▶ ヴィルトゥオーソ サージカル 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】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-12
(54)【発明の名称】同心チューブ手術ロボットのための医師入力装置
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20231205BHJP
A61B 34/00 20160101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
A61B34/00
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023532498
(86)(22)【出願日】2021-12-07
(85)【翻訳文提出日】2023-07-10
(86)【国際出願番号】 US2021062220
(87)【国際公開番号】W WO2022125554
(87)【国際公開日】2022-06-16
(31)【優先権主張番号】17/113,892
(32)【優先日】2020-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521555616
【氏名又は名称】ヴィルトゥオーソ サージカル インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100138760
【弁理士】
【氏名又は名称】森 智香子
(72)【発明者】
【氏名】ヘンドリック、リチャード
(72)【発明者】
【氏名】ディロン、ニール
(72)【発明者】
【氏名】ブランコム、ローレン
(72)【発明者】
【氏名】ブルム、エヴァン
(72)【発明者】
【氏名】アマック、ステファニー
【テーマコード（参考）】
4C130
【Ｆターム（参考）】
4C130AB02
4C130BA02
4C130CA14
4C130CA20
(57)【要約】
低侵襲内視鏡同心チューブ手術ロボット（２）と通信するための高度に直感的な医師入力装置（１）。医師入力装置（１）は、ユーザインターフェースハンドルアセンブリ（１０）と、ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリ（３０）と、ユーザインターフェース型ベアリングブロックアセンブリおよびユーザインターフェースベースアセンブリ（４０）と、これらの軸の各々を測定するために全体にわたって、場合によっては安全のために冗長に分散されたセンサとを備えることができる。センサおよびエンコーダのネットワークが医師入力装置（１）に組み込まれていることに起因して、医師入力装置（１）上でなされた動きに対応する内視鏡同心チューブロボット（２）の動きを引き起こすことが可能である。医師入力装置（１）が同心円筒ロボット（２）に通信できる少なくとも４つの動作制御があり、それらは並進、パン、チルト、および軸回転である。いくつかの実施形態では、第５の制御は、グリッパ等のツールの作動を含む。
【選択図】図２Ａ
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボアとリニアエンコーダとを含むリニアジョイントアセンブリと、ハンドルと、前記ハンドルから前記ボアの中へと延伸するシャフトとを含むユーザ入力アセンブリであって、前記シャフトが、前記リニアエンコーダに対して直線平行移動軸に沿って移動可能であり、前記リニアエンコーダが、前記リニアジョイントアセンブリに対して、前記シャフトの前記直線位置の平行移動位置データを取得する、ユーザ入力アセンブリと、
前記リニアジョイントアセンブリを支持するパン・チルトアセンブリであって、前記リニアジョイントアセンブリが、前記パン・チルトアセンブリに対して、基準水平軸を中心として枢動可能である、パン・チルトアセンブリと、
前記パン・チルトアセンブリを支持するベースアセンブリであって、前記パン・チルトアセンブリが、前記ベースに対して、基準垂直軸を中心として回転可能である、ベースアセンブリとを備え、
前記ハンドルが、前記ベースアセンブリに対して、少なくとも３自由度で移動可能である、同心チューブアセンブリを制御するための入力器具。
【請求項2】
前記リニアジョイントアセンブリと前記パン・チルトアセンブリとの間に配置されたチルトセンサであって、前記回転センサが、前記パン・チルトアセンブリに対する、水平基準軸を中心とした前記リニアジョイントアセンブリの角度位置を表す傾斜位置データを取得する、チルトセンサをさらに備える、請求項１に記載の器具。
【請求項3】
前記パン・チルトアセンブリと前記ベースアセンブリとの間に配置されたパンセンサであって、前記回転センサが、前記ベースアセンブリに対する、垂直基準軸を中心とした前記パン・チルトアセンブリの角度位置を表すパン位置データを取得する、パンセンサをさらに備える、請求項２に記載の器具。
【請求項4】
ガイドチューブと、前記ガイドチューブの内側に収容されたインナーチューブとを備える同心チューブアレイであって、前記インナーチューブが、前記ガイドチューブに対して平行移動可能である、同心チューブアレイをさらに備える、請求項３に記載の器具。
【請求項5】
前記同心チューブアレイが、前記入力装置に電子的に結合され、それによって、前記入力装置の動きが、前記平行移動位置データ、傾斜位置データおよびパン位置データを介して、前記同心チューブアレイにおける対応する運動を生じさせるようにされる、請求項４に記載の器具。
【請求項6】
第１および第２の端部を有するユーザインターフェースハンドルアセンブリと、ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリと、
ユーザインターフェースパン・チルトアセンブリであって、前記リニアジョイントアセンブリが、前記パン・チルトアセンブリに対して、基準水平軸を中心として枢動可能である、ユーザインターフェースパン・チルトアセンブリと、
ユーザインターフェースベースアセンブリであって、前記パン・チルトアセンブリおよびリニアジョイントアセンブリが、前記ベースアセンブリに対して、基準垂直軸を中心として枢動可能である、ユーザインターフェースベースアセンブリと、
を備える、同心チューブアセンブリを制御するための医師入力装置。
【請求項7】
前記リニアジョイントアセンブリ上に配置されたリニアエンコーダをさらに備え、前記リニアエンコーダが、前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリの位置を表す平行移動位置信号を出力するように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項8】
前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリが、前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリの前記第１の端部に位置する接触点アセンブリと、
ハンドルベアリングアセンブリと、
直線平行移動軸に沿って延伸し、前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリの前記第２の端部に位置する、シャフト軸アセンブリと、
をさらに備える、請求項７に記載の入力装置。
【請求項9】
前記接触点アセンブリが、前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリの前記第１の端部に位置する接触感知ユーザインターフェースアセンブリをさらに備える、請求項８に記載の入力装置。
【請求項10】
前記ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリが、前記平行移動軸に沿った前記シャフトの動きを検出するための平行移動センサをさらに備える、請求項９に記載の入力装置。
【請求項11】
前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリが、前記ユーザインターフェースハンドルアセンブリの前記第２の端部に位置する前記シャフトとの嵌合相互接続によって、前記ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリに接続される、請求項１０に記載の入力装置。
【請求項12】
前記ユーザパン・チルトアセンブリが、前記ユーザリニアジョイントアセンブリに枢着され、それによって前記シャフトの角度が基準水平軸を中心として上下に傾斜し得るようにされ、さらに、前記ユーザインターフェースベースアセンブリに枢動可能に装着され、それによって前記シャフトの角度が基準垂直軸を中心として左右にパンされ得るようにされる、請求項１１に記載の入力装置。
【請求項13】
前記ユーザインターフェースベースアセンブリが、ベースプレートと、
前記ベースアセンブリに対する前記パン・チルトアセンブリの前記角度位置を測定するように構成された、少なくとも１つの回転センサと、
表示灯と、
をさらに備える、請求項１２に記載の入力装置。
【請求項14】
ベースアセンブリが、前記ベースアセンブリに対する前記パン・チルトアセンブリの角度位置を各々独立して検出する第１および第２のパンセンサを含む、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項15】
前記ユーザインターフェースベースアセンブリが、前記パン・チルトアセンブリが基準垂直軸を中心として回転するとき、前記パン・チルトアセンブリに対して静止している、請求項１４に記載の入力装置。
【請求項16】
完全に相互接続されたユーザインターフェースハンドル、リニアジョイント、パン・チルトアセンブリ、およびベースアセンブリが、同心チューブアセンブリを制御するための信号を提供する、請求項１５に記載の入力装置。
【請求項17】
前記入力装置が、前記ハンドルの角回転が前記同心チューブアセンブリにおける対応する回転を生じさせるように構成される、請求項１７に記載の入力装置。
【請求項18】
前記ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリの前記平行移動センサが、前記平行移動軸に沿って摺動する前記シャフトの平行移動の動きを感知し、それによって、前記同心チューブアセンブリにおける対応する平行移動の動きを引き起こすことが可能である、請求項１７に記載の入力装置。
【請求項19】
前記パン・チルトアセンブリの前記チルトセンサが、前記相互接続されたユーザインターフェースハンドルおよびリニアジョイントアセンブリにおける傾斜軸を中心として上下に傾斜する動きを感知し、それによって、前記同心チューブアセンブリにおける対応する傾斜の動きを引き起こすように動作可能である、請求項１８に記載の入力装置。
【請求項20】
前記ユーザインターフェースベースアセンブリの前記パンセンサが、前記パン・チルトアセンブリの、基準垂直軸を中心として横にパンする動きを感知し、それによって、前記同心チューブアセンブリにおける対応するパンする動きを引き起こすように動作可能である、請求項１９に記載の入力装置。
【請求項21】
（ａ）ベースと、前記ベースに枢着され、垂直基準軸を中心として前記ベースに対して回転可能なベアリングブロックとを含むユーザ入力装置と、水平基準軸を中心として前記ベアリングブロックに枢動可能に取り付けられたリニアジョイントと、前記リニアジョイントに対して直線平行移動可能なハンドルとを設けることであって、前記装置が、前記ハンドルと前記リニアジョイントとの間のリニアエンコーダと、前記ベアリングブロックと前記リニアジョイントとの間の第１の回転センサと、前記ベースと前記ベアリングブロックとの間の第２の回転センサとを含む、を設けることと、（ｂ）前記リニアエンコーダから平行移動データを、前記第１の回転センサから傾斜角度位置データを、前記第２の回転センサからパン角度位置を取得することと、
（ｃ）前記取得された平行移動データ、傾斜角度位置データおよびパン角度位置データに基づいて、制御信号を生成することと、
（ｄ）前記同心チューブアセンブリに結合されたドライバに、前記制御信号を送信することと、
（ｅ）前記ドライバを介して、視野内における前記同心チューブアセンブリの運動を制御し、それによって、前記視野内の前記同心チューブアセンブリの運動が、３自由度に沿って前記ユーザ入力装置の運動に対応するようにすることと、
を備える、ロボット手術を行うための同心チューブを制御する方法。
【請求項22】
（ｆ）前記ハンドルを前記リニアジョイントに向かって平行移動させることと、（ｇ）同時に、前記チューブアセンブリの前記インナーチューブを前記ガイドチューブから離れて前記視野の中に入れさせることと、
をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
（ｆ）前記ユーザ入力装置を手術用ドレープの中に覆うことと、（ｇ）前記ユーザ入力装置を術野内で操作することと、
をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本主題は概して、精密な手術を行うためのロボット内視鏡手術機器および関連する方法に関する。より詳細には、本発明は、医師が内視鏡同心チューブロボット手術システムを正確に動かして制御することを可能にする入力装置に関する。
【背景技術】
【0002】
過去数十年にわたり、手術中に可能な限りもっとも低侵襲なやり方での体内への進入が、患者に多大な利益をもたらすことがますます明らかになってきている。低侵襲手術とは、大きく開かれた切開なしに体内に進入するあらゆる外科処置に用いられる一般的な用語である。内視鏡および切除鏡の低侵襲手術を行うための従来の装置は、概して剛性があり、患者の体の切開部または患者の体の自然な開口部を通して挿入される遠位先端を含む。遠位先端は、体内に配置されたときに、外科医が遠位先端に近い視野を見ることを可能にする光学レンズを含む。内視鏡は通常、手術室のモニタに視野を表示するために取り付けられたカメラを有する。いくつかの用途では、内視鏡は、内視鏡の遠位先端に設置されたカメラを含む。装置は、装置全体に延伸する作業チャネルをさらに含む。１以上の細長い手術具を、作業チャネルを通して挿入し得る。手術具には、切開装置、バスケット、またはレーザ光学機器等のツールが含まれ得る。手術具の遠位端は、装置の遠位先端から突出し、それによって、外科医が手術中に患者の体内でのツールの動作を視覚的に観察することが可能になる。
【0003】
低侵襲手術は、腹腔鏡手術を含み、これは、ユーザに手術野の視覚化および視界をもたらすチューブ（すなわち、内視鏡）と、体内の小さなポートを通過する長い硬性機器とを使用する。従来の腹腔鏡手術では、内視鏡は通常、手術野を視覚化するためにのみ使用され、それを通過するツールを有していない。ツールは身体の外側で切開ポートを通して枢動され、手術部位における器具の操作をもたらす。腹腔鏡手術におけるツール操作は、体内のポートを通して、長い硬性シャフトを旋回させることによってなされる。ガス注入された腹部、胸腔、骨盤、または十分な空間のある任意の他の解剖学的作業容積での手術の場合、この概念は、機器操作を行うための優れた低侵襲ソリューションをもたらすことが多い。しかしながら、手術部位が長く狭いチャネルを下りていく場合、これらの長い硬性シャフトを枢動させる能力が低くなる。アクセスチャネルがより長く、および／またはより狭くなると、ツールの操作能力は急激に低下する。
【0004】
また、低侵襲手術は、内視鏡手術を含む。腹腔鏡手術は視覚化をもたらすために内視鏡を用いるが、内視鏡手術は、手術機器が内視鏡チューブ自体の作業チャネルを通過する点で異なる。内視鏡手術中に用いることができる手術機器の例は、はさみ、鉗子、レーザーファイバ、単極／双極焼灼器等である。硬性内視鏡および可撓性内視鏡の両方があり、硬性内視鏡は、体外から手術部位までまっすぐな直線経路を取ることができる手術において用いられ、可撓性内視鏡は、湾曲した解剖学的構造を通して曲がることが必要とされる場合に用いられる。硬性内視鏡は現在、神経科、呼吸器科、整形外科、泌尿器科、婦人科等の手術を含むがこれらに限定されない、ほぼ全領域で使用されている。硬性内視鏡は現在、身体全体にわたる手術に用いられているが、欠点がないわけではない。硬性内視鏡の作業チャネルを通して操作するツールは、普通はまっすぐで硬性ツールであるという点において腹腔鏡ツールに類似している。一般に、これらのツールは内視鏡に対して２自由度の運動に制限され、挿入／後退、および軸方向回転が可能である。場合によっては、外科医が体外で内視鏡を枢動／傾斜させる能力を有し得るが、このことは、内視鏡が動くたびに内視鏡の視野もそれに伴って移動するため、作業を特に困難にする。また、外科医は、内視鏡の作業チャネルのサイズ制約により、ほとんどの時間で一度に１つの機器を手術部位に運ぶことしかできず、両手による双手タスクに対する能力が事実上削がれている。一度には単一のツールに限定されること、常に変化する視野、限られた自由度、および内視鏡先端の器具の技巧の欠如が、内視鏡手術を、低侵襲手術の特に困難なタイプにしている。
【0005】
電気機械手術ロボットは、精密性、空間的理由、および技巧に特に優れているため、手術機器の操作を支援するための大きな可能性を有し、急速に発展している医療分野である。手術ロボットは、全世界にわたって広く普及しており、何十万件もの処置で利用されている。機器の操作支援にこれまで設計された手術ロボットシステムの大部分は、概して枢動式ツールおよび可撓性ツールに分類することができる。枢動式の腹腔鏡的なシステム、たとえばＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．製で広範に用いられているｄａ Ｖｉｎｃｉ Ｘｉロボットは、腹腔鏡ツールと同じ方法、すなわち身体のポートを通し手傾斜させることによって機器操作を得る。体外でのツールの傾斜または枢動が可能ではない外科用途のために、研究界のいくつかのグループが、可撓性要素に基づくロボットシステムを開発してきた。これらのシステムは多くの場合、ロボット連続体、または弾性構造を有する連続的屈曲ロボットと称される。また、同心チューブマニピュレータも存在し、これは、同心円状の弾性チューブで構成される小型の針サイズのロボット連続体の一種である。同心チューブロボットは、体内で関節を有する小径ロボットを必要とするさまざまなタイプの低侵襲外科的介入において期待が見込まれている。例としては、目、聴覚、副鼻腔、肺、前立腺、脳、および他の領域の手術を含む。これらの用途のほとんどでは、ロボットが人体内で「より窮屈な隅」を曲がり、手術部位において巧みに作業することを可能にするために、概してより高い曲率が望ましい。内視鏡手術の場合、同心チューブの事前曲率によって、どの程度マニピュレータが内視鏡の先端に接近して作業することができるかが決定され、このことは、内視鏡手術中には非常に重要である。
【0006】
これまでの内視鏡処置では、外科医は通常、一方の手で内視鏡を、他方で内視鏡機器を保持するため、外科医が２つの機器を同時に操作することが概して不可能になる。人為ミスの側面に起因して、外科医が１つの内視鏡機器を別の内視鏡機器に交換する必要があるときは常に、内視鏡の拙劣かつ危険な動きをまねく可能性がある。しかしながら、外科医は多くの場合、特定の状況、特に物質を正確に把持し、操作し、切断しようとする場合、２つの機器を正確かつ同時に操作する能力が必要である。内視鏡が、１以上のツールに同時に適応することができる場合であっても、ツールは互いに対してまっすぐかつ平行に方向づけることができるのみであり、このことは、ツール間での適切な協働を阻害する。外科医は、ロボット手術システムが提供する精密性、技巧、および視覚の向上から大きな恩典を得ることができるが、そのような従来のシステムは、その操作性において限界がある。
【0007】
従来の手術ロボットに関する別の課題は、従来のユーザ入力コンソールが、概して無菌野で用いるように構成されていないことである。よって、入力コンソールを操作する外科医は、遠隔した非無菌環境の手術室の外に立っていなければならない。このことは、特に外科医が手術中に滅菌野とユーザ入力コンソールとの間を行き来する必要がある場合に、不便である可能性がある。
【0008】
したがって、直観的で、精巧かつ正確な内視鏡ロボット手術システムにおける新規な改良に対する要望が存在する。
【発明の概要】
【0009】
本開示は、概して、低侵襲手術をロボットによって行うための医師入力装置およびシステムに関する。いくつかの実施形態では、本発明は、硬性内視鏡の先端から手術を行うように動作する２つのロボット制御された同心チューブマニピュレータをもたらす内視鏡手術システムを含む。いくつかの実施形態では、外科医は、医師入力装置のジョイスティック様ハンドルを操縦して、硬性内視鏡要素の先端から突出する独立した可動ロボット同心チューブマニピュレータの一方または両方の対応する動きを制御し得る。
【0010】
いくつかの実施形態では、本開示の目的は、ほぼあらゆる硬性内視鏡処置において直線ツールを置き換え、外科医が従来の硬性内視鏡検査とは比較にならない技巧および精密性をもって組織を把持し、操作し、切断することを可能にするシステムを提供することである。
【0011】
本開示の別の目的は、対応する傾斜および直線運動を制御するために、傾斜自由度および直線イン／アウト自由度を備えたハンディ型コントローラを用いて同心チューブアレイ内のチューブを制御するための医師入力装置を提供することである。さらなる実施形態では、横方向のパンを備える第３の自由度が提供される。いくつかの実施形態では、第４の自由度は、長手方向軸を中心とした回転を含む。
【0012】
本開示の別の目的は、硬性内視鏡を使用した外科処置中に、外科医が内視鏡ツールを安全に制御するために用いることができ、作業空間をリアルタイムで観察するために取り付けられたカメラレンズの恩典を有する医師入力装置を提供することである。内視鏡カメラは、手術室のモニタと通信して、内部の手術部位の視覚的な内視鏡フィードバックをライブで得ることができ、外科医は手術を行っている間、それを観察することができる。内視鏡要素は、ロボット制御された２つの同心チューブマニピュレーターアームと、それらの上方に装着された光学レンズとを送り届けることができる。特に、同心円状のチューブアームは、回復可能な歪みが大きく、超弾性を維持しながら所望の曲線に形状設定される能力に起因して、ニチノールから作られることができる。同心チューブアームの端部のマニピュレータは、把握部、鉗子、ナイフ、ブラシ、メス、生検装置、電気焼灼装置、および組織用はさみおよびカッターを含むがこれらに限定されない、多数の手術具を備えることができる。
【0013】
本開示のさらなる目的は、内視鏡手術ロボットの同心チューブを高度に安全かつ直観的な方法でロボット制御する医師入力装置を提供することである。
【0014】
本開示の別の目的は、外科処置中に無菌野に位置させることができる手術ロボットを制御するように構成された医師入力装置を提供することである。いくつかの実施形態では、本開示は、１以上のドレープを用いて滅菌野内で、またはその近くで不純物を取り除かれる外科医によって操作され得るか、あるいは滅菌野の外の遠隔環境で用いられ得るように構成されたユーザ入力部を備える医師入力装置を提供する。
【0015】
本発明の他の多くの目的、利点および新規な特徴は、以下の開示を添付の図面および特許請求の範囲と併せて読むことにより、当業者には容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】内視鏡同心チューブロボット支援精密手術システムの一実施形態の概要斜視図を図示する。
【図2】医師入力装置の一実施形態の斜視図を図示する。
【図2A】ユーザインターフェースハンドルアセンブリ、および平行移動自由度を示す同心チューブアセンブリの視野の一実施形態の斜視図を図示する。
【図2B】ユーザインターフェースハンドルアセンブリ、および傾斜自由度を示す同心チューブアセンブリの視野の一実施形態の斜視図を図示する。
【図2C】ユーザインターフェースハンドルアセンブリ、およびパン自由度を示す同心チューブアセンブリの視野の一実施形態の斜視図を図示する。
【図18】第１および第２の入力装置および第１および第２の同心チューブアセンブリを含む手術システムの一実施形態の斜視図を図示する。
【図19】第１および第２の医師入力装置を含む医師入力コンソールの一実施形態の斜視図を図示する。
【図20】手術用ドレープを有する医師入力装置の一実施形態の詳細な斜視図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明の様々な実施形態の作成および使用が以下で詳細に説明されるが、本発明は、多種多様な特定の状況で具現化される多くの適用可能な発明概念を提供することが理解されるべきである。本明細書で述べられた特定の実施形態は、本発明の作成および使用のための特定の方法の単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。当業者においては、本明細書に記載される特定の器具および方法との数々の等価物が認識されよう。そのような等価物は、本発明の範囲内であるとみなされ、特許請求の範囲によって保護される。
【0018】
ここで図面を参照すると、低侵襲手術を行うための装置の実施形態の様々な図が示される。図面では、明確にするために、各図面にすべての参照番号が含まれているわけではない。図中に示された装置は、特許請求の範囲に記載された発明のすべての可能な実施形態を説明することは意図されておらず、むしろ例として含まれている。当業者においては、特許請求の範囲の発明の装置および方法が、図中に示されていない異なる構成および配向を含み得ることが理解されよう。
【0019】
本開示は、低侵襲手術をロボットによって行うための医師入力装置を提供する。内視鏡同心チューブロボット支援精密手術システムの一実施形態の概要を、図１に見ることができ、医師入力装置１は、手術室モニタ３と直接通信している内視鏡同心チューブロボット２と直接通信している。
【0020】
医師入力装置１の一実施形態のより詳細な図が、図２に示される。医師入力装置１は、ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０と、ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０と、ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリ３０と、ユーザインターフェースベースアセンブリ４０と、回転エンコーダ５０とを備えることができる。いくつかの実施形態では、アセンブリ１０、２０、３０、および４０の各々が、互いに通信し、医師入力装置１のあらゆる動きを継続的に追跡している様々なタイプのセンサを包含することができる。
【0021】
医師入力装置は、いくつかの実施形態では、同心チューブアセンブリの遠位先端の手術具の対応する動きを制御するための３自由度を含む。たとえば、医師入力装置１の特定の実施形態では、使用中、（１）ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０を引き込むかまたは外側に向けて押し出すことによる、内視鏡同心チューブロボット２の平行移動の動きと、（２）ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０を横方向、すなわち左右に動かすことによる、同心チューブロボット２のパンする動きと、（３）ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０を上下に動かすときの、同心チューブロボット２の傾斜する動きと、を引き起こすことができる。さらなる実施形態では、第４の自由度によって、（４）接触点アセンブリ１００のユーザインターフェースアセンブリ１１０部分を軸回転させることによる、同心チューブロボット２の軸回転の動きを制御する。
【0022】
図２Ａを参照すると、第１の自由度は、ユーザの手による接触点アセンブリ１００、すなわちハンドルの直線平行移動を含む。ハンドルがパン／チルトアセンブリ２０およびＵＩリニアジョイントアセンブリ３０に向かって前方に平行移動されると、平行移動センサは、平行移動を検出し、第１のチューブアセンブリ１１９に結合されたドライバに制御信号を送る。第１のチューブアセンブリ１１９は、ガイドチューブ１１６と、ガイドチューブ１１６の内側に位置づけられたインナーチューブ１１４とを含む。インナーチューブ１１４は、ガイドチューブ１１６の内側を長手方向に平行移動することが可能である。ガイドチューブ１１６は、インナーチューブ１１４を所望の方向に導く湾曲した遠位先端を含む。ガイドチューブは、内視鏡内のチャネル内を回転し得る。入力装置１のハンドルが平行移動軸１１８ａに沿って直線平行移動すると、インナーチューブ１１４は対応する運動で移動し、それによって、インナーチューブ１１４がガイドチューブ１１６の遠位先端の中に、またはその外に直線的な動きで平行移動する。たとえば、ハンドル１００がＵＩリニアジョイントアセンブリ３０に向かって内向きに押されると、ガイドチューブ１１６に対して、インナーチューブ１１４の対応する延伸がチューブアセンブリ１１９内で生じる。同様に、ハンドル１００がユーザによって平行移動軸１１８ａに沿って引き戻されると、ガイドチューブ１１６に対して、インナーチューブ１１４の対応する後退が生じる。ハンドル１００の出入りする平行移動を、インナーチューブ１１４の対応する動きにマッピングすることによって、入力装置１は、組織作業空間内でツール１１５を延伸および後退させるためのユーザフレンドリで直感的なインターフェースを提供する。
【0023】
図２Ｂを参照すると、第２の自由度は、上下傾斜機能を含む。ハンドル１００がＵＩパン／チルトアセンブリ２０に対して水平基準軸１１８ｂを中心として角度的に移動すると、１以上のセンサが動きを検出し、チューブアセンブリ１１９に対応する運動を与えるようドライバに制御信号を送る。たとえば、図２Ｂに示すように、ハンドル１００が水平軸１１８ｂを中心として上向きに傾斜すると、インナーチューブ１１４は、対応する上向きの運動で、術野内を平行移動する。同様に、ハンドル１００が水平軸１１８ｂを中心として下向きに傾斜すると、インナーチューブ１１４は、対応する下向きの運動で、術野内を平行移動する。これにより、ユーザはハンドル１００の動きを、組織作業空間内での対応するインナーチューブ１１４およびツール１１５の運動に直接マッピングすることが可能になる。
【0024】
一部のユーザは、入力方向と作業空間内でのツールの傾斜運動との間に逆相関を有することを好む。医師の入力に対する上下傾斜機能の動きは、ソフトウェアおよび電子信号を用いて、チューブアセンブリの運動を制御するドライバにマッピングされるため、いくつかの実施形態では、器具を逆の構成で設けることができる。たとえば、逆の構成では、ハンドル１００がＵＩパン／チルトアセンブリ２０に対して、水平基準軸１１８ｂを中心として上向きかつ角度的に傾斜すると、インナーチューブ１１４は、対応する下向きの運動で術野内を平行移動する。同様に、逆の構成の実施形態では、ハンドル１００が水平軸１１８ｂを中心として下向きに傾斜すると、インナーチューブ１１４は、対応する上向きの運動で術野内を平行移動する。
【0025】
図２Ｃを参照すると、第３の自由度は、横方向のパン機能を含む。ハンドル１００が、基準垂直軸１１８ｃに対して角度的に移動すると、チューブアセンブリ１１９の対応する移動により、インナーチューブ１１４および先端１１５が視野内で横方向に動くことが可能になる。たとえば、ハンドル１００が基準垂直軸１１８ｃを中心とする枢動運動で左にパンされると、インナーチューブ１１４は、視野内において対応する運動で左に移動する。同様に、ハンドル１００が、基準垂直軸１１８ｃを中心とした枢動運動で右に移動すると、インナーチューブ１１４は、視野内において対応する動作で右に移動する。
【0026】
また、一部のユーザは、入力方向と作業空間内での手術具の横方向のパン運動との間に逆相関を有することを好む。医師の入力に対する横方向のパン機能の動きは、ソフトウェアおよび電子信号を用いて、チューブアセンブリの運動を制御するドライバにマッピングされるため、いくつかの実施形態では、器具を逆の構成で設けることができる。たとえば、逆の構成では、ハンドル１００が垂直基準軸１１８ｃを中心として左右にパンされると、インナーチューブ１１４は、対応する左右運動で術野内をパンされる。同様に、逆の構成の実施形態では、ハンドル１００が垂直基準軸１１８ｃを中心として左右にパンされると、インナーチューブ１１４は、対応する右左運動で術野内をパンされる。
【0027】
第４の自由度は、いくつかの実施形態では、回転機能を提供する。ハンドル１００が、平行移動軸１１８ａを中心として角度的に回転すると、視野内のインナーチューブ１１４およびツール１１５に、対応するロールまたは回転が生じる。この機能は、ツール１１５が、長手方向軸を中心とした角度配向を要するグリッパ装置または他のツールを含む場合に望ましい。
【0028】
いくつかの実施形態では、複数の自由度が協働し、視野内のインナーチューブ１１４の運動を制御するように同時に使用されてもよい。たとえば、ユーザは、ハンドル１００を同時に回転、傾斜、パンおよび延伸させるか、または後退させ、視野内のインナーチューブ１１４およびツール１１５の対応する動きを生じさせ得る。いくつかの実施形態では、入力装置１は、角度パン、角度傾斜、および直線平行移動を含む３自由度を有するジンバルを形成する。
【0029】
図３に示すように、ハンドルアセンブリの一実施形態は、接触点アセンブリ１００と、ハンドルベアリングアセンブリ２００と、磁気センサハウジングアセンブリ３００と、シャフト軸アセンブリ４００とを備え得、すべてが互いに直接接続されている。いくつかの実施形態では、図４に示すように、接触点アセンブリ１００は、接触点シャフト１０１と、摩擦ガスケット１０２と、平ワッシャ１０３と、接触感応ユーザインターフェースアセンブリ１１０とを備える。
【0030】
他の実施形態では、接触点アセンブリ１００は、医師が接触点アセンブリ１００に手で接触したかどうか、およびいつ接触したかを検出することが可能である少なくとも１つの接触センサまたはセンサアレイを付加的に備えることができる。そのような実施形態では、接触センサは、チューブアセンブリの意図しない動きを防止するための安全機構として機能する。たとえば、接触センサを介在させて、入力またはワークステーションが図らずもぶつかったようなケースで、内視鏡同心チューブロボット２の対応する動きを防止することができる。加えて、接触センサは、医師の手と接触点アセンブリ１００との間の設定された量の接触点を検出したときだけ、医師入力装置１と内視鏡同心チューブロボット２との間の直接接続を導通させる役割を果たすことができる。
【0031】
図５に示される一実施形態では、接触点アセンブリ１００の接触感応ユーザインターフェースアセンブリ１１０部分は、接触点容量性エンドキャップ１１１と、接触点容量性本体１１２と、容量性本体１１２の中空の内部部分を画定するパネルマウント１１３とをさらに備えることができる。特定の実施形態では、接触点容量性本体１１２は、上述の方法で安全機構として機能する１以上の接触センサを収容することができる入力装置１の多くの領域のうちの１つである。たとえば、いくつかの実施形態では、第１のセンサ１１２ａおよび第２のセンサ１１２ｂは、本体１１２上に位置づけられる。入力装置は、第１および第２のセンサ１１２ａ、１１２ｂの両方がユーザの手によって接触されない限り、チューブアセンブリの始動を防止するように構成される。第１および第２のセンサは、容量性接触センサ、圧力センサ、またはスイッチ等の、当技術分野で既知の任意の好適なセンサを含むことができる。
【0032】
さらに図５を参照すると、いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースアセンブリ１１０は、ハンドルの周辺に位置づけられた接点またはパッド１１２のアレイを含む。各接点、またはパッド１１２ａ、１１２ｂ等は、中央マルチチャネルセンサに接続される。たとえば、第１のパッド１１２ａはセンサ上の第１のチャネルに接続され、第２のパッド１１２ｂはセンサ上の第２のチャネルに接続され、ハンドル上に位置づけられた追加のパッドは、センサ上の別個のチャネルに各々接続される。いくつかの実施形態では、センサは、８個のチャンネルを有するマルチチャンネルセンサを含み、各チャネルは、ハンドルの周辺に位置づけられた対応するパッドに接続される。システムは、異なる位置の所定の異なるパッドの組み合わせが、ユーザの手によって同時に接触されない場合、チューブアレイの動きを禁じるようにプログラムすることができる。
【0033】
医師入力装置および関連する方法のいくつかの実施形態は、付加的な安全性を提供するための、複数の自由度に沿った冗長感知を含む。たとえば、いくつかの実施形態では、入力装置１は、基準軸１１８ａに沿った直線平行移動を含む第１の自由度を含む。第１および第２の平行移動センサは、両方ともが基準軸１１８ａに沿ったハンドル１００の直線運動を検出する。第１および第２のセンサの両方によって取得されたハンドル１００の直線平行移動に関連する平行移動データが、類似性の所定の閾値範囲内ではない場合、システムは、作業空間内のチューブアレイの対応する運動を防止し得る。
【0034】
いくつかの実施形態では、追加の軸の各々に関して、同様の冗長性が設けられる。たとえば、装置上に位置づけられた第１および第２のチルトセンサは、図２Ｂに示す基準水平軸１１８ｂに対するハンドル１００の上下の角度的な動きを検出する。第１および第２のセンサの各々によって取得された角度位置データが、類似性の所定の閾値範囲内にない場合、システムは作業空間内のチューブアレイの対応する動きを防止し得る。また、装置上に位置づけられた第１および第２のパンセンサは、図２Ｃに示す基準垂直軸１１８ｃに対するハンドル１００の横方向の角度的な動きを検出する。第１および第２のパンセンサの各々によって取得された角度位置データが、類似性の所定の閾値範囲内ではない場合、システムは、作業空間内のチューブアレイの対応する横方向のパン運動を防止し得る。最後に、装置上に位置づけられた第１および第２のロールセンサは、平行移動軸１１８ａを中心としたローリング運動におけるハンドル１００の角度的な運動を検出する。第１および第２のロールセンサの各々によって取得された角度位置データが、類似性の所定の閾値範囲内にない場合、システムは、作業空間内のチューブアレイの対応するローリング運動を防止し得る。いくつかの実施形態では、冗長センサを各々の軸に沿って設けることによって、作業空間内でのチューブアレイの故意ではない動きが防止され得る。
【0035】
図６を参照すると、ハンドルベアリングアセンブリ２００は、相互接続された一連の平ワッシャ２０１と、摩擦ガスケット２０２と、ボールベアリング２０３と、ハンドルベアリングブロック２０４とで構成されることができる。図７に示すように、特定の実施形態では、磁気センサハウジングアセンブリ３００は、磁気センサハウジング本体３０２を備える。本体３０２内に収容されるのは、対応する複数の磁気センサギアアセンブリ３１０に取り付けられた複数の磁気回転エンコーダ３０１であることができる。磁気センサギアアセンブリ３１０は、図８に示すように、磁石付歯車３１１と、磁石３１２と、磁気センサギアアセンブリの内側に耐薬品性ドライランニングスリーブベアリング３１３と、止め輪３１４とをさらに備えることができる。これらの機能は、ハンドルの回転を検出して、チューブアセンブリの対応する回転を制御する。
【0036】
図９および図１０を参照すると、六角シャフト軸アセンブリ４００の一実施形態は、六角シャフト４０１と、六角シャフトマウント４０２と、カプセルスリップリング４１０と、スリップリングアダプタ４０３とを備えることができ、カプセルスリップリング４１０は、回転スリップリング４１１と、静止スリップリング４１２とをさらに備える。いくつかの実施形態では、スリップリングアダプタ４０３は、接触点シャフト１０１の先端と整列し、その周囲に直接嵌合することができる。この配置では、カプセルスリップリング４１０は、回転可能な接触点アセンブリ１００に導体を渡すことができる。さらに、特定の実施形態では、軸回転制御は、内視鏡同心チューブロボット２における対応する動きの約１対１の比率を有するが、そのような比率は、他の実施形態では、特定の用途に対して要求される場合、拡大または縮小することができる。
【0037】
図１１に描写されるように、ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリ３０の一実施形態は、入力シャフトチャネル３１と、エンドキャップ３２と、入力シャフトチャネル３１の内側をライニングする複数の摩擦ベアリング３３と、本体カバー３４と、本体カバー３４の内側に収容されるポテンショメータ３５と、ポテンショメータ３５と直接接触するインクリメンタル磁気エンコーダ３６と、ＭＳ０５－Ａ－Ｌ６０ ３７と、ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリ３０の第２の端部の内側に収容されたカウンタウェイト３８と、本体カバー延伸部３９と、ユーザインターフェースリニアジョイントがそれを中心として上下に枢動することができる傾斜軸３２０とを備えることができる。そのような実施形態では、ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０は、シャフト４０１と摩擦ベアリング３３との間の嵌合相互接続によって、ユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリ３０に結合され、シャフト４０１の先端は、ポテンショメータ３５に嵌入する。この構成では、インクリメンタル磁気エンコーダ３６は、ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０内で平行移動の動きがなされた場合に感知し、それによって、チューブアセンブリ内で対応する平行移動の動きを引き起こすことが可能である。ポテンショメータ３５は第１の平行移動センサを提供し、インクリメンタル磁気エンコーダ３６は第２の平行移動センサを提供する。第１および第２の平行移動センサはともに、平行移動軸１１８ａに沿ったハンドル１００の直線の動きを検出する。第１および第２のセンサは異なるように動作するが、これらはハンドル１００の平行移動に対する冗長位置感知を提供し、それによって、作業空間内でのチューブアレイの故意ではない動きを防止するバックアップ安全機能を提供する。
【0038】
いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０が、リニアジョイントアセンブリに対して平行移動されると、第１および第２の平行移動センサを介して位置データが取得され、チューブアセンブリに結合されたドライバに平行移動制御信号が送られる。平行移動制御信号は、有線接続を介してドライバに送られるか、またはいくつかの実施形態では、無線トランシーバまたは送信機を介して送られてもよい。
【0039】
内部摩擦ベアリング３３に起因して、医師がハンドルアセンブリ１０を平行移動させるときに著しい量の抵抗がある。そのような抵抗は、患者の安全を増大させることを助けることができる好ましく意図的な機能であるが、これは、外科医が内視鏡を通し、ロボットインターフェースを介さずにツールを自分で動かしているかのように、動きをより良好に感じることを助けることを目にするためである。また、平行移動軸に沿った抵抗感は、低摩擦装置上の１以上のモータによってもたらされ、ハンドルが平行移動軸１１８ａに沿って直線的に平行移動するときの抵抗感をもたらすこともできる。さらに、いくつかの実施形態では、平行移動制御は、チューブアセンブリにおける対応する動きの約２対１の比率を有するが、他の実施形態では必要に応じて調整されることができる。
【0040】
入力装置１は、パンおよびチルト性能を提供するためのマウント、またはユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０をさらに含む。ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０の一実施形態を、図１２～１４に示す。本実施形態では、ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０はＵ字形であり得、２つのブロックカバー２２内に収容された２つの対向するブロック２１と、ブロック２１の各々の内側のステンレス鋼ボールベアリング２３と、ブロック２１の各々の内側に収容された磁気センサマウント２１０と、ブロック２１のうちの１つに接続された傾斜軸回路基板２２０とを備え得る。そのような実施形態では、磁気センサマウント２１０の各々が、磁気回転エンコーダ２１１をさらに備え、傾斜軸回路基板２２０は、パン／チルトアセンブリ２０に対し、またそこから電気信号を送信するための複数のコネクタをさらに備える。
【0041】
また、そのような実施形態では、相互接続されたユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０およびユーザインターフェースリニアジョイントアセンブリ３０は、リニアジョイントアセンブリ３０の傾斜軸３２０部分の各々を、２つのステンレス鋼ボールベアリング２３の各々に接続するようにカスタマイズされた一対の傾斜軸ファスナによって、ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０にさらに接続される。この配置では、磁気回転エンコーダ２１１は、相互接続されたハンドル／リニアジョイント／パン／チルトアセンブリに、傾斜軸３２０を中心とした上下に傾斜する動きがあったときを感知し、それによって、視野内のチューブアセンブリに対応する傾斜の動きを引き起させることが可能である。さらに、特定の実施形態では、傾斜制御は、チューブアセンブリにおける対応する角度的な動きの約１対１の比率を有するが、他の実施形態では、必要に応じてそのような比率を高く、または低く調整することができる。
【0042】
ユーザインターフェースベースアセンブリ４０の一実施形態が、図１５～１９に図示される。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースベースアセンブリは、ベースプレート４１と、複数のスペーサ脚４４によってベースプレート４１の上に上昇させたベースハウジング４２と、互いに重ね合わせられてベースハウジング４２の内側に収容された２つのボールベアリング４３と、ベースプレート４１の底面に装着された複数のスリーブベアリングキャリッジと、ベースハウジング４２の上部に装着されたリングＬＥＤアセンブリ４６と、ベースプレート４１の上側に装着されたリードナットハウジング４７と、リードナットハウジング４７内に包含されたリードナット（または等価物）４８と、ベースハウジング４２の底部に装着された軸外回転絶対磁気エンコーダ４９とを備えることができる。そのような実施形態では、リングＬＥＤアセンブリ４６は、リングＬＥＤハウジング４６０と、リングＬＥＤカバー４６１と、ＳＷ ＬＥＤリング４６２とを備え、ＳＷ ＬＥＤリング４６２は、リングＬＥＤプリント回路基板４６５をさらに備えることができる。
【0043】
図２の医師入力装置１の実施形態に見られるように、冗長な軸外回転絶対磁気エンコーダ５０は、エラストフェライト上部リング層５１と下部リング層を備え、エンコーダ４９のさらに下の位置でベースハウジング４２の底部に装着される。そのような実施形態では、ユーザインターフェースベースアセンブリ４０は、Ｕ字形パン／チルトアセンブリ２０の基部からリングＬＥＤアセンブリ４６を通って延下する「メインシャフト」によって、Ｕ字形ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０と相互接続され、ボールベアリング４３と、ベースアセンブリ４０のベースハウジング４２と積層される。本実施形態では、ユーザインターフェースハンドルアセンブリ１０、Ｕ字型ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０、ユーザインターフェースリニアジョイント３０、ユーザインターフェースベースアセンブリ４０、および冗長軸外回転絶対磁気エンコーダ５０は、１つの相互接続されたユニットを形成する。この配置では、軸外回転絶対磁気エンコーダ４９および冗長軸外回転絶対磁気エンコーダ５０は、相互接続されたハンドル／リニアジョイント／パン／チルトアセンブリの、「メインシャフト」を中心とした横方向にパンする動きがあった場合を感知し、それによって、チューブアセンブリ内で対応するパンする動きを引き起こすことが可能である。さらに、特定の実施形態では、パン制御は、チューブアセンブリにおける対応する動きの約１対１の比率を有するが、他の実施形態では、必要に応じてそのような比率を高く、または低く調整することができる。
【0044】
回転エンコーダは、ユーザインターフェースパン／チルトアセンブリ２０がユーザインターフェースベースアセンブリ４０に対して基準垂直軸１１８ｃを中心として回転するときの角度位置を検出し、位置信号を生成する。位置信号を用いて、ドライバに転送されるパン制御信号を生成し、チューブアセンブリ内で対応する横方向のパン運動を生じさせる。パン制御信号は、有線または無線接続を介して、ドライバに送られる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース１から送信されるパン信号は、回転エンコーダ５０を介して取得される角度位置データを含む。他の実施形態では、ユーザインターフェース１から送信されるパン信号は、チューブアセンブリの対応する運動を駆動するように計算された追加のコンポーネントを含む。
【0045】
いくつかの実施形態では、ユーザ入力装置１は、約５０ｍｍ～約６０ｍｍの平行移動ストロークを提供する。この範囲は、用途に応じて高く、または低く調整されることができる。いくつかの実施形態では、この範囲のストローク距離は、インナーチューブ１１４の対応するストローク範囲約３０ｍｍ～約４０ｍｍを提供する。ハンドル１００での入力運動と、各々の自由度に沿ったインナーチューブ１１４の有効運動との比率は、いくつかの実施形態では、装置の感度を調整するために精密に制御されることができるソフトウェアベースのゲイン係数として調整され得る。
【0046】
ユーザインターフェース１は、インターフェースが静止コンソールまたはスタンドに装着されていることに起因して、三次元空間に固定されたパン／チルト枢動ポイントを提供する。このような構成は、外科医が制約された動作の中心に抗してツールを傾斜させているような場合に、望ましい感覚を外科医に提供する。このレイアウトは、腹腔鏡手術中に患者の体壁のポートを通して手動でツールを操作／傾斜させることに類似した経験をもたらす。枢動点は、パン／チルトジンバルを介して機械的に実施されることができるか、または他の実施形態では、枢動点は、触覚システムを介して電子的に実施されることができる。
【0047】
ユーザインターフェース１の別の機能は、先端１１５を動かすことを望む場合に「クラッチ」を必要としないシステムを提供する。チューブアセンブリマニピュレータの作業空間全体が、利用可能な運動範囲および入力装置の作業スペースの中に包含されるため、他の従来の手術ロボット入力部で必要とされるような、外科処置中にユーザ入力部をチューブアセンブリから結合解除してユーザ入力部を再度位置づける必要がない。
【0048】
ユーザインターフェース１のさらなる機能は、処置の開始時に容易に較正することができるか、またはゼロ位置に戻すことができるシステムを提供する。外科処置の開始時に、ガイドチューブ１１６およびインナーチューブ１１４が完全に後退すると、ハンドル１００もまた、平行移動軸に沿って機械的限界まで手動で後退させ得る。この位置から、チューブアセンブリおよびハンドル１００はともに、平行移動軸に沿って、視野内およびチューブアセンブリの利用可能な運動の範囲によって画定される作業空間円錐内へと前方に平行移動し得る。このように、ハンドル１００とチューブアセンブリとの整列を、各動作の開始時に容易に実施し得る。
【0049】
さらに図２１を参照すると、いくつかの実施形態では、手術システムは、第１の入力装置１ａおよび第２の入力装置１ｂを含む。第１の入力装置１ａは、ハンドルの動きに伴う直線平行移動、パンおよびチルトデータを取得するように構成される。取得されたデータは、有線または無線インターフェースを介して、第１の同心チューブアレイ１１７ａに機械的に連結された第１のドライバ２３０ａに通信される。第１のドライバ２３０ａは、第１の入力装置１ａによって取得された位置データに対応する、視野内での第１の同心チューブアレイ１１７ａの運動を制御する。第２の入力装置１ｂは、第２の入力装置１ｂ上のハンドルの動きに伴う直線平行移動、パンおよびチルトデータを取得するように構成される。取得されたデータは、有線または無線インターフェースを介して、第２の同心チューブアレイ１１７ｂに機械的に連結された第２のドライバ２３０ｂに通信される。第２のドライバ２３０ｂは、第２の入力装置１ｂによって取得された位置データに対応する、視野内での第２の同心チューブアレイ１１７ｂの運動を制御する。
【0050】
さらなる実施形態では、本開示は、手術を行うための同心チューブアセンブリを制御する方法を提供する。該方法は、（ａ）ユーザ入力部に平行移動、チルトおよびパンを含む３自由度を提供する工程と、（ｂ）線形に固定基準フレームに対するユーザ入力装置の平行移動を表す直線位置データを取得する工程と、（ｃ）固定水平基準軸を中心とした角度的な動きに対応する傾斜角度位置データを取得する工程と、（ｄ）固定垂直基準軸を中心とした角度的な動きに対応するパン角度位置データを取得する工程と、（ｅ）取得された直線位置データ、傾斜角度位置データ、およびパン角度位置データを、遠隔した同心チューブアレイ内の手術具の対応する動きにマッピングする工程と、を含む。
【0051】
いくつかの実施形態では、該方法は、第１のセンサおよび第２のセンサを含むユーザ入力部にハンドルを設けることをさらに含み、第１のセンサと第２のセンサがともに起動されない限り、装置は動作不能である。いくつかの実施形態では、第１および第２のセンサは、容量性接触センサである。
【0052】
いくつかの実施形態では、該方法は、ユーザの右手によって用いるように構成された第１のユーザ入力装置と、ユーザの左手によって用いるように構成された第２のユーザ入力装置とを設けることをさらに含む。第１および第２のユーザ入力装置は、手術を行うための第１および第２の同心チューブアセンブリに各々電子接続される。各ユーザ入力装置は、直線平行移動、パンおよびチルトを含む少なくとも３自由度を含み、各々の装置の動きが、各自由度に沿ったそれぞれの同心チューブアレイに、対応する動きを生じさせる。
【0053】
図１９～２０を参照すると、いくつかの実施形態では、外科医入力コンソール５００は、第１のユーザ入力装置５０１ａおよび第２のユーザ入力装置５０１ｂを含む。第１および第２の入力装置５０１ａ、５０１ｂは、フレーム５０２上に装着される。いくつかの実施形態では、フレーム５０２は、第１および第２の入力装置５０１ａ、５０１ｂ間の距離が可変であり、異なる身体的属性、たとえばより短いかより長い腕および／または異なる手のサイズを有する外科医に適応するように調整され得るように構成される。フレーム５０２は、ベース５０６から上方に延伸するシャフト５０４の頂上に位置づけられる。フレーム５０２は、いくつかの実施形態では、ユーザディスプレイスクリーン５２０とユーザ制御パネル５２２とを含む。シャフト５０４は、いくつかの実施形態では、座っているかまたは立っている位置にある外科医に適応するように、または異なる身長または腕の長さの外科医に適応するように、選択的に延伸可能である。ベース５０６は、その上に配置された複数の車輪を含み、それによって、コンソール５００は硬い表面、たとえば病院の床の上で転がすことができるようにされる。コンソール５００から手術を行うための同心チューブアセンブリを含む手術器具まで、複数のワイヤ５１０が延びている。ワイヤ５１０は、手術器具とコンソール５００との間で信号を送受信する。いくつかの実施形態では、手術器具とコンソール５００との間の通信は、無線通信を介する。
【0054】
図１９および２０に示すように、いくつかの実施形態では、コンソール５００は、手術用ドレープ５１２と併用するように特に適合される。ドレープ５１２は、無菌バリアを提供し、コンソール５００が手術室内の術野で使用されることを可能にする。いくつかの実施形態では、ドレープ５１２は、コンソール５００、フレーム５０２、第１および第２のユーザ入力装置５０１ａ、５０１ｂ、およびシャフト５０４を覆う。各々のユーザ入力装置５０１ａ、５０１ｂは、外科医が手術用ドレープを備え付けたまま装置を手動で操作できるように特に設計されている。
【0055】
たとえば、図１９に示すように、コンソール５００は、フレーム５０２の上方に上向きに延伸し、さらにいくつかの実施形態では、第１および第２のユーザ入力装置５０１ａ、５０１ｂの上方に上向きに延伸するドレープサポート５１８を含む。いくつかの実施形態では、ドレープサポート５１８は、少なくとも第１および第２のユーザ入力装置５０１ａ、５０１ｂ間の距離にわたり、ディスプレイスクリーン５２０から離れた第１および第２のユーザ入力装置５０１ａ、５０１ｂ側にオフセットされた水平バーを含む。ドレープサポート５１８は、ドレープ５１２が入力装置５０１ａ、５０１ｂの上にテントを形成し、それによって、入力装置が、ドレープ５１２によって形成されたテント内で比較的自由な運動範囲で移動し得るようにされることを可能にする。ドレープ５１２は概して、コンソールに遊嵌しており、それによって、ユーザ入力装置を自由に操作し、必要に応じてフレーム上に再度位置づけ得るようにされる。ドレープ５１２は、コンソール５００上の所望の位置にドレープ５１２を固定するために、テープまたは磁石等の１以上のファスナを用いて、コンソール５００に固定され得る。
【0056】
また、図２０に示すように、ポケット５１４を含むドレープ５１２は、ユーザ入力装置５０１ａ上のハンドル５１６の上に装備され得る。ユーザ入力装置ハンドル、パン・チルトアセンブリ、およびベースアセンブリの機械的構成に起因して、装置にドレープ５１２が装備されている場合、外科医はそれでもなお、回転を含むすべての自由度に沿ってハンドル５１６の操作を達成することができる。入力装置の構成により、手術野での装置の使用が可能になる。たとえば、いくつかの実施形態では、ドレープ５１２は、ハンドル５１６の周囲にドレープ５１２の本体から分離されたポケット５１４を含み、それによって、ハンドル５１６は、その独立したポケット５１４とともに自由に回転し得るようにされる。いくつかの実施形態では、汚染を防止するために、ポケット５１４とドレープ本体５１２との間にシールが設けられる。加えて、ドレープ５１２は、テープ等のファスナを用いてシャフト５０４に固定され、ドレープ５１２の下端をコンソールに固定し得る。
【0057】
このように、低侵襲手術中に同心チューブロボットを制御するための、本発明の新規かつ有用な医師入力装置の特定の実施形態について本明細書で説明してきたが、そのような言及は、特許請求の範囲で述べられている場合を除き、本発明の範囲を限定するものとして解釈されることは意図されていない。
【図1】
【図2】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【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】
【図19】
【図20】
【国際調査報告】