IT201900001185A1

IT201900001185A1 - Dispositivo di ausilio per interventi chirurgici, in particolare interventi a minima invasivita’

Info

Publication number: IT201900001185A1
Application number: IT102019000001185A
Authority: IT
Inventors: Liu Huan; Fanny Ficuciello; Saini Satwinder; Giuseppe Andrea Fontanelli; Mario Selvaggio; Umberto Bracale
Original assignee: Univ Degli Studi Di Napoli Federico Ii
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-07-28

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

"DISPOSITIVO DI AUSILIO PER INTERVENTI CHIRURGICI, IN

PARTICOLARE INTERVENTI A MINIMA INVASIVITA'"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di ausilio per interventi chirurgici. Il trovato trova particolare applicazione nel settore degli interventi chirurgici a minima invasività.

Durante gli interventi chirurgici, allo scopo di afferrare organi aventi forma irregolare, possono essere utilizzate pinze forcipi, installate su bracci robotizzati dedicati ad applicazioni chirurgiche.

Questo può comportare difficoltà e complicazioni dal punto di vista ergonomico. Mentre vengono manipolati organi durante un intervento chirurgico a minima invasività (c.d. MIS, Minimally Invasive Surgery) con forcipi tradizionali, può capitare che l'operatore impieghi una forza eccessiva, causando danni a tessuti di per sé sani.

Allo scopo di garantire una manipolazione idonea, si potrebbe considerare di aumentare la superficie di contatto tra lo strumento e l'organo in questione. Tuttavia, in procedure MIS supportare da braccio robotizzato, il diametro massimo dello strumento è vincolato dalle dimensioni dell'incisione.

Si pone quindi il problema di come eseguire, in questo contesto, una manipolazione di organi che preservi i tessuti sani e che, al contempo, non richieda l'aumento delle dimensioni dell'incisione.

Lo stato deil'arte mette a disposizione diversi dispositivi/strumenti che possono essere impiegati in questo ambito:

[1] J. Gafford et al., "Shape Deposition Manufacturing of a Soft, Atraumatic, and Deployable Surgical Grasper," J. Mech. Robot., voi. 7, no.

2, p. 021006, 2015.

[2] H. Luo and S. Wang, "Multi-manipulation with a metamorphic instrumentai hand for robot-assisted minimally invasive surgery," 2011 IEEE/ICME Int. Conf. Complex Med. Eng. C. 2011, vol. 2, pp. 363-368, 2011.

[3] M. Reisinger, "A triple-jaw actuated and sensorized instrument for grasping large organs during minimally invasive robotic surgery," ZEVrail, vol. 133, no. 4, pp. 160-163, 2009.

[4] R. Ohshima et al., "Assemblable three fingered five-DOF hand for laparoscopie surgery," Proc. - IEEE Int. Conf. Robot. Autom., pp.

3896-3901, 2008.

[5] A. Tzemanaki et al., "μAngelo: A Novel Minimally Invasive Surgical System Based on an Anthropomorphic Design," 5th IEEE RAS/EMBS Int. Conf. Biomed. Robot. Biomechatronics, pp. 369-374, 2014.

In aggiunta a quanto sopra, la Richiedente osserva che, durante gli interventi chirurgici, il chirurgo ha la necessità di regolare la posizione di organi/tessuti in corrispondenza dei quali sta operando. Questa operazione viene solitamente eseguita tramite uno strumento manuale (inserito nella medesima incisione fatta per l'intervento, o una differente incisione realizzata ad hoc).

In particolare, questa operazione viene eseguita - come detto, manualmente - da un assistente del chirurgo che sta operando; lo strumento viene spesso estratto per permettere poi l'inserimento di altri strumenti, finalizzati ad esempio a fornire filo di sutura, cotone, condotto di aspirazione per una pulizia dell'area in cui si sta operando, ecc.

In questo contesto, lo stato dell'arte comprende le seguenti soluzioni:

[6] US 2006/0253 109A1, "Surgical robotic helping hand System".

[7] US 6,309,397 B1, "Accessories for minimally invasive robotic surgery and methods".

Alla luce di quanto sopra, scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo di ausilio per interventi chirurgici che possa operare sia come dispositivo di presa, sia come divaricatore.

Un altro scopo dell'invenzione è mettere a disposizione un dispositivo di ausilio per interventi chirurgici che possa essere controllato dal chirurgo, tramite il pannello di controllo di una piattaforma robotizzata dedicata alla chirurgia.

Questi ed altri scopi ancora sono sostanzialmente raggiunti da quanto descritto nelle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite e non esclusive dell'invenzione.

Tale descrizione è fornita qui di seguito con riferimento alle unite figure, anch'esse aventi scopo puramente esemplificativo e pertanto non limitativo, in cui:

- la figura 1 mostra una vista prospettica schematica di un elemento di ausilio in accordo con l'invenzione;

- la figura 2 mostra una vista prospettica schematica di un componente elementare facente parte dell'elemento di ausilio di figura 1;

- la figura 3 mostra una vista in pianta schematica del componente elementare di figura 2;

- la figura 4 mostra due componenti elementari accoppiati;

- la figura 5 mostra una porzione ingrandita dell'elemento di ausilio di figura 1;

- la figura 6 mostra una diversa porzione ingrandita, in esploso, dell'elemento di ausilio di figura 1.

Con riferimento alle unite figure, con 1 è stato complessivamente indicato un dispositivo di ausilio per interventi chirurgici in accordo con la presente invenzione.

Il dispositivo 1 trova particolare applicazione negli interventi chirurgici a minima invasività, eseguiti tramite una piattaforma robotizzata dedicata alla chirurgia.

Come schematicamente mostrato in figura 1, il dispositivo 1 comprende un supporto 10. Il supporto 10 può avere ad esempio conformazione allungata, avente sezione sostanzialmente cilindrica.

Dal supporto 10 si estendono tre dita 100, 200, 300 che, come sarà più chiaro in seguito, permettono all'invenzione di operare in modo efficace ed affidabile.

Ciascun dito 100, 200, 300 comprende una pluralità di vertebre 110, 210, 310.

In maggiore dettaglio, ciascun dito 100, 200, 300 è formato da una successione di vertebre 110, 210, 310 che formano un segmento prossimale 120, 220, 320 ed un segmento distale 130, 230, 330.

Il segmento prossimale 120, 220, 320 è vincolato al supporto 10; il segmento distale 130, 230, 330 è vincolato al segmento prossimale 120, 220, 320, in modo che il segmento prossimale 120, 220, 320 risulti interposto tra il supporto 10 ed il segmento distale 130, 230, 330.

Il segmento prossimale 120, 220, 320 comprende una prima parte 121, 221, 321 ed una seconda parte 122, 222, 322.

La prima parte 121, 221, 321 è vincolata al supporto 10.

La seconda parte 122, 222, 322 è vincolata alla prima parte 121, 221, 321 in modo che la prima parte 121, 221, 321 risulti interposta tra la seconda parte 122, 222, 322 ed il supporto 10.

In sintesi, ciascun dito 100, 200, 300 è formato, nell'ordine, partendo dal supporto 10, da:

- la prima parte 121, 221, 321 del segmento prossimale 120, 220, 320;

- la seconda parte 122, 222, 322 del segmento prossimale 120, 220, 320;

- il segmento distale 130, 230, 330.

Il dito 100, 200, 300 comprende inoltre un elemento terminale 140, 240, 340, montato sull'estremità distale del segmento distale 130, 230, 330.

A titolo esemplificativo, il segmento distale 130, 230, 330 può essere formato da sei vertebre.

A titolo esemplificativo, il segmento prossimale 120, 220, 320 può essere formato da sei vertebre.

A titolo esemplificativo, la prima parte 121, 221, 321 del segmento prossimale 120, 220, 320 può essere formata da tre vertebre.

A titolo esemplificativo, la seconda parte 122, 222, 322 del segmento prossimale 120, 220, 320 può essere formata da tre vertebre.

Preferibilmente, ciascuna vertebra 110, 210, 310 è incernierata ad una vertebra precedente e/o ad una vertebra successiva. La figura 4 mostra schematicamente due vertebre reciprocamente accoppiate tramite vincolo a cerniera.

Ciascuna vertebra 110, 210, 310 presenta una conformazione sostanzialmente toroidale; in una vista in pianta, ciascuna vertebra 110, 210, 310 presenta quindi una conformazione sostanzialmente anulare, come schematicamente mostrato in figura 3.

Lo spazio libero, radialmente interno, di detta conformazione sostanzialmente anulare può essere impiegato, per esempio, per i cablaggi necessari per sensori o altri dispositivi montati sull'elemento terminale 140, 240, 340.

La vertebra 110, 210, 310 presenta una prima coppia di fori passanti 111, 211, 311, una seconda coppia di fori passanti 112, 212, 312, una terza coppia di fori passanti 113, 213, 313, ed una quarta coppia di fori passanti 114, 214, 314.

I fori passanti della prima coppia di fori passanti 111, 211, 311 di almeno alcune vertebre del dito 100, 200, 300 sono attraversati da una prima coppia di tendini 115, 215, 315. In particolare, in ciascun foro passante 111, 211, 311 passa un rispettivo tendine della prima coppia di tendini 115, 215, 315.

La prima coppia di tendini 115, 215, 315 è configurata per regolare il segmento distale 130, 230, 330 del rispettivo dito 100, 200, 300.

In particolare, i tendini della prima coppia di tendini 115, 215, 315 sono accoppiati a tutte le vertebre del rispettivo dito 100, 200, 300. Ciascun tendine della prima coppia di tendini 115, 215, 315 presenta una prima estremità vincolata al supporto 10 ed una seconda estremità vincolata all'elemento terminale 140.

Preferibilmente i tendini della prima coppia di tendini 115, 215, 315 sono realizzati come cavi di acciaio, aventi ad esempio diametro di circa 0,5mm.

Preferibilmente i tendini della prima coppia di tendini 115, 215, 315 sono tendini antagonisti.

Il segmento distale 130, 230, 330 può essere piegato/esteso tirando, rispettivamente, il tendine sul lato interno/esterno.

Le aste flessibili 118, 218, 318 (che saranno descritte in seguito) assicurano che l'azione dei tendini sia distribuita uniformemente sulle vertebre facenti parte del segmento distale 130, 230, 330, ed in particolare sui punti di incernieramento tra le stesse. Si ottiene quindi una conformazione regolare del segmento distale 130, 230, 330.

Quando è necessario afferrare un oggetto, se la vertebra prossimale del segmento distale 130, 230, 330 è fermata dall'oggetto, continuando a tirare il tendine si ottiene una chiusura sull'oggetto stesso della restante parte del segmento distale, così da esercitare una efficace un'azione di presa.

I fori passanti della seconda coppia di fori passanti 112, 212, 312 di almeno alcune vertebre del dito 100, 200, 300 sono attraversati da una seconda coppia di tendini 116, 216, 316. In particolare, in ciascun foro passante 112, 212, 312 passa un rispettivo tendine della seconda coppia di tendini 116, 216, 316.

La seconda coppia di tendini 116, 216, 316 è configurata per regolare la prima parte 121, 221, 321 del segmento prossimale 120, 220, 320.

In particolare, i tendini della seconda coppia di tendini 116, 216, 316 sono accoppiati a tutte le vertebre della prima parte 121, 221, 321 del segmento prossimale 120, 220, 320 del rispettivo dito 100, 200, 300. Ciascun tendine della seconda coppia di tendini 116, 216, 316 presenta una prima estremità vincolata al supporto 10 ed una seconda estremità vincolata ad una vertebra terminale della prima parte 121, 221, 321 del segmento prossimale 120, 220, 320.

Preferibilmente i tendini della seconda coppia di tendini 116, 216, 316 non sono accoppiati alle vertebre della seconda parte 122, 222, 322 del segmento prossimale 120, 220, 320.

Preferibilmente i tendini della seconda coppia di tendini 116, 216, 316 non sono accoppiati alle vertebre del segmento distale 130, 230, 330.

Preferibilmente i tendini della seconda coppia di tendini 116, 216, 316 sono tendini antagonisti.

I fori passanti della terza coppia di fori passanti 113, 213, 313 di almeno alcune vertebre del dito 100, 200, 300 sono attraversati da una terza coppia di tendini 117, 217, 317. In particolare, in ciascun foro passante 113, 213, 313 passa un rispettivo tendine della terza coppia di tendini 117, 217, 317.

La terza coppia di tendini 117, 217, 317 è configurata per accoppiare la movimentazione della seconda parte 122, 222, 322 del segmento prossimale 120, 220, 320 a quella della prima parte 121, 221, 321.

In particolare, i tendini della terza coppia di tendini 117, 217, 317 sono accoppiati a tutte le vertebre del segmento prossimale 120, 220, 320 del rispettivo dito 100, 200, 300. Ciascun tendine della terza coppia di tendini 117, 217, 317 presenta una prima estremità vincolata al supporto 10 ed una seconda estremità vincolata ad una vertebra terminale del segmento prossimale 120.

Preferibilmente i tendini della terza coppia di tendini 117, 217, 317 non sono accoppiati alle vertebre del segmento distale 130, 230, 330.

I fori passanti della quarta coppia di fori passanti 114, 214, 314 delle vertebre del dito 100, 200, 300 sono attraversati da una coppia di aste flessibili 118, 218, 318. In particolare, ciascuna asta flessibile 118, 218, 318 è inserita in un rispettivo foro passante della quarta coppia di fori passanti 114, 214, 314.

Le aste flessibili 118, 218, 318 sono accoppiate a tutte le vertebre del rispettivo dito 100, 200, 300.

Ciascuna delle aste flessibili 118, 218, 318 presenta una prima estremità vincolata al supporto 10 ed una seconda estremità vincolata all'elemento terminale 140, 240, 340.

Vantaggiosamente, le aste flessibili 118, 218, 318 possono essere realizzate in una lega di Nichel-Titanio, nota con il nome commerciale Nitinol.

A titolo esemplificativo, ciascuna delle aste flessibili 118, 218, 318 può presentare un diametro di circa 0,5mm.

Il dispositivo 1 comprende inoltre organi di comando 20, montati sul supporto 10 per agire sulle dita 100, 200, 300 in modo da definirne la disposizione nello spazio.

In particolare, gli organi di comando 20 sono attivi sulla prima coppia di tendini 115, 215, 315 e sulla seconda coppia di tendini 116, 216, 316 per comandare gli stessi.

In una forma di realizzazione, sono previsti sei argani 21-26 per azionare l'intero sistema (supporto 10 e dita 100, 200, 300), tramite sei coppie di tendini, come mostrato in FIG. 6.

Quattro argani 21-24 sono azionati da motori del sistema robotico da Vinci, mentre due argani 25-26 sono azionati da due motori aggiuntivi 27-28.

L'argano 21 aziona la rotazione del supporto 10 tramite i tendini 29.

Gli argani 22-24 guidano la flessione / estensione del segmento distale 130, 230, 330 delle tre dita tramite i tendini 115, 215, 315, rispettivamente.

L'argano 25 aziona il movimento del segmento prossimale 120 del dito 100 tramite i tendini 116.

L'argano 26 aziona il segmento prossimale 220, 320 delle dita 200, 300 tramite i tendini 216, 316.

In uso, agendo sui tendini facenti parte di ciascun dito, è possibile realizzare svariate configurazioni operative, come ad esempio impiegare il dispositivo 1 come elemento di presa oppure come divaricatore.

Come detto, la seconda coppia di tendini 116, 216, 316 viene impiegata per movimentare/configurare la prima parte 121, 221, 321 del segmento prossimale 120, 220, 320, mentre la seconda coppia di tendini 117, 217, 317 svolge una funzione di accoppiamento tra la prima parte 121, 221, 321 e la seconda parte 122, 222, 322 del segmento prossimale stesso 120, 220, 320.

Pertanto, quando la prima parte 121, 221, 321 è controllata in modo da piegarsi verso l'esterno, la seconda parte 122, 222, 322 subisce una piegatura verso l'interno, in virtù dell'accoppiamento realizzato dalla seconda coppia di tendini 117, 217, 317.

In questo modo, la vertebra più distale (terminale) del segmento prossimale 120, 220, 320 rimane ortogonale parallela allo sviluppo longitudinale del supporto 10.

Il segmento distale 130, 230, 330 inoltre non necessiterà piegature particolarmente accentuate per esercitare un'azione di presa.

Preferibilmente, il diametro esterno complessivo delle tre dita 100, 200, 300 è minore o uguale a 12mm.

Grazie alla struttura sopra descritta, l'inclinazione laterale del segmento distale 130, 230, 330 può variare tra circa -20° e circa 20°.

In generale, operando sui segmenti prossimali 120, 220, 320 delle tre dita 100, 200, 300, è possibile variare l'apertura del dispositivo 1 in un intervallo compreso tra circa 12mm e 30mm. Operando invece sui tre segmenti distali 130, 230, 330, tramite i rispettivi tendini, il dispositivo si chiude o estende a livello distale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di ausilio per interventi chirurgici, comprendente: un supporto (1 0) ; tre dita (100, 200, 300) estendentisi da detto supporto (10), in cui ciascun dito (100, 200, 300) comprende: una successione di vertebre (110, 210, 31 0), atta a formare un segmento prossimale (120, 220, 320) ed un segmento distale (130, 230, 330), in cui il segmento prossimale (120, 220, 320) è interposto tra detto supporto (10) e detto segmento distale (130, 230, 330), in cui detto segmento prossimale (120, 220, 320) comprende una prima parte (121, 221, 321) ed una seconda parte (122, 222, 322); in cui ciascuna vertebra (110, 210, 310) comprende un corpo principale (110a, 210a, 310a), avente conformazione in pianta sostanzialmente anulare e presentante una prima coppia di fori passanti (111, 211, 311), una seconda coppia di fori passanti (112, 212, 312), una terza coppia di fori passanti (113, 213, 313) ed una quarta coppia di fori passanti (1 14, 214, 314); una prima coppia di tendini (115, 215, 315), ciascuno inserito un rispettivo foro passante di detta prima coppia di fori passanti (111, 211, 311), detta prima coppia di tendini (115, 215, 315) essendo configurata per regolare detto segmento distale (130, 230, 330); una seconda coppia di tendini (116, 216, 316), ciascuno inserito un rispettivo foro passante di detta seconda coppia di fori passanti (112, 212, 312), detta seconda coppia di tendini (116, 216, 316) essendo configurata per regolare la prima parte (121, 221, 321) di detto segmento prossimale (120, 220, 320); una terza coppia di tendini (1 17, 217, 317), ciascuno inserito un rispettivo foro passante di detta terza coppia di fori passanti (1 13, 213, 313), detta terza coppia di tendini (117, 217, 317) essendo configurata per accoppiare la seconda parte (122, 222, 322) di detto segmento prossimale (120, 220, 320) alla prima parte (121 , 221 , 321 ) ; una coppia di aste flessibili (1 18, 218, 318), ciascuna inserita in un rispettivo foro passante di detta quarta coppia di fori passanti (114, 214, 314) ; un elemento terminale (140, 240, 340), montato ad una estremità distale di detto segmento distale (130, 230, 330).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 in cui ciascuna di dette vertebre (1 10, 210, 310) è incernierata ad una vertebra precedente e/o ad una vertebra successiva.
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2 comprendente inoltre organi di comando (20), montati su detto supporto (10) e attivi su detta prima coppia di tendini (115, 215, 315) e su detta seconda coppia di tendini (1 16, 216, 316) per comandare gli stessi.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 in cui detti organi di comando (20) comprendono attuatori elettromeccanici, preferibilmente comandabili da un pannello di controllo di una piattaforma robotizzata dedicata alla chirurgia.
5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui i tendini di detta prima coppia di tendini (1 15, 215, 315) sono accoppiati a tutte le vertebre del rispettivo dito (100, 200, 300), ciascuno dei tendini di detta prima coppia di tendini (115, 215, 315) presentando una prima estremità vincolata a detto supporto (10) ed una seconda estremità vincolata a detto elemento terminale (140, 240, 340).
6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui i tendini di detta seconda coppia di tendini (1 16, 216, 316) sono accoppiati a tutte le vertebre della prima parte (121 , 221 , 321 ) del segmento prossimale (120, 220, 320) del rispettivo dito (100, 200, 300), ciascuno dei tendini di detta seconda coppia di tendini (116, 216, 316) presentando una prima estremità vincolata a detto supporto (10) ed una seconda estremità vincolata ad una vertebra terminale della prima parte (121 , 221 , 321 ) di detto segmento prossimale (120, 220, 320).
7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui i tendini di detta terza coppia di tendini (1 17, 217, 317) sono accoppiati a tutte le vertebre del segmento prossimale (120, 220, 320) del rispettivo dito (100, 200, 300), ciascuno dei tendini di detta terza coppia di tendini (1 17, 217, 317) presentando una prima estremità vincolata a detto supporto (10) ed una seconda estremità vincolata ad una vertebra terminale di detto segmento prossimale (120, 220, 320).
8. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui dette aste flessibili (1 18, 218, 318) sono accoppiate a tutte le vertebre del rispettivo dito (100, 200, 300), ciascuna di dette aste flessibili (118, 218, 318) presentando una prima estremità vincolata a detto supporto (10) ed una seconda estremità vincolata a detto elemento terminale (140, 240, 340).
9. Piattaforma robotizzata dedicata alla chirurgia comprendente: almeno un braccio robotizzato; almeno un dispositivo (1 ) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; un pannello di controllo per controllare detto braccio robotizzato e detto dispositivo (1 ).