JP2019508106A - ツール配置マニピュレータ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年1月29日に出願された米国特許仮出願第62/288,927号の優先権を主張するものである。この米国特許仮出願の内容は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
本開示は、一般に医療装置に関し、詳細には、2つの回転ガイドを備えるツール配置マニピュレータ(tool placement manipulator)に関する。
次に、図1から図6を参照して、例示的なツール配置マニピュレータの第1の実施形態を説明する。図1は、ツール配置マニピュレータの不等角投影図を示す。このツール配置マニピュレータは、第1のリング形回転ガイド1と、第1および第2の2つのソケット7および9を含む2つの歯車伝達ライン(gear transmission line)と、ツールホルダ(例えば針状の装置を誘導する針ホルダ)を装着するためのツールホルダインタフェース16とを備える。第1のリング形回転ガイド1は、底面に固定される。この実施形態では、この底面が特に患者の皮膚である。
第3のリング形回転ガイド5は、第1の回転体2上に埋め込まれている。第3のリング形回転ガイド5上には、ベアリング17bによって第3の回転体6が装着されており、第3の回転体6は、軸Eに沿って自由に回転可能(回転自在)である。この構成により、第1の回転体2上に第3の回転体6を積み重ねることができるため、この実施形態は、ツール配置マニピュレータの設置面積を小さくすることができる。その結果として、体の部分のよりトポロジカルな(topological)表面に対してこのツール配置マニピュレータを適用することができる。さらに、設置面積が小さいことにより、ツール配置マニピュレータのための無菌フィールドのサイズを小さくすることができる。
y=Ax (1)
上式で、xは、第1のソケット7および第2のソケット9の回転角ベクトル、yは、回転Hおよび旋回Iの回転角ベクトルである。すなわち、X=(θsocket7,θsocket9)T、Y=(θH,θI)Tである。
次に、図7および図8を参照して第2の実施形態を説明する。第1の実施形態の構成要素と同様の構成要素は同じ参照符号で示し、それらの構成要素の説明は省略する。第1の実施形態と異なる主な特徴は、以下の3点である。
このツール配置マニピュレータは、医師が挿入点を確認したり触ったりするための大きな開口を提供する。したがって、医師は、目視によってまたは皮膚に触れることによって、挿入が、事故なくうまく進んでいるかどうかを確認することができる。さらに、医師は、例えばアブレーション(ablation)中の皮膚の熱傷を防ぐために、患者の皮膚に治療を施すことができる。
2つのリングの運動学的構造体(kinematic structure)の外側に位置する小歯車だけを使用することによって、この運動学的構造体を動作させることができるかどうかを評価するため、2つの小歯車を回転させることによる2つのリングの回転角を評価し、回転伝達係数(rotation transmission coefficient)、2つのリングの回転角の角誤差(angular error)を計算した。2つのリングの回転角の一元配置分散分析(one−way analysis of variance)を使用することによって、下リングの初期位置に対する2つのリングの回転角の依存性も調べた。
回転伝達係数。2つの入力小歯車1(P1)および2(P2)を回転させることによって、2つのリングは、下リングの3つの全ての初期位置において、うまく回転した。上リングの回転伝達係数は、小歯車1の回転からは0.269、小歯車2の回転からは0.266であった(表1)。式(1)における測定値と設計値の間の誤差は、−0.78%および−2.01%であった。また、小歯車1の回転からの下リングの回転伝達係数は0.231、設計値からの誤差は2.70%であった。線形回帰に対する判定の係数(R2値)は、3つの全ての係数で0.99よりも大きく、入力小歯車と出力リングの間の線形関係に対する良好な寄与を示した。
Claims (18)
- ツール配置マニピュレータであって、
第1のリング形回転ガイドと、
前記第1のリング形回転ガイドに対して回転自在に取り付けられた第1の回転体と、
前記第1の回転体に取り付けられた第2のリング形回転ガイドであって、前記第1の回転体とともに可動する第2のリング形回転ガイドと、
前記第2のリング形回転ガイドに対して回転自在に取り付けられた第2の回転体と、
前記第1のリング形回転ガイドまたは前記第1の回転体に取り付けられた第3のリング形回転ガイドと、
前記第3のリング形回転ガイドに対して回転自在に取り付けられた第3の回転体と、
前記第2の回転体に取り付けられ、軸に沿ってツールを保持するように構成されており、前記第2の回転体とともに可動するツールホルダと
を備え、
前記第1の回転ガイドの回転軸と前記第2の回転ガイドの回転軸とが互いに対して傾いており、前記第1の回転ガイドの前記回転軸、前記第2の回転ガイドの前記回転軸および前記ツールホルダの軸が互いに1点で交差し、
前記ツール配置マニピュレータは、さらに、
前記第1のリング形回転ガイドに取り付けられた少なくとも1つのソケットと、
前記ソケットと前記第1の回転体との間または前記ソケットと前記第3の回転体との間に接続され、前記少なくとも1つのソケットから前記第1の回転体および前記第3の回転体にトルクを伝達する少なくとも1つの伝達要素と
を備え、
前記第3の回転体が前記第2の回転体に接続しており、前記第3の回転体が前記第2の回転体に前記トルクを伝達する、
ツール配置マニピュレータ。 - 前記第3の回転体は、さらに、前記伝達機構のうちの1つの伝達機構とかみ合い、前記第1の回転ガイドの前記回転軸を共有する上平歯車と、前記上平歯車に取り付けられ、前記第1の回転ガイドの前記回転軸を共有するかさ歯車とを備える、
請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記第2の回転体は、前記かさ歯車とかみ合ったかさ小歯車を含み、前記かさ小歯車は、前記第2の回転ガイドの前記回転軸を共有する、
請求項2に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記第1の回転体は、前記伝達機構のうちの1つの伝達機構とかみ合った下平歯車を含み、前記下平歯車は、前記第1の回転ガイドの前記回転軸を共有する、
請求項3に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記少なくとも1つのソケットは、第1のソケットおよび第2のソケットを含み、前記第1のソケットと前記第2のソケットがともに前記第1のリング形回転ガイドに取り付けられており、
前記少なくとも1つの伝達要素は、
前記第1のソケットと前記第1の回転体との間に接続され、前記第1のソケットから前記第1の回転体にトルクを伝達する第1の伝達要素と、
前記第2のソケットと前記第3の回転体との間に接続され、前記第3の回転体にトルクを伝達する第2の伝達要素とを含む、
請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記少なくとも1つのソケットは、前記第1のリング形回転ガイドに取り付けられた第1のソケットを含み、
前記少なくとも1つの伝達要素は、前記第1のソケットと前記第1の回転体との間に接続され、第1のモータから前記第1の回転体にトルクを伝達する第1の伝達機構を含み、
前記第1の伝達機構は、前記第1のモータから前記第3の回転体にトルクを伝達し、前記第3の回転体が前記第2の回転体に接続しており、前記第3の回転体が前記第2の回転体に前記トルクを伝達する、
請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記第1のソケットに取り付けられた第1のノブであって、前記第1の伝達要素を介して前記第1のノブから前記第1の回転体にトルクが伝達される第1のノブと、
前記第2のソケットに取り付けられた第2のノブであって、前記第2の伝達要素を介して前記第2のノブから前記第3の回転体にトルクが伝達される第2のノブと
をさらに備える、請求項5に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記第1のソケットに取り付けられた第1のモータであって、前記第1の伝達要素を介して前記第1のモータから前記第1の回転体にトルクが伝達される第1のモータと、
前記第2のソケットに取り付けられた第2のモータであって、前記第2の伝達要素を介して前記第2のモータから前記第3の回転体にトルクが伝達される第2のモータと
をさらに備える、請求項5に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記ソケットは、前記第1のロータリ形ガイドの前記第1の回転体がある側と同じ側に位置する、請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。
- 前記ソケットに取り付けられた1つまたは複数のストッパをさらに備え、前記1つまたは複数のストッパは、医師の操作による前記伝達要素の運動を止めるように構成された、
請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記第2のソケットおよび前記第2の伝達機構は、それぞれ、前記第1のソケットおよび前記第1の伝達機構と同じ機能を有する、請求項5に記載のツール配置マニピュレータ。
- 前記第1のソケットは、モータを受け入れ、前記第2のソケットは、前記第2のソケットに取り付けられたストッパを受け入れ、前記ストッパが、医師の操作による前記伝達要素の運動を止めるように構成された、請求項11に記載のツール配置マニピュレータ。
- 前記第1の伝達要素は、前記第1の回転体および前記第2の回転体に異なる伝達比でトルクを伝達する、
請求項5に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記上平歯車、前記下平歯車、前記かさ歯車および前記かさ小歯車は、自己潤滑性プラスチックでできている、
請求項2に記載のツール配置マニピュレータ。 - 皮膚に接着するように適合された接着剤をさらに備え、前記接着剤は、前記第1のリング形回転ガイド上に位置する、
請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。 - 前記ツールホルダは、1つまたは複数の針を保持するように構成された、請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。
- 1回だけ使用されるように構成された、請求項1に記載のツール配置マニピュレータ。
- マニピュレータであって、
第1のリング形回転ガイドと、
前記第1のリング形回転ガイドに対して回転自在に取り付けられた第1の回転体と、
前記第1の回転体に取り付けられた第2のリング形回転ガイドであって、前記第1の回転体とともに可動する第2のリング形回転ガイドと、
前記第2のリング形回転ガイドに対して回転自在に取り付けられた第2の回転体と、
前記第1のリング形回転ガイドまたは前記第1の回転体に取り付けられた第3のリング形回転ガイドと、
前記第3のリング形回転ガイドに対して回転自在に取り付けられた第3の回転体と、
前記第1のリング形回転ガイドに取り付けられた少なくとも1つのソケットと、
前記ソケットと前記第1の回転体との間または前記ソケットと前記第3の回転体との間に接続され、前記少なくとも1つのソケットから前記第1の回転体および前記第3の回転体にトルクを伝達する少なくとも1つの伝達要素と
を備え、
前記第3の回転体が前記第2の回転体に接続しており、前記第3の回転体が前記第2の回転体に前記トルクを伝達する、
マニピュレータ。
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