JP6847218B2 - 望ましくない振動を低減するためのロボット外科用システム - Google Patents

望ましくない振動を低減するためのロボット外科用システム Download PDF

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Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2016年11月28日に出願された「Surgical Table Base with High Stiffness and Adjustable Support Members with Force Feedback」と題する米国仮特許出願第62/426,966号、2017年1月6日に出願された「Robotic Surgical Table with Relatively High Resonant Frequency Structure to Reduce Efficiency of Energy Transmission Between Attached Robotic Arms」と題する米国仮特許出願第62/443,393号、及び2017年4月7日に出願された「Robotic Surgical Table Adapter to Reduce Efficiency of Energy Transmission Between Attached Robotic Arms」と題する米国仮特許出願第62/483,060号に対する優先権、及びそれらの利益を主張し、これらの各々の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、基部を表面上で安定的に支持するための4つ以上の支持部材を有する外科用テーブル用基部のための装置及び方法に関する。本明細書に記載される更なる実施形態は、ロボット外科用アームを有する外科用テーブル、並びにロボットアームの作業端部における望ましくない振動を低減するための装置及び方法に関する。本明細書に記載されるなお更なる実施形態は、ロボット外科用アームを有する外科用テーブルのためのアダプタ、並びにロボットアームの作業端部における望ましくない振動を低減するための装置及び方法に関する。
手術中における外科用テーブルの安定性は、それらの安全でかつ効果的な臨床用途にとって重要である。特定の設計特性は、剛性のある支持構造体などの外科用テーブルの安定性を改善させる。更に、外科用テーブルが1つ以上の運動軸における患者位置の調節を可能にし、病院周辺での車輪による移動での輸送を可能にすることもまた望ましい。外科用テーブルの最も一般的な設計は、傾斜を防止し、車輪を収容し、かつ安定性を向上させるための床に対するロック手段を有するように、基部の大きさを十分に大きくすることである。
安定性と相反する1つの要件は、床の不規則性に対処することである。この問題は、剛性、及び傾斜の両方において安定性を達成するためには、基部が可能な限り大きくなければならない。しかしながら、基部はまた、臨床アクセスを可能にする大きさに制限され、このことは、基部が、もはやテーブルトップの設置面積以下の設置面積を有する必要があることを意味する。したがって、基部は、典型的には、略矩形形状を有し、運動学的拘束に必要な3点ではなく、床と接触する4点を有する。
いくつかの外科用テーブルは、移動式であり、車輪による移動が可能であり、また、実施される外科手技の種類に基づいて、手術室の内外で頻繁に入れ替わる。手術室内でのこのような外科用テーブルの移動は、床表面の不規則性(例えば、床表面の高さのばらつき)に対処する必要がある。不規則性、例えば、排水溝、技術の欠陥、発泡、床材の層間剥離、更には汚れ及び埃を考慮した場合、4つの接触点を有する剛性基部は、結果として3つの接触点のみ、及び空中に浮いた1点をもたらし得る。これは、レストランのテーブルにおいて一般に観察されるように、テーブルが前後に揺れ動き得る状況を作り出す。手術中の不安定性は、少なくとも外科医及び助手に、いらだち、又は危険な外科用状況さえも引き起こし得る。したがって、テーブルが、構造的に剛性であるだけでなく、移動式でもあり、かつ床の不規則性に耐えることができる解決策が必要とされる。
更に、ロボット外科用システムは、外科手技の間患者が支持され得る外科用テーブルに直接的又は間接的に(例えば、アダプタを介して)結合されているロボット外科用アームを含み得る。このロボット外科用アームは、それらの遠位側の作業端部において、外科用器具、外科用器具を適用するための患者の内腔(複数可)及び器官(複数可)へのアクセスを提供するためのカニューレ、撮像デバイス、照明等を含む、様々なデバイスを支持することができる。このようなシステムでは、ロボットアームの遠位端部上に装着されたデバイスに対して高い位置精度を確立及び維持することが望ましい。
位置精度は、ロボットアームの遠位端部の振動によって低減又は劣化し得る。このような振動は、振動クロストークの形態で存在し得、その振動クロストークは、システムの別の部分において発生する、システムの一部分で生じる望ましくない振動である。例えば、振動は、アームの別の部分、及び/又は外科用テーブル若しくは他の支持構造体に対してアームのある部分の移動を駆動するモータの動作によってロボットアーム内に誘導され得、そのモータの動作によってアーム中に導入されるエネルギーが、アームを介して遠位端部に伝搬し、遠位端部に振動を誘導し得る。このアームは、「能動」アームと称されることがある。代替的に、又は追加的に、能動アーム中に導入されるエネルギーは、例えば、能動アーム内のモータの動作によって、能動アームを介し、テーブル又は他の支持構造体を介し、別のロボットアーム(これは、「受動」アームと称されることがある)を介して、受動アームの遠位端部に伝搬し得る。
ロボットアームの遠位端部、及びそこに取り付けられたデバイスの位置精度を向上させるには、振動クロストークを低減することが望ましい。
十分な剛性、及び力フィードバックを伴う調節可能な支持部材を有する外科用テーブル基部を提供するための装置及び方法が、本明細書に記載されている。いくつかの実施形態において、外科用テーブルのための基部は、外科用テーブルの他の構成要素が結合され得る下側及び上側を有する基部本体を含む。外科用テーブル、及び任意選択的に外科用テーブルにより支持可能な患者、並びに外科用テーブルにより担持される任意の装置は、外科用テーブルを表面上で支持するように、基部本体によって担持されるテーブル荷重を集合的に表す。この基部は、更に任意選択的に車輪を含み、表面上に基部本体を支持するように基部本体に結合された支持アセンブリを含む。車輪を有する基部内の機構は、車輪から支持アセンブリに荷重を伝達することによって、移動式構成から固定式構成にテーブルを切り替えることを可能にする。支持アセンブリは、基部本体の周りに離間配置された少なくとも4つの支持部材を含む。各支持部材は、表面係合端部を有し、基部の重量、及びテーブル荷重により表される全荷重の一部を、表面係合端部を介して表面に伝達することができる。4つの支持部材のうちの任意の3つの表面係合端部が、平面を画定する。支持部材のうちの1つは、他の支持部材のうちの3つの表面係合端部により画定される平面に対して、1つの支持部材の表面係合端部を移動させ、それによって、支持部材のうちの1つによって担持される全荷重の一部を変化させるように調整可能である。基部は、支持アセンブリに動作可能に結合され、支持部材のうちの1つによって担持される全荷重の一部を検出するように配設された荷重センサを更に含む。
ロボット外科用アームを有する枢動可能な外科用テーブルを提供し、ロボットアームの作業端部において望ましくない振動を制限するのに十分な剛性を有するための装置及び方法が、本明細書に記載されている。いくつかの実施形態では、外科用テーブルは、基部、基部から上方に延在し上端を有する支持カラム、及びテーブルトップを支持カラムの上端に結合する枢動アセンブリを含む。枢動アセンブリは、支持カラムの上端に取り付けられ、支持カラムの周りに分配された部分を有する支持フランジを含む。枢動アセンブリは、主荷重支持体、第1のアクチュエータ、及び第2のアクチュエータを更に含む。主荷重支持体は、支持フランジに結合された下端、及びテーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する。第1のアクチュエータは、支持カラムの第1の側面上に配設されたフランジの第1の部分において支持フランジに結合された下端、及びテーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する。第1のアクチュエータは、第1の枢動軸を中心とする主荷重支持体の枢動可能な結合部の周りでテーブルトップを枢動させる長さを可変とする。第2のアクチュエータは、第1の側面とは反対側の支持カラムの第2の側面上に配設されたフランジの第2の部分において支持フランジに結合された下端、及びテーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する。第2のアクチュエータは、第1の枢動軸とは異なる第2の枢動軸を中心とする主荷重支持体の枢動可能な結合部の周りでテーブルトップを枢動させるための長さを可変とする。
外科用テーブルのテーブルトップの下方の外科用テーブルに結合可能であり、かつ該外科用テーブルによって支持可能であるアダプタを提供するための装置及び方法である。外科用テーブルは、テーブルトップに結合された支持体、及び支持体に結合された基部を有する。アダプタは、第1のロボットアームの近位端部に結合されるように構成された第1の区分、及び第2のロボットアームの近位端部に結合されるように構成された第2の区分を有する。第1の区分は、第1の剛性を有し、第2の区分は、第1の剛性よりも大きい第2の剛性を有する。第1のロボットアームの遠位端部分が、第1の外科用ツールに結合可能であり、第2のロボットアームの遠位端部分が、第2の外科用ツールに結合可能である。
実施形態に基づく、外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 図1A及び図1Bの外科用テーブルの基部の、それぞれ、概略底面図及び概略側面図である。 図1A及び図1Bの外科用テーブルの基部の、それぞれ、概略底面図及び概略側面図である。 それぞれ、3つ及び4つの支持部材を有するテーブルのための基部の概略図である。 それぞれ、3つ及び4つの支持部材を有するテーブルのための基部の概略図である。 平面を画定する支持部材のうちの3つの表面係合端部、及び平面に対して移動可能な第4の支持部材の表面係合端部を例示する、図2A、図2Bの基部の概略側面図である。 不規則性を有する支持表面と接触する支持部材のうちの3つの表面係合端部、及び不規則性に対して移動可能な第4の支持部材の表面係合端部を例示する、図2A、図2Bの基部の概略側面図である。 支持部材間における全荷重の分配を例示する、図2A、図2Bの基部の、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 支持部材間における全荷重の分配を例示する、図2A、図2Bの基部の、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく調節可能な支持部材の概略図である。 図1A及び図1Bの外科用テーブルのコントローラの概略図である。 実施形態に基づく、外科用テーブルの基部の、それぞれ、概略底面図及び概略側面図である。 実施形態に基づく、外科用テーブルの基部の、それぞれ、概略底面図及び概略側面図である。 実施形態に基づく方法を例示するフローチャートである。 実施形態に基づく、外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 結合されたロボットアームを有する図9A及び図9Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 結合されたロボットアームを有する図9A及び図9Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、拡張又は使用構成で示されたロボットアームの概略側面図である。 折り畳まれた又は折り重ねられた構成で示された図10Aのロボットアームの概略側面図である。 アダプタ、及びそこに結合されたロボットアームを有する、図9A及び図9Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 アダプタ、及びそこに結合されたロボットアームを有する、図9A及び図9Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、拡張又は使用構成で示されたアダプタの概略側面図である。 折り畳まれた又は折り重ねられた構成で示された図12Aのアダプタの概略側面図である。 アダプタの接合部と関連付けられた自由度を例示する、図9A〜図11Bの外科用テーブル、アダプタ、及びロボットアームの一部分の上面図の概略図である。 誘導された望ましくない振動伝達を例示する、図9A〜図11Bの外科用テーブル、アダプタ、及びロボットアームの一部分の上面図の概略図である。 基部に対してテーブルトップの望ましくない揺動を例示する、図9A〜図11Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略正面図である。 基部に対してテーブルトップの望ましくない揺動を例示する、図9A〜図11Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略正面図である。 基部に対してテーブルトップの枢動移動を例示する、図9A〜図11Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略正面図である。 基部に対してテーブルトップの枢動移動を例示する、図9A〜図11Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略正面図である。 実施形態に基づく、カラムの周りに結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、カラムの周りに結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、カラムの周りに結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、カラムの周りに結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、カラムの周りに結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、カラムの周りに結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 図18A〜図18Cの枢動アセンブリの代替構成の断面上面図である。 実施形態に基づく、支柱に結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、支柱に結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、支柱に結合された枢動アセンブリを有する外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図、概略断面上面図、及び概略正面図である。 図19A〜図19Cの枢動アセンブリのための代替支持構造体の概略断面図である。 図19A〜図19Cの枢動アセンブリの代替構成の断面上面図である。 カラムに結合された枢動アセンブリ、テーブルトップアダプタに結合されたロボットアーム、及び第1の配向におけるテーブルトップを有する外科用テーブルの概略側面図である。 実施形態に基づく、第2の配向における、図20Aの外科用テーブルの概略側面図である。 実施形態に基づく、支持フランジに結合された枢動アセンブリ、支持フランジに結合されたロボットアーム、第1の配向におけるテーブルトップを有する外科用テーブルの概略側面図である。 図21Aの概略断面上面図である。 第2の配向における、図21Aの外科用テーブルの概略側面図である。 図21A〜図21Cの外科用テーブルの代替構成の概略正面図及び概略上面図である。 図21A〜図21Cの外科用テーブルの代替構成の概略正面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、支持ストラットを有する外科用テーブルの丁寧な(respectfully)概略側面図及び概略正面図である。 実施形態に基づく、支持ストラットを有する外科用テーブルの丁寧な(respectfully)概略側面図及び概略正面図である。 第1の構成における、図22A及び図22Bの支持ストラットの概略断面側面図である。 第2の構成における、図22A及び図22Bの支持ストラットの概略断面側面図である。 実施形態に基づく、外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 結合されたロボットアームを有する、図24A及び図24Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 結合されたロボットアームを有する、図24A及び図24Bの外科用テーブルの、それぞれ、概略側面図及び概略上面図である。 実施形態に基づく、拡張又は使用構成で示されたロボットアームの概略側面図である。 折り畳まれた又は折り重ねられた構成で示された図25Aのロボットアームの概略側面図である。 誘導された望ましくない振動伝達を例示する、図24A〜図25Bの外科用テーブル、アダプタ、及びロボットアームの一部の上面図の概略図である。 実施形態に基づく、第1の厚さを有する第1の区分、及び第1の厚さと異なる第2の厚さを有する第2の区分を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図及び概略側面図である。 実施形態に基づく、第1の厚さを有する第1の区分、及び第1の厚さと異なる第2の厚さを有する第2の区分を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図及び概略側面図である。 一体構造の材料を共有する第1の区分及び第2の区分、並びに第1の区分に加えられた追加の材料片を有する外科用テーブルのためのアダプタの概略側面図である。 リブのセットを含む第1の区分を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略側面図及び概略正面図である。 リブのセットを含む第1の区分を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略側面図及び概略正面図である。 別の実施形態に基づく、外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図及び概略側面図である。 別の実施形態に基づく、外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図及び概略側面図である。 実施形態に基づく、減衰構成要素を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図、概略側面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、減衰構成要素を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図、概略側面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、減衰構成要素を有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図、概略側面図、及び概略正面図である。 実施形態に基づく、ダンパアセンブリを有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図及び概略側面図である。 実施形態に基づく、ダンパアセンブリを有する外科用テーブルのためのアダプタの、それぞれ、概略上面図及び概略側面図である。
十分な剛性を有する外科用テーブル、及び力フィードバックを伴う調節可能な支持部材を提供するための装置及び方法が、図1A〜図8に関して本明細書に記載されている。いくつかの実施形態において、外科用テーブルのための基部は、外科用テーブルの他の構成要素が結合され得る下側及び上側を有する基部本体を含む。外科用テーブル、及び任意選択的に外科用テーブルにより支持可能な患者、並びに外科用テーブルによって担持される任意の装置は、外科用テーブルを表面上で支持するように、基部本体によって担持されるテーブル荷重を集合的に表す。基部は、表面上に基部本体を支持するために、基部本体に結合されている支持アセンブリを更に含む。支持アセンブリは、基部本体の周りに離間配置された少なくとも4つの支持部材を含む。各支持部材は、表面係合端部を有し、基部の重量、及びテーブル荷重により表される全荷重の一部を、表面係合端部を介して表面に伝達することができる。4つの支持部材のうちの任意の3つの表面係合端部が、平面を画定する。支持部材のうちの1つは、他の支持部材のうちの3つの表面係合端部により画定される平面に対して、1つの支持部材の表面係合端部を移動させ、それによって、支持部材のうちの1つによって担持される全荷重の一部を変化させるように調整可能である。基部は、支持アセンブリに動作可能に結合され、支持部材のうちの1つによって担持される全荷重の一部を検出するように配設された荷重センサを更に含む。
いくつかの実施形態では、方法は、表面上に外科用テーブルを安定させることを含む。外科用テーブルは、基部を有する。外科用テーブル、及び任意選択的に外科用テーブルにより支持可能である患者、並びに外科用テーブルによって担持される任意の装置は、表面上に支持される全荷重を集合的に表す。基部は、支持アセンブリを含む。支持アセンブリは、基部の周りに離間配置された少なくとも4つの支持部材を含む。各支持部材が、表面係合端部を有し、表面係合端部を介して全荷重の一部分を表面に伝達することができる。支持部材のうちの1つは、1つの支持部材の表面係合端部を移動させるように調節可能である。基部は、支持部材のうちの1つによって担持された全荷重のうちの一部を検出するように配設された荷重センサを更に含む。この方法は、支持部材のうちの1つによって担持された全荷重のうちの一部を示す荷重センサからの信号を受信すること、及び全荷重のうちの一部が、許容可能な範囲内に存在しないかどうかを判定することを含む。この方法は、全荷重のうちの一部が許容可能な範囲内に存在しない場合、調節可能な支持部材の表面係合端部を、他の支持部材のうちの3つのうちの表面係合端部によって画定された平面に対して移動させ、それによって、支持部材のうちの1つによって担持された全荷重のうちの一部を変化させることができることを更に含む。いくつかの実施形態では、安定化は、荷重の少なくとも一部が、車輪から支持部材に乗り換えられて移動式構成から固定式構成にテーブルを移行させるときに、生じ得る。他の実施形態では、安定化は、支持部材が、テーブルの荷重の少なくとも一部を担持しているときに、いつでも生じ得る。
本明細書で使用されるとき、「a」、「an」、及び「the」という単数形は、その文脈が別途明示的に規定しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「1つの部材」という用語は、単一の部材、又は部材の組み合わせを意味することが意図され、「1つの材料」は、1つ以上の材料、又はこれらの組み合わせを意味することが意図されている。
本明細書で使用されるとき、「セット」は、複数の特徴、又は複数の部分を有する単数形の特徴を指し得る。例えば、リブのセットに言及する場合、そのリブのセットは、別個の部分を有する1つのリブとみなすことができ、又は、そのリブのセットは、複数のリブとみなすことができる。
図1A〜図1Bに概略的に示すように、外科用テーブル100は、テーブルトップ120、テーブル支持体122、及びテーブル基部150を含む。図1Aに概略的に示すように、テーブルトップ120は、患者Pが外科手技中に配設され得る上面を有する。テーブルトップ120は、支持体122上に配置され、これは、例えば、床面の上方の好適な高さで基台となり得る。支持体122(また、本明細書では基台とも称される)は、Z軸(床の上方の高さ)、Y軸(テーブルの長手方向軸に沿う)、及び/若しくはX軸(テーブルの横方向軸に沿う)における並進、並びに/又はZ、Y、及び/若しくはX軸を中心とする回転等の、所望の自由度の数で、テーブルトップ120の移動を提供し得る。テーブルトップ120はまた、例えば、胴体、一方若しくは両方の脚部、及び/又は一方若しくは両方の腕、並びに頭部支持区分の各々の別個の区分等の、任意の好適な軸に沿って/を中心として互いに対して移動可能である複数の区分を含んでもよい。テーブルトップ120及び/又はその構成区分の移動は、手動で実行されるか、モータによって駆動されるか、遠隔で制御されるか、又は任意の他の好適な手段を介してもよい。テーブルトップ120のための支持体122は、基部150に装着され得る。いくつかの実施形態では、支持体122の高さは、調節することができ、このことは、例えば、テーブルトップ120の運動(例えば、軸方向(長手方向)又は横方向運動)と共に、テーブルトップ120が床の上方の特定の高さ(例えば、外科医又は他の医療専門家のアクセスを可能にするための)、及び支持体122からの特定の距離で所望の外科用部位に位置決めされることを可能にすることができる。
図2A〜図8は、表面(例えば、手術室の床)上に外科用テーブルを安定化させるための装置及び方法について説明する様々な実施形態を例示している。上述のように、かつ、より詳細に以下に開示された様々な実施形態によれば、外科用テーブルは、外科用テーブルの他の構成要素(例えば、テーブルトップ、基台、ロボットアーム、及び関連装置など)、及び外科用テーブル上に配設された患者を支持するように構成された基部を含むことができ、一方同時に、その基部は、テーブルが配設されている床又は他の表面の不規則性と関連付けられた望ましくない結果、及び/又は外科手技中の他の望ましくない荷重の不均衡(例えば、外科用テーブルに結合された装置の位置及び/若しくは移動、並びに/又は、外科用テーブル上に横たわる患者の移動に起因する)を是正することができる。
例えば、図2A(底面図)及び図2B(側面図)に概略的に示されているように、外科用テーブルのための基部250は、基部本体255と、基部本体255に結合された支持アセンブリ260と、を含む。基部250は、外科用テーブル荷重を支持し、表面(例えば、手術室内の床)に対して全荷重(基部の重量と一緒のテーブル荷重)の分配を監視及び/又は調節するように構成されている。テーブル荷重は、例えば、テーブルトップ、基台、外科用ツール、及び関連する構成要素、ロボットアーム等、並びに患者の外科用テーブルの様々な構成要素からの荷重を含む集合的な荷重である。外科用テーブルは、上述した外科用テーブル100の構造及び機能と同じか又は同様とすることができる。例えば、外科用テーブルは、テーブル支持体、及び患者Pが外科手技中に配設され得る上面を有するテーブルトップを含むことができる。
図2Bに示され、本明細書に更に詳細に説明されているように、支持アセンブリ260は、基部本体255に結合された第1の端部、及び、基部本体255から表面に全荷重を伝達するように配置された第1の端部とは反対側にあって延在する第2の端部(また、本明細書では、表面係合端部とも称される)を有する。いくつかの例では、支持アセンブリ260及び基部本体255は、一体となって構築され、これに対して、他の例では、支持アセンブリ260は、基部本体255とは別個に形成され、次いで結合される。
支持アセンブリ260は、少なくとも4つの支持部材262を含む。各支持部材262は、テーブル荷重の一部を表面に伝達するように構成されている。4つの支持部材262が、基部本体255の周りに離間配置されている場合、支持アセンブリ260からの任意の3つの支持部材262が、平面を画定する。具体的には、支持アセンブリ260からの任意の3つの支持部材262の表面係合端部は、平面を画定する。このため、3つの支持部材262は、揺動又は過度な振動なしに、不均一な表面を含む表面上にテーブルを支持することができる。しかしながら、4つ以上の点で床又は他の表面上にテーブルを支持して、より安定な支持を提供し、例えば、急激に傾くことに対する抵抗性が高いことが望ましい。図2Cに示すように、床又は他の表面上に3点支持を有する基部は、3点支持により画定された三角形安定領域RSを有する。テーブルの重心GC(すなわち、全荷重)が、三角形のRSの内部に配設されている場合、テーブルは、直立したままである。しかしながら、CGがRSの外側にずれている場合、テーブルは、傾き得る。CGは、非平坦の床上にあること、テーブルトップ区分の移動、テーブルへの外科用装備品の取り付け、及び/又はテーブルに取り付けられたロボットアームの移動を含む、非常に多くの理由から、シフトし得る。図2Cから明らかなように、CGの相対的に小さい移動は、CGをTSの外側に移動させることができる。対照的に、図2Dに示すように、床上に4点支持を有する基部は、矩形(又は他の4つの辺の幾何学的形状)の安定領域RSを有する。CGは、それがRSの外側に移動する前に、より大きな距離をシフトされる必要がある。このため、床、又は他の支持表面との4点接触を有する基部は、より安定しており、すなわち、急激に傾くことなしにCGの移動により良好に適応することができる。
しかしながら、4つの支持部材を有することに伴う問題は、そのことが、不安定性、例えば動揺若しくは過度の振動の別の原因、又は振動の伝搬に対する抵抗性が不十分であることをもたらし得ることである。例えば、床表面が平坦でない場合、かつ/又は任意の支持部材の長さが不均一である(例えば、製造公差、欠陥、並びに/又は摩耗及び破断による)場合、4つの支持部材のうちの1つが、床と接触しない場合があり、又は、床と十分確実に接触している全荷重のうちの不十分な一部を担持する場合がある。この問題は、より剛性のある構造を基部に適用する場合、より顕著であり、その理由は、基部が床のばらつきに適応するように曲げることができない、すなわち適合していないからである。
このような不安定性を制限し、低減し、又は別様に防止するために、支持部材262のうちの少なくとも1つが、残りの支持部材262及び/又は基部本体255に対して調節可能とすることである。説明を容易にするために、この実施形態では、調節可能な支持部材は、262’として識別されている。具体的には、調節可能な支持部材262’は、他の3つの支持部材262の表面係合端部によって画定される平面に対して、その表面係合端部を移動させるように調節可能である。このようにして、使用時には、調節可能な支持部材262’を調節することが、支持部材262の1つ以上、及び/又は調節可能な支持部材262’自体によって担持された全荷重の一部を変化させる。
また、図5に示すように、調節可能な支持部材262’は、固定区分264、並びにその固定区分264に対して、及び/若しくは基部本体255に対して移動するように構成された移動可能な区分266を含む。移動可能な区分266は、任意の好適な方法で固定区分264に結合され得る。いくつかの実施形態では、例えば、移動可能な区分266及び固定区分264は、一体構造となって構成され得、これに対して、他の実施形態では、移動可能な区分266及び固定区分264は、別個に形成され、次いで一緒に接合され得る。更に、移動可能な区分266は、任意の好適な方法で固定区分264に対して移動可能とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、移動可能な区分266は、固定部分264の内部、又はそれに関して少なくとも部分的にスライド可能に配設され得る。このようにして、例えば、調節可能な支持部材262’の高さを短縮するために、移動可能な区分266は、固定部分264の一部の中に、又はそれに沿ってスライドされ得る。他の実施形態では、移動可能な区分266は、固定部分264の周りに少なくとも部分的に配設することができ、その結果、調節可能な支持部材262’の高さが、移動可能な部分266中に固定部分264の少なくとも一部をスライドさせることによって、調節することができる。移動可能な区分266、及び固定部分264の相対移動は、任意の好適なアクチュエータ268によって生成され得る。例えば、アクチュエータ268は、モータ、及び任意の好適な機構(例えば、ラックアンドオピニオン式、ナット及び親ねじ、油圧式又は空気圧式ポンプ)を含み得、モータに所望の運動を発生させることができる。モータは、電気式であって好適な電源に結合されてもよく、その起動及び動作停止は、制御信号、手動によるユーザ入力(例えば、スイッチによって)、又は他の好適な手段によって開始されてもよい。アクチュエータは、ポンプ(電気式モータ、手動等によって駆動される)などの任意の好適な機構によって駆動される液体又は気体の圧力及び流速を使用し、かつピストン及びシリンダを介して直線運動に変換される油圧式又は空気圧式システムであってもよい。
調節可能な支持部材262’の調節可能性を例示するため、図3Aは、図2A及び図2Bの基部を概略的に側面図で例示しており、平面PLを画定する支持部材262のうちの3つの表面係合端部、及び平面PLに対して移動可能である調節可能な支持部材262’の表面係合端部を示している。調節可能な支持部材262’の表面係合端部のZ軸に沿った運動範囲は、破線様式で示されている。図3Aに例示されているように、例えば、調節可能な支持部材262’の表面係合端部の運動範囲は、表面係合端部が残りの支持部材262によって画定される平面PLの上方及び下方に延長し得るように、示されている。
基部250の安定性を最適化しながら非平坦表面に適応するための支持部材262’の調節可能性を例示するために、図3Bは、図3の基部本体255及び支持アセンブリ260を概略的に側面図で例示し、不規則性を有する支持表面Sの平坦部と接触する支持部材262のうちの3つの表面係合端部を示し、調節可能な支持部材262’の表面係合端部は、それがその他の平坦な支持表面Sの不規則性と接触するように配置されている。このようにして、調節可能な支持部材262’は、表面Sと接触して選択的に配置され得、その結果、調節可能な支持部材262’及び残りの支持部材262は、表面Sに対するテーブル荷重のうちの望ましい部分を伝達し、それによって、基部250の荷重均衡化及び安定性を最適化する。
図4A及び図4Bは、基部250を示す。複数の力が、テーブル荷重によって基部上に押し付けられ、得られた全荷重(基部250の重量と一緒のテーブル荷重)は、テーブル全体(基部を含む)の重心CGを介して作用し、反力、すなわち力F1、F2、F3、及びF4が、4つの支持部材262の各々によって担持される。図4Bの基部の底面図に示すように、力F1〜F4は、Xにより示された+Z方向の基部の方向に向けられている。全荷重は、点で示された−Z方向に働く。テーブルのCGは、4つの支持部材262の間の略中心に位置するように示されているが、CGは、支持部材262によって囲まれた四角形内部のいずれの場所にあってもよい。更に、外科手技中、テーブル荷重は、動的である。例えば、構成要素の様々な移動(例えば、テーブルトップ、又はロボットアーム若しくは外科用ツールなどの装置の移動)、外科医若しくは他の医療専門家の移動、及び患者の移動である。これにより、テーブル荷重の大きさ、及び重心の位置に対する変化をもたらし得る。このため、支持部材の各々によって担持された全荷重の一部は、同じである必要はなく、手技中に変化し得る。上述したように、床又は他の支持表面の不規則性が、4つの支持部材にわたる全荷重の分配に影響を及ぼし得、その分配は、調節可能な支持部材の移動によって変化され得る。
支持部材のうちの1つ以上によって担持された力の量の検出及び/又は判定を可能にするために、したがって、支持部材のうちの1つ以上に対する力が、支持部材のうちの1つ以上の調節によって変化されるべきかどうかの評価を可能にするために、基部250は、支持部材262のうちの1つによって担持される全テーブル荷重の一部を検出するように配設及び構成された1つ以上の荷重センサ270を含み得る。この実施形態では、荷重センサ270は、調節可能な支持部材262’に結合されているものと、図5に示されているが、他の実施形態では、荷重センサ270は、基部250の任意の好適な部分に結合され得、その結果、荷重センサ270は、支持部材262のうちの少なくとも1つによって担持される全荷重の一部をセンサすることができる。
荷重センサ270は、圧力センサ(全荷重のうちのいくらか又はすべてが、油圧式及び/又は空気圧式素子上に担持されている実施形態では、油圧式及び/又は空気圧式の圧力を検知するための)、ひずみゲージセンサ、振動ワイヤセンサ、容量センサなどの、荷重を検知するように構成された任意の好適なデバイスとすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、荷重センサ270は、圧電トランスデューサを含み得、そのトランスデューサは、支持部材262(例えば、支持部材262及び/又はアクチュエータ268の表面係合端部)に結合され得、その結果、トランスデューサは、支持部材によって担持された荷重により歪む。調節可能な支持部材262が油圧式で作動するいくつかの実施形態では、例えば、荷重センサ270は、油圧式流体の圧力を検知するように配設され得る。
荷重センサ270は、例えば、荷重センサ270によって取得された測定値に基づいて、アクチュエータ268を介して調節可能な支持部材262’の調節を制御することができるコントローラ202に動作可能に結合されてもよい。図6に概略的に示すように、コントローラ202は、メモリ206、プロセッサ204、及び他のデバイスとやり取りするためのプロセッサ204の一部であるか、又はそれとは別個の様々な構成要素又はモジュールを含むことができる。例えば、例示された実施形態では、プロセッサ204は、荷重センサ270からのデータ信号を受信し、それらを荷重フィードバックモジュール212に伝達し得る入力/出力モジュール210(又はインターフェース)を含んでもよい。任意選択的に(破線により示されているように)、入力/出力モジュール210は、ユーザディスプレイに出力信号を送信し、支持部材により担持された荷重についての情報、CGの位置、及び/又は他の情報の視覚的な指標を提供してもよい。荷重フィードバックモジュール212は、荷重センサ270からの荷重信号を、入力/出力モジュール210を介して、受信してもよい。荷重フィードバックモジュール212は、回路(circuity)、構成要素、及び/又はコードを含み、制御信号を生成し、アクチュエータ268に送信し、調節可能な支持部材262’の移動可能な部分266の移動を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ202は、調節可能な支持部材262’の移動可能な部分266の移動と関連付けられた位置、速度、及び/又は加速度情報を受信する位置フィードバックモジュール214を含む。コントローラ202は、入力/出力モジュール210を介して、コンピュータ(図示せず)又は他の入力/出力デバイスに結合され得る。
プロセッサ204は、例えば、コントローラ202のメモリ206にデータを書き込み、そこからデータを読み出し、そのメモリ206内に格納された命令及び/又は方法を実行するように構成された任意のプロセッサとすることができる。更に、プロセッサは、コントローラ(例えば、荷重フィードバックモジュール212及び位置フィードバックモジュール214)内のモジュールの動作を制御するように構成されることができる。具体的には、プロセッサは、ユーザ入力、荷重データ、圧力データ、距離測定値等を含む信号を受信し、調節可能な支持部材262’のための移動の量、及び/又はアクチュエータ268により加えられるべき力の量を算出することができる。他の実施形態では、プロセッサ204は、例えば、特定用途向け集積回路(Application−Specific Integrated Circuit、ASIC)、又はASICの組み合わせとすることができ、それらは、1つ以上の特定機能を実行するように設計されている。更に他の実施形態では、プロセッサは、アナログ若しくはデジタル回路、又は複数の回路の組み合わせとすることができる。
メモリ206は、例えば、読み取り専用メモリ(Read Only Memory、ROM)構成要素、ランダムアクセスメモリ(Random Access Memory、RAM)構成要素、電子的プログラム可能型読み取り専用メモリ(Electronically Programmable Read Only Memory、EPROM)、消去電子的プログラム可能型読み取り専用メモリ(Erasable Electronically Programmable Read Only Memory、EEPROM)、レジスタ、キャッシュメモリ、及び/又はフラッシュメモリなどの任意の好適なデバイスとすることができる。モジュールのいずれもが、プロセッサ204によって実施され、かつ/又はメモリ206内に格納されることができる。
いくつかの実施形態では、使用中、荷重センサ270により測定されたときに、特定の支持部材262により支持された全荷重の一部が所定の閾値を下回る場合、コントローラ270は、その特定の支持部材262により支持されたテーブル荷重の一部が、許容可能なレベル(例えば、最小の閾値荷重、又は荷重の割合)に戻るように、調節可能な支持部材262’を調節することができる。更に、いくつかの実施形態では、調節可能な支持部材262’は、位置センサ(図示せず)に動作可能に結合されることができ、その位置センサは、調節可能な支持部材262’の位置を検知して、例えば調節可能な支持部材に利用可能な運動の範囲を判定することができる。例えば、この位置センサは、調節可能な支持部材262’の移動可能な部分266が固定部分264から拡張される距離を検出し得、調節可能な支持部材が、例えば床表面に対して上昇又は下降のどちらかの方向に調節され得るかどうか、かつそれによってどれだけ調節され得るかを判定することができる。他の実施形態では、任意の好適な位置の指標又は測定値が、使用され得る(例えば、最大拡張高さのパーセンテージ)。
いくつかの実施形態では、基部250は、任意の好適な数の荷重センサ270を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、各支持部材260は、荷重センサ270に動作可能に結合され、その結果、各支持部材270により支持される全荷重の一部が決定され得る。このようにして、使用時に、支持部材260のうちの任意の1つ以上により担持されたテーブル荷重の一部が許容可能範囲内に存在しないと検出することに応答した際、調節可能な支持部材270は、調節され、支持部材260のうちの1つ以上により担持されたテーブル荷重の一部を変化させることができる。このようにテーブル荷重の好適な分配を維持することは、安定性を促進し、外科用テーブル200の動揺又は振動を制限、低減、又は防止することができる。
いくつかの実施形態では、支持アセンブリ260は、複数の調節可能な支持部材262’(例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、又はそれ以上)を含むことができる。このような実施形態では、各調節可能な支持部材262’は、荷重センサ270に動作可能に結合され得、各荷重センサ70は、それが結合された調節可能な支持部材262’により担持された全荷重の一部を検出することができる。このような実施形態では、各調節可能な支持部材262’は、独立に制御及び調節(例えば、上昇及び/又は下降)され得、調節可能な支持部材262’にわたって全荷重分配の所望の量を達成することができる。
調節可能な支持部材260をいつ調節すべきかを判定することは、任意の好適なテーブル荷重均衡化計画に基づくことができる。例えば、いくつかの実施形態では、全荷重均衡化計画は、支持部材260又は調節可能な支持部材262’のうちの1つ以上により担持されるべき荷重の許容可能範囲を画定することを含み得る。この許容可能範囲は、いくつかの例では、全荷重に基づくことができる。いくつかの例では、許容可能範囲は、全荷重の割合とすることができる。例えば、全荷重均衡化計画は、全荷重のうちの約1パーセント〜約40パーセントの許容可能範囲を含むことができる。そのような場合において、任意の支持部材262により支持された全荷重の一部が許容可能範囲外に入った場合、調節可能な支持部材262’のうちの1つ以上は、支持部材262のうちの1つ以上、又はすべてが、全荷重の一部を許容可能範囲内に支持されるまで、全荷重を再分配するように調節されることになる。
いくつかの実施形態では、全荷重均衡化計画は、外科用テーブル200の重心CGの位置を判定すること及び/又は追跡することを含み得る。重心CGは、荷重センサ270により検知された荷重情報に基づいて、判定及び/又は計算することができる。例えば、図2Dに関連して説明されているように、重心CGは、支持部材262により囲まれている安定領域RS内で中心に位置してもよい。しかしながら、実際には、上述したように、支持表面内の不規則性、外科手技から生じる動的力、及び/又は外科手技中のテーブル荷重の構成要素の移動に起因して、CGの位置が、RSの境界の近くの許容不可能な位置にシフトすることがある。そのような例を検出するために、いくつかの実施形態では、重心CGの位置は、リアルタイムで(例えば、外科手技中に)判定及び追跡することができる。例えば、重心CGが境界からの閾値距離に到達した場合、コントローラ202は、そのような事象を検出し得、例えば、外科医若しくは他の医療スタッフに警告するための信号、及び/若しくは、調節可能な支持部材262’の1つ以上を調節するための信号を送信すること、並びに/又は所望の安定部材を提供するための支持部材を追加的に安定させることなどの任意の好適な方法で応答し得る。
いくつかの実施形態では、調節可能な支持部材の調節は、全荷重が再分配される必要があるとの判定に応答して、自動的に開始されてもよい。別の実施形態では、調節可能な支持部材の調節は、基部が床との固定配置となるように構成されているときにのみなされてもよい。他の実施形態では、調節可能な支持部材は、ユーザによって手動で作動され得る。そのような実施形態では、基部は、図6に概略的に例示されているユーザディスプレイ290などのユーザディスプレイに動作可能に結合され、かつ/又は含み得、例えば、コントローラが、テーブル荷重の一部が許容可能範囲内に存在しないと判定すると、コントローラは、ユーザディスプレイに信号を送信し、ユーザへの命令をユーザディスプレイ上に生成して、ユーザにアクチュエータを作動させ、調節可能な支持部材の表面係合端部を移動させ、支持部材のうちの少なくとも1つにより担持されたテーブル荷重の一部を変化させることができる。更に、いくつかの例では、例えば、テーブル荷重の一部が許容可能範囲外に存在しないとコントローラが判定した場合、コントローラは、信号をユーザディスプレイに送信し、ユーザがアクチュエータの作動を停止することができるという指標をユーザディスプレイ上に生成することができる。いくつかの実施形態では、視覚、聴覚、及び/若しくは触覚のフィードバック、又は警告のうちの任意の種類が生成され得、許容不可能な荷重分配などの状況についてユーザに警告することができる。
外科用テーブルは、構造的に剛性であり、かつ不規則性に適応するように調節可能であることに加えて、病院周辺での車輪による移動を可能にする移動式とすることができる。例えば、図7A(底面図)及び図7B(側面図)に概略的に示すように、外科用テーブルのための基部350は、基部本体355、及び基部本体355に結合された支持アセンブリ360を含む。基部350は、構造及び機能において、上述した基部350と同じか又は類似のものとすることができるが、基部350は、表面上の移動のために基部350を支持するための車輪380を含む(例えば、外科用テーブルが、手術室の周辺、及び/又は病院における他の場所の周辺で車輪による移動が可能であるように)ことを除く。
基部350は、表面上の移動のために基部350を支持するための任意の好適な数の車輪380を含み得、任意の好適な位置、及び任意の好適な方法で基部350に結合され得る。例えば、いくつかの実施形態では、基部350は、表面上の移動のために基部350を支持するための2つ、3つ、4つ、又はそれ以上の車輪又はキャスタを含んでもよい。更に、いくつかの実施形態では、車輪380は、支持部材360(調節可能な支持部材362’を含む)から物理的に分離され、これに対して、他の実施形態では、車輪は、支持部材360(任意選択的に、調節可能な支持部材362’を含む)に含まれ、結合され、かつ/又は一体化されている。例えば、いくつかの実施形態では、1つ以上の車輪380は、支持部材362のうちの1つ以上に結合され得、それが結合されている支持部材362の表面係合端部を少なくとも部分的に画定し得る。
いくつかの実施形態では、基部350の1つ以上の車輪380は、支持部材の表面係合端部に対して上方に(例えば、Z軸に沿って)移動可能であるため、基部350が1つの車輪380のみに支持され、かつ車輪380上の表面に対して移動可能である移動可能配置から、基部350が支持部材362のうちの少なくとも2つにより少なくとも部分的に支持され、かつ表面に対して固定されている固定配置に、基部350を変化させる。このようにして、基部350は、移動可能配置から固定配置に、かつ逆もまた同様に移行することができ、その結果、外科用テーブルは、所望の位置まで病院の周りを移動し、次いで外科手技のための準備において表面に固定され得る。いくつかの実施形態では、固定された配置では、基部350は、支持部材362(例えば、車輪380でないもの)によってのみ支持される。
いくつかの実施形態では、少なくとも2つの支持部材362の表面係合端部は、車輪380に対して下方に移動可能である。このようにして、基部350は、その基部350が車輪380上のみに支持され、かつ車輪380上の表面に対して移動可能である移動可能な配置から、その基部350が少なくとも2つの支持部材362により少なくとも与党に(in party)支持され、かつ表面に対して固定されている固定構成に、変化することができる。いくつかの実施形態では、支持部材362のうちの少なくとも4つの表面係合端部は、車輪380に対して下方に移動可能であり、固定配置では、基部350は、支持部材362によってのみ支持される。支持部材326の各々は、調節可能な支持部材であり得、それゆえに、支持部材362の各々の表面係合部分の下方移動は、上述した調節可能な支持部材262’と同じ方法で、アクチュエータにより支持部材の調節可能部分の移動を含んでもよい。
図8は、上述した基部250又は350などの基部を有する、表面上での外科用テーブルを安定化させる方法400を例示するフローチャートである。いくつかの実施形態では、この方法は、402において、支持部材のうちの1つにより担持された全荷重の一部を示す、荷重センサからの信号を受信することを含む。この方法は、404において、調節位置(例えば、基部本体及び/又は固定部分に対して調節可能な支持部材の移動可能な部分の位置)を示す調節可能な支持部材からの信号を受信することを任意選択的に更に含む。この方法は、406において、全荷重の一部を許容可能範囲と比較することを更に含む。408において、全荷重の一部が許容可能範囲内に存在しないと判定された場合、そのときは、この方法は、410において、調節位置に少なくとも部分的に基づいて、調節部材の調節可能性を更に判定すること、及びその調節可能性が最適な安定性を達成するのに十分であるかどうかを判定することを含む。調節可能性が最適な安定性を達成するのに十分である場合、そのときは、この方法は、412において、調節可能な支持部材の表面係合端部を、他の支持部材のうちの3つの表面係合端部により画定される平面に対して移動させ、それによって、支持部材のうちの1つにより担持された全荷重の一部を変化させることを更に含む。調節可能性が最適な安定性を達成するには不十分である場合、そのときは、この方法は、414において、外科用テーブルが最適に安定し得ないという警告を示す信号を送信することを任意選択的に更に含む。406において、全荷重の一部が許容可能範囲内に存在すると判定された場合、そのときは、この方法は、後になって荷重センサからの別の信号を受信することに戻り、402からその方法を繰り返すことができる。この方法は、支持部材の表面係合端部の動きを移動させ後に、かつ/又は、警告を示す信号を送信した後に、402に戻って荷重センサからの更新された信号を受信すること、及び全荷重の一部が許容可能範囲内に存在するまでその方法を繰り返すことを更に含むことができる。
本明細書に記載された様々な実施形態では、例示及び説明された支持アセンブリは、特定の数の支持部材、及び調節可能な特定の数を含んでいたが、他の実施形態では、支持アセンブリは、任意の好適な数の支持部材、及び調節可能な支持部材の任意の好適な数を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、支持アセンブリは、4つの支持部材を含み得、4つのすべての支持部材は、調節可能とすることができる。更に他の実施形態では、支持アセンブリは、4つを越える支持部材、例えば、5つ以上の支持部材を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、支持アセンブリは、5つの支持部材を含み得、5つの支持部材のうちの4つは、基部本体及び/又は他の支持部材(例えば、調節可能な支持部材)に対して調節不可能であり得る。同様に、基部は、任意の好適な数の車輪、及び任意の好適な数の荷重センサを含み得、それらの車輪及び荷重センサは、基部の任意の好適な部分に結合され得る。
上述したように、ロボット外科用システムのロボットアームの作業端部における望ましくない振動を低減することが望ましい。ロボット外科用システムは、患者が外科手技中に支持され得る外科用テーブルに直接的又は間接的に結合されているロボット外科用アームを含み得る。このロボット外科用アームは、それらの遠位側の作業端部において、外科用器具、外科用器具を適用するための患者の内腔(複数可)及び器官(複数可)へのアクセスを提供するためのカニューレ、撮像デバイス、照明等を含む、様々なデバイスを支持することができる。このようなシステムでは、ロボットアームの遠位端部上に装着されたデバイスに対して高い位置精度を確立及び維持することが望ましい。
位置精度は、ロボットアームの遠位端部の振動によって低下又は劣化し得る。このような振動は、振動クロストークの形式で存在し得、その振動クロストークは、システムの別の部分に起因するシステムの一部分で生じる望ましくない振動である。例えば、振動は、アームの別の部分、及び/又は外科用テーブル若しくは他の支持構造体に対してアームのある部分の移動を駆動するモータの動作などによってロボットアーム内に誘導され得、そのモータの動作によってアーム中に導入されたエネルギーが、アームを介して遠位端部に伝搬し、遠位端部に振動を誘導し得る。このアームは、「能動」アームと称されることがある。代替的に、又は追加的に、能動アーム中に導入されるエネルギーは、例えば、能動アーム内のモータの動作によって、能動アームを介し、テーブル又は他の支持構造体を介し、別のロボットアーム(これは、「受動」アームと称されることがある)を介して、受動アームの遠位端部に伝搬し得る。ロボットアームの遠位端部、及びそこに取り付けられたデバイスの位置精度を向上させるには、振動クロストークを低減することが望ましい。
ロボットアームの遠位端、並びにそれに取り付けられたデバイスの振動クロストーク及び位置精度に対処するために、患者が配設され得るテーブルトップを有する外科用テーブルを含むロボット外科用システムを提供するための装置及び方法が、図9A〜図23Bに関連して本明細書の様々な実施形態で説明されている。いくつかの実施形態では、装置は、外科用テーブルと、外科用テーブルに結合されるか又は結合可能なロボットアームと、を含み、各ロボットアームは、外科用ツール、ツールドライバ、カニューレ、照明、及び/又は撮像デバイスなどの医療機器を支持する。外科用テーブルは、基部、基台又はカラム、及び、そのカラムに結合されたテーブルトップを含む。ロボットアームの各々は、テーブルトップ、カラム、又は基部のうちの少なくとも1つに結合され得る。各ロボットアームは、アームの近位端部(ここでアームがテーブルに連結される)とアームの遠位端部(ここでアームが医療機器に連結される)との間に2つ以上のリンクを提供する。リンクは互いに連結され、接合部によって連結されたリンク間の相対移動の1つ以上の自由度、及びロボットアームの遠位端と外科用テーブルとの間の相対移動の対応する1つ以上の自由度を提供する接合部によって、テーブル及び医療機器に連結され得る。リンク及び対応する自由度は、テーブルトップ、及び/又はテーブルトップに配置された患者、及び/又はテーブルトップに配置された患者の組織の所望の目標部分に対する所望の場所に、X軸、Y軸、及び/若しくはZ軸を中心とした、並びに/又はそれらに沿う、ロボットアームの遠位端部の移動を可能にする。接合部の周りのリンクの相対移動は、モータなどのデバイスの動作によって開始及び継続することができ、並びに/又はモータなどの能動デバイス、及び/若しくはブレーキなどの受動デバイスによって抵抗又は停止することができる。上述したように、そのようなデバイスは、エネルギーをロボット外科用システムに導入し得、そのシステムは、ロボットアームの遠位端での望ましくない振動を生成し得る。
いくつかの実施形態において、装置は、患者用テーブルトップと、外科用テーブルに連結されたアダプタと、アダプタに連結された1つ以上のロボットアームとを有する外科用テーブルを含む。いくつかの実施形態において、装置は、患者用テーブルトップと外科用テーブルに連結されたアダプタ/ロボットアームアセンブリを有する外科用テーブルを含むことができる。例えば、アダプタ及びロボットアームは、一体式機構又は構成部品であり得る。アダプタ及びロボットアーム、又はアダプタ/ロボットアームアセンブリの各々は、テーブルトップ、及び/又はテーブルトップに配置された患者、及び/又はテーブルトップに配置された患者の組織の所望の目標部分に対する所望の場所に、X軸、Y軸、及び/若しくはZ軸を中心とする、並びに/又はそれらに沿う、アダプタ及び/又はアームの移動を可能にするための1つ以上のリンクを含むことができる。
いくつかの実施形態において、ロボットアームは、外科用テーブルに解放可能に連結することができる。いくつかの実施形態において、ロボットアームは、ロボットアームの近位端とロボットアームの遠位端との間に解放可能な連結部を含むことができ、そのためロボットアームの近位部分は、外科用テーブルに連結することができ、ロボットアームの遠位部分は、近位部分から取り外すことができる。いくつかの実施形態において、ロボットアームの近位部分は、外科用テーブルに固定して連結され得るアダプタとして実装することができる。アダプタは、テーブルインターフェース構造体又は機構と、第1の接合部でインターフェース構造体に枢動可能に連結された第1のリンク部材と、第2の接合部で第1のリンク部材に連結された第2のリンク部材と、を含むことができる。いくつかの実施形態において、第2のリンク部材は、第2の接合部で第1のリンク部材に枢動可能に連結することができる。第2のリンク部材はまた、第2のリンク部材の連結部分及びロボットアームの近位端部又は装着端部分で連結部分を含む連結部で、ロボットアームに連結されるように構成される。ロボットアームはまた、ロボットアームの装着端部分に目標接合部を含む。いくつかの実施形態において、目標接合部は、ロボットアームの装着端部分で連結部分を有して含まれる。
ロボットアームは、外科用テーブル上に配置された患者に対して外科手技を実行するために使用することができる。第1の接合部は、外科用テーブルのテーブルトップに対して垂直のZ−軸を中心とする第1のリンク部材の回転運動、及び外科用テーブルのテーブルトップに対して横方向及び長手方向(また、本明細書では、X−方向及びY−方向とも称される)の第1のリンク部材及び第2のリンク部材を提供することができる。第2の接合部は、第2のリンク部材及びそれに連結されたロボットアームの装着端部分の垂直移動(例えば、外科用テーブルのテーブルトップに近づく、超える、更に超える移動)を可能にするための昇降機構を提供することができる。第1のリンク部材及び第2のリンク部材の集合的な移動は、アダプタ及びロボットアームが、それらの部材に結合されたときに、外科用テーブルに対して様々な異なる位置の間を移動することを可能にする。例えば、アダプタ及びロボットアームは、収容される位置、及びロボットアームの目標接合部が目標場所に配置されて外科用テーブルのテーブルトップ上に配設された患者の上で特定の外科手技を実行する様々な動作位置に移動され得る。第1のリンク部材及び第2のリンク部材の運動はまた、アダプタ及びロボットアームが患者へのアクセスが妨げられないように配置される、様々な停止又は隙間位置へのアダプタ及びロボットアームの移動を提供する。例えば、外科手技中、撮像デバイス等の機器のための隙間を提供するため、及び/又は、例えば、処置中の緊急時、付加的な医療従事者のための隙間を提供するために、アダプタ及びロボットアームを移動させることが望ましい場合がある。いくつかの場合において、動作位置はまた、停止位置であり得る。
図9A〜図9Bに概略的に示すように、外科用テーブル500は、テーブルトップ520、テーブル支持体又はカラム522、及びテーブル基部524を備える。図9Aに概略的に示すように、テーブルトップ520は、上面を有し、その上に患者が外科手技中に配設され得る。テーブルトップ520は、カラム522上に配設され、そのカラムは、例えば、床の上方の好適な高さにある基台とすることができる。カラム522は、所望の数の自由度でテーブルトップ520の移動を提供し得る。例えば、図9Aに概略的に示すように、カラム522は、互いに対して伸縮して、Z軸(床の上方の高さ)方向の並進を提供し得る、2つの区分を有してもよい。追加的に、又は代替的に、テーブルトップ520は、Y軸(テーブルの長手方向軸に沿って)、及び/若しくはX軸(テーブルの横方向軸に沿って)に沿って、並びに/又はZ、Y、及び/若しくはX軸を中心として、基部550に対して移動可能としてもよい。テーブルトップ520はまた、任意の好適な軸に沿って/中心として互いに対して移動可能である複数の区分、例えば、胴体、一方又は両方の脚部、及び/又は一方若しくは両方の腕、並びに頭部支持区分の各々に対して別個の区分を含んでもよい。テーブルトップ520及び/又はその構成区分の移動は、手動で実行、モータによって駆動、遠隔で制御などであってもよい。テーブルトップのためのカラム522は、基部524に装着されてもよく、その基部は、手術室の床に固定され得、又は、例えば、基部上で車輪を使用することによって床に対して移動可能とすることができる。図9Aに概略的に示すように、いくつかの実施形態では、カラム522の高さは、調節されることができ、例えば、テーブルトップ520の運動(例えば、軸方向(長手方向)又は横方向運動)と共に、テーブルトップ520が、床の上方の特定の高さ(例えば、外科医のアクセスを可能にするための)、及びカラム520からの特定の距離にある所望の外科用部位のところに位置決めされるのを可能にすることができる。これはまた、テーブル500に結合されたロボットアーム530が、テーブルトップ520上に配設された患者上の所望の治療目標に到達するのを可能にすることもできる。
図9C及び図9Dに概略的に示すように、ロボット制御支援外科手技では、1つ以上のロボットアーム530が、外科用テーブル500(また、本明細書では「テーブル」とも称される)のテーブルトップ520上に配設された患者に対して所望の動作位置に配設され得る。このロボットアーム(複数可)を使用して、外科用テーブル500上に配設された患者の上で外科手技を実行することができる。特に、各ロボットアームの遠位端部は、ロボットアームの遠位端部に連結された医療機器が所望の機能を実行することができるように、所望の動作位置に配置することができる。
図9C及び図9Dに示すように、様々な実施形態によれば、各ロボットアーム530は、結合部518を介してテーブルトップ520に、恒久的に、半恒久的に、又は解放可能に結合され得る。結合部518は、様々な異なる結合機構を含むことができ、ロボットアーム上の結合部分(図示せず)に嵌合して結合され得る、テーブルトップ520上の結合部分(図示せず)を含む。本明細書でより詳細に説明されているように、各ロボットアーム530は、テーブル500上の固定位置に結合することができ、又はロボットアーム530がテーブルトップ520、及び/若しくはテーブルトップ520上に配設された患者に対して複数の位置に移動可能であり得るように、結合することができる。例えば、ロボットアーム530は、テーブルトップ520、及び/又は患者上の特定の目標治療位置に対して移動することができる。いくつかの実施形態では、テーブルトップ520の軸方向運動(例えば、Y−軸方向における)は、アーム530(したがって、アームの遠位端に結合された医療機器又はツール)が患者上の所望の組織に到達すること、又は必要に応じて患者にアクセするための隙間を提供することを可能にする際に支援することができる。いくつかの実施形態では、カラム522の垂直移動、テーブルトップ520の軸方向移動、及び、例えばロボットアーム530内のリンクの組み合わせにより、ロボットアームが、床上に必要な高さで患者の組織に到達することができる位置に配置されることを可能にする。
図10A及び図10Bに概略的に示すように、各ロボットアーム530は、遠位端部分537及び近位端部分536を含むことができる。遠位端部分537(また本明細書では、「動作端」とも称される)は、医療機器又はツール515を含み得、又はそれらに結合し得る。近位端部分536(また本明細書では、「装着端部分」又は「装着端」とも称される)は、結合部分を含むことができ、その結合部分は、ロボットアーム530がテーブル500のテーブルトップ520に結合されることを可能にする。ロボットアーム530は、接合部において共に結合された2つ以上のリンク部材又はセグメント510を含むことができ、それらの接合部は、X、Y及び/若しくはZ軸のうちの1つ以上に沿った並進、並びに/又はそれらを中心とする回転を提供することができる。結合部518においてテーブルトップ522にロボットアーム530を結合するための、ロボットアーム530の結合部分は、アーム530の遠位端又は装着端536で配設され得、セグメント510に結合されてもよく、又はセグメント510内に組み込まれてもよい。ロボットアーム530はまた、ロボットアーム530の装着端536において又はその近くで配設された目標接合部J1も含み、その目標接合部は、結合部518の結合部分内に含まれ得、又は結合部分に結合されたロボットアーム530のリンク若しくはセグメント510上に配設され得る。目標接合部J1は、ロボットアーム530の遠位側セグメントがテーブルトップ520に対して枢動することを可能にする枢動接合部を提供することができる。ロボットアーム530は、図10Aに示すように、外科手技中に使用するための様々な拡張構成と、図10Bに示すように、使用しないときに格納するための様々な折り畳み又は折り重ね構成との間で移動され得る。
いくつかの実施形態では、図11A及び図11Bに示すように、外科用テーブルと、ロボットアームの遠位端との間の接続(したがって、患者に対してロボットアームの遠位端における医療機器の位置及び配向)は、アダプタ528、及びアダプタ528に結合されたロボットアーム(複数可)530を使用して実現されている。アダプタ528は、外科用テーブル500から分離され得るが、共に係合可能若しくは結合可能であり、又は外科用テーブル500に固定的に取り付けられ得る。アダプタ528は、例えば、テーブル500のカラム522、テーブル基部524、及び/又はテーブルトップ520に結合され得る。しかしながら、アダプタとロボットアームとの間の区別は、無視することができ、外科用テーブルと、ロボットアームの遠位端との接続は、概念化され、そして一連のリンク及び接合部として実施され得、それらのリンク及び接合部は、すなわち接続の遠位端において、医療機器の移動のための所望の自由度を提供する。接続部は、任意の1つ以上のリンク(複数可)又は接合部(複数可)で、若しくは一連のリンク及び接合部に沿った任意の場所で解放可能な連結部を含むことができる。
本明細書に記載されているように、いくつかの実施形態では、テーブルトップ520の様々な区分は、互いに対して移動することができ(例えば、互いに対して傾斜し、又は角度を付ける)、かつ/又はテーブルトップ520は、外科用テーブル500のカラム522及び/若しくは基部524に対して移動する(例えば、傾斜し、又は角度を付ける)ことができる。いくつかの実施形態では、アダプタ528、及びそれに結合されるロボットアーム530は、テーブルトップ520の胴体区分と共に移動することができ、その結果、様々な実施形態の場合のX、Y、及びZ軸への言及の枠組みは、依然としてテーブルトップ520の上面に対してそのまま維持されると考えられる。いくつかの実施形態では、アダプタ528及びロボットアーム530は、テーブル500の支持基台522に結合することができ、テーブルトップ520が支持体522に対して移動されたとき、アダプタ528及びアーム530の位置決めは、テーブルトップ520の移動と共に調整され得る。
図12A及び図12Bに概略的に示すように、アダプタ528は、テーブルインターフェース構造体又は機構540、及び1つ以上のリンク部材を含むことができる。この例示的な実施形態では、アダプタ528は、第1の接合部533においてインターフェース構造体540に結合された第1のリンク部材532、及び第2の接合部535において第1のリンク部材532に結合された第2のリンク部材534を含む。いくつかの実施形態では、第1のリンク部材532は、第1の接合部533においてテーブルインターフェース構造体540に枢動可能に結合され得る。いくつかの実施形態では、第1のリンク部材532は、直線運動を提供する接合部を有するテーブルインターフェース構造体540に結合され得る。いくつかの実施形態では、第2のリンク部材534は、第2の接合部において第1のリンク部材に枢動可能に結合され得る。第1の接合部533及び第2の接合部535に対する他の種類の結合接合部が、代替的に使用され得る。このため、様々な異なる種類の結合接合部(例えば、直線、回転)は、アダプタの各リンク部材間で使用され得、アダプタの所望の移動及び到達を達成することができる。第2のリンク部材534はまた、結合部518(また、本明細書では、「結合接合部」とも称される)においてロボットアーム530にも結合可能である。アダプタ528は、図12Aに示すように、外科手技中に使用するための様々な拡張構成と、図12Bに示すように、使用しないときに格納するための様々な折り畳み又は折り重ね構成との間で移動され得る。
いくつかの実施形態では、アダプタ528は、2つ超のリンク部材を含むことができる。例えば、アダプタは、第2のリンク部材534と、ロボットアーム530への結合部518との間の第2のリンク部材534に結合された第3のリンク部材(図示せず)を含むことができる。他の実施形態では、3つ超のリンク部材が含まれ得る。リンク部材の数及び大きさは、変化し得るため、アダプタ528は、より長い又はより短い到達長を提供し得、ロボットアーム530(例えば、以下に考察される目標接合部J1)を、例えば、より身体の大きい患者のために、更に患者の上方に拡張することができる。また、以下により詳細に記載されているように、アーム530がテーブル500の反対側の位置に移動された(例えば、アームが、テーブルの一方の側面に3つのアームを有する反対側に移動された)場合に、そのアダプタを使用して、テーブルトップ520の更に下方にロボットアーム530の位置を拡張することもできる。アダプタ528の第1の接合部533及び第2の接合部535は、X、Y、及び/又はZ軸に沿って、及び/又はそれらを中心として、ロボットアーム530の移動を提供することができる。
様々な実施形態によれば、各ロボットアーム530は、結合部518を介してアダプタ528に、恒久的に、半恒久的に、又は解放可能に結合されてもよい。結合部518は、様々な異なる結合機構を含むことができ、ロボットアーム上の結合部分(図示せず)に嵌合して結合され得る、アダプタ528上に結合部分(図示せず)を含むことができる。本明細書でより詳細に説明されているように、各ロボットアーム530は、テーブル500上の固定位置に結合することができ、又はロボットアーム530がテーブルトップ520、及び/又はテーブルトップ520上に配設された患者に対して複数の位置に移動可能であり得るように、結合することができる。例えば、ロボットアーム530は、テーブルトップ520、及び/又は患者上の特定の目標治療位置に対して移動することができる。いくつかの実施形態では、テーブルトップ520の軸方向運動(例えば、Y−軸方向における)は、アーム530(したがって、アームの遠位端に結合された医療機器又はツール)が患者上の所望の組織に到達すること、又は必要に応じて患者にアクセするための隙間を提供することを可能にする際に支援することができる。いくつかの実施形態では、支持基台522の垂直移動、テーブルトップ520の軸方向移動、及び、例えば、第1のリンク部材532及び第2のリンク部材534の移動の組み合わせにより、ロボットアーム530が、床上に必要な高さで患者の組織に到達することができる位置に配置されることを可能にする。
アダプタ528に対するいくつかの構造的な要件は、ロボットアーム530の術前及び術中の位置変化に対する調節可能性を維持しながら、ロボットアーム530の剛性支持体を提供することを含み得る。いくつかの実施形態では、テーブルアダプタ528は、固定位置においてアダプタ528を保持又はロックする手段を含み得、例えば、重力の影響、ロボットアーム運動に起因する慣性効果に耐え、かつ/又はユーザ若しくはロボットシステム(他のロボットアーム又はテーブル運動を含む)の別の部分からの偶発的な衝突に耐えることができる。テーブルアダプタ528はまた、アダプタ528の空間位置、並びに/又はアダプタ528の様々な接合部及び結合点の角度及び変位を測定するための1つ以上のセンサを含むこともできる。
アダプタ528の第1のリンク部材532及び第2のリンク部材534の集合的な運動は、結合部518の移動、したがって、X、Y、及び/若しくはZ軸に沿って、並びに/又はそれらの軸を中心としてそれに結合されたロボットアーム530の移動を提供することができる。例えば、ロボットアーム530の目標接合部J1は、テーブル500に対して様々な目標治療位置に移動され得、テーブル上に配設された患者上で様々な異なる外科手技を実行することができる。第1のリンク部材532及び第2のリンク部材534の集合的な運動はまた、アダプタ528及びロボットアーム530が、収容位置、動作位置、並びに停止又は隙間位置を含む、外科用テーブル500に対して様々な異なる位置の間で移動することも可能にする。
図13は、支持体522、アダプタ528、並びにアダプタ528及び/又はロボットアーム530の接合部と関連付けられた例示的な自由度を示すロボットアーム530の一部の上面図である。図13に示すように、かつ上述のように、第1のリンク部材532は、接合部533においてインターフェース機構540に結合され得、第2のリンク部材534は、接合部535において第1のリンク部材532に結合され得る。ロボットアーム530は、結合接合部518において第2のリンク部材534に結合され得、ロボットアーム530のリンク510の各々は、接合部において互いに結合され得る。この例に示すように、ロボットアーム530のJ1接合部は、結合接合部518と一致している。いくつかの実施形態では、アダプタ528、より具体的には、インターフェース機構540は、結合接合部513において外科用テーブルに(例えば、支持体522に)移動可能に結合され得、その結果、第1の自由度DOF1が、結合接合部513において提供されている。図13の例では、結合接合部513は、インターフェース機構540と外科用テーブルとの間の直線移動、すなわち、X軸に平行な並進を提供する。他の実施形態では、結合接合部は、外科用テーブルに対してインターフェース機構540の枢動移動又は回転移動を提供することができる。他の実施形態では、インターフェース機構540は、外科用テーブルに固定して結合され、このため、外科用テーブルに対しては移動しない。
また、図13に示すように、第2の自由度DOF2は、第1のリンク部材532とインターフェース機構との間の接合部533において提供され、第3の自由度DOF3は、第1のリンク部材532と第2のリンク部材534との間の接合部535において提供されている。第4の自由度DOF4は、第2のリンク部材534と、ロボットアーム530のリンク510との間の接合部518、J1において提供されている。この実施例において、DOF2、DOF3、及びDOF4の各々は、Z軸を中心とする回転として示される。
ロボットアーム530、又はその一部は、アダプタ528に解放可能に結合することができ、かつ/又はロボットアーム530の部分(例えば、リンク)は、アダプタ528の中に組み込まれることができる。このため、外科用テーブルと、ロボットアーム530の遠位端との間の接続は、一連のリンク及び接合部として概念化及び実現され得、それらのリンク及び接合部は、接続の遠位端において、医療機器515の移動のための所望の自由度を提供する。接続部は、任意の1つ以上のリンク(複数可)又は接合部(複数可)で、若しくは一連のリンク及び接合部に沿った任意の場所で解放可能な連結部を含むことができる。
アダプタ528及び/又はロボットアーム530のリンクの様々な自由度が、ロボットアーム530の移動を提供し、したがって、ロボットアームの遠位端に配設された医療機器515が、テーブルトップ520に対して様々な異なる位置及び配向に移動され、テーブルトップ上に配設された患者上で様々な異なる手技を実行することができる。本明細書に記載されたアダプタ528はまた、ロボットアーム530の数についてのバリエーションも提供することができ、それらの数のロボットアームは、テーブルに結合されて特定の手技に使用し、かつテーブルトップ520の1つの又は両方の側面上にロボットアーム530を位置決めする。例えば、いくつかの手技では、テーブルトップ520の一方の側面上に2つのロボットアーム530を、かつテーブルトップ520の反対側の側面上に2つのロボットアーム530を位置決めすることが望ましい場合がある。他の手技では、テーブルトップ520の一方の側面上に3つのロボットアーム530を、かつテーブルトップ520の反対側の側面上に1つのロボットアーム530を位置決めすることが望ましい場合がある。本明細書に記載された実施形態の多くは、4つのロボットアーム530の使用について説明しているが、特定の外科手術に使用されるロボットアーム530の数は、変化し得、多かれ少なかれ4つ程度のロボットアーム530が使用され得ることを理解されたい。様々な異なる手技の治療領域又は治療「クラウド」内でテーブルトップ520に対するロボットアームの移動及び位置を明示する様々な特定の実施形態例が、本明細書に記載されている。
術前の設定中及び/又は術中に使用される様々な位置にテーブルアダプタ528を固定するため、様々な接合部及び/又は結合位置は、ブレーキ又はロック機構を利用してもよい。例えば、制動機構は、接合部の運動範囲内の任意の点で位置を保持する能力を提供してもよい。制動機構は、例えば、ディスクキャリパスタイル、ドラムローラスタイル、又は他の摩擦系機構を含んでもよい。係合機構は、任意の数の個別の位置で位置を保持する能力を提供するが、連続した調節を可能にするわけではない。係合機構は、例えば、開放歯状、解放ピン状、又はボール戻り止め、又は他の個別位置スタイルの係合機構を含むことができる。いくつかの実施形態において、制動又は係合機構は、非給電状態での運動を防止し、ばね又は他の機構を介して、停止若しくは係合位置に向かって付勢することができる。いくつかの実施形態において、給電状態において、制動又は係合機構は、システムの所望の状態に応じて、任意に解放又は嵌合してもよい。
図14に概略的に示すように、能動アーム530内の2つのリンク間の接合部にあるモータなどのエネルギー源ESは、使用時に、能動アーム530のツール515内に望ましくない振動V1、及び/又はインターフェース構造体(複数可)540及びカラム522を介して受動アーム530’のツール515’内に振動V2を誘導し得る。例えば、能動アーム530内のエネルギー源ESにより導入されたエネルギーは、能動アーム530を介し、インターフェース構造体(複数可)540及びカラム522を介し、そして受動アーム530’を介して、受動アーム530’のツール515’に伝搬し得、ツール515’内の振動V2を誘導し得る。能動アーム530のエネルギー源ESから能動アーム530のツール515、及び受動アーム530’のツール515へのそのような振動クロストークを低減し、能動アーム530のツール515、及び受動アームのツール515’の位置精度を向上させることが望ましい。いくつかの例では、システムの3つの軸の各々に沿った/中心とする様々な構成要素は、様々な振動の影響を被る可能性がある。このような例では、必ずしもすべての構成要素ではないが、少なくとも最も重要な構成要素の振幅を低減し、ロボットアームの遠位端、及びそれに取り付けられているデバイスの位置精度を向上させることが望ましい。
図15A〜図23Bは、アームが結合されているロボットアーム及びテーブル構造体(複数可)の振動のモード周波数を分離することによって振動クロストークを低減するための装置及び方法の様々な実施形態を例示している。
テーブルから、アーム(又はそれらを構成する構成要素)のモード振動周波数を分断することは、例えば、モータ及び/又はブレーキによって能動アーム中に導入されたエネルギーの伝達効率を低減する。例えば、能動ロボットアームが4ヘルツ(Hz)のモードを有する場合、能動ロボットアーム中に導入されるエネルギーは、2つのアームが装着されている介在構造体が能動ロボットアームのモードに等しいモードを有するときに、受動ロボットアームに最もよく伝達される。今の場合、4Hzのモードである。能動ロボットアーム中に導入されるエネルギーの伝達は、能動ロボットアームのモードと異なるモードを有する介在構造体を配置することによって減少及び/又は遮断することができる。今の場合、例えば、介在構造体は、約6Hzのモードを有するように配置することができ、それによって、能動アームと介在構造体との間のモード分離を作り出し、したがって、受動アームへのエネルギー伝達の効率を低減することができる。アーム間を伝達するエネルギーがより小さくなれば、結果として、生成される振動も小さくなり、すなわち1つ以上の軸における/を中心とする振幅がより小さくなる。
従来の外科用テーブルは、約6〜8Hzの最低モード周波数を有する。ロボット外科用アームは、約4〜6Hzのオーダの最も低いモード周波数を有し得る。所望の分離振幅を生成するためには、少なくとも約2Hzだけアーム周波数からテーブル周波数を分断することが望ましい。いくつかの例では、アーム周波数よりも約2倍又はそれ以上のテーブル周波数を有することが好ましい。開示された実施形態では、テーブル周波数が10Hz以上であることが好ましく、いくつかの例では、より好ましくは、12Hz以上である。
テーブルの最低モード周波数を増加させるいくつかのアプローチが開示されている。上で簡単に説明したように、テーブルは、基部、調節可能なカラム、及び1つ以上の相対移動が可能な構成要素を有するテーブルトップが含む、いくつかの構成要素又はサブアセンブリを含むことができる。システム全体の最低モード周波数は、典型的には、サブアセンブリと結合する構造的構成要素の曲げ、圧縮、又はねじれによって生成される異なる軸に沿って又はその軸を中心として、外科用テーブルの構成要素又はサブアセンブリ間の相対移動によって画定される。
望ましくないより低いモード周波数の別のソースは、サブアセンブリ若しくは構成要素間、又はシステムと環境との間の、システム内のバックラッシュ、汚れ、機構的遊びである。例えば、付録Aで考察されているように、テーブルの基部が、曲げ及び/又は圧縮に対して、比較的硬く、かつ抵抗性である場合、基部が支持されている床又は他の表面内の不規則性に適応することは、それほど可能ではない。これは、テーブルの揺れ動き又は他の移動を生み出し得、それらは、システムの移動のモード周波数のうちの1つ以上を減少させ得る。
システムの最低周波数は、支持カラム及び/又は基部の曲げ、並びに基部に対するテーブルトップの対応する揺動によって画定され得る。図15Aに示すように、この曲げ、及び得られた揺動は、Y−Z平面(すなわち、X軸を中心とする)内とすることができる。図15Aに示すように、それは、カラムの中心線CLから長手方向に(Y軸に沿って)変位されているカラム522(すなわち、テーブルトップ、ロボットアーム、患者、及びテーブルトップ又は支持カラムに装着された任意の他の装置)によって担持された荷重の重心(CG)から生じ得る。図15Bに示すように、曲げ/揺動はまた、X−Z平面(すなわち、Y軸を中心とする)内とすることもできる。図15Bに示すように、これは、カラムの中心から長手方向に(X軸に沿って)変位されている荷重のCGから生じ得る。そのCGは、外科手技のためのロボットアーム及び/又は患者の位置決めによってCLから変位され得る。
上記で考察したように、テーブルトップはまた、所与の外科手技に対して、所望の配向にテーブルトップ及び患者を位置決めするように、カラムに対して枢動可能であってもよい。図16Aに示すように、この枢動移動は、X軸を中心、すなわち枢動521を中心としてもよい。図16Bに示すように、この枢動移動は、Y軸を中心、すなわち枢動523を中心としてもよい。いずれの枢動移動もまた、カラムのCLに対してCGの変位を生成し得る。枢動移動のいずれか又は両方を可能にする及び生成する機構はまた、バックラッシュ源となり得、上述したように、それは、テーブルの移動度のうちの1つ以上のモード周波数を減少させ得る。テーブルトップの枢動移動を可能にしかつ/又は生成することができるが、比較的高い剛性を有し、カラムを曲げさせる傾向を最小化し、基部に対してテーブルトップの揺動に別様に抵抗し、かつ/又はシステム内のバックラッシュ源を低減することができる機構のいくつかの実施形態が、以下に説明されている。
所与の外科手技に対して、テーブルトップ及び患者を所望の配向(例えば、トレンデレンブルグ配向)に位置決めするように、テーブルトップをカラムに対して(例えば、Z、Y、及び/若しくはZ軸に沿って、並びに/又は中心として)枢動させるために、外科用テーブルは、枢動アセンブリを含むことができ、その枢動アセンブリは、その伸縮カラムに結合され、テーブルトップの様々な部分に動作可能に結合されたアクチュエータを有し、かつ所望の配向にテーブルトップを移動させるように配置されている。例えば、図17A〜図17Cに概略的に示すように、そのような外科用テーブル600は、テーブルトップ620、テーブル支持体又はカラム622、テーブル基部650、及び枢動アセンブリ660を含む。テーブルトップ620は、カラム622上に配設され、そのカラムは、例えば、床上方の好適な高さにある基台とすることができる。図17A及び図17Cに概略的に示すように、カラム622は、互いに伸縮して、Z軸(床の上方の高さ)方向の並進を提供する、2つの区分を含む。外科用テーブル600は、本明細書に記載された外科用テーブル500の構造及び機能と同じか又は類似し得る。このため、外科用テーブル600に関する詳細については、以下には記載されていない。具体的に論述されていない特徴及び機能に対しては、それらの特徴及び機能は、本明細書に記載されたいずれかの外科用テーブルと同じか又は類似し得ることを理解されたい。
本明細書に更に詳細に論述しているように、この実施形態では、枢動アセンブリ660は、カラム622に結合されている。このようにして、カラム622及び枢動アセンブリ660は、Z軸(床の上方の高さ)方向に同時に並進することができる。図17A〜図17Cに概略的に例示しているように、枢動アセンブリ660は、主荷重支持体662、第1のアクチュエータ663A、第2のアクチュエータ663B、第3のアクチュエータ663C、及び枢動アセンブリ660を支持し、かつカラム622を有する枢動アセンブリ660と結合するように配置された支持フランジ661を含む。
主荷重支持体662は、テーブルトップ620に動作可能に結合された枢動664を含む。枢動121及び枢動123に関して説明したときと同様に、枢動664は、X軸を中心とし、かつY軸を中心としたカラム622に対するテーブルトップ620の枢動移動が、所与の外科手技の場合において、テーブルトップ622及び患者(図示せず)を所望の配向に位置決めすることを可能にする。枢動664は、ジンバル式接合部配置と共に実現され、2つの軸の枢動運動を可能にしてもよい。
図17A〜図17Cに例示するように、枢動アセンブリ660は、片持式でカラム622に結合されている。この実施形態では、カラム622は、基部650のX及びY軸の原点から外れて位置され、テーブルトップ620の中心線の近くに配設された主荷重支持体662を有する。この配置では、片持式枢動アセンブリ660及びテーブル荷重は、カラム622上に望ましくない曲げモーメントM(例えば、図17Cを参照)及び剪断力を集合的に引き起こし得る。カラム622上の曲げモーメントM及び剪断力は、相対移動中にカラム622の2つの区分の間(例えば、伸縮接合部の間)に望ましくない接触又は摩耗に起因して疲労を引き起こし得る。時間の経過とともに、その疲労は、構造上の剛性の低下、テーブルトップ620の揺動の増加、及び/又はシステム内のバックラッシュの増加をもたらし得る。更に、例えば、患者がテーブルトップ620の反対側面寄りに配設され、かつ/又はロボットアームがテーブルトップ620の反対側に拡張されている場合、カラム622に対する枢動アセンブリ660の片持ちされた位置は、基部650によって画定された許容可能境界を越えて(例えば、カラム622からの中心線からの許容可能距離を越えて)変位されている重心に達し得る。
図17A〜図17Cに示した実施形態に関して例示及び説明された、治療欠陥を除くテーブルトップの枢動移動を可能にし、かつ/又は生成するために、片持方式で枢動アセンブリをカラムと結合するのではなく、枢動アセンブリが、カラムの周りに配置され得、カラムが、基部の中心に向かって再配置されることができる(図17A〜図17Cに示した実施形態に関して呈示及び説明された中心から外れたものではなく)。このようにして、重心の位置は、カラムの中心垂直軸に向かって重心を移動させることによって、改善される。図18A〜図18Cは、そのような実施形態に基づく外科用テーブル700を例示している。図に示すように、この実施形態では、外科用テーブル700は、テーブルトップ720、テーブル基部750、テーブル基部750の中心に、又はその近くに配置されたテーブル支持体又はカラム722、及びカラム722の周りに分配された枢動アセンブリ760を含む。テーブルトップ720は、カラム722の上に配設され、そのカラムは、例えば、床の上方の好適な高さにある基台とすることができる。図18A及び図18Cに概略的に例示するように、カラム722は、互いに対して伸縮して、Z軸(床の上方の高さ)方向に並進を提供する、2つの区分を含む。外科用テーブル700は、本明細書で説明したいずれかの外科用テーブル(例えば、外科用テーブル500、600等)と、構造及び機能において同じか又は類似し得る。このため、外科用テーブル700に関する詳細については、以下には記載されていない。具体的に論述されていない特徴及び機能に対しては、それらの特徴及び機能は、本明細書に記載されたいずれかの外科用テーブルと同じか又は類似し得ることを理解されたい。
図18A〜図18Cに概略的に例示するように、枢動アセンブリ760は、主荷重支持体762、第1のアクチュエータ763A、第2のアクチュエータ763B、第3のアクチュエータ763C、及び枢動アセンブリ760を支持し、かつカラム722と共に枢動アセンブリ260と結合するように配置されている支持フランジ761を含む。図18B(図18Aの区分A−A)の上面図に概略的に最もよく例示しているように、アクチュエータ763A、763B、763C、及び主荷重支持体762が、カラム722の様々な側面又は部分の周りに空間配置されている。より具体的には、主荷重支持体762は、その下端において、カラム722の1つの側面上の支持フランジ761の第1の部分における支持フランジ761に接続されている。主荷重支持体762は、テーブルトップ720の下側に動作可能に結合された枢動764(例えば、ジンバル式接合部)を含む。順に、第2のアクチュエータ763Bは、その下端において、支持フランジの別の部分に接続され、その支持フランジの別の部分は、主荷重支持体762の下端が接続されている支持フランジ761の一部と反対側のカラム722の側面上にある。更に、第1のアクチュエータ763Aは、その下端において、支持フランジの第3の部分における支持フランジ761に接続され、その支持フランジは、支持フランジ761の第1及び第2の部分の間、すなわち主荷重支持体762と第2のアクチュエータ763Bとの間にあるカラム722の側面上にあり、第3のアクチュエータ763Cは、その下端において、支持フランジの第4の部分における支持フランジ761に接続され、その支持フランジは、支持フランジ761の第1及び第2の部分の間、すなわち主荷重支持体762と第2のアクチュエータ763Bとの間にある、第1のアクチュエータ763Aからのカラム722の反対側の側面上にある。アクチュエータ763A、763B、及び763Cの各々は、その上端(例えば、ジンバル式接合部を有する)において、テーブルトップ320の下側に接続されている。
このようにして、カラム722の周りに枢動アセンブリ760を分配させることは、カラム722(すなわち、テーブルトップ、ロボットアーム、患者、及びテーブルトップ若しくは支持カラムに装着された任意の他の装置)によって担持された荷重の重心(CG)が、カラム722において又はその近くに配置されることを可能にし、それによって、伸縮カラム722における不均一な荷重を制限又は低減し、システムの剛性及び安定性を改善し、かつテーブルトップ720及びカラム722のモード周波数を増加させる。この実施形態では、重心、及びカラム722の中心はまた、基部750のX軸及びY軸の原点において又はその近くに配置され得る。
枢動アセンブリ760の代替構成が、図18Dに示されている。この構成では、主荷重支持体762、及びアクチュエータ763A、763B、及び763Cの下端が取り付けられている支持フランジ761の一部が、支持フランジ761の本体からの別個の横方向突起部として、構成されている。図18Dはまた、それぞれのアクチュエータ763A、763B、及び763Cに対する駆動モータ765A、765B、及び765Cの可能な配置を例示している。
別の実施形態では、外科用テーブルは、本明細書に記載された外科用テーブル500、外科用テーブル600、及び/又は外科用テーブル700の構造及び機能と同じか又は類似し得るが、ただし、主荷重支持体は、カラムの上端に再配置され得、アクチュエータは、主荷重支持体の周りに分配されている。図19A〜図19Dは、そのような実施形態に基づく外科用テーブル800を例示している。図に示すように、この実施形態では、外科用テーブル800は、テーブルトップ820、テーブル基部850、テーブル基部850の中心又はその近くに配置されたテーブル支持体又はカラム822、及びカラム822の頂部に配設された枢動アセンブリ860を含む。テーブルトップ820は、枢動アセンブリ860上に配設されている。カラム822は、例えば、基台とすることができる。図19A及び図19Cに概略的に例示するように、カラム822は、互いに対して伸縮して、Z軸(床の上方の高さ)方向の並進を提供する、2つの区分を含む。
図に示すように、枢動アセンブリ860は、カラム822の頂部上に配設及び結合され、かつテーブルトップ820の底部に結合されている。このようにして、カラム822及び枢動アセンブリ860は、Z軸(床の上方の高さ)方向に同時に並進することができ、テーブルトップ820は、床の上方の好適な高さに配設され得る。図19A〜図19Cに概略的に例示するように、枢動アセンブリ860は、主荷重支持体862、第1のアクチュエータ863A、第2のアクチュエータ863B、第3のアクチュエータ863C、並びに枢動アセンブリ860を支持し、かつカラム822と共に枢動アセンブリ860に結合するように配置された支持フランジ861を含む。
この実施形態では、主荷重支持体862は、カラム822の頂部上に配設されている。より具体的には、主荷重支持体862の下端は、カラム822の垂直軸(Z軸)に直角の平面内、すなわちX−Y平面内で支持カラム822の周辺部内に配設されている。主荷重支持体862の上端は、テーブルトップ820の下側に動作可能に結合されている枢動864(例えば、ジンバル式接合部)を含む。このようにして、カラム822の頂部上に主荷重支持体862を配設することにより、カラム322(すなわち、テーブルトップ、ロボットアーム、患者、及びテーブルトップ若しくは支持カラムに装着された任意の他の装置)によって担持された荷重の重心(CG)が、カラム822において又はその近くに配置されることを可能にし、それによって、伸縮カラム822における不均一な荷重を制限又は低減し、システムの剛性及び安定性を改善し、かつテーブルトップ820及びカラム822のモード周波数を増加させる。この実施形態では、重心、及びカラム822の中心はまた、基部850のX軸及びY軸の原点において又はその近くに配置される。更に、カラム822の頂部上に主荷重支持体863を配設し、主荷重支持体863の周りにアクチュエータ863A、863B、863Cを分配させることにより、図17A〜図17Cに関して説明した望ましくない曲げモーメント及び剪断力を低減及び/又は排除し、それによって、伸縮カラム822における不均一な荷重を制限又は低減すること、システムの剛性及び安定性を改善すること、並びにテーブルトップ820及びカラム822のモード周波数を増加させる。
カラム822の頂部上に枢動アセンブリ860全体、すなわちカラムの頂部上方のアクチュエータ863A、863B、及び863Cを含むすべての構成要素を伴う枢動アセンブリ全体を配設することは、テーブルトップ820の高さを増加させ、カラム822上の曲げ力、及びカラムの曲げと関連付けられたより低いモード周波数(複数可)を悪化させ得る。図19Dに、代替配置が示されている。この配置では、支持フランジ861は、支持カラム822の頂部に結合された上部861A、下部周辺部861B、及び下部周辺部861Bを上部861Aに接続する側部861Cを含む。主荷重支持体862の下端は、支持フランジ861の上端861Aに結合され、アクチュエータ863A、863B、及び863Cの下端は、下部周辺部861Bに結合されている。
図19Dに、枢動アセンブリ860の代替構成が示されている。この構成では、主荷重支持体862、及びアクチュエータ863A、863B、及び863Cの下端が取り付けられている支持フランジ861の下部周辺部861Bの一部が、支持フランジ861の側部861Cからの別個の横方向突起部として構成されている。図18Dはまた、それぞれのアクチュエータ863A、863B、及び863Cに対する駆動モータ865A、865B、及び865Cの可能な配置を示している。
図9C及び図9Dに関係して上述したように、1つ以上のロボットアームは、テーブルに結合されて、テーブルトップ上に配設された患者上の所望の治療目標に到達することができる。ロボット制御支援外科手技では、ロボットアーム(複数可)は、外科用テーブルのテーブルトップ上に配設された患者に対して所望の動作位置に配設され得る。いくつかの実施形態では、テーブルトップは、テーブルトップアダプタ結合部を介してカラムに結合され得る。図20A及び図20Bは、そのような実施形態を例示している。この実施形態では、外科用テーブル900は、本明細書に記載された外科用テーブルのいずれかの構造及び機能と同じか又は類似し得る。このため、外科用テーブル900に関するいくつかの詳細については、以下には記載されていない。具体的に考察されていない特徴及び機能に対しては、それらの特徴及び機能は、本明細書に記載されたいずれかの外科用テーブルと同じか又は類似し得ることを理解されたい。
この実施形態では、外科用テーブル900は、テーブルトップ920、テーブル支持体又はカラム922、テーブル基部950、枢動アセンブリ960、カラム922とテーブルトップ920との間に配設され、かつそれらに結合するように配置されたテーブルトップアダプタ結合部975(また、本明細書では、「テーブルトップアダプタ」とも称される)、及びテーブルトップアダプタ結合部975に結合された2つのロボットアーム930を含む。枢動アセンブリ960は、テーブルトップアダプタ975に動作可能に結合され、テーブルトップアダプタ975の枢動(前述の実施形態に関して考察したように)を可能にし、次にテーブルトップ920が、所与の手技の所望の位置及び配向にテーブルトップ920を配置することを可能にし得る。
この実施形態では、ロボットアーム930は、テーブルトップアダプタ975に結合され、かつそこから延在している。しかしながら、このようにしてロボットアーム930をテーブルトップアダプタ975に結合することは、いくつかの欠点を有し得る。図20Bに概略的に例示するように、例えば、そのような実施形態では、テーブルトップ920及び/又はその構成区分の傾斜が、ロボットアーム930の移動又は傾斜を引き起こし得、なぜならば、ロボットアーム930が、テーブルトップアダプタ975を介してテーブルトップ920に結合されているからである。したがって、ロボットアーム930(及びそれらに取り付けられている任意の器具)の位置決めは、テーブルトップ920の位置決めを組み込む必要があり、それによって、システムの動作が複雑化する。潜在的な欠点の別の例として、本明細書でより詳細に説明したように、テーブルトップ920及びロボットアーム930の両方をテーブルトップアダプタ975に結合させることにより、テーブルトップ920及びロボットアーム930があまりに類似したモード周波数を有することになり、それによって、作業端部において望ましくない振動を増加させる可能性があることである。
このような欠点は、例えば、ロボットアームを、外科用テーブルのより剛性の高い構造体、並びにテーブルトップ及び/又はその構成区分の傾斜運動から独立した構造体に結合させることによって対処し得る。そのような実施形態が、図21A〜図21Eに概略的に例示されている。この実施形態では、外科用テーブル1000は、本明細書に記載された外科用テーブルのいずれかの構造及び機能と同じか又は同様であり得る。このため、外科用テーブル1000に関する詳細については、以下には記載されていない。具体的に考察されていない特徴及び機能に対しては、それらの特徴及び機能は、本明細書に記載されたいずれかの外科用テーブルと同じか又は類似し得ることを理解されたい。
この実施形態では、外科用テーブル1000は、テーブルトップ1020、テーブル基部1050、テーブル基部1050の中心に又はその近くに配置されたテーブル支持体又はカラム1022、カラム1022の頂部上に配設された枢動アセンブリ1060、2つのロボットアーム1031、1032、及びカラム1022とテーブルトップ1020との間に配設され、かつそれらに結合するように配置されたテーブルトップアダプタ結合部1075(また、本明細書では、「テーブルトップアダプタ」とも称される)を含む。テーブルトップアダプタ1075は、枢動アセンブリ1060及びテーブルトップ1050に動作可能に結合されている。カラム1022は、互いに対して伸縮して、Z軸(床の上方に8個(eight above the floor))方向に並進を提供する、2つの区分を含む。
図に示すように、枢動アセンブリ1060は、カラム1022の頂部上に配設及び結合され、テーブルトップアダプタ1075の底部に更に結合されている。このようにして、カラム1022及び枢動アセンブリ1060は、Z軸(床の上方の高さ)方向に同時に並進することができ、テーブルトップ1020は、床の上方の好適な高さに配設することができる。図21A〜図21Cに概略的に例示するように、枢動アセンブリ1060は、主荷重支持体1062、第1のアクチュエータ1063A、第2のアクチュエータ1063B、第3のアクチュエータ1063C、並びに枢動アセンブリ1060を支持し、かつカラム1022を有する枢動アセンブリ1060に結合するように配置された支持フランジ1061を含む。
この実施形態では、主荷重支持体1062は、カラム1022の頂部上に配設されている。より具体的には、主荷重支持体1062の下端は、カラム1022の垂直軸(Z軸)に直角の平面内、すなわちX−Y平面内で支持カラム1022の周辺部内に配設されている。主荷重支持体1062の上端は、テーブルトップアダプタ1075の下側に動作可能に結合されている枢動1064(例えば、ジンバル式接合部)を含む。このようにして、カラム1022の頂部上に主荷重支持体1062を配設することにより、カラム1022(すなわち、テーブルトップ、ロボットアーム、患者、及びテーブルトップ若しくは支持カラムに装着された任意の他の装置)によって担持された荷重の重心(CG)が、カラム1022において又はその近くに配置されることを可能にし、それによって、伸縮カラム1022における不均一な荷重を制限又は低減し、システムの剛性及び安定性を改善し、かつテーブルトップ1020及びカラム1022のモード周波数を増加させる。この実施形態では、重心(CG)、及びカラム1022の中心はまた、基部1050のX軸及びY軸の原点において又はその近くに配置されている。更に、カラム1022の頂部上に主荷重支持体1063を配設し、主荷重支持体1063の周りにアクチュエータ1063A、1063B、1063Cを分配することにより、図17A〜図17Cに関して説明した望ましくない曲げモーメント及び剪断力を低減及び/又は排除し、それによって、伸縮カラム1022における不均一な荷重を制限又は低減し、システムの剛性及び安定性を改善し、かつテーブルトップ1020及びカラム1022のモード周波数を増加させる。
図19Dの実施形態に関係して説明したのと同様に、この実施形態では、支持フランジ1061は、支持カラム1022の頂部に結合された上部1061A、下部周辺部1061B、及び下部周辺部1061Bを上部1061Aに接続する側部1061Cを含む。主荷重支持体1062の下端は、支持フランジ1061の上部1061Aに結合され、アクチュエータ1063A、1063B、及び1063Cの下端は、下部周辺部1061Bに結合されている。
この実施形態では、主荷重支持体1062は、その下端において支持フランジ1061に接続され、主荷重支持体1062の枢動1064(例えば、ジンバル式接合部)は、テーブルトップアダプタ1075の下側に動作可能に結合され、上述したように、アクチュエータは、カラム1022及び主荷重支持体1062の周辺部の周りに分配されている(図19Bの実施形態と同様)。より具体的には、第1のアクチュエータ1063は、その下端において、カラム1022の一方の側面上の下部周辺部1061Bに接続されている。第3のアクチュエータ1063Cは、その下端において、支持フランジ1061の下部周辺部1061Bの別の部分に接続され、その支持フランジは、第1のアクチュエータ1063Aの下端が接続されている支持フランジ1061の一部と反対側のカラム1022の側面上にある。更に、第2のアクチュエータ1063Bは、その下端において、支持フランジ1061の下部周辺部1061Bに接続され、その下部周辺部は、Y軸に沿って支持フランジ1061の第1及び第2の部分との間にあるカラム1022の側面上の下部周辺部1061Bの第3の部分にあり、その結果、主荷重支持体862は、X軸に沿って支持フランジ1061の第1の/第2の部分と、第3の部分との間に配設されている。アクチュエータ1063A、1063B、及び1063Cの各々は、その上端(例えば、ジンバル式接合部を用いて)において、テーブルトップアダプタ1075の下側に結合されている。
更に、図に示すように、この実施形態では、ロボットアーム1031、1032は、枢動アセンブリ1060の支持フランジ1061に結合されている(テーブルトップアダプタ又はテーブルトップに結合されているのではない)。このようにして、使用時には、ロボットアーム1031、1032は、Z軸(床の上方の高さ)方向に、カラム1022、テーブルトップ1020、及びテーブルトップアダプタ1075と共に同時に並進し得るが、テーブルトップ1020及びテーブルトップアダプタ1075のいかなる枢動又は傾斜とは独立している。この特徴は、図21Cに概略的に例示されており、その中で、枢動アセンブリ1050は、テーブルトップ1020及びテーブルトップアダプタ1075が傾斜されるように調節され、これに対して、ロボットアーム1031、1032は、依然として垂直位置のままである(すなわち、図21Aに概略的に例示するように、ロボットアーム1031、1032は、枢動アセンブリが調節される前と同じ垂直位置にある)。
外科用テーブル1000の代替構成が、図21D及び図21Eに示されている。この構成では、4つのロボットアーム1031、1032、1033、及び1034が、テーブルトップアダプタ1075に結合するように示されている。また、図21Eは、それぞれのアクチュエータ1063A、1063B、及び1063Cに対する駆動モータ1065A、1065B、及び1065Cの可能な配置を例示している。
このようにしてロボットアームを支持フランジ1061に結合することにより、所望のモード周波数分離を高め、各ロボットアーム間、及びロボットアームとロボットアームが結合されたテーブル構造体(複数可)との間のクロストーク振動を低減する。更に、支持フランジ1061、及び支持フランジ1061が結合されているカラム1022が、テーブルトップ1020及びテーブルトップアダプタ1075よりも剛性が高くかつより安定しているとき(すなわち、支持フランジ1061及びカラム1022が、より高いモード周波数を有するとき)、ロボットアームを支持フランジ1061に結合させることにより、システムの剛性及び安定性を改善し、ロボットアームの遠位端における望ましくない振動を低減することができる。
更に外科用テーブルの剛性を高め、そのモード周波数を増大させ、したがって、そこに取り付けられたロボットアームの遠位端における望ましくない振動を低減するために、本明細書に記載された任意の実施形態も、伸縮し、かつロック可能な支持ストラットを含むことができる。図22A及び図22Bは、そのような実施形態を例示している。この実施形態では、説明を容易にするため、図に示すように、外科用テーブル1100は、テーブルトップ1120、テーブル基部1150、テーブル支持体又はカラム1122、及び3つの支持ストラット1178のみを用いて示されている。しかしながら、外科用テーブル1100は、本明細書に記載された任意の外科用テーブルの構造及び機能において同じか又は同様とすることができる。このため、外科用テーブル1100に関する詳細については、以下には記載されていない。具体的に考察されていない特徴及び機能に対しては、それらの特徴及び機能は、本明細書に記載されたいずれかの外科用テーブルと同じか又は類似し得ることを理解されたい。
支持ストラット1178は、テーブルトップ1120とテーブル基部1150との間に配設され、かつそれらに結合されており、また、互いに対して伸縮して、Z軸(床の上方の高さ)方向の並進を提供する、上部区分1178A及び下部区分1178Bを含む。このようにして、支持ストラット1178は、Z軸に沿って、カラム1122及びテーブルトップ1120と共に同時に並進することができ、テーブルトップ1120を床の上方の好適な高さに配置することができる。各支持ストラット1178は、その上端及び下端において枢動接合部(これは、例えば、ジンバル式接合部でもよい)を含み、支持ストラット1178及びカラム1122に対してテーブルトップ1120の枢動又は回転移動を可能にする。各支持ストラット1178は、ロック可能であり、すなわち、伸縮区分は、それらが伸縮することができないように、互いに選択的に固定することができる。このようにして、使用時には、ひとたびテーブルトップ1122が、床の上方の所望の位置、及び所望の配向(例えば、所望の傾斜)に配置されると、支持ストラット1178はロックすることができる。支持ストラット1178をロックすることは、基部に対するテーブルトップの移動の構造的なより大きい構造抵抗を提供し、したがって、ロボットアーム(図示せず)が結合されているテーブル構造体(例えば、テーブルトップ1122)のモード周波数を高めることができる。特に、例えば、図15A及び図15Bに関して考察したように、支持ストラット1178は、テーブルトップ1178の潜在的な揺動を制限及び/又は低減することができる。
代替の実施形態では、テーブルトップとテーブル基部との間で1つ以上の支持ストラットを直接テーブル基部に結合するのではなく、1つ以上の支持ストラットは、テーブルトップに結合された上端、及びカラムに結合された下端(例えば、カラムの上端)を有することができる。
支持ストラット1178は、任意の好適な方法でロック可能とすることができる。この実施形態では、図23A及び図23Bの断面図に概略的に例示するように、支持ストラット1178は、ブレーキ1179を含む。図に示すように、ブレーキ1179は、支持ストラット1178の伸縮区分の間に配設され、このブレーキは、支持ストラット1178の区分が「自由追従」され、又は別様にZ軸に沿って互いに対して伸縮することを可能にする第1の位置(図23A)から、伸縮区分がロックされたためにZ軸に沿って互いに対して伸縮を妨げる第2の係合位置(図23B)に、伸展することができる。
他の実施形態では、ブレーキに加えて、又はそれに代えて、支持ストラットは、支持ストラットの区分が互いに対して伸縮することができないように、支持ストラットをロックするためのロック可能なベアリングを含むことができる。
この実施形態では、支持ストラット1178は、カラム1122の外側に配置されるように表示及び説明されているが、他の実施形態では、1つ以上の支持ストラットが、カラムの内側に配設され得る。
更に、この実施形態では、外科用テーブル1100は、3つの支持ストラットを含んでいるが、他の実施形態では、外科用テーブルは、任意の好適な数の支持ストラット(例えば、1つの支持ストラット、2つの支持ストラット、4つの支持ストラット、又はそれ以上)を含むことができる。
他の実施形態では、支持ストラット1178のうちのいずれか又はすべてが、互いに対して伸縮する2つよりも多い区分を含むことができる。そのような実施形態では、ロック機構は、隣接区分に対して各区分を選択的にロックするように提供される。
上述したように、ロボット外科用システムのロボットアームの作業端部における望ましくない振動を低減することが望ましい。ロボット外科用システムは、外科手技中に患者が支持され得るアダプタを介して外科用テーブルに結合されるロボット外科用アームを含むことができる。このロボット外科用アームは、それらの遠位側の作業端部において、外科用器具、外科用器具を適用するための患者の内腔(複数可)及び器官(複数可)へのアクセスを提供するためのカニューレ、撮像デバイス、照明等を含む、様々なデバイスを支持することができる。このようなシステムでは、ロボットアームの遠位端部上に装着されたデバイスに対して高い位置精度を確立及び維持することが望ましい。
位置精度は、ロボットアームの遠位端部の振動によって低下又は劣化され得る。このような振動は、振動クロストークの形態で存在し得、その振動クロストークは、システムの別の部分に起因するシステムの一部分で生じる望ましくない振動である。例えば、振動は、アームの別の部分、及び/又は外科用テーブル若しくは他の支持構造体に対してアームのある部分の移動を駆動するモータの動作によってロボットアーム内に誘導され得、そのモータの動作によってアーム中に導入されるエネルギーが、アームを介して遠位端部に伝搬し、遠位端部に振動を誘導し得る。このアームは、「能動」アームと称されることがある。代替的に、又は追加的に、能動アーム中に導入されるエネルギーは、例えば、能動アーム内のモータの動作によって、能動アームを介し、テーブル又は他の支持構造体を介し、別のロボットアーム(これは、「受動」アームと称されることがある)を介して、受動アームの遠位端部に伝搬し得る。ロボットアームの遠位端部、及びそこに取り付けられたデバイスの位置精度を向上させるには、振動クロストークを低減することが望ましい。
ロボットアームの遠位端、並びにそれに取り付けられたデバイスの振動クロストーク及び位置精度に対処するために、外科手技中に患者が支持され得るアダプタを介して外科用テーブルに結合されているロボット外科用アームを含むロボット外科用システムを提供するための装置及び方法は、図24A〜図30Bに関して本明細書に記載されている様々な実施形態である。
患者が配設され得るテーブルトップを有する外科用テーブルを含むロボット外科用システムを提供するための装置及び方法が、本明細書に記載されている。いくつかの実施形態では、装置は、外科用テーブルと、外科用テーブルに結合されるか又は結合可能なロボットアームと、を含み、各ロボットアームは、外科用ツール、ツールドライバ、カニューレ、照明、及び/又は撮像デバイスなどの医療機器を支持する。外科用テーブルは、基部、基台又はカラム、及び、そのカラムに結合されたテーブルトップを含む。ロボットアームの各々は、テーブルトップ、カラム、又は基部のうちの少なくとも1つに結合され得る。各ロボットアームは、アームの近位端部(ここでアームがテーブルに連結される)とアームの遠位端部(ここでアームが医療機器に連結される)との間に2つ以上のリンクを提供する。リンクは互いに連結され、接合部によって連結されたリンク間の相対移動の1つ以上の自由度、及びロボットアームの遠位端と外科用テーブルとの間の相対移動の対応する1つ以上の自由度を提供する接合部によって、テーブル及び医療機器に連結され得る。リンク及び対応する自由度は、テーブルトップ、及び/又はテーブルトップに配置された患者、及び/又はテーブルトップに配置された患者の組織の所望の目標部分に対する所望の場所に、X軸、Y軸、及び/若しくはZ軸を中心とした、並びに/又はそれらに沿う、ロボットアームの遠位端部の移動を可能にする。接合部の周りのリンクの相対移動は、モータなどのデバイスの動作によって開始及び継続することができ、並びに/又はモータなどの能動デバイス、及び/若しくはブレーキなどの受動デバイスによって抵抗又は停止することができる。上述したように、そのようなデバイスは、エネルギーをロボット外科用システムに導入し得、そのシステムは、ロボットアームの遠位端での望ましくない振動を生成し得る。
いくつかの実施形態において、装置は、患者用テーブルトップ、外科用テーブルに結合されたアダプタ、及びアダプタに結合された1つ以上のロボットアームを有する、外科用テーブルを含む。いくつかの実施形態において、装置は、患者用テーブルトップ、外科用テーブルに結合されたアダプタ/ロボットアームアセンブリを有する外科用テーブルを含むことができる。例えば、アダプタ及びロボットアームは、一体式機構又は構成部品であり得る。アダプタ及びロボットアーム、又はアダプタ/ロボットアームアセンブリの各々は、1つ以上のリンクを含むことができ、それらのリンクは、テーブルトップ、及び/又はテーブルトップに配置された患者、及び/又はテーブルトップに配置された患者の組織の所望の目標部分に対する所望の場所に、X、Y、及び/若しくはZ軸を中心にした並びに/又はそれらに沿った、アダプタ及び/又はアームの移動を可能にする。
いくつかの実施形態において、装置は、外科用テーブルに結合可能であり、かつ外科用テーブルのテーブルトップ下方の外科用テーブルによって支持可能であるアダプタを含む。この外科用テーブルは、テーブルトップに結合された支持体、及びその支持体に結合された基部を有する。本明細書でより詳細に考察したように、アダプタは、振動クロストークを低減し、ロボットアームの遠位端、及びそこに取り付けられるデバイスの位置精度を向上させるように設計されている。この目的のために、アダプタは、少なくとも2つの区分を有し、それらの区分は、第1のロボットアームの近位端部分に結合されるように構成された第1の区分、及び第2のロボットアームの近位端部分に結合されるように構成された第2の区分を含む。第1の区分は、第1の剛性を有し、第2の区分は、第1の剛性よりも大きい第2の剛性を有する。このようにして、第1の剛性を有する第1の区分は、第1の共振又はモード周波数を有し、第2の剛性を有する第2の区分は、第1の共振周波数とは異なる第2の共振又はモード周波数を有することとなる。アダプタをわたる共振周波数を変化させることにより、アダプタに取り付けられたロボットアームへ/からの振動クロストークを低減することができる。
いくつかの実施形態では、アダプタは、様々な剛性を有する複数の区分を有することに加えて、又はその代わりに、第1の区分と第2の区分との間に間隙を画定することができる。このような実施形態では、装置は、アダプタに取り付けられた各ロボットアーム間のクロストーク振動を吸収するために、アダプタの間隙内に配設されたダンパを更に含んでもよい。代替の実施形態では、間隙内に配設されたダンパの代わりに、装置は、アダプタに取り付けられた各ロボットアーム間のクロストーク振動を吸収するために、アダプタの間隙内に配設されたばねダンパアセンブリ(spring−damper assembly)を含むことができる。
図24A〜図24Bに概略的に示すように、外科用テーブル1200は、テーブルトップ1220、テーブル支持体又はカラム1222、及びテーブル基部1224を含む。図24Aに概略的に示すように、テーブルトップ1220は、外科手技中に患者が配設され得る上面を有する。テーブルトップ1220は、例えば、床の上方の好適な高さにある基台となり得るカラム1222上に配設されている。カラム1222は、所望の数の自由度でテーブルトップ1220の移動を提供することができる。例えば、図24Aに概略的に示すように、カラム1222は、互いに対して伸縮して、Z軸(床の上方の高さ)における並進を提供する、2つの区分を有してもよい。更に、又は代替的に、テーブルトップ1220は、Y軸に沿って(テーブルの長手方向軸に沿って)、及び/若しくはX軸に沿って(テーブルの横方向軸に沿って)、並びに/又はZ、Y、及び/若しくはX軸を中心として、基部1250に対して移動可能としてもよい。テーブルトップ1220はまた、複数の区分を含んでもよく、それらの区分は、任意の好適な軸に沿って/中心として互いに対して移動可能であり、例えば、胴体、一方若しくは両方の脚部、及び/又は、一方若しくは両方の腕、並びに頭部支持区分の各々に対して別個の区分である。テーブルトップ1220及び/又はその構成区分の移動は、手動で実行、モータによって駆動、遠隔で制御されるなどであってもよい。テーブルトップのためのカラム1222は、基部1224に装着されてもよく、その基部は、手術室の床に固定され得、又は、例えば、基部上の車輪を使用することによって床に対して移動可能とすることができる。図24Aに概略的に示すように、いくつかの実施形態では、カラム1222の高さは、調節されることができ、その高さは、例えば、テーブルトップ1220の運動(例えば、軸方向(長手方向)又は横方向運動)と共に、テーブルトップ1220が、床の上方の特定の高さ(例えば、外科医のアクセスを可能にするための)、及びカラム1220からの特定の距離にある所望の外科用部位のところに位置決めされるのを可能にすることができる。これはまた、テーブル1200に結合されたロボットアーム1230が、テーブルトップ1220上に配設された患者上の所望の治療目標に到達することも可能にすることができる。
図24C及び図24Dに概略的に示すように、ロボット制御支援外科手技では、1つ以上のロボットアーム1230が、外科用テーブル1200(また、本明細書では「テーブル」とも称される)のテーブルトップ1220上に配設された患者に対して所望の動作位置に配設され得る。このロボットアーム(複数可)を使用して、外科用テーブル1200上に配設された患者の上で外科手技を実行することができる。特に、各ロボットアームの遠位端部は、ロボットアームの遠位端部に連結された医療機器が所望の機能を実行することができるように、所望の動作位置に配置することができる。
様々な実施形態によれば、外科用テーブルと、各ロボットアームの近位端との間の接続(したがって、患者に対してロボットアームの遠位端における医療機器の位置及び配向)は、アダプタ1228、及びアダプタ1228に結合されたロボットアーム(複数可)1230と共に実装されている。アダプタ1228は、外科用テーブル1200とは分離可能であるが、それと係合され、若しくは結合可能であり、又は外科用テーブル1200に固定的に取り付けることができる。アダプタ1228は、例えば、支持体1222、テーブル基部1224、及び/又はテーブル1200のテーブルトップ1220に結合することができる。図24C及び図24Dに概略的に示すように、アダプタ1228は、外科用テーブル1200のテーブルトップ1220の下方に配設されている。
使用時には、ロボットアーム1230は、テーブルトップ1220、及び/又は患者上の目標治療位置に対して移動することができる。いくつかの実施形態では、テーブルトップ1220の軸方向の運動(例えば、Y−軸方向における)は、アーム1230(したがって、アームの遠位端に結合された医療機器又はツール)が患者上の所望の組織に到達すること、又は必要に応じて患者にアクセするための隙間を提供することを可能にする際に支援することができる。いくつかの実施形態では、カラム1222の垂直移動、テーブルトップ1220の軸方向移動、及び、例えばロボットアーム1230内のリンクの移動の組み合わせにより、ロボットアームが、床上に必要な高さで患者の組織に到達することができる位置に配置されることを可能にする。
図25A及び図25Bに概略的に示すように、各ロボットアーム1230は、遠位端部分1237及び近位端部分1236を含むことができる。遠位端部分1237(また本明細書では、「動作端」とも称される)は、医療機器又はツール1215を含み得、又はそれらに結合され得る。近位端部分1236(また本明細書では、「装着端部分」又は「装着端」とも称される)は、結合部分を含むことができ、ロボットアーム1230がテーブル1200のテーブルトップ1220に結合されることを可能にするための結合部分を含むことができる。ロボットアーム1230は、接合部において共に結合された2つ以上のリンク部材又はセグメント1210を含むことができ、それらの接合部は、X、Y、及び/若しくはZ軸のうちの1つ以上に沿った並進、並びに/又はそれらを中心とする回転を提供することができる。結合部1218においてロボットアーム1230をテーブルトップ1222に結合するための、ロボットアーム1230の結合部分は、アーム1230の遠位端又は装着端1236で配設され得、セグメント1210に結合されてもよく、又はセグメント1210内に組み込まれてもよい。ロボットアーム1230はまた、ロボットアーム1230の装着端1236において又はその近くで配設された目標接合部J1も含み、その目標接合部は、結合部1218の結合部分内に含まれ得、又は結合部分に結合されたロボットアーム1230のリンク若しくはセグメント1210上に配設され得る。目標接合部J1は、ロボットアーム1230の遠位側セグメントがテーブルトップ1220に対して枢動することを可能にするための枢動接合部を提供することができる。ロボットアーム1230は、図25Aに示すように、外科手技中に使用するための様々な拡張構成と、図25Bに示すように、使用しないときに格納するための様々な折り畳み又は折り重ね構成との間で移動され得る。
図24C及び図24Dに関して説明したように、アダプタ1228は、例えば、テーブル1200のカラム1222、テーブル基部1224、及び/又はテーブルトップ1220に結合することができる。しかしながら、アダプタとロボットアームとの間の区別は、無視することができ、外科用テーブルと、ロボットアームの遠位端との接続は、概念化され、そして一連のリンク及び接合部として実施され得、それらのリンク及び接合部は、すなわち接続の遠位端において、医療機器の移動のための所望の自由度を提供する。接続部は、任意の1つ以上のリンク(複数可)又は接合部(複数可)で、若しくは一連のリンク及び接合部に沿った任意の場所で解放可能な連結部を含むことができる。
本明細書に記載されているように、いくつかの実施形態では、テーブルトップ1220の様々な区分は、互いに対して移動することができ(例えば、互いに対して傾斜する、又は角度を付け得る)、かつ/又はテーブルトップ1220は、外科用テーブル1200のカラム1222及び/若しくは基部1224に対して移動する(例えば、傾斜する、又は角度を付ける)ことができる。いくつかの実施形態では、アダプタ1228、及びそれに結合されるロボットアーム1230は、テーブルトップ1220の胴体区分と共に移動することができ、その結果、様々な実施形態の場合のX、Y、及びZ軸への言及の枠組みは、依然としてテーブルトップ1220の上面に対してそのまま維持されると考えられる。いくつかの実施形態では、アダプタ1228及びロボットアーム1230は、テーブル1200の支持基台1222に結合することができ、テーブルトップ1220が支持体1222に対して移動されるとき、アダプタ1228及びアーム1230の位置決めは、テーブルトップ1220の移動と共に連係調整され得る。
様々な実施形態によれば、各ロボットアーム1230は、結合部1218を介してアダプタ1228に、恒久的に、半恒久的に、又は解放可能に結合され得る。結合部1218は、様々な異なる結合機構を含むことができ、ロボットアーム上の結合部分(図示せず)に嵌合して結合され得る、アダプタ1228上の結合部分(図示せず)を含むことができる。本明細書でより詳細に説明されているように、各ロボットアーム1230は、テーブル1200上の固定位置に結合することができ、又はロボットアーム1230がテーブルトップ1220、及び/又はテーブルトップ1220上に配設された患者に対して複数の位置に移動可能であり得るように、結合することができる。例えば、ロボットアーム1230は、テーブルトップ1220、及び/又は患者上の特定の目標治療位置に対して移動することができる。いくつかの実施形態では、テーブルトップ1220の軸方向の運動(例えば、Y−軸方向における)は、アーム1230(したがって、アームの遠位端に結合された医療機器又はツール)が患者上の所望の組織に到達すること、又は必要に応じて患者にアクセするための隙間を提供することを可能にする際に支援することができる。いくつかの実施形態では、支持基台1222の垂直移動、テーブルトップ1220の軸方向移動、及び、例えば、1つ以上のリンク部材の移動の組み合わせにより、ロボットアーム1230が、床上に必要な高さで患者の組織に到達することができる位置に配置されることを可能にする。
アダプタ1228に対するいくつかの構造的な要件は、ロボットアーム1230の術前及び術中の位置変化に対する調節可能性を維持しながら、ロボットアーム1230の剛性支持体を提供することを含み得る。いくつかの実施形態では、テーブルアダプタ1228は、固定位置においてアダプタ1228を保持又はロックする手段を含み得、例えば、重力の影響、ロボットアーム運動に起因する慣性効果に耐え、かつ/又はユーザ若しくはロボットシステム(他のロボットアーム又はテーブル運動を含む)の別の部分からの偶発的な衝突に耐えることができる。テーブルアダプタ1228はまた、アダプタ1228の空間位置、並びに/又はアダプタ1228の様々な接合部及び結合点の角度及び変位を測定するための1つ以上のセンサを含むこともできる。
アダプタ1228及び/又はロボットアーム1230のリンクの様々な自由度が、ロボットアーム1230の移動を提供し、したがって、ロボットアームの遠位端に配設された医療機器1215が、テーブルトップ1220に対して様々な異なる位置及び配向に移動され、テーブルトップ上に配設された患者上で様々な異なる手技を実行することができる。本明細書に記載されたアダプタ1228はまた、ロボットアーム1230の数についてのバリエーションを提供することもでき、それらのロボットアームは、テーブルに結合されて特定の手技のために使用し、テーブルトップ1220の一方又は両方の側面上にロボットアーム1230を位置決めすることができる。例えば、いくつかの手技では、テーブルトップ1220の1つの側面上に2つのロボットアーム1230を、かつテーブルトップ1220の反対側の側面上に2つのロボットアーム1230を位置決めすることが望ましい場合がある。他の手技では、テーブルトップ1220の1つの側面上に3つのロボットアーム1230を、かつテーブルトップ1220の反対側の側面上に1つのロボットアーム1230を位置決めすることが望ましい場合がある。特定の外科手術に使用されるロボットアーム1230の数は、変化し得ることを理解されたい。
図26に概略的に示すように、能動アーム1230内の2つのリンク間の接合部におけるモータなどのエネルギー源ESは、使用時に、能動アーム1230のツール1215内に望ましくない振動V1を、並びに/又は、インターフェース構造体(複数可)1240及びカラム1222を介した、受動アーム1230’のツール1215’内の振動V2を誘導し得る。例えば、能動アーム1230内のエネルギー源ESによって導入されたエネルギーは、能動アーム1230を介し、インターフェース構造体(複数可)1240及びカラム1222を介し、そして受動アーム1230’を介して、受動アーム1230’のツール1215’に伝搬し得、ツール1215’内に振動V2を誘導し得る。能動アーム1230のエネルギー源ESから、能動アーム1230のツール1215及び受動アーム1230’のツール1215への振動クロストークを低減し、能動アーム1230のツール1215及び受動アームのツール1215’の位置精度を向上させることが望ましい。いくつかの例では、システムの3つの軸の各々に沿った/中心とする様々な構成要素は、様々な振動の影響を被る可能性がある。このような例では、必ずしもすべての構成要素ではないが、少なくとも最も重要な構成要素の振幅を低減し、ロボットアームの遠位端、及びそれに取り付けられているデバイスの位置精度を向上させることが望ましい。
図27A〜図28Bは、ロボットアームが結合されているテーブル構造体(例えば、テーブルアダプタ)の様々な区分をわたる振動のモード周波数を分離することによって、かつ/又はロボットアームが結合されているテーブル構造体(複数可)の接続点を少なくとも部分的に隔離することによって、振動クロストークを低減するための装置及び方法の様々な実施形態を例示している。
ロボットアームが結合されたアダプタにわたる振動クロストークを制限するために、いくつかの実施形態では、アダプタは、複数の区分を有することができ、その中で、1つの区分が、残りの区分のうちの1つ以上のモード振動周波数とは異なるモード振動周波数を有する。アダプタの区分のモード周波数を分断することは、能動アーム中に導入されたエネルギーの伝達効率を減少させる。例えば、能動ロボットアームが4ヘルツ(Hz)のモードを有する場合、能動ロボットアーム内に導入されるエネルギーは、アダプタが能動ロボットアームのモードに等しいモードを有するときに、アダプタをわたって別のロボットアーム(例えば、受動ロボットアーム)へと最もよく伝達される。今の場合、4Hzのモードである。アダプタを横切るエネルギーの伝達は、モード振動周波数を変化させるアダプタを配置し、それによって、アダプタの1つの接続点とアダプタの別の接続点との間のモード分離を作り出すことによって、減少及び/又は遮断することができる。各接続点(及び、それによって、接続点に結合されたロボットアーム)の間で伝達されるエネルギーが小さいほど、生成された振動は、例えば受動アームにおいて、より小さい振動をもたらす。
アダプタをわたるエネルギー伝達を遮断するための、アダプタのモード周波数を変化させるために、いくつかの実施形態では、アダプタは、複数の区分を有し得、各区分は、アダプタの他の少なくとも1つの区分の特性とは異なる特性を有し、その異なる特性(複数可)は、各区分に対して異なるモード周波数をもたらす。例えば、ある特性は、寸法(例えば、幅、高さ、及び/若しくは長さ)、並びに/又は、リブ、フランジ、若しくは振動に応答した軸又は軸の周りの慣性モーメントに影響を及ぼす他の構成の有無などの幾何学的形状を含み得る。このため、テーブルアダプタは、単一の材料でモノリシック構造に又は一体化して形成され得るが、各区分は、様々な寸法及び/又は幾何学的形状で形成され得る。代替的に、又はそれに加えて、複数の区分は、1つ以上の異なる材料、又は材料の組み合わせによって形成することができ、それらの材料は、弾性係数、密度などといった異なる物理的特性を有する。
例として、図27A及び図27Bは、実施形態に基づく、第1の厚さt1を有する第1の区分1328A、及び第1の厚さよりも薄い第2の厚さt2を有する第2の区分1328Bを有するアダプタ1328を例示している。このようにして、第1の区分1328Aは、第2の区分1328Bのモードとは異なるモードを有し、それによって、1つのロボットアーム130から、第1の区分1328A及び第2の区分1328Bの両方を横切って、別のロボットアーム130へのエネルギー伝達を遮断する。この例では、アダプタ1328は、単一の材料からモノリシック構造に又は一体化して形成されてもよい。代替的に、図27Cに例示するように、アダプタ1328は、複数の片から組み立てられてもよく、例えば、第1の区分1328A及び第2の区分1328Bが、厚さt2の材料で一体化して形成されてもよく、同じ材料の別個の片が、第1の区分1328Aに固定されてその厚さをt1に増加させてもよい。代替的に、区分1328A及び1388Bのうちの1つ以上が、異なる物理的特性を有する異なる材料の複合体又は積層体で形成されてもよい。
代替構成において、異なる厚さを有する第1の区分及び第2の区分の代わりに、又はそれに加えて、第1の区分は、第2の区分のモードに影響を及ぼす第2の区分の1つ以上の特性とは異なる、そのモードに影響を及ぼす任意の特性(複数可)を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、アダプタの第1の区分は、第1の慣性モーメント又は剛性を有するように成形又は構成され得、アダプタの第2の区分は、第1の剛性とは異なる第2の慣性モーメント又は剛性を有するように成形又は構成され得る。このようにして、アダプタの第1の区分は、第2の区分のモードよりも高いモードを有するように構成されることができ、それによって、第1の区分と第2の区分との間のエネルギー伝達効率を低減する。このような例が、図27D及び図27Eに例示されており、その中で、アダプタ1328の第1の区分1328Aは、リブ1327のセットを含む。このようにして、リブ1327を有する第1の区分1328Aは、第2の区分1328Bの慣性モーメントとは異なる慣性モーメントを有する。リブ1327は、第1の区分1328にモノリシック構造で形成又は一体化されてもよく、又は、リブ1327は、別個に形成されて、次いで第1の区分1328、又はその2つの組み合わせに結合されてもよい。更に、この実施形態は、3つのリブを含むが、代替的な実施形態では、任意の好適な数のリブ(例えば、1、2、4、又はそれ以上)を使用することができ、リブは、同じ又は様々な大きさ及び形状のものとすることができる。更に、本明細書に記載されたアダプタは、2つの区分を有するが、代替的な実施形態では、アダプタは、モード周波数の任意のバリエーションを伴って、それぞれが、異なるロボットアームを支持するように、任意の好適な数の区分(例えば、3、4、5、6、又はそれ以上)を有することができ、そのため、望ましくない振動クロストークが低減されるか、又は別様に制限される。
振動クロストークを低減するための追加的又は代替的アプローチは、ロボットアームが結合されているアダプタの接続点を部分的に分断する(例えば、直接結合を制限する)ことを含み得る。ロボットアームが結合されている接続点を隔離すること、又は別様にそれらの接続点間のエネルギー伝達経路(例えば、分離、減衰、材料及び寸法の改変などを介した)を遮断することにより、例えば、モータ及び/又はブレーキによって能動アームに導入されたエネルギーの伝達効率を低減する。例えば、能動ロボットアームに導入されるエネルギーは、2つのアームが装着されている介在構造体(例えば、テーブルアダプタ)がエネルギー伝達(例えば、直接結合を介して)に対する最小限の障害物であることを示す場合、受動ロボットアームに最もよく伝達される。介在構造体を横切って能動ロボットアームに導入されるエネルギーの伝達は、以下に考察される様々な手段によって減少し、かつ/又は遮断することができ、それによって、エネルギーが伝達して接続点に到達する必要がある経路を複雑にし、それによって、受動アームへのエネルギーの伝達効率を低減する。アーム間を伝達するエネルギーがより小さくなれば、結果として、生成される振動も小さくなり、すなわち1つ以上の軸における/を中心とする振幅がより小さくなる。
図28A及び図28Bは、そのような実施形態を例示しており、それによって、アダプタ1428の接続点が互いから部分的に隔離されている。図に示すように、アダプタ1428は、第1の区分1428A、第2の区分1428B、第3の区分1428C、第4の区分1428D(また、本明細書では、集合的に「アダプタの区分」と称される)を含み、ロボットアームは、第1の区分1428A、第2の区分1428B、及び第3の区分1428Cの接続部分に結合可能である。更に、図に示すように、アダプタは、アダプタ1428の各区分の間に間隙1429のセットを画定する。このようにして、間隙1429が、アダプタ1428の区分の互いの部分的な分離/分断を提供することにより、例えば、能動ロボットアームが接続点に結合されている接続点から、受動ロボットアームが結合されている接続点への、アダプタを介したエネルギーのより小さい伝達効率をもたらす。換言すれば、振動エネルギーは、アダプタ1428の中心部を通って進行する必要があり、そのアダプタは、テーブルトップ及び/又はテーブルカラム(図示せず)に結合され得、このため、アダプタ区分のいずれかよりも比較的高い剛性及びモード周波数を有する。
いくつかの実施形態では、アダプタの各区分間の間隙のうちの1つ以上(例えば、すべてを含む)は、ロボットアームが結合されている接続点においてアダプタに導入されたエネルギーを吸収するか、又は別様に散逸するように構成された減衰構成要素を含むことができ、それによって、システム内の振動クロストークを低減するか、又は別様に制限する。そのような1つの実施形態が、図29A〜図29Cに示されている。図に示すように、アダプタ1528は、第1の区分1528A、第2の区分1528B、第3の区分1528C、及び第4の区分1528を含み、それらの間に間隙1529が画定されている。更に、各間隙1529内に、減衰構成要素1531が配設されている。減衰構成要素1531の各々は、例えば、少なくとも1つの粘弾性材料(例えば、粘弾性ポリマー)、又はそうでなければ、変形を受けたときに粘性及び弾性特性の両方を呈し、振動を分断し、ノイズを減衰し、かつ/又は衝撃を吸収するのに好適な任意の材料を含むことができる。いくつかの粘弾性材料の非限定的な例としては、Sorbothane(登録商標)(Sorbothane社)などのウレタンポリマー、Akton(登録商標)(ActionProducts社)などの加硫架橋ゴム材料、Polydamp(登録商標)(PolymerTechnologies社)などの疎水性メラミン発砲体,及びNyeMed(登録商標)(Nye Lubricants社)などの粘性減衰ゲルが挙げられる。任意の2つの隣接区分の間、すなわち、間隙1529のうちの1つの両端の減衰は、材料、並びに/又は材料の寸法、すなわち、間隙の幅、及び/若しくは長さの一部、及び/又は材料により充填される間隙の垂直程度を変えることによって、変えることができる。
別の実施形態では、アダプタ内の間隙のうちの1つ以上は、ダンパアセンブリを内部に配設することができる。図30A及び図30Bに概略的に示すように、ダンパアセンブリ1632は、間隙1629の両端で、アダプタ1628の隣接区分1628A、1628Bに結合され得る(同様に、隣接区分1628A、1628C、隣接区分1628C、1628D、及び隣接区分1628B、1628D)。ダンパアセンブリ1632は、ダッシュポットとして図30A及び図30Bに概略的に示されたダンパを含むことができ、そのダンパは、相対移動の速度に比例する区分1628A、1628Bの相対移動に対する抵抗力を提供する。これは、油圧式又は空気圧式ダンパとして実装されてもよく、その中で、流体が、区分1628A、1628Bの相対移動により開口部を介して力を受ける。図30A及び図30Bに概略的に示すように、ダンパアセンブリ1632はまた、ばねとして機能する構造体を含んでもよく、すなわち、その構造体は、区分1628A、1628Bの間の相対変位に比例する力を生成する。ダンパアセンブリ1632に対する減衰及びばね係数は、所望の応答関数を提供し、間隙1629の両端のエネルギー伝達を低減するように選択されてもよい。
減衰構成要素の任意の好適な組み合わせを使用して、本来ならばアダプタの区間の両端に伝達されるエネルギーを減衰させ、それによって、システム内の望ましくない振動クロストークを制限及び/又は低減することができる。更に、アダプタ1428及び1528が、4つの区分及び4つの間隙を有するように表示及び説明されているが、代替的な実施形態では、アダプタは、任意の好適な数の区分及び間隙を有することができ、その区分及び間隙は、形状及び大きさにおいて互いに同様であっても、又は異なっていてもよい。
様々な実施形態は、特定特徴及び/又は構成要素の組み合わせを有するものとして説明されてきたが、他の実施形態は、本明細書に記載されたいずれかの実施形態から任意の特徴及び/又は構成要素を組み合わせることが可能である。例えば、本明細書に記載された任意の基部(例えば、テーブル基部150、250、350、550、650、750等)は、本明細書に記載された任意の支持体(例えば、テーブル支持体122、支持部材262、テーブル支持体1122等)、及び/又はアダプタ(例えば、アダプタ528、アダプタ結合部975、アダプタ結合部1075等)を組み合わせて使用することができる。同様に説明すると、説明を簡単にするため、本明細書に記載されたいくつかの実施形態は、既存のシステムの特定の欠点に対処するための別個の特徴に焦点を当てている。しかしながら、様々実施形態にわたって記載された別個の特徴は、任意の好適な組み合わせの単一の実施形態に組み合わせることができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、外科用システムは、外科用テーブルが配設されている床又は他の表面内の不規則性と関連した望ましくない状況、並びに/又は外科手技中の望ましくない荷重不均衡(例えば、装置がテーブルに取り付けられた場合の移動、及び/若しくはテーブル上に横たわる患者の移動に起因して)に対処するように構成された基部(例えば、基部250に類似)と、結合されたロボットアームを移動するための所望の自由度を容易にし、かつ/又は振動クロストークを抑制するためのモード周波数又は他の特徴の様々な区分を有するように構成されているアダプタ(例えば、アダプタ528)と、枢動アセンブリ(例えば、枢動アセンブリ660)と、を含み得る。
様々な実施形態が上記に記載される一方で、それらが単なる実施例として表現されており、限定するものではないということが理解されるはずである。上記の方法が、特定の順序で発生する特定の事象を示す場合、特定の事象の順序は修正され得る。更に、特定の事象は、それが可能であるとき、並列処理で同時に実行されてもよく、並びに上述のように順次実行されてもよい。
本明細書において使用されるとき、「モジュール」という用語は、任意のアセンブリ、及び/又は動作可能に接続された電気構成要素のセットを指し、それらには、例えば、メモリ、プロセッサ、電気配線、光コネクタ、ソフトウエア(ハードウエア内で実行)、及び/又は同類のものが含まれる。例えば、プロセッサ内で実行されるモジュールは、ハードウエアベースモジュール(例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field−Programmable Gate Array、FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor、DSP))、及び/又はそのモジュールに関連付けられた1つ以上の特定機能を実行することができるソフトウエアベースモジュール(例えば、メモリ内に格納され、かつ/又はプロセッサで実行されるコンピュータコードのモジュール)の任意の組み合わせとすることができる。
本明細書に記載されたいくつかの実施形態及び/又は方法は、ソフトウエア(ハードウエア上で実行される)、ハードウエア、又はこれらの組み合わせによって実行することができる。ハードウエアモジュールは、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、及び/又は特定用途向け集積回路(ASIC)を含んでもよい。ソフトウエアモジュール(ハードウエア上で実行される)は、様々なソフトウエア言語(例えば、コンピュータコード)で記述することができ、それらの言語には、C、C++、Java(登録商標)、Ruby、Visual Basic(商標)、及び/又は他のオブジェクト指向、プロシージャ、又は他のプログラミング言語及び開発ツールを含まれる。コンピュータコードの例としては、以下に限定されないが、マイクロコード又はマイクロ命令、コンパイラにより生成されるなどの機械命令、ウエブサービスを生成するために使用されるコード、及びインタープリタを使ってコンピュータにより実行される高級命令を含むファイルが挙げられる。例えば、実施形態は、命令型プログラミング言語(例えば、C、Fortran等)、関数型プログラミング言語(例えば、Haskell、Erlang等)、論理型プログラミング言語(例えば、Prolog)、オブジェクト指向プログラミング言語(例えば、Java、C++等)、又は他の好適なプログラミング言語及び/又は開発ツールを使用して実施されてもよい。追加のコンピュータコード例としては、以下に限定されないが、制御信号、暗号化コード、及び圧縮コードが挙げられる。
上記の模式図及び/又は実施形態が、特定の配向又は位置で配設された特定の構成要素を示す場合、構成要素の配設は改善されてもよい。同様に、上述の方法及び/又は事象は、特定の順序で発生する特定の事象及び/又は手順を示す場合、特定の事象及び/又は手順の順序付けを変更することができる。実施形態が詳細に示され、かつ記載される一方で、形態及び詳細において様々な変更が成され得ることが理解されるであろう。本明細書に記載の装置及び/又は方法のいずれの部分も、相互に排他的な組み合わせを除いて、いずれの組み合わせで組み合わせられ得る。本明細書に記載された実施形態は、記載された異なる実施形態の機能、構成要素、及び/又は特性の様々な組み合わせ及び/又はサブの組み合わせを含むことができる。

Claims (20)

  1. 外科用テーブルであって、
    基部と、
    前記基部から上方に延在し、上端を有する支持カラムであって、前記上端は前記支持カラムの垂直軸を横断する平面内の周辺部を有する支持カラムと、
    テーブルトップと、
    前記テーブルトップを前記支持カラムの前記上端に結合する枢動アセンブリであって、前記枢動アセンブリは、
    前記支持カラムの前記上端の頂部に取り付けられ、配置される支持フランジであって、(1)前記支持カラムの前記上端の前記周辺部の外側に延び、前記支持カラムの第1の側面に配置される第1の部分、(2)前記支持カラムの前記上端の前記周辺部の外側に延び、前記支持カラムの前記第1の側面と反対側の第2の側面に配置される第2の部分を有する支持フランジと、
    前記支持フランジに結合された下端、及び前記テーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する主荷重支持体と、
    前記支持フランジの前記第1の部分結合された下端、及び前記テーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する第1のアクチュエータであって、前記第1のアクチュエータは、第1の枢動軸を中心とする前記主荷重支持体の前記枢動可能な結合部の周りで前記テーブルトップを枢動させるように、前記垂直軸に対して垂直方向に長さを可変とする、第1のアクチュエータと、
    前記支持フランジの前記第2の部分結合された下端、及び前記テーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する第2のアクチュエータであって、前記第1のアクチュエータが第1の長さにあり、前記第2のアクチュエータが前記第1の長さとは異なる第2の長さにあるときに、前記第2のアクチュエータは、前記第1の枢動軸と異なる第2の枢動軸を中心とする前記主荷重支持体の前記枢動可能な結合部の周りで前記テーブルトップを枢動させるように、前記垂直方向に長さを可変とする、第2のアクチュエータと、を含む、枢動アセンブリと、を備え
    前記第1のアクチュエータ及び前記第2のアクチュエータの下端は、それぞれ、前記支持カラムの上端の上方で第1の部分及び第2の部分に結合される、外科用テーブル。
  2. 前記支持フランジは、前記支持カラムの前記上端の前記周辺部の外側に延び、前記第1の部分と前記第2の部分との間に配置される第3の部分を有し、
    外科用テーブルは、前記支持フランジの前記第3の部分結合された下端、及び前記テーブルトップに対して枢動可能な結合部を有する上端を有する第3のアクチュエータを更に含み、前記第のアクチュエータが、前記第1の枢動軸及び前記第2の枢動軸とは異なる第の枢動軸を中心とする前記主荷重支持体の前記枢動可能な結合部の周りで前記テーブルトップを枢動させるように、前記垂直方向に長さを可変とする、請求項1に記載の外科用テーブル。
  3. 記主荷重支持体の前記下端が、前記支持カラムの前記上端の前記周辺部内の位置において、前記支持フランジに結合されている、請求項1に記載の外科用テーブル。
  4. 前記枢動アセンブリの前記支持フランジに結合された第1のロボットアーム及び第2のロボットアーム、を更に備える、請求項1に記載の外科用テーブル。
  5. 前記テーブルトップに結合された上端、及び前記基部に結合された下端を有する支持ストラットであって、前記支持ストラットは、第1の区分、並びに前記支持ストラットが第1の長さを有する引き込み位置、及び前記支持ストラットが前記第1の長さよりも大きい第2の長さを有する拡張位置から、前記支持ストラットの長手方向軸に沿って前記第1の区分に対して移動可能な第2の区分を有し、前記支持ストラットは、前記第1の区分が垂直軸に沿って前記第2の区分に対して移動可能でないように、前記引き込み位置又は前記拡張位置のうちの少なくとも1つにおいて前記支持ストラットを選択的にロックするように構成されたロック機構を含み、前記支持ストラットは、前記ロック機構が前記支持ストラットをロックするときに、前記基部に対する前記テーブルトップの移動に対して増加した耐性を提供する、支持ストラットと、を更に備える、請求項1に記載の外科用テーブル。
  6. 前記支持ストラットが、前記支持カラムにより画定された内腔内に少なくとも部分的に配設されている、請求項5に記載の外科用テーブル。
  7. 前記ロック機構が、ブレーキ又はベアリングロックのうちの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の外科用テーブル。
  8. 前記支持ストラットの前記下端が、前記支持カラムの前記上端を介して前記基部に結合されている、請求項5に記載の外科用テーブル。
  9. 前記外科用テーブルの前記テーブルトップの下方に結合されたアダプタであって、前記アダプタが、第1のロボットアームの近位端部に結合されるように構成された第1の区分、及び第2のロボットアームの近位端部に結合されるように構成された第2の区分を有し、前記第1の区分が、第1の剛性を有し、前記第2の区分が、前記第1の剛性よりも大きい第2の剛性を有し、前記第1のロボットアームの遠位端部が、第1の外科用ツールに結合可能であり、前記第2のロボットアームの遠位端部が、第2の外科用ツールに結合可能である、アダプタ、を更に備える、請求項1に記載の外科用テーブル。
  10. 前記アダプタの前記第1の区分が、第1の厚さを有し、前記アダプタの前記第2の区分が、前記第1の厚さよりも大きい第2の厚さを有する、請求項9に記載の外科用テーブル。
  11. 前記アダプタの前記第1の区分が、第1の材料から形成され、前記アダプタの前記第2の区分が、前記第1の材料とは異なる第2の材料から形成されている、請求項9に記載の外科用テーブル。
  12. 前記アダプタが、前記第1の区分と前記第2の区分との間に配設された第3の区分を更に含み、前記第3の区分が、前記第1の剛性及び前記第2の剛性の両方よりも大きい第3の剛性を有する、請求項9に記載の外科用テーブル。
  13. 前記第3の区分が、前記第1の部分の厚さ及び前記第2の部分の厚さの両方よりも大きい厚さを有する、請求項12に記載の外科用テーブル。
  14. 前記アダプタが、前記外科用テーブルの支持体に結合されている、請求項9に記載の外科用テーブル。
  15. 前記外科用テーブルの前記テーブルトップの下方に結合されたアダプタであって、
    前記アダプタが、第1のロボットアームの近位端部に結合されるように構成された第1の区分、及び第2のロボットアームの近位端部に結合されるように構成された第2の区分を有し、前記第1の区分及び前記第2の区分が、該区分間の間隙を画定する、アダプタと、
    前記第1のロボットアームと前記第2のロボットアームとの間のクロストーク振動を吸収するように、前記アダプタの前記間隙内に配設されたダンパと、を更に備える、請求項1に記載の外科用テーブル。
  16. 前記支持フランジは、前記支持カラムの前記上端の前記周辺部の外側に延び、前記第1の部分と前記第2の部分との間に配置される第3の部分を有し、前記主荷重支持体の下端は、前記支持フランジの前記第3の部分に結合される、請求項1に記載の外科用テーブル。
  17. 各アクチュエータは可動ピストンを含み、前記第1のアクチュエータ及び前記第2のアクチュエータは、少なくとも1つのアクチュエータの前記可動ピストンを前記支持フランジから遠ざけることにより、前記主荷重支持体の前記上端の周りで前記テーブルトップを枢動させるように配置される、請求項1に記載の外科用テーブル。
  18. 外科用テーブルに連結されるロボットアームを更に備える、請求項1に記載の外科用テーブル。
  19. (1)前記テーブルトップの底部と(2)前記第1のアクチュエータの前記上端と前記第2のアクチュエータの前記上端との間に配置されるテーブルトップアダプタをさらに備え、前記ロボットアームは、前記テーブルトップアダプタを介して外科用テーブルに連結される、請求項18に記載の外科用テーブル。
  20. 前記第1のアクチュエータ及び前記第2のアクチュエータは、前記テーブルトップが前記主荷重支持体の周りで傾斜運動を実行するように配置され、前記ロボットアームは、前記テーブルトップと同期して前記傾斜運動を実行するように配置される、請求項19に記載の外科用テーブル。
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