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特開2022-171657医療システムの構成要素を結合するためのシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022171657
(43)【公開日】2022-11-11
(54)【発明の名称】医療システムの構成要素を結合するためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20221104BHJP
A61M 16/04 20060101ALI20221104BHJP
A61M 16/08 20060101ALI20221104BHJP
A61B 34/20 20160101ALI20221104BHJP
A61B 1/01 20060101ALI20221104BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
A61M16/04
A61M16/08
A61B34/20
A61B1/01 511
【審査請求】有
【請求項の数】25
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022127857
(22)【出願日】2022-08-10
(62)【分割の表示】P 2019540365の分割
【原出願日】2018-02-06
(31)【優先権主張番号】62/455,255
(32)【優先日】2017-02-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/455,262
(32)【優先日】2017-02-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/584,546
(32)【優先日】2017-11-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】510253996
【氏名又は名称】インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ロー ダニエル，マシュー ディー．
(72)【発明者】
【氏名】ベイリー，デイヴィッド ダブリュ．
(72)【発明者】
【氏名】ブルメンクランツ，スティーブン ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】カールソン，クリストファー アール．
(72)【発明者】
【氏名】イノウエ，マシュー ディー．
(57)【要約】
【課題】ロボット医療処置の間、患者の安全を確保するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】本開示のシステムおよび方法は医療処置において使用するためのものであり、接続機構が、第１のジョイントにおいて医療システムインターフェースに接続された第１の端部と、第２のジョイントにおいて解剖学的開口部装置に接続された第２の端部とを備える。解剖学的開口部装置は、患者に固定結合される。可撓性部分が、第１の端部と第２の端部の間に設けられ、可撓性部分は、解剖学的開口部装置の移動に応じて、少なくとも１自由度において可撓性を提供することができる。
【選択図】図６Ａ
【解決手段】本開示のシステムおよび方法は医療処置において使用するためのものであり、接続機構が、第１のジョイントにおいて医療システムインターフェースに接続された第１の端部と、第２のジョイントにおいて解剖学的開口部装置に接続された第２の端部とを備える。解剖学的開口部装置は、患者に固定結合される。可撓性部分が、第１の端部と第２の端部の間に設けられ、可撓性部分は、解剖学的開口部装置の移動に応じて、少なくとも１自由度において可撓性を提供することができる。
【選択図】図６Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
解剖学的開口部装置にロボット医療器具システムを移動可能に結合する装置であって：
第１の端部、第２の端部、及びそれらの間の通路を有する中空の中間部と；
結合部材であって、前記通路が前記結合部材を通って延びるように、前記中間部の長手方向軸に沿って前記中間部に結合される、結合部材と；
を有し、
前記結合部材は、前記解剖学的開口部装置を前記ロボット医療器具システムに回転可能に接続するように構成された曲面からなる、
装置。
第１の端部、第２の端部、及びそれらの間の通路を有する中空の中間部と；
結合部材であって、前記通路が前記結合部材を通って延びるように、前記中間部の長手方向軸に沿って前記中間部に結合される、結合部材と；
を有し、
前記結合部材は、前記解剖学的開口部装置を前記ロボット医療器具システムに回転可能に接続するように構成された曲面からなる、
装置。
【請求項2】
前記の回転可能な接続は、前記長手方向軸の周りの回転を提供する、
請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第１の端部は、前記ロボット医療器具システムの細長い装置を受け入れるように構成され、前記第２の端部は、前記解剖学的開口部装置に結合されるように構成される、
請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記中間部に結合され、前記長手方向軸に対して垂直なチューブをさらに有し、前記チューブは外部空気源に結合されるように構成される、
請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記結合部材は、第１の部材及び第２の部材を含み、前記第１の部材及び前記第２の部材は、前記中間部の前記長手方向軸に沿って離間される、
請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記結合部材は、磁性材料又は磁界に反応する材料を含む、
請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記中間部は、前記長手方向軸に沿って延在するフィンのセットを含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項8】
前記フィンのセットは、前記長手方向軸に沿って高さにテーパを付けられる、
請求項７に記載の装置。
請求項７に記載の装置。
【請求項9】
前記フィンのセットは、前記長手方向軸に対して実質的に垂直に延在する、
請求項７に記載の装置。
請求項７に記載の装置。
【請求項10】
前記結合部材内に配置されたバレル部をさらに有し、前記バレル部は前記結合部材を前記中間部に結合する、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項11】
前記バレル部は、ねじ山又はかえしによって前記結合部材に結合される、
請求項１０に記載の装置。
請求項１０に記載の装置。
【請求項12】
前記結合部材は、磁界に反応する材料のリングを含み、前記リングの上に前記装置の残部が成形される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項13】
前記結合部材の前記リングは溝付き円筒である、
請求項１２に記載の装置。
請求項１２に記載の装置。
【請求項14】
前記結合部材は、前記中間部に結合される第１のバレル部上に成形される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項15】
前記結合部材は、磁界に反応する成形材料を含む、
請求項１４に記載の装置。
請求項１４に記載の装置。
【請求項16】
前記結合部材は、前記中間部に解放可能に結合されるように構成されたシェルを有する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項17】
前記シェルは、磁界に反応する材料、磁性材料、及び弾性材料のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１６に記載の装置。
請求項１６に記載の装置。
【請求項18】
前記シェルはさらに、前記中間部の前記第１の端部及び前記第２の端部の少なくとも１つを完全に取り囲む円筒形セグメントを含む、
請求項１６に記載の装置。
請求項１６に記載の装置。
【請求項19】
前記結合部材は、前記ロボット医療器具システムに対する前記解剖学的開口部装置の動きに関連したパラメータが閾値パラメータより大きいとき、前記ロボット医療器具システムから切り離されるように構成される、
請求項１に記載の装置。
請求項１に記載の装置。
【請求項20】
医療処置において使用するための装置であって：
接続機構であり：
ロボット医療システムへの取り付け用に構成された第１のコネクタ部分、及び
患者に結合された解剖学的開口部装置への取り付け用に構成された第２のコネクタ部分と、を含み、前記第１のコネクタ部分は前記第２のコネクタ部分に接続される、
接続機構と；
前記ロボット医療システムに対する前記患者に関連したパラメータを感知するように構成された感知機構と；
を有し、
前記第１のコネクタ部分は、感知された前記パラメータに基づいて前記第２のコネクタ部分から切り離されるように構成される、
装置。
接続機構であり：
ロボット医療システムへの取り付け用に構成された第１のコネクタ部分、及び
患者に結合された解剖学的開口部装置への取り付け用に構成された第２のコネクタ部分と、を含み、前記第１のコネクタ部分は前記第２のコネクタ部分に接続される、
接続機構と；
前記ロボット医療システムに対する前記患者に関連したパラメータを感知するように構成された感知機構と；
を有し、
前記第１のコネクタ部分は、感知された前記パラメータに基づいて前記第２のコネクタ部分から切り離されるように構成される、
装置。
【請求項21】
前記第１のコネクタ部分又は前記第２のコネクタ部分の少なくとも１つは、永久磁石又は電磁構成要素を含む、
請求項２０に記載の装置。
請求項２０に記載の装置。
【請求項22】
前記感知機構は、力センサ、加速度計、筋電センサ、バンド伸び計、患者パッド、及び変位センサからなるグループからのセンサを有する、
請求項２０に記載の装置。
請求項２０に記載の装置。
【請求項23】
前記感知機構は、前記感知されたパラメータの値を前記感知されたパラメータの所定の閾値と比較し、前記感知されたパラメータに関する前記値が前記感知されたパラメータの前記所定の閾値以上であると判定されるときに前記第１のコネクタ部分及び前記第２のコネクタ部分を切り離すように構成されるプロセッサを有する、
請求項２０に記載の装置。
請求項２０に記載の装置。
【請求項24】
前記第２のコネクタ部分は、前記ロボット医療システムと前記解剖学的開口部装置との間で少なくとも１自由度に適応するように構成される可撓性部分を含む、
請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の装置。
請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項25】
前記ロボット医療システムと前記解剖学的開口部装置との間の動きに適応することは、前記ロボット医療システムに対する前記患者の小さい変位の間に生じる、
請求項２４に記載の装置。
請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本特許出願は、2017年2月6日出願の“Systems and Methods for Providing Flexible Connections Between
Components of a Teleoperational Surgical Procedure”と題する米国仮特許出願第62/455,255号；2017年2月6日出願の“Systems and Methods for Providing
Flexible Connections Between Components of a Teleoperational Surgical
Procedure”と題する米国仮特許出願第62/455,262号；及び2017年11月10日出願の“Systems and Methods for Coupling Components in a Minimally Invasive
Medical System”と題する米国仮特許出願第62/584,546号の出願日の利益及び優先権を主張し、これらの出願のそれぞれはその全体が参照により本出願に組み込まれる。
本特許出願は、2017年2月6日出願の“Systems and Methods for Providing Flexible Connections Between
Components of a Teleoperational Surgical Procedure”と題する米国仮特許出願第62/455,255号；2017年2月6日出願の“Systems and Methods for Providing
Flexible Connections Between Components of a Teleoperational Surgical
Procedure”と題する米国仮特許出願第62/455,262号；及び2017年11月10日出願の“Systems and Methods for Coupling Components in a Minimally Invasive
Medical System”と題する米国仮特許出願第62/584,546号の出願日の利益及び優先権を主張し、これらの出願のそれぞれはその全体が参照により本出願に組み込まれる。
【0002】
本開示は、ロボット医療処置の間、患者動きへの適応を提供するために、柔軟に接続された要素を使用するシステム及び方法に関する。特に、本開示は、患者が動く間にロボット医療システムと患者に接続された気道確保（airway management）装置（例えば、気管内チューブ）との間の動きに適応する（accommodate）可撓性接続部（flexible connections）の制御された動きを提供することに関する。本開示はまた、ロボット医療処置の間に可撓性接続部の制御された保持及び解放を提供するシステム及び方法に関する。特に、本開示は、必要に応じて、ロボット医療システムと気道確保装置との間の可撓性接続部を解放する（すなわち、分離する）機械的及び電気機械的機構を提供することに関する。上記の例示的な方法では、本開示は、ロボット医療処置の間、患者の安全を確保するためのシステム及び方法を提供する。
【背景技術】
【0003】
低侵襲医療技術は、医療処置中に損傷を受ける組織の量を減らし、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を減らすことを意図している。このような低侵襲技術は、患者の解剖学的構造の自然開口部を介して、又は１つ若しくは複数の外科的切開部を介して実施することができる。これらの自然開口部又は切開部を通して、オペレータは、標的組織位置に到達するために、低侵襲の医療器具（外科的、診断的、治療的又は生検器具を含む）を挿入することができる。一つのこのような低侵襲技術は、解剖学的通路に挿入され、患者の解剖学的構造内の関心領域に向かってナビゲートされることができる可撓性カテーテルなどの可撓性且つ／又は操縦可能な細長い装置を使用することである。医療従事者によるこのような細長い装置の制御は、少なくとも細長い装置の挿入及び引き込み（retraction）の管理並びに装置の操縦を含む数自由度の管理を含む。加えて、異なる動作モードがサポートされることもあり得る。
【0004】
一例では、気管内チューブ（ＥＴチューブ）が、患者の鼻又は口を通して挿入され、気管内に配置され得る。次に、医療器具又は装置が気管内チューブを通して挿入され、気管及び他の気管支通路を観察し、並びに／又は生検を行い、並びに／又は肺疾患及び感染症を診断するために使用されることができる。ＥＴチューブは、例えば機械的換気中の使用や医療処置中の声帯などの患者の解剖学的構造に対する損傷を防止するための気道確保に使用される。喉頭マスク（laryngeal mask airway）（ＬＭＡ）もまたＥＴチューブの代わりに使用され得る。集合的に、ＥＴチューブやＬＭＡなどの装置は、気道確保装置と呼ばれることがある。気道確保装置は、患者の解剖学的構造における自然な又は外科的に作られた開口部の入口管理及びサポート（entryway management and support）を提供する解剖学的開口部装置（anatomic orifice device）の一タイプであり得る。
【0005】
従来、外科的又は他の医療処置で使用される医療器具は、オペレータによって手動で制御される。手動処置中、オペレータは、医療処置を行うために、医療器具、気管支器具、及び／又は診断器具を、器具を気道確保装置から導入してそれらを操作する。その結果、オペレータは、呼吸などの予想される動作中、及び咳などの予想外の動作中に、患者の解剖学的構造に関する医療器具の動きに影響を与えるパラメータ（例えば、力／圧力／変位など）を感知し、それによって制御することができる。従って、オペレータは、患者の動きを補償することができ、医療器具及び気道確保装置の相対的な動きを防止する。しかし、処置がロボット式（例えば、遠隔操作式）である場合、気道確保装置は、ロボット医療システムに直接接続されることがあり、ロボットシステムに対して固定され、静止していることがある。
【0006】
この場合、予期せぬ患者の動きは、気道確保装置を患者の気道から移動させることがあり、これは、機械的換気の喪失及び／又は患者の気管の損傷を引き起こす可能性がある。従って、医療処置中の患者の安全を確保する気道確保装置とロボット医療システムとの間の接続を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【0007】
本発明の実施形態は、明細書に続く特許請求の範囲によって最もよく要約される。
【0008】
いくつかの実施形態と一致して、本開示のシステム及び方法は、ロボット医療処置において使用するためのものである。このような一実施形態では、解剖学的開口部装置にロボット医療システムを移動可能に結合する装置が、ロボット医療システムに接続されるように構成された第１の端部と、解剖学的開口部装置に接続されるように構成された第２の端部とを含む。解剖学的開口部装置は、患者に固定結合される（fixedly coupled）。この装置は、さらに、少なくとも１自由度でロボット医療システムと解剖学的開口部装置との間の動きに適応するように構成された第１の端部と第２の端部との間の中間部を含む。
【0009】
いくつかの実施形態と一致して、本開示のシステム及び方法は、ロボット医療処置において使用するためのものである。このような一実施形態では、ロボット医療器具システムを解剖学的開口部装置に移動可能に結合する装置が、第１の端部、第２の端部、及びそれらの間の通路を有する中空の中間部と、結合部材であって、通路が結合部材を通って延びるように、中間部の長手方向軸に沿って中間部に結合される結合部材と、を含む。結合部材は、解剖学的開口部装置をロボット医療器具システムに回転可能に接続するように構成された曲面から構成される。
【0010】
いくつかの実施形態と一致して、本開示のシステム及び方法は、ロボット医療処置において使用するためのものである。このような一実施形態では、装置が、ロボット医療システムへの取り付け用に構成された第１のコネクタ部分と、患者に結合された解剖学的開口部装置への取り付け用に構成された第２のコネクタ部分とを含む接続機構を含む。第１のコネクタ部分は、第２のコネクタ部分に接続される。この装置はさらに、ロボット医療システムに対する患者に関連したパラメータを感知するように構成された感知機構を含み、第１のコネクタ部分は、感知されたパラメータに基づいて第２のコネクタ部分から切り離されるように構成される。
【0011】
いくつかの実施形態と一致して、本開示のシステム及び方法は、ロボット医療処置において使用するためのものである。このような一実施態様では、第１のコネクタ部分及び第２のコネクタ部分を有する医療装置の使用のための方法が、第１のコネクタ部分をロボット医療システムに取り付けること、及び第２のコネクタ部分を解剖学的開口部装置に取り付けることを含む。解剖学的開口部装置は、患者に結合される。第１のコネクタ部分は第２のコネクタ部分に接続され、ロボット医療システムに対する患者に関連したパラメータが感知され、第１のコネクタ部分は、感知されたパラメータに基づいて第２のコネクタ部分から切り離される。
【0012】
上記の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、本質的に例示的且つ説明的なものであり、本開示の範囲を限定することなく、本開示の理解を提供することを意図するものであることを理解されたい。これに関して、本開示のさらなる態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】いくつかの実施形態による、ロボット及び／又は遠隔操作医療システムの簡略図である。
【図2A】いくつかの実施形態による医療器具システムの簡略図である。
【図2B】いくつかの実施形態による、伸張された医療ツールを備えた医療器具の簡略図である。
【図3A】いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面視の簡略図である。
【図3B】いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面視の簡略図である。
【図4】本開示の一実施形態による気道確保装置を示す。
【図5】本開示の一実施形態によるマニピュレータアセンブリを示す。
【図6A】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図6B】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図6C-1】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図6C-2】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図6D】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図7A】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図7B】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図7C】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図7D】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図8A】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図8B】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図8C】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図8D】本開示の一実施形態による接続機構の様々な態様を示す。
【図9A】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図9B】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図9C】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図9D】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図10A】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図10B】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図10C】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図10D】本開示の一実施形態による運動学的接続機構の様々な態様を示す。
【図11】本開示の一実施形態による感知機構のブロック図を示す。
【図12A】本開示の一実施形態による方法を示す。
【図12B】本開示の一実施形態による感知機構によって実行される方法を示す。
【図13】本開示の一実施形態による機構を示す。
【図14】本開示の一実施形態による機構を示す。
【図15】本開示の一実施形態によるスプリング機構を示す。
【図16】本開示の一実施形態によるシステムのブロック図を示す。
【図17】本開示の一実施形態による、装置ポートを介した細長い装置と他の構成要素との間の結合を示す。
【図18】本開示の一実施形態による吸引アダプタを示す。
【図19A】本開示のいくつかの実施形態による接続機構を示す。
【図19B】本開示のいくつかの実施形態による接続機構を示す。
【図20A】本開示のいくつかの実施形態による接続機構を示す。
【図20B】本開示のいくつかの実施形態による接続機構を示す。
【図21A】本開示のいくつかの実施形態による製造の種々の段階における接続機構を示す。
【図21B】本開示のいくつかの実施形態による製造の種々の段階における接続機構を示す。
【図22A】本開示のいくつかの実施形態による製造の種々の段階における接続機構を示す。
【図22B】本開示のいくつかの実施形態による製造の種々の段階における接続機構を示す。
【図23A】本開示のいくつかの実施形態による製造の種々の段階における接続機構を示す。
【図23B】本開示のいくつかの実施形態による製造の種々の段階における接続機構を示す。
【図24A】本開示のいくつかの実施形態による２部品コネクタを示す。
【図24B】本開示のいくつかの実施形態による２部品コネクタを示す。
【図25A】本開示のいくつかの実施形態による接続機構と係合するためのブラケットを示す。
【図25B】本開示のいくつかの実施形態による接続機構と係合するためのブラケットを示す。
【図26】本開示のいくつかの実施形態による接続機構と係合するためのブラケットを示す。
【図27】本開示の一実施形態によるコネクタを設置する方法を示す。
【0014】
本開示の実施形態及びそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。同様の参照番号は、図の１つ又は複数に示された同様の要素を識別するために使用され、図中の提示は、本開示の実施形態を説明するためのものであり、それを限定するためのものではないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下の説明では、本開示と一致するいくつかの実施形態を記述する具体的な詳細が記載される。実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかし、当業者にとって、いくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細の一部又は全部を伴わずに実施され得ることは明らかであろう。本明細書に開示される具体的な実施形態は、例示的なものであるが、限定するものではない。当業者は、本明細書に具体的に記載されていないが、本開示の範囲及び精神に含まれる他の要素を理解することができる。さらに、不必要な繰り返しを避けるために、一実施形態に関連して示され、説明された１つ又は複数の特徴は、特に別段に記載されない限り、又は１つ又は複数の特徴が実施形態を非機能にする場合を除き、他の実施形態に組み込まれ得る。
【0016】
いくつかの例において、よく知られた方法、手順、構成要素、及び回路は、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように、詳細に説明されていない。
【0017】
本開示は、３次元空間におけるそれらの状態の観点から、様々な器具及び器具の部分を記述する。本明細書で使用される場合、用語「位置」は、３次元空間（例えば、デカルトＸ、Ｙ、及びＺ座標に沿った３つの並進自由度）における物体又は物体の一部の位置を指す。本明細書で使用される場合、用語「向き（orientation）」は、物体又は物体の一部の回転配置（回転３自由度‐例えば、ロール、ピッチ、及びヨー）を指す。本明細書で使用される場合、用語「姿勢」は、少なくとも１つの並進自由度における物体又は物体の一部の位置、及び少なくとも１つの回転自由度における物体又は物体の一部の向きを指す（トータル６自由度まで）。本明細書で使用される場合、用語「形状」は、物体に沿って測定される一組の姿勢、位置、又は向きを指す。
【0018】
図１は、いくつかの実施形態によるロボット及び／又は遠隔操作医療システム１００の簡略図である。いくつかの実施形態では、医療システム１００は、例えば、外科的、診断的、治療的又は生検処置における使用に適し得る。いくつかの実施形態がこのような処置に関して本明細書に提供されるが、内科的又は外科的器具及び内科的又は外科的方法へのいずれの参照も限定されない。本明細書に記載のシステム、器具、及び方法は、動物、ヒトの死体、動物の死体、ヒト又は動物の解剖学的構造の一部、非外科的診断、並びに産業システム及び一般ロボット、一般遠隔操作、又はロボット医療システムに使用することができる。
【0019】
図１に示すように、医療システム１００は、概して、患者Ｐに対して種々の処置を実行する際に医療器具１０４を操作するためのマニピュレータアセンブリ１０２を含む。マニピュレータアセンブリ１０２は、遠隔操作、非遠隔操作、又は、電動操作及び／又は遠隔操作され得る選択された運動自由度と、非電動及び／又は非遠隔操作され得る選択された運動自由度とを有するハイブリッド遠隔操作及び非遠隔操作アセンブリであり得る。マニピュレータアセンブリ１０２は、手術台Ｔに又はその近くに取り付けられる。マスタアセンブリ１０６は、オペレータＯ（例えば、図１に示されているように、外科医、臨床医、及び／又は内科医）が介入部位を見て、マニピュレータアセンブリ１０２を制御することを可能にする。
【0020】
マスタアセンブリ１０６は、患者Ｐが位置する手術台の側面など、手術台Ｔと同じ部屋に通常位置するオペレータコンソールに配置され得る。しかし、オペレータＯは、患者Ｐとは異なる部屋又は全く異なる建物内に位置し得ることを理解されたい。マスタアセンブリ１０６は、概して、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するための１つ又は複数の制御装置を含む。制御装置は、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガガン、手動コントローラ（hand-operated controllers）、音声認識装置、体動又は存在センサなどのような、任意の数の種々の入力装置を含み得る。オペレータＯに器具１０４を直接制御しているという強い感覚を与えるために、制御装置は、関連する医療器具１０４と同じ自由度を備え得る。このようにして、制御装置は、オペレータＯにテレプレゼンス又は制御装置が医療器具１０４と一体であるという知覚を与える。
【0021】
いくつかの実施形態では、制御装置は、関連する医療器具１０４より多い又は少ない自由度を有し、依然としてオペレータＯにテレプレゼンスを提供し得る。いくつかの実施形態では、制御装置は、オプションで、６自由度で動く手動入力装置であってもよく、また、これは、器具を作動させる（例えば、把持ジョーを閉じる、電極に電位を印加する、医学的処置を送達する、など）ための作動可能なハンドルを含んでもよい。
【0022】
マニピュレータアセンブリ１０２は、医療器具１０４を支持し、１つ又は複数の非サーボ制御リンク（例えば、手動で位置決めされて所定の位置でロックされ得る１つ又は複数のリンク、一般にセットアップ構造と呼ばれる）、及び／又は１つ又は複数のサーボ制御リンク（例えば、制御システムからのコマンドに応じて制御され得る１つ又は複数のリンク）、及びマニピュレータの運動学的構造を含み得る。マニピュレータアセンブリ１０２は、必要に応じて、制御システム（例えば、制御システム１１２）からのコマンドに応答して医療器具１０４の入力部を駆動する複数のアクチュエータ又はモータを含み得る。アクチュエータは、オプションで、医療器具１０４に結合されると、医療器具１０４を自然の又は外科的に作られた解剖学的開口部に前進させ得る駆動システムを含み得る。他の駆動システムが、３自由度の直線運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸に沿った直線運動）及び３自由度の回転運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸周りの回転）を含み得る多自由度で医療器具１０４の遠位端を移動させ得る。加えて、アクチュエータは、生検装置のジョー部において組織を把持するために医療器具１０４の関節式エンドエフェクタ及び／又は同様のものを作動させるために使用されることができる。レゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、及び他の機構などのアクチュエータ位置センサは、モータシャフトの回転及び向きを示すセンサデータを医療システム１００に提供し得る。この位置センサデータは、アクチュエータによって操作される物体の運動を決定するために使用され得る。
【0023】
医療システム１００は、マニピュレータアセンブリ１０２の器具に関する情報を受信するための１つ又は複数のサブシステムを持つセンサシステム１０８を含み得る。このようなサブシステムは、位置／ロケーション（position/location）センサシステム（例えば、電磁（ＥＭ）センサシステム）；遠位端及び／又は医療器具１０４を構成することができる可撓性ボディに沿った１つ若しくは複数のセグメントの位置、向き、速さ、速度、姿勢、及び／又は形状を決定するための形状センサシステム；及び／又は医療器具１０４の遠位端からの画像を取り込むための可視化システム；を含み得る。
【0024】
医療システム１００はまた、センサシステム１０８のサブシステムによって生成された手術部位及び医療器具１０４の画像又は表現（representation）を表示するためのディスプレイシステム１１０を含む。ディスプレイシステム１１０及びマスタアセンブリ１０６は、オペレータＯがテレプレゼンスの知覚を伴って医療器具１０４及びマスタアセンブリ１０６を制御できるように配向され（oriented）得る。
【0025】
いくつかの実施形態では、医療器具１０４は、手術部位の同時又はリアルタイム画像を記録し、ディスプレイシステム１１０の１つ又は複数のディスプレイなどの医療システム１００の１つ又は複数のディスプレイを介して画像をオペレータ又はオペレータＯに提供するイメージングシステム（imaging system）の構成要素を含み得る。イメージングシステムは、制御システム１１２のプロセッサを含み得る１つ若しくは複数のコンピュータプロセッサと相互作用するか又はそれによって他の方法で実行される、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせとして実装され得る。
【0026】
ディスプレイシステム１１０はまた、可視化システムによって取り込まれた手術部位及び医療器具の画像を表示し得る。いくつかの例において、医療システム１００は、医療器具の相対位置がオペレータＯの眼及び手の相対的位置と類似するように医療器具１０４及びマスタアセンブリ１０６の制御部を構成し得る。この方法では、オペレータＯは、実質的に真の存在下で作業空間を見ているかのように医療器具１０４及びハンド制御部を操作し得る。
【0027】
医療システム１００はまた、制御システム１１２を含み得る。制御システム１１２は、医療器具１０４、マスタアセンブリ１０６、センサシステム１０８、及びディスプレイシステム１１０間の制御を行うための少なくとも１つのメモリ及び少なくとも１つのコンピュータプロセッサ（図示せず）を含む。制御システム１１２はまた、ディスプレイシステム１１０に情報を提供するための命令を含む、本明細書に開示される態様に従って説明される方法の一部又は全部を実施するためのプログラムされた命令（例えば、命令を記憶する非一時的機械可読媒体）を含む。制御システム１１２は、図１の単純化された概略図において単一ブロックとして示されているが、システムは、処理の１つの部分がオプションでマニピュレータアセンブリ１０２上で又はマニピュレータアセンブリ１０２に隣接して実行され、処理の別の部分がマスタアセンブリ１０６で実行される等の２つ以上のデータ処理回路を含み得る。制御システム１１２のプロセッサは、本明細書に開示され、以下により詳細に説明するプロセスに対応する命令を含む命令を実行し得る。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかが用いられ得る。同様に、プログラムされた命令は、多数の別個のプログラム又はサブルーチンとして実装されてもよく、又はこれらは、本明細書に記載されるロボット医療システムの他のいくつかの態様に統合されてもよい。一実施形態では、制御システム１１２は、Bluetooth（登録商標）、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT、及びワイヤレステレメトリのようなワイヤレス通信プロトコルをサポートする。
【0028】
いくつかの実施形態では、制御システム１１２は、医療器具１０４からフォース（力）フィードバック及び／又はトルクフィードバックを受け得る。フィードバックに応答して、制御システム１１２は、マスタアセンブリ１０６に信号を送信し得る。いくつかの例では、制御システム１１２は、マニピュレータアセンブリ１０２の１つ又は複数のアクチュエータに医療器具１０４を動かすように指示する信号を送信し得る。医療器具１０４は、患者Ｐの体内の開口部を経由して患者Ｐの体内の内部手術部位に延び得る。任意の適切な従来のアクチュエータ及び／又は専用アクチュエータが使用され得る。いくつかの例では、１つ又は複数のアクチュエータは、マニピュレータアセンブリ１０２から分離されていてもよく、又はマニピュレータアセンブリ１０２と一体化されていてもよい。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のアクチュエータ及びマニピュレータアセンブリ１０２は、患者Ｐ及び手術台Ｔに隣接して配置された遠隔操作カートの一部として提供される。
【0029】
制御システム１１２は、オプションで画像誘導医療処置の間に医療器具１０４を制御するときオペレータＯにナビゲーション支援を提供する仮想可視化システムをさらに含み得る。仮想可視化システムを使用する仮想ナビゲーションは、解剖学的通路の獲得された術前又は術中のデータセットへの参照に基づき得る。仮想可視化システムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、蛍光透視、サーモグラフィ、超音波、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、サーマルイメージング、インピーダンスイメージング、レーザイメージング、ナノチューブＸ線イメージングなどのようなイメージング技術を用いてイメージングされた手術部位の画像を処理する。手動入力と組み合わせて使用されるソフトウェアが、記録された画像を、部分的又は全体の解剖学的臓器又は解剖学的領域のセグメント化された二次元又は三次元合成表現に変換するために使用される。画像データセットは、合成表現に関連付けられる。合成表現及び画像データセットは、通路の様々な位置及び形状、並びにそれらの接続性を記述する。合成表現を生成するために使用される画像は、臨床処置中に術前又は術中に記録され得る。いくつかの実施形態では、仮想可視化システムは、標準表現（すなわち、患者固有ではない）又は標準表現と患者固有データのハイブリッドを使用し得る。合成表現及び合成表現によって生成される任意の仮想画像は、動きの１つ又は複数のフェーズの間（例えば、肺の吸気／呼気サイクルの間）の変形可能な解剖学的領域の静的姿勢を表し得る。
【0030】
仮想ナビゲーション手順の間、センサシステム１０８は、患者Ｐの解剖学的構造に対する医療器具１０４のおおよその位置を計算するために使用され得る。この位置は、患者Ｐの解剖学的構造のマクロレベル（外部）追跡画像及び患者Ｐの解剖学的構造の仮想内部画像の両方を生成するために使用されることができる。システムは、１つ又は複数の電磁（ＥＭ）センサ、光ファイバセンサ、及び／又は他のセンサを実装して、仮想可視化システムからの画像のような術前に記録された手術画像と共に医療器具を位置合わせし、表示し得る。例えば、国際公開第2016/191298号（2016年12月1日発行）（“Systems and Methods of Registration
for Image Guided Surgery”を開示）及び米国特許出願第13/107,562号（2011年5月13日出願）（“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示）は、このようなシステムを開示し、これらのそれぞれはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。医療システム１００は、さらに、照明システム、操縦（steering）制御システム、洗浄（irrigation system）システム、及び／又は吸引システムなどの任意の操作及びサポートシステム（図示せず）を含み得る。いくつかの実施態様では、医療システム１００は、２つ以上のマニピュレータアセンブリ及び／又は２つ以上のマスタアセンブリを含み得る。遠隔操作マニピュレータアセンブリの正確な数は、特に、医療処置及び手術室内の空間制約に依存するであろう。マスタアセンブリ１０６は、並べられ（collocated）てもよく、又は別々の場所に配置されてもよい。複数のマスタアセンブリは、１より多いオペレータが、種々の組み合わせで１つ又は複数の遠隔操作マニピュレータアセンブリを制御することを可能にする。
for Image Guided Surgery”を開示）及び米国特許出願第13/107,562号（2011年5月13日出願）（“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示）は、このようなシステムを開示し、これらのそれぞれはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。医療システム１００は、さらに、照明システム、操縦（steering）制御システム、洗浄（irrigation system）システム、及び／又は吸引システムなどの任意の操作及びサポートシステム（図示せず）を含み得る。いくつかの実施態様では、医療システム１００は、２つ以上のマニピュレータアセンブリ及び／又は２つ以上のマスタアセンブリを含み得る。遠隔操作マニピュレータアセンブリの正確な数は、特に、医療処置及び手術室内の空間制約に依存するであろう。マスタアセンブリ１０６は、並べられ（collocated）てもよく、又は別々の場所に配置されてもよい。複数のマスタアセンブリは、１より多いオペレータが、種々の組み合わせで１つ又は複数の遠隔操作マニピュレータアセンブリを制御することを可能にする。
【0031】
図２Ａは、いくつかの実施形態による医療器具システム２００の簡略図である。いくつかの実施態様では、医療器具システム２００は、医療システム１００で実施される画像誘導医療処置における医療器具１０４として使用され得る。いくつかの例では、医療器具システム２００は、非遠隔操作診査処置（non-teleoperational exploratory procedures）のために、又は内視鏡のような従来の手動操作医療器具を用いる（involving）処置において使用され得る。オプションで、医療器具システム２００は、患者Ｐのような患者の解剖学的通路内の位置に対応するデータポイントのセットを収集（すなわち、測定）するために使用され得る。
【0032】
医療器具システム２００は、駆動ユニット２０４に結合された、可撓性カテーテルなどの細長い装置２０２を含む。細長い装置２０２は、近位端２１７及び遠位端又は先端部分２１８を有する可撓性ボディ２１６を含む。いくつかの実施態様では、可撓性ボディ２１６は、約３ｍｍの外径を有する。他の可撓性ボディ２１６の外径は、より大きくても小さくてもよい。
【0033】
医療器具システム２００は、以下にさらに詳細に説明するように、１つ又は複数のセンサ及び／又はイメージング装置を用いて、遠位端２１８及び／又は可撓性ボディ２１６に沿った１つ又は複数のセグメント２２４の位置、向き、速さ、速度、姿勢及び／又は形状を決定するためのトラッキングシステム２３０をさらに含む。遠位端２１８と近位端２１７との間の可撓性ボディ２１６の全長は、セグメント２２４に効果的に分割され得る。医療器具システム２００が医療システム１００の医療器具１０４と一致する場合、トラッキングシステム２３０は、オプションで、図１の制御システム１１２のプロセッサを含み得る、１つ又は複数のコンピュータプロセッサと相互作用する、又は他の方法で実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせとして実装され得る。
【0034】
トラッキングシステム２３０は、オプションで、形状センサ２２２を用いて、遠位端２１８及び／又はセグメント２２４のうちの１つ又は複数を追跡し得る。形状センサ２２２は、オプションで、可撓性ボディ２１６（例えば、内部チャネル（図示せず）内に設けられるか又は外部に取り付けられる）と整列された光ファイバを含み得る。一実施形態では、光ファイバは、約２００μｍの直径を有する。他の実施形態では、寸法は、より大きくても小さくてもよい。形状センサ２２２の光ファイバは、可撓性ボディ２１６の形状を決定するための光ファイバ屈曲センサを形成する。一つの代替形態では、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）を含む光ファイバが、１又は複数の次元における構造の歪測定を提供するために使用される。３次元における光ファイバの形状及び相対位置を監視するための種々のシステム及び方法は、米国特許出願第11/180,389号（2005年7月13日出願）（“Fiber optic position and shape
sensing device and method relating thereto”を開示）；米国特許出願第12/047,056号（2004年7月16日出願）（“Fiber-optic shape and relative position sensing”を開示）；及び米国特許第6,389,187号（1998年6月17日出願）（“Optical Fibre Bend Sensor”を開示）に記載されており、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態におけるセンサは、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、及び蛍光散乱などの他の適切な歪み感知技術を使用し得る。いくつかの実施形態では、細長い装置の形状は、他の技術を用いて決定され得る。例えば、可撓性ボディ２１６の遠位端姿勢の履歴が、時間間隔にわたって可撓性ボディ２１６の形状を再構成するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、トラッキングシステム２３０は、オプションで及び／又は追加的に、位置センサシステム２２０を使用して、遠位端２１８を追跡し得る。位置センサシステム２２０は、外部発生電磁場に曝され得る１つ又は複数の導電性コイルを含む位置センサシステム２２０を持つＥＭセンサシステムの構成要素であり得る。次いで、ＥＭセンサシステムの各コイルは、外部発生電磁場に対するコイルの位置及び向きに依存する特性を有する誘導電気信号を生成する。いくつかの実施形態では、位置センサシステム２２０は、６自由度、例えば、基点の３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ及びピッチ、ヨー、及びロールを示す３つの配向角度（orientation angles）、又は５自由度、例えば、基点の３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ及びピッチ及びヨーを示す２つの配向角度を測定するように構成され且つ位置決めされ得る。位置センサシステムのさらなる説明は、米国特許第6,380,732号（1999年8月11日出願）（“Six-Degree of Freedom Tracking
System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked”を開示）に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
sensing device and method relating thereto”を開示）；米国特許出願第12/047,056号（2004年7月16日出願）（“Fiber-optic shape and relative position sensing”を開示）；及び米国特許第6,389,187号（1998年6月17日出願）（“Optical Fibre Bend Sensor”を開示）に記載されており、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態におけるセンサは、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、及び蛍光散乱などの他の適切な歪み感知技術を使用し得る。いくつかの実施形態では、細長い装置の形状は、他の技術を用いて決定され得る。例えば、可撓性ボディ２１６の遠位端姿勢の履歴が、時間間隔にわたって可撓性ボディ２１６の形状を再構成するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、トラッキングシステム２３０は、オプションで及び／又は追加的に、位置センサシステム２２０を使用して、遠位端２１８を追跡し得る。位置センサシステム２２０は、外部発生電磁場に曝され得る１つ又は複数の導電性コイルを含む位置センサシステム２２０を持つＥＭセンサシステムの構成要素であり得る。次いで、ＥＭセンサシステムの各コイルは、外部発生電磁場に対するコイルの位置及び向きに依存する特性を有する誘導電気信号を生成する。いくつかの実施形態では、位置センサシステム２２０は、６自由度、例えば、基点の３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ及びピッチ、ヨー、及びロールを示す３つの配向角度（orientation angles）、又は５自由度、例えば、基点の３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ及びピッチ及びヨーを示す２つの配向角度を測定するように構成され且つ位置決めされ得る。位置センサシステムのさらなる説明は、米国特許第6,380,732号（1999年8月11日出願）（“Six-Degree of Freedom Tracking
System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked”を開示）に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0035】
いくつかの実施形態では、トラッキングシステム２３０は、代替的に及び／又は追加的に、呼吸などの交互の運動のサイクルに沿って器具システムの既知の点に対して記憶された履歴的な姿勢、位置、又は向きデータに依存し得る。この記憶されたデータは、可撓性ボディ２１６に関する形状情報を作るために使用され得る。いくつかの例では、位置センサ２２０のセンサと同様の電磁（ＥＭ）センサなどの一連の位置センサ（図示せず）が、可撓性ボディ２１６に沿って配置され、次いで、形状感知に使用され得る。いくつかの例では、処置中に取られたこれらのセンサのうちの１つ又は複数からのデータの履歴は、特に解剖学的通路が概して静止している場合、細長い装置２０２の形状を表すために使用され得る。
【0036】
可撓性ボディ２１６は、医療器具２２６を受け入れるように寸法決めされ且つ形成されたチャネル２２１を含む。図２Ｂは、いくつかの実施形態に従って延びた医療器具２２６を有する可撓性ボディ２１６の簡略図である。いくつかの実施形態では、医療器具２２６は、手術、生検、アブレーション、照明、洗浄、又は吸引などの処置に使用され得る。医療器具２２６は、可撓性ボディ２１６のチャネル２２１を通って展開され、解剖学的構造内のターゲット位置で使用されることができる。医療器具２２６は、例えば、画像取り込みプローブ、生検器具、レーザアブレーションファイバ、及び／又は他の外科的、診断的、又は治療的ツールを含み得る。医療ツールは、メス、ブラントブレード、光ファイバ、電極等のような単一の作動部材を有するエンドエフェクタを含み得る。他のエンドエフェクタは、例えば、鉗子、把持器、ハサミ、クリップアプライヤなどを含み得る。他のエンドエフェクタは、さらに、電気手術電極、トランスデューサ、センサ等のような電気的に活性化されたエンドエフェクタを含み得る。種々の実施形態では、医療器具２２６は、生検器具であり、これは、標的解剖学的位置からサンプル組織を除去するため又は細胞のサンプリングに使用され得る。医療器具２２６は、同様に可撓性ボディ２１６内にあるイメージング器具（例えば、画像取り込みプローブ）と共に使用され得る。様々な実施形態では、医療器具２２６は、それ自体は、表示のためにイメージングシステム２３１によって処理され、及び／又は、遠位端２１８及び／又はセグメント２２４の１つ又は複数のトラッキングをサポートするためにトラッキングシステム２３０に提供される画像（ビデオ画像を含む）を取り込むために、可撓性ボディ２１６の遠位端２１８又はその近くに立体カメラ又はモノスコープカメラを備えた遠位部分を含むイメージング器具（例えば、画像取り込みプローブ）であり得る。イメージング器具は、取り込まれた画像データを送信するためにカメラに結合されたケーブルを含み得る。いくつかの例では、イメージング器具は、イメージングシステム２３１に結合するファイバースコープなどの光ファイバ束であり得る。イメージング器具は、例えば、可視、赤外、及び／又は紫外スペクトルの１つ又は複数で画像データを取り込む、単一又はマルチスペクトルであり得る。代替的には、医療器具２２６は、それ自体が画像取り込みプローブであり得る。医療器具２２６は、処置を実行するためにチャネル２２１の開口部から前進され、次いで、手順が完了したときにチャネルに戻され得る。医療器具２２６は、可撓性ボディ２１６の近位端２１７から、又は可撓性ボディ２１６に沿った別のオプションの器具ポート（図示せず）から取り外され得る。
【0037】
医療器具２２６は、追加的に、医療器具２２６の遠位端を制御可能に曲げるために
その近位端と遠位端との間に延びるケーブル、リンク機構、又は他の作動制御部（図示せず）を収容し得る。操縦可能な器具は、米国特許第7,316,681号（2005年10月4日出願）（“Articulated Surgical Instrument for Performing
Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”を開示）及び米国特許出願第12/286,644号（2008年9月30日出願）（“Passive Preload and Capstan Drive
for Surgical Instruments”を開示）に詳細に記載され、これらは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
その近位端と遠位端との間に延びるケーブル、リンク機構、又は他の作動制御部（図示せず）を収容し得る。操縦可能な器具は、米国特許第7,316,681号（2005年10月4日出願）（“Articulated Surgical Instrument for Performing
Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity”を開示）及び米国特許出願第12/286,644号（2008年9月30日出願）（“Passive Preload and Capstan Drive
for Surgical Instruments”を開示）に詳細に記載され、これらは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0038】
可撓性ボディ２１６はまた、例えば、遠位端２１８の破線図２１９によって示されるように、遠位端２１８を制御可能に曲げるために駆動ユニット２０４と遠位端２１８との間に延びるケーブル、リンク、又は他の操縦制御部（図示せず）を収容し得る。いくつかの例では、遠位端２１８のピッチを制御するための独立した「アップ－ダウン（up-down）」ステアリング（steering）と、遠位端２１８のヨーを制御するための「左－右（left-right）」ステアリングを提供するために、少なくとも４つのケーブルが使用される。操縦可能な細長い装置は、米国特許出願第13/274,208号（2011年10月14日出願）（“Catheter with Removable Vision
Probe”を開示）に詳細に記載され、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。医療器具システム２００が遠隔操作アセンブリによって作動される実施形態では、駆動ユニット２０４は、遠隔操作アセンブリのアクチュエータなどの駆動要素に取り外し可能に結合し、該駆動要素から電力を受け取る駆動入力部を含み得る。いくつかの実施形態では、医療器具システム２００は、医療器具システム２００の運動を手動で制御するための把持機構、手動アクチュエータ、又は他の構成要素を含み得る。細長い装置２０２は、操縦可能であり得る、あるいは、このシステムは、遠位端２１８の曲げのオペレータ制御のための統合された機構を持たずに操縦不可能であってもよい。いくつかの例では、それを通って医療器具が標的手術位置に展開されそこで使用されることができる、１つ又は複数の管腔が可撓性ボディ２１６の壁内に画定される。
Probe”を開示）に詳細に記載され、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。医療器具システム２００が遠隔操作アセンブリによって作動される実施形態では、駆動ユニット２０４は、遠隔操作アセンブリのアクチュエータなどの駆動要素に取り外し可能に結合し、該駆動要素から電力を受け取る駆動入力部を含み得る。いくつかの実施形態では、医療器具システム２００は、医療器具システム２００の運動を手動で制御するための把持機構、手動アクチュエータ、又は他の構成要素を含み得る。細長い装置２０２は、操縦可能であり得る、あるいは、このシステムは、遠位端２１８の曲げのオペレータ制御のための統合された機構を持たずに操縦不可能であってもよい。いくつかの例では、それを通って医療器具が標的手術位置に展開されそこで使用されることができる、１つ又は複数の管腔が可撓性ボディ２１６の壁内に画定される。
【0039】
いくつかの実施態様では、医療器具システム２００は、肺の検査、診断、生検、又は処置に使用するための気管支鏡又は気管支カテーテルなどの可撓性気管支器具を含み得る。医療器具システム２００はまた、自然の又は外科的に作製された接続通路を介して、結腸、腸、腎臓及び腎杯、脳、心臓、脈管系を含む循環系などを含む種々の解剖学的システムのいずれかにおける、他の組織のナビゲーション及び治療に適している。
【0040】
トラッキングシステム２３０からの情報は、ナビゲーションシステム２３２に送られることができ、ここで、イメージングシステム２３１及び／又は術前に得られたモデルからの情報と組み合わされて、オペレータにリアルタイムの位置情報を提供する。いくつかの例では、リアルタイム位置情報は、医療器具システム２００の制御に使用するために、図１のディスプレイシステム１１０に表示され得る。いくつかの例では、図１の制御システム１１２は、医療器具システム２００を位置決めするためのフィードバックとして位置情報を利用し得る。手術器具を手術画像と位置合わせし表示するために光ファイバセンサを使用する様々なシステムは、国際公開第2016/191298号（2016年12月1日発行）（“Systems and Methods of Registration
for Image Guided Surgery”を開示）及び米国特許出願第13/107,562号（2011年5月13日出願）（“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示）に提供され、これらの各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
for Image Guided Surgery”を開示）及び米国特許出願第13/107,562号（2011年5月13日出願）（“Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an
Anatomic Structure for Image-Guided Surgery”を開示）に提供され、これらの各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0041】
いくつかの例では、医療器具システム２００は、図１の医療システム１００内で遠隔操作され得る。いくつかの実施形態では、図１のマニピュレータアセンブリ１０２は、直接オペレータ制御によって置き換えられ得る。いくつかの例では、直接オペレータ制御は、器具のハンドヘルド操作のための種々のハンドル及びオペレータインタフェースを含み得る。
【0042】
図３Ａ及び３Ｂは、いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面図の簡略図である。図３Ａ及び３Ｂに示すように、手術環境３００は、図１の台Ｔ上に配置された患者Ｐを含む。患者Ｐは、患者全体の動きが鎮静、拘束、及び／又は他の手段によって制限されるという意味で、手術環境内で静止し得る。患者Ｐの呼吸及び心臓の動きを含む周期的な解剖学的動きは、患者が息を止めるように頼まれない限り、又は機械的人工換気を停止させて一時的に呼吸の動きを停止させない限り、継続し得る。従って、いくつかの実施形態では、データが、呼吸の特定のフェーズ（phase）で収集され、そのフェーズでタグ付けされ、識別され得る。いくつかの実施形態では、データが収集されるフェーズは、患者Ｐから収集される生理学的情報から推測され得る。手術環境３００内で、点収集器具３０４は、器具キャリッジ３０６に結合される。いくつかの実施形態では、点収集器具３０４は、ＥＭセンサ、形状センサ、及び／又は他のセンサモダリティを使用し得る。器具キャリッジ３０６は、手術環境３００内に固定された挿入ステージ３０８に取り付けられる。代替的には、挿入ステージ３０８は移動可能であり得るが、手術環境３００内の既知の位置（例えば、トラッキングセンサ又は他のトラッキングデバイスを介して）を有し得る。器具キャリッジ３０６は、挿入運動（すなわち、Ａ軸に沿った運動）及びオプションで、ヨー、ピッチ、及びロールを含む多方向における細長い装置３１０の遠位端３１８の運動を制御するために点収集器具３０４に結合するマニピュレータアセンブリ（例えば、マニピュレータアセンブリ１０２）の構成要素であり得る。器具キャリッジ３０６又は挿入ステージ３０８は、挿入ステージ３０８に沿った器具キャリッジ３０６の運動を制御するサーボモータ（図示せず）などのアクチュエータを含み得る。
【0043】
細長い装置３１０は、器具ボディ３１２に結合される。器具ボディ３１２は、器具キャリッジ３０６に対して結合され、固定される。いくつかの実施形態では、光ファイバ形状センサ３１４は、器具ボディ３１２上の近位点３１６に固定される。いくつかの実施形態では、光ファイバ形状センサ３１４の近位点３１６は、器具ボディ３１２と一緒に移動可能であるが、近位点３１６の位置は（例えば、追跡センサ又は他の追跡装置を介して）既知であり得る。形状センサ３１４は、近位点３１６から細長い装置３１０の遠位端３１８などの別の点までの形状を測定する。点収集器具３０４は、医療器具システム２００と実質的に同様であり得る。
【0044】
位置測定装置３２０は、挿入軸Ａに沿って挿入ステージ３０８上で移動する際の器具ボディ３１２の位置に関する情報を提供する。位置測定装置３２０は、器具キャリッジ３０６の動作、したがって器具ボディ３１２の動きを制御するアクチュエータの回転及び／又は向きを決定するリゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、及び／又は他のセンサを含み得る。いくつかの実施形態では、挿入ステージ３０８は直線状（linear）である。いくつかの実施形態では、挿入ステージ３０８は、湾曲していてもよく、又は湾曲部分と直線部分の組み合わせを有していてもよい。
【0045】
図３Ａは、挿入ステージ３０８に沿って引き込められた位置にある器具ボディ３１２及び器具キャリッジ３０６を示す。この引き込められた位置では、近位点３１６は軸Ａ上の位置Ｌ０にある。挿入ステージ３０８に沿ったこの位置では、近位点３１６の位置のＡ成分は、挿入ステージ３０８上の器具キャリッジ３０６の位置、従って近位点３１６の位置を記述するためのベース基準を提供するために、ゼロ及び／又は別の基準値に設定され得る。器具ボディ３１２及び器具キャリッジ３０６のこの引き込められた位置により、細長い装置３１０の遠位端３１８は、患者Ｐの入口開口部のすぐ内側に位置し得る。器具ボディ３１２の遠位端３１８の患者の解剖学的構造へのアクセスを提供するために、気管内（ＥＴ）チューブ３１１などの気道確保装置が患者の口を通って患者の気管内に挿入され得る。オプションで、気管内チューブ３１１は、挿入ステージ３０８と解放可能に結合され得る。また、この位置において、位置測定装置３２０は、ゼロ及び／又は別の基準値（例えば、Ｉ=０）に設定されてもよい。図３Ｂにおいて、器具ボディ３１２及び器具キャリッジ３０６は、挿入ステージ３０８の直線軌道に沿って前進し、細長い装置３１０の遠位端３１８は、患者Ｐの中に前進している。この前進位置では、近位点３１６は、軸Ａ上の位置Ｌ１にある。いくつかの例では、エンコーダ、及び／又は、挿入ステージ３０８に沿った器具キャリッジ３０６の移動を制御する１つ又は複数のアクチュエータからの他の位置データ、及び／又は、器具キャリッジ３０６及び／又は挿入ステージ３０８に関連する１つ又は複数の位置センサが、位置Ｌ０に対する近位点３１６の位置Ｌｘを決定するために使用される。いくつかの例では、位置Ｌｘはさらに、細長い装置３１０の遠位端３１８が患者Ｐの解剖学的構造の通路に挿入される距離又は挿入深さの指標として使用され得る。
【0046】
上述のように、医療処置中の患者の安全を確保するように気道確保装置とロボット医療システム（例えば、遠隔操作医療システム）との間に接続部を設けることが望ましい。ロボット医療システムは、地面（ground）に対するロボット医療システムのサブアセンブリの移動を可能にするが、気道確保装置とロボット医療システムとの間の接続部は、医療処置の一部の間に静止プラットフォームを提供するための静止位置にあると推定され得る。本開示は、予期される及び予期しない患者の動きに適応するために、気道確保装置などの解剖学的開口部装置とロボット医療システムとの間のフレキシブルコネクタ（flexible connectors）の使用を提案する。さらに、本開示は、必要に応じて、患者の安全を確保するために、気道確保装置とロボット医療システムとの間のフレキシブルコネクタを分離するための分離機構を提案する。
【0047】
医療処置のいくつかの例において、ＥＴチューブなどの気道確保装置が、患者の鼻又は口を通して挿入され、気管内に配置される。気道確保装置は、人工呼吸器又は呼吸器に接続され、気道を開き、患者の肺に空気を運ぶために導管として使用される。人工呼吸器は、医療処置中に機械的人工換気を行う。換言すれば、気道確保装置は、患者が医療処置中に意識不明又は麻酔された時、人工換気を容易にする。次いで、医療器具は、気管及び他の気管支通路を観察し、肺疾患及び感染症を診断し、及び／又は疾患又は感染組織を治療するために、気道確保装置を通って患者の気道に送り込まれ得る。
【0048】
図４は、患者が首をわずかに伸ばされた状態で仰向けになる間に、患者の口を通して患者の気管内に挿入された気道確保装置４００の一例を示す。気道確保装置４００は、上部気道通路を通って気管４４０に挿入するために、その遠位端と近位端との間で湾曲され得る細長く、可撓性且つ中空のチューブ４１０を含み得る。気道確保装置４００はまた、カフ膨張チューブ４３０を用いて膨張される遠位端に配置された膨張可能なバルーン様構造又はカフ４２０を含み得る。このバルーン様構造又はカフ４２０は、気管及び気管支樹をシールし、それにより、チューブ４１０の近位端に接続された人工呼吸器／呼吸器によって送り出される空気が、気管４４０を通って後方へ逃げて口腔及び鼻腔通路に入るのを防止する。図示のように、気道確保装置４００は、患者の気管内に配置される。一例では、気道確保装置４００は、チューブ４１０に取り付けられたマウント４５０を使用することによって、患者の口付近に取り付けられるか又は拘束され得る。
【0049】
医療処置が、医療器具及び図１の医療システム１００のようなロボット医療システム（例えば、遠隔操作システム）を用いて行われる場合、接続部がロボット医療システムと気道確保装置４００との間に設けられる。一実施形態では、ロボット医療システムは、図１のマニピュレータアセンブリ１０２のようなマニピュレータアセンブリを含み、接続部は、気道確保装置４００とマニピュレータアセンブリとの間に作られる。この接続部は、ロボット医療システムが気道確保装置４００に結合し、その中に手術又は気管支用器具を導入することを可能にする。医療処置中の予想される又は予期しない患者の動きによる患者に対する外傷を回避するため、及び／又は気道確保装置が患者の気管から外れるのを回避するため、一実施形態では、本開示は、ロボット医療システムと気道確保装置４００との間のフレキシブル（flexible）接続機構を導入することを提案する。フレキシブル接続機構は、予期される及び予期しない患者の動きに対応するために、様々な自由度で動くように構成される。患者の動きが相当量の変位を引き起こし、従って、ロボット医療システムと気道確保装置４００との間の接続機構に力を加える場合、本開示は、ロボット医療システム又は気道確保装置のいずれかから接続機構を分離する機構を提案する。機構は、純粋に機械的であってもよく、又は接続部への力を感知するためのセンサを含んでもよく、必要に応じて、患者の安全を保証するために力が所定の閾値を超えたときに接続部を分離する。代替的には、患者に結合されたセンサを用いて患者の動きを感知することもできる。
【0050】
気道確保装置４００のロボット医療システムからの分離に関して、以下に説明する全ての実施形態について、分離（decoupling）は、いくつかの異なる結合のうちの１つ又は複数で起こり得る。例えば、分離は、ロボット医療システムと接続機構を通して気道確保装置に接続される医療システムインターフェースとの間で起こり得る。加えて又は代替的に、分離は、インターフェースと接続機構との間で第１のジョイントにおいて起こり得る。医療システムインターフェースが存在せず、気道確保装置がロボット医療システムに直接接続されている場合、分離はロボット医療システムと接続機構との間の直接接続部で起こり、接続機構は気道確保装置に結合されたままである。分離はまた、接続機構内の第１の端部と第２の端部との間で起こり得る。加えて又は代替的に、分離は、接続機構と気道確保装置との間で第２のジョイントにおいて起こり得る。
【0051】
ロボット医療処置の間、気道確保装置４００と（例えば、遠隔操作又は他のロボット医療システムの）マニピュレータアセンブリ１０２との間に提供される接続部の安全を考慮することが重要である。患者がロボット医療システムに対してデフォルト位置から移動し、ロボット医療システムが静止していると推定される場合、気道確保装置４００とロボット医療システムとの間の接続部は、患者の動きに適応すべきである。本開示は、患者の動きの適応のために、気道確保装置４００をロボット医療システムに接続するための接続機構の使用を提案する。接続機構は、コンパクトな機械的アセンブリを含むことができ、機械的、電気機械的、磁気的、電磁的、及び／又は空気圧機構の組み合わせにより、気道確保装置４００をロボット医療システムに接続し得る。接続機構は、気管支器具を囲み、支持することができるエラストマホース又は螺旋コルゲートホース（spiral corrugated hose）などの短い長さ又はサービスループ可撓性媒体を含み得る。
【0052】
接続機構は、患者の動きに適応するように多自由度で動くように構成される。このようにして、接続機構は、患者の動きがわずかな変位しか引き起こさない場合に、ロボット医療システムの気道確保装置４００からの不必要な分離を避けることによって、接続部の保持を制御するのを助ける。接続機構の動きはまた、気道確保装置４００のロボット医療システムからの分離の前に追加時間を提供する。例えば、ロボット医療システムから気道確保装置４００を解放するための分離手順は、接続機構又は患者の動きによって開始され得る。この時間における患者の動きの適応は、患者に対する損傷のリスクを有意に減少させる。
【0053】
図５は、カート４６２（例えば、ベース）及び支持構造４６４を含むマニピュレータアセンブリ４６０を示す。オプションで、カート４６２は、手術台Ｔ及び患者Ｐに対する所望の位置にカート４６２を位置決めすることを可能にするように一組のホイール４６６上に取り付けられ得る。カート４６２は、プロセッサ、モニタ、バキューム装置（vacuum equipment）、空気キャニスタ、ケーブルなどを含む様々な構成要素を収容し得る。支持構造４６４の遠位端は、挿入ステージ４７０（例えば、挿入ステージ３０８）及び細長い装置４７２（例えば、細長い装置１６００）が結合されるキャリッジ４７４（例えば、キャリッジ３０６）を含む可撓性器具マニピュレータ４６８（例えば、マニピュレータアセンブリ１０２）に結合され得る。可動接続機構４７６は、挿入ステージ４７０の遠位端のドッキングスパー４８０に結合される。可動接続機構４７６は、細長い装置４７２を気管内チューブ４７８（例えば、気管内チューブ３１１）に結合する。
【0054】
気管内チューブ４７８は、患者の口及び気管に挿入され、患者のための機械的換気を提供するのを助け、患者の肺に挿入されることになる細長い装置４７２のための導管を提供する。細長い装置４７２が、イメージング、生検、及び／又は治療を容易にするために肺にナビゲートされている間に、患者は咳、予期しない動き、又は鎮静の減少を経験し、これは患者から気管内チューブを外し、換気を中断し得る。この予期しない動きの結果を最小限にするために、可動接続機構４７６は、ドッキングスパー４８０から解放可能である。
【0055】
マニピュレータアセンブリ４６０又はロボット医療システムの他の構成要素と結合するための適切な接続機構の例を、以下の図を参照して説明する。図６Ａ乃至Ｄは、本開示の一実施形態による接続機構５００を示す。図６Ａに示すように、接続機構５００は、第１の可撓性チューブ５１０と、伸縮（telescopic）構造で一緒に入れ子にされた（nested）第２の可撓性チューブ５２０とを含む中間部を含む。第１の可撓性チューブ５１０の一端は、医療システムインターフェース５６０を介してロボット医療システム５５０に接続される。ロボット医療システム５５０は、静止プラットフォームを提供するために静止位置にあると推定され得る。第２の可撓性チューブ５２０の一端は、医療処置のために患者の口に挿入されたチューブ４１０を含む気道確保装置４００に接続され得る。両可撓性チューブ５１０、５２０は、ポリウレタン、シリコーン、可撓性ＰＶＣ等のような医療グレードの材料で作られ得る。また、可撓性チューブ５１０、５２０は、チューブを通して気管支又は他の器具を挿入できるように中空であり得る。
【0056】
入れ子式伸縮構成では、第１の可撓性チューブ５１０は、図６Ｂに示される機械的リップ構造を使用して、第２の可撓性チューブ５２０内に嵌め込まれ得る。機械的リップ構造は、第１の可撓性チューブ５１０が、十分な力の不在下で、第２の可撓性チューブ５２０から分離することなく、第２の可撓性チューブ５２０の全長に沿って長手方向運動の全範囲で動くことを可能にする。長手方向の可撓性に加えて、両方のチューブ５１０、５２０は、横方向の可撓性に関して３６０°の自由度を提供する可撓性チューブである。重要なことに、横方向の可撓性チューブ５１０、５２０の可撓性は、チューブ５１０、５２０の直径の関数であり得る。一般に、可撓性チューブの直径が小さいほど、可撓性チューブの横方向の可撓性が高くなり、可撓性チューブの直径が大きいほど、可撓性チューブの横方向の可撓性が低くなる。第１の可撓性チューブ５１０は、入れ子式伸縮構成を容易にするために、第２の可撓性チューブ５２０に対してより小さい直径を有し得る。さらに、あるいは、可撓性アセンブリの可撓性は、第２の可撓性チューブ５２０に対する第１の可撓性チューブ５１０の直径の関数であり得る。例えば、第１の可撓性チューブ５１０と第２の可撓性チューブ５２０との間のより緩い嵌合は、より緊密な嵌合よりも、より大きい横方向の可撓性を可能にし得る。両可撓性チューブ５１０、５２０は、実質的に同じ長さを有し得る。代替的には、第１の可撓性チューブ５１０は、第２の可撓性チューブ５２０に対して異なる長さを有し得る。さらなる代替実施形態では、接続機構５００は、複数の可撓性チューブを含んでもよく、チューブは、その近位端から遠位端まで直径が増加するか、又は近位端から遠位端まで直径が減少するか、又は接続機構５００の長さに沿って直径が互い違いになり得る。
【0057】
図６Ｃ－１及び６Ｃ－２は、接続機構５００のさらなる詳細を示す。特に、図６Ｃ－１は、第１の可撓性チューブ５１０が完全に第２の可撓性チューブ５２０に挿入されるか又は第２の可撓性チューブ５２０によって覆われる接続機構５００の位置を示す。図６Ｃ－１はまた、第１の可撓性チューブ５１０の第１の端部が医療システムインターフェース５６０に接続されるジョイント５３０と、第２の可撓性チューブ５２０の第２の端部が気道確保装置４００に接続されるジョイント５４０とを示す。両ジョイント５３０、５４０は、その周りで可撓性チューブが横方向の可撓性のための多自由度を提供するように曲がる剛性接続部であり得る。代替的には、両ジョイント５３０、５４０は、可撓性チューブ５１０、５２０によって提供される可撓性に加えて、横方向の可撓性のために多自由度を提供する可撓性接続部であり得る。例えば、ジョイント５３０は、横方向の多自由度のジョイント５３０の動きを可能にするように、医療システムインターフェース５６０に移動可能に接続され得る。ジョイント５３０、５４０は、上述の機械的リップ構造に類似の機械的リップ構造を用いて実現され得る。代替的には、ジョイント５３０及び５４０の１つ又は複数は、他の機械的及び／又は電気機械的機構を用いて実現されてもよく、以下でさらに詳細に説明するように、センサによって作動されてもよい。図６Ｃ－２は、第１の可撓性チューブ５１０が長手方向に可撓性（flexibility）を与えるように第２の可撓性チューブ５２０から延びる接続機構５００の伸張位置を示す。
【0058】
医療処置の間、患者が予期される又は予期せぬ動きで小さな変位を生じるとき、又はロボット医療システムの予期せぬ又は不注意な衝突で小さな変位を生じるとき、接続機構５００は、患者の動きに適応するために必要な限り、横方向及び縦方向に屈曲する（flex）。例えば、可撓性チューブ５１０、５２０及び／又はジョイント５３０、５４０に使用される機構は、横方向に３６０°の自由度を提供するために必要な限り屈曲することができ、第１の可撓性チューブ５１０は、長手方向に可撓性を与えるために、第２の可撓性チューブ５２０の全長に沿って全可動範囲で必要な限り移動する。このようにして、可撓性チューブ５１０、５２０に組み込まれた機械的リップ構造は、適切な力の不在下で、第１の可撓性チューブ５１０の第２の可撓性チューブ５２０からの不注意な分離を防止する。
【0059】
しかし、患者の動きが大きな変位を引き起こす場合、又はロボット医療システムの予期しない若しくは不注意な衝突がかなりの（significant）相対変位を引き起こし、それがロボット医療システム５５０と気道確保装置４００との間の接続部にかなりの力を生ずる場合、接続機構５００は、ロボット医療システム５５０の気道確保装置４００から離れる分離を可能にする。例示的な実施形態では、図６Ｄに示されるように、第１の可撓性チューブ５１０は、第２の可撓性チューブ５２０から分離する。別の実施形態（図示せず）では、ロボット医療システムは、医療システムインターフェースから分離する。さらに又は代替的に、感知機構は、接続部におけるかなりの力及び／又は患者の動きを感知し、ジョイント５３０における医療システムインターフェース５６０からの第１の可撓性チューブ５１０の第１の端部の分離、又はジョイント５４０における気道確保装置４００からの第２の可撓性チューブ５２０の第２の端部の分離を可能にする。感知機構はまた、可撓性チューブ５１０を医療システムインターフェース５６０から分離するためにジョイント５３０における分離を可能にし得るか、又は可撓性チューブ５２０を気道確保装置４００から分離するためにジョイント５４０における分離を可能にし得る。このようにして、必要に応じて、気道確保装置４００をロボット医療システム５５０に接続する接続機構５００は、医療処置中の患者の安全を確保するために、患者をロボット医療システムから分離する。分離手順は、図１１乃至１６を参照してより詳細に説明される。
【0060】
図７Ａ乃至７Ｄは、本開示による接続機構６００を示す。図７Ａに示すように、接続機構６００は、アコーディオン又はベローズタイプの動きを提供する渦巻き又はベローズチューブ６１０を含む中間部を含む。ベローズチューブ６１０は、中空であり得、気管支器具のための小さく十分に拘束された作業チャネルを提供し得る。ベローズチューブ６１０は、少なくとも部分的に、ポリウレタン、シリコーン、可撓性ＰＶＣ、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックなどの医療グレードの材料で作られ得る。ベローズチューブ６１０の一端は、接続機構６００の第１の端部で又は医療システムインターフェース６６０を介してロボット医療システム６５０に接続される。ロボット医療システム６５０は、静止プラットフォームを提供するために静止位置にあると推定され得る。ベローズチューブ６１０の他端は、アダプタ６７０を介して、医療処置のために患者の口に挿入されたチューブ４１０を含む気道確保装置４００に接続され得る。この構成では、ベローズチューブ６１０は、十分な力の不在下で、医療システムインターフェース６６０から分離することなく、長手方向に可撓性を与えるために、その全長に沿って折り畳み（fold）得る又は広がり（unfold）得る。縦方向のフレキシビリティに加えて、ベローズチューブ６１０は、横方向に３６０°の自由度を与えるように可撓性である。重要なことに、ベローズチューブ６１０の横方向の可撓性は、その直径の関数であり得る。ベローズチューブ６１０の直径が小さいほど、横方向の可撓性が高くなり、ベローズチューブ６１０の直径が大きいほど、横方向の可撓性が低くなる。ベローズチューブ６１０はまた、高いアスペクト比を有し得る。例えば、折り畳まれた位置におけるベローズチューブ６１０の長さに対する広げられた位置におけるベローズチューブ６１０の長さとの比は、高くなり得る。
【0061】
図７Ａはまた、そこでベローズチューブ６１０が医療システムインターフェース６６０に接続されるジョイント６３０と、そこでベローズチューブ６２０の第２の端部が気道確保装置４００に接続されるジョイント６４０とを示す。両ジョイント６３０、６４０は、横方向に多自由度を提供するようにその周りで可撓性ベローズチューブ６１０が屈曲する剛性接続部であり得る。代替的には、両ジョイント６３０、６４０は、可撓性ベローズチューブ６１０によって提供される可撓性に加えて、横方向の可撓性に対して多自由度を提供する可撓性接続部であり得る。例えば、ジョイント６３０は、横方向の多自由度のジョイント６３０の移動を可能にするように、医療システムインターフェース６６０に移動可能に接続され得る。ジョイント６３０、６４０は、上述の機械的リップ構造に類似の機械的リップ構造を用いて実現され得る。代替的には、ジョイント６３０、６４０、６６０のうちの１つ又は複数は、感知機構１０００に関して後にさらに詳細に説明するように、センサによって作動され得る他の機械的及び／又は電気機械的機構を用いて実現され得る。
【0062】
図７Ｂ及び７Ｃは、接続機構６００のさらなる詳細を示す。特に、図７Ｂは、ベローズチューブ６１０が完全に折り畳まれた接続機構６００の収縮位置を示す。図７Ｃは、ベローズチューブ６１０が長手方向に可撓性を与えるように広げられた接続機構６００の伸張位置を示す。
【0063】
医療処置の間、患者が予期される又は予期せぬ動きで小さな変位を生じるとき、又はロボット医療システムの不注意な衝突で小さな変位を生じるとき、接続機構６００は、患者の動きに適応するように、横方向及び縦方向に必要なだけ屈曲する。例えば、ベローズチューブ６１０及び／又はジョイント６３０、６４０に使用される機構は、横方向に３６０°の自由度を与えるのに必要なだけ屈曲し、ベローズチューブ６１０は、長手方向に可撓性を与えるために、そのデフォルト位置からベローズチューブ６１０の全長に沿って必要なだけ広がる。このようにして、機械的リップ構造及び／又は機械的及び／又は電気機械的機構は、適切な力の非存在下で、ジョイント６３０、６４０におけるその接続部のいずれか１つからのベローズチューブ６１０の不注意の分離を防止する。
【0064】
しかし、患者の動きが大きな変位を引き起こすとき、又はロボット医療システムの予期しない若しくは不注意な衝突がかなりの相対変位を引き起こし、それがロボット医療システム６５０と気道確保装置４００との間の接続部にかなりの力を生ずるとき、機械的リップ構造及び／又は機械的及び電気機械的機構は、例えば、図７Ｄに示すように、ロボット医療システム６５０の気道確保装置４００からの分離を可能にする。例示的な実施形態では、感知機構は、接続部におけるかなりの力及び／又は患者の動きを感知し、ジョイント６３０における医療システムインターフェース６６０からのベローズチューブ６１０の分離、又はロボット医療システム６５０からの医療システムインターフェース６６０の分離を可能にする。加えて又は代替的に、感知機構は、ジョイント６４０における気道確保装置４００からのベローズチューブ６１０の分離を可能にし得る。このようにして、必要に応じて、気道確保装置４００をロボット医療システム６５０に接続する接続機構６００は、医療処置中の患者の安全を確保するために患者をロボット医療システムから分離する。
【0065】
図８Ａ乃至８Ｄは、本開示による接続機構７００を示す。図８Ａに示すように、接続機構７００は、可撓性ローリングダイヤフラム（flexible rolling diaphragm）を含む中間部を含む。ローリングダイヤフラムは、正確且つ反復可能な位置決めを容易にすることにより、医療環境のような過酷な環境において高性能を提供する。ローリングダイヤフラムは、負荷分散を可能にする方法のため、高圧に耐えることができる。機構は、ローリングダイヤフラム７２０の一部に少なくとも部分的に嵌合する遠位部７１０を含む。ローリングダイヤフラム７２０は、低摩擦ローリング挙動を可能にするように一端が反転された可撓性チューブの円錐部分を含む。遠位部７１０は、低摩擦動的機構を形成するようにローリングダイヤフラム７２０に取り付けられる。内部中空チューブ７２５の一端は、接続機構７００の第１の端部で又は医療システムインターフェース７６０を介してロボット医療システム７５０に接続され得る。ロボット医療システム７５０は静止プラットフォーム又は医療システムインターフェースを提供するために、静止位置にあると推定され得る。ローリングダイヤフラム７２０の第２の端部又は遠位部７１０の第２の端部は、医療処置のために患者の口に挿入されたチューブ４１０を含む、気道確保装置４００に接続され得る。ローリングダイヤフラム７２０は、医療グレードのエラストマー及び／又はプラスチックで作られ得る。内部中空チューブ７２５に加えて、遠位部７１０及びローリングダイヤフラム７２０は、気管支器具の通過を可能にするために中空であり得る。
【0066】
この構成では、遠位部７１０が移動し、ローリングダイヤフラム７２０は、中空チューブ７２５の全長に沿ってロールして、十分な力の不在下でロボット医療システム７５０から分離することなく、長手方向に可撓性を与え得る。長手方向の可撓性に加えて、中空チューブ７２５、ローリングダイヤフラム７２０、及び遠位部７１０は、横方向に３６０°の自由度を与えるように可撓性である。重要なことに、中空チューブ７２５、ローリングダイヤフラム７２０、及び遠位部７１０の横方向の可撓性は、それぞれの直径の関数であり得る。直径が小さいほど、横方向の可撓性は高くなり、直径が大きいほど、横方向の可撓性は低くなる。
【0067】
図８Ａはまた、そこで中空チューブ７２５が医療システムインターフェース７６０に接続されるジョイント７３０を示し、そこで遠位部７１０がアダプタ７７０を介して気道確保装置４００に接続されるジョイント７４０を示している。両ジョイント７３０、７４０は、横方向に多自由度を提供するようにその周りで接続機構７００が屈曲する剛性接続部であり得る。代替的には、両ジョイント７３０、７４０は、接続機構７００によって提供される可撓性に加えて、横方向の可撓性に対して多自由度を提供する可撓性接続部であり得る。例えば、ジョイント７３０は、横方向の多自由度のジョイント７３０の移動を可能にするように、医療システムインターフェース７６０に移動可能に接続され得る。加えて、ジョイント７３０は、分離が必要な場合、接続機構７００が医療システムインターフェース７６０から分離される代わりに、医療システムインターフェース７６０がロボット医療システム７５０から分離されるように、中空チューブ７２５が医療システムインターフェース７６０に固定的に接続されることを可能にし得る。ジョイント７３０、７４０は、上述の機械的リップ構造に類似の機械的リップ構造を用いて実現され得る。代替的に、ジョイント７３０、７４０のうちの１つ又は複数は、後述するように、センサによって作動され得る他の機械的及び／又は電気機械的機構を用いて実現され得る。
【0068】
図８Ｂ及び図８Ｃは、接続機構７００のさらなる詳細を示す。特に、図８Ｂは、ローリングダイヤフラム７２０及び遠位部７１０が医療システムインターフェース７６０に近接する接続機構７００の収縮位置を示す。図８Ｃは、ローリングダイヤフラム７２０及び遠位部７１０が、長手方向に可撓性を提供するように中空チューブ７２５の全長に沿って移動した接続機構７００の伸張位置を示す。
【0069】
医療処置の間、患者が予期される又は予期せぬ動きで小さな変位を生じるとき、又はロボット医療システムの不注意な衝突で小さな変位を生じるとき、接続機構７００は、患者の動きに適応するように必要なだけ横方向及び長手方向に屈曲する。例えば、中空チューブ７２５、ローリングダイヤフラム７２０、並びに遠位部７１０及び／又はジョイント７３０、７４０に使用される機構は、横方向に３６０°の自由度を与えるのに必要なだけ屈曲する。また、小さな変位のため、遠位部７１０は、ロボット医療システムに対して移動し得る。しかし、この小さな変位は、長手方向に可撓性を与えるのに必要なだけ、ローリングダイヤフラム７２０及び遠位部７１０を中空チューブ７２５に沿って移動させることによって適応される。このようにして、機械的リップ構造、及び／又は、他の機械的及び電気機械的機構は、適切な力の非存在下で、ジョイント７３０、７４０におけるその接続部のいずれか一方から、接続機構７００が不注意に分離することを防止する。
【0070】
しかし、患者の動きが大きな変位を引き起こす場合、又はロボット医療システムの予期しない若しくは不注意な衝突がかなりの相対変位を引き起こし、それがロボット医療システム７５０と気道確保装置４００との間の接続部にかなりの力を生ずる場合、機械的リップ構造及び／又は機械的及び電気機械的機構は、例えば、図８Ｄに示すように、ロボット医療システム７５０の気道確保装置４００からの分離を可能にする。例示的な実施形態では、感知機構は、接続部における力及び／又は患者の動きの量を感知し、ジョイント７３０における医療システムインターフェース７６０からの中空チューブ７２５の分離、又はロボット医療システム７５０からの医療システムインターフェース７６０の分離を可能にする。加えて又は代替的に、感知機構は、ジョイント７４０における気道確保装置４００からの遠位部７１０の分離を可能にし得る。このようにして、必要に応じて、気道確保装置４００をロボット医療システム７５０に接続する接続機構７００は、医療処置中の患者の安全を確保するために、患者をロボット医療システムから分離する。
【0071】
図９Ａ乃至Ｄは、本開示による運動学的接続機構８００を示す。図９Ａに示すように、運動学的接続機構８００は、半径方向に対称に配置され、各々が単一の回転リンクによって駆動される３つのフレキシブル平行四辺形リンク機構（flexible parallelogram linkages）の形態の中間部を含み得る。運動学的接続機構８００は、例えば、同じ長さを有し、互いに平行である３つの類似したリンク機構８１０－Ａ、８１０Ｂ、８１０－Ｃを有する複数のリンク機構（multiple linkage mechanism）を含む。複数のリンク機構は、平行四辺形リンク機構の両端８０５－Ａ、８０５－Ｂを接続する。各リンク８１０－Ａ、８１０Ｂ、８１０－Ｃは、ヒンジ形状で互いに移動可能に取り付けられた２つの部材を含む。また、部材の一方は、ヒンジ形状において平行四辺形リンク機構の第１の端部８０５－Ａに移動可能に取り付けられ、部材の他方は、ヒンジ形状において平行四辺形リンク機構の第２の端部８０５－Ｂに移動可能に取り付けられる。
【0072】
平行四辺形リンク機構の第１の端部８０５－Ａは、運動学的接続機構８００の第１の端部の医療システムインターフェース８６０を介してロボット医療システム８５０に接続され得る。ロボット医療システム８５０は、静止プラットフォームを提供するために静止位置にあると推定され得る。平行四辺形リンク機構の他端８０５－Ｂは、医療処置のために患者の口に挿入されたチューブ４１０を含む、第２の端部で気道確保装置４００に接続され得る。運動学的接続機構８００の構成要素は、医療グレードの熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、金属などで作られ得る。両端部８０５－Ａ、８０５－Ｂは、処置のための気管支器具の通過を可能にする開口部を含み得る。この構成では、リンク８１０－Ａ、８１０Ｂ、８１０－Ｃは、十分な力の不在下でロボット医療システム８５０から分離することなく、長手方向に可撓（柔軟）性又は運動学的自由度を与えるように伸張又は収縮し得る。長手方向の可撓性又は運動学的自由度に加えて、リンク機構の運動学は、横方向の２自由度の動きを可能にする。
【0073】
図９Ａはまた、そこで第１の端部８０５－Ａが医療システムインターフェース８６０に接続されるジョイント８３０と、そこで第２の端部８０５－Ｂがアダプタ８７０を介して気道確保装置４００に接続されるジョイント８４０とを示す。両ジョイント８３０、８４０は、その周りで運動学的接続機構８００が横方向に多自由度を提供するように動く剛性接続部であり得る。代替的には、両ジョイント８３０、８４０は、運動学的接続機構８００によって提供される可撓性に加えて、横方向の可撓性に対して多自由度を提供する可撓性コネクタであり得る。例えば、ジョイント８３０は、横方向の多自由度のジョイント８３０の動きを可能にするように医療システムインターフェース８６０に移動可能に接続され得る。加えて、ジョイント８３０は、分離が必要な場合、第１の端部８０５－Ａが医療システムインターフェース８６０から分離される代わりに、医療システムインターフェース８６０がロボット医療システム８５０から分離されるように、第１の端部８０５－Ａが医療システムインターフェース８６０に固定的に接続されることを可能にし得る。ジョイント８３０、８４０は、上述の機械的リップ構造に類似の機械的リップ構造を用いて実現され得る。代替的には、ジョイント８３０、８４０のうちの１つ又は複数は、後述するように、センサによって作動され得る他の機械的及び／又は電気機械的機構を用いて実現され得る。
【0074】
図９Ｂ及び９Ｃは、運動学的接続機構８００のさらなる詳細を示す。特に、図９Ｂは、リンク機構８１０－Ａ、８１０Ｂ、８１０－Ｃが医療システムインターフェース８６０に近い縮められた位置にある運動学的接続機構８００の収縮位置を示す。図９Ｃは、リンク機構８１０－Ａ、８１０Ｂ、８１０－Ｃが長手方向に可撓性を与えるように延ばされた運動学的接続機構８００の伸張位置を示す。
【0075】
医療処置の間、患者が予期される又は予期せぬ動きで小さな変位を生じるとき、又はロボット医療システムの不注意な衝突で小さな変位を生じるとき、運動学的接続機構８００は、患者の動きに適応するように必要に応じて横方向及び縦方向に動き、ジョイント８３０及び８４０において接続部で分解される力の量を制限する。このようにして、機械的リップ構造及び／又は機械的及び電気機械的機構は、適切な力の非存在下で、ジョイント８３０、８４０におけるその接続部のいずれか一方からの運動学的接続機構８００の不注意な分離を防止する。
【0076】
しかし、患者の動きが大きな変位を引き起こすとき、又はロボット医療システムの予期しない又は不注意な衝突がかなりの相対変位を引き起こし、それがロボット医療システム８５０と気道確保装置４００との間の接続部にかなりの力を生ずるとき、機械的リップ構造及び／又は機械的及び電気機械的機構は、例えば、図９Ｄに示されるように、ロボット医療システム８５０の気道確保装置４００からの分離を可能にする。例示的な実施形態では、感知機構は、接続部における力及び／又は患者の動きの量を感知し、ジョイント８３０における医療システムインターフェース８６０からの第１の端部８０５－Ａの分離、又はジョイント８４０における気道確保装置４００からの第２の端部８０５－Ｂの分離を可能にする。加えて又は代替的に、感知機構は、ロボット医療システム８５０からの医療システムインターフェース８６０の分離を可能にし得る。このようにして、気道確保装置４００をロボット医療システム８５０に接続する運動学的接続機構８００は、医療処置中の患者の安全を確保するために、患者をロボット医療システムから分離する。
【0077】
図１０Ａ乃至１０Ｄは、本開示による運動学的接続機構９００を示す。図１０Ａに示されるように、運動学的接続機構９００は、各ピン止めされた回転ジョイントが、ここで、高弾性柔軟性の局所領域を提供する材料の薄い部分から成る曲げリビングヒンジ構造によって置き換えられていることを除いて、運動学的接続機構８００の平行四辺形リンク機構に類似する単一の回転リンクによって各々駆動される、半径方向に対称に配置された３つの平行四辺形リンク機構の形態の中間部を含み得る。この領域は回転ジョイントと機械的に等価な振舞いをする。屈曲リンク機構は、例えば、同じ長さを有し、互いに平行である３つのリンク機構９１０－Ａ、９１０Ｂ、９１０－Ｃを有する複数のリンク機構を含む。複数のリンク機構は、屈曲リンク機構の両端９０５－Ａ、９０５－Ｂを接続する。各リンク機構９１０－Ａ、９１０Ｂ、９１０－Ｃは、リビングヒンジジョイントによって９０５－Ａに接続されるベース駆動部材と、両方の場合にリビングヒンジジョイントによって駆動部材を９０５－Ｂに接続する平行四辺形構造とを含む。２つの構造は、薄い医療グレードのプラスチック材料で形成され得る。
【0078】
屈曲リンク機構の第１の端部９０５－Ａは、運動学的接続機構９００の第１の端部の医療システムインターフェース９６０を介してロボット医療システム９５０に接続され得る。ロボット医療システム９５０は、静止プラットフォームを提供するために静止位置にあると推定され得る。屈曲リンク機構の第２の端部９０５－Ｂは、医療処置のために患者の口に挿入されたチューブ４１０を含む、運動学的接続機構の第２の端部で気道確保装置４００に接続され得る。運動学的接続機構９００の構成要素は、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、可撓性ＰＶＣ等のような医療グレードの材料で作られ得る。両端９０５－Ａ、９０５－Ｂは、処置のための気管支器具の通過を可能にする開口部を含み得る。この構成では、リンク機構９１０－Ａ、９１０Ｂ、９１０－Ｃは、十分な力の不在下でロボット医療システム９５０から分離することなく、動きに適応するか又は長手方向／横方向に可撓性を与えるように伸張又は収縮し得る。
【0079】
図１０Ａはまた、そこで第１の端部９０５－Ａが医療システムインターフェース９６０に接続されるジョイント９３０と、そこで第２の端部９０５－Ｂがアダプタ９７０を介して気道確保装置４００に接続されるジョイント９４０とを示す。両ジョイント９３０、９４０は、その周りに運動学的接続機構９００が動き、横方向に多自由度を与える剛性接続部であり得る。代替的には、両ジョイント９３０、９４０は、運動学的接続機構９００によって提供される可撓性に加えて、横方向の可撓性に対して多自由度を提供する柔軟性接続部であり得る。例えば、ジョイント９３０は、横方向の多自由度のジョイント９３０の動きを可能にするように、医療システムインターフェース９６０に移動可能に接続され得る。加えて、ジョイント９３０は、分離が必要な場合、第１の端部９０５－Ａが医療システムインターフェース９６０から分離される代わりに医療システムインターフェース９６０がロボット医療システム９５０から分離されるように、第１の端部９０５－Ａが医療システムインターフェース９６０に固定的に接続されることを可能にし得る。ジョイント９３０、９４０は、上述の機械的リップ構造に類似の機械的リップ構造を用いて実現され得る。代替的には、ジョイント９３０、９４０のうちの１つ又は複数は、後述するように、センサによって作動され得る他の機械的及び／又は電気機械的機構を用いて実現され得る。
【0080】
図１０Ｂ及び１０Ｃは、運動学的接続機構９００のさらなる詳細を示す。特に、図１０Ｂは、リンク機構９１０－Ａ、９１０Ｂ、９１０－Ｃが医療システムインターフェース９６０に近い折り畳み位置にある運動学的接続機構９００の収縮位置を示す。図１０Ｃは、リンク機構９１０－Ａ、９１０Ｂ、９１０－Ｃが長手方向に可撓性を与えるようにそれらのヒンジ構成を介して伸張される、運動学的接続機構９００の伸張位置を示す。
【0081】
医療処置の間、患者が予期される又は予期せぬ動きで小さな変位を生じるとき、又はロボット医療システムの不注意な衝突で小さな変位を生じるとき、運動学的接続機構９００は、患者の動きに適応するよう横方向及び縦方向にいくらかの柔軟な動きを提供するように動き、ジョイント９３０及び９４０によって分解される力の量を制限する。このようにして、機械的リップ構造及び／又は機械的及び電気機械的機構は、適切な力の非存在下で、ジョイント９３０、９４０におけるその接続部のいずれか一方からの運動学的接続機構９００の不注意な分離を防止する。
【0082】
しかし、患者の動きが大きな変位を引き起こすとき、又はロボット医療システムの予期しない又は不注意な衝突がかなりの相対変位を引き起こし、それがロボット医療システム９５０と気道確保装置４００との間の接続部にかなりの力を生ずるとき、機械的リップ構造及び／又は機械的及び電気機械的機構は、例えば、図１０Ｄに示されるように、ロボット医療システム９５０の気道確保装置４００からの分離を可能にする。例示的な実施形態では、感知機構は、接続部におけるかなりの力及び／又は患者の動きを感知し、ジョイント９３０における医療システムインターフェース９６０からの第１の端部９０５－Ａの分離、又はロボット医療システム９５０からの医療システムインターフェース９６０の分離を可能にする。加えて又は代替的に、感知機構は、ジョイント９４０における気道確保装置４００からの第２の端部９０５－Ｂの分離を可能にし得る。このようにして、気道確保装置４００をロボット医療システム９５０に接続する運動学的接続機構９００は、医療処置中の患者の安全を確保するために、ロボット医療システムから患者を分離する。
【0083】
次に、医療処置の間に柔軟に接続された要素の制御された保持及び解放を提供するシステム及び方法が論じられる。これらのシステム及び方法は、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構の解放を通して、患者をロボット医療システムから分離することにより、医療処置の間の患者の安全を確保する。患者の安全を確保することに加えて、様々な機械的及び電気機械的機構は、患者の動きがわずかな変位しか引き起こさないとき、接続機構の不必要な解放を回避するのに役立つ。このようにして、医療処置の実施における不必要な遅延又は中断を回避する。
【0084】
以下に詳細に説明するように、種々の機械的及び電気機械的機構が、必要に応じて、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構を切り離すために使用され得る。これらの機構は、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構を確実に保持し、自動的かつ迅速に解放する能力を有し得る。自動的な迅速な解放は、患者の安全を危険に曝し得る進展に応答して効果的なヒト介入の必要性を回避し得、そしてヒト介入に依存するよりも速い応答を提供し得るので、極めて重要である。また、これらの機構は、接続機構に関連するパラメータを感知し、感知されたパラメータと所定の閾値パラメータとの比較に基づいて接続機構の分離を自動的に作動させる感知機構を含み得る。
【0085】
機械的機構については、患者の動きが大きな変位を引き起こすとき、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続部に大きな力を生じ、機械的機構は結合の分離を可能にする。このようにして、気道確保装置をロボット医療システムに接続する接続機構は、医療処置中の患者の安全を確保するために、患者をロボット医療システムから分離する。機械的機構では、結合間の接続部の保持のための機構は機械的であり、また、結合を分離するための機構も機械的である。
【0086】
種々の実施形態では、図６Ｂに示されるリップ構造などの機械的機構が、上記の結合を実施するために使用され得る。機械的リップ構造の場合、リップ構造が取り扱うように設計された力よりも大きい機械的力は、接続部を分離する役割を果たす。例えば、図６Ｂに示すように、第１の可撓性チューブ５１０と第２の可撓性チューブ５２０との間のリップ構造が取り扱うように設計される力よりも大きい機械的力は、第２の可撓性チューブ５２０内の第１の可撓性チューブ５１０間の接続部を分離する役割を果たす。
【0087】
図１３は、本開示の一実施形態による別の機械的機構１２００を示す。機械的機構１２００は、永久磁石１２１０、１２２０などのコネクタ部分を使用して、上記の結合の少なくとも１つを実施することを含む。図１２に関して後述するように、コネクタ部分は、電磁コア１３１０、１３２０であってもよい。様々な実施形態では、コネクタ部分１２１０、１２２０は、結合の両端部（例えば、ロボット医療システム及び医療システムインターフェース、医療システムインターフェース及び接続機構の端部など）に取り付けられ得る。永久磁石が使用される場合、コネクタ部分１２１０、１２２０の永久磁石は、それぞれの永久磁界を生成し、結合の両端を結合する。様々な実施形態では、コネクタ部分のうちの１つだけが永久磁石を含んでもよく、他方のコネクタ部分は、結合を可能にするように磁性材料で作られた構成要素を含んでもよい。機構１２００の場合、コネクタ部分１２１０、１２２０の磁石のそれぞれの磁界の強さ又はそれによって発生する力を克服するのに十分な大きさの力が、２つの結合間の接続部を分離し得る。加えて、分離のために、コネクタ部分１２１０、１２２０の磁石のそれぞれの磁界によって発生する力の強度は、磁石の周りに電気コイルを設けることによって無効にされ得る。例えば、電流が、コネクタ部分１２１０、１２２０の永久磁石によって生成される磁界と対向するか又は無効にする磁界が生成されるような方向に、電気コイルを通され得る。様々な実施形態では、１つのコネクタ部分１２１０は、永久磁石であってもよく、他のコネクタ部分１２２０は、電磁構成要素（例えば、スチール合金）であってもよい。このような場合、電気コイルは、コネクタ部分１２１０の永久磁石によって生成される磁界を無効にするために、他のコネクタ部分１２２０の周りに設けられ得る。様々な実施形態では、別個の電磁構成要素（例えば、スチール合金）が、コネクタ部分１２１０、１２２０の２つの永久磁石の近傍に配置されて、上述のように、電流の通過を通してそれらの磁界を無効にすることによって、永久磁石を互いに分離させ得る。
【0088】
また、本開示は、結合間の接続部の保持のための機構が機械的であるが、結合を分離するための機構が電気的である電気機械的機構の使用も意図している。これらの電気機械的機構では、接続機構は、そこで感知機構１０００（以下で論じる）が分離機構１０５０（以下で論じる）を作動させる所望の所定の閾値パラメータ（例えば、力／圧力／変位）よりも大きい分離パラメータ（例えば、力／圧力／変位）を有するように設計され得る。これは、医療処置の間、結合が不必要に分離することのないことを確実にすることを決定的に（critically）可能にする。むしろ、結合の分離は、後述するように、分離機構１０５０を通じた作動によって制御される。図１１は、本開示の一実施形態による感知機構１０００のブロック図を示す。感知機構１０００は、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構上又はその周りに戦略的に配置されたセンサ１０１０を含む。センサ１０１０は、媒体（medium）１０２０を介してメモリ１０４０に結合されるプロセッサ１０３０に電子的に接続され得る。媒体１０２０は、ワイヤなどの物理媒体を介して、又は高周波（ＲＦ）信号などの無線信号を利用する無線媒体を介して、センサ１０１０をプロセッサ１０３０に電子的に接続し得る。プロセッサ１０３０は、媒体１０６０を介して、接続機構の分離を作動させる分離機構１０５０に電子的に接続され得る。媒体１０２０と同様に、媒体１０６０は、有線媒体又は無線媒体であり得る。
【0089】
一実施形態では、センサ１０１０は、戦略的に配置され、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構上又はその周りに作用する物理的力又は圧力を感知及び／又は測定するように構成され得る。センサ１０１０はまた、媒体１０２０を介して感知された力／圧力の測定値に関する電気信号を生成し、プロセッサ１０３０に提供するように構成され得る。例示的な実施形態では、センサ１０１０は、接続機構上又はその周りの力／圧力の感知された大きさを提供するように構成され得る。一例として、センサ１０１０は、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構上又はその周りの力／圧力を感知し、感知された力に関する電気信号を生成し提供するように構成された力トランスデューサであり得る。プロセッサ１０３０は、媒体１０２０を通じて力／圧力の感知された大きさを受信するように構成され得る。さらに、プロセッサ１０３０は、メモリ１０４０から力／圧力の所定の閾値大きさを取り出すように構成され得る。プロセッサ１０３０は、受信した感知された大きさを、取得された閾値大きさと比較し得る。比較の結果に基づいて、プロセッサ１０３０は、分離機構１０５０を作動させて、ロボット医療システムと挿入補助具（insertion aid）との間に提供される接続機構を分離し得る。例えば、感知された力の受信した大きさが力の閾値大きさより大きいか又は等しい場合、プロセッサ１０３０は、接続機構を分離するように、電気信号を生成し、媒体１０６０を介して分離機構１０５０に提供し得る。
【0090】
様々な実施形態では、センサ１０１０は、感知された力／圧力に加えてパラメータをプロセッサ１０３０に提供し得る。例えば、センサ１０１０は、力／圧力の変化の速度（rate）を感知及び／又は測定し、感知された力／圧力の変化の速度をプロセッサ１０３０に知らせる電気信号を生成し、提供するように構成され得る。次に、プロセッサ１０３０は、受信した力／圧力の変化の速度を、取得したメモリ１０４０からの力／圧力の変化の速度と比較し、必要に応じて、比較の結果に基づいて分離機構１０５０を作動させ得る。同様に、様々な実施形態では、センサ１０１０は、特定の方向に力／圧力の量を感知し、それをプロセッサ１０３０に提供するように構成され得る。例えば、センサ１０１０は、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構に関連して、ロボット医療システム又は患者の向きに関する力／圧力を感知し得る。次に、プロセッサ１０３０は、特定の方向における感知された力／圧力の量と、メモリ１０４０からの特定の方向における取得された力／圧力の量とを比較し、必要に応じて、比較の結果に基づいて分離機構１０５０を作動させ得る。このような分離基準は、感知機構１０００が分離機構を不必要に作動させないことを決定的に可能にする。
【0091】
代替実施形態では、センサ１０１０は、医療処置中の初期位置からの患者の変位を測定するように戦略的に配置され得る。例えば、センサ１０１０は、患者の変位の適切な測定を可能にし得る患者の胸部又は患者の頭部などの他の身体部分に戦略的に配置され得る。センサ１０１０はまた、患者が横たわっている患者パッド上に戦略的に配置され得る。センサ１０１０は、媒体１０２０を通してプロセッサ１０３０に初期位置からの患者の感知された変位の測定値に関する電気信号を提供するように構成され得る。例えば、センサ１０１０は、感知された変位の大きさを提供するように構成され得る。プロセッサ１０３０は、媒体１０２０を通じて変位の感知された大きさを受信するように構成され得る。さらに、プロセッサ１０３０は、メモリ１０４０から変位の所定の閾値大きさを取り出すように構成され得る。プロセッサ１０３０は、受信した感知された変位の大きさを、取得された変位の閾値大きさと比較し、比較の結果に基づいて、プロセッサ１０３０は、分離機構１０５０を作動させてロボット医療システムと挿入補助装置との間に提供される接続機構を分離させ得る。例えば、受信した感知された大きさが閾値大きさよりも大きいか又は等しい場合、プロセッサ１０３０は、接続機構を分離するために、電気信号を生成し、媒体１０６０を通じて分離機構１０５０に提供し得る。
【0092】
一例として、センサ１０１０は、幾つかの例において患者の動きが患者の体を通って気道確保装置に伝搬する前の患者の動きの初期段階を含む患者の動きを感知するために、患者の体（例えば、胸部、頭部）に置かれた加速度計を含み得る。加速度計は、例えば、患者が咳をしたときに発生する高周波信号を感知するように構成されたハイパスフィルタを含み得る。このようにして、加速度計は、これらの高周波信号を感知することによって、患者の動きを非常に早く測定するように構成される。別の例として、センサ１０１０は、患者の体に配置されるか、又は患者の体内に埋め込まれる電極を含む筋電センサであり得る。筋電センサは、患者の体内で、筋肉の運動、従って動きを開始させる患者の体内の電気信号を感知するように構成され得る。このようにして、筋電センサは、これらの電気信号を感知することによって、患者の動きを非常に早く測定するように構成される。これにより、プロセッサは、咳又は患者の体位の他の変化のような突然の患者の動きの開始を検出し、必要に応じて、分離機構１０５０を作動させることができる。筋電センサは、患者の身体に近い位置に設置することにより、患者の動きの開始の最も早い検出を可能にし得る。センサ１０１０のさらなる例は、患者の胸部を取り囲むように配置されたバンド伸び計（band extensometer）、加速度計又はファイバ感知機構を備えた光ファイバ患者パッド、及び患者の動きによる患者の身体の変位を感知するための他の電気機械的変位センサを含み得る。
【0093】
様々な実施形態では、センサ１０１０は、感知された変位に加えて、パラメータをプロセッサ１０３０に提供し得る。例えば、センサ１０１０は、変位の速度を感知及び／又は測定し、感知された変位の速度をプロセッサ１０３０に知らせる電気信号を生成し提供するように構成され得る。次いで、プロセッサ１０３０は、受信した変位の速度と、メモリ１０４０からの取得された変位の速度とを比較し、必要に応じて、比較の結果に基づいて分離機構１０５０を作動させ得る。同様に、上述のように、このような分離基準は、感知機構１０００が不必要に分離機構を作動させないことを決定的に可能にする。
【0094】
要約すると、感知機構１０００は、例えば、最大の力／圧力／変位、及び／又は最大の力／圧力／変位の速度、及び／又は特定の方向における最大の力／圧力／変位に基づいて、分離を作動させ得る。場合によっては、力と力の変化の速度の両方の因子が、患者に対する損傷の可能性を増加させる可能性が有る。このような場合、感知機構１０００は、力／圧力及び力／圧力の変化の速度に関連するパラメータを感知する１つのセンサ、及び患者の変位に関連するパラメータを感知する別のセンサを伴う複数のセンサ１０１０を含み得る。感知機構１０００は、分離機構１０５０を作動させるために、複数のセンサからの出力の所定の加重和の組み合わせを含む（例えば、メモリ１０４０において）ようにプログラムされ得る。所定の加重和の組み合わせは可変であってもよく、患者の体重及び／又は身長及び／又はボディマスインデックスなどの要因に基づいて、医療処置を開始する前に調整することができる。さらに、所定の加重和の組み合わせは、医療処置の実行（performance）に関連する要因の変化に基づいて、医療処置の間に動的に調整され得る。例えば、患者が医療処置の間に不快感を呈する可能性があり、所定の加重和は、患者を快適にすることに関連する動きに適応するように動的に調整される必要があるかもしれない。
【0095】
感知機構１０００のための分離基準は、単一又は多軸力トランスデューサのようなセンサ１０１０によって感知される力の変化の初期速度（initial rate of change）（開始）、大きさ、方向（複数可）、又は時間履歴のうちの１つ又は複数を含み得る。基準はまた、患者に取り付けられた加速度計又は６軸慣性測定ユニット（ＩＭＵ）などのセンサ１０１０によって感知された加速度の初期変化率（initial rate）（開始）、大きさ、方向、又は時間履歴の１つ又は複数を含み得る。様々な実施形態では、基準は、筋電信号の開始、パターン、及び／又は履歴を含み得る。所与の方向で感知される変位又は速度に加えて、基準はまた、上記測定値の２つ以上の所定の加重和、又は患者の特性（例えば、体重、身長、ＢＭＩなど）に従って特定の動作条件に対してカスタマイズされた加重を含み得る。
【0096】
この場合、プロセッサ１０３０は、複数のセンサから電気信号を受信し、複数のセンサから受信した電気信号に基づいて、感知された加重和の組み合わせを計算するように構成され得る。次いで、プロセッサ１０３０は、計算された加重和の組み合わせを、例えば、メモリ１０４０からの取得された加重和の組み合わせと比較し得る。比較の結果に基づいて、上述のように、プロセッサ１０３０は、分離機構１０５０を作動させ得る。加重和の組合せの使用は、感知された変位が分離機構１０５０の作動を正当化し得るが、感知された力／圧力が分離機構１０５０の作動を正当化し得ない及びその逆の状況で、プロセッサ１０３０が分離機構１０５０を作動させるか否かを決定することを決定的に可能にする。これらの状況において、加重和の組合せの使用は、プロセッサ１０３０が、患者の安全を確保するように、分離機構１０５０の作動を適切に決定することを可能にする。
【0097】
感知機構１０００は、必要に応じて、ロボット医療システムと気道確保装置との間の接続機構を分離するために、機械的及び電気機械的機構と組み合わせて作用し得る。図５乃至１０に関連して上述した接続機構に関して、分離は、ロボット医療システムと医療システムインターフェースとの間の接続部を含む結合の１つ又は複数、及び／又は医療システムインターフェースを接続機構に接続するジョイント、及び／又は接続機構内の接続部、及び／又は接続機構を気道確保装置に接続するジョイントで起こり得る。これらの結合の少なくとも１つは、接続機構を分離するために感知機構１０００と組み合わせて機能する種々の機械的及び電気機械的機構を用いて実現され得る。
【0098】
図１２Ａは、本開示の一実施形態による方法１１００を示す。方法１１００は、プロセス１１０５から始まる。プロセス１１１０において、第１のコネクタ部分は、ロボット医療システムに取り付けられ得る。様々な実施形態では、第１のコネクタ部分は、上述のいくつかの異なる結合の第１の端部に関連し得る。プロセス１１１５において、第２のコネクタ部分は、解剖学的開口部装置に取り付けられ得る。様々な実施形態では、第２のコネクタ部分は、上述のいくつかの異なる結合の第２の端部に関連し得る。プロセス１１２０において、第１のコネクタ部分は、第２のコネクタ部分に接続され得る。例えば、解剖学的開口部装置が分離されることになる患者への医療処置中に、第１のコネクタ部分は第２のコネクタ部分に接続され得る。プロセス１１２５において、感知機構は、ロボット医療システムに対する患者の動きに関連するパラメータを感知し得る。オプションのプロセスにおいて、感知機構は、受信した感知されたパラメータの値と、取得された感知されたパラメータの所定の閾値とを比較し、次いで、第１のコネクタ部分の第２のコネクタ部分からの切り離しを起動し得る。プロセス１１３０において、感知機構は、感知されたパラメータに基づいて、第１のコネクタ部分を第２のコネクタ部分から切り離し得る。この方法は、プロセス１１３５で停止する。
【0099】
図１２Ｂは、本開示の一実施形態による、感知機構１０００によって実行される方法１１５０を示す。方法１１５０は、プロセス１１５５から始まる。プロセス１１６０において、感知機構１０００は、接続機構に関連するパラメータを感知する。プロセス１１６５において、感知機構１０００は、感知されたパラメータの値を示す電気信号を生成し、提供する。例示的な実施形態では、感知機構１０００のセンサ１０１０は、接続機構に関連するパラメータを感知し、感知されたパラメータの値を示す電気信号を生成し、プロセッサ１０３０に提供し得る。プロセス１１７０において、感知機構１０００は、受信した感知されたパラメータの値と、取得された感知されたパラメータの所定の閾値とを比較し得る。プロセス１１７５において、比較の結果に基づいて、感知機構１０００は、分離機構１０５０を作動させて、ロボット医療システムを気道確保装置から分離させ得る。例示的な実施形態では、プロセッサ１０３０は、感知されたパラメータの値を示す電気信号を受信し、感知されたパラメータの所定の閾値をメモリ１０４０から取り出し得る。プロセッサ１０３０は、受信した感知されたパラメータの値と取得された所定の閾値を比較し、比較の結果に基づいて、プロセッサ１０３０は、分離機構１０５０を作動させて、ロボット医療システムを気道確保装置から分離させ得る。この方法は、プロセス１１８０で停止する。
【0100】
図１４は、本開示の一実施形態による電気機械機構１３００を示す。電気機械機構１３００は、電磁石、電気コイルを備えた磁石を用いて上記の結合の少なくとも１つを実施することを含む。図１４に示されるように、電気コイル１３３０、１３４０は、鉄などの強磁性材料から作られ得る磁気コア１３１０、１３２０の周りに巻かれた多数のワイヤの密集ターン（closely spaced turns of wire）を介して提供され得る。様々な実施形態では、コネクタ部分のうちの１つだけが電磁石を含み得る一方、他方のコネクタ部分は、結合を可能にするために磁性材料で作られた構成要素を含み得る。電磁石では、磁界は、電気コイル１３３０、１３４０が電流によって励起されると生成される。逆に、電気コイル１３３０、１３４０の電流がオフになると、磁界は無効になる。電気コイル１３３０、１３４０内の電流は、分離機構１０５０を通した作動によって制御され得る。分離機構１０５０は、電気コイル１３３０、１３４０の電流をオン及びオフにする回路を含み得る。
【0101】
分離機構１０５０によって電流が供給されると、励起された電気コイルは、磁気コア１３１０、１３２０にそれぞれの磁界を生成する。磁界が生成されると、磁気コア１３１０、１３２０は、磁界の力の下で互いに結合される。しかし、分離機構１０５０が電気コイル１３３０、１３４０内の電流を無効にすると、それぞれの磁界は無効となる。磁界が無効になると、磁気コア１３１０、１３２０は互いに自由に分離する。このようにして、必要に応じて、分離機構１０５０は、磁気コア１３１０、１３２０を分離し、ロボット医療システムを患者から切り離して、医療処置中の患者の安全を確保することを可能にする。
【0102】
本開示はまた、分離された結合の自動再接続のためのロボット医療システムと気道確保装置との間のスプリング機構を含むことを意図している。図１５は、本開示の一実施形態によるスプリング機構１４００を示す。スプリング機構１４００は、分離された結合の再結合を可能にする。様々な実施形態では、スプリング機構１４００は、上述の接続機構に加えて維持される。結合の分離につながる、患者の予期される又は予期しない動作（例えば、咳）が完了すると、スプリング機構は、医療処置が継続されるように、分離接続機構の自動結合を可能にし得る。例えば、図１５に示されるように、スプリング機構１４００は、ロボット医療システム及び医療システムインターフェースにそれぞれ取り付けられた分離された磁石１４１０、１４２０の自動再結合を可能にするように構成される。
【0103】
様々な実施形態では、スプリング機構１４００は、予想される又は予想されない患者の動きが完了した時点又はその後の所定時間後に電気的に作動され得る。図１６は、本開示の一実施形態によるシステム１５００のブロック図を示す。システム１５００（例えば、感知機構）は、前述のセンサ１０１０、媒体１０２０、プロセッサ１０３０、メモリ１０４０、分離機構１０５０、及び媒体１０６０を含む。加えて、システム１５００は、プロセッサ１０３０をスプリング機構１４００に電気的に接続する媒体１５２０を含む。媒体１５２０は、先に議論した媒体１０２０、１０６０に類似し得る。
【0104】
接続機構の分離につながる予期される又は予期しない患者の動きが完了すると、センサ１０１０は、パラメータを感知し続け、その測定値に関する電気信号をプロセッサ１０３０に提供し得る。プロセッサ１０３０は、受信したパラメータ値と、取得したメモリ１０４０からの所定のパラメータ値とを比較し得る。比較の結果に基づいて、プロセッサ１０３０が、受信されたパラメータ値が所定のパラメータ値よりも低いと判断すると、プロセッサ１０３０は、スプリング機構１４００を作動させて、分離された結合を自動的に結合させる。様々な実施形態では、プロセッサ１０３０は、受信したパラメータ値が所定のパラメータ値よりも所定の量だけ低いときに、スプリング機構１４００を作動させ得る。
【0105】
図１７は、細長い装置１６００（例えば、図２の細長い装置２０２）と、装置ポート１６０２を介した他の構成要素との間の結合を示す。例えば、カテーテルを通して挿入される医療ツールのハンドルアセンブリ１６０４は、装置ポート１６０２で結合され得る。代替的には、吸引アダプタ１６０６が、装置ポート１６０２に結合されて、細長い装置１６００の近位端と細長い装置１６００から破片を除去するために使用されるバキューム源との間の接続部を提供し得る。装置ポート１６０２は、装置ハウジング１６０８に結合されるか、又は装置ハウジング１６０８と一体化される。装置ハウジング１６０８は、細長い装置１６００の近位端に結合される。細長い装置１６００は、器具キャリッジ１６１０（例えば、図３Ａ及び３Ｂのキャリッジ３０６）を通って延在する。器具キャリッジ１６１０は、手術マニピュレータ（例えば、遠隔操作マニピュレータ）の一部であり得る挿入ステージ１６１２（例えば、図３Ａ及び３Ｂの挿入ステージ３０８）に沿って移動する。例えば、画像取り込みプローブ１６１４又はアブレーション器具を含む他のタイプの医療ツールは、細長い装置１６００にアクセスするために装置ポート１６０２に接続され得る（例えば、細長い装置１６００の管腔内に受け入れられる）。画像取り込みプローブ１６１４は、電力、画像データ、命令信号等を搬送するケーブル１６１６によってキャリッジ１６１０に通信可能に結合され得る。画像取り込みプローブ１６１４はまた、導管１６１８を介して洗浄流体をプローブ１６１４に運び得る流体源にキャリッジ１６１０を通って結合され得る。
【0106】
図１８は、吸引アダプタ１６０６をより詳細に示す。アダプタ１６０６は、端部１６５４及び端部１６５６を有するカニューレ状ボディ（cannulated body）１６５０を含む。流路１６５２が、端部１６５４と１６５６との間でボディ１６５０を通って延在する。ボディ１６５０は、端部１６５４におけるより広い直径から端部１６５６におけるより小さい直径にテーパを付けられ得る。ボディ１６５０は、可撓性及び／又は弾性材料から形成され得る。端部１６５６は、バキュームホース（図示せず）のような吸引源へのシール取り付けを提供し得る一組のかえし（a set of barbs）１６５８を含む。端部１６５４は、装置ポート１６０２に結合され得る。端部１６５４における通路１６５２の内部は、装置ポート１６０２との容易なスライドオン／オフ結合（slide-on/off coupling）を容易にするために、滑らかであり得る。ポート１６６０は、ボディ１６５０から横方向に延び、通路１６５２と連通した通路１６６２を提供する。
【0107】
使用時に、別の器具がカテーテルに結合される前又は別の器具がカテーテルから取り外された後に、吸引アダプタ１６０６は、ポート１６６０及び端部１６５６につけられるバキューム源に結合されて、カテーテル内に留まっている可能性がある流体及び破片を除去し得る。液体及び破片のこの除去は、生検ツールのような後の器具の挿入のための妨げのないカテーテル作動管腔を提供し得る。ユーザは、ポート１６６０の上に指を置くことによって通路１６６２を通る空気の流れを手動で調節することができ、従って、アダプタ１６０６を通る吸引を制御することができる。
【0108】
接続機構のさらなる例が、本開示の一実施形態による接続機構１８５０を示す図１９Ａ及び１９Ｂに示される。接続機構１８５０は、可撓性マニピュレータアセンブリ４６０又はロボット医療システムの他の構成要素のドッキングスパー（例えば、ドッキングスパー４８０）に一体化され得る係合（mating）ブラケット１８５２に回転可能に又は旋回可能に（例えば、軸を中心に回転可能に）結合され得る。より具体的には、接続機構１８５０は、接続機構１８５０の中間部に位置するコネクタボディ１８５８の両端に延在する円筒形の結合部材１８５４及び１８５６を含む。通路１８７０は、ボディ１８５８を通って延在している。接続機構１８５０の端部１８７４は、細長い装置（例えば、細長い装置４７２）に結合され得るとともに、接続機構１８５０の第２の端部１８７２は、気管内チューブ（例えば、気管内チューブ３１１及び／又は４７８）に結合され得る。
【0109】
第１の端部は、結合部材１８５４及び１８５６を含み得る。部材１８５４及び１８５６は、それぞれブラケット１８５２の湾曲面１８６０及び１８６２と一致する（mate with）ように湾曲した（例えば、円筒状、環状、部分球状など）外面を有し、最終的にはロボット医療システムに結合する。結合部材１８５４及び１８５６は、磁気的に保持されることができ、従って、部材１８５４及び１８５６並びにブラケット１８５２は、それぞれ、磁石及び／又は磁界に応答する材料を含み得る。いくつかのこのような例において、ブラケット１８５２は、曲面１８６０及び１８６２に近接する磁石（例えば、永久磁石、電磁石、ハイブリッド磁石など）を含み、一方、結合部材１８５４及び１８５６は、磁石又は磁界に反応する材料（例えば、鉄、ニッケル、コバルト、フェライト化合物など）を含み、又はその反対である。
【0110】
図１９Ｂに示されるように、磁気的に取り付けられるとき、結合部材１８５４及び１８５６は、ブラケット１８５２に対して、長手方向軸Ａの周りに回転することができ、一方、ボディ１８５８は、ブラケットに横方向に結合されたままである。回転の量は、ブラケット１８５２との接触によって制限され得る、又はブラケット１８５２は、接続機構１８５０が完全に３６０°回転することを可能にし得る。従って、様々な実施形態では、接続機構１８５０は、約１８０°から約３６０°の間で回転し得る。この回転は、患者又はマニピュレータアセンブリ４６０のわずかな動きに応答して起こり得る。チューブ１８８０が、接続機構１８５０を空気源及び／又は麻酔源に結合する。磁気接続は、空気及び麻酔チューブからの力に応答してコネクタの自由回転を可能にする。気管内チューブ４７８に取り付けられた接続機構１８５０によって、閾値よりも大きい患者の動きは、ブラケット１８５２からの磁気部材１８５４及び１８５６の解放を引き起こす力を発生させ得る。従って、気管内チューブ４７８（全てが患者に取り付けられている）に結合された接続機構１８５０は、ドッキングスパー１８２０のブラケット１８５２から分離する。部材１８５４及び１８５６の磁石は、所定の力又は動きに応じて解放するように選択され得る。
【0111】
オプションで、接続機構１８５０及び／又はブラケット１８５２は、接続機構がブラケット１８５２に完全に据え付けられている（seated）とき、部分的に据え付けられているとき、又は据え付けられていないときを検出するためのホールセンサを含み得る。ロボット医療システムの種々の制御モードは、接続機構１８５０の検出された据え付けに応じて作動され得る。オプションで、接続機構１８５０は、方向性取付け（directional mounting）の支援を提供する（すなわち、上下取り付けを防止する）テーパ状ボディプロファイルを形成する一組のフィン１８６４を含み得る。図１９Ａに示すように、曲面１８６０は、接続機構１８５０の対応するテーパ状ボディプロファイルと一致するようにテーパを付けられる。
【0112】
いくつかの実施形態では、空気源、細長い装置、及び／又は気管内チューブに結合する接続機構１８５０の部分は、回転する又は接続機構１８５０に対する回転を可能にして、接続部をより柔軟にし、接続をより容易に完成させる。一つのこのような例では、空気源及び／又は麻酔源に結合するチューブ１８８０は、回転する及び／又は結合された供給源の回転を可能にする。一つのこのような例では、細長い装置に結合する接続機構１８５０の第１の端部１８７４及び気管内チューブに結合する接続機構１８５０の第２の端部１８７２は、回転する及び／又は結合された装置の回転を可能にする。これはまた、結合された装置が、接続機構１８５０がブラケット１８５２から解放することを不注意に引き起こすこと、又は接続機構１８５０が解放することを不注意に防ぐことを、防止し得る。
【0113】
接続機構２０００のさらなる実施形態を図２０Ａ及び２０Ｂに示す。接続機構２０００は、ドッキングスパー（例えば、ドッキングスパー４８０）又はロボット医療システムの他の構成要素に一体化された係合ブラケット（mating bracket）2001に回転可能に又は旋回可能に結合され得る。この実施形態では、接続機構２０００は、係合ブラケット２００１に回転可能に又は旋回可能に結合し得る。より具体的には、接続機構２０００は、コネクタボディ２００８の両端に延在する環状形状結合部材２００４及び２００６を含む。通路２０１０が、ボディ２００８を通って延在する。接続機構２０００の端部２０１４は、細長い装置（例えば、細長い装置４７２）に結合し得るとともに、接続機構２０００の第２の端部２０１２は、気管内チューブ（例えば、気管内チューブ３１１及び／又は４７８）に結合し得る。第３の端部が、結合部材２００４及び２００６を含み得る。部材２００４及び２００６は、係合ブラケット２００１の曲面と係合（mate with）する。結合部材２００４及び２００６は、磁気的に保持されることができ、従って、部材２００４及び２００６並びにブラケット２００１は、それぞれ磁石及び／又は磁界に反応する材料を含み得る。いくつかのこのような例において、ブラケット２００１は磁石を含み、一方、結合部材２００４及び２００６は磁石又は磁界に反応する材料を含み、又はその逆もまた同様である。
【0114】
磁気的に取り付けられる場合、結合部材２００４及び２００６は、ブラケット２００１及びドッキングスパーに対して、長手方向軸Ａの周りに回転し得る一方、ボディ２００８はブラケット／ドッキングスパーに対して横方向に結合されたままである。回転の量は、ブラケット２００１との接触によって制限され得る、又はブラケット２００１は、接続機構２０００が完全に３６０°回転することを可能にし得る。この回転は、患者又はマニピュレータアセンブリ４６０のわずかな動きに応答して起こり得る。チューブ２０２０が、接続機構２０００を空気源及び／又は麻酔源に結合する。磁気接続は、空気及び麻酔チューブからの力に応答して、接続機構の自由な回転を可能にする。気管内チューブ４７８に取り付けられた接続機構２０００により、より大きな患者の動きは、ブラケット２００１からの磁気部材２００４及び２００６の解放を引き起こす力を発生させ得る。従って、気管内チューブ４７８に結合された接続機構２０００は、接続機構を残してブラケット２００１から分離する。部材２００４及び２００６の磁石は、所定の力又は動きに応じて解放するが、通常の動作に関連する小さな動きの間に偶発的に解放されないように、選択され得る。
【0115】
いくつかの実施形態では、空気源、細長い装置、及び／又は気管内チューブに結合する接続機構２０００の部分は、回転するか又は接続機構２０００に対する回転を可能にして、接続をより柔軟にし、接続をより容易に完成させる。一つのこのような例では、空気源及び／又は麻酔源に結合するチューブ２０２０は、回転する及び／又は結合された供給源の回転を可能にする。一つのこのような例では、細長い装置に結合する接続機構２０００の第１の端部２０１４と、気管内チューブに結合する接続機構２０００の第２の端部２０１２とが、回転する及び／又は結合された装置の回転を可能にする。これはまた、結合された装置が、接続機構２０００をブラケット２００１から不注意に解放させること又は接続機構２０００を解放することを不注意に妨げることを防止し得る。
【0116】
この実施形態では、フィン２０２２はテーパを付けられておらず、従って、ボディ２００８は概して対称であり、容易な取付けを可能にする。フィン２０２２は、接続機構２０００がブラケットに対して回転している間、ブラケット２００１に接触しない。フィン２０２２は、付加的な構造的支持及び強度を提供し得るとともに、接続機構を操作する際にグリップを改善し得る。部材２００４及び２００６のトロイダル形状は、円筒形状部材と比較してより簡単な設置を提供し得るとともに、複数の半径方向における接続機構の解放を可能にし得る。他のタイプの３６０°の磁性表面もまた適切であり得る。
【0117】
接続機構１８５０及び２０００のいずれかは、処置の異なる段階で可変磁力を有し得る電磁接続を有し得る。例えば、設置中に、接続機構がドッキングスパーに近づくときにユーザが過大な力を受けないように、磁力は比較的小さくなり得る。処置中に磁力は増大し得る。別の例では、センサを使用して患者の動きが検出される場合、磁力を減少させて、切断を可能にし得る。
【0118】
オプションで、接続機構の完全な接続又は部分的な接続がセンサを用いて検出され得る。例えば、システムが、接続機構が切断されていることを感知した場合、信号がオペレータにエラーメッセージを送るために送信されて、さらなる作動又は挿入モータの動きを防止することができる。この目的のために、接続機構２０００及び／又はブラケット２００１は、接続機構２０００がブラケット２００１に完全に据え付けられたとき、部分的にすえつけられたとき、又は据え付けられていないときを検出するホールセンサを含み得る。オプションで、接続機構は、空気及び麻酔が気管内チューブから漏れるのを防止する一方向シールを含み得る。このシールは、カテーテルが接続機構と気管内チューブを通って挿入されることを可能にできるが、カテーテルの外表面の周囲をシールすることができる。
【0119】
製造の種々の段階における接続機構２１００（例えば、接続機構１８５０及び／又は２０００）の例が、図２１Ａ及び２１Ｂに示される。接続機構２１００は、ボディ２１０２部分と、ボディ２１０２に結合するキャップ２１０４及び２１０６とを含む。ボディ２１０２は、図２１Ａのキャップ２１０４及び２１０６を結合する前、及び図２１Ｂの結合後が示される。
【0120】
最初に図２１Ａを参照すると、ボディ２１０２が受け取られる。ボディ２１０２は、長手方向軸Ａに沿った中間部２１１０の両側に、実質的に円筒形のバレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂを含む。バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂ並びに中間部２１１０は、それぞれ、通路２１１２が長手方向軸Ａに沿ってボディ２１０２を通って延びるように中空の内部を有する。いくつかの実施形態では、バレル部分２１０８Ａの一方の端部は、気管内チューブ（例えば、気管内チューブ３１１及び／又は４７８）に結合するように構成され、他方のバレル部分２１０８Ｂの端部は、細長い装置が通路２１１２を通って長手方向に延在するように、細長い装置（例えば、細長い装置２０２、３１０、４７２及び／又は１６００）に結合するように構成される。この目的のために、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂは、異なる構成（例えば、外径、通路径、外側テーパ、通路テーパ、かえしなど）を有してもよく、又は対称であってもよい。
【0121】
バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂの外側は、キャップ２１０４及び２１０６を保持するように構成された保持機構２１１４を含み得る。例えば、一実施形態では、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂ並びにキャップ２１０４及び２１０６は、ねじ込み式結合のためにねじ込まれる。いくつかの実施態様では、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂ、並びに／又は、キャップ２１０４及び２１０６は、スナップフィット結合（snap-fit coupling）用のかえしを含む。いくつかの実施態様では、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂ、並びに／又は、キャップ２１０４及び２１０６は、結合のためにテーパを付けられる。いくつかの実施形態では、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂ、並びに／又は、キャップ２１０４及び２１０６は、クリップを含むか、又は結合のためのクリップを受けるように構成される。
【0122】
バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂを収容するために、中間部２１１０は、円筒軸に沿って変化するプロファイル（profile）（例えば、異なる外径、異なる通路直径、外部表面テーパ、通路テーパなど）を有し得る、又は全体を通じて実質的に均一なプロファイルを有し得る。いくつかの実施態様では、中間部２１１０は、強度及び／又はグリップのために外側表面上のフィンを含む。フィンは、長手方向軸Ａに沿って及び／又はそれに垂直に延び得る。さらなる実施形態では、中間部２１１０の外側は、フィンに加えて又はフィンの代わりに、テクスチャ加工される。
【0123】
ボディ２１０２は、長手方向軸Ａに対して垂直又はある角度で中間部２１１０から延びるチューブ２１１６を含み得る。チューブ２１１６は、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂを通って通路２１１２まで延びる中空の内部を有し得る。チューブ２１１６は、接続機構２１００を空気源及び／又は麻酔源に結合し、中空の内部は、通路２１１２への及び通路２１１２からのガスの流れを可能にする。結合深さを制御するために、チューブ２１１６は、外側フランジ２１１８を含み得る。いくつかの実施態様では、中間部２１１０のフィンは、外側フランジ２１１８から延在する。
【0124】
キャップ２１０４及び２１０６に関して、各々は、対応するバレル部分２１０８の少なくとも一部を囲むように構成された中空円筒構造を有する結合部材２１２０を含み得る。キャップ２１０４及び２１０６の結合部材２１２０は、ドッキングスパーに一体化され得る係合ブラケットに回転可能に又は旋回可能に（例えば、長手方向軸Ａの周りで回転可能に）結合し得る。従って、結合部材２１２０は、係合ブラケットに磁気的に結合するように構成され得るとともに、磁界に反応する材料（例えば、鉄、ニッケル、コバルト、フェライト化合物など）及び／又は磁性材料を含み得る。いくつかの例では、この材料は、弾性材料（例えば、プラスチック）と混合されて、磁性プラスチック材料を生成する。磁気接続は、空気及び麻酔チューブからの力に応答して、接続機構２１００の自由な回転を可能にする。気管内チューブに取り付けられた接続機構２１００により、より大きな患者の動きは、結合部材２１２０のブラケットからの解放を引き起こす力を発生させ得る。結合部材２１２０の磁気応答は、所定の力又は動きに応答して解放するように選択され得る。
【0125】
結合部材２１２０の外側は、プロファイルが方向性取り付けを補助するように、長手方向軸Ａに沿って変化し得る。例えば、結合部材２１２０のうちの１つの外径は、単一の向きで対応するブラケットと係合するように、他の結合部材２１２０とは異なり得る。結合部材２１２０の外面は、環状、円筒状、球状、又は部分的に球状であり得る。他のタイプの３６０°の磁性表面もまた適切であり得る。
【0126】
図２１Ｂを参照すると、結合部材２１２０を含むキャップ２１０４及び２１０６は、任意の適切な技術を用いて、バレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂに結合される。例えば、キャップ２１０４及び２１０６は、キャップ２１０４及び２１０６をねじ締め、スナップ接続、及び／又は接着することによって、ボディ２１０２のバレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂに結合され得る。いくつかの実施形態では、キャップ２１０４及び２１０６は、クリップによってそれぞれのバレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂに結合される。いくつかの実施態様では、キャップ２１０４及び２１０６は、圧入（press fitting）、超音波溶接、熱かしめ（heat staking）、及び／又は角ピン／丸穴嵌合（square-pin/round-hole fitment）によって、それぞれのバレル部分２１０８Ａ及び２１０８Ｂに結合される。
【0127】
オーバーモールドプロセスによる製造の種々の段階における接続機構２２００（例えば、接続機構１８５０及び／又は２０００）の例が、図２２Ａ及び２２Ｂに示される。図２２Ａを参照すると、結合部材の一部となる一対のリング２２０２が受け取られる。上記の結合部材と同様に、結合部材は、係合ブラケットに磁気的に結合するように構成され得るとともに、リング２２０２は、磁界に応答する材料及び／又は磁性材料を含み得る。いくつかの例では、この材料をプラスチックと混合して、磁性プラスチック材料を生成する。リング２２０２は、成形可能な材料の流れに適応する（accommodate）ために、完全なシリンダ又はスロット付きシリンダであり得る。リング２２０２の外面は、プロファイルが方向性取付けを補助するように、円筒軸に沿って変化し得る。例えば、リング２２０２のうちの１つの外径は、単一の向きで対応するブラケットと係合するように、他のリング２２０２と異なり得る。
【0128】
図２２Ｂを参照すると、接続機構２２００の流動性材料（例えば、プラスチック材料）が、接続機構２２００を形成するようにオーバーモールディングプロセスでリング２２０２を覆って成形される。流動性材料は、結合部材２２０４Ａ及び２２０４Ｂを形成するように、リング２２０２を封入し（encapsulate）得る。いくつかの実施態様では、流動性材料は、流動性材料が結合部材２２０４の外面を形成するように、リング２２０２の外面を覆う。これは、外側表面のオープンシーム（open seams）を回避し得る。いくつかの実施態様では、流動性材料は、リング２２０２が結合部材２２０４の外面を形成するように、リング２２０２の外面を露出するように制御される。これは、係合ブラケットとのより良好な結合を促進し得るとともに、接続機構２２００とブラケットとの間の電気的及び物理的結合を可能にし得る。
【0129】
接続機構２２００の残りの要素は、実質的に上述したようになり得る。例えば、中空結合部材２２０４は、通路２２０６が接続機構２２００を通って延在するように、長手方向軸に沿って延在し得る。接続機構２２００は、長手方向軸に対して垂直に又は長手方向軸に対してある角度で延在するチューブ２２０８を含み得る。チューブ２２０８は、通路２２０６まで延在する中空の内部を有し得る。チューブは、接続機構２２００を空気源及び／又は麻酔源に結合し、中空の内部は、通路２２０６への及び通路２２０６からのガスの流れを可能にする。結合深さを制御するために、チューブ２２０８は、外側フランジ２２１０を含み得る。
【0130】
接続機構２２００を形成するためのオーバーモールドプロセスの使用は、結合部材２２０４がキャップとして取り付けられる実施形態とは異なり、結合部材２２０４と接続機構２２００の残りの部分との間に継ぎ目がない特徴的な（distinct）構造を生成する。これは、キャップシームにおける故障及び／又は漏れの潜在的ポイントを除去し得る。オーバーモールディングはまた、接続機構を製造する他の方法よりも費用効果が高くなり得る。
【0131】
マルチショット成形プロセスによる製造の種々の段階における接続機構２３００（例えば、接続機構１８５０及び／又は２０００）の例が、図２３Ａ及び２３Ｂに示される。図２３Ａを参照すると、接続機構２３００のボディ２３０２部分は、第１の成形プロセスなどの第１のプロセスで形成される。ボディ２３０２は、実質的に上述のようになり得るとともに、長手方向軸Ａに沿って中間部２３０６の両側に一対の実質的に円筒形のバレル部分２３０４Ａ及び２３０４Ｂを含み得る。バレル部分２３０４Ａ及び２３０４Ｂ並びに中間部２３０６は、それぞれ、通路２３０８が長手方向軸Ａに沿ってボディ２３０２を通って延在するように中空の内部を有する。バレル部分２３０４Ａ及び２３０４Ｂは、異なる構成（例えば、外径、通路直径、外側テーパ、通路テーパ、かえしなど）を有し得る、又は対称であり得る。いくつかの例では、バレル部分２３０４Ａ及び２３０４Ｂの外面は、フィン及び／又はテクスチャを含むことによって、後続の成形プロセスの間の結合及び／又は流動を促進するように構成される。
【0132】
ボディ２３０２は、長手方向軸Ａに対して垂直又はある角度で中間部２３０６から延在するチューブ２３１０を含み得る。チューブ２３１０は、バレル部分２３０４Ａ及び２３０４Ｂを通って通路２３０８まで延びる中空の内部を有し得る。チューブは、接続機構２３００を空気源及び／又は麻酔源に結合し、中空の内部は、通路２３０８への及び通路２３０８からのガスの流れを可能にする。結合深さを制御するために、チューブ２３１０は、外側フランジ２３１２を含み得る。
【0133】
図２３Ｂを参照すると、後続の成形プロセスなどの後続プロセスは、バレル部分２３０４Ａ及び２３０４Ｂに結合部材２３１４を形成する。結合部材２３１４は、係合ブラケットに回転可能に又は旋回可能に結合され得る。従って、結合部材２３１４は、係合ブラケットに磁気的に結合するように構成され得るとともに、磁界に応答する材料及び／又は磁性材料を含み得る。いくつかの例では、この材料は、弾性材料（例えば、プラスチック）と混合されて、磁性プラスチック材料を生成する。結合部材２３１４の磁気応答は、所定の力又は動きに応答して解放するように選択され得る。
【0134】
結合部材２３１４の外側は、プロファイルが方向性取り付けを補助するように、長手方向軸Ａに沿って変化し得る。例えば、結合部材２３１４のうちの１つの外径は、単一の向きで対応するブラケットと係合するように、他の結合部材２３１４とは異なり得る。結合部材２３１４の外面は、環状、円筒状、球状、又は部分的に球状であり得る。他のタイプの３６０°の磁性表面もまた適切であり得る。
【0135】
マルチショット成形は、結合部材２３１４と接続機構２３００の残りの部分との間に継ぎ目がない特徴的な構造を生成する。これは、キャップシームにおける故障及び／又は漏れの潜在的ポイントを除去し得る。マルチショット成形はまた、接続機構を製造する他の方法よりも費用効果が高くなり得る。
【0136】
接続機構２４００のさらなる例が、図２４Ａ及び図２４Ｂに示される。接続機構２４００は、ボディ２４０２部分と、ボディ２４０２に結合するシェル２４０４とを含む。ボディ２４０２及びシェル２４０４は、図２４Ａにおいて非結合構成で及び図２４Ｂにおいて結合構成で示される。
【0137】
ボディ２４０２に関して、接続機構２４００のこの部分は、長手方向軸Ａに沿った中間部２４０８の両側に一対の実質的に円筒形のバレル部分２４０６Ａ及び２４０６Ｂを含む。バレル部分２４０６Ａ及び２４０６Ｂ並びに中間部２４０８は、それぞれ、通路２４１０が長手方向軸Ａに沿ったボディ２４０２を通って延在するように中空の内部を有する。いくつかの実施形態では、バレル部分２４０６Ａの一方の端部は、気管内チューブ（例えば、気管内チューブ３１１及び／又は４７８）に結合するように構成され、他方のバレル部分２４０６Ｂの端部は、細長い装置が通路２４１０を通って長手方向に延在し得るように細長い装置（例えば、細長い装置２０２、３１０、４７２、及び／又は１６００）に結合するように構成される。この目的のために、バレル部分２４０６は、異なる構成（例えば、外径、通路径、外側テーパ、通路テーパ、かえしなど）を有し得る又は対称であり得る。
【0138】
バレル部分２４０６を収容するために、中間部２４０８は、円筒軸に沿って変化するプロファイル（例えば、異なる外径、異なる通路径、外部表面テーパ、通路テーパなど）を有し得る又は全体を通じて実質的に均一なプロファイルを有し得る。いくつかの実施態様では、中間部２４０８は、強度及び／又はグリップのための外側表面上のフィンを含む。フィンは、長手方向軸Ａに沿って及び／又はそれに垂直に延在し得る。更なる実施態様では、中間部２４０８の外側は、フィンに加えて又はフィンの代わりにテクスチャ加工される。
【0139】
ボディ２４０２は、長手方向軸Ａに垂直に又はそれに対してある角度で中間部２４０８から延びるチューブ２４１２を含み得る。チューブ２４１２は、バレル部分２４０６を通って通路２４１０まで延びる中空の内部を有し得る。チューブは、接続機構２４００を空気源及び／又は麻酔源に結合し、中空の内部は、通路２４１０への及び通路２４１０からのガスの流れを可能にする。結合深さを制御するために、チューブ２４１２は、外側フランジ２４１４を含み得る。いくつかの実施態様では、中間部２４０８のフィンは、外側フランジ２４１４から延在する。
【0140】
次にシェル２４０４を参照すると、接続機構２４００のこの部分は、中間部２４１８の両側に配置された一対の結合部材２４１６を含む。結合部材２４１６は、ボディ２４０２のバレル部分２４０６に結合するように構成された中空円筒部分及び／又は水平円筒形セグメント（例えば、リング）を含み得る。一つのこのような実施形態では、第１の結合部材２４１６は、第１のバレル部分２４０６の半分よりも多くを囲むように構成された円筒部分及び水平円筒形セグメントを含み、第２の結合部材２４１６は、第２のバレル部分２４０６の半分よりも多くを囲むように構成された水平円筒形セグメントを含む。このようにして、結合部材２４１６は、シェル２４０４をボディ２４０２に固定するために、バレル部分２４０６に結合する。シェル２４０４の材料は、結合する間に膨張し、結合した時に収縮するように弾性的に変形可能であり得る。いくつかのこのような実施態様では、弛緩状態における結合部材の内面は、それが結合するバレル部分の外面と実質的に同じ半径を有する。いくつかの実施態様では、シェル２４０４は、結合及び／又は解放（uncoupling）力を加えるのを助けるために結合部材２４１６の一方又は両方から延びるタブ２４２０を含む。
【0141】
シェル２４０４の中間部２４１８は、ボディ２４０２の中間部２４０８に接触しても、接触しなくてもよい。従って、いくつかの実施態様において、シェル２４０４の中間部２４１８は、シェル２４０４をボディ２４０２に結合し固定するために、ボディ２４０２の中間部２４０８の半分より多くを囲むように構成された水平円筒形セグメントを含む。さらなる態様では、シェル２４０４の中間部２４１８は、ボディ２４０２を囲まない。
【0142】
シェル２４０４の結合部材２４１６は、ドッキングスパーに一体化され得る係合ブラケットに回転可能に又は旋回可能に（例えば、長手方向軸Ａの周りに回転可能に）結合され得る。いくつかのそのような実施形態では、結合部材２４１６は、係合ブラケットに磁気的に結合するように構成され、磁界に応答する材料及び／又は磁性材料を含み得る。いくつかの例では、この材料は、ボディ２４０２への結合を助けるために、弾性材料と混合される。
【0143】
磁気接続は、空気及び麻酔チューブからの力に応答して、接続機構２４００の自由な回転を可能にする。気管内チューブに取り付けられた接続機構２４００により、より大きな患者の動きは、結合部材２４１６をブラケットから解放させる力を発生させ得る。従って、気管内チューブに結合された接続機構２４００は、ドッキングスパーのブラケットから分離し、接続機構２４００及び気管内チューブを患者に固定したままにする。結合部材２４１６の磁気応答は、所定の力又は動きに応答して解放するように選択され得る。
【0144】
オプションで、接続機構２４００は、接続機構がブラケットに完全に据え付けられている、部分的に据え付けられている、又は据え付けられていないときを検出するホールセンサを含み得る。ロボット医療システムの種々の制御モードは、接続機構２４００の検出された据え付けに応じて作動され得る。接続機構シェル２４０４の外側は、プロファイルが方向性取り付けを補助するように、長手方向軸Ａに沿って変化し得る。例えば、結合部材２４１６のうちの１つの外径は、単一の向きで対応するブラケットと係合するように、他の結合部材２４１６とは異なり得る。結合部材２４１６の外面は、環状、円筒状、球状、又は部分的に球状であり得る。他のタイプの３６０°の磁性表面もまた適切であり得る。
【0145】
２部品（two-part）接続機構２４００は、製造を単純化し、コストを低減し、再利用を促進し得る。例えば、ボディ２４０２及びシェル２４０４は、異なる材料を含み得るので、いくつかの実施形態では、それらを２つの別個のピースとして製造するために、組み立て及び／又は低コストにすることがより直接的である。いくつかの実施形態では、少なくともシェル２４０４は、再利用され得る。特に、シェル２４０４がボディ２４０２よりも製造コストが高い例では、シェル２４０４を再使用することによるコスト節約は、２つのピースを製造することに関連するコスト増加を正当化し得る。
【0146】
図２５Ａ及び２５Ｂは、上記のいずれかの（例えば、接続機構１８５０、２０００、２１００、２２００、２３００、及び／又は２４００）ような接続機構２５０２に係合するためのブラケット２５００を示す。具体的には、図２５Ａは、係合ブラケット２５００及び接続機構２５０２を非結合構成で示し、図２５Ｂは、係合ブラケット２５００及び接続機構２５０２を結合され且つロックされた構成で示す。係合ブラケット２５００は、マニピュレータアセンブリのドッキングスパーのようなロボット医療システムの一部に結合され得るとともに、接続機構２５０２をシステムに結合し得る。
【0147】
係合ブラケット２５００は、接続機構２５０２と相互作用する（interfacing with）ための係合面２５０４と、接続機構２５０２を係合面２５０４に対して保持するための磁気又は磁気反応性保持要素２５０６とを含み得る。いくつかの例では、係合ブラケット２５００は、接続機構２５０２の結合部材に磁気的に結合することによって接続機構２５０２を保持し、従って、保持要素２５０６は、接続機構２５０２に結合するための磁界を生成し及び／又は接続機構２５０２において磁石と結合するために磁界と反応する材料を含む。様々なこのような例では、保持要素２５０６は、１つ又は複数の永久磁石、電磁石、及び／又は永久磁石と電磁石とを組み合わせるハイブリッド磁石を含み得る。
【0148】
保持要素２５０６は、係合面２５０４に対して固定され得る又は移動可能であり得る。いくつかの実施形態では、保持要素２５０６は、係合ブラケット２５００と接続機構２５０２との間の結合力の量を変化させるために移動可能である。一つのこのような実施形態では、保持要素２５０６は、磁気結合力を増大させるように係合面２５０４に近くに及び磁気結合力を減少させるように係合面２５０４から遠くに保持要素２５０６を移動させる機械的アクチュエータ（例えば、レバー）２５０８に結合される。特に、保持要素２５０６は、接続機構２５０２が係合面２５０４に向かってスナップして（snap）衝突する傾向を減少させ且つ接続解除を容易にするために、図２５Ａに示されるように、接続機構２５０２が接続又は接続解除されている間に係合面２５０４から比較的離れ得る。接続機構２５０２が係合面２５０４に接触すると、保持要素２５０６は、図２５Ｂのロックされた構成に示されるように、結合力を増加させるために、係合面２５０４の近くに移動され得る。保持要素２５０６が電磁石を含む例では、機械的アクチュエータ２５０８はまた、接続機構２５０２が接続又は接続解除されている間にロックされていない構成における結合力を減少させるために、及び、ロックされた構成において供給される電力を増加させるために、電磁石に供給される電力に影響を及ぼし得る。保持要素２５０６がハイブリッド磁石を含む例では、ハイブリッド磁石の電磁部分は、中和又は反発力を与えることによって接続機構の解放を強化又は加速するように電力を供給され得る。
【0149】
いくつかの例では、係合ブラケット２５００は、接続機構２５０２がいつ係合面２５０４に近接しているか又は接触しているかを感知するためのセンサ２５１０を含む。一つのこのような実施形態では、センサ２５１０は、接続機構２５０２が係合ブラケット２５００に完全に据え付けられる、部分的に据え付けられる、又は据え付けられないときの磁界の変化を検出するためのホールセンサを含む。センサ２５１０は、保持要素２５０６と歩調を合わせて動く（move in tandem with）ように、機械的アクチュエータ２５０８及び保持要素２５０６に結合され得る。すなわち、センサ２５１０は、接続機構２５０２がロック解除された構成で接続又は接続解除されている間、係合面２５０４から比較的遠くに移動され得る。接続機構２５０２が係合面２５０４に接触すると、センサ２５１０は、ロックされた構成において、係合面２５０４のより近くに移動され得る。
【0150】
図２６は、結合力の電子制御により、上述のいずれかのような接続機構２６０２に係合するためのブラケット２６００を示す。係合ブラケット２６００は、マニピュレータアセンブリのドッキングスパーのようなロボット医療システムの一部に結合され得るとともに、接続機構２６０２をシステムに結合し得る。
【0151】
係合ブラケット２６００は、多くの態様において上述したものに類似し得る。例えば、係合ブラケットは、接続機構２６０２と相互作用するための係合面２６０４と、接続機構２６０２を係合面２６０４に対して保持するための磁気又は磁気反応性保持要素２６０６とを含み得る。いくつかの例では、係合ブラケット２６００は、接続機構２６０２の結合部材に磁気的に結合することによって接続機構２６０２を保持し、保持要素２６０６は、接続機構２６０２に結合するための磁界を生成し及び／又は接続機構２６０２の磁石と結合するために磁界と反応する材料を含む。様々なこのような例では、保持要素２６０６は、１つ又は複数の永久磁石、電磁石、及び／又はハイブリッド磁石を含み得る。
【0152】
係合ブラケット２６００は、係合ブラケット２６００と接続機構２６０２との間の結合力の量を制御するための制御機構２６０８を含み得る。いくつかの実施形態では、保持要素２６０６は電磁石を含み、制御機構２６０８は、スイッチ、シャント、可変抵抗器、及び／又は他の電力制御要素を含み、電磁石を通る電圧及び／又は電流を制御し、それによって結合力を調整する。制御機構は、接続機構２６０２が係合面２６０４に向かってスナップする傾向を減少させるために、接続機構２６０２を接続又は接続解除する間に比較的低い量の力を維持し得る。ハイブリッド磁石を用いた例では、低い量の力は永久磁石によって提供され得る。接続機構２６０２が係合面２６０４に接触すると、制御機構は、保持要素２６０６の電磁石に供給される電力を増加させることによって接続機構２６０２を固定するように、保持要素２６０６によって提供される結合力の量を増加させ得る。いくつかの実施形態では、制御機構２６０８は、ソレノイド、リニアアクチュエータ、又は他の電気機械アクチュエータを含み、保持要素２６０６と係合面２６０４との間の距離を制御し、それによって、上述のように実質的に結合力を調整する。
【0153】
係合ブラケット２６００はまた、接続機構２６０２がいつ係合面２６０４に近接している又は接触しているかを感知し、それに従って結合力を調整するように制御機構２６０８に指示するために、制御機構２６０８に結合されたセンサ２６１０を含み得る。一実施形態では、制御機構２６０８は、接続機構２６０２が係合面２６０４に近接しているか又は接触していることをセンサ２６１０が示している場合、保持要素２６０６によって提供される結合力を増加させ、接続機構２６０２が係合面２６０４に近接していないか又は接触していないことをセンサ２６１０が示している場合、保持要素２６０６によって提供される結合力を減少させる。センサ２６１０は、接続機構２６０２が係合ブラケット２６００に完全に据え付けられている、部分的に据え付けられている、又は据え付けられていないときの磁界の変化を検出するためのホールセンサを含み得る。他の適切なセンサ２６１０は、圧力センサ、接触センサ、及び他の適切な感知機構を含む。
【0154】
図２７は、本開示の一実施形態による方法２７００を示す。方法２７００は、接続機構（例えば、接続機構１８５０、２０００、２１００、２２００、２３００、２４００、２５０２及び／又は２６０２）を設置する（installing）ためのワークフローを含む。方法２７００は、一組の動作又はプロセス２７０５乃至２７４０として図２７に示される。図示されたプロセス２７０５乃至２７４０のすべてが、方法２７００の全ての実施形態において実施されるわけではない。加えて、図２７に明示的に図示されていない１つ又は複数のプロセスが、プロセス２７０５乃至２７４０の前、後、間、又はその一部として含まれ得る。いくつかの実施形態では、プロセス２７０５乃至２７４０のうちの１つ又は複数は、少なくとも部分的に、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、制御システムのプロセッサ）によって実行されると、１つ又は複数のプロセッサにプロセスのうちの１つ又は複数を実行させ得る非一時的、有形の、機械可読媒体上に記憶された実行可能コードの形態で実装され得る。方法２７００は、プロセス２７０５から始まる。プロセス２７１０において、空気チューブ及び麻酔チューブが接続機構に取り付けられ得る。プロセス２７１５において、気管内チューブ（例えば、気管内チューブ３１１及び／又は４７８）が患者の解剖学的構造内に配置され得る。プロセス２７２０において、接続機構は気管内チューブに取り付けられ得る。プロセス２７２５において、マニピュレータアセンブリの一部（例えば、マニピュレータ４６０のカート４６２）が患者の近くに位置決めされ得る。マニピュレータアセンブリの一部は、ブラケット（例えば、ドッキングスパー４８０上の取り付けブラケット１８５２及び／又はブラケット２００１、２５００、及び／又は２６００）を含み得る。プロセス２７３０において、接続機構はブラケットに接続され得る。プロセス２７３５において、細長い装置（例えば、細長い装置２０２、３１０、４７２、及び／又は１６００）が、接続機構を通って及び気管内チューブを通って送り込まれる。方法２７００は、プロセス２７４０で終わり得る。
【0155】
本発明の実施形態における１つ又は複数の要素は、制御システム１１２などのコンピュータシステムのプロセッサ上で実行するようにソフトウェアで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、伝送媒体又は通信リンク上の搬送波に具現化されたコンピュータデータ信号によってダウンロードされた可能性があるプロセッサ可読記憶媒体又は装置に記憶することができる。プロセッサ可読記憶装置は、光学媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む情報を記憶することができる任意の媒体を含み得る。プロセッサ可読記憶装置の例は、電子回路；半導体デバイス、半導体メモリデバイス、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）；フロッピーディスケット、ＣＤ‐ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置を含む。コードセグメントは、インターネット、イントラネットなどのコンピュータネットワークを介してダウンロードされ得る。
【0156】
提示されたプロセス及びディスプレイは、本質的に、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に関連するものではないことに留意されたい。種々のこれらのシステムに対して要求される構造は、特許請求の範囲の要素として現れるであろう。加えて、本発明の実施形態は、いかなる特定のプログラミング言語も参照して説明されない。本明細書に記述されるように、本発明の教示を実装するために、様々なプログラミング言語が使用され得ることが理解されるであろう。
【0157】
本発明の特定の例示的実施形態が説明されるとともに添付の図面に示されているが、このような実施形態は単に広範な発明を例示しているに過ぎず、限定するものではないこと、及び本発明の実施形態は、当業者には種々の他の修正が起こり得るので、図示及び説明される特定の構成及び構成に限定されないことを理解されたい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C-1】
【図6C-2】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【図27】
【外国語明細書】