特許 6938507 手術支援ロボットシステム用の器械装置マニピュレータ

(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】6938507

(24)【登録日】2021年9月3日

(45)【発行日】2021年9月22日

(54)【発明の名称】手術支援ロボットシステム用の器械装置マニピュレータ

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/30 20160101AFI20210909BHJP

   A61B 46/10 20160101ALI20210909BHJP

【ＦＩ】

   A61B34/30

   A61B46/10

【請求項の数】15

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2018-532524(P2018-532524)

(86)(22)【出願日】2016年9月9日

(65)【公表番号】特表2018-533450(P2018-533450A)

(43)【公表日】2018年11月15日

(86)【国際出願番号】US2016051154

(87)【国際公開番号】WO2017044884

(87)【国際公開日】20170316

【審査請求日】2019年9月6日

(31)【優先権主張番号】62/216,239

(32)【優先日】2015年9月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518083032

【氏名又は名称】オーリス ヘルス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100088605

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 公延

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(72)【発明者】

【氏名】シュー，トラヴィス

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアムズ，マシュー レーガン

(72)【発明者】

【氏名】ボガスキー，ジョセフ ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ミンツ，デイビッド エス．

(72)【発明者】

【氏名】ユ，アラン

(72)【発明者】

【氏名】キンツ，グレゴリー

(72)【発明者】

【氏名】ダン，ヨウイチロウ

【審査官】 宮下 浩次

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００７１８２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００１５６５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−１３６１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許第０２２５９７４４（ＥＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００６６９４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３４／３０

Ａ６１Ｂ ４６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースに固定されるように構成された手術用アームと、
手術用器具ホルダーアセンブリであって、
前記手術用アームに取り付けられたハウジング、
通路を有する手術用器具ホルダー、
前記手術用器具ホルダーの第１の端部上にある取付インターフェース、および
前記手術用器具ホルダーを前記ハウジングに対して回転させる少なくとも１つのモータ
を含む、手術用器具ホルダーアセンブリと、
手術用器具であって、
前記手術用器具の第１の面上にある相互取付インターフェース、
前記相互取付インターフェースを前記手術用器具ホルダーの前記取付インターフェースに解放可能に取り付けるように構成された取付機構、および
前記手術用器具の前記第１の面から延在する細長状本体であって、前記手術用器具ホルダーの前記通路を通過可能な細長状本体
を含む、手術用器具と
を含む、手術用器械操作システム。

【請求項2】

前記手術用アームが手術支援ロボットシステムによって操作可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ハウジングはシリンダー形状である、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記手術用器具が前記手術用器具ホルダーに取り付けられているときに、前記通路、前記手術用器具ホルダーの前記細長状本体、および前記手術用器具ホルダーの回転軸は、同軸上に整列されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項5】

前記手術用器具が前記手術用器具ホルダーに取り付けられ、前記少なくとも１つのモータが前記手術用器具ホルダーを前記ハウジングに対して回転させるときに、前記通路は、前記手術用器具の前記細長状本体が前記回転軸の周りで連続的に回転できるようにする、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記取付インターフェースは、前記取付インターフェースから外向きに突出する複数のトルクカップラーを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項7】

前記相互取付インターフェースは、前記複数のトルクカップラーと相互に噛合するように構成される複数の器械入力部を含む、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記複数のトルクカップラーのそれぞれは、駆動機構に結合される、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

各トルクカップラー用の前記駆動機構は、前記トルクカップラーを回転させ、それにより、それぞれの前記器械入力部を回転させるように構成されている、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

複数の前記駆動機構が、前記通路の周りでリング構成に配置されている、請求項８または９に記載のシステム。

【請求項11】

前記細長状本体は、内視鏡用の操縦可能なカテーテル、または腹腔鏡用の硬質カテーテルのうちの一方である、請求項１から１０のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項12】

前記手術用器械操作システム用の手術用ドレープは、前記手術用器具ホルダーアセンブリと前記手術用器具との間に無菌境界を生じさせる、請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項13】

前記手術用ドレープは、前記手術用器具ホルダーと、前記取付インターフェースを介して前記手術用器具ホルダーに取り付けられた前記手術用器具との間に位置決めされる滅菌アダプターとを含む、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記滅菌アダプターは、前記手術用器具ホルダーと前記手術用器具との間でデータ、電力、および電気信号を伝送することができる、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記ハウジングに固定されたリング状ギヤと、
前記少なくとも１つのモータに結合され、前記リング状ギヤのギヤの歯に噛合する回転ギヤと、
をさらに含み、
前記少なくとも１つのモータは、前記リング状ギヤのギヤの歯に沿って前記回転ギヤを移動させることにより、前記手術用器具ホルダーの回転を駆動する、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年９月９日出願の米国仮特許出願第６２／２１６，２３９号明細書の利益を主張し、その全体を参照することにより本書に援用する。

【0002】

本出願の主題は、２０１４年１０月２４日出願の米国特許出願第１４／５２３，７６０号明細書；２０１４年１１月１４日出願の米国特許出願第１４／５４２，４０３号明細書（２０１３年１０月２４日出願の米国仮特許出願第６１／８９５，３１５号明細書の利益を主張する）；２０１４年７月１日出願の米国仮特許出願第６２／０１９，８１６号明細書；２０１４年８月１４日出願の米国仮特許出願第６２／０３７，５２０号明細書；２０１４年９月３０日出願の米国仮特許出願第６２／０５７，９３６号明細書；２０１５年３月１７日出願の米国仮特許出願第６２／１３４，３６６号明細書；および２０１５年６月２５日出願の米国仮特許出願第６２／１８４，７４１号明細書に関する。上記のそれぞれの全体を本願明細書に援用する。

【0003】

この説明は、概して、手術支援ロボット（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｒｏｂｏｔｉｃｓ）に関し、特に、手術用器具に取り付けられ、手術用器具を回転させることができる器械装置マニピュレータに関する。

【背景技術】

【0004】

ロボット技術は様々に応用される。特に、ロボットアームは、通常、人が行うタスクを終わらせるのを助ける。例えば、工場では、ロボットアームを使用して自動車および消費家電製品を製造している。さらに、科学施設では、マイクロプレートを運ぶなどの実験手順を自動化するためにロボットアームを使用している。医療分野では、医師が、外科的処置を行うのを助けるためにロボットアームを使用し始めている。

【0005】

手術用ロボットシステムでは、ロボットアームは、例えば、ロボットアームの端部において器械装置マニピュレータに接続され、および器械装置マニピュレータを、規定された作業空間内の任意の位置へ動かすことができる。器械装置マニピュレータは、内視鏡に利用される操作可能なカテーテルまたは様々な腹腔鏡器具のいずれかなどの手術用器具に取り外し可能に結合され得る。器械装置マニピュレータは、ロボットアームから動きを伝えて手術用器具の位置を制御し、また、プル・ワイヤなどの器具の制御を開始してカテーテルを操作する。さらに、器械装置マニピュレータは、器具に電気的および／または光学的に結合されて、電力、光、または制御信号を提供し、器具からのデータ、例えば器具上のカメラからのビデオストリームを受信し得る。

【0006】

内視鏡または他の細長状の手術用器具をロボットで駆動するために、所望の線形方向において関節接合し、かつ所望の角度方向において「ローリング」することが望ましいことが多い。本明細書では、用語「ローリング」は、管腔内用のまたは他の細長状の手術用器具を手術用器具の縦軸の周りで回転することを意味する。現在の細長状の医療装置では、装置のシャフトでのローリングは、プル・ケーブルの管理を犠牲にして達成されることが多い。例えば、市場に出回っているいくつかの腹腔鏡装置では、装置のシャフトのローリングは、作動用プル・ワイヤ（装置のエンドエフェクタおよび／または手首の操作に使用される）を互いの周りで、シャフトと同じ速度で、単に捻ることによって、成し遂げられ得る。いずれかの方向において回転が機械的に制限されているため、ケーブルの捻じれがあってもローリングまたは把持装置操作のいずれかに対する悪影響は、皆無かそれに近い。それにも関わらず、このプル・ワイヤ管理の欠如は、シャフトの回転を通して、著しい
様々なレベルの摩擦を生じる。摩擦の蓄積は、プル・ワイヤがもはや、結果として生じる摩擦に打ち勝つことができなくなって装置のエンドエフェクタおよび／または手首に張力を与えるまで、ワイヤロープのようにプル・ワイヤが互いの周りにきつく結び付けられるまで、回転毎に着実に増加する。

【0007】

いくつかの製品では、関節接合とローリングとは、ロボットの外側「シース」を使用して切り離されて、ピッチングおよびヨウイングによる関節接合を可能にする一方で、可撓性の腹腔鏡器具はローリングによる挿入およびエンドエフェクタの作動を制御する。しかしながら、これは、異なる自由度を制御する２つの別個のモジュールを備える、不必要に大きいシステムを生じる。別個のモジュールは、手術前の作業の流れを複雑にする。なぜなら、オペレータは、患者に対して２組の装置を登録する必要があるためである。手動の内視鏡では、ノブおよびダイアルでスコープの遠位先端を作動させるが、シャフトの回転は、器具の近位端部全体を捻ることによって、行う。その結果、スコープをローリングさせるとき、オペレータは、不自然な補正位置へと強制的にひねって、ノブおよびダイアルを操作する。これらのひねりは望ましくないため、異なるアプローチを必要とする。

【0008】

手術用ロボットシステムを使用している間、手術用器具は器械装置マニピュレータに接続されているため、器具は患者から離れており、それゆえ、ロボットアームは、器械装置マニピュレータおよびそれに接続された器具を、患者の体内の手術部位の方へ前進させる。手術中のいくつかの状況では、器械装置マニピュレータから器具を迅速に切り離して、患者から取り除くことが望ましい。しかし、器具が器械装置マニピュレータの遠位面に接続されていると、器械装置マニピュレータからの器具の取り外しは、器具が器械装置マニピュレータの取付機構から持ち上げられ得るようにするために、器具を、手術部位の方へ短い距離前進させる必要があるかもしれない。手術部位の方へのわずかな動きでも、患者に損傷を引き起こす可能性がある。あるいは、手術用器具は、器械装置マニピュレータの頂面に接続され得る。これにより、器具を手術部位の方へ前進させずに、器具を器械装置マニピュレータから切り離すことができるが、器具の軸の周りで対称的にならないように器具を接続することは、手術用アームおよび／または器械装置マニピュレータが器具に与えることができるローリングの量を制限し得る。

【0009】

さらに、臨床の場で患者に手術用ロボットシステムを使用する前に、システムの複数の部分を滅菌するかまたはドレープで覆うことにより、無菌環境を保護する必要がある。手術用器具は、無菌であり、かつ使い捨てであるが、ロボットアームおよび器械装置マニピュレータは使い捨てではないため、それらと手術部位との間に境界を作るために、ドレープで覆う必要がある。しかしながら、器械装置マニピュレータおよび器具の構成は様々であり、器械装置マニピュレータをドレープで覆うことに対し、ドレープで覆われた器械装置マニピュレータと、ドレープで覆われていない器具との間に電気的、光学的、および他の接続を提供するなどの様々な課題を提示する。さらに、器具は、器械装置マニピュレータに対して回転し得るため、器具が回転されるときに、ドレープが絡むのを回避することが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従って、器械装置マニピュレータから手術用器具をより簡単に外し、また外すための動きを軽減する機構が必要とされている。さらに、器具の作動能力と関節接合能力とを損なわずに、管腔内用のおよび他の細長状の手術用器具を「ローリング」することができる手術用器具マニピュレータが必要とされており、およびそのようなマニピュレータと適合する手術用ドレープを提供することがさらに必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施形態は、器具を手術部位の方へ前進させずに、手術用ロボットシステムのロボットアーム上にある器械装置マニピュレータ（ＩＤＭ）から手術用器具を切り離すことができるようにする。例えば、ＩＤＭのいずれの取付機構からも器具を取り外すように十分に動かすために必要な動きが、手術部位から離れる方向であるようにするために、（患者から離れている）ＩＤＭの近位面上に取付インターフェースが含まれているため、器具の遠位端部は手術部位から引き離される。さらに、ＩＤＭはまた、器具の軸の周りでほぼ対称的になるように、器具をＩＤＭに取り付けることができるように貫通する通路を含んでもよい。側面に装着される配置とは対照的に、これは、より大きな量のローリング（おそらく無限）を、ＩＤＭによって器具に与えることができる。

【0012】

様々な実施形態では、ＩＤＭは、手術用器具を手術用器具の軸の周りで連続的に回転または「ローリング」させることができるように、手術用器具を手術用ロボットアームに取り付けるように構成される。ＩＤＭは、手術用ロボットアームに取り外し可能にまたは固定して取り付けられるように構成されたベースと、ベースに取り付けられた手術用器具ホルダーアセンブリとを含む。手術用器具ホルダーアセンブリは、手術用器具ホルダーアセンブリ内に回転可能に固定される手術用器具ホルダーを含む。手術用器具ホルダーは、取付インターフェースを介して手術用器具を固定して、手術用器具が手術用器具ホルダーと一緒に回転するようにする。手術用器具ホルダーは、さらに、手術用器具の近位延在部を受け入れ、ベースに対する手術用器具の自由な回転を可能にするように構成される通路を含む。手術用器具ホルダーは、ベースに対して手術用器具ホルダーを回転させるための１つ以上の駆動機構を含む。ＩＤＭは、さらに、ベースを手術用器具ホルダーに電気的にやり取り可能に結合して１つ以上の駆動機構に給電するために、複数のスリップリングを含む。

【0013】

取付インターフェースは、手術用器具上の複数の器械入力部と係合できる１つ以上のトルクカップラーを含む。トルクカップラーは、アクチュエータによって駆動され、それによりトルクカップラーを回転させ、それにより複数の器械入力部を回転させ、それゆえ手術用器具の複数のエンドエフェクタを駆動させる。複数のトルクカップラーは、取付インターフェースから外向きに突出し、各トルクカップラーは、取付インターフェースから外向きに突出する第１の状態と、ハウジング内に引っ込む第２の状態との間で移行できる。第２の状態では、複数のトルクカップラーは、複数の器械入力部から関節接合を解除され（ｄｅ−ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ）、手術用器具を手術用器具ホルダーアセンブリから取り外すことができるようにする。手術用器具ホルダーアセンブリは、さらに、手術用器具が手術用器具ホルダーアセンブリに解放可能に固定されるように、第１の状態と第２の状態との間の移行を制御するように構成された作動機構を含む。いくつかの実施形態では、手術用器具の外側ハウジングは、回転運動によって作動機構を作動させるように、回転できる。この器具の係合解除の構成によって、手術用器具を手術用器具ホルダーアセンブリから係合解除でき、かつ患者に対して遠位方向に取り外すことができ、手術用器具の取り外す最中の患者の安全性が高められる。

【0014】

本発明の実施形態は、手術用ロボットシステムのＩＤＭ用の手術用ドレープを含む。手術用ドレープは、手術用アームの少なくとも一部分およびＩＤＭを被覆するように構成された滅菌シートを含む。滅菌シートには第１の突起および第２の突起が取り付けられており、各突起は、ＩＤＭの通路に挿入可能である。第１および第２の突起は、それぞれ、ひとたび通路に挿入されたら、相互に嵌合するように構成された固定インターフェースを有する。第１および第２の突起は、さらに、手術用器具の細長状本体を受け入れるように構成される。特定の実施形態では、第１の突起は、外側リング内で回転可能にかつ同軸上に固定される内側ディスクに接続され得る。内側ディスクは、ＩＤＭの取付インターフェースを被覆するように構成される。この構成によって、ＩＤＭが手術用器具の軸の周りで連続的に回転または「ローリング」するように構成されるときに、内側ディスクを、ＩＤＭ
に取り付けられた手術用器具と一緒に自由に回転させることができる。他の実施形態では、第２のインターフェースも、滅菌シートに回転可能に取り付けられ得る。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態による手術用ロボットシステムを示す。

【図2】一実施形態による手術用ロボットシステム用のコマンドコンソールを示す。

【図3】一実施形態による手術用ロボットシステム用の器械装置マニピュレータの斜視図を示す。

【図4】一実施形態による、図３の器械装置マニピュレータの側面図を示す。

【図5】一実施形態による、図３の器械装置マニピュレータに固定された、例示的な手術用器具の前面分解斜視図を示す。

【図6】一実施形態による、図３の器械装置マニピュレータに固定された、例示的な手術用器具の背面分解斜視図を示す。

【図7】一実施形態による、手術用器具ホルダーからの手術用器具の係合および係合解除用の作動機構の拡大斜視図を示す。

【図8A】一実施形態による、滅菌アダプターからの手術用器具の係合および係合解除のプロセスを示す。

【図8B】一実施形態による、滅菌アダプターからの手術用器具の係合および係合解除のプロセスを示す。

【図9A】追加的な実施形態による、滅菌アダプターからの手術用器具の係合および係合解除のプロセスを示す。

【図9B】追加的な実施形態による、滅菌アダプターからの手術用器具の係合および係合解除のプロセスを示す。

【図10A】一実施形態による、器械装置マニピュレータ内で手術用器具ホルダーをローリングするための機構の斜視図を示す。

【図10B】一実施形態による器械装置マニピュレータの断面図を示す。

【図11A】一実施形態による、器械装置マニピュレータおよびそのいくつかの電気部品の内部構成要素の部分的な分解斜視図を示す。

【図11B】一実施形態による、器械装置マニピュレータおよびそのいくつかの電気部品の内部構成要素の部分的な分解斜視図を示す。

【図12】一実施形態による、手術用器具ホルダーを回転割り出しするための、器械装置マニピュレータの電気部品の拡大斜視図を示す。

【図13】一実施形態による、手術支援ロボットシステムのための器械装置マニピュレータ用の手術用ドレープの断面図を示す。

【図14】一実施形態による、手術用器具ホルダー用の手術用ドレープの相互嵌合インターフェースの断面図を示す。

【図15】一実施形態による、器械装置マニピュレータ用の手術用ドレープの滅菌アダプターの断面図を示す。

【図16】追加的な実施形態による、器械装置マニピュレータ用の手術用ドレープの断面図を示す。

【図17】一実施形態による、手術用器具と器械装置マニピュレータとの間の電力およびデータの伝送のための光インターフェースを示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図面は、説明のためだけに、本発明の実施形態を示す。当業者は、以下の説明から、本明細書で説明する本発明の原理から逸脱せずに、本明細書に示す構造および方法の代替的な実施形態が用いられ得ることを容易に認識するであろう。

【0017】

Ｉ．手術用ロボットシステム
図１は、手術用ロボットシステム１００の実施形態を示す。手術用ロボットシステム１
００は、１つ以上のロボットアーム、例えば、ロボットアーム１０２に結合されたベース１０１を含む。ベース１０１は、図２を参照して本明細書でさらに説明されるコマンドコンソールに通信可能に結合される。ベース１０１は、ロボットアーム１０２が、患者に外科的処置を行うためにアクセスするように位置決めされ得る一方で、医師などのユーザは、コマンドコンソールからくつろいだ状態で、手術用ロボットシステム１００を制御し得る。いくつかの実施形態では、ベース１０１は、患者を支持するための手術台またはベッドに結合され得る。明快にするために図１には示さないが、ベース１０１は、サブシステム、例えば制御エレクトロニクス、空気力学機構、電力源、光源などを含み得る。ロボットアーム１０２は、ジョイント１１１で結合された複数のアームセグメント１１０を含み、これにより、ロボットアーム１０２に多自由度、例えば、７個のアームセグメントに対応する７自由度をもたらす。ベース１０１は、電力源１１２、空気圧１１３、および制御およびセンサーエレクトロニクス１１４−中央処理装置、データバス、制御回路、およびメモリなどの構成要素を含む−およびロボットアーム１０２を動かすためのモータなどの関連のアクチュエータを含み得る。ベース１０１内のエレクトロニクス１１４はまた、コマンドコンソールから通信された制御信号を処理および伝送し得る。

【0018】

いくつかの実施形態では、ベース１０１は、手術用ロボットシステム１００を運搬するための車輪１１５を含む。手術用ロボットシステム１００に移動性があることにより、手術室における空間の制約に適応させるのを、ならびに手術用機器の適切な位置決めおよび動きを容易にするのを助ける。さらに、移動性によって、ロボットアーム１０２が患者、医師、麻酔科医、または任意の他の機器を邪魔しないように、ロボットアーム１０２を構成できる。処置の最中、ユーザは、コマンドコンソールなどの制御装置を使用してロボットアーム１０２を制御し得る。

【0019】

いくつかの実施形態では、ロボットアーム１０２は、ロボットアーム１０２の位置を維持するために、ブレーキおよび釣り合い錘の組み合わせを使用するセットアップジョイントを含む。釣り合い錘は、ガススプリングまたはコイルバネを含み得る。ブレーキ、例えば、フェイルセーフブレーキは、機械部品および／または電気部品を含み得る。さらに、ロボットアーム１０２は、重力補助式受動的支持（ｇｒａｖｉｔｙ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐａｓｓｉｖｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）型のロボットアームとし得る。

【0020】

各ロボットアーム１０２は、機構チェンジャーインターフェース（ＭＣＩ）１１６を使用して器械装置マニピュレータ（ＩＤＭ）１１７に結合され得る。ＩＤＭ１１７は取り外されて、異なるタイプのＩＤＭと交換されることができ、例えば、第１のタイプのＩＤＭは内視鏡を操作する一方で、第２のタイプのＩＤＭは腹腔鏡を操作する。ＭＣＩ１１６は、ロボットアーム１０２からＩＤＭ１１７へ空気圧、電気出力、電気信号、および光信号を伝達するためにコネクタを含む。ＭＣＩ１１６は、止めネジまたはベースプレートコネクタとし得る。ＩＤＭ１１７は、直接駆動、ハーモニックドライブ（登録商標）、歯車駆動、ベルト車、磁気駆動などを含む技術を使用して、内視鏡１１８などの手術用器械を操作する。ＭＣＩ１１６は、ＩＤＭ１１７のタイプに基づいて取り替え可能であり、およびある種の外科的処置向けにカスタマイズされ得る。ロボットアーム１０２は、ＫＵＫＡ ＡＧ（登録商標）ＬＢＲ５ロボットアームなど、遠位端部に手首とジョイントレベルトルク感知部とを含み得る。

【0021】

内視鏡１１８は、患者の解剖学的構造に挿入されて解剖学的構造（例えば、体組織）の画像を撮る、チューブ状で可撓性の手術用器械である。特に、内視鏡１１８は、画像を撮る１つ以上の撮像装置（例えば、カメラまたはセンサー）を含む。撮像装置は、光ファイバー、ファイバーアレイ、またはレンズなどの１つ以上の光学部品を含み得る。光学部品は内視鏡１１８の先端と一緒に動いて、内視鏡１１８の先端の動きにより、撮像装置によって撮られる画像を変更するようにする。内視鏡は全体を通して主要な例として使用され
るが、手術用ロボットシステム１００は、様々な手術用器械と一緒に使用され得ることが理解される。

【0022】

いくつかの実施形態では、手術用ロボットシステム１００のロボットアーム１０２は、細長状の移動部材を使用して内視鏡１１８を操作する。細長状の移動部材は、プルまたはプッシュ・ワイヤとも呼ばれるプル・ワイヤ、ケーブル、ファイバー、または可撓性シャフトを含み得る。例えば、ロボットアーム１０２は、内視鏡１１８に結合された複数のプル・ワイヤを作動させ、内視鏡１１８の先端を撓ませる。プル・ワイヤは、金属材料および非金属材料の双方、例えばステンレス鋼、Ｋｅｖｌａｒ、タングステン、カーボンファイバーなどを含み得る。内視鏡１１８は、細長状の移動部材によって加えられた力に応答して、非線形のふるまいを示し得る。非線形のふるまいは、内視鏡１１８の剛性および圧縮性、ならびに異なる細長状の移動部材間の弛みまたはスティフネスの変動性に基づき得る。

【0023】

手術用ロボットシステム１００は、コントローラ１２０、例えば、コンピュータプロセッサを含む。コントローラ１２０は、較正モジュール１２５、画像登録モジュール１３０、および較正記憶装置１３５を含む。較正モジュール１２５は、勾配、ヒステリシス、およびデッドゾーンの値などのパラメータと併せて、区分的線形応答のモデルを使用して、非線形のふるまいを特徴付け得る。手術用ロボットシステム１００は、パラメータの正確な値を決定することによって、内視鏡１１８をより正確に制御できる。いくつかの実施形態では、コントローラ１２０のある程度のまたは全ての機能性は、手術用ロボットシステム１００の外部で、例えば、手術用ロボットシステム１００に通信可能に結合された別のコンピュータシステムまたはサーバー上で行われる。

【0024】

ＩＩ．コマンドコンソール
図２は、一実施形態による手術用ロボットシステム１００用のコマンドコンソール２００を示す。コマンドコンソール２００は、コンソールベース２０１と、ディスプレイモジュール２０２、例えばモニタと、制御モジュール、例えばキーボード２０３およびジョイスティック２０４とを含む。いくつかの実施形態では、コマンドモジュール２００の機能の１つ以上は、手術用ロボットシステム１００のベース１０１、または手術用ロボットシステム１００に通信可能に結合された別のシステムに組み込まれ得る。ユーザ２０５、例えば医師は、コマンドコンソール２００を使用して人間工学的位置から手術用ロボットシステム１００を遠隔制御する。

【0025】

コンソールベース２０１は、例えば図１に示す内視鏡１１８からのカメラ画像データおよび追跡センサーデータなどの信号を解読して処理することに関与する中央処理装置、メモリ装置、データバス、および関連のデータ通信ポートを含み得る。いくつかの実施形態では、コンソールベース２０１およびベース１０１の双方とも、不可分散のために信号処理を実行する。コンソールベース２０１はまた、制御モジュール２０３および２０４を通してユーザ２０５によって提供されたコマンドおよび命令を処理し得る。図２に示すキーボード２０３およびジョイスティック２０４に加えて、制御モジュールは、他の装置、例えば、コンピュータマウス、トラックパッド、トラックボール、制御パッド、テレビゲームコントローラ、および手を使ったジェスチャーおよび指を使ったジェスチャーを捉えるセンサー（例えば、モーションセンサーまたはカメラ）を含み得る。

【0026】

ユーザ２０５は、速度モードまたは位置制御モードでコマンドコンソール２００を使用して、内視鏡１１８などの手術用器械を制御し得る。速度モードでは、ユーザ２０５は、制御モジュールを使用する直接的な手動制御に基づいて、内視鏡１１８の遠位端部のピッチおよびヨウ運動を直接的に制御する。例えば、ジョイスティック２０４の動きは、内視鏡１１８の遠位端部におけるヨウイングおよびピッチングの動きにマップされ得る。ジョ
イスティック２０４は、ユーザ２０５に触覚フィードバックを提供し得る。例えば、ジョイスティック２０４は振動して、内視鏡１１８がある方向にさらに平行移動したりまたは回転したりはできないことを示す。コマンドコンソール２００はまた、視覚フィードバック（例えば、ポップアップメッセージ）および／または音声フィードバック（例えば、ビープ音）を提供して、内視鏡１１８が最大平行移動または回転に到達したことを示し得る。

【0027】

位置制御モードでは、コマンドコンソール２００は、患者の三次元（３Ｄ）マップおよび患者の予め決められたコンピュータモデルを使用して、手術用器械、例えば、内視鏡１１８を制御する。コマンドコンソール２００は、手術用ロボットシステム１００のロボットアーム１０２に制御信号を提供して、内視鏡１１８を標的箇所まで操作する。３Ｄマップへの依存に起因して、位置制御モードは、患者の解剖学的構造の正確なマッピングを必要とする。

【0028】

いくつかの実施形態では、ユーザ２０５は、コマンドコンソール２００を使用することなく、手術用ロボットシステム１００のロボットアーム１０２を手動で操作し得る。手術室内で設定する際に、ユーザ２０５は、ロボットアーム１０２、内視鏡１１８、および他の手術用機器を動かして、患者にアクセスしてもよい。手術用ロボットシステム１００は、ユーザ２０５からの力フィードバックおよび慣性制御に応じて、ロボットアーム１０２および機器の適切な構成を決定し得る。

【0029】

ディスプレイモジュール２０２は、電子モニタ、バーチャルリアリティー表示装置（ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｖｉｅｗｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）、例えばゴーグルや眼鏡、および／または他の手段のディスプレイ装置を含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイモジュール２０２は、例えば、タッチスクリーンを備えるタブレット型デバイスとして、制御モジュールと一体化される。さらに、ユーザ２０５は、統合されたディスプレイモジュール２０２と制御モジュールを使用して、データの閲覧、および手術用ロボットシステム１００へのコマンドの入力の双方を行い得る。

【0030】

ディスプレイモジュール２０２は、立体視装置、例えばバイザーやゴーグルを使用して、３Ｄ画像を表示し得る。３Ｄ画像は、「エンドビュー（ｅｎｄｏ ｖｉｅｗ）」（すなわち、内視鏡映像（ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ ｖｉｅｗ））を提供し、これは、患者の解剖学的構造を示すコンピュータの３Ｄモデルである。「エンドビュー」は、患者の体内の仮想環境、および患者の体内での内視鏡１１８の予測される位置を提供する。ユーザ２０５は、「エンドビュー」モデルを、カメラで撮った実際の画像と比較して、患者の体内で内視鏡１１８が正しい−または適度に正しい−位置にあるように心の中で向きを決め、かつそれを確認する助けにする。「エンドビュー」は、解剖学的構造、例えば、内視鏡１１８の遠位端部の周りにある患者の腸または結腸の形状に関する情報を提供する。ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１８の遠位端部の周りの解剖学的構造の３Ｄモデルおよびコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンを同時に表示し得る。さらに、ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１８の予め決められた最適なナビゲーションパスを３ＤモデルおよびＣＴスキャンに重ね合わせることができる。

【0031】

いくつかの実施形態では、内視鏡１１８のモデルは３Ｄモデルと一緒に表示されて、外科的処置のステータスを示すのを助ける。例えば、ＣＴスキャンは、生検が必要かもしれない解剖学的構造内の病変を特定する。手術中、ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１８の現在の箇所に対応する、内視鏡１１８が撮った参照画像を示し得る。ディスプレイモジュール２０２は、ユーザ設定および特定の外科的処置に依存して、内視鏡１１８のモデルの異なる映像を自動的に表示し得る。例えば、ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１８が患者の手術領域に接近するときのナビゲーションステップの最中の内視
鏡１１８の透視オーバーヘッドビュー（ｏｖｅｒｈｅａｄ ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｉｃ ｖｉｅｗ）を示す。

【0032】

ＩＩＩ．器械装置マニピュレータ
一実施形態に従って、図３は、手術用ロボットシステム用の器械装置マニピュレータ（ＩＤＭ）３００の斜視図を示し、および図４は、ＩＤＭ３００の側面図を示す。ＩＤＭ３００は、手術用器具が手術用器具の軸の周りで連続的に回転または「ローリング」できるように、手術用器具を手術用ロボットアームに取り付けるように構成されている。ＩＤＭ３００は、ベース３０２および手術用器具ホルダーアセンブリ３０４を含む。手術用器具ホルダーアセンブリ３０４は、さらに、外側ハウジング３０６、手術用器具ホルダー３０８、取付インターフェース３１０、通路３１２、および複数のトルクカップラー３１４を含む。ＩＤＭ３００は、様々な手術用器具（図３には図示せず）と一緒に使用されてもよく、これら手術用器具は、ハウジングおよび細長状本体を含んでもよく、および腹腔鏡、内視鏡、または手術用器械の他のタイプのエンドエフェクタのためのものとし得る。

【0033】

ベース３０２は、ＩＤＭ３００を手術用ロボットシステムの手術用ロボットアームに取り外し可能にまたは固定して装着する。図３の実施形態では、ベース３０２は、手術用器具ホルダーアセンブリ３０４の外側ハウジング３０６に固定して取り付けられている。代替的な実施形態では、ベース３０２は、取付インターフェース３１０とは対向する面に手術用器具ホルダー３０８を回転式に受け入れるように適合されるプラットフォームを含むような構造にされ得る。プラットフォームは、手術用器具の細長状本体を受け入れるために、通路３１２と整列された通路、および、いくつかの実施形態では、第１の手術用器具と同軸上に装着される第２の手術用器具の追加的な細長状本体を含み得る。

【0034】

手術用器具ホルダーアセンブリ３０４は、手術用器具をＩＤＭ３００に固定し、かつベース３０２に対して手術用器具を回転させるように構成される。機械的および電気的接続が、手術用アームからベース３０２まで、その後、手術用器具ホルダーアセンブリ３０４までもたらされ、外側ハウジング３０６に対して手術用器具ホルダー３０８を回転させ、かつ手術用アームから手術用器具ホルダー３０８まで、および最終的には手術用器具まで、電力および／または信号を操作および／または送達する。信号は、空気圧、電気出力、電気信号、および／または光信号に関する信号を含み得る。

【0035】

外側ハウジング３０６は、ベース３０２に対して手術用器具ホルダーアセンブリ３０４を支持する。外側ハウジング３０６は、ベース３０２に固定して取り付けられ、ベース３０２に対して静止したままであるようにする一方で、手術用器具ホルダー３０８は外側ハウジング３０６に対して自由に回転できるようにする。図３の実施形態では、外側ハウジング３０６は、シリンダー形状であり、かつ手術用器具ホルダー３０８を完全に囲む。外側ハウジング３０６は、硬質材料（例えば、金属または硬質プラスチック）で構成され得る。代替的な実施形態では、ハウジングの形状は異なってもよい。

【0036】

手術用器具ホルダー３０８は、取付インターフェース３１０を介して手術用器具をＩＤＭ３００に固定する。手術用器具ホルダー３０８は、外側ハウジング３０６とは無関係に回転することができる。手術用器具ホルダー３０８は、手術用器具の細長状本体と同軸上に整列する回転軸３１６の周りで回転し、手術用器具が手術用器具ホルダー３０８と一緒に回転するようにする。

【0037】

取付インターフェース３１０は、手術用器具ホルダー３０８の、手術用器具に取り付ける面である。取付インターフェース３１０は、取付機構の第１の部分を含み、第１の部分は、手術用器具上に配置された取付機構の第２の部分と相互に噛合し、これについて、図８Ａおよび図８Ｂに関して詳細を説明する。取付インターフェース３１０は複数のトルク
カップラー３１４を含み、これらトルクカップラーは、取付インターフェース３１０から外向きに突出し、かつ手術用器具上のそれぞれの器械入力部と係合する。いくつかの実施形態では、ＩＤＭ３００と手術用器具との間に無菌境界を生じるために、滅菌アダプターに結合された手術用ドレープが使用され得る。これらの実施形態では、滅菌アダプターは、手術用器具がＩＤＭ３００に固定されるときに、取付インターフェース３１０と手術用器具との間に位置決めされて、手術用ドレープが、手術用器具および患者をＩＤＭ３００および手術支援ロボットシステムから分離するようにし得る。

【0038】

通路３１２は、手術用器具が取付インターフェース３１０に固定されるときに、手術用器具の細長状本体を受け入れるように構成される。図３の実施形態では、通路３１２は、手術用器具の細長状本体の縦軸および手術用器具ホルダー３０８の回転軸３１６と同軸上に位置合わせされる。通路３１２は、手術用器具の細長状本体が通路３１２内で自由に回転できるようにする。この構成は、最小限の制約で、または制約がない状態で、手術用器具が回転軸３１６の周りでいずれの方向にも連続的に回転またはローリングされるようにできる。

【0039】

複数のトルクカップラー３１４は、手術用器具が手術用器具ホルダー３０８に固定されているときに、手術用器具の構成要素に係合してそれらを駆動するように構成される。各トルクカップラー３１４は、手術用器具上にあるそれぞれの器械入力部に挿入される。複数のトルクカップラー３１４はまた、手術用器具と手術用器具ホルダー３０８との間の回転整列を維持する働きをし得る。図３に示すように、各トルクカップラー３１４は、取付インターフェース３１０から外向きに突出するシリンダー状突起の形状にされる。シリンダー状突起の外表面領域に沿ってノッチ３１８が配置され得る。いくつかの実施形態では、ノッチ３１８の配置構成によって、スプラインインターフェースを生じる。手術用器具上の器械入力部は、トルクカップラー３１４に対して相補的な幾何学的形状を有するように構成される。例えば、図３には示さないが、手術用器具の器械入力部は、シリンダー形状とし、および各トルクカップラー３１４上の複数のノッチ３１８と相互に噛合する複数のリッジを有し、そのようにして、それらのノッチ３１８にトルクを与えるようにしてもよい。代替的な実施形態では、シリンダー状突起の頂面は、それぞれの器械入力部内の複数のリッジと噛合するように構成された複数のノッチ３１８を含んでもよい。この構成では、各トルクカップラー３１４は、そのそれぞれの器械入力部と完全に係合する。

【0040】

さらに、各トルクカップラー３１４は、トルクカップラーを平行移動させることができるバネに結合され得る。図３の実施形態では、バネは、各トルクカップラー３１４を取付インターフェース３１０から離れるように外向きに跳ねるように付勢される。バネは、軸方向の平行移動を生じる、すなわち、取付インターフェース３１０から離れるように突き出し、かつ手術用器具ホルダー３０８の方へ引っ込むように構成される。いくつかの実施形態では、各トルクカップラー３１４は、手術用器具ホルダー３０８内へ部分的に引っ込むことができる。他の実施形態では、各トルクカップラー３１４は、各トルクカップラーの実効高さが、取付インターフェース３１０に対してゼロになるように、手術用器具ホルダー３０８内に完全に引っ込むことができる。図３の実施形態では、各トルクカップラー３１４の平行移動は作動機構によって作動され、これについて、図７〜８に関してさらに詳細に説明する。様々な実施形態では、各トルクカップラー３１４は、１つのバネ、複数のバネ、または各トルクカップラーのそれぞれのバネに結合され得る。

【0041】

さらに、各トルクカップラー３１４は、それぞれのアクチュエータによって駆動され、これにより、トルクカップラーのいずれかの方向への回転を生じる。それゆえ、ひとたび器械入力部と係合されたら、各トルクカップラー３１４は電力を伝送して、手術用器具内でプル・ワイヤを引っ張ったりまたは緩めたりでき、それにより、手術用器具のエンドエフェクタを操作する。図３の実施形態では、ＩＤＭ３００は５個のトルクカップラー３１
４を含むが、他の実施形態では、個数は、手術用器具のエンドエフェクタに対する所望の数の自由度に応じて、変わってもよい。いくつかの実施形態では、滅菌アダプターに結合された手術用ドレープを使用して、ＩＤＭ３００と手術用器具との間に無菌境界を生じ得る。これらの実施形態では、滅菌アダプターは、手術用器具がＩＤＭ３００に固定されているときには、取付インターフェース３１０と手術用器具との間に位置決めされ得、および滅菌アダプターは、各トルクカップラー３１４からそれぞれの器械入力部へ電力を伝送するように構成され得る。

【0042】

図３に示すＩＤＭ３００の実施形態は、手術用ロボットシステムを備える様々な構成において使用され得る。所望の構成は、患者に対して行われる外科的処置のタイプ、または外科的処置の最中に使用される手術用器具のタイプに依存し得る。例えば、ＩＤＭ３００の所望の構成は、内視鏡的処置では、腹腔鏡的処置と異なってもよい。

【0043】

第１の構成では、ＩＤＭ３００は、手術用アームに取り外し可能にまたは固定して取り付けられて、外科的処置の最中に取付インターフェース３１０が患者の近位になるようにし得る。以下「前面装着構成」と称すこの構成では、手術用器具は、患者に対して近位の側でＩＤＭ３００に固定される。前面装着構成で使用する手術用器具は、手術用器具の細長状本体が手術用器具の取付インターフェースに対向する側から延在するような構造にされる。手術用器具が前面装着構成のＩＤＭ３００から取り外されるとき、手術用器具は、患者に対して近位方向に取り外される。

【0044】

第２の構成では、ＩＤＭ３００は、手術用アームに取り外し可能にまたは固定して取り付けられて、外科的処置の最中に取付インターフェース３１０が患者の遠位になるようにし得る。以下「背面装着構成」と称すこの構成では、手術用器具は、患者に対して遠位の側でＩＤＭ３００に固定される。背面装着構成で使用する手術用器具は、手術用器具の細長状本体が手術用器具の取付インターフェースから延在するような構造にされる。この構成は、ＩＤＭ３００から器具を取り外す最中の患者の安全性を高める。手術用器具が背面装着構成のＩＤＭ３００から取り外されるとき、手術用器具は患者から遠位方向に取り外される。

【0045】

手術用器具のいくつかの構成は、手術用器具が前面装着構成または背面装着構成のいずれかにあるＩＤＭと一緒に使用され得るような構造にされ得る。これらの構成では、手術用器具は、手術用器具の両端部に取付インターフェースを含む。いくつかの外科的処置では、医師は、行っている外科的処置のタイプに応じてＩＤＭの構成を決定し得る。例えば、背面装着構成は腹腔鏡的処置に有益とし得、腹腔鏡器具は、他の手術用器械と比べて特に長いとし得る。手術用アームは、医師が手術用器具の遠位端部を患者の遠い箇所（例えば、肺または血管）へと方向付けるときなどの外科的処置の最中に動くため、腹腔鏡器具の長さが長いことにより、手術用アームを、より大きな弧の周りで揺動させることとなる。背面装着構成は、通路３１２を通して細長状本体の一部分を受け入れ、それにより手術用器具を位置決めするために手術用アームによって必要とされる動きの弧を小さくすることによって、手術用器具の器具実効長を短くすることが、有益である。

【0046】

図５〜６は、一実施形態による、図３の器械装置マニピュレータ３００に固定された例示的な手術用器具５００の分解斜視図を示す。手術用器具５００は、ハウジング５０２、細長状本体５０４、および複数の器械入力部６００を含む。上述の通り、長尺状本体５０４は、腹腔鏡、内視鏡、またはエンドエフェクタを有する他の手術用器械とし得る。図示の通り、複数のトルクカップラー３１４は、取付インターフェース３１０から外向きに突出して、手術用器具の器械入力部６００と係合する。器械入力部６００の構造は図６に示し得るが、器械入力部６００は、トルクカップラー３１４に対応する幾何学的形状を有して、手術用器具を確実にしっかりと係合する。

【0047】

外科的処置の最中、手術用ドレープは、ＩＤＭ３００と外部環境（すなわち、手術室）との間の無菌境界を維持するために使用され得る。図５〜６の実施形態では、手術用ドレープは、滅菌アダプター５０６、第１の突起５０８、および第２の突起５１０を含む。図５〜６には示さないが、滅菌シートが滅菌アダプター、および第２の突起に接続され、かつＩＤＭ３００の周りをドレープで覆って無菌境界を生じる。

【0048】

滅菌アダプター５０６は、ＩＤＭ３００に固定されるときに、ＩＤＭ３００と手術用器具５００との間に滅菌インターフェースを生じるように構成される。図５〜６の実施形態では、滅菌アダプター５０６は、ＩＤＭ３００の取付インターフェース３１０を被覆するディスク様の幾何学的形状を有する。滅菌アダプター５０６は、手術用器具５００の細長状本体５０４を受け入れるように構成される中心穴５０８を含む。この構成では、滅菌アダプター５０６は、手術用器具５００がＩＤＭ３００に固定されるときに、取付インターフェース３１０と手術用器具５００との間に位置決めされて、手術用器具５００とＩＤＭ３００との間に無菌境界を生じ、かつ細長状本体５０４が通路３１２を通過できるようにする。いくつかの実施形態では、滅菌アダプター５０６は、手術用器具ホルダー３０８と一緒に回転でき、複数のトルクカップラー３１４から手術用器具５００へ回転トルクを伝達でき、ＩＤＭ３００と手術用器具５００との間に電気信号を通すことができ、またはそれらのいくつかの組み合わせを行うことができるとし得る。

【0049】

図５〜６の実施形態では、滅菌アダプター５０６は、さらに、複数のカップラー５１２を含む。カップラー５１２の第１の側面は、それぞれのトルクカップラー３１４と係合するように構成される一方、カップラー５１２の第２の側面は、それぞれの器械入力部６００と係合するように構成される。複数のトルクカップラー３１４の構造と同様に、各カップラー５１２は、複数のノッチを含むシリンダー状突起として構造される。カップラー５１２の各側面は、それぞれのトルクカップラー３１４およびそれぞれの器械入力部６００と完全に係合するための相補的な幾何学的形状を有する。各カップラー５１２は、それぞれのトルクカップラー３１４と一緒に時計方向または反時計方向に回転するように構成される。この構成は、各カップラー５１２が、ＩＤＭ３００の複数のトルクカップラー３１４から手術用器具５００の複数の器械入力部６００へ回転トルクを伝達できるようにするため、手術用器具５００のエンドエフェクタを制御する。

【0050】

第１の突起５０８および第２の突起５１０は、ＩＤＭ３００の通路３１２を通過しかつ通路３１２内で互いに噛合するように構成される。各突起５０８、５１０は、細長状本体５０４がそれら突起、それゆえ通路３１２を通過できるような構造にされる。第１の突起５０８と第２の突起５１０の接続によって、ＩＤＭ３００と外部環境（すなわち、手術室）との間に無菌境界を生じる。手術用ドレープについて、図１３〜１６に関してさらに詳細に説明する。

【0051】

ＩＶ．手術用器具の係合解除
図７は、一実施形態による、手術用ドレープの滅菌アダプター５０６に対して手術用器具５００を係合および係合解除するための作動機構の拡大斜視図を示す。図３に関して説明するようなＩＤＭ３００の構成に起因して、外科的処置の最中に患者へ挿入する手術用器具の軸は、手術用器具を取り外す軸と同じである。手術用器具の取り外す最中に患者の安全性を保証するために、手術用器具５００は、手術用器具５００を取り外す前に、滅菌アダプター５０６およびＩＤＭ３００から関節接合を解除され得る。図７の実施形態では、複数のカップラー５１２は、軸方向に平行移動する、すなわち、滅菌アダプター５０６から離れるように突き出し、および滅菌アダプターの方へ引っ込むように構成される。複数のカップラー５１２の平行移動は、それぞれの器械入力部６００からの複数のカップラー５１２の係合解除によって手術用器具５００の関節接合を確実に解除される作動機構に
よって作動される。作動機構は、ウェッジ７０２およびプッシャプレート７０４を含む。

【0052】

ウェッジ７０２は、手術用器具の係合解除のプロセスの最中にプッシャプレート７０４を起動させる構造部品である。図７の実施形態では、ウェッジ７０２は、ハウジング５０２の外周に沿って手術用器具５００のハウジング５０２内に配置される。図示の通り、ウェッジ７０２は、手術用器具５００のハウジング５０２が滅菌アダプター５０６に対して時計回りに回転される場合に、プッシャプレート７０４との接触によって、プッシャプレート７０４を滅菌アダプター５０６内へ押し下げるような向きにされる。代替的な実施形態では、ウェッジ７０２は、手術用器具５００のハウジング５０２が時計回りではなく反時計回りに回転されるように、構成され得る。構造が回転時にプッシャプレートを押し下げることができることを考えると、アーチ型斜面などの、ウェッジ以外の幾何学的形状を用いてもよい。

【0053】

プッシャプレート７０４は、手術用器具５００から複数のカップラー５１２を係合解除するアクチュエータである。複数のトルクカップラー３１４と同様に、カップラー５１２のそれぞれは、各カップラー５１２を滅菌アダプター５０６から離れて外向きに跳ねるように偏倚させる１つ以上のバネに結合され得る。複数のカップラー５１２は、さらに、軸方向に平行移動する、すなわち、滅菌アダプター５０６から離れて突き出し、かつ滅菌アダプターの方へ引っ込むように、構成される。プッシャプレート７０４は、カップラー５１２の平行移動運動を作動させる。プッシャプレート７０４がウェッジ７０２によって押し下げられると、プッシャプレート７０４は、各カップラー５１２に結合されたバネまたは複数のバネを圧縮させ、カップラー５１２を滅菌アダプター５０６内へと引っ込ませる。図７の実施形態では、プッシャプレート７０４は、複数のカップラー５１２を同時に引っ込ませるように構成される。代替的な実施形態は、カップラー５１２を特定の順序でまたは順不同に引っ込ませ得る。図７の実施形態では、プッシャプレート７０４は、複数のカップラー５１２を滅菌アダプター５０６内に部分的に引っ込ませる。この構成は、手術用器具５００が取り外される前に、手術用器具５００が滅菌アダプター５０６から関節接合を解除されることができるようにする。この構成はまた、手術用器具５００を取り外さずに、ユーザが、望むときはいつでも滅菌アダプター５０６から手術用器具５００の関節接合を解除することができるようにする。代替的な実施形態は、複数のカップラー５１２を滅菌アダプター５０６内へ完全に引っ込ませて、測定された各カップラー５１２の実効高をゼロにすることである。いくつかの実施形態では、プッシャプレート７０４は、複数のトルクカップラー３１４を複数のそれぞれのカップラー５１２と同期して引っ込ませ得る。

【0054】

図８Ａおよび図８Ｂは、一実施形態による、滅菌アダプターからの手術用器具の係合および係合解除のプロセスを示す。図８Ａは、固定位置にある滅菌アダプター５０６および手術用器具５００を示し、２つの構成要素は一緒に固定されており、および複数のカップラー５１２は、手術用器具５００のそれぞれの器械入力部６００と完全に係合している。図８Ａに示すような固定位置を達成するために、手術用器具５００の細長状本体５０４（図示せず）は、手術用器具５００および滅菌アダプター５０６の嵌合面が接触するまで、滅菌アダプター５０６の中心穴５０８（図示せず）を通過させられ、および手術用器具５００および滅菌アダプター５０６は、ラッチング機構によって互いに固定される。図８Ａおよび図８Ｂの実施形態では、ラッチング機構は、棚状部８０２およびラッチ８０４を含む。

【0055】

棚状部８０２は、ラッチ８０４を固定位置に固定する構造部品である。図８Ａの実施形態では、棚状部８０２は、ハウジング５０２の外周に沿って、手術用器具５００のハウジング５０２内に配置される。図８Ａに示すように、棚状部８０２は、ラッチ８０４上にある突起の下側に載置されて、図７に関して説明したような複数のカップラー５１２の跳ね
上がる（ｓｐｒｕｎｇ−ｕｐ）性質に起因して、ラッチ８０４、およびそれにより滅菌アダプター５０６が手術用器具５００から引き離されるのを防止するような向きにされる。

【0056】

ラッチ８０４は、固定位置にある棚状部８０２と噛合する構造部品である。図８Ａの実施形態では、ラッチ８０４は、滅菌アダプター５０６の嵌合面から突出する。ラッチ８０４は、手術用器具５００が滅菌アダプター５０６に固定されるときに、棚状部８０２に対して載置されるように構成された突起を含む。図８Ａの実施形態では、手術用器具５００のハウジング５０２は、手術用器具５００の残りの部分とは無関係に、回転できる。この構成は、ハウジング５０２が滅菌アダプター５０６に対して回転できるようにして、棚状部８０２がラッチ８０４に固定されるようにし、それにより、手術用器具５００を滅菌アダプター５０２に固定する。図８Ａの実施形態では、ハウジング５０２は、反時計回りに回転されて固定位置を達成するが、他の実施形態は、時計回りに回転するように構成され得る。代替的な実施形態では、棚状部８０２およびラッチ８０４は、滅菌アダプター５０６および手術用器具５００を固定位置にロックする様々な幾何学的形状を有し得る。

【0057】

図８Ｂは、非固定位置にある滅菌アダプター５０６および手術用器具５００を示し、ここでは、手術用器具５００は滅菌アダプター５０６から取り外すことができる。上述の通り、手術用器具５００のハウジング５０２は、手術用器具５００の残りの部分とは無関係に、回転できる。この構成は、複数のカップラー５１２が手術用器具５００の器械入力部６００と係合されている間でも、ハウジング５０２が回転できるようにする。固定位置から非固定位置へ移行させるために、ユーザは、手術用器具５００のハウジング５０２を滅菌アダプター５０６に対して時計回りに回転させる。この回転の最中、ウェッジ７０２は、プッシャプレート７０４に接触し、かつプッシャプレートがウェッジ７０２の角度の付いた平面を摺動するときにプッシャプレート７０４を徐々に押し下げ、それにより、複数のカップラー５１２を滅菌アダプター５０６内へと引っ込ませて、複数の器械入力部６００から係合解除させる。さらなる回転によって、ラッチ８０４を、ウェッジ７０２と同様の構造にされた軸方向のカム８０６と接触させる。ラッチ８０４が回転の最中に軸方向のカム８０６と接触するため、軸方向のカム８０６は、ラッチ８０４を手術用器具５００から離れるように外向きに撓ませて、ラッチ８０４が棚状部８０２から変位されるようにする。この非固定位置では、複数のカップラー５１２は引っ込まされ、および手術用器具５００は、図８Ｂの実施形態では、滅菌アダプター５０６から取り外され得る。他の実施形態では、軸方向のカム８０６は、回転によってラッチ８０４を外向きに撓ませる様々な幾何学的形状を有し得る。

【0058】

代替的な実施形態では、手術用器具５００のハウジング５０２の回転の方向を反時計回りの回転として、棚状部８０２からラッチ８０４を非固定状態にするように構成し得る。さらに、代替的な実施形態は同様の構成要素を含み得るが、構成要素の箇所は、滅菌アダプター５０６と手術用器具５００との間で切り替えられ得る。例えば、棚状部８０２は、滅菌アダプター５０６上に配置され得る一方、ラッチ８０４は手術用器具５００上に配置され得る。他の実施形態では、滅菌アダプター５０６の外側部分は、手術用器具５００のハウジング５０２ではなく複数のカップラー５１２に対して回転可能である。代替的な実施形態はまた、ハウジング５０２が器械入力部６００に対して完全に回転されるときに、手術用器具５０２のハウジング５０２の回転をロックするための特徴を含み得る。この構成は、器械入力部６００がカップラー５１２から関節接合を解除された場合に、手術用器具の回転を防止する。いくつかの実施形態では、カップラー５１２の引っ込みおよび突き出しは、トルクカップラー３１４のそれぞれの引っ込みおよび突き出しと結合されて、トルクカップラー３１４と係合されたカップラー５１２が一緒に平行移動するようにし得る。

【0059】

図９Ａおよび図９Ｂは、別の実施形態による、滅菌アダプターに対する手術用器具の手
術用器具の係合および係合解除のプロセスを示す。図９Ａおよび図９Ｂの実施形態では、滅菌アダプター９００は、手術用器具９０４を滅菌アダプター９００に固定する外側バンド９０２を含み得る。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、手術用器具９０４は、ハウジング９０８の外表面に斜面９０６を含む。斜面９０６は、滅菌アダプター９００の外側バンド９０２の内表面に位置決めされる円形突起９１２を受け入れるように構成されるノッチ９１０を含む。外側バンド９０２は、滅菌アダプター９００および手術用器具９０４と無関係におよびそれらに対して回転できる。外側バンド９０２が第１の方向に回転するとき、円形突起９１２は、円形突起９１２がノッチ９１０内に入れ子にされるまで、斜面９０６の表面を上方に滑らかに動き、それにより、滅菌アダプター９００および手術用器具９０４を一緒に固定する。外側バンド９０２の第２の方向の回転によって、滅菌アダプター９００および手術用器具９０４を互いから非固定状態にする。いくつかの実施形態では、この機構は、図７〜８に関して説明されるような滅菌アダプター９００上の複数のカップラー９１４の関節接合の解除と結び付けられ得る。

【0060】

手術用器具の係合解除の代替的な実施形態は、インピーダンスモードなどの追加的な特徴を含み得る。インピーダンスモードでは、手術支援ロボットシステムは、手術用器具がユーザによって滅菌アダプターから取り外せるかどうかを制御し得る。ユーザは、手術用器具の外側ハウジングを回転させかつ滅菌アダプターに対し手術用器具を非固定状態にすることによって、係合解除機構を始動し得るが、手術支援ロボットシステムは、器械入力部からカップラーを解放しなくてもよい。ひとたび手術支援ロボットシステムがインピーダンスモードに移行されたら、カップラーは解放され、およびユーザは、手術用器具を取り外すことができる。手術用器具を係合した状態に保つ利点は、手術支援ロボットシステムが手術用器具のエンドエフェクタを制御し、かつそれらを、手術用器具が取り外される前に、器具の取り外しのために位置決めして、手術用器具への損傷を最小限にすることができることである。インピーダンスモードを起動するために、プッシャプレート７０４はハードストップを有してもよく、プッシャプレートがある距離まで押し下げられ得るようにする。いくつかの実施形態では、プッシャプレートのハードストップは、ハードストップが手術用器具のハウジングの最大量の回転と一致するように、調整可能とし得る。それゆえ、ひとたび十分な回転が達成されると、ハードストップはまた、プッシャプレートによって接触され得る。複数のセンサーがこれらの事象を検出して、インピーダンスモードをトリガし得る。

【0061】

いくつかの状況では、インピーダンスモードが望ましくないかもしれない外科的処置の最中に緊急の器具の取り外しを必要とし得る。いくつかの実施形態では、プッシャプレートのハードストップは、ハードストップは緊急事態において生じ得るというコンプライアンスを有し得る。プッシャプレートのハードストップはバネに結合されてもよく、追加的な力に応答してハードストップが生じるようにする。他の実施形態では、プッシャプレートのハードストップは、手術用器具を滅菌アダプターに固定するラッチを取り外すことによって、緊急の器具の取り外しが発生するように、硬質とし得る。

【0062】

Ｖ．ローリング機構
図１０Ａは、一実施形態による、器械装置マニピュレータ３００内で手術用器具ホルダー３０８をローリングするための機構の斜視図を示す。図１０Ａに示すように、取付インターフェース３１０は取り外されて、ローリング機構を露出させている。この機構は、手術用器具ホルダー３０８を回転軸３１６の周りでいずれの方向にも連続的に回転すなわち「ローリング」させ得る。ローリング機構は、ステータギヤ１００２およびロータギヤ１００４を含む。

【0063】

ステータギヤ１００２は、ロータギヤ１００４と噛合するように構成された固定ギヤである。図１０Ａの実施形態では、ステータギヤ１００２はリング状ギヤであり、リングの
内周に沿ってギヤの歯を含む。ステータギヤ１００２は、取付インターフェース３１０の後ろ側で外側ハウジング３０６に固定して取り付けられる。ステータギヤ１００２は、ロータギヤ１００４と同じピッチを有して、ステータギヤ１００２のギヤの歯が、ロータギヤ１００４のギヤの歯と噛合するように構成される。ステータギヤ１００２は、硬質材料（例えば、金属または硬質プラスチック）で構成され得る。

【0064】

ロータギヤ１００４は、手術用器具ホルダー３０８の回転を誘発するように構成された回転ギヤである。図１０Ａに示すように、ロータギヤ１００４は円形ギヤであり、その外周に沿ってギヤの歯を含む。ロータギヤ１００４は、取付インターフェース３１０の後ろ側に、およびステータギヤ１００２の内周に位置決めされて、ロータギヤ１００４のギヤの歯が、ステータギヤのギヤの歯と噛合するようにする。上述の通り、ロータギヤ１００４とステータギヤ１００２とは、同じピッチを有する。図１０Ａの実施形態では、ロータギヤ１００４は、ロータギヤ１００４を時計方向または反時計方向に回転させる駆動機構（例えば、モータ）に結合される。駆動機構は、手術用器具ホルダーアセンブリ３０４内の統合コントローラから信号を受信し得る。駆動機構がロータギヤ１００４の回転を引き起こすため、ロータギヤ１００４は、ステータギヤ１００２のギヤの歯に沿って移動し、それにより、手術用器具ホルダー３０８の回転を引き起こす。この構成では、ロータギヤ１００４はいずれの方向にも連続的に回転できるため、手術用器具ホルダー３０８は、回転軸３１６の周りでの無限のローリングを達成する。代替的な実施形態は、無限のローリングを可能にするために、リングギヤおよびピニオンギヤの構成などの同様の機構を使用し得る。

【0065】

図１０Ｂは、一実施形態による、器械装置マニピュレータ３００の断面図を示す。図１０Ｂに示すように、ローリング機構は、複数の軸受１００６に結合される。軸受は、可動部間の摩擦を低減させる機械部品であり、および固定された軸の周りでの回転を促進させる。１つの軸受だけで、手術用器具ホルダー３０８が外側ハウジング３０６内で回転するときのラジアル荷重またはねじり荷重を支持できる。図１０Ｂの実施形態では、ＩＤＭ３００は、手術用器具ホルダー３０８に固定して取り付けられた２つの軸受１００６ａ、１００６ｂを含んで、軸受１００６内の複数の構成要素（ボールまたはシリンダーなど）が外側ハウジング３０６に接触するようにする。第１の軸受１００６ａは、取付インターフェース３１０の後ろ側にある第１の端部に固定され、および第２の軸受１００６ｂは第２の端部に固定される。この構成は、手術用器具ホルダー３０８が外側ハウジング３０６内で回転するときの手術用器具ホルダー３０８の第１の端部と第２の端部との間の剛性、および支持を高める。代替的な実施形態は、手術用器具ホルダーの長さ部分に沿って提供する追加的な支持をもたらす追加的な軸受を含み得る。

【0066】

図１０Ｂはまた、一実施形態による、ＩＤＭ３００内のシーリング部品を示す。ＩＤＭ３００は、複数のＯリング１００８および複数のガスケット１０１０を含み、これらは、２つの面の接合部をシールして、接合部に流体が入るのを防止するように構成される。図１０Ｂの実施形態では、ＩＤＭは、外側ハウジングの接合部間にＯリング１００８ａ、１００８ｂ、１００８ｃ、１００８ｄ、１００８ｅ、および手術用器具ホルダー３０８の接合部間にガスケット１０１０ａ、１０１０ｂを含む。この構成は、外科的処置の最中に、ＩＤＭ３００内の構成要素の無菌性を維持するのを助ける。ガスケットおよびＯリングは、一般に、強いエラストマー材料（例えば、ゴム）で構成される。

【0067】

ＶＩ．電気部品
図１１Ａは、一実施形態による、器械装置マニピュレータの内部構成要素およびそのいくつかの電気部品の部分的な分解斜視図を示す。手術用器具ホルダー３０８の内部構成要素は、複数のアクチュエータ１１０２、モータ、ギヤヘッド（図示せず）、トルクセンサー（図示せず）、トルクセンサー増幅器１１１０、スリップリング１１１２、複数のエン
コーダボード１１１４、複数のモータパワーボード１１１６、および統合コントローラ１１１８を含む。

【0068】

複数のアクチュエータ１１０２は、複数のトルクカップラー３１４のそれぞれの回転を駆動する。図１１Ａの実施形態では、１１０２ａまたは１１０２ｂなどのアクチュエータが、モータシャフトを介してトルクカップラー３１４に結合される。モータシャフトは、モータシャフトがトルクカップラー３１４としっかりと嵌合できるように複数の溝を含むようなキー状シャフトとし得る。アクチュエータ１１０２は、モータシャフトを時計方向または反時計方向に回転させ、それにより、それぞれのトルクカップラー３１４をその方向に回転させる。いくつかの実施形態では、モータシャフトは、捻り剛性を有してもよいが、バネ従順性（ｓｐｒｉｎｇ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）を有してもよく、モータシャフトおよびそれゆえトルクカップラー３１４が軸方向に回転および平行移動できるようにする。この構成は、複数のトルクカップラー３１４が手術用器具ホルダー３０８内で引っ込んだり突き出したりすることができるようにする。各アクチュエータ１１０２は、モータのシャフトを回転させる方向および量を示す統合コントローラ１１１８から電気信号を受信し得る。図１１Ａの実施形態では、手術用器具ホルダー３０８は、５個のトルクカップラー３１４、およびそれゆえ５個のアクチュエータ１１０２を含む。

【0069】

モータは、外側ハウジング３０６の手術用器具ホルダー３０８の回転を駆動する。モータは、外側ハウジング３０６に対して手術用器具ホルダー３０８を回転させるためにロータギヤ１００４およびステータギヤ１００２に結合されている（図１０Ａ参照）ことを除いて、アクチュエータのものと構造的に同等とし得る。モータは、ロータギヤ１００４を時計方向または反時計方向に回転させ、それにより、ロータギヤ１００４を、ステータギヤ１００２のギヤの歯の周りで移動させる。この構成は、ケーブルまたはプル・ワイヤの潜在的な巻上げによって妨げられることなく、手術用器具ホルダー３０８を連続的にローリングまたは回転させる。モータは、統合コントローラ１１１８から、モータシャフトを回転させる方向および量を示す電気信号を受信し得る。

【0070】

ギヤヘッドは、手術用器具５００に送達されるトルクの量を制御する。例えば、ギヤヘッドは、手術用器具５００の器械入力部６００に送達されるトルクの量を増大させ得る。代替的な実施形態は、器械入力部６００に送達されるトルクの量をギヤヘッドが減少させるように、構成され得る。

【0071】

トルクセンサーは、回転している手術用器具ホルダー３０８上で生じたトルク量を測定する。図１１Ａに示す実施形態では、トルクセンサーは、時計方向および反時計方向のトルクを測定できる。トルクの測定値を使用して、手術用器具の複数のプル・ワイヤにおける特定量の張力を維持し得る。例えば、手術支援ロボットシステムのいくつかの実施形態は、自動張力装置を有してもよく、手術支援ロボットシステムに給電すると、または手術用器具をＩＤＭと係合すると、手術用器具のプル・ワイヤの張力が予荷重される。各プル・ワイヤの張力の量は、プル・ワイヤがぴんと張るのにちょうど十分な張力になるような閾値量に達し得る。トルクセンサー増幅器１１１０は、回転している手術用器具ホルダー３０８で生じたトルクの量を測定する信号を増幅するための回路を含む。いくつかの実施形態では、トルクセンサーはモータに装着される。

【0072】

スリップリング１１１２は、静止構造から回転している構造へ電気出力および信号を伝達できる。図１１Ａの実施形態では、スリップリング１１１２は、図１１Ｂのスリップリング１１１２の追加的な斜視図にも示すように、手術用器具ホルダー３０８の通路３１２と位置合わせするように構成される中心穴を含むリングとして構造される。スリップリング１１１２の第１の側面は、複数の同心状の溝１１２０を含む一方、スリップリング１１１２の第２の側面は、図３に関して説明したような、手術用アームおよびベース３０２か
らもたらされた電気的接続のための複数の電気部品を含む。スリップリング１１１２は、外側ハウジング３０６から特定の距離で、手術用器具ホルダー３０８の外側ハウジング３０６に固定され、これらの電気的接続のための空間を割り当てる。複数の同心状の溝１１２０は、統合コントローラに取り付けられた複数のブラシ１１２２と噛合するように構成される。溝１１２０とブラシ１１２２との接触によって、手術用アームおよびベースから手術用器具ホルダーへ電気出力および信号を伝達できる。

【0073】

複数のエンコーダボード１１１４は、手術用ロボットシステムからスリップリングを通して受信した信号を読み取って処理する。手術用ロボットシステムから受信した信号は、手術用器具の回転の量および方向を示す信号、手術用器具のエンドエフェクタおよび／または手首の回転の量および方向を示す信号、手術用器具上の光源を動作させる信号、手術用器具上のビデオまたは撮像装置を動作させる信号、および手術用器具の様々な機能を動作させる他の信号を含み得る。エンコーダボード１１１４の構成は、信号全体の処理を手術用器具ホルダー３０８内で完全に実行できるようにする。複数のモータパワーボード１１１６はそれぞれ、モータに電力をもたらす回路を含む。

【0074】

統合コントローラ１１１８は、手術用器具ホルダー３０８内の計算装置である。図１１Ａの実施形態では、統合コントローラ１１１８は、手術用器具ホルダー３０８の通路３１２と位置合わせするように構成される中心穴を含むリングとして構造される。統合コントローラ１１１８は、統合コントローラ１１１８の第１の側面上に複数のブラシ１１２２を含む。ブラシ１１２２は、スリップリング１１１２と接触し、かつ手術支援ロボットシステムから手術用アーム、ベース３０２、最終的にはスリップリング１１１２を通って統合コントローラ１１１８へと送達される信号を受信する。信号を受信した結果、統合コントローラ１１１８は、手術用器具ホルダー３０８内のそれぞれの構成要素へ様々な信号を送信するように構成される。いくつかの実施形態では、エンコーダボード１１１４および統合コントローラ１１１８の機能は、ここで説明しているものとは異なる方法で分配されて、エンコーダボード１１１４および統合コントローラ１１１８が同じ機能またはそれらのいくつかの組み合わせを実行するようにし得る。

【0075】

図１１Ｂは、一実施形態による、器械装置マニピュレータおよびそのいくつかの電気部品の内部構成要素の部分的な分解斜視図を示す。図１１Ｂの実施形態は、２つのエンコーダボード１１１４ａおよび１１１４ｂ、トルクセンサー増幅器１１１０、および３つのモータパワーボード１１１６ａ、１１１６ｂ、および１１１６ｃを含む。これらの構成要素は、統合コントローラ１１１８に固定され、かつ外向きに突出して、統合コントローラ１１１８から垂直に延在する。この構成は、複数のアクチュエータ１１０２およびモータを電気ボード内に配置するための空間を提供する。

【0076】

図１１Ａに関して説明したように、スリップリング１１１２は、外側ハウジング３０６から特定の距離で固定される。手術用アームおよびベース３０２からスリップリング１１１２への電気的接続のために、スリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間で確実に正しく空間を割り当てるために、図１１Ｂの実施形態では、スリップリング１１１２は、複数の位置合わせピン、複数のコイルバネ、およびシムによって支持される。スリップリング１１１２は、スリップリング１１１２の中心穴の各側に、位置合わせピンの第１の側面を受け入れるように構成された穴１１２４を含む一方、位置合わせピンの第２の側面は、外側ハウジング３０６にあるそれぞれの穴に挿入される。位置合わせピンは、硬質材料（例えば、金属または硬質プラスチック）で構成され得る。複数のコイルバネは、スリップリング１１１２の中心の周りに固定され、かつ空間を橋絡するように構成され、およびスリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との接触を維持する。コイルバネは、ＩＤＭ３００に対するいずれの衝撃も吸収することが有益であるとし得る。シムは、スリップリング１１１２の中心穴の周りに位置決めされるリング状のスペーサであり、ス
リップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間にさらなる支持を加える。さらに、これらの構成要素は、統合コントローラ１１１８上の複数のブラシ１１２２が複数の同心状の溝１１２０に接触してそれに対して回転するため、スリップリング１１１２に安定性をもたらす。代替的な実施形態では、位置合わせピン、コイルバネ、およびシムの数は、スリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間に所望の支持が達成されるまで、変わってもよい。

【0077】

図１２は、一実施形態による、手術用器具ホルダー３０８を回転割り出しする（ｒｏｌｌ ｉｎｄｅｘｉｎｇ）ための器械装置マニピュレータ３００の電気部品の拡大斜視図を示す。回転割り出しは、外側ハウジング３０６に対して手術用器具ホルダー３０８の位置を監視して、手術用器具５００の位置および向きが手術支援ロボットシステムによって連続的に分かるようにしている。図１２の実施形態は、マイクロスイッチ１２０２および隆起１２０４を含む。マイクロスイッチ１２０２および隆起１２０４は、手術用器具ホルダー３０８内に固定される。隆起１２０４は、外側ハウジング３０６上の構造であり、手術用器具ホルダー３０８が回転するときにマイクロスイッチ１２０２に接触するため、隆起１２０４と接触する度にマイクロスイッチを起動するように構成される。図１２の実施形態では、マイクロスイッチ１２０２のための単一の基準点としての機能を果たす１つの隆起１２０４がある。

【0078】

ＶＩＩ．手術用ドレープ
図１３は、一実施形態による、手術支援ロボットシステムのための器械装置マニピュレータ用の手術用ドレープの断面図を示す。手術用ドレープ１３００は、外科的処置の最中、ＩＤＭ、手術用アーム、および手術支援ロボットシステムの他の部分のための無菌境界を提供する。図１３の実施形態では、手術用ドレープ１３００は、手術用器具がＩＤＭ、例えばＩＤＭ３００に取り付けられると、手術用器具の細長状本体を受け入れるように構成された通路を含むＩＤＭと一緒に使用するように構成される。手術用ドレープ１３００は、滅菌シート１３０２、第１の突起１３０４、および第２の突起１３０６を含む。

【0079】

滅菌シート１３０２は、外科的処置の最中、手術支援ロボットシステムの複数の部分のために無菌環境を生じて維持する。図１３の実施形態では、滅菌シート１３０２は、ＩＤＭ３００、手術用アーム、および手術支援ロボットシステムの複数の部分を被覆するように構成される。滅菌シート１３０２は、様々な材料、例えばプラスチック（例えば、ポリプロピレン）、紙、および流体に耐性があり得る他の材料で構成され得る。

【0080】

第１の突起１３０４は、手術用器具の細長状本体、例えば手術用器具５００の細長状本体５０４を受け入れるように構成されたシリンダー状チューブである。図１３の実施形態では、第１の突起１３０４は、滅菌シート１３０２の第１の部分に接続され、および第１の突起１３０４の第１の端部は、通路３１２の第１の端部に挿入されるように構成される。第１の突起１３０４の第１の端部は、第２の突起１３０６上の相互（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）嵌合インターフェース１３１０と噛合するように構成される嵌合インターフェース１３０８を含む。第１の突起１３０４は、硬質材料（例えば、金属または硬質プラスチック）で構成され得る。

【0081】

第２の突起１３０６は、手術用器具の細長状本体、例えば手術用器具５００の細長状本体５０４を受け入れるように構成されたシリンダー状チューブである。図１３の実施形態では、第２の突起１３０６は、滅菌シート１３０２の第２の部分に接続され、および第２の突起１３０６の第１の端部は、通路３１２の第２の端部に挿入されるように構成されて、第１の突起１３０４および第２の突起１３０６が通路３１２の対向端部に挿入されるようにする。第２の突起１３０６の第１の端部は、通路３１２内の第１の突起１３０４上の嵌合インターフェース１３０８と取り外し可能に結合されるように構成される相互嵌合イ
ンターフェース１３１０を含む。互いに結合されると、嵌合インターフェース１３０８および相互嵌合インターフェース１３１０は、無菌接合部を生じる。第２の突起１３０６は、硬質材料（例えば、金属または硬質プラスチック）で構成され得る。代替的な実施形態では、結合機構は、面ファスナー、摩擦嵌合チューブ、ネジ付きチューブ、および他の好適な結合機構を含み得る。

【0082】

図１４は、一実施形態による、手術用器具ホルダー用の手術用ドレープの相互嵌合インターフェースの断面図を示す。図１３に関して説明したように、第１の突起１３０４の第１の端部は嵌合インターフェース１３０８を含む。嵌合インターフェース１３０８は、２つの同心状チューブとして構造され、図１４の横断面によって示すように、それらの同心状チューブ間には隙間があり、この隙間は、別のチューブの端部を受け入れるように構成されたリングである。図１４の実施形態では、第２の突起１３０６の第１の端部にある相互嵌合インターフェース１３１０は、チューブの第１の端部における直径がチューブの残りの部分と比較して小さくなるように、テーパが付けられたチューブとして構造される。テーパ状端部は、嵌合インターフェース１３０８内に相互嵌合インターフェース１３１０を簡単に挿入するように促す。さらに、第１の突起１３０４および第２の突起１３０６の内表面は、非滅菌（ｕｎｓｔｅｒｉｌｅ）面と接触することが可能である一方、それらの外表面は無菌のままにできる。嵌合インターフェース１３０８と相互嵌合インターフェース１３１０との間の接合部は、互いに固定されるとき、第２の突起１３０６の第１の端部を隙間に入れることによって、回旋状の経路を生じる。この構成は、非滅菌面と接触した第１の突起１３０４または第２の突起１３０６のいずれかの面が接合部内に確実に覆い隠されるようにする。この構成は、さらに、いずれの流体も、内表面と外表面との間の接合部を横切って移動することができないように、および無菌環境がＩＤＭおよび手術支援ロボットシステムの他の部分に維持されるようにすることを保証する。いくつかの実施形態では、嵌合インターフェース１３０８と相互嵌合インターフェース１３１０との間の接合部は、さらに、流体が接合部に侵入するのを防止するガスケットを含み得る。

【0083】

手術用ドレープのいくつかの実施形態では、手術用ドレープ１３００は、さらに、ＩＤＭと外部環境または手術用器具との間に無菌境界を提供する複数の滅菌アダプター１４００を含み得る。いくつかの実施形態では、滅菌アダプター１４００は、ＩＤＭ、例えばＩＤＭ３００の回転中のインターフェースに適合するように構成される。図１４の実施形態では、滅菌アダプター１４００は、外側リング１４０２および内側ディスク１４０４を含む。図１４に示すように、外側リング１４０２は滅菌シート１３０２に接続され、および内側ディスク１４０４は第１の突起１３０４に接続される。内側ディスク１４０４は、外側リング１４０２内に回転可能に固定される。図１４の実施形態では、滅菌アダプター１４００は、ＩＤＭ３００の取付インターフェース３１０を被覆して、手術用器具５００がＩＤＭ３００に固定されるときに、滅菌アダプター１４００が取付インターフェース３１０と手術用器具５００との間に位置決めされるようにする。滅菌アダプター１４００のこの構成は、ＩＤＭ３００および手術用器具５００の回転と一緒に内側ディスク１４０４または外側リング１４０２が自由に回転できるようにする。外側リング１４０２および内側ディスク１４０４は、硬質材料（例えば、金属または硬質プラスチック）で構成され得る。代替的な実施形態では、内側ディスクの複数の部分は、ＩＤＭの複数のトルクカップラーを被覆する膜とし得る。

【0084】

図１５は、一実施形態による、器械装置マニピュレータ用の手術用ドレープの滅菌アダプターの断面図を示す。図１４に関して説明したように、手術用ドレープ１３００は、ＩＤＭ３００の回転中のインターフェースに適合するように構成される複数の滅菌アダプター、例えば１４００および１４０６を含み得る。図１５の実施形態では、滅菌アダプター１４００、１４０６は、ＩＤＭ３００の各端部に位置決めされる。取付インターフェース３１０のないＩＤＭ３００の端部を被覆するように構成される滅菌アダプター１４０６は
、取付インターフェース３１０を被覆するように構成される滅菌アダプター１４００とは構造が変わってもよい、すなわち、この滅菌アダプターは、複数のトルクカップラー３１４に適合する構造を必要としなくてもよい。代替的な実施形態では、第１の突起１３０４または第２の突起１３０６の複数の部分は、回転可能な構成要素、例えばころ軸受または上述のような同様の内側ディスクおよび外側リング機構などを含んで、回転が、滅菌アダプターにおいてではなく、通路３１２内で起こるようにし得る。この構成は、内側ディスク１４０４の直径と比べて突起の直径が小さいことに起因して、手術用器具ホルダー３０８が回転している最中の安定性を改善し得る。この構成はまた、取付インターフェース３１０のないＩＤＭ３００の端部の追加的な滅菌アダプター１４０６の必要性を排除し得る。

【0085】

図１６は、追加的な実施形態による、器械装置マニピュレータ用の手術用ドレープの断面図を示す。図１６に示すように、手術用ドレープ１３００は、ＩＤＭおよび手術用アーム用の無菌境界を提供する。図１６の実施形態は、それぞれのトルクカップラー３１４が突出し得る内側ディスク１４０４を示す。

【0086】

ＶＩＩＩ．電力およびデータ伝送
図１７は、一実施形態による、手術用器具と器械装置マニピュレータとの間の電力およびデータ伝送用の光インターフェースを示す。いくつかの実施形態では、手術用器具は、手術用器具の細長状本体の近位端部で動作するカメラまたは光源などの、電力および／またはデータ伝送を必要とする能力を有し得る。他の特徴は、追跡センサーまたは張力センサーを含み得る。そのような特徴を備える手術用器具は、電力および／またはデータ伝送のためのプラットフォームの残りの部分へのケーブル接続を使用し得るため、手術用器具のローリングの能力を妨げる。これらの手術用器具のための無限回転を達成するために、電力および／またはデータ伝送は、電磁誘導電力および光インターフェースを通して発生し得る。

【0087】

図１７の実施形態では、ＩＤＭ１７００は電力送信器を含み、および手術用器具は電力受信器を含む。電力送信器は、直接接続する必要なく、電力を電力受信器へ、取付インターフェース３１０を横切って、電磁誘導的に伝送する。図１７の実施形態では、複数のコイルが、取付インターフェース３１０に対して垂直なＩＤＭ１７００内に、かつＩＤＭ１７００の回転軸に沿って中心となるように、固定される。コイルは、統合コントローラに結合され、かつ電力を伝送するために信号を受信するように構成される。コイルは、ＩＤＭ１７００の通路３１２の周りに中心のある、様々な直径のものとし得る。より大きな直径は、電力伝送能力を改善し得る。手術用器具１７０４は、無線電力伝送が中断される場合に器械の動作を支持するために、バッテリーを含み得る。いくつかの実施形態では、電力送信器は、近くにある金属製構成要素への熱の伝達およびＩＤＭ１７００内のモータの干渉を防止するための遮蔽を有し得る。考えられる遮蔽材料は、ミューメタルである。

【0088】

図１７の実施形態では、光インターフェースは、ＩＤＭ１７００の嵌合面と手術用器具１７０４との間にある。ＩＤＭ１７００および手術用器具１７０４は、それぞれ、複数の光送信器、例えば１７０６ａ、１７０６ｂ、および複数の光受信器、例えば１７０８ａ、１７０８ｂを含む。図１７の実施形態では、画像データなどのデータを伝達するための、手術用器具１７０４とＩＤＭ１７００との間の接続のために少なくとも１つの対、およびＩＤＭ１７００と手術用器具１７０４との間の接続のために少なくとも１つの対がある。さらに、無線式二地点間データ接続は、ＩＤＭ１７００から手術用ロボットシステムへの高帯域通信に使用され得る。いくつかの実施形態では、電力送信器はＬＥＤとしてもよく、これは、ＬＥＤ光を透過させる材料で構成された取付インターフェースを横切る滅菌シートを必要とする。代替的な実施形態は、データ伝送のために、ＩＤＭ１７００と手術用器具１７０４との間にＲＦＩＤ技術または物理的接続を使用し得る。

【0089】

いくつかの実施形態では、光送信器１７０６および光受信器１７０８は、複数の器械入力部１７１０および複数のトルクカップラー１７１２のそれぞれに対して対称的な向きにされて、手術用器具１７０４が、いずれの向きでも手術用器具ホルダー１７０２に取り付けられ得るようにする。ひとたび手術用器具１７０４が手術用器具ホルダー１７０２に取り付けられたら、手術用器具１７０４の光送信器１７０６は、信号を光受信器１７０８に伝送するように構成され得る。信号を使用して、手術用器具ホルダー１７０２に対する手術用器具１７０４の回転向きを決定できる。ひとたび手術用器具１７０４の回転向きが決定されたら、光学データフローが十分に確立され、およびトルクカップラー１７１２用のアクチュエータが正確に制御され得る。

【0090】

ＩＸ．別の検討事項
本開示を読むと、当業者は、本明細書の開示の原理による、さらに追加的な代替的な構造的および機能的設計を認識する。それゆえ、特定の実施形態および適用例を示しかつ説明したが、開示の実施形態は、本明細書に開示される正確な構成および構成要素に限定されるものではないことを理解されるべきである。添付の特許請求の範囲に定義される趣旨および範囲から逸脱せずに、本明細書に開示される方法および装置の配置構成、動作および詳細において、当業者には明白な様々な修正、変更および変形がなされ得る。

【0091】

本明細書では、「一実施形態」または「実施形態」のいずれの言及も、実施形態に関連して説明された特定の要素、特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所での語句「一実施形態では」の出現は、必ずしも、全てが同じ実施形態を指すものではない。

【0092】

いくつかの実施形態は、表現「結合された」および「接続された」がそれらの派生語と共に使用されて、説明され得る。例えば、いくつかの実施形態は、２つ以上の要素が直接物理的にまたは電気的に接触していることを示すために、用語「結合された」を使用して説明され得る。しかしながら、用語「結合された」はまた、２つ以上の要素が互いに直接接触はしていないが、それでも、互いに協働するかまたは相互作用することを意味し得る。実施形態は、特にはっきりと明記しない限り、この文脈に限定されない。

【0093】

本明細書では、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらの任意の他の変形例は、非排他的な包含を網羅するものである。例えば、あるリストの要素を含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしも、それらの要素のみに限定されるものではなく、明白にリストされない、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有ではない、他の要素を含んでもよい。さらに、それとは反対であると明示的に示した場合を除き、「または」は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を指す。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のうちのいずれか１つを満たす。すなわち、Ａが真であり（または存在する）Ｂが偽である（または存在しない）こと、Ａが偽であり（または存在しない）Ｂが真である（または存在する）こと、ＡおよびＢの双方とも真である（または存在する）ことのいずれかを満たす。

【0094】

さらに、「ａ」または「ａｎ」の使用は、本明細書の実施形態の複数の要素および複数の構成要素を説明するために用いられる。これは、単に便宜上、および本発明の一般的な意味を与えるために行われる。この説明は、１つまたは少なくとも１つを含むと読まれるべきであり、および単数形は、そうではないことを意味することが明白でない限り、複数も含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】