ES2779523T3 - Sistemas quirúrgicos robóticos, unidades de accionamiento de instrumentos, y ensambles de accionamiento - Google Patents

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Abstract

Un ensamble de accionamiento (300) de una unidad de accionamiento de instrumento (200) para usar con un instrumento quirúrgico, el ensamble de accionamiento comprende un elemento de accionamiento (380), en donde la traslación longitudinal del elemento de accionamiento se configura para accionar una función del instrumento quirúrgico, caracterizado porque el ensamble de accionamiento comprende, además: un tornillo de accionamiento (340) que define un eje longitudinal, el tornillo de accionamiento incluye una porción roscada; una tuerca de accionamiento (350) acoplada de manera roscada con la porción roscada del tornillo de accionamiento de tal manera que la rotación del tornillo de accionamiento da como resultado un movimiento longitudinal de la tuerca de accionamiento; un seguidor (360) que puede deslizarse longitudinalmente con respecto al tornillo de accionamiento; un elemento de desviación (370) dispuesto en cooperación mecánica con la tuerca de accionamiento y el seguidor; y en donde el elemento de accionamiento (380) se dispone en cooperación mecánica con el seguidor (360).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas quirúrgicos robóticos, unidades de accionamiento de instrumentos, y ensambles de accionamiento
Antecedentes
Los sistemas quirúrgicos robóticos se han usado en procedimientos médicos mínimamente invasivos. Algunos sistemas quirúrgicos robóticos incluyen una consola que soporta un brazo robótico y al menos un efector final, tal como pinzas o una herramienta de agarre que se monta en el brazo robótico a través de un ensamble de muñeca. Durante un procedimiento médico, el efector final y el ensamble de muñeca se insertan en una pequeña incisión (a través de una cánula) o en un orificio natural de un paciente para colocar el efector final en un sitio de trabajo dentro del cuerpo del paciente.
Los cables se extienden desde la consola robótica, a través del brazo robótico, y se conectan al ensamble de muñeca y/o al efector final. En algunos casos, los cables se accionan por medio de motores controlados por un sistema de procesamiento que incluye una interfaz de usuario para que un cirujano o médico pueda controlar el sistema quirúrgico robótico, incluyendo el brazo robótico, el ensamble de muñeca y/o el efector final.
En algunos casos, el ensamble de muñeca proporciona tres grados de libertad para el movimiento del efector final mediante el uso de cables o pares de cables, uno para cada grado de libertad. Por ejemplo, para los efectores finales para agarrar o cortar, el ensamble de muñeca proporciona los tres grados de libertad al permitir cambios para una inclinación, una rotación y una apertura y cierre del efector final.
Antes o durante el uso del sistema robótico, los instrumentos quirúrgicos se seleccionan y se conectan a las unidades de accionamiento de instrumentos de cada brazo robótico. Para que se complete la instalación adecuada, ciertas características de conexión del instrumento quirúrgico deben emparejarse con las características de conexión correspondientes de la unidad de accionamiento de instrumento. Una vez que estas características están emparejadas, la unidad de accionamiento de instrumento puede controlar la actuación del instrumento quirúrgico. Sin embargo, los cables para las funciones de accionamiento del instrumento quirúrgico pueden perder su fuerza de tensión y aflojarse al manipular los miembros de la mordaza del instrumento quirúrgico, por ejemplo.
El documento EP 2 005 896 A2 describe un ensamble de compensación de holgura de cable para un sistema de accionamiento controlado por polea. El documento US 2014/001235 A1 describe un dispositivo quirúrgico accionado robóticamente con un sistema de inversión de accionamiento manual.
En consecuencia, existe la necesidad de unidades de accionamiento de instrumentos que mantengan la tensión en estos cables tanto en un estado pasivo como en un estado activo.
Resumen
La presente descripción se refiere a un ensamble de accionamiento de una unidad de accionamiento de instrumento para usar con un instrumento quirúrgico. El ensamble de accionamiento incluye un tornillo de accionamiento, una tuerca de accionamiento, un seguidor, un elemento de desviación y un elemento de accionamiento. El tornillo de accionamiento define un eje longitudinal e incluye una porción roscada. La tuerca de accionamiento está acoplada de manera roscada con la porción roscada del tornillo de accionamiento, de manera que la rotación del tornillo de accionamiento provoca un movimiento longitudinal de la tuerca de accionamiento. El seguidor es deslizable longitudinalmente con respecto al tornillo de accionamiento. El elemento de desviación se dispone en cooperación mecánica con la tuerca de accionamiento y el seguidor. El elemento de accionamiento se dispone en cooperación mecánica con el seguidor. La traslación longitudinal del elemento de accionamiento se configura para controlar una función del instrumento quirúrgico.
En modalidades descritas, el seguidor se dispone proximalmente de la tuerca de accionamiento y el seguidor está desviado proximalmente.
Se describe además que el elemento de accionamiento está asegurado al seguidor, y que el elemento de accionamiento puede trasladarse longitudinalmente con respecto a la tuerca de accionamiento.
Se describe además que cada una de la tuerca de accionamiento y el seguidor incluye una cavidad de retención que se configura para alojar una porción del elemento de desviación.
En modalidades descritas, el elemento de desviación es un resorte de compresión.
Además, se describe que el seguidor se dispone proximalmente a la tuerca de accionamiento y el elemento de accionamiento se extiende distalmente desde el seguidor.
Se describe además que el seguidor se acopla sin rosca con el tornillo de accionamiento.
Se describe además que el miembro de accionamiento incluye un cable flexible.
En las modalidades descritas, la tuerca de accionamiento define una abertura, el seguidor define una abertura y el tomillo de accionamiento se extiende a través de la abertura de la tuerca de accionamiento y a través de la abertura del seguidor. Se describe además que el elemento de desviación se dispone alrededor del tornillo de accionamiento.
La presente descripción se refiere además a una unidad de accionamiento de instrumento para usar con un instrumento quirúrgico. La unidad de accionamiento de instrumento incluye una pluralidad de ensambles de accionamiento. Cada ensamble de accionamiento incluye un tornillo de accionamiento, una tuerca de accionamiento, un elemento de desviación y un elemento de accionamiento flexible. El tornillo de accionamiento define un eje longitudinal e incluye una porción roscada. La tuerca de accionamiento está acoplada de manera roscada con la porción roscada del tornillo de accionamiento, de manera que la rotación del tornillo de accionamiento provoca un movimiento longitudinal de la tuerca de accionamiento. El elemento de desviación se dispone en cooperación mecánica con la tuerca de accionamiento. El elemento de accionamiento flexible se dispone en cooperación mecánica con el elemento de desviación. La traslación longitudinal del elemento de accionamiento flexible se configura para accionar una función de los miembros de la mordaza del instrumento quirúrgico.
En las modalidades descritas, cada ensamble de accionamiento incluye además un seguidor deslizable longitudinalmente con respecto al tornillo de accionamiento.
Se describe además que el elemento de desviación se configura para mantener el elemento de accionamiento flexible en un estado de tensión durante la aplicación de una fuerza mecánica a los miembros de la mordaza del instrumento quirúrgico.
Además, se describe que el elemento de desviación es un resorte de compresión.
Se describe además que la tuerca de accionamiento define una abertura, y que el tornillo de accionamiento se extiende a través de la abertura de la tuerca de accionamiento. Se describe además que el elemento de desviación se dispone alrededor del tornillo de accionamiento.
En las modalidades descritas, la pluralidad de ensambles de accionamiento incluye cuatro ensambles de accionamiento.
Se describe además que la unidad de accionamiento de instrumento incluye una carcasa, y que cada ensamble de accionamiento de la pluralidad de ensambles de accionamiento está alojado, al menos parcialmente, dentro de la carcasa. El elemento de accionamiento flexible de cada ensamble de accionamiento se extiende a través de un orificio central de la carcasa.
En las modalidades descritas, la tuerca de accionamiento y/o el seguidor incluyen un riel que se configura para acoplarse de manera deslizante a un canal de la carcasa.
Los detalles y aspectos adicionales de las modalidades ilustrativas de la presente descripción se describen con más detalle a continuación con referencia a las figuras adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
Las modalidades de la presente descripción se describen en la presente descripción con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
la FIGURA 1A es una ilustración esquemática de una estación de trabajo médico y una consola operativa de acuerdo con la presente descripción;
la FIGURA 1B es una vista esquemática en perspectiva de un motor de un dispositivo de control de la estación de trabajo médico de la FIGURA 1A;
la FIGURA 1C es una vista en perspectiva de una unidad de accionamiento de instrumento de acuerdo con modalidades de la presente descripción;
la FIGURA 2 es una vista ampliada del área de detalle indicada en la FIGURA 1C;
la FIGURA 3 es una vista en perspectiva orientada distalmente de una porción de la unidad de accionamiento de instrumento de las FIGURAS 1C y 2 con varias partes retiradas de la misma;
la FIGURA 4 es una vista despiezada de la unidad de accionamiento de instrumento de las FIGURAS 1C-3;
las FIGURAS 5-7 son vistas en perspectiva de un ensamble de accionamiento de la unidad de accionamiento de instrumento de las FIGURAS 1C-4 que se muestran en varios puntos de operación;
la FIGURA 8 es una vista despiezada del ensamble de accionamiento de las FIGURAS 5-7;
la FIGURA 9 es una vista en perspectiva, en sección transversal del ensamble de accionamiento de las FIGURAS 5­ 8, tomada a lo largo de la línea 9-9 de la FIGURA 5;
la FIGURA 10 es una vista en sección transversal de la unidad de accionamiento de instrumento de la presente descripción tomada a lo largo de la línea 10-10 de la FIGURA 2;
la FIGURA 11 es una vista en sección transversal de la unidad de accionamiento de instrumento de la presente descripción, tomada a lo largo de la línea 11-11 de la FIGURA 2;
la FIGURA 12 es una vista en sección transversal de la unidad de accionamiento de instrumento de la presente descripción, tomada a lo largo de la línea 12-12 de la FIGURA 11; y
la FIGURA 13 es una vista en sección transversal de la unidad de accionamiento de instrumento de la presente descripción, tomada a lo largo de la línea 13-13 de la FIGURA 11.
Descripción detallada
Las modalidades de las unidades de accionamiento de instrumentos descritas actualmente se describen en detalle con referencia a los dibujos, en los que los números de referencia similares designan elementos idénticos o correspondientes en cada una de las diversas vistas. Como se usa en la presente descripción, el término "distal" se refiere a la porción de la unidad de accionamiento de instrumento que está más lejos del usuario, mientras que el término "proximal" se refiere a la porción de la unidad de accionamiento de instrumento que está más cerca del usuario.
Con referencia inicial a las FIGURAS 1A y 1B, una estación de trabajo médico se muestra generalmente como la estación de trabajo 1 y generalmente incluye una pluralidad de brazos robóticos 2, 3; un dispositivo de control 4; y una consola operativa 5 acoplada con el dispositivo de control 4. La consola operativa 5 incluye un dispositivo de visualización 6, que se configura en particular para visualizar imágenes tridimensionales; y dispositivos de entrada manual 7, 8, por medio de los cuales una persona (no se muestra), por ejemplo un cirujano, es capaz de telemanipular los brazos robóticos 2, 3 en un primer modo operativo, tal como se conoce, en principio, para una persona experta en la técnica.
Cada uno de los brazos robóticos 2, 3 incluye una pluralidad de miembros, que están conectados a través de articulaciones, y una unidad de control de instrumento 100, a la que puede unirse, por ejemplo, un instrumento quirúrgico 10 que tiene una unidad de accionamiento de instrumento 200, y que soporta un efector final 20 que tiene miembros de mordaza 22 y 24, de acuerdo con las modalidades de las unidades de accionamiento de instrumento 200 descritas en la presente descripción, tal como se describirá con mayor detalle a continuación.
Los brazos robóticos 2, 3 pueden accionarse por accionadores eléctricos (no se muestran) que están conectados al dispositivo de control 4. El dispositivo de control 4 (por ejemplo, una computadora) se configura para activar los accionadores, en particular por medio de un programa informático, de tal manera que los brazos robóticos 2, 3, las unidades de control de instrumento 100, y por lo tanto los instrumentos quirúrgicos 10 ejecutan un movimiento deseado de acuerdo con un movimiento definido por medio de dispositivos de entrada manual 7, 8. El dispositivo de control 4 puede configurarse además de tal manera que regule el movimiento de los brazos robóticos 2, 3 y/o de los accionadores.
La estación de trabajo médico 1 se configura para su uso en un paciente 13 acostado en una mesa de paciente 12 para tratarse de una manera mínimamente invasiva por medio del instrumento quirúrgico 10. La estación de trabajo médico 1 puede incluir además más de dos brazos robóticos 2, 3, los brazos robóticos adicionales también se conectan al dispositivo de control 4 y son telemanipulables por medio de la consola operativa 5. Una unidad de control de instrumento y un instrumento quirúrgico pueden unirse además al brazo robótico adicional. La estación de trabajo médico 1 puede incluir una base de datos 14, en particular acoplada al dispositivo de control 4, en la que se almacenan, por ejemplo, los datos preoperatorios del paciente 13 y/o atlas anatómicos.
Puede hacerse referencia a la Publicación de Patente de los Estados Unidos Núm. 2012/0116416, presentada el 3 de Noviembre de 2011, titulada " Medical Workstation", para una discusión detallada de la construcción y operación de la estación de trabajo médico 1.
El dispositivo de control 4 puede controlar una pluralidad de motores (por ejemplo, "M1" - "M6"). Los motores pueden ser parte de la unidad de control de instrumento 100 y/o disponerse externamente a la unidad de control de instrumento 100. Los motores "M" (por ejemplo, los motores "M" que se ubican externamente a la unidad de control de instrumento 100) pueden configurarse para girar un engranaje de corona "CG" (FIGURA 1B), o similar, que está enclavado o soportado de forma no giratoria en un eje giratorio de al menos algunos de los motores "M". En uso, a medida que se accionan los motores "M", la rotación de los engranajes de corona "CG" afecta la operación y/o el movimiento de la unidad de accionamiento de instrumento 200 del instrumento quirúrgico 10, tal como se discute a continuación. Se prevé además que al menos un motor "M" reciba señales de forma inalámbrica (por ejemplo, desde el dispositivo de control 4). Se contempla que el dispositivo de control 4 coordine la activación de los diversos motores (Motor 1...n) para coordinar una operación y/o un movimiento del instrumento quirúrgico 10. Se prevé que cada motor corresponda a un grado de libertad separado del instrumento quirúrgico 10 acoplado con la unidad de control de instrumento 100. Se prevé además que se utilice más de un motor, incluidos todos los motores (Motor 1...n), para cada grado de libertad. Puede hacerse referencia a la Solicitud de Patente Internacional de propiedad común Núm. PCT/US14/61329, presentada el 20 de Octubre de 2014 titulada " Wrist and Jaw Assemblies for Robotic Surgical Systems ", publicada como WO 2015/088647 A1, para una discusión detallada de ejemplos de la construcción y operación de efectores finales 20 para uso con la unidad de control de instrumento 100.
Pasando ahora a las FIGURAS 1C - 13, se muestra la unidad de accionamiento de instrumento 200 que tiene un instrumento quirúrgico 10 que se extiende distalmente desde allí, y que se configura para unirse a la unidad de control de instrumento 100, tal como se describió anteriormente. La unidad de accionamiento de instrumento 200 se configura para transferir el movimiento rotacional suministrado por la unidad de control de instrumento 100 (por ejemplo, a través de los motores "M") en el movimiento longitudinal de los miembros de accionamiento 380 para efectuar diversas funciones del efector final 20.
Con referencia a las FIGURAS 2-4, la unidad de accionamiento de instrumento 200 incluye un ensamble de carcasa 205 que incluye una carcasa proximal 210 y una carcasa distal 220. La carcasa proximal 210 y la carcasa distal 220 están acopladas entre sí de manera que pueden liberarse, lo que puede facilitar el ensamble de la unidad de accionamiento de instrumento 200, y que puede facilitar el acceso, reparación y/o reemplazo de piezas alojadas al menos parcialmente en las mismas. El ensamble de carcasa 205 define al menos un orificio 207 para los ensambles de accionamiento de carcasa 300. Se prevé que el ensamble de carcasa 205 incluya cuatro orificios separados 207, donde cada orificio 207 esté al menos parcialmente separado uno del otro y donde cada orificio 207 esté configurado para alojar un único ensamble de accionamiento 300. Además, tal como se discute a continuación, el orificio 207 incluye canales que se extienden longitudinalmente 206 (por ejemplo, cuatro canales 206) en el mismo. Cada canal 206 se configura para aceptar de forma deslizante un riel 353 de la tuerca de accionamiento 350 y un riel 363 del seguidor 360. Se prevé además que cada orificio 207 incluye dos canales 206 separados, donde un canal 206 se configura para aceptar de manera deslizante el riel 353 de la tuerca de accionamiento 350 y donde el otro canal 206 se configura para aceptar de manera deslizante el riel 363 del seguidor 360
Con referencia continua a las FIGURAS 2-4, la unidad de accionamiento de instrumento incluye además una pluralidad de ensambles de accionamiento 300. En la modalidad ilustrada, la unidad de accionamiento de instrumento 200 incluye cuatro ensambles de accionamiento 300, sin embargo, la unidad de accionamiento de instrumento 200 puede incluir más (por ejemplo, cinco o seis) o menos (por ejemplo, tres) ensambles de accionamiento 300 sin apartarse del alcance de la presente descripción.
Con referencia a las FIGURAS 5-9, cada ensamble de accionamiento 300 incluye un engranaje proximal 310, un cojinete proximal 320, un cojinete distal 330, un tornillo de accionamiento 340, una tuerca de accionamiento 350, un seguidor 360, un elemento de desviación 370 y un miembro de accionamiento (por ejemplo, un cable flexible) 380. El engranaje proximal 310 se configura para engranar con un engranaje de control de instrumento (por ejemplo, el engranaje de corona "CG" del motor "M") de la unidad de control de instrumento 100, de manera que la rotación del engranaje de corona "CG" provoca una rotación correspondiente del engranaje proximal 310. El engranaje proximal 310 puede ser un engranaje de corona "CG" que se configura para acoplarse y/o engranarse con el engranaje de corona "CG" del motor "M".
Con referencia particular a las FIGURAS 8 y 9, el engranaje proximal 310 incluye una abertura 312 que se extiende longitudinalmente a su través, que se configura para engranar mecánicamente una porción proximal 342 del tornillo de accionamiento 340. Como se muestra, la abertura 312 y la porción proximal 342 del tornillo de accionamiento 340 tienen secciones transversales no circulares correspondientes, de manera que el engranaje proximal 310 y el tornillo de accionamiento 340 están unidos entre sí, lo que da como resultado una conexión rotacionalmente fija entre ellos. En consecuencia, la rotación del engranaje proximal 310 da como resultado una rotación correspondiente del tornillo de accionamiento 340.
El cojinete proximal 320 se dispone alrededor de un eje proximal 343 del tornillo de accionamiento 340 adyacente a una porción de la carcasa proximal 210, y el cojinete distal 330 se dispone alrededor de un eje distal 344 del tornillo de accionamiento 340 adyacente a una porción de la carcasa distal 220 (véase la FIGURA 10, por ejemplo). Cada uno del cojinete proximal 320 y del cojinete distal 330 permite o facilita la rotación del tornillo de accionamiento 340 con respecto al ensamble de carcasa 205. Además, el cojinete proximal 320 puede configurarse para funcionar como un tope proximal para el seguidor 360, y el cojinete distal 330 puede configurarse para funcionar como un tope distal para la tuerca de accionamiento 350.
El tornillo de accionamiento 340 incluye la porción proximal 342, el eje proximal 343, el eje distal 344 y una porción roscada 345, y define un eje longitudinal "A-A" que se extiende a través de un centro radial del mismo (véase la FIGURA 8). La rotación del engranaje proximal 310 hace que el tornillo de accionamiento 340 gire alrededor del eje longitudinal "A-A" en una dirección y velocidad de rotación correspondientes.
La tuerca de accionamiento 350 incluye una abertura roscada 352 que se extiende longitudinalmente a través de la misma, que se configura para roscar mecánicamente la porción roscada 345 del tornillo de accionamiento 340. La tuerca de accionamiento 350 se configura para colocarse en el tornillo de accionamiento 340 de tal manera que la rotación del tornillo de accionamiento 340 provoca un movimiento longitudinal de la tuerca de accionamiento 350. Es decir, la tuerca de accionamiento 350 y el tornillo de accionamiento 340 están acoplados de manera roscada entre sí. Además, la rotación del engranaje proximal 310 en una primera dirección (por ejemplo, en sentido horario) hace que la tuerca de accionamiento 350 se mueva en una primera dirección longitudinal (por ejemplo, proximalmente) con respecto a la porción proximal 342 del tornillo de accionamiento 340, y la rotación del engranaje proximal en una segunda dirección (por ejemplo, en sentido antihorario) hace que la tuerca de accionamiento 350 se mueva en una segunda dirección longitudinal (por ejemplo, distalmente) con respecto a la porción proximal 342 del tornillo de accionamiento 340. La tuerca de accionamiento 350 incluye además una cavidad de retención 354 dispuesta con una abertura roscada proximalmente adyacente 352. La cavidad de retención 354 incluye un diámetro interno mayor que la abertura roscada 352, y se configura para alojar al menos una parte del elemento de desviación 370, tal como se discute en más detalle a continuación.
La tuerca de accionamiento 350 incluye el riel 353 que se extiende longitudinalmente a lo largo de una superficie exterior del mismo, y que se configura para disponerse de forma deslizante en un canal 206 que se extiende longitudinalmente formado en el orificio 207 del ensamble de carcasa 205 (véanse, por ejemplo, las FIGURAS 5-7 y 12). El riel 353 de la tuerca de accionamiento 350 coopera con el canal 206 del orificio 207 del ensamble de carcasa 205 para inhibir o evitar que la tuerca de accionamiento 350 gire alrededor del eje longitudinal "A-A" a medida que se gira el tornillo de accionamiento 340.
El seguidor 360 incluye el riel 363 que se extiende longitudinalmente a lo largo de una superficie exterior del mismo, y que se configura para disponerse de forma deslizante en el canal 206 que se extiende longitudinalmente formado en el orificio 207 del ensamble de carcasa 205 (véanse, por ejemplo, las FIGURAS 3, 5-7 y 12). El riel 363 del seguidor 360 coopera con el canal 206 del orificio 207 del ensamble de carcasa 205 para inhibir o evitar que el seguidor 360 gire alrededor del eje longitudinal "A-A" a medida que se gira el tornillo de accionamiento 340.
El seguidor 360 incluye una abertura no roscada 362 que se extiende longitudinalmente a través de la misma, que se configura para roscar de manera deslizante la porción roscada 345 del tornillo de accionamiento 340. Es decir, el seguidor 360 está acoplado sin rosca y soportado de forma deslizante en el tornillo de accionamiento 340. También se describe que el seguidor 360 no se aplica al tornillo de accionamiento 340, y que el seguidor 360 se guía únicamente por la geometría (por ejemplo, el canal 206) del ensamble de carcasa 205. El seguidor 360 incluye una cavidad de retención 364 dispuesta distalmente junto a la abertura 362. La cavidad de retención 364 incluye un diámetro interno mayor que la abertura 362, y se configura para alojar al menos una porción del elemento de desviación 370, tal como se discute en más detalle a continuación. El seguidor 360 incluye además una porción de enganche 366 dispuesta adyacente a una superficie radialmente hacia afuera de la misma, que se configura para enganchar mecánicamente una porción proximal 382 del miembro de accionamiento 380.
En la modalidad que se ilustra, el seguidor 360 se dispone proximalmente a la tuerca de accionamiento 350, pero la presente descripción incluye además modalidades en las que el seguidor 360 se dispone distalmente a la tuerca de accionamiento 350. En tales modalidades, la cavidad de retención 354 de la tuerca de accionamiento 350 estaría dispuesta en una ubicación distal de la misma, y la cavidad de retención 364 del seguidor 360 estaría dispuesta en una ubicación proximal de la misma. Aquí, se prevé que el seguidor 360 empuje el miembro de accionamiento 380 distalmente, en lugar de que el seguidor 360 empuje el miembro de accionamiento 380 proximalmente.
El elemento de desviación 370, por ejemplo, un resorte de compresión, se configura para rodear radialmente una porción de la porción roscada 345 del tornillo de accionamiento 340. Es decir, el tornillo de accionamiento 340 se extiende a través de una abertura 371 definida por y extendiéndose longitudinalmente a través del elemento de desviación 370. Además, como se ve en la FIGURA 9, una porción proximal 372 del elemento de desviación 370 se configura para recibir al menos parcialmente dentro de la cavidad de retención 364 del seguidor 360, y una porción distal 374 del elemento de desviación 370 se configura para recibir al menos parcialmente dentro de la cavidad de retención 354 de la tuerca de accionamiento 350. En las modalidades descritas, la porción proximal 372 del elemento de desviación 370 se fija de manera inamovible al seguidor 360, y la porción distal 374 del elemento de desviación 370 se fija de manera inmóvil a la tuerca 350 de accionamiento. Se prevé que una longitud comprimida del elemento de desviación 370 sea igual o ligeramente menor que una longitud longitudinal combinada de la cavidad de retención 364 del seguidor 360 y la cavidad de retención 354 de la tuerca de accionamiento 350, permitiendo así el contacto entre una cara proximal 351 de la tuerca de accionamiento 350 y una cara distal 361 del seguidor 360 (véase la FIGURA 6). Si bien las modalidades ilustradas muestran un tipo particular de elemento de desviación 370 (es decir, un resorte de compresión), la presente descripción contempla otros tipos de elementos de desviación.
El miembro de accionamiento 380 se extiende distalmente desde el seguidor 360, a través de un orificio central 208 (Figuras 2 y 10) del ensamble de carcasa 205, y se configura para enganchar mecánicamente una porción del instrumento quirúrgico 10, por ejemplo, el efector final 20. Más particularmente, cada ensamble de accionamiento 300 está orientado dentro del ensamble de carcasa 205 de manera que el miembro de accionamiento 380 de cada ensamble de accionamiento 300 está ubicado centralmente dentro del ensamble de carcasa 205 (véanse las FIGURAS 10-13), y se extiende a través de una porción alargada del instrumento quirúrgico 10 y en contacto con el efector final 20, por ejemplo. Se prevé que el instrumento quirúrgico 10 incluya proyecciones o similares para ayudar a guiar o encaminar a los miembros de accionamiento 380 entre el ensamble de accionamiento 300 y el efector final, por ejemplo.
La traslación longitudinal del miembro de accionamiento 380 se configura para controlar una función del efector final 20. Por ejemplo, la traslación distal de un miembro de accionamiento particular 380 puede configurarse para aproximarse a los miembros de mordaza 22 y/o 24 con respecto al otro, y la traslación proximal del miembro de accionamiento 380 puede configurarse para mover al menos un miembro de mordaza 22 lejos del otro miembro de la mordaza 24, por ejemplo. Además, la traslación distal de un miembro de accionamiento 380 de un ensamble de accionamiento diferente 300 de la unidad de accionamiento de instrumento 200 puede configurarse para articular los miembros de mordaza 22, 24 en una primera dirección, y la traslación proximal de este miembro de accionamiento 380 puede configurarse para articular los miembros de mordaza 22, 24 en una segunda dirección.
Además, dado que el miembro de accionamiento 380 puede ser flexible y seguir una ruta particular a través del instrumento quirúrgico 10, que incluye una porción central del ensamble de carcasa 205, puede ser beneficioso mantener el miembro de accionamiento 380 en tensión para evitar holgura o reducir la cantidad de holgura en miembro de accionamiento 380. Sin el beneficio de la presente descripción, un usuario que abre manualmente (por ejemplo, a mano) o manipula los miembros de la mordaza para inspeccionar y/o limpiar los miembros de la mordaza, por ejemplo, puede ejercer una fuerza proximal en al menos un miembro de accionamiento. Es decir, abrir los miembros de la mordaza de un instrumento quirúrgico puede hacer que al menos una parte de al menos uno de sus miembros impulsores se mueva proximalmente. En sistemas donde los miembros de accionamiento están directamente conectados a una tuerca de accionamiento, y donde la tuerca de accionamiento está acoplada de manera roscada con un tornillo de accionamiento, el acoplamiento entre el tornillo de accionamiento y la tuerca de accionamiento evitaría la traslación proximal de la tuerca de accionamiento en respuesta a la traslación proximal del miembro de accionamiento. En consecuencia, el movimiento proximal del miembro de accionamiento (por ejemplo, causado por la manipulación de los miembros de mordaza) puede hacer que el miembro de accionamiento se afloje y que el miembro de accionamiento se caiga de las poleas dentro del instrumento quirúrgico y/o se desprenda de las cavidades de retención, por ejemplo. La unidad de accionamiento de instrumento 200 de la presente descripción evita o minimiza la posibilidad de que los miembros de accionamiento 380 pierdan su tensión y se aflojen.
Durante el uso de la unidad de accionamiento de instrumento 200 en el estado activo (es decir, cuando los motores "M" de la unidad de control de instrumento 100 se usan para rotar el o los engranajes proximales 310), la rotación del engranaje proximal 310 da como resultado una rotación correspondiente del tornillo de accionamiento 340. La rotación del tornillo de accionamiento 340 provoca la traslación longitudinal de la tuerca de accionamiento 350 debido al acoplamiento entre la porción roscada 345 del tornillo de accionamiento 340 y la abertura roscada 352 de la tuerca de accionamiento 350. Como se discutió anteriormente, la dirección de la traslación longitudinal de la tuerca de accionamiento 350 está determinada por la dirección de rotación del engranaje proximal 310 y, por lo tanto, del tornillo de accionamiento 340. Con referencia particular a la FIGURA 6, que ilustra la cara proximal 351 de la tuerca de accionamiento 350 apoyada contra la cara distal 361 del seguidor 360 (es decir, en el estado activo), la traslación proximal del tornillo de accionamiento 340 da como resultado una traslación proximal correspondiente del seguidor 360, y por lo tanto una traslación proximal correspondiente de un miembro de accionamiento respectivo 380 que está enganchado con el seguidor 360.
Además, cuando una tuerca de accionamiento 350 se mueve en una primera dirección longitudinal (por ejemplo, proximalmente), se prevé que una tuerca de accionamiento 350 de un ensamble de control diferente 300 se vea forzada a moverse correspondientemente en una segunda dirección longitudinal opuesta (por ejemplo, distalmente). Tales configuraciones funcionan para compensar cualquier holgura en los miembros de accionamiento 380. Además, una vez que todas las tuercas de accionamiento 350 están roscadas con sus respectivos seguidores 360 (por ejemplo, comprimir el elemento de desviación 370; ver la FIGURA 6), y cuando el sistema se denomina "rígido" (es decir, sin estiramiento en los miembros de accionamiento 380), la suma de los desplazamientos de los cuatro miembros de accionamiento 380 debe ser cero. Por ejemplo, si un miembro de accionamiento 380 se mueve distalmente dos unidades, otros dos miembros de accionamiento 380 pueden moverse proximalmente una unidad cada uno, y el cuarto miembro de accionamiento 380 no se movería, preservando así el desplazamiento neto cero.
Este movimiento de las tuercas de accionamiento 350, los seguidores 360 y los miembros de accionamiento 380 está controlado por los motores "M" y los controles del sistema. Cuando una tuerca de accionamiento 350 se mueve distalmente sin el movimiento proximal correspondiente de un miembro de accionamiento 380, la tuerca de accionamiento 350 se separaría del seguidor 360 con ese ensamble de accionamiento 300 (véanse las FIGURAS 5 y 7). Estas características ayudan a lograr un desplazamiento cero al evitar la holgura en los miembros de accionamiento 380.
Más particularmente, en las FIGURAS 5 y 7, la tuerca de accionamiento 350 se ha separado del seguidor 360. Aquí, este ensamble de accionamiento 300 puede no ser capaz de trasladar efectivamente una carga significativa al miembro de accionamiento 380, pero el miembro de accionamiento 380 y el seguidor 360 son capaces de trasladarse de forma relativamente libre (o sin impedimentos) proximal y distalmente. Tal configuración o capacidad es útil para permitir que un ensamble de muñeca sea manipulado externamente por separado del control del sistema. En la FIGURA 5, la tuerca de accionamiento 350 se ha accionado proximalmente de manera que el elemento de desviación 370 se ha comprimido parcialmente; en la FIGURA 7 el elemento de desviación 370 se ha comprimido menos que en la FIGURA 5 (por ejemplo, el elemento de desviación 370 no se ha comprimido).
En la FIGURA 6, el ensamble de accionamiento 300 está en un "estado de uso activo" donde la tuerca de accionamiento 350 ha sido puesta en contacto con el seguidor 360, y se ha añadido tensión previa al miembro de accionamiento 380, por ejemplo. Cuando cada uno de los cuatro ensambles de accionamiento 300 está en esta posición, el sistema no puede retroceder; una fuerza externa sobre los miembros de la mordaza 22, 24 o el ensamble de muñeca no provocaría el movimiento de los ensambles de accionamiento 300.
Durante el uso de la unidad de accionamiento de instrumento 200 en el estado pasivo (es decir, cuando los miembros de mordaza 22, 24 se manipulan manualmente), la manipulación manual de los miembros de mordaza 22, 24 da como resultado un movimiento longitudinal del seguidor 360 mientras se mantiene cierto nivel de tensión del miembro de accionamiento 380. Más particularmente, en las modalidades descritas, la manipulación de los miembros de mordaza 22, 24 (por ejemplo, alejar un miembro de mordaza 22 del otro 24) provoca el movimiento proximal de un miembro de accionamiento 380. Como se describió anteriormente, el movimiento proximal de un miembro de accionamiento en un instrumento diferente (que no emplea los principios de la presente descripción) puede hacer que el miembro de accionamiento pierda su tensión o se estire y, por lo tanto, cause efectos indeseables. Aquí, sin embargo, el movimiento proximal del único miembro de accionamiento 380 da como resultado un movimiento proximal correspondiente del seguidor 360 porque el seguidor 360 es deslizable con respecto al tornillo de accionamiento 340 y no está acoplado de manera roscada con el mismo. Queda al menos algo de tensión nivelada en el miembro de accionamiento 380 porque el elemento de desviación 370, que está enganchado tanto con el seguidor 360 como con la tuerca de accionamiento 350, proporciona una fuerza opuesta contra el seguidor 360. Es decir, si el único miembro de accionamiento 380 se mueve proximalmente y, por lo tanto, ejerce una fuerza proximal sobre el seguidor 360, esta fuerza se contrarresta mediante el elemento de desviación 370, reteniendo así la tensión en el miembro de accionamiento 380. Del mismo modo, si el único miembro de accionamiento 380 se mueve distalmente y, por lo tanto, ejerce una fuerza distal sobre el seguidor 360, esta fuerza es resistida por el elemento de desviación 370, reteniendo así al menos un cierto nivel de tensión en el miembro de accionamiento 380.
La presente descripción incluye un sistema quirúrgico robótico que incluye una unidad de accionamiento de instrumento 200, una unidad de control de instrumento 100 que incluye cuatro motores "M" controlados independientemente y un instrumento quirúrgico 10 que incluye cuatro ensambles de accionamiento 300, con cada ensamble de accionamiento 300 conectable selectivamente a un motor respectivo "M" de la unidad de control de instrumento 100, por ejemplo, tal como se describió anteriormente. Además, la presente descripción incluye métodos, que no forman parte de la invención reivindicada, para controlar un instrumento quirúrgico 10 que incluye el uso de la unidad de control de instrumento 100 y la unidad de accionamiento de instrumento 200, y métodos, que no forman parte de la invención reivindicada, para realizar un tarea quirúrgica mediante el uso de la unidad de control de instrumento 100 y la unidad de accionamiento de instrumento 200. La presente descripción incluye además métodos, que no forman parte de la invención reivindicada, para manipular manualmente los miembros de mordaza 22, 24 mientras se mantiene la tensión en los miembros de accionamiento 380.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un ensamble de accionamiento (300) de una unidad de accionamiento de instrumento (200) para usar con un instrumento quirúrgico, el ensamble de accionamiento comprende un elemento de accionamiento (380), en donde la traslación longitudinal del elemento de accionamiento se configura para accionar una función del instrumento quirúrgico, caracterizado porque el ensamble de accionamiento comprende, además:
un tornillo de accionamiento (340) que define un eje longitudinal, el tornillo de accionamiento incluye una porción roscada;
una tuerca de accionamiento (350) acoplada de manera roscada con la porción roscada del tornillo de accionamiento de tal manera que la rotación del tornillo de accionamiento da como resultado un movimiento longitudinal de la tuerca de accionamiento;
un seguidor (360) que puede deslizarse longitudinalmente con respecto al tornillo de accionamiento;
un elemento de desviación (370) dispuesto en cooperación mecánica con la tuerca de accionamiento y el seguidor; y
en donde el elemento de accionamiento (380) se dispone en cooperación mecánica con el seguidor (360).
2. El ensamble de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el seguidor (360) se dispone proximalmente a la tuerca de accionamiento (350), y donde el seguidor está desviado proximalmente.
3. El ensamble de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 1 o con la reivindicación 2, en donde el elemento de accionamiento (380) está asegurado al seguidor (380), y en donde el elemento de accionamiento puede trasladarse longitudinalmente con respecto a la tuerca de accionamiento (350).
4. El ensamble de accionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada una de la tuerca de accionamiento y (350) el seguidor (360) incluye una cavidad de retención (354, 364) que se configura para alojar una porción del elemento de desviación (370).
5. El ensamble de accionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de desviación (370) es un resorte de compresión.
6. El ensamble de accionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el seguidor (360) se dispone proximalmente a la tuerca de accionamiento (350), y en donde el elemento de accionamiento (380) se extiende distalmente desde el seguidor.
7. El ensamble de accionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el seguidor (360) está acoplado sin rosca al tornillo de accionamiento (340).
8. El ensamble de accionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de accionamiento (380) incluye un cable flexible.
9. El ensamble de accionamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la tuerca de accionamiento (350) define una abertura (352), en donde el seguidor (360) define una abertura (362), en donde el tornillo de accionamiento (340) se extiende a través de las aberturas de la tuerca de accionamiento y del seguidor.
10. El ensamble de accionamiento de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el elemento de desviación (370) se dispone alrededor del tornillo de accionamiento (340).
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