(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-05
(45)【発行日】2024-04-15
(54)【発明の名称】器具ベースの挿入アーキテクチャのためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20240408BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2022084398
(22)【出願日】2022-05-24
(62)【分割の表示】P 2020550058の分割
【原出願日】2018-12-10
(65)【公開番号】P2022105638
(43)【公開日】2022-07-14
【審査請求日】2022-05-24
(31)【優先権主張番号】62/597,385
(32)【優先日】2017-12-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】518083032
【氏名又は名称】オーリス ヘルス インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100088605
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 公延
(74)【代理人】
【識別番号】100130384
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 孝文
(72)【発明者】
【氏名】ヒル・アレン・カルダー
(72)【発明者】
【氏名】シュー・トラヴィス・マイケル
(72)【発明者】
【氏名】エア・ニコラス・ジェイ
【審査官】宮崎 敏長
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１７－５０２７０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／００４６１２２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００２－５０３９７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ １／００５ － Ａ６１Ｂ １／００８
Ａ６１Ｂ ３４／３０ － Ａ６１Ｂ ３４／３７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
医療用装置であって、近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部分に接続されたエンドエフェクタと、
前記シャフトに連結され、ロボットアームに解放可能に連結されるように構成されたハンドルと、
を備え、前記シャフトが、使用時に前記ハンドルに対して並進するように構成されており、
前記医療用装置は、
前記エンドエフェクタを作動させるように構成された第１の作動機構と、
前記ハンドルに対して前記シャフトを並進させるように構成された第２の作動機構と、
を更に備え、前記第１の作動機構が前記第２の作動機構から分離されている、医療用装置。
【請求項2】
前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含み、前記第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作が、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによって前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、請求項１に記載の医療用装置。
【請求項3】
前記第２の作動機構が、スプールと係合する第２のケーブルを含み、前記スプールの操作が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる、請求項２に記載の医療用装置。
【請求項4】
前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの前記変化が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる前記スプールの操作によって影響されない、請求項３に記載の医療用装置。
【請求項5】
前記第１の作動機構の前記第１のケーブルが、前記シャフトの前記近位部分から、前記第１の組のプーリを通って、前記シャフトの前記遠位部分まで延在する、請求項２に記載の医療用装置。
【請求項6】
前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こすための、前記第１の組のプーリの前記少なくとも１つのプーリの操作が、前記少なくとも１つのプーリの直線又は回転動作を含む、請求項５に記載の医療用装置。
【請求項7】
前記第１の作動機構が、前記第１の組のプーリに対する前記シャフトの自由な動きを可能にするように構成されている、請求項２に記載の医療用装置。
【請求項8】
前記スプールがゼロウォーク型巻取車軸を備える、請求項３に記載の医療用装置。
【請求項9】
前記第２の作動機構の回転が、前記ゼロウォーク型巻取車軸の回転を引き起こす、請求項８に記載の医療用装置。
【請求項10】
前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する１本以上のケーブルを含み、前記第２の作動機構が、１本以上のケーブル及び挿入スプールを含み、前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルのうちの少なくとも１本が、前記挿入スプール上で終端する、請求項１に記載の医療用装置。
【請求項11】
前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルが、エンドエフェクタケーブルを備え、前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルが、挿入ケーブルを備える、請求項１０に記載の医療用装置。
【請求項12】
前記第２の作動機構の回転が、前記挿入スプールの回転を引き起こし、それによって前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こす、請求項１０に記載の医療用装置。
【請求項13】
前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルは、前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルを駆動するために摩擦力を使用できるように予め張力がかけられている、請求項１１に記載の医療用装置。
【請求項14】
医療用装置であって、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部分に接続されたエンドエフェクタと、
前記シャフトに連結され、ロボットアームに解放可能に連結されるように構成されたハンドルと、
を備え、前記シャフトが、使用時に前記ハンドルに対して並進するように構成されており、
前記ハンドルが、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させるように構成された作動機構を備える、医療用装置。
【請求項15】
前記エンドエフェクタは、ナイフ及び血管シーラーを備え、前記エンドエフェクタの前記作動は、前記血管シーラーに対して前記ナイフを直線的に駆動することを含む、請求項１に記載の医療用装置。
【請求項16】
前記第１の作動機構は、反対方向の張力で配置された少なくとも１本のケーブルを含み、前記少なくとも１本のケーブルは、前記ナイフに連結されており、
前記第１の作動機構は、前記少なくとも１本のケーブルの経路長に少なくとも１つの差を生じさせ、前記ナイフの直線的な前記駆動を提供するように構成されている、請求項１５に記載の医療用装置。
【請求項17】
前記少なくとも１本のケーブルは、反対方向の張力で配置された２本のケーブルを含み、前記少なくとも１つの経路長の差は、前記２本のケーブルのそれぞれにおける経路長の差を含み、それら２つの経路長の差は、反対方向に配置されており、
前記第１の作動機構は、前記２本のケーブルに連結されたリダイレクトプーリを含む、請求項１６に記載の医療用装置。
【請求項18】
前記リダイレクトプーリは、前記シャフトの前記遠位部分に位置付けられている、請求項１７に記載の医療用装置。
【請求項19】
前記リダイレクトプーリが、前記シャフトの前記近位部分に位置付けられている、請求項１７に記載の医療用装置。
【請求項20】
前記第１の作動機構は、前記シャフトの前記近位部分に配置された、ばねを含み、前記少なくとも１本のケーブルは、前記ばねと反対方向の張力に置かれている、請求項１６に記載の医療用装置。
【請求項21】
前記第１の作動機構は、前記ナイフを前記血管シーラーに対して直線的に駆動するように構成された細長い部材を更に備える、請求項１６に記載の医療用装置。
【請求項22】
前記細長い部材がプッシュロッドを含む、請求項２１に記載の医療用装置。
【請求項23】
前記第１の作動機構は、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを備え、前記第１の組のプーリの少なくとも１つのプーリの操作は、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによって前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、請求項１に記載の医療用装置。
【請求項24】
前記第２の作動機構が、スプールに係合するように構成された第２のケーブルを含み、前記スプールの操作が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる、請求項２３に記載の医療用装置。
【請求項25】
前記エンドエフェクタの作動を引き起こすための前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの前記変化は、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる前記スプールの操作によって影響されない、請求項２４に記載の医療用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年１２月１１日に出願された米国特許仮出願第６２／５９７、３８５号に対する優先権の利益を主張するものであり、その特許仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本願は、２０１７年１２月１１日に出願された米国特許仮出願第６２／５９７、３８５号に対する優先権の利益を主張するものであり、その特許仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
（発明の分野）
本明細書に開示されるシステム及び方法は、医療器具、より具体的には、様々な種類の手術で使用するための外科用ツールを対象とする。
本明細書に開示されるシステム及び方法は、医療器具、より具体的には、様々な種類の手術で使用するための外科用ツールを対象とする。
【背景技術】
【0003】
本明細書は、一般に、医療器具に関し、特に腹腔鏡、内視鏡、腔内及び開腹手術を含む、様々なタイプの手術で使用するための外科用ツールに関する。
【0004】
ロボット技術は、様々な用途を有する。特に、ロボットアームは、通常は人間が実行するタスクを完了するのを支援する。例えば、工場では、ロボットアームを使用して、自動車及び民生用電子機器製品が製造される。加えて、科学施設では、マイクロプレートを輸送するなどの実験室での手順を自動化するために、ロボットアームが使用される。医療分野において、医師は、外科手術を行うのを支援させるために、ロボットアームを使用し始めている。
【0005】
外科用ロボットシステムでは、ロボットアームは、器具装置マニピュレータに、例えばロボットアームの端部で接続され、器具装置マニピュレータを、画定された作業空間内の任意の位置に移動させることができる。器具装置マニピュレータは、外科用ツールに取り外し可能に連結され得るが、そのような外科用ツールとしては、例えば、内視鏡用途用の操縦可能なカテーテル、又は様々な腹腔鏡及び腔内器具のいずれかなどが挙げられる。器具装置マニピュレータは、ロボットアームからの運動を付与して外科用ツールの位置を制御し、また、カテーテルを操縦するためのプルワイヤなどの、器具上の制御装置を起動させてもよい。加えて、器具装置マニピュレータは、器具に、電気的及び／又は光学的に連結されて、電力、光、又は制御信号を提供してもよく、器具上のカメラからのビデオストリームなど、器具からデータを受信してもよい。
【0006】
使用中、外科用ツールは、器具が患者から離れているように器具装置マニピュレータに接続される。次にロボットアームは、器具装置マニピュレータとそれに接続されている器具を、患者内の手術部位に向かって前進させる。腹腔鏡手術では、器具は患者の体腔壁内のポートを通って移動される。ロボットアームは、ピッチ、ヨー、及び挿入を含む、複数の自由度で器具を操作することができる。典型的には、ロボットアームは、これらの自由度の全てを提供する。
【0007】
挿入に関して、ロボットアームは、典型的には、挿入自由度を提供するための直線的挿入軸線を有する。ロボットアームが器具の直線的挿入を担う場合に困難が生じる場合がある。特に、ロボットアームの質量（単独での質量又は器具と組み合わせた場合の質量）は、重い揺動質量をもたらし、挿入深さが浅い段階での性能を低減する可能性がある。加えて、ロボットアームに頼って挿入を行うと、ロボット外科手術中、外科医又は助手に利用可能な作業空間が減少してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、器具を直線的に挿入する際にロボットアームに依存してしまうことを低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本出願の実施形態は、器具を直線的に挿入する際にロボットアームに依存することを低減するシステム、装置、及び方法を対象とする。特に、本明細書に記載されるシステム、装置、及び方法は、器具ベースの直線的挿入アーキテクチャを有する器具に関する。例えば、器具のシャフトが挿入軸線に沿って並進することができる１つ以上の器具を提供することができ、それによって、直線的挿入のためにロボットアームに依存することを低減する。一部の実施形態では、ロボットアームは、器具自体と共に直線的挿入のために使用され得るが、他の実施形態では、この動作は省略され、それによってロボットの全体的なプロファイルが低減され、外科用ロボットアームの端部で揺動質量を最小化する。
【0010】
一部の実施形態では、医療用装置は、シャフトと、シャフトに接続されたエンドエフェクタと、シャフトに連結されたハンドルと、を備える。ハンドルは、第１の機械的入力部及び第２の機械的入力部を含む。第１の機械的入力部は、エンドエフェクタの作動を引き起こすように構成され、第２の機械的入力部は、ハンドルに対するシャフトの並進を引き起こすように構成される。エンドエフェクタの作動は、ハンドルに対するシャフトの並進を引き起こす第２の作動機構から分離される第１の作動機構を介して実行される。第１の作動機構は、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含むことができ、第１の機械的入力部による第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作は、ハンドル内の第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによってエンドエフェクタの作動を引き起こす。第２の作動機構は、スプールに係合する第２のケーブルを含むことができ、第２の機械的入力部による第２の組のプーリのスプールの操作は、シャフトをハンドルに対して並進させる。スプールは、ゼロウォーク型巻取車軸などの巻取車軸であり得る。エンドエフェクタの作動を引き起こすためのハンドル内の第１のケーブルの長さの変化は、シャフトをハンドルに対して並進させる第２の作動機構によって影響されない。場合によっては、第１の作動機構のケーブルは、シャフトの近位部分から、第１の組のプーリを通って、シャフトの遠位部分まで延在する。他の例では、第１の作動機構は、第１の組のプーリを通って延在する１本以上のケーブルを含み、第２の作動機構は、１本以上のケーブル及び挿入スプールを含み、第１の作動機構の少なくとも１本以上のケーブルは、挿入スプール上で終端する。
【0011】
一部の実施形態では、医療用システムは、基部と、基部に連結されたツールホルダと、器具と、を備える。ロボットアームは、基部とツールホルダとの間に配置することができる。ツールホルダは、取り付けインターフェースを含む。器具は、シャフトと、エンドエフェクタと、ツールホルダに取り付けられるための相互インターフェースを有するハンドルと、を備える。ハンドルは、第１の機械的入力部及び第２の機械的入力部を更に含む。第１の機械的入力部は、エンドエフェクタの作動を引き起こすように構成され、第２の機械的入力部は、ハンドルに対してシャフトを並進を引き起こすように構成される。エンドエフェクタの作動は、ハンドルに対するシャフトの並進を引き起こす第２の作動機構から分離される第１の作動機構を介して実行される。一部の例では、第１の作動機構は、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含み、第１の機械的入力部による第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作が、ハンドル内の第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによってエンドエフェクタの作動を引き起こし、かつ、ハンドルに対するシャフトの並進運動が、スプールに係合する第２のケーブルを含む第２の作動機構を介して実行され、第２の機械的入力部によるスプールの操作が、シャフトをハンドルに対して並進させる。
【0012】
一部の実施形態では、外科的方法は、手術部位で外科手術を行うために、患者の切開部又は自然開口部を通して送達されるように構成された器具を提供することを含む。器具は、シャフトと、シャフトに連結されたハンドルと、シャフトから延在するエンドエフェクタとを備える。シャフトは、ハンドルに対して並進可能である。エンドエフェクタの作動は、ハンドルに対するシャフトの並進を引き起こす第２の作動機構から分離される第１の作動機構を介して実行される。場合によっては、器具は、エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、シャフトをハンドルに対して並進させるための第２の作動機構とを含み、第１の作動機構は、第１の組のプーリ及び第１のケーブルを備え、第２の作動機構は、スプール及び第２のケーブルを備える。
【0013】
一部の実施形態では、外科的方法は、手術部位で外科手術を行うために、患者の切開部又は自然開口部を通して器具を送達することを含む。器具は、シャフトと、シャフトに連結されたハンドルと、シャフトから延在するエンドエフェクタとを備える。シャフトは、ハンドルに対して並進可能である。エンドエフェクタの作動は、ハンドルに対するシャフトの並進を引き起こす第２の作動機構から分離される第１の作動機構を介して実行される。場合によっては、器具は、エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、シャフトをハンドルに対して並進させるための第２の作動機構とを含み、第１の作動機構は、第１の組のプーリ及び第１のケーブルを備え、第２の作動機構は、スプール及び第２のケーブルを備える。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1A】一実施形態による外科用ロボットシステムを示す。
【図1B】代替的な実施形態による外科用ロボットシステムを示す。
【図2】一実施形態による外科用ロボットシステムのためのコマンドコンソールを示す。
【図3】一実施形態による、外科用ロボットシステム用の器具装置マニピュレータの斜視図を示す。
【図7】一実施形態による、外科用ツールホルダに対する外科用ツールの係合及び係合解除のための作動機構の拡大斜視図を示す。
【図8A】一実施形態による、外科用ツールを無菌アダプタに対して係合及び係合解除するプロセスを示す。
【図8B】一実施形態による、外科用ツールを無菌アダプタに対して係合及び係合解除するプロセスを示す。
【図9A】追加の実施形態による、外科用ツールを無菌アダプタに対して係合及び係合解除するプロセスを示す。
【図9B】追加の実施形態による、外科用ツールを無菌アダプタに対して係合及び係合解除するプロセスを示す。
【図10A】一実施形態による、器具装置マニピュレータ内で外科用ツールホルダをローリングするための機構の斜視図を示す。
【図10B】一実施形態による器具装置マニピュレータの断面図を示す。
【図10C】一実施形態による器具装置マニピュレータの内部部品及びその内部部品の一部の電気部品の部分分解斜視図を示す。
【図10D】一実施形態による器具装置マニピュレータの内部部品及びその内部部品の一部の電気部品の部分分解斜視図を示す。
【図10E】一実施形態による、外科用ツールホルダを回転割り出しするための、器具装置マニピュレータの電気部品の拡大斜視図を示す。
【図11】一実施形態による、器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具の側面図を示す。
【図12】一実施形態による、エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構を示す概略図を示す。
【図17】一実施形態による、シャフト並進のためのスプールを含む第２の作動機構の側面図を示す。
【図18】一実施形態による、シャフト並進のために単一のケーブルを使用する、代替的なスプールの斜視図を示す。
【図19】一実施形態による、シャフトの並進のために２本以上のケーブルを使用する、代替的なスプールの斜視図を示す。
【図21】一実施形態による、エンドエフェクタの作動及びシャフトの並進のための代替的なアーキテクチャを示す概略図を示す。
【図23】一実施形態による、器具のハンドル及びシャフトの上面斜視図を示す。
【図25】一実施形態による、血管シーラー内でナイフを駆動するためのアーキテクチャを示す概略図を示す。
【図26】一実施形態による、血管シーラー内でナイフを駆動するための代替的なアーキテクチャを示す概略図を示す。
【図27】一実施形態による、血管シーラー内でナイフを駆動するための更に別の代替的なアーキテクチャを示す概略図を示す。
【図28】一実施形態による、剛性カメラを挿入器具とするためのアーキテクチャを示す概略図を示す。
【図29】一実施形態による、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にする第１の挿入アーキテクチャを示す。
【図30】一実施形態による、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にする第２の挿入アーキテクチャを示す。
【図31】一実施形態による、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にする第２の挿入アーキテクチャを示す。
【図32】別の実施形態による、シャフト並進のための代替的なアーキテクチャを示す図を示す。
【図33】患者からの空気漏れを防止するための複数の封止部を有する器具の側面断面図を示す。
【図34】複数の封止部を有する器具の正面断面図を示す。
【0015】
図は、例示のみを目的として、本発明の実施形態を示すものである。当業者であれば、本明細書に説明した本発明の原理から逸脱することなく、本明細書に例示した構造及び方法の代替的な実施形態を採用することができるということを、以下の説明から容易に理解するであろう。
【発明を実施するための形態】
【0016】
Ｉ．外科用ロボットシステム
図１Ａは、外科用ロボットシステム１００の一実施形態を示す。外科用ロボットシステム１００は、１つ以上のロボットアーム（例えばロボットアーム１０２）に連結された基部１０１を含む。基部１０１は、コマンドコンソールに通信可能に連結されている。なお、コマンドコンソールについては、本明細書では、図２を参照しながら更に説明する。基部１０１は、ロボットアーム１０２が患者に対して外科手術を実行するためのアクセスを有するように位置決めされ得るが、一方で、医師などのユーザーは、コマンドコンソールから快適に、外科用ロボットシステム１００を制御し得る。一部の実施形態では、基部１０１は、患者を支持するための外科手術台又はベッドに連結されてもよい。例えば、一部の実施形態では、ロボットアーム１０２に連結された基部１０１は、ベッドに沿って延在する１つ以上のレールを介してベッドに連結され得る。明確さを重視するために図１Ａには示されていないが、一部の実施形態では、基部１０１は、例えば、制御電子機器、空圧系、電源、光源などのサブシステムを含んでもよい。ロボットアーム１０２は、関節１１１で連結された複数のアームセグメント１１０を含み、そのことにより、ロボットアーム１０２に、複数の自由度、例えば７つのアームセグメントに対応する７つの自由度を提供する。基部１０１は、電源１１２、空気圧源１１３、制御系及びセンサ電子機器１１４（中央処理ユニット、データバス、制御回路、及びメモリなどの構成要素を含む）、並びに関連するアクチュエータなどの構成要素（例えばロボットアーム１０２を移動させるためのモータなど）を含んでもよい。基部１０１内の電子機器１１４はまた、コマンドコンソールから伝達される制御信号を処理及び送信してもよい。
図１Ａは、外科用ロボットシステム１００の一実施形態を示す。外科用ロボットシステム１００は、１つ以上のロボットアーム（例えばロボットアーム１０２）に連結された基部１０１を含む。基部１０１は、コマンドコンソールに通信可能に連結されている。なお、コマンドコンソールについては、本明細書では、図２を参照しながら更に説明する。基部１０１は、ロボットアーム１０２が患者に対して外科手術を実行するためのアクセスを有するように位置決めされ得るが、一方で、医師などのユーザーは、コマンドコンソールから快適に、外科用ロボットシステム１００を制御し得る。一部の実施形態では、基部１０１は、患者を支持するための外科手術台又はベッドに連結されてもよい。例えば、一部の実施形態では、ロボットアーム１０２に連結された基部１０１は、ベッドに沿って延在する１つ以上のレールを介してベッドに連結され得る。明確さを重視するために図１Ａには示されていないが、一部の実施形態では、基部１０１は、例えば、制御電子機器、空圧系、電源、光源などのサブシステムを含んでもよい。ロボットアーム１０２は、関節１１１で連結された複数のアームセグメント１１０を含み、そのことにより、ロボットアーム１０２に、複数の自由度、例えば７つのアームセグメントに対応する７つの自由度を提供する。基部１０１は、電源１１２、空気圧源１１３、制御系及びセンサ電子機器１１４（中央処理ユニット、データバス、制御回路、及びメモリなどの構成要素を含む）、並びに関連するアクチュエータなどの構成要素（例えばロボットアーム１０２を移動させるためのモータなど）を含んでもよい。基部１０１内の電子機器１１４はまた、コマンドコンソールから伝達される制御信号を処理及び送信してもよい。
【0017】
一部の実施形態では、基部１０１は、外科用ロボットシステム１００を輸送するためのホイール１１５を含む。外科用ロボットシステム１００が可動性を有するので、外科手術室における空間制約に順応する助けとなり、かつ外科用装置の適切な位置決め及び移動を容易にする助けとなる。更に、この可動性により、ロボットアーム１０２が、患者、医師、麻酔科医、又はいかなる他の装置とも干渉しないように、ロボットアーム１０２を構成することが可能となる。手術中、ユーザーは、コマンドコンソールなどの制御装置を使用して、ロボットアーム１０２を制御し得る。
【0018】
一部の実施形態では、ロボットアーム１０２は、ロボットアーム１０２の位置を維持するためにブレーキとカウンタバランスとの組み合わせを使用するセットアップジョイントを含む。カウンタバランスは、ガスばね又はコイルばねを含んでもよい。ブレーキ、例えば、フェイルセーフブレーキは、機械部品及び／又は電気部品を含んでもよい。更に、ロボットアーム１０２は、重力支援型の受動的支持型ロボットアームであってもよい。
【0019】
各ロボットアーム１０２は、機構交換インターフェース（ＭＣＩ）１１６を使用して、器具装置マニピュレータ（ＩＤＭ）１１７に連結されてもよい。ＩＤＭ１１７は、ツールホルダとして機能することができる。一部の実施形態では、ＩＤＭ１１７を取り外し、異なるタイプのＩＤＭと交換され得る。例えば、内視鏡を操作する第１のタイプのＩＤＭを、腹腔鏡を操作する第２のタイプのＩＤＭで置き換えることができる。ＭＣＩ１１６は、空気圧、電力、電気信号、及び光信号をロボットアーム１０２からＩＤＭ１１７に伝達するためのコネクタを含む。ＭＣＩ１１６は、止ねじ又はベースプレートコネクタであり得る。ＩＤＭ１１７は、直接駆動、高調波駆動、ギア駆動、ベルト及びプーリ、磁気ドライブなどを含む技術を使用して、器具１１８などの外科用ツールを操作する。ＭＣＩ１１６は、ＩＤＭ１１７のタイプに基づいて交換可能であり、特定のタイプの外科手術のためにカスタマイズされ得る。ロボットアーム１０２は、関節レベルトルク感知器及び遠位端におけるリスト部を含むことができる。
【0020】
ツール又は器具１１８は、患者の手術部位で手術を行うことができる腹腔鏡、内視鏡、及び／又は腔内器具を備えることができる。一部の実施形態では、器具１１８は、患者の切開部に挿入可能な腹腔鏡器具を備える。腹腔鏡器具は、剛性、半剛性、又は可撓性シャフトを備えることができる。腹腔鏡検査用に設計された場合、シャフトの遠位端は、エンドエフェクタに接続されてもよく、そのようなエンドエフェクタには、例えばリスト部、把持器具、はさみ、又は他の外科用ツールが挙げられ得る。一部の実施形態では、器具１１８は、解剖学的構造（例えば、身体組織）の画像を捕捉するために患者の解剖学的構造内に挿入される内視鏡外科用ツールを備える。一部の実施形態では、内視鏡器具は、管状で可撓性を有するシャフトを備える。内視鏡は、画像を撮像する１つ以上の撮像装置（例えば、カメラ又はセンサ）を含む。撮像装置は、光ファイバ、ファイバアレイ、又はレンズなどの１つ以上の光学部品を含み得る。光学部品は、器具１１８の先端部と共に移動することにより、器具１１８の先端部の移動によって撮像装置によって撮像された画像が変化する。一部の実施形態では、器具１１８は、患者の自然開口部を通して挿入可能な腔内器具（例えば、気管支鏡又は尿道鏡など）を備える。腔内器具は、管状で可撓性を有するシャフトを備えることができる。腔内手術用に設計された場合、シャフトの遠位端は、エンドエフェクタに接続されてもよく、そのようなエンドエフェクタには、例えばリスト部、把持器具、はさみ、又は他の外科用ツールが挙げられ得る。
【0021】
一部の実施形態では、外科用ロボットシステム１００のロボットアーム１０２は、細長い運動部材を使用して器具１１８を操作する。細長い運動部材は、プルワイヤ若しくはプッシュワイヤ、ケーブル、繊維、又は可撓性シャフトとも呼ばれるプルワイヤを含んでもよい。例えば、ロボットアーム１０２は、器具１１８に連結された複数のプルワイヤを作動させて、器具１１８の先端を偏向させる。プルワイヤは、例えば、ステンレス鋼、ケブラー、タングステン、炭素繊維などの、金属及び非金属材料の両方を含んでもよい。一部の実施形態では、器具１１８は、細長い運動部材によって印加される力に応答して、非直線的挙動を呈し得る。非直線的挙動は、器具１１８の剛性及び圧縮性、並びに異なる細長い運動部材どうしの間の緩み又は剛性の変動性に基づくものであり得る。
【0022】
外科用ロボットシステム１００は、コントローラ１２０、例えば、コンピュータプロセッサを含む。コントローラ１２０は、校正モジュール１２５、位置合わせモジュール１３０、及び校正ストア１３５を含む。校正モジュール１２５は、傾き、ヒステリシス、及びデッドゾーン値などのパラメータと共に、区分的線形応答を有するモデルを使用して、非直線的挙動を特徴付けることができる。外科用ロボットシステム１００は、パラメータの正確な値を決定することによって、内視鏡１１８をより正確に制御することができる。一部の実施形態では、コントローラ１２０の一部又は全ての機能は、外科用ロボットシステム１００の外側、例えば、外科用ロボットシステム１００に通信可能に連結された別のコンピュータシステム又はサーバ上で実行される。
【0023】
図１Ｂは、代替的な実施形態による外科用ロボットシステムを示す。図１Ａの外科用ロボットシステムの実施形態と同様に、図１Ｂの外科用ロボットシステムは、ＩＤＭ１１７及びそれに取り付けられた外科用ツール又は器具１１８を有する、１つ以上のロボットアーム１０２を含む。本実施形態では、１つ以上のロボットアーム１０２は、ベッドの形態の患者プラットフォーム１６０に連結された、１本以上の調節可能なレール１５０に取り付けられる。本実施形態では、３つのロボットアーム１０２が、患者プラットフォーム１６０の第１の側の調節可能なレール１５０に取り付けられ、一方、２つのロボットアーム１０２が、患者プラットフォーム１６０の第２の側の調節可能なレール１５０に取り付けられる。それによって、両側にアームを有するシステムを提供する。
【0024】
ＩＩ．コマンドコンソール
図２は、一実施形態による外科用ロボットシステム１００のためのコマンドコンソール２００を示す。コマンドコンソール２００は、コンソールベース２０１、ディスプレイモジュール２０２（例えば、モニタ）、及び制御モジュール（例えば、キーボード２０３及びジョイスティック２０４）を含む。一部の実施形態では、コマンドモジュール２００の機能のうちの１つ以上は、外科用ロボットシステム１００の基部１０１、又は外科用ロボットシステム１００に通信可能に連結された別のシステムに統合されてもよい。ユーザー２０５（例えば、医師）は、コマンドコンソール２００を使用して人間工学的位置から外科用ロボットシステム１００を遠隔制御する。
図２は、一実施形態による外科用ロボットシステム１００のためのコマンドコンソール２００を示す。コマンドコンソール２００は、コンソールベース２０１、ディスプレイモジュール２０２（例えば、モニタ）、及び制御モジュール（例えば、キーボード２０３及びジョイスティック２０４）を含む。一部の実施形態では、コマンドモジュール２００の機能のうちの１つ以上は、外科用ロボットシステム１００の基部１０１、又は外科用ロボットシステム１００に通信可能に連結された別のシステムに統合されてもよい。ユーザー２０５（例えば、医師）は、コマンドコンソール２００を使用して人間工学的位置から外科用ロボットシステム１００を遠隔制御する。
【0025】
コンソールベース２０１は、カメラ撮像データ及び追跡センサデータなどの信号（例えば、図１Ａに示される器具１１８からのデータ）の解釈及び処理に関与する、中央処理ユニット、メモリユニット、データバス、及び関連データ通信ポートを含んでもよい。一部の実施形態では、コンソールベース２０１及び基部１０１の両方は、負荷平衡化のための信号処理を実行する。コンソールベース２０１はまた、ユーザー２０５によって制御モジュール２０３及び２０４を通じて提供されるコマンド及び命令を処理してもよい。図２に示すキーボード２０３及びジョイスティック２０４に加えて、制御モジュールは、他のデバイス、例えば、コンピュータマウス、トラックパッド、トラックボール、制御パッド、ビデオゲームコントローラ、及びハンドジェスチャ及び指ジェスチャをキャプチャするセンサ（例えば、モーションセンサ又はカメラ）を含んでもよい。
【0026】
ユーザー２０５は、コマンドコンソール２００を速度モード又は位置制御モードで使用して、器具１１８などの外科用ツールを制御することができる。速度モードでは、ユーザー２０５は、制御モジュールを使用しての直接的手動制御に基づいて、器具１１８の遠位端のピッチ及びヨー動作を直接制御する。例えば、ジョイスティック２０４の動作は、器具１１８の遠位端におけるヨー及びピッチ動作にマッピングされてもよい。ジョイスティック２０４は、ユーザー２０５に触覚フィードバックを提供することができる。例えば、ジョイスティック２０４は振動して、器具１１８がそれ以上ある特定の方向には並進又は回転することができないことを示す。コマンドコンソール２００はまた、器具１１８が並進又は回転の限界に達したことを示すために、視覚的フィードバック（例えば、ポップアップメッセージ）及び／又は音声によるフィードバック（例えば、ビープ音）を提供することができる。
【0027】
位置制御モードでは、コマンドコンソール２００は、患者の三次元（３Ｄ）マップ及び患者の所定のコンピュータモデルを使用して、外科用ツール（例えば、器具１１８）を制御する。コマンドコンソール２００は、外科用ロボットシステム１００のロボットアーム１０２に制御信号を提供して、器具１１８を標的位置に操作する。３Ｄマップへ依拠するため、位置制御モードは、患者の解剖学的構造の正確なマッピングを必要とする。
【0028】
一部の実施形態では、ユーザー２０５は、コマンドコンソール２００を使用せずに、外科用ロボットシステム１００のロボットアーム１０２を手動で操作することができる。外科手術室での設定中、ユーザー２０５は、ロボットアーム１０２、器具１１８、及び他の外科用装置を動かして、患者にアクセスすることができる。外科用ロボットシステム１００は、ユーザー２０５からの力フィードバック及び慣性制御に依存して、ロボットアーム１０２及び装置の適切な構成を決定してもよい。
【0029】
ディスプレイモジュール２０２は、電子モニタ、仮想現実閲覧デバイス（例えば、ゴーグル又は眼鏡）、及び／又はディスプレイデバイスの他の手段を含んでもよい。一部の実施形態では、ディスプレイモジュール２０２は、例えば、タッチスクリーンを有するタブレットデバイスとして、制御モジュールに統合される。更に、ユーザー２０５は、統合ディスプレイモジュール２０２及び制御モジュールを使用して、データ及び、外科用ロボットシステム１００への入力コマンドを見ることができる。
【0030】
ディスプレイモジュール２０２は、立体視装置（例えば、バイザー又はゴーグル）を使用して、３Ｄ画像を表示することができる。３Ｄ画像は、患者の解剖学的構造を示すコンピュータ３Ｄモデルである「エンドビュー」（すなわち、内視鏡ビュー）を提供する。「エンドビュー」は、患者の内部の仮想環境、及び患者の内部における器具１１８の予想される位置を提供する。ユーザー２０５は、「エンドビュー」モデルを、カメラによってキャプチャされた実際の画像と比較して、器具１１８が患者の体内の正しい（又は概ね正しい）位置にあるように、頭の中において方向付けし確認する助けとする。「エンドビュー」は、器具１１８の遠位端の周囲の解剖学的構造（例えば、患者の腸又は結腸の形状）に関する情報を、提供する。ディスプレイモジュール２０２は、器具１１８の遠位端の周囲の解剖学的構造の３Ｄモデルとコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン画像とを同時に表示することができる。更に、ディスプレイモジュール２０２は、器具１１８の所定の最適なナビゲーション経路を、３Ｄモデル及びＣＴスキャン画像上に重ね合わせてもよい。
【0031】
一部の実施形態では、器具１１８のモデルが３Ｄモデルと共に表示され、外科手術の状態を示す助けとなる。例えば、ＣＴスキャン画像により、生検が必要であり得る解剖学的構造にある病変が特定される。動作中、ディスプレイモジュール２０２は、器具１１８の現在の位置に対応する、器具１１８によって捕捉された基準画像を示すことができる。ディスプレイモジュール２０２は、ユーザー設定及び特定の外科手術に応じて、器具１１８のモデルの異なるビューを自動的に表示してもよい。例えば、ディスプレイモジュール２０２は、器具１１８が患者の手術領域に接近する際のナビゲーション工程中には、器具１１８の頭上からのＸ線透視図を示す。
【0032】
ＩＩＩ．器具装置のマニピュレータ
図３は、外科用ロボットシステム用の器具装置マニピュレータ（ＩＤＭ）３００の斜視図を示し、図４は、一実施形態によるＩＤＭ３００の側面図である。ＩＤＭ３００は、外科用ツール（又は器具）が、その外科用ツールの軸の周りで連続的に回転する又は「転動する」ことを可能にするように、外科用ツールをロボット外科用アームに取り付けるように構成される。ＩＤＭ３００は、基部３０２と、基部に連結された外科用ツールホルダアセンブリ３０４とを含む。外科用ツールホルダアセンブリ３０４は、器具１１８を保持するツールホルダとして機能する。外科用ツールホルダアセンブリ３０４は、外側ハウジング３０６と、外科用ツールホルダ３０８と、取り付けインターフェース３１０と、通路３１２と、複数のトルクカップラー３１４とを更に含む。一部の実施形態では、通路３１２は、ＩＤＭ３００の１つの面からＩＤＭ３００の反対側の面まで延在する貫通孔を含む。ＩＤＭ３００は、様々な外科用ツール（図３には図示せず）と共に使用されてもよく、そのような外科用ツールには、ハンドル及び細長体（例えば、シャフト）が含まれていてもよく、かつ、そのような外科用ツールは、腹腔鏡、内視鏡、又は外科用ツールの他のタイプのエンドエフェクタ用のものであり得る。
図３は、外科用ロボットシステム用の器具装置マニピュレータ（ＩＤＭ）３００の斜視図を示し、図４は、一実施形態によるＩＤＭ３００の側面図である。ＩＤＭ３００は、外科用ツール（又は器具）が、その外科用ツールの軸の周りで連続的に回転する又は「転動する」ことを可能にするように、外科用ツールをロボット外科用アームに取り付けるように構成される。ＩＤＭ３００は、基部３０２と、基部に連結された外科用ツールホルダアセンブリ３０４とを含む。外科用ツールホルダアセンブリ３０４は、器具１１８を保持するツールホルダとして機能する。外科用ツールホルダアセンブリ３０４は、外側ハウジング３０６と、外科用ツールホルダ３０８と、取り付けインターフェース３１０と、通路３１２と、複数のトルクカップラー３１４とを更に含む。一部の実施形態では、通路３１２は、ＩＤＭ３００の１つの面からＩＤＭ３００の反対側の面まで延在する貫通孔を含む。ＩＤＭ３００は、様々な外科用ツール（図３には図示せず）と共に使用されてもよく、そのような外科用ツールには、ハンドル及び細長体（例えば、シャフト）が含まれていてもよく、かつ、そのような外科用ツールは、腹腔鏡、内視鏡、又は外科用ツールの他のタイプのエンドエフェクタ用のものであり得る。
【0033】
基部３０２は、ＩＤＭ３００を外科用ロボットシステムの外科用ロボットアームに取り外し可能に又は固定的に取り付ける。図３の実施形態では、基部３０２は、外科用ツールホルダアセンブリ３０４の外側ハウジング３０６に固定的に取り付けられる。代替的な実施形態では、基部３０２は、取り付けインターフェース３１０とは反対側の面上に、外科用ツールホルダ３０８を回転可能に受容するように適合されたプラットフォームを含むように構成されてもよい。プラットフォームは、外科用ツールの細長体を受容するため、また一部の実施形態では、プラットフォームは、第１の外科用ツールと同軸に取り付けられた第２の外科用ツールの追加の細長体を受容するため、通路３１２と整列された通路を含んでもよい。
【0034】
手術ツールホルダアセンブリ３０４は、外科用ツールをＩＤＭ３００に固定し、外科用ツールを基部３０２に対して回転させるように構成されている。機械的及び電気的接続が、外科用アームから基部３０２へ、次いで外科用ツールホルダアセンブリ３０４に提供され、外科用ツールホルダ３０８を外側ハウジング３０６に対して回転させ、外科用アームから外科用ツールホルダ３０８に、そして最終的には外科用ツールに、電力及び／又は信号を、操作及び／又は送達する。信号は、空気圧に関する信号、電力に関する信号、電気信号、及び／又は光信号を含んでもよい。
【0035】
外側ハウジング３０６は、基部３０２に対する外科用ツールホルダアセンブリ３０４の支持を提供する。外側ハウジング３０６は、基部３０２に固定的に取り付けられ、外側ハウジング３０６は、基部３０２に対して固定されたままである一方で、外科用ツールホルダ３０８が外側ハウジング３０６に対して自由に回転できるようになっている。図３の実施形態では、外側ハウジング３０６は、円筒形の形状であり、外科用ツールホルダ３０８を完全に取り囲んでいる。外側ハウジング３０６は、剛性材料（例えば、金属又は硬質プラスチック）から構成されてもよい。代替的な実施形態では、ハウジングの形状は異なっていてもよい。
【0036】
外科用ツールホルダ３０８は、取り付けインターフェース３１０を介して、外科用ツールをＩＤＭ３００に固定する。外科用ツールホルダ３０８は、外側ハウジング３０６とは独立して回転することができる。外科用ツールホルダ３０８は、回転軸線３１６を中心に回転するが、その回転軸線３１６は、外科用ツールホルダ３０８と共に外科用ツールが回転するように、外科用ツールの細長体と同軸に位置揃えされる。
【0037】
取り付けインターフェース３１０は、外科用ツールに取り付けられる外科用ツールホルダ３０８の１つの面である。取り付けインターフェース３１０は、取り付け機構の第１の部分を含み、この第１の部分は、外科用ツール上に配置された、取り付け機構の第２の部分と相互に嵌合し、これらについては、図８Ａ及び図８Ｂに関連して、より詳細に論じられる。一部の実施形態では、取り付けインターフェース３１０は、複数のトルクカップラー３１４を備え、それらのトルクカップラー３１４は、取り付けインターフェース３１０から外側に突出し、外科用ツール上のそれぞれの器具の入力部と係合する。一部の実施形態では、無菌アダプタに連結された切開ドレープを使用して、ＩＤＭ３００と外科用ツールとの間に無菌境界を形成し得る。これらの実施形態では、外科用ツールがＩＤＭ３００に固定されるときに、無菌アダプタが、取り付けインターフェース３１０と外科用ツールとの間に位置するようにしてもよく、そうすることで、切開ドレープが、外科用ツール及び患者を、ＩＤＭ３００及び外科用ロボットシステムとから分離することができるようになる。
【0038】
通路３１２は、外科用ツールが取り付けインターフェース３１０に固定されたときに、外科用ツールの細長体を受容するように構成されている。図３の実施形態では、通路３１２は、外科用ツールの細長体の長手方向軸線と、外科用ツールホルダ３０８の回転軸線３１６とに同軸に位置揃えされる。通路３１２は、外科用ツールの細長体が、通路３１２内で自由に回転することを可能にする。この構成により、外科用ツールが、最小限の制約下で又は何らの制約もなしで、回転軸線３１６を中心にして連続的に回転する又は転動することが可能になる。
【0039】
複数のトルクカップラー３１４は、外科用ツールが外科用ツールホルダ３０８に固定されたときに、外科用ツールの構成要素と係合して駆動するように構成されている。各トルクカップラー３１４は、外科用ツール上に位置するそれぞれ対応する器具入力部に挿入される。複数のトルクカップラー３１４はまた、外科用ツールと外科用ツールホルダ３０８との間の、回転方向の位置揃えを維持するように機能してもよい。図３に示すように、各トルクカップラー３１４は、取り付けインターフェース３１０から外側に突出する円筒形突出部として成形される。ノッチ３１８が、円筒形突出部の外側表面エリアに沿って配置されてもよい。一部の実施形態では、ノッチ３１８の配置は、スプラインインターフェースを形成する。外科用ツール上の器具入力部は、トルクカップラー３１４に対して相補的な形状を有するように構成されている。例えば、図３には示されていないが、外科用ツールの器具入力部は、円筒形の形状であってもよく、各トルクカップラー３１４上の複数のノッチ３１８と相互に嵌合し、それによってノッチ３１８に対してトルクを付与する、複数の隆起部を有してもよい。代替的な実施形態では、円筒形突出部の上面が、それぞれ対応する器具入力部にある複数の隆起部と嵌合するように構成された複数のノッチ３１８を含んでもよい。この構成では、各トルクカップラー３１４は、それぞれ対応する器具入力と完全に係合する。
【0040】
加えて、各トルクカップラー３１４は、トルクカップラー３１４が並進することを可能にするバネに連結されてもよい。図３の実施形態では、バネは、各トルクカップラー３１４を、取り付けインターフェース３１０から離れるよう、外向きに勢いよく移動させるように付勢する。バネは、軸線方向の並進を生じさせる、すなわち、取り付けインターフェース３１０から離れる方向には延びて、外科用ツールホルダ３０８に向かっては後退するように構成されている。一部の実施形態では、各トルクカップラー３１４は、外科用ツールホルダ３０８の中に部分的に後退して入ることができる。他の実施形態では、各トルクカップラー３１４は、各トルクカップラーの有効高さが取り付けインターフェース３１０に対してゼロになるように、外科用ツールホルダ３０８の中に完全に後退して入ることができる。図３の実施形態では、各トルクカップラー３１４の並進運動は、作動機構によって作動され、この作動機構については、図７～図８に関連して更に詳細に説明される。様々な実施形態では、各トルクカップラー３１４は、単一のバネ、複数のバネ、又は各トルクカップラーのそれぞれに対応するバネに結合され得る。
【0041】
加えて、各トルクカップラー３１４は、そのトルクカップラーをいずれかの方向に回転させるそれぞれ対応するアクチュエータによって駆動される。したがって、各トルクカップラー３１４が器具入力部と係合されると、各トルクカップラー３１４は、外科用ツール内で、プルワイヤを締め付けたり緩めたりして、外科用ツールのエンドエフェクタを操作するための力を伝達することができる。図３の実施形態では、ＩＤＭ３００は、５つのトルクカップラー３１４を含むが、他の実施形態では、その数は、外科用ツールのエンドエフェクタの所望の自由度の数に応じて異なり得る。一部の実施形態では、無菌アダプタに連結された切開ドレープを使用して、ＩＤＭ３００と外科用ツールとの間に無菌境界を形成し得る。これらの実施形態では、外科用ツールがＩＤＭ３００に固定されるときに、無菌アダプタが、取り付けインターフェース３１０と外科用ツールとの間に位置付けられてもよく、無菌アダプタは、各トルクカップラー３１４からそれぞれの器具入力部に、力を伝達するように構成されてもよい。
【0042】
図３に示されるＩＤＭ３００の実施形態は、外科用ロボットシステムと共に、様々な構成で使用されてもよい。所望の構成は、患者に対して実施されている外科手術の種類又は外科手術中に使用される外科用ツールの種類に依存して異なるものとなり得る。例えば、ＩＤＭ３００の所望の構成は、腹腔鏡手術の場合と内視鏡手術の場合とでは異なっていてもよい。
【0043】
第１の構成では、ＩＤＭ３００は、外科手術中に取り付けインターフェース３１０が患者より近位側になるように、外科用アームに取り外し可能に又は固定的に取り付けられてもよい。この構成（以下、「前方マウント構成」と称する）では、外科用ツールは、患者よりも近位側で、ＩＤＭ３００に固定される。前方マウント構成で使用するための外科用ツールは、外科用ツールの細長体が、外科用ツールの取り付けインターフェースとは反対側から延在するような構造を有する。外科用ツールが前方マウント構成のＩＤＭ３００から取り外される際には、外科用ツールは、患者に対して近位方向に取り外される。
【0044】
第２の構成では、ＩＤＭ３００は、外科手術中に取り付けインターフェース３１０が患者より遠位側になるように、外科用アームに取り外し可能に又は固定的に取り付けられてもよい。この構成（以下、「後方マウント構成」と称する）では、外科用ツールは、患者よりも遠位側の側でＩＤＭ３００に固定される。後方マウント構成で使用するための外科用ツールは、外科用ツールの細長体が外科用ツールの取り付けインターフェースから延在するような構造を有する。この構成は、ＩＤＭ３００からのツール除去中の患者の安全性を高めるものである。外科用ツールが後方マウント構成のＩＤＭ３００から取り外される際には、外科用ツールは、患者から遠位方向に取り外される。
【0045】
第３の構成では、ＩＤＭ３００は、図１Ａに示される構成と同様に、外科用ツールの少なくとも一部分がＩＤＭ３００の上方に位置するように、外科用アームに取り外し可能に又は固定的に取り付けられ得る。この構成（以下、「上部構成」又は「貫通構成」と称する）では、外科用ツールのシャフトは、ＩＤＭ３００を通って下方に延在する。
【0046】
外科用ツールの一部特定の構成は、その外科用ツールが、前方マウント構成又は後方マウント構成のいずれかのＩＤＭと共に使用され得るような構造を有し得る。これらの構成において、外科用ツールは、外科用ツールの両端に取り付けインターフェースを含む。一部の外科手術では、医師がＩＤＭの構成を、実行される外科手術の種類に応じて決定し得る。例えば、腹腔鏡器具は、他の外科用ツールに対して特に長い場合があるが、後方マウント構成は、腹腔鏡手術に有益であり得る。外科手術中に外科用アームがあちこちに移動する、例えば、医師が外科用ツールの遠位端を、患者の遠隔位置（例えば、肺又は血管）に向ける場合に、腹腔鏡器具の長さが長ければ、外科用アームはより大きな弧を描いて旋回することになる。有利なことには、後方マウント構成は、通路３１２を通して細長体の一部分を受容し、それによって外科用ツールを位置付けるために外科用アームによって必要とされる動作の弧を小さくすることによって、外科用ツールの有効ツール長を減少させる。
【0047】
図５及び図６は、一実施形態による、図３の器具装置マニピュレータ３００に固定された、例示的な外科用ツール５００の斜視分解図を示す。外科用ツール５００は、ハウジング５０２と、細長体５０４と、複数の器具入力部６００と、を含む。前述したように、細長体５０４は、腹腔鏡、内視鏡、又はエンドエフェクタを有する他の外科用ツールであってもよい。図示されるように、複数のトルクカップラー３１４は、取り付けインターフェース３１０から外側に突出し、外科用ツールの器具入力部６００と係合する。器具入力部６００の構造は、図６に見ることができ、器具入力部６００は、確実な手術ツールの係合を保証するために、トルクカップラー３１４に対応する幾何学形状を有する。
【0048】
外科手術中に、切開ドレープを使用して、ＩＤＭ３００と外部環境（すなわち、手術室）との間に、無菌境界を維持してもよい。図５～図６の実施形態では、切開ドレープは、無菌アダプタ５０６と、第１の突出部５０８と、第２の突出部５１０とを備える。図５～図６には示されていないが、無菌シートが、無菌アダプタ及び第２の突出部に接続され、ＩＤＭ３００の周囲にゆるやかにかかり、無菌境界を生成する。
【0049】
無菌アダプタ５０６は、自身がＩＤＭ３００に固定されると、ＩＤＭ３００と外科用ツール５００との間に無菌インターフェースを生成するように構成される。図５～図６の実施形態では、無菌アダプタ５０６は、ＩＤＭ３００の取り付けインターフェース３１０を覆うディスク状の幾何学形状を有する。無菌アダプタ５０６は、外科用ツール５００の細長体５０４を受容するように構成された中央孔５０８を備える。この構成では、無菌アダプタ５０６は、外科用ツール５００がＩＤＭ３００に固定されたときに、取り付けインターフェース３１０と外科用ツール５００との間に位置し、外科用ツール５００とＩＤＭ３００との間に無菌境界を生成し、細長体５０４が通路３１２を通過することを可能にする。特定の実施形態では、無菌アダプタ５０６は、外科用ツールホルダ３０８と共に回転すること、複数のトルクカップラー３１４からの回転トルクを外科用ツール５００に伝達すること、ＩＤＭ３００と外科用ツール５００との間に電気信号を通すこと、又はそれらの何らかの組み合わせを実行することが可能であり得る。
【0050】
図５～図６の実施形態では、無菌アダプタ５０６は、複数のカップラー５１２を更に備える。カップラー５１２の第１の側部は、それぞれのトルクカップラー３１４と係合するように構成され、カップラー５１２の第２の側部は、それぞれの器具入力部６００と係合するように構成されている。
【0051】
複数のトルクカップラー３１４の構造と同様に、各カップラー５１２は、複数のノッチを含む円筒形突出部としての構造を有する。カップラー５１２の各側部は、それぞれ対応するトルクカップラー３１４及びそれぞれ対応する器具入力部６００と完全に係合するための、相補的な幾何学形状を有する。一部の実施形態では、１つ以上の器具入力部６００は、機械的入力部と呼ばれる。各カップラー５１２は、それぞれ対応するトルクカップラー３１４と共に、時計回り又は反時計回り方向に回転するように構成されている。この構成により、各カップラー５１２は、ＩＤＭ３００の複数のトルクカップラー３１４から外科用ツール５００の複数の器具入力部６００に回転トルクを伝達して、外科用ツール５００のエンドエフェクタを制御することができる。
【0052】
第１の突出部５０８及び第２の突出部５１０は、ＩＤＭ３００の通路３１２を通過し、通路３１２内で互いに嵌合するように構成されている。各突出部５０８、５１０は、細長体５０４が突出部、ひいては通路３１２を通過することを可能にするような構造を有している。第１の突出部５０８及び第２の突出部５１０の接続により、ＩＤＭ３００と外部環境（すなわち、手術室）との間に、無菌境界が形成される。
【0053】
ＩＶ．外科用ツールの係合解除
図７は、一実施形態による、切開ドレープの無菌アダプタ５０６に対する外科用ツール５００の係合及び係合解除のための作動機構の拡大斜視図を示す。図３に関して説明したようなＩＤＭ３００の構成により、外科手術中に患者に外科用ツールを挿入する際の軸線は、外科用ツールの取り外しの際の軸線と同じである。外科用ツールの取り外し中の患者の安全性を確保するために、外科用ツール５００は、外科用ツール５００を取り外す前に、無菌アダプタ５０６及びＩＤＭ３００から脱関節接合され得る。図７の実施形態では、複数のカップラー５１２は、軸線方向に並進する、すなわち、無菌アダプタ５０６から離れる方向には延びて、無菌アダプタ５０６に向かっては後退するように構成されている。複数のカップラー５１２の並進は、作動機構によって作動され、作動機構は、複数のカップラー５１２をそれぞれ対応する器具入力部６００から係合解除することによって、外科用ツール５００の脱関節接合を確実にする。作動機構は、楔７０２及びプッシャープレート７０４を含む。
図７は、一実施形態による、切開ドレープの無菌アダプタ５０６に対する外科用ツール５００の係合及び係合解除のための作動機構の拡大斜視図を示す。図３に関して説明したようなＩＤＭ３００の構成により、外科手術中に患者に外科用ツールを挿入する際の軸線は、外科用ツールの取り外しの際の軸線と同じである。外科用ツールの取り外し中の患者の安全性を確保するために、外科用ツール５００は、外科用ツール５００を取り外す前に、無菌アダプタ５０６及びＩＤＭ３００から脱関節接合され得る。図７の実施形態では、複数のカップラー５１２は、軸線方向に並進する、すなわち、無菌アダプタ５０６から離れる方向には延びて、無菌アダプタ５０６に向かっては後退するように構成されている。複数のカップラー５１２の並進は、作動機構によって作動され、作動機構は、複数のカップラー５１２をそれぞれ対応する器具入力部６００から係合解除することによって、外科用ツール５００の脱関節接合を確実にする。作動機構は、楔７０２及びプッシャープレート７０４を含む。
【0054】
楔７０２は、外科用ツールの係合解除のプロセス中にプッシャープレート７０４を作動させる構造的構成要素である。図７の実施形態では、楔７０２は、外科用ツール５００のハウジング５０２内に、ハウジング５０２の外周に沿って位置する。図示されるように、楔部７０２は、プッシャープレート７０４との接触が、外科用ツール５００のハウジング５０２が無菌アダプタ５０６に対して時計回りに回転した場合に、プッシャープレート７０４を無菌アダプタ５０６内に押し下げるように配向される。代替的実施形態では、楔７０２は、外科用ツール５００のハウジング５０２が時計回りではなく反時計回りに回転するように構成されてもよい。アーチ形状の傾斜面などの楔形以外の幾何学形状を、その構造体が回転時にプッシャープレートを押し下げることができることを前提として採用してもよい。
【0055】
プッシャープレート７０４は、複数のカップラー５１２を外科用ツール５００から係合解除させるアクチュエータである。複数のトルクカップラー３１４と同様に、カップラー５１２のそれぞれは、各カップラー５１２を，無菌アダプタ５０６から離れる方向に外向き勢いよく移動させるように付勢する１つ以上のバネに連結されてもよい。複数のカップラー５１２は、軸線方向に並進する、すなわち、無菌アダプタ５０６から離れる方向には延びて、無菌アダプタ５０６の中に後退するように、更に構成されている。プッシャープレート７０４は、カップラー５１２の並進運動を作動させる。プッシャープレート７０４が楔部７０２によって押し下げられると、プッシャープレート７０４は、各カップラー５１２に連結された１つ又は複数のばねを圧縮させ、その結果として、カップラー５１２が無菌アダプタ５０６の中に後退して行くことになる。図７の実施形態では、プッシャープレート７０４は、複数のカップラー５１２の同時後退を引き起こすように構成されている。代替的実施形態では、複数のカップラー５１２が、特定の順序又はランダムな順序で後退し得る。図７の実施形態では、プッシャープレート７０４は、複数のカップラー５１２を無菌アダプタ５０６の中に、部分的に後退させる。この構成により、外科用ツール５００が取り外される前に、外科用ツール５００が、無菌アダプタ５０６から脱関節接合されることが可能になる。この構成により、ユーザーは、外科用ツール５００を取り外すことなく、任意の所望の時点で、外科用ツール５００を無菌アダプタ５０６から脱関節接合させることが可能になる。代替的実施形態では、測定された各カップラー５１２の有効高さがゼロとなるように、複数のカップラー５１２を無菌アダプタ５０６の中に、完全に後退させることができる。一部の実施形態では、プッシャープレート７０４は、複数のトルクカップラー３１４を、複数のそれぞれ対応するカップラー５１２と同期して後退させることができる。
【0056】
図８Ａ及び図８Ｂは、一実施形態による、外科用ツールを無菌アダプタに対して係合及び係合解除するプロセスを示す。図８Ａは、固定位置にある無菌アダプタ５０６及び外科用ツール５００を示すが、これらの２つの構成要素は一つに固定され、複数のカップラー５１２が、外科用ツール５００のそれぞれ対応する器具入力部６００と完全に係合された状態である。図８Ａに示すような固定位置を実現するために、外科用ツール５００の細長体５０４（図示せず）は、外科用ツール５００と無菌アダプタ５０６との嵌合表面どうしが接触するまで、無菌アダプタ５０６の中央孔５０８（図示せず）を通過させられ、外科用ツール５００及び無菌アダプタ５０６は、ラッチ機構によって互いに固定される。図８Ａ及び図８Ｂの実施形態では、ラッチ機構は、出っ張り８０２とラッチ８０４とを備える。
【0057】
出っ張り８０２は、ラッチ８０４を固定位置に固定する構造的構成要素である。図８Ａの実施形態では、出っ張り８０２は、外科用ツール５００のハウジング５０２内に、ハウジング５０２の外周に沿って位置する。図８Ａに示すように、出っ張り８０２は、ラッチ８０４上の突出部の下方に置かれるように配向され、それによって、図７に関して説明したように、複数のカップラー５１２の勢いよく跳び上がった状態により、ラッチ８０４及びその結果無菌アダプタ５０６が、外科用ツール５００から引き離されることを防止するように配向される。
【0058】
ラッチ８０４は、固定位置において出っ張り８０２と嵌合する構造的構成要素である。図８Ａの実施形態では、ラッチ８０４は、無菌アダプタ５０６の嵌合表面から突出する。ラッチ８０４は、外科用ツール５００が無菌アダプタ５０６に固定されたときに、出っ張り８０２に当接するように構成された突出部を備える。図８Ａの実施形態では、外科用ツール５００のハウジング５０２は、外科用ツール５００の残りの部分とは独立して回転することができる。この構成により、ハウジング５０２は、無菌アダプタ５０６に対して回転することが可能になり、それにより出っ張り８０２はラッチ８０４に対して固定され、その結果、外科用ツール５００が無菌アダプタ５０２に固定される。図８Ａの実施形態では、ハウジング５０２は、固定位置を実現するために反時計回りに回転されるが、他の実施形態では時計回りに回転するように構成されてもよい。代替的実施形態では、出っ張り８０２及びラッチ８０４は、無菌アダプタ５０６及び外科用ツール５００を固定位置にロックする、様々な幾何学形状を有してもよい。
【0059】
図８Ｂは、固定されていない位置にある無菌アダプタ５０６及び外科用ツール５００を図示しており、外科用ツール５００は、無菌アダプタ５０６から取り外され得る状態である。前述したように、外科用ツール５００のハウジング５０２は、外科用ツール５００の残りの部分とは独立して回転することができる。この構成により、複数のカップラー５１２が外科用ツール５００の器具入力部６００と係合している間でも、ハウジング５０２が回転可能になっている。固定されている位置から固定されていない位置へと移行するために、ユーザーは、外科用ツール５００のハウジング５０２を、無菌アダプタ５０６に対して時計回りに回転させる。この回転の間、楔７０２はプッシャープレート７０４と接触し、プッシャープレート７０４が楔７０２の角度付き平面に対して摺動する際にプッシャープレート７０４を漸進的に押し下げて、複数のカップラー５１２を無菌アダプタ５０６の中に後退させ、複数の器具入力部６００から係合解除させる。更に回転させると、ラッチ８０４が、楔７０２と同様の構造を有する軸線カム８０６に接触する。ラッチ８０４が回転中に軸線カム８０６に接触すると、軸線カム８０６は、ラッチ８０４が出っ張り８０２から変位するように、ラッチ８０４を外科用ツール５００から離すように外向きに屈曲させる。この固定されていない位置では、複数のカップラー５１２が後退させられて、図８Ｂの実施形態では、外科用ツール５００が、無菌アダプタ５０６から取り外され得る。他の実施形態では、軸線カム８０６は、回転によってラッチ８０４が外側に屈曲するような、様々な幾何学形状を有してもよい。
【0060】
代替的実施形態では、外科用ツール５００のハウジング５０２の回転方向は、ラッチ８０４を出っ張り８０２から固定解除するために反時計回りで回転するものとして構成されてもよい。また代替的実施形態は、同様の構成要素を含んでもよいが、構成要素の位置は、無菌アダプタ５０６と外科用ツール５００との間で切り替えられてもよい。例えば、出っ張り８０２が無菌アダプタ５０６上に配置される一方で、ラッチ８０４が外科用ツール５００上に配置され得る。他の実施形態では、無菌アダプタ５０６の外側部分は、外科用ツール５００のハウジング５０２ではなく、複数のカップラー５１２に対して回転可能であってもよい。代替的実施形態はまた、外科用ツール５０２のハウジング５０２が器具入力部６００に対して完全に回転されたときに、ハウジング５０２の回転をロックするための機構を含んでもよい。この構成は、器具入力部６００がカップラー５１２から脱関節接合された場合に、外科用ツールが回転するのを防止する。一部の実施形態では、カップラー５１２の後退及び延伸は、トルクカップラー３１４のそれぞれの後退及び延伸と結合され、トルクカップラー３１４と係合されたカップラー５１２が一緒に並進するようにしてもよい。
【0061】
図９Ａ及び９Ｂは、別の実施形態による、無菌アダプタに対する外科用ツールの係合及び係合解除のプロセスを示す。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態では、無菌アダプタ９００が、外科用ツール９０４を無菌アダプタ９００に固定する外側バンド９０２を含んでもよい。図９Ａ及び９Ｂに示すように、外科用ツール９０２は、ハウジング９０８の外側表面上に、傾斜面９０６を備える。傾斜面９０６は、ノッチ９１０を含み、ノッチ９１０は、無菌アダプタ９００の外側バンド９０２の内側表面上に配置された円形突出部９１２を、受容するように構成されている。外側バンド９０２は、無菌アダプタ９００及び外科用ツール９０４とは独立して、かつそれらに対して相対的に回転可能である。外側バンド９０２が第１の方向に回転すると、円形突出部９１２は、円形突出部９１２がノッチ９１０内に入れ子状態になるまで傾斜面９０６の表面を滑り上がり、それによって無菌アダプタ９００及び外科用ツール９０４を一緒に固定する。外側バンド９０２が第２の方向に回転すると、無菌アダプタ９００及び外科用ツール９０４は互いの固定を解除される。特定の実施形態では、この機構は、図７及び図８に関連して説明されるように、無菌アダプタ９００上の複数のカップラー９１４の脱関節接合に連結されてもよい。
【0062】
外科用ツールの係合解除の代替的実施形態は、インピーダンスモードなどの追加の機能を含んでもよい。インピーダンスモードでは、外科用ロボットシステムは、外科用ツールがユーザーによって無菌アダプタから取り外され得るかどうかを制御し得る。ユーザーは、外科用ツールの外側ハウジングを回転させ、外科用ツールを無菌アダプタから固定解除することによって、係合解除機構を始動させ得るが、外科用ロボットシステムは、器具入力部からカップラーを解放しなくてもよい。外科用ロボットシステムをインピーダンスモードに遷移させて初めてカップラーが解放され、ユーザーは外科用ツールを取り外すことができるようになる。外科用ツールを係合させたまま維持する利点は、外科用ツールが除去される前に、外科用ロボットシステムが外科用ツールのエンドエフェクタを制御し、ツールの除去のためにそれらを位置付け、外科用ツールへの損傷を最小化できることである。インピーダンスモードを起動するため、プッシャープレート７０４がある特定の距離まで押し込まれ得るように、プッシャープレート７０４はハードストップを有していてもよい。一部の実施形態では、プッシャープレートのハードストップは、ハードストップが外科用ツールのハウジングの最大回転量と一致するように調節可能であってもよい。したがって、限度いっぱいまで回転すると、プッシャープレートによってハードストップもかかるようになっている。複数のセンサは、これらの事象を検出して、インピーダンスモードをトリガーしてもよい。
【0063】
特定の状況では、インピーダンスモードが望ましくない場合がある外科手術中に、緊急でツールを取り外すことを必要とする場合がある。一部の実施形態では、ハードストップが緊急時に生じ得るように、プッシャープレートのハードストップが、順応性を有してもよい。プッシャープレートのハードストップは、ばねに連結されて、追加的力に応じて、ハードストップが生じることを可能にしてもよい。他の実施形態では、プッシャープレートのハードストップは、外科用ツールを無菌アダプタに固定するラッチを取り外すことによって、緊急でツールを取り外すことができるように、剛性を有していてもよい。
【0064】
Ｖ．転動機構
図１０Ａは、一実施形態による、器具装置マニピュレータ３００内で、外科用ツールホルダ３０８を転動させるための機構の斜視図を示す。図１０Ａに示すように、取り付けインターフェース３１０が取り外されて、転動機構が露出する。この機構により、外科用ツールホルダ３０８は、回転軸線３１６を中心としていずれかの方向に連続的に回転又は「転動」することが可能になる。転動機構は、ステーター歯車１００２及びロータ歯車１００４を備える。
図１０Ａは、一実施形態による、器具装置マニピュレータ３００内で、外科用ツールホルダ３０８を転動させるための機構の斜視図を示す。図１０Ａに示すように、取り付けインターフェース３１０が取り外されて、転動機構が露出する。この機構により、外科用ツールホルダ３０８は、回転軸線３１６を中心としていずれかの方向に連続的に回転又は「転動」することが可能になる。転動機構は、ステーター歯車１００２及びロータ歯車１００４を備える。
【0065】
ステーター歯車１００２は、ロータ歯車１００４と嵌合するように構成された固定歯車である。図１０Ａの実施形態では、ステーター歯車１００２は、リングの内周に沿ってギア歯を備えるリング形状の歯車である。ステーター歯車１００２は、取り付けインターフェース３１０の後ろで外側ハウジング３０６に固定的に取り付けられている。ステーター歯車１００２は、ロータ歯車１００４と同じピッチを有しており、ステーター歯車１００２の歯車歯が、ロータ歯車１００４の歯車歯と嵌合するように構成されている。ステーターギア１００２は、剛性材料（例えば、金属又は硬質プラスチック）から構成されてもよい。
【0066】
ロータ歯車１００４は、外科用ツールホルダ３０８の回転を誘導するように構成された回転歯車である。図１０Ａに示すように、ロータ歯車１００４は、その外周に沿って歯車歯を備える円形歯車である。ロータ歯車１００４は、ロータ歯車１００４の歯車歯がステーター歯車１００２の歯車歯と噛み合うように、取り付けインターフェース３１０の後方及びステーター歯車１００２の内周内に位置付けられる。前述したように、ロータ歯車１００４及びステーター歯車１００２は、同じピッチを有する。図１０Ａの実施形態では、ロータ歯車１００４は、ロータ歯車１００４を時計回り又は反時計回り方向に回転させる駆動機構（例えば、モータ）に連結されている。駆動機構は、外科用ツールホルダアセンブリ３０４内の統合コントローラから信号を受信してもよい。駆動機構がロータ歯車１００４を回転させると、ロータ歯車１００４がステーター歯車１００２のギア歯に沿って移動し、それによって外科用ツールホルダ３０８を回転させる。この構成では、ロータ歯車１００４は、いずれかの方向に連続的に回転することができ、その結果、外科用ツールホルダ３０８が回転軸線３１６を中心とした無限の転動を実現することが可能になる。代替的実施形態では、例えばリング歯車及びピニオン歯車の構成などの無限の転動を可能にするために、同様の機構を使用してもよい。
【0067】
図１０Ｂは、一実施形態による、器具装置マニピュレータ３００の断面図を示す。図１０Ｂに示されるように、転動機構は、複数のベアリング１００６と連結される。ベアリングは、可動部品どうしの間の摩擦を低減し、固定軸線の周りの回転を促進する機械的構成要素である。１つのベアリングのみでも、外科用ツールホルダ３０８が外側ハウジング３０６内で回転する際に、半径方向又はねじり荷重を支持することができる。図１０Ｂの実施形態では、ＩＤＭ３００は、外科用ツールホルダ３０８に固定的に取り付けられた２つの軸受１００６ａ、１００６ｂを含み、軸受１００６内の複数の構成要素（ボール又は円筒など）が外側ハウジング３０６と接触するようになっている。第１の軸受１００６ａは、取り付けインターフェース３１０の後方の第１の端部に固定され、第２の軸受１００６ｂは第２の端部に固定される。この構成は、外科用ツールホルダ３０８が外側ハウジング３０６内で回転する際に、外科用ツールホルダ３０８の第１の端部と第２の端部との間の剛性及び支持を改善する。代替的実施形態は、外科用ツールホルダの長さに沿って、追加の支持を提供する追加の軸受を含んでもよい。
【0068】
図１０Ｂはまた、一実施形態による、ＩＤＭ３００内の封着構成要素を示す。ＩＤＭ３００は、複数のＯリング１００８と、２つの表面間の接合部を封止して流体が接合部に入るのを防止するように構成された複数のガスケット１０１０とを含む。図１０Ｂの実施形態では、ＩＤＭは、外側ハウジングの接合部と、外科用ツールホルダ３０８内の接合部間のガスケット１０１０ａ、１０１０ｂとの間に、Ｏリング１００８ａ、１００８ｂ、１００８ｃ、１００８ｄ、１００８ｅを含む。この構成は、外科手術中に、ＩＤＭ３００内の構成要素の無菌性を維持するのに役立つ。ガスケット及びＯリングは、典型的には、強力なエラストマー材料（例えば、ゴム）から構成される。
【0069】
ＶＩ．電気的構成部分
図１０Ｃは、一実施形態による、器具装置マニピュレータの内部部品及び一部特定の電気部品の部分分解斜視図を示す。外科用ツールホルダ３０８の内部部品は、複数のアクチュエータ１１０２、と、モータと、ギアヘッド（図示せず）と、トルクセンサ（図示せず）と、トルクセンサ増幅器１１１０と、スリップリング１１１２と、複数のエンコーダ基板１１１４と、複数のモータ電源基板１１１６と、統合コントローラ１１１８と、を含む。
図１０Ｃは、一実施形態による、器具装置マニピュレータの内部部品及び一部特定の電気部品の部分分解斜視図を示す。外科用ツールホルダ３０８の内部部品は、複数のアクチュエータ１１０２、と、モータと、ギアヘッド（図示せず）と、トルクセンサ（図示せず）と、トルクセンサ増幅器１１１０と、スリップリング１１１２と、複数のエンコーダ基板１１１４と、複数のモータ電源基板１１１６と、統合コントローラ１１１８と、を含む。
【0070】
複数のアクチュエータ１１０２は、複数のトルクカップラー３１４のそれぞれの回転を駆動する。図１０Ｃの実施形態では、例えばアクチュエータ１１０２ａ又は１１０２ｂなどのアクチュエータは、モータシャフトを介してトルクカップラー３１４に連結される。モータシャフトは、モータシャフトがトルクカップラー３１４に確実に嵌合することを可能にする複数の溝を含むような、キー付きシャフトであってもよい。アクチュエータ１１０２は、モータシャフトを時計回り又は反時計回り方向に回転させ、それによって、それぞれ対応するトルクカップラー３１４をその方向に回転させる。一部の実施形態では、モータシャフトは、ねじり剛性を有しながらも、ばね適合性を有していてもよく、モータシャフト及びしたがってトルクカップラー３１４を回転させ、軸線方向に並進させることができる。この構成により、複数のトルクカップラー３１４が、外科用ツールホルダ３０８の中で、後退したり延伸したりすることが可能になる。各アクチュエータ１１０２は、モータシャフトを回転させる方向及び量を示す電気信号を、統合コントローラ１１１８から受信してもよい。図１０Ｃの実施形態では、外科用ツールホルダ３０８は、５つのトルクカップラー３１４、及びその結果として、５つのアクチュエータ１１０２を含む。
【0071】
モータは、外側ハウジング３０６内の外科用ツールホルダ３０８の回転を駆動する。モータは、アクチュエータのうちの１つと構造的に同等であってもよいが、ただし、モータは、外側ハウジング３０６に対して相対的に外科用ツールホルダ３０８を回転させるために、ロータ歯車１００４及びステーター歯車１００２（図１０Ａを参照）に連結されている。モータは、ロータ歯車１００４を時計回り又は反時計回り方向に回転させ、それによってロータ歯車１００４をステーター歯車１００２のギア歯の周りを移動させる。この構成により、外科用ツールホルダ３０８は、ケーブル又はプルワイヤの潜在的な巻き上げによって妨げられることなく、連続的に転動又は回転することが可能になる。モータは、モータシャフトを回転させる方向及び量を示す電気信号を、統合コントローラ１１１８から受信してもよい。
【0072】
ギアヘッドは、外科用ツール５００に送達されるトルクの量を制御する。例えば、ギアヘッドは、外科用ツール５００の器具入力部６００に送達されるトルクの量を増加させ得る。代替的実施形態は、ギアヘッドが器具入力部６００に送達されるトルクの量を減少させるように構成されてもよい。
【0073】
トルクセンサは、回転している外科用ツールホルダ３０８上に生成されるトルクの量を測定する。図１０Ｃに示される実施形態では、トルクセンサは、時計回り及び反時計回り方向のトルクを測定することができる。トルク測定値は、外科用ツールの複数のプルワイヤに特定の張力を維持するために使用され得る。例えば、外科用ロボットシステムの一部の実施形態は、自動張力付与機能を有してもよく、外科用ロボットシステムに電力を供給するか、又は外科用ツールをＩＤＭと係合させると、外科用ツールのプルワイヤに、張力があらかじめかけられる。各プルワイヤにかかっている張力の量が、閾値量に達して、プルワイヤが張るのにちょうど十分なだけの張力をかけられるようにすることができる。トルクセンサ増幅器１１１０は、回転する外科用ツールホルダ３０８上で生成されたトルクの量を測定する信号を増幅するための回路を備える。一部の実施形態では、トルクセンサはモータに装着されている。
【0074】
スリップリング１１１２は、静止構造体から回転構造体への電力及び信号の伝達を可能にする。図１０Ｃの実施形態では、スリップリング１１１２は、図１０Ｄのスリップリング１１１２の更なる斜視図にも示されるように、外科用ツールホルダ３０８の通路３１２と位置揃えされるように構成された中央孔を含むリングとしての構造を有する。スリップリング１１１２の第１の側部は、複数の同心溝１１２０を含む一方、スリップリング１１１２の第２の側部は、図３に関連して説明したように、外科用アーム及び基部３０２から提供される電気的接続のための複数の電気部品を含む。スリップリング１１１２は、これらの電気的接続に用いる空間を割り当てるための特定の距離だけ外側ハウジング３０６から離れて、外科用ツールホルダ３０８の外側ハウジング３０６に固定される。複数の同心溝１１２０は、統合コントローラに取り付けられた複数のブラシ１１２２と嵌合するように構成されている。溝１１２０とブラシ１１２２との間の接触により、外科用アーム及び基部から外科用ツールホルダへ、電力及び信号が伝達されるのが可能になる。
【0075】
複数のエンコーダ基板１１１４は、外科用ロボットシステムからスリップリングを通して受信した信号を読み取り、処理する。外科用ロボットシステムから受信した信号としては、外科用ツールの回転量及び回転方向を示す信号、外科用ツールのエンドエフェクタ及び／又はリスト部の回転量及び方向を示す信号、外科用ツール上の光源を動作させる信号、外科用ツール上のビデオ又は撮像装置を動作させる信号、及び外科用ツールの様々な機能を動作させる他の信号が挙げられる。エンコーダ基板１１１４のそのような構成により、信号処理全体が外科用ツールホルダ３０８内で完全に実行されることが可能になる。複数のモータ電源基板１１１６はそれぞれ、モータに電力を供給するための回路を備える。
【0076】
統合コントローラ１１１８は、外科用ツールホルダ３０８内の演算デバイスである。図１０Ｃの実施形態では、統合コントローラ１１１８は、外科用ツールホルダ３０８の通路３１２と位置揃えされるように構成された中央孔を含むリングとしての構造を有する。統合コントローラ１１１８は、統合コントローラ１１１８の第１の側部上に設けられた複数のブラシ１１２２を含む。ブラシ１１２２はスリップリング１１１２に接触し、外科用ロボットシステムから外科用アーム、基部３０２を通じて送達され、最終的にスリップリング１１１２を通って統合コントローラ１１１８に送達される信号を受信する。統合コントローラ１１１８は、信号を受信した結果、様々な信号を、外科用ツールホルダ３０８内のそれぞれ対応する構成要素に送信するように構成される。一部の実施形態では、エンコーダ基板１１１４及び統合コントローラ１１１８の機能は、エンコーダ基板１１１４及び統合コントローラ１１１８が同じ機能又はそれらの何らかの組み合わせを実行し得るように、本明細書に記載されるものとは異なる方式で分散されてもよい。
【0077】
図１０Ｄは、一実施形態による、器具装置マニピュレータの内部部品及びその一部特定の電気部品の部分分解斜視図を示す。図１０Ｄの実施形態は、２つのエンコーダ基板１１１４ａ及び１１１４ｂと、トルクセンサ増幅器１１１０と、３つのモータ電源基板１１１６ａ、１１１６ｂ、及び１１１６ｃとを含む。これらの構成要素は、統合コントローラ１１１８に固定され、統合コントローラ１１１８から垂直に延在して、外方向に突出する。この構成は、複数のアクチュエータ１１０２及びモータを電気基板内に配置するための余地を提供する。
【0078】
図１０Ｃに関して論じたように、スリップリング１１１２は、外側ハウジング３０６から特定の距離離れて固定される。図１０Ｄの実施形態では、スリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間に、外科用アームとベース３０２とからスリップリング１１１２への電気的接続のための正しい空間の割り当てを確保するために、スリップリング１１１２は、複数のアライメントピン、複数のコイルばね、及びシムによって支持される。スリップリング１１１２は、スリップリング１１１２の中心孔の両側に、アライメントピンの第１の側部を受け入れるように構成された穴１１２４を含み、整列ピンの第２の側部は、外側ハウジング３０６のそれぞれ対応する穴に挿入される。アライメントピンは、剛性材料（例えば、金属又は硬質プラスチック）から構成されてもよい。複数のコイルばねは、スリップリング１１１２の中心の周りに固定され、スリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間の空間を橋渡し、接触を維持するように構成されている。有益なことには、コイルばねは、ＩＤＭ３００に対するあらゆる衝撃を吸収し得る。シムは、スリップリング１１１２の中心孔の周りに位置するリング形状のスペーサーであり、スリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間に更なる追加的支持を提供するものである。また、これらの構成要素は、統合コントローラ１１１８上の複数のブラシ１１２２が複数の同心溝１１２０に接触し、当接した状態で回転する際に、スリップリング１１１２に安定性を提供する。代替的実施形態では、アライメントピン、コイルばね、及びシムの数は、スリップリング１１１２と外側ハウジング３０６との間に所望の支持が実現されるまで変化させてもよい。
【0079】
図１０Ｅは、一実施形態による、外科用ツールホルダ３０８を回転割り出しするための器具装置マニピュレータ３００の電気部品の拡大斜視図を示す。回転割り出しでは、外科用ツール５００の位置及び配向を、外科用ロボットシステムが連続的に認識するように、外側ハウジング３０６に対する外科用ツールホルダ３０８の相対的位置をモニタリングする。図１０Ｅの実施形態は、マイクロスイッチ１２０２及びボス１２０４を含む。マイクロスイッチ１２０２及びボス１２０４は、外科用ツールホルダ３０８内に固定される。ボス１２０４は、外科用ツールホルダ３０８が回転する際にマイクロスイッチ１２０２と接触し、ボス１２０４と接触するたびにマイクロスイッチを作動させるように構成された外側ハウジング３０６上の構造物である。図１０Ｅの実施形態では、マイクロスイッチ１２０２の単一の基準点として機能する１つのボス１２０４が存在する。
【0080】
ＶＩＩ．器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具
腹腔鏡手術、内視鏡手術、及び腔内手術に使用される器具を含む、様々なツール又は器具をＩＤＭ３００に取り付けることができる。本明細書に記載される器具は、挿入のためにロボットアームに依存することを減らす、器具ベースの挿入アーキテクチャを含むという意味で、特に新規である。換言すれば、器具の挿入（例えば、手術部位に向かう）は、器具の設計及びアーキテクチャによって容易化することができるということである。例えば、器具が細長いシャフト及びハンドルを備える一部の実施形態では、器具のアーキテクチャは、挿入軸線に沿って細長いシャフトがハンドルに対して並進することを可能にする。
腹腔鏡手術、内視鏡手術、及び腔内手術に使用される器具を含む、様々なツール又は器具をＩＤＭ３００に取り付けることができる。本明細書に記載される器具は、挿入のためにロボットアームに依存することを減らす、器具ベースの挿入アーキテクチャを含むという意味で、特に新規である。換言すれば、器具の挿入（例えば、手術部位に向かう）は、器具の設計及びアーキテクチャによって容易化することができるということである。例えば、器具が細長いシャフト及びハンドルを備える一部の実施形態では、器具のアーキテクチャは、挿入軸線に沿って細長いシャフトがハンドルに対して並進することを可能にする。
【0081】
本明細書に記載される器具は、多くの問題を緩和する、器具ベースの挿入アーキテクチャを組み込んでいる。器具ベースの挿入アーキテクチャを組み込まれていない器具は、挿入のためにロボットアーム及びそのＩＤＭに依存することになる。この構成では、器具の挿入を実現するために、ＩＤＭを内外に移動させることを必要とする場合があり得る。そのことは、制御された方法で追加の質量を移動させるための、追加のモータパワー及びアームリンクのサイズを必要とする。加えて、体積がより大きくなると、はるかに大きい行程容積を作り出すことになり、その結果、動作中に衝突をもたらす可能性がある。器具ベースの挿入アーキテクチャが組み込まれたことによって、本明細書に記載される器具は、典型的には、器具自体（例えば、そのシャフト）が挿入軸線に沿って移動し、ロボットアームへの依存がより少なくなるため、揺動質量が低減されることになる。
【0082】
本明細書に記載される器具の一部の実施形態は、器具の挿入を可能にするだけでなく、干渉なしに器具のエンドエフェクタを作動させることも可能な、新規な器具ベースの挿入アーキテクチャを有してもよい。例えば、一部の実施形態では、器具は、エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、挿入軸線に沿った器具の一部分（例えば、シャフト）の並進を引き起こす第２の作動機構とを備える。第１の作動機構は、有利なことには、第２の作動機構から分離され、エンドエフェクタの作動が器具の挿入によって影響されず、逆もまた同様であるようになっている。
【0083】
図１１は、一実施形態による、器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具の側面図を示す。器具１２００の設計及びアーキテクチャにより、挿入のためのロボットアームの動きへの依存を少なくしながら、器具（例えば、そのシャフト）が挿入軸線に沿って並進することが可能になっている。
【0084】
器具１２００は、細長いシャフト１２０２と、シャフト１２０２に接続されたエンドエフェクタ１２１２と、シャフト１２０２に連結されたハンドル１２２０とを備える。細長いシャフト１２０２は、近位部分１２０４と遠位部分１２０６とを有する管状部材を備える。細長いシャフト１２０２は、その外側表面に沿った１本以上のチャネル又は溝１２０８を備える。シャフト１２０２の断面図で最も視認可能な溝１２０８は、それを通して１本以上のワイヤ又はケーブル１２３０を受容するように構成されている。したがって、１本以上のケーブル１２３０は、細長いシャフト１２０２の外側表面に沿って延びることになる。他の実施形態では、ケーブル１２３０はまた、図２１の概略図に示されるように、シャフト１２０２を貫通して延びてもよい。一部の実施形態では、シャフト１２０２を貫通するケーブル１２３０は露出していない。一部の実施形態では、これらのケーブル１２３０のうちの１つ以上の操作（例えば、ＩＤＭ３００を介した操作）により、エンドエフェクタ１２１２の作動がもたらされる。
【0085】
エンドエフェクタ１２１２は、手術部位に効果を提供するように設計された１つ以上の腹腔鏡、内視鏡又は腔内用構成要素を備える。例えば、エンドエフェクタ１２１２は、リスト部、把持器具、歯、ピンセット、はさみ、又はクランプを備えることができる。図１１に示される本実施形態では、シャフト１２０２の外面上の溝１２０８に沿って延在する１本以上のケーブル１２３０が、エンドエフェクタ１２１２を作動させる。１本以上のケーブル１２３０は、シャフト１２０２の近位部分１２０４から、ハンドル１２２０を通って、シャフト１２０２の遠位部分１２０６に向かって延在し、そこでエンドエフェクタ１２１２を作動させる。
【0086】
器具ベースとも称され得る器具ハンドル１２２０は、一般に、ＩＤＭ３００の取り付けインターフェース３１０上の１つ以上のトルクカップラー３１４（図３に図示）と相互に嵌合されるように設計された、１つ以上の機械的入力部１２２４（例えば、レセプタクル、プーリ、又はスプール）を有する取り付けインターフェース１２２２を備えてもよい。取り付けインターフェース１２２２は、前方マウント、後方マウント、及び／又は上部マウントを介して、ＩＤＭ３００に取り付けることができる。物理的に接続、ラッチ、かつ／又は連結されると、器具ハンドル１２２０の嵌合された機械的入力部１２２４は、ＩＤＭ３００のトルクカップラー３１４と回転軸線を共有することができ、それによって、ＩＤＭ３００から器具ハンドル１２２０へのトルクの伝達が可能になる。一部の実施形態では、トルクカップラー３１４は、機械的入力部上のレセプタクルと嵌合するように設計されたスプラインを含んでもよい。エンドエフェクタ１２１２を作動させるケーブル１２３０は、ハンドル１２２０のレセプタクル、プーリ、又はスプールと係合し、それにより、ＩＤＭ３００から器具ハンドル１２２０へのトルクの伝達が、エンドエフェクタの作動をもたらすこととなる。
【0087】
器具１２００の一部の実施形態は、エンドエフェクタ１２１２の作動を制御する第１の作動機構を備える。このような第１の作動機構の一実施形態が、図１２に概略的に例示されている。加えて、器具１２００は、シャフト１２０２が挿入軸線に沿ってハンドル１２２０に対して並進することを可能にする第２の作動機構を含む。このような第２の作動機構の一実施形態が、図１７に示されている。有利なことには、第１の作動機構は第２の作動機構から分離され、エンドエフェクタ１２１２の作動がシャフト１２０２の並進によって影響されず、逆もまた同様であるようになっている。ツール又は器具１２００に組み込むことができる第１及び第２の作動機構の実施形態は、図１２～図２０に関連して以下により詳細に記載される。
【0088】
図１２は、一実施形態による、エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構を示す概略図を示す。一部の実施形態では、第１の作動機構はＮ＋１通りのリスト部動作を提供する。なお、ＮはＮ＋１本のケーブルによって提供される自由度の数である。エンドエフェクタ１２１２を作動させるための第１の作動機構は、少なくとも１組のプーリ１２５０を通って延在する、少なくとも１本のケーブル又はケーブルセグメント１２３０ａを備える。本実施形態では、第１のケーブル又はケーブルセグメント１２３０ａはプーリ部材１２５０ａ、１２５０ｂ、１２５０ｃを通って延在し、一方、第２のケーブル又はケーブルセグメント１２３０ａは、プーリ部材１２５０ｄ、１２５０ｅ、１２５０ｆを通って延在する。少なくとも１本のケーブル１２３０ａは、シャフト１２０２の近位端１２０５又はその付近で接地された後、少なくとも１組のプーリ１２５０（ハンドル１２２０内に位置する）を通って延在してから、エンドエフェクタ１２１２で終端する。ケーブルの総経路長は、各ケーブル１２３０ａをシャフト１２０２の近位端１２０５又はその付近で接地することによって一定に保たれ、相対的長さの変更は、プーリ（例えば、プーリ部材１２５０ｂ及び１２５０ｅ）を互いに対して移動させることによって行われ（矢印を参照）、それによってエンドエフェクタ１２１２の作動が可能にされる。一部の実施形態では、プーリは、対応する機械的入力部１２２４（すなわち、第１の機械的入力部）の直線的動作又は回転動作を介して移動させることができる。この第１の作動機構は、有利なことには、作動プーリ１２５０に対する器具シャフト１２０２の自由な移動（以下に記載される第２の作動機構によって実現される）を可能にし、それによって、エンドエフェクタ１２１２の作動と同時に器具シャフト１２０２の挿入及び後退を可能にするための追加のケーブルが含まれることが可能になる。
【0089】
図１３は、一実施形態による、図１１、の器具の第１の作動機構の拡大側面図を示す。第１の作動機構は、図１２に示される概略図に対応し、その第１の作動機構は、別の第２の作動機構が、ハンドル１２２０に対してシャフト１２０２を並進させるのを可能にしながら、エンドエフェクタ１２１２の作動を引き起こすように設計されている。図１３に示されるように、ハンドル１２２０は、１組のベアリング、スプール、プーリ又はプーリ部材１２５０ａ、１２５０ｂ、１２５０ｃ、１２５０ｄ、１２５０ｅを含む（なお、プーリ１２５０ａ、１２５０ｂ、１２５０ｃは図１２の同じ一組のプーリに対応する）。ケーブル１２３０ａは、プーリ１２５０ａ、１２５０ｄ、１２５０ｂ、１２５０ｅ、１２５０ｃを通って延在する。機械的入力部（図１３の１２２４’として識別される）の操作は、プーリ１２５０ｄ、１２５０ｂ、１２５０ｅの回転動作を引き起こす。プーリ１２５０ｄ、１２５０ｂ、１２５０ｅの回転動作は、ハンドル１２２０内に受容されるケーブル１２３０の量を変化させ、それによってエンドエフェクタを作動させる。ケーブル１２３０ａ上のプーリの回転動作の効果を、図１５及び図１６に示す。回転動作の方向に応じて、プーリ１２５０ｄ、１２５０ｅは、ハンドル１２２０内にケーブル１２３０を巻き取る（又は「引き取る」）か、あるいはハンドル１２２０内のケーブル１２３０ａの巻をほどいて「送り出す」かすることができる。いずれにしても、ケーブル１２３０ａの長さがハンドル１２２０内で変化し、それによってエンドエフェクタ１２１２の作動を引き起こす。図１３の実施形態は、回転動作によって修正されるプーリシステムを描写しているが、他の実施形態では、プーリシステムは、直線的動作及び／又は回転動作によって修正され得る。加えて、当業者であれば、ハンドル１２２０内のケーブル１２３０ａの量の、長さでの変化もまた、ケーブル張力を変化させることができることを理解するであろう。
【0090】
図１４は、一実施形態による、図１１の器具の第１の作動機構の拡大斜視図を示す。この図から、プーリ１２５０ａ、１２５０ｃのスプールを含む、プーリ１２５０ａ～１２５０ｅが細かいところで異なっているのを見ることができる。
【0091】
図１５及び図１６は、一実施形態による、図１１の器具のプーリ部材１２５０ｅの作動前及び作動後の、プーリ部材１２５０ｅ及びケーブルの正面図を示す。機械的入力部１２２４’にトルクを印加すると、プーリ１２５０ｅ、１２５０ｂ、及び１２５０ｄが回転する。図１５に示されるように、プーリ１２５０ｅの作動前、ケーブル１２３０ａは、プーリ１２５０ｅの片側に沿って延びることができる。図１６に示されるように、プーリ１２５０ｅの作動後には、ケーブル１２３０ａはプーリ１２５０ｅによって引き取られ、それによってハンドル１２２０内のケーブル１２３０ａの量を増加させて、エンドエフェクタの作動を引き起こす。
【0092】
図１１～図１６の実施形態は、相対的ケーブル長を変化させるために回転軸線上に取り付けられた１つ以上のプーリを開示しているが、他の実施形態では、位置を調整するためにレバー、歯車、又はトラックベースのシステム上にプーリを装着することが、追加の選択肢となっている。加えて、ツールの長さ方向に移動するボールスプライン回転シャフトもまた、機械的には遠隔の方法で力を伝達するために使用され得る。
【0093】
図１７は、一実施形態による、シャフト並進のためのスプールを含む第２の作動機構の側面図を示す。第２の作動機構は、ハンドル１２２０に対してシャフト１２０２を、挿入軸線に沿って並進させるように設計されている。エンドエフェクタ１２１２を作動させる第１の作動機構と同様に、第２の作動機構もまた、ハンドル１２２０内に組み込まれ得る。
【0094】
第２の作動機構は、一組のスプール１２７０ａ、１２７０ｂ、１２７０ｃ、１２７０ｄに係合する、ケーブル又はケーブルセグメント１２３０ｂを備える。ケーブル１２３０ｂの一端は、シャフト１２０２の近位端１２０５又はその近くに取り付けられ得る一方で、ケーブル１２３０ｂの他端は、シャフト１２０２の遠位端１２０７又はその付近に取り付けられ得る。ケーブル１２３０ｂは、スプール１２７０ｂが巻取車軸である、スプール１２７０ａ、１２７０ｂ、１２７０ｃの組を通って延在する。ハンドル１２２０の機械的入力部（すなわち、第２の機械的入力部）を回転させることにより、巻取車軸が回転し、それにより、ケーブル１２３０ｂを巻取車軸内に、あるいは巻取車軸外に駆動する。ケーブル１２３０ｂが巻取車軸の内外に駆動されると、これにより、シャフト１２０２が、ハンドル１２２０に対して並進する。有利なことには、シャフト１２０２の近位端及び遠位端の両方に取り付けられたケーブル１２３０ｂに十分な張力を事前にかけておくことによって、ケーブル１２３０ｂを内外に駆動するために摩擦力を利用でき、それによってシャフト１２０２をハンドル１２２０に対して滑りを起こすことなく動かすことができる。
【0095】
本実施形態では、巻取車軸１２７０ｂは、ゼロウォーク型巻取車軸を含む。他の実施形態、例えば図１８及び図１９に示されるようなものでは、ケーブルのウォークを可能にすることができる巻取車軸を、ハンドル１２２０に組み込むことができる。ゼロウォーク型巻取車軸アーキテクチャは、巻取車軸１２７０ｂを横切るケーブルのウォーク（ケーブルの全体の経路長に影響を及ぼしかつ張力を変化させ得る）を防止するために、溝上の螺旋角なしで巻取車軸１２７０ｂの周りのケーブル１２３０ｂの複数のラップを管理するのに役立つ。巻取車軸１２７０ｂの隣の傾斜上に追加のプーリ１２７０ｄを配置することにより、巻取車軸１２７０ｂ上の平行経路にリダイレクトすることができ、巻取車軸１２７０ｂ上のケーブル１２３０ｂのウォーク動作が消滅する。
【0096】
図１８及び図１９は、図１７に示されるゼロウォーク型巻取車軸の代替的実施形態を提示するものである。これらの実施形態では、シャフトの挿入を駆動する巻取車軸は、第２の作動機構のアーキテクチャに組み込むことができる、大型の巻取車軸１２７０ｅである。駆動巻取車軸１２７０ｅが十分に大型であり、かつ挿入ストロークが十分に小さい場合には、巻取車軸の回転数は小さくなる。例えば、２２ｍｍの駆動巻取車軸１２７０ｅ及び３５０ｍｍの挿入ストロークの場合には、完全挿入範囲の巻取車軸１２７０ｅの回転数は５回転である。巻取車軸１２７０ｅのケーブルのウォーク範囲と比較して、十分に大きな距離だけケーブルが移動する場合、ケーブル上のフリート角及び挿入中の経路長の変化は、無視できるほど小さくなる。一部の実施形態では、フリート角は±２度の間であり得る。
【0097】
図１８は、一実施形態による、シャフト並進のために単一のケーブルを使用する、代替的なスプールの斜視図を示す。代替的なスプールは、単一のケーブル１２３０ｂによって係合される大型の巻取車軸１２７０ｅを備える。この実施形態では、シャフト挿入駆動を作動させるために、単一のケーブル１２３０ｂは、駆動するのに十分な巻取車軸摩擦を得るのに十分大きなラップ角を有する。一部の実施形態では、単一のケーブル１２３０ｂは連続的であり、巻取車軸１２７０ｅの周囲に複数回（例えば、３、４回以上）巻き付いて、巻取車軸を駆動し挿入を駆動するのに十分大きいラップ角度を得ている。
【0098】
図１９は、一実施形態による、シャフトの並進のために２本以上のケーブルを使用する、代替的なスプールの斜視図を示す。代替スプールは、単一のケーブル１２３０ｂの２つの別個のセグメント１２３０ｂ’、１２３０ｂ’’によって係合される大型の巻取車軸１２７０ｅを備える。セグメント１２３０ｂ’、１２３０ｂ’’のそれぞれは、巻取車軸１２７０ｅ上で終端する。図１８の実施形態とは異なり、本実施形態は、シャフトの挿入を駆動するために、巻取車軸の摩擦には依存しない。この実施形態では、ケーブル１２３０ｂは、外側に螺旋状になってから、上部及び底部の両方でスプールに終端される。図１９に示される二重終端アプローチの利点は、ケーブル張力の損失に対して回復力に富んでいるということである。二重終端アプローチは、摩擦ではなく確動係合に依存するので、スリップは起こり得ない。
【0099】
図２０は、一実施形態による、図１８のスプールを含むハンドルの正面図を示す。この図から、ハンドル１２２０内のスプール（例えば、巻取車軸１２７０ｅ）の取り得る位置の１つを見ることができる。有利なことには、エンドエフェクタ１２１２を作動させるために、追加のスプール及びプーリをハンドル１２２０内に提供することができる。例えば、図１２に示されるエンドエフェクタ作動のためのプーリシステムを、図２０のハンドルの中に組み込むことができる。したがって、ハンドル１２２０は、エンドエフェクタの作動及び駆動挿入の両方又はいずれか一方のための、複数の機構を組み込むことができる。図２０に示されるように、ケーブル１２３０を巻取車軸１２７０ｅ上に案内する１つ以上のプーリは、ケーブル距離を増加させるためにハンドルを横切って位置している。巻取車軸１２７０ｅのケーブルのウォーク範囲と比較して、十分に大きな距離だけケーブルが移動する場合、ケーブル上のフリート角及び挿入中の経路長の変化は、無視できるほど小さくなる。一部の実施形態では、従来の螺旋型巻取車軸を用いて、長さの変化及びフリート角を最小に保つことが可能である。
【0100】
図２１は、一実施形態による、エンドエフェクタの作動及びシャフトの挿入のための代替的なアーキテクチャを示す概略図を示す。このアーキテクチャは、エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、シャフト挿入のための第２の作動機構とを組み込んでいる。先に説明した実施形態と同様に、第１の作動機構及び第２の作動機構は連結解除されても、エンドエフェクタの作動がシャフト挿入に影響を与えず、逆もまた同様である。しかしながら、図１２の実施形態では、第１の作動機構が、エンドエフェクタを作動させるための１本以上のケーブルが、シャフトの近位部分及び遠位部分で終端しているが、本実施形態では、第１の作動機構が、挿入スプール（シャフト挿入のための第２の作動機構の一部としても使用される）で終端する、エンドエフェクタを作動させるための１本以上のケーブルを備える。このアーキテクチャの結果として、第２の作動機構を介したシャフト挿入の間、挿入スプールによって巻かれる１本以上のケーブルは、挿入スプールによって巻きをほどかれる１本以上のケーブル（エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構で使用される）の長さによって実質的に相殺される。第１の作動機構を介したエンドエフェクタの作動の間、挿入スプールから来るケーブルの経路長がトレードオフされる。
【0101】
図２１に示すように、エンドエフェクタ作動及びシャフト挿入のための代替的アーキテクチャは、エンドエフェクタが位置する近位部分１３０４と遠位部分１３０６とを有するシャフト１３０２を備える。１つ以上のスプール１３７０ａ、１３７０ｂ、１３７０ｃ、１３７０ｄ、１３７０ｅ（それらはハンドルの一部である）は、シャフト１３０２の周りに位置している。スプール１３７０ｃは、挿入スプールを備える。挿入スプール１３７０ｃが第１の方向へ回転すると、ハンドルに対して第１の方向（例えば、挿入方向）へ、シャフトが並進させられる一方で、挿入スプール１３７０ｃが第２の方向に回転すると、ハンドルに対して第２の方向（例えば、後退方向）へ、シャフトが並進させられる。１本以上のケーブル又はケーブルセグメント１３３０ａは、その一方の端部が、エンドエフェクタ（例えば、リスト部）で終端し、他方の端部が、挿入スプールで終端する。１つ以上の追加のケーブル又はケーブルセグメント１３３０ｂはまた、シャフト１３０２の遠位部分１３０６で、その近くで、又はそこに向かって終端する前に、挿入スプール１３７０ｃに端を発する。
【0102】
本実施形態では、直線的動作又は回転動作による、１つ以上のスプール（例えば、スプール１３７０ａ、１３７０ｄ）の操作が、ハンドル内の１本以上のケーブル１３３０ａの長さの変化を引き起こす、第１の作動機構が提供される。一部の実施形態では、ハンドル内の１本以上のケーブル１３３０ａの長さの変化は、ハンドル内の１本以上のケーブル又はケーブルセグメントの経路長の変化を含み得る。この第１の作動機構では、１本以上のケーブル１３３０ａは、「エンドエフェクタ」ケーブルと見なすことができる。エンドエフェクタの作動を引き起こすハンドル内の１本以上のケーブル１３３０ａの長さのいかなる変化も、１本以上のケーブル１３３０ｂの長さによって相殺される。
【0103】
本実施形態では、直線的動作又は回転動作による挿入スプール１３７０ｃの操作が、ハンドル内の１本以上のケーブル１３３０ｂの長さの変化を引き起こす、第２の作動機構が提供される。この第２の作動機構では、１本以上のケーブル１３３０ｂは、「挿入」ケーブルと見なすことができる。シャフトの挿入又は後退を引き起こす、ハンドル内での１本以上のケーブル１３３０ｂの長さのいかなる変化も、１本以上のケーブル１３３０ａの長さによって相殺される。挿入及び後退が進行している下では、１本以上の挿入ケーブル１３３０ｂが巻き取られる際に、等しい量の１本以上のエンドエフェクタケーブル１３３０ａが払い出されるため、張力が維持される。１本以上のエンドエフェクタケーブル１３３０ａの相対的な経路長は不変のままであるため、エンドエフェクタは挿入下では動かない。
【0104】
図２２Ａは、一実施形態による、図２１のエンドエフェクタの作動及びシャフトの挿入ための代替的なアーキテクチャを組み込んだ器具の拡大正面図を示す。図２２Ｂは、図２１のエンドエフェクタの作動及びシャフトの挿入ための代替的なアーキテクチャを組み込んだ器具の上面斜視図を示す。器具１３００は、図２１に示される第１及び第２の作動機構を組み込んでおり、１つ以上のスプール１３７０ａ～１３７０ｅにそれぞれ対応する１つ以上の機械的入力部１３２４を備えるハンドル１３２０を含み、スプール（１３７０ｃ）のうちの少なくとも１つが、挿入スプールを備える。１本以上のケーブル又はケーブルセグメント１３３０ａ’、１３３０ａ’’、１３３０ａ’’’、及び１３３０ａ’’’’はそれぞれ、別個の機械的入力部１３２４に対応するが、駆動スプール１３７０ｃで終端する。これらのケーブル１３３０ａ’、１３３０ａ’’、１３３０ａ’’’、及び１３３０ａ’’’’のそれぞれは、１本以上のケーブル１３３０ａ（図２１の概略図に示される）に類似する１つ以上のスプールと係合することができる。第１の作動機構では、これらのケーブルは、エンドエフェクタケーブルとして機能し得るが、対応する機械的入力部１３２４の操作がハンドル内のケーブルの長さの変化を引き起こすようになっている。一部の実施形態では、ハンドル内の１本以上のケーブルの長さの変化は、ハンドル内の１本以上のケーブル又はケーブルセグメントの経路長の変化を含み得る。一部の実施形態では、ハンドル内のケーブルの経路長が変更される。場合によっては、ハンドル１３２０内の、エンドエフェクタを作動させる１本以上のケーブル１３３０ａ’、１３３０ａ’’、１３３０ａ’’’、１３３０ａ’’’’の長さの変化は、図２１の同様の参照ケーブル１３３０ｂと類似しているケーブル１３３０ｂの長さによって相殺される。他の例では、純粋なエンドエフェクタ作動下では、ハンドル内のケーブル１３３０ｂの長さは変化しない。第２の作動機構では、ケーブル１３３０ｂは、挿入ケーブルとして機能することができるが、その対応する機械的入力部１３２４の操作が、ケーブル１３３０ｂを挿入スプール１３７０ｃの周囲に巻き付ける。シャフト挿入を引き起こす、挿入スプール１３７０ｃの周りに巻かれたケーブル１３３０ｂの量は、１本以上のケーブル１３３０ａ’、１３３０ａ’’、１３３０ａ’’’、１３３０ａ’’’’の巻きがほどかれている部分の長さによって相殺される。
【0105】
図２３は、一実施形態による、器具のハンドル及びシャフトの上面斜視図を示す。シャフト１２０２は、ハンドル１２２０に対して並進可能である。この図から、回転するときにエンドエフェクタを作動させる１つ以上の機械的入力部１２２４（すなわち、第１の機械的入力部）を見ることができる。加えて、回転すると、ハンドル１２２０に対するシャフト１２０２の、挿入軸線に沿った並進を可能にする１つ以上の機械的入力部１３２４（すなわち、第２の機械的入力部）も見ることができる。取り付けインターフェース１２２２は、例えば、ＩＤＭ３００の取り付けインターフェース３１０上の１つ以上のトルクカップラー３１４（図３に示される）と相互嵌合するように設計された、１つ以上の機械的入力部１２２４、１３２４、例えば、レセプタクル、プーリ、又はスプールを含む。
【0106】
図２４Ａは、図１２に示される挿入アーキテクチャを用いる器具シャフトの断面の概略図を示し、図２４Ｂは、図２１に示す代替的な挿入アーキテクチャを用いる器具シャフトの断面の概略図を示す。図示されていないが、図２４Ａ及び図２４Ｂの断面のそれぞれは、その内部を通って延在する開口部又はルーメンを含む。図２４Ａに示すように、図１２の挿入アーキテクチャは、シャフト１２０２の外面に沿って延在する溝又はチャネル１２０８を通って延在する、１本以上のケーブル１２３０をもたらす。対照的に、図２４Ｂに示すように、図２１の挿入アーキテクチャは、シャフト１２０２の外面に沿った、より少ない数の溝又はチャネル１３０８（ここでは単一のチャネル）を通って延在する、１本以上のケーブル１３３０ｂをもたらす。これは、図２１の代替的アーキテクチャでは、ケーブルは、シャフト１３０２の本体内に延在するようにより傾斜しているためである。例えば、シャフト１３０２の外側にはエンドエフェクタケーブルは存在しない。シャフト１３０２の外側に延在するケーブルが少なくなると、図２１のアーキテクチャは、外側表面上に延在する溝又はチャネルが少ない、全体的なより滑らかなシャフト表面をもたらすことができる。
【0107】
ＶＩＩＩ．特定の器具用の挿入アーキテクチャの実施形態
上述のアーキテクチャ（例えば、図１２及び図２１に示されるアーキテクチャ）を使用して、エンドエフェクタを作動させ、器具の挿入に対処することができる。加えて、これらのアーキテクチャは、外科手術を支援するために、特定のタイプの器具に組み込むことができる。
上述のアーキテクチャ（例えば、図１２及び図２１に示されるアーキテクチャ）を使用して、エンドエフェクタを作動させ、器具の挿入に対処することができる。加えて、これらのアーキテクチャは、外科手術を支援するために、特定のタイプの器具に組み込むことができる。
【0108】
このような器具の１つは、血管シーラーである。血管シーラーでは、ナイフ又はカッターが組織を切断するために駆動され得る。一部の実施形態では、ナイフの動作は回転動作である。他の実施形態では、ナイフの運動は並進動作である。図２５～図２７は、血管シーラーを介してナイフを駆動するために、血管シーラー器具に組み込むことができる異なるアーキテクチャを示す。これらの図に示されるアーキテクチャは、図１２に示されるアーキテクチャ及び関連する機構と同様であるが、他の実施形態では、アーキテクチャは、図２１に示されるアーキテクチャ及び関連する機構と同様であり得る。
【0109】
図２５～図２７は、血管シーラー内でナイフを駆動するための異なるアーキテクチャを示す概略図である。アーキテクチャは、ケーブルどうしの間での経路長の差を生じさせ、この差動経路長変化をナイフの直線的動作に変換させる。図２５及び図２６の実施形態では、２本のケーブル１４３０ａ、１４３０ｂが、反対方向の張力で配置されているが、図２７の実施形態では、単一のケーブル１４３０とばね１４９０とが反対方向の張力で使用される。２本のケーブルが反対方向の張力で配置される実施形態では、ナイフの直線的動作は、両方の差を、同じ入力軸上で、しかし反対方向にする（例えば、一方は巻き込み緩め用ケーブルとし、他方は巻き込み用ケーブルとする）ことによって実現される。二重の対向するケーブルを用いるアプローチはまた、張力ループを閉鎖するために、リダイレクトプーリを利用するが、このリダイレクトプーリは、シャフトの近位端に若しくは近位端の近くに、又はシャフトの遠位端に若しくは遠位端の近くに取り付けられ得る（図２５及び図２６にそれぞれ示されている）。引っ張って出し入れされるケーブルを設けると、ナイフをケーブルのあるセクションに連結して、ナイフを出し入れする運動を生じさせることができる。
【0110】
図２５は、血管シーラー１４８０内でナイフ１４８２を駆動するためのアーキテクチャを示す概略図を示す。このアーキテクチャは、第１のケーブル１４３０ａ及び第２のケーブル１４３０ｂを含み、第１のケーブル１４３０ａ及び第２のケーブル１４３０ｂには、反対向きの張力がかかっている。そのアーキテクチャは、第１のケーブル１４３０ａによって係合される１つ以上のスプール又はプーリ部材１４７０ａ、１４７０ｂ、１４７０ｃと、第２のケーブル１４３０ｂによって係合される１つ以上のスプール又はプーリ部材１４７０ｄ、１４７０ｅ、１４７０ｆと、張力ループを閉鎖するリダイレクトスプール又はプーリ１４７０ｇと、を更に備える。リダイレクトプーリ１４７０ｇは、シャフトの近位部分又はその近くに配置される。第１のケーブル１４３０ａ及び第２のケーブル１４３０ｂに互いに反対方向の張力がかかる状態で、ナイフ１４８２が、細長い部材１４８４などのコネクタを介してケーブル（例えば、第１のケーブル１４３０ａ）のあるセクションに連結され、それによって、血管シーラー１４８０に対してナイフ１４８２が出し入れされる動作を作り出すことができる。一部の実施形態では、細長い部材１４８４は、プッシュロッドを備える。他の実施形態では、細長い部材１４８４は、座屈することなく、駆動圧縮力に耐える。
【0111】
図２６は、血管シーラー内でナイフを駆動するための代替的なアーキテクチャを示す概略図を示す。このアーキテクチャは、図２５に示したものに類似している。しかしながら、本実施形態では、リダイレクトプーリが、シャフトの遠位部分又はその近くに配置される。
【0112】
図２７は、血管シーラー内でナイフを駆動するための更に別の代替的なアーキテクチャを示す概略図を示す。図２５及び図２６に示されている先の実施形態とは異なり、本実施形態におけるアーキテクチャは、ばね１４９０と反対方向の張力がかかる単一のケーブル１４３０を用いている。このアーキテクチャは、第１のケーブル１４３０ａによって係合される１つ以上のスプール又はプーリ部材１４７０ａ、１４７０ｂ、１４７０ｃを更に備える。ケーブル１４３０にばね１４９０とは反対方向の張力がかかっている状態で、ナイフ１４８２がケーブル１４３０のあるセクションに連結され、それによって、血管シーラー１４８０に対してナイフ１４８２が出し入れされる動作を作り出すことができる。
【0113】
挿入器具として機能することができる別の装置はカメラである。カメラは、内視鏡手術に使用することができる。このアーキテクチャは、カメラが剛性カメラ又は関節動作式カメラであるかどうかによって変化させることができ、関節動作式カメラの場合には、関節動作の作動手段が提供されなければならない。
【0114】
図２８は、剛性カメラを挿入器具とするためのアーキテクチャを示す概略図を示す。カメラ１５００は、インターフェースボタン及びそれから出てくるケーブルを有するカメラハンドル１５３０に、シャフト１５０２によって接続された遠位側撮像ペイロードを備える。ケーブル１５３０は、シャフト１５０２の外側に形成されたチャネル又は溝内に受容される一方、挿入ハンドル１５２０はシャフト１５０２の周囲に配置される。これにより、挿入能力を有効にする第２のハンドルが内視鏡に事実上追加される。ケーブル１５３０は、１つ以上のスプール１５７０ａ、１５７０ｂ、１５７０ｃを通って延在する。本実施形態では、スプール１５７０ｂが巻取車軸であり得る。一部の実施形態では、巻取車軸は、ゼロウォーク型巻取車軸を含む（図１７に示すように）ことができ、他の実施形態では、巻取車軸は、ケーブルウォークを可能にする（図１８及び図１９に示すように）ことができる。巻取車軸機構を介して、カメラは挿入軸線に沿って並進することができる。一部の実施形態では、コアペイロードは、同じ封止アーキテクチャを剛性スコープとして維持するため、同じ方法で滅菌されることが期待され得る。剛性スコープの場合、上記のことはオートクレーブ処理され得ることを意味する。追加の挿入ハンドル１５２０もまた、滅菌の観点からは、器具のように見える場合があり、同様にオートクレーブ処理することができる。
【0115】
図２８は、剛性カメラを挿入器具とするためのアーキテクチャを示しているが、関節動作を提供するためにカメラに機構が追加されるため、関節動作式カメラは追加的な複雑性を提示することになる。関節動作式カメラの場合、関節動作に適応するために、１本以上のケーブル（例えば、作動ケーブル又はリスト部ケーブル）が提供され得る。カメラはまた、封止されたエリア内に収容されてもよく、そのため、外側の１本以上のケーブルを動かそうとする場合には、その１本以上のケーブルを除くカメラ用の密閉区画を作製することもできる。このアーキテクチャにより、いくらかの粒子及び破片が封止された領域内の小さな空間に入ることが可能であり得る。一部の実施形態では、汚染を防止するための１つの解決策は、関節動作のためのＩＤＭに依存するのではなく、封止されたカメラ領域内に２つの関節動作用モータを追加することであり得る。これにより、チューブの外側からケーブルを取り、それらを封止された内部に入れることによって、カメラ構成要素の洗浄及び封止を大幅に簡素化する。２つの関節動作用モータを、封止されたカメラ内に追加することの別の利点は、カメラがビジョンボックスに繋がれるとすぐにカメラの関節動作を制御することができるようになることである。これにより、設置又は取り外し中にカメラを真っ直ぐに保つ機能や、ロボットから離れての使用中に、カメラをカメラハンドルから関節動作させて周囲を見ることができるような機能が可能になる。これにより、関節動作式カメラは、オートクレーブ処理が可能であるため、滅菌という観点からは、剛性カメラに大いに類似したものとなる。
【0116】
カメラがオートクレーブ処理できない場合、封止されたカメラコア及び挿入セクションは、洗浄及び挿入のためには、互いに分離される必要があり得る。これは、確実な滅菌を達成するためには、挿入ハンドルをオートクレーブ処理することが望ましいからである。図２９は、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にする第１の挿入アーキテクチャを示す。図３０及び図３１は、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にし、それによってより良好な滅菌を可能にする第２の挿入アーキテクチャを示す。
【0117】
図２９は、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にする第１の挿入アーキテクチャを示す。このアーキテクチャは、ＩＤＭにラッチし、カメラコア１６００から分離可能な、オートクレーブ処理可能な挿入ハンドル１６２０を有する。カメラコア１６００は、ハンドル１６２０を通って延在するシャフト１６０２を備える。ハンドル１６２０は、スプール１６７０ａ、１６７０ｂ、１６７０ｃ、１６７０ｄを通って延在する、１本以上のワイヤ１６３０ａ、１６３０ｂを備える。本実施形態では、スプール１６７０ｂは、巻取車軸を備える。一部の実施形態では、スプール１６７０ｂは、親ねじを備える。一部の実施形態では、巻取車軸は、ゼロウォーク型巻取車軸（図１７に示すようなもの）であり、他の実施形態では、巻取車軸はケーブルのウォークを可能にするものである。挿入ハンドル１６２０は、コネクタ１６４０を介して、カメラコア１６００に取り外し可能に取り付けられ得る。一部の実施形態では、コネクタ１６４０は、ブラケットを備える。他の実施形態では、コネクタ１６４０は、カメラがラッチする垂直プレートを備える。挿入ハンドル１６２０がカメラコア１６００に取り外し可能に取り付けられているので、それぞれが、洗浄のために分離されることができる。
【0118】
図３０及び図３１は、カメラが挿入ハンドルから分離されることを可能にする第２のアーキテクチャを示す。本実施形態では、オーバーチューブ１７８０が提供され、オーバーチューブ１７８０には挿入ケーブル１７３０が取り付けられ、またオーバーチューブ１７８０を通じて、カメラ１７００が処置のために装填され得る。図３０は、オーバーチューブ１７８０から取り外され、分離されたカメラ１７００を示し、図３１は、オーバーチューブ１７８０内に装填されたカメラ１７００を示す。カメラ１７００をオーバーチューブの中に装填するために、カメラ１７００の遠位先端１７０６及びシャフト１７０２が、オーバーチューブ１７８０を貫通する。オーバーチューブ１７８０は、巻取車軸の形態のスプール１７７０を収容するハンドル１７２０に接続されている。このアーキテクチャは、必要に応じて、カメラ１７００を挿入ハンドル１７２０から分離したままにして、両方の構成要素を容易に洗浄することができるという利点を有する。更に、カメラ１７００は、オーバーチューブ１７８０に適合しなければならないので、使用中には薄型に保たれる。挿入ハンドル１７２０がカメラコア１７００に取り外し可能に取り付けられるので、それぞれが、洗浄のために分離されることができる。
【0119】
図３２は、別の実施形態による、シャフト並進のための代替的なアーキテクチャを示す図を示す。本実施形態では、器具は、近位部分１９０４及び遠位部分１９０６を有するシャフト１９０２を備える。シャフト１９０２の挿入は、ラック歯車１９１２及びピニオン１９１４によって駆動されることができ、ピニオン１９１４の回転の結果、ラック歯車１９１２及びラック歯車１９１２に連結されたシャフト１９０２の並進がもたらされる。一部の実施形態では、ラック歯車１９１２は、器具シャフト１９０２上に配置され、ピニオン１９１４は、器具ハンドルのハウジング内に配置される。モータ式駆動器を使用して、シャフト１９０２をハンドルに対して並進させることができる。一部の実施形態では、平歯車を、サイクロイドピンラックプロファイルに加えて使用することができる。一部の実施形態では、ラック歯車１９１２及びピニオン１９１４を、シャフト１９０２の挿入又は並進を引き起こすために、それ単独で使用し得る。他の実施形態では、ラック歯車１９１２及びピニオン１９１４を、既に説明した挿入機構のいずれかに付随させ、補完させることができる。ラック歯車１９１２及びピニオン１９１４を、ハンドルに対する器具シャフトの直線的挿入を提供するために、既に説明した器具の種類のいずれかと共に使用することができる。
【0120】
ＩＸ．外科用ツールの封止
腹腔鏡手術などの外科手術を行うとき、外科医は送気手段を使用する。これは、患者に挿入されたカニューレが外科用ツールシャフトに対して封止されて、患者の体内の正圧を維持することを意味する。封止部は、空気が患者の身体から漏れるのを防ぐために、外科用ツールシャフトに連結され得る。これらのシールは、多くの場合、円形の断面を有するツールを収容するように設計される。非円形の形状を有するツールや、シャフトの外側表面上に凹状の機能的形成部を有するツールに、同じ封止を適用することは困難であり得る。というのは、これらの表面によって形成される通路は、ツールシールにおいて、空気圧が放出されるのを可能にする場合があるからである。例えば、器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具は、空気が患者から漏れることができる溝１２０８を有する断面（図２４Ａに示すような断面）を有し得る。
腹腔鏡手術などの外科手術を行うとき、外科医は送気手段を使用する。これは、患者に挿入されたカニューレが外科用ツールシャフトに対して封止されて、患者の体内の正圧を維持することを意味する。封止部は、空気が患者の身体から漏れるのを防ぐために、外科用ツールシャフトに連結され得る。これらのシールは、多くの場合、円形の断面を有するツールを収容するように設計される。非円形の形状を有するツールや、シャフトの外側表面上に凹状の機能的形成部を有するツールに、同じ封止を適用することは困難であり得る。というのは、これらの表面によって形成される通路は、ツールシールにおいて、空気圧が放出されるのを可能にする場合があるからである。例えば、器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具は、空気が患者から漏れることができる溝１２０８を有する断面（図２４Ａに示すような断面）を有し得る。
【0121】
この課題に対処するため、患者の空気漏れを防止するための複数の封止部を含むシステムを提供することができる。具体的には、円形の外側形状を有するカニューレ封止部と協働する新規な封止部が提供され得るが、このことは、円形断面を有する器具については慣例的である。新規の封止部は、円形カニューレ封止部を通過し、それによって一貫した回転部用封止部を提供することができる。新規の封止部は、有利なことには、任意の回転動作及び直線的動作を範囲毎に分けて、封止部が形成される２つの境界を作り出すであろう。この範囲毎に分けることは、中間ツール封止ピースを使用することによって達成される。
【0122】
図３３は、患者からの空気漏れを防止するための複数の封止部を有する器具の側面断面図を示す。図３４は、複数の封止部を有する器具の正面断面図を示す。器具１２００は、カニューレ５０に挿入される。また器具１２００は、器具ベースの挿入アーキテクチャを有する図１１に示される器具に類似している。器具は、ハンドル１２２０に対して並進可能なシャフト１２０２を含み得る。シャフト１２０２は、その外側表面に沿って延在する１つ以上のチャネル又は溝１２０８を有することができる。それによって、患者から空気が漏れることを可能にする通路を形成する。
【0123】
空気漏れを防止するために、マルチ封止システムが、有利なことに、器具に連結される。一部の実施形態では、マルチ封止システムは、空気漏れのリスクを低減するために協働し得る第１の封止部１８１０及び第２の封止部１８２０を備える。一部の実施形態では、第１の封止部１８１０及び第２の封止部１８２０は同軸である。図３２に示すように、第２封止部１８２０は、第１封止部１８１０の内部に受容され得る。第１封止部１８１０は、円形の外周及び円形の内周を有する断面を有することができ、一方、第２の封止部１８２０は、図３４に示されるように、円形の外周部と、内側突出部、タブ又は突起１８２２が設けられた内周部とを有する断面を有することができる。内側突出部を有する第２の封止部１８２０を有するという利点は、内側突出部が器具シャフト１２０２の外側に沿って延在し得る溝１２０８などの空隙を埋めることができ、それによって手術中に患者から空気漏れが起こるリスクを低減するということである。
【0124】
マルチ封止は、有利なことには、回転動作及び直線的動作を範囲毎に分けて、封止部が形成される２つの境界を作り出す。その内側突出部１８２２を有する第２の封止部１８２０は、器具シャフト１２０２の外側溝を摺動し、それによって器具シャフトの動作のための摺動可能直線状封止部を形成することができる。当業者であれば、第２の封止部１８２０が、曲線的な複数の内側突出部であり、かつ内周の周りに実質的に対称的に離間配置された複数の内側突出部を有して示されているが、第２封止部１８２０の内側部分は、成形プロセスが第２の封止部１８２０の内部と器具シャフト１２０２の外側表面とを実質的に一致させる限りにおいて、他の形状をとり得ることが理解できよう。器具１２００の溝１２０８内に受容されると、第２の封止部１８２０の内側の小塊１８２２のそれぞれは、回転封止点１８２４を形成する。これらの回転封止点により、器具１２００及び第２封止部１８２０が回転についてロックされ、器具シャフト１２０２が回転するのに応じて、ともに回転することを可能にする。本実施形態は、二重封止部を有するマルチ封止部を示しているが、他の実施形態では、三重、四重、又はそれ以上の封止部が協働して、手術中の患者からの空気漏れのリスクを低減することができる。
【0125】
Ｘ．代替的考慮事項
本開示を読むと、当業者は、本明細書に開示される原理によって、更に追加の代替的な構造的設計及び機能的設計を理解するであろう。したがって、特定の実施形態及び用途が図示及び説明されているが、開示される実施形態は、本明細書に開示される正確な構造及び構成要素に限定されないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲に定義される趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される方法及び装置の配置、動作、及び詳細に対して、当業者には明らかであろう様々な修正、変更、及び変形がなされてもよい。
本開示を読むと、当業者は、本明細書に開示される原理によって、更に追加の代替的な構造的設計及び機能的設計を理解するであろう。したがって、特定の実施形態及び用途が図示及び説明されているが、開示される実施形態は、本明細書に開示される正確な構造及び構成要素に限定されないことを理解されたい。添付の特許請求の範囲に定義される趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される方法及び装置の配置、動作、及び詳細に対して、当業者には明らかであろう様々な修正、変更、及び変形がなされてもよい。
【0126】
本明細書において「一実施形態」又は「実施形態」と述べている場合、それは、当該実施形態に関連して述べられている特定の要素、特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。「一実施形態では」という語句が本明細書の様々な箇所に見られるが、これらは必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではない。
【0127】
一部の実施形態は、「連結された」及び「接続された」という表現を、それらの派生形と共に使用して、説明される場合があり得る。例えば、一部の実施形態は、２つ又はそれ以上の要素が直接物理的又は電気的に接触していることを示すため、「連結された」という用語を使用して説明される場合があり得る。しかしながら、「連結された」という用語は、２つ又は３つ以上の要素が互いに直接接触はしないが、依然として互いに協働又は相互作用することを意味することもある。実施形態は、特に明記しない限り、この文脈において限定されない。
【0128】
本明細書で使用されるとき、「備える又は含む（comprises）」、「備えている又は含んでいる（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（has）」、「有している（having）」という用語、又はこれらのその他全ての変化形は、非排他的に包含するように意図する。例えば、リストアップされた要素を含む、プロセス、方法、物品、又は装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されず、明確にはリストアップされていない他の要素や、そのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有のものではない他の要素を含んでもよい。更に、明示的に反対に明記されない限り、「又は」は包括的な「又は」を指すものであり、排他的な「又は」を指すものではない。例えば、条件Ａ又はＢは、Ａが真であり（又は存在する）かつＢが偽である（又は存在しない）場合、Ａが偽であり（又は存在しない）かつＢが真である（又は存在する）場合、並びにＡ及びＢの両方が真である（又は存在する）場合、のいずれか１つによって充足される。
【0129】
それに加えて、「ある（「ａ」又は「ａｎ」）」の使用は、本明細書における実施形態の要素及び構成要素について記載するために用いられるものである。これは、単に便宜を図るため、また発明の一般的な意味を与えるためになされるものである。この記載は、１つ又は少なくとも１つを含むように読み取られるべきであり、単数形は、そうでないことを意味することが明白でない限り、複数形も含む。
【0130】
〔実施の態様〕
（１） 近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部分に接続されたエンドエフェクタと、
前記シャフトに連結されたハンドルと、
を備え、
前記ハンドルが、第１の機械的入力部及び第２の機械的入力部を含み、
前記第１の機械的入力部が、前記エンドエフェクタの作動を引き起こすように構成され、前記第２の機械的入力部が、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こすように構成されている、医療用装置。
（２） 前記エンドエフェクタの前記作動が、前記ハンドルに対する前記シャフトの前記並進を引き起こす第２の作動機構から分離された第１の作動機構を介して行われる、実施態様１に記載の医療用装置。
（３） 前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含み、
前記第１の機械的入力部を介した前記第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作が、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによって前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、実施態様２に記載の医療用装置。
（４） 前記第２の作動機構が、スプールと係合する第２のケーブルを含み、
前記第２の機械的入力部を介した前記スプールの操作が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる、実施態様３に記載の医療用装置。
（５） 前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの前記変化が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる前記第２の作動機構によって影響されない、実施態様４に記載の医療用装置。
（１） 近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部分に接続されたエンドエフェクタと、
前記シャフトに連結されたハンドルと、
を備え、
前記ハンドルが、第１の機械的入力部及び第２の機械的入力部を含み、
前記第１の機械的入力部が、前記エンドエフェクタの作動を引き起こすように構成され、前記第２の機械的入力部が、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こすように構成されている、医療用装置。
（２） 前記エンドエフェクタの前記作動が、前記ハンドルに対する前記シャフトの前記並進を引き起こす第２の作動機構から分離された第１の作動機構を介して行われる、実施態様１に記載の医療用装置。
（３） 前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含み、
前記第１の機械的入力部を介した前記第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作が、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによって前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、実施態様２に記載の医療用装置。
（４） 前記第２の作動機構が、スプールと係合する第２のケーブルを含み、
前記第２の機械的入力部を介した前記スプールの操作が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる、実施態様３に記載の医療用装置。
（５） 前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの前記変化が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる前記第２の作動機構によって影響されない、実施態様４に記載の医療用装置。
【0131】
（６） 前記第１の作動機構の前記第１のケーブルが、前記シャフトの前記近位部分から、前記第１の組のプーリを通って、前記シャフトの前記遠位部分まで延在する、実施態様３に記載の医療用装置。
（７） 前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こすための、前記第１の組のプーリの前記少なくとも１つのプーリの操作が、前記少なくとも１つのプーリの直線又は回転動作を含む、実施態様６に記載の医療用装置。
（８） 前記スプールが巻取車軸を備える、実施態様４に記載の医療用装置。
（９） 前記巻取車軸がゼロウォーク型巻取車軸（zero-walk capstan）を備える、実施態様８に記載の医療用装置。
（１０） 前記第２の機械的入力部の回転が、前記巻取車軸の回転を引き起こす、実施態様８に記載の医療用装置。
（７） 前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こすための、前記第１の組のプーリの前記少なくとも１つのプーリの操作が、前記少なくとも１つのプーリの直線又は回転動作を含む、実施態様６に記載の医療用装置。
（８） 前記スプールが巻取車軸を備える、実施態様４に記載の医療用装置。
（９） 前記巻取車軸がゼロウォーク型巻取車軸（zero-walk capstan）を備える、実施態様８に記載の医療用装置。
（１０） 前記第２の機械的入力部の回転が、前記巻取車軸の回転を引き起こす、実施態様８に記載の医療用装置。
【0132】
（１１） 前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する１本以上のケーブルを含み、前記第２の作動機構が、１本以上のケーブル及び挿入スプールを含み、
前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルのうちの少なくとも１本が、前記挿入スプール上で終端する、実施態様２に記載の医療用装置。
（１２） 前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルが、エンドエフェクタケーブルを備え、前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルが、挿入ケーブルを備える、実施態様１１に記載の医療用装置。
（１３） 前記第２の機械的入力部の回転が、前記挿入スプールの回転を引き起こし、それによって前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こす、実施態様１１に記載の医療用装置。
（１４） 前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルが、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進中に前記挿入スプールによって巻かれ、
前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルは、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進中に前記挿入スプールによってほどかれ、
前記挿入スプールによって巻かれた前記１本以上のケーブルの長さは、前記１本以上のケーブルがほどかれていることによって実質的に釣り合わされている、実施態様１２に記載の医療用装置。
（１５） 基部と、
前記基部に連結され、取り付けインターフェースを含むツールホルダと、
器具であって、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部分から延在するエンドエフェクタと、
前記シャフトに連結されたハンドルであって、前記取り付けインターフェースに解放可能に取り付け可能な相互インターフェース、第１の機械的入力部、及び第２の機械的入力部、を含むハンドルと、
を備える、器具と、
を備え、
前記第１の機械的入力部が、前記エンドエフェクタの作動を引き起こすように構成され、
前記第２の機械的入力部が、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こすように構成されている、医療用システム。
前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルのうちの少なくとも１本が、前記挿入スプール上で終端する、実施態様２に記載の医療用装置。
（１２） 前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルが、エンドエフェクタケーブルを備え、前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルが、挿入ケーブルを備える、実施態様１１に記載の医療用装置。
（１３） 前記第２の機械的入力部の回転が、前記挿入スプールの回転を引き起こし、それによって前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こす、実施態様１１に記載の医療用装置。
（１４） 前記第２の作動機構の前記１本以上のケーブルが、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進中に前記挿入スプールによって巻かれ、
前記第１の作動機構の前記１本以上のケーブルは、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進中に前記挿入スプールによってほどかれ、
前記挿入スプールによって巻かれた前記１本以上のケーブルの長さは、前記１本以上のケーブルがほどかれていることによって実質的に釣り合わされている、実施態様１２に記載の医療用装置。
（１５） 基部と、
前記基部に連結され、取り付けインターフェースを含むツールホルダと、
器具であって、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトの前記遠位部分から延在するエンドエフェクタと、
前記シャフトに連結されたハンドルであって、前記取り付けインターフェースに解放可能に取り付け可能な相互インターフェース、第１の機械的入力部、及び第２の機械的入力部、を含むハンドルと、
を備える、器具と、
を備え、
前記第１の機械的入力部が、前記エンドエフェクタの作動を引き起こすように構成され、
前記第２の機械的入力部が、前記ハンドルに対する前記シャフトの並進を引き起こすように構成されている、医療用システム。
【0133】
（１６） 前記基部と前記ツールホルダとの間に、ロボットアームを更に備える、実施態様１５に記載の医療用システム。
（１７） 前記エンドエフェクタの前記作動が、前記ハンドルに対する前記シャフトの前記並進を引き起こす第２の作動機構から分離された第１の作動機構を介して行われる、実施態様１６に記載の医療用システム。
（１８） 前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含み、
前記第１の機械的入力部を介した前記第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作が、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによって前記エンドエフェクタの作動を引き起こし、
前記ハンドルに対する前記シャフトの前記並進が、スプールに係合する第２のケーブルを含む前記第２の作動機構を介して行われ、
前記第２の機械的入力部を介した前記スプールの操作が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる、実施態様１７に記載の医療用システム。
（１９） 前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの前記変化が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる前記第２の作動機構によって影響されない、実施態様１８に記載の医療用システム。
（２０） 前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こすための、前記第１の組のプーリのうちの前記少なくとも１つのプーリの操作が、前記少なくとも１つのプーリの直線又は回転動作を含む、実施態様１９に記載の医療用システム。
（１７） 前記エンドエフェクタの前記作動が、前記ハンドルに対する前記シャフトの前記並進を引き起こす第２の作動機構から分離された第１の作動機構を介して行われる、実施態様１６に記載の医療用システム。
（１８） 前記第１の作動機構が、第１の組のプーリを通って延在する第１のケーブルを含み、
前記第１の機械的入力部を介した前記第１の組のプーリのうちの少なくとも１つのプーリの操作が、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こし、それによって前記エンドエフェクタの作動を引き起こし、
前記ハンドルに対する前記シャフトの前記並進が、スプールに係合する第２のケーブルを含む前記第２の作動機構を介して行われ、
前記第２の機械的入力部を介した前記スプールの操作が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる、実施態様１７に記載の医療用システム。
（１９） 前記エンドエフェクタの作動を引き起こす、前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの前記変化が、前記シャフトを前記ハンドルに対して並進させる前記第２の作動機構によって影響されない、実施態様１８に記載の医療用システム。
（２０） 前記ハンドル内の前記第１のケーブルの長さの変化を引き起こすための、前記第１の組のプーリのうちの前記少なくとも１つのプーリの操作が、前記少なくとも１つのプーリの直線又は回転動作を含む、実施態様１９に記載の医療用システム。
【0134】
（２１） 手術部位で手術を行うために患者の切開部又は自然開口部を通して送達可能な器具を提供することを含む外科的方法であって、
前記器具が、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトに連結されているハンドルと、
前記シャフトの前記遠位部分から延在するエンドエフェクタと、
を備え、
前記シャフトが、前記ハンドルに対して並進可能である、外科的方法。
（２２） 前記器具が、前記エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、前記ハンドルに対して前記シャフトを並進させるための第２の作動機構とを含み、
前記第１の作動機構が、第１の組のプーリと、第１のケーブルと、を備え、
前記第２の作動機構が、スプールと、第２のケーブルとを備える、実施態様２１に記載の外科的方法。
（２３） 前記第１の作動機構を介して前記エンドエフェクタを操作することを更に含む、実施態様２２に記載の外科的方法。
（２４） 前記第２の作動機構を介して前記シャフトを並進させることを更に含み、
前記第１の作動機構が、前記第２の作動機構から分離される、実施態様２３に記載の外科的方法。
（２５） 手術部位で手術を行うために患者の切開部又は自然開口部を通して器具を送達することを含む外科的方法であって、
前記器具が、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトに連結されているハンドルと、
前記シャフトの前記遠位部分から延在するエンドエフェクタと、
を備え、
前記シャフトが、前記ハンドルに対して並進可能である、外科的方法。
前記器具が、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトに連結されているハンドルと、
前記シャフトの前記遠位部分から延在するエンドエフェクタと、
を備え、
前記シャフトが、前記ハンドルに対して並進可能である、外科的方法。
（２２） 前記器具が、前記エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、前記ハンドルに対して前記シャフトを並進させるための第２の作動機構とを含み、
前記第１の作動機構が、第１の組のプーリと、第１のケーブルと、を備え、
前記第２の作動機構が、スプールと、第２のケーブルとを備える、実施態様２１に記載の外科的方法。
（２３） 前記第１の作動機構を介して前記エンドエフェクタを操作することを更に含む、実施態様２２に記載の外科的方法。
（２４） 前記第２の作動機構を介して前記シャフトを並進させることを更に含み、
前記第１の作動機構が、前記第２の作動機構から分離される、実施態様２３に記載の外科的方法。
（２５） 手術部位で手術を行うために患者の切開部又は自然開口部を通して器具を送達することを含む外科的方法であって、
前記器具が、
近位部分及び遠位部分を含むシャフトと、
前記シャフトに連結されているハンドルと、
前記シャフトの前記遠位部分から延在するエンドエフェクタと、
を備え、
前記シャフトが、前記ハンドルに対して並進可能である、外科的方法。
【0135】
（２６） 前記器具が、前記エンドエフェクタを作動させるための第１の作動機構と、前記ハンドルに対して前記シャフトを並進させるための第２の作動機構とを含み、
前記第１の作動機構が、第１の組のプーリと、第１のケーブルと、を備え、
前記第２の作動機構が、スプールと、第２のケーブルとを備える、実施態様２５に記載の外科的方法。
（２７） 前記第１の作動機構を介して前記エンドエフェクタを操作することを更に含む、実施態様２６に記載の外科的方法。
前記第１の作動機構が、第１の組のプーリと、第１のケーブルと、を備え、
前記第２の作動機構が、スプールと、第２のケーブルとを備える、実施態様２５に記載の外科的方法。
（２７） 前記第１の作動機構を介して前記エンドエフェクタを操作することを更に含む、実施態様２６に記載の外科的方法。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】