本発明、ならびに、そのさまざまな特徴および有利な詳細は、非限定的な実施形態を参照して、より完全に説明されており、非限定的な実施形態は、添付の図面に図示されており、以下の説明の中に詳述されている。周知の材料、製造技法、パーツ、および機器の説明は、不必要に本発明を曖昧にしないようにするために詳細には省略されている。しかし、詳細な説明および特定の例は、本発明の好適な実施形態を示しているが、図示目的のためだけに与えられており、限定のために与えられているのではないことを理解されたい。根底にある発明概念の精神および/または範囲の中のさまざまな置換、修正、追加、および/または再配置が、この開示から当業者に明らかになる。
以降では、本発明の例示的な実施形態による外科手術装置が、図面を参照して具体的に説明される。ここで、コンポーネント間の位置関係の説明は、基本的に、図面を参照して行われる。図面において、実施形態の中の構造は、明確化のために、簡単化されているかまたは誇張され得る。したがって、本発明は、この例示的な実施形態に限定されるのではなく、その代わりに、さまざまな種類のデバイスが、追加され、変更され、または省略され得る。
本明細書で使用されているように、患者の対象者という用語は、デバイスによる医学的介入を受け取る者を表している。特定の態様では、患者は、人間の患者である。他の態様では、患者は、コンパニオンアニマル、スポーツアニマル、家畜、または家畜類の動物である。
この例示的な実施形態は、挿入部の内側に延びる複数の通路を有する外科手術装置を参照して説明される、さまざまな種類の外科手術器具が、それぞれの通路の中に位置する。しかし、本発明は、この例示的な実施形態に限定されず、さまざまな外科手術装置に適用可能であり、さまざまな外科手術装置は、遠位端部において屈曲可能なカテーテル、内視鏡、および外科手術ロボットを含むことに留意されたい。
図1は、本発明の例示的な実施形態による外科手術装置を図示する図である。図1に図示されているように、外科手術装置1は、外科手術装置の遠位端部に設けられた挿入部20と、挿入部20の近位端部に位置する操作部10とを含む。
挿入部20は、外科手術の間に外科手術部位の中へ挿入される外科手術器具10の部分を形成している。挿入部20は、遠位カップラー1140の中で終端する可撓性で生体適合性の取り囲むシース202から構成されており(たとえば、図56を参照)、外科的手術において使用するための少なくとも1つの外科手術器具30が、シース202の中に選択的に位置しているか、または、シース202から延在されている。外科手術器具30は、取り囲むシース202の外側壁部によって画定される中空通路の中に選択的に位置している。外科手術器具30が、取り囲むシース202および遠位カップラー1140から延在されているときには、外科手術器具30は、挿入部20の遠位端部16において遠位カップラー1140から外向きに延在しており、また、外科手術器具30は、この位置において、外科手術を実施するのに有用であるか、または、外科手術器具30がその中に位置している体腔のイメージをキャプチャーするのに有用である。挿入部長さは、図1において図示しやすくするために短くされており、実際のデバイスでは、1メートルを超えるオーダーの長さであることが可能である。
図1の実施形態において、図1の外科手術装置の挿入部20のシース202は、3つの外科手術器具30を含み、3つの外科手術器具30は、シース202を通って延在しており、また、図1に示されているように、シース202の端部においてカップラーの外向きに延在している。図1では、4つの外科手術器具のうちの2つは、その遠位端部においてそのエンドエフェクタ300として鉗子31を含む。そのような外科手術器具は、外科医または医者などのようなオペレーターによって使用され、鉗子を操作することによってさまざまな外科的手術を実施することが可能である。追加的に、ブレード、縫合ユニット、針などを含む、他のさまざまなタイプの外科手術エレメントが、外科手術器具30のエンドエフェクタとして配備され得る。実施形態において、第3の外科手術器具は、イメージングユニット32である。イメージングユニット32は、体腔表面のイメージをキャプチャーするための電荷結合素子と、電荷結合素子が体腔のイメージをキャプチャーすることを可能にするために体腔表面を照射する照射デバイス、たとえば、LEDなどとを含む。代替的に、第4の外科手術器具、たとえば、作業チャネルをその中に備えたルーメンユニット33などは(作業チャネルを通して、さまざまな器具が挿入され得る)、シース202を通して延在され、カップラーにおいて終端することが可能である。
挿入部20の遠位端部16から延在する外科手術器具30は、その柔軟な部分が適切なスペースの中で曲げられるかまたはその他の方法で操作され得るように構成されており、柔軟な部分がその中に配備されている体腔の内側壁部に対して特定の配向で面するように、柔軟な部分の端部を方向付けする。外科手術器具30の一部分の屈曲は、挿入部20の遠位端部16の方向および配向とは異なる方向もしくは配向に外科的手術が実施されること、または、異なる方向もしくは配向からイメージをとることを可能にする。本明細書において、挿入部20の遠位端部16に対してその配向を変化させるための外科手術器具30の操作は、外科手術器具30に沿って延在する複数のワイヤによって提供され、それは、詳細に下記にさらに説明される。
操作部10は、挿入部20の近位端部に設けられており、挿入部20および/または外科手術器具30を操作するように構成されている。操作部10の遠位端部は、挿入部20の近位端部に接続されており、この例示的な実施形態では、挿入部20に取り外し可能に接続され得る。少なくとも1つの駆動部が、操作部10の中に設けられている。駆動部40は、挿入部20、および/または、外科手術器具30のさまざまなタイプのワイヤ部材に機械的に接続され、駆動部40は、外科手術器具30の一部の屈曲移動を含む、挿入部20および/または外科手術器具30のさまざまな運動を可能にする。駆動部の構造および動作が、本明細書において後に詳述される。
以降では、上記に説明された外科手術装置の詳細な構成が、図面を参照して、より詳細に説明される。
図2は、図1の外科手術器具のうちの1つの断面図である。図2に図示されているように、外科手術器具30は、遠位端部において、操向可能な部材100を含み、操向可能な部材100は、その長さを横切る1つまたは複数の場所において屈曲可能であり、同様に、チューブ状の可撓性部材200の中心長手方向軸線18の周りに回転可能である。操向可能な部材100は、中空チャネル(この図には示されていない)を備えた複数の屈曲セグメント110を有しており、複数の屈曲セグメント110は、直列に互いに接触している。可撓性材料を含むチューブ状の可撓性部材200が、駆動部40(たとえば、図54を参照)から延在しており、操向可能な部材100の近位端部との接続部において終端している。それぞれのチューブ状の可撓性部材200は、中空チューブとして構成されており、それによって、外科手術器具30の遠位端部への接続部から駆動部40の間に延在する複数のワイヤ部材、および、駆動部40から操向可能な部材100へ延在して駆動部40へ戻るさらに複数のステアリングワイヤが延在している。図2では、エンドエフェクタ300が、操向可能な部材100の遠位端部に設けられており、エンドエフェクタ300が、本明細書において後に詳述されるように、エンドエフェクタアクチュエーションワイヤ500によって選択的に作動される。
操向可能な部材100のそれぞれの屈曲セグメント110は、屈曲アクチュエーションワイヤ400の制御の下でそれらの間の角度方向の運動を可能にする方式で、隣接する屈曲セグメント110に接続されている。屈曲アクチュエーションワイヤ400は、操向可能な部材100およびチューブ状の可撓性部材200を通過するような方式で位置しており、屈曲アクチュエーションワイヤ400の遠位端部は、操向可能な部材100に接続されており、屈曲アクチュエーションワイヤ400の近位端部は、個々の導管を通って延在しており、個々の導管は、可撓性部材の長さを通して延在し、個々の導管は、駆動部分40に接続されている。それぞれの屈曲セグメント110は、長さ方向に形成されている複数のルーメン112を含み、それにより、屈曲アクチュエーションワイヤ400が、ルーメン112の中に位置し、ルーメン112を通って延びてよい(図5A)。したがって、屈曲アクチュエーションワイヤ400が操作部10によって移動されるとき、複数の屈曲セグメント110は、ヒンジ式に移動し、したがって、操向可能な部材100を曲げる。
図3は、ワイヤ400の動きによって操向可能な部材の屈曲に起因する、ワイヤの中でつくられる緩みを概略的に図示する図である。屈曲セグメント110の各々がLの長さおよび2rの幅を有するとする。隣接する屈曲セグメント110は、それらの対面する側部の中間(それは、外周からrの距離にある)において、ヒンジ接続されている。屈曲アクチュエーションワイヤ400が、それぞれの屈曲セグメントの幅の2つの対向する側部に位置しており、それぞれの屈曲セグメントの側部(それは、それぞれのヒンジ接続された部分からLの距離にある)を通過するとする。
図3Aは、操向可能な部材の2つのセグメント間の相対的な屈曲移動の前の操向可能な部材の2つのセグメントを図示しており、図3Bは、曲率半径Rまで曲げられたときの操向可能な部材の2つのセグメントを図示している。ワイヤ400は、その第1の側において、操向可能な部材の最も遠位のセグメントに接続されており、そこからチューブ状の可撓性部材200を通して駆動ユニットへ通っており、駆動ユニットにおいて、ワイヤ400は、プーリーに巻き付けられており、そこから、ワイヤの残りの長さが、チューブ状の可撓性部材200を通って延在して戻り、チューブ状の可撓性部材200の最も遠位のセグメントの反対側に接続している。図3Bでは、2つの屈曲セグメント110の間のベンドの角度は、θによって示されている。以下の等式は、屈曲の前の2つの屈曲セグメントの間の2つのワイヤ部分の長さの総計と、屈曲の後の2つのワイヤ部分の長さの総計とを比較する。屈曲の前の2つのワイヤ部分の長さがそれぞれL
1およびL
2によって示されており、屈曲の後の2つのワイヤ部分の長さがそれぞれL
1’およびL
2’によって示されている場合に、2つの長さの間の差ΔLは、以下の通りである。
上記式から見ることができるように、屈曲の後の2つの屈曲セグメントの間の2つのワイヤ部分の長さの総計は、屈曲の前のものよりも小さい。したがって、両側のワイヤが互いに連動して操作されるときに、ΔLの緩みが、それぞれの屈曲セグメントの間に作り出される。これは、屈曲が起こるときに、曲率中心の反対側のワイヤの長さの変化の量(L1’−L1)は、曲率中心の近くのワイヤの長さの変化の量(L2−L2’)よりも小さいからである。したがって、屈曲に起因して、バックラッシュが生成され、したがって、微調節を困難にする。
それとは対照的に、この例示的な実施形態では、屈曲セグメントは、屈曲によって引き起こされる緩みを最小化するために、さまざまな形状で構成され得る。図4は、改善された屈曲セグメント構造による、ワイヤの緩みを概略的に図示する図である。図4に図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤが位置するルーメン112の一部が開いているように、改善された屈曲セグメント110は構成されている(図5を参照)。ここで、tは、オープンルーメン部分の長さを示している。曲率中心の近くのワイヤは、オープンルーメン部分に起因して、より短い経路を有しているが、曲率中心の反対側のワイヤは、対応するオープンルーメン部分において、過剰な長さが追加される経路を有する。このケースでは、曲率中心の近くのワイヤの経路L
2*は、長さが以前の経路(図3のL
2’)に等しく、曲率中心の反対側のワイヤの経路L
1*は、以前の経路(図3のL
1’)よりも長い。この経路長さの増加は、曲率中心の反対側のオープンルーメン部分の側壁(屈曲セグメントの中心の近く)がスタンブリング部分(stumbling portion)114を形成し、経路を通過する屈曲アクチュエーションワイヤ400がスタンブリング部分114に接触してスタンブルする(stumble)からである(図5を参照)。したがって、改善された屈曲セグメントを使用して屈曲が起こるとき、ΔLは、以下の通りである。
上記に述べられているように、改善された屈曲セグメント110が緩みの長さΔLを低減させるように構成されている状態で、外科手術装置1の移動は、微細に制御され得る。一般的に、オープンルーメン部分の長さtは、屈曲セグメントの長さLの10%以上であることが可能である。屈曲セグメントの寸法、ベンドの角度などに応じて、緩みの長さΔLの低減の量は異なるが、緩みの長さΔLは、おおよそ30%以上だけ低減され得る。
改善された屈曲セグメントは、さまざまな方式で設計され得る。以降では、屈曲セグメントのさまざまな例示的な実施形態が、図5から図11を参照して詳細に説明される。
図5は、1自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。図5に示されている屈曲セグメント110は、中空チャネル111がその中に形成された本体部を有する。1対の接続パーツ120が、本体部の長さの一方の端部に設けられており、他の1対の接続パーツ120が、反対側の端部に設けられている。それぞれの対の接続パーツ120は、本体部の幅の2つの対向する側部に互いに向かい合って位置しており、中空チャネル111が、それらの間の中間にある。
それぞれの屈曲セグメント110は、隣接する屈曲セグメントにヒンジ接続されており、この実施形態では、それぞれの屈曲セグメント110は、その接続パーツによって相互接続されており、接続パーツは、隣接する屈曲セグメントに連結されている。図5では、接続パーツ120は、それらを一緒にピン止めすることによって接続されている。しかし、接続パーツ120は、たとえば、ヒンジシャフトなどによって、互いに対して物理的に拘束される必要はなく、ヒンジ軸線の周りに互いに対して移動することが可能である。接続パーツ120のヒンジシャフトがすべて同じ配向を有するので、すなわち、接続パーツ120のヒンジシャフトが互いに平行になっているので、図5の操向可能な部材は、1自由度を有しており、1自由度では、操向可能な部材が(図面に示されているように)左または右に曲がる。体腔の周りに360度にわたって体腔の部分に面するように、操向可能な部材100の遠位端部を位置付けおよび配向させることを可能にするために、チューブ状の可撓性部材200は、駆動部40によってその長手方向軸線18の周りに回転可能であり、駆動部40は、操向可能な部材100がルーメンの側壁部に面しているときに、操向可能な部材の遠位端部が体腔の内側壁部の周りに面している方向を、オペレーターが円周方向に移動させることを可能にする。
それぞれの屈曲セグメント110は、1対のルーメン112を含み、1対のルーメン112の中に、屈曲アクチュエーションワイヤが位置する。1対のルーメン112は、屈曲セグメント110の断面の中心に対して概して平行に、中空本体部の壁表面を通って延在する開口部を通して形成されており、また、1対のルーメン112は、屈曲セグメント110の断面の中心の周りに対称的に配置されており、したがって、互いから所定の距離に間隔を置いて配置されている。
図5Aおよび図5Bに示されているように、屈曲セグメント110のルーメンは、部分的に開いている。具体的には、それぞれのルーメンは、クローズドルーメン部分112bを含み、クローズドルーメン部分112bは、その端部のいずれかにおいてオープンルーメン部分112aへと開口している。クローズドルーメン部分112bでは、ルーメン壁部が、図5Bに示されているように、壁表面によって囲まれており、屈曲アクチュエーションワイヤが、この囲まれている構造に起因して、クローズドルーメン部分112bの中に拘束されるようになっている。それとは対照的に、オープンルーメン部分112aでは、その壁部の少なくとも一部は、オープン構造を有する。したがって、オープンルーメン部分112aの中に位置する屈曲アクチュエーションワイヤは、このオープン部分においてルーメンの外向きに移動可能であり得る。
この例示的な実施形態では、オープンルーメン部分112aは、屈曲セグメントの外側の壁部113aの部分(外側の壁部113aの部分は、屈曲セグメントの断面の中心の反対側にある)が開いている構造を有する。したがって、屈曲セグメントの相対的なアーチ形の移動が起こるときに、結果として生じる曲げられる操向可能な部材の曲率中心の近くのワイヤ400aは、オープンルーメン部分の外側部分に向けて(外向き方向に)移動し、それは、屈曲セグメントが、ルーメンが屈曲セグメントの長さまたは高さにわたって閉じられている屈曲セグメントと比較して、より短い長さで接続されることを可能にする。屈曲セグメント110の反対側のルーメン112では、ワイヤ400bは、屈曲セグメントの断面の中心の最も近くのオープンルーメン部分の壁部113bの部分に接触して引っ張られ、オープンルーメン部分は、スタンブリング部分114を形成し、ワイヤが、スタンブリング部分114に接触してスタンブルし、すなわち、ワイヤ400bとオープンルーメンの壁部113bとの間の摩擦は、ワイヤ400bを少なくとも壁部113bに接触して瞬間的に結合させる。したがって、屈曲が起こるときに、曲率中心の反対側のワイヤ400bは、ルーメン112の内側壁部とのより大きい接触面積を有し、それによって、緩みの長さを低減させる。
図5Aおよび図5Bでは、クローズドルーメン部分112bがルーメン長さの中間に形成され、オープンルーメン部分112aがクローズドルーメン部分112bのどちらの側にも位置するように、屈曲セグメント110のそれぞれのルーメン112は構成されていることが示されている。これは、単なる例に過ぎず、長さに沿ってルーメン112の一方の側が、オープンルーメン部分を形成することが可能であり、他方の側が、クローズドルーメン部分を形成することが可能である。代替的に、1対の隣接する屈曲セグメントのオープンルーメン部分は、ヒンジシャフトに対して対称的に配置され得る。このように、屈曲アクチュエーションワイヤが位置するルーメンは、屈曲セグメントの断面の中心に近い壁表面(内側壁表面)113bがその断面の中心の反対側の壁表面(外側壁表面)113aよりも長くなるように、さまざまに変更され得る。
図5Aおよび図5Bは、オープンルーメン部分112aがクローズドルーメン部分112bよりも長いことを図示しているが、本発明は、それに限定されず、屈曲セグメントの構造および隣接する屈曲セグメント間の弓形の移動の最大角度に応じて、さまざまな構成を有することが可能である。ルーメン長さ全体の20%以上を占めるオープンルーメン部分の長さが、緩みの長さを低減させるために有利であり得ることに留意されたい。
屈曲セグメントの接続パーツは、図5に示されているような接続パーツを一緒にピン止めする以外に、さまざまな方式で形成され得る。図6は、隣接する屈曲セグメント間の異なるタイプの接続部の例を図示している。
図6の屈曲セグメントは、その一方の端部に1対の接続パーツ120、および、その対向する端部において1対の凹部パーツ121をそれぞれ含む。屈曲セグメント110の接続パーツ120は、隣接する屈曲セグメントの凹部パーツ121の中に収容され、自由ヒンジ接続部を形成している。接続部は、自由ヒンジ接続部である。その理由は、セグメントが、互いから離れるようなその移動を防止するようにピン止めされていないか、または、その他の方法で物理的に拘束されていないからである。図6のAの接続パーツ120は、凸形の丸い表面を備えた突出部からそれぞれ構成されており、凹部パーツ121は、対応する突出部を収容する調和した凹形の丸みを帯びた凹部をそれぞれ有している。したがって、それぞれの接続パーツ120は、対応する凹部パーツ121の表面に沿ってスライドすることが可能であり、隣接する屈曲セグメントの中心線が互いに対して角度方向に移動可能であるようになっている。図6Bの接続パーツ120は、線形の縁部で終端するV字形状の突出部からそれぞれ構成されており、凹部パーツ121は、V字形状の切り欠き状の溝部をそれぞれ有しているが、V字形状の突出部の対向する脇面間の角度は、V字形状の切り欠きの脇面間の角度よりも小さくなっており、したがって、V字形状の突出部の線形の縁部が、V字形状の切り欠きのベースの上に着座されているときには、突出部のいずれかの側にクリアランスまたは自由スペースが存在しており、突出部、ひいては、隣接する屈曲セグメントの中心線は、互いに対して角度方向に移動可能である。
図7は、2自由度を有する屈曲セグメントの構造を示す図である。図7の屈曲セグメントは、それらの間の相対的な角度方向の移動を可能にするように、隣接する屈曲セグメントにそれぞれ接続されており、屈曲の一方の端部において屈曲セグメントに接続されている第1の軸線またはヒンジシャフトh1のうちの一方と、屈曲セグメントの他方の端部において屈曲セグメントに接続されているヒンジシャフトh2とが、異なる配向を有するように、具体的には、おおよそ、互いから90度のオフセットを有するように、それぞれが構成されている。したがって、図7の屈曲セグメント100は、図5および図6に関して述べられていることとは異なり、2自由度以上で移動可能な操向可能な部材を構成している。
具体的には、図7のそれぞれの屈曲セグメント110は、屈曲セグメント110の一方の端部に1対の接続パーツ120を含み、屈曲セグメント110の反対側の端部に1対の凹部パーツ121を含む。それぞれの1対の接続パーツ120は、1対の凹部121に面している。図5Aおよび図5Bの場合のように、接続パーツ120は、それぞれの屈曲セグメント110は、丸い表面を備えた凸形の突出部から構成されており、凹部は、調和した丸みを帯びた輪郭の凸形の凹部のようになっており、隣接する屈曲セグメント110の凸形の突出部を収容する。
図7Bに図示されているように、それぞれの屈曲セグメント110において、1対の接続パーツ120の丸みを帯びた部分の中心を通って延在する軸線と、凹部121の丸みを帯びた表面の中心を通って延在する軸線とは、互いに直交している。すなわち、1対の接続パーツおよび1対の凹部は、屈曲セグメント110の断面に関して異なる場所に位置決めされている(より具体的には、1対の接続パーツおよび1対の凹部の中心を通って延在する軸線同士は、90度で交差している)。
したがって、屈曲セグメント110は、第1の軸線またはヒンジシャフトh1のうちの1つの上で、一方の側の隣接するセグメントに対してヒンジ式に移動し、第2の軸線h2の上で、屈曲セグメント110の反対側端部における隣接するセグメントに対してヒンジ式に移動する。すなわち、第1のヒンジシャフトおよび第2のヒンジシャフトの軸線の配向が、互いに直交する交互に配置されるように、屈曲セグメントの接続パーツは構成されている。したがって、図7の屈曲セグメント110は、それぞれの隣接する屈曲セグメント110に対して1自由度で移動するが、複数の屈曲セグメント110から形成される操向可能な部材100の配向は、2自由度で構成可能である。
操向可能な部材100のこの実施形態では、それぞれの屈曲セグメント110は、4つのルーメン112を含み、4つのルーメン112は、その対向する端部の間で、長さに沿って形成されている。図7Aおよび図7Bに図示されているように、それぞれのルーメン112は、屈曲セグメントの外側壁部の内向きに延在し、接続パーツ120および凹部パーツ121を形成している。4つのルーメン112のそれぞれの1つは、接続パーツおよび凹部が形成されている場所に整合されており、本体部の周りに90度間隔で間隔を置いて配置されている。
屈曲アクチュエーションワイヤ400が、それぞれ、4つのルーメン112の各々の中に位置する。これらのアクチュエーションワイヤ400の中でも、一方の対のワイヤが、操向可能な部材100の一方のシャフトの屈曲を誘発し、他方の対のワイヤが、他方のシャフトの屈曲を誘発する。
それぞれのルーメンは、上述の例と同様に、部分的に開いている。図7Aに図示されているように、屈曲セグメント110の外側壁部の内向きにおよび概して平行に延在するそれぞれのルーメン112の一部分は、突き出ているパーツ120を通って延在するクローズドルーメン部分112bと、そこから接続パーツ120または凹部121が存在していない屈曲セグメント110の反対側端部へ延在するオープンルーメン部分112aとを含み、また、そこから90度オフセットされたルーメンにおいて、凹部121を通って延在するクローズドルーメン部分112bと、そこから接続パーツ120または凹部121が存在していない接続部分110の反対側端部へ延在するオープンルーメン部分112aとを含む。
図7は、接続パーツ120または凹部121を通って延在するルーメン112を図示しているが、ルーメン112は、接続パーツ120および凹部121からオフセットされてもよい。実施形態では、接続パーツ120および凹部121は、それぞれの屈曲セグメント110の本体部の側面の周りに(たとえば、周囲に沿って)90度間隔で間隔を置いて配置されてもよい。したがって、それぞれのルーメン112は、2つの隣接する接続パーツ120の間、および、2つの隣接する凹部121の間に位置していてもよく、好ましくは、接続パーツ120および凹部121から45度の場所に位置していてもよい。
このケースでは、図8に図示されているように、クローズドルーメン部分112bが屈曲セグメントの対向する端部の間に延在するルーメンの長さの中間に形成されており、オープンルーメン部分112aがクローズドルーメン部分112bのどちらの側にも形成されるように、それぞれのルーメン112は構成されていてもよい。
図7および図8は、丸い表面を備えた突出部から構成されている接続パーツ120、および、接続パーツ120を収容する凹部121に関して説明されてきた。しかし、これは、単なる例に過ぎず、図6のBに示されているように、接続パーツは、線形の縁部を備えた突出部から構成されていてもよく、凹部は、V字形状の切り欠き状の溝部であってもよい(図9Aおよび図9Bを参照)。そうでなければ、図5に示されているように、それぞれが接続パーツおよび凹部を含むというよりもむしろ、2つの接続パーツは、ヒンジ状の移動を可能にする方式で一緒にピン止めされていてもよい。
図7から図9に示されている例示的な実施形態は、隣接する屈曲セグメントの相対的なアーチ形の位置決めを可能にするための接続構造体を提供しており、この接続構造体では、1対の接続パーツが1つの屈曲セグメントに設けられており、1対の凹部が別の屈曲セグメントに設けられている。代替的に、1つの接続パーツおよび1つの凹部が、1つの屈曲セグメントの一方の端部に位置し、それらの間に延在する屈曲セグメントの中空部分によって間隔を離して配置されていてもよく、隣接する屈曲セグメントの接続パーツおよび凹部が、第1の屈曲セグメントのものと逆に位置し、隣接する屈曲セグメント110の間の接続部を提供している。
図10は、連続的な可撓性のヒンジ構造体を用いる操向可能な部材の代替的な構築体を図示している。図10に図示されているように、屈曲セグメント110は、ディスク状のプレートの形状になっており、屈曲セグメント110間に位置している可撓性の接続パーツ120によって接続されている。図5から図9の操向可能な部材は、接続パーツの機械的なヒンジ構造体を使用して曲げられ得るが、図10の操向可能な部材は、接続パーツの弾性を使用して曲げられ得る。
より具体的には、図10の操向可能な部材は、互いに一体的に形成された複数の屈曲セグメント110および複数の接続パーツ120から構成されている。たとえば、操向可能な部材は、可撓性のプラスチック樹脂を使用する成形方法によって製造され得る。図10に図示されているように、それぞれの屈曲セグメント110およびそれぞれの接続パーツ120は、その端部から端部まで延びる中空チャネル111を有する。接続パーツ120は、それぞれの屈曲セグメント110間に設けられており、中空チャネルの2つの対向する側部から半径方向外側に延在する壁構造を有する。接続パーツ120(壁構造)は、隣接する接続パーツが配置されている方向に対して垂直の方向に配置されている。したがって、図10の操向可能な部材は、2自由度で曲がることが可能である。
屈曲アクチュエーションワイヤ400がそれに沿って位置する4つのルーメン112は、90度間隔で配置されている。それぞれのルーメン112は、それぞれのルーメン112が接続パーツ120の外側縁部を貫通するポイントに形成されている。この場合には、先述の例示的な実施形態と同様に、それぞれのルーメン112は、部分的に開いているルーメン部分112である。図11に図示されているように、それぞれのルーメンのクローズドルーメン部分112bは、それぞれのルーメンが接続パーツを貫通するポイントに形成されており、そのオープンルーメン部分112aは、屈曲セグメントが貫通されるクローズドルーメン部分112bのどちらの側にも形成されている。したがって、この例示的な実施形態の操向可能な部材100は、屈曲アクチュエーションワイヤ400が移動するときに、接続パーツ120を通って曲がることが可能である。
図11は、可撓性の中央背骨構造を使用する操向可能な部材を図示する。図11の操向可能な部材100は、ディスク状のプレートからそれぞれ構成されている屈曲セグメント110、および、屈曲セグメントの中心同士を接続するための背骨構造を使用する接続パーツ120を含む。接続パーツ120は、それぞれの屈曲セグメント間に設けられる個々の部材から構成され得るか、または、複数の屈曲セグメントを貫通する単一の部材から構成され得る。このケースでは、接続パーツ120は、屈曲アクチュエーションワイヤ400が移動するときに曲がる可撓性材料を含む。
また、図11の操向可能な部材は、4つのルーメン112を含み、それぞれのルーメンは、部分的に開いている。具体的には、ルーメン112は、ルーメンの長さの中間部に形成されているクローズドルーメン部分112b、および、クローズドルーメン部分112bのどちらの側にも形成されているオープンルーメン部分112aを含むことが可能である。
上記に記載されている例示的な実施形態では、緩みを最小化することができる屈曲セグメントが、屈曲によって引き起こされるバックラッシュを防止するために使用されている。操向可能な部材は、バックラッシュを防止するために、他のさまざまな方式で構成され得る。
図12から図14は、側方支持部材130を備えた操向可能な部材を図示する図である。側方支持部材130は、弾性材料または超弾性材料を含み、側方支持部材130は、その形状が、オリジナル形状、たとえば、概して直線の形状から逸脱した後に、操向可能な部材100をそのオリジナル形状に戻すための復元力を働かせる。この操向可能な部材100は、その中に少なくとも1つの側方支持部材130を含み、少なくとも1つの側方支持部材130は、十分な弾性的な強度およびエネルギー貯蔵能力を備えて構成されており、側方支持部材130が曲げられた後に、および、側方支持部材130を曲げる力が除去された後に、側方支持部材130を初期配向へ復元させる。
図12Aから図12Cは、側方支持部材によって提供される屈曲特性を図示している。図12に図示されているように、少なくとも1つの屈曲アクチュエーションワイヤ400が、駆動部40によって図12Bの中の矢印の方向に引っ張られる場合には、操向可能な部材100が曲がる。このケースでは、操向可能な部材100は、少なくとも1つの側方支持部材130を含み、屈曲アクチュエーションワイヤ400が操作され、側方支持部材130の剛性に打ち勝つことによって屈曲を引き起こす(図12B)。その後に、対応する屈曲アクチュエーションワイヤ400が解放されると、すなわち、駆動部40の方向に引っ張られなくなると(図12C)、側方支持部材130がそのオリジナル配向を取り戻す結果として、操向可能な部材100はそのオリジナル配向に戻る。
従来では、一方の側の屈曲アクチュエーションワイヤが、操向可能な部材100を1つの方向に曲げるように操作される間に、他方の側の屈曲アクチュエーションワイヤが、操向可能な部材100をそのオリジナルの中立の配向に戻すように操作される。したがって、操向可能な部材100が、配向を復元しているワイヤが後退されるかまたは引っ張られ得るよりも速くそのオリジナル配向へ復元されるときに、操向可能な部材100をそのオリジナルの中立の配向に戻すために引っ張られているワイヤの中に、緩みが起こり、バックラッシュを引き起こす。しかし、図12に示されているような側方支持部材130の使用によって、屈曲アクチュエーションワイヤの中の緩みによって引き起こされるバックラッシュは、屈曲の間に問題とならないことが可能である。
図13Aから図13Cは、側方支持部材を使用する操向可能な部材のさまざまな例示的な実施形態を図示する。図13に図示されているように、操向可能な部材100は、複数の屈曲アクチュエーションワイヤ400および複数の側方支持部材130を含むことが可能である。側方支持部材130は、線形スプリングとして機能するさまざまなタイプの構造、たとえば、ワイヤ構造または中空チューブ構造などで構成され得る。操向可能な部材100の屈曲セグメント110は、2自由度で互いに対し動くように構成されており、屈曲アクチュエーションワイヤ400および側方支持部材130がそこを通過する複数のルーメン112を含むことが可能である。
図13Aから図13Cでは、複数の屈曲アクチュエーションワイヤ400および複数の側方支持部材130が、それらの間にスペースを伴って配置されている。図13Aおよび図13Bでは、4つの屈曲アクチュエーションワイヤ400が、屈曲セグメント110の本体部の周りに90度間隔で配置されており、4つの側方支持部材130は、それぞれの屈曲アクチュエーションワイヤ400の間に45度間隔で配置されている。このケースでは、図13Aに示されているように、4つの屈曲アクチュエーションワイヤ400が、屈曲セグメント110の接続パーツ120を通過するように配置されていてもよく、また、図13Bに示されているように、4つの側方支持部材130が、屈曲セグメント110の接続パーツ120を通過するように交互に配置されていてもよい。代替的に、図13Cに示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ400および側方支持部材130の対は、周囲に沿ってそれぞれの接続パーツ場所の間に対として配置され、したがって屈曲セグメント110の接続パーツ120を通過しない。
図13Dおよび図13Eでは、側方支持部材130は、中空チューブ構造を有しており、屈曲アクチュエーションワイヤ400が、側方支持部材のそれぞれの内側に位置する。側方支持部材130および屈曲アクチュエーションワイヤ400は、屈曲セグメント110の本体部の周りに90度間隔で配置され得る。図13Dでは、側方支持部材130および屈曲アクチュエーションワイヤ400は、屈曲セグメントの接続パーツを通過するように配置されている。図13Eでは、側方支持部材130および屈曲アクチュエーションワイヤ400は、それぞれの接続パーツ場所の間に位置しており、接続パーツを通過しないようになっている。
図14は、事前に形状決めされた側方支持部材によって提供される屈曲特性を図示する。図12および図13の側方支持部材は、ワイヤが引っ張らない操向可能な部材の中立位置に対応する形状を有する。したがって、操向可能な部材は、屈曲アクチュエーションワイヤによって曲げられ、側方支持部材によって中立に戻るように構成されている。それとは対照的に、図14の側方支持部材130は、1つの方向に曲げられた形状を有するように構成されており、側方支持部材130の弾性が、1つの側への操向可能な部材の屈曲に貢献するようになっている。
例では、図14の側方支持部材130は、操向可能な部材100を左に曲げるように事前に形状決めされている。側方支持部材130を中に備えた操向可能な部材は、アクチュエーションワイヤの任意の操作なしに、左へ曲げられたままになっている(図14A)。屈曲セグメント110の反対側の屈曲アクチュエーションワイヤ400が、第1の張力Fによって下向きに引っ張られる場合に、操向可能な部材100は、直線配向へと再配向した状態に設置され得る(図14B)。ここで、第1の張力Fは、側方支持部材130の剛性によって生成されるモーメントと平衡状態になるのに十分な大きさである。屈曲アクチュエーションワイヤ400が、より大きい第2の張力F’によって引っ張られる場合には、操向可能な部材は、右へ曲げられる(図14C)。このケースでは、屈曲アクチュエーションワイヤ400に働かされる張力が第1の張力Fまで低減される場合には、操向可能な部材100は、図14Bの中のその位置へ移動し、また、屈曲アクチュエーションワイヤ400に働かされる張力が完全に解放される場合には、操向可能な部材100は、左へ曲がる(図14A)。
この事例では、操向可能な部材は、側方支持部材130の剛性の結果として、直線位置または初期の曲げられた位置へ移動し、それによって、ワイヤバックラッシュなしの操向可能な部材100の屈曲制御を可能にする。図14は、事前に形状決めされた側方支持部材および屈曲アクチュエーションワイヤを使用する、1自由度を有する屈曲機構を示しているが、事前に形状決めされた側方支持部材を使用するさまざまな屈曲機構が採用され得る。
それに加えて、図15から図17に示されているように、バックラッシュを引き起こさない接続セグメントを使用する屈曲機構、および、側方支持部材を使用する上述の方法が使用され得る。
図15は、接続セグメントによって接続されている屈曲セグメント110の屈曲によって引き起こされるワイヤ経路差を図示する。先述の例示的な実施形態では(たとえば、図3から図9では)、それぞれの屈曲セグメント110は、本体部の中に設けられた接続パーツ120を通って、隣接する屈曲セグメントに直接的に連結されており、それぞれの対の隣接する屈曲セグメント110の間で共有される1つのヒンジ軸に沿って互いに対して動く。それとは対照的に、図15に示されているように、接続セグメント140が、それぞれの対の隣接する屈曲セグメント110の間に設けられており、2つの隣接する屈曲セグメントが、それぞれ、接続セグメント140の2つの端部に接続されている。接続セグメント140は、ダブルヒンジジョイント構造を有しており、ダブルヒンジジョイント構造は、接続セグメント140の上の2つのポイントが2つの異なる部材に対するヒンジ接続関係を形成することを可能にする。したがって、1対の隣接する屈曲セグメント110は、それぞれ、接続セグメント140の2つの端部に連結されており、ヒンジシャフトを共有することなく、異なるヒンジシャフトに対して回転するようになっている。
屈曲セグメント110のどちらの側にもあるワイヤ間の距離を2rとし、接続セグメントの2つのヒンジシャフト間の距離をLとしよう。屈曲セグメント110は、1対のワイヤの間の中間のポイントにおいて(すなわち、それぞれのワイヤからrの距離において)、接続セグメント140にヒンジ接続され得る。
図15Aは、屈曲の前の隣接する屈曲セグメントを図示しており、図15Bは、曲率半径Rの曲げをつくるために動かされたときの隣接する屈曲セグメントを図示している。図15Bでは、2つの隣接する屈曲セグメント110の間のベンドの角度は、θによって示されている。また、屈曲によって生成される屈曲セグメントと接続セグメントとの間のベンドの角度θproxおよびθdistalは等しいことを仮定することが可能である。このケースでは、以下の等式は、屈曲の前の2つの屈曲セグメントの間の2つのワイヤ部分の長さの総計と、屈曲の後の2つのワイヤ部分の長さの総計とを比較するために使用される。屈曲の前の2つのワイヤ部分の長さは、それぞれ、L
1およびL
2によって示されており、屈曲の後の2つのワイヤ部分の長さは、それぞれ、L
1’およびL
2’によって示されている。
L
1=L
2=L
L
1+L
2=L
1’+L
2’
すなわち、接続セグメント140によって接続されている操向可能な部材100が曲げられる場合には、屈曲の前の2つのワイヤ部分の長さの総計(L1+L2)と、屈曲の後の2つのワイヤ部分の長さの総計(L1’+L2’)とは、実質的に等しい。したがって、屈曲によって引き起こされるワイヤの緩みが防止され得る。
図15では、屈曲セグメント140と接続セグメント110との間のベンドの角度θproxおよびθdistalが等しいことを仮定している。その理由は、屈曲が、同じワイヤによってそれぞれの屈曲セグメントに起こるからである。しかし、実際の屈曲が起こるときには、接続セグメント140と屈曲セグメント110との間のベンドの角度は、実質的に同様の範囲内にあるが、それらはわずかに異なっている。したがって、2つの屈曲セグメントが単一のヒンジシャフトの上で一緒に連結されている構造と比較して、緩みの長さは最小化され得る。
図16は、接続セグメント、および、接続セグメントによって接続されている屈曲セグメントを図示する斜視図である。図17は、接続セグメントを含む操向可能な部材を図示する斜視図である。
図16に図示されているように、接続セグメント140は、異なるポイントにおいて、第1の屈曲セグメント110aおよび第2の屈曲セグメント110bにヒンジ接続されている。接続セグメント140は、中央開口を通って離れた2つの本体部141を含む。それぞれの本体部141は、その長さの一方の端部に第1のヒンジパーツ142aを含み、他方の端部に第2のヒンジパーツ142bを含む。第1および第2の屈曲セグメント110aおよび110bは、それぞれ、第1および第2のヒンジパーツ142aおよび142bに連結されており、それらが異なるヒンジ軸線の周りに接続セグメントに対して移動するようになっている。
図16では、第1のヒンジパーツ142aおよび第2のヒンジパーツ142bは、丸い表面を備えた突出部からそれぞれ構成されており、丸い表面を備えた突出部は、屈曲セグメント110の内向きに延在して形成されている凹部121bの中に収容されており、突出部表面は、凹部の表面に沿ってスライドし、屈曲セグメント110a、bと接続部分140との間のヒンジ式の移動を可能にする。しかし、これは、単なる例に過ぎず、第1および第2のヒンジパーツのうちの少なくとも1つは、突出部を収容するための凹部であってもよく、または、他のヒンジ構造体によって接続されてもよい。
接続セグメント140は、中空スペースをその内側に備えたガイド部材143をさらに含み、ガイド部材143は、互いに向かい合う2つの本体部141を一緒に結び付けている。ガイド部材143の中空スペースは、さまざまな種類のワイヤ部材、たとえば、屈曲アクチュエーションワイヤまたはエンドエフェクタアクチュエーションワイヤなどが通過することを可能にし、また、結果として生じる操向可能な部材100の屈曲の間に、内部コンポーネントがその外向きに移動することを防止する。ガイド部材143の断面は、屈曲セグメントの断面と同様であることが可能である。このケースでは、屈曲アクチュエーションワイヤが通過する部分は、屈曲アクチュエーションワイヤの移動を制限しないように開いていることが可能である。
図17の操向可能な部材は、複数の接続セグメント140を含み、隣接する接続セグメント140は、互いに直交するヒンジ軸を有するように構成されている。それぞれの屈曲セグメント110は、4つのルーメン112を有しており、屈曲アクチュエーションワイヤ400が4つのルーメン112のそれぞれに位置するようになっている。したがって、操向可能な部材100は、2自由度で曲がることが可能である。このケースでは、屈曲アクチュエーションワイヤ400は、屈曲セグメント110の本体部の周りでそれぞれのヒンジシャフト場所の間に位置し得、接続セグメント140のヒンジシャフトを通過しないようになっている。
別の例示的な実施形態では、図18Aおよび図18Bは、操向可能な部材100の屈曲に起因して、湾曲した経路を形成するワイヤの緩みを概略的に図示する。図3は、屈曲が起こるときに、曲げられた直線の経路に従うワイヤを示しているが、図18は、屈曲が起こるときに、湾曲した経路に従うワイヤを示している。屈曲の前の2つのワイヤ部分の長さが、それぞれ、L
1およびL
2によって示され、屈曲の後の2つのワイヤ部分の長さが、それぞれ、L
1’およびL
2’によって示される場合には、2つのワイヤ部分の長さの間の関係は、以下の通りである。
L
1’+L
2’=(R+r)θ+(R−r)θ=2Rθ
[ΔL
slack<ΔL
Fig3=4R(tan(θ/2)−sin(θ/2))]
屈曲が起こるときに曲げられた直線の経路を形成する図3のワイヤと比較して、湾曲した経路を形成する図18のワイヤは、緩みの長さに関して、おおよそ30%の低減を有することが可能である。この原理を使用して、屈曲アクチュエーションワイヤは、経路調節部材を含むことによって、屈曲が起こるときに湾曲した経路を形成するように構成されており、それによって、緩みを最小化する。
図19は、経路調節部材を使用する操向可能な部材を図示する図である。図19に図示されているように、操向可能な部材100は、プレート状の屈曲セグメント110と、屈曲セグメント間に位置する壁状の接続パーツ120とを含む。また、4つのルーメン112が、屈曲セグメント100の外側縁部および接続パーツ120を貫通するように形成されている(図10の説明を参照)。
図19Bに図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ400は、それぞれのルーメンの中に直接的に位置するというよりもむしろ、それぞれのルーメンの中の経路調節部材150の内側に位置する。経路調節部材150は、金属などのような弾性材料を含み、操向可能な部材100が曲げられるときに曲がり、それによって、湾曲したワイヤ経路を形成する(このケースでは、経路調節部材の剛性は、図13Dおよび図13Eに示されているように復元力を作り出すのに十分に高くなっている必要はなく、湾曲した経路を形成するのに十分な弾性力であれば目的を果たす)。したがって、この例示的な実施形態による屈曲アクチュエーションワイヤ400は、曲げられている直線の経路に沿って曲がるのではなく、湾曲した経路に沿って曲がり、それによって、ワイヤ緩みの長さを最小化する。
この例示的な実施形態は、可撓性のヒンジ構造体を使用する操向可能な部材に関して経路調節部材が使用されている例に関連して説明されてきたが、経路調節部材の使用によって、図11から図17に示されている操向可能な部材の中にワイヤを設置するなどのように、修正を行うことが可能である。
図20Aおよび図20Bは、操向可能な部材の屈曲を図示する。図20Bに図示されているように、屈曲の初期段階において、屈曲は、操向可能な部材100全体にわたって均一ではなく、屈曲アクチュエーションワイヤ300が取り付けられる操向可能な部材の遠位端部に、屈曲が集中されている。したがって、ワイヤの端部が操向可能な部材100の内向きの方向に移動されているときに、力は、操向可能な部材の遠位端部に直接的に伝達され、その近位端部における操向可能な部材のより少ない屈曲を結果として生じさせる。
図21Aから図21Cは、本発明の1つの例示的な実施形態による操向可能な部材100の側面図である。図21A、図21B、および図21Cは、操向可能な部材が遠位端部においてよりも近位端部において容易に曲がる幾何学的に強化された構造を形成することで操向可能な部材の遠位端部における屈曲の集中を低減する実施形態を示す。
具体的には、図21Aに示されているように、屈曲セグメント110は、操向可能な部材の断面の中心から所定の距離に形成されたルーメンを有しており、操向可能な部材の近位端部に近ければ近いほど、屈曲セグメントの中のルーメンは、操向可能な部材の断面の中心から遠く離れるようになる。このケースでは、操向可能な部材100に印加されるモーメントは、遠位端部においてより小さくなり、近位端部に向けて増加する。したがって、操向可能な部材100は、その近位端部に向けてより容易に曲がる。
図21Bでは、接続パーツ120は、操向可能な部材100の長さに沿って、形状が徐々に変化するように構成され得、操向可能な部材が遠位端部においてよりも近位端部において容易に曲がるようになっている。例では、図21Bに図示されているように、近位端部においてよりも遠位端部において大きい断面幅を有するように接続パーツを構成することによって、長さに沿った屈曲特性が調節され得る。代替的に、接続パーツの幅を調節することは別にして、接続パーツは、ジョイント構造を有する接続パーツの移動の範囲を調節することを含む、他のさまざまな方式の形状変化で構成され得る。
また、図21Cに示されているように、屈曲セグメント110間の距離は、長さに沿って変化することが可能である。具体的には、屈曲セグメント間の距離が、遠位端部に向けてより短くなり、近位端部に向けてより長くなるように、接続パーツ120が位置決めされ得る。このケースでは、屈曲セグメント間の距離が長くなればなるほど、操向可能な部材の屈曲が容易になる。これは、遠位端部の近くの屈曲の制限、および、近位端部の近くの屈曲特性の改善を結果として生じさせる。
この構成の操向可能な部材は、ルーメンに沿って位置する複数の屈曲アクチュエーションワイヤを有しており、それぞれの屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部は、操向可能な部材の遠位端部に設けられているワイヤ終端部材410によって固定されている。
図22Aから図22Cは、ワイヤ終端部材を使って屈曲アクチュエーションワイヤを操向可能な部材100に固定する方法を図示する。操向可能な部材100および屈曲アクチュエーションワイヤ400は、サイズが非常に小さいので、個々の屈曲アクチュエーションワイヤを操向可能な部材の遠位端部に固定することは、極めて困難である。したがって、この例示的な実施形態は、複数の屈曲アクチュエーションワイヤを容易に固定することができるワイヤ終端部材を使用する。
図22Aに図示されているように、ワイヤ終端部材410は、一方の側にネジ山411を有しており、操向可能な部材100の遠位端部にねじ込まれている。また、ワイヤ終端部材は、複数の孔部412を含み、複数の屈曲アクチュエーションワイヤが複数の孔部412を通過しており、孔部412は、操向可能な部材の中のルーメンに対応する場所に形成されている。したがって、図22Bに示されているように、ワイヤ終端部材410は、屈曲アクチュエーションワイヤ400がワイヤ終端部材の孔部の中に挿入されている状態で操向可能な部材100の遠位端部にねじ込まれ得(図22A)、それによって、屈曲アクチュエーションワイヤを操向可能な部材100に固定することを容易にする(図22のBおよびC)。
ワイヤ終端部材410は、操向可能な部材100とエンドエフェクタ300との間に設けられているコンポーネントであることが可能である。このケースでは、ワイヤ終端部材410は、操向可能な部材100の遠位端部にねじ込まれ得、エンドエフェクタ300は、ワイヤ終端部材410に接続され得る。代替的に、図23に図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ400をエンドエフェクタ300の内側に固定することによって、および、エンドエフェクタ300を操向可能な部材100の遠位端部に直接的にねじ込むことによって、エンドエフェクタ300は、ワイヤ終端部材として使用され得る。
図22は、図10に示されている構造を有する操向可能な部材に関連して説明されてきたが、操向可能な部材が他の構造を有する場合にも、屈曲アクチュエーションワイヤは同様に固定され得ることは言うまでもない。
上記の議論では、操向可能な部材のさまざまな例示的な実施形態は、図5から図22を参照して説明されてきた。操向可能な部材100は、エンドエフェクタを有する外科手術装置のコンポーネントとして説明されているが、本発明はそれに限定されない。たとえば、本発明は、さまざまな種類の外科手術器具、たとえば、作業チャネルを備えたイメージングユニットまたはルーメンユニットなどに関する、屈曲可能な操向可能な部材に適用可能である。
図2に戻って参照すると、エンドエフェクタ300が、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。上記に説明されているように、エンドエフェクタ300は、操向可能な部材100の遠位端部に直接的に連結され得、または、ワイヤ終端部材などのようなコンポーネントを通してそれに連結され得る。エンドエフェクタ300は、外科手術において使用するためのさまざまなタイプの外科手術エレメントを含む。図2は、例として鉗子31を含むエンドエフェクタを図示している。
エンドエフェクタ300の近位端部は、エフェクタアクチュエーションワイヤ500に接続されている。エフェクタアクチュエーションワイヤ500は、操向可能な部材100のチャネル111の中に位置しており、操向可能な部材100および筒状の可撓性部材200を通して操作部10に機械的に接続されている。したがって、エフェクタアクチュエーションワイヤ500は、それが操作部10によって長さ方向に移動するときに、エンドエフェクタ300を作動させる。
図24は、エンドエフェクタの動作原理を概略的に図示する断面図である。エンドエフェクタ300は、エフェクタアクチュエーションワイヤ500が操作部10の方向に引っ張られているときに、第1のモードで動作し(図24A)、また、エフェクタアクチュエーションワイヤ500がエンドエフェクタ300の方向に引っ張られているときに、第2のモードで動作する(図24のB)。第1のモードでは、アクチュエーションワイヤ500がエンドエフェクタから離れる方向に引っ張られるときには、エンドエフェクタの鉗子が閉じ、アクチュエーションワイヤ500にかかる引っ張り力が解放されるときには、鉗子の中の内部スプリングメカニズムが、そのジョーを開ける。エフェクタアクチュエーションワイヤ500を操作部の方向に引っ張る作用は、操作部の駆動部40によって容易に行われ、それによって、力をエンドエフェクタに伝達することが可能である。他方では、エフェクタアクチュエーションワイヤ500をエンドエフェクタ300の方向に戻す作用は、駆動部400によって適正に行われない可能性がある。その理由は、エフェクタアクチュエーションワイヤがワイヤ構造を有するからである。したがって、この例示的な実施形態では、エンドエフェクタ400は、弾性的な本体部341を含み、弾性的な本体部341の弾性を使用してエンドエフェクタの方向にエンドエフェクタアクチュエーションワイヤ500の端部を引っ張ることによって、第2のモード動作を実施する。
具体的には、図24に図示されているように、エンドエフェクタのエフェクタモジュールは、外科的手術を実施するための器具部分310、および、器具部分310を作動させるためのアクチュエーション部分320を含む。器具部分310は、アクチュエーション部分320にリンク接続され、器具部分310のジョイント330が固定されている状態で、外科手術エレメント、たとえば図1および図2の鉗子31がアクチュエーション部分320の移動によって両側で開閉されるように構成されている。弾性的な本体部341は、アクチュエーション部分の近位端部に位置し得る。エフェクタアクチュエーションワイヤ500が操作部10によって引っ張られるときに、アクチュエーション部分320は、弾性的な本体部341を押しながら後方へ移動し、したがって、外科手術エレメントが閉じられる(図24A)。また、エフェクタアクチュエーションワイヤ500に作用する力が操作部10によって解放されるときには、弾性的な本体部341の復元力は、アクチュエーション部分320を器具部分310の方向に移動させ、それによって、外科手術エレメントを開く(たとえば図24を参照)。このように、エンドエフェクタの作動機構は、弾性的な本体部の使用によって簡単化され得る。
弾性的な本体部を使用するエンドエフェクタの構造は、さまざまな方式で設計され得る。図25は、そのようなエンドエフェクタの例を図示する図である。図25に図示されているように、エンドエフェクタ300は、エフェクタモジュール301および本体部部分340を含み、エフェクタモジュール301が本体部部分340に装着される。エフェクタモジュール301の器具部分310は、本体部部分340の遠位端部に露出されるように構成されており、そのアクチュエーション部分320は、本体部部分340の内側に収容される。器具部分310およびアクチュエーション部分320を接続するジョイント330は、本体部部分340に固定され得、アクチュエーション部分320は、本体部部分340の内側を往復運動することが可能である。本体部部分340の内側に設けられている弾性的な本体部341は、アクチュエーション部分320の後方に位置しており、アクチュエーション部分320の近位端部は、エフェクタアクチュエーションワイヤ500に接続されている。したがって、器具部分310は、エフェクタアクチュエーションワイヤ500および弾性的な本体部341によってアクチュエーション部分320を移動させることによって操作される。
また、エンドエフェクタ300のすべてまたは一部は、操向可能な部材100の遠位端部に取り外し可能に接続され得る。したがって、外科手術のために必要とされるさまざまな器具が、選択的に締結されて使用され得る。例では、エフェクタモジュール301が、エフェクタアクチュエーションワイヤ500の遠位端部に取り付け可能であるか、または、エフェクタアクチュエーションワイヤ500の遠位端部から取り外し可能であるように、図25のエンドエフェクタ300は構成されている。エフェクタモジュール301、および、エフェクタアクチュエーションワイヤ500の遠位端部は、さまざまな方式で取り外し可能に締結され得る。たとえば、図25に図示されている例示的な実施形態によれば、それらは、磁気的に一緒に締結され得る。したがって、アクチュエーション部分320の近位端部またはエフェクタアクチュエーションワイヤ500の遠位端部の少なくともいずれかは、磁気的な本体部から構成されており、磁気的な本体部が締結を可能にする。
上記に説明されているように、この例示的な実施形態による外科手術器具は、屈曲可能な操向可能な部材100、および、動作可能なエンドエフェクタ300を含む。また、操向可能な部材100およびエンドエフェクタ300は、屈曲アクチュエーションワイヤ400およびエフェクタアクチュエーションワイヤ500などのような、複数のワイヤ部材によって移動される。これらのワイヤ部材は、操向可能な部材100および筒状の可撓性部材200を通過するように配置されている。したがって、ワイヤ部材が線形に配置されており、ワイヤ部材のそれぞれが最短の経路を有するようになっている場合には、ワイヤの移動は、操向可能な部材の屈曲または可撓性部材の撓み(flexing)によって制限または影響され得る。したがって、この例示的な実施形態では、ワイヤ部材のトラベルの経路を形成する少なくとも1つのスリーブが、操向可能な部材または可撓性部材の内側に設けられ得る。このスリーブは、スリーブが設けられる部分の最大長さ(たとえば、曲げられるまたは撓まされるときのその部分の長さ)よりも長く、したがって、ワイヤ部材は、操向可能な部材が曲げられるかまたは可撓性部材が撓まされるときでも十分に長い経路を有する。
図26は、エフェクタアクチュエーションワイヤのトラベルの経路を図示する断面図である。図26に図示されているように、エフェクタアクチュエーションワイヤ500の一方の端部は、エンドエフェクタ300の近位端部に装着されており、他方の端部は、操作部10に機械的に接続されている(図1)。エフェクタアクチュエーションワイヤ500の経路を形成するスリーブ600の一方の端部は、操向可能な部材100の遠位端部またはエンドエフェクタ300の近位端部において適切な場所に固定されている。また、他方の端部は、筒状の可撓性部材200の近位端部において適切な場所に固定されている。この場合には、スリーブ600は、スリーブの2つの端部が固定されている部分の長さ(操向可能な部材の長さおよび可撓性部材の長さの総計)よりも長い。スリーブに加えられるこの過剰な長さ(図26A)は、操向可能な部材100が曲げられているときにでも(図26B)、エフェクタアクチュエーションワイヤ500の経路のためにより多くの空間を与える。したがって、エンドエフェクタ300の移動は、操向可能な部材100の屈曲移動から切り離され得、エンドエフェクタ300の移動が操向可能な部材100の屈曲移動によって影響を受けることを防止する。
図27は、屈曲アクチュエーションワイヤのトラベルの経路を図示する図である。図27に図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ400の経路を留置するためのスリーブ600が設けられ得る。このケースでは、スリーブ600の一方の端部は、操向可能な部材100の近位端部または可撓性部材200の遠位端部に固定されており、他方の端部は、可撓性部材200の近位端部に固定されている。スリーブ600は、スリーブが設置されている部分の線形の長さに加えられる過剰な長さを有するように構成されている。したがって、操向可能な部材100の屈曲は、筒状の可撓性部材200の撓みによって影響を受けないことになる。
図28および図29は、2つの屈曲可能な部分を備えた屈曲アクチュエーションワイヤ400のトラベルの経路を図示する図である。以前の図面は、操向可能な部材100が1つの屈曲部分を有する構造を図示しているが、操向可能な部材100は、遠位端部の操向可能な部分101および近位端部の操向可能な部分102に分割され得、それらは別々に曲がることが可能である。このケースでは、遠位端部の操向可能な部分101は、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ401によって曲げられ、近位端部の操向可能な部分102は、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ402によって曲げられる。遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ401の一方の端部は、遠位端部の操向可能な部分101遠位端部に固定されており、遠位端部の操向可能な部分101の中のルーメンを通過し、次いで、操向可能な部材100および可撓性部材200の中空チャネルを通って操作部10まで延在している。また、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ402の一方の端部は、近位端部の操向可能な部分102の遠位端部に固定されており、近位端部の操向可能な部分102の中のルーメンを通過し、次いで、筒状の可撓性部材200の中空チャネルを通って操作部10まで延在している。この場合には、2つの遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ401および2つの近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ402が設けられ、それぞれの屈曲部分において1自由度を有することが可能であり、または、4つの遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ401および4つの近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ402が設けられ、それぞれの屈曲部分において2自由度を有することが可能である。
図28に図示されているように、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ401の経路を留置するためのスリーブ600が設けられ得る。このスリーブ600の一方の端部は、遠位端部の操向可能な部分101の近位端部に固定され得、他方の端部は、筒状の可撓性部材200の近位端部に固定され得る。また、図29に図示されているように、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ402の経路を留置するためのスリーブ600が設けられ得る。このスリーブ600の一方の端部は、近位端部の操向可能な部分102の近位端部に固定され得、他方の端部は、筒状の可撓性部材200の近位端部に固定され得る。上述のスリーブの場合のように、それぞれのスリーブ600は、過剰な長さを有しており、したがって、それぞれの屈曲部分の屈曲移動は切り離され得る。
上記に説明されているように、図26から図28を参照して説明されているスリーブ600は、それらが設置されている部分の長さに加えられる過剰な長さを有しており、スリーブ600は、弾性材料を含むことが可能であり、それらの形状がコンポーネントの移動とともに変化することを可能にする。そのようなスリーブ構造は、それぞれのコンポーネントの移動を他のものの移動から切り離すことを可能にし、幅の狭いチャネルの中のワイヤ部材が捩じられまたは摩擦によって損傷を受けることを防止する。
図30は、外科手術器具の端部および操作部の接続構造体を図示する図である。上記に説明されているように、外科手術器具30は、挿入部20の中の通路の中にそれぞれ位置しており、外科手術器具の端部は、操作部10に機械的に接続されている。操作部10は、外科手術器具の複数のワイヤ部材Wに対応する伝達部材700、および、ワイヤに締結されることになるカップラー701を含む。外科手術器具のワイヤ部材Wは、近位端部において近位端部モジュールMをそれぞれ含み、それぞれの近位端部モジュールMは、対応するカップラー701に締結される。したがって、それぞれのワイヤ部材は、操作部の中のそれぞれの駆動部によって移動され得る。
このケースでは、挿入部20および操作部10は、互いに取り付け可能であり、または、互いから取り外し可能であり、挿入部20の中に設けられている外科手術器具30も、操作部20に取り付け可能であり、または、操作部20から取り外し可能である。これは、挿入部または外科手術器具は、クリーニングされ得るかまたは新しいものと交換され得ることを意味している。外科手術器具30および操作部10は、さまざまな方式に取り外し可能に締結され得、たとえば、それらは、図30に示されているように、一緒に磁気的に締結され得る。したがって、外科手術器具の近位端部(具体的には、屈曲アクチュエーションワイヤおよびエフェクタアクチュエーションワイヤの近位端部モジュール)、または、操作部の遠位端部(具体的には、伝達部材のカップラー)は、磁気的な本体部から構成され得、磁力によって互いに取り付けられ、または互いから取り外され得る。
図31および図32は、屈曲アクチュエーションワイヤ400を移動させるための操作部10の構成を概略的に図示している。上記に説明された外科手術器具のワイヤ部材Wは、操作部10の駆動部40に機械的に接続されており、駆動部40の移動とともに線形に移動する。駆動部は、アクチュエータ、リニアモータ、モータなどのような、さまざまなデバイスを使用して構築され得る。また、それぞれのワイヤ部材は、異なる駆動部に接続され得、それぞれのワイヤ部材が別々に移動することができるようになっている。
この場合には、操向可能な部材100の中で互いに向かい合って位置する1対の屈曲アクチュエーションワイヤ400は、屈曲が起こるときに、反対側方向に移動する。具体的には、屈曲が起こるときに、曲率中心の近くの屈曲アクチュエーションワイヤは、より短い経路を有し、曲率中心の反対側の屈曲アクチュエーションワイヤは、より長い経路を有する。したがって、互いに向かい合う1対のワイヤは、単一の駆動部40の使用によって、同時に反対側方向に移動することが可能である。このケースでは、操作部は、駆動部の数を低減させることによって、コンパクトになるように設計され得る。
図31では、操作部は、スクリュー部材41と、スクリュー部材41を回転させるための駆動部40とを含む。スクリュー部材41は、双方向リードスクリューであることが可能であり、双方向リードスクリューは、異なる配向を有する2つのネジ山部分が単一のスクリュー部材の上に形成されていることを意味している。したがって、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403に接続されることになる伝達部材のカップラーは、第1のネジ山41aに連結されており、第2の屈曲アクチュエーションワイヤ404に接続されることになる伝達部材のカップラーは、第2のネジ山41bに連結されている。したがって、駆動部が回転すると、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403および第2の屈曲アクチュエーションワイヤ404は、直線上を反対側方向に、対応する距離だけそれぞれ移動し、それによって、操向可能な部材を曲げる。また、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403および第2の屈曲アクチュエーションワイヤ404の移動の方向は、駆動部の回転の方向を変化させることによって逆転され得、したがって、それらが逆の方向に曲がることを可能にする。
図32では、操作部は、1対のスクリュー部材と、スクリュー部材を回転させるための駆動部40とを含む。1対のスクリュー部材は、第1のネジ山41aを備えた第1のリードスクリュー42、および、第2のネジ山41bを備えた第2のリードスクリュー43から構成されており、第2のネジ山41bは、第1のネジ山に対して反対側方向に配向されている。第1のリードスクリュー42および第2のリードスクリュー43は、ギヤ44によって駆動部40に接続されており、駆動部の回転とともに同じ方向に回転する。第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403は、第1のリードスクリュー42に機械的に接続されており、第2の屈曲アクチュエーションワイヤ404は、第2のリードスクリュー43に機械的に接続されている。したがって、図31の場合のように、モータ(この図に示さず)が回転するときには、第1および第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403、404は、反対側方向に移動することが可能であり、操向可能な部材を曲げる。
図31および図32は、対になった屈曲アクチュエーションワイヤを駆動するために例としてスクリュー部材を使用することを示しているが、さまざまなリンク構造体を使用して修正が行われ得ることは言うまでもない。
図33は、理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図である。図33Aは、理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、図33Bは、ワイヤ駆動式機構A(たとえば、プーリー)によって引っ張られている理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。
理想的な連続的な可撓性アームにおいて、屈曲アクチュエーションワイヤが、2rの幅を有するワイヤ駆動式機構Aの2つの対向する側部に位置するとする。ここで、「r」は、ワイヤ駆動式機構Aの半径を示しており、「L1」および「L2」は、ワイヤ駆動式機構Aの両方の対向する側部から屈曲セグメント(図示せず)への、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さをそれぞれ示しており、「L1’」および「L2’」は、ワイヤ駆動式機構Aの両方の対向する側部から屈曲セグメント(図示せず)への、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さをそれぞれ示しており、「L」は、ワイヤ駆動式機構Aの中心から屈曲セグメントへの長さを示しており、「R」は、指し示された矢印のようにワイヤ駆動式機構Aが引っ張られるときの曲率半径を示しており、また、ワイヤ駆動式機構Aによるベンドの角度は、「θ」によって示されている。
図33に示されている理想的な連続的な可撓性アームにおいて、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの合計の長さは、以下の等式のように表すことが可能である。
屈曲の前:L1+L2=2Rθ;
屈曲の後:L1’+L2’=(R+r)θ+(R−r)θ=2Rθ;L1+L2=L1’+L2’
しかし、図34に示されているように、図34は、実際の条件において、屈曲の前(図34Aに示されている)、および、屈曲の後(図34Bに示されている)の、屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図である。図示されている図34Bのように、屈曲アクチュエーションワイヤは、引っ張られることによって引き伸ばされており(ΔL elongationとして示されている)、解放されたワイヤの上に緩みBを結果として生じさせ、それは、バックラッシュを引き起こす。この条件では、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さの合計長さは、以下の等式のように表すことが可能である。
屈曲の前:L1+L2=2Rθ;
屈曲の後:L1’+L2’+ΔL elongation=(R+r)θ+(R−r)θ+ΔL elongation=2Rθ+ΔL elongation;
L1+L2≠L1’+L2’+ΔL elongation
それとは対照的に、この例示的な実施形態では、屈曲セグメントは、張力調整部材を有する一連の中間ジョイントを含むように構成され、伸びによって引き起こされる緩みを最小化することが可能である。図35は、本発明の例示的な実施形態による例示的な屈曲セグメントを図示する図である。図35では、屈曲セグメント80は、屈曲セグメントの長手方向軸線の方向に沿って配置されている4つの中間ジョイント81、82、83、84を含むように図示されている。それぞれの中間ジョイント81、82、83、84は、それぞれ、第1のリンク部分811、821、831、および841、ならびに、第2のリンク部分812、822、832、および842を有する。それぞれの中間ジョイント81、82、83、84は、隣接する中間ジョイントと直交して、平行に、または、任意の角度で、インタースタックされ(interstacked)得る。
屈曲セグメント80は、それぞれの中間ジョイント81、82、83、84を通過する複数のルーメン801をさらに含む。したがって、同じ数の屈曲アクチュエーションワイヤ(明確化のために省略されている)が、それに対応して設けられ、それぞれのルーメン801をそれぞれ通過するように配置され、屈曲セグメント80を曲げるように配置され得る。
それぞれの中間ジョイント81、82、83、84は、第1のリンク部分811、821、831、および841、ならびに、第2のリンク部分812、822、832、および842に連結されている2つの張力調整部材813、823、833、および843をさらに含む。それぞれの張力調整部材813、823、833、および843は、屈曲セグメントが曲がるときに、屈曲アクチュエーションワイヤの伸びを補償するように構成されており、それによって、屈曲アクチュエーションワイヤの長さが変更され、所定の長さに維持される。
図36では、張力調整部材813は、2つのオフアクシスヒンジジョイント814を含むダブルヒンジ接続されたジョイントである。それぞれのオフアクシスヒンジジョイント814は、第1のリンク部分811に連結されている第1のインターフェーシングハーフ(interfacing half)815、815’と、第2のリンク部分812に連結されている第2のインターフェーシングハーフ816、816’とを含み、第2のインターフェーシングハーフ816、816’は、第1のインターフェーシングハーフ815、815’に対応して枢動される。この例示的な実施形態では、それぞれの第1のインターフェーシングハーフ815、815’は、それぞれ、突出部端部を有することが可能であり、一方、第2のインターフェーシングハーフ816、816’は、それに対応して、凹部端部を有することが可能である。別の例示的な実施形態では、それぞれの第1のインターフェーシングハーフは、その代わりに、凹部端部をそれぞれ有することが可能であり、一方、第2のインターフェーシングハーフは、それに対応して、突出部端部を有する。
枢動運動は、屈曲配向に応じて、2つのオフアクシスヒンジ814のうちの一方上に起こることになる。図37は、図36の張力調整部材のうちの1つの枢動運動を図示しており、図37Aは、左側に曲がっている張力調整部材の正面図であり、図37Bは、右側に曲がっている張力調整部材の正面図である。図37Aに示されているように、中間ジョイントは、長手方向軸線方向からオフセットされている左ヒンジ814の上の左側の屈曲配向で曲がり、それによって、第1のインターフェーシングハーフ815だけが、左側で枢動可能に移動する。同様に、図37Bに示されているように、中間ジョイント81が右側で曲がるときには、第1のインターフェーシングハーフ815’だけが右側で枢動可能に移動する。
図38は、ワイヤの伸びによって引き起こされるワイヤの緩みが図36の張力調整部材構造体を使用して最小化されることを概略的に図示する図である。図38Aは、張力調整部材構造体が曲がる前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、図38Bは、張力調整部材構造体が曲がった後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。
図38Aおよび図38Bでは、「L」は、中間ジョイント81の中心軸線の方向に沿った、第1のリンク部分811または第2のリンク部分812の高さをそれぞれ示している。「L1」は、屈曲の前の第1のリンク部分811の左側と第2のリンク部分812との間のルーメンを通過する屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、「L1’」は、屈曲の後の左側にある屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。「L2」は、屈曲の前の第1のリンク部分811の右側と第2のリンク部分812との間のルーメンを通過する屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、「L2’」は、屈曲の後の右側にある屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。「r」は、それぞれのリンク部分の中心軸線から屈曲アクチュエーションワイヤが通過するルーメンへの半径を示している。「R」は、中間ジョイント81が曲がるときの曲率半径を示しており、ベンドの角度は、「θ」によって示されている。ここでは、「d」は、それぞれのリンク部分の中心軸線からそれぞれのオフアクシスヒンジジョイント814への距離を示している。
図38Aおよび図38Bに示されているように、この例示的な実施形態において、ワイヤの伸びが無視される場合には、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さの合計長さは、以下の等式のように表すことが可能である。
L1=L2=L;
L1’=2(R+r)sin(θ/2);L2’=2(R−r)sin(θ/2);L1=L2=L=L’=2(R−d)tan(θ/2);
L1+L2=4(R−d)tan(θ/2);
L1’+L2’=2(R+r)sin(θ/2)+2(R−r)sin(θ/2)=4Rsin(θ/2);
ここで、R=L/(2tan(θ/2))+d;
ΔL=(L1+L2)−(L1’+L2’)
=2L−4Rsin(θ/2)
=2L−4(L/(2tan(θ/2))+d)(sin(θ/2)
図39は、Matlabを使用して計算された、屈曲角度θの関数として、屈曲アクチュエーションワイヤの合計長さ変化(ΔL)を図示するシミュレーション結果である。たとえば、L=2、d=0.45であるとき、θが設計されたジョイントの運動の範囲(0度から45度)にあるときに、ΔLは<0のままである。したがって、ワイヤの伸びによって引き起こされる緩みは、オフアクシスヒンジジョイントによって可能にされるΔLによって補償され得る。
したがって、中間ジョイント81の枢動運動は、中間ジョイント81の長手方向軸線方向からオフセットされて位置するヒンジ814の上で起こる。屈曲アクチュエーションワイヤの伸びがオフアクシス枢動運動によって補償されるという点で、屈曲アクチュエーションワイヤの長さは変更され、所定の長さに維持される。
図40は、本発明の例示的な実施形態による外科手術器具を図示するブロック図である。図41は、本発明の例示的な実施形態による外科手術器具を図示する概略図である。屈曲可能な操向可能な部材100が、外科手術器具30の遠位端部に設けられている。操向可能な部材100は、一緒に接続されている中空チャネル(図40および図41には示されていない)を備えた複数の屈曲セグメント110を有する。それぞれの屈曲セグメント110は、長さ方向に形成されている複数のルーメン112を含む。可撓性材料を含む筒状の可撓性部材200が、操向可能な部材100の近位端部に設けられている。筒状の可撓性部材200は、中空チューブを含むことが可能であり、外科手術装置1の遠位端部から接続されているさまざまなタイプのワイヤ部材が、中空チューブに位置する。随意的に、エンドエフェクタ300が、操向可能な部材100の遠位端部に設けられており、エンドエフェクタ300は、エフェクタアクチュエーションワイヤ500によって選択的に作動され得る(たとえば、図2、図24〜図26を参照)。
操向可能な部材100のそれぞれの屈曲セグメント110は、ヒンジ移動を可能にする方式で、隣接する屈曲セグメントに接続されており、屈曲アクチュエーションワイヤ400によって曲げられる(たとえば、図2を参照)。この例示的な実施形態では、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aおよび第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bは、別々のルーメン112の中に位置し、操向可能な部材100および筒状の可撓性部材200を通過しており、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aおよび第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bの遠位端部は、操向可能な部材100に接続されており、それらの近位端部は、駆動部材160に機械的に接続されている。したがって、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aおよび第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bが、駆動部材160によって移動されるとき、複数の屈曲セグメント110が、ヒンジ式に移動し、したがって、操向可能な部材100の1自由度の屈曲運動を引き起こす。
駆動部材160は、第1のモータ161、第2のモータ162、第1の運動伝達ユニット163、および、第2の運動伝達ユニット164を含む。第1のモータ161は、第1の運動伝達ユニット163を介して第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aに連結されており、第1のモータ161からの動力が、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aに伝達され、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aを作動させることができるようになっている。同様に、第2のモータ162は、第2の運動伝達ユニット164を介して第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bに連結されており、第2のモータ162からの動力を伝達し、第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bを作動させる。この例示的な実施形態では、第1の運動伝達ユニット163および第2の運動伝達ユニット164は、リードスクリューまたはボールスクリューであることが可能であるが、この構成に限定されない。
張力モニタリング部材170がさらに設けられており、第1のセンサ171および第2のセンサ172を含む。第1のセンサ171は、第1の運動伝達ユニット163に連結され、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aに連結されている。第1のセンサ171は、屈曲前と所望の屈曲運動との間の第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aの引張力の変化を感知したことに応答して第1のフィードバック信号S1を提供することが可能である。同様に、第2のセンサ172は、第2の運動伝達ユニット164および第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bに連結されている。第2のセンサ172は、屈曲前と所望の屈曲運動との間の第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bの引張力の変化を感知したことに応答して第2のフィードバック信号S2を提供することが可能である。この実施形態では、第1のセンサ171および第2のセンサ172は、ロードセルであるが、これに限定されない。第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aまたは第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bの引張力の変化は、電気的な値の変化(たとえば、電圧、電流、または他のメータ)を提供し、電気的な値の変化は、ロードセルの上に設置されるロードに対して較正されている。
上記に説明されているような駆動部材160および張力モニタリング部材170は、制御部材180に電気的にさらに接続されている。制御部材180は、第1のフィードバック信号S1に応答して第1の出力信号S3を提供し、第1のモータに伝達することが可能である。第1の出力信号S3を受信すると、第1のモータ161は、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aを調節する(すなわち、引っ張るかまたは解放する)ように駆動されることになる。同様に、制御部材180は、第2のフィードバック信号S2に応答して第2の出力信号S4を提供し、第2のモータ162に伝達し、第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bを調節することが可能である。
図42は、本発明の例示的な実施形態による、屈曲状態の外科手術器具を図示する図である。操向可能な部材100を曲げるために、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aが作動される(すなわち、図42に示されているように、第1のモータ161の方向に向けて引っ張られる)とき、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aおよび/または第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bの張力が、さまざまな理由で変化する。たとえば、第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bの屈曲方向に沿った、屈曲の前と後との間の長さの変化は、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aのものよりも小さい。したがって、第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bの張力が変化を受けることになり、バックラッシュが、屈曲に起因して生成されることになり、したがって、微調節を困難にする。
この例示的な実施形態では、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aによって引き起こされる引張力の変化は、引張力によって誘発される電圧変化を介して、第1のセンサ171および第2のセンサ172によって、それぞれ測定およびモニタリングされ得る。次いで、第1のフィードバック信号S1および第2のフィードバック信号S2は、電圧変化に応答して制御部材180に提供される。第1のフィードバック信号S1および第2のフィードバック信号S2を受信および処理した後に、制御部材180は、第1の出力信号S3および第2の出力信号S4を、第1のモータ161および第2のモータ162に別々に提供することになる。次いで、第1のモータ161は、第1の出力信号S3に応答して動かなくなり、一方、第2のモータ162は、第2の出力信号S4に応答して所定の長さになるまで、操向可能な部材100の方向に向けて第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bを解放することになり、第1の屈曲アクチュエーションワイヤ403aおよび第2の屈曲アクチュエーションワイヤ403bが、再び所定の張力下に維持されるようになっている。
図43は、本発明の別の例示的な実施形態による外科手術器具を図示するブロック図である。図44は、本発明の別の例示的な実施形態による外科手術器具を図示する概略図である。エンドエフェクタ300が体壁に頻繁に接触されるときに、または、エンドエフェクタ300が身体の中の経路に沿って前方へ押される間に身体の材料に対して摩擦を生成させるときに、または、エンドエフェクタ300を動作させるときにエンドエフェクタ300が反力を生成させるときに、エンドエフェクタ300は、さまざまな外力を受ける可能性がある。従来の外科手術では、外科医は、自分自身の指によってそのような外力を感じる。しかし、ロボット外科手術では、外科医は、外力を直接的に感じることができず、外科医ができることは、自分の観察または経験だけによって推量することだけである。
したがって、この実施形態では、ここで提供される外科手術器具30は、通信部材191を介して外科医ステーション190とともに機能することが可能である。
上記に説明されているような第1のセンサ171および第2のセンサ172は、感知された値と、通常動作のときの張力が操向可能な部材100に印加されるときの値との間の電位差が、事前設定された閾値ΔVthを超えるかどうかに応じて、外力が印加されているかどうかを決定するように構成され得る。外力が印加されていることが決定されるとき、第1のセンサ171および第2のセンサ172は、第1の外力信号S5および第2の外力信号S6を制御部材180にそれぞれ提供することになる。制御部材180は、第1の外力信号S5および第2の外力信号S6に応答して通信部材191を介して伝達されるインストラクション信号S7をさらに提供することになる。
通信部材191は、制御部材180の中の内臓式のものであってもよく、または、外部式のものであってもよい。また、通信部材191は、当技術分野の任意の電気通信技術を使用することが可能である。たとえば、いくつかの実施形態では、通信部材191は、ワイヤレストランスミッターおよびワイヤレスレシーバーを含むことが可能である(図には示されていない)。信号がデジタルであるかまたはデジタル化されており、制御部材180によって変調される、他の実施形態では、ワイヤレストランスミッターは、標準プロトコル、たとえば、Bluetooth(登録商標)に準拠して構成され得る。代替的に、標準のものであっても独自のものであっても、ハードワイヤドトランスミッターまたはワイヤレストランスミッターの任意の他の適切な構成も使用され得る。さらに、ワイヤレストランスミッターは、そこから延在するアンテナ(図示せず)を含み、ワイヤレスレシーバーへの信号の伝達を促進させることが可能である。
外科医ステーション190は、外科医によって手動で操作されように適合されており、そして、外科医の操作に応答して外科手術器具30の運動を制御する。この実施形態では、外科医ステーション190は、外科医ステーション190へのインストラクション信号S7に応答して抵抗力または振動に関連する情報を表示するように構成されている。1つの実施形態では、上記に説明されているような制御部材180は、触覚フィードバックコントローラ(図には示されていない)を含み、触覚フィードバックの形態のインストラクション信号S7を処理および伝達することが可能である。触覚フィードバックは、さまざまな形態を通して、たとえば、それに限定されないが、振動感覚(たとえば、振動)、力感覚(たとえば、抵抗)、および圧力感覚、熱知覚(高温)、および/または冷凍知覚(低温)を含む、機械感覚を通して提供され得る。外科医ステーション190は、触覚ジョイスティック(図には示されていない)を含み、触覚フィードバックを外科医に伝え、外科医に外力を知らせることが可能である。
他の実施形態では、抵抗力または振動に関連する情報は、グラフィカル情報または聴覚情報として示され得る。ここでの外科医ステーション190は、そのようなグラフィカル情報または聴覚情報を表示するためのユーザーズインターフェースを含む、当技術分野で知られているさまざまなタイプのものであることが可能である。本明細書で提供される外科手術器具30によって、外力が、張力モニタリング部材170によって検出およびモニタリングされ得、また、可視化された形態で表示され、または、触覚フィードバックによって感知され得る。したがって、外科医は、テレオペレーション条件であっても、外科医ステーションの中のマスタデバイスを外力に対してタイムリーに使用して、追加的な力を印加することが可能である。また、外科手術器具30を使用する外科手術を実施する精度が増加されることになる。
さらなる態様では、本発明は、ロボットなど、とともに使用するための、パーソナライズされたマスタコントローラを、とりわけ、ロボット外科手術デバイス、システム、および方法にさらに提供する。ロボット支援外科手術において、外科医は、典型的に、マスタコントローラを動作させ、外科手術部位におけるロボット外科手術デバイスの運動を遠隔制御する。マスタコントローラは、かなりの距離によって(たとえば、手術室にわたって、異なる部屋の中で、または、患者とは完全に異なる建物の中で)患者から分離されていてもよい。代替的に、マスタコントローラは、手術室の中の患者の極めて近くに位置決めされていてもよい。とにかく、マスタコントローラは、典型的に、1つまたは複数のマニュアル入力ハンドルを含むことになり、マニュアル入力ハンドルの外科医の操作に基づいて、図1に示されているような外科手術装置1を移動させるようになっている。典型的に、マニュアル入力ハンドルは、6自由度の滑らかな運動を可能にするように設計され得、6自由度の滑らかな運動は、3軸線の並進、および、3軸の回転に対応することが可能である。
さらに、外科手術器具30を駆動し、さまざまな外科的手術を実施するために、マニュアル入力ハンドル自身は、グリッピング運動のための自由度を提供することが可能である。たとえば、内臓式のグリッピングデバイスが、マニュアル入力ハンドルの近位端部にさらに設けられていてもよく、グリッピングデバイスがレバー操作され得、はさみ、鉗子、または止血鉗子の運動、および、外科手術器具30の制御アクチュエーションをオペレーターが模倣することを可能にし、たとえば、エンドエフェクタ300(図1を参照)を作動させ、それをグリッピングすることによって、外科手術部位における組織および/または他の材料を移動させるようになっている。しかし、そのようなグリッピングデバイスは、交換可能でない可能性があり、したがって、オペレーターは、彼らがあまり熟知していない可能性のあるグリッピングデバイスを備えたマニュアル入力ハンドルを使用することを強いられる以外に選択肢がない。したがって、外科的手術のためのマスタコントローラを使用する精密制御は、より困難になる可能性がある。
上記に概説されている理由のために、ロボット外科手術、遠隔外科手術、および、他の遠隔操作型ロボットの用途のための、改善されたデバイス、システム、および方法を提供することが有利である。例示的な実施形態では、パーソナライズされたマスタコントローラが、本明細書で提供される。図45は、本発明の例示的な実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを図示するブロック図である。パーソナライズされたマスタコントローラ9は、プロセッサーP(たとえば、コンピューター)に連結され得、プロセッサーPは、外科手術装置1に電気的に接続されている。本明細書で提供されているように、パーソナライズされたマスタコントローラ9は、制御プラットフォーム90、接続パーツ91、および交換可能グリップ92を含むことが可能である。図45に示されているように、制御プラットフォーム90は、1つまたは複数の移動信号を定義および入力するように構成され、プロセッサーPを介して外科手術装置1(たとえば、図1を参照)の移動を制御することが可能である。
いくつかの代替的な実施形態では、制御プラットフォーム90は、シリアルマニピュレーターであることが可能であり、シリアルマニピュレーターは、米国特許第7714836号明細書、米国特許第7411576号明細書、および米国特許第6417638号明細書に説明されているようなジョイントに接続されている複数のリジッドリンクを含み、これらの文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。たとえば、図46に示されているように、このタイプの制御プラットフォーム90は、ベース900aを含む本体部900と、入力ハンドル901と、第1の複数のセンサ902とを含むことが可能である。ベース900aは、実質的に垂直方向の配向を有する第1の軸線A01に関して回転することが可能である。入力ハンドル901は、第1のリンク903と、第2のリンク904と、外側ジンバル907および内側ジンバル908を含むジンバル構造体とを含むことが可能である。第1のリンク903は、第1のジョイント905を介して本体部900に対して枢動され、第1のジョイント905は、第1のリンク903が第2の軸線A02に関して移動することを可能にし、第2の軸線A02は、第1の軸線A01に対して実質的に垂直の配向を有する。第2のリンク904は、第2のジョイント906を介して第1のリンク903に対して枢動され、第2のジョイント906は、第2のリンク904が第3の軸線A03に関して移動することを可能にし、第3の軸線A03は、第2の軸線A02に対して実質的に平行になっている。
ジンバル構造体は、第2のリンク904の自由端部に装着されており、外側ジンバル907および内側ジンバル908を含む。外側ジンバル907は、第2のリンク904によって枢動可能に支持されており、第4の軸線A04に関して回転することを許容されており、第4の軸線A04は、第3の軸線A03に対して実質的に垂直になっている。内側ジンバル908は、外側ジンバル907によって枢動可能に支持されており、第5の軸線A05に関して回転することを許容されており、第5の軸線A05は、第4の軸線A04に対して実質的に垂直になっている。接続パーツ91(図48A)が、内側ジンバル構造体908の上に装着されており、それに電気的に接続されている交換可能グリップ92が第6の軸線A06に関して回転することを可能にする。
内側ジンバル構造体908の上に装着されている接続パーツ91は、入力ハンドル901および交換可能グリップ92を電気的に接続する。図47は、本発明の例示的な実施形態による制御プラットフォームに接続されている接続パーツを図示する斜視図である。1つの実施形態では、接続パーツ91は、プラグアンドソケットタイプのコネクターであることが可能であるが、これに限定されない。図47に示されているように、1つの実施形態では、接続パーツ91のワンプロングプラグ911が、内側ジンバル908に連結され得、一方、対応するソケット構造体912が、交換可能グリップ92の遠位端部に装着され得(図48を参照)、交換可能グリップ92が、内側ジンバル構造体908の上に接続され得、第6の軸線A06に関して回転することを許容されるようになっており、第6の軸線A06は、第5の軸線A05に対して実質的に垂直になっている。代替的に、いくつかの実施形態では、接続パーツ91のワンプロングプラグ911が、交換可能グリップ92の遠位端部924に連結され得、一方、ソケット構造体912が、内側ジンバル908(図48を参照)に装着され得る。
したがって、制御プラットフォーム90は、3つの並進自由度(X方向、Y方向、およびZ方向)ならびに3つの回転自由度(ピッチ運動、ヨー運動、およびロール運動)を含む、6自由度移動を提供することが可能である。それによって、入力ハンドル901は、それが、それ自身で、または、装着された交換可能グリップ92によって、制御プラットフォーム90に対してX方向、Y方向、およびZ方向に並進可能であるときに、複数の位置メータP1を提供することが可能であり、かつ/あるいは、それが、それ自身で、または、装着された交換可能グリップ92によって、制御プラットフォーム90に対してピッチ運動、ヨー運動、およびロール運動で回転可能であるときに、複数の配向メータP2を提供することが可能である。
1つの実施形態では、1つまたは複数の第1のセンサ902が、入力ハンドル901に装着され得、また、上述の位置メータP1および/または配向メータP2に応答して1つまたは複数の第1の移動信号S8を発生させるように構成され得る。第1のセンサ902は、たとえば、第1のジョイント905、第2のジョイント906、および/またはジンバル構造体907に装着され得る。いくつかの実施形態では、第1のセンサ902は、入力ハンドル901および/または装着された交換可能グリップ92の運動によって引き起こされる、たとえば、位置、配向、力、トルク、速度、加速度、歪み、変形、磁界、角度、および/または光など(これに限定されない)の状態または変化に基づいて、位置メータP1および/または配向メータP2を測定することができる任意のタイプのセンサであることが可能である。たとえば、第1のセンサ902は、圧力センサまたは力センサであることが可能であり、それは、それに限定されないが、圧電センサ、単純な圧電クリスタルセンサ、ホール効果センサ、または抵抗歪みゲージセンサなどを含み、それらのすべては、スタンドアロンであるか、または、信号調整エレクトロニクス(ホイートストンブリッジ、低ノイズ増幅器、A/Dコンバーターなど)と一体化され単一のチップもしくは単一のパッケージのシールされたモジュールになっているかのいずれかであることが可能である。他の実施形態では、第1のセンサ902は、角度センサまたは回転センサであることが可能であるが、これに限定されない。特定の実施形態では、第1のセンサ902は、ホール効果センサであることが可能である。当技術分野で知られているように、ホール効果センサは、対応する磁石エレメント(図には示されていない)の存在下で使用され、位置メータP1および/または配向メータP2に応答する磁界を感知することが可能である。次いで、第1のセンサ902は、第1の移動信号S8を作り出し、それにしたがって、外科手術装置1の移動(たとえば、ロール、並進、またはピッチ/ヨー移動)を制御することが可能である。
図48は、本発明の例示的な実施形態による交換可能グリップを図示する斜視図である。1つの実施形態では、本明細書で提供される交換可能グリップ92は、取り外し可能なハンドル921を含み、手動の外科手術器具からの実際のハンドルを模擬することが可能である。すなわち、交換可能グリップ92は、リアル感を外科医に提供するために、同じサイズおよび形状であることが可能であり、また、絞ることが可能であるかまたは固定され得る。たとえば、図48Aに示されている2つのグリップレバー922、923は、取り外し可能なハンドル921の近位端部において枢動され得、ピンチング運動またはグラスピング運動の自由度を提供するようになっている。両方のグリップレバー922、923は、矢印Hによって示されているように、取り外し可能なハンドルに対して、互いに向けて移動することを許容され得、ピンチング運動またはグラスピング運動の自由度を提供する。手術野、外科医、または動作に応じて、実際の標準的な外科手術用ハンドルを模擬するために、取り外し可能なハンドル921およびグリップレバー922、923は、図48Bおよび図48Cにそれぞれ示されているような、ピンセットまたは腹腔鏡下の手用器具などのような、さまざまなタイプの外科手術ツールとして交換可能であるように設計され得る。
また、いくつかの実施形態では、取り外し可能なハンドル921は、その遠位端部924において、ソケット構造体912に装着されるか、または、ソケット構造体912から取り外され得る。本明細書で提供されるソケット構造体912は、接続パーツ91のワンプロングプラグ911に電気的に接続することができ、または、接続パーツ91のワンプロングプラグ911から切り離すことができ、取り外し可能なハンドル921が、それにしたがって外科医から入力される関連のグリッピング運動を受け入れるように器具を備えていることができるようになっており、対応する制御信号が、その後に作り出され、制御プラットフォーム90を介して外科手術装置1に伝達される。
交換可能グリップ92のグリッピング運動を感知するために、1つの実施形態では、取り外し可能なハンドル921は、内側の中空チューブ状のスペースを画定することが可能であり、そこでは、第2のセンサ925が収容されており、グリップレバー922、923の運動によって引き起こされる、たとえば、位置、配向、力、トルク、速度、加速度、歪み、変形、磁界、角度、および/または光など(これに限定されない)の状態または変化に基づいて、少なくとも1つのメータP3を感知することが可能である。
いくつかの実施形態では、第2のセンサ925は、当技術分野で知られている任意のタイプのセンサであることが可能である。たとえば、第2のセンサ925は、圧力センサまたは力センサであることが可能であり、それは、それに限定されないが、圧電センサ、単純な圧電クリスタルセンサ、ホール効果センサ、または抵抗歪みゲージセンサなどを含み、それらのすべては、スタンドアロンであるか、または、信号調整エレクトロニクス(ホイートストンブリッジ、低ノイズ増幅器、A/Dコンバーターなど)と一体化され単一のチップもしくは単一のパッケージのシールされたモジュールになっているかのいずれかであることが可能である。他の実施形態では、第2のセンサ925は、角度センサまたは回転センサであることが可能であるが、これに限定されない。特定の実施形態では、第2のセンサ925は、ホール効果センサであることが可能である。当技術分野で知られているように、ホール効果センサは、対応する磁石エレメント(図には示されていない)の存在下で使用され、磁界を感知することが可能であり、ホール効果センサが、グリップレバー922、923の運動によって引き起こされる磁界の状態または変化に基づいて、グリッピングメータP3および/またはP4を測定することができるようになっている。次いで、ホール効果センサは、第2の移動信号S9を作り出すことが可能であり、第2の移動信号S9は、それにしたがって、図1に示されているエンドエフェクタ300の移動(たとえば、グリッピングデバイス(たとえば、ジョーまたはブレード)であることが可能であるエンドエフェクタ300の開閉(グリッピング)移動)を制御することが可能である。
図49は、本発明の別の例示的な実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを概略的に図示する図である。図50は、図49のパーソナライズされたマスタコントローラの制御プラットフォームのパーツを概略的に図示する図である。この実施形態では、制御プラットフォーム90は、パラレルキネマティクス構造体を含むデバイス、とりわけ、Deltaパラレルキネマティクス構造デバイス(たとえば、米国特許出願公開第2008/0223165A1号明細書(この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている)に説明されているようなもの)であることが可能である。図49に示されているように、制御プラットフォーム90は、最大で6自由度(すなわち、X方向、Y方向、およびZ方向への最大で3つの並進自由度、ならびに、ピッチ配向、ヨー配向、およびロール配向への最大で3つの回転自由度)を提供するように適合されており、それぞれ、位置メータおよび配向メータを提供する。
この実施形態では、制御プラットフォーム90は、ベース部材93と、可動部材94と、ベース部材93および可動部材94をそれぞれ連結する3つのパラレルキネマティクスチェイン95とを含むことが可能である。それぞれのパラレルキネマティクスチェイン95は、第1のアーム951を有しており、第1のアーム951は、対称軸線(すなわち、ベース部材93に対して垂直の中心線)に対して所定の距離にあるそれぞれの移動平面950の中で移動可能である。それぞれの第1のアーム951は、その関連の装着部材96と連結されており、それぞれの第1のアーム951が、関連の装着部材96に対して、ひいては、ベース部材93に対して、回転または枢動され得るようになっている。
第2のアーム952を含むパラレルキネマティクスチェイン95が、可動部材94に連結され得る。それぞれの第2のアーム952は、2つのリンキングバー952a、952bを含む平行四辺形として考えられ得る。第2のアーム952の近位端部において、それぞれのリンキングバー952aおよび952bは、ジョイントまたはヒンジ97によって可動部材94と連結され得る。第2のアーム952の遠位端部において、それぞれのリンキングバー952a、952bは、ジョイントまたはヒンジ97によって、関連の第1のアーム951の端部と連結されている。それぞれの第2のアーム952、とりわけ、それぞれのリンキングバー952a、952bは、両方の端部において、2つの回転自由度を有することが可能である。
したがって、ベース部材93と可動部材94との間に接続されているそれぞれのキネマティクスチェイン95は、ベース部材93、可動部材94、および3つのパラレルキネマティクスチェイン95によって画定されている移動スペースの中を移動され、(図50にそれぞれ示されているように、X方向、Y方向、およびZ方向に沿って)最大で3つの並進自由度を提供することが可能であり、1つまたは複数の位置メータP1を発生させる。Deltaパラレルキネマティクス構造デバイスに関するさらなる詳細は、たとえば、米国特許出願公開第2008/0223165A1号明細書に言及されている可能性があり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
それに加えて、最大で3つの回転自由度は、可動部材94に連結されているリスト構造体940によって提供され得、それは、たとえば枢動ジョイントの形態の3つの枢動可能な接続部941、942および943を含む。枢動可能な接続部941、942および943のそれぞれは、可動部材94に対して回転自由度(それぞれ、図51のヨー配向、ピッチ配向、およびロール配向)を提供し、それによって、1つまたは複数の配向メータP2を発生させる。
複数の第1のセンサ902が存在しており、複数の第1のセンサ902は、3つのパラレルキネマティクスチェイン95および可動部材94の移動によって引き起こされる1つまたは複数の位置メータP1および/または配向メータP2を検出し、それに続いて、メータP1および/またはP2に応答して第1の移動信号S8を発生させるために設けられている。たとえば、いくつかの第1のセンサ902が、それぞれの装着部材96にインストールされ、関連の第1のアーム951の運動によって引き起こされる少なくとも1つのメータをそれぞれ検出することが可能である。他の第1のセンサ902が、ジョイントまたはヒンジ97のうちのすべてまたは一部にインストールされ、関連の第2のアーム952の運動によって引き起こされる少なくとも1つのメータをそれぞれ検出することが可能である。代替的に、3つの第1のセンサ902が、それぞれ、3つの枢動可能な接続部941、942および943に設けられてもよい。
図51は、図49の一部分の拡大図であり、例示的な実施形態による制御プラットフォームの可動部材に交換可能グリップが取り付けられていることを示している。また、図52は、図49の一部分の拡大図であり、例示的な実施形態による制御プラットフォームの可動部材から交換可能グリップが取り外されていることを示している。図52に示されているように、接続パーツ91は、枢動可能な接続部943の上にさらに装着され、接続パーツ91が入力ハンドル901および交換可能グリップ92を電気的に接続することができるようになっている。図52に示されているように、1つの実施形態では、接続パーツ91は、プラグアンドソケットタイプのコネクターを含むことが可能であるが、これに限定されない。たとえば、接続パーツ91のワンプロングプラグ911は、ネジ山913を介して交換可能グリップ92の取り外し可能なハンドル921に連結され得、一方、対応するソケット構造体912は、枢動可能な接続部943に装着され得、交換可能グリップが、枢動可能な接続部943に取り付けられ得るようになっているか(図51を参照)、または、枢動可能な接続部943から取り外され得るようになっており(図52を参照)、また、枢動可能な接続部943の回転軸線A10に関して回転することを許容されるようになっている。
図53から図66は、本発明の外科手術ツールを概略的に図示しており、それは、食道内視鏡処置において使用するために構成されており、たとえば、食道の壁部の上の病変の除去のために構成されており、それに続いて、現場で外科手術ツールのエンドエフェクタを使用して部位を縫合して閉じるために構成されている。本明細書において、外科手術ツールは、複数のチューブ状の可撓性部材200を含み、複数のチューブ状の可撓性部材200は、それぞれ、その専用の取り囲むシース202の中に延在可能であり(図55)、それぞれの取り囲むシース202およびチューブ状の可撓性部材200は、外側シース1162の中に延在しており、可撓性チュービングは、操向可能な部材100(図56)およびその遠位端部におけるエンドエフェクタにおいて終端しており、それぞれのチューブ状の可撓性部材200は、その近位端部において、その専用の駆動部40に接続されている。追加的に、従来の内視鏡1000の挿入チューブ1002が、図54に概略的に示されているように、同様に、外側シース1162を通って延在している。内視鏡1000の取り囲むシース202および挿入チューブ1002のそれぞれは、遠位カップラー1140の中に終端しており、また、それらの遠位端部において、遠位カップラー1140の中に支持されている。外側シース1162は、遠位カップラー1140の第1の端部の上に延在しており、また、遠位カップラー1140の第1の端部の上にきつく適合しており、取り囲むシース202は、遠位カップラー1140の中で終端しており、外側シース1162および遠位カップラー1140は、外科手術ツールの導入部分1004の外側表面を一緒に構成している。遠位カップラー1140は、ステンレス鋼または別の生体適合性材料から製造されており、遠位カップラー1140は、チューブ状の可撓性部材200の端部、取り囲むシース202、および挿入チューブ1002を互いに対して相対的に位置決めする役割を果たしている。外側シース1162、取り囲むシース202、および可撓性のチューブ状の可撓性部材200は、生体適合性ポリマーから製造されており、生体適合性ポリマーは、患者の体腔の中へのその比較的に容易な挿入のために屈曲可能である。いくつかの実施形態では、第3の可撓性シース(図面に示されていない)がさらに設けられ得、第3の可撓性シースは、近位端部および遠位端部を有しており、第3の可撓性シースは、少なくとも1つの屈曲可能な内視鏡1000の一部分、たとえば、挿入チューブ1002を取り囲んでおり、第3の可撓性シースの近位端部は、機械的なキャリッジ1100に対して適切な位置に固定されており、遠位端部は、遠位カップラー1140に接続されている。
図53に示されているように、患者が挿管され、導入チューブ1008が喉の中へ導入された後に、導入部分1004が、導入チューブ1008を通して導入され、遠位カップラー1140が、導入チューブ1008の外向きに、および、患者の食道の中に位置するようになっている。外科医または他のオペレーターは、従来の内視鏡に接続されているカメラ1012(図56を参照)を使用して、導入部分1004をこの位置へ操向し、患者の食道に沿って関心の場所に位置付ける。その後に、チューブ状の可撓性部材200は、駆動部40を使用して遠位カップラー1140から延在され(たとえば、図54を参照)、それらの端部の上の操向可能な部材100が、屈曲アクチュエーションワイヤ400の適正な張力付加または引っ張りによって配向され、関心の場所において外科手術処置を実施する。
図54、図60、および図61は、図53の処置において使用される外科手術ツールの追加的で代替的な構築体をさらに図示している。本明細書において、駆動部40は、機械的なキャリッジ1100を含み、機械的なキャリッジ1100は、手術室の中の患者に隣接して適切な位置にロックされ得るテーブルまたはカートの上部などのような、水平方向の表面1104に装着される。図54に示されているように、この構成における機械的なキャリッジ1100は、下側水平方向移動メカニズム1106と、それに接続されている回転メカニズム1108と、それに接続されている回転可能なハウジング1110と、ケージ、実施形態では、2つのケージ1112a、bとを含み、2つのケージ1112a、bのそれぞれの中に、ロボットコントローラ1114a、1114bが装着されている。また、第1のチューブ状の部材1116(本明細書では、標準的な内視鏡の挿入チューブ1002)が設けられている。本発明の先の実施形態の第1のチューブ状の可撓性部材200(図55を参照)を含む第2のチューブ状の部材1120の近位端部1118は、第1のロボットコントローラ1114aに接続されており、本発明の先の実施形態の第2のチューブ状の可撓性部材200を含む第3のチューブ状の部材1124の近位端部1122は、第2のロボットコントローラ1114bに接続されている。チューブ状の部材1120、1124のそれぞれは、延在部分1126、1128をさらに含み、延在部分1126、1128は、駆動部40から延在し、遠位端部1130、1132において終端している。
図56から図58に示されているように、第1のチューブ状の部材1116は、概して延在する部分1136を含み、概して延在する部分1136は、また、そのマニピュレーターハウジング1138の遠位にある遠位端部1134において終端している(図54)。挿入チューブ1002の遠位端部は、カメラ1012と、ツールアクセスおよび制御をスライド式に提供するための作業チャネル1014と、照射デバイス(図示せず)、たとえば、LEDまたはライトバンドルなどと、灌漑ポートおよび吸い込みポート(図示せず)とを含む。遠位端部1130、1132、および1134は、遠位カップラー1140の中に留置されている。遠位カップラー1140は、外側円周方向壁部1142を含み、外側円周方向壁部1142は、その一方の端部において、低減された直径外側壁部1143によって終端しており、また、遠位カップラー1140は、低減された直径外側壁部1143を通って延在する複数の開口部、説明されている実施形態では、3つの開口部1146、1148、および1150を含む(図57および図58を参照)。取り囲むシース202の一方の端部は、開口部1148、1150のそれぞれの内向きに延在している。第1の開口部1146は、第1のチューブ状の部材の遠位端部1134を受け入れ、カメラ1012、作業チャネル1014、照射デバイス、ならびに、その灌漑ポートおよび吸い込みポート(図示せず)が、遠位カップラー1140の外部に露出されるようになっており、第2および第3の開口部1148、1150のそれぞれは、取り囲むシース202の遠位端部、ならびに、第2および第3のチューブ状の部材1120、1124の遠位端部1130、1132を受け入れ、第2および第3のチューブ状の部材1120、1124の遠位端部1130、1132が、その端面1145に対して延在および後退され得るようになっている。外側シース1162の端部は、遠位カップラー1140の低減された直径外側壁部1143の上に延在され、それによって、低減された直径外側壁部1143に留置される。図60に最良に示されているように、取り囲むシース202の近位端部1164は、ブリッジ構造体1168の中に保持されており、ブリッジ構造体1168は、スライディングプレート1172(図61を参照)に概して平行に、スライディングプレート1172の上方に延在しており、スライディングプレート1172に対して外向きに延在しており、その第1の端部1165において、ケージ1112a、bの間に延在するクロスピース(図示せず)に留置されている。この構築によって、遠位カップラー1140の中に位置している取り囲むシース202の遠位端部は、ケージ1112a、bからの固定された長さを維持している。
延在部分1126、1128、1136の結合および望ましくない弓状変形を防止するために、1つまたは複数の連結部材1154a、bが、それらの長さに沿って設けられ、取り囲む部分202を受け入れ、取り囲む部分202を通って、延在部分1126、1128、1136がその中に延在している。この実施形態では、図59に示されているように、それぞれの連結部材1154a、1154bは、概して円形プレート状の部材であり、チューブ状の部材の数に等しい数の開口部、この実施形態では、3つの開口部1156を有しており、3つの開口部1156は、連結部材1154a、bの中心の周りにおおよそ120度だけ互いから間隔を離して配置されている。延在部分1126、1128、1136のそれぞれは、開口部のうちの1つを通って延在している。第1のチューブ状の部材1116の延在部分1136は、それぞれの連結部材1154a、1154bの中の開口部1156aを通って延在している。第1のチューブ状の部材1116の外径、および、開口部1154aの内径は、第1のチューブ状の部材1116が開口部1154aを通して引っ張られるかまたは押され得るが、高い程度の力(外科手術装置1の使用の間に経験されるものよりも大きい力)がそれらの間に印加されるまで、第1のチューブ状の部材1116が連結部材1154a、bに対して移動することとならないように、サイズ決めされている。それとは対照的に、延在部分1126、1128を取り囲んでいる取り囲むシース202の外側周囲は、開口部1156b、cの内側周囲よりも小さくなっており、したがって、取り囲むシース202およびその中の延在部分1126、1128は、前方におよび逆方に開口部1156b、cを通って自由に移動することができる。しかし、取り囲むシース202および延在部分1126、1128、1136のそれぞれは、連結部材1156a、bの中心1160から半径方向内向きにまたは外向きに重大な移動に対して拘束されている。外側シース1162は、延在部分1126、1128、1136とともに、デバイスの導入部分1004を形成している。
ロボット外科手術アーム1166が、チューブ状の部材1120、1124の延在部分1126、1128の遠位端部1130、1132のそれぞれに設けられている。本明細書においてさらに説明されるように、ロボット外科手術アーム1166aは、第1の操向可能な部材100aおよび第2の操向可能な部材100bをそれぞれ含み、ロボット外科手術アーム1166aは、コネクター1144によって相互接続されており、それぞれの操向可能な部材は、複数の屈曲セグメント110を含み、複数の屈曲セグメント110は、互いに枢動可能に接続されており、図3から図29に対して本明細書で説明されているリンケージのうちの1つまたは複数として構成されており、それらは、遠位カップラー1140に対して延在および後退されることとなる機械的なキャリッジ1100のエレメントの制御の下で制御可能に位置決め可能であり、それらが、連結部材遠位カップラー1140および外側シース1162の内向きに十分に後退されるか、または、図56に示されているようにそこから延在され得るようになっている。
ここで図54、図60、および図61を参照すると、機械的なキャリッジ1100の動作、ならびに、チューブ状の部材1116、1120、および1124、ならびに、ロボット外科手術アーム1166a、bの対応する運動が、図54、図60、および図61に対して説明される。最初に図54を参照すると、機械的なキャリッジ1100の下側水平方向移動メカニズム1106は、ベース1170と、対向するローラー支持式スライディングガイド1174によってその中に移動可能に留置されるスライディングプレート1172と、下側ローリングサポート1176とを含む。第2および第3のチューブ状の部材1120、1124の場所から遠位のスライディングプレート1172の一方の端部において、アップライト1178が延在しており、アップライト1178は、ガセット1180によって、その両側において支持されている。アップライト1178の下側端部は、締結具によって、または、スライディングプレート1172に溶接されることによって、スライディングプレート1172に留置されており、ガセット1180は、同様に、スライディングプレート1172の上側表面、および、アップライト1178の側部表面に溶接されている。アクチュエータ1182、たとえば、空気圧式のリニアドライブまたはリードスクリューベースのドライブなどが、その一方の端部において、アップライト1178の裏側に留置されており、その反対側端部は、たとえば、ベースプレート1170が基礎を置くのと同じ表面への接続によって、または、示されているようなベースプレート1170へのリジッドの接続などによって、機械的に接地されている。リニアアクチュエータ1182の作動は、たとえば、図54の中のその位置から図60の中のその位置へなど、スライディングプレート1172の線形移動を引き起こす。リニアアクチュエータは、リニアモータ、ステッパモータおよびリードスクリューメカニズム、または、スライディングプレート1172とベースプレート1170との間に1mm以下の移動を信頼性高く引き起こすことができる他のデバイスであることが可能である。
回転可能なハウジング1110は、その後方に面する部分から延在するシャフト(図示せず)を通して、アップライト1178の中に支持されている軸受1186の中へ接続されている。回転アクチュエータ1188、実施形態では、回転可能なハウジングのその軸線の周りの1度未満によるアーチ形の移動を作動することができるステッパモータが、アップライト1178の後方側部に接続されており、そのシャフト(図示せず)は、回転可能なハウジングのシャフトに連結されている。回転アクチュエータの動作は、たとえば、図54に示されているその配向から図61に示されているその配向へなど、そのシャフトの中心線の周りの回転可能なハウジング1110の回転移動を引き起こす。
以前に説明されているように、第1のチューブ状の部材1116は、標準的な内視鏡の挿入チューブ1002であり、それは、図62に示されているように、ハンドル1191と、ハンドルの中のもう1つの導入ポート1192とを含み、チューブ状の部材1116の中空内部部分と連通可能である。図56に示されているように、第1のチューブ状の部材1116の延在部分1136の遠位端部1134において、カメラ1012、たとえば、ピクセルアレイなど、および作業チャネル1014が設けられている。ワイヤ(図示せず)は、カメラ1012からチューブ状の部材1116に沿ってハンドル1191へ延在して戻り、そこからビデオポート1018へ、および、そこからディスプレイスクリーンへ延在している。図62に示されているように、第1のチューブ状の部材1116の端部は、湾曲しているかまたはカールしている。標準的な内視鏡は、医者または外科医などのようなオペレーターの制御の下で屈曲することができ、第1のチューブ状の部材1116が、概して直線に構成可能であり、または、その遠位端部1134に隣接するその一部分が、図59に示されているように曲げられる。内視鏡のハンドル1191は、撓み制御ノブ1020を含み、オペレーターは、撓み制御ノブ1020を移動させ、遠位端部における内視鏡を選択的におよび制御可能に屈曲させ、撓み制御ノブ1020は、撓みロックトグル1022の作動によって選択的にロック可能である。追加的に、吸い込みポート1026は、ハンドル1191から第1のチューブ状の部材1116の遠位端部1134へ延在しており、吸い込みラインに接続可能であり、吸い込みポート1026は、ハンドル1190の上の吸い込みバルブ1024の動作によって、開位置と閉位置との間で選択的に可変である。また、液体またはガスが、ポート1028を通して導入され得、ポート1028は、また、第1のチューブ状の部材1116の遠位端部1134へ延在している。デバイスの導入部分1004の導入の間に、外科医または他のオペレーターは、第1のチューブ状の部材1116の遠位端部1134の制御可能な屈曲能力を使用することが可能であり、ビデオディスプレイ(図示せず)を見ながら撓み制御ノブ1020を使用して遠位端部1134を移動させることによって、体腔の中の関心の場所に面するために屈曲するように、導入部分1004の遠位端部を配向させ、ビデオディスプレイは、内視鏡のカメラ1012に連結されており、ビデオディスプレイの上に、カメラ1012によってキャプチャーされたイメージが表示されている。
導入部分1004の遠位端部が体腔の中の関心の場所(このケースでは、図53に示されているような食道の壁部1252の上の病変1250)に隣接して位置決めされると、スライディングプレート1172の制御された線形移動、および、回転可能なハウジング1110のアーチ形の運動は、外側の取り囲むシース1162、遠位カップリング1040、ならびに、第1の、第2の、および第3のチューブ状の部材1116、1120、および1124から形成されている導入部分1004の制御された線形移動および回転移動を可能にし、外科医または医者などのようなオペレーターが、第1の、第2の、および第3のチューブ状の部材1116、1120、1124の遠位端部1134、1130、および1132を、患者の体腔の中の所望の場所にさらに位置決めすることを可能にする。導入部分1004の遠位端部が、体腔の中をその中の所望の場所へ移動しているか、または、体腔から後退されているときに、図56において延在された位置に示されているロボット外科手術アーム1166a、1166bは、後退された位置に配設されており、ロボット外科手術アーム1166a、1166bは、そのためのカップラー1140の中の開口部1148、1150の内向きに後退されている。最初に、キャリッジ1100の線形移動および回転移動によって、導入部分1004の遠位端部は、病変1250に隣接して位置し、所望の通りに病変1250に対して配向される。この場所になると、導入部分1004は、患者の外部からクランプされ、さらなる移動に対して回転ハウジング1110およびスライディングプレート1172をロックすることなどによって、その遠位端部1134の移動を防止する。
ロボット外科手術アーム1166a、1166bを使用して病変を除去し、切開を縫合して閉じるように、外科手術デバイスを使用するために、機械的なキャリッジ1100の中のロボットコントローラ1114a、bのそれぞれは、機械的なキャリッジ1100に対して第2および第3のチューブ状の部材1120、1124の独立した回転移動および線形移動を引き起こすように構成されており、それによって、第1および第2のチューブ状の部材1120、1124の線形移動が、カップラー1140に対してロボット外科手術アーム1166a、1166bを延在および後退させることを可能にし、また、第1および第2のチューブ状の部材1120、1124の軸線の周りにロボット外科手術アーム1166a、1166bを回転させることを可能にする。追加的に、それぞれのチューブ状の部材1120、1124の端部において、操向可能な部材100a、100bを屈曲させるために、ロボットコントローラ1114a、bのそれぞれは、複数の(本明細書では、10個の)精密位置決め部材1190を含む。精密位置決め部材1190のうちの4つは、操向可能な部材100aに接続されたワイヤ400に接続されており、4つは、操向可能な部材100bに接続された4つの個々のワイヤ400に接続されており、2つは、エンドエフェクタ300の中のプーリーの上を通過するワイヤに接続されている。すべての10個は、それぞれの第2または第3のチューブ状の部材1120、1124を通って延在している。
図63を参照すると、第1のロボットコントローラ1114aは、ケージ1112aの中に支持されており、第2のロボットコントローラ1114bは、ケージ1112bの中に支持されており、ケージのそれぞれは、キャリッジ1100の中に固定されて留置されている。キャリッジ1100を移動させるスライドプレート1172の移動によって線形に移動可能であることに加えて、それぞれのロボットコントローラ1114a、bは、また、ケージ1112a、bに対して線形に移動可能であり、それによって、第2および第3のチューブ状の部材1120、1124、ひいては、その遠位端部の独立した線形の変位を可能にする。この機能性を提供するために、シャフト1200は、ケージ1112a、bのそれぞれに連結されている位置決めデバイス1202からそれぞれのロボットコントローラ1114a、bへ延在しており、シャフト1120は、位置決めデバイス1202に対して延在可能および後退可能であり、ケージ1112a、bの内向きにまたは外向きに、ロボットコントローラ1114a、bを延在または後退させる。位置決めデバイスは、たとえば、リニアモータ、リードスクリューを通してシャフト1120に連結されているステッパモータ、または、1mm以下のステップでの線形移動を可能にする他の線形の位置決めデバイスである。遠位カップラー1140の中の取り囲むシース202の遠位端部は、ブリッジ構造体1168(図60を参照)から固定された距離に延在しており、ブリッジ構造体1168の位置は、ケージ1112a、bに対して固定されているので、ケージ1112a、bに対するロボットコントローラ1114a、bの回転移動および線形移動は、ケージに対する、ひいては、取り囲むシース202に対する、第2および第3のチューブ状の部材1120、1124の回転移動および線形移動を結果として生じさせる。この構築の結果として、遠位カップラー1140の位置は、導入部分1104が導入されると、ベース1170に対して実質的に固定された場所に保持され得、キャリッジ1100の回転移動および線形移動をロックすることによって、遠位カップラー1140が、体腔の中の所望の場所にあるようになっており、ひいては、ロボットコントローラ1114a、bが、それぞれのケージ1112a、bに対して線形にまたは回転方向に移動されているときに、それらの端部に固着された第2および第3のチューブ状の部材1120、1124が、同様に、ケージ1112a、bに対して線形にまたは回転方向に移動し、ひいては、また、取り囲むシース202に接続されている遠位カップラー1140に対して線形におよび回転方向に移動し、遠位カップラー1140に対して、チューブ状の部材1120、1124の遠位端部に動作可能に接続されているエンドエフェクタの延在、後退、および回転を可能にする。
チューブ状の部材1120、1124のそれぞれのそれらの長手方向軸線の周りでの回転移動を可能にするために、それぞれのロボットコントローラ1114a、bが、外側ハウジング1211として構成されており、内側の回転可能な部材1213は、被駆動リングギヤ1201を含むその後方側部と、その端面1208において終端する前方側部とを有している。外側ハウジング1211は、位置決めデバイス1202によってケージ1112a、bの中を線形に移動可能である。外側ハウジング1211に対する内側の回転可能な部材1213の回転を引き起こすために、および、それによって、内側の回転可能な部材1213に接続されているチューブ状の部材1120、1124を回転させるために、被駆動ギヤ1205に接続されているステッパモータ1203を含むロータリードライブが設けられており、ステッパモータ1203は、外側ハウジング1211の後方側部に接続されており、ひいては、外側ハウジングがケージ1112a、bの中を線形に移動されるときに、被駆動ギヤが、リングギヤ1213に対して適切な位置に留まっている。被駆動ギヤの歯は、リングギヤ1201の歯と噛み合い、内側の回転可能な部材1213を回転させる。したがって、導入部分に対するチューブ状の部材1120、1124の回転、延在、および後退が提供され、デバイスのオペレーターが、導入部分1004の遠位端部に対して操向可能な部材100を延在させ、後退させ、および回転させることを可能にする。
操向可能な部材の屈曲を可能にするために、屈曲セグメントの相対的な位置および配向を制御するために使用されるワイヤ400の位置決めが、制御されなければならない。ここで図64および図65を参照すると、操向可能な部材100の移動および配向を制御するために使用されるワイヤ400、500の制御可能な移動、ならびに、エンドエフェクタ300の作動のためのメカニズムが示されている。図54に示されている外科手術デバイスの実施形態では、それぞれの操向可能な部材100a、100bの中の屈曲セグメント110のセットのそれぞれは、図13a〜図13cに対して示されて説明されているものなどのように構成されており、図36および図37に対して示されて説明されているオフアクシスヒンジ814構築体を組み込んでいる。結果として、それぞれの操向可能な部材100の複数の接触している屈曲セグメント110の上のそれぞれの隣接するリンクは、隣接するリンクのスイング軸線に対して垂直の軸線の周りにスイングすることが可能である。操向可能な部材のそれぞれのこの制御可能な移動を可能にするために、チューブ状の部材1120、1124の端部におけるそれぞれの操向可能な部材100a、bは、ロボットコントローラ114a、bからの最も遠位の屈曲セグメントにおいて、4つのガイドワイヤ400に接続されており、ロボットコントローラ1114に対するそれぞれの張力および相対的な位置が、それによって制御される。それぞれの操向可能な部材100a、100bに接続されている4つのワイヤ400a〜dを位置決めするために、それぞれのロボットコントローラ1114は、この実施形態では、8つのドライブロッド1206を含み、そのチューブ状の部材に面する表面1208から選択的に延在可能であり、それぞれのドライブロッド1206は、ロボットコントローラ1114の中のリードスクリューメカニズム(図示せず)に接続されており、そして、それは、リードスクリュー1210およびステッパモータ1212に接続されている。リードスクリューメカニズム、リードスクリュー1210、およびステッパモータ1212は、それぞれのドライブロッド1206の専用になっている。ドライブロッド1206を延在または後退させるために、その専用のステッパモータ1212が、ドライブロッド1206に接続されているリードスクリュー1210を回転させるために回転される。リードスクリュー1200の上のネジ山は、リードスクリューメカニズムの中のネジ山付き開口部を通って延在しており、リードスクリューメカニズムは、リードスクリュー1210の長手方向軸線に対して線形に自由に移動できるが、回転に対しては固定されており、ひいては、リードスクリュー1210の回転は、リードスクリューメカニズムの線形運動を引き起こし、ひいては、それに接続されているドライブロッド1206の線形運動を引き起こす。第1の方向へのステッパモータ1212の回転は、ドライブロッド1206をロボットコントローラ1114の端面1208から延ばし、第2の方向への逆回転は、ドライブロッドをロボットコントローラ1114の端面1208に向けて後退させる。
チューブ状の部材1120、1124は、それらの専用のロボットコントローラ1114から取り外し可能であり、異なるエンドエフェクタをその上に有する異なるチューブ状の部材1120、1124が外科手術デバイスの中へ構成されることを可能にする。この構築を可能にするために、それぞれのチューブ状の部材1120、1124は、器具コネクター1220の中のその近位端部において終端している。器具コネクター1220は、ハウジング1222を含み、チューブ状の部材1120、1124、外側シェル1224、および、延在する円周方向のリップ1226の近位端部が、ハウジング1222の一方の端部の中へ延在している。器具コネクター1220をロボットコントローラ1114に接続するために、ロボットコントローラ1114は、円形凹部1228を含み、円形凹部1228は、その面1208の内向きに延在しており、リップ1226が、その中へ挿入される。また、器具コネクター1220は、リップ1226によって取り囲まれているコネクター面1230を含み、端子凹部1232がコネクター面1230の中へ延在しており、個々のワイヤ端子1234が、端子凹部1232の中へ選択的に位置決め可能または延在可能である。ワイヤ400、500のそれぞれのうちの1つは、ワイヤ端子1234のそれぞれのうちの1つの中に終端されており、ひいては、コネクター面1230の内向きもしくは外向きの、または、コネクター面1230に向けてのもしくはコネクター面1230から離れるような、ワイヤ端子の移動は、ワイヤ400、500の中の対応する張力または緩みを結果として生じさせる。
ロボットコントローラ1114のそれぞれのドライブロッド1206は、ワイヤ端子1234のうちの1つに接続されており、ワイヤ端子を移動させ、それぞれのドライブロッド1206は、コネクター面1230の内向きもしくは外向きに、または、コネクター面1230に向けてもしくはコネクター面1230から離れるように、ワイヤ端子に接続されている。実施形態では、それぞれのドライブロッド1206は、磁気的な中空カップ1236の中のロボットコントローラ1114の外向きに終端しており、その外径1238は、対応するワイヤ端子1234の内径1240の中に適合し、それらの間の接続を磁気的に維持するように寸法決めされている。代替的に、スプリング荷重式のボールが、カップの外側壁部から部分的に延在することが可能であり、ワイヤ端子の内側壁部の上の戻り止めに係合しており、または、バヨネット接続が提供されているか、もしくは、接続部が使用時に外れないことを保証するのに十分にきついが、器具コネクター1220が容易に除去および交換されることを可能にする、他の接続が提供されている。
チューブ状の部材1220、1224のそれぞれの中において、複数のワイヤ400、500が、スリーブ600(たとえば、図26から図29を参照)を通って延在しており、スリーブ600は、ワイヤの移動をガイドし、それらが弓状変形することを防止し、または、その他の方法でワイヤシステムの中に緩みを導入することを防止する。
本発明の外科手術ツールの使用は、患者の食道を評価するための使用に対して説明されている。最初に、図53に示されているように、患者は挿管されており、導入チューブ1008が、喉の中へおよび食道の下へ延在されており、その端部が食道−気管接合部を越えて延在するようになっている。次いで、外科手術デバイスの導入部分1004が、外科医または他のオペレーターによって掴まれ、その遠位端部が患者の食道の中の所望の場所に位置決めされるまで、たとえば、標準的な内視鏡を使用して以前に識別された(または、識別され生検が行われた)関心の場所に位置決めされるまで、患者の口の中へ導入チューブ1008を通してガイドされる。このポイントにおいて、患者に対するシースの相対的な位置が、適切な位置に緩くロックされる。内視鏡の中のCCDまたはCMOSカメラによってキャプチャーされたスクリーンの上の投影されたイメージを通して、外科医または他のオペレーターが食道を見ることによって、患者の中への外科手術装置1の導入はガイドされる。導入部分1004の導入の間に、ドライブロッド1206は、前方へ作動され、すなわち、ドライブロッド1206は、ワイヤ400およびワイヤ500の両方の端部を導入部分1004の遠位端部の方向に押し、ワイヤ400、500の中の任意の張力を解放し、それによって、導入部分1004が患者の中へ導入されるときに、導入部分1004が屈曲することを可能にする。遠位カップラー1140の所望の場所および配向が患者の中に固定されると、ドライブロッド1206は、それらの初期ワイヤ張力付加位置へ後退され、操向可能な部材100が導入部分の中に位置決めされ、また、スライディングプレート172の線形移動およびケージ1112a、1112bの回転によりエンドエフェクタが所望の場所に精密に位置決めされることによって、ならびに、図45から図52に説明されているようなパーソナライズされたマスタコントローラ、触覚ジョイスティック、または、外科医ステーションにおける他の制御デバイスを使用する外科医による、エンドエフェクタのステアリングの結果として、ステッパモータ1212へのコントローラの命令によって、ワイヤの張力付加により屈曲可能なセグメント110が屈曲されることによって、外科医は、コントローラを使用して、チューブ状の部材1120、1124の上のエンドエフェクタ300の位置を制御し、ワイヤ400の上の張力が、必要に応じて増加されるかまたは減少されるかのいずれかが行われるようになっており、操向可能な部材100を屈曲させ、それによって、エンドエフェクタの先端部または側部を正確に位置決めする。追加的に、外科医ステーションにおける操向可能な部材100のうちの1つに関連付けられるコントローラの回転運動は、ロボットコントローラ1114aまたは1114bによって、チューブ状の部材1120または1124の回転を結果として生じさせ、コントローラに関連付けられた操向可能な部材100は、ロボットコントローラ1114aまたは1114bの上に位置決めされており、それによって、操向可能な部材100およびエンドエフェクタの前の半球に沿ってどこかに、エンドエフェクタの先端部を位置決めする。
ここで図66を参照すると、エンドエフェクタへのワイヤ500の接続が示されている。
ここで図66を参照すると、エンドエフェクタへのワイヤ500の接続が示されている。ここで、操向可能な部材100を関節運動させるために使用されるワイヤ400とは対照的に、それぞれのエンドエフェクタ300の開閉が、第1の部分500Aおよび第2の部分500Bを形成する単一のワイヤの作動によって実施され、第2の部分500Bは、プーリー1260の周りに延在されている。エンドエフェクタ300は、4つのバーリンケージであり、それは、第1の枢動ポイント1264、第2の枢動ポイント1266、第3の枢動ポイント1268、および第4の枢動ポイント1270を有している。図56に示されているように、枢動ポイント1264は、スライディングピン1262を含み、スライディングピン1262は、枢動ポイント1264からエンドエフェクタハウジングの対向する側壁部の中のスロット(図示せず)の中へ延在しており、また、枢動ポイント1270は、ピン1272を含み、ピン1272は、枢動ポイント1270からエンドエフェクタハウジング1274の対向する側壁部の中の嵌合開口部(図示せず)の中へ延在している。ワイヤは、それぞれのチューブ状の部材1116、1120の近位部分から第1の部分500aとして延在しており、ピン1272の周りに位置しているプーリー1274の上にループし、そこから第2の部分500bとしてチューブ状の部分1116、1120を通って延在して戻り、ピン1262に接続されているクランプ1275が、第2の部分の上にクランプされる。
それぞれのエンドエフェクタ300を開閉するために、それぞれのロボットコントローラ1114は、この実施形態では、単一のワイヤドライブロッドを含み、単一のワイヤドライブロッドは、ワイヤ500の一方の端部に連結されており、ワイヤ500の他方の端部は、ロボットエンドエフェクタに対して適切な位置に固定されている。ワイヤ500は、プーリー1260の上にループしている。したがって、ワイヤの移動可能な端部がロボットコントローラ1114に向けて後退されているときには、そのいずれかの側への2つのワイヤセグメントの有効長さが、後退距離の半分によって短くされ、付勢部材1276が圧縮され、ジョーが一緒に移動する。ワイヤ500の移動可能な端部がロボットコントローラから延在されているときには、逆のことが起こり、スプリング部材がジョー1280、1282を付勢し、第4の枢動ポイント1272の周りに開方向に枢動する。したがって、外科医などのようなオペレーターは、コントローラを使用することによって、鉗子などのようなエンドエフェクタを関心の場所に隣接して位置決めし、鉗子を操作し、外科手術処置を実施することが可能である。図56を参照すると、エンドエフェクタのうちの1つが、その側壁部から延在するカッティングブレード1290を含む。カッティングブレード1290は、組織を切り取り、図53の病変1250を除去するために使用され得る。次いで、外科医は、縫合針(図示せず)を操作し、カット部を縫合して閉じることが可能である。
2つの操向可能な部材100a、bが、それぞれのチューブ状の部材1120、1124の上に位置しており、それぞれの操向可能な部材の遠位端部が、屈曲セグメント110のアーチ形の移動によって画定される想像上の部分的に球形の表面の上に位置し得るので、高度の運動の動作自由、および、位置決めの自由が、本発明の外科手術デバイスによって提供される。
エンドエフェクタおよび操向可能なアームの動作、ならびに、外科手術装置1の導入部分1004の遠位端部を体腔の中の関心の場所に隣接して位置決めするための機械的なキャリッジ1100の回転運動および線形運動(エンドエフェクタの制御された移動がそれに続く)は、制御システムによって制御される。
上記に見られるように、外科手術装置のいくつかの例示的な実施形態が説明されてきた。しかし、これらの例示的な実施形態は、単に例示目的のためのものに過ぎない。たとえば、上記に説明された外科手術器具は、個々の外科手術装置として構成され得、または、それらは、作業チャネルを備えたルーメンユニットまたはイメージングユニットなどのような、さまざまな医療用デバイスに適用され得、また、エンドエフェクタを備えた外科手術装置に適用され得る。そのうえ、操向可能な部材のさまざまな実施形態が、さまざまな外科手術装置に一体化され得、または、そうでなければ、さまざまな外科手術装置に適合され得、さまざまな外科手術装置は、それに限定されないが、カテーテル、内視鏡、および、その遠位端部において屈曲可能な外科手術ロボットを含む。
本明細書で使用されているように、「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(has)」、「有する(having)」という用語、または、これらの任意の他の変化形は、非排他的包含をカバーすることが意図されている。たとえば、エレメントのリストを含むプロセス、製品、物品、または装置は、必ずしも、これらのエレメントのみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていない他のエレメント、または、そのようなプロセス、製品、物品、もしくは装置に本来備わっている他のエレメントを含むことが可能である。
そのうえ、本明細書で使用されているような「または」という用語は、一般的に、別段の指示がない限り、「および/または」を意味することが意図されている。たとえば、条件AまたはBは、以下のもののうちのいずれか1つによって満たされる:Aが真であり(または、存在する)かつBが偽である(または、存在していない)、Aが偽であり(または、存在していない)かつBが真である(または、存在する)、ならびに、AおよびBの両方が真である(または、存在する)。本明細書で使用されているように、「a」または「an」(および、先行詞が「a」または「an」であるときには「the」)によって先行される用語は、明示的に別段の指示がない限り(すなわち、「a」または「an」という参照が、単数形のみまたは複数形のみを明示的に示しているという指示がない限り)、そのような用語の単数形および複数形の両方を含む。また、本明細書での説明の中で使用されているように、「in」の意味は、文脈が明示的に別段の指定をしていない限り、「in」および「on」を含む。
また、図面/図に示されているエレメントのうちの1つまたは複数が、より分離された様式で、もしくは、より一体化された様式で、実装され得、または、特定の用途にしたがって有用となるように、特定のケースでは動作不可能であるとして除去されるかまたはそのようにみなされることさえもあることが理解される。追加的に、図面/図の中の任意の信号矢印は、単なる例示的なものとして考慮されるべきであり、具体的に別段の記述がない限り、限定するものとして考慮されるべきではない。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその法律上の均等物によって決定されるべきである。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも1つのルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過しており、ルーメンが、外向きに部分的に開いている。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、隣接する屈曲セグメントにヒンジ接続されている。他の実施形態では、それぞれの屈曲セグメントの接続パーツは、隣接する屈曲セグメントにピン止めされている。他の実施形態では、それぞれの屈曲セグメントの接続パーツは、隣接する屈曲セグメントの凹部パーツの中に収容されており、凹部パーツにヒンジ接続されている。他の実施形態では、それぞれの接続パーツは、丸い表面を備えた突出部を含み、それぞれの凹部パーツは、それぞれの接続パーツを収容するように形状決めされており、それぞれの接続パーツが回転することができるようになっている。他の実施形態では、それぞれの接続パーツは、線形の縁部を備えた突出部を含み、それぞれの凹部パーツは、V字形状の切り欠きのように形状決めされており、それぞれの凹部パーツと線形の接触をしている状態で、それぞれの接続パーツが回転することができるようになっている。代替的な実施形態では、1対の接続パーツが、それぞれの屈曲セグメントの長さの一方の側に互いに向かい合って設けられており、1対の凹部パーツが、それぞれの屈曲セグメントの長さの他方の側に互いに向かい合って設けられており、1対の接続パーツおよび1対の凹部パーツが、互いに対して垂直の方向に配置されており、2自由度での屈曲を可能にするようになっている。他の実施形態では、4つのルーメンが、それぞれの屈曲セグメントの長さに沿って形成されており、それぞれのルーメンは、接続パーツまたは凹部パーツの少なくとも一部分を通過している。いくつかの態様では、それぞれのルーメンは、クローズドルーメン部分およびオープンルーメン部分を含み、接続パーツまたは凹部パーツを通過するそれぞれのルーメンの一部分は、クローズドルーメン部分を形成しており、接続パーツまたは凹部パーツの他方の側は、オープンルーメン部分を形成している。他の実施形態では、それぞれの屈曲セグメントは、長さに沿って4つのルーメンを有しており、それぞれのルーメンは、周囲に沿って接続パーツの場所と凹部パーツの場所との間に位置する。他の実施形態では、それぞれのルーメンは、クローズドルーメン部分およびオープンルーメン部分を含み、クローズドルーメン部分は、ルーメン長さの中間に形成されており、オープンルーメン部分は、クローズドルーメン部分の両方の側に形成されている。いくつかの実施形態では、操向可能な部材は、複数のプレート状の屈曲セグメントと、屈曲セグメント間に位置する可撓性材料の接続パーツとを含む。他の実施形態では、接続パーツは、屈曲セグメント間に一体的に形成されており、屈曲セグメントの中心に設けられているチャネルの2つの縁部から外向き方向に延在しており、接続パーツは、隣接する接続パーツに対して垂直の方向に形成されている。他の実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤが、屈曲セグメントおよび接続パーツを通過するように配置されており、屈曲アクチュエーションワイヤがその中に設けられているそれぞれのルーメンは、接続パーツに位置する一部分がクローズドルーメンを形成し、屈曲セグメントに形成されている一部分が外向きに開いている、構造を有する。他の実施形態では、接続パーツは、隣接する屈曲セグメントの中心同士を接続するように構成されている。
外科手術装置のいくつかの実施形態では、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタをさらに含む。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、操向可能な部材のチャネルの中に位置するエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されており、エフェクタアクチュエーションワイヤを移動させることによってエンドエフェクタが作動され得るようになっており、エンドエフェクタの少なくとも一部が、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部に取り外し可能に設けられている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタの少なくとも一部が、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部に磁気的に接続されている。他の実施形態では、エンドエフェクタは、エフェクタモジュールを含み、エフェクタモジュールは、外科的手術を実施するための器具部分と、器具部分を作動させるためにエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されているアクチュエーション部分とを含み、エフェクタモジュールの近位端部、または、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部の少なくともいずれかが、磁気的な本体部を含む。いくつかの実施形態では、外科手術装置は、エフェクタアクチュエーションワイヤをさらに含み、エフェクタアクチュエーションワイヤは、操向可能な部材のチャネルの中に位置しており、エンドエフェクタを作動させるためにエンドエフェクタに接続されており、エンドエフェクタは、弾性的な本体部をさらに含み、弾性的な本体部は、エフェクタアクチュエーションワイヤによって印加される力に対して反対側方向に弾性力を作り出すように構成されている。他の実施形態では、エンドエフェクタが、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られているときに第1のモードで動作し、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られていない間は第2のモードで動作するように、エフェクタアクチュエーションワイヤは構成されている。他の実施形態では、エンドエフェクタの鉗子は、第1のモードでは閉じられており、第2のモードでは開いている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、外科的手術を実施するための器具部分と、器具部分を作動させるためにエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されているアクチュエーション部分と、アクチュエーション部分がそれに沿って往復運動する経路を形成する本体部部分とを含み、弾性的な本体部が、アクチュエーション部分の近位端部に位置しており、アクチュエーション部分を押す方向に弾性力を印加する。他の実施形態では、アクチュエーション部分、および、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部は、互いに取り付け可能であるかまたは互いから取り外し可能であるように構成されている。他の実施形態では、アクチュエーション部分、または、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部の少なくともいずれかが、磁気的な本体部を含む。
外科手術装置のいくつかの実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部を固定するためのワイヤ終端部材が、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。いくつかの実施形態では、ワイヤ終端部材は、ネジ山を有しており、ワイヤ終端部材を操向可能な部材の遠位端部にねじ込むことによって、屈曲アクチュエーションワイヤが固定されるようになっている。他の実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤは、操向可能な部材の遠位端部とワイヤ終端部材との間に巻かれた状態で押されることによって、固定されるように配置されている。いくつかの実施形態では、ワイヤ終端部材は、少なくとも1つの孔部を含み、屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部が、少なくとも1つの孔部を通過しており、ワイヤ終端部材は、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。他の実施形態では、ワイヤ終端部材の中の孔部は、操向可能な部材の中のルーメンに対応する場所に形成されている。他の実施形態では、外科手術装置は、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタをさらに含み、ワイヤ終端部材は、エンドエフェクタである。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも1つのルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過しており、外科手術装置は、操向可能な部材の近位端部に設けられている、可撓性材料を含む可撓性部材と、操向可能な部材または可撓性部材を通過するワイヤのトラベルの経路を形成する少なくとも1つのスリーブであって、スリーブの両方の端部は、操向可能な部材または可撓性部材の内側に固定されている、少なくとも1つのスリーブとをさらに含む。いくつかの実施形態では、ワイヤは、屈曲アクチュエーションワイヤを含む。いくつかの実施形態では、スリーブの本体部は、操向可能な部材または可撓性部材が曲げられているときにスリーブの両方の反対側端部が固定されている2つのポイントの間に形成されている、可能な限り最長の経路よりも長くなっており、スリーブの中のワイヤの移動に対する操向可能な部材または可撓性部材の屈曲の影響を最小化するようになっている。いくつかの実施形態では、操向可能な部材および可撓性部材は、その中に設置されることになるスリーブのための中空スペースを有する。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのスリーブのうちの第2のスリーブが、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤのための経路を形成しており、第2のスリーブの一方の端部は、遠位端部の操向可能な部分の近位端部、または、近位端部の操向可能な部分の遠位端部に固定されており、他方の端部は、可撓性部材の近位端部に固定されている。他の実施形態では、第2のスリーブは、弾性材料を含み、遠位端部の操向可能な部分が曲げられているときに、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤが、湾曲した経路に沿って位置するようになっている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのスリーブのうちの第3のスリーブが、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤのための経路を形成しており、第3のスリーブの一方の端部が、近位端部の操向可能な部分の近位端部、または、可撓性部材の遠位端部に固定されており、他方の端部は、可撓性部材の近位端部に固定されている。他の実施形態では、第3のスリーブは、弾性材料を含み、近位端部の操向可能な部分が曲げられているときに、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤが、湾曲した経路に沿って位置するようになっている。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも1つのルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過しており、また、外科手術装置は、可撓性材料を含む可撓性部材であって、操向可能な部材の近位端部に設けられており、屈曲アクチュエーションワイヤがそれに沿って通る経路を形成している、可撓性部材と、屈曲アクチュエーションワイヤを作動させるために可撓性部材の近位端部に設けられている操作部とを含み、屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、操作部に取り付け可能であるか、または、操作部から取り外し可能である。他の実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、エフェクタアクチュエーションワイヤの近位端部は、磁気的におよび取り外し可能に、操作部に接続されている。
いくつかの実施形態では、外科手術装置であり、屈曲アクチュエーションワイヤが、第1の屈曲アクチュエーションワイヤと、第2の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、第2の屈曲アクチュエーションワイヤは、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの反対側方向に操向可能な部材を曲げ、同じ方向に回転するスクリュー部材が、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部に設けられており、反対側方向に互いに同期して移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第1のネジ山に沿って移動するように構成されており、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第1のネジ山とは反対側方向に配向されている第2のネジ山に沿って移動するように構成されている。他の実施形態では、第1のネジ山および第2のネジ山は、単一の駆動部によって同じ方向に回転するように構成されている。他の実施形態では、スクリュー部材は、双方向リードスクリューであり、単一の本体部の上に形成された第1および第2のネジ山部分をそれぞれ有する。他の実施形態では、スクリュー部材は、第1のネジ山を備えた第1のリードスクリューと、第2のネジ山を備えた第2のリードスクリューとを含み、第1のリードスクリューおよび第2のリードスクリューは、ギヤによって互いに同期して移動し、単一の駆動部によって同時に回転するように構成されている。
外科手術装置のいくつかの実施形態では、操向可能な部材は、近位端部においてよりも遠位端部において容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、操向可能な部材がその近位端部のより近くへより容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、操向可能な部材の断面の中心から所定の距離に形成されたルーメンを有しており、操向可能な部材の近位端部に近づけば近づくほど、屈曲セグメントの中のルーメンが、操向可能な部材の断面の中心から遠く離れるようになる。いくつかの実施形態では、操向可能な部材は、屈曲セグメント間に位置する複数の接続パーツをさらに含み、接続パーツは、操向可能な部材がその近位端部のより近くへより容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。他の実施形態では、接続パーツは、操向可能な部材の近位端部に向けて、より小さい断面幅を有するように構成されており、操向可能な部材の対応するパーツがより容易に曲がるようになっている。他の実施形態では、接続パーツは、操向可能な部材の近位端部に向けて長さに沿って直径が増加するように構成されており、操向可能な部材の対応するパーツがより容易に曲がるようになっている。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタと、操向可能な部材を通過するように配置され、エンドエフェクタを作動させるためにエンドエフェクタに接続するように配置されている、エフェクタアクチュエーションワイヤとを含み、エンドエフェクタは、弾性的な本体部を含み、弾性的な本体部は、エフェクタアクチュエーションワイヤによって印加される力に対して反対側方向に弾性力を作り出す。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られているときには第1のモードで動作するように構成されており、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られていない間には、弾性的な本体部の弾性力によって第2のモードで動作するように構成されている。他の実施形態では、遠位端部における外科手術エレメントが、第1のモードでは閉じられ、第2のモードでは開いているように、エンドエフェクタは作動される。他の実施形態では、エンドエフェクタは、エフェクタモジュールをさらに含み、エフェクタモジュールは、外科的手術を実施するための器具部分と、器具部分を作動させるためにエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されているアクチュエーション部分と、アクチュエーション部分がそれに沿って往復運動する経路を形成する本体部部分とを含む。他の実施形態では、弾性的な本体部が、アクチュエーション部分を遠位端部の方向に押すように弾性力を印加するために、アクチュエーション部分の近位端部に位置する。いくつかの実施形態では、エフェクタモジュール、および、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部は、互いに取り付け可能であるかまたは互いから取り外し可能であるように構成されている。他の実施形態では、エフェクタモジュールおよびエフェクタアクチュエーションワイヤは、一緒に磁気的に接続されている。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤと、屈曲アクチュエーションワイヤを固定するために、操向可能な部材の遠位端部に設けられている、ワイヤ終端部材とを含み、ワイヤ終端部材は、操向可能な部材の遠位端部と係合するためのネジ山を有しており、屈曲アクチュエーションワイヤが、ワイヤ終端部材および操向可能な部材を一緒にねじ込むことによって固定されるようになっている。いくつかの実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤは、操向可能な部材の遠位端部とワイヤ終端部材との間に巻くことによって固定されるように構成されている。他の実施形態では、ワイヤ終端部材は、少なくとも1つの孔部を含み、屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部が、少なくとも1つの孔部を通過しており、ワイヤ終端部材は、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。他の実施形態では、ワイヤ終端部材の中の孔部は、操向可能な部材の中のルーメンに対応する場所に形成されている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、ワイヤ終端部材の上に設けられている。いくつかの実施形態では、外科手術装置は、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタをさらに含み、ワイヤ終端部材は、エンドエフェクタである。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を第1の方向に曲げる、第1の屈曲アクチュエーションワイヤと、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を第1の方向とは反対側の第2の方向に曲げる、第2の屈曲アクチュエーションワイヤと、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部および第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部が連結されている少なくとも1つのスクリュー部材とを含み、操向可能な部材が、少なくとも1つのスクリュー部材を回転させることによって、第1または第2の方向に曲がるようになっている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのスクリュー部材は、第1および第2の屈曲アクチュエーションワイヤの長手方向の軸線周りに回転するように配置されている。いくつかの実施形態では、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、少なくとも1つのスクリュー部材の回転によって、反対側方向に互いに同期して移動するように構成されている。他の実施形態では、少なくとも1つのスクリュー部材が、第1の回転方向に回転し、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を後方へ移動させ、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を前方へ移動させるように構成されているとき、それによって、操向可能な部材を第1の方向に曲げ、また、第2の回転方向に回転し、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を前方へ移動させ、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を後方へ移動させるように構成されているとき、それによって、操向可能な部材を第2の方向に曲げる。いくつかの実施形態では、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第1のネジ山と係合されており、第1のネジ山に沿って移動し、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第2のネジ山と係合されており、第2のネジ山に沿って移動し、第2のネジ山は、第1のネジ山とは反対側方向に配向されている。他の実施形態では、第1のネジ山および第2のネジ山は、同じ方向に回転するように構成されており、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部が、反対側方向に互いに同期して移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つのスクリュー部材は、単一の本体部の上に形成された第1および第2のネジ山部分を有する双方向リードスクリューである。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材の中のルーメンを通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、操向可能な部材がその遠位端部のより近くへより容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。いくつかの実施形態では、幾何学的な形状は、操向可能な部材の近接端部に近づくにつれて小さくなる曲率半径を提供するように構成されている。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤと、弾性材料を含み、屈曲の後に操向可能な部材を初期位置に戻すための復元力を働かせる、側方支持部材とを含む。いくつかの実施形態では、外科手術装置は、複数の側方支持部材をさらに含み、側方支持部材の数は、屈曲アクチュエーションワイヤの数に等しい。いくつかの実施形態では、側方支持部材は、屈曲アクチュエーションワイヤの移動によって、操向可能な部材と同期して曲がるように構成されており、側方支持部材は、弾性を有しており、弾性は、屈曲アクチュエーションワイヤに働かされている力が解放されるときに、そのオリジナル形状に戻るように構成されており、したがって、操向可能な部材を初期位置に戻す。いくつかの実施形態では、屈曲の前の側方支持部材の形状は、線形である。いくつかの実施形態では、屈曲の前の側方支持部材の形状は、一方の側に曲げられている。他の実施形態では、側方支持部材は、チューブ形状の中に構成されており、屈曲アクチュエーションワイヤが、側方支持部材の内側に位置する。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含み、また、屈曲セグメント間に位置する複数の接続セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げる、複数の屈曲アクチュエーションワイヤを含み、それぞれの接続セグメントの2つの端部は、異なる屈曲セグメントにヒンジ接続されている。いくつかの実施形態では、それぞれの接続セグメントは、屈曲セグメントにヒンジ接続された部分を形成する1対の本体部と、1対の本体部を一緒に結び付けており、その内側に中空スペースを有するガイド部材であって、屈曲アクチュエーションワイヤが中空スペースに位置する、ガイド部材とを含む。いくつかの実施形態では、それぞれの接続セグメントの一方の端部に接続されている屈曲セグメントは、第1のヒンジシャフト周りに回転可能であり、他方の端部に接続されている屈曲セグメントは、第2のヒンジシャフト周りに回転可能であり、第1のヒンジシャフトおよび第2のヒンジシャフトは、互いに平行になっている。いくつかの実施形態では、それぞれの接続セグメントは、隣接する接続セグメントとは異なる方向に配置されており、接続されている屈曲セグメントを異なる回転軸線の周りに曲げ、操向可能な部材が少なくとも2自由度で曲がることを可能にするようになっている。いくつかの実施形態では、それぞれの屈曲セグメントは、屈曲アクチュエーションワイヤが位置する複数のルーメンを含み、ルーメンは、接続セグメントにヒンジ接続されている部分を通過しないように配置されている。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、接続セグメントに回転可能に接続されており、屈曲セグメントがその周りに回転するヒンジシャフトは、屈曲アクチュエーションワイヤが位置するルーメンの端部と同じ平面の中にある。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、複数の屈曲セグメントを含む操向可能な部材であって、それぞれの屈曲セグメントは、少なくとも、第1のリンク部分および第2のリンク部分を有する中間ジョイントを含み、中間ジョイントは、それぞれの屈曲セグメントの長手方向軸線方向に沿って配置されている、操向可能な部材と、操向可能な部材を曲げるために操向可能な部材を通過するように配置されている複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも1つのルーメンをさらに含み、屈曲アクチュエーションワイヤがルーメンを通過しており、中間ジョイントは、張力調整部材をさらに含み、張力調整部材は、第1のリンク部分および第2のリンク部分に連結され、屈曲セグメントが曲がっているときに屈曲アクチュエーションワイヤの伸びを補償することによって、屈曲アクチュエーションワイヤの張力を調整するように構成されており、それによって、屈曲アクチュエーションワイヤの長さが変更され、所定の張力で維持される。他の実施形態では、第1のインターフェーシングハーフは、突出部端部を有しており、第2のインターフェーシングハーフは、それに対応して、凹部端部を有する。他の実施形態では、第1のインターフェーシングハーフは、凹部端部を有しており、第2のインターフェーシングハーフは、それに対応して、突出部端部を有する。いくつかの実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤの伸びは、2つのオフアクシスヒンジがオフセットされていることによって補償されている。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、一連のインタースタックされた中間ジョイントを含む。
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、複数の屈曲セグメントおよび複数のルーメンを含む、操向可能な部材と、第1の屈曲アクチュエーションワイヤおよび第2の屈曲アクチュエーションワイヤを含む屈曲アクチュエーション部材であって、第1の屈曲アクチュエーションワイヤおよび第2の屈曲アクチュエーションワイヤは、それぞれのルーメンを別々に通過するように配置されており、操向可能な部材を曲げる、屈曲アクチュエーション部材と、第1の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、操向可能な部材の屈曲前と所望の屈曲運動との間の第1の屈曲アクチュエーションワイヤの引張力の変化を感知したことに応答して第1のフィードバック信号を提供するように構成されている、第1のセンサ、および、第2の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、操向可能な部材の屈曲前と所望の屈曲運動との間の第2の屈曲アクチュエーションワイヤの引張力の変化を感知したことに応答して第2のフィードバック信号を提供するように構成されている、第2のセンサを含む、張力モニタリング部材と、第1の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、第1の屈曲アクチュエーションワイヤを作動させるように適合されている、第1のモータ、および、第2の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、第2の屈曲アクチュエーションワイヤを作動させるように適合されている、第2のモータを含む、駆動部材と、張力モニタリング部材および駆動部材に電気的に接続されている制御部材であって、第1のフィードバック信号に応答して第1の出力信号を提供するように構成されており、第1のモータが、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを調節するように駆動され、所定の張力を維持するようになっており、また、第2のフィードバック信号に応答して第2の出力信号を提供するように構成されており、第2のモータが、第2の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを調節するように駆動され、所定の張力を維持するようになっている、制御部材とを含む。いくつかの実施形態では、第2の屈曲アクチュエーションワイヤは、第1の屈曲アクチュエーションワイヤの反対側方向に移動可能である。いくつかの実施形態では、第1の屈曲アクチュエーションワイヤが、操向可能な部材を曲げるために作動されるように構成されており、第2の屈曲アクチュエーションワイヤが、第2のモータによって駆動されるように構成されているときに、第2の屈曲アクチュエーションワイヤが、第2の出力信号に応答して解放され、所定の張力の下で維持されるようになっている。いくつかの実施形態では、第1のセンサまたは第2のセンサは、ロードセルである。いくつかの実施形態では、第1のセンサは、操向可能な部材に印加される外力を感知したことに応答して第1の外力信号を提供するようにさらに構成されている。いくつかの実施形態では、第2のセンサは、操向可能な部材に印加される外力を感知したことに応答して第2の外力信号を提供するようにさらに構成されている。他の実施形態では、制御部材は、第1の外力信号または第2の外力信号に応答してインストラクション信号を提供するようにさらに構成されている。他の実施形態では、制御部材は、触覚フィードバックコントローラをさらに含み、触覚フィードバックコントローラは、触覚フィードバックの形態の情報を処理して伝えるように構成されている。他の実施形態では、第1の運動伝達ユニットまたは第2の運動伝達ユニットは、リードスクリューまたはボールスクリューである。
いくつかの実施形態では、外科手術装置のためのパーソナライズされたマスタコントローラは、外科手術ロボットに1つまたは複数の移動信号を定義および入力するように構成された制御プラットフォームであって、第1の複数の自由度で並進可能であり、複数の位置メータを提供し、および/または、第2の複数の自由度で回転可能であり、複数の配向メータを提供する、入力ハンドル、ならびに、入力ハンドルに連結され、入力ハンドルの位置メータおよび/または配向メータに応答して第1の移動信号を発生させるように構成されている、複数の第1のセンサを含む、制御プラットフォームと、入力ハンドルに装着されており、入力ハンドルに電気的に接続されている、接続パーツと、接続パーツを電気的に接続されている取り外し可能なハンドル、取り外し可能なハンドルに対して枢動される1つまたは複数のグリップレバーであって、それぞれのグリップレバーは、取り外し可能なハンドルに関して第3の自由度で移動可能であり、グリッピング運動メータを提供するようになっている、1つまたは複数のグリップレバー、ならびに、取り外し可能なハンドルに連結され、グリッピング運動メータに応答して制御プラットフォームへの第2の移動信号を発生させるように構成されている、第2のセンサを含む、交換可能グリップとを含む。いくつかの実施形態では、第1の複数のセンサ、または、第2の複数のセンサは、ロータリーエンコーダー、ホールエフェクタセンサ、角度センサ、回転センサ、または、それらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、接続パーツは、取り外し可能なハンドルに連結されているネジ山をさらに含み、また、第1の電気的な接続端子を有する。他の実施形態では、取り外し可能なハンドルは、第1の電気的な接続端子に電気的に接続されている第2の電気的な接続端子をさらに含む。いくつかの実施形態では、交換可能グリップが、2つのグリップレバーを含み、2つのグリップレバーは、それに対応して、取り外し可能なハンドルに対して枢動され、取り外し可能なハンドルに対して、互いに向けて移動することを許容される。