JP2022541276A - Compact Actuation Configuration and Expandable Instrument Receiver for Robotically Controlled Surgical Instruments - Google Patents

Abstract

ロボットシステムアセンブリは、アクチュエータアセンブリを含むロボットマニピュレータと、アクチュエータアセンブリに取り付け可能なベース本体を有する外科用器具とを備える。ベースは、第１の制御入力端子および第２の制御入力端子を含み、第１の制御入力端子および第２の制御入力端子は、ベースの異なる側に配置される。アクチュエータアセンブリは、開位置と閉位置の間で移動可能であり、外科用器具の取り外しと交換を容易にする。閉位置にあるとき、アクチュエータアセンブリの駆動要素は、外科用器具の第１の制御入力端子および第２の制御入力端子を駆動して、エンドエフェクタの移動または作動を引き起こすように配置される。【選択図】図３The robotic system assembly includes a robotic manipulator including an actuator assembly and a surgical instrument having a base body attachable to the actuator assembly. The base includes a first control input terminal and a second control input terminal, the first control input terminal and the second control input terminal being arranged on different sides of the base. The actuator assembly is movable between open and closed positions to facilitate removal and replacement of surgical instruments. When in the closed position, the drive element of the actuator assembly is arranged to drive the first control input terminal and the second control input terminal of the surgical instrument to cause movement or actuation of the end effector. [Selection drawing] Fig. 3

Description

発明者：Ｍａｔｔｈｅｗ Ｒｏｂｅｒｔ Ｐｅｎｎｙ、Ｋｅｖｉｎ Ａｎｄｒｅｗ Ｈｕｆｆｏｒｄ、Ｐａｕｌ Ｓｃｈｎｕｒ
本願は、２０１９年７月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／８７４，９８８号および２０１８年１２月３１日に出願された米国特許仮出願第６２／７８７，２５４号の利益を主張する２０１９年１２月３１日に出願された米国特許出願第１６／７３２，３０７号の一部継続出願である。本願はさらに、２０１９年７月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／８７４，９８８号、２０１９年７月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／８７５，００３号、２０１９年７月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／８７４，９８５号、および２０１９年７月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／８７４，９８２号の利益を主張する。 Inventors: Matthew Robert Penny, Kevin Andrew Hufford, Paul Schnur
This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 62/874,988 filed July 17, 2019 and U.S. Provisional Application No. 62/787,254 filed December 31, 2018 This is a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 16/732,307, filed December 31, 2019. No. 62/874,988, filed July 17, 2019; No. 62/874,985, filed July 17, and US Provisional Application No. 62/874,982, filed July 17, 2019.

本発明は、電気機械的作動を使用するものを含む、外科用デバイスおよびシステムの分野に関する。 The present invention relates to the field of surgical devices and systems, including those using electromechanical actuation.

様々なタイプの外科用ロボットシステムが販売されており、または開発中である。一部の外科用ロボットシステムは、複数のロボットアームを使用する。各アームには、体内から画像を取得し外科用器具、またはモニタに表示するために使用されるカメラが搭載されている。一般的な構成では、２つまたは３つの器具とカメラをシステムで支持および操作できる。システムへの入力は、通常、入力ハンドルなどの入力デバイスを使用して、マスタコンソールに配置された外科医からの入力に基づいて生成される。外科用器具とカメラの運動と作動は、ユーザ入力に基づいて制御される。カメラによって取得された画像は、外科医コンソールのディスプレイに表示される。コンソールは、患者側、滅菌野内、または滅菌野の外側に配置できる。 Various types of surgical robotic systems are on the market or in development. Some surgical robotic systems use multiple robotic arms. Each arm carries a camera that is used to acquire images from inside the body and display them on surgical instruments or on a monitor. In a typical configuration, two or three instruments and cameras can be supported and operated by the system. Inputs to the system are typically generated based on input from the surgeon located at the master console using an input device such as an input handle. Movement and actuation of the surgical instrument and camera are controlled based on user input. Images acquired by the camera are displayed on the display of the surgeon's console. The console can be positioned on the patient side, within the sterile field, or outside the sterile field.

ロボットアーム／マニピュレータは、通常、アームの末端に、外科用デバイスアセンブリを支持および動作するように設計された部分を含む。外科用デバイスアセンブリは、シャフトおよびシャフト上の遠位エンドエフェクタを有する外科用器具を含む。エンドエフェクタは、患者内に配置可能である。 Robotic arms/manipulators typically include portions at the distal ends of the arms designed to support and move surgical device assemblies. A surgical device assembly includes a surgical instrument having a shaft and a distal end effector on the shaft. The end effector is positionable within the patient.

通常、器具シャフトの近位ハウジングは、器具の機能を駆動するアクチュエータから伝達される運動を受け入れる作動機構を含む。エンドエフェクタは、以下の特徴の１つまたは複数を有するがこれらに限定されない、外科手術で使用される多くの異なるタイプの１つであり得る：開閉する顎、１つまたは複数の自由度で屈曲または関節運動するシャフトの遠位端のセクション、シャフトに対して軸方向に回転する先端、マニピュレータアームに対して軸方向に回転するシャフトである。モータまたは他のタイプのモータ（例えば、油圧／空気圧）であり得るエンドエフェクタの運動を駆動するための器具アクチュエータは、ロボットマニピュレータの末端部分に配置されることが多い。場合によっては、それらは外科用デバイスアセンブリの近位ハウジングに配置され、他の構成では、いくつかは近位ハウジングにあり、一方、他はロボットマニピュレータにある。後者の例では、エンドエフェクタのいくつかの運動は、マニピュレータの末端部分にある１つまたは複数のモータを使用して駆動され得、一方、他の運動は、近位ハウジング内のモータを使用して駆動され得る。 The proximal housing of the instrument shaft typically contains an actuation mechanism that receives motion transmitted from the actuator that drives the function of the instrument. The end effector can be one of many different types used in surgery, having one or more of the following characteristics, but not limited to: jaws that open and close, flex in one or more degrees of freedom. Or a section at the distal end of the shaft that articulates, a tip that rotates axially with respect to the shaft, a shaft that rotates axially with respect to the manipulator arm. Instrument actuators for driving movement of the end effector, which can be motors or other types of motors (eg, hydraulic/pneumatic), are often located at the distal end portion of the robotic manipulator. In some cases they are located in the proximal housing of the surgical device assembly, in other configurations some are in the proximal housing while others are in the robotic manipulator. In the latter example, some movements of the end effector may be driven using one or more motors in the distal portion of the manipulator, while other movements use motors in the proximal housing. can be driven by

器具は手順の過程で交換可能であり、１つの器具をマニピュレータから取り外して別の器具と交換することができる。近位ハウジングをマニピュレータでアクチュエータインターフェースに係合させるには、ロボットと患者の両方からの外力に抵抗するために、器具をマニピュレータにしっかりとドッキングする機械的スナップ、磁気係合、または摺動インターフェースの使用が含まれ得る。外科用器具と係合するための機械的インターフェースがある。このインターフェースでは、ロボットマニピュレータ内の器具アクチュエータを使用して生成された運動が近位ハウジングの１つまたは複数の機械的入力に伝達され、器具の自由度と、該当する場合はその顎開閉機能を制御する。この運動は、滅菌器具と非滅菌マニピュレータアームの間に配置されたドレープを介して伝達することができる。いくつかの現在のロボットシステムでは、機械的制御インターフェースは、器具の片側または平面にのみ配置されたアクチュエータを含む。例えば、米国特許第６４９１７０１号に示される構成では、機械的運動を受けるすべての被駆動要素１１８は、器具シャフト１０２の近位端にあるハウジング１０８の同じ面上にある。 The instruments are interchangeable during the course of the procedure, allowing one instrument to be removed from the manipulator and replaced with another. Engagement of the proximal housing with the manipulator to the actuator interface can be accomplished using a mechanical snap, magnetic engagement, or sliding interface that securely docks the instrument to the manipulator to resist external forces from both the robot and the patient. use can be included. There is a mechanical interface for engaging a surgical instrument. In this interface, movements generated using instrument actuators in the robotic manipulator are transmitted to one or more mechanical inputs in the proximal housing to control the degrees of freedom of the instrument and, where applicable, its jaw opening and closing functions. Control. This motion can be transmitted through a drape placed between the sterile instrument and the non-sterile manipulator arm. In some current robotic systems, the mechanical control interface includes actuators located only on one side or plane of the instrument. For example, in the configuration shown in US Pat. No. 6,491,701, all driven elements 118 undergoing mechanical motion are on the same side of housing 108 at the proximal end of instrument shaft 102 .

米国特許第９３５８６８２号に示されている実施形態では、横方向のスライダーピン３１４は、器具の近位端に取り付けられたケースの片側から横方向に延びる。器具の顎を開閉するために移動可能である（特許の図１８）。器具がマニピュレータアームに取り付けられると、スライダーピン３１４は、マニピュレータアーム内の対応する構成要素４３０（図１９）によって受け取られる。顎を開閉する必要がある場合、構成要素４３０は、マニピュレータアームの腹腔鏡器具アクチュエータ４００内のモータによってキャリッジ上で移動され、それによって、スライダーピン３１４を前進させて顎を作動させる。米国特許出願第２０１６／２０１６００５８５１３号は、マニピュレータアームに取り外し可能に取り付けられたロボット制御の外科用器具も示しており、顎の作動にスライダーピンが使用される同様の構成について説明している。さらに、顎の作動だけでなく、関節運動や回転など、器具のエンドエフェクタの電気機械的に駆動される追加の移動を提供できるシステムについても説明する。しかしながら、それらの追加の移動のためのモータは、器具の近位端でハウジングに封入されており、したがって、アーム内のモータからハウジングの機械的アクチュエータへの機械的運動の伝達を必要としない。 In the embodiment shown in US Pat. No. 9,358,682, a lateral slider pin 314 extends laterally from one side of a case attached to the proximal end of the instrument. It is movable to open and close the jaws of the instrument (Fig. 18 of the patent). When the instrument is attached to the manipulator arm, the slider pin 314 is received by a corresponding component 430 (FIG. 19) within the manipulator arm. When the jaws need to be opened or closed, component 430 is moved on the carriage by a motor in laparoscopic instrument actuator 400 of the manipulator arm, thereby advancing slider pin 314 and actuating the jaws. US Patent Application No. 2016/20160058513 also shows a robotically controlled surgical instrument removably attached to a manipulator arm and describes a similar configuration in which slider pins are used to actuate the jaws. Further, systems are described that can provide not only jaw actuation, but additional electromechanically driven movement of the instrument end effector, such as articulation and rotation. However, the motors for those additional movements are enclosed in the housing at the proximal end of the instrument, thus requiring no transfer of mechanical motion from the motors in the arms to the mechanical actuators in the housing.

本願は、その近位端に複数の機械的アクチュエータを有するロボット制御された外科用器具を説明する。これらの機械的アクチュエータは、顎の作動、ピッチ、回転、および／またはヨーなどの様々なエンドエフェクタの機能または運動を駆動するために、マニピュレータアーム内の電気機械的アクチュエータから伝達される運動を受け入れるように構成されている。アクチュエータはコンパクトな構成に配置されており、マニピュレータアームを様々なサイズの器具やアダプタと係合することができる。記載された実施形態はまた、作動インターフェースが、互いに反対向きの表面を含む、器具またはアダプタの複数の表面上に存在し得るように、器具またはアダプタの構成を可能にする。 The present application describes a robotically controlled surgical instrument having multiple mechanical actuators at its proximal end. These mechanical actuators accept motion transmitted from electromechanical actuators in the manipulator arm to drive various end effector functions or motions such as jaw actuation, pitch, rotation, and/or yaw. is configured as The actuators are arranged in a compact configuration to allow the manipulator arms to engage instruments and adapters of various sizes. The described embodiments also allow for configuration of the instrument or adapter such that the actuation interface can reside on multiple surfaces of the instrument or adapter, including opposing surfaces.

本明細書に記載の構成が含まれ得るロボット支援外科用システムの斜視図である。1 is a perspective view of a robot-assisted surgical system that can include configurations described herein; FIG. レシーバおよび器具アセンブリが取り付けられたロボットマニピュレータアームの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a robotic manipulator arm with a receiver and instrument assembly attached; 図２のレシーバおよびレシーバから分離された外科用器具を示す斜視図である。3 is a perspective view showing the receiver of FIG. 2 and a surgical instrument separated from the receiver; FIG. ベースが取り外された状態の外科用器具を示す。1 shows the surgical instrument with the base removed. 外科用器具の近位部分を示す。1 shows the proximal portion of the surgical instrument; 図５と同様であるが、ハウジングの一部が取り外されていることを示している。Similar to FIG. 5, but showing part of the housing removed. 図６と同様であるが、上部キャリッジの一部が取り外されていることを示している。Similar to FIG. 6, but showing part of the upper carriage removed. 図２のレシーバを示している。Figure 3 shows the receiver of Figure 2; 図８と同様であるが、アームの一部が取り外されていることを示している。Similar to FIG. 8, but showing part of the arm removed. レシーバの一方のアームのキャリッジおよびモータセンブリの側面図である。FIG. 10 is a side view of the carriage and motor assembly of one arm of the receiver; 器具ベース用のキャリッジの代替実施形態である。Fig. 10 is an alternative embodiment of a carriage for the instrument base; レシーバのアームの１つのためのキャリッジの代替の実施形態の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of an alternative embodiment of a carriage for one of the arms of the receiver; レシーバのアームの１つのためのキャリッジの代替の実施形態の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of an alternative embodiment of a carriage for one of the arms of the receiver; 開位置で示すレシーバの上面図である。Fig. 3 is a top view of the receiver shown in the open position; 閉位置で示すレシーバの上面図である。Fig. 3 is a top view of the receiver shown in the closed position; レシーバに取り付けられた器具を示す斜視図である。Fig. 10 is a perspective view showing the instrument attached to the receiver; レシーバのレバーおよびリンケージを示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing the lever and linkage of the receiver; 図１５と同様であるが、拡張機構が見えるようにするために取り外されているレシーバハウジングの一部を示している。Similar to FIG. 15, but showing a portion of the receiver housing removed to reveal the expansion mechanism. 図１７の器具およびレバーおよび関連するモータの側面図である。Figure 18 is a side view of the instrument and lever and associated motor of Figure 17; ドレープされているときのレシーバを示す斜視図である。Fig. 10 is a perspective view showing the receiver when draped; 図１６と同様であるが、ドレープが所定の位置にあることを示している。Similar to FIG. 16, but showing the drape in place. ドレープコネクタの斜視図である。Fig. 2 is a perspective view of a drape connector; 器具のベースの背面平面図である。Fig. 4 is a rear plan view of the base of the instrument; ベースの代替実施形態の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of an alternative embodiment of the base; 図２３と同様であるが、ハウジングの一部が取り外されていることを示している。Similar to FIG. 23, but showing part of the housing removed. 図２３の実施形態のプーリー機構およびばねのうちの１つを示す斜視図である。24 is a perspective view of one of the pulley mechanisms and springs of the embodiment of FIG. 23; FIG. 一体型ＥＭＩシールドを有するドレープの例を示す。4 shows an example of a drape with an integral EMI shield. 図２６Ａに示されるドレープの一部の断面図である。26B is a cross-sectional view of a portion of the drape shown in FIG. 26A; FIG. 図２６Ｂと同様であるが、ドレープに組み込まれた電気コネクタおよび終端を含む実施形態を示している。Similar to FIG. 26B, but showing an embodiment including electrical connectors and terminations incorporated into the drape. 図１６と同様であり、さらに、マニピュレータエンドエフェクタに配置されたグラフィカルユーザインターフェースを示している。FIG. 16 is similar to FIG. 16 and further shows a graphical user interface located on the manipulator end effector; 図２７と同様であるが、マニピュレータの手動再配置中にユーザに提供される力フィードバックの特徴を示している。Similar to FIG. 27, but showing the force feedback feature provided to the user during manual repositioning of the manipulator.

本明細書に記載の概念は、様々なロボット外科用システムで使用することができるが、実施形態は、図１に示されるタイプのシステムを参照して説明される。図示のシステムでは、外科医コンソール１２は、ハンドル１７、１８などの２つの入力デバイスを有する。入力デバイス１２は、複数の自由度でロボット制御デバイスの運動を命令するために使用される信号を生成するためにユーザによって操作されるように構成される。使用中、ユーザは、２つのハンドル１７、１８を、ロボットマニピュレータ１３、１４、１５のうちの２つに選択的に割り当て、外科医がいつでも作業現場（患者のベッド２にいる患者）に配置された外科用器具１０ａ、１０ｂ、および１０ｃのうちの２つを制御できるようにする。作業現場に配置された器具の第３のものを制御するために、次の段落で説明するように、２つのハンドル１７、１８の１つを、最初の２つの器具の１つから動作可能に切り離してから、第３の器具と動作可能にペアにするか、別の形式の入力で第３の器具を制御できる。図１に示されていない第４のロボットマニピュレータは、追加の器具を支持および操作するために任意選択で提供され得る。 Although the concepts described herein can be used in a variety of robotic surgical systems, embodiments will be described with reference to a system of the type shown in FIG. In the illustrated system, the surgeon console 12 has two input devices such as handles 17,18. The input device 12 is configured to be manipulated by a user to generate signals used to command movement of the robotic control device in multiple degrees of freedom. In use, the user selectively assigns the two handles 17, 18 to two of the robotic manipulators 13, 14, 15, positioned at the work site (patient at patient's bed 2) at any time by the surgeon. Two of the surgical instruments 10a, 10b and 10c are allowed to be controlled. To control a third one of the instruments located at the work site, one of the two handles 17, 18 is operable from one of the first two instruments, as explained in the next paragraph. It can be disconnected and then operably paired with a third instrument or controlled by another form of input. A fourth robotic manipulator, not shown in FIG. 1, may optionally be provided to support and manipulate additional instruments.

器具１０ａ、１０ｂ、１０ｃの１つは、体腔内の手術野の画像を取り込むカメラである。カメラは、ハンドル１７、１８、コンソール上の追加の制御部、フットペダル、アイトラッカー２１、音声コントローラーなどの１つを含むがこれらに限定されない、様々なタイプの入力デバイスからの入力を使用して、対応するロボットマニピュレータによって動かすことができる。コンソールはまた、カメラによって取得された画像を表示するように構成され、任意選択でシステム情報、患者情報などを表示するためのディスプレイまたはモニタ２３を含み得る。 One of the instruments 10a, 10b, 10c is a camera that captures images of the surgical field within the body cavity. The camera uses input from various types of input devices including, but not limited to, one of steering wheels 17, 18, additional controls on the console, foot pedals, eye trackers 21, voice controllers, etc. , can be moved by a corresponding robot manipulator. The console is also configured to display images acquired by the camera and may optionally include a display or monitor 23 for displaying system information, patient information, and the like.

制御ユニット３０は、ロボットアームおよびユーザインターフェースに動作可能に接続されている。制御ユニットは、外科用器具の所望の移動に対応する入力デバイスからのユーザ入力を受け取り、それに応じてロボットアームが外科用器具を操作するようにされる。 A control unit 30 is operatively connected to the robot arm and the user interface. The control unit receives user input from the input device corresponding to desired movement of the surgical instrument, and the robotic arm is caused to manipulate the surgical instrument accordingly.

入力デバイス１７、１８は、システムによって処理される信号を生成するようにユーザによって操作されるように構成され、マニピュレータの運動を命令するために使用される命令を生成し、器具を複数の自由度で動かして、必要に応じて、器具のエンドエフェクタの運動および／または作動を駆動する電気機械式アクチュエータ／モータの動作を制御する。 The input devices 17, 18 are configured to be manipulated by a user to generate signals that are processed by the system to generate commands used to direct the movements of the manipulators and to move the instrument through multiple degrees of freedom. to control the operation of electromechanical actuators/motors that drive the movement and/or actuation of the end effector of the instrument as needed.

任意選択で、センサを使用して、使用中にロボット外科用ツールによって患者に加えられている力を決定することができる。例えば、外科用ロボットマニピュレータの力／トルクセンサを使用して、コンソールで外科医に力のフィードバックを提供するために必要な触覚情報を決定することができる。低侵襲ロボット外科用システムの力の推定と題された米国特許第９８５５６６２号は、使用中にロボット外科用ツールによって患者に加えられている力を決定するためにセンサが使用される外科用ロボットシステムを記載している。ユーザインターフェースで外科医に力のフィードバックを提供するために必要な触覚情報を決定する方法として、外科用ロボットマニピュレータに取り付けられた６自由度の力／トルクセンサの使用について説明する。現在開示されている実施形態では、このタイプのセンサは、任意選択で、レシーバ１０４上またはそのすぐ近位に配置することができる。外科用システムは、手術室のスタッフが、外科的必要性に基づいて、ロボットマニピュレータによって運ばれる外科用器具１０ａ、ｂ、ｃを取り外して交換することを可能にする。器具の交換が必要な場合、外科医は器具をマニピュレータアームから取り外し、別の器具と交換する。 Optionally, sensors can be used to determine the force being applied to the patient by the robotic surgical tool during use. For example, force/torque sensors on a surgical robotic manipulator can be used to determine the tactile information needed to provide force feedback to the surgeon at the console. U.S. Pat. No. 9,855,662, entitled Force Estimation for a Minimally Invasive Robotic Surgical System, is a surgical robotic system in which sensors are used to determine forces being applied to a patient by a robotic surgical tool during use. is described. We describe the use of six degrees of freedom force/torque sensors attached to surgical robotic manipulators as a method for determining the tactile information needed to provide force feedback to the surgeon at the user interface. In the presently disclosed embodiment, this type of sensor may optionally be placed on or in close proximity to receiver 104 . The surgical system allows operating room staff to remove and replace surgical instruments 10a,b,c carried by robotic manipulators based on surgical need. When the instrument needs to be replaced, the surgeon removes the instrument from the manipulator arm and replaces it with another instrument.

一般に、アセンブリは、その駆動部材（器具のエンドエフェクタの機能を作動させるための機械的駆動入力を受け取る）が、器具の近位端のベースの複数の側面、面、ファセット、または平面に配置されるように構成されたベースを有する外科用器具を含む。ベースは、使用中のアームによって受け取られるものであり、その中には、機械的出力を駆動する電気機械式または油圧式アクチュエータがある。外科用器具の無菌性を維持するために、システムは、外科用器具のベースとアームの対応する機械的駆動出力との間に配置された外科用ドレープの使用を容易にするように設計されている。器具のアクチュエータを器具の複数の側面、ファセット、面、または平面に配置すると、これらのアクチュエータによってドレープに加えられる力と偏向を分散させ、ドレープを維持しながら複数の機械的入力を器具に伝達できる。 Generally, the assembly has its drive members (which receive mechanical drive input for actuating the function of the end effector of the instrument) located on multiple sides, faces, facets or planes of the base of the proximal end of the instrument. A surgical instrument having a base configured to. A base is received by the arm in use and within it is an electromechanical or hydraulic actuator that drives a mechanical output. To maintain sterility of the surgical instrument, the system is designed to facilitate the use of a surgical drape positioned between the base of the surgical instrument and the corresponding mechanical drive output of the arm. there is Placing device actuators on multiple sides, facets, planes, or planes of the device distributes the forces and deflections exerted on the drape by these actuators, allowing multiple mechanical inputs to be transmitted to the device while maintaining the drape. .

図２および３を参照すると、本明細書は、外科用器具１０２およびレシーバ１０４のアセンブリ１００を説明する。レシーバ１０４は、器具１０２を取り外し可能に受け入れるように構成される。レシーバは、支持体またはマニピュレータ１５に取り付けることができ、支持体またはマニピュレータは、処置中に１つまたは複数の自由度で器具１０２をロボットで操作するロボットマニピュレータ、またはロボット外科用システムのための外科用器具の手術実施形態の過程中に静止したままである支持体であり得る。外科用器具１０２およびレシーバ１０４が組み立てられるとき、レシーバは、レシーバ１０４またはアーム１５内の電気機械的アクチュエータ（例えば、モータまたは油圧／空気圧アクチュエータ）によって生成された運動を器具の機械的アクチュエータに伝達して、器具の一部の運動を引き起こす。運動のタイプの例には、１つまたは複数の自由度（ピッチ、ヨー）での関節運動、１つまたは複数の自由度での曲げ、エンドエフェクタロール、顎の作動などが含まれるが、これらに限定されない。上記のように、外科医は入力デバイス１７、１８（図１）を動かしてシステムに入力を提供し、システムはその情報を処理して、器具を動かし、必要に応じて、器具のエンドエフェクタを動作するために、関連する電気機械式アクチュエータのコマンドを展開する。 2 and 3, the present specification describes an assembly 100 of surgical instrument 102 and receiver 104. As shown in FIG. Receiver 104 is configured to removably receive instrument 102 . The receiver can be attached to a support or manipulator 15, which can be a robotic manipulator that robotically manipulates the instrument 102 in one or more degrees of freedom during a procedure, or a surgical device for a robotic surgical system. It may be a support that remains stationary during the course of a surgical embodiment of the instrument. When surgical instrument 102 and receiver 104 are assembled, the receiver transmits motion generated by electromechanical actuators (e.g., motors or hydraulic/pneumatic actuators) in receiver 104 or arm 15 to mechanical actuators in the instrument. to cause some movement of the instrument. Examples of types of motion include articulation in one or more degrees of freedom (pitch, yaw), bending in one or more degrees of freedom, end effector rolls, jaw actuation, etc. is not limited to As described above, the surgeon moves input devices 17, 18 (FIG. 1) to provide input to the system, which processes that information to move the instrument and, if necessary, operate the instrument's end effector. To do so, expand the relevant electromechanical actuator commands.

外科用器具１０２は、細長いシャフト１０６を含み、これは、好ましくは剛性であるが、代替システムでは可撓性または部分的に可撓性であり得る。エンドエフェクタ１０８はシャフト１０６の遠位端に配置され、近位本体またはベースアセンブリ１１０は近位端にある。ベースアセンブリ１１０（これは「ベース」とも呼ばれる）は、ハウジングまたはボックスなどの囲まれたまたは部分的に囲まれた構造を含み得るか、またはそれはフレームまたはプレートであり得る。ベース１１０は、外科用器具１０２の外部に露出された機械的入力アクチュエータ１１２を含む。図３では、２つのアクチュエータ１１２は、ベース１１０の第１の側面に露出している。第２の２つのアクチュエータ１１２は、ベース１１０の第２の反対側の側面で、好ましくは、しかし任意選択で、図３に示される構成と同一または類似の構成で露出される。図２２に示すベース１１０の背面図を参照されたい。 Surgical instrument 102 includes an elongated shaft 106, which is preferably rigid, but may be flexible or partially flexible in alternative systems. An end effector 108 is disposed at the distal end of shaft 106 and a proximal body or base assembly 110 is at the proximal end. Base assembly 110 (also referred to as the "base") may include an enclosed or partially enclosed structure such as a housing or box, or it may be a frame or plate. Base 110 includes a mechanical input actuator 112 exposed to the exterior of surgical instrument 102 . In FIG. 3, two actuators 112 are exposed on a first side of base 110 . A second two actuators 112 are exposed on a second opposite side of the base 110, preferably but optionally in a configuration identical or similar to that shown in FIG. Please refer to the rear view of the base 110 shown in FIG.

アクチュエータ１１２のそれぞれは、第１の位置と第２の位置との間でベース１１０に対して移動可能である。図面に示される特定の構成では、アクチュエータは、図３に示されるような第１の（より遠位の）位置と第２の（より近位の）位置との間で、ハウジングに対して長手方向に移動可能である。しかし、運動の方向は長手方向である必要はなく、任意の方向に延ばすことができる。 Each of actuators 112 is movable relative to base 110 between a first position and a second position. In the particular configuration shown in the drawings, the actuator extends longitudinally with respect to the housing between a first (more distal) position and a second (more proximal) position as shown in FIG. You can move in any direction. However, the direction of motion need not be longitudinal and can extend in any direction.

したがって、この構成では、ベースアセンブリは、その外部に露出された４つの駆動入力（入力端子、ｉｎｐｕｔ）１２２を有する。この構成では、ベースには２つの平行な平面があり、これらの入力の２つが各面に配置されている。近位本体の両側に入力を含めることが好ましい場合があるが、代わりに、近位本体の複数の面に入力の他の配置を使用することができる。これらの構成のそれぞれは、制御入力間の距離を最大にする方法で駆動入力を有利に配置し、以下で説明するように、近位本体とレシーバ１０４との間に配置される滅菌ドレープの応力を最小にする。 Thus, in this configuration, the base assembly has four drive inputs (inputs) 122 exposed to its exterior. In this configuration, the base has two parallel planes, with two of these inputs located on each side. Although it may be preferable to include inputs on both sides of the proximal body, other arrangements of inputs on multiple sides of the proximal body may alternatively be used. Each of these configurations advantageously positions the drive inputs in a manner that maximizes the distance between the control inputs and stresses the sterile drape placed between the proximal body and the receiver 104, as described below. to minimize

図４を参照すると、駆動ケーブル１１４は、シャフト１０６を通ってエンドエフェクタ１０８まで延びる。開示されたシステムでは、様々な機能のいずれかを有する多くの異なるタイプの器具を使用することができる。図面に描かれている器具は、２０１９年１２月３１日に出願されたＡｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（弁護士参照番号：ＴＲＸ－１２７００Ｒ）と題された同一出願人が所有する同時係属中の出願番号１６／７３２，３０６に記載されているタイプであり、参照により本明細書に組み込まれる。それは４つの駆動ケーブル１１４を利用し、そのうちの２つは一方の顎部材で終端し、他の２つは他方の顎部材で終端する。これは、エンドエフェクタでループされた２本のケーブル（したがって、各ケーブルループの２つの自由端のそれぞれが近位端にある）にすることも、４本の個別のケーブルにすることもできる。同時係属中の出願で説明されているように、ケーブルの張力は様々な組み合わせで変化し、顎部材のピッチとヨーの運動、および顎の開閉機能に影響を与える。システムで有用な他の器具には、他の数のケーブルがあり、特定の数は、器具の機能、器具の自由度、および器具の作動構成要素の特定の構成によって決定される。この説明では、「腱（ｔｅｎｄｏｎ）」、「ワイヤー」、および「ケーブル」という用語は、説明された目的に使用できるあらゆるタイプの腱を包含するために広く使用されていることに留意されたい。 Referring to FIG. 4, drive cable 114 extends through shaft 106 to end effector 108 . Many different types of instruments having any of a variety of functions can be used with the disclosed system. The instrument depicted in the drawings is a commonly owned and co-pending application entitled Articulating Surgical Instrument (Attorney's Reference: TRX-12700R), filed December 31, 2019. , 306, which is incorporated herein by reference. It utilizes four drive cables 114, two of which terminate in one jaw member and the other two terminate in the other jaw member. This can be two cables looped at the end effector (so each of the two free ends of each cable loop is at the proximal end) or it can be four separate cables. As explained in the co-pending application, the cable tensions are varied in various combinations to affect the pitch and yaw motion of the jaw members and the opening and closing function of the jaws. Other instruments useful in the system have other numbers of cables, the specific number being determined by the function of the instrument, the degrees of freedom of the instrument, and the particular configuration of the instrument's working components. Note that in this description the terms "tendon", "wire" and "cable" are used broadly to encompass any type of tendon that can be used for the purposes described.

４本のケーブルはベース１１０アセンブリまで延びている。ベースがハウジングを含むこの実施形態では、ケーブルは、シャフト１０６からハウジング内に延び、そこでアクチュエータ１１２に係合される。図６は、アクチュエータ１１２のより明確な視界を可能にするためにハウジングの一部が取り外されたベースを示している。各アクチュエータ１１２は、レール１２０に沿って移動可能なキャリッジ１１８を含む。この実施形態では、これらの構造は、キャリッジの長手方向の移動のために配向されているが、他の実施形態では、運動は異なる方向であり得る。キャリッジ１１８の一部は、ベースの窓を通して露出され、キャリッジから横方向に延び、任意選択で窓の最も外側の平面を通って延びることができる駆動入力または部材１２２を含む（図５を参照）。図７では、上部アクチュエータのキャリッジは部分的に分解されており、ケーブル１１４の近位端がキャリッジ１１８に取り付けられていることを示している。ケーブルは、プーリーの周り、またはベースアセンブリの機能によって定義されたケーブルパスを通って延び得る。この構成では、第２のケーブル端は、同様に、図７の下部アクチュエータのキャリッジ１１８に接続され、残りの２つのケーブル端は、ベース１００の反対側の面（図示せず）でキャリッジに接続されている。このようにして、ベースアセンブリは、アクチュエータ１１２がベースの少なくとも２つの側面または面に露出するように配置される。各アクチュエータ１１２は、ケーブル１１４の１つに接続され、その結果、ベースに対してアクチュエータを第１方向に移動すると、対応するケーブルの張力が増加し、第２の異なる（または反対の）方向にアクチュエータを移動すると、そのケーブルの張力が減少する。図示の実施形態では、近位方向へのアクチュエータキャリッジ１１８の移動は、そのケーブル上の張力を（ケーブルの経路に応じて）増加または減少させ、遠位方向へのキャリッジの移動は、ケーブル張力に対して反対の効果をもたらす。 Four cables extend to the base 110 assembly. In this embodiment where the base includes a housing, the cable extends from shaft 106 into the housing where it is engaged by actuator 112 . FIG. 6 shows the base with a portion of the housing removed to allow a clearer view of the actuator 112. FIG. Each actuator 112 includes a carriage 118 movable along rails 120 . In this embodiment the structures are oriented for longitudinal movement of the carriage, but in other embodiments the movement may be in a different direction. A portion of carriage 118 is exposed through a window in the base and includes a drive input or member 122 that extends laterally from the carriage and can optionally extend through the outermost plane of the window (see FIG. 5). . In FIG. 7, the carriage of the upper actuator is partially exploded to show that the proximal end of cable 114 is attached to carriage 118 . Cables may run around pulleys or through cable paths defined by features of the base assembly. In this configuration, the second cable end is similarly connected to the carriage 118 of the lower actuator of FIG. 7 and the remaining two cable ends are connected to the carriage on the opposite side (not shown) of base 100. It is In this manner, the base assembly is positioned such that actuator 112 is exposed on at least two sides or faces of the base. Each actuator 112 is connected to one of the cables 114, such that moving the actuator in a first direction relative to the base increases tension in the corresponding cable, causing it to move in a second, different (or opposite) direction. Moving the actuator reduces the tension in that cable. In the illustrated embodiment, movement of the actuator carriage 118 in the proximal direction increases or decreases the tension on that cable (depending on the cable's path), and movement of the carriage in the distal direction increases or decreases the tension on the cable. produce the opposite effect.

この実施形態では、延長ばね１２４は、キャリッジ１１８とベースの支持構造との間に（この場合、外側ハウジング１２６またはハウジングの内部を２つの横方向に隣接する領域に分割する仕切り１２８に）接続される。キャリッジに力を加えて、キャリッジをばね力に反する方向（この場合は遠位方向）にアクティブに動かすと、対応するケーブルの張力が増加する。加えられた力が解放されると、ばね力によってキャリッジがホームポジションに戻るか、ホームポジションに向かって移動し、ケーブルの張力が減少する。他の実施形態では、代わりに、一方向の運動にばね力を使用する代わりに、キャリッジを両方向にアクティブに動かすことができる。 In this embodiment, an extension spring 124 is connected between the carriage 118 and the support structure of the base (in this case to an outer housing 126 or a partition 128 that divides the interior of the housing into two laterally adjacent regions). be. Applying a force to the carriage to actively move the carriage in a direction (in this case distal direction) against the spring force increases the tension in the corresponding cable. When the applied force is released, the spring force moves the carriage back to or toward the home position, reducing tension on the cable. In other embodiments, instead of using spring force for movement in one direction, the carriage can be actively moved in both directions.

図８を参照すると、図示の実施形態のレシーバ１０４は、略Ｕ字形の断面を有し、２つの細長い側面と、２つの側面の間にまたがるシートとを有する。「Ｕ」の側面は、遠位に延びる一対のアームセクション１３０ａ、１３０ｂによって形成され、システムが組み立てられるときにベース１１０が受け入れられる開口部をレシーバに提供する（図３）。「駆動出力」とも呼ばれる駆動部材１３２は、アームセクション１３０ａ、ｂから内側に延びる。それらは、器具がレシーバ１０４に取り付けられたときに、器具の各駆動入力部材１２２（図５および６）が、駆動出力部材１３２の対応する１つと接触するように配置される。図８には、２つの駆動部材１３２が示されている。他の２つはアーム１３０ｂから延びているが、図面では図示されていない。図９では、アーム１３０ａの一部が取り外されて、駆動部材１３２がアーム１３０ａ、１３０ｂ内に収容されたキャリッジ１３４によって運ばれることを示す。レシーバ１０４（図１０）内のモータ１３６は、キャリッジ１３４の線形移動を駆動し、したがって、駆動部材１３２を、それぞれのアームセクション１３２ａ、ｂに沿って駆動する。 Referring to FIG. 8, the receiver 104 of the illustrated embodiment has a generally U-shaped cross-section with two elongated sides and a seat spanning between the two sides. The "U" sides are formed by a pair of distally extending arm sections 130a, 130b that provide an opening in the receiver through which the base 110 is received when the system is assembled (Fig. 3). Drive members 132, also called "drive outputs", extend inwardly from the arm sections 130a,b. They are positioned so that each drive input member 122 (FIGS. 5 and 6) of the instrument contacts a corresponding one of the drive output members 132 when the instrument is attached to the receiver 104 . Two drive members 132 are shown in FIG. The other two extend from arm 130b but are not shown in the drawings. In FIG. 9, a portion of arm 130a has been removed to show that drive member 132 is carried by carriage 134 housed within arms 130a, 130b. A motor 136 within the receiver 104 (Fig. 10) drives the linear movement of the carriage 134 and thus drives the drive members 132 along the respective arm sections 132a,b.

レシーバの駆動部材１３２と器具のそれらに対応する被駆動部材１２２との間の接触のタイプは、被駆動部材１２２に伝達される駆動運動の性質に基づいて選択される。示されている線形駆動構成では、構成要素は、レシーバの対応する駆動構成要素によって、器具のキャリッジを押したり、引っ張ったり、または押したり引っ張ったりすることができるように構成することができる。さらに、異なるキャリッジの構成が異なる場合があり、一部は押すのみ、その他は引っ張りのみ（または押す、引っ張る、双方向駆動のその他の組み合わせ）になる。 The type of contact between the drive members 132 of the receiver and their corresponding driven members 122 of the instrument is selected based on the nature of the drive motion transmitted to the driven members 122 . In the linear drive configuration shown, the components can be configured such that the instrument carriage can be pushed, pulled, or pushed and pulled by corresponding drive components of the receiver. Further, different carriages may have different configurations, some being push only and others being pull only (or other combinations of push, pull and bi-directional drive).

運動が一方向に駆動される場合、駆動部材１３２と被駆動部材１２２との間の接触は、運動の方向でのみ必要とされる。図３～１０において、駆動部材１３２および被駆動部材１２２は、駆動部材１３２が被駆動部材を遠位方向に押すように構成されるが、図７に関連して論じられたばね１２４の存在のために、被駆動部材を近位方向に引っ張る必要はない。したがって、運動方向（ここでは遠位方向）に面する各駆動部材１３２の面または領域は、被駆動部材１２２と接触する。したがって、この例では、駆動部材と被駆動部材を互いに嵌合させたり、他の方法で係合させたりする必要はないが、それらは可能である。代わりに、これらの部材１２２、１３２は、互いに接触する対向する表面（任意選択で平面であり得る）を有するように単純に構成することができる。この実施形態において、運動が遠位方向ではなく近位方向に駆動された場合、駆動部材の近位面は、被駆動部材に接触するであろう。 If the motion is driven in one direction, contact between the driving member 132 and the driven member 122 is required only in the direction of motion. 3-10, driving member 132 and driven member 122 are configured such that driving member 132 pushes the driven member distally, but due to the presence of spring 124 discussed in connection with FIG. Additionally, there is no need to pull the driven member proximally. Thus, the face or region of each driving member 132 facing the direction of motion (here distally) contacts the driven member 122 . Thus, in this example, the driving and driven members need not be mated or otherwise engaged with each other, although they are possible. Alternatively, these members 122, 132 may simply be configured to have opposing surfaces (which may optionally be planar) that contact each other. In this embodiment, the proximal surface of the driving member will contact the driven member if the motion is driven in the proximal direction instead of the distal direction.

他の実施形態では、被駆動部材の運動は２つの方向に駆動される。図面に示されているような線形駆動構成では、これは、駆動部材が被駆動部材を引っ張ることと押すことの両方ができることを意味し得る。そのような実施形態では、駆動部材および被駆動部材は、運動の方向に関係なく、係合、嵌合、または接触するように設計されるように構成される。例えば、図１１は、器具用の代替キャリッジ１２０ａを示しており、これは、駆動部材１３２と嵌合するように成形された被駆動部材１２２ａを含む（図１０）。 In other embodiments, motion of the driven member is driven in two directions. In a linear drive configuration as shown in the drawings, this can mean that the driving member can both pull and push the driven member. In such embodiments, the driving member and driven member are configured such that they are designed to engage, mate or contact regardless of the direction of motion. For example, Figure 11 shows an alternative carriage 120a for an instrument, which includes a driven member 122a shaped to mate with a driving member 132 (Figure 10).

図１２は、駆動部材１３２ａが、図５に示されるタイプの被駆動部材１２２を受け入れるように成形された雌レセプタクルの壁から構成されるレシーバキャリッジを示している。図１３は、２つの異なる駆動部材設計を有するレシーバキャリッジを示している。上部キャリッジでは、駆動部材１３２は前述のものと同様である。下部キャリッジでは、駆動部材１３２ａは、図５に示されるタイプの被駆動部材１２２を受け入れるように成形された雌レセプタクルの壁から構成される。この構成では、上部キャリッジが対応する被駆動部材を一方向（押すまたは引っ張る）で駆動し、一方、下部キャリッジが対応する被駆動部材を押すおよび引っ張るの両方で駆動し得る。 FIG. 12 shows a receiver carriage in which the drive member 132a is constructed from the walls of a female receptacle shaped to receive a driven member 122 of the type shown in FIG. FIG. 13 shows a receiver carriage with two different drive member designs. For the upper carriage, the drive member 132 is similar to that previously described. In the lower carriage, the driving member 132a consists of the walls of a female receptacle shaped to receive a driven member 122 of the type shown in FIG. In this configuration, the upper carriage may drive the corresponding driven member in one direction (pushing or pulling), while the lower carriage may drive the corresponding driven member in both pushing and pulling.

レシーバ１０４は、ベース１１０を受け入れるように拡張するものであり得る。この実施形態では、レシーバ１０４は、アーム１３０ａ、１３０ｂの間の間隔を大きくすることによって、閉位置から開位置に移動可能である。開位置に移動すると、レシーバによって保持されているすべての器具を取り外すことができ、第１の器具または交換用の器具のベースを受け入れることができる。レシーバはまた、アームが開位置から閉位置に移動するときにアーム間の離間を減らすように移動可能であり、閉位置では、ベースがレシーバ１０４によって捕捉される１１０。アーム１３０ａ、ｂの間にベース１１０がある閉鎖系では、ベースの駆動入力１２２は、レシーバの駆動出力（出力端子、ｏｕｔｐｕｔ）１３２と動作可能に係合している（しかし、必ずしも上記のように物理的に係合しているとは限らない）。 Receiver 104 may extend to receive base 110 . In this embodiment, receiver 104 is movable from the closed position to the open position by increasing the spacing between arms 130a, 130b. When moved to the open position, all instruments held by the receiver can be removed and the base of a first or replacement instrument can be received. The receiver is also movable to reduce the separation between the arms as they move from the open position to the closed position, in which the base is captured 110 by the receiver 104 . In a closed system with the base 110 between the arms 130a,b, the drive input 122 of the base is in operative engagement with the drive output 132 of the receiver (but not necessarily not necessarily physically engaged).

拡張は様々な方法で実現できる。図面に示されている例では、アーム１３０ａ、１３０ｂは、開位置（図１４）と閉位置（図１５）との間で旋回する。他の構成では、それらは並行して移動し得る。レシーバを閉じて器具のベースに係合すると、レシーバ１０４のアームは、ベース１１０の両側の周りに到達して、ベースを保持し、駆動入力を移動して、説明したように、器具の自由度または他の機能を作動させる駆動出力を配置する。 Extension can be achieved in various ways. In the example shown in the drawings, arms 130a, 130b pivot between an open position (Fig. 14) and a closed position (Fig. 15). In other configurations they may move in parallel. When the receiver is closed to engage the base of the instrument, the arms of the receiver 104 reach around both sides of the base 110 to hold the base and move the drive input to the instrument degrees of freedom as described. Or arrange the drive output to activate other functions.

レシーバは、手動または電気機械的に選択的に開閉することができ、アームを別のアームに近づけたり遠ざけたりすることができる。第１の実施形態では、アーム１３０ａ、１３０ｂは、それから外向きにらせん状になっているリンケージ１４０を有する回転可能なレバーまたはノブ１３８によって、それらの近位端に対して旋回される。レバー／ノブを手動で第１の方向に回転させると、リンケージ１４０は、アーム１３０ａ、ｂを開位置にカムする。レバー／ノブを反対方向に回転させると、アームが閉位置にカムする。さらに、または代替として、リンケージ１４０は、モータ１４２の作動によって回転させることができる。レシーバ１０４上のスイッチ１４４は、外科助手によって使用されて、モータ１４２を作動させて、器具交換中にレシーバを容易に開閉することができる。 The receivers can be selectively opened and closed, either manually or electromechanically, to move one arm toward or away from another. In a first embodiment, the arms 130a, 130b are pivoted relative to their proximal ends by a rotatable lever or knob 138 having a linkage 140 spiraling outwardly therefrom. Manual rotation of the lever/knob in a first direction causes the linkage 140 to cam the arms 130a,b to the open position. Rotating the lever/knob in the opposite direction cams the arm to the closed position. Additionally or alternatively, linkage 140 may be rotated by actuation of motor 142 . A switch 144 on the receiver 104 can be used by a surgical assistant to activate the motor 142 to facilitate opening and closing the receiver during instrument exchange.

システムは、マニピュレータアームのアクチュエータアセンブリが開いている間、器具アダプタの位置合わせおよび保持を容易にする機能を含み得る。例には、レシーバ１０４またはベース１１０の対応するシート１４８（図２０）で受け取られるベース１１０またはレシーバ１０４上のタブ１４６が含まれる。ベース１１０の近位面は、位置合わせ機能をさらに含み得る。図２２は、以下のドレープに関連して論じられるように、雄部品１５０（図２１）を受け入れる雌部品１５０（例えば、窪み、ディボット、穴または同様の位置合わせ機能）を示す。したがって、この実施形態は、ベース１１０の３つの側面に係合および／または制御機能を有する。制御点（駆動入力）はベースの任意の側に存在し得、レシーバ／マニピュレータの電気機械式アクチュエータまたはベッドサイドの動作担当者のいずれかによって作動し得ることを理解する必要がある。さらに、これらの制御点は、軸を共有するか、平行な軸を持ち、同じ平面に沿って直線的に摺動するか、または関連しない（つまり、平面でも、平行でも、同じ軸を共有することもない）移動の組み合わせであり得る。 The system may include features that facilitate alignment and retention of the instrument adapter while the manipulator arm actuator assembly is open. Examples include tabs 146 on base 110 or receiver 104 that are received on corresponding sheets 148 (FIG. 20) of receiver 104 or base 110 . The proximal surface of base 110 may further include alignment features. FIG. 22 shows a female part 150 (eg, a recess, divot, hole or similar alignment feature) that receives the male part 150 (FIG. 21), as discussed below in connection with the drape. Thus, this embodiment has engagement and/or control features on three sides of base 110 . It should be understood that the control points (drive inputs) can be on any side of the base and can be actuated by either the receiver/manipulator electromechanical actuators or the bedside operator. In addition, these control points may either share an axis, have parallel axes and slide linearly along the same plane, or be unrelated (i.e. share the same axis whether planar or parallel). It can be a combination of movements.

最後に、ベースに平面またはインターフェースポイントが定義されている必要はない。例えば、アダプタ本体は本質的に球形または円筒形であり得、制御点は本体の表面全体に配置される。 Finally, the base need not have a plane or interface points defined. For example, the adapter body can be spherical or cylindrical in nature, with control points located over the surface of the body.

第２の実施形態は、第１の実施形態と同様であり、「Ｕ」構造を有するが、「Ｕ」の２つの側面を角度付けして開位置に到達する代わりに、内面を平行に保ちながら側面を拡張する。この実施形態では、レバーまたはノブシステムまたはモータと協調して４バー機構を使用して、システムの開閉を駆動することができる。 A second embodiment is similar to the first embodiment, having a "U" configuration, but instead of angling the two sides of the "U" to reach the open position, the inner surfaces are kept parallel. while expanding the sides. In this embodiment, a lever or knob system or a four-bar mechanism in concert with a motor can be used to drive the opening and closing of the system.

これらの各概念により、「Ｕ」側の間の空間を拡張でき、この機能により、器具、カメラ、またはその他のアダプタ用の様々な幅のベースを受け入れることができる（例えば、カメラまたは器具の近位端にある取り外し可能なアダプタ、様々なメーカーのカメラや器具をシステムで使用できるようにする）。異なる幅のベースを有する器具の場合、システムは器具を識別し、適切な量を閉じて、器具のベースまたはアダプタをしっかりと保持する。例えば、非接触リードスイッチボードを使用して、様々な幅の器具またはアダプタを識別することができる。１つのデジタル読み取りは、アーム１３０ａ、ｂの間の３０ｍｍの空間への閉鎖をもたらし、一方、別のデジタル読み取りは、４０ｍｍをもたらす可能性がある。機械的な解決策として、レバーシステムを使用して、器具がレバーシステムを様々な距離で押すことができる。例えば、レバーシステムでは、０～４ｍｍの入力が可能で、０ｍｍは完全に開いており、４ｍｍは完全に閉じている。１つの器具は４ｍｍを押してアーム１３０ａ、ｂ間に３０ｍｍの空間をもたらす、または完全に閉鎖することができ、一方、別の器具は３ｍｍを押すことにより４０ｍｍの空間をもたらすことができる。 Each of these concepts allows the space between the "U" sides to be expanded, and this feature can accommodate different width bases for instruments, cameras, or other adapters (e.g., camera or instrument proximity Removable adapters at the extremities, allowing cameras and instruments from different manufacturers to be used with the system). For instruments with different width bases, the system will identify the instrument and close the appropriate amount to firmly hold the instrument base or adapter. For example, a contactless reed switch board can be used to distinguish between different width instruments or adapters. One digital reading may result in closure to a 30mm space between arms 130a,b, while another may result in 40mm. As a mechanical solution, a lever system can be used and the instrument can push the lever system at different distances. For example, a lever system allows an input of 0-4 mm, with 0 mm fully open and 4 mm fully closed. One instrument can push 4 mm to create a 30 mm space between arms 130a,b or close completely, while another can push 3 mm to create a 40 mm space.

「Ｕ」の形状およびサイズ、ならびにアーム１３０ａ、ｂによって定義される空間において、多種多様な器具またはアダプタに対応するように調整できることに留意されたい。さらに、この用途には「Ｕ」形状が好ましい場合があるが、少なくとも２つの部分的に対向する側面を有する他の形状を使用することができ、側面は平行な対向する面を有さない場合がある。 Note that the shape and size of the "U" and the space defined by arms 130a,b can be adjusted to accommodate a wide variety of instruments or adapters. Additionally, although a "U" shape may be preferred for this application, other shapes having at least two partially opposed sides may be used, provided the sides do not have parallel opposed surfaces. There is

「Ｕ」形状の実施形態のさらなる利点は、器具がレシーバの軸を共有するようにいくつかの器具を係合するが、他の器具を係合する場合は器具が軸を共有しないようにすることができる能力である。例えば、カメラシステムと係合するレシーバは、カメラシャフトおよびレシーバ軸が互いに最大９０度の角度になるようにカメラを保持することができる場合がある。これにより、カメラとライトコードがレシーバの周りを通過するのではなく、レシーバを通過できるようになる。高調波エネルギーデバイスやステープラーなどの他の器具もこの機能の恩恵を受ける可能性があるが、器具の質量を６自由度力センサにできるだけ近づけることができる。 A further advantage of the "U" shaped embodiment is that it engages some instruments so that they share the axis of the receiver, but when engaging other instruments the instruments do not share the axis. It is the ability to For example, a receiver that engages a camera system may be able to hold the camera such that the camera shaft and receiver axis are at an angle of up to 90 degrees to each other. This allows the camera and light code to pass through the receiver instead of passing around it. Other instruments such as harmonic energy devices and staplers may also benefit from this feature, but the mass of the instrument can be made as close as possible to the 6DOF force sensor.

図２０Ａおよび２０Ｂを参照すると、レシーバ１０４は、典型的には、滅菌外科用器具を取り付ける前に滅菌ドレープ１５４またはバリアによって覆われる非滅菌構成要素である。駆動要素と被駆動要素の間のインターフェースでは、上記の運動がドレープを介して伝達され、器具の自由度を制御する。ドレープ１５４の一実施形態では、ドレープ材料は、レシーバの形状に適合するように形作られ、開閉するアーム１３０ａ、ｂを覆うための２つの「指」を有する。ドレープがレシーバに対して適切に方向付けられていること、および器具が係合および除去されるために器具の領域が明確であることを確認することが最適である。この実施形態では、ドレープは、コネクタがドレープの両側に延びる形状を有するように接着された埋め込まれたプラスチックの「ドレープコネクタ」１５６を含む。ドレープコネクタの片側には、嵌合ピン、支柱、円錐要素などが含まれる。それらは、レシーバ１０４のシートの雌部品（例えば、窪み、円錐形のディボット、穴または同様の位置合わせ機能）と嵌合し、他方は、ベースの近位面の雌部品１５０と嵌合する。嵌合ピンは、マニピュレータと器具の両方に保持力を提供し、ドレープと器具の配向を提供し得る。 20A and 20B, receiver 104 is a non-sterile component that is typically covered by a sterile drape 154 or barrier prior to attachment of sterile surgical instruments. At the interface between the driving and driven elements, the motion is transmitted through the drape to control the degrees of freedom of the instrument. In one embodiment of the drape 154, the drape material is shaped to match the shape of the receiver and has two "fingers" for covering the opening and closing arms 130a,b. It is best to ensure that the drape is properly oriented with respect to the receiver and that there is a clear area of the device for it to be engaged and removed. In this embodiment, the drape includes an embedded plastic "drape connector" 156 that is glued such that the connector has a shape that extends on each side of the drape. One side of the drape connector includes a mating pin, post, conical element, or the like. They mate with female parts (eg, dimples, conical divots, holes or similar alignment features) on the seat of the receiver 104 and the other with female parts 150 on the proximal face of the base. The mating pins may provide retention force for both the manipulator and the instrument and provide orientation of the drape and instrument.

この実施形態では、ドレープコネクタの中央の雄要素１５２は、２つの環状リングを有し、これにより、嵌合形状がスナップで留められ、保持力を提供することができる。この場合、嵌合形状は巻きばねであり得る。ドレーピングプロセス中、ドレープはレシーバのアーム１３０ａ、ｂの上に配置される。ドレープコネクタ１５６の内向きの面は、雄部材がレシーバのシートの雌部品に挿入されるように配置され、ドレープコネクタの外向きの面は、同様に、器具ベース１１０の近位面と係合するようにスナップで留められる。 In this embodiment, the central male element 152 of the drape connector has two annular rings that allow the mating shape to snap together and provide retention. In this case, the fitting shape can be a coiled spring. During the draping process, the drape is placed over the arms 130a,b of the receiver. The inwardly facing surface of the drape connector 156 is positioned such that the male member is inserted into the female part of the seat of the receiver, and the outwardly facing surface of the drape connector likewise engages the proximal surface of the instrument base 110 . Snaps on to keep you on track.

ドレープコネクタはドレープの両側を通って延びるため、様々な機械的、電気的、光学的、またはその他のタスクのための滅菌導管として使用できる。これらの機能またはタスクの包括的でないリストを以下に示す。
・ドレープコネクタは、電源、アース、通信などの電気信号を例えば、ロボットマニピュレータと器具の間に提供するために使用できる。
・この電気エネルギーは、ＲＦＩＤトランシーバー、カメラ、近接センサ、またはスイッチ（ホールセンサやリードスイッチを含む）などの器具認識デバイスに電力を供給するために使用できる。これらのデバイスは、特定のベース／アダプタを様々な器具タイプに共通にする一方で、所与のベース／アダプタに取り付けられている器具シャフトを判別することができる。
・このエネルギーは、器具または器具アダプタ内の活動を測定する手段として、力やトルクなどのセンサや変位デバイスに電力を供給することもできる。これらの測定により、より優れた器具制御や、力のフィードバックや触覚応答などのユーザフィードバックが可能になる。
・この電気エネルギーは、単極／双極またはアドバンスドエナジーデバイスに使用できるため、マニピュレータを回転させたときにマニピュレータまたは器具に巻き付けるケーブルが不要になる。
・ドレープコネクタは、ロボットマニピュレータと器具の間で光信号または光伝送を提供するために使用できる。
・これらの光信号は、分光法または他の方法による器具の識別を含む通信目的に使用できる。
・これらの光信号をロッドレンズスコープと嵌合して、他の内視鏡のようにカメラヘッドを必要とせずに術中の視点を得ることができる。
・光信号は、例えば偏向を測定するために光ファイバーなどのセンサと結合することができる。この偏向は、器具またはアダプタにかかる力を解釈するために使用できる。 The drape connector extends through both sides of the drape and can be used as a sterile conduit for various mechanical, electrical, optical or other tasks. A non-exhaustive list of these functions or tasks is provided below.
• Drape connectors can be used to provide electrical signals such as power, ground, communication, etc. between, for example, a robotic manipulator and an instrument.
• This electrical energy can be used to power appliance recognition devices such as RFID transceivers, cameras, proximity sensors, or switches (including Hall sensors and reed switches). These devices are able to distinguish which instrument shaft is attached to a given base/adapter while making certain bases/adapters common to various instrument types.
• This energy can also power sensors such as force and torque or displacement devices as a means of measuring activity within the instrument or instrument adapter. These measurements allow for better instrument control and user feedback such as force feedback and haptic response.
• This electrical energy can be used in monopolar/bipolar or advanced energy devices, eliminating the need for cables to wrap around the manipulator or instrument when the manipulator is rotated.
• Drape connectors can be used to provide optical signals or optical transmission between robotic manipulators and instruments.
• These optical signals can be used for communication purposes, including instrument identification by spectroscopy or other methods.
• These optical signals can be mated with rod lens scopes to provide intraoperative perspectives without the need for a camera head as with other endoscopes.
• The optical signal can be coupled with a sensor, such as an optical fiber, for example to measure deflection. This deflection can be used to interpret the force on the instrument or adapter.

ドレープコネクタは、他の機能にも使用できる。この実施形態では、例えば、ベースの近位面は、外科的処置後に器具アダプタおよび器具シャフトを洗浄するために使用されることを意図したフラッシュポートを有する。処置中に開いたままにすると、このフラッシュポートはＣＯ２が手術部位から排出されるための漏れ経路になる。ドレープコネクタは、このフラッシュポートを塞ぐために使用され、漏れ経路を排除すると同時に、チェックバルブやエラストマーフラッシュポートカバーなどの器具アダプタの構成要素も排除する。 Drape connectors can also be used for other functions. In this embodiment, for example, the proximal face of the base has a flush port intended to be used to clean the instrument adapter and instrument shaft after a surgical procedure. If left open during the procedure, this flush port becomes a leak path for CO2 to exit the surgical site. A drape connector is used to occlude this flush port, eliminating a leak path as well as instrument adapter components such as check valves and elastomeric flush port covers.

第２の実施形態
説明したように、第１の実施形態では、アセンブリは、押す／引っ張るの種類の線形運動を駆動出力から駆動入力に伝達するように構成されるが、回転運動、または線形運動と回転運動の組み合わせを伝達できる他の実施形態を想定することができる。例えば、図２３～２５の第２の実施形態を参照すると、代替ベース１１０ｂを示している。ここで、駆動要素１２２ｂのそれぞれは、ベース内の構造（例えば、仕切り）に回転可能に取り付けられたプーリー１２３から延びる。各ケーブルは、プーリー１２３の対応する１つに結合されている。駆動出力１３２（図８）の線形運動は、対応するプーリー１２３の回転を引き起こし、したがってケーブルの張力の変化を引き起こす。これは、第１の実施形態に関連して説明されるように、エンドエフェクタの移動または作動に影響を与える。拡張ばね１２５は、第１の実施形態で説明したのと同様の方法で、駆動部材が被駆動部材に対する力を除去または低減するときに、プーリーを偏りのない位置に戻すのに役立つことができる。 Second Embodiment As described, in the first embodiment the assembly is configured to transmit push/pull type linear motion from the drive output to the drive input, but rotary motion, or linear motion Other embodiments can be envisioned that can transmit a combination of and rotational motion. For example, referring to the second embodiment of Figures 23-25, an alternate base 110b is shown. Here, each of the drive elements 122b extends from a pulley 123 rotatably mounted to a structure (eg, partition) within the base. Each cable is coupled to a corresponding one of pulleys 123 . Linear motion of the drive output 132 (FIG. 8) causes rotation of the corresponding pulley 123 and thus a change in cable tension. This affects movement or actuation of the end effector as described in connection with the first embodiment. The expansion spring 125 can help return the pulley to an unbiased position when the driving member removes or reduces force on the driven member in a manner similar to that described in the first embodiment. .

ＥＭＩシールドを組み込んだドレープ
マニピュレータおよび関連する構成要素は、外科的ドレープに適した様々な種類の材料を使用してドレープで覆うことができる。次に、使用することができるドレープの一例を、図２６Ａ－２６Ｃに関連して説明する。このドレープは、開示された構成要素をドレープするために、上記以外の代替の外科用ロボットシステムの構成要素をドレープするために、および（外科用ロボットシステム以外の）滅菌機器の他の多くの構成要素をドレープするために使用できることに留意されたい。 Drape manipulators and associated components incorporating EMI shields can be draped using various types of materials suitable for surgical draping. One example of a drape that can be used will now be described in connection with Figures 26A-26C. The drape is useful for draping the disclosed components, for draping components of alternative surgical robotic systems other than those described above, and in many other configurations of sterile instruments (other than surgical robotic systems). Note that it can be used to drape elements.

ここに記載された実施形態と共に使用される場合、ドレープは、近位本体１１０をアクチュエータアセンブリに挿入する前に、その実施形態のレシーバ１０４上に図２０Ａおよび２０Ｂに示されるように配置され得る。 When used with the embodiments described herein, the drape may be placed over the receiver 104 of that embodiment as shown in FIGS. 20A and 20B prior to inserting the proximal body 110 into the actuator assembly.

ドレープ２００は、導電性（または絶縁性）インク２０４で印刷された一体回路を含む伸縮性のある多層ポリマーで形成されている。プリント回路は、静電放電および／または電磁干渉から、収容されるデバイスをシールドするための可撓性ファラデーケージとして機能し得る。インクは、メッシュパターンまたはファラデーシールドを作成するのに適した他のパターンで印刷できる。プリント回路は、容量検知（ボタン）、抵抗検知（ひずみ測定）、アンテナ（ＲＦＩＤ）などのパッシブ機能回路としても機能し得る。印刷されたトレースは、ドレープ材料の積層物２０２の間に挟まれてもよい。電気信号がドレープの一方の側から他方の側に転送される場合、印刷されたトレースは、電気信号をプリント回路に出し入れするために導電性パッド２０５に接続され得る。同様に、プリント回路は、コネクタ２１０およびビア２０８などの成形された構成要素および特徴に接続することができる。ドレープは、所望の任意の形態をとることができ、材料の平らなシート（またはロール）から形成することができる。 The drape 200 is formed of a stretchable, multi-layer polymer containing an integral circuit printed with conductive (or insulating) ink 204 . The printed circuit can act as a flexible Faraday cage to shield the contained device from electrostatic discharge and/or electromagnetic interference. The ink can be printed in a mesh pattern or other pattern suitable for creating a Faraday shield. The printed circuit can also serve as passive functional circuits such as capacitive sensing (button), resistive sensing (strain measurement), antenna (RFID). The printed traces may be sandwiched between layers of drape material 202 . If electrical signals are to be transferred from one side of the drape to the other, printed traces can be connected to conductive pads 205 to bring the electrical signals into and out of the printed circuit. Similarly, the printed circuit can connect to molded components and features such as connectors 210 and vias 208 . The drape can take any form desired and can be formed from a flat sheet (or roll) of material.

ドレープ２００は、器具ドライバに取り付けられ得る高エネルギー器具によって生成されるＥＳＤまたはＥＭＩから器具ドライバをシールドするための低コストで効率的な手段を提供する。シールド用途では、この方法により、デバイス内の移動するインターフェース間の電気シール（ばねなど）の設計の複雑さが軽減され、外部カバーに導電性メッキを追加する必要がなくなる。また、シールドが困難になる可能性がある、密閉されたデバイスのギャップをスパンするために使用することもできる。また、外科用ロボットアームの遠位ドレープに機能を追加することもできる。 The drape 200 provides a low cost and efficient means for shielding the instrument driver from ESD or EMI generated by high energy instruments that may be attached to the instrument driver. For shielding applications, this approach reduces the complexity of designing electrical seals (such as springs) between moving interfaces within the device and eliminates the need for additional conductive plating on the outer cover. It can also be used to span gaps in hermetically sealed devices that can be difficult to shield. Functionality can also be added to the distal drape of the surgical robotic arm.

マニピュレータのグラフィカルユーザインターフェース
グラフィカルユーザインターフェースをマニピュレータに配置できる。この機能は、任意の外科用ロボットマニピュレータに適用でき、上記の構成での使用には適しているが、他の外科用ロボットシステムの構成要素での使用にも同様に適している。 Manipulator Graphical User Interface A graphical user interface can be placed on the manipulator. This feature is applicable to any surgical robotic manipulator and is suitable for use in the configurations described above, but is equally suitable for use in other surgical robotic system components.

一部のロボットシステムでは、外科医の便宜のために、各マニピュレータは、各マニピュレータの１つまたは複数の場所にある色分け、色分けされたテープ、番号、またはその他のマーキングを使用して個別に識別できる。さらに、各マニピュレータを支持するカートには、エラーメッセージを表示するための画面と、マシンの状態を示す一連のライトが含まれ得る。 In some robotic systems, each manipulator can be individually identified using color-coding, color-coded tape, numbers, or other markings at one or more locations on each manipulator for the surgeon's convenience. . Additionally, the cart that supports each manipulator may include a screen for displaying error messages and a set of lights to indicate machine status.

外科的処置の過程で、外科助手または他の手術室の職員がマニピュレータを再配置することが必要になる場合がある。これは、ロボットアームに手動の力を加え、ロボットアームを所望の方向または位置に物理的に動かすことによって行うことができる。これは、従来技術のシステムと同様に純粋に手動の活動である場合もあれば、電力を利用した活動である場合もある。いずれの場合も、ユーザが手動で駆動する動作を実行しているときに、器具にかかる力についてユーザに通知することは利点である。通常、外科医のコンソールからアクティブにテレオペレーションされていないときにマニピュレータを移動するには、ユーザは、マニピュレータのロックを解除するアクション（例えば、マニピュレータの２つのボタンを同時に押す）を実行して、マニピュレータのエンドエフェクタを手動で所望の位置に移動できるようにする。 During the course of a surgical procedure, it may be necessary for a surgical assistant or other operating room personnel to reposition the manipulator. This can be done by applying manual force to the robotic arm and physically moving the robotic arm to the desired direction or position. This may be a purely manual activity as in prior art systems, or it may be a powered activity. In either case, it would be advantageous to inform the user of the force being applied to the instrument when the user is performing a manually driven action. Typically, to move the manipulator when not actively teleoperating from the surgeon's console, the user performs an action that unlocks the manipulator (e.g., presses two buttons on the manipulator simultaneously) to allow the manipulator to move. end effector can be manually moved to the desired position.

このセクションでは、器具の状態とエラーメッセージの通信、マニピュレータの識別、マニピュレータのエンドエフェクタの向きに関係なく、ユーザは簡単にアクセスできるマニピュレータアームの単一のサイトで、ユーザがアームを操作するための簡単にアクセスできるタッチポイントの機能を統合する実施形態について説明する。 This section presents instrument status and error message communication, manipulator identification, and instructions for the user to operate the arm at a single easily accessible site on the manipulator arm, regardless of the orientation of the manipulator end effector. Embodiments that integrate the functionality of easily accessible touchpoints are described.

第１の実施形態は、少なくとも１つのマニピュレータアームを含む外科用ロボットシステムを含む。図２７に示されるように、マニピュレータアーム（例えば、図１の１３、１４、１５）は、マニピュレータアームの少なくとも１つの自由度の遠位にあるエンドエフェクタを有する。この特定の実施形態では、レシーバ１０４は、エンドエフェクタの一部である。使用中、上記のように、外科用器具１０６は、エンドエフェクタに取り外し可能に取り付けることができる。 A first embodiment includes a surgical robotic system including at least one manipulator arm. As shown in FIG. 27, the manipulator arm (eg, 13, 14, 15 in FIG. 1) has an end effector distal to at least one degree of freedom of the manipulator arm. In this particular embodiment, receiver 104 is part of the end effector. During use, the surgical instrument 106 can be removably attached to the end effector, as described above.

エンドエフェクタには、様々な情報を表示することができる容量性（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）表示画面２１２がある。この実施形態では、表示画面２１２は円筒形であり、エンドエフェクタの本体の周りに延びる。画面は、機械の状態、アームの識別、器具の識別などをユーザに伝えるために、色を変更したり、テキストやアイコン、またはその他のＧＵＩアイテムを表示したりするように構成できる。アイコンは、容量性画面に触れることで表示および選択でき、キャリブレーション、ホーミング、またはエンドエフェクタのトロカールへのドッキングなどのタスクを実行できる。 The end effector has a capacitive display screen 212 that can display various information. In this embodiment, the display screen 212 is cylindrical and extends around the body of the end effector. The screens can be configured to change colors, display text, icons, or other GUI items to communicate machine status, arm identification, instrument identification, etc. to the user. Icons can be displayed and selected by touching the capacitive screen to perform tasks such as calibrating, homing, or docking the end effector to the trocar.

さらに、容量性画面でのユーザによるタッチジェスチャは、マシンによる応答を引き出し得る。例えば、間隔を空けて配置された２つのポイントに触れると、自由度のロックが解除され、関節の周りでマニピュレータを操作または手動で移動できるようになる。スワイプはメニュー間で変更したり、マシンに特定の状態（ドレープなど）に移行するように指示したりし得る。ディスプレイとのジェスチャの相互作用を使用して、システムにマニピュレータを次の状態に配置させたり、マニピュレータのアクチュエータをアクティブにして、マニピュレータを様々なタスクの実行に適した位置または方向に構成したりすることもできる（器具のドッキング、器具の交換、キャリブレーション、ホーミング、保管、ドレーピングなど）。 Additionally, touch gestures by the user on the capacitive screen can elicit a response by the machine. For example, touching two spaced points unlocks the degree of freedom and allows manipulation or manual movement of the manipulator around the joint. A swipe may change between menus or instruct the machine to go to a particular state (such as drape). Use gesture interaction with the display to have the system position the manipulator into the next state, or activate the manipulator's actuators to configure the manipulator into appropriate positions or orientations to perform various tasks (instrument docking, instrument exchange, calibration, homing, storage, draping, etc.).

好ましい構成では、タッチ画面はエンドエフェクタを完全に包み込む。この構成では、容量性ポイントにいつでも簡単にアクセスできる。さらに、エンドエフェクタ上またはエンドエフェクタ内に慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含めると、システムにフィードバックが提供され、エンドエフェクタの方向が示される。このフィードバックに基づいて、システムはＧＵＩに表示されるメッセージとメニューの位置と方向を維持または変更し、オペレーターの視点から、オペレーターに対するエンドエフェクタの回転に関係なくメッセージング／メニューが常に特定の方向になるようにする。つまり、ＩＭＵはエンドエフェクタの方向を検出し、システムのプロセッサはその方向でユーザに表示される画面の領域を選択し、関連するメッセージングとメニューをその領域で、好ましくは、ユーザにとって読みやすい向きに表示する。 In a preferred configuration, the touchscreen completely encases the end effector. In this configuration, capacitive points are easily accessible at all times. Additionally, the inclusion of an inertial measurement unit (IMU) on or within the end effector provides feedback to the system indicating the orientation of the end effector. Based on this feedback, the system maintains or changes the position and orientation of the messages and menus displayed in the GUI so that from the operator's perspective, the messaging/menus are always in a particular orientation regardless of the rotation of the end effector relative to the operator. make it That is, the IMU detects the orientation of the end effector, the system's processor selects the area of the screen that is displayed to the user in that orientation, and displays the associated messaging and menus in that area, preferably in an orientation that is easy for the user to read. indicate.

この機能は、患者側で簡単にアクセスできる場所に表示されているシステムに関する利用可能なすべての情報を含めることにより、外科用システムの使用の利便性を高める。タッチポイントは、エンドエフェクタ全体に巻き付けることができる。つまり、エンドエフェクタの方向に関係なく、常にアクセス可能で、同じ場所にある（ユーザの視点から）。ディスプレイは、色を使用して異なる動作状態を示すこと、またはユーザに異なるアームを識別することを可能にする色を変えるディスプレイを含み得る。 This feature enhances the convenience of using the surgical system by including all available information about the system displayed in an easily accessible location for the patient. The touchpoint can wrap around the end effector. That is, it is always accessible and co-located (from the user's point of view) regardless of the orientation of the end effector. The display may include a color changing display that uses color to indicate different operating states or allows a user to identify different arms.

マニピュレータの手動駆動動作中の力通知
上記のセクションで説明したように、外科手術の過程で、外科助手または他の手術室の職員がマニピュレータを再配置する必要がある場合がある。これは、マニピュレータに手動の力を加え、マニピュレータを所望の方向または位置に物理的に移動することによって実行できる。これは、一部の市販のシステムのように純粋に手動の活動である場合もあれば、電力を利用した活動である場合もある。いずれの場合も、ユーザが手動で駆動する動作を実行しているときに、器具にかかる力についてユーザに通知すると有利である。 Force Notification During Manipulator Manual Drive Movement As explained in the sections above, during the course of a surgical procedure, it may be necessary for the surgical assistant or other operating room personnel to reposition the manipulator. This can be done by applying manual force to the manipulator and physically moving the manipulator to the desired direction or position. This may be a purely manual activity, as in some commercial systems, or it may be a power-based activity. In either case, it would be advantageous to inform the user of the force exerted on the instrument when the user is performing a manually driven action.

本明細書でも説明されているように、６自由度力／トルクセンサであり得る力／トルクセンサをマニピュレータに取り付けて、ユーザインターフェースで外科医に力フィードバックを提供するために必要な触覚情報を決定するために使用できる。図２８は上記のエンドエフェクタを示す。マニピュレータ内の器具位置に近位領域には、６自由度の力／トルクセンサ２１４があり、これは、上記のように、外科用器具が受ける力を測定するために使用され、システムが触覚インターフェースを介しこれらの力をユーザに伝達できるようにする。センサ２１４の近位には、少なくとも１つの通知構成要素２１６があり、これは、振動変換器、および視覚的インジケータまたは発光体のうちの少なくとも１つであり得る。振動変換器が使用される場合、それをマニピュレータのセンサ２１４の近位の位置に配置することは、センサ２１４の力測定との干渉を回避するのに役立つ。視覚的インジケータは、ライト、ＬＥＤまたはＬＥＤの集合、画像ディスプレイなどであり得る。前のセクションで説明したタイプのＧＵＩが使用されている場合、それはそのＧＵＩの一部であり得る。これらの構成要素は、システムが手動で再配置されている間、器具に対する力の存在をユーザに警告するために使用される。 A force/torque sensor, which may be a 6-DOF force/torque sensor, as also described herein, is attached to the manipulator to determine the tactile information necessary to provide force feedback to the surgeon at the user interface. can be used for FIG. 28 shows the end effector described above. In the region proximal to the instrument position within the manipulator is a 6-DOF force/torque sensor 214, which, as described above, is used to measure the forces experienced by the surgical instrument and the system uses a tactile interface. to transmit these forces to the user. Proximal to sensor 214 is at least one notification component 216, which may be at least one of a vibration transducer and a visual indicator or light. If a vibration transducer is used, placing it on the manipulator at a position proximal to the sensor 214 helps to avoid interference with the force measurement of the sensor 214 . A visual indicator can be a light, an LED or collection of LEDs, a visual display, or the like. If a GUI of the type described in the previous section is used, it can be part of that GUI. These components are used to alert the user to the presence of forces on the instrument while the system is being manually repositioned.

手動駆動動作（ユーザがアームに手を当ててアームの移動を制御する動作）中、アームに取り付けられた器具に力が加えられると、発光体からの振動と視覚的な警告が発せられる。これは、アームを動かしている人に、器具が組織または別の構造に接触していることを警告するため、必要に応じて追加の予防措置を講じることができる。これは、例えば、器具がアームに係合している間に、器具が切開部位に配置されたトロカールに挿入されている場合に特に有益であろう。 During manual actuation (where the user puts his/her hand on the arm to control the movement of the arm), any force applied to the instrument attached to the arm results in vibrations and visual warnings from the lights. This alerts the person moving the arm that the instrument is contacting tissue or another structure so that additional precautions can be taken if necessary. This may be particularly beneficial, for example, when the instrument is inserted into a trocar placed at the incision site while the instrument is engaged with the arm.

視覚的インジケータは、外科医に助言するためにユーザに方向情報を提供するように構成され得る。例えば、それは、器具と組織または他の物体との間の力を軽減するためにアームが動かされる必要がある方向の視覚的表示を提供し得る。発光体がアームの一部を取り囲むライトまたはＬＥＤのリングである場合、ユーザがアームを押し込む必要がある方向、または器具にかかる力の方向を示すために、これらのライトの四分円が点灯し得る。可撓性ディスプレイまたはＧＵＩが使用されている場合は、１つまたは複数の矢印またはその他の記号、アイコン、テキストなどは、同じ目的で表示され得る。いくつかの実施形態では、システムは、振動の振幅／周波数および光の強度／点滅が、力センサ２１４で測定された力に比例するように構成され得る。 A visual indicator may be configured to provide directional information to the user to advise the surgeon. For example, it can provide a visual indication of the direction the arm needs to be moved to relieve the force between the instrument and tissue or other object. If the luminary is a ring of lights or LEDs that surrounds a portion of the arm, the quadrants of these lights will illuminate to indicate the direction the user should push the arm or the direction of force on the instrument. obtain. If a flexible display or GUI is used, one or more arrows or other symbols, icons, text, etc. may be displayed for the same purpose. In some embodiments, the system may be configured such that the amplitude/frequency of vibration and intensity/flashing of light are proportional to the force measured by force sensor 214 .

リモート駆動運動（ユーザ入力デバイス１７、１８の１つを使用してアームをリモートで制御するユーザによって実行される運動）中、アームに取り付けられた器具に力が加えられると（または定義された閾値を超える力が加えられると）、発光体からの視覚的な警告が発せられ得る。 During remote-driven movement (exercise performed by a user remotely controlling the arm using one of the user input devices 17, 18), when a force is applied to the instrument attached to the arm (or defined threshold is applied), a visual warning from the light emitter may be emitted.

この機能は、任意のロボットマニピュレータに使用でき、ここで説明する実施形態に限定されない。一般に、それは、力およびトルクセンサを含むマニピュレータアーム、マニピュレータアームに取り付け可能な外科用器具、触覚ユーザ入力デバイスを含む外科用ロボットシステムの一部となる。システムは、少なくとも１つのプロセッサ、および前記少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な少なくとも１つのメモリ記憶命令を含み、以下を行う。触覚ユーザ入力デバイスのユーザ操作に応答して、マニピュレータアームが外科用器具を動かす。触覚ユーザインターフェースのユーザ操作中のセンサからの信号に応答し、触覚ユーザ入力デバイスのアクチュエータが触覚ユーザ入力デバイスへの力フィードバックを適用し、マニピュレータアームの手動ユーザ移動中のセンサからの信号に応答し、アームの振動変換器をアクティブにする。命令は、センサからの信号に応答して、アームの視覚的警告をアクティブにするために、少なくとも１つのプロセッサによってさらに実行可能であり得る。 This feature can be used with any robotic manipulator and is not limited to the embodiments described here. Generally, it becomes part of a surgical robotic system that includes a manipulator arm that includes force and torque sensors, a surgical instrument attachable to the manipulator arm, and a tactile user input device. The system includes at least one processor and at least one memory storage instruction executable by the at least one processor to: A manipulator arm moves the surgical instrument in response to user manipulation of the tactile user input device. Responsive to signals from sensors during user manipulation of the haptic user interface, actuators of the haptic user input device applying force feedback to the haptic user input device, and responsive to signals from sensors during manual user movement of the manipulator arm. , to activate the vibration transducer in the arm. The instructions may be further executable by the at least one processor to activate a visual alert of the arm in response to a signal from the sensor.

振動変換器は、力のフィードバックに加えて、またはその代わりに、他のタイプのフィードバックをユーザに提供するために使用できることに留意されたい。例えば、米国特許第９８５５６６２号に記載されているように、力／トルクを使用して切開部を通過する器具の支点を決定するようにシステムが構成されている場合、振動警告をアクティブにして、支点決定プロセスが完了し、支点が設定されたことをユーザに通知することができる。 Note that the vibration transducer can be used to provide other types of feedback to the user in addition to or instead of force feedback. If the system is configured to use force/torque to determine the fulcrum of the instrument passing through the incision, for example as described in US Pat. No. 9,855,662, activating the vibration warning, The user can be notified that the fulcrum determination process is complete and the fulcrum has been set.

特定の実施形態が上で説明されているが、これらの実施形態は、限定ではなく、例として提示されていることを理解されたい。関連技術の当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、その中で形態および詳細の様々な変更を行うことができることが明らかであろう。これは、後で開発される可能性のある関連技術内の技術および用語に照らして特に当てはまる。さらに、開示された様々な実施形態の特徴を様々な方法で組み合わせて、様々な追加の実施形態を作製することができる。 Although specific embodiments are described above, it should be understood that these embodiments are presented by way of example, not limitation. It will be apparent to persons skilled in the relevant art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. This is especially true in light of techniques and terminology within related art that may be developed later. Moreover, features of the various disclosed embodiments can be combined in various ways to produce various additional embodiments.

優先権の目的を含め、上記で言及された任意およびすべての特許、特許出願、および印刷された刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。
Any and all patents, patent applications and printed publications mentioned above, including for purposes of priority, are hereby incorporated by reference.

Claims (14)

その遠位端にアクチュエータアセンブリを有するロボットマニピュレータであって、
前記アクチュエータアセンブリは、外科用器具のベースが前記アクチュエータアセンブリに導入され得る開位置と、ベースが解放可能に係合される閉位置とを有する、ロボットマニピュレータ。 A robotic manipulator having an actuator assembly at its distal end, comprising:
A robotic manipulator, wherein the actuator assembly has an open position in which a base of a surgical instrument can be introduced into the actuator assembly and a closed position in which the base is releasably engaged. 前記アクチュエータアセンブリは、第１の駆動要素を有する第１の面と、第２の駆動要素を有する第２の面とを含み、前記第１の面および前記第２の面は異なる面である、請求項１に記載のマニピュレータ。 the actuator assembly includes a first surface having a first drive element and a second surface having a second drive element, the first surface and the second surface being different surfaces; A manipulator according to claim 1. 前記第１の面および前記第２の面が対向する面である、請求項２に記載のマニピュレータ。 3. The manipulator of claim 2, wherein the first surface and the second surface are opposing surfaces. 前記アクチュエータアセンブリは、旋回、回転、摺動、またはその他のいずれかによって拡張可能である、請求項１に記載のマニピュレータ。 The manipulator of claim 1, wherein the actuator assembly is expandable either by pivoting, rotating, sliding, or otherwise. 前記拡張および収縮は、前記器具と前記マニピュレータとの間の電気的または機械的相互作用のいずれかを介して制御される、請求項４に記載のマニピュレータ。 5. A manipulator according to claim 4, wherein said expansion and contraction are controlled via either electrical or mechanical interaction between said instrument and said manipulator. 前記ロボットマニピュレータが、器具またはカメラケーブル用のパススルーを含む、請求項１に記載のマニピュレータ。 2. The manipulator of claim 1, wherein the robotic manipulator includes pass-throughs for instruments or camera cables. 前記パススルーが前記アクチュエータアセンブリの一部を含む、請求項６に記載のマニピュレータ。 7. The manipulator of claim 6, wherein said pass-through comprises part of said actuator assembly. 前記駆動要素は、前記ベース上の駆動入力を前進させるために前記マニピュレータに対して移動可能である、請求項１に記載のマニピュレータ。 2. A manipulator according to claim 1, wherein the drive element is movable relative to the manipulator to advance a drive input on the base. ロボットシステムアセンブリであって、
アクチュエータアセンブリを含むロボットマニピュレータと
前記アクチュエータアセンブリに取り付け可能な本体を有する外科用器具と
を備え、
前記本体は、第１の制御入力端子および第２の制御入力端子を含み、前記第１の制御入力端子および前記第２の制御入力端子は、前記本体の異なる側に配置されるか、または前記本体から異なる方向に延びる、ロボットシステムアセンブリ。 A robotic system assembly comprising:
a robotic manipulator including an actuator assembly; and a surgical instrument having a body attachable to the actuator assembly;
The body includes a first control input terminal and a second control input terminal, wherein the first control input terminal and the second control input terminal are located on different sides of the body, or the Robotic system assemblies extending in different directions from the body. 前記第１の制御入力端子および前記第２の制御入力端子は、前記本体から反対方向に延びる、請求項９に記載のシステム。 10. The system of claim 9, wherein said first control input terminal and said second control input terminal extend in opposite directions from said body. 前記第１の制御入力端子および前記第２の制御入力端子は、前記本体から非平行方向に延びる、請求項９に記載のシステム。 10. The system of claim 9, wherein the first control input terminal and the second control input terminal extend from the body in non-parallel directions. 前記第１の制御入力端子および前記第２の制御入力端子は、前記外科用器具が前記ロボットマニピュレータに取り付けられたときに、前記アクチュエータアセンブリの第１の駆動要素および第２の駆動要素と動作可能に関連付けられる、請求項９に記載のシステム。 The first control input terminal and the second control input terminal are operable with first and second drive elements of the actuator assembly when the surgical instrument is attached to the robotic manipulator. 10. The system of claim 9, associated with 前記外科用器具が前記ロボットマニピュレータに取り付けられたときに、前記駆動要素と前記制御入力端子との間に滅菌バリアが配置される、請求項１２に記載のシステム。 13. The system of claim 12, wherein a sterility barrier is positioned between the drive element and the control input terminal when the surgical instrument is attached to the robotic manipulator. 前記アクチュエータアセンブリは、前記アクチュエータアセンブリが前記本体を受け入れるように構成された開位置と、前記第１の制御入力端子および前記第２の制御入力端子が前記アクチュエータアセンブリの第１の駆動要素および第２の駆動要素に動作可能に関連付けられる閉位置との間で移動可能である、請求項９に記載のロボットシステムアセンブリ。
The actuator assembly has an open position, in which the actuator assembly is configured to receive the body, and the first control input terminal and the second control input terminal are connected to the first drive element and the second drive element of the actuator assembly. 10. The robotic system assembly of claim 9 movable between a closed position operably associated with a drive element of the.

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