(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳神経外科処置のためのロボット器具であって、
複数の関節と、少なくとも一つの手術ツールを保持するようになっているエンドエフェクタとを有するロボットアームと、
前記ロボットアームを支持し且つ可動ボックスによって少なくとも部分的に覆われたシャーシと、
前記シャーシ内で移動可能に結合された剛性支持アームであって、前記シャーシ内の第１格納位置から、該剛性支持アームの少なくとも一部が前記可動ボックスの外側に伸長する複数の伸長位置へ伸長可能な剛性支持アームと、
前記複数の伸長位置のいずれか１つに前記剛性支持アームをロックするために前記剛性支持アームに一体化されたロック機構と
を備える、ロボット器具。
【請求項２】
前記剛性支持アームは、該剛性支持アームの外側端部に付けられた端部プレートを更に備え、該端部プレートは患者の解剖学的構造の一部を固定するための機器を受容するようになっている、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項３】
前記端部プレートは、前記患者の頭部を保持するための頭部拘束機構を受容するようになっている、請求項２に記載のロボット器具。
【請求項４】
前記剛性支持アームを繋止する前記シャーシの一部の直上で該シャーシに結合されたインタフェースプレートを更に備え、該インタフェースプレートは前記ロボットアームの基部として機能する、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項５】
前記ロック機構は、前記剛性支持アームの長さに沿って複数の凹部に向かってバネによって付勢された割り出し指状部を含む、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項６】
前記割り出し指状部は円錐状自由端部を含み、該円錐状自由端部は、前記複数の凹部と協働して前記剛性支持アームを前記複数の伸長位置のうちの１つにロックする、請求項５に記載のロボット器具。
【請求項７】
前記ロック機構は、該ロック機構の作動状態及び非作動状態に対応する少なくとも二つの位置の間で移動可能な制御レバーによって作動される、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項８】
前記剛性支持アームは、前記シャーシに対して平行移動する一つの自由度で移動可能である、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項９】
前記剛性支持アームは一対の対向スライドレールを備え、該一対の対向スライドレールは、前記シャーシに一体化された一対のガイドシューと協働する、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項１０】
前記ガイドシューは、前記シャーシに繋止されたガイドブロック内で支持され、該ガイドブロックは、前記格納位置における前記剛性支持アームを収容し、前記複数の伸長位置における前記剛性支持アームの一部を支持する、請求項９に記載のロボット器具。
【請求項１１】
前記ガイドシューは前記ガイドブロックの出口に位置付けられ、前記剛性支持アームは前記ガイドブロックの出口から伸長する、請求項１０に記載のロボット器具。
【請求項１２】
前記剛性支持アームの自由端部が、該剛性支持アームの自由端部をヘッドレストに強固に結合する放射線透過性の伸長部を受容するようになっている、請求項１に記載のロボット器具。
【請求項１３】
患者の解剖学的構造に対して支援ロボットを位置決めするための剛性支持器具であって、
剛性支持アームであって、前記支援ロボットのシャーシ内に格納された第１の位置から、該剛性支持アームの自由端部が前記シャーシの外側に伸長する第２の位置へ伸長可能な剛性支持アームと
前記剛性支持アームを前記シャーシに結合するガイドブロックであって、前記剛性支持アームの伸長部を前記第１の位置と前記第２の位置との間で支持するように構成されたガイドブロックと、
前記剛性支持アームを前記第２の位置にロックするロック機構と
を備える、剛性支持器具。
【請求項１４】
前記ガイドブロックは、前記剛性支持アームの一対の側方レールを受容するために対向鉛直側壁に据え付けられた一対のスライドを含み、前記一対の側方レールは前記自由端部を前記第２の位置に伸長させるように前記スライド内で摺動可能である、請求項１３に記載の剛性支持器具。
【請求項１５】
前記ガイドブロックは、前記剛性支持アームの一対の側方レールをガイドするために前記ガイドブロックの出口端部に位置付けられた一対のガイドシューを含む、請求項１４に記載の剛性支持器具。
【請求項１６】
前記ロック機構は、前記剛性支持アームの下面の長さに沿って複数の孔に向かってバネによって付勢された割り出し指状部を含む、請求項１３に記載の剛性支持器具。
【請求項１７】
前記割り出し指状部は円錐状自由端部を含み、該円錐状自由端部は前記複数の孔と協働して前記剛性支持アームを前記第２の位置にロックする、請求項１６に記載の剛性支持器具。
【請求項１８】
前記ロック機構は、作動状態に対応する第１の位置と、非作動状態に対応する第２の位置との間で移動可能な制御レバーによって作動される、請求項１３に記載の剛性支持器具。
【請求項１９】
前記剛性支持アームの自由端部は、該剛性支持アームの自由端部をヘッドレストに強固に結合する放射線透過性の伸長部を受容するようになっている、請求項１３に記載の剛性支持器具。
【請求項２０】
複数の関節と、患者の解剖学的構造の一部に対して少なくとも一つの手術ツールを保持するようになっているエンドエフェクタとを有するロボットアームと、
前記ロボットアーム及びガイドブロックを支持し且つ可動ボックスによって少なくとも部分的に覆われたシャーシと、
前記ガイドブロック内で移動可能に結合された剛性支持アームであって、前記ガイドブロック内の第１格納位置から、該剛性支持アームの少なくとも自由端部が前記可動ボックスの外側に伸長する複数の伸長位置へ伸長可能な剛性支持アームと、
前記患者の解剖学的構造の一部を保持するようになっている解剖学的拘束機構であって、前記剛性支持アームの自由端部に結合された解剖学的拘束機構と、
前記複数の伸長位置のいずれか１つに前記剛性支持アームをロックするために前記シャーシに一体化されたロック機構と
を備える、ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療分野、より詳細には脳神経外科の分野に属する。
【０００２】
本発明は、患者の頭部に対してロボットを位置決めし且つ脳神経外科手術中に患者の頭部を適切に固定された状態に維持することを可能とする剛性支持アームを備える脳神経外科用支援ロボットに関する。
【背景技術】
【０００３】
患者の解剖学的構造及び位置に応じて脳神経外科用支援ロボットの位置を適合し、従って脳神経外科手術中に患者の頭部が維持されることを確実なものとすることを可能とする少なくとも三つの医療装置が知られている。
【０００４】
第一の公知の装置は、手術室に、すなわち地面に密閉された支柱を介して固定されるという特性を有する脳神経外科手術用支援ロボットである。この装置は、主に地面への装置の固定に関するいくつかの欠点を有し、欠点は、手術室における大きなサイズを示し、手術室の構造を修正して脳神経外科手術における特殊性を事実上もたらす。さらに、その剛性態様（地面への固定）は、患者の位置決めへの適合の可能性を低下させる。
【０００５】
同一の種類の第二の医療装置が、手術台のレールを、一方では患者の頭部を支持するヘッドレストのための固定支持体として、他方では脳神経外科用支援ロボット自体のための固定支持体として使用する。斯かる装置は、ロボットと患者の頭部との間の直接的な剛性接続部を備えていない。加えて、いくつかの別個の機械的接合部がヘッドレスト及びロボットを手術台のレールに固定することを可能とし、このことは、手術のために手術装置の固定を患者の位置に適合させるための複数の調整を暗に意味する。各接合部は、さらに、ロボットに対する患者の頭部の維持において潜在的な剛性の損失を示す。
【０００６】
この第二の装置は、ロボットに対するヘッドレストの維持につながる欠点も有し、この欠点は最終的に手術台の剛性に依存する。
【０００７】
出願人によって開発された第三の医療装置は、固定された剛性支持アームを備える脳神経外科用支援ロボットである。手術中、薄い支持アームは標準的なヘッドレストを介して患者の頭部を強固に維持するように設計される。このため、この装置は、ロボットと患者の頭部との間の直接的な剛性接続部を備えるが、解剖学的構造、特に手術台に取り付けられた患者の位置決めへの適応が困難であるという欠点を有する。加えて、支持アームが固定され且つ取り外し不可能であるという事実は支持アームを扱いにくくし、手術室の窮屈な状況において支持アームを動かすことは容易ではなく、最終的に支持アームを不使用時に保管することが実用的ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述の欠点及び問題に対処し、人間工学的な脳神経外科用支援ロボット、すなわち、この場合、脳神経外科手術中に患者の頭部を十分に強固且つ信頼性高く維持することを確実なものとしつつ、患者の位置及び解剖学的構造に対して容易に位置決めされる脳神経外科用支援ロボットを提供することを目的とする。
【０００９】
提供される利点の中で、本発明の脳神経外科用支援ロボットは、さらに、位置決め設定において、ロボットの配置の高度に変更される構成に適合することを可能とするのに十分な大きさ（amplitude）を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
可動ボックスであって、手術台に横たわる患者の頭部を支持するヘッドレストとの接続のための剛性支持アームが可動ボックスのシャーシに設けられた可動ボックスを従来から備える本発明の脳神経外科用支援ロボットは、この目的のために、支持アームが、ボックスの容積内に格納される位置と複数の伸長位置との間でシャーシに対して移動可能であるように設計され、アームを任意の位置にロックするための手段が提供される。
【００１１】
格納及び調整の可能性は、患者に対するロボットの位置的な適合性を高めることによって、サイズの観点から、従って手術室における空間マネジメントの観点からも、更に動作精度に関して、本発明のロボットの使用のフレキシビリティに貢献する。
【００１２】
有利な構成によれば、シャーシは、プレートを含む剛性参照構造体を含み、プレートの下に、支持アームの可動性を管理するための手段が固定され、プレートの上に第２のツール保持ロボットアームが固定される。
【００１３】
本発明のタイプの手術ロボットの重要な側面の一つは、手術ジェスチャ（surgical gesture）の精度を実現するために提供される安定性にあり、この場合、安定性は寸法変動性／モジュール性と共存すべきである。患者の頭部の位置への最適な適合の目的は、この安定性を保証する機械的剛性を損なうべきではない。このため、要素（プレート）が設けられた剛性参照構造体が設置され、要素（プレート）は、一方では手術ロボットアームに直接固定され、他方では頭部支持アームに直接固定され、このプレートに対するこれらの分配は組立体の機械的剛性及び安定性を更に強化する。
【００１４】
実際には、ロボット及びロボットのシャーシの手術台に対する相対的な位置決めの評価を改善するために、支持アームは支持アームの位置を指し示すための手段を含み、この手段は、手術前の段階において、操作者が患者の頭部に対してロボットアームを予め位置決めすることを可能とする。
【００１５】
より具体的には、一つの可能性によれば、支持アームはマーキング目盛（marking graduations）を含み、マーキング目盛は、適合されたロック手段と組み合わされて、支持アームを優れた精度で調整することを可能とする。
【００１６】
上述した剛性／安定性要求を非常に良く満たす可能な構成によれば、ロック手段は、シャーシに接続され、少なくとも一つの割り出し指状部を含むことができ、少なくとも一つの割り出し指状部は、剛性支持アーム内に作られた少なくとも一つの凹部に向かってスプリング手段によって付勢される。
【００１７】
この場合、好ましくは、割り出し指状部は、円錐状自由端部を含み、指状部の正面の支持アームの表面において変位の方向に作られた一連の穴と協働する。この設計は、相当な動作応力が患者の頭部に及ぼされるときでさえ、支持アームを任意の位置に信頼性高く且つ堅固に固定することを可能とする。
【００１８】
一つの実施形態によれば、ロック手段は制御レバーによって作動にされ／非作動にされ、制御レバーは、ロック手段の作動及び非作動にそれぞれ対応する少なくとも二つの位置の間で移動可能である。
【００１９】
好ましくは、本発明の脳神経外科用支援ロボットの支持アームは平行移動における一つの自由度に従ってボックスに対して移動可能である。この場合、より好ましくは、平行移動は水平軸線に従う。
【００２０】
ヘッドレストの支持アームの各安定位置について十分な剛性を保証する位置調整のための自由度を実現する観点から、本発明に係る支持アームは少なくとも一つのレールを含み、少なくとも一つのレールは、シャーシのスライド内で摺動し、シャーシに固定された少なくとも一つの一体的なガイドシューと協働する。
【００２１】
実際には、好ましくは、少なくとも一つのガイドシューはスライドの出口に配置される。
【００２２】
本発明のより好ましい実施形態によれば、支持アームは、実際に、互いに面し且つシャーシに固定された二つのスライド内で摺動する二つの側方レールを含む。この倍増された機能は、アームの変位中にアームに適用される応力が、二つのレールによって支持され、従って各レールについて半分に減少するので、シャーシに対する支持アームの安定化において役割を果たす。
【００２３】
最後に、本発明によれば、支持アームの自由端部を放射線透過性部材を介してヘッドレストに接続することができ、放射線透過性部材は、支持アームの自由端部に強固に固定され、少なくとも二つの自由度を管理する、頭部への接続のためのインタフェースを含む。
【００２４】
概して、患者の頭部とロボットとの間の直接的な固定システムは、減少した数の機械部材で作られ、このことは、製造及び組立を単純にし、有利なことに、機械的安定性／剛性の喪失のリスクを生産コストと同程度に最小化する。この相対的な単純さの別の利点は、使用間のメンテナンスの必要性を大幅に低減する機械的堅固性において見られる。
【００２５】
患者の頭部と本発明のロボットとの間の接続システムは、完全なロボット装置が支持アームの格納性によって手術室のスケールにおいて妥当な寸法を有することを可能とし、格納状態に対応するサイズは更に保管を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の脳神経外科用支援ロボットの斜視図であり、脳神経外科用支援ロボットの支持アームが格納されている。
【図２】図２は上記ロボットを示し、シャーシが見えており、支持アームが部分的に伸長されている。
【図３】図３はこのロボットのシャーシを示し、支持アームが完全に格納されている。
【図４】図４は上記シャーシを示し、支持アームが完全に伸長されている。
【図５】図５は、支持アーム及び支持アームが摺動するスライドの構成を示す。
【図６】図６は、部分斜視図において、非作動位置において支持アームと協働するために設けられたロック手段を示す。
【図７】図７は、支持アームを強固にブロックする作動位置における上記ロック手段を示す。
【図８】図８は、手術台に横たわる患者の頭蓋腔を手術するための本発明の脳神経外科用支援ロボットの動作を示す。
【図９】図９は、側面図において、ロボットと患者との間の相互作用を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付図面に示される本発明の非限定的且つ例示的な実施形態の詳細な説明から本発明の更なる特徴及び利点が明らかになるだろう。
【００２８】
図１を参照して、本発明の脳神経外科用支援ロボットは車輪（２）上に可動ボックス（１）を含み、可動ボックス（１）の上にはロボットアーム（３）が据え付けられ、ロボットアーム（３）の自由端部には少なくとも一つのツールが設けられている。脳神経外科用支援ロボットは、操作者、この場合、外科医が、進行中の手術、より具体的にはロボットアーム（３）上に設けられたツールの作業を可視化することを可能とする支援スクリーン（４）も有する。
【００２９】
可動ボックス（１）は、剛性支持アーム（６）が設けられた、図２において見られるシャーシ（５）を覆い、剛性支持アーム（６）の機能は以下でより詳細に説明される。上記支持アーム（６）は、ボックス（１）又はシャーシ（５）の容積内に格納された位置と複数の伸長位置との間で、シャーシ（５）に対して移動可能である。支持アーム（６）は、機器に固定するための、すなわち患者の頭部を維持するためのプレート（７）が設けられた端部を含む。
【００３０】
手術前の段階において、操作者が、脳神経外科用支援ロボットをそのローラー（２）上で移動させることによってロボットの位置を最初に大雑把に適合し、その後、患者の位置決めに応じて、従って手術台（１８）の配置に対して支持アーム（６）を伸長させることによってロボットの位置をより正確に適合する。支持アーム（６）の最適な位置が確立されると、本発明は、上記アーム（６）をほぼ任意の位置に強固に維持することを可能とするロック手段（１２）を提供する。このため、患者の頭部は、強固且つ特に信頼性の高い方法で手術中に維持される。患者に対してロボットアーム（３）を保持するボックス（１）／シャーシ（５）の安定した位置決めのこの剛性及び精度を維持することは、脳手術の用途についてかなり明白な利点である。
【００３１】
図１は、ボックス（１）の内側の格納位置における支持アーム（６）を有する脳神経外科用支援ロボットを示す。有利なことに、この構成では、手術室のような混雑した環境において、可動ボックス（１）を操作し且つ輸送することが容易である。
【００３２】
図２は、脳の治療に関する外科的使用のために必要な安定性を保証する方法において、支持アーム（６）及び第２のロボットアーム（３）が脳神経外科用支援ロボットにどのように固定されるかをより詳細に示す。この目的のために、シャーシ（５）は、より詳細には図３及び図４において見られるプレート（８）を含む剛性参照構造体を備え、プレート（８）の下に、支持アーム（６）の可動性（この場合、平行移動における可動性）を管理するための手段（９）が固定され、プレート（８）の上に第２のロボットアーム（３）が固定される。
【００３３】
実際には、支持アーム（６）は、平行移動における一つの自由度に従ってシャーシ（５）に対して移動可能である。より詳細には、支持アーム（６）の平行移動は水平軸線に沿って生じる。この目的のために、シャーシ（５）は、図５に示されるガイドブロック（９）を備え、ガイドブロック（９）には、互いに面する二つのスライドが設けられ、二つの側方レール（１０）が二つのスライド内で摺動する。二つの側方レール（１０）は、ブロック（９）内のスライドの配置に対応するように支持アーム（６）の鉛直側部の両側に据え付けられる。この構成は、図３及び図４にそれぞれ見られる二つの最端の格納位置と伸長位置との間の、密にガイドされ、従って非常に安定した上記支持アーム（６）の水平方向の平行移動を得ることを可能とする。
【００３４】
ガイドブロック（９）は、シャーシ（５）と一体的に作られたプレート（８）の下に、例えばアングルブラケット（１１）の高さにおいてボルト締めすることによって固定される。ガイドブロック（９）は、ブロック（９）の出口に配置された二つのガイドシュー（guide shoes）（１４）を備え、二つのガイドシュー（１４）は支持アーム（６）の摺動中の滑動を促進する。実際に、ガイドシュー（１４）は、支持アーム（６）に据え付けられたレール（１０）と協働し、支持アーム（６）の平行移動の精度を最適化する。
【００３５】
有利なことに、ガイドシュー（１４）は、また、以下に見られるように、アーム（６）に伝達される相当な応力が患者の頭部に及ぼされるときでさえ、伸長位置における支持アーム（６）の位置を信頼性高く維持することに貢献する。
【００３６】
接続部の安定性及び剛性をより一層確実なものとするために、ガイド自体に加えて、ブロック（９）の内側の収容部の形状は、アーム（６）及び含まれるレール（１０）の外形に対応し、このことは、変位中のいかなるときにも、各伸長位置について、一方を他方内に位置決めすることを改善する。
【００３７】
上述したように、支持アーム（６）はマーキング手段（図示せず）を含み、マーキング手段は、例えば上記支持アーム（６）の位置を指し示すための目盛によって形成される。この特徴は、操作者が、すなわち手術前の段階において、患者の頭部に対して脳神経外科用支援ロボットを十分な精度で予め位置決めすることを可能とする。
【００３８】
図６及び図７は、シャーシ（５）に固定されたロック手段（１２）の動作をより詳細に示し、ロック手段（１２）は、制御レバー（１３）への容易なアクセスを可能とするようにスライド（９）の出口に設置される。
【００３９】
これらロック手段（１２）は少なくとも一つの割り出し指状部（index finger）（１５）を含み、割り出し指状部の円錐状端部は、図６に示される、支持アーム（６）の下面に規則的な間隔で分配された穴（１６）の中心に位置するように設計される。この割り出し指状部は、支持アーム（６）内に作られたこれら穴又は凹部（１６）に向かってスプリング手段によって付勢される。スプリング手段は例えば従来の圧縮バネによって形成される。
【００４０】
より具体的には、指状部（１５）の円錐状自由端部は、変位の方向に配置された穴（１６）と協働するとき、穴の直径に依存する寸法精度で支持アーム（６）が多数の離散的な安定位置を採ることを可能とする。本発明の用途では、指状部（１５）は、制御されていない更に小さな支持アーム（６）のあらゆる変位を防止するように、穴（１６）内に最小クリアランスで収まる。
【００４１】
ロック手段（１２）は制御レバー（１３）によって作動され／非作動にされ、制御レバー（１３）は、図７に示される作動位置及び例えば図５及び図６にそれぞれ示される非作動位置の少なくとも二つの位置の間で移動可能である。本発明のような可動制御レバー（１３）の使用は支持アーム（６）の平行移動を迅速且つ効果的に阻止することを可能とする。指状部（１５）の円錐状端部は、穴（１６）の中心に位置すると、そのプリセット段階においてユーザによって手動で最初に選択された寸法設定を僅かに変更する。
【００４２】
図６に示されるように、制御レバー（１３）が非作動位置にあるとき、割り出し指状部（１５）はスプリング手段に抗してその収容凹部内に格納され、その後、操作者は支持アーム（６）の位置を平行移動によって自由に調整することができる。
【００４３】
最適な位置が確立されると、操作者は、スプリング手段を解放する作動位置に可動制御レバー（１３）を動かし、スプリング手段は、割り出し指状部（１５）の円錐状端部を付勢し、割り出し指状部（１５）の円錐状端部をそれに面する穴（１６）内で又はいずれの場合にも芯出し（centering）を可能とする最も近い穴内で当接状態に維持し、その後、アーム（６）の位置及び伸長がロックされる。
【００４４】
斯かるロック手段（１２）は、対応する直径を有する穴（１６）内に指状部（１５）を強固にロックすることによって、支持アーム（６）を任意の位置に迅速に信頼性が高く且つ堅固に固定することを可能とする。その後、患者の頭部の位置を信頼性高く維持することができ、すなわち、相当な応力が患者の頭部に及ぼされるときでさえ、患者の頭部を支持する構造体の十分な程度の不動性で、患者の頭部の位置を維持することができる。
【００４５】
患者の頭部をロックする可能なモードが図８及び図９に実際に示される。この場合、支持アーム（６）の自由端部は、手術台（１８）に横たわる患者の頭部をロックするための標準的なシステム（１９）に接続される。示される構成では、このロックは、剛性フレームの形態を採るプレート（７）に取り付けられた放射線透過性部材（１７）を介して行われる。上記部材（１７）の放射線透過性は、手術中の段階において、患者の頭部に近い環境における全ての無線妨害（radio-nuisances）を除去することによって、Ｘ線を使用する撮像装置を使用してスナップショットを作成して得ることを可能とする。
【００４６】
放射線透過性フレーム（１７）は、少なくとも二つの自由度を管理する接続インタフェースを介して患者の頭部をロックするための標準的なシステム（１９）と一体化されているので、支持アーム（６）の自由端部に完全且つ強固に固定されなければならない。このため、相対的な可動性が、必要とされるときに、機械的なチェーン（mechanical chain）におけるこの点において引き継がれる。
【００４７】
図８及び図９に示されるように、例えば標準的なヘッドレスト（１９）に取り付けられたインタフェース部材の自由度は、手術中に患者の頭部に対する脳神経外科用支援ロボットの位置決めをより一層正確に適合することを可能とする。自由度の機械的な管理は、患者の頭部にできるだけ近くなるように計画される。このため、頭蓋腔の骨部分への予備的な作業の段階を含む手術中に起こる相当な応力が患者の頭部に及ぼされるとき、自由度を管理する各接続部に及ぼされる結合又は応力ができるだけ低減される。
【００４８】
示される例では、放射線透過性フレーム（１７）と標準的なヘッドレスト（１９）との間の接続インタフェースは五つの自由度を有する。
【００４９】
患者の頭部を維持するための標準的なヘッドレスト（１９）の使用に対する代替手段が存在し、代替手段は、本発明の範囲内で完全に使用可能であり、例えば二つの自由度を有する定位フレームに基づく装置である。
【００５０】
この可能性は示されていない。概して、図面によって記載された構成は、本発明を網羅するものではなく、伸長位置における本発明のロボットの寸法調整に関して、排他的ではないが、形状及び構造の変形を包含する。
【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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