CN102834066A - 弯曲套管 - Google Patents

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Abstract

使弯曲套管的弯曲部分的横截面成形为椭圆。定向该椭圆，以使椭圆形的主轴与弯曲部分的弯曲半径大体上对准。在一方面，椭圆化套管管子，以使内壁的曲率半径接近在器械插入期间接触弯曲部分的器械构件的外半径。在该第一方面中，在器械构件和套管之间产生更宽的接触部位面积，这在插入期间降低摩擦力和粘滑。在另一方面，椭圆化套管管子，以使内壁的曲率半径小于在器械插入期间接触弯曲部分的器械构件的外半径。在该第二方面中，在器械构件和套管之间形成两个接触部位，这也在器械插入期间降低摩擦力和粘滑。还公开了套管定向标记，其沿着弯曲套管的长度改变圆周方向以帮助正插入套管的人在插入期间适当地扭转套管。

Description

弯曲套管
相关申请的交叉引用
本申请要求临时美国专利申请号61/321,020(2010年4月5日提交；公开“Curved Cannula(弯曲套管)”)的权益，其通过引用并入本文。
背景
1.发明领域
本发明的方面涉及微创手术，更具体地涉及微创机械人手术系统，并且还更具体地涉及用于微创机械人手术系统的套管。
2.背景技术
微创手术的益处是众所周知的，并且与传统的开放式切口手术相比，微创手术包括更少的患者损伤、更少的失血和更快的恢复时间。另外，机械人手术系统(例如，提供远程呈现的远程机械人系统)如由加利福尼亚州的Intuitive Surgical,Inc.of Sunnyvale销售的da
Figure BDA00002227110300011
手术系统的使用是已知的。与手动微创手术相比，这种机械人手术系统可以允许外科医生以直观控制和提高的精确度进行操作。
为了进一步减少患者损伤并且保留机械人手术系统的益处，外科医生已经开始执行通过经皮肤的单个切口来研究或处理患者状况的手术程序。在一些情况中，这种“单端口入路(port access)”手术已经用手动器械或用现有机械人手术系统执行。因此，期望的是改进的设备和方法，与现有设备和方法的使用相比，其能够使外科医生更有效地进行单端口入路手术。还期望的是能够容易地改造一般用于多切口(多端口)手术的现有机械人手术系统以执行这种单端口入路手术。
发明内容
弯曲套管包括弯曲部分。制造弯曲部分以具有椭圆形的横截面。椭圆形的主(长)轴与套管的曲率半径大体上对准。因此，外科器械构件在比具有圆形横截面的套管存在的更大的接触部位(接触印痕，contactpatch)面积上接触套管管子的内壁。因而，当在手术期间通过套管管子将器械插入时，减小摩擦力和静态阻力。
在一方面，椭圆化弯曲套管管子的外部径向部分以具有接近器械构件的外圆周的曲率半径，以使构件在单个接触部位处接触弯曲套管管子的内壁。在另一方面，椭圆化弯曲套管管子的外部径向部分以具有比器械构件的外圆周更小的曲率半径，以使构件在两个接触部位处但是不在两个接触部位之间接触弯曲套管管子的内壁。
在另一方面，在外壁上标记弯曲部分以帮助人们插入套管。在外壁上的标记沿着套管的长度改变圆周方位，使得通过保持标记在朝向手术位置的切口处，人们在插入期间正确地转动套管。
附图简述
图1是图解根据一个本发明方面的弯曲套管的视图。
图2是图1中描绘的弯曲套管实施方式的另一视图。
图3A和3B是说明设计考虑因素的弯曲套管远端部分的图解的纵向横截面。
图3C是取自图3B上切割线A-A处的套管管子的弯曲部分的横截面的图解视图。
图4是图解作为理想化模型的本发明方面的图解横截面视图。
图5是图解的横截面视图，其图解在曲率方向上椭圆化的弯曲套管管子中的增加的接触部位宽度的一个方面。
图6是图解的横截面视图，其图解增加器械和在管子的曲率方向上椭圆化的弯曲套管管子之间的接触部位面积的另一个方面。
图7是套管的弯曲部分和器械杆的弯曲部分的图解的分解透视图。
图8是例证性套管和器械组件的图解视图。
图9是图解根据另一本发明方面的弯曲套管的视图。
详述
说明本发明方面和实施方式的说明书和附图不应当被理解为限制性的——权利要求限定保护的发明。可进行各种机械的、组成的、结构的、电气的和操作的改变，而不脱离本说明书和权利要求的精神和范围。在一些情况中，为了不使本发明模糊，众所周知的电路、结构和技术未详细显示或描述。在两个或多个图中相同的数字表示相同或相似的元件。图解的图意欲是例证性的并且不是按比例的。
此外，本说明书的术语不意欲限制本发明。例如，空间相关术语——如“在……之下”、“在……以下”、“下方的”、“在……以上”、“上方的”、“近端”、“远端”等——可用于描述如图中图解的一个元件或零件与另一个元件或零件的关系。这些空间相关术语意欲包括除图中显示的位置和方位之外，装置在使用或操作中的不同位置(即，定位)和方位(即，旋转位置)。例如，如果图中的装置被翻转，描述为在其它元件或零件“以下”或“之下”的元件应当在其它元件或零件“以上”或“之上”。因此，示例性术语“在……以下”可包括以上和以下的位置和方位两者。另外，装置可被定向(旋转90度或以其它方位)，并且因此在此使用的空间相关描述语进行解释。同样，沿着并且环绕各个轴移动的说明包括各种特定的设备位置和方位。另外，单数形式“一种”、“一个”和“该/所述”也意欲包括复数形式，除非在上下文中另外地指出。并且，术语“包括”、“包含”、“含有”等限定了陈述的特征、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但是不排除一种或多种其它特征、步骤、操作、元件、构件和/或组的存在或加入。描述为耦连的构件可以是直接电耦合或机械耦连，或它们可经由一个或多个中间部件间接耦连。
在实践时参考一个实施方式详细描述的要素及其相关方面可被包括在它们在其中未被明确显示或描述的其它实施方式中。例如，如果一个要素参考一个实施方式被详细描述，并且没有参考第二个实施方式描述该要素，但是该要素可以被要求包括在第二个实施方式中。
与机械结构或构件相关的术语“柔性的”应被广泛解释。本质上，该术语指结构或构件可以反复地弯曲并且恢复到初始形状而没有损害。尽管由于材料性质，许多“刚性的”物体具有少量固有弹性“曲度(bendiness)”，但当本文使用该术语时，这种物体不能被认为是“柔性的”。柔性的机械结构可具有无限的自由度(DOF’s)。这种结构的实例包括封闭的、可弯曲的管子(由例如NITINOL、聚合物、软橡胶等制成)、螺旋卷簧等，它们可以被弯曲成各种简单的和复杂的曲线，通常无显著的截面变形。通过使用类似于蛇形布置中的“椎骨”的一系列紧密间隔的构件，其它柔性机械结构可以近似这样的无限DOF工件。在这样的椎骨布置中，每个构件是运动链中的短连杆，并且各连杆之间可移动的机械限制(例如销栓铰链、外圈和球、活性铰链等)可允许一个(例如，俯仰(pitch))或两个(例如，俯仰和偏转)DOF。短的柔性结构可用作并且被模制成在运动链的两个连杆之间提供一个或多个DOF的单个的机械限制(关节)，即使该柔性结构本身可以是由若干耦连的连杆形成的运动链。本领域技术人员将会理解构件的柔性可按照其硬度表示。
在本说明书中，柔性的机械结构或构件可以是主动柔性的(actively flexible)或被动柔性的(passively flexible)。通过使用与主动柔性工件自身内在相关的力，可使主动柔性工件弯曲。例如，一个或多个腱(tendon)可以沿着工件纵向行进并且与该工件的纵轴偏移，这样在该一个或多个腱上的张力引起该工件弯曲。主动弯曲主动柔性工件的其它方式包括但不限于使用气动或液压力、齿轮、电活性的聚合物等。通过使用被动柔性工件外部的力，使被动柔性工件弯曲。具有内在硬度的被动柔性工件的实例是塑料杆或弹性橡胶管。当未被其内在相关的力致动时，主动柔性工件可以是被动柔性的。单个构件可以由连续的一个或多个主动和被动柔性部分制成。
本发明的多个方面主要以使用da
Figure BDA00002227110300041
手术系统(具体地说，Model IS3000，以da
Figure BDA00002227110300042
SiTM HDTM手术系统进行销售)实现的方式进行描述，该手术系统由加利福尼亚州的Intuitive Surgical,Inc.ofSunnyvale销售。但是，本领域技术人员将理解的是本文公开的本发明方面可以以各种方式体现和实现，包括机械人的和非机械人的实施方案和实现方式。在da
Figure BDA00002227110300043
手术系统(例如，Model IS3000；ModelIS2000，作为da Vinci
Figure BDA00002227110300044
HDTM手术系统销售)上实现仅仅是示例性的，并且不应该被认为限制本文公开的本发明方面的范围。
图1是图解根据一个本发明方面的弯曲套管的视图。该弯曲套管被配置来与加利福尼亚州的Intuitive Surgical,Inc.of Sunnyvale销售的da
Figure BDA00002227110300051
手术系统一起使用。关于一个或多个具有远程手术系统的弯曲套管的使用和关于用于这种系统中的弯曲套管的各种构造方面的更具体的信息在美国专利申请号12/618,583(2009年11月13日提交；公开“Curved Cannula Surgical System(弯曲套管手术系统)”)中，该专利通过引用并入。简言之，图1中显示的弯曲套管具有近端1、远端2和在近端1和远端2之间延伸的套管管子3。如图1中显示的，套管管子包括近端直的部分3a、中间弯曲部分3b和远端直的部分3c。一方面，中间弯曲部分3b以恒定半径呈弯曲状(弯曲)(在其它方面中，可使用其它曲率)，并且该曲线以中心点4(弯曲半径的原点)为中心。在一个实现中，曲率半径为大约五英寸。纵轴从管子3的近端延伸，通过管子3的中心，到达管子3的远端。因此，该弯曲的平面由纵轴和中心点4限制。还可以看出，朝向曲线的外部、离中心点4更远的弯曲部分上的位置可被认为远离中心点4。同样，朝向曲线的内部、离中心点4更近的弯曲部分上的位置可被认为与中心点4接近。可见，该描述可被概括为包括更复杂的“S”平面管曲率或体积管曲率。对于这种概括，在弯曲部分3b(弯曲管子的局部弯曲半径)上的每个位置存在曲率半径。在一方面，弯曲部分是基本上刚性的，虽然当如以下讨论的具有相对高的弯曲硬度的柔性外科器械通过套管被插入时，它可稍微变直。
图1还显示了在所描绘的弯曲套管实施方式的近端处的安装零件5。将安装零件5内部的大部分去除(例如，机械加工去掉)，以便帮助引导柔性外科器械至套管中并且到达近端套管密封件(未显示)的净空间。所描绘的安装零件5被配置来通过与机械人控制器组件相关联的机器人手术系统套管夹持器夹持(hold)。安装零件5上的突出物(tab)6起到对准键(alignment key)的作用。套管夹持器的抓握夹爪(grasping jaw)包围安装零件5，但是不是完全地包围，使得突起物6在夹爪的末端之间突出，以便关于机械人控制器适当地定向弯曲套管。套管识别指示器7帮助手术室人员将特定的弯曲套管与其相关联的控制器匹配。如图1中显示的，例如，“2”与臂数字“2”上的控制器匹配。弯曲的平面和对准键之间的定向对于与另一控制器臂(例如，臂数字“1”)相关联的弯曲套管可以是不同的，因此将正确的弯曲套管安装在其相关联的控制器臂上是重要的。
图1还显示了在套管管子3上的标志。在远程运动中心(remotecenter of motion)处放置突起标记8(显示为宽的环)。该标记8帮助手术室人员将套管插入至通过患者体壁的适合深度，以使远程运动中心在体壁处被正确定位。一个或多个深度标记9可置于套管管子3上以进一步帮助手术室人员将套管插入至适合的深度(例如，对于由于皮下脂肪具有相对厚体壁的患者)。
图2是图1中描绘的弯曲套管实施方式的另一视图。在图2中，以弯曲的平面垂直于页面，显示套管。在图2中，可更容易地看出具有柔性杆的伺服控制外科器械可被插入套管的近端1中。器械的杆将延伸通过套管管子3并将离开远端2，从而定位以在患者内的手术位置处操作。
图3A和3B是说明设计考虑因素的弯曲套管远端部分的图解的纵向横截面。如图3A中图解的，柔性器械杆10部分地延伸通过弯曲套管的弯曲管子部分11。可见，如果器械杆和弯曲管子的内部都具有圆形横截面，那么管子的内径可被制成接近杆外径的大小。并且，套管的直的远端延伸12(类似于图1的3c)——其用于以关于管子的纵向中心线轴的预定方位引导杆——也可具有被制成接近杆的外径大小的内径。但是在实践中，远端手术末端执行器是刚性的，不是柔性的，并且它们的长度通常比杆的直径更长(例如，3倍-4倍或更多)。
因此，如图3B中图解的，可见，对于具体的柔性器械杆13和长的刚性手术末端执行器14的结合，必须使管子15的弯曲部分的内径(并且因此，使外径)稍微更大，以使末端执行器14可滑动通过弯曲部分(在实践中，一些末端执行器远端直径比它们的近端直径更小，但是原理仍相同)。另外，直的远端延伸16需要颈缩(necked-down)的内径，从而以关于管子的纵向中心线轴的预定方向引导杆和末端执行器。
图3B进一步图解了末端执行器的远端部分14a如何在最外侧的半径的位置15b处接触弯曲管子15的内壁17。因为该接触是与管的内壁成一定的角度，所以当器械最初通过套管被插入时在末端执行器和管子的内壁之间存在相当大的接触应力。当插入器械时，该接触应力在末端执行器和套管之间产生高摩擦力，并且也产生粘滑(stick-slip)“静态阻力”。因此，当套管被置于患者的体壁内时，通过套管插入器械并且控制插入速度对于手术室人员是困难的。例如，如果手术室人员施加高插入力以克服末端执行器和套管之间的静态阻力，则器械可能突然释放并且损害患者——如果该手术室人员没有准备立即释放插入力的话。
另外，末端执行器和套管之间的这种接触以及各自不完美的表面粗糙度，可引起导致磨损和粒化(particulation)的刮擦。例如，硬金属末端执行器和硬金属套管之间的刮擦可产生金属颗粒。可选地，如果一种材料是硬的并且一种材料是软的，刮擦可发生，例如，使得硬的套管可从软的末端执行器U形夹(clevis)上刮擦材料。
应用于在最初插入期间末端执行器和套管管子的内壁之间的接触的考虑因素还可应用于器械杆和套管内壁之间的接触。在远程操作期间，当外科医生在手术位置处移动末端执行器时，器械杆一般以许多小的增量在套管内移动。为了在手术过程期间器械平滑地移动，最小化器械插入期间的摩擦力和静态阻力以及与外科医生的手移动相关联的撤回移动是重要的。可见，当器械的柔性杆通过套管管子被插入或撤回时，杆将倾向摩擦管子内壁的最外面或最里面的半径。如果柔性杆的弯曲硬度相对较低，则杆倾向在插入期间接触管子内壁的外部径向部分以及在撤回期间接触管子内壁的内部径向部分。如果柔性杆的弯曲硬度相对更高，使得在杆已经弯曲后它倾向返回至大体上直的准线，那么杆倾向在插入和撤回期间都接触管子内壁的外部径向部分。这种相对更高硬度的柔性杆的实施方式在以上引用的美国专利申请号12/618,583中显示。相对更高的杆硬度是期望的，以使向外伸展(cantilever)经过套管远端的杆部分基本上是直的，以便进行运动预侧和控制，并且使得当外科医生正在处理问题时，向外伸展的部分耐弯曲。
一般来说，对于延伸进入并通过套管的弯曲部分的长度，器械杆的横截面——以及在一些情况中接触弯曲套管管子的内壁的末端执行器的远端部分——围绕它的中心是对称的(例如，基本上圆形)，使得在套管内器械可在各种插入深度处滚动。
再一次，应当理解图是例证性的。在实践中，提供产生高摩擦力/静态阻力和可能的刮擦的显著接触应力的末端执行器的最远端部分可以是，例如，支撑末端执行器的工作夹爪的U形夹部分。本领域技术人员将理解一些末端执行器如Maryland抓紧器、弯形剪、电烙钩等在它们的最远端末端处不是对称的。可定向这种器械以在器械插入期间匹配套管曲率，并且如果杆自由滚动，则它们往往在器械撤回期间自动旋转至最小能量位置。
图3C是取自图3B上切割线A-A处的套管管子的弯曲部分的横截面的图解视图。如图3C中显示的，弯曲套管管子15具有内壁17和外壁18。管子在由箭头19显示的方向上弯曲，使得在沿着套管的纵轴的任何位置上管子的弯曲部分可被描述为具有更接近于(靠近于)管子的曲率中心的内部径向部分20a和更远于(远离于)管子的曲率中心的外部径向部分20b。末端执行器14显示在管子内部，并且末端执行器具有外圆周21。因为管子的内壁17和器械的外圆周21至少在二者接触的位置上都是弯曲的(例如，圆形的)，所以它们在位置15b(图3B)的单个小接触部位22处彼此接触。可见，对于部分器械(例如，杆)和弯曲套管管子内壁之间的细长接触，该接触部位是当器械插入通过套管时在器械部分和套管的外部径向部分20b中的至少部分管子的内壁之间的单个支承(承载，bearing)细线接触部位的例证。当具有相对低的弯曲硬度的器械从套管中撤回时，类似的情况可存在于套管的内部径向部分20a中，如上讨论的。如图3C中显示的，弯曲套管管子的横截面是圆形的(在本文该上下文中使用的术语“圆形”指真实的圆形或可接受的接近圆形)。
众所周知地，当圆形横截面管子变弯时，它的横截面往往在曲率半径的方向上变平。该变平在此被称为“椭圆化(ovalization)”，因为所得到的由相对高强度的材料(例如，304不锈钢)制造的圆形横截面管子的横截面形状在弯曲后往往变成椭圆形。该椭圆形的主(长)轴在沿着弯曲的每个位置上大体上垂直于管子的曲率半径。但是，如果套管管子的弯曲部分通过该弯曲椭圆化，那么参照图3B可看出，需要甚至更大直径的最初圆形横截面管子，使得在弯曲后存在充分的间隙用于末端执行器通过弯曲管子。
期望使套管管子的内径与器械杆的外径相当紧密地吻合，以使参照套管知道器械的位置，以正确地将器械末端定位在手术位置处。同样，期望将套管管子外径保持较小以最小化患者损伤。因而，使用已知的方法制造套管管子以帮助保持弯曲部分中的管子的圆形横截面(例如，通过用插入管子内部的加强元件——其然后当管子变弯曲时被撤回——变弯曲)。因为这种方法的使用还导致稍微椭圆化的管子横截面，所以然后进一步加工该管子以使得横截面变圆。在一个情况下，例如，弯曲部分被放入铣床虎钳(mill vise)中并被挤压。因为管子材料是硬的，该挤压产生期望的圆形横截面。这种圆形横截面在器械和套管管子之间产生相对小的接触部位，这意味着在该接触部位中的接触应力是高的。
因此，期望降低在器械插入期间末端执行器和弯曲套管管子之间的接触应力，并且也降低在手术使用期间器械杆和弯曲套管管子之间的接触应力。根据本发明的各方面，增加了器械和弯曲管子之间的接触部位的有效面积。
根据本发明的方面，弯曲套管的弯曲部分的横截面被椭圆化，超出使横截面恢复至圆形的限度，使得椭圆形的主(长)轴与曲率半径大体上对准。如本文使用的，椭圆形通常指其中主轴长度大于短轴长度的任何非圆形形状，并且它可非限制性地包括椭圆(ellipse)、仅具有一个对称轴的形状(例如，“蛋形”的形式)和包括连接弯曲末端的直边的形状(例如，“跑道形”的形式)。
图4是图解作为理想化模型的本发明方面的图解横截面视图。图4显示了具有圆形横截面的末端执行器30。末端执行器30被定位于弯曲套管管子部分31内部。弯曲套管管子部分31在箭头32显示的方向上弯曲，使得末端执行器30被定位于管子31的外部径向部分中。在该模型中，末端执行器具有半径R，因此管子31的外部径向部分的内壁33的半径也是R。因为管子31被椭圆化，所以它的主轴31a处于曲率的方向上，管子31的短轴31b的长度是2R+(2R+表示短轴比2R稍长(例如，一个百分比)，以使末端执行器不接触管子的直边)。主轴比2R更长(比2R+更长)，使得刚性末端执行器可通过管子31，如以上参照图3B讨论的。可见，由于材料变形和表面粗糙度，杆外壁34和管子内壁33之间的接触部位延伸显著的圆周部分，如点34a的排列表示的。因此，器械和套管之间的接触应力分布在大面积上，这帮助最小化两个构件之间的摩擦力/静态阻力作用和刮擦。本领域技术人员将理解对于实际的实现方式，随着接触压力(法向力/接触面积)增加，在一些点上表面之一开始变形，并且摩擦系数增加。将接触压力降低至该阈值以下减少部件之间的表观摩擦力/静态阻力和磨损率。
由图4还可看出，如果器械杆充分硬，使得它大体上保持在管子的外部径向部分中，那么管子的内部径向部分的形状不必是最大化接触部位的形状。应当理解，在连接近端和远端直管部分的弯曲管子的末端处，器械杆硬度往往桥接套管的内壁以最小化弯曲角。例如，管子的横截面可以是不对称的(例如，蛋形的)。但是再次参照图3B，可见，内部径向部分应当被成形以允许末端执行器通过，同时最小化套管管子尺寸。
但是，与参照图4呈现的理想化模型相反，在实践中，套管管子仅需要在管子的曲率方向上稍微椭圆化以达到高度有益的结果。末端执行器和套管管子之间的接触应力使管子的横截面在负荷下变形。因为末端执行器和管子都不是无限硬的，所以当管子的外部径向部分的曲率接近末端执行器的外半径时，接触部位宽度增加。因此，当比较圆形横截面套管与根据发明方面的具有椭圆化横截面的套管时，在两个套管都提供允许刚性末端执行器通过的同样能力的情况下，在椭圆化套管中增加的接触部位宽度使得与圆形横截面套管相比产生在更大面积上接触应力的期望分布。
图5是图解的横截面视图，其图解在由箭头40显示的管子曲率方向上椭圆化的弯曲套管管子内增加的接触部位宽度的一个方面。在末端执行器(或器械杆)43的外壁42和套管管子45的内壁44之间的接触部位41处，内壁44的局部弯曲半径接近末端执行器的局部圆周半径。由于材料变形和表面粗糙度，该局部的情况增加接触部位41的面积。因此，末端执行器和套管管子之间的摩擦力/静态阻力作用比与具有圆形横截面的弯曲套管遇到的那些显著地减少，使得柔性杆器械明显容易地插入通过套管。并且，来自刮擦的粒化风险也被显著降低或消除。可见，对于器械杆，该情况增加了弯曲套管管子内的器械杆和套管之间的线性支承接触部位面积。
图6是图解的横截面视图，其图解增加末端执行器(或器械杆)和在由箭头50显示的套管管子曲率方向上椭圆化的弯曲套管管子之间的接触部位面积的另一方面。图6是套管管子实施方式——其中执行椭圆化以使管子的外部径向部分的局部曲率半径比圆形器械的局部圆周半径更小——的例证。如图6中显示的，椭圆化弯曲套管管子51，以使在管子51的内壁53的最外面的半径52处的曲率半径——其中，接触部位41如由图5图解的方面中的——小于末端执行器54的局部化半径。因此，末端执行器在两个点55a和55b处接触管子的内壁。与参照图5描述的单个接触部位方面一样，局部材料变形和表面粗糙度将决定两个接触部位中的每一个的尺寸。因此，在两个线性接触部位的每个处末端执行器和管子内壁之间的接触应力小于具有圆形横截面的套管的单个接触部位处的接触应力，因此减少了器械和套管管子之间的摩擦力/静态阻力作用和刮擦。可见，对于器械杆，在杆和管壁之间的类似的两位置接触对于管子的至少部分可存在(即，当圆形横截面管子或具有其内壁的最外半径的管子比器械杆的半径更大时，沿着两个支承线性接触部位而不是沿着单个支承线性接触部位)。
另外，在图6中图解的可见，小的空隙56在管子内壁的最外面半径和器械内壁之间存在。该空隙56可为器械的手术末端执行器的部件提供小的间隙。因此，当末端执行器滑动通过套管的椭圆化弯曲部分时，末端执行器的硬部件和管子内壁之间的接触和接触力可进一步被降低，或在一些情况中可被避免。
图7是进一步说明本发明方面的图解的分解透视图。显示了弯曲套管的弯曲部分的例证性部分60。该部分60具有如由所绘箭头指示的曲率半径R。图7还显示了外科器械的柔性细长杆的例证性部分61。该细长杆被插入弯曲套管内，并且机械人控制器(未显示)在手术期间通过套管推进并撤回杆。如本文公开的，弯曲套管的弯曲部分的横截面被椭圆化，器械杆的横截面是基本上圆形的，并且两个横截面被制成一定大小，使得器械的外壁62沿着朝向套管/器械曲率的外侧的两个线性接触部位64a、64b接触套管的弯曲部分的内壁63。可见，接触部位是纵向的——大体上与近端和远端之间的套管纵轴对准。由于构件(hardware)的性质，这种接触可基本上沿着套管的弯曲部分的整个长度发生，或者接触可沿着一个、两个或多个长度在小于套管的弯曲部分的整个长度处发生。虽然在杆和套管内壁之间可能发生其它偶然接触，但是当杆平动通过弯曲部分时，线性接触部位充当主支承表面。图7还显示了器械杆的外壁62在两个接触线之间的区域65内未接触套管的弯曲部分的内壁63。如以上提到的，类似于部位64a、64b的线性接触部位可朝向套管/器械曲率的内侧存在。同样可见，接触部位64a、64b图解了当刚性末端执行器通过时在管子内壁上的接触部位迹线，并且它们图解了单个大的接触部位迹线或线性接触部位的边缘，如上参照图4和5对于末端执行器和器械杆所讨论的。
图8是例证性套管和器械组件70的图解视图。该组件包括具有柔性细长杆72的外科器械71。力传动机构73被耦连至杆72的近端，并且手术末端执行器74被耦连至杆72的远端。力传动机构接收来自机械人控制器中的伺服电动机的力/力矩，并且重新引导接收到的力/力矩以移动器械的一个或多个部件。在手术过程期间，杆被插入通过弯曲套管75，并且在弯曲套管内滚动和/或插入/撤回，如由双头箭头指示的。弯曲套管如本文所述被椭圆化。在一些情况下，在手术期间移动一个或多个手术末端执行器的夹爪76，如由双头箭头指示的。这种外科器械的进一步细节在如上引用的美国专利申请号12/618,583中公开。
返回参照图6和7，末端执行器74在它的外表面上一般包括圆形表面。然而，由于末端执行器设计或制造规格，一些更陡的边或角可存在。如以上提到的，取决于当末端执行器通过套管时其滚动方向，在末端执行器上的这些小区域可接触并刮擦弯曲套管内壁表面。但是，如本文所述的，可降低这种末端执行器构件和弯曲套管管子之间的接触应力。因此，可减少或消除末端执行器刮擦套管内壁和可能从套管内壁产生不想要的金属颗粒的机会。
在一个实现方式中，根据本发明的方面，通过在铣床虎钳的夹爪表面之间挤压，椭圆化套管的弯曲部分。弯曲部分由冷加工304不锈钢制造，因此产生可接受的椭圆形。可使用其它材料如CarpenterCustom
Figure BDA00002227110300121
不锈钢(其可比304不锈钢制造得更硬)。熟悉管子制造方法的人将理解存在各种生产椭圆化弯曲管子的其它方法，如通过调整工具工件(tooling piece)拉伸管子而椭圆化管子。在一个实现方式中，弯曲部分(例如图1的3b)与直的部分(例如，3a)分开制造。
作为本文所述的椭圆化的结果，器械插入比用具有圆形横截面的弯曲管子显著地更平滑。描述的方面已经一般性涉及具有相对更高的弯曲硬度的器械的使用，如上讨论的，该器械往往保持器械杆朝向弯曲套管管子的外部径向部分。本领域技术人员将理解，可通过类似地成形弯曲套管管子的内部径向部分用于接触内部径向部分的器械，获得类似的优势。
对于本文所述的椭圆化实施方式的每一个，套管的直的远端部分可被颈缩并被恢复为圆形横截面，如以上参照图3A和3B所述的。在一些实现方式中，通过将工件插入套管管子的远端完成该颈缩。可使用可选的方法，如冲模管子的直径的远端直的部分，或将圆锥形工件焊接至弯曲管子的远端。
可理解，虽然已经就椭圆化形状方面描述了本发明的方面，但是可使用其它几何形状。例如，套管管子横截面可具有规则或不规则的多边形形状，其也在套管管子的弯曲部分的内壁和延伸通过套管管子的器械杆之间提供至少两条接触线。因此，器械杆和该组或每组接触线之间套管的弯曲部分的内壁之间存在空隙。插入定向标记
当套管首先被插入通过患者的体壁时，一般常常用扭绞运动完成该插入，通常用插入通过套管管子的珠孔塞(obturator)。另外，在将弯曲套管的远端部分插入后，在进一步的插入期间套管必须转动以将套管的远端置于手术位置附近。但是，当弯曲套管的部分已经被插入时，插入套管的人常常在其余部分插入期间保持套管朝向手术位置正确地对准方面具有问题。
图9是图解根据另一个本发明方面的弯曲套管的图。如图9中显示的，弯曲套管包括沿着套管管子的插入定向标记80。图9显示定向标记80是在两部分中，都为粗虚线。显示近端部分80a沿着弯曲套管部分3b的近端部分，并且显示远端部分80b沿着弯曲套管部分3b的远端部分。在图9中，两个部分都沿着弯曲套管部分的恒定半径，但是在沿着套管管子外壁的不同转动位置。在插入期间，插入弯曲套管的人保持插入标记朝向手术位置定向(例如，在患者的身体上做标记)，以便随着插入的进行，插入套管的人将正确地转动套管。可使用各种其它标记，并且它们可以是在套管管子上一系列两个或更多个离散的、恒定的半径线，或者它们可以为围绕管子的螺旋形式。

Claims (20)

1.套管，其包括：
包括刚性弯曲部分的套管管子；
其中所述弯曲部分在特定位置处以弯曲半径弯曲；
其中在所述特定位置处所述弯曲部分的内表面的径向横截面包括椭圆形；并且
其中在所述特定位置处所述椭圆形的主轴与所述弯曲半径大体上对准。
2.权利要求1所述的套管：
其中在所述主轴与所述椭圆形相交的位置处，所述椭圆形被成形为具有曲率半径大于或基本上等于在外科器械插入期间接触所述弯曲部分的外科器械构件的外圆周曲率半径。
3.权利要求2所述的套管：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的位置远离所述套管管子的所述弯曲半径的原点。
4.权利要求2所述的套管：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的位置与所述套管管子的所述弯曲半径的原点接近。
5.权利要求1所述的套管：
其中在所述主轴与所述椭圆形相交的位置处，所述椭圆形被成形为具有曲率半径小于或基本上等于在外科器械插入期间接触所述弯曲部分的外科器械构件的外圆周曲率半径。
6.权利要求5所述的套管：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的点远离所述套管管子的所述弯曲半径的原点。
7.权利要求5所述的套管：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的点与所述套管管子的所述弯曲半径的原点接近。
8.套管和器械组件，其包括：
包括刚性弯曲部分的套管管子；和
延伸入所述弯曲部分的外科器械；
其中在所述器械的构件接触所述弯曲部分的内壁的特定位置处，所述弯曲部分以弯曲半径弯曲，在所述特定位置处所述弯曲部分的内壁的径向横截面包括椭圆形，并且其中所述椭圆形的主轴与所述弯曲部分的所述弯曲半径大体上对准。
9.权利要求8所述的组件：
其中在所述主轴与所述椭圆形相交的位置，所述椭圆形被成形为具有曲率半径大于或基本上等于接触所述弯曲部分的构件的外圆周曲率半径。
10.权利要求9所述的组件：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的点远离所述套管管子的所述弯曲半径的原点。
11.权利要求9所述的组件：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的点与所述套管管子的所述弯曲半径的原点接近。
12.权利要求8所述的组件：
其中在所述主轴与所述椭圆形相交的位置，所述椭圆形被成形为具有曲率半径小于接触所述弯曲部分的构件的外圆周曲率半径。
13.权利要求12所述的组件：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的点远离所述套管管子的所述弯曲半径的原点。
14.权利要求12所述的组件：
其中所述主轴与所述椭圆形相交的点与所述套管管子的所述弯曲半径的原点接近。
15.权利要求8所述的组件：
其中所述器械构件在两个接触部位处接触所述套管管子的弯曲部分的内壁，但未接触所述两个接触部位之间的所述套管管子的弯曲部分的内表面。
16.权利要求8所述的组件：
其中所述器械包括在细长杆的近端处的力传动机构和在细长杆的远端处的手术末端执行器。
17.制造弯曲套管的方法，其包括以下行为：
将刚性套管管子的至少部分形成弯曲部分，其中所述弯曲部分在特定位置处以弯曲半径弯曲；和
将所述特定位置处的所述弯曲部分的横截面成形为椭圆形，其中在所述特定位置处所述椭圆形的主轴与所述弯曲半径大体上对准。
18.权利要求17所述的方法：
其中将所述特定位置处的所述弯曲部分的横截面成形为椭圆形包括在两个表面之间挤压所述弯曲部分。
19.权利要求17所述的方法：
其中将所述特定位置处的所述弯曲部分的横截面成形为椭圆形包括在所述椭圆形的主轴与所述内壁相交的位置处使所述套管的内壁成形为具有曲率半径大于或基本上等于在外科器械插入期间接触所述弯曲部分的外科器械构件的外圆周曲率半径。
20.权利要求17所述的方法：
其中将所述特定位置处的所述弯曲部分的横截面成形为椭圆形包括在所述椭圆形的主轴与所述内壁相交的位置处使所述套管的内壁成形为具有曲率半径小于或基本上等于在外科器械插入期间接触所述弯曲部分的外科器械构件的外圆周曲率半径。
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