ITMI20130666A1 - Struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva attraverso singola incisione parietale o orifizio naturale. - Google Patents

Struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva attraverso singola incisione parietale o orifizio naturale.

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ITMI20130666A1
ITMI20130666A1 IT000666A ITMI20130666A ITMI20130666A1 IT MI20130666 A1 ITMI20130666 A1 IT MI20130666A1 IT 000666 A IT000666 A IT 000666A IT MI20130666 A ITMI20130666 A IT MI20130666A IT MI20130666 A1 ITMI20130666 A1 IT MI20130666A1
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IT
Italy
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articulated support
robot structure
guide
configuration
maneuvering
Prior art date
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IT000666A
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Antonello Forgione
Louis Judah Jauvtis
Renzo Zaltieri
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Valuebiotech S R L
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Description

"STRUTTURA DI ROBOT, PARTICOLARMENTE PER CHIRURGIA MINI-INVASIVA ATTRAVERSO SINGOLA INCISIONE PARIETALE 0 ORIFIZIO NATURALE"
D E S C R I Z I O N E
Il presente trovato ha come oggetto una struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva attraverso singola incisione parietale o orifizio naturale.
L'uso di tecniche mini-invasive à ̈ diventato lo standard per molte procedure chirurgiche di routine. Tuttavia, tra le tecniche chirurgiche mini-invasive, le procedure di laparoscopia presentano importanti inconvenienti, tra i quali vanno annoverate le difficoltà di accesso al target chirurgico e le limitazioni tecniche di lavorare con strumenti chirurgici coassiali. Queste limitazioni sono particolarmente evidenti quando si opera attraverso un'unica porta di accesso (singola incisione) parietale e/o orifizio naturale nel paziente. Questa tecnica chirurgica impone vincoli sulle possibilità di triangolazione degli strumenti, di applicazione di forze fuori asse, e sulle dimensioni degli strumenti stessi. Inoltre, di frequente, si verificano collisioni fra gli strumenti sia internamente che esternamente all'area operativa chirurgica. L'utilizzo di porte chirurgiche aggiuntive, che permetterebbero una miglior operatività degli strumenti nell'area chirurgica, à ̈ tuttavia associato ad un aumentato rischio di sanguinamento, per esempio a livello della parete addominale nel caso di operazioni addominali, e di lesioni accidentali dei visceri, nonché conseguenti incrementi del dolore post-operatorio, e dei rischi di infezione e formazione di laparoceli .
Al giorno d'oggi sono noti sistemi robotici per la chirurgia laparoscopica, che tuttavia sono particolarmente ingombranti, complessi da assemblare, e difficoltosi da inserire e rimuovere dall'area chirurgica. Inoltre tali sistemi robotici presentano funzionalità fortemente limitate, qualora utilizzati nella configurazione ad accesso singolo parietale, essendo inoltre impossibile utilizzarli attraverso orifizi naturali .
Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva, che risolva i problemi tecnici sopra esposti, ovvi agli inconvenienti e superi i limiti della tecnica nota consentendo di operare efficientemente in aree chirurgiche accessibili tramite singola porta parietale e/o orifizio naturale, riducendo le complicazioni e i disagi per il paziente.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare una struttura di robot che sia completamente funzionale in vivo, che fornisca maggiore flessibilità e destrezza operativa, nonché migliori capacità di visualizzazione dell'area chirurgica di interesse.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che sia altamente stabile nella configurazione operativa e quindi sia in grado di trasmettere forze, momenti e velocità di esecuzione necessarie per eseguire specifiche operazioni chirurgiche all'interno dell'area chirurgica, permettendo al contempo un orientamento degli strumenti operativi flessibile e vantaggioso.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che consenta di utilizzare simultaneamente strumenti operativi diversi, senza richiedere incisioni per accessi aggiuntivi all'area chirurgica di interesse .
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che non richieda l'estrazione dall'area chirurgica, né completa né parziale, degli strumenti operativi per poter usufruire di diversi terminali operativi adibiti a diverse azioni chirurgiche.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che possa fornire una visione integrata e tridimensionale del campo operatorio, nonché la illuminazione necessaria, senza bisogno di porte o incisioni addominali aggiuntive.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che possa essere inserita facilmente, attraverso una singola porta di accesso parietale e/o un orifizio naturale, nell'area chirurgica di interesse.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che sia adatta ad eseguire, nell'area chirurgica di interesse, quale per esempio, ma non esclusivamente, la cavità peritoneale, una pluralità di operazioni quali, per esempio le operazioni di sutura, di manipolazione dei tessuti, di cauterizzazione, di irrigazione/lavaggio del campo operatorio, e di aspirazione di liquidi.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che sia operabile da remoto, utilizzando una consolle di controllo collocata in sala operatoria e/o al di fuori di essa.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che sia in grado di dare le più ampie garanzie di affidabilità e sicurezza nell'uso.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una struttura di robot che sia facile da realizzare e da utilizzare e che sia economicamente competitiva se paragonata alla tecnica nota.
Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da una struttura di robot, particolarmente per chirurgia miniinvasiva, attraverso singola incisione parietale o orifizi naturali, caratterizzata dal fatto di comprendere :
- almeno un supporto articolato comprendente una pluralità di corpi rigidi interconnessi tra loro;
- mezzi di irrigidimento associati a detto supporto articolato ed atti al passaggio di detto supporto articolato da una configurazione di riposo, nella quale detti corpi rigidi sono mobili uno rispetto all’altro, a una configurazione operativa, nella quale detti corpi rigidi sono allineati tra loro in maniera tale da definire una guida, e viceversa;
- almeno un mezzo di manovra scorrevolmente associabile a detta guida di detto corpo articolato in detta configurazione operativa, e selettivamente impegnabile con una pluralità di strumenti operativi alloggiati in almeno un corpo contenitore associabile a detto supporto articolato in detta configurazione operativa.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di una struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui;
la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica complessiva di una forma di realizzazione di una struttura di robot, secondo il trovato;
la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica della struttura di robot di figura 1, secondo il trovato, illustrante in particolare il supporto articolato, i mezzi di manovra con i relativi strumenti operativi e il corpo contenitore degli strumenti operativi;
la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica dei mezzi di manovra con i relativi strumenti operativi, illustrati in figura 2;
la figura 4 à ̈ una vista prospettica di una porzione del supporto articolato di figura 3 a cui à ̈ agganciato un corpo contenitore contenete due strumenti operativi diversi;
la figura 5 à ̈ una vista prospettica della parte terminale dei mezzi di manovra di figura 3, alla quale parte terminale à ̈ agganciato uno strumento operativo;
la figura 6 Ã ̈ una vista dall'alto del supporto articolato di figura 2, in una configurazione di riposo, non operativa;
la figura 7 illustra un particolare ingrandito del supporto articolato di figura 6;
la figura 8 e la figura 9 illustrano, in vista laterale, i corpi rigidi terminali che compongono il supporto articolato di figura 6;
la figura 10 à ̈ una vista prospettica del supporto articolato di figura 2, in cui à ̈ visibile la parte inferiore del supporto stesso, in configurazione operativa, con la guida in cui scorrono i carrelli di guida;
la figura 11 Ã ̈ una vista ingrandita di una porzione del supporto articolato di figura 10, illustrante in particolare le componenti del sistema di fissaggio dei mezzi di manovra al supporto articolato;
la figura 12 illustra, in vista prospettiva, un particolare del sistema di fissaggio dei mezzi di manovra al supporto articolato;
la figura 13 Ã ̈ una vista prospettica della porzione del supporto articolato illustrata in figura 4, recante due corpi contenitore;
la figura 14 Ã ̈ una vista prospettica dei mezzi di visualizzazione della struttura di robot, secondo il trovato, in configurazione chiusa, di riposo;
la figura 15 Ã ̈ una vista prospettica dei mezzi di visualizzazione di figura 14, in configurazione aperta, operativa;
la figura 16 à ̈ una vista laterale del braccio articolato, in cui à ̈ visibile una variante dei mezzi di visualizzazione di figura 14, in configurazione aperta, operativa;
la figura 17 Ã ̈ una vista ingrandita di una porzione del supporto articolato di figura 16, illustrante in particolare i mezzi di visualizzazione, in configurazione aperta, operativa;
la figura 18 Ã ̈ una vista dal basso del braccio articolato di figura 16, con i mezzi di visualizzazione in configurazione aperta, operativa;
la figura 19 Ã ̈ una vista ingrandita di una porzione del supporto articolato di figura 16, illustrante in particolare i mezzi di visualizzazione, in configurazione chiusa;
la figura 20 Ã ̈ una vista laterale illustrante il supporto articolato ed i mezzi di manovra in una configurazione di inserimento nell'area chirurgica, tramite mezzi di inserimento;
le figure 21 e 22 sono due viste prospettiche dei mezzi di inserimento alloggianti il supporto articolato e i mezzi di visualizzazione illustrati in figura 20;
la figura 23 illustra la porzione terminale di un trocar utilizzato per l'accesso all'area chirurgica .
Con riferimento alle figure citate, la struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva, Ã ̈ indicata globalmente con il numero di riferimento 1.
Secondo il trovato, la struttura di robot 1 comprende :
- almeno un supporto articolato 7 comprendente una pluralità di corpi rigidi 15, 151, 152, 154 associati tra loro;
- mezzi di irrigidimento 17 associati al supporto articolato ed atti al passaggio del supporto articolato 7 da una configurazione di riposo, nella quale i corpi rigidi 15, 151, 152, 154 sono mobili uno rispetto all’altro, ad una configurazione operativa, nella quale i corpi rigidi 15, 151, 152, 154 sono allineati tra loro in maniera tale da definire una guida 19, e viceversa;
- almeno un mezzo di manovra 9 scorrevolmente associabile alla guida 19 del supporto articolato 7 nella sua configurazione operativa, e selettivamente impegnabile con una pluralità di strumenti operativi 11 alloggiati in almeno un corpo contenitore 13 associabile al corpo articolato 7 nella sua configurazione operativa.
Vantaggiosamente i corpi rigidi 15, 151, 152, 154 associati tra loro a definire il supporto articolato 7, nella configurazione operativa presentano una conformazione sostanzialmente allungata secondo una direzione predefinita.
Tuttavia à ̈ anche possibile prevedere corpi rigidi che, associati tra loro nella configurazione operativa, definiscono un supporto articolato presentante una conformazione desiderata tendenzialmente curvilinea. In tal caso ciascun corpo rigido può presentare una conformazione leggermente arcuata, oppure può presentare una geometria dell'innesto con i corpi rigidi adiacenti tale che due corpi rigidi adiacenti risultino non allineati ma reciprocamente più o meno inclinati. Questa opzione consente al supporto articolato 7 di meglio adeguarsi alle condizioni anatomiche dei pazienti, in particolare nel caso di introduzione della struttura di robot 1 attraverso orifizi naturali, garantendo allo stesso tempo una sostanziale stabilità operativa della struttura stessa .
Il corpo contenitore 13 può essere vantaggiosamente associato ad una estremità del supporto articolato 7. Nel caso in cui si preveda la presenza di più corpi contenitori 13, più di uno di essi può essere associato ad una estremità del supporto articolato 7, oppure uno o più corpi contenitore 13 possono essere associati ad entrambe le estremità del supporto articolato 7.
Il corpo contenitore 13 può essere fissato ad un'estremità del supporto articolato 7, tramite una linguetta di aggancio 130 disposta in corrispondenza dell'estremità del supporto articolato 7, atta ad aprirsi rispetto al supporto articolato 7, in configurazione operativa, e quindi ad impegnarsi stabilmente in una corrispondente fessura di aggancio 131 ricavata nel corpo contenitore 13. Il movimento dei mezzi di manovra 9 consente vantaggiosamente di ruotare e orientare il corpo contenitore 13 ad essi associato affinché la linguetta di aggancio 130 si impegni con la fessura di aggancio 131.
I mezzi di manovra 9 sono vantaggiosamente atti ad impegnarsi selettivamente con gli strumenti operativi 11 alloggiati nel corpo contenitore 13 direttamente all'interno dell'area chirurgica di interesse; in particolare i mezzi di manovra 9 possono agganciare lo strumento operativo 11, necessario per eseguire una determinata operazione, dal corpo contenitore 13, e quindi riporlo nello stesso per agganciare uno strumento operativo 11 differente, al fine di eseguire una diversa operazione.
A tal riguardo, il corpo contenitore 13 può comprendere dispositivi di sicurezza atti ad assicurare che gli strumenti operativi 11 siano sempre associati, in alternativa, al corpo contenitore 13 o ai mezzi di manovra 9, in modo che nessuno strumento operativo 11 possa rimanere nell 'area chirurgica di interesse ed essere quindi dimenticato .
Tali dispositivi di sicurezza possono comprendere sistemi a baionetta provvisti di contatti elettrici, in grado di sfruttare i movimenti di rotazione rispetto al proprio asse longitudinale dell'estremità terminale dei mezzi di manovra 9, per poter agganciare o sganciare in sicurezza gli strumenti operativi 11, in modo che essi siano sempre connessi o ai mezzi di manovra 9, o al corpo contenitore 13, o eventualmente ad entrambi. I contatti elettrici possono vantaggiosamente fornire informazioni di feedback circa il fissaggio o meno degli strumenti operativi ai mezzi di manovra 9 o al corpo contenitore 13, o trasferire i segnali elettrici necessari per utilizzare i vari strumenti operativi 11. Vantaggiosamente gli strumenti operativi 11 possono essere elettrificati con corrente monopolare e/o bipolare al fine di consentire il corretto svolgimento dell'operazione chirurgica .
La struttura di robot 1 comprende vantaggiosamente una struttura di sostegno 3 per un elemento adattatore 5, a cui à ̈ collegabile il supporto articolato 7, secondo posizioni e orientamenti desiderati. L'elemento adattatore 5 à ̈ vantaggiosamente meccanicamente compatibile con vari tipi di strutture di sostegno 3, quali strutture di sostegno commercialmente disponibili.
La struttura di sostegno 3 Ã ̈ vantaggiosamente atta ad essere fissata al tavolo operatorio e opportunamente orientata per sostenere l'elemento adattatore 5 in una posizione consona all'accesso a singola porta scelto dal chirurgo per raggiungere l'area chirurgica di interesse.
La struttura di sostegno 3 e l'elemento adattatore 5 sono quindi atti a sostenere, in maniera stabile e rigida, il supporto articolato 7, in modo da mantenere la posizione del supporto articolato 7 e dei mezzi di manovra 9 ad esso associati nella posizione e secondo un orientamento desiderati all'interno dell'area chirurgica, durante l'operazione.
La connessione tra l'elemento adattatore 5 e il supporto articolato 7 à ̈ vantaggiosamente realizzata da una cerniera a sfera 50, che in configurazione operativa della struttura di robot 1 può essere resa rigida.
La struttura di sostegno 3, che à ̈ vantaggiosamente costituita da una pluralità di segmenti rigidi articolati, può essere opportunamente spostata e orientata in prossimità della porta di accesso all'area chirurgica, in una fase iniziale di posizionamento e orientamento, prima di essere rigidamente bloccata in una posizione e secondo un orientamento desiderati.
I mezzi di manovra 9 comprendono vantaggiosamente almeno un braccio robotico 91, presentante almeno un grado di libertà, preferibilmente almeno 4 gradi di libertà, e ancora preferibilmente 7 gradi di libertà. L'estremità terminale di ogni braccio robotico 91 si impegna selettivamente con uno degli strumenti operativi 11 contenuti nel corpo contenitore 13.
Il braccio robotico 91 à ̈ vantaggiosamente vincolato, tramite una prima articolazione 92, del tipo della spalla, ad un corpo di supporto 93 che comprende sistemi di aggancio 71 e 73, atti ad agganciarsi ai corrispondenti sistemi di aggancio 70, 72 presenti sul supporto articolato 7, ed in particolare sul carrello di guida 27, scorrevole nella guida 19 del supporto articolato 7 stesso. Alla prima articolazione 92 à ̈ articolato un primo segmento 95, che costituisce il braccio dei mezzi di manovra 9. A tale primo segmento 95, à ̈ articolato, tramite una seconda articolazione 96, del tipo del gomito, un secondo segmento 97, che costituisce l'avambraccio dei mezzi di manovra 9. Al secondo segmento 97 del braccio robotico 91 à ̈ articolato uno strumento operativo 11, per esempio tramite una terza articolazione, preferibilmente del tipo del polso. I segmenti del braccio robotico 91 possono essere azionati tramite mezzi motori, quali micro-motori, opportunamente inseriti nel braccio robotico 91 stesso, per esempio nel corpo di supporto 93, oppure in uno o più dei segmenti 95 e 97.
I mezzi di manovra 9 possono vantaggiosamente comprendere due bracci robotici 91, atti ad operare con due strumenti operativi 11 uguali o diversi, quali per esempio, pinze, uncini, bisturi, portaaghi per sutura o terminali di cauterizzazione .
I mezzi di irrigidimento 17 associati al supporto articolato 7 ed atti al passaggio del supporto articolato 7 da una configurazione di riposo, ad una configurazione operativa, comprendono vantaggiosamente cavi di tensionamento 23 passanti nel supporto articolato 7, e più specificatamente in ciascuno dei corpi rigidi 15, 151, 152, 154, e azionabili da mezzi motori 25. La configurazione operativa del supporto articolato 7 à ̈ ottenuta per accoppiamento di forma di una estremità femmina con una estremità maschio di due corpi rigidi 15 (o 152, 154, o 154, 15, o 15, 151) consecutivi .
In particolare, la figura 6 illustra il supporto articolato 7 nella sua configurazione di riposo, non operativa, flessibile. Il supporto articolato 7 di figura 6 comprende una pluralità di corpi rigidi 15 che presentano ciascuno un'estremità conica cava e un'estremità conica convessa, ad eccezione dei corpi rigidi terminali 151 e 152, che presentano solo un'estremità conica convessa 153. Inoltre, il corpo rigido 154, prossimo al corpo rigido terminale 152 presenta entrambe le estremità 156 coniche cave.
Il cavo di tensionamento 23 à ̈ avvolgibile, ad una sua estremità, attorno ad una puleggia 230 calettata all'albero motore dei mezzi motori 25 collocati nel corpo rigido terminale 151. Il cavo di tensionamento 23 attraversa, in un primo verso, tutti i corpi rigidi 15 e 154, si avvolge quindi attorno a mezzi di rinvio 155 collocati nel corpo rigido terminale 152 e attraversa nuovamente, in un secondo verso opposto al primo, tutti i corpi rigidi 15 e 154 fino al corpo rigido terminale 151, a cui à ̈ fissato.
L'azionamento dei mezzi motori 25 provoca l'avvolgimento del cavo di tensionamento 23 attorno alla puleggia 230 e quindi l'avvicinamento reciproco dei corpi rigidi 15, 151, 152 e 154, i quali, per via delle estremità coniche reciprocamente concave e convesse si innestano l'uno nell'altro facendo assumere al supporto articolato 7 la configurazione operativa, rigida.
Vantaggiosamente, il supporto articolato 7 comprende almeno un carrello di guida 27, illustrato nelle figure 10 e 11, associabile ad almeno uno tra i mezzi di manovra 9 o i mezzi di visualizzazione 21, e mezzi di traslazione 29 atti a traslare il carrello di guida 27 all'interno della guida 19.
Vantaggiosamente il supporto articolato 7 comprende tanti carrelli di guida 27 quanti sono i mezzi di manovra 9 e i mezzi di visualizzazione 21 compresi nella struttura di robot 1. Vantaggiosamente i mezzi di traslazione 29 comprendono almeno un cavo di traslazione 31 connesso ad una prima estremità al carrello di guida 27 e avvolgibile, all'estremità opposta, attorno ad una puleggia 33 calettata all'albero motore di mezzi motori 35.
Vantaggiosamente i mezzi di traslazione 29 comprendono due cavi di traslazione 31, 310 connessi rispettivamente alle estremità opposte del carrello di guida 27. Il primo cavo di traslazione 31 à ̈ azionato dai mezzi motori 35 collocati nel corpo rigido terminale 151. Il secondo cavo di traslazione 310 à ̈ azionato da mezzi motori 350 collocati nel corpo rigido terminale 152. I mezzi motori 35 e 350 vengono azionati alternativamente ed in modalità coordinata in modo da consentire la traslazione del carrello di guida 27 nella guida 19, in entrambe le direzioni.
Come per i mezzi motori 35, anche i mezzi motori 350 azionano un albero motore a cui à ̈ calettata una puleggia 330, attorno a cui si avvolge l'estremità del cavo di traslazione 310 opposta all'estremità che à ̈ collegata al carrello di guida 27.
Alternativamente, i mezzi di traslazione 29 possono comprendere un attuatore lineare elettromagnetico, comprendente un sistema di magneti permanenti ed elettromagneti opportunamente alimentati elettricamente per determinare lo spostamento del carrelli di guida 27 all'interno della guida 19.
La struttura di robot 1, può vantaggiosamente comprendere mezzi di visualizzazione 21, anch'essi scorrevolmente associabili alla guida 19 del corpo articolato 7, tramite, per esempio i sistemi di aggancio 71, 73 atti ad impegnarsi con il carrello di guida 27. Tali mezzi di visualizzazione 21 possono essere spostati lungo la guida 19, indipendentemente dal movimento dei mezzi di manovra 9, manualmente da un operatore, tramite controllo in remoto, o in maniera autonoma.
I mezzi di visualizzazione 21 possono vantaggiosamente comprendere più telecamere, al fine di garantire una visione stereoscopica, vantaggiosamente in grado di eseguire movimenti di "pan and tilt", per fornire una visione chiara, ampia e tridimensionale dell'area chirurgica di interesse. Il sistema di robot 1 comprende vantaggiosamente anche dispositivi di illuminazione, guali per esempio dispositivi LED.
I mezzi di visualizzazione 21 presentano vantaggiosamente, come illustrato rispettivamente nelle figure 14 e 15, una configurazione chiusa, di riposo, ed una configurazione aperta, operativa, in cui le telecamere sono distanziate in modo da garantire una ricostruzione stereoscopia tridimensionale dell'area chirurgica.
Una variante dei mezzi di visualizzazione 21a, illustrati nelle figure 16, 17, 18 e 19, prevede che tali mezzi di visualizzazione 21a siano incorporati all'interno di uno dei corpi rigidi 15. Nella loro configurazione chiusa i mezzi di visualizzazione 21a sono collocati in un apposito alloggiamento 211 ricavato nel corpo rigido 15, in modo da rimanere compresi nella superficie laterale del corpo rigido 15 stesso e non necessitare di alcuna ulteriore procedura di installazione sul supporto articolato 7. Nella loro configurazione aperta, operativa, il corpo centrale 212 si orienta opportunamente verso la zona di interesse all'interno dell'area chirurgica, mentre due ali laterali 213, contenenti le telecamere, si aprono lateralmente, in modo da consentire una visione e una registrazione stereoscopica delle immagini. I mezzi di visualizzazione 21a possono anche comprendere dispositivi di illuminazione 216, preferibilmente integrati nel corpo centrale 212, atti ad illuminare l'area chirurgica.
Nelle figure 11 e 12 sono illustrati i sistemi di aggancio dei mezzi di manovra 9, ed in particolare del loro elemento di supporto 93, al supporto articolato 7. In particolare, il carrello di guida 27 scorrevole nella guida 19 del supporto articolato 7 comprende un elemento a ghiera 70 atto ad impegnarsi con un corrispondente elemento a ghiera 71 dell'elemento di supporto 93.
A tale accoppiamento a ghiera 70, 71 Ã ̈ vantaggiosamente associato un sistema di bloccaggio comprendente una spina di aggancio 73 associata al corpo di supporto 93 e un foro 72, associato al supporto articolato 7 e atto ad accogliere la spina di aggancio 73. Tale connessione consente il fissaggio stabile e rigido dei mezzi di manovra 9 al carrello di guida 27 a qualsiasi angolazione reciproca tra l'elemento di supporto 93 e il supporto articolato 7. Vantaggiosamente l'elemento di supporto 93 contiene mezzi motori atti all'azionamento dell'accoppiamento a ghiera 70, 71 e del sistema di bloccaggio 72, 73, come descritto in seguito.
La struttura di robot 1 può inoltre vantaggiosamente comprendere una pluralità di mezzi di manovra 9, associabili ad una pluralità di strumenti operativi 11, nonché una pluralità di corpi contenitori 13 per tali strumenti operativi 11, e una pluralità di mezzi di visualizzazione 21, 21a, a seconda delle esigenze operative. I suddetti diversi moduli operativi possono operare autonomamente l'uno rispetto all'altro, pur garantendo la coordinazione necessaria per lo svolgimento dell'operazione.
Secondo una forma di realizzazione alternativa, non illustrata, i cavi di tensionamento e/o i cavi di traslazione possono essere azionati da mezzi motori collocati esternamente rispetto al supporto articolato 7.
Le figure 20, 21 e 22 illustrano i mezzi di manovra 9 e il supporto articolato 7 durante la fase di inserimento nell'area chirurgica 201. Tale inserimento avviene tramite i mezzi di inserimento 810 che attraversano la porta di accesso 200 costituita da una singola incisione o da un orifizio naturale.
I mezzi di inserimento 810 comprendono vantaggiosamente una guida di inserimento 811, che à ̈ vantaggiosamente definita da una struttura sostanzialmente tubolare aperta da un lato. Tale guida di inserimento 811 definisce un canale sostanzialmente semi-circolare, in cui i mezzi di manovra 9 e il supporto articolato 7 possono scorrere, nella loro configurazione di riposo, flessibile, come descritto in seguito. Tale guida di inserimento 811 presenta vantaggiosamente una conformazione curvilinea per facilitare l'accesso all'area chirurgica 201.
Alternativamente la guida di inserimento 811 può essere definita da un binario sul quale possono impegnarsi e scorrere i mezzi di manovra 9 e il supporto articolato 7, sempre in configurazione di riposo, flessibile.
I mezzi di inserimento 810 sono destinati a posizionarsi rispetto alla porta di accesso 200 in modo che un'estremità 813 risulti esterna all'area chirurgica 201, e quindi accessibile al chirurgo, mentre l'estremità opposta 814 risulti collocata internamente all'area chirurgica 201.
Vantaggiosamente, come illustrato nelle figure 20, 21 e 22, l'elemento adattatore 5 (illustrato solo in parte) che sorregge il supporto articolato 7 può presentare una porzione terminale 500 avente una struttura sostanzialmente tubolare aperta da un lato. Tale porzione terminale 500 dell'elemento adattatore 5 realizza un secondo canale semicircolare che, affacciandosi in cooperazione con il canale semi-circolare definito dai mezzi di inserimento 810, definisce, in prossimità della porta di accesso 200, un canale di inserimento sostanzialmente circolare attraverso il quale i mezzi di manovra 9 possono essere inseriti nell'area chirurgica 201, come descritto in seguito .
Vantaggiosamente la guida di inserimento 811 ha una conformazione sostanzialmente a L. Inoltre, tale guida di inserimento 811 può essere realizzata in un materiale del tipo della plastica, che può essere opportunamente deformato a seconda delle esigenze e dell'anatomia del paziente in prossimità dell'area chirurgica di interesse, oppure in un materiale del tipo del metallo .
Inoltre, la guida di inserimento 811 può essere sostanzialmente rigida, ma presentare uno o più punti di piega flessibili, in modo da poter essere conformata in base alle necessità di accesso all'area chirurgica 201.
I mezzi di inserimento 810 possono comprendere anche un fermo meccanico che impedisce l'ulteriore inserimento del supporto articolato 7 quando questo à ̈ stato introdotto per una profondità richiesta. Tale fermo meccanico può essere opportunamente azionato manualmente dall 'operatore .
II funzionamento della struttura di robot à ̈ di seguito descritto, con riferimento ad un esempio di intervento di chirurgia laparoscopica attraverso singola incisione addominale (o attraverso un orifizio naturale).
Innanzitutto il chirurgo esegue un'incisione, oppure prepara l'orifizio naturale, che definisce la porta di accesso 200, attraverso la quale viene inserito un trocar, eventualmente provvisto di mezzi di visualizzazione. Quindi si gonfia la cavità chirurgica.
In particolare, l'estremità terminale del trocar 900 à ̈ illustrata in figura 23.
Vantaggiosamente tale trocar 900 può presentare mezzi di illuminazione 901, quali per esempio LED, e mezzi di visualizzazione 902, quali telecamere.
Attraverso tale trocar, il chirurgo inserisce nell'area chirurgica 201 i mezzi di inserimento 810.
Viene poi inserito il supporto articolato 7, in configurazione di riposo, flessibile, facendolo scorrere lungo la guida definita dai mezzi di inserimento 810.
Il corretto inserimento del supporto articolato 7 lungo la guida definita dai mezzi di inserimento 810 à ̈ indicato attraverso punti di riferimento calibrati presenti sui mezzi di inserimento 810 e sul supporto articolato 7 stessi. Inoltre à ̈ previsto un fermo meccanico, attivabile manualmente dall'operatore, che blocca 1 'inserimento del supporto articolato 7 lungo i mezzi di inserimento 810 quando questi hanno raggiunto la posizione predefinita.
Il supporto articolato 7 può essere poi connesso, nel caso non lo fosse già, alla porzione terminale 500 dell'elemento adattatore 5, tramite la cerniera sferica 50, il quale elemento adattatore 5 à ̈ sorretto dalla struttura di sostegno 3, fissata al tavolo operatorio.
A questo punto si attivano i mezzi di irrigidimento 17, i quali portano il supporto articolato 7 nella sua configurazione operativa, rigida, bloccando anche la cerniera sferica 50, che pertanto diventa un vincolo rigido.
La guida di inserimento 811 e la porzione terminale 500 dell'adattatore 5 realizzano ora un canale definito da due canali semi-circolari a cavallo della porta di accesso 200 all'area chirurgica 201.
I mezzi di manovra 9, costituiti dal braccio robotico 91 (o da una coppia di bracci robotici 91) prevedono una configurazione di riposo, in cui le articolazioni tra i vari segmenti sono libere. In tale configurazione di riposo, i mezzi di manovra 9 risultano pertanto sostanzialmente flessibili, similmente a quanto si verifica per il supporto articolato 7.
I mezzi di manovra 9 , nella loro configurazione di riposo, ovvero flessibile, sono quindi inseriti nell'area chirurgica 201. Essi sono inizialmente inseriti attraverso il canale definito dai mezzi di inserimento 810 e dalla porzione terminale 500 dell'elemento adattatore 5, e poi vengono fatti scorrere lungo la guida di inserimento 811, superandone anche la porzione di estremità terminale 814.
Anche l'inserimento dei mezzi di manovra 9 Ã ̈ coadiuvato dalla presenza di punti di riferimento calibrati presenti, oltre che sui mezzi di inserimento 810, anche sui mezzi di manovra 9 stessi .
Come illustrato nelle figure 20, 21 e 22 il supporto articolato 7 e i mezzi di manovra 9, una volta inseriti nell'area chirurgica 201 e portati nella configurazione operativa rigida, si trovano in una posizione in cui i sistemi di aggancio 70, 72 del supporto articolato 7 si affacciano ai sistemi di aggancio 71, 73 dei mezzi di manovra 9.
A questo punto i mezzi di manovra 9 vengono portati a contatto con il supporto articolato 7 in modo da agganciarsi reciprocamente tramite i rispettivi sistemi di aggancio.
L'operazione di avvicinamento tra i mezzi di manovra 9 e il supporto articolato 7 può essere eseguita manualmente dal chirurgo, il quale tira verso di sé l'estremità 218 dei mezzi di manovra 9 che à ̈ ancora accessibile dall'esterno della porta di accesso 200, oppure tira verso di sé i mezzi di inserimento 810 sui quali poggiano i mezzi di manovra 9 appena inseriti.
Alternativamente possono essere previsti nei mezzi di manovra 9, o eventualmente nel supporto articolato 7, dei mezzi di attuazione e aggancio atti a portare i rispettivi sistemi di aggancio in contatto reciproco.
Tali mezzi di attuazione e aggancio possono per esempio consistere in una vite guidata da motore posizionata nei mezzi di manovra 9, la quale si impegna con un foro filettato presente nel supporto articolato 7.
A questo punto, una volta che i mezzi di manovra 9 sono stati fissati al supporto articolato 7, si azionano i mezzi di traslazione 29, che spostano i mezzi di manovra 9 stessi lungo la guida 19 del supporto articolato 7, in modo che tali mezzi di manovra 9 siano completamente inseriti nell'area chirurgica 201 e raggiungano una posizione desiderata lungo la guida 19.
Una volta che i mezzi di manovra 9 sono agganciati al supporto articolato 7 ed hanno raggiunto la posizione desiderata lungo la guida 19, l'operatore può rimuovere manualmente i mezzi di inserimento 810. Vantaggiosamente tale rimozione dei mezzi di inserimento 810 può avvenire quando i mezzi di manovra 9 sono stati spostati lungo la guida 19 in una posizione di non interferenza con la porzione di estremità terminale 814 della guida di inserimento 811.
I mezzi di manovra 9, che giacciono ancora sostanzialmente paralleli al supporto articolato 7 possono ora essere opportunamente ruotati, per esempio di 90°, tramite i sistemi di aggancio 70, 71, 72 e 73, in modo che supporto articolato 7 e mezzi di manovra 9 assumano una configurazione relativa quale quella illustrata in figura 1. Una volta agganciati al supporto articolato 7, infatti, i mezzi di manovra 9 si attivano passando dalla configurazione di riposo alla configurazione di lavoro.
Si noti che i corpi contenitori 13, con i relativi strumenti operativi 11 in essi contenuti, sono stati previamente associati alle estremità dei mezzi di manovra 9, e pertanto vengono inseriti nell'area chirurgica 201 insieme ai mezzi di manovra 9 stessi.
L'assemblaggio della struttura di robot 1 prevede anche una fase di aggancio dei corpi contenitori 13 al supporto articolato 7. Tale fase prevede l'apertura della linguetta di aggancio 130 disposta in corrispondenza dell'estremità del supporto articolato 7, l'attuazione dei mezzi di manovra 9 in modo che questi avvicinino e aggancino nelle fessure di aggancio 131 ricavate nei corpi contenitori 13 le linguette di aggancio 130, ed il successivo rilascio dei corpi contenitori 13 dai mezzi di manovra 9, una volta stabilmente agganciati al supporto articolato 7.
Durante tale fase, i mezzi di visualizzazione 21, 21a sono vantaggiosamente attivi, ossia in configurazione operativa, aperta.
Infatti l'operatore può procedere con l'attivazione dei mezzi di manovra 9, muovendo i bracci robotici 91 per disporre e agganciare al supporto articolato 7 i corpi contenitore 13 che sono ancora agganciati ai mezzi di manovra 9 quando l'area chirurgica 201 à ̈ visualizzata dai mezzi di visualizzazione 21, 21a.
Dai corpi contenitore 13 disponibili, ora agganciati al supporto articolato 7, i mezzi di manovra 9 prelevano gli strumenti operativi 11 richiesti ed eseguono l'operazione chirurgica.
Terminata l'operazione chirurgica, eventuali tessuti patologici da rimuovere vengono prelevati e asportati dall'area chirurgica, e si può procedere quindi con l'estrazione della struttura di robot 1 nell'ordine inverso rispetto all'ordine di inserimento.
La rimozione della struttura di robot 1 dall'area chirurgica 201 avviene portando il supporto articolato 7 e i mezzi di manovra 9 nella loro configurazione non operativa, flessibile. Il supporto articolato 7 e i mezzi di manovra 9 possono essere quindi afferrati dall'operatore tramite una apposita pinza o strumento affine passante attraverso il trocar, e quindi estratti. Alternativamente à ̈ possibile prevedere il reinserimento dei mezzi di inserimento 810, sempre tramite il trocar, per guidare verso l'esterno il supporto articolato 7 e i mezzi di manovra 9.
La procedura per cambiare strumento operativo 11 Ã ̈ la seguente: gli avambracci 97 del braccio robotico 91 si allineano con il corpo contenitore 13 agganciato al supporto articolato 7. A questo punto si sfruttano i movimenti di traslazione lungo la guida 19 dei mezzi di manovra 9, e i movimenti di rotazione della articolazione del tipo del polso del braccio robotico 91 per approssimarsi ed agganciare lo strumento operativo 11 desiderato. Durante tale operazione, i dispositivi di sicurezza assicurano che ogni strumento operativo 11 sia sempre associato al rispettivo corpo contenitore 13, o ai mezzi di manovra 9, o ad entrambi contemporaneamente.
Si à ̈ in pratica constatato come la struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva, secondo il presente trovato, assolva il compito nonché gli scopi prefissati in quanto consente di eseguire operazioni di chirurgia miniinvasiva in maniera sicura per il paziente senza richiedere una pluralità di accessi all'area chirurgica di interesse.
Un altro vantaggio della struttura di robot, secondo il trovato, consiste nel fatto di essere di dimensioni ridotte e facilmente manipolabile, e quindi anche veloce e semplice da inserire e rimuovere .
Un ulteriore vantaggio della struttura di robot, secondo il trovato, consiste nel fatto di poter essere dotata di una pluralità di strumenti operativi differenti per eseguire svariate operazioni chirurgiche.
Un altro vantaggio della struttura di robot, secondo il trovato, consiste nel fatto di poter essere anche utilizzata in combinazione con le tecniche laparoscopiche di tipo standard non occupando la superficie chirurgica dell'addome o del torace con ingombranti dispositivi.
Un ulteriore vantaggio della struttura di robot, secondo il trovato, consiste nel fatto di offrire stabilità e rigidità necessarie per trasmettere e applicare forze e momenti necessari all'operazione chirurgica.
La struttura di robot, particolarmente per chirurgia mini-invasiva così concepita à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo .
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti .
In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (10)

  1. R IV E N D I C A Z I O N I 1. Struttura di robot (1), particolarmente per chirurgia mini-invasiva attraverso singola incisione parietale e/o orifizio naturale, caratterizzata dal fatto di comprendere: - almeno un supporto articolato (7) comprendente una pluralità di corpi rigidi (15, 151 , 152, 154) associati tra loro; - mezzi di irrigidimento (17) associati a detto supporto articolato (7) ed atti al passaggio di detto supporto articolato (7) da una configurazione di riposo, nella quale detti corpi rigidi (15, 151, 152, 154) sono mobili uno rispetto all'altro, a una configurazione operativa, nella quale detti corpi rigidi (15, 151, 152, 154) sono allineati tra loro in maniera tale da definire una guida (19), e viceversa; - almeno un mezzo di manovra (9) scorrevolmente associabile a detta guida (19) di detto corpo articolato (7) in detta configurazione operativa, e selettivamente impegnabile con una pluralità di strumenti operativi (11) alloggiati in almeno un corpo contenitore (13) associabile a detto supporto articolato (7) in detta configurazione operativa.
  2. 2. Struttura di robot (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di inserimento (810) atti a guidare detto supporto articolato (7) in detta configurazione di riposo e detto almeno un mezzo di manovra (9) all'interno di un'area chirurgica (201) attraverso una porta di accesso (200).
  3. 3. Struttura di robot (1), secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di visualizzazione e illuminazione (21, 21a) associati a detto supporto articolato (7).
  4. 4. Struttura di robot (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo contenitore (13) à ̈ associabile ad almeno una estremità di detto supporto articolato (7) .
  5. 5. Struttura di robot (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di manovra (9) comprendono almeno un braccio robotico (91) a 7 gradi di libertà.
  6. 6. Struttura di robot (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di irrigidimento (17) comprendono cavi di tensionamento (23) passanti in detto supporto articolato (7) e azionabili da mezzi motori (25), detta configurazione operativa essendo ottenuta per accoppiamento di forma di una estremità femmina con una estremità maschio di due corpi rigidi (15) consecutivi.
  7. 7. Struttura di robot (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto supporto articolato (7) comprende almeno un carrello di guida (27) associabile ad almeno uno tra detti mezzi di manovra (9) o detti mezzi di visualizzazione (21, 21a) , e mezzi di traslazione (29) atti a traslare detto almeno un carrello di guida (27) in detta guida (19).
  8. 8. Struttura di robot (1), secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di traslazione (29) comprendono almeno un cavo di traslazione (31) connesso ad una estremità a detto almeno un carrello di guida (27) e avvolgibile, all'estremità opposta, a una puleggia (33) associata all'albero motore di mezzi motori (35).
  9. 9. Struttura di robot (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo contenitore (13) comprende dispositivi di sicurezza atti ad assicurare che detti strumenti operativi (11) sono sempre associati, in alternativa, a detto corpo contenitore (13) o a detti mezzi di manovra (9).
  10. 10. Metodo di assemblaggio di una struttura di robot (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di: - disporre di detto supporto articolato (7); - disporre di detto almeno un mezzo di manovra (9); - disporre di detti mezzi di inserimento (810) comprendenti una guida di inserimento (811); - posizionare detti mezzi di inserimento (810) attraverso una porta di accesso (200) ad un'area chirurgica (201); - inserire detto supporto articolato (7), in configurazione di riposo, in detta area chirurgica (201) lungo detta guida di inserimento (811); - irrigidire, tramite detti mezzi di irrigidimento (17) detto supporto articolato (7) portandolo in detta configurazione operativa; - inserire detto almeno un mezzo di manovra (9), in configurazione di riposo, flessibile, in detta area chirurgica (201) lungo detta guida di inserimento (811); - agganciare, in detta area chirurgica (201), detto almeno un mezzo di manovra (9) a detto supporto articolato (7) - attivare detto almeno un mezzo di manovra (9) in una configurazione di lavoro.
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