Manipulador quirúrgico para un sistema telerrobótico.

Un aparato para su uso en un sistema quirúrgico robótico que comprende:

un instrumento quirúrgico (14) y un conjunto manipulador (2) que tiene un porta-instrumento (4) que está montado deforma liberable en una base (6) y un conjunto de accionamiento (7) para manipular el instrumento quirúrgico (14),que está acoplado de forma liberable al porta-instrumento (4), en al menos dos grados de libertad;

en donde el instrumento quirúrgico (14) comprende:

un eje (100) que tiene un extremo distal (104) y un extremo proximal (102); un efector extremo accionable (120) enel extremo distal (104) de dicho eje (100); al menos un elemento alargado (136) conectado al efector extremo (120)para causar el accionamiento de dicho efector extremo (120) en respuesta al movimiento de al menos uno de dichoselementos alargados (136); y al menos un cuerpo accionado (132) dispuesto en el extremo proximal (102) de dichoeje (100), estando acoplado al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) a al menos uno de dichos elementosalargados (136) de manera que el accionamiento de al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) causa elmovimiento de al menos uno de dichos elementos alargados (136);

en donde dicho conjunto de accionamiento (7) comprende un cuerpo de accionamiento rotativo (18) acoplable con almenos uno de dichos cuerpos accionados (132), siendo al menos uno de dichos cuerpos accionados (132)accionable selectivamente por al menos uno de dichos cuerpos de accionamiento rotativo (20) cuando dichoscuerpos accionado y de accionamiento se acoplan operativamente;

en donde al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) puede acoplarse de manera liberable al conjunto deaccionamiento (7); y

en donde dicho conjunto manipulador (2) está soportado por un posicionador centrador remoto (300) queproporciona dos grados de libertad para posicionar el conjunto manipulador y constreñir el conjunto manipulador,durante su uso, para girar alrededor de un orificio de entrada.

Manipulador quirurgico para un sistema telerrobotico Antecedentes de la invencion Esta invencion se refiere a manipuladores quirurgicos y, mas particularmente, a un aparato asistido roboticamente 5 para utilizarse en cirugia.

En la cirugia laparoscopica tradicional, el abdomen del paciente se insufla con gas y se pasan manguitos de trocar a traves de pequenas incisiones (aproximadamente 12, 7 mm (1/2 pulgada) ) para proporcionar orificios de entrada para los instrumentos quirurgicos laparoscopicos. Los instrumentos quirurgicos laparoscopicos incluyen en general un laparoscopio para observar el campo quirurgico y utiles de trabajo tales como pinzas, agarradores, tijeras, 10 grapadoras y porta-agujas. Los utiles de trabajo son similares a los utilizados en la cirugia convencional (abierta) , excepto que el extremo de trabajo de cada util estar separado de su asidero por un tubo de extension de aproximadamente 305 mm (12 pulgadas) de longitud. Para llevar a cabo procedimientos quirurgicos, el cirujano pasa los instrumentos a traves de los manguitos de trocar y los manipula en el interior del abdomen haciendoles deslizar hacia dentro y fuera a traves de los manguitos, haciendolos girar en los manguitos, apalancando (es decir,

pivotando) los manguitos en la pared abdominal y haciendo actuar efectores perifericos en el extremo distal de los instrumentos.

En la cirugia asistida roboticamente y en cirugia telerrobotica (procedimientos ambos abiertos y endoscopicos) , la posicion de los instrumentos quirurgicos es controlada por servomotores en lugar de hacerlo directamente de forma manual o con pinzas fijas. Los servomotores siguen los movimientos de las manos del cirujano a medida que este 20 manipula los dispositivos de control de entrada y observa la operacion por medio de una imagen exhibida desde una posicion que puede ser distante del paciente. Los servomotores forman habitualmente parte de un dispositivo electromecanico o manipulador quirurgico que soporta y controla los instrumentos quirurgicos que han sido introducidos directamente en un sitio quirurgico abierto o a traves de manguitos de trocar dentro del cuerpo, tal como el abdomen del paciente. Durante la operacion, el manipulador quirurgico proporciona accionamiento mecanico y

control de una variedad de instrumentos quirurgicos, tales como agarradores de tejidos, impulsores de agujas, etc, cada uno de los cuales realiza diversas funciones para el cirujano, es decir, para sostener o impulsar una aguja, agarrar un vaso sanguineo o diseccionar tejido.

Este nuevo metodo de realizacion de telecirugia a traves de la manipulacion a distancia dara lugar a muchos nuevos desafios. Uno de tales desafios reside en la transmision de sensaciones de posicion, fuerza y tactiles desde el 30 instrumento quirurgico de nuevo a las manos del cirujano a medida que este hace funcionar el sistema telerrobotico. Al contrario que otras tecnicas de manipulacion a distancia, la telecirugia puede hacer que el cirujano tenga la sensacion de que esta manipulando los instrumentos quirurgicos directamente con la mano. Por ejemplo, cuando el instrumento se acopla con una estructura de tejido u organo dentro del paciente, el sistema sera capaz de detectar la fuerza de reaccion contra el instrumento y transmitir dicha fuerza a los dispositivos de control de entrada. De esta 35 manera, el cirujano puede ver como el instrumento contacta con la estructura del tejido en la imagen exhibida de forma visual y siente directamente la presion de este contacto en los dispositivos de control de entrada. Sin embargo, la consecucion de una realimentacion adecuada puede se problematica debido a otros factores que actuan sobre el sistema, tales como friccion dentro de los mecanismos telerroboticos, fuerza de gravedad e inerciales que actuan sobre el manipulador quirurgico o fuerzas ejercidas sobre un manguito de trocar por la incision quirurgica.

Ademas, para lograr una telecirugia eficaz, el manipulador ha de ser altamente sensible y debe ser capaz de seguir con precision incluso los movimientos de las manos que son mas rapidos que los utilizados frecuentemente por el cirujano en la realizacion de procedimientos quirurgicos. Para conseguir este comportamiento rapido y sensible, debe disenarse un servosistema telerrobotico que tenga un ancho de banda apropiadamente elevado lo cual

requiere que el manipulador sea disenado para presentar una baja inercia y utilizar motores de accionamiento con una relacion de transmision relativamente baja o acoplamientos por poleas.

Otro desafio de la telecirugia se deriva del hecho de que una porcion del manipulador quirurgico electromecanico estara en contacto directo con los instrumentos quirurgicos y estara tambien situada en posicion adyacente al punto de operacion. En consecuencia, el manipulador quirurgico puede llegar a quedar contaminado durante la cirugia y 50 habitualmente se desecha o se esteriliza entre las operaciones. Como es logico, desde un punto de vista economico, seria preferible esterilizar el dispositivo. Sin embargo, los servomotores, sensores y conexiones electricas que se necesitan para controlar roboticamente los motores no pueden ser esterilizados habitualmente empleando metodos convencionales, por ejemplo, vapor de agua, calor y presion o productos quimicos, debido a que resultarian danados o destruidos en el proceso de esterilizacion.

Otro desafio mas es que distintos instrumentos quirurgicos se uniran y desuniran del mismo porta-instrumento un

numero de veces durante una operacion. En los procedimientos laparoscopicos, por ejemplo, el numero de orificios de entrada en el abdomen del paciente es limitado generalmente durante la operacion debido a limitaciones de espacio, asi como al deseo de evitar incisiones innecesarias en el paciente. De este modo, habitualmente se introducira un numero de diferentes instrumentos quirurgicos a traves del mismo manguito de trocar durante la operacion. Similarmente, en cirugia abierta, generalmente no existe suficiente espacio alrededor del punto quirurgico para situar mas de uno o dos manipuladores quirurgicos y, por tanto, el asistente del cirujano se vera obligado a retirar frecuentemente instrumentos del porta y cambiarlos por otros utiles quirurgicos.

En consecuencia, lo que se necesita es un sistema y metodo para sostener y manipular instrumentos quirurgicos con control remoto y para acoplar de forma liberable un instrumento quirurgico en un porta-instrumento. El aparato debera estar configurado para una facil esterilizacion, de manera que pueda reutilizarse una vez que ha quedado contaminado durante una operacion. El aparato debera ser capaz ademas de proporcionar al cirujano la adecuada realimentacion de fuerzas transmitidas hacia y desde el instrumento quirurgico durante la operacion telerrobotica y debera estar configurado para compensar las fuerzas gravitacionales que actuan sobre el aparato, de modo que dichos factores no pueden ser sentidos por el cirujano. Ademas, el aparato debera ser altamente sensible y ha de ser capaz de seguir con precision los movimientos de las manos que incluso son mas rapidos que los utilizados frecuentemente por el cirujano en la realizacion de procedimientos quirurgicos. Por otro lado, seria tambien deseable proporcionar un sistema configurado para acoplar y desacoplar rapida y facilmente el instrumento del porta para reducir al minimo el tiempo de intercambio del instrumento durante la cirugia endoscopica.

La EP 0º21009 describe forceps quirurgicos manuales que tienen mordazas que se pueden mover por medio de un asidero de disparador manual por via de un eje de accionamiento acoplado a las mordazas.

La WO 95/03001 describe un instrumento quirurgico que tiene un mango, un cilindro y una punta efectora extrema de trabajo. El cilindro es en general tubular estando uno de los extremos conectado de forma liberable al mango. El efector extremo esta unido de manera movil al otro extremo del cilindro y puede ser situado y operado independientemente a traves de multiples elementos de articulacion conectados a una fuente de potencia motriz alojada en o unida al mango. El instrumento es operado y controlado por un microprocesador, un controlador multidimensional o contactos electricos incluidos en el mango. En la modalidad preferida, el efector extremo es de tipo tijera, pero pueden unirse al mango otros efectores extremos tales como asideros, mordazas, disectores o accionadores de aguja.

Resumen de la invencion La presente invencion proporciona un aparato para su uso en un sistema quirurgico robotico como se indica en las reivindicaciones adjuntas.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un aparato para su uso en un sistema quirurgico robotico que comprende: un instrumento quirurgico y un conjunto manipulador que tiene un portainstrumento... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para su uso en un sistema quirurgico robotico que comprende:

un instrumento quirurgico (14) y un conjunto manipulador (2) que tiene un porta-instrumento (4) que esta montado de forma liberable en una base ( º) y un conjunto de accionamiento (7) para manipular el instrumento quirurgico (14) , que esta acoplado de forma liberable al porta-instrumento (4) , en al menos dos grados de libertad;

en donde el instrumento quirurgico (14) comprende:

un eje (100) que tiene un extremo distal (104) y un extremo proximal (102) ; un efector extremo accionable (120) en el extremo distal (104) de dicho eje (100) ; al menos un elemento alargado (13º) conectado al efector extremo (120) para causar el accionamiento de dicho efector extremo (120) en respuesta al movimiento de al menos uno de dichos elementos alargados (13º) ; y al menos un cuerpo accionado (132) dispuesto en el extremo proximal (102) de dicho eje (100) , estando acoplado al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) a al menos uno de dichos elementos alargados (13º) de manera que el accionamiento de al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) causa el movimiento de al menos uno de dichos elementos alargados (13º) ;

en donde dicho conjunto de accionamiento (7) comprende un cuerpo de accionamiento rotativo (1º) acoplable con al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) , siendo al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) accionable selectivamente por al menos uno de dichos cuerpos de accionamiento rotativo (20) cuando dichos cuerpos accionado y de accionamiento se acoplan operativamente;

en donde al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) puede acoplarse de manera liberable al conjunto de accionamiento (7) ; y

en donde dicho conjunto manipulador (2) esta soportado por un posicionador centrador remoto (300) que proporciona dos grados de libertad para posicionar el conjunto manipulador y constrenir el conjunto manipulador, durante su uso, para girar alrededor de un orificio de entrada.

2. Aparato segun la reivindicacion 1, en donde dicho movimiento de dicho elemento alargado (13º) comprende tirar de dicho elemento alargado (13º) .

3. Aparato segun la reivindicacion 1, cuyo efector extremo (120) comprende un par de mordazas (122, 124) , en donde al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) comprende un par de pasadores accionadores deslizables axialmente para abrir y cerrar dicho par de mordazas (122, 124) .

4. Aparato segun la reivindicacion 1, en donde dicho conjunto de accionamiento (7) comprende un segundo cuerpo de accionamiento rotativo (1º) para girar dicho eje (100) alrededor de su eje longitudinal.

5. Aparato segun la reivindicacion 1, en donde dicho conjunto de accionamiento (7) comprende un segundo cuerpo de accionamiento rotativo (3º) para mover dicho eje (100) axialmente a lo largo de su eje longitudinal.

º. Sistema quirurgico robotico (2) que comprende:

el aparato segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, alojando ademas el conjunto de accionamiento (7) un motor accionador ( 0) , estando acoplado operativamente dicho conjunto de accionamiento (7) a una unidad de control operable por medio de entradas procedentes de un operador, pudiendose acoplar dicho motor accionador

(º0) con al menos uno de dichos cuerpos accionados (132) , de manera que las entradas del operador a la unidad de control hacen que al menos uno de los elementos alargados (13º) se mueva, accionando con ello a dicho efector extremo (120) .