(57)【要約】  本発明は、心臓の場合、ポートを通じて心膜に導入し、それ自体を心外膜面に取付け、ユーザー又は医師の直接制御の下で、診断又は処置に望ましい位置に移動する極小のロボット装置に関する。
2009501563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内に挿入するロボットであって、
体腔内でロボット装置を動かすために中央のボディと複数の可動部材を有するロボット利用装置、
ロボット利用装置を制御するための制御システム、
を備えたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
制御システムとロボット利用装置との間のインターフェースをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット・
【請求項３】
吸着パッド、合成ヤモリの足の毛、又は粘着性の足の少なくとも１つを有する把持装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４】
前記インターフェースが、複数のワイヤ、ケーブル又は柔軟な駆動軸の１つを有することを特徴とする請求項２記載のロボット。
【請求項５】
前記制御システムはハンドルを有し、前記ワイヤ、ケーブル又は柔軟な駆動軸は、少なくともその長さの一部がシース内に保持されていることを特徴とする請求項４記載のロボット。
【請求項６】
前記ロボットは送付構造内で直径２０ｍｍのチャンネルの中にはめ込まれる寸法になっていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項７】
超音波トランスジューサー、診断用センサー、薬物送付システム、治療装置又は手術用ツールの１つを含むツールをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項８】
カメラ又はファイバー・スコープの少なくとも１つをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項９】
移動情報を提供するために位置検出装置をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のロボット。
【請求項１０】
第二のカメラ又はファイバー・スコープをさらに備えたことを特徴とする請求項８記載のロボット。
【請求項１１】
複数の吸着要素をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項１２】
心臓組織に結合したリード線をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項１３】
複数の独立して制御される足を有する複数の可動部材を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項１４】
各足が組織の表面に接触するパッドを有することを特徴とする請求項１２記載のロボット。
【請求項１５】
各足が膨張可能なブラダーを備えたことを特徴とする請求項１３記載のロボット。
【請求項１６】
各足が複数の膨張可能なブラダーを有し、各ブラダーが流体圧制御システムと流体の伝達を特徴とする請求項１３記載のロボット。
【請求項１７】
各パッドが吸着要素を有することを特徴とする請求項１４記載のロボット。
【請求項１８】
各パッドが複数の少なくとも３個の制御可能な吸着要素を有することを特徴とする請求項１７記載のロボット。
【請求項１９】
治療因子送付のためのチャンネルをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２０】
ロボット上にツールを設置するためのツール・インターフェースをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２１】
ロボット上に設置されたリード配置ツールを備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２２】
ロボット上に設置された回転ツール要素をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２３】
切断ツールをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２４】
組織切断ツールをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２５】
組織切断ツールがレーザーを備えたことを特徴とする請求項１４記載のロボット。
【請求項２６】
レーザー光源をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２７】
レーザー光源が光ファイバー・ケーブルによりロボットに結合されていることを特徴とする請求項２６記載のロボット。
【請求項２８】
広帯域光源をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項２９】
広帯域光源が、光ファイバー・ケーブルによりロボットに結合されていることを特徴とする請求項２８記載のロボット。
【請求項３０】
ニードル又はニードル・アレーをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３１】
ロボットが直径１０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３２】
ロボットをコントローラーに結合するケーブル・シースをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３３】
第一の複数の付着部材を持つ第一セクションと、第二の複数の付着部材を持つ第二セクションとを有するボディをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３４】
付着部材が吸着要素であることを特徴とする請求項３３記載のロボット。
【請求項３５】
吸着部材が弁により真空源に接続されていることを特徴とする請求項３４記載のロボット。
【請求項３６】
セクションが円筒形であることを特徴とする請求項３３記載のロボット。
【請求項３７】
付着部材がロボットの両側にあることを特徴とする請求項３３記載のロボット。
【請求項３８】
ロボットが複数の足を有する歩行部を備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３９】
ロボットが肺の気管支に挿入するための寸法であることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４０】
ロボットが脊柱に挿入するための寸法であることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４１】
ロボットが脳室（ｂｒａｉｎ  ｖｅｎｔｒｉｃｌｅ）に挿入するための寸法であることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４２】
ロボットがツールを手作業により挿入するためのチャンネルを有することを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４３】
第一及び第二のセクションが、加圧したベローズにより結合されていることを特徴とする請求項３３記載のロボット。
【請求項４４】
ロボット利用装置が、視野を観察するために先端の開口部を有していること特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４５】
ツールを回転するケーブルをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４６】
ロボットとコントローラーの間の無線接続を有することを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４７】
組織特性を測定するための電子センサーをさらに備えたことを特徴とから成る請求項１記載のロボット。
【請求項４８】
ロボット内の電池を備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４９】
ロボット内の電子制御システムをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項５０】
生体内で用いるためのロボットであって、ロボットが中央のボディと複数の可動部材とを有し、各可動部材が、ロボットを器官に付着できる把持装置を有することを特徴とするロボット。
【請求項５１】
前記ロボットの可動部材が吸着要素を備えたことを特徴とする請求項５０記載のロボット。
【請求項５２】
前記ロボットが２個のボディ・セクションを有し、各ボディ・セクションが吸着パッド、合成ヤモリの足の毛、又は粘着性の足の１つを保持していることを特徴とする請求項５０記載のロボット。
【請求項５３】
生体内の器官にロボットを位置決めする方法であって、
中央のボディと複数の可動部材とを有するロボットを器官上に配置し、
ロボットが器官と同じ基準枠内にあるようにロボットを器官に付着し、
ロボットが器官と同じ基準枠にとどまっている間、ロボットを器官に沿って移動する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５４】
ケーブルによりロボットに結合される加圧ガス源を設けることを特徴とする請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
複数の吸着要素を有する整合可能な吸着パッドを設けることを特徴とする請求項５３記載の方法。
【請求項５６】
膨張可能なチャンネルを有する部材を設けることを特徴とする請求項５３記載の方法。
【請求項５７】
ツール又はセンサーを設置するためにロボット利用装置上に固定具を設けることを特徴とする請求項５３記載の方法。
【請求項５８】
心嚢内の心臓の表面上にロボットを挿入し、ねじ又はとげ付きリードを用いて心臓にリードを付着することを特徴とする請求項５３記載の方法。
【請求項５９】
体腔内を膨張して、ロボットに結合したカメラを用いて体腔内の医療処置を見ることを特徴とする請求項５３記載の方法。
【請求項６０】
ロボットに結合したズーム・レンズ付カメラの視野を調節することを特徴とする請求項５３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願との相互参照】
【０００１】
本出願は「侵襲性処置を極小にするためのロボット」と題する２００５年７月１４日出願の米国仮出願第６０／６９９，０８７号の優先権を主張している。前記出願の全内容が参考用として本明細書に組込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、例えば、心膜又は心臓、肺又は胃腸管又は脊椎又は脳の領域のような身体の内腔のような領域を含む身体の領域に内視鏡的に導入される極小のロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
心臓手術は心臓にアクセスするために、典型的に胸腔を開くことにより、又は、肋間のスペース（ｓｐａｃｅ）を用いた最小限の侵襲性処置により、又は、内視鏡を用いて、内視鏡チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を経由して手術器具を導入して行われる。
【０００４】
心外膜の非開胸式内視鏡観察は閉鎖性胸部損傷、心膜流出、肺がん、ステージング（ｓｔａｇｉｎｇ）、及び、心室へのペーシング・リード（ｐａｃｉｎｇ  ｌｅａｄｓ）の心外膜埋込みの評価技術を用いる。内視鏡によるアクセスは左胸膜のスペースに切り目を付けた開胸術を必要とすることがある。剣状突起下の穿刺による心膜スペースへの直接アクセスは心外膜処置のための技術として実用性が高まっている。そのような処置の中で、カテーテル（ｃａｔｈｅｔｅｒ）操作が蛍光透視によってのみ案内されている。
【０００５】
最小限の侵襲性アクセスへの挑戦は、心肺のバイパス（ｂｙｐａｓｓ）を避けるという目標によって、さらに厄介になっている。この目標の実現には、拍動する心臓上での処置を必要とする。それゆえ、器具使用は、心臓が拍動している時に、心外膜上の位置で器具を安定的に操作できる事を必要とする。心臓の局部的非動作が一般的に用いられ、内視鏡を、又は、機械的圧力又は吸着を用いて動作する開胸スタビライザー（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒｓ）を用いる手法である。侵襲度を低減し、かつ、拍動する心臓の手術を改善し、それにより患者の危険性と回復時間を低減した診断及び手術の器具を改善する必要性が継続的に存在している。
【発明の開示】
【０００６】
ロボット装置は心外壁又は他の面に取付けられる。そして、ユーザーは、診断及び（又は）治療の機能を果すために装置の動きと操作を制御する。ロボット装置が複数の可動部材を有し、装置を体腔内と制御システムの中で動かす。
【０００７】
本発明の好ましい実施例は、体腔内の対象領域に対してユーザーが装置を位置決めするために制御できる少なくとも３個の部材又は足を有する装置を用いている。装置は内視鏡的挿入を行うように送出装置と共に内視鏡チャンネルに挿入するために送出位置内で形成できる。
【０００８】
本発明の好ましい実施例はツール・インターフェース（ｔｏｏｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有し、１以上の診断又は治療の装置をインターフェース上に搭載し又は取付けることができる。診断要素には、対象領域の画像を得るための画像処理装置又はセンサー（ｓｅｎｓｏｒ）、組織の特性を測定するための装置又はセンサーの位置決めを行うための立体的追跡装置を含めることができる。治療ツールには切断又は縫合装置、身体の表面に取付けることができる、又は、治療剤を投与するツール、単極又は双極の電子手術装置、超低温冷却要素、切断、灸、管腔の治療のためのレーザー又は他の光送出ツール、又はマイクロウエーブ加熱を含めることができる。
【０００９】
好ましい実施例では、装置を動かすために部材内に膨張可能なブラダー（ｂｌａｄｄｅｒ）のシステムを用いる。各部材は、心膜のような器官又は対象領域の面に付着させるため、個別に機能できるパッド（ｐａｄ）、足又はセクション（ｓｅｃｔｉｏｎ）を有している。好ましい実施例では、装置を表面に確実に取付けるために、１以上の付着部又は吸着要素を持つ適合した足を用いる。
【００１０】
本発明の好ましい実施例には、肋膜のスペースの切開無しに心膜経由で行われる処置が含まれる。そのような処置には、細胞移植、血管形成のための遺伝子治療、再同期化のための心外膜への電極配置、心房切断、心膜内への薬物送付、心室から冠動脈へのバイパス（ｂｙｐａｓｓ）、その他を含みうるが、それに限定されない。
【００１１】
出発点から対象領域内の希望の位置に移動する装置の能力が、切開位置とは無関係に切開手術を最小限にしうる。さらに、装置の使用により、処置場所の位置とは無関係に、心膜内の処置に対して、剣先突起下での心膜経由の方法も可能になる。結果として、左肺の縮小は最早必要がない。そして、全身麻酔技術の代わりに、局部的又は領域的麻酔技術に用いることが可能になる。これらの利点は歩行外来患者の心臓手術のためのシステムを提供する。
【００１２】
不整脈治療処置のために、本装置は外面から心臓に接近し、心外膜上に歩行ユニットを置き、操縦中に拍動する心臓と共に、心外膜上を移動する。本装置は心嚢を横切ることにより心外膜にアクセスできる。本装置は、アクセス中の視覚化と心外膜を傷つけずに安全に心嚢を横断する手段の両方を与える内視鏡的挿入と組合わせて、剣先突起下の切開のような最小限の侵襲方法を用いる。剣先突起下のアクセスで、最初、本装置を心臓先端において、心臓面の上で操縦を始める。装置は小寸法で典型的に断面で６ｍｍ以下、長さで２０ｍｍ以下であり、心膜へ小さな直径のアクセス・チャンネル（ａｃｃｅｓｓ  ｃｈａｎｎｅｌ）を使用できる。さらに、心臓へのアクセス通路に沿って組織に損傷を生じるという副作用を低減する。好ましい実施例では、３ｍｍ以下の断面直径を有し、全ての寸法で１０ｍｍ以下の寸法を有する装置を用いている。
【００１３】
本装置が心嚢内にあると、吸着又は例えばマイクログリッパー（ｇｒｉｐｐｅｒ）又は直接分子付着のような装置を心外膜に確実に結合し続ける結合を与える方法により、それ自体を心臓の面に取付ける。吸着は、処置中の正常な心臓機能を干渉しないだけの十分小さな寸法を有する一方で、心臓面上に保持し、乗る。
【００１４】
本装置は、表面に単独で接触し、保持する少なくとも２足を有することにより、拍動する心臓の表面を移動する。２足で形成されていて、装置の前と後ろが交互に心臓面に付着し、足の一方が付着するときに端部間の相対距離が変化するシャクトリムシに類似した方法で装置は移動できる。それゆえ、後ろ足が置かれたときに、前足をそれから離れるように伸ばすことができ、その一方で、前足を希望の移動通路内に置くことにより、移動方向を変更できる。前足の付着状態を見いだしたときに、後ろ足を離して、縮め、それ自体を、今付着状態になっている前足に近付けることができる。装置が２を超えた足で形成されたとき、示された方向へ横に動いて、追加の移動の選択肢を可能にする。
【００１５】
装置がその足を選択し、それを伸ばすように選択するプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）はそれを制御する医師からの入力に基づいて決定される。それらは、比例型ジョイスティック（ｊｏｙｓｔｉｃｋ）のような直感的ユーザー・インターフェースにより装置が動く方向と速度を示して、ユーザーの指示行動の方向と大きさを抽出して、移動を制御する。埋込まれたセンサーにより心臓への新しい結合を確認して、心外膜への有効な付着を実現するために、希望の移動方向で自動検出することにより、装置が自体の足下の状態を見いだす。
【００１６】
ユニーク（ｕｎｉｑｕｅ）だが、通常の状況として、心外膜又は他の身体内部の面に付着した脂肪に装置が遭遇する。この場合、装置の足の構成により、付着状態から引きはがされずに脂肪上で吸着状態を維持できる。装置は、例えば、インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の変化を検出することにより足の下の脂肪の存在を検出し、その付着戦略を移行して、それ自体又は脂肪がゆるまずに、この結合を実現できる。心臓を横切ることで脂肪が不安定であると判明したときに、装置が使用できる他の戦略は、脂肪領域を横切るときに、心膜の面への付着を維持することである。装置は、通常の心外膜の足の代わりに使用できる心外膜から離れた側で吸着結合の代替セット（ｓｅｔ）を有することにより、これを実施できる。さらに、装置には、脂肪がそのシステム内に引込まれ、又、それを封じるのを防止するために、その吸着システム内に緩和要素を含める。これには、特殊構成の足、及び、それを真空システムに置いたとき脂肪を除去するフラッシング・システム（ｆｌｕｓｈｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）を含む。
【００１７】
本発明の好ましい実施例は、丸く、長い、即ち、円筒形のボディを用いていて、お互いに対して長手方向に移動する前セクションと後ろセクションを有している。各セクションは、その向かい合った側に少なくとも２個の付着機構を有し、各セクションが体腔内又は内腔の両側に付着できる。その付着機構は各セクションの丸い周縁部のまわりに同心に配置された吸着要素としうる。後ろのセクションが内腔の壁に付着している間に、前又は第一のセクションが前方に移動する。そして、前のセクションが内腔壁に付着して、後ろ、又は、第二のセクションを前方に動かす。中央のチャンネルを使用して、装置の移動制御及び他の操作を行なえる。
【００１８】
本発明の別の実施例には、腹（腹膜）の空所内での手術処置を観察するために、遠隔操作用カメラ・プラットフォーム（ｃａｍｅｒａ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）として、ロボットの使用が含まれる。特定処置の間、腹が膨張しているので、ロボットは膨張した壁を移動でき、最大数インチの距離で処置の観察及び記録を行なえる。搭載カメラ又はファイバー・スコープは、離れて取付けられたズーム・レンズを使用でき、焦点深度を調節できる。ズーム・レンズには流体レンズ・システムを含めることができる。ＬＥＤアレー（ａｒｒａｙ）のような光源を、視野の遠隔照明のためにロボット上に取付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を容易に理解し、すぐに実施するため、本発明は添付図面に関連して、ここで例示用に説明しているが、それに限定されない。
【００２０】
本発明に基づいて作られたロボットの好ましい実施例を図１に示す。装置１０には、中央のボディ１２、及び、複数の部材又は足１４を形成することが含まれる。例えば、装置は６−２０ｍｍの断面のフートプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）と５−２０ｍｍの長さを持つことができる。その寸法により、装置１０は標準直径２０ｍｍのカニューレ（ｃａｎｎｕｌａ）又は内視鏡チャンネルのなかにはめ込むことができる。ボディ・セクション（ｂｏｄｙ  ｓｅｃｔｉｏｎ）１４のそれぞれが独自の吸引管１６及び生体組織を把持するために１以上の吸着パッド２０，２２をそれぞれ付けた足１８を装備している。吸引管１６と吸着パッド２０、２２は理解するのに好ましいシステムを示している。
【００２１】
ボディ・セクション１２の平行移動と回転を外部制御システムから、この実施例では、ハンドル１５から制御する。これは、無線周波数伝送によりロボットへ、及び（又は）、単一又は複数の内腔を持つシース（ｓｈｅａｔｈ）２４により遠隔操作できる。シース２４内の１個又は３個の別個に操作される内腔が、ボディ１２に、角度２自由度及び平行移動１自由度の少なくとも３自由度を与える。角度２自由度により装置１０を心臓の曲面に（又は例えば胃腸管内の他の器官に）適合しうるだけでなく、横向き（即ち、揺動）にできる。
【００２２】
移動は、異なる足により行使される操作レベルと吸着力を交互に用いることにより実現する。１本の足の吸着パッドを作動させると、他の１ないし２本の足の吸着パッドを不作動にして、装置の平行移動及び（又は）回転を行なえる。前進ステップ（ｓｔｅｐ）はそのプロセスを反復することにより行なえる。方向転換は足を差別的に操作することにより実現できる。ハンドルでの内腔部の操作を、吸引管への弁の開閉と共に、手操作で行なえる。さらに、装置の操作はコンピューター制御でも行なえる。
【００２３】
本発明の好ましい実施例の断面図を図２ａ及び２ｂに示す。部材１４はチャンネル３０、３２、３４を有していて、加圧気体又は流体の供給源１７に接続することにより加圧できる。シース２４は１以上の内腔部を有し、チャンネル３０、３２、３４を供給源１７に結合する。部材１４を加圧するとき、長さがΔｘの量だけ伸びる。チャンネル３０及び３４の加圧に差を付けることにより、部材を軸３７の回りで回転できる。高さΔｚの変化を生じるように軸３５の回りで回転するために圧力を変化させることができる。複数の内腔部の圧力を同時に変化させることにより、生体組織に付着した足の組合わせにより装置の剛性を変化できる。図２ａ−１及び図２ｂ−１の断面図が内腔部又はチャンネル３０、３２、３４と、部材１４に対して静止位置を与えるスプリング（ｓｐｒｉｎｇ）部材４０を示す。手動制御操作のためのシステムと方法が、２００４年１１月５日出願の米国特許出願第１０／９８２，６７０号明細書に非常に詳細に示されている。この米国特許出願明細書の全内容が本明細書に参考用として組込まれている。
【００２４】
図３に示すのは、追跡装置５０又はマーカー（ｍａｒｋｅｒ）を検出する位置であり、位置又は方向を電磁的に又は蛍光透視で特定できる。ツール又は検出装置を１以上のツール・インターフェース固定具２５に取付けることもできる。そのような固定具はツール又はセンサーに隣接した又は周囲の生体組織を安定させる吸着要素２８に隣接する装置の下にも取付けられる。１以上のコーキング・チャンネル（ｃｏｒｋｉｎｇ  ｃｈａｎｎｅｌ）２７によりユーザーがツール又はファイバー・スコープを装置の下側で挿入できる。中央ボディ１２の上に１以上の吸着又は把持装置も置ける。即ち、要素２８の反対側で、装置の第二の側への付着を第二の空洞の壁又は面に行なえる。例えば、接触圧力を測定するために、又は、付着位置にすべきでない動脈又は他の器官機能の存在を検出するために、各吸着要素の下にセンサーを直接搭載できる。そのセンサーは、温度、ｐＨを測定し、生体組織のタイプ（ｔｙｐｅ）を区別するためにインピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を検出し、又は、光学的検出を行なえる。
【００２５】
さらに、ファイバー・スコープ５２（図４）を、シース２４の全長を通して、ボディ１２上に固定して、視覚的フィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）を行なえる。調節可能なミラー（ｍｉｒｒｏｒ）４０を使用する場合と使用しない場合がある。ファイバー・スコープ５２からの画像は、デジタル・ビデオ・カメラ４２（図８参照）により捕捉でき、ディスプレー６６上のグラフィカル・ユーザー・インターフェース（ｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  （ＧＵＩ））の一部として表示される。その両方が制御システム４６の一部である。制御システム４６は、吸引管１６により供給される真空を監視するためのセンサー４８、どの吸着パッド２０、２２を動作するかを決定するために電気的に制御された弁、及び、真空源４４を含んでいる。画像センサーを５２に取付けることができ、有線又は無線で制御システムに接続できる。制御システム４６にはロボットの動作制御のためにモーター５４も含めうる。
【００２６】
コントローラー又はコンピューターのプロセッサー５５を用いて、ＧＵＩ、キーボード６４、カーソル６２、ネットワークのためのインターフェース６０を介したユーザーによる情報入力に応じて種々の要素を制御し、又は、制御パッド１９、スリッピング（ｓｌｉｐｐｉｎｇ）を検出するための、又、移動運動及び他の機能を制御するための電磁センサー又は触覚のフィードバックを扱える。これにより、モーター５４、電磁弁等を装置１０の外側に配置できる。それゆえ、好ましい実施例では、装置１０の中に電気的作動要素が無く、装置は機械的作動要素のみを有している。ロボット１０は使い捨て装置にも、再使用可能で滅菌可能の装置にもしうる。
【００２７】
図５ａ及び５ｂは本発明の好ましい実施例を示していて、内部のブラダー又はアクチュエーター（ａｃｔｕａｔｏｒ）を用いて装置７０を推進する。移動を操作するために一定の軸７６に沿って各セクションを動かすように４セクションのそれぞれを操作できる。吸着要素はボディ７０内に収容できる。
【００２８】
図６ａの実施例では、吸着パッド１９−２３は、それぞれ、柔軟性を変えた足１８によりボディ１２、１４に結合されている。それにより、吸着パッド１９−２３の自由度を高めて、図６ｂに示されるように、器官の曲面１１に適合できる。網で吸着パッドの下部をカバーして、大きな粒子の侵入を阻止する。その一方で、吸引フィルター（ｆｉｌｔｅｒ）又は他の装置を用いて、流体と小粒子を除去しうる。
【００２９】
本発明の一側面はロボットの基準枠を、ユーザー又は医師の基準から移動する器官の基準に変えることである。例えば、開示された実施例では、手操作又はモーターの作動による部材１４の作動によって動きを実現するけれども、他の方法は、現地の｛即ち、ロボット上に位置している）電動モーター｛テザー（ｔｅｔｈｅｒ）付き又は無しで作動）又は現地の超音波モーター｛テザー付き又は無しで作動）のような他の方法を使用できる。開示された実施例で把持する手段は吸着である。把持の別の手段には、マイクログリッパー、分子付着、合成ヤモリの足、毛髪風の又は「粘着性の」足が含まれる。処置のための操作にはロボットの移動に対するのと同じ代替手段が全て含まれる。最後になるが、上記で開示したように、装置はワイヤ（ｗｉｒｅ）、空圧管又は流体管を有するテザー、現地のモーター又はカメラからの画像のための電線を有するテザーを用いて操作しうる。又は、装置はテザー無しで操作しうる。テザー付き装置は、ロボットの動きを制御し、又は、ツールを操作するために、手操作で回転、挿入、引き抜きを行なえる機械的制御ワイヤを有することができる。テザー無しのモデル（ｍｏｄｅｌ）は電池、コイル（ｃｏｉｌ）の経皮的荷電等で電力を得られる。そして、現地の計算機による又は無線周波数ないし磁気での伝送による制御を行なえる。ロボットの基準枠を、ユーザーの基準から移動する器官の基準に変えることが、体腔内を移動できるように設計された多様なロボットによりもたらされることは当業の通常技術者により理解しうる。例えば、身体腔内とは、肝臓を囲む腹膜のスペース、肺を囲む胸膜のスペース、心臓を囲む心膜のスペース等のような器官を囲むスペースを意味している。
【００３０】
ニードル（ｎｅｅｄｌｅ）のようなツールをボディ１２の凹部内に保持できる。ボディ１２はファイバー・スコープ又はカメラのような画像を与えるツールも保持できる。レンズ又はミラー、ファイバー・スコープ等の組合わせを用いる場合も用いない場合もある。ニードルは、剣先突起下のビデオ心膜スコープによるアクセスで心臓再同期化治療（ｃａｒｄｉａｃ  ｒｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｔｈｅｒａｐｙ（ＣＲＴ））を心外膜電極用リードの配置を実施するのに用いられる。そのニードルを装備したロボット１０は、最小限の侵襲・縫合技術を実施でき、種々の心外膜ペーシング・リード（ｐａｃｉｎｇ  ｌｅａｄ）と共に恒久的及び一時的の両方で使用できる。最小限の侵襲用鉗子をロボット１０の中心外の作業ポート（ｐｏｒｔ）を通って物体を把持するのに使用できる。
【００３１】
ロボット１０が別個の電極チャンネルを持つことができ、電極とその電線を身体外から心膜に通して、リード又は触ひげ型リードの中でねじにより心臓に付着することができる。ニードル、鉗子、ワイヤ“フォーク”（ｗｉｒｅ“ｆｏｒｋ”）、鋭利なキャップ（ｃａｐ）を付けた縫合糸、及び、リードを取付ける縫合技術に必要な全ての支援機器を無菌化、又は、使い捨てにしうる。ツールの操作はロボット内のモーターにより、又は、カニューレを通るワイヤを用いて身体外から局部的に行うことができる。処置に対する視覚的フィードバックを位置決め中に用いたのと同じ装置により行なえる。
【００３２】
図７に注目すると、本発明の１側面に基づく作業中に、装置１０は心膜に入り、作業ポートにより剛体又は柔軟な内視鏡を用いて心外膜面に置かれる。ポートを、又は、胸骨の剣先突起下の限界的切開プロセスを通して心嚢に内視鏡を導入できる。
【００３３】
直接の視覚的確認の下で、内視鏡により適切に位置決めされると、装置１０は吸着を用いて心外膜を把持する。吸着力は、部材１４に直接、又は、対応しているか柔軟な足１８を通じて、取付けられる独立した吸着パッド１９−２３により加えられる。真空圧は、真空源により、それぞれ、弁の操作及び吸入管１８を通じて吸引パッド１９−２２に供給される。真空源は０．０８Ｎ／ｍｍ２の可変真空圧を供給し、ＦＤＡ認可の心臓安定装置で使用するのに有効で安全である。この圧力により生じる吸着力は我々の用途にとって有効なことが証明されていて、心外膜組織に損傷を与えない。運動中、真空圧が外部圧力センサーにより監視されていて、コンピューター制御の電磁弁により調節される。両方が制御システム４６内に位置している。
【００３４】
装置１０は、移動、及び、治療処置の間にユーザーに視覚的フィードバックを行なえる。それは、装置１０から制御システム４６内に位置しているカメラ４２に画像をリレー（ｒｅｌａｙ）するために光ファイバーを用いて実現できる。代わりに、ＣＣＤビデオ・カメラを装置１０に直接設置できる。これは、固定取付部上の単一視覚センサーにより必要な画像の全てを得られる。代わりに、視覚ヘッドが運動のために作動できるか、又は、２個の画像処理装置を組込むことができ、その１個は運航用の情報を与えるために器官表面の接線方向で（前方を見る）、他は例えば治療、検査等で、注目される領域の画像を与えるために、表面に垂直に（見下ろす）なっている。
【００３５】
装置１０から実施しうる診断方法又は治療は、心臓の安定性を必要としない。なぜなら、装置１０が、固定操作テーブルの代わりに心臓の表面と同じ基準枠内に位置できるからである。これは、追加の切開を必要とする内視鏡の安定装置、又は、処置の複雑性と危険度を高める心肺バイパスの必要性を無くす。
【００３６】
現在用いられている遠隔操縦型外科システムは腹腔鏡型マニピュレーター（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ）とカメラを用いていて、いくつかの肋間（肋骨の間）の切開を通じて心嚢に導入される。そして、これらの器具は心臓に達する前に胸膜のスペースを通らなければならず、肺をつぶすことが必要になる。装置１０の心臓への送りこみには肺をつぶす必要がない。なぜなら、剣状突起の下を直接切開することにより胸部空洞に導入できるからである。そして、内視鏡は胸骨の下の身体組織と胸膜を通して、心膜の表面領域に達するまで押込むが胸膜のスペースには入らない。内視鏡も心膜を破るのにも使用でき、それにより、装置１０を心外膜に直接送り込むことができる。装置１０は肺をつぶす必要がないので、患者の差別的換気の必要がない。それゆえ、全体的気管麻酔（ＧＥＴＡ）の代わりに局部的又は領域の麻酔を使用できる。結果として、装置１０により特定の心臓血管の処置を歩行外来患者ベースで行なえるという潜在的利益がある。
【００３７】
装置１０の能力が、心外膜上のほぼ任意の位置と向きに達することができる。これは剛体の腹腔鏡では該当しない。入口用切開部近くの比較的小さな作業領域に限定されるからである。さらに、これらのシステムは、１回の処置内で、手術領域を変えるために、ツールの除去と再挿入を必要とする。他方、装置１０は心臓の別の領域に移動するだけで、その作業スペースを容易に変えることができる。
【００３８】
心臓表面での効果的な結合と移動を実現するという問題を超えて、装置は、有効な結果を生じるために身体組織を処理する必要がある全ての領域に達することができる。心臓の外面と周囲の生体組織の間のスペースは、一般に前側と左側を移動するのは満足できるけれども、一部の側面に限定されることがある。装置が心外膜に十分アクセスできるように追加のスペースを与えるために、少なくとも２種の方法が利用できる。重力に対する作業テーブル上の患者の向きを調節して、心臓と周辺生体組織を移動して追加のスペースを与えることができる。さらに、部分的バイパスにより、心臓周囲に追加スペースを与えることができる。この副作用として、その流出量の減少と共に心臓の大きさが低減するからである。
【００３９】
これらの移動手順により、装置は、例えば、心臓組織の切断を実施するために心外膜全域で信頼できる動きを行なえる。心筋の貫壁性損傷を実現することは、負担の伝搬を阻止すること及び不整脈を緩和するために現在の流れを再変更することにとって重要である。これは、特に最小限の侵襲性手順で用いるときに、心外膜のエネルギー供給システムにとって困難な作業であることが判明している。しかしながら、部分的なバイパスにより、心臓の流量を低減することにより、熱エネルギーの伝達損失を低減すること、及び、損傷を生じるように生体組織内に残っているエネルギー量を増加することは可能である。この流量緩和は最小限の侵襲性バイパス装置を用いて行なえる。
【００４０】
装置が、例えば、不整脈治療のための切断手順の一部として貫壁性損傷を生じる必要がある特定場所に達したとき、そうするために適当なエネルギー供給ツールを利用できなければならない。典型的なエネルギー供給システムは、拍動する心臓の上にこれらの装置を正確に配置し、保持することが困難なので、分離した損傷部の数を制限するように設計される。それで、現在のシステムは非常に長い部分にエネルギーを供給するために接続できる細長い構造になる傾向がある。本発明は心臓上に安定して置けること、損傷発生中の移動能力により、焦点を絞ったエネルギー供給に適している。多数の小さな損傷部を扱う切断手順を実施できる。それで、例えば、光ファイバーで伝送したレーザー・エネルギーのようなコンパクトなエネルギー伝送システムを装置上に取付けられた屈曲可能なミラー（ｍｉｒｒｏｒｓ）と組合わせる。
【００４１】
損傷を必要とする領域への十分なアクセス、及び、それを行うツールと技術の入手可能性により、負担が伝搬する異常に対して損傷部を正確に配置する知識を、装置の移動に組込む必要がある。これは、いくつかの方法、例えば、判明している解剖学的詳細又は基準に対して装置の位置と向きを決定できる３Ｄ医学画像と組合わせた電磁追跡により行うことができる。これらの方法は、又、装置の位置について有効な知識を与えることができ、それには、単一処置に対して４時間を超える蛍光透視時間を使用できる内部血管への接近について、医師と患者に有意義な利点を与える伝統的なイオン化放射線ベースの画像処理の必要がない。
【００４２】
選択したツールにより、装置は再同期化及び心筋の血管移植のための細胞移植、遺伝子治療、心房切断、電極配置のような心外膜での心臓処置を行うことができる。超音波トランスジューサー（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、診断補助具又は他のセンサー、薬物供給システム、治療用装置、光ファイバー、カメラ又は手術ツールのような装置が装置１０により運ばれる。さらに、本発明の教示内にある限り、例えば、ペット、農業用動物、競走馬等のような人間以外の生体に処置を使用できる。
【００４３】
図９は本発明の別の好ましい実施例を示すが、肺の気管支、大腸を含む胃腸管、脊柱、脳室を含む体内の管状中空部で使用できる。この実施例で、装置１００は第一セクション１０４と第二セクション１０２から成ることがあり、その両方が全体として丸い円筒形を有している。各セクションは吸着要素のような２以上の周辺に配置された付着要素１０７，１０８を有していて、それぞれを個別に制御できる。それで、後部セクション１０２がボディ・チャンネルの壁に付着する一方で、第一セクション１０４がそのチャンネルに沿って前進できる。そのセクションは長さ方向に剛性のあるケーブル１１２、２セクションを結合する１以上の加圧ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）又はブラダーにより移動できる（例えば、ｗｗｗ．ｓｈａｄｏｗｒｏｂｏｔ．ｃｏｍ／ａｉｒｍｕｓｃｌｅｓ）。ベローズ又はブラダーは、シースを通って、外部コントローラーまで伸ばすことができる３以上のワイヤ・ガイド（ｗｉｒｅ  ｇｕｉｄｅｓ）を有することができ、それにより、装置を動かす方向を制御できる。
【００４４】
ロボット１００は、その第一セクション１０４の上にコーン（ｃｏｎｅ）１０７を有することができ、収縮したチャンネルを徐々に拡げる形になっている。コーンは先端に開口部１０６を有することができ、それを通してツールを送ることができ、又は、カメラ又はファイバー・スコープ１２２により見ることができる。リードの配置又は他のツール又はセンサーのためのワイヤ１２０を開口部１０６内に配置し、又は、移動できる。１本のシース１１０を用いて、全ての制御要素を外部コントローラーに結合できる。シースは装置１００と比較して小さな直径とすることができる。
【００４５】
セクション１０２、１０４は、又、内部加圧をして膨張・収縮できるブラダーを有し、装置の直径を制御し、吸着要素１０７、１０８を対照的に操作する。
【００４６】
図１０では、回転を必要とする種々の実施例に取付けできるツール・アセンブリー２００を示す。この実施例で、構造部材２０２が、部材の上にあって、ケーブル２０８を用いて回転するノッチ付スプール（ｎｏｔｃｈｅｄ  ｓｐｏｏｌ）２０６を付けた回転軸２０４を保持している。ケーブル上で引くことにより、スプールと共に回転するコネクター（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）２１０を例えばリード内のねじ２１２に結合できる。
【００４７】
図１１はケーブル２０８とプーリー（ｐｕｌｌｅｙ）システムの上面図を示す。図１２はコネクター２４０がケーブル２４２により直接駆動される他の実施例を示している。ニチノール（ｎｉｔｉｎｏｌ）支持構造を用いて、コネクターを保持できる。リードが希望の角度で入るように、生体組織に対して特定角度２４６を想定するようにニチノールに予張力を加えられる。
【００４８】
図１３は、本発明に基づくテザー付ロボットのための制御システムの略図を示す。テザー又はケーブル３６０には光源３０８に接続した複数のファイバー３６４を有するファイバー・スコープが含まれる。光源は治療又は診断用途のための白色光又は他の広帯域光源又はレーザーとしうる。第二の複数のファイバー３６２をビデオ・カメラ３０６に接続できる。ユーザーの制御システム３００により、ユーザー３２０がジョイスティック３２２を操作できて、コンピューター３２４に指令して、制御信号をカード（ｃａｒｄ）３２６を通じてコントロール３３４に制御信号を送って、有線又は無線の接続３３５がテザー付装置３８０又は自律装置３６５の受信器に送る。さらに、制御信号を用いて、ドライバー３２８、モーター３３０、カップリング３６８を伴う機械システムのロボット使用制御を行なえる。さらに、制御信号はリレー３４０、ポンプ３４４付の弁３４２を制御して吸入管３７０を管理し、センサー３７２で監視する。さらに、ユーザーは、生体組織の表面３９０上で移動できるようにシース３６０を通して機械的ケーブルを手操作で直接制御できる。
【００４９】
カメラ３０６は、観察用にコンピューター３０４とモニター３０２に接続できる。
【００５０】
図１４はテザー無しロボット用制御システムの盤上略図を示す。テザー無しシステム５００は、装置コントローラー又はプロセッサー５０２に接続された読み出し回路５０４に接続されたカメラ５１６を含めることができる。バッテリー５０６は、画像データを伝送し命令を受信するアンテナ５１２を用いるシステムに電力を供給する。さらに、コントローラー光源要素５１８、５２０を作動させて、視野を照明し、多スペクトル感応性の観測のために、可視光線又は赤外線の範囲の光を発射できる。さらに、コントローラーは作動部５１４を通じて運動を生じて、センサー要素５０８からのデータを受信し、外部のニードル又はニードル・アレー（ａｒｒａｙｓ）のための薬物供給部５１０を作動させる。
【００５１】
それゆえ、本発明をその好ましい実施例と関連させて説明しているけれども、当業の通常技術者であれば、多くの修正と変更が可能なことを理解するはずである。本発明は請求項によってのみ制限され、現在の好ましい実施例を示すことを意図した前述の説明によっては制限されないことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の好ましい実施例に基づくロボット装置の透視図である。
【図２ａ−２ｂ】図２ａ−１及び２ｂ−１の対応する断面図を伴うロボット部材の透視図である。
【図３】位置追跡システムの破断図である。
【図４】ロボットの画像処理センサーの図面である。
【図５ａ−５ｂ】本発明に基づくロボット移動システムの他の実施例を示す。
【図６ａ−６ｂ】セクションにされた脚部材と柔軟な脚をそれぞれ示す。
【図７】本発明に基づくロボット装置の内視鏡型移動を示す。
【図８】本発明の好ましい実施例に基づく制御システムとインターフェースの略図である。
【図９】身体内の腔内で移動するために第一及び第二のセクションを有する円筒形ロボット・システムの概略透視図である。
【図１０】先頭部の配置のための機構システムの側面図を示す。
【図１１】回転運動の外部制御のためのケーブル・システムの上面図を示す。
【図１２】回転運動を与える別の実施例を示す。
【図１３】身体への吸着のための制御システムを示す。
【図１４】本発明に基づくロボットの遠隔制御の実施例を示す。
【図１】
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【図２ａ−２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ−５ｂ】
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【図６ａ−６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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