(57)【要約】  小型医療ロボット（２００）は、５つ以上の自由度を有する医療器具（４００）の誘導および作動を提供する。ロボットは、下部平面内で移動可能な下部アクチュエータアームを有する。下部ジンバルマウントは、下部アクチュエータアームに取り付けられている。上部アクチュエータアームは、上部平面内で移動可能であり、上部ジンバルマウントは、上部アクチュエータアームに取り付けられている。誘導管は、下部ジンバルマウントおよび上部ジンバルマウントに取り付けられている。線形アクチュエータは、誘導管を通って延在する医療器具を長手方向に移動するように、誘導管に取り付けられる。線形アクチュエータは、線形アクチュエータの主本体部分内に配置された、作動ロッドと、線形モータとを含む。医療器具を回転させるための追加の回転アクチュエータは、提供され、かつ作動ロッドに堅固に接続され得る。【選択図】図１
2021520923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療ロボットであって、
下部平面内で移動可能な下部アクチュエータアームと、
前記下部アクチュエータアームに取り付けられている下部ジンバルマウントであって、前記下部ジンバルマウントが、前記下部平面内でピッチおよびロールを可能にする、少なくとも２つの自由度を有している、下部ジンバルマウントと、
上部平面内で移動可能な上部アクチュエータアームと、
前記上部アクチュエータアームに取り付けられている上部ジンバルマウントであって、前記上部ジンバルマウントが、前記上部平面内でのピッチおよびロールを可能にする、少なくとも２つの自由度を有している、上部ジンバルマウントと、
前記下部ジンバルマウントおよび前記上部ジンバルマウントに取り付けられている誘導管と、
前記誘導管に取り付けられている線形アクチュエータであって、前記線形アクチュエータが、前記誘導管を通って延在する医療器具を長手方向に移動させるように適合されている、線形アクチュエータと、を備える、医療ロボット。
【請求項２】
前記誘導管が、前記下部ジンバルマウントに堅固に取り付けられており、前記上部ジンバルマウント内にスライド可能に配置されている、請求項１に記載の医療ロボット。
【請求項３】
前記下部ジンバルマウントが、ねじが内部を通って前記誘導管の下部端部を前記内側ジンバル要素にクランプする、ねじ付き開口部を有する内側ジンバル要素を備える、請求項２に記載の医療ロボット。
【請求項４】
前記下部アクチュエータアームに堅固に取り付けられている後部部分と、前記下部ジンバルマウントの取り付けシャフトを受容する受容開口部と、を有する、下部器具アダプタと、
前記上部アクチュエータアームに堅固に取り付けられている後部部分と、前記上部ジンバルマウントの取り付けシャフトを受容する受容開口部と、を有する、上部器具アダプタと、をさらに備える、請求項１に記載の医療ロボット。
【請求項５】
前記下部ジンバルマウントおよび前記上部ジンバルマウントの前記取り付けシャフトが、各々、２つの円周溝を備え、
前記下部ジンバルマウントおよび前記上部ジンバルマウントの前記取り付けシャフトが、各々、２つのばね荷重固設ブラケットによって、前記上部器具アダプタおよび下部器具アダプタの、それぞれの前記受容開口部内に保持されており、前記ばね荷重固設ブラケットが、前記円周溝に係合する、保持ピンを有する、請求項４に記載の医療ロボット。
【請求項６】
前記線形アクチュエータが、
前記誘導管の上部端部の周りに延在する下部本体部分と、
前記下部本体部分から横方向にオフセットして配置されている主本体部分と、を備える、請求項１に記載の医療ロボット。
【請求項７】
受容開口部が、前記線形アクチュエータの下部本体部分内に形成されており、
クランプねじが、前記線形アクチュエータの前記下部本体部分を前記誘導管の上部端部に確実にクランプするように、提供されている、請求項１に記載の医療ロボット。
【請求項８】
前記医療器具が、前記線形アクチュエータの前記下部本体部分を通って延在する、請求項７に記載の医療ロボット。
【請求項９】
前記線形アクチュエータが、
作動ロッドと、
前記作動ロッドに堅固に取り付けられている器具クランプと、
前記線形アクチュエータの主本体部分内に配置されている線形モータであって、前記線形モータが、作動ロッドを移動させるように適合されている、線形モータと、を備える、請求項１に記載の医療ロボット。
【請求項１０】
前記線形モータが、圧電線形アクチュエータである、請求項９に記載の医療ロボット。
【請求項１１】
前記作動ロッドの長手方向軸が、前記誘導管の長手方向軸から半径方向にオフセットされて、かつ平行に延在する、請求項９に記載の医療ロボット。
【請求項１２】
前記線形アクチュエータが、
作動ロッドと、
前記線形アクチュエータの主本体部分内に配置されている線形モータであって、前記線形モータが作動ロッドを移動させるように適合されている、線形モータと、
前記作動ロッドに堅固に接続されている回転アクチュエータと、を備える、請求項１に記載の医療ロボット。
【請求項１３】
前記回転アクチュエータが、ピニオンギアを備え、前記ピニオンギアが、中央開口部を有し、それを通って、前記医療器具が挿入され得、かつその中へ、前記医療器具が解放可能にクランプされ得る、請求項１２に記載の医療ロボット。
【請求項１４】
前記回転アクチュエータが、前記ピニオンギアと係合する、ギアラックをさらに備え、前記ギアラックが、前記回転アクチュエータのハウジング内に配置されている線形モータによって移動されるように適合されている、請求項１３に記載の医療ロボット。
【請求項１５】
医療ロボットであって、
下部本体と、
前記下部本体の開口部を通って延在する下部アクチュエータアームであって、前記下部アクチュエータアームが、下部平面内で移動可能である、下部アクチュエータアームと、
上部本体と、
前記上部本体の開口部を通って延在する上部アクチュエータアームであって、前記上部アクチュエータアームが、上部平面内で移動可能である、上部アクチュエータアームと、
前記下部アクチュエータアームおよび前記上部アクチュエータアームに取り付けられている誘導管と、
前記誘導管に取り付けられている線形アクチュエータであって、前記線形アクチュエータが、誘導管の上に配置されている器具クランプを移動させるように適合されている、線形アクチュエータと、を備える、医療ロボット。
【請求項１６】
前記線形アクチュエータに取り付けられている回転アクチュエータをさらに備える、請求項１５に記載の医療ロボット。
【請求項１７】
前記上部本体が、前記下部アクチュエータアームに取り付けられており、かつ前記下部本体に対して移動する、請求項１５に記載の医療ロボット。
【請求項１８】
前記誘導管に堅固に取り付けられている位置付けマーカーを有する位置付けフレームをさらに備える、請求項１５に記載の医療ロボット。
【請求項１９】
前記下面および前記上面が、平行に配置されている、請求項１５に記載の医療ロボット。
【請求項２０】
方法であって、
請求項１５に記載の医療ロボットを提供することと、
前記医療ロボットを患者の切開箇所に対して移動不能に配置することと、
医療器具を前記誘導管に挿入して、前記医療器具を前記器具クランプにクランプすることと、
前記医療器具の経路が前記患者内の標的と整列されるように、前記下部アクチュエータアームおよび前記上部アクチュエータアームを制御して、前記医療器具を位置付けおよび配向することと、
前記線形アクチュエータを制御して、前記医療器具を前記標的への前記経路に沿って駆動することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、医療ロボットに関し、より具体的には、画像誘導介入のための小型で遠隔制御可能な介入デバイス誘導システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット支援手術は、外科的処置を支援するように、ロボットシステムを使用する。ロボット支援手術は、既存の低侵襲外科的処置の限界を克服して、開腹手術を行う外科医の能力を強化するように、開発された。ロボット支援低侵襲手術の場合、器具を直接移動させる代わりに、外科医は、直接遠隔操作、またはコンピューター制御のいずれかを通して、器具を制御する。これは、外科医が患者から遠隔になることを可能にし、外科医を放射線に曝すことなく、コンピューター断層撮影（ＣＴ）スキャナ、または磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）デバイスなどの画像化デバイス内に、ロボットが存在する、画像誘導手順を可能にする。
【０００３】
医療ロボットは、身体上または内の箇所を正確に制御することで、多くの外科的、または定位的手術において、その価値が証明されている。器具誘導と医療画像化を組み合わせることによって、身体上または内の定義された標的箇所に到達するように、医療器具の入口位置、入口深さ、および入口方向を正確に決定することが可能になる。
【０００４】
従来の医療ロボットは、高価であり、大きくて、手術室の天井などに装着された、巨大なフレームに拘束されている。そのような従来のロボットの変動性は、しばしば制限されている。立体構造物を制御するための小型で、かつ低コストであるデバイスは、本発明者の米国特許出願公開第２００７／０２７６４０７号に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本開示は、ＵＳ２００７／０２７６４０７に記載されているデバイスに対する追加の改善を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
改良型医療ロボットは、下部平面内で移動可能な下部アクチュエータアームを備える。下部ジンバルマウントは、下部アクチュエータアームに取り付けられている。下部ジンバルマウントは、下部平面内でピッチおよびロールを可能にする、少なくとも２つの自由度を提供する。上部アクチュエータアームは、上部平面内で移動可能である。上部ジンバルマウントは、上部アクチュエータアームに取り付けられている。上部ジンバルマウントは、上部平面内でピッチおよびロールを可能にする、少なくとも２つの自由度を提供する。誘導管は、下部ジンバルマウントおよび上部ジンバルマウントに取り付けられている。線形アクチュエータは、誘導管に取り付けられており、誘導管を通って延在する医療器具を長手方向に移動させるように適合されている。
【０００６】
誘導管は、下部ジンバルマウントに堅固に取り付けられており、上部ジンバルマウント内にスライド可能に配置されている。より具体的には、下部ジンバルマウントは、ねじが内部を通って誘導管の下部端部を内側ジンバル要素にクランプする、ねじ付き開口部を有する内側ジンバル要素を有し得る。
【０００７】
医療ロボットは、広い範囲のアプリケーションで使用するために容易に再構成されることができる。再構成可能性は、種々の形状の器具アダプタの使用によって実現されている。医療ロボットは、下部アクチュエータアームに堅固に取り付けられている後部部分を有する、下部器具アダプタを使用し得る。下部ジンバルマウントの取り付けシャフトを受容する、受容開口部の形態における取り付け機構は、器具アダプタの前方部分に設けられている。同様に、上部アクチュエータアームに堅固に取り付けられている後部部分と、上部ジンバルマウントの取り付けシャフトを受容する受容開口部と、を有する、上部器具アダプタを使用し得る。下部および上部器具アダプタは、様々な形態で提供されることができ、医療ロボットが、種々の器具、種々の数の器具、およびこれらの器具の種々の相対配置を必要とする、種々の医療処置のために再構成されることを可能にしている。
【０００８】
下部ジンバルマウントおよび上部ジンバルマウントの取り付けシャフトは、１つ以上の円周溝を備え得る。下部ジンバルマウントおよび上部ジンバルマウントの取り付けシャフトは、各々、１つ以上のばね荷重固設ブラケットによって、下部器具アダプタおよび上部器具アダプタの、それぞれの受容開口部内に保持され得る。ばね荷重固設ブラケットは、１つ以上の円周溝に係合する、保持ピンを有し得る。ばね荷重固設ブラケットは、取り付けシャフトをそれぞれの受容開口部の片側に向かって引っ張り得る。したがって、取り付けシャフトは、固定位置に付勢力されているが、受容開口部内でそれらの長手方向軸の周りを回転することができる。
【０００９】
誘導管に取り付けられている、線形アクチュエータは、誘導管の上部端部の周りに延在する下部本体部分と、下部本体部分から横方向にオフセットして配置されている主本体部分と、を有し得る。特に、受容開口部は、線形アクチュエータの下部本体部分内に形成され得る。例えば、クランプねじの形態における、クランプ機構は、線形アクチュエータの下部本体部分を誘導管の上部端部に確実にクランプするように、提供され得る。医療器具は、線形アクチュエータの下部本体部分を通って延在し得る。
【００１０】
線形アクチュエータは、作動ロッドと、作動ロッドに堅固に取り付けられている器具クランプとを備え得る。線形モータは、線形アクチュエータの主本体部分内に配置されており、作動ロッドを移動させるように適合され得る。線形モータは、圧電線形アクチュエータであり得る。作動ロッドの長手方向軸は、誘導管の長手方向軸から半径方向にオフセットされており、かつ平行に延在し得る。
【００１１】
固定器具クランプの代わりに、オプションの回転アクチュエータは、作動ロッドに堅固に接続され得る。その後、回転アクチュエータは、その長手方向軸の周りで器具の回転運動を提供する。回転アクチュエータは、中央開口部を有するピニオンギアを備え、それを通って、医療器具が挿入されることができ、かつその中へ、医療器具が解放可能にクランプされることができる。回転アクチュエータは、ピニオンギアと係合する、ギアラックをさらに備え得、ギアラックは、回転アクチュエータのハウジング内に配置されている線形モータによって移動されるように適合されている。
【００１２】
別の例示的な医療ロボットは、下部本体を備え得る。下部アクチュエータアームは、下部本体の開口部を通って延在し得、下部アクチュエータアームは、下部平面内で移動可能である。ロボットは、上部本体と、上部本体の開口部を通って延在する上部アクチュエータアームとをさらに備え得る。上部アクチュエータアームは、上部平面内で移動可能であり得る。下部平面および上部平面は、平行であり得る。誘導管は、下部アクチュエータアームおよび上部アクチュエータアームに接続され得る。線形アクチュエータは、誘導管に取り付けられ得る。線形アクチュエータは、誘導管の上に配置されている器具クランプを移動させるように適合され得る。あるいは、回転アクチュエータは、固定器具クランプの代わりに線形アクチュエータに取り付けられ得る。
【００１３】
医療ロボットの上部本体は、下部本体アクチュエータアームに取り付けられており、かつ下部本体に対して移動し得る。あるいは、医療ロボットの上部本体は、下部本体に移動不能に取り付けられ得る。位置付けマーカーを有する位置付けフレームは、誘導管に堅固に取り付けられ得る。位置フレームおよび位置付けマーカーは、ロボットの制御システムに動作可能に接続されている、医療誘導システムによって観察され得る。
【００１４】
医療ロボットを使用するための方法は、医療ロボットを患者の切開箇所に対して移動不能に配置することと、医療器具を誘導管に挿入して、医療器具を器具クランプにクランプすることと、医療器具の経路が患者内の標的と整列されるように、下部アクチュエータアームおよび上部アクチュエータアームを制御して、医療器具を位置付けおよび配向することと、線形アクチュエータを制御して、医療器具を標的への経路に沿って駆動することと、を含み得る。
【００１５】
医療ロボットは、下部本体と、下部本体の開口部を通って延びる下部アクチュエータアームと、を備え得る。下部アクチュエータアームは、下部平面内で移動可能であり得る。下部器具アダプタは、下部アクチュエータアームに取り付けられ得る。下部器具アダプタは、第１の器具のための下部誘導部を保持する、第１の取り付け機構と、第２の器具のための下部誘導部を保持する、第２の取り付け機構と、を有し得る。「下部」要素（下部本体、下部平面、下部器具アダプタなど）への参照は、「上部」要素が存在する場合における記載を明解にするために選択されている。しかしながら、「上部」要素の存在は、「下部」要素が述べられているという理由だけで推測するべきではない。同様に、「第１の」要素への参照は、そのような「第２の要素」が具体的に述べられていない限り、「第２の要素」の存在を義務付けていない。
【００１６】
第１の器具のための下部誘導部は、下部平面内の第１の器具のｘ／ｙ位置を固設し、ｘ／ｙ位置の周りの第１の器具のピッチおよびロール運動を可能にする、ジンバルであり得る。第２の器具のための下部誘導部は、第１の器具のための下部誘導部と同一であり得る。あるいは、第２の器具のための下部誘導部は、種々の形状を有し、例えば、ブラケットの形態であり得る。
【００１７】
第１の器具は、生検針、注射針、電極、内視鏡、または外視鏡であり得る。第２の器具は、医療画像化デバイスであり得る。より具体的には、第２の器具は、超音波変換器であり得る。概して、医療ロボットは、手術で使用される任意のタイプの器具で使用され得、好ましくは、低侵襲ロボット手術で使用される医療器具で使用され得る。
【００１８】
第２の取り付け機構、および第２の器具のための下部誘導部は、解放可能に接続されたクラウンギアを備え得る。これにより、第２の器具のロール角は、種々の相対位置においてクラウンギアを係合することによって、調整さることができる。第１の器具のための下部誘導部、および第２の器具のための下部誘導部は、所定の距離で配置され得る。
【００１９】
下部器具アダプタは、第３の器具のための下部誘導部を保持する、第３の取り付け機構をさらに備え得る。その場合、第１の器具は、第１の電極であり得、第３の器具は、第２の電極であり得る。第１の電極および第２の電極は、切除を実行するように、電気信号発生器に接続され得る。
【００２０】
医療ロボットは、上部本体と、上部本体の開口部を通って延在する上部アクチュエータアームと、をさらに備え得る。上部アクチュエータアームは、下部平面に平行であり得る、上部平面内で移動可能であり得る。上部機器アダプタは、上部アクチュエータアームに取り付けられ得る。上部器具アダプタは、第１の器具のための上部誘導部を保持する、取り付け機構を有し得る。
【００２１】
別の例示的な医療ロボットは、下部本体と、下部本体の開口部を通って延在する下部アクチュエータアームと、を備え得る。下部アクチュエータアームは、下部平面内で移動可能であり得る。下部機器アダプタは、下部アクチュエータアームに取り付けられ得る。下部器具アダプタは、第１の器具のための下部誘導部と、第１の器具と下部本体との間に配置された滅菌バリアと、を保持する、第１の取り付け機構を有し得る。滅菌バリアは、第１の器具のための下部誘導部と下部器具アダプタとの間に配置され得る。滅菌バリアは、下部器具アダプタまたは下部誘導部にクリップで留めるグロメットを有する滅菌バッグであり得る。
【００２２】
本発明の以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であり、本発明または本発明の用途および使用を限定することを意図するものではない。さらに、本発明の前述の背景または本発明の以下の詳細な説明に提示された理論に拘束される意図はない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】使用中の小型医療ロボットを示す概観図面である。
【図２】調節可能なアームで患者テーブルに取り付けられた、図１のような医療ロボットを示す斜視図である。
【図３】小型医療ロボットの下部部分を示す斜視図である。
【図４】医療ロボットのための例示的下部器具アダプタを示す。
【図５】医療ロボットのための代替的下部器具アダプタを示す。
【図６】線形および回転器具アクチュエータを含む高度な６軸医療ロボットを示す。
【図７】線形器具アクチュエータを有する医療ロボットの部品の詳細図である。
【図８】透明ハウジングを有する図７の線形器具アクチュエータを示す詳細図である。
【図９】透明ハウジングを有する回転器具アクチュエータおよび線形器具アクチュエータを示す。
【図１０】器具アダプタ内の器具誘導部の詳細図である。
【図１１】器具アダプタ内に器具誘導部を保持する取り付け機構の詳細な断面図である。
【図１２】互いに取り付けられた２本の平行な誘導管を示す。
【図１３】２本の接続された誘導管の分解図である。
【図１４】交差する長手方向軸を有する、互いに取り付けられた２本の誘導管を示す。
【図１５】調節可能な角度配置を有する２本の誘導管およびクイックリリースクリップを示す。
【図１６】誘導管内にばね荷重された超音波変換器器具を示す。
【図１７】３つの器具の配置を示しており、各々が上部および下部器具アダプタに別々の上部および下部ジンバルアタッチメントを有している。
【図１８】図１７のような器具アダプタ本体の詳細図である。
【図１９】滅菌バッグ内の医療ロボットを示す。
【図２０】滅菌バッグ内の種々の構成の医療ロボットを示す。
【図２１】傾斜した操作面で使用中の医療ロボットを示す。
【図２２】２つの線形アクチュエータおよび１つの回転アクチュエータによって操作される、医療把持器具を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照すると、使用中の医療ロボット２００が示されている。ロボット２００は、調節可能なアーム３００を有する患者テーブル１０２に接続されている。患者テーブル１０２上の患者１００は、仮想線で示されている。運動を制限するように、患者１００は、米国特許出願公開第２０１７／０２４６０２４号に記載されているように、不動化のためのデバイス（図示せず）で患者テーブル１０２に固設され得る。ロボット２００は、器具４００を患者１００内の標的１０１に誘導するように使用される。ロボット２００は、ｘ／ｙ平面内の器具４００の経路を制御することができる。この明細書は、ロボット２００の本体に対する前方および後方への運動を、ｘ軸に沿った運動と呼ぶ。左および右の運動は、ｙ軸に沿った運動と呼ばれる。ロボット２００は、器具４００の経路のピッチおよびロールをさらに制御することができる。この明細書は、ピッチをｙ軸を中心とした回転と呼び、ロールをｘ軸を中心とした回転と呼ぶ。図１〜図３に示されるロボット２００は、４自由度を調整でき、それゆえに４軸ロボットと呼ばれ得る。すなわち、４軸ロボットは、平面内の器具４００のｘおよびｙ位置、ならびに平面に対する器具４００のピッチおよびロールを調整できる。
【００２５】
器具４００は、疑わしい腫瘤、しこり、感染症または炎症などの標的から組織サンプルを回収する生検針であり得る。器具４００はまた、薬物の標的にされた適用のための注射針であり得る。器具４００はさらに、内視鏡、外視鏡などであり得る。器具４００は、切除に使用される色々な針電極のうちの１つであり得る。より概して、ロボット２００は、任意の種類の器具を標的１０１に誘導するように使用され得、器具は、外科医によってその長手方向軸に沿って手動で押される。ロボット２００は、とりわけ、腫瘍切除（ＲＦ、ＩＲＥ、ＣＲＹＯ、ＢＲＡＣＨＹ）、軟組織および骨生検、直接薬物注射、エンドリーク治療、シャント置換、マーカーならびに誘導ワイヤ配置などの経皮的介入をサポートするように使用され得る。医療ロボット２００は、脳手術において特に有益であることが見出された。
【００２６】
患者テーブル１０２は、ＣＴスキャナまたはＭＲＩデバイスなどの医療画像化デバイス（図示せず）の一部であるか、または共に使用され得る。ロボット２００は、画像化デバイスが活動中である間、器具４００を標的１０１に向けるために使用され得る。外科医は、ロボット２００を制御し、器具４００の手動運動を調整するように、標的１０１の位置および器具４００の位置の両方を観察することができる。ＭＲＩで使用するために、ロボット２００は、強磁性コンポーネント、または強い磁場によって影響を受ける、コンポーネントを含まないように設計され得る。より具体的には、ＭＲＩデバイス内で使用するために、ロボット２００は、金属コンポーネントの代わりにＰＥＥＫなどの熱可塑性ポリマーで作られた、プラスチックコンポーネントを利用し得、磁場に基づく、電気モータの代わりに圧電アクチュエータを使用し得る。
【００２７】
ここで図２を参照すると、ロボット２００は、より詳細な拡大図で示されている。調節可能なアーム３００は、調節可能な方法でロボット２００を患者テーブル１０２に接続する。示されるように、調節可能なアーム３００は、ロッキングボールジョイント３１５によって上部アーム３２０に接続された、下部アーム３１０を有する。下部アーム３１０は、患者テーブル１０２に確実に締結されている、取り付けブラケット３０１に取り付けられている。下部アーム３１０は、ロック可能な下部枢動軸３０５を中心に枢動することができる。ロボット２００は、ロック可能な上部枢動軸３２５の周りで枢動し得る、ブラケット３３０によって上部アームに取り付けられ得る。
【００２８】
ロボット２００は、下部本体２１０および上部本体２５０を含む。図３にさらに詳細に示されているように、下部本体２１０内に配置されているのは、下部ｘ／ｙ平面内で下部アクチュエータアーム２１２の運動を提供する、線形アクチュエータである。下部アクチュエータアーム２１２は、下部本体２１０の正面開口部２１１を通って延在する。下部アクチュエータアーム２１２は、下部本体２１０に対して前／後および左／右に移動することができる。好ましくは、使用中に、調節可能なアーム３００は、ロボット２００のｘ／ｙ平面が、器具４００が内部を通って患者１００に導入される、切開面に対してほぼ接線方向に配置されるように、位置付けられる。ほぼ接線方向は、器具４００が患者の皮膚を貫通する切開部で、器具４００が患者１００の身体と平行である、＋−３０°ピッチおよび＋−３０°ロール内、好ましくは±１５°ピッチおよび±１５°ロール内でのｘ／ｙ平面の配向を含むと理解される。
【００２９】
ロボット２００の上部本体２５０は、下部本体２１０内のアクチュエータ本体２１５に堅く接続され得る。その目的のために、下部本体２１０は、締結要素が内部を通って、上部本体２５０を可動アクチュエータ本体２１５に接続する、切り欠き２２１を有する。すなわち、上部本体２５０は、下部本体２１０に対して、下部アクチュエータアーム２１２と一緒に移動する。
【００３０】
代替構成において、上部本体２５０は、下部本体２１０に堅く接続され得る。切り欠き２２１は、この代替構成においては、必要ない。いずれの構成においても、上部本体２５０は、上部アクチュエータアーム２５２が内部を通って延在する、正面開口部２５１を有する。上部アクチュエータアーム２５２は、下部ｘ／ｙ平面に平行な上部ｘ／ｙ平面内で移動可能である。下部アクチュエータアーム２１２および上部アクチュエータアーム２５２の各々は、それぞれ、下部器具アダプタ４１０および上部器具アダプタ４５０を受け取り、かつ保持するように構成されている、アダプタソケットを有する。
【００３１】
図１０は、上部誘導部材４６２の取り付けシャフト４６３が挿入された、上部器具アダプタ４５０（半透明で示されている）の詳細図を示している。取り付けシャフト４６３は、２つの固設ブラケット４７１、４７５によって、上部器具アダプタ４５０の長手方向の受容開口部４２０内に確実に、かつ回転可能に保持されている。固設ブラケット４７５のうちの１つは、図１０に半透明で示されている。
固設ブラケット４７１、４７５は、取り付けシャフト４６３内の対応する円周溝４６４と係合する、保持ピン４７２、４７６を含む。各固設ブラケット４７１、４７５は、上部器具アダプタ４５０のスロット４６５内の固設ブラケット４７１、４７５およびそれに関連する保持ピン４７２、４７６に付勢する、ばね４７７を含む。スロット４６５は、上部器具アダプタ４５０の長手方向の受容開口部４２０に対して垂直に延在している。２つの重複した固設ブラケット４７１、４７５の使用は、単一の固設ブラケットの使用よりも優れていることがわかっている。２つの固設ブラケットは、患者の身体内で医療器具を誘導するセーフティクリティカルな使用に所望する、固有の重複性を提供する。また、２つの固設ブラケット４７１、４７５の使用は、単一のばねおよびブラケットの組み合わせによって提供されるよりも高い力で、取り付けシャフト４６３を上部器具アダプタ４５０の受容開口部４２０の片側に向かって引っ張ることによって、位置公差を低減する。２つの固設ブラケットの使用はまた、取り付けシャフト４６３の長手方向の公差を低減する。視覚的位置インジケータは、２つの固設ブラケット４７１、４７５の各々に提供され得る。２つの固設ブラケット４７１、４７５の視覚的インジケータは、両方のブラケットの保持ピン４７２、４７６が取り付けシャフト４６３のそれぞれの溝に正しく係合する場合にのみ整列され得、したがって、両方の視覚的インジケータが整列するときに、取り付けシャフト４６３が器具アダプタ４５０内で正しく保持されたことの視覚的表示を提供する。
【００３２】
ここで図１１を参照すると、器具アダプタ４５０の部分断面図は、示されている。方向付けのために、断面図の位置を特定する小さな斜視図は、提供されている。示されるように、誘導部材４６２の取り付けシャフト４６３は、受容開口部４２０内に固設されている。取り付けシャフト４６３は、第２の円周溝４６７よりも狭く、かつ深い、第１の円周溝４６４を有する。第１の固設ピン４７６は、第１の固設ブラケット４７５によって第１の溝４６４に引き込まれる。第１の固設ピンは、受容開口部４２０に垂直である、スロット４６５内でスライドすることができる。第１の固設ブラケット４７５は、第１のばね４７７によってばね荷重がかけられる。ばね４７７は、受容開口部４２０の壁４７９と、概してＵ字形の固設ブラケット４７５の基部４７３との間に配置されている。壁４７９は、一体的に形成された、器具アダプタ４５０の部品である。固設ブラケット４７５の基部４７３内のねじ付き開口部は、安全ねじ４７８を受け入れることができる（図１０に示されているが、図１１には示されていない）。誘導部材が器具アダプタに挿入され、ピン４７２、４７６がそれぞれの溝４６４、４６７に留まった後、安全ねじ４７８は、固設ブラケット４７５、４７１が不注意に外れるのを防ぐように、締結され得る。示されるように、シャフト４６３の第２の溝４６７は、第１の溝４６４よりも著しく広く、かつ浅い。第２の溝４６７は、全く存在し得ず、その結果、第２の固設ブラケット４７１の第２のピン４７２は、溝に係合することなくシャフト４６３に対して押す。
【００３３】
図１１に示すように、第１の固設ブラケット４７５および第２の固設ブラケット４７１は、種々の長さを有し得る。それらのそれぞれの溝４６４、４６７に適切に係合するときに、第１のピン４７６および第２のピン４７２は、シャフト４６３の中心軸から種々の半径方向距離に位置付けされる。それでも、第１の固設ブラケット４７５および第２の固設ブラケット４７１の基部４７３は、配列されており、シャフト４６３が器具アダプタ４５０内に確実に保持されていることの、視覚的確認を提供している。
【００３４】
下部器具アダプタ４１０の例示的な第１の構成は、図３に示されている。とりわけ、下部器具アダプタ４１０は、誘導器具４００のための下部誘導要素４６０を取り付けるための下部受容開口部４２０と、超音波変換器４０５などの画像化デバイスを取り付けるための隣接する取り付け機構４２１とを提供する。超音波変換器４０５は、２つの締結具４３２で保持ブラケット４３０に固設されている、クランプ要素４３４を有する保持ブラケット４３０内に保たれている。示されるように、保持ブラケット４３０は、下部本体２１０のｘ／ｙ平面に対する超音波変換器４０５のロール角の調整を可能にするように、下部器具アダプタ４１０に枢動可能に装着され得る。その目的のために、下部器具アダプタ４１０および保持ブラケット４３０の対向する表面は、解放可能に接続されたクラウンギアとして形成され得る。例えば、下部器具アダプタ４１０および保持ブラケット４３０は、下部器具アダプタ４１０および保持ブラケット４３０を互いに向かって引っ張る、ばねデバイスによって接続され得る。ばねデバイスの付勢力は、対向するクラウンギアが係合することを引き起こし、これにより、保持ブラケット４３０に対する下部器具アダプタ４１０の回転を防止する。
【００３５】
保持ブラケット４３０のロール角を調整するように、ユーザは、保持ブラケット４３０を、対向するクラウンギアを外すのに十分なだけばねデバイスの付勢力に対して引っ張り得る。その後、ユーザは、保持ブラケット４３０を所望するロール角位置に回転させ、保持ブラケットのクラウンギアが下部器具アダプタの対向するクラウンギアに再係合して、固設接続を形成することを可能にし得る。
【００３６】
超音波変換器４０５のための一体型保持セクション４３５を有する下部器具アダプタ４１０の代替の例示的な構成は、図４に示されている。下部器具アダプタ４１０は、下部アクチュエータアーム２１２のアダプタソケット内に受容されている、プラグセクション４１１を有する。示されるような構成では、一体型保持セクション４３５のロールおよびピッチは、調節可能ではない。
【００３７】
下部器具アダプタ４１０のさらに別の例示的な構成は、図５に示されている。この構成において、超音波変換器４０５は、図３に示される構成に対して９０度回転される。図５に示される向きにおいて、超音波変換器４０５の比較的広い水平視野は、ロボット２００の下部本体２１０のｙ軸に平行に延在し、超音波変換器４０５の比較的狭い垂直視野は、医療ロボット２００の下部本体２１０のｘ軸に平行に延在する。下部器具アダプタ４１０に対する保持ブラケット４３１のロール角は、記載されたように２つの対向するクラウンギアを使用して、調整されることができる。目盛り４３３は、選択されたロール角を視覚化するように、クラウンギアの隣に提供され得る。
【００３８】
図２に示されるように、超音波変換器４０５の視野４０２は、好ましくは、誘導器具４００および標的１０１の経路が超音波変換器４０５の視野内にあるように、調整されている。好ましくは、超音波変換器４０５の位置およびロール角は、超音波変換器４０５の視野４０２の中心軸４０３および誘導器具４００の経路が少なくとも５°、さらにより好ましくは少なくとも１５°の交差角で交差するように選択される。あるいは、誘導器具４００のロール角および超音波変換器４０５のロール角は、少なくとも５°、さらにより好ましくは少なくとも１５°の交差角を形成するように選択され得る。所望する交差角は、保持ブラケット４３１と組み合わせた下部器具アダプタ４１０の適切な設計によって、保持ブラケット４３１のロール角を調整することによって、および誘導器具のロール角を調整することによって、取得されることができる。誘導器具４００と超音波変換器４０５の視野との間に大きな交差角を有することは、誘導器具４００が、外科医によって観察された超音波画像内で視覚的に移動し、誘導器具４００の視覚的深度情報を外科医に提供することを確実にする。
【００３９】
超音波変換器４０５は、診断（画像化）デバイスまたは治療デバイスであり得る。治療用超音波変換器４０５は、例えば、腱炎または滑液包炎などの状態における理学療法のために使用され得る。高圧振幅超音波は、腎臓結石を機械的に分解する、「砕石術」のために使用され得る。超音波の治療用途は、拡大を続けており、子宮筋腫の切除、白内障の除去（水晶体超音波乳化吸引術）、外科的組織の切断および止血、経皮薬物送達、ならびに骨折の治癒などを含む。内側ロボット２００は、患者の超音波を正確に方向付け、所定の経路に沿って超音波変換器４０５を自動的に掃引するように、治療用超音波変換器４０５と組み合わせて使用されることができる。例えば、医療ロボット２００は、関心領域内の曲がりくねった経路に沿って、超音波変換器４０５を移動させるように構成され得る。示されるように、超音波変換器は、ｘ／ｙ平面内の超音波変換器の自動位置付けを提供するように、下部器具アダプタの保持セクション内に保たれ得る。示されている構成における超音波変換器は、上部器具アダプタに接続されていない。あるいは、図１２に示されるように、超音波変換器は、下部器具アダプタおよび上部器具アダプタの両方に接続され得、超音波変換器の自動線形位置付け、ならびに自動ピッチおよびロール調整の両方を可能にする。超音波変換器は、例えば、日立メディカルシステムズによって販売されているＬ４４ＬＡ１またはＵＳＴ−５２１０９超音波変換器などの、細長い概して円筒形の本体を有し得る。
【００４０】
図面を明解にするために、医療ロボットは、図１２に示されていない。むしろ、医療ロボットの上部アームおよび下部アームに取り付けられる、下部器具アダプタ４１０および上部器具アダプタ４５０は、示されている。下部器具アダプタ４１０に取り付けられているのは、下部ジンバルマウント４７０である。上部器具アダプタ４５０に取り付けられているのは、上部ジンバルマウント４９０である。第１の誘導管７１０は、クランプねじ４８１をで、下部ジンバルマウント４７０の内側ジンバル要素４８０にクランプされる。第２の誘導管７１１は、第１の誘導管７１０と平行に配置されている。第１の誘導管７１０および第２の誘導管７１１は、スペーサー要素７１２によって互いに接続されている。
【００４１】
ここで、超音波変換器４０５の形態で示されている、第１の医療器具は、クランプねじ７１３の形態におけるクランプ機構によって第１の誘導管７１０内に保たれている。ここで、針４０６の形態で示されている、第２の医療器具は、第２の誘導管７１１内の針アダプタ７１５内に保たれている。針アダプタ７１５は、第２のクランプねじ７１４の形態における第２のクランプ機構によって第２の誘導管内にクランプされる。第３のクランプねじ７１６が締められていない間、針は、針アダプタ７１５内で長手方向にスライドすることができる。あるいは、第３のクランプねじ７１６を締めることによって、針４０６は、針アダプタ７１５内にクランプされることができる。
【００４２】
図１３にさらに詳細に示されているように、第１の誘導管および第２の誘導管は、スペーサー要素７１２によって互いに堅固に接続されている。より具体的には、実質的に円筒形の誘導管７１０、７１１は、沈められた頭ねじ７１７が内部を通って誘導管７１０、７１１をスペーサー要素７１２に取り付ける、穴７１８を有し得る。その目的のために、スペーサー要素７１２は、ねじ７１７を受け入れるためのねじ付き開口部を有し得る。ねじ７１７を受容する、穴７１８に対向する各誘導管内に配置されることは、組み立て中にねじ７１７へのアクセスを提供する、アクセス開口７１９であり得る。図示のように、第１の誘導管７１０および第２の誘導管７１１は、所定の距離で互いに堅固に取り付けられており、誘導管の長手方向軸が平行に配置されている。したがって、使用中に、第１の誘導管７１０および第２の誘導管７１１のピッチおよびロールは、同一である。しかしながら、第２の誘導管７１１の位置は、クランプねじ４８１を下部ジンバルマウントに固設する前に、第１の誘導管を下部および上部ジンバルマウント４７０、４９０内で回転させることによって調整されることができる。
【００４３】
図１４に示されるように、第１の誘導管７１０および第２の誘導管７１１は、平行に配置される必要はないが、種々の形状のスペーサー要素７１２を設けることによって、互いに向かい得る。スペーサー要素７１２の形状に応じて、第１の誘導管７１０の長手方向軸および第２の誘導管７１１の長手方向軸は、相対ピッチおよびロール角で配置され得、好ましくは、それらの長手方向軸が、第１の誘導管７１０の下部端部および第２の誘導管７１１の下部端部の下の箇所で交差するように配置されている。いくつかの用途において、第１の誘導管７１０および第２の誘導管７１１の相対角度を調整することが所望されることができる。角度調整機構７２０の形態における所望の調整可能性を提供する、例示的な実施形態は、図１５に示されている。角度調整機構７２０は、クランプねじ７２１を解放し、第２の誘導管７１１の向きを調整し、およびクランプねじ７２１を再度締めることによって、第１の誘導管７１０の長手方向軸の角度を可変的に調整されることを可能にする。
【００４４】
図２に示されている誘導器具４００は、下部誘導部材４６１および上部誘導部材４６２によってスライド可能に保たれている。下部誘導部材４６１および上部誘導部材４６２は、同一であり得る。各誘導部材４６１、４６２は、それぞれの器具アダプタ４１０、４５０の受容開口部４２０に回転可能に取り付けられている。すなわち、各誘導部材４６１、４６２は、受容開口部４２０内でその長手方向軸の周りを回転することができる。示されるように、誘導部材の長手方向軸は、ロボットのｘ軸と平行に位置付けされ、したがって、誘導部材４６１、４６２のロール運動を可能にする。
【００４５】
誘導器具４００は、ばね荷重保持クリップ４６６によって誘導部材内に保たれている。ばね荷重保持クリップ４６６は、誘導器具がクリップを通ってスライドすることを可能にする。ばね荷重保持クリップ４６６はまた、誘導器具が、それぞれの誘導部材４６１、４６２の長手方向軸に垂直である、クリップ枢動軸の周りで枢動（ピッチを変更）することを可能にする。各誘導部材４６１、４６２は、ｘ／ｙ平面内で誘導器具の横方向および長手方向の位置を固設するが、誘導器具４００が自由にピッチおよびロールすることを可能にし、効果的に２軸ジンバルを形成する。したがって、一緒に作用して、下部誘導部材４６１および上部誘導部材４６２の位置は、誘導器具４００の長手方向（ｘ軸）位置、横方向（ｙ軸）位置、ピッチ、およびロール、したがって、外科医によって手動で押したときの経路を定義する。
【００４６】
誘導器具を医療ロボットにスライド可能に取り付けるための代替メカニズムは、図１５に示されている。ここで、針４０６の形態における誘導器具は、誘導管７１１内に形成されたＶ字形チャネル７６０に挿入されている。針４０６は、クイックリリースクリップ７６２によって所定の位置にスライド可能に保たれている。クイックリリースクリップ７６２は、Ｖ字形チャネル７６０と係合し、針４０６をチャネル７６０に押し込む、Ｖ字形突出部分７６１を有する。針４０６は、Ｖ字形チャネル７６０の長手方向延長部全体に沿って誘導管７１１内に留まり、クイックリリースクリップ７６２のＶ字形突出部分７６１の前縁によってチャネル７６０に押し込まれる。クイックリリースクリップ７６２は、２つのばねクリップ７６３、７６４で誘導管７１１に取り付けられている。ばねクリップは、クイックリリースクリップ７６２の一部、例えば、成形プラスチック部品の一部として一体的に形成され得る。グリップ７６５は、容易に誘導管７１１への取り付け、および誘導管７１１からの取り外しを可能にするように、クイックリリースクリップ７６２の本体に沿ってＶ字形突出部分７６１に対向して形成され得る。医療器具、特に超音波変換器４０５を患者の皮膚に押し付けることが有用であり得る。これは、例えば、医療ロボット２００を患者１００に対して固定された方向に固設すること、超音波変換器４０５を患者１００に押し付けること、およびクランプねじ７１３を締結することによって超音波変換器の本体を誘導管７１０にクランプすることによって、達成することができる。この方法は、クランプねじ７１３が締結された後、誘導管７１０内で超音波変換器４０５のさらなる運動を提供しない。
【００４７】
超音波変換器４０５を患者１００に押し付ける別の方法は、図１６に示されている。ここで、超音波変換器４０５は、誘導管７１０内にスライド可能に配置されている。ばね８１０は、超音波変換器４０５の周りに、下部内側ジンバル要素と、止めねじで超音波変換器４０５に取り付けられたカラー８１１との間に配置されている。この設計は、超音波変換器が、ばね８１０の力に逆らって上方に移動することを可能にする。それぞれ、ばね８１０は、超音波変換器４０５を患者１００上に下部ジンバルに対して押し付け、その結果、超音波変換器４０５の下部端部８１２は、常に患者１００との良好な接触を維持する。図１６に示されているような設計は、超音波変換器４０５が誘導管７１０内でスライドすることを可能にする。誘導管７１０内のその長手方向軸の周りの超音波変換器４０５の望ましくない回転を防ぐために、回転ロック機構は、提供され得る。ロック機構は、誘導管７１０の上部端部で、複数の凹部８０３のうちの１つと係合する、少なくとも１つの突起８０２を有する回転調整リング８０１を含む。調整リング８０１は、超音波変換器４０５に固設されている。凹部８０３は、誘導管７１０に沿って軸方向に延在し、突起８０２およびそれと共に超音波変換器４０５が上および下にスライドすることを可能にするが、超音波変換器４０５の回転を防止する。
【００４８】
超音波変換器４０５の下部端部でのカラー８１１およびばね８１０の位置を、凹部８０３の長さおよび調整リング８０１の位置と調整することが所望され得る。その後、超音波変換器を完全に押し上げ、手動で回転させ、および突起が種々の凹部８０３に再係合できるようにすることが可能であり得る。それにより、超音波変換器４０５の回転位置を調整することが可能であり、これは、非対称の視野を有する、超音波変換器と特に組み合わせて所望され得る。例えば、変換器４０５の水平視野を患者１００に対して有益な方向に向けることが所望され得、場合によっては、例えば、超音波変換器を９０度回転させることによって、医療処置中に向きを変えることが望まれ得る。図１６に示されるように、超音波変換器４０５は、患者の皮膚に押し付けられている。しかしながら、他の用途では、超音波変換器４０５は、超音波変換器４０５が患者に挿入される、経管腔または管腔内用途で使用され得る。超音波変換器は、例えば、経皮的または血管内で使用され得る。
【００４９】
ここで図２１を参照すると、誘導器具４００が切開部１０３で患者１００の皮膚を通して注入されるアプリケーションが示されている。誘導器具４００は、切開部１０３で患者１００の体に対して約４５度の角度で配置されている。示されるように、超音波変換器４０７の形態における第２の器具は、第１の誘導管７１０の下部端部にヒンジで接続されている。第１の誘導管７１０は、誘導器具４００を誘導する第２の誘導管７１１と平行に配置されている。示されるように、超音波変換器４０７は、切開部１０３に近位の患者１００の身体と接線方向に整列するように、枢動軸４０８の周りで自由に枢動することができる。あるいは、ロック機構は、調整可能に解放可能な位置に超音波変換器４０７を保つように、提供され得る。さらに別の構成では、枢動軸４０８は、第１の誘導管７１０に対する超音波変換器４０７のピッチおよび／またはロールを活動的に制御するように、アクチュエータと交換され得る。超音波変換器４０７は、第１の誘導管７１０を通って延在し、その上部端部で第１の誘導管７１０を出る、ワイヤ４０９で、処理および表示デバイス（図示せず）に電気的に接続され得る。
【００５０】
いくつかの用途において、３つ以上の医療器具を誘導することが有益である。例えば、医療ロボットは、不可逆電気穿孔法（ＩＲＥ）を実行するように、使用され得る。ＩＲＥは、超短距離であるが、強い電界を使用する軟組織焼灼技術である。長い針の形態における、多数の電極は、標的体積の周りに配置されている。電極のための貫通の箇所は、解剖学的条件に従って選択されている。画像化は、配置に本質的であり、超音波、磁気共鳴画像化または断層撮影によって達成されることができる。その後、針は、２つの電極間の電位差を順次構築するように続行する、ＩＲＥジェネレーターに接続されている。３つの医療器具を誘導するように適合された、下部器具アダプタ９１０および上部器具アダプタ９５０を有する医療ロボットの例示的な実施形態は、図１７に示されている。下部器具アダプタ９１０の詳細図は、図１８に示されている。
【００５１】
下部器具アダプタ９１０および上部器具アダプタ９５０は、同一であり得る。器具アダプタ９１０、９５０は、ロボットの下部／上部アクチュエータアームのアダプタソケット内に受容されている、後向きプラグセクション９１１を有する。器具アダプタのプラグセクション９１１は、様々な種々の器具アダプタを同じ医療ロボットで使用されるのが可能なように、標準化され得る。図示の器具アダプタ９１０、９５０は、概してＴ字形本体を有する。第１の器具誘導部材のための第１の円筒形受容開口部９２０は、Ｔ字形本体の一方の側に設けられ、第２の器具誘導部材のための第２の円筒形受容開口部９２０は、反対の側に設けられている。円筒形受容開口部９２０、９２１は、前方を向いており、それらの軸は、互いに、後向きプラグセクション９１１の長手方向延長部に平行である。受容開口部９２０、９２１の間において、ジンバルボール９３１、９４１のための空洞９３０は、形成されている。医療画像化デバイス、例えば、概して円筒形の本体を有する超音波変換器９３５は、下部ジンバルボール９３１および上部ジンバルボール９４１の開口部を通して挿入され得る。下部ジンバルボール９３１は、その中央開口部から上方に延在するクランプカラー９３２を有し得る。超音波変換器９３５は、クランプカラー９３２のねじ付き開口部を通って到達する、ねじ９３３の形態におけるクランプ機構で、下部ジンバルボール９３１にクランプされ得る。超音波変換器は、上部ジンバルボール９４１の開口部内で自由にスライドし得る。
【００５２】
色々な器具を可変的に位置付けするために、複数の医療ロボットは、使用され得る。例えば、２つ以上の小型医療ロボットは、各々１つ以上の器具を誘導するように、患者に対して固定された位置に配置され得る。好ましくは、２つ以上の小型医療ロボットは、外科医が２つ以上のロボットを同時に操作することができる、共通の制御システムに動作可能に接続されている。
【００５３】
線形および回転アクチュエータ
図２に示されるようなロボット２００は、誘導器具４００のための経路を正確に定義するが、それは、外科医がその経路に沿って誘導器具４００を手動で押すことに依存する。アクチュエータが追加された改良型ロボット２０１は、図６に示されている。改良型ロボット２０１は、記載されているようにロボット２００に基づいている。それは、経路に沿って自動器具４０１を自動的に移動させるように使用される、追加の線形アクチュエータ６００を含む。経路は、以前のように２つのｘ／ｙアクチュエータの位置によって定義される。改良型ロボット２０１は、その長手方向軸の周りで自動器具４０１の回転を制御する、回転アクチュエータ７００をさらに含む。したがって、改良型ロボット２０１は、自動器具４０１の回転位置が重要である、例えば、定義された視野４０２を有する内視鏡のような、器具４０１と組み合わせて使用されることができる。追加の線形アクチュエータ６００を有するが、回転アクチュエータ７００を備えていない改良型ロボット２０１は、５軸ロボットと呼ばれ得る。追加の線形アクチュエータ６００および回転アクチュエータ７００の両方を有する改良型ロボット２０１は、６軸ロボットと呼ばれ得る。
【００５４】
図７は、改良型ロボット２０１の色々な態様をより詳細に示している。示されているのは、下部器具アダプタ４１０および上部器具アダプタ４５０である。器具アダプタ４１０、４５０は、ロボットの下部本体および上部本体の、下部および上部アクチュエータアーム２１２、２５２に挿入されることができる（図７には示されていない）。下部ジンバルマウント４７０は、下部器具アダプタ４１０に枢動可能に接続され、２つの固設ブラケット４７１、４７５によって保持されている。固設ブラケットは、ジンバルマウント４７０の取り付けシャフト内の対応する溝に係合する、保持ピン４７２、４７６を含み、それぞれの器具アダプタの受容開口部内の取り付けシャフトの周りでジンバルマウント４７０の回転を可能にする。各ジンバルマウントは、中央開口部を有する内側ジンバル要素４８０、４８５を含む。誘導管７１０は、下部内側ジンバル要素４８０および上部内側ジンバル要素４８５の中央開口部を通って延在する。誘導管７１０は、クランプねじ４８１によって、下部内側ジンバル要素４８０内の下部端部で固設されている。誘導管７１０は、内部を通って上方に延在し、上部内側ジンバル要素４８５内で自由にスライドおよび回転することができる。
【００５５】
線形器具アクチュエータ６００は、誘導管７１０の上部端部に取り付けられている。より具体的には、受容開口部６０２は、線形器具アクチュエータ６００のハウジング６０４の下部端部内に形成される。クランプねじ６０６は、線形器具アクチュエータ６００の下部本体部分６１０を誘導管７１０に確実にクランプするように、提供されている。
【００５６】
下部本体部分６１０内の受容開口部６０２の真上に位置決めされているのは、器具開口部６０８であり、内部を通って器具４０１が中空誘導管７１０に挿入されることができる。図９に示すように、器具開口部６０８は、下部本体部分６１０の主要部品に沿って延在する、スロットとして形成され得る。線形器具アクチュエータ６００の主本体部分６２０は、下部本体部分６１０を通って到達する、器具４０１が、線形アクチュエータの主本体部分６２０の外側に延在するように、下部本体部分６１０からオフセットされている。
【００５７】
線形モータ６３０は、線形アクチュエータ６００の主本体部分６２０内に配置され、作動ロッド６３２を移動させるように適合されている。作動ロッド６３２は、上部ロッド開口部を通って上方に延在し、線形器具アクチュエータ６００の主本体部分６２０を通って下部ロッド開口部を通って下方に延在し得る。作動ロッド６３２は、誘導管７１０から半径方向にオフセットされ、かつ平行である、長手方向軸を有する。
【００５８】
器具クランプ６５０は、作動ロッド６３２の上部端部部分に堅固に取り付けられている。器具クランプ６５０は、作動器具４０１を作動ロッド６３２に解放可能にクランプするためのクランプねじ６５１を有する。使用中に、作動器具４０１は、器具クランプ６５０によって作動ロッド６３２に堅固に接続されている。作動ロッド６３２は、線形モータ６３０によって推進させられ、アクチュエータ６００の本体に対して移動する。アクチュエータ６００の本体が誘導管７１０にクランプされているので、作動器具４０１は、誘導管７１０を通って上方および下方に作動ロッド６３２と平行に移動する。
【００５９】
図８は、アクチュエータ６００の半透明ハウジングを有する、図７と同様の配置を示す。目盛り６２１は、作動器具４０１の近位にある線形器具アクチュエータ６００の主本体部分６２０の面に提供され得る。目盛りは、例えば、主本体部分６２０の壁に印刷または成形され得る。スライドマーカー６６０は、作動器具４０１にクランプされ得、作動器具４０１の長手方向の移動を示すように、目盛り６２１と組み合わせて使用され得る。
【００６０】
線形モータ６３０として様々な種々の機構を使用され得るが、特に有益な実装は、圧電線形アクチュエータ、例えば、ＰｉｅｚｏＭｏｔｏｒ  Ｕｐｐｓａｌａ  ＡＢによって製造されたＰｉｅｚｏ  ＬＥＧＳ（登録商標）Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｗｉｎ  ２０Ｎの使用に基づいている。有利なことに、圧電アクチュエータは、強磁性コンポーネントなしで利用可能であり、ＭＲＩデバイス内でのそれらの使用を可能にする。また、圧電アクチュエータは、作動ロッド６３２の直線運動、それにより、１ｎｍ未満のステップで作動器具４０１の直線運動を制御することを可能にする、非常に正確な位置付けを提供し、患者の身体内の特定の細胞を標的にすることを可能にする、作動精度を技術的に提供する。
【００６１】
固定器具クランプ６５０の使用が、その長手方向軸の周りで自動器具４０１の回転を提供しないことは、苦も無く明らかである。これは、自動器具４０１の特定の回転方向を必要としない、多くの用途にとって十分である。しかしながら、いくつかの用途において、自動器具４０１をその長手方向軸の周りで回転させる能力は、重要である。このような用途のために、回転アクチュエータ７００は、図９に示すように提供され得る。これらの用途において、回転アクチュエータ７００は、器具クランプ６５０として作動する。回転アクチュエータ７００は、２つの止めねじ７０１、７０２で作動ロッド６３２の上部端部に堅固に取り付けられている。線形モータ７３０は、回転アクチュエータの本体内に配置されている。線形モータ７３０は、作動ロッド６３２に対して垂直に配置された、ギアラック７４０を移動させるように適合されている。ギアラック７４０は、ピニオンギア７５０と係合する。ピニオンギア７５０は、自動器具４０１が内部を通って挿入されることができる、中央の穴７４１を有する。中央の穴７５１は、回転アクチュエータ７００のハウジング内の上部本体開口部７０５および下部本体開口部７０６と整列されている。ピニオンギア７５０は、回転アクチュエータ７００のハウジング内のベアリング内に保たれている。自動器具４０１の上部および中央の穴７５１は、ロボットのセットアップ中に、自動器具４０１が中央の穴７５１を通って軸方向にスライドすることを可能にするが、中央の穴７５１に対して自動器具４０１の回転を防ぐために、非円形の断面形状を有し得る。
【００６２】
使用中に、ブラインド止めねじ７５３は、自動器具４０１をピニオンギア７５０にクランプするように、使用され得る。重複性のために、２つ以上のブラインド止めねじ７５３は、使用することができ、ピニオンギア７５０のねじ付き開口部内で互いに円周方向に離間している。ピニオンギア７５０にクランプされるときに、自動器具４０１は、もはや作動ロッド６３２に対してスライドすることができず、もはやピニオンギア７５０に対して回転することができなくなる。スライドマーカー６６１は、作動器具４０１に取り付けられ得、作動器具４０１の長手方向の移動を示すように、目盛り６２１と組み合わせて使用され得る。回転アクチュエータ７００と組み合わせて使用されるときに、スライドマーカー６６１は、目盛り６２１の前で作動器具４０１の回転を可能にするように、Ｏリングとして形成され得る。
【００６３】
線形モータ７３０は、上で記載したような圧電線形アクチュエータであり得る。自動器具４０１の回転は、ラックアンドピニオン機構に基づく必要はなく、回転する圧電モータで実施されることもできる。その場合において、ピニオンギアは、スリップスティック圧電モータの回転コアに置き換えられる。典型的には、器具を誘導するための４軸ロボット２００、または器具を駆動するための高度な５軸もしくは６軸ロボット２０１は、患者１００のＭＲＩまたはＣＴスキャンなどの、画像がキャプチャされた後に使用される。キャプチャされた画像内で、特定の標的１０１は、患者１００内で識別され、その中に器具４００、４０１が誘導されるか、または自動的に駆動されるべきである。
【００６４】
好ましくは、画像は、画像座標系内の患者１００の３次元表現である。マーカーは、患者に配置され得、画像座標系のためのアンカー点を提供するように、３Ｄ画像で視認可能である。３Ｄ画像は、表示画面上で外科医に提示される。ロボット２００、２０１は、同じ表示画面に動作可能に接続されている。ロボットのアクチュエータの位置によって定義されている器具４００、４０１の経路は、同じ表示画面上に視覚的に描かれ、好ましくは、患者の３Ｄ画像の上に重ねられる。これは、ロボットの向きおよび患者の画像が、既知の固定された相対関係にあることを要求する。これは、例えば、ロボットに対して患者を直接取り付けることによって、または患者およびロボットの両方を患者テーブル１０２などの共通の構造に固設することによって、ロボットに対して患者を固設することによって達成されることができる。
【００６５】
次に、ロボットと患者との相対位置は、ロボットの座標系と３Ｄ画像の座標との間の相関関係を確立するように、を調整されなければならない。この目的のために、色々な位置付けマーカー１５１を有する位置付けフレーム１５０は、図６に示されるように誘導管７１０に取り付けられ得る。位置付けマーカー１５１は、患者の画像およびロボットの配置の両方のための共通の基準を作成することを可能にする、患者に取り付けられたマーカーの位置で、マーカー１５１の位置を相関するカメラによって観察され得る。
【００６６】
使用中に、下部アクチュエータアームは、最初に、器具４００、４０１を患者１００上の所望する切開箇所より上に位置付けするように調整され得る。次に、上部アクチュエータアーム２１２は、器具４００、４０１のピッチおよびロールを定義するように、調整され得る。器具の投影経路は、表示画面上に表示され得、アクチュエータは、一度に１つずつ、または同期して、投影経路が患者１００内の標的１０１と整列するまで調整される。
【００６７】
線形アクチュエータ６００のない誘導動作モードにおいて、外科医は、誘導器具４００を標的１０１に手動で押し込むことができ、場合によっては、表示画面上の生命画像上で器具４００の進行を観察することができる。
【００６８】
線形アクチュエータ６００を有する自動動作モードでは、外科医は、器具の投影された経路を確認した後、線形アクチュエータ６００を作動させ得る。安全上の理由から、電子ロックアウトは、アクチュエータの経路が外科医によって明確に確認されるまで、線形アクチュエータ６００の作動を防止することに、提供され得る。
【００６９】
いくつかの用途において、医療器具のさらに多くの動きを制御することが所望され得る。そのような用途の一実施例は、図２２に示される。ここで、把持器８００の形態における医療器具は、示されている。把持器８００は、下部端部でそれにヒンジで接続された２つのワニ口把持器８２４を有する外側中空管状シャフト８２０を有する。内側中実円筒形シャフト８２６は、提供されて、外側中空管状シャフト８２０に対して移動される内側中実円筒形シャフト８２６に応答して開閉する、ワニ口把持器８２４に動作可能に接続されている。
【００７０】
図６および図９に示されている自動器具４０１と同様に、把持器８００は、図６に示されるように医療ロボットに接続され得る、誘導管７１０内でスライドおよび回転することができる。把持器８００の外側中空管状シャフト８２０は、回転アクチュエータ７００のピニオンギアに確実にクランプされている。回転アクチュエータ７００は、誘導管７１０内の把持器８００の回転を制御することができる。回転アクチュエータ７００は、その直線運動が下部線形アクチュエータ６００によって制御されている、作動ロッド６３２上に配置されている。下部線形アクチュエータ６００は、誘導管内でその長手方向軸に沿って把持器８００を移動させることができる。
【００７１】
上部線形アクチュエータ６７０は、提供されて、中空管状シャフト８２０の上部端部に堅固に取り付けられている。したがって、上部線形アクチュエータ６７０は、把持器８００と共に移動および回転する。上部線形アクチュエータは、下部線形アクチュエータ６００の誘導管７１０の対応する受容開口部よりも小さい直径を有する上部線形アクチュエータ６７０の中空管状シャフト８２０のための受容開口部を除いて、下部線形アクチュエータ６００と同じタイプであり得る。上部線形アクチュエータは、上部作動ロッド６７２を移動させるように構成されている。内側シャフトクランプ６７４は、提供されて、上部作動ロッド６７２に堅固に取り付けられている。使用中に、把持器８００の内側中実円筒形シャフト８２６は、内側シャフトクランプ６７４で上部作動ロッド６７２にクランプされている。したがって、上部線形アクチュエータ６７０は、外側中空管状シャフト８２０に対して内側中実円筒形シャフト８２６を移動させることができ、それによってワニ口把持器８２４を開閉する。
【００７２】
当業者は、医療用ロボットがワニ口把持器での使用に限定されず、パンチ、ロンガー、はさみ、カッターなどを含むが、これらに限定されない、あらゆる種類の把持器および腹腔鏡検査器具で使用され得ることを、直ちに認識するであろう。また、当業者は、追加の回転および線形アクチュエータを提供することによって、複雑な器具を移動させることさえ操作され得ることを認識するであろう。例えば、さらに複雑な医療器具は、外側中空管状シャフト、内側中空管状シャフト、および中央中実円筒形シャフトを備え得る。このような構成において、外側中空管状シャフトの位置、ピッチ、およびヨーは、医療ロボットの下部および上部アクチュエータアームを移動させることによって制御されることができる。誘導管に対する外側中空管状シャフトの直線運動は、誘導管にクランプされた、第１の線形アクチュエータによって制御されることができる。誘導管に対する外側中空管状シャフトの回転は、第１の線形アクチュエータにクランプされ得る、第１の回転アクチュエータによって制御されることができる。外側中空管状シャフトに対する内側中空管状シャフトの直線運動は、外側中空管状シャフト上にクランプされ得る、第２の線形アクチュエータによって制御され得る。外側中空管状シャフトに対する内側中空管状シャフトの回転は、第２の線形アクチュエータにクランプされ得る、第２の回転アクチュエータによって制御され得る。最後に、内側中空管状シャフトに対する中央中実円筒形シャフトの直線運動は、内側中空管状シャフト上にクランプされ得る、第３の線形アクチュエータによって制御され得る。内側中空管状シャフトに対する中央中実円筒形シャフトの回転は、第３の線形アクチュエータにクランプされ得る、第３の回転アクチュエータによって制御され得る。すなわち、開示された医療ロボットの能力は、カスケード方式で追加の線形および／または回転アクチュエータを追加することによって拡張されることができる。
【００７３】
使用方法
超音波変換器と組み合わせて使用されるときに、医療ロボットは、超音波変換器の水平視野に沿って掃引して、超音波断層撮影画像を取得するように、制御され得る。断層撮影超音波画像を生成するための方法は、以下のステップを含み得る。
１．超音波変換器を受容するように構成されている、アームを有する医療ロボットを提供する。
２．超音波変換器を医療ロボットのアームに取り付ける。
３．医療ロボットに、経路に沿って超音波変換器を移動させる。
４．超音波変換器から画像をキャプチャする。
５．超音波変換器からキャプチャされた画像を医療ロボットのアームの位置情報に関連付ける。
６．断層撮影超音波画像を引き出すように、キャプチャされた画像と関連付けられた位置情報を処理する。
【００７４】
超音波変換器のｘ／ｙ位置と、ピッチおよびロールとの両方を自動的に調整することが可能である医療ロボットと組み合わせて使用するときに、断層撮影超音波画像は、以下のように生成され得る。
１．下部ｘ／ｙ平面で移動可能である下部アーム、および上部ｘ／ｙ平面で平行に移動可能である上部アームを有し、下部アームおよび上部アームが超音波変換器を受容するように構成されている、医療ロボットを提供する。
２．超音波変換器を医療ロボットの下部アームおよび上部アームに取り付ける。
３．下部アームおよび上部アームの両方の運動によって、医療ロボットに、所望する位置に超音波変換器を位置付けさせる。
４．下部アームを所定の位置に置いたまま、上部アームの運動によって、医療ロボットに、超音波変換器のピッチおよび／またはロールを調整させる。
５．超音波変換器から画像をキャプチャする。
６．超音波変換器からキャプチャされた画像を上部アームの位置に関する位置情報に関連付ける。上部アームの位置は、本来的に超音波変換器のピッチおよびロールにも関係している。
７．断層撮影超音波画像を引き出すように、キャプチャされた画像と関連付けられた位置情報を処理する。
【００７５】
上で記載のプロセスは、例えば、患者の胸部の断層撮影超音波画像を作成するように使用され得る。その場合、超音波変換器は、最初に、ｘ／ｙ軸に対して実質的に垂直に向けられ得る。その後、下部アームおよび上部アームは、その視野が患者の２つの肋骨の間に延在するような位置に、超音波変換器を配置するように、同時に駆動され得る。その後、超音波変換器のピッチおよびロールは、２つの肋骨の間の開口部を通って胸腔の超音波断層撮影画像を生成するように、例えば、蛇行経路に沿って上部アームに運動を引き起こすことによって、変化させられ得る。
【００７６】
滅菌バリア
感染を防ぐために、滅菌された手術領域を維持することが重要である。これは、特に、医療ロボットによって誘導または作動された医療器具が、患者の皮膚を貫通する、切開部の周囲に適用する。しかしながら、医療ロボット２００の滅菌は、その必然的な機械的複雑さを考えると、時間がかかり、実際的に困難であり得る。したがって、切開部の周りの滅菌操作領域を非滅菌領域から分離し、医療ロボット２００の少なくとも一部を非滅菌領域に配置することがより経済的であり得る。
【００７７】
図１９に示されるように、滅菌バリアは、医療ロボット２００の非滅菌部分から滅菌操作領域を分離するように提供され得る。滅菌バリアは、例えば、弾性フィルムで作られ得、滅菌バッグ２６０として形成され得る。滅菌バッグ２６０の形状は、ロボット２００の構成に適合され得る。示されるように、グロメット２６１は、滅菌バッグ２６０の開口部の周りに形成され得る。グロメット２６１は、それらがジンバルマウント４７０、４９０の後部部分上にクリップで留めることができるように、形作られている。図１９に示されている構成において、上部ジンバルマウント４９０、下部ジンバルマウント４７０、器具４００、およびそのグロメット２６１を有するバッグ２６０は、使用前に滅菌されなければならない。あるいは、これらの部品は、一度だけの使用のために滅菌環境で製造および包装され、手術後に廃棄され得る。ロボット２００の本体、器具アダプタ、および第２の器具誘導部に取り付けられた超音波変換器４０５はすべて、動作領域から遮蔽された滅菌バッグ２６０内に配置され、したがって、滅菌する必要はない。
【００７８】
滅菌バリアは、超音波変換器が滅菌バリアを通過できるように、薄い滅菌フィルムでできていることが好ましい。使用前に、超音波ゲルは、超音波変換器の動作を支援するように、滅菌バッグ２６０の内側および外側の両方に配置され得る。
【００７９】
滅菌バリアは、様々な種々の構成で配置され得る。滅菌バリアおよびそのグロメットのごく一部は、図７、図１２、図１４、および図１６に示されている。滅菌バッグ２６０は、気密であり、滅菌バッグ２６０の内側にある、ロボット２０１の部分を滅菌する必要性を排除または低減する。２つの平行な誘導管を有する実施形態において滅菌バッグ２６０を使用する構成は、図２０に示されている。示されるように、滅菌バッグ２６０は、第１の誘導管７１０と第２の誘導管７１１との間に滅菌バリアを提供する。滅菌バッグ２６０の開口部は、第１の誘導管７１０を第２の誘導管７１１に接続する、スペーサー要素７１２の周りを密封する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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