JP2019505261A - 外科用ロボットシステムおよび一組の外科用ロボット設備 - Google Patents

Abstract

外科用ロボットシステムは、外科用ツール（５）に取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアーム（７，８，９）と、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、前記外科用ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を含む取付機構（１０，１１，１２）とを備え、手動で操作可能なラッチ機構（６）を備えることにより前記アームが前記取付機構に対して着脱自在とされていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば外科手術を行うための外科用ロボットシステムに関するものである。

外科的処置を実行または支援するための様々なロボットシステムが提案されている。しかしながら、多くのロボットの設計は、広範囲に亘る外科手術を実行するには適していない。

通常、外科用ロボットは、少なくとも１つのロボットアームを有しており、ロボットアームの遠位端には外科用ツールが取り付けられている。ベースは、ロボットを支持しており、それ自体が、例えば、手術室の床または手押し車に取り付けられている。かかるアームは、ベースと外科用器具の間に延在している。

ロボットアームは、１つ以上の自由度を有していてもよい。ロボットアームは、一般的に、患者に対して所望の位置に外科用ツールを配置するために用いられる複数の関節接合を有している。例えば、ロボットアームは、１つ以上のジョイントを備えていてもよい。かかるジョイントおよびツールは、ロボットが外科手術を実行可能とするように関節でつながれていてもよい。

いくつかの外科用ロボットはかなりの大きさであり、シングル床置きベースから延び出す複数のロボットアームを備えている。これらのシステムは大型であり、手術室への移動が困難である。いくつかの外科手術の環境では、特定の手術部位の近くの手ごろな場所に、シングルベースのロボットを配置するのに十分なスペースがない。また、アーム間において取り得る空間的関係の範囲は、アームがシングルベースから延び出していることによって制限されている。このことは、そのようなシステムによって実行され得る外科手術の範囲を制限している。

実行され得る外科手術の範囲を広げる１つの方法は、各アームが別々のベースを持つように準備することである。これにより、ベースは、マルチアームロボットの場合よりも小さくなり、機動性が高まる。別々のベースは、車輪に乗せられて、特定の手術に適した手術室まで押していってもよい。別のアプローチでは、アームをボルトまたは接着剤などによって手術室の天井または壁に固定している。これにより、アームを異なる方向から手術台に近づけることができるので、これは特定の手術により適している可能性がある。しかしながら、これら両方のアプローチでも、アームの動きの範囲は依然として制限されていることから、外科助手は、実質的に任意の外科的手術を実施することができるように、アームを容易に移動したり再構成することができない。

外科用ロボットシステムでは、アームが比較的小さくて軽量であることが望ましい。かかる特徴は、多くの利点を提供する。例えば、手術前に技術者が位置決めすることがかかるアームの方が容易であったり、手術部位の周りにより多くのアームを密接に取り付けることができる。ロボットアームの位置決めの柔軟性は、かかる装置が他のいくつかのロボットシステムよりも広い範囲の手術を実行できるという利点を有している。例えば、頭部または顔部への手術は、開腹手術用に異なる形状のロボットアームを必要とすることがあることから、手術と手術の間に迅速かつ容易にアーム形状を変更できることが望ましい。

既存のシステムよりも広い範囲の外科手術を首尾よく行うことができるロボットシステムが必要とされており、そこではロボットアームが容易かつ手動で再構成され得る。

本発明の第一の態様によれば、外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアームと、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、前記外科用ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を含む取付機構とを備え、手動で操作可能なラッチ機構を備えることにより前記アームが前記取付機構に対して着脱自在とされていることを特徴とする。

手動で操作可能なラッチ機構は、ロボットアームと一体化されていてもよい。

手動で操作可能なラッチ機構は、取付機構と一体化されていてもよい。

取付機構は、ソケットを備えていてもよい。ソケットは、アームが取付機構に結合する際にアームの近位端を受け入れるように構成されてもよい。ソケットは、通常円錐台状であってもよい。

取付機構は、アームが取付機構と結合した際にアームの近位端に当接する側壁を含んでいてもよい。

取付機構は、ロボットアームに電力を供給するために１つ以上の電気的接続部を備えていてもよい。ロボットアームは、アームが取付機構に結合する際に取付機構の電気的接続部に接触するように構成された複数の電気コネクタを備えていてもよい。

取付機構は、ロボットアームとの間でデータ信号を搬送するための通信接続部を備えていてもよい。通信接続部は、物理的な接続であってもよいし、無線データ送信機であってもよい。

取付機構は、手術室の備品または手術室の構造物に固定されていてもよい。

本発明の第二の態様によれば、一組のロボット設備は、外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアームと、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、手動で操作可能なラッチ機構を備えることにより前記アームが任意の前記複数の取付機構に対して着脱自在とされていることを特徴とする。

手動で操作可能なラッチ機構は、ロボットアームおよび取付機構の一方または両方と一体化されていてもよい。

複数の取付機構の各々は、ソケットを備えていてもよい。

複数の取付機構の各々は、アームがそれぞれの取付機構と結合した際に、アームの近位端に当接する側壁を含んでいてもよい。

複数の取付機構の各々は、アームがそれぞれの取付機構と結合した際にアームを受け入れるために、任意で円錐台状のソケットを備えていてもよい。

複数の取付機構の各々は、ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を備えていてもよい。

複数の取付機構の各々は、ロボットアームとの間でデータ信号を搬送するための通信接続部を備えていてもよい。

複数の取付機構の各々は、手術室の備品または手術室の構造物に固定されていてもよい。取付機構の１つは、手術室の天井に取り付けられていてもよい。取付機構の１つは、移動用カートに取り付けられていてもよい。取付機構の１つは、手術台に取り付けられていてもよい。取付機構の１つは、手術室の壁に取り付けられていてもよい。取付機構の１つは、手術室の床に取り付けられていてもよい。取付機構の１つは、台座に取り付けられていてもよい。

一組のロボット設備は、さらに、少なくとも６つの自由度を有する少なくとも１つのロボットアームを備えていてもよい。さらなる各アームは、ツールに取り付けるための遠位端と、近位端を有していてもよい。少なくとも１つのさらなるアームの近位端は、複数の取付機構の各々に結合するように構成されていてもよい。

本発明を、添付図面を参照して説明する。

手術室で外科手術を実行するのに適したロボットシステムを示す。 取付機構のいくつかの例を示す。図２ａは、ソケットを備えた取付機構を示す。図２ｂは、円錐台状のソケットを備えた取付機構を示す。図２ｃは、アームが取付機構と結合した際にロボットアームの近位端に当接する側壁を有する取付機構を示す。 ロボットアームを取付機構に固定するための手動で操作可能なラッチ機構を示しており、それによりロボットアームは、ロボットアームと取付機構との間のインターフェースの外側にあるラッチデバイスを介して定位置に固定されている。 ロボットアームおよび取付機構と一体化されている、手動で操作可能なラッチ機構を示しており、結合するロボットアームと取付機構の対向する部分にねじ部を備えている。 ロボットアームおよび取付機構と一体化されている、手動で操作可能なラッチ機構を示しており、バヨネットマウントを備えている。 アームの近位端から横方向に延びて取付機構の内部リムと結合するように作動され得るパッドを備えた、手動で操作可能なラッチ機構を示す。

図１は、患者１のための手術室における外科手術を実行するのに適したロボットシステムを示す。患者１はベッドまたは手術台２の上にいる。３つのロボットアーム７，８および９は各々、３つの取付機構１０，１１および１２のうちの１つと結合するように構成された近位端を有している。取付機構１０，１１および１２は、手術室の天井１８、床１９およびベッド２にそれぞれしっかりと取り付けられている。各アームは、手動で操作可能なラッチ機構６によって、それぞれの取付機構内の適所に保持されている。手術室内の取付機構の数は、ロボットアームの数よりも多くてもよい。ロボットアームは、代わりの取付機構１４および１５に結合されていてもよく、ここでは、手術室の壁１６および台座１７にそれぞれしっかりと取り付けられている。各取付機構の形状が一致し、しかも各ロボットアームの近位端の形状が一致している。その結果として、ロボットアーム７〜９のいずれかが、手術室の周囲の様々な場所に配置された取付機構１０〜１５のいずれかと結合されていてもよい。かかる配置は、手術室技師または外科助手が、実行される特定の手術に最も適した公知の位置に配置された取付機構の選択されたセット内にロボットアームを容易に位置決めすることを可能にする。

一旦ロボットアームの近位端が本明細書に記載されたタイプの取付機構と結合してしまえば、アームの近位端は、手動で操作可能なラッチ機構６によって、取付機構に対して空間的に固定されていてもよい。

ロボットアームは、取付機構から患者に向かって延び出している。ロボットアームの遠位端は、ツール５への取り付けに適している。かかるツールは、患者への挿入のために設計されており、例えば、内視鏡または切断または挟持ツールであってもよい。

ロボットアームは、少なくとも６つの自由度を有していてもよい。アームの動きは、アームに沿った様々な箇所におけるジョイントによって提供されていてもよい。各ジョイントは、その両側のアーム部の回転や直線の相対運動を可能にしていてもよい。したがって、ロボットアームは、一連の剛性を有する細長いエレメントから構成され、各エレメントが、回転を可能にする関節を介して次のエレメントに結合されていてもよい。アームは、取付機構に隣接する少なくとも１つの回転軸を有し、近位端で操作可能であってもよい。

取付機構は、図２（ａ）に示すように、ソケットを備えていてもよい。かかる取付機構とソケットは、かかる２つが、ソケットによって固定されたアームとしっかりと結合することができるように相互的に構成されていてもよい。このことは、ソケット内にラッチされた取付機構によって達成されていてもよい。さらにアームおよび取付機構は、例えば、２つを一緒に保持するラッチを解除することによって、それらを手動で分離することができるようにされていてもよい。ソケットは、図２（ｂ）に示すように、円錐台状であってもよい。取付機構は、図２（ｃ）に示すように、アームが取付機構と結合した際に、アームの近位端に当接する側壁を含んでいてもよい。

アームが取付機構にラッチされる際には、アームと取付機構の主要部間の複数の軸内に当接点があってもよい。これにより、一旦ラッチされると、アームが取付機構に対して適所に堅固に固定されることになる。さらに、アームを、取付機構の中または上に自己位置決めすることができてもよい。このことが、取付機構に対するアームの取り付けを容易にしていてもよい。取付機構とアームは、取付機構に対するアームの提示があり次第、アームが取付機構と結合するように適切に配置された位置にガイドされ、手動で操作可能なラッチ機構がアームと取付機構を一緒に保持して結合されるように相互的に構成されていてもよい。アームおよび取付機構の一方または両方は、かかる２つが共に結合されている際に、取付機構からのアームの除去に抵抗するように、アームおよび取付機構の他方と確実に結合する弾性エレメントを備えていてもよい。加えて、アームおよび取付機構の一方または両方は、取付機構との結合においてアームを拘束するように手動で操作可能な機構を備えていてもよい。

各取付機構は、手術室の備品に固定されていてもよいし、あるいは手術室の構造物の別の部分に固定されていてもよい。例えば、取付機構は、手術室の床、壁または天井に取り付けられていてもよいし、あるいは埋め込まれていてもよい。または、取付機構は、手押し車、ベッド、台座または手術台のような手術室の備品に取り付けられるかあるいは埋め込まれていてもよい。取付機構自体は、手術室の備品または手術室の構造物の一部に永久的に固定されず、手術室内で再配置できるように、可動であってもよい。

手術室内の複数の取付機構、好ましくは全ての取付機構が同様に構成され、そのいずれかがそれぞれ特定のロボットアームを収容して、しっかりと保持することが望ましい。同様に、手術室内の複数のロボットアーム、好ましくは全てのロボットアームが同様に構成され、それらのうちのいずれかがそれぞれ特定の取付機構によって収容され、しっかりと保持されていることが望ましい。これにより、アームの配置を柔軟に行うことができるので、実行される特定の外科手術のために最も適切な構成が選択されるであろう。

取付機構は、ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を備えていてもよい。電気的接続部は、アームが取付機構と完全に結合した際にアームに接触するように構成された２つ以上の露出された導電性エレメントを備えていてもよい。取付機構は、ロボットアームとの間でデータ信号を搬送するための通信接続部を備えていてもよい。アームは、アーム内に配置されたモータまたは他の駆動機構が、アームを再構成するために、取付機構とのインターフェースで受け取られた電気制御信号に応答するように構成されていてもよい。各ロボットアームは、各アームの動きが外科医によって制御され得る制御ステーション１３（図１参照）にそれぞれの取付機構を介して電気的かつ通信可能に連結されてもよい。アームおよび取付機構は、好ましくは、アームが取付機構に結合されることによって、アームの運動に電力を供給するための電気的接続が為されるように構成されていることが望ましい。このようにして、アームが１つの取付機構から別の取付機構に移動される際に、追加のケーブルが接続され且つ切断される必要性が回避されていてもよい。

手動で操作可能なラッチ機構は、ロボットアームを取付機構に接続するかまたは取り外すために、手術室技師または手術助手であるオペレータの手によって操作されていてもよい。手動で操作可能なラッチ機構は、ロボットアームを、ボルト、ブラケットまたは他の従来の固定デバイスや、結合または取り付け方法を介して取付機構に固定する必要がなく、アームを所定位置に固定するための工具を必要とする。これらの固定方法は、手術の前に行うことが困難で不便なような長い手順でもって固定されている場合には、アームを取り外して続いてアームを再構成するというように一般に永久的または半永久的である。手動で操作可能なラッチ機構は、ロボットアームの構成を手術と手術の間に迅速かつ容易に変更することを可能にする。

ラッチ機構は、一度取付機構にロックされたアームの回転運動および並進運動の両方を防止するのに有用であると共に、患者に危害を与える可能性がある、外科手術中のアームの不要な動きを防止するのに有用である。

手動で操作可能なラッチ機構は、アームや取付機構と一体化されていてもよいし、あるいはアームと取付機構の両方に相互接続するコンポーネントを有していてもよい。

手動で操作可能なラッチ機構６は、図３に示すように、ロボットアーム７と取付機構１０との間のインターフェースの外側にある少なくとも１つのラッチデバイスを介してアームを取付機構内の定位置に固定していてもよい。

手動で操作可能なラッチ機構は、図４に示すように、アーム７および取付機構１０のそれぞれと一体化されており、対向する部分にねじ部を備えていてもよい。アームは、取付機構と結合するようにねじ込まれてもよく、ねじを緩めてアームを取付機構から取り外してもよい。

あるいは、手動で操作可能なラッチ機構は、図５に示すように、ロボットアーム７と一体化された１つ以上のラジアルピンを有する円筒形の雄部と、取付機構と一体化された整合Ｌ字型スロットとばねを有する雌型レセプタ、からなるバヨネットマウントを備えていてもよい。かかるピンは、Ｌの垂直のアーム内をスライドした後、水平のアームを横切るように回転し、その後ばねによって短い垂直断面内をわずかに上方に押されて、アームを２つの並進軸の所定位置に係止する。外す時には、２つのピンを一緒に押して、短い垂直断面をピンを移動させながら、接続の場合とは反対の方向にねじって外す。

別の実施形態では、手動で操作可能なラッチ機構は、図６に示すように、アーム７の近位端から横方向に延びて取付機構の内部リムと結合するように作動され得るパッドを備えていてもよい。かかるパッドは、技術者がロボットアームのハンドルを介して操作することができるラックアンドピニオン機構を介して作動され得るようになっていてもよい。

手動で操作可能なラッチ機構は、ロボットアームが取付機構に適切にラッチされていることをオペレータに示す視覚的フラグを備えていてもよい。このことは、ロボットアームが取付機構から外れて床に落ちて手術中にアームを損傷したり、患者または手術チーム上に落ちるのを防ぐのに役立ち得る。

各ロボットアーム、取付機構および手動で操作可能なラッチ機構は、操作者が外科用手袋を着用している場合、あるいは手が外科用軟膏、ローションまたは消毒剤で覆われている場合に有益な、グリップを改善するように構成された表面を有していてもよい。例えば、表面の肌理は、ローレット加工や、隆起部、バンプまたは他の表面ディテールの追加や、ゴムコーティングによって付け加えられていてもよい。

出願人はこれによって、ここに記載の分離した各個別の特徴および２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを開示しており、そのような特徴または特徴の組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示している。なお、そのような特徴または特徴の組合せが本明細書に開示される任意の問題を解決するかどうかは関係がなく、またかかる具体的記載が特許請求の範囲を限定するものでもない。出願人は、本発明の態様は、このような個々の特徴または特徴の組み合わせから成ってもよいことを示している。以上の説明に鑑みて、種々の改変が本発明の範囲内でなされ得ることは当業者にとって明らかであろう。

本発明の第一の態様によれば、外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアームと、手術室の備品、あるいは手術室の床、壁または天井に埋め込まれ、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、前記外科用ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を含む取付機構とを備え、手動で操作可能なラッチ機構を備えることにより前記アームが前記取付機構に対して着脱自在とされていることを特徴とする。

本発明の第二の態様によれば、一組のロボット設備は、外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアームと、手術室の備品、あるいは手術室の床、壁または天井に埋め込まれ、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、前記ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を含む複数の取付機構とを備え、手動で操作可能なラッチ機構を備えることにより前記アームが任意の前記複数の取付機構に対して着脱自在とされていることを特徴とする。

手術室で外科手術を実行するのに適したロボットシステムを示す。 取付機構のいくつかの例を示す。図２（ａ）は、ソケットを備えた取付機構を示す。図２（ｂ）は、円錐台状のソケットを備えた取付機構を示す。図２（ｃ）は、アームが取付機構と結合した際にロボットアームの近位端に当接する側壁を有する取付機構を示す。 ロボットアームを取付機構に固定するための手動で操作可能なラッチ機構を示しており、それによりロボットアームは、ロボットアームと取付機構との間のインターフェースの外側にあるラッチデバイスを介して定位置に固定されている。 ロボットアームおよび取付機構と一体化されている、手動で操作可能なラッチ機構を示しており、結合するロボットアームと取付機構の対向する部分にねじ部を備えている。 ロボットアームおよび取付機構と一体化されている、手動で操作可能なラッチ機構を示しており、バヨネットマウントを備えている。 アームの近位端から横方向に延びて取付機構の内部リムと結合するように作動され得るパッドを備えた、手動で操作可能なラッチ機構を示す。

Claims (15)

1. 外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアームと、
   手術室の備品、あるいは手術室の床、壁または天井に埋め込まれ、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、前記外科用ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を含む取付機構とを備え、
   手動で操作可能なラッチ機構を備えることにより前記アームが前記取付機構に対して着脱自在とされている
   ことを特徴とする外科用ロボットシステム。
2. 前記手動で操作可能なラッチ機構は、前記外科用ロボットアームと一体化されている請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
3. 前記手動で操作可能なラッチ機構は、前記取付機構と一体化されている請求項１または２に記載の外科用ロボットシステム。
4. 前記取付機構は、ソケットを備えている請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボットシステム。
5. 前記取付機構は、前記アームが前記取付機構と結合した際に前記アームの前記近位端に当接する側壁を含んでいる請求項１または３に記載の外科用ロボットシステム。
6. 前記取付機構は、円錐台形状のソケットを備えている請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボットシステム。
7. 前記取付機構は、前記外科用ロボットアームとの間でデータ信号を搬送するための通信接続部を備えている請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボットシステム。
8. 外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有し、少なくとも６自由度を有する外科用ロボットアームと、
   手術室の備品、あるいは手術室の床、壁または天井に埋め込まれ、前記アームの前記近位端を空間的に固定するために前記アームの前記近位端に結合するように構成され、前記ロボットアームに電力を供給するための電気的接続部を含む複数の取付機構とを備え、
   手動で操作可能なラッチ機構を備えることにより前記アームが任意の前記複数の取付機構に対して着脱自在とされている
   ことを特徴とする一組の外科用ロボット設備。
9. 前記手動で操作可能なラッチ機構は、前記ロボットアームと一体化されている請求項８に記載の一組の外科用ロボット設備。
10. 前記手動で操作可能なラッチ機構は、前記取付構造と一体化されている請求項８または９に記載の一組の外科用ロボット設備。
11. 前記複数の取付機構体の各々は、ソケットを備えている請求項８〜１０の何れか１項に記載の一組の外科用ロボット設備。
12. 前記複数の取付機構の各々は、前記アームが前記取付機構と結合した際に、前記アームの前記近位端に当接する側壁を含んでいる請求項８〜１１の何れか１項に記載の一組の外科用ロボット設備。
13. 前記複数の取付機構の各々は、円錐台状のソケットを備えている請求項８〜１０の何れか１項に記載の一組の外科用ロボット設備。
14. 前記複数の取付機構体の各々は、前記外科用ロボットアームとの間でデータ信号を搬送するための通信接続部を備えている請求項８〜１３の何れか１項に記載の一組の外科用ロボット設備。
15. 外科用ツールに取り付けるための遠位端と近位端を有すると共に少なくとも６つの自由度を有する少なくとも１つの外科用ロボットアームをさらに備え、前記少なくとも１つのさらなるアームの前記近位端は、前記複数の取付機構の各々に結合するように構成されている請求項８〜１４の何れか１項に記載の一組の外科用ロボット設備。

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