IT202100030071A1 - Sistema per il posizionamento nello spazio di un organo effettore terminale, in particolare di un’attrezzatura diagnostica o chirurgica, con centro di movimento remoto spostabile - Google Patents

Description

TITOLO: ?SISTEMA PER IL POSIZIONAMENTO NELLO SPAZIO DI UN ORGANO EFFETTORE TERMINALE, IN PARTICOLARE DI UN?ATTREZZATURA DIAGNOSTICA O CHIRURGICA, CON CENTRO DI MOVIMENTO REMOTO SPOSTABILE?

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione descrive un sistema per il posizionamento nello spazio di un organo effettore terminale, in particolare di un?attrezzatura diagnostica o chirurgica.

Sfondo tecnologico

Allo stato della tecnica sono noti sistemi per il posizionamento nello spazio di un organo effettore terminale. Tali sistemi sono utilizzati generalmente in ambito chirurgico o industriale per localizzare con precisione un bersaglio su cui intervenire mediante l'impiego di un organo effettore terminale, tipicamente un dispositivo o un attuatore montato all?estremit? distale del sistema.

In particolare, questi sistemi trovano uso nell'ambito della neurochirurgia, ad esempio nella chirurgia stereotassica. Infatti, nel settore della chirurgia stereotassica i suddetti sistemi consentono di operare utilizzando una elevata definizione geometrico-spaziale, in grado di intervenire con precisione un bersaglio situato nelle parti profonde e meno accessibili del cervello. La neurochirurgia stereotassica prevede generalmente l?ausilio di indagini neuroradiologiche, quali la tomografia assiale computerizzata o la risonanza magnetica nucleare dell?encefalo, tipicamente per mezzo di un dispositivo localizzante posto sulla testa del paziente che invia informazioni anatomiche a un computer. Quest?ultimo analizza le informazioni ricevute permettendo una precisa localizzazione tridimensionale dell?obiettivo su cui intervenire. Successivamente, vengono utilizzati sistemi per il posizionamento che sfruttano le coordinate spaziali precedentemente determinate.

Un esempio di sistema per il posizionamento nello spazio realizzato secondo la tecnica anteriore ? divulgato nell'articolo intitolato: "Calibration of the motorassisted robotic stereotaxy system - MARS" di pubblicato a marzo 2012 in International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery . Il sistema descritto in questo articolo pu? essere fissato alle sponde laterali di un tavolo operatorio tramite raccordi a sgancio rapido. L'anello per la testa ? fissato sulla testa del paziente. Un supporto per l'anello della testa ? fissato alla piastra di base del sistema. Inoltre il sistema ? dotato di cinque assi automatizzati e un supporto per un'unit? micro-drive. I tre assi di traslazione del centro del sistema sono perpendicolari tra loro e posizionano un arco che pu? essere ruotato in corrispondenza della sua sospensione (quarto asse). Un carrello si muove lungo questo arco, ruotando cos? attorno al quinto asse.

Un altro esempio di sistema per il posizionamento nello spazio, fra cui quello divulgato nell'articolo dal titolo: "A novel re-attachable stereotactic frame for MRI-guided neuronavigation and its validation in a large animal and human cadaver model" di

pubblicato a dicembre 2018 in Journal of Neural Engineering.

Tuttavia i sistemi di posizionamento noti e sopra menzionati comportano alcuni inconvenienti a cui ? desiderabile porre rimedio.

Sintesi dell?invenzione

Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un sistema per il posizionamento nello spazio di un organo effettore terminale, in particolare di un?attrezzatura diagnostica o chirurgica, in cui tale sistema ? migliorato rispetto alla tecnica anteriore.

Secondo la presente invenzione, questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un sistema avente le caratteristiche tecniche citate nell?annessa rivendicazione indipendente.

? da intendersi che le annesse rivendicazioni costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella descrizione dettagliata che segue in merito alla presente invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione che includono caratteristiche tecniche opzionali.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento in particolare ai disegni allegati, qui di seguito riepilogati.

Breve descrizione dei disegni

La figura 1 ? una vista prospettica di un sistema per il posizionamento nello spazio di un?attrezzatura diagnostica o chirurgica, realizzato secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione, in cui tale sistema ? mostrato montato ad un letto chirurgico. La figura 2 ? una vista in elevazione frontale del solo sistema mostrato nella figura 1.

La figura 3 ? una vista prospettica parziale del sistema mostrato nelle figure precedenti, in cui ? visibile un assieme di spostamento di tale sistema.

La figura 4 ? una vista parziale in elevazione frontale dell?assieme di spostamento mostrato nella figura 3, in cui un carrello ? mostrato in una pluralit? di differenti posizioni angolari lungo una rotaia di guida arcuata.

La figura 5 ? una vista parziale di un carrello dell?assieme di spostamento mostrato nella figura 4.

La figura 6 ? una vista parziale in elevazione laterale dell?assieme di spostamento mostrato nella figura 3, in cui la rotaia di guida arcuata ? mostrata in differenti posizioni angolari rispetto ad un asse di rotazione sostanzialmente orizzontale.

La figura 7 ? una vista prospettica di un meccanismo di traslazione radiale a cui ? assemblabile un organo effettore terminale applicabile ad un carrello dell?assieme di spostamento rappresentato nelle figure precedenti.

La figura 8 ? una vista in elevazione laterale del meccanismo di traslazione radiale mostrato nella figura 7 e rappresentato in due differenti configurazioni operative in cui sposta l?organo effettore terminale in due posizioni differenti.

Le figure 9 e 10 sono una vista prospettica e in elevazione frontale di un altro assieme di spostamento del sistema mostrato nelle figure precedenti.

Le figure da 11 a 13 sono una serie di viste in elevazione frontale e laterali che illustrano le possibilit? di movimento dell?altro assieme di spostamento per mezzo di traslazioni eseguite su tre assi fra di loro perpendicolari.

Per completezza, ? riportato qui di seguito un elenco dei riferimenti alfanumerici utilizzati per individuare parti, elementi e componenti illustrati nei disegni sopra riepilogati, insieme alla loro denominazione in lingua italiana e la relativa traduzione in lingua inglese.

SB. Letto chirurgico ? Surgical bed

LS. Superficie di appoggio ? Leaning surface

EE. Organo effettore terminale ? End effector

100. Sistema ? System

200. Primo assieme di spostamento ? First moving assembly 300. Secondo assieme di spostamento ? Second moving assembly

310. Struttura di ancoraggio e supporto ? Anchoring and supporting structure

320. Telaio di traslazione longitudinale ? Longitudinal translation frame

330. Telaio di traslazione laterale ? Lateral translation frame

340. Telaio di traslazione di elevazione ? Elevation translation frame

1. Rotaia di guida arcuata ? Arc guide track

1a. Canale perimetrale ? Perimetral channel

2. Carrello ? Carriage

2a. Meccanismo di traslazione radiale ? Radial translation mechanism

3. Primo semi-guscio ? First half-shell

4. Secondo semiguscio ? Second half-shell

5. Pulegge ? Pulleys

6. Blocco di collegamento ? Connecting block

7. Attuatore (Argano) ? Actuator (Capstan)

8. Tamburo - Drum

9. Elemento guida-cavo - Cable guide member

10. Blocco di collegamento ? Connecting block

11. Centro - Center

12. Cavo ? Cable

12a. Prima estremit? ? First end

12b. Seconda estremit? ? Second end

13. Primo asse di rotazione ? First rotation axis.

14. Blocchi di ancoraggio ? Anchoring blocks

15. Staffe laterali ? Lateral brackets

16. Supporto lineare ? Linear support

17. Travi a ponte ? Bridging beams

18. Carrello di base ? Base carriage

19. Rotaia trasversale intermedia ? Intermediate transverse track

20. Rotaia trasversale inferiore ? Bottom transverse track 21. Rotaia trasversale superiore ? Top transverse track 22. Alberto filettato - Threaded shaft

23. Supporti angolari esterni ? Outer angle brackets 24. Supporti angolari interni ? Inner angle brackets 25. Carrelli mobili - Movable carriages

26. Attuatore di traslazione laterale ? Lateral translation actuator

27. Blocco angolare ? Angular block

28. Cuscinetto di supporto ? Support bearing

29. Attuatore di traslazione di elevazione ? Elevation translation actuator

30. Piastra di base ? Base plate

30a. Elementi a bretella - Brace members

31a. Pattini ? Sliders

31b. Binari - Rails

32. Motore di beccheggio ? Pitch motor

32a. Slitta ?Slide

32b. Estensioni laterali ? Lateral extensions

33. Attuatore di traslazione longitudinale ? Longitudinal translation actuator

34. Chiocciola - Nut

?. Angolo di beccheggio ? Pitch angle

RCM. Centro di movimento remoto - Remote Center of Motion X. Asse longitudinale ? Longitudinal axis

Y. Asse laterale ? Lateral axis

Z. Asse di elevazione ? Elevation axis

Descrizione dettagliata dell?invenzione

Con riferimento alla figura 1, ? indicato nel suo complesso con 100 un sistema per il posizionamento nello spazio di un organo effettore terminale EE, in particolare di un?attrezzatura diagnostica o chirurgica, realizzata secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione. Come ? chiaro ad una persona esperta del settore, l?organo effettore terminale pu? essere un qualsivoglia attrezzatura diagnostica (ad esempio, una sonda) o chirurgica (ad esempio, uno strumento da taglio).

In ogni caso, il sistema 100 secondo la presente invenzione non ? esclusivamente impiegabile per la chirurgia (ad esempio, in modo preferito per la neurochirurgia stereotassica), ed ? infatti anche pi? generalmente utilizzabile in ambito industriale. A titolo di esempio, oltre a quanto sopra esposto, il sistema 100 pu? avere applicazioni come radioterapia mirata, raggi X con braccio a C, scansione, ispezione e assemblaggio multiasse.

Nella forma di realizzazione illustrata, il sistema 100 ? raffigurato montato su un letto chirurgico SB avente una superficie di appoggio LS o un campo di lavoro configurata/o per accogliere un paziente e destinato ad essere sottoposto ad un intervento chirurgico.

In ulteriori varianti alternative (non illustrata), ? possibile concepire che vi sia anche un carrello abbinato od abbinabile al letto chirurgico. Pertanto in tali varianti, il letto chirurgico comprende e/o ? dotato del carrello che ? posizionabile nella vicinanza della superficie di appoggio e/o del campo di lavoro ed il sistema 100 pu? essere configurato per essere montato su tale carrello. In particolare, il carrello ? posizionabile al di sotto e/o al di sopra della superficie di appoggio o campo di lavoro.

In ogni caso, pi? genericamente, il sistema 100 pu? essere montato su un qualsiasi tavolo da lavoro ? eventualmente dotato di carrello o di strumenti analoghi a quest?ultimo - utilizzato in qualsiasi settore industriale o tecnologico e idoneo ad accogliere su una superficie di appoggio (o su un campo di lavoro) un elemento esterno destinato ad essere assoggettato all?azione dall?organo effettore terminale EE. Pertanto, come sar? anche chiarito nel seguito della presente descrizione, il tavolo operatorio o letto chirurgico SB sopra menzionato sono soltanto alcuni dei possibili esempi di tavoli da lavoro su cui il sistema 100 ? destinato ad essere montato, eventualmente tramite un carrello o strumenti simili.

Come di per s? noto nel settore della chirurgia, il tavolo operatorio o letto chirurgico SB pu? essere dotato di dispositivi e/o meccanismi in grado di sollevare o abbassare l'intera superficie di appoggio LS del letto chirurgico SB, flettere o estendere i singoli componenti della superficie di appoggio LS, oppure alzare o abbassare la testa o i piedi del paziente in modo indipendente.

Il sistema 100 ? configurato per manipolare l'organo effettore terminale EE per determinare con precisione la sua posizione e orientamento all'interno dello spazio di lavoro del meccanismo.

Con riferimento in particolare alle figure 1 e 2, il posizionamento dell?organo effettore terminale EE viene eseguito utilizzando una coppia di assiemi di spostamento indicati nel loro complesso con 200 e rispettivamente con 300, i quali sono fra di loro meccanicamente collegati e cooperanti.

Pi? in dettaglio, vi ? un primo assieme di spostamento 200 che ? configurato per supportare l?organo effettore terminale EE, e un secondo assieme di spostamento 300 che supporta il primo assieme di spostamento 200 ed ? destinato ad essere montato al letto chirurgico SB (eventualmente anche ad un carrello abbinato od abbinabile quest?ultimo), agganciandosi ad esso. Come sar? ulteriormente chiarito nel seguito, il primo assieme di spostamento 200 ? configurato per orientare e disporre l?organo effettore terminale EE in uno spazio di lavoro a coordinate sferiche. Inoltre, come sar? inoltre spiegato pi? diffusamente nel seguito, il secondo assieme di spostamento 300 ? configurato per spostare il primo assieme di spostamento sferico 200 in uno spazio di lavoro a coordinate cartesiane.

In particolare, il secondo assieme di spostamento 300 ? configurato per determinare la posizione nello spazio del cosiddetto centro di movimento remoto (o Remote Center of Motion) RCM dell?organo effettore terminale EE mediante una traslazione su una terna di assi cartesiani X, Y, Z. Invece il primo assieme di spostamento 200 ? configurato per disporre l?organo effettore terminale EE nello spazio rispetto al centro di movimento remoto RCM, facendolo ruotare intorno a una coppia di assi fra di loro perpendicolari ed intersecantisi nel centro di movimento remoto RCM ed una traslazione in una direzione radiale di inserimento rispetto al centro di movimento remoto RCM.

Con riferimento in particolare alle figure da 3 a 8, sar? ora inizialmente definito in maggior dettaglio dal punto di vista strutturale il primo assieme di spostamento 200.

Il primo assieme di spostamento 200 comprende una rotaia di guida arcuata 1 supportata in rotazione dal secondo assieme di spostamento 300, e un carrello 2 montato scorrevole in modo guidato lungo la rotaia di guida arcuata 1 e configurato per supportare l?organo effettore terminale EE. Come sar? ulteriormente meglio chiarito nel seguito, La guida arcuata 1 ? ulteriormente supportata in traslazione nei tre assi cartesiani dal secondo assieme di spostamento 300. Pertanto, la guida arcuata 1 ? complessivamente supportata in roto-traslazione dal gruppo formato dal primo assieme di spostamento 200 e dal secondo assieme di spostamento 300.

Inoltre il primo assieme di spostamento 200 comprende un meccanismo di azionamento configurato per spostare il carrello 2 lungo la rotaia di guida arcuata 1. In particolare, nella figura 4 il carrello 2 ? mostrato in una pluralit? di differenti posizioni che esso ? in grado di assumere operativamente lungo la rotaia di guida arcuata 1.

Il meccanismo di azionamento comprende una pluralit? di pulegge 5 supportate in rotazione sulla rotaia di guida arcuata 1, e un cavo 12 che si estendente e si impegna intorno alle pulegge 5 e alle cui estremit? ? vincolato il carrello 2. Il meccanismo di azionamento comprende inoltre un attuatore 7, ad esempio un argano, configurato per agire sul cavo 12 che impegna le pulegge 5 in modo tale da far scorrere il carrello 2 lungo la rotaia di guida arcuata 1.

In particolare, la rotaia di guida 1 si sviluppa per un tratto di circonferenza, in particolare una semicirconferenza, che ? definito intorno ad un centro 11.

In modo preferito, la rotaia di guida 1 ? supportata in rotazione ad entrambe le sue estremit? dal secondo assieme di spostamento 300. Ad esempio, il primo assieme di spostamento 200 comprende inoltre una coppia di blocchi di collegamento 6, 10 che sono montati alle estremit? della rotaia di guida 1. I blocchi di collegamento 6, 10 sono incernierati al secondo assieme di spostamento 300 e, come sopra descritto, permettono il supporto in rotazione della rotaia di guida 1 rispetto al secondo assieme di spostamento 300, intorno ad un primo asse di rotazione 13.

Nella forma di realizzazione illustrata, la rotaia di guida arcuata 1 ha una coppia di canali perimetrali 1a (si veda la figura 3) situati da parti opposte e nei quali penetra una corrispondente coppia di sporgenze del carrello 2, consentendo quindi il montaggio e lo scorrimento del carrello 2 lungo la rotaia di guida arcuata 1. In modo preferito, uno dei canali perimetrali 1a ? situato su un lato radialmente esterno e, rispettivamente, l?altro dei canali perimetrali 1a ? situato su un lato radialmente interno della rotaia di guida arcuata 1. Eventualmente, in altre forme di realizzazioni alternative (non illustrate) pu? anche essere previsto un unico canale perimetrale recato dalla rotaia di guida arcuata e, conseguentemente, un'unica sporgenza portata dal carrello.

Il carrello 2 ? rivestito da un guscio realizzato con due semi-gusci, indicati con 3, 4. Nella forma di realizzazione illustrata, vi ? un primo semi-guscio 3 e un secondo semi-guscio 4 situato da parte opposta rispetto al primo semi-guscio 3. Ad esempio, il primo semi-guscio 3 pu? essere situato su un lato anteriore del carrello 2, mentre il secondo semi-guscio pu? essere situato su un lato posteriore del carrello 2.

Ad esempio, il primo semi-guscio 3 pu? fungere da supporto per il montaggio dell?organo effettore terminale EE, eventualmente tramite associati meccanismi ausiliari, come sar? descritto in modo pi? dettagliato nel seguito.

Con riferimento in particolare alle figure 3 e 5, il secondo semi-guscio 4 pu? supportare un elemento guida-cavo 9 a cui sono fissate, in particolare legate, entrambe le estremit? del cavo 12 (si veda la figura 3), in modo tale da vincolare il carrello 2 al cavo 12. In particolare, come meglio visibile nella figura 5, l?elemento guida-cavo 9 ha una forma sostanzialmente a staffa che si appoggia sul lato radialmente esterno della rotaia di guida arcuata 1 in modo tale da mantenere il cavo in linea con le pulegge 5.

Nella forma di realizzazione illustrata, con particolare riferimento alle figure 7 e 8, il primo assieme di spostamento 200 ? dotato di un meccanismo di traslazione radiale 2a configurato per essere montato sul carrello 2 in modo solidale a quest?ultimo nel suo moto lungo la rotaia di guida arcuata 1. Ad esempio, il meccanismo di traslazione radiale 2a pu? essere montato su un lato anteriore o posteriore del carrello 2. In particolare, secondo quanto illustrato nei disegni, il meccanismo di traslazione radiale 2a ? destinato ad essere montato sul primo semi-guscio 3 che riveste il carrello 2. Inoltre il meccanismo di traslazione radiale 2a ? configurato per accogliere e supportare l?organo effettore terminale EE, guidandone il movimento in una direzione radiale di inserimento rispetto alla curvatura definita dalla rotaia di guida arcuata 1. Ad esempio, il meccanismo di traslazione radiale 2a comprende una colonna avvitabile al carrello 2 e che supporta l?organo effettore terminale EE, guidandone il movimento nella direzione radiale di inserimento. Il meccanismo di traslazione radiale 2a comprende inoltre un attuatore lineare supportato dalla colonna e configurato per spostare l?organo effettore terminale EE lungo la suddetta colonna nella direzione radiale di inserimento rispetto alla rotaia di guida arcuata 1,

Preferibilmente, le pulegge 5 sono montate su un lato anteriore o posteriore della rotaia di guida arcuata 1.

Nella forma di realizzazione illustrata, le pulegge 5 sono montate sul lato posteriore della rotaia di guida arcuata 1. Ad esempio, le pulegge 5 sono vantaggiosamente del tipo a doppia gola.

Nella forma di realizzazione illustrata, l?attuatore 7 ? fissato su uno dei blocchi di collegamento, ad esempio sul blocco di collegamento 6. In particolare, come accennato sopra l?attuatore 7 agisce come un argano che comprende un tamburo 8 azionato in rotazione da un motore elettrico (non numerato) e intorno al quale si estende un tratto del cavo 12 in modo tale da comandare lo scorrimento del carrello 2 lungo la rotaia di guida arcuata 1.

Secondo quanto illustrato nelle figure 3 e 5, il cavo 12 ? instradato ad anello intorno al tamburo 8 e alle pulegge 5 in modo tale da consentire lo spostamento del carrello 2 lungo la rotaia di guida arcuata 1 tramite l?elemento guida-cavo 9. Pi? in dettaglio, come visibile nella figura 5, una prima estremit? 12a del cavo 12 ? legata all?elemento guida-cavo 9. Quindi passa su un lato delle pulegge 5 (in particolare, attraverso le rispettive prime gole) ed ? avvolta intorno al tamburo 8 e ritorna indietro sul medesimo lato delle pulegge 5. Successivamente, il cavo 12 ? avvolto intorno alla puleggia 5 situata da parte opposta al tamburo 8 sulla rotaia di guida arcuata 1. Quindi, il cavo 12 ritorna indietro sul medesimo lato delle pulegge 5 (in particolare, attraverso le rispettive seconde gole) ed ? legato con la sua seconda estremit? 12b all?elemento guida-cavo 9, come ancora visibile nella figura 5. Quando il tamburo 8 dell?attuatore 7 ruota, esso sposta l?anello definito dal cavo 12 lungo le pulegge 5 e il tamburo 8 stesso, muovendo quindi il carrello 2 lungo il percorso della rotaia di guida arcuata 1. Questa configurazione di instradamento del cavo 12 lascia inostruito lo spazio situato al di sotto della rotaia di guida arcuata 1.

Con riferimento alla figura 6, nel sistema 100 la rotaia di guida arcuata 1 ? configurata per essere ruotata lungo il primo asse di rotazione 13 per fornire un movimento di beccheggio definito da un angolo di beccheggio ?. In questo caso, l'intersezione fra il centro 11 della rotaia di guida arcuata 1 e il primo asse di rotazione 13 fornisce il punto di rotazione precedentemente definito come centro di movimento remoto (o Remote Center of Motion) RCM. In particolare, nella figura 6 sono illustrati i movimenti di beccheggio e imbardata che la rotaia di guida arcuata 1 (e quindi il primo assieme di spostamento 200) pu? effettuare. In corrispondenza del primo asse di rotazione (movimento di beccheggio) 13 il primo assieme di spostamento 200 comprende inoltre un motore di beccheggio 32, ad esempio un motoriduttore. Il motore di beccheggio 32 ? dotato di un dispositivo di frenatura e mostrato nella figura 2. Inoltre il motore di beccheggio 32 ? configurato per ruotare la rotaia di guida arcuata 1 intorno al primo asse di rotazione 13 in modo supportato in rotazione e traslazione dal secondo assieme di spostamento 300 mediante l?interposizione dei blocchi di collegamento 6, 10. La funzione del dispositivo di frenatura ? di mantenere saldamente la rotaia di guida arcuata 1 nella posizione angolare richiesta definita dall?angolo di beccheggio ?. L'azionamento tramite il cavo 12 e le pulegge 5 avviene in posizione remota rispetto al carello 2 e rende il sistema 100 utilizzabile per molte applicazioni diverse. Infatti, non supportando il motore 32, il carrello 2 pu? essere utilizzato come piattaforma modulare, come mostrato nelle figure 7 e 8, per montare non soltanto il meccanismo di traslazione radiale 2a, ma qualsiasi meccanismo richiesto.

Sar? ora descritto qui di seguito in maggior dettaglio il secondo assieme di spostamento 300.

Per comprendere i movimenti relativi del secondo assieme di spostamento 300 lungo le coordinate cartesiane, i riferimenti di movimento rispetto al letto chirurgico sono rappresentati nelle figure come qui sotto indicato: ? il movimento sull?asse longitudinale X ? lungo il letto chirurgico SB,

? il movimento sull?asse laterale Y ? lateralmente al letto chirurgico SB,

? il movimento nell'asse di elevazione Z ? perpendicolare rispetto al letto chirurgico SB.

Pi? in dettaglio, l?asse longitudinale X ? perpendicolare ad un piano YZ definito dall?asse laterale Y e dall?asse di elevazione Z. Inoltre, l?asse laterale Y ? perpendicolare ad un piano XZ definito dall?asse longitudinale X e dall?asse di elevazione Z. Infine, l?asse di elevazione Z ? perpendicolare ad un piano XY definito dall?asse longitudinale X e dall?asse laterale Y.

Come precedentemente citato, ? importante notare che il secondo assieme di spostamento 300 controlla la traslazione del primo sistema di spostamento 200 sulla terna di assi cartesiani X, Y e Z che vengono utilizzati per posizionare il centro di movimento remoto RCM, coincidente con il centro 11 definito dalla rotaia di guida arcuata 1, nella posizione desiderata.

Il secondo assieme di spostamento 300 comprende una struttura di ancoraggio e supporto indicata nel suo complesso con 310 nella figura 2. La struttura di ancoraggio e supporto 310 ? configurata per essere accoppiata in modo rilasciabile ? in particolare, che ne permette il montaggio in maniera rimovibile e ripristinabile - con i lati o sponde del letto chirurgico SB (o pi? genericamente su un tavolo di lavoro). In alternativa, come sopra accennato, tale montaggio pu? avvenire anche su un carrello abbinato od abbinabile al letto chirurgico SB; in particolare, tale montaggio pu? avvenire sui lati o sponde di tale carrello.

Come visibile in particolare nella figura 2, la struttura di ancoraggio e supporto 310 ? configurata per estendersi al di sotto del letto chirurgico SB.

La struttura di ancoraggio e supporto 310 comprende una coppia di blocchi di ancoraggio 14 situati su entrambi i lati del letto chirurgico SB. I blocchi di ancoraggio 14 hanno scanalature longitudinali in cui si accoppia a scorrimento il letto chirurgico SB, ad esempio mediante un accoppiamento a coda di rondine.

I blocchi di ancoraggio 14 vengono fissati facendoli scorrere sulle sponde del letto chirurgico SB. Questa operazione viene eseguita manualmente da un operatore. Quando la struttura di ancoraggio e supporto 310 viene portata nella posizione desiderata lungo il letto chirurgico SB, i blocchi di ancoraggio 14 vengono bloccati in posizione sia in direzione dell?asse longitudinale X e laterale Y. Il che arresta la posizione longitudinale del secondo assieme di spostamento 300 rispetto al letto chirurgico SB.

La struttura di ancoraggio e supporto 310 comprende inoltre una coppia di supporti laterali 15 aventi una forma sostanzialmente ad L - per chi osserva la figura 2. I supporti laterali 15 si estendono dai blocchi di ancoraggio 14 al di sotto del letto chirurgico SB per congiungersi con un supporto lineare 16 situato in posizione sostanzialmente centrale ed estendentesi in direzione dell?asse longitudinale X. In particolare, nella struttura di ancoraggio e supporto 310 vi ? una coppia di travi a ponte 17 che collegano trasversalmente (vale a dire, parallelamente all?asse laterale Y) le staffe laterali 15 in corrispondenza delle loro estremit? longitudinalmente opposte. Sulla sommit? delle travi a ponte 17 ? sostenuto ed accoppiato il supporto lineare 16.

Il secondo assieme di spostamento 300 comprende inoltre un telaio di traslazione longitudinale indicato nel suo complesso con 320 nella figura 2. Il telaio di traslazione longitudinale 320 ? scorrevole in modo guidato al di sotto della struttura di ancoraggio e supporto 310 sull?asse longitudinale X mediante un attuatore di traslazione longitudinale 33. In particolare, l?attuatore di traslazione longitudinale 33 (si veda la figura 9) ? un attuatore lineare ad alta risoluzione e dotato di almeno uno sensore di posizione (encoder) per controllo ad anello chiuso. Nella forma di realizzazione illustrata, l?attuatore di traslazione longitudinale 33 supportato dal primo assieme di spostamento 200, ad esempio dal supporto lineare 16.

In particolare, il telaio di traslazione longitudinale 320 comprende un carrello di base 18 montato scorrevole al di sotto del supporto lineare 16 sull?asse longitudinale X, in modo controllato dall?attuatore di traslazione longitudinale.

Il telaio di traslazione longitudinale 310 comprende inoltre una piastra di base 30 che si estende trasversalmente ed ? fissata inferiormente al carrello di base 18 in posizione sostanzialmente centrale. Come visibile in particolare nella figura 2, la piastra di base 30 ? supportata in scorrimento parallelamente all?asse longitudinale X dalle travi a ponte 17. Ad esempio, la piastra di base 30 pu? essere dotata di una coppia di pattini 31a situati da parti lateralmente opposte e in grado di realizzare uno scorrimento guidato su corrispondenti binari 31b, ciascuno di essi essendo recati al di sotto dei supporti laterali 15.

Nella forma di realizzazione illustrata, il telaio di traslazione longitudinale 310 comprende inoltre una rotaia trasversale superiore 21 che ? collegata e supportata al di sotto della piastra di base 30. Ad esempio, il telaio di traslazione longitudinale 310 comprende ulteriormente una coppia di elementi a bretella 30a, particolarmente di forma sostanzialmente anulare, che sono fissati al di sopra della piastra di base 30 e sostengono inferiormente la rotaia trasversale superiore 21.

Il telaio di traslazione longitudinale 320, includente in particolare il carrello di base 18, la piastra di base 30, la rotaia trasversale superiore 21 e gli elementi a bretella 30a, funge da supporto per il resto del secondo assieme di spostamento 300. Infatti tale gruppo realizza un sistema di movimento primario in direzione dell'asse longitudinale X, come mostrato anche nella figura 11, mentre i restanti componenti sono montati su di esso (in particolare sulla piastra di base 18 e sul carrello di base 30

Il secondo assieme di spostamento 300 comprende inoltre un telaio di traslazione laterale 330 montato al telaio di traslazione longitudinale 320 in modo scorrevole sull?asse laterale Y rispetto al telaio di traslazione longitudinale 320, mediante un attuatore di traslazione laterale 26.

Il telaio di traslazione laterale 330 si estende lateralmente verso l?esterno rispetto a detto telaio di traslazione longitudinale 320.

Inoltre il telaio di traslazione laterale 330 ? solidale in scorrimento con il telaio di traslazione longitudinale 320 sull?asse longitudinale X.

Nella forma di realizzazione illustrata, il telaio di traslazione longitudinale 320 comprende inoltre una rotaia trasversale inferiore 20, mentre il telaio di traslazione laterale 330 comprende una coppia di supporti angolari esterni 23 che sono montati scorrevoli rispetto alla rotaia trasversale inferiore 20 in direzione dell?asse laterale Y. I supporti angolari esterni 23 sono sagomati sostanzialmente ad L ? per chi osserva la figura 2.

L?attuatore di traslazione laterale 26 ? configurato per spostare in scorrimento i supporti angolari esterni 23. Ad esempio, l?attuatore di traslazione laterale 26 comprende un attuatore lineare, configurato per far traslare un blocco angolare 27 in direzione parallela all?asse laterale Y.

Nella forma di realizzazione illustrata, l?attuatore di traslazione laterale 26 ? supportato dal telaio di traslazione longitudinale 320, in particolare dalla piastra di base 30.

Inoltre, l?attuatore di traslazione laterale 26 comprende inoltre una slitta 32a montata scorrevole sulla rotaia superiore 21 in direzione dell?asse laterale Y e alla quale cui ? fissato il blocco angolare 27. La slitta 32a ? montata solidale in traslazione con entrambi i supporti angolari esterni 23 in direzione dell?asse laterale Y. Preferibilmente, la slitta 32a ? dotata di una coppia di estensioni laterali 32b fissate alla slitta 32a da parti trasversalmente opposte, in particolare ciascuna di tali estensioni laterali 32b essendo fissata ad un rispettivo supporto angolare esterno 23. In questo modo, viene guidato il movimento dell?assieme di traslazione laterale 330 sull?asse laterale Y.

Ulteriormente il secondo assieme di spostamento 300 comprende inoltre un telaio di traslazione di elevazione 340 montato al telaio di traslazione laterale 330 in modo scorrevole su un asse di elevazione Z mediante un attuatore di traslazione di elevazione 29. Vantaggiosamente, l?attuatore di traslazione di elevazione 29 ? supportato dal telaio di traslazione longitudinale 320.

Il telaio di traslazione di elevazione 340 si estende lateralmente verso l?esterno rispetto al telaio di traslazione longitudinale 320.

Inoltre il telaio di traslazione di elevazione 340 si estende al di sopra della struttura di ancoraggio e supporto 310.

Nella forma di realizzazione illustrata, il telaio di traslazione di elevazione 340 supporta il primo assieme di spostamento 200, in particolare la rotaia arcuata di guida 1 ? che ?, ad esempio, supportata in rotazione mediante i blocchi di collegamento 6, 10.

Da una parte, il telaio di traslazione di elevazione 340 ? solidale in scorrimento con il telaio di traslazione laterale 330 sull?asse laterale Y. Dall?altra parte, il telaio di traslazione di elevazione 340 ? solidale in scorrimento con il telaio di traslazione longitudinale 320 sull?asse longitudinale X.

Ulteriormente, il telaio di traslazione di elevazione 340 ? montato anche sul telaio di traslazione longitudinale 320 in modo scorrevole sull?asse laterale Y.

Il telaio di traslazione di elevazione 340 comprende una coppia di supporti angolari interni 24, in particolare aventi una forma sostanzialmente a C ? per chi osserva la figura 2. I supporti angolari interni 24 sono inseriti in rispettive porzioni verticali dei supporti angolari esterni 23. In maggior dettaglio, i supporti angolari interni 24 sono inseriti in modo scorrevole nei corrispondenti supporti angolari interni 24 in direzione parallela all?asse di elevazione Z. Quindi lo scorrimento dei supporti angolari interni 24 all?interno dei supporti angolari esterni 23 guida il movimento rispetto all?asse di elevazione Z.

Inoltre, il telaio di traslazione longitudinale 320 comprende una rotaia trasversale intermedia 19 montata mobile sull?asse di elevazione Z fra la rotaia trasversale inferiore 20 e la rotaia trasversale superiore 21, in modo controllato dall?attuatore di traslazione di elevazione 29.

In particolare, le porzioni orizzontali inferiori dei supporti angolari interni 24 sono appoggiate sulla rotaia trasversale intermedia 19 mediante una coppia di carrelli mobili 25 spostabili parallelamente all?asse laterale Y.

L?attuatore di traslazione di elevazione 29 ? montato, da una parte, sul carrello di base 18 ed ? un meccanismo a vite senza fine che include un albero filettato 22 azionato in rotazione intorno al proprio asse, coincidente con l?asse di elevazione Z. L?albero filettato 22 attraversa la piastra di base 30, la rotaia trasversale superiore 21, la slitta 32a, la rotaia trasversale intermedia 19, ad esempio attraverso una serie di fori e/o asole ricavati attraverso di esse. L'estremit? distale dell?albero filettato 22 ? supportata in rotazione da un cuscinetto di supporto 28, ad esempio un cuscinetto a rotolamento, solidale alla rotaia trasversale inferiore 20. L?attuatore di traslazione comprende inoltre una chiocciola 34 su cui appoggia centralmente la rotaia trasversale intermedia 19 e cooperante con l?albero filettato 22, ad esempio mediante un accoppiamento vite-madrevite, preferibilmente del tipo a ricircolo di sfere. Pertanto l?azionamento in rotazione dell?albero filettato 22 comporta la traslazione in sollevamento e/o abbassamento della chiocciola 34 e quindi il sollevamento e/o abbassamento dell?associata rotaia trasversale intermedia 19 solidalmente in traslazione sull?asse di elevazione Z.

Il movimento in sollevamento e/o abbassamento della rotaia trasversale intermedia 19 comporta dunque il corrispondente movimento verso l?alto e/o verso il basso dei supporti angolari interni 24 che sono sostenuti dalla rotaia trasversale intermedia 19. In corrispondenza delle loro porzioni orizzontali superiori, i supporti angolari interni 24 sono fissati ai blocchi di collegamento 6, 10 con la rotaia di guida arcuata 1.

Con riferimento alla figura 2, alla luce di quanto sopra descritto per la traslazione sull?asse laterale Y e sull?asse di elevazione Z, il secondo assieme di spostamento 300 definisce una coppia di sotto-gruppi indicati dalle lettere ABCD e EFGH e fra di loro cooperanti. Il sotto-gruppo ABCD si muove all'interno del sotto-gruppo EFGH nella direzione dell?asse di elevazione Z con il supporto dell?albero filettato 22, della rotaia intermedia 19 e dei carrelli mobili 25. Invece l?attuatore di traslazione laterale 26 - spostando il blocco angolare 27, la piastra 32a e le sue estensioni laterali 32b ? realizza lo spostamento di entrambi i sotto-gruppi ABCD ed EFGH solidalmente sull?asse laterale Y, mentre il carrello 28 rimane stazionario con la rotaia trasversale inferiore 20. In questo modo, l?attuatore di traslazione di elevazione 29, l?albero filettato 22 e la chiocciola 34 rimangono centralmente allineati con l?asse di elevazione Z.

Per maggior chiarezza, nella figura 11 per ci? che concerne il secondo assieme di spostamento 300 ? illustrata la capacit? di traslazione in elevazione secondo l?asse di elevazione Z. In particolare, il telaio di traslazione di elevazione ? mostrato con linea piena in una prima posizione operativa abbassata, indicata con 340, e con linea tratteggiata e/o in trasparenza in una seconda posizione operativa sollevata, indicata con 340?.

Invece nella figura 12 ? illustrata la capacit? di traslazione laterale del secondo assieme di spostamento 300 secondo l?asse laterale Y. In particolare, il telaio di traslazione laterale ? mostrato con linea piena in una prima posizione operativa laterale (pi? spostata a destra), indicata con 330, e con linea tratteggiata e/o in trasparenza in una seconda posizione operativa laterale (pi? spostata verso sinistra), indicata con 330?.

Infine nella figura 13 ? mostrata la capacit? di traslazione longitudinale secondo l?asse longitudinale X. A differenza delle figure 11 e 12, per maggior chiarezza illustrativa nella figura 13 ? visibile soltanto una parte del secondo assieme di spostamento 300, in particolare il carrello di base 18, ed ? anche assente il letto chirurgico SB. Pi? in dettaglio, il telaio di traslazione longitudinale ? mostrato con linea piena in una prima posizione operativa longitudinale (pi? spostata a destra), indicata con 320, e con linea tratteggiata e/o in trasparenza in una seconda posizione operativa laterale (pi? spostata verso sinistra), indicata con 320?.

Naturalmente, fermo restando il principio dell?invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (24)

RIVENDICAZIONI

1. Sistema (100) per il posizionamento nello spazio di un organo effettore terminale (EE), ad esempio un?attrezzatura diagnostica o chirurgica; detto sistema comprendendo:

- un primo assieme di spostamento (200) configurato per supportare un organo effettore terminale (EE) e per orientare e disporre detto organo effettore terminale (EE) in uno spazio di lavoro a coordinate sferiche, e

- un secondo assieme di spostamento (300) supportante detto primo assieme di spostamento (200) e configurato per spostare detto primo assieme di spostamento (200) in uno spazio del tipo a coordinate cartesiane;

in cui detto primo assieme di spostamento (200) comprende inoltre:

- una rotaia di guida arcuata (1) supportata in rotazione da detto secondo assieme di spostamento (300), - un carrello (2) montato scorrevole in modo guidato lungo detta rotaia di guida arcuata (1) e configurato per supportare detto organo effettore terminale (EE), e

- un meccanismo di azionamento (5, 7, 12) configurato per spostare detto carrello (2) lungo detta rotaia di guida arcuata (1);

detto sistema essendo caratterizzato dal fatto che detto meccanismo di azionamento comprende:

- una pluralit? di pulegge (5) supportate in rotazione su detta rotaia di guida arcuata (1);

- un cavo (12) montato ed impegnato su dette pulegge (5) e alle cui estremit? ? fissato il carrello (2); e

- un attuatore (7) configurato per agire su detto cavo (12) che impegna dette pulegge (5) in modo tale da spostare detto carrello (2) lungo detta rotaia di guida arcuata (1).

2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detto attuatore (7) ? fissato a detta rotaia di guida (1).

3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detto attuatore (7) ? situato in vicinanza di una delle estremit? di detta rotaia di guida (1).

4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta rotaia di guida arcuata (1) ? supportata in rotazione ad entrambe le sue estremit? dal secondo assieme di spostamento (300) intorno ad un primo asse di rotazione (13) in detto spazio di lavoro a coordinate sferiche.

5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui detta rotaia di guida arcuata (1) ? dotata alle sue estremit? di una coppia di blocchi di collegamento (6, 10) che collegano detta rotaia di guida arcuata (1) e detto secondo assieme di spostamento (300).

6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui uno di detti blocchi di collegamento (6) sostiene detto attuatore (7), fissandolo a detta rotaia di guida arcuata (1).

7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo assieme di spostamento (300) ? configurato per essere montato e supportato da un tavolo di lavoro, ad esempio un tavolo operatorio o un letto chirurgico (SB).

8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detto secondo assieme di spostamento (300) ? configurato per essere montato e supportato da almeno un lato o sponda di detto tavolo di lavoro.

9. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detto tavolo di lavoro ? dotato di un carrello e detto assieme di spostamento (300) ? configurato per essere montato e supportato da almeno un lato o sponda di detto carrello.

10. Sistema secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto secondo assieme di spostamento (300) comprende una struttura di ancoraggio e supporto (310) configurata per essere accoppiata in modo rilasciabile ad almeno uno di detti lati o sponde di detto tavolo di lavoro e/o di detto carrello.

11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui detta struttura di ancoraggio e supporto (310) ? configurata per estendersi al di sotto di detto tavolo di lavoro, ad esempio un tavolo operatorio o un letto chirurgico (SB).

12. Sistema secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto secondo assieme di spostamento (300) comprende inoltre un telaio di traslazione longitudinale (320) scorrevole in modo guidato al di sotto di detta struttura di ancoraggio e supporto (310) su un asse longitudinale (X) mediante un attuatore di traslazione longitudinale (33).

13. Sistema secondo la rivendicazione 12, in cui detto attuatore di traslazione longitudinale (33) ? montato su detta struttura di ancoraggio e supporto (310)

14. Sistema secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui detto secondo assieme di spostamento (300) comprende inoltre un telaio di traslazione laterale (330) montato al telaio di traslazione longitudinale (320) in modo scorrevole su un asse laterale (Y) rispetto a detto telaio di traslazione longitudinale (320) mediante un attuatore di traslazione laterale (26).

15. Sistema secondo la rivendicazione 14, in cui detto telaio di traslazione laterale (330) si estende lateralmente verso l?esterno rispetto a detto telaio di traslazione longitudinale (320).

16. Sistema secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui detto telaio di traslazione laterale (330) ? solidale in scorrimento con detto telaio di traslazione longitudinale (320) su detto asse longitudinale (X).

17. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 16, in cui detto attuatore di traslazione laterale (26) ? supportato da detto telaio di traslazione longitudinale (320).

18. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 17, in cui detto secondo assieme di spostamento (300) comprende inoltre un telaio di traslazione di elevazione (340) montato al telaio di traslazione laterale (330) in modo scorrevole su un asse di elevazione (Z) mediante un attuatore di traslazione di elevazione (29).

19. Sistema secondo la rivendicazione 18, in cui detto telaio di traslazione di elevazione (340) si estende lateralmente verso l?esterno rispetto a detto telaio di traslazione longitudinale (320).

20. Sistema secondo la rivendicazione 18 o 19, in cui detto telaio di traslazione di elevazione (340) si estende al di sopra di detta struttura di ancoraggio e supporto (310).

21. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 18 a 20, in cui detto telaio di traslazione di elevazione (340) supporta detto primo assieme di spostamento (200).

22. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da rivendicazione 18 a 21, in cui detto telaio di traslazione di elevazione (340) ? solidale in scorrimento con detto telaio di traslazione laterale (330) su detto asse laterale (Y) e con detto telaio di traslazione longitudinale (320) sull?asse longitudinale (X).

23. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 18 a 22, in cui detto telaio di traslazione di elevazione (340) ? montato anche su detto telaio di traslazione longitudinale (320) in modo scorrevole su detto asse laterale (Y).

24. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 18 a 22, in cui l?attuatore di elevazione (29) ? supportato da detto telaio di traslazione longitudinale (320).