JP2025536992A - 手術ロボット用術具固定装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、手術ロボット用術具固定装置に関する。
手術ロボット用術具固定装置は、シャフトを有する術具を保持するスリーブと、スリーブが結束されるチャック本体と、術具を固定するようにチャック本体に内蔵されてシャフトを選択的に固定するチャックと、チャックの噛み合わせの動作及び噛み合わせの解除動作のための操作力を印加する操作力印加部を備えたチャック装置部と、チャック装置部が設けられ、ロボットアームの末端部に装着されてスリーブが揺動しないように載置して保持されるスリーブ保持部を備えるホルダー部と、スリーブがシャフト挿入穴が形成された中空スリーブ本体のスリーブ保持部と対向する方向に形成される第1スリーブ締結部とを備え、スリーブ保持部は、第1スリーブ締結部が結束されるように第2スリーブ締結部が形成される。
【選択図】図3
手術ロボット用術具固定装置は、シャフトを有する術具を保持するスリーブと、スリーブが結束されるチャック本体と、術具を固定するようにチャック本体に内蔵されてシャフトを選択的に固定するチャックと、チャックの噛み合わせの動作及び噛み合わせの解除動作のための操作力を印加する操作力印加部を備えたチャック装置部と、チャック装置部が設けられ、ロボットアームの末端部に装着されてスリーブが揺動しないように載置して保持されるスリーブ保持部を備えるホルダー部と、スリーブがシャフト挿入穴が形成された中空スリーブ本体のスリーブ保持部と対向する方向に形成される第1スリーブ締結部とを備え、スリーブ保持部は、第1スリーブ締結部が結束されるように第2スリーブ締結部が形成される。
【選択図】図3
Description
本発明は、手術ロボット用術具固定装置に関し、より詳細には、術具のシャフト保持用スリーブを安定的に固定して保持することにより関連部品の変形を防止し、耐久性を向上させることができる手術ロボット用術具固定装置に関する。
一般に、関節疾患の手術治療は、関節鏡視下手術、軟骨細胞移植術などがあり、重症の疾患の場合は人工関節の手術を受けるのに、人工関節手術は医療人の手作業による手作業人工関節手術と、ロボットを用いた人工関節手術が代表的に利用されている。
ロボットを用いた人工関節手術は、コンピュータに入力された情報に従ってロボットの位置可変型アームの末端部に装着された切削装置のカッターを回転させて膝骨を削り、人工膝関節(インプラント)を装着する施術法で、ドリルのような切削道具(以下「ドリル」と呼ぶ)を含む切削装置を用いている。
添付の図1aは従来の整形外科手術ロボット用術具固定装置を説明するための組み立てられた状態を示す斜視図であり、図1bは従来の整形外科手術ロボット用術具固定装置を説明するための分離斜視図である。
図1a及び図1bを参照すると、従来の整形外科手術ロボット用術具固定装置Aは、切削作用を行うドリル100を保持するスリーブ200と、ドリルを把持するチャック装置部300と、チャック装置部が設けられてロボットの位置可変型アーム(図示せず)の末端部に装着されるホルダー部400と、ドリルをチャック装置部300に固定したり解除したりする操作力を印加する操作ナット500と、ドリルに回転力を提供するようにホルダー部400の後方に接続されるモーター接続部材600に装着されるモーター(図示せず)が備える。
前述の構成要素をより具体的に説明すると、ドリルは、切削刃が形成されたヘッド110と、ヘッド110に延在して形成され、丸棒状のシャフト120で構成されている。このドリル100は、シャフト120の後端側がモーターと連結されて回転しながら切削作用を行い、シャフト120の外周面はスリーブ200により回転可能なように保持されてシャフト120が回転する際に、揺れやたわみが発生しないようになっており、スリーブ200の外側にはヘッド110が突出してこのヘッド110の回転により骨の切削作用を行うようになっている。
スリーブ200は、直径の小さいパイプ部210と、チャック装置部300に締結されるようにパイプ部の一側の端部に形成される締結キャップ220とを備えており、このスリーブの内部にはドリルのシャフトを回転可能なように保持する軸受230、スペーサ240などが挿入される。
そして、スリーブ200の締結キャップ220は、中空部の内周面に雌ねじ山(図示せず)が形成されており、この締結キャップ220の雌ねじ山は、チャック本体310に形成された雄ねじ部311に締結される方式で組み立てられている。
チャック装置部300は、チャック本体310の前方に備えられたチャック320(通常のコレットと呼称されることで、ドリルなどのシャフトを固定する部分であり、通常3~4本の顎が放射状に移動し)が集まったり広がったりして、ドリルのシャフトを押圧して噛み合わせの動作(クランプ動作)を行ったり噛み合わせの解除動作(アンクランプ)を行ったりする構成として、周知のチャック固定装置の中で整形外科、歯科などに適用される医用チャック固定装置を適用することができる。そして、チャック本体310には、操作ナット500が締結される調節ねじ部のような操作力印加部(図示せず)が形成され、操作ナット500の一方向の回転時にチャックが集められながらシャフトを押圧して固定し、操作ナットの逆方向の回転時にチャックが広がりながら、シャフトの固定状態が解除される。
前述の従来の整形外科手術ロボット用術具固定装置は、ドリル100を保持しながら切削作用を行うようにする作用を行うが、以下のような問題が生じる限界がある。
従来、整形外科手術ロボット用術具固定装置Aは、切削過程でドリル100を左側および右側に移動させる過程で左側および右側に作用する大きな負荷がスリーブ200に伝達されるのに、スリーブ200が長い長さの片持ち梁の構造であり、別途の保持手段なしに離間距離dを有する方式でチャック本体310に螺合されているので、左側あるいは右側に大きな負荷を受けると微小な左右の変形が誘発される。このようなスリーブ200の変形に応じてドリル100のシャフト120及び関連部品(軸受)の変形を招き、耐久性を低下させ、シャフト120が固定されるチャック装置部300の変形も招き、耐久性を低下させる。特に、スリーブ200の雌ねじ部がチャック本体310の前方雄ねじ部311に螺合される方式で組み立てられるので、スリーブ200から繰り返し伝達される外力によりチャック装置部300が損傷したり寿命を短縮させるだけでなく、チャック装置部の誤動作を招く問題がある。これにより、頻繁な部品の交換によるメンテナンス費の上昇と、安定した手術が不可能で安全事故の恐れが高いだけでなく、手術の休止時間が増加する短所がある。
そして、従来の整形外科手術ロボット用術具固定装置は、ドリル100の洗浄や交換のために分離しようとする場合、操作ナット500を回転させてチャック装置部300からシャフト120の固定状態を解除したり締め付け力を印加しなければならないのに、使用者が女性看護師のように握力が弱い場合操作が非常に難しく、ロック状態を強固に操作できず、誤操作や安全事故を誘発することができる短所がある。
また、従来の整形外科手術ロボット用術具固定装置は、人工関節の手術方法や手術の種類に応じてカッター(ドリル)の長さや直径が変更される場合、当該カッターに合わせてスリーブを個別に製作しなければならないので、準備と使用しづらく、製造コストの上昇で医療費の上昇を招く問題がある。
本発明は前記内容に着目して提案されたものであり、シャフトを有する術具のシャフト保持用スリーブを安定的に固定して保持することにより関連部品の変形を防止し、耐久性を向上させることができる手術ロボット用術具固定装置を提供することにその目的がある。
より詳細には、本発明は、スリーブをチャック装置部に組み立てることなくホルダー部に延びるスリーブ保持部に組み立てることにより、チャック装置部の損傷や変形を防止して耐久性を向上させることができるだけでなく、チャック装置部の作動安定性を向上させることができる手術ロボット用手術具固定装置を提供することにその目的がある。
そして、本発明は、術具の分離および組み立ての動作を小さな力で便利かつ安定的に行うことができるロボット用術具固定装置を提供することである。
その外にも、本発明は、様々な医療用具を互換性をもって設けて使用することができ、キャリブレーションツールを簡便に設けて正確にキャリブレーションできるようにした手術ロボット用手術具固定装置を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明に係る手術ロボット用術具固定装置は、手術ロボット用術具固定装置において、シャフトを有する術具を保持するスリーブと、前記スリーブが結束されるチャック本体と、前記術具を固定するように前記チャック本体に内蔵されて前記シャフトを選択的に固定するチャックと、前記チャックの噛み合わせの動作及び噛み合わせの解除動作のための操作力を印加する操作力印加部を備えたチャック装置部と、前記チャック装置部が設けられ、ロボットアームの末端部に装着されて前記スリーブが揺動しないように載置して保持されるスリーブ保持部を備えるホルダー部と、前記スリーブは、シャフト挿入穴が形成された中空スリーブ本体の前記スリーブ保持部と対向する方向に形成される第1スリーブ締結部と、を備え、前記スリーブ保持部は、前記第1スリーブ締結部が結束されるように第2スリーブ締結部が形成されていることを特徴とする。
前記第1スリーブ締結部は、前記中空スリーブ本体の一側に一体に形成されたねじ形成中空体の外周面に形成された複数の雄ねじからなるスリーブ雄ねじ部を含むことができる。
前記スリーブ保持部は、前記ホルダー部に延びる保持突部と、前記締結キャップが密着して保持するように前記保持突部の端部に形成されるスリーブ載置具とを含むことができる。
前記第2スリーブ締結部は、前記スリーブ雄ねじ部が締結されるように前記スリーブ載置具に形成される複数の雌ねじからなるホルダー雌ねじ部を含むことができる。
好ましくは、前記保持突部は、内部に前記操作力印加部が位置する操作空間部が設けられるように前方へ突出され、前記スリーブ載置具は、前方の外径が小さく後方の外径が大きい円錐形の本体の中空穴の内周面に前記ホルダー雌ねじ部が形成されることができる。
前記中空スリーブ本体は、端部に前記第1スリーブ締結部が形成された第1中空スリーブ本体と、前記第1中空スリーブ本体に比べて外径が小さい棒状の構造に延びる第2中空スリーブ本体を有する構造で形成されることができ、前記術具は、前記シャフト挿入穴に挿入される前記シャフトの端部に切削作用を行うリーマバスケットカップを含む拡孔機で構成されることができる。
本発明に係る手術ロボット用術具固定装置はキャリブレーションツールが設けられるように前記中空スリーブ本体に締結される固定キャップ部材と、前記固定キャップ部材によって前記スリーブに固定されるキャリブレーション装着部材と、を備えたキャリブレーション装着部をさらに含んで構成されることができる。
前記キャリブレーション装着部材は、マーカーが取り付けられる棒状のキャリブレーションシャフトと、前記キャリブレーションシャフトに形成されて前記固定キャップ部材に載置される位置設定部材とを含んで構成されることができる。
前記固定キャップ部材は、キャップ状のキャップ本体と、前記キャリブレーションシャフトが挿入されるように前記キャップ本体に形成されるロッド挿入穴と、前記中空スリーブ本体の他側に形成されたキャップ結束雄ねじ部に締結されるように、前記キャップ本体の内周面に形成されるキャップ雌ねじ部を含んで、前記キャリブレーション装着部材の動きを遮断するように構成される装着部材回転遮断部を含んで構成されることができる。
前記術具は、前記シャフトの外側の端部に複数の刃で構成されたカッターヘッドを有する複数のカッターで構成され、前記カッターは装着された状態で、前記スリーブの自由端からの突出長さが、ヘッド直径3.2mmカッターとヘッド直径5.0mmカッターの場合は40mm乃至70mmの範囲に、ヘッド直径6.2mmカッターは70mm乃至85mmの範囲になるように形成されることができる。
本発明に係る手術ロボット用術具固定装置は前記操作力印加部に接続されて操作力を印加する操作ハンドルを備え、前記操作ハンドルは、前記操作力印加部に噛み合うように前記操作空間部に配置される噛み合い部と、前記噛み合い部に延びるハンドル部とを含んで構成されることができる。
前記ハンドル部は、前記操作空間部の内部に配置組立てられるように、前記操作力印加部の一側の外面に噛み合う第1噛み合い部と前記第1噛み合い部の両端に延びて締結穴が形成された第1ハンドルを備えた第1ハンドル部と、前記操作力印加部の他側の外面に噛み合う第2噛み合い部と前記第2噛み合い部の両端に延びて締結穴が形成された第2ハンドルとを備える第2ハンドル部と、前記第1ハンドル部と前記第2ハンドル部の締結穴に締結される締結部材とを含んで構成されることができる。
本発明に係る手術ロボット用術具固定装置によれば、スリーブが従来のようにチャック装置部に螺合されるのではなく、スリーブに形成された第1スリーブ締結部がホルダー部に直接螺合されるので、堅固な固定状態を維持することができ、チャック装置部に外力が印加される現象を源泉的に遮断することができる。これにより、カッターのサフト及びスリーブに内蔵されたベアリング等の変形や、シャフトが固定されるチャック装置部の変形を防止でき、耐久性を向上させることができるのでメンテナンス費を低減でき、手術を安定的に行うことができるだけでなく、安全事故の危険性を下げることができ、手術の休止時間を短縮できる効果がある。
そして、本発明に係る手術ロボット用術具固定装置によれば、術具を分離及び組み立てようとする場合、ユーザが操作ハンドルを小さな力で正逆回転させながら術具のクランプ及びアンクランプの動作を手軽に行うことができ、比較的握力の弱いユーザも手軽に操作して便利に使用できる長所がある。
また、本発明に係る手術ロボット用術具固定装置によれば、スリーブが従来のように細長いパイプで構成されるのではなく、相対的に外径の大きい中空スリーブ本体で構成されるのに伴って、カッター種類の変更時ごとにスリーブを交換せずに互換性をもって使用することができ、様々なカッター等を簡便に交換して使用できる効果がある。
その他にも本発明に係る手術ロボット用術具固定装置によれば、スリーブに締結方式でキャリブレーション装着部を組み立てて簡便かつ正確にキャリブレーションできる効果がある。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明して、同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明する。
一方、各図における一般的な技術から、この分野の通常の知識を有する者が容易に知ることができる構成と、それに対する作用及び効果の詳細な説明は、簡略化または省略する。さらに、本発明は手術ロボット用術具固定装置に特徴を有するものであるので、それに関連する部分を中心に図示および説明し、残りの部分の説明は簡略化または省略する。
図2は、本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置を示す斜視図であり、図3は本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置を示す分離斜視図であり、図4a乃至図4dは本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置の主要構成要素を説明するための図であり、図4aはチャック装置部及びホルダー部の分離斜視図であり、図4bはスリーブ及びホルダー部のスリーブ保持部の分離斜視図であり、図4cは操作ハンドル部分の分離斜視図であり、図4dはモーター接続部材の斜視図である。図5は本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置の作動状態を説明するための図である。
図2乃至図5を本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置は、術具を固定して使用できるようにするためのスリーブ1、チャック装置部2、ホルダー部3を備えて、従来のようにスリーブ1をチャック装置部2に組み立てる方式ではなく、保持体であるホルダー部3に直接組み立てられるように構成した特徴がある。
このため、スリーブ1は、ホルダー部3との結束のために第1スリーブ締結部18が構成されており、ホルダー部3には、第1スリーブ締結部18が結束される第2スリーブ締結部38を有するスリーブ保持部35が構成されている。
より具体的に説明すると、第1スリーブ締結部18は、後述する中空スリーブ本体11のスリーブ保持部35と対向する方向に形成されるもので、中空スリーブ本体の一側に一体に形成されるねじ形成中空体と、このねじ形成中空体の外周面に形成される複数の雄ねじからなるスリーブ雄ねじ部182で形成されている。
第2スリーブ締結部38は、スリーブ雄ねじ部182が締結されるように、スリーブ載置具352の中央穴の内周面に形成される複数の雌ねじからなるホルダー雌ねじ部381で構成されている。
前記第2スリーブ締結部38が形成されるスリーブ保持部35は、ホルダー部3に延びる保持突部351の端部に形成されるもので、以下、具体的に説明する。
スリーブ1は、後述するカッター7aやキャリブレーションツール7b等のようなシャフト71,421を有する様々な術具7を保持する構成要素として、従来のように互換性に欠け、曲げ剛性が脆弱な細長いパイプで構成されるのではなく、様々な医療用道具を互換性をもって保持するように構成した点に特徴がある。
スリーブ1は、略丸棒状に形成された中空スリーブ本体11で構成されたもので、長さ方向に沿ってシャフト挿入穴12が貫通している一方、中空スリーブ本体11の一側に前述の第1スリーブ締結部18が形成されており、他側の外周面にキャップ結束ねじ部13が形成されている。
そして、中空スリーブ本体11は、シャフトを保持するように内部シャフト挿入穴12に設置される複数の保持ベアリング(図示せず)と、この保持ベアリングと接して設置され、円柱状に形成されたスペーサ(図示せず)などが設けられている。例えば、保持ベアリング(図示せず)は、スペーサと間隔を置いて離間して前後に挿入され、シャフト71の外側及び内側の部分を保持するようにボールベアリングで構成されることができる。
チャック装置部2は、シャフトを含むスリーブ1が結束される構成要素であり、チャック本体21の前方に備えられたチャック22が集まったり広がったりしながら、術具のシャフト71を押圧して噛み合いの動作(クランプ)を行ったり、噛み合いの解除動作(アンクランプ)を行う。
そして、チャック装置部2は、スリーブ1が結束されるチャック本体21と、手術用道具を固定するようにチャック本体21に内蔵され、カッター7aのシャフト71を選択的に固定するチャック22と、チャック22の噛み合いの動作及び噛み合いの解除動作の操作力を印加する操作力印加部23と、を備え、従来、チャック本体21にスリーブとの締結のために形成されていた雄ネジ部(図1bの図面符号311参照)が省略された点に構造的に違いがある。
そして、チャック本体21には、略中空部を有する丸棒状の本体の内部に、操作力印加部23の正逆回転時に内部スプリング(図示せず)の力によってチャック22が出没するチャック移動部材24などが内蔵されている。より具体的に説明すると、操作力印加部23の正方向回転時にチャック22が後方に移動しながらシャフト71を押圧して固定するように互いに集まり、操作力印加部23の逆方向回転時にチャックが前方に移動して互い広がりながらシャフトの固定状態が解除されるようにする作用を行う。
そして、チャック装置部2は、スリーブとの結束のためにチャック本体21に形成されていた雄ネジ部(図1bの311参照)を除けば、周知のチャック装置の中で整形外科、歯科などに適用される医用チャック装置を適用できるものであるので、詳細構成に対する具体的な説明を省略する。
ホルダー部3は、チャック装置部2が設置され、ロボットアーム(図示せず)の末端部に装着される構成要素であり、略棒状を有するホルダーロッド31と、ホルダーロッド31の一端である下方に形成されたホルダーヘッド32と、ホルダーロッド31の他端である上部に形成される連結板33と、ロボットアーム末端部との結束のために連結板33に結束されるアーム接続部材34と、スリーブ1を保持する機能を行うように前方に突出するスリーブ保持部35及びこのスリーブ保持部35の内部に配置される操作ハンドル36を備える。
ホルダーヘッド32は、後述するモーター接続部材37が挿入される結束穴322を有するリング本体321で形成されたもので、リング本体321に結束穴322と連通するようにネジ穴323が穿孔されており、前述したスリーブ保持部35が前方に突出するように構成されている。
例えば、アーム接続部材34は、対向するロボットアーム(図示せず)に装着されたロボット側クランプ部材(図示せず)に結束されるクランプ部材で構成されるもので、クランプ部材は、複数の締結穴が形成された円板状のクランプ本体341と、ロボット側クランプ部材のクランプリング軸に挿入または結合される掛かり穴343が形成されたクランプ突部342を備える。
スリーブ保持部35は、ホルダー部3に延在して形成されてスリーブ1を揺動しないように載置して保持する構成要素であり、ホルダー部3に延在する保持突部351と、スリーブ1の第1スリーブ締結部18のスリーブ雄ねじ部182が締結されるスリーブ載置具352を含む。
保持突部351は、内部に操作力印加部23が位置する操作空間部353が設けられるようにホルダーヘッド32から前方に突出して形成されたもので、チャック装置部3の噛み合いの動作のための操作ハンドル36の正方向回転と、チャック装置部2の噛み合いの解除動作のための操作ハンドル36の逆方向回転に障害が生じないように、略180°の角度(180°の角度で保持突部の厚さを除いた角度)で2つ形成されている。
スリーブ載置具352は、前方の外径が小さく、後方の外径が大きい円錐状の本体で形成されたもので、内部に形成された中空穴の内周面に第2スリーブ締結部38で構成されるホルダー雌ネジ部381が形成されている。
操作ハンドル36は、操作力印加部23に接続されて操作力を印加するために操作空間部353に配置される構成要素であり、操作力印加部23に噛み合う噛み合い部と、噛み合い部に突出するハンドル部を備える。
より具体的に説明すると、操作ハンドル36は、スリーブ保持部35の内部に設けられた操作空間部353に配置されて組み立てられるように構成されることが重要である。
このため、操作ハンドル36は、第1ハンドル部361と、第2ハンドル部362と、第1ハンドル部と第2ハンドル部を結束する締結部材363を備えた分離可能な構造で構成されている。
第1ハンドル部361は、操作力印加部23の一側の外面に噛み合う構成で、略半球状を有する本体の内面に操作力印加部23(セレーションギア)と噛み合うセレーションギアが形成された第1噛み合い部3611と、この第1噛み合い部3611の両端に延在し、締結穴が形成された第1ハンドル3612が備われている。
第2ハンドル部362は、操作力印加部23の他側の外面に噛み合う構成であり、略半球状を有する本体の内面に操作力印加部23(セレーションギア)と噛み合うセレーションギアが形成された第2噛み合い部3621と、この第2噛み合い部3621の両端に延在して、締結穴が形成された第2ハンドル3622が備われている。
締結部材363は、第1ハンドル部361と第2ハンドル部362の締結孔に締結される部材であり、通常のスクリューで構成されている。
一方、前記チャック装置部2は、後方に接続され、モーター9が結束されるモーター接続部材37が構成されている。
モーター接続部材37は、内部にカッターのシャフトが配置される中空穴が形成された環棒状の本体371の外周面にねじ部372及び結束溝373が形成されており、ねじ部372には、ホルダーヘッド32のスクリュー穴323を通して挿入されるスクリュー376の端部が受容されるスクリュー溝374が凹入されている。
添付の図面、図6a乃至図6cは、本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置に術具として適用されるカッターを示した図面であり、図6aはヘッド直径3.2mmのカッターを、図6bはヘッド直径5.0mmのカッターを、図6cはヘッド直径6.2mmのカッターを示したものである。図7a及び図7bは、本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置に術具として適用されるカッターが設置された状態を示した斜視図であり、図7aはヘッド直径5.0mmカッターの設置状態を、図7bはヘッド直径6.2mmカッターの設置状態を示したものである。
図6a乃至図7bを参照すると、カッター7aは、図6a乃至図6cに示すように、ヘッド直径3.2mmカッター7a、ヘッド直径5.0mmカッター7a’、ヘッド直径6.2mmカッター7a’’を手術方式に応じて選択して使用することができる。
より具体的に説明すると、人工膝関節手術のうち、大腿骨と脛骨の両側面全体を切削する関節置換術(TKA:Total Knee Arthroplasty)は、通常、比較的シャフトの長さが長く、ヘッド直径が6.2mmのカッター7a’’を使用し、大腿骨と脛骨の片側面だけを切削するUKA(Uni-knee Arthroplasty)の場合、比較的シャフトの長さが短い5.0mmカッター7a’を使用し、GHR(Guide Hole Resection)技法での場合、手術時にカッティングブロックを骨に固定してカッティング(sawing)を行うのに、当該カッティングブロックを固定するための固定ピンの挿入穴を3.2mmカッター7aを使用することになるのに、本発明に係るスリーブ1は、上記のような様々な種類のカッターを互換性をもって設けて使用することができるので、手術の準備、手術などを便利かつ迅速に行うことができるという長所がある。
前記カッター7a,7a’,7a’’は、カッターヘッド714の外径と形状に違いがあり、シャフト71の全長も同じか違いがあるが、共通してシャフトがチャック装置部2に挿入されるように比較的直径が小さく形成された丸棒状の小径部711が備われている。
前記ヘッド直径3.2mmカッター7a、ヘッド直径5.0mmカッター7a’及びヘッド直径6.2mmカッター7a’’は、小径部に接して形成され、スリーブ1に挿入され、小径部に比べて相対的に外径が大きく形成された装着大径部712と、この装着大径部に接して延在して、端部にカッターヘッド714が形成され、外径が小径部より大きく、装着大径部より小さく形成された中径部713を備えている。
そして、前記カッター7a、7a’、7a’’のカッターヘッド714は、ヘリックス角度が20~40度角度でそれぞれ2、3、4本の刃を保有しており、前記カッターは装着された状態で、スリーブ1の他側端部である自由端からの突出長さがヘッド直径3.2mmカッターとヘッド直径5.0mmカッターの場合、40mm乃至70mmの範囲に、ヘッド直径6.2mmカッターは70mm乃至85mmの範囲になるように形成され、それぞれの手術技法に合わせて適切に使用することができる。
また、上記のカッターは、別個のカッターゲージ(cutter gauge)を使用せず、その装着の有無を確認できるように、装着大径部712に2つの装着確認用バンド715(band)が表記されている。この時、カッター7a,7a’,7a’’の正常な装着は、2つの装着確認用バンド715のうち外側の1つが露出されて確認される場合の地点で表記して使用する。これにより、装着確認用バンド7152つが全て見えないし、2つとも見える場合は、異常な装着であるので、1つの装着確認用バンドが確認されるようにカッターの組立状態を調整してから使用しなければならない。
前述したように、上記のカッターは、スリーブ1のシャフト挿入穴12に設置できるように装着大径部712を備えることにより、図7a及び図7bに示すように、単一の手術装置に便利に装着して互換性をもって使用することができる。
以下、本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置の作用を簡略に説明する。
前述の術具固定装置は、ホルダーヘッド32のモーター接続部材37にモーター9を組み立てて、アーム接続部材34の部分を整形外科手術ロボットのロボットアーム(図示せず)に備えられたクランプ部材(図示せず)に組み立てた後、コンピュータに入力された情報に従って作動する手術ロボットのロボットアームが手術部位に術具固定装置を定位する。
このような状態で、コンピュータに入力された情報に従ってモーターが作動すると、術具7としてチャック装置部2に固定されたカッター7aが回転し、膝の骨の設定施術部位を切削することになり、このような切削過程が行われると、決められた順序に従って人工膝関節(インプラント)を装着する方法で施術を行う。
そして、モーターの回転に伴ってカッター7aが回転する過程において、シャフト71がスリーブ1によって保持されて安定的に回転する。このとき、スリーブ1が従来のようにチャック本体に螺合されるのではなく、スリーブ1に形成された第1スリーブ締結部18がホルダー部3に形成された第2スリーブ締結部38に螺合されるので、堅固な固定状態を維持することができるだけでなく、チャック装置部2に外力が印加される現象を根本的に遮断することができる。
また、図5に示すように、スリーブの端部面がスリーブ載置具352に面接触の方式で揺動が不可能な密着構造で組み立てられるので、従来、スリーブとホルダーヘッドの間に形成されていた離間距離d(図1a参照)が生成されず、切削過程で術具を左側または右側に力を加えながら移動させても、微細な左右の変形が引き起こされることがない。
これにより、カッター7a,7a’,7a’’のシャフト71及びスリーブ1に内蔵されたベアリングなどの変形を防止することができ、耐久性を向上させることができ、シャフト71が固定されるチャック装置部2の変形も防止して耐久性を向上させることができるので、メンテナンス費を低減することができ、手術を安定的に行うことができるだけでなく、安全事故の危険性を下げることができ、手術の休止時間を短縮することができる。
一方、本発明に係る手術ロボット用術具固定装置は、術具であるカッターの洗浄時又は交換時に分離及び組み立てようとする場合、ユーザが操作ハンドル36に突出されている第1ハンドル3612及び第2ハンドル3622を把持した状態で正方向に180°の角度で回転させ、逆方向に180°の角度で回転させる方式で、チャック装置部2によるカッター71シャフトの噛み合いの動作と噛み合いの解除動作を簡便に行うことができ、握力の弱い女性看護師なども難なく便利に操作することができる。
添付の図面、図8a乃至図8cは、本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置に術具としてキャリブレーションツールが設置された状態を示す図面であり、図8aは斜視図であり、図8bは概略的な分離斜視図であり、図8cは要部を分離した分離斜視図である。図9a乃至図9cは、本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置に設置されるキャリブレーション装着部を説明するための図面であり、図9aは要部斜視図であり、図9bは要部分離斜視図であり、図9cは要部断面図である。
図9a乃至図9cを参照すると、キャリブレーション装着部4は、ロボットを用いた人工関節手術でカッター(ドリル)の先端をキャリブレーションするためのマーカーのようなキャリブレーションツール7b(calibration tool)が設置されるようにスリーブ1に着脱自在に構成されている。
より具体的に説明すると、キャリブレーション装着部4は、スリーブ1に締結される固定キャップ部材41と、この固定キャップ部材41によってスリーブ1に固定されるキャリブレーション装着部材42を備える。
キャリブレーション装着部材42は、マーカーが取り付けられるキャリブレーションシャフト421と、このキャリブレーションシャフト421に形成され、固定キャップ部材41に載置する位置設定部材422で構成されている。
キャリブレーションシャフト421は、所定の長さを有する丸棒のような棒状の構造に形成されたもので、本実施形態では、UKA(Uni-knee Arthroplasty)手術に用いられるヘッド直径5.0mmカッターと、GHR(Guide Hole Resection)技法手術に用いられるヘッド直径3.2mmカッターの全長(115.85mm)が同じ寸法で形成されることに応じて、1つのキャリブレーションシャフト421を用いて簡便にキャリブレーションを行うことができ、関節置換術(TKA:Total Knee Arthroplasty)に用いられるヘッド直径6.2mmカッターの長さは135.65mmとしてより長く形成されているので、キャリブレーション時に同じキャリブレーションシャフトを用いて、長さの差に対する補正された値が予めロボットシステムに入力され、6.2mmカッターのキャリブレーションデータを補正する方式でキャリブレーションすることができる。
位置設定部材422は、キャリブレーションシャフト421の外周面に形成されるもので、固定キャップ部材41の内部に挿入されて載置するように円板状に形成されている。
固定キャップ部材41は、図9bに示すように、中空スリーブ本体11に接続され、滑り止め溝416が凹入されたキャップ形状のキャップ本体411と、キャリブレーションシャフト421が挿入されるようにキャップ本体に穿孔されるロッド挿入穴412及びスリーブ1の結束雄ねじ部13に締結されるようにキャップ本体の内周面に形成されるキャップ雌ねじ部413で構成されている。
そして、前記固定キャップ部材41は、カム本体411に、スリーブ1とキャリブレーション装着部材42の整合状態を確認することにより、異物混入の有無などを点検できる点検開口415が形成されることが好ましい。
例えば、点検開口415は、カム本体411の1/4程度が切開されて形成されたものであり、切開された部分で内部の透視が可能であり、キャリブレーション装着部材42の整合状態を確認することができる。すなわち、上記の点検開口415を通じて位置設定部材422の内面とスリーブ1の端部との間に異物が流入する場合、隙間が発生するので、肉眼でこれを確認することができ、隙間が肉眼で確認された場合、固定キャップ部材41をスリーブから分離して洗浄作業を行った後、再組立して使用することにより正確にキャリブレーションを行うことができる。
また、キャリブレーション装着部材42は、固定キャップ部材41がキャリブレーションシャフト421から離脱しないようにするキャップ離脱防止手段43が構成されている。
キャップ離脱防止手段43は、固定キャップ部材41の離脱を防止することができれば、特別な制限なしに多様に構成することができるもので、本実施形態では、キャリブレーションシャフト421に凹入される離脱防止溝431と、離脱防止溝に圧入されるC-リング(Ring)のような離脱防止片432で構成されている。
一方、キャリブレーション装着部4は、正確かつ安定したキャリブレーションのためにキャリブレーション装着部材42の動きを遮断するように構成される装着部材回転遮断部44が構成されている。
前記装着部材回転遮断部44は、スリーブ1に形成されるピン挿入溝441と、ピン挿入溝441に挿入されるように位置設定部材に形成される回転遮断ピン442を備える。
ここで、回転遮断ピン442は、棒状を有する2つのピンが180°の角度で位置設定部材422に突出するように設けられている。
そして、ピン挿入溝441は、回転遮断ピン442と対応する位置に対応するスリーブ1に形成され、異物の排出が容易になるように一側に異物排出部を有する構造に形成されている。ここで、異物排出部は、ピン挿入溝441の一部である外側部分が切削されて外部に露出された部分を意味する。
一方、キャリブレーションツール7b(calibration tool)は、スリーブ1に着脱自在に構成され、光学式位置追跡システム(Optical Tracking System, OTS)に適用される光学式マーカーであり、マーカー本体75にキャリブレーションシャフト421が挿入される軸固定穴(図示せず)が形成されており、軸固定穴に挿入されたキャリブレーションシャフト421を固定する固定ボルトのような締め付け手段76が備えられている。そして、マーカー本体75には、略ボール形状を有する複数の位置送信部77が設けられ、光学式位置追跡システム(OTS)に位置信号を反射または送信する作用を行う。参考で、光学式位置追跡システムは、マーカーを複数の赤外線カメラによって追跡し、三角測量法でその距離を換算することにより、3次元空間上での位置及び姿勢をリアルタイムで追跡できる装置である。このような光学式追跡システムの追跡原理は広く知られているので、説明の簡略化のため、具体的な説明は省略することにする。
図8a乃至図8bを参照して、本発明に係る手術ロボット用術具固定装置に術具としてキャリブレーションツールを設置して使用する過程を簡略に説明する。
前述したように、手術方式に合わせてヘッド直径3.2mmカッター、ヘッド直径5.0mmカッター、ヘッド直径6.2mmカッターを選択して設置した後、ロボットを用いた人工関節手術の過程でカッターの先端をキャリブレーションするためのマーカーのようなキャリブレーションツール7b(calibration tool)をキャリブレーション装着部4を用いて簡便に設置することができる。
より具体的に説明すると、まず、チャック装置部2からカッター7aを分離し、固定キャップ部材41にキャリブレーション装着部材42を挿入し、固定キャップ部材41をスリーブ1の結束雄ネジ部13に締結する方式でキャリブレーション装着部4を組み立てる。このような組立過程で、位置設定部材422に形成される回転遮断ピン442をスリーブ1に形成されたピン挿入溝441に挿入すると、キャリブレーションツール7bが設置されるキャリブレーション装着部材42の回転動作のような動きを根本的に遮断することができるので、正確なキャリブレーションが可能な長所がある。
そして、スリーブ1に形成されるピン挿入溝441は、外側部分が切削されて外部に露出された部分である異物排出部が形成されているので、手術中にカッターの作動などで発生した異物が流入しても容易に外部に排出されるという長所がある。
また、固定キャップ部材41に点検開口415が形成されているので、位置設定部材422の内面とスリーブ1の端部との間に異物が流入すると隙間が発生するので、肉眼で隙間が確認された場合、固定キャップ部材41をスリーブ1から分離して洗浄作業を行った後、再組立して使用することによりキャリブレーションを正確に行うことができる。
発明の実施のための形態
発明の実施のための形態
以下、本発明に係る他の実施形態を説明するが、前述した第1実施形態に示した構成要素と同様の構成要素については、具体的な説明を省略し、相違点を有する構成要素を中心に説明する。そして、以下の他の実施形態では、第1実施形態に示された構成要素または異なる実施形態に示された構成要素の中で採用可能な構造であれば、選択的に適用することもできるもので、具体的な説明や図面上の図示は省略する。
添付の図面、図10a及び図10bは、本発明の第2実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置を説明するための図面であり、図10aは斜視図であり、図10bは一部分を分離して示した分離斜視図である。
図10a及び図10bを参照すると、本発明の第2実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置は、第1スリーブ締結部18を有するスリーブ1’と、第2スリーブ締結部38を有するホルダー部3を備えてスリーブ1’をホルダー部3に直接組み立てられるように構成し、スリーブ1’は、人工股関節手術時に股関節の寛骨臼(acetabulum)の切削に用いる拡孔機(reamer)を設置できるように構成されている。
このため、スリーブ1’は、長さ方向に沿ってシャフト挿入穴が貫通されている中空スリーブ本体11’で構成され、この中空スリーブ本体11’は、端部に第1スリーブ締結部18が形成された第1中空スリーブ本体111と、第1中空スリーブ本体111に比べて外径が小さい棒状の構造で延びる第2中空スリーブ本体112が一体に構成されている。
前記術具7は、シャフト挿入穴に挿入されるシャフト71の端部に切削作用を行うリーマバスケットカップ73(reamer basket-cup)を含む拡孔機7cで構成されている。
リーマバスケットカップ73は、2つ以上の刃を有して、臼歯の切削に適するように略半球(seni-sphere)状を有して、直径が10乃至40mmの範囲に形成されている。
そして、拡孔機7cは装着された状態で、スリーブ1の自由端から2乃至10cmの範囲の突出長さを有するように構成されたものを適用する。
一方、本発明の第2実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置は、術具として拡孔機7cを設置し、手術部位に定位した後、モーター9を駆動させると、リーマバスケットカップ73が回転しながら股関節の寛骨臼(acetabulum)を切削することになる。
このような切削などの前処理の施術が終了すると、拡孔機7cを分離し、通常の人工股関節手術方式に従ってインパクター(図示せず)を用いて人工寛骨臼カップ(acetabulum-cup)を切削された寛骨臼に圧入して固定し、人工大腿骨頭(femoral head)を接続する方式で手術を完了することになる。
添付の図面、図11a乃至図11bは、本発明の第3実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置を説明するための図面であり、図11aは斜視図であり、図11bは差別性を有するスリーブ部分を分離した分離斜視図である。
図11a及び図11bを参照すると、本発明の第3実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置は、第1スリーブ締結部18を有するスリーブ1’’と、第2スリーブ締結部38を有するホルダー部3を備え、スリーブ1’’をホルダー部3に直接組み立てられるように構成し、スリーブ1’’は、直径の小さいパイプ形状のパイプ部114と、チャック装置部2に締結されるようにパイプ部の一側端部に形成される締結キャップ部116を備える。
パイプ部114は、内部にドリルのシャフトを回転自在に保持するベアリング(図示せず)、スペーサ(図示せず)などが挿入されている。
締結キャップ部116は、長さ方向に沿ってシャフト挿入穴が貫通されたキャップの形態で構成され、第2スリーブ締結部と対向する端部に第1スリーブ締結部18が形成されている。
カッター7a’’’は、切断刃が形成されたカッターヘッド716と、このカッターヘッド716に延在して形成され、丸棒状のシャフト717で構成されている。
一方、本発明の第3実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置は、図11aに示すように、前述した第1実施形態と同様に、コンピュータに入力された情報に従ってモーターが作動すると、術具7としてチャック装置部3に固定されたカッター7a’’’が回転し、膝の骨の設定施術部位を切削し、このような切削過程が行われると、決められた順序に従って人工膝関節(インプラント)を装着する方式で施術を行うことができる。
添付の図面、図11cは、本発明の第3実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置のスリーブにキャリブレーションツールが装着された状態を示す図であり、これに示されるように、ロボットを用いた人工関節手術でカッター7a’’’の先端をキャリブレーションしようとする場合、キャリブレーションツール7b(calibration tool)をスリーブ1’’のパイプ部114の端部に設置して簡便にキャリブレーションを行うことができる。
以上記載された「含む」、「構成する」または「有する」などの用語は、特に反対の記載がない限り、当該構成要素が内在する可能性があることを意味するものであり、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるものと解釈されるべきである。技術的または科学的な用語を含むすべての用語は、別段の定義がない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。辞書で定義された用語のように一般的に使用される用語は、関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されるべきであり、本発明で明確に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。
以上説明した本発明の第1実施形態に係る手術ロボット用術具固定装置の構成及び動作について説明したが、これは例示的なものであり、本技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、前述の実施形態の一部を置換及び変形することが可能であることを理解できるであろう。
したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明及びその均等物に及ぶものと理解されるべきである。
本発明は、ロボットを用いた人工関節手術時に、術具のシャフト保持用スリーブを安定的に固定して保持するための手術ロボット用術具固定装置に関するもので、ロボットを使用しない手術にも適用でき、人工関節手術以外にも様々な手術で術具を固定して保持する用途に使用することができる。
Claims (9)
- 手術ロボット用術具固定装置において、
シャフトを有する術具を保持するスリーブと、
前記スリーブが結束されるチャック本体と、前記術具を固定するように前記チャック本体に内蔵されて前記シャフトを選択的に固定するチャックと、前記チャックの噛み合わせの動作及び噛み合わせの解除動作のための操作力を印加する操作力印加部を備えたチャック装置部と、
前記チャック装置部が設けられ、ロボットアームの末端部に装着されて前記スリーブが揺動しないように載置して保持されるスリーブ保持部を備えるホルダー部と、
前記スリーブは、シャフト挿入穴が形成された中空スリーブ本体の前記スリーブ保持部と対向する方向に形成された第1スリーブ締結部と、を備え、
前記スリーブ保持部は、前記第1スリーブ締結部が結束されるように第2スリーブ締結部が形成されていることを特徴とする手術ロボット用術具固定装置。 - 前記第1スリーブ締結部は、前記中空スリーブ本体の一側に一体に形成されたねじ形成中空体の外周面に形成される複数の雄ねじからなるスリーブ雄ねじ部を含み、
前記スリーブ保持部は、前記ホルダー部に延びる保持突部と、前記締結キャップが密着して保持するように前記保持突部の端部に形成されるスリーブ載置具とを含み、
前記第2スリーブ締結部は、前記スリーブ雄ねじ部が締結されるように前記スリーブ載置具に形成される複数の雌ねじからなるホルダー雌ねじ部を含むことを特徴とする請求項1に記載の手術ロボット用術具固定装置。 - 前記保持突部は、内部に前記操作力印加部が位置する操作空間部が設けられるように前方へ突出され、
前記スリーブ載置具は、前方の外径が小さく後方の外径が大きい円錐形の本体の中空穴の内周面に前記ホルダー雌ねじ部が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の手術ロボット用術具固定装置。 - 前記中空スリーブ本体は、端部に前記第1スリーブ締結部が形成された第1中空スリーブ本体と、前記第1中空スリーブ本体に比べて外径が小さい棒状の構造に延びる第2中空スリーブ本体を有する構造で形成され、
前記術具は、前記シャフト挿入穴に挿入される前記シャフトの端部に切削作用を行うリーマバスケットカップを含む拡孔機で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の手術ロボット用術具固定装置。 - キャリブレーションツールが設けられるように前記中空スリーブ本体に締結される固定キャップ部材と、前記固定キャップ部材によって前記スリーブに固定されるキャリブレーション装着部材とを備えたキャリブレーション装着部を含むことを特徴とする請求項2に記載の手術ロボット用術具固定装置。
- 前記キャリブレーション装着部材は、マーカーが取り付けられる棒状のキャリブレーションシャフトと、前記キャリブレーションシャフトに形成されて前記固定キャップ部材に載置される位置設定部材とを含み、
前記固定キャップ部材は、キャップ状のキャップ本体と、前記キャリブレーションシャフトが挿入されるように前記キャップ本体に形成されるロッド挿入穴と、前記中空スリーブ本体の他側に形成されたキャップ結束雄ねじ部に締結されるように、前記キャップ本体の内周面に形成されるキャップ雌ねじ部と、を含み、
前記キャリブレーション装着部材の動きを遮断するように構成される装着部材回転遮断部を含むことを特徴とする請求項5に記載の手術ロボット用術具固定装置。 - 前記術具は、前記シャフトの外側の端部に複数の刃で構成されたカッターヘッドを有する複数のカッターで構成され、前記カッターは装着された状態で、前記スリーブの自由端からの突出長さが、ヘッド直径3.2mmカッターとヘッド直径5.0mmカッターの場合は40mm乃至70mmの範囲に、ヘッド直径6.2mmカッターは70mm乃至85mmの範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項2に記載の手術ロボット用術具固定装置。
- 前記操作力印加部に接続されて操作力を印加する操作ハンドルを備え、
前記操作ハンドルは、前記操作力印加部に噛み合うように前記操作空間部に配置される噛み合い部と、前記噛み合い部に延びるハンドル部とを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項7の中のいずれか一項に記載の手術ロボット用術具固定装置。 - 前記ハンドル部は、前記操作空間部の内部に配置組立てられるように、前記操作力印加部の一側の外面に噛み合う第1噛み合い部と前記第1噛み合い部の両端に延びて締結穴が形成された第1ハンドルを備えた第1ハンドル部と、前記操作力印加部の他側の外面に噛み合う第2噛み合い部と、前記第2噛み合い部の両端に延びて締結穴が形成された第2ハンドルとを備える第2ハンドル部と、前記第1ハンドル部と前記第2ハンドル部の締結穴に締結される締結部材と、を含むことを特徴とする請求項8に記載の手術ロボット用術具固定装置。
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