JP7349159B2

JP7349159B2 - 腹腔鏡トレーナーの作業ツールおよび操作・測定セット

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Publication number: JP7349159B2
Application number: JP2020547123A
Authority: JP
Inventors: ラドスワフノヴォシェルスキ; マテウシュルレヴィチュ
Original assignee: Laparo Sp Z OO
Current assignee: Laparo Sp Z OO
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: RU2020131197A3; WO2019171339A1; CN111819611B; PL3762916T3; JP2021517989A; US11610511B2; EP3762916B1; RU2020131197A; US20200410899A1; PL424841A1; CN111819611A; EP3762916A1

Description

本発明は、腹腔鏡テクニックを用いる最小侵襲的手術を実施するために必要となる特定の手動スキルを訓練し、練習するために使用される、腹腔鏡トレーナーの作業ツールおよび操作・測定セットに関する。

本発明による作業ツールおよび操作・測定セットは、特に、実施される訓練の評価を自動化すること、および習熟曲線の追跡を可能にすることを含めた、手術テクニックの習得および向上を改善するトレーナーにおいて適用可能である。

米国特許出願第２００５／１４２５２５号は、外科的な腹腔鏡手技のための訓練デバイスを開示している。このデバイスは、訓練手技中に１つまたは複数の作業器具の位置を追跡するための、および手術器具の位置情報を使用するインジケータに基づいて訓練生のパフォーマンスを客観的に評価するための、追跡システムを備える。訓練手技の進行中の器具の位置に関する情報が、熟練者によって使用される場合の器具の位置情報と比較されて、分析の結果が生成され得る。デバイスは、管状スリーブの形態の作業ツールを有し、一方の側において固定アームおよび可動アームを備えるハンドルで終端しており、他方の側において握持部材を備える。作業ツールは、リミッターによって決定される深さにおいてトロカール・シャフトの中に位置する。作業ツールは、握持部材の位置を追跡するためのホール・センサを備える。このセンサは、作業ツールのシャフトの軸外に位置し得る。デバイスは、ロール運動エンコーダおよび軸方向運動エンコーダも有する。

欧州特許ＥＰ２９２２０４８は、ハイブリッド型の腹腔鏡シミュレータを開示している。この発明によるシミュレータに腹腔鏡器具の模倣物（ｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｍｉｔａｔｏｒ）が取り付けられている。腹腔鏡器具の模倣物の各々は、実際の器具の形態で作られ、センサ・ユニットを含み、さらにトロカールの模倣物から独立しており、トロカールの模倣物の各々は、トロカールの模倣物の対応する変位ノードに結合され、ロボット患者の腹腔の前壁上でのトロカールの模倣物の位置が、追跡され、決定される。チャネル状のトロカール・ホルダ（ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｃａｒｈｏｌｄｅｒ）の中に位置する腹腔鏡器具の模倣物は、長手方向ロッドを備え、このロッドの両側においてハンドル・アームを用いて制御される鉗子を装備する先端部を備える。腹腔鏡器具のハンドルはフランジ・ナットにより終端しており、フランジ・ナットの下方に、マイクロコントローラと、ロッド回転センサと、ロッド先端部における鉗子の開きを検出するセンサと、トロカールの中に位置する腹腔鏡ツール・タイプの検出センサと協働する赤外線ＬＥＤとを含む、センサのセットが存在する。トロカール・ボディ・フレームは、長手方向モーション検出センサと、ＸおよびＹ方向回転センサと、を備え、腹腔鏡の模倣物の長手方向ロッドが、保持用ローラを備える誘導路ユニットによりトロカール・ボディ・フレーム内で誘導される。

米国特許明細書第５４０３１９１号は、腹腔鏡トレーナーを開示しており、ここでは、技術を習得し、視覚と手の協調スキル（ｅｙｅ－ｈａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｓｋｉｌｌ）および手先の器用さの技能を常に向上させるために、個別の使用者が実際の実物にそっくりな状態で実施される手術ステップを再現することにより内視鏡的外科手技を練習することができる。トロカールの中に配置される手術器具は、透明プラスチック・パネル上に予め形成されるアパーチャを通してデバイスの内部に挿入され、手術器具は、訓練中に手術器具を直接に目視するのを必要とすることなく、練習手技を実施しながら操作される。訓練生は、内視鏡ビデオ・モニター・システムを使用して、または実際の手術状態を模倣する類似の間接的な視認方法により、模倣を行って器具の向きを操作する。

本発明の目的は、手動的なおよび仮想的な腹腔鏡訓練を可能にする、単純で機能的な構成の、腹腔鏡トレーナーの作業ツールおよび操作・測定セットを提供することである。

本発明の対象は、固定アーム（７）と、作業用先端部（４）のあご部（５）を操作するための剛体タイ・ロッド（９）を備える可動アーム（８）と、を備えるハンドル（６）を装備するスリーブの形態を有する腹腔鏡トレーナーの作業ツールであって、この作業ツールが、作業ツール（１）のハンドル（６）の中に収容される、作業用先端部（４）のあご部（５）の開きを検出するセンサ・ユニット（１０）を含み、センサ・ユニット（１０）が、第１の反射センサ（１１）と、第１のリフレクタ（１２）とを備え、センサ・ユニット（１０）のこれらの要素のうちの一方が、作業ツール（１）のハンドル（６）に取り付けられ、他方が、タイ・ロッド（９）上に設置されることを特徴とする作業ツールである。

また、本発明の対象は、本発明による作業ツール（１）と、トロカール（２）と、を備える腹腔鏡トレーナーの操作・測定セットであって、トロカールが、作業ツール（１）を摺動可能に中に配置するための誘導チャネル（１５）を有する、操作・測定セットである。

好適には、セットが、トロカールに取り付けられる第２の反射センサ（２１）と、作業ツール（１）に取り付けられる第２のリフレクタ（１３）と、を備える、作業ツール（１）の挿入深さを測定するためのセンサ・ユニットを含む。

好適には、第２の反射センサ（２１）が、トロカール（２）の中に位置し、トロカール（２）が、第２の反射センサ（２１）の反対側に位置する、光ビームのための少なくとも１つの貫通孔（１７）をその蓋（１４）の中に有する。

好適には、セットが、作業用先端部（４）の回転を測定するためのセンサ・ユニットを含み、このセンサ・ユニットが、誘導チャネル（１５）の軸上に回転可能に設置されるエンコーダ・ディスク（２５）と、エンコーダ・ディスク（２５）の回転を測定するためのエンコーダ・センサ（２３）とを含む。

好適には、エンコーダ・ディスク（２５）が、好適にはスリーブ・ホルダ（２４）により、圧力ローラ（２７）を備える押圧ユニット（２６）に接続される。

好適には、セットが、誘導チャネル（１５）の軸上で中央に位置する、作業ツールの存在を検出するセンサ（２０）を含む。

好適には、セットが、好適にはＭＥＭＳセンサ（２２）の形態である、２軸の、作業ツールの傾斜センサを含む。

好適には、トロカールが、誘導チャネル（１５）の軸上に位置する、中央孔（１９）を備える水平方向プレート（１８）を含み、水平方向プレート（１８）の上に、第２の反射センサ（２１）、および／または作業ツール（１）の存在を検出するセンサ（２０）、および／または作業ツールの傾斜センサ、および／またはエンコーダ・センサ（２３）が位置する。

好適には、セットが、作業ツール（１）と、トロカール（２）とを含み、作業ツール（１）が、固定アーム（７）と、作業用先端部（４）のあご部（５）を操作するための剛体タイ・ロッド（９）を備える可動アーム（８）と、を備えるハンドル（６）を装備するスリーブの形態を有し、作業用先端部のあご部の開きを検出するセンサを装備し、漏斗形状のトロカールが、作業ツールを中で摺動可能に固定するための誘導チャネル（１５）と、作業ツール（１）を誘導するための圧力ローラ（２７）を備える押圧ユニット（２６）と、を有し、作業ツールの存在を検出するセンサ（２０）と、作業ツールの挿入深さを測定するためのセンサと、作業ツールの種類を検出するセンサと、２軸の、作業ツールの傾斜センサと、ツールの作業用先端部の回転センサと、回転ディスクを備えるエンコーダとを含めた、作業ツールの動作の特徴を表す必要なパラメータを決定するためのセンサを装備し、作業用先端部（４）のあご部（５）の開きを検出するセンサ・ユニット（１０）が、作業ツール（１）のハンドル（６）の中に恒久的に設置される第１の反射距離センサ（１１）と、第１の反射距離センサ（１１）の下方または上方に配置される第１のリフレクタ（１２）と、を含み、第１のリフレクタ（１２）が、剛体タイ・ロッド（９）に垂直に固定され、剛体タイ・ロッド（９）が、ハンドル（６）の可動アーム（８）の端部に接続され、スリーブ（３）の上側端部とハンドル（６）の底部との間には、トロカール（２）の中に配置される、作業ツール（１）の挿入深さを測定するための第２の反射センサ（２１）からの光を反射するための、中央に設置される第２の平坦なリフレクタ（１３）が存在し、トロカール（２）が、光ビームのための少なくとも１つの貫通孔（１７）をそのカバー（１４）の中に有し、貫通孔の中に設置される、作業ツール（１）の挿入深さを測定するための第２の反射センサ（２１）が、貫通孔（１７）の反対側に位置し、作業ツール（１）の作業用先端部（４）の回転を測定するためのエンコーダ・センサ（２３）が、エンコーダ・ディスク（２５）の外側部分に対向して取り付けられ、エンコーダ・ディスク（２５）が、スリーブ・ホルダ（２４）を介して誘導チャネル（１５）の軸上に回転可能に固定され、作業ツールの存在を検出するセンサ（２０）が、誘導チャネル（１５）の軸上の中央に位置する。

本発明による作業ツールおよび操作・測定セットは、手動的な訓練および仮想的な訓練を可能にする単純な構成を特徴とし、したがって、訓練コストの低減に寄与する。本発明による作業ツールおよび操作・測定セットはまた、完全に機能的な腹腔鏡器具を訓練で使用することを可能にし、それにより、医療シミュレーションが、手術室において見られるような条件に近いものとなる。

作業ツールのあご部の開きを検出するセンサが、ハンドルの内部に隠されており、したがって、このセンサが、作業ツールの操作を邪魔することがない。リフレクタと共に反射センサを使用することにより、ツールのハンドルの内部で目立たないように設置することが可能となる。このような解決策は、腹腔鏡ツールの外形を変化させず、それによりシミュレーションが現実を正確に再現することになる。

作業ツールの動作の特徴を表すパラメータを決定するために操作・測定セットの中でセンサを使用することにより、訓練の完了後に作業ツールの先端部の運動軌跡を容易に計算することが可能となる。訓練の完了後に作業ツールの先端部の運動の軌跡を復元することが可能であることにより、作業ツールの運動の効率および円滑性を完全に分析することが可能となる。

手動的な訓練が、以下のパラメータに関して分析され得る：作業ツールの先端部の移動距離、作業ツールの瞬間速度および加速度、作業ツールの作業先端部のクランプ回数、作業ツールの運動の円滑性、カメラの視野内での作業ツールの視認性。

基本的なスキルおよび縫合（ｓｅｗｉｎｇ）の腹腔鏡訓練が、物理的な対象物上で手動的に実施され得、一方で、外科手技訓練が、シミュレートされる仮想的な環境で実施されることになる。高価な使い捨ての臓器模倣カートリッジを使用することの必要性が排除される。

本発明の対象は、添付の図面に実施形態として示されている。

腹腔鏡トレーナーの操作・測定セットを概略的に示す長手方向断面図である。腹腔鏡トレーナーの操作・測定セットからのトロカールを概略的に示す長手方向断面図である。トロカールの代替の方式を示す長手方向断面図である。

図１および図２は、作業ツール１と、トロカール２とから構成される操作・測定セットを示している。作業ツール１が、スリーブ３を備え、スリーブ３が、あご部５を備える作業用先端部４をその底部に装備し、さらに、固定アーム７と、剛体タイ・ロッド９により作業用先端部４のあご部５を操作するための可動アーム８とを備えるハンドル６をその頂部に装備する。ハンドル６が、作業用先端部４のあご部５の開きを検出するセンサ・ユニット１０を備え、センサ・ユニット１０が、作業ツール１のハンドル６の中に恒久的に固定される第１の反射距離センサ１１と、その下方に位置して剛体タイ・ロッド９に対して垂直に固定される光反射のための第１の平坦なリフレクタ１２と、を備え、剛体タイ・ロッド９が、ハンドル６の可動アーム８の端部に接続される。スリーブ３の上側端部とハンドル６の底部との間に、作業ツールの挿入深さを測定するための第２の反射センサ（２１）からの光の反射のための、中央に設置される第２の平坦なリフレクタ１３が存在する。

トロカール２は、カバー１４によって上から閉じられる漏斗形状のボディを有する。ボディの内部に、作業ツール１のための軸方向に位置する誘導チャネル１５が存在する。トロカール２のカバー１４が、誘導チャネル１５の軸上に配置される、作業ツール１のための導入孔１６と、光ビームのための貫通孔１７と、を有する。トロカール２のカバー１４の下に、誘導チャネル１５の軸上に配置される中央孔１９を有する水平方向プレート１８が存在する。トロカール２の水平方向プレート１８の上には、中央孔１９の近くに位置する、作業ツールの存在を検出するセンサ２０と、トロカール２のカバー１４内の貫通孔１７の下に位置する、光学距離センサの形態の、作業ツール１の挿入深さを測定するための第２の反射センサ２１と、２軸の、トロカールの傾斜を測定するのに使用されるＭＥＭＳセンサ２２と、が配置される。ＭＥＭＳセンサ２２、すなわち、３軸加速度計と、３軸ジャイロスコープと、３軸磁気計とが、作業ツール１の軸の傾斜角に関する情報を提供する。トロカール２の水平方向プレート１８の底部には、作業ツール１の作業用先端部４の回転を測定するためのエンコーダ・センサ２３が設置される。トロカール２の水平方向プレート１８の下方において、誘導チャネル１５の軸上でエンコーダ・ディスク２５がスリーブ・ホルダ２４を通して回転可能に固定され、エンコーダ・ディスクの回転がエンコーダ・センサ２３によって測定される。誘導チャネル１５の中で作業ツール１を直線的に誘導するのを可能にする圧力ローラ２７を備える押圧ユニット２６が、エンコーダ・ディスク２５のスリーブ・ホルダ２４の下側部分に取り付けられる。圧力ローラ２７を備える押圧ユニット２６がスリーブ３の回転中に抵抗するように作用し、その結果、スリーブ３の回転と共にエンコーダ・ディスク２５が回転する。

図１および図３は、実施例１と同様に製作される代替のトロカールを備える操作・測定セットを示しているが、中央孔１９を備える水平方向プレート１８が誘導チャネル１５の上方においてトロカール２の底部に配置され、ここでは、水平方向プレート１８に固定される、作業ツールの作業用先端部４の回転を測定するためのエンコーダ・センサ２３が、水平方向プレート１８の上側表面に位置する点が異なる。さらに、エンコーダ・ディスク２５が、水平方向プレート１８の上方においてスリーブ・ホルダ２４を介する形で取り付けられており、一方で、圧力ローラ２７を備える押圧ユニット２６が、スリーブ・ホルダ２４の上側部分に取り付けられている。

Claims

固定アーム（７）と、作業用先端部（４）のあご部（５）を操作するための剛体タイ・ロッド（９）を備える可動アーム（８）と、を備えるハンドル（６）を装備するスリーブの形態を有する腹腔鏡トレーナーの作業ツールであって、前記作業ツールが、前記作業ツール（１）の前記ハンドル（６）の中に収容される、前記作業用先端部（４）のあご部（５）の開きを検出するセンサ・ユニット（１０）を備え、前記センサ・ユニット（１０）が、第１の反射センサ（１１）と、第１のリフレクタ（１２）とを含み、前記センサ・ユニット（１０）のこれらの要素のうちの一方が、前記作業ツール（１）の前記ハンドル（６）に取り付けられ、他方が、前記タイ・ロッド（９）上に設置されることを特徴とする、作業ツール。
作業ツール（１）およびトロカール（２）を備える、腹腔鏡トレーナーの操作・測定セットであって、前記作業ツール（１）が、固定アーム（７）と、作業用先端部（４）のあご部（５）を操作するための剛体タイ・ロッド（９）を備える可動アーム（８）と、を備えるハンドル（６）を装備するスリーブの形態を有し、前記トロカールが、前記作業ツール（１）を摺動可能に中に配置するための誘導チャネル（１５）を有し、前記セットが、前記作業ツールの動作の特徴を表すパラメータを決定するための少なくとも１つのセンサを装備する、操作・測定セットにおいて、前記操作・測定セットが、前記作業ツール（１）の前記ハンドル（６）の中に収容される、前記作業用先端部（４）のあご部（５）の開きを検出するセンサ・ユニット（１０）を備え、前記センサ・ユニット（１０）が、第１の反射センサ（１１）と、第１のリフレクタ（１２）とを含み、前記センサ・ユニット（１０）のこれらの要素のうちの一方が、前記作業ツール（１）の前記ハンドル（６）に取り付けられ、他方が、前記タイ・ロッド（９）上に設置されることを特徴とする、操作・測定セット。
前記トロカールに取り付けられる第２の反射センサ（２１）と、前記作業ツール（１）に取り付けられる第２のリフレクタ（１３）と、を備える、前記作業ツール（１）の挿入深さを測定するためのセンサ・ユニットを含むことを特徴とする、請求項２に記載のセット。
前記第２の反射センサ（２１）が、前記トロカール（２）の中に位置し、前記トロカール（２）が、前記第２の反射センサ（２１）の反対側に位置する、光ビームのための少なくとも１つの貫通孔（１７）をその蓋（１４）の中に有することを特徴とする、請求項３に記載のセット。
前記セットが、前記作業用先端部（４）の回転を測定するためのセンサ・ユニットを含み、前記センサ・ユニットが、前記誘導チャネル（１５）の軸上に回転可能に設置されるエンコーダ・ディスク（２５）と、前記エンコーダ・ディスク（２５）の回転を測定するためのエンコーダ・センサ（２３）とを含むことを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のセット。
前記エンコーダ・ディスク（２５）が、圧力ローラ（２７）を備える押圧ユニット（２６）に接続されることを特徴とする、請求項５に記載のセット。
前記誘導チャネル（１５）の軸上で中央に位置する、前記作業ツールの存在を検出するセンサ（２０）を含むことを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載のセット。
２軸の、前記作業ツールの傾斜センサを含むことを特徴とする、請求項２から７のいずれか一項に記載のセット。
前記トロカールが、前記誘導チャネル（１５）の軸上に位置する、中央孔（１９）を備える水平方向プレート（１８）を含み、前記水平方向プレート（１８）の上に、前記第２の反射センサ（２１）、および／または前記作業ツール（１）の存在を検出するセンサ（２０）、および／または前記作業ツールの傾斜センサ、および／またはエンコーダ・センサ（２３）が位置することを特徴とする、請求項３又は４に記載のセット。
前記セットが、作業ツール（１）と、トロカール（２）とを含み、前記作業ツール（１）が、固定アーム（７）と、前記作業用先端部（４）のあご部（５）を操作するための剛体タイ・ロッド（９）を備える可動アーム（８）と、を備えるハンドル（６）を装備するスリーブの形態を有し、前記作業用先端部のあご部の開きを検出するセンサを装備し、漏斗形状の前記トロカールが、前記作業ツールを中で摺動可能に固定するための誘導チャネル（１５）と、前記作業ツール（１）を誘導するための圧力ローラ（２７）を備える押圧ユニット（２６）と、を有し、前記作業ツールの存在を検出するセンサ（２０）と、前記作業ツールの挿入深さを測定するためのセンサと、前記作業ツールの種類を検出するセンサと、２軸の、前記作業ツールの傾斜センサと、前記ツールの前記作業用先端部の回転センサと、回転ディスクを備えるエンコーダとを含めた、前記作業ツールの動作の特徴を表す必要なパラメータを決定するためのセンサを装備し、前記作業用先端部（４）のあご部（５）の前記開きを検出する前記センサ・ユニット（１０）が、前記作業ツール（１）の前記ハンドル（６）の中に恒久的に設置される第１の反射距離センサ（１１）と、前記第１の反射距離センサ（１１）の下方または上方に配置される第１のリフレクタ（１２）と、を含み、前記第１のリフレクタ（１２）が、前記剛体タイ・ロッド（９）に垂直に固定され、前記剛体タイ・ロッド（９）が、前記ハンドル（６）の前記可動アーム（８）の端部に接続され、前記スリーブ（３）の上側端部と前記ハンドル（６）の底部との間には、前記トロカール（２）の中に配置される、前記作業ツール（１）の前記挿入深さを測定するための第２の反射センサ（２１）からの光を反射するための、中央に設置される第２の平坦なリフレクタ（１３）が存在し、前記トロカール（２）が、光ビームのための少なくとも１つの貫通孔（１７）をそのカバー（１４）の中に有し、前記貫通孔の中に設置される、前記作業ツール（１）の前記挿入深さを測定するための前記第２の反射センサ（２１）が、前記貫通孔（１７）の反対側に位置し、前記作業ツール（１）の前記作業用先端部（４）の回転を測定するための前記エンコーダ・センサ（２３）が、前記エンコーダ・ディスク（２５）の外側部分に対向して取り付けられ、前記エンコーダ・ディスク（２５）が、スリーブ・ホルダ（２４）を介して、前記誘導チャネル（１５）の軸上に回転可能に固定され、前記作業ツールの前記存在を検出する前記センサ（２０）が、前記誘導チャネル（１５）の前記軸上の中央に位置することを特徴とする、請求項５又は６に記載のセット。