JP2019171123A - 患者の体壁力を測定するセンサを備えるカニューレ - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の問題を改良する。【解決手段】１つ又はそれよりも多くの手術器具を受け入れるような大きさとされる近位開口を定めるヘッド部分を含むカニューレが提供され、ヘッド部分に剛的に締結される細長い内側チューブが細長い導管を定め、手術器具を導管内に挿入可能であり、ヘッド部分に剛的に締結される細長いオーバーチューブが内側チューブと同軸に整列させられ、内側チューブの部分の周りに延在し、オーバーチューブの内壁が内側チューブの外壁から離間させられ、センサがオーバーチューブに配置されて、オーバーチューブの長手方向寸法に対して概ね横方向においてオーバーチューブの外壁に適用される力の表示をもたらす。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、一般的には、最小侵襲的な手術システムに関し、より具体的には、最小侵襲的な手術中に用いられるカニューレに関する。

内視鏡検査は、最も一般的な形態の最小侵襲的な手術であることがある。おそらく、最も一般的な形態の内視鏡検査は、腹腔の内側の最小侵襲的な検査及び手術である、腹腔鏡検査である。典型的な腹腔鏡手術では、患者の腹部にガスが吹き込まれ、カニューレスリーブが小さな（約１／２インチの）切開部を通じて進められて、腹腔鏡手術器具のための入口ポートを提供する。

「Obturator and Cannula for a Trocar Adapted for Ease of Insertion and Removal」という名称の米国特許第６，９８９，００３号において説明されているように、トロカールと一般的に呼ばれるトロカール−カニューレは、腹腔鏡手術又は関節鏡手術のような様々な外科処置を行うよう、体腔へのアクセスを得るために用いられる、手術デバイスである。典型的には、トロカールは、当該技術分野において「カニューレ」と呼ばれるチューブ状のデバイス内に適合される、当該技術分野において「閉塞子」と呼ばれる先の尖ったロッド状のデバイスを含む、細長い先の尖った手術器具である。先の尖った、時折、鋭利に先の尖った、閉塞子の端は、カニューレの端から外に突出し、体腔の外側組織を貫通するために用いられる。組織が貫通させられ、例えば、体腔がトロカールによってアクセスされた後、閉塞子は体腔から引っ込められ、カニューレが体腔内の所定の場所に残されて、体腔にアクセスするための通路をもたらす。次に、カニューレを介して更なる手術器具によって体腔にアクセスして、様々な外科処置を行い得る。

腹腔鏡手術器具は、一般的には、手術野を見るための腹腔鏡と、エンドエフェクタを定める作業ツールとを含む。典型的な外科エンドエフェクタは、例えば、クランプ、グラスパ、鋏、ステープラ、又は持針器を含む。作業ツールは、各ツールの作業端又はエンドエフェクタが、例えば、約１２インチの長さの延長チューブによって、そのハンドルから分離されている点を除き、従来的な（観血）手術において用いられるものと類似する。

外科処置を行うために、外科医は、これらの作業ツール又は器具を、カニューレスリーブを通じて所要の内部手術部位まで通し、カニューレスリーブを通じて出入りするようそれらをスライドさせ、カニューレスリーブ内でそれらを回転させ、腹壁に対して器具を梃子式に動かし（即ち、旋回させ）、そして、腹部の外側から器具の遠位端にあるエンドエフェクタを作動させることによって、腹部の外側からそれらを操作する。器具は、腹壁の筋肉を通じて延びる切開部によって定められる中心の周りで旋回する。外科医は、腹腔鏡カメラを介して手術部位の画像を表示するテレビモニタを用いて、処置をモニタリングする。腹腔鏡カメラは、腹壁を通じても手術部位に導入される。類似の内視鏡技法が、例えば、関節鏡検査、後腹膜鏡検査(retroperitoneoscopy)、胎盤鏡検査、腎臓鏡検査、膀胱鏡検査、槽鏡検査(cisternoscopy)、洞鏡検査(sinoscopy)、子宮鏡検査、尿道鏡検査、及び同等検査において、利用される。

「Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus」という名称の米国特許第７，１５５，３１５号は、外科医の器用さを増大させ且つ外科医が遠隔場所から患者を手術するのを可能にするよう、手術中における使用のための最小侵襲的な遠隔手術システムを記載する。遠隔手術は、外科医が、器具を手で直接的に保持して動かすのではなくむしろ、何らかの形態の遠隔制御、例えば、サーボ機構又は同等物を用いて、手術器具動作を操作する、手術システムについての一般用語である。そのような遠隔手術システムにおいて、外科医は、手術部位の画像を遠隔場所で提供される。視認は、典型的には、適切なビューア又はディスプレイ上の手術部位の三次元画像であるが、外科医は、遠隔場所で、サーボ機械的に作動させられる器具の動きを制御するマスタ制御装置を操作することによって、患者に対して外科処置を行う。

遠隔手術のために用いられるサーボ機構は、しばしば、２つ（外科医の両手の各々について１つ）のマスタコントローラからの入力を受け入れ、２つのロボットアームを含むことがある。各マスタ制御装置と関連するアーム及び器具アセンブリとの間の動作的な通信は、制御システムを通じて達成される。制御システムは、少なくとも１つのプロセッサを含み、少なくとも１つのプロセッサは、例えば、フォースフィードバックの場合、入力命令をマスタコントローラから関連するアーム及び器具アセンブリに、そして、アーム及び器具アセンブリから関連するマスタコントローラに中継する。

図１は、患者の体壁１０６を通じて延びる１つ又はそれよりも多くの器具１０４を受け入れる導管として作用する既知のカニューレ１０２を示す例示的な図面である。カニューレは、体腔の外側に配置される近位端部分１０８と、体腔内に延びる遠位端部分１１０とを含む。器具１０４は、典型的には、細長いシャフト部分１０４−１を含み、シャフト部分は、その遠位作業端に連結されるエンドエフェクタ１０４−２を有する。動作中、器具がカニューレ内に挿入されるときに、器具１０４及びカニューレ１０２の長手軸は整列させられる。幾つかの遠隔手術システムでは、リスト状の機構１０４−３が、シャフト１０４−１とエンドエフェクタ１０４−２との間で器具の遠位端に配置されて、体腔内のエンドエフェクタの回転的な動作を可能にする。

典型的には、最小侵襲的な手術の間、外科医が器具１０４を操作して、ある距離から外科処置を行い、それは、外科医が、手術中に、フィードバック源として物理的接触を用いる能力を減少させる。外科医は、例えば、カニューレ１０２を通じて延びる細長い器具シャフト１０４−１の端に配置されるエンドエフェクタ１０４−２を操作してよい。結果的に、外科医は、処置中に内部身体組織に対して加えられる力の量を検知する能力を失うことがある。N. Zemiti et al.のTrocar Device for Passing a Surgical Toolという名称の米国特許出願公開第２０１１／０１７８４７７号、A Force Controlled Laparoscopic Surgical Robot without Distal Force Sensing, Experimental Robotics IX, STAR 21, 152-163頁，Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006は、最小侵襲的な手術中に手術器具によって接触される内部身体組織に対して細長い器具によって加えられる力を推定するために用いられるセンサを含むトロカールを開示している。

カニューレは、１つ又はそれよりも多くの手術器具を受け入れるような大きさとされる近位開口を定めるヘッド部分を含む。ヘッド部分に剛的に締結される細長い内側チューブが、近位開口と遠位開口との間に細長い導管を定める。１つ又はそれよりも多くの手術器具が、近位開口を通じて挿入可能であり、導管を通じて遠位開口に延びる。細長いオーバーチューブが、ヘッド部分に剛的に締結され、内側チューブと同軸に整列させられ、内側チューブの部分の周りに延在する。オーバーチューブの内壁が、内側チューブの外壁から離間させられる。センサがオーバーチューブに配置されて、オーバーチューブの長手方向寸法に対して概ね横方向においてオーバーチューブの外壁に適用される力の表示をもたらす。

本開示の特徴は、添付の図面と共に判読されるときに、以下の詳細な記述から最良に理解される。業界内の標準的な慣行に従って、様々な構成を原寸通りに描いていないことを強調する。実際には、様々な構成の寸法は、議論の明瞭性のために、任意に増大され或いは減少されることがある。加えて、本開示は、様々な実施例において参照番号及び／又は文字を繰り返すことがある。この繰返しは単純性及び明瞭性の目的のためであり、それ自体は議論する様々な実施態様及び／又は構成の間の関係を決定しない。

患者の体壁を通じて延びる１つ又はそれよりも多くの器具のための導管として作用する既知のカニューレを示す例示的な側断面図である。 カニューレ内に挿入される器具に加えられる特定の力及び患者の体壁に加えられる結果としての力を表す例示的な図である。 幾つかの実施態様に従った第１のカニューレの例示的な側面図である。 幾つかの実施態様に従った図３Ａの第１のカニューレの断面図である。 幾つかの実施態様に従った第２のカニューレの例示的な側面図である。 幾つかの実施態様に従った６自由度センサの斜視図である。 幾つかの実施態様に従った内側チューブと衝突するように配置される器具を示す第１のカニューレの例示的な断面図である。 幾つかの実施態様に従った内側チューブに梃子の力を付与するように配置される器具を示す第１のカニューレの例示的な断面図である。 幾つかの実施態様に従った４つの代替的なセンサ配置を備えるオーバーチューブの部分の縦断面図を示す例示的な図である。 幾つかの実施態様に従った４つの代替的なセンサ配置を備えるオーバーチューブの部分の縦断面図を示す例示的な図である。 幾つかの実施態様に従った４つの代替的なセンサ配置を備えるオーバーチューブの部分の縦断面図を示す例示的な図である。 幾つかの実施態様に従った４つの代替的なセンサ配置を備えるオーバーチューブの部分の縦断面図を示す例示的な図である。 その長手方向寸法を変更する軸方向の力に晒される物体を表す例示的な図である。 長手構造の長手軸に対して横方向の力に晒される長手構造の両側に取り付けられるひずみ計の実施例を示す例示的な図である。 幾つかの実施態様に従ったロゼット状の構成において配置されるひずみ計を示す例示的な図である。 幾つかの実施態様に従った第２のカニューレの例示的な断面図である。

以下の記述は、当業者が器具―カニューレ衝突に起因する力から隔離されるセンサを備えるカニューレを創り且つ使用することを可能にするために提示される。実施態様に対する様々な変更が当業者に直ちに明らかであり、ここにおいて定められる一般的な原理は、発明的な主題の精神及び範囲から逸脱せずに、他の実施態様及び用途に適用されてよい。その上、以下の記述では、数多くの詳細が、説明の目的のために示されている。しかしながら、当業者は発明的な主題がこれらの具体的な詳細がなくても実施されることがあることを認識するであろう。異なる図面中の同じ品目の異なる図を提示するために、同一の参照番号が用いられることがある。よって、発明的な主題は、図示の実施態様に限定されることを意図せず、ここに開示される原理及び構成と一致する最広義の範囲が付与されるべきである。

図２は、カニューレ内に挿入される器具に対して加えられる特定の力及び患者の体壁に対する結果として得られる力を表す例示的な図面である。腹腔鏡手術及び遠隔手術の両方の間、カニューレ及びカニューレに挿入される器具の挿入及び動作は、患者の腹部の体壁に対して加えられる力をもたらす。カニューレ及びカニューレ内に挿入される器具は、例えば、図示するｙ軸と概ね平行に延びる、長手軸を有する。外科医は、腹腔鏡手術又は遠隔手術の間に、患者の体の外側に配置される器具の近位端に、カニューレ及び器具の長手軸に対して概ね垂直な力成分を有する横方向の力を付与することがある。器具に対する外科医の力は、カニューレに付与される。反応して、体腔の内側で、器具の遠位端によって接触される、内部身体組織は、患者の体の内側に配置される器具の遠位端に、カニューレ及び器具の長手軸に対して概ね垂直に向けられる力成分を有する横方向の力を加えることがある。器具に対する内部身体組織の力は、カニューレに付与される。外科医が付与する力の部位と組織が付与する力の部位との間に配置される体壁は、カニューレの垂直軸に対して概ね垂直に向けられる力成分を有する外科医の力及び組織の力の組み合わせに応答して、横方向の反力を加える。より具体的には、カニューレ内に挿入される器具の操作に応答して創り出される力は、患者の体壁が梃子の支点に配置される、梃子作用を創り出す。梃子作用と関連付けられるこれらの力は、組織外傷を引き起こし得る応力を体壁組織に対して加える。

図３Ａは、幾つかの実施態様に従った第１のカニューレ３０２の例示的な側面図である。図３Ｂは、幾つかの実施態様に従った図３Ａの第１のカニューレ３０２の断面図である。第１のカニューレ３０２は、ヘッド部分３０４と、細長い部分３０６とを含み、細長い部分３０６は、同軸の細長い内側チューブ３０８と、細長いオーバーチューブ３１０(overtube)とを含む。細長い内側チューブ３０８と細長いオーバーチューブ３１０とを含む細長い部分３０６は、概ね円筒形の輪郭である。細長い部分３０６は、ヘッド部分３０４から垂れ下がっている。より具体的には、内側チューブ３０８及びオーバーチューブ３１０は、ヘッド部分３０４に剛的に締結される（即ち、溶接され或いはその他の方法において機械的に接続される）。幾つかの実施態様において、内側チューブ３０８及びオーバーチューブ３１０は、ヘッド部分３０４と一体的に形成される。

内側チューブ３０８は、（１つのみを示している）１つ又はそれよりも多くの手術器具３１２を受け入れるような大きさとされる細長い内側導管を定める、内壁を含む。オーバーチューブ３１０は、内側チューブ３０８の少なくとも部分を取り囲み、体壁からの荷重の全てがオーバーチューブに付与されて、内側チューブに付与されないよう、体壁と接触するようになるほど十分に遠位に延びる。内側チューブ３０８は、オーバーチューブ３１０よりも長く、従って、オーバーチューブ３１０の遠位端を越えて遠位に延びる。オーバーチューブの遠位端を越えて延びる内側チューブ３０８は、通常の手術中に器具がオーバーチューブと直接的に接触するようにならないことを保証する。第１のカニューレは、患者の体壁３１４を通じて延びる細長い部分３０６で示されている。内側チューブ３０８は、１つ又はそれよりも多くの手術器具を受け入れるような大きさにされる横方向寸法を有し、患者の体内に外科アクセスをもたらすよう、遠位端に遠位開口を定める。以下に説明する図６Ａ−６Ｂにおいて明らかに提示するように、オーバーチューブ３１０は、内側チューブ３０８と同軸に整列させられ、通常の手術中に内側チューブ３０８と接触しないよう、内側チューブ３０８から横方向に離間させられる。より具体的には、図６Ａ−６Ｂにより明らかに示すように、内側チューブ及びオーバーチューブが通常の手術中に接触するようにならないよう、内側チューブ外径は、オーバーチューブ内径よりも十分に小さい。オーバーチューブ３１０壁と接触して配置されるセンサデバイス３１１が、体壁３１４によってオーバーチューブ３１０に付与される力の表示をもたらすように構成される。

典型的な外科処置の間に、第１のカニューレ３０２のヘッド部分３０４は、患者の体腔の外側に配置され、内側チューブ３０８の部分とオーバーチューブ３１０の部分とを含む細長い部分３０６の少なくとも部分は、体壁３１４を通じて患者の体腔の内部に延びる。細長い部分３０６は、例えば、図示するようにｙ軸と概ね平行な、長手軸を有する。１つ又はそれよりも多くの手術器具は、ヘッド部分３０４を通じて挿入可能であり、内側チューブ３０８の開放遠位端から患者の体の内部に突出するよう、内側チューブ３０８によって定められる器具受入れ導管を通じる中心軸と概ね平行に延び得る。

幾つかの実施態様において、ヘッド部分３０４及び内側チューブ３０８は、１つ又はそれよりも多くの器具を挿入してよい器具受入れ導管を定める、一体的な構造を含む。ヘッド部分３０４は、導管への近位開口３１６を定める。近位開口３１６は、器具の挿入及び除去における容易さをもたらすよう拡大され、ヘッド部分内の導管壁は、器具を内側チューブによって定められる導管のより狭い直径の細長い部分に案内するガイド面をもたらすよう、傾斜させられる。幾つかの実施態様において、ヘッド部分３０４は、外科処置中に体腔に通気するために内側チューブを通じて１つ又はそれよりも多くのガスを導入するガス導管（図示せず）も含む。幾つかの実施態様において、ヘッド部分３０４は、外科処置中の通気の間に、ガスが体腔から漏れ出るのを防止するためのシール（図示せず）も含む。腹腔鏡手術の間の使用のために適合される幾つかの実施態様において、ヘッド部分３０４は、例えば、本発明の部分を形成しないトロカール（図示せず）の挿入又は閉塞子（図示せず）の取出しの間に、外科医によって保持されるような大きさ及び形状とされる。

オーバーチューブ３１０は、それが、例えば、典型的な外科処置中に、概ねｘ軸又はｚ軸において付与される力を含む、患者の体壁３１４によってその長手軸に対して概ね横方向に付与される力に応答して、その長手方向に沿う１つ又はそれよりも多くの場所で撓み(deflect)得るような、剛性を有する。その上、オーバーチューブ３１０の剛性及び内側チューブ３０８からのその横方向間隔は、オーバーチューブが典型的な外科処置中に患者の体壁３１４に付与される力に応答してその長手中心軸に対して撓むときに、オーバーチューブの内壁及び内側チューブの外壁が物理的に互いに接触しないような、剛性及び横方向間隔である。幾つかの実施態様において、オーバーチューブと内側チューブとの間の間隔は、間隙３０７を含み、間隙３０７は、間隙６０７として図６Ａ−６Ｂにより明らかに表されており、間隙３０７は、患者の体内に細長い部分３０６を挿入するために必要とされる外科切開部の大きさを有意に増大させないよう、カニューレ３０２の細長い部分３０６の全体的な直径を有意に増大させないのに十分な程に狭い。

通常の手術中、内側チューブとオーバーチューブとの間に定められる（図６Ａ−６Ｂを参照してより十分に以下に記載され且つ例示される）間隙領域３０７は、例えば、外科処置の過程における内側チューブとの器具接触の故に内側チューブ３０８に付与されることがある撓みから、オーバーチューブ３１０を隔離する。そのような器具接触は、外科処置中の外科医の又は遠隔操作ロボットの器具の操作に起因して内側チューブの内壁を叩く器具を含んでよい。従って、オーバーチューブ３１０と接触する（以下により十分に記載する）センサデバイスは、器具と内側チューブ３０８との間の衝突の故に付与される撓み力の影響から隔離される。よって、幾つかの実施態様に従ったカニューレは、オーバーチューブに付与される体壁荷重から内側チューブの内壁との器具衝突によって付与される力の不明確さを取り除く(disambiguate)。

図４は、幾つかの実施態様に従った第２のカニューレ４０２の例示的な側面図である。第１のカニューレ３０２の構成と実質的に同じ第２のカニューレの構成が、図３Ａ−３Ｂ中の対応する構成を特定するために用いられる参照番号によって特定されており、更に議論されない。第２のカニューレ４０２は、６自由度（６−ｄｏｆ）センサデバイス４０３を含む。幾つかの実施態様において、６−ｄｏｆセンサ４０３は、スチュワートプラットフォーム(Stewart platform)に基づく力／トルクセンサを含む。第２のカニューレ４０２は、ヘッド部分４０４と、同軸に整列させられる細長い内側チューブ４０８と、細長いオーバーチューブ４１０とを含む。内側チューブ４０８は、（１つだけが示されている）１つ又はそれよりも多くの手術器具４１２を受け入れるような大きさとされる。第２のカニューレ４０２のオーバーチューブ４１０は、第１のオーバーチューブ部分４１０−１と、第２のオーバーチューブ部分４１０−２とを含み、６−ｄｏｆセンサ４０３は、第１及び第２のオーバーチューブ部分の間に配置される。

図５は、幾つかの実施態様に従った６自由度センサ４０３の斜視図である。６−ｄｏｆ力／センサは、器具（図示せず）及び内側チューブ４０８が延び得る中央開口４２４を定める環状形状を有する。幾つかの実施態様において、６−ｄｏｆセンサは、力を検知するシリコンひずみ計を含む。図４を再び参照すると、第１のオーバーチューブ部分４１０−１は、第２のカニューレ４０２のヘッド部分３０４から剛的に垂れ下がる。第１のオーバーチューブ部分４１０−１は、６−ｄｏｆセンサ４０３の近位表面領域４３０と動作的に接触するような大きさとされる第１の環状フランジ４２８−１を定める遠位端を含む。第２のオーバーチューブ部分４１０−２は、６−ｄｏｆセンサ４０３の遠位表面領域４２６と動作的に接触するような大きさとされる第２の環状フランジ４２８−２を定める近位端を含む。取付け締結具（例えば、ネジ）４２９も見える。

図６Ａは、幾つかの実施態様に従った器具６２２と内側チューブ６０４との間の例示的な衝突を表す第１のカニューレ６００の例示的な断面図である。第１のカニューレ６００は、ヘッド部分６０２と、細長い部分６０３とを含む。ヘッド部分６０２は、外科処置中に内側チューブ６０４の内側及び内側チューブを介して患者の体腔の内側に通気ガスを導入し得る、通気導管６４０を定める。細長い部分６０３は、同軸内側チューブ６０４とオーバーチューブ６０６とを含み、それはヘッド部分６０２から垂れ下がる。内側チューブは、器具受入れ導管と外壁６１９とを定める内壁６０５を含む。間隙６０７は、内側チューブの外壁６１９とオーバーチューブの内壁６１６とによって定められる。内側チューブ６０４の内壁６０５及びヘッド部分６０２は、共に、器具受入れ導管６０８を定める。ヘッド部分６０２は、導管６０８に対する近位開口６１０を定める。内側チューブ６０４の遠位端は、患者の体腔に近接して導管６０８に対する遠位開口６１２を定める。ひずみセンサ６１４が、オーバーチューブ６０４の内壁６１６及び／又はオーバーチューブ６０４の外壁６１８と接触するように配置され、オーバーチューブに付与されるひずみを測定するように構成される。

図６Ｃ１−６Ｃ４の例示的な図面を参照すると、幾つかの実施態様に従った４つの代替的なセンサ配置構成を備えるオーバーチューブ６０６の部分の縦断面図が示されている。図６Ｃ１は、オーバーチューブ６０６の外壁６１８上の例示的な第１のセンサ配置を示している。外壁６１８の１つの側面に、センサ６１４があり、センサ６１４から反対側の外壁６１８上で１８０度離れて、相補的なセンサ６１４がある。図６Ｃ２は、オーバーチューブ６０６の内壁上の例示的なセンサ配置を示している。内壁６１６の１つの側面には、センサ６１４があり、内壁６１６の反対側の面する部分には、相補的なセンサ６１４がある。図６Ｃ３は、オーバーチューブ６０６の内壁６１６及び外壁の両方での例示的な第３のセンサ配置を示している。内壁６１６には、センサ６１４があり、そのセンサ６１４の正反対の外壁６１８の部分には、相補的なセンサ６１４がある。図６Ｃ４は、図６Ｃ３のセンサ配置のような冗長センサ配置を備える例示的な第４のセンサ配置を示している。

図６Ａを再び参照すると、外科処置の遂行中、第１のカニューレ６００は患者の体壁６２０を通じて延び、器具６２２が導管６０８内に延びて、患者の体腔の内側に達する。器具６２２は、外科処置を行うときの使用のためのエンドエフェクタ６２４を含んでよい。外科医のような操作者６２６又は遠隔操作手術システムは、器具が導管６０８内に延びて患者の体内に至る間に器具６２２を操作する。

処置中、操作者６２６によって器具６２２の上に付与される力_操作者及び／又は患者組織によって器具６２２の上に付与される力_組織は、器具を内側チューブ６０４の内壁６０５と衝突させ、それは内側チューブ６０４の内壁６０５の上に力_器具を付与する。しかしながら、器具衝突力は、オーバーチューブ６０６に付与されない。何故ならば、それは間隙６０７によって内側チューブ６０４から隔離されているからである。よって、オーバーチューブ６０６におけるひずみを検知するように構成されるセンサ６１４は、器具６２２と内側チューブ６０４との間の衝突に起因して付与される力Ｆ_器具からの撓みを検出しない。

内側チューブ６０４の内壁６０５の上の力Ｆ_器具は、オーバーチューブ６０６０を通じて患者の体壁に荷重を付与することが理解されるであろう。しかしながら、内側チューブ６０４とオーバーチューブ６０６との間の間隙６０７は、オーバーチューブ６０６を、内側チューブ６０４と器具６２２との間の衝突に起因して被る撓みから隔離する。よって、オーバーチューブ６０６に付与される撓みは、患者の体壁力に由来し、それは内側チューブ６０４の内壁６０５の上の力Ｆ_器具に応答することがあるが、そのような撓みは、器具６２２とオーバーチューブ６０６との間の衝突の故に付与されない。何故ならば、そのような衝突はないからである。

オーバーチューブ６０６は、その長手軸に対して概ね垂直な方向において、例えば、ｘ軸又はｚ軸において、患者の体壁６２０によって付与されるが、カニューレと体壁との間の角度、例えば、θが９０度でないときに、ｙ軸における成分力を有する、横方向の力に応答して、その長手軸に対して撓み得るような、剛性(stiffness)を有する。加えて、オーバーチューブ６０６は、それが、例えば、ｙ軸方向において、非横方向の体壁力に応答して、その長手軸に沿って縮み或いは伸張し得るような、圧縮力を有する。

より具体的には、幾つかの実施態様において、オーバーチューブ剛性は、応力、即ち、既知のヤング率に対する予測可能な線形のひずみ応答を有する。より具体的には、幾つかの実施態様において、オーバーチューブの剛性は、典型的な約０〜３０ニュートンの体壁荷重の下でチューブが撓み且つ恒久的に変形しない程に大きい。より一層具体的には、幾つかの実施態様において、オーバーチューブの剛性は、約０〜５０ニュートンの荷重の下でチューブが撓み且つ恒久的に変形しない程に大きい。幾つかの実施態様では、約０．００５〜０．０５０の壁厚を備える、好ましくは、約０．０１２〜０．０３０の壁厚範囲を備え、約０．２５〜１インチの、好ましくは、約０．４〜０．６インチの範囲の外径を備える、ステンレス鋼オーバーチューブが、体壁からの通常の荷重の下で撓むが恒久的に変形しない、受け入れ可能な剛性を有する。好ましくは、幾つかの実施態様において、オーバーチューブと内側チューブとの間の間隔は、オーバーチューブが撓むときに、オーバーチューブの内径（ＩＤ）が内側チューブの外径（ＯＤ）と接触しないよう、十分に大きいが、オーバーチューブの外径が最小侵襲的な手術における典型的なカニューレ直径を提示するように、十分に小さくなければならない。幾つかの実施態様において、オーバーチューブＩＤと内側チューブＯＤとの間の、図６Ａの間隔６０７は、約０．００７〜０．１インチであり、好ましくは、約０．０１５〜０．０３５インチの範囲である。

図６Ｂは、幾つかの実施態様に従った、内側チューブ６０４に梃子の力を付与するように配置される器具６２２を示す、第１のカニューレ６００の例示的な断面図である。図６Ａ及び図６Ｂは、内側チューブ内の器具の配置及び付与される力を除き同じであることが理解されるであろう。操作者が力Ｆ_操作者を付与し、組織が組織Ｆ_組織を付与すると想定すると、それらは、器具６２２を、内側チューブ６０４の近位端に隣接する内側チューブ６０４の内壁６０５に対して、図６Ｂにおける左に押し、器具６２２を、内側チューブ６０４の遠位端に隣接する内側チューブ６０４の内壁６０５に対して、図６Ｂにおける右に押す。これらの条件の下で、例えば、第１のカニューレ６００は、体壁６２０の場所の周りで、破線６３０によって概ね示される場所に支点を有する梃子として作用する。

これらの条件の下で、体壁力Ｆ_体壁が、患者の体壁６２０に付与される。例えば、体壁力は、例えば、オーバーチューブ６０６の遠位端が、図面における概ね右の方向において力を付与し、オーバーチューブ６０６の近位端が、図面における概ね左の方向において力を付与する、トルク又は力であり得る。ｘ軸及び／又はｚ軸についてのオーバーチューブ６０６に対するトルクの力は、例えば、体壁６２０の場所の周りで中心化される。幾つかの実施態様において、体壁力Ｆ_体壁は、オーバーチューブ６０６に付与され、オーバーチューブ６０６は、体壁力に応答して撓むことがある。センサ６１４は、力又はトルクに起因するオーバーチューブにおけるひずみを検出して、ひずみの測定値を提供し得る。

センサデバイス６１４は、オーバーチューブ６０６の撓みを測定するために、オーバーチューブ６０６と物理的に接触して配置される。センサデバイスは、オーバーチューブの内壁６１８と接触して、オーバーチューブの内壁６１６と接触して、或いはそれらの両方と接触して配置させられ得る。幾つかの実施態様において、センサデバイス６１４は、ひずみ計として作用するように構成される。ひずみは、適用される力に起因する体の変形の量の測定値である。より具体的には、ひずみは、長さの部分的な変化として定められ得る。

図７は、その長さ寸法を変更する軸方向の力に晒される物体７０２を表す例示的な図面である。力がないときの物体の長さは、Ｌである。力に応答する物体の長さの変化は、ΔＬである。

ひずみをε＝ΔＬ／Ｌとして定め得る。

図８は、治具８０６から水平方向に垂れ下がり且つ構造８０４の長手軸（Ｌ）に対して横方向の力に晒される長手構造８０４の両側に取り付けられる、第１及び第２のひずみ計８０２−１，８０２−２の実施例を示す、例示的な図面である。構造８０４の長手軸に対して横方向に付与される例示的な概ね下向きの一軸力が、伸張において力が付与される、構造のある側面に取り付けられる、静止長さＬ_１を有する第１のひずみ計８０２−１を変位させ、第１のひずみ計８０２−１の長さ寸法をＬ_１＋ΔＬ_１に増大させる。結果的に、構造８０４の長手軸に対して横方向に付与される下向きの一軸力は、圧縮において力が付与される、それとは反対の構造８０４の側面に取り付けられる、静止長さＬ_１を有する第２のひずみ計８０２−２を変位させ、第２のひずみ計８０２−２の長さ寸法をＬ_１−ΔＬ_２に減少させる。幾つかの実施態様によれば、ひずみ計は、オーバーチューブ６０６の内壁６１６及び外壁６１８に取り付けられ、適用される力を多数の方向において測定するために様々な構成においてオーバーチューブの周りに離間させられてよい。

図６Ｂを参照して上で説明したように、体壁からのモーメントは、荷重を受ける部材の長さにおける様々な地点に沿う同時の伸張及び圧縮を含む複雑なチューブ撓みを生む。幾つかの実施態様において、そのようなモーメントは、互い違い構成のひずみ計が用いられるときに計算され得る。何故ならば、ひずみ計は、オーバーチューブの表面の内壁及び外壁に沿う既知の地点で伸張及び圧縮の両方を受けているからである。

図９は、幾つかの実施態様に従ったロゼット状の構成に配置されたひずみ計９０２を示す例示的な図面である。ひずみ計は、当業者に周知である。幾つかの実施態様において、ひずみ計は、格子パターンに配列される極めて精細な金属ワイヤ、フォイル（箔）、ファイバ等を含む、格子パターン９０４を含むことがある。格子９０４は、ひずみを測定する品目に直接的に取り付けられる、一般的にキャリアと呼ばれる、薄い裏当て（図示せず）に結合される。そのような品目が受けるひずみは、ひずみ計に直接的に伝えられ、それは電気抵抗において既知の、例えば、線形の変化で応答する。ロゼット状(rosette-like)の構成では、多数のひずみ計が、ロゼット状の配列において互いに対して既知の角度（例えば、α、β、γ）に位置付けられて、長手ひずみを平面ひずみの３つの独立的な成分に変換する。幾つかの実施態様によれば、ロゼット構造に配置されるセンサのグループをオーバーチューブ６０６の内壁６１６及び外壁６１８に沿って互い違いにさせて、ｘ軸及びｚ軸についてのモーメントを測定し得る。

図１０は、幾つかの実施態様に従った第２のカニューレ１０００の例示的な断面図である。第２のカニューレ１０００は、環状の６−ｄｏｆセンサ６３２を含む。オーバーチューブ６０６は、６−ｄｏｆセンサ６３２の近位表面領域６４０と動作的に接触するような大きさとされる第１の環状フランジ６３８を含む、第１のオーバーチューブ部分６３６を含む。オーバーチューブ６０６は、６−ｄｏｆセンサ６３２の遠位表面領域６４６と動作的に接触するような大きさとされる第２の環状フランジ６４４を定める近位端を有する、第２のオーバーチューブ部分６４２を含む。よって、第２のオーバーチューブ部分６４２は、６−ｄｏｆセンサ６３２から懸架される。他の特徴において図６Ａ−６Ｂ及び図１０の第１及び第２のカニューレは実質的に同じであることが理解されるであろう。

本発明に従った実施態様の前述の記述及び図面は、本発明の原理の例示であるに過ぎない。従って、当業者は、付属の請求項において定められる本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、様々な変形を実施態様に行い得ることが理解されるであろう。

Claims (15)

1. シャフトを含む手術器具と、
   組織と接触するように配置され、前記手術器具の前記シャフトを受け入れるような大きさとされる導管を定め、複数のセンサを含む、入口ポートとを含み、
   前記複数のセンサは、前記手術器具の前記シャフトが前記導管内に挿入される間に、前記入口ポートに対して付与される組織荷重を測定するように構成される、
   手術システム。
2. 前記入口ポートは、
   内側チューブと、
   該内側チューブと同軸に整列させられるオーバーチューブとを含む、
   請求項１に記載の手術システム。
3. 前記内側チューブは、前記シャフトを受け入れるような大きさにされる前記導管を定め、
   前記オーバーチューブは、前記内側チューブの少なくとも部分について延在する、
   請求項２に記載の手術システム。
4. 前記入口ポートは、
   前記シャフトを受け入れるような大きさにされる前記導管を定める内側チューブを含み、
   前記複数のセンサと前記内側チューブとの間に間隙が配置される、
   請求項１に記載の手術システム。
5. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの上に配置され、
   前記オーバーチューブは、前記内側チューブの少なくとも部分について延在し、前記オーバーチューブと前記オーバーチューブ内に延在する前記内側チューブの前記部分との間に間隙が延在する、
   請求項２に記載の手術システム。
6. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの上に配置され、
   前記内側チューブは、前記シャフトを受け入れるような大きさにされる前記導管を定め、
   前記オーバーチューブは、前記内側チューブの少なくとも部分について延在し、前記オーバーチューブと前記オーバーチューブ内に延在する前記内側チューブの前記部分との間に延在する間隙が、前記オーバーチューブを、前記シャフトによって前記内側チューブに付与される力から隔離する、
   請求項２に記載の手術システム。
7. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブに付与される力及びモーメントのうちの少なくとも一方の表示を提供するように配置される、請求項２に記載の手術システム。
8. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの撓みの表示を提供するように配置される、請求項２に記載の手術システム。
9. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの上に配置される、請求項２に記載の手術システム。
10. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの内壁に取り付けられる１つ又はそれよりも多くのセンサを含む、請求項２に記載の手術システム。
11. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの外壁に配置される１つ又はそれよりも多くのセンサを含む、請求項２に記載の手術システム。
12. 前記複数のセンサは、前記オーバーチューブの内壁に取り付けられる１つ又はそれよりも多くのセンサを含み、前記オーバーチューブの外壁に配置される１つ又はそれよりも多くのセンサを含む、請求項２に記載の手術システム。
13. 前記内側チューブの部分が、前記オーバーチューブ内に延び、前記内側チューブの部分が、前記オーバーチューブの外側に延びる、請求項２に記載の手術システム。
14. 前記オーバーチューブは、組織と接触して配置され、
    前記内側チューブは、前記シャフトを受け入れるような大きさにされる前記導管を定め、
    前記複数のセンサは、前記オーバーチューブに付与される力及びモーメントのうちの少なくとも一方の表示を提供するように配置される、
    請求項２に記載の手術システム。
15. 前記手術器具は、エンドエフェクタを含み、
    前記入口ポートに付与される組織荷重は、前記手術器具の前記エンドエフェクタに加えられる組織の力に関連する、
    請求項１に記載の手術システム。

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