(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結された外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターであって、該外科用器具が、細長いシャフトを含み、該シャフトが、シャフト長手軸、および患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し、該遠隔中心マニピュレーターが：
第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備え、該平行四辺形連結ベースが複数のリンクおよび旋回軸によって該器具ホルダーに連結され、該リンクおよび旋回軸が、該器具が該器具ホルダーに取り付けられ、そして該シャフトが該平行四辺形の平面に沿って移動するとき、平行四辺形を、該器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定し、ここで、該第１の軸および該平行四辺形連結ベースに隣接する該平行四辺形の第１の旋回軸が、角度をなしてオフセットされ、該リンクのうちの少なくとも１つが屈曲し、該器具ホルダーが、該シャフト長手軸に沿って該器具をスライドするよう構成されている、マニピュレーター。
【請求項２】
前記第１の軸および第２の軸が、前記回転の中心で交差する、請求項１に記載のマニピュレーター。
【請求項３】
前記平行四辺形の第１の旋回軸が、前記第１の軸から、少なくとも２゜だけ角度がオフセットされる、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項４】
前記平行四辺形の第１の旋回軸が、前記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲で角度がオフセットされる、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項５】
前記平行四辺形の第１の旋回軸が、前記第１の軸から、約１０゜だけ角度がオフセットされる、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項６】
前記平行四辺形の遠位端が、前記器具ホルダーに隣接するジョイントから前記回転の中心まで延び、そして該平行四辺形の遠位端が、前記細長いシャフトから角度がオフセットされる、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項７】
前記平行四辺形の第１の旋回軸が、前記第１の軸の下で延びる、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項８】
前記マニピュレーターが、前記第１の軸に対して±９０゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項９】
前記マニピュレーターが、前記第１の軸に対して±１６８゜の間の範囲にあるシャフト移動を提供する、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１０】
前記オフセットされた平行四辺形および屈曲リンクが、前記第２の軸に対して±５５゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１１】
前記オフセットされた平行四辺形および屈曲リンクが、前記第２の軸に対して±７５゜の間の範囲にあるシャフト移動を提供する、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１２】
前記リンクの少なくとも１つが約２２゜の角度で屈曲している、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１３】
前記マニピュレーターが、少なくとも１つの自由度で釣り合っていない、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１４】
前記関節連結アセンブリに連結されたブレーキシステムをさらに備え、該ブレーキシステムが、前記旋回軸の少なくとも１つの関節を離脱可能に阻害する、請求項１３に記載のマニピュレーター。
【請求項１５】
前記複数のリンクおよび旋回軸が、少なくとも１つのプーリー、および該プーリーに連結され、前記回転の中心に対してシャフト移動を束縛する形態である少なくとも１つの可撓性要素を備える、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１６】
前記複数のリンクおよび旋回軸が、６つのプーリーおよび４つのベルトを有する連結を備える、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１７】
前記複数のリンクおよび前記平行四辺形連結ベースが、異なる平面でオフセットされている、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１８】
前記複数のリンクおよび前記器具ホルダーが、同一平面中に位置される、請求項２に記載のマニピュレーター。
【請求項１９】
最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結された外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターであって、該外科用器具が、細長いシャフトを含み、該シャフトが、シャフト長手軸、および患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し、該遠隔中心マニピュレーターが：
第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備え、該平行四辺形連結ベースが複数のリンクおよび旋回軸によって該器具ホルダーに連結され、該リンクおよび旋回軸が、該器具が該器具ホルダーに取り付けられ、そして該シャフトが該平行四辺形の平面に沿って移動するとき、平行四辺形を、該器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定し、ここで、該第１の軸と該平行四辺形連結ベースに隣接する該平行四辺形の第１の旋回軸とが該回転の中心で該シャフトと交差し、そして該平行四辺形の該第１の旋回軸が該第１の軸から角度をなしてオフセットされ、該器具ホルダーが、該シャフト長手軸に沿って該器具をスライドするよう構成されている、マニピュレーター。
【請求項２０】
前記第１の軸および第２の軸が、前記回転の中心で交差する、請求項１９に記載のマニピュレーター。
【請求項２１】
前記平行四辺形が、前記第１の軸から、少なくとも２゜だけ角度がオフセットされる、請求項２０に記載のマニピュレーター。
【請求項２２】
前記平行四辺形が、前記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲で角度がオフセットされる、請求項２０に記載のマニピュレーター。
【請求項２３】
前記平行四辺形が、前記第１の軸から、約１０゜だけ角度がオフセットされる、請求項２０に記載のマニピュレーター。
【請求項２４】
前記平行四辺形の遠位端が、前記器具ホルダーに隣接するジョイントから前記回転の中心まで延び、そして該平行四辺形の遠位端が、前記細長いシャフトから角度をなしてオフセットされる、請求項２０に記載のマニピュレーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般に、医療、外科、および／またはメボット利用デバイスおよびシステムに関する。例示の実施形態では、本発明は、最小侵襲的ロボット利用手術の間に、外科用器具の位置を束縛するオフセット中心マニピュレーターを提供する。
【背景技術】
【０００２】
最小侵襲的医療技法は、診断または外科的手順の間に損傷される異質組織の量を低減することが意図され、それによって、患者の回復時間、不快および有害な副作用を低減する。最小侵襲的手術の１つの効果は、例えば、術後入院回復時間が減少されることである。標準的な手術について平均の入院は、代表的には、類似の最小侵襲的手術についての平均の入院より有意に長いので、最小侵襲的技法の増加した使用は、毎年の病院費用において数百万ドルを節約し得る。合衆国で毎年実施される多くの手術は、潜在的に最小侵襲的様式で実施され得るが、現在の手術の一部分のみが、最小侵襲的器具およびこれらをマスターする際に関与するさらなる外科的訓練における制限に起因してこれらの有用な技法を用いているに過ぎない。
【０００３】
最小侵襲的ロボット利用手術または遠隔手術システムが、外科医の器用さを増し、そして伝統的な最小侵襲的技法に関するいくつかの制限を避けるために開発されている。遠隔手術では、外科医は、例えば、サーボ機構のような遠隔制御の特定の形態を用い、手によって直接器具を保持し、そして移動することよりも、外科用器具の動きを操作する。遠隔手術シテスムでは、外科医は、外科ワークステーションで手術部位の画像を提供され得る。ディスプレイ上で手術部位の二次元または三次元画像を見ながら、外科医は、マスター制御デバイスを操作することにより、患者に対する手術手順を実施し、これは、次に、サーボ機構によって作動される器具の動きを制御する。
【０００４】
遠隔手術のために用いられるサーボ機構は、しばしば、２つのマスターコントローラー（外科医の手の各々のためのもの）からの入力を受け、そして外科用器具が各々取り付けられる２つ以上のロボットアームを含み得る。マスターコントローラーと、関連するロボットアームと、器具アセンブリとの間の作動通信は、代表的には、制御システムを通じて達成される。このコントロールシステムは、代表的には、少なくとも１つのプロセッサーを含み、これは、マスターコントローラーからの入力コマンドを、関連するロボットアームおよび器具アセンブリに、そして例えば、フィードバックなどを行う場合、これら器具およびアームアセンブリから関連するマスターコントローラーに戻してリレーする。ロボット利用外科的システムの１つの例は、Ｍｏｕｎｔａｉｎ  Ｖｉｅｗ  ＣＡのＩｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．から入手可能なＤＡ  ＶＩＮＣＩ（登録商標）システムである。
【０００５】
種々の構造配列が、ロボット利用手術の間の手術部位で外科用器具を支持するために用いられ得る。駆動される連結または「スレーブ」は、しばしば、ロボット利用外科用マニピュレーターと呼ばれ、そして最小侵襲的ロボット利用手術の間にロボット利用外科用マニピュレーターとして使用のための例示の連結配列は、特許文献１、２および３に記載され、これらの完全な開示は、本明細書中に参考として援用される。これらの連結は、しばしば、シャフトを有する器具を保持するために平行四辺形を使用する。このようなマニピュレーター構造は、器具を、この器具が剛直なシャフトの長さに沿って間隔を置かれて位置される球回転の中心の周りで旋回するように束縛し得る。この回転の中心を、内部手術部位への切開点（例えば、腹腔鏡手術の間の腹腔壁でトロカールまたはカニューレによる）と整列することにより、外科用器具のエフェクターが、腹腔壁に対して危険な力を課すことなく、マニピュレーター連結を用いてシャフトの端部を移動することによって安全に位置決めされ得る。代替のマニピュレーター構造は、例えば、特許文献４、５、６、７、８および９に記載され、これらの全体の開示が本明細書中に参考として援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，７５８，８４３号
【特許文献２】米国特許第６，２４６，２００号
【特許文献３】米国特許第５，８００，４２３号
【特許文献４】米国特許第６，７０２，８０５号
【特許文献５】米国特許第６，６７６，６６９号
【特許文献６】米国特許第５，８５５，５８３号
【特許文献７】米国特許第５，８０８，６６５号
【特許文献８】米国特許第５，４４５，１６６号
【特許文献９】米国特許第５，１８４，６０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
新たな遠隔手術システムおよびデバイスは、高度に有効および有利であることが照明されているが、なおさらなる改良が所望され得る。一般に、最小侵襲的ロボット利用手術を実施するための改良された構造およびシステムを提供することが所望され得る。より詳細には、これらシステムの使用の効率および容易さを増大することが有利であり得る。例えば、ロボット利用外科用マニピュレーターによって提供される移動の範囲を、同時に、システムの全体の複雑さ、サイズ、および物理的重量を低減しながら改良することが特に有利であり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の簡単な要旨）
本発明は、一般に、医療、手術、および／またはロボット利用デバイスおよびシステムに関する。特に、本発明は、外科用器具を支持するために用いられる改良された遠隔中心マニピュレーターに関し、そして最小侵襲的ロボット利用手術の間の器具の所望の位置で任意のベアリングまたは機械的支持体から遠隔にある球回転の中心を提供する。この遠隔中心マニピュレーターは、器具が回転の固定された中心の周りで動くように束縛し、これは、好ましくは、患者の腹腔壁のような患者中の侵入切開と一致する。１つの例示の実施形態では、本発明は、オフセット遠隔中心平行四辺形マニピュレーター連結アンセブリを提供し、これは、最小侵襲的ロボット利用手術の間に外科用器具の位置を束縛する。この改良された遠隔中心マニピュレーターは、第１および第２の軸に沿った器具の動きの範囲を有利に増大し、これは、同時に、このロボット利用外科用システムの複雑さ、サイズ、および物理的重量を低減する。このような利点は、次いで、このようなロボット利用外科用システムの使用の効率および容易さを増大する。
【０００９】
本発明の第１の局面では、外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターが提供される。最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結可能な外科用器具は、細長いシャフトを含む。このシャフトは、患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有する。上記遠隔中心マニピュレーターは、第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備える。上記平行四辺形連結ベースは、複数のリンクおよびジョイントによって上記器具ホルダーに連結され。上記リンクおよびジョイントは、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが少なくとも１つの自由度で移動するとき、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定する。上記第１の軸および上記平行四辺形連結ベースに隣接する上記平行四辺形の第１の辺が、上記回転の中心で上記シャフトと交差する。重要なことに、上記平行四辺形の第１の辺は、上記第１の軸から角度をなしてオフセットされる。
【００１０】
上記平行四辺形の第１の辺は、上記第１の軸から、少なくとも２゜だけ角度がオフセットされる。一般に、上記平行四辺形の第１の辺は、上記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲、好ましくは、約２゜〜約３５゜の範囲で角度がオフセットされる。上記平行四辺形の第１の辺は、しばしば、上記第１の軸の下で、一般に、上記平行四辺形の少なくとも１つの辺は上記第１の軸の下で延びる。上記マニピュレーターは、上記第１の軸に沿って±９０゜より大きい、好ましくは、上記第１の軸に沿って±９５゜より大きい範囲にある改良されたシャフト移動を提供する。特に、片持ちされた平行四辺形連結ベースは、上記第１の軸に沿って±１６８゜からの範囲でシャフト移動を提供、ここで、この第１の軸は、しばしば、偏揺れ軸と称される。有利には、上記オフセット関節連結アセンブリは、第２の軸に沿って±５５゜より大きい、好ましくは、この第２の軸に沿って±６０゜より大きいシャフト移動の改良された範囲を提供する。一般に、上記オフセット関節連結アセンブリは、上記第２の軸に沿って±７５゜の間の範囲にある改良されたシャフト移動を提供し、ここで、この第２の軸は、しばしば、ピッチ軸と称される。
【００１１】
好ましくは、上記リンクの少なくとも１つは、屈曲リンク上で静止するために別のリンクのための間隔を提供するように屈曲している。この間隔は、ピッチ移動の改良された範囲をさらに可能にするように連結間の衝突を防ぐ。例えば、上記リンクは、約２２゜の角度で屈曲し得る。上記マニピュレーターは、少なくとも１つの自由度で釣り合っていなくても良い。従って、ブレーキシステムが上記関節連結アセンブリに連結され得る。このブレーキシステムは、上記ジョイントの少なくとも１つの関節を離脱可能に阻害する。好ましくは、上記複数のリンクおよびジョイントは、少なくとも１つのプーリー、およびこのプーリーに連結され、上記回転の中心に対してシャフト移動を束縛する形態である少なくとも１つの可撓性要素を備える。１つの実施形態では、これら複数のリンクおよびジョイントは、６つのプーリーおよび４つのベルトを備える。これら複数のリンクおよびジョイントは、サーボ機構によって駆動される。上記複数のリンクおよび上記平行四辺形連結ベースは、連結間衝突の可能性を減少するように、異なる平面でオフセットされている。上記リンクおよび上記器具ホルダーは、しかし、同一平面中に位置され得る。
【００１２】
一般に、上記関節連結アセンブリは、上記回転の中心に対するシャフト移動を束縛するような形態である。従って、上記シャフトは、このシャフトが少なくとも１つの自由度で旋回移動されるとき、上記回転の中心を通って実質的に整列されて維持される。好ましくは、この回転の中心は、例えば、腹腔鏡手術の間に腹腔壁でトロカールまたはカニューレとともに、内部手術部位への切開点と整列される。従って、上記外科用器具の端部エフェクターは、腹腔壁に対して危険な力を課すことなくオフセット遠隔中心ロボット利用マニピュレーターを用いてシャフトの近位端を移動することによって安全に位置決めされ得る。
【００１３】
本発明の別の局面では、外科用器具の位置を束縛する遠隔中心マニピュレーターが提供される。最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結可能な外科用器具は、細長いシャフトを含む。このシャフトは、患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有する。上記遠隔中心マニピュレーターは、第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備える。この平行四辺形連結ベースは、複数のリンクおよび旋回軸によって上記器具ホルダーに連結される。このリンクおよび旋回軸は、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが上記平行四辺形の平面に沿って移動するとき、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定する。重要なことに、上記第１の軸および上記平行四辺形連結ベースに隣接する上記平行四辺形の第１の旋回軸は、角度をなしてオフセットされ、そしてこれらリンクの少なくとも１つが屈曲される。
【００１４】
上記平行四辺形の第１の旋回軸は、上記第１の軸から、少なくとも２゜だけ、好ましくは、１０゜だけ角度がオフセットされる。一般に、上記平行四辺形の第１の旋回軸は、上記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲で、好ましくは、約２゜〜約３５゜の範囲で角度がオフセットされる。上記平行四辺形の第１の旋回軸は、しばしば、上記第１の軸の下で延び得、一般に、上記平行四辺形の少なくとも１つの旋回軸が上記第１の軸の下で延び得る。上記マニピュレーターは、上記第１の軸に沿って±９０゜より大きい範囲で、好ましくは上記第１の軸に沿って±９５゜より大きい範囲でシャフト移動を提供する。特に、片持ちされた平行四辺形連結ベースは、上記第１の軸、例えば、偏揺れ軸に沿って±１６８゜からの範囲で改良されたシャフト移動を提供する。有利には、上記オフセットされた平行四辺形および屈曲リンクは、一緒に、第２の軸に沿って±５５゜より大きい、好ましくは、この第２の軸に沿って±６０゜より大きいシャフト移動の範囲を提供する。代表的には、上記オフセットされた平行四辺形および屈曲リンクは、上記第２の軸、例えば、ピッチ軸に沿って±７５゜からの範囲で改良されたシャフト移動を提供する。
【００１５】
少なくとも１つのリンクは、屈曲リンク上で静止するために別のリンクのための間隔を提供するように所定角度（例えば、２２゜）で屈曲している。上記リンクおよび旋回軸の少なくとも１つは、少なくとも１つの自由度で釣り合っていない。従って、ブレーキシステムが上記関節連結アセンブリに連結され得、このブレーキシステムは、上記旋回軸の少なくとも１つの関節を離脱可能に阻害する。好ましくは、上記複数のリンクおよび旋回軸は、少なくとも１つのプーリー、およびこのプーリーに連結され、上記回転の中心に対してシャフト移動を束縛する形態である少なくとも１つの可撓性要素を備える。１つの実施形態では、これら複数のリンクおよび旋回軸は、６つのプーリーおよび４つのベルトを備える。これら複数のリンクおよび上記平行四辺形連結ベースは、異なる平面でオフセットされ、その一方、上記リンクおよび上記器具ホルダーは、しかし、同一平面中に位置され得る。
【００１６】
本発明のなお別の局面では、外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターが提供される。最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結可能な外科用器具は、細長いシャフトを含む。このシャフトは、患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有する。この遠隔中心マニピュレーターは、第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備える。この平行四辺形連結ベースは、複数のリンクおよび旋回軸によって上記器具ホルダーに連結される。これらリンクおよび旋回軸は、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが該平行四辺形の平面に沿って移動するとき、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定する。上記第１の軸および上記平行四辺形は、上記回転の中心で上記シャフトと交差する。重要なことに、上記平行四辺形は、該第１の軸から角度をなしてオフセットされる。例えば、上記器具ホルダーに隣接するジョイントから上記回転の中心に延びる平行四辺形の遠位端は、上記細長いシャフトから角度をなしてオフセットされる。
【００１７】
本発明のなお別の実施形態では、外科用器具の旋回運動のための遠隔中心マニピュレーターが提供される。最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結可能な外科用器具は、細長いシャフトを含む。このシャフトは、近位端、および患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有する。この遠隔中心マニピュレーターは、連結ベース、第１の連結アセンブリ、および第２の連結アセンブリを備える。この第１の連結アセンブリは、上記連結ベースによって旋回可能に支持され、そして第１の外側ハウジンクを有する。上記第２の連結アセンブリは、近位旋回ジョイントと遠位旋回ジョイントとの間で片持ちされ、そしてそれらの間に延びる第２の連結アセンブリ軸を規定する。上記近位旋回ジョイントは、上記第２の連結アセンブリを上記第１の連結アセンブリに連結する。上記遠位旋回ジョイントは、上記第２の連結アセンブリを上記器具ホルダーに連結する。上記第１および第２の旋回アセンブリは、上記シャフトの側方移動を上記シャフトに沿って配置された回転の中心の周りの旋回移動に束縛する。上記第２の連結は、第２の外側ハウジングを有し、この第２の外側ハウジングは、上記第１のジョイントと第２のジョイントとの間の間に配置され、そしてそれらから分離された凹部を有し、上記第１の連結アセンブリの第１の外側ハウジングが、上記シャフトの近位端が上記連結ベースに向かって移動するとき、上記凹部中に突き出し得、そして上記第２の連結軸を横切り得る。上記第２の連結アセンブリは、上記近位旋回ジョイントと上記遠位旋回ジョイントとの間で伸張する可撓性部材を備え得、そして少なくとも１つのガイドが、上記可撓性部材を、この可撓性部材を上記凹部から離れて配置するように側方に係合する。
【００１８】
本発明のなお別の局面では、外科用器具を採用して、患者の身体腔内で最小侵襲的ロボット利用手術を実施するための方法が提供される。最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーの連結可能な外科用器具は、細長いシャフトを含む。このシャフトは、患者の身体壁中の切開を通る身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有する。子の方法は、上記のようなオフセットされた関節連結アセンブリを提供する工程を包含する。この器具のシャフトの少なくとも１つの遠位作業端部が上記切開を通り身体腔中に導入される。上記器具の少なくともシャフトは、上記遠位作業端部が身体腔内にある間に、少なくとも１つの自由度で旋回可能に移動される。上記オフセットされる関節連結アセンブリは、上記シャフトの側方移動を上記回転の中心の周りの旋回移動に束縛し、このシャフトは、この回転の中心を通って実施的に整列されて維持される。
【００１９】
本発明の性質および利点のさらなる理解は、本明細書および図面の残りの部分への参照によって明らかになる。
より特定すれば、本願発明は以下の項目に関し得る。
（項目１）
最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結された外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターであって、上記外科用器具が、細長いシャフトを含み、上記シャフトが、患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し、上記遠隔中心マニピュレーターが：
第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備え、上記平行四辺形連結ベースが複数のリンクおよびジョイントによって上記器具ホルダーに連結され、上記リンクおよびジョイントが、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが少なくとも１つの自由度で移動するとき、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定し、ここで、上記第１の軸および上記平行四辺形連結ベースに隣接する上記平行四辺形の第１の辺が、上記回転の中心で上記シャフトと交差し、そして上記平行四辺形の第１の辺が上記第１の軸から角度をなしてオフセットされる、マニピュレーター。
（項目２）
上記第１の軸が、上記回転の中心で交差する、項目１に記載のマニピュレーター。
（項目３）
上記平行四辺形の第１の辺が、上記第１の軸から、少なくとも２゜だけ角度がオフセットされる、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目４）
上記平行四辺形の第１の辺が、上記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲で角度がオフセットされる、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目５）
上記平行四辺形の第１の辺が、上記第１の軸から、約１０゜だけ角度がオフセットされる、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目６）
上記平行四辺形の遠位端が、上記器具ホルダーに隣接するジョイントから上記回転の中心まで延び、そして上記平行四辺形の遠位端が、上記細長いシャフトから角度がオフセットされる、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目７）
上記平行四辺形の第１の辺が、上記第１の軸の下で延びる、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目８）
上記マニピュレーターが、上記第１の軸に対して±９０゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目９）
上記マニピュレーターが、上記第１の軸に対して±１６８゜の間の範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１０）
上記マニピュレーターが、上記第１の軸に対して±５５゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１１）
上記マニピュレーターが、上記第１の軸に対して±７５゜の間の範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１２）
上記リンクの少なくとも１つが屈曲している、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１３）
上記リンクの少なくとも１つが約２２゜の角度で屈曲している、項目１２に記載のマニピュレーター。
（項目１４）
上記マニピュレーターが、少なくとも１つの自由度で釣り合っていない，項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１５）
上記関節連結アセンブリに連結されたブレーキシステムをさらに備え、上記ブレーキシステムが、上記ジョイントの少なくとも１つの関節を離脱可能に阻害する、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１６）
上記複数のリンクおよびジョイントが、少なくとも１つのプーリー、および上記プーリーに連結され、上記回転の中心に対してシャフト移動を束縛する形態である少なくとも１つの可撓性要素を備える、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１７）
上記複数のリンクおよびジョイントが、６つのプーリーおよび４つのベルトを備える、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１８）
上記複数のリンクおよびジョイントが、サーボ機構によって駆動される、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目１９）
上記複数のリンクおよび上記平行四辺形が、異なる平面でオフセットされている、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目２０）
上記リンクおよび上記器具ホルダーが、同一平面中に位置される、項目２に記載のマニピュレーター。
（項目２１）
上記関節連結アセンブリが、上記回転の中心に対するシャフト移動を、上記シャフトが少なくとも１つの自由度で回転移動されるとき、上記シャフトが上記回転の中心を通って実質的に整列されるように束縛するような形態である、項目２に記載のマニピュレーター。（項目２２）
最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結された外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターであって、上記外科用器具が、細長いシャフトを含み、上記シャフトが、患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し、上記遠隔中心マニピュレーターが：
第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備え、上記平行四辺形連結ベースが複数のリンクおよび旋回軸によって上記器具ホルダーに連結され、上記リンクおよび旋回軸が、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが上記平行四辺形の平面に沿って移動するとき、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定し、ここで、上記第１の軸および上記平行四辺形連結ベースに隣接する上記平行四辺形の第１の旋回軸が、角度をなしてオフセットされる、マニピュレーター。
（項目２３）
上記第１の軸および第２の軸が、上記回転の中心で交差する、項目２２に記載のマニピュレーター。
（項目２４）
上記平行四辺形の第１の旋回軸が、上記第１の軸から、少なくとも２゜だけ角度がオフセットされる、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目２５）
上記平行四辺形の第１の旋回軸が、上記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲で角度がオフセットされる、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目２６）
上記平行四辺形の第１の旋回軸が、上記第１の軸から、約１０゜だけ角度がオフセットされる、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目２７）
上記平行四辺形の遠位端が、上記器具ホルダーに隣接するジョイントから上記回転の中心まで延び、そして上記平行四辺形の遠位端が、上記細長いシャフトから角度がオフセットされる、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目２８）
上記平行四辺形の第１の旋回軸が、上記第１の軸の下で延びる、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目２９）
上記マニピュレーターが、上記第１の軸に対して±９０゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３０）
上記マニピュレーターが、上記第１の軸に対して±１６８゜の間の範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３１）
上記オフセットされた平行四辺形および屈曲リンクが、上記第２の軸に対して±５５゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３２）
上記オフセットされた平行四辺形および屈曲リンクが、上記第２の軸に対して±７５゜より大きい範囲にあるシャフト移動を提供する、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３３）
上記リンクの少なくとも１つが約２２゜の角度で屈曲している、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３４）
上記マニピュレーターが、少なくとも１つの自由度で釣り合っていない，項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３５）
上記関節連結アセンブリに連結されたブレーキシステムをさらに備え、上記ブレーキシステムが、上記旋回軸の少なくとも１つの関節を離脱可能に阻害する、項目３４に記載のマニピュレーター。
（項目３６）
上記複数のリンクおよび旋回軸が、少なくともプーリー、および上記プーリーに連結され、上記回転の中心に対してシャフト移動を束縛する形態である少なくとも１つの可撓性要素を備える、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３７）
上記複数のリンクおよび旋回軸が、６つのプーリーおよび４つのベルトを備える、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３８）
上記複数のリンクおよび上記平行四辺形が、異なる平面でオフセットされている、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目３９）
上記リンクおよび上記器具ホルダーが、同一平面中に位置される、項目２３に記載のマニピュレーター。
（項目４０）
最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結された外科用器具の位置を束縛するための遠隔中心マニピュレーターであって、上記外科用器具が、細長いシャフトを含み、上記シャフトが、患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し、上記遠隔中心マニピュレーターが：
第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを備え、上記平行四辺形連結ベースが複数のリンクおよび旋回軸によって上記器具ホルダーに連結され、上記リンクおよび旋回軸が、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが上記平行四辺形の平面に沿って移動するとき、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定し、ここで、上記第１の軸および上記平行四辺形が上記回転の中心で上記シャフトと交差し、そして上記平行四辺形が上記第１の軸から角度をなしてオフセットされる、マニピュレーター。
（項目４１）
上記第１の軸および第２の軸が、上記回転の中心で交差する、項目４０に記載のマニピュレーター。
（項目４２）
上記平行四辺形が、上記第１の軸から、少なくとも２゜だけ角度がオフセットされる、項目４１に記載のマニピュレーター。
（項目４３）
上記平行四辺形が、上記第１の軸から、約２゜〜約４５゜の範囲で角度がオフセットされる、項目４１に記載のマニピュレーター。
（項目４４）
上記平行四辺形が、上記第１の軸から、約１０゜だけ角度がオフセットされる、項目４１に記載のマニピュレーター。
（項目４５）
上記平行四辺形連結ベースに隣接する上記平行四辺形の第１の軸および第１の辺が、上記回転の中心で上記シャフトと交差し、そして上記平行四辺形の第１の辺がが、上記第１の軸から角度がオフセットされる、項目４１に記載のマニピュレーター。
（項目４６）
上記平行四辺形連結ベースに隣接する上記第１の軸および上記平行四辺形の第１の旋回軸が、上記回転の中心で上記シャフトと交差し、そして上記平行四辺形の第１の旋回軸が上記第１の軸から角度がオフセットされる、
上記第１の軸の下で延びる、項目４１に記載のマニピュレーター。
（項目４７）
上記平行四辺形の遠位端が、上記器具ホルダーに隣接するジョイントから上記回転の中心まで延び、そして上記平行四辺形の遠位端が、上記細長いシャフトから角度をなしてオフセットされる、項目４１に記載のマニピュレーター。
（項目４８）
最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダーに連結された外科用器具の旋回移動のための遠隔中心マニピュレーターであって、上記外科用器具が、細長いシャフトを含み、上記シャフトが、近位端、および患者の身体壁中の切開を通り、身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し、上記遠隔中心マニピュレーターが：
連結ベース；
上記連結ベースによって旋回可能に支持される第１の連結アセンブリであって、第１の外側ハウジンクを有する連結アセンブリ；および
近位旋回ジョイントと遠位旋回ジョイントとの間で片持ちされ、そしてそれらの間に延びる第２の連結アセンブリ軸を規定する第２の連結アセンブリを備え、上記近位旋回ジョイントが上記第２の連結アセンブリを上記第１の連結アセンブリに連結し、上記遠位旋回ジョイントが上記第２の連結アセンブリを上記器具ホルダーに連結し、上記第１および第２の旋回アセンブリが上記シャフトの側方移動を上記シャフトに沿って配置された回転の中心の周りの旋回移動に束縛し、上記第２の連結が第２の外側ハウジングを有し、上記第２の外側ハウジングが上記第１のジョイントと第２のジョイントとの間の間に配置され、そしてそれらから分離された凹部を有し、上記第１の連結アセンブリの第１の外側ハウジングが、上記シャフトの近位端が上記連結ベースに向かって移動するとき、上記凹部中に突き出し、そして上記第２の連結軸を横切り得る、マニピュレーター。
（項目４９）
上記第２の連結アセンブリが、上記近位旋回ジョイントと上記遠位旋回ジョイントとの間で伸張する可撓性部材を備え、そして少なくとも１つのガイドが、上記可撓性部材を、上記可撓性部材を上記凹部から離れて配置するように側方に係合する、項目４８に記載のマニピュレーター。
（項目５０）
器具ホルダーに連結された外科用器具を採用して、患者の身体腔内で最小侵襲的ロボット利用手術を実施するための方法であって、上記器具が、細長いシャフトを含み、上記シャフトが身体壁中の切開を通る身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部を有し：
第１の軸の周りの回転のための平行四辺形連結ベースに回転可能に連結された取り付けベースを有する関節連結アセンブリを提供する工程であって、上記平行四辺形連結ベースが、複数のリンクおよびジョントによって上記器具ホルダーに連結され、上記リンクおよびジョイントが、平行四辺形を、上記器具の細長いシャフトが、上記器具が上記器具ホルダーに取り付けられ、そして上記シャフトが少なくとも１つの自由度で移動するとき、上記器具の細長いシャフトを回転の中心に対して束縛するように規定し、ここで、上記第１の軸および上記平行四辺形連結ベースに隣接する平行四辺形の第１の辺が、上記回転の中心で上記シャフトと交差し、そして上記平行四辺形の第１の辺が上記第１の軸から角度をなしてオフセットされる工程；
上記器具を上記器具ホルダーに連結する工程；
上記器具シャフトの少なくとも遠位作業端部を、上記身体腔中に上記切開を通じて導入する工程；および
上記器具の少なくとも１つのシャフトを、少なくとも１つの自由度で、上記遠位作業端部が上記身体腔内にある間、そして上記オフセットされた関節連結アセンブリが、上記シャフトの側方移動を上記回転の中心の周りの旋回移動に、上記シャフトが上記回転の中心を通って実質的に整列されるように束縛する間、旋回可能に移動する工程、を包含する、方法。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下の図面は、詳細な説明を参照して読まれるべきである。異なる図面における同様の番号は、同様の要素に言及する。必ずしもスケール通りではない図面は、本発明の実施形態を例示して描写し、そして本発明の範囲を制限する意図はない。
【図１】図１は、ロボット利用システムを示す手術現場の一部の概略平面図であり、外科的手順を入力するためのマスター医師コンソールまたはワークステーション、および手術部位で外科用端部エフェクターを有する外科用器具をロボットにより移動するためのロボット患者側荷車を含む。
【図２】図２は、ロボット患者側荷車またはスタンドの斜視図であり、２つの患者側マニピュレーターおよび１つの内視鏡／カメラロボットマニピュレーターを含む。
【図３】図３のＡおよびＢは、図２のロボットマニピュレーターの連結のそれぞれ側面図および前面図である。
【図４】図４は、図１のシステムにおける使用のための関節をなす外科用器具の斜視図である。
【図５−１】図５Ａは、本発明の原理に従って構築された例示のロボットマニピュレーターの側面図である。
【図５−２】図５Ｂは、本発明の原理に従って構築された例示のロボットマニピュレーターの前面図である。
【図６−１】図６Ａは、例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリのさらなる側面図である。
【図６−２】図６６Ｂは、例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリのさらなる側面図である。
【図７−１】図７Ａは、ピッチ軸に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの側面図である。
【図７−２】図７Ｂは、ピッチ軸に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの側面図である。
【図８−１】図８Ａは、ピッチ軸に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの側面図である。
【図８−２】図８Ｂは、ピッチ軸に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの側面図である。
【図９−１】図９Ａは、ピッチ軸および偏揺れ軸の両方に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの斜視図である。
【図９−２】図９Ｂは、ピッチ軸および偏揺れ軸の両方に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの斜視図である。
【図９−３】図９Ｃは、ピッチ軸および偏揺れ軸の両方に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの斜視図である。
【図９−４】図９Ｄは、ピッチ軸および偏揺れ軸の両方に沿う改良された移動の範囲を示す例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（発明の詳細な説明）
図１〜４は、最小侵襲的ロボット利用手術を実施するためのロボット利用外科用システム１を示し、これは、米国特許第６，２４６，２００号中により詳細に記載されている。操作者Ｏ（一般に外科医）は、手術台Ｔに横たわる患者Ｐに対し最小侵襲性外科的手順を実施し、この操作者Ｏは、医師のコンソール３で１つ以上の入力デバイスまたはマスター２を操作する。外科医の入力に応答して、コンソール３のコンピュータープロセッサー４は、内視鏡器具またはツール５の移動を指示し、ロボット患者側システム６（この例では、荷車に載せられたシステム）を経由して器具のサーボ機構移動を行う。
【００２２】
代表的には、患者側システムまたは荷車６は、少なくとも３つのロボットマニピュレーターアームを含む。２つのアームまたは連結７（この例では、荷車６の側面に載せられる）は、サーボマニピュレーター８を支持および位置決めし、これは、外科用ツール５を駆動し；そして１つのアームまたは連結９（この例では、荷車６の中心に載せられる）は、サーボマニピュレーター１０を支持および位置決めし、これは、内部手術部位の画像（好ましくは立体鏡）を捕捉する内視鏡／カメラプローブ１１の移動を制御する。
【００２３】
内部手術部位の画像は、医師のコンソール３中の立体鏡ディスプレイビュワー１２によって外科医または操作者Ｏに示され、そしてアシスタントのディスプレイ１４によってアシスタントＡに同時に示される。アシスタントＡは、１つ以上の外科用マニピュレーター８（および／または１０）中のツール５を、代替のツールまたは器具５’に交換すること、関連する非ロボット医療器具および装置を作動することなどで、セットアップ連結アーム７、９を用い、患者Ｐに対してマニピュレーター８および１０を予備位置決めを支援する。
【００２４】
おおまかにいえば、アームまたは連結７、９は、代表的には、組織が操作される間固定された形態にある、患者側システム６の位置決め連結またはセットアップアーム部分を備え、そしてマニピュレーター８、１０は、外科医にコンソール３の指令の下で能動的に関節運動する駆動部分を備える。この能動的に駆動される部分を、本明細書では、一般に、「マニピュレーター」といい、そして患者側システム連結の位置決め連結の固定可能な部分を本明細書では「セットアップアーム」といい、このようなセットアップアームは、必要に応じ、動力を与えられ、そしてコンピューター制御されるジョイントを有し得ることが注記される。
【００２５】
用語法の便宜のため、外科用ツールに影響する組織に作用する８のようなマニピュレーターは、本明細書では、一般に、ＰＳＭ（患者側マニピュレーター）と称される、そして内視鏡１１のような画像捕捉またはデータ獲得デバイスを制御する１０のようなマニピュレーターは、一般に、本明細書では、ＥＣＭ（内視鏡−カメラマニピュレーター）と称され、このような遠隔ロボットマニピュレーターは、必要に応じて、手術で有用な、広範な範囲の器具、ツールおよびデバイスを、操縦および制御することが注記される。
【００２６】
図２は、図１の荷車に載せられた遠隔手術患者側システム６の斜視図を示し、２つのＰＳＭ８および１つのＥＣＭ１０を含む。荷車システム６は、カラム１５を含み、これは、次に、３つの位置決め連結またはセットアップアームを載せ、各々がＰＳＭ８の１つを支持する２つのＰＳＭセットアップアーム７、およびＥＣＭ１０を支持する１つのセットアップアーム９を含む。ＰＳＭセットアップアーム７は各々が、６つの自由度をもち、そして中央に載せられたＥＣＭセットアップアーム９の各側面上に載せられるものである。ＥＣＭセットアップアーム９は、６つより少ない重度を有し、そしてＥＣＭ１０は、代表的にはＰＳＭ８に含まれるような、関節のある外科用器具のために提供されるツール作動駆動システムのすべてを含まなくても良い。各ＰＳＭ８は、外科用ツール５（点線で示される）を離脱可能に載せ、そしてＥＣＭ１０は、内視鏡プローブ１１（点線で示される）を離脱可能に載せる。
【００２７】
図３Ａおよび３Ｂは、図２のロボット外科用マニピュレーターの連結またはＰＳＭ８のそれぞれ側面図および前面図であり、遠隔中心機構を有する。ＰＳＭ８は、荷車マウント６、天井マウント、または床／台座マウントにより載せられ、そして支持され得るマニピュレーターの１つの先行技術の例である。この例では、ＰＳＭ８は、好ましくは、ツールインターフェースハウジング２１および載せられた器具またはツール５の移動を束縛する連結配列２０を含む。より詳細には、連結２０は、発行された米国特許第６，７５８，８４３号により詳細に記載されるように、ハウジング２１およびツール５が、スペース２２中の点の周りで回転するように平行四辺形配列にある回転ジョイントによって連結される剛直性のリンクを含む。
【００２８】
連結２０の平行四辺形配列は、その図でページに垂直であり、そして旋回点２２を通過する、しばしば、ピッチ軸と称される軸の周りに、図３Ａ中の矢印２２ａによって示されるような、旋回に回転を束縛する。平行四辺形連結を支持するリンクは、セットアップジョイント（図２中の７）に旋回可能に載せられ、ツール５は、軸２２ｂ（図３Ｂ）の周りでさらに回転し、しばしば、偏揺れ軸と呼ばれる。このピッチ軸および偏揺れ軸は、ツール５のシャフト２３に沿って整列される遠隔中心２２で交差する。ツール５は、なおさらにマニピュレーター８によって支持されるとき、なおさらに駆動される自由度を有し、挿入軸２２ｃに沿ったツールのスライド移動を含む。ツール５は、マニピュレーターインターフェースハウジング２１に載るハウジング２４を含む。インターフェースハウジング２１は、軸２２ｃに沿ったツール５の移動を提供し、そしてＰＳＭ８の端部エフェクターアクチュエーターサーボ機構からツール５にアクチュエーター入力を移行するために供されることの両方を行う。遠隔中心システムのこの例では、平行四辺形配列２０は、ツール５に、サーボ機構が外科医の制御入力に従ってツール移動を作動するとき、ツールシャフト２３を機械的に束縛し、旋回点２２の周りで回転するように連結される。
【００２９】
ツール５が、マニピュレーター８に対して軸２２ｃに沿ってスライドするとき、遠隔中心２２は、マニピュレーター８の取り付けベース２５（セットアップアーム７への取り付け点）に対して固定されたままである。それ故、全体のマニピュレーター８は、一般に移動して、遠隔中心２２を再位置決めする。マニピュレーター８の連結２０は、一連のモーター２６（図３Ａ）によって駆動される。これらのモーターは、プロセッサー（図１中の４）からの指令に応答して連結２０を能動的に移動する。モーター２６は、ツール５に、軸２２ｃの周りでツール５を回転するようにこのツールにさらに連結され、そして約少なくとも１つ、そしてしばしば２つの自由度でツール５の遠位端でリスト（図４中の２９）を関節運動する。さらに、モーター２６は、鉗子の顎など中に組織を握るためのツールの関節運動可能な端部エフェクターを作動するために用いられ得る。モーター２６は、米国特許第５，７９２，１３５号により詳細に記載されるように、ケーブルを用いてツール５の少なくともいくつかのジョイントに連結され得、この特許の全体の開示はまた、本明細書中に参考として援用される。この参考文献に記載されるように、マニピュレーター８は、しばしば、駆動構成要素からの運動を外科用ツール５に移行するための可撓性部材を含む。内視鏡手順には、マニピュレーター８は、しばしば、カニューレ２７を含む。マニピュレーター８に離脱可能に連結され得るカニューレ２７は、ツール５を支持し、好ましくは、このツールを、カニューレ２７の中心ボアを通って回転および移動させる。
【００３０】
図４は、関節運動する外科用ツールまたは器具５および近位ハウジング２４の展開斜視図を示し、これは、図１のシステムで採用され得る。ツール５は、エフェクター２８を近位ハウジング２４に対して支持する細長いシャフト２３を含む。近位バウジング２４は、マニピュレーター（例えば、図１、２、３Ａ、および３Ｂ中のＰＳＭ８）に器具５を離脱可能に取り付け、そしてそれにインターフェースするため、そしてマニピュレーター８と端部エフェクター２８間で駆動信号および／または運動を伝達するために適合されている。関節運動リスト機構２９は、エフェクター２８とシャフト２３との間で運動の２つの自由度を提供し得、そしてシャフト２３は、端部エフェクター２８に患者の身体内で３つの配向の自由度を提供するように近位ハウジング２４に対して回転可能であり得る。
【００３１】
図５Ａおよび５Ｂをここで参照して、本発明の原理に従って構築された例示のオフセット遠隔中心ロボットマニピュレーター３０の側面図および前面図が示される。以下により詳細に記載されるように、洗練されたマニピュレーター３０は、最小侵襲的ロボット利用手術の間に器具ホルダー３４に連結された外科用器具３２の位置を束縛する、オフセット遠隔中心平行四辺形マニピュレーター連結を提供する。この外科用器具３２は、患者の身体壁中の切開を通る身体腔中への挿入のための形態である遠位作業端部３８を有する細長いシャフト３６を含む。上記の描写は、例示目的のみのためであって、そしてロボット外科用マニピュレーター３０の実際の形状、サイズ、または寸法を必ずしも反映しないことが認識される。これは、本明細書で以後すべての描写に適用する。
【００３２】
一般に、上記オフセット遠隔中心ロボットマニピュレーター３０は、回転の中心６６に対してシャフト３６の運動を束縛するような形態である。従って、シャフト３６は、シャフト３６が少なくとも１つの自由度で旋回して移動されるとき、回転の中心６６を通って実質的に整列されて維持される。好ましくは、この回転の中心６６は、例えば、腹腔鏡手術の間に腹部壁でトロカールまたはカニューレとともに、内部手術部位への切開点と整列される。従って、外科用器具３２の端部エフェクターは、腹腔壁に対し危険な力を課すことなく、オフセット遠隔中心ロボットマニピュレーター３０を用いてシャフト３６の近位端を移動することにより安全に位置決めされ得る。
【００３３】
図５Ａを戻って参照し、洗練された遠隔中心マニピュレーターは、一般に、取り付けベース４０を有する関節連結アセンブリ３０、平行四辺形連結ベース４２、および複数のリンク４４、４６およびジョイント４８、５０、５２、５４を含む。用語「ジョイント」は、本明細書中では用語「旋回軸」と交換可能に用いられる。取り付けベース４０は、第１の軸５６の周りの回転のために平行四辺形連結ベース４２に回転可能に連結され、矢印５８によって示されるような偏揺れ軸としてもまた知られる。取り付けベース４０は、外科用マニピュレーター３０が、荷車マウント、天井マウント、床／台座マウント、またはその他の取り付け表面のセットアップアーム／ジョイントによって載せられ、そして支持されることを可能にする。この実施形態における取り付けベース４０は、ねじまたはボルト６２によってベース支持体６０に固定され、ここで、このベース支持体６０は、セットアップアーム／ジョイントに取り付けられるように適合されている。平行四辺形連結ベース４２は、回転旋回ジョイント４８、５０、５２、５４によってともに連結される剛直性リンク４４、４６によって器具ホルダー３４に連結される。これらリンク４４、４６およびジョイント４８、５０、５２、５４は、平行四辺形６４を、器具６４が器具ホルダー３４に載せられ、そしてシャフト３６が平行四辺形６４の平面に沿って移動されるとき、回転の中心６６に対して器具３２の細長いシャフト３６を束縛するように規定する。
【００３４】
重要なことは、第１の軸５６および平行四辺形６４は、シャフト３６を回転の中心６６で横切る。詳細には、平行四辺形ベース４０の隣接する平行四辺形６４の第１の旋回軸４８から発する第１の辺６８と第１の軸５６は、回転の中心６６でシャフト３６と交差し、ここで、この平行四辺形６４の第１の辺６８と第１の旋回軸４８は、第１の軸５６から角度をなしてオフセットされる。平行四辺形６４の第１の辺６８と第１の旋回軸４８は、少なくとも２゜、好ましくは１０゜だけの角度αだけ第１の軸５６からオフセットされる。一般に、平行四辺形６４の第１の辺６８と第１の旋回軸４８は、第１の軸５６から約２゜から約４５゜までの範囲、好ましくは、約２゜から約３５゜までの範囲でオフセットされる。
【００３５】
ここで、図６Ａおよび６Ｂを参照して、例示のロボットマニピュレーター連結アセンブリ３０のさらなる側面図が示され、器具ホルダー３４を延びた位置で示す。オフセットされた平行四辺形６４配列は、図３Ａおよび３Ｂに記載される先行技術の例に対し、器具３２およびホルダー３４の改善された回転を可能にし、その一方、回転の遠隔中心６６は、同じ位置にある。詳細には、図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ｃおよび９Ｄに示されるように、オフセットされる関節連結アセンブリ３０は、第２の軸（これは、これらの例では、頁に垂直であり、そして旋回点６６を通過する）に対して±５５゜より大きい、好ましくは第２の軸に対して±６０゜より大きい改良された範囲のシャフト３６の移動を提供する。一般に、このオフセットされた関節連結アセンブリ３０は、矢印７２によって示されるように、第２の軸に対して±７５゜からの範囲にある旋回点６６の周りのシャフト３６移動を束縛し、ここで、この第２の軸は、しばしば、ピッチ軸と称される。マニピュレーター３０はまた、図９Ａおよび９Ｂで矢印５８によって示されるように、第１の軸５６に対し±９０゜より大きい、好ましくは、第１の軸５６に対し±９５゜より大きい改良された範囲のシャフト３６移動を提供する。代表的には、片持ちされた平行四辺形連結ベース４２は、旋回点６６の周りのシャフト３６移動を、第１の軸５６に対して±１６８゜からの範囲に束縛する。
【００３６】
さらに、論議された先行技術と同様に、偏揺れ軸５６、ピッチ軸（頁に垂直である）、および挿入軸７４はすべて、器具３２のシャフト３６に沿って整列される遠隔中心６６で互いと交差する。それ故、器具３２は、回転の遠隔中心６６がマニピュレーター３０の取り付けベース４０（セットアップアーム３０への取り付け点）に対して間隔をあけて固定されたままである間に、矢印５８および７２によって示されるように所望の角度を通って旋回して回転され得る。これ故、全体のマニピュレーター３０は、一般に移動され、遠隔中心６６を再位置決めする。器具３２は、オフセット遠隔中心マニピュレーター３０によって支持されるとき、挿入軸７４に沿った器具のスライドする動きを含む、さらなる駆動される自由度を有することが認識される。
【００３７】
偏揺れ軸５６から第１の旋回軸４８および平行四辺形６４の第１の辺６８を外す、新規でかつ改良されたオフセット関節連結アセンブリ３０は、矢印７２によって示されるように、第２の軸に対して旋回点６６の周りの器具３２の移動の範囲を有利に増大する。マニピュレーター３０は、矢印５８によって示されるように、第１の軸５６に対する移動の増加した範囲をさらに可能にする。ピッチ軸および偏揺れ軸に沿った移動の改善された旋回範囲は、次に、このようなロボット手術システムの効率および使用の容易さを増大する。例えば、このロボット手術システムもの全体の複雑さは、システムの改良された範囲の移動に起因して減少され得る。詳細には、セットアップジョイント／アームにおける自由度の数は、低減され得る（例えば、６より少ない自由度）。これは、セットアップジョイントのより少ない予備形態を必要とするより単純なシステムプラットホームを可能にする。従って、通常の手術室作業者は、特殊な訓練をほとんどなく、またそれなくして手術のためのロボットシステムを迅速に整列および準備し得る。
【００３８】
複数のリンクは、オフセット偏揺れリンク４２、低下垂直リンク４４、および主屈曲リンク４６を備える。この主リンク４６は、垂直リンク４４が主屈曲リンク４６上に静止するための間隔を提供するように所定角度で屈曲される。この間隔は、垂直リンク４４と主屈曲リンク４６との間の連結間衝突を防ぐ。例えば、主リンク４６は、約２２゜の角度で屈曲し得、図８Ａ、８Ｂ、および９Ｄに示されるように、ピッチダイブ７２に亘る間隔を可能にする。このような実施形態では、主屈曲リンク４６および垂直リンク４４ならびに器具ホルダー３４は、同じ平面中に位置される。しかし、主リンク４６および垂直リンク４４は、それに代わって異なる平面（すなわち、横に並んで配置される）でオフセットされ得、屈曲する主リンク４６の代わりに連結間衝突を減少する。垂直リンク４４旋回軸４８は、上記で論議されたように、オフセット平行四辺形６４を提供するように、偏揺れ軸５６に対してより低い。この偏揺れ軸４２は、図９Ｂ〜９Ｄに最も良く観察されるように、リンク４４、４６からオフセットされる。リンク４２およびリンク４４、４６は同じ平面にないが、むしろ、リンク４２と、リンク４４、４６との間の連結間衝突の可能性を減少するように並んでオフセットされる。
【００３９】
回転する旋回軸ジョイント４８、５０、５２、５４によって一緒に連結される剛直性リンク４２、４４、４６の少なくとも１つは、少なくとも１つの自由度で完全に平衡されていない。従って、ブレーキシステムは、関節連結アセンブリ３０に連結され得る。このブレーキシステムは、ジョイント４８、５０、５２、５４の少なくとも１つの関節運動を離脱可能に阻害する。このオフセット遠隔中心マニピュレーター３０は、連結が任意の対抗平衡化重量がないとき、より軽いシステムを備え得る。従って、リンク４２、４４、４６は、好ましくは、より軽いマニピュレーター３０にともなう任意の振動問題を支持するように十分に剛直性であり、そして堅い構造を備え得る。このオフセット遠隔中心マニピュレーター３０は、必要に応じて、重量、張力スプリング、ガススプリング、圧縮スプリング、空気または水力シリンダー、トルクモーター、またはそれらの組み合わせによって平衡され得る。
【００４０】
図６Ｂ、７Ｂ、および８Ｂを戻って参照して、オフセット遠隔中心マニピュレーター３０は、好ましくは、６つのプーリー７６、７８ａ、７８ｂ、８０、８２ａ、８２ｂ、およびこれらプーリー７６、７８ａ、７８ｂ、８０、８２ａ、８２ｂに連結され、回転の中心６６に対してシャフト３６の運動を束縛するような形態である４つの可撓性要素８４ａ、８４ｂ、８６ａ、８６ｂを含み得る。リンク４２および４６は、２つのプーリー７６、７８ａ上で動く可撓性要素８４ａ、８４ｂによって互いに対して回転することから維持され、１つのプーリー７６はリンク４２に固定され、そして１つのプーリー７８ａはリンク４６に固定される。リンク４４および３４は、同様に、残りの４つのプーリー７８ｂ、８０、８２ａ、８２ｂ上で動く可撓性要素８６ａ、８６ｂによって互いに対する回転から維持され、１つのプーリー７８ｂはリンク４４に固定され、１つのプーリー８０はリンク３４に固定され、そしてアイドラープーリー８２ａ、８２ｂは、主屈曲リンク４６の周りに可撓性要素８６ａ、８６ｂを得る。これ故、リンク４２および４６は、転位し得るが、互いに対して回転せず、平行四辺形形状６４を維持する。同様に、リンク４４および３４は転位し得るが、互いに対して回転せず、平行四辺形形状６４を維持する。タームプーリー７６、７８ａ、７８ｂ、８０、８２ａ、８２ｂが、ホイール、ギア、スプロケットなどを含み得ることが認識され得る。
【００４１】
可撓性要素８４ａ、８４ｂ、８６ａ、８６ｂは、プーリー７６、７８ａ、７８ｂ、８０、８２ａ、８２ｂの周りで連結されるベルト、チェーン、またはケーブルを含み得る。好ましくは、これら可撓性要素は、約８００ポンドの破壊強度有し、そして約１／４インチ幅でいるステンレス鋼ベルトのような、複数層金属ベルトを備える。これらベルトは、少なくとも３つの層、好ましくは５つの層を利用する多層であり、これらプーリーの周りで繰り返し屈曲するとき疲労しないようなお十分に薄く、適切な張力負荷を運ぶに十分に強い。プーリー７６および７８ａは、ほぼ同じ直径、例えば、２．２インチを有する。より小さいプーリー７８ｂおよび８０は、ほぼ同じ直径、例えば、１．８インチを有する。主リンク４６の屈曲には２つのアイドラープーリー８２ａ、８２ｂがあり、ベルト端部の取り付けがより化頑丈であることを可能にするように反対の方向にあるベルト８６ａ、８６ｂの運動を容易にする。非連続オフセットベルト８４ａ、８４ｂおよび８６ａ、８６ｂの採用は、特に、取り付け点におけるストレス減少を提供し、それ故、失敗を最小にする。さらに、非連続ベルトは、便利な張力および位置調節を可能にする。ベルト８４ａ、８４ｂおよびベルト８６ａ、８６ｂが必要に応じて連続的単一ベルトを備え得ることがさらに認識される。さらに、金属ベルトが、マニピュレーターアームに沿って電気的信号を運ぶ平坦な曲げケーブルに軽く連結され得る。
【００４２】
オフセット関節連結アセンブリ３０は、一連のモーターによって駆動される。モーターは、複数のリンク内に位置され得、プーリーおよびベルト機構を駆動する。好ましくは、大部分のモーターは、低下垂直リンク４４中に収容される。特に、スパーギアおよび調和ドライブを通じリンク４２に対してピッチ軸７２回転リンク４４を駆動するモーターおよび器具作動ケーブル（例えば、スプリングで張られ得るリスト駆動ケーブル）を動かすモーターは、リンク４４内に収容され得る。垂直リンク４４、主屈曲リンク４６、および器具ホルダーの同一平面内の配置が、作動ケーブルを動かすモーターがリンク４４中に収容されるので有利である。さらに、同一平面内にある垂直リンク４４、主屈曲リンク４６、および器具ホルダーをもつことは、マニピュレーター３０の遠位端におけるスペース最小化を可能にし、これは、閉じ込められた作動環境で最小侵襲的ロボット手術を実施するとき顕著に重要である。偏揺れ軸５８を駆動するモーターは、取り付けベース４０中に収容され得る。
【００４３】
特定の例示の実施形態および方法が、理解の明瞭さ、および例により、ある程度詳細に記載されているが、先行する開示から、このような実施形態および方法のバリエーション、改変、変更、および適合が、本発明の思想および範囲から逸脱することなくなされ得ることは当業者に明らかである。従って、上記の記載は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を制限するとして考慮すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図９−４】
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