JP6342418B2 - 低侵襲外科手術のための外科手術用器具の保持及び位置決め装置及び／又は内視鏡及びロボット外科手術システム - Google Patents

Description

本発明は、低侵襲外科手術のための、さらにとりわけ腹腔鏡手術のための、外科手術用器具の保持及び位置決め装置、及び、ロボット外科手術システム又は遠隔マニピュレータに関する。

低侵襲外科手術のための、とりわけ腹腔鏡手術のための、ロボットシステム又は遠隔マニピュレータは、例えば外科手術用器具、内視鏡及びカメラのような、通常外科医によって手で案内される手術用器具を、電動位置決めに置き換える。用いられる手術用器具は、１以上のトロカールを介して患者の内部へ案内される。トロカールは、低侵襲外科手術を行う外科医が患者の体腔（通常は腹腔又は胸腔）への通路を形成するのに用いられる器具を意味する。この通路は、チューブにより開いて保持される。ロボットシステムで提供される動作機構及び制御ロジックを備えることにより、器具の軸（ｚ）に沿った手術用器具の並進運動のみならず、手術用器具が枢支点周りに２自由度（ｘ，ｙ）で運動することが可能になる。２自由度（ｘ，ｙ）の運動の不動点が枢支点と呼ばれる。この枢支点は、理想的には、患者の腹壁を通るトロカールの貫通点又はその近傍に位置する。トロカールの周囲の組織への生体力学的ストレスができるだけ低くなるよう手術器具の動きを制限するために、ロボットシステムの制御ロジックでは枢支点がわかっていなければならない、すなわち枢支点は運動機構の構造設計により画定されなければならない。

現時点での技術水準のロボットシステムは、手術用器具のアクティブ動作を有するロボットアームに基盤を置き、大きな設置空間を必要とする一方、典型的な実施の形態が原因で、ロボットアームの動作シーケンスの結果として、衝突を避けることが難しい。

低侵襲外科手術の間、少なくとも２つの、概して３つから４つの、把持具、はさみ、針保持具、解剖器具のような手術用器具、及び、カメラ又は内視鏡が用いられる。これらの各手術用器具は、分割トロカールを介して患者の体の内部へ案内される。これは、用いられる各手術用器具のために、ロボットアームの位置及び器具のアクティブ動作を制御するロボットアームがあることを意味する。

現時点での技術水準の解決法による不都合は、構造が大きな空間を必要とすることにより、器具の位置決め性が制限され、また、手術室のスタッフ、例えば補助医師及び手術室の看護師、による患者への接近は、限られた範囲でしか可能でないことである。

さらなる不都合は、既知のシステムの不変点は、常に必然的にトロカール及びロボットアームの間の機械的連結により形成されることである。

したがって、本発明の目的は、外科手術用器具の位置決め用のマニピュレータアーム、及び、高い可変性を提供し、小さな設置空間しか必要とせず、その設計からして小さく単純であり、任意には、トロカールをマニピュレータアームに機械的に連結すること、又は、トロカールのマニピュレータアームへのこの機械的連結なしに取り扱うこと、の両方を可能にするロボット手術システム、を提供することである。

本発明のさらなる目的は、マニピュレータアームの保持装置のための予備位置決めの調整の範囲が大きいロボットシステムを提供することである。したがって、マニピュレータアームのために２つ又はそれより多い保持装置を用いたときの、互いに対する柔軟な位置決め可能性を向上させることが可能である。

これらの目的は、請求項１の特徴による本発明により達成される。請求項１の特徴による本発明は、低侵襲外科手術のための、とりわけロボット外科手術システムとともに用いるための、外科手術用器具及び／又は内視鏡の保持及び位置決め装置であって、
第１の回転軸を有し、保持要素が前記第１の回転軸周りに回転可能に設けられ、前記第１の回転軸は枢支点において少なくとも１つの外科手術用器具及び／又は内視鏡の長手方向軸に常に交差し、リニアアクチュエータが前記保持要素に取り付けられ、器具駆動ユニットがリニアアクチュエータにより前記枢支点周りに回転可能とされ、
さらに、前記器具駆動ユニット上に伸縮装置が設けられ、これにより、前記外科手術用器具及び／又は前記内視鏡は、ガイド装置により、その長手方向軸に沿って体内へ並進移動でき、前記外科手術用器具及び／又は前記内視鏡の前記長手方向軸は、伸縮装置に対して可変に調整可能である。

これらの目的は、さらに、請求項１１の特徴による本発明により達成される。請求項１１の特徴による本発明は、いくつかのロボットアームを有するロボット外科手術システムであって、低侵襲外科手術のための少なくとも１つの外科手術用器具及び／又は内視鏡が設けられ、少なくとも２つの保持及び位置決め装置が、前記保持及び位置決め装置に対して実質的に横に延びる保持支持システムに取り付けられ、前記保持支持システムは、いずれの場合にも各保持及び位置決め装置のための１つの連結点で構成され、いずれの場合にも前記連結点は堅く又は継手を介してのどちらかで互いに接続される。

本発明及び従属請求項による本発明のロボット外科手術システムのさらに有利な実施の形態は、外科手術用器具のアクティブ位置決めのためのマニピュレータアームと同様である。これは、とりわけ、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明の外科手術用器具のマニピュレータアームが、ロボットシステムに結合され得る又は取り付けられ得ることにより示される。本発明では、ロボットシステム及び遠隔マニピュレータの用語は、同じ意味で使用され得る。

前記器具駆動ユニットは、器具枢支点により前記伸縮装置上に回転可能に取り付けられ、前記伸縮装置の伸縮長手方向軸は、リニアアクチュエータ（５）により、前記外科手術用器具及び／又は前記内視鏡の前記長手方向軸に対して可変であると、有利である。

本発明のさらなる実施の形態では、前記伸縮装置は、いくつかの伸縮要素を有し、前記伸縮長手方向軸は、最も調整の範囲が大きい伸縮要素上に配置される、ようになされる。

好ましい実施の形態では、前記ガイド装置は、少なくとも１つの器具ガイドを有し、前記外科手術用器具及び／又は前記内視鏡のシャフトが前記器具ガイドを通って延びる。

前記リニアアクチュエータは、リニアアクチュエータ位置決め点により前記伸縮装置に取り付けられ、前記器具支持ユニットの前記枢支点周りの回転運動が生じ、連結装置が、前記保持要素に堅く接続された連結枢支点を有すると、とりわけ有利である。前記枢支点周り及び前記連結枢支点周りの両方についての、前記器具及び／又は内視鏡を有する前記器具支持ユニットの回転により、前記保持要素が、前記枢支点に対して実質的に一定に配置されることが可能となる。

好ましい実施の形態では、前記保持及び位置決め装置は、前記器具駆動ユニットは、前記外科手術用器具及び／又は前記内視鏡をいくつかの自由度で動かし、前記器具駆動ユニットは、前記保持要素及び前記リニアアクチュエータを通って案内される制御及び供給線により制御ユニットを介して、外科医により制御される、ように構成される。

前記第１の回転軸は、とりわけ、前記外科手術用器具及び／又は前記内視鏡を制御する駆動ユニットが設けられることにより形成され、前記駆動ユニットはロボットアームに取り付けられることができ、さらに、前記駆動ユニットと前記保持要素との間にピボット継手が設けられる。

さらなる実施の形態では、連結要素が前記保持要素に取り付けられ、前記連結要素は前記枢支点において前記器具ガイドの遠位端に回転可能に接続される、ようになされる。これにより、前記枢支点は、前記保持要素に対してさらに機械的に予め規定され、その結果、前記枢支点のさらなる固定が可能となる。

さらに、本発明は、いくつかの外科手術用器具が１つのトロカールを通って体内へ案内され、別個の器具駆動ユニットが各外科手術用器具用に設けられ、とりわけ前記外科手術用器具は長手方向に湾曲して設計される、ように拡張され得る。

前記保持要素が、予備位置決め装置によりその開始位置に合わせられ、予備位置決め装置は、１以上の予備位置決め要素を有し、予備位置決め要素は、いずれの場合にも少なくとも１つの回転軸を介したそれらの位置についてプリセットされることができ、とりわけ４つの予備位置決め要素は、直列で互いに対して可変である位置についてプリセットされることができる場合、前記保持及び位置決め装置は、所望の位置にプリセットされ得る。

本発明の前記ロボット外科手術システムは、さらに、前記保持支持システムが、連結支持接続部により、可動に配置され得る、又は、固定された又は可動な手術台に対して予め配置される固定支持部に対して支持するための実質的に垂直に延びる主支持装置に接続される、ように発展し得る。

本発明のさらなる実施の形態では、前記ロボット外科手術システムは、中央制御ユニットを有し、前記中央制御ユニットは、対応する外科手術用器具及び／又は内視鏡を有する各保持及び位置決め装置に接続され、且つ、外科医の制御データの形のコマンドの入力のための操作ユニットに連結され、操作ユニットは、可視化ユニットにより、１以上の内視鏡からの画像データを表示する。

加えて、前記制御ユニット及び前記操作ユニットは、可動手術台に連結され、前記画像データ及び前記制御データの両方は、前記保持及び位置決め装置及び前記手術台の所定の位置に基づいて処理されると有利である。

本発明は、純粋に例として、添付した図面により実現される。

図１ａは、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置と、第２の回転軸を実現する構造的装置との間の連結要素を含む、枢支取付けされた駆動ユニットを介して伸縮伸長部に接続された外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの概略図である。 図１ｂは、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置と、第２の回転軸を実現する構造的装置との間の連結要素を含む、枢支取付けされた駆動ユニットを介して伸縮伸長部に接続された外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの概略図である。 図２ａは、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置と、第２の回転軸を実現する構造的装置との間の連結要素を含む、枢支取付けされた駆動ユニットを介して伸縮伸長部に接続された外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームのさらなる概略図であり、第２の回転軸周りの連結継手による回転運動を生み出すための併進運動が示されている。 図２ｂは、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置と、第２の回転軸を実現する構造的装置との間の連結要素を含む、枢支取付けされた駆動ユニットを介して伸縮伸長部に接続された外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームのさらなる概略図であり、第２の回転軸周りの連結継手による回転運動を生み出すための併進運動が示されている。 図３ａは、図１ａの連結要素を有しない、枢支取付けされた駆動ユニットを介して伸縮伸長部に接続された外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの概略図である。 図３ｂは、図１３の連結要素を有しない、枢支取付けされた駆動ユニットを介して伸縮伸長部に接続された外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの概略図である。 図４は、図１の連結要素を有しない、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの概略図であり、第２の回転軸周りの連結継手による回転運動を生み出すための併進運動、及び、器具駆動ユニットの連結が示されている。 図５ａは、伸縮アームが右にある実施の形態における、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの上面図である。 図５ｂは、伸縮アームが左にある実施の形態における、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの上面図である。 図６は、伸縮アームが右にあり且つ伸縮アームが左にある、シングルポートのトロカールを共有して用いる実施の形態における、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームの概略図である。 図７は、本発明の柔軟に調整可能な支持構造の概略図である。 図８は、本発明の予備位置決め装置の概略図である。 図９は、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームが取り付けられた、本発明の予備位置決め装置が取り付けられた、本発明の柔軟に調整可能な支持構造の概略図である。 図１０は、いずれの場合にも外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームに取り付けられた、本発明の予備位置決め装置を合計４つ有する、本発明の柔軟に調整可能な支持構造が取り付けられた、上位の運搬システムの概略側面図である。 図１１は、いずれの場合にも外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームに取り付けられた、本発明の予備位置決め装置を合計４つ有する、本発明の柔軟に調整可能な支持構造が取り付けられた、上位の運搬システムの概略正面図である。 図１２は、例えば腹腔鏡手術のような低侵襲外科手術に用いるためのロボット外科手術システム内の上位の運搬システムの使用の概略全体図である。 図１３ａは、本発明の器具ガイド装置が伸縮伸長部に取り付けられた、マニピュレータアームの概略図である。 図１３ｂは、本発明の器具ガイド装置が伸縮伸長部に取り付けられた、図１３ａのマニピュレータアームの、別の角度から見たさらなる概略図である。 図１４ａは、ガイド装置９０の連結についての図１３ａ及び図１３ｂの実施の形態の一部を概略的に示す。 図１４ｂは、ガイド装置９０の連結についての図１３ａ及び図１３ｂの実施の形態の一部を概略的に示す。 図１５ａは、図１４ａ及び図１４ｂに対して、移動された外科手術用器具９の位置を示す。 図１５ｂは、図１４ａ及び図１４ｂに対して、移動された外科手術用器具９の位置を示す。

本発明は、図面を参照して例として以下に詳細に説明される。

図１ａ、図２ａ、図１ｂ及び図２ｂは、外科手術用器具９を通して案内するためのガイド装置１０と、第２の回転軸を実現する構造的装置４との間の連結要素１２を含む、外科手術用器具９のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームを示す。低侵襲の腹腔鏡手術中、概して４つの手術用器具が使用される。３つは外科手術用器具であり、１つはカメラまたは内視鏡である。手術用器具は、遠隔マニピュレータシステムを介して外科医により制御される。したがって、本発明では、好ましくは、システム内にマニピュレータアームが４つある。しかしながら、本発明では、１〜３又は４より多いマニピュレータアームを有し、各マニピュレータアームが本発明の少なくとも１つの保持及び位置決め装置を有する実施の形態も提供され得る。各マニピュレータアームは、器具駆動ユニット１５を介して連結された器具９の枢動を実現するために、ｘ及びｙ方向、及び、ｚ方向の併進運動、の自由度３を有する。このため、各マニピュレータアームは、ピボット継手２を介してゼロ点位置から開始して回転軸３周りに少なくとも±１２０°の回転運動を可能にする、第１の駆動ユニット１を有する。回転軸３周りのこの回転運動は、要素４，５，６，７，８，１２を有する連結された構造的装置の、不変点（いわゆる枢支点）１３周りの傾動をもたらす。保持要素４は、回転軸３に直交する第２の枢支点６周りの第２の回転運動を実現するリニアアクチュエータ５を担持する。保持要素４及び外科手術用器具９用の貫通部材１０間の連結要素１２は、枢支点１３で貫通部材１０に接続される。回転軸３はこの枢支点１３を通り、貫通部材１０は回転軸３周りの傾動を行うために積極的に駆動される。貫通部材１０は、外科手術用器具９のための患者の腹壁１４を通る通路を実現する。連結ガイド７への動力伝達は、少なくとも±６０°の枢支点６周りの連結ガイド７の回転を実現する枢支点５５においてリニアアクチュエータ５を介して行われる。とりわけ、貫通部材１０は、外科手術用器具９のためのガイド装置をなし、器具９の器具ガイドをなし好ましくは貫通部材１０と１つの部品を形成するガイドシャフト１０ｓを有する。

連結ガイド７上に伸縮伸長部（入れ子式伸縮装置）８が設けられる。伸縮伸長部８は駆動ドライブ８１を有する。伸縮伸長部８の駆動ドライブ８１用の供給及び制御線は、保持要素４及び駆動ユニット１を通ってリニアアクチュエータ５に沿って案内される。リニアアクチュエータ５用の供給及び制御線は、保持要素４及び駆動ユニット１を通って案内される。

図２ａ及び２ｂに示されているように、伸縮伸長部８上に、器具駆動ユニット１５が回転可能に配置されている。器具駆動ユニット１５は、器具駆動ユニット１５に連結された外科手術用器具９の自由度４を実現する。このため、器具駆動ユニット１５は対応する駆動装置を備える。器具駆動ユニット１５の駆動装置用の供給及び制御線は、保持要素４及び駆動ユニット１を通ってリニアアクチュエータ５に沿って、伸縮伸長部８を介して案内される。

連結要素７の傾動は、連結要素７に取り付けられた伸縮伸長部８の回転軸６周りの傾動、及び、したがって、器具駆動ユニット１５及び器具駆動ユニット１５に連結された外科手術用器具９の傾動、をもたらす。これは、枢支点１３周りの回転軸３と直交する軸についての貫通部材１０の傾動をもたらす（図２ａを参照）。結果として生じる、器具の長手方向軸１１の位置は、伸縮伸長部８上の器具駆動ユニット１５の器具枢支点５６と枢支点１３との間の軸に対応する。外科手術用器具９は、貫通部材１０により器具の長手方向軸１１に沿って積極的に駆動され、互いに対して直交して延びる軸における枢支点１３周りの外科手術用器具９の枢支傾動は、装置１及び５により実現される。連結ガイド７上に伸縮伸長部８が設けられ、器具駆動ユニット１５により伸縮伸長部８に取り付けられた外科手術用器具９は、貫通部材１０を通って器具の長手方向軸１１に沿って、及び、したがって、腹壁１４に対して、移動され得る。構造的設計の全体は、きわめてコンパクトとされ得る。外科手術用器具９は、典型的には、５〜１０ｍｍの直径及び２５０〜３００ｍｍの長さを有する。伸縮伸長部８の本発明の実施の形態は、外科手術用器具９が、貫通部材１０に対して器具の長手方向軸１１に沿って好ましくは少なくとも２５０ｍｍ移動されることが可能とされ、外科手術用器具９を貫通部材１０内へ最大の深さに引っ込めた場合、伸縮伸長部８は最も短い長さを有する、すなわち外科手術用器具９の近位端を超えてほんのわずかだけ突出する、ように設計される。したがって、枢動による、互いに隣り合って配置されるマニピュレータアームの、別の外科手術用器具９及び伸縮伸長部８の間の衝突の危険が最小化される。構造的設計の全体は、現時点での技術水準と比べて、きわめて小さな設置空間しか必要としない。駆動ユニット１から枢支点１３まで測定した本発明のマニピュレータアームの完全な全体の長さ１６は、好ましくは５００ｍｍより短い。貫通部材１０上で枢支点１３を積極的に駆動するための連結要素１２を有する実施の形態は、低侵襲の方法で行われない開放手術において本発明のマニピュレータアームを用いることをも可能にする。

図３ａ、図３ｂ及び図４は、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置１０と第２の回転軸を実現するための構造的装置４との間の機械的連結を有しない、外科手術用器具９のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームを示す。この実施の形態では、駆動ユニット１及び５による回転軸３及び６周りの傾動は、枢支点１３に対して機械的に移動しない。この実施の形態では、手動案内された器具を用いる手動腹腔鏡手術の場合にも、貫通部材１０は腹壁１４内で浮動支持部材として機能する。この実施の形態では、器具駆動ユニット１５の枢支点５６とガイド装置１０の枢支点との間の器具の軸の向きは、結果として腹壁１４内に向いている。腹壁１４内又は腹壁１４上の枢支点１３は、外部から働くトルクと腹壁の復元又は保持トルクとから生じる力から生じる。これは、とりわけ、１つより多い器具９それぞれが、それぞれのガイド装置１０内で用いられたときに、ガイド装置１０上及び腹壁１４上で、連結要素１２によって、直接取り付けられ機械的に連結された力の効果が生じないことにより、腹壁の組織によりやさしい。

伸縮伸長部８は、器具の軸に沿って、ガイド装置１０を通って器具９を移動させる。駆動装置８１及び好ましくは歯付きベルトとして設計された調整要素８２，８３により、少なくとも２つの、好ましくは３つの伸縮要素（入れ子式伸縮要素）８ｕ，８ｖ，８ｗを互いに対して移動させることにより、並進運動がもたらされる。器具９は、器具駆動ユニット１５により、器具枢支点５６で、最も外側の伸縮要素８ｗ上に枢動可能に取り付けられる。

伸縮伸長部８上に推進装置５の力伝達点５５があるため、結果として器具９の器具軸１１は、伸縮長手方向軸５８と同一ではない。器具駆動ユニット１５が最も外側の伸縮要素８ｗ上に枢動可能に配置され、また、器具枢支点５６周りに可能な枢動及び補正運動を行うことから、力伝達点５５及び連結要素７の枢支点６のどちらも、器具の長手方向軸１１上にある必要はない。とりわけ、器具駆動ユニット１５が器具枢支点５６周りに枢動可能に配置されることにより、器具の長手方向軸１１及び伸縮長手方向軸５８を互いに対して可変とすることができ、力伝達点５５及び器具枢支点５６は、互いに異なり、且つ、互いに影響を及ぼす。

連結要素１２を省略すると、本発明の２つのマニピュレータアームにより、共有された貫通部材１０を通して、２つの外科手術用器具９をガイドすることが可能とし、現時点での技術水準と比べて、かなりの改善及び増大された柔軟性を示す。

図５ａ及び図５ｂは、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアーム２つの異なる実施の形態の上面図を示す。この構造的設計は、好ましくは、「右手用」又は「左手用」の実施の形態として用いられ得る。ピボット継手２ａ，２ｂを有する第１の駆動ユニット１ａ，１ｂから出発して、第２の駆動ユニット４ａは回転軸３ａの右側に位置し得る−右手用実施形態−、又は、第２の駆動ユニット４ｂは回転軸３ｂの左側に位置し得る−左手用実施形態−。回転軸３ａ，３ｂに直交する回転運動は、駆動ユニット５ａ，５ｂにより類似して生み出される。外科手術用器具９ａ，９ｂは、伸縮伸長部８ａ，８ｂにより、貫通部材１０ａ，１０ｂを通って器具の長手方向軸に沿って動かされる。外科手術用器具９ａ，９ｂ自身は、器具駆動ユニット１５ａ，１５ｂにより伸縮伸長部８ａ，８ｂに機械的に接続される。

図６は、貫通部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃを有するシングルポートのトロカールを共有して用いる、「左手用」及び「右手用」の実施の形態における、外科手術用器具のアクティブ位置決めのための本発明の２つのマニピュレータアームの使用を示す。この構成において、好ましくは、湾曲した器具１７ａ，１７ｂが用いられる。この構成では、左手側のマニピュレータアーム１ｂ，４ｂ，８ｂ及び右手側のマニピュレータアーム１ａ，４ａ，８ａが組み合わされ、外科手術用器具１７ａ，１７ｂが、患者の腹壁１４を通る通路を形成することを可能にする共有されたトロカール１８、及び、いずれの場合にも共有されたトロカール１８の別個の貫通部材１８ａ，１８ｂ、を通して用いられ得るという利点を有する。共有されたトロカール１８の別個の貫通部材１８ａ，１８ｂ及び１８ｃは、弾性材料６０を通して、可動な方法で傾動可能なように、トロカール１８に対して取り付けられる。マニピュレータアーム上の保持要素４及び枢支点１３の間の機械的連結１２を有しない本発明のマニピュレータアームを使用することも可能であり（図１ａを参照）、少なくとも２つの貫通部材１８ａ，１８ｂを有するトロカールを１つだけ使用することも可能である。本発明の左手側のマニピュレータアーム１ｂ，４ｂ，８ｂ及び本発明の右手側のマニピュレータアーム１ａ，４ａ，８ａを用いることにより、マニピュレータアーム間の衝突の危険は、枢支傾動により最小化される。

シングルポートのトロカール１８内で湾曲した器具１７ａ及び１７ｂを好ましく用いることにより、２つの器具の互いに向かう相対運動６２ａ，６２ｂ（例えば縫うことによって組織を接合するための手術領域内のため）は、患者の外側に位置する２つのマニピュレータアームの互いから離れる相対移動６１ａ，６１ｂをもたらす。したがって、マニピュレータアーム間の衝突は起こりえない。

現時点での技術水準において、シングルポートの手術技術において交差した器具を用いるものが知られている。それとは対照的に、原則としてここに示す実施の形態は、患者の体内で、器具の先端が一緒に動かされ又は互いの上に動かされるときに、衝突を回避する利点を有する。

図７は、好ましくは、４つまでの予備位置決め装置及びマニピュレータアームのための、柔軟な支持システム又は保持支持システム１９−２６の構造的設計を示す。柔軟な支持システムは、上位の運搬システム上で連結点１９を介して保持されることができ、柔軟な支持システムは、最適な位置へ回転軸２０周りに少なくとも±９０°調整され得る。柔軟な支持システムは、好ましくは、４つまでの予備位置決め装置に適合する４つの連結点２２ａ〜２２ｄを有する。外側の連結点２２ａ，２２ｄは、継手２３，２４により連結点２２ｂ，２２ｃに接続され、それらは軸２０に対して３０°まで傾動され得る。構造的設計全体は、それぞれ例示的な実施の形態として、また、好ましい設計として、約４１５ｍｍ及び３５０ｍｍの最適化された最小の設置空間２５，２６が維持され、例えば柔軟な支持システムの幅は、大きくても７００ｍｍとされ得る。

図８は、柔軟な支持システム（図７）に適合するための、及び、本発明のマニピュレータアーム（図１〜４）を受けるための、本発明の予備位置決め装置２９〜３８を示す。予備位置決め装置は、連結継手２９により柔軟な支持システムの連結点（例えば２２ｄ）に取り付けられ、予備位置決め装置により、第１の予備位置決め要素３０を、柔軟な支持システム又は連結点（例えば２２ｄ）に対して好ましくは±９０°回転させることが可能である。第２の予備位置決め要素３２は、さらなる継手３１を介して、第１の予備位置決め要素３０に対して、さらに±９０°回転可能に設けられる。連結点２９の回転軸及び継手３１は、好ましくは互いに直交して設けられる。第２の予備位置決め要素３２は、さらなる継手３３を介して第３の予備位置決め要素３４に接続され、第３の予備位置決め要素３４は、第２の予備位置決め要素３２に対して±９０°回転可能に保持される。第３の予備位置決め要素３４は、ピボット継手３５を介して、第４の予備位置決め要素３７に接続される。回転軸３６は、好ましくはいずれの場合にも継手３１及び３３の回転軸と直交して位置し、±９０°の回転運動が可能である。第４の予備位置決め要素３７は、回転軸３６に直交する回転軸３８周りの回転運動を可能にする連結点を有する。図１、図２、図３、図４、図５ａ及び図５ｂに示されているように、本発明のマニピュレータアームは、回転軸３８に連結される。

図９は、本発明の柔軟な保持及び支持システム１９〜２６の、例として本発明のマニピュレータアーム１，２，３，４，８，１０，１５が連結された、本発明の予備位置決め装置２９〜３８に接続するための好ましい実施の形態を示す。マニピュレータアームの駆動ユニット１は、回転軸３８において、予備位置決め装置の第４の予備位置決め要素３７に接続される。構造的設計は、本発明のマニピュレータアームの任意の左手用又は右手用のどちらの実施の形態も予備位置決め装置の回転軸３８に接続されるように設計される。

図１０及び図１１は、本発明のロボット外科手術システム、及び、とりわけ本発明の柔軟に調整可能な支持システム２２ａ〜２２ｄが連結点又は連結支持接続部１９により連結された上位の運搬システム、の構造的な実施の形態を示す。上位の運搬システムは、好ましくは可動であるように設計された底部支持部又は位置決め支持部４２の、手術台４８（図１２参照）への水平方向の位置合わせ、及び、調整要素４１による構成要素３９及び４０のグループの間の最適な角度を設定することによる垂直方向の位置合わせにより、柔軟な支持システム２２ａ〜２２ｄの最適な予備位置決めを可能にする。本発明の予備位置決め装置２９ｄ〜３８ｄは、連結点２９ｄを介して本発明の柔軟な支持システム上に取り付けられ、連結点３８ｄで本発明のマニピュレータアームを受ける。構造的設計の全体は、ロボットのすべての構成要素がマニピュレータアームに集中されており、したがって現時点での技術水準に比べて構造的設計の全体がかなり小さな設置空間しか必要とせず、とりわけ、高さ４３は例えば１４４７ｍｍしか有しない、ことにより、現時点での技術水準と比較して特徴づけられる。

図１２は、例えば腹腔鏡手術のような低侵襲外科手術に用いるためのロボット外科手術システム内の上位の運搬システム３９〜４２の使用の概略全体図を示す。操作ユニット４４から出発して、ユーザーは、本発明のマニピュレータアームの駆動要素のための制御コマンドを、適切なデータ接続４５を介して、制御ユニット４６へ送信することができる。制御ユニットは、さらなるデータ線４９を介して、運搬アーム又は主支持装置３９，４０を備える上位の運搬システム３９〜４２に接続され、連結点１９を介して取り付けられた柔軟な支持システムは、連結点１９を介して、手術台４８上の患者の位置に応じて予備位置決めされることができ、予備位置決め装置と結合された柔軟な支持システムにより、マニピュレータアームの最適な位置決めが可能となる。

本発明のマニピュレータアームが例えば内視鏡を備える場合、画像信号は、適切なデータ接続４９，４５，５０を介して処理ユニット５１へ供給され得る。処理ユニット５１は、ディスプレイ用の画像データを処理し、画像データをさらなるデータ接続５２を介して可視化ユニット５３へ供給する。可視化ユニット５３は、２Ｄ及び３Ｄの両方のイメージデータ、例えば１つの画像又は１つの連続画像を別々に又は組み合わせたデータ、を表示できる。どの画像データをどのように表示するかの制御は、オペレータ又は外科医の希望に応じて、制御ユニット４４により行われる。制御ユニット４４によって生成されたこの目的のための制御コマンドは、データ接続５０により処理ユニット５１へ送信される。

さらなる実施の形態では、本発明の装置は、器具ガイド装置は、手術用器具が長手延在方向に対する横断面内で案内される伸縮装置に取り付けられ、とりわけ、器具ガイド装置は、外科手術用器具の可変位置決めのためのガイド開口部を有する、ように設計される。外科手術用器具及び／又は内視鏡のシャフトが通って延びる追加の器具ガイド装置が、伸縮装置に取り付けられる。この追加の器具ガイド装置は、伸縮装置に堅く接続される。マニピュレータアームが回転されたとき、外科手術用器具及び／又は内視鏡は、第１の回転軸周りに、この追加の器具ガイド装置により積極的に駆動される。追加の器具ガイド装置の構造的設計により、積極的駆動は、第１の回転軸周りのマニピュレータアームの運動についてのみ生じる。マニピュレータアームが第２の回転軸周りに回転されたとき、追加の器具ガイド装置により、外科手術用器具及び／又は内視鏡の自由な運動が可能になり、結果として器具の軸は、伸縮装置上の器具駆動ユニットの回転、及び、外科手術用器具及び／又は内視鏡のシャフトが通って延びる第１のガイド装置（トロカール）の位置から生じる。

図１３ａ、図１３ｂ、図１４ａ、図１４ｂ、図１５ａ、図１５ｂは、外科手術用器具９を通して案内するためのガイド装置１０及び第２の回転軸を実現するための構造的装置４の間の機械的結合を有しない、外科手術用器具９のアクティブ位置決めのための本発明のマニピュレータアームを示す。図１３ａ及び図１３ｂは、図３ａ及び図３ｂの実施の形態に器具ガイド装置９０を有したものに実質的に対応する、本発明の実施の形態を示す。

器具ガイド装置９０は、とりわけねじの形の取り外し可能な固定装置９１により、伸縮伸長部８に取り付けられ、第１の回転軸周りのマニピュレータアームの回転（ピボット継手２の回転）中に、外科手術用器具９は、器具ガイド装置９０を通って又は器具ガイド装置９０の中で積極的に案内される。器具ガイド装置９０は、外科手術用器具９が、第２の回転軸２周りのマニピュレータアームの傾動（枢支点６周りの回転）中に、長手方向の開口部９２の制限部９２ａ及び９２ｂの間の長手方向の開口部９２内で器具ガイド装置９０内の軸において自由に移動できるように、構造的に設計される。その結果、器具枢支点５６及びガイド装置１０からの積極的な駆動を有しない、外科手術用器具９の長手方向の軸の、結果として生じる位置合わせが、結果として生じる。

この解決法は、外科手術用器具９が第１の回転軸周りに回転する（ピボット継手２周りの回転）ときに、外科手術用器具９が積極的に駆動され、積極的駆動に用いられる器具ガイド装置９０により、回転軸６の方向において外科手術用器具９上に作用する力が、器具貫通部材１０をマニピュレータアームに機械的に連結又は接続することなしに、吸収される、という利点を有している。

図１３ｂは、外科手術用器具９が、ガイド開口部の制限部９２ａ及び９２ｂ間の器具ガイド装置９０内で自由に枢動し得ることを示す。

図１４ａ、図１４ｂは、器具ガイド装置９０を有する図１３ａ及び図１３ｂの実施の形態の一部を概略的に示す。器具ガイド装置９０は、好ましくは取り外し可能なねじ又は差し込み式接続として設計された、図示しないねじにより、取り付け装置８ｆ，９１内で、伸縮伸長部８ｕに取り付けられる。さらに、その間を外科手術用器具９が移動され得る側部の制限部９２ａ及び９２ｂを有する、細長いガイド開口部９２が示されている。

図１５ａ、図１５ｂも、伸縮伸長部８ｕの長手方向の軸に対する外科手術用器具９のさらなる配置のための、器具ガイド装置９０の伸縮伸長部８ｕへの連結を概略的に示す。それによって、外科手術用器具９の位置が、器具ガイド装置９０内で動かされ得ることがわかる。

器具ガイド装置９０を有する図１３〜図１５の本発明の実施の形態は、とりわけ、トロカール又は器具貫通部材１０の機械的荷重制限に依存しないという利点がある。

さらに、器具ガイド装置９０は、まだ存在する、伸縮伸長部８の長手方向の軸からの外科手術用器具９の長手方向の軸の分離により、器具ガイド１０が傾動して遠ざかる結果として、腹壁のための生体力学的ストレスが最小である点に、枢支点３が結果として生じることを可能にする。

したがって、本発明は、一方では、外科手術用器具及び／又は内視鏡のための保持及び位置決め装置に関し、１以上の本発明の保持及び位置決め装置が、いずれの場合にも連結点を介して、ロボット外科手術システムに取り付けられ、これらの連結点は、いずれの場合にも互いに順番に接続され、その結果、ロボット外科手術システムは、有利なことにとても小さい設置空間しか必要としない。特に単純且つコンパクトであることから、特にコンパクトな構造となり、さらに、存在するロボットシステムに取り付けられることもできることから、本発明の保持及び位置決め装置は実用性を有する。

好ましい実施の形態では、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置は、連結要素を介して、第２の回転軸を生み出すための構造的装置に堅く接続される。したがって、回転軸１の回転運動は、ｘ方向における不変点周りの、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置の積極的な運動をもたらす。

さらに好ましい実施の形態では、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置は、第２の回転軸を生み出すための構造的装置に、構造的に堅く接続されない。したがって、外科手術用器具を通して案内するためのガイド装置は、通常の手動腹腔鏡手術において腹壁内で浮動支持部材として機能する。

さらに好ましい実施の形態では、外科手術用器具は、ロータリーアクチュエータを有する器具駆動ユニットを介して伸縮装置に連結される。ロータリーアクチュエータにより、外科手術用器具のシャフトは開始位置に対してｚ方向周りに回転可能に可動である。器具駆動ユニットは、好ましくは、遠位端に取り付けられた外科手術用器具の操作ユニットがさらに３つの自由度で可変になる、３つの器具アクチュエータを有する。特に好ましくは、器具駆動ユニットが、保持装置を介して、伸縮システムの近位端で回転可能に設けられる。

Claims (13)

1. 低侵襲外科手術のための、ロボット外科手術システムとともに用いるための、器具の保持及び位置決め装置であって、
   器具駆動ユニット（１５）と、
   前記器具駆動ユニット（１５）により伸縮装置（８）に取り付けられた外科手術用器具（９，１７ａ，１７ｂ）を備えた伸縮装置（８）であって、前記外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）は、前記伸縮装置（８）により、ガイド装置（１０，１０ｓ）を通って、前記外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）の長手方向軸（１１）に沿って体内へ並進移動できる、伸縮装置（８）と、
   第１の回転軸（３）を有し、保持要素（４）が前記第１の回転軸（３）周りに回転可能に設けられ、前記第１の回転軸（３）は第１枢支点（１３）において前記外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）の前記長手方向軸（１１）に常に交差する、第１駆動ユニット（１）と、を備え、
   リニアアクチュエータ（５）が前記保持要素（４）に取り付けられ、前記伸縮装置（８）が連結継手として形成された連結装置（７）上に配置され、前記リニアアクチュエータ（５）が枢支点として形成されたリニアアクチュエータ位置決め点（５５）において前記連結装置（７）へ動力を伝達するように形成され、
   前記器具駆動ユニット（１５）は器具枢支点（５６）により前記伸縮装置（８）上に回転可能に取り付けられ、前記連結装置（７）は、前記保持要素（４）に対して不動に配置された連結点（６）を有し、前記連結点（６）は、前記第１の回転軸（３）に直交し前記第１の回転軸（３）から間隔をあけた第２の回転軸を画定し、前記リニアアクチュエータ（５）を介した前記連結装置（７）への動力の伝達により前記第２の回転軸周りの前記連結装置（７）の回転が実現され得、前記外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）の前記長手方向軸（１１）は前記リニアアクチュエータ（５）に依存して前記伸縮装置（８）の伸縮長手方向軸（５８）に対して可変に調整可能であり、前記器具駆動ユニット（１５）は前記第１枢支点（１３）を通り前記第１の回転軸（３）に直交する軸周りに回転可能である、保持及び位置決め装置。
2. 前記伸縮装置（８）は、いくつかの伸縮要素（８ｕ，８ｖ，８ｗ）を有し、前記伸縮長手方向軸（５８）は、最も伸縮調整性の大きい伸縮要素（８ｗ）上に配置される、請求項１に記載の保持及び位置決め装置。
3. 前記ガイド装置（１０，１０ｓ）は、少なくとも１つの器具ガイド（１０ｓ）を有し、前記外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）のシャフトが前記器具ガイド（１０ｓ）を通って延びる、請求項１又は２に記載の保持及び位置決め装置。
4. 前記器具駆動ユニット（１５）は、前記外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）をいくつかの自由度で動かし、前記器具駆動ユニット（１５）は、前記保持要素（４）及び前記リニアアクチュエータ（５）を通って案内される制御及び供給線により制御ユニット（４６）を介して、外科医により制御される、請求項１〜３のいずれかに記載の保持及び位置決め装置。
5. 前記第１の回転軸（３）は、ロボットアームに取り付けられ得る前記第１駆動ユニット（１）が設けられることにより形成され、前記第１駆動ユニット（１）と前記保持要素（４）との間にピボット継手（２）が設けられる、請求項１〜４のいずれかに記載の保持及び位置決め装置。
6. 連結要素（１２）が前記保持要素（４）に取り付けられ、前記連結要素（１２）は前記第１枢支点（１３）において前記器具ガイド（１０ｓ）の遠位端に回転可能に接続される、請求項３に記載の保持及び位置決め装置。
7. いくつかの外科手術用器具（１７ａ，１７ｂ）が１つのトロカール（１８）を通って体内へ案内され、別個の器具駆動ユニット（１５ａ，１５ｂ）が各外科手術用器具（１７ａ，１７ｂ）用に設けられる、請求項１〜６のいずれかに記載の保持及び位置決め装置。
8. 前記保持要素（４）及び／又は前記第１駆動ユニット（１）は、予備位置決め装置によりその開始位置に合わせられ、予備位置決め装置は、１以上の予備位置決め要素（３０，３２，３４，３７）を有し、予備位置決め要素（３０，３２，３４，３７）は、いずれの場合にも少なくとも１つの回転軸を介したそれらの位置についてプリセットされることができる、請求項１〜７のいずれかに記載の保持及び位置決め装置。
9. 器具ガイド装置（９０）が前記伸縮装置（８）に取り付けられ、これにより前記外科手術用器具（９）が長手延在方向に対する横断面内で案内される、請求項１〜８のいずれかに記載の保持及び位置決め装置。
10. 少なくとも２つの保持及び位置決め装置が、前記保持及び位置決め装置に対して実質的に横に延びる保持支持システム（１９，２０，２１，２２，２３，２４）に取り付けられ、前記保持支持システム（１９，２０，２１，２２，２３，２４）は、いずれの場合にも各保持及び位置決め装置のための連結点（２２ａ−ｄ）で構成され、いずれの場合にも前記連結点（２２ａ−ｄ）は堅く又は継手（２３，２４）を介してのどちらかで互いに接続される、請求項１〜９のいずれかに記載のいくつかの保持及び位置決め装置を有するロボット外科手術システム。
11. 前記保持支持システム（１９，２０，２１，２２，２３，２４）は、連結支持接続部（１９）により、可動に配置された、又は、固定された又は可動な手術台（４８）に対して予め配置された固定支持部（４２）に対して支持するための実質的に垂直に延びる主支持装置（３９，４０）に接続される、請求項１０に記載のロボット外科手術システム。
12. 制御ユニット（４６）が設けられ、前記制御ユニット（４６）は、対応する外科手術用器具（９；１７ａ，１７ｂ）及び／又は内視鏡（９；１７ａ，１７ｂ）を有する各保持及び位置決め装置に接続され、且つ、外科医の制御データの形のコマンドの入力のための操作ユニット（４４）に連結され、操作ユニットは、可視化ユニット（５３）により、１以上の内視鏡（９；１７ａ，１７ｂ）からの画像データを表示する、請求項１０又は１１に記載のロボット外科手術システム。
13. 前記制御ユニット（４６）及び前記操作ユニット（４４）は、可動手術台（４８）に連結され、前記画像データ及び前記制御データの両方は、前記保持及び位置決め装置及び前記手術台（４８）の所定の位置に基づいて処理される、請求項１２に記載のロボット外科手術システム。

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