(57)【要約】  本明細書に開示されるものは、ロボット手術デバイスの全体的位置決めを提供するようにロボット手術デバイスとともに用いるための全体的位置決めシステムである。全体的位置決めシステムは、ベースと、前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品と、を有する。
2020500674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット手術デバイスとともに用いるための全体的位置決めシステムであって、
（ａ）ベースと、
（ｂ）第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、
（ｃ）第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、
（ｄ）前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクであって、前記第３アームリンクは第３回転ジョイントに関して回転可能であり、前記第３アームリンクは患者における切開部を通じて位置決め可能であるように構成されている、第３アームリンクと、
（ｅ）前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において移動することが可能であるように前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品であって、前記ロボット手術デバイスに対し結合可能であるように構成されている、摺動可能な結合部品と、を備える全体的位置決めシステム。
【請求項２】
前記第１回転ジョイントの回転軸と、前記第２回転ジョイントの回転軸と、前記第３回転ジョイントの回転軸とは、単一の交点にて交わる、請求項１に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項３】
前記単一の点は球面ジョイントである、請求項２に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項４】
前記単一の交点は前記ロボット手術デバイスの一部に沿ったある点に配置される、請求項２に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項５】
前記単一の交点が患者における切開部に配置されるように前記全体的位置決めシステムが位置決めされる、請求項２に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項６】
前記第３アームリンクは挿入の前記単一の点を通じて配置される、請求項５に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項７】
前記単一の交点は患者の挿入点に配置される、請求項２に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項８】
前記挿入点は切開部または自然開口部を含む、請求項７に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項９】
前記第３アームリンクは前記単一の交点を通じて配置される、請求項７に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１０】
前記ロボット手術デバイスは１つ以上のアームを備え、前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスは、前記ロボット手術デバイスを患者の体腔内に位置決めするべくともに動作するように構成されている、請求項１に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１１】
前記全体的位置決めシステムと前記ロボット手術デバイスとに対し動作可能に結合されているコントローラをさらに備える、請求項１０に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１２】
ロボット手術デバイスとともに用いるための全体的位置決めシステムであって、
（ａ）ベースと、
（ｂ）第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、
（ｃ）第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、
（ｄ）第３回転ジョイントにて前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、
（ｅ）前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品と、
（ｆ）前記摺動可能な結合部品に対し動作可能に結合されている前記ロボット手術デバイスであって、前記ロボット手術デバイスは
（ｉ）デバイス本体と、
（ｉｉ）前記デバイス本体に対し動作可能に結合されており１つ以上の第１アクチュエータを備える第１アームと、
（ｉｉｉ）前記デバイス本体に対し動作可能に結合されており１つ以上の第２アクチュエータを備える第２アームと、を備え、
前記第３アームリンクは、患者における挿入点を通じて、前記ロボット手術デバイスが該患者の体腔内に位置決め可能であるように位置決め可能である、全体的位置決めシステム。
【請求項１３】
前記摺動可能な結合部品は、前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において摺動可能である、請求項１２に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１４】
前記第１回転ジョイントの回転軸と、前記第２回転ジョイントの回転軸と、前記第３回転ジョイントの回転軸とは、単一の交点にて交わり、前記第３アームリンクは前記単一の交点を通じて配置される、請求項１２に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１５】
内部のロボット手術デバイスとともに用いるための外部の全体的位置決めシステムであって、
（ａ）ベースと、
（ｂ）第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、
（ｃ）第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、
（ｄ）第３回転ジョイントにて前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、
（ｅ）前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において可動であるように前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品であって、前記ロボット手術デバイスに対し結合可能であるように構成されている、摺動可能な結合部品と、
（ｆ）前記第１回転ジョイントの回転軸と、前記第２回転ジョイントの回転軸と、前記第３回転ジョイントの回転軸との単一の交点を備え、前記単一の交点は患者の挿入点に配置される、全体的位置決めシステム。
【請求項１６】
前記第３アームリンクの一部は前記単一の交点を通じて配置される、請求項１５に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１７】
前記ロボット手術デバイスの一部は前記単一の交点を通じて配置される、請求項１５に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１８】
前記挿入点は切開部である、請求項１５に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項１９】
前記ロボット手術デバイスは１つ以上のアームを備え、前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスは、前記ロボット手術デバイスを前記患者の体腔内に位置決めするべくともに動作するように構成されている、請求項１５に記載の全体的位置決めシステム。
【請求項２０】
（ａ）前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスに対し動作可能に結合されている中央処理装置であって、前記中央処理装置は前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスに対し制御命令を送信するように構成されているソフトウェアを備える、中央処理装置と、
（ｂ）前記中央処理装置に対し動作可能に結合されているコントローラと、をさらに備える、請求項１９に記載の全体的位置決めシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書における種々の実施形態は、ロボット手術デバイスに、より詳細には、外科手術中の手術デバイスの全体的再位置決めに助力する全体的位置決めシステムおよびデバイスに関する。生体内手術デバイスとの全体的位置決めシステムの組合せは、デバイスのサイズを大きくすることなく生体内デバイスの自由度を増す。
【背景技術】
【０００２】
ロボット手術のために現在用いられている既知の位置決めシステムは大きく、また扱いにくい。例えば、ダヴィンチＳＰサージカルシステム（商標）は、手術室のかなりの部分を占め、外科手術部位にわたって窮屈な空間を作り出し、早稲田大学によって作り出されたシステムは、必要以上に大きいプロファイルを作り出す巨大なモータハウジングを有する。さらなる例において、Ｒａｖｅｎ（レイヴン）（商標）は、単一の器具（上述の他の２つのシステムに用いられる生体内ロボットシステムとは対照的に）を挿入することによって現在の腹腔鏡技術を模倣している。
【０００３】
図１Ａおよび図１Ｂは、既知の一般的な球面機構１０と、患者の腹腔の範囲に到達するためのその機構の必要な作業空間１６とを示す。「球面機構（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）」は、全てのエンドエフェクタの動きが単一点を通過するようにすることが可能な物理的な機構またはソフトウェアアプリケーションであり、それによって、外科手術システムが、単一の中心点として機能する切開部を通じて手術を行う長い硬質の器具を用いることを可能とする。一例として、ＣＯＢＲＡＳｕｒｇｅ（コブラサージ）とＲａｖｅｎとの両方は機械的球面機構を有し、一方でダヴィンチはソフトウェアベースの球面機構を有する。
【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂに示されるこの既知の機構は、その機構に結合されているケーブル駆動される器具を有する。デバイス１０におけるリンク角度１２，１４は、図１Ｂに示される作業空間１６を作り出すように、ワシントン大学のバイオロボティクス研究室にて最適化された。作業空間１６は、円錐１６の底部に配置されているリモートセンタ１８に関して長手方向に９０°および頭尾方向に６０°の楕円錐である。リンク角度１２，１４は様々な作業空間について変化することが可能である。
【０００５】
この分野では全体的位置決めシステムの改良が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書において論じられるものは、生体内ロボット手術デバイスとともに用いるための種々の全体的位置決めシステムである。
例１では、ロボット手術デバイスとともに用いるための全体的位置決めシステムは、ベースと、第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において移動することが可能であるように前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品と、を備える。前記第３アームリンクは、第３回転ジョイントに関して回転可能であり、患者における切開部を通じて位置決め可能であるように構成されている。前記摺動可能な結合部品は、前記ロボット手術デバイスに対し結合可能であるように構成されている。
【０００７】
例２は例１に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第１回転ジョイントの回転軸と、前記第２回転ジョイントの回転軸と、前記第３回転ジョイントの回転軸とは、単一の交点にて交わる。
【０００８】
例３は例２に係る全体的位置決めシステムに関し、前記単一の交点は球面ジョイントである。
例４は例２に係る全体的位置決めシステムに関し、前記単一の交点は前記ロボット手術デバイスの一部に沿ったある点に配置される。
【０００９】
例５は例２に係る全体的位置決めシステムに関し、前記単一の交点が患者における切開部に配置されるように前記全体的位置決めシステムが位置決めされる。
例６は例５に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第３アームリンクは挿入部の前記単一の点を通じて配置される。
【００１０】
例７は例２に係る全体的位置決めシステムに関し、前記単一の交点は患者の挿入点に配置される。
例８は例７に係る全体的位置決めシステムに関し、前記挿入点は切開部または自然開口部を含む。
【００１１】
例９は例７に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第３アームリンクは前記単一の交点を通じて配置される。
例１０は例１に係る全体的位置決めシステムに関し、前記ロボット手術デバイスは１つ以上のアームを備え、前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスは、前記ロボット手術デバイスを患者の体腔内に位置決めするべくともに動作するように構成されている。
【００１２】
例１１は例１０に係る全体的位置決めシステムであって、前記全体的位置決めシステムと前記ロボット手術デバイスとに対し動作可能に結合されているコントローラをさらに備える前記全体的位置決めシステムに関する。
【００１３】
例１２では、ロボット手術デバイスとともに用いるための全体的位置決めシステムは、ベースと、第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、第３回転ジョイントにて前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において移動することが可能であるように前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品と、前記摺動可能な結合部品に対し動作可能に結合されている前記ロボット手術デバイスと、を備える。前記ロボット手術デバイスは、デバイス本体と、前記デバイス本体に対し動作可能に結合されている第１アームと、前記デバイス本体に対し動作可能に結合されている第２アームと、を備える。前記第１アームは１つ以上の第１アクチュエータを備え、前記第２アームは１つ以上の第２アクチュエータを備える。
【００１４】
例１３は例１２に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第１回転ジョイントの回転軸と、前記第２回転ジョイントの回転軸と、前記第３回転ジョイントの回転軸とは、単一の交点にて交わる。
【００１５】
例１４は例１２に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第３アームリンクは前記単一の交点を通じて配置され、さらに患者における挿入点を通じて位置決め可能であるように構成されている。
【００１６】
例１５では、内部のロボット手術デバイスとともに用いるための外部の全体的位置決めシステムは、ベースと、第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、第３回転ジョイントにて前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において可動であるように前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品と、前記第１回転ジョイントの回転軸と前記第２回転ジョイントの回転軸と前記第３回転ジョイントの回転軸との交点における単一の交点とを備える。前記摺動可能な結合部品は前記ロボット手術デバイスに対し結合可能であるように構成されている。前記単一の交点は患者の挿入点に配置される。
【００１７】
例１６は例１５に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第３アームリンクの一部は前記単一の交点を通じて配置される。
例１７は例１５に係る全体的位置決めシステムに関し、前記ロボット手術デバイスの一部は前記単一の交点を通じて配置される。
【００１８】
例１８は例１５に係る全体的位置決めシステムに関し、前記挿入点は切開部である。
例１９は例１５に係る全体的位置決めシステムに関し、前記ロボット手術デバイスは１つ以上のアームを備え、前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスは、前記ロボット手術デバイスを前記患者の体腔内に位置決めするべくともに動作するように構成されている。
【００１９】
例２０は例１９に係る全体的位置決めシステムであって、前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスに対し動作可能に結合されている中央処理装置と、前記中央処理装置に対し動作可能に結合されているコントローラと、をさらに備える全体的位置決めシステムに関する。前記中央処理装置は前記全体的位置決めシステムおよび前記ロボット手術デバイスに対し制御命令を送信するように構成されているソフトウェアを備える。
【００２０】
例２１では、ロボット手術デバイスとともに用いるための全体的位置決めシステムは、ベースと、第１回転ジョイントにて前記ベースに対し動作可能に結合されている第１アームリンクと、第２回転ジョイントにて前記第１アームリンクに対し動作可能に結合されている第２アームリンクと、第３回転ジョイントにて前記第２アームリンクに対し動作可能に結合されている第３アームリンクと、前記第３アームリンクに対し摺動可能に結合されている摺動可能な結合部品と、前記摺動可能な結合部品に対し動作可能に結合されている前記ロボット手術デバイスと、を備える。さらに、前記ロボット手術デバイスは、デバイス本体と、前記デバイス本体に対し動作可能に結合されており１つ以上の第１アクチュエータを備える第１アームと、前記デバイス本体に対し動作可能に結合されており１つ以上の第２アクチュエータを備える第２アームと、を備える。これに加えて、前記第３アームリンクは、患者における挿入点を通じて、前記ロボット手術デバイスが該患者の体腔内に位置決め可能であるように位置決め可能である。
【００２１】
例２２は例２１に係る全体的位置決めシステムに関し、前記摺動可能な結合部品は、前記第３アームリンクの長さに沿って伸長位置と収縮位置との間において摺動可能である。
例２３は例２１に係る全体的位置決めシステムに関し、前記第１回転ジョイントの回転軸と、前記第２回転ジョイントの回転軸と、前記第３回転ジョイントの回転軸とは、単一の交点にて交わり、前記第３アームリンクは前記単一の交点を通じて配置される。
【００２２】
複数の実施形態が開示されているが、本発明の例示的な実施形態を示し記述する以下の詳細な説明から、当業者には本発明の他の実施形態もまた明らかとなる。理解されるように、本発明は、すべて本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、種々の明白な態様において修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、事実上例示的であり制限的でないとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】既知の球面機構の斜視図。
【図１Ｂ】図１Ａの既知の球面機構の作業空間の斜視図。
【図２Ａ】一実施形態に係る、患者の腔内に配置されている生体内ロボットデバイスに結合されている全体的位置決めデバイスの斜視図。
【図２Ｂ】全体的位置決めデバイスおよび患者の腔内に配置されている図２Ａの生体内ロボットデバイスの別の斜視図。
【図２Ｃ】全体的位置決めデバイスおよび患者の腔内に配置されている図２Ａの生体内ロボットデバイスの別の斜視図。
【図３】一実施形態に係る、全体的位置決めデバイスの分解斜視図。
【図４】図３のデバイスの第１ジョイントの拡大した分解斜視図。
【図５】図３のデバイスの第２ジョイントの拡大した分解斜視図。
【図６】図３のデバイスの第３ジョイントの拡大した分解斜視図。
【図７】ロボットデバイスに結合されている図３のデバイスの結合部品の拡大した分解斜視図。
【図８】一実施形態に係る、全体的位置決めデバイスと各ジョイントにおいて得られる実際の回転軸との側面図。
【図９】全体的位置決めデバイスと図８の実際の回転軸によって作り出されるグローバル回転軸との斜視図。
【図１０】一実施形態に係る、全体的位置決めデバイスを制御するための制御処理の概略図。
【図１１】一実施形態に係る、コントローラの斜視図。
【図１２】さらなる実施形態に係る、別のコントローラの斜視図。
【図１３Ａ】一実施形態に係る、ロボットデバイスのアームの斜視図。
【図１３Ｂ】図１３Ａのロボットデバイスのアームの斜視図。
【図１４Ａ】一実施形態に係る、患者の腔内に配置されている生体内ロボットデバイスに結合されている全体的位置決めデバイスの側面図。
【図１４Ｂ】全体的位置決めデバイスと、患者の腔内に配置されている図１４Ａの生体内ロボットデバイスとの別の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書において開示または企図されている種々の実施形態は、本明細書にさらに詳細に記載される通り、全体的位置決めデバイスが患者の腔内におけるロボットデバイスの大域的な（グローバル）配向のために用いられることが可能であるように巧妙な生体内ロボットデバイスに結合されている、改良された全体的位置決めデバイスに関する。
【００２５】
本明細書において開示または企図されている種々の全体的位置決めデバイスの実装は、手術デバイスを患者の腔内に自動的に全体的に位置決めするのに用いられることが可能である。本明細書において用いられる「全体的位置決め（ｇｒｏｓｓ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）」は、可動手術デバイス全体の大まかな位置決め（アームおよびエンドエフェクタなどのそうしたデバイスの特定の部品の正確な移動および配置とは対照的に）を意味することが意図されている。既知のロボット手術システムにおいて、外科手術中のそれらのデバイスの全体的位置決めは困難なタスクであり得る。さらに、低侵襲外科手術（ロボットまたは非ロボットシステムのいずれかを用いる）は、外科技術師が腹腔鏡などの外科手術機器を再位置決めすることを必要とすることが多い。そうした全体的再位置決めは、時間とさらなる努力を要する。これに加えて、場合によっては、外科技術師は十分に腹腔鏡の訓練を受けていない新参の（ｊｕｎｉｏｒ）医学生である。結果として、外科医からの再位置決め指示は、外科手術部位の遮られたおよび／または曇った視界を生じることが多く、外科医からの追加の認知的資源を要求する。したがって、既知の単一の切開部の手術デバイスだけでなくダヴィンチシステム（登録商標）も、複雑な手術を行う間に、患者の手動の再位置決め、ロボットシステム、またはその両方を適時に必要とすることが多い。
【００２６】
本明細書において企図されている種々の全体的位置決めデバイスは、手術中に手術スタッフによる追加の介入または手動の再位置決めなしに、手術デバイス（例えば、切開部を通じて位置決めされるように構成されているデバイス本体またはロッドと患者の腔内に全体が位置決めされデバイス本体に結合されている１つ以上のロボットアームとを有する任意の手術デバイスを含む）の全体的再位置決めに助力する。全体的位置決めシステムの実施形態は、自由度、方位角および仰角の制御、ならびにロボット腹腔鏡手術器具を含む腹腔鏡手術器具の挿入の軸に関する回転および並進が可能である。結果として、本明細書に開示および企図されている全体的位置決めデバイスの実施形態は、手術デバイスを腹腔などの患者の腔への切開部を通じて高い操作可能性により全体的に位置決めすることが可能であり、手術時間および手術スタッフに対し引き起こされる緊張を低減する。内部の手術デバイスシステムとの外部の全体的位置決めシステムの組合せは、手術ロボット／デバイスのサイズを大きくすることなく内部システムの自由度が有効に増加することを可能とする。
【００２７】
１つの実装では、本明細書において開示および企図されている種々のデバイスは、突出体、ロッドまたは磁気ハンドルなどの利用可能な外部の位置決め固定具を備える任意の単一の部位の手術デバイスとともに用いられることが可能である。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｃは、生体内ロボットデバイス２２とともに全体的位置決めデバイス２０を示し、生体内ロボットデバイス２２は全体的位置決めデバイス２０に結合されている。３つの図は、切開部２６を通じて患者の腔２４内に、３つの異なる位置にロボットデバイス２２を配向するデバイス２０を示す。デバイス２０は、ベース（「本体」とも呼ばれる）２８、第１アームリンク（または「上アーム」）３０、第２アームリンク（または「前アーム」）３２、および第３リンク（または「伸長部」）３４を有する。伸長部３４は、腔２４へのアクセスを提供する切開部２６を通じて（または、より典型的には、腔２４へのアクセスを提供する切開部２６に配置されているポート（図示せず）を通じて）本体３８が配置されるように、ロボットデバイス２２の本体３８に直接結合している結合部品３６を有する。
【００２９】
示されるように、位置決めデバイス２０（および本明細書において開示または企図されている任意の他の位置決めデバイスの実施形態）のリンク３０，３２，３４は、ロボットデバイス２２が腔２４内の作業空間の十分な範囲にアクセスすることを可能とする。すなわち、ロボットデバイス２２のアーム４０に取付けられているエンドエフェクタ４２が腔２４内の作業空間における任意の所望の位置に到達可能であるように、位置決めデバイス２０は、切開部２６（または切開部２６に配置されているポート）を通じて位置決めされるデバイス２２の本体３８により、ロボットデバイス２２を患者の腔２４内に位置決めすることを可能とし、一方で、位置決めデバイス２０のリンク３０，３２，３４は、ロボットデバイス２２の全ての移動が単一点を通過するように、デバイス本体３８が切開部２６を通過する「球面ジョイント（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｊｏｉｎｔ）」４４を作り出すように機能する。換言すると、３つのリンク３０，３２，３４の位置決めおよび患者の腔２４内のロボットデバイス２２の得られる位置決めに関わらず、切開部２６（球面ジョイント４４）におけるデバイス本体３８の部分は、位置決めデバイス２０の結果と同じ位置（切開部２６を通じて）のままである。このことは、エンドエフェクタ（エンドエフェクタ４２など）が腔内の任意の所望の位置に到達可能であるように、腔（腔２４など）内のロボットデバイス（ロボットデバイス２２など）の動作を可能にし、一方で、デバイス２２全体は、切開部２６における単一点（球面ジョイント４４）を通過しその点から決して移動しないデバイス本体３８を介して位置決めデバイス２０に接続されており、それによって、その単一の切開部（切開部２６など）を通じてデバイス２２を動作させ位置決めすることを可能とする。位置決めデバイス２０による球面ジョイント４４の生成は、以下においてさらに詳細に記載される。別の利点は、位置決めデバイス２０は患者の腔から延びている既知のダヴィンチ（商標）システムの複数のアームの代わりに、患者の腔内において単一の生体内ロボットデバイスを用いることを可能とし、それによって患者の体の外に大きい作業空間を取ることである。
【００３０】
図３は、全体的位置決めデバイス２０の部品の分解図を示す。以下においてさらに詳細に記載するように、デバイス２０は３つの自由度（“ＤＯＦ”）を有し、位置決めデバイス２０に結合されているロボットデバイス２２についてグローバル配向を提供するように（図２Ａ〜図２Ｃに最もよく示されているように）これらのＤＯＦを利用することが可能である。上述したように、デバイス２０は、ベース２８、第１アームリンク３０、第２アームリンク３２、第３リンク３４、および結合部品３６を有する。この実装において、第１アームリンク３０はカバー３０Ａを有し、第２アームリンク３２はカバー３２Ａを有する。これに代えて、リンク３０，３２の各々は、カバーのない単一の単位部品である。
【００３１】
図３および図４に最もよく示されるように、第１アームリンク３０は、第１ジョイント５０においてベース２８に回転可能に結合されている。より詳細には、ベース２８は、ブラケット５２と軸受５６とに回転可能に結合されている第１モータ５４を収容するように構成されているブラケット５２からなり、それによって第１ジョイント５０を作り出す。すなわち、モータ５４は、モータ５４が開口部５８Ａ，５８Ｂ内において回転するように、それらの開口部５８Ａ，５８Ｂに位置する。第１リンク３０は、第１モータ５４の作動がブラケット５２に関するモータ５４の回転を生じさせるように第１モータ５４に固定して結合されており、それによって第１ジョイント５０の周りの第１リンク３０の回転を生じる。
【００３２】
１つの実装において、ベース２８は、使用中にデバイス２０全体を安定かつ安全に保つように構成されている。示されるように、上述の通りベース２８はブラケット５２である。代替の実施形態において、ベース２８は、そうした安定性を提供する任意の構造（例えば、加重を用いて安定性を向上させる非常に重いまたは加重した構造を含む）であることが可能である。ある実装において、ベース２８は患者が乗せられている手術台に安定して結合されていることが可能である。例えば、ベース２８は台（図示せず）の上のレール（図示せず）に結合されていることが可能である。さらなる代替において、ベース２８は手術室における任意の固定物に結合されていることが可能である。これに代えて、ベース２８はカートの必須部分または他の可動式スタンドアローン装置に結合されているか、またはその装置であることが可能である。
【００３３】
図３および図５に最もよく示されるように、第１アームリンク３０と第２アームリンク３２とは、第２ジョイント６０において回転可能に互いに結合されている。より詳細には、ジョイント６０は、ブラケット６２と軸受６６とに回転可能に結合されている第２モータ６４を収容するように構成されているブラケット６２からなり、それによって第２ジョイント６０を作り出す。すなわち、モータ６４は、モータ６４が開口部６８Ａ，６８Ｂ内において回転するように、それらの開口部６８Ａ，６８Ｂに位置する。第１リンク３０は第２モータ６４に固定して結合され、第２リンク３２は、第２モータ６４の作動がブラケット６２に関するモータ６４の回転を生じるように、ブラケット６２に固定して結合され、それによってジョイント６０の周りに第１リンク３０に関する第２リンク３２の回転を生じさせる。
【００３４】
図３および図６に最もよく示されるように、第３リンク３４は、第３ジョイント７０において第２アームリンク３２に回転可能に結合されている。より詳細には、ジョイント７０は、第２アームリンク３２に固定して結合されている第３モータ７２からなり、モータ７２の作動が第３リンク３４の回転を生じさせるように第３リンク３４に回転可能に結合されており、それによって第３ジョイント７０を作り出す。図３および図７に最もよく示されるように、第３リンク３４は、ロボットデバイス７４が第３リンク３４に結合されることが可能であるように、リンク３４の先端部に結合部品３６を有する。図３および図７に示される物体７４が生体内ロボットデバイス７４に相当することを意図されていることが理解される。この特定の例では、デバイス７４のロッドまたは本体７６のみが示されるが、ロボットアームまたは他の部品ではない。示されるこの特定の本体部品７６は単にデバイス７４の概略図として意図され、ロボットアームを有する実際のロボットデバイス（上で説明し示したデバイス２２など）の完全な図ではないことが理解される。このようにして、第３モータ７２の作動は、第３リンク３４の回転によってロボットデバイスの回転を生じさせる。
【００３５】
これに代えて、本明細書に記載されるようにリンク３０，３２，３４が互いに関して可動である限り、任意のジョイントの構成が、種々の全体的位置決めデバイスの実装において用いられることが可能である。
【００３６】
１つの実装によると、結合部品３６は、結合部品３６（および、したがってロボットデバイス７４）が第３リンク３４の長手方向の長さに沿って何処にでも位置決めされることが可能であるように、第３リンク３４に摺動可能に結合されている。このように、ロボットデバイス７４は、第３リンク３４の長手方向の軸に沿ってデバイス７４を位置決めするように、所望に応じて、第３ジョイント７０に向かっておよび第３ジョイント７０から離れて移動することが可能である。ある実施形態では、結合部品３６は、第３リンク３４の長さに沿った結合部品３６の位置を固定または非固定とするように作動されることが可能なクイックリリースハンドル７８を有する。すなわち、ハンドル７８は、部品３６がリンク３４の長さに沿って摺動することが可能であるように、結合部品３６を非固定構成へと動かすように作動されることが可能である。結合部品３６（および、したがってロボットデバイス７４）がリンク３４の長さに沿った所望の点に位置決めされると、ハンドル７８は固定される位置に移動することが可能であり、それによって部品３６が摺動不可能であるような点に結合部品３６を固定する。このようにして、結合部品３６は、第３リンク３４の長さに沿って、伸長位置と収縮位置との間において、およびそれらの間の任意の位置において移動することが可能である。これに代えて、第３リンク３４は、伸長と収縮位置との間の移動を担う任意の既知の部品またはデバイスを有することが可能である。
【００３７】
図８は、リンク５０，６０，７０によって作り出される回転軸９０，９２，９４を示し、さらに結合部品３６と第３リンク３４とによって作り出されるリニアステージＤを示す。すなわち、矢印Ａにて示される軸９０の周りの回転が、第１ジョイント５０の回転によって生じる。さらに、矢印Ｂにて示される軸９２の周りの回転が、第２ジョイント６０の回転によって生じる。最後に、矢印Ｃにて示される軸９４の周りの回転が、第３ジョイント７０の回転によって生じる。これに加えて、矢印Ｄによって示される直線移動は、第３リンク３４に沿った結合部品３６の移動から結果として生じる。一実施形態において、結合部品３６の直線移動は、ロボットデバイス７４をさらに患者の腔（図示せず）の中に位置決めするか、またはロボットデバイスをジョイント７０に対してより近くに移動させる、外科医の判断において利用される。１つの実装において、第３リンク３４に関する結合部品３６の移動は、手動である（また、上述のクイックリリースレバー７８の作動を必要とする）。これに代えて、結合部品３６の移動は、動力化されることが可能である。
【００３８】
一実施形態において、回転ジョイント５０における回転軸９０は、回転ジョイント６０における回転軸９２とジョイント７０における回転軸９４との両方に対して垂直である。換言すると、各軸９０，９２，９４は、他の２つに対して垂直であることが可能である。垂直である３つの軸９０，９２，９４は、いくつかの実装において、各軸９０，９２，９４を単一の自由度のみに寄与させることによってシステム２０の制御を単純にすることが可能である。例えば、第３リンク３４が軸９４の周りを回転する場合、３つの軸９０，９２，９４全てが垂直である時には、生体内ロボットデバイス７４の傾斜は変化しない。同様に、第１リンク３０が軸９０の周りを回転する場合、手術デバイス７４の左右の傾斜しか影響を受けない。これに代えて、３つの軸９０，９２，９４のうちの２つが互いに垂直である。さらなる代替では、軸９０，９２，９４のいずれも互いに垂直ではない。
【００３９】
図９は、図８の３つの局所的な（ローカル）回転軸９０，９２，９４が、生体内ロボット７４のグローバル配向をどのように得るかを示す。すなわち、図８は、それぞれジョイント５０，６０，７０の各々に関する実際の回転軸９０，９２，９４を示す。対照的に、図９は、実際の回転軸９０，９２，９４によって作り出されるグローバル回転軸１００，１０２，１０４を示す。すなわち、グローバル回転軸１００，１０２，１０４は、ロボットデバイス（例えば、デバイス７４など）の実際のまたは所望の配向を記述するのに用いられる軸である。このようにして、軸９０，９２，９４は、矢印Ｄにて示される軸１００の周りの回転がデバイス７４の「ピッチ」回転であるように、グローバル軸１００を作り出す。さらに、軸９０，９２，９４は、矢印Ｅにて示される軸１０２の周りの回転がデバイス７４の「ロール」回転であるように、グローバル軸１０２を作り出す。これに加えて、軸９０，９２，９４は、矢印Ｆにて示される軸１０４の周りの回転がデバイス７４の「ヨー」回転であるように、グローバル軸１０４を作り出す。このように、ある実施形態によると、デバイス７４の所望のグローバル配向は、軸９０，９２，９４によって制御されることが可能である。例えば、デバイス７４のピッチが９０度であるように所望されると、ローカル軸９０，９２，９４は、ロボットデバイス７４が９０度のピッチを有するように、必要に応じてある解決値に回転することが可能である。
【００４０】
一実施形態において、図８に最もよく示されるように、３つの軸９０，９２，９４は、上記の「球面ジョイント」１００としても知られる交点１００にて交わる。交点１００は、アームリンク３０，３２，３４の位置決めに関わらず同一の位置に固定されたままであり、外科手術中に挿入点として用いられることが可能である。すなわち、全体的位置決めシステム２０は、患者における切開部を通じてロボットデバイス７４が位置決めされるその切開部に交点１００が位置決めされるように位置決めされることが可能である。
【００４１】
１つの実装において、上述したように、交点１００によってシステム２０が球面機構に対し同様に作用する。図８に示されるデバイス２０において、デバイス２０の構成は、患者における切開部に典型的に位置決めされる球面ジョイント１００の単一点を伸長部３４が必ず通過するように、球面ジョイント１００を作り出す。デバイス２０によって作り出される球面ジョイント１００は、切開部において球面ジョイント１００を保ちながら、患者の腔内の手術デバイス７４用の有効な作業空間のサイズを大きくする。
【００４２】
これに代えて、全体的位置決めデバイス２０は第４リンク、第５リンク、または任意の数の追加のリンク、および関連する追加の数の回転ジョイントを有することが可能である。さらに、デバイス２０は３つ未満のリンク、および関連する数の回転ジョイントしか有しないことも可能である。要するに、全体的位置決めデバイス２０は単一の回転ジョイント、２つの回転ジョイント、または任意の数の回転ジョイントを有することが可能である。
【００４３】
一実施形態によると、全体的位置決めデバイス２０は、図１０に示される以下の制御処理１２０を用いて制御されることが可能である。ソフトウェアアーキテクチャ１２４（この例示的な実施形態において非公式に「ロボットアプリ」と呼ばれる）と通信するための入力として用いられるコントローラ１２２が提供される。１つの実装では、ソフトウェア１２４は、異なるハードウェアの一体化と「プラグイン」の開発が可能なカスタムソフトウェア１２４であり、それによって追加の特徴を構築するのが容易なモジュラープラットフォームを得る。これに代えて、ソフトウェアアーキテクチャ１２４は、ハードウェアの使用をハードウェアの限定されたセットに限定し、モジュール性を有しない。さらなる代替では、ソフトウェアアーキテクチャ１２４は任意の既知の種類のアーキテクチャであることが可能である。
【００４４】
コントローラ１２２からの通信は、ソフトウェア１２４（ブロック１２６）によって解読され（または「条件判定され）、運動学（ブロック１２８）を計算するのに用いられる。これらの運動学の計算は、デバイス２０がコントローラ１２２から通信されるように移動すべく作動するよう、接続部１３０を介して全体的位置決めデバイス２０へと通信される。この特定の実施形態において、接続部は、ソフトウェア１２４を備えるハードウェア（図示せず）におけるＵＳＢポート１３０である。ポート１３０は、ソフトウェア１２４への、したがってコントローラ１２２への全体的位置決めデバイス２０の接続が可能である。１つの実装において、コントローラ１２２は、ソフトウェア１２４を備えるハードウェアである。これに代えて、ハードウェアは、コンピュータなどの任意の処理装置であることが可能である。
【００４５】
ある実施形態によると、ハンドコントローラが全体的位置決めデバイスおよび／またはロボットデバイスを制御するように用いられる。１つの実装において、ハンドコントローラ１５０は、図１１に示されるようなジョイスティックコントローラ１５０である。ジョイスティックコントローラ１５０は、全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）の配向を制御する。コントローラ１５２が市販のジオマジックタッチ（ＧｅｏＭａｇｉｃ  Ｔｏｕｃｈ）（商標）コントローラ１５２である、さらなるコントローラの実施形態１５２が図１２に示される。この実装において、コントローラ１５２は、全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）を制御するように用いられることが可能である。さらなる実施形態において、コントローラ１５２は全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）とロボットデバイス（デバイス２２など）との両方を制御するように用いられることが可能であるが、制御スキームは、ユーザがデバイスのうちの一方を制御することから他方へと切り替えたい各々の時に変更される必要がある。
【００４６】
別の実施形態において、２つのジオマジックタッチ（商標）コントローラ１５２は、手術中に制御スキームを変更する必要なく全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）とロボットデバイス（デバイス２２など）との両方の制御が可能な制御処理またはアプリケーションと組み合わせて用いられる。これに代えて、図１３Ａおよび図１３Ｂに最もよく示されるように、制御処理のために、生体内ロボット１６６の２つの端点（エンドエフェクタ）１６２間の中点１６０が特定される。極座標（θ，Φ）を用いると、中点１６０がエンベロープ１６４の領域を離れると、それに応じて生体内ロボットデバイス１６６の配向が全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）によって動くように、中点のエンベロープ１６４が発展する。より詳細には、エンドエフェクタ１６２同士の中点１６０がエンベロープ１６４の範囲に達すると、全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）はデバイス１６６上のカメラレンズ１６８の視界を調節するように移動し始める。このように、ロボットデバイス１６６は、カメラレンズ１６８を所望の視界へと移動するように、上下左右に到達または「ジェスチャ（ｇｅｓｔｕｒｉｎｇ）」を行うことによってカメラレンズ１６８の視界を制御することが可能である。全体的位置決めデバイスの移動を停止するために、エンドエフェクタ１６２は中点プロファイルに戻る必要がある（すなわち、エンドエフェクタ１６２は中点１６０がエンベロープ１６４内にあるように移動する必要がある。この手法では、全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）とロボットデバイス（デバイス２２など）は、制御スキームを変更することなくロボットデバイスが患者の腔の範囲に到達することが可能であるように、両方が動作することが可能である。
【００４７】
一実施形態において、中点のエンベロープ１６４は、カメラレンズ１６８の範囲に対応する。これに代えて、他のアプローチが異なるカメラについて用いられることが可能である。すなわちロボットデバイスが留まる必要がある最適な作業空間を有する場合には。
【００４８】
これに代えて、図１４Ａおよび図１４Ｂに最もよく示されるように、制御処理は異なる様式にて動作することが可能である。この特定の実施形態では、中点１６０がエンベロープ１６４を出ると、全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）と生体内ロボットデバイス１６６との両方はエンドエフェクタ１６２を空間内に固定し続けるようにともに移動することが可能であるが、示されるように中点のエンベロープ１６４の中にエンドエフェクタを戻す。より詳細には、エンドエフェクタ１６２は、最初はロボットデバイス１６６の右に対するオフセットであるが、しかしながら全体的位置決めデバイス（デバイス２０など）と生体内ロボット１６６とをともに再位置決めすることによって、端点１６２は空間に固定されたままとなるものの、中点のエンベロープ１６４の内側に戻される。
【００４９】
使用時に、全体的位置決めデバイス２０および本明細書において開示または企図されている他の実施形態は、手術デバイス（デバイス２２、デバイス７４、またはデバイス１６６など）を患者の腔内における外科手術空間内に切開部を通じて位置決めするように、以下の様式にて動作することが可能である。３つのリンク３０，３２，３４は、所望に応じてデバイス２２，７４，１６６を位置決めするようにそれぞれの軸９０，９２，９４の付近を回転する。より詳細には、第３リンク３４は、軸９４の付近にて手術デバイス２２，７４，１６６を回転させるように軸９４の周りを回転することが可能である。さらに、伸長部３４と組み合わせたアームリンク３０，３２は、２つの別々の角平面を通じてデバイス２０を連接するように用いられることが可能である。すなわち、２つの軸９０，９２は、伸長部３４の角度位置に影響し得る。これに加えて、結合部品３６は、手術デバイス２２，７４，１６６が患者の腔の中または外に進められることが可能であるように伸張または伸縮することが可能である。
【００５０】
１つの実装において、位置決めシステム２０と手術デバイス２２，７４，１６６とは、手術デバイス２２，７４，１６６が位置決めシステム２０の延長部として扱われるように、組み合わせて用いられることが可能であり、両方が手術デバイス２２，７４，１６６を移動および動作させるようにともに用いられる。例えば、外科医が手術デバイス２２，７４，１６６を右方に合計２．５４ｃｍ（１インチ）移動させたい場合があり、したがって、この移動を生じるように外部のコントローラを作動させる。コントローラ（上述の任意のコントローラの実施形態など）は、手術デバイス２２，７４，１６６を右方に２．５４ｃｍ（１インチ）移動させるためにシステム２０とデバイス２２，７４，１６６とが組み合わせて動作するように、適切な信号を位置決めシステム２０と手術デバイス２２，７４，１６６とに送信する。一例では、システム２０が１．２７ｃｍ（０．５インチ）移動可能であり、またデバイス２２，７４，１６６が１．２７ｃｍ（０．５インチ）移動可能であり、それによってデバイス２２，７４，１６６が所望に応じて完全に２．５４ｃｍ（１インチ）移動することになる。一実施形態によると、このようにして、位置決めシステム２０は、使用中の各部品の最適な寄与を決定することによって、システム２０とデバイス２２，７４，１６６との組み合わせの強度、作業空間、および可操作性を最大化するのに用いられる。
【００５１】
これに代えて、位置決めシステム２０およびデバイス２２，７４，１６６は、別々に動作する。すなわち、デバイス２２，７４，１６６が用いられている間にはシステム２０が動作不能であるか動作せず、またシステム２０が用いられている間にはデバイス２２，７４，１６６が動作不能であるか動作しない。例えば、デバイス２２，７４，１６６が用いられており外科手術空間における対象物がデバイス２２，７４，１６６の到達範囲の外側にあると決定されると、デバイス２２，７４，１６６は「シャットダウン」され、そうでなければ動作不能の状態となるか、単に「休止モード」に置かれ、それに応じてシステム２０はデバイス２２，７４，１６６を再位置決めするのに用いられる。
【００５２】
プロセッサが、手術デバイス２２，７４，１６６を全体的に位置決めするためのアームリンク３０，３２，３４の移動を含む位置決めシステム２０を制御するように用いられることが可能であるように、デバイス２０はプロセッサまたはコンピュータ（図示せず）に動作可能に結合されていることが可能であることが理解される。
【００５３】
さらなる代替の実装において、位置決めシステム２０は、デバイス２２，７４，１６６に対し種々の機能を提供するように手術デバイス２２，７４，１６６に結合している器具またはデバイスを組み込むか一体化するように構成されることも可能である。例えば、一実施形態において、システム２０は、手術デバイス２２，７４，１６６が吸引および灌注部品を備えるように、手術デバイス２２，７４，１６６において対応する器具に結合する吸引および灌注器具を備えることが可能である。さらなる実装に係る別の例において、位置決めデバイス２０は、手術デバイス２２，７４，１６６において対応する器具に結合するように構成されている任意の既知の器具を備えることが可能である。
【００５４】
本明細書において企図されている代替の実施形態は、磁気的に制御される（上述の手術デバイスとは対照的に、本体を介して制御されるか、手術切開部を通じて挿入されるロッドを位置決めする）手術デバイスとともに用いられることが可能なシステムも含む。これらの実装において、位置決めシステムは、患者の外皮に沿って外部の磁気部品（磁気ハンドルまたは他の種類の外部磁気部品など）を位置決めすることによって、手術デバイスを患者の腔内の内部表面に沿った何処にでも位置決めする。デバイスのこの位置決めは、患者の皮膚の表面に沿った２次元内の移動と、皮膚の表面に対し垂直な軸に関する外部磁気部品の回転との、任意の組合せを含むことが可能である。当然ながら、患者の皮膚に沿った磁気部品の移動は２次元であると考えられる一方で、皮膚に沿った外部部品の移動が６つの自由度全てにおいて完全な操作性を示すように、患者の皮膚は曲線的であることが理解される。
【００５５】
本発明は好ましい実施形態を参照して記載されているが、当業者は本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および詳細において変更がなされ得ることを認識する。
【図１Ａ】
2020500674.tif 000003
【図１Ｂ】
2020500674.tif 000004
【図２Ａ】
2020500674.tif 000005
【図２Ｂ】
2020500674.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図３】
2020500674.tif 000008
【図４】
2020500674.tif 000009
【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】
2020500674.tif 000016
【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2020500674.tif 000019
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
2020500674.tif 000022