(57)【要約】ロボット外科手術用システムは、その中に組み込まれる複数のセンサを有する、アクセスポートと、ロボットアームとの使用のためのエンドエフェクタおよびロボットアームへの接続を有する外科手術用器具とを含む。センサは、シャフトがアクセスポートを通して挿入されるときの組織とアクセスポートとの間のローディングパラメータを測定する。センサは、ローディングパラメータを示す信号を処理ユニットに無線で伝送する。外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における推定される荷重は、触知フィードバックをユーザに通信するための触知フィードバックインターフェースにリアルタイムで提供される。触知フィードバックは、推定される荷重に関連する特定のイベント、発生、または動作特性に応答して、強度において増減する。
2018500058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科手術用システムであって、前記システムは、
アクセスポートであって、前記アクセスポートは、その中に組み込まれた複数の第１のセンサを含み、前記アクセスポートは、組織内に固定されている、アクセスポートと、
外科手術用器具であって、前記外科手術用器具は、前記ロボット外科手術用システムのロボットアームとの使用のためのエンドエフェクタと、前記ロボットアームへの接続とを有し、前記外科手術用器具は、少なくともシャフトを含む、外科手術用器具と
を備え、
前記複数の第１のセンサは、前記シャフトが前記アクセスポートを通して挿入されるときの組織と前記アクセスポートとの間の少なくとも１つのローディングパラメータを測定するように構成されている、ロボット外科手術用システム。
【請求項２】
前記複数の第１のセンサは、前記少なくとも１つのローディングパラメータを示す信号を前記ロボット外科手術用システムの処理ユニットに伝送する、請求項１に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項３】
前記信号の伝送は、無線で、かつリアルタイムで継続的に生じる、請求項２に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのローディングパラメータは、前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端に加えられる力またはトルクのうちの少なくとも１つに関連する、請求項１に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項５】
前記ロボット外科手術用システムのロボットアームは、前記ロボット外科手術用システムの前記ロボットアームに取り付けられた前記外科手術用器具における力またはトルクのうちの少なくとも１つを測定するための複数の第２のセンサを含む、請求項１に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項６】
前記複数の第１および第２のセンサから受信された測定は、前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端における荷重を推定するために組み合わせられる、請求項５に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項７】
前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端における前記推定される荷重は、触知フィードバックをユーザに通信するための触知フィードバックインターフェースにリアルタイムで提供される、請求項６に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項８】
前記触知フィードバックは、前記推定される荷重に関連する特定のイベント、発生、または動作特性に応答して、強度において増減する、請求項７に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項９】
前記エンドエフェクタは、前記ロボット外科手術用システムの制御デバイスの少なくとも１つのモータによって制御され、および／または関節運動させられ、前記少なくとも１つのモータは、前記信号を前記複数の第１および第２のセンサから受信し、継続的かつリアルタイムで、前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端に加えられる荷重を調節するように構成されている、請求項８に記載のロボット外科手術用システム。
【請求項１０】
外科手術用アクセスポートであって、前記外科手術用アクセスポートは、
近位端および遠位端を有する本体部材であって、前記本体部材の一部は、組織内に固定されている、本体部材と、
前記本体部材内に埋め込まれた複数のセンサであって、前記複数のセンサは、組織と前記外科手術用アクセスポートとの間の少なくとも１つのローディングパラメータを測定するように構成されている、複数のセンサと
を備えている、外科手術用アクセスポート。
【請求項１１】
前記複数のセンサは、前記少なくとも１つのローディングパラメータを示す信号を前記外科手術用器具に機械的に接続されているロボット外科手術用システムの処理ユニットに伝送する、請求項１０に記載の外科手術用アクセスポート。
【請求項１２】
前記信号の伝送は、無線で、かつリアルタイムで継続的に生じる、請求項１１に記載の外科手術用アクセスポート。
【請求項１３】
ロボット外科手術用システムのロボットアーム上に搭載されている外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における荷重を推定する方法であって、前記方法は、
外科手術用器具アクセスポートに結合されている外科手術患者の組織と前記アクセスポート内の前記外科手術用器具のシャフトとの間に位置するセンサから受信されるセンサデータから、前記外科手術用器具アクセスポートのアクセスポート荷重を定量化することと、
前記測定されたアクセスポート荷重に少なくとも部分的に基づいて、前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタにおける決定される先端荷重を調節することと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記アクセスポート荷重を示す信号を前記第１のセンサから前記ロボット外科手術用システムの処理ユニットに無線で伝送することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記信号の無線伝送は、継続的かつリアルタイムで生じる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アクセスポート荷重は、前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端に加えられる力またはトルクのうちの少なくとも１つに関連する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ロボット外科手術用システムの前記ロボットアーム内の第２のセンサのセンサデータから、前記ロボット外科手術用システムの前記ロボットアームに取り付けられている前記外科手術用器具における力またはトルクのうちの少なくとも１つを定量化することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１および第２のセンサから受信される定量化は、前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端における推定される荷重を算出するために組み合わせられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記外科手術用器具の前記エンドエフェクタの先端における前記推定される荷重は、触知フィードバックをユーザに通信するための触知フィードバックインターフェースにリアルタイムで提供される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６２／０６８，０４０号（２０１４年１０月２４日出願）の利益およびそれに対する優先権を主張し、上記出願の全開示は、参照により本明細書に引用される。
【背景技術】
【０００２】
ロボット外科手術用システムは、低侵襲性医療手技において使用される。いくつかのロボット外科手術用システムは、ロボットアームをサポートするコンソールと、その間に組織を捕捉するためのジョーを含む、鉗子または握持ツール等の少なくとも１つの外科手術用器具とを含む。少なくとも１つの外科手術用器具が、ロボットアームに搭載される。医療手技の間、外科手術用器具は、小切開（例えば、カニューレを介して）または患者の天然オリフィスの中に挿入され、外科手術用器具を患者の身体内の作業部位に位置付ける。
【０００３】
ロボット外科手術用システムの使用に先立って、またはその間、外科手術用器具が、選択され、各ロボットアームの器具駆動ユニットに接続される。適切な据え付けが完了されるために、外科手術用器具のある接続特徴が、器具駆動ユニットの対応する接続特徴に嵌め合わせて係合されなければならない。これらの特徴が、嵌め合わせて係合されると、器具駆動ユニットは、外科手術用器具の作動を駆動する。外科手術用器具の先端は、外科手術用器具が駆動ユニットによって駆動されると、力およびトルクを経験する。
【０００４】
従来のロボット外科手術用システムは、センサを外科手術用器具の先端に設置することによって、ロボットアーム（またはロボットエンドエフェクタ）によって保持される外科手術用器具の先端における力およびトルクを測定する。この方法論は、配線を外科手術用器具を通して、ある形態のコネクタから走らせることによって、外科手術用器具内、特に、外科手術用器具の先端の近くにセンサを組み込むように外科手術用器具を修正することを要求する。この方法論は、複雑性およびコストを外科手術用器具に追加する。
【０００５】
したがって、センサを直接外科手術用器具の先端上に設置せずに、外科手術用器具の先端における状態を感知または決定する必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の側面によると、ロボット外科手術用システムが、提供される。ロボット外科手術用システムは、その中に組み込まれた複数の第１のセンサを含むアクセスポートであって、組織内に固定されている、アクセスポートと、ロボット外科手術用システムのロボットアームとの使用のためのエンドエフェクタ、およびロボットアームへの接続を有する外科手術用器具であって、少なくともシャフトを含む、外科手術用器具とを含む。第１のセンサは、シャフトがアクセスポートを通して挿入されるときの組織とアクセスポートとの間の少なくとも１つのローディングパラメータを測定するように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１のセンサは、少なくとも１つのローディングパラメータを示す信号をロボット外科手術用システムの処理ユニットに伝送する。信号の伝送は、無線で、またはワイヤを通して生じ得、伝送は、継続的かつリアルタイムで生じ得る。
【０００８】
本開示の側面では、少なくとも１つのローディングパラメータは、外科手術用器具のエンドエフェクタの先端に加えられる力またはトルクのうちの少なくとも１つに関連する。
【０００９】
本開示の別の側面では、ロボット外科手術用システムは、ロボット外科手術用システムのロボットアームに取り付けられる外科手術用器具における力またはトルクのうちの少なくとも１つを測定するための複数の第２のセンサを含む。複数の第１および第２のセンサから受信された測定は、外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における荷重を推定するために組み合わせられる。
【００１０】
いくつかの事例では、外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における推定される荷重は、触知フィードバックをユーザに通信するための触知フィードバックインターフェースにリアルタイムで提供される。触知フィードバックは、推定される荷重に関連する特定のイベント、発生、または動作特性に応答して、強度において増減する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、ロボット外科手術用システムの制御デバイスの少なくとも１つのモータによって制御および／または関節運動され、少なくとも１つのモータは、信号を複数の第１および第２のセンサから受信し、継続的かつリアルタイムで、外科手術用器具のエンドエフェクタの先端に加えられる荷重を調節するように構成される。
【００１２】
本開示の別の側面によると、外科手術用アクセスポートが、提供される。外科手術用アクセスポートは、近位端および遠位端を有する本体部材であって、その一部は、組織内に固定されている、本体部材と、本体部材内に埋め込まれた複数のセンサであって、組織と外科手術用アクセスポートとの間の少なくとも１つのローディングパラメータを測定するように構成される、複数のセンサとを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、複数のセンサは、少なくとも１つのローディングパラメータを示す信号を外科手術用器具に機械的に接続されているロボット外科手術用システムの処理ユニットに伝送する。信号の伝送は、無線で、またはワイヤを通して生じ得、伝送は、継続的にリアルタイムで生じ得る。
【００１４】
ロボット外科手術用システムのロボットアーム上に搭載されている外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における荷重を推定する方法もまた、説明される。方法は、外科手術用器具アクセスポートに結合されている外科手術患者の組織とアクセスポート内の外科手術用器具のシャフトとの間に位置するセンサから受信されるセンサデータから、外科手術用器具アクセスポートのアクセスポート荷重を定量化することを含み得る。外科手術用器具のエンドエフェクタにおける決定される先端荷重は、少なくとも部分的に、測定されたアクセスポート荷重に基づいて調節され得る。
【００１５】
アクセスポート荷重を示す信号は、ワイヤを通して、または無線で、第１のセンサからロボット外科手術用システムの処理ユニットに伝送され得る。信号の伝送は、継続的かつリアルタイムで生じ得る。アクセスポート荷重は、外科手術用器具のエンドエフェクタの先端に加えられる力またはトルクのうちの少なくとも１つに関連し得る。ロボット外科手術用システムのロボットアームに取り付けられる外科手術用器具における力および／またはトルクは、ロボット外科手術用システムのロボットアーム内の第２のセンサのセンサデータから定量化され得る。第１および第２のセンサから受信された定量化は、外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における推定される荷重を算出するために組み合わせられ得る。外科手術用器具のエンドエフェクタの先端における推定される荷重は、触知フィードバックをユーザに通信するための触知フィードバックインターフェースにリアルタイムで提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本開示の方法および装置の目的ならびに特徴は、その種々の実施形態の説明が付随の図面を参照して熟読されることによって、当業者に明白となるであろう。
【図１】図１は、本開示のある実施形態による、ロボット外科手術用システムの概略図である。
【図２】図２は、本開示のある実施形態による、その中に埋め込まれる１つ以上のセンサを有する、アクセスポートを通して挿入される外科手術用器具の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示のある実施形態による、アクセスポートの内側表面上に組み込まれ、ロボット外科手術用システムの処理ユニットと通信する、複数のセンサを有する、アクセスポートの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示のある実施形態による、アクセスポートの壁内に組み込まれ、ロボット外科手術用システムの処理ユニットと通信する、複数のセンサを有する、アクセスポートの概略図である。
【図４】図４は、本開示の別の実施形態による、その中に埋め込まれる１つ以上のセンサを有し、外科手術用器具がロボット外科手術用システムのロボットアームに取り付けられた、アクセスポートに接近する外科手術用器具を図示する、概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
低侵襲性手技は、同一目的のために使用される観血手術より低侵襲性である、任意の手技として定義され得る。本説明で使用される場合、「内視鏡下外科手術」は、体腔へのアクセスがいくつかの小経皮的切開を通して達成される低侵襲性外科手術の形態を説明する一般的用語である。内視鏡下外科手術は、一般的用語であるが、「腹腔鏡下」および「胸腔鏡下」は、それぞれ、腹腔および胸腔内の内視鏡下外科手術を説明する。低侵襲性手技において使用される器具のいくつかの例は、把持装置、カッタ、鉗子、解離器、シーラ、分割器、または解剖学的着目構造の領域における使用のために好適な他のツールを含む。
【００１８】
ここで、類似参照数字が、いくつかの図のうちのそれぞれの中で同一または対応要素を指定する図面を参照して、本開示の装置の実施形態を詳細に説明する。本明細書で使用される場合、用語「遠位」は、ユーザからより遠いツールまたはその構成要素の部分を指す一方、用語「近位」は、ユーザにより近いツールまたはその構成要素の部分を指す。
【００１９】
ここで、本開示の実施形態を詳細に参照する。本開示のある実施形態が説明されるが、本開示の実施形態をそれらの説明される実施形態に限定することを意図するわけではないことを理解されたい。対照的に、本開示の実施形態の参照は、添付の請求項によって定義される本開示の実施形態の精神および範囲内に含まれるような代替、修正、および均等物を覆うように意図される。
【００２０】
図１は、本開示のある実施形態による、ロボット外科手術用システムの概略図である。
【００２１】
医療ワークステーションは、概して、ワークステーション１として示され、概して、複数のロボットアーム２、３と、制御デバイス４と、制御デバイス４と結合されるオペレーティングコンソール５とを含む。オペレーティングコンソール５は、特に、３次元画像を表示するように設定されるディスプレイデバイス６と、人（図示せず）、例えば、外科医が、当業者に原理が公知であるように、第１の動作モードにおいて、ロボットアーム２、３を遠隔操作できる手動入力デバイス７、８とを含む。ディスプレイデバイス６は、ワイヤを通して、または無線様式「Ｂ」で、少なくとも１つの外科手術用器具１００からデータまたは情報を受信し得る。
【００２２】
ロボットアーム２、３の各々は、以下により詳細に説明されるであろうように、本明細書に開示されるいくつかの実施形態の任意の１つによると、接合部を通して接続される複数の部材と、例えば、エンドエフェクタを有する外科手術用器具１００が取り付けられ得る取り付けデバイス９、１１とを含む。
【００２３】
ロボットアーム２、３は、制御デバイス４に接続される、電気駆動部（図示せず）によって駆動され得る。制御デバイス４（例えば、コンピュータ）は、ロボットアーム２、３、その取り付けデバイス９、１１、したがって、外科手術用器具１００が、手動入力デバイス７、８を用いて画定された移動に従って、所望の移動を実行するように、特に、コンピュータプログラムを用いて、駆動部を起動するように設定される。制御デバイス４は、ロボットアーム２、３および／または駆動部の移動を調整するようにも設定され得る。
【００２４】
医療ワークステーション１は、外科手術用器具１００を用いて低侵襲性様式において治療されるべき患者台１２に横わたる患者１３上における使用のために構成される。外科手術用器具１００の少なくとも一部は、アクセスポート１０５を介して、患者１３の組織の中に挿入されるように構成される。医療ワークステーション１は、３つ以上のロボットアーム２、３も含み得、追加のロボットアームも同様に、制御デバイス４に接続され、オペレーティングコンソール５を用いて遠隔操作可能である。医療ワークステーション１は、特に、制御デバイス４と結合され、例えば、生体１３からの術前データおよび／または解剖学図が記憶される、データベース１４を含み得る。
【００２５】
オペレーティングコンソール５は、処理ユニット１５をさらに含む。処理ユニット１５は、コントローラであり得る。コントローラは、マイクロコントローラ、システムオンチップ（ＳＯＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等であることができる。コントローラは、単一印刷回路基板（ＰＣＢ）上に搭載され得る単一集積回路（ＩＣ）チップとして提供され得る。代替として、コントローラの種々の回路構成要素が、１つ以上の集積回路チップとして提供されることができる。すなわち、種々の回路構成要素は、１つ以上の集積回路チップ上に位置する。
【００２６】
処理ユニット１５は、任意のタイプのコンピューティングデバイス、算出回路、またはメモリ、例えば、記憶デバイスおよび／または外部デバイス内に記憶される一連の命令を実行可能な任意のタイプのプロセッサもしくは処理回路を含み得る。いくつかの実施形態では、以下に説明される、触知ユーザインターフェース１７が、処理ユニット１５に通信可能に結合され得る。いくつかの実施形態では、処理ユニット１５は、制御デバイスまたはコントローラ４の機能性を行うために、一式のプログラムされる命令を実行するように構成され得る。処理ユニット１５は、加えて、または代替として、本明細書に開示されるように、ポートアセンブリ１０５を使用して内視鏡下器具を制御する方法を行うために、一式のプログラムされる命令を実行するように構成され得る。
【００２７】
触知フィードバックは、聴覚および視覚フィードバックと併せて、またはその代わりに使用され、オーディオおよび視覚フィードバックに依拠する手術室機器に関する混乱を回避し得る。触知インターフェース１７は、拍動様式で振動する非同期モータであり得る。一実施形態では、約３０Ｈｚ以上の周波数における振動率は、１．５ｍｍ以下の振幅を有する変位を提供し、振動効果がローディングユニットに到達することを制限する。触知フィードバックインターフェース１７が表示されるアイテム間のさらなる区別のために、画面および／またはスイッチ上のテキストの異なる色および／または強度を含むことも想定される。視覚、聴覚、または触知フィードバックは、強度において増減されることができる。例えば、フィードバックの強度は、器具における力が過剰となっていることを示すために使用され得る。
【００２８】
例えば、ユーザフィードバックは、例えば、パルス状パターンの光、音響フィードバック（例えば、選択された時間間隔で鳴らされ得るブザー、ベル、またはビープ）、口頭フィードバック、および／または触知振動フィードバック（非同期モータまたはソレノイド等）の形態で含まれ得る。視覚、聴覚、または触知フィードバックは、強度が増減されることができる。実施形態では、フィードバックの強度は、器具における力が過剰となっていることを示すために使用され得る。
【００２９】
図２は、本開示による、ポートアセンブリ１０５を通して挿入される、外科手術用器具１００を示す。ポートアセンブリまたはアクセスポート１０５は、概して、本体１１０を含む。ポートアセンブリ１０５の本体１１０は、外部表面１１１と、内部表面１１３と、内部表面１１３によって画定される内部空間１１９とを含む。本体１１０の外部表面１１１は、患者の体腔１０２の中への進入部位において、組織１０１とシール可能に接触して配置されて示される。本体１１０は、体腔１０２の中へのアクセスを可能にし、例えば、それを通した器具のアクセスを可能にするように適合され、体腔１０２の中への開口部をシールするためのシール要素または機構を含み、例えば、送気ガスの逃散を防止し得る。ポートアセンブリ１０５の本体１１０は、金属、合金、複合材、またはそのような材料の任意の組み合わせ等の任意の好適な材料から形成され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、ポートアセンブリ１０５は、保持部材１５０に結合される。保持部材１５０は、台またはフレームに取り付け可能であり、ポートアセンブリ１０５に、例えば、追加の安定性を提供し、および／または患者の身体上のツールの重量を低減させるように適合され得る。ポートアセンブリ１０５は、ポートアセンブリ１０５の内部空間１１９内に受け取り可能であるように好適に構成されるシャフトを有する様々な内視鏡下器具または他のツールとともに使用され得る。
【００３１】
複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、および１１８ｃが、ポートアセンブリ１０５の本体１１０に関連付けて結合されるか、または別様に配置される。いくつかの実施形態では、複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃおよび１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、圧力センサである。しかしながら、当業者は、以下に説明されるように、複数の異なるセンサの使用を想定し得る。
【００３２】
図２では、外科手術用器具１００の実施形態は、種々の外科手術手技との使用のために示され、概して、筐体２１０と、筐体２１０から遠位に延びるシャフト２２０と、エンドエフェクタアセンブリ２２とを含む。シャフト２２０は、エンドエフェクタアセンブリ２２に機械的に係合するように構成される遠位端１６と、筐体アセンブリ２１０に機械的に係合するように構成される近位端１４とを有する。外科手術用器具１００は、ロボットガイドアセンブリ１６０上に取り外し可能に支持され得る。ガイドアセンブリ１６０は、ガイドアセンブリ１６０に対して外科手術用器具１００の平行移動を可能にするような方法で外科手術用器具１００を支持する。外科手術用器具１００のシャフト２２０は、その上に配置されるスリーブ１２５も含む。
【００３３】
エンドエフェクタアセンブリ２２は、概して、互いに対して枢動可能に搭載される一対の対向ジョーアセンブリ２３および２４を含む。ジョーアセンブリ２３および２４は、互いに対して間隔を置かれた関係に配置される開放位置から、ジョーアセンブリ２３および２４がその間に組織を握持するように協働する、クランプ締めまたは閉鎖位置に移動する。
【００３４】
伝送線は、外科手術用器具１００を取り付けデバイス９、１１のうちの１つに動作可能に接続する。外科手術用器具１００は、代替として、無線デバイスまたはバッテリ給電式として構成され得る。
【００３５】
動作時、システムの手動制御を通して、または視覚ディスプレイもしくは可聴トーン等の他の手段によって、力およびトルクを外科医システムにフィードバックするために、ロボット内視鏡下外科手術用器具のエンドエフェクタ２２（例えば、ジョー、把持装置、ブレード等）等の外科手術用器具１００の先端に加えられる力およびトルクを感知することが望ましい。本開示の例示的実施形態は、外科手術用器具１００の先端に加えられる力およびトルクを間接的に測定または推定するシステムおよび方法を提供する。
【００３６】
例えば、外科手術用器具１００のシャフト２２０の周囲に配置されるスリーブ１２５は、複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃを介して、アクセスポート１０５に電気的に接続される。複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、組織１０１における外科手術用器具１００によってその上に及ぼされた力およびトルクを測定し、荷重信号データを生成する。力およびトルクに関する測定される荷重信号データは、サンプリングされ、次いで、無線「Ｂ」でオペレーティングコンソール５の処理ユニット１５に伝送され得る（図１参照）。本開示によると、外科手術用器具１００の先端における荷重は、アクセスポート１０５内に埋め込まれ、または組み込まれる複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃによって収集されるセンサデータ／情報に基づいて、推定または導出もしくは計算される。このように、センサは、外科手術用器具１００のどんな遠位部分にも設置される必要はない。
【００３７】
さらに、複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃによって収集された荷重信号データまたは他の情報は、追加のセンサデータと組み合わせられ得る。例えば、図４に示されるように、ロボットアーム２、３、および取り付けデバイス９、１１は、複数のセンサ２００を含み得る。図４は、その中に埋め込まれる１つ以上のセンサを有する、アクセスポート１０５に接近する外科手術用器具１００を図示する、概略図を提供する。センサ２００は、ロボット外科手術用システムのロボットアーム２、３の取り付けデバイス９、１１における力およびトルクを監視ならびに測定する。複数のセンサ２００は、取り付けデバイス９、１１に搭載される場所における外科手術用器具１００を通過する力およびトルクを測定し、取り付けデバイス９、１１から外科手術用器具１００に通る任意のモータ駆動機構における力およびトルクを測定し、エンドエフェクタ２２が組織１０１を体腔１０２に向かって通過するときの外科手術用器具１００とアクセスポート１０５との間の力およびトルクを測定する。
【００３８】
センサを直接外科手術用器具自体の任意の遠位部分上に設置する必要なしに外科手術用器具１００の先端における荷重（例えば、力およびトルク）を推定するために、アクセスポート１０５内に埋め込まれ、または組み込まれる複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃから収集されたセンサ情報は、取り付けデバイス９、１１およびロボットアーム２、３上に搭載される複数のセンサ２００から収集されたセンサ情報と組み合わせられる。
【００３９】
したがって、外科手術用器具１００の遠位端（または先端）における力およびトルクの測定は、アクセスポート１０５内またはその上に埋め込まれ、または組み込まれる複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃと、ロボット外科手術用システム上に埋め込まれる複数のセンサ２００とから収集されたデータまたは情報から導出される。アクセスポート１０５内もしくはその上に埋め込まれ、または組み込まれる複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、外科手術用器具１００のスリーブ１２５とシャフト２２０との間のローディングの状態をロボット外科手術用システムの処理ユニット１５にリアルタイムで継続的に送信する。そのような情報は、次いで、ロボット外科手術用システムへの取り付けデバイス９、１１における外科手術用器具１００のローディングの状態と組み合わせられ、それは、外科手術用器具荷重を推定する（一定の率で）ために、処理ユニット１５によって受信される。この組み合わせられた情報は、次いで、触知ユーザインターフェース１７（図１参照）に提供され、ユーザが、外科手術用器具１００の駆動情報および／または電力情報を継続的に調節することを可能にし得る。
【００４０】
図３Ａは、本開示のある実施形態による、その内側表面上に組み込まれ、ロボット外科手術用システム４００の処理ユニット１５と無線で通信する複数のセンサを有するアクセスポート１０５ａの概略図である一方、図３Ｂは、本開示の別の実施形態による、その壁内に組み込まれ、ロボット外科手術用システム４００の処理ユニット１５と無線で通信する複数のセンサを有するアクセスポート１０５ｂの概略図である。
【００４１】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、等しく間隔を置かれた様式で、アクセスポート１０５上に円周方向に設置される。複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、アクセスポート１０５の本体１１０の作業チャネルまたは空間１１９内の外科手術用器具１００もしくは他の物体の存在を検出する（図２参照）。
【００４２】
複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、多様なセンサタイプから選択され得る。例えば、複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、光学、機械、電磁、または熱センサであり得る。複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃはまた、近傍物体の存在を検出するための近接センサであり得る。複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、外科手術用器具の存在を検出するために使用されるかどうかに応じて、異なるタイプ、サイズ、および／または公差のものであることができる。
【００４３】
複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃの出力は、制御回路（例えば、処理ユニット１５）に電気的に結合されるか、または別様にそれと電気的に通信され得る。複数のセンサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃの出力信号はまた、ワイヤを通して、または無線で、処理ユニット１５に伝送され得る（図３Ａおよび３Ｂ参照）。
【００４４】
無線送信機１２１（図２参照）は、処理された信号を無線受信機１９（図１参照）に無線で伝送またはブロードキャストするように構成される。前述のように、いくつかの実施形態では、信号は、アナログであるか、またはアナログに変換され、処理ユニット１５によって、搬送波周波数２．４ＧＨｚを用いて変調され得る。故に、無線送信機１２１は、変調されたアナログ信号を無線受信機１９にブロードキャストするように構成され得る。信号がデジタルであるか、またはデジタル化され、処理構成要素によって変調される他の実施形態では、無線送信機１２１は、標準的プロトコル、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に従って構成され得る。代替として、標準的または専用である、有線もしくは無線送信機の任意の他の好適な構成が、使用され得る。さらに、無線送信機１２１は、そこから延びるアンテナ（図示せず）を含み、無線受信機１９への信号の伝送を促進し得る。アンテナ（図示せず）は、アクセスポート１０５の筐体１１０から最小限に突出する、薄型アンテナとして構成され得る、またはアクセスポート１０５の筐体１１０の内部に配置され得る。
【００４５】
無線送信機１２１は、信号を無線で無線受信機１９に伝送するように構成される。無線受信機１９も、アンテナ（図示せず）を含み、無線送信機１２１からの信号の受信を促進することが想定される。さらに、無線送信機１２１および無線受信機１９は、手術室または他の外科手術設定における使用のために好適な作業範囲を有することが想定される。言い換えると、無線送信機１２１は、外科手術手技全体を通して、無線受信機１９と通信可能であり得ることが想定される。無線受信機１９は、信号を復号または復調し、信号をビデオモニタ６に通信するように構成される（図１参照）。無線受信機１９は、無線受信機１９がビデオモニタ６に結合され得るように、標準的電気接続を含み得る。ビデオモニタ６は、信号をビデオ画像として表示し得る。
【００４６】
本開示によるシステムおよび方法は、その中に埋め込まれ、または組み込まれる複数のセンサを有するスマートアクセスポートを採用する。スマートアクセスポートは、ロボット外科手術用システムのロボットアームに取り付けられる１つ以上の外科手術用器具と通信する。スマートアクセスポートの複数のセンサによって感知される荷重（例えば、力およびトルク）、ならびにロボット外科手術用システムの取り付けデバイスおよびロボットアームによって感知される荷重（例えば、力およびトルク）は、ロボット外科手術用システムのロボットアームに取り付けられる１つ以上の外科手術用器具の先端またはエンドエフェクタにおける荷重を推定または計算または概算するために、組み合わせられる。したがって、１つ以上の外科手術用器具の遠位端またはエンドエフェクタもしくはシャフト部分は、その上に組み込まれるどんなセンサも欠いており、したがって、そのような外科手術用器具を製造するコストおよび複雑性を低減させる。
【００４７】
さらに、実施形態では、複数のセンサは、外科手術用器具と腹壁との間の荷重の独立した尺度を提供し得る。これは、ロボット外科手術用システムが過剰荷重を腹壁に提供しないことを監視する独立した安全システムとしての役割を果たす。これらの荷重が所定の閾値を超える場合、ロボット安全システムは、例えば、ロボット外科手術用システムの電源を切ることができる。
【００４８】
実施形態では、ロボット外科手術用システムは、１つ以上のフィードバックデバイスを含む。１つ以上のフィードバックデバイスは、例えば、聴覚フィードバック（音）、触知または触覚フィードバック（タッチ）、光学フィードバック（視覚）、嗅覚フィードバック（臭い）、および／または平衡感覚（平衡フィードバック）等の任意の好適な形態の感覚フィードバックを提供し得る。触知フィードバックは、種々の形態、例えば、限定ではないが、振動感覚（振動）および圧力感覚、温度知覚（熱）、および／または低温知覚（低温）を含む、機械感覚を通して提供され得る。任意の単一フィードバックタイプまたは任意のそれらの組み合わせが、ユーザにロボット外科手術用システムからのフィードバックを提供するために使用され得ることは、当業者によって理解されるであろう。いくつかの実施形態では、フィードバックの特性は、所定の条件の定量的指示を提供し得る。例えば、エンドエフェクタの温度の定量的指示は、温度に伴って変動するピッチを有するオーディオトーン、温度に伴って変動するパルス周波数を有する一連のパルス等によって提供され得る。
【００４９】
本明細書に開示されるデバイスは、単回使用後、廃棄されるように設計されることができ、または複数回使用されるように設計されることができる。しかしながら、いずれの場合も、デバイスは、少なくとも１回の使用後、再使用のために再調整されることができる。再調整は、デバイスの分解、それに続く特定の部品の清掃または交換、および後の再組立のステップの任意の組み合わせを含むことができる。特に、デバイスは、分解されることができ、デバイスの任意の数の特定の部品または部分が、任意の組み合わせにおいて選択的に交換または除去されることができる。特定の部分の清掃および／または交換に応じて、デバイスは、再調整設備において、または外科手術手技直前に外科手術チームによって、後の使用のために、再組み立てされることができる。当業者は、デバイスの再調整が、分解、清掃／交換、および再組立のための種々の技法を利用することができることを理解されるであろう。そのような技法の使用および結果として生じる再調整されたデバイスは全て、本願の範囲内である。
【００５０】
本開示のいくつかの実施形態が図面に図示されたが、本開示をそれに限定されることを意味するものではなく、本開示は、当該分野が許容するであろう広範囲にあり、本明細書も同様に読まれることが意図される。したがって、前述の説明は、限定としてではなく、単に、本開示の実施形態の例示として解釈されるべきである。したがって、実施形態の範囲は、与えられる実施例によってではなく、添付の請求項およびその法的均等物によって決定されるべきである。
【００５１】
当業者であれば、本明細書で具体的に説明され、添付図面で図示されるデバイスおよび方法は、非限定的な例示的実施形態であることを理解するであろう。一例示的実施形態に関連して図示および説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせられ得る。そのような修正および変形例は、本開示の範囲内に含まれることを目的としている。同様に、当業者であれば、上記の実施形態に基づく本開示のさらなる特徴および利点を理解するであろう。したがって、本開示は、添付の請求項によって示される場合を除いて、具体的に示され、説明されているものによって限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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