JP2007167644A - Sterile surgical adaptor - Google Patents
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Abstract
Description
(関連出願に対する相互参照)
本出願は、2005年12月20日に出願された米国仮出願番号60/752,472号の利益を主張し、この全開示は、全ての目的について本明細書によって参考として援用される。
(Cross-reference to related applications)
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 752,472, filed December 20, 2005, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference for all purposes.
本出願は、2005年12月20日に出願された係属中の米国特許出願第11/314,040号の一部継続であり、これは、2004年8月19日に出願された係属中の米国特許出願番号10/922,346号の一部継続出願であり、これは、2001年10月30日に出願された米国特許出願番号10/004,399号の継続であり、これは、1999年9月28日に出願された米国特許出願番号09/406,360号の継続であり、これは、現在米国特許第6,346,072号であり、これは、1997年11月21日に出願された米国特許出願番号08/975,617号の継続であり、これは、現在米国特許第6,132,368号であり、これは、1996年12月12日に出願された米国仮出願番号60/033,321号に対する優先権を主張しており、これらの開示全体が、本明細書によって、全ての目的について参考として援用される。 This application is a continuation-in-part of pending US patent application Ser. No. 11 / 314,040 filed on Dec. 20, 2005, which is pending on Aug. 19, 2004. This is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 10 / 922,346, which is a continuation of U.S. Patent Application No. 10 / 004,399, filed on October 30, 2001, which is Continuation of U.S. Patent Application Serial No. 09 / 406,360, filed on September 28, 1997, which is now U.S. Pat. No. 6,346,072, which was issued on November 21, 1997. Continuation of filed US patent application Ser. No. 08 / 975,617, now US Pat. No. 6,132,368, which is a US provisional application filed on December 12, 1996. Number 60/033, 3 And claims priority to No. 1, the entire disclosures of, the present specification are incorporated by reference for all purposes.
本出願はまた、係属中の米国特許出願番号11/240,087号および同第11/240,113号の一部継続出願であり、これらはともに2005年9月30日に出願されおり、これらの開示は、全ての目的について参考として援用される。 This application is also a continuation-in-part of pending US Patent Application Nos. 11 / 240,087 and 11 / 240,113, both filed on September 30, 2005, This disclosure is incorporated by reference for all purposes.
本出願は、2005年12月20日に出願された米国仮出願番号60/752,755号に関連しており、これらの開示全体(参考として援用される全てを含む)は、全ての目的のために本明細書中で参考として援用される。 This application is related to US Provisional Application No. 60 / 752,755, filed December 20, 2005, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. For this purpose, incorporated herein by reference.
(技術分野)
本発明は、一般的に、外科出術ロボットシステムに関し、より詳細には、外科手術ロボットシステムの部分を覆うための無菌ドレープの使い捨て無菌アダプタに関する。
(Technical field)
The present invention relates generally to surgical robotic systems, and more particularly to a sterile drape disposable aseptic adapter for covering portions of a surgical robotic system.
(背景)
ロボット支援外科手術またはテレロボット外科手術において、外科医は、代表的に、患者から遠位であり得る位置(例えば、手術室を横切って、異なる部屋で、または患者とは完全に別の建物)から外科手術部位における外科手術器具の動きを遠隔で制御するためにマスターコントローラを操作する。マスターコントローラは、通常、1つ以上の手動入力デバイス(例えば、ジョイスティック、外骨格(exoskeltal)グローブなど)を備え、これは、外科手術部位において器具を関節的に作動させるためのサーボモーターを備える外科手術器具に接続される。サーボモーターは、代表的に、開放外科手術(open surgery)部位を直接、または体腔(例えば、患者の腹部)内にトロカールスリーブを通して導入されている外科手術器具を支持および制御する電気機械デバイスまたは外科手術マニピュレータ(「スレーブ」)の一部である。手術の間、外科手術マニピュレータは、種々の外科手術器具(例えば、組織グラスパー、針ドライバー、電気外科手術焼灼プローブなど)の機械的関節作動および制御を提供する(各々が外科医に対して種々の機能を実行する(例えば、針を保持または駆動する、血管を把持する、または組織を切開する、焼灼するもしくは凝固させる))。
(background)
In robot-assisted surgery or telerobotic surgery, the surgeon is typically from a location that may be distal from the patient (eg, across the operating room, in a different room, or completely separate from the patient). A master controller is operated to remotely control the movement of the surgical instrument at the surgical site. The master controller typically includes one or more manual input devices (eg, joysticks, exoskeleton gloves, etc.) that include a servo motor for articulating the instrument at the surgical site. Connected to surgical instruments. Servo motors are typically electromechanical devices or surgical devices that support and control surgical instruments introduced through an open surgical site directly or through a trocar sleeve into a body cavity (eg, a patient's abdomen). Part of a surgical manipulator (“slave”). During surgery, surgical manipulators provide mechanical articulation and control of various surgical instruments (eg, tissue graspers, needle drivers, electrosurgical ablation probes, etc.), each with different functions for the surgeon. (E.g., hold or drive the needle, grasp the blood vessel, or dissect, cauterize or coagulate the tissue)).
遠隔操作を通してテレロボット外科手術を実行するこの新たな方法は、もちろん、多くの新たなチャレンジを作り出している。1つのこのようなチャレンジは、電気機械式外科手術マニピュレータの一部が外科手術器具と直接的接触し、また手術部位に隣接して位置付けられるという事実から生じる。従って、外科手術マニピュレータは、外科手術の間、汚染され得、代表的に、手術の間に捨てられるかまたは無菌される。コストに関して、デバイスを無菌することが好ましい。しかし、サーボモーター、センサー、エンコーダー、およびモーターをロボット的に制御するために必要な電気的接続は、代表的に、従来の方法(例えば、蒸気、熱および圧力、または化学物質)を使用して無菌され得ない。なぜなら、システム部品は、無菌プロセスで損傷するかまたは破壊されるからである。 This new way of performing telerobotic surgery through remote control has, of course, created many new challenges. One such challenge arises from the fact that a portion of the electromechanical surgical manipulator is in direct contact with the surgical instrument and is positioned adjacent to the surgical site. Thus, surgical manipulators can become contaminated during surgery and are typically discarded or sterilized during surgery. In terms of cost, it is preferable to sterilize the device. However, the electrical connections required to robotically control servo motors, sensors, encoders, and motors are typically using conventional methods (eg, steam, heat and pressure, or chemicals). It cannot be sterilized. This is because system components are damaged or destroyed in an aseptic process.
無菌ドレープは、以前、外科手術マニピュレータを覆うために使用されており、アダプタ(例えば、リストユニットアダプタまたはカニューレアダプタ)が無菌場(sterile field)に入る穴を備えていた。しかし、これは、各手順の後に、アダプタの取り外しおよび無菌を不利益なことに必要とし、また、ドレープ内の穴を通る汚染のより高い可能性を引き起こす。 Sterile drapes were previously used to cover surgical manipulators and provided with a hole into which an adapter (eg, a wrist unit adapter or cannula adapter) entered a sterilization field. However, this disadvantageously necessitates removal and sterilization of the adapter after each procedure, and raises the higher chance of contamination through the holes in the drape.
テレロボット外科手術システムとのなお別のチャレンジは、外科医が代表的に手順の間、多くの異なる外科手術器具/ツールを使用することである。マニピュレータアームの数が空間的制限およびコストに起因して制限されるので、これらの外科手術器具の多くが、手術の間、多くの回数、同じマニピュレータアームに取り付けられ、取り外される。腹腔鏡検査手順において、例えば、患者の腹部への進入ポートの数は、一般的に、患者における不必要な切開を避けるために、空間的制限および希望に起因して、手術の間に制限される。従って、多くの異なる外科手術器具は、代表的に、手術の間に、同じトロカールスリーブを通して導入される。同様に、開放外科手術において、代表的に、1つより多くのまたは2つの外科手術マニピュレータを位置付けるための外科手術部位の周りの十分な余地がなく、外科医のアシスタントは、しばしばマニピュレータアームから器具をとりのぞき、他の外科手術ツールとこれを交換することが強いられる。 Yet another challenge with telerobotic surgical systems is that surgeons typically use many different surgical instruments / tools during the procedure. Because the number of manipulator arms is limited due to space limitations and costs, many of these surgical instruments are attached and removed from the same manipulator arm many times during the procedure. In laparoscopic procedures, for example, the number of entry ports into the patient's abdomen is generally limited during surgery due to spatial limitations and hopes to avoid unnecessary incisions in the patient. The Thus, many different surgical instruments are typically introduced through the same trocar sleeve during surgery. Similarly, in open surgery, typically there is not enough room around the surgical site to position more than one or two surgical manipulators, and the surgeon's assistant often removes the instrument from the manipulator arm. Excluding, you are forced to replace it with other surgical tools.
従って、患者の外科手術部位において外科手術器具を遠隔で制御するための改善されたテレロボットシステムおよび方法が必要である。特に、これらのシステムおよび方法は、システムおよび外科手術患者を保護しながら、コスト効率を改善するために、無菌の必要性を最小化するように構成されるべきである。さらに、これらのシステムおよび方法は、外科手術手順の間の器具交換時間および困難性を最小化するように設計されるべきである。従って、改善された効率およびコスト効率を有するロボット手術のための無菌アダプタおよびシステムは、非常に望ましい。 Accordingly, there is a need for an improved telerobotic system and method for remotely controlling surgical instruments at a patient's surgical site. In particular, these systems and methods should be configured to minimize the need for sterility to improve cost efficiency while protecting the system and surgical patient. Furthermore, these systems and methods should be designed to minimize instrument exchange time and difficulty during surgical procedures. Therefore, aseptic adapters and systems for robotic surgery with improved efficiency and cost efficiency are highly desirable.
(要旨)
本発明は、無菌アダプタ、一体化された無菌アダプタを備える無菌ドレープ、およびドレープインターフェースを有する無菌ドレープを備えるテレロボット外科手術システムを提供する。本発明は、ロボットアームと無菌場の外科手術器具との間で機械的および電気的なエネルギーおよびシグナルを伝えるためのインターフェースを提供しながら、無菌外科手術場と非無菌ロボットシステムとの間に無菌バリアを維持するためのテレロボット外科手術システムの部分をドレープすることを可能にする。
(Summary)
The present invention provides a telerobot surgical system comprising a sterile adapter, a sterile drape with an integrated sterile adapter, and a sterile drape having a drape interface. The present invention provides an aseptic device between a sterile surgical field and a non-sterile robotic system while providing an interface for transferring mechanical and electrical energy and signals between the robotic arm and the surgical tool in the sterile field. It makes it possible to drape the part of the telerobotic surgical system for maintaining the barrier.
本発明の実施形態に従って、器具無菌アダプタが提供され、これは、無菌場の無菌外科手術器具に作動可能に連結するための外側表面、ロボット外科手術システムの非無菌マニピュレータアームに作動可能に連結するための内側表面、およびマニピュレータアームから外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える。 In accordance with an embodiment of the present invention, an instrument sterility adapter is provided, which is operatively coupled to an outer surface for operatively coupling to a sterile surgical instrument in a sterile field, a non-sterile manipulator arm of a robotic surgical system. And a drape interface for transmitting torque from the manipulator arm to the surgical instrument.
本発明の実施形態に従って、ロボット外科手術システムの非無菌部分を覆うための無菌ドレープが提供され、無菌ドレープは、外科手術手順を実施するための無菌場に隣接した、外側表面;およびロボット外科手術システムの非無菌部分を受容するための、内側表面を備える。この無菌ドレープは、さらに、無菌アダプタであって、ロボット外科手術システムの非無菌マニピュレータアームと無菌場の外科手術器具との間にインターフェースを提供するための無菌アダプタを備え、この無菌アダプタは、マニピュレータアームから外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える。 In accordance with embodiments of the present invention, a sterile drape is provided for covering a non-sterile portion of a robotic surgical system, the sterile drape being an outer surface adjacent to a sterile field for performing a surgical procedure; and robotic surgery An inner surface is provided for receiving a non-sterile part of the system. The sterile drape further comprises a sterile adapter, the sterile adapter for providing an interface between the non-sterile manipulator arm of the robotic surgical system and the surgical instrument of the sterile field, the sterile adapter comprising the manipulator A drape interface for transmitting torque from the arm to the surgical instrument is provided.
本発明の別の実施形態に従って、無菌場内で手順を実施するためのロボット外科手術システムが提供され、このシステムは、非無菌場のマニピュレータアーム;無菌場の外科手術器具;および無菌ドレープであって、無菌場からマニピュレータアームを遮蔽するためにマニピュレータアームを覆い、この無菌ドレープが、マニピュレータアームから外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える。 In accordance with another embodiment of the present invention, a robotic surgical system for performing a procedure in a sterile field is provided, the system comprising a non-sterile field manipulator arm; a sterile field surgical instrument; and a sterile drape. Covering the manipulator arm to shield the manipulator arm from the sterile field, the sterile drape comprising a drape interface for transmitting torque from the manipulator arm to the surgical instrument.
有利なことに、本発明は、外科手術器具の設置および外科手術器具とマニピュレータアームとのインターフェースの提供における改善、無菌場の強さ(robustness)の改善、およびよりぴったりした(form fitting)特徴でドレープのサイズを減少させることによる患者の視覚化の増加を提供する。使い捨てアダプタを提供することによって、コストは、あまり高価でない材料の使用により減少され、一方、同時に、装置の強さおよび信頼性が増加する。 Advantageously, the present invention is an improvement in the placement of surgical instruments and provision of the interface between the surgical instrument and the manipulator arm, improved robustness of the sterilization field, and form fitting features. Provides increased patient visualization by reducing the size of the drape. By providing a disposable adapter, the cost is reduced by the use of less expensive materials, while at the same time increasing the strength and reliability of the device.
本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、これは、参考としてこのセクションに組み込まれる。本発明の実施形態のより完全な理解、およびそのさらなる利点の理解は、1つ以上の実施形態についての以下の詳細な説明を考慮して、当業者に与えられる。まず手短に説明される添付の図面に対する参照がなされる。 The scope of the invention is defined by the claims, which are incorporated into this section for reference. A more complete understanding of embodiments of the present invention, and an understanding of further advantages thereof, will be given to those skilled in the art in view of the following detailed description of one or more embodiments. Reference is first made to the accompanying drawings, which are briefly described.
本発明の実施形態およびそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最も理解される。類似の参照数字が、1つ以上の図面に示される類似の要素を同定するために使用されることが理解されるべきである。図面が必要に応じて、スケール通りに描かれなくても良いことがまた理解されるべきである。 Embodiments of the present invention and their advantages are best understood by referring to the detailed description that follows. It should be understood that like reference numerals are used to identify like elements shown in one or more drawings. It should also be understood that the drawings may not be drawn to scale if desired.
本発明によると、以下が提供され、上記目的が達成される。
(項目1) 無菌アダプタであって、以下:
無菌場の無菌外科手術器具に作動可能に連結される、外側表面;
ロボット外科手術システムの非無菌マニピュレータアームに作動可能に連結するための、内側表面;および
該マニピュレータアームから該外科手術器具へトルクを伝達するためのドレープインターフェース、
を備える、無菌アダプタ。
(項目2) 項目1に記載のアダプタであって、前記外側表面が、近位端から遠位端へと狭まるくさび形を形成する保持構造を備える、アダプタ。
(項目3) 項目1に記載のアダプタであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力および前記マニピュレータアームの入力を受容し得る、アダプタ。
(項目4) 項目1に記載のアダプタであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力と前記マニピュレータアームの入力との間にドレープセクションを備える、アダプタ。
(項目5) 項目1に記載のアダプタであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力を受容するためのインデントを備える回転ディスクを備える、アダプタ。
(項目6) 項目1に記載のアダプタであって、前記ドレープインターフェースが、間にドレープセクションを備える2つのリングを備える、アダプタ。
(項目7) 項目1に記載のアダプタであって、それぞれが前記外科手術器具の入力および前記マニピュレータアームの入力を受容するための複数のドレープインターフェースをさらに備える、アダプタ。
(項目8) 項目7に記載のアダプタであって、前記複数のドレープインターフェースを備えるレトラクタープレートをさらに備える、アダプタ。
(項目9) 項目8に記載のアダプタであって、前記レトラクタープレートが、トッププレートおよびボトムプレートを備え、ドレープセクションがこれらの間に存在する、アダプタ。
(項目10) 項目1に記載のアダプタであって、前記マニピュレータアームと前記外科手術器具との間に電気的接続を提供するための電気的接触をさらに備える、アダプタ。
(項目11) ロボット外科手術システムの非無菌部分を覆うための無菌ドレープであって、該無菌ドレープが、以下:
外科手術手順を実施するための無菌場に隣接した、外側表面;
該ロボット外科手術システムの非無菌部分を受容するための、内側表面;および
無菌アダプタであって、ロボット外科手術システムの非無菌マニピュレータアームと該無菌場の外科手術器具との間にインターフェースを提供し、該無菌アダプタが、マニピュレータアームから該外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える、無菌アダプタ、
を備える、無菌ドレープ。
(項目12) 項目11に記載の無菌ドレープであって、該ドレープが、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、および類似の弾性耐久性材料からなる群より選択される材料から構成されている、無菌ドレープ。
(項目13) 項目11に記載の無菌ドレープであって、該ドレープが、より大きなドレープの真空形成部分または別の成型部分である、無菌ドレープ。
(項目14) 項目11に記載の無菌ドレープであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力および前記マニピュレータアームの入力を受容し得る、無菌ドレープ。
(項目15) 項目11に記載の無菌ドレープあって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力と前記マニピュレータアームの入力との間にドレープセクションを備える、無菌ドレープ。
(項目16) 項目11に記載の無菌ドレープであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力を受容するためのインデントを備える回転ディスクを備える、無菌ドレープ。
(項目17) 項目11に記載の無菌ドレープであって、前記ドレープインターフェースが、間にドレープセクションを保持するための2つの取り付けリングを備える、無菌ドレープ。
(項目18) 項目11に記載の無菌ドレープであって、それぞれが前記外科手術器具の入力および前記マニピュレータアームの入力を受容するための複数のドレープインターフェースをさらに備える、無菌ドレープ。
(項目19) 項目11に記載の無菌ドレープであって、前記無菌アダプタが、マニピュレータアーム上の電気的接触および外科手術器具上の電気的接触とのインターフェースを提供するための電気的接触を備える、無菌ドレープ。
(項目20) 無菌場内で手順を行うためのロボット外科手術システムであって、該システムが、以下:
非無菌場のマニピュレータアーム;
該無菌場の外科手術器具;および
無菌ドレープであって、該無菌場からマニピュレータアームを遮蔽するためにマニピュレータアームを覆い、該無菌ドレープが、該マニピュレータアームから該外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える、無菌ドレープ、
を備える、ロボット外科手術システム。
(項目21) 項目20に記載のシステムであって、前記マニピュレータアームが、患者側のマニピュレータアームまたは内視鏡カメラマニピュレータアームである、システム。
(項目22) 項目20に記載のシステムであって、前記ドレープが、ポリエチレン、ポリウレタン、およびポリカーボネートからなる群より選択される材料から構成されている、システム。
(項目23) 項目20に記載のシステムであって、前記外科手術器具が、エンドエフェクターを備える関節作動ツール(例えば、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、およびクリップアプライヤー)、および非関節作動ツール(例えば、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、および吸引オリフィス)からなる群より選択される、システム。
(項目24) 項目20に記載のシステムであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力および前記マニピュレータアームの入力を受容し得る、システム。
(項目25) 項目20に記載のシステムあって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力と前記マニピュレータアームの入力との間にドレープセクションを備える、システム。
(項目26) 項目20に記載のシステムであって、前記ドレープインターフェースが、前記外科手術器具の入力を受容するためのインデントを備える回転ディスクを備える、システム。
(項目27) 項目20に記載のシステムであって、前記ドレープインターフェースが、間にドレープセクションを保持するための2つの取り付けリングを備える、システム。
(項目28) 項目20に記載のシステムであって、前記無菌ドレープが、それぞれが前記外科手術器具の入力および前記マニピュレータアームの入力を受容するための複数のドレープインターフェースを備える、システム。
According to the present invention, the following is provided to achieve the above object.
(Item 1) Aseptic adapter, the following:
An outer surface operably coupled to a sterile surgical instrument in a sterile field;
An inner surface for operably coupling to a non-sterile manipulator arm of a robotic surgical system; and a drape interface for transmitting torque from the manipulator arm to the surgical instrument;
Aseptic adapter comprising.
2. The adapter of claim 1, wherein the outer surface comprises a retaining structure that forms a wedge shape that narrows from a proximal end to a distal end.
3. The adapter of claim 1, wherein the drape interface is capable of receiving the surgical instrument input and the manipulator arm input.
4. The adapter of claim 1, wherein the drape interface comprises a drape section between the surgical instrument input and the manipulator arm input.
5. The adapter of claim 1, wherein the drape interface comprises a rotating disk with an indent for receiving input from the surgical instrument.
6. The adapter of claim 1, wherein the drape interface comprises two rings with a drape section in between.
7. The adapter of claim 1, further comprising a plurality of drape interfaces each for receiving the surgical instrument input and the manipulator arm input.
(Item 8) The adapter according to item 7, further comprising a retractor plate including the plurality of drape interfaces.
(Item 9) The adapter according to item 8, wherein the retractor plate comprises a top plate and a bottom plate, and a drape section exists between them.
10. The adapter of claim 1, further comprising electrical contact for providing an electrical connection between the manipulator arm and the surgical instrument.
11. A sterile drape for covering a non-sterile part of a robotic surgical system, the sterile drape being:
An outer surface adjacent to a sterile field for performing a surgical procedure;
An inner surface for receiving a non-sterile portion of the robotic surgical system; and a sterile adapter, providing an interface between the non-sterile manipulator arm of the robotic surgical system and the surgical instrument of the sterile field The sterile adapter comprising a drape interface for transmitting torque from a manipulator arm to the surgical instrument;
Aseptic drape.
12. The sterile drape according to item 11, wherein the drape is composed of a material selected from the group consisting of polyethylene, polyurethane, polycarbonate, and similar elastic durable materials.
13. The sterile drape of claim 11, wherein the drape is a vacuum forming part or another molded part of a larger drape.
14. The sterile drape of claim 11, wherein the drape interface is capable of receiving the surgical instrument input and the manipulator arm input.
15. The sterile drape of claim 11, wherein the drape interface comprises a drape section between the surgical instrument input and the manipulator arm input.
16. The sterile drape according to claim 11, wherein the drape interface comprises a rotating disk with an indent for receiving input of the surgical instrument.
17. The sterile drape of claim 11, wherein the drape interface comprises two attachment rings for holding a drape section in between.
18. The sterile drape of claim 11, further comprising a plurality of drape interfaces each for receiving the surgical instrument input and the manipulator arm input.
19. The sterile drape of claim 11, wherein the sterile adapter comprises electrical contact to provide an interface with electrical contact on a manipulator arm and electrical contact on a surgical instrument. Aseptic drape.
20. A robotic surgical system for performing a procedure in a sterile field, the system comprising:
Non-sterile field manipulator arm;
A surgical instrument in the sterile field; and a sterile drape, covering the manipulator arm to shield the manipulator arm from the sterile field, wherein the sterile drape transmits torque from the manipulator arm to the surgical instrument Aseptic drape, with a drape interface for
A robotic surgical system comprising:
(Item 21) The system according to item 20, wherein the manipulator arm is a patient-side manipulator arm or an endoscope camera manipulator arm.
(Item 22) The system according to item 20, wherein the drape is made of a material selected from the group consisting of polyethylene, polyurethane, and polycarbonate.
23. The system of claim 20, wherein the surgical instrument is an articulation tool comprising an end effector (eg, jaws, scissors, grasshopper, needle holder, microdisector, staple applier, tucker, suction A system selected from the group consisting of cleaning tools and clip appliers) and non-articulating tools (e.g., cutting blades, cautery probes, cleaners, catheters, and suction orifices).
24. The system of claim 20, wherein the drape interface can receive input of the surgical instrument and input of the manipulator arm.
25. The system of claim 20, wherein the drape interface comprises a drape section between the surgical instrument input and the manipulator arm input.
26. The system of claim 20, wherein the drape interface comprises a rotating disk with an indent for receiving input from the surgical instrument.
27. The system of claim 20, wherein the drape interface comprises two attachment rings for holding a drape section in between.
28. The system of claim 20, wherein the sterile drape comprises a plurality of drape interfaces each for receiving the surgical instrument input and the manipulator arm input.
従って、患者の外科手術部位において外科手術器具を遠隔で制御するための改善されたテレロボットシステムおよび方法が提供された。改善された効率およびコスト効率を有するロボット手術のための無菌アダプタおよびシステムが提供された。 Accordingly, an improved telerobotic system and method for remotely controlling surgical instruments at a patient's surgical site has been provided. A sterile adapter and system for robotic surgery with improved efficiency and cost efficiency has been provided.
(詳細な説明)
本発明は、特に、開放外科手術手順、神経外科手順(例えば、定位脳手術)、および内視鏡手順(例えば、腹腔鏡検査、関節鏡検査、胸腔検査など)を含む、患者のロボット支援外科手順を実行するための多成分システムおよび方法を提供する。本発明のシステムおよび方法は、患者の遠隔位置からサーボ機構によって外科手術器具を外科医が操作し得るテレロボット外科手術システムの一部として特に有用である。このために、本発明のマニピュレータ装置またはスレーブは、通常、力屈曲部(force reflection)を備えるテレプレゼンス(telepresence)システムを形成するために、運動学的に等価なマスターによって駆動される。適切なスレーブマスターシステムの説明は、1995年8月21日に出願された米国特許出願番号08/517,053号(この完全な開示が、全ての目的のために、本明細書中において援用される)に見出され得る。
(Detailed explanation)
The present invention specifically includes patient-assisted robotic surgery, including open surgical procedures, neurosurgical procedures (eg, stereotactic brain surgery), and endoscopic procedures (eg, laparoscopic, arthroscopic, thoracoscopic, etc.). Multi-component systems and methods for performing the procedures are provided. The systems and methods of the present invention are particularly useful as part of a telerobotic surgical system that allows a surgeon to manipulate a surgical instrument by a servomechanism from a remote location of a patient. To this end, the manipulator device or slave of the present invention is typically driven by a kinematically equivalent master to form a telepresence system with a force reflection. A description of a suitable slave master system can be found in US patent application Ser. No. 08 / 517,053 filed Aug. 21, 1995 (the full disclosure of which is incorporated herein for all purposes). Can be found).
図面を詳細に参照する。類似の数字が類似の要素を示す。テレロボット外科手術システム2は、本発明の実施形態に従って説明される。図1に示されるように、テレロボットシステム2は、一般的に、外科医Sが外科手術部位を見て、マニピュレータアセンブリ4を制御することを可能にするための、手術台Oに取り付けられるかまたは手術台Oの近くに取り付けられる1つ以上の外科手術マニピュレータアセンブリ4、およびコントロールアセンブリ6を備える。システム2はまた、マニピュレータアセンブリ4に遠隔的に連結されるように構成された1つ以上のビューイングスコープアセンブリ19および複数の外科手術器具アセンブリ20を備える(以下に詳細に考察される)。テレロボットシステム2は、通常、少なくとも2つのマニピュレータアセンブリ4、好ましくは、3つのマニピュレータアセンブリ4を備える。マニピュレータアセンブリ4の実際の数は、とりわけ、外科的手順および外科手術室内の空間的制限に依存する。以下に詳細に考察されるように、アセンブリ4のうちの1つは、代表的に、外科手術部位を見るために、ビューイングスコープアセンブリ19を(例えば、内視鏡手順において)作動させ、一方他のマニピュレータアセンブリ4は、患者Pに種々の手順を実行するために、外科手術器具20を作動させる。 Reference is made in detail to the drawings. Similar numbers indicate similar elements. The telerobotic surgical system 2 is described according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the telerobotic system 2 is typically attached to an operating table O to allow the surgeon S to view the surgical site and control the manipulator assembly 4 or One or more surgical manipulator assemblies 4 mounted near the operating table O and a control assembly 6 are provided. The system 2 also includes one or more viewing scope assemblies 19 and a plurality of surgical instrument assemblies 20 configured to be remotely coupled to the manipulator assembly 4 (discussed in detail below). The telerobotic system 2 typically comprises at least two manipulator assemblies 4, preferably three manipulator assemblies 4. The actual number of manipulator assemblies 4 depends on, among other things, the surgical procedure and the spatial limitations within the surgical room. As discussed in detail below, one of the assemblies 4 typically activates the viewing scope assembly 19 (eg, in an endoscopic procedure) to view the surgical site, while The other manipulator assembly 4 operates the surgical instrument 20 to perform various procedures on the patient P.
制御アセンブリ6は、通常手術台Oと同じ部屋に配置される外科医のコンソールCに配置され得、外科医は、アシスタントAに話しかけ得、手術手順を直接モニターし得る。しかし、外科医Sが、患者Pとは異なる部屋または完全に異なる建物に配置され得ることが理解されるべきである。コントロールアセンブリ6は、一般的に、支持体8、外科医Sに外科手術部位の画像を示すためのモニター10、およびマニピュレータアセンブリ4を制御するための1つ以上のコントローラ12を備える。コントローラ12は、種々の入力デバイス(例えば、ジョイスティック、グローブ、トリガー−ガン、手動操作コントローラ、音声認識デバイスなど)を備え得る。好ましくは、コントローラ12は、関連する外科手術器具アセンブリ20と同じ自由度を提供され、外科医にテレプレゼンス、または外科医が器具20を直接制御する強い感覚を有するようにコントローラ12が器具20と一体であるという認識を与える。位置、力、および触覚フィードバックセンサー(図示せず)はまた、器具アセンブリ20において使用され、外科医がテレロボットシステムを作動させるとき、外科手術器具から外科医の手に戻るように位置、力および触覚の感覚を伝え得る。操作者にテレプレゼンスを提供するための1つの適切なシステムおよび方法は、1995年8月21日に出願された米国特許出願番号08/517,053号(これは、先に、本明細書中において参考として援用されている)に記載される。 The control assembly 6 can be placed on the surgeon's console C, usually located in the same room as the operating table O, and the surgeon can talk to the assistant A and monitor the surgical procedure directly. However, it should be understood that the surgeon S may be located in a different room or completely different building than the patient P. The control assembly 6 generally comprises a support 8, a monitor 10 for showing an image of the surgical site to the surgeon S, and one or more controllers 12 for controlling the manipulator assembly 4. The controller 12 may comprise various input devices (eg, joysticks, gloves, trigger-guns, manual operation controllers, voice recognition devices, etc.). Preferably, the controller 12 is provided with the same degrees of freedom as the associated surgical instrument assembly 20 and the controller 12 is integral with the instrument 20 so that the surgeon has a telepresence or a strong sense that the surgeon directly controls the instrument 20. Gives recognition that there is. Position, force, and tactile feedback sensors (not shown) are also used in the instrument assembly 20 to provide position, force, and tactile feedback so that when the surgeon activates the telerobotic system, the surgical instrument returns to the surgeon's hand. Can convey senses. One suitable system and method for providing telepresence to an operator is described in US patent application Ser. No. 08 / 517,053 filed Aug. 21, 1995 (which was previously incorporated herein by reference). Incorporated herein by reference).
モニター10は、外科手術部位の画像が外科医のコンソールC上の外科医の手に隣接して提供されるように、ビューイングスコープアセンブリ19に適切に連結される。好ましくは、モニター10は、外科医が直接手術部位を実際に見下ろすと感じるように、方向付けられるディスプレイ18上の反転画像を示す。このために、外科手術器具20の画像は、観察点(すなわち、内視鏡またはビューイングカメラ)が画像の観察点由来でないかもしれないとしても、実質的に、操作者の手が配置される場所に配置されているように見える。さらに、リアルタイム画像は、好ましくは、実質的に真の存在で作業空間を見ているかのように、操作者がエンドエフェクターおよび手の制御を操作し得るように、斜視画像に変換される。真の存在によって、画像の提示が、外科手術器具20を物理的に操作している操作者の観点をシミュレートする真の斜視画像である。従って、コントローラ(図示せず)は、斜視画像が、カメラまたは内視鏡が外科手術器具20の直接後に配置されたかのように見える画像であるように、外科手術器具20の座標を認識される位置に変換する。このバーチャルな画像を提供するための適切な座標変換システムは、1994年5月5日に出願された米国特許出願番号08/239,086号(現在、米国特許第5,631,973号)(この開示は全ての目的について本明細書中において参考として援用される)に記載される。 The monitor 10 is suitably coupled to the viewing scope assembly 19 such that an image of the surgical site is provided adjacent to the surgeon's hand on the surgeon's console C. Preferably, the monitor 10 shows a reverse image on the display 18 that is oriented so that the surgeon feels directly looking down at the surgical site directly. For this reason, the image of the surgical instrument 20 is substantially positioned by the operator's hand, even though the observation point (ie, endoscope or viewing camera) may not be from the image observation point. Seems to be placed in place. Further, the real-time image is preferably converted to a perspective image so that the operator can manipulate the end effector and hand controls as if viewing the workspace in a substantially true presence. Due to the true presence, the presentation of the image is a true perspective image that simulates the perspective of the operator who is physically operating the surgical instrument 20. Thus, the controller (not shown) is a position where the coordinates of the surgical instrument 20 are recognized such that the perspective image is an image that appears as if the camera or endoscope was placed directly behind the surgical instrument 20. Convert to A suitable coordinate transformation system for providing this virtual image is disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 239,086 filed May 5, 1994 (currently US Pat. No. 5,631,973). This disclosure is incorporated herein by reference for all purposes).
図1に示されるように、コントローラ12の機械的動きをマニピュレータアセンブリ4に移すためのサーボ機構16が提供される。サーボ機構16は、マニピュレータと別であり得るか、または一体であり得る。サーボ機構16は、通常、外科手術器具20から手動操作コントローラ12へと力およびトルクのフィードバックを提供する。さらに、サーボ機構16は、認識される状態(例えば、患者への過剰な力の発揮、マニピュレータアセンブリ4の「制御できない状態(「running away」)など)に応答して、全てのロボットの動きを留め得るかまたは少なくとも抑制し得る安全モニタリングコントローラ(図示せず)を備える。サーボ機構は、好ましくは、システムが外科医によって使用される素早い手の動きに迅速かつ正確に応答し得るように、少なくとも10hzの3dBカットオフ周波数を有するサーボバンド幅を有する。このシステムを効率的に作動させるために、マニピュレータアセンブリ4は、比較的低い慣性を有し、ドライブモーター170(図8を参照のこと)は、比較的低い比ギアまたはプーリ連結を有する。任意の適切な従来のサーボ機構または特別なサーボ機構が本発明の実施において使用され得、力およびトルクフィードバックを組み込むものが、特に、このシステムのテレプレゼンス作動のために好ましい。 As shown in FIG. 1, a servo mechanism 16 is provided for transferring the mechanical movement of the controller 12 to the manipulator assembly 4. Servo mechanism 16 may be separate from or integral with the manipulator. Servo mechanism 16 typically provides force and torque feedback from surgical instrument 20 to manual operation controller 12. In addition, the servomechanism 16 responds to perceived conditions (eg, exerting excessive force on the patient, “uncontrolled state” of the manipulator assembly 4, etc.), etc. A safety monitoring controller (not shown) is provided that can be pinned or at least suppressed. The servo mechanism preferably has a servo bandwidth with a 3 dB cutoff frequency of at least 10 hz so that the system can respond quickly and accurately to quick hand movements used by the surgeon. In order to operate this system efficiently, the manipulator assembly 4 has a relatively low inertia and the drive motor 170 (see FIG. 8) has a relatively low ratio gear or pulley connection. Any suitable conventional servo mechanism or special servo mechanism may be used in the practice of the invention, and those incorporating force and torque feedback are particularly preferred for telepresence operation of the system.
図7を参照して、外科手術器具アセンブリ20は、それぞれ、リストユニット22およびリストユニット22に遠隔的に取り付けられた外科手術ツール24(図3Aおよび3B)を備える。以下に詳細に考察されるように、各リストユニット22は、一般的に、近位キャップ58を有する細長シャフト56および外科手術ツール24に旋回可能に連結される遠位リスト60を備える。各リストユニット22は、実質的に同じであり、外科手術手順の要件に依存して、各リストユニットに取り付けられる、異なるまたは同じ外科手術ツール24を有する。あるいは、リストユニット22は、リストユニット22が従来のツール24とともに使用され得るように、個々の外科手術ツール24のために設計された特別なリスト60を有し得る。図1に示されるように、器具アセンブリ20は、通常、台Tまたは手術台Oに隣接する他の適切な支持体上に組み立てられる。本発明の方法(以下に記載される)に従って、リストユニット22およびそれらの関連する外科手術ツール24は、マニピュレータアセンブリ4からリストユニットシャフト56を連結および切り離しによって、外科手術手順の間に迅速に交換され得る。 Referring to FIG. 7, surgical instrument assembly 20 includes a wrist unit 22 and a surgical tool 24 (FIGS. 3A and 3B) remotely attached to wrist unit 22, respectively. As will be discussed in detail below, each wrist unit 22 generally includes an elongate shaft 56 having a proximal cap 58 and a distal wrist 60 that is pivotally coupled to the surgical tool 24. Each wrist unit 22 is substantially the same and has different or the same surgical tools 24 attached to each wrist unit depending on the requirements of the surgical procedure. Alternatively, wrist unit 22 may have a special wrist 60 designed for individual surgical tools 24 such that wrist unit 22 can be used with conventional tools 24. As shown in FIG. 1, the instrument assembly 20 is typically assembled on a table T or other suitable support adjacent to the operating table O. In accordance with the method of the present invention (described below), the wrist units 22 and their associated surgical tools 24 are quickly replaced during a surgical procedure by connecting and disconnecting the wrist unit shaft 56 from the manipulator assembly 4. Can be done.
図2を参照して、各マニピュレータアセンブリ4は、好ましくは、取り付けジョイント30によって手術台Oに取り付けられる。取り付けジョイント30は、アセンブリ4に対していくらかの自由度(好ましくは、少なくとも5)を提供し、これらは、アセンブリ4が患者に対して適切な位置および配向に固定され得るように、ブレーキ(示さず)を備える。ジョイント30は、ジョイント30を手術台Oに取り付け、各マニピュレータアセンブリ4をサーボ機構16に接続するためのレセプタクル32に取り付けられる。さらに、レセプタクル32は、ジョイント30を他のシステム(例えば、RF電源、吸引−洗浄システムなど)に接続する。レセプタクル32は、手術台Oの外側レール36に沿ってスライド可能に配置される取り付けアーム34を備える。マニピュレータアセンブリ4はまた、他の機構とともに手術台O上に位置付けられ得る。例えば、このシステムは、1つ以上のマニピュレータアセンブリ4を患者の上で移動させ、保持する支持システム(手術室の天井または壁に連結される)を組み込み得る。 Referring to FIG. 2, each manipulator assembly 4 is preferably attached to the operating table O by an attachment joint 30. The attachment joint 30 provides some degree of freedom (preferably at least 5) to the assembly 4, which allows the brake (shown) to be secured in an appropriate position and orientation relative to the patient. Prepared). The joint 30 is attached to a receptacle 32 for attaching the joint 30 to the operating table O and connecting each manipulator assembly 4 to the servo mechanism 16. In addition, the receptacle 32 connects the joint 30 to other systems (eg, RF power supply, suction-wash system, etc.). The receptacle 32 includes a mounting arm 34 that is slidably disposed along an outer rail 36 of the operating table O. The manipulator assembly 4 can also be positioned on the operating table O along with other mechanisms. For example, the system may incorporate a support system (connected to the operating room ceiling or wall) that moves and holds one or more manipulator assemblies 4 over the patient.
ここで、図3〜8を参照して、マニピュレータアセンブリ4をさらに詳細に説明する。マニピュレータアセンブリ4は、非無菌駆動制御構成要素、無菌可能エンドエフェクターまたは外科手術ツール(すなわち、外科手術器具アセンブリ20)、および中間コネクター構成要素を含む3つの構成要素の装置である。中間コネクターは、外科手術ツール24を駆動制御構成要素に連結し、駆動構成要素から外科手術ツール24に動きを伝えるための機械的要素を備える。図3Bに示されるように、駆動制御構成要素は、一般的に、駆動アセンブリ40、および取り付けブラケット44(取り付けジョイント30(図2)上に取り付けるように構成されている)に連結された複数の自由度のロボットアーム42を備える。好ましくは、駆動アセンブリ40およびロボットアーム42は、ブラケット44にX軸の周りで旋回可能に連結される。X軸は、球形回転の遠隔中心(a remote center of spherical rotation)45を通って延びる(図8を参照のこと、以下にさらに詳細に考察される)。マニピュレータアセンブリ4は、さらに、アーム42の遠位端48に固定される前アームアセンブリ46、およびリストユニット22および外科手術ツール24をマニピュレータアセンブリ4に取り付けるための、前アームアセンブリ46に連結されたリストユニットアダプタ52を備える。 The manipulator assembly 4 will now be described in further detail with reference to FIGS. The manipulator assembly 4 is a three component device including a non-sterile drive control component, a sterilizable end effector or surgical tool (ie, surgical instrument assembly 20), and an intermediate connector component. The intermediate connector includes mechanical elements for coupling the surgical tool 24 to the drive control component and for transferring movement from the drive component to the surgical tool 24. As shown in FIG. 3B, the drive control components are typically coupled to a drive assembly 40 and a mounting bracket 44 (configured to mount on the mounting joint 30 (FIG. 2)). A robot arm 42 having a degree of freedom is provided. Preferably, drive assembly 40 and robot arm 42 are coupled to bracket 44 so as to be pivotable about the X axis. The X-axis extends through a remote center of spherical rotation 45 (see FIG. 8, discussed in more detail below). The manipulator assembly 4 further includes a forearm assembly 46 secured to the distal end 48 of the arm 42 and a wrist coupled to the forearm assembly 46 for attaching the wrist unit 22 and the surgical tool 24 to the manipulator assembly 4. A unit adapter 52 is provided.
内視鏡手順について、マニピュレータアセンブリ4は、カニューレ66をマニピュレータアセンブリ4に取り付けるための前アーム46下側部分に取り付けられるカニューレアダプタ64をさらに備える。あるいは、カニューレ66は、前アームアセンブリ46に組み入れられる一体カニューレ(図示しない)であり得る(すなわち、取り外し可能でない)。カニューレ66は、カニューレ66内の環状ベアリングに取り付けられた力検出要素(図示せず)(例えば、ひずみゲージまたは力検出抵抗器)を備え得る。力検出ベアリングは、外科手術の間、外科手術ツール24を支持し、ツールが回転し、ベアリングの中心ボアを通って軸方向に移動することを可能にする。さらに、ベアリングは、外科手術ツール24によって及ぼされる横力(lateral force)を力検出要素に伝達し、この力検出要素は、これらの力をコントローラ12に伝達するためにサーボ機構16に連結される。この方法において、外科手術ツール24に作用する力は、外科手術切開の周囲の組織のようなカニューレ66に作用する力、またはマニピュレータアセンブリ4に作用する重量および慣性力による力からの妨害無しに検出され得る。これは、外科医が外科手術ツール24に作用する力を直接検知するので、ロボットシステムにおけるマニピュレータアセンブリ4の使用を容易にする。 For endoscopic procedures, the manipulator assembly 4 further comprises a cannula adapter 64 attached to the lower portion of the forearm 46 for attaching the cannula 66 to the manipulator assembly 4. Alternatively, cannula 66 may be an integral cannula (not shown) that is incorporated into forearm assembly 46 (ie, not removable). Cannula 66 may include a force sensing element (not shown) (eg, a strain gauge or force sensing resistor) attached to an annular bearing within cannula 66. The force sensing bearing supports the surgical tool 24 during surgery and allows the tool to rotate and move axially through the central bore of the bearing. In addition, the bearings transmit lateral forces exerted by the surgical tool 24 to the force sensing elements, which are coupled to the servo mechanism 16 for transmitting these forces to the controller 12. . In this manner, the force acting on the surgical tool 24 is detected without interference from forces acting on the cannula 66, such as the tissue surrounding the surgical incision, or weight and inertial forces acting on the manipulator assembly 4. Can be done. This facilitates the use of the manipulator assembly 4 in a robotic system because the surgeon directly senses the force acting on the surgical tool 24.
図3Aに示されるように、マニピュレータアセンブリ4は、マニピュレータアセンブリ4全体を実質的に覆うような大きさである無菌ドレープ70をさらに備える。ドレープ70は、一対の穴72、74を備え、この一対の穴72、74は、リストユニットアダプタ52およびカニューレアダプタ64が穴72、74を通って延びて、リストユニット22およびカニューレ66をマニピュレータアセンブリ4に取り付けるような大きさおよび配置である。無菌ドレープ70は、外科手術部位からマニピュレータアセンブリ4を効果的に遮蔽するように構成された材料を備えるので、アセンブリ4の構成要素のほとんど(すなわち、アーム42、駆動アセンブリ40および前アームアセンブリ46)が外科手術手順の前または後に無菌される必要はない。 As shown in FIG. 3A, the manipulator assembly 4 further comprises a sterile drape 70 sized to substantially cover the entire manipulator assembly 4. The drape 70 includes a pair of holes 72, 74, with the wrist unit adapter 52 and cannula adapter 64 extending through the holes 72, 74 to connect the wrist unit 22 and cannula 66 to the manipulator assembly. 4 is sized and arranged to be attached to 4. Aseptic drape 70 comprises a material configured to effectively shield manipulator assembly 4 from the surgical site, most of the components of assembly 4 (ie, arm 42, drive assembly 40 and forearm assembly 46). Need not be sterilized before or after the surgical procedure.
図3Aに示されるように、リストユニットアダプタ52およびカニューレアダプタ64は、ドレープ70のホール72、74を通って延び、前アームアセンブリ46およびマニピュレータアセンブリ4の残る部分(remainder)は、この手順の間に患者から遮蔽されたままである。1つの実施形態において、リストユニットアダプタ52およびカニューレアダプタ64は、再使用可能な構成要素として製造され、これらの構成要素は、外科手術部位の無菌場の中へと延びるので、無菌される。リストユニット52およびカニューレアダプタ64は、通常の方法(すなわち、蒸気、熱および圧力、化学物質、など)により無菌され得る。再び図3Bを参照して、リストユニットアダプタ52は、リストユニット22のシャフト56を受容するための開口部80を備える。以下に詳細に考察されるように、シャフト56は、開口80を通って側方に押し進められ(urge)得、そして、アダプタ52にスナップ止めされ得、リストユニットアダプタ52の非露出部分は無菌されたままである(すなわち、その無菌場の反対側のドレープ70の無菌側に残る)。リストユニットアダプタ52はまた、リストユニット22をその位置で固定するためのラッチ(示さず)を備え得る。同様に、カニューレアダプタ64は、その位置にカニューレ66をスナップ止めするために開口部82を備え、アダプタ64の非露出部分は外科手術手順の間に無菌されたままである。 As shown in FIG. 3A, the wrist unit adapter 52 and cannula adapter 64 extend through the holes 72, 74 of the drape 70, and the forearm assembly 46 and the remainder of the manipulator assembly 4 remain during this procedure. Remain shielded from the patient. In one embodiment, wrist unit adapter 52 and cannula adapter 64 are manufactured as reusable components, and these components are sterilized as they extend into the sterile field at the surgical site. The wrist unit 52 and cannula adapter 64 can be sterilized by conventional methods (ie, steam, heat and pressure, chemicals, etc.). Referring again to FIG. 3B, the wrist unit adapter 52 includes an opening 80 for receiving the shaft 56 of the wrist unit 22. As will be discussed in detail below, the shaft 56 can be urged laterally through the opening 80 and snapped to the adapter 52 so that the unexposed portion of the wrist unit adapter 52 is sterilized. (I.e., remain on the sterile side of drape 70 opposite the sterile field). The wrist unit adapter 52 may also include a latch (not shown) for securing the wrist unit 22 in place. Similarly, cannula adapter 64 includes an opening 82 to snap cannula 66 in place, with the unexposed portion of adapter 64 remaining sterile during the surgical procedure.
図4に示されるように、リストユニットアダプタ52はまた、外科手術部位を視認するためにビューイングスコープ100を受容するように構成され得る。内視鏡手順に関して、ビューイングスコープ100は、慣用的な内視鏡であり得、この内視鏡は代表的に、強固な細長チューブ102を備え、そのチューブ102の近位端にレンズシステム(示さず)およびカメラマウンタ104を備える。小さなビデオカメラ106は、好ましくは、カメラマウンタ104に取り付けられ得、そしてビデオモニタ10に繋がれて、手順のビデオ画像を提供する。好ましくは、スコープ100は、遠位端(示さず)が、チューブ102に対して側方または角度を付けた視認を可能にするように構成される。ビューイングスコープはまた、ガイド可能なチップを有し得、このチップは、チューブ102の近位端上でアクチュエータを操作することによって偏向し得るかまたは回転され得る。この型のスコープは、Baxter Healthcare Corp.(Deerfield,Ill.)またはOrigin Medsystems,Inc.(Menlo Park,Calif)より市販される。 As shown in FIG. 4, wrist unit adapter 52 may also be configured to receive viewing scope 100 for viewing the surgical site. With respect to the endoscopic procedure, the viewing scope 100 may be a conventional endoscope, which typically comprises a rigid elongate tube 102 with a lens system ( And a camera mounter 104. A small video camera 106 may preferably be attached to the camera mounter 104 and connected to the video monitor 10 to provide a video image of the procedure. Preferably, the scope 100 is configured such that a distal end (not shown) allows lateral or angled viewing with respect to the tube 102. The viewing scope can also have a guideable tip that can be deflected or rotated by manipulating an actuator on the proximal end of the tube 102. This type of scope is available from Baxter Healthcare Corp. (Deerfield, Ill.) Or Origin Medsystems, Inc. (Menlo Park, Calif.).
図4に示されるように、ビューイングスコープ100は、ビューイングスコープ100とリストユニットアダプタ52とを繋ぐためのスコープアダプタ110をさらに備える。スコープアダプタ110は、無菌可能(ETOおよびオートクレーブ可能)であり、そしてこれは、ドライブアセンブリ40からスコープ100へと動作を伝達するための複数の動作フィードスルー(motion feed−through)を備える。好ましい構成において、この動作は上下左右の動作、Z軸周りの回転、およびZ軸に沿った移動を含む。 As shown in FIG. 4, the viewing scope 100 further includes a scope adapter 110 for connecting the viewing scope 100 and the wrist unit adapter 52. The scope adapter 110 is sterilizable (ETO and autoclavable) and includes a plurality of motion feed-throughs for transferring motion from the drive assembly 40 to the scope 100. In a preferred configuration, this movement includes up / down / left / right movement, rotation about the Z-axis, and movement along the Z-axis.
ここで図5および図6を参照して、前アームアセンブリ46が、さらに詳細に説明される。図5に示されるように、前アームアセンブリ46は、アーム42に固定されたハウジング120およびこのハウジング120にスライド可能に繋がれた可動性運び台122を備える。運び台122は、Z方向にリストユニットアダプタ52およびリストユニット20を移動させるために、ハウジング120に対してリストユニットアダプタ52をスライド可能に取り付ける。さらに、運び台122は、前アームアセンブリ46からリストユニットアダプタ52へと動作および電気シグナルを伝達するために、いくつかの開口部123を規定する。図6に示されるように、複数の回転可能なシャフト124は、アーム42から開口部123を通ってリストユニットアダプタ52およびリストユニット22へと動作を伝達するために、ハウジング120内に取り付けられる。シャフト124を回転することは、好ましくは、リストユニット22に対して少なくとも自由度4(リストユニット22のリスト60の周りの外科手術ツール24の左右上下の動作、Z軸周りのリストユニット22の回転、およびツール24の作動、を含む)を提供する。このシステムはまた、所望の場合、より大きい自由度またはより小さな自由度を提供するように構成され得る。ツール24の作動は、種々の動作、例えばジョー、グラスパーまたはハサミの開閉、クリップまたはステープルの適用、などを含む。リストユニット22およびツール24のZ軸方向における動作は、前アームハウジング120のどちらかの末端における回転可能なプーリー128、129の間に延びる、1対の運び台ケーブルドライブ126によって提供される。ケーブルドライブ126は、運び台122およびリストユニット22を前アームハウジング120に対してZ軸方向に移動するように機能する。 With reference now to FIGS. 5 and 6, the forearm assembly 46 will be described in further detail. As shown in FIG. 5, the forearm assembly 46 includes a housing 120 fixed to the arm 42 and a movable carriage 122 slidably connected to the housing 120. The carriage 122 slidably attaches the wrist unit adapter 52 to the housing 120 in order to move the wrist unit adapter 52 and the wrist unit 20 in the Z direction. In addition, the carriage 122 defines a number of openings 123 for transmitting operating and electrical signals from the forearm assembly 46 to the wrist unit adapter 52. As shown in FIG. 6, a plurality of rotatable shafts 124 are mounted within the housing 120 to transfer motion from the arm 42 through the opening 123 to the wrist unit adapter 52 and the wrist unit 22. Rotating the shaft 124 preferably has at least 4 degrees of freedom relative to the wrist unit 22 (left and right up and down movement of the surgical tool 24 around the wrist 60 of the wrist unit 22, rotation of the wrist unit 22 around the Z axis) , And actuation of the tool 24). The system can also be configured to provide greater or lesser degrees of freedom if desired. Actuation of the tool 24 includes various operations such as opening and closing jaws, grasspers or scissors, applying clips or staples, and the like. Movement in the Z-axis direction of the wrist unit 22 and the tool 24 is provided by a pair of carriage cable drives 126 extending between rotatable pulleys 128, 129 at either end of the forearm housing 120. The cable drive 126 functions to move the carriage 122 and the wrist unit 22 in the Z-axis direction with respect to the forearm housing 120.
図6に示されるように、アーム42の遠位端48は、アーム42から前アームアセンブリ46へ動作を伝達するために、複数の動作フィードスルー132を有する連結アセンブリ130を備える。さらに、連結アセンブリ130は、アーム42からリストユニット22へ電気シグナルを伝達するために、いくつかの電気コネクタ(示さず)を備える。同様に、リストユニットアダプタ52は、リストユニット22へ、およびリストユニット22から、動作を伝達するため、および電気シグナルの送受信のため(例えば、外科手術部位からコントローラ12へ力およびトルクのフィードバック信号を送受するため)、複数の動作フィードスルー(示さず)および電気コネクタ(示さず)を備える。連結アセンブリ130とリストユニットアダプタ52のいずれかの側の要素は、有限範囲の動作を有する。通常、この動作範囲は、少なくとも1回転であり、そして好ましくは1回転より多い。これらの動作範囲は、前アームアセンブリ46が連結アセンブリ130に機械的に繋がれる場合、およびリストユニットアダプタ52が前アーム46に機械的に繋がれる場合、互いと整列される。 As shown in FIG. 6, the distal end 48 of the arm 42 includes a coupling assembly 130 having a plurality of motion feedthroughs 132 to transfer motion from the arm 42 to the forearm assembly 46. In addition, the coupling assembly 130 includes a number of electrical connectors (not shown) for transmitting electrical signals from the arm 42 to the wrist unit 22. Similarly, wrist unit adapter 52 transmits force and torque feedback signals to and from wrist unit 22 for transmitting motion and for transmitting and receiving electrical signals (eg, from the surgical site to controller 12). A plurality of operational feedthroughs (not shown) and electrical connectors (not shown). The elements on either side of the coupling assembly 130 and the wrist unit adapter 52 have a finite range of motion. Usually, this operating range is at least one revolution and preferably more than one revolution. These operating ranges are aligned with each other when the forearm assembly 46 is mechanically connected to the coupling assembly 130 and when the wrist unit adapter 52 is mechanically connected to the forearm 46.
図7を参照すると、ここで、リストユニット22がさらに詳細に記載される。示されるように、リストユニット22は、中空シャフト56を備え、このシャフト56は近位端にキャップ58を取り付けられ、そして遠位端にリスト60を取り付けられる。リスト60は、種々の外科手術ツール24をシャフト56に可動性に連結するための連結(示さず)を備える。シャフト56は、シャフト56の長手軸(すなわち、Z軸)周りのシャフト56およびツール24の回転を提供するため、キャップ58に回転可能に連結される。キャップ58は、リストユニットアダプタ52からシャフト56内のドライブケーブル(示さず)へと動作を伝達するための機構(図示せず)を収容する。このドライブケーブルは、シャフト56内でドライブプーリーに適切に接続されて、リスト60の周りにツール24を旋回させ、そしてツール24に対してエンドエフェクター140を作動させる。リスト60はまた、例えば差動歯車、押棒などのような他の機構によって操作され得る。 Referring now to FIG. 7, the wrist unit 22 will now be described in further detail. As shown, the wrist unit 22 includes a hollow shaft 56 that has a cap 58 attached to the proximal end and a wrist 60 attached to the distal end. The wrist 60 includes connections (not shown) for movably connecting various surgical tools 24 to the shaft 56. Shaft 56 is rotatably coupled to cap 58 to provide rotation of shaft 56 and tool 24 about the longitudinal axis of shaft 56 (ie, the Z axis). The cap 58 houses a mechanism (not shown) for transmitting operation from the wrist unit adapter 52 to a drive cable (not shown) in the shaft 56. This drive cable is suitably connected to a drive pulley within shaft 56 to pivot tool 24 about wrist 60 and actuate end effector 140 relative to tool 24. The wrist 60 can also be manipulated by other mechanisms such as differential gears, push rods, and the like.
ツール24は、リストユニット22のリスト60に回転可能に連結される。ツール24は、好ましくは、外科医に対して触覚フィードバックを提供するための触覚センサアレイ(示さず)を有する、エンドエフェクター65を備える(図3Aおよび図3B)。ツール24としては、種々の製造されたツール(例えば、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー(tacker)、吸引洗浄ツール、クリップアプライヤー)が挙げられ得、これらは、ワイヤ連結、偏心カム、押棒または他の機構が挙げられる。さらに、ツール24は、非関節型(non−articulated)器具(例えば、切断刃、プローブ、イルリガートル、カテーテルまたは吸引オリフィス)を備え得る。あるいは、ツール24は、組織を切除(ablating)、切除(resecting)、切断(cutting)または凝結(coagulating)するための電気外科手術プローブを備え得る。後者の実施形態において、リストユニット22は、伝動性要素(例えば、リードワイヤに連結された近位バナナ型プラグまたはシャフト56を通ってツール24まで延びるロッド)を備える。 Tool 24 is rotatably coupled to wrist 60 of wrist unit 22. Tool 24 preferably comprises an end effector 65 having a tactile sensor array (not shown) for providing tactile feedback to the surgeon (FIGS. 3A and 3B). The tool 24 may include various manufactured tools (eg, jaws, scissors, glass spar, needle holders, microdisectors, staple appliers, tackers, suction cleaning tools, clip appliers), these May include wire connections, eccentric cams, push rods or other mechanisms. Further, the tool 24 may comprise a non-articulated instrument (eg, cutting blade, probe, irrigator, catheter or suction orifice). Alternatively, tool 24 may comprise an electrosurgical probe for ablating, resecting, cutting or coagulating tissue. In the latter embodiment, the wrist unit 22 comprises a conductive element (eg, a rod that extends to the tool 24 through a proximal banana plug or shaft 56 connected to a lead wire).
図4および図8を参照すると、本発明のドライブ成分および制御成分の特定の構成(すなわち、ロボットアーム42およびドライブアセンブリ40)が、さらに詳細に示される。上に説明されるように、アーム42およびドライブアセンブリ40は、取付ブラケット44から延びる、1対のピン150の周りで回転可能に接続される。好ましくは、アーム42は、前アームアセンブリ48に繋がれた遠位端48、および上下左右の周り(すなわちX軸およびY軸の周り)の回転のためドライブアセンブリ40およびブラケット44に旋回可能に繋がれた近位端154を有する、実質的に剛性の細長本体152を備える(Y軸は紙面に対して垂直であり、点45を通って延びることに注意すること。図8を参照のこと)。アーム40は、他の構成(例えば、肘関節アーム(ヒトの腕と同様)、角柱(prismatic)アーム(真っ直ぐに伸長可能)など)を有し得る。据え置きヨーモーター156は、アーム42およびドライブアセンブリ40をX軸周りに回転させるための取り付けブラケット44に取り付けられる。ドライブアセンブリ40はまた、アームをY軸周りに回転させるための、アーム42に接続されるピッチモーター158を備える。1対の実質的に剛性の連結要素160、124は、ブラケット44からロボットアーム42へと延び、ブラケット44に対してY軸周りにアーム42を旋回可能に連結する。一方の連結要素160は、アーム42に旋回可能に連結され、そして他方の連結要素124は、アーム42に対して並行に延びる第三の連結要素164に旋回可能に連結される。好ましくは、ロボットアーム42は、チャネル型に形成された剛性要素であり、この第三の連結要素164を少なくとも部分的に収容する。連結要素160、124および164、ならびにアーム42は、平行四辺形型の連結を形成する。これらの部材は、それらの部材によって形成される平面の中でのみ相対的な動作のため、平行四辺形型に一緒に繋がれる。 With reference to FIGS. 4 and 8, the particular configuration of the drive and control components of the present invention (ie, robot arm 42 and drive assembly 40) is shown in further detail. As explained above, the arm 42 and drive assembly 40 are rotatably connected about a pair of pins 150 extending from the mounting bracket 44. Preferably, the arm 42 is pivotally connected to the drive assembly 40 and bracket 44 for rotation about the distal end 48 connected to the forearm assembly 48 and up, down, left and right (ie, about the X and Y axes). With a substantially rigid elongate body 152 having a proximal end 154 (note that the Y-axis is perpendicular to the page and extends through point 45; see FIG. 8). . The arm 40 may have other configurations, such as an elbow joint arm (similar to a human arm), a prismatic arm (extendable straight), etc. The stationary yaw motor 156 is attached to a mounting bracket 44 for rotating the arm 42 and drive assembly 40 about the X axis. The drive assembly 40 also includes a pitch motor 158 connected to the arm 42 for rotating the arm about the Y axis. A pair of substantially rigid connecting elements 160, 124 extend from the bracket 44 to the robot arm 42 and pivotally connect the arm 42 about the Y axis to the bracket 44. One connecting element 160 is pivotally connected to the arm 42, and the other connecting element 124 is pivotally connected to a third connecting element 164 that extends parallel to the arm 42. Preferably, the robot arm 42 is a rigid element formed in a channel shape and at least partially accommodates this third coupling element 164. The connecting elements 160, 124 and 164 and the arm 42 form a parallelogram type connection. These members are joined together in a parallelogram shape for relative motion only in the plane formed by those members.
アーム42の遠位端48において保持されるリストユニット22のZ軸は、上記の平行四辺形連結のx軸を交差する(intersect)。リストユニット22は、図8における数45によって示される位置の周りに、球面回転の離れた中心を有する。従って、回転の離れた中心45が同じ位置のままに残りながら、リストユニット22の遠位端は、それ自身の軸の周りまたはX軸およびY軸の周りに回転され得る。離れた中心の位置決めデバイスについてのより完全な説明は、現在は米国特許第5,931,832号である、1995年7月20日に出願された米国特許出願第08/504,301号(この開示の全体が、全ての目的について参照として本明細書中に援用される)に見出され得る。アーム42およびドライブアセンブリ40は、上記および図8に示されるもの以外の、広範な位置決めデバイス(例えば、定位的な位置決め具、固定されたジンバル、など)と共に使用され得ることが、注意されるべきである。 The Z-axis of the wrist unit 22 held at the distal end 48 of the arm 42 intersects the x-axis of the parallelogram connection described above. The wrist unit 22 has a remote center of spherical rotation around the position indicated by equation 45 in FIG. Thus, the distal end of the wrist unit 22 can be rotated about its own axis or about the X and Y axes, while the center of rotation 45 remains in the same position. A more complete description of the off-center positioning device can be found in US patent application Ser. No. 08 / 504,301 filed Jul. 20, 1995, now US Pat. No. 5,931,832. The entire disclosure can be found in all purposes for this purpose). It should be noted that arm 42 and drive assembly 40 can be used with a wide variety of positioning devices (eg, stereotactic positioning tools, fixed gimbals, etc.) other than those described above and shown in FIG. It is.
再び図8を参照して、ドライブアセンブリ40は、アーム42に連結されてこれを回転させるための複数のドライブモーター170をさらに備える。ピッチモーター156およびヨーモーター158は、アーム42(およびドライブモーター170)のX軸およびY軸の周りの動作を制御し、そしてドライブモーター170は、リストユニット22および外科手術ツール24の動作を制御する。好ましくは、少なくとも5個のドライブモーター170が、リストユニット22に少なくとも自由度5を提供するため、アーム42に繋がれる。好ましくは、ドライブモーター170は、サーボ機構16に応答するためのエンコーダー(示さず)、および伝達する力およびトルクを外科医Sにフィードバックするための力センサ(示さず)を備える。上記に考察されるように、自由度5は、好ましくは、運び台122およびリストユニット22のZ軸方向の動作、リストユニット22のZ軸周りの回転、リスト60の周囲の外科手術ツール24の上下左右の回転、およびツール24の作動、を含む。 Referring again to FIG. 8, the drive assembly 40 further includes a plurality of drive motors 170 connected to and rotating the arm 42. Pitch motor 156 and yaw motor 158 control the movement of arm 42 (and drive motor 170) about the X and Y axes, and drive motor 170 controls the operation of wrist unit 22 and surgical tool 24. . Preferably, at least five drive motors 170 are connected to arm 42 to provide wrist unit 22 with at least five degrees of freedom. Preferably, the drive motor 170 includes an encoder (not shown) for responding to the servo mechanism 16 and a force sensor (not shown) for feeding back the transmitted force and torque to the surgeon S. As discussed above, the five degrees of freedom preferably provides movement of the carriage 122 and wrist unit 22 in the Z-axis direction, rotation of the wrist unit 22 about the Z-axis, and surgical tools 24 around the wrist 60. Including up / down / left / right rotation and operation of the tool 24.
示されるように、ケーブル172は、各々モーター170から、アーム42内のモータードライブプーリー174、アイドラープーリー176の周囲に、そして比較的大きなポットキャプスタン178に沿って延びて、ケーブル172に対する摩擦トルクの影響を最小にする。これらケーブル172は各々、アーム42の遠位端48における別のアイドラープーリー180の周囲に、連結ドライブプーリー182の周囲に、そしてモーター170に戻って延びる。好ましくは、これらケーブル172は、モータードライブプーリー174および連結ドライブプーリー182において、張力をかけられ、そしてそこで係留される。図8に示されるように、連結ドライブプーリー182は、連結アセンブリ130内で、複数のケーブル186を介して、複数のより小さなプーリー184に接続され、モーター170からリストユニットアダプタ52への動作を伝達する。 As shown, the cables 172 extend from the motor 170, around the motor drive pulley 174 in the arm 42, around the idler pulley 176, and along the relatively large pot capstan 178 to provide a friction torque for the cable 172. Minimize impact. Each of these cables 172 extend around another idler pulley 180 at the distal end 48 of the arm 42, around the connecting drive pulley 182, and back to the motor 170. Preferably, these cables 172 are tensioned and moored there at motor drive pulley 174 and coupling drive pulley 182. As shown in FIG. 8, the coupling drive pulley 182 is connected to a plurality of smaller pulleys 184 via a plurality of cables 186 within the coupling assembly 130 to transfer motion from the motor 170 to the wrist unit adapter 52. To do.
本発明に従う、患者に対する外科手術を実施するための方法は、ここで図1〜8を参照して説明される。図2に示されるように、取り付けジョイント30は、レセプタクル32に取り付けられ、このレセプタクル32は、レール36に沿って取り付けアーム34をスライドさせることによって手術台Oに取り付けられる。次いで、各々のマニピュレータアセンブリ4は、それぞれの取り付けジョイント30に取り付けられ、そして患者Pに対して正確な位置および方向へと関節作動される(articulate)。次いで、レセプタクル32は、サーボ機構16、および外科手術の間に必要とされ得る他のシステム(例えば、RF電源、吸引/洗浄システム、など)に繋がれる。無菌ドレープ70は、患者が麻酔されている前、その間、またはその後に、マニピュレータアセンブリ4を覆って配置される(図3A)。外科手術を準備するため、マニピュレータアセンブリ4は、これらをドレープ70で覆う前に化学的に消毒(clean)されてもよいし、されなくてもよい。リストユニットアダプタ52、カニューレアダプタ64およびスコープアダプタ110は、マニピュレータアセンブリ4の前アームアセンブリ46の上にスナップ止めされる(図3Bおよび図5を参照のこと)。スコープアダプタ110およびリストユニットアダプタ52の数および相対位置は、無論、個々の外科手術に依存する(例えば、カニューレアダプタ64は、開放外科手術(open surgical procedure)には必要とされなくてよい)。 A method for performing a surgical operation on a patient according to the present invention will now be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the attachment joint 30 is attached to a receptacle 32, which is attached to the operating table O by sliding an attachment arm 34 along a rail 36. Each manipulator assembly 4 is then attached to a respective attachment joint 30 and articulated to the correct position and orientation relative to the patient P. The receptacle 32 is then connected to the servo mechanism 16 and other systems that may be required during surgery (eg, RF power supply, suction / cleaning system, etc.). A sterile drape 70 is placed over the manipulator assembly 4 before, during or after the patient is anesthetized (FIG. 3A). To prepare for the surgery, the manipulator assembly 4 may or may not be chemically cleaned before they are covered with the drape 70. The wrist unit adapter 52, cannula adapter 64 and scope adapter 110 are snapped onto the forearm assembly 46 of the manipulator assembly 4 (see FIGS. 3B and 5). The number and relative position of the scope adapter 110 and wrist unit adapter 52 will, of course, depend on the individual surgery (eg, cannula adapter 64 may not be required for open surgical procedures).
外科手術の間、外科手術器具アセンブリ20は、リストユニットアダプタ52の開口部80を通る各々個々のリストユニットシャフト56を側方に押し進めることによって、それぞれのマニピュレータアセンブリ4に連結される。各々のリストユニット22は、どの型のツール24がリストユニット22に接続されているかを迅速かつ容易に示すために、適切な識別手段(示さず)を有する。外科医が外科手術ツール24の変更を望む場合、その外科医は、前アームアセンブリ46に沿った移動のうちの最高位置または近位位置に運び台122が移動するように、コントローラ12をマニピュレートする(図3Bを参照のこと)。この位置において、外科手術ツール24は、カニューレ66内にあるか、または開式手順の間に外科手術部位から取り外される。次いで、アシスタントAは、リストキャップ58に対して上向きに引いて、そのラッチ(示さず)を解放し、これによって、リストユニット22を、カニューレ66から上へそして外へとスライドさせる。次いで、アシスタントAは、リストユニット22を側方へと引いてこのリストユニット22をリストユニットアダプタ52から外す。リストユニット22がもはやアダプタ52に繋がれなくなると、この制御機構は、本システムが「ツール変更モード」にあることを理解し、そして未だ外科医によって近位位置に移動されていない場合、運び台122をその近位位置へと駆動する。 During the surgical procedure, the surgical instrument assembly 20 is coupled to the respective manipulator assembly 4 by pushing each individual wrist unit shaft 56 laterally through the opening 80 of the wrist unit adapter 52. Each wrist unit 22 has suitable identification means (not shown) to quickly and easily indicate which type of tool 24 is connected to the wrist unit 22. If the surgeon wishes to change the surgical tool 24, the surgeon will manipulate the controller 12 so that the carriage 122 moves to the highest or proximal position of movement along the forearm assembly 46 (FIG. See 3B). In this position, surgical tool 24 is within cannula 66 or is removed from the surgical site during the open procedure. Assistant A then pulls upward against wrist cap 58 to release its latch (not shown), thereby sliding wrist unit 22 up and out of cannula 66. Next, the assistant A pulls the wrist unit 22 to the side to remove the wrist unit 22 from the wrist unit adapter 52. When the wrist unit 22 is no longer connected to the adapter 52, the control mechanism understands that the system is in "tool change mode" and if it has not yet been moved to the proximal position by the surgeon, the carriage 122. To its proximal position.
マニピュレータアセンブリ4に別の外科手術器具アセンブリ20を繋ぐため、アシスタントAは、別のアセンブリ20を台Tから把持し、リストユニットアダプタ52の開口部80の中へとリストユニットシャフト56を側方に進め、次いでリストユニット22を下向きに移動させて、外科手術ツール24がカニューレ66内に存在する(図1および図3Bを参照のこと)。このリストユニット22の下向きの移動は、リストキャップ58およびリストユニットアダプタ52の中で、電気的連結および動作フィードスルー(示さず)を自動的に合わせる。このシステムは、その連結が合わせられ、そしてリストユニット22がそれ以上は下向きに移動されなくなるまで、最上位置または近位位置において運び台122の移動を(例えば、ブレーキ(示さず)を作動させることによって)固定するように構成される、制御機構を備え得る。この地点において、外科医Sは外科手術を継続し得る。 In order to connect another surgical instrument assembly 20 to the manipulator assembly 4, the assistant A grips the other assembly 20 from the table T and moves the wrist unit shaft 56 laterally into the opening 80 of the wrist unit adapter 52. Advance and then move the wrist unit 22 downward and the surgical tool 24 is in the cannula 66 (see FIGS. 1 and 3B). This downward movement of the wrist unit 22 automatically aligns the electrical connection and motion feedthrough (not shown) within the wrist cap 58 and wrist unit adapter 52. This system will activate the movement of the carriage 122 (eg, a brake (not shown)) in the top or proximal position until the connection is aligned and the wrist unit 22 is no longer moved downwards. A control mechanism configured to be secured. At this point, surgeon S can continue the surgery.
本発明のシステムおよび方法は、好ましくは、リストユニット22がリストユニットアダプタ52から外されそして繋がれる回数を計数するための機構を備える。この様式において、製造業者は、リストユニット22が使用され得る回数を制限し得る。特定の実施形態において、集積回路チップ(示さず)は、リストキャップ58内に収容される。この回路チップは、リストユニット22がリストユニットアダプタ52に接続された回数(例えば、20回)を計数し、そして警告が外科医のコンソールCに示される。次いで、制御システムは、送達し得る負荷を低減することまたは見かけのバックラッシュを増加させることによって、このシステムの能力を低下させる。 The system and method of the present invention preferably includes a mechanism for counting the number of times the wrist unit 22 is disconnected and attached to the wrist unit adapter 52. In this manner, the manufacturer can limit the number of times the wrist unit 22 can be used. In certain embodiments, an integrated circuit chip (not shown) is housed within wrist cap 58. This circuit chip counts the number of times the wrist unit 22 is connected to the wrist unit adapter 52 (eg, 20 times) and a warning is shown on the surgeon's console C. The control system then reduces the capacity of the system by reducing the load that can be delivered or by increasing the apparent backlash.
ここで、図9A〜9Bおよび図10A〜10Bを参照して、本発明の別の実施形態に従う、無菌ドレープ270によって完全に覆われたロボット外科手術マニピュレータ204を備えるロボット外科手術システム200が示される。本発明は、テレロボット外科手術システムのドレープ部分が、無菌外科手術領域と非無菌ロボットシステムとの間の無菌バリアを維持する、無菌ドレープと一体化される無菌アダプタを提供し、一方、外科手術器具とそのロボットシステムとの間に機械的および電気的なエネルギーおよびシグナルを伝達するためのインターフェースも提供する。有利には、本発明は、無菌外科手術器具および非無菌ロボットシステムとの間の無菌バリアを維持しながら、使用者がこのシステムに外科手術器具を繰り返しかつ容易に取り付け、そして取り外すことを可能にする。 Now referring to FIGS. 9A-9B and FIGS. 10A-10B, there is shown a robotic surgical system 200 comprising a robotic surgical manipulator 204 completely covered by a sterile drape 270, according to another embodiment of the present invention. . The present invention provides a sterile adapter in which the drape portion of the telerobotic surgical system is integrated with a sterile drape, while maintaining a sterile barrier between the sterile surgical area and the non-sterile robotic system, while surgical It also provides an interface for transmitting mechanical and electrical energy and signals between the instrument and its robotic system. Advantageously, the present invention allows a user to repeatedly and easily attach and detach surgical instruments to the system while maintaining a sterile barrier between the sterile surgical instrument and the non-sterile robotic system. To do.
図9Aは、本発明の実施形態に従う、無菌ドレープ270と一体化された器具無菌アダプタ(ISA)300に組み付けられた、外科手術器具250を示す。次に、ISA300は、マニピュレータ204のアダプタ受容部分500と作動可能に(例えば、前アーム246上に)繋がれる。図9Bは、無菌ドレープ部分なし(ISA300が示されることを除く)の図9Aのロボット外科手術マニピュレータの側面図であり、ドライブアセンブリとISA300とを連結するアームの複数の自由度、作動可能に連結された外科手術ツールまたは外科手術器具250、外科手術アクセサリクランプ264、および作動可能に連結された外科手術アクセサリ266、を例示する。図10Aおよび10Bは、外科手術器具250なしかつ外科手術アクセサリ266なしの、(無菌ドレープ270と一体化した)ISA300およびアクセサリクランプ264を例示し、図10Bはドレープ270なしを示す。1実施形態において、ISA300は、インパルスヒートシールされるフィルム接着物質によって、無菌ドレープと持続的に取り付けられ得、そして/または無菌ドレープに対する接着フィルムを使用して取り付けられ得る。 FIG. 9A shows a surgical instrument 250 assembled to an instrument sterilization adapter (ISA) 300 integrated with a sterile drape 270, according to an embodiment of the present invention. The ISA 300 is then operatively coupled (eg, on the forearm 246) with the adapter receiving portion 500 of the manipulator 204. 9B is a side view of the robotic surgical manipulator of FIG. 9A without an aseptic drape portion (except that the ISA 300 is shown), with multiple degrees of freedom and operative connection of the arms connecting the drive assembly and the ISA 300 1 illustrates a surgical tool or surgical instrument 250, a surgical accessory clamp 264, and an operatively connected surgical accessory 266. FIGS. 10A and 10B illustrate ISA 300 and accessory clamp 264 (integrated with sterile drape 270) without surgical instrument 250 and without surgical accessory 266, and FIG. 10B shows no drape 270. FIG. In one embodiment, the ISA 300 can be permanently attached to the sterile drape and / or using an adhesive film to the sterile drape by an impulse heat sealed film adhesive material.
システム200は、図1〜8について示されそして説明されたシステムと同様であるが、アダプタ(例えば、リストユニットアダプタまたはカニューレアダプタ)が、ホールを介してドレープ270中に延びて無菌場において外科手術器具をインターフェースを提供しない(interface)。その代わり、ISA300は、無菌ドレープ270と一体化され、そしてドレープ270の一部が、外科手術の無菌場からアクセサリクランプ264を効果的に遮蔽して、その手順の間、マニピュレータ204はドレープ270によって実質的に完全に覆われる。1実施形態において、このドレープは、完全に使い捨て可能である。有利には、ISA300およびアクセサリクランプ264は、外科手術の前にも後にも、無菌される必要も交換される必要もなく、これによってコスト削減を可能にし、そしてこの無菌ドレープによる実質的に完全な覆いが存在するので、システム200は、このシステム設備のより完全な(greater)隔離(insulation)および患者に対するより完全な保護を可能にする無菌場を、よりよく遮蔽する。 System 200 is similar to the system shown and described with respect to FIGS. 1-8, except that an adapter (eg, a wrist unit adapter or cannula adapter) extends through the hole into drape 270 and is operated in a sterile field. The instrument does not provide an interface. Instead, the ISA 300 is integrated with the sterile drape 270, and a portion of the drape 270 effectively shields the accessory clamp 264 from the surgical aseptic field, during which the manipulator 204 is moved by the drape 270. Virtually completely covered. In one embodiment, the drape is completely disposable. Advantageously, ISA 300 and accessory clamp 264 do not need to be sterilized or replaced before or after surgery, thereby allowing for cost savings and substantially complete with this sterile drape. Because the wrap is present, the system 200 better shields the sterile field that allows for greater isolation of the system equipment and more complete protection for the patient.
同様または類似のマニピュレータアセンブリ4は、上記のドライブアセンブリ40、アーム42、前アームアセンブリ46、リストユニットアダプタ52、リストユニット22およびツール24(同様の機能性または類似の機能性を有する)を備え、システム200内で使用され得、そしてISA300およびアクセサリクランプ264と共に使用され得、そして同じ部分または類似の部分についての繰り返しの記載は省略される。しかしながら、シャフト256およびエンドエフェクター265を用いてツール224を作動させるための、異なるドライブアセンブリ240、アーム242、前アームアセンブリ246およびインターフェース252が、図9A〜9Bおよび図10A〜10Bに例示される。ドライブアセンブリ240、アーム242、前アームアセンブリ246および他の適用可能な部分の実施形態は、例えば、米国特許第6,331,181号、同第6,491,701号および同第6,770,081号に記載される(これらの開示全体(これらにおいて参考として援用される開示を含む)は、あらゆる目的のために本明細書中に参考として援用される)。 A similar or similar manipulator assembly 4 comprises the drive assembly 40, arm 42, forearm assembly 46, wrist unit adapter 52, wrist unit 22 and tool 24 (with similar or similar functionality) described above, It can be used in system 200 and can be used with ISA 300 and accessory clamp 264, and repeated descriptions of the same or similar parts are omitted. However, different drive assemblies 240, arms 242, forearm assemblies 246 and interfaces 252 for actuating tool 224 using shaft 256 and end effector 265 are illustrated in FIGS. 9A-9B and FIGS. 10A-10B. Embodiments of drive assembly 240, arm 242, forearm assembly 246, and other applicable portions are described, for example, in US Pat. Nos. 6,331,181, 6,491,701, and 6,770, (The entire disclosures of these, including the disclosures incorporated by reference herein, are hereby incorporated by reference for all purposes).
適用可能な外科手術器具250、インターフェース252、アダプタ、ツールまたはアクサセリの実施形態はまた、例えば、米国特許第6,331,181号、同第6,491,701号および同第6,770,081号(これらの開示全体(これらにおいて参考として援用される開示を含む)は、あらゆる目的のために本明細書中に参考として援用される)に記載される。種々の外科手術器具(エンドエフェクターを備える関節型ツール(例えば、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、洗浄吸引ツールおよびクリップアプライヤー)、および非関節型(non−articulated)ツール(例えば、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテルおよび吸引オリフィス)が挙げられるが、これらに限定されない)は、本発明の実施形態に従って使用され得ることが注意される。このような外科手術器具は、Intuitive Surgical,Inc.(Sunnyvale,California)から市販される。 Applicable surgical instrument 250, interface 252, adapter, tool or accessory embodiments are also described, for example, in US Pat. Nos. 6,331,181, 6,491,701 and 6,770,081. (The entire disclosures of these, including the disclosures incorporated by reference herein, are hereby incorporated by reference for all purposes). Various surgical instruments (articulated tools with end effectors (eg, jaws, scissors, grasspers, needle holders, microdisectors, staple appliers, tuckers, irrigation suction tools and clip appliers), and non-articulated (non -Articulated) tools (such as, but not limited to, cutting blades, cautery probes, scrubbers, catheters and suction orifices) are noted that can be used in accordance with embodiments of the present invention. Such surgical instruments are available from Intuitive Surgical, Inc. (Sunnyvale, California).
ここで、図11A〜11Mを参照して、無菌ドレープ70(図3Aを参照して上記される)の一部である患者側マニピュレータ(PSM)ドレープ404を備える、PSMドレープパッケージ400が示される。PSMドレープ404は、無菌ドレープ70と接続されたセクションであっても接続されないセクションであってもよい。図11Aは、PSMドレープ404が内側に折り畳まれた、PSMドレープポーチ402を備えるPSMドレープパッケージ400を示す。このPSMドレープは、非無菌PSMアームと外科手術の無菌場との間の無菌バリアを確立するように設計される。PSMドレープ404は、このドレープ上に持続的に取り付けた一体化した器具無菌アダプタ(ISA)406を備え、ISAを含む完全なアセンブリを有しており、このアダプタは外科手術ツールを係合するために使用される。有利には、PSMドレープの種々の特徴は、ドレーププロセスおよび組み付けプロセスを補助する。 Referring now to FIGS. 11A-11M, a PSM drape package 400 is shown comprising a patient side manipulator (PSM) drape 404 that is part of a sterile drape 70 (described above with reference to FIG. 3A). The PSM drape 404 may be a section connected or not connected to the sterile drape 70. FIG. 11A shows a PSM drape package 400 with a PSM drape pouch 402 with the PSM drape 404 folded inward. This PSM drape is designed to establish a sterile barrier between the non-sterile PSM arm and the surgical sterile field. The PSM drape 404 includes an integrated instrument sterility adapter (ISA) 406 permanently mounted on the drape and has a complete assembly including the ISA for engaging the surgical tool. Used for. Advantageously, the various features of the PSM drape assist the drape and assembly processes.
図11Bは、PSMドレープ404がポーチ402から取り外されることを示す。図11Cは、ISA406の1例が、PSMドレープ404の閉鎖末端の近位で、PSMドレープ404に持続的に取り付けられることを示す。図11Dは、折り畳まれたPSMドレープおよび折り畳まれたフラップ410において主要なホールを規定する、開封帯408を示す。図11Eは、折り畳まれていないフラップ410を示し、そして図11Fは完全に広げられた(unfolded)PSMドレープ404を示す。PSMドレープ404は最初に、折り畳まれたドレープがPSMアームを覆って配置され得、次いで持続的に取り付けられたISA406が、舌前部形状物(front tongue feature)をPSMアーム上のブラケット中に最初に位置付け、続いて無菌アダプタの他方をPSMアーム上のラッチに係合するまで揺らす(swing)ことによってPSMアームに取り付けられるように、包装される。PSMドレープ404は、必要な力で引っ張られる場合に裂かれることでドレープの制御された広がり(unfolding)を可能にするティアーストリップ408を使用することによって、最初の位置で維持される。使用者は、その使用者らの手を組込み(integral)カフス412(図11G)の中に配置させ、そしてPSMアームに沿ってそのドレープを引くことによって、PSMアームの長さに沿ってドレープを引く。 FIG. 11B shows that the PSM drape 404 is removed from the pouch 402. FIG. 11C shows that an example of ISA 406 is permanently attached to PSM drape 404 proximal to the closed end of PSM drape 404. FIG. 11D shows a tear strip 408 that defines a major hole in the folded PSM drape and folded flap 410. FIG. 11E shows an unfolded flap 410 and FIG. 11F shows a fully unfolded PSM drape 404. The PSM drape 404 can initially be placed with the folded drape over the PSM arm, and then the permanently attached ISA 406 first places the front tongue feature into the bracket on the PSM arm. And then attached to the PSM arm by swinging the other of the sterile adapters until it engages a latch on the PSM arm. The PSM drape 404 is maintained in the initial position by using a tear strip 408 that is torn when pulled with the required force to allow controlled unfolding of the drape. The user places the drape along the length of the PSM arm by placing the user's hand in an integrated cuff 412 (FIG. 11G) and pulling the drape along the PSM arm. Pull.
図11G1および図11G2は、PSMドレープ404の開口端における組込みカフス412を示し、カフス412の末端は青色テープ411を備えている。無菌手術室看護師は、PSMアームに沿ってPSMドレープを引く場合に、自分の手をカフス内に入れてよく、そしてこのカフスを使用することによって、その使用者は、PSMアームに沿った方向で作業する場合に、自分の手が非無菌である何かに接触しないこと保証される。青色テープ411は、無菌端および非無菌端を表示するための、ドレープに対する物理的なマーカーとして作用する。このマーカーを有することによって、非無菌者は、無菌手術室看護師を補助する場合に、非無菌側を引くことを分かり得る。 11G1 and 11G2 show the built-in cuff 412 at the open end of the PSM drape 404, with the end of the cuff 412 having a blue tape 411. FIG. The sterile operating room nurse may place his hand in the cuff when pulling the PSM drape along the PSM arm, and by using this cuff, the user will be able to move in the direction along the PSM arm. When working with, it is guaranteed that your hands do not touch anything that is non-sterile. Blue tape 411 acts as a physical marker for the drape to indicate the sterile and non-sterile ends. By having this marker, it can be seen that non-sterile persons pull the non-sterile side when assisting a sterile operating room nurse.
図11Hは、ドレープを管理するのを助け、そしてこのドレープの見かけの大きさを低減すること(すなわち、広がったドレープにより占められる容積または空間を低減させること)を助ける、ドレープ上のストラップ414を示す。1つのストラップは、カニューレ取り付け領域の近位にあり、別のストラップはPSMアームの「リンク3」の近位にあり、そして別のストラップは、PSMアームが取り付けられる「セットアップアーム」に沿って存在する(例えば、図4および図5のアーム42)。 FIG. 11H shows the strap 414 on the drape that helps manage the drape and helps reduce the apparent size of this drape (ie, reducing the volume or space occupied by the expanded drape). Show. One strap is proximal to the cannula attachment region, another strap is proximal to the “link 3” of the PSM arm, and another strap is along the “setup arm” to which the PSM arm is attached (For example, the arm 42 in FIGS. 4 and 5).
図11Iは、挿入軸に沿ったストリップ416およびカニューレ取り付けポーチ418を示す。使用され得るカニューレ取り付けポーチは、同時係属中の、2005年9月30日に出願された、米国特許出願第11/240,087号(この内容は本明細書中に参考として先に援用されている)において開示される。ストリップ416は、挿入軸領域内でドレープに対して適応性の(malleable)ストリップである。ストリップ416は、無菌アダプタとカニューレ取付領域との間のドレープに取り付けられる。一旦、PSMアーム上にドレープが設置されると、使用者は、適応性のストリップ416を変形させて、過剰なドレープ体を折り返す(fold back)のを助け得る。過剰なドレープ体を折り返して固定し得ることによって、このドレープは、PSMアームの形状に密に合わせられ得る。有利には、このことは、システムの見かけのサイズを低減し、これによって外科医または他の使用者に対する、患者および周辺物についてのより大きな視認性を可能にする。ストリップ416はまた、このシステムがドレープを裂くことなく最大の動作範囲を達成するのを可能にするように開口するのを可能にするのに、十分に適応性である。 FIG. 11I shows strip 416 and cannula attachment pouch 418 along the insertion axis. A cannula attachment pouch that can be used is co-pending US patent application Ser. No. 11 / 240,087, filed Sep. 30, 2005, the contents of which are hereby incorporated by reference herein. Disclosed). Strip 416 is a malleable strip for drape within the insertion axis region. A strip 416 is attached to the drape between the sterile adapter and the cannula attachment area. Once the drape is installed on the PSM arm, the user can help deform the adaptive strip 416 and fold back the excess drape body. By allowing the excess drape body to be folded back and secured, this drape can be closely matched to the shape of the PSM arm. Advantageously, this reduces the apparent size of the system, thereby allowing greater visibility of the patient and surroundings to the surgeon or other user. The strip 416 is also flexible enough to allow the system to open to allow maximum operating range to be achieved without tearing the drape.
図11Jは、使用者によってストリップ416が曲げ戻される前の位置における、PSMアーム417の一部および無菌アダプタ406を覆うPSMドレープ404を示す。図11Kは、使用者によって折り曲げられた後でPSMドレープ404がPSMアームの形状により密に合致し、これによってシステムのサイズを低減させるストリップ416を示す。図11Lは、最大範囲の動作のために開口されるのに十分に可撓性であり(pliable)そして手順の間に使用者によって再形成され得る、ストリップ416の別の観点を示す。 FIG. 11J shows the PSM drape 404 covering a portion of the PSM arm 417 and the sterile adapter 406 in a position before the strip 416 is bent back by the user. FIG. 11K shows a strip 416 that, after being folded by the user, the PSM drape 404 more closely matches the shape of the PSM arm, thereby reducing the size of the system. FIG. 11L shows another aspect of the strip 416 that is sufficiently flexible to be opened for full range operation and can be reshaped by the user during the procedure.
好ましくは、上記のドレープ400は、PSMアームを覆う適切な配置を可能にするため、そして種々の方向の周期的な負荷の適用の下でさえ断裂に抵抗するため、十分に剛性かつ強固である物質から構成される。しかし、好ましくは、マニピュレータアームの作動セクションでの移動を可能にするために十分に可撓性である物質から構成される。ドレープ400は、種々の耐久性物質から構成され得、そして1例において、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、またはそれらの混合物から構成される。1実施形態において、ドレープ400は、単一のドレープの一部としてか、または接着、熱、RF溶接または他の手段を介して主要な無菌ドレープ70に取り付けられ得る別個のドレープとして、吸引形成され得る。別の実施形態において、ドレープ400は、切断された(しかし、互いと隣接可能であるかまたは互いに重なり可能な)ドレープとして使用されて、外科手術ロボットシステムの異なる部分を覆い得る。 Preferably, the drape 400 described above is sufficiently rigid and strong to allow proper placement over the PSM arm and to resist tearing even under the application of periodic loads in various directions. Consists of substances. However, it is preferably composed of a material that is sufficiently flexible to allow movement in the working section of the manipulator arm. The drape 400 can be constructed from a variety of durable materials, and in one example is constructed from polyethylene, polyurethane, polycarbonate, or mixtures thereof. In one embodiment, the drape 400 is aspirated as part of a single drape or as a separate drape that can be attached to the main sterile drape 70 via adhesive, heat, RF welding or other means. obtain. In another embodiment, drape 400 may be used as a cut drape (but can be adjacent to each other or overlap each other) to cover different portions of the surgical robotic system.
ISA300、アダプタ受容部500、およびISA300とアダプタ受容部分500との間の設置/係合、および外科手術器具250とISA300との間の組付け/係合は、ここで、より詳細に説明される。 ISA 300, adapter receiver 500, and installation / engagement between ISA 300 and adapter receiver 500, and assembly / engagement between surgical instrument 250 and ISA 300 will now be described in more detail. .
図12A、12Bおよび12Cを参照して、本発明に従う、ISA300の上面斜視図、底面斜視図、および断面図がそれぞれ例示される。ISA300は、ハウジング302、ディスク304、上面レトラクタ(retractor)プレート306、ハウジング302の器具ストップ形状物308、ハウジング302のレール形状物301、接触物310、および底面レトラクタプレート312を備える。上面レトラクタプレート306および底面レトラクタプレート312は、ハウジング302に対して移動するレトラクタプレートアセンブリ313を形成する。ディスク304は、レトラクタプレートアセンブリ313の内側に保持され(captured)そしてこのアセンブリに対して移動する。 With reference to FIGS. 12A, 12B, and 12C, a top perspective view, a bottom perspective view, and a cross-sectional view, respectively, of an ISA 300 according to the present invention are illustrated. The ISA 300 includes a housing 302, a disk 304, a top retractor plate 306, an instrument stop feature 308 of the housing 302, a rail feature 301 of the housing 302, a contact 310, and a bottom retractor plate 312. The top retractor plate 306 and the bottom retractor plate 312 form a retractor plate assembly 313 that moves relative to the housing 302. The disk 304 is captured inside the retractor plate assembly 313 and moves relative to this assembly.
図13は、コンタクト310の詳細な断面図を例示し、これは1実施形態において、ハウジング内にインサート成形される。 FIG. 13 illustrates a detailed cross-sectional view of the contact 310, which in one embodiment is insert molded into the housing.
図14Aおよび14Bは、ディスク304の詳細な上面斜視図および底面斜視図をそれぞれ例示する。この図は、本発明の実施形態に従う、ディスク304の基部に歯314を含み、外科手術器具250のピン253を受容するためにディスク304の本体にホール316を含み(図17Dおよび図17Eを参照のこと)、バネ装填入力504のピン505を受容するためディスク304の下側にホール317を含み(図16を参照のこと)、そして死角領域から外へディスク304を移動させるためのタブ315を含む。この実施形態において、ISA300は、4枚のディスク304を備え、各々のディスク304は4つの歯314および2つのホール316を備える。1実施形態において、これらの4つの歯314は90度離れて配置される。他の実施形態において、より多くまたはより少ないディスク、歯、およびスロットが可能であるが、マニピュレータおよび外科手術器具に対するアダプタ受容部分と作動可能に繋ぐ必要があることに注意すること。 14A and 14B illustrate detailed top and bottom perspective views of the disk 304, respectively. This view includes teeth 314 at the base of the disk 304 and holes 316 in the body of the disk 304 to receive the pins 253 of the surgical instrument 250, according to embodiments of the present invention (see FIGS. 17D and 17E). A hole 317 under the disk 304 to receive the pin 505 of the spring loaded input 504 (see FIG. 16), and a tab 315 for moving the disk 304 out of the blind spot area. Including. In this embodiment, the ISA 300 includes four disks 304, each disk 304 including four teeth 314 and two holes 316. In one embodiment, these four teeth 314 are spaced 90 degrees apart. Note that in other embodiments, more or fewer disks, teeth, and slots are possible, but need to be operatively associated with adapter receiving portions for manipulators and surgical instruments.
図15Aおよび15Bは、本発明の実施形態に従う、上面レトラクタプレート306の上面斜視図および底面斜視図を例示する。上面レトラクタプレート306は、レトラクタプレートとレトラクタプレートアセンブリとを係合するためのバー318、ならびに相対位置に依存してディスク304の歯314と噛み合うための歯319を備える。示されるように、上面レトラクタプレート306は、4つのディスク304に対して4つのアパーチャー307を備える。 15A and 15B illustrate top and bottom perspective views of a top retractor plate 306, according to an embodiment of the present invention. The top retractor plate 306 includes bars 318 for engaging the retractor plate and retractor plate assembly, and teeth 319 for engaging the teeth 314 of the disk 304 depending on the relative position. As shown, the top retractor plate 306 includes four apertures 307 for the four disks 304.
図16は、本発明の実施形態に従う、マニピュレータ204のアダプタ受容部分500(例えば、PSM)の斜視図を例示する。アダプタ受容部分500は、電気的接触物510を分離するための覆い(シュラウド:shroud)502、ピン505を有するバネ装填入力504、バネプランジャー506、およびISA300を定位置に保持するためのブラケット508を備える。この実施形態において、アダプタ受容部分500は、各々2つのピン505を有する4つのバネ装填入力504、および4つのバネプランジャー506を備える。 FIG. 16 illustrates a perspective view of an adapter receiving portion 500 (eg, PSM) of the manipulator 204, according to an embodiment of the present invention. The adapter receiving portion 500 includes a shroud 502 for separating the electrical contacts 510, a spring loaded input 504 having pins 505, a spring plunger 506, and a bracket 508 for holding the ISA 300 in place. Is provided. In this embodiment, the adapter receiving portion 500 includes four spring loaded inputs 504 each having two pins 505 and four spring plungers 506.
ここで図17A〜17Fを参照して、本発明の実施形態に従う、アダプタ受容部分500へのISA300の設置/係合、ISA300への外科手術器具250の設置/係合、およびISA300からの外科手術器具250の取り外しが例示される。 Referring now to FIGS. 17A-17F, installation / engagement of ISA 300 to adapter receiving portion 500, installation / engagement of surgical instrument 250 to ISA 300, and surgery from ISA 300, in accordance with an embodiment of the present invention. The removal of the instrument 250 is illustrated.
図17Aは、マニピュレータ204のアダプタ受容部分500と設置されそして係合されたISA300を示す。ISA接触物310は、マニピュレータ接触物510に繋がれ、ディスク304はバネ装填入力504と係合され、底面レトラクタプレート312はバネプランジャー506と係合され、そして器具ストップ形状物308はブラケット508と噛み合う。器具ストップ形状物308は、使用者がISA上にこの器具を組み付ける際にレール301を間違える場合に、(患者の安全のため)器具の停止を可能にする。この器具は、設置された場合、上面レトラクタプレート306の上で、バー318によって完全に停止される。設置前に、バネ装填入力504およびバネプランジャー506は、それらが最も延びた位置にあり、そしてISAのディスク304は、レトラクタプレートアセンブリ内で任意の無作為な位置へと自由に回転する。1実施形態において、アダプタ受容部分500上にISA300を組み付けるため、使用者は、ブラケットの中にISAハウジングの前面区画を配置し、そして背面末端を下へと動かし、これによってラッチ511と係合させる。 FIG. 17A shows ISA 300 installed and engaged with adapter receiving portion 500 of manipulator 204. The ISA contact 310 is connected to the manipulator contact 510, the disk 304 is engaged with the spring load input 504, the bottom retractor plate 312 is engaged with the spring plunger 506, and the instrument stop feature 308 is the bracket 508. Mesh with. The instrument stop feature 308 allows the instrument to be stopped (for patient safety) if the user makes a mistake in the rail 301 when assembling the instrument on the ISA. When installed, the instrument is completely stopped by the bar 318 above the top retractor plate 306. Prior to installation, the spring load input 504 and the spring plunger 506 are in their most extended position, and the ISA disk 304 is free to rotate to any random position within the retractor plate assembly. In one embodiment, to assemble the ISA 300 on the adapter receiving portion 500, the user places the front section of the ISA housing in the bracket and moves the rear end down, thereby engaging the latch 511. .
この取り付けられたが係合される前の位置において、ディスク304は、バネ装填入力504によって上面レトラクタプレート306に対して上向きに圧力をかけられ、そしてレトラクタプレートアセンブリ313は、バネ装填入力504およびバネプランジャー506によって上向きに圧力をかけられる。各々のディスク位置(レトラクタプレート306のアパーチャー307)において、1つの歯319が存在し、この歯は、ディスク304の歯314と係合する。歯の構成は複数の機能を有し、そのうち1つは「死角領域」から外へディスク304を押し出すことであり、これは、角度をなす向きであり、この向きでディスク304の底面におけるホール317は、それらのホールがバネ装填入力504のピン505と噛み合わなくてよい位置にある。なぜなら、これらは360度の完全な回転を通しては回転しないからである。歯の構成の別の機能は、無菌アダプタの係合シーケンスの間にディスク304が90度より大きく回転することを防ぐことである。 In this mounted but prior engaged position, the disk 304 is pressurized upwardly against the top retractor plate 306 by the spring load input 504 and the retractor plate assembly 313 is spring loaded input 504. And a spring plunger 506 exerts pressure upward. At each disk position (aperture 307 of the retractor plate 306), there is one tooth 319 that engages the tooth 314 of the disk 304. The tooth configuration has multiple functions, one of which is to push the disk 304 out of the “blind spot area”, which is an angled orientation in which the hole 317 in the bottom surface of the disk 304 is formed. Are in positions where the holes do not have to engage the pins 505 of the spring loaded input 504. Because they do not rotate through a full 360 degree rotation. Another function of the tooth configuration is to prevent the disk 304 from rotating more than 90 degrees during the aseptic adapter engagement sequence.
係合シーケンスの間、ディスクの歯314は、バネ装填入力504が、ピン505とディスク304の底面との間の摩擦を介して、そしてタブ315との接触を介して、ディスク304の移動を付与するように作動される場合に、レトラクタプレート歯319と噛み合う。4つの歯314の存在は、ディスク304のこの回転動作を停止させ、そしてピン505は、バネ装填入力504がディスク304に対して回転する場合に、ディスク304のホール317と一列に並ばせ得る。ディスク304の底面のホール317およびバネ装填入力504のピン505が整列する場合、ディスク304はバネ装填入力504の上に下りる。この点において、上面レトラクタプレート306の歯319は、ディスク304が下ろされる場合にディスク304の歯314を清掃し、これによってディスク304がレトラクタプレート306に対して360度自由に移動するのを可能にする。ディスク304がバネ装填入力504の上に係合される場合、ISA300は、アダプタ受容部分500と係合される。 During the engagement sequence, the disk teeth 314 provide movement of the disk 304 via the friction between the pin 505 and the bottom surface of the disk 304, and contact with the tab 315. When actuated to engage the retractor plate teeth 319. The presence of the four teeth 314 stops this rotational movement of the disk 304 and the pin 505 can be aligned with the hole 317 of the disk 304 when the spring loaded input 504 rotates relative to the disk 304. When the hole 317 on the bottom surface of the disk 304 and the pin 505 of the spring loading input 504 are aligned, the disk 304 is lowered onto the spring loading input 504. At this point, the teeth 319 of the top retractor plate 306 clean the teeth 314 of the disk 304 when the disk 304 is lowered, thereby allowing the disk 304 to move freely 360 degrees relative to the retractor plate 306. enable. When the disk 304 is engaged over the spring loaded input 504, the ISA 300 is engaged with the adapter receiving portion 500.
1実施形態において、係合シーケンスは、アダプタ受容部分500の上へのISA300の設置の後、ミリ秒内に生じる。ISA300が定位置へと下に動かされる場合、電気的接触物310は、電気的接触物510(例えば、ピン)に係合し、マニピュレータ204に対する2つの初期には開口した回路が閉じられ、このことがISA係合シーケンスを作動させる。ハウジング302におけるインサート成形された接触物310は、複数の電気通路(バイアス)を有し得、この電気通路がアダプタ受容部分500上で接触物と係合し、そしてこの電気通路はまた器具電気的接触物255を介した外科手術器具250との連絡を確立するために使用され得る(図17C)ことに、注意すること。 In one embodiment, the engagement sequence occurs in milliseconds after installation of the ISA 300 on the adapter receiving portion 500. When the ISA 300 is moved down into position, the electrical contact 310 engages the electrical contact 510 (eg, a pin) and the two initially open circuits to the manipulator 204 are closed, this Actuates the ISA engagement sequence. The insert molded contact 310 in the housing 302 may have a plurality of electrical passages (bias) that engage the contacts on the adapter receiving portion 500 and that the electrical passages are also instrumental electrical Note that it can be used to establish communication with surgical instrument 250 via contact 255 (FIG. 17C).
図17Bは、外科手術器具250が部分的に設置されることを示し、そして図17Cは外科手術器具250がISA300と完全に組み付けられ、そしてISA300と係合することを示す。最初に、使用者がISA300上に外科手術器具250を設置する場合、器具250が中央バー318を係合することによって上面レトラクタプレート306が押し下げられるにつれて、レトラクタプレートアセンブリ313はアダプタ受容部分500に向かって押し下げられる。器具250とISA300との間の電気的係合の前に、バー318における食いつき部(chamfer)は、器具250の底面の食いつき部に係合する。そしてこれら2つの食いつき部は整列されると、この器具は、バネ装填入力のバネ力およびバネプランジャーによりその定位置へと引かれる。この器具がその定位置へと引かれるにつれて、レトラクタプレートアセンブリ313は外科手術器具の中へと起き始め、そして実質的に同じ動作で、器具250の電気的接触物255は、ISA300の電気的接触物310と接触するようになる。器具250がISA300上に設置される場合、上面レトラクタプレート306はこの器具の底面を押し、そしてバー318は、器具ハウジングの中のクリアランススロットの内側に存在する。器具の係合の前に、ディスク304およびバネ装填入力504は、押されて器具から離れる。なぜなら、器具に対するこの入力はディスク304の上面におけるホール316とは係合されないからである。 FIG. 17B shows that surgical instrument 250 is partially installed, and FIG. 17C shows that surgical instrument 250 is fully assembled with ISA 300 and engages with ISA 300. Initially, when a user installs a surgical instrument 250 on the ISA 300, the retractor plate assembly 313 is moved to the adapter receiving portion 500 as the upper surface retractor plate 306 is depressed by the instrument 250 engaging the central bar 318. Pushed down toward. Prior to electrical engagement between the instrument 250 and the ISA 300, the chamfer on the bar 318 engages the bite on the bottom surface of the instrument 250. Once these two bites are aligned, the instrument is pulled into its home position by the spring force of the spring loading input and the spring plunger. As the instrument is pulled into its home position, the retractor plate assembly 313 begins to rise into the surgical instrument and, with substantially the same operation, the electrical contact 255 of the instrument 250 causes the electrical contact of the ISA 300 to It comes in contact with the contact object 310. When the instrument 250 is installed on the ISA 300, the top retractor plate 306 pushes the bottom surface of the instrument, and the bar 318 is inside the clearance slot in the instrument housing. Prior to instrument engagement, disk 304 and spring loaded input 504 are pushed away from the instrument. This is because this input to the instrument is not engaged with the hole 316 in the upper surface of the disk 304.
図17Dおよび図17Eは、ディスク304と器具250との係合シーケンスを例示する。図17Dにおいて、ディスク304は、ディスク304が回転して最初は無作為な位置にある器具ディスク251と整列するまで器具250とは係合されない。ISA300とアダプタ受容部分500との間の係合シーケンスに関して先に述べたように、器具の電気的接触物がISA300の接触物310に係合する場合、ISAにおける通常は開いた回路が閉じられ、このことが器具係合シーケンスを作動させる。バネ装填入力504およびディスク304は、ディスク304のホール316が器具ディスク251のピン253と係合するまで、1つのアセンブリとして一緒に回転する。これらのホールがピンと整列する場合、ディスク304およびバネ装填入力504は、上方へと移動し得る。図17Eは、ISAディスク304のホール316と係合するピン253を有する器具ディスク251を示す。この点において、器具250は、ISA300と係合されるとみなされる。ISA300上での他の接触物は、外科手術システムと器具RTIボードとの間の電気シグナルを伝達し得ることが注意される。 17D and 17E illustrate an engagement sequence between the disk 304 and the instrument 250. FIG. In FIG. 17D, the disc 304 is not engaged with the instrument 250 until the disc 304 is aligned with the instrument disc 251 that is initially in a random position. As described above with respect to the engagement sequence between the ISA 300 and the adapter receiving portion 500, when the electrical contact of the instrument engages the contact 310 of the ISA 300, the normally open circuit in the ISA is closed, This activates the instrument engagement sequence. The spring loaded input 504 and the disk 304 rotate together as one assembly until the hole 316 of the disk 304 engages the pin 253 of the instrument disk 251. When these holes align with the pins, the disk 304 and the spring loaded input 504 may move upward. FIG. 17E shows an instrument disk 251 having a pin 253 that engages a hole 316 in the ISA disk 304. In this regard, the instrument 250 is considered engaged with the ISA 300. It is noted that other contacts on the ISA 300 can transmit electrical signals between the surgical system and the instrument RTI board.
この器具が完全に設置されると、この器具はそのハウジングに沿った3点で適所に保持される。2点は、器具の側方に沿ったレール形状物301に存在し、そして3つ目の点は、器具の前面中央に沿った中央の押し付けタブ(hold down tab)309に存在する。有利には、3つの位置において器具を押し付けることによって、この器具は過剰に抑えられず、そして取り付けおよび取り外しがより容易にされる。 When the instrument is fully installed, it is held in place at three points along its housing. Two points are present in the rail profile 301 along the side of the instrument, and a third point is present in the central hold down tab 309 along the front center of the instrument. Advantageously, by pressing the instrument in three positions, the instrument is not overly constrained and is easier to install and remove.
図17Fは、ISA300からの器具250(示さず)の取り外しを例示する。使用者は器具の取り外しを望む場合、いずれかの側のレバーを強く握って器具をISAから外へと押し戻す。この器具上のレバーは、レトラクタプレート上面の中央バー318において作動し、次いでこれはレトラクタプレートを押して器具から下方へ離す。レトラクタプレートが移動してさらに離れるにつれて、ディスク304は器具のピンから外され、この器具の取り外しを可能にする。 FIG. 17F illustrates removal of instrument 250 (not shown) from ISA 300. If the user wishes to remove the instrument, squeeze the lever on either side to push the instrument back out of the ISA. The lever on the instrument operates at the central bar 318 on the top surface of the retractor plate, which then pushes the retractor plate away from the instrument. As the retractor plate moves further away, the disk 304 is disengaged from the instrument pin, allowing removal of the instrument.
ここで、図18を参照すると、本発明の別の実施形態に従うISA600の基礎形状物が例示される。ISA600は、無菌ドレープ(図示されない)の中に組み込まれ、そして特に、患者側マニピュレータ(PSM)アーム204の実質的に全体を覆うために使用される。ドレープインターフェースは器具250とPSMアーム204との間に存在し、この場所でこの器具およびPSMアームは近位領域602とインターフェースを形成し、これによって、非無菌ロボットアームから実質的に封鎖された無菌場を提供する。器具250は、ISA600の上に挿入され、動作は概ね挿入軸「A」に沿う(矢印で示される)。前面、背面および側面におけるISA600の形状は、アーム204に対してその器具を固定し得るかまたは保持し得、そしてその器具とISAとの間の連結は、ISAのドレープインターフェースと比較して、軸方向の負荷および半径方向の負荷に抵抗性であり得る。ISAハウジングの「くさび型」設計は、器具をISA上へと誘導して、その器具のより初期の誤った整列を可能にするが依然として明確な(positive)連結を達成するように、使用され得る。アクセサリクランプ264に作動可能に繋がれるための外科手術アクセサリ266もまた公知である。 Referring now to FIG. 18, there is illustrated a basic shape of an ISA 600 according to another embodiment of the present invention. The ISA 600 is incorporated into a sterile drape (not shown) and is specifically used to cover substantially the entire patient side manipulator (PSM) arm 204. A drape interface exists between instrument 250 and PSM arm 204, where the instrument and PSM arm interface with proximal region 602, thereby aseptically sealed from a non-sterile robotic arm. Provide a place. The instrument 250 is inserted over the ISA 600 and operation is generally along the insertion axis “A” (indicated by an arrow). The shape of the ISA 600 at the front, back, and sides can secure or hold the instrument relative to the arm 204, and the connection between the instrument and the ISA is axial compared to the ISA drape interface. It can be resistant to directional and radial loads. The “wedge” design of the ISA housing can be used to guide the instrument onto the ISA to allow earlier misalignment of the instrument but still achieve a positive connection. . Surgical accessories 266 for operatively coupling to accessory clamps 264 are also known.
本発明の無菌アダプタは、無菌された器具と非無菌のロボットアームとの間での取付方法および装置を提供する。この取付は、器具のリスト軸方向の伝達(内部の上下振動(inner−pitch)、内部の左右振動(inner−yaw)、横転(roll)、および器具の把持)および電気的センサ/シグナルの伝達を、ブリーチ殺菌(breaching sterbitlty)することなしに依然として可能にしなければならない。このアダプタに関する別の重要な概念は、ロボットアーム上のアダプタの係合シーケンスおよびアダプタ上への器具の係合シーケンスを、(機械的に)明確に規定することである。この明確な規定は、その係合を予測可能にさせ、これによってその係合の信頼ある検出を可能にする。異なる全ての設計概念は、類似である無菌アダプタ/ロボットアームに器具を正確に接続する係合シーケンスを具体的に規定しているが、しかしながらその軸方向の伝達は大いに変動する。また、これらの設計に関して、これらの設計をアームドレープ全体に直接的に組み込み、これによって使い捨て可能にさせるほど十分に有効な設計にすることが、所望される。この要件を支持するため、大きな複雑なものが無菌インターフェースから外へと移動され、そして器具またはロボットアームのいずれかが中へと移動される。いくつかの例は、無菌アダプタ上のPCAの除去およびバイアス(vias)の使用、無菌アダプタに対するバネの取り外しおよびロボットアーム上でバネ装填入力を使用すること、ならびに無菌アダプタにおけるパーツを成型され得るように再設計すること、である。 The aseptic adapter of the present invention provides a method and apparatus for attachment between a sterile instrument and a non-sterile robot arm. This attachment involves the transmission of the instrument's wrist axis (inner-pitch internal, inner-yaw, roll, and instrument grip) and electrical sensor / signal transmission. Must still be possible without bleaching sterbitty. Another important concept for this adapter is that it clearly (mechanically) defines the engagement sequence of the adapter on the robot arm and the engagement sequence of the instrument on the adapter. This clear definition makes the engagement predictable and thereby allows reliable detection of the engagement. All the different design concepts specifically define an engagement sequence that accurately connects the instrument to a similar sterile adapter / robot arm, however, its axial transmission varies greatly. Also, with respect to these designs, it is desirable to make these designs effective enough to be incorporated directly into the entire arm drape and thereby be disposable. To support this requirement, a large complex is moved out of the sterile interface and either the instrument or the robot arm is moved in. Some examples include the removal of PCA on a sterile adapter and the use of bias, the removal of the spring to the sterile adapter and the use of a spring loaded input on the robot arm, and the parts in the sterile adapter can be molded To redesign.
機械的係合および無菌バリアについて改善するために、いくつかの異なる方法および装置が研究され、そして試作された。これらの異なる実施形態は、以下に説明される。 Several different methods and devices have been investigated and prototyped to improve on mechanical engagement and sterility barriers. These different embodiments are described below.
ここで、図19を参照して、「スウォッシュプレート(斜板)」実施形態として公知の別のISAが、本発明に従って例示される。ISA700は、領域702においてドレープ部分を備えるドレープインターフェース704を備える。器具250は、器具入力280、前面タブ291、および背面タブ292を備え、この器具250はISA700に作動可能に連結され得る。 Referring now to FIG. 19, another ISA known as a “swash plate” embodiment is illustrated in accordance with the present invention. The ISA 700 includes a drape interface 704 that includes a drape portion in region 702. The instrument 250 includes an instrument input 280, a front tab 291, and a back tab 292, which instrument 250 can be operatively coupled to the ISA 700.
図20は、器具入力280とドレープインターフェース704との間の無菌ドレープ部分701のインターフェースを例示する。そして図21は、本発明のこの実施形態に従う器具入力280を例示する。ドレープインターフェース704は、1実施形態において、基部705、およびインデント706を備える回転ディスク708を形成する内部ベアリング、を備える。器具入力280は、メインシャフト282、内部ベアリング284、回転ディスク288、およびその回転ディスク288上に結節286を備える。ドレープ部分701は、無菌場を効果的に維持するため、入力280とインターフェース704との間にあるが、入力280およびインターフェース704の回転ディスク288および708はそれぞれ、360度回転し得、そしてトルクをドレープ部分701に伝達し、裂けることなく上下方向に撓む。器具入力280は定位置へと落ち込み、そして結節286(これは、1例において球面状または円錐部分であり得、そしてドレープインターフェース704の回転ディスク708上のインデント706と合致する)と整列される。結節286は、トルクが伝達されている間であっても整列された、器具の入力およびロボットアーム(PSM)の入力を維持するのを助ける。この実施形態において、複数のドレープインターフェース704の各々は、それぞれの器具入力280に作動可能に連結する。 FIG. 20 illustrates the interface of the sterile drape portion 701 between the instrument input 280 and the drape interface 704. And FIG. 21 illustrates an instrument input 280 according to this embodiment of the invention. The drape interface 704 comprises, in one embodiment, a base 705 and an internal bearing that forms a rotating disk 708 with an indent 706. Instrument input 280 includes a main shaft 282, an internal bearing 284, a rotating disk 288, and a knot 286 on the rotating disk 288. Drape portion 701 is between input 280 and interface 704 to effectively maintain a sterile field, but rotating disks 288 and 708 of input 280 and interface 704 can each rotate 360 degrees and torque It transmits to the drape part 701, and bends up and down without tearing. The instrument input 280 falls into place and is aligned with the knot 286 (which in one example may be a spherical or conical portion and matches the indent 706 on the rotating disk 708 of the drape interface 704). The nodule 286 helps to maintain aligned instrument inputs and robot arm (PSM) inputs even while torque is being transmitted. In this embodiment, each of the plurality of drape interfaces 704 is operatively coupled to a respective instrument input 280.
図22A〜図22Cおよび図23A〜図23Cは、この実施形態のISA700への器具250の係合シーケンスを例示する。図22Aにおいて、器具250の先端は最初に外科手術アクセサリ266(例えば、カニューレ)の中に入れられる。次いで、前面タブ291は、図22Bが示すようにISA700の中へと挿入される。最終的に、背面タブ292は、図22CにあるようにISA700上で定位置にスライドされる。図23Aは、ISA700の中へと挿入された前面タブ291を示し、一方背面タブ292は最初に延びて、衝突部(bump)によって保持される。図23Bは、器具250が前方(矢印Aによって示される)へとスライドするにつれて背面タブ292が前方へとスライドし続けること、および器具250がISA700上の位置に落ち込むことを示す。図23Cは、最終的な接触係合に関して、器具ハウジングタブ292において結節を示し、この器具ハウジングタブ292はISA700において溝710の中へとスナップ止めする。 22A-22C and FIGS. 23A-23C illustrate the engagement sequence of the instrument 250 to the ISA 700 of this embodiment. In FIG. 22A, the tip of instrument 250 is first placed in a surgical accessory 266 (eg, a cannula). The front tab 291 is then inserted into the ISA 700 as FIG. 22B shows. Eventually, the back tab 292 is slid into place on the ISA 700 as in FIG. 22C. FIG. 23A shows the front tab 291 inserted into the ISA 700, while the back tab 292 extends first and is held by a bump. FIG. 23B shows that the back tab 292 continues to slide forward as the instrument 250 slides forward (indicated by arrow A), and the instrument 250 falls into position on the ISA 700. FIG. 23C shows a knot in the instrument housing tab 292 for final contact engagement, which snaps into the groove 710 in the ISA 700. FIG.
ここで、図24Aおよび図24Bを参照して、本発明の実施形態に従う、「鋳型(flask)入力」として公知の別のISAが例示される。ISA800は、各々のPSM入力520に対する別個のドレープインターフェース802を備える(図25A)。図24Aは、4つのドレープインターフェース802のうちの1つの分解図を示し、そして図24Bは、ドレープインターフェース領域(特に、このドレープインターフェースが(例えば、溶接によって)組み立てられる領域B)の拡大断面図を示す。 Referring now to FIGS. 24A and 24B, another ISA known as “flask input” is illustrated in accordance with an embodiment of the present invention. The ISA 800 includes a separate drape interface 802 for each PSM input 520 (FIG. 25A). FIG. 24A shows an exploded view of one of the four drape interfaces 802, and FIG. 24B shows an enlarged cross-sectional view of the drape interface region (especially region B where this drape interface is assembled (eg, by welding)). Show.
図25A〜図25Cは、本発明のこの実施形態に従う、PSM入力520およびドレープインターフェース802をより詳細に例示する。PSM入力520は、特定の方向の器具入力(示さず)に繋げるために、整列形状物522および524を備えるが、入力の誤った整列を可能にしつつドレープが裂けることを最小または低減させるための、最小の鋭利な端を有する。PSM入力520(図25B)はさらに、バネ装填入力を提供するためにバネ528およびプレート526をさらに備える。ドレープインターフェース802(図25C)は、この実施形態において上面部分802aおよび底面部分802bを備える。上面部分802aは、リング804およびドレープ部分801を備え、これらは一緒に組み立てられそして底面部分802bはリング806およびライナー803を備え、これらは一緒に組み立てられる。ドレープ部分801をリング804に取り付ける間、このドレープは、拡大されたポケットを形成するような形状で配置され得る。上面部分802aおよび底面部分802bは、ISAハウジングのいずれかの側に配置され、そして領域Bに沿って組み立てられる。このことは、種々の手段および方法によってなされ得、溶接および接合が挙げられるが、これらに限定されない(図25A)。 FIGS. 25A-25C illustrate in more detail the PSM input 520 and the drape interface 802 according to this embodiment of the invention. The PSM input 520 includes alignment features 522 and 524 to connect to instrument inputs (not shown) in a particular direction, but to minimize or reduce drape tearing while allowing misalignment of the inputs. , With the smallest sharp edge. The PSM input 520 (FIG. 25B) further comprises a spring 528 and a plate 526 to provide a spring loaded input. The drape interface 802 (FIG. 25C) includes a top portion 802a and a bottom portion 802b in this embodiment. The top portion 802a includes a ring 804 and a drape portion 801, which are assembled together and the bottom portion 802b includes a ring 806 and a liner 803, which are assembled together. While the drape portion 801 is attached to the ring 804, the drape can be arranged in a shape that forms an enlarged pocket. Top surface portion 802a and bottom surface portion 802b are located on either side of the ISA housing and are assembled along region B. This can be done by various means and methods, including but not limited to welding and joining (FIG. 25A).
図25Aにおいて矢印「C」によってさらに示されるように、PSM入力520は、PSMへのISA800の設置の間に、ドレープインターフェース802の中へ押し付けられ、そしてドレープ部分801は、PSM入力520の上面を覆う形状へと変形される。有利には、ISA800はPSMと容易に係合される。なぜなら、メンブレン(膜)はPSM入力に対して特定の形状で整列(line up)する必要がないからである。PSM入力は、単純にドレープインターフェース802のリング内に位置付けられることのみを必要とする。 As further indicated by arrow “C” in FIG. 25A, the PSM input 520 is pushed into the drape interface 802 during installation of the ISA 800 to the PSM, and the drape portion 801 moves over the top surface of the PSM input 520. It is transformed into a covering shape. Advantageously, the ISA 800 is easily engaged with the PSM. This is because the membrane does not need to be line up in a specific shape with respect to the PSM input. The PSM input only needs to be positioned within the ring of the drape interface 802.
図26A〜図26Eは、この実施形態の器具250とISA800との係合シーケンスを例示する。器具チップ250は、最初に外科手術アクセサリ(例えば、カニューレ)の中に挿入される。次いで、前面タブ291は、ISA800の中へと挿入され、そしてISA800の前面に向かって(矢印Aにより示される)移動され、最終的にISAハウジングの前面くさび型部分810によって捕えられる(図26A)。前面タブ291は、側面プレート812に対して押し、レトラクタプレート808を下向きへと作動させてISA800および器具250から離し、これらPSM入力が器具入力上で捕捉されないことを確実にする。そして背面タブ292は、ISAハウジングの背面くさび型部分820によって捕捉される(図26B)。レトラクタプレート808の作動は、4つ全てのPSM入力520を下向きに移動させ、器具250から離す(図26C)。前面タブ291が一旦定位置に存在すると、スライドレバーが定位置に移動する(図26D)。最終的に、レトラクタプレート808が器具250に向かって移動して戻りきることを可能にする、ISAハウジングにおける凹みの中へ、前面タブ291および背面タブ292の両方が移動する。そして器具とISAとの間の電気的接触が接続される。複数のドレープインターフェースの各々が、それぞれのPSM入力および器具入力と作動可能に繋がるが、全てのドレープインターフェースが上記に例示されるとは限らないことが、注意される。 26A to 26E illustrate an engagement sequence between the instrument 250 and the ISA 800 of this embodiment. Instrument tip 250 is first inserted into a surgical accessory (eg, a cannula). The front tab 291 is then inserted into the ISA 800 and moved toward the front of the ISA 800 (indicated by arrow A) and finally captured by the front wedge-shaped portion 810 of the ISA housing (FIG. 26A). . The front tab 291 pushes against the side plate 812 and actuates the retractor plate 808 downwards away from the ISA 800 and the instrument 250 to ensure that these PSM inputs are not captured on the instrument input. The back tab 292 is then captured by the back wedge-shaped portion 820 of the ISA housing (FIG. 26B). Actuation of the retractor plate 808 moves all four PSM inputs 520 downward and away from the instrument 250 (FIG. 26C). Once the front tab 291 is in place, the slide lever moves to the home position (FIG. 26D). Eventually, both the front tab 291 and the back tab 292 move into a recess in the ISA housing that allows the retractor plate 808 to move back toward the instrument 250. The electrical contact between the instrument and the ISA is then connected. It is noted that each of the multiple drape interfaces is operatively associated with a respective PSM input and instrument input, but not all drape interfaces are exemplified above.
ここで図27Aおよび27Bを参照すると、本発明の実施形態に従う、「X字バネ」実施形態として公知の、別のISAについての上面断面斜視図および底面断面斜視図が例示される。ISA900は、保持部材902および904を備え(2つの他の保持部材(示されない)は、反対側の902および904である)、そしてPSMおよび/または外科手術器具に対して電気的接触を係合するために、電気的接触906を備える。ISA900はさらに、上面レトラクタプレート908、底面レトラクタプレート909、ISA入力913を備えるドレープインターフェース910、ISA入力開口部911、およびドレープ部分901を定位置に保持するための保持具912を、備える。 Referring now to FIGS. 27A and 27B, there are illustrated top and bottom cross-sectional perspective views for another ISA, known as an “X-spring” embodiment, in accordance with an embodiment of the present invention. ISA 900 includes retention members 902 and 904 (two other retention members (not shown) are opposite 902 and 904) and engages electrical contact to the PSM and / or surgical instrument In order to do so, an electrical contact 906 is provided. The ISA 900 further includes a top retractor plate 908, a bottom retractor plate 909, a drape interface 910 with an ISA input 913, an ISA input opening 911, and a holder 912 for holding the drape portion 901 in place.
保持部材902および904をISA上に器具を保持するために使用し、そして1例において、4つの主要な角を、外科手術器具を保持するために使用される。さらなる例において、背面保持部材は、くさび効果を形成するため前面保持部材よりも広くはなれており、外科手術器具は、ISAの背面から前面へと移動する保持位置に導かれる。 Retaining members 902 and 904 are used to hold the instrument on the ISA, and in one example, four major corners are used to hold the surgical instrument. In a further example, the back holding member is wider than the front holding member to create a wedge effect, and the surgical instrument is directed to a holding position that moves from the back to the front of the ISA.
ドレープ901は、ISAレイヤーの間でサンドイッチにされ、特にISAハウジング914と保持具912との間でサンドイッチにされ、そして上面レトラクタプレート908と底面レトラクタプレート909との間でサンドイッチにされる。ドレープ901は、ISA入力開口部911によって整列されそして同心性にあるドレープホール903を備える。 The drape 901 is sandwiched between the ISA layers, specifically sandwiched between the ISA housing 914 and the retainer 912, and sandwiched between the top retractor plate 908 and the bottom retractor plate 909. The drape 901 includes a drape hole 903 that is aligned and concentric by the ISA input opening 911.
図28Aおよび図28Bは、本発明のこの実施形態に従う、ドレープインターフェース910のISA入力の図を例示する。各々の入力913は、入力開口部911内に嵌り、そして嵌合溝916を備える。各々の入力913は、レトラクタプレートの上面セクション908と底面セクション909との間でそれぞれ捕らえられて、入力開口部911内で保持される、より幅広なセクションを有する。溝916(図28A)は、開口部911の中でぴったり(snuggly)嵌り、そして流体がこのISAを通り抜けることおよびロボットアームに達することを防ぐための蛇行性の通路を形成する。ドレープ901におけるドレープホール903の端は、入力の溝916と整列される。1例において、底面レトラクタプレート909は、ドレープインターフェース910を保持し、ドレープ901を定位置に保持し、上面レトラクタプレート908をハウジング914の上面の辺りに移動させず、そして上面レトラクタプレート908の剛性を増加させる。 28A and 28B illustrate a diagram of the ISA input of the drape interface 910 according to this embodiment of the invention. Each input 913 fits within the input opening 911 and includes a fitting groove 916. Each input 913 has a wider section that is captured and retained within the input opening 911, respectively, between the top and bottom sections 908 and 909 of the retractor plate. Groove 916 (FIG. 28A) fits snugly within opening 911 and forms a tortuous path to prevent fluid from passing through the ISA and reaching the robot arm. The end of the drape hole 903 in the drape 901 is aligned with the input groove 916. In one example, the bottom retractor plate 909 holds the drape interface 910, holds the drape 901 in place, does not move the top retractor plate 908 around the top surface of the housing 914, and the top retractor plate 908. Increase the rigidity of the.
図29は、本発明のこの実施形態に従う、PSM(入力520を備える)のアダプタ受容部分500にわたる、ISA900の断面図を例示する。そして図30は、本発明のこの実施形態に従う、図29のアセンブリと作動可能に繋がれる器具250(入力280を備える)の断面図を例示する。 FIG. 29 illustrates a cross-sectional view of an ISA 900 across an adapter receiving portion 500 of a PSM (with input 520), according to this embodiment of the invention. And FIG. 30 illustrates a cross-sectional view of instrument 250 (comprising input 280) operatively coupled to the assembly of FIG. 29, according to this embodiment of the invention.
図31A〜図31Eは、この実施形態における器具250とISA900との係合シーケンスを例示する。器具チップ250は最初に外科手術アクセサリ(例えば、カニューレ(示されない))の中へと挿入され、そしてこの器具は矢印Aによって示される、ISA900の背面からISA900の全面に向けて移動される(図31Aおよび図31B)。この器具は、ISA900にわたって位置付けられる場合、この器具は、上面レトラクタプレート908のバー918に対して下向きに押し始め、このレトラクタプレートおよびISA入力を移動させて器具から離し、そして器具入力がISA入力上で捕らえられないことを確実にする(図31Cおよび図31D)。器具の前面タブおよび背面タブが適切に挿入される場合、上面レトラクタプレートの中央バー918は、この器具における凹みの中へと入り、そしてこの器具入力はISA入力よりも上にあり、これら入力の間での係合が容易である(図31E)。複数のドレープの各々がそれぞれのPSM入力および器具入力と作動可能に繋がるが、ドレープインターフェースの全てが上記で例示されたわけではないことが注記される。 31A to 31E illustrate an engagement sequence between the instrument 250 and the ISA 900 in this embodiment. Instrument tip 250 is first inserted into a surgical accessory (eg, a cannula (not shown)) and the instrument is moved from the back of ISA 900 toward the entire surface of ISA 900, as indicated by arrow A (FIG. 31A and FIG. 31B). When the instrument is positioned over the ISA 900, the instrument begins to push downward against the bar 918 of the top retractor plate 908, moving the retractor plate and ISA input away from the instrument, and the instrument input is ISA Ensure that it is not captured on input (FIGS. 31C and 31D). When the instrument's front and back tabs are properly inserted, the top retractor plate's center bar 918 enters a recess in the instrument and the instrument input is above the ISA input and these inputs Is easily engaged (FIG. 31E). It is noted that each of the multiple drapes is operatively associated with a respective PSM input and instrument input, but not all of the drape interfaces are illustrated above.
有利には、本発明のアダプタ、ドレープ、および外科手術システムは、より大きな形状適合特徴によるドレープのサイズを低減することによって、外科手術器具とマニピュレータアームとの改善された組み付けおよび接合、無菌場の改善された堅牢性、および向上した患者の視認性を提供する。 Advantageously, the adapters, drapes, and surgical systems of the present invention provide improved assembly and joining of surgical instruments and manipulator arms, aseptic field, by reducing the size of the drapes due to the greater conformal features. Provides improved robustness and improved patient visibility.
上記の実施形態は、本発明を例示するが、本発明を限定しない。本発明の原理に従い、多くの変更および改変が可能であることもまた理解されるべきである。例えば、ピン、スロット、ディスクおよび歯の数は変動し得るが、ISA、マニピュレータアームおよび外科手術器具との間の作動可能な接続が可能でなければならない。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって規定される。 The above embodiments illustrate the invention but do not limit the invention. It should also be understood that many variations and modifications are possible in accordance with the principles of the invention. For example, the number of pins, slots, disks and teeth can vary, but an operable connection between the ISA, manipulator arm and surgical instrument must be possible. Accordingly, the scope of the invention is defined only by the appended claims.
無菌アダプタ、一体化無菌アダプタを備える無菌ドレープ、およびドレープインターフェースを有する無菌ドレープを備えるテレロボット外科手術システムが提供される。このアダプタ、ドレープおよびシステムは、テレロボット外科手術システムの部分を覆って、無菌外科手術場と非無菌ロボットシステムとの間に無菌バリアを維持し、一方でまた、ロボットアームと無菌場の外科手術器具との間での機械的および電気的なエネルギーおよびシグナルを伝達するためのインターフェースを提供する。 A telerobotic surgical system is provided that includes a sterile adapter, a sterile drape with an integrated sterile adapter, and a sterile drape having a drape interface. This adapter, drape, and system covers a portion of the telerobotic surgical system and maintains a sterile barrier between the sterile surgical field and the non-sterile robotic system, while also performing surgical operations on the robot arm and sterile field. It provides an interface for transmitting mechanical and electrical energy and signals to and from the instrument.
Claims (28)
無菌場の無菌外科手術器具に作動可能に連結される、外側表面;
ロボット外科手術システムの非無菌マニピュレータアームに作動可能に連結するための、内側表面;および
該マニピュレータアームから該外科手術器具へトルクを伝達するためのドレープインターフェース、
を備える、無菌アダプタ。 Aseptic adapter, the following:
An outer surface operably coupled to a sterile surgical instrument in a sterile field;
An inner surface for operably coupling to a non-sterile manipulator arm of a robotic surgical system; and a drape interface for transmitting torque from the manipulator arm to the surgical instrument;
Aseptic adapter comprising.
外科手術手順を実施するための無菌場に隣接した、外側表面;
該ロボット外科手術システムの非無菌部分を受容するための、内側表面;および
無菌アダプタであって、ロボット外科手術システムの非無菌マニピュレータアームと該無菌場の外科手術器具との間にインターフェースを提供し、該無菌アダプタが、マニピュレータアームから該外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える、無菌アダプタ、
を備える、無菌ドレープ。 A sterile drape for covering a non-sterile part of a robotic surgical system, the sterile drape being:
An outer surface adjacent to a sterile field for performing a surgical procedure;
An inner surface for receiving a non-sterile portion of the robotic surgical system; and a sterile adapter, providing an interface between the non-sterile manipulator arm of the robotic surgical system and the surgical instrument of the sterile field The sterile adapter comprising a drape interface for transmitting torque from a manipulator arm to the surgical instrument;
Aseptic drape.
非無菌場のマニピュレータアーム;
該無菌場の外科手術器具;および
無菌ドレープであって、該無菌場からマニピュレータアームを遮蔽するためにマニピュレータアームを覆い、該無菌ドレープが、該マニピュレータアームから該外科手術器具へとトルクを伝達するためのドレープインターフェースを備える、無菌ドレープ、
を備える、ロボット外科手術システム。 A robotic surgical system for performing a procedure in a sterile field, the system comprising:
Non-sterile field manipulator arm;
A surgical instrument in the sterile field; and a sterile drape, covering the manipulator arm to shield the manipulator arm from the sterile field, wherein the sterile drape transmits torque from the manipulator arm to the surgical instrument Aseptic drape, with a drape interface for
A robotic surgical system comprising:
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