(57)【要約】本発明は、外科手術を行うためにロボット手術システムにおいて使用するためのロボット手術器具を提供する。ロボット手術器具は、端部実行器に連結したシャフトの遠位端近くに配置された手首機構を含む。手首機構は、端部実行器を支えるために構成された遠位部材と、シャフトの内部に一般に軸方向に延びる複数のロッドとを含み、複数のロッドは一般にその軸方向に移動可能であり、シャフトに対する遠位部材の方向配置を調節する。遠位部材はベースを有し、ベースには直交リンク機構組立体によってロッドが回転可能に連結されている。一般に軸方向に沿った第１ロッドの前進および後退は、第１角度を通してベースを傾けるので、遠位部材は第１関節方向に向き、例えばピッチをもたらす。第２角度の追加によって、遠位部材は端部実行器を外科器具のシャフトに対して本質的に複合角度に、または第２関節方向に向けることができ、例えばヨーをもたらす。ロボット手術器具はまたロール運動のための装置も含むことができる。ロール運動は、複数のロッドを軸方向に平行なシャフトの縦軸または中心軸の周りに回転させることによって達成される。ロボット手術器具は、シャフトの近位端の近くに配置された器具ベースを含む。
2005507679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット手術器具であって、
端部実行器を支えるように構成されたベースを有する遠位部材と、
軸方向に対して遠位部材の方向配置を調節するために軸方向に沿って移動可能な複数のロッドであって、ロッドはベースに回転可能に連結されて、軸方向に延び、軸方向に沿った第１ロッドの前進または後退が第１角度でベースを傾けるので、遠位部材が第１関節方向に向く複数のロッド
を含むロボット手術器具。
【請求項２】
第１角度が約３０度よりも大きい請求項１に記載のロボット手術器具。
【請求項３】
第１角度が約６０度よりも大きい請求項２に記載のロボット手術器具。
【請求項４】
第１角度が約７０度よりも大きい請求項３に記載のロボット手術器具。
【請求項５】
軸方向に沿った第２ロッドの前進または後退が第２角度でベースを傾けるので、遠位部材が第２関節方向に向く請求項１に記載のロボット手術器具。
【請求項６】
第２角度が約３０度よりも大きい請求項５に記載のロボット手術器具。
【請求項７】
複数のロッドが３本のロッドからなる請求項５に記載のロボット手術器具。
【請求項８】
複数のロッドが４本のロッドからなる請求項５に記載のロボット手術器具。
【請求項９】
第１と第２ロッドが互いに隣接している請求項８に記載のロボット手術器具。
【請求項１０】
複数のリンク機構をさらに含み、各リンク機構は複数のロッドの１本をベースに連結している請求項１に記載のロボット手術器具。
【請求項１１】
リンク機構が直交リンク機構を含み、直交リンク機構は、複数のロッドの１つに回転可能に連結できる第１リンク部分と、ベースに回転可能に連結できる第２リンク部分とを有し、第１リンク部分と第２リンク部分は直交平面内にある請求項１０に記載のロボット手術器具。
【請求項１２】
複数のガイド・スロットをさらに含み、各ガイド・スロットは、複数のロッドの１つを受け入れ、軸方向に沿って案内するように作られている請求項１に記載のロボット手術器具。
【請求項１３】
ガイド・スロットがガイド・チューブの中心軸に対して対称に配置されている請求項１２に記載のロボット手術器具。
【請求項１４】
第１ロッドを前進または後退させるための手段を有する器具ベースをさらに含む請求項１に記載のロボット手術器具。
【請求項１５】
器具ベースが第１回転作動部材を有し、第１回転作動部材に第１ロッドが取り付けられていて、第１セクタ回転作動部材の回転が第１ロッドを前進または後退させる請求項１４に記載のロボット手術器具。
【請求項１６】
１本の別のロッドが第１ロッドとは直径方向に対向する位置で第１回転作動部材に取り付けられていて、第１回転作動部材の回転は同時に第１ロッドを前進させて別のロッドを後退させる請求項１５に記載のロボット手術器具。
【請求項１７】
第１回転作動部材の回転が同時に第１ロッドを前進させて別のロッドを同じ量だけ後退させる請求項１６に記載のロボット手術器具。
【請求項１８】
器具ベースがさらに第２回転作動部材を有し、第２回転作動部材に第２ロッドが取り付けられていて、第２回転作動部材の回転が第２ロッドを実質的に軸方向に沿って前進または後退させ、第２角度でベースを傾けるので、遠位部材は第２関節方向を向く請求項１５に記載のロボット手術器具。
【請求項１９】
器具ベースがロール・プーリーをさらに含み、ロール・プーリーは第１と第２ロッドを軸方向に平行な中心軸の周りに回転させる請求項１８に記載のロボット手術器具。
【請求項２０】
器具ベースが端部実行器を作動するための手段をさらに含む請求項１５に記載のロボット手術器具。
【請求項２１】
端部実行器が掴み器、デベーキ鉗子、微小鉗子、ポッツ鋏、クリップ・アプライヤ、円刃刀、または電気焼灼プローブを含む請求項２０に記載のロボット手術器具。
【請求項２２】
ロボット手術器具であって、
端部実行器を支えるために構成された、ベースを有する遠位部材と、
軸方向に対して遠位部材の方向配置を調節するために軸方向に沿って移動可能な複数のロッドと、
複数の直交リンク機構組立体であって、各リンク機構組立体は複数のロッドの１本をベースに回転可能に連結して、ベースが軸方向に対して２直交方向に向かって傾けさせることができる、複数の直交リンク機構組立体と
を含むロボット手術器具。
【請求項２３】
各直交リンク機構組立体が直交リンク機構を含み、直交リンク機構は、複数のロッドの１つに回転可能に連結できる第１リンク部分と、ベースに回転可能に連結できる第２リンク部分とを有し、第１リンク部分と第２リンク部分は直交平面内にある請求項２２に記載のロボット手術器具。
【請求項２４】
各直交リンク機構組立体がリンク機構ファスナを含み、リンク機構ファスナは、複数のロッドの１つに回転可能に連結できるリンク・ベース部分と、ベースに回転可能に連結できる円筒状締付け端部分とを有する請求項２２に記載のロボット手術器具。
【請求項２５】
各ロッドが直交方向の少なくとも一方向に可とう性である請求項２２に記載のロボット手術器具。
【請求項２６】
各ロッドが広い側と狭い側とを持つ矩形断面を有し、ロッドが広い側に沿って可とう性である請求項２５に記載のロボット手術器具。
【請求項２７】
ロボット手術器具を作動させる方法であって、
外科端部実行器に結合可能で、ベースを有する遠位部材と、
ベースに回転可能に連結されて、軸方向に延びる複数のロッドと
を含む手首を含むロボット手術器具を準備するステップと、
遠位部材が第１関節方向を向くように、第１角度でベースを傾けるために複数のロッドの第１ロッドを操作することによって手首を作動させるステップと
を含む方法。
【請求項２８】
操作が第１ロッドを前進させることおよび後退させることを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前進させることおよび後退させることが、第１ロッドが取り付けられている第１回転作動部材を回転させることを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
１本の別のロッドが、第１ロッドとは直径方向に対向する位置で第１回転作動部材に取り付けられており、第１回転作動部材を回転させると、同時に第１ロッドが前進し別のロッドが後退する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
第１回転作動部材を回転させると、同時に第１ロッドが前進し別のロッドが同じ量だけ後退する請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
手首を作動することが、遠位部材が第２関節方向を向くように、第２角度でベースを傾けるために複数のロッドの第２ロッドを操作することをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前進させることおよび後退させることが、第２ロッドが取り付けられている第２回転作動部材を回転させることを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
ベースを回転させるために軸方向に平行な中心軸の周りに複数のロッドを回転させることによって手首を作動することをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
複数のロッドを回転させることは、複数のロッドが通って延びるロール・プーリーを回転させることを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
端部実行器をベースに結合すること、および端部実行器を作動することをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本出願は、２００１年６月２９日に出願された米国特許仮出願番号６０／３０１９６７、および２００１年１０月５日に出願された米国特許仮出願番号６０／３２７７０２に基づき、これらの利益を請求するものであり、これらの仮出願の開示内容はすべて参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本出願は、下記の特許および特許出願に関するものであり、これらの開示内容はすべて参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
１９９８年９月１８日に出願されて、ＷＯ９９／５０７２１として公告された「Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」（ロボット装置）と題するＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９８／１９５０８、
【０００４】
１９９９年１０月１５日に出願された「Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｔｏｏｌｓ，Ｄａｔａ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ａｎｄ  Ｕｓｅ」（外科用ロボット器具、データ・アーキテクチャ、および使用）と題する米国特許出願番号０９／４１８７２６、
【０００５】
１９９８年１２月８日に出願された「Ｉｍａｇｅ  Ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ａ  Ｔｅｌｅｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ」（遠隔ロボット・システムのための画像シフト）と題する米国特許出願番号６０／１１１７１１、
【０００６】
１９９９年８月２０日に出願された「Ｓｔｅｒｅｏ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｔｅｌｅｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ」（遠隔ロボット・システムにおいて使用するためのステレオ結像システム）と題する米国特許出願番号０９／３７８１７３、
【０００７】
１９９９年９月１７日に出願された「Ｍａｓｔｅｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  Ｄｅｇｒｅｅｓ  ｏｆ  Ｆｒｅｅｄｏｍ」（冗長自由度を有するマスター）と題する米国特許出願番号０９／３９８５０７、
【０００８】
１９９９年９月１７日に出願された「Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｔｅｌｅｓｕｒｇｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」（協力的な最小侵襲遠隔外科システム）と題する米国特許出願番号０９／３９９４５７、
【０００９】
１９９９年８月１３日に出願された「Ｃａｍｅｒａ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ａ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」（最小侵襲外科装置におけるカメラ関連制御）と題する米国特許出願番号０９／３７３６７８、
【００１０】
１９９９年９月１７日に出願された「Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｔｏｏｌｓ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｔｅｌｅｓｕｒｇｉｃａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（最小侵襲遠隔外科応用において使用するための外科器具）と題する米国特許出願番号０９／３９８９５８、
【００１１】
１９９８年９月１５日に発行された「Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ」（内視鏡外科器械と使用方法）と題する米国特許第５８０８６６５号。
【００１２】
（連邦政府援助の研究開発の下で行われた発明の権利）
該当なし。
【００１３】
（コンパクト・ディスクの上に提示された「配列リスト表示」、表、またはコンピュータ・プログラム・リスト表示の付録）
該当なし。
【技術分野】
【００１４】
本発明は、一般に外科器具に関し、具体的には、ロボット手術を行うための外科器具におけるさまざまな手首機構に関する。
【背景技術】
【００１５】
ロボット手術は、患者の治療における最小侵襲外科（ＭＩＳ）技法の使用を改良および拡張するために発達してきた。最小侵襲外科は、診断または外科処置中に傷つけられる外面組織の量を減らすことを目的とするもので、これによって患者の回復時間、不快、および有害な副作用を減らす。標準的な外科手術のための平均的な入院期間もまた、ＭＩＳ技法を使用して著しく短縮することができる。したがって、最小侵襲外科の採用が増加することによって、入院費用のみにおいても年間何百万日もの入院日と何百万ドルもの費用が節約されよう。患者の回復時間、患者の不快感、外科的な副作用、および作業から消え去る時間も、最小侵襲外科によって減らすことができる。
【００１６】
最小侵襲外科の最も普通の形は内視鏡検査と言えよう。また、内視鏡検査の最も普通の形は多分、腹腔内部における最小侵襲検査や手術であるラパロスコピーである。標準的な腹腔鏡外科では、患者の腹部にガスが吹き込まれ、カニューレ筒を小さな（約１／２インチの）（約１．３ｃｍの）切開部に通して、腹腔鏡外科器械のための入口ポートとする。腹腔鏡外科器械は一般に、（外科手術領域を見るための）腹腔鏡と手術器具とを含む。手術器具は、従来の（開腹）外科手術で使用される器具と同様なものであるが、各器具の作業端または端部実行器がそのハンドルから延長チューブによって分離されている点が異なる。本明細書で使用されるように、用語「端部実行器」とは、外科器械の実際の作業部分を意味し、例えばクランプ、掴み器、鋏、ステープラ、針持器などを含む。外科処置を実施するために、外科医はこれらの手術器具または器械を、カニューレ筒を通して内部手術箇所に入れ、これらを腹部の外側から操作する。外科医は、腹腔鏡から取られる手術箇所の画像を表示するモニターによって処置を監視する。同様な内視鏡技法は、例えば関節鏡検査、後腹膜鏡検査、腎盂鏡検査、腎臓鏡検査、膀胱鏡検査、槽鏡検査、洞鏡検査、子宮鏡検査、尿道鏡検査などで採用されている。
【００１７】
現在のＭＩＳ技術には多くの欠点がある。例えば、現存のＭＩＳ器械では、開腹外科手術において見られる器具配置の柔軟性を外科医に提供しない。ほとんどの現在の腹腔鏡検査器具には剛性のシャフトがあるので、小さな切開部を通して手術箇所へ接近することが困難になる可能性がある。さらに、多くの内視鏡検査器械の長さと構造が、付属器具の端部実行器に対して組織および器官によって加えられる力を感じる外科医の能力を低下させる。内視鏡検査器械の器用さと感度の不足が、最小侵襲外科の拡張に対する主な障害である。
【００１８】
最小侵襲遠隔外科ロボット・システムが、内部手術箇所内で手術するときの外科医の器用さを助長させるため、ならびに外科医が離れた位置から患者に対して手術できるようにするために開発中である。ある遠隔外科システムでは、コンピュータ・ワークステーションにおいて手術箇所の画像が外科医に提供されることが多い。適当なビューアまたは表示装置の上で手術箇所の三次元画像を見ながら、外科医は、ワークステーションのマスター入力または制御装置を操作することによって患者に対して外科処置を行う。マスターはサーボ機械的に作動される外科器械の動きを制御する。外科処置中に、遠隔外科システムは、さまざまな外科器械または器具の機械的作動または制御を提供することができ、これらの外科器械または器具は、マスター・コントローラ装置の操作に応答して、例えば針を保持または駆動したり、血管を掴んだり、または組織を切開するなどの外科医のさまざまな役目を果たす例えば組織掴み器、針持器などの端部実行器を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
これらの端部実行器の捜査と制御は、ロボット手術システムの重要な態様である。この理由で、直交する３つのシャフトの周りに端部実行器の３度の回転運動を与えて、外科医の手首の自然な動作を真似る機構を含む外科器具を準備することが望ましい。このような機構は、最小侵襲処置において使用するために適切なサイズを有するべきで、あり得る欠陥点を減らすために比較的簡単な設計でなければならない。さらに、このような機構は、端部実行器をさまざまな多くの位置で操作できるように、適切な回転角度を提供しなければならない。これらの目的の少なくとも一部は下記の本発明によって満たされよう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、外科手術を行うためにロボット手術システムにおいて使用するためのロボット手術器具を提供する。ロボット手術システムは、外科医によってロボット式に動かされる器具によって外科手術を行う。この種のシステムは一般に、マスター・コントローラとロボット・アーム・スレイブ・カートとを含む。ロボット・アーム・スレイブ・カートは患者の身体の隣に位置付けられ、外科手術を行うために器具を移動させる。器具は、最小侵襲接近開口部を通して患者身体内部の内部外科処置箇所に延びるシャフトを有する。ロボット・アーム・スレイブ・カートは、外科医によって掴まれるマスター・コントローラに接続されており、外科医がステレオ表示装置の上で処置を見ている間に空間内を操作される。マスター・コントローラは手動入力装置であり、６の自由度で動くことが好ましく、器具を作動させるため（例えば、把握鋸を閉じる、電極に電位を印加するなどのため）に作動可能ハンドルをさらに有することがある。ロボット手術システムおよび方法は、さらに１９９７年１１月２１日に出願された同時係属中の米国特許出願番号０８／９７５６１７に記載されており、これは本明細書に参照によって組み込まれている。
【００２１】
上述のように、ロボット手術器具は細長いシャフトを備え、シャフトの遠位端近くには外科端部実行器が取り付けられている。本明細書で使用されているように、用語「外科器械」、「器械」、「外科器具」または「器具」とは、患者の腔の中における外科処置箇所内に導入されるべき１つまたは複数の実行器を支え、かつ１つまたは複数の端部実行器を操作して外科処置箇所における目標組織の望みの治療または医療機能を施すために腔の外部から作動可能である、作業端部を有する部材を指す。器械または器具は、遠位端に１つまたは複数の端部実行器を持っているシャフトを含み、針を保持または駆動する、血管を掴む、組織を切開するなどの機能を実行するための遠隔外科システムによってサーボ機械的に作動されることが好ましい。さらに、本明細書で使用されているように、「端部実行器」とは、目標組織の所定の治療を行うために操作可能な実際の作業部分を指す。例えば、いくつかの端部実行器は円刃刀、刃、または電極などの単一作業部材を有する。別の端部実行器は、例えば鉗子、把握器、鋏、またはクリップ・アプライヤなどの一対または複数の作業部材を有する。
【００２２】
本発明の第１態様では、ロボット手術器具は、端部実行器を連結したシャフトの遠位端の近くに配置された手首機構を含む。手首機構は、端部実行器を支えるように構成された遠位部材と、シャフト内部で一般に軸方向に沿って延びる複数のロッドとを含み、これらのロッドは、軸方向またはシャフトに対して遠位部材の向きを調節するために一般にこの軸方向に沿って可動である。遠位部材は、端部実行器を支持するために適当などのような形を有してもよい。ほとんどの実施形態において、遠位部材はクレビスの形を有する。いずれにしても遠位部材は、ロッドが回転可能に連結されるベースを有する。
【００２３】
一般に軸方向に沿った第１ロッドの前進または後退がベースを第１角度だけ傾けることになり、遠位部材は第１関節方向に向く。第１角度は０〜９０度の範囲のどの角度でもよく、第１関節方向が軸方向に平行ではない任意の角度になるように向けられる。これによって、遠位部材は端部実行器を外科器具のシャフトに対して任意の方向に向けることができる。ほとんどの実施態様で、第１角度は約３０度よりも大きい。ある実施態様では第１角度は約６０度よりも大きく、別の実施態様では第１角度は約７０度よりも大きい。この第１角度は手首機構のピッチまたはヨーの角度であると言える。
【００２４】
ある実施態様では、一般に軸方向に沿った第２ロッドの前進または後退は、ベースを第２角度だけ傾けることになり、遠位部材は第２関節方向に向く。第２角度は０〜９０度の範囲におけるどの角度でもよく、第２関節方向が軸方向に平行ではない任意の角度になるように向けられる。第２角度の追加によって、遠位部材は端部実行器を外科器具のシャフトに対して本質的に複合角度または第２関節方向に向けることができる。ほとんどの実施態様では、第２角度は約３０度よりも大きい。ある実施態様では第２角度は約６０度よりも大きく、別の実施態様では第２角度は約７０度よりも大きい。第１角度が手首機構のピッチ角度である場合には、第２角度は手首機構のヨー角度であり、この逆も成り立つ。
【００２５】
複数のロッドは２、３、４本またはそれ以上のロッドとすることができる。好ましい実施態様では、３本または４本のロッドがピッチとヨー両方の角形成を行わせるために使用される。４本のロッドが使用されると、第１と第２ロッドは互いに隣接して位置付けられ、他の２本のロッドは、第１と第２ロッドに対して直径方向に対向する位置に置かれる。通常、４本のロッドはシャフトの中心軸または軸方向の周りに対称に配置される。第１ロッドが前進すると、直径方向に対向するロッドは同時に後退する。同様に、第１ロッドが後退すると、直径方向に対向するロッドは同時に前進する。これは、第２ロッドとこれに直径方向に対向するロッドの場合も同様である。したがって、ロッドは対で作動する。このような作動を後にさらに説明する。
【００２６】
ロッドの所望の位置決めを維持するために、ある実施態様では、複数のガイド・スロットを有するガイド・チューブが含まれる。各ガイド・スロットは、実質的に軸方向に沿って複数のロッドの１本を受け入れて案内する形になっている。ある実施態様では、ロッドは矩形断面を有するように作られている。これらの例では、対応するガイド・スロットもまた矩形に作られて、ロッドを受け入れてその正しい向きを維持する。
【００２７】
本発明の第２態様では、ロボット手術器具は、シャフトの遠位端の近くに配置された器具ベースを含む。器具ベースは、手首機構を作動するための機構や、ときには端部実行器を作動するための機構を含む。手首機構を作動するための機構は、第１ロッドを前進または後退させるための機構を含む。ある実施態様では、このような機構は、第１ロッドが取り付けられた第１回転作動部材を含み、したがって第１回転作動部材の回転は第１ロッドを前進または後退させる。一般的に、別の１本のロッドが、第１ロッドとは直径方向に対向する位置で第１回転作動部材に取り付けられているので、第１回転作動部材の回転は同時に第１ロッドを前進させ、直径方向に対向するロッドを後退させる。ある実施態様では、器具ベースはさらに第２ロッドが取り付けられた第２回転作動部材を含み、したがって第２回転作動部材の回転は、実質的に軸方向に沿って第２ロッドを前進または後退させる。同様に、他の１本のロッドが第２ロッドとは直径方向に対向する位置で第２回転作動部材に取り付けられると、第２回転作動部材の回転は同時に第２ロッドを前進させ、直径方向に対向するロッドを後退させる。こうして、第１と第２回転作動部材を回転させることによって、遠位部材は２つの角度または複合角度に傾けられ、したがって遠位部材はどのような望みの方向にも向く。これによって三次元全体にわたって端部実行器の微細制御が可能になる。
【００２８】
本発明によるロボット手術器具はロール運動用の設備も含むことができる。ロール運動は、シャフトをその中心軸の周りに回転させることによって達成される。シャフトはガイド・チューブに連結され、複数のロッドがガイド・チューブを通過しているので、シャフトの回転はガイド・チューブを回転させ、ガイド・チューブは、軸方向に平行な中心軸の周りにロッドを回転させる。このようなロール運動を起こさせるために、上述の器具ベースは、シャフトを回転させるロール・プーリーを含む。ロッドはロール・プーリーを通して延びて回転作動部材に取り付けられているので、このような回転はロッドを曲げることによって可能である。ロッドの長さ、太さ、および可とう性によって、３６０度の回転が可能である。したがって、ピッチ、ヨー、およびロール運動を器具ベースによって、特に回転作動部材とロール・プーリーとの操作によって個別に作動することができる。
【００２９】
手首機構の作動はロッドの操作によって達成されるが、遠位部材の傾きと操作を望みの通りの向きにするのは、ロッドのベースへの連結である。このような連結は、複数のリンク機構を使用することによって達成され、各リンク機構はベースによって複数のロッドの１つに連結されている。ある実施態様では、リンク機構は直交リンク機構組立体を含む。各直交リンク機構組立体は、複数のロッドの１つをベースに回転可能に連結して、ベースを軸方向に対して少なくとも２方向に回転できるようにする。ある実施態様では、各直交リンク機構組立体は、第１リンク部分と第２リンク部分とを有する１つの直交リンク機構を含み、第１リンク部分は複数のロッドの１つに回転可能に連結可能であり、第２リンク部分はベースに回転可能に連結可能であり、第１リンク部分と第２リンク部分とは直交平面内にある。別の実施態様では、各直交リンク機構組立体はリンク機構ファスナを含み、リンク機構ファスナは、複数のロッドの１つに回転可能に連結可能なリンク・ベース部分と、ベースに回転可能に連結可能な円筒状締付け端部とを有する。さまざまな直交リンク機構組立体によって、ベースを軸方向に対してさまざまな角度に回転することができる。
【００３０】
このような回転はロッドの可とう性によって助けられる。一般に、各ロッドは少なくとも一方向に可とう性である。例えば、各ロッドが広い側と狭い側とを持つ矩形断面を有するときは、ロッドは広い側に沿って可とう性であるが、狭い側に沿って剛性である。広い側がシャフトの周辺に平行になるようにロッドを配置すると、広い側に沿った可とう性によって、各ロッドはシャフトまたは縦軸の中心に向かって僅かにたわむことができる。これは、遠位部材のより大きな回転と設計パラメータの融通性を可能にする。
【００３１】
本発明の第３態様では、ロボット手術器具を作動させる方法が提供される。ある実施態様の方法は、外科端部実行器に結合可能な遠位部材を含む手首機構を含み、ベースとそのベースに回転可能に連結されて軸方向に沿って延びる複数のロッドとを有するロボット手術器具を提供すること、および遠位部材が第１関節方向を向くようにベースを第１角度だけ傾けるために複数のロッドの第１ロッドを操作することによって手首を作動させることを含む。操作は一般的に、第１ロッドを前進させることおよび後退させることを含む。前述のように、前進させることおよび後退させることは、第１ロッドが取り付けられている第１回転作動部材を回転させることを含んでもよい。同様に、手首を作動させることは、遠位部材が第２関節方向を向くようにベースを第２角度だけ傾けるために複数のロッドの第２ロッドを操作することをさらに含んでもよい。さらに、前進させることおよび後退させることは、第２ロッドが取り付けられている第２回転作動部材を回転させることを含んでもよい。
【００３２】
ある実施態様では、方法は、ベースを回転させるために軸方向に平行な縦軸の周りに複数のロッドを回転させることによって手首を作動することをさらに含む。ある実施態様では、複数のロッドを回転させることは、複数のロッドが通って延びるロール・プーリーを回転させることを含む。最後に、方法は、端部実行器をベースに結合すること、および端部実行器を作動することをさらに含んでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の他の目的および利点は添付の図面と共に行う詳細な説明から明らかになろう。
【００３４】
図１は、ロボット手術システムにおいて使用される本発明の外科器具５０を示す。外科器具５０は、近位端５４と、遠位端５６と、これらの間の縦軸とを有する剛性のシャフト５２を含む。近位端５４は器具ベース６２に結合されている。器具ベース６２は、ロボット・アーム・カート上のマニピュレータに器具５０を機械的および電気的に接続するインターフェース６４を含む。遠位部材、この実施形態では遠位クレビス５８は、手首継手または手首機構１０によってシャフト５２に結合され、手首機構１０は遠位クレビス５８に少なくとも１の自由度を与える。少なくとも３の自由度を与えることが理想的である。遠位クレビス５８は外科端部実行器６６、すなわち目標組織の所定の治療を行うために操作可能な実際の作業部分を支持する。例示的な外科端部実行器６６を図２Ａと２Ｂに示す。図２Ａには掴み器７０が図示され、図２Ｂには焼灼隔離実行器７２が図示されている。しかしながら、いくつかを挙げるとすれば、デベーキ鉗子、微小鉗子、ポッツ鋏、クリップ・アプライヤ、円刃刀、または電気焼灼プローブ、などの任意の適当な端部実行器６６を使用できることは理解されよう。端部実行器６６は永続的に取り付けることができ、または取外し可能で外科的必要性に応じて異なる形式の端部実行器６６と任意で取り替えることもできる。
【００３５】
端部実行器６６は手首機構１０によって操作されて、シャフト５２の軸方向または長手方向軸５１に対して（ロール、ピッチ、およびヨーにおける）広い範囲の角度での連続運動の能力を提供する。手首機構１０の一実施形態を図３、３Ａから３Ｄまでに図示する。図３を参照すると、手首継手または機構１０は、複数の直交リンク機構１６を介して複数のロッド１４に連結された遠位部材１２を含む。遠位部材１２の運動は直接に外科端部実行器６６に伝達される。この実施形態では、遠位部材１２は皿の形状を有し、直交リンク機構１６に連結された開口１７を有する複数の足１８を含む。少なくとも３本のロッドがあり、図３に示すように４本のロッド１４があることはもっと望ましい。ロッド１４は、それを案内して支持するシャフト５２（図３には示さず）の中をガイド・チューブ２０を通して延びている。図３Ａは、４本のロッド１４を受け入れるための４つのガイド・スロット３０を有するガイド・チューブ２０を示す。図３Ｂは、異なる実施形態において、３本のロッドを受け入れるための３つのガイド・スロット３０’を有するガイド・チューブ２０’を示す。連続的な方式でさまざまな方向に遠位部材１２をロッド１４で操作し方向付けるために、ガイド・スロット３０、３０’が一般に円形のパターンで均等に配置されている。
【００３６】
ロッド１４がガイド・チューブ２０のガイド・スロット３０を滑って上下すると、直交リンク機構１６は運動を遠位部材１２に伝える。ロッド１４は一平面内で撓み他の平面では剛性になるように構成されている。図示された実施形態では、ロッド１４は平らにされて、広い面と狭い幅を有する矩形断面を有する。ロッド１４は広い面に沿って撓むことができ、狭い幅に沿って剛性のままである。図３Ａと３Ｂを参照すると、ロッド１４は撓むことができ、ガイド・チューブ２０、２０’の中心または中心軸に向かうか、またはこれから離れるが、ガイド・チューブ２０、２０’の周辺に沿って側方向に剛性を維持する。
【００３７】
ロッド１４は、その遠位端の近くに開口１９を含み、遠位端は直交リンク機構１６を介してロッド１４を遠位部材１２に連結する。各直交リンク機構１６は第１リンク部分２２と第２リンク部分２４とを有し、これらのリンクは図３Ｃと３Ｄに図示するように直交式に方向付けられている。第１リンク部分２２は第１開口を含み、第２リンク部分２４は、第１開口に対して直角の方向に向く第２開口を含む。第２リンク部分２４は、第２リンク部分２４の開口とロッド１４の遠位端の開口とを通して延びるファスナ２６によって、ロッド１４の遠位端に回転可能に結合されている。第１リンク部分２２は、第１リンク部分２２の開口と足１８の開口とを通して延びるファスナ２８によって、遠位部材１２の足１８に回転可能に結合されている。各直交リンク機構１６は２つの直交方向におけるロッド１４と遠位部材１２との間の相対運動を可能にするので、遠位部材１２を関節式に連結して、ガイド・チューブ２０の軸方向に対して（ロール、ピッチ、およびヨーにおける）広い範囲の角度で向きを変えるように連続的に動かすことができる。
【００３８】
第１ロッドが一般に軸方向に延びると、遠位部材またはクレビスは第１角度で傾く。同様に、第２ロッドが一般に軸方向に延びると、遠位部材またはクレビスは第２角度で傾いて複合角度を作る。この運動の一例を図４の単純化された図解で示す。ここで遠位クレビス５８は、そのクレビス５８が第１関節方向４１を向くように、第１角度３９で傾いた一点鎖線で示されている。解り易くするために、軸方向３７をｙ軸に整列させ、第１関節方向４１をｚ軸に整列しているので、第１角度３９はｙ−ｚ平面の中に形成される。次に遠位クレビス５８は第２角度４３で傾くので、クレビス５８は第２関節方向４５に向く。第２角度４３はｘ−ｚ平面の中に形成される。この図形では、第１角度３９はピッチ角度を示し、第２角度４３はヨー角度を示す。
【００３９】
一般に、遠位部材１２が関節運動できる角度範囲は、ピッチとヨーとの運動の組合せに応じて変化する。例えば、図５は遠位部材１２の上面図を示し、これは第１ロッド連結点５００、第２ロッド連結点５０２、第３ロッド連結点５０４、第４ロッド連結点５０６を示す。この例では、純粋なピッチの運動は、ｙ軸の周りの遠位部材１２の回転すなわちｘ方向または−ｘ方向への遠位部材の傾きを含むことになる。これは、第２ロッドと対応する第２ロッド連結点５０２の前進と、第４ロッドと対応する第４ロッド連結点５０６の後退とによって達成され、またはこの逆も成り立つ。同様に、この例では、純粋なヨーの運動は、ｘ軸の周りの遠位部材１２の回転すなわちｙ方向または−ｙ方向への遠位部材の傾きを含む。これは、第１ロッドと対応する第１ロッド連結点５００の前進と、第３ロッドと対応する第３ロッド連結点５０４の後退とによって達成され、またはこの逆も成り立つ。純粋なピッチまたは純粋なヨーでは、遠位部材１２を約９０度までの角度で傾けることができる。
【００４０】
しかし、遠位部材１２が純粋なピッチと純粋なヨーとの間のある一方向に向くように方向付けられると、完全な回転を達成する場合に追加の難しさが生ずる。特に、最も難しい位置は、遠位部材を、ほぼ等しいピッチとヨーとを含むｘ方向とｙ方向との中間であるｍ方向に向けて傾けるときに生ずる。同様にこれは図５に示すようにｍ’、ｍ”、ｍ'''の方向に傾ける場合である。これらの位置では、手首機構１０のさまざまな設計変更によって、さまざまな角度範囲にわたる遠位部材の運動が可能になる。例えば、手首機構１０の３つの異なる実施形態を図６Ａから６Ｆまでに示すが、各手首機構１０の設計はこの最も難しい位置において異なる運動範囲を提供する。図６Ａは手首機構１０の第１主要実施形態の図であるが、この機構は対応する図６Ｂに示すように、±４０度の概略範囲における運動を可能にする。図６Ｂでは、複数のロッドが示されており、第１ロッドと第２ロッドは一般に軸方向３７に沿って延びており、この軸方向は（複合角度３９を形成する）第１角度と第２角度の組合せでクレビス５８を傾けるので、クレビス５８は関節方向４１に向く。この例では、角度３９はほぼ３９．２度である。この手首機構の実施形態は先に紹介されたものであり、下記でさらに詳しく説明する。図６Ｃは手首機構１０の第２主要実施形態の図であるが、この機構は対応する図６Ｄに示すように、±６４度の概略範囲における運動を可能にする。これもまた複数のロッドが示されており、第１ロッドと第２ロッドは一般に軸方向３７に沿って延びており、この軸方向は（複合角度３９を形成する）第１角度と第２角度の組合せでクレビス５８を傾けるので、クレビス５８は関節方向４１に向く。この例では、角度３９はほぼ６３．５度である。図６Ｅは手首機構１０の第３主要実施形態の図であるが、この機構は対応する図６Ｆに示すように、±７４度の概略範囲における運動を可能にする。同様に、複数のロッドが示されており、第１ロッドと第２ロッドは一般に軸方向３７に沿って延びており、この軸方向は（複合角度３９を形成する）第１角度と第２角度の組合せでクレビス５８を傾けるので、クレビス５８は関節方向４１に向く。この例では、角度３９はほぼ７３．７度である。
【００４１】
図６Ａから６Ｆまでの３つの異なる主要実施形態を、さらに完全に説明図解する。第１主要実施形態の手首機構１０は図７〜１０、１１Ａ〜１１Ｂ、１２、１３に図示されており、上記の条件の下で±４０度の概略範囲を提供する。図７を参照すると、遠位部材は、開口１７を備えた複数の足１８を有する遠位クレビス５８の形状である。この図では２つの足１８が見えるが、この実施形態では部分的に示すように遠位クレビス５８のベース５９の周りに対称に位置付けられた４つの足１８が存在する。各ロッド１４は、直交リンク機構組立体によって足１８の１つに連結されている。この実施形態では、直交リンク機構組立体は、第１開口２３を有する第１リンク部分２２と第２開口２５を有する第１リンク部分２４とを有する直交リンク機構１６を備え、第１リンク部分２２と第２リンク部分２４は直交平面の中に位置する。したがって、開口２３、２５は９０度隔たった方向に向いている。ロッド１４は、第２開口２５とロッド１４の遠位端部１５の近くにある開口１９とを通して、ファスナ２６を挿入することによって第２リンク部分２４に連結される。図示するように、開口１９はロッド１４の広い側１４ａを通過している。ファスナ２６はどのような適当な形式のものでもよく、例えばファスナ２６は図示するようにヘッド２７と本体２９を含んでもよい。この場合には、本体２９は適切な開口を通して挿入される。いったん挿入すると、ファスナ２６を、スエージングによるなどの本体２９の変形を行ってフランジ、リップ、フック、またはクリンプを作ることにより、適所に保持する。したがって、第２リンク部分２４とロッド１４の遠位端部１５とを共に、ヘッド２７と本体２９のスエージングされた端部との間に保持することができる。これによって、第２リンク部分２４の平面におけるロッド１４の自由な回転が可能になる。第２リンク部分２４とロッド１４の遠位端部１５とのこのような接合は、図８に示されている。
【００４２】
同様に、第１リンク部分２２を、足１８の開口１７と第１リンク部分２２の第１開口２３とを通してファスナ２８を挿入することによって、足１８の１つに連結する。やはり、いったん挿入すると、ファスナ２８を、スエージングなどによって本体２９を変形させることによって適所に保持することができる。したがって、第１リンク部分２２と足１８とを共に、ヘッド２７と本体２９のスエージングされた端部との間に保持することができる。これによって、足１８の平面における第１リンク部分２２の自由な回転が可能になる。第１リンク部分２２と足１８とのこのような接合は図９に示されている。直交リンク機構１６の形状と開口２３、２５の直交する方向配置によって、足１８は、第２リンク部分２４の平面またはロッド１４の広い面１４ａにおいて、開口１９からずらして並進し、同時に第２リンク部分２４の平面に直角な、またはロッド１４の狭い側１４ｂに平行な平面内で回転することが可能になる。したがって、足１８に取り付けられた遠位クレビス５８を、同時に２つの軸に沿ってさまざまな角度に傾けることができる。
【００４３】
図１０に示すように、４本のロッド１４の各々は上述のように対応する足１８に連結されている。図１１Ａは、４本のロッド１４がすべて遠位クレビス５８の足１８に取り付けられている手首機構１０を示す。図１１Ｂは図１１Ａの断面図である。４本のロッド１４があるときには、１本のロッドの前進は遠位クレビス５８を傾けて、前進したロッドから離れるように向ける。ある実施形態では、これは、遠位クレビス５８に取り付けられた直径方向に対向する位置にあるロッドを同時に後退させる。前進したロッドに隣接するロッドを前進させると、遠位クレビス５８は傾いて新たに前進したロッドから離れる方向に向き、同時に直径方向に対向するロッドを後退させる。どのロッドを前進させるか、およびどれだけ前進させるかを変えることによって、遠位クレビス５８を連続した一連の角度で傾けることができる。
【００４４】
第２主要実施形態の手首機構１１０を図１２〜１６、１７Ａ〜１７Ｂ、１８、１９に示すが、これは上記の条件の下で±６４度の概略範囲における運動を提供する。この実施形態では、遠位クレビス１５８は、第１半クレビス１０２と第２半クレビス１０４とから構成され、次いでこの２つはクレビス係合器１０６によって係合され、クレビス先端１０８が接合される。この機構は部品の組立てを容易にし、部品の数を減らし、運動の範囲を増加させる。
【００４５】
図１２には、第１半クレビス１０２が図示されている。第１主要実施形態におけるような足は持たず、開口１１７が第１半クレビス１０２の中に直接形成されている。次にロッド１１４を第１半クレビス１０２に、リンク機構ファスナ１１６を使用して取り付ける。リンク機構ファスナ１１６は、開口１２５を有するリンク・ベース部分１２４と、リンク・ベース部分１２４と同じ平面に延びる固着端部分１２８とを備えている。ロッド１１４をリンク・ベース部分１２４に、ファスナ１２６を開口１２５とロッド１１４の遠位端１１５の近くに位置する開口１１９とに挿入して連結する。図示するように、開口１１９はロッド１１４の狭い側１１４ｂを通過している。ファスナ１２６はどのような適当な形式のものでもよく、例えばファスナ１２６をヘッド１２７と本体１２９とを含むものとして示す。この場合、本体１２９を適切な開口を通して挿入する。いったん挿入すると、ファスナ１２６を、スエージングによるなどの本体１２９の変形を行ってフランジ、リップ、フック、またはクリンプを作ることにより、適所に保持する。したがって、リンク・ベース部分１２４とロッド１１４の遠位端部１１５とを共に、ヘッド１２７と本体１２９のスエージングされた端部との間に保持することができる。これによって、リンク・ベース部分１２４の平面におけるロッド１１４の自由な回転が可能になる。リンク・ベース部分１２４とロッド１１４の遠位端部１１５とのこのような接合は、図１３に示されている。
【００４６】
次にリンク機構ファスナ１１６を第１半クレビス１０２に、開口１１７を通して固着端部分１２８を挿入することによって連結する。いったん挿入すると、リンク機構ファスナ１１６を、スエージングによるなどの固着端部分１２８の変形を行ってフランジ、リップ、フック、またはクリンプを第１半クレビス１０２の中に作ることによって、適所に保持することができる。したがって第１半クレビス１０２を、リンク・ベース部分１２４と固着端部分１２８のスエージングされた端部との間に保持することができる。これによって、リンク・ベース部分１２４に直角な平面における第１半クレビス１０２の自由な回転が可能になる。リンク機構ファスナ１１６の形状と開口１１９、１２５、１１７の方向配置によって、第１半クレビス１０２は、リンク・ベース部分１２４の平面またはロッド１１４の狭い側１１４ｂの平面において、開口１１９からずらした位置で並進し、同時にリンク・ベース部分１２４の平面に直角な、またはロッド１１４の広い側１１４ａに平行な平面内で回転することが可能になる。したがって、取り付けられた第１半クレビス１０２を、同時に２つの軸に沿ってさまざまな角度に傾けることができる。
【００４７】
図１４に示すように、ロッド１１４は、上述のようにリンク機構ファスナ１１６を使用して、第１半クレビス１０２と第２半クレビス１０４との対応する開口１１９に連結される。この実施形態では、２本のロッド１１４が各半クレビス１０２、１０４に取り付けられて、全部で４本のロッドが対称に位置付けられている。やはり、任意の本数のロッド１１４を使用して、これらを任意の配置で半クレビス１０２、１０４に取り付けることができることは理解できよう。図１５に示すように、次に半クレビス１０２、１０４を、クレビス係合器１０６の中に挿入することによって係合する。クレビス係合器１０６は、図示するように半クレビス１０２、１０３が中でプレスばめされる一つのリングであってもよい。図１６を参照すると、次にクレビス係合器１０６を、一般的にはねじ込みばめまたはプレスばめによってクレビス先端１０８に接合させている。
【００４８】
図１７Ａは、４本のロッド１１４がすべて遠位クレビス１５８に取り付けられている手首機構１１０を示す。図１７Ｂは図１７Ａの断面図である。図１８は、器具５０のシャフト１５２内のガイド・チューブ１２０を通して挿入されたロッド１１４を示す手首機構１１０の斜視図である。ガイド・チューブ１２０はガイド・スロット１２１を含み、ガイド・スロット１２１を通してロッド１１４が通り、所望の方向配置でロッド１１４を保持する。１本のロッド１１４’の（矢印１３０で示す）前進は、遠位クレビス１５８を傾けて、図１９に示すように、前進したロッド１１４’から離れる方に向ける。ある実施形態では、これは、遠位クレビス１５８に取り付けられた直径方向に対向する位置にあるロッド１１４”を同時に後退させる。前進したロッドに隣接するロッドを前進させると、遠位クレビス１５８は傾いて新たに前進したロッドから離れる方向に向き、同時に直径方向に対向するロッドを後退させる。どのロッドを前進させるか、およびどれだけ前進させるかを変えることによって、遠位クレビスを連続した一連の角度で傾けることができる。
【００４９】
第３主要実施形態の手首機構２１０を図２０〜２２、２３Ａ〜２３Ｂ、２４に示すが、これは上記の条件の下で±７４度の概略範囲における運動を提供する。図２０を参照すると、遠位部材は遠位クレビス２５８の形をなしており、これは開口２１７を有する複数の足２１８とクレビス先端２０８とを有する。この図では、３個の足２１８が見えるが、この実施形態では、部分的に示されているように、遠位クレビス２５８のベース２５９の周りに４個の足２１８が対称に存在する。各ロッド２１４は、リンク機構ファスナ２１６によって足２１８の１つに連結されている。この機構は部品の組立てを容易にし、部品の数を減らし、運動の範囲を増加させる。
【００５０】
リンク機構ファスナ２１６は、開口２２５を有するリンク・ベース部分２２４と、リンク・ベース部分２２４と同じ平面に延びる固着端部分２２８とを備えている。ロッド２１４をリンク・ベース部分２２４に、ファスナ２２６を、ロッド２１４の遠位端１１５の近くにあるロッド２１４の広い側２１４ｂを通過する開口２１９と、開口２２５とに挿入することによって連結する。ファスナ２２６はどのような適当な形式のものでもよく、例えばファスナ２２６をヘッド２２７と本体２２９とを含むものとして示す。この場合、本体２２９を適切な開口を通して挿入する。いったん挿入すると、ファスナ２２６を、スエージングによるなどの本体２２９の変形を行ってフランジ、リップ、フック、またはクリンプを作ることにより、適所に保持する。したがって、リンク・ベース部分２２４とロッド２１４の遠位端部２１５とを共に、ヘッド２２７と本体２２９のスエージングされた端部との間に保持することができる。これによって、リンク・ベース部分２２４の平面におけるロッド２１４の自由な回転が可能になる。リンク・ベース部分２２４とロッド２１４の遠位端部２１５とのこのような接合は、図２１に示されている。
【００５１】
次に図２２に示すようにリンク機構ファスナ２１６を遠位クレビス２５８に、開口１１７を通して固着端部分２２８を挿入することによって連結する。いったん挿入すると、リンク機構ファスナ２１６を、スエージングによるなどの固着端部分２２８を変形させることによって、適所に保持することができる。したがって足２１８を、リンク・ベース部分２２４と固着端部分２２８のスエージングされた端部との間に保持することができる。これによって、リンク・ベース部分２２４に直角な平面における足２１８の自由な回転が可能になる。リンク機構ファスナ２１６の形状と開口２１９、２２５、２１７の方向配置によって、足２１８は、リンク・ベース部分２２４の平面またはロッド２１４の広い側２１４ａにおいて、開口２１９からずらして並進し、同時にリンク・ベース部分２２４の平面に直角な、またはロッド２１４の狭い側２１４ｂに平行な平面内で回転することが可能になる。したがって、取り付けられた遠位クレビス２５８を、同時に２つの軸に沿ってさまざまな角度に傾けることができる。
【００５２】
図２３Ａは、４本のロッド２１４がすべて遠位クレビス２５８に取り付けられている手首機構２１０を示す。図２３Ｂは図２３Ａの断面図である。図２４は手首機構２１０の斜視図である。１本のロッド２１４’の（矢印２３０で示す）前進は、遠位クレビス２５８を傾けて、前進したロッド２１４’から離れる方に向ける。ある実施形態では、これは同時に、遠位クレビス２５８に取り付けられた直径方向に対向する位置にあるロッド２１４”を後退させる。前進したロッドに隣接するロッドを前進させると、遠位クレビス２５８は傾いて新たに前進したロッドから離れる方向に向き、同時に直径方向に対向するロッドを後退させる。どのロッドを前進させるか、およびどれだけ前進させるかを変えることによって、遠位クレビスを連続した一連の角度で傾けることができる。
【００５３】
上に説明した手首機構実施形態のいずれの作動も、図１に概略的に図示した器具ベース６２の使用によって達成される。図示するように、シャフト５２の近位端５４は器具ベース６２に結合されている。ロッドはシャフト５２を通して手首機構１０から器具ベース６２まで延び、ロッドは操作されて手首機構を作動させる。操作を容易にするために、各ロッド３００は図２５に図示するようにケーブルまたはワイヤ３０２と接合されている。ワイヤ３０２はロッド３００よりも小さな直径を有し、ロッド３００の中心３０４と同心に係合する。図２６を見ると、次にワイヤ／ロッド組立体３０５はロール・プーリー３１０を通して器具ベース６２の内部に挿入される。器具ベース６２はさらに、図２７に示すように、セクタ・ピボット・ピン３１４の上に取り付けられたセクタ・ギヤ３１２などの回転作動部材をさらに含む。２つのピボット・ピン３２０が、ギヤ３１２の各側に１つずつ、各セクタ・ギヤ３１２の中に挿入されている。各ピボット・ピン３２０は平坦な表面３２２とクロス・ホール３２４を有する。セクタ・ギヤ３１２の中に挿入されると、ピボット・ピン３２０は自由に回転することができ、最大ロール角度の関節動作を可能にする。
【００５４】
ワイヤ／ロッド組立体をロール・プーリー３１０を通して前進させ、ワイヤ３０２を、図２８に示すように、ピボット・ピン３２０のクロス・ホール３２４を通して挿入する。図示するように、４個のピボット・ピン３２０の各々のクロス・ホール３２４は、ロール・プーリー３１０を向いてセクタ・ギヤ３１２の間に配置されている。したがって、４本のロッド３００の各々を個別のクロス・ホール３２４を通して挿入することができる。ピボット・ピン３２０の個数と配置が手首機構の設計に依存することは理解されよう。より多いかまたはより少ない数のロッド、または異なる配置のロッドを有する手首機構は、ロッドが連結される対応するピボット・ピン３２０を有することになろう。各クロス・ホール３２４は、ロッド３００ではなくワイヤ３０２が通過できるように寸法決めされる。したがって、ロッド３００はピボット・ピン３２０の平坦な表面３２２と突合せになる。ワイヤ／ロッド組立体の位置とロッド３００の平坦な表面３２２との突合せを維持するために、クリンプ３３０を図２９に示すようにワイヤ３０２の上を滑らせ、適切な位置でかしめる。
【００５５】
図３０は、器具ベース６２の上面斜視図である。ロッド３００がロール・プーリー３１０から出て、上述のようにセクタ・ギヤ３１２の間でピン３２０と連結している。ロッド３００の操作が手首機構を作動させて、遠位クレビスを所望の位置に位置付けさせる。例えば、セクタ・ギヤ３１２を、円状矢印によって示すように、ギヤ４００の作用によって時計回りまたは反時計回りに個別に回転させることができる。このような回転が、ロッド３００の位置に応じて各ロッド３００の前進または後退のいずれかを行う。例えば、セクタ・ギヤ３１２を時計回りに回転させることによって、ロッド３００’が前進し、同時にロッド３００”が後退する。上述のように、あるロッドの前進は遠位クレビスを傾けて前進したロッドから離れるように向けさせるが、この実施形態では、遠位クレビスの直径方向に対向する位置に取り付けられたロッドは同時に後退する。一般的に、あるロッドは前進すると同時に、直径方向に対向するロッドは同じ量だけ後退する。しかしながら、通常はロッドを特定のセクタ・ギヤ上のさまざまな箇所に取り付けることによって、これらのロッドの前進および後退を変更できることは理解されよう。いずれにしても、ロッドの前進および後退は、遠位クレビスおよび取り付けられた端部実行器のピッチ運動およびヨー運動をもたらす。またロッド３００を、円状矢印によって示すように、ロール・プーリー３１０を回転させるギヤ４２０の作用によって回転させることもできる。ロール・プーリー３１０はシャフト５４をその中心軸５１の周りに回転させる。次いでこれは、シャフト５４が連結されているガイド・チューブ２０を回転させる。ロッド３００はガイド・チューブ２０内のガイド・スロット３０を通過して、さらに後端部において回転作動部材に固定されているので、ガイド・スロット３０は中心軸５１の周りに円を描くようにロッド３００の遠位端を移動させるが、後端部は適所に固定されている。これはロッド３００の曲げによる。ロッドの長さ、太さ、および可とう性によって３６０度の回転が可能である。これは、遠位クレビスとそれに取り付けられた端部実行器のロール運動をもたらす。ロッド３００を作動および操作するために別の後端部機構を使用してもよいことは理解されよう。例えば、回転作動部材３１２を使用することなくロッド３００を個別に制御することもできる。
【００５６】
前述の発明を、理解し易くするために図解と例示によって説明したが、さまざまな代替形態、変更形態、および等価形態を使用することもでき、上記の説明を添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲を限定するものと理解してはならないことが明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による外科器具の一実施形態の全体斜視図である。
【図２】例示的な外科端部実行器を示す図である。
【図３】手首機構の一実施形態を示す図である。
【図３Ａ−３Ｂ】ガイド・チューブ内のガイド・スロットの可能な配置を示す図である。
【図３Ｃ−３Ｄ】直交リンク機構を介する遠位部材のロッドの連結を示す図である。
【図４】複合角を通る手首機構の動きを示す図である。
【図５】ピッチとヨーの組合せを含むさまざまな方向における傾きを示す図である。
【図６】本発明による手首機構のさまざまな実施形態を示す図である。
【図７】手首機構の第１主要実施形態の組立てを示す図である。
【図８】ロッドの直交リンク機構への接合、およびリンク機構を遠位クレビスの上で足を接合することを示す図である。
【図９】ロッドの直交リンク機構への接合、およびリンク機構を遠位クレビスの上で足を接合することを示す図である。
【図１０】追加のロッドの遠位クレビスへの接合を示す図である。
【図１１】４本のロッドが取り付けられた手首機構の第１主要実施形態を示す図（Ａ）とその断面図（Ｂ）である。
【図１２】手首機構の第２主要実施形態の組立てを示す図である。
【図１３】ロッドのリンク機構ファスナへの接合、およびリンク機構ファスナの遠位半クレビスへの接合を示す図である。
【図１４】リンク機構ファスナを使用する、対応する開口を有するロッドの第１と第２半クレビスへの接合を示す図である。
【図１５】半クレビスの係合を示す図である。
【図１６】クレビスの先端の接合を示す図である。
【図１７】４本のロッドが取り付けられた手首機構の第２主要実施形態を示す図（Ａ）とその断面図（Ｂ）である。
【図１８】ガイド・チューブを通して挿入されたロッドを示す、手首機構の一実施形態の斜視図である。
【図１９】１本または複数本のロッドの前進および／または後退に応じた遠位クレビスの傾きを示す図である。
【図２０】手首機構の第３主要実施形態の組立てを示す図である。
【図２１】ロッドのリンク機構ファスナへの接合を示す図である。
【図２２】リンク機構ファスナの遠位クレビス上の足への接合を示す図である。
【図２３】４本のロッドが取り付けられた、手首機構の第３主要実施形態を示す図（Ａ）とその断面図（Ｂ）である。
【図２４】１本または複数本のロッドの前進および／または後退に応じた遠位クレビスの傾きを示す図である。
【図２５】ワイヤ／ロッド組立て品を作るための、ロッドのワイヤへの接合を示す図である。
【図２６】ワイヤ／ロッド組立て品のロール・プーリーを通しての器具ベースへの挿入を示す図である。
【図２７】回転作動部材を含む器具ベースの追加の特徴を示す図である。
【図２８】セクタ・ギヤに取り付けられたピボット・ピンの中のクロス・ホールを通すワイヤの挿入を示す図である。
【図２９】ロッドのピボット・ピンに対する位置付けを維持するための、ワイヤへの波形付けを示す側面図である。
【図３０】ロッドを操作して手首機構を作動するための機構を含む、器具ベースの上面斜視図である。
【図１】
2005507679.tif 000003
【図２】
2005507679.tif 000004
【図３】
2005507679.tif 000005
【図３Ａ】
2005507679.tif 000006
【図３Ｂ】
2005507679.tif 000007
【図３Ｃ】
2005507679.tif 000008
【図３Ｄ】
2005507679.tif 000009
【図４】
2005507679.tif 000010
【図５】
2005507679.tif 000011
【図６】
2005507679.tif 000012
【図７】
2005507679.tif 000013
【図８】
2005507679.tif 000014
【図９】
2005507679.tif 000015
【図１０】
2005507679.tif 000016
【図１１】
2005507679.tif 000017
【図１２】
2005507679.tif 000018
【図１３】
2005507679.tif 000019
【図１４】
2005507679.tif 000020
【図１５】
2005507679.tif 000021
【図１６】
2005507679.tif 000022
【図１７】
2005507679.tif 000023
【図１８】
2005507679.tif 000024
【図１９】
2005507679.tif 000025
【図２０】
2005507679.tif 000026
【図２１】
2005507679.tif 000027
【図２２】
2005507679.tif 000028
【図２３】
2005507679.tif 000029
【図２４】
2005507679.tif 000030
【図２５】
2005507679.tif 000031
【図２６】
2005507679.tif 000032
【図２７】
2005507679.tif 000033
【図２８】
2005507679.tif 000034
【図２９】
2005507679.tif 000035
【図３０】
2005507679.tif 000036
【国際公開パンフレット】
2005507679.tif 000037
2005507679.tif 000038
2005507679.tif 000039
2005507679.tif 000040
2005507679.tif 000041
2005507679.tif 000042
2005507679.tif 000043
2005507679.tif 000044
2005507679.tif 000045
2005507679.tif 000046
2005507679.tif 000047
2005507679.tif 000048
2005507679.tif 000049
2005507679.tif 000050
2005507679.tif 000051
2005507679.tif 000052
2005507679.tif 000053
2005507679.tif 000054
2005507679.tif 000055
2005507679.tif 000056
2005507679.tif 000057
2005507679.tif 000058
2005507679.tif 000059
2005507679.tif 000060
2005507679.tif 000061
2005507679.tif 000062
2005507679.tif 000063
2005507679.tif 000064
2005507679.tif 000065
2005507679.tif 000066
2005507679.tif 000067
2005507679.tif 000068
2005507679.tif 000069
2005507679.tif 000070
2005507679.tif 000071
2005507679.tif 000072
2005507679.tif 000073
2005507679.tif 000074
2005507679.tif 000075
2005507679.tif 000076
2005507679.tif 000077
2005507679.tif 000078
2005507679.tif 000079
2005507679.tif 000080
2005507679.tif 000081
2005507679.tif 000082
2005507679.tif 000083
2005507679.tif 000084
2005507679.tif 000085
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005507679.tif 000086
2005507679.tif 000087
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005507679.tif 000088
2005507679.tif 000089
2005507679.tif 000090
2005507679.tif 000091
2005507679.tif 000092
2005507679.tif 000093
2005507679.tif 000094
2005507679.tif 000095
2005507679.tif 000096
2005507679.tif 000097
2005507679.tif 000098
2005507679.tif 000099
2005507679.tif 000100
2005507679.tif 000101
2005507679.tif 000102
2005507679.tif 000103
2005507679.tif 000104
2005507679.tif 000105
2005507679.tif 000106
2005507679.tif 000107
2005507679.tif 000108
2005507679.tif 000109
2005507679.tif 000110
2005507679.tif 000111
2005507679.tif 000112
2005507679.tif 000113
2005507679.tif 000114
2005507679.tif 000115
2005507679.tif 000116
2005507679.tif 000117
2005507679.tif 000118
2005507679.tif 000119
2005507679.tif 000120
2005507679.tif 000121
2005507679.tif 000122
2005507679.tif 000123
2005507679.tif 000124
2005507679.tif 000125
2005507679.tif 000126
2005507679.tif 000127
2005507679.tif 000128
2005507679.tif 000129
2005507679.tif 000130
2005507679.tif 000131
2005507679.tif 000132
2005507679.tif 000133
2005507679.tif 000134
2005507679.tif 000135
2005507679.tif 000136
【国際調査報告】
2005507679.tif 000137