JP2014158967A5 - - Google Patents

Description

ツール５がマニピュレーター８に対して軸２２ｃに沿ってスライドするとき、遠隔中心２２は、マニピュレーター８の取り付けベース２５（セットアップアーム７への取り付け点）に対して固定されたままである。これ故、マニピュレーター８全体が概して、遠隔中心２２を再位置決めするように動かされる。マニピュレーター８のリンケージ２０は、一連のモーター２６によって駆動される（図３Ａ）。これらのモーターは、プロセッサ（図１中の４）からの指令に応答してリンケージ２０を能動的に動かす。モーター２６は、軸２２ｃの周りでツール５を回転するようにこのツールにさらに連結され、そしてほぼ少なくとも１つ、そしてしばしば２つの自由度でツール５の遠位端でリスト（図４中の２９）を関節運動させ得る。さらに、モーター２６は、鉗子などの顎中に組織を握るために、上記ツールの関節運動可能な端部エフェクターを作動するために用いられ得る。モーター２６は、これもまたその全体の開示が参考として本明細書中に援用される米国特許第５，７９２，１３５号中により詳細に記載されるように、ケーブルを用いてツール５の少なくともいくつかのジョイントに連結され得る。この参考文献に記載されるように、このマニピュレーター８は、駆動構成要素から上記手術ツール５まで運動を移すために可撓性部材を含む。内視鏡手順には、マニピュレーター８は、しばしばカニューレ２７を含む。マニピュレーター８に離脱可能に連結され得るカニューレ２７は、好ましくは、ツール５を、回転し、そしてカニューレ２７の中央ボアを通って軸方向に移動することを可能にして支持する。

ここで、図５Ａおよび５Ｂを参照して、本発明の原理に従って構築された例示のモジュールマニピュレーター支持体アセンブリ３０の上からの斜視図が示される。このモジュールマニピュレーター支持体３０は、患者側マニピュレーター３２または内視鏡カメラマニピュレーター３４のようなロボットマニピュレーターを、患者身体中の所望の手術切開部位のセットと整列し、そして支持する。このモジュールマニピュレーター支持体アセンブリ３０は、一般に、配向プラットホーム３６、およびこの配向プラットホーム３６に連結可能な複数の配置可能なセットアップジョイントアーム３８、４０、４２、４４を含む。各アーム３８、４０、４２、４４は、付随するマニピュレーター３２、３４を移動可能に支持し、これは、次いで、付随する器具を移動可能に支持する。上記の描写は、例示目的のみのためであり、そしてモジュールマニピュレーター支持体アセンブリ３０の実際の形状、サイズ、または寸法を必ずしも反映しないことが認識される。これは、本明細書で以後すべての描写に適用される。

セットアップジョイントアーム３８、４０、４２、４４の固定可能なジョイント４８、５０、６０、６４は、代表的には、ブレーキシステムを含み、これらアームが適切に展開された後、上記ジョイントをその場にロックされるようにすることを可能にする。このブレーキシステムは、少なくとも実質的に固定された形態で先に配置された固定可能なリンク５２、５８、６２およびジョイント４８、５０、６０、６４の関節運動を解放可能に阻害する。このブレーキシステムは、好ましくは、固定された配置に向かって付勢され、そして固定可能なリンク５２、５８、６２およびジョイント４８、５０、６０、６４を、これら固定可能なリンクおよびジョイントが関節運動され得る再位置決め可能な配置に解放するためのブレーキ解放アクチュエーターを含む。このシステムは、複数の固定可能なリンク５２、５８、６２およびジョイント４８、５０、６０、６４をサーボ機構に連結するジョイントセンサーシステムをさらに含み得る。このセンサーシステムは、ジョイント配置信号を発生する。上記サーボ機構は、コンピューター、および上記ジョイント配置信号をこのコンピューターに伝達するジョイントセンサーシステムを含む。このコンピューターは、ジョイント配置信号を用いて、取り付けベースに対して固定された参照座標系と、器具との間の座標系変換を算出する。

好ましくは、マニピュレーター３２、３４は、スペース中の旋回点の周りで器具の球旋回を拘束するためのオフセット遠隔中心リンケージを備え、ここで、上記セットアップジョイントアーム３８、４０、４２、４４の固定可能なリンク５２、５８、６２およびジョイント４８、５０、６０、６４の作動は、上記旋回点を移動する。上記で論議されたように、このロボット手術システムの全体の複雑さは、このシステムの運動の改良された範囲に起因して低減され得る。詳細には、セットアップジョイントアーム３８、４０、４２、４４中の自由度の数が低減され得る（例えば、６より少ない自由度）。これは、セットアップジョイントアーム３８、４０、４２、４４のより少ない予備配置を必要とするに過ぎないより単純なシステムプラットホームを可能にする。従って、手術室人員は、専門訓練をほとんどなしに、またはそれなしに手術のためにこのロボットシステムを迅速に配列および準備し得る。セットアップアーム３８、４０、４２、４４の低減された機械的複雑さを提供するための例示のオフセット遠隔中央マニピュレーター３２、３４は、米国特許出願第１０／９５７，０７７号にさらに詳細に記載されている。

図６Ａ、６Ｂ、９Ａに示される実施形態では、オフセット遠隔中央マニピュレーター３２、３４は、一般に、マニピュレーターベース６６、平行四辺形リンケージベース６８、複数の駆動されるリンクおよびジョイント７０、７２、および器具ホルダー７４を含む。上記マニピュレーターベース６６は、偏揺れ軸としても知られる第１の軸の周りの回転のために、平行四辺形リンケージベース６８に回転可能に連結される。平行四辺形リンケージベース６８は、回転の旋回ジョイントによって一緒に連結される剛直性リンク７０、７２によって器具ホルダー７４に連結される。上記複数の駆動されるリンクおよびジョイント７０、７２は、上記器具が上記器具ホルダー７４に取り付けられ、そして上記シャフトが上記平行四辺形の平面に沿って移動されるとき、回転の中心（旋回点）７８に対して器具またはカニューレ７６の細長いシャフトを拘束するように平行四辺形を規定する。上記第１の軸と、上記平行四辺形リンケージベース６８に隣接する平行四辺形の第１の辺とは、回転の中心７８でシャフトと交差し、ここで、平行四辺形の第１の辺は、上記第１の軸から角度がオフセットされている。

図７Ａおよび７Ｄに示されるように、第５のハブ９０は、図８Ａおよび８Ｂに関して以下により詳細に論議されるように、プラットホームリンケージ９２に連結可能である。この第５のハブ９０は、好ましくは内視鏡のためのその切開部位と一致する、上記内視鏡マニピュレーター３４の旋回点７８と整列される。この第５のハブ９０は、図５Ａにおいて矢印ＳＪＣ１によって示されるような垂直軸の周りの配向プラットホーム３６の回転を提供する。手術切開部位と整列される内視鏡マニピュレーター３４の旋回点７８の周りの上記配向プラットホーム３６の回転は、有利なことに、この配向プラットホーム３６、および付随するセットアップアーム３８、４０の、手術手順が行われるべき方向における増加した操縦可能性を可能にする。これは、マニピュレーター３２、３４の配置がこの第５のハブ９０の周りで配向プラットホーム３６を単に回転することにより手術途中で変動され得るので、複雑な手術の間で特に有益である。典型的には、上記器具は、安全性目的のために回転の前に退却され得る。配向プラットホーム３６の小回転または手術テーブルの傾きに関して、低摩擦の、そしてバランスされたアーム４０、４２、４４は、移動の間にカニューレに取り付けられ、切開部位からの力によって押される間に、浮動し得る。

ここで、図１０Ａおよび１０Ｂを参照して、患者側ロボットマニピュレーター３２を支持するセットアップジョイントアーム４０の斜視図および平面図が示される。上記で論述されたように、このセットアップジョイントアーム４０は、４つの自由度を有し（ＳＪＡ１１、ＳＪＡ１２、ＳＪＡ１３、ＳＪＡ１４）、ここで、ＳＪＡ１１ジョイントはモーターで駆動され、そしてその他のジョイントは手動で位置決めされる。図１０Ｃおよび１０Ｄは、矢印ＳＪＡ１２によって示されるようなセットアップジョイントアーム４０の回転運動を示す。図１０Ｅおよび１０Ｆは、矢印ＳＪＡ１３によって示されるようなセットアップジョイントアーム４０の並進を示す。図１０Ｇおよび１０Ｈは、矢印ＳＪＡ１３、およびＳＪＡ１４によって示されるようなセットアップジョイントアーム４０の並進および回転運動を示す。左のセットアップジョイントアーム４２の並進軸および回転軸は、右アーム４０のそれ（ＳＪＡ１）と同じである。

ここで、図１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃを参照して、配向プラットホーム３６なしで４つのセットアップジョイント３８、４０、４２、４４の上からの斜視図が示される。これらの描写は、方位角を変える余分の自由度の作用を示し、これは、患者側マニピュレーター３２を、内視鏡カメラマニピュレーター３４に対しより遠く、またはより近く移動する。作動において、一旦、モーター駆動ジョイント位置ＳＪＡ１、ＳＪＡ２、およびＳＪＸ１が、代表的には予備設定値に設定されると、使用者は、患者側マニピュレーターの遠隔中心を各切開部位と整列しなければならないに過ぎない。これは、各患者側マニピュレーターを、この切開部位内に既に位置決めされている付随するカニューレに取り付けることによってなされ得る。これは、セットアップジョイント位置を自動的に設定する。なぜなら、残りの余分さがないからである。これら３つのジョイントの低摩擦およびバランスすることは、患者側マニピュレーターが浮遊することを可能にし、その結果、各マニピュレーターは、それを有利に単一の点で保持することにより制御され得る。モーター駆動ジョイントを異なる位置に設定することは、カニューレが取り付けられた後に患者側マニピュレーターに対して異なる方位角を生じる。換言すれば、この余分のモーター駆動ジョイントの機能は、患者側マニピュレーターを、別の患者側マニピュレーターまたは内視鏡マニピュレーターからより遠くに、またはそれにより近くにすることである。あるいは、カニューレが取り付けられた後、上記方位角は、上記セットアップジョイントブレーキが解放され、そしてカニューレが切開部位中に保持されながら、モーターを作動することによって調節され得る。

Claims (18)

1. ロボット手術システムにおける使用のためのモジュール0マニピュレータ支持体であって、該システムが、天井高さ取り付けベース、前記モジュールマニピュレータ支持体、複数のマニピュレーター、および複数の手術器具を備え、前記複数のマニピュレーターのそれぞれは前記複数の手術器具のうちの付随する手術器具を支持し、前記複数のマニピュレーターのそれぞれの駆動されるリンクおよびジョイントが、空間中の旋回点周りに前記付随する手術器具の旋回を拘束するよう前記付随する手術器具を動かすように規定され、前記モジュールマニピュレータ支持体は、前記取り付けベースに対して前記マニピュレーターを移動可能に支持かつ位置決めし、前記モジュールマニピュレータ支持体が：
   前記取り付けベースに回転可能に連結される配向プラットホームであって、前記取り付けベースに対する前記配向プラットホームの回転を可能にするよう前記取り付けベースに連結されるハブを有する、配向プラットホームと；
   前記配向プラットホームに連結可能な複数のアームであって、それぞれの前記アームが、前記複数のマニピュレーターのうちの付随するマニピュレーターを移動可能に支持し、そして予備配置可能である固定解除及び固定可能なリンクおよびジョイントを規定する、複数のアームとを備え、
   前記複数のアームのうちの第１のアームは、前記第１のアームの前記リンクおよびジョイントが固定されているとき、前記複数のマニピュレーターのうちの第１のマニピュレーターを、前記第１のマニピュレーターによって支持される前記付随する手術器具の前記旋回点と前記取り付けベースに対する前記配向プラットホームの回転の回転軸とが整列するように保持し、
   前記配向プラットホームは前記取り付けベースの下に配置され、前記複数のアームは前記配向プラットホームから下に延びる、モジュールマニピュレータ支持体。
2. 前記取り付けベースに結合されるプラットホームリンケージをさらに有し、
   前記配向プラットホームが、前記プラットホームリンケージに回転可能に取り付けられることによって前記取り付けベースに回転可能に連結されている、請求項１に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
3. 前記配向プラットホームが、前記プラットホームリンケージに対して直線状に移動可能であることによって前記取り付けベースに対して直線状に移動可能である、請求項２に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
4. 前記配向プラットホームが、前記複数のアームに回転可能に連結される４つのさらなるハブを備える、請求項２に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
5. 少なくとも１つの前記アームが、一対の隣接する固定可能な回転ジョイントの間に延びる、少なくとも１つのバランスされた固定可能な接続された平行四辺形リンケージ構造を含み、該接続された平行四辺形リンケージ構造がほぼ垂直方向にある動きを収容し、そして該隣接する回転ジョイントが垂直軸の周りの旋回運動を収容する、請求項１に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
6. 実質的に固定された形態に先に配置された固定可能なリンクおよびジョイントの関節運動を解放可能に阻害するブレーキシステムをさらに備え、該ブレーキシステムが該固定された形態に向かって付勢され、該ブレーキシステムが、該固定可能なリンクおよびジョイントを、該固定可能なリンクおよびジョイントが関節運動され得る再位置決め可能な形態に解放するためのブレーキ解放アクチュエーターを含む、請求項１に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
7. 複数の前記固定可能なリンクおよびジョイントをサーボ機構に連結するジョイントセンサーシステムをさらに備え、該センサーシステムがジョイント配置信号を生成し、該サーボ機構がコンピューターを含み、そして該ジョイントセンサーシステムが該ジョイント配置信号を該コンピューターに伝達する、請求項１に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
8. 前記複数のマニピュレーターのそれぞれのマニピュレーターは、前記旋回点周りの前記付随する手術器具の前記旋回を生じさせるためのオフセット遠隔中心リンケージを備える、請求項１に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
9. 前記第１のマニピュレーターは、前記付随する手術器具として内視鏡を支持する内視鏡カメラマニピュレーターである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモジュールマニピュレータ支持体。
10. ロボット手術システムであって：
    天井高さ取り付けベース；
    複数の手術器具；
    前記手術器具を前記取り付けベースに対して移動可能に支持するモジュールマニピュレータ支持体アセンブリであって、前記モジュールマニピュレータ支持体アセンブリが：
    前記モジュールマニピュレータ支持体アセンブリが前記取り付けベースからほぼ下方に延びることを許容するように前記取り付けベースに回転可能に連結可能な配向プラットホームであって、前記取り付けベースに対する前記配向プラットホームの回転の回転軸周りの回転を可能にするよう前記取り付けベースに連結されるハブを有する、配向プラットホーム；
    前記配向プラットホームに連結可能な複数のアームであって、それぞれの前記アームが予備配置可能である固定解除及び固定可能なリンクおよびジョイントを規定する、複数のアーム；並びに
    複数のマニピュレーターであって、それぞれの前記マニピュレーターは前記複数のアームのうちの付随するアームに連結可能であり、それぞれの前記マニピュレーターが、前記複数の手術器具のうちの付随する手術器具の運動を空間中の旋回点周りに拘束するよう前記付随する手術器具を動かすように駆動されるリンクおよびジョイントを規定する、複数のマニピュレーターを備え、
    前記複数のアームのうちの第１のアームは、前記第１のアームの前記リンクおよびジョイントが固定されているとき、前記複数のマニピュレーターのうちの第１のマニピュレーターを、前記第１のマニピュレーターによって支持される前記付随する手術器具の前記旋回点と前記取り付けベースに対する前記配向プラットホームの前記回転の回転軸とが整列するように保持する、システム。
11. 前記取り付けベースに結合されるプラットホームリンケージをさらに有し、
    前記配向プラットホームが、前記プラットホームリンケージに回転可能に取り付けられることによって前記取り付けベースに回転可能に連結される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記配向プラットホームが、前記プラットホームリンケージに対して直線状に移動可能である、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記配向プラットホームが、前記複数のアームに回転可能に連結される４つのさらなるハブを備える、請求項１１に記載のシステム。
14. 少なくとも１つの前記アームが、一対の隣接する固定可能な回転ジョイントの間に延びる、少なくとも１つのバランスされた固定可能な接続された平行四辺形リンケージ構造を含み、該接続された平行四辺形リンケージ構造がほぼ垂直方向にある動きを収容し、そして該隣接する回転ジョイントが垂直軸の周りの旋回運動を収容する、請求項１０に記載のシステム。
15. 実質的に固定された形態に先に配置された固定可能なリンクおよびジョイントの関節運動を解放可能に阻害するブレーキシステムをさらに備え、該ブレーキシステムが該固定された形態に向かって付勢され、該ブレーキシステムが、該固定可能なリンクおよびジョイントを、該固定可能なリンクおよびジョイントが関節運動され得る再位置決め可能な形態に解放するためのブレーキ解放アクチュエーターを含む、請求項１０に記載のシステム。
16. 複数の前記固定可能なリンクおよびジョイントをサーボ機構に連結するジョイントセンサーシステムをさらに備え、該センサーシステムがジョイント配置信号を生成し、該サーボ機構がコンピューターを含み、そして該ジョイントセンサーシステムが該ジョイント配置信号を該コンピューターに伝達する、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記複数のマニピュレーターのそれぞれのマニピュレーターは、前記旋回点周りの前記付随する手術器具の前記運動を生じさせるためのオフセット遠隔中心リンケージを備える、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記第１のマニピュレーターは、前記付随する手術器具として内視鏡を支持する内視鏡カメラマニピュレーターである、請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載のシステム。