旋转辅助端口的制作方法

本申请是2014年3月14日提交的名称为“旋转辅助端口”的中国专利申请201480013197.0(pct/us2014/028550)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请no.61/792218和2014年3月14日提交的美国非临时申请no.14/211433的优先权，所述申请全文通过引用被并入本文。

本发明的实施例涉及机器人手术，并且具体涉及能够与机器人手术连用的旋转辅助端口。

背景技术：

微创手术(mis)(例如，内窥镜检查、腹腔镜检查、胸腔镜检查、膀胱镜检查，等等)允许患者经使用导入到内部手术部位的摄像机和细长的手术器械，通过小切口动手术。手术部位通常包括体腔，诸如患者的腹腔。体腔可以可选地使用诸如吹入气体的清流质(clearfluid)被扩张。在传统的微创手术中，当外科医生在视频监视器上观看手术部位时，其通过使用细长的手术器械的手致动的端部执行器来操纵组织。

一个或多个插管可以穿过小的(一般为1英寸或更小)切口或自然体孔来为微创(例如，内窥镜式、腹腔镜式，等等)手术器械提供入口，所述微创手术器械包括摄像机器械(例如，内窥镜、腹腔镜，等等)。在由摄像机器械提供的视图下，外科医生能够通过操纵手术部位外部的手术器械执行手术。

典型的是为微创外科手术过程提供若干插管。这样的系统是由直观外科手术(intuitivesurgical)出售的达芬奇(davinci)系统。一般地，每个插管将为单个手术器械或摄像机器械提供至手术部位的接入。例如，可以提供四个插管，其中的一个插管被用于导入摄像机器械，而剩余的三个插管被用于导入手术器械。虽然放置插管所必须的小切口比开放手术所必须的切口创伤小，但是每个切口仍然代表对患者的创伤。

为了努力进一步减少微创手术的创伤，正在开发的技术允许微创手术只使用单个插管。这可以通过使用能够容纳手术所需的所有的器械的在某种程度上稍大的插管来完成。通过单个插管执行的微创手术可以被称为单端口接入(spa)手术。单个插管可以通过体孔或通过切口被导入。

如果多个手术器械和/或摄像机器械通过单个插管被导入到手术部位，那么管理在插管内的器械会变得困难。使用与有待穿过该插管的器械的尺寸一致的尽可能小的插管是可取的。这可以使导入额外的器械并且维持器械必要的移动性很困难。

在任一种情况下，穿过插管的器械可以是机器人受控的。然而，在这种情况下，提供另外的手控的器械以辅助机器人受控的手术更加困难。

因此，需要开发系统以更好地接入手术区域。

技术实现要素：

根据本发明的方面，旋转辅助端口设备包括圆形弹性体元件；耦合到所述圆形弹性体元件的套筒；耦合到与所述圆形弹性体元件相对的所述套筒的套筒座；可拆卸地附接到所述套筒座的外部轮毂；以及在所述套筒座和所述外部轮毂之间捕获的内部轮毂，所述内部轮毂包括插管端口。在一些实施例中，所述内部轮毂进一步包括至少一个辅助插管端口。

根据一些实施例的可旋转辅助端口套件能够包括一个或多个伤口保护器，每个伤口保护器包括圆形弹性体元件、耦合到所述圆形弹性体元件的套筒、以及耦合到与所述圆形弹性体元件相对的所述套筒的套筒座；可附接到所述伤口保护器中的一个的所述套筒座的外部轮毂；以及在所述外部轮毂和所述套筒座之间可捕获的内部轮毂，其中所述一个或多个伤口保护器允许体壁厚度的改变。

根据本发明的一些实施例的机器人单端口手术的方法包括在身体的体壁中形成切口；插入伤口保护器，所述伤口保护器包括圆形弹性体元件、耦合到所述圆形弹性体元件的套筒以及耦合到与所述圆形弹性体元件相对的所述套筒的套筒座，所述伤口保护器被插入使得所述圆形弹性体元件在体内且所述套筒座在体外；放置插管通过内部轮毂的插管端口；放置所述内部轮毂使得所述插管插入穿过所述切口且所述内部轮毂抵靠所述套筒座被定位；安装外部轮毂以保持所述内部轮毂抵靠所述套筒座被定位；将遥控机器人与所述插管对接；以及通过所述插管插入遥控器械。

关于以下附图在下面进一步讨论这些和另一些实施例。

附图说明

图1图示说明单端口遥控机器人手术系统。

图2图示说明单端口插管。

图3图示说明图2所示的单端口插管的导向插入件。

图4a和图4b图示说明能够与图2所示的单端口插管连用的旋转辅助端口设备。

图5图示说明图4a和图4b所示的旋转辅助端口设备的利用。

图6a、图6b、图6c、图6d和图6e图示说明在旋转辅助端口设备中的端口的布置的示例。

图7a和图7b图示说明旋转辅助端口设备的进一步利用。

具体实施方式

在以下描述中，阐明的具体细节描述本发明的一些实施例。然而，对于本领域的技术人员来说明显的是，在没有一些或所有这些具体细节的情况下，可以实践一些实施例。本文公开的具体实施例旨在是例示性的而不是限制性的。本领域的技术人员可以实现其他要素，所述其他要素虽未在此具体描述但在本公开的范围和精神内。

进一步地，本说明的术语不旨在限制本发明的范围。例如，空间相对术语—如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”、“水平”、“竖直”等等—可以被用于描述如图中所示的一个要素或特征与另一个要素或特征的关系。这些空间相对术语旨在涵盖除在图中所示的位置和取向之外，在使用或操作中设备的不同的位置和取向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他要素或特征“下方”或“下面”的要素将是在其他元素或特征的“上方”或“上面”。因此，示例性术语“下方”能够涵盖上方和下方的位置和取向两者。该设备可以另外进行取向(旋转90度或者在其他取向)，而且本文所使用的空间相对描述符据此进行解释。同样地，沿和围绕各种轴线移动的描述包括各种特殊设备位置和取向。此外，单数形式“一种/个(a/an)”、以及“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有说明。而且，术语“包括”、“包括的”、“包含”，等等限定了所述特征、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、要素、部件和/或集合的存在或添加。描述为耦合的部件可以电气或机械地直接耦合，或者它们可以经由一个或多个中间部件间接耦合。

图1示出使用用于机器人手术器械102、104、106的单端口接入在患者110上进行微创手术的示图。单端口接入涉及穿过单个切口112插入的插管100。通常包括摄像机器械的三或四个手术器械被导入穿过插管100。此外，一般将规定在插管100处或者靠近插管100导入吹入气体，如二氧化碳(co2)。应当理解，单端口手术利用位于少量的空间中的大量装备。

遥控机器人手术器械102、104和106被耦合到致动器122、124、126和128，所述遥控机器人手术器械102、104和106可以包括可以提供手术部位的图像的摄像机器械和其他器械。致动器122、124、126和128是允许外科医生使用计算机中介控制站(computermediatedcontrolstation)120来操纵手术器械的伺服致动器，并且被安装在遥控机器人140上。这些操纵可以包括诸如定位、抓取和移动的功能。这样的手术器械的致动器控制可以被称为遥操作机器人手术。遥控机器人140的致动器122、124、126和128可以被支撑在单独的结构臂上，所述结构臂一旦被定位，则能够相对于患者110被固定。

控制系统将计算机中介控制站120耦合到机器人致动器122、124、126和128。该控制系统可以协调输入设备的移动和与它们相关的手术器械的移动，使得如显示给外科医生的手术器械102、104、106的图像至少大体上看起来连接到外科医生的手中的输入设备。另外，常常提供进一步的连接程度以提高外科医生的灵巧性和手术器械102、104和106的易用性。

计算机中介控制站120可以提供手操作的控制器130，所述手操作的控制器130通过传输信号到控制耦合的手术器械102、104和106的动作的致动器122、124、126和128允许操纵遥操作机器人手术器械102、104、106，所述信号诸如由电缆132提供的电气控制信号。通常手术器械102中的一个将是被操纵以放置剩余的手术器械和对象的摄像机器械，所述剩余的手术器械和对象在该摄像机的视场内被操纵。该摄像机器械传输信号到控制站120，使得当耦合的手术器械104、106被操纵时，由在视场内的器械和对象的摄像机捕获的图像能够在由外科医生观看的视觉显示器134上进行显示。手操作的控制器128和视觉显示器130可以被布置以提供手术器械104、106的直观控制，其中器械以预期方式响应控制器的移动。

图2示出提供图1所示的单端口接入的接入端口的示图。该接入端口包括插管100，插管100包括器械引导件200，器械引导件200被插入到所述插管中来引导多个器械穿过插管100以便于单端口接入。图3是器械引导件200的示图。器械引导件200经配置以用于被紧密配合在插管100内。器械引导件200包括多个导槽222、224。导槽222、224中的每个经配置以用于在插管100内的限定的位置处支撑单个手术器械102、104、106。手术器械102、104、106通过在器械引导件200的近侧端部处的开口202、204、206、208被插入到所述接入端口中。手术器械102、104、106由导槽222、224支撑直到它们从器械引导件200的远侧端部232、234显露出来。器械引导件可以由不导电材料形成以有助于电隔离可以携带用于烧灼的电荷的器械。

虽然可利用能够延伸穿过插管100中的导槽222和224的若干遥操作机器人受控的器械102、104和106，但是在一些过程中，可以有利的是提供在手术部位处有待被利用的另外的器械以提供在切口112处的回缩，或者以提供另外的器械和回缩二者。在一些应用中，能够提供与切口112相邻的第二切口，并且第二手持式器械能够被插入穿过所述第二切口。例如，此类第二器械能够包括针、抽吸器械、回缩器械或其它器械。然而，问题是因为在两个切口之间的组织上的扭矩，所述第二切口通常将撕裂，从而造成吹气的损耗。

图4a和图4b图示说明根据本发明的一些实施例的、能够被用于为第二手操作的器械提供接入的可旋转辅助端口设备400。图4a示出辅助端口设备400的等轴测视图，并且图4b图示说明辅助端口设备400的剖视图。如图4a和图4b所示，可旋转辅助端口设备400包括插管端口402和辅助端口412。插管端口402容纳插管100的插入，在一些实施例中，插管100能够是如上所述耦合到遥控机器人140的单端口插管。辅助端口412容纳与手操作的器械或单个器械本身一起使用的单个器械插管的插入。插入到插管端口402中的单端口插管能够由遥控机器人140进行固定。然后，辅助端口412能够围绕插管端口402旋转，从而提供到手术区域的宽范围接入。

如图4a和图4b所图示说明的，可旋转辅助端口设备400的远侧部分包括连接到形成体壁保护性套筒414和支撑环或套筒座406的薄塑料材料的圆形弹性体元件416。圆形弹性体元件416、保护性套筒414和支撑环406一起形成管，该管能够被称为伤口保护器。

图5图示说明在手术期间足够大以容纳插管100和插管506两者的切口112被放置在皮肤和下层组织，即体壁508中。圆形弹性体元件416通过皮肤切口滑动到体壁508的下侧。当保持在适当的位置，弹性体部件416伸展且在体壁508的下侧上形成锚定件。套筒部分414落在切入的皮肤区域，并且部分地形成伤口保护器。套筒座406在皮肤表面上、在体外。如此，套筒部分414可以是充分长以容纳任何厚度的体壁508。

如图4a和图4b进一步所示的，外部轮毂420能够被附接到套筒座406，在一些实施例中，外部轮毂卡扣(snap)到套筒座406中。释放机构408能够保持外部轮毂420相对于套筒座406被固定。内部轮毂组件422能够在套筒座406和外部轮毂420之间被捕获，使得内部轮毂组件422能够相对于套筒座406被旋转。在手术过程完成之后，内部轮毂组件422能够通过用释放机构408释放外部轮毂420，离开固定的伤口保护器、套筒座406、套筒414和圆形弹性体元件416而被移除。

外部轮毂420能够以捕获以可旋转的方式在外部轮毂组件420和套筒座406之间的内部轮毂422的任何方式被附接到套筒座406。例如，闩锁机构408能够通过摩擦夹具被附接。可替代地，套筒座406可以是螺纹附接，并且外部轮毂420可以被螺纹连接到套筒座406上。在一些实施例中，能够做出“泡菜坛(picklejar)”布置，其中外部轮毂420螺纹连接例如一圈半到形成于套筒座406中的螺纹上，使得内部轮毂422在外部轮毂420和套筒座406之间被捕获。能够在内部轮毂422和套筒座406之间提供密封件418，使得内部轮毂422关于套筒座406旋转并且维持吹气压力。

如图4a和图4b所示，内部轮毂组件422能够相对于外部轮毂420旋转。内部轮毂组件422包括辅助插管端口412和插管端口402。如上所讨论的，能够被插入穿过插管端口402的插管100能够被固定地附接到遥控机器人140。插管夹404被可旋转地附接到插管端口402。因此，如图5所图示说明的，插管夹404将内部轮毂组件422附接到穿过插管端口402插入的插管100。插管夹404能够是任何类型的锁定夹，并且可以提供锁定机构以将内部轮毂组件422和因此所有的可旋转辅助端口设备400固定到插管100。插管夹404能够使机器人140利用在回缩体壁508中的设备400。

因此，插管夹404和在内部轮毂422和外部轮毂420之间的接口提供两个旋转接头。在这些旋转接头之间，内部轮毂422能够围绕被定位成穿过插管端口402的固定的插管100被旋转，并且因此能够相对于患者110被旋转。为了有助于旋转内部轮毂422，能够提供形成于内部轮毂422内的指状夹持件410。结果，能够通过旋转内部轮毂422，插管506围绕插管100被旋转。在该过程期间，圆形弹性体元件416、套筒414和套筒座406保持基本固定。套筒414可以定位以容纳内部轮毂422关于固定的插管100的取向。

辅助端口设备400也维持手术吹入气体。如上面所讨论的，吹入气体通过插管100被导入以扩张手术区域508。如图4a和图4b所示的，旋转的唇缘密封件418在外部轮毂420和套筒座406之间以及在内部轮毂422和插管端口402中的插管100之间。另外，辅助插管端口412包括密封件424以当辅助器械被导入到手术部位时密封辅助器械。

在一些实施例中，旋转的唇缘密封件418能够被分离成在内部轮毂422和套筒座406之间密封的o形环型密封件和围绕插管端口402的o形环型密封件。如图4a所示，辅助插管端口412能够包括围绕辅助插管506密封或者在不利用辅助插管506的情况下围绕手术器械504密封的插入密封件424。在一些实施例中，旋转的唇缘密封件418能够由包括所有密封功能的单件形成，所述所有密封功能包括插入密封件424和旋转的唇缘密封件418的功能。在一些实施例中，插入密封件424能够类似于在美国专利no.6123689中所描述的密封件，该专利全部以引用方式被并入本文。

如图5所图示说明的，旋转辅助端口设备400能够实现单端口机器人手术。换句话说，所有手术任务能够通过单个皮肤切口112而实现。遥控手术机器人140通过被插入穿过插管端口402的插管100操作器械102、104和106。在一些实施例中，辅助活动能够利用被插入穿过插管端口402的手术器械而进行，其中所述手术器械具有限范围的运动、功能和实用性。然而，辅助活动能够通过辅助端口412进行。如图5所示，辅助插管506能够被插入穿过辅助端口412，而且手操作的器械504被插入穿过插管506。

在一些实施例中，手操作的器械504能够被插入穿过辅助插管端口412而不穿过插管506。在一些实施例中，辅助端口412能够包括引导件，如球，器械504能够通过所述引导件被插入。该球可以充当用于引导器械504到切口112中的球形接头。

如上面所讨论的，密封件418和在辅助端口412中的密封件连同在插管506和100中的插管密封件一起维持吹气压力。通过宽范围的器械，例如，器械504能够是5-13mm器械，吹气压力能够被维持。进一步地，根据需要，整个手术过程中，器械504能够被移除或调换。

内部轮毂422由插管100附接和支撑，该插管允许辅助端口412充当用于用器械504执行手术过程的支点。因为由辅助端口412形成的支点也围绕插管100且因此围绕手术部位转动，所以辅助端口412向操作者提供大范围的运动和大的解剖接入区域。为了良好操作，指状夹持件410允许使用者围绕插管100容易扭转内部轮毂422。设备400的旋转性质允许辅助手术器械504在其工作时置于插管100旁边。该布置允许切口112相对小，只比需要容纳插管100和插管506两者稍大。

设备400的存在也允许插管100被插入到浅的深度，并且仍起作用。浅或短插管允许遥操作机器人器械102、104和106尽可能早地部署和操作，并靠近体壁508。因此，位于靠近体壁508的解剖结构能够通过遥控机器人140被更有效地接入而没有使端口部位松弛的风险(即，插管100弹出体壁508和后续吹入气体的损耗)。

在一些实施例中，设备400能够被供应作为包括内部轮毂422、用于辅助容纳各种尺寸的器械504或插管506的插管端口412的多个密封插入件424、密封件418、外部轮毂420和多个伤口保护器(套筒座406、套筒414和圆形弹性体元件416)的套件。多个伤口保护器能够被放置在所述套件中，每个伤口保护器通过套筒414的长度改变以容纳不同厚度的体壁508，并且也可以通过圆形弹性体元件416的刚度来变化以容纳来自机器人140的不同回缩压力。在一些实施例中，套筒414在长度上是可调节的。在一些实施例中，如上面所讨论的，密封件418和密封插入件424能够被形成于单件中，在这种情况下，该套件可以包括多版本的单件密封件以容纳不同的插管506或者如果不使用插管506时的不同器械504。

设备400被示出带有单辅助端口412。然而，本发明的实施例能够包括任何数量的辅助端口412或者无辅助端口412。在图6a、图6b、图6c、图6d和图6e中图示说明端口的一些示例布置。图6a图示说明在图4a和图4b中所图示说明的端口的布置。如图6a所示，单辅助端口412被定位成靠近在内部轮毂422上的偏心插管端口402。图6b图示说明具有被定位成靠近偏心插管端口402的两个辅助端口602和604的布置。在一些示例中，辅助端口602和604可以被定位在彼此的90度处。图6c图示说明被定位成靠近偏心插管端口402的三个辅助端口606、608和610。如图6d所示，在一些实施例中，插管端口402能够被定位成朝向内部轮毂422的中心，并且图示说明围绕插管端口402定位的两个或更多个辅助端口，即端口612、614、616和618。图6e图示说明不包括辅助端口412的实施例。额外的辅助端口允许插入多个器械506，但是可以增加设备400和所得的所需切口112的尺寸。

图7a和图7b图示说明利用设备400用于回缩体壁508。图7a图示说明被夹持到插管100的设备400。如图7a所示，插管100包括附接件702，所述附接件702将插管100附接到遥控机器人140。如图7a所示，器械102、104和106具有有效工作区域706，在所述有效工作区域706中在目标结构704上进行工作。

图7b图示说明通过在插管100上施加力f回缩体壁508。如上面所讨论的，设备400能够用插管夹404被锁定到插管100。附加地，插管100用机器人附接件702被锁定到遥控机器人140，机器人附接件702为插管100和因此为插管端口402提供关于遥控机器人140的刚性固定位置。当设备400被安装和锁定到插管100上时，遥控机器人140随后能够被向上提升，回缩体壁508。回缩力由插管100通过设备400来支撑，其中圆形弹性体元件416在施加力的方向拉体壁508，并且帮助为手术器械提供操作和执行手术的空间。在吹气损耗的情况下，设备400的回缩也能够被利用以在体壁508上放置张力。如图7b所示，为了接入结构704，有效工作区域706能够随着回缩基本上更大。例如，体壁508能够利用遥控机器人140被回缩多达几厘米。

如图7b中所图示说明的，因为设备400具有弹性体元件416(该弹性体元件416被插入到体壁508内部)并且用插管夹404被夹持到插管100(该插管被附接到遥控机器人140)，所以外科医生能够移动遥控机器人140，使得在有利的方向上拉体壁508以在目标结构704处暴露面和解剖结构。遥控机器人140根据医院工作人员的要求能够被重新定位。如图7b所示，设备400能够被用作皮肤牵开器，并且为执行手术过程提供额外的空间。

类似的回缩能够通过被插入到体内且被定位的插管100来完成，使得插管管子和壁508接近平行。然后，能够拉插管100以提升壁508，然而，要关注可能导致的额外的创伤。进一步地，通过插管100目标结构704可以不被有利地暴露给器械。另外，插管100可以在过程中弹出壁508。利用设备400，端口损耗不是个问题，并且很容易实现有利地暴露所期望的目标结构704。另外，在回缩过程期间，插管100可以从目标结构704被拉地更远，从而允许器械102、104和106充分部署到更大的工作区域706中。这允许更好地利用所有的器械，并且也允许摄像机为了焦点、视场和相对于目标结构704的视觉获得被更有利地定位。进一步地，器械102、104和106能够对目标结构704的手术部位作三角测量，为外科医生提供更直观的工作位置。

在一些实施例中，例如，如图6e所示，设备400可以根本不利用辅助端口412。图6e示出带有居中的插管端口402且无辅助端口412的示例设备400。带有回缩的设备400可以提供足够的接入到目标结构704以执行手术过程，而无需额外的器械。

如图4a和图4b所示，内部轮毂422能够被旋转使得辅助端口412能够被定位在围绕插管端口402的任何位置处。进一步地，辅助端口412在手术过程期间能够被多次重新定位。进一步地，在手术过程期间通过辅助端口412能够利用多个器械504。然而，在实践中，遥控机器人140和插管100的形状，包括吹气压力软管和端口等等，限制辅助端口412围绕插管端口402运动的整个范围。在一些实施例中，辅助端口412围绕插管端口402运动的范围能够多达300°。

设备400能够由聚碳酸酯、硅和聚氨酯形成。具体地，内部轮毂422、外部轮毂420和套筒座406能够由聚碳酸酯形成。套筒414能够由聚氨酯形成。密封件，例如密封插入件424和密封件418能够是由硅形成的密封件。

在手术操作中，切口112能够在体壁中形成，并且伤口保护器被插入穿过所述切口112，使得圆形弹性体元件416抵靠体壁508的底部被定位，而套筒座406被定位在体壁508的顶部。然后，插管100能够被定位在内部轮毂422的插管端口402中，并且插入密封件424被定位到辅助插管端口412中。然后，插管100能够被定位成穿过切口112，并且内部轮毂422抵靠套筒座406被定位。然后，插管100能够用插管夹404被夹持到内部轮毂422。然后，能够安装外部轮毂以保持内部轮毂在适当的位置，并且完成设备400的组装。然后，遥控机器人140能够被对接到插管100，并且器械102、104和106被插入穿过插管100。在手术过程期间，当助手通过辅助端口412利用手术器械506时，遥控机器人140控制器械102、104和106。进一步地，根据需要，由遥控机器人140通过夹404和内部轮毂422施加向上的力到设备400上，额外的回缩能够被置于体壁508上。

以上详细描述被提供以图示说明本发明的具体实施例，且并非旨在进行限制。在本发明的范围内的多个变体和修改是可能的。在下面的权利要求书中阐明本发明。