BR112012028465B1 - manipulador de instrumento e sistema cirúrgico robótico - Google Patents

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R Ramstad Craig
Gomez Daniel
F Duval Eugene
Diolaiti Nicola
E Holop Robert
W Rogers Theodore
G Cooper Thomas
Solomon Todd
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Abstract

manipulador de instrumento de sistema cirúrgico. a presente invenção refere-se a um manipulador de instrumento e um sistema cirúrgico robótico que incluem um manipulador de instrumento (342). em uma modalidade, um manipulador de instrumento inclui uma pluralidade de módulos de condução de acionador independentes, cada um da pluralidade de módulos de condução de acionador inclui uma saída de acionador (442b,c,d,e), em que cada uma das saídas de acionador é configurada para acionar, independentemente, uma entrada correspondente de acionador de um instrumento cirúrgico sem entrada de força de outra saída de acionador. o manipulador de instrumento inclui adicionalmente uma estrutura (542i) que aloja a pluralidade de módulos de condução de acionador independentes, a estrutura inclui uma extremidade distal a partir da qual cada das saídas de acionador se projeta distalmente para acoplar a entrada de acionador correspondente do instrumento cirúrgico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MANIPULADOR DE INSTRUMENTO E SISTEMA CIRÚRGICO ROBÓTICO.
Referência Cruzada para Pedidos Relacionados [001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório Norte-americano de N°. 61/334.978 intitulado Surgical System depositado em 14 de maio de 2010, cujo conteúdo é incorporado por referência integralmente neste documento para todos os propósitos.
[002] Este pedido é relacionado ao Pedido de Patente Norteamericano de N°. 11/762.165, depositado em 13 de junho de 2007, o qual é incorporado por referência neste documento para todos os propósitos. O Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165 reivindicou o benefício de prioridade dos seguintes Pedidos de Patente provisórios Norte-americanos, todos os quais são incorporados por referência neste documento: 60/813.028 intitulado Single port system 2 depositado em 13 de junho de 2006 por Cooper e outros; 60/813.029 intitulado Single port surgical system 1 depositado em 13 de junho de 2006 por Cooper; 60/813.030 intitulado Independently actuated optical train depositado em 13 de junho de 2006 por Larkin e outros; 60/813.075 intitulado Modular cannula architecture depositado em 13 de junho de 2006 por Larkin e outros; 60/813.125 intitulado Methods for delivering instruments to a surgical site with minimal disturbance to intermediate structures depositado em 13 de junho de 2006 por Larkin e outros; 60/813.126 intitulado Rigid single port surgical system depositado em 13 de junho de 2006 por Cooper; 60/813.129 intitulado Minimum net force actuation depositado em 13 de junho de 2006 por Cooper e outros; 60/813.131 intitulado Side working tools and camera depositado em 13 de junho de 2006 por Duval e outros; 60/813.172 intitulado Passing cables through joints depositado em 13 de junho de 2006 por Cooper;
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60/813.173 intitulado Hollow smoothly bending instrument joints depositado em 13 de junho de 2006 por Larkin e outros; 60/813.198 intitulado Retraction devices and methods depositado em 13 de junho de 2006 por Mohr e outros; 60/813,207 intitulado Sensory architecture for endoluminal robots depositado em 13 de junho de 2006 por Diolaiti e outros; e 60/813.328 intitulado Concept for single port laparoscopic surgery depositado em 13 de junho de 2006 por Mohr e outros.
[003] Este pedido é relacionado adicionalmente aos seguintes pedidos de Patente Norte-americanos Norte-americanos pendentes, todos os quais são incorporados por referência neste documento: 11/762.217 intitulado Retraction of tissue for single port entry, robotically assisted medical procedures por Mohr; 11/762.222 intitulado Bracing of bundled medical devices for single port entry, robotically assisted medical procedures por Mohr e outros; 11/762.231 Extendable suction surface for bracing medical devices during robotically assisted medical procedures por Schena; 11/762.236 intitulado Control system configured to compensate for non-ideal actuator-to-joint linkage characteristics in a medical robotic system por Diolaiti e outros; 11/762.185 intitulado Surgical instrument actuation system por Cooper e outros; 11/762.172 intitulado Surgical instrument actuator por Cooper e outros; 11/762.161 intitulado Minimally invasive surgical instrument advancement por Larkin e outros; 11/762.158 intitulado Surgical instrument control and actuation por Cooper e outros; 11/762.154 intitulado Surgical instrument with parallel motion mechanism por Cooper; 11/762.149 intitulado Minimally invasive surgical apparatus with side exit instruments por Larkin; 11/762.170 intitulado Minimally invasive surgical apparatus with side exit instruments por Larkin; 11/762,143 intitulado Minimally invasive surgical instrument system por Larkin; 11/762.135 intitulado Side looking minimally inva
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3/98 sive surgery instrument assembly por Cooper e outros; 11/762,132 intitulado Side looking minimally invasive surgery instrument assembly por Cooper e outros; 11/762,127 intitulado Guide tube control of minimally invasive surgical instruments por Larkin e outros; 11/762.123 intitulado Minimally invasive surgery guide tube por Larkin e outros; 11/762.120 intitulado Minimally invasive surgery guide tube por Larkin e outros; 11/762.118 intitulado Minimally invasive surgical retractor system por Larkin; 11/762,114 intitulado Minimally invasive surgical illumination por Schena e outros; 11/762.110 intitulado Retrograde instrument por Duval e outros; 11/762.204 intitulado Retrograde instrument por Duval e outros; 11/762.202 intitulado Preventing instrument/tissue collisions por Larkin; 11/762.189 intitulado Minimally invasive surgery instrument assembly with reduced cross section por Larkin e outros; 11/762.191 intitulado Minimally invasive surgical system por Larkin e outros; 11/762.196 intitulado Minimally invasive surgical system por Duval e outros; e 11/762.200 intitulado Minimally invasive surgical system por Diolaiti.
[004] Este pedido é também relacionado aos seguintes Pedidos de Patente Norte-americanos, todos os quais são incorporados por referência neste documento: 12/163.051 (depositado em 27 de junho de 2008; intitulado Medical Robotic System with Image Referenced Camera Control Using Partitionable Orientation and Translational Modes); 12/163.069 (depositado em 27 de junho de 2008; intitulado Medical Robotic System Having Entry Guide Controller with Instrument Tip Velocity Limiting); 12/494.695 (depositado em 30 de junho 2009; intitulado Control of Medical Robotic System Manipulator About Kinematic Singularities); 12/541.913 (depositado em 15 de agosto de 2009; intitulado Smooth Control of an Articulated Instrument Across Areas with Different Work Space Conditions); 12/571.675 (depositado em 1 de outubro de 2009; intitulado Laterally Fenestrated Cannula);
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12/613.328 (depositado em 5 de novembro de 2009; intitulado Controller Assisted Reconfiguration of an Articulated Instrument During Movement Into and Out Of an Entry Guide); 12/645.391 (depositado em 22 de dezembro de 2009; intitulado Instrument Wrist with Cycloidal Surfaces); 12/702.200 (depositado em 8 de fevereiro de 2010; intitulado Direct Pull Surgical Gripper); 12/704.669 (depositado em 12 de fevereiro de 2010; intitulado Medical Robotic System Providing Sensory Feedback Indicating a Difference Between a Commanded State and a Preferred Pose of an Articulated Instrument); 12/163.087 (depositado em 27 de junho de 2008; intitulado Medical Robotic System Providing an Auxiliary View of Articulatable Instruments Extending Out Of a Distal End of an Entry Guide); 12/780.071 (depositado em 14 de maio de 2010; intitulado Medical Robotic System with Coupled Control Modes); 12/780.747 (depositado em 14 de maio de 2010; intitulado Cable Re-ordering Device); 12/780.758 (depositado em 14 de maio de 2010; intitulado Force Transmission for Robotic Surgical Instrument); 12/780.773 (depositado em 14 de maio de 2010; intitulado Overforce Protection Mechanism); 12/832.580 (depositado em 8 de julho de 2010; intitulado Sheaths for Jointed Instruments); Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/855.499 (depositado em 12 de agosto de 2010; intitulado Surgical System Sterile Drape (Número de Registro Legal ISRG02430/US)); Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/855,488 (depositado em 12 de agosto de 2010; intitulado Surgical System Entry Guide (Número de Registro Legal. ISRG02450/US)); Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/855.413 (depositado em 12 de agosto de 2010; intitulado Surgical System Instrument Manipulator (Número de Registro Legal. ISRG02460/US)); Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/855.434 (depositado em 12 de agosto de 2010; intitulado Surgical System Architecture (Número de Registro Legal. ISRG02550/US));
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Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/855.475 (depositado em 12 de agosto de 2010; intitulado Surgical System Counterbalance (Número de Registro Legal. ISRG02560/US)); e Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/855.461 (depositado em 12 de agosto de 2010; intitulado Surgical System Instrument Sterile Adapter (Número de Registro Legal. ISRG02820/US)).
Antecedentes [005] Em cirurgia roboticamente assistida ou telerrobótica, o cirurgião opera tipicamente um controlador principal para controlar remotamente o movimento de instrumentos cirúrgicos no local cirúrgico a partir de um local que pode ser remoto ao paciente (por exemplo, através da sala de operação, em uma sala diferente ou um edifício completamente diferente do paciente). O controlador principal usualmente inclui uma ou mais dispositivos de entrada de mão, tal como manches (joysticks), luvas exoesqueléticas ou algo semelhante, que são acopladas aos instrumentos cirúrgicos com servomotores para articular os instrumentos no local cirúrgico. Os servomotores são tipicamente parte de um dispositivo eletromecânico ou manipulador cirúrgico (o escravo) que suporta e controla os instrumentos cirúrgicos que foram introduzidos diretamente em um local cirúrgico aberto ou através de cânulas de trocarte dentro de uma cavidade do corpo, tal como o abdômen do paciente. Durante a operação, o manipulador cirúrgico fornece articulação mecânica e controle de uma variedade de instrumentos cirúrgicos, tais como pinças de tecido, condutores de agulha, sondas cirúrgicas eletro-cauterizadoras, etc., em que cada um executa várias funções para o cirurgião, por exemplo, segurar ou direcionar uma agulha, comprimir um vaso sanguíneo, ou dissecar, cauterizar ou coagular tecido.
[006] A quantidade de graus de liberdade (DOFs) é a quantidade de variáveis independentes que identificam unicamente a constitui
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6/98 ção/configuração de um sistema telerrobótico. Uma vez que manipuladores robóticos são correntes cinemáticas que mapeiam o espaço da articulação (entrada) dentro do (saída) Espaço Cartesiano, a noção de DOF pode ser expressa em qualquer destes dois espaços. Em particular, o conjunto de articulações DOFs é o conjunto de variáveis de articulação para todas as articulações controladas independentemente. Sem perda de generalidade, articulações são mecanismos que fornecem, por exemplo, um único DOF translacional (articulações prismáticas) ou rotacional (articulações revolutas). Qualquer mecanismo que fornece mais do que um movimento DOF é considerado, a partir de uma perspectiva de modelagem cinemática, como duas ou mais articulações separadas. O conjunto de DOFs Cartesianos é usualmente representado pelas três variáveis translacionais (posição) (por exemplo, largar, elevar, oscilar) e pelas três variáveis rotacionais (orientação) (por exemplo, Ângulos de Euler ou ângulos de rotação/inclinação/mudança de direção) que descrevem a posição e orientação de uma estrutura efetora terminal (ou ponta) com respeito a um dado quadro Cartesiano de referência.
[007] Por exemplo, um mecanismo planar com um efetor terminal montado em dois trilhos independente e perpendiculares tem a capacidade de controlar a posição x/y dentro da área alcançada pelos dois trilhos (DOFs prismáticos). Se o efetor terminal pode ser girado em volta de um eixo perpendicular ao plano dos trilhos, então existem três entradas DOF (as duas posições de trilho e o ângulo de mudança de direção) que corresponde a três saídas DOF (a posição x/y e o ângulo de orientação do efetor terminal).
[008] Embora a quantidade de DOFs Cartesianos não redundantes que descrevem um corpo dentro de um quadro de referência Cartesiano, no qual todas as variáveis translacional e orientacional são controladas independentemente, pode ser seis, a quantidade de articu
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7/98 lações DOFs é geralmente o resultado de escolhas de projeto que envolvem considerações da complexidade do mecanismo e das especificações da tarefa. Consequentemente, a quantidade de articulações DOFs pode ser maior, igual, ou menor do que seis. Para correntes cinemáticas não redundantes, a quantidade de articulações controladas independentemente é igual ao grau de mobilidade para a estrutura do efetor terminal. Para certa quantidade de articulações DOF prismáticas e revolutas, a estrutura de efetor terminal terá uma quantidade igual de DOFs (exceto quando em configurações singulares) no Espaço Cartesiano que corresponderá a uma combinação de movimentos translacionais (posição x/y/z) e rotacionais (ângulo de orientação de rotação/inclinação/mudança de direção).
[009] A distinção entre os DOFs de entrada e saída é extremamente importante em situações com correntes cinemáticas redundantes ou imperfeitas (por exemplo, manipuladores mecânicos). Em particular, manipuladores imperfeitos têm menos do que seis articulações controladas independentemente e, portanto, não têm a capacidade de controlar totalmente posição e orientação do efetor terminal. Em vez disso, manipuladores imperfeitos são limitados a controlar apenas um subconjunto das variáveis de posição e orientação. Por outro lado, manipuladores redundantes têm mais do que seis articulações DOF. Portanto, um manipulador redundante pode usar mais do que uma configuração de articulação para estabelecer uma configuração desejada de efetor terminal de 6 DOFs. Em outras palavras, graus de liberdade adicionais podem ser usados para controlar não apenas a posição e orientação do efetor terminal, mas também a forma do próprio manipulador. Forma para os graus de liberdade cinemática, os mecanismos podem ter outros DOFs, tais como o movimento pivotante de alavanca de mordentes de aperto ou lâminas de tesoura.
[0010] Cirurgia telerrobótica através de manipulação remota tem
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8/98 sido capaz de reduzir o tamanho e quantidade de incisões requeridas em cirurgia para melhorar a recuperação do paciente ao mesmo tempo em que também ajuda a reduzir trauma e desconforto do paciente. Entretanto, cirurgia telerrobótica tem também criado muitos desafios novos. Os manipuladores robóticos adjacentes ao paciente algumas vezes têm tornado o acesso ao paciente difícil para a equipe ao lado do paciente, e para robôs designados particularmente para cirurgia de porta única, o acesso à porta única é de vital importância. Por exemplo, um cirurgião tipicamente empregará uma grande quantidade de diferentes instrumentos/ferramentas cirúrgicos durante um procedimento e facilidade de acesso para o manipulador e porta única e facilidade de troca de instrumento são altamente desejáveis.
[0011] Outro desafio resulta do fato de que uma parte do manipulador cirúrgico eletromecânico será posicionada adjacente ao local de operação. Consequentemente, o manipulador cirúrgico pode se tornar contaminado durante cirurgia e ser tipicamente descartado ou esterilizado entre operações. De uma perspectiva de custo, seria preferível esterilizar o dispositivo. Entretanto, os motores servo, sensores, codificadores, e conexões elétricas que são necessários para controlar roboticamente os motores tipicamente não podem ser esterilizados usando métodos convencionais, por exemplo, vapor, calor e pressão, ou produtos químicos, devido a peças do sistema poderem ser danificadas ou destruídas no processo de esterilização.
[0012] Um pano estéril tem sido usado previamente para cobrir o manipulador cirúrgico e tem previamente incluído orifícios através dos quais um adaptador (por exemplo, um adaptador de unidade de pulso ou um adaptador de cânula) deve entrar no campo estéril. Entretanto, isto desvantajosamente requer separação e esterilização dos adaptadores após cada procedimento e também provoca uma grande probabilidade de contaminação através dos orifícios no pano.
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9/98 [0013] Além disso, com as concepções de pano estéril correntes para sistemas robóticos cirúrgicos multibraço, cada individual braço do sistema é drapeado, mas estas concepções não são aplicáveis a um sistema de porta única, em particular quando todos os atuadores do instrumento são movidos juntos por um único manipulador escravo.
[0014] O que é necessário, portanto, são sistemas telerrobóticos, aparelhos, e métodos aprimorados para controlar remotamente instrumentos cirúrgicos em um local cirúrgico em um paciente. Em particular, estes sistemas, aparelhos, e métodos devem ser configurados para minimizar a necessidade de esterilização para melhorar eficiência de custos ao mesmo tempo em que também protege o sistema e o paciente cirúrgico. Adicionalmente, estes sistemas, aparelhos, e métodos devem ser designados para minimizar tempo e dificuldade de troca de instrumento e durante o procedimento cirúrgico ao mesmo tempo em que oferecem uma interface precisa para o instrumento e o manipulador. Além disso, estes sistemas e aparelhos devem ser configurados para minimizar fator de forma para fornecer o maior espaço disponível em volta da porta de entrada para a equipe cirúrgica ao mesmo tempo em que também proporcionam variedade de movimentos aprimorados. Além disso, estes sistemas, aparelhos, e métodos devem proporcionar organização, suporte, e operação eficiente de múltiplos instrumentos através de uma porta única ao mesmo tempo em que reduz colisões entre instrumentos e outros aparelhos.
Sumário [0015] A presente descrição fornece sistemas, aparelhos, e métodos cirúrgicos aprimorados para cirurgia telerrobótica. De acordo com um aspecto, um sistema, aparelho, e método fornecem pelo menos um instrumento cirúrgico telemanipulado em uma extremidade distal de um manipulador de instrumento e braço manipulador planejado com uma interface precisa e robusta ao mesmo tempo em que também
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10/98 proporciona facilidade de troca de instrumento e manipulação de instrumento aprimorada, cada instrumento cirúrgico trabalhando independentemente do outro e cada um tendo um efetor terminal com pelo menos seis graus de liberdade controlados ativamente no espaço Cartesiano (ou seja, largar, elevar, oscilar, rodar, inclinar, mudar de direção).
[0016] Em uma modalidade, um sistema cirúrgico robótico inclui uma base, e uma conexão de configuração acoplada operacionalmente à base, a conexão de configuração fica localizada em um centro remoto de movimento ao sistema cirúrgico robótico. O sistema adicionalmente inclui uma conexão proximal acoplada operacionalmente à conexão de configuração, uma conexão distal acoplada operacionalmente à conexão proximal, e uma pluralidade de manipuladores de instrumento acoplados rotativamente a uma extremidade distal da conexão distal, cada um dos manipuladores de instrumento inclui uma pluralidade de saídas de atuador que se projeta distalmente a partir de uma extremidade distal de uma estrutura.
[0017] Em outra modalidade, um sistema cirúrgico robótico inclui os elementos descritos acima e uma pluralidade de instrumentos cirúrgicos acoplados operacionalmente à extremidade distal do manipulador de instrumento correspondente, em que cada instrumento tem entradas de atuador em uma face proximal de um mecanismo de transmissão de força acoplado com saídas de atuador correspondentes do manipulador de instrumento correspondente.
[0018] Em ainda outra modalidade, um método para acoplar um instrumento cirúrgico para um braço manipulador de um sistema cirúrgico robótico inclui fornecer um sistema cirúrgico robótico como descrito acima e montar uma face proximal de um instrumento cirúrgico à extremidade distal de um manipulador de instrumento correspondente para acoplar operacionalmente as saídas de atuador do manipulador
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11/98 de instrumento e entradas de atuador do instrumento cirúrgico.
[0019] Um entendimento mais completo das modalidades da presente descrição será proporcionado para os indivíduos versados na técnica, bem como uma compreensão de vantagens adicionais do mesmo, por uma consideração da descrição detalhada a seguir de uma ou mais modalidades. Será feita referência aos desenhos em anexo que primeiro serão descritos brevemente.
Breve Descrição dos Desenhos [0020] As figuras 1A e 1B ilustram vistas esquemáticas de um conjunto de suporte do lado do paciente em um sistema telecirúrgico com e sem um pano estéril, respectivamente, de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0021] A figura 2A é uma vista diagramática em perspectiva que ilustra uma modalidade de um sistema telecirúrgico com um pano estéril e instrumentos montados.
[0022] As figuras 2B e 2C ilustram vistas laterais e superior, respectivamente, do sistema telecirúrgico da figura 2A sem que um pano estéril seja mostrado.
[0023] A figura 3 é uma vista em perspectiva que ilustra uma modalidade de uma plataforma base de manipulador, conjunto de manipuladores de instrumento, e instrumentos montados.
[0024] As figuras 4A e 4B ilustram vistas em perspectiva de um manipulador de instrumento estendido e retraído, respectivamente, juntamente com um eixo de inserção.
[0025] As figuras 5A1 e 5B1 ilustram a operação de ganchos de suporte para acoplar uma face proximal de um mecanismo de instrumento de transmissão para uma face distal do manipulador de instrumento, e as figuras 5A2 e 5B2 ilustram vistas de corte das figuras 5A1 e 5B1, respectivamente.
[0026] As figuras 5C1 a 5C4 ilustram diferentes vistas do manipu
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12/98 lador de instrumento sem um gabinete externo.
[0027] As figuras 6A e 6B ilustram diferentes vistas de um módulo de garra do manipulador de instrumento de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0028] A figura 7A ilustra uma vista de um módulo atuador de cardã do manipulador de instrumento de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0029] A figura 7B ilustra uma vista de um módulo de rotação do manipulador de instrumento de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0030] A figura 8 ilustra uma vista de um eixo de inserção telescópica do manipulador de instrumento de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0031] As figuras 9A e 9B ilustram vistas em perspectiva de uma parte proximal e uma parte distal, respectivamente, de um instrumento configurado para montar para um manipulador de instrumento.
[0032] A figura 10 ilustra um diagrama de corte de um manipulador de instrumento acoplado operacionalmente a um instrumento de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0033] As figuras 11A e 11B ilustram vistas em perspectiva de uma parte de um pano estéril em um estado retraído e um estado estendido, respectivamente, de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0034] A figura 11C ilustra uma vista de corte de uma parte de pano estéril giratório montada a uma extremidade distal de um braço manipulador que inclui uma plataforma de base de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0035] A figura 11D ilustra um estendido pano estéril de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0036] A figura 12 ilustra uma vista em perspectiva de uma parte
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13/98 de um estendido pano estéril que inclui um adaptador estéril de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0037] As figuras 13A e 13B ilustram uma vista em perspectiva de um adaptador estéril montado e uma vista explodida do adaptador estéril, respectivamente, de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0038] A figura 13C ilustra uma vista aumentada de uma interface de atuador de rotação de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0039] As figuras 14A e 14B ilustram uma vista em perspectiva inferior e uma vista inferior de um manipulador de instrumento de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0040] A figura 15 ilustra uma vista em perspectiva inferior do manipulador de instrumento acoplado operacionalmente ao adaptador estéril de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0041] As figuras 16A a 16E ilustram uma sequência para acoplar o manipulador de instrumento e o adaptador estéril de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0042] As figuras 17A a 17C ilustram uma sequência para acoplar um instrumento cirúrgico ao adaptador estéril de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0043] As figuras 18A e 18B ilustram uma vista em perspectiva aumentada e vista lateral, respectivamente, do instrumento e adaptador estéril antes do acoplamento.
[0044] As figuras 19A e 19B ilustram vistas em perspectiva de uma montagem de cânula móvel em uma posição retraída e uma posição implantada, respectivamente.
[0045] As figuras 20A e 20B ilustram uma vista em perspectiva frontal e traseira de uma cânula montada em um engate de cânula de acordo com uma modalidade.
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14/98 [0046] A figura 21 ilustra uma vista em perspectiva de uma cânula sozinha.
[0047] A figura 22 ilustra uma vista de corte transversal da cânula da figura 21 e uma guia de entrada das figuras 23A e 23B montada em combinação com instrumentos montados a manipuladores de instrumento em uma plataforma de manipulador de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0048] As figuras 23A e 23B ilustram uma vista em perspectiva e uma vista superior da guia de entrada da figura 22.
[0049] A figura 24 ilustra uma vista de corte transversal de outra cânula e outra guia de entrada montada em combinação com instrumentos montados a manipuladores de instrumento em uma plataforma de manipulador de acordo com uma modalidade da presente descrição.
[0050] As figuras 24A a 24B ilustram vistas em perspectiva de outra montagem de braço de cânula móvel em uma posição retraída e uma posição implantada, respectivamente.
[0051] A figura 24C ilustra um corte de topo de uma cânula de acordo com outra modalidade.
[0052] A figura 24D ilustra um engate de cânula em uma extremidade distal de um braço de suporte de cânula de acordo com outra modalidade.
[0053] As figuras 25A a 25C, 26A a 26C, e 27A a 27C ilustram diferentes vistas de um sistema cirúrgico com um eixo de rotação de montagem de manipulador de instrumento ou eixo de inserção de instrumento apontado em diferentes direções.
[0054] A figura 28 é uma vista diagramática de um sistema de controle de movimento centralizado para um sistema telecirúrgico minimamente invasivo de acordo com uma modalidade.
[0055] A figura 29 é uma vista diagramática de um sistema de con
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15/98 trole de movimento distribuído para um sistema telecirúrgico minimamente invasivo de acordo com uma modalidade.
[0056] As figuras 30A e 30B ilustram diferentes vistas de uma conexão de contrabalanço de um sistema cirúrgico robótico de acordo com uma modalidade.
[0057] A figura 31 ilustra uma vista da conexão de contrabalanço sem um gabinete externo de acordo com uma modalidade.
[0058] As figuras 32A e 32B ilustram uma vista em perspectiva inferior e uma vista de corte, respectivamente, de uma parte distal da conexão de contrabalanço de acordo com uma modalidade.
[0059] A figura 33 ilustra uma vista lateral da parte distal da conexão de contrabalanço sem um obturador de extremidade, A figura 34 ilustra uma vista em perspectiva aumentada da guia linear de obturador de extremidade, e A figura 35 ilustra uma vista em perspectiva de um pino de ajuste de acordo com vários aspectos da presente descrição.
[0060] As figuras 36A a 36C ilustram vistas de corte laterais que mostram um alcance de movimento do pino de ajuste para mover um obturador de extremidade relativo ao guia linear de acordo com vários aspectos da presente descrição.
[0061] As figuras 37A a 37C ilustram vistas detalhadas de uma extremidade distal da conexão proximal de contrabalanço de acordo com vários aspectos da presente descrição.
[0062] Modalidades da presente descrição e suas vantagens são melhor entendidas por referência a descrição detalhada a seguir. Deve ser observado que numerais de referência semelhantes são usados para identificar elementos semelhantes ilustrados em uma ou mais das figuras. Também deve ser avaliado que as figuras podem não ser necessariamente desenhadas em escala.
Descrição Detalhada
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16/98 [0063] Esta descrição e os desenhos em anexo que ilustram aspectos e modalidades da presente descrição não devem ser tomados como limitantes. Várias mudanças mecânicas, composicionais, estruturais, elétricas, e operacionais podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo desta descrição. Em algumas instâncias, circuitos, estruturas, e técnicas bem conhecidas não foram mostrados em detalhes a fim de não para obscurecer a descrição. Números semelhantes em duas ou mais figuras representam os mesmos elementos ou similares. [0064] Adicionalmente, a terminologia desta descrição não tem a intenção de limitar a descrição. Por exemplo, termos especialmente relativos, tais como abaixo, em baixo, inferior, acima, superior proximal, distal, e algo semelhante, podem ser usados para descrever um relacionamento de elemento ou componente a outro elemento ou componente como ilustrado nas figuras. Estes termos especialmente relativos são destinados a abranger posições e orientações diferentes do dispositivo em uso ou operação adicionalmente à posição e orientação mostrada nas figuras. Por exemplo, se o dispositivo nas figuras é virado, elementos descritos como em baixo ou abaixo de outros elementos ou componentes podem então ficar acima ou sobre os outros elementos ou componentes. Portanto, o termo exemplificativo abaixo pode abranger ambas as posições e orientações de acima e abaixo. O dispositivo pode ser orientado de outra forma (girado 90 graus ou em outras orientações), e os descritores relativos espacialmente usados neste documento interpretados adequadamente. Igualmente, as descrições de movimento ao longo de e em volta de vários eixos geométricos incluem vários posições e orientações especiais de dispositivo. Adicionalmente, as formas singulares um, uma, e o, a também são destinadas a incluir as formas plurais, a menos que o contexto indique o contrário. E, os termos compreende, que compreende, inclui, e algo semelhante especificam a
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17/98 presença de componentes, etapas, operações, elementos, determinados, mas não impedem a presença ou adição de um ou mais outros componentes, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos. Componentes descritos como acoplados podem ser acoplados de forma direta elétrica ou mecanicamente, ou os mesmos podem ser acoplados indiretamente através de um ou mais componentes intermediários.
[0065] Em um exemplo, os termos proximal ou proximalmente são usados de uma forma geral para descrever um objeto ou elemento que está mais próximo a uma base de braço manipulador juntamente com uma corrente cinemática de movimento do sistema ou mais para longe de um centro remoto de movimento (ou um local cirúrgico) juntamente com a corrente cinemática de movimento do sistema. De maneira similar, os termos distal ou distalmente são usados de uma forma geral para descrever um objeto ou elemento que está mais para longe da base de braço manipulador juntamente com a corrente cinemática de movimento do sistema ou mais próximo ao centro remoto de movimento (ou um local cirúrgico) juntamente com a corrente cinemática de movimento do sistema.
[0066] O uso de entradas de operador em um dispositivo principal para controlar um dispositivo robótico escravo e executar trabalho em um local de trabalho é bem conhecido. Estes sistemas são chamados por vários nomes, tais como teleoperação, telemanipulação, ou sistemas telerrobóticos. Um tipo de sistema de telemanipulação dá ao operador uma percepção de estar presente no local de trabalho, e estes sistemas são chamados, por exemplo, sistemas de telepresença. O Sistema Cirúrgico da Vinci®, comercializado por Intuitiva Surgical, Inc. de Sunnyvale, Califórnia, é um exemplo de um sistema de telemanipulação com telepresença. Fundamentos de telepresença para sistemas cirúrgicos como estes são revelados na Patente Norte-americana de
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N°. 6.574.355 (depositado em 21 de março de 2001), que é incorporada neste documento por referência. Um sistema cirúrgico teleoperado (com ou sem um componente de telepresença) pode ser referenciado como um sistema telecirúrgico.
[0067] Para evitar repetição nas figuras e nas descrições abaixo dos vários aspectos e modalidades ilustrativas, deve ser entendido que muitos componentes são comuns a muitos aspectos e modalidades. A omissão de um aspecto de uma descrição ou figura não implica que o aspecto está faltando nas modalidades que incorporam aquele aspecto. Em vez disso, o aspecto pode ter sido omitido por clareza e para evitar descrição prolixa. Consequentemente, aspectos descrito com referência a uma modalidade representada e/ou descrita podem estar presentes em ou aplicados a outras modalidades representadas e/ou descritas a menos que seja não seja prático fazê-lo.
[0068] Consequentemente, diversos aspectos gerais se aplicam a várias descrições abaixo. Vários instrumentos cirúrgicos, tubos-guia, e montagens de instrumentos são aplicáveis na presente descrição e são descritos adicionalmente no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165 (depositado em 13 de junho de 2007; Pedido de Patente Norte-americano de Pub. N°. US 2008/0065105 A1), que é incorporado neste documento por referência. Instrumentos cirúrgicos sozinhos, ou conjuntos que incluem tubos-guia, múltiplos instrumentos, e/ou múltiplos tubos-guia, são aplicáveis na presente descrição. Portanto, vários instrumentos cirúrgicos podem ser utilizados, cada instrumento cirúrgico trabalhando independentemente do outro, e cada um tendo um efetor terminal. Em algumas instâncias os efetores terminais operam com pelo menos seis DOFs controlados ativamente no espaço Cartesiano (ou seja, largar, elevar, oscilar, rodar, inclinar, mudar de direção), através de uma única porta de entrada em um paciente. Um ou mais efetores terminais DOF adicionais podem ser aplicados
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19/98 a, por exemplo, movimento de mordente de efetor terminal em instrumentos de aperto ou corte.
[0069] Por exemplo, pelo menos um efetor terminal cirúrgico é mostrado ou descrito em várias figuras. Um efetor terminal é a parte do instrumento cirúrgico ou conjunto minimamente invasivo que executa uma função cirúrgica específica (por exemplo, fórceps/pinças, condutores de agulha, tesouras, ganchos de eletrocauterização, grampos, aplicadores/removedores de presilha, etc.). Muitos efetores terminais têm, eles próprios, um único DOF (por exemplo, pinças que abrem e fecham). O efetor terminal pode ser acoplado ao corpo do instrumento cirúrgico com um mecanismo que fornece um ou mais DOFs adicionais, tais como mecanismos tipo garra. Exemplos destes mecanismos são mostrados na Patente Norte-americana de N°. 6.371.952 (depositado em 28 de junho de 1999; Madhani e outros) e na Patente Norte-americana de N°. 6.817.974 (depositada em 28 de junho de 2002; Cooper e outros), ambos os quais são incorporados por referência neste documento, e podem ser conhecidos como vários mecanismos da Intuitiva Surgical, Inc. Endowrist® como usados tanto em instrumentos de 8 mm como e 5 mm para sistemas cirúrgicos da Vinci®. Embora os instrumentos cirúrgicos descritos neste documento geralmente incluam efetores terminais, deve ser entendido que em alguns aspectos um efetor terminal pode ser OMITIDO. Por exemplo, a ponta romba distal de um eixo de corpo de instrumento pode ser usada para retrair tecido. Como outro exemplo, aberturas de sucção ou irrigação podem existir na ponta distal de um eixo do corpo ou no mecanismo de garra. Nestes aspectos, deve ser entendido que descrições de posicionamento e orientação de um efetor terminal incluem posicionamento e orientação da ponta de um instrumento cirúrgico que não tem um efetor terminal. Por exemplo, uma descrição que endereça a estrutura de referência para uma ponta de um efetor terminal também deve
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20/98 ser lida para incluir a estrutura de referência de uma ponta de um instrumento cirúrgico que não têm um efetor terminal.
[0070] Por toda esta descrição, deve ser entendido que um sistema de imageamento/componente de captura de imagem/dispositivo de câmera mono ou estereoscópico pode ser colocado na extremidade distal de um instrumento onde quer que um efetor terminal seja mostrado ou descrito (o dispositivo pode ser considerado um instrumento de câmera), ou o mesmo pode ser colocado próximo ou na extremidade distal de qualquer tubo-guia ou outro elemento do conjunto de instrumentos. Consequentemente, os termos sistema de imageamento e algo semelhante como usados neste documento devem ser interpretados amplamente para incluir tanto componentes de captura de imagem como combinações de componentes de captura de imagem com conjunto de circuitos e hardware associados, dentro do contexto dos aspectos e modalidades que são descritos. Estes sistemas de imageamento endoscópicos (por exemplo, ótico, infravermelho, ultrassom, etc.) incluem sistemas com pastilhas de microcircuitos sensoras posicionadas distalmente e circuitos associados que retransmitem dados de imagem capturada através de uma conexão com fio ou sem fio para fora do corpo. Estes sistemas de imageamento endoscópicos também incluem sistemas que retransmitem imagens para captura fora do corpo (por exemplo, usando lentes de haste ou fibras óticas). Em alguns instrumentos ou montagens de instrumentos pode ser usado um sistema ótico de visualização direta (a imagem endoscópica é visualizada diretamente em um ocular). Um exemplo de um distalmente posicionado sistema de imageamento estereoscópico semicondutor é descrito no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/614,661 (depositado em 21 de dezembro de 2006; que revela Stereoscopic Endoscope; Shafer e outros), que é incorporado por referência. Componentes de sistemas de imageamento endoscópicos bem conheci
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21/98 dos, tais como conexões de iluminação elétricas e de fibra ótica connections, são omitidos ou representados simbolicamente por clareza. Iluminação para imageamento endoscópico é tipicamente representada nos desenhos por uma única porta de iluminação. Deve ser entendido que estas representações são exemplificativas. Os tamanhos, posições, e quantidades de portas de iluminação podem variar. As portas de iluminação são tipicamente dispostas em múltiplos lados das aberturas de imageamento, ou envolvendo completamente as aberturas de imageamento, para minimizar sombras profundas.
[0071] Nesta descrição, as cânulas são tipicamente usadas para evitar que um instrumento cirúrgico ou tubo-guia tenha atrito no tecido do paciente. Cânula pode ser usada tanto para incisões como orifícios naturais. Para situações nas quais um instrumento ou tubo-guia não translada ou gira frequentemente relativo ao seu eixo de inserção (longitudinal), uma cânula pode não ser usada. Para situações que requerem insuflação, a cânula pode incluir uma vedação para evitar que vazamento de excesso de gás de insuflação passe o instrumento ou tubo-guia. Exemplos de conjuntos de cânula que suportam insuflação e procedimentos que requerem insuflação de gás no local cirúrgico podem ser encontrados no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/705.439 (depositado em 12 de fevereiro de 2010; que revela Entry Guide for Multiple Instruments in a Single Port System), cujo conteúdo é incorporado por referência integralmente neste documento para todos os propósitos. Para cirurgia torácica que não requer insuflação, a vedação de cânula pode ser omitida, e se o movimento do eixo da inserção de instrumentos ou tubo-guia é mínima, então a própria cânula pode ser omitida. Um tubo-guia rígido pode funcionar como uma cânula em algumas configurações para instrumentos que são inseridos relativos ao tubo-guia. Cânulas e tubos-guia podem ser de, por exemplo, aço ou plástico extrudado. Plástico, que é mais barato do que aço, poPetição 870190116051, de 11/11/2019, pág. 27/118
22/98 de ser adequado para uso único.
[0072] Várias instâncias e conjuntos de instrumentos cirúrgicos e tubos-guia flexíveis são mostrados e descritos no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165, citado acima. Esta flexibilidade, nesta descrição, é obtida de várias maneiras. Por exemplo, um segmento de um instrumento ou tubo-guia pode ser uma estrutura contínua flexível que se curva, tal como uma baseada em um espiral helicoidal enrolada ou em tubos com vários segmentos removidos (por exemplo, cortes tipo incisão). Ou, a parte flexível pode ser feita de uma série de segmentos curtos, conectados articuladamente (vértebras) que fornecem uma aproximação semelhante à cobra de uma estrutura que se curva continuamente. As estruturas de instrumento e tubo-guia podem incluir aquelas na Publicação do Pedido de Patente Norteamericano de N°. US 2004/0138700 (depositado em 2 de dezembro de 2003; Cooper e outros), que é incorporado por referência neste documento. Por clareza, as figuras e descrições associadas geralmente mostram apenas dois segmentos de instrumentos e tubos-guia, denominados proximais (mais próximos ao mecanismo de transmissão; mais longe do local cirúrgico) e distal (mais longe do mecanismo de transmissão; mais próximos ao local cirúrgico). Deve ser entendido que os instrumentos e tubos-guia podem ser divididos dentro de três ou mais segmentos, em que cada segmento é rígido, passivamente flexível, ou ativamente flexível. Flexionar e dobrar como descrito para um segmento distal, um segmento proximal, ou um mecanismo inteiro também se aplica a segmentos intermediários que foram omitidos por clareza. Por exemplo, um segmento intermediário entre segmentos proximal e distal pode dobrar em uma curva simples ou composta. Segmentos flexíveis podem ter vários comprimentos. Segmentos com um menor diâmetro externo podem ter um raio de curvatura mínimo menor quando dobra do que segmentos com um diâmetro externo
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23/98 maior. Para sistemas controlados por cabo, inaceitável grande atrito do cabo ou ligação que limita raio de curvatura mínimo e o ângulo de dobra total enquanto dobra. O raio de dobra mínimo do tubo-guia (ou qualquer articulação) é de tal que o mesmo não torça ou caso contrário iniba o movimento suave do mecanismo do instrumento cirúrgico interno. Componentes flexíveis podem ter, por exemplo, até aproximadamente 1,20 metro (quatro pés) de comprimento e aproximadamente 1,52 centímetro (0,6 polegada) de diâmetro. Outros comprimentos e diâmetros (por exemplo, mais curto, menor) e o grau de flexibilidade para um mecanismo específico pode ser determinado para a anatomia objetivada para a qual o mecanismo foi projetado.
[0073] Em algumas instâncias apenas um segmento distal de um instrumento ou tubo-guia é flexível, e o segmento proximal é rígido. Em outras instâncias, o segmento inteiro do instrumento ou tubo-guia que está dentro paciente é flexível. Em ainda outras instâncias, um segmento distal extremo pode ser rígido, e um ou mais outros segmentos proximais são flexíveis. Os segmentos flexíveis podem ser passivos ou os mesmos podem ser controláveis ativamente (dirigíveis). Este controle ativo pode ser feito usando, por exemplo, conjuntos de cabos opostos (por exemplo, um conjunto controla inclinação e um conjunto ortogonal controla mudança de direção; três cabos podem ser usados para executar ação similar). Outros elementos de controle tais como pequenos atuadores elétricos ou magnéticos, ligas com memória de forma, polímeros eletroativos (músculo artificial), foles ou pistões pneumáticos ou hidráulicos, e algo semelhante pode ser usado. Em instâncias nas quais um segmento de um instrumento ou tubo-guia fica completa ou parcialmente dentro de outro tubo-guia, várias combinações de flexibilidade passiva e ativa podem existir. Por exemplo, um instrumento ativamente flexível dentro de um tubo-guia passivamente flexível pode exercer força lateral suficiente para flexio
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24/98 nar o tubo-guia envolvente. De maneira similar, um tubo-guia ativamente flexível pode flexionar um instrumento passivamente flexível dentro dele. Segmentos de tubos-guia e instrumentos ativamente flexíveis podem trabalhar em conjunto. Para os instrumentos e tubos-guia tanto flexíveis como rígidos, cabos de controle colocados mais longe do centro longitudinal do eixo podem fornecer uma vantagem mecânica sobre cabos colocados mais próximos ao eixo do centro longitudinal, dependendo das considerações nos vários projetos.
[0074] A conformidade de segmentos flexíveis (rigidez) pode variar de ser quase completamente flácidos (existem pequenos atritos internos) a ser substancialmente rígidos. Em alguns aspectos, a conformidade é controlável. Por exemplo, um segmento ou todos os segmentos flexíveis de um instrumento ou tubo-guia podem ser feitos substancialmente (ou seja, efetivamente, mas não infinitamente) rígidos (o segmento é enrijecível ou travável). O segmento travável pode ser travado em uma forma reta, curva simples ou em uma curva composta. O travamento pode ser obtido aplicando tensão a um ou mais cabos que correm longitudinalmente juntamente com o instrumento ou tubo-guia que é suficiente para provocar atrito para evitar que vértebras adjacentes se movam. O cabo ou cabos pode correr através de um orifício central grande em cada vértebra ou pode correr através de orifícios menores próximos a circunferência externa da vértebra. Alternativamente, o elemento condutor de um ou mais motores que movem um ou mais cabos de controle pode ser travado suavemente em posição (por exemplo, por servo-controle) para manter os cabos em posição e para deste modo evitar que o instrumento ou tubo-guia se movimente, portanto, travando as vértebras no lugar. Manter um elemento condutor do motor no lugar pode ser feito para efetivamente manter outros componentes do instrumento móvel e tubo-guia no lugar também. Deve ser entendido que a rigidez sob servocontrole, embora eficaz, é ge
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25/98 ralmente menor do que a rigidez que pode ser obtida com travagem colocada diretamente nas articulações, tal como a travagem usada para manter articulações de configuração passiva no lugar. A rigidez do cabo geralmente domina devido à mesma ser geralmente menor do que a rigidez do sistema servo ou articulações travadas.
[0075] Em algumas situações, a conformidade do segmento flexível pode ser variada continuamente para estado flácido e rígido. Por exemplo, a tensão de travamento do cabo pode ser aumentada para aumentar a rigidez, mas sem travar o segmento flexível em um estado rígido. Estas conformidades intermediárias podem permitir que a operação telecirúrgica ao mesmo tempo em que reduz trauma do tecido que pode ocorrer devido a movimentos causados por forças reativas do local cirúrgico. Sensores que dobram adequadamente incorporados dentro do segmento flexível permitem que o sistema telecirúrgico determine posição do instrumento e/ou tubo-guia quando o mesmo dobra. A Publicação de Pedido de Patente Norte-americano de N°. US 2006/0013523 (depositado em 13 de julho de 2005; Childers e outros), que é incorporada por referência neste documento, revela um dispositivo e método de sensoreamento de forma de posição de fibra ótica. O Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/491,384 (depositado em 20 de julho de 2006; Larkin e outros), que é incorporado por referência neste documento, revela sensores de dobra de fibra ótica (por exemplo, grades de fibra Bragg) usados no controle destes segmentos e dispositivos flexíveis.
[0076] As entradas de um cirurgião para aspectos de controle das configurações minimamente invasivas dos conjuntos de instrumentos cirúrgicos, instrumentos, efetores terminais, e braço manipulador como descrito neste documento são geralmente feitas usando uma interface de controle intuitiva, referenciada por câmera. Por exemplo, o Sistema cirúrgico da Vinci® inclui uma console de cirurgião com esta interface
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26/98 de controle, que pode ser modificada para controlar aspectos descritos neste documento. O cirurgião manipula um ou mais mecanismos de entrada manual principais que têm, por exemplo, 6 DOFs para controlar o conjunto de instrumentos e instrumento escravos. Os mecanismos de entrada incluem uma pinça operada pelos dedos para controlar um ou mais efetores terminais DOF (por exemplo, fechando mordentes de aperto). Controle intuitivo é fornecido por orientação das posições relativas dos efetores terminais e do sistema de imageamento endoscópico com as posições dos mecanismos de entrada do cirurgião e exibição de imagem de saída. Esta orientação permite que o cirurgião manipule os controles dos mecanismos de entrada e efetor terminal como se visualizasse o local de trabalho cirúrgico em presença substancialmente real. Esta presença real de teleoperação significa que o cirurgião visualiza uma imagem de uma perspectiva que parece ser aquela de um operador visualizando e trabalhando diretamente no local cirúrgico. A Patente Norte-americana de N°. 6.671.581 (depositada em 5, de junho de 2002; Niemeyer e outros), que é incorporada por referência, contém informação adicional em controle referenciado por câmera em um aparelho cirúrgico minimamente invasivo.
Sistema Cirúrgico de Porta Única [0077] Agora com referência às figuras 1A e IB, são mostradas vistas esquemáticas lateral e frontal que ilustram aspectos de um sistema cirúrgico minimamente invasivo assistido por robô (telemanipulativo) que usa aspectos dos instrumentos cirúrgicos, montagens de instrumentos, e sistemas de manipulação e controle minimamente invasivos descritos neste documento. Os três componentes principais são um sistema de imageamento endoscópico 102, uma console de cirurgião 104 (principal), e um sistema de suporte do lado do paciente 100 (escravo), todos interconectados por conexão por fio (elétrico ou ótico) ou sem fio 106 como mostrado. Um ou mais processadores eletrônicos
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27/98 de dados podem ser localizados variadamente nestes componentes principais para fornecer funcionalidade do sistema. Exemplos são revelados no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165, citado acima. Um pano estéril 1000, mostrado em linha pontilhada, planeja vantajosamente pelo menos uma parte do sistema de suporte do lado do paciente 100 para manter um campo estéril durante um procedimento cirúrgico ao mesmo tempo em que também proporciona troca de instrumento eficiente e simples em conjunto com uma interface precisa entre o instrumento e seu manipulador associado.
[0078] O sistema de imageamento 102 executa funções de processamento de imagem em, por exemplo, dados de imageamento endoscópico capturados do local cirúrgico e/ou dados de imagem préoperativos ou em tempo real de outros sistemas de imageamento externos ao paciente. O sistema de imageamento 102 fornece dados de imagem processados (por exemplo, imagens do local cirúrgico, bem como informação relevante de controle e do paciente) para o cirurgião no console do cirurgião 104. Em alguns aspectos os dados de imagem processados são fornecidos para um monitor externo opcional visível para outra sala de pessoal de operação ou para um ou mais locais remotos a sala de operação (por exemplo, um cirurgião em outro local pode monitorar o vídeo; alimentação de vídeo ao vivo pode ser usada para treinamento; etc.).
[0079] O console do cirurgião 104 inclui, por exemplo, múltiplos dispositivos de entrada mecânica DOF (principal) que permitem que o cirurgião manipule os instrumentos cirúrgicos, tubos-guia, e dispositivos de sistema de imageamento (escravo) como descrito neste documento. Estes dispositivos de entrada podem em alguns aspectos fornecer retorno tátil dos componentes de instrumentos e conjunto de instrumentos para o cirurgião. O console 104 também inclui um visor de saída de vídeo estereoscópico posicionado de modo que as ima
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28/98 gens no visor são geralmente focalizadas em uma distância que corresponde às mãos do cirurgião trabalhando atrás/abaixo da tela de exibição. Estes aspectos são discutidos mais completamente na Patente Norte-americana de N°. 6.671.581 que é incorporada por referência neste documento.
[0080] O controle durante a inserção pode ser obtido, por exemplo, pelo cirurgião movendo virtualmente a imagem com um ou ambos os principais; ele usa os principais para mover a imagem de lado a lado e para puxar a mesma em direção a si próprio, consequentemente comandando o sistema de imageamento e seu conjunto de instrumentos associados (por exemplo, um tubo-guia flexível) para dirigir em direção a um ponto central fixo no visor de saída e para avançar para dentro do paciente. Em um aspecto o controle da câmera é designado para dar a impressão de que os principais são fixados à imagem de modo que a imagem se move na mesma direção que os manípulos principais são movidos. Esta concepção faz com que os principais fiquem no local correto para controlar os instrumentos quando o cirurgião sai do controle da câmera, e consequentemente evita a necessidade de agarrar (desengatar), mover, e soltar (engatar) os principais de volta à posição anterior ao começo ou retomar o controle do instrumento. Em alguns aspectos a posição do principal pode ser tornada proporcional à velocidade de inserção para evitar usar um grande espaço de trabalho do principal. Alternativamente, o cirurgião pode agarrar e soltar os principais para usar uma ação de catraca para inserção. Em alguns aspectos, a inserção pode ser controlada manualmente (por exemplo, por rodas operadas pelas mãos), e inserção automatizada (por exemplo, roletes acionados por motor servo) é feita quando a extremidade distal do instrumento cirúrgico conjunto está próxima ao local cirúrgico. Dados de imagem pré-operativa ou em tempo real (por exemplo, MRI, raios X) das estruturas anatômicas do paciente e espaços disponíveis
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29/98 para trajetórias de inserção podem ser usados para assistir à inserção. [0081] O sistema de suporte do lado do paciente 100 inclui uma base montada no chão 108, ou alternativamente uma base montada no teto 110 como mostrada pelas linhas alternadas. A base pode ser móvel ou fixa (por exemplo, ao chão, teto, parede, ou outro equipamento tal como uma mesa de operação).
[0082] A base 108 suporta um conjunto de braço 101 que inclui uma parte de configuração passiva não controlada e uma parte manipuladora controlada ativamente. Em um exemplo, a parte de configuração inclui duas articulações rotacionais passivas configuração 116 e 120, que permitem o posicionamento manual das conexões de configuração acopladas 118 e 122 quando as travas das articulações são liberadas. Pode ser usada uma articulação passiva de configuração prismática (não mostrada) entre o conjunto de braço e a base acoplada para uma conexão 114 para permitir grandes ajustes verticais 112. Alternativamente, algumas destas articulações de configuração podem ser controladas ativamente, e podem ser usadas mais ou menos articulações de configuração em várias configurações. As articulações e conexões de configuração permitem que uma pessoa posicione a parte de manipulador robótico do braço em várias posições e orientações no espaço Cartesiano x, y, z. O centro remoto de movimento é o local no qual mudança de eixos geométricos de direção, inclinação, e rotação cruzam (ou seja, o local no qual a corrente cinemática permanece efetivamente estacionária ao mesmo tempo em que as articulações se movem através seus alcances de movimento). Como descrito em mais detalhes abaixo, algumas destas articulações controladas ativamente são manipuladores robóticos que são associados com controle de DOFs de instrumentos cirúrgicos individuais, e outras destas articulações controladas ativamente são associadas com controle de DOFs de um único conjunto destes manipuladores robóticos.
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As articulações e conexões ativas são movidas por motores ou outros atuadores e recebem sinais de controle de movimento que são associados com movimentos de braço principal no console de cirurgião 104. [0083] Como mostrado nas figuras 1A e 1B, uma articulação de mudança de direção de conjunto manipulador 124 é acoplado por uma extremidade distal de conexão de configuração 122 e uma extremidade proximal de uma primeira conexão de manipulador 126. A articulação de mudança de direção 124 permite que a conexão 126 se mova com referência à conexão 122 em um movimento que pode ser definido arbitrariamente como mudança de direção em volta de um eixo de mudança de direção de conjunto manipulador 123. Como mostrado, o eixo de rotação de articulação de mudança de direção 124 é alinhado com um centro remoto de movimento 146, que é geralmente a posição na qual um instrumento (não mostrado) entra no paciente (por exemplo, no umbigo para cirurgia abdominal). Em uma modalidade, a conexão de configuração 122 é rotativa juntamente com um plano horizontal ou x, y e a articulação de mudança de direção 124 é configurada para permitir que a primeira conexão de manipulador 126 gire em volta do eixo de mudança de direção 123, de modo que a conexão de configuração 122, articulação de mudança de direção 124, e primeira conexão de manipulador 126 fornecem um eixo de mudança de direção 123 constantemente vertical para o conjunto de braço do robô, como ilustrado pela linha tracejada vertical da articulação de mudança de direção 124 para centro remoto de movimento 146.
[0084] Uma extremidade distal de primeira conexão de manipulador 126 é acoplada a uma extremidade proximal de uma segunda conexão de manipulador 130, uma extremidade distal de segunda conexão de manipulador 130 é acoplada a uma extremidade proximal de uma terceira conexão de manipulador 134, e uma extremidade distal de terceira conexão de manipulador 134 é acoplada a uma extremida
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31/98 de proximal de uma quarta conexão de manipulador 138, por articulações rotacionais controladas ativamente 128, 132, e 136, respectivamente. Em uma modalidade, as conexões 130, 134, e 138 são acopladas juntas para atuar como um mecanismo de movimento acoplado. Mecanismos de movimento acoplado são bem conhecidos (por exemplo, estes mecanismos são conhecidos como conexões de movimento paralelo quando movimentos de conexão de entrada e saída são mantidos paralelos um ao outro). Por exemplo, se a articulação rotacional 128 é girada ativamente, então as articulações 132 e 136 também giram de modo que a conexão 138 se move com um relacionamento constante para a conexão 130. Portanto, pode ser visto que os eixos geométricos rotacionais das articulações 128, 132, e 136 são paralelos. Quando estes eixos geométricos são perpendiculares aos eixos rotacionais da articulação 124, as conexões 130, 134, e 138 se movem com referência à conexão 126 em um movimento que pode ser definido arbitrariamente como inclinação em volta de um eixo de inclinação de conjunto manipulador 139. Uma vez que as conexões 130, 134, e 138 se movem como um único conjunto em uma modalidade, a primeira conexão de manipulador 126 pode ser considerada uma conexão ativa de manipulador proximal, e a segunda a quarta conexões de manipulador 130, 134, e 138 podem ser consideradas coletivamente uma conexão ativa de manipulador distal.
[0085] Uma plataforma do conjunto manipulador 140 é acoplada a uma extremidade distal da quarta conexão de manipulador 138. A plataforma de manipulador 140 inclui uma placa de base rotativa que suporta o conjunto manipulador 142, que inclui dois ou mais manipuladores de instrumento cirúrgico que são descritos em mais detalhes abaixo. A placa de base rotativa permite que o conjunto manipulador 142 gire como uma única unidade com referência a plataforma 140 em um movimento que pode ser definido arbitrariamente como rotação em
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32/98 volta de um eixo de rotação de conjunto manipulador 141.
[0086] Para cirurgia minimamente invasiva, os instrumentos têm que permanecer substancialmente estacionários com respeito ao local no qual os mesmos entram no corpo do paciente, ou em uma incisão ou em um orifício natural, para evitar danos desnecessários ao tecido. Consequentemente, os movimentos de mudança de direção e inclinação do eixo do instrumento devem ser centralizados em um único local no eixo de rotação de conjunto manipulador ou eixo de inserção de instrumento que permanece relativamente estacionário no espaço. Este local é referenciado como um centro remoto de movimento. Para cirurgia minimamente invasiva de porta única, na qual todos os instrumentos (que incluem um instrumento de câmera) têm que entrar através de uma única pequena incisão (por exemplo, no umbigo) ou orifício natural, todos os instrumentos têm que se mover com referência a este um centro remoto de movimento geralmente estacionário. Portanto, um centro remoto de movimento para o conjunto manipulador 142 é definido pela interseção do eixo de mudança de direção de conjunto manipulador 123 e do eixo de inclinação de conjunto manipulador 139. As configurações de conexões 130, 134, e 138, e de articulações 128, 132, e 136 são de modo que o centro remoto de movimento 146 fique localizado distal ao conjunto manipulador 142 com distância suficiente para permitir que o conjunto manipulador se mova livremente com respeito ao paciente. Pode ser visto que o eixo de rotação de conjunto manipulador 141 também cruza o centro remoto de movimento 146.
[0087] Como descrito em mais detalhes abaixo, um instrumento cirúrgico é montado e acionado por cada manipulador cirúrgico de instrumento do conjunto manipulador 142. Os instrumentos são montados de forma removível de modo que vários instrumentos possam ser montados de forma intercambiável em um manipulador de instrumento particular. Em um aspecto, um ou mais manipuladores de instrumento
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33/98 podem ser configurados para suportar e atuar um tipo de instrumento particular, tal como um instrumento de câmera. Os eixos dos instrumentos se estendem distalmente a partir dos manipuladores de instrumento. Os eixos se estendem através de uma cânula comum colocada na porta de entrada no paciente (por exemplo, através da parede do corpo ou em um orifício natural). Em um aspecto, uma guia de entrada é posicionada dentro da cânula, e cada eixo do instrumento se estende através de um canal em a guia de entrada, para fornecer suporte adicional para os eixos dos instrumentos. A cânula é acoplada de forma removível a um suporte de cânula 150, que em uma modalidade é acoplado à extremidade proximal da quarta conexão de manipulador 138. Em uma implementação, o suporte de cânula 150 é acoplado à conexão 138 por uma articulação rotacional que permite que o suporte se mova por uma posição guardada adjacente à conexão 138 e uma posição operacional que mantém a cânula na posição correta de modo que o centro remoto de movimento 146 fique localizado juntamente com a cânula. Durante a operação, o suporte de cânula fica fixo na posição relativo à conexão 138 de acordo com um aspecto. O(s) instrumento(s) pode(m) deslizar através de um conjunto de guia de entrada e cânula montado a uma extremidade distal do suporte de cânula 150, exemplos do qual são explicados em detalhes adicionais abaixo. As várias configurações de articulações/conexões passivas e articulações/conexões ativas permitem o posicionamento dos manipuladores de instrumento para mover os instrumentos e sistema de imageamento com um grande alcance de movimento quando um paciente é colocado em várias posições em uma mesa móvel. Em algumas modalidades, um suporte de cânula pode ser acoplado à conexão proximal ou primeira conexão de manipulador 126.
[0088] Certas articulações e conexões de configuração e ativas no braço manipulador podem ser omitidas para reduzir o tamanho e forma
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34/98 do robô, ou articulações e conexões podem ser adicionadas para aumentar os graus de liberdade. Deve ser entendido que o braço manipulador pode inclui várias combinações de conexões, articulações passivas, e articulações ativas (podem ser fornecidos DOFs redundantes) para obter um alcance necessário de constituições para cirurgia. Além disso, vários instrumentos cirúrgicos sozinhos ou montagens de instrumentos que incluem tubos-guia, múltiplos instrumentos, e/ou múltiplos tubos-guia, e instrumentos acoplados a manipuladores de instrumento (por exemplo, conjuntos de atuadores) através de vários configurações (por exemplo, em uma face proximal ou uma face distal do meio de transmissão do instrumento ou do manipulador de instrumento), são aplicáveis em aspectos da presente descrição.
[0089] As figuras 2A a 2C são vistas em perspectiva diagramática, lateral, e superior, respectivamente, de um carrinho de suporte do lado do paciente 200 em um sistema cirúrgico teleoperado (telecirúrgico). O carrinho 200 representado é uma modalidade ilustrativa da configuração geral descrita acima com referência às figuras 1A e 1B. Uma console de cirurgião e um sistema de vídeo não são mostrados, mas são aplicáveis como descrito acima com respeito às figuras 1A e 1B e arquiteturas de sistema telecirúrgico robótico conhecidas (por exemplo, a arquitetura do Sistema cirúrgico da Vinci®). Nesta modalidade, o carrinho 200 inclui uma base montada no chão 208. A base pode ser móvel ou fixada (por exemplo, ao chão, teto, parede, ou outra estrutura suficientemente rígida). A base 208 suporta a coluna de suporte 210, e um conjunto de braço 201 é acoplado à coluna de suporte 210. O conjunto de braço inclui duas articulações de configuração rotacionais passivas 216 e 220, que, quando suas travas são liberadas permite posicionamento manual das conexões de configuração acopladas 218 e 222. Na modalidade representada, as conexões de configuração 218 e 222 se movem em um plano horizontal (para
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35/98 lelo ao chão). O conjunto de braço é acoplado à coluna de suporte 210 em uma articulação de configuração deslizante passiva 215 pela coluna 210 e uma conexão de configuração vertical 214. As articulações 215 permitem que o braço manipulador seja ajustado verticalmente (perpendicular ao chão). Consequentemente, as articulações de configuração passiva e conexões podem ser usadas para posicionar um centro remoto de movimento 246 apropriadamente com referência ao paciente. Uma vez que o centro remoto de movimento 246 esteja posicionado adequadamente, as travas em cada uma das articulações 215, 216, e 220 são estabelecidas para evitar que a parte de configuração do braço se mova.
[0090] Adicionalmente, o conjunto de braço inclui articulações ativas e conexões para configuração e movimento de braço manipulador, manipulação de instrumento, e inserção de instrumento. A extremidade proximal de uma primeira conexão de manipulador 226 é acoplada à extremidade distal de conexão de configuração 222 através de uma articulação de mudança de direção de conjunto manipulador rotacional controlado ativamente 224. Como mostrado, o eixo rotacional de mudança de direção de conjunto manipulador 223 de articulação de mudança de direção 224 é alinhado com o centro remoto de movimento 246, como ilustrado pela linha tracejada vertical da articulação de mudança de direção 224 para o centro remoto de movimento 246.
[0091] A extremidade distal da primeira conexão de manipulador
226 é acoplada à extremidade proximal de uma segunda conexão de manipulador 230, a extremidade distal da segunda conexão de manipulador 230 é acoplada à extremidade proximal de uma terceira conexão de manipulador 234, e a extremidade distal da terceira conexão de manipulador 234 é acoplada à extremidade proximal de uma quarta conexão de manipulador 238, pelas articulações rotacionais controladas ativamente 228, 232, e 236, respectivamente. Como descrito aci
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36/98 ma, as conexões 230, 234, e 238 funcionam como um mecanismo de movimento acoplado, de modo que a quarta conexão de manipulador 238 move automaticamente em conjunto com a segunda conexão de manipulador 230 quando a conexão 230 é acionada. Na modalidade representada, um mecanismo similar àqueles revelados na Patente Norte-americana de N°. 7.594.912 (depositada em 30 de setembro de 2004) é modificado para usar (ver também, por exemplo, o Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/611.849 (depositado em 15 de dezembro de 2006; Publicação de Pedido de Patente Norte-americano de N°. US 2007/0089557 A1)). Portanto, a primeira conexão de manipulador 226 pode ser considerada uma conexão ativa proximal, e a segunda a quarta conexões 230, 234, e 238 podem ser consideradas coletivamente uma conexão ativa distal. Em uma modalidade, a primeira conexão 226 pode incluir um mecanismo de contrabalanço de mola de compressão, como descrito adicionalmente abaixo, para contrabalançar forças de movimento da conexão distal em volta da articulação 228.
[0092] Uma plataforma do conjunto manipulador 240 é acoplada a uma extremidade distal da quarta conexão 238. A plataforma 240 inclui uma placa de base 240a sobre a qual o conjunto manipulador de instrumento 242 é montado. Como mostrado na figura 2A, a plataforma 240 inclui um anel halo dentro do qual uma placa de base em forma de disco 240a gira. Configurações diferentes de halo e disco podem ser usadas em outras modalidades. O centro de rotação da placa de base 240a é coincidente com o eixo de rotação de conjunto manipulador 241, como mostrado pela linha tracejada que se estende através do centro da plataforma de manipulador 240 e do centro remoto de movimento 246. Os instrumentos 260 em uma modalidade são montados aos manipuladores de instrumento do conjunto manipulador 242 em uma face distal dos manipuladores de instrumento.
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37/98 [0093] Como mostrado nas figuras 2A e 2B, o conjunto de manipulador de instrumento 242 inclui quatro manipuladores de instrumento 242a. Cada manipulador de instrumento suporta e aciona seu instrumento associado. Na modalidade representada, um manipulador de instrumento 242a é configurado para atuar um instrumento de câmera, e três manipuladores de instrumento 242a são configurados para atuar vários outros instrumentos cirúrgicos intercambiáveis que executam trabalho cirúrgico e/ou diagnóstico no local cirúrgico. Podem ser usados mais ou menos manipuladores de instrumento. Em algumas configurações operacionais, um ou mais manipuladores podem não ter um instrumento cirúrgico associado durante parte ou todo o procedimento cirúrgico. Os manipuladores de instrumento são revelados em mais detalhes em baixo.
[0094] Como mencionado acima, um instrumento cirúrgico 260 é montado e acionado por um respectivo manipulador de instrumento 242a. De acordo com um aspecto da descrição, cada instrumento é montado a seu manipulador associado apenas na extremidade proximal do instrumento. Pode ser visto na figura 2A que esta característica de montagem na extremidade proximal montar mantém o conjunto manipulador de instrumento 242 e plataforma de suporte 240 tão longe ao paciente quanto possível, o que para as dadas geometrias de instrumento permite que a parte controlada ativamente do braço manipulador se mova livremente dentro de um alcance máximo de movimento com referência ao paciente ao mesmo tempo em que não colide com o paciente. Os instrumentos 260 são montados de modo que seus eixos são agrupados em volta do eixo de rotação do conjunto manipulador 241. Cada eixo se estende distalmente a partir do mecanismo de transmissão de força do instrumento, e todos os eixos se estendem através de uma única cânula colocada na porta dentro do paciente. A cânula é mantida de forma removível em uma posição fixa com refe
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38/98 rência a placa de base 240a por um suporte de cânula 250, que é acoplada à quarta conexão de manipulador 238. Um único tubo-guia é inserido e gira livremente dentro da cânula, e cada eixo do instrumento se estende através de um canal associado no tubo-guia. Os eixos geométricos longitudinais da cânula e tubo-guia são geralmente coincidentes com o eixo de rotação 241. Portanto, o tubo-guia gira dentro da cânula quando a placa de base 240a gira. Em algumas modalidades, um suporte de cânula pode ser acoplado operacionalmente à primeira conexão de manipulador 226.
[0095] Cada manipulador de instrumento 242a é acoplado de forma móvel a um mecanismo telescópico de inserção ativo 244 (figura 2B) acoplado operacionalmente à placa de base 240a e pode ser usado para inserir e retirar o(s) instrumento(s) cirúrgico(s). A figura 2A ilustra manipuladores de instrumento 242a estendidos uma distância em direção a uma extremidade distal do mecanismo telescópico de inserção 244 (ver também as figuras 3 e 4A), e a figura 2B ilustra manipuladores de instrumento 242 retraídos para uma extremidade proximal do mecanismo telescópico de inserção 244 (ver também a figura 4B). As articulações ativas 224, 228, 232, 236 e a plataforma de manipulador 240 se movem em conjunto e/ou independentemente de modo que um instrumento cirúrgico (ou conjunto) se move em volta do centro remoto de movimento 246 em uma porta de entrada, tal como um umbigo do paciente, após o centro remoto de movimento ter sido estabelecido pelos braços e articulações de configuração passivos.
[0096] Como mostrado na figura 2A, o suporte de cânula 250 é acoplado à quarta conexão 238 próximo a quarta extremidade proximal de conexão do manipulador. Em outros aspectos, o suporte de cânula 250 pode ser acoplado à outra seção da conexão proximal. Como descrito acima, o suporte de cânula 250 é articulado, de modo que o mesmo possa oscilar em uma posição guardada adjacente à
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39/98 quarta a conexão 238 e em uma posição estendida (como mostrado) para suportar a cânula. Durante a operação, de acordo com um aspecto o suporte de cânula 250 é mantido em uma posição fixa relativo à quarta conexão 238.
[0097] Pode ser visto que na modalidade representada a primeira conexão de manipulador 226 é geralmente formada como um L invertido em um exemplo. Uma perna proximal da conexão em forma de L é acoplada à conexão 226 na articulação de mudança de direção 224, e uma perna distal da conexão é acoplada à segunda conexão de manipulador 238 na articulação rotacional 228. Nesta modalidade ilustrativa, as duas pernas são geralmente perpendiculares, e a perna proximal da primeira conexão de manipulador gira em volta de um plano geralmente perpendicular ao eixo de mudança de direção do conjunto manipulador 223 (por exemplo, um plano horizontal (x, y) se o eixo de mudança de direção for vertical (z)). Consequentemente, a perna distal se estende geralmente paralela ao eixo de mudança de direção de conjunto manipulador 223 (por exemplo, verticalmente (z) se o eixo de mudança de direção for vertical). Esta forma permite que as conexões de manipulador 230, 234, e 238 se movam embaixo da articulação de mudança de direção 224, de modo que as conexões 230, 234, e 238 forneçam um eixo de inclinação de conjunto manipulador 239 que cruze o centro remoto de movimento 246. São possíveis outras configurações de primeira conexão 226. Por exemplo, as pernas proximal e distal da primeira conexão 226 podem não ser perpendiculares uma à outra, a perna proximal pode girar em um plano diferente de um plano horizontal, ou a conexão 226 pode ter uma forma diferente da forma geral L, tal como uma forma de arco.
[0098] Pode ser visto que um eixo de mudança de direção vertical
223 permite que a conexão 226 gire substancialmente 360 graus, como mostrado pela linha tracejada 249 (figura 2C). Em uma instância a
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40/98 rotação de mudança de direção do conjunto manipulador pode ser contínua, e em outra instância a rotação de mudança de direção do conjunto manipulador é de aproximadamente +180 graus. Em ainda outra instância, a rotação de mudança de direção do conjunto manipulador pode ser de aproximadamente 660 graus. O eixo de inclinação 239 pode ou não ser mantida constante durante esta rotação de mudança de direção do eixo. Uma vez que os instrumentos são inseridos no paciente em uma direção geralmente alinhada com o eixo de rotação de conjunto manipulador 241, o braço pode ser controlado ativamente para posicionar e reposicionar a direção de inserção do instrumento em qualquer direção desejada em volta do eixo de mudança de direção de conjunto manipulador (ver, por exemplo, as figuras 25A a 25C que mostram a direção de inserção do instrumento em direção a uma cabeça do paciente, e as figuras 26A a 26C que mostram a direção de inserção do instrumento em direção a um pé do paciente). Esta capacidade pode ser significativamente benéfica durante algumas cirurgias. Em certas cirurgias abdominais nas quais os instrumentos são inseridos através de uma porta única posicionada no umbigo, por exemplo, os instrumentos podem ser posicionados para acessar todos os quatro quadrantes do abdômen sem requerer que uma nova porta seja aberta na parede do corpo do paciente. Acesso multiquadrante pode ser requerido para, por exemplo, acesso a gânglio linfático por todo o abdômen. Ao contrário, o uso de um sistema telecirúrgico robótico multiporta pode requerer que sejam feitas portas adicionais na parede do corpo do paciente para acesso mais completo a outros quadrantes abdominais.
[0099] Adicionalmente, o manipulador pode dirigir o instrumento verticalmente para baixo e em uma configuração levemente inclinada para cima (ver, por exemplo, as figuras 27A a 27C que mostram a direção de inserção do instrumento inclinado para cima). Portanto, os
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41/98 ângulos de entrada (tanto de mudança de direção como de inclinação em volta do centro remoto) para um instrumento através de uma única porta de entrada podem ser facilmente manipulados e alterados ao mesmo tempo em que também fornecem espaço aumentado em volta da porta de entrada para segurança do paciente e para manobras da equipe do lado do paciente.
[00100] Além disso, as conexões 230, 234, e 238 em conjunto com as articulações ativas 228, 232, e 236 podem ser usadas para manipular facilmente o ângulo de inclinação de entrada de um instrumento através da única porta de entrada ao mesmo tempo em que cria espaço em volta da única porta de entrada. Por exemplo, as conexões 230, 234, e 238 podem ser posicionadas para ter um fator de forma em forma de arco para longe do paciente. Estas formas de arco para longe permitem que a rotação do braço manipulador em volta do eixo de mudança de direção 223 não cause colisão do braço manipulador com o paciente. Estas formas de arco para longe também permitem que a equipe do lado do paciente tenha acesso facilmente ao manipulador para trocar instrumentos e tenha acesso facilmente à porta de entrada para inserir e operar instrumentos manuais (por exemplo, instrumentos laparoscópicos manuais ou dispositivos de retração). Em ainda outro exemplo, a quarta conexão 238 tem um fator de forma que arqueia para longe do centro remoto de movimento e, portanto, do paciente, permitindo maior segurança do paciente. Em outros termos, o invólucro de trabalho do conjunto de manipuladores de instrumento 242a pode se aproximar de um cone, com a ponta do cone no centro remoto de movimento 246 e a extremidade circular do cone na extremidade proximal dos manipuladores de instrumento 242a. Este invólucro de trabalho resulta em menos interferência pelo paciente e o sistema cirúrgico robótico, maiores alcances de movimento para o sistema permitindo acesso aprimorado ao local cirúrgico, e acesso aprimorado ao
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42/98 paciente pela equipe cirúrgica.
[00101] Consequentemente, a configuração e geometria do conjunto de braço manipulador 201 em conjunto com seu maior alcance de movimento permitem cirurgia multiquadrante através de uma única porta. Através de uma única incisão, o manipulador pode dirigir o instrumento em uma direção e facilmente mudar de direção; por exemplo, trabalhando em direção à cabeça ou pélvis de um paciente (ver, por exemplo, as figuras 25A a 25C) e então mudar a direção em direção à pélvis ou cabeça do paciente (ver, por exemplo, as figuras 26A a 26C), movendo o braço manipulador em volta do eixo de mudança de direção constantemente vertical.
[00102] Este ilustrativo conjunto de braço manipulador é usado, por exemplo, para montagens de instrumentos que são operados para se mover com referência ao centro remoto de movimento. Certas articulações e conexões de configuração e ativas no braço manipulador podem ser omitidas, ou articulações e conexões podem ser adicionadas para graus de liberdade aumentados. Deve ser entendido que o braço manipulador pode incluir várias combinações de conexões e articulações ativas e passivas (pode ser fornecidos DOFs redundantes) para obter um alcance necessário de constituições para cirurgia. Além disso, vários instrumentos cirúrgicos sozinhos ou montagens de instrumentos que incluem tubos-guia, múltiplos instrumentos, e/ou múltiplos tubos-guia, e instrumentos acoplados a manipuladores de instrumento (conjuntos de atuadores) através de várias configurações (por exemplo, em uma face proximal ou uma face distal do conjunto atuador ou mecanismo de transmissão), são aplicáveis na presente descrição.
[00103] Agora com referência às figuras 3, 4A e 4B, 5A-1 a 5B-2, 5C-1 a 5C-4, e 8, aspectos e modalidades do manipulador de instrumento serão descritos em maiores detalhes sem a intenção de limitar a descrição a estes aspectos e modalidades. A figura 3 é uma vista em
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43/98 perspectiva de uma modalidade de uma placa de base rotativa 340a de uma plataforma de conjunto manipulador, um conjunto de quatro manipuladores de instrumento 342 montados na placa de base 340a para formar um conjunto manipulador de instrumento, e quatro instrumentos 360 (as partes proximais são ilustradas) cada um montado na face distal de um manipulador de instrumento associado 342. A placa de base 340a é rotativa em volta de um eixo de rotação de conjunto manipulador 341, como descrito acima. Em uma modalidade, o eixo de rotação 341 corre através do centro longitudinal de um conjunto de cânula e guia de entrada, através do qual os instrumentos 360 entram no corpo do paciente. O eixo de rotação 341 também é substancialmente perpendicular a um substancialmente único plano da face distal de cada manipulador de instrumento 342, e consequentemente a um substancialmente único plano da face proximal de um instrumento montado na face distal de um manipulador de instrumento.
[00104] Cada manipulador de instrumento 342 inclui um mecanismo de inserção 344 que é acoplado à placa de base 340a. A figura 8 é uma vista em perspective cortada que ilustra uma modalidade do mecanismo de inserção de instrumento em mais detalhes. Como mostrado na figura 8, um mecanismo de inserção de instrumento 844 inclui três conexões que deslizam linearmente com referência uma a outra de uma maneira telescópica. O mecanismo de inserção 844 inclui um transporte 802, uma conexão de transporte 804, e uma conexão à base 808. Como descrito no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/613.800 (depositado em 20 de dezembro de 2006; Publicação de Pedido de Patente Norte-americano de N°. US 2007/0137371 A1), que é incorporada neste documento por referência, a conexão de transporte 804 desliza juntamente com a conexão à base 808, e o transporte 802 desliza juntamente com a conexão de transporte 804. O transporte 802 e conexões 804, 808 são interconectados por um laço de acopla
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44/98 mento 806 (que em uma instância inclui uma ou mais cintas flexíveis de metal; alternativamente, podem ser usados um ou mais cabos). Um parafuso frontal 808a em conexão à base 808 direciona um deslizante 808b que é acoplado a um local fixo no laço de acoplamento 806. O transporte 802 é acoplado ao laço de acoplamento 806 em um local fixo também, de modo que quando deslizante 808b desliza uma distância particular x com referência a conexão à base 808, o transporte 802 desliza 2x com referência a conexão à base 808. Vários outros mecanismos de movimento linear (por exemplo, parafuso frontal e transporte) podem ser usados em implementações alternativas do mecanismo de inserção.
[00105] Como mostrado nas figuras 3 e 8, a extremidade proximal de conexão à base 808 é acoplada a placa de base rotativa 340a, e o transporte 802 é acoplado à carcaça externa ou estrutura interna de um manipulador de instrumento 342 (por exemplo, dentro da abertura de estrutura interna 542i' das figuras 5C-1 a 5C-3). Um servomotor (não mostrado) aciona o parafuso frontal 808a, e como resultado o manipulador de instrumento 342 se move proximalmente e distalmente com referência à placa de base 340a em uma direção geralmente paralela ao eixo de rotação 341. Uma vez que um instrumento cirúrgico 360 é acoplado ao manipulador 342, o mecanismo de inserção 344 funciona para inserir e retirar o instrumento através da cânula em direção a e para longe do local cirúrgico (DOF de inserção do instrumento). Cabos chatos flexíveis eletricamente condutivos (não mostrados) que correm adjacentes ao laço de acoplamento podem fornecer energia, sinais, e terra para o manipulador de instrumento.
[00106] Pode ser visto que uma vantagem do dispositivo telescópico do mecanismo de inserção 344 é que o mesmo fornece um maior alcance de movimento quando o manipulador de instrumento se move de sua posição totalmente proximal para totalmente distal, com um
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45/98 mecanismo de inserção que se projeta menos quando o manipulador está em sua posição totalmente proximal, do que se apenas uma única peça de estágio de inserção estacionária é usada (ver, por exemplo, as figuras 4A (posição totalmente distal) e 4B (posição totalmente proximal)). A protrusão encurtada evita que o mecanismo de inserção interfira com o paciente durante a cirurgia e com a equipe da sala de operação, por exemplo, durante mudança de instrumento, quando o manipulador de instrumento está em sua posição proximal.
[00107] Como ilustrado adicionalmente na figura 3, o mecanismo telescópico de inserção 344 é montados simetricamente à placa de base rotativa 340a em uma modalidade, e, portanto, os manipuladores de instrumento 342 e instrumentos montados 360 são agrupados simetricamente em volta do eixo de rotação 341. Em uma modalidade, manipuladores de instrumento 342 e seus instrumentos associados 360 são dispostos em volta do eixo de rotação em uma disposição geralmente de setor de círculo, com os eixos do instrumento posicionados próximos para ao eixo de rotação de conjunto manipulador 341. Portanto, quando a placa de base gira em volta do eixo de rotação 341, o conjunto de manipuladores de instrumento 342 e instrumentos montados 360 também giram em volta do eixo de rotação.
[00108] As figuras 4A e 4B são vistas em perspectiva que ilustram um manipulador de instrumento 442 em uma posição estendida e retraída, respectivamente, juntamente com um mecanismo de inserção 444 montado a uma placa de base rotativa 440a. Como observado acima, o manipulador de instrumento 442 é capaz de se estender e retrair juntamente com um eixo longitudinal do mecanismo de inserção 444 pela placa de base 440a e uma extremidade distal livre 444a do mecanismo de inserção, como mostrado pelas setas de dois lados adjacentes ao mecanismo de inserção 444. Nesta modalidade ilustrativa, instrumentos montam de encontro à face distal 442a do manipulador
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46/98 de instrumento 442.
[00109] A face distal 442a inclui várias saídas de acionamento que transferem forças de acionamento para um instrumento montado. Como mostrado nas figuras 4A e 4B, estas saídas de acionamento podem incluir uma alavanca de saída de garra 442b (controlar o movimento de aperto de um efetor terminal de instrumento), uma saída de encaixe de cardã 442c (controlar o movimento de lado a lado e o movimento para cima e para baixo de uma conexão paralela de extremidade distal (mecanismo de empurrar ou cotovelo)), um cardã de saída de pulso 442d (controlando o movimento de mudança de direção e o movimento de inclinação de um efetor terminal de instrumento), e um disco de saída de rotação 442e (controlar o movimento de rotação de um instrumento). Detalhes destas saídas, e das peças associados do mecanismo de transmissão de força do instrumento que recebe estas saídas, podem ser encontrados no Pedido de Patente Norteamericano de N°. 12/060.104 (depositado em 31 de março de 2008; Publicação de Pedido de Patente Norte-americano de N°. US 2009/0248040 A1), que é incorporada neste documento por referência. Exemplos das extremidades proximais de instrumentos cirúrgicos ilustrativos que podem receber estas entradas podem ser encontrados no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165, que é referenciado acima. Brevemente, os DOFs lado a lado e para cima e para baixo são fornecidos por uma conexão paralela de extremidade distal, os DOFs de mudança de direção de efetor terminal e inclinação de efetor terminal são fornecidos por um distal mecanismo de punho flexível, o DOF de rotação do instrumento é fornecido girando o eixo do instrumento ao mesmo tempo em que mantendo o efetor terminal em uma posição e inclinação/orientação de mudança de direção essencialmente constantes, e o DOF de aperto o instrumento é fornecido por dois mordentes efetores terminais móveis opostos. Estes DOFs são
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47/98 ilustrativos de mais ou menos DOFs (por exemplo, em algumas implementações um instrumento de câmera omite os DOFs de rotação e aperto de instrumento).
[00110] A fim de facilitar o suporte de um instrumento de encontro à face distal do manipulador de instrumento, suportes tais como ganchos de suporte 442f são posicionados no manipulador de instrumento. Na modalidade representada, os ganchos de suporte são estacionários com referência ao gabinete principal do manipulador de instrumento, e a face distal do manipulador de instrumento se move proximal e distalmente para fornecer uma interconexão segura entre o manipulador de instrumento e o instrumento. Um mecanismo de trava 442g é usado para mover a face distal do manipulador de instrumento em direção a uma face proximal do instrumento. Em uma modalidade alternativa, pode ser usado um mecanismo de trava, para mover a face proximal do instrumento em direção à face distal do manipulador a fim de engatar ou desengatar as saídas do manipulador e entradas do instrumento.
[00111] As figuras 5A-1 e 5B-1 são vistas em perspectiva que ilustram uma arquitetura exemplificativa de um manipulador de instrumento 542. As figuras 5A-2 e 5B-2 são vistas de corte transversal das figuras 5A-1 e 5B-1 ao longo das linhas de corte I-I e II- II, respectivamente. Como mostrado, o manipulador inclui uma estrutura interna 542i acoplada de forma móvel a uma carcaça externa 542h, por exemplo, por articulações deslizantes, trilhos, ou algo semelhante. A estrutura interna 542i se move distalmente e proximalmente com referência a carcaça externa 542h como o resultado da ação do mecanismo de trava 542g.
[00112] Agora com referência às figuras 5A-1 a 5B-2, é ilustrada a operação de ganchos de suporte 542f e mecanismo de trava 542g para montar um instrumento (não mostrado) ao manipulador de instru
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48/98 mento 542. Como mostrado, uma face distal 542a do manipulador de instrumento 542 é substancialmente um plano único, e a mesma é acoplada operacionalmente a uma face proximal de um mecanismo de transmissão de força de instrumento (por exemplo, face proximal 960' do instrumento 960 nas figuras 9A e 9B). O mecanismo de trava 542g pode incluir um mecanismo atuador, tal como uma polia e fio, para mover a estrutura interna e carcaça externa do manipulador de instrumento relativas uma à outra, e para manter a face distal 542a de encontro ao instrumento durante a operação.
[00113] Na modalidade representada, ganchos de suporte de instrumento 542f são montados rigidamente à carcaça externa do manipulador de instrumento 542h, e quando o mecanismo de trava 542g é acionado, a face distal 542a da estrutura interna 542i do manipulador de instrumento se move distalmente em direção a uma extremidade distal dos ganchos de suporte 542f e para longe de uma face proximal 542j da carcaça externa do manipulador de instrumento. Portanto, quando um mecanismo de transmissão de força de instrumento é montado nos ganchos de suporte 542f, a face distal 542a do manipulador de instrumento se move em direção à face proximal do mecanismo de transmissão do instrumento, que é contido por ganchos de suporte 542f, a fim de engatar ou caso contrário interfacear operacionalmente as saídas de manipulador de instrumento com as entradas de transmissão de força do instrumento, como ilustrado pela seta A1 nas figuras 5A-1 e 5A-2. Como ilustrado por esta modalidade, as saídas de atuador do manipulador comprimem de encontro à interface com a face proximal do instrumento para transmitir sinais do atuador de instrumento para o instrumento. Quando a trava 542g é acionada em uma direção inversa, a face distal 542a do manipulador de instrumento se move em direção à face proximal 542j do manipulador de instrumento (ou seja, para longe das extremidades distais de ganchos
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49/98 de suporte estacionários 542f) a fim de desengatar as saídas do manipulador de instrumento das entradas do instrumento, como ilustrado pela seta A2 nas figuras 5B-1 e 5B-2. Uma vantagem da modalidade representada é que quando o mecanismo de trava é ativado, as partes atuadoras do manipulador de instrumento se movem relativas a um instrumento estacionário fixo no espaço nos ganchos de suporte. O movimento dos atuadores de manipulador de instrumento em direção a ou para longe do instrumento minimiza movimentos desnecessários ou não intencionais do instrumento durante o processo de travamento e destravamento. Consequentemente, uma vez que o instrumento não se move relativo ao paciente durante o processo de montagem do instrumento, é evitado dano potencial ao tecido, uma vez que a extremidade distal do instrumento pode ainda estar dentro do paciente.
[00114] Em modalidades alternativas, os ganchos de suporte 542f podem ser retraídos em direção à face proximal 542j para mover uma face proximal de um instrumento em direção à face distal 542a de um manipulador de instrumento estacionário a fim de engatar as saídas do manipulador de instrumento com as entradas do instrumento, como mostrado pelas setas B1 nas figuras 5A-1 e 5A-2. Quando a trava é aberta ou acionada inversamente, o processo é invertido e os ganchos de suporte 542f se movem para longe da face distal 542a do manipulador de instrumento estacionário a fim de desengatar as saídas do manipulador de instrumento com as entradas do instrumento, como ilustrado pelas setas B2 nas figuras 5B-1 e 5B-2.
[00115] As figuras 5C-1 a 5C-4 ilustram diferentes vistas do manipulador de instrumento 542 sem carcaça externa 542h a fim de revelar módulos de acionamento independentes para atuar as saídas do manipulador de instrumento. Os módulos de acionamento são montados em forma modular à estrutura interna 542i do manipulador de instrumento, que se move juntamente com os módulos condutores, relativa
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50/98 à carcaça externa 542h e ganchos de suporte 542f do manipulador de instrumento. Quando a trava é fechada, a estrutura interna do manipulador de instrumento se move em direção ao instrumento uma distância determinada, e saídas do módulo carregado por molas engatam as entradas do instrumento através de um campo estéril, como descrito adicionalmente abaixo. Quando a trava é aberta, o processo é invertido. As saídas do módulo condutor do atuador carregado por molas fornecem uma interface robusta com as entradas do mecanismo de transmissão de força de instrumento através do campo, como descrito em mais detalhes abaixo.
[00116] Como ilustrado na modalidade representada, o manipulador de instrumento 542 inclui um módulo condutor de atuador de garra 542b' para atuar uma alavanca de saída de garra 542b, um módulo condutor de atuador de encaixe 542c' para atuar um cardã de saída de encaixe 542c, um módulo condutor de atuador de punho 542d' para atuar um cardã de saída de pulso 542d, e um módulo condutor de atuador de rotação 542e' para atuar um disco de saída de rotação 542e. As saídas 542b, 542c, 542d, e 542e se projetam distalmente a partir da face distal 542a do manipulador de instrumento 542, como mostrado, por exemplo, na figura 5C-4, e as mesmas são adaptadas para engatar com entradas de mecanismo de transmissão de força de instrumento para atuar translação X-Y dos instrumentos montados e movimentos de aperto, inclinação, mudança de direção, e rotação de efetor terminal.
[00117] As figuras 6A e 6B são vistas superior e inferior em perspectiva de um módulo condutor de atuador de garra 642b' de um manipulador de instrumento. O módulo condutor de atuador de garra 642b' inclui um deslizador linear 602, um mecanismo de mola de acionamento 604 que inclui uma mola 606, e uma alavanca de saída de acionamento de garra 642b. O mecanismo de mola de acionamento
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604 é acoplado à estrutura interna 542i do manipulador de instrumento. Quando a trava 542g é acionada para engatar um instrumento, a estrutura interna se move, e o módulo condutor de garra 642b' se move juntamente com o deslizador linear 602 até a alavanca de saída 642b contata sua entrada correspondente no instrumento. Este contato pré-carrega a mola 606, deste modo carregando com a mola a saída de garra 642b de encontro a uma entrada de instrumento quando o instrumento é travado no lugar. A mola pré-carregada 606 então garante que o contato adequado de saída/entrada do condutor de atuador é mantido durante a operação, de modo que não se desenvolva uma folga no contato saída/entrada, que tornaria difícil o controle cinemático preciso.
[00118] A figura 7A é uma vista em perspectiva inferior de um módulo condutor de cardã 742c/d' do manipulador de instrumento que pode ser usado para fornecer ou o cardã de saída de encaixe que controla a translação X-Y para o mecanismo de encaixe do instrumento ou a o cardã de saída de pulso que controla a inclinação e mudança de direção para o efetor terminal de instrumento. Nesta modalidade, o módulo condutor de cardã 742c/d' inclui um deslizador linear 702, um mecanismo de mola de acionamento 704 que inclui uma mola 706, e um cardã de saída de atuador 742c/d em um pino do cardã 710. O mecanismo de mola de acionamento 704 é acoplado à estrutura interna 542i do manipulador de instrumento. Quando a trava 542f é acionada para engatar um instrumento, a estrutura interna se move distalmente, e o módulo condutor de atuador 742c/d' se move ao longo do deslizador linear 702 até o cardã de saída 742c/d contatar sua entrada correspondente no instrumento. Este contato pré-carrega a mola 706, deste modo carregando com a mola o cardã de saída 742c/d de encontro a uma entrada de instrumento quando o instrumento é travado no lugar. Como com o módulo condutor de atuador de garra, a mola
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52/98 pré-carregada então garante que contato adequado de saída/entrada de condutor de atuador seja mantido durante operação, de modo que não se desenvolva uma folga no contato saída/entrada, que tornaria difícil o controle cinemático preciso. O módulo condutor de cardã 742c/d' inclui adicionalmente duas conexões de pressão 712, dois fusos de esferas 714, dois motores 716, dois sensores de efeito Hall 718, e dois codificadores de movimento rotativo ou linear 720. Os motores 716 acionam fusos de esferas associados 714, que acionam as conexões de pressão 712. A extremidade proximal das conexões de pressão 712 são acopladas aos deslizantes lineares 721, que se movem ao longo dos eixos geométricos paralelos aos fusos de esferas 714. A extremidade distal das linhas de pressão 712 são acopladas aos cardãs de saída 742c/d, em que cada um gira em volta de dois eixos geométricos ortogonais perpendiculares ao eixo longitudinal através do pino do cardã 710. Em um aspecto, os cardãs dos módulos de acionamento têm dois graus de liberdade, mas não têm eixos geométricos ortogonais.
[00119] A figura 7B é uma vista em perspectiva inferior de um módulo condutor de atuador de rotação 742e' do manipulador de instrumento que pode ser usado para fornecer movimento de rotação de controle do disco saída de rotação de um instrumento montado. Nesta modalidade, módulo condutor de atuador de rotação 742e' inclui um motor 734 que aciona um condutor harmônico 736, que por sua vez aciona engrenagens 740. As engrenagens 740 giram o disco de saída de rotação 742e e, portanto, acionam o disco de entrada de rotação no instrumento. Um codificador 732 é usado para determinar a posição e comutar o motor 734. Um codificador absoluto 738 é acoplado ao disco de saída de rotação 742e e determina a posição absoluta da rotação do instrumento.
[00120] Em um aspecto, os módulos condutores do sistema são
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53/98 operacionalmente independentes e suficientemente isolados um do outro, de modo que grandes forças aplicadas através de uma saída de interface não são transferidas para as outras interfaces de saída. Em outras palavras, grandes forças através de uma saída de interface não transferem para outras interfaces de saída, e, portanto, não afetam os componentes de instrumento acionados pelas outras interfaces de saída. Em um aspecto, um módulo condutor e suas saídas de atuador correspondentes não têm substancialmente nenhuma força não intencional entrada a partir de outro módulo condutor e/ou suas saídas de atuador correspondentes. Esta característica melhora a operação do instrumento e consequentemente a segurança do paciente.
[00121] As figuras 9A e 9B são vistas em perspectiva de uma parte proximal 960a e uma parte distal 960b, respectivamente, de um instrumento 960 configurado para ser montado nos manipuladores de instrumento das figuras 4A a 4B e 5A-1 a 5C-4. Uma face proximal 960' de um mecanismo de transmissão de instrumento 960 inclui uma alavanca de entrada de garra de instrumento 962b que faz a interface com alavanca de saída de garra 542b, um cardã de entrada de encaixe de instrumento 962c que faz a interface com o cardã de saída de encaixe 542c, um cardã de entrada de punho de instrumento 962d que faz a interface com o cardã de pulso de saída 542d, e um disco de entrada de rotação de instrumento 962e que faz a interface com o disco de rotação de saída 542e. A figura 9B ilustra um exemplo de uma extremidade distal 960b de um instrumento cirúrgico flexível 960 que inclui um punho 964, um mecanismo de encaixe 966, e um efetor terminal 968. Em uma modalidade, a face proximal 960' do mecanismo de transmissão de instrumento 960 tem um plano substancialmente único que faz a interface operacionalmente com a face distal do manipulador de instrumento quando as saídas de manipulador e entradas do instrumento são operacionalmente engatadas. O Pedido de Patente Nor
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54/98 te-americano de N°. 11/762.165 intitulado Minimally Invasive Surgical System por Larkin e outros, que é incorporado neste documento por referência, e o Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762,154 intitulado Surgical Instrument With Parallel Motion Mechanism por Cooper e outros, que é incorporado neste documento por referência, revela detalhes adicionais em parte distais e partes proximais de instrumentos cirúrgicos aplicáveis, tal como o instrumento 960.
[00122] No aspecto ilustrativo mostrado nas figuras 9A e 9B, o instrumento 960 inclui uma parte de transmissão em sua extremidade proximal, um corpo de instrumento alongado, um de vários efetores terminais cirúrgicos 968, e um mecanismo de punho de dois graus de liberdade tipo cobra 964 que acopla o efetor terminal 968 ao mecanismo de encaixe 966 e o corpo do instrumento. Como nos sistemas cirúrgicos da Vinci®, em alguns aspectos a parte de transmissão inclui discos que interfaceiam com atuadores elétricos (por exemplo, servomotores) montados permanentemente em um braço de suporte de modo que os instrumentos possam ser facilmente mudados. Outras conexões tais como placas e alavancas de cardã correspondentes podem ser usadas para transferir forças de acionamento na interface mecânica. Mecanismos mecânicos (por exemplo, engrenagens, alavancas, cardãs) na parte de transmissão transferem as forças de acionamento dos discos para cabos, fios, e/ou cabo, fio, e combinações de hipotubo que correm através de um ou mais canais no corpo do instrumento (que pode incluir um ou mais segmentos articulados) para controlar o movimento do punho 964 e efetor terminal 970. Em alguns aspectos, um ou mais discos e mecanismos associados transferem forças de acionamento que giram o corpo do instrumento em volta de seu eixo longitudinal. O segmento principal do corpo do instrumento é um tubo único substancialmente rígido, embora em alguns aspectos o mesmo pode ser levemente flexível elasticamente. Esta pequena flexi
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55/98 bilidade permite que um segmento de corpo proximal a um tubo-guia (ou seja, fora do paciente) seja levemente flexionado de modo que diversos corpos de instrumento possam ficar separados mais proximamente dentro de um tubo-guia do que seus gabinetes de segmento de transmissão individual permitiriam em caso contrário, tal como diversas flores cortadas de tamanho igual sendo colocadas em um vaso com um gargalo pequeno. Esta flexão é mínima (por exemplo, menor ou igual a aproximadamente um ângulo de dobra de 5 graus em uma modalidade) e não induz atrito significativo devido ao ângulo de dobra para os cabos de controle e hipotubos dentro do corpo do instrumento ser pequeno. Em outras palavras, em uma modalidade, um eixo do instrumento pode sair distalmente de um mecanismo de transmissão de força em um leve ângulo em vez de ortogonal a uma face distal ou proximal do mecanismo de transmissão de força. O eixo do instrumento pode então dobrar levemente e continuar reto para formar um arco suave em uma seção proximal do eixo do instrumento que sai distalmente do mecanismo de transmissão de força. Portanto, o instrumento pode ter um eixo de instrumento com uma seção proximal curva proximal ao tubo-guia e uma seção distal reta. Em um exemplo, o eixo do instrumento pode ser inclinado por aproximadamente zero graus e aproximadamente cinco graus quando sai distalmente do mecanismo de transmissão de força.
[00123] Como mostrado nas figuras 9A e 9B, o instrumento 960 inclui um segmento de corpo proximal 968 (que se estende através de um tubo-guia em um exemplo) e pelo menos um segmento de corpo ou mecanismo de encaixe distal 966 (que é posicionado além da extremidade distal do tubo-guia em um exemplo). Por exemplo, o instrumento 960 inclui segmento de corpo proximal 968, mecanismo de encaixe 966 que é acoplado ao segmento de corpo proximal 968 em uma articulação 967, mecanismo de punho 964 que é acoplado ao meca
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56/98 nismo de encaixe 966 em outras articulações 965 (o acoplamento pode incluir outro, segmento de corpo distal curto), e um efetor terminal 970. Em alguns aspectos o mecanismo de encaixe 966 e articulações 965 e 967 funcionam como um mecanismo de movimento paralelo no qual a posição de uma estrutura de referência na extremidade distal do mecanismo pode ser mudada com respeito a uma estrutura de referência na extremidade proximal do mecanismo sem mudar a orientação da estrutura de referência distal. Detalhes de um movimento ou mecanismo aplicável de encaixe paralelo que inclui articulações relacionadas de um instrumento aplicável são revelados adicionalmente no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165, que é incorporado por referência.
[00124] A figura 10 é uma vista de corte transversal lateral de um manipulador de instrumento 542 acoplado operacionalmente a um instrumento 960 de acordo com aspectos da presente descrição. Como mostrado na figura 10, as saídas de atuador 542b a 542e em uma face distal do manipulador de instrumento 542 interfaceiam com entradas de atuador 962b a 962e em uma face proximal do instrumento cirúrgico 960.
[00125] Uma vez que o efetor terminal de instrumento é fornecido com sete graus de liberdade (instrumento inserção, garra, articulação de punho de 2-DOF, encaixe de 2-DOF (translação do punho), e rotação do instrumento) para facilitar a cirurgia, a exigência para precisão de atuação do instrumento é alta e é desejável uma interface de pequena folga e alta fidelidade entre o instrumento e o manipulador de instrumento. Os módulos de sistema de acionamento operados independentemente do manipulador de instrumento (por exemplo, módulos 542b', 542c', 542d', e 542e') permitem que os vários trans de acionamento sejam acoplados a um instrumento cirúrgico através de um pano fabricado sem precisão substancialmente sem compromisso de
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57/98 performance. Quando os módulos do sistema de acionamento não são acoplados um ao outro e suficientemente isolados um do outro, grandes forças aplicadas através de uma saída de interface não são transferidas para as outras saídas de interface. Em outras palavras, grandes forças através de uma saída de interface não transferem para outras saídas de interface, e, portanto, não afetam os componentes do instrumento acionado pelas outras saídas de interface. Em um aspecto, um módulo condutor e suas correspondentes saídas de atuador não têm substancialmente nenhuma entrada de força não intencional de outro módulo condutor e/ou suas saídas de atuador correspondente. Esta característica melhora a operação do instrumento e consequentemente a segurança do paciente.
[00126] Em um aspecto, discos casados podem ser usados como componentes de transmissão força e componente de acionamento como na interface de instrumento do Sistema Cirúrgico Vinci®. Em outro aspecto, cardã de placas e alavancas unidas são usados. Vários componentes mecânicos (por exemplo, engrenagens, alavancas, cabos, polias, cabos guia, cardãs, etc.) nos mecanismos de transmissão são usados para transferir a força mecânica da interface para o elemento controlado. Cada mecanismo atuador inclui pelo menos um atuador (por exemplo, servomotor (com escovas ou sem escovas)) que controla o movimento na extremidade distal do instrumento associado. Por exemplo, um atuador pode ser um servomotor elétrico que controla um efetor terminal de garra DOF de instrumento cirúrgico. Um instrumento (que inclui uma sonda guia como descrita neste documento) ou tubo-guia (ou, coletivamente, o conjunto do instrumento) pode ser desacoplado dos mecanismos atuadores associados e deslizar para fora. O mesmo pode então ser substituído por outro instrumento ou tubo-guia. Adicionalmente à interface mecânica existe uma interface eletrônica para cada mecanismo de transmissão e mecanismo atua
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58/98 dor. Esta interface eletrônica permite que dados (por exemplo, tipo de instrumento/tubo-guia) sejam transferidos.
[00127] Exemplos das interfaces mecânica e elétrica para os vários instrumentos, tubos-guia, e sistemas de imageamento, e também sobre drapeamento estéril para preservar o campo estéril, são discutidos nas Patentes Norte-americanas de N°s. 6.866.671 (depositada em 13 de agosto de 2001; Tierney e outros) e 6.132.368 (depositada em 21 de novembro de 1997; Cooper), ambas as quais são incorporadas por referência neste documento.
[00128] Instrumentos cirúrgicos sozinhos ou conjuntos que incluem tubos-guia, múltiplos instrumentos, e/ou múltiplos tubos-guia, e instrumentos acoplados aos conjuntos atuadores através de várias configurações (por exemplo, em uma face proximal ou uma face distal do instrumento/conjunto atuador), são aplicáveis na presente descrição. Portanto, vários instrumentos cirúrgicos podem ser utilizados, cada instrumento cirúrgico trabalhando independentemente do outro e cada um tendo um efetor terminal com pelo menos seis DOFs controlados ativamente no espaço Cartesiano (ou seja, largar, elevar, oscilar, girar, inclinar, mudar de direção), através de uma única porta de entrada em um paciente.
[00129] Os eixos de instrumento que formam as extremidades destas correntes cinemáticas descritas acima podem ser guiados através de cânulas e/ou guias de entrada para inserção em um paciente, como adicionalmente descrito em baixo. Exemplos de aplicáveis pinças acessórias e acessórios, tais como cânulas, são revelados no Pedido Norte-americano Pendente de N°. 11/240.087, depositado em 30 de setembro de 2005, cujo conteúdo é incorporado por referência integralmente neste documento para todos os propósitos.
Pano Estéril [00130] Agora modalidades do campo estéril serão descritas em
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59/98 maiores detalhes. Com referência novamente as figuras 1A e 1B e 2A a 2C, os panos estéreis 1000 e 2000 são mostrados cobrindo uma parte de do conjunto de braço 101 e 201, respectivamente, para proteger partes não estéreis do braço manipulador do pano estéril, e também para proteger o braço e suas várias peças de materiais de procedimento cirúrgico (por exemplo, fluidos do corpo, etc.). Em uma modalidade, o pano estéril inclui uma bolsa de pano configurada para receber um manipulador de instrumento de um conjunto de manipuladores de instrumento. A bolsa de pano inclui uma superfície externa adjacente ao pano estéril, e uma superfície interna adjacente ao manipulador de instrumento não estéril. O pano inclui adicionalmente uma membrana flexível em uma extremidade distal da bolsa de pano para interfacear entre uma saída do manipulador de instrumento (por exemplo, a interface que transmite uma força de acionamento para os instrumentos associados) e uma entrada do instrumento cirúrgico (por exemplo, a interface que recebe a força de acionamento dos manipuladores de instrumento associados), e uma vedação rotativa acoplada operacionalmente a uma abertura proximal da bolsa de pano.
[00131] Em outra modalidade, o pano estéril inclui uma pluralidade de bolsas de pano, em que cada bolsa de pano inclui uma pluralidade de membranas flexíveis em uma extremidade distal para interfacear entre saídas de um respectivo manipulador de instrumento e entradas de um respectivo instrumento cirúrgico que controla movimentos de punho, rotação, aperto, e translacional do instrumento cirúrgico. Uma vedação rotativa, tal como uma vedação tipo labirinto, pode ser acoplada operacionalmente a uma abertura proximal das bolsas de pano para permitir que todas as bolsas de pano girem juntas como um grupo com referência a uma parte mais proximal do pano. Em um exemplo, uma primeira parte da vedação rotativa que inclui as múltiplas bolsas de pano é acoplada à placa de base rotativa da plataforma do con
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60/98 junto manipulador e uma segunda parte da vedação rotativa é acoplada a uma estrutura da plataforma do conjunto manipulador.
[00132] Em ainda outra modalidade, um método de drapear o braço manipulador de um sistema cirúrgico robótico inclui primeiro posicionar uma extremidade distal de um pano estéril nas extremidades distais dos manipuladores de instrumento, e então drapear cada manipulador de instrumento com uma bolsa de pano da extremidade distal do manipulador de instrumento a uma extremidade proximal do manipulador de instrumento. A vedação rotativa do pano estéril é então acoplada a uma estrutura e uma placa de base rotativa da plataforma do conjunto manipulador. As peças restantes do braço manipulador podem então ser drapeadas como desejado a partir de uma extremidade distal do braço manipulador para uma extremidade proximal do braço manipulador. Neste exemplo, o braço manipulador é drapeado a partir de manipuladores de instrumento para a articulação de mudança de direção.
[00133] Vantajosamente, a configuração e geometria do braço manipulador e manipuladores de instrumento com um pano estéril proporcionam um grande alcance de movimento permitindo cirurgia multiquadrantes através de uma porta única (ou seja, acesso cirúrgico em todos os quadrantes do paciente a partir da única porta de entrada), espaço aumentado em volta do paciente e da porta de entrada, e segurança aumentada do paciente, ao mesmo tempo em que também proporcionam uma interface instrumento/manipulador robusta, facilidade de troca de instrumento, e manutenção de um ambiente estéril, como descrito acima.
[00134] Com referência novamente à figura 10, as saídas de atuador do manipulador de instrumento 542 engatam com as entradas de atuador do instrumento 960 através do pano estéril 1000 ou 2000. Como observado acima, em uma modalidade, quando a trava 542g é acionada, a estrutura interna do manipulador de instrumento 542 se
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61/98 move em direção ao instrumento 960 uma distância determinada e saídas do módulo carregado por molas 542b a 542e engatam as entradas do instrumento 962b-962e através do pano 1000 ou 2000. Os módulos condutores de atuador independentes 542b', 542c', 542d', e 542e' no manipulador de instrumento 542 fornecem saídas de atuador 542b, 542c, 542d, e 542e, respectivamente, que engatam entradas do instrumento 962b, 962c, 962d, e 962e, respectivamente, através do pano estéril em consequência do acionamento do mecanismo de trava 542g, como descrito acima.
[00135] Agora com referência às figuras 11A a 11D em conjunto com a figura 10, as figuras 11A a 11B ilustram vistas em perspectiva de uma primeira parte de pano 1100a de um pano estéril 1100 (figura 11D) em um estado retraído e um estado estendido, respectivamente, e a figura 11C ilustra uma vista de corte de parte de pano 1100a montado a uma extremidade distal de uma placa de base rotativa 1140a de uma plataforma de manipulador de acordo com uma modalidade da presente descrição. As descrições de panos estéreis 1000 e 2000 acima são aplicáveis com respeito ao pano estéril 1100. Por exemplo, o pano estéril 1100 cobre uma parte do conjunto de braço manipulador, e em particular os manipuladores de instrumento, para proteger peças não estéreis do braço manipulador do pano estéril. Além disso, a parte de pano 1100a inclui uma pluralidade de bolsas de pano 1105 (por exemplo, são mostradas quatro bolsas de pano em forma de cunha 1105a a 1105d), em que cada uma inclui uma superfície externa configurada para ser adjacente ao pano estéril, e uma superfície interna configurada para ser adjacente aos manipuladores de instrumento não estéreis. Cada uma das bolsas de pano 1105 inclui adicionalmente uma pluralidade de membranas flexíveis 1102 em uma extremidade distal 1101 das bolsas de pano 1105 para interfacear entre saídas dos manipuladores de instrumento e entradas dos instrumentos cirúrgicos.
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Em um exemplo, as membranas flexíveis 1102b, 1102c, 1102d, e
1102e interfaceiam entre as saídas do manipulador de instrumento 542b, 542c, 542d, e 542e e as entradas do instrumento 962b, 962c, 962d, 962e para controlar movimentos de garra, translação, punho, e de rotação, respectivamente, do instrumento cirúrgico. Uma membrana flexível fornece uma extensão da bolsa 1106 para o mecanismo telescópico de inserção de cada manipulador de instrumento (por exemplo, mecanismo de inserção 444) juntamente com a qual o manipulador de instrumento pode transladar.
[00136] Em um aspecto, uma extremidade distal de extensão da bolsa 1106 é fixada ao mecanismo de inserção de modo que a extensão da bolsa de pano 1106 se mova com o mecanismo de inserção e permaneça em uma forma compacta longe do paciente para fornecer espaço e acesso para uma porta cirúrgica. Em um exemplo, a extremidade distal de extensão da bolsa 1106 pode ser fixada à conexão de transporte 804 de um mecanismo de inserção 844 (figura 8) por qualquer meio de fixação adequado, tal como grampos, presilhas, Velcro tiras, e algo semelhante.
[00137] Uma vedação rotativa 1108 acopla operacionalmente aberturas proximais 1103 das bolsas de pano 1105 à plataforma de manipulador do conjunto de braço manipulador. Em um exemplo, a vedação rotativa 1108 inclui uma vedação rotativa tipo labirinto que tem uma parte de cobertura da rotação 1108a e uma parte de pente da base 1108b rotativa dentro de e relativa à parte de cobertura da rotação 1108a. Em uma modalidade, a parte de pente da base 1108b inclui um disco com estrias 1104 que formam uma pluralidade de estruturas em forma de cunha com aberturas, cada uma das estruturas dimensionada para circunscrever um manipulador de instrumento. Em uma modalidade, a parte de pente da base 1108b inclui estrias 1104 formadas noventa graus afastadas dentro do disco. As extremidades proxi
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63/98 mais das bolsas de pano 1105 são acopladas a cada uma das estruturas da parte de pente da base 1108b. Consequentemente, a parte de pente da base com estrias 1108b ajuda a drapear manipuladores de instrumento individuais que são agrupados proximamente na placa de base rotativa do manipulador de instrumento e adicionalmente ajuda a manter a orientação e disposição das bolsas de pano 1105 quando os manipuladores de instrumento drapeados se movem durante um procedimento cirúrgico.
[00138] A parte de cobertura da rotação 1108a é montada fixamente à estrutura da plataforma de manipulador e a parte de pente da base 1108b é montada fixamente à placa de base rotativa 1140a, de modo que quando a placa de base 1140a é girada, a parte de pente da base 1108b também gira em combinação com os manipuladores de instrumento drapeados ao mesmo tempo em que a parte de cobertura da rotação 1108a fica estacionária sendo montada fixamente à estrutura da plataforma de manipulador.
[00139] As figuras 11A e 11B ilustram as bolsas de pano 1105 em estados retraído e estendido, respectivamente, quando os manipuladores de instrumento retraem e se estendem juntamente com seus respectivos eixos geométricos de inserção. Embora as quatro bolsas de pano 1105 sejam mostradas igualmente retraídas e estendidas, as bolsas de pano podem retrair e se estender independentemente uma vez que os manipuladores de instrumento são controlados independente e/ou dependentemente com respeito um ao outro.
[00140] Também é observado que a parte de pente da base 1108b pode incluir várias quantidades de estrias orientadas em ângulos diferentes de noventa graus desde que seja fornecido espaço para ajustar um manipulador de instrumento através de cada uma das estruturas da parte de pente da base. Em um exemplo, a parte de pente da base 1108b pode ser compreendida de estrias que dividem uma área circu
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64/98 lar em uma multitude de segmentos que são cada um dimensionado para encerrar um manipulador de instrumento.
[00141] O pano estéril 1100 também permite a transição do drapeamento dos manipuladores de instrumento individuais para as peças restantes do conjunto de braço manipulador, como mostrada na figura 11D. O pano 1100 pode continuas a partir da vedação rotativa 1108 (por exemplo, a parte de cobertura da rotação 1108a) para se misturar dentro de uma segunda parte de pano maior 1100b designada para cobrir as partes remanescentes (por exemplo, articulações e conexões) do braço manipulador como desejado, em um exemplo cobrindo continuamente o braço manipulador até o conjunto manipulador articulação de mudança de direção (por exemplo, articulação de mudança de direção 124, 224). Consequentemente, a vedação rotativa 1108 permite que o conjunto manipulador de instrumento gire livremente relativo ao resto do conjunto de braço manipulador ao mesmo tempo em que substancialmente o conjunto de braço inteiro permanece drapeado, deste modo preservando o ambiente estéril do local cirúrgico.
[00142] De acordo com outra modalidade, a parte de pano estéril 1100b inclui uma bolsa de braço de suporte de cânula 1110 designada para drapear um braço de suporte de cânula retrátil como descrito em detalhes adicionais abaixo. Em uma modalidade, uma montagem de cânula móvel inclui uma parte de base acopladas ao braço manipulador e uma parte retrátil acoplada de forma móvel à parte de base. A parte retrátil pode ser movida por uma posição retraída e uma posição implantada através de uma articulação rotativa de modo que a parte retrátil possa ser girada para cima ou dobrada em direção à parte de base para criar mais espaço em volta do paciente e/ou para mais facilmente vestir um pano sobre o suporte de cânula quando drapeando o braço manipulador. Outras articulações podem ser usadas para acoplar a parte retrátil e a parte de base, que incluem, mas não são limita
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65/98 das a um articulação de bola e encaixe ou uma junta universal, uma articulação deslizante para criar um efeito telescópico, e algo semelhante, de modo que a parte retrátil possa ser movida mais próxima à parte de base a fim de reduzir o os fator de forma geral da montagem de cânula. Em outra modalidade, o suporte de cânula inteiro pode ser telescópico internamente relativo ao braço manipulador. Consequentemente, o braço de suporte de cânula móvel permite o drapeamento de um braço de robô maior com uma abertura relativamente menor no campo. O pano pode ser posicionado sobre o braço de suporte de cânula retraído e então após ser drapeado dentro da bolsa 1110, o braço de suporte de cânula pode ser estendido em uma posição de operação. De acordo com um aspecto, o braço de suporte de cânula fica fixo na posição de operação durante a operação de um instrumento.
[00143] Em uma instância, a bolsa de pano 1110 pode incluir uma seção de pano reforçada 1111 que se ajusta sobre uma pinça (ver, por exemplo, pinças 1754 nas figuras 19A e 19B e 20A e 20B, e pinça 2454 e receptáculo 2456 nas figuras 24A a 24D) em uma extremidade distal do braço de suporte de cânula.
[00144] O pano 1100a pode adicionalmente incluir uma cobertura de trava 1107 no lado de bolsas de pano individuais 1105 para cobrir as travas individuais 1342g (figuras 14A, 15, 16A, e 17A a 17C) que podem se estender para fora da circunferência do manipulador de instrumento durante o uso.
[00145] Vantajosamente, devido à face distal do manipulador de instrumento interfacear com um instrumento, a mola carregada e saídas independentes do manipulador de instrumento e pano estéril vantajoso, os instrumentos podem ser fácil e robustamente trocados no manipulador de instrumento ao mesmo tempo em que mantêm um ambiente estéril robusto durante um procedimento cirúrgico. Além disso, o pano estéril permite que o sistema cirúrgico robótico seja rápida
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66/98 e facilmente preparado ao mesmo tempo em que também proporciona uma variedade de movimentos aprimorados (por exemplo, movimento rotacional) com um pequeno fator de forma, deste modo reduzindo tempo e custos de preparação da sala de operação.
Adaptador Estéril [00146] Agora será descrita em maiores detalhes outra modalidade de um pano que inclui um adaptador estéril. A figura 12 ilustra uma vista em perspectiva de uma parte de pano 1200a de um pano estéril estendido que inclui um adaptador estéril 1250 de acordo com outra modalidade da presente descrição. A parte de pano 1200a pode substituir a parte de pano 1100a na figura 11D, e é acoplada operacionalmente a parte de pano 1100b por meio de uma vedação rotativa 1208 que é substancialmente similar à vedação rotativa 1108. A parte de pano 1200a inclui uma pluralidade de luvas de pano 1205 acopladas pela vedação rotativa 1208 e adaptador estéril 1250. A parte de pano 1200a inclui adicionalmente extensões de pano 1206 acopladas ao adaptador estéril 1250 para drapear sobre os mecanismos de inserção dos manipuladores de instrumento.
[00147] A vedação rotativa 1208 acopla operacionalmente as aberturas proximais 1203 das luvas de pano 1205 à plataforma de manipulador do conjunto de braço manipulador. Em um exemplo, a vedação rotativa 1208 inclui uma vedação rotativa tipo labirinto que tem uma parte de cobertura da rotação 1208a e uma parte de pente da base 1208b rotativa relativo à parte de cobertura da rotação 1208a. Em uma modalidade, a parte de pente da base 1208b inclui um disco com estrias 1204 que forma uma pluralidade de estruturas em forma de cunha com aberturas, cada uma das estruturas dimensionada para circunscrever um manipulador de instrumento. Em uma modalidade, a parte de pente da base 1208b inclui estrias 1204 formadas noventa graus afastadas dentro do disco. As extremidades proximais das luvas
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67/98 de pano 1205 são acopladas a cada uma das estruturas da parte de pente da base 1208b. Consequentemente, a parte estriada do pente da base 1208b ajuda a drapear manipuladores de instrumento individuais que são agrupados proximamente na placa de base rotativa do manipulador de instrumento e adicionalmente ajuda a manter a orientação e disposição das luvas de pano 1205 quando os manipuladores de instrumento drapeados se movem durante um procedimento cirúrgico.
[00148] Embora a figura 12 ilustre todas as luvas de pano 1205 em estado estendido, por exemplo, quando os manipuladores de instrumento se estendem juntamente com seus respectivos mecanismos de inserção, é observado que as luvas de pano podem retrair e se estender independentemente como os manipuladores de instrumento são independente e/ou dependentemente controlados com respeito um ao outro.
[00149] Também é observado que a parte de pente da base 1208b pode incluir várias quantidades de estrias orientadas em ângulos diferentes de noventa graus desde que seja fornecido espaço para ajustar um manipulador de instrumento através de cada uma das estruturas da parte de pente da base. Em um exemplo, a parte de pente da base 1208b pode ser compreendida de estrias que dividem uma área circular em uma multitude de segmentos que são dimensionados para cada um encerrar um manipulador de instrumento.
[00150] A parte de cobertura da rotação 1208a é montada fixamente à estrutura da plataforma de manipulador (por exemplo, o manipulador halo) e a parte de pente da base 1208b é montada fixamente à placa de base rotativa 1140a, de modo que quando a placa de base 1140a é girada, a parte de pente da base 1208b também gira em combinação com os manipuladores de instrumento drapeados. Em um exemplo, uma vez que a extremidade proximal das luvas de pano
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1205 são acopladas a parte de pente da base 1208b, todas as luvas de pano 1205 giram juntas como um grupo com referência a uma parte mais proximal de pano 1100b.
[00151] As figuras 13A e 13B ilustram uma vista em perspectiva de um adaptador estéril montado 1250 e uma vista explodida do adaptador estéril 1250, respectivamente, de acordo com uma modalidade da presente descrição. O adaptador estéril 1250 inclui uma bota 1252 que tem uma parede de bota 1252a e aberturas cilíndricas 1252b que servem como caminhos de passagem para colunas no manipulador de instrumento como será adicionalmente descrito abaixo. Uma extremidade distal de luvas de pano 1205 pode ser acoplada a uma superfície externa da parede de bota 1252a. O adaptador 1250 inclui adicionalmente um par de suportes 1258 que serve para alinhar adequadamente, posição, e reter um instrumento cirúrgico em uma parte inferior do adaptador estéril para engate com o manipulador de instrumento em uma superfície superior do adaptador estéril. O adaptador 1250 inclui adicionalmente uma interface de membrana flexível 1254 que interfaceia entre as saídas de um respectivo manipulador de instrumento e entradas de um respectivo instrumento cirúrgico para controlar movimentos de punho, rotação, garra, e translação do instrumento cirúrgico. Em uma modalidade a interface de membrana 1254 inclui uma interface de atuador de garra 1254b, uma interface de atuador de encaixe 1254c, uma interface de atuador de punho 1254d, e uma interface de atuador de rotação 1254e para interfacear com saídas associadas do manipulador de instrumento.
[00152] Em uma modalidade, a interface de atuador de rotação 1254e é designada para girar e manter uma barreira estéril dentro do adaptador estéril 1250. Como ilustrado na figura 13C, em um aspecto, a interface de atuador de rotação 1254e inclui um disco de rotação 1257a que tem uma fenda ou sulco 1257b em volta da circunferência
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69/98 do disco que aceita uma placa plana de retenção 1254f (figura 13B). A placa de retenção 1254f é fixada à interface de membrana flexível 1254 e permite que o disco de rotação gire ao mesmo tempo em que mantém uma barreira estéril para o adaptador e pano estéril.
[00153] A interface de membrana 1254 é posicionada entre a bota 1252 e suportes 1258, e tubos 1256 bota de acoplamento 1252a interface de membrana 1254, e suporte 1258 juntos. Os tubos 1256 são alinhados com as aberturas da bota 1252b e aberturas da membrana 1254b e uma parte de eixo dos tubos 1256 são posicionados dentro das aberturas. Uma aba de tubo 1256a é retida dentro da abertura da bota 1252b e uma extremidade de tubo 1256 é acoplada fixamente ao suporte 1258, de modo que os tubos 1256 e, portanto, suportes 1258 são móveis a certa distância longitudinal do eixo do tubo, como mostrado pelas setas de dois lados na figura 13 A.
[00154] Opcionalmente, uma placa de interface atuadora de garra 1254b', uma placa de interface de atuador de encaixe 1254c', e uma placa de interface de atuador de punho 1254d' podem ser acopladas a uma parte inferior da interface atuadora de garra 1254b, da interface de atuador de encaixe 1254c, e da interface de atuador de punho 1254d, respectivamente, para engate e acoplamento aumentados com as entradas do instrumento associado.
[00155] As figuras 14A e 14B ilustram uma vista em perspectiva inferior e uma vista inferior de um manipulador de instrumento 1300 de acordo com uma modalidade da presente descrição. Nesta modalidade ilustrativa, os instrumentos são montados de encontro à face distal 1342a do manipulador de instrumento 1300. A face distal 1342a inclui várias saídas de acionamento que transferem forças de acionamento para um instrumento montado, similar aos manipuladores de instrumento descritos acima com respeito às figuras 3 a 8. Como mostrado nas figuras 14A e 14B, estas saídas de acionamento podem incluir
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70/98 uma alavanca de saída de garra 1342b (controlando o movimento de aperto de um efetor terminal de instrumento), um cardã de saída de encaixe 1342c (controlando o movimento de lado a lado e o movimento para cima e para baixo de uma ligação paralela de extremidade distal (mecanismo empurrar ou cotovelo)), um cardã de saída de pulso 1342d (controlando o movimento de mudança de direção e o movimento de inclinação de um efetor terminal de instrumento), e um disco de saída de rotação 1342e (controlando o movimento de rotação de um instrumento). Módulos condutores de atuador independentes (similar àqueles descritos acima com respeito aos módulos 542b', 542c', 542d', e 542e') no manipulador de instrumento 1300 fornecem as saídas de atuador 1342b, 1342c, 1342d e 1342e. De uma maneira similar, as saídas de atuador 1342b a 1342e podem ser carregadas por mola. Os detalhes de saídas aplicáveis, e as peças associadas do mecanismo de transmissão de força de instrumento que recebem estas saídas, podem ser encontrados no Pedido de Patente Norteamericano de N°. 12/060.104 (depositado em 31 de março de 2008; Publicação de Pedido de Patente Norte-americano de N°. US 2009/0248040 A1), que é incorporada neste documento por referência. Exemplos das extremidades proximais de instrumentos cirúrgicos ilustrativos que podem receber estas entradas podem ser encontrados no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.165, que é referenciado acima. Brevemente, os DOFs de lado a lado e para cima e para baixo são fornecidos por uma ligação paralela de extremidade distal, os DOFs de efetor terminal de mudança de direção e efetor terminal de inclinação são fornecidos por um mecanismo de punho flexível distal, o DOF de rotação do instrumento é fornecido pelo eixo do instrumento de rotação ao mesmo tempo em que mantém o efetor terminal em uma posição e orientação de inclinação /mudança de direção essencialmente constantes, e o DOF de aperto de instrumento é forneci
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71/98 do por dois mordentes efetor terminal opostos móveis. Estes DOFs são ilustrativos de mais ou menos DOFs (por exemplo, em algumas implementações um instrumento de câmera omite os DOFs de rotação e aperto do instrumento).
[00156] O manipulador de instrumento 1300 inclui adicionalmente um mecanismo de trava 1342g para engatar as saídas de atuador do manipulador de instrumento 1300 com as entradas de atuador de um instrumento montado através do adaptador estéril 1250. Em uma modalidade, similar ao mecanismo de trava descrito acima, quando a trava 1342g é acionada, a estrutura interna 1342i do manipulador de instrumento 1300 se move uma distância determinada relativa à carcaça externa 1342h e em direção a um instrumento montado. As saídas do módulo carregado por molas 1342b a 1342e engatam entradas do instrumento apropriadas através do adaptador estéril 1250, e em um exemplo através da interface de membrana 1254. Um instrumento montado é, portanto, preso pela superfície superior dos suportes 1258 e das saídas carregadas por mola através da interface de membrana do adaptador estéril.
[00157] Como observado acima, o pano 1100a pode incluir uma cobertura de trava 1107 (figura 11D) nas bolsas de pano individuais 1105 para cobrir as travas individuais 1342g que podem se estender para fora da circunferência do manipulador de instrumento durante o uso. Os cabos de trava são cada um capaz de dobrar dentro da circunferência de um manipulador de instrumento correspondente para permitir que a vedação rotativa de um pano passe sobre os manipuladores de instrumento.
[00158] O manipulador de instrumento 1300 inclui adicionalmente colunas 1350 para acoplar operacionalmente o manipulador de instrumento 1300 ao adaptador estéril 1250 como será descrito adicionalmente abaixo.
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72/98 [00159] Agora com referência às figuras 15 e 16A a 16E, o acoplamento do manipulador de instrumento 1300 ao adaptador estéril 1250 é ilustrado e descrito. A figura 15 ilustra uma vista em perspectiva inferior do manipulador de instrumento 1300 acoplado operacionalmente ao adaptador estéril 1250 de acordo com uma modalidade da presente descrição. As figuras 16A a 16E ilustram uma sequência para acoplar o manipulador de instrumento 1300 e o adaptador estéril 1250 de acordo com uma modalidade da presente descrição. Como mostrado na figura 16A, as colunas 1350 são alinhadas com tubos 1256 dentro das aberturas da bota 1252b. Em seguida, como mostrado na figura 16B, a extremidade livre das colunas 1350 é posicionada através do tubo 1256 até que as presilhas nas extremidades das colunas 1350 engatem com aberturas de suporte associadas, como mostrado na figura 16E. Portanto, uma extremidade das colunas 1350 é montada fixamente aos suportes 1258. Em uma modalidade, os suportes 1258 incluem um deslizador 1258a que tem uma abertura de buraco de fechadura 1258b, como ilustrado nas figuras 16C-1 e 16C-2. O suporte 1258 é deslizado na direção da seta I para permitir que a coluna 1350 passe para a extremidade da abertura de buraco de fechadura 1258b, quando o adaptador estéril é levantado para uma posição final como mostrado pela seta II. Então o suporte 1258 é retornado em uma direção da seta III por um meio impulsor de modo que a seção estreita da abertura de buraco de fechadura 1258b trava dentro de um sulco 1350a na coluna 1350 (figura 16E).
[00160] Após os suportes 1258 do adaptador estéril terem sido fixados às colunas no gabinete do manipulador de instrumento, a bota 1252 do adaptador estéril 1250 é fixada à face distal 1342a do manipulador de instrumento 1300. Em uma modalidade, esta fixação é obtida por protrusões nas paredes internas da bota que registram em depressões nos lados da estrutura interna 1342i do manipulador de instru
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73/98 mento. Uma fixação como esta permite que a bota permaneça fixada à estrutura interna quando a estrutura interna é levantada ou abaixada pela trava 1342g.
[00161] Agora com referência às figuras 17A a 17C e 18A e 18B, é ilustrado e descrito o acoplamento de um instrumento cirúrgico 1460 ao adaptador estéril 1250. As figuras 17A a 17C ilustram uma sequência para acoplar o instrumento cirúrgico 1460 ao adaptador estéril 1250 de acordo com uma modalidade da presente descrição. Como mostrado na figura 17A, o instrumento 1460 inclui um mecanismo de transmissão de força 1460a e um eixo 1460b. Uma ponta de eixo 1460b é colocada dentro de uma guia de entrada 1500, que é livremente rotativo dentro de uma cânula 1600. A figura 17B mostra presilhas (por exemplo, presilhas 1462 da figura 18A) no mecanismo de transmissão de força 1460a do instrumento 1460 acoplado com e alinhado por um par de suportes 1258, e a figura 17C mostra o mecanismo de transmissão de força 1460a sendo adicionalmente transladado juntamente com uma superfície superior dos suportes 1258.
[00162] As figuras 18A e 18B ilustram uma vista em perspectiva aumentada e vista lateral, respectivamente, do instrumento 1460 e adaptador estéril 1250 anterior a translação total do mecanismo de transmissão de força 1460a juntamente com os suportes 1258. O instrumento 1460 é transladado juntamente com os suportes 1258 até um mecanismo de retenção ser alcançado juntamente com os suportes, que em um exemplo pode ser uma protrusão em uma parte inferior da presilha 1462 que alinha e acopla com uma abertura em uma superfície superior de suporte 1258. A trava 1342g pode então ser acionada para engatar as saídas do manipulador de instrumento com as entradas do instrumento através de adaptador estéril 1250. Em uma modalidade, os suportes 1258 são impedidos de ser removidos das colunas 1350 após um instrumento ter sido montado. Em um aspecto, uma
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74/98 protrusão no suporte pode engatar com uma depressão no lado do gabinete do mecanismo de transmissão de força de instrumento para evitar que o suporte se mova ao mesmo tempo em que o instrumento está sendo montado.
Guia de Entrada [00163] Agora serão descritas em maiores detalhes modalidades de uma guia de entrada, cânula, e braço de suporte de cânula. Como previamente descrito, um instrumento cirúrgico é montado e acionado por cada manipulador cirúrgico de instrumento. Os instrumentos são montados de forma removível de modo que vários instrumentos possam ser montados intercambiadamente em um manipulador particular. Em um aspecto, um ou mais manipuladores podem ser configurados para suportar e atuar um tipo de instrumento particular, tal como um instrumento de câmera. Os eixos dos instrumentos se estendem distalmente a partir dos manipuladores de instrumento. Os eixos se estendem através de uma cânula comum colocada na porta de entrada no paciente (por exemplo, através da parede do corpo, em um orifício natural). A cânula é acoplada a um braço de suporte de cânula que é acoplado de forma móvel a um braço manipulador. Em um aspecto, uma guia de entrada é posicionada pelo menos parcialmente dentro da cânula, e cada eixo do instrumento se estende através de um canal na guia de entrada, para deste modo fornecer suporte adicional para os eixos de instrumento.
[00164] As figuras 19A e 19B ilustram vistas em perspectiva de uma modalidade de um suporte de cânula móvel e/ou destacável 1750 em uma posição retraída e uma posição implantada, respectivamente. O suporte de cânula 1750 inclui uma extensão 1752 que é acoplada de forma móvel a uma conexão 1738 do braço manipulador, tal como adjacente a uma extremidade proximal da quarta conexão de manipulador 138 (figuras 1A e IB). O suporte de cânula 1750 inclui adicional
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75/98 mente uma pinça 1754 em uma extremidade distal de extensão 1752. Em uma implementação, a extensão 1752 é acoplada à conexão 1738 por uma articulação rotacional 1753 que permite que a extensão 1752 se mova por uma posição guardada adjacente à conexão 1738 e uma posição operacional que mantém a cânula na posição correta de modo que o centro remoto de movimento fique localizado juntamente com a cânula. Em uma implementação, a extensão 1752 pode ser girada para cima ou dobrada em direção à conexão 1738, como mostrado pela seta C, para criar mais espaço em volta do paciente e/ou para vestir mais facilmente um pano sobre o suporte de cânula quando drapeando o braço manipulador. Outras articulações podem ser usadas para acoplar a extensão 1752, que incluem, mas não são limitadas a uma articulação de bola e encaixe ou uma junta universal, uma articulação deslizante para criar um efeito telescópico, e algo semelhante, de modo que a extensão possa ser movida mais próxima à conexão a fim de reduzir o fator de forma geral do suporte de cânula e braço manipulador. Em outra modalidade, a extensão 1752 pode ser telescópica internamente relativa ao braço manipulador, ou a extensão 1752 pode ser destacável e acoplável operacionalmente à conexão. Durante a operação do sistema cirúrgico, a extensão 1752 é mantida em uma posição de operação.
[00165] As figuras 20A e 20B ilustram vistas em perspectiva de uma cânula 1800 montados a pinça 1754 de suporte de cânula 1750 como ilustrado nas figuras 19A e 19B, e a figura 21 ilustra uma vista em perspectiva da cânula independente 1800. Em uma modalidade, a cânula 1800 inclui uma parte proximal 1804, que é acoplada de forma removível à pinça 1754, e um tubo 1802 para passagem de eixos de instrumentos (como mostrado na figura 22). Uma vez que a cânula 1800 é montada na pinça 1754, a pinça pode guardar cânula 1800 de girar. Em um exemplo, o tubo 1802 é compreendido de aço inoxidável,
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76/98 e uma superfície interna do tubo 1802 pode ser revestida ou forrada com um material lubrificante ou antiatrito, embora a cânula possa ser compreendida de outros materiais, forros ou nenhum forro. A parte proximal 1804 pode incluir cumes externos 1806, 1808 e um espaço interior para receber uma guia de entrada com canais, como mostrado nas figuras 22 e 23A e 23B e como descrito em mais detalhes abaixo. Exemplos de pinças acessórias e acessórios aplicáveis, tais como cânulas, são revelados no Pedido Pendente Norte-americano de N°. 11/240.087, depositado em 30 de setembro de 2005, cujo conteúdo é incorporado por referência integralmente neste documento para todos os propósitos.
[00166] Agora com referência às figuras 22 e 23A e 23B de acordo com modalidades da presente descrição, a figura 22 ilustra uma vista de corte transversal da cânula 1800 da figura 21, e uma vista de corte transversal de um tubo-guia de entrada montado 2200. Os manipuladores de instrumento 1942 são acoplados a uma placa de base rotativa 1940 de uma plataforma de manipulador, em um exemplo por mecanismos de inserção telescópicos 1942a, e os instrumentos 2160 são montados aos manipuladores de instrumento 1942 (por exemplo, em uma face distal ou proximal do manipulador de instrumento). Em uma modalidade, os mecanismos telescópicos de inserção 1942a são montados simetricamente à placa de base rotativa 1940, e em um exemplo são afastados 90 graus um do outro para prever quatro manipuladores de instrumento. São possíveis outras configurações e quantidade de mecanismos de inserção (e, portanto, manipuladores de instrumento e instrumentos).
[00167] Portanto, os instrumentos 2160 são montados aos manipuladores de instrumento 1942 de modo que os eixos de instrumentos 2160b sejam agrupados em volta do eixo de rotação do conjunto manipulador 1941. Cada eixo 2160b se estende distalmente do mecanis
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77/98 mo de transmissão de força do instrumento 2160a, e todos os eixos se estendem através da cânula 1800 colocada na porta dentro do paciente. A cânula 1800 é mantida de forma removível em uma posição fixa com referência à placa de base 1940 pelo suporte de cânula 1750, que é acoplado à quarta conexão de manipulador 138 em uma modalidade. O tubo-guia de entrada 2200 é inserido e gira livremente dentro da cânula 1800, e cada eixo do instrumento 2160b se estende através de um canal associado 2204 no tubo-guia 2200. Os eixos geométricos longitudinais centrais da cânula e tubo-guia são geralmente coincidentes com o eixo de rotação 1941. Portanto, quando a placa de base 1940 gira para girar os manipuladores de instrumento e respectivos eixos de instrumento, o tubo-guia 2200 gira dentro da cânula quando a placa de base 1940 gira. Em um exemplo, o tubo-guia de entrada 2200 é livremente rotativo dentro da cânula em volta de um eixo longitudinal central do tubo-guia, o qual é alinhado a um eixo longitudinal central da cânula, que por sua vez é alinhado ou corre paralelo ao eixo de rotação 1941 da plataforma de manipulador. Em outras modalidades, o tubo-guia de entrada 2200 pode ser montado fixamente à cânula se este suporte fixo para os eixos do instrumento for desejável.
[00168] A vista de corte transversal do tubo-guia de entrada 2200 é tomada juntamente com uma linha III-III nas figuras 23A e 23B, que ilustram uma vista lateral e uma vista superior, respectivamente, de um tubo-guia de entrada 2200 que tem uma aba de acoplamento 2202, um tubo 2206, e canais 2204a, 2204b. O tubo-guia de entrada 2200 inclui aba 2202 em uma extremidade proximal do tubo 2206 para acoplar rotativamente a guia de entrada à parte proximal 1804 da cânula 1800. Em um exemplo, a aba 2202 acopla entre cumes (por exemplo, cumes 1806 e 1808 na figura 22) da cânula. Em outras modalidades, a guia de entrada não precisa de uma aba de acoplamento, como será adicionalmente descrito abaixo.
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78/98 [00169] O tubo-guia de entrada 2200 adicionalmente inclui canais 2204a, 2204b através da guia de entrada para passagem de eixos de instrumentos (por exemplo, eixos de instrumento 2160b na figura 22). Em um aspecto, é fornecido um canal ou caminho de passagem por eixo do instrumento e os canais podem ter diferentes formas geométricas e tamanhos. Como ilustrado nas figuras 23A e 23B, o canal 2204a é de uma forma e tamanho diferentes dos canais 2204b, e em um exemplo, o canal 2204a é usado para guiar um instrumento de câmera que tem um eixo maior e mais rígido, e os canais 2204b são usados para guiar eixos de instrumento de instrumentos típicos. Outras formas e tamanhos dos canais são aplicáveis, que incluem, mas não são limitadas a aberturas que são formadas como um círculo, uma forma oval, uma elipse, um triângulo, um quadrado, um retângulo, e um polígono.
[00170] Quando a placa de base gira em volta do eixo de rotação 1941, o conjunto de manipuladores de instrumento 1942 e instrumentos 2160 também giram em volta do eixo de rotação. Quando os eixos de instrumento 2160b giram em volta do eixo de rotação 1941 ao mesmo tempo em que em canais 2204 da guia de entrada, um eixo do instrumento colide de encontro a uma superfície interna de um canal de guia de entrada, e pelo menos um eixo do instrumento rotativo aciona o tubo-guia de entrada 2200 para girar relativo a e dentro da cânula 1800, que está presa e mantida estacionária pela pinça de uma montagem de cânula; por exemplo, a pinça 1754 do suporte de cânula 1750.
[00171] Os eixos de instrumento podem ser inseridos e retraídos através dos canais da guia de entrada independentemente ou em coordenação um com o outro pelo movimento dos respectivos mecanismos de inserção 1942a. Os instrumentos 2160 podem girar em um sentido horário ou anti-horário em volta do eixo de rotação 1941, e consequentemente, o tubo-guia de entrada 2200 pode girar corres
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79/98 pondentemente em um sentido horário ou anti-horário em volta do eixo de rotação. É observado adicionalmente que, embora quatro canais sejam ilustrados na guia de entrada e uma pluralidade de eixos de instrumento seja ilustrado como passando através da guia de entrada e cânula, o conjunto de guia de entrada e cânula pode funcionar dentro do sistema cirúrgico com outras quantidades de canais e eixos de instrumento/conjunto de instrumentos correndo através da guia de entrada e cânula. Por exemplo, um tubo-guia de entrada com um ou mais canais para correr um ou mais eixos de instrumento/conjunto instrumentos através da guia de entrada e cânula fica dentro do escopo da presente descrição. Além disso, o torque fornecido pelos eixos de instrumento que giram a guia de entrada não precisam ser fornecidos simetricamente por uma pluralidade de eixos de instrumento, mas podem ser fornecidos assimétrica e independentemente, incluindo a maior parte do torque ser fornecido por um único eixo de instrumento.
[00172] Em uma modalidade, o tubo-guia de entrada 2200 e cânula 1800 podem cada um incluir uma interface eletrônica ou uma interface sem fio, tal como uma pastilha de microcircuitos (chip) ou etiqueta de identificação de frequência de rádio (RFID), que inclui informação de identificação em volta da cânula e/ou do tubo-guia de entrada e permite que o sistema cirúrgico (por exemplo, lida pelo braço manipulador) reconheça a identificação de uma guia de entrada e/ou cânula particular. Anéis de metal, pinos mecânicos, e mecanismos de sensoreamento indutivos também podem ser usados para ler dados de identificação. Esta interface eletrônica ou sem fio permite que dados (por exemplo, tipo do tubo-guia de entrada/cânula) sejam transferidos para o sistema Cirúrgico. Detalhes sobre as interfaces mecânica e elétrica para vários instrumentos, tubos-guia, e sistemas de imageamento, e também sobre o drapeamento estéril para preservar o pano estéril, são discutidos nas Patentes Norte-americanas de Nos. 6.866.671 (Tierney
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80/98 e outros) e 6.132.368 (Cooper), ambos os quais são incorporados por referência, e que podem ser usados de maneira similar com a guia de entrada e cânula.
[00173] É observado adicionalmente que em outras modalidades, o tubo-guia de entrada pode não incluir uma aba de acoplamento. A figura 24 ilustra uma vista de corte transversal de um tubo-guia de entrada 2300 montado a uma cânula 2400. O tubo-guia de entrada 2300 inclui canais 2304 e é similar ao tubo-guia de entrada 2200 descrito acima, mas não inclui uma aba de acoplamento. Em vez disso, o tubo-guia de entrada 2300 é acoplado rotativamente à parte proximal da cânula por força de impacto dos eixos de instrumento 2160b de encontro às paredes internas dos canais do tubo-guia de entrada 2304. É observado adicionalmente que a cânula não precisa incluir cumes externos em uma parte proximal. É observado adicionalmente que em um aspecto, o tubo-guia de entrada pode se mover rotativa e longitudinalmente juntamente com o eixo longitudinal da cânula ou o eixo de rotação, acionado pelos eixos de instrumento que correm através do tubo-guia de entrada.
[00174] Agora com referência às figuras 24A a 24D, é ilustrada uma modalidade diferente de um braço de suporte de cânula, pinça, e cânula que podem ser usados com uma guia de entrada como descrito acima. As figuras 24A e 24B ilustram vistas em perspectiva de uma modalidade de um suporte de cânula móvel e/ou destacável 2450 em uma posição retraída e uma posição de operação, respectivamente. O suporte de cânula 2450 inclui uma extensão 2452 que é acoplada de forma móvel a uma conexão 2438 do braço manipulador que tem uma plataforma de conjunto manipulador de instrumento 2440, tal como adjacente a uma extremidade proximal de quarta conexão de manipulador 138 (figuras 1A e 1B). Em uma implementação, a extensão 2452 é acoplada à conexão 2438 por uma articulação rotacional 2453 que
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81/98 permite que a extensão 2452 se mova por uma posição guardada adjacente à conexão 2438 e uma posição operacional que mantém a cânula na posição correta de modo que o centro remoto de movimento fique localizado junto com a cânula. Em uma implementação, a extensão 2452 pode ser girada para cima ou dobrada em direção à conexão 2438, como mostrado pela seta D, para criar mais espaço em volta do paciente e/ou para vestir mais facilmente um pano sobre o suporte de cânula quando drapeando o braço manipulador. Outras articulações podem ser usadas para acoplar a extensão 2452, que incluem, mas não são limitadas a uma articulação de bola e encaixe ou uma junta universal, uma articulação deslizante para criar um efeito telescópico, e algo semelhante, de modo que a extensão possa ser movida mais próxima à conexão a fim de reduzir o fator de forma geral do suporte de cânula e braço manipulador. Em outra modalidade, a extensão 2452 pode ser telescópica internamente relativa ao braço manipulador, ou a extensão 2452 pode ser destacável e acoplável operacionalmente à conexão.
[00175] O suporte de cânula 2450 inclui adicionalmente uma pinça 2454 sobre um receptáculo 2456 em uma extremidade distal de extensão 2452. A figura 24C ilustra uma vista em perspectiva de uma cânula 2470 montável a pinça 2454 e receptáculo 2456 de suporte de cânula 2450 como ilustrado na figura 24D. Em uma modalidade, a cânula 2470 inclui uma parte proximal 2474 que tem uma saliência 2476. A saliência 2476 inclui uma superfície hemisférica inferior 2478 que é posicionada dentro do receptáculo correspondente 2456 (como mostrada pela seta a partir da superfície hemisférica 2478 para o receptáculo 2456). A saliência 2476 inclui adicionalmente uma superfície superior 2479 que é acoplada pela pinça 2454 para travar a saliência em posição e, portanto, a cânula 2470 em uma posição fixa relativa à extensão de suporte de cânula 2452. A pinça 2454 é acionada por uma alavanca 2480. A
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82/98 cânula 2470 inclui adicionalmente um tubo 2472 para passagem de eixos de instrumento (como mostrada nas figuras 22 e 24). Uma vez que a cânula 2470 é montada pela pinça 2454 e receptáculo 2456, a pinça pode guardar a cânula 2470 de girar. Em um exemplo, o tubo 2472 é compreendido de aço inoxidável, e uma superfície interna do tubo 2472 pode ser revestida ou forrada com um material lubrificante ou antiatrito, embora a cânula possa ser compreendida de outros materiais, forrações ou nenhuma forração. A parte proximal 2474 inclui um espaço interno para recepção de uma guia de entrada com canais, como mostrado nas figuras 22, 23A a 23B, e 24. Exemplos de pinças acessórias e acessórios aplicáveis, tais como cânulas, são revelados no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/240.087, depositado em 30 de setembro de 2005, cujo conteúdo é incorporado por referência integralmente neste documento para todos os propósitos.
[00176] Em um aspecto, a guia de entrada e conjuntos de cânula descritos acima suportam insuflação e procedimentos que requerem gás de insuflação no local cirúrgico. Descrição adicional de insuflação através do conjunto de guia de entrada e cânula pode ser encontrado no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 12/705.439, depositado em 12 de fevereiro de 2010 e intitulado Entry Guide for Multiple Instruments in a Single Port System, cujo conteúdo é incorporado por referência integralmente neste documento para todos os propósitos. [00177] Vantajosamente, devido à guia de entrada ser acionada dependentemente pelo(s) eixo(s) do instrumento, é eliminada a necessidade de um motor ou outro mecanismo de acionamento para girar a guia de entrada. Além disso, a guia de entrada permite a remoção de um mecanismo atuador volumoso próximo ao paciente ou local cirúrgico. Portanto, o conjunto de guia de entrada e cânula proporciona um meio eficiente e robusto para organizar e suportar vantajosamente múltiplos instrumentos através de uma porta única e reduzir colisões
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83/98 por instrumentos e outros aparelhos durante um procedimento cirúrgico.
Arquitetura de Sistema Cirúrgico de Porta Única [00178] As figuras 25A a 25C, 26A a 26C, e 27A a 27C ilustram vistas diferentes de um sistema cirúrgico 2500 com um eixo de rotação de montagem de manipulador de instrumento ou eixo de inserção de instrumento apontados em direções diferentes relativas a um paciente P. As figuras 25A- a 25C ilustram um eixo de rotação de conjunto manipulador 2541 direcionado para baixo e em direção à cabeça H do paciente P. As figuras 26A a 26C ilustram o eixo de rotação de conjunto manipulador 2541 direcionado para baixo e em direção aos pés F do paciente P. As figuras 27A a 27C ilustram o eixo de rotação de conjunto manipulador 2541 direcionado para cima e em direção à cabeça H do paciente P.
[00179] O sistema cirúrgico 2500 inclui uma conexão de configuração 2518 para localizar um centro remoto de movimento para o sistema cirúrgico robótico, e um conjunto de braço manipulador que inclui uma conexão ativa proximal 2526 e uma conexão ativa distal 2528, na qual a conexão proximal 2526 é acoplada operacionalmente à conexão de configuração 2518 por uma articulação de mudança de direção ativa 2524. Uma pluralidade de manipuladores de instrumento 2542 formam um conjunto de manipulador de instrumento que é acoplado rotativamente a uma extremidade distal da conexão distal 2528. Em uma modalidade, a pluralidade de manipuladores de instrumento é acoplada a uma plataforma do conjunto manipulador 2540 por mecanismos telescópicos de inserção 2544. A pluralidade de manipuladores de instrumento 2542 é rotativa em volta do eixo de rotação 2541. Em uma modalidade, cada um da pluralidade de manipuladores de instrumento inclui uma face distal a partir da qual se projeta distalmente uma pluralidade de saídas de atuador, e uma pluralidade de instrumentos
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84/98 cirúrgicos 2560 que são acoplados à face distal de um manipulador de instrumento correspondente. Um suporte de cânula 2550 é acoplado de forma móvel à conexão distal 2528, e um conjunto de cânula e tubo-guia de entrada 2552 é acoplado ao suporte de cânula 2550. Em uma modalidade, a cânula tem um eixo longitudinal central substancialmente coincidente com o eixo de rotação 2541. Cada instrumento cirúrgico tem um eixo que passa através do tubo-guia de entrada e da cânula, de modo que a rotação de pelo menos um eixo do instrumento gira o tubo-guia de entrada em volta do eixo longitudinal da cânula.
[00180] Um eixo vertical de mudança de direção de conjunto manipulador 2523 na articulação de mudança de direção 2524 permite que a conexão proximal 2526 gire substancialmente 360 graus ou mais em volta do centro remoto de movimento ao sistema cirúrgico (ver, por exemplo, figura 2C). Em uma instância a rotação de mudança de direção do conjunto manipulador pode ser contínua, e em outra instância a rotação de mudança de direção do conjunto manipulador é de aproximadamente +180 graus. Em ainda outra instância, a rotação de mudança de direção do conjunto manipulador pode ser de aproximadamente 660 graus. Uma vez que os instrumentos são inseridos no paciente em uma direção geralmente alinhada com o eixo de rotação de conjunto manipulador 2541, o conjunto de braço manipulador 2501 pode ser controlado ativamente para posicionar e reposicionar a direção de inserção do instrumento em qualquer direção desejada em volta do eixo de mudança de direção do conjunto manipulador (ver, por exemplo, as figuras 25A a 25C que mostram a direção de inserção do instrumento em direção à cabeça do paciente, e as figuras 26A a 26C que mostram a direção de inserção do instrumento em direção aos pés do paciente). Esta capacidade pode ser significativamente benéfica durante algumas cirurgias. Em certas cirurgias abdominais nas quais os instrumentos são inseridos através de uma porta única posicionada
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85/98 no umbigo (ver, por exemplo, as figuras 25A a 25C), por exemplo, os instrumentos podem ser posicionados para acessar todos os quatro quadrantes do abdômen sem requerer que uma nova porta seja aberta na parede do corpo do paciente. Acesso multiquadrante pode ser requerido para, por exemplo, acesso a gânglio linfático por todo o abdômen. Ao contrário, o uso de um sistema telecirúrgico robótico multiportas pode requerer que sejam feitas portas adicionais na parede do corpo do paciente para acessar mais completamente outros quadrantes abdominais.
[00181] Adicionalmente, o manipulador pode dirigir o instrumento configuração verticalmente para baixo e em uma leve inclinação para cima (ver, por exemplo, as figuras 27A a 27C que mostram a direção de inserção do instrumento inclinado para cima próximo a um orifício O do corpo). Portanto, os ângulos de entrada (tanto de mudança de direção como de inclinação em volta do centro remoto) para um instrumento através de uma única porta de entrada podem ser facilmente manipulados e alterados ao mesmo tempo em que também fornecem espaço aumentado em volta da porta de entrada para segurança do paciente e da equipe do lado do paciente para manobras.
[00182] Além disso, as conexões e articulações ativas do conjunto de braço manipulador 2501 podem ser usadas para manipular facilmente o ângulo de inclinação de entrada de um instrumento através da única porta de entrada ao mesmo tempo em que criam espaço em volta da única porta de entrada. Por exemplo, as conexões do conjunto de braço 2501 podem ser posicionadas para ter um fator de forma arqueando para longe do paciente. Estas formas de arco para longe permitem que a rotação do braço manipulador em volta do eixo de mudança de direção 2523 não causem uma colisão do braço manipulador com o paciente. Estas formas de arco para longe também permitem que a equipe do lado do paciente acesse facilmente o manipula
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86/98 dor para trocar instrumentos e para acessar facilmente a porta de entrada para inserir e operar instrumentos manuais (por exemplo, instrumentos laparoscópicos manuais ou dispositivos de retração). Em outros termos, o invólucro de trabalho do conjunto de manipuladores de instrumento 2542 pode se aproximar de um cone, com a ponta do cone no centro remoto de movimento e a extremidade circular do cone na extremidade proximal dos manipuladores de instrumento 2542. Este invólucro de trabalho resulta em menos interferência pelo paciente e o sistema cirúrgico robótico, maiores alcances de movimento para o sistema permitindo acesso aprimorado ao local cirúrgico, e acesso aprimorado ao paciente pela equipe cirúrgica.
[00183] Consequentemente, a configuração e geometria do conjunto de braço manipulador 2501 em conjunto com seu grande alcance de movimento permitem cirurgia multiquadrantes através de uma única porta. Através de uma única incisão, o manipulador pode dirigir o instrumento em uma direção e mudar de direção facilmente; por exemplo, trabalhando em direção à cabeça de um paciente (ver, por exemplo, as figuras 25A a 25C) e então mudar a direção em direção à pélvis do paciente (ver, por exemplo, as figuras 26A a 26C), movendo o braço manipulador em volta do eixo de mudança de direção constantemente vertical 2523.
[00184] Agora com referência à figura 28, uma vista diagramática ilustra aspectos de uma arquitetura centralizada de sistema de controle e coordenação de movimento para telessistemas cirúrgicos minimamente invasivos que incorporam conjuntos de instrumentos cirúrgicos e componentes descritos neste documento. Um sistema coordenador de movimento 2802 recebe entradas principais 2804, entradas de sensor 2806, e entradas de otimização 2808.
[00185] As entradas principais 2804 podem incluir os movimentos de braço, punho, mão, e dedos do cirurgião nos mecanismos de con
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87/98 trole principais. As entradas também podem ser de outros movimentos (por exemplo, dedo, pé, joelho, etc. pressionando ou movendo botões, alavancas, interruptores, etc.) e comandos (por exemplo, voz) que controlam a posição e orientação de um componente particular ou que controlam uma operação de tarefa específica (por exemplo, energizar um efetor terminal eletrocauterizador ou laser, operação de sistema de imageamento, e algo semelhante).
[00186] Entradas do sensor 2806 podem incluir informação de posição de, por exemplo, posição medida do servomotor ou informação de dobra sensoreada. O Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/491.384 (Larkin, e outros) intitulado Robotic surgery system including position sensors using fiber Bragg gratings, incorporado por referência, descreve o uso de grades de fibra Bragg para posicionar sensores. Estes sensores de dobra podem ser incorporados dentro dos vários instrumentos e sistemas de imageamento descritos neste documento para serem usados na determinação de informação de posição e orientação para um componente (por exemplo, uma ponta de efetor terminal). Informação de posição e orientação também pode ser gerada por um ou mais sensores (por exemplo, fluoroscopia, MRI, ultrassom, e algo semelhante) posicionados fora do paciente, e que em tempo real sensoream mudanças na posição e orientação de componentes dentro do paciente.
[00187] Como descrito abaixo, a interface de usuário tem três modos de controle acoplados: um modo para o instrumento(s), um modo para sistema de imageamento, e um modo controle do braço manipulador configuração e/ou eixo de rotação. Também pode estar disponível um modo para o(s) tubo(s) guia. Estes modos acoplados habilitam o usuário endereçar o sistema como um todo em vez de controlar diretamente uma única parte. Portanto, o coordenador de movimento tem que determinar como tirar vantagem da cinemática global do sistema
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88/98 (ou seja, todos os DOFs do sistema) a fim de alcançar certas metas. Por exemplo, uma meta pode ser para otimizar espaço em volta do paciente ou minimizar o fator de forma do braço manipulador. Outra meta pode ser otimizar espaço de trabalho do instrumento para uma configuração particular. Outra meta pode ser manter o campo de visão do sistema de imageamento centralizado entre dois instrumentos. Portanto, entradas de otimização 2808 podem ser comandos de alto nível, ou as entradas podem incluir mais comandos ou informação de sensoreamento mais detalhados. Um exemplo de um comando de alto nível pode ser um comando para um controlador inteligente otimizar um espaço de trabalho. Um exemplo de um ou mais comando mais detalhado pode ser para um sistema de imageamento começar ou parar de otimizar a sua câmera. Um exemplo de uma entrada de sensor pode ser um sinal de que foi alcançado um espaço de trabalho limitado.
[00188] O coordenador de movimento 2802 fornece sinais de comando para vários controladores de atuador e atuadores (por exemplo, servomotores) associados com manipuladores para os vários braços de sistema telecirúrgico. A figura 28 retrata um exemplo de sinais de saída sendo enviados para quatro controladores de instrumento 2810, para um sistema de controle de imageamento 2812, para um controle de eixo de rotação 2814, e para um controle de braço manipulador 2816, que então podem enviar sinais de controle para atuadores de instrumento, articulações ativas de braço, mecanismos de rotação da plataforma de manipulador, e mecanismos telescópicos de inserção ativos. Podem ser usadas outras quantidades e combinações de controladores. Mecanismos e sinais de controle e retorno de informação, tais como informação de informação de posição (por exemplo, de um ou mais transmissores sem fio, pastilhas de microcircuitos RFID, etc.) e outros dados de um sistema de sensoreamento, são revelados no Pedido de Patente Norte-americano de N°. 11/762.196, que é incorpoPetição 870190116051, de 11/11/2019, pág. 94/118
89/98 rado por referência, e são aplicáveis na presente descrição.
[00189] Consequentemente, em alguns aspectos o cirurgião que opera o sistema telecirúrgico acessará simultânea e automaticamente pelo menos os três modos de controle identificados acima: um modo de controle do instrumento para mover os instrumentos, um modo de controle do sistema de imageamento para mover o sistema de imageamento, e um modo de controle do eixo de rotação de braço manipulador para configurar as conexões do braço manipulador dentro de certo fator de forma ou relativo a outro ou a rotação da plataforma de manipulador, e também para ativar movimento em volta do eixo externo de mudança de direção para habilitar cirurgia multiquadrantes. Uma arquitetura centralizada similar pode ser adaptada para trabalhar com os outros vários aspectos de mecanismos descritos neste documento.
[00190] A figura 29 é uma vista diagramática que ilustra aspectos de uma arquitetura de sistema de controle e coordenação de movimento distribuída para sistemas telecirúrgicos minimamente invasivos que incorporam conjuntos e componentes de instrumentos cirúrgicos descritos neste documento. Nos aspectos ilustrativos mostrados na figura 29, o processador de controle e transformação 2902 troca informação com dois otimizadores/controladores de braço principal 2904a, 2904b, com três otimizadores/controladores de instrumento cirúrgico 2906a, 2906b, 2906c, com um sistema otimizador/controlador de imageamento 2908, e com um otimizador/controlador de eixo de rotação 2910. Cada otimizador/controlador é associado com um braço principal ou escravo (que inclui, por exemplo, o braço de câmera (sistema de imageamento), os braços de instrumento, e o braço manipulador) no sistema telecirúrgico. Cada um dos otimizadores/controladores recebe metas de otimização específicas ao braço 2912a-2912g.
[00191] As setas de duas pontas entre processador de controle e transformação 2902 e os vários otimizadores/controladores represen
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90/98 tam a troca de seguintes dados associados com o braço otimizador/controlador. Os dados que seguem associados incluem a configuração Cartesiana completa do braço inteiro, que incluem estrutura de base e estrutura de ponta distal. O processador de controle e transformação 2902 encaminha os dados que seguem recebidos de cada otimizador/controlador para todos os otimizadores/controladores de modo que cada otimizador/controlador tenha dados sobre a configuração Cartesiana corrente de todos os braços no sistema. Adicionalmente, o otimizador/controlador para cada braço recebe metas de otimização que são únicas para o braço. Cada otimizador/controlador de braço então usa as outras posições de braço como entradas e restrições quando o mesmo possui suas metas de otimização. Em um aspecto, cada controle de otimização usa um otimizador local embutido para manter suas metas de otimização. O módulo de otimização para cada otimizador/controlador de braço pode ser ligado ou deslizado independentemente. Por exemplo, podem ser ligados apenas os módulos de otimização para o sistema de imageamento e o braço de instrumento. [00192] A arquitetura de controle distribuída fornece mais flexibilidade do que a arquitetura centralizada, embora com o potencial para reduzir a performance. Nesta arquitetura distribuída, entretanto, a otimização é local versus a otimização global que pode ser executada com a arquitetura centralizada, na qual um único módulo é responsável pelo estado de todo o sistema.
Contrabalanço de Conexão [00193] Agora é descrita em maiores detalhes uma modalidade de um mecanismo de contrabalanço em uma conexão proximal com referência às figuras 30A a 37C. A figura 30A ilustra um conjunto de braço manipulador 3001 que é substancialmente similar aos conjuntos de braço descritos acima, os componentes dos quais também são aplicáveis com respeito ao conjunto 3001, e A figura 30B ilustra uma vista
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91/98 mais próxima da conexão proximal de contrabalanço do conjunto de braço 3001. As figuras 31 a 37C ilustram vistas e aspectos diferentes do sistema de contrabalanço sem as paredes de um gabinete de conexão proximal. Em particular, a figura 311lustra uma vista em perspectiva do sistema de contrabalanço, as figuras 32A a 36C ilustram vistas de um pino de ajuste, uma guia linear, e um alcance de movimento do pino de ajuste movem um obturador de extremidade relativo a guia linear, e as figuras 37A a 37C ilustram vistas detalhadas de uma extremidade distal da conexão proximal de contrabalanço que mostram um conjunto de braço oscilador e parafusos de acordo com vários aspectos da presente descrição.
[00194] Agora com referência às figuras 30A e 30B, o conjunto de braço manipulador 30011nclui uma conexão proximal 3026 que é operacionalmente acoplável a uma conexão de configuração por uma articulação de mudança de direção para formar um eixo de mudança de direção de conjunto manipulador 3023. A conexão proximal 3026 é acoplada rotativamente a uma conexão distal 3028 em volta um eixo pivô 3070. Em um exemplo, um motor 3073 pode ser controlado para pivotar a conexão distal 3028 em volta do eixo pivô 3070. Em uma modalidade, a conexão distal 3028 inclui uma plataforma de conjunto de manipuladores de instrumento 3040 em uma extremidade distal da conexão distal. Um suporte de cânula 3050 é de acoplado forma móvel à conexão distal 3028. Em uma modalidade, a plataforma 3040 fornece uma placa de base rotativa na qual os manipuladores de instrumento podem ser montados e girados em volta de um eixo de rotação de montagem de manipulador de instrumento 3041. A interseção do eixo de mudança de direção 3023, eixo de rotação 3041, e um eixo de conjunto de inclinação de manipulador de instrumento 3039 formam um centro remoto de movimento 3046 como foi descrito previamente acima.
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92/98 [00195] Agora com referência em particular às figuras 30B e 31, a conexão de contrabalanço 3026 inclui um gabinete 3084 que tem um eixo longitudinal central 3084c que corre por uma extremidade proximal ou primeira extremidade do gabinete 3084a e uma extremidade distal ou segunda extremidade do gabinete 3084b. Uma mola de compressão 3080 é disposta juntamente com o eixo longitudinal 3084c e tem uma extremidade proximal ou primeira extremidade de mola 3080a e uma extremidade distal ou segunda extremidade de mola 3080b. Em uma modalidade, a mola de compressão é compreendida de liga de silício cromo, mas pode ser compreendida de outros materiais. Uma base 3092 é disposta na primeira extremidade do gabinete e é acoplada à primeira extremidade 3080a da mola de compressão 3080 por um anel de alinhamento 3090 entre as mesmas. Um plugue 3074 é disposto na segunda extremidade do gabinete e é acoplado à segunda extremidade 3080b da mola de compressão 3080. Em uma modalidade, o anel de alinhamento 3090 é acoplado fixamente à primeira extremidade 3080a da mola de compressão 3080, e o plugue 3074 inclui uma rosca externa (por exemplo, rosca 3074a) na qual a segunda extremidade da mola 3080b é atarraxada.
[00196] Um cabo 3088 que tem um acoplador 3071 em uma primeira extremidade do cabo é acoplado a uma carga da conexão distal 3028, e uma segunda extremidade do cabo 3088 é acoplada operacionalmente ao plugue 3074. A partir da extremidade de suporte de carga do cabo 3088 no acoplador 3071, o cabo 3088 passa através de uma pluralidade de polias 3076 e 3078 fora do gabinete 3084, e então através de uma polia 3094 na base 3092 antes de acoplar ao plugue 3074. A carga da conexão distal 3028 puxa o cabo 3088 nas direções E1 e E2 em volta da polia 3094 (figura 31), provocando o plugue 3074 a comprimir a mola 3080 na direção E2, que é determinada para contrabalançar pelo menos uma parte da carga da conexão distal em volta
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93/98 do eixo pivô 3070.
[00197] A fim de aumentar a segurança, o cabo 3088 pode incluir cabos redundantes que são acoplados a um equalizador de tensão de cabo 3082 que equaliza a tensão através dos cabos redundantes. Um enrolador de cabo 3095 é usado opcionalmente para acoplar operacionalmente os cabos redundantes um ao outro pela polia 3094 e acoplador 3071. Uma pluralidade de parafusos de cabeça sextavada 3075 podem ser dispostos entre o equalizador de tensão de cabo 3082 e o plugue 3074, e podem ser usados para ajustar o deslocamento de força da conexão de contrabalanço. Em uma modalidade, três parafusos de cabeça sextavada 3075 acoplam o equalizador de tensão do cabo 3082 e o plugue 3074 com um parafuso de cabeça sextavada suportando substancialmente toda a tensão e os outros dois parafusos de cabeça sextavada fornecidos para propósitos de redundância e segurança.
[00198] Em um aspecto, a parte de cabo 3088 entre a polia 3094 e plugue 3074 corre substancialmente juntamente com o eixo longitudinal central 3084c do gabinete da conexão proximal. Em um aspecto adicional, a mola 3080 comprime substancialmente ao longo do eixo longitudinal central 3084c do gabinete da conexão proximal. A compressão da mola entretanto pode causar arqueamento ou compressão não linear da mola ao longo do eixo longitudinal do gabinete, que pode levar a raspagem e contato da mola de encontro à superfície interna do gabinete da conexão proximal. A fim de reduzir ou substancialmente eliminar o arqueamento, a orientação de mola 3080 tanto nas primeira como segunda extremidades 3080a e 3080b pode ser ajustada de acordo com vários aspectos da presente descrição. Além disso, em uma modalidade, o gabinete inclui uma trilha-guia linear 3096 disposta paralela ao eixo longitudinal do gabinete 3084c. Uma guia linear 3086 que é unida de forma móvel ou deslizante à trilha-guia linear
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3096 é acoplada fixamente a uma espiral da mola de compressão 3080. Uma guia linear 3072 que também é unida de forma móvel ou deslizante à trilha-guia linear 3096 é acoplada operacionalmente ao plugue 3074. A trilha-guia linear 3096 e guias lineares 3086 e 3072 adicionalmente reduzem ou substancialmente eliminam o arqueamento da mola de compressão 3080. Deve ser observado que em algumas modalidades, o sistema de contrabalanço pode ser operado sem guias lineares e uma trilha-guia linear.
[00199] Agora com referência ao alinhamento ajustável da primeira extremidade ou extremidade proximal da mola de compressão, em um aspecto, o anel de alinhamento 3090 é acoplado de forma móvel à base 3092 por uma pluralidade de parafusos de ajuste 3091, de modo que o movimento dos parafusos de ajuste 3091 ajustam uma orientação do anel de alinhamento 3090 e, portanto, uma orientação da primeira extremidade de mola 3080a acoplada fixamente ao anel de alinhamento 3090. Em um exemplo, a base 3092 é acoplada ao anel de alinhamento 3090 por quatro parafusos de ajuste 3091 instalados afastados um do outro em uma configuração quadrada ou retangular. São possíveis outras configurações geométricas dos parafusos. Os parafusos de ajuste 3091 são cada um móvel em uma direção substancialmente perpendicular a uma superfície planar superior do anel de alinhamento 3090 (por exemplo, através de uma ação de atarraxamento através das aberturas da base que tem roscas internas) de modo que a orientação do anel de alinhamento pode ser ajustada em cada ponto de contato com os parafusos de ajuste. Consequentemente, a orientação do anel de alinhamento 3090 e a primeira extremidade 3080a da mola 3080 acoplada fixamente pode ser ajustada em vários pontos juntamente com o anel de alinhamento 3090. Mais ou menos parafusos de ajuste 3091 ficam dentro do escopo da presente descrição.
[00200] Agora com referência às figuras 32A a 37C, são ilustradas
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95/98 vistas detalhadas de uma extremidade distal da conexão proximal de contrabalanço sem s paredes do gabinete de conexão. Em particular, as figuras ilustram vistas de um pino de ajuste 3106, um braço oscilador 3108, e um alcance de movimento do pino de ajuste e do braço oscilador para ajustar uma orientação do obturador de extremidade 3074 e a segunda extremidade 3080b de mola 3080 acoplada fixamente, de acordo com vários aspectos da presente descrição.
[00201] A figura 32A ilustra uma vista em perspectiva inferior do sistema de contrabalanço, e a figura 32B ilustra uma vista em perspectiva de uma seção de corte ao longo da linha IV-IV das figuras 31, 32A, e 37A. Como observado acima, uma pluralidade de parafusos de capa 3075a e 3075b são dispostos entre e acoplam o equalizador de tensão do cabo 3082 e o plugue 3074. O parafuso de cabeça sextavada 3075a suporta toda a tensão nesta modalidade e os outros dois parafusos de cabeça sextavada 3075b são fornecidos para propósitos de redundância e segurança. Como observado adicionalmente acima, uma extremidade distal de mola 3080 é acoplada ao plugue 3074 atarraxando nas roscas externas 3074a do plugue 3074. O plugue 3074 pode opcionalmente incluir uma pluralidade de sulcos 3200 formados para aliviar o peso do Plugue. Também é observado que a guia linear 3072 pode ser acoplada de forma deslizante à trilha-guia linear 3096 por flanges-guia linear 3072a.
[00202] Como pode ser visto nas figuras 32A e 32B, o plugue 3074 é acoplado à guia linear 3072 pelo pino de ajuste 3106, um parafuso de bocal 3104 que corre através de um canal interior do pino de ajuste 3106, e uma porca 3102 que atarraxa em uma extremidade livre 3104a do parafuso de bocal 3104 para travar no lugar a posição do pino de ajuste 3106 e guia linear 3072 relativas uma a outra. Em uma modalidade, o parafuso de bocal 3104 é um parafuso allen. Uma cabeça 3104b do parafuso de bocal 3104 oposta a extremidade livre 3104a é
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96/98 colocada dentro de uma vala de engate 3105 do pino de ajuste 3106 para travar a parte de cabeça do parafuso de bocal dentro do pino de ajuste quando a porca 3102 é completamente acoplado na extremidade livre 3104a do parafuso de bocal, deste modo travando a posição do pino de ajuste 3106 e guia linear 3072 relativas uma a outra.
[00203] Agora com referência às figuras 33 a 36C, é descrito em maiores detalhes o ajuste de movimento do pino de ajuste 3106 relativo à guia linear 3072. A figura 33 ilustra uma vista lateral do pino de ajuste 3106 acoplado à guia linear 3072, um círculo 3114, e um centro de círculo 3114a em volta do qual o pino de ajuste 3106 pode pivotar quando o pino de ajuste não está completamente travado no lugar relativo à guia linear 3072. A figura 34 ilustra marcações da guia linear 3072b e marcações do pino de ajuste 3106c quando um eixo longitudinal central 3107 do pino de ajuste 3106 está perpendicular a um eixo longitudinal central 3097 do guia linear 3072 ou trilha-guia 3096. As marcações de guia linear 3072b e marcações de pino de ajuste 3106c podem ser usadas por um ajustador do sistema de contrabalanço (e em particular o plugue de orientação) para determinar posições relativas do pino de ajuste e guia linear. A figura 35 ilustra uma vista em perspectiva do pino de ajuste 3106 que inclui um eixo de pino 3106a e uma cabeça de pino 3106b. Como pode ser visto nas figuras 33 a 35, a cabeça do pino 3106b tem uma superfície superior curva que corresponde operacionalmente a uma superfície curva da guia linear 3072.
[00204] As figuras 36A a 36C ilustram vistas laterais do pino de ajuste 3106 e guia linear 3072 e seus respectivos eixos geométricos longitudinais centrais 3107 e 3097, respectivamente. A figura 36A ilustra uma posição perpendicular do eixo longitudinal central 3107 do pino de ajuste 3106 relativo ao eixo longitudinal central 3097 da guia linear 3072, A figura 36B ilustra uma posição na qual o eixo longitudinal
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97/98 central 3107 do pino de ajuste 3106 forma um ângulo obtuso com o eixo longitudinal central 3097 da guia linear 3072, e a figura 36C ilustra uma posição na qual o eixo longitudinal central 3107 do pino de ajuste 3106 forma um ângulo agudo com o eixo longitudinal central 3097 da guia linear 3072. Consequentemente, as figuras 36A a 36C ilustram o movimento pivotante do pino de ajuste 3106 relativo à guia linear 3072, e, portanto, o ajuste de orientação que pode ser feito para o plugue 3074 e a segunda extremidade 3080b de mola 3080 acoplada fixamente.
[00205] A figura 37A ilustra outra vista em perspective inferior do sistema de contrabalanço que mostra um braço oscilador 3108 e parafusos de ajuste 3110, a figura 37B ilustra a figura 37A com o plugue 3074 removido, e a figura 37C ilustra a figura 37B com o braço oscilador 3108 removido. O braço oscilador 3108 é acoplado ao pino de ajuste 3106 em uma extremidade livre do eixo do pino 3106a e os parafusos de ajuste 3110 acoplam o braço oscilador 3108 ao plugue 3074. Um pino de disco cruzado 3112 prende o braço oscilador 3108 ao pino de ajuste 3106. O braço oscilador 3108 e plugue acoplado 3074 podem pivotar em volta do eixo longitudinal central 3107 do pino de ajuste 3106 e podem ser ajustados pelo movimento dos parafusos de ajuste 3110 em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal 3107, por exemplo pela ação de atarraxamento através das aberturas do braço oscilador que tem roscas internas. Portanto, a orientação do plugue 3074 e a segunda extremidade 3080b da mola 3080 acoplada fixamente podem ser ajustadas em cada ponto de contato com os parafusos de ajuste 3110. Mais ou menos parafusos de ajuste 3110 ficam dentro do escopo da presente descrição. Consequentemente, a orientação do plugue e, portanto, a segunda extremidade ou extremidade distal da mola 3080 podem ser ajustadas em vários pontos pivotando o pino de ajuste 3106 e pivotando o braço osci
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98/98 lador 3108. Em um aspecto, o pino de ajuste 3106 e braço oscilador 3108 pivotam em volta de eixos geométricos que são perpendiculares um ao outro.
[00206] Além disso, a conexão de contrabalanço da presente descrição permite ajuste entre o plugue e a segunda extremidade da mola de compressão para mudar a quantidade de espirais ativas que são compressíveis na mola de compressão. Em um aspecto, a segunda extremidade da mola de compressão pode ser atarraxada adicionalmente ou menos nas roscas externas do plugue para mudar a quantidade de espirais ativas que são compressíveis.
[00207] Vantajosamente, como um motor pivota a conexão distal 3028 em volta do eixo do pivô 3070 para configuração e manipulação de instrumento aumentada e vantajosa do braço do robô, a conexão proximal de contrabalanço 3026 permite movimentos mais fáceis da conexão distal, e é requerido menos torque do motor que pivota a conexão distal, ao mesmo tempo em que também proporciona segurança aumentada de qualquer falha do motor. Em algumas modalidades, embora o mecanismo de contrabalanço da conexão proximal possa falhar totalmente, o motor que pivota a conexão distal pode travar para manter a conexão distal no lugar.
[00208] As modalidades descritas acima ilustram, mas não limitam a descrição. Também deve ser entendido que são possíveis várias modificações e variações de acordo com os princípios da presente descrição. Por exemplo, em muitos aspectos os dispositivos descritos neste documento são usados como dispositivos de porta única; ou seja, todos os componentes necessários para completar um procedimento cirúrgico entram no corpo através de uma única porta de entrada. Em alguns aspectos, entretanto, podem ser usados múltiplos dispositivos e portas.

Claims (20)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Manipulador de instrumento (542), caracterizado pelo fato de que compreende:
    uma estrutura do manipulador de instrumento (542) que compreende uma carcaça externa (542h) e uma estrutura interna (542i), a estrutura interna (542i) sendo acoplada de forma móvel à carcaça externa (542h), e a estrutura interna (542i) compreendendo uma face distal (542a); e uma pluralidade de módulos de acionamento do atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') acoplados à estrutura interna (542i) e alojados dentro da carcaça externa (542h), cada um da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') inclui uma saída de atuador, em que cada uma das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é configurada para atuar independentemente uma entrada correspondente de atuador de um instrumento cirúrgico (960) sem entrada de força de qualquer outra das saídas de atuador; e em que cada uma das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) se projeta distalmente a partir da face distal (542a), e em que cada uma das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é configurada para acoplar a entrada de atuador (962b-962e) correspondente do instrumento cirúrgico (960) por meio de um movimento da estrutura interna com relação à carcaça externa.
  2. 2. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de módulos de acionamento de atuadores independentes (542b', 542c', 542d', 542e') inclui um módulo de acionamento de atuador de rotação (542e') que tem uma saída de rotação (542e) para atuar um movimento de rotação do instrumento cirúrgico (960), um módulo de acionamento de atuador de garra (542b') que tem uma saída de garra (542b) para atuar um
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    2/9 movimento de agarrar do instrumento cirúrgico (960), um módulo de acionamento de punho (542d') que tem uma saída de punho (542d) para atuar um movimento de punho do instrumento cirúrgico (960), e um módulo de acionamento de impulsão (542c') que tem uma saída de impulsão (542c) para atuar um movimento de translação do punho do instrumento cirúrgico (960).
  3. 3. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) são uma de um cardã de dois eixos (542c), um disco (542e) ou uma alavanca (542b).
  4. 4. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro módulo de acionamento de atuador da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') ainda compreende:
    um mecanismo de mola de acionamento (604) compreendendo:
    um alojamento de mola de acionamento acoplado à estrutura interna (542i);
    uma mola de acionamento (606) montada no alojamento de mola de acionamento; e uma primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) acoplada à mola de acionamento (606), em que a primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é carregada por mola.
  5. 5. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro módulo de acionamento de atuador da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') ainda compreende:
    um mecanismo de mola de acionamento (604) compreendendo:
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    3/9 um alojamento de mola de acionamento acoplada à estrutura interna (541i);
    uma mola de acionamento (606) montada no alojamento de mola de acionamento; e uma primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) acoplada à mola de acionamento (606), em que a primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é carregada por mola em uma direção substancialmente perpendicular a um plano único de uma face de estrutura distal (542a).
  6. 6. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro módulo de acionamento de atuador da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') ainda compreende:
    um mecanismo de mola de acionamento (604) compreendendo:
    um alojamento de mola de acionamento acoplado à estrutura interna (542i);
    uma mola de acionamento (606) montada no alojamento de mola de acionamento; e uma primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) acoplada à mola de acionamento (60); em que a primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é carregada por mola em uma direção substancialmente paralela a um eixo longitudinal distal de um eixo de instrumento (2160b).
  7. 7. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um mecanismo de inserção telescópico (844) que tem uma conexão de base (808) e uma conexão de transporte (804), a conexão de base (808) é configurada para ser acoplada a uma conexão distal (230, 234, 238)
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    4/9 de um sistema cirúrgico robótico e a conexão de transporte (804) é configurada para ser acoplada à estrutura do manipulador de instrumento (542).
  8. 8. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a estrutura do manipulador de instrumento (542) é configurada para transladar ao longo do mecanismo de inserção telescópico (844) entre uma extremidade proximal da conexão de base (808) e uma extremidade distal da conexão de transporte (804).
  9. 9. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende componentes de suporte de instrumento (542f) montados à carcaça externa (542b) da estrutura; e um mecanismo de trava (542g), em que o mecanismo de trava (542g) é configurado para mover a face distal (542a) da estrutura interna (542i) em direção a uma extremidade distal dos componentes de suporte de instrumento (542f) para acoplar operacionalmente as saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) do manipulador de instrumento (542) e a entrada de atuadores (542b, 542c, 542d, 542e) do instrumento cirúrgico (960), enquanto o instrumento cirúrgico (960) permanece em uma posição fixa; e em que o mecanismo de trava (542g) é configurado para mover a face distal da estrutura interna (542i) para longe da extremidade distal dos componentes de suporte de instrumento (542f) para operacionalmente desacoplar as saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) do manipulador de instrumento (542) e das entradas de atuador (962b-962e) do instrumento cirúrgico (960) enquanto o instrumento cirúrgico (960) permanece em uma posição fixada.
  10. 10. Manipulador de instrumento, de acordo com a reivindi
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    5/9 cação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma pluralidade de colunas (1350) que se estendem em uma direção distal a partir de uma extremidade distal da carcaça externa (542b), em que a pluralidade de colunas (1350) é configurada acoplar um adaptador estéril (1250) ao manipulador de instrumento (542).
  11. 11. Sistema cirúrgico robótico, caracterizado pelo fato de que compreende:
    uma conexão de instalação (122) para instalar um centro remoto de movimento (146) para o sistema cirúrgico robótico;
    uma conexão proximal (226) acoplada operacionalmente à conexão de instalação (122);
    uma conexão distal (230, 234, 238) acoplada operacionalmente à conexão proximal (226), em que a conexão distal (230, 234, 238) compreende uma extremidade distal;
    um elemento rotativo (340a) operacionalmente acoplado à extremidade distal da conexão de distal (230, 234, 238);
    uma pluralidade de instrumentos cirúrgicos (960), cada um da pluralidade de instrumentos cirúrgicos (960) compreendendo uma pluralidade de entradas de atuador (962b-962e); e uma pluralidade de manipuladores de instrumentos (242a) acoplados operacionalmente ao elemento rotativo (340a) em na extremidade distal da conexão distal (230, 234, 238), em que cada um da pluralidade de manipuladores de instrumento (242a) é acoplado a um instrumento cirúrgico correspondente (242a) compreende uma estrutura do manipulador de instrumento (242a) e uma pluralidade de módulos de acionamento do atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e'), em que cada estrutura compreende uma carcaça externa (542h) e uma estrutura interna (542i) acoplada de forma móvel à carcaça externa (542h), a estrutura interna (542i) compreendendo uma
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    6/9 face distal (542a);
    em que a pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') é acoplada à estrutura interna (542i) e alojada dentro da carcaça externa (642h), cada um da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') inclui uma saída de atuador, em que cada uma das saídas de atuador (542b, 542c,542d, 542e) é configurada para atuar independentemente uma entrada correspondente de atuador (962b-962e) da pluralidade de entradas de atuador (962b-962e) do instrumento cirúrgico correspondente (960) sem entrada de força de uma das outras saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e);
    em que cada uma das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) se projeta distalmente a partir da face distal (542a); cada uma das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é configurada para acoplar a entrada de atuador correspondente (962b-962e) da pluralidade de entradas de atuador (962b-962e) do instrumento cirúrgico correspondentes (960) por meio de um movimento da estrutura interna com relação à carcaça externa.
  12. 12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de módulos de acionamento de atuadores independentes (542b', 542c', 542d', 542e') inclui um módulo de acionamento de atuador de rotação (542e') que tem uma saída de rotação (542e) para atuar um movimento de rotação de um primeiro instrumento cirúrgico dos instrumentos cirúrgicos (960), um módulo de acionamento de atuador de garra (542b') que tem uma saída de garra (542b) para atuar um movimento de agarrar do primeiro instrumento cirúrgico (960), um módulo de acionamento de punho (542d') que tem uma saída de punho (542d) para atuar um movimento de punho do primeiro instrumento cirúrgico (960), e um módulo de acionamento de
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    7/9 impulsão (542c') que tem uma saída de impulsão (542c) para atuar um movimento de translação do punho do primeiro instrumento cirúrgico.
  13. 13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) são uma de um cardã de dois eixos, um disco, ou uma alavanca.
  14. 14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um primeiro módulo de acionamento de atuador da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') ainda compreende:
    um mecanismos de mola de acionamento (604) compreendendo:
    um alojamento de mola de acionamento acoplado à estrutura interna (542i);
    uma mola de acionamento (606) montada no alojamento de mola de acionamento; e uma primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) acoplada à mola de acionamento (606), em que a primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é carregada por mola em uma direção substancialmente perpendicular a um plano único de uma face de estrutura distal (542a).
  15. 15. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um primeiro módulo de acionamento de atuador da pluralidade de módulos de acionamento de atuador independentes (542b', 542c', 542d', 542e') ainda compreende:
    um mecanismo de mola de acionamento (604) compreendendo:
    um alojamento de mola de acionamento acoplado à estrutura interna (542i);
    uma mola de acionamento (606) montada no alojamento de mola de acionamento; e
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    8/9 uma primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) das saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) acoplada à mola de acionamento (606), em que a primeira saída de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) é carregada por mola em uma direção substancialmente paralela a um eixo longitudinal distal de um eixo de instrumento (2160b).
  16. 16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um mecanismo de inserção telescópico (844) que tem uma conexão de base (808) e uma conexão de transporte (804), a conexão de base é configurada para ser acoplada a uma conexão distal (230, 234, 238) de um sistema cirúrgico robótico e a conexão de transporte (804) é configura para ser acoplada à estrutura do manipulador de instrumento (542a).
  17. 17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada instrumento cirúrgico (960) da pluralidade de instrumentos cirúrgicos (960) tem uma face proximal (960') configurada para ser montada à face distal (542a) da estrutura.
  18. 18. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um primeiro instrumento cirúrgico (960) da pluralidade de instrumentos cirúrgicos (960) é selecionado do grupo que consiste em ferramentas articuladas com efetores terminais, tais como mordentes, tesouras, pinças, suportes de agulha, microdissecadores, aplicadores de grampo, grampeadores, e aplicadores de clipe, e ferramentas não articuladas, tais como lâminas de corte, sondas de cauterização, irrigadores, cateteres, e orifícios de sucção.
  19. 19. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma pluralidade de mecanismos de inserção telescópicos (844) dispostos no elemento rotativo (340a) na extremidade distal da conexão distal (230, 234, 238), cada mecanismo de inserção telescópico (844) acoplado à estrutura de um
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    9/9 dos manipuladores de instrumento correspondente (242a), em que a estrutura é configurada para transladar ao longo de um mecanismo de inserção telescópico (844) independente da estrutura de cada um dos manipuladores de instrumento (242a).
  20. 20. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um primeiro manipulador de instrumento (242a) da pluralidade de manipuladores de instrumento (242) ainda compreende:
    componentes de suporte de instrumento montados na carcaça externa (542b) da estrutura; e um mecanismo de trava (542g);
    em que o mecanismo de trava (542g) é configura para mover a face distal da estrutura interna (542i) em direção de uma extremidade distal dos componentes de suporte de instrumento (542f) para acoplar operacionalmente as saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) do manipulador de instrumento (542) e as entradas de atuador (962b-962e) do instrumento cirúrgico (960) enquanto o instrumento cirúrgico (960) permanece em uma posição fixada; e em que o mecanismo de trava (542g) é configurado para mover a face distal de estrutura da estrutura interna (542i) para longa da extremidade distal dos componentes de suporte de instrumento (542f) para desacoplar operacionalmente as saídas de atuador (542b, 542c, 542d, 542e) do manipulador de instrumento (542) e as entradas de atuador (962b-962e) do instrumento cirúrgico (960) enquanto o instrumento cirúrgico (960) permanece em uma posição fixada.
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