JP7107635B2 - Surgical tool system and method - Google Patents

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JP7107635B2
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guide tube
surgical instrument
magnetic strip
sensor
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アール. クロフォード,ニール
セオドア,ニコラス
エー. フォスター,ミッチェル
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グローバス メディカル インコーポレイティッド
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発明の詳細な説明Detailed description of the invention

〔関連出願〕
本出願は、米国特許法第120条の下、2013年6月21日出願の米国特許出願第13/924,505号への優先権を主張するものであり、これは、米国特許法第119条の下、2012年6月21日出願の米国仮特許出願第61/662,702号、及び2013年3月15日出願の米国仮特許出願第61/800,527号への優先権を主張するものであり、これらの各々はそれらの全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
[Related Application]
This application claims priority under 35 U.S.C. 120 to U.S. patent application Ser. claims priority to U.S. Provisional Application No. 61/662,702, filed June 21, 2012, and U.S. Provisional Application No. 61/800,527, filed March 15, 2013, under the , each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

〔背景技術〕
種々の医療手技は、最適化された処置をもたらすために、身体内の外科用器具の3次元位置の精密な位置特定を必要とする。例えば、椎骨を融合するための一部の外科手技は、外科医が特定の場所で骨構造の中へ複数の穴を掘削することを必要とする。融合システムにおける高レベルの機械的統合性を達成するために、かつ骨構造において創出される力のバランスを取るために、穴が正確な場所で掘削されることが必要である。椎骨は、ほとんどの骨構造のように、精密かつ垂直な掘削を困難にする、非平面的な湾曲した表面を含む、複雑な形状を有する。従来、外科医は、掘削管の位置を骨構造の3次元画像上へ重ね合わせるために、誘導システムを使用することによって、掘削誘導管を手動で保持し、位置付ける。この手動プロセスは、面倒であり、かつ時間がかかる。手術の成功は、それを実施する外科医の器用さに大いに依存する。
[Background technology]
Various medical procedures require precise localization of the three-dimensional position of surgical instruments within the body in order to provide optimized treatment. For example, some surgical procedures for fusing vertebrae require the surgeon to drill multiple holes into the bony structure at specific locations. To achieve a high level of mechanical integrity in the fusion system and to balance the forces created in the bone structure, holes need to be drilled at precise locations. Vertebrae, like most bony structures, have complex geometries, including non-planar curved surfaces that make precise vertical drilling difficult. Conventionally, the surgeon manually holds and positions the drilling guide tube by using a guidance system to superimpose the location of the drilling tube onto a three-dimensional image of the bony structure. This manual process is tedious and time consuming. The success of surgery is highly dependent on the dexterity of the surgeon performing it.

外科手技のための制限されたロボット支援は、現在利用可能である。例えば、da Vinci(登録商標)医療用ロボットシステム(da Vinci(登録商標)は、Intuitive Surgicalの登録商標である)は、ある外科用途において使用されるロボットである。da Vinci(登録商標)システムにおいて、ユーザは、ロボットアクチュエータを制御する、マニピュレータを制御する。システムは、外科医の体動を、ロボットアクチュエータの微小動に変換する。da Vinci(登録商標)システムは、手の振戦を排除し、ユーザに小さい開口を通って作業する能力を提供するが、今日、商業的に入手可能なロボットのうちの多くのように、高価であり、押し付けがましく、設定が厄介である。更に、胸腰部の椎弓根スクリュー挿入等の手技に対して、これらの従来の方法は、間違いが生じやすく、かつ面倒であることが既知である。 Limited robotic assistance for surgical procedures is currently available. For example, the da Vinci® medical robotic system (da Vinci® is a registered trademark of Intuitive Surgical) is a robot used in certain surgical applications. In the da Vinci® system, the user controls the manipulators, which control the robot actuators. The system converts the surgeon's body motions into micro-motions of the robot actuators. The da Vinci® system eliminates hand tremor and gives users the ability to work through small openings, but like many of the robots commercially available today, it is expensive. , which is intrusive and cumbersome to set up. Further, for procedures such as thoracolumbar pedicle screw insertion, these conventional methods are known to be error prone and cumbersome.

間違いを生じやすくする、外科用途において使用される現在のロボットのうちの多くの特徴のうちの1つは、一度器具が患者の一部分内に埋没されると、外科用器具の自主的な移動及び的確な配置が、機械的フィードバックの欠如、及び/または視覚的配置の喪失によって妨げられ得るということである。 One of the many features of current robots used in surgical applications that makes them prone to error is the ability to autonomously move and move the surgical instrument once the instrument is implanted within a portion of the patient. Correct placement can be hampered by lack of mechanical feedback and/or loss of visual placement.

〔発明の概要〕
本発明の一部の実施形態は、少なくとも1つのセンサを含む誘導管と、誘導管内で移動可能な少なくとも1つの検出可能な特性を含む外科用器具と、を備える、誘導外科用ツールアセンブリを提供する。一部の実施形態において、少なくとも1つのセンサは、外科用器具が、誘導管内に少なくとも部分的に挿入されるとき、少なくとも1つの検出可能な特性を検出するように構成及び配設される。
[Outline of the invention]
Some embodiments of the present invention provide a guided surgical tool assembly comprising a guide tube including at least one sensor and a surgical instrument including at least one detectable characteristic movable within the guide tube. do. In some embodiments, the at least one sensor is constructed and arranged to detect the at least one detectable characteristic when the surgical instrument is at least partially inserted within the guide tube.

一部の実施形態は、磁束場を発生させることが可能な磁気的に検出可能な特性を備える、検出可能な特性を含み、一部の実施形態において、センサは、磁束場を検出することが可能な位置センサである。一部の実施形態はまた、磁気的に検出可能な特性を感知することによって、誘導管の中への外科用器具の挿入及びその中での移動を検出するように構成及び配設される、位置センサを含む。一部の実施形態において、位置センサは、フェライト系磁気材料、希土類系磁気材料、アルミニウム-ニッケル-コバルト系磁気材料、及びこれらの混合物から成る群から選択される、磁束場センサである。 Some embodiments include a detectable property comprising a magnetically detectable property capable of generating a magnetic flux field, and in some embodiments the sensor is capable of detecting the magnetic flux field. A possible position sensor. Some embodiments are also configured and arranged to detect insertion and movement of a surgical instrument into and through the guide tube by sensing a magnetically detectable property. Includes position sensor. In some embodiments, the position sensor is a magnetic flux field sensor selected from the group consisting of ferrite-based magnetic materials, rare earth-based magnetic materials, aluminum-nickel-cobalt-based magnetic materials, and mixtures thereof.

一部の実施形態において、検出可能な特性は、少なくとも1つの長手方向の磁気ストリップと、少なくとも1つの半径方向の磁気ストリップと、を含む。更に、一部の実施形態において、誘導管は、少なくとも3つの位置センサを含み、一部の実施形態において、少なくとも3つの位置センサは、長手方向の磁気ストリップ、または半径方向の磁場ストリップ、または双方からの磁場束を感知するように構成及び配設される。 In some embodiments, the detectable characteristic includes at least one longitudinal magnetic strip and at least one radial magnetic strip. Further, in some embodiments, the guide tube includes at least three position sensors, and in some embodiments, the at least three position sensors are longitudinal magnetic strips, or radial magnetic field strips, or both. constructed and arranged to sense magnetic field flux from the

一部の実施形態において、誘導管における外科用器具の長手方向の位置は、長手方向の磁気ストリップからの磁場束の測定値を使用して、少なくとも部分的に判定され得る。他の実施形態において、誘導管における外科用器具の半径方向の位置は、半径方向の磁気ストリップからの磁場束の測定値を使用して、少なくとも部分的に判定され得る。 In some embodiments, the longitudinal position of the surgical instrument in the guide tube can be determined, at least in part, using magnetic field flux measurements from longitudinal magnetic strips. In other embodiments, the radial position of the surgical instrument in the guide tube can be determined, at least in part, using magnetic field flux measurements from the radial magnetic strips.

一部の実施形態は、光学的に検出可能な特性を備える検出可能な特性と、少なくとも1つの光学センサを備える少なくとも1つのセンサと、を含む。一部の実施形態において、光学的に検出可能な特性は、誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される、対照的、または高コントラストマーキングを備える。 Some embodiments include a detectable property comprising an optically detectable property and at least one sensor comprising at least one optical sensor. In some embodiments, the optically detectable characteristic comprises symmetrical or high contrast markings distributed along at least a partial longitudinal length of the guiding surgical tool assembly.

一部の実施形態は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光ファイバセンサ、フォトマルチプライヤ、CCD、カメラ、またはこれらの組み合わせから成る群から選択される、感光性検出器を備える、少なくとも1つの光学センサを含む。 Some embodiments include at least one optical sensor comprising a photosensitive detector selected from the group consisting of photodiodes, phototransistors, fiber optic sensors, photomultipliers, CCDs, cameras, or combinations thereof. include.

一部の実施形態において、誘導管における外科用器具の長手方向の位置は、少なくとも1つの光学センサを使用して、高コントラストマーキングからの光を光学的に感知することによって、少なくとも部分的に判定され得る。 In some embodiments, the longitudinal position of the surgical instrument in the guide tube is determined at least in part by optically sensing light from the high contrast markings using at least one optical sensor. can be

一部の実施形態は、誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される段階的なコーティングを備える、光学的に検出可能な特性を含む。一部の実施形態において、段階的なコーティングは、段階的な反射性コーティングを備える。他の実施形態において、段階的なコーティングは、段階的な色コーティングを備える。 Some embodiments include an optically detectable characteristic comprising a graded coating distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly. In some embodiments, the graded coating comprises a graded reflective coating. In other embodiments, the graduated coating comprises a graduated color coating.

一部の実施形態において、誘導管における外科用器具の長手方向の位置は、少なくとも1つの光学センサを使用して、段階的なコーティングからの光を光学的に感知することによって、少なくとも部分的に判定され得る。 In some embodiments, the longitudinal position of the surgical instrument in the guide tube is determined, at least in part, by optically sensing light from the graded coating using at least one optical sensor. can be determined.

一部の実施形態は、誘導外科用ツールアセンブリであって、誘導管が、遠位誘導管端及び近位誘導管端を備え、外科用器具が、遠位端及び近位端を含む、誘導外科用ツールアセンブリを含む。一部の実施形態において、センサは、少なくとも1つのセンサパッドを備える。誘導外科用ツールアセンブリは、外科用器具の近位端に連結される誘導停止具と、プランジャ機構と、を更に備えることができる。プランジャ機構は、誘導管の遠位端に連結される圧縮可能なバネ機構と、少なくとも1つのセンサパッドによって感知されるように構成及び配設されるワイパと、を含むことができる。 Some embodiments are a guiding surgical tool assembly, wherein the guide tube comprises a distal guide tube end and a proximal guide tube end, and the surgical instrument comprises a distal end and a proximal end. Includes surgical tool assembly. In some embodiments, the sensor comprises at least one sensor pad. The guided surgical tool assembly can further comprise a guided stop coupled to the proximal end of the surgical instrument and a plunger mechanism. The plunger mechanism can include a compressible spring mechanism coupled to the distal end of the guide tube and a wiper constructed and arranged to be sensed by the at least one sensor pad.

誘導外科用ツールアセンブリの一部の実施形態において、誘導管内の外科用器具の長手方向の移動(誘導停止具が誘導管の近位端に向かって移動する場合)は、バネを少なくとも部分的に圧縮させ、少なくとも1つのセンサパッドに対してワイパを移動させ得る。他の実施形態において、誘導停止具が誘導管の近位端から離れて移動する場合の誘導管内の外科用器具の長手方向の移動は、バネを少なくとも部分的に伸長させ、少なくとも1つのセンサパッドに対してワイパを移動させ得る。 In some embodiments of the guided surgical tool assembly, longitudinal movement of the surgical instrument within the guide tube (when the guide stop moves toward the proximal end of the guide tube) at least partially displaces the spring. Compression may be applied to move the wiper relative to the at least one sensor pad. In other embodiments, longitudinal movement of the surgical instrument within the guide tube when the guide stop moves away from the proximal end of the guide tube causes the spring to at least partially extend and the at least one sensor pad to extend. can move the wiper relative to the

一部の実施形態は、少なくとも1つのプロセッサ、及び少なくとも1つのデータ入力/出力インターフェースを含む、ツールセンサシステムを備える、誘導外科用ツールアセンブリシステムを含む。一部の実施形態において、少なくとも1つのセンサを含むデータ入力インターフェース、少なくとも1つのセンサを含む誘導管、及び誘導管内で移動可能な外科用器具。一部の実施形態において、外科用器具は、少なくとも1つの検出可能な特性を含み、少なくとも1つのセンサは、少なくとも1つの検出可能な特性を検出するように構成及び配設される。 Some embodiments include a guided surgical tool assembly system comprising a tool sensor system including at least one processor and at least one data input/output interface. In some embodiments, a data input interface including at least one sensor, a guide tube including at least one sensor, and a surgical instrument movable within the guide tube. In some embodiments, the surgical instrument includes at least one detectable characteristic and the at least one sensor is constructed and arranged to detect the at least one detectable characteristic.

一部の実施形態において、誘導外科用ツールアセンブリシステムは、遠位誘導管端及び近位誘導管端を備える、誘導管を含み、外科用器具は、遠位端及び近位端を含む。一部の実施形態において、センサは、少なくとも1つのセンサパッドを備え、誘導外科用ツールアセンブリは、外科用器具の近位端に連結される誘導停止具を更に備え、プランジャ機構は、誘導管の遠位端に連結される圧縮可能なバネ機構と、少なくとも1つのセンサパッドによって感知されるように構成及び配設されるワイパと、を含むことができる。少なくとも1つのプロセッサは、器具が、誘導管において少なくとも部分的に挿入または移動されるとき、少なくとも1つの外科用器具を検出するように構成及び配設することができる。 In some embodiments, a guiding surgical tool assembly system includes a guide tube with a distal guide tube end and a proximal guide tube end, and a surgical instrument includes a distal end and a proximal end. In some embodiments, the sensor comprises at least one sensor pad, the guiding surgical tool assembly further comprises a guiding stop coupled to the proximal end of the surgical instrument, and the plunger mechanism comprises a guide tube. A compressible spring mechanism coupled to the distal end and a wiper configured and arranged to be sensed by the at least one sensor pad can be included. The at least one processor can be configured and arranged to detect the at least one surgical instrument as the instrument is at least partially inserted or moved in the guide tube.

誘導外科用ツールアセンブリシステムの一部の実施形態において、検出可能な特性は、磁束場を発生させることが可能な磁気的に検出可能な特性を備える。センサは、磁束場を検出することが可能な位置センサであり得、磁気的に検出可能な特性を感知することによって、誘導管の中への外科用器具の挿入及びその中での移動を検出するように構成及び配設され得る。 In some embodiments of the guided surgical tool assembly system, the detectable property comprises a magnetically detectable property capable of generating a magnetic flux field. The sensor may be a position sensor capable of detecting a magnetic flux field and by sensing magnetically detectable properties to detect insertion of a surgical instrument into and movement within the guide tube. may be constructed and arranged to.

一部の実施形態は、誘導外科用ツールアセンブリシステムであって、検出可能な特性が、光学的に検出可能な特性を備え、少なくとも1つのセンサが、少なくとも1つの光学センサを備える、誘導外科用ツールアセンブリシステムを含む。光学的に検出可能な特性は、誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される、対照的、または高コントラストマーキングを備えることができる。一部の実施形態において、検出可能な特性は、光学的に検出可能な特性を備え、少なくとも1つのセンサは、少なくとも1つの光学センサを備える。光学的に検出可能な特性は、誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される、段階的なコーティングを備えることができる。 Some embodiments are a guided surgical tool assembly system, wherein the detectable property comprises an optically detectable property and the at least one sensor comprises at least one optical sensor. Includes tool assembly system. The optically detectable characteristic can comprise symmetrical or high contrast markings distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly. In some embodiments the detectable property comprises an optically detectable property and the at least one sensor comprises at least one optical sensor. The optically detectable property can comprise a graded coating distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly.

一部の実施形態は、制御された移動及び位置付けのために構成されるイフェクチュエータ要素に連結されるロボットと、ロボットに連結されるモータアセンブリと、を備える、医療用ロボットシステムを含む。モータアセンブリは、x、y、またはz軸のうちの1つに沿ったイフェクチュエータ要素の移動が、x、y、及びz軸のうちの他方の軸に沿ったイフェクチュエータ要素の移動とは独立して生じるように、x軸、y軸、及びz軸のうちの1つ以上に沿ってイフェクチュエータ要素を移動させるように構成することができ、x軸は、y及びz軸に対して実質的に垂直であり、y軸は、x及びz軸に対して実質的に垂直であり、z軸は、x及びy軸に対して実質的に垂直である。 Some embodiments include a medical robotic system comprising a robot coupled to effectuator elements configured for controlled movement and positioning, and a motor assembly coupled to the robot. The motor assembly is such that movement of the effectuator element along one of the x, y, or z axes is independent of movement of the effectuator element along the other of the x, y, and z axes. can be configured to move the effectuator element along one or more of the x-, y-, and z-axes such that the x-axis is substantially relative to the y- and z-axes. substantially perpendicular, the y-axis being substantially perpendicular to the x- and z-axes, and the z-axis being substantially perpendicular to the x- and y-axes.

一部の実施形態において、医療用ロボットシステムはまた、少なくとも1つのプロセッサ、及び少なくとも1つのデータ入力/出力インターフェースを含む、ツールセンサシステムを備え、データ入力インターフェースは、少なくとも1つのセンサを含み、誘導管は、少なくとも1つのセンサを含む。一部の実施形態において、外科用器具は、誘導管内で移動可能であり、外科用器具は、少なくとも1つの検出可能な特性を含む。更に、一部の実施形態において、少なくとも1つのセンサは、少なくとも1つの検出可能な特性を検出するように構成及び配設され、少なくとも1つのプロセッサは、外科用器具が誘導管内に少なくとも部分的に挿入されるときを検出するように構成及び配設される。一部の実施形態において、検出可能な特性は、器具の長さ、タイプ、トルク範囲、処置パラメータ及び他の器具パラメータの深さのうちの1つ以上を含むことができる。一部の実施形態は、外科用器具に連結される追跡マーカを含む。 In some embodiments, the medical robotic system also comprises a tool sensor system including at least one processor and at least one data input/output interface, the data input interface including at least one sensor and a guidance sensor. The tube contains at least one sensor. In some embodiments, a surgical instrument is movable within the guide tube and the surgical instrument includes at least one detectable characteristic. Further, in some embodiments, the at least one sensor is configured and arranged to detect the at least one detectable characteristic, and the at least one processor determines whether the surgical instrument is at least partially within the guide tube. Constructed and arranged to detect when it is inserted. In some embodiments, the detectable characteristics can include one or more of instrument length, type, torque range, depth of treatment parameters, and other instrument parameters. Some embodiments include tracking markers coupled to the surgical instrument.

本発明の一実施形態に従う、外科用ロボットを例解する。1 illustrates a surgical robot in accordance with one embodiment of the present invention; 本発明の別の実施形態に従う、エンドイフェクチュエータの並進及び配向の制御を伴う、外科用ロボットの一部分を例解する。4 illustrates a portion of a surgical robot with control of translation and orientation of an end effectuator in accordance with another embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、較正及び追跡移動のために装着される、複数の光学マーカを有する、外科用ロボットの部分的な図を例解する。1 illustrates a partial view of a surgical robot having multiple optical markers mounted for calibration and tracking movement, in accordance with one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、患者上で動作する外科用ロボットを例解する。1 illustrates a surgical robot operating on a patient, in accordance with one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、誘導停止具機構を有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを各々例解する。5A-5B each illustrate a tool assembly including a surgical instrument having a guided stop mechanism, in accordance with one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、誘導停止具機構を有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを各々描写する。4A-4D each depict a tool assembly including a surgical instrument having a guided stop mechanism, according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、掘削ビットマーキングを参照して、掘削停止具を手動で調節するためのツールを各々例解する。Each of the tools for manually adjusting the drill stop is illustrated with reference to drill bit markings, according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に従う、設定位置において、掘削ビットを係止及び保持するためのツールを各々例解する。4A and 4B each illustrate a tool for locking and holding a drill bit in a set position, according to one embodiment of the present invention; ロボットシステムに連結されるロボットエンドイフェクチュエータとともに、図5A~5Fに描写されるようなツールの使用方法を各々例解する。5A-5F each illustrate the use of a tool as depicted in FIGS. 5A-5F with a robotic end effectuator coupled to a robotic system. 本発明の一実施形態に従う、センサに対応した誘導停止具機構を有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを例解する。1 illustrates a tool assembly including a surgical instrument having a guided stop mechanism associated with a sensor, in accordance with one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、ツールアセンブリシステムアーキテクチャを例解する。1 illustrates a tool assembly system architecture, according to one embodiment of the present invention; 本発明の別の実施形態に従う、誘導停止具機構を有する外科用器具を備える、ツールを例解する。4 illustrates a tool comprising a surgical instrument having a guided stop mechanism, according to another embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、図7Cに示されるツールアセンブリとの使用のための修正された誘導管である。7D is a modified guide tube for use with the tool assembly shown in FIG. 7C, according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に従う、ツールアセンブリを形成するように、図7Bに示される修正された誘導管内に挿入された、図7Aに示されるツールを示す。7B shows the tool shown in FIG. 7A inserted within the modified guide tube shown in FIG. 7B to form a tool assembly, according to one embodiment of the present invention; 本発明の別の実施形態に従う、誘導停止具機構を有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを例解する。6 illustrates a tool assembly including a surgical instrument having a guided stop mechanism in accordance with another embodiment of the present invention; 本発明の別の実施形態に従う、修正された誘導管内に挿入された誘導停止具を有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを例解する。6 illustrates a tool assembly including a surgical instrument having a guide stop inserted within a modified guide tube, according to another embodiment of the present invention; 本発明の別の実施形態に従う、修正された誘導管内に挿入された誘導停止具を有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを例解する。6 illustrates a tool assembly including a surgical instrument having a guide stop inserted within a modified guide tube, according to another embodiment of the present invention; 本発明の更なる実施形態に従う、少なくとも1つの追跡マーカを有する外科用器具を含む、ツールアセンブリを例解する。6 illustrates a tool assembly including a surgical instrument having at least one tracking marker, in accordance with a further embodiment of the present invention;

〔発明を実施するための形態〕
本発明のいかなる実施形態も詳細に説明する前に、本発明が、その用途において、以下の説明において記載され、かつ以下の図面において例解される、構成要素の構築及び配設の詳細に制限されないことが理解されるものとする。本発明は、他の実施形態、及び種々の方法において実践されること、または実行されることが可能である。また、本明細書において使用される専門表現及び専門用語が、説明目的のためであり、制限として見なされるべきではないことが理解されるものとする。本明細書における「含む(including)」、「備える(comprising)」、または「有する(having)」、及びこれらの変化形の使用は、その後に列記される項目、及びそれらの同等物、ならびに追加の項目を包含することが意味される。別途指定または制限されない限り、「装着された(mounted)」、「接続された(connected)」、「支持された(supported)」、及び「連結された(coupled)」という用語、ならびにこれらの変化形は、広義に使用され、直接的及び間接的双方の装着、接続、支持、及び連結を包含する。更に、「接続された(connected)」及び「連結された(coupled)」は、物理的または機械的接続または連結に制限されない。
[Mode for carrying out the invention]
Before describing any embodiment of the invention in detail, the invention is limited in its application to the details of construction and arrangement of the components set forth in the following description and illustrated in the following drawings. It shall be understood that the The invention is capable of being practiced or being carried out in other embodiments and in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting. The use of "including,""comprising," or "having" and variations thereof herein may be used to refer to the items listed thereafter and their equivalents, as well as additional terms. is meant to include the items of The terms “mounted,” “connected,” “supported,” and “coupled,” and variations thereof, unless otherwise specified or restricted Form is used broadly and encompasses both direct and indirect attachment, connection, support and coupling. Furthermore, "connected" and "coupled" are not limited to physical or mechanical connections or couplings.

以下の考察は、当業者が本発明の実施形態を作製及び使用することを可能にするために提示される。例解される実施形態への種々の修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書における一般的な原理は、本発明の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態及び用途に適用され得る。このため、本発明の実施形態は、示される実施形態に制限されることを意図しないが、本明細書において開示される原理及び特性と一致する最も広い範囲が与えられるものとする。以下の発明を実施するための形態は、異なる図面における同様の要素が同様の参照番号を有する図面を参照して読まれるものとする。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、選択された実施形態を描写し、本発明の実施形態の範囲を制限することを意図しない。当業者は、本明細書において提供される実施例が、多くの有用な代替物を有し、本発明の実施形態の範囲内にあることを認識するであろう。 The following discussion is presented to enable any person skilled in the art to make and use embodiments of the invention. Various modifications to the illustrated embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the general principles herein can be applied to other embodiments and applications without departing from the embodiments of the invention. can be applied to Thus, the embodiments of the invention are not intended to be limited to the embodiments shown, but are to be accorded the broadest scope consistent with the principles and features disclosed herein. The following detailed description should be read with reference to the drawings in which like elements in different drawings have like reference numerals. The drawings, which are not necessarily to scale, depict selected embodiments and are not intended to limit the scope of embodiments of the invention. Those skilled in the art will recognize that the examples provided herein have many useful alternatives and are within the scope of embodiments of the invention.

図1A~1Bは、本発明の一実施形態に従う、外科用ロボットシステム1を例解し、図1Cは、本発明の別の実施形態に従う、エンドイフェクチュエータの並進及び配向の制御を伴う、外科用ロボットシステム1の一部分を例解する。ここで、図1A~1Bを参照すると、一部の実施形態は、外科用ロボットシステム1を含む。示されるように、一部の実施形態において、外科用ロボット15は、表示器29と、筐体27と、を備えることができる。一部の実施形態において、表示器29は、外科用ロボット15に取設することができる。他の実施形態において、表示器29は、外科用ロボット15を伴う手術室、または遠隔の場所のいずれかにおいて、外科用ロボット15を取り外すことができる。一部の実施形態において、筐体27は、ロボットアーム23と、少なくとも1つの従来のモータによって制御される、ロボットアーム23に連結される、エンドイフェクチュエータ30と、を備えることができる。一部の実施形態において、エンドイフェクチュエータ30は、患者18上で手術を実施するために使用される器具(例えば、図3A~3B、4A~4D、6A、7A、7C、8A~8B、9、及び10に描写される外科用器具35等)を備えることができる。他の実施形態において、エンドイフェクチュエータ30は、外科用器具35に連結することができる。本明細書において使用される際、「エンドイフェクチュエータ」という用語は、「イフェクチュエータ要素」という用語と同義的に使用される。一部の実施形態において、エンドイフェクチュエータ30は、所望の様態における外科用器具35の移動をもたらすための任意の既知の構造を備えることができる。 1A-1B illustrate a surgical robotic system 1 according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1C illustrates a surgical robot system with control of translation and orientation of an end effectuator, according to another embodiment of the present invention. 1 illustrates a portion of the robot system 1 for use. 1A-1B, some embodiments include a surgical robotic system 1. FIG. As shown, in some embodiments, surgical robot 15 can include display 29 and housing 27 . In some embodiments, indicator 29 can be attached to surgical robot 15 . In other embodiments, the display 29 can be removed from the surgical robot 15 either in the operating room with the surgical robot 15 or at a remote location. In some embodiments, the housing 27 can comprise a robotic arm 23 and an end effectuator 30 coupled to the robotic arm 23 controlled by at least one conventional motor. In some embodiments, end effectuator 30 is an instrument used to perform surgery on patient 18 (eg, FIGS. 3A-3B, 4A-4D, 6A, 7A, 7C, 8A-8B, 9 , and surgical instruments 35 depicted in 10). In other embodiments, end effectuator 30 can be coupled to surgical instrument 35 . As used herein, the term "end effectuator" is used synonymously with the term "effectuator element." In some embodiments, end effectuator 30 can comprise any known structure for effecting movement of surgical instrument 35 in a desired manner.

図1Cは、本発明の別の実施形態に従う、エンドイフェクチュエータの並進及び配向の制御を伴う、外科用ロボット15の一部分を例解する。示されるように、一部の実施形態は、x、y、及びz軸(図1Cの66、68、70を参照されたい)に沿ってエンドイフェクチュエータ30を移動させる能力を有するロボット15の利用が可能な外科用ロボットシステム1を含む。この実施形態において、x軸66は、y軸68及びz軸70に対して直角であり得、y軸68は、x軸66及びz軸70に対して直角であり得、z軸70は、x軸66及びy軸68に対して直角であり得る。一部の実施形態において、ロボット15は、他方の軸とは独立して、1つの軸に沿ったエンドイフェクチュエータ30の移動をもたらすように構成することができる。例えば、一部の実施形態において、ロボット15は、y軸68またはz軸70に沿ったエンドイフェクチュエータ30のいかなる実質的な移動も引き起こすことなく、エンドイフェクチュエータ30に、x軸66に沿って所与の距離を移動させることができる。この文脈において使用される際、「実質的な」は、意図される経路から2度未満の偏差を意味する。 FIG. 1C illustrates a portion of surgical robot 15 with control of translation and orientation of an end effectuator, according to another embodiment of the present invention. As shown, some embodiments utilize a robot 15 capable of moving the end effectuator 30 along the x, y, and z axes (see 66, 68, 70 in FIG. 1C). includes a surgical robot system 1 capable of In this embodiment, x-axis 66 may be perpendicular to y-axis 68 and z-axis 70, y-axis 68 may be perpendicular to x-axis 66 and z-axis 70, and z-axis 70 may be perpendicular to It may be perpendicular to the x-axis 66 and y-axis 68 . In some embodiments, robot 15 can be configured to provide movement of end effectuator 30 along one axis independently of the other axis. For example, in some embodiments, robot 15 moves end effectuator 30 along x-axis 66 without causing any substantial movement of end-effectuator 30 along y-axis 68 or z-axis 70 . A given distance can be moved. As used in this context, "substantial" means less than 2 degrees deviation from the intended path.

一部の更なる実施形態において、エンドイフェクチュエータ30は、x軸66、y軸68、及びz軸70のうちの1つ以上の周囲の選択的回転のために構成することができる(エンドイフェクチュエータ30と関連付けられるCardanic Euler Angleのうちの1つ以上(例えば、ロール、ピッチ、及び/またはヨー)を、選択的に制御することができるように)。一部の実施形態において、動作中、エンドイフェクチュエータ30及び/または外科用器具35は、ロボットシステム1によって選択的に偏向かつ監視することができる、選択された配向軸(図1Cにおいて「Z管」と標識される)と整合させることができる。 In some further embodiments, the end effectuator 30 can be configured for selective rotation about one or more of the x-axis 66, y-axis 68, and z-axis 70 (end effectuator 30). One or more of the Cardanic Euler angles (eg, roll, pitch, and/or yaw) associated with actuator 30 can be selectively controlled). In some embodiments, during operation, the end effectuator 30 and/or the surgical instrument 35 can be selectively deflected and monitored by the robotic system 1 in a selected orientation axis ("Z tube ) can be matched.

一部の実施形態において、エンドイフェクチュエータ30の並進及び配向の選択的制御は、例えば、回転軸のみを備える6自由度のロボットアーム23を利用する従来のロボットと比較して、有意に改善された精密性でもって医療手技の実施を可能にすることができる。例えば、一部の実施形態において、図2に示されるように、図1A~1Cに描写されるような外科用ロボットシステム1は、患者上で動作させるために使用することができ、ロボットアーム23は、患者18の身体の上に位置付けることができ、エンドイフェクチュエータ30は、患者18の身体に向かってz軸に対して選択的に角度付けられる。 In some embodiments, selective control of the translation and orientation of the end effectuator 30 is significantly improved compared to, for example, conventional robots utilizing a 6 DOF robot arm 23 with only an axis of rotation. It can enable medical procedures to be performed with increased precision. For example, in some embodiments, as shown in FIG. 2, a surgical robotic system 1 such as depicted in FIGS. 1A-1C can be used to operate on a patient, robotic arm 23 can be positioned on the patient's 18 body and the end effectuator 30 is selectively angled with respect to the z-axis toward the patient's 18 body.

一部の実施形態において、外科用器具35の位置は、外科用ロボット15が、手技中、常に外科用器具35の場所を認識することができるように、動的に更新することができる。結果として、一部の実施形態において、外科用ロボット15は、患者18への最小の損傷を伴って、かつ医師からのいかなる更なる支援も伴わずに(医師がそのように所望しない限り)、素早く所望の位置に外科用器具35を移動させることができる。一部の更なる実施形態において、外科用ロボット15は、外科用器具35が、選択された、事前に計画された軌道から外れた場合、外科用器具35の経路を補正するように構成することができる。一部の実施形態において、外科用ロボット15は、エンドイフェクチュエータ30及び/または外科用器具35の移動の停止、修正、及び/または手動制御を可能にするように構成することができる。このため、使用中、一部の実施形態において、医師または他のユーザは、システム1を動作させることができ、エンドイフェクチュエータ30及び/または外科用器具35の自主的な移動を停止、修正、または手動で制御するオプションを有する。外科用ロボット15による外科用器具35の制御及び移動を含む、外科用ロボットシステム1の更なる詳細は、本出願が米国特許法第120条の下、その優先権を主張するものであり、かつその全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、同時係属米国特許出願第13/924,505号において見出すことができる。 In some embodiments, the position of surgical instrument 35 can be dynamically updated such that surgical robot 15 is always aware of the location of surgical instrument 35 during the procedure. As a result, in some embodiments, surgical robot 15 can be operated with minimal injury to patient 18 and without any further assistance from a physician (unless the physician so desires). The surgical instrument 35 can be quickly moved to the desired position. In some further embodiments, surgical robot 15 is configured to correct the path of surgical instrument 35 if surgical instrument 35 deviates from a selected pre-planned trajectory. can be done. In some embodiments, surgical robot 15 can be configured to allow stopping, modifying, and/or manually controlling movement of end effectuator 30 and/or surgical instrument 35 . Thus, during use, in some embodiments, a physician or other user can operate system 1 to stop, modify, or modify the autonomous movement of end effectuator 30 and/or surgical instrument 35 . Or have the option to control manually. Further details of surgical robotic system 1, including control and movement of surgical instrument 35 by surgical robot 15, are from which this application claims priority under 35 U.S.C. No. 13/924,505, which is incorporated herein by reference in its entirety.

一部の実施形態において、誘導管50は、患者18上で動作するために外科用器具35とともに使用される。例えば、一部の実施形態は、遠位端50a及び近位端50bを備える、誘導管50を含む。本明細書において使用される際、「管」は、任意の1つ以上の所望の断面形状のいくらか中空の構造を指すために使用される。一部の実施形態において、外科用器具35が、誘導管50の支援を伴って、患者18の組織の中へ前進するとき、外科用器具35は、それが既定の量の突出に到達したとき、外科用器具3が前進することを防止するように構成される、誘導停止具52を備えることができる。例えば、図3A~3Bは、本発明の一実施形態に従う、誘導停止具52を有する外科用器具35を含む、ツールアセンブリ100を各々例解する。図3Bに示されるように、誘導停止具52が誘導管50の近位端50bに接触するとき、器具35は、更に延伸することを防止される。一部の実施形態において、誘導管50及び外科用器具35の長さ、外科用器具35のそれぞれの端間の距離、ならびに誘導停止具52が取設される場所を知ることにより、外科用器具35が突出し得る、誘導管50の端を過ぎた最大距離(したがって、手技中の誘導管遠位端50aに対する、遠位端35aにおける先端35cの延伸の長さ及び場所)を判定することが可能である。一部の実施形態において、器具35は、誘導構造によって誘導され得る(及び少なくとも部分的に囲繞し得る)、またはそれに接触し得る。 In some embodiments, guide tube 50 is used with surgical instrument 35 to operate on patient 18 . For example, some embodiments include guide tube 50 with distal end 50a and proximal end 50b. As used herein, "tube" is used to refer to a somewhat hollow structure of any one or more desired cross-sectional shapes. In some embodiments, as the surgical instrument 35 is advanced into the tissue of the patient 18 with the assistance of the guide tube 50, the surgical instrument 35 reaches a predetermined amount of protrusion. , a guiding stop 52 configured to prevent the surgical instrument 3 from advancing. For example, Figures 3A-3B each illustrate a tool assembly 100 including a surgical instrument 35 having a guiding stop 52, according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3B, when guide stop 52 contacts proximal end 50b of guide tube 50, instrument 35 is prevented from extending further. In some embodiments, by knowing the length of guide tube 50 and surgical instrument 35, the distance between the respective ends of surgical instrument 35, and where guide stop 52 is installed, surgical instrument It is possible to determine the maximum distance past the end of guide tube 50 that 35 can protrude (and thus the length and location of extension of tip 35c at distal end 35a relative to guide tube distal end 50a during a procedure). is. In some embodiments, instrument 35 may be guided by (and at least partially surrounded by) or in contact with a guidance structure.

一部の実施形態において、挿入プロセス中、周期的に、またはいかなる時点においても、外科用器具35の最大突出距離だけでなく、実際の突出距離も監視することが望ましくあり得る。したがって、一部の実施形態において、ロボット15は、突出距離を周期的に、または実質的に継続的に監視することができ、一部の実施形態において、距離を表示することができる(例えば、表示器29等に)。一部の実施形態において、突出距離は、圧縮可能なバネ装荷機構55a、及び連結ワイパ56を有するセンサパッド55bを含む、バネ装荷プランジャ54を使用して、実質的に継続的に監視することができる(例えば、図4A~4Dを参照されたい)。一部の実施形態において、外科用器具35上の誘導停止具52は、それが誘導管50の近位端に当面する十分に前に、バネ装荷機構55に接触するように構成することができる。図4A~4Dに示されるように、誘導管50内の外科用器具35の位置を比較することにより、一部の実施形態において、外科用器具35が誘導管50の遠位端50aに向かって延伸する際、遠位端35aは、誘導管の遠位端50aに近付くことができる(図4B)。更に、外科用器具35が更に下方に移動する(即ち、誘導停止具52が誘導管50の近位端50bに向かって移動する)際、遠位端35aは、誘導管の遠位端50aから離れて外方に延伸することができる(遠位端35aの延伸、及び領域36として示される、停止具52がプランジャ54に接触した後の先端35c位置の変化を示す、図4Cを参照されたい)。更に、外科用器具35が更に下方に移動し、かつ誘導停止具52が誘導管50に接触する際、遠位端35aは、停止することができ、誘導管50の遠位端50aから離れて延伸する(先端35c位置の変化(領域36)を示す図4Dを参照されたい。図4C~4Dに示されるように、誘導停止具52が誘導管50の近位端50bに向かって移動する際、バネ装荷プランジャ54内の圧縮可能なバネ装荷機構55aは、圧縮することができる。当業者は、逆に、器具35が誘導管50から後ろに移動するとき、誘導停止具52が誘導管50の近位端50bから離れて移動するため、バネ装荷プランジャ54内の圧縮可能なバネ装荷機構55aは、圧縮状態から伸長することができることを認識するであろう。 In some embodiments, it may be desirable to monitor the actual projection distance as well as the maximum projection distance of surgical instrument 35 periodically or at any time during the insertion process. Accordingly, in some embodiments, the robot 15 can periodically or substantially continuously monitor the projection distance, and in some embodiments can display the distance (e.g., to the display 29, etc.). In some embodiments, the projection distance can be monitored substantially continuously using a spring-loaded plunger 54 that includes a compressible spring-loaded mechanism 55a and a sensor pad 55b with an articulated wiper 56. (See, eg, FIGS. 4A-4D). In some embodiments, guide stop 52 on surgical instrument 35 can be configured to contact spring-loaded mechanism 55 well before it meets the proximal end of guide tube 50 . . Comparing the position of surgical instrument 35 within guide tube 50, as shown in FIGS. Upon extension, the distal end 35a can approach the guide tube distal end 50a (FIG. 4B). Further, as surgical instrument 35 moves further downward (i.e., guide stop 52 moves toward proximal end 50b of guide tube 50), distal end 35a moves away from guide tube distal end 50a. 4C showing the extension of distal end 35a and the change in position of tip 35c after stop 52 contacts plunger 54, shown as region 36. ). Further, as surgical instrument 35 travels further down and guide stop 52 contacts guide tube 50 , distal end 35 a can stop and move away from distal end 50 a of guide tube 50 . Extending (see FIG. 4D showing a change in position of tip 35c (region 36). As shown in FIGS. , the compressible spring-loaded mechanism 55a within the spring-loaded plunger 54 can be compressed, and conversely, as the instrument 35 moves back out of the guide tube 50, the guide stop 52 is pulled into the guide tube 50. It will be appreciated that the compressible spring-loaded mechanism 55a within the spring-loaded plunger 54 can extend from its compressed state to move away from the proximal end 50b of the spring-loaded plunger 54.

一部の実施形態において、ツールアセンブリシステム1000(図6Bに示される)は、ワイパ56に連結されるセンサパッド55bを含む、データ入力/出力システムを含むことができる。示されるように、一部の実施形態は、アプリケーションインターフェース1050を含む、ネットワークインターフェース1040に連結される、少なくとも1つのプロセッサ1010を備える、システム1000を含む。一部の実施形態において、アプリケーションインターフェース1050は、少なくとも1つのオペレーティングシステム1020、及び少なくとも1つの企業アプリケーション1030に連結される。一部の実施形態において、少なくとも1つのプロセッサ1010は、少なくともネットワークインターフェース1040、及びアプリケーションインターフェース1050から、データを送信及び受信することができる。更に、ネットワークインターフェース1040は、一部の実施形態において、データソース1060a、及びデータ記憶装置1060bを含むことができる、少なくとも1つのコンピュータが読み取り可能な媒体1060に連結することができる。 In some embodiments, tool assembly system 1000 (shown in FIG. 6B) can include a data input/output system including sensor pad 55b coupled to wiper 56. As shown in FIG. As shown, some embodiments include system 1000 comprising at least one processor 1010 coupled to network interface 1040 that includes application interface 1050 . In some embodiments, application interface 1050 is coupled to at least one operating system 1020 and at least one enterprise application 1030 . In some embodiments, at least one processor 1010 can send and receive data from at least network interface 1040 and application interface 1050 . Further, network interface 1040 can be coupled to at least one computer-readable medium 1060, which can include data sources 1060a and data storage devices 1060b in some embodiments.

一部の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、ツールアセンブリシステム1000に連結されてもよい。一部の他の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、ツールアセンブリシステム1000を備えてもよい。一部の実施形態において、データ入力/出力インターフェース1100は、表示器29に連結、方向付けられてもよく(例えば、1つ以上のセンサから直接表示するように)、他の実施形態において、データ入力/出力インターフェース1100は、外科用ロボットシステム1、または表示器29、または双方に連結されてもよい。一部の実施形態において、データ入力/出力インターフェース1100は、1つ以上のセンサ55b、56、310、及び510に連結される従来の低電圧回路を含んでもよい。他の実施形態において、データ入力/出力インターフェース1100は、1つ以上のセンサ55b、56、310、及び510に連結される従来の低電圧回路に連結されてもよい。一部の実施形態において、1つ以上のセンサ55b、56、310、及び510は、従来の低電圧回路を通じて、データ入力/出力インターフェースによって給電されてもよい。一部の他の実施形態において、1つ以上のセンサ55b、56、310、及び510は、従来の低電圧回路を通じて給電され、かつデータ入力/出力インターフェースに連結されてもよい。 In some embodiments, surgical robotic system 1 may be coupled to tool assembly system 1000 . In some other embodiments, surgical robotic system 1 may comprise tool assembly system 1000 . In some embodiments, data input/output interface 1100 may be coupled and directed to display 29 (eg, to display directly from one or more sensors); Input/output interface 1100 may be coupled to surgical robotic system 1, display 29, or both. In some embodiments, data input/output interface 1100 may include conventional low voltage circuitry coupled to one or more sensors 55b, 56, 310, and 510. FIG. In other embodiments, data input/output interface 1100 may be coupled to conventional low voltage circuitry coupled to one or more sensors 55b, 56, 310, and 510. FIG. In some embodiments, one or more of sensors 55b, 56, 310, and 510 may be powered by the data input/output interface through conventional low voltage circuitry. In some other embodiments, one or more of sensors 55b, 56, 310, and 510 may be powered through conventional low voltage circuitry and coupled to data input/output interfaces.

一部の実施形態において、少なくとも1つのプロセッサ1010は、少なくとも1つのデータ入力/出力インターフェース1100からデータを受信することができる。図6Bに描写されるように、一部の実施形態において、データ入力/出力インターフェース1100は、少なくともセンサパッド55a、及び連結ワイパ56を含むことができる。一部の実施形態において、ワイパ56が位置センサパッド55bにわたって移動するとき、その線形位置は、ツールアセンブリシステム1000によってサンプリングされ、少なくとも1つのプロセッサ1010を使用して処理されてもよい。例えば、一部の実施形態において、外科用器具35が誘導管50の遠位端50aを過ぎて突出する距離の計算は、実質的にリアルタイムで処理されてもよい。例えば、図4A~4Dに示されるように、誘導管50内の外科用器具35の位置が変化する際、外科用器具35は、誘導管50の遠位端50aに向かって延伸するため、ワイパ56は、誘導管の遠位端50aに向かって、かつ掃拭領域58内のセンサパッド55bにわたって移動することができる(例えば、図4B~図4Cからの移動を参照されたい)。更に、外科用器具35が誘導管50の遠位端50aに向かって更に下方に移動し、かつ誘導停止具52が近位端において誘導管50と接触する際、ワイパ56は、誘導管50の遠位端50aに向かって、かつ掃拭領域58の下端に向かってセンサパッド55bにわたって移動することができる(図4Dを参照されたい)。 In some embodiments, at least one processor 1010 can receive data from at least one data input/output interface 1100 . As depicted in FIG. 6B, in some embodiments, the data input/output interface 1100 can include at least a sensor pad 55a and an articulated wiper 56. FIG. In some embodiments, as the wiper 56 moves across the position sensor pad 55b, its linear position may be sampled by the tool assembly system 1000 and processed using at least one processor 1010. For example, in some embodiments, the calculation of the distance that surgical instrument 35 protrudes past distal end 50a of guide tube 50 may be processed substantially in real time. For example, as shown in FIGS. 4A-4D, as the position of surgical instrument 35 within guide tube 50 changes, surgical instrument 35 extends toward distal end 50a of guide tube 50, thereby removing the wiper. 56 can move toward guide tube distal end 50a and across sensor pad 55b in wiping region 58 (see, eg, movement from FIGS. 4B-4C). Further, as surgical instrument 35 travels further downward toward guide tube 50 distal end 50a and guide stop 52 contacts guide tube 50 at its proximal end, wiper 56 moves the guide tube 50 toward its distal end 50a. It can move across sensor pad 55b toward distal end 50a and toward the lower end of wiping area 58 (see FIG. 4D).

一部の実施形態において、ワイパ56が掃拭領域58の下端に向かってセンサパッド55bにわたって移動する際、ツールアセンブリシステム1000は、ワイパ56の位置、及び/またはセンサパッド55bに対するワイパ56の移動を通信することができる。先で説明されるように、一部の他の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、ツールアセンブリシステム1000を備えてもよく、データ入力/出力インターフェース1100は、外科用ロボットシステム1が、センサパッド55b上のワイパ56位置、またはセンサパッド55bに対するワイパ56の移動を読み取ることを可能にするように、外科用ロボットシステム1に連結されてもよい。 In some embodiments, as the wiper 56 moves across the sensor pad 55b toward the lower end of the wiping area 58, the tool assembly system 1000 determines the position of the wiper 56 and/or movement of the wiper 56 relative to the sensor pad 55b. can communicate. As described above, in some other embodiments, the surgical robotic system 1 may comprise a tool assembly system 1000 and a data input/output interface 1100 that allows the surgical robotic system 1 to detect sensor It may be coupled to the surgical robotic system 1 to allow reading of the position of the wiper 56 on the pad 55b or the movement of the wiper 56 relative to the sensor pad 55b.

一部の実施形態において、外科用器具は、掘削ビット42を備えることができる。一部の実施形態は、掘削ビット42上の停止具が、掘削ビット42上のマーキング44を参照して、手動で調節されることを可能にする、器具35を含む。例えば、図5A~5Cは、本発明の一実施形態に従う、掘削ビット42マーキング44を参照して、掘削停止具46を手動で調節するためのツールを各々例解する。更に、図5D~5Fは、本発明の一実施形態に従う、設定位置において、掘削ビットを係止及び保持するためのツールを各々例解し、図5G~5Hは、外科用ロボットシステム1に連結されるロボットエンドイフェクチュエータ30とともに、図5A~5Fに描写されるようなツールの使用方法を各々例解する。示されるように、一部の実施形態において、掘削ビット42は、掘削停止具46の各端上に、商業的に入手可能な反対に配向された1方向バネ装荷解放機構48a、48bを含むことができる。それらのバネに対して引っ張られていないとき、1方向解放機構は、1つの方向における移動を防止するが、反対の方向における自由移動を可能にする。例えば、図5Aにおいて、停止具46の左側の静止解放具48aは、掘削ビット42が、右から左へ解放具48aを通じて自由に移動することを可能にするが、左から右への掘削ビット42の移動は防止する。停止具46の右への解放具48bは、掘削ビット42が、左から右へ解放具48bを通じて自由に移動することを可能にするが、右から左への移動を防止する。一部の実施形態において、したがって、解放具48a、48bのいずれも引っ張られていないとき、いずれの方向においてもビット42を移動させることは可能ではない。一部の実施形態において、掘削停止具46の一方の端上の解放具48aまたは48bが引っ張られる場合、引っ張り方向から離れて、掘削ビット42のシャフトの上へ掘削停止具46を移動させることが可能である。一部の実施形態において、掘削停止具46の他方の端上の解放具48aまたは48bが引っ張られる場合、シャフトの下へ掘削停止具46を移動させることが可能である(引っ張り方向から離れて、図5B及び5Cの移動の方向を参照されたい)。解放具48a、48bが引っ張られる方向は、1つの解放具48a、48bの偶発的な引っ張りが、掘削停止具46の意図されない移動をもたらさないように、掘削停止具46の移動が可能となる方向とは反対である。例えば、図5Bの左に向かって解放具48aを引っ張ることは、掘削停止具46が、右に向かって移動されることを可能にする。一部の実施形態において、解放機構48a、48bのいずれも引っ張られない場合、掘削停止具46は、揺さぶられた場合でさえも、いずれの方向においても移動しない。 In some embodiments, the surgical instrument can include a drilling bit 42. Some embodiments include an instrument 35 that allows a stop on drill bit 42 to be manually adjusted with reference to markings 44 on drill bit 42 . For example, Figures 5A-5C each illustrate tools for manually adjusting the drill stop 46 with reference to the drill bit 42 markings 44, according to one embodiment of the present invention. Further, FIGS. 5D-5F each illustrate a tool for locking and holding a drilling bit in a set position, and FIGS. 5A-5F, together with the robotic end effectuator 30 shown in FIG. As shown, in some embodiments, the drill bit 42 includes commercially available oppositely oriented one-way spring loaded release mechanisms 48a, 48b on each end of the drill stop 46. can be done. When not tensioned against their springs, one-way release mechanisms prevent movement in one direction but allow free movement in the opposite direction. For example, in FIG. 5A, stationary release 48a on the left side of stop 46 allows drilling bit 42 to move freely through release 48a from right to left, while drilling bit 42 from left to right. movement is prevented. A release 48b to the right of stop 46 allows drilling bit 42 to move freely from left to right through release 48b, but prevents movement from right to left. In some embodiments, it is therefore not possible to move the bit 42 in either direction when neither release 48a, 48b is being pulled. In some embodiments, when the release 48a or 48b on one end of the drill stop 46 is pulled, it can move the drill stop 46 up the shaft of the drill bit 42 away from the pulling direction. It is possible. In some embodiments, when the release 48a or 48b on the other end of the drill stop 46 is pulled, it is possible to move the drill stop 46 down the shaft (away from the pulling direction, See directions of movement in FIGS. 5B and 5C). The direction in which the releases 48a, 48b are pulled is the direction in which the excavation stop 46 is allowed to move such that accidental pulling of one release 48a, 48b does not result in unintended movement of the excavation stop 46. is the opposite. For example, pulling release 48a toward the left in FIG. 5B allows dig stop 46 to be moved toward the right. In some embodiments, if neither release mechanism 48a, 48b is pulled, the dig stop 46 will not move in either direction, even if shaken.

一部の実施形態は、それが収容される誘導管50に対して、設定位置において、掘削ビット42を係止及び保持するための能力を含む。例えば、一部の実施形態において、掘削ビット42は、係止機構を使用して、誘導管50に対して掘削停止具46を係止することによって、係止することができる。図5D~5Hは、本発明の一実施形態に従う、設定位置において、掘削ビット42を係止及び保持するためのツールを例解する。一部の実施形態において、図5Fに示される係止機構49は、2つのクラムシェル49を備えることができる(図5Dに示される)。一部の実施形態において、掘削ビット42は、掘削停止具46の周囲でクラムシェルを組み立てることによって、位置に係止させることができる(図5Eに示される)。例えば、この特性は、先端が誘導管50の端を過ぎてわずかに突出するように、ユーザが、掘削ビット42をある位置に係止することを可能にする(図5G及び5Hを参照されたい)。この位置において、ユーザは、誘導管50が軟組織を貫通することを強制して、誘導管50が骨に接触することを強制することができる(例えば、経皮的脊椎スクリュー挿入中)。図5A~5Gに例解され、上で説明されるツールの更なる詳細は、本出願が米国特許法第120条の下、その優先権を主張するものであり、かつその全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、同時継続米国特許出願第13/924,505号において見出すことができる。 Some embodiments include the ability to lock and hold drill bit 42 in a set position relative to guide tube 50 in which it is housed. For example, in some embodiments, drill bit 42 may be locked by locking drill stop 46 to guide tube 50 using a locking mechanism. Figures 5D-5H illustrate a tool for locking and holding a drilling bit 42 in a set position, according to one embodiment of the invention. In some embodiments, the locking mechanism 49 shown in Figure 5F can comprise two clamshells 49 (shown in Figure 5D). In some embodiments, drill bit 42 can be locked in position by assembling a clamshell around drill stop 46 (shown in FIG. 5E). For example, this feature allows the user to lock drilling bit 42 in a position such that the tip protrudes slightly past the end of guide tube 50 (see FIGS. 5G and 5H). ). In this position, the user can force guide tube 50 through soft tissue to force guide tube 50 to contact bone (eg, during percutaneous spinal screw insertion). For further details of the tools illustrated in FIGS. 5A-5G and described above, this application claims priority under 35 USC §120 and is incorporated by reference in its entirety. can be found in co-pending US patent application Ser. No. 13/924,505, which is incorporated herein by

一部の実施形態において、ツールアセンブリシステム1000は、少なくとも1つの位置センサ310を有するデータ入力/出力インターフェース1100を含むことができる。一部の実施形態において、少なくとも1つのプロセッサ1010は、少なくともネットワークインターフェース1040及びアプリケーションインターフェース1050から、データを送信及び受信することができ、少なくとも1つの位置センサ310を有するデータ入力/出力インターフェース1100からデータを受信してもよい。 In some embodiments, tool assembly system 1000 can include data input/output interface 1100 having at least one position sensor 310 . In some embodiments, the at least one processor 1010 can send and receive data from at least the network interface 1040 and the application interface 1050, and can receive data from the data input/output interface 1100 with at least one position sensor 310. may be received.

図6Aは、本発明の一実施形態に従う、センサに対応した誘導停止具52を有する外科用器具35を含む、ツールアセンブリ300を例解する。示されるように、一部の実施形態において、外科用器具35は、器具35の長手方向の長さの一部の部分に沿って延伸する磁気ストリップ320を含むことができ、外科用器具35は、少なくとも1つの位置センサ310を含むことができる。図6Aに示される実施形態は、誘導停止具52に実質的に直接隣接する領域から延伸し、かつ外科用器具35の長さの約4分の3まで延伸する、磁気ストリップ320を含む。 FIG. 6A illustrates a tool assembly 300 including a surgical instrument 35 having a guide stop 52 associated with a sensor, according to one embodiment of the present invention. As shown, in some embodiments, surgical instrument 35 can include a magnetic strip 320 extending along some portion of the longitudinal length of instrument 35 such that surgical instrument 35 is , may include at least one position sensor 310 . The embodiment shown in FIG. 6A includes a magnetic strip 320 extending from a region substantially immediately adjacent guide stop 52 and extending up to about three-quarters of the length of surgical instrument 35 .

一部の他の実施形態において、磁気ストリップ320は、外科用器具35の遠位端35aにより近くへ、またはそれからより離れて延伸してもよい。示されるように、一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、外科用器具35の外表面上に位置付けられる。しかしながら、一部の他の実施形態において、磁気ストリップ320は、器具35の外表面の下に位置付けることができる(即ち、磁気ストリップ320は、器具35内に埋め込まれてもよい)。一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、適切な機械的統合性を保持するために十分である厚さを含む。例えば、一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、位置センサ310によって検出される十分な磁場束を有しつつ、使用中に適切な耐久性を保持するために十分である厚さを含む。 In some other embodiments, magnetic strip 320 may extend closer to or farther from distal end 35a of surgical instrument 35 . As shown, in some embodiments magnetic strip 320 is positioned on the outer surface of surgical instrument 35 . However, in some other embodiments, the magnetic strip 320 may be positioned below the outer surface of the device 35 (ie, the magnetic strip 320 may be embedded within the device 35). In some embodiments, magnetic strip 320 includes a thickness that is sufficient to retain adequate mechanical integrity. For example, in some embodiments, the magnetic strip 320 includes a thickness sufficient to have sufficient magnetic field flux to be detected by the position sensor 310 while retaining adequate durability during use.

一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、約0.001~約0.15インチの厚さを有する、薄い、可撓性の、剛性の、または半剛性の磁気材料を含むことができる。一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、0.001インチよりも薄くてもよく、他の実施形態において、磁気ストリップ320は、0.15インチよりも厚くてもよい。一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、サイズ決定するように切断することができ、かつ外科用器具35に接着させることができる、自己支持テープまたは類似の材料を含む。他の実施形態において、磁気ストリップ320は、液体または半液体(例えば、定義された場所において器具35の表面に適用され、次いで、乾燥させて、磁気ストリップ320を形成する、磁気塗料)から、外科用器具35上に形成される。一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、フェライト系磁気材料を含む。他の実施形態において、磁気ストリップ320は、希土類系磁気材料(例えば、ネオジム系永久磁石)を含む。一部の更なる実施形態において、磁気ストリップ320は、アルニコ系磁気材料(即ち、アルミニウム-ニッケル-コバルト系磁気材料)を含む。例えば、一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、フェライト系磁気材料、ネオジム系永久磁石、アルニコ系磁気材料、及びこれらの混合物から成る群から選択される材料を含む、薄い、可撓性の、剛性の、または半剛性の磁気ストリップ320を含むことができる。代替的に、一部の他の実施形態において、磁気ストリップ320は、フェライト系磁気材料、ネオジム系永久磁石、アルニコ系磁気材料、及びこれらの混合物から成る群から選択される材料を含む、液体または半液体(例えば、磁気塗料)から、外科用器具35上に形成される。一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、器具35の内部構造内に埋め込むことができる。例えば、器具35の中核部に位置付けられてもよい。他の実施形態において、器具35が管状である場合、磁気ストリップ320は、管状の口の内側表面上に配置することができる。 In some embodiments, magnetic strip 320 can comprise a thin, flexible, rigid, or semi-rigid magnetic material having a thickness of about 0.001 to about 0.15 inches. In some embodiments, the magnetic strip 320 may be thinner than 0.001 inch, and in other embodiments the magnetic strip 320 may be thicker than 0.15 inch. In some embodiments, magnetic strip 320 comprises a self-supporting tape or similar material that can be cut to size and adhered to surgical instrument 35 . In other embodiments, the magnetic strip 320 is formed from a liquid or semi-liquid (eg, a magnetic paint that is applied to the surface of the instrument 35 at defined locations and then dried to form the magnetic strip 320) from a surgical is formed on the tool 35 . In some embodiments, magnetic strip 320 comprises a ferritic magnetic material. In other embodiments, magnetic strip 320 includes a rare earth based magnetic material (eg, a neodymium based permanent magnet). In some further embodiments, magnetic strip 320 comprises an alnico-based magnetic material (ie, an aluminum-nickel-cobalt-based magnetic material). For example, in some embodiments, the magnetic strip 320 is a thin, flexible magnetic material comprising a material selected from the group consisting of ferrite-based magnetic materials, neodymium-based permanent magnets, alnico-based magnetic materials, and mixtures thereof. , rigid, or semi-rigid magnetic strips 320 . Alternatively, in some other embodiments, the magnetic strip 320 comprises a material selected from the group consisting of ferrite-based magnetic materials, neodymium-based permanent magnets, alnico-based magnetic materials, and mixtures thereof. Formed on the surgical instrument 35 from a semi-liquid (eg magnetic paint). In some embodiments, magnetic strip 320 can be embedded within the internal structure of device 35 . For example, it may be positioned at the core of instrument 35 . In other embodiments, if the device 35 is tubular, the magnetic strip 320 can be placed on the inner surface of the tubular mouth.

一部の実施形態において、ツールアセンブリ300は、誘導管51aに連結される位置センサ310を含むことができる(図6Aを参照されたい)。一部の実施形態において、位置センサ310は、磁気ストリップ320から検出される磁場に応答して、出力電圧を変化させることが可能なホール効果センサであり得る。一部の実施形態において、位置センサ310は、磁気感知コイル、または磁気抵抗読取ヘッドを備えることができる。一部の実施形態において、位置センサ310が磁気ストリップ320に対して移動し、かつ磁気変動が検出される際、出力信号が、データ入力/出力インターフェース1100によって発生される。一部の実施形態において、誘導管51aにおける外科用器具35の挿入は、位置センサ310を使用して検出することができる。一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、それが磁気ストリップ320に対して移動する際、位置センサ310によって検出されることが可能な可変磁場束を含むことができる。例えば、一部の実施形態において、磁気ストリップ320の磁場束は、磁気ストリップ320の長手方向の長さの少なくとも一部分を通じて、周期的に上昇及び下降することができる。位置センサ310がホール効果センサである場合、この移動は、それが低磁場束の領域からより高い磁場束の領域へ移動する際、磁気ストリップ320から検出される磁場に応答して、様々な出力電圧を生成することができる。 In some embodiments, tool assembly 300 can include a position sensor 310 coupled to guide tube 51a (see FIG. 6A). In some embodiments, position sensor 310 may be a Hall effect sensor capable of changing its output voltage in response to magnetic fields detected from magnetic strip 320 . In some embodiments, position sensor 310 may comprise a magnetic sensing coil, or a magnetoresistive read head. In some embodiments, an output signal is generated by data input/output interface 1100 when position sensor 310 moves relative to magnetic strip 320 and magnetic variations are detected. In some embodiments, insertion of surgical instrument 35 in guide tube 51 a can be detected using position sensor 310 . In some embodiments, magnetic strip 320 can include a variable magnetic flux that can be detected by position sensor 310 as it moves relative to magnetic strip 320 . For example, in some embodiments, the magnetic field flux of the magnetic strip 320 can rise and fall cyclically through at least a portion of the longitudinal length of the magnetic strip 320 . If the position sensor 310 is a Hall effect sensor, this movement will produce various outputs in response to the magnetic field detected from the magnetic strip 320 as it moves from a region of low magnetic field flux to a region of higher magnetic field flux. A voltage can be generated.

一部の実施形態において、磁気ストリップ320は、それが磁気ストリップ320に対して移動する際、位置センサ310によって検出されることが可能なより高い及びより低い磁場束強度の領域の代替的な配設を含むことができる。一部の他の実施形態において、より高い及びより低い磁場束強度の領域の代替的な配設は、磁気ストリップ320によって検出されることが可能な磁気バーコードを備えることができ、かつデータ入力/出力インターフェース1100を通じて、少なくとも1つのプロセッサ1010を使用して処理する。一部の実施形態において、より高い及びより低い磁場束強度の領域の配設は、磁気バーコード(図6Aに示される磁気ストリップ320の磁気的にコード化された領域321として描写される)を含むことができる。一部の実施形態において、磁気的にコード化された領域321の少なくとも一部分は、外科用器具35を識別する目的で、磁気ストリップ320によって検出されることが可能であり得る。例えば、一部の実施形態において、外科用器具35は、少なくとも外科用器具35のタイプコードを有する、磁気的にコード化された領域321を含む、磁気ストリップ320を含むことができる。更に、一部の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、外科手技におけるその使用の前に、外科用器具35のチェックを実施するための安全性プロトコルを含むことができる。一部の実施形態において、例えば、誘導管51aにおける外科用器具35の挿入は、それがセンサ310を通過する際、磁気ストリップ320内の磁気的にコード化された領域321を読み取ることが可能であり得る、位置センサ310を使用して、検出することができる。一部の実施形態において、誘導管51aの中へ挿入される器具35に関する情報は、手術前に、磁気ストリップ320に磁気的に、かつ永久的に、または半永久的に記憶することができる。次いで、手術中、ツールが誘導管51aに導入されるとき、センサ310は、ストリップ320の磁気的にコード化された領域321を読み取り、ツールの直径、長さ、形状、または他の重要な情報に関するデータを検出することができる。これらのデータは、自動的にプロセッサ1010に伝達され、データ入力/出力インターフェース1100を介してユーザへ表示することができる。 In some embodiments, the magnetic strip 320 has alternate arrangements of regions of higher and lower magnetic flux strength that can be detected by the position sensor 310 as it moves relative to the magnetic strip 320 . can include settings. In some other embodiments, alternative arrangements of regions of higher and lower magnetic flux strength may comprise magnetic bar codes that can be detected by the magnetic strip 320 and data entry / processed using at least one processor 1010 through an output interface 1100 . In some embodiments, the arrangement of regions of higher and lower magnetic field flux strength is associated with magnetic barcodes (depicted as magnetically encoded regions 321 of magnetic strip 320 shown in FIG. 6A). can contain. In some embodiments, at least a portion of magnetically encoded region 321 may be detectable by magnetic strip 320 for purposes of identifying surgical instrument 35 . For example, in some embodiments, surgical instrument 35 can include a magnetic strip 320 that includes at least a magnetically encoded region 321 having a type code for surgical instrument 35 . Further, in some embodiments, surgical robotic system 1 can include safety protocols for performing checks on surgical instrument 35 prior to its use in a surgical procedure. In some embodiments, for example, insertion of surgical instrument 35 in guide tube 51 a can read magnetically encoded regions 321 within magnetic strip 320 as it passes sensor 310 . A possible position sensor 310 can be used to detect. In some embodiments, information regarding instrument 35 inserted into guide tube 51a can be magnetically and permanently or semi-permanently stored on magnetic strip 320 prior to surgery. Then, during surgery, when a tool is introduced into guide tube 51a, sensor 310 reads magnetically encoded regions 321 of strip 320 to provide information about the tool's diameter, length, shape, or other important information. can be detected. These data can be automatically communicated to processor 1010 and displayed to the user via data input/output interface 1100 .

一部の実施形態は、追加のまたは代替的な位置センサ310を含むことができる。例えば、図7Aは、本発明の別の実施形態に従う、誘導停止具52を有する外科用器具35を例解する。示されるように、外科用器具35は、外科用器具35上で実質的に等しく離間した3つの位置センサ310を含むことができる。一部の実施形態において、誘導管51aにおける外科用器具35の挿入は、位置センサ310を使用して検出することができ、誘導管51a内の外科用器具35の移動は、それが、残りの位置センサ(外科用器具35の長さの約半分下位置し、かつ外科用器具35の遠位端35aに隣接する)を超えて通過する際に、検出することができる。磁気ストリップ320が、誘導管51a内の器具35の任意の長手方向の位置において、少なくとも1つのセンサ310に常に隣接するように、異なる数の位置センサ310を必要とする、異なる長さの誘導管51a及び器具35を組み立てることができるということは、当業者には明らかであるはずである。 Some embodiments may include additional or alternative position sensors 310 . For example, Figure 7A illustrates a surgical instrument 35 having a guiding stop 52 according to another embodiment of the present invention. As shown, surgical instrument 35 may include three position sensors 310 substantially equally spaced on surgical instrument 35 . In some embodiments, insertion of surgical instrument 35 in guide tube 51a can be detected using position sensor 310, and movement of surgical instrument 35 within guide tube 51a indicates that it Detection can occur as it passes over a position sensor (located approximately halfway down the length of surgical instrument 35 and adjacent distal end 35a of surgical instrument 35). Different length guide tubes requiring different numbers of position sensors 310 such that the magnetic strip 320 is always adjacent to at least one sensor 310 at any longitudinal position of the instrument 35 within the guide tube 51a. It should be apparent to those skilled in the art that 51a and instrument 35 can be assembled.

一部の他の実施形態において、ツールアセンブリ400(図7Cに示される)は、長手方向の磁気ストリップ420及び半径方向の磁気ストリップ430を含む、代替的な誘導管51bを含むことができる。本明細書において使用される際、「管」は、完全な円形または他の取り囲む構造を形成してもよい、またはしなくてもよい、円形及び他の形状の構造を網羅することが意図される。例えば、図7Bは、本発明の一実施形態に従う、図7Aに示される器具35との使用のための修正された誘導管51bである。図7Cは、本発明の一実施形態に従う、図7Bに示される修正された誘導管51b内に挿入された、図7Aに示される器具35を含む、ツールアセンブリ400を示す。一部の実施形態において、誘導管51bにおける外科用器具35の挿入は、長手方向の磁気ストリップ420を使用して、位置センサ310を使用して検出することができ、誘導管51b内の外科用器具35の移動は、それが、残りの位置センサ(外科用器具35の長さの約半分下位置し、かつ外科用器具35の遠位端35aに隣接する)を超えて通過する際に、長手方向の磁気ストリップ420を使用して、検出することができる。一部の実施形態において、誘導管51a内の器具の回転移動は、それが、位置センサ310のうちのいずれか1つに対して移動する際、半径方向の磁気ストリップ430を使用して検出することができる。例えば、一部の実施形態において、ツールアセンブリシステム1000は、少なくとも1つの位置センサ310を有する、データ入力/出力インターフェース1100を含むことができる。少なくとも1つのプロセッサ1010は、少なくともネットワークインターフェース1040、及びアプリケーションインターフェース1050から、データを送信及び受信することができ、長手方向の磁気ストリップ420または半径方向の磁気ストリップ430のいずれかとの相互作用を通じて、少なくとも1つの位置センサ310を有するデータ入力/出力インターフェース1100からデータを受信してもよい。したがって、一部の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、少なくとも誘導管51bに対して長手方向の外科用器具35の移動、及び器具35が誘導管51b内で捻転しているときを検出することができる。一部の他の実施形態において、器具35は、誘導管の外部表面に連結させることができる。 In some other embodiments, a tool assembly 400 (shown in FIG. 7C) can include an alternative guide tube 51b that includes longitudinal magnetic strips 420 and radial magnetic strips 430. As shown in FIG. As used herein, "tube" is intended to encompass circular and other shaped structures that may or may not form a complete circular or other enclosing structure. be. For example, Figure 7B is a modified guide tube 51b for use with the instrument 35 shown in Figure 7A, according to one embodiment of the present invention. FIG. 7C shows tool assembly 400 including instrument 35 shown in FIG. 7A inserted into modified guide tube 51b shown in FIG. 7B, according to one embodiment of the present invention. In some embodiments, insertion of surgical instrument 35 in guide tube 51b can be detected using position sensor 310 using longitudinal magnetic strip 420, and surgical instrument 35 in guide tube 51b can be detected using longitudinal magnetic strip 420. Movement of instrument 35 occurs as it passes over the remaining position sensor (located approximately halfway down the length of surgical instrument 35 and adjacent distal end 35a of surgical instrument 35). A longitudinal magnetic strip 420 can be used for detection. In some embodiments, rotational movement of the instrument within guide tube 51a is detected using radial magnetic strips 430 as it moves relative to any one of position sensors 310. be able to. For example, in some embodiments, tool assembly system 1000 can include data input/output interface 1100 having at least one position sensor 310 . The at least one processor 1010 is capable of transmitting and receiving data from at least the network interface 1040 and the application interface 1050, and through interaction with either the longitudinal magnetic strips 420 or the radial magnetic strips 430, at least Data may be received from a data input/output interface 1100 having one position sensor 310 . Accordingly, in some embodiments, surgical robotic system 1 detects at least movement of surgical instrument 35 longitudinally relative to guide tube 51b and when instrument 35 is twisted within guide tube 51b. be able to. In some other embodiments, instrument 35 can be coupled to the exterior surface of the guide tube.

磁場に基づく感知に加えて、一部の実施形態は、誘導管における外科用器具35の移動の光学的感知を含む。例えば、図8Aは、本発明の別の実施形態に従う、誘導停止具52を有する外科用器具35を例解し、図8Bは、本発明の別の実施形態に従う、修正された誘導管51c内に挿入された誘導停止具52を有する、外科用器具35を含む、ツールアセンブリ500を例解する。示されるように、一部の実施形態において、外科用器具35は、器具35の少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される、複数の高コントラストマーキング520を含むことができる。一部の他の実施形態において、複数の高コントラストマーキング520は、実質的に器具35の長手方向の長さ全体にわたって延伸してもよい。 In addition to magnetic field-based sensing, some embodiments include optical sensing of movement of surgical instrument 35 in the guide tube. For example, FIG. 8A illustrates a surgical instrument 35 having a guide stop 52 according to another embodiment of the invention, and FIG. 8B illustrates a modified guide tube 51c in accordance with another embodiment of the invention. A tool assembly 500 including a surgical instrument 35 having a guiding stop 52 inserted therein is illustrated. As shown, in some embodiments surgical instrument 35 can include a plurality of high contrast markings 520 distributed along at least a partial longitudinal length of instrument 35 . In some other embodiments, multiple high contrast markings 520 may extend substantially the entire longitudinal length of instrument 35 .

一部の実施形態において、修正された誘導管51cは、複数の高コントラストマーキング520のうちの少なくとも1つを感知することが可能な少なくとも1つの光学センサ510を含むことができる。一部の実施形態において、外科用器具35が誘導管51cにおいて挿入される際、少なくとも1つの光学センサ510は、複数の高コントラストマーキング520のうちの少なくとも1つを感知することが可能であり得る。更に、一部の実施形態において、ツールアセンブリシステム1000は、複数の高コントラストマーキング520のうちの少なくとも1つと連結される、データ入力/出力インターフェース1100を含むことができる。少なくとも1つのプロセッサ1010は、少なくともネットワークインターフェース1040、及びアプリケーションインターフェース1050から、データを送信及び受信することができ、少なくとも1つの光学センサ510との相互作用を通じて、複数の高コントラストマーキング520のうちの少なくとも1つを有するデータ入力/出力インターフェース1100からデータを受信してもよい。したがって、一部の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、光学センサ510が、複数の高コントラストマーキング520のうちの少なくとも1つを検出する際、少なくとも誘導管51cに対する長手方向の外科用器具35の移動を検出することができる。 In some embodiments, modified guide tube 51 c may include at least one optical sensor 510 capable of sensing at least one of plurality of high contrast markings 520 . In some embodiments, at least one optical sensor 510 may be capable of sensing at least one of the plurality of high contrast markings 520 as surgical instrument 35 is inserted in guide tube 51c. . Further, in some embodiments, tool assembly system 1000 can include data input/output interface 1100 coupled with at least one of plurality of high contrast markings 520 . At least one processor 1010 is capable of transmitting and receiving data from at least network interface 1040 and application interface 1050, and through interaction with at least one optical sensor 510, at least one of plurality of high contrast markings 520. Data may be received from data input/output interface 1100 having one. Accordingly, in some embodiments, surgical robotic system 1 detects at least longitudinal surgical instrument 35 relative to guide tube 51 c when optical sensor 510 detects at least one of plurality of high-contrast markings 520 . movement can be detected.

一部の実施形態において、光学センサ510は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光ファイバセンサ、フォトマルチプライヤ、CCD、カメラ、または説明されるものの組み合わせであり得る。一部の実施形態において、光学センサ10は、複数の高コントラストマーキング520を含む外科用器具35から反射される周辺光を検出することができる。他の実施形態において、従来の光源(例えば、白熱灯またはLED光)を、光学センサ510及び高コントラストマーキング520と組み合わせて使用することができ、光学センサ510は、光源によって発出され、複数の高コントラストマーキング520を含む外科用器具35から反射される光を検出することができる。 In some embodiments, optical sensor 510 can be a photodiode, phototransistor, fiber optic sensor, photomultiplier, CCD, camera, or a combination of those described. In some embodiments, optical sensor 10 can detect ambient light reflected from surgical instrument 35 that includes a plurality of high-contrast markings 520 . In other embodiments, a conventional light source (e.g., incandescent or LED light) can be used in combination with optical sensor 510 and high-contrast markings 520, where optical sensor 510 is emitted by the light source to produce a plurality of high-contrast markings. Light reflected from a surgical instrument 35 containing contrast markings 520 can be detected.

一部の実施形態は、外科用器具35の代替的な光学的認識を含むことができる。例えば、図9は、本発明の別の実施形態に従う、修正された誘導管51c内に挿入された誘導停止具52を有する外科用器具35を含む、ツールアセンブリ600を例解する。示されるように、一部の実施形態において、外科用器具35は、光学的に段階的なコーティング37を含むことができる。一部の実施形態において、光学的に段階的なコーティング37は、器具35の少なくとも部分的な長手方向の長さにわたって、色の目盛りを含むことができる。一部の他の実施形態において、光学的に段階的なコーティング37は、器具35の少なくとも部分的な長手方向の長さにわたって、光反射性の目盛りを含むことができる。例えば、一部の実施形態において、光学的に段階的なコーティング37は、近位端(図9の誘導停止具52に隣接する実質的に無色の領域として示される)から、遠位端35aに隣接するより暗い領域まで延伸する、光反射性の目盛りを含むことができる。一部の実施形態において、外科用器具35が誘導管51cにおいて挿入される際、少なくとも1つの光学センサ510は、コーティング37を感知することが可能であり得る。更に、一部の実施形態において、ツールアセンブリシステム1000は、コーティング37と連結されるデータ入力/出力インターフェース1100を含むことができる。少なくとも1つのプロセッサ1010は、少なくともネットワークインターフェース1040、及びアプリケーションインターフェース1050から、データを送信及び受信することができ、少なくとも1つの光学センサ510との相互作用を通じて、複数の高コントラストマーキング520のうちの少なくとも1つを有するデータ入力/出力インターフェース1100からデータを受信してもよい。したがって、一部の実施形態において、外科用ロボットシステム1は、光学センサ510がコーティング37を検出する際、少なくとも誘導管51cに対して長手方向の外科用器具35の移動を検出することができる。例えば、外科用器具35が最初に誘導管51cの中へ挿入されるとき、光学センサ510は、暗い色及び/または低反射性を含むコーティング37により、低レベルの光を検出し得る。外科用器具35が誘導管51cの中へ更に挿入される際、光学センサ510は、段階的に次第により明るい色及び/またはより高い反射性を含むコーティング37にわたって移動する光学センサ510により、増加するレベルの光を検出し得る。 Some embodiments may include alternative optical recognition of surgical instrument 35 . For example, FIG. 9 illustrates a tool assembly 600 including a surgical instrument 35 having a guide stop 52 inserted within a modified guide tube 51c according to another embodiment of the present invention. As shown, in some embodiments, surgical instrument 35 can include optically graded coating 37 . In some embodiments, optically graded coating 37 can include a color scale over at least a partial longitudinal length of device 35 . In some other embodiments, the optically graded coating 37 can include light reflective graduations over at least a partial longitudinal length of the device 35 . For example, in some embodiments, optically graded coating 37 is applied from the proximal end (shown as a substantially colorless area adjacent guide stop 52 in FIG. 9) to distal end 35a. Light reflective scales can be included that extend to adjacent darker areas. In some embodiments, at least one optical sensor 510 may be capable of sensing coating 37 when surgical instrument 35 is inserted in guide tube 51c. Additionally, in some embodiments, tool assembly system 1000 can include a data input/output interface 1100 coupled with coating 37 . At least one processor 1010 is capable of transmitting and receiving data from at least network interface 1040 and application interface 1050, and through interaction with at least one optical sensor 510, at least one of plurality of high contrast markings 520. Data may be received from data input/output interface 1100 having one. Thus, in some embodiments, surgical robotic system 1 can detect movement of surgical instrument 35 longitudinally with respect to at least guide tube 51 c as optical sensor 510 detects coating 37 . For example, when surgical instrument 35 is first inserted into guide tube 51c, optical sensor 510 may detect low levels of light due to coating 37 including a dark color and/or low reflectivity. As the surgical instrument 35 is inserted further into the guide tube 51c, the optical sensor 510 is incrementally increased with the optical sensor 510 moving across the coating 37 containing progressively lighter colors and/or higher reflectivity. level light can be detected.

一部の実施形態において、ロボット外科用システム1は、3次元でのロボットアーム23、エンドイフェクチュエータ30、及び/または外科用器具35の移動を追跡するように構成される、複数の追跡マーカ720を備えることができる。追跡マーカ720からの3次元の位置情報は、高度の精密性を維持するように、ロボット15の各軸上の絶対的または相対的な従来の線形エンコーダからの1次元の線形位置情報と併せて使用することができることが理解されるべきである。一部の実施形態において、複数の追跡マーカ720は、例えば、かつ制限することなく、ロボット15の基部25、またはロボットアーム23(例えば、図1Bを参照されたい)等のロボット15の外表面に装着(またはそうでなければ固定)することができる。一部の実施形態において、複数の追跡マーカ720は、ロボット15アーム、エンドイフェクチュエータ30、及び/または外科用器具35の移動を追跡するように構成することができる。一部の実施形態において、ロボット外科用システム1は、x軸66、y軸68、z軸70、Z管軸64、ならびにロール62、及びピッチ60軸に沿ったエンコーダカウントに基づいて、外科用器具35の配向及び座標を計算するために、追跡情報を利用することができる。更に、一部の実施形態において、複数の追跡マーカ720は、外科医、外科用ツール、またはロボット15の他のパーツによって遮られる可能性を低減するように、手術野17から離間して、ロボット15の基部25上に位置付けることができる。一部の実施形態において、複数の追跡マーカ720の少なくとも1つの追跡マーカ720は、エンドイフェクチュエータ30に装着、またはそうでなければ固定することができる(例えば、図1Dを参照されたい)。更なる実施形態である、複数の光学的追跡マーカ720の少なくとも1つの光学的マーカは、ロボット15の基部25上のマーカ720の代わりに、またはそれに加えて、ロボット15の基部25とエンドイフェクチュエータ30との間で、ロボット1上に位置付けることができる。一部の実施形態において、エンドイフェクチュエータ30上の1つ以上の追跡マーカ720の位置付けは、エンドイフェクチュエータ30位置(ロボット15の基部25上のマーカからの位置情報、ならびにz70、x66、y68、ロール62、ピッチ60、及びZ管64軸のエンコーダカウントから計算される)をチェックまたは検証する役割を果たすことによって、位置測定値の精密性を最大化することができる。一部の実施形態において、少なくとも1つの追跡マーカ720は、エンドイフェクチュエータ30及び外科用器具35がx軸66に沿って移動する際、追跡マーカ720がx軸66に沿って移動することを可能にするように、x軸に沿ったエンドイフェクチュエータ30及び/または外科用器具35の移動をもたらす、ロボット15の一部分に装着することができる(図1Dを参照されたい)。一部の実施形態において、説明されるような追跡マーカ720の配置は、外科医がカメラまたは検出デバイスから追跡マーカ720を遮断する、または追跡マーカ720が手術への障害になる可能性を低減することができる。 In some embodiments, robotic surgical system 1 includes a plurality of tracking markers 720 configured to track movement of robotic arm 23, end effectuator 30, and/or surgical instrument 35 in three dimensions. can be provided. The three-dimensional position information from tracking markers 720 is combined with one-dimensional linear position information from conventional linear encoders, either absolute or relative, on each axis of robot 15 to maintain a high degree of precision. It should be understood that it is possible to use In some embodiments, a plurality of tracking markers 720 are located on an outer surface of robot 15, such as, for example, and without limitation, base 25 of robot 15, or robot arm 23 (see, eg, FIG. 1B). It can be mounted (or otherwise fixed). In some embodiments, multiple tracking markers 720 may be configured to track movement of robot 15 arm, end effectuator 30 and/or surgical instrument 35 . In some embodiments, the robotic surgical system 1 determines the surgical position based on encoder counts along the x-axis 66, y-axis 68, z-axis 70, Z-tube axis 64, and roll 62 and pitch 60 axes. Tracking information can be used to calculate the orientation and coordinates of the instrument 35 . Additionally, in some embodiments, the plurality of tracking markers 720 are spaced apart from the surgical field 17 to reduce the likelihood of obstruction by the surgeon, surgical tools, or other parts of the robot 15 . can be positioned on the base 25 of the In some embodiments, at least one tracking marker 720 of the plurality of tracking markers 720 can be attached or otherwise fixed to the end effectuator 30 (see, eg, FIG. 1D). In a further embodiment, at least one optical marker of the plurality of optical tracking markers 720 is located on the base 25 of the robot 15 and the end effectuator instead of or in addition to the markers 720 on the base 25 of the robot 15. 30 can be positioned on the robot 1 . In some embodiments, the positioning of one or more tracking markers 720 on the end effectuator 30 is determined by the end effectuator 30 position (position information from markers on the base 25 of the robot 15 as well as z70, x66, y68, Accuracy of position measurements can be maximized by serving to check or verify the roll 62, pitch 60, and Z-tube 64 axis encoder counts). In some embodiments, at least one tracking marker 720 enables tracking marker 720 to move along x-axis 66 as end effectuator 30 and surgical instrument 35 move along x-axis 66. can be mounted on a portion of the robot 15 that effects movement of the end effectuator 30 and/or the surgical instrument 35 along the x-axis so as to (see FIG. 1D). In some embodiments, placement of the tracking marker 720 as described reduces the likelihood that the surgeon will block the tracking marker 720 from a camera or sensing device or that the tracking marker 720 will interfere with surgery. can be done.

ある実施形態において、追跡マーカ720出力及び/または各軸からのエンコーダカウントに基づく、エンドイフェクチュエータ30の配向及び位置の計算の高い精密性により、エンドイフェクチュエータ30の位置を非常に精密に判定することが可能であり得る。例えば、一部の実施形態において、z軸70(x軸66と基部25との間にある)に対する軸エンコーダのカウントの知識を必要とすることなく、x軸66上のマーカ720の位置、ならびにy軸68、ロール軸62、ピッチ60、及びZ管軸64上のエンコーダのカウントのみを知ることは、エンドイフェクチュエータ30の位置の算出を可能にすることができる。一部の実施形態において、ロボット15上のいずれかの中間軸上のマーカ720の配置は、エンドイフェクチュエータ30の正確な位置が、かかるマーカ720の場所、及びマーカ720とエンドイフェクチュエータ30との間の軸(66、62、60、64)上のエンコーダのカウントに基づいて、計算されることを可能にすることができる。外科用ロボット15及び外科用器具35の制御、移動、及び追跡を含む、外科用ロボットシステム1の更なる詳細は、先で挙げられるように、本出願が米国特許法第120条の下、その優先権を主張するものであり、かつその全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、同時係属米国特許出願第13/924,505号において見出すことができる。 In some embodiments, the high precision of the calculation of the orientation and position of the end effectuator 30 based on the tracking marker 720 output and/or the encoder counts from each axis allows the position of the end effectuator 30 to be determined very precisely. it may be possible. For example, in some embodiments, the position of marker 720 on x-axis 66 as well as the position of marker 720 on z-axis 70 (which lies between x-axis 66 and base 25) without requiring knowledge of axis encoder counts Knowing only the encoder counts on the y-axis 68, the roll axis 62, the pitch 60, and the Z-tube axis 64 can allow the calculation of the position of the end effectuator 30. FIG. In some embodiments, the placement of markers 720 on any intermediate axis on robot 15 determines the exact position of end effectuator 30, the location of such markers 720, and the distance between marker 720 and end effectuator 30. can be allowed to be calculated based on the encoder counts on the axes (66, 62, 60, 64) in between. Further details of the surgical robotic system 1, including the control, movement, and tracking of the surgical robot 15 and surgical instrument 35, as previously noted, are subject to disclosure under 35 USC §120. No. 13/924,505, to which priority is claimed and which is incorporated herein by reference in its entirety.

一部の実施形態は、外科用器具35に連結される1つ以上のマーカ725を含む。一部の実施形態において、マーカ720、725は、従来の発光ダイオードもしくはOptotrak(登録商標)ダイオード、またはOptotrak(登録商標)等の商業的に入手可能な赤外光学追跡システムを使用して追跡されることが可能な反射性Polaris球体を備えることができる。Optotrak(登録商標)は、Northern Digital Inc.,Waterloo,Ontario,Canadaの登録商標である。一部の実施形態において、マーカ720、725から発出される、及び/またはそれによって反射される光は、ロボット15の場所及び移動を監視するために使用されるカメラ8200によって読み取ることができる(例えば、カメラアーム8210上に装着され、図2に示されるカメラアームジョイント8210a及びカメラアームジョイント8210bを通じて移動が可能なカメラ8200を参照されたい)。一部の他の実施形態において、マーカ720、725は、無線周波数及び/または電磁リフレクタもしくはトランシーバを備えることができ、カメラ8200は、無線周波数及び/または電磁トランシーバを含むか、またはそれによって置き換えることができる。 Some embodiments include one or more markers 725 coupled to surgical instrument 35 . In some embodiments, the markers 720, 725 are tracked using conventional light emitting diodes or Optotrak® diodes, or commercially available infrared optical tracking systems such as Optotrak®. A reflective Polaris sphere can be provided. Optotrak® is manufactured by Northern Digital Inc. , Waterloo, Ontario, Canada. In some embodiments, light emitted from and/or reflected by markers 720, 725 can be read by a camera 8200 used to monitor the location and movement of robot 15 (e.g. , camera 8200 mounted on camera arm 8210 and movable through camera arm joint 8210a and camera arm joint 8210b shown in FIG. 2). In some other embodiments, the markers 720, 725 may comprise radio frequency and/or electromagnetic reflectors or transceivers and the camera 8200 may include or be replaced by radio frequency and/or electromagnetic transceivers. can be done.

図10は、本発明の更なる実施形態に従う、少なくとも1つの追跡マーカ725を有する外科用器具35を含む、ツールアセンブリ900を例解する。一部の実施形態において、単一のマーカ725は、誘導管50が追跡アレイ690で追跡される場合、誘導管50内の器具35の線形位置を判定するために適切であり得る。図10に描写されるように、この単一の追跡マーカ725が、ツール50の長手方向の正中線からずれてツールに連結される場合、誘導管50に対する空間におけるマーカの位置は、誘導管50内の器具35の半径方向の配向及び長手方向の位置の双方に関する情報を提供することができる。一部の他の実施形態において、複数のマーカ725は、誘導管50が追跡アレイ690で追跡される場合、誘導管50内の器具35の線形位置を判定するために使用することができる。 FIG. 10 illustrates a tool assembly 900 including a surgical instrument 35 having at least one tracking marker 725 according to a further embodiment of the invention. In some embodiments, a single marker 725 may be suitable for determining the linear position of instrument 35 within guide tube 50 when guide tube 50 is tracked with tracking array 690 . 10, when this single tracking marker 725 is coupled to the tool off the longitudinal midline of tool 50, the position of the marker in space relative to guide tube 50 is Information can be provided regarding both the radial orientation and longitudinal position of the instrument 35 within. In some other embodiments, multiple markers 725 can be used to determine the linear position of instrument 35 within guide tube 50 when guide tube 50 is tracked with tracking array 690 .

本発明のいくつかの実施形態を、前述の明細書において開示してきたが、本発明が関連し、前述の説明及び関連する図面において提示される教示の利益を有する、本発明の多くの修正及び他の実施形態が着想されようことが理解される。このため、本発明が上で開示される具体的な実施形態に制限されないこと、ならびに多くの修正及び他の実施形態が、添付の請求項の範囲内に含まれることが意図されることが、理解される。更に、本明細書、ならびに以下の請求項において、具体的な用語が採用されるが、それらは、一般的かつ説明的意味においてのみ使用され、説明される発明も、以下の請求項も制限する目的で使用されない。 While several embodiments of the invention have been disclosed in the foregoing specification, many modifications and variations of the invention to which the invention pertains have the benefit of the teachings presented in the foregoing description and associated drawings. It is understood that other embodiments are envisioned. It is therefore intended that the present invention not be limited to the specific embodiments disclosed above, and that many modifications and other embodiments are intended to fall within the scope of the appended claims. understood. Furthermore, although specific terms are employed herein, as well as in the claims that follow, they are used in a generic and descriptive sense only and limit neither the invention described nor the claims that follow. Not used for any purpose.

本発明は、特定の実施形態及び実施例と併せて上で説明されているが、本発明は、必ずしもそのように制限されないこと、かつ多数の他の実施形態、実施例、使用、修正、ならびに該実施形態、実施例、及び使用からの逸脱が、本明細書において添付される請求項によって包含されることが意図されるということが、当業者によって理解されるであろう。本明細書において引用される各特許及び公開物の開示全体は、各かかる特許または公開物が本明細書において参照することにより個々に組み込まれるかのように、参照することにより組み込まれる。本発明の種々の特性及び利点は、以下の請求項において記載される。 Although the present invention is described above in conjunction with specific embodiments and examples, the present invention is not necessarily so limited and numerous other embodiments, examples, uses, modifications, and It will be appreciated by those skilled in the art that deviations from such embodiments, examples, and uses are intended to be covered by the claims appended hereto. The entire disclosure of each patent and publication cited herein is incorporated by reference as if each such patent or publication were individually incorporated by reference herein. Various features and advantages of the invention are set forth in the following claims.

Claims (18)

誘導外科用ツールアセンブリであって、
プロセッサと、
少なくとも1つの検出可能な特性を含む誘導管と、
前記誘導管に対して移動可能な外科用器具と、を備え、
前記外科用器具が、誘導停止具を有し、
前記外科用器具が、少なくとも1つのセンサを含み、
前記少なくとも1つの検出可能な特性が、少なくとも1つの長手方向の磁気ストリップと少なくとも1つの周方向の磁気ストリップを含み、前記周方向の磁気ストリップは前記誘導管の第1の開口に近接して配設され、前記誘導管の周囲全体に延伸し、前記周方向の磁気ストリップは前記長手方向の磁気ストリップと交差し、
前記長手方向の磁気ストリップおよび前記周方向の磁気ストリップは、それぞれ磁気的にコード化された領域を備え、
前記センサが、前記磁気ストリップからの磁束場を検出することが可能な位置センサであり、
前記プロセッサは、前記外科用器具が、前記誘導管と少なくとも部分的に連結されるとき、前記磁気ストリップの長手方向の長さの少なくとも一部分を通じて、周期的に上昇及び下降する長手方向の磁気ストリップからの磁束場を前記位置センサが検出することによって、前記誘導管内の前記外科用器具の位置を検出するように構成される、誘導外科用ツールアセンブリ。
A guided surgical tool assembly comprising:
a processor;
a guide tube including at least one detectable characteristic;
a surgical instrument movable relative to the guide tube;
the surgical instrument having a guiding stop;
wherein the surgical instrument includes at least one sensor;
The at least one detectable characteristic includes at least one longitudinal magnetic strip and at least one circumferential magnetic strip, the circumferential magnetic strip disposed proximate the first opening of the guide tube. extending around the entire circumference of the guide tube, the circumferential magnetic strips intersecting the longitudinal magnetic strips;
the longitudinal magnetic strip and the circumferential magnetic strip each comprise a magnetically encoded region;
the sensor is a position sensor capable of detecting a magnetic flux field from the magnetic strip;
The processor cyclically raises and lowers a longitudinal magnetic strip through at least a portion of the longitudinal length of the magnetic strip when the surgical instrument is at least partially coupled with the guide tube. A guided surgical tool assembly configured to detect the position of the surgical instrument within the guide tube, as the position sensor detects a magnetic flux field of .
前記外科用器具が、少なくとも2つの位置センサを含む、請求項1に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 The guided surgical tool assembly according to any one of the preceding claims, wherein the surgical instrument includes at least two position sensors. 前記誘導管が複数の周方向の磁気ストリップを含む、wherein the guide tube includes a plurality of circumferential magnetic strips;
請求項1または2に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。A guided surgical tool assembly according to claim 1 or 2.
前記少なくとも1つの検出可能な特性は、フェライト系磁気材料、希土類系磁気材料、アルミニウム-ニッケル-コバルト系磁気材料、及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする、1~3の何れか1項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 wherein the at least one detectable property is selected from the group consisting of ferrite-based magnetic materials, rare-earth-based magnetic materials, aluminum-nickel-cobalt-based magnetic materials, and mixtures thereof , A guided surgical tool assembly according to any one of the preceding paragraphs . 前記検出可能な特性が、光学的に検出可能な特性を備え、
前記少なくとも1つのセンサが、少なくとも1つの光学センサを備える、請求項1に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。
the detectable property comprises an optically detectable property;
The guided surgical tool assembly according to any one of the preceding claims, wherein the at least one sensor comprises at least one optical sensor.
前記光学的に検出可能な特性が、前記誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される高コントラストマーキングを備える、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 The guided surgical tool assembly according to claim 5 , wherein the optically detectable characteristic comprises high contrast markings distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly. . 前記少なくとも1つの光学センサが、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光ファイバセンサ、フォトマルチプライヤ、CCD、カメラ、またはこれらの組み合わせから成る群から選択される、感光性検出器を備える、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 7. The at least one optical sensor of claim 6 , wherein said at least one optical sensor comprises a photosensitive detector selected from the group consisting of photodiodes, phototransistors, fiber optic sensors, photomultipliers, CCDs, cameras, or combinations thereof. guided surgical tool assembly. 前記誘導管における前記外科用器具の長手方向の位置が、前記少なくとも1つの光学センサを使用して、前記高コントラストマーキングからの光を光学的に感知することによって、少なくとも部分的に判定され得る、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 A longitudinal position of the surgical instrument in the guide tube may be determined, at least in part, by optically sensing light from the high contrast markings using the at least one optical sensor. A guided surgical tool assembly according to claim 6 . 前記光学的に検出可能な特性が、前記誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される段階的なコーティングを備える、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 The guided surgical tool of claim 5 , wherein the optically detectable property comprises a graded coating distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly. assembly. 前記段階的なコーティングが、段階的な反射性コーティングを備える、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 The guided surgical tool assembly according to claim 9 , wherein the graded coating comprises a graded reflective coating. 前記段階的なコーティングが、段階的な色コーティングを備える、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 The guided surgical tool assembly according to claim 9 , wherein the graduated coating comprises a graduated color coating. 前記誘導管における前記外科用器具の長手方向の位置が、前記少なくとも1つの光学センサを使用して、前記段階的なコーティングからの光を光学的に感知することによって、少なくとも部分的に判定され得る、請求項に記載の誘導外科用ツールアセンブリ。 A longitudinal position of the surgical instrument in the guide tube may be determined, at least in part, by optically sensing light from the graded coating using the at least one optical sensor. 10. The guided surgical tool assembly of claim 9 . 誘導外科用ツールアセンブリシステムであって、
少なくとも1つのプロセッサ、及び少なくとも1つのデータ入力/出力インターフェースを含む、誘導外科用ツールセンサシステムであって、前記データ入力インターフェースが、少なくとも1つのセンサを含む、ツールセンサシステムと、
前記少なくとも1つの検出可能な特性を含む、誘導管と、
前記誘導管内で移動可能な外科用器具と、を備え、
前記外科用器具が、誘導停止具を有し、
前記外科用器具が、少なくとも1つのセンサを含み、前記少なくとも1つの検出可能な特性が、少なくとも1つの長手方向の磁気ストリップと少なくとも1つの周方向の磁気ストリップを含み、前記周方向の磁気ストリップは前記誘導管の第1の開口に近接して配設され、前記誘導管の周囲全体に延伸し、前記周方向の磁気ストリップは前記長手方向の磁気ストリップと交差し、
前記長手方向の磁気ストリップおよび前記周方向の磁気ストリップは、それぞれ磁気的にコード化された領域を備え、
前記センサが、前記磁気ストリップからの磁束場を検出することが可能な位置センサであり、
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記外科用器具が、前記誘導管と少なくとも部分的に連結されるとき、前記磁気ストリップの長手方向の長さの少なくとも一部分を通じて、周期的に上昇及び下降する磁気ストリップからの磁束場を前記位置センサが検出することによって、前記誘導管内の前記外科用器具の位置を検出するように構成される、誘導外科用ツールアセンブリシステム。
A guided surgical tool assembly system comprising:
A guided surgical tool sensor system comprising at least one processor and at least one data input/output interface, said data input interface comprising at least one sensor;
a guide tube including the at least one detectable characteristic;
a surgical instrument movable within the guide tube;
the surgical instrument having a guiding stop;
The surgical instrument includes at least one sensor, and the at least one detectable characteristic includes at least one longitudinal magnetic strip and at least one circumferential magnetic strip, wherein the circumferential magnetic strip comprises: disposed proximate to the first opening of the guide tube and extending all the way around the guide tube, the circumferential magnetic strip intersecting the longitudinal magnetic strip;
the longitudinal magnetic strip and the circumferential magnetic strip each comprise a magnetically encoded region;
the sensor is a position sensor capable of detecting a magnetic flux field from the magnetic strip;
The at least one processor cyclically raises and lowers the magnetic strip through at least a portion of the longitudinal length of the magnetic strip when the surgical instrument is at least partially coupled with the guide tube. A guided surgical tool assembly system configured to detect the position of the surgical instrument within the guide tube , as the position sensor detects a magnetic flux field of .
前記検出可能な特性が、光学的に検出可能な特性を備え、
前記少なくとも1つのセンサが、少なくとも1つの光学センサを備え、
前記光学的に検出可能な特性が、前記誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される高コントラストマーキングを備える、請求項13に記載の誘導外科用ツールアセンブリシステム。
the detectable property comprises an optically detectable property;
said at least one sensor comprises at least one optical sensor;
The guided surgical tool assembly according to claim 13 , wherein the optically detectable characteristic comprises high contrast markings distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly. system.
前記検出可能な特性が、光学的に検出可能な特性を備え、
前記少なくとも1つのセンサが、少なくとも1つの光学センサを備え、
前記光学的に検出可能な特性が、前記誘導外科用ツールアセンブリの少なくとも部分的な長手方向の長さに沿って分配される段階的なコーティングを備える、請求項13に記載の誘導外科用ツールアセンブリシステム。
the detectable property comprises an optically detectable property;
said at least one sensor comprises at least one optical sensor;
The guided surgical tool of claim 13 , wherein the optically detectable property comprises a graded coating distributed along at least a partial longitudinal length of the guided surgical tool assembly. assembly system.
前記外科用器具が、少なくとも1つの追跡マーカを備える、請求項13に記載の誘導外科用ツールアセンブリシステム。 The guided surgical tool assembly system according to claim 13 , wherein the surgical instrument comprises at least one tracking marker. 医療用ロボットシステムであって、
イフェクチュエータ要素に連結されるロボットであって、制御された移動及び位置付けのために構成される、前記ロボットと、
前記ロボットに連結されるモータアセンブリであって、前記モータアセンブリは、x、y、またはz軸のうちの1つに沿った前記イフェクチュエータ要素の移動が、前記x、y、及びz軸のうちの他方の軸に沿った前記イフェクチュエータ要素の移動とは独立して生じるように、前記x軸、y軸、及びz軸のうちの1つ以上に沿って前記イフェクチュエータ要素を移動させるように構成され、前記x軸が、前記y及びz軸に対して実質的に垂直であり、前記yが、前記x及びz軸に対して実質的に垂直であり、前記z軸が、前記x及びy軸に対して実質的に垂直である、モータアセンブリと、
少なくとも1つのプロセッサ、及び少なくとも1つのデータ入力/出力インターフェースを含む、ツールセンサシステムであって、前記データ入力インターフェースが、少なくとも1つのセンサを含む、ツールセンサシステムと、
前記少なくとも1つの検出可能な特性を含む、誘導管と、
前記誘導管に対して移動可能な外科用器具であって、前記外科用器具が誘導停止具を有し、少なくとも1つのセンサを含む、前記外科用器具と、を備え、
前記少なくとも1つの検出可能な特性が、少なくとも1つの長手方向の磁気ストリップ少なくとも1つの周方向の磁気ストリップを含み、前記周方向の磁気ストリップは前記誘導管の第1の開口に近接して配設され、前記誘導管の周囲全体に延伸し、前記周方向の磁気ストリップは前記長手方向の磁気ストリップと交差し、
前記長手方向の磁気ストリップおよび前記周方向の磁気ストリップは、それぞれ磁気的にコード化された領域を備え、
前記センサが、前記磁気ストリップからの磁束場を検出することが可能な位置センサであり、
前記磁気ストリップの長手方向の長さの少なくとも一部分を通じて、周期的に上昇及び下降する磁気ストリップの磁束場を、前記位置センサが検出することによって、
前記少なくとも1つのプロセッサが、前記少なくとも1つのセンサからの入力を受信し、前記受信した入力に基づいて前記誘導管内の前記外科用器具の位置を検出するように構成され、
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記外科用器具が、前記誘導管と少なくとも部分的に連結されるときを検出するように構成及び配設される、医療用ロボットシステム。
A medical robot system,
a robot coupled to the effectuator element, said robot configured for controlled movement and positioning;
A motor assembly coupled to the robot, wherein movement of the effectuator element along one of an x -axis , a y -axis , or a z-axis is controlled by the x -axis , y -axis , and moving the effectuator element along one or more of the x-, y-, and z-axes so as to occur independently of movement of the effectuator element along the other of the z-axes; configured to move, wherein the x-axis is substantially perpendicular to the y -axis and z-axis, the y -axis is substantially perpendicular to the x -axis and z-axis; a motor assembly having a z-axis substantially perpendicular to the x- and y-axes;
A tool sensor system including at least one processor and at least one data input/output interface, wherein the data input interface includes at least one sensor;
a guide tube including the at least one detectable characteristic;
a surgical instrument movable relative to the guide tube, the surgical instrument having a guide stop and including at least one sensor;
The at least one detectable characteristic includes at least one longitudinal magnetic strip and at least one circumferential magnetic strip, the circumferential magnetic strip disposed proximate to the first opening of the guide tube. extending around the entire circumference of the guide tube, the circumferential magnetic strips intersecting the longitudinal magnetic strips;
the longitudinal magnetic strip and the circumferential magnetic strip each comprise a magnetically encoded region;
the sensor is a position sensor capable of detecting a magnetic flux field from the magnetic strip;
by the position sensor sensing a magnetic strip magnetic flux field that periodically rises and falls through at least a portion of the longitudinal length of the magnetic strip;
the at least one processor configured to receive input from the at least one sensor and detect a position of the surgical instrument within the guide tube based on the received input;
The medical robotic system, wherein the at least one processor is configured and arranged to detect when the surgical instrument is at least partially coupled with the guide tube.
前記外科用器具が、少なくとも1つの追跡マーカを含む、請求項17に記載の医療用ロボットシステム。 18. The medical robotic system of Claim 17 , wherein the surgical instrument includes at least one tracking marker.
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