Positioning system for endoscope and method thereof

Abstract

An endoscope positioning system, comprising a support arm having a holder-end for holding an endoscope (0201) proximally of the endoscope (0201); the support arm extendible horizontally from a base to translate the distal end of the endoscope (0201) in horizontal plane comprising a y-axis; the support arm movable to translate the endoscope (0201) in a vertical direction comprising a z-axis orthogonal the y-axis and an x-axis orthogonal to the z and y axes; the support arm comprising a stop resisting rotational movements of the holder about the y-axis.

Description

POSITIONING SYSTEM FOR ENDOSCOPE AND METHOD THEREOFField Of Invention

[0001] The present invention relates to positioning systems for medical instruments, such as endoscope, used in minimally invasive surgery.Background

[0002] Typically, an endoscope is an instrument primarily for visualization within a patient's body and may lack integrated surgical capabilities. Some endoscopes, however, are equipped with one or two channels for functions such as suction, fluid introduction, or the insertion of surgical instruments. A generic endoscope accessorized in this way can be used to perform minimally invasive surgery, the endoscope protecting the surrounding tissue from trauma caused by the repetitive insertion of surgical instruments during a procedure.

[0003] Some of these accessories are configured for robotic control, leading to robots in endoscopic surgery. In particular, the Applicant has invented a range of robotic instruments, or steerable arms, that have a diameter between 2.6 mm to 3.5 mm, designed such that they can be inserted into the instrument channel of generic / standard endoscopes (such as colonoscopes, gastroscopes, and cystoscopes) , or alongside the endoscope itself. The successful miniaturization of robotic surgical instruments can greatly improve the possibility of accessorizing and improving the surgical capabilities of generic endoscopes, paving the way for improved safety and effectiveness in minimally invasive procedures.

[0004] However, some types of endoscopic surgery such as transurethral procedures (e.g. using a cystoscope / resectoscope) have been slow to adopt the use of robot-assisted surgical accessories. In standard transurethral procedures, once the cystoscope is inserted into the bladder through the urethra, the surgeon is required to manually hold and maneuver the cystoscope. This requires maintaining and adjusting its angle relative to the surgical target for the entire duration of the operation. It may be difficult to find a suitable supporting structure that can hold the cystoscope during the procedure, due to its short length. Given the need to hold the cystoscope in a relatively confined position throughout an operation, the surgeon experiences minimal ergonomic benefit from using robotic accessories, and there is reduced commercial justification for the associated costs.

[0005] Hence, to advance transurethral surgery, the development of robotic surgical instruments must be complemented by an effective means of supporting the endoscope. Accordingly, it is desirable to provide a positioning system that holds the cystoscope in a stable and safe manner, which in turn can allow surgeons to more effectively utilize advanced surgical tools during a procedure.Summary of the Invention

[0006] In a first aspect, the invention proposes a positioning system for a rigid-body endoscope, comprising: an adaptor-holder for holding the rigid-body endoscope; a support-handle for the rigid-body endoscope in a space; the adaptor-holder mounted rotatably on the support-handle such that the rigid-body endoscope is able to yaw and pitch; a stop for resisting rolling of the rigid-body endoscope.

[0007] An example of a rigid-body endoscope is a cystoscope / resectoscope having an elongate sheath for insertion into the urethra and into the bladder.

[0008] Preferably, the positioning system for a rigid-body endoscope further comprises: a reversible lock for preventing the adaptor-holder from rotating. An endoscope positioning system, as claimed in claim 1 and claim 2, comprising a support arm for the support-handle; the support arm can be moved to translation the support-handle from a position to a new position spatially.

[0009] Preferably, the positioning system for a rigid-body endoscope further comprises sensors for monitoring the horizontal distance of the new position of the support arm from a base reference.

[0010] Preferably, the positioning system for a rigid-body endoscope further comprises sensors for monitoring the height of the new position of the support arm.

[0011] Preferably, the positioning system for a rigid-body endoscope further comprises a lock-release trigger for releasing a locking mechanism in the support arm.

[0012] Preferably, the lock-release mechanism is provided on the support-handle to allow a single-handed grip to both move the holder-end and triggering the lock-release.

[0013] Preferably, the positioning system for a rigid-body endoscope further comprises an actuator for mechanically linking to robotic parts in the endoscope; the actuator being capable of reacting to the new position of the support arm and moving to maintain a certain distance between the support arm and the actuator.

[0014] Preferably, the positioning system for a rigid-body endoscope further comprises a positioning cart; wherein the actuator is movably mounted on a positioning cart; and the base reference of the support arm is the positioning cart. 7 to claim 10.

[0015] In a second aspect, the invention proposes a method of positioning a cystoscope in a bladder for impact-safety; the cystoscope rotatably mounted by a proximal part of the cystoscope on a movable support; such that cystoscope is able to yaw and / or to pitch on the movable support; and the cystoscope constrained from rolling; the method comprising the steps of locking the rotatable mounting cystoscope in an orientation for entry into a bladder; when the distal end of the cystoscope has extended past the uvula in the bladder, unlocking the rotatable mounting; locking the movable support in the current position; such that cystoscope is able to rotate about the uvula and the rotatable mounting, and slide-ably in the uvula to dissipate the force of an impact.

[0016] Brief Description Of The Figures

[0017] It will be convenient to further describe the present invention with respect to the accompanying drawings that illustrate possible arrangements of the invention, in which like integers refer to like parts. Other arrangements of the invention are possible, and consequently the particularity of the accompanying drawings is not to be understood as superseding the generality of the preceding description of the invention.

[0018] Figure 1 shows an OlympusTM cystoscope stripped into parts;

[0019] Figure 2 shows the cystoscope of Figure 1 assembled;

[0020] Figure 3 is a simple illustration of a bladder;

[0021] Figure 4 is a schematic diagram a cystoscope such as that of Figure 1 mounted onto a support-handle;

[0022] Figure 5 illustrates schematically the operation of a ball joint that is between the cystoscope of Figure 2 and a support-handle;

[0023] Figure 6 show an adaptor holder comprising the ball joint of Figure 5

[0024] Figure 7 shows the how an inner sheath of the cystoscope of Figure 1 is arranged in the adaptor holder of Figure 6;

[0025] Figure 8 shows a preferred design of the support-handle illustrated schematically in Figure 4

[0026] Figure 9 is the illustration of one example of a mechanical arm 0100 that can be used to support the support-handle;

[0027] Figure 10 shows an example of where the base of the mechanical arm can be secured;

[0028] Figure 11 shows how a user can release a locking mechanism of the mechanical arm of Figure 9;

[0029] Figure 12 and Figure 13a show how the support-handle of Figure 5 can be moved;

[0030] Figure 13b illustrates how the embodiment accommodates movements of bladder and the patient;

[0031] Figure 14 is an illustration demonstrating a negative example in which the cystoscope is able to roll;

[0032] Figure 15 illustrates the difference to the example of Figure 14 if rolling is prevented;

[0033] Figure 16 a surgical accessory for configuring a generic cystoscope for performing robot-assisted surgery;

[0034] Figure 17 is an illustration of a surgical instrument that is provided in the surgical accessory of Figure 16;

[0035] Figure 18 is an illustration of two steerable arms extending out of instrument channels on the tip of an endoscope;

[0036] Figure 19 is a photograph of the distal end of the embodiment shown in Figure 16;

[0037] Figure 20 is a photograph of the embodiment shown in Figure 19 assembled with other parts of a cystoscope;

[0038] Figure 21 is a photograph of the distal end of the embodiment shown in Figure 20;

[0039] Figure 22 is an illustration of the embodiment of Figure 20 held in an adaptor holder;

[0040] Figure 23 shows a surgical suite in which the embodiment of Figure 20 may be used;

[0041] Figure 24 shows a positioning cart used in the suite of Figure 23; and

[0042] Figure 25 and Figure 26 show the operation of an actuator platform used in the suite illustrated in Figure 22.

[0043] Figure 27 is a negative example for comparison with the foregoing drawings;

[0044] Figure 28 shows an alternative to the adaptor-holder in Figure 7

[0045] Figure 29 shows two further alternatives to the adapter-holder of Figure 7;

[0046] [Rectified under Rule 91, 12.09.2025]Figure 30 illustrates an embodiment in which the adaptor holder clamps onto the outer sheath slide-ably; and

[0047] [Rectified under Rule 91, 12.09.2025]Figure 31 illustrates the embodiment of Figure 30 can move in a plane while sliding on the outer sheath to accommodate the arcuate trajectory of the proximal tip of the outer sheath.

[0048] [Rectified under Rule 91, 12.09.2025]

[0049] Detailed Description Of Specific Embodiments

[0050] Figure 1 is a photograph of a disassembled cystoscope, more specifically called a resectoscope, of the brand OlympusTM. From the top of the photograph, the parts of the cystoscope include outer sheath 0101, an inner sheath 0103, a working element 0105, an electrode 0107, and a telescope 0109.

[0051] Figure 2 is a photograph of an assembled cystoscope 0201. The telescope, working element and electrode are inserted into the inner sheath, and the inner sheath is inserted into the outer sheath. The distal tip of the electrode has a diathermy knife. The working element has a spring loaded handle that extends the diathermy knife when the doctor pushes on it. The spring returns the handle and the diathermy knife to their original positions when the push is lifted from the handle. The diathermy knife can be used to cut a bladder or a prostate. Cables for providing electrosurgical energy to operate the diathermy knife are not shown.

[0052] To be precise, it is the telescope which is a cystoscope and has an eyepiece on the proximate end and a lens on the other end provides a view into the bladder.

[0053] However, common vernacular often refers to the assembled device as the cystoscope, which is followed in this specification.

[0054] As shown in Figure 3, a bladder 0301 comprises a chamber for storing urine produced by the kidneys (not shown) , introduced into the bladder by two ureters 0305. The lower part of the bladder is like a funnel, comprising a trigone which tapers gently towards an internal urethral orifice (or uvula) 0303. The internal urethral orifice is the internal open end of a urethra 0307. The urethra is a passageway that ends with an external urethral orifice 0309. A cystoscope is inserted tip-first into the external urethral orifice, and pushed through the urethra until the tip emerges inside the bladder.

[0055] References to front or forward direction in subsequent paragraphs means the direction in which the cystoscope is pointing if held parallel to the ground, despite any pitch and yaw of the cystoscope. The distal of the cystoscope is anterior and the proximate part the posterior.

[0056] Figure 4 and Figure 5 are schematic diagrams of a support-handle 0403 mounted with a cystoscope by an adapter-holder 0401. The support-handle is connected to the distal end of a mechanical arm (not shown in Figure 4 is the mechanical arm that extends from a weight bearing structure) . The mechanical arm can be reverse-ably stretched horizontally into any position within an area and also vertically into various heights, gives a possibility of locating the support-handle in an position within a certain three dimensional space.

[0057] Positions of the support-handle can be represented as components in the three axes as shown in Figure 4 and Figure 5, where r is the vertical, q is the horizontal and towards and from the front, p is the orthogonal horizontal to the sides. In some instances, the reference frame p-q-r may be the same or interchangeable with the reference frame x-y-z.

[0058] The holder-adaptor clamps onto a posterior part of the cystoscope, near the handle of the working element. A swivel connects the base of the holder-adapter to the top of a suitable support-handle, to allow the cystoscope to be pointed to any direction. In the preferred embodiment, the cystoscope is constrained from rolling about its axis. In other words, five of the standard six degrees of freedom are provided for positioning and orientating the cystoscope, i.e. forward / backward in the y-axis, up / down in the z-axis , left / right in the x-axis, pitching about the x-axis, yaw rotation about the z-axis. Rolling about the y-axis can be preventing using any suitable stopping mechanism. Preferably, the swivel comprises pivots for the pitch and yaw that are co-located. In one example, the swivel is a ball-joint.

[0059] Figure 6 is an example of an adaptor-holder having a ball-joint and a clamp 0603 for holding on the inner sheath or outer sheath of the cystoscope.

[0060] Figure 7 is a view of the clamp opened axially into two lateral halves. The halves close onto each other to define an internal cylindrical channel 0601 in which the inner sheath is placed. Preferably, a component made of medical grade rubber or foam 0801 is wrapped around the clamped part of the inner sheath. A knob 0607 is provided which moves the halves closer to each other so that the clamp grips the content in the internal cylindrical channel firmly. The component deforms under the force of the tightened clamp and fits to the internal surfaces of the cylindrical channel, and also onto and about the part of inner sheath held in the clamp. The deformable form allows different brands of cystoscopes having inner sheaths of different diameters to be held by the clamp.

[0061] Beneath the cylindrical channel is a cradle 0605 for closing onto a ball. The ball is connected to a mount 0609 by a relatively narrow neck, and the mount is designed to be able to mount onto a handle-holder. Figure 8 shows a preferred design of the support-handle of the embodiment onto which top the adaptor-holder can be mounted.

[0062] The insert in Figure 6 is the corresponding front view of the adaptor-holder with the clamps closed but without showing the ball of the ball-joint so that a passage-channel 0602 for accommodating the neck of the ball can be more clearly seen.

[0063] The cradle has a matching internal shape and size with a small excess space so that the cradle can move all about the ball. The clamp is made of two lateral parts each defining a part of the cylindrical channel and a part of the cradle, so that the clamp can close over the inner sheath and the ball. The same knob for tightening turning a screw to tightening the clamp onto the foam and the inner sheath separate from another tightening device that closes a posterior part of the cylindrical channel onto a corresponding, posterior part of the inner sheath. That is, the clamp and the cylindrical channel within is divided into an anterior and a posterior part, the anterior part being open-able into the two halves that closes to define the cylindrical channel and also the cradle beneath the cylindrical channel as shown. The posterior part can be opened and closed independently of the anterior part, and is fastened by a bolt onto a corresponding part of the inner sheath, so that the inner sheath does not drop out when the clamp is open.

[0064] This provides that the cradle can be tightened or loosened about the ball to fix or release the angular position of adaptor holder about the ball manually using the knob, without moving the inner sheath.

[0065] The two sides of the clamp close over the ball almost completely, except for a passage-channel for passage of the neck when the clamp is rotated up and down about the horizontal x axis, by sliding the cradle over the ball. The clamp is also able to rotate about the neck to pan the elongate body of the cystoscope across the horizontal plane. Therefore, the ball-joint can swivel vertically as the channel is moved passing the neck, and horizontally or orthogonally as the clamp turns about the ball. The two planes of movement define the three dimensional space in which the inner tube can be oriented into any angle on the ball-joint.

[0066] Turning the knob tightens the cradle onto the ball, locking the ball-joint and the inner sheath in an angular orientation. This is useful when the doctor is inserting the inner sheath, assembled with the rest of the cystoscope into the outer sheath, into the urethra. Once a length of the cystoscope is sufficiently inserted into the urethra, or when the cystoscope tip has reached the bladder, the knob is released to restore movement to the swivel. In embodiments without the knob, the doctor can simply use two hands to align the cystoscope for urethra entry.

[0067] The ball can be mounted onto the top of the support-handle to secure the adaptor holder onto the support-handle.

[0068] In the holder-adapter of Figure 6, the y-axis extends through the plane of symmetry of the inner sheath and, therefore, the assembled cystoscope. However, the x axis is slightly offset and is right beneath the inner sheath. It would be the ideal case if both the z and x axes are co-incident with an imaginary point inside the cystoscope, suitable for the doctor’s intuition when moving the support-handle. Nevertheless, the offset of the x axis is negligible in this embodiment.

[0069] However, the z and x axes of some embodiments can be completely offset from the cystoscope and from each other, and the doctor needs only a moment to become acquainted with the feel of the offset cystoscope tip. In order for the cystoscope to swivel freely on the handle, so as to be oriented to the urethra in any position the doctor pushes the support-handle into, the two axis must be above the handle. If either or both of the pivots are beneath the handle, such as being on a point along the telescopic section, the pivot is not free rotating. Instead, the doctor has to determine the rotation about the pivot, which can be difficult. The free swiveling of the pivots above the handle can respond to the tiny force of the urethra that tightens lightly about the inserted part of the cystoscope. Movements of the handle vertically and laterally changes the orientation of the cystoscope about the external urethral sphincter, and the posterior end of the cystoscope swivels to accommodate the re-orientation. This means that the force applied by the doctors is dissipated by the angular re-positioning about the external urethral sphincter and the swivel, so that minimal force is transferred onto the patient.

[0070] Figure 12 shows how the support-handle can be used to purely pivot about the external urethral sphincter of the patient / bladder without relative translation of the cystoscope’s insertion into the patient. This is achieved by the support-handle moving vertically and horizontally about the external urethral sphincter of the patient. That is, the spherical surface has a fixed distance from the external urethral sphincter of the patient. The circle in broken line represents the bladder or any other surgical space inside a patient. A circle in broken line circle represents the bladder and smaller circle in solid line represents the external urethral sphincter or a keyhole incision through which the cystoscope extends. The external urethral sphincter represents a virtual bi-axial pivot on the distal end of the inserted cystoscope. That is, in transurethral bladder surgery, the proximal end of cystoscope outside the bladder can be moved or translated into different positions, and the outer sheath following the movement by rotating about the unmoving external urethral sphincter. The urethra being inserted with the outer sheath is moved along with the outer sheath.

[0071] The support-handle is fixed onto a mechanical arm by, preferably not necessarily, a rotatable connection that allows the support-handle to rotate about a vertical axis on the mechanical arm.

[0072] Figure 9 shows an example of the mechanical arm that can be used to support the support-handle. Figure 10 shows the base of the mechanical arm can be secured to a surgical table. However, the mechanical arm can be secured to any weight bearing structure, even a surgical chair or wall that is within a suitable distance from the surgical table.

[0073] The mechanical arm is divided into different sections which are joined rotatably. The section nearest to the proximal end is termed the first section 0903 and the section that is provided with the support-handle is the fourth section 0909 There are two horizontal sections, the first section and the second section 0905. The third section 0907 extends vertically from the second section. The fourth section is a telescopic-section that can extend upwardly from the third section.

[0074] The first section is connected to a base by a pivotal joint, J1, that allows the first section to swing about in a horizontal plane. The second section is connected to the first section by a pivotal joint, J2, that allows the second section to swing about in the same horizontal plane. In one version of the embodiment, J1 provides the first section with a + / -0100 degree swing about J1, and J2 provides the second section with a + / -0180 degree swing about J2.

[0075] Together, joints J1 and J2 provide the telescopic-section a wide range of positions in the horizontal plane.

[0076] The telescopic-section comprises an extendible inner section movably sheathed inside an outer section. The inner section is extendible from within the outer section to provide an additional height. Preferably, the telescopic-section is provided with a spring biased to push the inner section upwardly with a small force that compensates for the weight of the inner section. This removes some of the extra force the doctor has to apply to lift a part of the telescopic-section when lifting the cystoscope.

[0077] Optionally, the support-handle is rotatable about the vertical axis, which provides adaptability to the handedness of the doctor. Rotation of the support-handle relative to the telescopic section is depends on the hold on the handle and positioning of the mechanical arm, and is separate and independent of the yaw of the cystoscope which depends on the positions of the bladder and the positioning of the mechanical arm.

[0078] The joints and telescopic-section of the mechanical arm, and also the support-handle held on the distal end of the mechanical arm are locked by electrically releasable brakes. A button 0801, visible in Figure 8, on the support-handle releases the locks when pressed on. The drawing on the left in Figure 11 shows the doctor’s hand holding the handle and pressing on the lock-release button at the same time, in a single grip. This grip allows the doctor to move the support-handle. The drawing on the right in Figure 11 shows the doctor’s index finger lifted from the lock-release button, which locks all the joints and parts as described and freezes the support-holder in its current spatial position. Therefore, the doctor only has to let go of the support-handle when he has moved the handle-support into the desired position to keep the support-handle in that position. This provides the mechanical arm with a fail-safe function during electrical blackout in the operating theatre, preventing the cystoscope from collapsing or changing position.

[0079] The swivel, i.e. the ball-joint is not locked along with the joints of mechanical arm and is not responsive to the lock release button. The knob, already introduced in a foregoing paragraph is turned manually to lock the ball-joint.

[0080] To use the cystoscope mounted on the support-handle, the doctor orientates cystoscope into an angle that points approximately in an envisaged trajectory for entering the urethra and bladder of a patient, and turns the knob of the adapter holder to keep the cystoscope in that orientation. He then grips the support-holder, pressing the release-button in the grip, which loosens the joints, telescope section and also the support-handle if the support-handle is rotatable on the telescopic section. He then moves the support-handle to bring the tip of the cystoscope into external urethral office and pushes the tip into the urethra.

[0081] Although the ball-joint can swivel, the mounting of the ball-joint on the support-holder is inflexible and between the force applied to move the support handle to pass the outer sheath through the urethra and, as human flesh is a little stretchable, the force required to stretch the urethra, the former is stronger force. Consequently, the urethra gives way to the passage of the outer sheath. Lubricant may be applied onto the surface of the outer sheath to reduce drag from the urethra and to make the passage easier.

[0082] Eventually, as shown in Figure 13, the outer sheath cystoscope tip emerges from the internal urethral orifice inside the bladder. At this stage, the doctor turns the knob in the reverse direction to restore movements to the ball-joint between the posterior of the cystoscope and the top of the support-holder. This provides the cystoscope the characteristic or functions of a beam with two swivels that are rotatable in three dimensions in which one of the swivels is fixed spatially and the other movable. If the fixed position swivel is affixed slide-ably to the beam, then any new position of the other swivel that is not slide-able on the beam can be accommodated by angular change or reorientation of both the swivels and sliding of the beam through the fixed position swivel.

[0083] Similarly, the external urethral sphincter by the hold of the urethra on the cystoscope provides a, albeit virtual, swivel. The ball-joint provides the other swivel. The urethra’s hold on the cystoscope is not as strong as the mount of the ball-joint on the support-handle.

[0084] With the released ball-joint, therefore, the support-handle can also be moved in any direction in the x, y, or z-axes about the virtual pivot at the external urethral sphincter.

[0085] When the tip of the cystoscope has entered into the bladder, typically, the doctor continues to move the support-handle up, down, left and right to navigate inside the bladder, and the cystoscope continues swiveling on the support-handle and about the bladder opening to accommodate the support-handle movement while remaining extended past the internal opening of the bladder.

[0086] Typically, the doctor continues to move the support-handle in all the three axes discussed in Figure 4 and Figure 5 to navigate inside the bladder. Figure 13a shows curved arrows that represent movements of the posterior of the cystoscope over an imaginary curve surface if the doctor wishes to maintain a constant length of the cystoscope in the bladder despite the angular re-positioning of the cystoscope. The design of the embodiment provides the possibility to move in such a curved trajectory.

[0087] Although both the patient, the cystoscope, support holder and mechanical arm are not expected to move, if an accidental bump on cystoscope, support holder or mechanical arm occurs, the embodiment is able to dissipate the force of the bump by not resisting displacement of the cystoscope’s posterior end, because the cystoscope can be re-oriented on the ball-joint, in the urethra and can be slid in the urethra. This minimizes any transfer of force onto the patient.

[0088] Conversely, if the patient were to be move unexpectedly, such as someone bumping into the operating table, then the bladder may be displaced. As illustrated in Figure 30, the effects may be understood by considering the swivel of adapter-holder as rotatable but stationary, while the external urethral sphincter is a movable pivot through which the cystoscope may slide along the urethra. Moving the external urethral sphincter of the patient causes the orientation of the cystoscope to change at both the external urethral sphincter and the ball-joint, accompanied by the cystoscope sliding further into or out of the bladder. In this way, the impact that moves the patient is dissipated or diverted from being transferred onto the patient.

[0089] Generally, it is expected that structural strength of the locked mechanical arm and secured to a base is able to resist being moved by small, accidental bumps. In the unlikely event that the mechanical arm or patent are displaced by the accidental bump, the embodiment is able to dissipate or redirect the force and reduce impact onto the patient.

[0090] There is no need consider other more forceful or deliberate impact as this embodiment is intended for the highly controlled situation in a surgical theatre where no actor moving or carrying heavy objects in uncontrolled and random manner is expected.

[0091] With the secure support of an immobilized mechanical arm, the doctor can turn his mind to use the working element or other accessory instruments to perform an operation. There is no need for the doctor or any assistant to hold the cystoscope throughout the procedure.

[0092] One advantage of this is a reduction in drag against the urethra when the cystoscope is being repositioned. There is always a potential of a degree of drag when the cystoscope slides on the urethra when being re-positioned, but at least the drag from the roll of the cystoscope sheath is removed. This is useful in keeping the working element in the intended alignment. However, the handle of the working element can be adjusted to move it into an ergonomic position. However, the ability to maintain the roll of the cystoscope level is more important in robot-assisted cystoscopic procedures, as robotic instruments might have to be level or at a predictable orientation in order to provide intuitive controls to the surgeon.

[0093] Figure 14 is an illustration demonstrating a negative example showing how, if the cystoscope is able to roll or a tilt about the y-axis, re-positioning the cystoscope can cause the cystoscope to roll due to any sideways forces or drag provided by the urethra. The rolling is represented by the disorientation of the crosshairs marking the enlarged views of the cystoscope tip. The occurrence and extent of the rolling may depend on the relative position of the urethra and the support-handle, and may vary depending on the speed that the support-handle is moved, creating unpredictability or poor control over the roll. In contrast, Figure 15 illustrates the cystoscope remains level because there is no rolling when re-positioning of the cystoscope, represented by absence of disorientation between the cross hairs on the enlarged views of the cystoscope tip. The benefit of this feature is more clearly seen in a robotic system such as that discussed in the following paragraphs.

[0094] The positioning system allows for smooth change over from a free-moving cystoscope into a cystoscope in a fixed position mid-air, a beneficial feature that is more poignantly appreciated if used to position a cystoscope that has been adapted to perform robot-assisted transurethral surgery. An example is shown as Figure 16, which comprises a single use robotic surgical accessory which is compatible with generic cystoscopic telescopes and outer sheaths, which can be packed in a sterile container (container not shown) and supplied as a toolkit.

[0095] The robotic surgical accessory comprises two robotic surgical instruments pre-fitted into a disposable inner sheath that is to replace the original generic inner sheath.

[0096] Figure 17 is an illustration of a single surgical instrument 1501 having a transmission tube 1505 having a coupler 1507 on the proximal end and a steerable arm 1503 is on the distal end. The transmission tube has a length of 0.5 m to 1.8 m, and a diameter of 2.8 mm to 3.7 mm.

[0097] Figure 18 is an illustration of two steerable arms , each of which is equipped with an end effector 1801. The effector may be a pair of forceps, a diathermy knife, an injection needle, a part of a suturing tool, and so on. For transurethral resection of bladder tumours (TURBT) , the proposed end effectors are a tissue grasper and a bipolar knife, and the toolkit is called a TUR (Transurethral Resection) Kit for convenience.

[0098] The coupler contains control spools (not illustrated) . Wires attached on one end to the steerable arm or the end-effector are threaded through the transmission tube and connected on the other end to the spools inside the coupler . The coupler can be coupled to an actuator that is able to access and turn the spools to rein in or release the wires, thereby moving steerable arm and end-effector. The couplers of TUR Kit are held in a transport handle . A flexible guide for encapsulating and protecting each transmission tube extends from the couplers to an adaptor-holder clamped onto a part of the posterior of disposable inner sheath.

[0099] Thus, as seen in Figure 19, which is a photograph of the plan view of the disposable inner sheath, the transmission tubes of the surgical instruments extend from within the couplers, each through a flexible guide (for protection) , into the adapter holder laterally and from opposite sides. The adapter holder is clamped onto the posterior of the disposable inner sheath . The steerable arms on the distal end of the surgical instruments emerge from the tip of the inner sheath.

[0100] Figure 20 shows the disposable inner sheath of Figure 19 assembled by being inserted into the outer sheath. The telescope is also inserted into the outer sheath and this can be seen from the eye piece on the posterior of the disposable inner sheath, and this is the configuration for insertion through the urethra and bladder. The cable for providing electrosurgical energy for the bipolar diathermy is not visible in Figure 20. The camera head and light guide which provide visualization and lighting to the telescope are also not pictured in Figure 20. The inner sheath and the working element of the generic cystoscope are not used.

[0101] Figure 19 is the arrangement of the TUR Kit and Figure 20 is the arrangement for entry into the urethra.

[0102] The disposable inner sheath works is ideally made of the same or similar material as the original inner sheath. However, other materials such as a different metal alloy, plastic, fibre glass, ceramic and so on may be used. There may be a need for the inner sheath to be electrically conductive in some part.

[0103] Figure 21 is a photograph of the steerable arms of two surgical instruments extending out of the outer sheath. Furthermore, the lens on the distal end of the telescope can be seen. Figure 22 illustrate the disposable inner sheath held inside the clamp of the adaptor holder immediately above the ball-joint, and the flexible guides entering into the adapter-holder from the posterior of the cystoscope. The two surgical instruments are not visible in Figure 22.

[0104] The steerable arms have to be retracted into the inner sheath before the cystoscope may be pushed into the external orifice of the urethra. In the simplest version, the doctor retracts the steerable arms into the inner sheath by pulling on the transmission link or coupler of the surgical instrument, which may be supplied by mechanism in the coupler. Further details are part of another application, and it suffices to state the steerable arms can be retracted into the inner sheath such that they are not protruding from the front of the inner sheath during insertion into the patient.

[0105] Figure 23 shows a robotic surgical suite for transurethral surgery, comprising an operation table 2301 a positioning cart 2303 a control console 2305 and a display monitor display on the top of a trolley 2307. The base of the mechanical arm for holding the support holder is anchored to the front side of a positioning cart , shown arranged into a straight line with the short side of the operation table. The control console is a modified dentist stool, also called a surgical chair. An electromagnetic field (EMF) generator installed onto dentist stool creates an EMF which is able to monitors the coordinates of the two controller pens. The trolley has a display monitor and is placed opposite the control console .

[0106] The robot-assisted transurethral surgery begins by taking the inner sheath of Figure 19 and producing the cystoscope of Figure 20 mounting the adaptor holder of the inner sheath mounted onto the support-handle on the mechanical arm extending from the positioning cart. The couplers of the TUR Kit are coupled to an actuator platform on the top of the positioning cart , which is able to replicate the movements of the controller pens which are moved and used by the doctor in response to the view inside the bladder shown on the display of the trolley as seen through the telescope in the outer sheath, to operate on the bladder. The telescope is fitted to a camera system that cooperates with the eyepiece of the telescope to generate the image on the display (not shown) .

[0107] As Figure 25 illustrates, the base of the adaptor holder has a dimension and mounting force to be fitted over the support-handle with medical drape in between, so that the support-handle and the mechanical arm are kept sterile throughout the operation.

[0108] The actuator platform operates the spools in the coupler to continually re-position the steerable arms and operate the end-effectors by following the coordinates of controllers in the (electromagnetic field) EMF as held and moved by the doctor in the control console . Further details of the control console are the subjects of other patent applications and it suffices here to note that the steerable arms are responsive to the control console remotely.

[0109] Preferably, the actuator platform on the positioning cart which operates the steerable arm is responsive to any change in the distance between the actuator and the support-handle, and is self-moving to maintain a pre-determined distance. To this end, the joints of the horizontal part of the mechanical arm are monitored, by suitable sensors that measures the angle of the pertinent pivots, and transmits the information to a processor in the positioning cart for calculating the distance and direction of the support-handle to the base of the mechanical arm. Figure 25 shows from the top drawing to bottom drawing how, if the support-handle is too near the actuator platform, which could bend the transmission link between the couplers and the steerable arms to an extreme extent, the actuator platform moves itself further away from the support-handle to straighten the transmission links and reduce its curvature.

[0110] Figure 26 shows from the top drawing to bottom drawing how, if the support-handle is too far from the actuator platform, the actuator platform moves itself nearer to the support-handle. This gives a bend using a dynamically maintained excess length of the transmission link, which prevents the transmission links from holding tension and inadvertently tilt the cystoscope. Optionally although not necessarily, the telescopic extension is also monitored for calculating the position of actuator platform and may cause the actuator platform to raise or lower depending on the support-handle’s height.

[0111] While there has been described in the foregoing description preferred embodiments of the present invention, it will be understood by those skilled in the technology concerned that many variations or modifications in details of design, construction or operation may be made without departing from the scope of the present invention as claimed.

[0112] For example, Figure 27 shows an alternative version of the adaptor-holder in which the pivot providing yaw rotation is a distance away from the pivot pitch rotation, instead of being co-located or coincident. However, in all the preferred embodiments, the cytoscope is stopped from providing any roll. Rolling may be acceptable in fully manual, non-robotic cystoscopes, since there are no robotic arms that depend on a relatively fixed or predictable orientation, e.g. water level.

[0113] Other preferred embodiments have co-located the pivots that are also aligned onto the axis of the elongate cystoscope. Figure 28 shows two such embodiments using different variations of nested rotatable frames, the first one mounted rotatably on the support-handle to allow a pitch, and the second one mounted rotatable onto the first frame to allow a yaw. However, the adaptor holder described in foregoing paragraphs and in Figure 6 is preferred over the examples of Figure 28 as it is easier to stop all rotation with a single actuator such as the knob.

[0114] Furthermore, as the skilled reader would understand, that description of counterparts in any embodiment includes embodiments in which these counterparts are in reversed positions. For example, Figure 29 is a simplified illustration of a variation of the embodiment shown in Figure 7 but with the ball affixed to the inner sheath and the clamp connected immovably to the mount (not shown) for mounting onto the top the support-handle. All the drawings in this specification are not drawn to scale for the sake of clarity. Hence, the relative size of the components illustrated may be larger or smaller than in an actual product of equivalent design.

[0115] [Rectified under Rule 91, 12.09.2025]In preferred cases, the afore-described embodiments of a cystoscope having a posterior portion held swivel-ably but immovably by the combination of the structure of the supporting arm and a locking mechanism. However, as shown in Figure 30, As shown in Figure 31, it is possible to provide a version of the inner sheath that is slide-ably held in the adapter-holder. Movements of the support-handle in a straight line within a plane, shown as up and down movement, does not prevent the outer sheath and inner sheath from sliding through the adapter-holder. This allows the proximal end of the cystoscope to exhibit a curved trajectory even though the support holder is moved linearly in the vertical axis.

Claims

1.A positioning system for a rigid-body endoscope, comprising:an adaptor-holder for holding the rigid-body endoscope;a support-handle for the rigid-body endoscope;the adaptor-holder mounted rotatably on the support-handle such that the rigid-body endoscope is able to yaw and pitch;a stop for resisting rolling of the rigid-body endoscope.2.A positioning system for a rigid-body endoscope as claimed in claim 1, comprising:a reversible lock for preventing the adaptor-holder from rotating.3.An endoscope positioning system, as claimed in claim 1 and claim 2, comprisinga support arm for the support-handle;the support arm can be moved to translate the support-handle from a position to a new position spatially.4.An endoscope positioning system, as claimed in claim 3, comprisingsensors for monitoring the horizontal distance of the new position of the support arm from a base reference.5.An endoscope positioning system, as claimed in claim 3 or claim 4, comprisingsensors for monitoring the height of the new position of the support arm.6.An endoscope positioning system, as claimed in claim 7 or claim 8, comprisinga lock-release trigger for releasing a locking mechanism in the support arm.7.An endoscope positioning system, as claimed in claim 9,the lock-release mechanism is provided on the support-handle to allow a single-handed grip to both move the holder-end and triggering the lock-release.8.An endoscope positioning system, as claimed in claim 4 or claim 5, further comprisingan actuator for mechanically linking to robotic parts in the endoscope;the actuator being capable of reacting to the new position of the support arm and moving to maintain a certain distance between the support arm and the actuator.9.An endoscope positioning system, as claimed in claim 8, further comprisinga positioning cart; whereinthe actuator is movably mounted on a positioning cart; andthe base reference of the support arm is the positioning cart.7 to claim 10.10.A method of positioning a cystoscope in a bladder for impact-safety;the cystoscope rotatably mounted by a proximal part of the cystoscope on a movable support; such that cystoscope is able to yaw and / or to pitch on the movable support; andthe cystoscope is constrained from rolling;the method comprising the steps oflocking the rotatable mounted cystoscope in an orientation for entry into a bladder;when the distal end of the cystoscope is inserted into the urethra, unlocking the rotatable mounting;locking the movable support in the current position; such thatcystoscope is able to rotate about the external urethral sphincter and the rotatable mounting, and slidably in the urethra to dissipate the force of an impact.

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