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▶ 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の特許一覧
(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】P2024023477
(43)【公開日】2024-02-21
(54)【発明の名称】カテーテル制御システムのバックエンド機構
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20240214BHJP
A61M 25/092 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
A61M25/092 500
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023202971
(22)【出願日】2023-11-30
(62)【分割の表示】P 2020563765の分割
【原出願日】2019-05-10
(31)【優先権主張番号】62/671,958
(32)【優先日】2018-05-15
(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】ブルメンクランツ，シュテファン ジェイ．
(57)【要約】
【課題】従来技術の問題を解決する。
【解決手段】操縦可能な医療器具のための制御システムのバックエンド機構が、細長い医療器具に対するコンパクトで確実な操縦制御を提供するように構成された操縦コンポーネント及び複数の駆動コンポーネントを含む。
【選択図】図１
【解決手段】操縦可能な医療器具のための制御システムのバックエンド機構が、細長い医療器具に対するコンパクトで確実な操縦制御を提供するように構成された操縦コンポーネント及び複数の駆動コンポーネントを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
細長い部材を操縦するための制御システムであって、
操縦コンポーネント支持面と、対向する取付面とを含み、前記操縦コンポーネント支持面は、前記細長い部材を操縦するように構成されるプルワイヤに動作可能に結合されるキャプスタンを支持する、シャーシと、
前記取付面に配置され、前記キャプスタンを回転させて前記プルワイヤを変位させるように構成される、入力ディスクと、
前記取付面に配置され、前記操縦コンポーネント支持面から離れる方向に延びる、ファイバコネクタと、を含み、
前記入力ディスク及び前記ファイバコネクタは、前記シャーシの並進によって器具キャリッジと係合して前記シャーシを前記器具キャリッジに取り付けるように配置される、
制御システム。
操縦コンポーネント支持面と、対向する取付面とを含み、前記操縦コンポーネント支持面は、前記細長い部材を操縦するように構成されるプルワイヤに動作可能に結合されるキャプスタンを支持する、シャーシと、
前記取付面に配置され、前記キャプスタンを回転させて前記プルワイヤを変位させるように構成される、入力ディスクと、
前記取付面に配置され、前記操縦コンポーネント支持面から離れる方向に延びる、ファイバコネクタと、を含み、
前記入力ディスク及び前記ファイバコネクタは、前記シャーシの並進によって器具キャリッジと係合して前記シャーシを前記器具キャリッジに取り付けるように配置される、
制御システム。
【請求項2】
カバーを更に含み、前記カバー及び前記シャーシは、インターフェースで互いに封止されて、ハウジングの封止された領域を形成し、前記インターフェースは、流体の侵入を防止するように遮蔽される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
前記シャーシは、周辺溝を含み、前記カバーは、前記周辺溝に封止的に嵌合する縁を有する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項4】
前記シャーシを前記器具キャリッジに取り付けるコネクタを更に含む、請求項２に記載の制御システム。
【請求項5】
前記コネクタは、流体の侵入を防止するシールドを含む、請求項４に記載の制御システム。
【請求項6】
前記コネクタは、流体の侵入を防止するために前記封止される領域の外側に配置される、請求項４に記載の制御システム。
【請求項7】
前記入力ディスクは、前記シャーシにある開口を通過し、前記入力ディスクは、流体の侵入を防止する遮蔽面を有する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項8】
前記ファイバコネクタは、形状センサから前記器具キャリッジに情報を通信するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項9】
前記形状センサは、光センサであり、前記細長い部材の長さを通じて延在し、前記細長い部材の形状を検出するように構成される、請求項８に記載の制御システム。
【請求項10】
前記形状センサの近位端を支持するように構成される発射領域取付具を更に含む、請求項８に記載の制御システム。
【請求項11】
前記発射領域取付具は、支持体取付具に取り付けられ、前記支持体取付具は、前記シャーシに取り付けられる、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項12】
前記発射領域取付具は、不整列を防止するために前記形状センサをピンチする２つのクランプを含む、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項13】
前記発射領域取付具は、接着剤を介して前記形状センサに付着する、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項14】
前記形状センサは、前記発射領域取付具から９０度～２７０度の間で回転し、前記細長い部材の近位部分に入ってサービスループを形成する、請求項１０に記載の制御システム。
【請求項15】
ガイドスロットを更に含み、前記ガイドスロットは、前記サービスループの形態において前記形状センサを維持し、前記発射領域取付具から前記細長い部材の前記近位部分までの前記形状センサの可変長の弛みを可能にする、ように構成される、請求項１４に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の参照）
この出願は、２０１８年５月１５日に出願された米国仮出願第６２／６７１，９５８号の利益を主張し、その全文を参照により本明細書に援用する。
この出願は、２０１８年５月１５日に出願された米国仮出願第６２／６７１，９５８号の利益を主張し、その全文を参照により本明細書に援用する。
【0002】
本開示は、医療処置において利用されるシステム及びそれらの処置中に使用される操作方法に向けられている。より具体的には、本開示は、カテーテル制御システムのバックエンド機構及び関連する方法に向けられている。
【背景技術】
【0003】
最小侵襲医療技法は、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、有害な副作用を減らすことを意図している。そのような最小侵襲技法は、患者の解剖学的構造における自然開口部を通じて或いは１以上(１つ又はそれよりも多く)の外科的切開部を通じて行われることがある。これらの自然開口部又は切開部を通じて、医師は、標的組織場所に到達するために、（手術器具、診断器具、治療器具、又は生検器具を含む）最小侵襲医療器具を挿入することがある。１つのそのような最小侵襲技法の１つは、解剖学的通路に挿入され、患者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、可撓性カテーテルのような可撓性及び／又は操縦可能な細長いデバイスを使用することである。医療従事者によるそのような細長いデバイスの制御は、少なくとも細長いデバイスの挿入及び後退の管理並びにデバイスの操縦を含む、幾つかの自由度の管理を包含する。加えて、異なる動作モードがサポートされてもよい。
【0004】
バックエンド機構制御システムは、細長いデバイス又は細長いデバイスを通じて延びる器具の操縦又は操作を可能にするコンポーネント(構成要素)を含む。次に、バックエンド機構制御システムは、細長いデバイスと協働して、ヘルスケア提供者の制御の下で外科技法を実施する。成功裡の手術転帰の可能性を高めるために、使用時に安定し、コンパクトで、滅菌のために取り外し可能なバックエンド機構制御システムを提供することが望ましい。更に、細長いデバイスを制御するバックエンド機構制御システムのコンポーネントが、外科医の制御の下で、一貫した結果のために予測可能で反復可能な行為(action)を提供することが望ましい。加えて、最小侵襲技法中の使用に適することがある操縦可能なカテーテルのような操縦可能な細長いデバイスの制御をもたらすバックエンド機構制御システムを提供することは有利である。
【発明の概要】
【0005】
一般的に、本開示は、プルワイヤと協働してモータを介して作動可能に操縦するバックエンド機構を用いて細長い部材を操縦するシステム及び方法に向けられている。本発明の追加的な特定の実施形態は、本記述に続く請求項によって最良に要約される。
【0006】
幾つかの例示的な実装において、本開示は、プルワイヤを介して操縦可能な細長い部材のための制御システムに向けられている。制御システムは、使用中に細長い部材に対して所定の場所に固定可能なシャーシと、シャーシによって担持されるプーリとを含んでよい。プーリは、プルワイヤを支持するように構造的に構成されたプルワイヤ支持面を含んでよい。プーリは、第１の軸について回転可能であってよい。制御システムは、シャーシによって担持され、第１の軸に対してある角度で整列させられる第２の軸について回転可能な、キャプスタンを含んでよい。キャプスタンは、プルワイヤがキャプスタンに巻き付くことを可能にするプルワイヤ支持面を有してよい。
【0007】
幾つかの態様において、シャーシは、プルワイヤが延びる開口を有するポケットを含む。幾つかの態様において、制御システムは、キャプスタンを駆動可能に回転させるように構成された入力ディスクを含む。入力ディスクは、非円筒状の形状を有するシャフトを含んでよく、キャプスタンは、シャフトがキャプスタンを回転させることを可能にする方法で非円筒状の形状とインターフェース接続するように構成されてよい。幾つかの態様において、キャプスタンは、オーバーラップなくプルワイヤを巻くように構成された螺旋状の溝を含んでよい。幾つかの態様において、制御システムは、閾値位置を超えてキャプスタンが回転するのを防止するように構成された回転リミッタを含んでよい。幾つかの態様において、回転リミッタは、閾値位置を超えるキャプスタンの回転を防止するように構成された機械的ストップを含んでよい。
【0008】
幾つかの態様において、制御システムは、シャーシから延びる光ファイバコネクタを含んでよく、細長い部材の長さを通じて光ファイバコネクタから延びる形状感知光ファイバを含んでよい。形状センサは、細長い部材の形状を検出するように構成されてよい。光ファイバコネクタは、形状センサによって検出される情報を通信するように構成されてよい。幾つかの態様において、制御システムは、ハウジングの壁に隣接してサービスループを含む囲まれたハウジング(密閉ハウジング)(enclosed housing)を含む。ハウジングは、ハウジング内の発射領域取付具(launch region fixture)と細長い部材との間に延在する形状センサの曲げに順応するようなサイズとされた円弧面(arcing surface)を含んでよい。幾つかの態様において、サービスループは、形状センサ内の１８０度の曲がり(180 degree bend)である。幾つかの態様において、ハウジングは、形状センサが延在するガイドスロットを画定するガイドを含む。幾つかの態様において、シャーシは、第２の軸に実質的に平行に配置された第３の軸を画定する細長い部材開口を含む。幾つかの態様において、制御システムは、接続場所でシャーシに固定される近位端を有するコイルパイプを含む。コイルパイプの近位端は、細長い部材開口部によって画定される第３の軸に対して実質的に直交して配置されてよく、プルワイヤは、コイルパイプを通じてプーリに延びてよく、それによって、キャプスタンに延びてよい。幾つかの態様において、シャーシは、キャプスタンを駆動させるように構成された器具キャリッジとインターフェース接続するような形状及び構成とされた取付面を含む。取付面は、概ね取付平面に沿って延びてよく、取付面は、並んで配置される、第１のインターフェース部分と、第２の非インターフェース部分とを有してよい。第１のインターフェース部分は、ファイバコネクタと、回転入力部材とを有してよい。第２の非インターフェース部分は、細長い部材が取付平面に対して実質的に直交する方向において細長い部材開口から延びるように形成された第１の細長い部材開口を有してよい。幾つかの態様において、シャーシは、複数のＶ形状の溝及び複数の場所特定マウント(locating mounts)の一方を有する取付面を含み、器具キャリッジは、複数のＶ形状の溝及び複数の場所特定マウントの他方を含む。複数のＶ形状の溝は、複数の場所特定マウントを受け入れるように構成されてよい。
【0009】
幾つかの態様において、制御システムは、シャーシ内にキャビティを形成するように、インターフェースでシャーシに取り付けられるカバーを含み、プーリは、キャビティ内に配置される。入力ディスクが、シャーシの開口を通過し、キャプスタンを回転可能に駆動させるように構成されてよい。入力ディスクは、流体の侵入を防止する遮蔽面を有する。
【0010】
別の例示的な態様において、本開示は、細長い部材を操縦する複数の操縦コンポーネントを含むハウジングを含む細長い部材のための制御システムに向けられている。ハウジングは、操縦コンポーネントに入力を提供するように構成された器具キャリッジとインターフェース接続するような形状及び構成とされた取付面を有してよい。取付面は、概ね取付平面に沿って延在してよく、取付面は、並列して配置される、第１のインターフェース部分と、第２の非インターフェース部分とを有する。第１のインターフェース部分は、ファイバコネクタと、回転入力部材とを有してよく、第２の非インターフェース部分は、細長い部材開口内の細長い部材が取付平面に対して実質的に直交する方向に延在するように形成された第１の細長い部材開口を有してよい。
【0011】
幾つかの態様は、特異に決定された位置及び向きにおいてハウジングを器具キャリッジに選択的に接続するように構成された運動学的マウントを含む。幾つかの態様において、制御システムは、ハウジングを器具キャリッジに対して選択的に位置決めし且つ方向付けるように構成された運動学的マウントを含んでよい。幾つかの態様において、ハウジングは、ハウジングを器具キャリッジに選択的に固定するように構成された複数のラッチコネクタを含む。幾つかの態様において、取付面上の回転入力部材の各々は、器具キャリッジ上の出力ディスクに取付可能であり、器具キャリッジ状の出力ディスクによって駆動させられる、入力ディスクを含み、入力ディスクは、操縦コンポーネントと通信(連通)する。幾つかの態様において、取付面は、プリント回路アセンブリ及びポゴピンの一方を含み、器具キャリッジは、プリント回路アセンブリ及びポゴピンの他方を含み、回路アセンブリは、ポゴピンと通信(連通)するように構成される。
【0012】
更に他の例示的な態様において、本開示は、ハウジングを含む細長い部材を操縦する制御システムに向けられており、ハウジングは、シャーシと、カバーとを含み、シャーシ及びカバーは、それらの中にキャビティを形成するよう、インターフェースで互いに封止され、細長い部材を操縦する複数の操縦コンポーネントは、キャビティ内に配置され、インターフェースは、流体の侵入を防止するよう封止される。複数の入力ディスクが、シャーシの開口を通過し、操縦コンポーネントを回転可能に駆動させるように構成されてよく、入力ディスクは、流体の侵入を防止するために遮蔽又は封止され、或いは流体の侵入を防止するために封止カバーによって保護され、或いは流体の侵入を防止するために封止カバーによって保護される。
【0013】
幾つかの態様において、本開示は、ハウジングを器具キャリッジに取り付けるコネクタを含み、コネクタは、流体の侵入を防止するシールド又はシールを含む。幾つかの態様において、シャーシは、周辺溝を含み、カバーは、周辺溝に封止的に嵌合する縁を有する。幾つかの実装において、シーリングは、溶接によって達成される。
【0014】
更に別の例示的な実施形態において、本開示は、操縦コンポーネント支持面と、対向する取付面とを含む、シャーシを含む、細長い部材を操縦するための制御システムに向けられている。操縦コンポーネント支持面は、細長い部材を操縦するように構成されるプルワイヤに動作可能に連結されるキャプスタンを支持することがある。入力ディスクは、取付面に配置され、プルワイヤを変位させるためにキャプスタンを回転させるように構成される。光ファイバコネクタは、取付面に配置されてよく、操縦コンポーネント支持面から離れる方向に取付面から延び、入力ディスク及び光ファイバコネクタは、シャーシを器具キャリッジに取り付けるシャーシの並進によって器具キャリッジと係合するように配置される。
【0015】
前述の一般的な記述及び以下の詳細な記述の両方は、本質的に例示的かつ説明的であり、本開示の範囲を制限することなく本開示の理解をもたらすことを意図することが理解されるべきである。この点に関して、本開示の追加的な態様、構成、及び利点は、以下の詳細な記述から当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】幾つかの実施形態に従った患者に隣接する遠隔操作医療システムの簡略図である。
【0017】
【図2A】幾つかの実施形態に係る医療器具システムの簡略図である。
【0018】
【図2B】幾つかの実施形態に従った拡張医療ツールを備える医療器具の簡略図である。
【0019】
【図3A】幾つかの実施形態に従った挿入アセンブリに取り付けられ且つ患者を治療するよう位置付けられた医療器具の側面の簡略図である。
【図3B】幾つかの実施形態に従った挿入アセンブリに取り付けられ且つ患者を治療するよう位置付けられた医療器具の側面の簡略図である。
【0020】
【図4】幾つかの実施形態に従った部分的に分解された構成における医療器具のバックエンド機構の図である。
【0021】
【図5】幾つかの実施形態に従った部分的に分解された構成における医療器具の一部分のバックエンド機構の図である。
【0022】
【図6】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のハウジングの一部分の図である。
【0023】
【0024】
【図8】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構の図である。
【0025】
【図9】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のシャーシの一部分の図である。
【0026】
【図10】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のシャーシの取付面の図である。
【0027】
【図11】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のための駆動コンポーネントの図である。
【0028】
【図12】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のための分解された構成における駆動コンポーネントの図である。
【0029】
【図13】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のためのキャプスタンの図である。
【0030】
【図14】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構の部分的アセンブリの図である。
【0031】
【図15】幾つかの実施形態に従った医療器具の器具キャリッジの一部分の図である。
【0032】
【図16】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構の図である。
【0033】
【図17】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構のシャーシの一部分の図である。
【0034】
【図18】幾つかの実施形態に従った医療器具のバックエンド機構を挿入アセンブリに連結する例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0035】
本開示の実施形態及びそれらの利点は、後続の詳細な記述を参照することによって最良に理解される。同等の参照番号は、図のうちの１以上(１つ又はそれよりも多く)の図に例示される同等の要素を識別するために使用され、それらに示されるものは、本開示の実施形態を例示するためのものであり、それら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。
【0036】
本開示の原理の理解を促進する目的で、ここで図面に例示する実施形態を参照し、特定の用語を用いてそれらを記述する。以下の詳細な記述では、開示の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示される。しかしながら、この開示の実施形態がこれらの具体的な詳細なしに実施される場合があることは、当業者に明らかであろう。他の場合には、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、よく知られている方法、処置、コンポーネント、及び回路は詳細に記載されていない。
【0037】
記載のデバイス、器具、方法、及び本開示の原理のあらゆる更なる適用に対するいかなる変更及び更なる修正も、本開示が関係する当業者の心に通常思い浮かぶように完全に想定される。特に、１つの実施形態に関して記載した構成、コンポーネント、及び／又はステップは、本開示の他の実施形態に関して記載する構成、コンポーネント、及び／又はステップと組み合わせられてよいことが十分に想定される。加えて、本明細書で提供される寸法は、特定の例のためのものであり、異なるサイズ、寸法、及び／又は比率が、本開示の概念を実施するために利用されてよいことが想定される。不必要な記述的反復を避けるために、１つの例示的な実施形態に従って記載する１以上のコンポーネント又は行為は、他の例示的な実施形態から適用可能であるように使用されることができ或いは省略されることができる。簡潔性のために、これらの組み合わせの多数の反復を別個に記載しない。簡潔性のために、幾つかの例では、同じ又は類似の部分を指すために、図面を通じて同じ又は同等の参照番号が使用される。
【0038】
この開示は、様々な器具及び器具の部分を、三次元空間におけるそれらの状態に関して記載する。本明細書で使用するとき、「位置(position)」という用語は、三次元空間における物体又は物体の一部分の場所（例えば、デカルトｘ、ｙ、及びｚ座標に沿う３つの並進自由度）を指す。本明細書で使用するとき、「向き(orientation)」という用語は、物体又は物体の一部分の回転配置（３つの回転自由度、例えば、ロール、ピッチ、及びヨー）を指す。本明細書で使用するとき、「姿勢(pose)」という用語は、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分の位置及び少なくとも１つ回転自由度（最大６つの自由度）における物体又は物体の一部分の向きを指す。本明細書で使用するとき、「形状(shape)」という用語は、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。
【0039】
図１は、幾つかの実施形態に従った遠隔操作医療システム１００の簡略図である。幾つかの実施形態において、遠隔操作医療システム１００は、例えば、外科処置、診断処置、治療処置、又は生検処置における使用に適している。幾つかの実施形態が、そのような処置に関して本明細書中で提供されるが、医療器具又は手術器具及び医療方法又は手術方法へのいかなる言及も、非限定的である。本明細書に記載するシステム、器具、及び方法は、動物、人間の死体、動物の死体、人間又は動物の解剖学的構造の一部、非外科的診断、ならびに産業システム及び一般的なロボット又は遠隔操作システムのために使用されてよい。
【0040】
図１に示すように、医療システム１００は、一般的に、患者Ｐに対して様々な処置を行う際に医療器具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、手術台Ｔに又はその付近に取り付けられる。マスタアセンブリ１０６は、操作者Ｏ（例えば、図１に示す外科医、臨床医、又は医師）が介入部位を観察し、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。
【0041】
マスタアセンブリ１０６は、オペレータコンソールに配置されてよく、オペレータコンソールは、通常、患者Ｐが配置される手術台の側面のような、手術台Ｔと同じ部屋に配置される。しかしながら、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に位置し得ることが理解されるべきである。マスタアセンブリ１０６は、一般的に、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するための１以上の制御デバイスを含む。制御デバイスは、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、音声認識デバイス、身体運動又は存在センサ、及び／又は同等物のような、任意の数の様々な入力デバイスを含んでよい。器具１０４を直接的に制御しているという強い感覚をオペレータＯに提供するために、制御デバイスは、関連する医療器具１０４と同じ自由度を備えてよい。このようにして、制御デバイスは、テレプレゼンス又は制御デバイスが医療器具１０４と一体的であるという認識を医師Ｏに提供する。
【0042】
幾つかの実施形態において、制御デバイスは、関連する医療器具１０４よりも多い又は少ない自由度を有して、オペレータＯに依然としてテレプレゼンスを提供することがある。幾つかの実施形態において、制御デバイスは、任意的に、手動入力デバイスであってよく、手動入力デバイスは、６つの自由度で動き、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、医薬治療を送達する、及び／又は同等のこと）のための作動可能なハンドルを含んでもよい、
【0043】
マニピュレータアセンブリ１０２は、医療器具１０４をサポートし、１以上の非サーボ制御リンク（例えば、一般的に、セットアップ構造と呼ばれる、手動で位置付けられて所定の場所にロックされてよい、１以上のリンク）、及び／又は１以上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答して制御されることがある１以上のリンク）、及び遠隔操作マニピュレータの運動学的構造を含んでよい。マニピュレータアセンブリ１０２は、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に対する入力を駆動する複数のアクチュエータ又はモータを任意的に含んでよい。アクチュエータは、医療器具１０４に連結されるときに、医療器具１０４を自然に又は外科的に作られた解剖学的開口部に前進させることがある駆動システムを任意的に含んでよい。他の駆動システムは、医療器具１０４の遠位端を複数の自由度で動かしてよく、複数の自由度は、３つの程度の線形運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸に沿う線形運動）及び３つの程度の回転運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸についての回転）を含んでよい。加えて、アクチュエータを使用して、生検デバイス又は同等物のジョー内に組織を把持するための医療器具１０４の関節作動可能なエンドエフェクタを作動させることができる。レゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、及び他の機構のようなアクチュエータ位置センサが、モータシャフトの回転及び向きを記述するセンサデータを医療システム１００に提供してよい。この位置センサデータを使用して、アクチュエータによって操作される物体の動きを決定してよい。
【0044】
遠隔操作医療システム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１以上のサブシステムを備えるセンサシステム１０８を含んでよい。そのようなサブシステムは、位置／場所センサシステム（例えば、電磁（ＥＭ）センサシステム）、医療器具１０４を構成することがある可撓体に沿う遠位端の及び／又は１以上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形状センサシステム、及び／又は医療器具１０４の遠位端から画像を取り込む視覚化システムを含んでよい。
【0045】
遠隔操作医療システム１００は、センサシステム１０８のサブシステムによって生成される手術部位及び医療器具１０４の画像又は表現を表示するディスプレイシステム１１０も含む。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で医療器具１０４及びマスタアセンブリ１０６を制御できるように方向付けられてよい。
【0046】
幾つかの実施形態において、医療器具１０４は、（以下でより詳細に議論する）視覚化システムを有してよく、視覚化システムは、手術部位の同時又はリアルタイム画像を記録し、その画像をディスプレイシステム１１０の１以上のディスプレイのような医療システム１００の１以上のディスプレイを通じてオペレータ又はオペレータＯに提供する、視認スコープアセンブリを含んでよい。同時画像は、例えば、手術部位内に位置付けられる内視鏡によって取り込まれる二次元又は三次元画像であってよい。幾つかの実施形態において、視覚化システムは、医療器具１０４に一体的に又は取り外し可能に連結されてよい内視鏡コンポーネントを含む。しかしながら、幾つかの実施形態では、別個のマニピュレータアセンブリに取り付けられた別個の内視鏡を医療器具１０４と共に使用して、手術部位を撮像してよい。視覚化システムは、制御システム１１２のプロセッサを含むことがある１以上のコンピュータプロセッサと対話(相互作用)するか或いはそれら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てよい。
【0047】
ディスプレイシステム１１０は、視覚化システムによって取り込まれる手術部位の画像及び医療器具の画像を表示してもよい。幾つかの例において、遠隔操作医療システム１００は、医療器具の相対位置がオペレータＯの両眼及び両手の相対位置に類似するように、医療器具１０４及びマスタアセンブリ１０６の制御を構成してよい。このようにして、オペレータＯは、あたかも実質的に真の存在(true presence)において作業空間を見るかのように、医療器具１０４及び手制御装置を操作することができる。真の存在とは、画像の提示が医療器具１０４を物理的に操作している医師の視点をシミュレートする真の透視画像であることを意味する。
【0048】
幾つかの例において、ディスプレイシステム１１０は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、蛍光透視、サーモグラフィ、超音波、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）、熱撮像、インピーダンス撮像、レーザ撮像、ナノチューブＸ線撮像、及び／又は同等物のような、撮像技術からの画像データを使用して、術前又は術中に記録された手術部位の画像を提示してよい。術前又は術中の画像データは、二次元、三次元、又は（例えば、時間ベース又は速度ベースの情報を含む）四次元画像として、及び／又は術前又は術中の画像データセットから作られたモデルからの画像として提示されてよい。
【0049】
幾つかの実施形態では、しばしば画像誘導外科処置の目的のために、ディスプレイシステム１１０は、医療器具１０４の実際の位置が術前又は同時画像／モデルと位置合わせされる（すなわち、動的に参照される）仮想ナビゲーション画像を表示してよい。これは、医療器具１０４の視点からオペレータＯに内部手術部位の仮想画像を提示するために行われてよい。幾つかの例において、視点は、医療器具１０４の先端からのものであってよい。医療器具１０４の先端の画像及び／又は他のグラフィカル又は英数字のインジケータを仮想画像上に重ね合わせて、オペレータＯが医療器具１０４を制御するのを助けてよい。幾つかの例において、医療器具１０４は、仮想画像内では見えなくてよい。
【0050】
幾つかの実施形態において、ディスプレイシステム１１０は、医療器具１０４の実際の場所が術前又は同時画像と位置合わせされる仮想ナビゲーション画像を表示して、外部視点から手術部位内の医療器具１０４の仮想画像をオペレータＯに提示してよい。医療器具１０４の一部分の画像又は他のグラフィカル又は英数字インジケータが、医療器具１０４の制御においてオペレータＯを助けるために仮想画像上に重ね合わさせられてよい。本明細書で記載するように、データポイントの視覚的表現は、ディスプレイシステム１１０にレンダリング(描画)されてよい。例えば、測定されたデータポイント、移動させられたデータポイント、位置合わせされたデータポイント、及び本明細書に記載する他のデータポイントが、視覚的表現においてディスプレイシステム１１０上に表示されてよい。データポイントは、ディスプレイシステム１１０上の複数の点又はドットによって、或いはデータポイントのセットに基づいて作成されたメッシュ又はワイヤモデルのようなレンダリングされたモデルとして、ユーザインターフェース内で視覚的に表現されてよい。幾つかの例において、データポイントは、それらが表すデータに従ってカラーコード化されてよい。幾つかの実施形態では、各処理操作がデータポイントを変更するために実施された後に、視覚的表現がディスプレイシステム１１０においてリフレッシュされてよい。
【0051】
遠隔操作医療システム１００は、制御システム１１２を含んでもよい。制御システム１１２は、少なくとも１つのメモリと、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の間の制御をもたらすための、少なくとも１つのコンピュータプロセッサ（図示せず）とを含む。制御システム１１２は、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、本明細書に開示する態様に従って記載す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、命令を格納する非一時的な機械可読媒体）を含む。制御システム１１２は、図１の簡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、２以上(２つ又はそれよりも多く)のデータ処理回路を含んでよく、処理の１つの部分は、任意的に、マニピュレータアセンブリ１０２で又はそれに隣接して実行され、処理の別の部分は、マスタアセンブリ１０６で実行される、及び／又は同等のことである。制御システム１１２のプロセッサは、本明細書に開示し且つ以下により詳細に記載するプロセスに対応する命令を含む命令を実行してよい。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うちのいずれかが利用されてよい。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よく、或いは、それらは、本明細書に記載する遠隔操作システムの多数の他の態様に統合されてよい。１つの実施形態において、制御システム１１２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩｒＤＡ、ＨｏｍｅＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及びＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙのような、無線通信プロトコルをサポートする。
【0052】
幾つかの実施形態において、制御システム１１２は、医療器具１０４からの力及び／又はトルクフィードバックを受信してよい。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に信号を送信してよい。幾つかの例において、制御システム１１２は、マニピュレータアセンブリ１０２の１以上のアクチュエータに命令して医療器具１０４を移動させる信号を送信してよい。医療器具１０４は、患者Ｐの体にある開口部を介して患者Ｐの体内の内部外科部位内に延びてよい。任意の適切な従来的な及び／又は特殊化されたアクチュエータが使用されてよい。幾つかの例において、１以上のアクチュエータは、マニピュレータアセンブリ１０２と別個であってよく、或いは一体化されてよい。幾つかの実施形態において、１以上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に隣接して位置付けられる遠隔操作カートの一部として提供される。
【0053】
制御システム１１２は、画像誘導処置中に医療器具１０４を制御するときにオペレータＯにナビゲーション支援を提供するために、仮想視覚化システムを任意的に更に含んでよい。仮想視覚化システムを使用する仮想ナビゲーションは、解剖学的通路の取得した術前又は術中データセットを参照することに基づいてよい。仮想視覚化システムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、蛍光透視、サーモグラフィ、超音波、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）、熱撮像、インピーダンス撮像、レーザ撮像、ナノチューブＸ線撮像、及び／又は同等物のような撮像技術を用いて撮像される、手術部位の画像を処理する。手動入力と組み合わせにおいて使用されることがあるソフトウェアを使用して、記録された画像を、部分的な又は全体的な解剖学的器官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の複合表現に変換する。画像データセットは、複合表現と関連付けられる。複合表現及び画像データセットは、通路の様々な場所及び形状、ならびにそれらの接続性を記述する。複合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てよい。幾つかの実施形態において、仮想視覚化システムは、標準的表現（すなわち、患者特異的でない表現）又は標準的表現と患者特異的データとのハイブリッドを使用してよい。複合表現及び複合表現によって生成される任意の仮想画像は、運動の１以上の段階中（例えば、肺の吸気／呼気サイクル中）の変形可能な解剖学的領域の静止姿勢を表すことがある。
【0054】
仮想ナビゲーション処置中、センサシステム１０８を使用して、患者Ｐの解剖学的構造に対する医療器具１０４の近似場所を計算してよい。その場所を使用して、患者Ｐの解剖学的構造のマクロレベル（外部）トラッキング画像及び患者Ｐの解剖学的構造の仮想内部画像の両方を生成することができる。システムは、１以上の電磁（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、仮想視覚化システムからのもの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及び表示してよい。例えば、その全文を参照によって本明細書に援用する（「Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery」を開示する）（２０１１年５月１３日に出願された）特許文献１は、１つのそのようなシステムを開示している。遠隔操作医療システム１００は、更に、照明システム、操縦制御システム、洗浄システム、及び／又は吸引システムのような、任意的な操作及びサポートシステム（図示せず）を任意的に更に含んでよい。幾つかの実施形態において、遠隔操作医療システム１００は、１つよりも多くの遠隔操作マニピュレータアセンブリ及び／又は１つよりも多くのマスタアセンブリを含んでよい。遠隔操作マニピュレータアセンブリの正確な数は、他の要因の中でも、手術処置と手術室内の空間的制約に依存する。マスタアセンブリ１０６は、同じ場所に配置されてよく、或いは、それらは、別個の場所に位置付けられてよい。複数のマスタアセンブリは、１人よりも多くのオペレータが様々な組み合わせにおいて１以上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。
【0055】
図２Ａは、幾つかの実施形態に従った医療器具システム２００の簡略図である。幾つかの実施形態において、医療器具システム２００は、遠隔操作医療システム１００で実行される画像誘導医療処置において医療器具１０４として使用されてよい。幾つかの例において、医療器具システム２００は、遠隔操作されない探索的処置のために、又は内視鏡のような従来的な手動操作医療器具を含む処置において使用されてよい。任意的に、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場所に対応するデータポイントのセットを集める（すなわち、測定する）ために使用されてよい。
【0056】
医療器具システム２００は、駆動ユニット２０４に連結される、可撓性カテーテルのような、細長い部材２０２を含む。幾つかの実施形態において、駆動ユニット２０４は、マニピュレータアセンブリ１０２に連結されてよく、或いはマニピュレータアセンブリ１０２内に一体化されてよい。細長い部材２０２は、近位端２１７と遠位端２１８とを有する可撓体２１６を含む。幾つかの実施態様において、可撓体２１６は、約３ｍｍの外径を有する。他の可撓体の外径は、より大きくてよく、或いはより小さくてよい。
【0057】
医療器具システム２００は、以下に更に詳細に記載するような１以上のセンサ及び／又は撮像デバイスを使用して、可撓体２１６に沿う遠位端２１８の及び／又は１以上のセグメント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を更に含む。遠位端２１８と近位端２１７との間の可撓体２１６の全長は、セグメント２２４に効果的に分割されてよい。医療器具システム２００が、遠隔操作医療システム１００の医療器具１０４、トラッキングシステム２３０と一致するならば、トラッキングシステム２３０は、図１の制御システム１１２のプロセッサを含んでよい１以上のコンピュータプロセッサと対話するか或いは１以上のコンピュータプロセッサ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任意的に実装されてよい。
【0058】
トラッキングシステム２３０は、形状センサ２２２を使用して、遠位端２１８及び／又はセグメント２２４のうちの１以上を任意的にトラッキング(追跡)してよい。形状センサ２２２は、（例えば、内部チャネル又は管腔（図示せず）内に設けられた或いは外部的に取り付けられた）可撓体２１６と整列させられる光ファイバを任意的に含んでよい。１つの実施形態において、光ファイバは、約２００μｍの直径を有する。他の実施形態において、寸法は、より大きくてよく、或いはより小さくてよい。形状センサ２２２の光ファイバは、可撓体２１６の形状を決定するための光ファイバ曲げセンサを形成する。１つの代替では、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＣ）を含む光ファイバが、１以上の次元において構造におけるひずみ測定を提供するために使用される。三次元における光ファイバの形状及び相対位置をモニタリング(監視)する様々なシステム及び方法は、（「Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto」を開示する）（２００５年７月１３日に出願された）特許文献２、（「Fiber-optic shape and relative position sensing」を開示する）（２００４年７月１６日に出願された）特許文献３、及び（「Optical Fibre Bend Sensor」を開示する）（１９９８年６月１７日に出願された）特許文献４に記載されており、それらの全ての全文を参照により本明細書に援用する。幾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、ブルリアン散乱、及び蛍光散乱のような、他の適切なひずみ感知技法を利用してよい。幾つかの実施形態において、細長い部材の形状は、他の技法を用いて決定されてよい。例えば、可撓体２１６の遠位端姿勢の履歴を使用して、時間間隔に亘る可撓体２１６の形状を再構成することができる。幾つかの実施形態において、トラッキングシステム２３０は、任意的に及び／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をトラッキングしてよい。位置センサシステム２２０は、外部的に生成される電磁場に曝されることがある１以上の導電性コイルを含む位置センサシステム２２０を備えるＥＭセンサシステムのコンポーネントであってよい。その場合、ＥＭセンサシステムの各コイルは、外部的に生成される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。幾つかの実施形態において、位置センサシステム２２０は、６つの自由度、例えば、３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、及び基点のピッチ、ヨー、及びロールを示す３つの向き角、又は５つの自由度、例えば、３つの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、及び基点のピッチ及びヨーを示す２つの向き角を測定するように構成及び位置決めされてよい。位置センサシステムの更なる記述は、（「Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked」を開示する）（１９９９年８月１１日に出願された）特許文献５に提供されており、その全体を参照により本明細書に援用する。
【0059】
幾つかの実施形態において、トラッキングシステム２３０は、代替的に及び／又は追加的に、呼吸のような交互の運動のサイクルに沿う器具システムの既知のポイントについて格納される履歴的な姿勢、位置、又は向きデータに依存してよい。この格納されるデータは、可撓体２１６に関する形状情報を開発するために使用されてよい。幾つかの例では、位置センサ２２０内のセンサに類似する電磁（ＥＭ）センサのような一連の位置センサ（図示せず）が、可撓体２１６に沿って位置決めされてよく、次に、形状感知のために使用されてよい。幾つかの例では、特に解剖学的通路が概ね静止的であるならば、処置中に取られるこれらのセンサのうちの１以上からのデータの履歴を使用して、細長い部材２０２の形状を表現してよい。
【0060】
可撓体２１６は、医療器具２２６を受け入れるようなサイズ及び形状にされたチャネル２２１（図２Ｂ）を含む。図２Ｂは、幾つかの実施形態に従って延在された医療器具２２６を備える可撓体２１６の簡略図である。幾つかの実施形態において、医療器具２２６は、手術、生検、切除、照明、洗浄、又は吸引のような処置のために使用されてよい。医療器具２２６は、可撓体２１６のチャネル２２１を通じて展開されることができ、解剖学的構造内の標的場所で使用されることができる。医療器具２２６は、例えば、画像キャプチャプローブ、生検機器、レーザアブレーションファイバ、及び／又は他の外科ツール、診断ツール、又は治療ツールを含んでよい。医療ツールは、メス、鈍らなブレード、光ファイバ、電極、及び／又は同等物のような、単一の作業部材を有する、エンドエフェクタを含んでよい。他のエンドエフェクタは、例えば、鉗子、グラスパ、ハサミ、クリップアプライヤ、針ドライバ、開創器、安定器、及び／又は同等物を含んでよい。他のエンドエフェクタは、電気手術電極、トランスデューサ、センサ、及び／又は同等物のような、電気的に活性化されたエンドエフェクタを更に含んでよい。様々な実施形態において、医療器具２２６は、標的解剖学的構造場所から試料組織又は細胞のサンプリングを除去するために使用されてよい、生検器具である。医療器具２２６は、可撓体２１６内でも画像キャプチャプローブと共に使用されてよい。様々な実施形態において、医療器具２２６は、表示のために視覚化システム２３１によって処理され且つ／或いは遠位端２１８及び／又はセグメント２２４のうちの１以上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、（ビデオ画像を含む）画像を取り込むために可撓体２１６の遠位端２１８又はその付近に立体視又は平面視カメラを備える遠位部分を含む、画像キャプチャプローブであってもよい。画像キャプチャプローブは、取り込んだ画像データを送信するためにカメラに連結されるケーブルを含んでよい。幾つかの例において、画像キャプチャ器具は、視覚化システム２３１に連結するファイバースコープのような光ファイバ束であってよい。画像キャプチャ器具は、例えば、可視スペクトル、赤外スペクトル、及び／又は紫外スペクトルのうちの１以上において画像データを取り込む、単一又は複数スペクトルであってよい。代替的に、医療器具２２６自体が画像キャプチャプローブであってよい。医療器具２２６は、処置を行うためにチャネル２２１の開口部から前進させられてよく、処置が完了したときにチャネル内に後退させられてよい。医療器具２２６は、可撓体２１６の近位端２１７から又は可撓体２１６に沿う別の任意的な器具ポート（図示せず）から取り除かれてよい。
【0061】
医療器具２２６は、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、リンク装置(リンケージ)、又は他の作動制御装置（図示せず）を追加的に収容してよい。操縦可能な器具は、（「Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity」を開示する）（２００５年１０月４日に出願された）特許文献６及び（「Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments」を開示する）（２００８年９月３０日に出願された）特許文献７に詳細に記載されており、それらの全文を参照により本明細書に援用する。幾つかの実施形態において、医療器具２２６は、医療器具２２６の遠位端部に固定される或いは医療器具２２６の遠位端部に一体化された関節作動可能なリストに固定される、前述のもののようなエンドエフェクタを含んでよい。ケーブル、リンケージ、又は他の作動制御装置を使用して、エンドエフェクタの作動（例えば、把持、ピンチング、及び／又は切断作動）を制御してよく、或いは関節作動可能なリストを介してエンドエフェクタの位置決めを制御してよい。そのようなケーブル、リンケージ、又は他の作動制御装置は、駆動ユニット２０４のような駆動ユニット内の機構で終端してよく、そのような機構によって制御されてよい。
【0062】
可撓体２１６は、例えば、遠位端２１８の破線描写２１９によって示すように、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、リンケージ、又は他の操縦制御装置（図示せず）を収容してもよい。幾つかの例では、少なくとも４つのケーブルが、遠位端２１８のピッチを制御するための「上下」ステアリング及び遠位端２１８のヨーを制御するための「左右」ステアリングを独立して提供するために使用される。操作可能な細長い部材は、（「Catheter with Removable Vision Probe」を開示する）（２０１１年１０月１４日に出願された）特許文献８に詳細に記載されており、その全文を参照により本明細書に援用する。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において、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のような駆動要素に取り外し可能に連結し、そのような駆動要素から電力を受け取る、駆動入力部を含んでよい。幾つかの実施形態において、医療器具システム２００は、医療器具システム２００の動きを手動制御するために、把持構成、手動アクチュエータ、又は他のコンポーネントを含んでよい。細長い部材２０２は、操縦可能であってよく、或いは、代替的に、システムは、遠位端２１８の曲げのオペレータ制御のための一体化された機構を備えずに操縦不能であってよい。幾つかの例では、医療器具を展開して標的手術場所で使用することができる１つ以上の管腔が可撓体２１６の壁に画定される。
【0063】
幾つかの実施形態において、医療器具システム２００は、肺の検査、診断、生検、又は治療における使用のために、気管支鏡又は気管支カテーテルのような、可撓気管支器具を含んでよい。医療器具システム２００は、結腸、腸、腎臓及び腎杯、脳、心臓、血管系を含む循環系、及び同等器官を含む、様々な解剖学的系のうちのいずれかにおいて自然に又は外科的に作られた接続された通路を介した、他の組織のナビゲーション及び治療にも適している。
【0064】
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に送信されてよく、それは視覚化システム２３１からの情報及び／又は術前に得られたモデルと組み合わされて、リアルタイムの位置情報が医師又は他のオペレータに提供される。幾つかの例において、リアルタイムの位置情報は、医療器具システム２００の制御における使用のために、図１のディスプレイシステム１１０に表示されてよい。幾つかの例において、図１の制御システム１１６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てよい。手術器具を手術画像と位置合わせして表示するために光ファイバセンサを使用するための様々なシステムが、特許文献１に提供されており、その全文を参照により本明細書に援用する。
【0065】
幾つかの例において、医療器具システム２００は、図１の医療システム１００内で遠隔操作されてよい。幾つかの実施形態において、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と置換されてよい。幾つかの例において、直接オペレータ制御は、器具のハンドヘルド (手持ち式)操作のための様々なハンドル及びオペレータインターフェースを含んでよい
【0066】
図３Ａ及び図３Ｂは、幾つかの実施形態に従った、挿入アセンブリに取り付けられた医療器具及び患者を治療するための位置の簡略化された側面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、手術環境３００は、図１の手術台Ｔに位置付けられた患者Ｐを含む。患者Ｐは、患者の肉眼的な運動が鎮静、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、手術環境内で静止的であってよい。患者Ｐの呼吸及び心臓の動きを含む周期的な解剖学的運動は、患者が息を止めて呼吸の動きを一時的に停止させるように求められない限り、継続されることがある。従って、幾つかの実施形態において、データは、呼吸の特定の位相で集められ、その位相でタグ付けされ、識別されることがある。幾つかの実施形態において、データが収集される位相は、患者Ｐから収集される生理学的情報から推測されてよい。手術環境３００内で、バックエンド機構３０４を器具キャリッジ３０６に取り外し可能に連結することができる。幾つかの実施形態において、バックエンド機構３０４は、遠位端３１８のピッチを制御するための上下ステアリング及び遠位端３１８のヨーを制御するための左右ステアリングを独立して提供するために使用されるケーブルのための作動コンポーネントを収容するハウジングで形成されてよい。加えて、バックエンド機構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含んでよく、且つ／或いは、感知モダリティを細長い部材３１０のような器具に連結するコネクタを提供してよい。
【0067】
器具キャリッジ３０６は、手術環境３００内に固定される挿入ステージ３０８に取り付けられることができる。代替的に、挿入ステージ３０８は、移動可能であってよいが、手術環境３００内に（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）既知の場所を有してよい。器具キャリッジ３０６は、挿入運動（すなわち、Ａ軸に沿う動き）を制御し、そして、任意的に、ヨー、ピッチ、及びロールを含む多方向における細長い部材３１０の遠位端３１８の動きを制御する、遠隔操作マニピュレータ又は非遠隔操作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）のコンポーネントであってよい。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に沿う器具キャリッジ３０６の動きを制御する、ヨー／ピッチにおける細長い部材３１０の遠位端３１８の動きを制御する、且つ／或いは長手軸に沿う細長い部材３１０のロール運動を制御する、サーボモータ（図示せず）のようなアクチュエータを含んでよい。
【0068】
細長い部材３１０は、バックエンド機構３０４に連結される。バックエンド機構３０４は、器具キャリッジ３０６に対して連結され、固定される。幾つかの実施形態では、光ファイバ形状センサ３１４が、バックエンド機構３０４上の近位ポイント３１６に固定される。幾つかの実施形態では、光ファイバ形状センサ３１４の近位ポイント３１６が、バックエンド機構３０４と共に移動可能であってよいが、近位ポイント３１６の場所は、（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）知られていてよい。形状センサ３１４は、近位ポイント３１６から遠位端３１８又は細長い部材３１０の遠位部分に沿うポイントのような別のポイントへの形状を測定する。
【0069】
位置測定デバイス３２０は、バックエンド機構が挿入軸Ａに沿って挿入ステージ３０８上を移動するときのバックエンド機構３０４の位置に関する情報を提供する。位置測定デバイス３２０は、レゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、及び／又は器具キャリッジ３０６の動作を制御し、結果的に、バックエンド機構３０４の動作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他のセンサを含んでよい。幾つかの実施態様において、挿入ステージ３０８は、線形である。幾つかの実施形態において、挿入ステージ３０８は、湾曲してよく、或いは湾曲セクションと線形セクションとの組み合わせを有してよい。
【0070】
図３Ａは、挿入ステージ３０８に沿う後退位置においてバックエンド機構３０４及び器具キャリッジ３０６を示している。この後退位置において、近位ポイント３１６は、軸Ａ上の位置Ｌ０にある。挿入ステージ３０８に沿うこの位置において、近位ポイント３１６の場所のコンポーネントが、ゼロ及び／又は別の基準値に設定されて、挿入ステージ３０８上の器具キャリッジ３０６、よって、近位ポイント３１６の位置を記述するベース参照が提供されてよい。バックエンド機構３０４及び器具キャリッジ３０６のこの後退位置を用いて、細長い部材３１０の遠位端３１８は、患者に対して近位に、例えば、患者Ｐの入口オリフィスの直ぐ内側、直ぐ外側、又はその他の近傍に位置付けられてよい。この位置において、位置測定デバイス３２０も、ゼロ及び／又は別の基準値（例えば、Ｉ＝０）に設定されてよい。図３Ｂにおいて、バックエンド機構３０４及び器具キャリッジ３０６は、挿入ステージ３０８の線形軌道に沿って前進しており、細長い部材３１０の遠位端３１８は、患者Ｐ内に前進している。この前進位置において、近位ポイント３１６は、軸Ａ上の位置Ｌ１にある。幾つかの例では、挿入ステージ３０８に沿う器具キャリッジ３０６及び／又は器具キャリッジ３０６及び／又は挿入ステージ３０８と関連付けられる１以上の位置センサの移動を制御する１以上のアクチュエータからのエンコーダ及び／又は他の位置データが、位置Ｌ０に対する近位ポイント３１６の位置Ｌｘを決定するために使用される。幾つかの例において、位置Ｌｘは、細長い部材３１０の遠位端３１８が患者Ｐの解剖学的構造の通路内に挿入される距離又は挿入深さのインジケータ(指標)として更に使用されてよい。
【0071】
図３Ａにおいて、バックエンド機構３０４は、取付平面(mounting plane)を画定することがある取付面４６０(mounting face)を含む。インターフェース領域と呼ぶ取付面４６０の一部分は、器具キャリッジ３０６に対して配置される一方で、非インターフェース領域と呼ぶ取付面４６０の別の部分は、器具キャリッジ３０６の縁(エッジ)を越えて外方に突出する。見て分かるように、細長い部材３１０は、バックエンド機構３０４から延出し、取付面４６０から出て、器具キャリッジ３０６を越えている。
【0072】
図４、図５、及び図８は、図３Ａ及び図３Ｂからの器具キャリッジ３０６から独立し、細長い部材３１０の近位部分３１９を含む、バックエンド機構３０４の斜視図である。図４は、部分的に分解された状態におけるバックエンド機構３０４を示しており、図５は、より完全に分解された状態におけるバックエンド機構３０４の一部分を示している。図８は、ハウジング４００の一部分が透明である、組立状態のバックエンド機構３０４を示している。これらの図を参照すると、バックエンド機構３０４は、カバー４０２と、シャーシ４０４とを含む、ハウジング４００を含む。視覚化を容易にするために、カバー４０２は、図５に示されていない。シャーシ４０４は、複数の操縦コンポーネント４０６と、複数の駆動コンポーネント４０８と、支持体取付具４１０(support fixture)と、ファイバコネクタ４１２と、発射領域取付具４１４(launch region fixture)とを担持する(carries)。細長い部材３１０の近位部分３１９は、ハウジング４００を通じて延び、ハウジング４００内で終端する。図４及び図５は、細長い部材３１０の近位部分３１９から発射領域取付具４１４まで延びる形状センサ３１４も示しており、そして、複数のコイルパイプ４１７も示しており、細長い部材から延びる複数のコイルパイプ内に配置されるプルワイヤ４１６(引張ワイヤ)を備える。コイルパイプ４１７及びプルワイヤ４１６は、細長い部材３１０から複数の操縦コンポーネント４０６までも延びる。カバー４０２とシャーシ４０４とを含むハウジング４００は、器具キャリッジ３０６（図３Ａ及び図３Ｂ）に選択的に取り付け可能であり、手術環境から操縦及び感知コンポーネントを安全に保護するコンパクトな管理可能なユニットを提供する。幾つかの実装において、コイルパイプ４１７は、支持体取付具４１０に対して固定される近位末端(terminal proximal end)を有してよい。プルワイヤ４１６は、コイルパイプ４１７内の管腔を通じて延び、コイルパイプ４１７の近位末端から延出し、操縦コンポーネント４０６及び駆動コンポーネント４０８の周りを通る(route)。
【0073】
カバー４０２は、図４、図６及び図７に示されている。図６は、シャーシ及びシャーシによって担持されるコンポーネントから独立して、透明図においてカバー４０２を示している。図７は、図６の線７－７に沿って取られたカバー４０２の断面図を示している。カバー４０２は、操縦コンポーネント４０６、駆動コンポーネント４０８、及びシャーシ４０４によって担持される他のコンポーネントを覆い且つ保護するようなサイズ及び構成にされたキャビティ４３０を含んでよい。キャビティ４３０への開口４３２は、シャーシ４０４とインターフェース接続するような形状にされた縁４３３によって画定される。図示の実装において、カバー４０２は、開口４３２とは反対方向に延びる突出ボス４３６を含む。この実装において、突出ボス４３６は、細長い部材３１０が通じて延びることがある通路４３８を含む。突出ボス４３６の幾つかの例示的な実装は、細長い部材３１０の一部分のネジ山のような対応する接続構成と協働する、１つ以上の螺旋ネジ山のような接続構成を含む。図４及び図５を参照すると、細長い部材３１０は、近位部分３１９に係止コネクタ４４２を含むように示されている。幾つかの実施態様において、係止コネクタ４４２は、細長い部材３１０の近位部分３１９とインターフェース接続するように配置されたルアー取付具又は他のコネクタである。係止コネクタ４４２は、他の医療デバイスコンポーネントへの接続を許容することがある。
【0074】
図示の実装において、カバー４０２は、形状センサ３１４がサービスループ４３４(service loop)（図８）を形成するように成形されるときに形状センサ３１４を案内し且つ拘束する一方で、発射領域取付具４１４から細長い部材３１０の近位部分３１９までの形状センサの可変な長さ又は弛み(slack)を可能にする、内部的な湾曲したサービスループガイドスロット４４４(service loop guide slot)を含む。換言すれば、内部ガイドスロット４４４は、形状センサ３１４のサービスループ４３４の可変な半径及び高さを提供する。可変の弛みは、ファイバが細長い部材の中心線又は曲げの中立軸から離れて配置されるので、カテーテルが屈曲すると、ファイバが細長い可撓シャフトの管腔に入れ子式に出入りさせられることの故に生じる。実装に依存して、上述したように光ファイバであってよい形状センサ３１４が、その形状感知区域内で厳しい曲げを受けないことが、形状感知精度のために重要なことがある。加えて、形状センサは、厳しい半径で曲げられるならば、故障を被ることがある。幾つかの実装において、サービスループ４３４は、発射領域取付具４１４から延出し、ガイドスロット４４４を通じて、細長い部材３１０の近位部分３１９に入り、細長い部材３１０の遠位端３１８に至ってよい（図３Ａ及び３Ｂ）。幾つかの実装では、厳しい曲げがサービスループ４３４を形成する形状センサ３１４部分の測定可能なひずみ要素を妨げて、データの正確性及び予測可能性がより少ない感知をもたらすことがある。同様に、これは細長い部材３１０の遠位端の場所を決定する際の精度の低下を引き起こし得る。
【0075】
カバー４０２の内部ガイドスロット４４４は、滑らかで十分なサイズの円弧においてサービスループ４３４を支持し、サービスループ４３４は、そこから細長い部材３１０の近位部分３１９を出て、発射領域取付具４１４内で終端するよう湾曲する。この実装において、内部ガイドスロット４４４は、サービスループ４３４が細長い部材から発射領域取付具４１４まで１８０°湾曲することを可能にする。従って、図７に最良に見られるように、ガイドスロット４４４は、形状センサ３１４が配置されることがある滑らかな円弧表面４４６に沿ってサービスループ４３４を案内する。幾つかの実装において、形状センサ３１４は、直線構成に向かって自然に付勢されてよい。従って、サービスループ４３４は、発射領域取付具４１４から細長い部材３１０まで湾曲してよい。図示の実装において、内部ガイドスロット４４４は、また、１つ以上の安定化ガイド又は安定化ガイドリブセット４４８によって部分的に画定される。図示の実装は、キャビティ４３０内の円弧を描く表面４４６に沿って離間された２つの安定化ガイドリブセット４４８を含む。安定化ガイドリブセット４４８は、サービスループ４３４が通じて延びることがあるガイドスロット４４４の狭い開口を形成する。幾つかの実装において、狭い開口は、形状センサ３１４の直径よりも僅かにだけ大きい幅を有してよい。このようにして、形状センサ３１４は、細長い部材３１０の測定される位置の精度を妨害又は低下させることがある方法で形状センサ３１４の横方向の動きを最小限に抑えながら、所定の場所に維持されることがある。ここで、安定化ガイドリブセット４４８は、最小の厚さを有し、円弧を描く表面４４６からカバー４０２の開口４３２に向かって延びる。幾つかの実装において、カバー４０２は、フィンを提供するように成形され、フィンは、サービスループ４３４を収容する。幾つかの実装において、サービスループ４３４は、非対称である。幾つかの実装において、ガイドスロット４４４及び円弧を描く表面４４６は、細長い部材３１０及び発射領域取付具４１４と協働して、最小１８０°円弧角を有するループを有する形状センサを維持する。１８０度の円弧角を有する実装は、ファイバコネクタ及び細長い部材を互いに平行であるように整列させることがある。従って、バックエンド機構の連結は単純化されることがある。何故ならば、オペレータは、単に細長い部材３１０を押し込み、次に、ファイバコネクタ４１２を係合し、次に、（以下に記載する）運動学的マウントを押し込むからである。幾つかの実装において、形成されるループは、１８０°よりも大きい円弧角を有してよい。例えば、実装に依存して、ループは、９０～２７０度の範囲内の円弧角内に入ることがあるが、他の円弧範囲、より大きい円弧及びより小さい円弧の両方が想定される。幾つかの代替的な実施形態は、カテーテル入力に対して垂直なファイバコネクタを有してよく、その場合、円弧角は、約９０度であってよい。
【0076】
幾つかの実装において、カバー４０２は、バックエンド機構３０４のためのハンドラ把持表面として機能することがある。従って、カバー４０２は、人間の手による便利な把持のために成形され且つサイズ決定されてよい。
【0077】
シャーシ４０４は、バックエンド機構３０４のコンポーネントを支持するように構成される。例えば、シャーシ４０４は、操縦コンポーネント４０６、駆動コンポーネント４０８、支持体取付具４１０、ファイバコネクタ４１２、及び発射領域取付具４１４を支持してよい。シャーシ４０４は、取付面４６０と、対向する操縦コンポーネント支持面４６２とを含んでよい。複数の開口が、シャーシ４０４を通じて操縦コンポーネント支持面４６２から取付面４６０まで延びる。例えば、シャーシ４０４は、細長い部材開口４６４と、駆動コンポーネント開口４６６と、ファイバコネクタ開口４６８とを含む。細長い部材３１０は、細長い部材開口４６４を通じて延び、駆動コンポーネント４０８は、駆動コンポーネント開口４６６を通じて延び、ファイバコネクタ４１２は、ファイバコネクタ開口４６８を通じて延びる。これらの開口は、バックエンド機構３０４の外側部分を形成するコンポーネントとバックエンド機構３０４のハウジング４００内に配置されるコンポーネントとの間の電気的又は機械的接続を提供するために使用されてよい。取付面４６０は、器具キャリッジ３０６とインターフェース接続するように構成されてよい。幾つかの実装において、器具キャリッジ３０６は、駆動モータのような駆動機構を含んでよく、駆動機構は、バックエンド機構３０４の駆動コンポーネント４０８とインターフェース接続し、バックエンド機構３０４の駆動コンポーネント４０８を駆動させ、例えば、プリント回路アセンブリ８０６（図１０）とインターフェース接続することがある電気通信インターフェースを提供することがあるピン又は他のコネクタを含んでよい。
【0078】
図９は、操縦コンポーネント支持面４６２をより詳細に示している。図５及び図９の両方を参照すると、操縦コンポーネント支持面４６２は、複数の突出ボスと、操縦コンポーネント４０６、駆動コンポーネント４０８、及び支持体取付具４１０を支持するような形状及び構成とされた構成とを含む。この実装において、操縦コンポーネント支持面４６２は、支持突起４７２を含み、各支持突起は、操縦コンポーネント４０６の一部分を支持する。図９に最良に見られるように、この実装において、支持突起４７２は、それぞれ間隙４７４(ギャップ)によって分離された一対の壁４７３ａ、４７３ｂで構成されてよい。壁４７３ａ、４７３ｂは、それぞれ、プーリ心棒を支持するようなサイズ及び形状とされたトラフ４７５(谷)(trough)を含み、プーリホイール４８６が、後述のように、間隙４７４内に配置されてよい。
【0079】
図示の実装において、支持突起４７２は、駆動コンポーネント開口４６６のうちの１つに隣接して配置されている。各駆動コンポーネント開口４６６は、ポケット４７６を形成するシャーシ４０４の円形壁によって取り囲まれている。ポケット４７６は、駆動コンポーネント４０８のようなコンポーネントを所定の場所に安定させ、固定する。ポケットを形成する円形壁は、以下で議論するように、プルワイヤが自由に引っ張られる或いは操縦コンポーネントから分離されるのを防止するよう、操縦コンポーネント４０６の少なくとも一部分と協働するようなサイズとされる内径を有する。この実装において、各ポケット４７６は、プルワイヤ４１６のうちの１つを通過させるのに十分な幅を有するようなサイズとされたスリット４７７を含む。スリット４７７は、支持突起４７２の壁４７３ａ、４７３ｂの間の間隙４７４に面するか、或いはそのような間隙４７４と整列させられる。それは整列突起４７８にも面する。整列突起４７８は、プルワイヤの通過のためにスリット４７７と整列させられたスリット４７８ａを含む。それはプーリのホイールに隣接して嵌合するように成形され、プーリが緩むことがあるときでさえも、プルワイヤがプーリから外れるのを防止するように構成される。この実装において、整列突起４７８は、プーリの溝内に嵌合するように成形される一方で、プルワイヤがプーリから延出し、整列突起４７８のスリット４７８ａを通じ、スリット４７７を通じ、駆動コンポーネント４０８の一部分を形成するキャプスタンに至ることを可能にする。
【0080】
前壁４７９が、細長い部材開口４６４と他の開口との間に配置されている。図示の実装において、シャーシ４０４の操縦コンポーネント支持面４６２は、カバー４０２の縁４３３を受け入れることがある周辺溝４８０(peripheral groove)を含む。幾つかの実施態様において、周辺溝４８０及び縁４３３は、ハウジング４００内への流体の侵入を遮蔽又は封止し且つ防止するように協働してよい。他の実装において、シャーシ４０４は、突出縁を含んでよく、カバー４０２は、シャーシの突出縁を受け入れる受け溝を含んでよい。他の遮蔽又は封止構成が想定される。
【0081】
操縦コンポーネント４０６は、細長い部材３１０から延びるプルワイヤ４１６を駆動コンポーネント４０８に方向付けるように構成される。プルワイヤ４１６は、上述のように、細長い部材３１０の遠位端３１８を変位させるために軸方向に締め付けられてよく、或いは緩められてよい。各操縦コンポーネント４０６は、ホイール４８６と心棒４８８とを含むプーリ４８４を含む。この実装において、心棒は、細長い部材３１０の近位部分３１９の軸に対して実質的に直交するように配置されている。ここで、心棒４８８は、ホイール４８６が回転する軸を画定する。ホイール４８６は、心棒４８８についての自由な回転を可能にするために、低摩擦プーリ材料で形成されてよい。幾つかの実装において、低摩擦プーリ材料は、低摩擦軸受を備えるステンレス鋼又はアルミニウムのような金属である一方で、他の実施態様において、低摩擦プーリ材料は、非限定的に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド、及び他のもののような、ポリマ材料であり、これらの全ては、任意的に、ＰＴＦＥ、シリコーンオイル、パラフィンワックス、及び他のもののような複合された又は塗布された潤滑剤によって強化されてよい。ホイール４８６は、弛んだループがプーリホイールの外壁を越えてプーリ溝中心線から逸脱するときを含めて、プルワイヤ内の弛んだループを再捕捉するように構成された溝４８９として本明細書に図示され且つ言及される、深いＶ字形のプルワイヤ支持面を含んでよい。加えて、溝４８９は、捕捉を助けるように広くてよい。幾つかの実装において、プルワイヤの弛みは、細長い部材３１０の曲げ間に生成されることがある。溝４８９の幅は、たとえ弛みがプルワイヤを溝４８９から一時的に取り除くとしても、プルワイヤをホイール４８６上に再び方向付けることがある。幾つかの実装において、プルワイヤは、約０．０１５～約０．００３インチの範囲の直径を有してよい。溝４８９は、約０．０７０～約０．２５０の幅を有してよいが、より大きい又はより小さい溝が想定される。幾つかの実施態様において、プルワイヤの直径と溝との比は、約２７対１である。幾つかの実装において、溝４８９の幅は、ホイール４８６の直径の約１０％～約３０％の範囲内であってよい。しかしながら、他の直径、幅及び比が想定される。幾つかの実装において、プルワイヤは、プルワイヤが弛みを有するときに、横方向変位を引き起こす曲がりを有することがある。広い溝は、溝４８９内へのプルワイヤの再捕捉を助けることがある。溝４８９は、細長い部材３１０の軸と交差する接線基準線と整列させられてよく、或いはそれからオフセットされてよい。心棒４８８は、シャーシ４０４の支持突起４７２上の各端で支持されてよい。溝４８９の幾つかの実装は、Ｖ形状である。これらの実装の一部は、９０°のＶ形状溝を含むことがある。他の実装は、約４５度～１３５度の間であってよい角度を有するＶ形状溝を含んでよい。更に他のものが想定される。溝４８９は、ワイヤ上の弛みがワイール上に自動的に戻って留まる程に十分に広いようなサイズとされてよい。幾つかの実装では、溝４８９のピッチ直径とプルワイヤの直径との比は、約３５：１～約１０：１の範囲内にあってよい。しかしながら、他のサイズ比が想定される。
【0082】
駆動コンポーネント４０８（図５）は、プルワイヤ４１６とインターフェース接続してよく、器具キャリッジ３０６上のモータによって駆動させられてよい。従って、駆動コンポーネント４０８は、プルワイヤ４１６における張力を増大及び減少させて、細長い部材３１０の遠位端３１８での移動をもたらしてよい。図示の実装において、各駆動コンポーネント４０８は、軸方向に延びるシャフト５１０を備える入力ディスク５００と、キャプスタン５０４と、回転リミットリング５１６とを含んでよい。幾つかの実装では、中央に配置された係止シャフト５０６が、軸方向に延びるシャフト５１０及びキャプスタン５０４の中央開口を通じて延在する。
【0083】
図１１～図１３は、駆動コンポーネント４０８をより詳細に示している。図１０は、入力ディスク５００が容易に見えるバックエンド機構３０４の斜視底面図を示している。図１１は、組立状態の入力ディスク５００及びキャプスタン５０４を含む単一の駆動コンポーネント４０８を示している。図１２は、分解状態の入力ディスク５００及びキャプスタン５０４を含む単一の駆動コンポーネント４０８を示している。図１３は、他の駆動コンポーネントから独立したキャプスタン５０４を示している。
【0084】
これらの図を参照すると、入力部材と呼ぶこともある入力ディスク５００は、器具キャリッジ３０６（図３Ａ及び３Ｂ）上の対応する出力ディスク（図示せず）とインターフェース接続するように構成されている。入力ディスク５００は、ヘッド５０８と、軸方向に延びるシャフト部分５１０とを含んでよい。シャフト部分５１０は、ヘッド５０８から延びている。この実装において、シャフト部分５１０は、シャーシ４０４の駆動コンポーネント開口４６６を通じてハウジング４００の外側からシャーシ４０４の操縦コンポーネント支持面４６２まで延びている。入力ディスク５００のヘッド５０８は、シャーシ４０４の取付面４６０に配置されてよく、器具キャリッジ３０６上の出力ディスクと連結してよい。ヘッド５０８を器具キャリッジ３０６上の出力ディスクに連結することによって、器具キャリッジ３０６上のモータの回転は、入力ディスク５００及び駆動コンポーネント４０８の対応する回転をもたらすことがある。
【0085】
幾つかの実施形態において、入力ディスク５００は、器具キャリッジ３０６上の対応する出力ディスクの面とインターフェース接続し且つ係合し、出力ディスクから駆動コンポーネント４０８にトルクを加えるように構成された、底面５１４を含む。実装に依存して、底面５１４は、駆動コンポーネント４０８にトルクを加えるために使用されることがあるポケット、凹部、スプライン、突起、又は他の構成のような、出力ディスクと機械的に係合する構成を有してよい。また、入力ディスク５００のヘッド５０８は、シャフト部分５１０及び軸受５２４（図１２）を流体の侵入から遮蔽することもある。追加的な遮蔽は、シャーシ４０４の取付面４６０が器具キャリッジ３０６に取り付けられるときに、シャーシ４０４の取付面４６０が器具キャリッジ３０６と嵌合する形状及び程度に起因してよい。
【0086】
入力ディスク５００の幾つかの実装は、軸方向に延びる回転リミッタ５１２(rotation limiter)を含む。回転リミッタ５１２は、プルワイヤ４１６を曲げるか或いは破壊することがある閾値位置を超える入力ディスク５００の逆回転運動を停止させる。図示の実装において、回転リミッタ５１２は、ヘッド５０８からシャフト部分５１０の方向に上方に延びる突起である。入力ディスク５００がシャフト部分５１０について回転すると、回転リミッタ５１２は、回転制限リング５１６(rotation limit ring)上の対応する突出回転ストップ５１８と係合することがある。回転リミッタ５１２及び回転制限リング５１６は、具体的には、プルワイヤを張力付けること又は張力付け解除することによって操縦を提供するのに十分な回転を許容する一方で、弱いポイントに過度の応力を加えることがある方法で順回転方向又は逆回転方向のいずれかにおける過剰回転を防止するように位置付けられてよい。具体的には、回転リミッタ５１２は、回転制限リング５１６と共に、入力ディスク５００の１つよりも多くの回転を可能にする一方で、機構を保護するために回転を制限する。更に、入力回転リミッタ５１２は、バックエンド機構３０４が器具キャリッジ３０６上のモータ出力から切り離されている間に、プルワイヤ及び内部機構を入力部の回転から保護することがある。また、回転リミッタ及び制限リングは、モータトルクが入力ディスク５００のうちの１つ以上に加えられている間にバックエンド機構が器具キャリッジ３０６から取り外される場合に、プルワイヤ及び機構を保護する。
【0087】
図１１に最良に見られるように、回転制限リング５１６上の突出回転ストップ５１８は、回転リミッタ５１２の高さよりも大きい厚さ又は高さを有する。回転リミッタ５１２は、シャーシ４０４の一部分に固定された或いはシャーシ４０４の一部分を形成する回転ストップに対して機械的に係合することなく、突出回転ストップ５１８と機械的に係合するように選択される、高さを有してよい。対照的に、突出回転ストップ５１８は、シャーシ４０４の一部分に固定される或いはシャーシ４０４０の一部分を形成する回転リミッタ５１２及び回転リミッタ５１２の両方と係合するようなサイズ及び位置にされてよい。回転制限リング５１６はシャーシ４０４上の回転ストップと係合する前にシャーシ４０４に対して略３６０°回転されることがあるので、並びに入力ディスク５００は回転制限リング５１６に対して略３６０°回転されることがあるので、シャーシに対する入力ディスク５００によって許容される全体的な回転は、３６０°よりも大きくてよく、７２０°未満であってよい。回転停止構成によって許容される回転の量は、回転リミッタ５１２及び突出回転ストップ５１８の円周方向厚さ(circumferential thickness)を調整することによって、変化させられてよい。
【0088】
加えて、回転リミッタ５１２は、器具がモータ出力部から切り離されている間に、プルワイヤを入力ディスクの回転から保護することがある。回転リミッタ５１２は、モータが入力部にトルクを加えている間に入力ディスク５００が器具キャリッジ３０６から係合解除されるならば、プルワイヤ４１６を反跳誘発逆屈曲(recoil induced reverse bending)から保護することもある。幾つかの実装において、回転リミッタは、キャプスタン５０４の溝５４０からのプルワイヤの脱線を防止するのを助けることもある。
【0089】
軸方向に延びるシャフト部分５１０は、ヘッド５０８から延び、円筒状部分５２０と、非円筒状部分５２２とを含む。軸受５２４が、円筒状部分５２０の周りに配置されてよい。キャプスタン５０４は、非円筒状部分５２２の周りに配置されてよい。非円筒状部分５２２は、キャプスタン５０４が入力ディスク５００に回転的に固定されることを保証することがある。図１２において、非円筒状部分５２２は、六角形の形状を有するが、他の多角形、スプライン、星状多角形、及び他の非円筒状の形状が使用されてよく、想定される。
【0090】
図１３は、キャプスタン５０４を示している。キャプスタン５０４は、円筒状の外面５３０と、非円筒状の内面５３２と、端面５３４とを含む。上述のように、非円筒状の内面５３２は、入力ディスク５００の軸方向に延びるシャフト部分５１０の非円筒状の部分５２２の周りに嵌合するように構成される。従って、この実装において、非円筒状の内面５３２は、六角形の形状を有するが、他の形状が想定される。端面５３４は、クリンプスロット５３６(crimp slot)を含む。この実装において、クリンプスロット５３６は、プルワイヤ４１６のうちの１つのプルワイヤの圧着端(crimped end)を受け入れるように成形される。クリンプスロット５３６は、端面５３４から軸方向に内方に延び、スロット開口５３８で円筒状の外面５３０と交差する。この実装において、クリンプスロット５３６は、球根状部分と、狭い部分とを含む。球根状部分は、クリンプ取付部を含むプルワイヤ４１６の球根状端を受け入れるように構成されてよく、プルワイヤのより狭い部分は、スロット開口５３８から延びる。図１３において、円筒状の外面５３０は、円周方向溝５４０(circumferential groove)を含む。この実装において、円周方向溝５４０は、外側の円筒状の外面５３０の周りに完全に延在する。スロット開口５３８の一部分が、円周方向溝５４０と交差し、プルワイヤ４１６は、スロット開口５３８から延びてよく、円周方向溝５４０内でキャプスタン５０４の周りに巻き付けられてよい。この実装において、円周方向溝５４０は、非対称である。すなわち、円周方向溝５４０の一部分は、半径方向溝の別の部分よりも幅が広い。このようにして、円周方向溝５４０は、キャプスタン５０４の周りのプルワイヤの単一よりも多くの巻き(wrap)を収容するように構成されてよい。図示の実装において、円周方向溝５４０は、スロット開口５３８で比較的より大きな幅を有し、スロット開口５３８に隣接するがスロット開口５３８の背後の場所で比較的より小さな幅を有する。幾つかの実装において、円周方向溝５４０は、追加的なワイヤの巻きが互いに重なり合わないように、螺旋状の溝であってよい。そのようなオーバーラップ(重なり合い)は、プルワイヤに局部的な高い応力を生じさせ得るし、場合によっては、プルワイヤが故障させることがある。
【0091】
この実装では、図９を参照して記載したように、キャプスタン５０４は、シャーシ４０４の一部分として形成されたポケット４７６内に嵌合する。ポケット４７６は、プルワイヤ４１６がポケット４７６から出て１つだけの方向においてプーリ溝４８９に向かうことを可能にする一方で、ポケット４７６は、プルワイヤ４１６を全ての他の方向において保持する、スリット４７７を含む。よって、バックエンド機構３０４が器具キャリッジ３０６から取り外され、従って、キャプスタンに対するトルクがないときでさえも、プルワイヤ４１６は、シャーシ４０４のスリット４７７内に依然として維持される。幾つかの実装において、ポケット４７６は、キャプスタン５０４の周りに延在する内壁４７６ａ（図９）を含む。内壁４７６ａは、キャプスタン５０４の直径よりも僅かに大きい直径を有してよい。幾つかの実装では、間隙がポケット４７６の内壁４７６ａとキャプスタン５０４の外周５３０との間に形成されてよい。実装に依存して、この間隙は、プルワイヤの直径の２倍又は２倍より少ない、好ましくは、プルワイヤの直径よりも少ないサイズとされてよい。例えば、直径０．００７インチのプルワイヤを使用する実装において、ポケット４７６の内壁４７６ａとキャプスタン５０４の外周との間の間隙は、約０．００７インチ～約０．００５インチ以下の範囲内にあってよい。この隙間は、たとえプルワイヤに弛みがあるときでさえも、プルワイヤがキャプスタン５０４の溝５４０から外れることを防止することがある。従って、ポケット４７６は、キャプスタン５０４上にプルワイヤを保持するのを補助することがある。図示の実装において、ポケット４７６は、シャーシ４０４の一部分としてモノリシックに形成される。特に、間隙がプルワイヤの直径の２倍以下であることが望ましい。好ましい実装は、プルワイヤの直径以下のサイズの間隙を有する。他の好ましい実装は、プルワイヤの直径の約２倍以下の間隙を有する。
【0092】
図１７は、キャプスタン５０４がシャーシ４０４とは別のコンポーネントとして形成されたポケット４９０内に嵌合する実装を示している。ここでは、ポケット４９０を浮動ポケットと呼ぶ。何故ならば、ポケットは、シャーシ４０４に取り付けられていないからである。図示の例において、ポケット４９０は、円周壁として形成された丸い本体４９１と、本体４９１から外側に延びる少なくとも１つのウイング４９２(翼)と、本体４９１にあるスリット４９４とを含んでよい。ここで、本体４９１は、キャプスタン５０４の周辺(periphery)の周りに適合する（印されていない）比較的円筒状の内面を含む。幾つかの例において、浮動ポケット４９０は、キャプスタン５０４の外径又は周辺５３０と接触してよい。図１７は、本体４９１から半径方向に外方に延びる２つのウイング４９２を示している。これらの突出するウイング４９２は、シャーシのコンポーネント又は他のコンポーネントと協働してキャプスタン５０４と一緒のポケット４９０の回転を防止する機械的ストップとして作用することがある。この実装において、シャーシ４０４は、２つの突出ストップ４９５を含み、各突出ストップ４９５は、ウイング４９２のうちの１つと機械的に干渉して、１つの方向におけるポケット４９０の回転を制限するように配置される。共に作用して、突出ストップ４９５及びウイング４９２は、回転を制限又は防止するので、スリット４９４は、プーリ４８４のホイール４８６と協働する整列突起４７８のスリット４７８ａと実質的に整列させられたままである。スリット４７８ａをプルワイヤ出口間隙と呼ぶこともある。図示の実装において、スリット４９４は、ポケット４９０の軸方向長さに延在する。従って、スリット４９４は、ポケット４９０が撓むことを許容することがあり、それによって、その内径を弾性的に変化させることがある。浮動ポケット４９０の幾つかの実装は、キャプスタン５０４が浮動ポケット４９０内で回転することを可能にする比較的低い摩擦を有するようにサイズ決定されてよく、或いは弾性的に形成されてよい。そうすることによって、スリット４９４は、たとえキャプスタン５０４がポケット４９０内で回転するとしても、ホイール４８６と依然として整列することがある。
【0093】
幾つかの実装において、ポケット４９０は、ポケット４９０の内壁がキャプスタン５０４の外周５３０と接触するように、キャプスタンの直径よりも僅かに小さな内径を有する自然の状態においてサイズ決定される。ポケット４９０の弾性的な性質の故に、キャプスタンは、ポケット４９０に対して回転することがある。しかしながら、緊密な嵌合は、プルワイヤに弛みがあるときでさえも、プルワイヤがキャプスタン５０４から外れるのを防止することがある。従って、ポケット４９０は、キャプスタン５０４にある溝５４０内にプルワイヤを保持するのを補助することがある。幾つかの実装において、ポケット４９０は、キャプスタン５０４にある溝５４０内にプルワイヤを保持するために、キャプスタンの実質的に全周の周りに軽いバネ接触を維持するように構成される。
【0094】
図示の例において、ポケット４９０の本体４９１は、端がスリット４９４を形成するロール状のストリップとして成形される。本体４９１の形状は、キャプスタン５０４上の接触力、摩擦係数、及び結果として生じる摩擦ドラグトルクを有利に減少させるコンプライアントな(compliant)低摩擦プラスチック材料から成形されることもできる。他の端の上への１つの端の重なり合いは、「６」の形状を形成し、湾曲した部分４９１ａは、実質的に円筒状の本体４９１を形成し、線形部分４９１ｂは、スリット４９４で円の接線から延びる。しかしながら、他の形状が想定される。例えば、別の態様において、本体４９１は、キャプスタン５０４の周囲に沿って離間する間隔でキャプスタン５０４と接触してよい。
【0095】
図９は、キャプスタン５０４がプーリ４８４に対して所定の場所にあるシャーシ４０４を示している。プーリ４８４の心棒４８８は、キャプスタン５０４の回転軸８０２に対して直交する回転軸８００を画定する。この実施形態において、キャプスタン５０４の回転軸は、細長い部材２０２の長手方向軸と実質的に平行でもある。このため、プーリ４８４の回転軸は、細長い部材の長手軸に対して実質的に直交する。
【0096】
図１４は、支持体取付具４１０の追加的な詳細を示している。この実施形態において、支持体取付具４１０は、操縦コンポーネント４０６及び駆動コンポーネント４０８を所定の場所に固定するためにシャーシ４０４に付着するように構成される。図示の具体的な実施形態において、突出結節(projecting nubs)又はポスト(posts)として示される整列要素５８０（図９）は、支持体取付具４１０上のノッチ(notches)又は結節受入孔(nub-receiving apertures)として示される整列要素５８２（図１４）と協働するようにシャーシ４０４上に配置される。幾つかの実装において、図９の整列要素５８０の細長いポスト５８０ａは、図１４の整列要素５８２の図示の細長い穴５８２ａと係合して、支持体取付具４１０をシャーシ４０４と正確に整列させる。図９の整列要素５８０の円形結節は、図１４の整列要素の円形穴と係合し、図１４の円形穴のカウンタシンク内に熱かしめされて(heat staked)、支持体取付具４１０をシャーシ４０４に締め付ける(fasten)。支持体取付具４１０が所定の場所にあるならば、プーリ４８４の心棒４８８は、支持突起４７２のトラフ４７５内に固定される。同様に、駆動コンポーネント４０８は、適切な場所で支持体取付具４１０に固定されてよい。
【0097】
図示の実装において、支持体取付具４１０は、コイルパイプ４１７を保持し且つプルワイヤ４１６をプーリ４８４内の溝４８９と整列させるように構成されたコイルパイプマウント５８４も含むので、プルワイヤ４１６は、プーリ４８４にある溝の底に対応する高さに配置される。コイルパイプマウント５８４は、支持体取付具４１０内にモノリシックに形成されてよく、この実装では、細長い部材３１０の遠位端まで延びるコイルパイプ４１７とインターフェース接続するように構成される管状パイプ要素５８８を受け入れるようなサイズ及び構成とされたトラフ５８６を含む。説明を容易にするために、１つの管状パイプ要素５８８のみが図１４に示されている。管状パイプ要素５８８は、内側通路を含み、内側通路の内側で、コイルパイプ４１７が結合される一方で、プルワイヤ４１６は、プーリ４８４のホイール４８６の溝４８９の両方を通じて延びる。コイルパイプ４１７は、コイルパイプマウント５８４で締め付けられ、コイルパイプマウント５８４は、コイルパイプがプーリ４８４に向かって近位に移動するのを防止する。
【0098】
ここで図５に戻ると、ファイバコネクタ４１２は、シャーシ４０４の取付面４６０から突出する。整合する受入れコネクタ（図示せず）が、器具キャリッジ３０６上に配置される。ファイバコネクタ４１２は、形状センサ３１４からの情報を器具キャリッジ３０６に通信し、最終的には、制御システム１１２に通信する。
【0099】
発射領域取付具４１４は、図５、図８及び図１４に示されている。発射領域取付具４１４は、形状センサ３１４の近位端を剛的に支持するように構成された一連の安定化コンポーネントで構成される。この実施形態において、発射領域取付具４１４は、支持体取付具４１０の一部分に取り付けられ、移動又は不整列を防止するために形状センサ３１４をピンチする２つのクランプ５９０及び５９２を含む。この実装において、２つのクランプ５９０及び５９２は、細長い部材がハウジング４００から出るときに細長い部材の軸と実質的に平行な軸に沿って互いに離間して配置される。クランプを介して固定されているように記載されているが、他の実装において、発射領域取付具４１４は、接着剤又は他の付着機構を介して形状センサ３１４に付着してよい。発射領域取付具４１４から、形状センサ３１４は、図４に示すように、１８０°回転し、細長い部材３１０に入る。
【0100】
ここで一般的な動作を参照すると、細長い部材の円周(circumference)に沿って９０°だけ離間させられた、４つのプルワイヤ４１６を利用する実装において、各プルワイヤが細長い部材３１０の遠位端に固定され、細長い部材の遠位端から延びることは、留意するに値する。代替的な実施形態では、各プルワイヤが細長い部材３１０の遠位端から延びる、所望の操縦構成に依存して細長い部材の円周に沿って様々な距離で離間させられた、任意の数のプルワイヤが利用されてよい。本明細書では単一のプルワイヤの実装が記載されているが、この実装は、細長い部材３１０を作動させるプルワイヤの各々に適用されてよいことが留意されるべきである。プルワイヤの近位端は、本明細書に記載のキャプスタンに巻き付けられてよい。ヨー又はピッチのような同じ軸における関節作動を提供するプルワイヤは、バックエンド機構３０４内で互いに対角に位置付けられるキャプスタンの周りに巻き付けられてよい。幾つかの実装において、各プルワイヤ４１６は、細長い部材３１０の遠位区画に連結されるコイルパイプ４１７を通じて走る。各コイルパイプ４１７は、プルワイヤ４１６とペアにされて、細長い部材の長さを細長い部材の遠位部分まで延ばし、細長い部材を近位部分で出る。細長い部材におけるプルワイヤ及びコイルパイプの例は、参照により本明細書に援用する２０１７年７月２１日に出願された「Flexible Elongate Devices Systems and Methods」という名称の特許文献９に見出されることがある。幾つかの実装において、コイルパイプ及びその中に配置されるプルワイヤは、バックエンド機構３０４の細長い部材３１０から出る。幾つかの実装において、各コイルパイプ及びその中に配置されるプルワイヤは、細長い部材３１０から支持体取付具４１０に進み、９０°曲がる。その場合、コイルパイプ４１７は、管状パイプ要素５８８を収容するコイルパイプマウント５８４で支持体取付具４１０に固定される末端で終端してよい。コイルパイプ４１７は、管状パイプ要素５８８を通じて進んで終端し、管状パイプ要素５８８の内側で結合されるが、プルワイヤ４１６は、管状パイプ要素５８８を通過し、管状パイプ要素５８８を越え、プーリ４８４のホイール４８６の周りに進み(route)、次に、キャプスタン５０４の周りに巻き付いて、最終的に、キャプスタン５０４のクリンプスロット５３６内に固定される。細長い部材から管状パイプ要素５８８へのコイルパイプにおける曲げは、細長い部材を曲げること又は操縦することによって誘発されることがあるピストン作用(pistoning)又は軸方向変位のための若干の弛みも提供する。
【0101】
本明細書に記載するように、キャプスタン５０４は、プーリ４８４から直角に方向付けられる。このこと及びプルワイヤをプーリの周りで１８０度経路指定することは、プルワイヤ内のより大きな半径の曲げを可能にすることがある一方で、コンパクトなサイズのバックエンド機構３０４を依然として提供する。加えて、ポケット４７６の壁にあるスリット４７７は、プーリ４８４のホイール４８６と協働する整列突起４７８と組み合わされて、プルワイヤへの支持をもたらし、プルワイヤが軌道から外れるように弛んで変位するようになるリスクを減少させる。更に、コイルパイプと管状パイプ要素５８８との整列は、プーリ溝ピッチ円に対する接線に沿ってプーリ内にプーリワイヤを給送することがある。よって、コイルパイプは、プルワイヤをプーリ溝内に整列させるのを助ける。幾つかの実装において、コイルパイプは、それらを所定の場所に固定するために、例えば、接着剤を用いて、管状パイプ要素５８８に接着されてよい。他の付着方法も使用されてよい。
【0102】
実装に依存して、幾つかの実装において光ファイバである形状センサは、細長い部材内のファイバ管腔を通じて細長い部材の遠位端から近位部分に進み、バックエンド機構３０４内で終端することによって、細長い部材内に一体化されてよい。幾つかの実装において、ファイバは、細長い部材から出て、１８０°曲がり、発射領域取付具を通過し、ファイバコネクタ内で終端する。発射領域取付具は、原点として並びに較正のために形状感知中に使用される既知の線形構成において形状センサを保持する。幾つかの実装において、形状センサは、同心状の、重い壁の、小さな内径の、金属チューブで作られる、ハイポチューブに埋め込まれる。幾つかの実装において、ハイポチューブは、０．０１４３ＩＤ×０．０２０壁、３０４ステンレス鋼ハイポチューブであるように選択され、ハイポチューブ内のファイバを結合するためにショアＡ４０デュロメータシリコーンゴム接着剤／シーラントが使用される。幾つかの実装において、形状センサの近位部分は、接着剤又は接着剤でハイポチューブ内に接着される。形状センサ３１４は、発射領域取付具から細長い部材の遠位端までの形状感知データを得ることがある。更に、サービスループ４３４は、形状センサ３１４が、細長い部材内で長手方向に軸方向に変位するインスタンスに順応することがある。サービスループ４３４は、形状センサ３１４が細長い部材の遠位部分に固定されることがあり、形状センサ３１４が細長い部材２０２の可撓体２１６のような細長い部材の可撓体に含まれる管腔内に浮く例において、そのような変位又はピストン作用に順応することがある。
【0103】
図示の実装では、図３Ａを参照すると、バックエンド機構３０４は、直交方向において器具キャリッジ３０６に取り付けられる。すなわち、器具キャリッジ３０６内の作動モータは、それらの回転軸が細長い部材３１０の挿入軸に平行なように位置付けられる。本明細書に記載するように、図１０を参照すると、シャーシ４０４の取付面４６０は、入力ディスク５００の面５１４を含むので、細長い部材開口４６４、駆動コンポーネント開口４６６は、両方とも平行軸を有する。すなわち、各々は、シャーシ４０４の取付面４６０から延びる軸を有する。この実施では、ファイバコネクタ４１２も、取付面４６０から細長い部材３１０の方向に延びる。幾つかの実施態様では、図１０を参照すると、取付面４６０の一部分のみが器具キャリッジ３０６と実装にインターフェース接続する。例えば、幾つかの実装において、取付面４６０は、インターフェース部分５２６と、非インターフェース部分５２８とを含む。インターフェース部分５２６は、入力ディスク５００とファイバコネクタ４１２とを含む部分であってよい。インターフェース部分５２６は、図３Ａの器具キャリッジ３０６に当接してよい。非インターフェース部分５２８は、インターフェース部分５２６と並列してよい。この実装において、非インターフェース部分５２８は、細長い部材が延びる細長い部材開口４６４を含む。従って、ファイバコネクタ４１２及び入力ディスク５００の面５１４が器具キャリッジ３０６と係合し且つインターフェース接続する間であっても、細長い部材３１０が器具キャリッジ３０６を通過せずに並びに器具キャリッジ３０６による干渉なしに細長い部材開口４６４を通じて延びることがあるように、細長い部材３１０は器具キャリッジ３０６の側面を越えて取付面４６０の非インターフェース部分から突出するように配置されてよい。幾つかの実装は、器具キャリッジ３０６と通信することがあるプリント回路アセンブリ８０６も含む。
【0104】
依然として図１０を参照すると、インターフェース部分５２６は、器具キャリッジ３０６と係合するように構成される複数のマウント５６０を含んでよい。幾つかの実装において、インターフェース部分５２６は、特定の姿勢におけるバックエンド機構の位置決め及び方向付けにおける安定性及び反復性を提供する運動学的マウントを提供するように成形され構成された３つのマウント５６０を含む。運動学的マウントを使用することは、バックエンド機構が係合解除されて再係合されるときでさえも、測定の信頼性及び精度を向上させることがある。図示の実施形態において、取付面４６０のマウント５６０は、各々が器具キャリッジ３０６上に対応するボール又は半球形のヘッドを収容するＶ形状の溝又はスロットで形成される。３つのボール（又は半球形のヘッド）及びＶ形状の溝は、バックエンド機構の反復可能で安定した取付けのために協働する。図示の実装において、マウント５６０の各々は、ボール（又は半球形のヘッド）を収容する窪み又はポケットを一緒に形成する２つの交差する直交して方向付けられたＶ形状の溝を含む。図示の例示的な実施形態において、各マウント５６０のＶ形状の溝のうちの１つは、対応する他のＶ形状の溝よりも広く或いはそのような溝とは異なっては角度付けられる。より広いＶ形状の溝は、ボール又は半球形のヘッドがＶ形状の溝によって形成される窪み又はポケットに容易に入ることを可能にすることがある。より狭いＶ形状の溝は、ボール又は半球形のヘッドを器具キャリッジ３０６に対して正確な位置に案内することがある。このため、運動学的マウントは、器具キャリッジ３０６に対するバックエンド機構の反復可能で正確な位置決めを行う。参照のために、図１０は、３つの基準軸７８０ａ、７８０ｂ、及び７８０ｃを含み、各基準軸は、３つのマウント５６０のより狭いＶ形状の溝と整列させられる。見ることができるように、基準軸７８０ａ、７８０ｂ、及び７８０ｃは、それぞれ、異なる方向に延び、それによって、運動学的マウントに安定性を提供すると同時に、交差する直交するＶ形状の溝の各々は、ボール又は半球形のヘッドをより狭い安定化するＶ形状の溝に案内する容易な整列を可能にする。３つの基準軸７８０ａ、７８０ｂ、及び７８０ｃの不整列は、６つの自由度における望ましくない変位を防止する。
【0105】
図１５及び図１６は、器具キャリッジ７００及びバックエンド機構７５０の他の実装及び図を示している。器具キャリッジ７００及びバックエンド機構７５０の原理及び教示は、器具キャリッジ３０６及びバックエンド機構３０４に実装されることがあり、含まれることがある。
【0106】
図１５の器具キャリッジ７００は、バックエンド機構７５０上のプリント回路アセンブリと通信(連通)することがある複数のポゴピン７０２を含む。器具キャリッジ７００は、出力ディスク７０４と、雌ファイバコネクタ７０６と、運動学的マウントコンポーネント７０８と、ラッチレバー７１０とを含む。出力ディスク７０４は、器具キャリッジ７００上に担持されるモータによって駆動させられ、バックエンド機構の入力ディスクと係合することがある。雌ファイバコネクタ７０６は、バックエンド機構上に突出ファイバコネクタを受け入れることあり、運動学的マウントコンポーネント７０８は、バックエンド機構上の対応する運動学的マウントコンポーネントと係合するような形状及び構成にされてよい。この実装において、運動学的マウントコンポーネント７０８は、バックエンド機構上のＶ溝スロットと係合するように固定的に配置されたボール又は半球である。ラッチレバー７１０は、器具キャリッジ７００の対応する側面から突出してよく、器具キャリッジにバックエンド機構を係合し且つ固定するように構成されてよい。
【0107】
図１６のバックエンド機構７５０は、プリント回路アセンブリ７５２と、入力ディスク７５４と、マウント７５６と、キャリッジラッチコネクタ７５８と、ファイバコネクタ７５９とを含む、取付面７５１を有する。プリント回路アセンブリ７５２は、器具キャリッジ７００上のポゴピン７０２と通信(連通)してよい。入力ディスク７５４は、出力ディスク７０４と係合し、出力ディスク７０４によって駆動されてよい。マウント７５６は、器具キャリッジ７００上に運動学的マウントコンポーネント７０８を受け入れるように配置されたＶ形状の溝であってよい。キャリッジラッチコネクタ７５８は、ラッチレバー７１０を受け入れるスロットとして示されている。この実施形態において、キャリッジラッチコネクタ７５８は、バックエンド機構７５０の両側に配置されている。加えて、ラッチレバー７１０は、矢じり形状の要素のようなコネクタを含んでよく、キャリッジラッチコネクタ７５８は、バックエンド機構７５０が器具キャリッジ７００上の所定の場所にスナップ留めされることを可能にする方法で矢じり形状の要素と係合するように構成されるショルダ(肩部)を含んでよい。他のコネクタが想定される。幾つかの実装において、ラッチコネクタは、流体の侵入を防止するために、封止された領域の外側に配置される。ある態様において、コネクタは、流体の侵入を防止するシールド又はシールを含む。幾つかの実装において、接続は、ユーザによって片手で実行されてよい。見て分かるように、バックエンド機構７５０の取付面は、細長い部材開口７６０を含み、細長い部材７６２は、細長い部材開口７６０を通じて延びる。本明細書の他の実装に記載し且つ図示するように、取付面７５１は、細長い部材開口７６０と非インターフェース部分とを備える、インターフェース部分と非インターフェース部分とを有する。すなわち、器具キャリッジ７００のポゴピンがバックエンド機構７５０の回路アセンブリ７５２と整列させられるとき、取付面７５１の非インターフェース部分は、器具キャリッジ７００の側面を越えて上方に突出する。従って、細長い部材開口７６０は、器具キャリッジ７００とインターフェース接続しない場所に配置される。取付面７５１がポゴピン７０２を含むことがあり、器具キャリッジがプリント回路アセンブリ７５２を含むことがあるように、幾つかの実装が逆の状態で配置されたコンポーネントを有することは、留意するに値する。
【0108】
幾つかの実装において、バックエンド機構７５０は、段階的な係合及び整列プロセスを用いて器具キャリッジ７００に取り付けられてよい。これは器具キャリッジ７００上へのバックエンド機構の片手での低力の正確な装着を可能にすることがある。そうする際に、入力ディスクは、出力ディスクと係合することがある。幾つかの実装において、係合の順序は、嵌合構成の高さ又は長さによって決定され、より少ない制約及び反復可能性からより多い制約及び反復可能性の嵌合構成へ連続的に進行する。係合の順序において、これは、細長い部材７６２の嵌合と、後続の光ファイバコネクタの嵌合と、バックエンド機構７５０のスロットに入るキャリッジラッチレバーの嵌合を含む。この後にＶ形状の溝の運動学的マウントシートに入るボールマウントが続く。理解を容易にするために、図１０を参照して図示し且つ記載した基準軸７８０ａ、７８０ｂ、及び７８０ｃも、運動学的マウント７５６の方向と整列させられたものとして図１６で特定されている。幾つかの実装において、図１６のマウント７５６は、図１０を参照して記載したマウント５６０の機能を実行することがある。このときに、ポゴピンは、プリント回路アセンブリ接点パッドと接触する。最後のステップにおいて、出力ディスクは、入力ディスクのスロットと係合するように回転してよい。最後に、バックエンド機構７５０内のプリント回路アセンブリは、偽造を回避するために、ファイバ較正情報、シリアル番号、ツールタイプ情報、使用カウント情報、及び暗号化データを通信してよい。
【0109】
幾つかの実装において、バックエンド機構３０４は、器具キャリッジ３０６に連結されるので、器具キャリッジは、患者Ｐに向かって又は患者Ｐから離れて前進させられることがある（図３Ａ及び図３Ｂを参照）。図１８は、バックエンド機構３０４を器具キャリッジ３０６のような挿入アセンブリに連結する例示的な方法１８００のフローチャートを示している。それは１８０２で開始し、細長い部材３１０を患者に導入することを含む。本明細書に記載するように、細長いデバイスは、形状センサ３１４を含んでもよい。この段階では、細長いデバイスの遠位部分のみが患者に導入されることがある。
【0110】
１８０４で、バックエンド機構は、ファイバコネクタが器具キャリッジ上の対応するコネクタと係合するまで、器具キャリッジを細長いデバイスの方向に前進させることによって、器具キャリッジ３０６と係合してよい。幾つかの実装において、ファイバコネクタは、所定の場所にスナップ留めされてよい。
【0111】
１８０６で、取付面に配置されて、バックエンド機構から器具キャリッジに向かって突出することがある、ラッチインターフェース４９６（図４及び図１０）は、器具キャリッジにあるレセプタクルに導入されてよい。ラッチレバー７１０を含む実施形態も係合を開始してよい。
【0112】
１８０８で、マウント７５６は、運動学的マウントコンポーネント７０８を受け入れる。Ｖ形状の溝を有するマウントの実施形態は、一貫した反復可能な位置決めを可能にすることがある。幾つかの実装において、運動学的マウントコンポーネント７０８は、半球形ボールとして成形され、マウントは、本明細書に記載する方法で全ての６つの自由度においてバックエンド機構の十分な拘束を達成するために、運動学的マウントコンポーネントの半球形ボールを正確な場所に案内してよい。
【0113】
器具キャリッジ及びバックエンド機構の特定のインターフェース構成は、本明細書に記載の原理から逸脱することなく、一方から他方に切り替えられてよいことが留意されるべきである。例えば、器具キャリッジは、運動学的マウントコンポーネントを含んでよく、バックエンド機構は、マウントを含んでよい。
【0114】
幾つかの実装において、ラッチ機構は、生検針ハンドルに加えられるユーザ力及び駆動反力に対抗する高い剛性を提供しながら、挿入軸キャリッジのモータ出力に対するバックエンド機構の片手装着を可能にする。
【0115】
幾つかの実装において、キャリッジ上のラッチコネクタはバネ荷重され、バックエンド機構を器具キャリッジから解放するために対向する側面によって圧搾されてよい。幾つかの実装において、ハウジング及び入力部を覆うカバーに対するクランプは、完全に浸水した洗浄及び高水準消毒プロセスの間の流体の侵入を防止することがある。
【0116】
手術器具及び手術方法に対する如何なる参照も非限定的である。何故ならば、本明細書に記載する器具及び方法は、動物、人間の死体、動物の死体、人間又は動物の解剖学的構造の部分、非外科的診断、産業システム、及び一般的なロボット又は遠隔操作システムに使用されることがあるからである。
【0117】
例示的な実施形態を図示し且つ記載したが、広範囲の修正、変更及び置換が、前述の開示において想定され、ある場合には、実施形態の幾つかの構成は、他の構成の対応する使用を伴わずに利用されてよい。当業者は、多くの変形、代替、及び修正を認識するであろう。よって、本発明の範囲は、後続の請求項によってのみ限定されるべきであり、請求項は、本明細書に開示する実施形態の範囲と一致する方法で広義に解釈されることが適切である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0118】
【特許文献1】米国特許出願第１３／１０７，５６２号明細書
【特許文献2】米国特許出願第１３／１８０，３８９号明細書
【特許文献3】米国特許出願第１２／０４７，０５６号明細書
【特許文献4】米国特許第６，３８９，１８７号明細書
【特許文献5】米国特許第６，３８０，７３２号明細書
【特許文献6】米国特許第７，３１６，６８１号明細書
【特許文献7】米国特許出願第１２／２８６，６４４号明細書
【特許文献8】米国特許出願第１３／２７４，２０８号明細書
【特許文献9】米国仮特許出願第６２／５３５，６７３号明細書
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【外国語明細書】