(57)【要約】内視鏡用装置は、輸送内視鏡のシャフトへの挿入のための細長部材と、外科用ツールと、細長部材、外科用ツールまたはその両方の上の可視特徴部とを含む。外科用ツールは、細長部材の遠位端に連結され、反対端にエフェクタを有する。可視特徴部の位置は、使用中の可視特徴部の位置がエフェクタの回転の向きを指示するように、エフェクタの回転の向きに対して固定される。他の実施形態は、引き腱および押し腱の動きを制御するための内視鏡用外科用器具コントローラと、内視鏡用外科用器具の腱を作動させるためのモータシャフトを連結するためのアダプタと、末端関節を作動させるための内視鏡用外科用器具コントローラと、ベースとベースが回転可能に連結されるプラットフォームとを含む輸送内視鏡ドッキングステーションとを含む。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送内視鏡のシャフトへの挿入のための細長部材と、
前記細長部材の遠位端に連結される外科用ツールであって、反対端にエフェクタを有する、外科用ツールと、
前記細長部材、前記外科用ツールまたはその両方の上に提供される可視特徴部であって、前記可視特徴部の位置は、使用中の前記可視特徴部の位置が前記エフェクタの回転の向きを指示するように、前記エフェクタの前記回転の向きに対して固定される、可視特徴部と、
を含む、内視鏡用装置。
【請求項２】
前記細長部材、前記外科用ツールまたはその両方の上に提供される可視特徴部をさらに含み、前記可視特徴部は、使用中に前記可視特徴部が前記エフェクタの並進の尺度を提供するように、前記エフェクタから予め定められた長さに位置する、請求項１に記載の内視鏡用装置。
【請求項３】
前記エフェクタの前記回転の向きを指示する前記可視特徴部と、前記エフェクタの並進の尺度を提供する前記可視特徴部とは、別々の可視特徴部である、請求項２に記載の内視鏡用装置。
【請求項４】
前記細長部材の上に提供され前記エフェクタの前記回転の向きを指示する前記可視特徴部は、前記細長部材が前記外科用ツールに連結する箇所に隣接して位置し、前記外科用ツールの上に提供され前記エフェクタの前記回転の向きを指示する前記可視特徴部は、前記エフェクタに隣接して位置する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項５】
前記可視特徴部は、前記細長部材、前記外科用ツールまたはその両方の長さに沿った一部分にわたって延在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項６】
前記可視特徴部は、前記細長部材、前記外科用ツールまたはその両方の断面の周囲に沿った一部分にわたって延在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項７】
前記可視特徴部は、消えない着色剤、レーザーマーキング、エンボス加工または表面テクスチャ加工のいずれか１つ以上により形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項８】
前記消えない着色剤は、前記細長部材、前記外科用ツールまたはその両方とは異なる色である、請求項７に記載の内視鏡用装置。
【請求項９】
前記可視特徴部は、形、記号またはテキストのいずれか１つ以上を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項１０】
前記可視特徴部は、前記細長部材、前記外科用ツールまたはその両方の上に提供されるパターンの一部である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項１１】
前記エフェクタは、アーム、グリッパまたは電気焼灼術プローブのいずれか１つを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内視鏡用装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の内視鏡用装置と、
前記内視鏡用装置を操作するために連結される駆動機構と、
前記駆動機構を制御するための内視鏡用外科用器具コントローラであって、
前記エフェクタの前記回転の向きのアライメントが実行されることを促す信号を送り、
前記アライメントが完了しているという応答を受け取り、
前記内視鏡用装置の前記エフェクタへの操作アクセスを許可する、
ように構成される、内視鏡用外科用器具コントローラと、
を含む、内視鏡用システム。
【請求項１３】
内視鏡用外科用器具のための内視鏡用外科用器具コントローラであって、前記内視鏡用外科用器具は、
駆動モータと、
追従モータと、
関節装備と、
前記駆動モータを前記関節装備に連結する引き腱と、
前記追従モータを前記関節装備に連結する押し腱であって、前記関節装備は、前記駆動モータが前記引き腱を引き出し、前記追従モータが前記押し腱をリリースすることにより作動させられる、押し腱と、
を含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、前記少なくとも１つのメモリと前記コンピュータプログラムコードとは、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、
変位範囲内で前記引き腱が前記駆動モータにより引き出されることにより最大張力を受ける前記引き腱で生じる前記変位範囲を確立させ、
前記関節装備を作動させるために受け取られるコマンドが前記駆動モータに前記変位範囲内に入る前記引き腱の長さを引き出させるか否かを判断させ、
前記追従モータによりリリースされる前記押し腱の長さが前記変位範囲にわたり前記駆動モータにより引き出される前記引き腱の長さより小さく、その結果、前記引き腱の伸長により前記引き腱が受ける前記張力が引き起こされるように、前記コマンドが受け取られたときに前記押し腱の前記リリースを制限するよう前記追従モータに命令させる、
ように構成される、少なくとも１つのメモリと、
を含む、内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１４】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分の間に、前記駆動モータに引き出される前記引き腱の前記長さを、または前記追従モータにリリースされる前記押し腱の前記長さを、互いに対してあるスケーリング係数にしたがわせるよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項１３に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１５】
前記スケーリングは、前記変位範囲の全体にわたり生じる、請求項１３または１４に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１６】
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分では前記スケーリング係数が１である、請求項１４に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１７】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記コマンドが検出された後に前記追従モータに前記押し腱のリリースを阻止するよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項１３、１４および１６のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１８】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記コマンドが検出される前に、引き出される前記引き腱の前記長さがリリースされる前記押し腱の前記長さとほぼ同じになるように前記駆動モータおよび前記追従モータを操作する、
ようにさらに構成される、請求項１３、１４、１６および１７のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１９】
前記内視鏡用外科用器具の前記引き腱および前記押し腱は、単一の部品である、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２０】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記引き腱により最大張力が経験される前記変位範囲内のポイントを確立するために前記駆動モータの停止を検出する、
ようにさらに構成される、請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２１】
駆動モータと、
追従モータと、
関節装備と、
前記駆動モータを前記関節装備に連結する引き腱と、
前記追従モータを前記関節装備に連結する押し腱であって、前記関節装備は、前記駆動モータが前記引き腱を引き出し、前記追従モータが前記押し腱をリリースすることにより作動させられる、押し腱と、
を含む、内視鏡用外科用器具と、
前記内視鏡用外科用器具に連結された内視鏡用外科用器具コントローラであって、
変位範囲内で前記引き腱が前記駆動モータにより引き出されることにより最大張力を受ける前記引き腱で生じる前記変位範囲を確立し、
前記関節装備を作動させるために受け取られるコマンドが前記駆動モータに前記変位範囲内に入る前記引き腱の長さを引き出させるか否かを判断し、
前記追従モータによりリリースされる前記押し腱の長さが前記変位範囲にわたり前記駆動モータにより引き出される前記引き腱の長さより小さく、その結果、前記引き腱の伸長により前記引き腱が受ける前記張力が引き起こされるように、前記コマンドが受け取られたときに前記押し腱の前記リリースを制限するよう前記追従モータに命令する、
ように構成される、内視鏡用外科用器具コントローラと、
を含む、内視鏡用システム。
【請求項２２】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分の間に、前記駆動モータに引き出される前記引き腱の前記長さを、または前記追従モータにリリースされる前記押し腱の前記長さを、互いに対してあるスケーリング係数にしたがわせるよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項２１に記載の内視鏡用システム。
【請求項２３】
前記スケーリングは、前記変位範囲の全体にわたり生じる、請求項２１または２２に記載の内視鏡用システム。
【請求項２４】
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分では前記スケーリング係数が１である、請求項２２に記載の内視鏡用システム。
【請求項２５】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記コマンドが検出された後に前記追従モータに前記押し腱のリリースを阻止するよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項２１、２２および２４のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項２６】
前記内視鏡用システムは、
前記コマンドが検出される前に、引き出される前記引き腱の前記長さがリリースされる前記押し腱の前記長さとほぼ同じになるように前記駆動モータおよび前記追従モータを操作する、
ようにさらに構成される、請求項２１、２２、２４および２５のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項２７】
前記内視鏡用外科用器具の前記引き腱および前記押し腱は、単一の部品である、請求項２１〜２６のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項２８】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記引き腱により最大張力を受ける前記変位範囲内のポイントを確立するために前記駆動モータの停止を検出する、
ようにさらに構成される、請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項２９】
内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具コントローラであって、前記内視鏡用システムは内視鏡用外科用器具を含み、前記内視鏡用外科用器具は、
駆動機構と、
前記駆動機構により作動させられる末端関節であって、前記内視鏡用外科用器具の遠位端に配置される、末端関節と、
を含み、前記内視鏡用システムは、
前記駆動機構と電気通信する入力デバイスであって、前記入力デバイスの動きが前記末端関節の前記作動を引き起こす、入力デバイス、
をさらに含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、前記少なくとも１つのメモリと前記コンピュータプログラムコードとは、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、
前記入力デバイスの動きに起因する信号を検出させ、前記信号は、前記入力デバイスが動かされている先のマスタ作業空間内の直交座標位置を提供し、前記マスタ作業空間は前記入力デバイスが中で動かされることができる境界を提供し、
受け取られた直交座標位置を、前記マスタ作業空間の直交座標位置と、前記末端関節が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間の直交座標位置と、前記マスタ作業空間内の各直交座標位置を前記スレーブ作業空間内の少なくとも１つの直交座標位置にマッピングするマッピングテーブルとを含むデータベースに対して処理させ、
受け取られた直交座標位置に対する前記スレーブ作業空間内の一致する直交座標位置を決定させ、
前記末端関節を前記スレーブ作業空間内の前記一致する直交座標位置に作動させるよう前記駆動機構に指令させる、
ように構成される、少なくとも１つのメモリと、
を含む、内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３０】
前記マスタ作業空間内の複数の前記直交座標位置が前記スレーブ作業空間内の直交座標位置にマッピングされる、請求項２９に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３１】
前記マスタ作業空間内の前記複数の前記直交座標位置がマッピングされる前記スレーブ作業空間内の前記直交座標位置は、前記マスタ作業空間内の前記複数の前記直交座標位置の各々に対して前記スレーブ作業空間内の最も良く一致する直交座標位置を提供する、請求項３０に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３２】
内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具コントローラであって、前記内視鏡用システムは内視鏡用外科用器具を含み、前記内視鏡用外科用器具は、
駆動機構と、
前記駆動機構により作動させられる末端関節であって、前記内視鏡用外科用器具の遠位端に配置される、末端関節と、
を含み、前記内視鏡用システムは、
前記駆動機構と電気通信する入力デバイスであって、前記入力デバイスの動きが前記末端関節の前記作動を引き起こす、入力デバイス、
をさらに含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、前記少なくとも１つのメモリと前記コンピュータプログラムコードとは、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、
前記末端関節が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間内の可動トレーサを作製させ、前記可動トレーサは、前記入力デバイスが動かされることに応答して前記スレーブ作業空間内でシフトすることにより前記入力デバイスを追跡するように構成され、
前記入力デバイスの動きに起因する信号を検出させ、
前記可動トレーサを前記スレーブ作業空間内のある直交座標位置にシフトさせ、前記シフトの距離は、前記入力デバイスの前記動きの前および後のマスタ作業空間内の前記入力デバイスの直交座標位置に依存し、前記マスタ作業空間は、前記入力デバイスが中で動かされることができる境界を提供し、
前記シフト後の前記スレーブ作業空間内の前記可動トレーサの前記直交座標位置に前記末端関節を作動させるよう前記駆動機構に指令させる、
ように構成される、少なくとも１つのメモリと、
を含む、内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３３】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、前記可動トレーサを作製する際に前記スレーブ作業空間と前記マスタ作業空間とが格納されたデータベースに問い合わせるようにさらに構成される、請求項３２に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３４】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記入力デバイスを追跡するように前記可動トレーサを構成するときに前記入力デバイスを前記可動トレーサにリンクする、
ようにさらに構成される、請求項３２または３３に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３５】
前記入力デバイスが前記スレーブ作業空間の外である前記マスタ作業空間の領域内で動くとき、前記可動トレーサは前記スレーブ作業空間の外周に隣接してまたは沿って動く、請求項３４に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３６】
前記内視鏡用システムは、
前記入力デバイスに連結されたフィードバック力モジュールであって、前記入力デバイスを前記スレーブ作業空間の前記境界の中に対応する前記マスタ作業空間の領域内に保つ抵抗力を生み出すように構成される、フィードバック力モジュール、
をさらに含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記入力デバイスが前記スレーブ作業空間の前記境界に対応する前記マスタ作業空間の前記領域の外へさらに動くほど前記抵抗力を増加させるために前記フィードバック力モジュールに信号を伝送する、
ようにさらに構成される、請求項２９〜３５のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３７】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記フィードバック力モジュールにより生み出される前記抵抗力の前記増加の大きさを計算し、
前記抵抗力の前記増加の前記計算された大きさに応答して前記関節装備または前記末端関節を作動させるために印加されるトルク限界を調節するように前記駆動モータまたは前記駆動機構にコマンドを送る、
ようにさらに構成される、請求項３６に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３８】
前記直交座標位置は、三次元空間における位置を提供する、請求項２９〜３７のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３９】
前記マスタ作業空間は、前記スレーブ作業空間よりも大きい容積を有する、請求項２９〜３８のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項４０】
前記内視鏡用外科用器具は、前記末端関節に連結されたエフェクタをさらに含み、前記エフェクタは、アーム、グリッパまたは電気焼灼術プローブのいずれか１つである、請求項２９〜３９のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項４１】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記入力デバイスの向きの変化により前記関節装備または前記末端関節の対応する向きの変化がもたらされるように前記入力デバイスの向きを前記関節装備または前記末端関節の向きと同期させる、
ようにさらに構成される、請求項２９〜４０のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項４２】
内視鏡用外科用器具の腱を作動させるためのモータシャフトを連結するためのアダプタであって、
ハウジングと、
前記腱が周りに巻回するドラムであって、前記ハウジングに回転可能に連結されるドラムと、
前記ドラムにトルクを印加するように設けられるエネルギ蓄積機構と、
を含む、アダプタ。
【請求項４３】
前記エネルギ蓄積機構は、前記腱を前記ドラムの周りに巻回する方向に前記トルクを印加するように置かれる、請求項４２に記載のアダプタ。
【請求項４４】
前記エネルギ蓄積機構の一端は前記ドラムに連結され、前記エネルギ蓄積機構の反対端は前記ハウジングに連結される、請求項４２または４３に記載のアダプタ。
【請求項４５】
前記エネルギ蓄積機構は、前記ドラムの一部分の周りに配置される、請求項１〜４４のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項４６】
前記エネルギ蓄積機構は、前記ドラムのいずれかの端に配置される、請求項４２〜４４のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項４７】
前記エネルギ蓄積機構は、前記印加されるトルクが前記腱に約０．５〜３Ｎの張力を引き起こすように設計される、請求項４２〜４６のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項４８】
前記エネルギ蓄積機構は、弾性的可撓性部材または液圧デバイスを含む、請求項４２〜４７のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項４９】
前記弾性的可撓性部材は、捻りバネである、請求項４８に記載のアダプタ。
【請求項５０】
前記捻りバネは、ぜんまい構成、コイル構成または軸方向に捩れた構成のいずれか１つを有する、請求項４９に記載のアダプタ。
【請求項５１】
前記コイル構成の前記捻りバネは、少なくとも１４の縦横比を有する、請求項５０に記載のアダプタ。
【請求項５２】
前記腱が係合する少なくとも１つの溝をさらに含み、前記少なくとも１つの溝は、前記ドラムの一部分の上に提供される、請求項４２〜５１のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項５３】
前記溝は前記ドラムの直径に沿って延在する、請求項５２に記載のアダプタ。
【請求項５４】
前記ドラム上に形成されるネジ山をさらに含み、前記ネジ山は、前記腱が係合する複数の前記溝を提供する、請求項５２または５３に記載のアダプタ。
【請求項５５】
輸送内視鏡を装着するための内視鏡取り付け面を有するベースであって、前記輸送内視鏡により担持されるロボット部材を作動させるための駆動機構を装着するための駆動機構取り付け面をさらに有するベースと、
前記ベースが回転可能に連結されるプラットフォームと、
を含む、輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５６】
前記プラットフォームに対する前記ベースの回転を促進するように設けられるロータリ機構をさらに含む、請求項５５に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５７】
前記ロータリ機構は、前記ベースと前記プラットフォームとの間に配置される、請求項５６に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５８】
前記ロータリ機構は、前記ベースと前記ベースの前記駆動機構取り付け面に隣接する前記プラットフォームの一部分との間、前記ベースと前記ベースの前記内視鏡取り付け面に隣接する前記プラットフォームの一部分との間、またはその両方に配置される、請求項５７に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５９】
前記ロータリ機構は、ボールベアリング装備、ローラベアリング装備、および潤滑ワッシャ装備のうちのいずれか１つ以上である、請求項５６〜５８のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６０】
前記プラットフォームに対する前記ベースの前記回転をロックするように配置されるロック機構をさらに含む、請求項５５〜５９のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６１】
前記ロック機構を前記ベースに連結するコネクタをさらに含む、請求項６０に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６２】
前記コネクタは、タイミングベルト装備、ギア装備、またはアームリンケージのうちのいずれか１つを含む、請求項６１に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６３】
前記ロック機構は、摩擦係合を通じて前記ベースをロックするように構成される電気的に作動するデバイスを含む、請求項５９に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６４】
前記ロック機構は、初期設定で前記ベースをロックするように構成される、請求項６３に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６５】
前記ロック機構は、ブレーキパッド、クランプならびにラッチおよびボールト装備のいずれか１つ以上を含む、請求項６０〜６４のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６６】
前記ベースの回転を減衰させるための減衰機構をさらに含む、請求項６１〜６５のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６７】
前記減衰機構は、ロータリ摩擦ディスク構成、ロータリ摩擦ギアラック構成、空気式ロータリダンパ構成または粘弾性構成のいずれか１つを有するロータリダンパを含む、請求項６６に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６８】
前記ロータリダンパは、前記ロック機構を前記ベースに連結する前記コネクタに連結される、請求項６７に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６９】
前記ベースに取り外し可能に取り付けられる前記アダプタの一端の中心を通って走る軸が、前記ベースの前記回転の軸と揃えられる、請求項５５〜６８のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項７０】
前記ベースは、前記駆動機構のアクチュエータアセンブリが連結されるスタンドをさらに含み、前記アクチュエータアセンブリは、前記ロボット部材を作動させるための少なくとも１つのアクチュエータを含む、請求項５５〜６９のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項７１】
前記アクチュエータアセンブリは、アダプタが連結されるアダプタ取り付け面を含み、前記アダプタは、前記アクチュエータを前記ロボット部材に連結するためのものである、請求項７０に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項７２】
前記駆動機構の少なくとも一部分は前記ベースと一体であり、前記駆動機構の残りは前記駆動機構の前記一体化された部分に取り外し可能に取り付け可能である、請求項５５〜７１のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書には、内視鏡用システムの様々な構成要素が開示される。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡用システムは、使用者が身体の中空器官または空洞の内部を検査することを可能にする。
【０００３】
このような内視鏡用システムには多数の構成要素がある。内視鏡用システムが内視鏡用手技を適切に実行することを確保するためにこれらの構成要素が最適なパラメータの範囲内で機能することを確保するには多くの課題がある。
【０００４】
例えば、内視鏡用システムは、内視鏡用手技を実行するために使用される外科用ツールを担持する内視鏡を有する。これらのツールは駆動機構により作動させられ、外科用ツールの腱（ｔｅｎｄｏｎ）にたるみが存在しないように駆動機構が操作されなければならない。入力デバイスのいかなる動きも外科用ツールの相応の作動をもたらすはずであるという点で、ツールの動作を制御する入力デバイスの間の同期も存在しなければならない。
【０００５】
内視鏡は、身体の中空器官または空洞への挿入の間に手持ちされる。内視鏡の回転の向きと外科用ツールの回転の向きとが揃えられなければならない。また、挿入後には、使用者は、内視鏡用手技を開始する前に外科用ツールの先端が正しい向きであることを確保しなければならない。
【０００６】
以下は、上記の課題に対処することを目指した内視鏡用システムを開示する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１態様によれば、輸送内視鏡（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ）のシャフトへの挿入のための細長部材と、細長部材の遠位端に連結される外科用ツールであって、反対端にエフェクタを有する外科用ツールと、細長部材、外科用ツールまたはその両方の上に提供される可視特徴部であって、可視特徴部の位置は、使用中の可視特徴部の位置がエフェクタの回転の向きを指示するように、エフェクタの回転の向きに対して固定される、可視特徴部とを含む内視鏡用装置が提供される。第２態様によれば、内視鏡用外科用器具のための内視鏡用外科用器具コントローラが提供され、この内視鏡用外科用器具は、駆動モータと、追従モータと、関節装備と、駆動モータを関節装備に連結する引き腱と、追従モータを関節装備に連結する押し腱であって、関節装備は、駆動モータが引き腱を引き出し、追従モータが押し腱をリリースすることにより作動させられる、押し腱とを含み、この内視鏡用外科用器具コントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、少なくとも１つのメモリとコンピュータプログラムコードとは、少なくとも１つのプロセッサを用いて、内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、変位範囲内で引き腱が駆動モータにより引き出されることにより最大張力を受ける引き腱で生じる変位範囲を確立させ、関節装備を作動させるために受け取られるコマンドが駆動モータに変位範囲内に入る引き腱の長さを引き出させるか否かを判断させ、追従モータによりリリースされる押し腱の長さが変位範囲にわたり駆動モータにより引き出される引き腱の長さより小さく、その結果、引き腱の伸長により引き腱が受ける張力が引き起こされるように、コマンドが受け取られたときに押し腱のリリースを制限するよう追従モータに命令させるように構成される、少なくとも１つのメモリと、を含む。
【０００８】
第３態様によれば、内視鏡用システムが提供され、この内視鏡用システムは、駆動モータと、追従モータと、関節装備と、駆動モータを関節装備に連結する引き腱と、追従モータを関節装備に連結する押し腱であって、関節装備は、駆動モータが引き腱を引き出し、追従モータが押し腱をリリースすることにより作動させられる、押し腱とを含む、内視鏡用外科用器具と、内視鏡用外科用器具に連結される内視鏡用外科用器具コントローラであって、変位範囲内で引き腱が駆動モータにより引き出されることにより最大張力を受ける引き腱で生じる変位範囲を確立し、関節装備を作動させるために受け取られるコマンドが駆動モータに変位範囲内に入る引き腱の長さを引き出させるか否かを判断し、追従モータによりリリースされる押し腱の長さが変位範囲にわたり駆動モータにより引き出される引き腱の長さより小さく、その結果、引き腱の伸長により引き腱が受ける張力が引き起こされるように、コマンドが受け取られたときに押し腱のリリースを制限するよう追従モータに命令するように構成される、内視鏡用外科用器具コントローラと、を含む。
【０００９】
第４態様によれば、内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具コントローラが提供され、この内視鏡用システムは内視鏡用外科用器具を含み、この内視鏡用外科用器具は、駆動機構と、駆動機構により作動させられる末端関節であって、内視鏡用外科用器具の遠位端に配置される、末端関節とを含み、この内視鏡用システムは、駆動機構と電気通信する入力デバイスであって、入力デバイスの動きが末端関節の作動を引き起こす、入力デバイスをさらに含み、この内視鏡用外科用器具コントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、少なくとも１つのメモリとコンピュータプログラムコードとは、少なくとも１つのプロセッサを用いて、内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、入力デバイスの動きに起因する信号を検出させ、この信号は、入力デバイスが動かされている先のマスタ作業空間内の直交座標位置を提供し、マスタ作業空間は入力デバイスが中で動かされることができる境界を提供し、受け取られた直交座標位置を、マスタ作業空間の直交座標位置と、末端関節が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間の直交座標位置と、マスタ作業空間内の各直交座標位置をスレーブ作業空間内の少なくとも１つの直交座標位置にマッピングするマッピングテーブルとを含むデータベースに対して処理させ、受け取られた直交座標位置に対するスレーブ作業空間内の一致する直交座標位置を決定させ、末端関節をスレーブ作業空間内の一致する直交座標位置に作動させるよう駆動機構に指令させるように構成される、少なくとも１つのメモリとを含む。
【００１０】
第５態様によれば、内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具コントローラが提供され、この内視鏡用システムは内視鏡用外科用器具を含み、この内視鏡用外科用器具は、駆動機構と、駆動機構により作動させられる末端関節であって、内視鏡用外科用器具の遠位端に配置される、末端関節とを含み、この内視鏡用システムは、駆動機構と電気通信する入力デバイスであって、入力デバイスの動きが末端関節の作動を引き起こす、入力デバイスをさらに含み、この内視鏡用外科用器具コントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、少なくとも１つのメモリとコンピュータプログラムコードとは、少なくとも１つのプロセッサを用いて、内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、末端関節が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間内の可動トレーサを作製させ、可動トレーサは、入力デバイスが動かされることに応答してスレーブ作業空間内でシフトすることにより入力デバイスを追跡するように構成され、入力デバイスの動きに起因する信号を検出させ、可動トレーサをスレーブ作業空間内のある直交座標位置にシフトさせ、シフトの距離は、入力デバイスの動きの前および後のマスタ作業空間内の入力デバイスの直交座標位置に依存し、マスタ作業空間は、入力デバイスが中で動かされることができる境界を提供し、シフト後のスレーブ作業空間内の可動トレーサの直交座標位置に末端関節を作動させるよう駆動機構に指令させるように構成される、少なくとも１つのメモリと、を含む。
【００１１】
第６態様によれば、内視鏡用外科用器具の腱を作動させるためのモータシャフトを連結するためのアダプタが提供され、このアダプタは、ハウジングと、腱が周りに巻回するドラムであって、ハウジングに回転可能に連結されるドラムと、ドラムにトルクを印加する（ａｐｐｌｙ）ように設けられるエネルギ蓄積機構とを含む。
【００１２】
第７態様によれば、輸送内視鏡を装着するための内視鏡取り付け面を有するベースであって、輸送内視鏡により担持されるロボット部材を作動させるための駆動機構を装着するための駆動機構取り付け面をさらに有するベースと、ベースが回転可能に連結されるプラットフォームとを含む、輸送内視鏡ドッキングステーションが提供される。
【００１３】
本発明の例示的な実施形態は、以下に記載される説明から、単なる例として、図面と併せてより良く理解され、当業者に容易に明らかになるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を例示することに概ね重点が置かれる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内視鏡用システムの斜視図を提供する概略図である。
【図２】図１の内視鏡用システムのスレーブシステムの概略図である。
【図３Ａ】図１の内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具の一部分の概略図である。
【図３Ｂ】図１の内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具の一部分の概略図である。
【図４Ａ】図１の内視鏡用システムの駆動モータおよび追従モータを操作するためのステップを示すフローチャートである。
【図４Ｂ】図４Ａのフローチャートの変形例である。
【図５Ａ】図１の内視鏡用システムの駆動モータおよび追従モータの各々に対し、それらが関節装備を指令位置へ作動させるために操作されるときに適用される指令位置軌道である。
【図５Ｂ】図１の内視鏡用システムの駆動モータおよび追従モータの各々に対し、それらが関節装備を指令位置へ作動させるために操作されるときに適用される指令位置軌道である。
【図６】図１の内視鏡用システムのマスタセクションに位置する入力デバイスの斜視図である。
【図７】入力デバイスでの動きを図１の内視鏡用システムのロボット部材の特定の関節の動きに変換する際に内視鏡用外科用器具コントローラが通信する図１の内視鏡用システムの構成要素の概略図である。
【図８】入力デバイスでの動きを図１の内視鏡用システムのロボット部材の特定の関節の動きに変換する際に内視鏡用外科用器具コントローラが通信する図１の内視鏡用システムの構成要素の概略図である。
【図９】図１の内視鏡用システムの駆動機構の駆動モータ(単数または複数)のトルク限界の侵入深さに対するグラフである。
【図１０】図１の内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具の腱が周りに巻回するドラムである。
【図１１Ａ】図１０のドラムのエネルギ蓄積機構が存在しない場合のドラムを使用したエフェクタの作動の実施態様の概略図である。
【図１１Ｂ】図１０のドラムのエネルギ蓄積機構が存在する場合のドラムを使用したエフェクタの作動の実施態様の概略図である。
【図１２】図１の内視鏡用システムの輸送内視鏡ドッキングステーションの側面図である。
【図１３】図１の内視鏡用システムの輸送内視鏡ドッキングステーションの斜視図である。
【図１４】可視位置インジケータ特徴部を有する２つの内視鏡用装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明では、様々な実施形態が図面を参照して説明されるが、類似の参照符号は一般に異なる図面の全体を通して同じ部分を指す。
【００１６】
図１は、内視鏡用システム１０の斜視図を提供する概略図である。内視鏡用システム１０は、マスタ側要素を有するマスタまたはマスタ側セクション１００と、スレーブ側要素を有するスレーブまたはスレーブ側セクション２００とを有する。
【００１７】
図２は、図１の内視鏡用システム１０のスレーブシステム２００の概略図である。スレーブシステム２００は、少なくともいくつかのスレーブシステム要素を担持するために構成される患者側カート、スタンド、またはラック２０２を有する。患者側カート２０２はドッキングステーション５００を有し、これに対して輸送内視鏡３２０が取り外し（例えば装着／ドッキングおよび解除／アンドック）されうる。患者側カート２０２は通常、スレーブシステム２００の容易な可搬性およびポジショニングを促進するための車輪２０４を含む。
【００１８】
図１および図２を参照すると、マスタセクション１００がスレーブシステム２００にコマンドを発することができ、スレーブシステム２００がマスタセクション１００の入力に応答して（ａ）スレーブセクション２００の輸送内視鏡３２０により担持または支持される一組のロボット部材４１０であって、輸送内視鏡３２０は可撓性細長シャフトを有する、ロボット部材４１０と、（ｂ）輸送内視鏡３２０により担持または支持される撮像内視鏡または撮像プローブ部材と、（ｃ）（電気焼灼術を用いた）電気焼灼または（レーザーを用いた）レージングのうちの１つ以上による外科手技、例えば切開、剥離および／または止血のためのプローブであって、プローブに接続する電気配線が輸送内視鏡３２０により担持または支持されるプローブと、を正確に制御すること、操ること、操縦すること、位置付けること、および／または操作することができるように、マスタセクション１００およびスレーブセクション２００は互いとの信号通信のために構成される。
【００１９】
ロボット部材４１０は、組織をつかんで持ち上げることができるアームまたはグリッパのようなエフェクタを含む装置を指す。これらのエフェクタは、組織の剥離のためまたは止血のための電気焼灼術プローブも含む。アームまたはグリッパの作動は、うち２つが図３Ａおよび図３Ｂに参照番号３０２および３０４を用いて示された腱によりもたらされる。
【００２０】
図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ、内視鏡用外科用器具３００の一部分の概略図を示す。内視鏡用外科用器具３００は、駆動モータ３０８と、追従モータ３１０と、関節装備３０６と、腱対３０２および３０４とを含む。駆動モータ３０８および追従モータ３１０は内視鏡用外科用器具の近位端に配置され、関節装備３０６は内視鏡用外科用器具３００の遠位端に位置する。駆動モータ３０８および追従モータ３１０は、内視鏡用外科用器具３００から取り外し可能である。
【００２１】
関節装備３０６は、関節セグメントのうちの１つの作動が他の関節セグメントのうちの１つ以上の作動につながるように互いに機械的に接合される関節セグメントの集合であってもよい。関節装備３０６が図２のロボット部材４１０の関節を提供し、これにより各関節がロボット部材４１０に運動の自由度を与える。したがって、関節装備３０６の作動は、ロボット部材４１０のアーム、グリッパまたは電気焼灼術プローブ等のエフェクタの動きをもたらし、ロボット部材４１０が組織をつかむことおよび／または切開することを可能にする。
【００２２】
腱対の各腱３０２および３０４は、可撓性細長シース３１２により囲まれる。腱対は、引き腱３０４および押し腱３０２を含む。引き腱３０４および押し腱３０２の各々は、駆動モータ３０８および追従モータ３１０を関節装備３０６に連結するのに適したケーブルまたは任意の他のラインにより実現されうる。引き腱３０４は、駆動モータ３０８を関節装備３０６に連結し、押し腱３０２は、追従モータ３１０を関節装備３０６に連結する。
【００２３】
遠位端では、腱３０２および３０４の各々が関節装備３０６に留められる。例えば、押し腱３０２および引き腱３０４が単一の部品により実現される場合には、押し腱３０２および引き腱３０４の遠位端が関節装備３０６の周りに巻き付くことにより留められる。あるいは、押し腱３０２および引き腱３０４が別々の腱により実現される場合には、それらの遠位端が関節装備３０６に固着されることにより留められる。
【００２４】
近位端では、駆動モータ３０８が引き腱３０４を引き出し、追従モータが押し腱３０２をリリースすることにより関節装備３０６が作動させられるように、腱３０２および３０４の各々が追従モータ３１０および駆動モータ３０８に接続される。これは、例えば駆動モータ３０８のシャフトがそれに対して接続されたドラムを回転させて、引き腱３０４をドラムの周りに巻回させることにより実現されうる。同様に、追従モータ３１０のシャフトはそれに対して接続されたドラムを回転させて、押し腱３０２をドラムの周りで巻き出す。
【００２５】
駆動モータ３０８、追従モータ３１０、引き腱３０４、および押し腱３０２がこのように呼称されるのは、関節装備３０６を作動させる段階中のそれぞれの目的による。関節装備３０６の作動の各段階中に遠位端の関節装備３０６の動きを効率的に制御するために、モータ３０８、３１０の一方がその各自の連結された腱３０４、３０２に張力を与え、他方のモータがその各自の連結された腱をリリースすることにより張力を緩和する。張力を引き起こすモータが駆動モータと呼称され、張力を緩和するモータが追従モータと呼称される。駆動モータが腱を引くことにより腱の張力が生じるため、関節装備３０６を引く腱が引き腱と呼称される。他方で、追従モータが腱を押すことにより腱の張力の緩和が生じるため、関節装備３０６を押す腱は押し腱と呼称される。
【００２６】
したがって、関節装備３０６の作動の様々な段階中にモータ３０８および３１０が交互に駆動モータおよび追従モータとなり、腱３０４および３０２が交互に引き腱および押し腱となることが理解されよう。例えば、図３Ａは関節装備３０６が反時計回りに回転される段階を示し、図３Ｂは関節装備３０６が時計回りに回転される段階を示す。図３Ａの駆動モータ３０８は、図３Ｂでは追従モータ３１０に切り替わり、図３Ａの追従モータ３１０は、図３Ｂでは駆動モータ３０８に切り替わる。図３Ａの引き腱３０４は、図３Ｂでは押し腱３０２に切り替わり、図３Ａの押し腱３０２は、図３Ｂでは引き腱３０４に切り替わる。
【００２７】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が、駆動モータ３０８および追従モータ３１０の操作を制御するために提供される。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、図１の内視鏡用システム１０と一体であっても別々であってもよい。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、汎用コンピュータ、または内視鏡用外科用器具３００を構成要素とする図１の内視鏡用システム１０と一体化された特別に設計されたワークステーションにより実現されうる。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、少なくとも１つのプロセッサ３１６と少なくとも１つのメモリ３１８とを有し、メモリ３１８は、駆動モータ３０８および追従モータ３１０を操作するときにプロセッサ３１６が実行するコンピュータプログラムコードを格納する。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、関節装備３０６が作動させられるべき先の位置を提供するコマンドを受け取るための入力ポート（図示せず）と、プロセッサ３１６が分析するために受け取られたコマンドを入力ポートから取得するためのレシーバモジュール（図示せず）とを含む。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、関節装備３０６を指令位置に到達させるために駆動モータ３０８、追従モータ３１０またはその両方を操作する命令を送るためのトランスミッタモジュール（図示せず）と、これらの命令を駆動モータ３０８、追従モータ３１０またはその両方に中継するための出力ポート（図示せず）とをさらに含む。レシーバモジュールおよびトランスミッタモジュールは、ハードウェア構成要素であってもよいし、ソフトウェアにより実装されてもよい。
【００２８】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、引き腱３０４、押し腱３０２、またはその両方の張力を維持するように駆動モータ３０８および追従モータ３１０の操作を制御する。関節装備３０６が作動させられるときには、引き腱３０４、押し腱３０２またはその両方の最適な張力が維持されなければならない。引き腱３０４の最適な張力は、押し腱３０２の最適な張力とは異なりうる。これには、駆動モータ３０８が引き腱３０４を引き出すことによりもたらされる張力が維持されるように、追従モータ３１０が押し腱３０２のリリースを阻害することを伴う。押し腱３０２のリリースを阻害することにより、押し腱３０２の過剰なリリースが腱のたるみを発生させる間に遠位の関節装備３０６が駆動モータ３０８の操作を通じて指令位置に作動させられることも抑止される。したがって、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４により関節装備３０６を所望の位置または指令位置に作動させようとするときには、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、駆動モータ３０８および追従モータ３１０の操作を制御する際に、駆動モータ３０８、追従モータ３１０またはその両方に命令するための最適な操作パラメータの組を特定しなければならない。
【００２９】
１つの既存のアプローチは、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４の観点からはモータが１つしかないかのように動作するように２つのモータ３０８および３１０を同期させることである。図４Ａは、この既存のアプローチのためのステップを描写したフローチャートを示す。
【００３０】
ステップ４０２では、関節装備３０６を所望の位置に作動させるためにモータ（すなわち追従モータ３１０または駆動モータ３０８のいずれか）が実行する必要がある制御パラメータが、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４により計算される。例えば、この制御パラメータは、関節装備３０６を１０°回転させるために駆動モータ３０８のモータシャフトが１０回転しなければならないというものでありうる。その後このパラメータが、例えばモータの動作を監視するエンコーダのエンコーダカウントによって表現される基準位置になり、エンコーダカウントは、関節装備３０６を所望の位置に作動させようとする関節空間または直交座標空間における位置コマンドに基づく。
【００３１】
ステップ４０４では、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４（図３Ａおよび図３Ｂを参照）が、計算された基準位置を含む命令を、駆動モータ３０８および追従モータ３１０の両方に送る。しかし、駆動モータ３０８および追従モータ３１０が受け取られた基準位置を実行しようとするときには、引き腱３０４と押し腱３０２とで受ける原動力が異なるために完全な同期は生じない。すなわち、引くアクションはリリースするアクションよりも大きなモータトルクを必要とし、したがって駆動モータ３０８は追従モータ３１０よりもゆっくり動く。さらに、関節装備３０６に連結されたエフェクタが物体によりブロックされること、または関節装備３０６の関節が機械的限界に達することにより内視鏡用外科用器具３００の遠位端が制約されると、駆動モータ３０８は、さらに引くために引き腱３０４を伸ばす必要があるため、一層ゆっくり動く。もう１つの欠点は、駆動モータ３０８がトルク限界に達し、指令された基準位置の前に停止したときにも、追従モータ３１０は指令された基準運動を継続し、押し腱３０２をリリースし続けることである。これらのファクターにより、不必要な腱のたるみが生まれる。
【００３２】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、図４Ｂに示されたフローチャートによりもたらされるアプローチを採用することを通じて、図４Ａに示されたアプローチの欠点に対処する。図４Ｂのフローチャートは、図３Ａおよび図３Ｂを図５Ａおよび図５Ｂとともに参照して説明される。
【００３３】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４のプロセッサ３１６は、変位範囲内で引き腱３０４が駆動モータ３０８により引き出されることにより最大張力を受ける引き腱３０４で生じる変位範囲を内視鏡用外科用器具コントローラ３１４に確立させる、メモリ３１８に格納されたコンピュータプログラムコードを実行する。この変位範囲は、指令位置に作動させるために関節装備３０６を引く際に引き腱３０４が進む距離、または引き腱３０４が駆動モータ３０８により引き出される長さ内に入る。この変位範囲は、エンコーダカウントによって表現されることもできる。
【００３４】
一実施態様では、変位範囲は、駆動モータ３０８が関節装備３０６を引く動作を開始したときに始まり、関節装備３０６がその指令位置に達したときに終わる。この変位範囲５０６が、０（ゼロ）と駆動モータ３０８により実行される指令位置軌道のピークとの間の範囲に対応するように図５Ｂに示される。
【００３５】
別の実施態様では、変位範囲は、追従モータ３１０の閾値に達するポイントのそばで始まり、関節装備３０６がその指令位置に達したときに終わる。この追従モータ３１０の閾値は、押し腱３０２に追従モータ３１０のシャフトに接続されたドラムの溝の間を飛び越えさせうる腱のたるみが生じる前に追従モータ３１０がリリースする押し腱３０２の算出量である。この変位範囲５０４は、Ｃすなわち追従モータ３１０による押し腱３０２のさらなるリリースが腱のたるみを引き起こす閾値と、駆動モータ３０８により実行される指令位置軌道のピークとの間の範囲に対応するように図５Ａに示される。
【００３６】
変位範囲は、図４Ｂのフローチャートのステップ４０８で、関節装備３０６を所望の位置に作動させるためにモータが実行する必要がある制御パラメータが計算されるのとともに、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４により確立される。図４Ａのフローチャートのステップ４０２と同様に、その後このパラメータが、例えばモータの操作を監視するエンコーダのエンコーダカウントによって表現される基準位置になり、エンコーダカウントは、関節装備３０６を所望の位置に作動させようとする関節空間または直交座標空間における位置コマンドに基づく。
【００３７】
図４Ａのフローチャートのステップ４０２とは対照的に、図４Ｂのフローチャートのステップ４０９では、基準位置が駆動モータ３０８だけに送られる。駆動モータ３０８は基準位置を受け取っているため、駆動モータ３０８は関節装備３０６を指令位置に作動させるために引き出すべき引き腱３０４の長さを知らされる。ステップ４１２では、基準位置を追従モータ３１０に送る代わりに、駆動モータ３０８の現在の位置のスケーリングされた程度が代わりに追従モータ３１０に送られる。これは、追従モータ３１０に駆動モータ３０８を少なくとも駆動モータ３０８の動作間隔について効果的に追跡させる。ステップ４１２のさらなる詳細は、以下の通りに提供される。
【００３８】
追従モータ３１０による駆動モータ３０８の追跡は、駆動モータ３０８に変位範囲内に入る引き腱３０４の長さを引き出させるコマンドを内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が受け取ったときに生じる（図５Ａの参照番号５０４および図５Ｂの参照番号５０６を参照）。このようなコマンドが受け取られると、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、押し腱３０２のリリースを制限するよう追従モータ３１０に命令する。追従モータ３１０によりリリースされる押し腱３０２の長さは、変位範囲にわたり駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さより小さく、その結果、引き腱３０４で引き腱３０４の伸張により引き起こされる張力が経験される。
【００３９】
追従モータ３１０によりリリースされる押し腱３０２の長さが駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さよりも小さいことは、関節装備３０６がその指令位置に作動させられている動作時間中に生じる。すなわち、関節装備３０６をその指令位置に作動させるために駆動モータ３０８および追従モータ３１０を操作する持続期間全体にわたり、駆動モータ３０８は追従モータ３１０のエンコーダカウントよりも高いエンコーダカウントを受ける。これは、不必要な腱のたるみを防止するために、例えば駆動モータ３０８のモータシャフトが追従モータ３１０のモータシャフトよりも多く回ることを通じて駆動モータ３０８を追従モータ３１０よりもさらに進ませることにより実施される。
【００４０】
しかし、この操作ウィンドウの間には、引き腱３０４の変位が押し腱３０２の変位とほぼ同じである、すなわちリリースとほぼ同じだけ引き出される期間が存在する。これは、図５Ａに示す実施態様で生じる。
【００４１】
図５Ａは、追従モータ３１０によりリリースされる押し腱３０２の長さを駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さよりも小さくする第１実施態様による、関節装備３０６を指令位置に作動させるように操作されるときに駆動モータ３０８および追従モータ３１０のそれぞれに適用される指令位置軌道を示す。これらの軌道は、時間に対する指令モータ位置のグラフにプロットされる。
【００４２】
曲線５０８、５１０のいずれが駆動モータ３０８または追従モータ３１０を表すかは、段階５１４、５１６に依存することが理解されよう。段階５１４の間には、曲線５０８が駆動モータ３０８への指令位置軌道を表し、曲線５１０が追従モータ３１０への指令位置軌道を表す。次の段階５１６の間には、曲線５１０が駆動モータ３０８への指令位置軌道を表し、曲線５０８が追従モータ３１０への指令位置軌道を表す。
【００４３】
駆動モータ３０８および追従モータ３１０の操作の少なくとも一部分の間には、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が、リリースされている押し腱３０２の長さを駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さと比較したときにあるスケーリング係数にしたがわせるよう追従モータ３１０に命令する。この部分は、参照番号５１２と示される。この部分５１２の間には、スケーリング係数が１であるように、駆動モータ３０８が追従モータ３１０と比較してほぼ等しい量を進む程度まで駆動モータ３０８と追従モータ３１０とが同期される。
【００４４】
この部分５１２の間に内視鏡用外科用器具コントローラ３１４により受け取られる命令は、駆動モータ３１０に変位範囲５０４に入らない引き腱３０４の長さを引き出させるコマンドとして内視鏡用外科用器具コントローラ３１４により認識される。したがって、駆動モータ３０８に変位範囲５０４内に入る引き腱３０４の長さを引き出させるコマンドを内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が受け取る前に、駆動モータ３０８および追従モータ３１０は、引き出される引き腱３０４の長さがリリースされる押し腱３０２の長さとほぼ同じになるように操作される。しかし、このコマンドが受け取られた後には、追従モータ３１０がその後押し腱３０２のリリースを阻止するよう命令され、これが図５Ａの変位範囲５０４にわたり生じ、曲線５０８および５１０の丸で囲まれた部分５１８を参照すると追従モータ３１０が停止することが示されている。
【００４５】
変位範囲５０４にわたり押し腱３０２のリリースを制限するために内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が追従モータ３１０に提供する命令により、腱のたるみが防止される。この制限がなければ、押し腱３０２の連続的リリースにより腱のたるみが引き起こされ、その結果、追従モータ３１０のシャフトに接続されたドラムの溝に巻き付いた押し腱３０２の近位端が溝の間を飛び越えうる。したがってこのような溝の間の飛び越えが、追従モータ３１０の運動範囲を限定し、追従モータ３１０が押し腱３０２をリリースするのを防止する程度にまでこの限定が及ぶ図５Ａの実施態様により防止される。
【００４６】
追従モータ３１０が、押し腱３０２が周りに巻回するドラムに連結されたシャフトを有する実施態様において、リリース方向へのドラムの半回りの運動により腱にたるみを生じ始めた場合には、追従モータ３１０のシャフトのこの半回りに対応する閾値Ｃ、−Ｃ（図５Ａに示す）が算出される。この閾値Ｃ、−Ｃは、引き腱３０４が上述の飛び越える状況を防止するために追従モータ３１０の進みの長さを限定する役割を果たす。駆動モータ３０８により受け取られる指令位置軌道が閾値Ｃ、−Ｃを超えるときには、追従モータ３１０への指令位置軌道は閾値Ｃ、−Ｃに切り詰められる。
【００４７】
図５Ｂは、追従モータ３１０によりリリースされる押し腱３０２の長さを駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さよりも小さくする第２実施態様による、関節装備３０６を指令位置に作動させるように操作されるときに駆動モータ３０８および追従モータ３１０のそれぞれに適用される指令位置軌道を示す。これらの軌道は、時間に対する指令モータ位置のグラフにプロットされる。
【００４８】
図５Ａと同様に、図５Ｂの曲線５２４、５２６のいずれが駆動モータ３０８または追従モータ３１０を表すかは、段階５２０、５２２に依存することが理解されよう。段階５２０の間には、曲線５２４が駆動モータ３０８への指令位置軌道を表し、曲線５２６が追従モータ３１０への指令位置軌道を表す。次の段階５２２の間には、曲線５２６が駆動モータ３０８への指令位置軌道を表し、曲線５２４が追従モータ３１０への指令位置軌道を表す。
【００４９】
図５Ａと同様に、駆動モータ３０８および追従モータ３１０の動作の少なくとも一部の間には、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が、リリースされている押し腱３０２の長さを駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さと比較したときにあるスケーリング係数にしたがわせるよう追従モータ３１０に命令する。ただし、図５Ｂでは、この部分が駆動モータ３０８および追従モータ３１０の動作の全期間をカバーする。スケーリング係数は、引き出される引き腱３０４の長さがリリースされる押し腱３０２の長さの１より大きい倍数であるように、駆動モータ３０８に対して代わりに適用されてもよい。
【００５０】
したがって、図５Ｂの実施態様では、駆動モータ３０８が引き腱３０４の引き出しを始めるときに変位範囲５０６が開始する。すなわち、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が図５Ｂにしたがって操作されるときには、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、関節装備３０６の作動が開始するときに駆動モータ３０８に変位範囲５０６内に入る引き腱３０４の長さを引き出させるコマンドを受け取る。これは、駆動モータ３０８が引き腱３０４を図５Ａに示される部分５１２に対応する長さだけ引き出した後にはじめてこのコマンドが受け取られる図５Ａの実施態様とは対照的である。
【００５１】
追従モータ３１０によりリリースされる押し腱３０２の長さは、駆動モータ３０８により引き出される引き腱３０４の長さと比較してスケーリングされる。ただし、図５Ａとは対照的に、このスケーリングは駆動モータ３０８および追従モータ３１０の動作の全期間にわたり適用される。
【００５２】
長い可撓性外科用器具では、関節装備３０６の遠位端に連結されたエンドエフェクタの正確な位置を推定することは、この遠位端にセンサがないときには困難である。さらに、遠位端の高い可搬重量のほうが高い正確さよりも重要である。これは、エンドエフェクタが使用者の望む通りに正確に動いたとしても、十分な可搬重量がなければ、使用者が組織をつかんで持ち上げることにより操縦するタスクを実行できないと考えられるためである。
【００５３】
これらの課題を解決し最大の可搬重量を達成するために、図５Ｂの実施態様は、たるみを生み出すことなく追従モータ３１０が押し腱３０２をリリースすることを通じて張力を緩和する間に駆動モータ３０８に引き腱３０４を可能な限り強く引かせる。図５Ｂの実施態様はこれを、２つのモータに異なるスケーリング係数を、すなわち高可搬重量を達成するための駆動モータ３０８のより大きいスケーリング係数と、腱のたるみを避けるための追従モータ３１０のより小さいスケーリング係数とを適用することにより行う。より大きいスケーリング係数は、モータのトルク限界を考慮に入れて選択されうる。スケーリング係数を選択する１つの方法は、駆動モータ３０８への最も大きい基準位置が指令されたときに駆動モータ３０８がトルク限界にちょうど達することである。より小さいスケーリング係数は、追従モータ３１０への最も大きい基準位置が指令されたときに追従モータ３１０がＣの位置閾値（または運動方向によっては−Ｃ）にちょうど達するように選択されうる。
【００５４】
図５Ａおよび図５Ｂの両方の実施態様において、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、駆動モータ３０８の停止を検出するようにさらに構成される。これは、曲線５０８、５１０、５２４および５２６のそれぞれが駆動モータ３０８を表す段階において生じる曲線５０８、５１０、５２４および５２６のピークで生じる。各ピークは、引き腱３０４により最大張力が経験される変位範囲５０４、５０６内のポイントを確立する。
【００５５】
図６は、内視鏡用システム１０のマスタセクション１００（図１を参照）に位置する入力デバイス６０２の斜視図を示す。入力デバイス６０２は、ロボット部材４１０の１つ以上の関節または関節装備の作動を制御することを通じてロボット部材４１０（図２を参照）の動きの制御を可能にする。図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、これらのデバイス６０２は、動かされると、関節装備３０６を作動させるために駆動モータ３０８および追従モータ３１０を操作する内視鏡用外科用器具コントローラ３１４へのコマンド信号を提供する。
【００５６】
入力デバイス６０２とロボット部材の関節とは、マスタスレーブ遠隔操作システムを形成する。運動学的に同一または等価のデバイスがマスタスレーブ遠隔操作システムのために使用されるときには、マスタマニピュレータの１つの関節からスレーブマニピュレータの対応する関節にマッピングする単純なコントローラが容易に実装される。ただし、入力デバイス６０２とロボット部材４１０の関節等、運動学的に類似しないデバイスが使用されるときには、マスタマニピュレータ（すなわち入力デバイス６０２）の作業空間とスレーブマニピュレータ（すなわちロボット部材４１０の関節）の作業空間とはサイズおよび形状が異なる。
【００５７】
運動学的に単純なデバイス、すなわち自由度（ＤＯＦ；ｄｅｇｒｅｅｓ  ｏｆ  ｆｒｅｅｄｏｍ）が低いマニピュレータでは、２つの作業空間の間でマッピングすることが容易である。自由度がより高いマニピュレータでは、マッピングは簡単ではない。遠隔操作スケーリングの有無にかかわらず、スレーブマニピュレータの同じ位置および向きを再構築するために三次元（３Ｄ）空間内のマスタマニピュレータの所望の位置および向きが逆計算される必要がある逆運動学が用いられるときには、複雑さが増す。
【００５８】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、以下の図７および図８を参照して以下に説明されるように指令された姿勢がスレーブマニピュレータの作業空間内にあることを確保することによって、このような逆運動学の問題を解決する。
【００５９】
図７および図８の各々は、入力デバイス６０２での動きをロボット部材４１０の各々の特定の関節の動きに変換する際に内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が通信する図１の内視鏡用システム１０の構成要素の概略図である。これらの構成要素は、駆動機構７０８と、駆動機構７０８により作動させられる末端関節７０６とを有する内視鏡用外科用器具７００と、入力デバイス６０２とである。
【００６０】
駆動機構７０８は、内視鏡用外科用器具７００の近位端に取り外し可能に連結され、末端関節７０６は内視鏡用外科用器具７００の遠位端に配置される。駆動機構７０８は、腱を通じて末端関節７０６に連結された１つ以上のモータまたはアクチュエータと、末端関節７０６が属する関節装備の他の関節のそれぞれを作動させるための１つ以上のモータまたはアクチュエータとを含む。したがって、この駆動機構７０８は、図３Ａおよび図３Ｂのモータ３０８、３１０および腱３０２、３０４を含みうる。別の実施態様では、駆動機構７０８は、各末端関節７０６を作動させるために１つのモータのみを使用しうる。末端関節７０６は、エフェクタが連結されるロボット部材４１０の関節であり、このエフェクタは、アーム、グリッパまたは電気焼灼術プローブのいずれか１つ等の外科用ツールである。
【００６１】
入力デバイス６０２は、駆動機構７０８と電気通信し、これにより入力デバイス６０２の動きが末端関節の作動を引き起こす。上述のように、入力デバイス６０２は、内視鏡用システム１０のマスタセクション１００に位置する。
【００６２】
図７の実施態様では、マスタ作業空間がスレーブ作業空間上に投影される。これは、以下のように達成される。
【００６３】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４のメモリ３１８およびプロセッサ３１６は、入力デバイス６０２の動きに起因する信号７３０を内視鏡用外科用器具コントローラ３１４に検出させるように構成される。信号７３０は、入力デバイスが動かされている先のマスタ作業空間７５０内の直交座標位置を提供する。このマスタ作業空間７５０は、入力デバイス６０２が中で動かされることができる境界を提供する、すなわちマスタ作業空間は入力デバイス６０２の全ての考えられる位置を格納する。
【００６４】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４により信号７３０から抽出される受け取られた直交座標位置は、マスタ作業空間７５０の直交座標位置と、末端関節７０６が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間７５２の直交座標位置と、マスタ作業空間７５０内の各直交座標位置をスレーブ作業空間７５２内の少なくとも１つの直交座標位置にマッピングする（参照番号７５６を参照）マッピングテーブル（図示せず）とを含むデータベース（図示せず）に対して処理される。
【００６５】
データベースに対する処理は、末端関節７０６を入力デバイス６０２の検出された動きに対応して作動させるように内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が駆動機構７０８にコマンドを送るためである。マスタ作業空間７５０内の各直交座標位置のスレーブ作業空間７５２内の少なくとも１つの直交座標位置へのマッピングが、入力デバイス６０２の各位置に対する末端関節７０６の位置を提供する役割を果たすため、マッピングテーブルにより末端関節７０６の対応する動きの程度が提供される。したがって、マスタ作業空間７５０からスレーブ作業空間７５２への一意のマッピングが確立される。
【００６６】
このように、入力デバイス６０２の受け取られた直交座標位置がデータベースに対して処理された後、受け取られた直交座標位置に対するスレーブ作業空間７５２内の一致する直交座標位置が決定される。次に、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が、末端関節７０６をスレーブ作業空間７５２内の一致する直交座標位置に作動させるよう駆動機構７０８に指令する。
【００６７】
マスタ作業空間７５０はスレーブ作業空間７５２の容積よりも大きい容積を有するため、マスタ作業空間７５０からスレーブ作業空間７５２へのマッピングは全射的であり、マスタ作業空間７５０内の各ポイントは、スレーブ作業空間７５２内の少なくとも１つのポイントの値である。すなわち、マスタ作業空間７５０内の複数の直交座標位置がスレーブ作業空間７５２内の直交座標位置にマッピングされる。
【００６８】
マスタ作業空間７５０内の複数の直交座標位置がマッピングされるスレーブ作業空間７５２内の直交座標位置は、マスタ作業空間７５０内の複数の直交座標位置の各々に対してスレーブ作業空間７５２内の最も良く一致する直交座標位置を提供する。これにより、入力デバイス６０２が位置するマスタ作業空間７５０内の任意のポイントに対してスレーブ作業空間７５２上の最も近いポイントを見つけることができ、これにより入力デバイス６０２が位置するマスタ作業空間７５０内のポイントがこのスレーブ作業空間７５２上の最も近いポイントに投影されることとなる。このような投影は、式
【数１】
2019521740.tif 000003
にしたがう。ここで、ｐおよびｑはマスタおよびスレーブ作業空間７５０、７５２内の位置であり、ＰおよびＱはそれぞれマスタおよびスレーブ作業空間７５０、７５２であり、ｆは、ｐとｑとの間の最小距離の条件下で集合Ｐから集合Ｑにポイントをマッピングする関数である。
【００６９】
このように、マスタ作業空間７５０内のポイントをスレーブ作業空間７５２内のポイントにマッピングする際には、マスタ作業空間７５０内の位置ｐとスレーブ作業空間７５２内の位置ｑとの間の距離が考慮される。一実施態様では、マスタ作業空間７５０内の直交座標位置がマッピングされるのは、マスタ作業空間７５０内のその直交座標位置に最も近いスレーブ作業空間７５２内の直交座標位置である。すなわち、マスタ作業空間７５０内の直交座標位置は、スレーブ作業空間７５０がマスタ作業空間７５０内にフィッティングされたときに最も近いスレーブ作業空間７５２内の直交座標位置に一致される。
【００７０】
図８の実施態様では、入力デバイス６０２の操作は、常にスレーブ作業空間内で動くプロキシに結び付けられる。これは、以下のように達成される。
【００７１】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４のメモリ３１８およびプロセッサ３１６は、末端関節７０６が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間７６２内の可動トレーサ７７０を内視鏡用外科用器具コントローラ３１４に作製させるように構成される。可動トレーサ７７０は、入力デバイス６０２が動かされることに応答してスレーブ作業空間７６２内でシフトすることにより入力デバイス６０２を追跡するように構成される。図７と同様に、スレーブ作業空間７６２は、末端関節７０６の全ての可能な位置を格納する。
【００７２】
次に、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、入力デバイス６０２の動きに起因する信号を検出する。入力デバイス６０２の動きが検出されると、可動トレーサ７７０は、スレーブ作業空間７６２内のある直交座標位置にシフトされ、このシフトの距離は、入力デバイス６０２の動きの前および後のマスタ作業空間７６０内の入力デバイス６０２の直交座標位置に依存する。図７と同様に、マスタ作業空間７６０は入力デバイス６０２が中で動かされることができる境界を提供する、すなわちマスタ作業空間７６０は、入力デバイス６０２の全ての考えられる位置を格納する。
【００７３】
可動トレーサ７７０がシフトする距離は、可動トレーサ７７０の直交座標位置に対する入力デバイス６０２の直交座標位置に依存する。
【００７４】
例えば、シナリオ８５０は、マスタマニピュレータ（すなわち入力デバイス６０２）がスレーブ作業空間７６２内で移動する場合に起こり、それにより、可動トレーサ７７０の位置および向きは、可動トレーサ７７０の直交座標位置と一致する入力デバイス６０２の直交座標位置によって示される、マスタマニピュレータの位置および向きと一致する。すなわち、入力デバイス６０２がスレーブ作業空間７６２内で動いたときに、可動トレーサ７７０はいかなる障害物にもブロックされずにマスタ位置に追従し、このようにして入力デバイス６０２とほぼ同じ距離を動く。
【００７５】
シナリオ８８０は、入力デバイス６０２がスレーブ作業空間７６２から出るときに生じる。可動トレーサ７７０は入力デバイス６０２を追跡するため、可動トレーサ７７０は入力デバイス６０２によりドラッグされるが、スレーブ作業空間７６２内にとどまる。このシナリオでは、可動トレーサ７７０は入力デバイス６０２と比較して少なくシフトする。
【００７６】
このように可動トレーサ７７０は常にスレーブ作業空間７６２内に閉じ込められ、マスタ作業空間７６０における入力デバイス６０２のいかなる運動にも末端関節７０６の少なくともある程度の作動が常に存在することとなる。
【００７７】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、シフト後のスレーブ作業空間内の可動トレーサの直交座標位置に末端関節７０６を作動させるよう駆動機構７０８に指令する。
【００７８】
時間遅延の影響を低減することに重点を置き、低自由度のシステムで試験された従来技術とは対照的に、スレーブ作業空間７６２およびマスタ作業空間７６０は自由度がより高いシステムである。
【００７９】
高自由度のシステムでは、末端関節７０６の遠位端（または図３Ａおよび図３Ｂのシナリオでは関節装備３０６）に連結されたエンドエフェクタの向きが、解かれなければならないもう１つの逆運動学的パラメータである。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、入力デバイス６０２の向きの変化により関節装備３０６または末端関節７０６の対応する向きの変化がもたらされるように入力デバイス６０２の向きを関節装備３０６または末端関節７０６の向きと同期させるように構成されることにより、このパラメータを解く。このアプローチは、入力デバイス６０２と関節装備３０６または末端関節との間で向きを固定する直接的マッピングである。
【００８０】
同期は、図７を参照して説明された投影技術が実行される前に、または図８を参照して説明されたプロキシ技術が実行される前に行われうる。
【００８１】
図７の場合には、末端関節７０６の向きがまず入力デバイス６０２の向きに固定される。次いでスレーブ作業空間７５２が、入力デバイス６０２の指令向きに基づいて計算される。入力デバイス６０２の特定の向きに対してスレーブ作業空間７５２が計算できない場合を除き、入力デバイス６０２の全ての向きの位置に対してスレーブ作業空間７５２が計算される。
【００８２】
図８の場合には、スレーブ作業空間７５２が入力デバイス６０２の指令向きに基づいて計算される。入力デバイス６０２がスレーブ作業空間７５２内で動くときには、可動トレーサ７７０の位置および向きは入力デバイス６０２の位置および向きと一致する。入力デバイス６０２がスレーブ作業空間７５２から出ると、可動トレーサ７７０は入力デバイス６０２によりドラッグされるが、スレーブ作業空間７５２内にとどまる。
【００８３】
内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、可動トレーサ７７０を作製する際にスレーブ作業空間７６２とマスタ作業空間７６０とが格納されたデータベースに問い合わせるようにさらに構成される。また、内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、入力デバイス６０２を追跡するように可動トレーサ７７０を構成するときに入力デバイス６０２を可動トレーサ７７０にリンクし、このリンクのために可動トレーサ７７０が入力デバイス６０２の動きによりドラッグされる。入力デバイス６０２がスレーブ作業空間７６２の外であるマスタ作業空間７６０の領域内で動くとき、可動トレーサ７７０はスレーブ作業空間７６２の外周に隣接してまたは沿って動く。
【００８４】
図７および図８のいずれについても、マスタ作業空間７５０、７６０の直交座標位置およびスレーブ作業空間７５２、７６２の直交座標位置が三次元空間における位置を提供する。マスタ作業空間７５０、７６０は、スレーブ作業空間７５２、７６２の容積よりも大きい容積を有する。
【００８５】
物理的制約が一切なければ、使用者はスレーブ作業空間７５２、７６２の境界を認識しないと考えられ、スレーブ作業空間７５２、７６２から遠く離れたマスタ作業空間７５０、７６０の領域内で入力デバイス６０２を操作するかもしれない。これにより、使用者が入力デバイス６０２の運動方向を変更してスレーブ作業空間７５２、７６２の外からスレーブ作業空間７５２、７６２の中に戻ろうとしても入力デバイス６０２の運動によりロボット部材４１０の運動が全くもたらされない、反動的効果が引き起こされる。
【００８６】
仮想治具を使用して、マスタ作業空間７５０、７６０内の入力デバイス６０２の直交座標位置とスレーブ作業空間７５２、７６２内の末端関節７０６の直交座標位置との間の距離に比例しうる抵抗力の印加を通じて物理的制約を作り出すことができる。このような力は、単純なバネモデルまたはダンパバネモデルに基づきうる。この仮想治具は、内視鏡用システム１０（図１を参照）の構成要素であるフィードバック力モジュールにより実現されうる。フィードバック力モジュールは、末端関節７０６がスレーブ作業空間７５２、７６２の境界の付近のまたは境界を越えた直交座標位置にあるという指示を提供する。フィードバック力モジュールは、入力デバイス６０２に連結される。フィードバック力モジュールは、入力デバイス６０２をスレーブ作業空間７５２、７６２の境界の中に対応するマスタ作業空間７５０、７６０の領域内に保つ抵抗力を生み出すように構成されることにより、物理的拘束を作り出す役割を果たす。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４は、入力デバイス６０２がスレーブ作業空間７５２、７６２の境界に対応するマスタ作業空間７５０、７６０の領域の外へさらに動くほど抵抗力を増加させるためにフィードバック力モジュールに信号を伝送するようにさらに構成される。
【００８７】
入力デバイス６０２を通じて伝達される抵抗力は、使用者が容易に気付くものである。抵抗力が増すときには、使用者は行われているアクションについての非常に具体的な意志を有しうる。例えば、使用者が輸送内視鏡３２０（図２を参照）からくるビデオ画像を表示するモニタ６０４（図６を参照）を通してロボット部材４０１の運動を見ながら入力デバイス６０２を操作するときに、末端関節７０６の限定された可搬重量のためにモニタ６０４内の末端関節７０６の動きが予想よりも小さくなりうる。末端関節７０６の動きを増やしたいと考えれば、使用者は抵抗力の増加にかかわらず入力デバイス６０２をより多く動かす傾向がある。
【００８８】
末端関節７０６の可搬重量は、駆動機構７０８のモータにより生成されるトルクの量と直接結び付いている。したがって、末端関節７０６の直交座標位置とスレーブ作業空間７５２、７６２の境界に対応するマスタ作業空間７５０、７６０の領域の境界との間の距離の尺度である感知される抵抗力または侵入深さが、モータトルク限界を調節するために用いられうる。
【００８９】
図９は、侵入深さに対する駆動モータ３０８または駆動機構７０８のモータのトルク限界のグラフを示す。駆動モータ３０８または駆動機構７０８のモータのトルク限界は、関節装備３０６または末端関節７０６の可搬重量を反映する。関節装備３０６または末端関節７０６がスレーブ作業空間７５２、７６２内の任意の場所にうまく達するかまたは必要なタスクを実行するのに十分な可搬重量を示す通常の条件下では初期設定トルクが出力される。図３Ａ、３Ｂおよび７を参照すると、モータ３０８、３１０または駆動機構７０８が生成できる最大トルク、腱３０２、３０４の破壊強度をとりわけ考慮に入れて最大許容トルク限界が設定されうる。
【００９０】
トルク限界を臨機応変に調節することには、いくつかの利点がある。第１に、関節装備３０６または末端関節７０６での最大可搬重量を引き起こすトルク限界よりも小さいトルク限界を用いることにより、腱３０２、３０４等の外科用器具３００の構成要素が摩損しにくくなる。これは、関節装備３０６または末端関節７０６が使用者の期待通りに動く限り、外科用器具３００の遠位端に最大可搬重量があるという要件がないためである。第２に、遠位端の関節装備３０６または末端関節７０６でのより大きな可搬重量のためには、駆動モータ３０８または駆動機構７０８が可能な限り強く引く必要がある。これにより引き腱３０４が引き伸ばされ、駆動モータ３０８または末端関節７０６が運動方向を変更するときにより大きな反動的効果がもたらされる。したがって、関節装備３０６または駆動機構７０８の遠位の運動および可搬重量がタスクを実行するために十分である通常の操作下では、反動的効果および外科用器具３００の構成要素に対する摩損が少ないほうが好ましい。しかし、モータ３０８、３１０または駆動機構７０８のトルク限界が恒久的に固定されれば、遠位の可搬重量が低くなるであろう。したがって、反動的効果を減少させることと遠位の可搬重量を増加させることとは相互に対立する。内視鏡用外科用器具コントローラ３１４が、関節装備３０６または末端関節７０６をそれぞれ作動させるために駆動モータ３０８または駆動機構７０８により印加されるトルク限界を、フィードバック力モジュールにより生み出される抵抗力の増加の計算された大きさに応答して調節するように構成されることにより、遠位の可搬重量が最大許容可能トルク限界まで増加されるときに受ける反動的効果の程度を制御する際にうまく均衡をとることができる。フィードバック力モジュールのために仮想バネを使用するときには、抵抗力は以下のように計算されうる。まず、入力デバイス６０２の直交座標位置とスレーブ作業空間７５２、７６２の境界との間の距離の侵入深さｘが計算される。次に、抵抗力Ｆが、Ｆ＝−ｋ＊ｘにより計算され、式中、ｋは仮想バネのバネ係数である。
【００９１】
図９は線形モデルが使用されることを示すが、多項式モデルが実施されてもよいことが理解されよう。モデルは、仮想治具に押し込み始めると、距離に基づいて最大許容可能トルク限界に達するまでトルク限界を増加させ続ける。
【００９２】
図１０は、図１の内視鏡用システム１０の内視鏡用外科用器具の腱１００２が周りに巻回するドラム１０００を示す。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示された引き腱３０４または押し腱３０２のいずれかがドラム１０００の周りに巻回することができ、ドラム１０００は駆動モータ３０８および追従モータ３１０のうちの１つにより作動させられる。したがってドラム１０００は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して記載された内視鏡用外科用器具３００の構成要素であってもよく、または別の内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具とともに使用されてもよい。
【００９３】
ドラム１０００は、ハウジングに回転可能に連結される。ハウジングは、簡略化のために図示されていない。ドラム１０００は、ドラム１０００の各端に位置するベアリング１００６を通じてハウジングに回転可能に連結される。このハウジングは、アダプタの一部である。アダプタも、簡略化のために図示されていない。アダプタは、図３Ａおよび図３Ｂの内視鏡用外科用器具３００では駆動モータ３０８と追従モータ３１０とを含むモータボックスから取り外し可能である。したがってこのアダプタは、内視鏡用外科用器具（または短縮形の「器具」）の腱を作動させるためのモータシャフトを連結するためのものである。
【００９４】
ロボット内視鏡用システムでは、アダプタが帰属する内視鏡用外科用器具が再使用可能である場合にはアダプタがクリーニングおよび再処理のために内視鏡用システムの残部から操作可能に取り外し可能であること、または一回使用の内視鏡用外科用器具の場合には処分可能であることが有利である。内視鏡用システムの残部より耐用年数が短い器具の設計では、器具部分のコストを低く抑えるために駆動アクチュエータを内視鏡用システムの残部内に保持することも有利である。
【００９５】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して記載されたように、反作用する一対の腱が、アクチュエータから内視鏡用外科用器具の遠位先端に力および運動を伝達する。アダプタがシステムのアクチュエータから取り外された後に、腱にあるレベルの張力が維持されなければならない。自由度あたり１つより多いアクチュエータを有する器具の設計では、器具がアクチュエータから取り外されると腱の張力が失われる。腱の張力が失われると、腱が器具の中で絡まって腱の損傷がもたらされうる。
【００９６】
国際公開第２０１５１４２２９０号では、取り外しの時点で存在する一切の張力が維持されるように、自動的に係合してアクチュエータからの器具の取り外し時に腱の位置を固定するロック要素を実施することにより、このような腱の損傷に対処する。前記ロック要素は、摩擦特徴部またはラチェット特徴部を含む。次いで、前記ロック要素は、アクチュエータ上への器具の再取り付け時に自動的に機械的に引っ込められる。
【００９７】
このようなロック要素は、２つの主な欠点を有する。
第１の欠点は、取り外しの時点で腱の位置を固定することにより、器具の遠位先端が取り外し時にその現在の位置にロックされることである。器具は、医療部位に達するために管腔を通り抜けなければならない。器具の遠位先端が取り外しの時点でまっすぐでなかった場合、または把持ジョー等の遠位先端の作動可能要素が管腔の直径を越えて突出する場合には、器具を管腔から取り除くことが困難または不可能にさえなる。
【００９８】
第２の欠点は、アクチュエータ上への器具の設置前に、使用者が器具を取り扱っている間に意図せずにロック要素をリリースして、腱の張力の損失およびその後の腱の損傷がもたらされうることである。
【００９９】
図１０を参照すると、自由度あたり１つより多いアクチュエータを有する取り外し可能な器具の設計において生じる腱の損傷を最小化または排除するために、内視鏡用外科用器具の腱１００２を作動させるためのモータシャフトを連結するためのアダプタは、ドラム１０００にトルクを印加するように設けられるエネルギ蓄積機構１００４を含む。これはまた、エンドエフェクタ等の器具の遠位先端の作動要素を、器具のその管腔を通した挿入および抜き出しをし易くするために弛緩したままにさせることにより、現在の技術水準の欠点を排除しようとする。
【０１００】
エネルギ蓄積機構１００４は、アダプタをそのアクチュエータから取り外すことにより引き起こされる腱１００２の張力のリリースによりドラム１０００が回転するときにエネルギを蓄積する任意のデバイスを含みうる。エネルギ蓄積機構１００４はその後、エネルギ蓄積機構１００４にエネルギを蓄積させているのとは反対の方向に力を及ぼすことによりエネルギを消散させようとする。
【０１０１】
したがって、腱１００２の張力のリリースはドラム１０００を回転させて腱１００２を巻き出させるが、エネルギ蓄積機構１００４が腱１００２の巻き出しを阻止するトルクを印加する。すなわち、エネルギ蓄積機構１００４は、腱１００２をドラム１０００の周りに巻回する方向にトルクを印加するように置かれまたは設けられる。
【０１０２】
図１１Ａは、エネルギ蓄積機構１００４が存在しない実施態様の概略図を示す。アダプタハウジングドラム１１００がそのアクチュエータから取り外されたときには、これらのドラム１１００には張力のリリースを阻止するデバイスがないことから、張力のリリースにより腱１００２がたるむ。
【０１０３】
他方で、図１１Ｂは、エネルギ蓄積機構１００４が存在する実施態様の概略図を示す。アダプタハウジングドラム１０００Ａ、１０００Ｂがそのアクチュエータから取り外されたときには、腱１００２は、ドラム１０００Ａ、１０００Ｂの各々の上のエネルギ蓄積機構１００４により提供されるトルクにより十分に張力を与えられたままである。したがって、腱１００２は緊張したままである。腱１００２に効果的に予張力を与えるために、エネルギ蓄積機構１００４は、ドラム１０００Ａに印加されるトルクがドラム１０００Ｂに印加されるトルクとは反対方向であるようにドラム１０００Ａの各々に設けられまたは置かれることが理解されよう。したがって、エネルギ蓄積機構１００４の追加により、内視鏡用外科用器具内の腱１００２の絡まりが軽減される。
【０１０４】
図１０に戻ると、エネルギ蓄積機構１００４がドラム１０００およびアダプタのハウジングに留められるいくつかのやり方がある。例えば、エネルギ蓄積機構１００４の一端１００４Ｄはドラム１０００に連結され、エネルギ蓄積機構１００４の反対端１００４Ｈはハウジングに連結される。
【０１０５】
同様に、エネルギ蓄積機構１００４のいくつかの可能な位置がある。例えば、エネルギ蓄積機構１００４は、ドラム１０００の一部分の周りに配置される。あるいは、エネルギ蓄積機構１００４は、ドラム１０００のいずれかの端に配置される。
【０１０６】
一実施態様（図示せず）では、エネルギ蓄積機構１００４は液圧デバイスであり、これにより、アダプタの取り外しによる腱１００２の巻き出しが液圧デバイス内の液圧を加圧する。次いで、液圧デバイスは、液圧を加圧しているのとは反対方向の力を印加することによりこの圧力を緩和しようとする。
【０１０７】
別の実施態様では、エネルギ蓄積機構１００４は弾性的可撓性部材であり、これにより、アダプタの取り外しによる腱１００２の巻き出しが弾性的可撓性部材を変形させる。次いで、弾性的可撓性部材は、変形を引き起こしているのとは反対方向の力を印加することにより元の形状に戻ろうとする。
【０１０８】
図１０に示された実施態様では、エネルギ蓄積機構１００４は、弾性的可撓性部材すなわち捻りバネの一実現例である。さらに、図１０において使用される捻りバネは、コイル構成である。ただし、ぜんまい構成、コイル構成または軸方向に捩れた構成等、他の構成が可能である。
【０１０９】
ドラム１０００上の捻りバネは、内視鏡用外科用器具がモータボックス内に位置するアクチュエータから外されたときにドラム１０００の周りに巻き付いた整った腱１００２を維持するために最小限の腱の張力を提供するように設計される。これは、自由度あたり２つのモータのシステムにおいて器具がモータボックスから外されたときに絡まりを引き起こしうる腱１００２のドラム１０００からの飛び出しを防止するためである。
【０１１０】
実験データから、捻りバネにより腱１００２に印加される最適なトルクは約０．５Ｎ〜３Ｎであると決定された。捻りバネにより印加されるトルクが高すぎる予張力をもたらせば、例えば図３Ａおよび図３Ｂの駆動モータ３０８または追従モータ３１０によるドラム１０００の回転を妨げるであろう。
【０１１１】
さらに、捻りバネは、腱１００２の進みおよびドラム１０００の直径に応じてドラム１０００の０．２５〜２．０回りでありうる内視鏡用外科用器具の運動範囲にわたり可能な限り一定の予張力を有するように設計される。低い捻り定数を達成するために、捻りバネは、高い縦横比につながるいくつかのコイルを有するように製造される。縦横比（参照番号１０１０を参照）は少なくとも１４であることが、ドラム１０００の運動範囲にわたり低い捻り定数を生み出すことが分かった。
【０１１２】
整った腱１０００がドラム１０００の周りに巻き付くのをさらに促進するために、ドラム１０００は、腱１００２が係合する少なくとも１つの溝１０１２を有する。溝１０１２は、ドラム１０００の一部分の上に提供される。任意に、溝１０１２はドラム１０００の直径に沿って延在する。図１０に示す場合等、複数の溝１０１２がある場合には、ネジ山１０１４がドラム１０００上に形成される。ネジ山１０１４は、腱１００２が係合する複数の溝１０１２を提供する。
【０１１３】
通常の内視鏡手技では、輸送内視鏡（図２に示す輸送内視鏡３２０を参照）が挿入段階の間に手持ちされ、輸送内視鏡（または短縮形「内視鏡」）が内視鏡手技の間にその細長軸に沿ってロールされて、その遠位に配置されたカメラの視界およびその隣接するエンドエフェクタが医療部位に対して好ましい向きに向けられる。例えば、内視鏡粘膜下層剥離術手技では、手技を始める前に切除されるべき組織がカメラ画像で６時の位置に並ぶまで内視鏡３２０をその細長軸の周りに回転させることが一般的に行われる。このような手持ち段階の間は、内視鏡を所望の回転の向きに操縦することは簡単である。
【０１１４】
しかし、所望の医療部位に達した後、および内視鏡を好ましい回転の向きにポジショニングした後には、内視鏡の近位端およびロボット部材をドッキングステーションに取り付けるときに手持ちの内視鏡とその支持されたロボット部材（図２に示すロボット部材４１０を参照）とを揃えるために時間が必要である。ロボット部材が自らを内視鏡の回転の向きに揃えるための回転の向きの自由度を有しない場合には、ロボット部材の固定された回転の向きに一致するように内視鏡がロールされなければならない。このような内視鏡の回転により、内視鏡の好ましい遠位の回転の向きが失われる。換言すれば、内視鏡およびロボット部材をドッキングステーションに取り付けた後に、内視鏡とロボット部材とが回転の向きにおいてさらに揃えられなければならない。
【０１１５】
上記の問題を解決するために、現在のロボット内視鏡用システムは、クランプを利用するか、または助手が内視鏡部材の可撓性細長シャフトを細長部材に沿った中ほどの身体に入る付近で好ましい向きに保持する。その後、内視鏡の近位の回転の向きをロボット部材の固定された回転の向きに揃えるために、使用者が可撓性細長シャフトの近位端を捩りうる。
【０１１６】
しかし、このような技術は２つの主要な欠点を有する。第１に、内視鏡の可撓性細長シャフトは、ロール運動およびロールトルクがその近位端からその遠位端に正確に伝達されうるように、その軸の周りで捻り剛性であるように設計される。したがって、細長シャフトにロール捩りを発生させると細長部材にかなりの応力が加わり、それによりエフェクタ、腱等の中に収容された構成要素が損傷されうる。第２に、このような技術は臨床的リスクももたらす。この技術は、捩られた細長シャフトにかなりの蓄積エネルギを残す。細長シャフトの回転の向きがクランプによりまたは助手により適切に留められないと、回転の向きに激しくスリップして、内視鏡遠位端の突然の無制御のロールの急動をもたらしうる。この運動は、急動の時点での手技および行為の種類によっては患者に危険でありうる。
【０１１７】
図２を参照すると、ドッキングステーション５００は、ドッキングの間に好ましい遠位先端の向きが失われることを防止し、現在のシステムにおける前述の捩り技術の欠点もない。内視鏡ドッキングステーション５００は、ドッキングの間にロボット部材４１０の回転の向きが内視鏡３２０の回転の向きに一致することを可能にする。
【０１１８】
図１２は輸送内視鏡ドッキングステーション５００の側面図を示し、図１３は例示的実施形態による図１２の輸送内視鏡ドッキングステーション５００の斜視図を示す。
【０１１９】
輸送内視鏡ドッキングステーション５００は、回転可能ベース１２０４を有するプラットフォーム１２１０を含む、すなわちベース１２０４は、プラットフォーム１２１０に回転可能に連結される。
【０１２０】
ベース１２０４は、輸送内視鏡３２０を装着するための内視鏡取り付け面１２０８を有する。輸送内視鏡３２０は、シャフト１２００とアダプタ１２０１とを含む少なくとも１つのロボット部材４１０を担持するためのものである。ベース１２０４は、輸送内視鏡３２０により担持されるロボット部材４１０を作動させるための駆動機構１２６０を装着するための駆動機構取り付け面１２０７も有する。内視鏡取り付け面１２０８が平面である場合には、ベース１２０４の内視鏡取り付け面１２０８の平面に直角な軸１２１２の周りにベース１２０４が回転可能に連結される。
【０１２１】
ベース１２０４は、駆動機構１２６０のアクチュエータアセンブリが連結されるスタンド１２６２を含む。図１２では、アクチュエータアセンブリは、少なくとも１つのロボット部材４１０を作動させるように構成された複数のアクチュエータ１２０３を含むアクチュエータハウジング１２０２により実現される。図１２および図１３では、アクチュエータハウジング１２０２とアクチュエータハウジング１２０２のアダプタ取り付け面１２０６に連結するアダプタ１２０１とが、駆動機構１２６０の一部を形成する。アダプタ１２０１は、アクチュエータ１２０３の少なくとも１つをロボット部材４１０に連結するためのものである。駆動機構１２６０の一部分（アクチュエータハウジング１２０２等）は、ベース１２０４と一体であってもよく、駆動機構１２６０の残り（アダプタ１２０１等）は駆動機構１２６０の一体化された部分に取り外し可能に取り付け可能である。
【０１２２】
輸送内視鏡３２０が内視鏡取り付け面１２０８に取り付けられた後、ロボット部材４１０が内視鏡３２０に導入されて作業部位に達しうる。ロボット部材のシャフト１２００を内視鏡３２０に挿入後、ロボット部材のアダプタ１２０１がアダプタ取り付け面１２０６に取り付けられる。取り付け後には、ロボット部材４１０と内視鏡３２０とがベース１２０４と一体化されたユニットとして一緒に回転する。換言すれば、後の手技の間のベース１２０４の回転は、ロボット部材４１０と内視鏡３２０との間の相対運動を一切もたらさない。ロボット部材４１０と内視鏡３２０とは、医療部位に対して所望の回転アライメントに１つのユニットとして一緒に回転させられうる。
【０１２３】
輸送内視鏡ドッキングステーション５００は、プラットフォーム１２１０に対するベース１２０４の回転を促進するように設けられるロータリ機構１２５２をさらに含みうる。ロータリ機構１２５２は、ベース１２０４がプラットフォーム１２１０に対して円滑に回転できるようにすることにより回転を容易にする。ロータリ機構１２５２は、ボールベアリング装備、ローラベアリング装備、および潤滑ワッシャ装備のうちのいずれか１つ以上等の摩擦低減要素を使用して実現されうる。図１２に示される実施形態では、ロータリ機構１２５２は、ベース１２０４の回転を促進するためのボールベアリング機構により実現される。
【０１２４】
ロータリ機構１２５２は、ベース１２０４とプラットフォーム１２１０との間に配置される。図１２に示される実施形態では、ロータリ機構１２５２は、二組のボールベアリング装備により実現される。ボールベアリング装備の一方は、ベース１２０４と、ベース１２０４の駆動機構取り付け面１２０６にベース１２０４が連結する箇所に隣接するプラットフォーム１２１０の一部分との間に配置される。ボールベアリング装備のもう一方は、ベース１２０４と、ベース１２０４の内視鏡取り付け面１２０８にベース１２０４が連結する箇所に隣接するプラットフォーム１２１０の一部分との間に配置される。ただし、ロータリ機構１２５２は、ベース１２０４がプラットフォーム１２１０に連結する箇所までの部分に沿った１つだけのボールベアリング、ローラベアリングまたは潤滑ワッシャ装備により実現されてもよいことが理解されよう。したがって、ロータリ機構１２５２は、ベース１２０４とベース１２０４の駆動機構取り付け面に隣接するプラットフォーム１２１０との間、ベース１２０４とベース１２０４の内視鏡取り付け面に隣接するプラットフォーム１２１０との間、またはその両方に配置されうる。
【０１２５】
輸送内視鏡ドッキングステーション５００は、ベース１２０４のプラットフォーム１２１０に対する回転をロックするように設けられるロック機構１２１８を含みうる。ロック機構１２１８は、摩擦係合を通じてベース１２０４をロックするように構成されるブレーキパッド、クランプならびにラッチおよびボールト装備等の電気的に稼働するデバイスを含むことができ、これによりベース１２０４の回転が防止される。
【０１２６】
ロック機構１２１８は、ロック機構１２１８が電気的に作動していないときにベース１２０４をロックするように構成されてもよい。一実施態様では、ロック機構１２１８は、初期設定でベース１２０４の回転を防止するように設計される。この初期設定状態は、ロック機構１２１８がベース１２０４を回転のためにリリースするように操作されていないときに生じる。ベース１２０４のリリースは、ロック機構１２１８を制御するインタフェースを適切に操作することにより達成され、それによりロック機構１２１８がその後電気的に作動する。インタフェースは、ロック機構１２１８が一定期間休止状態のままである場合にベース１２０４をロックするようにさらに構成されうる。ベース１２０４の回転は内視鏡手技のほんのわずかな時間にわたり生じるため、これによりベース１２０４の回転の向きが内視鏡手技の間に意図せずにシフトされることを防止することにより臨床的リスクの観点から安全が確保される。
【０１２７】
使用者は、回転の向きのアライメントが完了した後に、ロック機構１２１８を稼働させてベース１２０４をロックしうる。内視鏡３２０の回転の向きをロボット部材４１０と揃えた後（図２を参照）、内視鏡用システム１０から電力が取り除かれてもベース１２０４のさらなる回転が生じないように、ロック機構１２１８がベース１２０４を自動的にロックするように構成されうる（図１を参照）。
【０１２８】
輸送内視鏡ドッキングステーション５００は、ロック機構１２１８をベース１２０４に連結するコネクタ１２１６を含む。コネクタは、タイミングベルト装備、ギア装備、またはアームリンケージのうちのいずれか１つでありうる。図１２に示される実施形態では、コネクタ１２１６は、ベルトおよびプーリ装備を含むタイミングベルト装備により実現される。プーリ装備は、周りにベルトが装着される少なくとも２つのタイミングプーリを含む。加えて、コネクタ１２１６は、ロック機構１２１８に連結されるシャフト１２２０を有するギア１２１４を含み、ベルトがロック機構１２１８をベース１２０４に連結する。
【０１２９】
内視鏡用手技の間には、ロボット部材が所望の位置になるように回転される。輸送内視鏡３２０が、ベース１２０４の駆動機構取り付け面１２０６に接続されるアダプタ１２０１と一緒にベース１２０４の内視鏡取り付け面１２０８に接続されると、ロータリ機構が輸送内視鏡３２０のロールをロボット部材の回転の向きと揃えられるように調節する役割を果たす。
【０１３０】
輸送内視鏡３２０およびアダプタのドッキングの後には、ロック機構１２１８のデフォルト状態が係合してベース１２０４をロックする前に輸送内視鏡ドッキングステーション５００の意図しない回転運動がありうる。輸送内視鏡ドッキングステーション５００の意図しない回転運動は、使用者が外科手技の後に輸送内視鏡３２０とアダプタ１２０１とをロック解除状態にロック解除する必要があるときにも生じうる。このような意図しない回転を限定するために、ロータリ機構は、ベース１２０４の回転を容認可能な速度に減衰させるための減衰機構１２２２を含みうる。減衰機構１２２２は流体ロータリダンパを含むことができ、これは一実施態様では、図１２に示すように、ロック機構１２１８をベース１２０４に連結するコネクタ１２１６に連結される。流体ロータリダンパは流体を含むことができ、これにより流体粘性によってコネクタ１２１６の回転が制御および／または減衰される。このようにして、ベース２０１４の回転が使用者により意図せずにロック解除された場合に、輸送内視鏡ドッキングステーション５００の回転が適切に制御されうる。
【０１３１】
他の実施形態では、減衰機構１２２２は、輸送内視鏡ドッキングステーション５００の回転を制御しうる他のタイプのロータリダンパを含んでもよい。他のロータリダンパの例は、ロータリ摩擦ディスク装備、ロータリ摩擦ギアラック装備、空気式ロータリダンパおよび／または粘弾性ロータリダンパのいずれか１つを含みうる。さらに、ベース１２０４の回転慣性が輸送内視鏡ドッキングステーション５００の回転を減衰させるのに十分でありうるため、減衰メカニズムが必要ないこともありうることが理解されよう。
【０１３２】
加えて、輸送内視鏡ドッキングステーション５００は、図１２に示すように、内視鏡のドッキングの間にアクチュエータハウジング１２０２に取り付けられうるハンドル１２２２を含みうる。輸送内視鏡ドッキングステーション５００上に使用者に近接してハンドル１２２２を有することにより、輸送内視鏡ドッキングステーション５００のロック解除状態におけるより良好な手動制御が可能になりうる。
【０１３３】
アダプタ１２０１の近位端の中心を通って走る軸が、ベース１２０４の回転軸１２１２と揃えられうる。この垂直のアライメントは、輸送内視鏡ドッキングステーション５００の軸外質量中心による軸１２１２の周りの回転モーメントを防止する。すなわち、輸送内視鏡ドッキングステーション５００の質量中心が軸１２１２上にない場合には、軸１２１２が垂直でなければ軸１２１２の周りの質量中心の回転モーメントが生み出される。このような回転モーメントは、ベース１２０４の意図しない回転を引き起こす。加えて、垂直に揃えられた軸１２１２は、ベース１２０４を意図せずに垂直軸１２１２の周りで回転させない。
【０１３４】
あるいは、輸送内視鏡ドッキングステーション５００の質量中心は、残るロールモーメントによりロック解除状態での輸送内視鏡ドッキングステーション５００の容認できない急動運動が一切もたらされないように、軸１２１２にかなり近くてもよい。
【０１３５】
身体の中で医療目的を達成するために使用されるロボット医療ツールが、輸送内視鏡３２０の中に担持される。ロボット医療ツールは、近位端と遠位端とを有するシャフトと呼称されることもある細長部材を有する（図１２のシャフト１２００と比較されたい）。ロボット部材（図２のロボット部材４１０を参照）が細長部材の遠位端に提供され、切開部を通して、自然開口部を通して、または補助ガイド管腔を通して身体の中に挿入されて医療部位に達するツールの部分である。シャフト１２００は、剛直性でも可撓性でもよい。
【０１３６】
切開部を通した、自然開口部を通した、または補助ガイド管腔を通した挿入のため、ロボット医療ツールは通常、少なくとも回転自由度と並進自由度とを有する。回転自由度は、細長部材の長手方向軸の周りのツールの回転として定義される。並進自由度は、細長部材の長手方向軸に沿ったツールの動きとして定義される。
【０１３７】
切開部のサイズを最小化するため、または小さな自然開口部を利用するために、ロボット医療ツールを制御するためのロボットアクチュエータ（図１２のアクチュエータ１２０３と比較されたい）は患者の外部に位置することが多い。外部アクチュエータが使用される場合には、近位端のロール位置および並進位置を調節することにより、細長部材の遠位端の回転位置および並進位置が制御される。細長部材は回転自由度において完全に捻り剛性であることはできないため、細長部材の長手方向軸の周りの捩れによる遠位端のロール位置の誤差を生じさせる。同様に、細長部材は並進自由度において完全に剛性であることはできないため、細長部材の長手方向軸に沿った圧縮または伸びによる遠位端の並進位置の誤差を生じさせる。
【０１３８】
これらの遠位端の位置誤差は、以下の条件下で特に重大である：細長部材が長いかまたは可撓性であるとき、細長部材が医療部位に達するために通り抜ける切開部に対して、自然開口部に対して、または補助管腔に対して動いているときに摩擦を受けるとき、およびツールが医療目的を達成するために相互作用する組織により大きな力を及ぼされるとき。
【０１３９】
遠位端の位置誤差は、１つの自由度がある長さの時間にわたり固定された所定の位置に保持されるべき場合に、使用者にとって特に好ましくない。この状況の１つのそのような例は、ロボットツールの動きの方向がツール操作者により指令された動きの方向に対応するように遠位端の回転の向きの位置を制御することを含む。例えば、ツール操作者がロボットツールの遠位先端の上方方向への関節屈曲を指令した場合に、遠位端の回転の向きに誤差があれば、遠位端の関節屈曲の方向は上方およびやや左または上方およびやや右でありうる。これらの誤差は、使用者にとって気が散り苛立たしいものである。
【０１４０】
遠位部分の誤差が重要であるもう１つの状況は、補助ガイド管腔を通して医療部位に導入される器具に関する。このような装備では、ツール操作者が使用前に基準並進位置を設定できることが望ましい。ツールが基準並進位置でガイド管腔から完全に出ないと、ガイド管腔がツールの操作を妨害するか、またはツールの操作によりガイド管腔が損傷されうる。一体型補助ガイド管腔を有する胃腸内視鏡の場合には、ガイド管腔の遠位端は一体型カメラの視野の外に置かれる。これらの場合には、ツール操作者が基準並進位置を設定する際に遠位先端の並進誤差を手動で補償することは困難である。
【０１４１】
現在、遠位先端の位置誤差を最小化するための２つの主なアプローチが存在する。遠位端の位置誤差を最小化するための第１の既知の戦略は、細長部材を可能な限り剛性にして、細長部材のロール方向の捩れを最小化し、細長部材の並進方向の圧縮および伸びを最小化することからなる。しかし、このような戦略にはいくつかの欠点がある。細長部材が医療部位への非直線的経路をたどるために可撓性を維持しなければならないときには、細長部材をより剛性にすることが不可能でありうる。これは、敏感な解剖学的組織の周辺に達するロボットツール、または静脈系、尿管、気道管もしくは胃腸管のような身体の自然の管腔をたどるロボットツールに当てはまることが多い。さらに、より剛性の細長部材はより大きな外径を要することが多く、これにより医療部位へのアクセスがより侵襲的または困難になりうる。加えて、より剛性の細長部材は、経済的に実行不可能な特殊な材料または特殊な製造方法の使用を要しうる。
【０１４２】
第２の既知の戦略は、遠位端の位置を測定し、細長部材の近位端の運動により遠位端の位置誤差を自動的に補償するための少なくとも１つのセンサを含む制御システムを使用することからなる（国際公開第２０１７０４８１９４号に開示される通り）。このようなアプローチには、いくつかの欠点がある。第１に、ツールの制御されない運動につながる位置の過剰補償または過少補償を回避するために、センサが器具の遠位端の位置を高い正確度で検出しなければならない。器具の制御されない運動は、器具の機能および状況次第で患者にとって非常に危険でありうる。第２に、センサが有用であるためには器具の遠位端の位置を確実に検出しなければならない。ほんの少しの時間であっても位置を誤って感知するセンサは、使用者にとって苛立たしいものとなる。確実な位置感知を困難にする多くの問題がある。光学感知方法の場合には、追跡される位置標的が体液または固形物を含む医療環境中の材料により見えなくなりうる。磁気および電磁位置感知方法は、電磁的にノイズの多い環境による誤差を排除しなければならない。特に高電圧電気焼灼術ツールは、これらの方法による確実な感知を困難にする。最後に、ツールにセンサまたはセンサ標的を追加すると、内視鏡用システムのコストが増加する。
【０１４３】
上記の短所は、細長部材上に配置された可視性の高い位置インジケータ特徴部を有する内視鏡用装置を有することにより対処される。これらの可視位置インジケータ特徴部は、内視鏡用装置の遠位端に十分に隣接して位置する。これらの可視位置インジケータ特徴部は、ツールを回転自由度および並進自由度のうちの少なくとも１つにおける所定の位置に揃えるために使用者を視覚的に導く。
【０１４４】
図１４は、例示的な実施形態による、これらの可視位置インジケータ特徴部を有する２つの内視鏡用装置１４００の斜視図を示す。各内視鏡用装置１４００は、輸送内視鏡（図１２および図１３に示される輸送内視鏡３２０を参照）のシャフトへの挿入のための細長部材（図示せず）と、細長部材の遠位端に連結された外科用ツール１４０２、１４０２ａとを含む。外科用ツール１４０２、１４０２ａは、外科用ツール１４０２、１４０２ａの反対端、すなわち外科用ツール１４０２、１４０２ａが細長部材に連結する箇所と反対の端にエフェクタ１４０４、１４０４ａを有する。
【０１４５】
可視特徴部１４０６、１４０６ａが、細長部材、外科用ツール１４０２、１４０２ａ、またはその両方の上に提供される。可視特徴部１４０６、１４０６ａの位置は、使用中の可視特徴部１４０６、１４０６ａの位置がエフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きを指示するように、エフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きに対して固定される。
【０１４６】
可視特徴部１４０６、１４０６ａは、可視特徴部１４０６、１４０６ａが上に位置する構造体の残りから視覚的に区別可能な任意のアイテムである。可視特徴部１４０６、１４０６ａが視覚的に区別可能であるために、一実施態様では、可視特徴部１４０６、１４０６ａが細長部材の外面のエリアの一部分のみ、または外科用ツール１４０２、１４０２ａの外面のエリアの一部分のみを占有する。この趣旨で、可視特徴部１４０６、１４０６ａは、細長部材もしくは外科用ツール１４０２またはその両方の長さに沿った一部分にわたって延在しうる。可視特徴部１４０６は、細長部材もしくは外科用ツール１４０２またはその両方の断面の周囲に沿った一部分にわたって延在してもよい。細長部材の外面および外科用ツール１４０２、１４０２ａの外面の残りは不変のままであり、可視特徴部１４０６、１４０６ａの識別性と比較して特徴がない。
【０１４７】
細長部材または外科用ツール１４０２、１４０２ａの外面の上に提供される可視特徴部１４０６、１４０６ａは、例えばレーザーマーキング、エンボス加工または表面テクスチャ加工を通じて、細長部材の外面または外科用ツール１４０２、１４０２ａの外面の材料の上に形成されうる。あるいは、可視特徴部１４０６、１４０６ａは、消えない着色剤等の添加剤、または、細長部材の外面もしくは外科用ツール１４０２、１４０２ａの外面の上に留められた視覚的に区別される特徴部を各々有する１つ以上の層の施用により実現されてもよい。
【０１４８】
製造の間には、可視特徴部１４０６、１４０６ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａは、可視特徴部１４０６、１４０６ａの位置がエフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きに対して固定されるように、所定のアライメントになるように設けられる。例えば、エフェクタ１４０４は２つのアームを有するグリッパであり、各アームが１８０°離間される。可視特徴部１４０６は、２つのアームのいずれかから９０°で外科用ツール１４０２の外面に沿って位置する長手方向ラインである。この長手方向ラインは操作中に見えた場合にはエフェクタ１４０４の向きの指示を提供する。エフェクタ１４０４、１４０４ａは、可視特徴部１４０６、１４０６ａと一緒に回転する。
【０１４９】
可視特徴部１４０６、１４０６ａがエフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きのインジケータである場合、可視特徴部１４０６、１４０６ａは、エフェクタ１４０４、１４０４ａに隣接して、細長部材が外科用ツール１４０２、１４０２ａに連結する箇所に隣接して、またはその両方に配置されうる。これは、エフェクタ１４０４、１４０４ａが並進可能である一方で、エフェクタ１４０４、１４０４ａを監視するために使用されるカメラの位置が固定されるためである。エフェクタ１４０４、１４０４ａがカメラから離れるように並進した場合、エフェクタ１４０４、１４０４ａがカメラにより供給される画像からはっきり見えなくなりうる。このシナリオでは、今度は細長部材がカメラの視界に入り、これにより、細長部材が外科用ツール１４０２、１４０２ａに連結する箇所に隣接して提供される可視特徴部１４０６、１４０６ａの位置が今度はエフェクタ１４０４、１４０４ａの向きの指示を提供する。同様に、可視特徴部１４０６、１４０６ａをエフェクタ１４０４、１４０４ａに隣接して置くことにより、エフェクタ１４０４、１４０４ａの先端がどこに面するかが重要であるシナリオにおいてエフェクタ１４０４、１４０４ａの向きの指示が提供される。エフェクタ１４０４、１４０４ａが電気焼灼術プローブであるときには、電気焼灼術プローブがカメラの視界に入っていてもその先端がカメラからはっきりと見えない可能性がある。したがって、この場合はエフェクタ１４０４、１４０４ａに隣接して提供される可視特徴部１４０６、１４０６ａの位置がエフェクタ１４０４、１４０４ａの向きの指示を提供する。
【０１５０】
上述したカメラは、使用者が細長部材および／または外科用ツール１４０２、１４０２ａの可視特徴部１４０６、１４０６ａを観察することができるように、外科用ツール１４０２、１４０２ａの遠位端に十分に隣接して配置された使用者の視野が明確な使用者の視点を提供する。一実施形態では、カメラは、補助ガイド管腔に取り付けられてもよく、ガイド管腔の遠位端からオフセットされた固定された位置および向きを有する。使用者の視野は、使用者に近接して配置されたコンピュータスクリーン等の表示デバイスでありうる。
【０１５１】
外科用ツール１４０２、１４０２ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａが細長部材の近位端から遠位端に通されるときには、外科用ツール１４０２、１４０２ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａが細長部材に対して１０°外れるようにロールされうる。換言すれば、外科用ツール１４０２、１４０２ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａの可撓性のため、手動挿入の間に外科用ツールおよびエフェクタが確実にロールしたり捩れたりしないようにすることは困難である。外科用ツール１４０２、１４０２ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａが細長部材の遠位端から出るときに、細長部材、外科用ツール１４０２、１４０２ａまたはその両方の上に提供された可視特徴部１４０６、１４０６ａの位置が、細長部材に対する外科用ツール１４０２、１４０２ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａのロール度を提供する役割を果たす。
【０１５２】
可視特徴部１４０６、１４０６ａは、内視鏡用手技を有効に遂行するためにエフェクタ１４０４、１４０４ａが医療部位で正しい向きにあることを使用者に指示する役割も果たしうる。例えば、エフェクタ１４０４は、３つのグリッパアームからなってもよく、可視特徴部１４０６は、３つのグリッパアームのうちの１つに隣接する赤色のマークであってもよい。使用者が、内視鏡用手技を遂行する前にその特定のグリッパアームが使用者の視野内で９０°に揃えられることを要求する。細長部材を通してグリッパアームを延在させた後には、使用者はグリッパアームを見ることはできるが、可視特徴部１４０６（すなわち赤いマーク）は使用者の視野において視認できない（すなわちグリッパアームは理想的位置を過ぎて回転される）。次いで使用者は、赤いマークが使用者の視野において９０°に揃えられるようにエフェクタ１４０４を回転させる。加えて、可視特徴部１４０６は、エフェクタ器具パネルでの使用者の入力にしたがって正しい方向にグリッパアームが回転することを指示する役割も果たしうる。
【０１５３】
一実施形態では、可視特徴部１４０６、１４０６ａがエフェクタ１４０４、１４０４ａから予め定められた長さに位置し、その結果可視特徴部１４０６、１４０６ａがエフェクタ１４０４、１４０４ａの並進の尺度を提供するように、可視特徴部１４０６、１４０６ａが細長部材または外科用ツール１４０２のいずれかまたはその両方の上に提供されうる。エフェクタ１４０４、１４０４ａおよび細長部材の製造公差のため、エフェクタ１４０４、１４０４ａの並進の向き付けが必要でありうる。
【０１５４】
さらに、可視特徴部１４０６、１４０６ａは、内視鏡用手技を有効に遂行するためにエフェクタ１４０４、１４０４ａが医療部位で正しい並進長さにあることを使用者に指示する役割も果たしうる。例えば、エフェクタは電気焼灼術プローブからなってもよく、内視鏡用手技を遂行する前に細長部材から離れるように２メートル延在させられることが要求される。この場合には、可視特徴部は、外科用ツールの２メートルのマークのところに位置する赤色のマークとしうる。電気焼灼術プローブが細長部材を通して延在させられた後には、使用者は細長部材および電気焼灼術プローブを見ることができるが、可視特徴部（すなわち赤いマーク）は使用者の視野に入らない（すなわち電気焼灼術プローブは理想的位置にはない）。次いで使用者が、赤いマークが使用者の視野において視認できるように電気焼灼術プローブを調節する。加えて、可視特徴部は、エフェクタ器具パネルでの使用者の入力にしたがって正しい方向に電気焼灼術プローブが並進することを指示する役割も果たしうる。
【０１５５】
エフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きを指示する可視特徴部１４０６、１４０６ａと、エフェクタ１４０４、１４０４ａの並進の尺度を指示する可視特徴部とは、互いに視覚的に区別可能な別々の可視特徴部であってもよい。エフェクタ１４０４、１４０４ａの並進およびロールを指示する可視特徴部１４０６、１４０６ａは、消えない着色剤、レーザーマーキング、エンボス加工または表面テクスチャ加工のいずれか１つ以上により形成されうる。消えない着色剤により形成される可視特徴部１４０６、１４０６ａは、細長部材および／または外科用ツール１４０２、１４０２ａとは異なる色であってもよい。さらに、可視特徴部１４０６、１４０６ａは、形、記号またはテキストのいずれか１つ以上であってもよく、細長部材および／または外科用ツール上に提供されるパターンの一部であってもよい。このパターンも、細長部材の外面および外科用ツール１４０２、１４０２ａの外面の残りから視覚的に区別可能である。このようなパターンは、一組以上のそのような可視特徴部１４０６、１４０６ａを含み、それにより一組がエフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きのインジケータとして使用され、別の組がエフェクタ１４０４、１０１４ａの並進の尺度のインジケータとして使用される。
【０１５６】
可視特徴部１４０６、１４０６ａは、色、明るさ、テクスチャ、鏡面性または反射性等の周囲の外観に対する特徴部の可視性を最大化するように作られてもよい。可視特徴部１４０６、１４０６ａは、化学的浸食または機械的磨耗に対して耐久性とすることもでき、医療手技の実行が可視特徴部から材料を遊離させるリスクを含む場合には移植グレードの生体適合性材料からなることが好ましい。
【０１５７】
例えば、エフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きを指示する可視特徴部１４０６、１４０６ａは、青でレーザーマーキングおよびエンボス加工された文字「Ａ」とすることができ、エフェクタ１４０４、１４０４ａの並進の尺度を指示する可視特徴部は、消えない着色剤を使用して赤で突出した記号「Ω」とすることができる。可視特徴部がパターンである実施形態では、パターンは、細長部材に沿って外科用ツール１４０２、１４０２ａおよびエフェクタ１４０４、１４０４ａ内へと延在する一連の連続した突出部であってもよい。さらに、エフェクタ１４０４、１４０４ａの並進およびロールを指示する可視特徴部１４０６、１４０６ａはエフェクタ１４０４、１４０４ａにより部分的に遮られうるが、エフェクタ１４０４、１４０４ａのロールまたは並進の向きの指示をなお提供しうる。例えば可視特徴部は、エフェクタ１４０４、１４０４ａ上にレーザーマーキングされた文字「Ａ」とすることができる。文字「Ａ」の下部が覆われても、文字の上部がエフェクタ１４０４、１４０４ａの向きの方向をなお指示しうる。
【０１５８】
エフェクタ１４０４、１４０４ａの並進およびロールを指示する可視特徴部１４０６、１４０６ａは、エフェクタ１４０４、１４０４ａの正しい並進および回転を指示するために使用者の視野において視認できる二次的特徴部を含みうる。二次的特徴部は、一次的可視特徴部の一部であってもよく、または別個の特徴部であってもよい。二次的特徴部の存在は、使用者が正しいアライメントを指示するために特徴部の１つの重要部分だけまたは１つの可視特徴部だけに依存しないために有利でありうる。
【０１５９】
一例では、エフェクタが正しい回転の向きにあることを指示するための一次的可視特徴部は文字「Ａ」である。エフェクタが既に所望の位置に揃えられているが、文字「Ａ」が周囲の組織または他の外科用器具により完全に見えなくなっている場合には、文字「Ａ」に隣接して位置する二次的特徴部（例えばエンボス加工された星の記号）が、エフェクタが正しく揃えられたことを指示する役割を果たしうる。
【０１６０】
一実施形態では、内視鏡用システムは、上述の内視鏡用装置１４００を含むことができ、内視鏡用装置１４００を操作するために連結された駆動機構をさらに含むことができる。内視鏡用システムは、駆動機構を制御するための内視鏡用外科用器具コントローラも含むことができ、内視鏡用外科用器具コントローラは、エフェクタ１４０４、１４０４ａの回転の向きのアライメントが実行されることを促す信号を送り、アライメントが完了しているという応答を受け取り、内視鏡用装置１４００のエフェクタ１４０４、１４０４ａへの操作アクセスを許可するように構成されうる。
【０１６１】
エフェクタ１４０４、１４０４ａへのアクセスは、外科用ツール１４０２、１４０２ａのアライメントが申し分ないと判断された後にはじめて許されうる。これは、不十分な位置にあるときにエフェクタ１４０４、１４０４ａが作動および使用されて患者に害を及ぼしかねないことにならないよう、安全機構として働く。
【０１６２】
当業者であれば、広く説明された本発明の精神または範囲から逸脱することなく実施形態に示される本発明に対して多数の変形および／または修正が行われうることを理解されよう。したがって、実施形態は全ての点において例示的であって、限定的でないとみなされなければならない。
【図１】
2019521740.tif 000004
【図２】
2019521740.tif 000005
【図３Ａ】
2019521740.tif 000006
【図３Ｂ】
2019521740.tif 000007
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2019521740.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019521740.tif 000011
【図６】
2019521740.tif 000012
【図７】
2019521740.tif 000013
【図８】
2019521740.tif 000014
【図９】
2019521740.tif 000015
【図１０】
2019521740.tif 000016
【図１１Ａ】
2019521740.tif 000017
【図１１Ｂ】
2019521740.tif 000018
【図１２】
2019521740.tif 000019
【図１３】
2019521740.tif 000020
【図１４】
2019521740.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月30日(2019.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡用外科用器具のための内視鏡用外科用器具コントローラであって、前記内視鏡用外科用器具は、
駆動モータと、
追従モータと、
関節装備と、
前記駆動モータを前記関節装備に連結する引き腱と、
前記追従モータを前記関節装備に連結する押し腱であって、前記関節装備は、前記駆動モータが前記引き腱を引き出し、前記追従モータが前記押し腱をリリースすることにより作動させられる、押し腱と、
を含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、前記少なくとも１つのメモリと前記コンピュータプログラムコードとは、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、
変位範囲内で前記引き腱が前記駆動モータにより引き出されることにより最大張力を受ける前記引き腱で生じる前記変位範囲を確立させ、
前記関節装備を作動させるために受け取られるコマンドが前記駆動モータに前記変位範囲内に入る前記引き腱の長さを引き出させるか否かを判断させ、
前記追従モータによりリリースされる前記押し腱の長さが前記変位範囲にわたり前記駆動モータにより引き出される前記引き腱の長さより小さく、その結果、前記引き腱の伸長により前記引き腱が受ける前記張力が引き起こされるように、前記コマンドが受け取られたときに前記押し腱の前記リリースを制限するよう前記追従モータに命令させる、
ように構成される、少なくとも１つのメモリと、
を含む、内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分の間に、前記駆動モータに引き出される前記引き腱の前記長さを、または前記追従モータにリリースされる前記押し腱の前記長さを、互いに対してあるスケーリング係数にしたがわせるよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項１に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３】
前記スケーリングは、前記変位範囲の全体にわたり生じる、請求項１または２に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項４】
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分では前記スケーリング係数が１である、請求項２に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項５】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記コマンドが検出された後に前記追従モータに前記押し腱のリリースを阻止するよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項１、２および４のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項６】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記コマンドが検出される前に、引き出される前記引き腱の前記長さがリリースされる前記押し腱の前記長さとほぼ同じになるように前記駆動モータおよび前記追従モータを操作する、
ようにさらに構成される、請求項１、２、４および５のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項７】
前記内視鏡用外科用器具の前記引き腱および前記押し腱は、単一の部品である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項８】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記引き腱により最大張力が経験される前記変位範囲内のポイントを確立するために前記駆動モータの停止を検出する、
ようにさらに構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項９】
駆動モータと、
追従モータと、
関節装備と、
前記駆動モータを前記関節装備に連結する引き腱と、
前記追従モータを前記関節装備に連結する押し腱であって、前記関節装備は、前記駆動モータが前記引き腱を引き出し、前記追従モータが前記押し腱をリリースすることにより作動させられる、押し腱と、
を含む、内視鏡用外科用器具と、
前記内視鏡用外科用器具に連結された内視鏡用外科用器具コントローラであって、
変位範囲内で前記引き腱が前記駆動モータにより引き出されることにより最大張力を受ける前記引き腱で生じる前記変位範囲を確立し、
前記関節装備を作動させるために受け取られるコマンドが前記駆動モータに前記変位範囲内に入る前記引き腱の長さを引き出させるか否かを判断し、
前記追従モータによりリリースされる前記押し腱の長さが前記変位範囲にわたり前記駆動モータにより引き出される前記引き腱の長さより小さく、その結果、前記引き腱の伸長により前記引き腱が受ける前記張力が引き起こされるように、前記コマンドが受け取られたときに前記押し腱の前記リリースを制限するよう前記追従モータに命令する、
ように構成される、内視鏡用外科用器具コントローラと、
を含む、内視鏡用システム。
【請求項１０】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分の間に、前記駆動モータに引き出される前記引き腱の前記長さを、または前記追従モータにリリースされる前記押し腱の前記長さを、互いに対してあるスケーリング係数にしたがわせるよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項９に記載の内視鏡用システム。
【請求項１１】
前記スケーリングは、前記変位範囲の全体にわたり生じる、請求項９または１０に記載の内視鏡用システム。
【請求項１２】
前記駆動モータおよび前記追従モータの前記操作の少なくとも一部分では前記スケーリング係数が１である、請求項１０に記載の内視鏡用システム。
【請求項１３】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記コマンドが検出された後に前記追従モータに前記押し腱のリリースを阻止するよう命令する、
ようにさらに構成される、請求項９、１０および１２のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項１４】
前記内視鏡用システムは、
前記コマンドが検出される前に、引き出される前記引き腱の前記長さがリリースされる前記押し腱の前記長さとほぼ同じになるように前記駆動モータおよび前記追従モータを操作する、
ようにさらに構成される、請求項９、１０、１２および１３のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項１５】
前記内視鏡用外科用器具の前記引き腱および前記押し腱は、単一の部品である、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項１６】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記引き腱により最大張力を受ける前記変位範囲内のポイントを確立するために前記駆動モータの停止を検出する、
ようにさらに構成される、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の内視鏡用システム。
【請求項１７】
内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具コントローラであって、前記内視鏡用システムは内視鏡用外科用器具を含み、前記内視鏡用外科用器具は、
駆動機構と、
前記駆動機構により作動させられる末端関節であって、前記内視鏡用外科用器具の遠位端に配置される、末端関節と、
を含み、前記内視鏡用システムは、
前記駆動機構と電気通信する入力デバイスであって、前記入力デバイスの動きが前記末端関節の前記作動を引き起こす、入力デバイス、
をさらに含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、前記少なくとも１つのメモリと前記コンピュータプログラムコードとは、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、
前記入力デバイスの動きに起因する信号を検出させ、前記信号は、前記入力デバイスが動かされている先のマスタ作業空間内の直交座標位置を提供し、前記マスタ作業空間は前記入力デバイスが中で動かされることができる境界を提供し、
受け取られた直交座標位置を、前記マスタ作業空間の直交座標位置と、前記末端関節が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間の直交座標位置と、前記マスタ作業空間内の各直交座標位置を前記スレーブ作業空間内の少なくとも１つの直交座標位置にマッピングするマッピングテーブルとを含むデータベースに対して処理させ、
受け取られた直交座標位置に対する前記スレーブ作業空間内の一致する直交座標位置を決定させ、
前記末端関節を前記スレーブ作業空間内の前記一致する直交座標位置に作動させるよう前記駆動機構に指令させる、
ように構成される、少なくとも１つのメモリと、
を含む、内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１８】
前記マスタ作業空間内の複数の前記直交座標位置が前記スレーブ作業空間内の直交座標位置にマッピングされる、請求項１７に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項１９】
前記マスタ作業空間内の前記複数の前記直交座標位置がマッピングされる前記スレーブ作業空間内の前記直交座標位置は、前記マスタ作業空間内の前記複数の前記直交座標位置の各々に対して前記スレーブ作業空間内の最も良く一致する直交座標位置を提供する、請求項１８に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２０】
内視鏡用システムの内視鏡用外科用器具コントローラであって、前記内視鏡用システムは内視鏡用外科用器具を含み、前記内視鏡用外科用器具は、
駆動機構と、
前記駆動機構により作動させられる末端関節であって、前記内視鏡用外科用器具の遠位端に配置される、末端関節と、
を含み、前記内視鏡用システムは、
前記駆動機構と電気通信する入力デバイスであって、前記入力デバイスの動きが前記末端関節の前記作動を引き起こす、入力デバイス、
をさらに含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリであって、前記少なくとも１つのメモリと前記コンピュータプログラムコードとは、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて、前記内視鏡用外科用器具コントローラに少なくとも、
前記末端関節が中で作動させられることができる境界を提供するスレーブ作業空間内の可動トレーサを作製させ、前記可動トレーサは、前記入力デバイスが動かされることに応答して前記スレーブ作業空間内でシフトすることにより前記入力デバイスを追跡するように構成され、
前記入力デバイスの動きに起因する信号を検出させ、
前記可動トレーサを前記スレーブ作業空間内のある直交座標位置にシフトさせ、前記シフトの距離は、前記入力デバイスの前記動きの前および後のマスタ作業空間内の前記入力デバイスの直交座標位置に依存し、前記マスタ作業空間は、前記入力デバイスが中で動かされることができる境界を提供し、
前記シフト後の前記スレーブ作業空間内の前記可動トレーサの前記直交座標位置に前記末端関節を作動させるよう前記駆動機構に指令させる、
ように構成される、少なくとも１つのメモリと、
を含む、内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２１】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、前記可動トレーサを作製する際に前記スレーブ作業空間と前記マスタ作業空間とが格納されたデータベースに問い合わせるようにさらに構成される、請求項２０に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２２】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記入力デバイスを追跡するように前記可動トレーサを構成するときに前記入力デバイスを前記可動トレーサにリンクする、
ようにさらに構成される、請求項２０または２１に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２３】
前記入力デバイスが前記スレーブ作業空間の外である前記マスタ作業空間の領域内で動くとき、前記可動トレーサは前記スレーブ作業空間の外周に隣接してまたは沿って動く、請求項２２に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２４】
前記内視鏡用システムは、
前記入力デバイスに連結されたフィードバック力モジュールであって、前記入力デバイスを前記スレーブ作業空間の前記境界の中に対応する前記マスタ作業空間の領域内に保つ抵抗力を生み出すように構成される、フィードバック力モジュール、
をさらに含み、前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記入力デバイスが前記スレーブ作業空間の前記境界に対応する前記マスタ作業空間の前記領域の外へさらに動くほど前記抵抗力を増加させるために前記フィードバック力モジュールに信号を伝送する、
ようにさらに構成される、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２５】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記フィードバック力モジュールにより生み出される前記抵抗力の前記増加の大きさを計算し、
前記抵抗力の前記増加の前記計算された大きさに応答して前記関節装備または前記末端関節を作動させるために印加されるトルク限界を調節するように前記駆動モータまたは前記駆動機構にコマンドを送る、
ようにさらに構成される、請求項２４に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２６】
前記直交座標位置は、三次元空間における位置を提供する、請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２７】
前記マスタ作業空間は、前記スレーブ作業空間よりも大きい容積を有する、請求項１７〜２６のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２８】
前記内視鏡用外科用器具は、前記末端関節に連結されたエフェクタをさらに含み、前記エフェクタは、アーム、グリッパまたは電気焼灼術プローブのいずれか１つである、請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項２９】
前記内視鏡用外科用器具コントローラは、
前記入力デバイスの向きの変化により前記関節装備または前記末端関節の対応する向きの変化がもたらされるように前記入力デバイスの向きを前記関節装備または前記末端関節の向きと同期させる、
ようにさらに構成される、請求項１７〜２８のいずれか一項に記載の内視鏡用外科用器具コントローラ。
【請求項３０】
内視鏡用外科用器具の腱を作動させるためのモータシャフトを連結するためのアダプタであって、
ハウジングと、
前記腱が周りに巻回するドラムであって、前記ハウジングに回転可能に連結されるドラムと、
前記ドラムにトルクを印加するように設けられるエネルギ蓄積機構と、
を含む、アダプタ。
【請求項３１】
前記エネルギ蓄積機構は、前記腱を前記ドラムの周りに巻回する方向に前記トルクを印加するように置かれる、請求項３０に記載のアダプタ。
【請求項３２】
前記エネルギ蓄積機構の一端は前記ドラムに連結され、前記エネルギ蓄積機構の反対端は前記ハウジングに連結される、請求項３０または３１に記載のアダプタ。
【請求項３３】
前記エネルギ蓄積機構は、前記ドラムの一部分の周りに配置される、請求項１〜３２のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項３４】
前記エネルギ蓄積機構は、前記ドラムのいずれかの端に配置される、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項３５】
前記エネルギ蓄積機構は、前記印加されるトルクが前記腱に約０．５〜３Ｎの張力を引き起こすように設計される、請求項３０〜３４のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項３６】
前記エネルギ蓄積機構は、弾性的可撓性部材または液圧デバイスを含む、請求項３０〜３５のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項３７】
前記弾性的可撓性部材は、捻りバネである、請求項３６に記載のアダプタ。
【請求項３８】
前記捻りバネは、ぜんまい構成、コイル構成または軸方向に捩れた構成のいずれか１つを有する、請求項３７に記載のアダプタ。
【請求項３９】
前記コイル構成の前記捻りバネは、少なくとも１４の縦横比を有する、請求項３８に記載のアダプタ。
【請求項４０】
前記腱が係合する少なくとも１つの溝をさらに含み、前記少なくとも１つの溝は、前記ドラムの一部分の上に提供される、請求項３０〜３９のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項４１】
前記溝は前記ドラムの直径に沿って延在する、請求項４０に記載のアダプタ。
【請求項４２】
前記ドラム上に形成されるネジ山をさらに含み、前記ネジ山は、前記腱が係合する複数の前記溝を提供する、請求項４０または４１に記載のアダプタ。
【請求項４３】
輸送内視鏡を装着するための内視鏡取り付け面を有するベースであって、前記輸送内視鏡により担持されるロボット部材を作動させるための駆動機構を装着するための駆動機構取り付け面をさらに有するベースと、
前記ベースが回転可能に連結されるプラットフォームと、
を含む、輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項４４】
前記プラットフォームに対する前記ベースの回転を促進するように設けられるロータリ機構をさらに含む、請求項４３に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項４５】
前記ロータリ機構は、前記ベースと前記プラットフォームとの間に配置される、請求項４４に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項４６】
前記ロータリ機構は、前記ベースと前記ベースの前記駆動機構取り付け面に隣接する前記プラットフォームの一部分との間、前記ベースと前記ベースの前記内視鏡取り付け面に隣接する前記プラットフォームの一部分との間、またはその両方に配置される、請求項４５に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項４７】
前記ロータリ機構は、ボールベアリング装備、ローラベアリング装備、および潤滑ワッシャ装備のうちのいずれか１つ以上である、請求項４４〜４６のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項４８】
前記プラットフォームに対する前記ベースの前記回転をロックするように配置されるロック機構をさらに含む、請求項４３〜４７のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項４９】
前記ロック機構を前記ベースに連結するコネクタをさらに含む、請求項４８に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５０】
前記コネクタは、タイミングベルト装備、ギア装備、またはアームリンケージのうちのいずれか１つを含む、請求項４９に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５１】
前記ロック機構は、摩擦係合を通じて前記ベースをロックするように構成される電気的に作動するデバイスを含む、請求項４７に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５２】
前記ロック機構は、初期設定で前記ベースをロックするように構成される、請求項５１に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５３】
前記ロック機構は、ブレーキパッド、クランプならびにラッチおよびボールト装備のいずれか１つ以上を含む、請求項４８〜５２のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５４】
前記ベースの回転を減衰させるための減衰機構をさらに含む、請求項４９〜５３のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５５】
前記減衰機構は、ロータリ摩擦ディスク構成、ロータリ摩擦ギアラック構成、空気式ロータリダンパ構成または粘弾性構成のいずれか１つを有するロータリダンパを含む、請求項５４に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５６】
前記ロータリダンパは、前記ロック機構を前記ベースに連結する前記コネクタに連結される、請求項５５に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５７】
前記ベースに取り外し可能に取り付けられる前記アダプタの一端の中心を通って走る軸が、前記ベースの前記回転の軸と揃えられる、請求項４３〜５６のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５８】
前記ベースは、前記駆動機構のアクチュエータアセンブリが連結されるスタンドをさらに含み、前記アクチュエータアセンブリは、前記ロボット部材を作動させるための少なくとも１つのアクチュエータを含む、請求項４３〜５７のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項５９】
前記アクチュエータアセンブリは、アダプタが連結されるアダプタ取り付け面を含み、前記アダプタは、前記アクチュエータを前記ロボット部材に連結するためのものである、請求項５８に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【請求項６０】
前記駆動機構の少なくとも一部分は前記ベースと一体であり、前記駆動機構の残りは前記駆動機構の前記一体化された部分に取り外し可能に取り付け可能である、請求項４３〜５９のいずれか一項に記載の輸送内視鏡ドッキングステーション。
【国際調査報告】
2019521740.tif 000022
2019521740.tif 000023
2019521740.tif 000024