(57)【要約】軟性処置具の付属物を作成するための方法が提供され、これは、外科的処置のための機械的制約のセットを受け取り、機械的制約のセットに基づいて関節動作状態のセットを計算し、計算に基づいて関節動作状態のセットを形成するように構成される付属物を印刷するための複数の印刷命令を生成し、及び複数の印刷命令に基づいて付属物を印刷することを含む。多くの印刷された付属物を方向付け組立体内に形成することができる。【選択図】図１
2019500923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘度を有する流体を保持するように構成されるリザーバと、
前記流体を加圧するように構成される少なくとも１つのポンプと、
関節動作形状を形成する複数の付属物セグメントを有し、それぞれの付属物セグメントが少なくとも１つの柔軟壁を有する少なくとも１つの付属物とを備え、
前記加圧された流体により膨張されたときに、前記少なくとも１つの柔軟壁が前記流体の前記粘度に基づいて前記付属物を作動する、外科的処置に使用する軟性処置具。
【請求項２】
前記少なくとも１つの付属物を収容するように構成されるシースを更に備える、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項３】
前記少なくとも１つの付属物は、
患者の組織に対する前記少なくとも１つの付属物の接触圧を検出するように構成されるセンサを更に備える、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項４】
前記関節動作形状は、患者の術前画像に基づく、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項５】
少なくとも１つの付属物の選択は、患者の術前画像に基づく、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項６】
前記少なくとも１つの付属物を作動するポンプを制御するように構成される処理回路を更に備える、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項７】
前記処理回路は、前記ポンプを制御し、患者の術前画像に基づいて前記少なくとも１つの付属物を作動するように構成される、請求項６に記載の軟性処置具。
【請求項８】
前記流体は、不活性ガスである、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項９】
前記リザーバは、第２粘度を有する第２流体を保持するように更に構成され、
前記少なくとも１つのポンプは、前記流体及び前記第２流体を循環させるように構成される、請求項１に記載の軟性処置具。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの付属物は、変化する力で作動するように構成される、請求項９に記載の軟性処置具。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの付属物は、異なる関節動作形状に作動するように構成される、請求項９に記載の軟性処置具。
【請求項１２】
外科的処置のための機械的抑制のセットを受け取り、
前記機械的抑制のセットに基づいて関節動作状態のセットを計算し、
前記計算に基づいて関節動作状態のセットを形成するように構成される付属物を印刷するための複数の印刷命令を生成することを備える、軟性処置具用付属物を作成する方法。
【請求項１３】
前記複数の印刷命令に基づいて付属物を印刷することを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
２以上の付属物を方向付け組立体内に組立てることを更に備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
関節動作状態のそれぞれの計算は、３Ｄ位置と接触圧とを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記機械的抑制のセットは、患者の術前画像に基づく、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記機械的抑制のセットは、外科的処置に基づく複数の機械的抑制を格納するデータベースから受け取る、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
関節動作状態の前記計算は、３Ｄ位置と接触圧とを含むことができる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
関節動作状態の前記計算は、前記付属物を作動するように構成される３Ｄ位置及び内部圧に関連するタイミングを更に含むことができる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記付属物は、３Ｄプリンタを使用して直接印刷される、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記付属物の形状に基づくネガティブ鋳型が印刷される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年１０月３１日出願の米国出願第６２／２４９，１９５号の優先権を主張し、その内容は参照することによりその全体が組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
切開しかつ低侵襲のロボット外科的処置用の機械化された処置具が外科的処置を実行する外科医を支援するために開発されている。しかし、ロボットツールが、歴史的に外科医が信頼している触覚フィードバックに代わると、硬質器具が抑制されずに動き続け、処置中に患者の組織を穿孔し、切り裂き、及び損傷を与える場合がある。外科医に対して機敏で、患者に対して安全である軟性処置具が必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
軟性処置具の付属物を作成するための方法が提供され、これは、外科的処置のための機械的制約のセットを受け取り、機械的制約のセットに基づいて関節動作状態のセットを計算し、計算に基づいて関節動作状態のセットを形成するように構成される付属物を印刷するための複数の印刷命令を生成し、及び複数の印刷命令に基づいて付属物を印刷することを含む。多くの印刷された付属物を方向付け組立体内に形成することができる。
【０００４】
開示した実施形態のより完全な理解及びその多くの付随する利点は、添付図面と関連して考慮するときに、以下の詳細な説明を参照することにより同じことがより理解されるようになるように、容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】実施例による付属物のセット、シース、ポンプのセット、及びリザーバを含む軟性処置具の斜視図である
【図２Ａ】実施例による接触しかつ組織の特性を検出するように構成される１つまたは複数のセンサを含むそれぞれの付属物を示す軟性処置具の先端チップをクローズアップした斜視図である。
【図２Ｂ】実施例によるヘリカル構造を形成する１つの付属物を含み、平面外に作動されるそれぞれの付属物を示す軟性処置具の先端チップをクローズアップした斜視図である。
【図３−１】図３−１Ａは、実施例によるセグメントのセットに分割され、それぞれのセグメントが異なる方法で作動されるように構成される付属物の図である。図３−１Ｂは、実施例によるそれぞれのセグメントが異なる方法で作動される図３−１Ａに示す付属物の斜視図である。
【図３−２】図３−２Ｃは、実施例による外膜及び内側チャンネルを含む付属物の付属物幅を横切る断面図を示す。図３−２Ｄは、実施例による内側チャンネル内の流れを示す図３−２Ｃに示す付属物の付属物長を横切る断面図を示す。図３−２Ｅは、実施例による外膜と内部チャンネルを区切るように構成されるチャンネル仕切りとを含む付属物の付属物幅を横切る断面を示す。図３−２Ｆは、実施例による内部チャンネル内のチャンネル仕切りにより導かれる２つの流れ方向を示す図３−２Ｅに示す付属物の付属物長を横切る断面を示す。
【図４−１】図４−１Ａは、実施例による柔軟部及び剛性部を有するハイブリッド付属物を説明する軟性処置具の先端チップをクローズアップした斜視図である。
【図４−２】図４−２Ｂは、実施例による付属物を方向付けるようにそれぞれが構成される複数の開口を有する方向付け組立体を含む軟性処置具の先端チップをクローズアップした斜視図を示す。図４−２Ｃは、実施例による付属物を方向付けるようにそれぞれが構成される複数の開口を有する方向付け組立体を含む軟性処置具の先端チップをクローズアップした斜視図を示す。
【図５】図５Ａは、実施例による虫垂切除手術における虫垂を安定させるために使用される軟性処置具の側面図を示す。図５Ｂは、実施例による虫垂切除手術における虫垂を安定させるために使用される軟性処置具の前面図を示す。
【図６−１】図６−１Ａは、実施例による処置データベース、医用撮像装置、コンピューティング装置、及びプリンタを含む付属物を印刷するシステムを示す。図６−１Ｂは、実施例による軟性処置具の閉ループ制御用に構成されるシステムを示す。
【図６−２】図６−２Ｃは、実施例によるロボット外科的処置に使用するロボット位置決めプラットホームに装着する軟性処置具を示す。
【図６−３】図６−３Ｄは、実施例によるコンピューティング装置のハードウェアを示す。
【図７−１】図７−１Ａは、実施例による軟性処置具を作成する方法を示すフローチャートである。
【図７−２】図７−２Ｂは、外科的処置用機械的制約のセットを受入れる異なる実施例を示す。    図７−２Ｃは、関節動作状態のセットを計算する異なる実施例を示す。図７−２Ｄは、付属物を印刷する異なる実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示は外科的処置に使用する処置具及び方法に関する。特に、この開示は、選択的に露出し、引込み、握持し、安定化し、及び対象とする組織を移動するように構成される軟性付属物のセットを有する軟性処置具を記述する。軟性処置具は、処置特有、及び術前画像に基づいて患者特有とすることができる。軟性処置具は、軟性付属物のセットを収容するシースを含むことができ、開腹外科的処置用の伝統的なハンドツール、自然の開口部用低侵襲ツール、腹腔鏡、関節鏡、または低侵襲アクセス、ならびに開腹及び低侵襲ロボット手術用の機械的ツールに組み込むことができる。
【０００７】
図面を参照すると、複数の図を通じて同様な参照番号は同一または対応する部分を指示する。
【０００８】
図１は、実施例に従って付属物１１０のセット、シース１２０、ポンプ１３０のセット、及びリザーバ１４０を含む軟性処置具１００の斜視図である。一実施例では、軟性処置具１００は、シース１２０内の付属物１１０のセットと共に患者の腹腔の内側に挿入することができる。一実施例では、シース１２０は引き込まれ、付属物１１０のセットを露出することができる。他の実施例では、付属物１１０のセットは、シース１２０を越えて伸張するように作動することができる。
【０００９】
付属物１１０のセットは、それぞれの付属物１００内にガス／流体を作動圧までポンピングすることにより、作動することができる。一実施例では、ガスは加圧した空気またはＣＯ２である。一実施例では、流体は食塩水である。一態様では、ガス／流体は、漏洩したときにこのガス／流体が患者に危険を及ぼすことがないように、組織／患者に対して無害であるのが好ましい。一実施例では、それぞれのポンプ１３０はそれぞれの付属物１１０に対して１つまたは複数入口により接続し、流れの方向及び量を制御することができる。（図３Ａ〜３Ｆ参照）
【００１０】
それぞれの付属物１１０は、シリコーン等の剛性を変更するように構成されるポリマー、及び繊維とエラストマとの混合物の組み合わせで作成し、可変的柔軟性の作動構造または軟性ロボットアクチュエータを生成することができる。軟性ロボットアクチュエータは、大きな可撓性を有して任意の形状に適合することができ、狭い空間内に配置することができる。一実施例では、それぞれの付属物１１０は、鋳型で作られるポリマーから作成することができる。一態様では、付属物１１０は、異なる部分で作成し、最終形態に組み立てることができる。一実施例では、付属物１１０は、付属物形状を有して後にケブラー繊維等の形状記憶材料（図示せず）を巻付けられる鋳型で作られるシリコーン材料から作成することができる。「Ｓｏｆｔ  ｒｏｂｏｔ  ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄｓ」の名称の国際特許出願Ｗ０２０１５０６１４４４Ａ１は、軟性アクチュエータの鋳型を設計し、積層造形技術を使用して印刷することのできる技術を記載する。
【００１１】
一実施例では、それぞれの付属物１１０は、３Ｄ印刷されたポリマーから作成することができる。ポリマーの機械的特性を剛性から柔軟性に変更することにより、それぞれの付属物１１０は、作動されたときに、プリセットされた軌道に追従するように設計することができる。更に、付属物１１０を形成するのに使用される材料は、直列化及び生体適合の双方が可能であることが好ましい。好ましい実施形態では、軟性処置具１００は、使い捨て可能な構成要素で形成し、使い捨て手術に応用することを意図する。代替的実施形態では、軟性処置具１００は薄いフィルムの使い捨てシースで覆い、一回の外科的処置もより多く、再使用可能とすることができる。代替的実施形態では、軟性処置具１００は、ドレープで覆い、機械的及び非滅菌可能部材から手術野を隔離しておくことができる。
【００１２】
関節動作形状及び関節動作状態
図２Ａは、関節動作形状２００を有するそれぞれの付属物１１０ａ〜１１０ｃを平面内に示す軟性処置具１００の先端チップをシース１２０と共にクローズアップした斜視図である。図２Ｂは、実施例に従って平面から作動したそれぞれの付属物１１０ａ〜１１０ｃを示す軟性処置具１００の先端チップをクローズアップした斜視図である。付属物１１０ａは、ヘリカル構造を有する関節動作形状２０４を形成して示す。付属物１１０ｂ〜１１０ｃのそれぞれは、全体的に湾曲形状を有する関節動作形状２０２に作動されている。一実施例では、関節動作形状２００は、付属物１１０の剛性壁に対向する柔軟壁を機械的に付勢することにより設定することができる（図３Ａ〜３Ｆ参照）。一実施例では、剛性壁は柔軟壁との比較である。例えば、剛性壁は、柔軟壁と比較して比較的剛性の壁と考えることができる。一実施例では、関節動作形状２００は、少なくとも１つのポンプ１３０により付属物１１０に送出される加圧されたガス／流体の量を変更することにより設定することができる。
【００１３】
一態様では、それぞれの付属物１１０は、関節動作形状２３０を有するように構成することができる。一実施例では、関節動作状態２３０は、付属物１１０を剛性とすることができる。一実施例では、付属物１１０の剛性は、付属物１１０に送出される加圧されたガス／流体の量を変更することにより変化させることができる。一実施例では、付属物１１０の剛性は、付属物１１０に送出されるガス／流体の粘度を変更することにより変化させることができる。
【００１４】
一実施例では、関節動作状態２３０は関節動作形状２００と付属物１１０の剛性との組み合わせとすることができる。「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ａｃｔｕａｔｉｎｇ  ｓｏｆｔ  ｒｏｂｏｔｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ」の名称の米国特許出願第１４／２４３，６５６号及び「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｒｏｂｏｔｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ」の名称の国際特許出願Ｗ０２０１３１４８３４０Ａ２は、軟性アクチュエータの状態を制御する方法を記載しており、両者は参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。
【００１５】
センサ
一実施例では、それぞれの付属物１１０は、閉ループ制御用等のフィードバックを提供するように構成される１つまたは複数のセンサ２１０を含むことができる（図６Ｂ参照）。一実施例では、１つまたは複数のセンサ２１０は、それぞれの付属物１１０の長さに沿って位置決めすることができる。一実施例では、１つまたは複数のセンサ２１０は、それぞれの付属物１１０の幅の周りに位置決めすることができる。一実施例では、２以上のセンサ２１０からの読みを組み合わせ、軟性処置具１００の適切な使用を確保するためにそれぞれの付属物１１０を３次元で配向とするように構成することができる。センサ２１０は、近接センサ、赤外線センサ、触覚スイッチ、リレー、力センサ、または手術場面、及び軟性処置具１００の現在の状態をフィードバックすることのできる他の装置でもよい。
【００１６】
一実施例では、１つまたは複数のセンサ２１０は、組織に作用する接触圧を感知するように構成することができる。一実施例では、軟性処置具１００は、組織に作用する接触圧で組織を傷つけないように、少なくとも１つのセンサ２１０からの読みに基づいて少なくとも１つのポンプ１３０で変更するように構成される。一実施例では、１つまたは複数のセンサ２１０は、実施例に従って接触したときに組織特性を検出するように構成することができる。組織特性の例は、色、パターン、及び外形等の光学的特性、剛性等の機械的特性、及び血管新生の量等の生理学的特性を含む。
【００１７】
付属物セグメント
図３Ａは、付属物セグメント３２０ａ〜３２０ｃのセットに分割した付属物３００ａの図であり、それぞれの付属物セグメント３２０ａ〜３２０ｃは、実施例に従って異なる方法で作動されるように構成される。図３Ｂに示すように、付属物セグメント３２０ａは、曲げるように構成することができ、付属物セグメント３２０ｂは伸張するように構成することができ、及び付属物セグメント３２０ｃは、同時に曲げ及び捩じるように構成することができる。一実施例では、それぞれの付属物３００、１１０は、流れ３７０の方向及び量を制御するように構成されるポンプ１３０に接続される１つまたは複数の入口３１０を含むことができる（図３Ｄ及び３Ｆ参照）。
【００１８】
一実施例では、それぞれの付属物セグメント３２０ａ〜３２０ｃは、１つまたは複数の方向に作動するように機械的に付勢される対向する柔軟壁３３０と剛性壁３４０との組み合わせを有することができる。ガス／流体が付属物１１０に圧送されると、付属物１１０が剛性壁３４０の方向に撓むように、柔軟壁３３０は伸張し、一方、剛性壁３４０は所定の長さを維持する。一態様では、２以上の付属セグメント３２０が継手を形成し、付属物１１０が関節動作形状２００に関節動作するのを容易とすることができる。一実施例では、２以上の付属セグメント３２０に充填されるガス／流体の粘度は、付属物１１０の関節動作状態２３０を変更するように構成することができる。「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｒｏｂｏｔｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ」と題する米国特許出願第１４／３２９，５０６号、「Ｓｏｆｔ  ｒｏｂｏｔｉｃ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ」と題する米国特許出願第１３／８８５，９６７号、及び「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ａｃｔｕａｔｏｒ」と題するヨーロッパ特許出願ＥＰ１３１９８４５Ａ２は、剛性の背を設けた１つまたは複数の可撓性チャンバから成る軟性ロボットアクチュエータを記載しており、全ては参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００１９】
図３Ｃは、実施例による外膜３５０及び内側チャンネル３６０を含む付属物３０２の付属物幅３０２ａを横切る断面図を示す。図３Ｄは、実施例に従って内側チャンネル３６０内の流れ３７０を示す図３Ｃに示す付属物３０２の付属物長３０２ｂを横切る断面図を示す。実施例では、少なくとも１つのポンプ１３０は、流れ３７０を生成するために特定の圧力で流体／ガスを圧送するように構成することができる。一態様では、流れ３７０は、それぞれの付属物１１０を関節動作状態２００に作動するように構成される。
【００２０】
図３Ｅは、実施例に従って外膜３５０と、第１区画３６２及び第２区画３６４に内部チャンネル３６０を区分するように構成されるチャンネル仕切り３８０とを含む付属物３０４の付属物幅３０４ａを横切る断面を示す。図３Ｆは、図３Ｅに示す付属物３０４の付属物長３０４ｂを横切る断面を示す。図３Ｆに示すように、実施例に従ってチャンネル仕切り３８０は、第１区画３６２内に先端方向流３７２を生じさせるように構成され、この先端方向流３７２は、第２区画３６４内の基端方向流３７４として戻る。
【００２１】
一実施例では、少なくとも１つのポンプ１３０は、第１粘度を有する第１流体／ガスを第１圧力で圧送し、先端方向流３７２を生じさせるように構成することができる。一実施例では、少なくとも１つのポンプ１３０は、第２粘度を有する第２流体／ガスを同じまたは他の圧力で圧送し、先端方向流３７２を生じさせるように構成することができる。一実施例では、少なくとも１つのポンプ１３０は、付属物幅または付属物長方向の少なくとも一方における付属物の堅さまたは剛性を変更するために、第１流体／ガスと第２流体／ガスを交換するように構成することができる。一実施例では、より高い粘度のガス／流体を有する付属物１１０は、把持する等の手術用途に使用するときに、より大きな力を作用させることができる。一実施例では、それぞれのポンプ１３０は、特有のガス／流体を使用してそれぞれの付属物１１０を膨張するときに、異なるリザーバ１４０を有してもよい。例えば粘度は、例えば管路内に加熱要素を含めることにより、温度に基づいて変更することができる。
【００２２】
ハイブリッド付属物
図４Ａは、実施例に従ってそれぞれのハイブリッド付属物４０２が柔軟部４１０及び剛性部４２０を有するハイブリッド付属物４０２のセットを含む軟性処置具１００の先端チップをクローズアップした斜視図である。柔軟部４１０は、先端チップであるのが好ましいが、しかし、実施例に従って第２剛性部がさらに先端方向に延びる第２剛性部を設けることができる。一実施例では、柔軟部４１０及び剛性部４２０は、付属物セグメント３２０の周りの形状記憶材料の巻回数の変化に基づくことができる。
【００２３】
方向付け組立体
図４Ｂ〜４Ｃは、開口４３２ａ〜４３２ｄのセットを有する方向付け組立体４３０を含む軟性処置具１００の先端チップのクローズアップした斜視図を示し、ここでは、実施例に従ってそれぞれの開口４３２ａ〜４３２ｄは方向付け組立体４３０に対して付属物４１０を方向付けするように構成される。一実施例では、開口４３２ａ〜４３２ｄのセットは、付属物４１０のセットを１以上の親指と１以上の指に似せて方向付けするように構成することができる。一実施例では、付属物４１０のセットは、方向付け組立体４３０が第１組立体４０４ａを有するように、第１関節動作状態２３０’に作動することができる（図４Ｂ参照）。更に、付属物４１０のセットは、方向付け組立体４３０が第２組立体４０４ｂを有するように、第２関節動作状態２３０’’に作動することができる（図４Ｃ参照）。一実施例では、それぞれの組立体４０４ａ〜４０４ｂは、組織の一部を保持する把持運動及び手術野を開くための組織の引き込みなどの特定の機能用に構成することができる。「Ｌｏｗ  ｓｔｒａｉｎ  ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｆｏｒ  ｓｏｆｔ  ｒｏｂｏｔｓ」と題する米国特許出願第１４／４６４．３９６号及び「Ａｐｐａｒａｔｕｓ，  ｓｙｓｔｅｍｓ，  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｍｏｄｕｌａｒ  ｓｏｆｔ  ｒｏｂｏｔｓ」と題する米国特許出願第１４／４２１，４２９号は、どのようにして複数のアクチュエータを同期させて軟性ロボットシステムを生成するかを記載しており、双方は参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。「Ｒｏｂｏｔ  ｈａｖｉｎｇ  ｓｏｆｔ  ａｒｍｓ  ｆｏｒ  ｌｏｃｏｍｏｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｇｒｉｐ  ｐｕｒｐｏｓｅｓ」と題する米国特許出願第１４／１１４，８３３号は、オブジェクトをピックアンドプレースする指状把持器として軟性アクチュエータを使用するロボットシステムを記載しており、参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００２４】
患者特有の付属物
一態様では、付属物１１０は患者特有の付属物とすることができる。一実施例では、患者特有の付属物は、患者の術前画像（例えば、ＭＲＩ、ＣＴ、超音波など）に基づくことができる。患者は、医用撮像装置６２０により術前に撮像／スキャンし（図６Ａ参照）、腹腔内の身体構造の配置及び形状を判断することができる。例えば、身体構造、標的組織、及び臓器のサイズ、形状、及び配向の少なくとも１つは、術前画像に基づいて判断され、患者特有の付属物を生成するために使用することができる。虫垂切除術の場合、マルチスペクトル画像を、炎症を起こした虫垂を識別するために使用することができる。
【００２５】
一実施例では、患者の術前画像は、患者に固有の幾何学的制約のセット及び動作経路のセットを提供するように構成することができる。一実施例では、コンピューティング装置６０００（以下参照）は、術前画像に基づいてまたは外科的処置に基づく作動命令の所定のライブラリにより生成される患者特有の作動プログラムを生成するように構成することができる。
【００２６】
患者特有の付属物は、幾何学的制約のセット及び動作経路のセットの機械的制約に適合するように構成される剛性壁３４０及び柔軟壁３３０の組み合わせを有して生成することができる。一実施例では、患者特有の付属物は、生体適合材料で印刷するように構成される３Ｄプリンタを使用して生成することができる。
【００２７】
処置特有の付属物
一態様では、付属物１１０は、外科的処置の１つまたは複数の処置ステップに基づいて処置特有の付属物とすることができる。一実施例では、処置特有の付属物は、所定の運動及び所定の運動を形成するように構成される関節動作状態２３０のセットを有することができる。実施例では、軟性処置具１００は、付属物１２０のセットに使用される形状及び材料に基づいて予めプログラムした関節動作を有することができる。
【００２８】
代替的実施形態では、軟性処置具１００は、特定の手術または手術の一部用にデザインされた処置特有の付属物が、手術タスクまたは処置を実行するために軟性処置具１００が同じ機械的インタフェース上で迅速に交換できるように、任意の附属物１２０の迅速な取外し及び処置特有の付属物の接続を可能とする迅速接続機能を含むことができる。付属物は、多様な配置または用途用に異なるサイズ、形状または機能とすることも可能である。
【００２９】
図５Ａ〜５Ｂは、実施例に従って虫垂切除手術におけるボディの盲腸５０４に付属する虫垂５０２を安定化するために使用される軟性処置具１００の前面図及び側面図をそれぞれ示す。図５Ａに示すように、付属物１１０ｂ〜１１０ｃのそれぞれは、湾曲形状に作動され、虫垂５０２を囲む患者のそれぞれの盲腸５０４及び回腸末端部５０６の一部を引き込むように構成される。付属物１１０ａは、虫垂５０２を巻回し、安定化して示してある。一実施例では、虫垂５０２を巻回し、安定化するように構成される付属物１１０ａは、処置特有の付属物と考えることができる。図５Ｂは、虫垂５０２を盲腸５０４から離して位置決めし、虫垂５０２を切除するために使用する腹腔鏡ステープラ５１０を導入する軟性処置具１００を示す。
【００３０】
付属物を印刷するシステム
図６Ａは、実施例に従って処置データベース６１０、医用撮像装置６２０、コンピューティング装置６０００、及びプリンタ６３０を含む付属物を印刷するシステムを示す。一実施例では、プリンタ６３０は、Ｃａｒｂｏｎ３Ｄ，Ｉｎｃ．（Ｒｅｄｗｏｏｄ  Ｃｉｔｙ，ＣＡ）のＭ１などの３Ｄプリンタとすることができる。一実施例では、コンピューティング装置６０００は、処置データベース６１０及び医用撮像装置６２０の少なくとも一方からの外科的処置用機械的制約のセットを受け取るように構成される。一実施例では、処置データベース６１０は、医用撮像装置６２０から外科的処置用の機械的制約のセットを格納するために使用することができる。
【００３１】
一実施例では、コンピューティング装置６０００は、機械的制約のセットに基づいて関節動作状態のセットを計算するように構成される。一実施例では、コンピューティング装置６０００は、関節動作状態のセットの計算に基づいて関節動作状態のセットを形成するように構成される付属物を印刷する複数の印刷命令を生成するように構成される。一実施例では、印刷命令は、付属物１１０の壁の厚さを変更することを含むことができる。例えば、処置特有の付属物は、付属物１１０の壁に材料を追加または除去することの一方により、患者特有の付属物に変更することができる。
【００３２】
一実施例では、プリンタ６３０は、コンピューティング装置６０００から複数の印刷命令を受け取り、複数の印刷命令に基づいて付属物１１０を印刷するように構成される。
【００３３】
閉ループ制御
図６Ｂは、実施例に従って軟性処置具１００の閉ループ制御を提供するためのシステム６００を示す。一実施例では、軟性処置具１００の閉ループ制御は、１つまたは複数のセンサ２１０から読み取り、コンピューティング装置６０００により読み取りを比較し、及び比較に基づいてポンプ１３０のセットを制御し、付属物１１０の内部圧力を調整することにより行うことができる。実施例に従って、軟性処置具１００の自動位置決めは、組織の光学マーカを標的とする動作追跡アルゴリズムを通して遂行することができる。ポンプ１３０のセットは、現在の外科的処置のステップを追跡するように構成されるアルゴリズムに基づいてそれぞれの付属物を自動的にかつ独立して膨張し、外科的処置の次のステップのために軟性処置具１００を更新することができる。
【００３４】
一実施例では、軟性処置具１００の位置決め及び操作は、軟性処置具１００の作動状態が外科医により制御されるマスタスレーブパラダイムで達成される。一実施例では、センサのフィードバックは、手術タスクを自動的に完了する制御アルゴリズムに使用することができる。
【００３５】
一実施例では、図６Ｃに示すように、軟性処置具１００は、ロボット外科的処置に使用するロボット位置決めプラットホーム６４０に装着することができる。一実施例では、軟性処置具１００は、「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｓｕｒｇｉｃａｌ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」と題する米国特許第９，２２０，５７０号に記載の処置具等のロボットシステムに組み込むことができ、この特許は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。一実施例では、軟性処置具１００は、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）のｄａ  Ｖｉｎｃｉ（登録商標）Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍなどのロボットシステムに組み込むことができる。別の実施例では、軟性処置具１００は、Ｔｅｒｕｍｏ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｏｍｅｒｓｅｔ，  ＮＪ）のＫｙｍｅｒａｘ（商標）のようなロボットハンドツールに組み込むことができる。
【００３６】
コンピューティングシステムのハードウェア記述
次に、例示的な実施形態によるコンピューティング装置６０００のハードウェア記述を図６Ｄを参照して述べる。図６Ｄでは、コンピューティング装置６０００またはサーバは、上述のプロセスを実行するＣＰＵ６０３０を含む。プロセスデータ及び命令は、メモリ６００２に格納してもよい。これらのプロセス及び命令は、ハードディスク（ＨＤＤ）または携帯記憶媒体などの記憶媒体ディスク６００４に格納してもよく、または遠隔に格納してもよい。更に、請求項に係る発展例は、発明のプロセスの命令が格納されるコンピュータ可読媒体の形態によって制限されない。例えば、命令は、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ハードディスク、または、コンピューティング装置もしくはサーバが、別のサーバ、コンピュータもしくはデータベース等と通信する任意の他の情報処理装置に格納してもよい。
【００３７】
更に、請求項に係る発展例の一部は、ＣＰＵ６０３０及びＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）７、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ  ＭＡＣ−ＯＳ及び当業者に既知の他のシステム等のオペレーティングシステムと共に実行するユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、またはオペレーティングシステムの構成要素もしくはそれらの組み合わせとして提供し得る。
【００３８】
ＣＰＵ６０３０は、米国のＩｎｔｅｌのＸｅｎｏｎもしくはＣｏｒｅプロセッサまたは米国ＡＭＤのＯｐｔｅｒｏｎプロセッサとしてもよく、または当業者に認識されている他のタイプのプロセッサとしてもよい。代替的に、ＣＰＵ６０３０は、当業者が認識するように、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤに実装し、または個別論理回路を用いてもよい。更に、ＣＰＵ６０３０は、共同して並列に作動し、上述の本発明のプロセスの命令を実行するマルチプロセッサとして実装してもよい。
【００３９】
図６Ｄのコンピューティング装置またはサーバは、ネットワーク６０４０とインタフェース接続するため、米国のＩｎｔｅｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＩｎｔｅｌ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ＰＲＯネットワークインタフェースカードなどのネットワークコントローラ６００６をさらに含む。理解されるように、ネットワーク６０４０は、インターネットなどのパブリックネットワーク、またはＬＡＮもしくはＷＡＮネットワークなどのプライベートネットワーク、またはその任意の組み合わせとすることができ、ＰＳＴＮもしくはＩＳＤＮサブネットワークを含むこともできる。ネットワーク６０４０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔネットワーク等の有線とすることもでき、またはＥＤＧＥ、３Ｇ及び４Ｇ無線セルラ方式を含むセルラネットワークなどの無線とすることができる。無線ネットワークは、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、または公知の任意の他の無線通信形態とすることもできる。一実施例では、ネットワーク６０４０は、外科的処置に基づく複数の機械的制約を格納するデータベースにアクセスするように構成することができる。
【００４０】
コンピューティング装置またはサーバは、Ｈｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  ＨＰＬ２４４５ｗ  ＬＣＤモニタなどのディスプレイ６０１０とインタフェース接続するために、米国のＮＶＩＤＩＡ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＮＶＩＤＩＡ  ＧｅＦｏｒｃｅ  ＧＴＸまたはＱｕａｄｒｏグラフィックアダプタなどのディスプレイコントローラ６００８をさらに含む。汎用Ｉ／Ｏインタフェース６０１２は、キーボード及び／またはマウス６０１４、ならびにディスプレイ６０１０のまたはディスプレイ６０１０とは別体のタッチスクリーンパネル６０１６とインタフェース接続する。汎用Ｉ／Ｏインタフェースは、Ｈｅｗｌｅｔｔ  ＰａｃｋａｒｄのＯｆｆｉｃｅＪｅｔまたはＤｅｓｋＪｅｔなどのプリンタ及びスキャナを含む様々な周辺装置６０１８に更に接続する。
【００４１】
データ収集（ＤＡＱ）コントローラ６０２０は、コンピューティング装置またはサーバに更に設けられ、センサ２１０のセット及びポンプ１３０のセットとインタフェース接続し、これにより閉ループ制御を提供する。
【００４２】
汎用記憶コントローラ６０２４は、記憶媒体ディスク６００４を通信バス６０２６に接続し、これはＩＳＡ、ＥＩＳＡ、ＶＥＳＡ、ＰＣＩまたは同種のものでよく、コンピューティング装置またはサーバの全ての構成要素と相互接続する。一実施例では、記憶媒体ディスク６００４は、外科的処置に基づく複数の機械的制約を格納するデータベースとして作用することができる。ディスプレイ６０１０、キーボード及び／またはマウス６０１４、ならびにディスプレイコントローラ６００８、記憶コントローラ６０２４、ネットワークコントローラ６００６、ＤＡＱコントローラ６０２０、及び汎用Ｉ／Ｏインタフェース６０１２の全体的な特徴及び機能の説明は、これらの特徴が既知であるので、簡潔にするために本明細書では省略する。
【００４３】
明示的に別の説明がない限り、１つまたは複数のプロセッサを利用して、本明細書に記載の種々の機能及び／またはアルゴリズムを実行することができる。更に、本明細書に記載の任意の機能及び／またはアルゴリズムは、明示的に別の説明がない限り、例えばコンピュータファームまたはクラウドドライブなどの１つまたは複数の物理コンピューティングシステムにおいて、１つまたは複数の仮想プロセッサで実行することができる。
【００４４】
本開示の実施態様に従う方法、システム及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及びブロック図を参照する。その態様は、コンピュータプログラム命令により実行される。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置を介して実行するこれらの命令がフローチャート及び／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで特定される機能／動作を実行するための手段を生成するように、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供して機械を製造してもよい。
【００４５】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体に格納された命令が、フローチャート及び／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで特定される機能／動作を実行する命令手段を含む製品を生成するように、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置を特定の方法で機能させることのできるコンピュータ可読媒体に格納してもよい。
【００４６】
コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能装置で実行する命令がフローチャート及び／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで特定される機能／動作を実行するプロセスを提供するように、コンピュータまたは他のプログラム可能装置にロードし、コンピュータまたはたのプログラム可能装置で実行すべき一連の操作ステップを生じさせ、コンピュータ実行プロセスを作成してもよい。更に、本開示は、本明細書に記載の特定の回路要素に制限されず、本開示はこれらの要素の特定のサイジング及び区分に制限されることもない。
【００４７】
軟性処置具の組立て方法
図７Ａは、実施例による軟性処置具１００を作成する方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、外科的処置の機械的制約のセットを受け取るステップ７１０を含む。一実施例では、機械的制約のセットは、患者の術前画像から受け取ることができる（７１２）。一実施例では、機械的制約のセットは、外科的処置に基づく複数の機械的制約を格納するデータベースから受け取ることができる（７１４）。一実施例では、機械的制約のセットは、患者の腹腔内の身体構造の配置及び形状に基づくことができる。一実施例では、機械的制約のセットは、外科的処置を実行することが必要な手術野に基づくことができる。一実施例では、機械的制約のセットは、それぞれの機械的制約に対応するタイミングを含むことができる。
【００４８】
ステップ７２０で、機械的制約のセットに基づいて関節動作状態のセットを計算する。一実施例では、関節動作状態の計算は、３Ｄ位置及び接触圧を含むことができる（７２２）。実施例では、接触圧は、組織を傷つけない圧力閾値に基づく。一実施例では、関節動作状態の計算は、３Ｄ位置と付属物を作動するように構成される内部圧力とに関連するタイミングをさらに含むことができる（７２４）。一実施例では、関節動作状態の計算は、少なくとも１つの柔軟壁に対向する少なくとも１つの剛性壁を配置する寸法のセットを計算することを含むことができる（７２６）。
【００４９】
ステップ７３０では、関節動作状態のセットの計算に基づいて関節動作状態のセットを形成するように構成される付属物を印刷する複数の印刷命令を生成する。一実施例では、複数の印刷命令は、プリンタを使用して利用可能な機能に基づく。一実施例では、プリンタは、３Ｄ印刷に使用する材料が印刷後に形状を変化するように構成される４Ｄプリンタとすることができる。
【００５０】
一実施例では、方法７００は、ステップ７４０を含んでもよく、ここでは、付属物は複数の印刷命令に基づいて印刷される。一実施例では、付属物は、３Ｄプリンタを使用して直接印刷することができる（７４２）。一実施例では、付属物の印刷は、付属物のネガティブ形状を有する付属物鋳型を印刷することを含む（７４４）。付属物鋳型は、付属物の組立てを完成するために伝統的な成形法を使用することができる。
【００５１】
一実施例では、方法７００は、ステップ７５０を更に含んでもよく、ここでは、２以上の印刷された付属物が方向付け組立体４３０内に組み立てられる。更に、実施例に従ってセンサの配線等の他のサブシステムを組み立てることができる。
【００５２】
軟性処置具を使用する虫垂切除手術
次に、一実施例に従ってどのように軟性処置具１００を使用して図５Ａ〜５Ｂに示すように虫垂切除手術を支援することができるかのワークフローを説明する。任意選択的に、患者の腹腔内の重要な全ての構造の配置及び形状を判断するために、患者は術前に撮像することができる。関節動作状態のセットは、全ての患者の重要構造の配置及び形状に基づいて決定することができる。一実施例では、軟性処置具１００は、患者内の独特のまたは基準を外れた形状に追従するように機械的にプログラムすることが可能なシース内に保持した付属物のセットを有することができる。
【００５３】
軟性処置具１００は、腹腔の内側に挿入することができ、シース１２０は引き込めて付属物のセットを露出することができる。それぞれの付属物は、第１作動状態に作動されることができる。一実施例では、付属物は、少なくとも１つのポンプを使用して付属物を第１内部圧力に膨張することにより、第１作動状態に作動することができる。虫垂５０２を覆う腹膜は、軟性処置具１００のスワイプ動作で払いのけ、下方の組織を露出することができる。
【００５４】
次に、付属物のセットを虫垂５０２の上方に位置決めすることができる。第１付属物は、盲腸５０４を下方に押すように構成される第２作動状態に作動することができる。第２付属物は、回腸末端部５０６を下方に押すように構成される第２作動状態に作動することができる。第３付属物は、図５Ａ〜５Ｂに示すように、虫垂５０２の基部の周りをヘリカル状に囲み、虫垂５０２を安定化させる螺旋運動を生じするように構成される第２作動状態に作動することができる。総合すると、付属物のセットは、手術野を開く開創具として作用するように構成される方向付け組立体４３０を形成する。
【００５５】
虫垂５０２が固定化されると、腹腔鏡ステープラを手術野内に配置し、虫垂５０２を盲腸５０４から分離するために使用することができる。虫垂５０２が盲腸５０４から分離された後、方向付け組立体４３０は、虫垂５０２がバッグ（図示せず）内に落ちるように引き込められ、盲腸５０４及び回腸末端部５０６は引込められることはない。シース１２０は、付属物のセットを覆って後進させることができ、軟性処置具は患者から引き抜くことができる。
【００５６】
代替的実施形態
代替的実施形態では、１つまたは複数の付属物は、組織を切断、切開、または生検する機能を含むことができる（図示せず）。付属物の関節動作は、軟性処置具１００が予め形成されたパターンまたは術前画像から生成されたパターンで切断することを可能とする。代替的実施形態では、付属物の１つまたは複数は、手術野内で組織を押圧し、引張り、持上げ、及び引き込む把持具、器具、及びカメラ等の組織を操作する伝統的な器具を含むことができる。
【００５７】
明らかに、上記教示に照らして本発明の種々の変更及び変形が可能である。したがって、添付の請求の範囲の範囲内において、本発明は、本明細書に具体的に記載されたものとは別の方法で実施され得ることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【国際調査報告】
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