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特許6564501アンチツイストリンク配置を有する高アーティキュレーテッドプローブ、その形成方法及び医療手順実行方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6564501
(24)【登録日】2019年8月2日
(45)【発行日】2019年8月21日
(54)【発明の名称】アンチツイストリンク配置を有する高アーティキュレーテッドプローブ、その形成方法及び医療手順実行方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20190808BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
【請求項の数】23
【全頁数】37
(21)【出願番号】特願2018-121557(P2018-121557)
(22)【出願日】2018年6月27日
(62)【分割の表示】特願2014-530749(P2014-530749)の分割
【原出願日】2012年9月12日
(65)【公開番号】特開2018-187408(P2018-187408A)
(43)【公開日】2018年11月29日
【審査請求日】2018年7月13日
(31)【優先権主張番号】61/534,032
(32)【優先日】2011年9月13日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/578,582
(32)【優先日】2011年12月21日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/656,600
(32)【優先日】2012年6月7日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/681,340
(32)【優先日】2012年8月9日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】513021501
【氏名又は名称】メドロボティクス コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】オヨラ アーノルド
(72)【発明者】
【氏名】ザビアテ ブレット
(72)【発明者】
【氏名】ホイップル デール
(72)【発明者】
【氏名】スタンド ジョセフ エー
(72)【発明者】
【氏名】ディドメニコ ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ケネフィック ウィリアム エイチ
(72)【発明者】
【氏名】フラハティ ジェイ クリストファー
【審査官】
木村 立人
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００７−５１１２４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００７−５１１２４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５０４０７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１０−５００９０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１１−５１７６１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００７／０７５９８９（ＷＯ，Ａ２）
【文献】
国際公開第２００９／１４９４２１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１０／１２７１６２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１１／０００９８６３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｂ １／００５― １／００８
Ａ６１Ｂ ３４／００ ― ３４／３７
Ｂ２５Ｊ １／００ ― ２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれ第１長軸及び内面を有し、当該内面に第１凹状部分があり、当該第１凹状部分が第１長軸に沿って延びる複数個のアウタリンクと、
それぞれ第２長軸及び外面を有し、当該外面に第２凹状部分があり、当該第２凹状部分が第１凹状部分に対応すると共に、当該第２凹状部分は第２長軸に沿って延びる複数個のインナリンクと、
アウタリンクに備わる複数個の第１凹状部分と、そのそれぞれに対応する、インナリンクに備わる複数個の第２凹状部分との間にあり、インナリンク同士の二自由度アーティキュレーション及びアウタリンク同士の二自由度アーティキュレーションを可能とするアンチツイスト部材であって、複数個のインナリンクのうちの第１のインナリンクの、隣の第２のインナリンクに対する回動、及び複数個のアウタリンクのうちの第１のアウタリンクの、隣の第２のアウタリンクに対する回動を制限するアンチツイスト部材と、
を備えるアーティキュレーティングプローブ。
それぞれ第２長軸及び外面を有し、当該外面に第２凹状部分があり、当該第２凹状部分が第１凹状部分に対応すると共に、当該第２凹状部分は第２長軸に沿って延びる複数個のインナリンクと、
アウタリンクに備わる複数個の第１凹状部分と、そのそれぞれに対応する、インナリンクに備わる複数個の第２凹状部分との間にあり、インナリンク同士の二自由度アーティキュレーション及びアウタリンク同士の二自由度アーティキュレーションを可能とするアンチツイスト部材であって、複数個のインナリンクのうちの第１のインナリンクの、隣の第２のインナリンクに対する回動、及び複数個のアウタリンクのうちの第１のアウタリンクの、隣の第２のアウタリンクに対する回動を制限するアンチツイスト部材と、
を備えるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項2】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、複数個のインナリンクのうちの第１のインナリンクの、隣の第２のインナリンクに対する回動は、第２長軸について制限される、アーティキュレーティングプローブ。
【請求項3】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、複数個のアウタリンクのうちの第１のアウタリンクの、隣の第２のアウタリンクに対する回動は、第１長軸について制限される、アーティキュレーティングプローブ。
【請求項4】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、複数個のアウタリンクの各第１凹状部分及びそのそれぞれに対応する複数個のインナリンクの各第２凹状部分により本アーティキュレーティングプローブのワーキングチャネルが構成されているアーティキュレーティングプローブ。
【請求項5】
請求項４記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、ワーキングチャンネルの全長に亘って延設されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項6】
請求項４記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が分断されているアーティキュレーティングプローブ。
【請求項7】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が管状部材であるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項8】
請求項７記載のアーティキュレーティングプローブであって、管状部材が手元部及び先端部を含み、その手元部において管状部材が固定されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項9】
請求項７記載のアーティキュレーティングプローブであって、管状部材が手元部及び先端部を含み、その先端部において管状部材が固定されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項10】
請求項７記載のアーティキュレーティングプローブであって、管状部材の断面は中実断面である、アーティキュレーティングプローブ。
【請求項11】
請求項７記載のアーティキュレーティングプローブであって、管状部材の断面は中空断面である、アーティキュレーティングプローブ。
【請求項12】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材は、隣接インナリンクのアーティキュレーション及び隣接アウタリンクのアーティキュレーションが可能になるよう、可撓性のある素材で構成されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項13】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、複数個のアウタリンクの第１凹状部分のうちの少なくとも１個に固定されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項14】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、複数個のインナリンクの第２凹状部分のうちの少なくとも１個に固定されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項15】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、複数個のアウタリンクの第１凹状部分のうちの少なくとも１個に固定され、且つ、複数個のインナリンクの第２凹状部分のうちの少なくとも１個に固定されるアーティキュレーティングプローブ。
【請求項16】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、複数個のアウタリンクが手元アウタリンク及び先端アウタリンクを含み、複数個のインナリンクが手元インナリンク及び先端インナリンクを含むアーティキュレーティングプローブ。
【請求項17】
請求項１６記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、手元アウタリンクと先端アウタリンクとの間に延びているアーティキュレーティングプローブ。
【請求項18】
請求項１６記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が手元インナリンクと先端インナリンクとの間に延びているアーティキュレーティングプローブ。
【請求項19】
請求項１６記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、手元アウタリンクと先端アウタリンクとの間で分断されているアーティキュレーティングプローブ。
【請求項20】
請求項１６記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、手元インナリンクと先端インナリンクとの間で分断されているアーティキュレーティングプローブ。
【請求項21】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材として複数個のアンチツイスト部材が存在するアーティキュレーティングプローブ。
【請求項22】
請求項１記載のアーティキュレーティングプローブであって、各アウタリンクが複数個の第１凹状部分を含み、各インナリンクが、アウタリンクの複数個の第１凹状部分にそれぞれ対応する複数個の第２凹状部分を含むアーティキュレーティングプローブ。
【請求項23】
請求項２２記載のアーティキュレーティングプローブであって、アンチツイスト部材が、複数個の第１凹状部分と複数個の第２凹状部分との間に配置された複数個のアンチツイスト部材で構成されるアーティキュレーティングプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２０１１年９月１３日付米国暫定特許出願第６１／５３４０３２号の利益を享受する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0002】
本願は、２０１１年１２月２１日付米国暫定特許出願第６１／５７８５８２号の利益を享受する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0003】
本願は、２０１２年６月７日付米国暫定特許出願第６１／６５６６００号の利益を享受する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0004】
本願は、２０１２年８月９日付米国暫定特許出願第６１／６８１３４０号の利益を享受する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0005】
本願は、２０１２年６月１日付国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４０４１４号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0006】
本願は、２０１１年６月２日付米国暫定特許出願第６１／４９２５７８号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0007】
本願は、２０１２年４月５日付国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０３２２７９号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0008】
本願は、２０１１年４月６日付米国暫定特許出願第６１／４７２３４４号の利益に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0009】
本願は、２０１１年１１月１０日付国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０６０２１４号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0010】
本願は、２０１０年１１月１１日付米国暫定特許出願第６１／４１２７３３号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0011】
本願は、２０１１年１０月２１日付国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５７２８２号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0012】
本願は、２０１０年１０月２２日付米国暫定特許出願第６１／４０６０３２号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0013】
本願は、２０１１年７月２１日付国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４４８１１号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0014】
本願は、２０１０年７月２８日付米国暫定特許出願第６１／３６８２５７号に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0015】
本願は、２００６年１２月２０日付米国特許出願第１１／６３０２７９号ひいては特許文献１に関連する出願である（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）。
【0016】
本発明はロボット工学、特に三次元的で可撓且つステアラブルなロボット装置並びにその形成方法及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0017】
侵襲性の低い医療技術及び手順が普及するにつれ、外科医その他の医療従事者がスネーク状ロボットシステムを使用することが多くなった。このシステムは高アーティキュレーテッドマルチリンクプローブ（関節性の高い多リンク型のプローブ）を有するシステムであり、それ以外の手段ではアクセス困難な人体内組織構成部分にもアクセスすることができる。こうしたロボットシステムを使用することで、従来は切開手術が必要であった場面で医療従事者等が非侵襲的手順を使用することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0018】
【特許文献1】米国特許出願公開第２００９／０１７１１５１号明細書
【特許文献2】米国特許第５７５９１５１号明細書
【特許文献3】米国特許第６６１０００７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
上述したタイプのロボットシステムにはワーキングチャネルと呼ばれる複数本のデバイスチャネルが設けられる。これは、手術中に手術ツールや検査ツールを導入、案内するために使用される。従来のアーティキュレーティングプローブ（関節付きプローブ）は一般に複数個のステアラブルリンクで構成されており、それらリンク間でツイスト（ねじれ）が生じやすかった。そのことが、アーティキュレーティングプローブの性能上の問題につながっていた。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明はアーティキュレーティングロボットシステム、ロボットシステムユーザインタフェース、ロボットシステム制御用ヒューマンインタフェースデバイス、ロボットシステム制御方法等として実施可能である。
【0021】
本発明の一実施形態に係るアーティキュレーティングプローブは、第１長軸、第１アーティキュレーション面（関節面）及び第１モーションリミッティング要素（運動制限要素）を有する第１リンクと、第２長軸、第２アーティキュレーション面及び第２モーションリミッティング要素を有する第２リンクと、第１リンクに対する第２リンクの二自由度アーティキュレーション（関節運動）が可能になるよう、第１アーティキュレーション面及び第２アーティキュレーション面によって形成及び配置されているアーティキュレーションジョイントと、第１リンクの第１長軸に対する第２リンクの第２長軸周りでの回動が抑制されるよう、第１モーションリミッティング要素及び第２モーションリミッティング要素によって形成及び配置されているモーションレジスティングアセンブリ（運動制約アセンブリ）と、を有する第１機構を備える。
【0022】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が凸面、第２アーティキュレーション面が凹面である。
【0023】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面である。
【0024】
ある種の実施形態においては、第２アーティキュレーション面が半球状の凹面である。
【0025】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素がピン、第２モーションリミッティング要素がスロットを有し、第１リンクのピンが第２リンクのスロットに係合する。
【0026】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面であり、ピンがその凸面の赤道面から延びるように配置される。
【0027】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素が第１及び第２ピン、第２モーションリミッティング要素がそれに対応する第１及び第２スロットを有し、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション運動の範囲全体に亘り、第１及び第２ピンのうち少なくとも一方が、対応する第１及び第２スロットのうち少なくとも一方と、少なくとも部分的に係合する。
【0028】
ある種の実施形態においては、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション角が０であるときに、第１及び第２ピン双方が、第１及び第２スロットのうち対応するものと部分的に係合する。
【0029】
ある種の実施形態においては、第１及び第２ピンが、第１アーティキュレーション面に沿い第１長軸周りで１８０°の角度間隔を呈する。
【0030】
ある種の実施形態においては、第１及び第２スロットが、第２アーティキュレーション面に沿い第２長軸周りで１８０°の角度間隔を呈する。
【0031】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素が１本のピン、第２モーションリミッティング要素が１個のスロットを有し、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション運動の範囲全体に亘り、ピンがスロットと少なくとも部分的に係合する。
【0032】
ある種の実施形態においては、ピンが第１アーティキュレーション面上、スロットが第２アーティキュレーション面上に位置する。
【0033】
ある種の実施形態においては、スロットが第１アーティキュレーション面上、ピンが第２アーティキュレーション面上に位置する。
【0034】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面であり、ピンが第１アーティキュレーション面のうち赤道・極間の部分に位置し、スロットが第２アーティキュレーション面上に位置する。
【0035】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面であり、スロットがその半球状の第１アーティキュレーション面のうち赤道・極間の部分に位置し、ピンが第２アーティキュレーション面上に位置する。
【0036】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素が単一のスロット、第２モーションリミッティング要素が単一のピンを有し、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション運動の範囲全体に亘り、ピンがスロットと少なくとも部分的に係合する。
【0037】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面であり、スロットが、第１リンクの半球状の第１アーティキュレーション面上に位置すると共にその第１アーティキュレーション面の赤道から極へと延び、ピンが第２リンクの第２アーティキュレーション面下に位置する。
【0038】
ある種の実施形態においては、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション角が０であるときに、第２リンク上のピンが、第１リンクに備わる第１アーティキュレーション面の赤道に揃う位置を占める。
【0039】
ある種の実施形態においては、第２リンクが、更に、ピンに対し１２０°ずれた角度位置にある単一のスロットを有する第３モーションリミッティング要素を備え、その第３モーションリミッティング要素により形成される第２モーションリミッティングアセンブリが、対応するピンを有する第３リンクが第２リンクに対し第２長軸周りで呈する回動に抗するよう構成及び配置される。
【0040】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素が少なくとも１個のリブ、第２モーションリミッティング要素が少なくとも１個の窪みを有し、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション運動の範囲全体に亘り、少なくとも１個のリブが少なくとも１個の窪みと少なくとも部分的に係合する。
【0041】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素が複数個のリブ、第２モーションリミッティング要素がそれに対応する複数個の窪みを有し、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション運動の範囲全体に亘り、複数個のリブのうち少なくとも１個が、複数個の窪みのうち対応する少なくとも１個と、少なくとも部分的に係合する。
【0042】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面であり、複数個のリブが、第１アーティキュレーション面の赤道部に沿い第１長軸周りで一定角度間隔で以て間隔配置される。
【0043】
ある種の実施形態においては、リブの個数が２個であり、第１リンクの第１長軸を中心に１８０°の間隔で配置される。
【0044】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が２個であり、第２長軸を中心に１８０°の間隔で設けられる。
【0045】
ある種の実施形態においては、リブの個数が３個であり、第１リンクの第１長軸を中心に１２０°の間隔で配置される。
【0046】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が３個であり、第２長軸を中心に１２０°の間隔で設けられる。
【0047】
ある種の実施形態においては、リブの個数が４個であり、第１リンクの第１長軸を中心に９０°の間隔で配置される。
【0048】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が４個であり、第２長軸を中心に９０°の間隔で設けられる。
【0049】
ある種の実施形態においては、リブの個数が５個であり、第１リンクの第１長軸を中心に７２°の間隔で配置される。
【0050】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が５個であり、第２長軸を中心に７２°の間隔で設けられる。
【0051】
ある種の実施形態においては、リブの個数が６個であり、第１リンクの第１長軸を中心に６０°の間隔で配置される。
【0052】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が６個であり、第２長軸を中心に６０°の間隔で設けられる。
【0053】
ある種の実施形態においては、リブの個数が７個であり、第１リンクの第１長軸を中心に３６０°／７の間隔で配置される。
【0054】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が７個であり、第２長軸を中心に３６０°／７の間隔で設けられる。
【0055】
ある種の実施形態においては、リブの個数が８個であり、第１リンクの第１長軸を中心に４５°の間隔で配置される。
【0056】
ある種の実施形態においては、窪みの個数が８個であり、第２長軸を中心に４５°の間隔で設けられる。
【0057】
ある種の実施形態においては、第１リンクの外面のうち隣り合うリブ間の部分が平坦である。
【0058】
ある種の実施形態においては、第２リンクの内面のうち隣り合う窪み間の部分が平坦である。
【0059】
ある種の実施形態においては、第２リンクの内面のうち隣り合う窪み間の部分に湾曲がある。
【0060】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が凸面、第２アーティキュレーション面が凹面である。
【0061】
ある種の実施形態においては、凸状の第１アーティキュレーション面が半楕円体面である。
【0062】
ある種の実施形態においては、凹状の第２アーティキュレーション面が半楕円体面である。
【0063】
ある種の実施形態においては、第１リンクに備わる半楕円体状の第１アーティキュレーション面が第１モーションリミッティング要素を構成し、第２リンクに備わる半楕円体状の第２アーティキュレーション面が第２モーションリミッティング要素を構成する。
【0064】
ある種の実施形態においては、第１及び第２リンクの最外面が、第１及び第２長軸のうち対応するものを中心とした円形の断面を呈する。
【0065】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面の半楕円体面が、マイナー軸と、マイナー軸に勝る長さのメジャー軸と、を有する。
【0066】
ある種の実施形態においては、第２アーティキュレーション面の半楕円体面が、マイナー軸と、マイナー軸に勝る長さのメジャー軸と、を有する。
【0067】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が凸状部分及び凹状部分を有し、第２アーティキュレーション面が第１アーティキュレーション面の凸状部分及び凹状部分に対応する凹状部分及び凸状部分を有する。
【0068】
ある種の実施形態においては、第１リンクの第１アーティキュレーション面が第１モーションリミッティング要素を有し、第２リンクの第２アーティキュレーション面が第２モーションリミッティング要素を有する。
【0069】
ある種の実施形態においては、第１及び第２リンクの最外面が、第１及び第２長軸のうち対応するものを中心とした円形の断面を呈する。
【0070】
ある種の実施形態においては、第１及び第２リンクがアーティキュレーティングプローブのアウタリンクを構成する。
【0071】
ある種の実施形態においては、第１及び第２リンクが本アーティキュレーティングプローブのインナリンクを構成する。
【0072】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素が第１マグネット、第２モーションリミッティング要素が第２マグネットを有し、第１及び第２マグネットが、互いに磁気的に結合するよう第１及び第２リンクのうち対応するものの上に配置される。
【0073】
ある種の実施形態においては、第１及び第２リンクが、それぞれ、下面及び上部ショルダを有するベースを備え、第１マグネットがベースの上部ショルダ上、第２マグネットがベースの下面上に位置し、第１及び第２マグネットが、互いに磁気的に結合するよう互いに整列される。
【0074】
ある種の実施形態においては、第１及び第２マグネットが逆極性を呈する。
【0075】
ある種の実施形態においては、第１マグネットが複数個、第２マグネットが複数個あり、それら複数個の第１及び第２マグネットが第１及び第２リンクのうち対応するものの長軸周りで一定角度間隔にて配置される。
【0076】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が凸面、第２アーティキュレーション面が凹面である。
【0077】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が半球状の凸面である。
【0078】
ある種の実施形態においては、第２アーティキュレーション面が半球上の凹面である。
【0079】
ある種の実施形態においては、第１マグネットが第１アーティキュレーション面上、第２マグネットが第２アーティキュレーション面上に位置し、第１及び第２マグネットが、互いに磁気的に結合するよう互いに整列される。
【0080】
ある種の実施形態においては、第１及び第２マグネットが逆極性を呈する。
【0081】
ある種の実施形態においては、第１マグネットのうち幾つかが第１極性、第１マグネットのうち残りの幾つかが第１極性とは逆の第２極性を呈する。
【0082】
ある種の実施形態においては、全ての第１マグネットが同一の第１極性であり、全ての第２マグネットが同一の第２極性である。
【0083】
ある種の実施形態においては、第１マグネットが複数個、第２マグネットが複数個あり、それら複数個の第１及び第２マグネットが第１及び第２リンクのうち対応するものの長軸周りで一定角度間隔にて配置される。
【0084】
ある種の実施形態においては、それら複数個の第１及び第２マグネットが、第１及び第２アーティキュレーション面のうち対応するものに埋め込まれたディスクリートな磁気要素を含む。
【0085】
ある種の実施形態においては、それら複数個の第１及び第２マグネットが、第１及び第２アーティキュレーション面のうち対応するものに埋め込まれた磁気ストリップを含む。
【0086】
ある種の実施形態においては、第１アーティキュレーション面が凸面、第２アーティキュレーション面が凹面である。
【0087】
ある種の実施形態においては、第１モーションリミッティング要素がピン、第２モーションリミッティング要素がスロットを有し、第１リンクのピンが第２リンクのスロットと係合し、第２リンクに対する第１リンクの回動に抗するよう第１リンクのピンが第２リンクのスロットの側壁と相互作用する。
【0088】
ある種の実施形態においては、第１機構がアーティキュレーティングプローブのアウタリンク機構を構成する。
【0089】
ある種の実施形態においては、第１機構がアーティキュレーティングプローブのインナリンク機構を構成する。
【0090】
ある種の実施形態においては、モーションリミッティングアセンブリが、その長軸周りでの第２リンクの回動角を約１°に制限する。
【0091】
ある種の実施形態においては、第１リンク及び第２リンクを通り、第１及び第２長軸のうち対応するものに対し平行な方向に延びる少なくとも１個のステアリングケーブル開口を有する。
【0092】
ある種の実施形態においては、第１機構内のリンクに対応する少なくとも１本のステアリングケーブルを有し、そのステアリングケーブルを選択的に引っ張ることで第１及び第２アーティキュレーション面を物理的に接触した状態に保ち、選択的に緩めることで第１リンクに対する第２リンクの選択的な運動を可能にする。
【0093】
ある種の実施形態においては、ステアリングケーブル開口が複数個、ステアリングケーブルが複数本ある。
【0094】
ある種の実施形態においては、ステアリングケーブル開口及びステアリングケーブルが各２個ある。
【0095】
ある種の実施形態においては、ステアリングケーブル開口及びステアリングケーブルが各３個ある。
【0096】
ある種の実施形態においては、ステアリングケーブル開口及びステアリングケーブルが各４個ある。
【0097】
ある種の実施形態においては、第１リンクが、更に、第１リンクの第１長軸に対し直交すると共に互いに直交する第１アーティキュレーション軸及び第２アーティキュレーション軸を有し、第２リンクが、更に、第２リンクの第２長軸に対し直交すると共に互いに直交する第１アーティキュレーション軸及び第２アーティキュレーション軸を有し、第１リンクに対する第２リンクの二自由度アーティキュレーションが、第１リンクの第１及び第２アーティキュレーション軸周りでの第２リンクの角度変化を含む。
【0098】
本発明の他の実施形態に係るアーティキュレーティングプローブは、それぞれ第１長軸及び内面を有し、その内面に少なくとも１個の第１凹状部分があり、その第１凹状部分が第１長軸に沿って延びる複数個のアウタリンクと、それぞれ第２長軸及び外面を有し、その外面に少なくとも１個の第２凹状部分があり、その第２凹状部分が第２長軸に沿って延びる複数個のインナリンクと、アウタリンクに備わる複数個の第１凹状部分とインナリンクに備わる複数個の第２凹状部分との間にあり、インナリンク同士の二自由度アーティキュレーション及びアウタリンク同士の二自由度アーティキュレーションを可能とする共に、隣のインナリンクに対するインナリンクの回動及び隣のアウタリンクに対するアウタリンクの回動を制限するアンチツイスト部材と、を備える。
【0099】
ある種の実施形態においては、アウタリンクの第１凹状部分及びインナリンクの第２凹状部分によりアーティキュレーティングプローブのワーキングチャネルが構成される。
【0100】
ある種の実施形態においては、アンチツイスト部材が管状部材である。
【0101】
ある種の実施形態においては、アンチツイスト部材が、複数個のインナリンク及び複数個のアウタリンクのうち手元部にあるリンクから先端部にあるリンクまで連続する
【0102】
ある種の実施形態においては、アンチツイスト部材が、複数個のインナリンク及び複数個のアウタリンクのうち手元部にあるリンクから先端部にあるリンクまで分断される。
【0103】
本発明の他の実施形態に係る外科手術実行方法は、本願記載のアーティキュレーションプローブを選定するステップと、そのアーティキュレーティングプローブを使用する少なくとも１個のツールが位置決めされるようアーティキュレーションプローブを操作するステップと、を有する。
【0104】
本発明の他の実施形態に係る外科手術実行システムは、本願記載のアーティキュレーションプローブを備える。
【0105】
本発明の他の実施形態に係るアーティキュレーションプローブ形成方法は、第１機構を準備するステップを有し、そのステップが、第１長軸、第１アーティキュレーション面及び第１モーションリミッティング要素を有する第１リンクを形成するステップと、第２長軸、第２アーティキュレーション面及び第２モーションリミッティング要素を有する第２リンクを形成するステップと、第１リンクに対する第２リンクの二自由度アーティキュレーションが可能になるよう、第１アーティキュレーション面及び第２アーティキュレーション面によって形成及び配置されているアーティキュレーションジョイントを形成するステップと、第１リンクの第１長軸に対する第２リンクの第２長軸周りでの回動が抑制されるよう、第１モーションリミッティング要素及び第２モーションリミッティング要素によって形成及び配置されているモーションレジスティングアセンブリを形成するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0106】
【図1A】本発明の一実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの側面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わるアウタリンクの下方斜視図である。
【図3A】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わるアウタリンク群の斜視図である。
【図3B】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わるアウタリンク群の斜視図である。
【図4】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの斜視図である。
【図5A】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの側面図である。
【図6A】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの下方斜視図である。
【図7A】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２インナリンクの下方斜視図である。
【図8A(1)】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第２アウタリンクの上面図である。
【図8A(2)】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１アウタリンクの上面図である。
【図8B(1)】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第２アウタリンクの上面図である。
【図8B(2)】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１アウタリンクの上面図である。
【図8C(1)】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第２アウタリンクの上面図である。
【図8C(2)】本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１アウタリンクの上面図である。
【図9】本発明の一実施形態におけるインナリンク、アウタリンク及びその間に挟まるアンチツイスト部材の断面図である。
【図10A】本発明の一実施形態に係る高アーティキュレーテッドプローブ装置を模式的に示す図である。
【図10B】同プローブ装置を模式的に示す図である。
【図10C】同プローブ装置を模式的に示す図である。
【図11A】本発明の一実施形態に係る高アーティキュレーテッドプローブで実現しうる形状を示す図である。
【図11B】同プローブで実現しうる他の形状を示す図である。
【図12A】本発明の一実施形態におけるアウタスリーブのリンクを示す図である。
【図12B】同アウタスリーブのリンクを示す図である。
【図12C】同アウタスリーブのリンクを示す図である。
【図12D】同アウタスリーブのリンクを示す図である。
【図13A】本発明の一実施形態におけるインナコアのリンクを示す断面図である。
【図13B】同インナコアのリンクを示す端面図である。
【図14A】本発明の一実施形態におけるフィーディング機構の一例を示す図である。
【図14B】同機構を示す図である。
【図15】本発明の一実施形態におけるケーブルテンション制御装置を示す図である。
【図16】本発明の一実施形態におけるアウタスリーブケーブルテンション制御装置を示す図である。
【図17】本発明の一実施形態におけるインナコアケーブルテンション制御装置を示す図である。
【図18】本発明の一実施形態における制御システムの構成要素及びそれら要素間の情報流を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0107】
以下、上掲のものを含め本発明の目的、構成及び効果に関し明らかにすべく、別紙図面を参照しつつ本発明の諸実施形態について説明する。参照する図面では、同様の部材に対し同様の参照符号を付してある。本発明の仕組みについて説明すべく強調が施されているので、それら図面は原寸比に忠実であるとは限らない。
【0108】
以下の説明では、種々の用語を、本発明の要旨を限定する目的ではなく本発明の諸実施形態を説明する目的で使用している。単数か複数かが明示されていないものは、文脈上自明でない限り、単数でも複数でもかまわない。更に、「備える」「有する」「含む」「呈する」等の語は、参照している特徴、物体、ステップ、動作、要素又は部品が存在していることを述べる趣旨で使用している。即ち、他の１個又は複数個の特徴、物体、ステップ、動作、要素、部品又はその組合せの存在乃至付加を排除しない趣旨で使用している。
【0109】
また、「第１」「第２」「第３」等の語を種々の条件、要素、部品、領域、層乃至部分に前置して使用するが、これはそれらの語でそれら条件、要素、部品、領域、層乃至部分を実体的に限定する趣旨ではない。「第１」「第２」「第３」等の語を使用するのは、専ら、その条件等を他の条件等と区別するためである。従って、本願による開示に違背しない範囲内で、同じ条件、要素、部品、領域、層乃至部分のことを第１の条件等と称することもあれば第２の条件等と称することもある。
【0110】
そして、ある要素が他の要素と「接触」「接続」「連結」等するとの表現は、前者が後者に直接「接触」等していても他の要素が介在していてもかまわない、との趣旨である。但し、「直接に」接触等する趣旨の語が併用されている場合は介在部材が存在しないものとする。要素間関係について述べるその他の語についても同様に解されたい（例．「間」対「直間」や「近接」対「隣接」）。また、第１の要素が第２の要素「上」を通るとの表現は、第２の要素の上を第１の要素が通っていても下を通っていてもかまわない、との趣旨である。第１の要素と第２の要素が直接に連結等していても、両要素間に他の要素が介在していても、両要素間に空間乃至間隙があってもかまわない。
【0111】
まず、ステアラブルマルチリンク高アーティキュレーテッドプローブには様々な種類がある。例えば特許文献２（発明者：Ｒｏｂｅｒｔ Ｓｔｕｒｇｅｓ；この参照を以て全内容を本願に繰り入れることとする）には、検査手順向けの可撓且つステアラブルな装置が記載されている。この装置には、１個又は複数個のスパインと、その長手方向に沿ってスパインを随時硬直化及び可撓化させる硬化手段と、が備わっている。そのスパインが可撓シースに収まっていて、そのシースがスパインに対し軸沿い摺動可能な構成であるので、硬直化させたスパインを同シースで硬直化状態に保つことや、可撓化させたスパインが撓みすぎないよう同シースで抑えることができる。また、装置の先端にはステアラブルなチップが、また手元端にはそのチップ用の制御手段が搭載されている。装置の先端には、スパインの硬化手段を随時オンオフさせるための機構がある。装置内導路はシース上に装着されている。
【0112】
次に、米国特許出願第１１／６３０２７９号（発明者：Ｈｏｗａｒｄ Ｃｈｏｓｅｔ；この参照を以て全内容を本願に繰り入れることとする）には、インナコア及びアウタスリーブを前進及び後退させるフィーディング機構が記載されている。この機構には、ステアリングに使用される制御ケーブルに随時張力を加えることで、インナコア又はアウタスリーブの状態を硬直化状態・可撓可状態間で切り替える機能もある。
【0113】
更に、特許文献３には、長尺な本体、随時ステアリングされる先端部及び自動制御される手元部を備えるステアラブル内視鏡が記載されている。内視鏡本体は患者体内に入れるべき部分であり、先端部はその患者の体内で採るべき経路を選び取るのに使用される。内視鏡本体を前進させるに当たっては、電子モーションコントローラの許で手元部を動作させ、先端部に所要曲線をなぞらせる。次の所要経路は先端部が選び取り、内視鏡本体はそれに沿って前進させる。内視鏡本体が更に前進すると内視鏡本体に沿い手元部寄りで経路が曲がり、内視鏡本体を手元方向に後退させると内視鏡本体に沿い先端部寄りで経路が曲がる。その結果、内視鏡本体が経路沿いに蛇状運動を起こし、体内組織内、体内組織周辺及び体内組織間に延びる所要経路が曲がりくねることとなる。
【0114】
図１０Ａ〜図１０Ｃに、本発明の一実施形態に係る高アーティキュレーテッドプローブ装置を模式的に示す。図示した実施形態に係る高アーティキュレーテッドロボットプローブ１０は、基本的には同心な２個の機構、即ちアウタ機構及びインナ機構で構成されており、アウタ機構もインナ機構も図示の通りステアラブルな機構とされている。また、図１０Ａ〜図１０Ｃの間にはプローブ１０の動かし方に違いがある。まず、図１０Ａにおけるインナ機構即ち第１機構はインナコア乃至インナコア機構１２、アウタ機構即ち第２機構はアウタスリーブ乃至アウタスリーブ機構１４である。どちらの機構も硬直化（リジッド）状態及び可撓化（リンプ）状態を採りうる。硬直化モード乃至状態の機構は可撓性（フレキシビリティ）が低く、その形状を容易には変化させることができない。可撓化モード乃至状態の機構は可撓性が高く、周囲の形状をなぞらせること即ち変形させることができる。なお、ここでいう「可撓化」とは、重力の作用や周囲物体の形状に応じその構造の経路が受動的に決まる状態のことではない。寧ろ、装置使用者が望んでいる位置及び経路を辿らせることが可能な状態のことを指している。即ち、グニャグニャと受動的に動くのではなく関節のように制御されたかたちで動く状態のことを指している。
【0115】
動かすに際しては、まず一方の機構を可撓化状態、他方の機構を硬直化状態にする。説明のため、図１０Ａのステップ１では、インナコア１２を可撓化状態、アウタスリーブ１４を硬直化状態としている。この状態で、後述の要領に従いフィーディング機構１６でインナコア１２を押し、同図のステップ２に示す如くそのヘッド即ち先端部をステアリングする。更に、インナコア１２を硬直化状態、アウタスリーブ１４を可撓化状態にしてアウタスリーブ１４を前方に押し、同図のステップ３に示す如くアウタスリーブ１４をインナコア１２に倣いまた追いつくように前進させる。その次は、インナコア１２を可撓化状態、アウタスリーブ１４を硬直化状態として同様のプロセスを反復する。これに代え、アウタスリーブ１４をもステアリングするようにしてもよい。図１０Ｂに示したのがそうした装置動作例である。図１０Ｂでは、各機構が他の機構に追いつきつつ１リンクずつ進んでいる。また、例えば、インナコア１２ではなくアウタスリーブ１４をステアリングするようにしてもよい。図１０Ｃに示したのがそうした装置動作例である。
【0116】
医療分野では、プローブ１０が所要位置に到達すると、使用者（通常は外科医）が１個又は複数個のチャネル内にツールを挿入して種々の診断乃至治療手順を実行する。そのチャネルとしては、アウタスリーブ１４内、インナコア１２上又はアウタスリーブ１４・インナコア１２間に形成されたチャネルが使用される。こうしたチャネルはワーキングチャネルと呼ばれており、例えばアウタリンクシステムに形成された第１窪みとインナリンクシステムに形成された第２窪みとの間に延設される。アウタリンク及びインナリンクの形態については図１Ａ〜図９を参照して詳述する。
【0117】
臨床手順例えば手術以外にも、こうしたプローブ１０の用途は数多くある。例えば、エンジンの検査、修理及び改造、タンクの検査及び修理、索敵及び監視の用途、爆弾の処理、潜水艦コンパートメント内や核兵器内のように狭い空間内での検査乃至修理、建物をはじめとする構造の検査、危険な廃棄物の処置、炭疽菌のような生物学的サンプルの採取、その組合せ等である。自明な通り、本発明に係る装置には様々な用途があり、いずれかの用途に限定されるものではない。
【0118】
インナコア１２やアウタスリーブ１４は、ステアリング可能であると共に、個別的に硬直化及び可撓化させることができるので、プローブ１０を三次元空間内の随所へと差し向けることができる。そのため、プローブ１０に自分の従前形状を“覚え”させ、三次元空間例えば（人間）患者の体腔内空間にて随所に送り込むことができる。図１１Ａ及び図１１Ｂに、プローブ１０で実現しうる形状の例を示す。
【0119】
図１２Ａ〜図１２Ｄ、図１３Ａ及び図１３Ｂに例示するように、アウタスリーブ１４及びインナコア１２はいずれも同心円筒、即ちアウタリンク２２及びインナリンク２４で形成することができる。その他の形状のリンク、例えばドッグボーン状リンク（図示せず）や非同心的な形状のリンク例えばバックボーン状リンク等も使用可能である。また、本実施形態ではリンク２２，２４の端部が平坦ではなく、その一端２６が突出面即ち凸状係合面、他端２８が陥入面即ち凹状係合面となっている。ここでは凸状係合面と凹状係合面が半球面でその曲率半径がほぼ同一であるが、本願記載の通り本発明はこうした形状に限定されない。リンク２２は、あるリンク２２の凹状端２８に隣のリンク２２の凸状端２６が嵌まる、といった端部間入れ子の要領で連鎖される。同様に、リンク２４も端部間入れ子の要領で連鎖される。その結果、運動学的な観点からみて球状なジョイントが形成される。本実施形態では、各リンクを隣のリンクのヘッドに沿い回動させること即ちアーティキュレートすることが可能で、諸方向に亘り約１０〜２０°のアーティキュレーション幅を呈する球状ジョイントが機能している。その他の回動幅にすることも可能であるし、場合によってはそれによるメリットも生じる。更に、本実施形態では、リンク２２に複数個のチャネル３０乃至ケーブル開口が設けられている。この開口３０には例えば複数本の制御ケーブルが通される。或いは、長尺ツール等の長尺装置が通される。
【0120】
本実施形態では、アウタスリーブ１４及びインナコア１２双方のヘッド即ち先端部を、互いに１２０°離れた位置にある３本のケーブルでステアリングすることができる。図１２Ａ〜図１２Ｄに示す小円筒状のチャネル３０にはそれぞれケーブルが通る。アウタリンク２２にはこのチャネル３０が３個設けられている。図１３Ａ及び図１３Ｂに示す例では孔３４にケーブルが通る。通すケーブルが１本であるので、インナリンク２４にはこの孔３４が中心に１個設けられている。
【0121】
なお、本実施形態ではケーブルとして可撓なフィラメント状構造例えば導電性又は非導電性のワイヤを想定しているが、これ以外の可撓化部分操作手段を用いることもできる。例えば、個別のリンク間に機械的リンク手段、例えば小型の水圧式乃至油圧式ピストンを配してもよい。そうした構成も本発明の技術的範囲内に属する。
【0122】
リンクひいてはプローブ１０は様々な素材で形成することができる。例えばプラスチック等のようにＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）コンパチブルな素材である。アウタスリーブ１４の直径は様々な値、例えば５ｍｍ超の値にすることができる。同様に、インナコア１２の直径は様々な値、例えばアウタスリーブ１４の直径より小さいが３ｍｍ超の値にすることができる。アウタリンクアセンブリを構成するアウタリンクの総数やインナリンクアセンブリを構成するインナリンクの総数は様々な値、例えば１０個超とすることができる。
【0123】
上述した通り、インナコア１２及びアウタスリーブ１４は、可撓なフィラメント状構造例えばケーブルを使用し、硬直化及び可撓化させることができる。本実施形態では、アウタスリーブ１４を構成する一群のリンク２２が３本のケーブルに沿い連なっている。それら３本のケーブルが１２０°間隔で配されているので、スリーブ１４を任意方向にステアリングすることができる。プローブ１０の曲率半径は、リンク２２の長さ、組み合わさるリンク２２の端部間の係合寸法等、様々な要因に依存する。ケーブルをアウタスリーブ１４の後方に向け引っ張ると、リンク２２同士が互いに近づくように引っ張られる。引っ張る力が強まると、隣り合うリンク２２間の摩擦力が強まり、いずれはアウタスリーブ１４全体が硬直化する（即ち硬直化モードに突入する）。引っ張る力が弱まるとアウタスリーブ１４は可撓化状態になる。即ち、ケーブル及びそのテンショニングアセンブリ（例．モータ駆動プーリ）がロッキング装置を形成する。テンショニングアセンブリは、そのテンショニングアセンブリを制御する電子回路と共に、そのケーブルに作用する張力を制御する手段を形成する。アウタスリーブ１４がインナコア１２面前のあるリンク位置に位置決めされていて、インナコア１２が硬直化状態になっていれば、アウタスリーブ１４の先端部に位置するリンクの向きを、３本あるケーブルのうち１本又は複数本を引っ張ることで変えることができる。ケーブルの前進及び後退に加え、各ケーブルに作用する引っ張り力の強さもモニタ乃至制御することができる。３本のケーブルを同じ強さで引っ張ると、アウタスリーブ１４はその形状を変えずに硬直化状態になる。
【0124】
インナコア１２も、アウタスリーブ１４と同様、一群のリンクで構成されている。但し、アウタスリーブ１４と違い、インナコア１２にはステアリング能力を付与する必要がない。無論、ステアリング能力をオプションとしてインナコア１２に付加することもできる。また、インナコア１２を硬直化モード・可撓化モード間で変化させることができる。従って、インナコア１２をステアリング可能とする必要がない場合は、図示例のように、インナコア１２を構成するリンク群が連なるケーブルを１本にすればよい。それにより、プローブ１０の直径を抑えることができる。
【0125】
上述のように、プローブ１０の制御にはフィーディング機構１６が使用される。図１４Ａ及び図１４Ｂにフィーディング機構１６の一例を示す。この例では、機構１６による前進及び後退を通じプローブ１０が注目領域、例えば食道、腹膜腔、囲心腔等の患者体内空間内に挿抜される。機構１６には可動なカートが２個備わっている。第１固定トレイ４３内に装着されている第１カート４２はアウタスリーブ１４を前進及び後退させ、第２固定トレイ４５内に装着されている第２カート４４はインナコア１２を前進及び後退させる。各カート４２，４４ひいてはインナコア１２及びアウタスリーブ１４は、それぞれ、対応するリニアアクチュエータ４６，４８によって個別に駆動される。リニアアクチュエータ４６，４８には、本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）にとり既知の通り、位置制御用にシャフトエンコーダ（図示せず）を設けることができる。これに代え又は加え、モータ電流をモニタすることによっても、ケーブルに働く張力の強さを調べ位置制御に利用することができる。ケーブル張力値は１個又は複数個のセンサ、例えばロードセルでモニタすることができる。ケーブル張力、カート位置、プローブの向き及び形状等のシステムパラメタに関する情報を得る手段としては、その他、相応の位置センサその他のセンサを使用することができる。用いうるセンサの例としては、光センサ、磁気センサ（例．ホール効果センサ）、力及び圧力センサ（例．加速度計、歪みゲージ及び機械スイッチ）、その組合せ等を挙げることができる。一種類又は複数種類のセンサを複数個所、例えばフィーディング機構１６、インナコア１２及びアウタスリーブ１４に設けることもできる。
【0126】
各カート４２，４４には、それぞれ、インナコア１２及びアウタスリーブ１４のケーブルを制御するのに必要なモータが１個又は複数個載っている。具体的には、図１５及び図１６に示すように、アウタスリーブ１４のケーブル５４，５５，５６に作用する張力を制御するのに必要なモータ５０，５１，５２が第１カート４２上に載っているし、図１７に示すように、インナコア１２のケーブル５９に作用する張力を制御するのに必要なモータ５８が第２カート４４上に載っている。各モータ５０，５１，５２，５８には、既知の通り、位置制御用のシャフトエンコーダ（図示せず）が付設されている。インナコア１２をステアリング可能な形態にするには、インナコア１２に係るモータ（例．複数本のケーブルを引っ張るためのモータ）その他のケーブルテンショニング機構を複数個にする必要があろう。
【0127】
図１８に、一実施形態における制御システムの構成要素及びそれら要素間の情報流に関しブロック構成を示す。まず、フィーディング機構１６はバス変換モジュール６４を介し制御コンピュータ６２に接続されている。フィーディング機構１６からの出力データはモジュール６４に入力され、そこで通信プロトコルが相応のプロトコル例えばＵＳＢプロトコルに変換され、そしてコンピュータ６２側のＵＳＢポート６６に入力される。制御ソフトウェア６８への入力データには、例えばモータ電流データ、モータエンコーダデータ、フィーディング機構１６内の個別ケーブルに係るケーブル張力データ等が含まれる。これに代え又は加え、フィーディング機構１６、インナコア（例えば上掲の１２）又はアウタスリーブ（例えば上掲の１４）に設けた１個又は複数個のセンサからのデータを、制御ソフトウェア６８への入力データに含ませてもよい。ジョイスティック７０からジョイスティックデータ（位置データ）を受け取ることもできる。モニタ７２上には、アウタスリーブ１４やインナコア１２の先端部に実装されているカメラからのビデオデータに基づき、ユーザに視覚的にフィードバックされるよう、プローブ１０の先端部のありかが表示される。制御ソフトウェア６８は、フィーディング機構１６向けに、モータ電流制限コマンド及びモータ位置コマンドを出力する。
【0128】
アーティキュレーティングプローブの動作に際しては、アウタスリーブリンクシステムやインナコアリンクシステムを構成するリンク間にツイストが発生することがある。例えば、プローブの動作に際し、隣り合うリンク間に固有量のツイストが発生しうる。リンクのツイストは、そのリンクシステム全体に亘り累積していく。従って、隣り合うリンク間での角度誤差は僅かでも、システムの先端部から手元部までのツイスト総量は大きくなりうる。システムを構成するリンクの個数が多いほど、ツイストの累積量も多くなる。こうしたツイストはアーティキュレーティングプローブの性能に悪影響を及ぼす。
【0129】
ツイストは様々な原因、例えばステアリングケーブルの外径とステアリングケーブル開口の内径との差によって発生する。また、動作中又は動作前に、隣り合うリンク間にずれが発生することもある。リンク同士のツイストは、ステアリング入力・ステアリング出力間に不一致を発生させる。ユーザ座標系とロボット座標系の間にずれが発生することもある。この場合、使用者がある方向に回し始めたいときに、ロボットを別の方向に動かしツイストを補償する必要がある。加えて、リンク同士が互いにツイストしているときには、そのことが原因でステアリング範囲が制限される。ツイストが生じると隣り合うリンク同士が不本意にもロックされてしまうことがあるし、ツイストしたリンク間のギャップにステアリングケーブルが捉えられてしまうことがある。これは、翻ってケーブルのバインディングにつながる。それは、ステアリング力の増大にもつながるし、可撓化モードで動作している最中の張力緩和不足にもつながりうる。ツイストによる更なる問題としては、リンクシステムの内部チャネルに挿入された機器のバインディング、例えば内部ツールチャネルの詰まりや、システム内導電体の過剰な摩耗等がある。ツイストは、また、インナリンク・アウタリンク間の摩耗及び摩擦を増加させ、隣り合うリンクをバインディングさせるので、動作中に諸リンクを前進させることが難しくなる。そして、ツイストは、標的組織に対するプローブ端の位置ずれを発生させうる。
【0130】
隣り合うリンク間のツイストは５°程のずれになりうる。リンクシステムを構成するリンクのうち先端部のものと手元部のものと間の累積的なツイストは４５°ほどにもなりうる。本願に実施形態として記載したシステム及び方法によれば、第１リンクに対するその隣のリンク（第２リンク）のツイストを防ぎ又は量的に抑えつつ、ステアリング目的でリンク群をアーティキュレートさせることができる。
【0131】
図１Ａに、本発明の一実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの側面を示す。図１Ｂに、図１Ａに示した第１及び第２アウタリンクの下方斜視外観を示す。図１Ｃに、図１Ａに示した第１及び第２アウタリンクの縦断面を示す。図１Ｄに、図１Ａに示した第１及び第２アウタリンク、特に第１アウタリンクに対し第２アウタリンクがアーティキュレートしている状態の縦断面を示す。図１Ｅに、図１Ａに示した第１及び第２アウタリンクのうち１個の側方斜視外観を示す。
【0132】
図１Ａに示すように、このアーティキュレーティングプローブの第１アウタリンク１００ａ及び第２アウタリンク１００ｂ（総称して１００）は、それぞれ、長軸１０２ｚａ，１０２ｚｂ、アーティキュレーションジョイント（図１Ｃの如くアーティキュレーション面１０４及び１１０から形成されるジョイント）及びモーションリミッティング要素１０６が備わるように構成されている。アウタリンク１００は複数個あり、互いに積層され入れ子となっている。アウタリンク１００は、互いにアーティキュレートできるよう且つ互いに分離しないよう、各リンク１００に１個又は複数個設けられているステアリングケーブル開口１０８を通るステアリングケーブル１０９（図１Ｂ参照）によって連結されている。本実施形態ではステアリングケーブルが３本、それ用の開口１０８が３個あるが（図１Ｂ参照）、ステアリングケーブルやステアリングケーブル開口の個数を３個以外の個数にすることもできる。そのアーティキュレーティングプローブの用途次第である。
【0133】
図１Ｃに示すように、アーティキュレーションジョイントは、第１アウタリンク１００ａに備わる凸状のアーティキュレーション面１０４ａと、第２アウタリンク１００ｂに備わる凹状のアーティキュレーション面１１０ｂとにより構成されている。これら凸面及び凹面は、ステアリングケーブル１０９による制御の許、第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂのアーティキュレーション範囲を通じ係合しあう。アーティキュレーティングプローブの先端部から手元部にかけて延びるステアリングケーブル１０９のうち１本又は複数本に任意時点で張力を作用させると、アセンブリを形成している諸リンクのアーティキュレーションジョイントがその位置に保持される。
【0134】
図１Ａ〜図１Ｃでは、第１アウタリンク１００ａの長軸１０２ｚａと第２アウタリンク１００ｂの長軸１０２ｚｂとが互いに整列しており、その交差角が０°となっている。このポジションは、いわば、第２アウタリンク１００ｂが第１アウタリンク１００ａに対しアーティキュレートしていないポジションである。これに対し、図１Ｄでは、第２アウタリンク１００ｂの長軸（第２長軸）１０２ｚｂが、第１アウタリンク１００ａの長軸（第１長軸）１０２ｚａに対し、非０°角で交差している。このポジションは、いわば、第２アウタリンク１００ｂが第１アウタリンク１００ａに対しアーティキュレートしているポジションである。
【0135】
図２に、本発明の一実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わるアウタリンクの下方斜視外観を示す。図中の１０２ｘはアウタリンクの第１アーティキュレーション軸、１０２ｙは第２アーティキュレーション軸である。これらのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙは、互いに直交していると共に、そのアウタリンクの長軸１０２ｚにも直交している。アーティキュレーション許容域全体に亘り、第１アウタリンク１００ａに隣り合う第２アウタリンク１００ｂは、第１アウタリンク１００ａのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙに対しアーティキュレート可能である。即ち、第１アーティキュレーション軸１０２ｘ周りでは矢印１０３ｘで示す角度範囲に亘り、また第２アーティキュレーション軸１０２ｙ周りでは矢印１０３ｙで示す角度範囲に亘りアーティキュレートされうる。従って、アーティキュレーションの自由度は二自由度となる。隣の第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂの回動、即ち矢印１０３ｚで示す方向に沿ったツイストは、本願記載の諸理由からみて望ましくない。本願記載の通り、本発明の諸実施形態では、アーティキュレーティングプローブアセンブリ内で隣り合っているアウタリンク又はインナリンク間の回動乃至ツイスト（隣の第１アウタリンクに対する第２アウタリンクのツイストや隣の第１インナリンクに対する第２インナリンクのツイスト）を制限、軽減乃至抑制するために諸形態のモーションレジスティングアセンブリを提供している。
【0136】
翻って、図１Ａに示すように、第１アウタリンク１００ａ及び第２アウタリンク１００ｂは、いずれも、モーションリミッティング要素たるピン１０６（斜視図である図１Ｅにも現れている）を有している。これは、隣のリンク上の対応するスロット１１２と連携しで一種のモーションレジスティングアセンブリ、即ち第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂの回動（ツイスト）を制限するアセンブリを形成する。具体的には、このモーションレジスティングアセンブリ（１０６，１１２）は、第１アウタリンク１００ａの長軸１０２ｚａに対し第２アウタリンク１００ｂがその長軸１０２ｚｂ周りで呈する回動を制限する。
【0137】
同時に、このモーションレジスティングアセンブリ（１０６，１１２）の動作により、第２アウタリンク１００ｂに対する第１アウタリンク１００ａのツイストが制限される。従って、このモーションレジスティングアセンブリ（１０６，１１２）には、第１アウタリンク１００ａ・第２アウタリンク１００ｂ相互のツイストを制限する働きがあるといえる。
【0138】
本実施形態では、アウタリンク１００に備わる凸状アーティキュレーション面１０４の下部から外方に向けピン１０６が延びている。この例では凸状アーティキュレーション面１０４が半球状であるので、ピン１０６の位置はその半球面の“赤道”上にある。本実施形態ではピン１０６の断面形状が円形であるので、アーティキュレーション中に、隣のリンクに備わるスロット１１２を枢動させることができる。無論、ピン１０６の断面形状を円形以外の形状にすることもできる。
【0139】
本実施形態では、リンク１００の下部から延びるピン用突出部即ちタブ１１４にスロット１１２が形成されている。スロット１１２の幅Ｗ（図１Ｂ参照）は、ピン１０６を収容しうるようピン１０６の幅に応じ設定されている。図示例は、ピン１０６をスロット長手方向に沿いスロット１１２内で自在に摺動させることが可能であると共に、ピン１０６の横方向の遊びがスロット１１２の側壁によって制限される構成である。スロット１１２の長さＬは、隣り合うリンク１００ａ，１００ｂ同士の所要アーティキュレーション範囲に亘りピン１０６を摺動させうるように設定されている。スロット１１２の上部は、対応するピン１０６の丸みに応じ丸められている。
【0140】
本実施形態では、図１Ｃに示すように、リンク１００毎に２本のピン１０６が設けられると共に、隣のリンク１００のピン１０６と勘合するようリンク１００毎に２個のスロット１１２が設けられている。無論、各リンクに設けるピン１０６やスロット１１２の個数を１個にすることや３個以上にすることも可能であり、それはその用途次第である。また、図１Ｃに示した例では、第１アウタリンク１００ａが第２アウタリンク１００ｂに対し整列していて、その長軸１０２ｚａ，１０２ｚｂが互いに重なり合っている。この状態即ち非アーティキュレーション状態では、第１アウタリンク１００ａに備わる２本のピン１０６が、隣の第２アウタリンク１００ｂに備わる２個のスロット１１２に（少なくとも部分的に）係合する。このポジションでは、２本あるピン１０６がそれに対応するスロット１１２に係合しているため、第１アウタリンク１００ａの長軸１０２ｚａに対しその長軸１０２ｚｂ周りで第２アウタリンク１００ｂが回動乃至ツイストすることが、制限乃至防止される。具体的には、第２アウタリンク１００ｂに作用するツイストモーメントがどのような大きさであっても、第１アウタリンク１００ａのピン１０６を挟むよう配された第２アウタリンク１００ｂ側スロット１１２の側壁によって制限されるため、第２アウタリンク１００ｂがその長軸１０２ｚｂ周りで回動することが妨げられる。同時に、ピン１０６及びスロット１１２の相互作用で第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂのアーティキュレーション、例えば第１アウタリンク１００ａのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙ（図２参照）を中心にした第２アウタリンク１００ｂのアーティキュレーションが制限乃至阻止されることもない。第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂの自在アーティキュレーション性が保たれつつ、第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂの不要ツイストが制限乃至阻止されることとなる。
【0141】
図１Ｄに示すように、第１アウタリンク１００ａに対し第２アウタリンク１００ｂを更にアーティキュレートさせると、一方のピン１０６−１がそれに対応するスロット１１２−１から外れると共に、他方のピン１０６−２がそれに対応するスロット１１２−２内により深く入り込む。同様に、このポジション即ちアーティキュレートポジションでは、第２アウタリンク１００ｂのスロット１１２−２に備わる側壁が第１アウタリンク１００ａの対応するピン１０６−２に作用するため、第１アウタリンク１００ａに対し第２アウタリンク１００ｂがその長軸１０２ｚｂ周りでツイストすることがない。それでいて、第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂの自在アーティキュレーション性は保たれる。
【0142】
図１Ａ〜図１Ｅに示すように、リンク１００ａ，１００ｂはいずれも下部１２６及び上部１２８を有している。本実施形態では下部１２６に凹状アーティキュレーション面１１０、上部１２８に凸状アーティキュレーション面１０４があり、その協働でアーティキュレーションジョイントが形成されている。下部１２６の外面と上部１２８の外面とが差し向かう部位にはショルダ１２０が設けられている。第１アウタリンク１００ａのショルダ１２０と第２アウタリンク１００ｂの下面１２１には、第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂのアーティキュレーションを制限する、という働きがある。具体的には、アーティキュレーションの角度が、第２アウタリンク１００ｂの下面１２１が第１アウタリンク１００ａのショルダ１２０に物理的に当接する位置に応じた角度に制限される。
【0143】
同じく図１Ａ〜図１Ｅに示すように、本実施形態では、下部のショルダ１２０に窪み１２２が形成されている。窪み１２２の形状は、ピン用突出部即ちタブ１１４が収まるような形状である。このようにしてあるため、その周縁長が増さないようリンク１００ａ，１００ｂの外面輪郭を維持しつつ、タブ１１４のスロット１１２を対応するピン１０６に係合させることができる。本実施形態では、第１アウタリンク１００ａに対する第２アウタリンク１００ｂのアーティキュレーションを制限しないような構成及び配置で、タブ１１４及び対応する窪み１２２を設けることも可能である。言い換えれば、大きくアーティキュレーションさせたときに、タブ１１４及び対応する窪み１２２の表面の間でクリアランスを保ちつつ、第１アウタリンク１００ａのショルダ１２０が隣のリンク１００ｂの下面１２１へと当接方向に動く構成である。これに代え、隣り合うリンク１００ａ，１００ｂの下面１２１及びショルダ１２０間でクリアランスを保ちつつ、タブ１１４及び窪み１２２の間の相互作用域でアーティキュレーション制限機能が生じるように、タブ１１４及び対応する窪み１２２を構成してもよい。
【0144】
同じく図１Ａ〜図１Ｅに示すように、図示例のリンク１００ａ，１００ｂは、アーティキュレートする複数個のインナリンク及びアーティキュレートする複数個のアウタリンクからなるアーティキュレーティングプローブにて、そのアウタリンクとして使用される。本実施形態では、アウタリンクの内部とそれに対応するインナリンクの外部との接触域に、窪み１２４が設けられている。窪み１２４はアーティキュレーティングプローブのワーキングチャネルに対応しており、それを介し上述の如く諸機能要素をアーティキュレーティングプローブの手元部から先端部へと送り込むことができる。
【0145】
図１Ａ〜図１Ｅに示すように、本実施形態では、第１アウタリンク１００ａの凸状アーティキュレーション面１０４ａを半球状凸面、第２アウタリンク１００ｂの凹状アーティキュレーション面１１０を半球状凹面にすることができる。第１アウタリンク１００ａの凸状アーティキュレーション面１０４ａの半径は、第２アウタリンク１００ｂの凹状アーティキュレーション面１１０の半径と同一にすればよい。第１アウタリンク１００ａの凸状アーティキュレーション面１０４ａの半径を、第２アウタリンク１００ｂの凹状アーティキュレーション面１１０の半径より大きくしてもよい。第１アウタリンク１００ａの凸状アーティキュレーション面１０４ａの半径を、第２アウタリンク１００ｂの凹状アーティキュレーション面１１０の半径より小さくしてもよい。
【0146】
図１Ａ〜図１Ｅに示すように、本実施形態では、第１アウタリンク１００ａの凸状アーティキュレーション面１０４ａを半球状凸面、第２アウタリンク１００ｂの凹状アーティキュレーション面１１０を半錐状凹面にすることができる。この形状のよいところは、生じるアーティキュレーションジョイント内の接触部が円形になる点である。そのため、接触部面積が小さくてバインディングが生じにくいインタフェースが得られる。また、製造プロセスでの変動要素例えばテキスチャ、素材、摩擦等の変動の影響をインタフェースが被りにくいため、凸状及び凹状アーティキュレーション面の係合特性をより円滑に制御することができる。生じるインタフェースがリンク間公差変動に対し鈍感になるため製造コストを抑えることもできる。
【0147】
例えば、凸状アーティキュレーション面が半球状であるなら、その球面直径の変動は、凸面・凹面間接触面積に影響を及ぼす。これは、ステアリング力の変動、隣接リンク間圧縮量の変動、並びにアーティキュレーション面間バインディングにつながりうる。また、凹状アーティキュレーション面が半錘状であるなら、製造乃至使用に伴うどういった凸面変動も、凸状アーティキュレーション面・凹状アーティキュレーション面間の接触角及び接触位置にさほど影響を及ぼさない。凸面サイズの変動はその凸面が半錘状凹面の内法にどれだけ入り込むかを左右するが、幾何学的形状がこうした形状であると、入り込みの大小によらず接触角は同一となる。
【0148】
半錘状面の角度は、もたらされるアーティキュレーティングプローブのペイロードとステアリング性とのトレードオフを踏まえ設定すればよい。半錘状面の角度によって、半球状凸状アーティキュレーション面・半錘状凹状アーティキュレーション面間の接触点が、制御されるからである。一般に、接触点が低くその位置が錐の大径部寄りになるほど、インタフェースの強度、ひいてはアーティキュレーティングプローブの強度が高まる。接触点が高くその位置が錐の小径部寄りになるほど、アーティキュレーティングプローブのステアリング性が高まる。
【0149】
本実施形態では、半錘状面の角度が約２３°であり左右合計で４６°となる。アウタリンク形状、素材強度及び素材摩擦特性を総合的に踏まえるなら、こうした角度にするのが望ましい。角度をある範囲内で変えてテストを行ってみたところ、２３°の半錘状面であった場合に圧縮テストが最善となった。言い換えれば、半錘状凹面が半球状凸面に接触する位置での圧縮量が最小であると共に、硬直化状態でのロック能に係る摩擦量が摩擦／ステアリングテスト結果からみて最良となった。より狭い角例えば１４°角では圧縮下でアウタリンク同士の張り付き乃至バインディングが生じ、より緩やかな角例えば約２３°超の角では硬直化状態でのロック能が低下した。無論、形状、摩擦及び素材強度の組合せ次第では、２３°未満又は超の半錘状面角が望ましくなる場合もある。
【0150】
本実施形態では、アウタリンク１００のシステムにて３本のステアリングケーブルが使用され、それらが互いに１２０°間隔で配されている。リンクのアーティキュレーション面を硬直化ポジションに保つにはこれらステアリングケーブルを選択的に引っ張ればよく、可撓化ポジションにてリンクの選択的な動きを可能にするにはこれらステアリングケーブルを選択的に緩めればよい。ステアリングケーブルの本数を他の本数、例えば２本、４本又はそれ以上にすることも可能であるし、ステアリングケーブルの配置間隔を一定角度にすることも非一定な角度にすることも可能である。
【0151】
図３Ａに、本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの斜視外観を示す。
【0152】
図３Ａに示すように、本実施形態では、１個又は複数個のスロット３１２及びそれに対応する１本又は複数本（図では相対向する２本）のピン３０６によってモーションレジスティングアセンブリが構成されている。それらのうちスロット３１２は、リンク１００ｃ，１００ｄに備わる凸状アーティキュレーション面３０４の外面上に位置している。ピン３０６は、隣のリンク１００ｃ，１００ｄに備わる対応するスロット３１２と係合しうるような形態でタブ３１４上に配されている。
【0153】
本実施形態では、リンク１００ｃ，１００ｄに備わる凸状アーティキュレーション面３０４が半球状になっている。こうした構成では、隣接リンクのアーティキュレーション角が０であるとき即ち互いの長軸が揃っているときに、第１リンク１００ｃに備わる半球状凸状アーティキュレーション面３０４の赤道に対しその隣の第２リンク１００ｄに備わるピン３０６が整列するよう、当該第２リンク１００ｄのピン３０６を配置することができる。スロット３１２は半球状凸状アーティキュレーション面３０４の外面に沿って延びており、その向きは、面３０４の赤道から“極”に至る“子午線”即ち縦方向曲線に沿った向きとなっている。本実施形態では、第１リンク１００ｃに対し隣の第２リンク１００ｄを存分にアーティキュレートさせうるよう、スロット３１２の差し渡しＬが面３０４の赤道を越えて延びている。本実施形態では、最大アーティキュレーション角にて、第２リンク１００ｄの下面３２１が第１リンク１００ｃのショルダ３２０に当接することでアーティキュレーションが制限される。ショルダ３２０に設けられている窪み３２２は、第１リンク１００ｃに対する第２リンク１００ｄの自在アーティキュレーションを邪魔することなく、このポジションにあるタブ３１４を受け容れる。これに代え、タブ３１４及びそれに対応する窪み３２２でアーティキュレーション制限機能を実現する構成を採ってもよい。
【0154】
本実施形態では、第２リンク１００ｄに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、第１リンク１００ｃに備わるスロット３１２の側壁が第２リンク１００ｄに備わるピン３０６に当接しているので、第１リンク１００ｃに対し第２リンク１００ｄがその長軸周りで回動することを防ぐことができる。同時に、ピン３０６及びスロット３１２の相互作用によって、第１リンク１００ｃに対する第２リンク１００ｄのアーティキュレーション、例えば第１リンク１００ｃのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙ（図２参照）を中心にした第２リンク１００ｄのアーティキュレーションが阻止乃至制限されることもない。第１リンク１００ｃに対する第２リンク１００ｄの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、第１リンク１００ｃに対する第２リンク１００ｄの不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。
【0155】
本実施形態では、図３Ａに示すように、個々のリンク１００ｃ，１００ｄ上に２本のピン３０６及び２個のスロット３１２が１８０°間隔で差し向かいに配されている。
【0156】
これに対し、図３Ｂに示すように、個々のリンク１００ｄ’，１００ｄ”，１００ｄ”’上にピン３０６及びスロット３１２を１個ずつ設けてもよい。本実施形態では、各リンク１００ｄ’，１００ｄ”，１００ｄ”’のピン３０６及びスロット３１２が、そのリンク１００ｄ’，１００ｄ”，１００ｄ”’の周縁に沿い１２０°の角度差で配置されている。組立時には、隣のリンクに対し１２０°回動させつつ各リンク１００ｄ’，１００ｄ”，１００ｄ”’の角度位置を定め、アーティキュレーティングプローブの手元部から先端部に向かう方向に沿いリンクを連ねていけばよい。アーティキュレーション範囲全体に亘りピン３０６及びそれに対応するスロット１１２が係合し続けるので、隣のリンク例えば１００ｄ’及び１００ｄ”’に対するリンク１００ｄ”の不要なツイストを軽減乃至防止するには、１本のピン３０６と１個のスロット３１２の係合で十分である。
【0157】
図４に、本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの斜視外観を示す。
【0158】
図４に示すように、本実施形態では、１本又は複数本のピン４０６及びそれに対応する１個又は複数個のスロット４０６によってモーションレジスティングアセンブリが構成されている。ピン４０６は、リンク４００ａ，４００ｂに備わる凸状アーティキュレーション面４０４の外面に位置している。スロット４０６は、隣のリンク４００ａ，４００ｂに備わるピン４０６のうち対応するものと係合しうるような形態で、凹状アーティキュレーション面４１０ａの内側に配されている。図示例におけるピン４０６及びスロット４１２の個数は各１個である。
【0159】
本実施形態では、リンク４００ａ，４００ｂの凸状アーティキュレーション面４０４が半球状である。従って、半球状凸状アーティキュレーション面４０４の赤道を越えた位置や同面４０４の赤道・極間位置にて同面４０４に向かい合うよう、各リンクのピン４０６を配置することができる。
【0160】
スロット４１２は半球状凹状アーティキュレーション面４１０ａの内面に沿い延びており、その向きは面４１０ａの赤道から極に向かう縦方向曲線即ち子午線に沿っている。本実施形態では、第１リンク４００ａに対し隣の第２リンク４００ｂを存分にアーティキュレートさせうるようにスロット４１２の差し渡しＬが設定されている。本実施形態では、最大アーティキュレーション角にて、第２リンク４００ｂの下面４２１が第１リンク４００ａのショルダ４２０に当接することでアーティキュレーションが制限される。
【0161】
本実施形態では、第２リンク４００ｂに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、第２リンク４００ｂに備わるスロット４１２の側壁が第１リンク４００ａに備わるピン４０６に当接しているので、第１リンク４００ａに対し第２リンク４００ｂがその長軸周りで回動することを防ぐことができる。同時に、ピン４０６及びスロット４１２の相互作用によって、第１リンク４００ａに対する第２リンク４００ｂのアーティキュレーション、例えば第１リンク４００ａのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙ（図２参照）を中心にした第２リンク４００ｂのアーティキュレーションが阻止乃至制限されることもない。第１リンク４００ａに対する第２リンク４００ｂの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、第１リンク４００ａに対する第２リンク４００ｂの不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。
【0162】
図５Ａに、本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの側面を示す。図５Ｂに、図５Ａに示した第１及び第２アウタリンクのうち一方の接写側面を示す。図５Ｃに、図５Ｂに示したアウタリンクの下方斜視外観を示す。
【0163】
図５Ａ〜図５Ｃに示すように、本実施形態では、モーションレジスティングアセンブリが、リンク１００ｅ，１００ｆに備わる凸状アーティキュレーション面１０４の外周縁に沿い互いに離隔配置された複数個のローブ乃至リブ１５０を有している。本実施形態では凸状アーティキュレーション面１０４が半球状であり、複数個のローブ１５０がその凸状アーティキュレーション面１０４の赤道部に沿い離隔配置されている。これに代え、凸状アーティキュレーション面の赤道部・極部間にローブ１５０を配するようにしてもよい。ローブ１５０は平坦なアウタリンキング面１５２を介し互いに連なっているが、用途によっては、湾曲又は傾斜したリンキング面を使用することもできる。このモーションレジスティングアセンブリは、更に、凹状アーティキュレーション面１１０の下部内面に沿い互いに離隔配置された複数個の窪み１５４を有している。窪み１５４も平坦なインナリンキング面１５６を介し互いに連なっているが、用途によっては、湾曲又は傾斜したリンキング面を使用することもできる。隣り合うリンクのうち第１リンク１００ｅのローブ１５０及びアウタリンキング面１５２は、第２リンク１００ｆの窪み１５４及びインナリンキング面１５６に対応するよう配置されている。こうした構成であるので、第１リンク１００ｅに対する第２リンク１００ｆのアーティキュレーション範囲全体に亘り、複数個の窪み１５４や平坦なインナリンキング面１５６のうち少なくとも１個が、隣接リンクに備わるローブ１５０乃至アウタリンキング面１５２のうち対応するものに対し、係合状態を保つこととなる。本実施形態では、第１リンク１００ｅに対する第２リンク１００ｆのアーティキュレーション角が０°のポジションにて、全てのローブ１５０及びアウタリンキング面１５２の（少なくとも）上部が、対応する窪み１５４及びインナリンキング面１５６の（少なくとも）下部に係合することとなる。その一方で、第２リンク１００ｆの下面１２１と第１リンク１００ｅのショルダ１２０の接触による制限を受けるフルアーティキュレーションのポジション、例えば図５Ａのポジションでは、左端のローブ１５０及び対応する窪み１５４が完全に係合し、中央のローブ１５０及び窪み１５４が部分的に係合し、右端のローブ１５０及び窪み１５４が外れることとなる。
【0164】
本実施形態では、第２リンク１００ｆに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、第２リンク１００ｆに備わる窪み１５４の内壁及びインナリンキング面１５６が、第１リンク１００ｅに備わるローブ１５０及びアウタリンキング面１５２に当接しているので、第２リンク１００ｆがその長軸周りで回動することを防ぐことができる。同時に、窪み１５４及びローブ１５０並びにインナリンキング面１５６及びアウタリンキング面１５２の相互作用によって、第１リンク１００ｅに対する第２リンク１００ｆのアーティキュレーション、例えば第１リンク１００ｅのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙ（図２参照）を中心にした第２リンク１００ｆのアーティキュレーションが阻止乃至制限されることもない。第１リンク１００ｅに対する第２リンク１００ｆの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。
【0165】
本実施形態では、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、６個のローブ１５０及びそれに対応する窪み１５４が、嵌まり合う六角形のリンクに沿って均等に分散配置されている。しかし、ローブ１５０及び窪み１５４の個数は任意に定めることができる。例えば、ローブ１５０や窪み１５４を各２〜８個又はそれ以上設けてもよい。ローブ１５０の個数は窪み１５４の個数と同一でもよいし非同一でもよい。リンクの周りにローブや窪みを等角度間隔で設けてもよいし、非等角度間隔で設けてもよい。アウタリンキング面１５２として平坦なものを示したが、用途次第で、湾曲付きや傾斜付きの面にもすることができる。同様に、インナリンキング面１５６として平坦なものを示したが、用途次第で、湾曲付きや傾斜付きの面にもすることができる。
【0166】
図６Ａに、本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２アウタリンクの下方斜視外観を示す。図６Ｂに、図６Ａに示した第１及び第２アウタリンクのうち一方の上方斜視外観を示す。図６Ｃに、図６Ｂに示したアウタリンクの下方斜視外観を示す。
【0167】
図６Ａ〜図６Ｃに示すように、本実施形態では、モーションレジスティングアセンブリが、第１リンク１００ｇの上部１２８に備わる凸状第１アーティキュレーション面６０４と、その第１リンク１００ｇに隣り合う第２リンク１００ｈの下部に備わる凹状第２アーティキュレーション面６１０とで構成されている。
【0168】
本実施形態では、凸状第１アーティキュレーション面６０４が半楕円体面、凹状第２アーティキュレーション面６１０も半楕円体面となっている。この半楕円体面については、アーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙ（図２参照）により規定される平面に沿いメジャー軸（長径軸）Ａｍａｊｏｒ及びマイナー軸（短径軸）Ａｍｉｎｏｒを定義することができる。図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、凸状第１アーティキュレーション面６０４及び凹状第２アーティキュレーション面６１０のいずれについても、メジャー軸Ａｍａｊｏｒの長さはマイナー軸Ａｍｉｎｏｒのそれより大きくなっている。
【0169】
半楕円体状の凸状第１アーティキュレーション面６０４と、その隣のリンク上にある半楕円体状の凹状第２アーティキュレーション面６１０との相互作用は、第１リンク１００ｇに対する第２リンク１００ｈの自在アーティキュレーションに役立っている。アーティキュレーションの範囲は、例えば、前掲の諸実施形態について述べた通り、第１リンク１００ｇのショルダ１２０に対する第２リンク１００ｈの下面１２１の位置関係によって制限される。
【0170】
本実施形態では、第２リンク１００ｈに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、隣り合うリンクの相対応する半楕円体面（６０４，６１０）が細長い形状を呈しているため、第１リンク１００ｇの長軸６０２ｚｇに対し第２リンク１００ｈがその長軸周りで回動することを防ぐことができる。同時に、半楕円体面（６０４，６１０）の相互作用によって、第１リンク１００ｇに対する第２リンク１００ｈのアーティキュレーション、例えば第１リンク１００ｇのアーティキュレーション軸１０２ｘ，１０２ｙ（図２参照）を中心にした第２リンク１００ｈのアーティキュレーションが阻止乃至制限されることもない。第１リンク１００ｇに対する第２リンク１００ｈの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、第１リンク１００ｇに対する第２リンク１００ｈの不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。
【0171】
図７Ａに、本発明の他の実施形態に係る医療手順実行システムのアーティキュレーティングプローブに備わる第１及び第２インナリンクの下方斜視外観を示す。図７Ｂに、図７Ａに示した第１及び第２インナリンクのうち一方の上方斜視外観を示す。
【0172】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、本実施形態では、モーションレジスティングアセンブリが、第１リンク７００ｉの上面に備わる第１アーティキュレーション面７０４と、その第１リンク７００ｉに隣り合う第２リンク７００ｊの下面に備わる第２アーティキュレーション面７１０とで構成されている。
【0173】
本実施形態では、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第１リンク７００ｉ及び第２リンク７００ｊがアーティキュレーティングプローブのインナリンクとして使用される。これらインナリンク７００ｉ，７００ｊは、アウタリンク配列内に生じる長尺開口内に配置しうるように構成されている。
【0174】
本実施形態では、対応する長軸７０２ｚｉ，７０２ｚｊに沿いそのリンク７００を長尺方向に通るように、第１リンク７００ｉ及び第２リンク７００ｊ（総称して７００）に中央ケーブル開口７３２が設けられている。このケーブル開口７３２の形状は、アーティキュレーティングプローブを構成するインナ機構用の操作ケーブルを通せるように設定されている。本実施形態では、第１及び第２リンクの最外面７３４が円上に位置している。本実施形態では、上述のようにアウタリンクの内面とインナリンクの外面との間に来るチャネル即ちアーティキュレーティングプローブのワーキングチャネルを受け容れうるように、窪み７２４が設けられている。本実施形態では、このワーキングチャネル窪み７２４の個数が３個であるため、各リンクが、３個のローブ部７３６ａ〜７３６ｃを有しそれらでケーブル開口７３２が取り巻かれる形状となっている。
【0175】
本実施形態では、第１アーティキュレーション面７０４に凸状の部分及び凹状の部分が備わっている。例えば、図７Ｂに示すように、第１アーティキュレーション面７０４のうち点Ｇ・Ｈ間即ち第１ローブ部７３６ａ・第２ローブ部７３６ｂ間は凸状になっている。同時に、第１アーティキュレーション面７０４のうち点Ｅ・Ｆ間、即ち第３ローブ部７３６ｃと第１ローブ部７３６ａ・第２ローブ部７３６ｂ間に位置するサドル部７３８との間は凹状になっている。
【0176】
同様に、図７Ａに示す第２アーティキュレーション面７１０にも、隣のリンクの第１アーティキュレーション面７０４に対応するよう凸状の部分及び凹状の部分が設けられている。例えば、第２アーティキュレーション面７１０のうち点Ｃ・Ｄ間即ち第１ローブ部７３６ａ・第２ローブ部７３６ｂ間は凹状である。同時に、第２アーティキュレーション面７１０のうち点Ａ・Ｂ間、即ち第３ローブ部７３６ｃと第１ローブ部７３６ａ・第２ローブ部７３６ｂ間に位置するサドル部７３８との間は凸状になっている。
【0177】
従って、第１アーティキュレーション面７０４の凸状部分を、隣のリンクに備わる第２アーティキュレーション面７１０の凹状部分に嵌め合わすことができる。同様に、第１アーティキュレーション面７０４の凹状部分を、隣のリンクに備わる第２アーティキュレーション面７１０の凸状部分に嵌め合わすことができる。
【0178】
第１アーティキュレーション面７０４に備わる凸状部分及び凹状部分と、その隣のリンクの第２アーティキュレーション面７１０に備わる凹状部分及び凸状部分との相互作用は、第１リンク７００ｉに対する第２リンク７００ｊの自在アーティキュレーションに役立っている。例えば、第２アーティキュレーション面の点Ｃ・Ｄ間凹状部分と、隣のリンクの第１アーティキュレーション面に備わる相応形状部分との相互作用により、第１面に沿った自在アーティキュレーションが可能になる。第２アーティキュレーション面の点Ａ・Ｃ間凸状部分と、隣のリンクの第１アーティキュレーション面に備わる相応形状部分との相互作用により、第２面に沿った自在アーティキュレーションが可能になる。
【0179】
本実施形態では、第２リンク７００ｊに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、第１アーティキュレーション面７０４上の凸状部分及び凹状部分が第２アーティキュレーション面７１０上の対向部分とかみ合っているので、第１リンク７００ｉの長軸７０２ｚｉに対し第２リンク７００ｊがその長軸７０２ｚｊ周りで回動することを防ぎ又は抑えることができる。同時に、凸状部分及びその向かいにある凹状部分の相互作用によって、第１リンク７００ｉに対する第２リンク７００ｊのアーティキュレーション、例えば第１リンク７００ｉの第１アーティキュレーション軸７０２ｘ及び第２アーティキュレーション軸７０２ｙを中心にした第２リンク７００ｊのアーティキュレーションが阻止乃至制限されることもない。第１リンク７００ｉに対する第２リンク７００ｊの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、第１リンク７００ｉに対する第２リンク７００ｊの不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。
【0180】
なお、本実施形態に関わる着想、即ち差し向かいにある凸状部分と凹状部分を嵌め合わすという着想は、インナリンク７００に限らず、アーティキュレーションプローブのアウタリンク１００にも適用することができる。
【0182】
図８Ａに示す実施形態では、第１リンク８００ｋのショルダ１２０に沿い複数個の第１マグネット８０２ｋが配置されている。ショルダ１２０に沿った第１マグネット８０２ｋの配置角度間隔は一定とされている。図示例ではその間隔が９０°となっている。同様に、第１リンクのそれに対応するよう、第２リンク８００ｌの下面１２１沿いにも複数個の第２マグネット８０２ｌが配置されている。本実施形態では、第１リンク８００ｋのショルダ１２０上に位置する第１マグネット８０２ｋの端部が第１極性例えばＳ、第２リンク８００ｌの下面１２１上に位置する第２マグネット８０２ｌの端部が第２極性例えばＮを呈している。対をなすマグネット８０２ｋ，８０２ｌ同士が異極性であればよいので、個々のリンク上で全マグネットが同一極性になっていなくてもよい。
【0183】
図８Ｂに示す実施形態では、第１リンク８００ｍの凸状第１アーティキュレーション面８０４に沿い複数個の第１マグネット８０２ｍが配置されている。第１アーティキュレーション面８０４に沿った第１マグネット８０２ｍの配置角度間隔は一定とされている。図示例ではその間隔が９０°となっている。同様に、第１リンク８００ｍのそれに対応するよう、第２リンク８００ｎの凹状第２アーティキュレーション面８１０沿いにも複数個の第２マグネット８０２ｎが配置されている。本実施形態では、第１リンク８００ｍ上に位置する第１マグネット８０２ｍが第１極性例えばＳ、第２リンク８００ｎ上に位置する第２マグネット８０２ｎが第２極性例えばＮを呈している。対をなすマグネット８０２ｍ，８０２ｎ同士が異極性であればよいので、個々のリンク上で全マグネットが同一極性になっていなくてもよい。
【0184】
図８Ｃに示す実施形態では、第１リンク８００ｐの凸状第１アーティキュレーション面８０４に沿い周をなすよう複数本の第１磁気ストリップ８０２ｐが配置されている。第１アーティキュレーション面８０４に沿った第１磁気ストリップ８０２ｐの配置角度間隔は一定とされている。図示例では、第１磁気ストリップ８０２ｐの本数が２本、その間隔が１８０°となっている。同様に、第２リンク８００ｑの凹状第２アーティキュレーション面８１０沿いにも、第１リンク８００ｐ上のストリップに対応する向きにて、複数本の第２磁気ストリップ８０２ｑが配置されている。本実施形態では、第１リンク８００ｐ上に位置する第１磁気ストリップ８０２ｐが第１極性例えばＳ、第２リンク８００ｑ上に位置する第２磁気ストリップ８０２ｑが第２極性例えばＮを呈している。対をなすストリップ８０２ｐ，８０２ｑが異極性であればよいので、個々のリンク上で全ストリップが同一極性になっていなくてもよい。
【0185】
これらの実施形態では、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーション角度範囲全体に亘り磁気的に結合するよう、第１及び第２マグネット（乃至ストリップ）が配置されている。隣り合うリンクに備わるマグネット間の磁気的結合は、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーションに役立っている。上掲の諸実施形態に関し述べた通り、このアーティキュレーションは、第２リンクのショルダ１２０に対する第１リンクの下面１２１の位置関係等で制限されうる。
【0186】
図８〜図８Ｃに示した実施形態では、第２リンクに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、隣り合うリンク間が磁気的に相互作用しているので、第１リンクの長軸に対し第２リンクがその長軸周りで回動することを防ぐこと或いは抑えることができる。同時に、この磁気的相互作用によって、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーションが阻止乃至制限されることもない。第１リンクに対する第２リンクの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、第１リンクに対する第２リンクの不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。図８〜図８Ｃに示した実施形態を上掲の諸実施形態と組み合わせることで、リンクのツイストを更に制限乃至軽減することができる。
【0187】
また、これらの実施形態では、アーティキュレーティングプローブのアウタリンクに対しマグネットが適用されているが、同様の着想乃至原理をインナリンクに適用することもできる。
【0188】
図９に、本発明の一実施形態におけるインナリンク、アウタリンク及びその間に挟まるアンチツイスト部材の断面を示す。
【0189】
図９に示すように、このアーティキュレーティングプローブには、中央開口を有するアウタリンク１００ｒのアセンブリが備わっている。インナリンク７００ｓのアセンブリはそれらアウタリンク１００ｒの中央開口内に収まっている。図示の通り、複数個あるアウタリンク１００ｒの内面上には窪み１２４が、また同じく複数個あるインナリンク７００ｓの側壁上には窪み７２４がある。これらの窪み１２４，７２４は差し向かいにあり、本願記載の目的その他に役立つアーティキュレーティングプローブ用のワーキングチャネルを形成している。
【0190】
そのワーキングチャネル１２５のうち少なくとも１個にはアンチツイスト部材９４２が収まっている。本実施形態におけるアンチツイスト部材９４２は管状部材である（中空断面でも中実断面でもよい）。アンチツイスト部材９４２は、隣接インナリンクのアーティキュレーション及び隣接アウタリンクのアーティキュレーションが可能になるよう、可撓性のある素材で形成するとよい。同時に、この管状部材には、隣接リンク間ツイスト運動にさらされたときに強度乃至剛性を発揮させることができる。本実施形態では、こうしたアンチツイスト部材９４２が、アーティキュレーティングプローブの手元部から先端部にかけ、ワーキングチャネル１２５の（ほぼ）全長に亘り延設されている。アンチツイスト部材９４２を複数個の部分に分け、ワーキングチャネル１２５内諸部分に通すようにしてもよい。アンチツイスト部材９４２を、インナリンク７００ｓの窪み７２４やアウタリンク１００ｒの窪み１２４に固定してもよい。アンチツイスト部材９４２を、インナリンク７００ｓの窪み７２４及びアウタリンク１００ｒの窪み１２４の双方に固定してもよい。
【0191】
本実施形態では、この管状のアンチツイスト部材９４２がその手元部及び先端部で固定される。アンチツイスト部材９４２のねじり剛性によって、ツイストを防げる度合いが決まってくる。
【0192】
図９に示した実施形態では、第１リンクの隣にある第２リンクに対しどのようなツイストモーメントが作用している場合でも、アンチツイスト部材が存在しているので、第１リンクの長軸に対し第２リンクがその長軸周りで回動することを防ぐことができる。同時に、アンチツイスト部材の働きによって、第１リンクに対する第２リンクのアーティキュレーションが（僅かに）阻止乃至制限されることもない。第１リンクに対する第２リンクの自在アーティキュレーション性を保ちつつ、不要なツイストが軽減乃至防止されることとなる。図９に示した実施形態を上掲の諸実施形態と組み合わせることで、リンクのツイストを更に制限乃至軽減することができる。
【0193】
以上説明したように、本発明に係るシステム及び方法によれば、高アーティキュレーテッドロボットシステム内リンクシステムを構成するリンク間のねじり回動即ちツイストを、阻止、軽減乃至制限することができる。本システム及び方法は、そのロボットシステムを構成するインナリンク機構にもアウタリンク機構にも適用可能である。それにより、例えば、第１リンクに対する第２リンクの回動角を約１°に制限することができる。なお、構成次第ではこれ以外の制限値にすることもできるので、本発明がこの値による限定を受けるわけではない。
【0194】
以上、その実施形態を参照しつつ本発明につき具体的に説明したが、いわゆる当業者には自明な通り、別紙特許請求の範囲で規定される本発明の技術的範囲内で様々な形態変形乃至細部変形を施すことができる。