JP2023549687A

JP2023549687A - 関節の内部自由度を備えた腹腔鏡手術ロボットシステム

Info

Publication number: JP2023549687A
Application number: JP2023526111A
Authority: JP
Inventors: サミー・カリファ; アダム・サックス
Original assignee: ヴィカリアス・サージカル・インコーポレイテッド
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-11-29
Also published as: WO2022094000A1; CA3196765A1; US20230355327A1; CN116981411A; EP4228542A1

Abstract

本開示は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の自由度で腹腔鏡手術を行うためのシステム、方法、および媒体を提供する。腹腔鏡手術を行うためのシステムは、1つまたは複数の手首要素を備えたロボットアームを備えていてもよい。1つまたは複数の手首要素は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内に挿入されるように構成されていてもよい。ロボットアームは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されていてもよい。

Description

相互参照
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれている、2020年10月28日出願の米国仮特許出願第63/106,688号の特典を請求するものである。

外科医は、外科的処置を行うために小さな外科用器具およびカメラをこれを通して挿入することができる、1つまたは複数の小さな切開を患者の体腔(例えば、腹部)内に作り出すことによって腹腔鏡手術を行ってもよい。このような最小侵襲性外科技術は、痛みの減少、失血の減少、傷の減少、フォローアップ治療および病院での滞在の減少、およびより速い回復時間などの非腹腔鏡手術を凌ぐ利点を有してもよい。腹腔鏡手術は、外科用機器およびカメラを操作するためにコンピュータ制御を使用する外科用ロボットを使用して行ってもよく、それにより、運動および/または視覚の精度および/または範囲が増加する。

腹腔鏡手術を行うためのシステムが本明細書に記載され、システムはそれぞれが少なくとも1つのエンドエフェクタを備えた一式のロボットアーム、および少なくとも1つのカメラを備え、少なくとも1つの内部エンドエフェクタおよび少なくとも1つのカメラは、被験者の体腔(例えば、腹部)内に挿入されながら腹腔鏡手術を行うために動作および視点の全範囲の運動および配向を提供するために、位置の調節の十分な自由度および配向の調節の十分な自由度を有する。いくつかの実施形態では、動作および視野の全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向の前面、背面、側面、上面、下面、左面または右面方向、またはその間の動作および視野の運動または配向のあらゆる方向を含む。いくつかの実施形態では、動作および視野の全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向のいずれか2つの位置または方向の間で90度だけ調節される能力を含む。いくつかの実施形態では、システムはさらに、内部自由度を被験者の体腔(例えば、腹部)周りで平行移動させることを可能にする外部自由度を含む。

本開示のロボットシステムは、1つまたは複数の関節ロボットアーム機器および1つまたは複数のカメラ(例えば、作動可能な立体カメラなどの立体カメラと共に稼働してもよいロボットカメラ)を備えてもよい。いくつかの実施形態では、ロボットシステムは、2つの関節ロボットアーム機器および1つの作動可能な立体カメラを備えてもよい。アーム機器およびカメラはそれぞれ、挿入部位およびトロカールを通して患者の腹部内に1つずつ挿入してもよい。各機器アームは、内部に(エンドエフェクタに対して1つプラスで)少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を有してもよい。さらに、立体カメラは、内部に少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を有してもよい。例えば、アームの7つの自由度を、近接的に始まる以下の順序、人間の肩の運動を一緒に模倣する回転アクチュエータおよびヒンジアクチュエータ、回転アクチュエータ、人間の肘の運動を模倣するヒンジアクチュエータ、および人間の手首の運動を一緒に模倣する2つのヒンジ状アクチュエータが続く回転アクチュエータで配置されてもよい。手首に取り付けられているのは、エンドエフェクタであってもよい。十分な範囲の運動での多くの多自由度を有することにより、アームの手首が多数の可能な配向(例えば、前面、背面、両側面、上下、左右など)で多数の可能な位置に到達することが可能になり、それにより、外科用ロボットシステムのユーザが、患者の体腔(例えば、腹部)の内側で外科施術(例えば、腹腔鏡施術)中にあらゆる位置およびあらゆる視野配向で外科用ロボットシステムを見るおよび/または動作することが可能になる。

いくつかの実施形態では、一式のロボットアームはそれぞれ、第1の対称軸を有する第1のシャフト、第2の対称軸を有する第2のシャフト、第3の対称軸を有する第3のシャフト、その中で腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内への挿入用のエンドエフェクタ、第1の一次軸周りで第1のシャフトに対して第2のシャフトを回転させる第1のアクチュエータ、第2の一次軸周りで第2のシャフトに対して第2のシャフトを回転させる第2のアクチュエータ、および第3の一次軸周りで第3のシャフトに対してエンドエフェクタを回転させる第3のアクチュエータを備えている。

いくつかの実施形態では、一式のロボットアームは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供する。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する。いくつかの実施形態では、システムはさらに、腹腔鏡外科施術を視覚化するために、被験者の体腔内への挿入用の少なくとも1つのカメラを備えている。いくつかの実施形態では、システムはさらに、カメラ位置決めアーム、および一次カメラ軸周りでカメラ位置決めアームに対して少なくとも1つのカメラを回転させるカメラアクチュエータを備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラは、少なくとも1つの立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの立体カメラは、少なくとも1つの作動可能な立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、システムは、挿入自由度、転動自由度、ピッチ自由度、およびヨーイング自由度から選択された、被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する。いくつかの実施形態では、カメラは、フラッシュ、レンズ、フラッシュ、ライト、またはそのあらゆる組合せを備えている。いくつかの実施形態では、カメラは、立体カメラ、赤外線カメラ、光学カメラ、またはそのあらゆる組合せを備えている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、ペンチ、グラスパー、針ドライバ、鉗子、またはそのあらゆる組合せである。いくつかの実施形態では、カメラアクチュエータはさらに、一次カメラ軸と垂直である二次カメラ軸周りでカメラ位置決めアームに対してカメラを回転させる。いくつかの実施形態では、一次カメラ軸および二次カメラ軸は、カメラ位置決めアームの対称軸に垂直である。いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータはさらに、第1の一次軸と垂直である第1の二次軸周りで第1のシャフトに対して第2のシャフトを回転させる。いくつかの実施形態では、第2のアクチュエータはさらに、第2の一次軸と垂直である第2の二次軸周りで第2のシャフトに対して第3のシャフトを回転させる。いくつかの実施形態では、第3のアクチュエータはさらに、第3の一次軸と垂直である第3の二次軸周りで第3のシャフトに対してエンドエフェクタを回転させる。いくつかの実施形態では、システムはさらにトロカールを備え、カメラ位置決めアーム、2つ以上のアームの1つまたは複数の第1のシャフト、またはその両方はトロカールに対して平行移動可能である。

本明細書で提供される別の態様は、腹腔鏡手術を行うための方法であり、方法は、中で腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内に一式のロボットアームの少なくとも一部を挿入するステップを含み、一式のロボットアームはそれぞれ、少なくとも1つのエンドエフェクタおよび少なくとも1つのカメラを備え、少なくとも1つの内部エンドエフェクタおよび少なくとも1つのカメラは、被験者の体腔内に挿入しながら、腹腔鏡手術を行うための動作および視野の全範囲の運動および配向を提供するために、位置の調節の十分な自由度および配向の調節の十分な自由度を有する。

いくつかの実施形態では、体腔は被験者の腹部である。いくつかの実施形態では、動作および視野の全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向の前面、背面、側面、上面、下面、左面または右面方向、またはその間の動作および視野の運動または配向のあらゆる方向を含む。いくつかの実施形態では、動作および視野の全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向のいずれか2つの位置または方向の間で90度だけ調節される能力を含む。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームおよび/または少なくとも1つのカメラは、内部自由度を被験者の体腔周りで平行移動させることを可能にする外部自由度を含む。

いくつかの実施形態では、一式のロボットアームは、少なくとも2つのロボットアームを備えている。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供する。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームはさらに、腹腔鏡外科施術を視覚化するために、被験者の体腔内への挿入用の少なくとも1つのカメラを備えている。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームはさらに、カメラ位置決めアーム、および一次カメラ軸周りでカメラ位置決めアームに対して少なくとも1つのカメラを回転させるカメラアクチュエータを備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラは、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラは、少なくとも1つの立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの立体カメラは、少なくとも1つの作動可能な立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、システムは、挿入自由度、転動自由度、ピッチ自由度、およびヨーイング自由度から選択された、被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する。いくつかの実施形態では、カメラは、フラッシュ、レンズ、フラッシュ、ライト、またはそのあらゆる組合せを備えている。いくつかの実施形態では、カメラは、立体カメラ、赤外線カメラ、光学カメラ、またはそのあらゆる組合せを含む。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、ペンチ、グラスパー、針ドライバ、鉗子、またはそのあらゆる組合せである。いくつかの実施形態では、カメラアクチュエータはさらに、一次カメラ軸と垂直である二次カメラ軸周りでカメラ位置決めアームに対してカメラを回転させる。いくつかの実施形態では、一次カメラ軸および二次カメラ軸は、カメラ位置決めアームの対称軸に垂直である。いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータはさらに、第1の一次軸と垂直である第1の二次軸周りで第1のシャフトに対して第2のシャフトを回転させる。いくつかの実施形態では、第2のアクチュエータはさらに、第2の一次軸と垂直である第2の二次軸周りで第2のシャフトに対して第3のシャフトを回転させる。いくつかの実施形態では、第3のアクチュエータはさらに、第3の一次軸と垂直である第3の二次軸周りで第3のシャフトに対してエンドエフェクタを回転させる。いくつかの実施形態では、一式のロボットアームはさらにトロカールを備え、カメラ位置決めアーム、2つ以上のアームの1つまたは複数の第1のシャフト、またはその両方はトロカールに対して平行移動可能である。

本明細書で提供される別の態様は、本明細書に記載のシステム、システムに電力を提供するモータ、およびモータに結合されたガントリーを備えたプラットフォームである。

いくつかの実施形態では、モータは、カメラアクチュエータ、第1のアクチュエータ、第2のアクチュエータ、および第3のアクチュエータの1つまたは複数に電力を提供する。いくつかの実施形態では、ガントリーは、回転可能継手および平行移動可能継手の1つまたは複数によってモータに結合する。いくつかの実施形態では、プラットフォームはさらに、手術台を備えている。いくつかの実施形態では、プラットフォームはさらに、カメラから画像を受信するディスプレイを備えている。いくつかの実施形態では、ディスプレイはヘッド取付ディスプレイである。いくつかの実施形態では、プラットフォームはさらに、モータに作動コマンドを提供する入力を備えている。

本開示の追加の態様および利点は、以下の詳細な説明から当業者に直ぐに分かり、本開示の例示的実施形態のみが図示および記載されている。分かるように、本開示は他のおよび異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、開示から全く逸脱することなく、様々な明らかな点で変更が可能である。したがって、図面および説明は、実際は例示的なものと考えられ、限定的であると考えられるものではない。

この明細書に記載された全ての公報、特許、および特許出願は、各個別の公報、特許、または特許出願は参照により組み込まれるように特におよび個別に示されているように、同じ範囲に対して参照により本明細書に組み込まれている。参照により組み込まれた公報および特許または特許出願が明細書に含まれる開示と矛盾しない範囲で、明細書はあらゆるこのような矛盾する材料に取って代わる、および/または優先することを意図している。

特許出願ファイルは、色で実行された少なくとも1つの図を含んでいる。色の図を備えたこの特許出願公報の写しが、要求および必要な料金の支払いを行えば特許庁から提供される。

本発明の新規特性は、添付の特許請求の範囲に特に記載されている。本発明の特性および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的実施形態を記載した以下の詳細な説明、および添付の図面(本明細書では「図(figure)」および「図(FIG.)」とも称する)を参照することによって得られる。

位置決め要素、手首要素、支持管、およびトロカールを備えたロボットアームの一例を示す図である。位置決め要素(結合部J0、J1、J2およびJ3を含む)および手首要素(結合部J4、J5、J6およびJ7を含む)を備えた、8つの自由度を有するロボットアームの一例を示す図である。単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されたロボットアームの一例を示す図である。右面動作構成(図4A)によって図示されたような、前面および横面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。前面動作構成(図4B)によって図示されたような、前面および横面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。左面動作構成(図4C)によって図示されたような、前面および横面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。上面動作構成(図5A)によって図示されたような、正面、上面、下面、および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。前面動作構成(図5B)によって図示されたような、正面、上面、下面、および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。下面動作構成(図5C)によって図示されたような、正面、上面、下面、および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。上面動作構成(図6A)によって図示されたような、上面および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。上面から背面動作構成への移行(図6B)によって図示されたような、上面および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。背面動作構成(図6C)によって図示されたような、上面および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す図である。軸を備え、被験者の腹部周りで位置決め要素を平行移動させるロボット支持システム(RSS)の一例を示す図である。挿入軸の側面図を含む、RSSの様々な軸の一例を示す図である。転動軸の側面図を含む、RSSの様々な軸の一例を示す図である。ピッチ軸の側面図を含む、RSSの様々な軸の一例を示す図である。ヨー軸の上面図を含む、RSSの様々な軸の一例を示す図である。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素の相対位置を調節することによって、左側から手術ターゲットに近づくためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの前面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素の相対位置を調節することによって、右側から手術ターゲットに近づくためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの側面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素の相対位置を調節することによって、左側から手術ターゲットに近づくためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの(切開に向けた)背面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素の相対位置を調節することによって、右側から手術ターゲットに近づくためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの(切開に向けた)背面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素のいくつかの相対位置を調節することによって、単一の切開から被験者の腹部を横切るためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの前および側面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素のいくつかの相対位置を調節することによって、単一の切開から被験者の腹部を横切るためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの前および側面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素のいくつかの相対位置を調節することによって、単一の切開から被験者の腹部を横切るためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの前および側面図を示す。ヨーおよび挿入軸と位置決め要素のいくつかの相対位置を調節することによって、単一の切開から被験者の腹部を横切るためにロボットアームを使用する一例を示す図であり、トロカールに対するロボットアームの前および側面図を示す。デバイスまたはシステムの構成部品の移動を含む、および/またはデバイスまたはシステムを使用して外科的処置を行う、本明細書に記載されたデバイスまたはシステムの動作を案内するようにプログラミングあるいは構成されたコンピュータシステム1201の一例を示す図である。

腹腔鏡手術(例えば、手動腹腔鏡手術およびロボット腹腔鏡手術)は、これを通して機器が挿入され外科材料が交換される、被験者(患者)の体腔(例えば、腹部)に対する切開およびトロカールの適切な定置を保証する際のかなりの課題に遭遇することがある。例えば、外科医が患者の腹部の一方側で施術したい場合、典型的には、切開は腹部の反対側を通して定置されてもよい。これは、腹腔鏡機器および手術用カメラの真っすぐの性質によるものであることがある。加えて、外科医が第1の領域に直ぐに隣接していない腹部内のその後の領域で施術したい場合、新しい手術部位に対応するために追加の切開を作り出す必要があってもよい。ロボット腹腔鏡手術の手首につけられた真っすぐな機器およびほとんどの腹腔鏡の調節可能性でさえも、切開およびトロカールの位置は、外科医が作業および視覚化することが可能な位置に直接影響を与え、制限することがある。

腹腔鏡機器およびカメラのこれらの制限は、関節の大部分および関節の自由度が患者の腹部の外部で起こることがあるという事実により生じてもよい。各機器(例えば、カメラ)は、大きな強力なアクチュエータで外部に関節接合されてもよく、その後、支点(例えば、切開部位)を通過し、その両方が患者内部で可能である関節上に制限を加える。

これらの問題を鑑みて、関節の大きな自由度を提供する腹腔鏡手術の改良型システムおよび方法の必要があり、それにより、患者の腹部内への切開およびトロカールの適切な定置を保証する際の制限および問題が減る。関節の大きな自由度を提供する腹腔鏡手術の改良型システムおよび方法の必要を認識し、本開示は患者の体腔(例えば、腹部)の内部である関節の自由度を提供するロボット手術のためのシステムおよび方法を提供する。患者の腹部内へロボットアーム内の関節の十分な自由度および運動の範囲を備えた外科用ロボットを挿入し、患者の腹部内で関節の十分な自由度および運動の範囲を備えた視覚化システムを使用することによって、ロボット手術の改良されたモダリティが可能になり、有利には、全球エンベロープ内で作業し、見ている患者の腹部上の位置を調節するために外科医に完全な自由を提供する。

様々な実施形態が本明細書に図示および記載されているが、このような実施形態は例としてのみ提供されていることが当業者には明らかであろう。本明細書の実施形態に対する様々な代替形態が利用されることを理解すべきである。

本明細書で使用されるように、単数形「a」、「an」および「the」は、内容がそうでないと明らかに示していない限り、複数への言及を含んでいる。本明細書における「or」へのあらゆる言及は、そうでないと記されていない限り、「および/または」を含むことを意図している。

一態様では、本開示は、1つまたは複数の手首要素を備えたロボットアームを備えた、腹腔鏡手術を行うためのシステムを提供し、1つまたは複数の手首要素は、中で1つまたは複数の腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内に挿入されるように構成され、ロボットアームは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、人間の肩の運動を一緒に模倣する回転アクチュエータおよびヒンジアクチュエータ、回転アクチュエータ、人間の肘の運動を模倣するヒンジアクチュエータ、および人間の手首の運動を一緒に模倣する2つのヒンジ状アクチュエータが続く回転アクチュエータの1つまたは複数を使用して、被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由を提供するように構成されている。

いくつかの実施形態では、システムはさらに、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術を視覚化するために、被験者の体腔内に挿入されるように構成された1つまたは複数のカメラ(例えば、ロボットカメラ)を備えている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラ(例えば、ロボットカメラ)は、回転アクチュエータおよびヒンジ状アクチュエータの1つまたは複数を使用して、被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、1つまたは複数のカメラモジュールまたはセンサ(例えば、立体カメラ)を備えている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラモジュールまたはセンサは、作動可能な立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラモジュールまたはセンサは、1つまたは複数の立体カメラを形成するように共に作動することができる。

いくつかの実施形態では、1つまたは複数の手首要素は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の手首要素は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、1つまたは複数の手首要素の位置決めの制御を可能にするように構成された1つまたは複数の位置決め要素を備えている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の位置決め要素は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の位置決め要素は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の位置決め要素は、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも4つの自由度を提供するように構成されている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームの少なくとも1つ、1つまたは複数の手首要素、1つまたは複数の位置決め要素、1つまたは複数のカメラ(例えば、ロボットカメラ)は、挿入自由度、転動自由度、ピッチ自由度、およびヨーイング自由度から選択された、被験者の体腔の内部である関節の自由度を提供するように構成されている。

別の態様では、本開示は、腹腔鏡手術を行うための方法を提供し、方法は、中で1つまたは複数の腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内にロボットアームの1つまたは複数の手首要素を挿入するステップを含み、ロボットアームは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。

いくつかの実施形態では、方法はさらに、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術を視覚化するために、被験者の体腔内に1つまたは複数のカメラ(例えば、ロボットカメラ)を挿入するステップを含む。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、回転アクチュエータおよびヒンジ状アクチュエータの1つまたは複数を使用して、被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のカメラは、1つまたは複数の立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の立体カメラは、作動可能な立体カメラを備えている。

別の態様では、本開示は、1つまたは複数のコンピュータプロセッサによる実行の際に、腹腔鏡手術を行うための方法を実施する機械実行可能コードを含む非一時的コンピュータ読取可能媒体を提供し、方法は、中で1つまたは複数の腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内に挿入されるロボットアームの1つまたは複数の手首要素を制御するステップを含み、ロボットアームは、1つまたは複数の腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の1つまたは複数の自由度を提供するように構成されている。

また、1つまたは複数のコンピュータプロセッサによる実行の際に、上または本明細書のどこかの方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを含む非一時的コンピュータ読取可能媒体が本明細書に記載されている。

また、1つまたは複数のコンピュータプロセッサおよびそこに結合されたコンピュータメモリを備えたシステムが本明細書に記載されている。コンピュータメモリは、1つまたは複数のコンピュータプロセッサによる実行の際に、上または本明細書のどこかの方法のいずれかを実施する機械実行可能コードを含む。

本開示のロボットシステムは、1つまたは複数の関節ロボットアーム機器および1つまたは複数のカメラ(例えば、作動可能な立体カメラなどの立体カメラと共に稼働してもよいロボットカメラ)を備えてもよい。いくつかの実施形態では、ロボットシステムは、2つの関節ロボットアーム機器および1つの作動可能な立体カメラを備えてもよい。アーム機器およびカメラはそれぞれ、挿入部位およびトロカールを通して患者の腹部内に1つずつ挿入してもよい。各機器アームは、内部に(エンドエフェクタに対して1つプラスで)少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を有してもよい。さらに、立体カメラは、内部に少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を有してもよい。例えば、アームの7つの自由度を、近接的に始まる以下の順序、人間の肩の運動を一緒に模倣する回転アクチュエータおよびヒンジアクチュエータ、回転アクチュエータ、人間の肘の運動を模倣するヒンジアクチュエータ、および人間の手首の運動を一緒に模倣する2つのヒンジ状アクチュエータが続く回転アクチュエータで配置されてもよい。手首に取り付けられているのは、エンドエフェクタであってもよい。十分な範囲の運動での多くの多自由度を有することにより、アームの手首が多数の可能な配向(例えば、前面、背面、両側面、上下、左右など)で多数の可能な位置に到達することが可能になり、それにより、外科用ロボットシステムのユーザが、患者の体腔(例えば、腹部)の内側で外科施術(例えば、腹腔鏡施術)中にあらゆる位置およびあらゆる視野配向で外科用ロボットシステムを見るおよび/または操作することが可能になる。さらに、それぞれ十分な範囲の運動で、少なくとも3つの自由度を備えたカメラを使用することによって、カメラはあらゆる方向(例えば、前面、背面、両側面、上下、左右など)にその視野を調節し、ビューワに対する画像の水平を調節することが可能であってもよい。これに対して、2つの自由度しか備えていないカメラは、あらゆる方向にその視野を調節することが可能であるが、水平を調節する能力がないことがある。

いくつかの実施形態では、カメラの自由度は、近接的に始まる以下の順序、回転アクチュエータ、ヒンジ状アクチュエータおよび回転アクチュエータに配置される。共に、これらの内部自由度は、外科医が挿入部位およびトロカールの密接までおよびこれを含み、ロボットの作業部位を裁量で調節することを可能にする。したがって、本開示のシステムおよび方法は、腹腔鏡手術における前例のないフレキシビリティおよび能力を可能にする外科用ロボットアプローチを提供する。

ロボットアームは、1つまたは複数の位置決め要素および手首要素を備えることができ、両方とも単一の切開から患者の腹部内のどこかでの高い器用さの外科的操作を可能にするために必要であることがある。位置決め要素は、少なくとも4つの自由度を備えたシステムを備えてもよい。これらの位置決め要素の目的は、エンドエフェクタを切開部位に対してどこかに位置決めすることを可能にし、エンドエフェクタを大まかに配向することであってもよい。5つ以上の自由度を有することにより、エンドエフェクタの位置決めの際のより大きなフレキシビリティおよびエンドエフェクタのより細かい配向性が可能になる。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、近接回転継手に結合され、その後に遠位ヒンジ継手に結合され、その後に遠位回転継手に結合され、その後に遠位ヒンジ継手に結合される支持管を備えている。ロボットアームのこのような構成は、ロボットアームが切開部位周りの位置および配向の高い自由度を有することを可能にしてもよい。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、エンドエフェクタの転動を調節することを可能にする回転継手を備えた、第4の継手に対して遠位の第5の継手を備えている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、近接回転継手に結合され、その後にヒンジ結合に遠位結合され、その後に前の継手と垂直なヒンジ継手に遠位結合され、その後に前の継手と垂直なヒンジ継手に遠位結合された支持管を備えている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、近接回転継手に結合され、その後にボール継手(2つの自由度を有する)に遠位結合され、その後にヒンジ継手または別のボール継手に遠位結合された支持管を備えている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、近接回転継手に結合され、その後に4つ以上の自由度を備えたスネークロボットに結合された支持管を備えている。

いくつかの実施形態では、回転継手は患者の外部にあり、回転は切開部位を介して支持管によって内部継手に伝達される。これらの実施形態は、オペレータが、切開部位で前、上、下、左、右および背面にトロカールに対して動作するようにエンドエフェクタを位置決めおよび大まかに配向することを可能にする。システムの操縦性は、各継手のリンク長さおよび運動の範囲によって制限されてもよく、ロボットを位置決めするには近すぎる領域およびロボットを中に位置決めするには遠すぎる別の領域があるように示してもよい。

ロボットの位置決め性に対するこれらの制限は、患者の外側から患者および手術部位に対して位置決め要素を移動させる追加の外部自由度を追加することによって、増加および緩和されてもよい。これらの自由度は、手動腹腔鏡手術に対する特定のアプローチまたはいくつかのロボット手術で使用されるものと同様であってもよく、患者の生体構造内への位置決め要素の位置の大まかおよび大きな調節を可能にする。可能な自由度のいくつかは以下の通り、挿入部位周りでの挿入、転動、ヨーイング、およびピッチである。

挿入自由度は、患者内に深く、または患者から引き出されたかのいずれかで、トロカールの長手軸に沿って支持管を介した位置決め要素の直線平行移動であってもよい。これは、位置決め要素が手術部位の1つの部位からその他まで横切るのを可能にする。

転動自由度は、トロカールの長手軸(または別の平行軸)周りの支持管を介した位置決め要素の回転であってもよい。これは、位置決め要素の配向をオペレータの望みの緩和に調節することを可能にする。

ヨーイング自由度は、トロカールの長手軸に垂直な、典型的には地面に垂直な軸周りで支持管を介した位置決め要素の回転であってもよい。これは、位置決め要素が(トロカールに対して)左右に横切り、その配向を僅かに調節することを可能にする。

ピッチ自由度は、トロカールの長手軸に垂直な、典型的には地面に平行な軸周りで支持管を介した位置決め要素の回転であってもよい。これは、位置決め要素が(トロカールに対して)上下に横切り、その配向を僅かに調節することを可能にする。手動およびロボット腹腔鏡の両方と同様に、ヨーイングおよびピッチ自由度の両方は、患者に対するトロカールの回転を必要とし、その結果、患者の腹壁および周辺組織の一部の一時的な伸びにつながる。

いくつかの実施形態では、ヨーイング、ピッチおよび転動自由度に対する軸は全て、トロカール旋回点または仮想中心とも呼ばれる、トロカールの長手軸に沿ってどこかに配置された単一の点を通過する。本実施形態では、この単一の点は、患者の組織の一時的伸びの大きさが最小限に抑えられるように、患者の腹壁の中間に配置されている。

いくつかの実施形態では、外部自由度は、ヨーイング、ピッチおよび挿入のみを含む。本実施形態では、転動がないことは、エンドエフェクタの内部位置決め性に対する一部の負担でシステムの位置決め要素の自由度で補償されてもよい。

いくつかの実施形態では、外部自由度は、ヨーイングおよび挿入のみを含む。本実施形態では、転動およびピッチがないことは、エンドエフェクタの内部位置決め性に対する一部の負担でシステムの位置決め要素の自由度で補償されてもよい。

位置決め要素の遠位端に、手首要素が配置されてもよい。手首要素は、エンドエフェクタおよび少なくとも2つの自由度を備えていてもよい。手首要素は、エンドエフェクタの配向の優れた制御を可能にし、エンドエフェクタに電力を与えてもよい。配向の最も優れた調節性および最高の器用さを可能にするために、2つの自由度の軸は互いに密接して、互いに垂直であってもよい。2つの軸の間の距離が大きいほど、手首の配向を調節しようとする場合により多くの平行移動が生じる。これは、典型的には望ましくなく、位置決め要素によって補償されなければならないのは平行移動であり、その結果、全体的に劣化した移動品質および器用さにつながる。

いくつかの実施形態では、2つの自由度の軸は、望ましくない平行移動を最小限に抑えるために、配列されてもよい。いくつかの実施形態では、手首要素は2自由度ボール継手を備え、その上に、エンドエフェクタが遠位に取り付けられている。いくつかの実施形態では、手首要素は、エンドエフェクタが遠位に結合される近接ヒンジのものと垂直な軸を備えた別のヒンジ継手が遠位に結合されたヒンジ継手を備えている。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、その長手軸周りの回転を行う回転継手を備えた第3のより近接継手を備えている。この追加の回転自由度は、人間の前腕の回内または回外がどのように手首または指の転動を可能にするかと同様に、エンドエフェクタをその長手軸周りで転動させることを可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、この追加の回転継手は、手首(転動自由度)がより高い器用さを有するように、その遠位端で長手軸周りにいくつかの回転を提供することが可能な位置決め要素を増補する。位置決め要素がその遠位端での長手軸周りの回転の適当な制御を行うことが不可能であるいくつかの実施形態では、追加の回転継手は、手首転動の高い器用さの制御を可能にする。

いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは一式の顎部を備え、その軸は配列され、組織、縫合糸、または針などの物体を把持するように設計されている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、電気メスシステムの一部として組織に電流を運ぶように設計されている。エンドエフェクタは、所要の外科的処置を行うのに必要なものを備えてもよい。

本開示のシステムは有利には、一式の位置決め要素、追加の外部自由度、および一式の手首要素を組合せ、それにより、患者の腹腔全体周りの移動を可能にして、ロボットアームが、外科的処置を上手く容易に行うために必要な高い器用さを提供するために、オペレータに望ましいあらゆる位置に位置決めおよび配向することが可能である。

図1は、位置決め要素、手首要素、支持管、およびトロカールを備えたロボットアームの一例を示している。

腹腔鏡手術を行うためのシステム
図2、図4Aおよび図4Bにより、腹腔鏡手術を行うためのシステム500が本明細書に提供されている。いくつかの実施形態では、システム500は一式のロボットアーム200、300を備えている。いくつかの実施形態では、システム500は、第1のロボットアーム200および第2のロボットアーム300を備えている。

いくつかの実施形態では、一式のロボットアーム200、300はそれぞれ、第1のシャフト210、第1のアクチュエータ220、第2のシャフト230、第2のアクチュエータ240、第3のシャフト250、第3のアクチュエータ260、およびエンドエフェクタ270を備えている。いくつかの実施形態では、第1のシャフト210は第1の対称軸211を有する。いくつかの実施形態では、第2のシャフト230は第2の対称軸231を有する。いくつかの実施形態では、第3のシャフト250は第3の対称軸251を有する。

いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータ220、第2のアクチュエータ240、第3のアクチュエータ260、またはそのいずれかの組合せは、約1つの自由度で作動する。いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータ220、第2のアクチュエータ240、第3のアクチュエータ260、またはそのいずれかの組合せは、約2つの自由度で作動する。いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータ220、第2のアクチュエータ240、第3のアクチュエータ260、またはそのいずれかの組合せは、約3つの自由度で作動する。いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータ220、第2のアクチュエータ240、および第3のアクチュエータ260は、腹腔鏡手術中に外科施術(例えば、焼灼、締付、切断、組織の操作、縫合、切開作成など)をシステム500が行うことを可能にするのに十分な関節の自由度を提供するために、制御されるように構成されている。

いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータ220は、第1の一次軸221周りで第1のシャフト210に対して第2のシャフト230を回転させる。いくつかの実施形態では、第2のアクチュエータ240は、第2の一次軸241周りで第2のシャフト230に対して第2のシャフト230を回転させる。いくつかの実施形態では、第3のアクチュエータ260は、第3の一次軸261周りで第3のシャフト250に対してエンドエフェクタ270を回転させる。いくつかの実施形態では、第1のアクチュエータ220はさらに、第1の一次軸221に垂直な第1の二次軸周りで第1のシャフト210に対して第2のシャフト230を回転させる。いくつかの実施形態では、第2のアクチュエータ240はさらに、第2の一次軸241に垂直な第2の二次軸周りで第2のシャフト230に対して第3のシャフト250を回転させる。いくつかの実施形態では、第3のアクチュエータ260はさらに、第3の一次軸261に垂直な第3の二次軸周りで第3のシャフト250に対してエンドエフェクタ270を回転させる。いくつかの実施形態では、システム500はさらに、トロカールを備え、カメラ400の位置決めアーム、2つ以上のアーム200、300の1つまたは複数の第1のシャフト210、または両方はトロカールに対して平行移動可能である。

いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ270は、中で腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内への挿入のために構成されている。

いくつかの実施形態では、一式のロボットアーム200、300は、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供する。いくつかの実施形態では、一式のロボットアーム200、300は、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する。いくつかの実施形態では、システム500は、挿入自由度、転動自由度、ピッチ自由度、およびヨーイング自由度から選択された、被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する。

いくつかの実施形態では、システム500はさらに、腹腔鏡外科施術を視覚化するために、被験者の体腔内への挿入用の少なくとも1つのカメラ400を備えている。いくつかの実施形態では、システム500はさらに、カメラ位置決めアーム410、および一次カメラ軸周りでカメラ位置決めアーム410に対して少なくとも1つのカメラ400を回転させるカメラアクチュエータ411を備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラ400は、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラ400は、腹腔鏡外科施術中に被験者の体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのカメラ400は、少なくとも1つの立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの立体カメラは、少なくとも1つの作動可能な立体カメラを備えている。いくつかの実施形態では、カメラ400は、フラッシュ、レンズ、フラッシュ、ライト、またはそのあらゆる組合せを備えている。いくつかの実施形態では、カメラ400は、立体カメラ、赤外線カメラ、光学カメラ、またはそのあらゆる組合せを備えている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ270は、ペンチ、グラスパー、針ドライバ、鉗子、またはそのあらゆる組合せである。いくつかの実施形態では、カメラアクチュエータ411はさらに、一次カメラ軸と垂直である二次カメラ軸周りでカメラ400位置決めアームに対してカメラ400を回転させる。いくつかの実施形態では、一次カメラ軸および二次カメラ軸は、カメラ位置決めアーム410の対称軸に垂直である。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、腹腔鏡手術中に被験者の体腔(例えば、腹部)内に挿入されるように構成された剛性医療用デバイスであってもよいトロカールを備えている。トロカールは、被験者の体腔を穿刺する、および/または被験者の体腔内に挿入されるように構成された鋭い点(例えば、鋭い三角点)を備え、それにより腹腔内アクセスを提供してもよい。別の方法では、トロカールは、被験者の体腔を穿刺する、および/または被験者の体腔内に挿入されるように構成された1つまたは複数の鋭い点(例えば、鋭い三角点)を備えた手首要素を支持し、それにより腹腔内アクセスを提供してもよい。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、(例えば、トロカールの長手軸に沿って)トロカールを通して挿入されてもよい支持管を備えている。支持管は、トロカールおよび位置決め要素および手首要素に機械的および構造的支持を与えるように構成されていてもよい。支持管は、位置決め要素および手首要素に(例えば、電気ケーブルを介して)電力または電気制御信号を提供するように構成されていてもよい。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、腹腔鏡手術中に所望の位置で手首要素を位置決めするように構成されてもよい1つまたは複数の位置決め要素を備えている。位置決め要素は、手首要素に関節の十分な自由度を提供するように構成されていてもよい。

いくつかの実施形態では、ロボットアームは、焼灼、締付、切断、組織の操作、縫合、切開作成などの外科施術を提供するように構成されていてもよい1つまたは複数の手首要素を備えている。

図3は、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されたロボットアームの一例を示す。360度視覚化および到達は、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された、ロボットアームの位置決め要素および/または手首要素によって可能にされてもよい。

図4A～図4Cは、右面動作構成(図4A)、前面動作構成(図4B)、および左面動作構成(図4C)によって図示されたような、前面および横面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された位置決め要素および/または手首要素を備えている。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されている。

図5A～図5Cは、上面動作構成(図5A)、前面動作構成(図5B)、および下面動作構成(図5C)によって図示されたような、正面、上面、下面、および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された位置決め要素および/または手首要素を備えている。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されている。

図6A～図6Cは、上面動作構成(図6A)、上面から背面動作構成への移行(図6B)、および背面動作構成(図6C)によって図示されたような、上面および背面で動作するように構成されたロボットアームの一例を示す。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された位置決め要素および/または手首要素を備えている。いくつかの実施形態では、ロボットアームは、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されている。

図7は、軸を備え、手術台によって支持される被験者(例えば、患者)の腹部周りで位置決め要素を平行移動させるロボット支持システム(RSS)の一例を示す。RSSは、腹腔鏡手術中にトロカール旋回点で被験者(例えば、患者)の体腔(例えば、腹部)内への(例えば、支持管、トロカール、位置決め要素、および手首要素を備えた)ロボットアームの位置決めおよび挿入を容易にしてもよい。RSSは、腹腔鏡手術中に患者の腹部内にロボットアームを挿入するために、(例えば、RSS挿入軸および/またはRSS転動軸に沿った)支持管の移動を制御するように構成されたモータユニットを備えてもよい。挿入は、挿入レールによって案内されてもよく、その移動はRSSによって(例えば、RSSピッチ軸および/またはRSSヨー軸に沿って)制御されてもよい。

図8A～図8Dは、挿入軸の側面図(図8A)、転動軸の側面図(図8B)、ピッチ軸の側面図(図8C)、およびヨー軸の上面図(図8D)を含む、RSSの様々な軸の一例を示す。図8Aは、(被験者の体腔の内側に)内部挿入軸および(被験者の体腔の外側に)外部挿入軸を含む、挿入軸の側面図を提供する。図8Bは、(被験者の体腔の内側に)内部転動軸および(被験者の体腔の外側に)外部転動軸を含む、転動軸の側面図を提供する。図8Cは、(被験者の体腔の内側に)内部ピッチ軸および(被験者の体腔の外側に)外部ピッチ軸を含む、ピッチ軸の側面図を提供する。図8Dは、(被験者の体腔の内側に)内部ヨー軸および(被験者の体腔の外側に)外部ヨー軸を含む、ヨー軸の上面図を提供する。

図9A～図9Bは、ヨーおよび挿入軸と位置決め要素の相対位置を調節することによって、2つの側面(左側:図9A、右側:図9B)から手術ターゲットに近づくためにロボットアームを使用する一例を示す。これらの図は、トロカールに対するロボットアームの前面図および側面図を示す。ロボットアームは、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されていてもよい。360度視覚化および到達は、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された、ロボットアームの位置決め要素および/または手首要素によって可能にされてもよい。

図10A～図10Bは、ヨーおよび挿入軸と位置決め要素の相対位置を調節することによって、2つの側面(左側:図10A、右側:図10B)から手術ターゲットに近づくためにロボットアームを使用する一例を示す。これらの図は、トロカールに対するロボットアームの(切開に向けた)背面図を示す。ロボットアームは、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されていてもよい。360度視覚化および到達は、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された、ロボットアームの位置決め要素および/または手首要素によって可能にされてもよい。

図11A～図11Dは、ヨーおよび挿入軸と位置決め要素のいくつかの相対位置を調節することによって、単一の切開から被験者の腹部を横切るためにロボットアームを使用する一例を示す。これらの図は、トロカールに対するロボットアームの前および側面図を示す。ロボットアームは、単一の切開からの球体内で見るおよび動作することが可能である、360度視覚化および到達のために構成されていてもよい。360度視覚化および到達は、腹腔鏡手術中に外科施術を行うのに十分な関節の自由度を提供するために制御されるように構成された、ロボットアームの位置決め要素および/または手首要素によって可能にされてもよい。

図12は、デバイスまたはシステムの構成部品の移動を含む、および/またはデバイスまたはシステムを使用して外科的処置を行う、本明細書に記載されたデバイスまたはシステムの動作を案内するようにプログラミングあるいは構成されたコンピュータシステム1201の一例を示す。コンピュータシステム1201は、例えば、(a)1つまたは複数のデバイスまたはシステム構成部品の移動、(b)1つまたは複数の位置決め要素、1つまたは複数の手首要素、および/または1つまたは複数のカメラの動作、(c)1つまたは複数のデバイスまたはシステム構成部品(例えば、1つまたは複数の位置決め要素、1つまたは複数の手首要素、および/または1つまたは複数のカメラ)の1つまたは複数のパラメータの調節、(d)デバイスまたはシステムの1つまたは複数の測定の演算評価、および(e)入力パラメータ、測定の結果、またはこれらのいずれかのあらゆる組合せを含む様々なパラメータの表示などの、本開示のシステム、方法、および媒体の様々な態様を調整する。

いくつかの実施形態では、コンピュータシステム1201は、ユーザの電子デバイス(例えば、スマートフォン、ラップトップ)であり、またはいくつかの実施形態では、電子デバイスに関して遠隔に配置されている。電子デバイスは、いくつかの実施形態では、モバイル電子デバイスである。

コンピュータシステム1201は、いくつかの実施形態では、シングルコアまたはマルチコアプロセッサ、または並列処理のための複数のプロセッサである、中央処理装置(CPU、本明細書では「プロセッサ」および「コンピュータプロセッサ」とも呼ぶ)1205を含む。コンピュータシステム1201はまた、メモリまたはメモリ位置1210(例えば、ランダムアクセスメモリ、読取専用メモリ、フラッシュメモリ)、電子記憶ユニット1215(例えば、ハードディスク)、1つまたは複数の他のシステムと通信するための通信インターフェース1220(例えば、ネットワークアダプタ)、およびキャッシュ、他のメモリ、データ記憶および/または電子ディスプレイアダプタなどの周辺デバイス1225を含む。メモリ1210、記憶ユニット1215、インターフェース1220、および周辺デバイス1225は、マザーボードなどの通信バス(実線)を通してCPU1205と通信している。記憶ユニット1215は、データを記憶するためのデータ記憶ユニット(またはデータレポジトリ)として構成されている。コンピュータシステム1201は、通信インターフェース1220の助けをかりてコンピュータネットワーク(「ネットワーク」)1230に動作可能に結合されている。ネットワーク1230は、インターネット、インターネットおよび/またはエクストラネット、またはインターネットと通信しているイントラネットおよび/またはエクストラネットである。ネットワーク1230はいくつかの実施形態では、遠隔通信および/またはデータネットワークである。ネットワーク1230は、クラウドコンピューティングなどの分散型コンピューティングを可能にする1つまたは複数のコンピュータサーバを含む。ネットワーク1230はいくつかの実施形態では、コンピュータシステム1201の助けをかりて、ピアツーピアネットワークを実施し、コンピュータシステム1201に結合されたデバイスがクライアントまたはサーバとして挙動することを可能にする。

CPU1205は、プログラムまたはソフトウェア内で具体化される、一連の機械読取可能命令を実行するように構成されている。命令は、メモリ1210などのメモリ位置に記憶される。命令は、CPU1205に案内され、その後、本開示の方法を実施するために、CPU1205をプログラミングあるいは構成する。CPU1205によって行われる動作の例として、フェッチ、復号、実行およびライトバックが挙げられる。

CPU1205は、集積回路などの回路の一部である。システム1201の1つまたは複数の他の構成部品は、回路内に含まれる。いくつかの実施形態では、回路は特定用途向け集積回路(ASIC)である。

記憶ユニット1215は、ドライバ、ライブラリおよび保存されたプログラムなどのファイルを記憶する。記憶ユニット1215は、ユーザデータ、例えば、ユーザ選択およびユーザプログラムを記憶する。コンピュータシステム1201はいくつかの実施形態では、イントラネットまたはインターネットを通してコンピュータシステム1201に通信している遠隔サーバ上に配置されたような、コンピュータシステム1201の外部である1つまたは複数の追加のデータ記憶ユニットを含む。

コンピュータシステム1201は、ネットワーク1230を通して1つまたは複数の遠隔コンピュータシステムと通信する。例えば、コンピュータシステム1201は、ユーザの遠隔コンピュータシステム(例えば、第2のコンピュータシステム、サーバ、スマートフォン、アイパッド(登録商標)、またはそのあらゆる組合せ)と通信する。遠隔コンピュータシステムの例としては、パーソナルコンピュータ(例えば、ポータブルPC)、スレートまたはタブレットPC(例えば、Apple(登録商標)iPad(登録商標)、Samsung(登録商標)Galaxy Tab)、電話、スマートフォン(例えば、Apple(登録商標)iPhone(登録商標)、Android対応デバイス、Blackberry(登録商標))、または携帯情報端末が挙げられる。ユーザは、ネットワーク1230を介してコンピュータシステム1201にアクセスする。

本明細書に記載されたような方法は、例えばメモリ1210または電子記憶ユニット1215上などの、コンピュータシステム1201の電子記憶位置に記憶される機械(例えば、コンピュータプロセッサ)実行可能コードにより実施される。機械実行可能または機械読取可能コードは、ソフトウェアの形で提供される。使用中、コードはプロセッサ1205によって実行される。いくつかの実施形態では、コードは記憶ユニット1215から読み出され、プロセッサ1205による即時のアクセスのためにメモリ1210上に記憶される。いくつかの状況では、電子記憶ユニット1215は除外され、機械実行可能命令がメモリ1210に記憶される。

コンピュータ実行可能コードなどの機械読取可能媒体は、これに限らないが、有形記憶媒体、搬送波媒体または物理的伝達媒体を含む多くの形をとる。不揮発性記憶媒体としては例えば、図面に示されたデータベースなどを実施するために使用されるような、あらゆるコンピュータなど内の記憶デバイスのいずれかなどの光学または磁気ディスクが挙げられる。揮発性記憶媒体としては、このようなコンピュータプラットフォームのメインメモリなどの動的メモリが挙げられる。有形伝達媒体としては、同軸ケーブル、コンピュータシステム内にバスを備えたワイヤを含む銅ワイヤおよび光ファイバが挙げられる。搬送波伝達媒体は、電気または電磁信号、または無線周波数(RF)および赤外線(IR)データ通信中に生成されるものなどの音響または光波の形をとる。コンピュータ読取可能媒体の一般的な形としてはしたがって、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、あらゆる他の磁気媒体、CD-ROM、DVDまたはDVD-ROM、あらゆる他の光学媒体、パンチカード、ペーパーテープ、穴のパターンを備えたあらゆる他の物理的記憶媒体、RAM、ROM、PROMおよびEPROM、FLASH-EPROM、あらゆる他のメモリチップまたはカートリッジ、搬送波輸送データまたは命令、このような搬送波を輸送するケーブルまたはリンク、またはそこからコンピュータがプログラミングコードおよび/またはデータを読み取るあらゆる他の媒体が挙げられる。コンピュータ読取可能媒体のこれらの形の多くは、1つまたは複数連の1つまたは複数の命令を実行のためにプロセッサに運ぶことに関与している。

コンピュータシステム1201はいくつかの実施形態では、例えば、腹腔鏡手術中にロボットアームの動作のグラフィカル表示または他の視覚化(例えば、画像データまたはビデオデータ)、ユーザによってまたはコントローラによって入力または調節される1つまたは複数のパラメータ、またはそのあらゆる組合せを提供するためのユーザインターフェース(UI)1240を備えた電子ディスプレイ1235を含む、またはこれと通信している。UIの例としては、これに限らないが、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)およびウェブベースユーザインターフェースが挙げられる。

本開示の方法およびシステムは、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のアルゴリズムにより実施される。アルゴリズムはいくつかの実施形態では、中央処理装置1205による実行の際にソフトウェアにより実施される。アルゴリズムは例えば、(a)1つまたは複数のデバイスまたはシステム構成部品の移動、(b)1つまたは複数の位置決め要素、1つまたは複数の手首要素、および/または1つまたは複数のカメラの動作、(c)1つまたは複数のデバイスまたはシステム構成部品(例えば、1つまたは複数の位置決め要素、1つまたは複数の手首要素、および/または1つまたは複数のカメラ)の1つまたは複数のパラメータの調節、(d)デバイスまたはシステムの1つまたは複数の測定の演算評価、および(e)入力パラメータ、測定の結果、またはこれらのいずれかのあらゆる組合せを含む様々なパラメータの表示などの、本開示のシステム、方法、および媒体の様々な態様を調整してもよい。

本発明の好ましい実施形態が本明細書に図示および記載されているが、このような実施形態は例としてのみ提供されていることが当業者には明らかだろう。多くの変形、変更および置換は、本発明から逸脱することなく当業者には分かるだろう。本明細書に記載された本発明の実施形態に対する様々な代替形態は、発明を実施する際に利用されることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造およびその等価物はそれによりカバーされることを意図している。

200 ロボットアーム
210 第1のシャフト
211 第1の対称軸
220 第1のアクチュエータ
221 第1の一次軸
230 第2のシャフト
231 第2の対称軸
240 第2のアクチュエータ
241 第2の一次軸
250 第3のシャフト
251 第3の対称軸
260 第3のアクチュエータ
261 第3の一次軸
270 エンドエフェクタ
300 ロボットアーム
400 カメラ
410 カメラ位置決めアーム
411 カメラアクチュエータ
500 システム
1201 コンピュータシステム
1205 中央処理装置
1210 メモリまたはメモリ位置
1215 記憶ユニット
1220 通信インターフェース
1225 周辺デバイス
1230 コンピュータネットワーク
1235 電子ディスプレイ
1240 ユーザインターフェース

Claims

それぞれが少なくとも1つのエンドエフェクタを備えた一式のロボットアーム、および少なくとも1つのカメラを備えた、腹腔鏡手術を行うためのシステムであって、
前記少なくとも1つの内部エンドエフェクタおよび前記少なくとも1つのカメラは、被験者の体腔内に挿入されながら前記腹腔鏡手術を行うために動作および視点の全範囲の運動および配向を提供するために、位置の調節の十分な自由度および配向の調節の十分な自由度を有する、
システム。
前記体腔は前記被験者の腹部である、
請求項1に記載のシステム。
動作および視野の前記全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向の前面、背面、側面、上面、下面、左面または右面方向を含む、
請求項1に記載のシステム。
動作および視野の前記全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向のいずれか2つの位置または方向の間で90度だけ調節される能力を含む、
請求項1に記載のシステム。
前記一式のロボットアームおよび/または前記少なくとも1つのカメラは、内部自由度を前記被験者の前記体腔周りで平行移動させることを可能にする外部自由度を含む、
請求項1に記載のシステム。
前記一式のロボットアームはそれぞれ、
(i)第1の対称軸を有する第1のシャフトと、
(ii)第2の対称軸を有する第2のシャフトと、
(iii)第3の対称軸を有する第3のシャフトと、
(iv)その中で腹腔鏡外科施術を行うための被験者の体腔内への挿入用のエンドエフェクタと、
(v)第1の一次軸周りで前記第1のシャフトに対して前記第2のシャフトを回転させる第1のアクチュエータと、
(vi)第2の一次軸周りで前記第2のシャフトに対して前記第2のシャフトを回転させる第2のアクチュエータと、
(vii)第3の一次軸周りで前記第3のシャフトに対して前記エンドエフェクタを回転させる第3のアクチュエータと、
を備えている、
請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
前記一式のロボットアームは、少なくとも2つのロボットアームを備えている、
請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
前記一式のロボットアームは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供する、
請求項1から7のいずれか一項に記載のシステム。
前記一式のロボットアームは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する、
請求項8に記載のシステム。
カメラ位置決めアーム、および一次カメラ軸周りで前記カメラ位置決めアームに対して前記少なくとも1つのカメラを回転させるカメラアクチュエータをさらに備えた、
請求項1から9のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも1つのカメラは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供するように構成されている、
請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも1つのカメラは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている、
請求項11に記載のシステム。
前記少なくとも1つのカメラは、少なくとも1つの立体カメラを備えている、
請求項1から12のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも1つの立体カメラは、少なくとも1つの作動可能な立体カメラを備えている、
請求項13に記載のシステム。
挿入自由度、転動自由度、ピッチ自由度、およびヨーイング自由度から選択された、前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する、
請求項1から14のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも1つのカメラは、フラッシュ、レンズ、フラッシュ、ライト、またはそのあらゆる組合せを備えている、
請求項1から15のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも1つのカメラは、立体カメラ、赤外線カメラ、光学カメラ、またはそのあらゆる組合せを備えている、
請求項1から16のいずれか一項に記載のシステム。
前記エンドエフェクタは、ペンチ、グラスパー、針ドライバ、鉗子、またはそのあらゆる組合せである、
請求項1から17のいずれか一項に記載のシステム。
前記カメラアクチュエータはさらに、前記一次カメラ軸と垂直である二次カメラ軸周りで前記カメラ位置決めアームに対して前記カメラを回転させる、
請求項10に記載のシステム。
前記一次カメラ軸および前記二次カメラ軸は、前記カメラ位置決めアームの対称軸に垂直である、
請求項10に記載のシステム。
前記第1のアクチュエータはさらに、前記第1の一次軸と垂直である第1の二次軸周りで前記第1のシャフトに対して前記第2のシャフトを回転させる、
請求項6から20のいずれか一項に記載のシステム。
前記第2のアクチュエータはさらに、前記第2の一次軸と垂直である第2の二次軸周りで前記第2のシャフトに対して前記第3のシャフトを回転させる、
請求項6から21のいずれか一項に記載のシステム。
前記第3のアクチュエータはさらに、前記第3の一次軸と垂直である第3の二次軸周りで前記第3のシャフトに対して前記エンドエフェクタを回転させる、
請求項6から22のいずれか一項に記載のシステム。
トロカールをさらに備えたシステムであって、前記カメラ位置決めアーム、2つ以上のアームの1つまたは複数の前記第1のシャフト、またはその両方は前記トロカールに対して平行移動可能である、
請求項6から23のいずれか一項に記載のシステム。
腹腔鏡手術を行うための方法であり、方法は、中で腹腔鏡外科施術を行うために被験者の体腔内に一式のロボットアームの少なくとも一部を挿入するステップを含み、前記一式のロボットアームはそれぞれ、少なくとも1つのエンドエフェクタおよび少なくとも1つのカメラを備え、前記少なくとも1つの内部エンドエフェクタおよび前記少なくとも1つのカメラは、被験者の体腔内に挿入しながら、前記腹腔鏡手術を行うための動作および視野の全範囲の運動および配向を提供するために、位置の調節の十分な自由度および配向の調節の十分な自由度を有する、
方法。
前記体腔は前記被験者の腹部である、
請求項25に記載の方法。
動作および視野の前記全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向の前面、背面、側面、上面、下面、左面または右面方向を含む、
請求項25に記載の方法。
動作および視野の前記全範囲の運動および配向は、動作および視野の運動または配向のいずれか2つの位置または方向の間で90度だけ調節される能力を含む、
請求項25に記載の方法。
前記一式のロボットアームおよび/または前記少なくとも1つのカメラは、内部自由度を前記被験者の前記体腔周りで平行移動させることを可能にする外部自由度を含む、
請求項25に記載の方法。
前記一式のロボットアームはそれぞれ、
(i)第1の対称軸を有する第1のシャフトと、
(ii)第2の対称軸を有する第2のシャフトと、
(iii)第3の対称軸を有する第3のシャフトと、
(iv)その中で腹腔鏡外科施術を行うための被験者の体腔内への挿入用のエンドエフェクタと、
(v)第1の一次軸周りで前記第1のシャフトに対して前記第2のシャフトを回転させる第1のアクチュエータと、
(vi)第2の一次軸周りで前記第2のシャフトに対して前記第2のシャフトを回転させる第2のアクチュエータと、
(vii)第3の一次軸周りで前記第3のシャフトに対して前記エンドエフェクタを回転させる第3のアクチュエータと、
を備えている、
請求項25から29のいずれか一項に記載の方法。
前記一式のロボットアームは、少なくとも2つのロボットアームを備えている、
請求項25から30のいずれか一項に記載の方法。
前記一式のロボットアームは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供する、
請求項25から31のいずれか一項に記載の方法。
前記一式のロボットアームは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する、
請求項32に記載の方法。
前記一式のロボットアームは、カメラ位置決めアーム、および一次カメラ軸周りで前記カメラ位置決めアームに対して前記少なくとも1つのカメラを回転させるカメラアクチュエータをさらに備えた、
請求項25から33のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも1つのカメラは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも1つの自由度を提供するように構成されている、
請求項25から34のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも1つのカメラは、前記腹腔鏡外科施術中に前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供するように構成されている、
請求項35に記載の方法。
前記少なくとも1つのカメラは、少なくとも1つの立体カメラを備えている、
請求項25から36のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも1つの立体カメラは、少なくとも1つの作動可能な立体カメラを備えている、
請求項37に記載の方法。
前記システムは、挿入自由度、転動自由度、ピッチ自由度、およびヨーイング自由度から選択された、前記被験者の前記体腔の内部である関節の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、または13以上の自由度を提供する、
請求項25から38のいずれか一項に記載の方法。
前記カメラは、フラッシュ、レンズ、フラッシュ、ライト、またはそのあらゆる組合せを備えている、
請求項25から39のいずれか一項に記載の方法。
前記カメラは、立体カメラ、赤外線カメラ、光学カメラ、またはそのあらゆる組合せを備えている、
請求項25から40のいずれか一項に記載の方法。
前記エンドエフェクタは、ペンチ、グラスパー、針ドライバ、鉗子、またはそのあらゆる組合せである、
請求項25から41のいずれか一項に記載の方法。
前記カメラアクチュエータはさらに、前記一次カメラ軸と垂直である二次カメラ軸周りで前記カメラ位置決めアームに対して前記カメラを回転させる、
請求項34に記載の方法。
前記一次カメラ軸および前記二次カメラ軸は、前記カメラ位置決めアームの対称軸に垂直である、
請求項34に記載の方法。
前記第1のアクチュエータはさらに、前記第1の一次軸と垂直である第1の二次軸周りで前記第1のシャフトに対して前記第2のシャフトを回転させる、
請求項30から44のいずれか一項に記載の方法。
前記第2のアクチュエータはさらに、前記第2の一次軸と垂直である第2の二次軸周りで前記第2のシャフトに対して前記第3のシャフトを回転させる、
請求項30から45のいずれか一項に記載の方法。
前記第3のアクチュエータはさらに、前記第3の一次軸と垂直である第3の二次軸周りで前記第3のシャフトに対して前記エンドエフェクタを回転させる、
請求項30から46のいずれか一項に記載の方法。
前記一式のロボットアームはトロカールをさらに備え、前記カメラ位置決めアーム、2つ以上のアームの1つまたは複数の前記第1のシャフト、またはその両方は前記トロカールに対して平行移動可能である、
請求項30から47のいずれか一項に記載の方法。
(a)請求項1から24のいずれか一項に記載のシステムと、
(b)前記システムに電力を提供するモータと、
(c)前記モータに結合されたガントリーと、
を備えた、プラットフォーム。
前記モータは、
(a)カメラアクチュエータ、
(b)第1のアクチュエータ、
(c)第2のアクチュエータ、および
(d)第3のアクチュエータの1つまたは複数に電力を提供する、
請求項49に記載のプラットフォーム。
前記ガントリーは、回転可能継手および平行移動可能継手の1つまたは複数によって前記モータに結合する、
請求項49または50に記載のプラットフォーム。
手術台をさらに備えた、請求項49から51のいずれか一項に記載のプラットフォーム。
前記カメラから画像を受信するディスプレイをさらに備えた、請求項49から52のいずれか一項に記載のプラットフォーム。
前記ディスプレイはヘッド取付ディスプレイである、請求項53に記載のプラットフォーム。
前記モータに作動コマンドを提供する入力をさらに備えた、請求項49から54のいずれか一項に記載のプラットフォーム。