(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的な複雑さ及びサイズを減少させることのできる低侵襲ロボット手術システムを提供する。【解決手段】ロボット手術システムは、配向プラットフォーム７６、配向プラットフォームを移動可能に支持する支持リンク機構７４、複数の手術器具マニピュレータ８２、及び複数のセットアップリンク機構８０を含む。マニピュレータのそれぞれは、器具ホルダを含むとともに操作のリモートセンタ（ＲＣ）周りに器具ホルダを回転させるよう動作可能である。マニピュレータの少なくとも１つは、作動されるとき、固定位置に関連付けられるＲＣを保持する運動を通じて取り付けられたマニピュレータを動かす再配向機構を含む。【選択図】図６
2018149303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と；
手術器具が取り付け可能であるマニピュレータであって、前記マニピュレータは、前記手術器具を挿入軸に沿って患者の中に操作のリモートセンタ（ＲＣ）を通って挿入するように、前記ＲＣと交差するマニピュレータ第１軸周りに前記手術器具を回転させるように、並びに前記ＲＣと交差するマニピュレータ第２軸周りに前記手術器具を回転させるように構成され、前記マニピュレータ第２軸は前記マニピュレータ第１軸を横断し、前記マニピュレータ第１軸及び前記マニピュレータ第２軸のそれぞれは前記挿入軸を横断する、マニピュレータと；
前記支持部に対して前記マニピュレータを再配向するように及び前記支持部に対して選択された位置に前記マニピュレータを固定して支持するように構成されるセットアップリンク機構であって、前記セットアップリンク機構は、前記支持部に結合される近位リンク、前記マニピュレータに結合される遠位リンク、及び前記近位リンクに対して固定位置に前記ＲＣを保持する運動で前記近位リンクに対して前記遠位リンクを動かすように構成される再配向機構を含む、セットアップリンク機構と；を有する、
手術システム。
【請求項２】
前記再配向機構は、再配向回転ジョイント及び再配向リンクを有し、
前記再配向リンクは、前記再配向回転ジョイントに結合される近位端部及び前記マニピュレータに結合される遠位端部を有し、
前記再配向回転ジョイントの作動は、前記ＲＣと交差するとともに前記マニピュレータ第１軸又は前記マニピュレータ第２軸のいずれとも整列しない再配向軸周りに前記再配向リンクを回転させ、
前記再配向リンクは、前記再配向回転ジョイントの作動に応じて、前記ＲＣを前記近位リンクに対して固定位置に保持するように構成される、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項３】
前記マニピュレータは、前記マニピュレータが前記マニピュレータ第１軸周りに前記手術器具を回転させるとき及び前記マニピュレータが前記マニピュレータ第２軸周りに前記手術器具を回転させるとき、前記遠位リンクに対して前記ＲＣの固定位置を保持するように機械的に拘束される、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項４】
前記マニピュレータは、前記マニピュレータの第１のジョイントの作動に応じて前記マニピュレータ第１軸周りの回転に機械的に制限される第１の運動を通じて前記手術器具を動かすように及び前記マニピュレータの第２のジョイントの作動に応じて前記マニピュレータ第２軸周りの回転に機械的に制限される第２の運動を通じて前記手術器具を動かすように、機械的に構成される、
請求項３に記載の手術システム。
【請求項５】
前記近位リンクは、第１セットアップリンク機構軸周りに前記支持部に対して前記近位リンクを選択的に配向するように構成される近位セットアップリンク機構ジョイントを通じて前記支持部に結合される近位端部を有し、
前記遠位リンクは、前記マニピュレータに結合されるとともに少なくとも２方向に前記近位リンクに対して再位置決め可能である遠位端部を有する、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項６】
第２手術器具が取り付け可能である第２マニピュレータであって、前記第２マニピュレータは、前記第２手術器具を第２挿入軸に沿って前記患者の中に操作の第２リモートセンタ（第２ＲＣ）を通って挿入するように、前記第２ＲＣと交差する第２マニピュレータ第１軸周りに前記第２手術器具を回転させるように、並びに前記第２ＲＣと交差する第２マニピュレータ第２軸周りに前記第２手術器具を回転させるように構成され、前記第２マニピュレータ第２軸は前記第２マニピュレータ第１軸を横断し、前記第２マニピュレータ第１軸及び前記第２マニピュレータ第２軸のそれぞれは前記第２挿入軸を横断する、第２マニピュレータと；
前記支持部に対して前記第２マニピュレータを再配向するように及び前記支持部に対して選択された位置に前記第２マニピュレータを固定して支持するように構成される第２セットアップリンク機構であって、前記第２セットアップリンク機構は、前記支持部に結合される第２近位リンク、前記第２マニピュレータに結合される第２遠位リンク、及び前記第２近位リンクに対して固定位置に前記第２ＲＣを保持する運動で前記第２近位リンクに対して前記第２遠位リンクを動かすように構成される第２再配向機構を含む、第２セットアップリンク機構と；をさらに有する、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項７】
前記第２再配向機構は、第２再配向回転ジョイント及び第２再配向リンクを含み、
前記第２再配向リンクは、前記第２再配向回転ジョイントに結合される近位端部及び前記第２マニピュレータに結合される遠位端部を有し、
前記第２再配向回転ジョイントの作動は、前記第２ＲＣと交差するとともに前記第２マニピュレータ第１軸又は前記第２マニピュレータ第２軸のいずれとも整列しない第２再配向軸周りに前記第２再配向リンクを回転させ、
前記第２再配向リンクは、前記第２再配向回転ジョイントの作動に応じて、前記第２ＲＣを前記第２近位リンクに対して固定位置に保持するように構成される、
請求項６に記載の手術システム。
【請求項８】
前記第２マニピュレータは、前記第２マニピュレータが前記第２マニピュレータ第１軸周りに前記第２手術器具を回転させるとき及び前記第２マニピュレータが前記第２マニピュレータ第２軸周りに前記第２手術器具を回転させるとき、前記第２遠位リンクに対して前記第２ＲＣの固定位置を保持するように機械的に拘束される、
請求項６に記載の手術システム。
【請求項９】
前記第２マニピュレータは、前記第２マニピュレータの第１のジョイントの作動に応じて前記第２マニピュレータ第１軸周りの回転に機械的に制限される第１の運動を通じて前記第２手術器具を動かすように及び前記第２マニピュレータの第２のジョイントの作動に応じて前記第２マニピュレータ第２軸周りの回転に機械的に制限される第２の運動を通じて前記第２手術器具を動かすように、機械的に構成される、
請求項８に記載の手術システム。
【請求項１０】
前記第２近位リンクは、第２セットアップリンク機構軸周りに前記支持部に対して前記第２近位リンクを選択的に配向するように構成される近位第２セットアップリンク機構ジョイントを通じて前記支持部に結合される近位端部を有し、
前記第２遠位リンクは、前記第２マニピュレータに結合されるとともに少なくとも２方向に前記第２近位リンクに対して再位置決め可能である遠位端部を有する、
請求項６に記載の手術システム。
【請求項１１】
支持部と；
患者に挿入可能な手術器具を移動可能に支持するように構成される、手術器具マニピュレータと；
前記手術器具マニピュレータを前記支持部に結合するセットアップリンク機構と；を有し、
前記セットアップリンク機構は、前記支持部に対して前記手術器具マニピュレータを再位置決めするように及び前記支持部に対して前記手術器具マニピュレータを固定して支持するように動作可能であり、
前記セットアップリンク機構は：
ベースリンクと；
前記ベースリンクを前記支持部に回転可能に結合するとともに前記支持部に対して前記ベースリンクを選択的に配向するように動作可能である第１ジョイントと；
前記ベースリンクに対する水平方向の並進移動のために前記ベースリンクに対してスライド可能に結合される延長リンクと；
垂直リンクと；
前記垂直リンクと前記延長リンクに結合する平行四辺形リンク機構部分であって、前記平行四辺形リンク機構部分は、前記垂直リンクを配向されたままにしながら、前記延長リンクに対して前記垂直リンクを動かすように構成され且つ動作可能である、平行四辺形リンク機構部分と；
前記手術器具マニピュレータが取り付けられるマニピュレータ支持リンクと；
前記マニピュレータ支持リンクを前記垂直リンクに回転可能に結合するとともに前記垂直リンクに対して前記マニピュレータ支持リンクを選択的に配向するように動作可能である第２ジョイントと；
を有する、
ロボット手術システム。
【請求項１２】
前記患者に挿入可能な第２手術器具を移動可能に支持するように構成される、第２手術器具マニピュレータと；
前記第２手術器具マニピュレータを前記支持部に結合する第２セットアップリンク機構と；をさらに有し、
前記第２セットアップリンク機構は、前記支持部に対して前記第２手術器具マニピュレータを再位置決めするように及び前記支持部に対して前記第２手術器具マニピュレータを固定して支持するように動作可能である、
請求項１１に記載のロボット手術システム。
【請求項１３】
前記患者に挿入可能な第３手術器具を移動可能に支持するように構成される、第３手術器具マニピュレータと；
前記第３手術器具マニピュレータを前記支持部に結合するとともに、前記支持部に対して前記第３手術器具マニピュレータを再位置決めするように及び前記支持部に対して前記第３手術器具マニピュレータを固定して支持するように動作可能である、第３セットアップリンク機構と；をさらに有する、
請求項１２に記載のロボット手術システム。
【請求項１４】
取付ベースと；
前記支持部を前記取付ベースに結合する支持リンク機構と；をさらに有し；
前記支持リンク機構は、前記取付ベースに対して前記支持部を再位置決めするように及び前記取付ベースに対して前記支持部を固定して支持するように動作可能である、
請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のロボット手術システム。
【請求項１５】
前記支持リンク機構は、コラムベース、並進移動可能なコラム部材、ショルダジョイント、ブームベース部材、ブーム第１段部材、ブーム第２段部材、及びリストジョイントを有し；
前記コラムベースは、前記取付ベースに固定して取り付けられ；
前記並進移動可能なコラム部材は、前記コラムベースに対して垂直に配向された軸に沿って並進移動するよう前記コラムベースにスライド可能に結合され；
前記ブームベース部材は、前記ショルダジョイントによって前記並進移動可能なコラム部材と回転可能に結合され；
前記ショルダジョイントは、前記並進移動可能なコラム部材に対して水平面内で前記ブームベース部材を選択的に配向するように動作可能であり；
前記ブーム第１段部材は、前記ブームベース部材に対して水平方向に選択的に並進移動可能であり；
前記ブーム第２段部材は、前記ブーム第１段部材に対して水平方向に選択的に並進移動可能であり；
前記リストジョイントは、前記ブーム第２段部材を前記支持部に回転可能に結合する
請求項１４に記載のロボット手術システム。
【請求項１６】
配向プラットフォームと；
前記配向プラットフォームを移動可能に支持する支持リンク機構と；
複数のマニピュレータであって、
前記マニピュレータの各々は、器具ホルダを含み、
前記マニピュレータの各々は、前記器具ホルダに取り付けられる関連付けられる手術器具を支持するように、前記関連付けられる手術器具を挿入軸に沿って患者の中に関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を通って挿入するように、前記関連付けられるＲＣと交差する第１マニピュレータ軸周りに前記器具ホルダを回転させるように、及び前記関連付けられるＲＣと交差する第２マニピュレータ軸周りに前記器具ホルダを回転させるように構成され、
前記第１マニピュレータ軸及び前記第２マニピュレータ軸の各々は、前記挿入軸を横断し、前記第２マニピュレータ軸は、前記第１マニピュレータ軸を横断する、
複数のマニピュレータと；
複数のセットアップリンク機構であって、
前記セットアップリンク機構の各々は、前記複数のマニピュレータのうちの関連付けられるマニピュレータを前記配向プラットフォームに結合し、
前記セットアップリンク機構の各々は、前記配向プラットフォームに対して前記関連付けられるマニピュレータを再位置決めするように動作可能であり、
前記セットアップリンク機構の各々は、前記配向プラットフォームに対して選択された位置に前記関連付けられるマニピュレータを固定して支持するように動作可能であり、
前記セットアップリンク機構の各々は、前記配向プラットフォームに結合される近位リンク及び前記関連付けられるマニピュレータに結合される遠位リンクを含み、
前記セットアップリンク機構の少なくとも１つは、作動されるとき、前記近位リンクに対して固定位置に前記関連付けられるマニピュレータの前記ＲＣを保持する運動を通じて前記近位リンクに対して前記遠位リンクを動かす再配向機構を有する、
複数のセットアップリンク機構と；
を有する、
ロボット手術システム。
【請求項１７】
前記再配向機構は、トルネード回転ジョイント及びトルネードリンクを含み、前記トルネードリンクは、前記トルネード回転ジョイントに結合されるトルネードリンク近位端部及び前記関連付けられるマニピュレータに結合されるトルネードリンク遠位端部を有し；
前記トルネード回転ジョイントの作動は、前記関連付けられるマニピュレータの前記ＲＣと交差するとともに前記第１マニピュレータ軸及び前記第２マニピュレータ軸のいずれとも整列しないトルネード軸周りに前記トルネードリンクを回転させ、
前記トルネードリンクは、前記トルネード回転ジョイントの作動に応じて、記関連付けられるマニピュレータの前記ＲＣを前記近位リンクに対して固定位置に保持するように構成される、
請求項１６に記載のロボット手術システム。
【請求項１８】
前記マニピュレータの少なくとも１つは、前記第１マニピュレータ軸周りの前記器具ホルダの回転中及び前記第２マニピュレータ軸周りの前記器具ホルダの回転中、前記遠位リンクに対して前記関連付けられるマニピュレータの前記ＲＣの固定位置を保持するように機械的に拘束される、
請求項１６に記載のロボット手術システム。
【請求項１９】
前記マニピュレータの各々は、前記第１マニピュレータ軸周りの前記器具ホルダの回転中及び前記第２マニピュレータ軸周りの前記器具ホルダの回転中、前記遠位リンクに対して前記関連付けられるマニピュレータの前記ＲＣの固定位置を保持するように機械的に拘束される、
請求項１６に記載のロボット手術システム。
【請求項２０】
前記マニピュレータの少なくとも１つは、前記第１マニピュレータ軸周りの回転に機械的に制限される第１の運動を通じて前記マニピュレータの第１ジョイントの作動に応じて前記器具ホルダを動かすように及び前記第２マニピュレータ軸周りの回転に機械的に制限される第２の運動を通じて前記マニピュレータの第２ジョイントの作動に応じて前記器具ホルダを動かすように、機械的に構成される、
請求項１６又は１８に記載のロボット手術システム。
【請求項２１】
前記マニピュレータの各々は、前記第１マニピュレータ軸周りの回転に機械的に制限される第１の運動を通じて前記マニピュレータの第１ジョイントの作動に応じて前記器具ホルダを動かすように及び前記第２マニピュレータ軸周りの回転に機械的に制限される第２の運動を通じて前記マニピュレータの第２ジョイントの作動に応じて前記器具ホルダを動かすように、機械的に構成される、
請求項１６又は１９に記載のロボット手術システム。
【請求項２２】
前記支持リンク機構は：
取付ベースと；
前記取付ベースにスライド可能に取り付けられるとともに、垂直に配向される第１支持軸に沿って前記取付ベースに対して選択的に位置決め可能である、コラムと；
ブームベース部材であって、垂直に配向される第２支持軸の周りに前記コラムに対して前記ブームベース部材を選択的に配向するよう動作可能であるショルダジョイントを通じて前記コラムに回転結合される、ブームベース部材と；
延長可能なブーム部材であって、水平に配向される第３支持軸に沿って前記ブームベース部材に対して前記延長可能なブーム部材を選択的に位置決めするよう動作可能であるブームジョイントを通じて前記ブームベース部材とスライド可能に結合される、延長可能なブーム部材と；を有し、
前記配向プラットフォームは、前記延長可能なブーム部材に回転結合される、
請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載のロボット手術システム。
【請求項２３】
配向プラットフォームと；
前記配向プラットフォームを移動可能に支持する支持リンク機構と；
複数のマニピュレータであって、前記マニピュレータの各々は、患者に挿入可能な関連付けられる手術器具を移動可能に支持する、複数のマニピュレータと；
複数のセットアップリンク機構であって、前記セットアップリンク機構の各々は、前記複数のマニピュレータのうちの関連付けられるマニピュレータを前記配向プラットフォームに結合し、前記セットアップリンク機構の各々は、前記配向プラットフォームに対して前記関連付けられるマニピュレータを再位置決めするように動作可能であり、前記セットアップリンク機構の各々は、前記配向プラットフォームに対して前記関連付けられるマニピュレータを固定して支持するように動作可能である、複数のセットアップリンク機構と；
を有し、
前記複数のセットアップリンク機構のうちの少なくとも第１セットアップリンク機構は：
第１リンクであって、前記第１リンクを前記配向プラットフォームに対して第１セットアップリンク機構軸周りに選択的に配向するよう動作可能である第１セットアップリンク機構ジョイントを通じて前記配向プラットフォームに回転結合される第１リンク近位端部を有する、第１のリンクと、
第２リンクであって、前記第２リンクを前記第１リンクに対して水平に配向される第２セットアップリンク機構軸に沿って選択的に再位置決めするよう動作可能である第２セットアップリンク機構ジョイントを通じて前記第１リンクにスライド可能に取り付けられる、第２リンクと、
第３リンクであって、前記第３リンクを前記第２リンクに対して垂直に配向される第３セットアップリンク機構軸に沿って選択的に再位置決めするよう動作可能である第３セットアップリンク機構ジョイントを通じて前記第２リンクにスライド可能に取り付けられる、第３リンクと、
第４リンクであって、前記第４リンクを前記第３リンクに対して垂直に配向される第４セットアップリンク機構軸の周りに選択的に配向するよう動作可能である第４セットアップリンク機構ジョイントを通じて前記第のリンクに回転結合される、第４リンクと、
を有し、
前記複数のセットアップリンク機構のうちの１又は複数によって前記配向プラットフォームに結合される前記複数のマニピュレータのうちの対応する１又は複数のマニピュレータは、前記第４リンクの遠位にあるとともに前記第４リンクによって支持される、
ロボット手術システム。
【請求項２４】
前記複数のマニピュレータのうちの各マニピュレータは、前記関連付けられる手術器具を支持するように構成される器具ホルダを有し；
前記複数のマニピュレータのうちの各マニピュレータは、前記関連付けられる手術器具を患者の中に関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を通って挿入するように、前記関連付けられるＲＣと交差する第１マニピュレータ軸周りに前記器具ホルダを回転させるように、及び前記関連付けられるＲＣと交差する第２マニピュレータ軸周りに前記器具ホルダを回転させるように構成され、前記第２マニピュレータ軸は、前記第１マニピュレータ軸を横断する、
請求項２３に記載のロボット手術システム。
【請求項２５】
前記セットアップリンク機構の少なくとも第１セットアップリンク機構は、前記第４リンクに結合される再配向機構を含み、
前記再配向機構の作動は、前記関連付けられるＲＣを前記第４リンクに対して固定位置に保持する運動を通じて前記第４リンクに対して前記関連付けられるマニピュレータを動かす、
請求項２４に記載のロボット手術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年６月１日に出願された米国特許出願第６１/６５４，３６７号の優先権を主張し、その全体は参照により本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲医療技術は、診断又は外科手術中に損傷を受ける無関係な組織の量を低減することを目的としており、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を低減させる。例えば、低侵襲手術の１つの効果は、低減した手術後病院回復時間である。標準的な外科手術に対する平均入院期間は、類似の低侵襲手術に対する平均入院期間より長いので、低侵襲技術の利用増加は、毎年の病院費を何百万ドル節約することができる。米国で毎年行われる手術の多くが潜在的に低侵襲な方法で実行されることができるが、低侵襲手術器具の及びそれらを使いこなすことに関わる追加的な手術トレーニングの制限ために、現在の手術の一部しかこれらの有利な技術を使用していない。
【０００３】
低侵襲ロボット手術又は遠隔手術システムは、外科医の器用さを増大させるように及び従来の低侵襲技術の制限の幾つかを避けるように、開発されている。遠隔手術では、外科医は、手で手術器具を直接握るとともに動かすのではなく、手術器具の動きを操作するために何らかの遠隔制御（例えば、サーボ機構、等）を使用する。遠隔手術では、外科医は、手術ワークステーションにおいて手術部位の画像を提供され得る。ディスプレイで手術部位の２又は３次元画像を見ながら、外科医は、マスタ制御デバイスを操作することによって、患者に外科手術を行い、このマスタ制御デバイスは、サーボ機構的に操作される器具の動きを制御する。
【０００４】
遠隔手術に使用されるサーボ機構はしばしば、（外科医の手のそれぞれに対する）２つのマスタコントローラからの入力を受け取るとともに、手術器具が取付けられる２以上のロボットアームを含み得る。マスタコントローラと、関連付けられるロボットアーム及び器具組立体との間の動作通信は、典型的には、制御システムによって達成される。制御システムは典型的には、少なくとも１つのプロセッサを含み、このプロセッサは、入力コマンドを、マスタコントローラから関連付けられるロボットアーム及び器具組立体に、並びに、例えば、フォースフィードバック等の場合に、器具及びアーム組立体から関連付けられるマスタコントローラに戻って中継する。ロボット手術システムの一例は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＩｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ，  Ｉｎｃ．から市販されているＤＡ  ＶＩＮＣＩ（登録商標）システムである。
【０００５】
種々の構造配置が、ロボット手術中に手術部位に手術器具を支持するために使用されることができる。駆動されるリンク機構又は「スレーブ」は、しばしば、ロボット手術マニピュレータと呼ばれ、低侵襲ロボット手術の間にロボット手術マニピュレータとして使用するための例示のリンク機構配置は、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載され、これらの全体の開示は本出願に参照によって援用される。これらのリンク機構はしばしば、シャフトを有する器具を保持するために平行四辺形装置を使用する。このようなマニピュレータ構造は、器具が剛性軸の長さに沿った空間内に位置決めされる操作のリモートセンタ周りに枢動するように、器具の運動を拘束することができる。操作のリモートセンタを、（例えば、腹腔鏡手術の間の腹壁でのトロカールまたはカニューレを用いて）内部手術部位への切開点と位置合わせすることにより、手術器具のエンドエフェクタが、腹壁に対して潜在的に危険な力をかけることなしに、マニピュレータリンク機構を用いてシャフトの近位端部を動かすことによって安全に位置決めされることができる。代替のマニピュレータ構造は、例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、及び特許文献１１に記載され、これらの全体の開示は本出願に参照によって援用される。
【０００６】
種々の構造配置もまた、ロボット手術中、手術部位にロボット手術マニピュレータ及び手術器具を支持及び位置決めするために使用されることができる。セットアップジョイント、又はセットアップジョイントアームと呼ばれることもある、支持リンク機構は、しばしば、各マニピュレータを患者の体のそれぞれの切開ポイントに位置決めするとともに位置合わせするために使用される。支持リンク機構は、所望の手術切開ポイント及び目標とされる解剖学的構造への手術マニピュレータの位置合わせを容易にする。例示的な支持リンク機構は、特許文献３及び特許文献１２に記載され、これらの全体の開示は本出願に参照によって援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，５９４，９１２号
【特許文献２】米国特許第６，７５８，８４３号
【特許文献３】米国特許第６，２４６，２００号
【特許文献４】米国特許第５，８００，４２３号
【特許文献５】米国特許第７，７６３，０１５号
【特許文献６】米国特許第６，７０２，８０５号
【特許文献７】米国特許第６，６７６，６６９号
【特許文献８】米国特許第５，８５５，５８３号
【特許文献９】米国特許第５，８０８，６６５号
【特許文献１０】米国特許第５，４４５，１６６号
【特許文献１１】米国特許第５，１８４，６０１号
【特許文献１２】米国特許第６，７８８，０１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
新しい遠隔手術システム及び装置は非常に効果的且つ有利であることが証明されているが、なお更なる改良が望まれる。一般に、改良された低侵襲ロボット手術システムが望まれるい。これらの改良された技術がロボット手術システムの効率及び使いやすさを高める場合、特に有益である。例えば、操作性を高めること、手術室のスペース利用を改良すること、より早く且つ簡単なセットアップを提供すること、使用中のロボット装置間の衝突を妨げること、及び／又はこれらの新しい手術システムの機械的な複雑さ及びサイズを減少させることは特に有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下は、本発明の基本的な理解を提供するために本発明の幾つかの実施形態の簡略化された概要を提供する。この概要は、本発明の広範囲にわたる概要ではない。本発明の鍵となる／重要な要素を識別することを又は本発明の範囲を説明することを意図するものではない。その唯一の目的は、本発明の幾つかの実施形態を、後述されるより詳細な説明への前置きとして簡略化された形態で提供することである。
【００１０】
改良されたロボット手術システム及びロボット手術システムでの使用のためのモジュール式マニピュレータ支持部が開示される。改良されたロボット手術システムは、複数のセットアップリンク機構を支持するために使用される配向プラットフォームを含み、この複数のセットアップリンク機構のそれぞれは、関連付けられる手術器具マニピュレータ、又は複数のマニピュレータを支持する。支持リンク機構は、配向プラットフォームを移動可能に支持するために使用される。支持リンク機構の１又は複数は、関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を固定位置に保持する動きによってマニピュレータを再位置決めするよう動作可能である再配向機構を含むことができ、それによって支持されるマニピュレータが切開場所において患者に潜在的に危険な力を生じさせることなしに再位置決めされることを可能にする。支持リンク機構の１又は複数はまた、再配向プラットフォームに回転結合される第１のリンク、第１のリンクに対して水平にスライドするように第１のリンクにスライド可能に取り付けられる第２のリンク、第２のリンクに対して垂直にスライドするように第２のリンクに対してスライド可能に取り付けられる第３のリンク、及び第３のリンクに対して垂直軸周りに回転するように第３のリンクに回転結合される第４のリンクを含むことができる。支持リンク機構は、移動可能なフロア支持される取付ベース、及び取付ベースに結合されるとともに配向プラットフォームを移動可能に支持する調整可能なリンク機構を含むことができる。取付ベースはまた、例えば、フロア又は他の固定された構造に直接取付けられることによって、不動であることができる。開示されるロボット手術システム及びモジュール式マニピュレータ支持部は、操作性を高め、手術室のスペース利用を改良し、より早く且つ簡単なセットアップを提供し、使用中のロボット装置間の衝突を妨げ、及び同等の能力を有する既存のシステム及び支持部に対して減少した機械的な複雑さを有する。
【００１１】
したがって、１つの態様では、配向プラットフォーム、配向プラットフォームを移動可能に支持する支持リンク機構、複数のマニピュレータ、及び複数のセットアップリンク機構を含むロボット手術システムが開示される。マニピュレータのそれぞれは器具ホルダを含むことができる。マニピュレータのそれぞれは、器具ホルダに取り付けられる関連付けられる手術器具を支持し、関連付けられる手術器具を挿入軸に沿って患者の中に関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を通って挿入し、関連付けられるＲＣと交差する第１のマニピュレータ軸周りに器具ホルダを回転させ、及び関連付けられるＲＣと交差する第２のマニピュレータ軸周りに器具ホルダを回転させるように構成されることができる。第１及び第２のマニピュレータ軸のそれぞれは、挿入軸に対して直角である。第２のマニピュレータ軸は、第１のマニピュレータ軸に対して直角である。セットアップリンク機構のそれぞれは、マニピュレータの１つを配向プラットフォームに結合するとともに、配向プラットフォームに対して関連付けられるマニピュレータを再配向するように及び配向プラットフォームに対して選択された位置に関連付けられるマニピュレータを固定して支持するように動作可能である。セットアップリンク機構のそれぞれは、配向プラットフォームに結合される近位リンク及び関連付けられるマニピュレータに結合される遠位リンクを含む。セットアップリンク機構の少なくとも１つは、作動されるとき、近位リンクに対して固定位置に関連付けられるＲＣを保持する運動を通じて近位リンクに対して遠位リンクを動かす再配向機構を含む。
【００１２】
多くの実施形態では、再配向機構は、トルネード（ｔｏｒｎａｄｏ）回転ジョイント及びトルネードリンクを含む。トルネードリンクは、トルネード回転ジョイントに結合されるトルネードリンク近位端部及び関連付けられるマニピュレータに結合されるトルネードリンク遠位端部を有する。トルネード回転ジョイントの作動は、ＲＣと交差するとともに第１及び第２のマニピュレータ軸のいずれとも一致しないトルネード軸周りにトルネードリンクを回転させる。トルネードリンクは、トルネード軸周りのトルネードリンクの全ての配向に対して関連付けられるＲＣを近位リンクに対して固定位置に保持するように構成される。
【００１３】
多くの実施形態では、マニピュレータの少なくとも１つは、第１のマニピュレータ軸周りの器具ホルダの回転中及び第２のマニピュレータ軸周りの器具ホルダの回転中、遠位リンクに対して関連付けられるＲＣの固定位置を保持するように機械的に拘束される。例えば、マニピュレータの少なくとも１つは、第１のマニピュレータ軸周りの回転に機械的に制限される第１の運動を通じてマニピュレータの第１のジョイントの作動に応じて器具ホルダを動かすように及び第２のマニピュレータ軸周りの回転に機械的に制限される第２の運動を通じてマニピュレータの第２のジョイントの作動に応じて器具ホルダを動かすように機械的に構成されることができる。
【００１４】
多くの実施形態では、支持リンク機構は、移動可能にフロア支持される取付ベース、取付ベースにスライド可能に取り付けられるコラム、ショルダジョイントを通じてコラムに回転結合されるブームベース部材、及びブームジョイントを通じてブームベース部材とスライド可能に結合される延長可能なブーム部材を含む。コラムは、垂直に配向される第１の支持軸に沿って、取付けベースに対して選択的に位置決め可能である。ショルダジョイントは、垂直に配向される第２の支持軸の周りにコラムに対してブームベース部材を選択的に配向するよう動作可能である。ブームジョイントは、水平に配向される第３の支持軸に沿ってブームベース部材に対して延長可能なブーム部材を選択的に位置決めするよう動作可能である。配向プラットフォームは、延長可能なブーム部材に回転結合される。
【００１５】
他の態様では、配向プラットフォーム、配向プラットフォームを移動可能に支持する支持リンク機構、複数のマニピュレータ、及び複数のセットアップリンク機構を含むロボット手術システムが開示される。マニピュレータのそれぞれは、患者に挿入可能な関連付けられる手術器具を移動可能に支持する。セットアップリンク機構のそれぞれは、マニピュレータの１つを配向プラットフォームに結合するとともに、配向プラットフォームに対して関連付けられるリンク機構を再位置決めするように及び配向プラットフォームに対して関連付けられるマニピュレータを固定して支持するように動作可能である。セットアップリンク機構の少なくとも１つは、第１のリンク、第２のリンク、第３のリンク、及び第４のリンクを含む。第１のリンクは、第１のリンクを配向プラットフォームに対して第１のセットアップリンク機構軸周りに選択的に配向するように動作可能である第１のセットアップリンク機構ジョイントを通じて配向プラットフォームに回転結合される第１のリンク近位端部を有する。第２のリンクは、第２のリンクを第１のリンクに対して水平に配向される第２のセットアップリンク機構軸に沿って選択的に再位置決めするように動作可能である第２のセットアップリンク機構ジョイントを通じて第１のリンクにスライド可能に取り付けられる。第３のリンクは、第３のリンクを第２のリンクに対して垂直に配向される第３のセットアップリンク機構軸に沿って選択的に再位置決めするように動作可能である第３のセットアップリンク機構ジョイントを通じて第２のリンクにスライド可能に取り付けられる。第４のリンクは、第４のリンクを第３のリンクに対して実質的に垂直に配向される第４のセットアップリンク機構軸の周りに選択的に配向するように動作可能である第４のセットアップリンク機構ジョイントを通じて第３のリンクに回転結合される。関連付けられるマニピュレータは第４のリンクの遠位にあるとともに第４のリンクによって支持される。
【００１６】
多くの実施形態では、マニピュレータの少なくとも１つは、関連付けられる手術器具を支持するように構成される器具ホルダを含むことができる。マニピュレータの少なくとも１つは、関連付けられる手術器具を患者の中に関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を通って挿入し、関連付けられるＲＣと交差する第１のマニピュレータ軸周りに器具ホルダを回転させ、及び関連付けられるＲＣと交差する第２のマニピュレータ軸周りに器具ホルダを回転させるように構成されることができる。第２のマニピュレータ軸は、第１のマニピュレータ軸に対して直角である。
【００１７】
多くの実施形態では、セットアップリンク機構の少なくとも１つは、第４のリンクに結合される再配向機構を含む。再配向機構の作動は、関連付けられるＲＣを第４のリンクに対して固定位置に保持する運動を通じて第４のリンクに対して関連付けられるマニピュレータを動かす。
【００１８】
多くの実施形態では、再配向機構は、トルネード回転ジョイント及びトルネードリンクを含む。トルネードリンクは、トルネード回転ジョイントに結合されるトルネードリンク近位端部及び関連付けられるマニピュレータに結合されるトルネードリンク遠位端部を有する。トルネード回転ジョイントの作動は、ＲＣと交差するとともに第１及び第２のマニピュレータ軸のいずれとも一致しないトルネード軸周りにトルネードリンクを回転させる。トルネードリンクは、トルネード軸周りのトルネードリンクの全ての配向に対して関連付けられるＲＣを第４のリンクに対して固定位置に保持するように構成される。
【００１９】
他の態様では、ロボット手術システムでの使用のためのモジュール式マニピュレータ支持部が開示される。ロボット手術システムは、関連付けられる手術器具を動かすための従動リンク及びジョイントを含む複数のマニピュレータを含む。モジュール式マニピュレータ支持部は、移動可能にフロア支持される取付ベース、取付ベースにスライド可能に取り付けられるコラム、ショルダジョイントを通じてコラムに回転結合されるブームベース部材、ブームジョイントを通じてブームベース部材にスライド可能に結合される延長可能なブーム部材、リストジョイントを通じて延長可能なブーム部材に回転結合される配向プラットフォーム、及び複数のセットアップリンク機構を含む。コラムは、垂直に配向される第１の支持軸に沿って、取付けベースに対して選択的に位置決め可能である。ショルダジョイントは、ブームベース部材をコラムに対して垂直に配向される第２の支持軸の周りに選択的に配向するよう動作可能である。ブームジョイントは、延長可能なブーム部材をブームベース部材に対して水平に配向される第３の支持軸に沿って選択的に位置決めするよう動作可能である。リストジョイントは、配向プラットフォームを延長可能なブーム部材に対して垂直に配向される第４の支持軸周りに選択的に配向するよう動作可能である。セットアップリンク機構のそれぞれは、マニピュレータの１つを配向プラットフォームに結合するとともに、配向プラットフォームに対して関連付けられるマニピュレータを選択的に位置決めするように及び配向プラットフォームに対して関連付けられるマニピュレータを固定して支持するように動作可能である。多くの実施形態では、ショルダジョイントの角度配向は、取付ベースの所定の安定限度を超えることを防ぐように制限される。
【００２０】
多くの実施形態では、セットアップリンク機構の少なくとも１つは、第１のリンク、第２のリンク、第３のリンク、及び第４のリンクを含む。第１のリンクは、第１のリンクを配向プラットフォームに対して第１のセットアップリンク機構軸周りに選択的に配向するように動作可能である第１のセットアップリンク機構ジョイントを通じて配向プラットフォームに回転結合される第１のリンク近位端部を有する。第２のリンクは、第２のリンクを第１のリンクに対して水平に配向される第２のセットアップリンク機構軸に沿って選択的に再位置決めするように動作可能である第２のセットアップリンク機構ジョイントを通じて第１のリンクにスライド可能に取り付けられる。第３のリンクは、第３のリンクを第２のリンクに対して垂直に配向される第３のセットアップリンク機構軸に沿って選択的に再位置決めするように動作可能である第３のセットアップリンク機構ジョイントを通じて第２のリンクにスライド可能に取り付けられる。第４のリンクは、第４のリンクを第３のリンクに対して垂直に配向される第４のセットアップリンク機構軸の周りに選択的に配向するように動作可能である第４のセットアップリンク機構ジョイントを通じて第３のリンクに回転結合される。関連付けられるマニピュレータは第４のリンクの遠位にあるとともに第４のリンクによって支持される。多くの実施形態では、第１のリンクは、水平方向に第１のセットアップリンク機構ジョイントから片持ちにされる。
【００２１】
多くの実施形態では、セットアップリンク機構の少なくとも１つは、第４のリンクと関連付けられるマニピュレータとの間に結合される再配向機構を含む。再配向機構の作動は、関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を第４のリンクに対して固定位置に保持する運動を通じて第４のリンクに対して関連付けられるマニピュレータを動かす。
【００２２】
多くの実施形態では、再配向機構は、トルネード回転ジョイント及びトルネードリンクを含む。トルネードリンクは、トルネード回転ジョイントに結合されるトルネードリンク近位端部及び関連付けられるマニピュレータに結合されるトルネードリンク遠位端部を有する。トルネード回転ジョイントの作動は、ＲＣと交差するとともに第１及び第２のマニピュレータ軸のいずれとも一致しないトルネード軸周りにトルネードリンクを回転させる。トルネードリンクは、トルネード軸周りのトルネードリンクの全ての配向に対して関連付けられるＲＣを第４のリンクに対して固定位置に保持するように構成される。
【００２３】
本発明の性質及び利点のより完全な理解のために、次の説明及び添付の図面への参照がなされるべきである。本発明の他の態様、目的及び利点は、以下の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】多くの実施形態による、手術を行うために使用される低侵襲性ロボット手術システムの平面図である。
【図２】多くの実施形態による、ロボット手術システムのための外科医の制御コンソールの斜視図である。
【図３】多くの実施形態による、ロボット手術システム電子装置カートの斜視図である。
【図４】多くの実施形態による、ロボット手術システムを概略的に描く。
【図５Ａ】多くの実施形態による、ロボット手術システムの患者側カート（手術ロボット）の部分図である。
【図５Ｂ】多くの実施形態による、ロボット手術ツールの正面図である。
【図６】多くの実施形態による、ロボット手術システムの斜視概略図である。
【図７】多くの実施形態による、他のロボット手術システムの斜視概略図である。
【図８】図７の概略図に一致する、多くの実施形態による、ロボット手術システムを示す。
【図９】図８のロボット手術システムの配向プラットフォームに対するセットアップリンク機構の回転配向限度を示す。
【図１０】多くの実施形態による、ロボット手術システム用ブーム組立体の回転限度に関連付けられる重心図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の説明では、本発明の様々な実施形態が説明される。説明の目的で、実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成及び詳細が記載される。しかし、本発明が特定の詳細なしで実施され得ることは、当業者にもまた明白となるであろう。さらに、記載されている実施形態を曖昧にしないために、良く知られた特徴は省略又は簡略化され得る。
【００２６】
低侵襲ロボット手術
ここで図面を参照すると、図１は、典型的には手術台１４に横たわっている患者１２に低侵襲診断又は外科手術を行うために使用される、低侵襲ロボット手術（ＭＩＲＳ）システム１０の平面図である。図面において、同様の参照番号は同様の部分を表す。システムは、手術中に外科医１８による使用のための外科医用コンソール１６を含む。１人又は複数の助手２０も手術に参加し得る。ＭＩＲＳシステム１０は、患者側カート２２（手術ロボット）及び電子装置カート２４をさらに含み得る。患者側カート２２は、外科医１８がコンソール１６を通して手術部位を視認している間、患者１２の身体の低侵襲性切開部を通る少なくとも１つの取り外し可能に結合されたツール組立体２６（以降、単に「ツール」と呼ばれる）を操作することができる。手術部位の画像は、内視鏡２８を位置決めするとともに方向付けするように患者側カート２２によって操作され得る、立体内視鏡等の内視鏡２８によって取得されることができる。電子装置カート２４は、外科医用コンソール１６を通じた外科医１８への続く表示のために手術部位の画像を処理するために、使用され得る。一度に使用される手術ツール２６の数は、概して、診断又は外科手術及び他要因の中でも手術室内の空間的制約に依存する。手術中に使用されているツール２６の１又は複数を交換することが必要な場合、助手２０は、患者側カート２２からツール２６を取外し、それを手術室のトレイ３０からの別のツール２６に交換し得る。
【００２７】
図２は、外科医用コンソール１６の斜視図である。この外科医用コンソール１６は、奥行き知覚を可能にする手術部位の協調立体視を外科医１８に提示するために左眼用ディスプレイ３２及び右眼用ディスプレイ３４を含む。コンソール１６は、１又は複数の入力制御装置３６をさらに含み、この装置３６は、患者側カート２２（図１に示される）に１又は複数のツールを操作させる。入力制御装置３６は、テレプレゼンス（ｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅ）を外科医に提供するために、それらの関連ツール２６（図１に示される）と同じ自由度を提供することができる、又は外科医がツール２６を直接制御する強い感覚を有するように、入力制御装置３６がツール２６と一体となる知覚を提供することができる。この目的のために、位置、力、及び触覚フィードバックセンサ（図示せず）が、ツール２６からの位置、力、及び触感を、入力制御装置３６を通じて外科医の手に返送するために使用され得る。
【００２８】
外科医用コンソール１６は通常、外科医が、手術を直接監視し得るように、必要であれば物理的に存在し得るように、及び電話又は他の通信媒体ではなく直接助手に話し掛け得るように、患者と同じ部屋の中に配置される。しかし、外科医は、患者とは異なる部屋、全く異なる建物、又は遠隔手術を可能にする患者から離れた他の場所にいることができる。
【００２９】
図３は、電子装置カート２４の斜視図である。電子装置カート２４は、内視鏡２８と結合されることができ、外科医用コンソールで、或いは局所的に及び／又は遠隔に位置する別の適切なディスプレイで、外科医に等、その後の表示のために取り込まれた画像を処理するためのプロセッサを含み得る。例えば、立体内視鏡が使用される場合、電子装置カート２４は、手術部位の協調立体画像を外科医に提示するために、取り込まれた画像を処理することができる。このような協調は、対向画像間の位置合わせを含み得るとともに、立体内視鏡の立体作動距離を調整することを含み得る。別の例として、画像処理は、光学収差等、画像取込装置の結像誤差を補償するために、以前に決定されたカメラ較正パラメータの使用を含み得る。
【００３０】
図４は、ロボット手術システム５０（図１のＭＩＲＳシステム１０等）を図式的に示す。上述のように、外科医用コンソール５２（図１の外科医用コンソール１６等）が、低侵襲手術中に患者側カート（手術ロボット）５４（図１の患者側カート２２等）を制御するために外科医によって使用され得る。患者側カート５４は、手術部位の画像を取込むとともに取込まれた画像を電子装置カート５６（図１の電子装置カート２４等）に出力するために、立体内視鏡等の撮像装置を使用することができる。上述のように、電子装置カート５６は、後に続く表示の前に、種々の方法で取込まれた画像を処理することができる。例えば、電子装置カート５６は、外科医用コンソール５２を介して組み合わされた画像を外科医に表示する前に、取込まれた画像を仮想制御インターフェースと重ね合わせることができる。患者側カート５４は、電子装置カート５６の外部で処理するために取込まれた画像を出力することができる。例えば、患者側カート５４は、取込まれた画像を処理するために使用され得る、プロセッサ５８に取込まれた画像を出力することができる。画像はまた、共同して、連続して、及び／又はそれらの組み合わせで、取込まれた画像を処理するために一緒に結合され得る、電子装置カート５６及びプロセッサ５８の組み合わせによって処理されることもできる。１又は複数の別個のディスプレイ６０も、手術部位の画像、又は他の関連画像等、画像の局所及び／又は遠隔表示のために、プロセッサ５８及び／又は電子装置カート５６と結合され得る。
【００３１】
図５Ａ及び５Ｂは、患者側カート２２及び手術ツール２６をそれぞれ示す。手術ツール２６は、手術ツール２６の例である。図示された患者側カート２２は、３つの手術ツール２６及び、手術野の画像を取得するために使用される立体内視鏡等、撮像装置２８の操作を提供する。操作は、幾つかのロボットジョイントを有するロボット機構によって提供される。撮像装置２８及び手術ツール２６は、運動学的リモートセンタ（遠隔中心）が切開部のサイズを最小化するよう切開部に保持されるように、切開部を通って患者内で位置決めされるとともに操作されることができる。手術野の画像は、手術ツール２６が撮像装置２８の視野内に位置決めされるとき、手術ツール２６の遠位端の画像を含むことができる。
【００３２】
ロボット手術システム及びモジュール式マニピュレータ支持部
図６は、多くの実施形態による、ロボット手術システム７０の斜視概略図である。手術システム７０は、取付ベース７２、支持リンク機構７４、配向プラットフォーム７６、複数の外側セットアップリンク機構７８（２つが示される）、複数の内側セットアップリンク機構８０（２つが示される）、及び複数の手術器具マニピュレータ８２を含む。マニピュレータ８２のそれぞれは、マニピュレータ８２に取り付けられるとともに挿入軸に沿って患者に挿入可能である手術器具を選択的に関節運動させるように動作可能である。マニピュレータ８２のそれぞれは、セットアップリンク機構７８、８０の１つに取付けられるとともに支持される。外側セットアップリンク機構７８のそれぞれは、第１のセットアップリンク機構ジョイント８４によって配向プラットフォーム７６に回転結合されるとともに支持される。内側セットアップリンク機構８０のそれぞれは、配向プラットフォーム７６に固定して結合されるとともに支持される。配向プラットフォーム７６は、支持リンク機構７４に回転結合されるとともに支持される。そして、支持リンク機構７４は、取付ベース７２に固定して取付けられるとともに支持される。
【００３３】
多くの実施形態では、取付けベース７２は、移動可能であるとともに床に支持され、それによって、例えば手術室内で、手術システム７０全体の選択的な再位置決めを可能にする。取付けベース７２は、操舵可能な車輪組立体及び／又は選択的な再位置決めすること並びに選択された位置からの取付ベース７２の移動を選択的に防ぐことの両方を提供する任意の他の適切な機能を含むことができる。取付ベース７２はまた、例えば、天井マウント、固定フロア／台座マウント、壁マウント、又は任意の他の適切な取付面等、任意の他の適切な構成を有することができる。
【００３４】
支持リンク機構７４は、取付ベース７２に対して配向プラットフォーム７６を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。支持リンク機構７４は、コラムベース８６、並進移動可能なコラム部材８８、ショルダジョイント９０、ブームベース部材９２、ブーム第１段部材９４、ブーム第２段部材９６、及びリストジョイント９８を含む。コラムベース８６は、取付ベース７２に固定して取付けられる。並進移動可能なコラム部材８８は、コラムベース８６に対する並進移動のためにコラムベース８６にスライド可能に結合される。多くの実施形態では、並進移動可能なコラム部材８８は、コラムベース８６に対して垂直に配向された軸に沿って並進移動する。ブームベース部材９２は、ショルダジョイント９０によって並進移動可能なコラム部材８８に回転結合される。ショルダジョイント９０は、ブームベース部材９２を水平面内で並進移動可能なコラム部材８８に対して選択的に配向するように動作可能であり、この並進移動可能なコラム部材８８はコラムベース８６及び取付ベース７２に対して固定角度配向を有する。ブーム第１段部材９４は、ブームベース部材９２に対して水平方向に選択的に並進移動可能であり、この水平方向は、多くの実施形態においてブームベース部材９２及びブーム第１段部材９４の両方と一直線になる。ブーム第２段部材９６は同様に、ブーム第１段部材９４に対して水平方向に選択的に並進移動可能であり、この水平方向は、多くの実施形態においてブーム第１段部材９４及びブーム第２段部材９６の両方と一直線になる。したがって、支持リンク機構７４は、ショルダジョイント９０とブーム第２段部材９６の遠位端部との間の距離を選択的に設定するよう動作可能である。リストジョイント９８は、ブーム第２段部材９６の遠位端部を配向プラットフォーム７６に回転結合する。リストジョイント９８は、取付ベース７２に対する配向プラットフォーム７６の角度配向を選択的に設定するよう動作可能である。
【００３５】
セットアップリンク機構７８、８０のそれぞれは、配向プラットフォーム７６に対して関連付けられるマニピュレータ８２を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。セットアップリンク機構７８、８０のそれぞれは、セットアップリンク機構ベースリンク１００、セットアップリンク機構延長リンク１０２、セットアップリンク機構平行四辺形リンク機構部分１０４、セットアップリンク機構垂直リンク１０６、第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８、及びマニピュレータ支持リンク１１０を含む。外側セットアップリンク機構７８のセットアップリンク機構ベースリンク１００のそれぞれは、第１のセットアップリンク機構ジョイント８４の動作を介して配向プラットフォーム７６に対して選択的に配向されることができる。図示された実施形態では、内側セットアップリンク機構８０のセットアップリンク機構ベースリンク１００のそれぞれは、配向プラットフォーム７６に固定して取付けられる。内側セットアップリンク機構８０のそれぞれはまた、外側セットアップリンク機構と同様に、追加的な第１のセットアップリンク機構ジョイント８４介して配向プラットフォーム７６に回転取付けられることもできる。セットアップリンク機構延長リンク１０２のそれぞれは、関連付けられるセットアップリンク機構ベースリンク１００に対して水平方向に並進移動可能である、この水平方向は、多くの実施形態において、関連付けられるセットアップリンク機構ベースリンク及びセットアップリンク機構延長リンク１０２と一直線になる。セットアップリンク機構平行四辺形リンク機構部分１０４のそれぞれは、セットアップリンク機構垂直リンク１０６を垂直に配向させたまま、セットアップリンク機構垂直リンク１０６を垂直方向に選択的に並進移動可能に構成されるとともに動作可能である。例示的な実施形態では、セットアップリンク機構平行四辺形リンク機構部分１０４のそれぞれは、第１の平行四辺形ジョイント１１２、結合リンク１１４、及び第２の平行四辺形ジョイント１１６を含む。第１の平行四辺形ジョイント１１２は、結合リンク１１４をセットアップリンク機構延長リンク１０２に回転結合する。第２の平行四辺形ジョイント１１６は、セットアップリンク機構垂直リンク１０６を結合リンク１１４に回転結合する。セットアップリンク機構延長リンク１０２に対する結合リンク１１４の回転が、セットアップリンク機構垂直リンク１０６が垂直に選択的に並進移動される間にセットアップリンク機構垂直リンク１０６が垂直に配向されて保持されるよう、結合リンク１１４に対するセットアップリンク機構垂直リンク１０６の相殺回転によって整合されるように、第１の平行四辺形ジョイント１１２は、第２の平行四辺形ジョイント１１６に回転が結び付けられる。第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８は、セットアップリンク機構垂直リンク１０６に対してマニピュレータ支持リンク１１０を選択的に配向するように動作可能であり、それによって、セットアップリンク機構垂直リンク１０６に対して関連付けられる取り付けられたマニピュレータ８２を選択的に配向する。
【００３６】
図７は、多くの実施形態による、ロボット手術システム１２０の斜視概略図である。手術システム１２０は図６の手術システム７０の構成要素と同様の構成要素を含むので、同じ参照数字が同様の構成要素に関して使用され、上述の同様の構成要素の対応する説明は、手術システム１２０に適用可能であるとともに繰り返しを避けるためにここでは省略される。手術システム１２０は、取付ベース７２、支持リンク機構１２２、配向プラットフォーム１２４、複数のセットアップリンク機構１２６（４つが示される）、及び複数の手術器具マニピュレータ８２を含む。マニピュレータ８２のそれぞれは、マニピュレータ８２に取り付けられるとともに挿入軸に沿って患者に挿入可能である手術器具を選択的に関節運動させるように動作可能である。マニピュレータ８２のそれぞれは、セットアップリンク機構１２６の１つに取付けられるとともに支持される。セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、第１のセットアップリンク機構ジョイント８４によって配向プラットフォーム１２４に回転結合されるとともに支持される。配向プラットフォーム１２４は、支持リンク機構１２２に回転結合されるとともに支持される。そして、支持リンク機構１２２は、取付ベース７２に固定して取付けられるとともに支持される。
【００３７】
支持リンク機構１２２は、取付ベース７２に対して配向プラットフォーム１２４を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。支持リンク機構１２２は、コラムベース８６、並進移動可能なコラム部材８８、ショルダジョイント９０、ブームベース部材９２、ブーム第１段部材９４、及びリストジョイント９８を含む。支持リンク機構１２２は、ショルダジョイント９０とブーム第１段部材９４の遠位端部との間の距離を選択的に設定するよう動作可能である。リストジョイント９８は、ブーム第１段部材９４の遠位端部を配向プラットフォーム１２４に回転結合する。リストジョイント９８は、取付ベース７２に対する配向プラットフォーム１２４の角度配向を選択的に設定するよう動作可能である。
【００３８】
セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、配向プラットフォーム１２４に対して関連付けられるマニピュレータ８２を選択的に位置決めする及び／又は配向するよう動作可能である。セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、セットアップリンク機構ベースリンク１００、セットアップリンク機構延長リンク１０２、セットアップリンク機構垂直リンク１０６、第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８、トルネード機構支持リンク１２８、及びトルネード機構１３０を含む。セットアップリンク機構１２６のセットアップリンク機構ベースリンク１００のそれぞれは、関連付けられる第１のセットアップリンク機構ジョイント８４の動作を介して配向プラットフォーム１２４に対して選択的に配向されることができる。セットアップリンク機構垂直リンク１０６のそれぞれは、関連付けられるセットアップリンク機構延長リンク１０２に対して垂直方向に選択的に並進移動可能である。第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８は、セットアップリンク機構垂直リンク１０６に対してトルネード機構支持リンク１２８を選択的に配向するように動作可能である。
【００３９】
トルネード機構１３０のそれぞれは、トルネードジョイント１３２、結合リンク１３４、及びマニピュレータ支持部１３６を含む。結合リンク１３４は、マニピュレータ支持部１３６をトルネードジョイント１３２に固定して結合する。トルネードジョイント１３２は、トルネード機構支持リンク１２８に対してトルネード軸１３８周りにマニピュレータ支持部１３６を回転させるように動作可能である。トルネード機構１３０は、マニピュレータ８２の操作のリモートセンタ（ＲＣ）がトルネード軸１３６と交差するようマニピュレータ支持部１３４を位置決めするとともに配向するように構成される。したがって、トルネードジョイント１３２の動作は、患者に対して関連付けられる操作のリモートセンタ（ＲＣ）を動かすことなしに、患者に対して関連付けられるマニピュレータ８２を再配向するために使用されることができる。
【００４０】
図８は、図７のロボット手術システム１２０の概略図に一致する、多くの実施形態による、ロボット手術システム１４０の簡略化された図である。手術システム１４０は、図７のロボット手術システム１２０に一致するので、同じ参照番号が類似の構成要素に関して使用され、上述の類似の構成要素の対応する説明は、手術システム１４０に適用可能であるとともに繰り返しを避けるためにここでは省略される。
【００４１】
支持リンク機構１２２は、多数のセットアップ構造軸に沿って支持リンク機構１２２のリンク間の相対運動を介して取付ベース７２に対して配向プラットフォーム１２４を選択的に位置決め及び配向するように構成される。並進移動可能なコラム部材８８は、第１のセットアップ構造（ＳＵＳ）軸１４２に沿ってコラムベース８６に対して選択的に再位置決め可能であり、この第１のＳＵＳ軸１４２は、多くの実施形態において、垂直に配向される。ショルダジョイント９０は、第２のＳＵＳ軸１４４周りに並進移動可能なコラム部材８８に対してブームベース部材９２を選択的に配向するよう動作可能であり、この第２のＳＵＳ軸１４４は、多くの実施形態において、垂直に配向される。ブーム第１段部材９４は、第３のＳＵＳ軸１４６に沿ってブームベース部材９２に対して選択的に再位置決め可能であり、この第３のＳＵＳ軸１４６は、多くの実施形態において、水平に配向される。そして、リストジョイント９８は、第４のＳＵＳ軸１４８に沿ってブーム第１段部材９４配向プラットフォーム１２４を選択的に配向するよう動作可能であり、この第４のＳＵＳ軸１４８は、多くの実施形態において、垂直に配向される。
【００４２】
セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、多数のセットアップジョイント（ＳＵＪ）軸に沿ってセットアップリンク機構１２６のリンク間の相対運動を介して配向プラットフォーム１２４に対して関連付けられるマニピュレータ８２を選択的に位置決め及び配向するように構成される。第１のセットアップリンク機構ジョイント８４のそれぞれは、第１のＳＵＪ軸１５０周りに配向プラットフォーム１２４に対して関連付けられるセットアップリンク機構ベースリンク１００を選択的に配向するよう動作可能であり、この第１のＳＵＪ軸１５０は、多くの実施形態において、垂直に配向される。セットアップリンク機構延長リンク１０２のそれぞれは、第２のＳＵＪ軸１５２に沿って関連付けられるセットアップベースリンク１００に対して選択的に再位置決め可能であり、この第２のＳＵＪ軸１５２は、多くの実施形態において、水平に配向される。セットアップリンク機構垂直リンク１０６のそれぞれは、第３のＳＵＪ軸１５４に沿って関連付けられるセットアップリンク機構延長リンク１０２に対して選択的に再位置決めされることができ、この第３のＳＵＪ軸１５４は、多くの実施形態において、垂直に配向される。第２のセットアップリンク機構ジョイント１０８のそれぞれは、第３のＳＵＪ軸１５４周りにセットアップリンク機構垂直リンク１０６に対してトルネード機構支持リンク１２８を選択的に配向するように動作可能である。トルネードジョイント１３２のそれぞれは、関連付けられるトルネード軸１３８周りに関連付けられるマニピュレータ８２を回転させるように動作可能である。
【００４３】
図９は、多くの実施形態による、配向プラットフォーム１２４に対するセットアップリンク機構１２６の回転配向限度を示す。セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、配向プラットフォーム１２４に対する時計回りの限度配向で示されている。対応する反時計回りの限度配向は、垂直に配向された鏡面に対する図９の鏡像によって示される。図示されるように、２つの内側セットアップリンク機構１２６のそれぞれは、垂直基準１５６から一方向に５度から垂直基準１５６から反対方向に７５度まで配向されることができる。また、図示されるように、２つの外側セットアップリンク機構のそれぞれは、垂直基準１５６から対応する方向に１５度から９５度まで配向されることができる。
【００４４】
図１０は、多くの実施形態による、ロボット手術システム１６０のための支持リンク機構の回転限度に関連付けられる重心図を示す。ロボット手術システム１６０の重心１６２を手術システム１６０の支持リンク機構１６４に対して一側に最大の範囲まで移動させるようにロボット手術システム１６０の構成要素が位置決めされるとともに配向される状態では、支持リンク機構１６４のショルダジョイントは、取付ベースの所定の安定限度を超えることを防ぐようにセットアップ構造（ＳＵＳ）ショルダジョイント軸１６６周りの支持構造１６４の回転を制限するように構成されることができる。
【００４５】
他の変形形態は本発明の精神の中にある。したがって、本発明は、様々な変更形態及び代替構造が可能であるが、幾つかの説明された実施形態は図面に示されるとともに詳細に記載されている。しかし、本発明を特定の形態又は開示された形態に限定する意図はなく、それどころか、全ての修正、代替構造、及び添付の特許請求の範囲に定められるように、本発明の精神及び範囲内に属する均等物をカバーすることを意図していることが理解されるべきである。
【００４６】
本発明を記載する文脈における（特に以下の請求項の範囲の文脈における）用語“ａ”、“ａｎ”、“ｔｈｅ”（１つの、ある）、及び同様の指示対象の使用は、本願に示されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、単数形及び複数形の両方を包含するように解釈されるべきである。用語「有する、含む、備える（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“ｈａｖｉｎｇ”、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”、及び“ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”）」は、記載されない限りオープンエンドタームとして（すなわち、「含んでいるが限定されない」ことを意味する）解釈されるべきである。用語「接続される」は、たとえ何かが介在していても、部分的に又は完全に中に含まれる、取り付けられる、又は一緒に結合されるとして解釈されるべきである。本願における値の範囲の列挙は、本願に明記しない限り、範囲に入るそれぞれの独立した値を個別に参照する省略表現方法として機能することが単に意図され、それぞれの独立した値は、それが本願に個別に参照されるように、明細書に組み込まれる。本願に記載された全ての方法は、本願に明記されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、任意の適切な順番で実行され得る。任意の及び全ての例、又は本願に用いられる例示的な言語（例えば、「等」）の使用は、本発明の実施形態をより良く明らかにすることを単に意図し、特許請求の範囲に記載されない限り、本発明の範囲の限定をもたらさない。明細書の言語は、本発明の実施に必須であるような任意の請求項に記載されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
【００４７】
本発明を実施するために発明者に知られているベストモードを含む、本発明の好適な実施形態がここに記載されている。これらの好適な実施形態の変形形態は、前述の記載を読むことで当業者に明らかになり得る。発明者は、熟練した職人がこのような変形形態を適切に用いることを予期し、発明者は発明が、本願に具体的に記載されるものとは違う他の方法で実施されることを意図する。したがって、本発明は、全ての修正形態及び適用される法律によって許されるように添付された特許請求の範囲に記載された主題の均等物を含む。さらに、それらの全ての可能な変形形態の上述の構成要素の任意の組み合わせが、本願に明記されない限り又は文脈によって明らかに否定されない限り、本発明によって包含される。
【００４８】
本願に引用された、出版物、特許出願、特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が参照により組み込まれることが個々に且つ明確に示されるような、並びに且つ完全に本願に述べられているような、同じ程度まで、参照により本願に組み込まれる。
【図１】
2018149303.tif 000003
【図２】
2018149303.tif 000004
【図３】
2018149303.tif 000005
【図４】
2018149303.tif 000006
【図５Ａ】
2018149303.tif 000007
【図５Ｂ】
2018149303.tif 000008
【図６】
2018149303.tif 000009
【図７】
2018149303.tif 000010
【図８】
2018149303.tif 000011
【図９】
2018149303.tif 000012
【図１０】
2018149303.tif 000013
【外国語明細書】
2018149303000001.pdf