JP2013540014A - 血管穿孔機の内視鏡支援による配置 - Google Patents

Abstract

ロボット穿孔システムはロボットユニット（７０）と制御ユニット（８０）とを使用する。ロボットユニット（７０）はロボット（７１）とそのロボット（７１）に備え付けられた内視鏡穿孔機（７２）とを含む。その内視鏡穿孔機（７２）は内視鏡（７３）と穿孔機（７４）の較正された空間的位置合わせを含む。制御ユニット（８０）はロボット（７１）に命令を出し、解剖学的組織（９２）の穿孔を実行する際に内視鏡穿孔機（７２）を配置する。

Description

本発明は一般的に外科手術中の穿孔機の使用に関し、詳しくは最小限に非侵襲的な外科手術に関する（例えば、最小限に非侵襲的な冠状動脈バイパス接合手術）。本発明は特に、既知の空間的関係を有する血管穿孔機と内視鏡とのロボット配置に関する。

血管穿孔機（ｖｅｓｓｅｌ ｐｕｎｃｈ）は血管内にクリーンな孔を開けるのに使用される処理装置である。血管穿孔機は様々な心臓血管手術で使用され、移植血管を基本血管に取り付けるのを容易にする。例えば、冠動脈バイパス接合では、血管穿孔機は接合動脈を大動脈に取り付けるのに使用されてもよく、その接合を通る血流を容易にし、病気の動脈をバイパスする。

市販の入手可能な穿孔機は、血管穿孔機とバネ／解除機構（ｓｐｒｉｎｇ／ｒｅｌｅａｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を配置し、針状機器の迅速な解除を可能にする。そのバネ機構は、手動で操作する針に比べて、非常に高い力とスピードを手術に付与する。大動脈壁の小さな線状の切開が外科用メスを用いて行われた後、穿孔機のアンビルがその切開内に置かれる。次のステップではその穿孔機は解除されてその孔を開く。

典型的には、穿孔装置の先端部は約２．５−５ｍｍの直径である。その装置の本体は最小限に非侵襲的な外科手術のため通常１０ｍｍの直径であり、かつ、心臓切開手術のため約２０ｍｍである。最小限に非侵襲的な外科手術では、穿孔機は２つの器具出入口のうちの１つを通って導かれ、１つの手術器具だけを外科手術に利用できるように残す。例えば、図１に示されるように、穿孔装置２１と手術器具２２が胸２０の器具出入口を通って導かれ、一方で、内視鏡２３が胸２０の観察出入口を通って導かれ手術領域を視覚的にモニタリングする。

しかしながら、この配置では、器具出入口を通って他方の手術器具とは反対に胸の中に入る穿孔装置２１は、孔を開けた後で外科医の行動できる力を著しく損なうかもしれない。例えば、大動脈中の高血圧のために外科医によってすぐに処理されるべき出血が起こることがあり、手術器具２１はその血液を処理するのに不十分かもしれない。

多くの市販の穿孔装置は内視鏡の作業チャンネルよりも随分大きく、それ故、図１の配置に対する解決法として、内視鏡の作業チャンネルを通って配置されることができない。特に、穿孔装置の大きなサイズはバネ／解除機構の設計に起因し、そのバネ／解除機構は、外科医によって直接操作されるということを考えれば、５ｍｍより小さくすることができない。さらに、外科医は、必要とされる力とスピードが人の能力を超えるので、そのバネ／解除機構なしでは針を直接配置することができない。さらに、最小限に非侵襲的な外科手術で使用可能な穿孔装置は器具出入口を通って配置されなければならないので、上記の問題を生じる。

本発明は、既知の空間関係を有する内視鏡と穿孔機とのロボット配置に係るシステムと方法とを提供する。例えば、その穿孔機は内視鏡の作業チャンネルを通って配置されてもよく、又は、別の固定具を介してその内視鏡に平行に配置されてもよい。

本発明の一形態はロボットユニットと制御ユニットとを使用したロボット穿孔装置である。そのロボットユニットはロボットとそのロボットに備え付けられた内視鏡穿孔機とを含む。その内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機との較正された空間的調整を含む。その制御ユニットは、解剖学的組織の穴を開けるとき、内視鏡穿孔機を配置するためにそのロボットに命令を出す。

本発明の第２形態はロボット穿孔方法であり、内視鏡穿孔機をロボットに備え付けるステップを含み、その内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機との較正された空間的調整を含む。そのロボット穿孔方法はロボットの操作を更に含み、解剖学的組織上の目標の穿孔部を通って内視鏡穿孔機を位置付ける。

本発明の前述の形態やその他の形態は、本発明の各種の特徴と利点と同様に、添付の図面と関連して読解される本発明の各種実施形態の以下の詳細な説明から更に明白になるだろう。その詳細な説明と図面とは本発明の単なる例示目的であり、付属の特許請求の範囲やその均等物によって定義される本発明を制限するものではない。

図１は先行技術で知られる穿孔装置を用いた、最小限に非侵襲的な外科手術の例示的な一実施形態を示す。 図２は本発明に従った内視鏡穿孔装置を用いた、最小限に非侵襲的な外科手術の例示的な一実施形態を示す。 図３は先行技術で知られる内視鏡の断面図を示す。 図４は本発明に従った内視鏡穿孔装置の一実施形態の長手方向の斜視図を示す。 図５は本発明に従った内視鏡マウントの断面図を示す。 図６は本発明に従った内視鏡穿孔装置の一実施形態の長手方向の斜視図を示す。 図７は本発明に従った内視鏡穿孔装置の第３の実施形態に係る長手方向の斜視図を示す。 図８は本発明に従った穿孔機の実施形態を示す。 図９は本発明に従った穿孔機の実施形態を示す。 図１０は本発明に従った穿孔機の実施形態を示す。 図１１は本発明に従ったロボット穿孔機システムに係る一実施形態を示す。 図１２は本発明に従ったロボット穿孔機システムに係る最小限に非侵襲的な外科手術の一例を示す。 図１３は本発明に従ったロボット穿孔機システムに係る例示的な一実施形態を表すフローチャートを示す。 図１４は図１３に示されるフローチャートを実行する、最小限に非侵襲的な外科手術の一例を示す。

図２に示されるように、本発明は内視鏡穿孔機２４を供給し、その内視鏡穿孔機は２つの手術器具２２と２５が、最小限に非侵襲的な外科手術の間、解剖学的組織（不図示）の穿孔又は穴あけの前に胸２０の器具出入口を通って導かれることを可能にする。特に、本明細書で更に説明されるように、内視鏡穿孔機２４は、目標の穿孔部位の穿孔（ｐｕｎｃｔｕｒｅ）又は穴あけ（ｐｉｅｒｃｉｎｇ）の後に解剖学的組織上の目標の穿孔部位の内視鏡観察を容易にするように配置される。そうして、手術器具２２と２５はすぐに外科医が利用可能であって、目標穿孔部の穿孔又は穴あけのために如何なる必要な措置をも実行できる。

本発明の目的において、“内視鏡穿孔機”は本明細書では、較正された内視鏡と穿孔機との間の空間的調整を有する如何なる装置としても広く定義され、“較正された”の語は本明細書では精密測定として広く定義され、そして、“調整”の語は内視鏡と穿孔機との間の平行な及び非平行な調整（アライメント）を含む。

また、本発明の目的において、“内視鏡”は本明細書では、身体の内部から撮像する能力を構造的に備えた如何なる装置としても広く定義される。内視鏡の具体例は、柔軟な又は硬い如何なる種類のスコープ（例えば、内視鏡、関節鏡、気管支鏡、総胆管鏡、結腸鏡、膀胱鏡、十二指腸鏡、胃カメラ、子宮鏡、腹腔鏡、喉頭鏡、神経鏡、耳鏡、押腸鏡、鼻喉頭鏡、Ｓ状結腸鏡、胸鏡等々）をも含むがこれに限定されず、及び、イメージングシステムを備えたスコープ（例えば、イメージングを備えたネスト状のカニュラ）に類似する如何なる装置をも含むがこれに限定されない。そのイメージングは局所的であり、表面画像が光ファイバー、レンズ、及び、小型イメージングシステム（例えばＣＣＤベースの）で光学的に取得されてもよい。

さらに、本発明の目的において、“穿孔機（ｐｕｎｃｈ）”は本明細書では、先行技術で知られるバネ／解除機構を除き、解剖学的組織を穿孔し又は穴あけするように構造的に構成された如何なる物又は装置としても広く定義される。実際には、解剖学的組織はその穿孔機によって解剖学的組織の穿孔又は穴あけを容易にする切開を有してもよい。

次に図３−１０が本明細書で示され、本発明の内視鏡穿孔機の一実施形態に関する理解を容易にする。

図３と４を参照すると、内視鏡穿孔機３０は、先行技術で知られる観察チャンネル３２と作業チャンネル３３とを有する内視鏡３１を含む。穿孔機３４は図４に示されるように作業チャンネル３３の遠心端部に取り付けられ、観察チャンネル３２との較正された空間調整を有する。内視鏡穿孔機３０の一実施形態では、穿孔機３４の先端部は観察チャンネル３２の先端レンズ（不図示）と空間的に調整され、穿孔機３４の先端部とレンズの中心との間の距離は正確に測定される。別の実施形態では、穿孔機３４は作業チャンネル３３を通って挿入され、穿孔操作のため、穿孔機３４の先端部と観察チャンネルとの較正された空間調整が得られる。この実施形態では、穿孔機３４は穿孔操作が実施された後に取り除かれてもよい。

実際は、穿孔機３４は部分的に又は全体的に観察チャンネル３２の視野の内部にあってもよい。

図５と６を参照すると、内視鏡穿孔機４０は内視鏡４２と穿孔機チャンネル４３とを有する内視鏡マウント４１を含む。図６に示されるように、穿孔機４４は穿孔機チャンネル４３の遠心端部に取り付けられ、そして、内視鏡４２との較正された空間的調整を有する。内視鏡穿孔機４０の一実施形態では、穿孔機４４の先端部は内視鏡４２の先端レンズ（不図示）と空間的に調整され、そして、穿孔機４４の先端部とレンズの中心との間の距離が正確に測定される。

実際は、穿孔機４４は部分的に又は全体的に内視鏡４２の視野の範囲の内部にあってもよい。さらに、内視鏡４２は観察チャンネルを独占的に有するものとして示されるが、実際は内視鏡マウント４１の内部に位置付けられる作業チャンネルも有してもよい。

図７を参照すると、内視鏡穿孔機５０は内視鏡５１と内視鏡５１に平行に備え付けられた穿孔機５２とを含む。内視鏡穿孔機５０の例示的実施形態では、穿孔機５２は、図７の矢印で示されるように内視鏡５１に移動可能に備え付けられ、そして、穿孔機５２は図７に示されるように、内視鏡５１との較正された空間的調整を有する作業位置まで移動してもよい。代替的に、穿孔機５２は作業位置において取り外せないように備え付けられてもよい。何れの実施形態でも、穿孔機５２の先端は内視鏡５１の先端レンズ（不図示）と空間的に調整されてもよく、そして、穿孔機５２の先端とレンズの中心との距離は正解に測定される。

実際に、穿孔機５２は部分的に又は全体的に内視鏡５１の視野の範囲の内部にあってもよい。さらに、内視鏡５１は観察チャンネルを独占的に有するように示されるが、実際は内視鏡５１は作業チャンネルも有してもよい。

図４、６、及び７は鋭利な針状の先端部を有する穿孔機を示す。実際は、本発明は穿孔機先端部の構造的な設計には如何なる制限や限定をも課さない。例えば、図８−１０は様々な先端部の設計に係る穿孔機６０−６２をそれぞれ示す。

次に、図１１−１４が本明細書で説明され、本発明のロボット穿孔システムについての理解を容易にするだろう。

図１１に示されるように、本発明のロボット穿孔システムは、人や動物の身体の解剖学的領域の内視鏡イメージングを含む如何なる内視鏡手術に対してもロボットユニット７０と制御ユニット８０とを使用する。そうした内視鏡手術の例は、最小限に非侵襲的な外科手術（例えば冠状動脈バイパス接合、又は、僧帽弁置換）であるが、これに限定されない。

ロボットユニット７０はロボット７１、ロボット７１に硬く取り付けられた内視鏡穿孔機７２、及び、内視鏡穿孔機７２に取り付けられたビデオ取得装置７５を含む。

ロボット７１は、本明細書では、特定の内視鏡手術に対して所望されるように、エンドエフェクター（ｅｎｄ−ｅｆｆｅｃｔｏｒ）を操作するため、１つ以上の接合部の電動式制御により構造的に構成される如何なるロボット装置としても広く定義される。実際は、ロボット７１は４つの自由度を有してもよく、例えば、硬いセグメントと直列に接続した接合部を有する直列ロボットや、並列的に備え付けられた接合部と硬いセグメントとを含む並列ロボット（例えば、公知のスチュワートプラットフォーム）、又は、直列及び並列の運動学の如何なるハイブリッドなコンビネーションである。ロボット７１は、複数の接合部によって取り付けられた一連の短くて硬い又は柔らかいセグメントからなる如何なるバリエーションの連続ロボットであってもよい（例えば、蛇ロボットや尺取虫ロボット）。

実際は、内視鏡穿孔機７２はロボット７１のエンドエフェクターに備え付けられる。ロボット７１のエンドエフェクターの姿勢は、ロボット７１アクチュエータの座標系内の位置と方向である。ロボット７１のエンドエフェクターに備え付けられた内視鏡穿孔機７２によって、解剖学的領域内にある内視鏡穿孔機７２の視野の如何なる姿勢も、ロボット座標系内のロボット７１のエンドエフェクターの異なる姿勢に対応する。その結果として、内視鏡穿孔機７２によって生成される解剖学的領域のそれぞれの内視鏡イメージは、解剖学的領域内の内視鏡穿孔機７２の対応する姿勢と関連付けされても良い。

ビデオ取得装置７５は、本明細書では、内視鏡穿孔機７２から得られる内視鏡ビデオ信号をコンピュータ可読な内視鏡イメージ（“ＥＩ”）７６の一時的シーケンスへ変換する能力を備えて構造的に構成される如何なる装置としても広く定義される。実際は、ビデオ取得装置７５は如何なるタイプのフレームグラッバー（ｆｒａｍｅ ｇｒａｂｂｅｒ）を使用してもよく、内視鏡ビデオ信号から個々のデジタル静止フレームを取得する。

さらに図１１を参照すると、制御ユニット８０はロボット制御器８１と内視鏡制御器８２とを含む。

ロボット制御器８１は本明細書では、先行技術で知られるように、１つ以上のロボットアクチュエータコマンド（“ＲＡＣ”）８４をロボット７１に与えるように構造的に構成される如何なる制御器としても広く定義され、内視鏡手術に対して所望されるようにロボット７１のエンドエフェクターの姿勢を制御する。さらに詳しくは、ロボット制御器８１は内視鏡制御器８２からの内視鏡位置コマンド（“ＥＰＣ”）８３をロボットアクチュエータコマンド８４に変換する。例えば、内視鏡位置コマンド８３は、解剖学的領域内で内視鏡穿孔機７２の視野の所望の３Ｄ位置に至る内視鏡軌道を表してもよく、それによって、ロボット制御器８１はコマンド８３をコマンド８４に変換し、そのコマンドには内視鏡穿孔機７２を所望の３Ｄ位置へ移動するのに必要なロボット７１の各モーターの動作電流を含む。

内視鏡制御器８２は本明細書では、先行技術で知られる内視鏡誘導方法を実施するよう構造的に構成される如何なる制御器としても広く定義される。例えば、内視鏡制御器８２はマスタースレーブ方式の制御方法、又は、内視鏡イメージ７６を利用するビジュアルサーボ方法を実施してもよい。

一般的には、図１２に示される操作では、制御器８１と８２は、内視鏡穿孔機７２を身体９０の挿入出入口９１内に挿入した後、内視鏡穿孔機７２を操作する際にロボット７１を集合的に操作する。好ましくは、ロボット７１の運動学は挿入出入口９１の周りで内視鏡穿孔機７２を旋回することを容易にし、そして、内視鏡７３の主軸に沿ったロボット７１の線形移動を容易にする。そうして、内視鏡穿孔機７２は、心臓９２上の目標穿孔部位９３に到達するのに必要なように回転及び並進移動されてもよい。そして、その目標穿孔部位９３に到達するとすぐに、目標穿孔部位９３での心臓９２の切開を穿孔すると場合に内視鏡穿孔機７２を使用するとき、制御器８１と８２はロボット７１を操作する。

次に、本明細書ではフローチャート１００の説明が与えられ、本発明のロボット穿孔システムの操作についての更なる理解を容易にするだろう。

図１３と１４を参照すると、フローチャート１００のステージＳ１０１は心臓９２上の目標穿孔部位９３の選択と、内視鏡穿孔機７２の位置づけとを含み、それによって、穿孔機７４は目標穿孔部位９３に近接するが接触はしない。ステージＳ１０１の一実施形態では、外科医が内視鏡穿孔機７２と２つの手術器具（不図示）とのために必要な出入口（例えば出入口９１）を設定し、他の必要な外科作業を実行した後、その外科医は、内視鏡イメージ７６（図１１）を観察して、目標穿孔部位９３の方向に手動で内視鏡穿孔機７２を誘導してもよい。

代替的に、外科医は、心臓９２の現在の内視鏡視野の中の目標穿孔部位９３を選択してもよく、例えば、図１４に示されるように心臓９２の表示された視野１１０である。その選択から、制御ユニット８０は、内視鏡穿孔機７２を目標穿孔部位９３に誘導するときにロボット７１を操作するだろう。

フローチャート１００のステージＳ１０２は、目標穿孔部位９３上の穿孔機７４の配置のための目標穿孔部位９３の準備を含む。ステージＳ１０２の一実施形態では、外科医は線状の切開を有する目標穿孔部位９３を準備し、制御ユニット８０は目標穿孔部位９３に穿孔機７４を配置するときにロボット７１を操作する。

フローチャート１００のステージＳ１０３は目標穿孔部位９３での穿孔機７４の評価を含み、例えば、目標穿孔部位９３の表示された視野１１１の評価である。その評価を考慮して、外科医は、目標穿孔部位９３での穿孔機７４の位置づけを調整するとき制御ユニット８０に命令を出す。位置調整が実行されたかどうかに関係なく、内視鏡穿孔機７２は、目標穿孔部位９３での穿孔機７４の位置が許容できるかを外科医が突き止めることに応じて配置される。ターゲットＳ１０３の一実施形態では、内視鏡７３の軸に沿って内視鏡穿孔機７２を移動するときに制御ユニット８０はロボット７１を操作し、それによって、穿孔機７４は目標穿孔部位９３の切開の内部に“ゆっくりと”配置される。

フローチャート１００の終わりでは、２つの手術器具は、心臓９２の穿孔に関する如何なる問題にも対処するように利用されてもよい。

本明細書では、図１−１４の説明から、本発明の分野の通常の知識を有する者は、本発明の多数の利点を理解するであろうが、その利点には、組織の切開とその後の穿孔を包含する如何なるタイプの内視鏡手術に対する本願発明の応用を含むが、これに限定されないことを理解するだろう。さらに、本発明の分野の通常の知識を有する者は、本発明のロボットの多数の有利な点を理解するだろうが、その有利な点には、穿孔中に患者の身体内に残る手術器具の十分な種類と量の使用を含み、起こり得る合併症に対する早期の対応を可能にし、ロボット穿孔機システム内の従来のバネ／解除機構を省略することを考慮して、穿孔装置のサイズの大幅な減少を可能にし、穿孔の誘導は孔の正確な位置づけを可能にし、バネ仕掛けの穿孔機で制御できない穿孔機の深さとスピードの手術制御を可能にすることを含むが、これに限定されないことを理解するだろう。

本発明は例示的な側面、特徴、及び具体化を参照して述べてきたが、開示のシステムと方法はそうした例示的な側面、特徴、及び／又は具体化に制限されない。しかし、本明細書で述べられる説明から当業者には容易に明白であるように、開示のシステムと方法とは、本発明の精神又は適用範囲から逸脱することなく、修正、変更、及び拡張を受け入れることができる。従って、本発明は本発明の適用範囲内にあるそうした修正、変更、及び拡張を明らかに包含する。

本発明は一般的に外科手術中の穿孔機の使用に関し、詳しくは最小限に非侵襲的な外科手術に関する（例えば、最小限に非侵襲的な冠状動脈バイパス接合手術）。本発明は特に、既知の空間的関係を有する血管穿孔機と内視鏡とのロボット配置に関する。

血管穿孔機（ｖｅｓｓｅｌ ｐｕｎｃｈ）は血管内にクリーンな孔を開けるのに使用される処理装置である。血管穿孔機は様々な心臓血管手術で使用され、移植血管を基本血管に取り付けるのを容易にする。例えば、冠動脈バイパス接合では、血管穿孔機は接合動脈を大動脈に取り付けるのに使用されてもよく、その接合を通る血流を容易にし、病気の動脈をバイパスする。

市販の入手可能な穿孔機は、血管穿孔機とバネ／解除機構（ｓｐｒｉｎｇ／ｒｅｌｅａｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を配置し、針状機器の迅速な解除を可能にする。そのバネ機構は、手動で操作する針に比べて、非常に高い力とスピードを手術に付与する。大動脈壁の小さな線状の切開が外科用メスを用いて行われた後、穿孔機のアンビルがその切開内に置かれる。次のステップではその穿孔機は解除されてその孔を開く。

典型的には、穿孔装置の先端部は約２．５−５ｍｍの直径である。その装置の本体は最小限に非侵襲的な外科手術のため通常１０ｍｍの直径であり、かつ、心臓切開手術のため約２０ｍｍである。最小限に非侵襲的な外科手術では、穿孔機は２つの器具出入口のうちの１つを通って導かれ、１つの手術器具だけを外科手術に利用できるように残す。例えば、図１に示されるように、穿孔装置２１と手術器具２２が胸２０の器具出入口を通って導かれ、一方で、内視鏡２３が胸２０の観察出入口を通って導かれ手術領域を視覚的にモニタリングする。

しかしながら、この配置では、器具出入口を通って他方の手術器具とは反対に胸の中に入る穿孔装置２１は、孔を開けた後で外科医の行動できる力を著しく損なうかもしれない。例えば、大動脈中の高血圧のために外科医によってすぐに処理されるべき出血が起こることがあり、手術器具２１はその血液を処理するのに不十分かもしれない。

多くの市販の穿孔装置は内視鏡の作業チャンネルよりも随分大きく、それ故、図１の配置に対する解決法として、内視鏡の作業チャンネルを通って配置されることができない。特に、穿孔装置の大きなサイズはバネ／解除機構の設計に起因し、そのバネ／解除機構は、外科医によって直接操作されるということを考えれば、５ｍｍより小さくすることができない。さらに、外科医は、必要とされる力とスピードが人の能力を超えるので、そのバネ／解除機構なしでは針を直接配置することができない。さらに、最小限に非侵襲的な外科手術で使用可能な穿孔装置は器具出入口を通って配置されなければならないので、上記の問題を生じる。

Ｄａｎｉｅｌ Ｔ． Ｗａｌｌａｃｅ他のＵＳ２００９／０２２８０２０ Ａ１は、現場の（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）移植穿孔窓に係る発明を開示している。カテーテルプラットフォームは、好ましくは、１つ以上の移植要素を有し、その移植要素は末端に配置されて、共通の移植材料を介して穿孔窓を制御可能に形成するように構成される。そのカテーテルは、サイド分岐構造の大きさを決定し、及び／又は、位置付けるように利用されてもよく、穿孔窓のサイズ及び／又は位置を確認し、そして、その穿孔窓を通じて、他の分岐構造の中へ追加の移植を配置する。

本発明は、既知の空間関係を有する内視鏡と穿孔機とのロボット配置に係るシステムと方法とを提供する。例えば、その穿孔機は内視鏡の作業チャンネルを通って配置されてもよく、又は、別の固定具を介してその内視鏡に平行に配置されてもよい。

本発明の一形態はロボットユニットと制御ユニットとを使用したロボット穿孔装置である。そのロボットユニットはロボットとそのロボットに備え付けられた内視鏡穿孔機とを含む。その内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機との較正された空間的調整を含む。その制御ユニットは、解剖学的組織の穴を開けるとき、内視鏡穿孔機を配置するためにそのロボットに命令を出す。

本発明の第２形態はロボット穿孔方法であり、内視鏡穿孔機をロボットに備え付けるステップを含み、その内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機との較正された空間的調整を含む。そのロボット穿孔方法はロボットの操作を更に含み、解剖学的組織上の目標の穿孔部を通って内視鏡穿孔機を位置付ける。

本発明の前述の形態やその他の形態は、本発明の各種の特徴と利点と同様に、添付の図面と関連して読解される本発明の各種実施形態の以下の詳細な説明から更に明白になるだろう。その詳細な説明と図面とは本発明の単なる例示目的であり、付属の特許請求の範囲やその均等物によって定義される本発明を制限するものではない。

図１は先行技術で知られる穿孔装置を用いた、最小限に非侵襲的な外科手術の例示的な一実施形態を示す。 図２は本発明に従った内視鏡穿孔装置を用いた、最小限に非侵襲的な外科手術の例示的な一実施形態を示す。 図３は先行技術で知られる内視鏡の断面図を示す。 図４は本発明に従った内視鏡穿孔装置の一実施形態の長手方向の斜視図を示す。 図５は本発明に従った内視鏡マウントの断面図を示す。 図６は本発明に従った内視鏡穿孔装置の一実施形態の長手方向の斜視図を示す。 図７は本発明に従った内視鏡穿孔装置の第３の実施形態に係る長手方向の斜視図を示す。 図８は本発明に従った穿孔機の実施形態を示す。 図９は本発明に従った穿孔機の実施形態を示す。 図１０は本発明に従った穿孔機の実施形態を示す。 図１１は本発明に従ったロボット穿孔機システムに係る一実施形態を示す。 図１２は本発明に従ったロボット穿孔機システムに係る最小限に非侵襲的な外科手術の一例を示す。 図１３は本発明に従ったロボット穿孔機システムに係る例示的な一実施形態を表すフローチャートを示す。 図１４は図１３に示されるフローチャートを実行する、最小限に非侵襲的な外科手術の一例を示す。

図２に示されるように、本発明は内視鏡穿孔機２４を供給し、その内視鏡穿孔機は２つの手術器具２２と２５が、最小限に非侵襲的な外科手術の間、解剖学的組織（不図示）の穿孔又は穴あけの前に胸２０の器具出入口を通って導かれることを可能にする。特に、本明細書で更に説明されるように、内視鏡穿孔機２４は、目標の穿孔部位の穿孔（ｐｕｎｃｔｕｒｅ）又は穴あけ（ｐｉｅｒｃｉｎｇ）の後に解剖学的組織上の目標の穿孔部位の内視鏡観察を容易にするように配置される。そうして、手術器具２２と２５はすぐに外科医が利用可能であって、目標穿孔部の穿孔又は穴あけのために如何なる必要な措置をも実行できる。

本発明の目的において、“内視鏡穿孔機”は本明細書では、較正された内視鏡と穿孔機との間の空間的調整を有する如何なる装置としても広く定義され、“較正された”の語は本明細書では精密測定として広く定義され、そして、“調整”の語は内視鏡と穿孔機との間の平行な及び非平行な調整（アライメント）を含む。

また、本発明の目的において、“内視鏡”は本明細書では、身体の内部から撮像する能力を構造的に備えた如何なる装置としても広く定義される。内視鏡の具体例は、柔軟な又は硬い如何なる種類のスコープ（例えば、内視鏡、関節鏡、気管支鏡、総胆管鏡、結腸鏡、膀胱鏡、十二指腸鏡、胃カメラ、子宮鏡、腹腔鏡、喉頭鏡、神経鏡、耳鏡、押腸鏡、鼻喉頭鏡、Ｓ状結腸鏡、胸鏡等々）をも含むがこれに限定されず、及び、イメージングシステムを備えたスコープ（例えば、イメージングを備えたネスト状のカニュラ）に類似する如何なる装置をも含むがこれに限定されない。そのイメージングは局所的であり、表面画像が光ファイバー、レンズ、及び、小型イメージングシステム（例えばＣＣＤベースの）で光学的に取得されてもよい。

さらに、本発明の目的において、“穿孔機（ｐｕｎｃｈ）”は本明細書では、先行技術で知られるバネ／解除機構を除き、解剖学的組織を穿孔し又は穴あけするように構造的に構成された如何なる物又は装置としても広く定義される。実際には、解剖学的組織はその穿孔機によって解剖学的組織の穿孔又は穴あけを容易にする切開を有してもよい。

次に図３−１０が本明細書で示され、本発明の内視鏡穿孔機の一実施形態に関する理解を容易にする。

図３と４を参照すると、内視鏡穿孔機３０は、先行技術で知られる観察チャンネル３２と作業チャンネル３３とを有する内視鏡３１を含む。穿孔機３４は図４に示されるように作業チャンネル３３の遠心端部に取り付けられ、観察チャンネル３２との較正された空間調整を有する。内視鏡穿孔機３０の一実施形態では、穿孔機３４の先端部は観察チャンネル３２の先端レンズ（不図示）と空間的に調整され、穿孔機３４の先端部とレンズの中心との間の距離は正確に測定される。別の実施形態では、穿孔機３４は作業チャンネル３３を通って挿入され、穿孔操作のため、穿孔機３４の先端部と観察チャンネルとの較正された空間調整が得られる。この実施形態では、穿孔機３４は穿孔操作が実施された後に取り除かれてもよい。

実際は、穿孔機３４は部分的に又は全体的に観察チャンネル３２の視野の内部にあってもよい。

図５と６を参照すると、内視鏡穿孔機４０は内視鏡４２と穿孔機チャンネル４３とを有する内視鏡マウント４１を含む。図６に示されるように、穿孔機４４は穿孔機チャンネル４３の遠心端部に取り付けられ、そして、内視鏡４２との較正された空間的調整を有する。内視鏡穿孔機４０の一実施形態では、穿孔機４４の先端部は内視鏡４２の先端レンズ（不図示）と空間的に調整され、そして、穿孔機４４の先端部とレンズの中心との間の距離が正確に測定される。

実際は、穿孔機４４は部分的に又は全体的に内視鏡４２の視野の範囲の内部にあってもよい。さらに、内視鏡４２は観察チャンネルを独占的に有するものとして示されるが、実際は内視鏡マウント４１の内部に位置付けられる作業チャンネルも有してもよい。

図７を参照すると、内視鏡穿孔機５０は内視鏡５１と内視鏡５１に平行に備え付けられた穿孔機５２とを含む。内視鏡穿孔機５０の例示的実施形態では、穿孔機５２は、図７の矢印で示されるように内視鏡５１に移動可能に備え付けられ、そして、穿孔機５２は図７に示されるように、内視鏡５１との較正された空間的調整を有する作業位置まで移動してもよい。代替的に、穿孔機５２は作業位置において取り外せないように備え付けられてもよい。何れの実施形態でも、穿孔機５２の先端は内視鏡５１の先端レンズ（不図示）と空間的に調整されてもよく、そして、穿孔機５２の先端とレンズの中心との距離は正解に測定される。

実際に、穿孔機５２は部分的に又は全体的に内視鏡５１の視野の範囲の内部にあってもよい。さらに、内視鏡５１は観察チャンネルを独占的に有するように示されるが、実際は内視鏡５１は作業チャンネルも有してもよい。

図４、６、及び７は鋭利な針状の先端部を有する穿孔機を示す。実際は、本発明は穿孔機先端部の構造的な設計には如何なる制限や限定をも課さない。例えば、図８−１０は様々な先端部の設計に係る穿孔機６０−６２をそれぞれ示す。

次に、図１１−１４が本明細書で説明され、本発明のロボット穿孔システムについての理解を容易にするだろう。

図１１に示されるように、本発明のロボット穿孔システムは、人や動物の身体の解剖学的領域の内視鏡イメージングを含む如何なる内視鏡手術に対してもロボットユニット７０と制御ユニット８０とを使用する。そうした内視鏡手術の例は、最小限に非侵襲的な外科手術（例えば冠状動脈バイパス接合、又は、僧帽弁置換）であるが、これに限定されない。

ロボットユニット７０はロボット７１、ロボット７１に硬く取り付けられた内視鏡穿孔機７２、及び、内視鏡穿孔機７２に取り付けられたビデオ取得装置７５を含む。

ロボット７１は、本明細書では、特定の内視鏡手術に対して所望されるように、エンドエフェクター（ｅｎｄ−ｅｆｆｅｃｔｏｒ）を操作するため、１つ以上の接合部の電動式制御により構造的に構成される如何なるロボット装置としても広く定義される。実際は、ロボット７１は４つの自由度を有してもよく、例えば、硬いセグメントと直列に接続した接合部を有する直列ロボットや、並列的に備え付けられた接合部と硬いセグメントとを含む並列ロボット（例えば、公知のスチュワートプラットフォーム）、又は、直列及び並列の運動学の如何なるハイブリッドなコンビネーションである。ロボット７１は、複数の接合部によって取り付けられた一連の短くて硬い又は柔らかいセグメントからなる如何なるバリエーションの連続ロボットであってもよい（例えば、蛇ロボットや尺取虫ロボット）。

実際は、内視鏡穿孔機７２はロボット７１のエンドエフェクターに備え付けられる。ロボット７１のエンドエフェクターの姿勢は、ロボット７１アクチュエータの座標系内の位置と方向である。ロボット７１のエンドエフェクターに備え付けられた内視鏡穿孔機７２によって、解剖学的領域内にある内視鏡穿孔機７２の視野の如何なる姿勢も、ロボット座標系内のロボット７１のエンドエフェクターの異なる姿勢に対応する。その結果として、内視鏡穿孔機７２によって生成される解剖学的領域のそれぞれの内視鏡イメージは、解剖学的領域内の内視鏡穿孔機７２の対応する姿勢と関連付けされても良い。

ビデオ取得装置７５は、本明細書では、内視鏡穿孔機７２から得られる内視鏡ビデオ信号をコンピュータ可読な内視鏡イメージ（“ＥＩ”）７６の一時的シーケンスへ変換する能力を備えて構造的に構成される如何なる装置としても広く定義される。実際は、ビデオ取得装置７５は如何なるタイプのフレームグラッバー（ｆｒａｍｅ ｇｒａｂｂｅｒ）を使用してもよく、内視鏡ビデオ信号から個々のデジタル静止フレームを取得する。

さらに図１１を参照すると、制御ユニット８０はロボット制御器８１と内視鏡制御器８２とを含む。

ロボット制御器８１は本明細書では、先行技術で知られるように、１つ以上のロボットアクチュエータコマンド（“ＲＡＣ”）８４をロボット７１に与えるように構造的に構成される如何なる制御器としても広く定義され、内視鏡手術に対して所望されるようにロボット７１のエンドエフェクターの姿勢を制御する。さらに詳しくは、ロボット制御器８１は内視鏡制御器８２からの内視鏡位置コマンド（“ＥＰＣ”）８３をロボットアクチュエータコマンド８４に変換する。例えば、内視鏡位置コマンド８３は、解剖学的領域内で内視鏡穿孔機７２の視野の所望の３Ｄ位置に至る内視鏡軌道を表してもよく、それによって、ロボット制御器８１はコマンド８３をコマンド８４に変換し、そのコマンドには内視鏡穿孔機７２を所望の３Ｄ位置へ移動するのに必要なロボット７１の各モーターの動作電流を含む。

内視鏡制御器８２は本明細書では、先行技術で知られる内視鏡誘導方法を実施するよう構造的に構成される如何なる制御器としても広く定義される。例えば、内視鏡制御器８２はマスタースレーブ方式の制御方法、又は、内視鏡イメージ７６を利用するビジュアルサーボ方法を実施してもよい。

一般的には、図１２に示される操作では、制御器８１と８２は、内視鏡穿孔機７２を身体９０の挿入出入口９１内に挿入した後、内視鏡穿孔機７２を操作する際にロボット７１を集合的に操作する。好ましくは、ロボット７１の運動学は挿入出入口９１の周りで内視鏡穿孔機７２を旋回することを容易にし、そして、内視鏡７３の主軸に沿ったロボット７１の線形移動を容易にする。そうして、内視鏡穿孔機７２は、心臓９２上の目標穿孔部位９３に到達するのに必要なように回転及び並進移動されてもよい。そして、その目標穿孔部位９３に到達するとすぐに、目標穿孔部位９３での心臓９２の切開を穿孔すると場合に内視鏡穿孔機７２を使用するとき、制御器８１と８２はロボット７１を操作する。

次に、本明細書ではフローチャート１００の説明が与えられ、本発明のロボット穿孔システムの操作についての更なる理解を容易にするだろう。

図１３と１４を参照すると、フローチャート１００のステージＳ１０１は心臓９２上の目標穿孔部位９３の選択と、内視鏡穿孔機７２の位置づけとを含み、それによって、穿孔機７４は目標穿孔部位９３に近接するが接触はしない。ステージＳ１０１の一実施形態では、外科医が内視鏡穿孔機７２と２つの手術器具（不図示）とのために必要な出入口（例えば出入口９１）を設定し、他の必要な外科作業を実行した後、その外科医は、内視鏡イメージ７６（図１１）を観察して、目標穿孔部位９３の方向に手動で内視鏡穿孔機７２を誘導してもよい。

代替的に、外科医は、心臓９２の現在の内視鏡視野の中の目標穿孔部位９３を選択してもよく、例えば、図１４に示されるように心臓９２の表示された視野１１０である。その選択から、制御ユニット８０は、内視鏡穿孔機７２を目標穿孔部位９３に誘導するときにロボット７１を操作するだろう。

フローチャート１００のステージＳ１０２は、目標穿孔部位９３上の穿孔機７４の配置のための目標穿孔部位９３の準備を含む。ステージＳ１０２の一実施形態では、外科医は線状の切開を有する目標穿孔部位９３を準備し、制御ユニット８０は目標穿孔部位９３に穿孔機７４を配置するときにロボット７１を操作する。

フローチャート１００のステージＳ１０３は目標穿孔部位９３での穿孔機７４の評価を含み、例えば、目標穿孔部位９３の表示された視野１１１の評価である。その評価を考慮して、外科医は、目標穿孔部位９３での穿孔機７４の位置づけを調整するとき制御ユニット８０に命令を出す。位置調整が実行されたかどうかに関係なく、内視鏡穿孔機７２は、目標穿孔部位９３での穿孔機７４の位置が許容できるかを外科医が突き止めることに応じて配置される。ターゲットＳ１０３の一実施形態では、内視鏡７３の軸に沿って内視鏡穿孔機７２を移動するときに制御ユニット８０はロボット７１を操作し、それによって、穿孔機７４は目標穿孔部位９３の切開の内部に“ゆっくりと”配置される。

フローチャート１００の終わりでは、２つの手術器具は、心臓９２の穿孔に関する如何なる問題にも対処するように利用されてもよい。

本明細書では、図１−１４の説明から、本発明の分野の通常の知識を有する者は、本発明の多数の利点を理解するであろうが、その利点には、組織の切開とその後の穿孔を包含する如何なるタイプの内視鏡手術に対する本願発明の応用を含むが、これに限定されないことを理解するだろう。さらに、本発明の分野の通常の知識を有する者は、本発明のロボットの多数の有利な点を理解するだろうが、その有利な点には、穿孔中に患者の身体内に残る手術器具の十分な種類と量の使用を含み、起こり得る合併症に対する早期の対応を可能にし、ロボット穿孔機システム内の従来のバネ／解除機構を省略することを考慮して、穿孔装置のサイズの大幅な減少を可能にし、穿孔の誘導は孔の正確な位置づけを可能にし、バネ仕掛けの穿孔機で制御できない穿孔機の深さとスピードの手術制御を可能にすることを含むが、これに限定されないことを理解するだろう。

本発明は例示的な側面、特徴、及び具体化を参照して述べてきたが、開示のシステムと方法はそうした例示的な側面、特徴、及び／又は具体化に制限されない。しかし、本明細書で述べられる説明から当業者には容易に明白であるように、開示のシステムと方法とは、本発明の適用範囲から逸脱することなく、修正、変更、及び拡張を受け入れることができる。従って、本発明は、本明細書から生じて登録された如何なる特許のクレームの適用範囲内にある修正、変更、及び拡張をも明らかに包含する。

Claims (20)

1. ロボット穿孔機システムであって：
   ロボットと、前記ロボットに備え付けられた内視鏡穿孔機とを含むロボットユニットであって、前記内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機との較正された空間調整を含む、ロボットユニットと；
   解剖学的組織の穿孔を実行するときに前記ロボットにコマンドを出し前記内視鏡穿孔機を配置するよう動作可能な制御ユニットと、を含む、ロボット穿孔機システム。
2. 前記内視鏡は前記ロボットに取り付けられ；及び、
   前記穿孔機は前記内視鏡の遠心端部から伸びる、請求項１記載のロボット穿孔機システム。
3. 前記内視鏡は作業チャンネルを含み；及び、
   前記穿孔機は前記作業チャンネルの内部に配置される、請求項２記載のロボット穿孔機システム。
4. 前記内視鏡穿孔機は前記ロボットに備え付けられた内視鏡ベースを更に含み；及び、
   前記内視鏡ベースは前記内視鏡と前記穿孔機とを支持する、請求項１記載のロボット穿孔機システム。
5. 前記内視鏡ベースは内視鏡チャンネルと穿孔機チャンネルとを含み；
   前記内視鏡は前記内視鏡チャンネルの内部に配置され；及び、
   前記穿孔機は前記穿孔機チャンネルの遠心端部から伸びる、請求項４記載のロボット穿孔機システム。
6. 前記穿孔機は前記内視鏡の側面に備え付けられる、請求項１記載のロボット穿孔機システム。
7. 前記穿孔機は作業位置と保管位置との間でスライド可能である、請求項６記載のロボット穿孔機システム。
8. 前記穿孔機は少なくとも部分的に前記内視鏡の視野の内部にある、請求項１記載のロボット穿孔機システム。
9. ロボットユニットは：
   ロボットと、
   前記ロボットに備え付けられた内視鏡穿孔機であって、前記内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機の較正された空間調整を含む、内視鏡穿孔機とを有する、ロボットユニット。
10. 前記内視鏡は前記ロボットに備え付けられ；及び、
    前記穿孔機は前記内視鏡の遠心端部から伸びる、請求項９記載のロボットユニット。
11. 前記内視鏡は作業チャンネルを含み；及び、
    前記穿孔機は前記作業チャンネルの内部に配置される、請求項１０記載のロボットユニット。
12. 前記内視鏡穿孔機は前記ロボットに備え付けられた内視鏡ベースを更に含み；及び、
    前記内視鏡ベースは前記内視鏡と前記穿孔機とを支持する、請求項９記載のロボットユニット。
13. 前記内視鏡ベースは内視鏡チャンネルと穿孔機チャンネルとを含み；
    前記内視鏡は前記内視鏡チャンネルの内部に配置され；及び、
    前記穿孔機は前記穿孔機チャンネルの遠心端部から伸びる、請求項１２記載のロボットユニット。
14. 前記穿孔機は前記内視鏡の側面に備え付けられる、請求項９記載のロボットユニット。
15. 前記穿孔機は少なくとも部分的に前記内視鏡の視野の内部にある、請求項９記載のロボットユニット。
16. ロボット穿孔方法であって：
    ロボットに内視鏡穿孔機を備え付けるステップであって、前記内視鏡穿孔機は内視鏡と穿孔機との較正された空間調整を含む、ステップと；
    解剖学的組織上の目標穿孔部位を通って、前記内視鏡穿孔機を配置するように前記ロボットを操作するステップと、を含む、ロボット穿孔方法。
17. 前記解剖学的組織上の目標穿孔部位を選択するステップを更に含む、請求項１６記載のロボット穿孔方法。
18. 前記解剖学的組織の内視鏡視野を表示するステップであって、前記目標穿孔部位は前記解剖学的組織の内視鏡視野の表示上で選択される、ステップを更に含む、請求項１７記載のロボット穿孔方法。
19. 前記目標穿孔部位を通って前記内視鏡穿孔機を位置づける前に、前記目標穿孔の線状の切開に前記穿孔機の先端を位置付けるように前記ロボットを操作するステップと、を更に含む、請求項１７記載のロボット穿孔方法。
20. 前記目標穿孔部位を通って前記内視鏡穿孔機を位置づけるように前記ロボットを操作するステップであって、前記ロボットは前記内視鏡の軸に沿った直線運動を実行する、ステップを更に含む、請求項１９記載のロボット穿孔方法。

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