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特表2024-540151蛇形ビーム素子を有するアゴニスト－アンタゴニストチューブ型操縦可能器具
(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】2024-10-31
(54)【発明の名称】蛇形ビーム素子を有するアゴニスト－アンタゴニストチューブ型操縦可能器具
(51)【国際特許分類】
A61B 17/94 20060101AFI20241024BHJP
A61M 25/00 20060101ALI20241024BHJP
A61B 1/005 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
A61B17/94
A61M25/00 534
A61M25/00 552
A61M25/00 620
A61B1/005 520
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024525556
(86)(22)【出願日】2022-10-31
(85)【翻訳文提出日】2024-06-26
(86)【国際出願番号】 US2022048408
(87)【国際公開番号】W WO2023076667
(87)【国際公開日】2023-05-04
(31)【優先権主張番号】63/273,679
(32)【優先日】2021-10-29
(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】501271033
【氏名又は名称】バンダービルト・ユニバーシティ
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＮＤＥＲＢＩＬＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
(74)【代理人】
【識別番号】100128347
【弁理士】
【氏名又は名称】西内 盛二
(72)【発明者】
【氏名】ガフォード，ジョシュア
(72)【発明者】
【氏名】ラッカー，ダニエル，シー
(72)【発明者】
【氏名】アンダーソン，パトリック， エル
(72)【発明者】
【氏名】ウェブスター，スコット，ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】ウェブスター，ロバート，ジェームス
【テーマコード（参考）】
4C160
4C161
4C267
【Ｆターム（参考）】
4C160NN02
4C161CC06
4C161DD03
4C161FF32
4C161JJ06
4C267AA01
4C267AA77
4C267BB02
4C267BB06
4C267BB07
4C267BB11
4C267BB13
4C267BB15
4C267BB31
4C267BB38
4C267HH03
4C267HH04
(57)【要約】
【課題】本発明は、操縦可能器具を備える手術システムを提供する。
【解決手段】前記操縦可能器具は、第１チューブと第２チューブを有し、前記第１チューブは、その管状側壁に形成される第１蛇形ビームを含み、前記第２チューブは、その管状側壁に形成される第２蛇形ビームを含む。前記第１チューブと第２チューブは、同心的に嵌合され、且つ前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとが少なくとも部分的に軸方向において互いに位置合わせされ且つ径方向において異なる角度を向くように、位置決めされ、前記第１チューブと第２チューブは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとの遠位側において互いに接続される。前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとは、湾曲セグメントを画定し、前記湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとに加えられた異なる軸方向力に応答して前記嵌合されたチューブ構造に湾曲部を形成するように、作動可能である。
【選択図】図２１Ａ
【解決手段】前記操縦可能器具は、第１チューブと第２チューブを有し、前記第１チューブは、その管状側壁に形成される第１蛇形ビームを含み、前記第２チューブは、その管状側壁に形成される第２蛇形ビームを含む。前記第１チューブと第２チューブは、同心的に嵌合され、且つ前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとが少なくとも部分的に軸方向において互いに位置合わせされ且つ径方向において異なる角度を向くように、位置決めされ、前記第１チューブと第２チューブは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとの遠位側において互いに接続される。前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとは、湾曲セグメントを画定し、前記湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとに加えられた異なる軸方向力に応答して前記嵌合されたチューブ構造に湾曲部を形成するように、作動可能である。
【選択図】図２１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
手術システムであって、操縦可能器具を備え、
前記操縦可能器具は、第１チューブと、第２チューブとを有し、
前記第１チューブは、その管状側壁に形成される第１蛇形ビームを含み、
前記第２チューブは、その管状側壁に形成される第２蛇形ビームを含み、
前記第１チューブと第２チューブは、同心的に嵌合され、前記第１チューブと第２チューブは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとが少なくとも部分的に軸方向において互いに位置合わせされ且つ径方向において異なる角度を向くように、位置決めされ、
前記第１チューブと第２チューブは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとの遠位側において互いに接続され、
前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとは、湾曲セグメントを画定し、前記湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとに加えられた異なる軸方向力に応答して前記嵌合されたチューブ構造に湾曲部を形成するように、作動可能である、手術システム。
【請求項2】
前記第１チューブは、複数の平行な第１スロットを含み、前記第１スロットは、前記第１チューブの中心軸線に垂直となるように前記第１チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第１スロットは、前後に角度をなすようにずれており、前記第１スロットは、前記第１蛇形ビームを画定し、前記第２チューブは、複数の平行な第２スロットを含み、前記第２スロットは、前記第２チューブの中心軸線に垂直となるように前記第２チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第２スロットは、前後に角度をなすようにずれており、前記第２スロットは、前記第２蛇形ビームを画定する、請求項１に記載の手術システム。
【請求項3】
前記第１蛇形ビームは、前記第１スロットの対向側において互いに平行に延在する横ビーム部分と、前記横ビーム部分の隣接する端部同士を互いに連結する縦ビーム部分とを含み、前記第２蛇形ビームは、前記第２スロットの対向側において互いに平行に延在する横ビーム部分と、前記横ビーム部分の隣接する端部同士を交互に連結する縦ビーム部分とを含む、請求項２に記載の手術システム。
【請求項4】
前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとにおける隣接する横ビーム部分が、前記横ビーム部分を接続し且つ対向する縦ビーム部分に位置する接触点において互いに接合されるように構成され、前記接触点は、前記湾曲セグメントの偏向を制限する、請求項３に記載の手術システム。
【請求項5】
前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとにおける隣接する横ビーム部分が、前記湾曲セグメントの偏向を制限する接触点において互いに接合されるように構成される、請求項１に記載の手術システム。
【請求項6】
前記接触点は、前記湾曲セグメントの完全偏向状態を規定するように構成される、請求項５に記載の手術システム。
【請求項7】
前記湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとに加えられた前記異なる軸方向力によって前記接触点を互いに当接させることで前記湾曲セグメントの前記完全偏向状態での剛性を高めるように構成される、請求項６に記載の手術システム。
【請求項8】
前記第１チューブは、前記湾曲セグメントの長さに沿って互いに平行に延在する複数の第１蛇形ビームを含み、且つ前記第２チューブは、前記湾曲セグメントの長さに沿って互いに平行に延在する複数の第２蛇形ビームを含む、請求項１に記載の手術システム。
【請求項9】
前記第１チューブは、複数の平行な第１スロットを含み、前記複数の平行な第１スロットは、前記第１チューブの中心軸線に垂直となるように前記第１チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第１スロットは、径方向において互いに間隔を空けた複数行の複数のスロットとして配置され、各行の第１スロットは、隣接行に対して角度をなすようにずれており、前記第１スロットは、前記複数の第１蛇形ビームを画定し、前記第２チューブは、複数の平行な第２スロットを含み、前記複数の平行な第２スロットは、前記第２チューブの中心軸線に垂直となるように前記第２チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第２スロットは、径方向において互いに間隔を空けた複数行の複数のスロットとして配置され、各行の第２スロットは、隣接行に対して角度をなすようにずれており、前記第２スロットは、前記複数の第２蛇形ビームを画定する、請求項８に記載の手術システム。
【請求項10】
各行における前記第１スロットの長さは、等しく、且つ各行における前記第２スロットの長さは、等しい、請求項９に記載の手術システム。
【請求項11】
各行における前記第１スロットは、２つの異なる長さを有するように交互に配置され、且つ各行における前記第２スロットは、２つの異なる長さを有するように交互に配置されている、請求項９に記載の手術システム。
【請求項12】
前記操縦可能器具は、前記操縦可能器具の前記長さに沿って軸方向において間隔を空けた複数の湾曲セグメントを含み、複数の湾曲セグメントは、第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントを含み、前記第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントは、それぞれ、前記第１チューブの側壁に形成された第１蛇形ビームと、前記第２チューブの側壁に形成された第２蛇形ビームとによって形成され、当該第１蛇形ビームと当該第２蛇形ビームは、軸方向において位置合わせされている、請求項１に記載の手術システム。
【請求項13】
前記第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントは、作動時に異なる方向に偏向するように構成される、請求項１２に記載の手術システム。
【請求項14】
前記第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとの遷移領域によって仕切られ、前記遷移領域では、チューブの側壁にスロットがない、請求項１２に記載の手術システム。
【請求項15】
前記第１湾曲セグメントと前記第２湾曲セグメントは、作動時に互いに反対する方向に偏向することで前記操縦可能器具をＳ字状を呈させるように構成される、請求項１２に記載の手術システム。
【請求項16】
前記第１スロットと前記第２スロットとの角度位置は、前記湾曲セグメントが作動時に螺旋状に平面から湾曲するように、前記中心軸線周りに徐々に調節される、請求項２に記載の手術システム。
【請求項17】
前記第１スロットと第２スロットは、前記湾曲セグメントの互いに反対する湾曲方向における湾曲運動を制限する接触補助具を含む、請求項２に記載の手術システム。
【請求項18】
各接触補助具は、横ビーム部材から突出する凸状部材を含み、前記凸状部材は、隣接する横ビーム部材上の対応する形状の凹状レシーバ内に位置決めされている、請求項１７に記載の手術システム。
【請求項19】
各接触補助具は、ダブテール構造を有し、前記凸状部材は、ダブテールピンを含み、前記凹状レシーバは、ダブテール尾部を含む、請求項１７に記載の手術システム。
【請求項20】
前記第１スロット及び前記第２スロットの少なくとも一部は、その端部に応力除去切り欠きを有する、請求項２に記載の手術システム。
【請求項21】
前記操縦可能器具は、前記第１蛇形ビームから近位側に延在する第１挿入軸と、前記第２蛇形ビームから近位側に延在する第２挿入軸とを含み、前記第１挿入軸と第２挿入軸は、曲がりくねった経路に適応できるように、曲げコンプライアンスを持つように構成され、
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、負荷方向に関わらず、同じ曲げ剛性を示し、且つ、力及びトルクが前記挿入軸の近位端から操縦可能器具の遠位端に位置する湾曲セグメントに十分に伝達されるような、軸方向剛性とねじり剛性とを示す全方向コンプライアンスを持つように構成される、請求項１に記載の手術システム。
【請求項22】
前記第１挿入軸は、前記第１チューブに近接するように位置決めされ且つ前記第１チューブに接続されるポリマー可撓チューブと、前記可撓チューブを被覆し又は前記可撓チューブに嵌め込まれた編組線補強層と、前記編組線を被覆し、且つ前記編組線の前記可撓チューブへの固定を支援するポリマージャケットとを含み、前記第２挿入軸は、前記第２チューブに近接するように位置決めされ且つ前記第２チューブに接続されるポリマー可撓チューブと、前記可撓チューブを被覆し又は前記可撓チューブに嵌め込まれた編組線補強層と、前記編組線を被覆し、且つ前記編組線の前記可撓チューブへの固定を支援するポリマージャケットとを含む、請求項２１に記載の手術システム。
【請求項23】
前記編組線の編組密度は、前記挿入軸のその長さに沿う可撓性、軸方向剛性及びねじり剛性が調節されるように、前記第１挿入軸と第２挿入軸とのうちの少なくとも一方の長さに沿って変更される、請求項２２に記載の手術システム。
【請求項24】
前記可撓チューブは、前記チューブを前記可撓チューブ材に嵌め込むことと、接着剤で前記可撓チューブをアウターチューブに接続することと、前記可撓チューブを前記アウターチューブに接着される薄壁ジャケットとして形成することと、のうちの一方により、対応する第２チューブに固定される、請求項２１に記載の手術システム。
【請求項25】
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、前記第１チューブと第２チューブとの対応する部分を含み、前記第１チューブと前記第２チューブは、それぞれの蛇形ビームの近位側に延在し、それぞれのチューブ側壁に複数のスロットを有し、前記スロットは、前記第１チューブと第２チューブとの前記中心軸線に垂直に延在し且つ行として配置され、前記行は、前記中心軸線周りに径方向に沿って延在し、
前記行の配置により、
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、曲がりくねった経路に適応できるように、曲げコンプライアンスを持つように構成され、
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、負荷方向に関わらず、力及びトルクが前記挿入軸の近位端から操縦可能器具の遠位端に位置する湾曲セグメントに伝達されるように、軸方向剛性、ねじり剛性、及び同じ曲げ剛性を示す全方向コンプライアンスを持つように構成される、請求項２１に記載の手術システム。
【請求項26】
前記第１挿入軸と第２挿入軸とに沿って配置された前記スロットのピッチは、前記第１挿入軸と第２挿入軸との長さに沿って変更されることにより、それらの長さに沿って前記第１挿入軸と第２挿入軸との可撓性、軸方向剛性及びねじり剛性を調節する、請求項２５に記載の手術システム。
【請求項27】
前記操縦可能器具は、ポリマージャケットを更に含み、前記ポリマージャケットは、前記湾曲セグメントを被覆し、且つ組織の前記スロットへの進入を防止する、請求項２に記載の手術システム。
【請求項28】
前記スロットは、組織が前記スロットに進入できないように狭く構成されている、請求項２に記載の手術システム。
【請求項29】
前記操縦可能器具は、複合操縦可能器具を含み、前記複合操縦可能器具は、第１操縦可能器具と第２操縦可能器具とを含み、前記第２操縦可能器具は、前記第１操縦可能器具の内腔を通過して延在するように構成される、請求項１に記載の手術システム。
【請求項30】
挿入され且つ操作されることで手術部位に位置決めされるように構成される送達デバイスを更に備え、前記操縦可能器具は、進行されて前記送達デバイスを通過し、且つ前記湾曲セグメントを前記送達デバイスの外部に位置決めするように構成され、前記操縦可能器具の残りの部分は、前記送達デバイス内に位置決めされ且つ前記送達デバイスによって支持される、請求項１に記載の手術システム。
【請求項31】
前記送達デバイスは、内視鏡と、可撓性内視鏡と、別の操縦可能器具とのうちの一種を含む、請求項３０に記載の手術システム。
【請求項32】
前記送達デバイスは、前記送達デバイスによって支持される操縦可能器具が、前記手術部位での組織操作のための、嵌合されたチューブ構造の前記内腔を通過して延在する手術器具を支持可能であるように構成され、前記湾曲セグメントは、前記送達デバイスの外部に位置決めされる、請求項３０に記載の手術システム。【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２１年１０月２９日に出願された、米国仮特許出願第６３／２７３,６７９号に対して優先権を主張し、その全ての内容があらゆる目的で引用により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年１０月２９日に出願された、米国仮特許出願第６３／２７３,６７９号に対して優先権を主張し、その全ての内容があらゆる目的で引用により本明細書に組み込まれる。
【0002】
（政府出資）
本発明は、政府の支援の下、米国国立衛生研究院から授与された許可番号Ｒ４４ＤＫ１２６６０６、Ｒ４４ＤＣ０１９８９４及びＲ４４ＥＢ０３１７４１の助成の下で行われた。政府は、この発明に対して一定の権利を持っている。
本発明は、政府の支援の下、米国国立衛生研究院から授与された許可番号Ｒ４４ＤＫ１２６６０６、Ｒ４４ＤＣ０１９８９４及びＲ４４ＥＢ０３１７４１の助成の下で行われた。政府は、この発明に対して一定の権利を持っている。
【技術分野】
【0003】
本発明は、手術過程を実行するように構成される操縦可能医療装置に関する。より具体的に、本発明は、蛇形ビーム素子を有するアゴニスト－アンタゴニストチューブ型操縦可能器具の構造を実現する操縦可能医療装置に関する。
【背景技術】
【0004】
可撓性内視鏡検査では、可撓性内視鏡の末端に柔軟性を持つ操縦可能な手術具ツールが切望されている。内視鏡によって手術部位を転向させることにより、これらのツールは、柔軟性を必要とする駆動タスク、例えば、結腸直腸内視鏡検査における組織後退及び切除又はアクセス性駆動タスク、例えば、曲がり角の周囲に到達して可撓性尿管検査において到達しにくい腎臓結石を取り出すことにおいて特に重要である。これらの内視鏡ツールは、手動又はロボットによって制御することができ、それらの内視鏡ツールにより、医師がタスクを実行することができ、そうでなければ、これらのタスクは、単独の内視鏡のネイティブ機能にとって非常に困難又は不可能である。
【発明の概要】
【0005】
本発明は、操縦可能器具を備える手術システムを提供する。一態様によると、前記操縦可能器具は、第１チューブと、第２チューブとを有し、前記第１チューブは、その管状側壁に形成される第１蛇形ビームを含み、前記第２チューブは、その管状側壁に形成される第２蛇形ビームを含み、前記第１チューブと第２チューブは、同心的に嵌合され、前記第１チューブと第２チューブは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとが少なくとも部分的に軸方向において互いに位置合わせされ且つ径方向において異なる角度を向くように、位置決めされ、前記第１チューブと第２チューブは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとの遠位側において互いに接続され、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとは、湾曲セグメントを画定し、前記湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとに加えられた異なる軸方向力に応答して前記嵌合されたチューブ構造に湾曲部を形成するように、作動可能である。
【0006】
別の態様によると、前記第１チューブは、複数の平行な第１スロットを含み、前記第１スロットは、前記第１チューブの中心軸線に垂直となるように前記第１チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第１スロットは、前後に角度をなすようにずれており、前記第１スロットは、前記第１蛇形ビームを画定し、前記第２チューブは、複数の平行な第２スロットを含み、前記第２スロットは、前記第２チューブの中心軸線に垂直となるように前記第２チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第２スロットは、前後に角度をなすようにずれており、前記第２スロットは、前記第２蛇形ビームを画定する。
【0007】
別の態様によると、前記第１蛇形ビームは、前記第１スロットの対向側において互いに平行に延在する横ビーム部分と、前記横ビーム部分の隣接する端部同士を互いに連結する縦ビーム部分とを含み、前記第２蛇形ビームは、前記第２スロットの対向側において互いに平行に延在する横ビーム部分と、前記横ビーム部分の隣接する端部同士を交互に連結する縦ビーム部分とを含む。
【0008】
別の態様によると、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとにおける隣接する横ビーム部分が、前記横ビーム部分を接続し且つ対向する縦ビーム部分に位置する接触点において互いに接合されるように構成され、前記接触点は、前記湾曲セグメントの偏向を制限する。
【0009】
別の態様によると、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームは、前記第１蛇形ビームと第２蛇形ビームとにおける隣接する横ビーム部分が、前記湾曲セグメントの偏向を制限する接触点において互いに接合されるように構成される。
別の態様によると、前記接触点は、前記湾曲セグメントの完全偏向状態を規定するように構成される。
別の態様によると、前記接触点は、前記湾曲セグメントの完全偏向状態を規定するように構成される。
【0010】
別の態様によると、前記湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとに加えられた前記異なる軸方向力によって前記接触点を互いに当接させることで前記湾曲セグメントの前記完全偏向状態での剛性を高めるように構成される。
【0011】
別の態様によると、前記第１チューブは、前記湾曲セグメントの長さに沿って互いに平行に延在する複数の第１蛇形ビームを含み、且つ前記第２チューブは、前記湾曲セグメントの長さに沿って互いに平行に延在する複数の第２蛇形ビームを含む。
【0012】
別の態様によると、前記第１チューブは、複数の平行な第１スロットを含み、前記複数の平行な第１スロットは、前記第１チューブの中心軸線に垂直となるように前記第１チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第１スロットは、径方向において互いに間隔を空けた複数行の複数のスロットとして配置され、各行の第１スロットは、隣接行に対して角度をなすようにずれており、前記第１スロットは、前記複数の第１蛇形ビームを画定し、
前記第２チューブは、複数の平行な第２スロットを含み、前記複数の平行な第２スロットは、前記第２チューブの中心軸線に垂直となるように前記第２チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第２スロットは、径方向において互いに間隔を空けた複数行の複数のスロットとして配置され、各行の第２スロットは、隣接行に対して角度をなすようにずれており、前記第２スロットは、前記複数の第２蛇形ビームを画定する。
前記第２チューブは、複数の平行な第２スロットを含み、前記複数の平行な第２スロットは、前記第２チューブの中心軸線に垂直となるように前記第２チューブの前記側壁を通過して延在し、前記第２スロットは、径方向において互いに間隔を空けた複数行の複数のスロットとして配置され、各行の第２スロットは、隣接行に対して角度をなすようにずれており、前記第２スロットは、前記複数の第２蛇形ビームを画定する。
【0013】
別の態様によると、各行における前記第１スロットの長さは、等しく、且つ各行における前記第２スロットの長さは、等しい。
【0014】
別の態様によると、各行における前記第１スロットは、２つの異なる長さを有するように交互に配置され、且つ各行における前記第２スロットは、２つの異なる長さを有するように交互に配置されている。
【0015】
別の態様によると、前記操縦可能器具は、前記操縦可能器具の前記長さに沿って軸方向において間隔を空けた複数の湾曲セグメントを含み、複数の湾曲セグメントは、第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントを含み、前記第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントは、それぞれ、前記第１チューブの側壁に形成された第１蛇形ビームと、前記第２チューブの側壁に形成された第２蛇形ビームとによって形成され、当該第１蛇形ビームと当該第２蛇形ビームは、軸方向において位置合わせされている。
【0016】
別の態様によると、前記第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントは、作動時に異なる方向に偏向するように構成される。
【0017】
別の態様によると、前記第１湾曲セグメントと第２湾曲セグメントは、前記第１チューブと第２チューブとの遷移領域によって仕切られ、前記遷移領域では、チューブの側壁にスロットがない。
【0018】
別の態様によると、前記第１湾曲セグメントと前記第２湾曲セグメントは、作動時に互いに反対する方向に偏向することで前記操縦可能器具をＳ字状を呈させるように構成される。
【0019】
別の態様によると、前記第１スロットと前記第２スロットとの角度位置は、前記湾曲セグメントが作動時に螺旋状に平面から湾曲するように、前記中心軸線周りに徐々に調節される。
【0020】
別の態様によると、前記第１スロットと第２スロットは、前記湾曲セグメントの互いに反対する湾曲方向における湾曲運動を制限する接触補助具を含む。
【0021】
別の態様によると、各接触補助具は、横ビーム部材から突出する凸状部材を含み、前記凸状部材は、隣接する横ビーム部材上の対応する形状の凹状レシーバ内に位置決めされている。
【0022】
別の態様によると、各接触補助具は、ダブテール構造を有し、前記凸状部材は、ダブテールピンを含み、前記凹状レシーバは、ダブテール尾部を含む。
【0023】
別の態様によると、前記第１スロット及び前記第２スロットの少なくとも一部は、その端部に応力除去切り欠きを有する。
【0024】
別の態様によると、前記操縦可能器具は、前記第１蛇形ビームから近位側に延在する第１挿入軸と、前記第２蛇形ビームから近位側に延在する第２挿入軸とを含み、
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、曲がりくねった経路に適応できるように、曲げコンプライアンスを持つように構成され、
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、負荷方向に関わらず、同じ曲げ剛性を示し、且つ、力及びトルクが前記挿入軸の近位端から操縦可能器具の遠位端に位置する湾曲セグメントに十分に伝達されるような、軸方向剛性とねじり剛性とを示す全方向コンプライアンスを持つように構成される。
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、曲がりくねった経路に適応できるように、曲げコンプライアンスを持つように構成され、
前記第１挿入軸と第２挿入軸は、負荷方向に関わらず、同じ曲げ剛性を示し、且つ、力及びトルクが前記挿入軸の近位端から操縦可能器具の遠位端に位置する湾曲セグメントに十分に伝達されるような、軸方向剛性とねじり剛性とを示す全方向コンプライアンスを持つように構成される。
【0025】
別の態様によると、前記第１挿入軸は、前記第１チューブに近接するように位置決めされ且つ前記第１チューブに接続されるポリマー可撓チューブと、前記可撓チューブを被覆し又は前記可撓チューブに嵌め込まれた編組線補強層と、前記編組線を被覆し、且つ前記編組線の前記可撓チューブへの固定を支援するポリマージャケットとを含む。前記第２挿入軸は、前記第２チューブに近接するように位置決めされ且つ前記第２チューブに接続されるポリマー可撓チューブと、前記可撓チューブを被覆し又は前記可撓チューブに嵌め込まれた編組線補強層と、前記編組線を被覆し、且つ前記編組線の前記可撓チューブへの固定を支援するポリマージャケットとを含む。
【0026】
別の態様によると、前記編組線の編組密度は、前記挿入軸のその長さに沿う可撓性、軸方向剛性及びねじり剛性が調節されるように、前記第１挿入軸と第２挿入軸とのうちの少なくとも一方の長さに沿って変更される。
【0027】
別の態様によると、前記可撓チューブは、前記チューブを前記可撓チューブ材に嵌め込むことと、接着剤で前記可撓チューブを前記アウターチューブに接続することと、前記可撓チューブを前記アウターチューブに接着される薄壁ジャケットとして形成することと、のうちの一方により、対応する第２チューブに固定される。
【0028】
別の態様によると、前記第１挿入軸と第２挿入軸は、前記第１チューブと第２チューブとの対応する部分を含み、前記第１チューブと前記第２チューブは、それぞれの蛇形ビームの近位側に延在し、それぞれのチューブ側壁に複数のスロットを有し、前記スロットは、前記第１チューブと第２チューブとの前記中心軸線に垂直に延在し且つ行として配置され、前記行は、前記中心軸線周りに径方向に沿って延在し、前記行の配置により、前記第１挿入軸と第２挿入軸は、曲がりくねった経路に適応できるように、曲げコンプライアンスを持つように構成され、前記第１挿入軸と第２挿入軸は、負荷方向に関わらず、力及びトルクが前記挿入軸の近位端から操縦可能器具の遠位端に位置する湾曲セグメントに伝達されるように、軸方向剛性、ねじり剛性、及び同じ曲げ剛性を示す全方向コンプライアンスを持つように構成される。
【0029】
別の態様によると、前記第１挿入軸と第２挿入軸とに沿って配置された前記スロットのピッチは、前記第１挿入軸と第２挿入軸との長さに沿って変更されることにより、それらの長さに沿って前記第１挿入軸と第２挿入軸との可撓性、軸方向剛性及びねじり剛性を調節する。
【0030】
別の態様によると、前記操縦可能器具は、ポリマージャケットを更に含み、前記ポリマージャケットは、前記湾曲セグメントを被覆し、且つ組織の前記スロットへの進入を防止する。
【0031】
別の態様によると、前記スロットは、組織が前記スロットに進入できないように狭く構成されている。
【0032】
別の態様によると、前記操縦可能器具は、複合操縦可能器具を含み、前記複合操縦可能器具は、第１操縦可能器具と第２操縦可能器具とを含み、前記第２操縦可能器具は、前記第１操縦可能器具の内腔を通過して延在するように構成される。
【0033】
別の態様によると、前記手術システムは、挿入され且つ操作されることで手術部位に位置決めされるように構成される送達デバイスを更に備える。前記操縦可能器具は、進行されて前記送達デバイスを通過し、且つ前記湾曲セグメントを前記送達デバイスの外部に位置決めするように構成され、前記操縦可能器具の残りの部分は、前記送達デバイス内に位置決めされ且つ前記送達デバイスによって支持される。
【0034】
別の態様によると、前記送達デバイスは、内視鏡と、可撓性内視鏡と、別の操縦可能器具とのうちの一種を含む。
【0035】
別の態様によると、前記送達デバイスは、前記送達デバイスによって支持される操縦可能器具が、前記手術部位での組織操作のための、嵌合されたチューブ構造の前記内腔を通過して延在する手術器具を支持可能であるように構成され、前記湾曲セグメントは、前記送達デバイスの外部に位置決めされる。
【0036】
本発明の前記並びにその他の特徴及び利点は、図面を参照して本発明の以下の説明を考慮した上で、本発明に係る当業者にとって明らかになるであろう。別途に説明しない限り、同じ符号は、全ての図面において同一の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】操縦可能器具の性能を説明するための参照の平面蛇形ビーム素子を示す斜視図である。
【図2A】手術システムにおいて実施可能な操縦可能器具を形成するように配置された蛇形ビーム素子を有する１対のチューブを示す斜視図である。
【図3A】操縦可能器具において実現される蛇形ビームパターンのパラメータを示す図である。
【図3B】操縦可能器具において実現される蛇形ビームパターンのパラメータを示す図である。
【図4A】嵌合されたチューブの蛇形ビーム素子からなる操縦可能器具の湾曲セグメントの側面図及び正面図／上面図であり、非作動状態の湾曲セグメントを示す。
【図4B】嵌合されたチューブの蛇形ビーム素子からなる操縦可能器具の湾曲セグメントの側面図及び正面図／上面図であり、非作動状態の湾曲セグメントを示す。
【図5A】操縦可能器具を形成するためのチューブに単一の蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平面図である。
【図6A】操縦可能器具を形成するためのチューブに２重蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図である。
【図7A】操縦可能器具を形成するためのチューブに３重蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図である。
【図8A】操縦可能器具を形成するためのチューブに４重蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図である。
【図9A】操縦可能器具を形成するためのチューブに線形ピッチを有するｎ重蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図である。
【図10A】操縦可能器具を形成するためのチューブに角度ピッチを有するｎ重蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図である。
【図11A】蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図であり、操縦可能器具を形成するためのチューブの線形間隔は、漸減する。
【図12A】蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平坦／平面図であり、操縦可能器具を形成するためのチューブにおいてカットフラクションとスロット重複角が増加している。
【図13A】互いに嵌合されることで操縦可能器具を形成する１対のチューブを示す斜視図であり、チューブは、角度が徐々にずれている単一の蛇形ビーム素子パターンを有するように構成される。
【図14A】互いに嵌合されることで操縦可能器具を形成する１対のチューブを示す斜視図であり、チューブは、その長さ方向の間隔位置に２つの分散した蛇形ビーム素子パターンを有するように構成される。
【図14B】同心的に嵌合されることで操縦可能器具を形成する図１４Ａのチューブを示す斜視図であり、異なる偏向状態であるアクチュエータを示し、線形的に離間した離散の蛇形ビーム素子パターンが偏向時にＳ字状に湾曲することを示す。
【図14C】同心的に嵌合されることで操縦可能器具を形成する図１４Ａのチューブを示す斜視図であり、異なる偏向状態であるアクチュエータを示し、線形的に離間した離散の蛇形ビーム素子パターンが偏向時にＳ字状に湾曲することを示す。
【図16A】蛇形ビーム素子パターンを形成するためのカットパターンを示す平面／平面図であり、チューブは、ねじり剛性を高め、且つ操縦可能器具を形成するためのチューブにおける過延伸を防止するための接触補助具を含むように構成される。
【図17】１つの例示的な構成に係る挿入軸を含む操縦可能器具の異なるセクションの構造を示す。
【図18】蛇形ビーム素子とレーザパターニング用挿入軸とを有するチューブ構造の一例を示す図である。
【図19】スロットピッチ変化による可変剛性を有する挿入軸の例示的な構造を示す図である。
【図20A】同心的に嵌合されることで多自由度の操縦可能器具システムを形成する２つの操縦可能器具の例示的な構造を示す。
【図20B】同心的に嵌合されることで多自由度の操縦可能器具システムを形成する２つの操縦可能器具の例示的な構造を示す。
【図21A】同心的に嵌合された２つの操縦可能器具が形成された多自由度の操縦可能器具システムの例示的な構造を示し、嵌合された操縦可能器具のうちの１つは、その遠位端に手術具を載置する。
【図21B】２つの操縦可能器具が形成された多自由度の操縦可能器具システムの例示的な構造を示し、２つの操縦可能器具は、第３操縦可能器具の管腔内に並べて載置される。
【図21C】多自由度の操縦可能器具システムの例示的な構造を示し、多自由度の操縦可能器具システムは、２つの操縦可能器具が形成され、２つの操縦可能器具は、外部の操作可能な構造としての可撓性作動可能内視鏡内に並べて載置され、内部の操縦可能器具は、その遠位端に手術具を載置する。
【図22】蛇形ビーム素子の例示的な構造を示す平坦／平面図であり、蛇形ビーム素子を画定するスロットは、その端部に応力低減切り欠きを含む。
【図23】可撓性内視鏡によって載置された２つの多自由度の操縦可能器具を含む両手内視鏡システムの例示的な配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【0038】
蛇形ビーム素子を有する操縦可能器具
本発明は、内視鏡手術のための操縦可能器具を用いた手術システムに関する。手術システムは、手動的に操作されてもよく、操縦可能器具の操作は、手動制御によって実行される。前記手術システムは、ロボットであってもよく、前記操縦可能器具の操作は、手術医師によって制御され、又は、プレプログラミングを介して特定のルーチンを実行するロボットによって実行される。手術システムは、手動操作とロボットとの組み合わせであってもよい。
本発明は、内視鏡手術のための操縦可能器具を用いた手術システムに関する。手術システムは、手動的に操作されてもよく、操縦可能器具の操作は、手動制御によって実行される。前記手術システムは、ロボットであってもよく、前記操縦可能器具の操作は、手術医師によって制御され、又は、プレプログラミングを介して特定のルーチンを実行するロボットによって実行される。手術システムは、手動操作とロボットとの組み合わせであってもよい。
【0039】
本発明において、前記操縦可能器具は、１つのチューブをもう１つのチューブに同心的に嵌合した１対のチューブの構造のアゴニスト―アンタゴニスト操縦可能器具である。前記チューブは、スロットを含み、スロットは、その対応する側壁を通過してカットすることで縦方向に延びる１つ又は複数の蛇形ビーム素子を形成する。前記蛇形ビーム素子は、各チューブの中立軸線を幾何学的軸線からずらす。前記操縦可能器具を組み立てる場合、前記ビーム素子は、軸方向において位置合わせされるとともに、径方向において異なる角度を向くように位置決めされ、例えば、前記ビーム素子が互いに１８０度をなすように径方向において対向する方式で湾曲セグメントを画定する。前記チューブは、前記湾曲セグメントの遠位側において互いに接続され、前記湾曲セグメントは、前記チューブに軸方向の差動押す力／引張力を印加することによりアゴニスト―アンタゴニストとして作動することができる。作動は、軸方向の押圧力が加えられる方向に基づいて、湾曲セグメントを対向方向に湾曲させる。このような構成によれば、円柱状の形状係数における蛇形ビーム素子の屈曲特性を利用して、湾曲セグメントを形成することができる。
【0040】
使用中に、前記湾曲セグメントは、前記チューブに載置された手術具を用いて前記チューブ及び／又は組織を操作することができる。本明細書において、前記組み立てられた同心チューブ構造は、操縦可能器具として示され、記述され、前記湾曲セグメントは、前記器具を制御または「操縦」する。前記湾曲セグメントは、通常、必ずしも器具の遠位末端に位置するとは限らない。
【0041】
前記湾曲セグメントの「操縦」機能は、多くの目的、例えば、手術具の送達及び使用、患者の解剖学的構造に到達しにくい位置へのアクセス及び他のツール／器具の手術の実行を案内又は指導することに用いられる。処置具の送達及び使用のための具体的な実施に関しては、湾曲セグメント分は、ツールを介して組織を操作するために使用され得る。他の実施形態において、前記チューブは、中空であり、流体／薬物の輸送及び／又は吸引に用いることができる。器具が手術位置への通路を提供する実施形態について、前記チューブの中空構造は、ライン（例えば、レーザーアブレーション用）、制御ケーブル（例えば、機械的ツール作動用）及びツール自体（例えば、手術プローブ、バスケットカニューレ）の導入を許容することができる。作動可能な操縦可能器具は、他の操縦可能器具を載置及び案内するように構成されてもよい。ここで、「操縦可能器具」という用語は、蛇形ビーム素子を利用して形成された湾曲セグメントを有する操縦可能な同心チューブ構造を含むことを意図し、前記湾曲セグメントは、これらの機能のうちの任意の機能を任意の組み合わせで実現するように構成される。
【0042】
微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）では、一般的に蛇形ビームを用いて、複数の所定の軸に対して正確なゼロクリアランス歪みを生じさせることが可能な湾曲素子を作製している。図１に示すように、蛇形ビーム素子１０は、固定端１２において機械的に接地された単一の材料ビームを含み、前記単一の材料ビームは、往復曲げて案内端又は作動端１４に至る。前記ビーム素子１０の前後構造は、湾曲の有効長さを増加させて、平面内及び面外方向のいずれにも可撓性を有する。
【0043】
このような蛇形ビーム素子１０は、幅ｗ及び厚さｔと有効長さｌとで規定される同一断面積を有する単一（直状）のビームよりもずっと高い軸方向及び曲げコンプライアンスを表すことができる。この蛇形輪郭、すなわち、図１におけるパラメータビーム幅（Ｌａ）、ビームピッチ（Ｌｂ）、ビーム基本サイズ（Ｌｃ）を注意深く設計することにより、さらにコンプライアンスを「調整」することができる。ＭＥＭＳ空間において、蛇形ビームは、一般的に慣性計測ユニットやナノインデンターにおける軸受として用いられており、より一般的な軸受部材（例えば、ボールベアリング、ブッシュ、歯車等）を用いた他の用途では、小サイズの規模での使用が禁止されている。
本明細書に記載されているように、医療機器は、全体型蛇形ビーム素子の曲げ特性を利用して、ミリメートル級管において優先的な曲げを実施し、これらの特性を有する２つ以上のチューブを組み合わせて複数の方向に優先的な曲げを発生させる。手術システムは、手動制御、ロボット制御、手動およびロボット制御の組み合わせによって、操縦可能器具を実現することができる。以下の段落には、手術システムにおいて実現可能なこれらの操縦可能器具の幾つかの例示的な構造が開示されており、第１構造は、図２Ａ―図２Ｃに示されている。
本明細書に記載されているように、医療機器は、全体型蛇形ビーム素子の曲げ特性を利用して、ミリメートル級管において優先的な曲げを実施し、これらの特性を有する２つ以上のチューブを組み合わせて複数の方向に優先的な曲げを発生させる。手術システムは、手動制御、ロボット制御、手動およびロボット制御の組み合わせによって、操縦可能器具を実現することができる。以下の段落には、手術システムにおいて実現可能なこれらの操縦可能器具の幾つかの例示的な構造が開示されており、第１構造は、図２Ａ―図２Ｃに示されている。
【0044】
図２Ａにおいて、操縦可能器具２０は、図２Ａに破線で示すように、互いに嵌合されたインナーチューブ２２とアウターチューブ２４とを含む。チューブ２２及びチューブ２４のそれぞれは、蛇形ビーム素子３０、蛇形ビーム素子３２をそれぞれ形成する１つ又は複数のスロット２６及びスロット２８を含む。チューブ２２及びチューブ２４に形成された蛇形ビーム素子３０及び蛇形ビーム素子３２は、一般的にＭＥＭＳに用いられている従来の平面蛇形ビーム素子と異なり、円柱状に巻回されているため屈曲している。前記ビーム素子３０、３２は、前記チューブ２２、２４の側壁にマイクロマシニングの前記スロット２６、２８を形成することにより形成されている。図２Ａ―図２Ｃにおいて、各チューブ２２、２４は、一連のスロット２６、２８によって形成された単一の蛇形ビーム素子３０、３２を含み、前記スロットは、前記チューブの中心軸線に垂直な方向に前記チューブ側壁の径方向部分を通過して延在する。従って、前記蛇形ビーム素子３０、３２は、横ビーム部分と縦ビーム部分とを含み、前記横ビーム部分は、前記チューブ側壁に沿って隣接する平行なスロット２６、２８の間で径方向に延在し、前記縦ビーム部分は、前記チューブ側壁の軸方向に沿って延在し且つ隣接する横ビーム部分の端部を交互に接続する（図３Ａ参照）。
【0045】
スロット２６に関し、スロット２６は、チューブの縦方向に互いに間隔をあけて配置され、角度をなしてずれており、即ち、それぞれのビーム３０及びビーム３２の蛇形ビームパターンが形成されるように、互いに回動する。前記スロット２６、２８及び前記ビーム素子３０、３２は、例えば、大きさ、ピッチ、数量、サイズなど、構造的に変化してもよい。チューブ２２及びチューブ２４の側壁に形成された円筒状の蛇形ビーム素子３０、円筒状の蛇形ビーム素子３２は、その内部に形成されたチューブの側面における曲げ剛性を部分的に小さくしている。これにより、チューブの中立曲げ軸線が幾何学的軸線から外れて、チューブ２２、２４のビーム３０、３２の領域での優先的な曲げが促進される。
【0046】
操縦可能器具２０の組立状態において、前記インナーチューブ２２が前記アウターチューブ２４内に挿入されて前進することにより、ビーム素子３０とビーム素子３２とが軸方向において互いに位置合わせされて回転することにより、前記蛇形ビーム素子３０、蛇形ビーム素子３２が角度を成して異なる方向を向いて互いに対向し、例えば図２Ａから図２Ｃに示す径方向において対向する方向を向く。前記インナーチューブ２２が前記アウターチューブ２４に装着されると、それらのビーム素子３０とビーム素子３２とが軸方向に揃えられるとともに径方向において互いに対向し、前記チューブが前記ビーム素子の遠位側で互いに接続又は締結される。接続又は締結は、例えば、器具２０の遠位端３４に設けられてもよい。
【0047】
前記操縦可能器具２０の組立状態において、前記ビーム素子３０、ビーム素子３２は偏向可能部分又は前記湾曲セグメント４０を画定し、前記偏向可能部分又は湾曲セグメント４０は、その長さに沿って湾曲形成させることができる。湾曲セグメント４０の作動は、入れ子チューブ２２と入れ子チューブ２４との間に押す／引っ張る方式の相対的軸方向運動によって実現される。前記チューブに押す力を加えることは、前記インナーチューブ２２を前記アウターチューブ２４に押し付け、前記アウターチューブとの接続に向けることである。図２Ａ―図２Ｃの例示的な構造において、前記インナーチューブ２２における押す力は、それを前記操縦可能器具２０の前記遠位端３４に押し付ける。前記チューブに引張力が印加され、前記インナーチューブ２２が前記アウターチューブ２４から引き出され、前記アウターチューブとの接続から離れる。図２Ａ―図２Ｃの例示的な構造において、前記インナーチューブ２２における引張力は、それを前記遠位端３４から離れる。
【0048】
無論、前記軸方向の押す力／引張力の付与は、前記インナーチューブ２２に個別に加えられるものに限定されない。前記押す力／引張力は、前記インナーチューブ２２、アウターチューブ２４、又は前記インナーチューブと前記アウターチューブの両方に加えることができる。例えば、図２Ｂに示すように、チューブ２２及び２４（ｆインナー、ｆアウター）に対して、正味対向方向に異なる軸方向力を作用させることで押す力を設定することができる。他の例として、図２Ｃに示すように、チューブ２２及び２４（ｆインナー、ｆアウター）に対して、正味対向方向に異なる軸方向力を作用させることにより引張力を形成してもよい。
【0049】
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、前記湾曲セグメント４０は、前記湾曲セグメントを第１方向に沿って偏向及び湾曲させるように作動させるとともに、前記湾曲セグメントを逆方向に偏向及び湾曲させるように作動させる双方向作動可能に構成される。これは、前記チューブ２２と、チューブ２４と、前記蛇形ビーム素子３０と、蛇形ビーム素子３２とが嵌め込まれており、前記蛇形ビーム素子３０、３２は、軸方向が揃っているとともに、径方向が反対方向に揃っており（径方向において対向する）、各チューブの中立軸線の直径が対向しているためである。チューブ２２及びチューブ２４が操縦可能器具２０の遠位端３４に固定されている場合、湾曲セグメント４０は、湾曲セグメントの近位側に加えられた異なる軸方向力（ｆインナー、ｆアウター）に応じて湾曲する。前記湾曲は、前記チューブ２２、チューブ２４の組み合わせの中立軸線の周りに発生する。図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、近位端に作用する異なる軸方向力の向きを反転させるだけで、曲げ方向は可逆的である。
【0050】
図２Ａ―図２Ｃの例示的な構成において、本明細書に記載の他の例示的な構成において、前記インナーチューブと前記アウターチューブの前記蛇形ビーム素子は、互いに完全に重なるように軸方向を揃えて径方向において互いに対向するように回転する。前記蛇形ビーム素子によって形成された前記湾曲セグメントの構成は、前記配置から外れていてもよい。例えば、前記蛇形ビーム素子の軸方向の位置合わせは、部分的に重なるように配置されてもよく、及び／又は、前記ビーム素子の向きが必ずしも反対とは言えない異なる径方向を向くように配置されてもよく、即ち、互いに１８０度である。これは、湾曲セグメントが非平面方向に偏向することが期待できる実施形態において有利である。このような非１８０度実施形態において、前記湾曲部分は、作動時に湾曲及びねじれの組み合わせが生じ、非平面螺旋湾曲を発生させることができる。
【0051】
チューブ材料であるニチノール（Ｎｉｔｉｎｏｌ）
本明細書に記載の操縦可能器具を構築するためのチューブは、ニチノール、ニッケル及びチタンの超弾性金属合金によって構成されてもよい。一般的な建設資材で構成された任意のチューブ内で蛇形ビーム輪郭を利用することができるが、ここに開示される組織を操作して手術具を操作することができるように構成された操縦可能器具は、多くの通常の材料をニチノールのような所望の幾つかの特性に組み合わせる必要がない。ニチノール以外の材料、例えばステンレス鋼は、操縦可能器具の形成に適していることが証明されているが、ニチノールが最適であることは、証明されている。これは、例えばステンレス鋼やプラスチックなどの他の材料が適しないと言うのではなく、ただニチノールが性能面で理想的である。
本明細書に記載の操縦可能器具を構築するためのチューブは、ニチノール、ニッケル及びチタンの超弾性金属合金によって構成されてもよい。一般的な建設資材で構成された任意のチューブ内で蛇形ビーム輪郭を利用することができるが、ここに開示される組織を操作して手術具を操作することができるように構成された操縦可能器具は、多くの通常の材料をニチノールのような所望の幾つかの特性に組み合わせる必要がない。ニチノール以外の材料、例えばステンレス鋼は、操縦可能器具の形成に適していることが証明されているが、ニチノールが最適であることは、証明されている。これは、例えばステンレス鋼やプラスチックなどの他の材料が適しないと言うのではなく、ただニチノールが性能面で理想的である。
【0052】
通常の金属、例えば、鋼、チタン又はアルミニウムは、ヤング率が高い（それぞれ２００ＧＰａ、１００ＧＰａ及び７０ＧＰａ）が、降伏歪みが非常に低く（０．１―０．２％）、これらの材料から発生した管の永久塑性変形及び失効前に発生し得る偏向量が制限されている。従って、これらの金属は、強度、リジッド及び剛性を必要とする手術器械／ツール、例えば、カッター、治具、プローブ等の実施形態にとって理想的なものであるが、可撓性及び弾性を必要とするものにはあまり適していない。
【0053】
逆に、一般に、可撓性医療用チューブや他の器具（例えば、ポリエーテルブロックアミド（ＰＥＢＡ）系材料、ナイロン系材料、ポリイミド系材料）を構成する医療レベルプラスチックの多くは、ずっと高い降伏歪み（１０―１００％）を有しているが、ヤング率が低く（０．１―２．０ＧＰａ）、これらの材料によるチューブの実現可能な剛性が厳しく制限されている。従って、これらのプラスチックは、強度、可撓性及び弾性を必要とする実施形態に対して好適であるが、リジッド及び剛性を要求される実施形態にはあまり適していない。
【0054】
ニチノールは、これら通常の金属とプラスチック材料の最も有利な特性を結合している。ニチノールは、高い曲げ剛性（ヤング率４０―８０ＧＰａ）と、塑性変形前に大きな歪みを受ける能力（降伏歪み＞８％）とに優れた性能を提供することができる。これらの特性は、補助医療用具及び患者組織を操作するための大きな遠位端における力を発生させることが可能な操縦可能器具にとって必要とされるとともに、柔軟性が高く、作業空間を大きく確保するための大きな変位を生じさせる。このような物性の組み合わせにより、ニチノールは、本明細書に記載された操縦可能器具を構築する理想的な材料となる。
【0055】
操縦可能器具が医療用具を送達するように構成され、流体流又は吸引・洗浄と同時に、それ自体が可撓性送達プラットフォーム（例えば、可撓性内視鏡又は他の操縦可能器具）によって送達される用途において、非常に薄い壁を保持することは、前記操縦可能器具の内部の利用可能な空間を最大化し、前記利用可能な空間を通じてツール、流体又は吸引を送達することが非常に重要である。薄肉化には、ねじりや軸方向の剛性、及び、耐キンク性に関する課題がある。理想的な材料は、ヤング率が高く、ずり弾性率が高く、降伏歪みが大きい。ニチノールは、これら全ての性能を有している。
ニチノールの超弾性特性（１％と８％のひずみの間の低剛性挙動を示す領域）は、類似する金属と比較して、固定遠側への偏向に必要な作動力を低減し、人からの機械的入力を必要として偏向装置の末端を発生させるために必要な近位側フォースを発生させるハンドアクチュエータにおける材料の使用が極めて促進される。
ニチノールの超弾性特性（１％と８％のひずみの間の低剛性挙動を示す領域）は、類似する金属と比較して、固定遠側への偏向に必要な作動力を低減し、人からの機械的入力を必要として偏向装置の末端を発生させるために必要な近位側フォースを発生させるハンドアクチュエータにおける材料の使用が極めて促進される。
【0056】
ビーム断面汎用性
前記蛇形カットパターンは、前記チューブの一方の面にアンカット材のスパイン（ｓｐｉｎｅ）が生じ、反対側に蛇形ビームパターンが生じている。蛇形カットパターンの各種のパラメータを変更して、チューブの曲げ特性を変更してもよい。図３Ａと３Ｂに示すこれらのパラメータは、以下の内容を含む。
前記蛇形カットパターンは、前記チューブの一方の面にアンカット材のスパイン（ｓｐｉｎｅ）が生じ、反対側に蛇形ビームパターンが生じている。蛇形カットパターンの各種のパラメータを変更して、チューブの曲げ特性を変更してもよい。図３Ａと３Ｂに示すこれらのパラメータは、以下の内容を含む。
【0057】
ピッチ：後続蛇形素子間の縦間隔（ｈ）。全ての他のパラメータが一定のままであると、ピッチが高くなり（間隔が短くなり）、ねじり剛性が低下する。
スロット重複角：角度（ｒｏβ）で表される、チューブ周長に正規化された蛇形に曲げた「幅」。前記重複角は、隣り合うスロットの間にある。全ての他のパラメータが一定に維持されると、大きな重複角では、曲げコンプライアンスを増加させる。
カットフラクション：スロットのスキャンした合計角度（ｒｏα）。全ての他のパラメータが一定に維持される場合には、大きいカットフラクションでは、曲げコンプライアンスを増加させる。
平行蛇形の数：蛇形素子の数。大きな数の平行蛇形では、曲げコンプライアンスを減少させ、ねじり剛性を増加させる。
スロット幅：各単独なスロットの幅（λ）。全ての他のパラメータが一定に維持される場合には、大きなスロット幅では、操縦可能器具へ高い曲げ角度を生じさせる。
スロット重複角：角度（ｒｏβ）で表される、チューブ周長に正規化された蛇形に曲げた「幅」。前記重複角は、隣り合うスロットの間にある。全ての他のパラメータが一定に維持されると、大きな重複角では、曲げコンプライアンスを増加させる。
カットフラクション：スロットのスキャンした合計角度（ｒｏα）。全ての他のパラメータが一定に維持される場合には、大きいカットフラクションでは、曲げコンプライアンスを増加させる。
平行蛇形の数：蛇形素子の数。大きな数の平行蛇形では、曲げコンプライアンスを減少させ、ねじり剛性を増加させる。
スロット幅：各単独なスロットの幅（λ）。全ての他のパラメータが一定に維持される場合には、大きなスロット幅では、操縦可能器具へ高い曲げ角度を生じさせる。
【0058】
純動力学の観点から、上に列挙した設計変数を与えた場合、単一の蛇形チューブ素子の最大曲げ角度を算出することができる。パターンの全幅は、角度パラメータαで与えられ、チューブ周長は領域φ＝２π―αではカットされておらず、中実主鎖が残る。チューブの寸法に対するバックボーン寸法は、その剛性に影響を与え、そして、作動に対してチューブが硬くなりすぎないように選択しなければならないが、強固である。バックボーン寸法は、中心線に対する中立軸の位置をさらに決定し、距離γは、以下の関係によって見つけることができる。
【0059】
【数1】
【0060】
γｏ、γｉ、Ａｏ、Ａｉは、それぞれアンカット領域の外半径と内半径からなる円形セクタの中立軸位置と面積である。
【0061】
【数2】
【0062】
ここで、ｒｏ及びｒｉは、それぞれ、チューブの外半径及び内半径である。
【0063】
スロット重複角βは、スロットがチューブの中心線からどれだけ離れているかを決定し、これはチューブの湾曲の物理的限界である。中心線からの距離は、以下の式で与えられる。
【0064】
【数3】
【0065】
図３Ｂに示す。次に、スロット閉鎖とデバイス長の変化との関係を求める必要がある。ここで、シースの全長の長さ変化は、スロット群の長さ変化に比例するものとする。言い換えれば、スロットピッチｈ毎に、チューブのセグメントの長さの最大変化は、スロットλの高さである。したがって、次の式は、得られる。
【0066】
【数4】
【0067】
ここで、
は、シース中立軸の長さ（この長さは、変更されず、且つ設計入力である）である。図３Ｂの右半分に見られるように、長さのパラメータは、３つ存在する。それらは、同じ偏向角θ、
によって関連付けられ、
は、装置の中心線の長さであり、装置の蛇形ビームパターンの閉鎖点での長さである。したがって、次の式は、得られる。
【0068】
【数5】
【0069】
これらの長さは、共通の曲げ角度を用いて関連付けられる。
【0070】
【数6】
【0071】
ここで、
と
は、それぞれ中立軸、中心線及び蛇形閉鎖点の曲率である。チューブの幾何学形状を用いて曲率の関係を定義する。
【0072】
【数7】
【0073】
【0074】
【数8】
【0075】
この導出した関係を用いて、パターニングされたチューブの最大曲げ角度を算出することができる。あるいは、所望の曲げ角度や曲率を設定すれば、他の任意のパラメータを求めることができる。したがって、前記操縦可能器具の前記湾曲セグメントは、その所望の特定の手術に適合することができる。
【0076】
図４Ａ―図４Ｄは、上記蛇形ビームパラメータが如何に操縦可能器具５０の湾曲輪郭を規定するかを示す。蛇形ビーム素子５４によって形成された湾曲セグメント５２は、チューブ側壁をカットして貫通する一連のスロット５６によって画定される。図４Ａと図４Ｂは、非作動状態の操縦可能器具５０の正面図及び側面図を示し、湾曲セグメント５２は偏向されておらず、チューブの隣接部と同軸の直線状を呈している。この場合、蛇形ビーム素子５４は、偏向せず、スロット５６の配置／間隔は、湾曲セグメント５２の全体にわたって均一である。
図４Ｂに最も良く示されているように、蛇形ビーム素子５４は、隣接するスロット５６の間において、チューブ側壁の径方向に沿って延在する横ビーム部分５４ａと、チューブ側壁の軸方向に沿って延在し、且つ隣接する横ビーム部分の端部を交互に接続する縦ビーム部分５４ｂとを含む。
図４Ｂに最も良く示されているように、蛇形ビーム素子５４は、隣接するスロット５６の間において、チューブ側壁の径方向に沿って延在する横ビーム部分５４ａと、チューブ側壁の軸方向に沿って延在し、且つ隣接する横ビーム部分の端部を交互に接続する縦ビーム部分５４ｂとを含む。
【0077】
図４Ｃ及び図４Ｄは、作動状態の操縦可能器具５０の正面図及び側面図を示し、湾曲セグメント５２は偏向されて湾曲構造を呈する。この湾曲セグメント５２の作動状態において、前記蛇形ビーム素子５４は、縦ビーム部５４ａにおいて偏向され、隣接する前記横ビーム状部材５４ａ同士は、前記偏向点に対向する端部の接触点５８で互いに接合される。これにより、前記チューブのパラメータ、例えば、ピッチλ及びスロット幅ｈが如何に前記湾曲セグメント５２の最大曲率を規定するかが分かる。
【0078】
接触点５８の係合は、湾曲セグメント５２の完全偏向状態を規定する。前記湾曲セグメント５２が完全偏向状態にある場合、前記チューブに加えられる異なる軸方向力は、前記湾曲セグメントを完全偏向状態に維持する。前記チューブに加えられる異なる軸方向力が、完全に偏向されるのに必要な異なる軸方向力を超えるまで増加しても、それ以上の偏向が生じない。接合接触点５２は、このような事態の発生を防止するからである。しかしながら、異なる軸方向力を増加させることは、湾曲セグメント５２のリジッドまたは剛性を高めることに有利である。これは、操縦可能器具５０が組織操縦に用いられる場合に特に有利である。この場合、送達デバイスによって支持されたリジッド・剛性の湾曲セグメント５２は、組織の反力による自身の偏向がなく、組織を操縦することができる。
【0079】
操縦可能器具５０又は本明細書に開示された各種の操縦可能器具のいずれかが通過する送達デバイスは、変更可能である。例えば、操縦可能器具５０は、剛性内視鏡又は可撓性内視鏡により送達されてもよい。別の代替案として、操縦可能器具５０は、本発明の１つ又は複数の例示的な構造の別の操縦可能器具によって配信されてもよい。更に別の代替案として、蛇形ビームの湾曲セグメント５２は、送達デバイス（例えば、可撓性内視鏡）の内蔵部品として実現されてもよい。この場合、前記湾曲セグメントの内腔を介して手術具等を送達するために、前記湾曲セグメントがより大きく形成される。これにより、例えば、カメラや他の装置の配送が可能となる。
【0080】
異なる蛇形構造
図５Ａ―図１２Ｄは、湾曲セグメントを形成するための種々の蛇形ビーム素子構成を、操縦可能器具のチューブに施したものである。図５Ａ―図１２Ｄは、１つのチューブにおけるこれらの各種の蛇形ビームパターンを示す。理解すべきことは、前記パターンは、２つのチューブにおいて実現され、前記２つのチューブは、上記のように組み立てられて、操縦可能器具及びその湾曲セグメントを形成する。前記蛇形ビーム素子の構造の変化は、それらが形成する前記湾曲セグメントの湾曲特性を決める。これらの例示的な構造において、湾曲セグメントは、チューブの遠位端部に位置するように示されている。しかし、湾曲セグメントの位置は限定されない。図５Ａ―図１２Ｄに開示されたいずれかの前記湾曲セグメント構造は、前記操縦可能器具の長さに沿った任意の位置に適用することができる。
図５Ａ―図１２Ｄは、湾曲セグメントを形成するための種々の蛇形ビーム素子構成を、操縦可能器具のチューブに施したものである。図５Ａ―図１２Ｄは、１つのチューブにおけるこれらの各種の蛇形ビームパターンを示す。理解すべきことは、前記パターンは、２つのチューブにおいて実現され、前記２つのチューブは、上記のように組み立てられて、操縦可能器具及びその湾曲セグメントを形成する。前記蛇形ビーム素子の構造の変化は、それらが形成する前記湾曲セグメントの湾曲特性を決める。これらの例示的な構造において、湾曲セグメントは、チューブの遠位端部に位置するように示されている。しかし、湾曲セグメントの位置は限定されない。図５Ａ―図１２Ｄに開示されたいずれかの前記湾曲セグメント構造は、前記操縦可能器具の長さに沿った任意の位置に適用することができる。
【0081】
単一蛇形
図５Ａ―図５Ｄは、単一の蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント６２を有するチューブ６０を示す。図５Ａは、図示しない他方の入れ子チューブに接続するためのチューブの遠位部の平坦／平面図である。しかしながら、湾曲セグメント６２は、チューブ６０に沿う任意の位置に配置されてもよい。
図５Ａ―図５Ｄは、単一の蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント６２を有するチューブ６０を示す。図５Ａは、図示しない他方の入れ子チューブに接続するためのチューブの遠位部の平坦／平面図である。しかしながら、湾曲セグメント６２は、チューブ６０に沿う任意の位置に配置されてもよい。
【0082】
図５Ａにおいて、前記チューブ６０は、前記チューブ６０が前記スプライン６８に沿って縦方向に沿ってカットされ（図５Ｄ参照）、平らになり、蛇形ビーム６４と前記ビームを画定する前記スロット６６の可視化に寄与する。チューブ６０の上面図、側面図及び底面図をそれぞれ図５Ｂ―図５Ｄに示す。単一の蛇形ビーム素子６４は、スプライン６８に対向するチューブ６０の低剛性側で縦方向に延びている。図５Ａ―図５Ｄの単一の蛇形ビームパターンは、最も高い曲げコンプライアンス能力（最も長い蛇形を有する単一の蛇形ビーム）と最低のねじり剛性を提供する。このパターンは、低捩りのペイロードに要求される小さな（＜１．５ｍｍチューブ直径）医療装置において最も適切であり、例えば、エネルギーツール（レーザ繊維）や軸方向力のみが必要なツール（ニチノールバスケット）の操縦の適用が必要である医療装置において適切である。
【0083】
単一蛇形チューブ６０を設計する際に従う幾つかの一般的な設計ルールは、以下の通りである。
スロット重複角（ｒｏβ）：単一の蛇形設計の重複角は１０度―１８０度にあるべきである。
カットフラクション（ｒｏα）：カットフラクションは１９０―３２０度の間にあるべきである。度数が少なくなると、チューブの剛性が大きくなりすぎて（全体的な偏向が制限される）、より多くの度数がアンカットの「スプライン」を脆くしてしまう。
スロット幅（λ）：２５μｍ―２００μｍ。下端には、一般に２５μｍの蛇形ビーム素子を製造するためのレーザー光の切り欠き（またはスポットサイズ）の制限がある。また、製造方法の改良により、ローサイドの値を変更してもよい。例えば、上記チューブよりも大きいチューブを採用したり、より大きな隙間／増加が必要な隙間毎に曲げたりする他の場合には、ハイサイドの値が増加してもよい。
スロット重複角（ｒｏβ）：単一の蛇形設計の重複角は１０度―１８０度にあるべきである。
カットフラクション（ｒｏα）：カットフラクションは１９０―３２０度の間にあるべきである。度数が少なくなると、チューブの剛性が大きくなりすぎて（全体的な偏向が制限される）、より多くの度数がアンカットの「スプライン」を脆くしてしまう。
スロット幅（λ）：２５μｍ―２００μｍ。下端には、一般に２５μｍの蛇形ビーム素子を製造するためのレーザー光の切り欠き（またはスポットサイズ）の制限がある。また、製造方法の改良により、ローサイドの値を変更してもよい。例えば、上記チューブよりも大きいチューブを採用したり、より大きな隙間／増加が必要な隙間毎に曲げたりする他の場合には、ハイサイドの値が増加してもよい。
【0084】
２重蛇形
図６Ａ―図６Ｄには、２重蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント８２を有するチューブ８０が示されている。図６Ａは、図示しない他方の入れ子チューブに接続するためのチューブの末端の平坦／平面図を示す。しかしながら、湾曲セグメント８２は、チューブ８０の任意の位置に配置されてもよい。
図６Ａ―図６Ｄには、２重蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント８２を有するチューブ８０が示されている。図６Ａは、図示しない他方の入れ子チューブに接続するためのチューブの末端の平坦／平面図を示す。しかしながら、湾曲セグメント８２は、チューブ８０の任意の位置に配置されてもよい。
【0085】
図６Ａは、チューブ８０がスプライン９２に沿って縦方向にカットされ（図６Ｄ参照）、蛇形ビーム８４とビームを画定するスロット８６との可視化に寄与する平坦／平面図である。チューブ８０の上面図、側面図及び底面図をそれぞれ図６Ｂ―図６Ｄに示す。図６Ａ―図６Ｄに示す２重蛇形ビームパターンは、長さが等しい２つのスロット８６によって形成され、その後は、先の２つのスロットと回転偏向する単一のスロット８８であり、平行に延びる２つの蛇形ビーム素子８４が効率よく形成される（チューブ中心線に関して鏡像となる）。２重蛇形ビームパターンの各蛇形ビームは、図６Ａにおいて８４Ａ及び８４Ｂと識別される。２重蛇形ビーム構造は、良好な曲げコンプライアンス及び中程度のねじり剛性を有し、中孔用途（１．５―３ｍｍチューブ直径）に最適であり、組織との相互作用力は、高いねじり剛性を必要とする。
【0086】
３重蛇形
図７Ａ―図７Ｄには、３重蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント１０２を有するチューブ１００が示されている。図７Ａは、一方の入れ子チューブ（図示せず）に接続するためのチューブの末端部の平面図である。しかしながら、湾曲セグメント１０２は、チューブ１００の任意の位置に配置されてもよい。
図７Ａ―図７Ｄには、３重蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント１０２を有するチューブ１００が示されている。図７Ａは、一方の入れ子チューブ（図示せず）に接続するためのチューブの末端部の平面図である。しかしながら、湾曲セグメント１０２は、チューブ１００の任意の位置に配置されてもよい。
【0087】
図７Ａは、前記チューブ１００が前記スプライン１１０に沿って縦方向にカットされ（図７Ｄ参照）、平らになり、蛇形ビーム１０４と前記ビームを画定する前記スロット１０６との可視化に寄与する平坦／平面図を示す。チューブ１００の上面図、側面図及び底面図をそれぞれ図７Ｂ―図７Ｄに示す。図７Ａ―Ｄに示す３重蛇形ビームパターンは、チューブの低剛性側に平行に延びる３つの蛇形ビーム１０４を有している。これは、縦方向に交錯する長さが等しくない２つの切り欠き１０６、１０８によって生じ、平行に延びる３つの蛇形ビーム１０４を効果的に発生させる。３重蛇形ビームパターンにおける各蛇形ビーム１０４は、図７において１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃと識別される。
【0088】
前記チューブ１００の３つの蛇形ビームの輪郭は、中曲げコンプライアンス及び高捩り剛性を提供するとともに、大孔用途（２―３ｍｍチューブ直径）において最も適切であり、組織操縦に大きな分離軸負荷が発生する可能性があり、高いねじれ力を発生させる。３つの蛇形ビーム１０４は、チューブの周りに１００度刻みで配置されている。前記中実スプライン１１０に対向する前記ビーム１０４Ｂは、通常、２つの前記「側」ビーム１０４Ａ及び１０４Ｃよりも大きな重複角を有する。
【0089】
４重蛇形
図８Ａ―図８Ｄには、４重蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント１２２を有するチューブ１２０が示されている。図８Ａは、一方の入れ子チューブ（図示せず）に接続するためのチューブの末端の平坦／平面図であり、末端１３４は、丸で示される。しかしながら、湾曲セグメント６２は、チューブ１２０の任意の位置に配置されてもよい。
図８Ａ―図８Ｄには、４重蛇形ビームパターンからなる湾曲セグメント１２２を有するチューブ１２０が示されている。図８Ａは、一方の入れ子チューブ（図示せず）に接続するためのチューブの末端の平坦／平面図であり、末端１３４は、丸で示される。しかしながら、湾曲セグメント６２は、チューブ１２０の任意の位置に配置されてもよい。
【0090】
図８Ａは、前記チューブ１２０が前記スプライン１３０に沿って縦方向にカットされ（図８Ｄ参照）て平らになり、蛇形ビーム１２４と前記ビームを画定する前記スロット１２６との可視化に寄与する平坦／平面図を示す。チューブ１２０の上面図、側面図及び底面図をそれぞれ図８Ｂ―図８Ｄに示す。図８Ａ―図８Ｄに示す４つの蛇形ビームパターンは、スプライン１２０に対向する低剛性側に平行に延びる３つの蛇形ビーム１２４を有している。これは、縦方向に交錯する長さが等しい２つの切り欠き１２６によって生じ、平行に延びる３つの蛇形ビーム１２４を効果的に発生させる。上記４重蛇形ビームパターンにおける３つの蛇形ビーム１２４は、図８Ａにおいて、１２４Ａ、１２４Ｂ及び１２４Ｃと識別される。図８Ｄに示すように、第４蛇形ビームパターン１２４Ｄは、スプライン１３０に沿って延在する。
【0091】
図８Ａ―図８Ｄに示す４重蛇形ビームパターンは、図５―図７の前パターンと比較して、前記中実スプラインがスプライン１３０に置き換えられ、前記スプライン１３０が、前記他の３つの蛇形ビーム１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃよりも曲げ剛性の高い他の蛇形ビーム１３２として形成されている点が異なる。スプライン１３０に沿った曲げ剛性は、スプラインに沿ったスロット１２６の重複角が小さい。
【0092】
チューブ１２０の４重蛇形パタンは、高ねじり剛性且つ中程度の曲げコンプライアンスを表し、より硬いツールを載せて大きなねじり荷重を発生させる組織を操作するのに必要な大きな（２―３．５ｍｍの直径）操縦可能器具に最も適切である。４つのビームは、３重蛇形ビームパターンと同様に、チューブの４つの「側面」のそれぞれに１つの蛇形ビームが存在するように、９０度刻みでチューブ周りに間隔を空けて配置されている。それぞれ最低と最高の重複角で発生された最高曲げコンプライアンス（ビーム１３２）と最低曲げ剛性（ビーム１１４Ｂ）を有する２つのビームは、チューブ１２０のスプラインおよび頂部において互いに対向配置されている一方、２つのサイドビーム（ビーム１１４Ａ、１１４Ｃ）は、同じ曲げ剛性を有して上記方向において曲げ高度を均一化させる。
【0093】
前記４重蛇形構造の付加的な利点として、前記チューブ１２０の曲げ剛性は、２つの垂直平面―作動平面と作動平面／チューブ横断面に垂直な平面とで独立して制御することができるとともに、中立軸線を横断面の一方側にシフトさせる。例えば、単一のチューブについて、これらの双方向曲げ剛性を等しくしてもよい。これは、寄生的な捩れ変形を低減するのに有用である。このようなチューブの非均一な剛性や非整列に起因して、寄生的な捩れ変形が生じ得る。また、本明細書に記載のマルチチューブ操縦可能器具のモデリング及び制御を簡素化することができる。
【0094】
ｎ重蛇形
平行蛇形素子の数は、理論上無限に増加することができる。同様に、蛇形ビームパターンは、チューブの周囲の任意の角度位置に配置することができる。平行蛇形素子の数は、最終的に前記チューブ周長と製造規制の制限を受ける。ｎ個の蛇形ビーム素子の湾曲セグメント１４２、１６２を有するチューブ１４０、１６０の例を図９Ａ―図９Ｄ及び図１０Ａ―図１０Ｄに示す。
平行蛇形素子の数は、理論上無限に増加することができる。同様に、蛇形ビームパターンは、チューブの周囲の任意の角度位置に配置することができる。平行蛇形素子の数は、最終的に前記チューブ周長と製造規制の制限を受ける。ｎ個の蛇形ビーム素子の湾曲セグメント１４２、１６２を有するチューブ１４０、１６０の例を図９Ａ―図９Ｄ及び図１０Ａ―図１０Ｄに示す。
【0095】
図９Ａ―図１０Ｄは、蛇形ビームを画定するスロットの可視化に寄与するように、前記チューブ１４０、１６０の対応するリッジ１５０、１７０に沿って縦方向にカットして平らになる平坦／平面図である。図９及び図１０は、前記チューブの遠位端の平坦／平面図を示し、前記チューブの末端１４８、１６８は円形で示され、前記チューブは別の入れ子チューブ（図示せず）に接続するように配置される。しかしながら、湾曲セグメント１４２、１６２は、チューブ１４０、１６０の任意の位置に配置されてもよい。
【0096】
図９Ａから図９Ｄにおいて、スロット１４６は、チューブ１４０の周方向に沿って直線状に整列され、チューブの周方向に等しい長さ及び間隔を有する３つの切り欠きの組に配置されている。これらの組は、隣り合う組同士が回転ずれするように管軸線回りに交互に、つまり互いに回転する。これをスロット１４６またはスロット群の角度ピッチと呼ぶことができる。一組の前記スロット１４６の角度間隔に蛇形ビーム１４４が配置され、前記蛇形ビーム１４４は前記チューブ１４０の長さ方向に沿って互いに平行に延びている。
【0097】
同様に、図１０Ａ―図１０Ｄにおいて、前記スロット１６６は、前記チューブ１６０の円周に沿って直線的に整列するとともに前記チューブ円周の周りに等しい長さ及び間隔を有する３つの切欠きの組に配置される。これらの組は、隣り合う組同士が回転ずれするようにチューブ軸線回りに交互に、つまり互いに回転する。これをスロット１６６またはスロット群の角度ピッチと呼ぶことができる。１群の前記スロット１６６の角度間隔に蛇形ビーム１６４が配置され、前記蛇形ビーム１６４は前記チューブ１６０の長さ方向に沿って互いに平行に延びている。
【0098】
図９Ａ―図１０Ｄにおける前記蛇形ビーム１４４、１６４の構造は、前記スロット１４２、１６２の角度ピッチの違いによる。スロット１４２、１６２とスロットとの間のピッチまたは間隔は同じである。スロット１４２、１６２の群間の角度ピッチは、図９Ａ―図９Ｄ及び図１０Ａ―図１０Ｄのチューブ１４０、１６０の間で異なる。図９Ａ―図９Ｄにおいて、各組のスロット１４２の間の空間は、隣接するスロットを中心としている。図１０Ａ―図１０Ｄにおいて、各組のスロット１６２の間の空間は、隣接するスロットの端部付近である。その結果、図９Ａ―図９Ｄのビーム１４４は、構造上において図１０Ａ―図１０Ｄのビーム１６４と異なる。
【0099】
曲率可変方法
図５Ａ―図１０Ｄのチューブについて、前記蛇形ビーム素子の構造は、前記スロットカットパターンによって規定される。各群における前記スロットの長さ及び間隔、即ち、前記湾曲セグメント／チューブの長さに沿った軸方向位置毎及び軸方向位置毎の前記スロット／空間の相対角位置の変化は、前記湾曲セグメントの長さに沿って均一に湾曲した前記蛇形ビームを得るのに役立つ。図５―図１０に開示された全てのカットパターンを修正して前記湾曲セグメントの曲率を増加又は減少させることができ、例えば、前記湾曲セグメントの長さを増加又は減少させることにより、前記蛇形ビームパターンにおける湾曲の数を増加又は減少させることにより、前記蛇形ビームパターンのピッチを増加又は減少させ、又はこれらの修正の組み合わせを採用することができる。
図５Ａ―図１０Ｄのチューブについて、前記蛇形ビーム素子の構造は、前記スロットカットパターンによって規定される。各群における前記スロットの長さ及び間隔、即ち、前記湾曲セグメント／チューブの長さに沿った軸方向位置毎及び軸方向位置毎の前記スロット／空間の相対角位置の変化は、前記湾曲セグメントの長さに沿って均一に湾曲した前記蛇形ビームを得るのに役立つ。図５―図１０に開示された全てのカットパターンを修正して前記湾曲セグメントの曲率を増加又は減少させることができ、例えば、前記湾曲セグメントの長さを増加又は減少させることにより、前記蛇形ビームパターンにおける湾曲の数を増加又は減少させることにより、前記蛇形ビームパターンのピッチを増加又は減少させ、又はこれらの修正の組み合わせを採用することができる。
【0100】
図１１Ａ―図１２Ｄに、可変湾曲セグメントの曲率を生じさせる湾曲セグメントの例示的な構造を示す。例えば、２つの入れ子チューブの間の摩擦累積を好適な末端が優先的に湾曲又は補正するように可変湾曲セグメントの曲率を実施してもよい。可変曲率は、ピッチ、カットフラクション、スロット重複角の変化、またはこれらの組み合わせの変化によって起こりうる。
【0101】
例えば、図１１において、単一蛇形ビーム素子の湾曲セグメント１８２を有するチューブ１８０における可変曲率は、ピッチの線形的な縮小により実現される。前記例示において、全ての前記スロット１８６は、長さ、幅及び回転間隔において均一であり、前記スロット間のピッチは、前記湾曲セグメントに沿って近位側から遠位側に向かって徐々に減少する。したがって、蛇形ビーム素子１８４の幅は、近位側から遠位側に向かって徐々に減少する。湾曲セグメント１８２の遠位端がチューブ１８０の遠位端と重なるように配置されている場合、これは、湾曲セグメント分の遠位端における蛇形ビーム素子１８６の曲げ剛性が最も低く、近位方向に増加する「末端優先」湾曲をもたらす。
【0102】
別の例として、図１２において、単一蛇形ビーム素子チューブ２００における可変曲率湾曲セグメント２０２は均一なピッチで実現され、前記スロット２０６の長さと隣接するスロットとの重なりは、前記湾曲セグメントに沿って近位側から遠位側に向かって増加する。したがって、蛇形ビーム素子２０４は、近位端から遠位端までのピッチ間隔の線形減少を有する。これにより、湾曲セグメントの末端における蛇形ビーム素子の曲げ剛性が最も低く、近位方向に徐々に増加するため、「末端優先」が湾曲する。
【0103】
面外曲げ誘導方法
幾つかの応用では、操作可能器具の「ねじれ」を平面外にすることにより、器具が大きな振れ角で自身に衝突することを防止することが期待される。図１３Ａ―図１３Ｃの操縦可能器具の例示的な構造を示す。図１３Ａ―図１３Ｃを参照すると、操縦可能器具２２０は、湾曲セグメント２２２を有する。図１３Ａ―図１３Ｃにおいて、湾曲セグメント２２２は、操縦可能器具２２０の遠位端２２４に位置する。しかしながら、湾曲セグメント２２２は、チューブ２２０の長さ方向に沿って任意の位置に配置されてもよい。
幾つかの応用では、操作可能器具の「ねじれ」を平面外にすることにより、器具が大きな振れ角で自身に衝突することを防止することが期待される。図１３Ａ―図１３Ｃの操縦可能器具の例示的な構造を示す。図１３Ａ―図１３Ｃを参照すると、操縦可能器具２２０は、湾曲セグメント２２２を有する。図１３Ａ―図１３Ｃにおいて、湾曲セグメント２２２は、操縦可能器具２２０の遠位端２２４に位置する。しかしながら、湾曲セグメント２２２は、チューブ２２０の長さ方向に沿って任意の位置に配置されてもよい。
【0104】
操縦可能器具２２０は、インナーチューブ２３０とアウターチューブ２４０とを含む。前記インナーチューブ２３０は、湾曲セグメント２３２を有し、前記湾曲セグメント２３２は、前記管の側壁を通過する一連のスロット２３６によって画定される蛇形ビーム素子２３４を含む。アウターチューブ２４０は、湾曲セグメント２４２を有し、湾曲セグメント２４２は、チューブ側壁の一連のスロット２４６によって画定される蛇形ビーム素子２４４を含む。各チューブ２３０、２４０において、スロット２３６及び２４６は、対応する湾曲セグメント２３２、２４２の長さに対して角度を成して徐々にシフトする。図１３Ｂ及び図１３Ｃに示す前記操縦可能器具２２０の組立状態において、前記インナーチューブ２３０は、前記アウターチューブ２４０内に位置決めされ、それぞれの湾曲セグメント２３２、２４２は、軸方向において位置合わせされ且つ１８０度回転して径方向とは反対する方向を向く。
【0105】
前記操縦可能器具２２０は、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、前記湾曲セグメント２２２が対向方向に沿って偏向するように、前記チューブ２３０、２４０に軸方向プッシュプルの力を加えることにより作動できるように構成される。図１３Ｂにおいて、前記湾曲セグメント２２２は押す力を介して作動し、前記インナーチューブ２３０は前記アウターチューブ２４０に押し込まれ、図１３Ｂ中の符号は「押す」の矢印で示す。図１３Ｃにおいて、前記湾曲セグメント２２２は引張力を介して作動し、前記インナーチューブ２３０は前記アウターチューブ２４０から引き出され、図１３Ｃに「引っ張る」と標記された矢印で示す。
【0106】
プッシュプル作動により、前記操縦可能器具２２０は、互いに反対する方向に作動して、前記チューブに加えられるプッシュプル力を制御することができる。図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、前記スロット２３６、２４６とビーム２３４、２４４との間の角度がずれることにより、各チューブ２３０、２４０の中立軸が螺旋状にチューブの幾何学的軸線周りにねじれる。その結果、湾曲セグメント２２２が作動すると、図示するように、螺旋状に面外に湾曲する。図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、前記チューブ２３０、２４０が湾曲セグメント２３２、２４２が同様に構成されたスロット２３６、２４６及びビーム２３４、２４４を有する場合、前記湾曲セグメント２２２は、螺旋方式で面外に同じように作動するが、前記操縦可能器具２２０に加えられるプッシュプル力に応じて対向方向に作動する。
【0107】
面外曲げの大きさは、後続のスロット２３６、２４６の間の角度オフセットによって決定される。このような能力は、高偏向（＞１８０度）に有利であり、前記操縦可能器具２２０の遠位端と近位端との自己衝突を回避することができ、または、カメラの視野と前記湾曲セグメント２２２自体の近位端部分とをぼけにさせないように内視鏡カメラを送達するための装置として構成される。
【0108】
曲げ方向を局所的に修正する方法
幾つかの用途では、操縦可能器具の操作可能なセグメントは、湾曲方向に合わせて反転することが有利である。これは、２つの操縦可能器具が両手で可撓性内視鏡によって送達される用途において重要である。上記構成において、前記操作可能器具は、例えば、僅かに曲げてカメラビューから離れた後でビューに戻され、三角測量を実現してもよい。
幾つかの用途では、操縦可能器具の操作可能なセグメントは、湾曲方向に合わせて反転することが有利である。これは、２つの操縦可能器具が両手で可撓性内視鏡によって送達される用途において重要である。上記構成において、前記操作可能器具は、例えば、僅かに曲げてカメラビューから離れた後でビューに戻され、三角測量を実現してもよい。
【0109】
図１４Ａ―図１４Ｃには、複数の湾曲セグメント２４２、２４４を有する操縦可能器具２４０が示されている。一方の湾曲セグメント２４２は、操縦可能器具２４０の遠位側に位置し、他方の湾曲セグメント２４４は、近位側に位置する。操縦可能器具２４０は、アウターチューブ２６０内に取り付けられたインナーチューブ２５０を含み、チューブは、操縦可能器具の遠位端または末端２４６において互いに接続される。前記インナーチューブ２５０は、２つの蛇形ビーム素子２５２、２５４を含み、前記２つの蛇形ビーム素子２５２、２５４は、それぞれ、前記チューブの側壁のスロット２５６、２５８を通過する２つの分散部分によって画定され、ここに開示される方式のいずれかと一致するように配置され、例えば、図２Ａから図２Ｃに開示される方式である。前記アウターチューブ２６０は、２つの蛇形ビーム素子２６２、２６４を含み、前記２つの蛇形ビーム素子２６２、２６４は、それぞれ、前記管の側壁のスロット２６６、２６８を通過する２つの分散部分によって規定され、ここに開示される方式のいずれかと一致するように配置され、同様に、例えば、図２Ａから図２Ｃに開示された方式である。操縦可能器具２４０を組み立てた場合、ビーム素子２５２とビーム素子２６２とを位置合わせして湾曲セグメント２４２を形成し、ビーム素子２５４とビーム素子２６４とを位置合わせして湾曲セグメント２４４を形成する。
【0110】
湾曲セグメント２４２、２４４は、図１４Ａ―図１４Ｃに示すように、互いに角度を成して回転し、遷移領域２４８を画定するチューブの中実部分から分離されてもよい。代替的に、前記湾曲セグメントは、遷移領域において出会うことができ、前記湾曲セグメント２４２の一連のスロット２５４、２６４は、近位方向に端点まで徐々に減少し（例えば、図１１Ａから図１１Ｄに開示される方式）、前記湾曲セグメント２４４を画定する一連のスロット２５６、２６６は、端点から近位方向に相対的に徐々に増加する。図１４Ａ―図１４Ｃの例では、湾曲セグメント２４２、２４４が互いに１８０度回転することにより、湾曲セグメントが作動したときに、操縦可能器具２４０がＳ字状に構成される。
【0111】
図１５は、前記操縦可能器具２４０の前記湾曲セグメント２４２、２４４の増分作動を示す。図１５に示すように、前記湾曲セグメント２４２、２４４は、中実遷移領域２４８から離間する対向方向の湾曲を生じさせるように配置される。この湾曲セグメント２４２、２４４が作動することにより、最終フレームにおいて完全に偏向するまで、それらの曲率が大きくなる。このことから分かるように、前記操縦可能器具２４０の範囲は、予期の応用に用いられることができる。
【0112】
接触補助具による剛性向上
操縦可能器具は、接触補助具及び自己衝突によって、所望の湾曲又はねじり角度を超える湾曲又はねじり剛性の突然且つ急激な変化を示すように構成されてもよい。これは、操縦可能器具の過度の伸長を防止したり、操縦可能器具を通過する他のツールや装置に安定した高剛性のプラットフォームを生成したりすることが望ましい。これは、例えば、前記操縦可能器具の前記端末が手術部位に誘導された場合に、前記操縦可能器具の前記内腔を通るツールが、可能な限り剛性支持を必要とする手術過程を実行するために用いられ、例えば、組織を切除するために用いられる。この場合、内視鏡（剛性又は可撓性）等の送達デバイスは、手術部位の大まかな領域に操縦可能器具を送達することができ、操縦可能器具は、手術部位の正確な位置にナビゲートすることができる。無論、内視鏡は、必要程度の剛性支持を提供することができることは言うまでもないが、操縦可能器具が無理である場合には、それは、あまり意味ない可能性がある。したがって、操縦可能器具は、作動時における操縦可能器具の曲率を維持する剛性を向上させる接触補助具の形態の特徴部と組み合わせることができる。
操縦可能器具は、接触補助具及び自己衝突によって、所望の湾曲又はねじり角度を超える湾曲又はねじり剛性の突然且つ急激な変化を示すように構成されてもよい。これは、操縦可能器具の過度の伸長を防止したり、操縦可能器具を通過する他のツールや装置に安定した高剛性のプラットフォームを生成したりすることが望ましい。これは、例えば、前記操縦可能器具の前記端末が手術部位に誘導された場合に、前記操縦可能器具の前記内腔を通るツールが、可能な限り剛性支持を必要とする手術過程を実行するために用いられ、例えば、組織を切除するために用いられる。この場合、内視鏡（剛性又は可撓性）等の送達デバイスは、手術部位の大まかな領域に操縦可能器具を送達することができ、操縦可能器具は、手術部位の正確な位置にナビゲートすることができる。無論、内視鏡は、必要程度の剛性支持を提供することができることは言うまでもないが、操縦可能器具が無理である場合には、それは、あまり意味ない可能性がある。したがって、操縦可能器具は、作動時における操縦可能器具の曲率を維持する剛性を向上させる接触補助具の形態の特徴部と組み合わせることができる。
【0113】
その例を図１６Ａ―１６Ｄに示す。図１６Ａは、チューブ２８０の遠位端の平坦／平面図を示し、前記チューブ２８０は、前記チューブの遠位端２９０に位置する湾曲セグメント２８２を含み、前記湾曲セグメント２８２は、円形で示され、前記チューブは、他方の入れ子チューブ（図示せず）に接続するように配置される。しかしながら、湾曲セグメント２８２は、チューブ２８０の任意の位置に配置されてもよい。平坦／平面図は、前記チューブ２８０が前記スプライン２９２に沿って縦方向に沿ってカットされて（図１６Ｄ参照）平らになり、蛇形ビーム２８４とビームを画定する前記スロット２８６との可視化に寄与する。チューブ２８０の上面図、側面図及び底面図をそれぞれ図１６Ｂ―図１６Ｄに示す。
【0114】
スロット２８６は、蛇形ビーム２８４を画定し、蛇形ビーム２８４は、本明細書に記載されるように、前後に延びる複数のビーム素子２９４を含む。図１６Ａに最も良く示されるように、前記スロット２８６は、前記スロットが無限に開くことを防止し、所定の曲げ角度で前記操縦可能器具の剛性を増加させるダブテールの特徴形式の接触補助具を有するように配置される。図１６Ａ―図１６Ｄの構成において、スロット２８６は、各ビーム素子２９４の一方側のピン２９６と、このピンに対向する尾部２９８とを画定する。これにより、ビーム素子２９４のピン２９６は、直接隣接するビーム素子２９４の尾部２９８に位置決めされる。
【0115】
ピン２９６及び尾部２９８は、ピン２９６及び尾部２９８を形成するスロット２８６の幅により、ピン２９６をピン２９６を受容する尾部から離間させる略台形状の構成を有する。ピン２９６と尾部２９８の台形状の構成は、２つの曲げ方向において干渉し、閉鎖用のハードストッパを提供するだけでなく、湾曲セグメント２８２を開くこともできる。したがって、例えば、上記のようなダブテールの特徴を同心チューブに有する操縦可能器具によって手術部位の手術具に送達されると、湾曲セグメント２８２の曲率を開く力をもたらすツールの動作が、ピン２９６と尾部２９８との相互作用によって阻害される。
【0116】
付加的な特徴として、ピン２９６および尾部２９８は、蛇形ビーム素子２９４同士の相対的なねじれを制限することによってねじり剛性を増加させるようにさらに構成される。このため、例えば操作具を介して手術部位に送達された手術具を用いて湾曲セグメント２８２に捻り力が作用すると、ビーム素子２９４の互いの回転に対して、ピン２９６と尾部２９８との相互作用が阻害される。
【0117】
理解すべきことは、接触補助具は、図１６Ａ―図１６Ｄに示すダブテールの特徴に限定されないことを理解されたい。例えば、ビーム素子から突出し、隣接するビーム素子に位置するキーホール形状に対応するレシーバにおけるキーホール形状の特徴を規定するスロットを介して、同様の結果を実現することができる。実際には、隣接するビーム素子に位置する対応する形状の凹状レシーバにおける、ビーム素子から突出した凸状の部材を介して、同様の結果が得られる。また、前記スロットは、各ビーム素子に複数の接触補助具、例えば２つ以上のダブテールの特徴を発生させるように配置されてもよく、これにより、前記湾曲セグメントの剛性と使用期間における作動力に対する回転抵抗をさらに改善することができる。
【0118】
可撓性内視鏡による送達方法
ここに開示される操縦可能器具は、もう１つの可撓性送達機構によって送達される場合、例えば、もう１つの可撓性ジャケット、可撓性内視鏡又は蛇形ビーム湾曲セグメントを内蔵する内視鏡を有し、前記蛇形ビーム素子を含む前記湾曲セグメントが位置する前記操作可能な装置の遠位側の作動端は、前記操作可能な装置の近位側作動端からかなりの距離、例えば７０ｃｍ―２０００ｃｍ離れている。また、前記操縦可能器具の近位作動端と遠位端作動端との間の部分は、通常、曲線経路に従う。異なる力及びコモンモードトルクを近位作動端から曲線輪郭を介して操縦側遠位端に伝達することができるように、前記操縦可能器具は、優先的な湾曲、軸方向及び捩り特性を提供する挿入軸を介して送達することができる。前記挿入軸は、前記操縦可能器具の前記アウターチューブの近位側部分に代えて、前記湾曲セグメント分を含む前記アウターチューブの遠位端が前記挿入シャフトに接続されるニチノールノウとして保持されてもよい。
ここに開示される操縦可能器具は、もう１つの可撓性送達機構によって送達される場合、例えば、もう１つの可撓性ジャケット、可撓性内視鏡又は蛇形ビーム湾曲セグメントを内蔵する内視鏡を有し、前記蛇形ビーム素子を含む前記湾曲セグメントが位置する前記操作可能な装置の遠位側の作動端は、前記操作可能な装置の近位側作動端からかなりの距離、例えば７０ｃｍ―２０００ｃｍ離れている。また、前記操縦可能器具の近位作動端と遠位端作動端との間の部分は、通常、曲線経路に従う。異なる力及びコモンモードトルクを近位作動端から曲線輪郭を介して操縦側遠位端に伝達することができるように、前記操縦可能器具は、優先的な湾曲、軸方向及び捩り特性を提供する挿入軸を介して送達することができる。前記挿入軸は、前記操縦可能器具の前記アウターチューブの近位側部分に代えて、前記湾曲セグメント分を含む前記アウターチューブの遠位端が前記挿入シャフトに接続されるニチノールノウとして保持されてもよい。
【0119】
例えば、可撓性内視鏡等の他のフレキシブルな送達システムによって送達される場合、挿入軸は、送達システムの曲線輪郭によって強化されたジグザグ形状を採用するために適切な程度の曲げコンプライアンスを示すことが重要である。また、前記挿入軸の曲げ剛性は、前記操縦可能器具が好ましい（最低剛性）構造に安定するのを防止するために、全方向コンプライアンス（即ち、負荷方向にかかわらず同じ曲げ剛性を表さなければならない）でなければならず、これにより、ねじれ不感帯が生じ、以下のような「スナップフィット」効果が生じる。最後に、前記挿入軸は、近側作動システムから前記操縦可能器具の遠位端作動端に力及びトルクを十分に伝達するために、適切な軸方向剛性及びねじり剛性を示す必要がある。
【0120】
チューブを曲線経路内に拘束しながら回転させると、一方の低エネルギー（低剛性）状態から他方の低エネルギー状態に急激に移行する際にエネルギーの急激な放出が起こるため、ねじれの「スナップフィット」が発生する。このような事態が発生した場合、前記操作可能な末端は、前記チューブが一種の低エネルギー状態から速やかに二つの角度の間で、いきなり且つ制御不能に他の低エネルギー状態に回転することが観察される。前記挿入軸が全方向コンプライアンスに配置されていれば（すなわち、付勢方向にかかわらず、曲げ剛性が同じであれば）、スナップフィットを回避することができる。
【0121】
曲線経路規制部材とチューブとの界面における摩擦により、捩りのコンプライアンスが高いチューブにおいても、スナップフィットが発生し得る。チューブが近位端で回転すると、チューブとパス界面との間に摩擦が生じ、前記摩擦はチューブの曲げ剛性の関数（チューブが硬いほど摩擦が高い）である。前記チューブがさらに低捩り剛性を有していると、捩りエネルギーが前記チューブ内に累積（捩り巻き）され、一定の臨界回転角度に達すると、このときに蓄えられた捩りエネルギーが界面摩擦に打ち勝って急激に解放され、遠位端において制御されない回転により迅速に展開される。これは、曲げ剛性が低く且つねじり剛性が高いチューブを形成することで回避され得る。
【0122】
可撓性ポリマーチューブに固定される挿入軸
図１７を参照すると、操縦可能器具３００は、同心となるインナーチューブ３０４とアウターチューブ３０６とによってそれぞれ形成された湾曲セグメント３０２を備え、その中、蛇形ビーム素子３０８が形成されている。湾曲セグメントを形成するための湾曲セグメント３０２及びビーム素子３０８は、本明細書に記載の任意の構成を有することができる。操縦可能器具３００が本文に記載の他の構造と異なる場合、各インナーチューブ３０４及びアウターチューブ３０６は、器具の遠位セクション３３０のみを占め、当該操縦可能器具３０２の長さを近位側端３１０から遠位端３１２まで延ばすのではない。逆に、各湾曲セグメント３０２のインナーチューブ３０４及びアウターチューブ３０６は、挿入軸３０２に接続され、挿入軸３０２は、チューブ／遠位セクション３３０から近位端３１０まで延在する。
図１７を参照すると、操縦可能器具３００は、同心となるインナーチューブ３０４とアウターチューブ３０６とによってそれぞれ形成された湾曲セグメント３０２を備え、その中、蛇形ビーム素子３０８が形成されている。湾曲セグメントを形成するための湾曲セグメント３０２及びビーム素子３０８は、本明細書に記載の任意の構成を有することができる。操縦可能器具３００が本文に記載の他の構造と異なる場合、各インナーチューブ３０４及びアウターチューブ３０６は、器具の遠位セクション３３０のみを占め、当該操縦可能器具３０２の長さを近位側端３１０から遠位端３１２まで延ばすのではない。逆に、各湾曲セグメント３０２のインナーチューブ３０４及びアウターチューブ３０６は、挿入軸３０２に接続され、挿入軸３０２は、チューブ／遠位セクション３３０から近位端３１０まで延在する。
【0123】
前記挿入軸３２０自体は、構造的には管状であり、互いに入れ子に配置されるとともに、本明細書において他の操縦可能器具構造に関して説明したのと同様に、前記湾曲セグメント３０２を送達及び制御する操作に機能を提供する。無論、これらの構造と材料構造が異なる。図１７に示す挿入軸３２０は、湾曲セグメント３０２に連結されたアウターチューブ３０６の挿入軸であるが、いずれの場合も挿入軸の構成は同じであるため、チューブ―外部又は内部の識別子は問わない。したがって、前記挿入軸３２０の説明は、前記アウターチューブ３０６の前記挿入軸と前記インナーチューブ３０４の前記挿入軸とを記述した。
【0124】
挿入軸３２０は、軸間摩擦、チューブ剛性（軸方向及びねじれ）及び可撓性などの所望の性能特性を提供するように、異なる材料及び／又は部品を使用する様々な構造を有してもよい。図１７の例示的な構造において、前記挿入軸３２０は、前記チューブ３０６に接続された可撓性ポリマーチューブ３３２と、前記可撓性チューブ外に巻き付けられて補強用の編組線３５２と、前記編組線を被覆するポリマージャケット３５４とを含む。挿入軸３２０は、その構造に沿って構成的に変化することで剛性特性が可変となるように構成されていてもよい。これは、編組線の密度を徐々に増減させたり、縦の編組部材を組み合わせたりすることにより、連続的に実現することができる。これは、異なる剛性を有する異なるジャケット材料をチューブの異なる位置に用いて分散させることによっても実現可能である。一般に、全ての他の特性が一定に保たれている場合には、編組密度が高い挿入軸は、高い曲げコンプライアンス、ねじり剛性及び耐キンク性を示し、かつ、編組密度が低い挿入軸は、高い軸方向剛性を示す。
【0125】
図１７に示すように、前記操縦可能器具３００は、３つの部分を含み、各部分は、前の部分で述べた構造及び機能特性を提供するように配置され、前記操縦可能器具３０２は、本明細書に記載のように機能することができる。具体的には、前記器具３００は、遠位セクション３３０を含み、前記遠位セクションは、湾曲セグメント３０２、遷移セクション３４０及び近位セクション３５０を含む。挿入軸３２０（可撓性チューブ３３２、編組線３５２及びジャケット３５４）の部品は、操縦可能器具３００の３つのセクション３３０、３４０、３５０を全て占める部分を有してもよい。
【0126】
前述したように、本文に記載のいずれかの例示的な構造によれば、前記湾曲セグメント分３０４は、前記チューブ３０４、３０６における１つ又は複数の蛇形ビーム素子によって形成される。前記湾曲セグメント３０２を形成する前記同心チューブ３０４、３０６は、前記器具の遠位端３１２において互いに接続される。遠位側端末３０６は、結像中に可視化するための不透過線マーカー３１４をさらに含んでもよい。
【0127】
遠位セクション３３０において、可撓性デバイス３００は、接着剤を介して又は嵌め込みにより可撓性ポリマーチューブ３３２に接続される。可撓性チューブ３３２は、単一の医療レベルポリマー材料（例えば、ナイロン１２、ＰＥＢＡ又はポリイミド）、又は複数の種類の、又は前記編組線３５２を有さない補強層と異なる材料からなる複合材料であってもよい。前記可撓性チューブ３３２は、所望の材料特性―高全方向曲げコンプライアンス、高軸方向剛性、高捩り剛性―通過材料選択結合及び構造の前記編組補強層を呈するように配置されてもよい。遠位セクション３３０の詳細に示されるように、操縦可能器具３００の湾曲セグメント３０２は、チューブ３３２自体のポリマー材料または異なるポリマー材料に埋め込まれてもよい。いずれの場合においても、前記湾曲セグメント３０４に嵌め込まれる材料は、前記湾曲セグメントの柔軟性又は作動に影響を与えないように、薄いジャケット３３４とすることができる。したがって、操縦可能器具３００の遠位セクション３３０において、挿入シャフト３２０は、湾曲セグメント３０２を覆う薄肉のジャケット３３４のみを含んでもよい。
【0128】
操縦可能器具３００の近位セクション３５０において、挿入シャフト３２０は、可撓性チューブ３３２と、チューブ３３２を補強するための編組線３５２とを含む。近位セクション３５０において、前記編組線３５２は、粗に編まれ（即ち、低編組密度）、高い軸方向剛性を発生させることができ、前記湾曲セグメント３０２の押し引き作動のための力伝達に有利である。前記ポリマージャケット３５４は、前記編組線３５２及び前記可撓性チューブ３３２を被覆する。前記ジャケット３５４は、前記挿入軸と係合するように配置された隣接する構造の材料と係合する材料で構成されていてもよい。前記アウターチューブ３０６に固定された前記挿入軸３２０に対して、前記ジャケット３５４は、それに当接する送達機構、例えば、可撓性内視鏡を接合して低摩擦を促進し、前記操縦可能器具３００を自由に移動させることができる。前記インナーチューブ３０４に固定された前記挿入シャフトに対して、前記アウターチューブ３０６の前記挿入シャフトの前記可撓性チューブ３３２に前記ジャケット３５４を接合固定することにより、低摩擦を促進し、前記インナー挿入シャフトを前記アウター挿入シャフトに自由に移動させることができ、これにより、捩り巻きとバックルの回避に役立つ。
【0129】
前記遷移区域３４０において、前記挿入軸３２０は、前記近位セクション３５０と同様の基本構成を有し、即ち、前記可撓管３３２、編組線３５２及び前記ポリマージャケット３５４を含む。前記近位セクション３５０と前記遷移セクション３４０との間の１つの差異は、前記近位セクションの編組線３５２と比較して、前記移行セクションの前記編組線３５２がより細かく編成され（即ち、高い編成密度で）、より高い曲げコンプライアンス、ねじり剛性及び耐キンク性を発生させることができる。
【0130】
前記遷移セクション３４０において、前記挿入軸３２０は、比較的低い可撓性剛性を有することができ、所望のチューブの前記セクションが送達デバイス、例えば、操作可能な内視鏡の能動湾曲セグメント内に滞留し、前記能動湾曲セグメントを介して前記挿入軸を送達することができるため、前記挿入軸の他の部分よりも小さい曲率半径を経る必要がある。これは、高密度の編組補強材３５２（図示のように）や、低硬度ジャケット層３５４の材料を用いることにより実現できる。
【0131】
可撓性と軸方向／ねじり剛性との間には逆の相関関係が存在するため、近位端から遠位端に向けて軸方向力及びねじれ力を伝達できるように、近位セクション３５０は軸方向及びねじり剛性であることが有利である。前記特性を実現するために、前記近位セクション３５０は、前記内視鏡の受動セクション内に設置されるチューブの長さがより長くなるように配置される長さにおいて、高い軸方向とねじり剛性と低い曲げコンプライアンスを有するように配置されてもよい。これは、より低密度の編組補強材３５２及び／又は硬い（高い硬度）ジャケット層３５４材を用いることで実現できる。
【0132】
操縦可能器具３００の挿入軸３２０を構成する部材の材質は変更可能である。挿入軸３２０の具体的な１つの構成において、可撓性チューブ３３２は、ＰＴＦＥ材料から構成されてもよく、編組線３５２は、ステンレス鋼であってもよく、ポリマージャケット３５４は、ポリアミド材料から構成されてもよく、ジャケット３３４は、例えば、接着剤を介してＰＴＦＥチューブに接続されたＰＴＦＥチューブ材料またはＰＥＢＡ材料の薄層であってもよい。
【0133】
固定方法
前記操作具３００の１つの例示的な構成において、前記湾曲セグメント３０２の前記インナーチューブ３０４及びアウターチューブ３０６は、それらの対応する挿入軸３０２、即ち、それらに対応する可撓チューブ３３２に重ねられた接着剤湾曲セグメントによって取り付けられ、前記可撓管は、前記インナーチューブ／アウターチューブの端部に嵌合され、且つ生体適合性接着剤で固定されるように配置される。密着性に優れているため、付着したポリマー表面を微細構造レベル（例えば、プラズマエッチング等）で処理して表面活性化（特にＰＴＦＥ等のフッ素含有ポリマーからなる材料）を処理し、表面汚染物質を除去して粗面化することができる。
前記操作具３００の１つの例示的な構成において、前記湾曲セグメント３０２の前記インナーチューブ３０４及びアウターチューブ３０６は、それらの対応する挿入軸３０２、即ち、それらに対応する可撓チューブ３３２に重ねられた接着剤湾曲セグメントによって取り付けられ、前記可撓管は、前記インナーチューブ／アウターチューブの端部に嵌合され、且つ生体適合性接着剤で固定されるように配置される。密着性に優れているため、付着したポリマー表面を微細構造レベル（例えば、プラズマエッチング等）で処理して表面活性化（特にＰＴＦＥ等のフッ素含有ポリマーからなる材料）を処理し、表面汚染物質を除去して粗面化することができる。
【0134】
重複湾曲セグメントは、チューブ全体の壁厚を暗黙的に増加させるので、接着される前にポリマー被覆層３５４を選択的にレーザアブレーションすることができ、それにより、重複位置における挿入軸３３２の外径を減少させ、総重複湾曲セグメントの厚さを減少させることができる。編組線３５２を有する挿入軸３３２に対して、前記ジャケット層３５４を遠位に延在して編織点／ライナー終点（カテーテル接続と呼ばれる二次製造過程）を経て、前記湾曲セグメント３０２を部分的又は完全に内包することもできる。ここでは、タイトル「パッケージ」についてさらに説明する。
【0135】
レーザパターニングされたニチノール挿入軸
前記湾曲セグメントを形成する前記チューブは、前記操縦可能器具の全長にわたって延在しており、前記挿入軸は、その側壁に形成されたレーザーカットスロットパターンによって形成されており、別部品を有する挿入軸―可撓性ポリマーチューブ、編組線及びジャケットを形成するものではない。前記湾曲セグメントを形成する前記蛇形ビーム素子の前記スロットと異なり、前記挿入軸部を形成する前記配置は、可撓性送達デバイス（例えば、可撓性内視鏡）による送達に必要な全方向曲げコンプライアンス特性を示すように配置される。
前記湾曲セグメントを形成する前記チューブは、前記操縦可能器具の全長にわたって延在しており、前記挿入軸は、その側壁に形成されたレーザーカットスロットパターンによって形成されており、別部品を有する挿入軸―可撓性ポリマーチューブ、編組線及びジャケットを形成するものではない。前記湾曲セグメントを形成する前記蛇形ビーム素子の前記スロットと異なり、前記挿入軸部を形成する前記配置は、可撓性送達デバイス（例えば、可撓性内視鏡）による送達に必要な全方向曲げコンプライアンス特性を示すように配置される。
【0136】
図１８は、チューブ３６２に形成された挿入軸部３６０を示し、チューブ３６２は、操縦可能器具の一部を構成している。チューブ３６２は、本明細書に開示される湾曲セグメント構造を有する操縦可能器具のアウターチューブまたはインナーチューブであってもよい。図１８では、挿入軸３６０部分のみを示す。理解すべきことは、前記挿入軸部分３６０は、前記チューブの１つのセクションのみであり、操縦可能器具において実施され、湾曲セクションは、前記挿入軸部分の遠位側に位置し、即ち、図１８において、前記挿入軸部分の左側に位置する。
【0137】
前記挿入軸部３６０は、前記挿入軸の長さに沿って交互に回転するスロット３６８の繰り返しパターンを介して形成されている。挿入軸部３６０の遠位部３６４は、小ピッチで配置されたスロット３６８を有し、部分的に可撓性を有する。スロットピッチは近位セクション３６６に向かって増加し、近位セクションは減少する可撓性を有する。前記挿入軸部３６６のレーザーカットスロットパターンは、前記チューブの剛性を低減するとともに、前記チューブの幾何中心において中立軸を保持する周方向煉瓦パターンであり、前記チューブは、単一の好ましい方向がなく、全方向に湾曲するように配置される。また、断続螺旋、セルパターン、インターロックパターン、パズルなどの代替パターンを実施してもよい。
【0138】
軸方向ねじれ除去カップリング
レーザパターニングされたニチノールノウ軸上に置かれた純引張りまたは圧縮荷重が軸にねじれを起こすと、軸方向―ねじれ結合が生じる。これは、一般に、前記チューブが「間欠螺旋」パターンを有するようにパターニングされた場合に発生し、前記チューブは、前記チューブの周りに巻き付けられた回転方向性で螺旋状にカットされ、または、繰り返しのスロットパターンが前記チューブを取り囲んで「ねじれる」ように、他の方式でパターニングされる。前記挿入軸における高軸方向ねじりカプラーは、前記湾曲セグメントを形成する前記入れ子式蛇形ビームチューブの全体の機能に対して有害である。この蛇形ビームパターン管の高剛性突条は、作用を正確に作用させるために、径が逆である必要があり、異なる力が加わった際に前記挿入軸に起因する相対的な捩れによって骨格が外れることがある。
レーザパターニングされたニチノールノウ軸上に置かれた純引張りまたは圧縮荷重が軸にねじれを起こすと、軸方向―ねじれ結合が生じる。これは、一般に、前記チューブが「間欠螺旋」パターンを有するようにパターニングされた場合に発生し、前記チューブは、前記チューブの周りに巻き付けられた回転方向性で螺旋状にカットされ、または、繰り返しのスロットパターンが前記チューブを取り囲んで「ねじれる」ように、他の方式でパターニングされる。前記挿入軸における高軸方向ねじりカプラーは、前記湾曲セグメントを形成する前記入れ子式蛇形ビームチューブの全体の機能に対して有害である。この蛇形ビームパターン管の高剛性突条は、作用を正確に作用させるために、径が逆である必要があり、異なる力が加わった際に前記挿入軸に起因する相対的な捩れによって骨格が外れることがある。
【0139】
このような事態を回避するために、前記挿入軸の設計に用いられるカットパターンは、如何なる軸方向・ねじれ連結を無くすべきである。これにより、垂直な切り欠きを有するパターンのみを選択することで、回転方向性を除去することができる。これは、インナーチューブとアウターチューブとを形成する挿入軸のカイラル性質を非常に細かく整合させることによって、２つのチューブの間の相対的なねじれを互いに等価かつ逆の軸方向・ねじれ連結によって相殺するように、ハンドパターンを注意深く設計することによってなされてもよい。すなわち、挿入軸を含む２本のチューブを、同じ量で同じ量だけ捻ることができるように構成すれば、ねじり連結効果が無効となり、蛇形部のスプラインが位置合わせされて偏向が許容される。
【0140】
可変挿入軸剛性
前記挿入軸部を構成するレーザーカットパターンは、前記チューブが可変剛性特性を示すように、前記チューブの長さに沿って変化するように配置されていてもよい。図１９には、挿入軸を規定する３つのセグメントのスロットパターンを有するチューブ３７０の平坦／平面図が示されている。チューブ３７０は、本明細書に開示される湾曲セグメント構造を有する操縦可能器具のアウターチューブまたはインナーチューブであってもよい。図１９は、チューブのスロットパターンが明確になるように、チューブ３７０を長手方向にカットして平坦化したものである。図１９に示すように、前記チューブ３７０は、前記挿入軸の可撓性セクション３７２と、遷移セクション３７４と、剛性セクション３７６とを含み、全ての前記セクションは、レーザカットによって前記チューブ側壁のスロット３７８によって画定される。
前記挿入軸部を構成するレーザーカットパターンは、前記チューブが可変剛性特性を示すように、前記チューブの長さに沿って変化するように配置されていてもよい。図１９には、挿入軸を規定する３つのセグメントのスロットパターンを有するチューブ３７０の平坦／平面図が示されている。チューブ３７０は、本明細書に開示される湾曲セグメント構造を有する操縦可能器具のアウターチューブまたはインナーチューブであってもよい。図１９は、チューブのスロットパターンが明確になるように、チューブ３７０を長手方向にカットして平坦化したものである。図１９に示すように、前記チューブ３７０は、前記挿入軸の可撓性セクション３７２と、遷移セクション３７４と、剛性セクション３７６とを含み、全ての前記セクションは、レーザカットによって前記チューブ側壁のスロット３７８によって画定される。
【0141】
可撓性セクション３７２は、軸方向及びねじり剛性を発揮するように構成され、軸方向及びねじれ力を湾曲セグメント（図示せず）に伝達する。可撓性セクション３７２は、可撓性内視鏡の能動湾曲セグメントなどの送達デバイスに容易に適合できるように、曲げコンプライアンスを呈するようにさらに構成される。
【0142】
チューブ３７０の剛性セクション３７６は、可撓性セクション３７２および遷移セクション３７４よりも格段に長く、送達デバイスの受動部を貫通するように挿入シャフトの大部分を形成する。可撓性と軸方向・ねじり剛性との間には逆の相関関係があるため、軸方向の力とトルクを近位端から遠位端に伝達できるように、挿入軸の大部分（剛性セクション３７６）の大部分を可能な限り軸方向とねじり剛性とに軸方向及びねじり剛性が伝達され、異なる作動力の付与によるチューブ伸び量が制限されることが好ましい。
【0143】
遷移セクション３７４は、可撓セクション３７２から剛性セクション３４６への徐々に移行するように構成され、その逆も同様である。前記過渡セグメント３７４の部分は、前記送達デバイスの前記能動湾曲セグメント内に滞留してもよいため、幾つかの曲げコンプライアンスは有益であることを証明できる。
【0144】
セクション３７２、３７４、３７６の特性は、チューブ３７０内のスロット３７８のパターンによって構成される。図１９に示す構成では、スロット３７８は、挿入軸の全長にわたって同一の垂直ユニットパターンとして構成されている。チューブの剛性は、スロット間のピッチ間隔によって決まる。可撓性セクション３７２は、スロット３７８のピッチが小さく、スロットが均等に密に配置される。剛性セクション３７６は、スロット３７８のピッチが大きく、スロットがさらに均等に離間している。遷移セクション３７４では、ピッチが変化し、可撓セクション３７２から剛性セクション３７６にかけて徐々に増加する。しかし、スロット幅、スロット総数、またはこれらパラメータの組み合わせの変化によっても同様の効果が得られる。
【0145】
多自由度曲げを実現する方法
蛇形ビームの湾曲セグメントを有するｎ個の同心チューブ対を１群有する任意の操縦可能器具において、操作可能な自由度の総数は３ｎであり、各操縦可能器具は個別に挿脱可能であるため、回転と双方向の偏向が可能である。一方の操縦可能器具をもう１つの内にネストすることで、自由度が２倍、すなわちｎ＝２であるため、３ｎ＝６自由度となる。これにより、さらに自由度（ＤｏＦ）を高めることができる。
蛇形ビームの湾曲セグメントを有するｎ個の同心チューブ対を１群有する任意の操縦可能器具において、操作可能な自由度の総数は３ｎであり、各操縦可能器具は個別に挿脱可能であるため、回転と双方向の偏向が可能である。一方の操縦可能器具をもう１つの内にネストすることで、自由度が２倍、すなわちｎ＝２であるため、３ｎ＝６自由度となる。これにより、さらに自由度（ＤｏＦ）を高めることができる。
【0146】
例えば、図２０Ａ―図２０Ｂには、６―ＤｏＦ機器４００が示されている。図２０Ａ―図２０Ｂにおいて、第１操縦可能器具４１０は、第２操縦可能器具４２０に取り付けられている。第１操縦可能器具４１０は、第１操縦可能器具の遠位端に固定された嵌合されたインナーチューブ４１２及びアウターチューブ４１４を含む。本明細書に示される例示的な構成によれば、第１操縦可能器具の湾曲セグメント４１６は、蛇形ビーム素子を形成する。湾曲セグメント４１６は、インナチューブ４１２及びアウタチューブ４１４に作用するプッシュプルによって作動する。第２操縦可能器具４２０は、第２操縦可能器具の遠位端に固定されて嵌合されたインナーチューブ４２２及びアウターチューブ４２４を含む。第２操縦可能器具４２０の湾曲セグメント４２６には、本明細書に示される実施例に係る蛇形ビーム素子が形成されている。湾曲セグメント４２６は、インナチューブ４２２及びアウタチューブ４２４に作用するプッシュプルによって作動する。ここで、第１操縦可能器具４１０及び／又は第２操縦可能器具４２０は、図１８及び図１９を参照して上述したスロット特徴を含む対応する挿入軸４１８及び４２８を備えることができる。
【0147】
各第１操縦可能器具４１０及び第２操縦可能器具４２０は、対応する３―ＤｏＦ方式で作動することができ、即ち、挿入／収縮、回転及び偏向・湾曲が可能である。図２０Ｂに示すように、外部の第２操縦可能器具４２０を「親」アクチュエータとし、内部の第１操縦可能器具４１０を「子部品」とする。これは、子操縦可能器具４１０の動きが親操縦可能器具４２０の動きに固有に結合しているが、親姿勢によって決定された慣性枠を中心として、子部品が独立して動くことができるからである。図２０Ｂに示すように、前記親操縦可能器具４２０の前記湾曲セグメント４２６は、子操縦可能器具４１０が追従する湾曲を発生させるように作動され、前記湾曲制御子は、装置が親部品から離れるときの配向を制御する。子操縦可能器具４１０の離脱方向は、親操縦可能器具４２０の他の２つの自由度によって制御されてもよい。これにより、サブ操縦可能器具４１０は、出口方向から３自由度で制御することができる。したがって、前記機器４００は、６―ＤｏＦ機能を享受する。
【0148】
子操縦可能器具４１０の設計において、前記挿入軸４１８は、親操縦可能器具４２０の前記湾曲セグメント４２６の完全な所望の湾曲範囲を実現するとともに、十分な剛性を有し、十分な可撓性であり、前記子湾曲セグメント４１６の遠位端に回転及び力を伝達するのに十分な剛性を有することが重要である。また、前記子挿入軸４１８は、いかなる機械的オフセット又は優先的な湾曲軸を除去するために、全方向コンプライアンスである必要もあり、これによっても、親操縦可能器具４２０の湾曲範囲を制限する可能性もある。これは、例えば、図１８及び図１９を参照して説明した構成により、副挿入軸４１８を構成することにより実現できる。図２０Ａ―図２０Ｂの例示的な構成において、操縦可能器具４１０、４２０は、レーザカットされたニチノールの挿入軸４１８、４２８を有し、ニチノールの挿入軸４１８、４２８は、全方向のコンプライアンスを生成するレンガ素子を有する。同じロジックは、多自由度システムを形成するために、互いに同心的に嵌合された任意の数の操縦可能器具を含む機器に拡張することができる。
【0149】
図２０Ａ―図２０Ｂの親／子機器４００は、種々の形態で実現することができる。例えば、図２１Ａを参照すると、前記６―ＤｏＦ器具４００は、子ジャケット、即ち、前記アウターチューブ４１４自体が手術具、例えばレーザー繊維４３０を載置できるように配置されてもよい。
【0150】
同様に、単一の親操縦可能器具４２０に複数の子操縦可能器具４１０をネストしてマルチアームシステムを作成することができ、各子部品が６自由度を享受することができ、そのうちの３つの自由度が同じであるため、それらは同一の親部品内に収容される。この場合、親操縦可能器具４２０は、他の操縦可能器具（図２１Ｂ参照）または可撓性内視鏡であってもよい（図２１Ｃ参照）。これらの例示的な構造において、各子操縦可能器具４１０は、図示のように手術具４３２を載置可能に構成されていてもよい。
【0151】
応力集中を低減する方法
材料応力が集中し、材料中の急激な又は急激な不連続性の増加が知られている。正確に考慮しなければ、これらの応力集中は材料の失効を引き起こす可能性がある。図２２は、チューブ４５０の一部を示し、湾曲セグメント４５２の一部を形成するように配置され、蛇形ビーム素子４５４は、チューブ側壁の複数のスロット４５６によって画定される。各スロット４５６の端部又は根元部に生じる応力集中を緩和するために、各スロットの根元部には、チューブ４５０の中心軸の方向に根元部を軸方向に延長する応力除去用切欠き４５８が設けられていてもよい。図２２の例示的な構造では、切り欠き４５８は略Ｔ字状に形成されている。円形や楕円形等の他の形状であってもよい。スロット４５６の根元部分を軸方向に延在させた場合、曲げ応力の表面積が増加し、スロット根元で応力集中が緩和され、そうでなければ、上述したように応力集中が発生しやすくなる。
材料応力が集中し、材料中の急激な又は急激な不連続性の増加が知られている。正確に考慮しなければ、これらの応力集中は材料の失効を引き起こす可能性がある。図２２は、チューブ４５０の一部を示し、湾曲セグメント４５２の一部を形成するように配置され、蛇形ビーム素子４５４は、チューブ側壁の複数のスロット４５６によって画定される。各スロット４５６の端部又は根元部に生じる応力集中を緩和するために、各スロットの根元部には、チューブ４５０の中心軸の方向に根元部を軸方向に延長する応力除去用切欠き４５８が設けられていてもよい。図２２の例示的な構造では、切り欠き４５８は略Ｔ字状に形成されている。円形や楕円形等の他の形状であってもよい。スロット４５６の根元部分を軸方向に延在させた場合、曲げ応力の表面積が増加し、スロット根元で応力集中が緩和され、そうでなければ、上述したように応力集中が発生しやすくなる。
【0152】
パッケージ
本明細書に記載された操縦可能器具を構築するためのニチノールチューブのパッケージ、例えば、前記器具は、挿入軸を含む機器の一部を形成し（図１７参照）、様々な形態で実現することができる。例えば、本文に記載の前記操縦可能器具を形成する前記ニチノール管は、他の低硬度生体適合性材料（例えば、ＰＥＢＡＸ ３５Ｄ（登録商標）、一種の低硬度ＰＥＢＡ材料、Ａｒｋｅｍａ，Ｉｎｃ．から購入）内に設置されて、前記スロットを防水するとともに、組織が正常動作中に前記スロット内に「クランプ」されることを防止する。前記パッケージング層は、ニチノールの末端を電気絶縁させる目的にも使用でき、これは、電気手術過程を使用する必要がある臨床応用において重要である。前記パッケージング層は、医学イメージングにおける前記操縦可能な末端の視認性を改善するために、不透過線の特徴を有してもよい。封止材は、曲げ剛性が前記操縦可能器具の曲げ能力を著しく低下させないように注意深く選択する必要がある。
本明細書に記載された操縦可能器具を構築するためのニチノールチューブのパッケージ、例えば、前記器具は、挿入軸を含む機器の一部を形成し（図１７参照）、様々な形態で実現することができる。例えば、本文に記載の前記操縦可能器具を形成する前記ニチノール管は、他の低硬度生体適合性材料（例えば、ＰＥＢＡＸ ３５Ｄ（登録商標）、一種の低硬度ＰＥＢＡ材料、Ａｒｋｅｍａ，Ｉｎｃ．から購入）内に設置されて、前記スロットを防水するとともに、組織が正常動作中に前記スロット内に「クランプ」されることを防止する。前記パッケージング層は、ニチノールの末端を電気絶縁させる目的にも使用でき、これは、電気手術過程を使用する必要がある臨床応用において重要である。前記パッケージング層は、医学イメージングにおける前記操縦可能な末端の視認性を改善するために、不透過線の特徴を有してもよい。封止材は、曲げ剛性が前記操縦可能器具の曲げ能力を著しく低下させないように注意深く選択する必要がある。
【0153】
別の代替案として、前記スロット幅を小さく／狭くすることで、組織が空間に入らないようにして「クランプ」を防止することができる。実際には、液体でも通過できないほどスロットの幅を小さくすることができる。従って、このようなスロット幅の湾曲セグメント構造は、組織の締付を防止するとともに、前記湾曲セグメントを防水するために使用することができる。
【0154】
類似的に、ライニング材は、潤滑性を高め、ツールの通過を促進させるために、操縦可能チューブの内径に設けられてもよい。先に説明したように、操縦可能チューブの偏向を阻害しないように、ライニング材を注意深く選択する必要がある。
【0155】
応用例：可撓性内視鏡検査用両手操縦可能器具
本明細書に記載された複数の例示的な構成を組み合わせる例示的な応用において、様々な蛇形式ビームステアリング装置の組み合わせは、デュアルチャネル可撓性内視鏡４６２を介して配信される照明ＬＥＤ４６４とカメラ４６６を有する両手のスマート操作システム４６０を生成するように構成されてもよい。これを図２３に示す。図２３に示すように、可撓性内視鏡４６２は、１対の６ＤｏＦ操縦可能器具４７０、４８０を備えている。前記第１操縦可能器具４７０は、子操縦可能器具４７２を含み、前記子操縦可能器具４７２は、親操縦可能器具４７４内にネストされ、手術具４７６を載置する。前記第２操縦可能器具４８０は、さらに、親操縦可能器具４８４に外嵌され、手術器具４８６を載置する子回転可能器具４８２を含む。可撓性且つ作動可能な前記内視鏡４６０は、前記システム４６０、即ち、各操縦可能器具４７０、４８０に別の３つの自由度を提供する。
本明細書に記載された複数の例示的な構成を組み合わせる例示的な応用において、様々な蛇形式ビームステアリング装置の組み合わせは、デュアルチャネル可撓性内視鏡４６２を介して配信される照明ＬＥＤ４６４とカメラ４６６を有する両手のスマート操作システム４６０を生成するように構成されてもよい。これを図２３に示す。図２３に示すように、可撓性内視鏡４６２は、１対の６ＤｏＦ操縦可能器具４７０、４８０を備えている。前記第１操縦可能器具４７０は、子操縦可能器具４７２を含み、前記子操縦可能器具４７２は、親操縦可能器具４７４内にネストされ、手術具４７６を載置する。前記第２操縦可能器具４８０は、さらに、親操縦可能器具４８４に外嵌され、手術器具４８６を載置する子回転可能器具４８２を含む。可撓性且つ作動可能な前記内視鏡４６０は、前記システム４６０、即ち、各操縦可能器具４７０、４８０に別の３つの自由度を提供する。
【0156】
図２３に示すように、前記親操縦可能器具４７４、４８４は２重蛇形ビーム湾曲セグメントを含み、例えば、本文において図１４Ａ―図１４Ｃを参照して説明したとおりである。作動されると、親操縦可能器具４７４、４８４は、Ｓ字状を採用し、スロットの自己衝突（図４参照）は、それらの剛性を増加させ、安定したプラットフォームを提供する。子操縦可能器具４７２、４８２は、それぞれ独立して作動可能な３―ＤｏＦ操作可能な器具（転がり、挿入／後退、偏向・湾曲）である。子操縦可能器具４７２および４８２は、図示するように、クランプおよび電気手術プローブなどの組織と相互作用するためのツール４７６を送達する。図２３の前記システム／プラットフォーム４６０は、様々な手術に用いることができ、例えば、内視鏡粘膜下の解剖（ＥＳＤ）内視鏡手術、例えば、同時に組織を収縮及びカットする必要がある。
【0157】
以上が例示的な構成である。無論、すべての可能な構造を説明する目的で、部材または方法の各考えられる組み合わせを記述することはできないが、当業者であれば、更なる組み合わせおよび配列が可能であることを認識すべきである。今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】