JP2021519624A - 手術ロボットシステム - Google Patents
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Abstract
手術ロボットシステムは、細長いスライドおよび器具駆動ユニットを支持するためのキャリッジを含む。スライドは、内側シャフトおよび内側シャフトの周りに配置された外側スリーブを含む。外側スリーブは、スライドによって規定される長手方向軸に沿って、スライドが第1の長さを有する収縮位置とスライドが第1の長さより大きい第2の長さを有する伸長位置との間で、内側シャフトに対して動くように構成されている。キャリッジは、外側スリーブに連結され、長手方向軸に沿って外側スリーブに対して移動可能である。【選択図】図7
Description
手術ロボットシステムは、最小侵襲性医療処置において使用されている。いくつかの手術ロボットシステムは、手術ロボットアームと、ロボットアームに取り付けられた少なくとも1つのエンドエフェクタ(例えば、鉗子または把持ツール)を有する手術器具とを支援するコンソールを含む。ロボットアームは、その動作および動きのために手術器具に機械的な力を提供した。
手動操作される手術器具は、多くの場合、手術器具の機能を作動させるためのハンドルアセンブリを含んだ。しかしながら、ロボット手術システムを使用する場合、エンドエフェクタの機能を作動させるハンドルアセンブリは通常存在しない。したがって、それぞれ特有の手術器具をロボット手術システムで使用するためには、選択された手術器具とインターフェースして、手術器具の動作を駆動するための器具駆動ユニットが使用された。
器具駆動ユニットは、通常、スライドを介してロボットアームに連結されていた。スライドは、器具駆動ユニットと取り付けられた手術器具とがスライドの軸に沿って動くことを可能にし、患者に対する手術器具のエンドエフェクタの軸方向位置を調整するための手段を提供した。
本開示の態様に従って、手術ロボットシステムが提供され、手術ロボットシステムは、細長いスライドと、器具駆動ユニットを支持するキャリッジとを含む。スライドは長手方向軸を規定し、内側シャフトと、内側シャフトの周りに配置された外側スリーブとを含む。外側スリーブは、スライドが第1の長さを有する収縮位置とスライドが第1の長さより大きい第2の長さを有する伸長位置との間で長手方向軸に沿って内側シャフトに対して動くように構成される。キャリッジは、外側スリーブに連結され、長手方向軸に沿って外側スリーブに対して移動可能である。
態様では、キャリッジは、キャリッジが外側スリーブの下端部分に隣接して配置される下降位置とキャリッジが外側スリーブの上端部分に隣接して配置される上昇位置との間で外側スリーブに沿って移動可能であってもよい。
態様では、外側スリーブの上端部分は表面特徴部を有してもよく、キャリッジは、上昇位置まで動く際に表面特徴部に係合するように構成されて、それにより、キャリッジがさらに上昇すると、外側スリーブが伸長位置に向かって動く。
態様では、外側スリーブは、キャリッジが下降位置に向かって動くと同時に、収縮位置に向かって動くように構成されてもよい。
態様では、外側スリーブの上端部分は、キャリッジを上端部分に選択的に固定するように構成されたロックを有してもよく、それにより、キャリッジに加えられる下向きの力が外側スリーブに伝達され、外側スリーブを内側シャフトに対して伸長位置から収縮位置に向かって動かす。
態様では、ロックは、外側スリーブが収縮位置に入る際にキャリッジを解放するように構成され、それにより、キャリッジにさらなる下向きの力が加えられ、キャリッジが外側スリーブに沿って下降する。
態様では、手術ロボットシステムは、キャリッジを外側スリーブに沿って動かすために、キャリッジに動作可能に連結されたベルトおよびプーリシステムをさらに含んでもよい。
態様では、ベルトおよびプーリシステムは、外側スリーブに連結された一対の第1および第2のプーリと、内部シャフトに連結された第3のプーリと、第1、第2、および第3のプーリの各々に動作可能に連結されたベルトと、を含んでもよい。キャリッジは、ベルトの動きが外側スリーブに沿ってキャリッジの動きを駆動するように、ベルトに固定されてもよい。
態様では、手術ロボットシステムは、ベルトの動きを駆動するためにベルトに動作可能に連結されたモータをさらに含んでもよい。
態様では、第1のプーリは外側スリーブの上端部分に軸方向に固定されてもよく、第2のプーリは外側スリーブの下端部分に軸方向に固定されてもよく、第3のプーリは内側スリーブの上端部分に軸方向に固定されてもよい。
態様では、第2のプーリは、第1のプーリと第3のプーリとの間に配置されてもよい。第1のプーリは、第2のプーリの中心を通りかつスライドの長手方向軸と平行に延在する鉛直軸から第1の距離に配置されてもよい。第3のプーリは、鉛直軸から第2の距離に配置されてもよい。第2の距離は、第1の距離未満であってもよい。
態様では、第1および第3のプーリは、外側スリーブが収縮位置にあるときに互いに隣接して配置され、スリーブが伸長位置にあるときに互いに長手方向に離間されてもよい。
態様では、手術ロボットシステムは、内部シャフトが連結されているロボットアームをさらに含んでもよい。
本開示の例示的な実施形態のさらなる詳細および態様が、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。
本明細書で使用される場合、平行したおよび垂直なという用語は、真の平行および真の垂直から最大で約+または−10度まで、実質的に平行および実質的に垂直である相対的な構成を含むものと理解される。
添付の図面を参照しながら本開示の実施形態を本明細書に記載する。
本開示の手術ロボットシステムの実施形態およびそれらの使用方法を図面を参照して詳細に説明するが、図中、同様の参照番号は、いくつかの図の各々において同一または対応する要素を示す。本明細書で使用される場合、用語「遠位」は、患者に最も近い、手術ロボットシステムまたはその構成要素の部分を指し、一方、用語「近位」は、患者からさらに離れた、手術ロボットシステムまたはその構成要素の部分を指す。
以下で詳細に説明するように、ロボットアームと、ロボットアームに連結された細長いスライドまたはレールと、取り付けられた手術器具の動作を駆動するように構成された器具駆動ユニットとを含む手術ロボットシステムが提供される。スライドは、内側シャフトと、内側シャフトの上に配置されかつ収縮位置と伸長位置との間で内側シャフトに対してスライド可能な外側スリーブとから構築される。外側スリーブは、トラックに沿って器具駆動ユニットを支持するキャリッジが下降位置と上昇位置との間を動くトラックを有する。スリーブは、キャリッジを外側スリーブに対して動かし、かつ外側スリーブを内側シャフトに対して動かすように機能するベルトおよびプーリシステムを含んでもよい。
まず図1を参照すると、例えば手術ロボットシステム1のような手術システムは、概して、器具駆動ユニット20および電気機械器具10が取り外し可能に取り付けられた複数の手術ロボットアーム2、3と、制御装置4と、制御装置4に連結された操作コンソール5とを含む。操作コンソール5は、特に3次元画像を表示するように設定された表示装置6と、人(図示せず)、例えば外科医が、原則として当業者に知られているように、第1の動作モードでロボットアーム2、3を遠隔操作することができる手動入力装置7、8とを含む。
ロボットアーム2、3の各々は、ジョイントを介して接続される複数の部材から構成されてもよい。ロボットアーム2、3は、制御装置4に接続されている電気駆動装置(図示せず)によって駆動され得る。制御装置4(例えば、コンピュータ)は、ロボットアーム2、3と、取り付けられた器具駆動ユニット20と、したがって電気機械器具10とが、手動入力装置7、8によって規定される動きに従って所望の動きを実行するように、特にコンピュータプログラムによって駆動装置を作動させるように設定される。制御装置4は、ロボットアーム2、3および/または駆動装置の動きを調整するように設定することもできる。
手術ロボットシステム1は、手術器具、例えば電気機械器具10によって最小侵襲的な方法で処置されるべく手術台「ST」に横たわる患者「P」上に使用するように構成される。手術ロボットシステム1はまた、2つを超えるロボットアーム2、3を含んでもよく、追加のロボットアームは同様に制御装置4に接続され、操作コンソール5によって遠隔操作可能である。手術器具、例えば電気機械手術器具10(電気機械エンドエフェクタ(図示せず)を含む)を追加のロボットアームに取り付けてもよい。
制御装置4は、複数のモータ、例えば、モータ(モータ1...n)を制御してもよく、各モータは、ロボットアーム2、3の動きを複数の方向に駆動するように構成されてもよい。さらに、制御装置4は、器具駆動ユニット20の複数のモータ(明確には図示せず)を制御し、手術器具10の様々な動作を駆動してもよい。器具駆動ユニット20は、そのモータからの電力および作動力を電気機械器具10の被駆動部材(図示せず)に伝達し、最終的には、電気機械器具10のエンドエフェクタ(図示せず)の構成要素の動き、例えばナイフブレード(図示せず)の動き、および/またはエンドエフェクタのジョー部材(図示せず)の開閉を駆動する。
例示的なロボット手術システムの構成要素の構成および動作のより詳細な説明については、「医療ワークステーション」と題された米国特許第8,828,023号(以下、「´023特許」)および 2017年5月23日に提出された「ロボット手術アセンブリ」と題された国際特許公開第WO2017/205308A1号(以下、「´308公開」)を参照することができ、これらの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図2〜7を参照すると、手術ロボットシステム1は、器具駆動ユニット20が支持または担持されるキャリッジ30と、キャリッジ30を支持するスライド100とを含む。キャリッジ30は、器具駆動ユニット20をそこに固定するように構成され、それにより、キャリッジ30がスライド100に沿ってかつそれに対して動くことによって、器具駆動ユニット20がそれと一緒に動く。キャリッジ30は、以下で説明するように、スライド100の外側スリーブ106に沿って長手方向に規定された線形トラック102にスライド可能に連結されている。
スライド100は、ほぼ長方形の形状を有してもよく、内側シャフト104と、内側シャフト104の周りに配置された外側スリーブまたはシース106とから構成される。実施形態では、スライド100に、例えば、管状または筒状などの任意の適切な形状をとってもよい。内側シャフト104は、固定式または回転式のいずれかでロボットアーム2(図1)の端部に連結される。内側シャフト104は、下端部分140aおよび上端部分104bを有し、それらの間に長手方向軸「X」が規定される。内側シャフト104は、従来のスライドの長さの半分にほぼ等しい全長を有してもよい。
スライド100の外側スリーブ106は、内側シャフト104の周りに配置され、それに入れ子式に連結される。したがって、外側スリーブ106は、図3に示すような収縮位置と図7に示すような伸長位置との間で内側シャフト104の長手方向軸「X」に沿ってかつそれに対してスライド可能である。外側スリーブ106が収縮位置にあるとき、スライドは、従来のスライドの長さの約半分に実質的に等しい第1の長さ「L1」(図3)を有し(例えば、´023特許および´308出願において図示されかつ記載されているように)、外側スリーブが伸長位置にあるとき、スライド100は、従来のスライドのほぼ全長に実質的に等しい第2の長さ「L2」(図7)を有する。
スライド100の外側スリーブ106は、長手方向に延在するトラック102を規定する。外側スリーブ106のトラック102は、単一のレールまたは一対の平行なレールであってもよい。上述のように、キャリッジ30は、外側スリーブ106のトラック102にスライド可能に連結される。より具体的には、キャリッジ30は、その裏側から外側スリーブ106の細長いスロット108を通って延在するカップリング部材またはフランジ32を有する。キャリッジ30のカップリング部材32は、詳しくは後述するように、外側スリーブ106の内部チャンバ110(図7)内に受け入れられ、上昇位置と下降位置との間のキャリッジ30の動きを駆動するためにスライド100のベルトおよびプーリシステム114のベルトまたはケーブル112に固定される。
細長いスロット108は、外側スリーブ106の長さに沿って規定され、外側スリーブ106の下端部分106aと外側スリーブ106の上端部分106bとの間でトラック102に平行に走る。外側スリーブ106の細長いスロット108は、キャリッジ30が上限を超えて上昇するのを防ぐ表面特徴部116を規定する上限を有する。実施形態では、表面特徴部116は、外側スリーブ106の上端部分106bから外向きに延在する突起であってもよい。キャリッジ30のカップリング部材32が表面特徴部116に接触する際に、キャリッジ30に上向きに加えられる閾値力により、外側スリーブ106は内側シャフト104に対して上昇する。
上端部分106bは、例えば、ローラキャッチ、磁気ラッチなどのロック特徴部118をさらに含んでもよい。ロック特徴部118は、キャリッジ30が上昇位置に入るときに、キャリッジ30を外側スリーブ106の上端部分106bに対して選択的にロックするように構成される。したがって、外側スリーブ106が内側シャフト104に対して伸長位置にある状態では、図7に示すように、ベルト112を介してキャリッジ30に加えられる下向きの力により、外側スリーブ106およびキャリッジ30を互いにロックするロック特徴部118により、外側スリーブ106はキャリッジ30と共に下向きに動く。外側スリーブ106の下端部分106aが内側シャフト104の下端部分104aで底に達する際に、ロック特徴部118はキャリッジ30を解放して、キャリッジ30が外側スリーブ106のトラック102に沿って下降できるようにする。
図5〜7を参照すると、ベルトおよびプーリシステム114またはスライド100のドライブトレインが示されている。ドライブトレイン114は、内側シャフト104の下端部分104aに配置された駆動モータ120に動作可能に連結されている。ドライブトレイン114は、外側シャフト106に連結された一対の第1および第2のプーリ114a、114bと、内側シャフト104に連結された第3のプーリ114cとを含む。第1のプーリ114aは、軸方向に固定され、スライド100の外側スリーブ106の上端部分106bに回転可能に連結され、第2のプーリ114bは、軸方向に固定され、外側スリーブ106の下端部分10baに回転可能に連結されている。したがって、外側スリーブ106が内側シャフト104に対して伸長位置に向かって動くと、第1および第2のプーリ114a、114bはそれと共に動く。第3のプーリ114cは、軸方向に固定され、内側シャフト104の上端部分104bに回転可能に連結されている。
第2のプーリ114bは、第1のプーリ114aと第3のプーリ114cとの間に配置され、外側スリーブ106の長さに沿って第1のプーリ114aから長手方向に離間される。図5に示すように、外側スリーブ106が収縮位置にあるとき、第1および第3のプーリ114a、114cは互いに隣接して配置され、第2のプーリ114bは第3のプーリ114cから長手方向に離間されている。図7に示すように、外側スリーブ106が伸長位置にあるとき、第1および第3のプーリ114a、114cは長手方向に互いに離間され、第2および第3のプーリ114b、114cは互いに近接する。
特に図6を参照すると、第2のプーリ114bは、第1および第3のプーリ114a、114cに対して位置決めされ、図6の矢印「A」で示される方向の正味の下向きの力が外側スリーブ106に加えられる。特に、第2のプーリ114bは、その中心点を通って延在し、内側シャフト104の長手方向軸「X」(図2)に平行な鉛直軸「Y」を有する。第1のプーリ114aは、鉛直軸「Y」から横方向の第1の距離「d1」に配置され、第3のプーリ114cは、鉛直軸「Y」から横方向の第1の距離「d1」未満である第2の距離「d2」に配置される。したがって、ベルト112の第1の部分「P1」は、ベルト112の第2の部分「P2」が第2のプーリ114bから第3のプーリ114cまで延在する角度よりも大きい角度で第2のプーリ114bから第1のプーリ114aまで延在する。これらの角度における違いにより、第1のプーリ114aにより外側スリーブ106に加えられる下向きの力は、第3のプーリ114cにより外側スリーブ106に加えられる上向きの力よりも大きく、それにより、外側スリーブ106はそれに付与される一定の正味の下向きの力を有する。言い換えると、ベルト112の第1の部分「P1」および第2の部分「P2」の傾斜角度により、ベルト112の第1の部分「P1」およびベルト112の第2の部分「P2」に作用する力のY成分の総和は、外側スリーブ106に付与される一定の正味の下向きの力が存在するようなものである。
ベルト112は、駆動モータ120およびプーリ114a〜cの各々に動作可能に連結されている。ベルト112は、第1のプーリ114aの上、第2のプーリ114bの下、および第3のプーリ114cの上に巻き付けられる。ベルト112は、モータ120により駆動され、キャリッジ30のカップリング部材32に固定されているため、モータ120の作動により、ベルト112がプーリ114a〜cの周りを動き、取り付けられたキャリッジ30が外側スリーブ106に沿って上昇位置または下降位置のどちらかに向かって動く。
動作中、手術手順を実行する前に、器具駆動ユニット20はキャリッジ30に取り付けられ得、電気機械器具10は器具駆動ユニット20に取り付けられ得る。器具駆動ユニット20および関連する電気機械器具10がキャリッジ30に取り付けられると、長手方向軸「X」に沿ったキャリッジ30の長手方向位置(例えば、高さ)を調整することができる。例えば、キャリッジ30を上昇させるために、スライド100のモータ120を作動させて、ベルト112をスライド100の外側スリーブ106に対して上方に動かす。キャリッジ30は、上昇位置まで上昇されて、外側スリーブ106の上端部分106bのロック特徴部118および/または表面特徴部116と接触する。キャリッジ30が外側スリーブ106の上端部分106bに固定されると、モータ120の作動により、キャリッジ30が外側スリーブ106に上向きの力を及ぼして、外側スリーブ106が内側シャフト104に対して上方に動く。外側スリーブ106が動くと、それと共に、第1および第2のプーリ114a、114bが第3のプーリ114cに対して動く。完全に伸長した位置では、図7に示すように、スライド100は、従来のスライドの長さに実質的に等しい長さをとる。
キャリッジ30を伸長位置から下降させるために、モータ120を作動させて、ベルト112を反対方向に駆動させる。ロック特徴部118がキャリッジ30をスライド100の外側スリーブ106の上端部分106bに固定する実施形態では、ベルト112を介してキャリッジ30に加えられる下向きの力により、外側スリーブ106が内側シャフト104に対して収縮される。外側スリーブ106は、外側スリーブ106の下端部分106aが内側シャフト104の下端部分104aで底に達するまで、収縮されてもよい。この時点で、キャリッジ30をさらに下降させるために、ベルト112は、モータ120を介して、キャリッジ30を外側スリーブ106の上端部分106aからロック解除するために十分大きな力を加え、それにより、キャリッジ30は、図3〜5に示すように、外側スリーブ106のトラック102に沿って下降位置に向かって下降する。
図8〜10を参照すると、図1の手術ロボットシステムと共に使用するためのスライド200の別の実施形態が示されている。本実施形態のスライド200と上記のスライド100との間の類似点により、上記のスライド100との相違点を明らかにするために必要と考えられるスライド200の要素のみが詳細に説明される。
スライド200は、ロボットアーム2(図1)の端部に固定して連結されるように構成された本体部分204と、本体部分204に動作可能に連結されたプレート部材206とを含む。本体部分204は、その内部に配置された収縮可能部材210を有する空洞208をその内部に画定する。収縮可能部材210は、図8に示す収縮状態から図9および10に示す伸長状態まで移行可能なハサミ機構またはパンタグラフであってもよい。ねじ212は、第1の方向へのねじ212の回転によって収縮可能部材210が伸長され、一方、第2の方向へのねじ212の回転によって収縮可能部材210が本体部分204の空洞208内に収縮されるように、収縮可能部材210に連結されてもよい。
プレート部材206は、収縮可能部材210の上端部分に取り付けられ、それで器具駆動ユニット20のキャリッジ30(図2〜7)を支持するように構成される。したがって、収縮可能部材210を伸長させる際、プレート部材206が本体部分204に対して上昇し、取り付けられたキャリッジ30および/または器具駆動ユニット20を上昇させる。
本明細書に開示された実施形態に様々な変更が加えられ得ることが理解されるであろう。したがって、上記の説明は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に様々な実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者は本明細書に添付される特許請求の範囲および趣旨内での他の修正を想定するであろう。
Claims (13)
- 手術ロボットシステムであって、
長手方向軸を規定する細長いスライドであって、
内側シャフトと、
前記内側シャフトの周りに配置され、前記スライドが第1の長さを有する収縮位置と前記スライドが前記第1の長さよりも大きい第2の長さを有する伸長位置との間で前記長手方向軸に沿って前記内側シャフトに対して動くように構成された外側スリーブと、を含む細長いスライドと、
器具駆動ユニットを支持するためのキャリッジであって、前記キャリッジは、前記外側スリーブに連結され、前記長手方向軸に沿って前記外側スリーブに対して移動可能である、キャリッジと、を含む、手術ロボットシステム。 - 前記キャリッジは、前記キャリッジが前記外側スリーブの下端部分に隣接して配置される下降位置と前記キャリッジが前記外側スリーブの上端部分に隣接して配置される上昇位置との間で前記外側スリーブに沿って移動可能である、請求項1に記載の手術ロボットシステム。
- 前記外側スリーブの前記上端部分が表面特徴部を有し、前記キャリッジが前記上昇位置まで動く際に前記表面特徴部と係合するように構成されており、それにより、前記キャリッジがさらに上昇すると、前記外側スリーブが前記伸長位置に向かって動く、請求項2に記載の手術ロボットシステム。
- 前記外側スリーブは、前記キャリッジが前記下降位置に向かって動くのと同時に、前記収縮位置に向かって動くように構成されている、請求項2に記載の手術ロボットシステム。
- 前記外側スリーブの前記上端部分が、前記キャリッジを前記上端部分に選択的に固定するように構成されたロックを有し、それにより、前記キャリッジに加えられる下向きの力が前記外側スリーブに伝達されて、前記外側スリーブを前記内側シャフトに対して前記伸長位置から前記収縮位置に向かって動かす、請求項2に記載の手術ロボットシステム。
- 前記ロックは、前記外側スリーブが前記収縮位置に入る際に、前記キャリッジを解放するように構成され、それにより、前記キャリッジにさらなる下向きの力が加えられることで、前記キャリッジが前記外側スリーブに沿って下降する、請求項5に記載の手術ロボットシステム。
- 前記キャリッジを前記外側スリーブに沿って動かすために前記キャリッジに動作可能に連結されたベルトおよびプーリシステムをさらに含む、請求項1に記載の手術ロボットシステム。
- 前記ベルトおよびプーリシステムが、
前記外側スリーブに連結された一対の第1および第2のプーリと、
前記内側シャフトに連結された第3のプーリと、
前記第1、第2、および第3のプーリの各々に動作可能に連結されたベルトであって、前記キャリッジが前記ベルトに固定され、それにより、前記ベルトの動きが、前記外側スリーブに沿った前記キャリッジの動きを駆動する、ベルトと、を含む、請求項7に記載の手術ロボットシステム。 - 前記ベルトの前記動きを駆動するために前記ベルトに動作可能に連結されたモータをさらに含む、請求項8に記載の手術ロボットシステム。
- 前記第1のプーリが、前記外側スリーブの上端部分に軸方向に固定され、前記第2のプーリが、前記外側スリーブの下端部分に軸方向に固定され、前記第3のプーリが、前記内側シャフトの上端部分に軸方向に固定されている、請求項8に記載の手術ロボットシステム。
- 前記第2のプーリが、前記第1のプーリと前記第3のプーリとの間に配置され、前記第1のプーリが、前記第2のプーリの中心を通りかつ前記スライドの前記長手方向軸と平行に延在する鉛直軸から第1の距離に配置され、前記第3のプーリが、前記鉛直軸から第2の距離に配置され、前記第2の距離が前記第1の距離未満である、請求項10に記載の手術ロボットシステム。
- 前記第1および第3のプーリは、前記外側スリーブが前記収縮位置にあるときに互いに隣接して配置され、前記スリーブが前記伸長位置にあるときに互いに長手方向に離間される、請求項8に記載の手術ロボットシステム。
- 前記内部シャフトが連結されているロボットアームをさらに含む、請求項1に記載の手術ロボットシステム。
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