JP6929840B2 - 軟性処置具 - Google Patents
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Description
本願は、2015年10月31日出願の米国出願第62/249,195号の優先権を主張し、その内容は参照することによりその全体が組み込まれる。
図2Aは、関節動作形状200を有するそれぞれの付属物110a〜110cを平面内に示す軟性処置具100の先端チップをシース120と共にクローズアップした斜視図である。図2Bは、実施例に従って平面から作動したそれぞれの付属物110a〜110cを示す軟性処置具100の先端チップをクローズアップした斜視図である。付属物110aは、ヘリカル構造を有する関節動作形状204を形成して示す。付属物110b〜110cのそれぞれは、全体的に湾曲形状を有する関節動作形状202に作動されている。一実施例では、関節動作形状200は、付属物110の剛性壁に対向する柔軟壁を機械的に付勢することにより設定することができる(図3A〜3F参照)。一実施例では、剛性壁は柔軟壁との比較である。例えば、剛性壁は、柔軟壁と比較して比較的剛性の壁と考えることができる。一実施例では、関節動作形状200は、少なくとも1つのポンプ130により付属物110に送出される加圧されたガス/流体の量を変更することにより設定することができる。
一実施例では、それぞれの付属物110は、閉ループ制御用等のフィードバックを提供するように構成される1つまたは複数のセンサ210を含むことができる(図6B参照)。一実施例では、1つまたは複数のセンサ210は、それぞれの付属物110の長さに沿って位置決めすることができる。一実施例では、1つまたは複数のセンサ210は、それぞれの付属物110の幅の周りに位置決めすることができる。一実施例では、2以上のセンサ210からの読みを組み合わせ、軟性処置具100の適切な使用を確保するためにそれぞれの付属物110を3次元で配向とするように構成することができる。センサ210は、近接センサ、赤外線センサ、触覚スイッチ、リレー、力センサ、または手術場面、及び軟性処置具100の現在の状態をフィードバックすることのできる他の装置でもよい。
図3Aは、付属物セグメント320a〜320cのセットに分割した付属物300aの図であり、それぞれの付属物セグメント320a〜320cは、実施例に従って異なる方法で作動されるように構成される。図3Bに示すように、付属物セグメント320aは、曲げるように構成することができ、付属物セグメント320bは伸張するように構成することができ、及び付属物セグメント320cは、同時に曲げ及び捩じるように構成することができる。一実施例では、それぞれの付属物300、110は、流れ370の方向及び量を制御するように構成されるポンプ130に接続される1つまたは複数の入口310を含むことができる(図3D及び3F参照)。
図4Aは、実施例に従ってそれぞれのハイブリッド付属物402が柔軟部410及び剛性部420を有するハイブリッド付属物402のセットを含む軟性処置具100の先端チップをクローズアップした斜視図である。柔軟部410は、先端チップであるのが好ましいが、しかし、実施例に従って第2剛性部がさらに先端方向に延びる第2剛性部を設けることができる。一実施例では、柔軟部410及び剛性部420は、付属物セグメント320の周りの形状記憶材料の巻回数の変化に基づくことができる。
図4B〜4Cは、開口432a〜432dのセットを有する方向付け組立体430を含む軟性処置具100の先端チップのクローズアップした斜視図を示し、ここでは、実施例に従ってそれぞれの開口432a〜432dは方向付け組立体430に対して付属物410を方向付けするように構成される。一実施例では、開口432a〜432dのセットは、付属物410のセットを1以上の親指と1以上の指に似せて方向付けするように構成することができる。一実施例では、付属物410のセットは、方向付け組立体430が第1組立体404aを有するように、第1関節動作状態230’に作動することができる(図4B参照)。更に、付属物410のセットは、方向付け組立体430が第2組立体404bを有するように、第2関節動作状態230’’に作動することができる(図4C参照)。一実施例では、それぞれの組立体404a〜404bは、組織の一部を保持する把持運動及び手術野を開くための組織の引き込みなどの特定の機能用に構成することができる。「Low strain pneumatic networks for soft robots」と題する米国特許出願第14/464.396号及び「Apparatus, systems, and methods for modular soft robots」と題する米国特許出願第14/421,429号は、どのようにして複数のアクチュエータを同期させて軟性ロボットシステムを生成するかを記載しており、双方は参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。「Robot having soft arms for locomotion and grip purposes」と題する米国特許出願第14/114,833号は、オブジェクトをピックアンドプレースする指状把持器として軟性アクチュエータを使用するロボットシステムを記載しており、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
一態様では、付属物110は患者特有の付属物とすることができる。一実施例では、患者特有の付属物は、患者の術前画像(例えば、MRI、CT、超音波など)に基づくことができる。患者は、医用撮像装置620により術前に撮像/スキャンし(図6A参照)、腹腔内の身体構造の配置及び形状を判断することができる。例えば、身体構造、標的組織、及び臓器のサイズ、形状、及び配向の少なくとも1つは、術前画像に基づいて判断され、患者特有の付属物を生成するために使用することができる。虫垂切除術の場合、マルチスペクトル画像を、炎症を起こした虫垂を識別するために使用することができる。
一態様では、付属物110は、外科的処置の1つまたは複数の処置ステップに基づいて処置特有の付属物とすることができる。一実施例では、処置特有の付属物は、所定の運動及び所定の運動を形成するように構成される関節動作状態230のセットを有することができる。実施例では、軟性処置具100は、付属物120のセットに使用される形状及び材料に基づいて予めプログラムした関節動作を有することができる。
図6Aは、実施例に従って処置データベース610、医用撮像装置620、コンピューティング装置6000、及びプリンタ630を含む付属物を印刷するシステムを示す。一実施例では、プリンタ630は、Carbon3D,Inc.(Redwood City,CA)のM1などの3Dプリンタとすることができる。一実施例では、コンピューティング装置6000は、処置データベース610及び医用撮像装置620の少なくとも一方からの外科的処置用機械的制約のセットを受け取るように構成される。一実施例では、処置データベース610は、医用撮像装置620から外科的処置用の機械的制約のセットを格納するために使用することができる。
図6Bは、実施例に従って軟性処置具100の閉ループ制御を提供するためのシステム600を示す。一実施例では、軟性処置具100の閉ループ制御は、1つまたは複数のセンサ210から読み取り、コンピューティング装置6000により読み取りを比較し、及び比較に基づいてポンプ130のセットを制御し、付属物110の内部圧力を調整することにより行うことができる。実施例に従って、軟性処置具100の自動位置決めは、組織の光学マーカを標的とする動作追跡アルゴリズムを通して遂行することができる。ポンプ130のセットは、現在の外科的処置のステップを追跡するように構成されるアルゴリズムに基づいてそれぞれの付属物を自動的にかつ独立して膨張し、外科的処置の次のステップのために軟性処置具100を更新することができる。
次に、例示的な実施形態によるコンピューティング装置6000のハードウェア記述を図6Dを参照して述べる。図6Dでは、コンピューティング装置6000またはサーバは、上述のプロセスを実行するCPU6030を含む。プロセスデータ及び命令は、メモリ6002に格納してもよい。これらのプロセス及び命令は、ハードディスク(HDD)または携帯記憶媒体などの記憶媒体ディスク6004に格納してもよく、または遠隔に格納してもよい。更に、請求項に係る発展例は、発明のプロセスの命令が格納されるコンピュータ可読媒体の形態によって制限されない。例えば、命令は、CD、DVD、フラッシュメモリ、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM(登録商標)、ハードディスク、または、コンピューティング装置もしくはサーバが、別のサーバ、コンピュータもしくはデータベース等と通信する任意の他の情報処理装置に格納してもよい。
図7Aは、実施例による軟性処置具100を作成する方法700を示すフローチャートである。方法700は、外科的処置の機械的制約のセットを受け取るステップ710を含む。一実施例では、機械的制約のセットは、患者の術前画像から受け取ることができる(712)。一実施例では、機械的制約のセットは、外科的処置に基づく複数の機械的制約を格納するデータベースから受け取ることができる(714)。一実施例では、機械的制約のセットは、患者の腹腔内の身体構造の配置及び形状に基づくことができる。一実施例では、機械的制約のセットは、外科的処置を実行することが必要な手術野に基づくことができる。一実施例では、機械的制約のセットは、それぞれの機械的制約に対応するタイミングを含むことができる。
次に、一実施例に従ってどのように軟性処置具100を使用して図5A〜5Bに示すように虫垂切除手術を支援することができるかのワークフローを説明する。任意選択的に、患者の腹腔内の重要な全ての構造の配置及び形状を判断するために、患者は術前に撮像することができる。関節動作状態のセットは、全ての患者の重要構造の配置及び形状に基づいて決定することができる。一実施例では、軟性処置具100は、患者内の独特のまたは基準を外れた形状に追従するように機械的にプログラムすることが可能なシース内に保持した付属物のセットを有することができる。
代替的実施形態では、1つまたは複数の付属物は、組織を切断、切開、または生検する機能を含むことができる(図示せず)。付属物の関節動作は、軟性処置具100が予め形成されたパターンまたは術前画像から生成されたパターンで切断することを可能とする。代替的実施形態では、付属物の1つまたは複数は、手術野内で組織を押圧し、引張り、持上げ、及び引き込む把持具、器具、及びカメラ等の組織を操作する伝統的な器具を含むことができる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
[1] 粘度を有する流体を保持するように構成されるリザーバと、
前記流体を加圧するように構成される少なくとも1つのポンプと、
関節動作形状を形成する複数の付属物セグメントを有し、それぞれの付属物セグメントが少なくとも1つの柔軟壁を有する少なくとも1つの付属物とを備え、
前記加圧された流体により膨張されたときに、前記少なくとも1つの柔軟壁が前記流体の前記粘度に基づいて前記付属物を作動する、外科的処置に使用する軟性処置具。
[2] 前記少なくとも1つの付属物を収容するように構成されるシースを更に備える、[1]に記載の軟性処置具。
[3] 前記少なくとも1つの付属物は、
患者の組織に対する前記少なくとも1つの付属物の接触圧を検出するように構成されるセンサを更に備える、[1]に記載の軟性処置具。
[4] 前記関節動作形状は、患者の術前画像に基づく、[1]に記載の軟性処置具。
[5] 少なくとも1つの付属物の選択は、患者の術前画像に基づく、[1]に記載の軟性処置具。
[6] 前記少なくとも1つの付属物を作動するポンプを制御するように構成される処理回路を更に備える、[1]に記載の軟性処置具。
[7] 前記処理回路は、前記ポンプを制御し、患者の術前画像に基づいて前記少なくとも1つの付属物を作動するように構成される、[6]に記載の軟性処置具。
[8] 前記流体は、不活性ガスである、[1]に記載の軟性処置具。
[9] 前記リザーバは、第2粘度を有する第2流体を保持するように更に構成され、
前記少なくとも1つのポンプは、前記流体及び前記第2流体を循環させるように構成される、[1]に記載の軟性処置具。
[10] 前記少なくとも1つの付属物は、変化する力で作動するように構成される、[9]に記載の軟性処置具。
[11] 前記少なくとも1つの付属物は、異なる関節動作形状に作動するように構成される、[9]に記載の軟性処置具。
[12] 外科的処置のための機械的抑制のセットを受け取り、
前記機械的抑制のセットに基づいて関節動作状態のセットを計算し、
前記計算に基づいて関節動作状態のセットを形成するように構成される付属物を印刷するための複数の印刷命令を生成することを備える、軟性処置具用付属物を作成する方法。
[13] 前記複数の印刷命令に基づいて付属物を印刷することを更に備える、[12]に記載の方法。
[14] 2以上の付属物を方向付け組立体内に組立てることを更に備える、[12]に記載の方法。
[15] 関節動作状態のそれぞれの計算は、3D位置と接触圧とを含む、[12]に記載の方法。
[16] 前記機械的抑制のセットは、患者の術前画像に基づく、[12]に記載の方法。
[17] 前記機械的抑制のセットは、外科的処置に基づく複数の機械的抑制を格納するデータベースから受け取る、[12]に記載の方法。
[18] 関節動作状態の前記計算は、3D位置と接触圧とを含むことができる、[12]に記載の方法。
[19] 関節動作状態の前記計算は、前記付属物を作動するように構成される3D位置及び内部圧に関連するタイミングを更に含むことができる、[12]に記載の方法。
[20] 前記付属物は、3Dプリンタを使用して直接印刷される、[12]に記載の方法。
[21] 前記付属物の形状に基づくネガティブ鋳型が印刷される、[12]に記載の方法。
Claims (10)
- 粘度を有する流体を保持するように構成されるリザーバと、
前記流体を加圧するように構成される少なくとも1つのポンプと、
関節動作形状を形成する複数の付属物セグメントを有する付属物であって、それぞれの付属物セグメントが少なくとも1つの柔軟壁を有するものである、少なくとも1つの付属物と、を備え、
前記加圧された流体により膨張されたときに、前記少なくとも1つの柔軟壁が前記流体の前記粘度に基づいて前記付属物を作動し、
前記関節動作形状は患者の術前画像に基づく、外科的処置に使用する軟性処置具。 - 前記少なくとも1つの付属物を収容するように構成されるシースを更に備える、請求項1に記載の軟性処置具。
- 前記少なくとも1つの付属物は、
患者の組織に対する前記少なくとも1つの付属物の接触圧を検出するように構成されるセンサを更に備える、請求項1に記載の軟性処置具。 - 少なくとも1つの付属物の選択は、患者の術前画像に基づく、請求項1に記載の軟性処置具。
- 前記少なくとも1つの付属物を作動するために前記ポンプを制御するように構成される処理回路を更に備える、請求項1に記載の軟性処置具。
- 前記処理回路は、前記ポンプを制御し、患者の術前画像に基づいて前記少なくとも1つの付属物を作動するように構成される、請求項5に記載の軟性処置具。
- 前記流体は、不活性ガスである、請求項1に記載の軟性処置具。
- 前記リザーバは、第2粘度を有する第2流体を保持するように更に構成され、
前記少なくとも1つのポンプは、前記流体及び前記第2流体を循環させるように構成される、請求項1に記載の軟性処置具。 - 前記少なくとも1つの付属物は、変化する力で作動するように構成される、請求項8に記載の軟性処置具。
- 前記少なくとも1つの付属物は、少なくとも1つの他の付属物とは異なる関節動作形状に作動するように構成される、請求項8に記載の軟性処置具。
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