)，因此會相應解釋在本文使用的空間相關描述符。類似地，沿各種軸線和圍繞各種軸線運動的描述包括各種特殊設備位置和取向。此夕卜，單數形式“一”、“一個”和“所述/該”也包括復數形式，除非上下文特別指出其他情況。并且術語“包含”、“由……構成”、“包括”等指定所述的特征、步驟、操作、元件和/或部件的存在但不排除一個或更多其他特征、步驟、操作、元件、部件和/或組群的存在或增加。描述為連接的部件可以是電氣或機械直接連接，或它們可以經由一個或更多中間部件非直接連接。
在一個示例中，術語“近端的”或“近側”一般用于描述沿系統(tǒng)運動的運動鏈更靠近操縱器臂基座或沿系統(tǒng)運動的運動鏈更遠離遠距離運動中心(或手術部位)的對象或元件。類似地，術語“遠端的”或“遠側” 一般用于描述沿系統(tǒng)運動的運動鏈更遠離操縱器臂基座或沿系統(tǒng)運動的運動鏈更靠近遠距離運動中心(或手術部位)的對象或元件。用操作員在主控設備的輸入控制機器人從動設備和在工作部位執(zhí)行工作是已知的。這樣的系統(tǒng)被稱為各種名稱，諸如遙控操作、遙控操控或遙控機器人系統(tǒng)。一種類型的遙控操控系統(tǒng)向操作員提供在工作部位的感知，例如這樣的系統(tǒng)稱為遠程呈現(xiàn)系統(tǒng)。由加利福利亞Sunnyvale的直觀外科手術公司(Intuitive Surgical, Inc.)銷售的da. Vinci 手術系統(tǒng)是帶有遠程呈現(xiàn)的遙控操作系統(tǒng)的示例。美國專利US6574355 (2001年3月21日提交)公開了這樣一種手術系統(tǒng)的遠程呈現(xiàn)基本原則，其合并于此作為參考。遙控操作手術系統(tǒng)(具有或沒有遠程呈現(xiàn)特征)可以稱為遙控手術系統(tǒng)。為了避免各個方面和說明性實施例在下面附圖和描述中的重復，應當理解許多特征對于許多方面和實施例是共同的。描述或附圖方面的忽略不意味著合并該方面的實施例漏掉了該方面。相反，忽略該方面是為了清晰起見和避免冗長的描述。因此，參考一個描繪·和/或描述的實施例描述的各方面可以存在于或應用于其他描繪和/或描述的實施例，除非這樣做是不實際的。因此，幾個通用方面應用于下列各種描述。適用于在本公開的各種手術器械、導引管以及器械組件在美國專利申請No. 11/762165 (2007年6月13提交；美國專利申請公開號US2008/0065105A1)中進一步描述，該申請合并于此作為參考。單個手術器械或包括導引管、多個器械和/或多個導引管的手術器械組件適用于本公開中。因此，可以使用各種手術器械，每個手術器械彼此不受影響地工作，并且每個手術器械都具有末端執(zhí)行器。在某些實例中，末端執(zhí)行器經由病人中的單進入端口以笛卡爾空間中的至少6個主動受控DOF (BP,前后移動，上下移動，左右移動，滾動，俯仰，偏轉)操作。一個或更多附加末端執(zhí)行器DOF可以應用于，例如在夾持或剪切器械中末端執(zhí)行器的夾鉗運動。例如，在各個附圖中示出或描述至少一個手術末端執(zhí)行器。末端執(zhí)行器是執(zhí)行特定手術功能的微創(chuàng)手術器械或組件的部分(例如鑷子/夾持器，針驅動器，剪刀，電灼鉤，釘合器，施夾鉗/消除器等)。許多末端執(zhí)行器自身具有單一 DOF (例如，打開和閉合的夾持器)。末端執(zhí)行器可以通過提供一個或更多額外DOF的機構(諸如“手腕”型機構)連接于手術器械主體。這種機構的示例在美國專利US6371952 (Madhani等人于1999年6月28日提交)和美國專利US6817974 (Cooper等人于2002年6月28日提交)中示出，這兩個專利合并于此作為參考，這種機構可以是通常所說的用在da Vmci P手術系統(tǒng)的8mm和5mm器械上的各種直觀外科手術公司的Endowrist 機構。雖然本文所述手術器械通常包括末端執(zhí)行器，應當理解在某些方面末端執(zhí)行器可以被省略。例如，器械主體軸件的鈍遠側頂端可用于牽開/收縮組織。作為另一個示例，吸入或沖洗開口可以存在于主體軸件遠側頂端或手腕機構。在這些方面中，應當理解定位和定向末端執(zhí)行器的描述包括不具有末端執(zhí)行器的手術器械頂端的定位和定向。例如，陳述末端執(zhí)行器頂端參考系的描述應當解讀為包括不具有末端執(zhí)行器的手術器械的頂端的參考系。在整個說明書中，應當理解單立體成像系統(tǒng)或立體成像系統(tǒng)/圖像獲取部件/攝像機設備可以放置在器械的遠端，無論末端執(zhí)行器是否示出或描述(可以認為該設備是“攝像機器械”)，或者其可以放置在靠近或處于任何導引管或其他器械組件元件的遠端。因此在所述這些方面和實施例的上下文范圍內，本文所用的術語“成像系統(tǒng)”等應當廣義解釋為包括圖像獲取部件和圖像獲取部件及其關聯(lián)線路和硬件的結合。這樣的內窺鏡成像系統(tǒng)(例如，光學的、紅外的、超聲波的等)包括帶有遠側定位圖像感應芯片和經由有線或無線連接將獲取圖像轉發(fā)到身體外部的關聯(lián)電路的系統(tǒng)。這種內窺鏡成像系統(tǒng)也包括(例如，通過利用棒狀透鏡或光纖)將獲取圖像轉發(fā)到身體外部的系統(tǒng)。在某些器械或器械組件中，可以使用直接觀看光學系統(tǒng)(在目鏡直接觀看內窺鏡圖像)。遠側定位半導體立體成像系統(tǒng)的示例在美國專利申請No. 11/614661 (由Shafer等人于2006年12月21日提交，公開“Stereoscopic Endoscope (立體內窺鏡)”)中描述,其合并于此作為參考。為了清晰起見，公知的內窺鏡成像系統(tǒng)部件(諸如電氣和光纖照明連接)被忽略或象征性表示。在附圖中用于內窺鏡成像的照明通常由單個照明端口表示。應當理解這些表示法是示例性的。照明端口的尺寸、位置和數量可以改變。照明端口通常被布置在(多個)成像孔的多個側面或完全環(huán)繞該成像孔，以便最小化深陰影。在本說明書中，套管通常用于防止手術器械或導引管摩擦病人組織。套管可以用于切口和自然孔口。對于器械或導引管相對于其插入(縱向的)軸線不頻繁地平移或轉動的 情況，可以不使用套管。對于需要吹入的情況，套管可以包括防止過量吹入氣體穿過器械或導引管泄漏的密封件。支持吹入和需要在手術部位吹入氣體的程序的套管組件示例可以在美國專利申請 No. 12/705439 (2010 年 2 月 12 日提交；公開 “Entry Guide for MultipleInstruments in a Single Port System (單端口系統(tǒng)中多器械的進入導引裝置)”)中找至IJ，其全部公開處于所有目的合并到本文作為參考。對于不需要吹入的胸腔手術，可以省略套管密封件，并且如果器械或導引管插入軸線移動是極小的，那么可以省略套管自身。在相對于導引管插入的器械的某些配置中，剛性導引管可以起套管的作用。套管和導引管可以是例如鋼或模壓塑料。比鋼便宜的塑料可以適于一次性使用。各種實例以及柔性手術器械和導引管的組件在上述引用的美國專利申請No. 11/762165中示出和描述。在本說明書中，這種柔性以各種方式實現(xiàn)。例如，器械或導引管的節(jié)段可以是連續(xù)彎曲的柔性結構，例如基于螺旋纏繞線圈或基于除去各個節(jié)段(例如，縫型切口)的管的一個節(jié)段?；蛘?，柔性部分可以由一系列短的、可樞轉連接的節(jié)段(“椎骨”)組成，其中所述可樞轉連接節(jié)段提供類似蛇形的連續(xù)彎曲結構。器械和導引管結構可以包括在美國專利申請公開號US2004/0138700中的那些器械和導引管結構(由Cooper等人于2003年12月2日提交)，其合并于此作為參考。為了清晰起見，附圖和關聯(lián)描述一般僅示出器械和導引管的兩個節(jié)段，術語稱為近側(更靠近傳動機構；遠離手術部位)和遠側(遠離傳動機構；更靠近手術部位)。應當理解器械和導引管可以分為三個或更多節(jié)段，每個節(jié)段是剛性的、被動柔性/無源柔性或主動柔性/有源柔性的。為了清晰起見，用于遠側節(jié)段、近側節(jié)段或整個機構的所述柔性和彎曲也應用于已經省略的中間節(jié)段。例如，近側和遠側節(jié)段之間的中間節(jié)段可以以簡單或復合曲線方式彎曲。柔性節(jié)段可以是各種長度。更小外直徑的節(jié)段可以具有比更大外直徑節(jié)段具有更小的最小曲率半徑。對于纜線控制系統(tǒng)，在彎曲時，不能接受的高纜線摩擦或捆扎限制了最小曲率半徑和整體彎角。導引管的(或任何關節(jié)的)最小彎曲半徑使得其不扭結或除此以外抑制內部手術器械機構的平滑運動。柔性部件可以是，例如長度高達約4英寸以及直徑大約0. 6英寸。特定機構的其他長度和直徑(例如，更短，更小)以及柔性程度可以由專門針對其設計機構的目標解剖結構確定。在某些實例中，僅有器械或導弓I管的遠側節(jié)段是柔性的，并且近側節(jié)段是剛性的。在其他實例中，在病人體內器械或導引管的整個節(jié)段是柔性的。仍然在其他實例中，極遠側節(jié)段可以是剛性的，并且一個或更多其他近側節(jié)段是柔性的。柔性節(jié)段可以是被動/無源的或者它們是主動/有源可控的(“可操控的”)。這樣的主動控制可以利用例如相對的纜線集合完成(例如，一個集合控制“俯仰”并且垂直集合控制“偏轉”;可以使用三組纜線完成類似動作)。可以使用其他控制元件，例如小的電致動器或磁性致動器、形狀記憶合金、電活性聚合物(“人造肌肉”)、氣動或液壓波紋管或活塞及其類似物。在器械或導弓I管節(jié)段全部或部分位于另一個導引管內的實例中，可以存在被動和主動柔性的各種結合。例如，在被動柔性導引管中的主動柔性器械可以施加足夠的側向力以便彎曲周圍的導引管。類似地，主動柔性導引管可以使其內的被動柔性器械彎曲。導引管和器械的主動柔性節(jié)段可以協(xié)調工作。對于同時具有柔性和剛性的器械和導引管，根據各種設計的柔度考慮，位于遠離中心縱向軸線的控制纜線可以比位于更接近中心縱向軸線的纜線提供機械優(yōu)勢。柔性節(jié)段的柔度(剛度)可以從是幾乎完全松弛的(存在小的內部摩擦)改變到是·基本剛性的。在某些方面，柔度是可控的。例如，器械或導引管的節(jié)段或所有柔性節(jié)段可以被基本(B卩，有效地但不是無限地)制成剛性(節(jié)段是“可剛化的”或“可鎖定的”)?？涉i定節(jié)段可以被鎖定在直的、簡單曲線或復合曲線的形狀?？梢酝ㄟ^向一個或更多纜線施加足以產生防止相鄰椎骨因移動而導致摩擦的張力，來實現(xiàn)鎖定，其中所述纜線沿器械或導引管縱向延伸。一條或多條纜線可以延伸穿過每個椎骨中大的中心孔或可以延伸穿過靠近椎骨外圓周的更小孔?？商鎿Q地，使一個或更多控制纜線移動的一個或更多馬達的驅動元件可以(例如，通過伺服控制)被軟鎖定在某位置，以便將纜線保持在某位置上，從而防止器械或導引管移動，因此將椎骨鎖定在適當位置上。將馬達驅動元件保持在適當位置上，以便有效地將其他可移動器械和導引管部件也保持在適當位置上。應當理解在伺服控制下的剛度雖然是有效的，但通常小于利用從直接位于關節(jié)上的制動裝置獲得的剛度，諸如用于將被動設置關節(jié)保持在適當位置上的制動裝置。纜線剛度通常處于支配地位，這是因為其通常小于伺服系統(tǒng)或制動關節(jié)的剛度。在某些情況下，柔性節(jié)段的柔度可以在松弛和剛性狀態(tài)之間連續(xù)變化。例如，可以增加鎖定纜線的張力，以便增加剛度但不將柔性節(jié)段鎖定在剛性狀態(tài)。這樣的中間柔度可以允許用于遙控外科手術，同時可以減少由于手術部位作用力導致的移動而可能發(fā)生的組織創(chuàng)傷。合并到柔性節(jié)段的合適彎曲傳感器允許遙控手術系統(tǒng)確定器械和/或導引管在其彎曲時的位置。美國專利申請公開號US2006/0013523 (Childers等人于2005年7月13日提交)公開了光纖位置形狀感測設備和方法，其合并于此作為參考。美國專利申請No. 11/491384 (Larkin等人于2006年7月26日提交)公開了用于這種節(jié)段和柔性設備控制的光纖彎曲傳感器(例如光纖布拉格光柵)，其合并于此作為參考。如本文所述的用于控制微創(chuàng)手術器械組件、器械、末端執(zhí)行器以及操縱器臂配置的外科醫(yī)生輸入通常利用直觀的、攝像機參考控制接口完成。例如，da Vind 手術系統(tǒng)包括帶有這種控制接口的外科醫(yī)生控制臺，其可以修改以便控制本文所述的各方面。外科醫(yī)生操控具有例如6個DOF的一個或更多主控手動輸入機構，以便控制從器械組件和器械。輸入機構包括控制一個或更多末端執(zhí)行器DOF (例如，閉合夾持夾爪)的手指操作夾持器。通過外科醫(yī)生輸入機構和圖像輸出顯示器的位置，定向末端執(zhí)行器和內窺鏡成像系統(tǒng)的相關位置來提供直觀控制。如果在基本真實呈現(xiàn)中觀看手術工作部位，這個定向允許外科醫(yī)生操縱輸入機構和末端執(zhí)行器控制。這個遙控操作真實呈現(xiàn)意味著外科醫(yī)生從這樣的角度觀看圖像，即好像是操作者直接觀看手術部位和在手術部位工作。美國專利US6671581 (由Niemeyer等人于2002年6月5日提交)包含了微創(chuàng)手術裝置中攝像機參考控制的進一步信息，其合并于此作為參考。單端口手術系統(tǒng)現(xiàn)參考圖IA和1B，其示出機器人輔助(遙控操縱)微創(chuàng)手術系統(tǒng)各方面的側視圖和正視圖，所述微創(chuàng)手術系統(tǒng)使用本文所述的微創(chuàng)手術器械、器械組件以及操縱和控制系統(tǒng)的各方面。三個主要部件是內窺鏡成像系統(tǒng)102，外科醫(yī)生控制臺104(主)以及病人側支撐系統(tǒng)100 (從)，如圖所示所有這些通過有線(電氣的或光學的)連接或無線連接106而互聯(lián)。一個或更多電子數據處理器可以以不同方式位于這些主要部件中以便提供系統(tǒng)功能。示例在上述引用的美國專利申請No. 11/762165中公開。以虛線顯示的無菌帷簾1000有利 地覆蓋病人側支撐系統(tǒng)100的至少一部分，以便在手術程序中維持無菌區(qū)域，同時提供有效和簡單的器械交換以及器械與其關聯(lián)的操縱器之間的準確接口連接。成像系統(tǒng)102例如對獲取的手術部位內窺鏡成像數據和/或病人外部其他成像系統(tǒng)術前或實時圖像數據執(zhí)行圖像處理功能。成像系統(tǒng)102向在外科醫(yī)生控制臺104處的外科醫(yī)生輸出經處理的圖像數據(例如，手術部位的圖像以及相關控制和病人信息)。在某些方面，經處理的圖像數據被輸出到其他手術室人員可見的可選外部監(jiān)視器或者輸出到遠離手術室的一個或更多位置(例如，在另一個位置的外科醫(yī)生可以監(jiān)控視頻；直播視頻可以用于訓練；等)。外科醫(yī)生控制臺104包括，例如允許外科醫(yī)生操縱本文所述的手術器械和導引管的多DOF機械輸入(“主”)設備和成像系統(tǒng)(“從”)設備。在某些方面，這些輸入設備向外科醫(yī)生提供來自器械和器械組件的觸覺反饋?？刂婆_104還包括立體視頻輸出顯示器，其被定位成使得顯示器上的圖像通常集中在這樣的距離該距離對應于工作在顯示屏后方/下方的外科醫(yī)生的手。這些方面在美國專利US6671581中更全面討論，其合并于此作為參考。插入期間的控制可以例如通過外科醫(yī)生用一個或兩個主控器實際移動圖像而實現(xiàn)；外科醫(yī)生利用主控器左右移動圖像并將其朝向其自身拉動，因此命令該成像系統(tǒng)及其關聯(lián)的器械組件(例如，柔性導引管)朝向輸出顯示器上的固定中心點操控和在病人體內推進。在一個方面，攝像機控制被設計成給出這樣的感覺，即主控器固定于圖像以便圖像按照與主控器手柄移動的相同方向移動。當外科醫(yī)生退出攝像機控制時，這個設計促使主控器在正確位置控制器械，因此其避免抓住(脫離)、移動以及分離(接合)主控器以返回到在開始或重新開始器械控制之前的位置的需要。在某些方面，主控器位置可以與插入速度成比例，從而避免使用大的主控器工作空間?？商鎿Q地，外科醫(yī)生可以抓住(clutch)和脫開(declutch)主控器，以便采用漸進的插入動作。在某些方面，插入可以被手動控制(例如，通過手控轉輪)，然后當手術器械組件的遠端接近手術部位時，進行自動插入(例如，伺服電機驅動輥)。對插入軌跡有用的病人解剖結構和空間的術前和實時圖像數據(例如，MRI、X射線)可以用于輔助插入。病人側支撐系統(tǒng)100包括落地安裝基座108，或者可替換地，由可替換線示出的天花板安裝基座110?；强梢苿拥幕蚬潭ǖ?例如，固定到地面、天花板、墻面或例如手術臺的其他設備)?；?08支撐臂組件101，該臂組件101包括被動/無源不受控“設置(setup)”部分和主動/有源受控“操縱器”部分。在一個示例中，設置部分包括兩個被動旋轉“設置”關節(jié)116和120，當關節(jié)制動器被釋放時，其允許連接的設置連桿118和122的手動定位。臂組件與連接于連桿114的基座之間的被動棱形設置關節(jié)(未示出)可以用于允許大的豎直調節(jié)112?？商鎿Q地，這些設置關節(jié)中的某些可以是主動受控的，以及更多或更少設置關節(jié)可以用于各種配置中。設置關節(jié)和連桿允許人們以笛卡爾x、y、z空間的各個位置和取向放置臂的機器人操縱器部分。遠距離運動中心是偏轉、俯仰和滾動軸線相交的位置(即，在關節(jié) 移動通過它們的運動范圍時，運動鏈保持有效靜止的位置)。如下詳細所述，這些主動受控關節(jié)中的某些是與控制各個手術器械的DOF關聯(lián)的機器人操縱器，以及這些主動受控關節(jié)中的其他關節(jié)與控制這些機器人操縱器的單個組件的DOF關聯(lián)。主動關節(jié)和連桿通過馬達或其他致動器是可移動的，并且接收與在外科醫(yī)生控制臺104處主控器臂移動關聯(lián)的移動控制信號。如圖IA和IB所示，操縱器組件偏轉關節(jié)124連接于設置連桿122遠端與第一操縱器連桿126近端之間。偏轉關節(jié)124允許連桿126以被任意定義為圍繞操縱器組件偏轉軸線123 “偏轉”的運動關于連桿122移動。如圖所示，偏轉關節(jié)124的旋轉軸線與遠距離運動中心146對齊，該遠距離運動中心146大體是器械(未示出)進入病人的位置(例如，在用于腹腔手術的臍處)。在一個實施例中，設置連桿122沿水平平面或X、y平面是可旋轉的，并且偏轉關節(jié)124被配置成允許第一操縱器連桿126繞偏轉軸線123旋轉，從而使得設置連桿122、偏轉關節(jié)124以及第一操縱器連桿126為機器人臂組件提供恒定豎直的偏轉軸線123，如從偏轉關節(jié)124到遠距離運動中心146的豎直虛線所示。分別通過主動受控旋轉關節(jié)128、132和136，第一操縱器連桿126的遠端連接于第二操縱器連桿130的近端，第二操縱器連桿130的遠端連接于第三操縱器連桿134的近端，并且第三操縱器連桿134的遠端連接于第四操縱器連桿138的近端。在一個實施例中，連桿130、134和138連接在一起，作為連接運動機構。連接運動機構是眾所周知的(例如，當輸入和輸出連桿運動保持彼此平行時，這樣的機構稱為平行運動聯(lián)動機構)。例如，如果旋轉關節(jié)128主動旋轉，那么關節(jié)132和136也旋轉，從而使得連桿138以恒定關系移動到連桿130。因此，可以看出關節(jié)128、132和136的旋轉軸線是平行的。當這些軸線垂直于關節(jié)124的旋轉軸線時，關節(jié)130、134和138以任意定義為圍繞操縱器組件俯仰軸線139“俯仰”的運動關于連桿126移動。由于在一個實施例中，連桿130、134和138作為單個組件移動，因此第一操縱器連桿126可以被視為主動近側操縱器連桿，而第二到第四操縱器連桿130、134和138可以被集體視為主動遠側操縱器連桿。操縱器組件平臺140連接于第四操縱器連桿138的遠端。操縱器平臺140包括支撐操縱器組件142的可旋轉基座板，其包括在下面詳細描述的兩個或更多手術器械操縱器。旋轉基座板允許操縱器組件142以任意定義為圍繞操縱器組件滾動軸線141“滾動”的運動關于平臺140作為單個單元旋轉。對于微創(chuàng)手術，器械必須相對于它們進入病人身體的位置(無論在切口還是在自然孔口)保持基本靜止，從而避免不必要的組織損壞。因此，器械軸件的偏轉和俯仰運動應當位于在空間中保持相對靜止的操縱器組件滾動軸線或器械插入軸線上的單個位置的中心處。這個位置稱為遠距離運動中心。對于單端口微創(chuàng)手術，其中所有器械(包括攝像機器械)必須經由(例如，在臍處)單個小切口或自然孔口進入，所有器械必須關于這樣的大體靜止的遠距離運動中心來移動。因此，操縱器組件142的遠距離運動中心由操縱器組件偏轉軸線123與操縱器組件俯仰軸線139的交叉點來定義。連桿130、134和138以及關節(jié)128、132和136的配置使得遠距離運動中心146位于操縱器組件142的遠端，并且具有足夠的距離允許操縱器組件相對于病人自由移動?？梢钥闯霾倏v器組件滾動軸線141也與遠距離運動中心146相交。如下詳細所述，手術器械安裝在操縱器組件142的每個手術器械操縱器上并由其致動。器械是可拆除的，以便各種器械可以互換地安裝在特定器械操縱器上。在一個方面中，一個或更多器械操縱器可以被配置成支撐和致動特定類型的器械，諸如攝像機器械。器械的軸件從器械操縱器向遠側延伸。軸件延伸穿過放置在進入端口的公用套管進入病人體內(例如，穿過體壁或在自然孔口處)。在一個方面中，進入導引裝置位于套管內，并且每個器械軸件延伸穿過進入導引裝置中的通道，從而為器械軸件提供附加支撐。套管被可拆卸地連接于套管支架150，其在一個實施例中連接于第四操縱器連桿138的近端。在一種實現(xiàn) 方式中，套管支架150通過旋轉關節(jié)連接于連桿138，其中所述旋轉關節(jié)允許支架在鄰近連桿138的收起位置(stowed position)與操作位置之間移動,該操作位置將套管保持在正確位置以便遠距離運動中心146處于沿套管的位置。在手術期間，根據一個方面，套管支架相對于連桿138固定在適當位置。(多個)器械可以滑動穿過進入導引裝置和安裝到套管支架150遠端的套管組件，其示例在下面進一步詳細解釋。當病人以各種位置位于可移動臺上時，各種被動設置關節(jié)/連桿和主動關節(jié)/連桿允許器械操縱器的定位，以使器械和成像系統(tǒng)以大運動范圍移動。在某些實施例中，套管支架可以連接于近側連桿或第一操縱器連桿 126。操縱器臂中某些設置以及主動關節(jié)和連桿可以被省略，以便減少機器人的尺寸和形狀，或關節(jié)和連桿可以被增加，以便增加自由度。應當理解操縱器臂可以包括連桿、被動/無源關節(jié)和主動/有源關節(jié)的各種組合(可以提供冗余D0F)，以便實現(xiàn)手術的必要姿態(tài)范圍。而且，各種單獨的手術器械或包括導引管、多個器械和/或多個導引管的器械組件，以及經由各種配置(例如在器械傳動裝置或器械操縱器的近側面或遠側面)連接于器械操縱器(例如致動器組件)的器械適用于本公開的各方面。圖2A-2C分別是遙控操作手術(遙控手術)系統(tǒng)中病人側支撐手推車200的透視圖、側視圖和俯視圖。描述的手推車200是上述參考圖IA和IB通用配置的實施例。外科醫(yī)生控制臺和視頻系統(tǒng)未示出，但是適用于如圖IA和IB所述和已知的遙控機器人手術系統(tǒng)架構(例如，dn Vmci #手術系統(tǒng)架構)。在這個實施例中，手推車200包括落地安裝基座208。基座可以是可移動的或固定的(例如，固定到地面、天花板、墻壁或其他充分剛性的結構)?；?08支撐支承柱210，并且臂組件201連接于支承柱210。臂組件包括兩個被動旋轉設置關節(jié)216和220，在其制動器釋放時該設置關節(jié)216和220允許連接的設置連桿218和222的手動定位。在示出的實施例中，設置連桿218和222在水平平面中移動(平行于地面)。臂組件在支承柱210與豎直設置連桿214之間的被動滑動設置關節(jié)215處連接于支承柱210。關節(jié)215允許操縱器臂被豎直(垂直于地面)調整。因此，被動設置關節(jié)和連桿可以用于關于病人適當地定位遠距離運動中心246。一旦遠距離運動中心246被適當定位，在關節(jié)215、216和220中每個的制動器設置成防止臂的設置部分移動。此外，臂組件包括用于操縱器臂配置和移動、器械操縱以及器械插入的主動關節(jié)和連桿。第一操縱器連桿226的近端經由主動受控旋轉操縱器組件偏轉關節(jié)224連接于設置連桿222的遠端。如圖所示，偏轉關節(jié)224的旋轉操縱器組件偏轉軸線223與遠距離運動中心246對齊，如從偏轉關節(jié)224到遠距離運動中心246的豎直虛線所示。分別通過主動受控旋轉關節(jié)228、232和236，第一操縱器連桿226遠端連接于第二操縱器連桿230近端，第二操縱器連桿230遠端連接于第三操縱器連桿234近端，第三操縱器連桿234遠端連接于第四操縱器連桿238近端。如上所述，連桿230、234和238用作連接運動機構，以便當連桿230被致動時，第四操縱器連桿238與第二操縱器連桿230自動地一致移動。在示出的實施例中，類似的機構在美國專利US7594912 (2004年9月30日提
交)中公開，其被修改使用(還參見例如，美國專利申請No. 11/611849 (2006年12月15日提交；美國專利申請公開號US2007/0089557A1))。因此，第一操縱器連桿226可以被視為主動近側連桿，而第二到第四連桿230、234和238可以被集體視為主動遠側連桿。在一個實施例中，第一連桿226可以包括壓縮彈簧平衡機構，如下所述其均衡遠側連桿繞關節(jié)228移動的力。操縱器組件平臺240連接于第四連桿238的遠端。平臺240包括基座板240a，器械操縱器組件242安裝在基座板240a上面。如圖2A所示，平臺240包括“暈輪”環(huán)，圓盤形基座板240a在其內部旋轉。在其他實施例中可以使用不同于暈輪和圓盤的其他配置?；?40a的旋轉中心與操縱器臂滾動軸線241重合，如圖穿過操縱器平臺240的中心和遠距離運動中心246延伸的虛線所示。在一個實施例中，器械260在器械操縱器遠側面上安裝到操縱器組件242的器械操縱器。如圖2A和2B所示，器械操縱器組件242包括四個器械操縱器242a。每個器械操縱器支撐和致動其關聯(lián)的器械。在示出實施例中，一個器械操縱器242a被配置成致動攝像機器械，并且三個器械操縱器242a被配置成致動在手術部位執(zhí)行手術和/或診斷工作的各種其他可互換手術器械?？梢允褂酶嗷蚋倨餍挡倏v器。在某些操作配置中，在部分或全部手術程序中，一個或更多操縱器不一定具有關聯(lián)的手術器械。下面更詳細地公開器械操縱器。如上面所提及的，手術器械260安裝到相應器械操縱器242a并由其致動。根據本公開的一方面，每個器械僅在器械的近端安裝到其關聯(lián)的操縱器。從圖2A可以看出，這個近端安裝特征使器械操縱器組件242和支撐平臺240保持盡可能遠離病人，這對于給定的器械幾何形狀來說，允許操縱器臂的主動受控部分在最大運動范圍內關于病人自由移動而又不碰撞病人。器械260被安裝，使得它們的軸件聚集在操縱器臂滾動軸線241周圍。每個軸件從器械的力傳動機構向遠側延伸，并且所有軸件穿過置于端口處的單個套管延伸到病人體內。套管由套管支架250可拆卸地保持在相對于基座板240a的固定位置，其中所述套管支架250連接于第四操縱器連桿238。單個導引管插入套管并在其中自由旋轉，并且每個器械軸件延伸穿過導引管中的關聯(lián)通道。套管和導引管的縱向軸線與滾動軸線241重合/ 一致。因此，在基座板240a旋轉時，導引管在套管內旋轉。在某些實施例中，套管支架可操作連接于第一操縱器連桿226。
每個器械操縱器242a可移動地連接于主動可伸縮插入機構244 (圖2B)并用于插入和取回(多個)手術器械，其中所述主動可伸縮插入機構244可操作連接于基座板240a。圖2A示出器械操縱器242a向可伸縮插入機構244遠端延伸一定距離(也參見圖3和圖4A)，并且圖2B示出器械操縱器242向可伸縮插入機構244近端收縮(也參見圖4B)。主動關節(jié)224、228、232、236以及操縱器平臺240協(xié)同移動和/或獨立移動，以便在遠距離運動中心246已經由被動設置臂和關節(jié)建立后，手術器械(或組件)在進入端口(例如病人的臍)處圍繞遠距離運動中心246運動。如圖2A所示，套管支架250連接于靠近第四操縱器連桿近端的第四連桿238。在其他方面中，套管支架250可以連接于近側連桿的另一個部分。如上所述，套管支架250是鉸接的，以便其能夠搖擺到鄰近第四連桿238的收回位置(stowed position)并搖擺到伸展位置(如圖所示)以支撐套管。在手術中，根據一個方面，套管支架250相對于第四連桿238保持在固定位置。 在一個示例中，可以看出第一操縱器連桿226的示出實施例大體成形為倒“L”?！癓”形連桿的近側腿部在偏轉關節(jié)224處連接于連桿226，并且該連桿的遠側腿部在旋轉關節(jié)228處連接于第二操縱器連桿238。在這個說明性實施例中，這兩個腿部是大體垂直的，并且第一操縱器連桿的近側腿部圍繞垂直于操縱器組件偏轉軸線223的平面(例如，偏轉軸線豎直時，是水平(X，y)平面)旋轉。因此，遠側腿部大體平行于操縱器組件偏轉軸線223延伸(例如，偏轉軸線豎直時，是豎直地(z))。這個形狀允許操縱器連桿230、234和238在偏轉關節(jié)224下方移動，以便連桿230、234和238提供與遠距離運動中心246相交的操縱器組件俯仰軸線239。第一連桿226的其他配置是可能的。例如，第一連桿226的近側腿部和遠側腿部可以不彼此垂直，近側腿部可以在不同于水平平面的平面中旋轉，或連桿226可以具有不是大體“L”形的形狀，諸如弧形。可以看出豎直偏轉軸線223允許連桿226旋轉基本360度，如虛線249所示(圖2C)。在一個實例中，操縱器組件偏轉旋轉可以是連續(xù)的，以及在另一個實例中，操縱器組件偏轉旋轉約為±180度。還在另一個實例中，操縱器組件偏轉旋轉可以約為660度。在這樣的偏轉軸線旋轉期間，俯仰軸線239可以或可以不保持恒定。由于器械以與操縱器組件滾動軸線241對齊的方向插入病人體內，因此臂可以主動受控從而以環(huán)繞操縱器組件偏轉軸線的任何期望方向定位和重新定位器械插入方向(參見，例如圖25A-25C示出朝向病人頭部的器械插入方向，以及圖26A-26C示出朝向病人足部的器械插入方向)。在某些手術中，這個功能是明顯有益的。在某些腹部手術中，器械經由定位在臍部的單端口插入，例如，在不要求在病人體壁中打開新端口的情況下，器械可被定位成接近腹部的所有四個象限。例如通過腹部的淋巴結接近/入路可以要求多象限接近/入路。相反，多端口遙控機器人系統(tǒng)的使用會要求在病人體壁中安排額外口，以便更完全地接近其他腹部象限。此外，操縱器可以豎直向下并以輕微向上俯仰配置(參見圖27A-27C，其示出向上俯仰的器械插入方向)導向器械。因此，器械穿過單個進入端口的進入角(繞遠端中心的偏轉和俯仰)可以容易地操縱和改變，同時又在進入端口周圍提供增加的空間，以利于病人安全和病人側工作人員操縱。而且，連桿230、234和238連同主動關節(jié)228、232和236可用于輕易操縱器械穿過單個進入端口的進入俯仰角，同時又在單個進入端口周圍創(chuàng)建空間。例如，連桿230、234和238可以被定位成具有“弧遠離”病人的形狀要素。這樣的弧遠離允許操縱器臂繞偏轉軸線223的旋轉不會導致操縱器臂與病人的碰撞。這樣的弧遠離還允許病人側工作人員輕易接近用于交換器械的操縱器和輕易接近用于插入和操作手動器械的進入端口(例如，手動腹腔鏡器械或牽開設備)。在又一個示例中，第四連桿238具有弧遠離運動運動中心從而弧遠離病人的形狀要素，從而允許更大的病人安全。在其他條件中，器械操縱器242a集群的工作包絡可以近似椎體，并且椎體頂端在遠距離運動中心246處，并且椎體圓形端部在器械操縱器242a的近端處。這樣的工作包絡導致病人與手術機器人系統(tǒng)之間的更少干擾，允許對手術部位的改進接近的更大的系統(tǒng)運動范圍，以及手術人員對病人的改進接近。因此，操縱器臂組件201的配置和幾何形狀連同其大運動范圍允許穿過單端口的多象限外科手術。穿過單個切口，操縱器可以以一個方向導向器械并且容易改變方向；例如，朝向病人的頭部或骨盆工作(參見，例如圖25A-25C)，然后通過繞恒定豎直偏轉軸線移動操縱器臂，來改變朝向病人骨盆或頭部的方向(參見，例如圖26A-26C)。這個說明性的操縱器臂組件用于，例如可操作關于遠距離運動中心移動的器械組件。操縱器臂中的某些設置關節(jié)和連桿以及主動關節(jié)和連桿可以被省略，或關節(jié)和連桿可·以被增加以便增加自由度。應當理解操縱器臂可以包括連桿、被動和主動關節(jié)的各種組合(可以提供冗余D0F)，以實現(xiàn)外科手術的必要姿態(tài)范圍。而且，單獨的各種手術器械或包括導引管、多個器械和/或多個導引管的器械組件，以及經由各種配置(例如，在致動器組件或傳動機構的近側面或遠側面上)連接于器械操縱器(致動器組件)的器械適用于本公開。現(xiàn)參考圖3、4A-4B、5A-1到5B_2、5C_1到5C-4以及圖8，更詳細描述器械操縱器的各方面和實施例，而不限制本公開這些方面和實施例。圖3示出操縱器組件平臺的可旋轉基座板340a、安裝在基座板340a上以形成器械操縱器組件的四個器械操縱器342集群和四個器械360 (示出近側部分)的實施例的透視圖，其中四個器械360中的每個安裝在關聯(lián)器械操縱器342的遠側面。如上所述，基座板340a繞操縱器組件滾動軸線341是可旋轉的。在一個實施例中，滾動軸線341延伸穿過套管和進入導引組件的縱向中心，器械360通過套管和進入導引組件進入病人身體。滾動軸線341也基本垂直于每個器械操縱器342遠側面的單個平面，并且因此基本垂直于安裝到器械操縱器遠側面的器械近側面的單個平面。每個器械操縱器342包括連接于基座板340a的插入機構344。圖8以更多細節(jié)示出器械插入機構實施例的剖面透視圖。如圖8所示，器械插入機構844包括以伸縮方式關于彼此線性滑動三個連桿。插入機構844包括滑座802、滑座連桿804和基座連桿808。如美國專利申請No. 11/613800(2006年12月20日提交;美國專利申請公開號US2007/0137371A1)所述(該申請合并于此作為參考)，滑座連桿804沿基座連桿808滑動，并且滑座802沿滑座連桿804滑動?；?02和連桿804、808通過連接環(huán)806 (在一個實例中，其包括一個或更多柔性金屬帶；可替換地，可以使用一個或更多纜線)互聯(lián)。在基座連桿808中的導螺桿808a驅動滑動件808b，該滑動件808b連接于連接環(huán)806上的固定位置?；?02也在固定位置連接于連接環(huán)806，使得滑動件808b關于基座連桿808滑動特定距離X，滑座802關于基座連桿808滑動2x。在插入機構的可替換實現(xiàn)方式中，可以使用各種其他線性運動機構(例如，導螺桿和滑座)。如圖3和8所示，基座連桿808近端連接于可旋轉基座板340a，并且滑座802連接于器械操縱器342的外殼層或內框架(例如，在圖5C-1到5C-3的內框架孔542i’內)。伺服電機(未示出)驅動導螺桿808a，結果器械操縱器342以大體平行于滾動軸線341的方向關于基座板340a向近側和遠側移動。由于手術器械360連接于操縱器342，因此插入機構344的功能是將器械穿過套管插向手術部位和將器械穿過套管從手術部位取出(器械插入DOF)0鄰近連接環(huán)延伸的扁平導電柔度電纜(未示出)向器械操縱器提供電源、信號和接地?？梢钥闯霾迦霗C構344的伸縮特征的優(yōu)勢是相比于僅使用單個不動插入級件，其在器械操縱器從其全近側位置移動到全遠側位置時，提供更大運動范圍(參見，例如圖4A(全遠側位置)和4B (全近側位置))，在操縱器處于其全近側位置時其具有較小伸出插入機構。變短的伸出防止當器械操縱器在其近端位置時插入機構影響外科手術期間的病人和手術室的工作人員(例如在器械改變期間)。如圖3進一步所示，在一個實施例中，可伸縮插入機構344對稱安裝到可旋轉基座板340a上，從而器械操縱器342和安裝的器械360關于滾動軸線341對稱集群。在一個實施例中，器械操縱器342和其關聯(lián)器械360以大體扇形(pie-wedge)布局圍繞滾動軸線布置，并且器械軸件更靠近操縱器組件滾動軸線341定位。因此，當基座板繞滾動軸線341旋 轉時，器械操縱器342集群和安裝的器械360也繞滾動軸線旋轉。圖4A和4B分別示出器械操縱器442沿安裝到可旋轉基座板440a的插入機構444在伸展和收縮位置的透視圖。如上所述，器械操縱器442能夠沿基座板440a與插入機構自由遠端444a之間的插入機構444的縱向軸線伸展和收縮，如鄰近插入機構444的雙向箭頭所示。在這個說明性實施例中，器械抵靠器械操縱器442遠側面442a安裝。遠側面442a包括將致動力傳遞到安裝器械的各種致動輸出。如圖4A和4B所示，這樣的致動輸出可以包括抓握輸出拉桿442b (控制器械末端執(zhí)行器的抓握運動)，搖擺(joggle)輸出萬向節(jié)442c (控制遠端平行聯(lián)動裝置左右運動和上下運動(“搖擺(joggle)”或“手肘”機構))，手腕輸出萬向節(jié)442d (控制器械末端執(zhí)行器偏轉運動和俯仰運動)以及滾動輸出圓盤442e (控制器械的滾動運動)。這種輸出的細節(jié)，以及接收這種輸出的器械力傳動機構的關聯(lián)部件可以在美國專利申請No. 12/060104 (2008年3月31日提交；美國專利申請公開號US2009/0248040A1)中發(fā)現(xiàn)，其合并于此作為參考?？梢越邮者@種輸入的說明性手術器械的近端示例可以在美國專利申請No. 11/762165中發(fā)現(xiàn)，其已在上文提及。簡言之，左右和上下DOF由遠端平行聯(lián)動裝置提供，末端執(zhí)行器偏轉和末端執(zhí)行器俯仰DOF由遠端柔性手腕機構提供，器械滾動DOF通過滾動器械軸件同時將末端執(zhí)行器保持在基本恒定位置和俯仰/偏轉取向而提供，以及器械抓握DOF由兩個可相對移動的末端執(zhí)行器夾爪提供。這種DOF是說明性的更多或更少DOF (例如，在某些實現(xiàn)方式中，攝像機器械省略器械滾動和抓握DOF)。為了便于器械抵靠器械操縱器遠側面的安裝，支撐件(例如支撐鉤442f)被定位在器械操縱器上。在示出的實施例中，支撐鉤關于器械操縱器的主殼體是靜止不動的，并且器械操縱器的遠側面向近側和遠側移動以便提供器械操縱器與器械之間的安全互聯(lián)。插銷機構442g用于將器械操縱器的遠側面朝器械的近側面移動。在可替換實施例中，插銷機構可以用于將器械近側面朝操縱器遠側面移動，從而接合或分離操縱器輸出端和器械輸入端。圖5A-1和5B-1示出器械操縱器542示范性架構的透視圖。圖5A-2和5B-2分別是圖5A-1和5B-1沿切割線I-I和II-II的橫截面視圖。如圖所示，操縱器包括內框架542i，其例如通過滑動關節(jié)、導軌或其類似物可移動地連接于外殼層542h。由于插銷機構542g動作的結果，內框架542i關于外殼層542h向遠側和向近側移動。現(xiàn)參考圖5A-1和5B-2，其示出支撐鉤542f和插銷機構542g將器械(未示出)安裝到器械操縱器542的操作。如圖所示，器械操縱器542的遠側面542a基本是單個平面，并且其可操作連接于器械力傳動機構的近側面(例如，圖9A-9B中器械960的近側面960’)。插銷機構542g可以包括致動機構，例如滑輪和金屬線，以使器械操縱器的內框架和外殼層相對彼此運動，并且在操作時保持遠側面542a抵靠器械。在示出的實施例中，器械支撐鉤542f剛性安裝到器械操縱器外殼層542h，并且當插銷機構542g被致動時，器械操縱器內框架542i的遠側面542a朝向支撐鉤542f遠端向遠側運動并遠離器械操縱器外殼層的近側面542j。因此，當器械力傳動機構安裝在支撐鉤542f上時，器械操縱器的遠側面542a朝向器械傳動機構的近側面運動，其由支撐鉤542f限 制，以便將器械操縱器輸出端和器械力傳動輸入端接合或除此以外可操作接口連接，其如圖5A-1和5A-2中箭頭Al所示。如這個實施例所示，操縱器的致動器輸出端對器械近側面施壓并與其接口連接，以將器械致動器信號傳輸到器械。當插銷542g以相反方向致動時，器械操縱器的遠側面542a朝向器械操縱器的近側面542 j移動(即，遠離靜止支撐鉤542f的遠端)，從而將器械操縱器輸出端從器械分離，其如圖5B-1和5B-2中箭頭A2所示。示出實施例的優(yōu)勢是，當插銷機構被致動時，器械操縱器的致動器部分相對于在空間中固定在支撐鉤上的靜止器械移動。在插銷或脫扣過程中，器械操縱器致動器朝向器械或離開器械的移動使不必要或非預期中的器械運動最小化。因此，由于在器械安裝過程期間器械不相對于病人移動，因此由于器械的遠端在病人體內保持靜止而避免了對組織的潛在傷害。在可替換實施例中，支撐鉤542f可以朝向近側面542j收縮，以將器械的近側面朝向靜止器械操縱器的遠側面542a移動，從而接合器械操縱器輸出端與器械輸入端，如圖5A-1和5A-2中箭頭BI所示。當插銷是打開的或反向致動時，過程是相反的，并且支撐鉤542f遠離靜止器械操縱器的遠側面542a移動，從而將器械操縱器輸出端與器械輸入端分尚，如圖5B-1和5B-2中箭頭B2所不。圖5C-1到5C-4示出器械操縱器542在沒有外殼層542h情況下的不同視圖，以便展現(xiàn)用于致動器械操縱器輸出端的獨立驅動模塊。驅動模塊以模塊形式安裝到器械操縱器的內框架542i,其與驅動模塊一起相對于器械操縱器的外殼層542h和支撐鉤542f移動。當插銷閉合時，器械操縱器的內框架朝向器械移動設定距離，并且彈簧加載模塊輸出端穿過無菌帷簾接合器械輸入端，其在下面進一步描述。當插銷打開時，該過程是相反的。彈簧加載致動器驅動模塊輸出端提供穿過帷簾的與器械力傳動機構輸入端的穩(wěn)固接口連接，其在下面更詳細描述。如示出的實施例所示，器械操縱器542包括用于致動抓握輸出拉桿542b的抓握致動器驅動模塊542b’、用于致動搖擺輸出萬向節(jié)542c的搖擺致動器驅動模塊542c’、用于致動手腕輸出萬向節(jié)542d的手腕致動器驅動模塊542d’以及用于致動滾動圓盤542e的滾動致動器驅動模塊542e’。輸出端542b、542c、542d和542e從器械操縱器542遠側面542a向遠側伸出，其如圖5C-4中示例所示。并且它們適于接合器械力傳動機構輸入端，以便致動安裝器械X-Y平移以及末端執(zhí)行器抓握、俯仰、偏轉以及滾動的運動。圖6A-6B是器械操縱器的抓握致動器驅動模塊642b’上部和下部透視圖。抓握致動器驅動模塊642b’包括線性滑動件602、包括彈簧606的驅動彈簧機構604以及抓握驅動輸出拉桿642b。驅動彈簧機構604連接于器械操縱器的內框架542i。在插銷542g被致動以接合器械時，內框架移動，并且抓握驅動模塊642b’沿線性滑動件602移動直到輸出拉桿642b接觸其在器械上的匹配輸入端。這個接觸對彈簧606進行預加載，從而在器械被插鎖到位時，加載彈簧使得抓握輸出端642b抵靠器械輸入端。接著，經預加載的彈簧606確保在操作期間適當的致動器驅動輸出端/輸入端接觸得到保持，以便不會在輸出端/輸入端接觸中形成間隙，該間隙會使得精確的運動學控制變得困難。圖7A示出器械操縱器的萬向節(jié)驅動模塊742c/d’的底部透視圖，其可被用于提供搖擺輸出萬向節(jié)對器械搖擺機構的X-Y平移的控制或者用于提供手腕輸出萬向節(jié)對器械末端執(zhí)行器的俯仰和偏轉的控制。在這個實施例中，萬向節(jié)驅動模塊742c/d’包括線性滑動件702、包括彈簧706的驅動彈簧機構704以及在萬向節(jié)銷710上的致動器輸出萬向節(jié)742c/d。驅動彈簧機構704連接于器械操縱器的內框架542i。在插銷542f被致動以接合器械時，內框架向遠側移動，并且致動器驅動模塊742c/d’沿線性滑動件702移動直到輸出萬向節(jié)742c/d接觸其在器械上的匹配輸入端。這個接觸對彈簧706進行預加載，從而在器械被插鎖到位時，加載彈簧使得輸出萬向節(jié)742c/d抵靠器械輸入端。由于采用抓握致動器驅動模塊，利用，經預加載的彈簧606接著確保在操作期間適當的致動器驅動輸出端/輸入 端接觸得到保持，使得不會在輸出端/輸入端接觸中形成間隙，該間隙將使得精確的運動控制變得困難。萬向節(jié)驅動模塊742c/d’進一步包括兩個“狗骨式(dog bone)”連桿712、兩個滾珠螺桿(ball screw) 714、兩個馬達716、兩個霍爾效應傳感器718以及兩個旋轉的或線性的運動編碼器720。馬達716驅動關聯(lián)的滾珠螺桿714，該滾珠螺桿714致動狗骨式連桿712。狗骨式連桿712的近端連接于線性滑動件721，該線性滑動件721沿平行于滾珠螺桿714的軸線移動。狗骨式連桿712的遠端連接于輸出萬向節(jié)742c/d，所述輸出萬向節(jié)742c/d中的每個繞垂直于通過萬向節(jié)銷710的縱向軸線的兩個正交軸線旋轉。在一個方面，驅動模塊的萬向節(jié)具有兩個自由度，但是沒有正交軸線。圖7B示出器械操縱器的滾動致動器驅動模塊742e’底部透視圖，其可用于提供控制安裝器械的滾動移動的滾動輸出圓盤。在這個實施例中，滾動致動器驅動模塊742e’包括驅動諧波驅動器736的馬達734，該諧波驅動器736又驅動正齒輪740。正齒輪740旋轉滾動輸出圓盤742e從而驅動器械上的滾動輸入圓盤。編碼器732用于感測位置和與馬達734通信。絕對編碼器738連接于滾動輸出圓盤742e并且感測器械滾動的絕對位置。在一個方面中，系統(tǒng)驅動模塊可操作地獨立且充分地彼此隔離，使得通過一個接口輸出端施加的大力不會傳遞到其他接口輸出端。換句話說，通過一個接口輸出端的大力不會傳遞到其他接口輸出端，因此不會影響其他接口輸出端致動的器械部件。在一個方面中，驅動模塊及其相應致動器輸出端基本沒有從另一個驅動模塊和/或其相應致動器輸出端輸入的非預期力。這個特征提高器械操作以及從而改善病人的安全性。圖9A和9B分別示出配置成安裝到圖4A-4B和5A_1到5C_4的器械操縱器的器械960近側部分960a和遠側部分960b的透視圖。器械960的傳動機構近側面960’包括與抓握輸出拉桿542b接口連接的器械抓握輸入拉桿962b，與搖擺輸出萬向節(jié)542c接口連接的器械搖擺輸入萬向節(jié)962c，與手腕輸出萬向節(jié)542d接口連接的器械手腕輸入萬向節(jié)962d，以及與滾動輸出圓盤542e接口連接的器械滾動輸入圓盤962e。圖9B示出包括手腕964、搖擺機構966以及末端執(zhí)行器968的柔性手術器械960的遠端960b的不例。在一個實施例中，當操縱器輸出端和器械輸入端可操作接合時，器械960的傳動機構的近側面960’具有與器械操縱器的遠側面可操作接口連接的基本單個平面。由Larkin等人提交的題為“Minimally Invasive Surgical System(微創(chuàng)傷手術系統(tǒng))”的美國專利申請No. 11/762165和由 Cooper 等人提交的題為 “Surgical Instrument With Parallel Motion Mechanism(帶有平行運動機構的手術器械)”的美國專利申請No. 11/762154公開了手術器械(諸如器械960)的適用的遠側部和近側部的進一步細節(jié)，其中這兩篇美國專利申請合并于此作為參考。在圖9A和9B所示說明性方面中，器械960包括在其近端的傳動部分、細長的器械主體、各種手術末端執(zhí)行器968中的一個以及將末端執(zhí)行器968連接于搖擺機構966和器械主體的蛇形2自由度手腕機構964。正如在da Vinci @手術系統(tǒng)中一樣，在某些方面，傳動部分包括與永久安裝在支撐臂上的電氣致動器(例如，伺服電機)接口連接以便輕易改變器械的圓盤。其他聯(lián)動裝置，諸如匹配萬向節(jié)板和拉桿可以用于傳遞在機械接口處的致動力。在傳動部分的機械機構(例如，齒輪、拉桿、萬向節(jié))將致動力從圓盤傳遞到多條纜線、多條金屬線和/或一條纜線、一條金屬線以及延伸穿過器械主體中的一個或更多通道(其可 以包括一個或更多鉸接節(jié)段)的海波管組合，以便控制手腕964和末端執(zhí)行器970移動。在某些方面，一個或更多圓盤及其關聯(lián)機構傳遞將器械主體圍繞其縱向軸線滾動的致動力。器械主體的主要節(jié)段是基本剛性的單管，雖然在某些方面中，其可以是輕微彈性柔性的。這個小的柔性允許導引管的近側主體節(jié)段(即，在病人外部)是輕微屈曲的，以便幾個器械主體可以比它們個體傳動節(jié)段外殼所允許的更加緊密地分布在導引管內，就像等長的幾段被切割的花被放置在小口花瓶中。這個屈曲是極微小的(例如，在一個實施例中，少于或等于大約5度彎角)并且不導致明顯的摩擦，這是因為在器械主體內的控制纜線和海波管彎角是很小的。換句話說，在一個實施例中，器械軸件可以以微小角度從力傳動機構遠端退出而不是正交于力傳動機構遠側面或近側面。該器械軸件然后可以輕微彎曲，并繼續(xù)變直以在器械軸件近側部分形成輕微的弧度，使器械軸件從力傳動機構遠端退出。因此，器械可以具有帶有靠近導引管的近側曲線部分和遠側直線部分的器械軸件。在一個示例中，當器械軸件從力傳動機構遠端退出時，器械軸件可以俯仰大約O度到大約5度。如圖9A和9B所示，器械960包括近側主體節(jié)段968 (在一個示例中其穿過導引管延伸)和至少一個遠側主體節(jié)段或搖擺機構966 (在一個示例中，其定位成超過導引管的遠端)。例如，器械960包括近側主體節(jié)段968、在關節(jié)967連接于近側主體節(jié)段968的搖擺機構966，在另一個關節(jié)965連接于搖擺機構966的手腕機構964 (連接可以包括另一個短的遠側主體節(jié)段)以及末端執(zhí)行器970。在某些方面，搖擺機構966以及關節(jié)965和967用作平行運動機構，其中，器械遠端處的參考系位置可以相對于器械近端處的參考系改變，而不改變遠端參考系取向。適用的平行運動或包括可用器械的相關關節(jié)的搖擺機構的細節(jié)在美國專利申請No. 11/762165中進一步公開，其合并于此作為參考。圖10示出根據本公開各方面的可操作連接于器械960的器械操縱器542的橫截面?zhèn)纫晥D。如圖10所示，在器械操縱器542遠側面上的致動器輸出端542b-542e與手術器械960近側面上的致動器輸入端962b-962e接口連接。由于器械末端執(zhí)行器被提供有便于外科手術的七個自由度(器械插入、抓握、2個DOF手腕轉動、2個DOF搖擺(手腕平移)以及器械滾動)，因此器械致動精度的要求較高，并且期望器械與器械操縱器之間的高保真、低間隙接口連接。器械操縱器的獨立操作驅動系統(tǒng)模塊(例如，模塊542b’，542c’，542d’以及542e’)允許各種驅動系穿過不精確制造帷簾連接于手術器械，而沒有性能折中。由于驅動系統(tǒng)模塊不彼此連接并且彼此之間充分隔離，因此通過一個接口輸出端施加的大力不會傳遞到另一個接口輸出端。換句話說，穿過一個接口輸出端的大力不會傳遞到另一個接口輸出端。在一個方面中，驅動模塊及其相應致動器輸出端基本沒有從另一個驅動模塊和/或其相應致動器輸出端輸入的非預期力。這個特征提供器械操作以及從而改善病人的安全。在一個方面中，匹配圓盤可以用于力傳動特征和致動特征，如同da Vinci 手術系統(tǒng)器械接口一樣。在另一方面中，使用匹配的萬向節(jié)板和拉桿。在傳動機構中各種機械部件(例如，齒輪、拉桿、纜線、滑輪、纜線導引裝置、萬向節(jié)等)可以用于將機械力從接口傳遞到控制元件。每個致動器機構包括在關聯(lián)器械遠端控制移動的至少一個致動器(例如，伺服電機(有刷或無刷的))。例如，致動器可以是控制手術器械末端執(zhí)行器抓握DOF的電氣伺服電機。器械(包括本文所述導引探針)或導引管(或聚集的器械組件)可以從關聯(lián)致動器
機構斷開并滑出。然后，其可以替換為另一個器械或導引管。除了機械接口以外，在每個傳動機構與致動器機構之間還存在電子接口。電子接口允許傳遞數據(例如，器械/導引管類型)。美國專利US6866671 (由Tierney等人于2001年8月13日提交)和US6132368 (由Cooper于1997年11月21日提交)討論了用于各種器械、導引管以及成像系統(tǒng)的機械和電氣接口以及保護無菌區(qū)域的無菌帷簾的示例，該上述兩篇專利合并于此作為參考。單獨手術器械或包括導引管、多個器械和/或多個導引管的組件，以及經由各種配置(例如，在器械/致動器組件的近側面或遠側面上)連接于致動器組件的器械適用于本公開。因此，可以采用經由病人的單個進入端口的各種手術器械，每種手術器械彼此獨立工作并且包含具有在笛卡爾空間中至少6個主動受控DOF (即，前后移動，上下移動，左右移動，滾動，俯仰，偏轉)的末端執(zhí)行器。形成上述這些運動鏈端部的器械軸件可以通過套管和/或進入導弓丨裝置被引導插入到病人體內，如下面進一步描述?？捎玫母綄賷A具和附件(例如套管)的示例在2005年9月30日提交的待決美國專利申請No. 11/240087中公開，其全部公開處于所有目的合并于此作為參考。無菌帷簾現(xiàn)在將更詳細地描述無菌帷簾的實施例。回去參考圖1A-1B和2A-2C，其分別示出遮蓋臂組件101和201 —部分的無菌帷簾1000和2000，其將操縱器臂的非無菌部分與無菌區(qū)域屏蔽，以及將臂及其各部分與手術程序的材料(例如，體液等)屏蔽。在一個實施例中，無菌帷簾包括被配置成接收器械操縱器組件的器械操縱器的帷簾袋。帷簾袋包括鄰近無菌區(qū)域的外部表面以及鄰近非無菌器械操縱器的內部表面。帷簾進一步包括用于在器械操縱器輸出端(例如，將致動力傳輸到關聯(lián)器械的接口)與手術器械輸入端(例如，從關聯(lián)器械操縱器接收致動力的接口)之間接口連接(interface)的在帷簾袋遠端的柔性薄膜,和可操作連接于無菌袋近側開口的可旋轉密封件。在另一個實施例中，無菌帷簾包括多個帷簾袋，其中每個帷簾袋包括在遠端的多個柔性薄膜，其用于在相應器械操縱器輸出端與相應手術器械輸入端之間接口連接，其中所述手術器械控制手術器械的的手腕、滾動、抓握以及平移運動?？尚D密封件(諸如迷宮式密封件)可操作連接于帷簾袋的近側開口，以便允許所有帷簾袋關于帷簾更多近側部分作為組一起旋轉。在一個示例中，包括多個帷簾袋的可旋轉密封件第一部分連接于操縱器組件平臺的可旋轉基座板，并且可旋轉密封件的第二部分連接于操縱器組件平臺的框架。在又一個實施例中，機器人手術系統(tǒng)操縱器臂的覆蓋方法包括首先定位器械操縱器遠端處的無菌帷簾的遠端，然后從器械操縱器遠端到器械操縱器近端用帷簾袋覆蓋每個器械操縱器。接著，無菌帷簾的可旋轉密封件連接于器械組件平臺的框架和可旋轉基座板。接著，按需要從操縱器臂遠端到操縱器臂近端覆蓋操縱器臂的剩余部分。在這個示例中，操縱器臂從器械操縱器到偏轉關節(jié)被覆蓋。有利地，如上所述，帶有無菌帷簾的操縱器臂和器械操縱器的配置和幾何形狀提供了允許通過單端口進行多象限外科手術的大運動范圍(即，從單進入端口以病人所有象限的手術入路)，在病人和進入端口周圍的增加空間，以及增加的病人安全性，而又提供可靠的器械/操縱器接口連接，器械交換便捷，以及無菌環(huán)境的維持。回去參考圖10，器械操縱器542的致動器輸出端穿過無菌帷簾1000或2000接合 器械960的致動器輸入端。如上所述，在一個實施例中，當插銷542g被致動時，器械操縱器542的內框架朝向器械960移動設定距離，并且彈簧加載模塊輸出端542b-542e穿過帷簾1000或2000接合器械輸入端962b-962e。如上所述，在器械操縱器542中的獨立致動器驅動模塊542b’、542c’、542d’和542e’分別提供致動器輸出端542b、542c、542d和542e，這些致動器輸出端在致動插銷機構542g時穿過無菌帷簾分別接合器械輸入端962b、962c、962d和 962e?，F(xiàn)在結合圖10參考圖11A-11D，圖11A-11B分別示出無菌帷簾1100的第一帷簾部分IlOOa (圖11D)在收縮狀態(tài)和展開狀態(tài)的透視圖，圖IlC示出根據本公開實施例的安裝到操縱器平臺的可旋轉基座板1140a遠端的帷簾部分IlOOa的截面視圖。上述無菌帷簾1000和2000的描述適用于無菌帷簾1100。例如，無菌帷簾1100遮蓋操縱器臂組件的一部分，尤其是器械操縱器，從而將操縱器臂的非無菌部分與無菌區(qū)域屏蔽。帷簾部分IlOOa包括多個帷簾袋1105 (例如，示出四個楔形帷簾袋1105a-1105d)，每個包括被配置成鄰近無菌區(qū)域的外部表面，以及被配置成鄰近非無菌器械操縱器的內部表面。帷簾袋1105中的每個進一步包括在帷簾袋1105遠端1101處的多個柔性薄膜1102，其用于在器械操縱器輸出端與手術器械輸入端之間接口連接。在一個示例中，柔性薄膜1102b、1102c、1102d和1102e在器械操縱器輸出端542b、542c、542d和542e與器械輸入端962b、962c、962d和962e之間接口連接，以便分別控制手術器械的器械抓握、平移、手腕以及滾動運動。柔性薄膜提供用于每個器械操縱器的伸縮插入機構(例如，插入機構444)的袋延伸部1106，其中器械操縱器可以沿該插入機構平移。在一個方面中，袋延伸部1106遠端附連于插入機構，使得帷簾袋延伸部1106與插入機構一起移動并保持在遠離病人的緊湊形式，從而提供空間和對手術端口的接近。在一個示例中，袋延伸部1106的遠端可以通過任何適當附連裝置，例如夾子、接頭、尼龍搭扣帶及其類似物附連于插入機構844 (圖8)的滑座連桿804?？尚D密封件1108將帷簾袋1105近側開口 1103可操作連接于操縱器臂組件的操縱器平臺。在一個示例中，可旋轉密封件1108包括可旋轉迷宮式密封件(labyrinthseal)，其具有輥遮蓋(roll cover)部分1108a和基座梳齒部分1108b，其中所述基座梳齒部分1108b在輥遮蓋部分1108a內可相對于該輥遮蓋部分1108a旋轉。在一個實施例中，基座梳齒部分1108b包括帶有肋1104的圓盤，其中所述肋1104形成帶有孔的多個楔形“框架”，每個框架的尺寸被設計成外接(circumscribe)器械操縱器。在一個實施例中,基座梳齒部分1108b包括在圓盤內形成相距90度的肋1104。帷簾袋1105的近端連接于基座梳齒部分1108b的每個框架。因此，帶肋的基座梳齒部分1108b有助于覆蓋在器械操縱器可旋轉基座板上緊密集群的各個器械操縱器，并且進一步有助于在手術程序期間當被覆蓋器械操縱器移動時保持帷簾袋1105的取向和布置。輥遮蓋部分1108a固定安裝到操縱器平臺的框架，并且基座梳齒部分1108b固定安裝到可旋轉基座板1140a，使得當基座板1140a旋轉時，基座梳齒部分1108b也連同被覆蓋器械操縱器旋轉，而固定安裝到操縱器平臺框架的輥遮蓋部分1108a靜止不動。圖IlA和IlB分別示出在器械操縱器沿其相應插入軸線收縮和伸展時，在收縮和展開狀態(tài)的帷簾袋1105。雖然示出的四個帷簾袋等同地收縮和展開，但當器械操縱器是獨立的和/或相對彼此依附控制時，帷簾袋可以獨立地收縮和展開?！斨赋?，基座梳齒部分1108b可以包括以不是90度的角度定向不同數量的肋，只要提供的空間適于器械操縱器穿過基座梳齒部分的每個框架。在一個示例中，基座梳齒部分1108b可以由肋組成，其中所述肋將圓形區(qū)域分成多個段，每個段的大小被設計成封閉器械操縱器。無菌帷簾1100也允許從覆蓋個體器械操縱器到操縱器臂組件剩余部分的轉移，如圖IlD所示。帷簾1100可以從可旋轉密封件1108 (例如，輥遮蓋部分1108a)繼續(xù)以合成更大的第二帷簾部分1100b，該第二帷簾部分IlOOb被設計成按期望遮蓋操縱器臂剩余部分(例如，關節(jié)和連桿)，在一個示例中，連續(xù)遮蓋操縱器臂到操縱器組件偏轉關節(jié)(例如，偏轉關節(jié)124、224)。因此，可旋轉密封片1108允許器械操縱器集群相對于剩余操縱器臂組件自由旋轉，而同時又基本保持整個臂組件被覆蓋，從而保持手術部位的無菌環(huán)境。根據另一個實施例，無菌帷簾部分IlOOb包括被設計成覆蓋可收縮套管安裝臂的套管安裝臂袋1110，其在下面進一步詳細描述。在一個實施例中，可移動套管支架包括連接于操縱器臂的基座部分和可移動連接于該基座部分的可收縮部分?？墒湛s部分可以經由旋轉關節(jié)在收縮位置和展開位置之間移動，以便可收縮部分可以向上旋轉或向基座部分折疊，從而在病人周圍創(chuàng)建更多空間和/或在覆蓋操縱器臂時更易于覆蓋套管支架。其他關節(jié)可用于連接可收縮部分和基座部分，包括但不限于球和窩關節(jié)或萬向關節(jié)，產生伸縮效果的滑動關節(jié)及其類似物，使得可收縮部分可以移動到更靠近基座部分，從而減少套管支架整體形狀要素。在另一個實施例中，整個套管支架相對于操縱器臂可以是內部可伸縮的。因此，可移動套管安裝臂允許以帷簾中相對小的開口覆蓋更大機器人臂。帷簾可以位于可收縮套管安裝臂上方，并且在被覆蓋到袋1110內之后，套管安裝臂可以延伸到操作位置。根據一個方面，在器械操作期間，套管安裝臂被固定在操作位置。在一個實例中，帷簾袋1110可以包括配合在套管安裝臂遠端上的夾具(參見，例如在圖19A-19B中夾具1754，以及在圖24A-24D中夾具2454和插孔2456)的加強帷簾部分1111。帷簾I IOOa可以進一步包括在各個帷簾袋1105側面的插銷蓋1107，用于覆蓋在使用期間延伸到器械操縱器外周之外的各個插銷1342g (圖14A、15、16A以及17A-17C)。
有利地，由于與器械接口連接的器械操縱器遠側面、器械操縱器彈簧加載和獨立輸出端以及有利的無菌帷簾，在手術程序中，器械可以輕易且可靠地在器械操縱器上交換同時保持穩(wěn)固的無菌環(huán)境。而且，無菌帷簾允許快速和容易地準備手術機器人系統(tǒng)同時又提供具有小形狀要素的改善運動范圍(例如，旋轉運動)，從而減少手術室準備時間和降低成本。無菌適配器現(xiàn)更詳細描述包括無菌適配器的帷簾的另一個實施例。圖12示出根據本公開另一個實施例的包括無菌適配器1250展開無菌帷簾的帷簾部分1200a的透視圖。帷簾部分1200a可以替換在圖IlD中的帷簾部分1100a，并且通過基本類似于可旋轉密封件1108的可旋轉密封件1208的方式可操作連接于帷簾部分I IOOb。帷簾部分1200a包括連接在可旋轉密封件1208與無菌適配器1250之間的多個帷簾套筒1205。帷簾部分1200a進一步包括用于覆蓋器械操縱器插入機構的連接于無菌適配器1250的袋延伸部1206?？尚D密封件1208將帷簾套筒1205的近側開口 1203可操作連接于操縱器臂組件的操縱器平臺。在一個示例中，可旋轉密封件1208包括可旋轉迷宮式密封件，其具有輥·遮蓋部分1208a和相對輥遮蓋部分1208a可旋轉的基座梳齒部分1208b。在一個實施例中，基座梳齒部分1208b包括帶有肋1204的圓盤，其中所述肋1204形成帶有孔的多個楔形“框架”，框架中的每個尺寸被設計為外接器械操縱器。在一個示例中，基座梳齒部分1208b包括在圓盤內形成的相距90度的肋。帷簾套筒1205的近端連接于基座梳齒部分1208b的每個框架。因此，帶肋的基座梳齒部分1208b有助于覆蓋在器械操縱器可旋轉基座板上緊密集群的單個器械操縱器，以及在手術程序期間當被覆蓋器械操縱器移動時，進一步有助于保持帷簾袋1205的取向和布置。雖然圖12示出在伸展狀態(tài)的所有帷簾套筒1205，例如當器械操縱器沿它們相應插入機構延伸時，但是應當明白當器械操縱器獨立控制和/或彼此依附控制時，帷簾套筒可以獨立收縮和伸展。還應當明白基座梳齒部分1208b可以包括以不同于90度的其他角定向的不同數量的肋，只要提供的空間適合器械操縱器穿過基座梳齒部分的每個框架。在一個示例中，基座梳齒部分1208b可以由肋組成，其將圓形區(qū)域分成許多節(jié)段，每個節(jié)段的尺寸被設計成封閉器械操縱器。輥遮蓋部分1208a固定安裝到操縱器平臺(例如，操縱器暈輪)的框架，并且基座梳齒部分1208b固定安裝到可旋轉基座板1140a，使得當基座板1140a旋轉時，基座梳齒部分1208b也連同覆蓋的器械操縱器一起旋轉。在一個示例中，由于帷簾套筒1205的近端連接于基座梳齒部分1208b，因此所有帷簾套筒1205作為一個組相對于更近側的帷簾部分IlOOb 一起旋轉。圖13A和圖13B根據本公開的實施例，分別示出組裝好的無菌帷簾適配器1250透視圖和無菌適配器1250的分解圖。無菌適配器1250包括保護罩(boot)1252，保護罩1252具有保護罩壁1252a和用作用于器械操縱器上支柱的通路的圓柱形孔1252b，其在下面將進一步描述。帷簾套筒1205遠端可以連接于保護罩壁1252a的外表面。適配器1250進一步包括一對支撐件1258，其用于將手術器械適當對齊、定位和保持在無菌適配器下面，用于接合無菌適配器上表面上的器械操縱器。適配器1250進一步包括柔性薄膜接口 1254，其在相應器械操縱器輸出端與相應手術器械輸入端之間接口連接，用于控制手術器械的手腕、滾動、抓握以及平移運動。在一個實施例中，薄膜接口 1254包括用于與關聯(lián)器械操縱器輸出端接口連接的抓握致動器接口 1254b、搖擺致動器接口 1254c、手腕致動器接口 1254d以及滾動致動器接口 1254e。在一個實施例中，滾動致動器接口 1254e設計用于在無菌適配器1250內旋轉和保持無菌屏障。如圖13C所示，在一個方面中，滾動致動器接口 1254e包括滾動圓盤1257a，其具有接受扁平固定板1254f (圖13B)的繞圓盤外周的狹槽或凹槽1257b。扁平固定板1254f附連于柔性薄膜接口 1254并且在保持無菌適配器和帷簾的無菌屏障的同時允許滾動圓盤旋轉。薄膜接口 1254定位在保護罩1252與支撐件1258之間，以及管1256將保護罩1252、薄膜接口 1254以及支撐件1258連接在一起。管1256與保護罩孔1252b和薄膜孔1254b對齊，并且管1256的軸部分定位在孔內。管唇1256a保持在保護罩孔1252b內，并且管末端1256固定連接于支撐件1258，使得管1256和由此的支撐件1258可移動管軸的一定 縱向距離，如圖13A的雙向箭頭所示?？蛇x地，抓握致動器接口板1254b’、搖擺致動器接口板1254c’以及手腕致動器接口板1254d’分別連接于抓握致動器接口 1254b、搖擺致動器接口 1254c以及手腕致動器接口 1254d的下側，用于與關聯(lián)器械輸入端的增強接合和連接。圖14A和14B示出根據本公開實施例的器械操縱器1300底部透視圖和底部視圖。在這個說明性實施例中，器械抵靠器械操縱器1300的遠側面1342a安裝。遠側面1342a包括將致動力傳遞到安裝器械的各種致動輸出端，類似于上述圖3-8的器械操縱器。如圖14A和14B所示，這樣的致動輸出端可以包括抓握輸出拉桿1342b (控制器械末端執(zhí)行器的抓握動作)、搖擺輸出萬向節(jié)1342c (控制遠端平行聯(lián)動裝置(“搖擺”或“手肘”機構)的左右運動和上下運動)、手腕輸出萬向節(jié)1342d (控制器械末端執(zhí)行器的偏轉運動和俯仰運動)以及滾動輸出圓盤1342e (控制器械的滾動運動)。器械操縱器1300中的獨立致動器驅動模塊(類似于上述的模塊542b’、542c’、542d’和542e’)提供致動器輸出端1342b、1342c、1342d和1342e。以類似方式，致動器輸出端1342b_1342e可以是彈簧加載的。適用的輸出端以及接收這種輸出端的器械力傳動機構的關聯(lián)部件的細節(jié)可以在美國專利申請No. 12/060104 (2008年3月31日提交；美國專利申請公開號US2009/0248040A1)中發(fā)現(xiàn)，該申請合并于此作為參考。接收這種輸入端的說明性手術器械的近端的示例可以在美國專利申請No. 11/762165中發(fā)現(xiàn)，該申請在此供參考。簡短地，左右和上下DOF由遠端平行聯(lián)動裝置提供，末端執(zhí)行器偏轉和末端執(zhí)行器俯仰DOF由遠端柔性手腕機構提供，器械滾動DOF通過在將末端執(zhí)行器保持在基本恒定位置和俯仰/偏轉取向同時滾動器械軸件而提供，以及器械抓握DOF由兩個可移動反向末端執(zhí)行器夾爪提供。這樣的DOF是更多或更少DOF的說明性DOF (例如，在某些實現(xiàn)方式中，攝像機器械省略器械滾動和抓握DOF)。器械操縱器1300進一步包括插銷機構1342g，該插銷機構1342g用于通過無菌適配器1250將器械操縱器1300的致動器輸出端與安裝器械的致動器輸入端接合。在一個實施例中，類似于上述插銷機構，當插銷1342g被致動時，器械操縱器1300的內框架1342i相對于外殼層1342h朝向安裝器械移動設定距離。彈簧加載模塊輸出端1342b-1342e通過無菌適配器1250接合適當的器械輸入端，在一個示例中通過薄膜接口 1254接合適當的器械輸入端。由此，通過無菌適配器的薄膜接口，安裝器械被夾在支撐件1258上表面與彈簧加載輸出端之間。如上所述，帷簾IlOOa可以包括用于遮蓋各個插銷1342g的在各個帷簾袋1105上的插銷蓋1107(圖11D)，其中所述各個插銷1342g可以在使用期間延伸到器械操縱器外圍。插銷手柄中的每個能夠折疊在相應器械操縱器外周內，以便使得帷簾的可旋轉密封件能夠超過器械操縱器。器械操縱器1300進一步包括將器械操縱器1300可操作連接到無菌適配器1250的支柱1350，其在下面會進一步描述?，F(xiàn)參考圖15和16A-16E，其示出和描述器械操縱器1300到無菌適配器1250的連接。圖15示出根據本公開實施例的可操作連接于無菌適配器1250的器械操縱器1300的 底部透視圖。圖16A-16E示出根據本公開實施例的器械操縱器1300與無菌適配器1250連接的順序。如圖16A所示，支柱1350在保護罩孔1252b內與管1256對齊。接著，如圖16B所示，支柱1350的自由端穿過管1256定位，直到支柱1350端部接頭接合關聯(lián)的支撐件孔，如圖16E所示。因此，支柱1350的一端被固定安裝到支撐件1258。在一個實施例中，支撐件1258包括具有鑰匙孔1258b的滑動件1258a，如圖16C-1和16C-2所示。在無菌適配器如箭頭II所示被提到最終位置時，支撐件1258以箭頭I的方向滑動，以允許支柱1350穿到鑰匙孔1258b的端部。然后，支撐件1258由偏置裝置以箭頭III方向返回，使得鑰匙孔1258b的狹長部分鎖定到支柱1350中的凹槽1350a中(圖16E)。在無菌適配器支撐件1258已經附連于器械操縱器外殼上的支柱后，無菌適配器1250的保護罩1252附連于器械操縱器1300遠側面1342a。在一個實施例中，這種附連通過保護罩內壁的凸起套準在器械操縱器內框架1342i側面上的凹陷實現(xiàn)。這種附連允許在隨著內框架被插銷1342g抬起或放下時保護罩依然保持附連于內框架。現(xiàn)參考圖17A-17C和18A-18B，其示出和描述手術器械1460到無菌適配器1250的連接。圖17A-17C示出根據本公開實施例的手術器械1460到無菌適配器1250的連接順序。如圖17A所示，器械1460包括力傳動機構1460a和軸件1460b。軸件1460b的頂端被置于進入導引裝置1500內，其在套管1600內是可自由可旋轉的。圖17B示出與一對支撐件1258接合并對齊的在器械1460力傳動機構1460a上的接頭(圖18A的接頭1462)，以及圖17C示出進一步沿支撐件1258頂面平移的力傳動機構1460a。圖18A和18B分別示出在力傳動機構1460a沿支撐件1258完全平移之前，器械1460和無菌適配器1250的放大透視圖和側視圖。器械1460沿支撐件1258平移直到沿支撐件達到保持機構，所述保持機構在一個示例中可以是與支撐件1258頂面上的孔對齊并連接的在接頭1462下側的凸起。然后可以致動插銷1342g，以使器械操縱器輸出端通過無菌適配器1250與器械輸入端接合。在一個實施例中，在器械已經安裝后，防止支撐件1258從支柱1350脫落。在一個方面，支撐件上的凸起可以接合器械力傳動機構外殼側面上的凹陷，以在已經安裝器械后防止支撐件移動。進入導引裝置現(xiàn)更詳細描述進入導引裝置、套管以及套管安裝臂的實施例。如上所述，手術器械安裝在每個手術器械操縱器上并且被每個手術器械操縱器致動。器械被可拆卸地安裝，以便各種器械可以互換地安裝在特定操縱器上。在一個方面，一個或更多操縱器可以被配置成支撐和致動特定器械類型，諸如攝像機器械。器械的軸件從器械操縱器向遠側伸出。軸件穿過放置在進入端口處的公用套管延伸到病人體內(例如，在自然孔口穿過體壁)。套管連接于套管安裝臂，該套管安裝臂可拆卸連接于操縱器臂。在一個方面，進入導引裝置至少部分定位在套管內，并且每個器械軸件延伸穿過進入導引裝置中的通道，從而為器械軸件提供附加的支撐。圖19A和19B分別示出可移動和/或可拆卸套管支架1750在收縮位置和展開位置的透視圖。套管支架1750包括可移動連接于操縱器臂連桿1738的延伸件1752，諸如鄰近第四操縱器連桿138的近端(圖IA和1B)。套管支架1750進一步包括在延伸件1752遠端上的夾具1754。在一個實現(xiàn)方式中，延伸件1752通過可旋轉關節(jié)1753連接于連桿1738，其中所述可旋轉關節(jié)1753允許延伸件1752在鄰近連桿1738的收起位置與將套管保持在正確位置以便遠距離運動中心位于沿套管位置的操作位置之間移動。在一個實施中，延伸件1752可以向上旋轉或朝連桿1738折疊，如箭頭C所示，以便在病人周圍創(chuàng)造更多空間和/或在給操縱器臂覆蓋帷簾時，更易于在套管上覆蓋帷簾。其他關節(jié)可以用于連接延伸件1752，包括但不限于球窩關節(jié)或通用關節(jié)，產生伸縮效果的滑動關節(jié)及其類似物，使得延伸件可以更靠近連桿移動，以便減少套管支架和操縱器臂的整體形狀要素。在另一個實施例 中，延伸件1752相對于操縱器臂可以是內部可伸縮的，或延伸件1752可從連桿拆卸并可操作連接于連桿。在手術系統(tǒng)操作期間，延伸件1752保持在操作位置。圖20A和20B示出安裝到如圖19A-19B所示套管支架1750的夾具1754上的套管1800的透視圖，圖21示出自立套管1800的透視圖。在一個實施例中，套管1800包括可拆卸連接于夾具1754的近側部分1804，以及用于使器械軸件通過的管1802 (如圖22所示)。一旦套管1800安裝在夾具1754中，夾具可以防止套管1800旋轉。在一個示例中，管1802由不銹鋼組成，并且管1802的內表面可以涂覆以或襯以潤滑或抗摩擦材料，雖然套管可能由帶襯里或不帶襯里的其他材料組成。近側部分1804可以包括外脊1806、1808和用于接收進入導引裝置通道的內部空間，如圖22和23A-23B所示，下面會更詳細描述。適用的附件夾具和附件(諸如套管)的示例在2005年9月30日提交的待決美國專利申請No. 11/240087中公開，其全部公開并入本文作為參考?，F(xiàn)參考圖22和23A-23B，根據本公開的實施例，圖22示出圖21的套管1800橫截面視圖以及安裝的進入導引管2200的橫截面視圖。器械操縱器1942連接于操縱器平臺的可旋轉基座板1940，在一個示例中，器械操縱器1942通過可伸縮插入機構1942a連接于操縱器平臺的可旋轉基座板1940，并且器械2160安裝到器械操縱器1942 (例如，在器械操縱器遠側面或近側面上)。在一個實施例中，可伸縮插入機構1942a對稱安裝到可旋轉基座板1940，在一個示例中被設置成彼此相距90度，以便提供給四個器械操縱器。其他配置和插入機構的數量(以及由此的器械操縱器和器械)是可能的。因此，器械2160被安裝到器械操縱器1942，使得器械軸件2160b圍繞操縱器組件滾動軸線1941集群。每個軸件2160b從器械力傳動機構2160a向遠側延伸，并且所有軸件穿過放置在端口的套管1800延伸到病人體內。套管1800通過套管支架1750關于基座板1940可拆卸地保持在固定位置，在一個實施例中，所述套管支架1750連接于第四操縱器連桿138。進入導引管2200被插入套管1800并在套管1800內自由旋轉，并且每個器械軸件2160b穿過關聯(lián)的通道2204延伸到導引管2200中。套管和導引管的中心縱向軸線與滾動軸線1941大體重合/ 一致。因此，在基座板1940旋轉以使器械操縱器和相應的器械軸件旋轉時，導引管2200隨著基座板1940旋轉而在套管內旋轉。在一個示例中，進入導引管2200在套管內繞導引管的中心縱向軸線可自由旋轉，所述進入導引管2200的中心縱向軸線與套管中心縱向軸線對齊，套管中心縱向軸線又與操縱器平臺的滾動軸線1941對齊或平行延伸。在其他實施例中，進入導引管2200可以固定安裝于套管，如果需要對器械軸的這種固定支撐。進入導引管2200的側視和俯視橫截面視圖分別沿圖23A和23B中的線III-III獲得，所述進入導引管2200具有連接唇2202、管2206以及通道2204a，2204b。進入導引管2200包括在管2206近端上的唇2202，用于將進入導引裝置可旋轉連接于套管1800的近側部分1804。在一個示例中，唇2202連接在套管的脊(例如，在圖22中的脊1806與1808)之間。在其他實施例中，進入導引裝置不需要連接唇，下面會進一步描述。進入導引管2200進一步包括穿過進入導引裝置用于使器械軸件(例如，圖22中器 械軸2160b)通過的通道2204a和2204b。在一個方面，為每個器械軸件提供一個通道或通路，并且通道可以具有不同幾何形狀和尺寸。如圖23A和23B所示，通道2204a與通道2204b具有不同外形和尺寸，以及在一個示例中，通道2204a用于引導具有更大和更剛性的軸件的攝像機器械，而通道2204b用于引導普通器械的器械軸件。通道的其他形狀和尺寸是適用的，包括但不限于成形為圓形、卵形、橢圓形、三角形、正方形、矩形以及多邊形的開口。在基座板繞滾動軸線1941旋轉時，器械操縱器1942和器械2160的集群也繞滾動軸線旋轉。在器械軸件2160繞滾動軸線1941旋轉而又在進入導引裝置通道2204中時，器械軸件撞擊進入導引裝置通道的內表面，并且至少一個旋轉的器械軸件驅動進入導引管2200以使其相對于套管1800在套管1800內旋轉，其中所述套管1800由套管支架的夾具夾住并保持靜止不動；例如，套管支架1750的夾具1754。器械軸件可以穿過進入導引裝置通道獨立插入和伸縮或通過相應插入機構1942a的運動彼此協(xié)同插入和伸縮。器械2160可以以順時針或逆時針方向繞滾動軸線1941旋轉，并且因此進入導引管2200可以相應以順時針或逆時針方向繞滾動軸線旋轉。應當進一步指出雖然示出進入導引管中四個通道并且示出多個器械軸件穿過進入導引裝置和套管，但在手術系統(tǒng)內的進入導引裝置和套管組件可以以其他數量的通道和器械/器械組件軸件穿過進入導引裝置和套管操作。例如，帶有用于使一個或更多器械/器械組件軸件延伸穿過進入導引裝置和套管的一個或更多通道的進入導引管在本公開的范圍內。而且，由器械軸件提供的用于使進入導引裝置旋轉的轉矩不必由多個器械軸件對稱提供，而是可以非對稱和獨立提供，包括由單個器械軸件提供大多數轉矩。在一個實施例中，進入導引管2200和套管1800每個可以包括電子接口或無線接口，例如射頻識別(RFID)芯片或接頭，其包括關于套管和/或進入導引管的標識信息并且允許手術系統(tǒng)(例如，由操縱器臂讀取)確認具體的進入導引裝置和/或套管的標識。金屬環(huán)、機械銷以及電感感測機構也可以用于讀取標識數據。這種電子或無線接口允許將數據(例如，進入導引管/套管類型)傳遞到手術系統(tǒng)。各種器械、導引管和成像系統(tǒng)的機械和電氣接口的細節(jié)以及保持無菌區(qū)域的無菌帷簾的細節(jié)，在美國專利US6866671(Tierney等人)和US6132368 (Cooper)中討論，這兩個專利類似使用進入導引裝置和套管，其合并于此作為參考。
應進一步注意到，在其他實施例中，進入導引管可以不包括連接唇。圖24示出安裝到套管2400的進入導引管2300的橫截面視圖。進入導引管2300包括通道2304并且類似于上述不包括連接唇的進入導引管2200。相反，進入導引管2300通過器械軸件2160b對進入導引管通道2304內壁的撞擊力而可旋轉連接于套管近側部分。應進一步注意到在一個方面中，進入導引管可以通過穿過進入導引管的器械軸件驅動，以沿套管縱向軸線或滾動軸線可旋轉地和縱向地移動?，F(xiàn)參考圖24A-24D，其示出與上述進入導引裝置一起使用的套管安裝臂、夾具和套管的不同實施例。圖24A和24B分別示出可移動和/或可拆卸套管支架2450在收縮位置和展開操作位置的透視圖。套管支架2450包括可移動連接于操縱器臂連桿2438的延伸件2452，其中所述操縱器臂具有例如鄰近第四操縱器連桿138 (圖IA和1B)的近端的器械操縱器組件平臺2440。在一個實現(xiàn)方式中，延伸件2452通過旋轉關節(jié)2453連接于連桿2438，其中所述旋轉關節(jié)2453允許延伸件2452在鄰近連桿2438的收起位置以及將套管保持在正確位置以便遠距離運動中心沿套管分布的操作位置之間運動。在一個實現(xiàn)方式中，延伸件2452可以向上旋轉或朝連桿2438折疊，如箭頭D所示，以便在病人周圍創(chuàng)建更多空間和/或當帷簾覆蓋操縱器臂時更易于在套管支架上覆蓋帷簾。其他關節(jié)可用于連接延伸件 2452，包括但不限于球和窩關節(jié)或通用關節(jié)，產生伸縮效果的滑動關節(jié)及其類似物，使得延伸件可以移動得更靠近連桿，以便減少套管支架和操縱器臂的整體形狀要素。在另一個實施例中，延伸件2452可以相對于操縱器臂內部可伸縮，或者延伸件2452可從連桿拆卸并且可操作連接于連桿。套管支架2450進一步包括在延伸件2452遠端上的插孔2456上方的夾具2454。圖24C示出可安裝到如圖24D所示的套管支架2450夾具2454和插孔2456的套管2470的透視圖。在一個實施例中，套管2470包括具有凸臺(boss)2476的近側部分2474。凸臺2476包括位于匹配插孔2456內的底部半球表面2478(如從半球表面到插孔2456箭頭所示)。凸臺2476進一步包括頂表面2479，該頂表面2479由夾具2454接合以便將凸臺鎖定到位，因此使得套管2470相對于套管支架延伸件2452保持在固定位置。夾具2454由拉桿2480致動。套管2470進一步包括用作使器械軸件通過的管2472 (如圖22和24所示)。一旦套管2470由夾具2454和插孔2456安裝，夾具可以防止套管2470旋轉。在一個示例中，管2472由不銹鋼組成，并且管2472內表面可以涂覆以或襯以潤滑或抗摩擦材料，即使套管可以由帶有襯里或不帶襯里的其他材料組成。近側部分2474包括用于接收帶有通道的進入導引裝置的內部空間，如圖22、23A-23B和24所示。適用的輔助夾具和附件(例如套管)的示例在與此相關的2005年9月30日提交的美國專利申請No. 11/240087中公開，其全部公開在此合并作為參考。在一個方面中，上述進入導引裝置和套管組件支撐要求在手術部位吹入氣體的吹入法和程序。通過進入導引裝置和套管組件吹入程序的進一步公開可以在2010年2月12日提交的題為“Entry Guide forMultiple Instruments in a Single Port System (單端口系統(tǒng)中多個器械的進入導引裝置)”的美國專利申請No. 12/705439中找到，其全部公開合并于此作為參考。有利地，因為進入導引裝置由(多個)器械軸件依賴驅動，可以消除對于使進入導引裝置旋轉的馬達或其他致動的需要。而且，進入導引裝置允許靠近病人或手術部位的大量致動器機構的移除。因此，該進入導引裝置和套管組件提供用于有利組織和支撐多個器械穿過單端口和在手術程序中減少器械與其他裝置之間碰撞的高效和穩(wěn)固裝置。單端口手術系統(tǒng)架構圖25A-25C、26A-26C以及27A-27C示出手術系統(tǒng)2500的不同視圖，其中帶有以不同方向指向病人P的器械操縱器組件滾動軸線或器械插入軸線。圖25A-25C示出向上和向下指向病人P頭部H的器械組件滾動軸線2541。圖26A-26C示出向上和向下指向病人P足部F的器械組件滾動軸線2541。圖27A-27C示出向上和向下指向病人P頭部H的器械組件滾動軸線2541。手術系統(tǒng)2500包括用于定位機器人手術系統(tǒng)的遠距離運動中心的設置連桿2518，以及包括主動近側連桿2526和主動遠側連桿2528的操縱器臂組件2501，其中所述近側連桿2526通過主動偏轉關節(jié)2524可操作連接于設置連桿2518。多個器械操縱器2542形成可旋轉連接于遠側連桿2528遠端的器械操縱器組件。在一個實施例中，多個器械操縱 器通過可伸縮插入機構2544連接于操縱器組件平臺2540。多個器械操縱器2542繞滾動軸線2541可旋轉。在一個實施例中，多個器械操縱器中的每個包括多個致動器輸出端從其向遠側伸出的遠側面，并且多個手術器械2560連接于相應器械操縱器的遠側面。套管支架2550可移動地連接于遠側連桿2528，并且套管和進入導引管組件2552連接于套管支架2550。在一個實施例中，套管具有與滾動軸線2541基本重合的中心縱向軸線。每個手術器械具有穿過進入導引管和套管的軸件，使得至少一個器械軸件的旋轉使進入導引管繞套管的縱向軸線旋轉。在偏轉關節(jié)2524處的豎直操縱器組件偏轉軸線2523允許近側連桿2526繞手術系統(tǒng)的遠距離運動中心旋轉基本360度或更多(參見，例如圖2C)。在一個實例中，操縱器組件偏轉旋轉可以是連續(xù)的，在另一個實例中，操縱器組件偏轉旋轉是大約±180度。在又一個實例中，操縱器組件偏轉旋轉可以是大約660度。由于器械以與操縱器組件滾動軸線2541大致對齊的方向插入病人體內，因此操縱器臂組件2501可以被主動控制從而以圍繞操縱器組件偏轉軸線的任何期望方向定位和重定位器械插入方向(參見，例如圖25A-25C不出朝向病人頭部的器械插入方向，圖26A-26C不出朝向病人足部的器械插入方向)。在某些手術中這種功能是明顯有益的。在某些腹部手術中，器械經由位于臍部的單端口插入(參見，例如圖25A-25C)，例如，器械可以被定位成接近腹部的所有四個象限，而不需要在病人體壁中打開新端口。例如通過腹部的淋巴結接近/入路可能需要多象限接近。相反，多端口遙控機器人手術系統(tǒng)的使用可能需要在病人體壁中打開附加端口，以便更全面接近其他腹部象限。此外，操縱器可以豎直向下和以輕微向上俯仰的配置導向器械(參見，例如圖27A-27C示出靠近身體孔口 O向上俯仰的器械插入方向)。因此，器械穿過單進入端口的進入角度(繞遠距離中心的偏轉和俯仰)可以被輕松操縱和改變，同時又為病人安全和病人側工作人員操控提供在進入端口周圍的增加空間。而且，操縱器臂組件2501的連桿和主動關節(jié)可以用于輕易操縱器械穿過單進入端口的俯仰進入角，同時又在單進入端口周圍創(chuàng)建空間。例如，臂組件2501的連桿可以被定位成具有“弧遠離”病人的形狀要素。這樣的弧遠離允許操縱器臂繞偏轉軸線2523旋轉而產生操縱器臂與病人的碰撞。這樣的弧遠離也允許病人側工作人員輕松接近操縱器以便交換器械和輕松接近進入端口以便插入和手動操作器械(例如，手動腹腔鏡器械或伸縮設備)。在其他情況中，器械操縱器2542集群的工作包絡可以近似椎體，椎體頂端在遠距離運動中心處，并且椎體圓形端在器械操縱器2542的近端。這樣的工作包絡帶來病人與手術機器人系統(tǒng)之間的更少干擾，允許對手術部位的改善接近以及手術工作人員對病人的改善接近的系統(tǒng)更大運動范圍。因此，操縱器臂組件2501的配置和幾何形狀連同其大的運動范圍允許穿過單端口的多象限手術。通過單個切口，操縱器可以以一個方向導向器械并輕易改變方向；例如，朝向病人頭部工作(參見，例如圖25A-25C)，然后通過繞恒定豎直的偏轉軸線2523移動操縱器臂而把方向改變成朝向病人骨盆(參見，例如圖26A-26C )?，F(xiàn)參考圖28，其示出合并本文所述手術器械組件和部件的微創(chuàng)遙控手術系統(tǒng)的集中運動控制和協(xié)調系統(tǒng)架構。運動協(xié)調系統(tǒng)2802接收主控器輸入2804、傳感器輸入2806以及優(yōu)化輸入2808。主控器輸入2804可以包括外科醫(yī)生在主控制機構上的手臂、手腕、手以及手指移動。輸入還可以來自其他移動(例如，手指、足、膝蓋等按壓或移動按鈕、拉桿、開關等)和控·制具體部件位置和取向或控制特定任務操作(例如，激勵/供電電烙末端執(zhí)行器或激光器、成像系統(tǒng)操作及其類似物)的命令(例如，聲音)。傳感器輸入2806可以包括來自例如測量伺服電機位置的位置信息或感應的彎曲信息 ° 題為 “Robotic surgery system including posit ionsensor s using fiber Bragggratings (包括利用光纖布拉格光柵的位置傳感器的機器人手術系統(tǒng)”的美國專利申請No. 11/491384 (Larkin等人)描述了用于位置感測的光纖布拉格光柵的使用，該申請合并于此作為參考。當確定部件(例如，末端執(zhí)行器頂端)的位置和取向信息時，這種彎曲傳感器可以被合并到本文所述各種器械和成像系統(tǒng)中供使用。位置和取向信息還可以由位于病人體外的一個或更多傳感器(例如，透視、MRI、超聲波及其類似物)生成，并且該傳感器實時感測病人體內部件位置和取向的變化。如下所述，用戶接口具有三個連接控制模式用于(多個)器械的模式、用于成像系統(tǒng)的模式以及用于操縱器臂配置和/或滾動軸線控制的模式。用于(多個)導引管的模式也是適用的。這些連接模式使得用戶能夠將系統(tǒng)作為整體處理而不是直接控制單個部分。因此，運動協(xié)調器必須確定如何利用整體系統(tǒng)運動學(即，系統(tǒng)的整體D0F)，以便實現(xiàn)某些目標。例如，一個目標可以是優(yōu)化病人周圍空間或最小化操縱器臂的形狀因素。另一個目標可以是優(yōu)化特定配置的器械工作空間。另一個目標可以是保持成像系統(tǒng)的視野在兩個器械之間中心。因此，優(yōu)化輸入2808可以是高等級命令，或輸入可以包括更多詳細命令或感測信息。高等級命令的示例可以是智能控制器優(yōu)化工作空間的命令。更詳細命令的示例可以是成像系統(tǒng)開始或停止優(yōu)化其攝像機。傳感器輸入的示例可以是已經達到工作空間限制的信號。運動協(xié)調器2802向各個致動器控制器以及與各個遙控手術系統(tǒng)臂的操縱器關聯(lián)的致動器(例如，伺服電機)輸出命令信號。圖28描繪輸出信號發(fā)送到四個器械控制器2810，發(fā)送到成像系統(tǒng)控制器2812，發(fā)送到滾動軸線控制器2814，以及發(fā)送到操縱器臂控制器2816的示例，接著所述控制器將控制信號發(fā)送到器械致動器，主動臂關節(jié)，操縱器平臺旋轉機構以及主動伸縮插入機構。可以使用控制器的其他數量和組合?？刂坪头答仚C構以及例如位置信息(例如來自一個或更多個無線發(fā)射器、RFID芯片等)的信號和來自感測系統(tǒng)其他數據在美國專利申請No. 11/762196中公開，并且在本公開中是適用的，上述申請合并于此作為參考。因此，在某些方面中，操作遙控手術系統(tǒng)的外科醫(yī)生會同時自動使用上述標識的至少三個控制模式用于移動器械的器械控制模式、用于移動成像系統(tǒng)的成像系統(tǒng)控制模式，和用于將操縱器臂的連桿配置成某些形狀要素或相對彼此配置或操縱器平臺旋轉以及用于繞外部偏轉軸線主動移動以能夠進行多象限外科手術的操縱器臂滾動軸線控制模式。類似集中架構可以適于與本文所述各種其他機構方面一起工作。圖29示出合并本文所述手術器械組件和部件的微創(chuàng)遙控手術系統(tǒng)的分布運動控制和協(xié)調系統(tǒng)架構各方面的示意圖。在圖29示出的示例性方面中，控制和變換處理器2902與兩個主控臂優(yōu)化器/控制器2904a、2904b，與三個手術器械優(yōu)化器/控制器2906a、2906b,2906c,與成像系統(tǒng)優(yōu)化器/控制器2908以及與滾動軸線優(yōu)化器/控制器2910交換信息。每個優(yōu)化器/控制器與遙控手術系統(tǒng)中主控臂或從動臂(其包括，例如攝像機(成像系統(tǒng))臂、器械臂以及操縱器臂)關聯(lián)。優(yōu)化器/控制器中的每個接收臂專用優(yōu)化目標 2912a-2912g。控制和變換處理器2902與各種優(yōu)化器/控制器之間的雙頭箭頭表示與優(yōu)化器/控制器臂關聯(lián)的跟隨數據(Following Data)的交換。所述跟隨數據包括整個臂(包括基座框架和遠側頂端框架)的全部笛卡爾配置?？刂坪妥儞Q處理器2902將從每個優(yōu)化器/控制器接收的跟隨數據傳送到所有優(yōu)化器/控制器，以便每個優(yōu)化器/控制器具有系統(tǒng)中所有臂當前笛卡爾配置的數據。此外，每個臂的優(yōu)化器/控制器接收對該臂是唯一的優(yōu)化目標。然后，每個臂優(yōu)化器/控制器在繼續(xù)其優(yōu)化目標時，使用其他臂位置作為輸入和約束。在一個方面中，每個優(yōu)化控制器使用嵌入局部優(yōu)化器繼續(xù)其優(yōu)化目標。用于每個臂優(yōu)化器/控制器的優(yōu)化模塊可以獨立打開或關閉。例如，僅用于成像系統(tǒng)和器械臂的優(yōu)化模塊可以被打開。分布控制架構比集中架構提供更多靈活性，雖然存在降低性能的可能性。然而，在這種分布式架構中，相對于用集中架構實現(xiàn)的全局優(yōu)化，其中單個模塊可以感知整個系統(tǒng)狀態(tài)，分布架構的優(yōu)化是局部的。連桿平衡現(xiàn)參考圖30A-37C更詳細描述近側連桿中的平衡機構的實施例。圖30A示出操縱器臂組件3001，其基本類似于上述的臂組件，上述操縱器臂組件的特征也適用于組件3001，圖30B示出臂組件3001的平衡近側連桿的詳細視圖。圖31-37C示出沒有近側連桿外殼壁的平衡系統(tǒng)各方面的不同視圖。尤其是，圖31示出平衡系統(tǒng)的透視圖。圖32A-36C示出調整銷、線性導引裝置以及調整銷相對于線性導引裝置移動端塞的運動范圍，以及圖37A-37C示出根據本公開各個方面的顯示搖臂和定位螺釘的平衡近側連桿遠端的詳細視圖。現(xiàn)參考圖30A-30C，操縱器臂組件3001包括通過偏轉關節(jié)可操作連接于設置連桿以形成操縱器組件偏轉軸線3023的近側連桿3026。近側連桿3026圍繞樞轉軸線3070可旋轉連接于遠側連桿3028。在一個示例中，電機3073可以被控制以使遠側連桿3028繞樞轉軸線3070轉動。在一個實施例中，遠側連桿3028包括在遠側連桿遠端處的器械操縱器組件平臺3040。套管支架3050可移動連接于遠側連桿3028。在一個實施例中，平臺3040提供可旋轉基座板，可以在可旋轉基座板上安裝器械操縱器并且該器械操縱器圍繞器械操縱器組件滾動軸線3041旋轉。偏轉軸線3023、滾動軸線3041以及器械操縱器組件俯仰軸線3039的交叉點形成如之前上述的遠距離運動中心3046?，F(xiàn)特別參考圖30B和31，平衡連桿3026包括外殼3084，其具有在外殼近端或第一端部3084a與外殼遠端或第二端部3084b之間延伸的中心縱向軸線3084c。壓縮彈簧3080沿縱向軸線3084c布置，并且具有彈簧近端或第一端部3080a和彈簧遠端或第二端部3080b。在一個實施例中，壓縮彈簧由硅鉻合金構成，但可以由其他材料構成?；?092布置在外殼第一端部并且通過它們之間的對準環(huán)3090連接于壓縮彈簧3080的第一端部3080a。塞3074布置在外殼第二端部并連接于壓縮彈簧3080的第二端部3080b。在一個實施例中，對準環(huán)3090固定連接于壓縮彈簧3080的第一端部3080a，并且塞3074包括外螺紋(例如，螺紋3074a)，在該外螺紋3074上擰有彈簧第二端部3080b。 在纜線第一端部具有連接器3071的纜線3088連接于遠側連桿3028的負載，并且纜線3088的第二端部可操作連接于塞3074。從連接器3071處的纜線3088的負載承受端開始，纜線3088穿過外殼3084外部的多個滑輪3076和3078，然后在連接于塞3074之前穿過在基座3092處的滑輪3094。來自遠側連桿3028的負載以方向El和E2繞滑輪3094牽引纜線3088(圖31)，促使塞3074以E2方向壓縮彈簧3080，其被設置成平衡圍繞樞轉軸線3070的來自遠側連桿的至少一部分負載。為了增加安全性，纜線3088可以包括連接于纜線張力均衡器3082的冗余纜線，所述纜線張力均衡器3082均衡冗置纜線上的張力。纜線捻線器3095可選地用于將滑輪3094與連接器3071之間的冗余纜線可操作地彼此連接起來。多個有頭螺釘3075可以布置在纜線張力均衡器3082與塞3074之間，并且可以用于調整平衡連桿的力抵消。在一個實施例中，三個有頭螺釘3075連接纜線張力均衡器3082和塞3074，其中一個有頭螺釘承受基本所有張力，而剩下的兩個有頭螺釘出于冗余和安全目的提供。在一個方面中，在滑輪3094與塞3074之間部分的纜線3088基本沿近側連桿外殼的中心縱向軸線3084c延伸。在進一步方面中，彈簧3080沿近側連桿外殼的中心縱向軸線3084c壓縮。不過，彈簧壓縮會產生彈簧沿外殼縱向軸線的“弧狀彎曲”或非線性壓縮，其可能導致彈簧與近側連桿外殼內表面的刮擦和接觸。為了減少或基本消除弧狀彎曲，可以根據本公開的各個方面調整彈簧3080在第一端部3080a和第二端部3080b的取向。而且，在一個實施例中，外殼包括平行于外殼3084c縱向軸線布置的線性導引軌3096。可移動或可滑動地接合線性導引軌3096的線性導引裝置3086被固定連接于壓縮彈簧3080的線圈?？梢苿踊蚩苫瑒拥亟雍暇€性導引軌3096的線性導引裝置3072也可操作連接于塞3074。線性導引軌3096和線性導引裝置3086及3072進一步減少或基本消除壓縮彈簧3080的弧狀彎曲。應當注意到在某些實施例中，可以在沒有線性導引裝置和線性導引軌的情況下操作平衡系統(tǒng)?，F(xiàn)參考壓縮彈簧第一端部或近端的可調整對齊，在一個方面中，對準環(huán)3090通過多個調整螺釘3091可移動連接于基座3092，使得調整螺釘3091的移動調整對準環(huán)3090的取向，以及由此的固定連接于對準環(huán)3090的彈簧3080a第一端部的取向。在一個示例中，基座3092通過設置成以正方形或矩形配置彼此遠離的四個調整螺釘3091連接于對準環(huán)3090。螺釘的其他幾何配置是可能的。調整螺釘3091中的每個在基本垂直于對準環(huán)3090平坦頂部表面的方向上是可移動的(例如，經由旋擰動作穿過具有內螺紋的基座孔)，使得對準環(huán)的取向在與調整螺釘接觸的每個接觸點是可調整的。因此，對準環(huán)3090和彈簧3080的固定連接第一端部3080a的取向在沿對準環(huán)3090的各個點是可調整的。更多或更少調整螺釘3091在本公開的范圍內?，F(xiàn)參考圖32A-37C，其示出沒有連桿外殼壁的平衡近側連桿遠端的詳細視圖。特別地，這些圖示出根據本公開各個方面的調整銷3106，搖臂3108，以及調整銷和搖臂調整端塞3074和彈簧3080的固定連接第二端部3080b取向的運動范圍。圖32A示出平衡系統(tǒng)底部透視圖，以及圖32B示出沿圖31、32A和37A的線IV-IV的橫截面的透視圖。如上所述，多個有頭螺釘3075a和3075b布置在纜線張力均衡器3082與塞3074之間并將其連接。有頭螺釘3075a承受該實施例中的所有張力，而其他兩個有頭螺釘3075b出于備份和安全性目的提供。正如上所述，通過擰在塞3074外螺紋3074a上，彈簧3080遠端連接于塞3074。塞3074可選地包括形成為減輕塞重量的多個凹槽3200。應當注意到，線性導引裝置3072可以通過線性導引法蘭3072a可滑動連接于線性導引軌3096。 正如圖32A-32B所示，塞子3074通過調整銷3106，穿過調整銷3106內部通道延伸的凹頭螺釘3104以及擰在凹頭螺釘3104自由端3104a的螺母3102連接于線性導引裝置3072，以將調整銷3106和線性導引裝置3072相對彼此鎖定到位。在一個實施例中，凹頭螺釘3104是內六角螺釘。與自由端3104a相反的凹頭螺釘3104的頭部3104b被放置在調整銷3106的接合溝槽3105內，以便當螺母3102完全接合凹頭螺釘自由端3104a時，將凹頭螺釘頭部鎖定在調整銷內，從而將調整銷3106和線性導引裝置3072相對彼此鎖定。現(xiàn)參考圖33-36C，其更詳細描述對調整銷3106相對線性導引裝置3072移動的調整。圖33示出連接于線性導引裝置3072的調整銷3106、圓圈3114以及圓圈中心3114a，曲軸當調整銷相對線性導引裝置3072未完全鎖定到位時調整銷3106繞圓圈中心3114a樞轉。圖34示出當調整銷3106的中心縱向軸線3107垂直于線性導引裝置3072或導引軌3096的中心縱向軸線3097時的線性導引標記3072b和調整銷標記3106c。線性導引標記3072b和調整銷標記3106c可以由平衡系統(tǒng)的調節(jié)器(以及特別是塞取向)使用，以便確定調整銷和線性導引裝置的相對位置。圖35示出包括銷軸件3106a和銷頭部3106b的調整銷3106的透視圖。正如在圖33-35中可以看出，銷頭部3106b具有可操作匹配線性導引裝置3072彎曲面的彎曲頂表面。圖36A-36C分別示出調整銷3106和線性導引裝置3072以及它們相應中心縱向軸線3107和3097的側視圖。圖36A示出調整銷3106的中心縱向軸線3107相對于線性導引裝置3072的中心縱向軸線3097的垂直位置，圖36B示出調整銷3106的中心縱向軸線3107與線性導引裝置3072的中心縱向軸線3097形成鈍角的位置，以及圖36C示出調整銷3106的中心縱向軸線3107與線性導引裝置3072的中心縱向軸線3097形成銳角的位置。因此，圖36A-36C示出調整銷3106相對于線性導引裝置3072的樞轉運動，從而可以對塞3074以及彈簧3080的固定連接第二端部3080b的取向進行調整。圖37A示出顯示搖臂3108和設置螺釘3110的平衡系統(tǒng)的另一個底部透視圖，圖37B示出移除塞3074的圖37A，以及圖37C示出移除搖臂3108的圖37B。搖臂3108在銷軸件3106a的自由端處連接于調整銷3106，并且設置螺釘3110將搖臂3108連接到塞3074。交叉圓盤銷3112將搖臂3108夾持到調整銷3106。搖臂3108和連接的塞3074可以繞調整銷3106的中心縱向軸線3107樞轉，并且可以通過設置螺釘3110在基本垂直于縱向軸線3107的方向上的運動來調整，例如通過穿過具有內螺紋的搖臂孔的旋擰動作。因此，塞3074和彈簧3080的固定連接第二端部3080b的取向可以在與設置螺釘3110接觸的每個接觸點上調整。更多或更少調整螺釘3110在本公開的范圍內。因此，塞和由此的彈簧3080第二或遠端的取向可以通過轉動調整銷3106和轉動搖臂3108在各個點調整。在一個方面中，調整銷3106和搖臂3108繞彼此垂直的軸線轉動。而且，本公開的平衡連桿允許塞與壓縮彈簧第二端部之間的調整，以便改變在壓縮彈簧中是可壓縮的主動線圈數量。在一個方面中，壓縮彈簧的第二端部可以更深或更少地被旋擰到塞的外螺紋上，以便改變可壓縮的主動線圈數量。有利地，在電機使遠側連桿3028繞增加的和有利機器人臂配置和器械操縱器的樞轉軸線3070轉動時，平衡近側連桿3026允許遠側連桿的更輕松運動，以及電機使遠側連桿轉動所需要的力矩更少，同時又提供任何電機失效時的增加安全性。在某些實施例中，雖 然近側連桿的平衡機構總體失效，但電機使遠側連桿轉動會被制動，以便將遠側連桿保持在位。上述實施例僅用于說明目的，而不是為了限制本公開。應當理解根據本公開的原貝U，很多修改和變化是可能的。例如，在許多方面，本文所述設備用作單端口設備；即，完成手術程序的所有必要部件經由單個進入端口進入體內。不過在某些方面，可以使用多個設備和端口。
權利要求
1.一種器械操縱器，其包括 多個獨立致動器驅動模塊，所述多個致動器驅動模塊中的每個包括致動器輸出端，其中每個所述致動器輸出端被配置成在沒有來自另一致動器輸出端的力輸入的情況下，獨立致動手術器械的相應致動器輸入端；和 容納所述多個獨立致動器驅動模塊的框架，所述框架包括遠端，其中所述致動器輸出端中的每個從所述框架的所述遠端向遠側伸出，以便接合所述手術器械的所述相應致動器輸入端。
2.根據權利要求I所述的器械操縱器，其中所述多個獨立致動器驅動模塊包括具有用于致動手術器械滾動運動的滾動輸出端的滾動致動器驅動模塊、具有用于致動手術器械抓握運動的抓握輸出端的抓握致動器驅動模塊、具有用于致動手術器械手腕運動的手腕輸出端的手腕致動器驅動模塊以及具有用于致動手術器械手腕平移運動的搖擺輸出端的搖擺致動器驅動模塊。
3.根據權利要求I所述的器械操縱器，其中所述致動器輸出端是兩軸線萬向節(jié)、圓盤或拉桿中的一個。
4.根據權利要求I所述的器械操縱器，其中所述致動器輸出端中的每個是彈簧加載的。
5.根據權利要求I所述的器械操縱器，其中所述致動器輸出端中的每個沿著與所述框架遠側面的單個平面基本垂直的方向被彈簧加載。
6.根據權利要求I所述的器械操縱器，其中所述致動器輸出端中的每個沿著基本平行于器械軸件的遠側縱向軸線的方向被彈簧加載。
7.根據權利要求I所述的器械操縱器，其進一步包括可伸縮插入機構，其具有可操作連接于所述機器人手術系統(tǒng)的遠側連桿的基座連桿和可操作連接于所述器械操縱器的所述框架的滑座連桿。
8.根據權利要求7所述的器械操縱器，其中所述操縱器框架沿所述可伸縮插入機構在所述基座連桿的近端與所述滑座連桿的遠端之間的平移。
9.根據權利要求I所述的器械操縱器，其進一步包括插銷機構以及安裝到所述框架的器械支撐構件，所述插銷機構用于將所述框架的遠側面朝向或遠離所述器械支撐構件的遠端致動，以便將所述操縱器的所述致動器輸出端與所述器械的所述致動器輸入端可操作接合或脫離同時所述器械保持在固定位置。
10.根據權利要求I所述的器械操縱器，其進一步包括用于連接到無菌適配器的多個支柱。
11.一種機器人手術系統(tǒng)，其包括 用于定位所述機器人手術系統(tǒng)的遠距離運動中心的設置連桿； 可操作連接于所述設置連桿的近側連桿； 可操作連接于所述近側連桿的遠側連桿； 多個器械操縱器，其可操作連接于在所述遠側連桿的遠端處的可旋轉元件，其中所述多個器械操縱器中的每個包括 多個獨立致動器驅動模塊，所述多個致動器驅動模塊中的每個包括致動器輸出端，其中所述致動器輸出端中的每個被配置成在沒有來自另一致動器輸出端的力輸入的情況下，獨立致動手術器械的相應致動器輸入端；以及 容納所述多個獨立致動器驅動模塊的框架，所述框架包括遠端，所述致動器輸出端中的每個從所述框架的所述遠端向遠側伸出，以便接合所述手術器械的相應致動器輸入端；以及 多個手術器械，每個器械可操作連接于相應的器械操縱器。
12.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述多個獨立致動器驅動模塊包括具有用于致動手術器械滾動運動的滾動輸出端的滾動致動器驅動模塊、具有用于致動手術器械抓握運動的抓握輸出端的抓握致動器驅動模塊、具有用于致動手術器械手腕運動的手腕輸出端的手腕致動器驅動模塊以及具有用于致動手術器械手腕平移運動的搖擺輸出端的搖擺致動器驅動模塊。
13.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述致動器輸出端是兩軸線萬向節(jié)、圓盤或拉桿中的一個。
14.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述致動器輸出端中的每個沿著與框架遠側面的單個平面基本垂直的方向被彈簧加載。
15.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述致動器輸出端中的每個沿著基本平行于器械軸件的遠側縱向軸線的方向被彈簧加載。
16.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其進一步包括可伸縮插入機構，所述可伸縮插入機構具有可操作連接于機器人手術系統(tǒng)的遠側連桿的基座連桿和可操作連接于所述器械操縱器的所述框架的滑座連桿。
17.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中每個手術器械具有可操作安裝到器械操縱器遠側面的近側面。
18.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述手術器械選自帶有諸如夾鉗、剪刀、抓鉗、持針器、顯微切割儀、釘合器、釘機、施夾鉗的末端執(zhí)行器的鉸接工具，以及諸如切割刀片、灼燒探針、沖洗器、導液管或抽吸孔的非鉸接工具。
19.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其進一步包括多個可伸縮插入機構，所述多個可伸縮插入機構布置在遠側連桿的遠端處的可旋轉元件上，每個可伸縮插入機構連接于相應器械操縱器框架，其中每個器械操縱器框架可以沿相應可伸縮插入機構獨立于其他器械操縱器框架平移。
20.根據權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述每個器械操縱器進一步包括插銷機構和安裝到所述框架的器械支撐構件，所述插銷機構用于將所述框架的遠側面朝向或遠離所述器械支撐構件的遠端致動，以便將所述操縱器的所述致動器輸出端與所述器械的所述致動器輸入端可操作接合或脫離同時所述器械保持在固定位置。
全文摘要
提供器械操縱器和包括器械操縱器(342)的機器人手術系統(tǒng)。在一個實施例中，器械操縱器包括多個獨立致動器驅動模塊，所述多個致動器驅動模塊中的每個包括致動器輸出端(442b、442c、442d、442e)，其中每個所述致動器輸出端被配置成在沒有來自另一個致動器輸出端的力輸入的情況下，獨立致動手術器械的相應致動器輸入端。器械操縱器進一步包括容納多個獨立致動器驅動模塊的框架(542i)，所述框架包括遠端，其中每個所述致動器輸出端從所述框架的所述遠端向遠側伸出，以便接合所述手術器械的所述相應致動器輸入端。
文檔編號A61B19/00GK102892375SQ201180024036
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權日2010年5月14日
發(fā)明者T·所羅門, T·G·庫珀, N·迪奧拉伊蒂, E·F·杜瓦爾, D·戈麥斯, R·E·霍洛普, A·K·麥克格羅甘, C·R·拉姆斯塔德, T·W·羅杰斯 申請人:直觀外科手術操作公司