JP6246800B2 - 手術システム用の器具運搬アセンブリ - Google Patents
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Description
本出願は、2012年6月1日に出願された、米国仮出願第61/654,391号の利益を主張する。当該米国仮出願の全部は、参照により本明細書に取り込まれる。
ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるロボットアセンブリが開示される。ロボットアセンブリは、コンパクトなパターンで共通のモータハウジング内に組み込まれる複数の駆動モータを含む。多くの実施形態において、駆動モータは、隣接する複数の駆動モータの間の干渉を抑止する(inhibit)磁束シールドを有する。結果として、駆動モータは、独立して駆動されて、手術器具の他の部分の意図しない関節の動き(articulation)を生じさせることなく、手術器具の対応する部分の関節を動かすことができる。多くの実施形態において、手術器具の関節を動かすことを可能にするために使用される出力結合器の方向を直接的にモニタ(又は監視若しくは測定)する、センサアセンブリが含まれる。結果として、出力結合器の絶対的な方向が容易に決定又は測定されることができる。これは、例えば、電源異常の後のような特定の状況において要求され得るように、手術システムを再設定する場合に有用な能力である。加えて、多くの実施形態において、開示されるロボットアセンブリは、高い作動電力及びコンパクトなアセンブリからの動きの無制限の作動範囲を提供し、それにより、例えば手術用ステープラ及び血管シーラーのような進歩した手術器具と共に使用することを可能にする。
多くの実施形態において、一つ以上の磁束シールドは、複数のモータの間及び/又はモータとセンサアセンブリとの間の磁気的な干渉を抑止又は阻止するために、磁束を有効に包む又は封じ込めるように構成及び配置されている。多くの実施形態において、鉄のリングが磁束シールドとして使用される。多くの実施形態において、複数の駆動モータのうちの一つ以上は、その駆動モータの向かい合う端部に配置された二つの磁束シールドを有する。複数の磁束シールドのそれぞれは、鉄、コバルト又はニッケルの少なくとも一つを含む軟磁性材料で作られたリングを有してもよい。いくつかの実施形態において、磁束シールドは、一つよりも多いモータの磁束遮蔽機能を提供するモノリシックな鉄の構成要素であってもよい。いくつかの実施形態において、二つのそのようなモノリシックなシールドが提供され、一つのシールドは二つ以上のモータ(例えば2つ、3つ、4つ、5つ等)の一方の端部のための遮蔽機能を提供し、一方で第二のシールド構成要素は同一の二つ以上のモータの向かい合う端部のための遮蔽機能を提供する。
他の態様において、ロボットアセンブリに取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリが開示される。ロボットアセンブリは、器具保持ベース部材、モータハウジング、運搬部駆動機構、5つの駆動モータ、5つのギヤボックス、5つの出力駆動結合器及び5つのセンサアセンブリを有する。モータハウジングは、器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられている。運搬部駆動機構は、モータハウジングを、手術器具の挿入軸に沿って器具保持ベース部材に対して選択的に移動させるように機能することができる。複数の駆動モータのそれぞれは、モータハウジングに組み込まれている。複数のギヤボックスのそれぞれは、複数の駆動モータのうちの一つと駆動結合されている。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、複数のギヤボックスのうちの対応する一つに駆動結合されている。複数の出力駆動結合器のそれぞれは、対応する手術器具の入力駆動結合器に駆動結合するように構成されている。いくつかの実施形態において、この駆動機能は、無菌の手術器具からの非無菌の駆動結合器の分離を提供する、中間の機械的無菌アダプタ結合デバイスを通して提供される。各センサアセンブリは、位置センサ及びセンサシャフトを含む。各センサシャフトは、位置センサを、対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して、複数の出力結合器のうちの対応する一つに駆動結合させる。各センサシャフトは、対応する出力駆動結合器と同調して回転する対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される。
ここから、同様な参照数字はいくつかの図面を通じて同様な部品を代表する、複数の図面を参照すると、図1は低侵襲ロボット手術システム(MIRS)10の平面図である。低侵襲ロボット手術システム10は、手術台14上に横になった患者12への低侵襲診断又は外科的処置のために典型的に使用される。システムは、処置の間外科医18によって使用されるための外科医用コンソール16を含んでもよい。一人又はそれ以上の助手20も処置に参加することができる。MIRSシステム10は、患者側カート(手術ロボット)22及び電子カート24を更に有してもよい。患者側カート22は、外科医18がコンソール16を通して手術部位を観察している間、患者12の体の低侵襲な切開を通じて、少なくとも一つの取り外し可能に連結されたツールアセンブリ26(以下、単に“ツール”を呼ぶ)を操作することができる。手術部位の画像は、内視鏡28によって取得される。内視鏡28は、例えば内視鏡28の向きを変えるように患者側カート22によって操作され得る、立体視内視鏡である。電子カート24は、処理に続く外科医用コンソール16を通じた外科医18への画像表示のために、手術部位の画像を処理するために使用されることができる。一度に使用される手術ツール26の数は一般的に、その他の要素の中でもとりわけ、その診断又は外科的処置及び手術室内の空間の制約に依存する。ある処置の間に、使用中の複数のツール26のうちの一つ以上を交換することが必要な場合は、助手20は患者側カート22からツール26を取り外し、手術室内のトレイ30からの他のツール26に交換することができる。
図6及び図7は、運搬アセンブリ72及び器具保持アセンブリ74を含む、多くの実施形態によるロボットアセンブリ70を示す。器具保持アセンブリ74は、器具保持ベース部材76及びスパーフィッティング78を含み、スパーフィッティング78は、器具保持ベース部材76にスライド可能に取り付けられている。運搬アセンブリ72は、スパーフィッティング78に取り付けることができる。器具保持アセンブリ74は、運搬部駆動機構(図示なし)を含む。運搬部駆動機構は、器具保持ベース部材76に沿ってスパーフィッティング78を選択的に移動させるように機能することができる。それにより、運搬部駆動機構は、運搬アセンブリ72を器具保持ベース部材76に沿って、運搬アセンブリ72に取り付けられる手術器具(図示なし)の挿入軸に沿って移動させることができる。
Claims (32)
- 取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリであって、当該ロボットアセンブリは、
器具保持ベース部材、
該器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられた、モータハウジング、
該モータハウジングを、前記手術器具の挿入軸に沿って前記器具保持ベース部材に対して選択的に移動させることができる、運搬部駆動機構、
複数の駆動モータであり、各駆動モータは前記モータハウジングに組み込まれており、一つ以上の駆動モータは磁束シールドを有する、駆動モータ、及び
複数の出力駆動結合器であり、各出力駆動結合器は、複数の駆動モータの対応する一つと駆動結合しており、各出力駆動結合器は、対応する前記手術器具の入力駆動結合器と駆動結合するように構成されている、出力駆動結合器、
を有し、
前記複数の駆動モータのうちの第一駆動モータは第一端及び第二端の間に延び、前記第一駆動モータは、前記第一端の第一磁束シールド及び前記第二端の第二磁束シールドを有し、前記第一磁束シールドは、磁束から遮蔽されない前記第一駆動モータの部分が前記第一磁束シールドと前記第二磁束シールドとの間に存在するように、前記第二磁束シールドから空間的に離れている、
ロボットアセンブリ。 - 前記駆動モータの少なくとも一つは、ブラシレス構成要素モータを含む、請求項1記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータの少なくとも一つは、0.00883ニュートンメートル/平方根(ワット)(N・M/sqrt(Watt))よりも大きいか又は等しい、台形整流モータ定数を有するブラシレス構成要素モータを含む、請求項2記載のロボットアセンブリ。
- 前記磁束シールドは、鉄、コバルト又はニッケルの少なくとも一つを含む軟磁性材料で作られたリングを有する、請求項1記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータの少なくとも一つは、前記駆動モータの向かい合う端部に配置された二つの磁束シールドを有する、請求項1記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータのそれぞれは、前記駆動モータの向かい合う端部に配置された二つの磁束シールドを有する、請求項1記載のロボットアセンブリ。
- 前記磁束シールドのぞれぞれは、鉄のリングを有する、請求項6記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータの二つは、5mm未満の差だけ離されている、請求項1記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータの二つは、2mm未満の差だけ離されている、請求項8記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータは、5つの駆動モータを含み、
該5つの駆動モータのそれぞれは、他の駆動モータの少なくとも二つと、5mm未満の差だけ離されている、
請求項1記載のロボットアセンブリ。 - 前記5つの駆動モータのそれぞれは、他の駆動モータの少なくとも二つと、2mm未満の差だけ離されている、請求項10記載のロボットアセンブリ。
- 取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリであって、当該ロボットアセンブリは、
器具保持ベース部材、
該器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられた、モータハウジング、
該モータハウジングを、前記手術器具の挿入軸に沿って前記器具保持ベース部材に対して選択的に移動させることができる、運搬部駆動機構、
複数の駆動モータであり、各駆動モータは前記モータハウジングに組み込まれている、複数の駆動モータ、
複数のギヤボックスであり、各ギヤボックスは前記駆動モータの一つと駆動結合している、ギヤボックス、
複数の出力駆動結合器であり、各出力駆動結合器は、複数のギヤボックスの対応する一つと駆動結合しており、各出力駆動結合器は、対応する前記手術器具の入力駆動結合器と駆動結合するように構成されている、出力駆動結合器、
位置センサ、センサ目標、及び該センサ目標を対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して前記出力駆動結合器の対応する一つと駆動結合させるセンサシャフトを含む、センサアセンブリであり、前記センサシャフトは、前記対応する出力駆動結合器と同調して回転する対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される、センサアセンブリ、
を有する、ロボットアセンブリ。 - 前記位置センサは、前記センサ目標を光学的に読み取る、請求項12記載のロボットアセンブリ。
- 複数のセンサアセンブリを有し、各センサアセンブリは、位置センサ、センサ目標、及び該センサ目標を対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して前記出力駆動結合器の対応する一つと駆動結合させるセンサシャフトを有し、各センサシャフトは、前記対応する出力駆動結合器と同調して回転する対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される、請求項12記載のロボットアセンブリ。
- 前記センサシャフトと前記出力駆動結合器との間のギヤ比は正確に1:1である、請求項12記載のロボットアセンブリ。
- 前記モータの少なくとも一つと対応する出力駆動結合器との間のギヤ比は40:1よりも小さい、請求項12記載のロボットアセンブリ。
- 前記出力ギヤボックスのそれぞれは、二つ以下のギヤ減速段階を有する、請求項12記載のロボットアセンブリ。
- 前記駆動モータは、前記位置センサ及び前記出力駆動結合器との間に配置されている、請求項14記載のロボットアセンブリ。
- 前記センサシャフトのそれぞれは、前記対応する外側ハウジングの前記開口部を通って延びるセンサシャフトギヤを介して、対応する出力駆動結合器に駆動結合され、前記対応する出力駆動結合器と同調して回転する出力ギヤに係合する、請求項18記載のロボットアセンブリ。
- 前記センサシャフトギヤの二つは、前記センサシャフトの回動軸に平行なシャフト方向に沿って重なり合い、
前記対応する開口部及び出力ギヤの一つ以上は、前記センサシャフトギヤの前記シャフト方向に沿った重なり合いに適合可能であるように構成される、
請求項19記載のロボットアセンブリ。 - 前記ギヤボックスは遊星ギヤボックスを含む、請求項12記載のロボットアセンブリ。
- 前記遊星ギヤボックスは軸受を有し、該軸受は、該軸受の内輪の回動軸が、該軸受の外輪の回動軸と不正確に配列されることを防ぐように、モーメントに反作用するように構成されている、請求項21記載のロボットアセンブリ。
- 前記軸受は、二つの転動体の列を有する、請求項22記載のロボットアセンブリ。
- 前記遊星ギヤボックスは運搬ギヤを有し、該運搬ギヤは、開口部を通って延びるセンサシャフトギヤによって係合される外部ギヤ歯を有し、前記センサシャフトギヤは、前記センサシャフトに駆動結合されている、請求項21記載のロボットアセンブリ。
- 取り付けられた手術器具を支持、挿入、引き戻し及び作動させるように構成されたロボットアセンブリであって、当該ロボットアセンブリは、
器具保持ベース部材、
該器具保持ベース部材に移動可能に取り付けられた、モータハウジング、
該モータハウジングを、前記手術器具の挿入軸に沿って前記器具保持ベース部材に対して選択的に移動させることができる、運搬部駆動機構、
5つの駆動モータであり、各駆動モータは前記モータハウジングに組み込まれており、各駆動モータは磁束シールドを有する、駆動モータ、
5つのギヤボックスであり、各ギヤボックスは、前記駆動モータの一つと駆動結合された、ギヤボックス、
5つの出力駆動結合器であり、各出力駆動結合器は前記ギヤボックスの対応する一つに駆動結合され、各出力駆動結合器は、対応する前記手術器具の入力駆動結合器に駆動結合するように構成された、出力駆動結合器、及び
5つのセンサアセンブリであり、各センサアセンブリは位置センサ、及び該位置センサを対応するギヤボックスの外側ハウジングの開口部を通して前記出力結合器の対応する一つに駆動結合させるセンサシャフトを含み、該センサシャフトは、前記対応する出力駆動結合器と同調して回転する対応するギヤボックスの出力リンクによって駆動される、センサアセンブリ、
を有する、ロボットアセンブリ。 - 前記出力駆動結合器の軸の一つ以上は、前記挿入軸に対して実質的に平行である、請求項25記載のロボットアセンブリ。
- 前記出力駆動結合器は、4つの角部出力駆動結合器及び該4つの角部出力駆動結合器の間に配置された一つの中央出力駆動結合器を含むパターンで配列されている、請求項25記載のロボットアセンブリ。
- 最大で二つの出力駆動結合器が、前記モータハウジングの幅方向に重ねられている、請求項25記載のロボットアセンブリ。
- 0mmから20mmの分離距離で器具のRFIDタグを読み取るように構成された、無線周波数識別(RFID)アンテナモジュールを更に有する、請求項25記載のロボットアセンブリ。
- 5つのセンサアセンブリの5つの位置センサを含む回路基板を有する、請求項25記載のロボットアセンブリ。
- 前記回路基板は5つの回転子位置センサを更に有し、各回転子位置センサは、前記5つの駆動モータの対応する一つの回転子の角度位置をモニタするように構成されている、請求項30記載のロボットアセンブリ。
- 前記挿入軸から最も離れた二つの前記出力駆動結合器のそれぞれは、二本指の手術器具の対応する指部を作動させるために使用され、二本の指部の相対的な動きは協力して、前記二本指の手術器具の手術用エンドエフェクタの握る動作及びヨー動作の両方を提供する、請求項25記載のロボットアセンブリ。
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