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特表2024-523338動作伝達腱の予備伸長のサイクルを備えたロボット手術システムの手術器具の調整方法、および関連するロボットシステム
(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】2024-06-28
(54)【発明の名称】動作伝達腱の予備伸長のサイクルを備えたロボット手術システムの手術器具の調整方法、および関連するロボットシステム
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20240621BHJP
B25J 13/00 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
B25J13/00 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023577519
(86)(22)【出願日】2022-06-16
(85)【翻訳文提出日】2024-02-14
(86)【国際出願番号】 IB2022055576
(87)【国際公開番号】W WO2022264078
(87)【国際公開日】2022-12-22
(31)【優先権主張番号】102021000015896
(32)【優先日】2021-06-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518132307
【氏名又は名称】メディカル・マイクロインストゥルメンツ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＤＩＣＡＬ ＭＩＣＲＯＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100111039
【弁理士】
【氏名又は名称】前堀 義之
(72)【発明者】
【氏名】タンツィーニ，マッテオ
(72)【発明者】
【氏名】シミ，マッシミリアーノ
(72)【発明者】
【氏名】プリスコ，ジュゼッペ マリア
(72)【発明者】
【氏名】プロクター，マイケル ジョン
【テーマコード（参考）】
3C707
4C130
【Ｆターム（参考）】
3C707AS35
3C707BS09
3C707ES03
3C707ET02
3C707HS27
3C707HT04
4C130AA13
4C130AA17
4C130AA19
4C130AA24
4C130AB01
4C130AD30
(57)【要約】
手術器具２０を使用するまえに実行される、ロボット手術システム１の手術器具２０を調整する方法が説明される。その方法は、少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）を有する関節式エンドエフェクタ４０と、ロボット手術システム１のそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６に動作可能に接続可能な少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６と、を含む手術器具２０に適用される。少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６は、少なくとも１つの電動アクチュエータのうちのそれぞれの電動アクチュエータと、エンドエフェクタ４０の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇのうちの少なくとも１つの自由度との両方に動作可能に接続されるように、手術器具２０に取り付けられる。前述の少なくとも１つの腱に動作可能に連結された少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇは、それに動作可能に連結された少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６によって、少なくとも１つのそれぞれの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６の作用によって機械的に作動するように適合される。方法は、（ｉ）エンドエフェクタ４０の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップと、（ｉｉ）少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべきそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、少なくとも１つのロックされた自由度に動作可能に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップと、を含む。前述の少なくとも１つの時間サイクルは、－ 低い調整力Ｆlowがそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に低い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの低負荷期間と、－ 高い調整力Ｆhighが前述のそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に高い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの高負荷期間と、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット手術システム（１）の手術器具（２０）を調整する方法であって、手術器具（２０）は、
少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）を有する関節式エンドエフェクタ（４０）と、
ロボット手術システム（１）のそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）に動作可能に接続可能な少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）と、
を含み、
少なくとも１つの腱は、少なくとも１つの電動アクチュエータのうちのそれぞれの電動アクチュエータと、エンドエフェクタ（４０）の少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）のうちの少なくとも１つの自由度との両方に動作可能に接続されるように、手術器具（２０）に取り付けられ、
少なくとも１つの腱に動作可能に連結された少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）は、それに動作可能に連結された少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）によって、少なくとも１つのそれぞれの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）の作用によって機械的に作動するように適合され、
方法は、
（ｉ）エンドエフェクタ（４０）の少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）をロックするステップと、
（ｉｉ）少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべきそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、少なくとも１つのロックされた自由度に動作可能に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップと、を含み、
少なくとも１つの時間サイクルは、
－ 低い調整力（Ｆlow）がそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に低い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの低負荷期間と、
－ 高い調整力（Ｆhigh）がそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に高い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの高負荷期間と、を含む、
方法。
【請求項2】
少なくとも一対の拮抗腱（３１、３２；３３、３４；３５、３６）に引張応力を与えるステップと、腱上の負荷状態を決定するように適合された保持力（Ｆhold）を腱に加えることによって、腱を引張応力状態に保持するステップと、をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項3】
ロックするステップは、ロックされるべき少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）をストローク終端にもたらすステップ、及び／又は
関節式エンドエフェクタ（４０）に当接させて拘束要素（３７）を装着するステップを含み、
拘束要素（３７）は、関節式エンドエフェクタ（４０）の少なくとも１つの自由度のうちの１つ以上を正確かつ所定の構成／姿勢でロックするように構成され、
ロック解除ステップは、
ロック解除されるべき少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）を非ストローク終端位置にもたらすステップ、及び／又は
関節式エンドエフェクタ（４０）を拘束要素（３７）に当接した状態から解放するステップを含む、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
手術器具（２０）は、少なくとも１つの腱を含む少なくとも一対の拮抗腱（３１、３２；３３、３４；３５、３６）を含み、
一対の拮抗腱は、それに関連する単一の自由度（Ｐ；Ｙ；Ｇ）に作用し、したがって拮抗効果を決定し、
ロボット手術システム（１）は、
電動アクチュエータのうちの少なくとも一対の拮抗電動アクチュエータ（１１、１２；１３、１４；１５、１６）を含み、
拮抗電動アクチュエータの対の各要素は、拮抗腱（３１、３２；３３、３４；３５、３６）の対の、それぞれの腱に関連し、
－ 一自由度をロックするステップは、ロックされる自由度に関連する一対の拮抗腱に接続された両方の拮抗伝達要素（２１、２２；２３、２４；２５、２６）を同時に作動させるステップを含み、
－ ロックされた自由度のロック解除ステップは、ロック解除される自由度に関連する一対の拮抗腱に接続された拮抗電動アクチュエータの少なくとも一方、好ましくは両方、を非作動にするステップを含む、
請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項5】
複数の時間サイクルが提供され、少なくとも２つの隣接する時間サイクルにおいて、高い調整力（Ｆhigh）のそれぞれの値が増大する、
請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項6】
複数の時間サイクルが提供され、少なくとも２つの隣接する時間サイクルにおいて、高い調整力（Ｆhigh）のそれぞれの値が一定のままである、
請求項１～５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項7】
手術器具（２０）が複数の腱を含み、それぞれの応力パターンがそれぞれの腱に印加され、それぞれの応力パターンは、それぞれの基準力（Ｆref）、および印加サイクルのそれぞれの期間およびシーケンス、および／または高低調整力の印加期間によって特徴付けられ、
複数の腱のうち少なくとも１つの腱の応力パターンは、他の腱の応力パターンと異なり、
および／または
調整力（Ｆref）の印加はすべての腱に対して同時に行われず、
および／または
調整力（Ｆref）の値は、少なくとも１つの腱上で、または異なる腱上で、または異なる対の拮抗する腱上で異なり、
例えば、開閉の自由度（Ｇ）の作動に関与する腱（３３、３４、３５、３６）に付加される高い調整力（Ｆhigh）および／または低い調整力（Ｆlow）の値は、他の腱（３１、３２）に対してより高く、
および／または、
例えば、高い調整力と低い調整力（Ｆhigh－Ｆlow）の間の可動域は、開閉の自由度（Ｇ）の作動に関与する腱（３３、３４、３５、３６）においてより大きい、
請求項１～６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項8】
手術器具（２０）が複数の腱を含み、それぞれの応力パターンがそれぞれの腱に印加され、それぞれの応力パターンは、それぞれの基準力（Ｆref）、および印加サイクルのそれぞれの期間およびシーケンス、および／または高低調整力の印加期間によって特徴付けられ、
応力パターンはすべての腱について同じであり、
および／または、
調整力（Ｆref）の印加はすべての腱に対して同時に行われ、
および／または
調整力（Ｆref）の値は、すべての腱上で等しい、
請求項１～６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項9】
連続する低負荷期間と高負荷期間との間の交替を決定するように、複数のＮ個の時間サイクルが提供され、ｎ番目のサイクルの低負荷期間中にそれぞれの低調整力（Ｆlow_n）が印加され、ｎ番目のサイクルの高負荷期間中にそれぞれの高調整力（Ｆhigh_n）が印加される、請求項１～８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項10】
異なる時間サイクルの低い調整力（Ｆlow_n）は、同じ所定の値の低い調整力（Ｆlow）に対応し、高い調整力（Ｆhigh_n）は、最大の高い調整力値（Ｆhigh_max）に達するまで、徐々に増加する高い調整力値（Ｆhigh）に対応する、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
n番目の時間サイクルの高い調整力値は以下の式に従って計算され、ここで、ｎは現在のサイクル、Ｎはサイクルの総数、ＮｃはＦhighが一定のときのサイクル数、Ｆhigh_maxは設定可能な値である、
請求項１０に記載の方法。
【数1】
【請求項12】
第１の持続時間（Ｔ１）は、第１の保持持続時間（Ｔ１２）を有する第１の保持サブステップに加えて、第１のランプ持続時間（Ｔ１１）を有する第１のランプサブステップを含み、第１の保持持続時間（Ｔ１２）と第１のランプ持続時間（Ｔ１１）との和が第１の持続時間（Ｔ１）に対応し、第２の持続時間（Ｔ２）は、第２の保持持続時間（Ｔ２２）を有する第２の保持サブステップに加えて、第２のランプ持続時間（Ｔ２１）を有する第２のランプサブステップを含み、第２の保持持続時間（Ｔ２２）と第２のランプ持続時間（Ｔ２１）との合計が第２の持続時間（Ｔ２）に対応し、
第１の保持持続時間（Ｔ１２）は、第１のランプ持続時間（Ｔ１１）よりも長く、第２の保持持続時間（Ｔ２２）は、第２のランプ持続時間（Ｔ２１）よりも長く、
第１の持続時間（Ｔ１）は０．２秒から３０．０秒の範囲内にあり、第２の持続時間（Ｔ２）は０．２秒から５．０秒の範囲内にある、
請求項９～１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項13】
好ましくは、第１の持続時間（Ｔ１）は１．０秒から３．０秒の範囲内であり、第２の持続時間（Ｔ２）は１．０秒から３．０秒の範囲内であり、および／または
第１のランプ持続時間Ｔ１１は０．２～１０．０秒の範囲内であり、第２のランプ持続時間Ｔ２１は０．２～２．０秒の範囲内であり、
および／または
第１の保持時間Ｔ１２は０．２～２０．０秒の範囲内であり、第２の保持時間Ｔ２２は０．２～３．０秒の範囲内である、
請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
低調整力（Ｆlow）は、正の値を有し、手術器具の表面上の腱の静的滑り摩擦、および手術器具の作動および伝達システムの内部摩擦より大きい力であり、いずれにしても腱への引張応力を決定する、請求項１～１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項15】
低調整力（Ｆlow）は０．２Ｎ～３．０Ｎの範囲内の値を有し、高調整力（Ｆhigh）は８．０Ｎ～５０．０Ｎの範囲内の値を有し、好ましくは、低調整力（Ｆlow）は１．０Ｎ～３．０Ｎの範囲内の値を有し、高調整力（Ｆhigh）は１０．０Ｎ～２０．０Ｎの範囲内の値を有する、
請求項１～１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項16】
時間サイクル数Ｎは１～３０の範囲内であり、または、好ましくは、時間サイクル数Ｎは１～１５の範囲内、または１０未満であり、
または、より好ましくは、時間サイクルの数Ｎは３から８の範囲内である、
請求項１～１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項17】
手術器具（２０）、少なくとも１つの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）、および制御ユニットを含むロボット手術システム（１）であって、手術器具（２０）は、
少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）を有する関節式エンドエフェクタ（４０）と、
ロボット手術システム（１）の少なくとも１つの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）のそれぞれの電動アクチュエータに動作可能に接続可能な少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）と、
を含み、
少なくとも１つの腱は、それぞれの電動アクチュエータと、エンドエフェクタ（４０）の少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）のうちの少なくとも１つの自由度との両方に動作可能に接続されるように、手術器具（２０）に取り付けられ、
少なくとも１つの腱に動作可能に連結された少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）は、それに動作可能に連結された少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）によって、少なくとも１つのそれぞれの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）の作用によって機械的に作動するように適合され、
ロボット手術システムの制御ユニットは、
（ｉ）エンドエフェクタ（４０）の少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）をロックするステップと、
（ｉｉ）少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべきそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、少なくとも１つのロックされた自由度に動作可能に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップと、
を制御するように構成され、
少なくとも１つの時間サイクルは、
－ 低い調整力（Ｆlow）がそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に低い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの低負荷期間と、
－ 高い調整力（Ｆhigh）がそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に高い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの高負荷期間と、を含む、
ロボット手術システム（１）。
【請求項18】
手術器具（２０）は、腱のうちの、それぞれの少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）に動作可能に接続され、それぞれの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）に動作可能に接続された少なくとも１つの伝達要素（２１、２２、２３、２４、２５、２６）をさらに含み、好ましくは、少なくとも１つの伝達要素は剛性要素であり、少なくとも１つの腱は引張負荷下で変形可能である、
請求項１７に記載のロボット手術システム（１）。
【請求項19】
少なくとも１つの伝達要素と、それぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータとの間に介在する無菌バリアをさらに含む、請求項１８に記載のロボット手術システム（１）。
【請求項20】
手術器具の少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）とそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータ（１１、１２、１３、１４、１５、１６）との間の操作接続は、着脱可能な単側拘束連結によって決定される、請求項１７～１９のいずれか１つに記載のロボット手術システム（１）。
【請求項21】
関節式エンドエフェクタ（４０）に取り付けられた拘束要素（３７）をさらに備え、拘束要素（３７）は、関節式エンドエフェクタ（４０）の少なくとも１つの自由度のうちの１つ以上を正確かつ所定の構成／姿勢でロックするように構成される、
請求項１７～２０のいずれか１つに記載のロボット手術システム（１）。
【請求項22】
手術器具の少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）は、複数の巻かれた／編み合わせたポリマ繊維を含むか、またはポリマストランドである、請求項１７～２１のいずれか１つに記載のロボット手術システム（１）。
【請求項23】
制御ユニットは、請求項１～１６のいずれか１つの記載に従って、手術器具の調整方法を実行するようにロボットシステムを制御するように構成されている、請求項１７～２２のいずれか１つに記載のロボット手術システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動作伝達腱（ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｎｄｏｎｓ）の予備伸長（ｐｒｅ－ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）のサイクルを備えたロボット手術システムの手術器具の調整（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）の方法に関する。
【0002】
したがって、本明細書は、より一般的には、遠隔手術用ロボットシステムの操作制御の技術分野に関する。
【背景技術】
【0003】
遠隔操作ロボット手術システムでは、スレーブ手術器具（ｓｌａｖｅ ｓｕｒｇｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）の自由度の１つ以上の作動は、一般に、外科医によって付与されたコマンドを受け取るように構成された１つ以上のマスター制御装置（ｍａｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅ）に隷属させられる。このようなマスター・スレーブ制御アーキテクチャは、典型的には、ロボット手術用ロボット内に収容可能な制御装置を含む。
【0004】
ロボット手術システム用の既知の関節式（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ）手術器具は、例えば、同じ出願人の名義の文書ＷＯ２０１７－０６４３０３およびＷＯ２０１８－１８９７２９に示されているように、患者の解剖学的構造に対する手術および／または手術針の取り扱いを意図した手術器具の先端に遠位側で、手術器具の近位インタフェース（または「バックエンド」）に作動可能に接続された、アクチュエータからの運動を伝達するための作動腱（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｔｅｎｄｏｎｓ）またはケーブルを含む。かかる文献は、一対の拮抗腱（ａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃ ｔｅｎｄｏｎｓ）が、手術器具と同じ自由度を実装するように構成される解決策を開示している。例えば、手術器具の回転関節（ｊｏｉｎｔ）（ピッチの自由度及びヨーの自由度）は、前述の一対の拮抗腱によって加えられる引張力を加えることによって制御される。
【0005】
さらに、ＷＯ２０１０－００９２２１に示されているように、二対の腱のみが手術器具の３自由度を制御するように構成されているように、同じ腱対が同時に１自由度以上の自由度を作動させることができる手術器具も知られている。
【0006】
一般に、ロボット手術用の腱は、金属コード（またはストランド）の形で作られ、手術器具に沿って取り付けられたプーリーに巻かれている。各腱は、アクチュエータによって作動されたときに手術器具の自由度の迅速な作動応答を提供し、その結果、手術器具の自由度に対する良好な制御を提供するために、各腱が常に引張状態になるように、既に弾性的に予負荷をかけられた器具、すなわち、器具に組み付ける前に予め調整された器具に取り付けることができる。
【0007】
例えば、文献ＵＳ２０１９－０１９１９６７は、拮抗する両方の腱を同時に同じ速度で引っ張り、引っ張りモータが最小限のさらなる動きで発生するトルクの著しい増加を経験し始めるまで、腱の緩み遷移の終わり（「弛みなし」）を決定するモータのトルクを特定することを含む予備伸長解決策を示している。
【0008】
一般論として、すべてのコードは負荷を受けると伸長する。編み合わせ（ｂｒａｉｄｅｄ）タイプの新しいコードは、少なくとも部分的にはコードを形成する繊維のほつれにより、負荷を受けると塑性弾性（ｐｌａｓｔｉｃ－ｅｌａｓｔｉｃ）の高い伸びを示すのが一般的である。
【0009】
このため、手術器具に組み付ける前に、新しい腱に高い初期負荷をかけ、引き抜きや編み合わせの過程や素材自体に残留可塑性（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）を除去するのが一般的である。
【0010】
一般的に、コードには通常３つの伸長要素がある：
（１）弾性伸長変形、これは引張負荷が停止したときに回復する；
（２）回復可能な変形、すなわち、ある一定の時間をかけて徐々に回復する比較的小さな変形で、絡み合いの性質の関数であることが多く、回復には、負荷を受けない場合には数時間から数日の期間を要する；
（３）回復不可能な永久伸び変形。
（１）弾性伸長変形、これは引張負荷が停止したときに回復する；
（２）回復可能な変形、すなわち、ある一定の時間をかけて徐々に回復する比較的小さな変形で、絡み合いの性質の関数であることが多く、回復には、負荷を受けない場合には数時間から数日の期間を要する；
（３）回復不可能な永久伸び変形。
【0011】
上述したような永久伸び変形は、器具に組み付ける前に行うコード慣らし手順によって達成することができ、この慣らし手順は、負荷および負荷解除（ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）サイクルを含み、繊維自体の塑性的な伸び変形を伴うことができる。
【0012】
引張負荷下での粘性クリープ変形は、疲労を受けるとある種の絡み合ったコードに影響を及ぼす時間依存性の効果であり、一般に加えられる負荷の強さによって回復可能な場合と回復不可能な場合がある。
【0013】
一般に、ポリマ繊維の疲労挙動は金属繊維の疲労挙動とは異なり、ポリマ繊維は金属繊維のように亀裂伝播による破壊を受けないが、繰り返し負荷によって別の形態の破壊につながる可能性がある。
【0014】
同出願人名義のＷＯ２０１７－０６４３０６は、ロボット手術用の極めて小型化された手術器具の解決策を示しており、この手術器具は、大きい曲率半径に適応すると同時に、手術器具の関節式先端部を形成する、一般に「リンク」と呼ばれる剛性要素の表面上を摺動するように適合された腱を使用している。このような腱の摺動を可能にするためには、腱とリンクの摺動摩擦係数をできる限り低く保つ必要があり、上述の文献では、（鋼鉄製の腱を使用するのではなく）ポリマ繊維で形成された腱を使用することを教示している。
【0015】
多くの観点から有利であり、実際、ポリマ繊維によって形成された前述の腱を使用することによって手術器具の極端な小型化が得られるという事実の結果として、この解決策に関しては、長さの同じ変化では、サイズが小さくなるにつれて、小型化された手術器具の制御不能の影響が強調されることになるから、手術器具の作動条件下で腱の伸長または短縮（収縮）の発生を回避することがさらに重要になる。
【0016】
金属製の腱は、回復可能な伸長性がある程度あり、手術器具に組み付ける前に行われる前述の予負荷工程は、通常、残留可塑性を完全に除去するのに十分である一方、組み付けたときに受ける予負荷は、使用時の即時反応性を維持する。
【0017】
例えば、ＵＳ－２０１８－０２２８５６３は、コアと、コアの周囲に巻かれた複数の繊維とを有する腱の工場出荷時の弾性伸長（「ストレッチ」）を排除するための解決策を示している。この解決策には、腱繊維間および腱繊維とコアとの間に相対的な滑りを生じさせるように、各腱に負荷サイクルを与えることが含まれ、その結果、腱の製造中に形成される繊維とコアとの間の空隙が除去される。
【0018】
そうでなければ、ポリマ材料の腱は、上述の寄与により高い伸びを有し、さらに、組立前に予負荷工程を実施しても、腱が低い引張負荷を受けるとすぐに、回復可能な伸びの大部分を迅速に回復することを防ぐことはできない。一方では、高い組立予負荷を予測することが変形の回復を防ぐとすれば、他方では、使用していないときでもポリマ製腱のクリープ過程を悪化させ、腱をほとんど無期限に伸張させ、弱体化させることになり、したがって、実行可能な策とは言えない。
【0019】
例えば、高分子量ポリエチレン繊維（ＨＭＷＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ）で形成された編合コードは、通常、回復不可能な変形を起こすが、アラミド、ポリエステル、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ＰＢＯ（Ｚｙｌｏｎ（登録商標））、ナイロンなどの編合コードは、この特徴の影響を受けにくい。
【0020】
例えば、同じ出願人名義のＷＯ－２０１７－０６４３０１には、腱自体の引張破断負荷の少なくとも半分に等しい負荷で予備伸長サイクルを受けることができる手術器具のポリマ腱が示されている。
【0021】
手術器具の場合、上述した腱の伸長現象に起因する腱の長さのばらつき、および伸長の回復は、特に手術条件下では、手術器具自体の十分なレベルの精度と正確さを維持するための制御において、必然的に客観的な複雑さを課すことになるため、非常に望ましくない。
【0022】
したがって、使用中または経時中に、手術器具の１つまたは複数の自由度の作動腱の延長（ｌｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ）／伸長（ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を回避するか、または少なくとも最小にする必要性が感じられ、また、動作状態における腱の望ましくない延長／伸長から派生するロストモーションを回避するか、または少なくとも最小にする必要性が感じられ、これを、遠隔操作の間、手術器具、特にその遠位関節部の寸法を増加させることなく達成したい。
【0023】
一方、簡単ではあるが、手術器具の高い制御性を確保することができ、遠隔操作時のような操作状態において信頼性が高く、その一方で、手術器具の小型化、特にその遠位関節部の小型化を妨げない解決策を提供する必要性が感じられる。
【発明の概要】
【0024】
本発明の目的は、遠隔操作ロボット手術システムにおける手術器具の調整方法（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を提供することであり、これにより、背景技術を参照して上記で述べた欠点を少なくとも部分的に克服し、考慮される技術分野で特に感じられる前述のニーズに応えることができる。このような目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。
【0025】
このような方法のさらなる実施形態は、請求項２～１６によって定義される。
【0026】
本発明のさらなる目的は、前述の手術器具の調整方法を実行することができ、および／または前述の手術器具の調整方法によって制御されるように適合された、ロボット手術システムを提供することである。かかる目的は、請求項１７に記載の方法によって達成される。
【0027】
このようなシステムのさらなる実施形態は、請求項１８～２３によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【0028】
本発明による方法のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な指示として与えられる好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【0029】
【発明を実施するための形態】
【0030】
図１～２０を参照して、ロボット手術システム１の手術器具２０を調整する方法を説明する。
【0031】
本方法は、器具を使用する前のいくつかの状況、例えば、器具の配送前の包装前、または遠隔操作のために使用される前に有利に実施することができる。好ましくは、本方法は、手術器具をロボット手術システムに取り付けた後、遠隔操作のために作動させる前に実行される。
【0032】
本方法は、少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）を有する関節式エンドエフェクタ４０を含む手術器具２０に適用され、ロボット手術システム１のそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６に動作可能に接続可能な少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６をさらに含む。
【0033】
少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６は、前述した少なくとも１つの伝達要素のうちのそれぞれの電動アクチュエータと、関節式エンドエフェクタ４０の前述した少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇのうちの少なくとも１つの自由度との両方に動作可能に接続されるように、手術器具２０に取り付けられている。
【0034】
少なくとも１つの腱に動作可能に連結された前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇは、それに動作可能に連結された前述の少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６によって、少なくとも１つのそれぞれの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６の作用によって機械的に作動するように適合されている。
【0035】
この方法は、以下のステップを含む：
（ｉ）エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップ；
（ｉｉ）少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべきそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、前述の少なくとも１つのロックされた自由度に動作可能に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップ。
（ｉ）エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップ；
（ｉｉ）少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべきそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、前述の少なくとも１つのロックされた自由度に動作可能に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップ。
【0036】
前述の少なくとも１つの時間サイクルは、以下を含む：
－ 低い調整力Ｆlowが前述のそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に低い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの低負荷期間；
－ 高い調整力Ｆhighが前述のそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に高い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの高負荷期間。
－ 低い調整力Ｆlowが前述のそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に低い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの低負荷期間；
－ 高い調整力Ｆhighが前述のそれぞれの腱に加えられ、その結果、それぞれの腱に高い引張負荷が加えられる、少なくとも１つの高負荷期間。
【0037】
この方法は、例えば手術器具を使用する前に行うことができる。
【0038】
好ましい実施形態によれば、本方法は、ロボット手術システム１のそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６に動作可能に接続される少なくとも１つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６をさらに含む手術器具２０に適用される。従って、手術器具２０の伝達システムは、引張負荷で変形可能な前述の少なくとも１つの腱と、ロボットマニピュレータの前述の少なくとも１つのそれぞれの電動アクチュエータとインタフェース接続する前述の少なくとも１つの伝達要素を含む。
【0039】
この好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６は、前述の少なくとも１つの伝達要素のうちのそれぞれの伝達要素、および関節式エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇのうちの少なくとも１つの自由度の両方に動作可能に接続されるように、手術器具２０に取り付けられる。
【0040】
少なくとも１つの伝達要素は、好ましくは剛性要素である。これにより、電動アクチュエータの動作は、例えば伝達要素が弾性要素および／または減衰要素であった場合に代わりに導入され得る減衰／歪みなしに、それぞれの腱に伝達される。
【0041】
少なくとも１つの腱に動作可能に接続された前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇは、それに動作可能に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６による前述の少なくとも１つのそれぞれの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６の動きによって機械的に作動可能である。
【0042】
本実施形態において、本方法は以下のステップを備える：
（ｉ）関節式エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップ；
（ｉｉ）少なくとも１つのロックされた自由度に作動的に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に、少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべき前述のそれぞれの少なくとも１つの腱に接続されたそれぞれの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に調整力Ｆrefを加えることによって、引張応力を加えるステップ。
（ｉ）関節式エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップ；
（ｉｉ）少なくとも１つのロックされた自由度に作動的に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に、少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷を受けるべき前述のそれぞれの少なくとも１つの腱に接続されたそれぞれの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に調整力Ｆrefを加えることによって、引張応力を加えるステップ。
【0043】
前述の少なくとも１つの時間サイクルは、前述の各伝達要素に低調整力Ｆlowが加えられ、その結果、前述の各腱にそれぞれ低引張負荷が生じる少なくとも１つの低負荷期間と、前述の各伝達要素に高調整力Ｆhighが加えられ、その結果、前述の各腱にそれぞれ高引張負荷が生じる少なくとも１つの高負荷期間とを含む。
【0044】
したがって、好ましくは、低調整力Ｆlowは、ゼロより大きく、手術器具の表面上の腱の静的滑り摩擦、および手術器具の作動および伝達システムの内部摩擦より大きい力であり、わずかではあるが腱への引張応力を決定する。
【0045】
一実施形態によれば、低調整力Ｆlowは、０．２～１Ｎの範囲内の値である。一実施形態では、低調整力Ｆlowは、１～５Ｎの範囲内の値である。一実施形態では、低調整力Ｆlowは、１～５Ｎの範囲内の値である。一実施形態では、低調整力Ｆlowは、高調整力Ｆhighの５％～２０％の範囲内の値とすることができる。一実施形態では、低調整力Ｆlowは、その終端部（すなわち、手術器具の腱－リンク拘束点（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｐｏｉｎｔ））における腱の破断負荷（ｂｒｅａｋｉｎｇ ｌｏａｄ）の１％～１０％の範囲内の値とすることができる。一実施形態では、低調整力Ｆlowは腱破壊負荷の５％までの値とすることができる。
【0046】
一実施形態によれば、手術器具の少なくとも１つの腱とそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータとの間の動作接続は、直接的または、例えば、少なくとも１つのそれぞれの伝達要素を介在させることによって間接的な接続とすることができる。
【0047】
一実施形態によれば、手術器具の少なくとも１つの腱とそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータとの間の直接的または間接的な動作接続は、解除可能なリンクとすることができる。例えば、手術器具の少なくとも１つの腱とそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータとの間の動作連結は、取り外し可能な単側拘束連結（ｍｏｎｏｌａｔｅｒａｌ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって決定される。
【0048】
一実施形態によれば、本方法は、以下のさらなるステップを含む：
（ｉｉｉ）前述の少なくとも１つの自由度のロックを解除して、関節式エンドエフェクタ４０がその全ての自由度で動くことができるようにするステップ；
（ｉｖ）手術器具２０を使用して遠隔操作を行うステップ。
この場合、調整方法は、マスター－スレーブ遠隔操作を実行するステップを提供する制御方法の一部である調整手順として理解される。
（ｉｉｉ）前述の少なくとも１つの自由度のロックを解除して、関節式エンドエフェクタ４０がその全ての自由度で動くことができるようにするステップ；
（ｉｖ）手術器具２０を使用して遠隔操作を行うステップ。
この場合、調整方法は、マスター－スレーブ遠隔操作を実行するステップを提供する制御方法の一部である調整手順として理解される。
【0049】
少なくとも１つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６への前述の力の印加により、前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇがロックされた状態において、前述の少なくとも１つの腱３１、３２に引張作用を及ぼすことができ、前述のロックされた少なくとも１つの自由度をいかにしても動作または作動させることは回避される。これにより、少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６の延長／伸長状態は、次の遠隔操作ステップの観点から安定化される。
【0050】
遠隔操作ステップを開始する前に、関節式エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度は、作動可能になるようにロック解除される。例えば、「作動可能」とは、その自由度において２つの対向方向に移動可能であることを意味する。
【0051】
一実施形態（例えば図１８および図１９に示す）によれば、本方法は、遠隔操作を行うステップ（ｉｖ）の前に、少なくとも一対の拮抗腱３１、３２；３３、３４；３５、３６に引張応力を与えるステップと、腱上の負荷状態を決定するように適合された保持力Ｆholdを腱に加えることによって、前述の腱を引張応力状態に保持するステップと、を含む。これらの応力付与および保持ステップは、調整手順のあとで、遠隔操作のまえとなる保持手順を形成する。
【0052】
保持力Ｆholdは、好ましくは、前述の低負荷値Ｆlowと前述の高負荷値Ｆhighとの間である。引張応力状態におけるこれらの腱応力付与および保持ステップは、ロック解除ステップの後に設けることができる。応力付与ステップの前に、負荷解除または弛緩（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）サブステップを設けることができ、このサブステップは、拮抗腱に、保持力Ｆhold未満かつ高負荷Ｆhigh未満の低い力を加えることを含むことができる。
【0053】
遠隔操作を実行するステップは、遠隔操作に入るための要求、および／または遠隔操作を可能にするコマンドに依存することができる。言い換えれば、調整手順の後に保持ステップ（すなわち、メンテナンスステップ）が実行され、保持ステップの後に遠隔操作を実行するステップが実行される。
【0054】
応力付与ステップと保持ステップを実行することで、遠隔操作ステップに入る際に手術器具の腱を張った状態に保つことができ、腱の準備の整った反応を保証することができる。例えば、調整手順の最後に、調整手順を実行することで、遠隔操作を行うステップを考慮して腱の弛緩を避けることができ、調整手順中に到達した腱の機械的調整のレベルを維持することができる。
【0055】
保持ステップは、好ましくは、弛緩または負荷解除のサブステップ、すなわち、遠隔操作を行うステップに入る前に腱を押しつぶさないように比較的低い引張力を加えること（無力でもよい）で終了する。
【0056】
上述したように、調整手順は、好ましくは、弛緩または負荷解除のサブステップ、すなわち、腱に比較的低い（無力でもよい）引張力を加えることで終了する。
【0057】
好ましくは、遠隔操作を行うステップの間、手術器具は、例えば、そのマスター－スレーブ遠隔操作の全ての自由度において、マスター装置に追従し、一方、調整および保持手順の間、手術器具は、マスター装置に隷属しない（すなわち、追従しない）。
【0058】
本方法の一実施形態によれば、ロックステップは、ロックされるべき少なくとも１つの自由度（Ｐ、Ｙ、Ｇ）をストローク終端（すなわち、ストロークの終端）にもたらすことを含み、ロック解除ステップは、ロック解除されるべき少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇを非ストローク終端（すなわち、ストローク終端以外の場所）位置にもたらすことを含む。
【0059】
本方法の別の実施形態によれば、ロックステップは、関節式エンドエフェクタ４０に当接させて拘束要素３７を装着するステップを含み、拘束要素３７は、関節式エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度のうちの１つ以上を正確かつ所定の構成／姿勢（ｐｏｓｅ）でロックするように構成されている。
【0060】
この場合、ロック解除ステップは、関節式エンドエフェクタ４０を拘束要素３７に当接した状態から解放するステップを含む。
【0061】
一実施形態によれば、この方法は、前述の少なくとも１つの腱を含む少なくとも一対の拮抗腱（３１、３２；３３、３４；３５、３６）と、好ましくは前述の伝達要素のうちの少なくとも一対の拮抗する伝達要素（２１、２２；２３、２４；２５、２６）とを含む手術器具２０に適用される。
【0062】
少なくとも一対の拮抗腱は、それに関連する単一の自由度（Ｐ；Ｙ；Ｇ）に作用し（すなわち、同じ回転関節またはエンドエフェクタの同じリンクに作用し）、したがって拮抗効果を決定する。
【0063】
前述の一対の拮抗伝達要素の各要素は、存在する場合、前述の一対の拮抗腱のそれぞれの腱に関連する。
【0064】
このような実施形態では、１つの自由度をロックするステップは、ロックされる自由度に関連付けられた一対の拮抗腱の両方の拮抗腱を同時に作動させて、それぞれのモータ／アクチュエータが拮抗腱のそれぞれの腱を同じ速度で引っ張るようにするステップを含み、ロックされた自由度をロック解除するステップは、ロック解除される自由度に関連付けられた一対の拮抗腱の少なくとも一方の拮抗腱を非作動にするステップを含む。
【0065】
ロック解除ステップは、ロック解除される自由度に関連する両方の拮抗腱を非作動にするステップを含む。
【0066】
好ましい実施形態によれば、１つの自由度をロックするステップは、ロックされる自由度に関連する一対の拮抗腱に接続された両方の拮抗伝達要素（２１、２２；２３、２４；２５、２６）を同時に作動させるステップを含み、ロックされた自由度のロック解除ステップは、ロック解除される自由度に関連する一対の拮抗腱に接続された拮抗伝達要素（２１、２２；２３、２４；２５、２６）の少なくとも一方を非作動にするステップを含む。
【0067】
一実施形態によれば、ロックされた自由度のロック解除ステップは、ロック解除される自由度に関連する一対の拮抗腱に接続された両方の拮抗伝達要素（２１、２２；２３、２４；２５、２６）を非作動とするステップを含む。
【0068】
一実施形態によれば、本方法は複数の時間サイクルを提供し、少なくとも２つの隣接する時間サイクルにおいて、高い調整力Ｆhighのそれぞれの値が増大する。
【0069】
一実施形態によれば、本方法は複数の時間サイクルを提供し、少なくとも２つの隣接する時間サイクルにおいて、高い調整力Ｆhighのそれぞれの値は一定のままである。
【0070】
本方法の一実施形態によれば、前述の少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６の各々は、引張負荷下で非弾性的に変形可能である。
【0071】
様々な可能な実施形態によれば、前述の少なくとも１つの腱は、複数の巻かれた／編み合わせたポリマ繊維を含み、すなわちポリマストランドである。
【0072】
次に、力印加の前述の時間サイクルを参照すると、手術器具２０が複数の腱を含む場合、実施形態による方法は、それぞれの印加基準力Ｆrefによって特徴付けられるそれぞれの応力パターン（または「ダイアグラム」）がそれぞれの腱に印加され、それぞれのサイクル数によって特徴付けられ、それぞれの持続時間および高低調整力の印加期間のシーケンスによって特徴付けられる。
【0073】
一実施形態によれば、複数の腱のうち少なくとも１つの腱の応力パターンは、他の腱の応力パターンと異なる。
【0074】
別の実施形態によれば、前述の調整力Ｆrefの印加はすべての腱に対して同時に行われるわけではない。
【0075】
さらなる実施形態によれば、前述の調整力Ｆrefの値は、少なくとも１つの腱上で、または異なる腱上で、または異なる対の拮抗腱上で異なる。これは、例えば、手術器具が異なる特徴を有する腱、例えば、他の腱よりも閉鎖が頑丈な腱を有し、これらの腱がより高い力で応力を受けることができる場合などに適用される。
【0076】
別の実施形態によれば、前述の応力パターンはすべての腱で同じである。
【0077】
本方法の一実施形態によれば、前述の調整力Ｆrefの印加はすべての腱に対して同時に行われる。
【0078】
一実施形態によれば、調整力Ｆrefの値はすべての腱で同じである。
【0079】
上述したことから明らかなように、本方法は、すべての腱に対して一様な方法で、あるいは各腱に対して、あるいは任意の腱のサブセットに対して、異なる個別の方法で、時間サイクル（数と持続時間の点から）と腱への力の印加の値とモーメントを管理するための多くの可能性を含んでいる。
【0080】
このような応力パターンと時間サイクルのいくつかの実施形態を図１４－１７に示す。
【0081】
可能な動作モードによれば、例えば図１４に図式的に示すように、高い調整力Ｆhighは、全ての腱に同時に加えられるのではなく、例えば高い調整力Ｆhighは、最初に、時間Ｔａにおいて、それぞれの伝達要素２４によって一対の拮抗腱３４に加えられ、次に、時間Ｔｂにおいて、それぞれの伝達要素２４によって同じ対の他方の拮抗腱３５に加えられる。
【0082】
その結果、一対の拮抗腱には、同じ応力パターンをかけることができるが、異なる、および時間的にステップに依存した（ｔｅｍｐｏｒａｌｌｙ ｓｔｅｐ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）応力パターンをかけることもできる。
【0083】
また、拮抗している各対の腱に同時に高い調整力Ｆhighを加えることも可能であるが、特定の対ごとに異なるタイミングで行う。
【0084】
一実施形態によれば、応力パターンはすべて異なる時間に腱に適用され、例えば、腱に連続して適用されるが、このような場合、調整は一度に１つの腱のみに対して順に行われる。
【0085】
可能な動作モードによれば、例えば図１５に図式的に示すように、高い調整力Ｆhighの値は、少なくとも１つの腱上で、または異なる腱上で、または異なる対の拮抗腱上で、開閉の自由度Ｇ（または「グリップ」Ｇ）の作動に関与する腱、例えば３３、３４、３５、３６は、腱３１、３２に対して高い調整力Ｆhighと低い調整力Ｆlowの値で、および／または高い調整力と低い調整力Ｆhigh－Ｆlowの間のより大きな可動域（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）で調整することができる。
【0086】
可能な動作モードによれば、異なる高い調整力Ｆhighおよび／または低い調整力Ｆlowの値が、拮抗腱の対に適用される。
【0087】
高い調整力Ｆhighおよび／または低い調整力Ｆlowの値は、機械的特性および／または幾何学的特性に基づいて、ならびに応力をかけるべき腱の材料に基づいて選択することができる。例えば、直径のより大きい腱は、より大きな調整力で応力をかけられることができる。
【0088】
可能な動作モードによれば、調整力の適用パターンは、１つの腱と別の腱の間、または一対の拮抗腱と別の対の間で変わり得る。
【0089】
例えば図１６に示すように、可能な操作モードによれば、一対の拮抗腱（グラフａ）は、別の対の拮抗腱（グラフｂ）に対して、より大きなサイクル数Ｎで応力をかけられることができる。
【0090】
可能な動作モードによれば、例えば図１７に示すように、一対の拮抗腱（図では実線）は、別の対の拮抗腱（図では破線）がＴ２２より小さい持続時間Ｔ’２２を有する２つの負荷サイクルで応力を受けた持続時間Ｔ２２の間、高い調整力Ｆhighで実質的に一定のままである力値で、比較的長い持続時間Ｔ２２応力を受け得る。動作モードによれば、上昇時間Ｔ２１と下降時間Ｔ１２は、１つの腱と別の腱の間、または一対の腱と別の対の腱の間で変わり得る。
【0091】
既に上述したように、いくつかの好ましい実施形態において、前述の低い調整力Ｆlowおよび高い調整力Ｆhighの値は、それぞれの腱の物理的特徴および／またはそれぞれの伝達要素および／またはエンドエフェクタ４０との腱の取り付けモードに関連する器具の構造的特徴に依存する。
【0092】
このことは、例えば、腱がポリマであり、そのため時間の経過とともに変形（特に短縮）する傾向がある場合に当てはまり、そのため、腱に変形する時間を与えないように、使用直前に（本発明の方法で想定されるような）予備調整を行うことが適切かつ有利である。
【0093】
再び時間サイクルを参照すると、方法の一実施形態（例えば図１３に示す）によれば、少なくとも１つの低負荷期間の各々は、第１の持続時間Ｔ１を有し、第１の保持持続時間Ｔ１２を有する第１の保持サブステップを含み、その間に、低調整力Ｆlowに対応する第１の力値が印加される。
【0094】
同様に、少なくとも１つの高負荷期間の各々は、第２の持続時間Ｔ２を有し、前述の高調整力Ｆhighに対応する第２の力値が印加される第２の保持持続時間Ｔ２２を有する第２の保持サブステップを備える。
【0095】
この方法の一実施形態によれば、連続する低負荷期間と高負荷期間との間の交替を決定するように、複数のＮ個の時間サイクルが提供され、ｎ番目のサイクルの低負荷期間中にそれぞれの低調整力Ｆlow_nが印加され、ｎ番目のサイクルの高負荷期間中にそれぞれの高調整力Ｆhigh_nが印加される。
【0096】
一実施形態によれば、異なる時間サイクルの前述の低い調整力Ｆlow_nは、同じ所定の値の低い調整力Ｆlowに対応し、前述の高い調整力Ｆhigh_nは、最大の高い調整力値Ｆhigh_maxに達するまで、徐々に増加する高い調整力値Ｆhighに対応する。
【0097】
実施形態によれば、n番目の時間サイクルの高い調整力値は以下の式に従って計算される。
【0098】
【数1】
【0099】
ここで、ｎは現在のサイクル、Ｎは力Ｆhighが増加しているサイクルの総数（Ｎは図１０の変数 「Ｒａｉｓｅ＿Ｃｙｃｌｅｓ」で表される）、ＮｃはＦhighが一定のときのサイクル数（Ｎｃは図１０の変数 「Ｈｏｌｄ＿Ｃｙｃｌｅｓ」で表される）、Ｆhigh_maxは設定可能な値である。
【0100】
このような場合、高い調整力値Ｆhighは、上式に従って、まず一定刻みで増加し、その後一定値となる。
【0101】
図１０のフロー図は、ｎ番目のサイクルにおいて、どのように加えられる力、ひいては応力パターンが計算されるかの例を詳細に示している。
【0102】
別の可能な動作モードによれば、例えば図１１の図によって示されるように、高い調整力値Ｆhighは、次の式に従って、各サイクルについて常に一定の増分で増加する。
【0103】
【数2】
【0104】
ここで、ｎは現在のサイクル、Ｎは総サイクル数、Ｆhigh_maxは設定可能な値である。
【0105】
図１１のフロー図は、ｎ番目のサイクルにおいて、どのように、加えられる力、ひいては応力パターンが計算されるかの別の例を詳細に示している。
【0106】
他の実施形態によれば、高い調整力値Ｆhighの増分は、各サイクルで一定でなくてもよい。
【0107】
特定の実施形態によれば、すべての時間サイクルは互いに等しく、各時間サイクルの高い調整力Ｆhigh_nは前述の最大の高力値（Ｆhigh_max）に対応する。
【0108】
別の実施形態によれば、本方法は、前述の第１の持続時間Ｔ１が前述の第２の持続時間Ｔ２の少なくとも５倍である少なくとも１つの時間サイクルを含む。
【0109】
別の実施形態によれば、本方法は、前述の第１の持続時間Ｔ１が前述の第２の持続時間Ｔ２の少なくとも５倍である１つの時間サイクルのみを含む。
【0110】
本方法の一実施形態によれば、前述の第１の持続時間Ｔ１は、第１の保持持続時間Ｔ１２を有する第１の保持サブステップに加えて、第１のランプ（ｒａｍｐ）持続時間Ｔ１１を有する第１のランプサブステップを含み、第１の保持持続時間Ｔ１２と第１のランプ持続時間Ｔ１１との和が第１の持続時間Ｔ１に対応するようになっている。
【0111】
同様に、前述の第２の持続時間Ｔ２は、第２の保持持続時間Ｔ２２を有する第２の保持サブステップに加えて、第２のランプ持続時間Ｔ２１を有する第２のランプサブステップを含み、第２の保持持続時間Ｔ２２と第２のランプ持続時間Ｔ２１との合計が第２の持続時間Ｔ２に対応するようになっている。
【0112】
一実施形態によれば、前述の第１の保持持続時間Ｔ１２は、第１のランプ持続時間Ｔ１１よりも長く、前述の第２の保持持続時間Ｔ２２は、第２のランプ持続時間Ｔ２１よりも長い。言い換えれば、保持時間は上昇時間および下降時間よりも長い。
【0113】
本方法の一実施形態によれば、前述の第１の持続時間Ｔ１は０．２秒から３０．０秒の範囲内にあり、前述の第２の持続時間Ｔ２は０．２秒から５．０秒の範囲内にある。
【0114】
一実施形態によれば、好ましくは、第１の持続時間Ｔ１は１．０秒から３．０秒の範囲内であり、第２の持続時間Ｔ２は１．０秒から３．０秒の範囲内である。
【0115】
一実施形態によれば、第１のランプ持続時間Ｔ１１は０．２～１０．０秒の範囲内であり、第２のランプ持続時間Ｔ２１は０．２～２．０秒の範囲内である。
【0116】
一実施形態によれば、第１の保持時間Ｔ１２は０．２～２０．０秒の範囲内であり、第２の保持時間Ｔ２２は０．２～３．０秒の範囲内である。
【0117】
本方法の一実施形態によれば、前述の低調整力Ｆlowは０．２Ｎ～３．０Ｎの範囲内の値を有し、前述の高調整力Ｆhighは８．０Ｎ～５０．０Ｎの範囲内の値を有する。
【0118】
一実施形態によれば、好ましくは、低調整力Ｆlowは１．０Ｎ～３．０Ｎの範囲内の値を有し、高調整力Ｆhighは１０．０Ｎ～２０．０Ｎの範囲内の値を有する。
【0119】
本方法の一実施形態によれば、前述の時間サイクル数Ｎは１～３０の範囲内である。
【0120】
一実施形態によれば、好ましくは、前述の時間サイクル数Ｎは１～１５の範囲内、または１０未満である。
【0121】
より好ましくは、特定の実施形態によれば、時間サイクルの数Ｎは３から８の範囲内である。
【0122】
一実施形態によれば、低い調整力Ｆlowは異なるサイクルで変化し、好ましくは高い調整力Ｆhighの上昇とともに上昇する。
【0123】
例えば図２０に示すように、本方法の一実施形態によれば、低調整力Ｆlowと高調整力Ｆhighとの差ΔＦは、高調整力Ｆhighが増大する負荷サイクル中および負荷解除サイクル中も一定のままである。言い換えれば、高い調整力Ｆhighと低い調整力Ｆlowの両方が増加している。そのため、負荷サイクル中および負荷解除サイクル中に腱にかかる低い力Ｆlowを増加させることで、腱が断裂するリスクを最小限に抑え、その結果、断裂の可能性を最小限に抑えることができる。さらに、それにより、連続するサイクルで増加している高い力レベルＦhighに到達するのに必要なアクチュエータ制御の振幅（例えば、位置または力）は、低い調整力が一定のままである場合に比べて減少する。
【0124】
実施オプションにおいて、低調整力Ｆlowは、高調整力Ｆhighが増大するのに比例して増大する。例えば、低調整力Ｆlowは、高調整力Ｆhighよりも速く増大しない。あるいは、低い調整力Ｆlowは、高い調整力Ｆhighよりも速く増大する。
【0125】
後続のサイクルで最小回復力が増大することで、腱が受ける低－高力の範囲が小さくなり、その結果、特に高速、すなわち高周波で実行した場合に破損を誘発する可能性のある力パルスの大きさが小さくなる。後続のサイクルで同じ力レベルに到達するために必要な位置指令（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｍｍａｎｄ）の振幅は、プロセス実行時間と同様に減少することができる。
【0126】
本方法のさらなる実施形態を参照して、腱への調整力の適用を制御することに関する側面について以下に説明する。
【0127】
本方法の一実施形態によれば、前述の低調整力Ｆlowの印加、すなわち低負荷期間は、伝達要素の第１のストローク／位置値ｐ１に関連付けられ、前述の高調整力Ｆhighの印加、すなわち高負荷期間は、伝達要素の第２のストローク／位置値ｐ２に関連付けられる。
【0128】
このような場合、本方法は、電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６、および、含まれる場合にはそれに関連する伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６を、それぞれの応力パターンの状態に従って、電動アクチュエータおよび／または伝達要素が第１のストローク／位置値ｐ１または第２のストローク／位置値ｐ２に対応する位置にあるように、それぞれ制御するステップを含む。
【0129】
一実施形態によれば、前述の各応力パターンは、前述の第１および第２のストローク／位置値（ｐ１、ｐ２）に基づいて、フィードバックループ位置制御によって制御される。
【0130】
このような場合、電動アクチュエータは、ロボットシステムに含まれる制御手段９の制御下で動きを与えるために、それぞれの伝達要素に作動可能に接続されたモータを含む。
【0131】
調整力Ｆref及び／又は低い調整力Ｆlow及び／又は高い調整力Ｆhighを加えるステップは、フィードバックループ制御によって力を加えるステップを含み、好ましくは、フィードバック信号は、電動アクチュエータ及び／又は伝達要素の検出された現在位置に関する情報を含み、及び／又はフィードバック信号は、電動アクチュエータ及び／又は伝達要素の予想された又は計算された現在位置に関する情報を含む。
【0132】
一実施形態によれば、前述の各応力パターンは、（この場合、フィードバックループ、または力または位置検出がない場合）予め定義されたステップ数に関連するオープンループを有する制御手段によって制御される。
【0133】
このように、上述の実施形態は、アクチュエータおよび／または伝達要素の位置制御に基づくフィードバック制御に基づいて動作する。
【0134】
本方法の別の実施形態によれば、前述の調整力の印加は、存在する場合、電動アクチュエータによって伝達要素、および／または腱に加えられる力自体の制御に基づくフィードバック制御に基づいて行われる。
【0135】
このような場合、ロボット手術システムは、存在する場合、少なくともいくつかの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に動作可能に接続された力センサ１７、１８を含み、好ましくは、前述の力センサ１７、１８は、それぞれの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６上に配置され、ロボットシステムは、前述の力センサ１７、１８に動作可能に接続された制御手段９をさらに含む。
【0136】
電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６は、制御手段の制御下で運動を付与するためのモータを含む。このような伝達要素が含まれる場合、電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６は、制御手段９の制御下で伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に動きを与えるために、それぞれの伝達要素に作動可能に接続されたモータを含む。
【0137】
調整力Ｆrefおよび／または低調整力Ｆlowおよび／または高調整力Ｆhighを加えるステップは、フィードバックループ制御によって力を加えるステップを含み、好ましくは、フィードバック信号は、それぞれの力センサ１７、１８によって実際に検出された加えられた力に関する情報を含む。
【0138】
一実施形態によれば、ロボット手術システムは、１つ以上の伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６の上流、すなわちロボットマニピュレータの電動アクチュエータのセンサと手術器具のそれぞれの伝達要素との間に、無菌バリア（例えばプラスチックシート）１９を備える。
【0139】
一実施形態によれば、前述の力センサ１７、１８は、電動アクチュエータのいくつか、好ましくは全てに配置されたそれぞれのロードセル１７、１８を含む。
【0140】
本方法の一実施例によれば、例えば電動アクチュエータの現在位置の情報および／または力センサ１７、１８によって検出された情報に基づく出力制御（「チェック」）が提供される。例えば、電動アクチュエータの１つの作動方向のストロークが安全閾値を超えた場合、システムは、例えば、前述の調整力の印加中にアクチュエータストローク終端に到達すること、および、それぞれの伝達要素が含まれる場合には、それを回避することを目的とした故障状態を認識することができる。
【0141】
一実施形態によれば、調整方法は、調整と遠隔操作の間に腱が弛緩するのを防ぐために、遠隔操作ステップの直前に行うのが好ましく、また、器具をロボットマニピュレータに取り付け、ロボットマニピュレータに係合させた後に行うのが好ましい。
【0142】
実施例によれば、調整方法は、手術器具を特徴付け（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ）または診断するため、すなわち、ロボットが特定の器具から器具の状態および／または器具の履歴および／または予想される操作時間および／または器具の種類に関する情報を検出できるようにするために使用される。
【0143】
再び図１～２０を参照して、手術器具２０、少なくとも１つの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６、および制御ユニットを含むロボット手術システム１を以下に説明する。
【0144】
前述の手術器具２０は、少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇを有する関節式エンドエフェクタ４０を含み、さらに、それぞれの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６と作動可能に接続可能な少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６を含む。
【0145】
少なくとも１つの腱は、それぞれの電動アクチュエータと、エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇの少なくとも１つの自由度との両方に動作可能に接続されるように、手術器具２０に取り付けられている。このような少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇは、それに作動可能に接続された少なくとも１つの腱（３１、３２、３３、３４、３５、３６）によって、前述の少なくとも１つのそれぞれの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６の動作によって機械的に作動するように適合されている。
【0146】
ロボット手術システムの制御ユニットは、以下の動作の実行を制御するように構成されている：
（ｉ）エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップ；
（ｉｉ）少なくとも１つのロックされた自由度に作動的に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に、少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷をかけられるそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、それぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップ。
（ｉ）エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度Ｐ、Ｙ、Ｇをロックするステップ；
（ｉｉ）少なくとも１つのロックされた自由度に作動的に接続されたそれぞれの少なくとも１つの腱に、少なくとも１つの時間サイクルに従って、引張負荷をかけられるそれぞれの少なくとも１つの腱に調整力（Ｆref）を加えることによって、それぞれの少なくとも１つの腱に引張応力を加えるステップ。
【0147】
前述の少なくとも１つの時間サイクルは、それぞれの腱に低い調整力Ｆlowが加えられ、それぞれの腱に低い引張負荷がもたらされる少なくとも１つの低負荷期間と、それぞれの腱に高い調整力Ｆhighが加えられ、それぞれの腱に高い引張負荷がもたらされる少なくとも１つの高負荷期間とを含む。
【0148】
一実施形態によれば、手術器具２０は、それぞれの少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６に動作可能に接続され、それぞれの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６に動作可能に接続された少なくとも１つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６をさらに含む。
【0149】
一実施形態によれば、前述の少なくとも１つの伝達要素は剛性要素であり、前述の少なくとも１つの腱は引張負荷下で変形可能である。
【0150】
一実施形態によれば、ロボット手術システム１は、伝達要素とそれぞれの電動アクチュエータとの間に介在した無菌バリアをさらに備える。
【0151】
システムの一実施形態によれば、手術器具の少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６とそれぞれの少なくとも１つの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６との間の操作接続は、着脱可能な単側拘束連結によって決定される。
【0152】
一実施形態によれば、ロボット手術システム１は、関節式エンドエフェクタ４０に取り付けられ、関節式エンドエフェクタ４０の前述の少なくとも１つの自由度のうちの１つ以上を正確かつ所定の構成／姿勢でロックするように構成された拘束要素３７をさらに備える。
【0153】
システムの一実施形態によれば、前述の少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６は、複数の巻かれた／編み合わせたポリマ繊維を含むか、またはポリマストランドである。
【0154】
システム１の様々な可能な実施形態によれば、制御ユニットは、先に例示した方法の実施形態のいずれかに従って手術器具を調整する方法を実行するようにロボットシステムを制御するように構成されている。
【0155】
再び図１～２０を参照すると、本発明の方法が適用される手術器具のさらなる図が以下に提供され、方法自体のさらなる理解に役立つとともに、非限定的な例として、方法のいくつかの実施形態に関するさらなる詳細が提供される。
【0156】
既に観察したように、本方法の一実施形態によれば、調整手順は、前述の少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６に関連する手術器具２０の伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に低力値（Ｆlow）と高力値（Ｆhigh）とを交互に加えることによって、手術器具２０の少なくとも１つの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６に低力値（Ｆlow）と高力値（Ｆhigh）とを交互に加える。上述のように、電動アクチュエータは、腱に直接作用することも、伝達要素を介在させて間接的に作用することもできる。
【0157】
このような交互に低い（Ｆlow）および高い（Ｆhigh）力値は、少なくとも１つの電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６によって、前述の少なくとも１つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に印加することができる。
【0158】
一実施形態によれば、少なくとも１つのアクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６はリニアアクチュエータである。
【0159】
一実施形態によれば、少なくとも１つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６は、例えば図９に示すように、実質的に直線経路ｘ－ｘに沿って移動するように適合されたピストンなどのリニア伝達要素である。
【0160】
別の実施形態によれば、少なくとも１つのアクチュエータは、ウインチなどの回転アクチュエータである。
【0161】
別の実施形態によれば、少なくとも１つの伝達要素は、カムおよび／またはプーリーなどの回転伝達要素である。
【0162】
したがって、腱３１、３２、３３、３４、３５、３６によって作動される自由度Ｐ、Ｙ、Ｇ（Ｐ＝ピッチ、Ｙ＝ヨー、Ｇ＝グリップまたは開閉）、例えば手術器具２０の回転関節が、以下の状態のうちの１つにあるときに、前述の交互の低い（Ｆlow）力値および高い（Ｆhigh）力値を適用することができる：
（ｉ）ストローク端にある、および／または、
（ｉｉ）拘束体３７、例えば関節式エンドエフェクタ４０に接しているキャップ３７によって拘束されている。
（ｉ）ストローク端にある、および／または、
（ｉｉ）拘束体３７、例えば関節式エンドエフェクタ４０に接しているキャップ３７によって拘束されている。
【0163】
例えば図５および図６のシーケンスに図式的に示されているように、拘束体３７（ここではシャフト２７に沿って引き込み可能（ｒｅｔｒａｃｔａｂｌｅ）に示されている）は、調整手順の実行を容易にするように、１つまたは複数の自由度（図示の例では、ピッチＰの自由度がロックされている）をロックするために、関節式エンドエフェクタ４０に取り付けることができる。
【0164】
実施例によれば、拘束体３７は、関節式先端部４０を所定の形状に一時的にロックするように配置されている。
【0165】
拘束体３７は、手術器具２０のシャフト２７に沿って引き込み可能である。
【0166】
様々な可能な実施例によれば、拘束体３７は、手術器具２０のシャフト２７に沿って引き込み可能でないプラグ３７またはキャップ３７とすることができ、例えば、関節式エンドエフェクタ４０の自由端に対して遠位側に取り外すことができる。
【0167】
関節式エンドエフェクタ４０は、好ましくは、複数の剛性要素（「リンク」４１、４２、４３、４４とも呼ばれる）を含む。
【0168】
このようなリンクの少なくともいくつか、例えば図１２のリンク４２、４３、４４は、一対の拮抗腱３１、３２；３３、３４；３５、３６に接続することができる。
【0169】
図１２に描かれている実施形態に示されているように、一対の拮抗腱３１、３２をリンク４２に機械的に連結して、そのようなリンク４２をリンク４１に対してピッチ軸Ｐを中心として動かすことができ、この場合、リンク４１は手術器具２０のシャフト２７と一体的に示されている。別の一対の拮抗腱３３、３４をリンク４３（ここでは自由端を有するように示されている）に機械的に連結して、前述のリンク４３をリンク４２に対してヨー軸Ｙを中心として動かすことができる。別の一対の拮抗腱３５、３６は、リンク４４（ここでは自由端を有するように示されている）に機械的に連結されて、ヨー軸Ｙを中心としてリンク４２に対して前述のリンク４４を動かすことができる。ヨー軸Ｙを中心とするリンク４３、４４の適切な関節作動（ｊｏｉｎｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）によって、開閉またはグリップＧの自由度を決定することができる。
【0170】
当業者であれば、腱およびリンクの構成ならびに関節式エンドエフェクタ４０の自由度は、本開示の範囲内にありながら、図１２に示すものとは異なり得ることを理解するであろう。
【0171】
一実施形態によれば、３つの自由度（例えば、ピッチＰ、ヨーＹ、グリップＧの前述の自由度）を作動させるように構成された、図に番号（３１、３２）、（３３、３４）、（３５、３６）の組で示された三対の拮抗腱がある。
【0172】
このような場合、手術器具２０は、６つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６（例えば図４に示すように６つのピストン）、すなわち、例えば三対の拮抗する電動アクチュエータ（１１、１２）（１３、１４）（１５、１６）と協働するように意図された三対の拮抗する伝達要素（２１、２２）、（２３、２４）、（２５、２６）を含んでもよい。図４に示す例では、それぞれの伝達要素（２１、２２）、（２３、２４）、（２５、２６）に接続された三対の拮抗腱（３１、３２）、（３３、３４）、（３５、３６）の腱の例示的な経路が破線で図式的に示されており、例えば図９に図式的に示すように、腱の経路は異なり、基準要素（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）間に延びることができる。
【0173】
上記で既に示したように、少なくとも１つのアクチュエータと少なくとも１つの伝達要素との間に無菌バリア１９を介在させることができ、例えば、プラスチックシートとして作られた無菌布や、布または不織布のような他の外科的に無菌の布材料が挙げられる。
【0174】
好ましい実施形態によれば、調整手順は、前述の一対の拮抗腱（３１、３２）、（３３、３４）、（３５、３６）にそれぞれ関連する一対の拮抗伝達要素に、および、好ましくは、前述の一対の拮抗腱（３１、３２）、（３３、３４）、（３５、３６）にそれぞれ関連する一対の拮抗伝達要素（２１、２２）、（２３、２４）、（２５、２６）に、低い（Ｆlow）力値と高い（Ｆhigh）力値を交互に印加することにより、前述の一対の拮抗腱（３１、３２）、（３３、３４）、（３５、３６）に、低い（Ｆlow）力値と高い（Ｆhigh）力値を交互に印加する。
【0175】
従って、前述の交互の低い（Ｆlow）及び高い（Ｆhigh）力値は、手術器具２０の腱３１、３２、３３、３４、３５、３６（例えば、ピッチ、ヨー、及び／又はグリップの回転関節）によって作動される自由度Ｐ、Ｙ、Ｇが以下の条件のうちの１つであるときに適用され得る：
（ｉ）ストローク終端であること、および／または、
（ｉｉ）手術器具２０が、手術器具２０のエンドエフェクタ４０に接しているキャップ３７のような拘束体３７によって拘束されていること；
（ｉｉｉ）前述の一対の拮抗伝達要素（２１、２２）、（２３、２４）、（２５、２６）を同時に作動させること、すなわち、前述の一対の拮抗腱の両方の腱を同時に引張負荷下に置くこと。
（ｉ）ストローク終端であること、および／または、
（ｉｉ）手術器具２０が、手術器具２０のエンドエフェクタ４０に接しているキャップ３７のような拘束体３７によって拘束されていること；
（ｉｉｉ）前述の一対の拮抗伝達要素（２１、２２）、（２３、２４）、（２５、２６）を同時に作動させること、すなわち、前述の一対の拮抗腱の両方の腱を同時に引張負荷下に置くこと。
【0176】
一実施形態によれば、調整手順は、６つの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６の各々および全てに、低いＦlowおよび高いＦhigh力値を周期的に交互に同時に加えることを含む。
【0177】
調整手順は、調整された腱がグリップの自由度Ｇを作動させるものである場合、グリップの点で最適な性能と同様に最高の精度を有するように調整された手術器具２０でマスター－スレーブ遠隔操作を開始することを可能にすることに留意すべきである。これにより、操作状態にあるときにスレーブ手術器具２０の関節先端４０（またはエンドエフェクタ４０）の現在位置を正確に制御できるようになる。
【0178】
電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６によって伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６に加えられる力Ｆrefは、それぞれの腱３１、３２、３３、３４、３５、３６に対する引張作用をもたらすが、それぞれの腱に対する引張作用は、引張作用の一部を消散させる塑性弾性伸張および／または弛緩挙動が生じ得るものの、力Ｆrefと実質的に等しくなり得る。
【0179】
少なくとも１つの腱は、好ましくは非弾性的に変形可能であるが、弾性的に変形可能であることもできる。
【0180】
好ましい実施形態によれば、手術器具２０の前述の少なくとも１つの腱、好ましくは全ての腱は、ポリマ材料で作られている。
【0181】
好ましくは、手術器具２０の前述の少なくとも１つの腱、好ましくは全ての腱は、ポリマストランドを形成するように巻かれおよび／または編み合わせた複数のポリマ繊維を含む。
【0182】
一実施形態によれば、前述の少なくとも１つの腱は、複数の高分子量ポリエチレン繊維（ＨＭＷＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ）を含む。
【0183】
前述の少なくとも１本の腱は、複数のアラミド繊維、および／またはポリエステル、および／または液晶ポリマ（ＬＣＰ）、および／またはＰＢＯ（Ｚｙｌｏｎ（登録商標））、および／またはナイロン、および／または高分子量ポリエチレン、および／またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【0184】
一実施形態によれば、前述の少なくとも１つの腱は、金属ストランドのような金属材料で作られている。
【0185】
一実施形態によれば、前述の少なくとも１つの腱は、部分的に金属材料で、部分的にポリマ材料で作られている。例えば、前述の少なくとも１つの腱は、金属繊維とポリマ繊維の編み合わせによって形成することができる。
【0186】
一実施形態によれば、例えば少なくとも１つのロボットマニピュレータ１０に動作可能に接続されたロボットシステム１の電子コントローラ９は、アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６（例えば、モータピストン）の動きを監視するように構成されており、調整手順は、手術器具２０のエンドエフェクタまたは関節先端部４０の自由度が所定の構成であるとき、例えば、関節先端部のリンクが器具の正中線および／または各自由度の範囲の正中線ｒ－ｒに沿って整列している構成にあるときに、アクチュエータをそれぞれの伝達要素に接触させることを含む。このような所定の状態は、関節式先端部４０のリンクが伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６のストロークｘ－ｘと整列しているときであり得る。
【0187】
調整手順は、少なくとも１つの腱によって作動される自由度が所定の既知の構成であることを必ずしも想定しておらず、構成は未知および／または任意のものでありうることに留意すべきである。
【0188】
一実施形態によれば、調整手順は、以下の条件を検証する：
－ 条件Ａ） 手術器具２０がロボットプラットフォーム上に正しく係合している（例えば、ロボットマニピュレータ１０の所定のポケット２８に収容されており、このロボットマニピュレータは前述の電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６を含む）；
－ 条件Ｂ） プラグ３７またはキャップ３７または拘束体３７が、腱３１、３２、３３、３４、３５、３６が張った状態、すなわち引張負荷がかかった状態であっても、手術器具２０のエンドエフェクタまたは関節先端部４０に当接して配置され、エンドエフェクタ４０の関節をロックする；
－ 条件Ｃ） 電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６が、例えば無菌バリア１９を介して、腱および／またはそれぞれの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６と接触している。
－ 条件Ａ） 手術器具２０がロボットプラットフォーム上に正しく係合している（例えば、ロボットマニピュレータ１０の所定のポケット２８に収容されており、このロボットマニピュレータは前述の電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６を含む）；
－ 条件Ｂ） プラグ３７またはキャップ３７または拘束体３７が、腱３１、３２、３３、３４、３５、３６が張った状態、すなわち引張負荷がかかった状態であっても、手術器具２０のエンドエフェクタまたは関節先端部４０に当接して配置され、エンドエフェクタ４０の関節をロックする；
－ 条件Ｃ） 電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６が、例えば無菌バリア１９を介して、腱および／またはそれぞれの伝達要素２１、２２、２３、２４、２５、２６と接触している。
【0189】
このような条件Ｃ）において表現されている接触は、接触力を検出することによって確認および／または検出することができる。
【0190】
既に上述した実施形態によれば、接触力は、電動アクチュエータ１１、１２、１３、１４、１５、１６のそれぞれに関連する１つ以上のロードセル１７、１８（または１つ以上の他の力センサ１７、１８）によって検出される。
【0191】
他の異なる可能な実装オプションによれば、条件Ｃ）は、例えば静電容量式などの近接センサによって、または、戻り起電力（ｒｅｔｕｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）の測定によって、または、ＢＥＭＦなどの他の形態の接触感知によって得ることができる。
【0192】
条件Ａ）は、接触力を検出することで確認／検出できる。
【0193】
一実施形態によれば、スレーブロボットシステム２は、好ましくは少なくとも１つのロボットマニピュレータ１０に属する力センサ１７、１８を備えたアクチュエータを含む。
【0194】
一実施形態によれば、ロボットシステムはマイクロ手術用遠隔操作用ロボットシステムであり、手術器具はマイクロ手術器具である。
【0195】
示されたように、先に示した本発明の目的は、上記に詳細に開示した特徴により、上述の方法によって完全に達成される。
【0196】
提案された解決策により、手術器具の自由度を作動させるための少なくとも１つの腱からの回復可能な伸びをなくすか、少なくとも最小にすることができ、腱が形成される材料とは無関係に、腱に加えられる作動作用の正確な伝達を得ることができる。
【0197】
提案された解決策により、手術器具の自由度を作動させるために、少なくとも１つの腱から、繊維の固有構造に起因して回復不可能な永久的な伸長（伸び）を排除するか、少なくとも最小限に抑えることが可能であり、腱が巻かれたおよび／または編み合わせたポリマ繊維によって形成されている場合であっても、腱に加えられる作動の作用の正確な伝達を得ることが可能である。
【0198】
提案された解決策により、遠隔操作のステップを開始する前、およびロボット手術の手術器具に腱を装着した後に、腱の挙動を安定させ、それにより腱の長さを安定させることができる。
【0199】
提案された解決策により、遠隔操作中のマスターとスレーブ間の運動学的対応の精度が向上する。
【0200】
提案された解決策により、使用状態における腱の望ましくない伸長／短縮による動きの損失は回避されるか、少なくとも最小限に抑えられる。
【0201】
提案された解決策により、手術器具の物理的特徴の十分な安定化が提供される。
【0202】
提案された解決策により、手術器具の自由度の制御が改善される。
【0203】
提案された解決策により、手術器具に装着する前に腱を予備調整する必要性が回避され、手術器具がロボットプラットフォームに接続された状態で遠隔操作ステップを実行する直前に腱の調整を実行することが可能になり、手術器具の自由度に対する制御の精度と正確性がさらに向上する。
【0204】
低負荷の印加と高負荷の印加を繰り返す調整サイクルを設けることで、一定の高負荷を印加するよりも腱の調整を早くすることができる。
【0205】
隣接する調整サイクル中に印加される高負荷Ｆhighが増大するという事実により、これにより、その残留可塑性を有する編み合わせが腱に過度の応力を与えて直ちに最大負荷に到達させることなく、その代わりに、段階的に最大応力に到達させることができ、その結果、異なる増大負荷レベルで落ち着く（ｓｅｔｔｌｅ）ことにより可塑性を除去することができ、構造的損傷または破損を回避することができる。上記は、マルチコンポーネント腱－手術器具－電動アクチュエータ製品の残留可塑性を考慮しても適用される。
【0206】
さらに、ステップを増やすことで、最大力で等しい数のサイクルに関して、同じか同等の塑性回復レベル（変形）に達することができるが、短時間の場合は、最初のサイクルではより小さなレベルＦhighに達すればよいため、異なる。
【0207】
隣接する調整サイクル中に加えられる低負荷Ｆlowが実質的に一定で、腱－伝達－アクチュエータシステムの静止摩擦よりも大きいままであるという事実により、これにより腱の塑性回復を回避することができる。特に、編み合わせポリマ製腱は、その編み合わせ構成と、通常、軽質または高精度の下で繊維を交差させる製造方法とにより、特に引張負荷がかかっていない場合には、さらなる可塑性と、純粋な構造的弾性を有しており、その性質は、材料や繊維そのものに由来するのではなく、かわりにそのような繊維がどのように構成され（コアとジャケット）、どのように角度がつけられ（「編み合わせ角度」と「ピック・パー・インチ－ｐｐｉ」）、どのように切られ、あるいは結合され（ダブルまたはシングル）、どのように本数が多く（ｎ本）、どのような大きさ（ｄｔｅｘ）であるかに由来するものである。従って、繊維に負荷や引張負荷がかかっていないとき、あるいは特に繊維に最小限の力Ｆlowさえかかっていないとき、そのような繊維は、製造方法および編み合わせの関数として、特徴的な時定数で回復し、その可塑性は、一緒に編み合わせた繊維の相対的な再配列に由来する。このような時定数はまた、非常に速くなり得るので、本発明では、このような可塑性の回復を回避するような力Ｆlowを不安定なステップでも維持することが提案される。
【0208】
提案された解決策により、医療または外科の遠隔操作の準備として、手術器具のポリマ作動腱を調整するための手順を実行することが可能であり、この手順には、実質的に衝撃的であるか、またはいずれにしても持続時間が短い高負荷Ｆhighの周期的な印加が含まれ、次いで、高負荷Ｆhighの印加持続時間よりも長い比較的長い持続時間、保持負荷Ｆholdが作動腱に印加される保持手順が含まれる。
【0209】
偶発的なニーズを満たすために、当業者は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、上述の方法の実施形態に変更および適合を加えることができ、または機能的に同等である他の要素と置き換えることができる。可能な実施形態に属するものとして上述した全ての特徴は、上述した他の実施形態から独立して実施することができる。
【符号の説明】
【0210】
１ 遠隔操作手術用ロボットシステム
２ ロボットシステムのスレーブアセンブリ
３ マスターコンソール
９ コントローラ、すなわちコンソールユニット
１０ ロボットシステムのマニピュレータ
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 電動アクチュエータ
１７、１８ 力センサ、またはロードセル
１９ 無菌バリア
２０ 手術器具
２１、２２、２３、２４、２５、２６ 手術器具伝達要素
２７ シャフトまたはロッド
２８ ポケット
２９ 手術器具バックエンド、または手術器具伝達インタフェース部
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 腱
３７ 拘束体、またはプラグ、またはキャップ
４０ 関節先端部、または手術器具の関節式エンドエフェクタ装置
４１、４２、４３、４４ 関節式エンドエフェクタのリンク
ｘ－ｘ 直線方向
ｒ－ｒ 中心線
Ｐ、Ｙ、Ｇ 関節先端部の自由度、（ピッチ、ヨー、グリップ）
Ｆref 負荷力
Ｆlow 低力値、低調整力、低力
Ｆhigh 高力値、高調整力、高力
Ｆhold 保持力値
ｎ サイクル数カウンタ
Ｎ 総サイクル数
ｔ 変数「時間」
Ｔ 応力パターン総時間
Ｒａｉｓｅ＿ｃｙｃｌｅｓ 増大サイクル
Ｈｏｌｄ＿ｃｙｃｌｅｓ 保持サイクル
２ ロボットシステムのスレーブアセンブリ
３ マスターコンソール
９ コントローラ、すなわちコンソールユニット
１０ ロボットシステムのマニピュレータ
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 電動アクチュエータ
１７、１８ 力センサ、またはロードセル
１９ 無菌バリア
２０ 手術器具
２１、２２、２３、２４、２５、２６ 手術器具伝達要素
２７ シャフトまたはロッド
２８ ポケット
２９ 手術器具バックエンド、または手術器具伝達インタフェース部
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 腱
３７ 拘束体、またはプラグ、またはキャップ
４０ 関節先端部、または手術器具の関節式エンドエフェクタ装置
４１、４２、４３、４４ 関節式エンドエフェクタのリンク
ｘ－ｘ 直線方向
ｒ－ｒ 中心線
Ｐ、Ｙ、Ｇ 関節先端部の自由度、（ピッチ、ヨー、グリップ）
Ｆref 負荷力
Ｆlow 低力値、低調整力、低力
Ｆhigh 高力値、高調整力、高力
Ｆhold 保持力値
ｎ サイクル数カウンタ
Ｎ 総サイクル数
ｔ 変数「時間」
Ｔ 応力パターン総時間
Ｒａｉｓｅ＿ｃｙｃｌｅｓ 増大サイクル
Ｈｏｌｄ＿ｃｙｃｌｅｓ 保持サイクル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図8-2】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16(a)】
【図16(b)】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【国際調査報告】