JP2019502474A - 伸縮カニューレアーム - Google Patents

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Abstract

手術システムは、マニピュレータアームのリンクと伸縮カニューレマウントアセンブリとを有する。リンクは湾曲端部を含む。伸縮カニューレマウントアセンブリは、リンクの湾曲端部に配置される。伸縮カニューレマウントアセンブリは、湾曲カニューレマウントアームを含む。第1の状態において、湾曲カニューレマウントアームは、リンクの湾曲端部の中に停められる。第2の状態において、湾曲カニューレマウントアームは、リンクの湾曲端部から延び、伸長位置でロックされる。伸縮カニューレマウントアセンブリはまた、機械的アーム引込みシステムを含む。機械的アーム引込みシステムは、湾曲カニューレマウントアームをリンクの湾曲端部に結合する。機械的アーム引込みシステムは、湾曲カニューレマウントアームを第2の状態から第1の状態に自動的に動かすように構成される。

Description

(関連出願)
本特許出願は、2016年1月7日に出願された“TELESCOPING CANNULA ARM”と題する米国仮特許出願第62/276,136号の優先権及び出願日の利益を主張し、これは、その全体が本明細書に参照により援用される。
本発明は、概して、コンピュータ支援手術システムのためのカニューレアーム、より具体的には、コンピュータ支援手術システムのための伸縮(telescoping)カニューレアームに関する。
滅菌手術用ドレープが、コンピュータ支援手術システム100の手術マニピュレータ及び複数の器具マニピュレータ140を覆うためにこれまで使用されてきた。ドレープは様々な形態をとっている。各場合において、マニピュレータ及び関連する支持リンクは、外科処置の開始前に滅菌手術用ドレープで覆われる。
手術システム100は、全て有線(電気的若しくは光学的)又は無線接続196によって相互接続された、内視鏡イメージングシステム192、外科医コンソール194(マスタ)、及び患者側支持システム110(スレーブ)を含むコンピュータ支援手術システムである。1つ又は複数の電子データプロセッサが、システム機能を提供するためにこれらの主要構成要素内に様々に配置されることがある。例は、参照により本明細書に組み込まれる特許文献1に開示されている。矢印190は、図1の議論で使用される遠位及び近位方向を示す。
イメージングシステム192は、例えば、手術部位の捕捉された内視鏡撮像データ及び/又は患者の外部の他のイメージングシステムからの術前若しくはリアルタイムの画像データに対する、画像処理機能を実行する。イメージングシステム192は、外科医コンソール194の外科医に、処理された画像データ(例えば、手術部位の画像、関連する制御及び患者情報)を出力する。いくつかの態様では、処理された画像データは、他の手術室の職員に見えるオプションの外部モニタ又は手術室から離れた1つ又は複数の場所に出力される(例えば、別の場所の外科医がビデオを監視することができる。ライブフィードビデオがトレーニングのために使用されることができる。等)。
外科医コンソール194は、外科医が、集合的にスレーブと称される、器具、エントリーガイド、及びイメージングシステム装置を操作することを可能にする多自由度(“DOF”)の機械的入力装置(「マスタ」)を含む。これらの入力装置は、いくつかの態様では、器具及び外科装置アセンブリ構成要素から外科医への触覚フィードバックを提供することができる。コンソール194はまた、ディスプレイ上の画像が、概して、ディスプレイスクリーンの後ろ/下で作業する外科医の手に対応する距離に焦点を合わせられるように配置された立体映像出力ディスプレイを含む。これらの態様は、参照により本明細書に援用される特許文献2でより十分に議論される。
器具の挿入中の制御は、例えば、外科医が画像内に提示された器具をマスタの一方又は両方で動かすことによって達成され得る。外科医は、マスタを使用して、画像の中で器具を左右に動かし、外科医の方に器具を引っ張る。マスタの動きは、イメージングシステム及び関連する手術装置アセンブリに命令して、出力ディスプレイ上の固定された中心点に向かって操縦し、患者の内部に前進させる。
1つの態様では、カメラ制御部は、マスタハンドルが動かされるのと同じ方向に画像が移動するように、マスタが画像に固定されているという印象を与えるように設計される。この設計は、外科医がカメラ制御から抜けるときに、マスタを、器具を制御するための正しい位置に置かせ、その結果、この設計は、機器制御の開始又は再開の前に、マスタをクラッチして(clutch)(係合解除して)、動かして、及びデクラッチして(declutch)(係合して)、位置に戻す必要を回避する。
患者側支持システム110のベース101は、受動的な制御されないセットアップアームアセンブリ120及び能動的に制御されるマニピュレータアームアセンブリ130を含むアームアセンブリを支持する。能動的に制御されるマニピュレータアームアセンブリ130は、エントリガイドマニピュレータ130と呼ばれることがある。
一例では、セットアップ部分は、第1のセットアップリンク102と、2つの受動回転セットアップジョイント103及び105とを含む。回転セットアップジョイント103及び105は、セットアップジョイント103及び105のためのジョイントブレーキが解放される場合に、結合されたセットアップリンク104及び106の手動位置決めを可能にする。代替的には、これらのセットアップジョイントのいくつかは能動的に制御されることができ、より多くのセットアップジョイント又はより少ないセットアップジョイントが様々な構成(configurations)で使用されることができる。セットアップジョイント103及び105並びにセットアップリンク104及び106は、人が、デカルトx、y、z空間の様々な位置及び向きにエントリガイドマニピュレータ130を配置することを可能にする。アームアセンブリ120のリンク102とベース101との間の受動的な直動(prismatic)セットアップジョイント(図示せず)が、大きな垂直調整112のために使用されることができる。
動作の遠隔中心(remote center of motion)146は、ヨー、ピッチ、及びロール軸が交差する位置(すなわち、ジョイントがその動作範囲で動く間に、運動学的チェーン(kinematic chain)が効果的に静止したままである位置)である。これらの能動的に制御されるジョイントのいくつかは、個々の器具のDOFを制御するマニピュレータであり、これらの能動的に制御されるジョイントの他のものは、これらマニピュレータの単一のアセンブリのDOFを制御することに関連付けられる。能動ジョイント及びリンクは、モータ又は他のアクチュエータによって可動であり、外科医のコンソール194におけるマスタアーム動作に関連する動作制御信号を受け取る。
図1に示すように、マニピュレータアセンブリヨージョイント111は、セットアップリンク106の端部と、第1のマニピュレータリンク113の第1の端部、例えば近位端との間に結合される。ヨージョイント111は、第1のマニピュレータリンク113が、リンク106を基準に、マニピュレータアセンブリヨー軸123の周りに「ヨー」として任意に規定され得る動きで、動くことを可能にする。図示されているように、ヨージョイント111の回転軸は、動作の遠隔中心146と整列しており、これは、一般に、器具が患者に入る位置である(例えば、腹部手術のための臍)。
一実施形態では、セットアップリンク106は、水平又はx、y平面内で回転可能であり、ヨージョイント111は、エントリガイドマニピュレータ130の第1のマニピュレータリンク113がヨー軸123周りに回転することを可能にするように構成される。セットアップリンク106、ヨージョイント111、及び第1のマニピュレータリンク113は、動作の遠隔中心146へのヨージョイント111を通る垂直線によって示されるように、エントリガイドマニピュレータ130のための常に垂直なヨー軸123を提供する。
第1のマニピュレータリンク113の遠位端は、第1の能動的に制御される回転ジョイント114によって第2のマニピュレータリンク115の近位端に結合される。第2のマニピュレータリンク115の遠位端は、第2の能動的に制御される回転ジョイント116によって第3のマニピュレータリンク117の近位端に結合される。第3のマニピュレータリンク117の遠位端は、第3の能動的に制御される回転ジョイント118によって第4のマニピュレータリンク119の遠位部分に結合される。
一実施形態では、リンク115、117、及び119は、結合された動作機構として作用するように一緒に結合される。結合された動作機構はよく知られている(例えば、このような機構は、入力及び出力リンク運動が互いに平行に保たれるときの平行運動リンクとして知られている)。例えば、回転ジョイント114が能動的に回転する場合、ジョイント116、118も能動的に回転するので、リンク119はリンク115に対して一定の関係で動く。したがって、ジョイント114,116,118の回転軸が平行であることがわかる。これらの軸がジョイント111の回転軸123に対して垂直であるとき、リンク115,117、及び119は、リンク113を基準に、マニピュレータアセンブリピッチ軸の周りに「ピッチ」として任意に規定され得る動きで、動く。マニピュレータピッチ軸は、この態様では、動作の遠隔中心146で図1のページの内外に延びる。マニピュレータアセンブリピッチ軸の周りの動きは、矢印121によって表される。この実施形態では、リンク115,117,119が単一のアセンブリとして動くので、第1のマニピュレータリンク113は能動近位マニピュレータリンクと考えられることができ、第2乃至第4のマニピュレータリンク115,117,119は集合的に能動遠位マニピュレータリンクと考えられることができる。
エントリガイドマニピュレータアセンブリ133は、プラットフォーム132と称されることもあり、第4のマニピュレータリンク119の遠位端に結合される。エントリガイドマニピュレータアセンブリ133は、プラットフォーム132に回転可能に取り付けられている。エントリガイドマニピュレータアセンブリ133は、器具マニピュレータ位置決めシステムを含む。
エントリガイドマニピュレータアセンブリ133は、複数の器具マニピュレータ140をグループとして軸125の周りを回転させる。具体的には、エントリガイドマニピュレータアセンブリ133は、プラットフォーム132を基準に、エントリガイドマニピュレータアセンブリロール軸125の周りに「ロール」として任意に規定される動きで、単一ユニットとして回転する。
複数の器具マニピュレータ140の各々は、異なる挿入アセンブリ135によってエントリガイドマニピュレータアセンブリ133に結合される。1つの態様では、各挿入アセンブリ135は、対応する器具マニピュレータをエントリガイドマニピュレータアセンブリ130から離れて及びエントリガイドマニピュレータアセンブリ130に向かって動かす伸縮アセンブリである。図1において、挿入アセンブリの各々は完全に引込められた(retracted)位置にある。
複数の器具マニピュレータアセンブリの各々は、その器具マニピュレータの出力インタフェース内の複数の出力部を駆動する複数のモータを含む。器具マニピュレータ及び器具マニピュレータに結合されることができる手術器具の一例について、参照により組み込まれる特許文献3(2013年8月15日出願)を参照されたい。
一態様では、滅菌手術用ドレープの一部である膜インタフェース(membrane interface)が、器具マニピュレータの器具取付インタフェースと、対応する手術器具の伝動ユニットの入力インタフェースとの間に配置されることができる。膜インタフェース及び滅菌手術用ドレープの例については、例えば、特許文献4を参照されたい。別の態様では、滅菌手術用ドレープの一部である滅菌アダプタが、器具マニピュレータの器具取付インタフェースと対応する手術器具の伝動ユニットの入力インタフェースとの間に配置されることができる。滅菌アダプタ及び滅菌手術用ドレープの例については、例えば、特許文献5を参照されたい。
図2A及び2Bは、それぞれ、引込み位置及び展開位置の可動及び/又は取り外し可能なカニューレマウント250の例の斜視図を示す。カニューレマウント250は、第4のマニピュレータリンク119(図1)の端部のような、マニピュレータアームのリンク219に移動可能に結合される直線延長部(linear extension)252、すなわち直線アームを含む。カニューレマウント250はさらに、直線延長部252の遠位端にクランプ254を含む。
一実施形態では、直線延長部252は、直線延長部252がリンク219に隣接する格納位置(図2A)と動作の遠隔中心がカニューレに沿って位置するように正しい位置にカニューレを保持する動作位置(図2b)との間で動くことを可能にする回転ジョイント253によってリンク219に結合される。一実施形態では、直線延長部252は、矢印C(図2B)によって示されるように、上方に回転され又はリンク219に向かって折り畳まれて、患者の周囲により多くの空間を作る及び/又はマニピュレータアームをドレープするときにカニューレマウントをより容易にドレープさせる。
米国特許出願第11/762,165号 米国特許第6,671,581号 米国特許出願第61/866,115号 米国特許出願公開第2011/0277776 A1号 米国特許出願公開第2011/0277775 A1号
手術システムは、マニピュレータアームのリンク及び伸縮カニューレマウントアセンブリを含む。リンクは、湾曲端部を含む。伸縮カニューレマウントアセンブリは、リンクの湾曲端部に配置される。伸縮カニューレマウントアセンブリは、湾曲カニューレマウントアームを含む。第1の状態では、湾曲カニューレ取付アームは、リンクの湾曲端部の中に停められる(パークされる)(parked)。第2の状態では、湾曲カニューレ取付アームは、リンクの湾曲端部から延び、伸長位置でロックされる。伸縮カニューレマウントアセンブリは、湾曲カニューレ取付アームを伸長位置から停められる位置(パーク位置)(parked position)に自動的に動かすように構成される。
伸縮カニューレマウントアセンブリはまた、機械的アーム引込みシステム(mechanical arm retraction system)を含む。機械的アーム引込みシステムは、湾曲カニューレマウントアームをリンクの湾曲端部に結合する。機械的アーム引込みシステムは、湾曲カニューレマウントアームを第2の状態から第1の状態に自動的に動かすように構成される。一態様では、湾曲カニューレマウントアームは、リンクの湾曲端部に取り付けられた湾曲レールに沿ってリニアに動くベアリングアセンブリを含む。
機械的アーム引込みシステムは、バネと、セグメント歯車と、ピニオンギアと、ダンパとを含む。ダンパは、リンクの湾曲端部に結合されるとともに湾曲カニューレマウントアームに結合される。バネは、リンクの湾曲端部に結合されるとともに湾曲カニューレマウントアームに結合される。セグメント歯車は、第1の端部及び第2の端部を含む。セグメント歯車の第1の端部は、リンクの湾曲端部に接続され、セグメント歯車の第2の端部は、バネに結合される。ピニオンギアは、湾曲カニューレマウントアームに結合される。ピニオンギアはセグメント歯車とかみ合う。ダンパはシャフトを含む。ダンパは湾曲カニューレマウントアームに接続され、ピニオンギアはダンパのシャフトに取り付けられる。
伸縮カニューレマウントアセンブリはまた、湾曲トレイ及び回転ループ電気ケーブル(rolling loop electrical cable)を含む。湾曲トレイは、リンクの湾曲端部に接続される。回転ループ電気ケーブルは、第1の端部及び第2の端部を含む。回転ループ電気ケーブルの第1の端部は湾曲カニューレマウントアームに接続され、回転ループ電気ケーブルの第2の端部は湾曲トレイに接続される。
一態様では、湾曲カニューレマウントアームは、第1の端部及び第2の端部を有する。湾曲カニューレマウントアームの第2の端部は、第1の状態及び第2の状態のリンクの湾曲端部内にある。伸縮カニューレマウントアセンブリはまた、ラッチ及びラッチ/アンラッチシステム(latching/unlatching system)を含む。ラッチは、湾曲カニューレマウントアームの第2の端部にある。湾曲カニューレマウントアームが伸長位置にあるとき、ラッチ/アンラッチシステムは、ラッチに係合して湾曲カニューレマウントアームを伸長位置にロックする。
ラッチ/アンラッチシステムは、電気アクチュエータと、電気アクチュエータに接続されるロックアセンブリとを含む。伸長位置では、ロックアセンブリはラッチと係合して、湾曲カニューレマウントアームを伸長位置にロックする。電気アクチュエータが作動される場合、ロッキングアセンブリはラッチから外れるので、機械的アーム引込みシステムは湾曲カニューレマウントアームをリンク内に自動的に引込めることができる。
伸縮カニューレマウントアセンブリはまた、インタロック制御システムを含む。インタロック制御システムは、電気アクチュエータバスと、バスダンプ回路と、電気アクチュエータとを含む。バスダンプ回路及び電気アクチュエータは、電気アクチュエータバスとグランドとの間に接続されている。
一態様では、湾曲カニューレマウントアームは、アーム引込みボタン及びカニューレ解放ボタンを含む。この態様では、湾曲カニューレマウントアームは外面を有し、アーム引込みボタンは表面を有する。アーム引込みボタンは、アーム引込みボタンが押し下げられていないとき、アーム引込みボタンの表面が湾曲カニューレマウントアームの外面と面一である状態で、湾曲カニューレマウントアームに取り付けられる。カニューレ解放ボタンは、外面に対して湾曲カニューレマウントアーム内に直線的に移動するように構成される。
手術システムはまた、カニューレマウントアセンブリを含む。カニューレマウントアセンブリは、カニューレをドッキングするように構成されるカニューレドッキングアセンブリと、リンケージアセンブリと、第1の端部及び第2の端部を有するカニューレ解放ボタンアセンブリと、直線運動アセンブリとを含む。カニューレドッキングアセンブリは、カニューレ解放ボタンアセンブリの第1の端部に、リンケージアセンブリによって結合される。カニューレ解放ボタンアセンブリの第2の端部は、直線運動アセンブリに結合される。直線運動アセンブリは、カニューレ解放ボタンアセンブリを第1及び第2の方向の直線運動に拘束するように構成される。
方法は、マニピュレータアームアセンブリのリンクの湾曲端部の中の機械的アーム引込みシステムによってリンクの湾曲端部の中に湾曲カニューレマウントアームを引っ込めることによって、ドレープするために、湾曲カニューレマウントアームを含むマニピュレータアームアセンブリを自動的に構成することを含む。
別の方法は、湾曲リンクに結合されたロックアセンブリを湾曲カニューレマウントアームのラッチに係合させることによって、マニピュレータアームアセンブリの湾曲リンクからの伸長位置に湾曲カニューレマウントアームをロックすることを含む。この方法はまた、ロッキングアセンブリをラッチから係合解除するようにロッキングアセンブリに結合された電気部品を作動させることを含む。この方法はさらに、カニューレが湾曲カニューレマウントアームにドッキングされている場合に、電気部品の作動を妨げることを含む。
従来技術のコンピュータ支援手術システムの図である。
引込み位置及び展開位置それぞれの従来技術の可動及び/又は取り外し可能カニューレマウントの例の斜視図を示す。
引込み位置及び展開位置それぞれの従来技術の可動及び/又は取り外し可能カニューレマウントの例の斜視図を示す。
伸縮カニューレマウントシステムを持つ患者側支持システムの図である。
湾曲カニューレマウントアームが湾曲遠位端部分に引込められた、例えば停められた、状態の図3の患者側支持システムの第4のリンクの湾曲遠位端部分の斜視図である。
湾曲カニューレマウントアームが湾曲遠位端部分から延び、伸長位置でロックされた状態の図3の患者側支持システムの第4のリンクの湾曲遠位端部分の斜視図である。
機械的アーム引込みシステム及びラッチ/アンラッチシステムを含むカニューレマウントシステムを示すための、湾曲カニューレマウントアームが停められた状態の図3の患者側支持システムの第4のリンクの湾曲遠位端部分の斜視切り欠き図である。
機械的アーム引込みシステム及びラッチ/アンラッチシステムを含むカニューレマウントシステムを示すための、湾曲カニューレマウントアームが伸長位置にある状態の図3の患者側支持システムの第4のリンクの湾曲遠位端部分の斜視切り欠き図である。
伸縮カニューレマウントシステムの一部の反対側の斜視側面図である。
伸縮カニューレマウントシステムの一部の反対側の斜視側面図である。
ラッチ/アンラッチシステム及びラッチを示す伸縮カニューレマウントシステムの一部の斜視側面図である。
ラッチ/アンラッチシステム及びラッチの図である。
伸縮カニューレマウントシステムのカニューレマウントアームの引込みを制御するために使用される動作のプロセスフロー図である。
カニューレがカニューレマウントアームに取り付けられているときにカニューレマウントアームの引込みを防ぐインタロックを実装するインタロック制御システムのブロック図である。
カニューレマウントアセンブリを示すためのカニューレマウントアームの切り欠き斜視図である。
図10のカニューレドッキングアセンブリの切り欠き斜視図である。
伸縮カニューレマウントシステムを持つ患者側支持システムの概略図である。
図12の患者側支持システムとともに使用されることができる例示の伸縮カニューレマウントシステムの概略図を示す。
一般に、図面において、3桁の参照数字の第1桁は、その参照番号を有する要素が最初に現れた図の番号である。4桁の参照番号の最初の2桁は、その参照番号を有する要素が最初に現れた図の番号である。
図3は、マニピュレータアームアセンブリ330の第4のリンク319の湾曲遠位端部分319Dの、カニューレマウントシステム350と呼ばれることもある、伸縮カニューレマウントシステム350を含むコンピュータ支援手術システムにおける患者側支持システム310の図である。伸縮カニューレマウントシステム350は、伸縮カニューレマウントシステム350の湾曲カニューレマウントアーム355を、第4のリンク319から延びる位置から第4のリンク319内の停められる位置まで自動的に動かすように構成される。
矢印390は、図3の議論で使用された遠位方向及び近位方向を示す。近位及び遠位方向は、第1の方向及び第1の方向と反対の第2の方向の例である。コンピュータ支援手術システムは、コントローラ、イメージングシステム及び外科医のコンソールを含み、それらの全てが患者側支持システム310に結合される。
この態様では、マニピュレータアームアセンブリ330のいくつかの部分は、図1の患者側支持システム110の対応する部分と同等である。特に、リンク113,115,117,119、マニピュレータアームアセンブリ130、及び複数の器具マニピュレータ140は、以下でより詳細に説明する例外を除いて、リンク313,315,317,319、マニピュレータアームアセンブリ330、及び複数の器具マニピュレータ340とそれぞれ同等である。具体的には、リンク319は、本明細書に記載の伸縮カニューレマウントシステム350を含む湾曲遠位端部分319Dを有する。したがって、図1に関連する説明は、ここでは図3について繰り返されないが、参照により本明細書に組み込まれる。
湾曲カニューレマウントアーム355は、アーム355又はカニューレマウントアーム355と呼ばれることもあり、伸縮カニューレマウントシステム350に可動に取り付けられている。図3において、患者側支持システム310は、滅菌手術用ドレープを複数の器具マニピュレータ340及びマニピュレータアームアセンブリ330に取り付けるように設定されている(configured)。特に、湾曲カニューレマウントアーム355は、リンク319の湾曲遠位端部分319D内に引込められる、例えばカニューレマウントアーム355はリンク319の中で停められる。これは、カニューレマウントアーム355の第1の状態であり、この状態において、カニューレマウントシステム350は、カニューレマウントアーム355を動かすために使用されることができる蓄えたポテンシャルエネルギを有していない。アーム355が停められるとき、カニューレマウントアーム355は第1の状態にあると言われる。
マニピュレータアームアセンブリ330は、複数の器具マニピュレータ340、エントリガイドマニピュレータアセンブリ333及びエントリガイドマニピュレータアセンブリプラットフォーム332から始めて、第1のマニピュレータリンク313の近位端部までスライドさせて、ドレープを全てのリンクの上をスライドさせることによって、滅菌ドレープで覆われる。カニューレマウントアーム355が停められる位置にある状態では、この時点でのシステムの有効幅は、カニューレマウントアーム355が停められる位置においてより狭いので、特にドレープをリンク319,317及び315上を通過させるときに、ドレープすることはより容易になる。カニューレマウントアーム355のためのドレープスリーブは、リンク319から313の完全なドレープを可能にするために、カニューレマウントアーム355の周りに配置される必要はない。カニューレマウント滅菌アダプタが、リンク319の湾曲遠位端部分319Dの遠位面から突出するカニューレマウントアーム355の第1の端部に取り付けられる。カニューレマウントアーム355と共に使用するのに適したカニューレ滅菌アダプタの例については、参照により本出願に組み込まれる、国際公開第PCT/US2015/020916 A1号(2015年9月24日発行;"Surgical Cannula Mounts and Related Systems and Methods"を開示している)を参照されたい。
カニューレマウントアーム355が停められた状態では、ドレープを行っている人が、ドレープをカニューレマウントアーム355に引っ掛けることを心配することなく、リンク319の湾曲遠位端部分319Dの周りを動くことを可能にし、その人が作業するためのより妨げられない空間を提供する。これは、ドレープ処理中に折り畳まれたリニアカニューレマウントアームを有するシステムよりも狭い。(図2B参照)。さらに、湾曲カニューレマウントアーム355は、従来技術の直線アームがリンク319の湾曲遠位端部分319Dの中に引込まれた場合に可能であるよりも、リンク319の湾曲遠位端部分319Dの中にさらにアーム355を引込むことを可能にする。
いくつかの態様では、カニューレをカニューレマウントアーム355の第1の端部にドッキングするために、カニューレマウントアーム355は、伸長され且つロックされた位置になければならない。カニューレマウントアーム355をリンク319の湾曲遠位端部分319Dから延ばすために、ユーザはカニューレマウントアーム355の第1の端部を把持し、カニューレマウントアーム355をリンク319の遠位端から引っ張る。
カニューレマウントアーム355がリンク319の遠位端から引っ張られると、アーム355の動きは、伸縮カニューレマウントシステム350内のアーム引込みシステムにエネルギを蓄積する。カニューレマウントアーム355が伸長位置でロックするとき、伸縮カニューレマウントシステム350は、カニューレマウントアーム355を自動的に引込んで停められる位置に戻すのに十分なポテンシャルエネルギを蓄積する。
一態様では、伸縮カニューレマウントシステム350は、リンク319の湾曲遠位端部分319D内の停められる位置にカニューレマウントアーム355を自動的に引込めることによって、ドレープするためにマニピュレータアームアセンブリ330を自動的に設定する(configure)ように使用される。しかし、以下により完全に説明されるように、カニューレマウントアーム355が伸長位置でロックされ、カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされるとき、伸縮カニューレマウントシステム350のコントローラは、カニューレマウントアーム355が安全に引込められてリンク319の湾曲遠位端部分319Dの中に戻ることができるまで、カニューレマウントアーム355のロック解除を妨げる。
伸縮カニューレマウントシステム350のアーム引込みシステムは、カニューレマウントアーム355を引込めるための電気モータを含まない。アーム引込みシステムは、余分な電子機器、及び電動軸を安全に実装するために必要なセンサを必要とせずに余分なモータを必要とせずにカニューレマウントアーム355の自動的な滑らかな制御された引込みを提供する。したがって、電気的短絡、誘導電流、又は他の何らかの電力のソースが、外科手術中に、そのような電気モータにカニューレマウントアーム355を不用意に動かし得る可能性はない。アーム引込みシステムは、アーム引込みシステムが機械的構成要素のみを含み、モータ、電子部品又は電気部品のような電気部品を含まないことを示すために、機械的アーム引込みシステムと呼ばれる。
ラッチ/アンラッチシステム内の電気的構成要素、例えば電気アクチュエータが、カニューレマウントアーム355をアンラッチするために使用されるので、機械的アーム引込みシステム内のポテンシャルエネルギがカニューレマウントアーム355を自動的に引込める。上述のように、機械的引込みシステムの機構は完全に機械的であるため、機械的引込みシステムの動作に影響を及ぼす電気的問題の可能性はない。
しかし、ラッチ/アンラッチシステム内の電気部品が外科処置中に不用意に発射された(fired)場合、機械的アーム引込みシステムはカニューレマウントアーム355を引込める。コンピュータ支援手術システムにおける通常の障害回復ロジックは、ラッチ/アンラッチシステムにおける電気部品のこのような不用意な発射を補償することができない。したがって、一態様では、この電気部品をトリガするための電力は、外科手術中にグランドに短絡される。その結果、ラッチ/アンラッチシステムにおける電気部品の使用は、外科手術中に妨げられる。電気部品への電力線上のスプリアス電圧もグランドに短絡され、これは、電気部品が外科手術中に発射されることができないことを保証するので、カニューレマウントアーム355は、不用意にロックされ伸長された位置から引込められることができない。
図4A及び4Bは、第4のリンク319の湾曲遠位端部分319Dの拡大図である。図4A及び4Bでは、矢印490は、図4A及び4Bの議論において使用される第1及び第2の方向を示す。近位方向及び遠位方向は、第1の方向及び第1の方向とは反対の第2の方向の例である。
特に、図4Aは、リンク319と呼ばれることがある第4のリンク319の湾曲遠位端部分319Dの斜視図であり、湾曲カニューレマウントアーム355が引込まれている、例えば停められている。停められる位置では、伸縮カニューレマウントシステム350は、カニューレマウントアーム355を動かすことができる蓄積されたポテンシャルエネルギを有さないので、伸縮カニューレマウントシステム350及びカニューレマウントアーム355は、上記の第1の状態と呼ばれた、ゼロエネルギ状態にあると言われる。カニューレマウントアーム355が第4のリンク319の湾曲遠位端部分319D内に停められるとき、カニューレマウントアーム355の第1の端部455−1の一部がリンク319の湾曲遠位端部分319Dの遠位面から延びる。
カニューレ滅菌アダプタ460は、カニューレマウントアーム355の第1の端部455−1に取り付けられて示されている。この例では、カニューレ滅菌アダプタ460は、カニューレ470の取り付け部分471を受け入れるように構成される開口部461を含む。図示していないが、カニューレ滅菌アダプタ460は、典型的には、手術用ドレープに取り付けられて、滅菌領域と非滅菌領域との境界を形成しやすくする。
この例では、カニューレ470は、カニューレ470の近位端474にボウル部(bowl section)473を含む。チューブ475が、ボウル部473から遠位方向に延びている。取り付け部分471がボウル部473に取り付けられている。取り付け部分471は、カニューレマウントアーム355の遠位端、第1の端部455−1のカニューレマウントアセンブリ(図10及び11参照)への取付カニューレ470の取り付けを補助するために、取り付け部分471の両側(opposite sides)に凹部472を含み得る。凹部472は、カニューレ470のカニューレ滅菌アダプタ460及びカニューレマウントアセンブリへのドッキングを容易にするように構成される。カニューレマウントアーム355と共に使用するのに適したカニューレ470の例については、PCT国際公開第PCT/US2015/020916A1号を参照されたい。
カニューレ470をカニューレマウントアーム355に取り付けるために、カニューレマウントアーム355が第1に遠位リンク319の湾曲遠位端部分319Dから引き抜かれ、伸長位置で固定されなければならず、次にカニューレ470はカニューレマウントアームの遠位端にドッキングされることができる。伸縮カニューレマウントシステム350はいかなる電気モータも含まないので、カニューレマウントアーム355は湾曲遠位端部分319Dから手動で引き出されなければならない。
したがって、人は、カニューレマウントアーム355の第1の端部455−1を把持し、湾曲遠位端部分319Dからカニューレマウントアーム355を引っ張る。カニューレマウントアーム355を湾曲遠位端部分319Dから引っ張るために使用される力は、後でカニューレマウントアーム355を自動的に引込むために使用されることができるポテンシャルエネルギとして、伸縮カニューレマウントシステム350によって蓄積される。カニューレマウントアーム355が完全に伸長されるとき、カニューレマウントアームは、図4Bに示されるように、伸長位置にロックされる。カニューレマウントアーム355が伸長位置にロックされるとき、例えばアームの第2の状態でロックされるとき、カニューレアーム伸長及びロック信号がコントローラに送られる。
カニューレマウントアーム355は、複数のボタンを含む。一態様では、複数のボタンは、アーム引込みボタン451、カニューレ解放ボタン452、及びクラッチボタン453を含む。カニューレ470がカニューレマウントアーム355にドッキングされていない場合、アーム引込みボタン451を押し込むことは、カニューレマウントアーム355をリンク319の湾曲遠位端部分319Dに自動的に引き込ませる。
カニューレマウントアーム355の形状及び複数のボタンの配置(configuration)は、カニューレマウントアーム355がドレープされた状態でリンク319の湾曲遠位端部分に引込められるとき、ドレープが、複数のボタンのいずれか又はカニューレマウントアーム355のいずれかの部分に引っかかる又は捕えられることが起こりそうにないように、選択される。これは、汚染ドレープがリンク319の湾曲遠位端部分319Dの内側に引っ張られ、潜在的に損傷されることを防止する。したがって、リンク319の内部は、別の外科処置で使用する前に滅菌を必要としない。
この態様では、カニューレマウントアーム355の一部は楕円形であり、手術用ドレープが引っ掛かる可能性のあるカニューレマウントアーム355の形状に急激な変化がない。カニューレマウントアーム355が楕円形であると言われるとき、これは、断面図において、カニューレマウントアーム355の外面が楕円形であることを意味する。
特に、窪み454のエッジは傾斜し且つ湾曲しているので、カニューレマウントアーム355が引込められると、手術用ドレープは窪み454のエッジの上を摺動する。同様に、アーム引込みボタン451の表面は、押し下げられていないとき、ドレープがアーム引込みボタン451を横切って動くときにドレープを引っかけるアーム引込みボタン451のエッジがないように、カニューレマウントアーム355の外面と同一平面上にある。
ドレープが窪み454内に落ちる場合、カニューレマウントアーム355が引込められるときにドレープがカニューレ解放ボタン452の周りを滑らかに移動するように、カニューレ解放ボタン452は滑らかな縁部及び表面を有する。クラッチボタン453の表面及び湾曲は、カニューレマウントアーム355が引込められるときにドレープをひっかけるエッジ又は急激な表面変化がないように、同様に選択される。
カニューレ470がカニューレマウントアーム355上にドッキングされていない場合、コントローラは、動作の追従システムモード(following system mode)に入ることを禁止する。動作の追従システムモードでは、追従と呼ばれることもあり、スレーブ手術器具の動きが、スレーブ手術器具に遠隔操作式に結合されたマスタツールの動きに追従する。
カニューレ470をカニューレマウントアーム355に取り付けるために、カニューレ解放ボタン452及びクラッチボタン453の両方が、同時に押され、押し下げられた位置に保持される。マニピュレータアームアセンブリ330は、カニューレ470の取り付け部分471の位置にクラッチされながら移動され、その後、取り付け部分471はカニューレ滅菌アダプタ460内に及びカニューレマウントアーム355の遠位端内に挿入される。次にカニューレ解放ボタン452及びクラッチボタン453が解放され、カニューレ470はカニューレマウントアーム355にラッチされ、カニューレマウントアーム355はもはやクラッチされていないが、今や所定の位置でロックされる。一人ドッキングを容易にするために、2つのボタン452及び453は一方の手による操作を可能にするように配置され、一方、第2の手は、ドッキングのための適切な向きにカニューレ470を保持するために使用されることができる。
一態様では、カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされたことを示すカニューレマウントシステム内のセンサがある。カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされたという信号をコントローラが受信すると、コントローラは、カニューレマウントアーム355の引込みを不能にする。カニューレマウントアーム355の引込みは、カニューレ470がカニューレマウントアーム355からドッキング解除された後まで、不能にされたままである。具体的には、カニューレ470がドッキングされた後にアーム引込みボタン451を押すことは、何の作用ももたらさない。同様に、コントローラは、カニューレ470がドッキング解除された後まで、カニューレマウントアーム355の引込みをうまく命令することができない。
以下により完全に説明するように、カニューレ解放ボタン452は純粋に機械的であり、カニューレ解放ボタン452が押し下げられる場合、カニューレ470はカニューレマウントアセンブリから自由に引き出される。カニューレ470をドッキングすることにおいても同じことが当てはまり、カニューレ解放ボタン452が押し下げられると、カニューレ470は、カニューレマウントアセンブリ内に配置されることができる。したがって、クラッチボタン453は、必ずしもカニューレ470をドッキングするために押される必要はない。例えば、カニューレマウントアーム355が正確な適切な位置にクラッチされることができる場合、カニューレ470は、カニューレ解放ボタン452のみを使用してドッキングされることができる。しかし、典型的には、ボタン452と453の両方が同時に起動される。そうでなければ、カニューレ470とカニューレマウントアセンブリがいつ適切に位置合わせされたかを知ることが困難であるからである。
図5A及び5Bは、機械的アーム引込みシステム540及びラッチ/アンラッチシステム550を含むカニューレマウントシステム350を示すための、リンク319の湾曲遠位端部分319Dの切り欠き図である。機械的アーム引込みシステム540は、定荷重バネ543−3、ロータリダンパ648(図6A)に結合されたピニオンギア547、及び湾曲セグメント歯車542を含む。ラッチ/アンラッチシステム550は、ソレノイド545及びロックアセンブリ544を含む。ソレノイド545は、電気アクチュエータの一例である。この開示を考慮すると、ソレノイド以外の電気アクチュエータが、ラッチ/アンラッチシステム550に含まれることができる。
ラッチ546がラッチ/アンラッチシステム550によって解放されるとき、定荷重バネ543−3はカニューレマウントアーム355を第2の方向(図5A及び5Bの近位方向)に引っ張る、すなわち、カニューレマウントアーム355をリンク319の湾曲遠位端部分319Dの中に自動的に引込む。しかし、引込みの速度は、ダンパ648と呼ばれることもあるロータリダンパ648によって制限される。ピニオンギア547は、湾曲セグメント歯車542の上に乗り、ロータリダンパ648によってカニューレマウントアーム355に結合されている。したがって、カニューレマウントアーム355が第2の方向に動くと、ピニオンギア547は回転するが、ロータリダンパ648によって回転速度が制限される。これは、ピニオンギア547が湾曲セグメント歯車542に沿って動くことができる速度を制限する。その結果、カニューレマウントアーム355は、電動モータ、電子機器、又はセンサの使用なしに、制御された方法で、リンク319の湾曲遠位端部分319D内に自動的に引込まれる。
アンカブラケット541が、湾曲遠位端部分319Dの遠位端にしっかりと固定されている。湾曲セグメント歯車542の第1の端部、例えば遠位端は、アンカブラケット541に固定して取り付けられる。この例では、湾曲セグメント歯車542は、第1の湾曲面542−1と、第1の湾曲面542−1に対向し第1の湾曲面542−1から移動された第2の湾曲面542−2とを持つ湾曲矩形アームである。第1の湾曲面542−1は、第2の湾曲面542−2よりも小さな曲率半径を有する。第2の湾曲面542−2は、この例ではギア歯642を含む。湾曲セグメント歯車542のより詳細な説明については、図6A及び図6Bを参照されたい。
別の態様では、湾曲セグメント歯車542のギア歯は、第1の湾曲面542−1上にあってもよいし、湾曲セグメント歯車542の他の側面の1つの上にあってもよい。したがって、図面における湾曲セグメント歯車542の構成は、オプションであって、図示された特定の構成に限定されることを意図するものではない。
バネアセンブリ543は、バネアセンブリブラケット543−1、スプールアセンブリ543−2、及び定荷重バネ543−3を含む。バネアセンブリブラケット543−1の第1の端部、例えば、遠位端は、湾曲セグメント歯車542の第2の端部、例えば、近位端に固定して取り付けられる。スプールアセンブリ543−2は、バネアセンブリブラケット543−1の第2の端部、例えば、近位端に取り付けられる。定荷重バネ543−3は、時にはバネ543−3と呼ばれ、金属バネである。バネ543−3の第2の端部は、バネ543−3がスプールアセンブリ543−2の周りで巻き付けられ、巻き戻されるように、スプールアセンブリ543−2上に巻き付けられる。バネ543−3の第1の端部は、カニューレマウントアーム355の第2の端部455−2、例えば近位端に固定される。したがって、カニューレマウントアーム355が湾曲遠位端部分319Dから引き出されると、バネ543−3は、スプールアセンブリ543−2から巻き戻され、ポテンシャルエネルギを蓄える。
カニューレマウントアーム355の第2の端部455−2、例えば近位端は、ラッチ546を含む。一態様では、ラッチ546は、カニューレマウントアーム355の第2の端部455−2に取り付けられている。この態様では、ラッチ546は、ソケットにつながる傾斜ランプを含む(図7B参照)。
ラッチ/アンラッチシステム550内の電気アクチュエータ、例えばソレノイド545は、アンカブラケット541に取り付けられる。この例では、ソレノイド545は、アンカブラケット541の第2の端部に取り付けられ、アンカブラケット541の第1の端部は、湾曲遠位端部分319Dに取り付けられる。ソレノイドプランジャが、ラッチ/アンラッチシステム550内のロックアセンブリ544に接続されている。
カニューレマウントアーム355が図4Bに示されるように完全に伸張した位置に動かされるとき、ロックアセンブリ544はラッチ546と係合する。バネ543−3が湾曲カニューレマウントアーム355をリンクの湾曲遠位端部分319Dに引込むことができるように、ロックアセンブリ544をラッチ546から係合解除するために、ソレノイド545が作動、例えば、発射される。以下により完全に説明するように、カニューレマウントアーム355が伸長位置にロックされ、カニューレ470がカニューレマウントアーム355にドッキングされるとき、ソレノイド545の発射は禁止されるので、カニューレがアーム355にドッキングされるときカニューレマウントアーム355を引込められることができない。
図6A及び6Bは、伸縮カニューレマウントシステム350の一部の対向斜視側面図である。図6Aは、この態様において、バネ543−3の第1の端部が、カニューレマウントアーム355の第2の端部455−2にポイント643で固定して取り付けられていることを示している。したがって、図6Aは、バネ543−3の第1の端部を取り付けられている及び取り付けられていない両方で示している。
図6Aはまた、湾曲セグメント歯車542の第2の湾曲面542−2上のギア歯642をより明確に示している。湾曲セグメント歯車542は、湾曲レール641(図6B)に取り付けられている。カニューレマウントアーム355に取り付けられた複数のベアリングブロックが湾曲レール641上に乗っている(ride on)。伸縮カニューレマウントシステム350での使用に適した湾曲レール及び関連するベアリングブロックは、THK America,Inc., 200 East Commerce Drive, Schaumburg, IL. 60173 U.S.A.から市販されている。
ピニオンギア547(図5B及び6A)は、ダンパ648(図6A)の回転シャフトに取り付けられている。ピニオンギア547の歯は、湾曲セグメント歯車542のギア歯642と噛み合う。ダンパ648は、カニューレマウントアーム355の第2の端部455−2に固定される。ダンパ648は、カニューレマウントアーム355が、湾曲遠位端部分319Dから手動で引き出される、すなわち、伸長されるとき、減衰を提供しない。ダンパ648は、バネ543−3がカニューレマウントアーム355を湾曲遠位端部分319D内に自動的に引込むとき、減衰を提供する。減衰の量は、カニューレマウントアームが急に湾曲遠位端部分319D内にスナップバックする(はじき戻る)(snap back)のではなく、移動の終わりに低衝撃で制御された安全な速度で引込むように選択される。
図6Bは、ロックアセンブリ544をより詳細に示す。回路基板680(図6B)が、カニューレマウントアーム355の第2の端部455−2に取り付けられている。回路基板680は、いかに記載されるラッチセンサ(ラッチセンサ748(図7A)参照)、並びにカニューレマウントアーム355上の全ての他のセンサ及びスイッチに結合される。ラッチセンサに電力を供給し、回路基板680から信号を伝達してコントローラに戻するために、リボンケーブル681が回路基板680に接続されている。リボンケーブル681は、回転ループ電気ケーブルの例である。1つより多いリボンケーブルの使用はオプションである。いくつかの用途では、単一のリボンケーブルを使用することができる。
この態様では、リボンケーブル681はクロスカーブバネ(cross-curve spring)の下に積み重ねられる、すなわちバネに結合される。クロスカーブバネは、カニューレマウントアーム355が湾曲遠位端部分319Dに出入りする際に、リボンケーブル681によって形成された回転ループが展開するとき、リボンケーブル681が座屈するのを防止する。従って、電気ケーブルは、電気ケーブルによって形成された回転ループが展開するとき電気ケーブルが座屈するのを防ぐためにバネに結合される。リボンケーブル681によって形成された回転ループは、2つの同心トレイ685及び686の間に配置される。
一態様では、リボンケーブル681は、第1の複数のリボンケーブル及び第2の複数のリボンケーブルを含む。第1の複数のリボンケーブルは、カニューレマウントシステム350からの及びカニューレマウントシステム350への信号を運び、カニューレマウントシステム350に電力を供給する。第2の複数のリボンケーブルは、カニューレマウントアーム355とリンク319との間のグランドボンド(ground bond)を形成する。
第1の複数のリボンケーブルの第1の端部は、カニューレマウントアーム355の第1の回路基板680と嵌合する第1のコネクタ682に取り付けられる。第1の複数のリボンケーブルの第2の端部は、リンク319内の第2の回路基板に取り付けられる(第2の回路基板は図示されていない)。一態様では、第2の複数のリボンケーブル、例えば2つのリボンケーブルは、第1の複数のリボンケーブルの下に積み重ねられる。第2の複数のリボンケーブルは、静止リンク319と移動カニューレマウントアーム355との間のグランドボンドとして使用される。第2の複数のリボンケーブルは、コネクタ683と684との間を延びる。コネクタ683は、カニューレマウントアーム355に接続され、コネクタ684は、第2の湾曲トレイ685に接続される。湾曲トレイ685は、アンカブラケット541に結合されるので、リンク319の湾曲遠位端部分319Dに結合される。
したがって、伸縮カニューレマウントシステム350は、第1の湾曲トレイ686及び第2の湾曲トレイ685を含む。第2の湾曲トレイ685は、リンク319の湾曲遠位端部分319Dに接続される。第1の湾曲トレイ686は、カニューレマウントアーム355の近位端に接続される。
回転ループリボンケーブル681は、第2の湾曲トレイ685の第1の端部685−1−遠位端部と、第1の湾曲トレイ686の第1の端部−遠位端部との間に固定される。リボンケーブル681の第1の部分、例えば、第1の脚部は、第1の湾曲トレイ686のカーブに従い、次いで、リボンケーブル681は、その側部に文字“U”に類似する形状を有する。U形状は、リボンケーブル681の第2の部分への移行部、例えば第2の湾曲トレイ685のカーブに従う第2の脚部を形成する。したがって、リボンケーブル681は、ループの両脚部が湾曲し、カニューレマウントアーム355が引き出されるとき及びカニューレマウントアーム355が引込まれるとき、各脚部の長さが変化する、開ループを形成する。
図7A及び7Bは、ロックアセンブリ544及びラッチ546のより詳細な図である。この態様では、ロックアセンブリ544は、第1のリンク744−1、第2のリンク744−2、ラッチリンク744−3、バネ744−4、カムフォロワ744−6、及びラッチフラグ744−5を含む。
第1のリンク744−1は、Y形状ボディを有する。Y形状のベース脚部を形成する第1のリンク744−1の第2の端部は、アンカブラケット541から延びる第1のピン701に回転可能に取り付けられる。したがって、第1のリンク744−1はアンカブラケット541に接地される。ピン702が、第1のリンク744−1の第1の端部で2つの脚部の間に延在し、2つの脚部は、Y形状の直立部(uprights)を形成する。
ソレノイド545のプランジャ745−1は、ピン702に接続されている。この態様では、ソレノイド545は直線運動ソレノイドであり、プランジャは一端にスロットを有する。スロットはピン702に乗る。プランジャ745−1のまわりのバネ745−2は、ソレノイド545が作動され、その後に作動停止にされた後に、プランジャ745−1を伸長位置に戻す。バネ745−2とバネ744−4は同じ方向に作用するので、これら2つのバネの力は相加的(additive)である。
第2のリンク744−2の第2の端部は、ピン702に回転可能に取り付けられている。すなわち、第2のリンク744−2は、第1のリンク744−1に回転可能に接続されている。第2のリンク744−2の第1の端部は、ラッチリンク744−3の第2の端部744−32に回転可能に接続されている。
ラッチリンク744−3は、アンカブラケット541から第1の端部744−31と第2の端部744−32との間に延びる第2のピン703に取り付けられている。第2のピン703は、ラッチリンク744−3の支点(ピボット点)として機能する。ラッチリンク744−3は、第2のピン703によってブラケット541を固定するように接地されている。カムフォロワ744−6が、ラッチリンク744−3の第1の端部744−31の第1の側部に取り付けられている。ラッチフラグ744−5は、ラッチリンク744−3の第1の端部744−31の第2の側部に取り付けられている。この態様では、ラッチリンク744−3の第1の側部と第2の側部は交差して、第1の端部から第2の端部まで延びるラッチリンク744−3の1つのエッジを形成する。
したがって、この態様では、ラッチリンク744−3は、ピボット点から第1の端部744−31に延びる第1の脚部と、ピボット点から第2の端部744−32に延びる第2の脚部とを有するV形状レバーとして実施される。第1の脚は、この態様では第2の脚より長い。
この例では、支点が力点(ソレノイド545によって供給される力)と負荷(カムフォロワ744−6及びラッチフラグ744−5)との間にあるので、ラッチリンク744−3は第1種てこ(Class 1 lever)である。この例では、ラッチリンク744−3は第1種てことして実施されているが、これは例示的なものに過ぎず、限定することを意図するものではない。他の態様では、第2種てこ又は第3種てこを使用することができる。第2種てこの場合、荷重が支点と力点の間にあり、第3種てこの場合は力点が支点と荷重の間にある。
バネ744−4の第1の端部は、第1の端部744−31とピボット点との間のラッチリンク744−3に接続されている。バネ744−4の第2の端部は、アンカブラケット541から延びる第3のピン704に接続されている。バネ744−4は、カムフォロワ744−6をラッチソケット746−2に引っ張るラッチリンク744−3の第1の脚部への力を与える。
図7Aに示す構成に関して、カニューレマウントアーム355は、図4B及び5Bに示すように、伸長位置に完全に伸長されてラッチされる。この位置に達するために、カニューレマウントアーム355が引き出されると、カムフォロワ744−6がラッチ746の傾斜ランプ746−1(図7B)を上に動く。
バネ744−4及び745−2によって提供されるラッチリンク744−3の第1の脚部への力は、傾斜ランプ746−1上にカムフォロワ744−6を維持する。カムフォロワ744−6が傾斜ランプ746−1の上端(high end)に達し、カニューレマウントアーム355がさらに引き出されると、バネ744−4及び745−2は、ラッチ546のソケット746−2内にカムフォロワ744−6を引っ張って保持する。カムフォロワ744−6がソケット746−2内に引っ張られると、ラッチフラグ744−5がラッチセンサ748内に位置する。この態様では、ラッチセンサ748は一対のフォトインタラプトスイッチを含むので、ラッチフラグ744−5がラッチセンサ748内に位置すると、一対のフォトインタラプトスイッチのそれぞれの光ビームが遮断される。光ビームを遮断することは、カニューレマウントアーム355が伸長位置にいつラッチされるかを決定するために使用されるフォトインタラプトスイッチの状態を変化させる。この態様では、一対のフォトインタラプトスイッチが安全冗長性のために使用される。そのような冗長性が必要とされない場合、単一のフォトインタラプトスイッチを使用することができる。
1対のフォトインタラプトスイッチをラッチセンサとして使用することは、例示的なものに過ぎず、限定することを意図するものではない。他の態様では、容量スイッチ又は誘導スイッチを使用することができる。代替的には、ラッチ機構は、カニューレアーム伸長及びロック信号を提供するスイッチを押すことができる。
カニューレマウントアーム355が伸長位置でロックされるとき、カニューレマウントアーム355を湾曲遠位端部分391D内に引込むために、ソレノイド545が、ボタン451(図4B)を押すことによって又はコントローラが引込みカニューレマウントアームコマンドを発行することによって、作動される(発射されると呼ばれることもある)。ソレノイド545が作動するとき、ソレノイド545はプランジャ745−1をソレノイドボディ内に直線的に引っ張る。例えばプランジャ745−1はソレノイド545の作動によって近位に動かされる。リニアソレノイドからの力は非常に不均一であり、最大の力が完全に引込まれたときに(最近位において)加えられ、プランジャが(遠位方向に)伸張するにつれて、力は急速に降下する。リンク744−1、744−1、744−2、及び744−3のジオメトリ(geometry)は、この非線形の力を補償し、ソレノイドがカムフォロワ744−6を効果的に持ち上げてラッチ546から取り除くことを可能にするように設計されている。
プランジャ745−1の動きは、第2のリンク744−2に、ラッチリンク744−3の第2の端部744−32への第1の方向−下方−の力を及ぼさせる。ラッチリンク744−3の第2の端部744−32への第1の方向の力は、ラッチリンク744−3をピン703の周りに回転させ、これは、ラッチリンク744−3の第1の端部744−31を、第1の方向と反対の第2の方向−上向き−に動かし、バネ744−4を伸ばす。ラッチリンク744−3の第1の端部744−31の動きは、カムフォロワ744−6をソケット746−2の外に且つ傾斜ランプ746−1上の最高点の上方に移動させる。同様に、ラッチフラグ744−5は、ラッチセンサ748から移動される。カムフォロワ744−6はもはやラッチ546に収容され(seated)ないので、バネ543−3は、自動的にカニューレマウントアーム355を湾曲遠位端部分319D内に引込む。引込みの速度は、ピニオンギア547が湾曲セグメント歯車542上のギア歯642に沿って動くと、ダンパ648によって制御される。
図8は、カニューレマウントアーム355の引込みを制御するために使用される動作のプロセスフロー図である。図8の直線フロー(linear flow)は、理解を容易にするためだけに使用されており、限定することを意図するものではない。図8の様々なプロセスは、直線フローによって示された順序以外の順序で実行されてもよく、順次的ではなく同時に実行されてもよい。
最初に、ユーザは、ドレープするために設定する801オプションを含むユーザインタフェースにアクセスする。ユーザインタフェースは、患者側支持システム310を含むコンピュータ支援手術システムのコントローラによって生成される。コントローラは、1つのユニット、又は複数の異なるユニットで構成され得ることが理解されるべきである。コントローラが異なるユニットに分割されるとき、ユニットは、1つの場所に集中されてもよく又はコンピュータ支援手術システムにわたって分散されてもよい。また、コントローラの異なるユニットは、コントローラのそのユニットによって制御される動作を特徴付ける名前を与えられ得る。
ユーザがドレープするために設定する801オプションを選択するとき、コントローラは、患者側支持システム310をドレープすることを容易にするように、患者側支持システム310を設定する。ここで、カニューレマウントアーム355を制御することに関連する動作のみが、ドレープするために患者側支持システム310を設定することにおいて考慮される。
アーム引込みチェックプロセス802において、コントローラは、カニューレマウントアーム355がリンク319の湾曲遠位端部分319D内に停められているかどうかを判定する。ラッチセンサ748からの信号が、カニューレマウントアーム355がリンク319の湾曲遠位端部分319Dに引込まれていることを示す場合、アーム引込みチェックプロセス802は追従を禁止するプロセス804に移行する。逆に、ラッチセンサ748からの信号が、カニューレマウントアーム355がリンク319の湾曲遠位端部分319Dに引込まれていないことを示す場合、アーム引込みチェックプロセス802はアームを引込むプロセス803に移行する。患者側支持システム310を含む手術システムは、典型的には、追従が許可されているか禁止されているかを判定するために監視されるいくつかの機能(features)を有することに留意されたい。図8では、カニューレマウントシステム350に関連する動作のみが、追従の禁止及び許可に関して考慮されている。
アームを引込むプロセス803において、最初にソレノイド545を有効にし、次にソレノイド545を作動させる。上述したように、作動すると、ソレノイド545は、ロックアセンブリ544に、カムフォロワ744−6をラッチ546から持ち上げさせ、結果としてバネ543−3は自動的にカニューレマウントアーム355をリンク319の湾曲遠位端部分319Dに引込む。アームを引込むプロセス803は、追従を禁止するプロセス804に移行する。したがって、この態様では、機械的アーム引込みシステム540は、ドレープするためにマニピュレータアームアセンブリ330の形状を自動的に変えるために使用される。
カニューレマウントアーム355がリンク319の湾曲遠位端部分319D内に停められるとき、カニューレ470はカニューレマウントアーム355にドッキングされていない。カニューレ470がドッキングされていないとき、追従は禁止される。したがって、追従を禁止するプロセス804では、追従は、カニューレがドッキングされていないことに基づいて、禁止される。追従を禁止するプロセス804は、アーム伸長及びロックチェックプロセス805に移行する。
アーム伸長及びロックチェックプロセス805は、カニューレマウントアーム355がリンク319の湾曲遠位端部分319Dから引き出され、伸長位置でロックされているかどうかを決定する。ラッチセンサ748からの信号が、カニューレマウントアーム355が伸長位置でラッチされていないことを示す場合、アーム伸長及びロックチェックプロセス805は何の動作もしない。逆に、ラッチセンサ748からの信号が、カニューレマウントアーム355が伸長位置でラッチされていることを示す場合、アーム伸長及びロックチェックプロセス805は、カニューレドッキングチェックプロセス806に移行する。アーム伸長及びロックチェックプロセス805は、カニューレマウントアーム355が伸長位置にラッチされているかどうかを決定するためにポーリングすることを必要とすると解釈されるべきではない。一態様では、ラッチセンサ748からの信号が、カニューレマウントアーム355が伸長位置でラッチされていることを示すときに発せられる(fired)イベントを検出するために、イベントハンドラが使用される。
カニューレマウントアーム355が伸長位置でラッチされると、2つのイベントが関心事である−カニューレがドッキングされる又はカニューレマウントアーム355を引込むコマンドが発行される。したがって、カニューレドッキングチェックプロセス806は、カニューレが伸長されたカニューレマウントアーム355に取り付けられているかどうかを決定する。カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされているという信号が受信されない場合、カニューレドッキングチェックプロセス806は、アームを引込むコマンドチェックプロセス807に移行する。逆に、カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされていることを示す信号が受信される場合、カニューレドッキングチェックプロセス806は、追従禁止チェックプロセス808に移行する。
アームを引込むコマンドチェックプロセス807は、カニューレマウントアーム355を湾曲遠位端部分319Dに引込むコマンドが受信されたかどうかを決定する。カニューレマウントアーム355を引込むコマンドは、ユーザがアーム引込みボタン451押し下げることによって又はコマンドを発行するコントローラによって生成されることができる。上述したように、カニューレマウントアーム355は、カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされていないときにのみ自動的に引込まれる。この状態は、アームを引込むコマンドチェックプロセス807に処理が移行するときに満たされる。したがって、アームを引込むコマンドチェックプロセス807が、カニューレマウントアーム355を引込むコマンドを受信する場合、アームを引込むコマンドチェックプロセス807は、アームを引込むプロセス803に移行し、そうでなければカニューレドッキングチェックプロセス806に戻る。
アームを引込むプロセス803とカニューレドッキングチェックプロセス806との間のループは、カニューレがドッキングされたかどうか及びカニューレマウントアーム355を引込むコマンドが受信されたかどうかを判定するためにポーリングを必要とすると解釈されるべきではない。一態様では、適切な条件を検出し、その条件が検出されたことを示す適切なイベントを発するために、イベントハンドラが使用される。
カニューレが最初にカニューレマウントアーム355にドッキングされた後、カニューレがドッキングされていないことに起因する追従の禁止が解除され、その後、次の関心のあるイベントはカニューレのドッキング解除である。先に説明したように、カニューレ470がアーム355にドッキングされている限り、カニューレマウントアーム355は引込まれることができない。
したがって、カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされていないため、追従禁止チェックプロセス808は、追従が禁止されているかどうかを判定する。カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされている場合、追従禁止チェックプロセス808は追従許可プロセス809に移行し、このプロセスはカニューレマウントシステム350による追従の禁止を解除する。カニューレマウントアーム355にドッキングされているカニューレがない場合、追従禁止チェックプロセス808は、カニューレドッキングチェックプロセス806に戻る。
カニューレマウントシステム350が追従することを許可するとしても、コントローラは、依然として、手術システムの他の状態のために追従を禁止し得ることに留意されたい。追従許可プロセス809は、追従を許可するかどうかを決定するのにカニューレマウントシステム350の状態のみを考慮し、手術システムがコントローラによる追従にはいることをいつ許可されるかを決定するために使用され得る他の要因を考慮しない。
カニューレドッキングチェックプロセス806と追従禁止チェックプロセス808との間のループは、カニューレがドッキングされたかどうかを判定するためにポーリングを必要とすると解釈されるべきではない。一態様では、適切な条件を検出し、その条件が検出されたことを示す適切なイベントを発するために、イベントハンドラが使用される。
カニューレがドッキングされている限り、アームを引込むコマンドは作動せず、したがってカニューレマウントアーム355は不用意に引込められないことに留意されたい。外科処置の間に、1つ又は複数の手術器具の部品は、カニューレ470を通って患者に伸びる。カニューレがドッキングされている間にカニューレマウントアーム355が引込められた場合、手術器具の不用意な動きが患者を傷つけるかもしれないので、カニューレがアーム355にドッキングされている限り、引込みに対するインタロックが引込みを防ぐために使用される。
図9は、カニューレがカニューレマウントアーム355に取り付けられるとき、カニューレマウントアーム355の引込みを防止するインタロックを実施するインタロック制御システム900のブロック図である。コントローラ910と呼ばれることもあるアーム引込みコントローラ910は、カニューレがカニューレマウントアーム355にドッキングされているかどうかを含むシステム状態情報909を受信する。電圧制御ライン911が、アーム引込みコントローラ910とソレノイドドライバ930との間に接続される。電流リミッタ回路を持つスイッチ920は、供給電圧V+(一態様では48ボルト)とソレノイドドライバ930との間に位置する。ソレノイドドライバ930は、電気アクチュエータドライバの一例である。ソレノイドバス935が、ソレノイドドライバ930を、ソレノイド545に及びバスダンプ回路940に接続する。ソレノイドバス935は、電気アクチュエータバスの一例である。ソレノイド545とバスダンプ回路940の両方ともグランドに接続されている。有効/無効(enable/disable)ライン912が、アーム引込みコントローラ910をバスダンプ回路940に接続する。
状態情報909が、カニューレがカニューレマウントアーム355に取り付けられておらず且つアーム引込みコマンドを含むことを示すとき、アーム引込みコントローラ910は、最初に、バスダンプ回路940への有効/無効ライン912上に無効信号を生成する。無効信号は、バスダンプ回路940に、バスダンプ回路940において、ソレノイド545とグランドとの間の接続を開かせる。したがって、無効信号が有効/無効ライン912にあるとき、バスダンプ回路940は、ソレノイドバス935をグランドに接続しない。
無効信号が有効/無効ライン912上でアクティブにされた後、アーム引込みコントローラ910は、電圧制御ライン911上のパルス幅変調デューティサイクル信号をソレノイドドライバ930に供給する。電流リミッタ回路を持つスイッチ920におけるスイッチは通常閉じられるので、供給電圧V+がソレノイドドライバ930に供給される。電圧制御ライン911上のパルス幅変調デューティサイクルに応答して、ソレノイドドライバ930は、ソレノイドバス935上の一連のパルスを駆動し、これはソレノイド545を作動させる。上述のように、ソレノイド545が作動されるとき、機械的アーム引込みシステム540が使用可能にされ、カニューレマウントアーム355を自動的に引込む。
短い時間(ウォッチドッグ時間より短いが、カニューレマウントアーム355をアンラッチするのに十分長い時間)の後、コントローラ910は、ソレノイドドライバ930への電圧制御ライン911上のパルス幅変調デューティサイクル信号を解除する。これに応答して、ソレノイドドライバ930は、ソレノイドバス935上の駆動パルスを停止し、これは、ソレノイド545を動作停止させる。
無効信号がアーム引込みコントローラ910によって有効/無効ライン912上に生成されると、ウォッチドッグタイマ915がスタートする。ウォッチドッグタイマ915がタイムアウトすると、バスダンプ回路940への有効/無効ライン上の無効信号が有効信号に変更される。有効信号は、バスダンプ回路940に、バスダンプ回路940内のソレノイドバス935とグランドとの間の接続を閉じさせる。したがって、有効信号が有効/無効ライン912上にあるとき、バスダンプ回路940はソレノイドバス935をグランドに接続する。
したがって、バスダンプ回路940は、ソレノイドバス935とグランドとの間のスイッチとして動作し、スイッチの状態(開又は閉)は、有効/無効ライン912上の信号によって制御される。通常、バスダンプ回路940は、ソレノイド545が発射されることができないように、常にソレノイドバス935をグランドに短絡させている。これは、カニューレが取り付けられていない信号とアーム引込みコマンドの両方が同時に状態情報909に存在する場合にのみ変化する。
図9に示すように、バスダンプ回路940とソレノイド545は、ソレノイドバス935とグランドとの間に並列に接続されている。ソレノイドバス935とグランドとの間のバスダンプ回路940の抵抗は、ソレノイドバス935とグランドとの間のソレノイド545の抵抗より著しく低い。したがって、バスダンプ回路940が有効にされると、大部分の電流がソレノイドバス935からバスダンプ回路940を通ってグランドに流れる。ソレノイド545を通って流れる残りの電流は、ソレノイド545を発射するには不十分である。したがって、バスダンプ回路940が有効にされているとき、ソレノイドバス935上の如何なる電圧もソレノイド545を発射しない。
アーム引込みコントローラ910内のロジックは、カニューレが取り付けられていない信号とアーム引込みコマンドの両方が、直前に説明したように、状態情報909に存在するとき、アーム引込みコントローラ910がソレノイド545を発射するよう電圧制御ライン911上にコマンドを生成することを可能にする。しかし、アーム引込みコントローラ910は、ソレノイド545を発射するために電圧制御ライン911上にスプリアスコマンドを生成すること、又は、ソレノイドドライバ930若しくはケーブルいずれかの電源とソレノイドバス935との間に短絡が存在することが可能である。これらのケースのそれぞれにおいて、バスダンプ回路940は、ソレノイドバス935をグランドに接続するように構成されるので、スプリアス電圧はソレノイド545を発射しない。
ソレノイドドライバ930が意図せずにソレノイドバス935上に電圧を駆動し、それによってソレノイドドライバ930及びバスダンプ回路940を通る大電流を生成する場合、電流リミッタ回路を持つスイッチ920の電流リミッタ回路は回路のスイッチ920を自動的に開く。したがって、電流リミッタ回路を持つスイッチ920が異常電流引き込みを検出するとき、電流リミッタ回路を持つスイッチ920はソレノイドドライバ930への電力を遮断する。これは、電源、ソレノイドドライバ930の回路、及びバスダンプ回路940の回路が、過度の電流引き込みによって損傷されないことを保証する。
電流リミッタ回路を持つスイッチ920のスイッチが開いて故障する場合、ソレノイド945は発射することができない。これは安全な状態である。電流リミッタ回路を持つスイッチ920のスイッチが閉じて故障する、例えば、短絡される場合、これは安全システムを無効にすることがあり得る。したがって、コンピュータ支援手術システムが電源投入されるたびに、電流リミッタ回路を持つスイッチ920のスイッチは、スイッチが短絡されていないことを保証するためにテストされる。
バスダンプ回路940のスイッチが閉じて、例えば短絡されて故障する場合、これは安全な状態である。バスダンプ回路940のスイッチが開いて故障する場合、これは安全システムを無効にすることがあり得る。したがって、コンピュータ支援手術システムが電源投入されるたびに、バスダンプ回路940のスイッチは、スイッチが開いて故障していないことを保証するためにテストされる。
バスダンプ回路940が有効コマンド又は無効コマンドを受信しない場合(可能性として、有効/無効ライン912上の壊れた接続又はコントローラ910の故障のため)、バスダンプ回路940は自動的にそれ自身を有効にする。これは、カニューレマウントアーム355が不用意に引込められることができないことを保証するための別の安全機能である。
一態様では、アーム引込みコントローラ910は、フィールドプログラマブルゲートアレイ回路を使用して実現される。この態様では、バスダンプ回路940は、有効/無効ライン912に接続されるゲートを持つ金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを使用して実現される。
図10は、カニューレマウントアセンブリを示すためのカニューレマウントアーム355の第1の端部455−1の切り欠き図である。カニューレマウントアセンブリは、カニューレドッキングアセンブリ1030、リンケージアセンブリ1040、カニューレ解放ボタンアセンブリ1050、及び直線運動アセンブリ1060を含む。このカニューレマウントアセンブリは、図示されたもの以外のカニューレマウントアームに実装され得る。
カニューレドッキングアセンブリ1030は、リンケージアセンブリ1040によってカニューレ解放ボタンアセンブリ1050の第1の端部に結合される。カニューレ解放ボタンアセンブリ1050の第2の端部は、直線運動アセンブリ1060に結合される。直線運動アセンブリ1060は、カニューレ解放ボタンアセンブリ1050を、矢印1091で表されるようにカニューレマウントアーム355の第1の端部455−1の外面に対して下向き及び上向きの第3及び第4の方向の直線運動に拘束する。第3の方向における直線運動アセンブリ1060に沿ったカニューレ解放ボタンアセンブリ1050の運動の範囲は、カニューレマウントアーム355の第1の端部455−1のハウジング内の第1のハードストップ(hard stop)に接触するカニューレ解放ボタンアセンブリ1050の部分によって制限される。
カニューレ解放ボタン452に力が加えられるとき、すなわちカニューレ解放ボタン452が押されるとき、カニューレ解放ボタンアセンブリ1050は、直線運動アセンブリ1060に沿って第3の方向に、この例では下に直線的に移動する。リンケージアセンブリ1040は、第3の方向のカニューレ解放ボタンアセンブリ1050の直線運動を、カニューレドッキングアセンブリ1030内の可動ブロック1154(図11)の第2の方向、例えば近位方向の直線運動に変換し、その際、可動ブロック1154のバネ1160を圧縮する。一実施形態では、バネ1160は、2つのバネを使用して実現される。
ここで、第2の方向、この例では近位方向は、第3の方向とは反対の第4の方向とは異なる方向であり、例えば、上方向は近位方向とは異なる。図10において、矢印1091によって表されるように、第3の方向は下方向であり、第4の方向は上方向である。矢印1090で表されるように、第1の方向は遠位方向であり、第2の方向は近位方向である。従って、述べたように、第2の方向は、第3の方向とは反対の第4の方向とは異なり且つ第3の方向とは異なる。
同様に、カニューレ解放ボタン452への下向きの力が解放されるとき、カニューレドッキングアセンブリ1030内のバネ1160は、可動ブロック1154を第1の方向に、この例では遠位方向に、バネ1160が最小のポテンシャルエネルギを有する位置まで直線的に動かす。リンケージアセンブリ1040は、第1の方向の可動ブロック1154の直線運動を第4の方向のカニューレ解放ボタンアセンブリ1050の直線運動に変換する。ここで、第1の方向は、第4の方向とは反対の方向と異なる方向にある。先に指摘したように、第4の方向は図10では上であり、第4の方向とは反対の方向は、第1の方向(遠位方向)とは異なる第3の方向(下)である。カニューレ解放ボタンアセンブリ1050は、バネ1160の力によって第4の方向に動かされ、カニューレ解放ボタン452が、図10、4B及び5Bに示されるように、押されていない位置にあるような位置に保持される。
カニューレ解放ボタンアセンブリ1050は、フレーム1051、カニューレ解放ボタン452、及びレール1053を含む。フレーム1051は、第1の端部1051−1及び第2の端部1051−2を含む。直線運動アセンブリ1060の直線スライド1061がフレーム1051の第2の端部1051−2に取り付けられる。直線スライド1061は、直線運動アセンブリ1060のレール1062に沿ってスライドするように拘束される。レール1053はフレーム1051の第1の端部1051−1に取り付けられる。カニューレ解放ボタン452は、直線スライド1061に隣接するフレーム1051に取り付けられる。
リンケージアセンブリ1040は、第1のリンク1041、第2のリンク1042、及びカムフォロワ1043を含む。第2のリンク1042の第1の端部1042−1は、カニューレドッキングアセンブリ1030のハウジング1031から延びるピンに回転可能に取り付けられる。したがって、第2のリンク1042は、カニューレドッキングアセンブリ1030のハウジング1031に接地される。カムフォロワ1043は、第2のリンク1042の第2の端部1042−2に取り付けられる。カムフォロワ1043は、カニューレ解放ボタンアセンブリ1050のフレーム1051の第1の端部1051−1のレール1053内に乗る。カムフォロワ1043は、カムフォロワ1043が第1及び第2の方向には移動できるが、第3及び第4の方向に移動できないように、レール1053内に拘束される。
第1のリンク1041の第2の端部1041−2は、第2のリンク1042に取り付けられたピンに回転可能に接続される。ピンは、第2のリンク1042の第1の端部1042−1と第2のリンク1042の第2の端部1042−2との間に位置する。第1のリンク1041の第1の端部1041−1は、可動ブロック1154(図11)のピンに回転可能に接続される。
カニューレ解放ボタン452が押し下げられるとき、第2のリンク1042は、ハウジング1031から延びるピンによって提供される支点を有するてことして機能する。力は第2の端部1042−2に加えられ、荷重は支点と第2の端部1042−2との間に位置する。この例では、カニューレ解放ボタン452が押し下げられるとき、荷重が支点と力点の間にあるので、第2のリンク1042は第2種てこである。
カニューレ解放ボタンが解放されるとき、第2のリンク1042は、依然として、ハウジング1031から延びるピンによって提供される支点を有するてことして機能する。荷重は第2の端部1042−2にあり、力点は支点と第2の端部1042−2との間に位置する。この例では、カニューレ解放ボタン452が解放されるとき、力点が支点と荷重との間にあるので、第2のリンク1042は第3種てこである。したがって、第2のリンク1042は、第2種てこ及び第3種てこの両方として機能する。てこの種は、カニューレ解放ボタン452が移動する方向に依存する。
したがって、カニューレボタン452を押し下げるためにユーザによって供給される力がフレーム1051を動かし、その結果、直線スライド1061がレール1062に沿って移動する。フレーム1051が下降すると、カムフォロワ1043が第2の方向に移動する。リンク1042の第2の端部1042−2が第2の方向に動くと、リンク1042は、ハウジング1031のピンの周りに旋回する。この運動は、第1のリンク1041を第2の方向及び第3の方向に動かす。リンク1041の運動は、可動ブロック1154を第2の方向に動かし、これはカニューレドッキングアセンブリ1030内のバネ1160を圧縮し、カニューレドッキングアセンブリ1030の一対のクランプアーム1150が開くことができるように一対のクランプアーム1150を解放する。
カニューレボタン452への力が解放されるとき、バネ1160は、伸長して可動ブロック1154を第1の方向に移動させ、これは一対のクランプアーム1150を閉じる。可動ブロック1154が第1の方向に移動すると、第1のリンク1041の第1の端部1041−1は第1の方向に動かされる。第1の方向の第1のリンク1041の運動は、第2のリンク1042をハウジング1031のピンの周りに旋回させる。したがって、第2のリンク1042の第2の端部1042−2は、可動ブロック1154が第1の方向に移動する結果として第1の方向及び第4の方向に移動する。リンク1042の第2の端部1042−2の運動は、アセンブリ1050のフレーム1051に伝達され、これは、スライド1061の運動がカニューレマウントアーム355の第1の端部455−1のハウジング内の第2のハードストップによって停止されるまで、カニューレ解放ボタン452を第4の方向に直線的に動かす。
カニューレ解放ボタン452の動作を理解するために必要なカニューレドッキングアセンブリ1030の部品が、図11により詳細に示されている。カニューレドッキングアセンブリ1030は、カニューレ470を係合するための一対のクランプアーム1150を含む。例えば、カニューレ450の取り付け部分471が、カニューレドッキングアセンブリ1030の開口部1132に挿入されるとき、クランプアーム1150の先端がカニューレ滅菌アダプタ460の凹部にラッチ(係合)し、カニューレ470をカニューレドッキングアセンブリ1030にドッキングするようにクランプアーム1150によって取り付け部分471の凹部572に押し込まれる。
図10及び図11には示されていないが、クランプアーム1150の各々は、カニューレ470の取り付け及び解放を容易にするためにピンの周りを旋回する。クランプアーム1150は、カニューレ470をドッキングするために、クランプアーム1150に係合してクランプアーム1150を閉じられた(ラッチされた)位置に動かす可動ブロック1154によって作動される。例えば、可動ブロック1154は、クランプアーム1150を閉位置に旋回させるために、クランプアーム1150のそれぞれと係合するカム面を含む。
バネ1160は、可動ブロック1154を、クランプアーム1150の各々を閉じる位置に付勢する。バネ1160は、取り付けブロック1162と可動ブロック1154との間に配置される。
カニューレドッキングアセンブリ1030は、クランプアーム1150に対するブロック1154上のカム面の位置によって決定されるように、クランプアーム1150がロックされた位置にあるか解放された位置にあるかを推測するために可動ブロック1154の位置を検出するセンサを含む。センサは、例えば、可動ブロック1154が前後に作動されてクランプアーム1150を作動させるときに、可動ブロック1154が接触するスイッチであってもよい。センサからの出力は、コンピュータ支援手術システムのコントローラに送信されて、例えば、クランプアーム1150がロック位置にあるか又は解放位置にあるかの、フィードバックを提供する。カニューレドッキングアセンブリ1030に使用するのに適した可動ブロック、クランプアーム、及びバネに関するさらなる詳細は、先に参照により組み込まれたPCT国際公開PCT/US2015/020916A1号に提示されている。
図3、4A−B、5A−B、6A−B等に関連する議論を含む以前の議論の多くは、回転ジョイントによって結合された4つのリンク313,315,317,319を有するマニピュレータアームアセンブリ330を備えた患者側支持システム310を参照している。伸縮カニューレマウントシステム350は、第4のリンク319の湾曲遠位端部分319Dから伸長され得る又はその中に停められ得る湾曲カニューレマウントアーム355を有する。
患者側支持システム、マニピュレータアームアセンブリ、及び伸縮カニューレアームシステムの形状の他の設計も企図されており、様々な実施形態で利用されることができる。いくつかの特定の例として、図12は、任意の適切な数のリンク及び能動又は受動ジョイント(7つのリンク1202,1204,1206,1213,1215,1217,1219、6つの回転ジョイント1203,1205,1207,1214,1216,1218、直動ジョイントは図12に示されていない)で実施され得る患者側支持システム1210の概略図を示す。伸縮カニューレマウントシステム1250は、リンク1219の遠位端部分1219Dから伸び得る又はそこに停められ得るカニューレマウントアーム1255を有する。図12に示すように、カニューレ1270は、カニューレマウントアーム1255に取り付けられることができ、器具1280は、手術を実行するためにカニューレ1270を通って延ばされることができる。
患者側支持システム1210の部品は、患者側支持システム110及び310の対応する部品に類似している。例えば、様々な実施形態において、リンク1213,1215,1217,1219は、患者側支持システム110のリンク113,115,117,119及び患者側支持システム310のリンク313,315,317,319に類似している。したがって、以前の図に関連する説明は、図12、13のためにここでは繰り返さない。
カニューレマウントシステム1250は、便宜上、図12において湾曲して示されており、様々な実施形態において任意の数の直線及び非直線セグメントを有する任意の適切な形状であることができる。図13は、図12の患者側支持システムと共に使用することができる異なる直線形状を有するいくつかの例示の伸縮カニューレマウントシステムを示す。カニューレマウントアーム1355は、点線矢印1356によって示されるように、リンク1219の主軸に沿って伸長し且つ引込む。カニューレマウントアーム1357は、点線矢印1358によって示されるように、リンク1219の主軸に垂直な軸に沿って伸長し且つ引込む。カニューレマウントアーム1359は、点線矢印1360によって示されるように、リンク1219の主軸に対して傾斜した軸に沿って伸長し且つ引込む。
コントローラは上記で説明されているが、このようなコントローラは実際には任意の数のモジュールによって実装されることができ、各モジュールはコンポーネントの任意の組合せを含むことができることが理解されるべきである。各モジュール及び各コンポーネントは、ハードウェア、プロセッサ上で実行されるソフトウェア、及びファームウェア、又は3つの任意の組み合わせを含むことができる。また、本明細書で説明されるようなコントローラの機能及び動作は、1つのモジュールによって実行されてもよく、又は異なるモジュール間で若しくはモジュールの異なるコンポーネント間で分割されてもよい。異なるモジュール又はコンポーネント間で分割される場合、モジュール又はコンポーネントは、1つの場所に集中され得る又は分散処理目的のためにコンピュータ支援手術システムにわたって分散され得る。したがって、コントローラへの言及は、いくつかの態様ではコントローラがコンピュータ支援手術システムにわたって分散されるので、単一の物理エンティティを必要とすると解釈されるべきではない。
本明細書で使用されるとき、「第1」、「第2」、「第3」等は、異なる構成要素又は要素を区別するために使用される形容詞である。したがって、「第1」、「第2」、及び「第3」は、構成要素又は要素の順序を暗示すること又は構成要素又は要素の総数を暗示することを意図しない。
本発明の態様及び実施形態を示す上記の説明及び添付の図面は、限定として解釈されるべきではなく、特許請求の範囲が保護される発明を定義するものである。この説明及び請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な機械的、構成的、構造的、電気的及び動作的な変更がなされることができる。いくつかの例では、良く知られた回路、構造、及び技術は、本発明を不明瞭にすることを避けるために、詳細には示されていないか又は記載されていない。
さらに、この説明の用語は本発明を限定するものではない。例えば、例えば「下に(beneath)」、「下方に(below)」、「より下、下部(lower)」、「上方に(above)」、「より上、上部(upper)」、「近位」、「遠位」等のような空間的に相対的な用語は、図に示されるように、一つの要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を説明するために使用され得る。これらの空間的に相対的な用語は、図に示された位置及び向きに加えて、使用中又は操作中の装置の異なる位置(すなわち、場所)及び向き(すなわち、回転配置)を包含することが意図される。例えば、図中の装置がひっくり返された場合、他の要素又は機能の「下方」又は「下に」と記載された要素は、他の要素又は機能の「上方」又は「上」になる。したがって、例示的な用語「下方」は、上及び下の両方の位置及び方向を含むことができる。装置は、別の状態に向けられる(90度又は他の向きに回転させられる)ことができ、本明細書において用いられる空間的に相対的な記述語はそれに応じて解釈され得る。同様に、様々な軸に沿った及びその周りの動きの記述は、様々な特殊な装置の位置及び向きが含まれる。
単数形「1つの(a、an、the)」は、文脈が別のことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。用語「有する、備える(comprise)」、「有している、備えている(comprising)」、「含む(includes)」等は、述べられた特徴、ステップ、動作、要素、及び/又は構成要素の存在を明示するが、1つ又は複数の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、及び/又はそれらのグループの存在又は追加を排除しない。結合されていると記載される構成要素は、電気的又は機械的に直接結合されてもよく、又は1つ若しくは複数の中間構成要素を介して間接的に結合されてもよい。
全ての例及び例証の引用は非限定的なものであり、特許請求の範囲を本明細書に記載された特定の実装及び実施形態並びにそれらの均等物に限定するために使用されるべきではない。1つの見出しの下にあるテキストは、1つ又は複数の見出しの下にあるテキストを参照するか又はテキストに適用される可能性があるため、見出しは単に書式化のためのものであり、如何なる方法でも主題を制限するために使用されるべきではない。最後に、本開示を考慮して、1つの態様又は実施形態に関連して説明された特定の特徴は、具体的に図面に示されていない又は本文に記載されていないとしても、本発明の他の開示された態様又は実施形態に適用されることができる。
上述の実施形態は、本開示を例示するが、本開示を限定するものではない。本開示の原理に従う多くの修正及び変形が可能であることも理解されるべきである。例えば、多くの態様において、本明細書に記載の装置は、単一ポートデバイスとして使用される。すなわち、外科処置を完了するために必要な全ての構成要素は、単一のエントリポートを介して体に入る。しかし、いくつかの態様では、複数の装置及びポートを使用することができる。

Claims (25)

  1. マニピュレータアームのリンクであって、前記リンクは端部を有する、リンクと;
    前記リンクの前記端部に配置される伸縮カニューレマウントアセンブリであって、前記伸縮カニューレマウントアセンブリはカニューレマウントアームを含む、伸縮カニューレマウントアセンブリと;を有し、
    第1の状態において、前記カニューレマウントアームは、前記リンクの前記端部の中に停められ;
    第2の状態において、前記カニューレマウントアームは、前記リンクの前記端部からの伸長位置でロックされる;
    手術システム。
  2. 前記伸縮カニューレマウントアセンブリはさらに:
    前記カニューレマウントアームを前記リンクの前記端部に結合する機械的アーム引込みシステムであって、前記機械的アーム引込みシステムは、前記カニューレマウントアームを前記第2の状態から前記第1の状態に動かすように構成される、機械的アーム引込みシステムを有する、
    請求項1に記載の手術システム。
  3. 前記機械的アーム引込みシステムはさらに:
    前記リンクの前記端部に結合されるとともに前記カニューレマウントアームに結合されるバネを有する、
    請求項2に記載の手術システム。
  4. 前記機械的アーム引込みシステムはさらに:
    前記リンクの前記端部に結合されるとともに前記カニューレマウントアームに結合されるダンパを有する、
    請求項3に記載の手術システム。
  5. 前記機械的アーム引込みシステムはさらに:
    第1の端部及び第2の端部を有するセグメント歯車であって、前記第1の端部は前記リンクの前記端部に接続され、前記第2の端部は前記バネに接続される、セグメント歯車を有する、
    請求項3に記載の手術システム。
  6. 前記機械的アーム引込みシステムはさらに:
    前記カニューレマウントアームに結合されるピニオンギアであって、前記ピニオンギアは前記セグメント歯車と噛み合う、ピニオンギアを有する、
    請求項5に記載の手術システム。
  7. 前記機械的アーム引込みシステムはさらに:
    シャフトを有するダンパであって、前記ダンパは、前記カニューレマウントアームに接続され、前記ピニオンギアは前記ダンパの前記シャフトに取り付けられる、ダンパを有する、
    請求項6に記載の手術システム。
  8. 前記伸縮カニューレマウントアセンブリはさらに:
    前記リンクの前記端部に接続されるトレイと;
    第1の端部及び第2の端部を有する回転ループ電気ケーブルであって、前記第1の端部は前記カニューレマウントアームに接続され、前記第2の端部は前記リンクに接続される、回転ループ電気ケーブルと;
    を有する、
    請求項1に記載の手術システム。
  9. 前記伸縮カニューレマウントアセンブリはさらに:
    前記回転ループ電気ケーブルに結合されるバネを有する、
    請求項8に記載の手術システム。
  10. 前記カニューレマウントアームは、第1の端部及び第2の端部を有し、前記カニューレマウントアームの前記第2の端部は、前記第1の状態及び前記第2の状態において前記リンクの前記端部の中にあり;
    前記伸縮カニューレマウントアセンブリはさらに:
    前記カニューレマウントアームの前記第2の端部のラッチと;
    ラッチ/アンラッチシステムであって、前記伸長位置において、前記ラッチ/アンラッチシステムは、前記カニューレマウントアームを前記伸長位置にロックするよう、前記ラッチと係合する、ラッチ/アンラッチシステムと;
    を有する、
    請求項1に記載の手術システム。
  11. 前記ラッチ/アンラッチシステムはさらに:
    電気アクチュエータと;
    前記電気アクチュエータに接続されるロックアセンブリと;
    を有し、
    前記伸長位置において、前記ロックアセンブリは、前記カニューレマウントアームを前記伸長位置にロックするよう、前記ラッチと係合し;
    前記電気アクチュエータが作動される場合、前記ロックアセンブリは、前記ラッチから係合解除する、
    請求項10に記載の手術システム。
  12. 前記伸縮カニューレマウントアセンブリはさらに:
    電気アクチュエータバス、バスダンプ回路、及び前記電気アクチュエータを有する、インタロック制御システムであって、前記バスダンプ回路及び前記電気アクチュエータは、前記電気アクチュエータバスとグランドとの間に接続される、インタロック制御システムを有する、
    請求項11に記載の手術システム。
  13. 前記カニューレマウントアームは、アーム引込みボタン及びカニューレ解放ボタンを有する、
    請求項1に記載の手術システム。
  14. 前記カニューレマウントアームは外面を有し;
    前記アーム引込みボタンはボタン表面を有し、前記アーム引込みボタンが押下げられていないとき、前記ボタン表面が前記カニューレマウントアームの前記外面と同一平面上にある状態で、前記アーム引込みボタンは前記カニューレマウントアームに取り付けられる、
    請求項13に記載の手術システム。
  15. 前記カニューレマウントアームは外面を有し、
    前記カニューレ解放ボタンは、前記外面に対して前記カニューレマウントアームの中に直線的に動くように構成される、
    請求項13に記載の手術システム。
  16. カニューレマウントアセンブリをさらに有し、前記カニューレマウントアセンブリは:
    カニューレをドッキングするように構成されるカニューレドッキングアセンブリと;
    リンケージアセンブリと;
    第1の端部及び第2の端部を有するカニューレ解放ボタンアセンブリと;
    直線運動アセンブリと;
    を有し、
    前記カニューレドッキングアセンブリは、前記リンケージアセンブリによって前記カニューレ解放ボタンアセンブリの前記第1の端部に結合され;
    前記カニューレ解放ボタンアセンブリの前記第2の端部は、前記直線運動アセンブリに結合され、前記直線運動アセンブリは、前記カニューレ解放ボタンアセンブリを第1及び第2の方向の直線運動に拘束するように構成される;
    請求項1に記載の手術システム。
  17. 前記端部は湾曲端部であり、前記カニューレマウントアームは湾曲カニューレマウントアームであり、前記湾曲カニューレマウントアームは前記第1の状態において前記湾曲端部の中に停められるようになり、前記湾曲カニューレマウントアームは前記第2の状態において前記湾曲端部から前記伸長位置にあるようになる、
    請求項1に記載の手術システム。
  18. マニピュレータアームのリンクであって、前記リンクは湾曲端部を有する、リンクと;
    前記リンクの前記湾曲端部に配置される伸縮カニューレマウントアセンブリであって、前記伸縮カニューレマウントアセンブリは:
    第1の端部及び第2の端部を有する湾曲カニューレマウントアームであって、前記湾曲カニューレマウントアームが前記リンクの前記湾曲端部から延びる場合に、前記湾曲カニューレマウントアームの前記第2の端部は前記リンクの前記湾曲端部の中に留まる、湾曲カニューレマウントアーム;
    前記湾曲カニューレマウントアームを前記リンクの前記湾曲端部に結合する機械的アーム引込みシステムであって、前記機械的アーム引込みシステムは、前記湾曲カニューレマウントアームを伸長位置から前記リンクの前記湾曲端部の中の停められる位置に動かすように構成される、機械的アーム引込みシステム;
    前記湾曲カニューレマウントアームの前記第2の端部上のラッチ;及び
    ラッチ/アンラッチシステムであって、前記湾曲カニューレマウントアームが前記リンクの前記湾曲端部から延びる場合、前記ラッチ/アンラッチシステムは、前記湾曲カニューレマウントアームを伸長位置にロックするように前記ラッチと係合する、ラッチ/アンラッチシステム;を有する、
    伸縮カニューレマウントアセンブリと;
    を有する、
    手術システム。
  19. 前記ラッチ/アンラッチシステムはさらに:
    電気アクチュエータと;
    前記電気アクチュエータに接続されるロックアセンブリと;
    を有し、
    前記ロックアセンブリは、前記湾曲カニューレマウントアームを前記伸長位置にロックするよう、前記ラッチと係合し;
    前記電気アクチュエータが作動される場合、前記ロックアセンブリは、前記ラッチから係合解除する、
    請求項18に記載の手術システム。
  20. 前記ラッチ/アンラッチシステムはさらに:
    電気アクチュエータバス、バスダンプ回路、及び前記電気アクチュエータを有するインタロック制御システムであって、前記バスダンプ回路及び前記電気アクチュエータは、前記電気アクチュエータバスとグランドとの間に接続される、インタロック制御システムを有する、
    請求項19に記載の手術システム。
  21. カニューレマウントアームと;
    前記カニューレマウントアーム内のカニューレマウントアセンブリであって、前記カニューレマウントアセンブリは:
    カニューレをドッキングするように構成されるカニューレドッキングアセンブリ;
    リンケージアセンブリ;
    第1の端部及び第2の端部を有するカニューレ解放ボタンアセンブリ;並びに
    直線運動アセンブリ;を有し、
    前記カニューレドッキングアセンブリは、前記リンケージアセンブリによって前記カニューレ解放ボタンアセンブリの前記第1の端部に結合され;
    前記カニューレ解放ボタンアセンブリの前記第2の端部は、前記直線運動アセンブリに結合され、前記直線運動アセンブリは、前記カニューレ解放ボタンアセンブリを第1及び第2の方向の直線運動に拘束するように構成される;
    カニューレマウントアセンブリと;
    を有する、
    手術システム。
  22. マニピュレータアームアセンブリのリンクの湾曲端部の中の機械的アーム引込みシステムによって前記リンクの前記湾曲端部の中に湾曲カニューレマウントアームを引っ込めることによって、ドレープするために、前記湾曲カニューレマウントアームを含む前記マニピュレータアームアセンブリを自動的に設定することを含む、方法。
  23. マニピュレータアームアセンブリの湾曲リンクに結合されるロックアセンブリを湾曲カニューレマウントアームのラッチと係合させることによって、前記湾曲カニューレマウントアームを前記湾曲リンクからの伸長位置にロックすることを含む、方法。
  24. 前記ロックアセンブリを前記ラッチから係合解除するように前記ロックアセンブリに結合される電気コンポーネントを作動させることをさらに含む、
    請求項23に記載の方法。
  25. カニューレが前記湾曲カニューレマウントアームにドッキングされる場合、前記電気コンポーネントを作動させることを禁止することをさらに含む、
    請求項24に記載の方法。

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