Sistema quirúrgico robótico para realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos que comprende un manipulador de robot (14) para el manejo asistido por robot de un instrumento laparoscópico (18),

presentando dicho manipulador de robot un brazo de manipulador (26), una muñeca de manipulador (28) soportada por dicho brazo de manipulador y una unidad de efector (30) soportada por dicha muñeca de manipulador, en el que: dicho brazo de manipulador (26) proporciona tres grados de libertad por medio de una primera junta (J1), una segunda junta (J2) y una tercera junta (J3), presentando cada una un actuador (51, 61, 71), para posicionar robóticamente dicha muñeca; dicha muñeca de manipulador (28) proporciona dos grados de libertad por medio de una cuarta junta (J4) y una quinta junta (J5), siendo dichas cuarta y quinta juntas unas juntas de revolución y presentando un actuador (81, 101) asociado, para fijar robóticamente el ángulo de guiñada y el ángulo de cabeceo de dicha unidad de efector respectivamente; dicha unidad de efector (30) comprende un actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) y proporciona un grado de libertad por medio de una sexta junta de revolución (J6) que presenta un actuador (141) asociado para fijar robóticamente el ángulo de balanceo de dicho actuador de instrumento laparoscópico; dicho actuador de instrumento laparoscópico comprende un asiento (130; 1130) con un mecanismo de acoplamiento (406; 1423) asociado para montar un adaptador de vástago de instrumento (300; 1300) en dicha unidad de efector, y un mecanismo actuador (400; 1400) que coopera con dicho adaptador de vástago de instrumento para accionar un instrumento laparoscópico conectado a dicho adaptador, dicha unidad de efector (30) está configurada de tal manera que el eje de rotación de dicha sexta junta de revolución (J6) coincida con el eje longitudinal de un instrumento laparoscópico cuando se monta en dicha unidad de efector por medio de dicho adaptador de vástago de instrumento; y dicha unidad de efector comprende un conjunto sensor (122) que incluye un sensor de fuerza/par de torsión de seis grados de libertad (GDL) y un acelerómetro de seis grados de libertad, conectando dicho conjunto sensor (122) dicho actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) a dicha sexta junta de revolución (J6)

Campo de la invención

La presente invención reivindicada se refiere al campo de los equipos médicos y más particularmente, a un sistema quirúrgico robótico para realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos, en particular, procedimientos laparoscópicos.

Antecedentes de la invención

Se conoce bien que, al contrario que la laparotomía, los procedimientos médicos mínimamente invasivos presentan el beneficio de reducir la cantidad de tejido adicional que se daña durante procedimientos de diagnóstico o quirúrgicos. Esto da como resultado un tiempo de recuperación del paciente más corto, menos molestias y efectos secundarios perjudiciales, y un menor coste de estancia en el hospital. Actualmente, en las especialidades de cirugía general, urología, ginecología y cardiología, existe un aumento de la cantidad de operaciones quirúrgicas llevadas a cabo mediante técnicas mínimamente invasivas, tales como técnicas laparoscópicas.

Sin embargo, las técnicas mínimamente invasivas en general y la laparoscopia en particular sí que suponen limitaciones más restringentes para el cirujano que lleva a cabo la operación. El cirujano trabaja en una postura incómoda y cansada, con un campo de visión limitado, una libertad de movimiento reducida y mala percepción táctil. A estos problemas se les añade el hecho de que los cirujanos con frecuencia tienen que realizar varias intervenciones consecutivas al día, durando cada intervención por ejemplo desde 30 minutos hasta varias horas. A pesar de estas dificultades, la tendencia hacia procedimientos mínimamente invasivos va a aumentar probablemente de manera pronunciada en los próximos años debido al envejecimiento de la población y a la presión de los costes en el campo médico.

En la laparoscopia se requiere obviamente que el cirujano tenga unos movimientos tan precisos como en la laparotomía. Manipular instrumentos de árbol largo con una libertad de movimiento reducida a cuatro grados de libertad alrededor de un fulcro en el orificio de acceso del instrumento, es decir en la incisión en el cuerpo del paciente, no facilita esta tarea. Surgen complicaciones, entre otras cosas, por el hecho de que la postura requerida es bastante cansada y reduce la percepción, ya limitada, de las fuerzas que interaccionan entre el instrumento y los tejidos. Por ejemplo, cuando el cirujano está de pie al lado del paciente, debe levantar y mantener estirado uno de sus brazos para sujetar el instrumento insertado en el lado opuesto del paciente. Como resultado, las capacidades motrices del cirujano disminuyen normalmente tras 20-30 minutos, de tal manera que entre otras cosas se producen temblores, pérdida de precisión y pérdida de sensibilidad táctil con los riesgos resultantes para el paciente. Por tanto, están surgiendo nuevas tecnologías, tales como laparoscopia asistida por robot, que se dirigen a mejorar la eficacia, calidad y seguridad de las intervenciones.

A la vista de lo expuesto anteriormente, la laparoscopia asistida por robot ha conocido un desarrollo importante desde comienzos de la década de 1990. Dos sistemas de cirugía robóticos comercialmente disponibles representativos son el sistema de cirugía conocido con la marca comercial “DA VINCI” desarrollado por Intuitive Surgical Inc., Sunnyvale, California y el sistema de cirugía conocido con la marca comercial “ZEUS” desarrollado originalmente por Computer Motion Inc., Goleta, California. El sistema de cirugía conocido con el nombre “DA VINCI” se describe entre otros por Moll et al. en las patentes US nº 6.659.939; US nº 6.837.883 y otros documentos de patente del mismo cesionario. El sistema de cirugía conocido con el nombre “ZEUS” se describe entre otros por Wang et al. en las patentes US nº 6.102.850; US nº 5.855.583; US nº 5.762.458; US nº 5.515.478 y otros documentos de patente cedidos a Computer Motion Inc., Goleta, California.

Estos sistemas robóticos que se manipulan a distancia permiten controlar las intervenciones quirúrgicas o bien directamente desde el quirófano o bien desde un lugar remoto, utilizando realimentación visual en una consola. En cualquier caso, se elimina la postura cansada del cirujano.

Ambos de estos sistemas están diseñados específicamente para la cirugía cardiológica en la que la anatomía topológica es constante, el lugar de trabajo es pequeño y, por tanto, se requieren una destreza y movimientos precisos del instrumento únicamente en un espacio limitado. Con el fin de aumentar el alcance y la destreza en este espacio limitado, se ha diseñado una amplia gama de instrumentos dedicados especiales, que proporcionan uno o más grados de libertad adicionales a la punta del instrumento, para su utilización con cada uno de estos sistemas respectivamente. Con respecto a estos instrumentos complejos dedicados, su alto coste de adquisición y corta vida útil debido a la esterilización aumentan los gastos de mantenimiento globales. Según cirujanos de laparoscopia experimentados, los instrumentos articulados no son esenciales para la mayoría de los procedimientos y la utilización de instrumentos convencionales representaría, entre otras cosas, una reducción significativa de los costes de mantenimiento.

La patente US nº 6.436.107 da a conocer un sistema quirúrgico robótico para realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos que comprende un manipulador de robot para el manejo asistido por robot de un instrumento endoscópico. El manipulador de robot según este documento presenta un brazo de manipulador, una muñeca de manipulador soportada por el brazo de manipulador y una unidad de efector soportada por la muñeca de manipulador. El brazo de manipulador proporciona tres grados de libertad por medio de tres juntas que presentan actuadores asociados para posicionar robóticamente la muñeca. La muñeca de manipulador proporciona dos grados de libertad por medio de dos juntas pasivas para fijar manualmente el ángulo de guiñada y el ángulo de cabeceo de la unidad de efector. La unidad de efector comprende un accionador de herramienta personalizado para accionar la herramienta en la punta de un instrumento y proporciona un grado de libertad por medio de una sexta junta de revolución que presenta un actuador asociado para fijar robóticamente el ángulo de balanceo del accionador de herramienta. Los instrumentos para su utilización con el sistema de la patente US nº 6.436.107 también presentan un diseño dedicado especial que permite el acoplamiento y desacoplamiento con y de un elemento de sujeción de tipo rápido, lo que permite acoplar los instrumentos al accionador de herramienta.

Objeto de la invención

Por consiguiente, un objetivo de la invención reivindicada en la presente memoria es proporcionar un sistema quirúrgico robótico para realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos que comprende un manipulador de robot, que está configurado de tal manera que permite la utilización de instrumentos laparoscópicos convencionales disponibles que se diseñaron para procedimientos manuales convencionales.

Descripción general de la invención

Con el fin de alcanzar este objetivo, se propone un sistema quirúrgico robótico para realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos que comprende un manipulador de robot para el manejo asistido por robot de un instrumento laparoscópico, presentando el manipulador de robot un brazo de manipulador, una muñeca de manipulador soportada por el brazo de manipulador y una unidad de efector soportada por la muñeca de manipulador, tal como se da a conocer a continuación en la presente memoria. Según un aspecto de la invención, el brazo de manipulador proporciona tres grados de libertad por medio de una primera junta, una segunda junta y una tercera junta, presentando cada una un actuador asociado, para posicionar robóticamente la muñeca. La muñeca de manipulador proporciona dos grados de libertad por medio de una cuarta junta y una quinta junta, siendo la cuarta y quinta juntas juntas de revolución y presentando un actuador asociado, para fijar robóticamente, con respecto al brazo de manipulador, el ángulo de guiñada y el ángulo de cabeceo de la unidad de efector respectivamente. La unidad de efector comprende un actuador de instrumento laparoscópico y proporciona un grado de libertad por medio de una sexta junta de revolución que presenta un actuador asociado para fijar robóticamente el ángulo de balanceo del actuador de instrumento laparoscópico. En otras palabras la sexta junta de revolución accionada permite rotar no sólo el instrumento sino también la parte de actuador de instrumento... [Seguir leyendo]

1. Sistema quirúrgico robótico para realizar procedimientos médicos mínimamente invasivos que comprende un manipulador de robot (14) para el manejo asistido por robot de un instrumento laparoscópico (18), presentando dicho manipulador de robot un brazo de manipulador (26), una muñeca de manipulador (28) soportada por dicho brazo de manipulador y una unidad de efector (30) soportada por dicha muñeca de manipulador, en el que:

dicho brazo de manipulador (26) proporciona tres grados de libertad por medio de una primera junta (J1), una segunda junta (J2) y una tercera junta (J3), presentando cada una un actuador (51, 61, 71), para posicionar robóticamente dicha muñeca;

dicha muñeca de manipulador (28) proporciona dos grados de libertad por medio de una cuarta junta (J4) y una quinta junta (J5), siendo dichas cuarta y quinta juntas unas juntas de revolución y presentando un actuador (81, 101) asociado, para fijar robóticamente el ángulo de guiñada y el ángulo de cabeceo de dicha unidad de efector respectivamente;

dicha unidad de efector (30) comprende un actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) y proporciona un grado de libertad por medio de una sexta junta de revolución (J6) que presenta un actuador (141) asociado para fijar robóticamente el ángulo de balanceo de dicho actuador de instrumento laparoscópico;

dicho actuador de instrumento laparoscópico comprende un asiento (130; 1130) con un mecanismo de acoplamiento (406; 1423) asociado para montar un adaptador de vástago de instrumento (300; 1300) en dicha unidad de efector, y un mecanismo actuador (400; 1400) que coopera con dicho adaptador de vástago de instrumento para accionar un instrumento laparoscópico conectado a dicho adaptador,

dicha unidad de efector (30) está configurada de tal manera que el eje de rotación de dicha sexta junta de revolución (J6) coincida con el eje longitudinal de un instrumento laparoscópico cuando se monta en dicha unidad de efector por medio de dicho adaptador de vástago de instrumento; y

dicha unidad de efector comprende un conjunto sensor (122) que incluye un sensor de fuerza/par de torsión de seis grados de libertad (GDL) y un acelerómetro de seis grados de libertad, conectando dicho conjunto sensor

(122) dicho actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) a dicha sexta junta de revolución (J6).

2. Sistema quirúrgico robótico según la reivindicación 1, en el que dicha unidad de efector (30) está configurada de tal manera que un eje de sensor de dicho sensor de fuerza/par de torsión de 6 GDL (122) y un eje de sensor de dicho acelerómetro (122) de 6 GDL coincide con el eje de rotación de dicha sexta junta.

3. Sistema quirúrgico robótico según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) comprende un alojamiento (154; 1154) con una superficie de acceso (401; 1401) en la que está dispuesto dicho asiento (130; 1130), una brida de superficie de contacto (156) que une dicho alojamiento a dicho conjunto sensor (122) y unas nervaduras de refuerzo (1157) gradual que conectan dicha superficie de acceso a dicha brida de superficie de contacto para reforzar la rigidez de unión de dicho alojamiento a dicha brida de superficie de contacto.

4. Sistema quirúrgico robótico según la reivindicación 3, en el que dicho alojamiento (1154) es semicilíndrico y presenta una superficie sustancialmente semicilíndrica (1155) opuesta a dicha superficie de acceso (1401), estando dicha superficie semicilíndrica de conformidad con una envuelta cilíndrica de 50 a 135 mm, preferiblemente de aproximadamente 90 mm de diámetro y coaxial al eje de rotación de dicha sexta junta (J6) y en el que dicho alojamiento (1154), dicha brida (156), dichas nervaduras de refuerzo (1157) y dicho conjunto sensor (122) están dimensionados para ajustarse en dicha envuelta cilíndrica.

5. Sistema quirúrgico robótico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho asiento comprende un rebaje alargado esencialmente semicilíndrico (130; 1130) dispuesto, esencialmente coaxial al eje de rotación de dicha sexta junta (J6), en una superficie de acceso (401; 1401) de dicho actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120), estando configurados dicho asiento y dicho mecanismo de acoplamiento para montar y desmontar un adaptador de vástago de instrumento (300; 1300) mediante movimiento perpendicular al eje de rotación de dicha sexta junta (J6).

6. Sistema quirúrgico robótico según la reivindicación 5, en el que dicho mecanismo de acoplamiento comprende al menos un dispositivo magnético (1423), en particular imanes permanentes y/o electroimanes, dispuestos respectivamente en cada lado de dicho rebaje semicilíndrico (1130) para sujetar un adaptador de vástago de instrumento (300; 1300) a dicho actuador de instrumento laparoscópico por medio de atracción magnética.

7. Sistema quirúrgico robótico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho mecanismo actuador (400; 1400) comprende un carro deslizante (430; 1430) configurado para recibir de manera enganchada y para deslizar linealmente un pasador deslizante (314) de un adaptador de vástago de instrumento (300; 1300)

montado en dicha unidad de efector, siendo dicho asiento (130; 1130) preferiblemente alargado a lo largo del eje de rotación de dicha sexta junta y estando dispuesto dicho carro deslizante (430; 1430) preferiblemente lateralmente a dicho asiento.

8. Sistema quirúrgico robótico según la reivindicación 7, en el que dicho mecanismo actuador (400; 1400) comprende un sensor de fuerza (1427), que conecta dicho carro deslizante (430; 1430) a unos medios de accionamiento, para medir las fuerzas ejercidas por dicho carro deslizante o sobre el mismo.

9. Sistema quirúrgico robótico según la reivindicación 7 u 8, en el que dicho carro deslizante (1430) comprende un elemento de enganche (1433) que puede desprenderse de dicho carro deslizante y presenta superficies de captura achaflanadas (1434) para engancharse con dicho pasador deslizante (314).

10. Sistema quirúrgico robótico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) comprende un detector de presencia (404; 1431) para detectar si un adaptador de vástago de instrumento (300; 1300) está correctamente montado en dicha unidad de efector, en particular, una pluralidad de sensores de presencia inductivos (1431) para identificar un instrumento montado en dicha unidad de efector (30) por medio de un patrón (1313) identificable por inducción previsto en el adaptador de vástago de instrumento.

11. Sistema quirúrgico robótico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema está configurado para funcionar en un modo manual, en el que dicho actuador de instrumento laparoscópico puede posicionarse y orientarse por dicho manipulador robótico utilizando información leída por dicho sensor de fuerza/par de torsión de 6 GDL, y que comprende además unos medios de conmutación (408) dispuestos en dicho actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) para conmutar dicho sistema al modo manual.

12. Adaptador de vástago de instrumento laparoscópico (300; 1300) montado en un manipulador de robot (14) en un sistema quirúrgico robótico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, para utilizar un vástago (302) de un instrumento laparoscópico manual en dicho manipulador robótico, comprendiendo dicho adaptador una carcasa alargada (303; 1303) que presenta un conector de vástago (304; 1304) dispuesto en un extremo frontal y unos medios de acoplamiento (308; 1311) dispuestos lateralmente en dicha carcasa, estando configurado dicho conector de vástago (304; 1304) para su conexión desprendible a un vástago de instrumento laparoscópico manual (302), y cooperando dichos medios de acoplamiento (308; 1311) con el mecanismo de acoplamiento (406; 1423) en el actuador de instrumento laparoscópico de dicho manipulador robótico.

13. Adaptador de vástago de instrumento laparoscópico según la reivindicación 12, en el que dichos medios de acoplamiento (308; 1311) comprenden una superficie semicilíndrica, estando conformada dicha superficie a un rebaje semicilíndrico del asiento (130; 1130) en el actuador de instrumento laparoscópico (120; 1120) de dicho manipulador de robot para centrar el adaptador de vástago de instrumento (300; 1300) en el eje de rotación de dicha sexta junta.

14. Adaptador de vástago de instrumento laparoscópico según la reivindicación 12 ó 13, que comprende un hueco cilíndrico interno a modo de guía (312; 1303) para un pistón (310; 1310) de un instrumento laparoscópico manual, que puede disponerse para deslizarse en dicha guía, y un orificio pasante (1315) para un pasador deslizante (314) unido transversalmente a dicho pistón y que sobresale desde dicha carcasa para hacer funcionar el pistón.

15. Adaptador de vástago de instrumento laparoscópico según una de las reivindicaciones 12 a 14, en el que dichos medios de acoplamiento comprenden al menos un elemento ferromagnético (1311) dispuesto en cada lado de dicha carcasa (1303), actuando dichos elementos ferromagnéticos conjuntamente, respectivamente, con un dispositivo magnético (1423) correspondiente del mecanismo de acoplamiento en dicho actuador de instrumento laparoscópico para sujetar dicho adaptador de vástago de instrumento a dicho actuador de instrumento laparoscópico por medio de atracción magnética y en el que dicho adaptador de vástago de instrumento comprende una palanca (1301) para desprender dicho adaptador (1300) de dicho actuador de instrumento laparoscópico.

16. Adaptador de vástago de instrumento laparoscópico según una de las reivindicaciones 12 a 15, que comprende además un patrón (1313) identificable por inducción previsto en el adaptador de vástago de instrumento para identificar un instrumento montado en dicho adaptador.

17. Adaptador de vástago de instrumento laparoscópico según una de las reivindicaciones 12 a 16, que comprende además un conector eléctrico (308; 1308) dispuesto opuesto a dichos medios de acoplamiento para transmitir energía eléctrica a un instrumento conectado a dicho conector de vástago.