JP2012157744A - モジュール式力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】力およびトルクの感知、ならびに遠隔ロボット手術を行う外科医へのフィードバックを向上するための、モジュール式力センサ装置、方法およびシステムが提供される。一実施形態では、モジュール式力センサは、複数のひずみゲージを含む管部分と、ロボット手術システムのマニピュレータアームに動作可能に結合することができる手術器具のシャフトに、動作可能に結合するための近位管部分と、末端部分に結合される手首関節に近位で結合するための遠位管部分とを含む。
【選択図】図3A
Description
F.Cepolina and R.C.Michelini、「Review of Fixtures for Low−Invasiveness Surgery」、Int’l Journal of Medica1 Robotics and Computer Assisted Surgery、Vol.l、Issue 1,page 58
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
モジュール式力センサ装置であって、
複数のひずみゲージを含む管部分と、
該複数のひずみゲージを覆っているカバーと、
ロボット手術システムのマニピュレータアームに動作可能に結合することができる手術器具のシャフトに、動作可能に結合する近位管部分と、
末端部分に結合される手首関節に、近位で結合する遠位管部分と
を備える、モジュール式力センサ装置。
(項目2)
上記管部分は陥没しており、上記近位管部分は隆起している、項目1に記載の装置。
(項目3)
上記管部分は、上記手術器具の上記シャフトの材料とは異なる材料を含む、項目1に記載の装置。
(項目4)
上記複数のひずみゲージは、4個ずつの2つのグループから成る8個のひずみゲージを含み、1つのグループのひずみゲージのそれぞれは、上記シャフトの周りで90度の間隔を置いている、項目1に記載の装置。
(項目5)
上記複数のひずみゲージは、3個ずつの2つのグループから成る6個のひずみゲージを含み、1つのグループのひずみゲージのそれぞれは、上記シャフトの周りで120度の間隔を置いている、項目1に記載の装置。
(項目6)
上記複数のひずみゲージは、上記シャフトの周りで90度の間隔を置いている4個のひずみゲージを含む、項目1に記載の装置。
(項目7)
上記複数のひずみゲージは、上記シャフトの周りで120度の間隔を置いている3個のひずみゲージを含む、項目1に記載の装置。
(項目8)
各ひずみゲージは、上記陥没している管部分の縦方向軸と平行な軸に沿って、1個の別のひずみゲージと整列させられる、項目1に記載の装置。
(項目9)
上記ひずみゲージのそれぞれのひずみ感知主方向は、上記シャフトの縦方向軸と平行に配向させられる、項目1に記載の装置。
(項目10)
上記複数のひずみゲージは、光ファイバ、箔、弾性表面波、および半導体型ひずみゲージより成る群から選択される、項目1に記載の装置。
(項目11)
ひずみゲージは、ファブリ・ペロー型ひずみゲージおよびファイバブラッググレーティング型ひずみゲージより成る群から選択される、項目1に記載の装置。
(項目12)
上記カバーは、ガラス繊維、樹脂、および電気遮蔽物より成る群から選択される材料から成る、項目1に記載の装置。
(項目13)
上記近位管部分は、上記管部分の縦方向軸に沿った複数の溝を含む、項目1に記載の装置。
(項目14)
上記手首関節は、ヨー軸およびグリップ軸のための共通の旋回軸を共有する、項目1に記載の装置。
(項目15)
上記末端部分は、ジョー、鋏、把持器、持針器、マイクロダイセクタ、ステープル留め器、鋲打ち器、吸引洗浄具、クリップ留め器、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より成る群から選択される、項目1に記載の装置。
(項目16)
モジュール式力センサ装置であって、
複数のひずみゲージを有する管部分と、ロボット手術システムのマニピュレータアームに動作可能に結合することができる手術器具のシャフトに、動作可能に結合する近位管部分とを含む内管と、
該内管を覆っている外管であって、該近位管部分に固定して結合され、該外管からの軸方向荷重に実質的に干渉せずに横方向荷重を感知するために、該内管の遠位管部分に動作可能に結合される、外管と
を備える、モジュール式力センサ装置。
(項目17)
上記外管は、エラストマを介して上記遠位管部分に動作可能に結合される、項目16に記載の装置。
(項目18)
上記外管は、低摩擦材料から成る環状リングを介して上記遠位管部分に動作可能に結合される、項目16に記載の装置。
(項目19)
上記外管は、低摩擦コーティングを介して上記遠位管部分に動作可能に結合される、項目16に記載の装置。
(項目20)
上記管部分は、上記手術器具の上記シャフトの材料とは異なる材料から成る、項目16に記載の装置。
(項目21)
上記複数のひずみゲージは、4個ずつの2つのグループから成る8個のひずみゲージを含み、1つのグループのひずみゲージのそれぞれは、上記シャフトの周りで90度の間隔を置いている、項目16に記載の装置。
(項目22)
上記複数のひずみゲージは、3個ずつの2つのグループから成る6個のひずみゲージを含み、1つのグループのひずみゲージのそれぞれは、上記シャフトの周りで120度の間隔を置いている、項目16に記載の装置。
(項目23)
上記複数のひずみゲージは、上記シャフトの周りで90度の間隔を置いている4個のひずみゲージを含む、項目16に記載の装置。
(項目24)
上記複数のひずみゲージは、上記シャフトの周りで120度の間隔を置いている3個のひずみゲージを含む、項目16に記載の装置。
(項目25)
上記複数のひずみゲージは、光ファイバ、箔、弾性表面波、および半導体型ひずみゲージより成る群から選択される、項目16に記載の装置。
(項目26)
ひずみゲージは、ファブリ・ペロー型ひずみゲージおよびファイバブラッググレーティング型ひずみゲージより成る群から選択される、項目16に記載の装置。
(項目27)
上記外管は、ガラス繊維、樹脂、および電気遮蔽物より成る群から選択される材料から成る、項目16に記載の装置。
(項目28)
上記末端部分は、ジョー、鋏、把持器、持針器、マイクロダイセクタ、ステープル留め器、鋲打ち器、吸引洗浄具、クリップ留め器、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より成る群から選択される、項目16に記載の装置。
(項目29)
上記近位管部分は、上記管部分の縦方向軸に沿った複数の溝を含む、項目16に記載の装置。
Claims (35)
- モジュール式力センサ装置であって、
内管であって、
複数のひずみゲージを有する管部分と、
ロボット手術システムの手術器具のシャフトに、動作可能に結合する近位管部分と、
遠位管部分と
を含む、内管と、
該内管を覆っている外管であって、
該外管は、該近位管部分に固定して結合され、
該外管は、該手術器具の手首関節を該外管の遠位端に設置するように構成されており、
該手首関節は、該手術器具の末端部分に結合され、該モジュール式力センサが、該手術器具の該シャフト上に設置された場合に、該モジュール式力センサ装置は、該手術器具の遠位部分に配置され、
該外管は、該内管の該遠位管部分に動作可能に結合され、該複数のひずみゲージは、該外管からの軸方向荷重に実質的に干渉せずに横方向荷重を感知する、外管と
を含む、装置。 - 前記外管は、エラストマを介して前記遠位管部分に動作可能に結合される、請求項1に記載の装置。
- 前記外管は、低摩擦材料を含む環状リングを介して前記遠位管部分に動作可能に結合される、請求項1に記載の装置。
- 前記外管は、低摩擦コーティングを介して前記遠位管部分に動作可能に結合される、請求項1に記載の装置。
- 前記管部分は、前記手術器具の前記シャフトの材料とは異なる材料から成る、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のひずみゲージは、4個ずつの2つのグループから成る8個のひずみゲージを含み、1つのグループのひずみゲージのそれぞれは、前記管部分の周りで90度の間隔を置いている、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のひずみゲージは、3個ずつの2つのグループから成る6個のひずみゲージを含み、1つのグループのひずみゲージのそれぞれは、前記管部分の周りで120度の間隔を置いている、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のひずみゲージは、前記管部分の周りで90度の間隔を置いている4個のひずみゲージを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のひずみゲージは、前記管部分の周りで120度の間隔を置いている3個のひずみゲージを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記複数のひずみゲージは、光ファイバ、箔、弾性表面波、半導体型ひずみゲージより成る群から選択される、請求項1に記載の装置。
- ひずみゲージは、ファブリ・ペロー型ひずみゲージおよびファイバブラッググレーティング型ひずみゲージより成る群から選択される、請求項1に記載の装置。
- 前記外管は、ガラス繊維、樹脂、電気遮蔽物より成る群から選択される材料から成る、請求項1に記載の装置。
- 前記末端部分は、ジョー、鋏、把持器、持針器、マイクロダイセクタ、ステープル留め器、鋲打ち器、吸引洗浄具、クリップ留め器、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、吸引オリフィスより成る群から選択される、請求項1に記載の装置。
- 前記近位管部分は、前記管部分の縦方向軸に沿った複数の溝を含む、請求項1に記載の装置。
- 低侵襲手術器具であって、
シャフトと、
該低侵襲手術器具の遠位端における手術ツールと、
該シャフトに該手術ツールを結合する手首関節と、
該手首関節の近位において該低侵襲手術器具の遠位部分に配置された力センサ装置と
を含み、
該力センサ装置は、該手首関節の近位において該シャフトの遠位端上に配置された複数のひずみゲージを含み、
該シャフトの該遠位端の外径は、該遠位端の近位において該シャフトの外径以下である、低侵襲手術器具。 - 前記力センサ装置は、スリップオン式の力センサモジュールを含む、請求項15に記載の低侵襲手術器具。
- 前記低侵襲手術器具に埋め込まれた集積回路をさらに含み、
該集積回路は、その内部に前記力センサの較正データがプログラムされており、該低侵襲手術器具を用いる手術システムは、該較正データにアクセスすることが可能である、請求項15に記載の低侵襲手術器具。 - 前記シャフトの前記遠位端は、該遠位端の近位において該シャフトの前記外径未満の外径を有する管を含む、請求項15に記載の低侵襲手術器具。
- 前記力センサ装置は、前記遠位端の近位において前記シャフトの前記外径に等しい外径を有するカバーをさらに含む、請求項18に記載の低侵襲手術器具。
- 前記管は、前記シャフト上に設置された近位部分と、前記手首関節に結合された遠位部分と、該管の近位部分から該管の遠位部分まで延びている第3の部分とをさらに含み、
前記複数のひずみゲージは、該第3の部分の周囲に配置されており、
該第3の部分は、前記遠位端の近位において該シャフトの前記外径未満の外径を有する、請求項18に記載の低侵襲手術器具。 - 前記力センサ装置は、前記遠位端の近位において前記シャフトの前記外径に等しい外径を有するカバーをさらに含む、請求項20に記載の低侵襲手術器具。
- 前記カバーは、前記管の前記近位部分に取り付けられた近位端を有する外側同心状管状部材管をさらに含み、該外側同心状管状部材管と、前記管の前記第3の部分と、前記管の前記遠位部分との間に、環状の隙間を形成する、請求項21に記載の低侵襲手術器具。
- 前記環状の隙間において、材料の環状リングをさらに含み、
該環状リングは、前記管を前記外側同心状管状部材に結合する、請求項22に記載の低侵襲手術器具。 - 前記環状リングは、エラストマを含む、請求項23に記載の低侵襲手術器具。
- 前記環状リングは、低摩擦材料を含む、請求項23に記載の低侵襲手術器具。
- 低侵襲手術器具のシャフトの遠位端に手首関節を結合することであって、該シャフトは、該遠位端の近位における外径を有し、該シャフトの該遠位端の外径は、該遠位端の近位において該シャフトの該外径以下である、ことと、
該低侵襲手術器具の末端部分を該手首関節に結合することと、
複数の力センサを該手首関節の近位における該シャフトの該遠位端上に配置することと
を含む、方法。 - 前記シャフトの前記遠位端は、陥没管部分を含み、前記配置することは、前記複数のひずみゲージを該陥没管部分上に設置することをさらに含む、請求項26に記載の方法。
- 前記シャフトの前記遠位端は、近位管部分と、遠位管部分と、該近位管部分と該遠位管部分との間に延びる第3の管部分とを有する管を含み、
該近位管部分は、該シャフトに結合するように構成されており、
該遠位管部分は、前記手首関節を支持して取り付けるように構成されており、
前記配置することは、前記複数のひずみゲージを該第3の管部分上に設置することをさらに含む、請求項26に記載の方法。 - 前記第3の管部分は、前記近位管部分に対して陥没した陥没管部分を含み、
前記設置することは、前記複数のひずみゲージを該陥没管部分上に設置することをさらに含む、請求項28に記載の方法。 - 前記第3の管部分は、前記手術器具の前記シャフトの材料とは異なる材料を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記複数のひずみゲージを配置することは、前記シャフトの前記遠位端の周りで90度の間隔を置いて4つのひずみゲージを配置することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記複数のひずみゲージを配置することは、前記シャフトの前記遠位端の周りで120度の間隔を置いて3つのひずみゲージを配置することを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記複数のひずみゲージを配置することは、前記シャフトの縦方向軸に平行な軸に沿って、各ひずみゲージと1個の他のひずみゲージとを整列させることを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記複数のひずみゲージのそれぞれのひずみ感知主方向は、前記シャフトの縦方向軸と平行に配向させられる、請求項26に記載の方法。
- 光ファイバ、箔、弾性表面波、半導体型ひずみゲージより成る群から前記複数のひずみゲージを選択することをさらに含む、請求項26に記載の方法。
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