(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、当該システムは：
医療器具の基端部に結合するように構成されたハンドピース本体と；
前記ハンドピース本体に装着された手動アクチュエータと；
前記ハンドピース本体に取り付けられるとともに、電動駆動機構に取り外し可能に係合するように構成された複数の駆動入力部と；
前記手動アクチュエータに操作可能に結合されるとともに、前記複数の駆動入力部のうちの１つの入力部に操作可能に結合され、前記医療器具の先端部の動きを第１の方向に制御するための第１の駆動部品と；
前記手動アクチュエータに操作可能に結合されるとともに、前記複数の駆動入力部のうちの別の入力部に操作可能に結合され、前記医療器具の先端部の動きを第２の方向に制御するための第２の駆動部品と；を有し、
第１及び第２の駆動部品は、前記医療器具の前記先端部から前記手動アクチュエータを介して前記複数の駆動入力部のそれぞれの駆動入力部まで延びる、
システム。
【請求項２】
前記手動アクチュエータは、第１レバー及び第２レバーを含み、第１の駆動部品は、第１レバー及び前記複数の駆動入力部のうちの１つの入力部に操作可能に結合され、前記医療器具の先端部の動きを第１の方向に制御し、第２の駆動部品は、第２レバー及び前記複数の駆動入力部のうちの１つの入力部に操作可能に結合され、前記医療器具の先端部の動きを第２の方向に制御する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ハンドピース本体に結合されるとともに、第１及び第２の駆動部品における張力を維持するように適合された張力調整システムをさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記張力調整システムは、第１及び第２の駆動部品に結合されたプーリーシステム、前記複数の駆動入力部のうちのペアの入力部を相互接続するギヤ機構、又は前記複数の駆動入力部のうちのペアの入力部を相互接続するケーブルを含む、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の駆動入力部のうちの少なくとも１つの入力部は、第１の駆動部品に結合された巻上げ機を含み、前記張力調整システムは、前記巻上げ機に結合されたばねを含む、
請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の駆動入力部は、対向する駆動入力部のペアを含み、該対向する駆動入力部のそれぞれの入力部は、巻上げ機を含んでおり、前記対向する駆動入力部のペアは、ばねによって接続される、
請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記手動アクチュエータは：
前記ハンドピース本体内に収容されるとともに、第１及び第２の駆動部品に結合されたラック及びピニオン機構及び該ラック及びピニオン機構に結合された旋回レバー、或いは
前記ハンドピース本体内に収容されるとともに、少なくとも第１の駆動部品に結合される巻上げ機及び前記巻上げ機に固定して結合された旋回レバー
を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
第２の方向は、第１の方向とは反対向きである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記医療器具をさらに含み、前記医療器具は、細長い可撓性シャフトを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ハンドピース本体は、前記医療器具の管腔と連通するアクセスポート、或いは前記医療器具がロボットマニピュレータとの間で結合又は分離された場合に、ユーザの手の一部から圧力を受け取るように成形された支え面をさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の駆動入力部のペアを係合するように適合されたモータのペアを含むような電動駆動機構をさらに備える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ハンドピース本体に結合されたプーリーをさらに備えており、第１の駆動部品は、約９０度だけ前記プーリーの周りで曲げられる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数の駆動入力部を前記電動駆動機構に着脱自在に結合するように適合されたラッチ位置合わせ及び解除機構をさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の駆動入力部は、前記医療器具を通って延びる長手方向軸線に対して横断する方向に前記電動駆動機構を係合するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも１つの駆動部品の外側シースの基端部は、前記ハンドピース本体内の軸線方向の動きに抵抗するように拘束される、
請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、最小侵襲性手術を行うために患者の解剖学的構造をナビゲートするためのシステム及び方法を対象としており、より具体的には、最小侵襲性手術を行うための手動及びロボットによるハイブリッド式内視鏡器具を使用するシステム及び方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲性医療技術は、介入手術の間に損傷を受ける組織の量を低減することを目的としており、それによって患者の回復時間、不快感及び有害な副作用が低減される。このような低侵襲性技術は、患者の解剖学的構造の自然(natural)開口部を通じて、又は１つ又は複数の外科的切開部を通じて行ってもよい。これらの自然開口部又は切開部を通じて、臨床医は、（外科用、診断用、治療用、又は生検用器具を含む）介入器具を挿入して、標的組織の位置に到達させることができる。標的組織の位置に到達させるために、低侵襲性介入器具を、肺、結腸、腸、腎臓、心臓、循環器系等の解剖学系における自然の又は外科的に形成された通路にナビゲートすることができる。現在の介入器具は、手動制御又はロボット制御のいずれかである。手動制御システムでは、臨床医は、介入器具の挿入、及び介入器具の先端部の１以上の自由度での操作を制御する。手動制御システムは、解剖学的通路の複雑なネットワークをナビゲートして手術位置に到達するために、主に臨床医に依存している。ロボット制御の介入器具によって、遠隔のユーザが、先進の撮像及びナビゲーション技術を使用して、介入器具をロボット制御することが可能になる。ロボット制御システムでは、器具の挿入及び／又は外科用器具の先端部の１以上の自由度での動きを、ロボット制御で操作することができる。特定の複雑な介入手術について、臨床医は、単一の介入器具が、手術の一部を手動制御で操作し、且つ手術の他の部分をロボット制御で操作することのできるハイブリッド法を好むことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
改良されたシステム及び方法が、手動及びロボット制御を共通の介入器具に提供するために必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態は、詳細な説明の後に続く特許請求の範囲によって要約される。
一実施形態では、システムは、医療器具の基端部に結合するように構成されたハンドピース本体と、このハンドピース本体に装着された手動アクチュエータとを有する。システムは、ハンドピース本体に装着された複数の駆動入力部をさらに含む。駆動入力部は、電動駆動機構に取り外し可能に係合するように構成される。第１の駆動部品が、手動アクチュエータに操作可能に結合されるとともに、複数の駆動入力部のうちの１つの入力部に操作可能に結合される。第１の駆動部品は、医療器具の先端部の動きを第１の方向に制御する。第２の駆動部品が、手動アクチュエータに操作可能に結合されるとともに、複数の駆動入力部のうちの別の１つの入力部の入力部に操作可能に結合される。第２の駆動部品は、医療器具の先端部の動きを第２の方向に制御する。
【０００５】
別の実施形態では、医療器具を作動する方法は、ハンドピース本体、このハンドピース本体に装着された手動アクチュエータ、ハンドピース本体に装着された複数の駆動入力部、及びハンドピース本体内に延びる第１及び第２の駆動部品に結合された医療器具を提供するステップを含む。複数の駆動入力部が電動駆動機構に結合される間に、複数の駆動入力部のうちの１つの入力部を作動させて、第１及び第２の駆動部品の少なくとも一方を移動させ、それによって医療器具の先端部を第１の自由度で移動させるステップを含む。複数の駆動入力部が電動駆動機構から切り離される間に、ユーザの力を手動アクチュエータで受け取って、第１及び第２の駆動部品の少なくとも一方を移動させ、それによって医療器具の先端部を第１の自由度で移動させるステップを含む。
【０００６】
別の実施形態では、システムは、医療器具の基端部に結合するように構成されたハンドピース本体と、このハンドピース本体に装着された手動アクチュエータと有する。システムは、ハンドピース本体に装着された電動駆動機構も有する。第１の駆動部品が、手動アクチュエータに操作可能に結合されるとともに、電動駆動機構に操作可能に結合される。第１の駆動部品は、医療器具の先端部の動きを第１の方向に制御する。第２の駆動部品が、手動アクチュエータに操作可能に結合されるとともに、電動駆動機構に操作可能に結合される。第２の駆動部品は、医療器具の先端部の動きを第２の方向に制御する。
【０００７】
医療器具を作動させる方法は、ハンドピース本体、このハンドピース本体に装着された手動アクチュエータ、ハンドピース本体に装着された電動駆動機構、ハンドピース本体内に延びる第１及び第２の駆動部品に結合された医療器具を提供するステップを含む。電動駆動機構が作動している間に、第１及び第２の駆動部品の少なくとも一方を移動させ、それによって医療器具の先端部を第１の自由度で移動させるステップを含む。電動駆動機構が作動停止している間に、ユーザの力を手動アクチュエータで受け取って、第１及び第２の駆動部品の少なくとも一方を移動させ、それによって医療器具の先端部を第１の自由度で移動させるステップを含む。
本開示の追加の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の態様を利用する手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具システムを概略的に示す図である。
【図２】本開示の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入システムの図である。
【図３】ロボット操作用に構成された本開示の手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具システムを示す図である。
【図４】手動操作用に構成された図３の器具システムを示す図である。
【図５】ロボット操作用に構成された本開示の手動及びロボットによる別のハイブリッド式介入器具システムを示す図である。
【図６】ロボット操作用に構成された本開示の手動及びロボットによる別のハイブリッド式介入器具システムを示す図である。
【図７ａ】本開示の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を示す図である。
【図７ｂ】本開示の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を示す図である。
【図８】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を示す図である。
【図９ａ】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を概略的に示す図である。
【図９ｂ】図９ａに概略的に示された介入器具の実装形態を示す図である。
【図９ｃ】図９ａに概略的に示された介入器具の実装形態を示す図である。
【図９ｄ】図９ａに概略的に示された介入器具の実装形態を示す図である。
【図９ｅ】図９ａに概略的に示された介入器具の実装形態を示す図である。
【図９ｆ】図９ａに概略的に示された介入器具の実装形態を示す図である。
【図９ｇ】図９ａに概略的に示された介入器具の実装形態を示す図である。
【図１０】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を概略的に示す図である。
【図１１ａ】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を概略的に示す図である。
【図１１ｂ】図１１ａに概略的に示された手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具の実装形態を示す図である。
【図１２ａ】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を概略的に示す図である。
【図１２ｂ】図１２ａに概略的に示された介入器具の張力調整システムの実装形態を示す図である。
【図１３ａ】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を概略的に示す図である。
【図１３ｂ】図１３ａに概略的に示された介入器具の張力調整システムの実装形態を示す図である。
【図１４ａ】本開示の別の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具を概略的に示す図である。
【図１４ｂ】図１４ａに概略的に示された介入器具の張力調整システムの実装形態を示す図である。
【図１５】本開示の実施形態に係る手動及びロボットによるハイブリッド式介入器具の使用方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の態様は、添付の図面と併せて確認すると、以下の詳細な説明から最も良く理解される。この業界での標準的な慣例に従って、様々な特徴は一定の縮尺で描かれていないことを強調しておく。実際には、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために適宜拡大又は縮小することがある。また、本開示は、様々な実施例において参照符号及び／又は文字を繰り返して使用し得る。この繰返しは、簡略化と明瞭化の目的のために行われており、説明される様々な実施形態及び／又は構成の間の関係をそれ自体で規定するものではない。
【００１０】
本発明の態様の以下の詳細な説明において、開示された実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細について説明する。しかしながら、本開示の実施形態は、これら特定の詳細がなくても実施できることは当業者には明らかであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細に説明していない。また、説明の不要な重複を避けるために、例示的な一実施形態について説明した１つ又は複数の構成要素又は動作は、他の例示的な実施形態について必要に応じて使用又は省略され得る。
【００１１】
以下の実施形態は、３次元空間内の状態の観点から、様々な器具及び器具の部分について説明する。本明細書で使用される場合に、用語「位置」は、三次元空間（例えば、直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚに沿った並進３自由度）における対象物又は対象物の一部の位置を指す。本明細書で使用される場合に、用語「向き」は、対象物又は対象物の一部の回転配置（例えば、ロール、ピッチ、及びヨーの回転３自由度）を指す。本明細書で使用される場合に、用語「姿勢」は、並進自由度の少なくとも１つの自由度における対象物又は対象物の一部の位置、及び回転自由度の少なくとも１つの自由度における対象物又は対象物の一部の向き（合計６つの自由度まで）を指す。本明細書で使用される場合に、用語「形状」は、細長い対象物に沿って測定された姿勢、位置、又は向きのセットを指す。
【００１２】
複数の図面中の図１を参照すると、ハイブリッド式低侵襲性介入器具システム１０が、本開示の態様を利用している。このシステム１０は、ハンドピース器具１４に結合されたカテーテルシステム１２等の医療器具を含む。カテーテルシステム１２は、基端部１７及び先端部１８を含む細長い可撓性本体１６を有する。一実施形態では、可撓性本体１６は、約３ミリメートルの外径を含む。他の可撓性本体の外径は、これよりも大きくても小さくてもよい。代替実施形態では、他のタイプの医療器具をハンドピース器具に結合する及びハンドピース器具によって他のタイプの医療器具を作動することができる。可撓性本体１６は、可撓性本体の先端部１８を反対方向に動かすための対向(opposing)駆動部品２０，２２を収容する。例えば、これら駆動部品によって、先端部１８の反対向きのピッチ運動又は反対向きのヨー運動を制御することができる。様々な実施形態では、対向駆動部品のさらなるセットを導入して、複数の反対向きの運動（例えば、ピッチ、ヨー、及びロール）を制御してもよい。駆動部品は、ハンドピース器具１４から先端部１８に延びる腱、リンク機構、又は他の操作制御装置（図示せず）を含んでもよい。腱は、張力に耐えることができる、連続した細長い一般的な部材である。腱は、螺旋状に巻回された又は編組されたケーブル、ロープ、ルーズファイバ・ロービング、及びファイバ又はワイヤ補強ベルト等の多成部材を含んでもよい。腱は、張力保持の使用に適したワイヤ、ロッド、チューブ、バンド、フィラメント又は他の連続部材等の単一の構成部材も含む。可撓性本体１６は、例えば標的組織に所定の処置を行うために、医療的機能のために操作可能である外科用エンドエフェクタ又は別の作業先端部を作動させるための制御メカニズム（図示せず）をさらに収容することができる。例えば、いくつかのエンドエフェクタは、メス、ブレード、針、光ファイバ、又は電極等の単一の作業部材を有する。例えば、他のエンドエフェクタは、鉗子、把持器、はさみ、生検装置、又はクリップアプライヤ等のペアの又は複数の作業部材を含んでもよい。電気的に作動されるエンドエフェクタの例として、電気外科電極、トランスデューサ、センサー等が挙げられる。更に又は代替的に、可撓性本体１６は、介入ツールが標的の外科的位置で展開され且つ使用されるような１つ又は複数の管腔を規定することができる。このような介入ツールは、１つ又は複数のカメラ、生検装置、レーザーアブレーションファイバ、医薬送達システム、又は位置姿勢センサーを含んでもよい。
【００１３】
ハンドピース器具１４は、ユーザによって（例えば、ユーザの手又は親指によって）可動するレバー又はダイヤル等の手動アクチュエータ２４を含んでおり、対向駆動部品２０，２２の動きを手動で制御する。ハンドピース器具１４は、駆動部品２２の動きを制御するために駆動システム３０によって可動する駆動入力部２６と、駆動部品２０の動きを制御するために駆動システム３２によって可動する駆動入力部２８とを含む。以下でより詳細に説明するように、駆動システム３０，３２は、ロボット介入システムの電動部品であってもよい。随意に、滅菌ドレープに取り付けられた無菌アダプタディスク２７を、駆動入力部（例えば、駆動入力部２６）に結合してもよい。同様に、滅菌ドレープに取り付けられたオプションの無菌アダプタディスク２９を、駆動入力部（例えば、駆動入力部２８）に結合してもよい。無菌アダプタディスク２７は、滅菌装置部品と非滅菌ロボット部品との間の無菌バリアを維持しながら、駆動システム３０から駆動入力部２６に動きを付与する。代替実施形態では、個々のモータ出力部と器具入力部との間の小さなずれを調整するのに役立つオプションのアダプタディスクは、非滅菌であってもよい。本明細書で使用される場合に、駆動入力部と駆動機構との取り外し可能な係合は、アダプタディスクを介した直接的な係合及び間接的な係合を含む。駆動部品３４によって、駆動入力部２６を手動アクチュエータ２４に結合してもよい。駆動部品３４は、駆動部品２２の一部（すなわち、駆動入力部と手動アクチュエータとの間の駆動部品２２の部分）であってもよい。あるいはまた、駆動部品２２，３４を、手動アクチュエータ２４に別々に結合してもよい。駆動部品３６によって、駆動入力部２８を手動アクチュエータ２４に結合してもよい。駆動部品３６は、駆動部品２０の一部（すなわち、駆動入力部と手動アクチュエータと間の駆動部品２０の部分）であってもよい。あるいはまた、駆動部品２０，３６を、手動アクチュエータ２４に別々に結合してもよい。ハンドピース器具１４は、対向駆動部品２０，２２によってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力部又は手動アクチュエータから分離されるのを防止するような張力調整システム３８をさらに含む。駆動部品４０によって、駆動入力部２６を張力調整システム３８に結合してもよい。駆動部品４０は、駆動部品２２の一部（すなわち、駆動入力部と張力調整システムとの間の駆動部品２２の部分）であってもよい。あるいはまた、駆動部品４０，３４を、駆動入力部２６に別々に結合してもよい。駆動部品４２によって、駆動入力部２８を張力調整システム３８に結合してもよい。駆動部品４２は、駆動部品２０の一部（すなわち、駆動入力部と張力調整システムとの間の駆動部品２０の部分）であってもよい。あるいはまた、駆動部品４２，３６を、駆動入力部２８に別々に結合してもよい。
【００１４】
ハイブリッド器具システム１０をロボット制御モードで使用する場合に、ハンドピース器具１４は、手動及びロボットによるハイブリッド式介入システムの構成要素であってもよい。図２には、このようなシステム１００が示されている。システム１００は、例えば外科用、診断用、治療用、又は生検用処置で使用することができる。図２に示されるように、ロボットシステム１００は、一般的に、ハイブリッド式介入器具１０４（例えば、ハイブリッド器具システム１０）を作動するための介入マニピュレータアセンブリ１０２（例えば、ロボットアームリンク機構）を含み、様々な処置を患者Ｐに実施する。示されるように、介入器具１０４は、外科医Ｓ１によって手動モードで使用するために介入マニピュレータ１０２から分離される。ロボット制御モードでは、介入器具は、介入マニピュレータ１０２に結合される（例えば、図３参照）。マニピュレータアセンブリ１０２は、手術台Ｏに又はその近傍に装着される。オペレータ入力システム１０６によって、外科医Ｓ２が手術部位を視認し且つ介入マニピュレータアセンブリ１０２の動作を制御することができる。ある状況では、同じ人が、手動器具を操作し且つオペレータ入力を操作してもよい。
【００１５】
オペレータ入力システム１０６は、通常、手術台Ｏと同じ部屋に位置する外科医コンソールに配置することができる。もっとも、外科医Ｓ２は、患者Ｐとは異なる部屋又は完全に異なる建物に位置し得ることを理解すべきである。オペレータ入力システム１０６は、一般的に、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するための１つ又は複数の制御装置を含む。制御装置（複数可）は、ハンドグリップ、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガーガン、手動操作制御装置、音声認識装置、タッチスクリーン、身体動き又は存在センサー等の多数の様々な入力装置を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御装置（複数可）は、関連する介入器具１０４と同じ自由度で提供され、テレプレゼンスを外科医に提供する、又は制御装置（複数可）が器具１０４と一体化されるような知覚を提供し、それによって外科医は、器具１０４を直接的に制御する強い感覚を有することになる。他の実施形態では、制御装置（複数可）は、関連する介入器具１０４より多い又は少ない自由度を有しており、依然としてテレプレゼンスを外科医に提供することができる。いくつかの実施形態では、制御装置（複数可）は、６つの自由度で動く手動入力装置であり、（例えば、顎部を把握して閉じる、電位を電極に印加する、薬物療法を送達する等をするための）器具を作動するための作動ハンドルも含み得る。
【００１６】
代替実施形態では、ロボットシステムは、複数のマニピュレータアセンブリ及び／又は複数のオペレータ入力システムを含んでもよい。マニピュレータアセンブリの正確な数は、他の要因の中でもとりわけ、外科手術及び手術室内の空間的制約に依存する。複数のオペレータ入力システムを併置してもよく、又はそれらを別々の位置に配置してもよい。複数のオペレータ入力システムによって、複数のオペレータが１つ又は複数のマニピュレータアセンブリを種々の組合せで制御することを可能にする。
【００１７】
オプションのセンサーシステム１１０は、器具１０４に関する情報を受信するための１つ又は複数のサブシステムを含む。このようなサブシステムは、位置センサーシステム（例えば、電磁（ＥＭ）センサーシステム）、（例えば、図１の先端部１８の）カテーテル先端部の及び／又は器具１０４の可撓性本体に沿った１つ又は複数のセグメントの位置、向き、速度、姿勢、及び／又は形状を判定するための形状センサーシステム、及び／又はカテーテルシステムの先端部から画像を取り込むための可視化システムを含むことができる。位置センサーシステム、形状センサーシステム、及び／又は可視化システムは、ロボット介入システムの追跡システムとインターフェイス接続することができる。追跡システムは、１つ又は複数のコンピュータプロセッサと相互作用する或いは１つ又は複数のコンピュータプロセッサによって他の方法で実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せとして実現することができ、以下でより詳細に説明する制御システム１１６のプロセッサを含むことができる。
【００１８】
オプションの位置センサーシステムは、１つ又は複数の導電性コイルを含み、外部で発生した電磁場を受け取るＥＭセンサーシステムであってもよい。次に、ＥＭセンサーシステムの各コイルは、外部で発生した電磁場に対するコイルの位置及び向きに依存した特性を有する誘導電気信号を生成する。一実施形態では、ＥＭセンサーシステムは、６つの自由度、例えば３つの位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚ及び基点のピッチ、ヨー、及びロールを示す３つの方位角を測定するように構成され且つ位置付けすることができる。ＥＭセンサーシステムについてのさらなる説明は、１９９９年１０月１１日に出願された、”Six-Degree  of  Freedom  Tracking  System  Having  a  Passive  Transponder  on  the  Object  Being  Tracked”を開示する米国特許第６，３８０，７３２号に提供されており、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００１９】
オプションの形状センサーシステムは、（例えば、内部チャネル（図示せず）内に設けられ又は外付けされた）器具の可撓性本体と整列した光ファイバを含む。一実施形態では、光ファイバは、約２００μｍの直径を有する。他の実施形態では、寸法は、これよりも大きくても小さくてもよい。
【００２０】
形状センサーシステムの光ファイバは、器具１０４のカテーテルシステムの形状を判定するための光ファイバの曲げセンサーを形成する。１つの代替形態では、ファイバブラッグ回折格子（FBGs）を含む光ファイバが、１つ又は複数の次元における構造のひずみ測定を提供するために使用される。形状及び光ファイバの相対位置を三次元で監視するための様々なシステム及び方法が、２００５年７月１３日に出願された、”Fiber  optic  position  and  shape  sensing  device  and  method  relating  thereto”を開示する米国特許出願第１１／１８０，３８９号、２００４年７月１６日に出願された、”Fiber-optic  shape  and  relative  position  sensing”を開示する米国仮特許出願第６０／５８８，３３６号、１９９８年６月１７日に出願された、”Optical  Fibre  Bend  Sensor”を開示する米国特許第６，３８９，１８７号に記載されており、これらの文献は、それら全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。他の代替形態では、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、蛍光散乱等の他のひずみ感知技術を用いるセンサーが適している。他の代替形態では、カテーテルの形状は、他の技術を用いて判定してもよい。
【００２１】
随意に、光ファイバは、単一クラッド(cladding)内に複数のコアを含んでもよい。各コアは、十分な距離を有しており且つクラッドによってコアを分離するシングルモードであってもよく、それによって各コアの光は、他のコアで搬送される光と殆ど相互作用しない。他の実施形態では、コアの数は変化してもよく、又は各コアを別個の光ファイバに含めてもよい。いくつかの実施形態では、ＦＢＧのアレイが各コア内に設けられる。各ＦＢＧは、屈折率の空間周期性を生成するように、コアの屈折率の一連の変調を含む。間隔は、各屈折率変化による部分的な反射が、狭帯域の波長についてコヒーレントとなるように追加され、こうしてより広帯域を通過させながら、この狭帯域の波長のみを反射するように選択することができる。ＦＢＧの製造中に、変調によって、既知の距離だけ間隔が置かれ、こうして既知の帯域幅の波長の反射を引き起こす。しかしながら、ひずみがファイバコアに誘起された場合に、変調の間隔は、コアのひずみ量に応じて変化する。あるいはまた、光ファイバの屈曲に伴って変化する後方散乱又は他の光学的現象を使用して、各コア内のひずみを決定することができる。こうして、ひずみを測定するために、光をファイバに送り、戻ってくる光の特性が測定される。例えば、ＦＢＧは、ファイバのひずみとその温度との関数である反射波長を生成する。このＦＢＧ技術は、英国のブラックネルにあるSmart  Fibres  Ltd.等の様々な供給先から市販されている。ロボット手術について位置センサーでのＦＢＧ技術の使用は、２００６年７月２０日に出願された、”Robotic  Surgery  System  Including  Position  Sensors  Using  Fiber  Bragg  Gratings”を開示する米国特許第７，９３０，０６５号に記載されており、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００２２】
マルチコア光ファイバに適用した場合に、光ファイバの曲げによって、各コアにおける波長シフトを監視することによって測定されるひずみがコアに誘起される。ファイバの軸線から外れて配置された２つ以上のコアを有することにより、光ファイバの曲げによって、各コアに異なるひずみが誘起される。これらのひずみは、ファイバの局所的な曲げの程度の関数である。そのため、例えばＦＢＧを含むコアの領域は、ファイバが曲げられる点に位置する場合に、これらの点での曲げ量を決定するために使用することができる。これらのデータは、ＦＢＧ領域の既知の間隔と組み合わされ、ファイバの形状を再構築するために使用することができる。このようなシステムは、バージニア州、ブラックスバーグのLuna  Innovation.  Inc.によって説明されている。センシング（感知）は、ロボットシステムによって作動される自由度にだけ制限することができる、又はパッシブ（例えば、関節同士間の剛性部材の非作動状態の曲げ）及びアクティブ（例えば、器具の作動状態の運動）の両方の自由度に適用することができる。
【００２３】
センサーシステム１１０の視覚化サブシステムは、手術部位の画像を外科医に同時に（リアルタイムで）提供するための、器具カテーテル（図示せず）を通じて延びる画像捕捉プローブを含むことができる。画像捕捉プローブは、表示するためにロボット介入システムによって処理され且つ送信される画像（映像を含む）を取り込むために、例えば図１の可撓性本体１６の先端部１８近傍に配置された立体又は単眼カメラを含む先端部分を有することができる。画像捕捉プローブは、取り込まれた画像データを送信するための、カメラに結合されたケーブルを含んでもよい。あるいはまた、画像捕捉装置は、撮像システムに結合するファイバースコープ等の光ファイバ束であってもよい。画像捕捉装置は、例えば、画像データを可視スペクトルで取り込む又は画像データを可視及び赤外又は紫外スペクトルで取り込むような単一の又はマルチスペクトルとすることができる。
【００２４】
取り込まれた画像は、手術部位内に位置付けされた内視鏡プローブによって取り込まれた、例えば２次元又は３次元画像であってもよい。この実施形態では、視覚化サブシステムは、介入器具１０４に一体的に又は取り外し可能に結合される内視鏡部品を含む。しかしながら、代替形態では、別個のマニピュレータアセンブリに取り付けられた別の内視鏡を手術部位を撮像するために使用してもよい。あるいはまた、別個の内視鏡アセンブリを、ロボット制御なしに、ユーザによって直接的に操作してもよい。内視鏡アセンブリは、（例えば、遠隔操作ワイヤを介した）アクティブ操作、又は（例えば、ガイドワイヤ又は直接的なユーザガイダンスを介した）パッシブ操作を含んでもよい。可視化システムは、１つ又は複数のコンピュータプロセッサと相互作用する又はこれらのプロセッサによって他の方法で実行されるハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せとして実装してもよく、制御システム１１６のプロセッサ（複数可）を含むことができる。
【００２５】
表示システム１１４は、センサーシステム１１０のサブシステムによって生成された手術部位及び介入器具の画像を表示することができる。ディスプレイ１１４及びオペレータ入力システム１０６は、内視鏡アセンブリの撮像装置及び介入器具の相対的な位置が、外科医の目及び手の相対的な位置（複数可）と同様になるように向き合せされており、それによって、オペレータは、作業空間で実質的に真のものが存在するかのように見ながら、介入器具１０４及びオペレータ入力システム１０６を操作することができる。真のものの存在は、表示された組織画像が、オペレータに、このオペレータが撮像装置の位置に物理的に存在しており且つ撮像装置の視点から組織を直接的に視認しているかのように表示されることを意味する。
【００２６】
代替的に又は追加的に、表示システム１１４は、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、蛍光、透視法、サーモグラフィ、超音波、光コヒーレンストモグラフィー（OCT）、赤外線画像、インピーダンスイメージング、レーザーイメージング、ナノチューブＸ線イメージング等の撮像技術を使用して手術前に記録され及び／又はモデル化された手術部位の画像を提示することができる。提示された手術前画像は、二次元、三次元、又は四次元（例えば、時間ベース又は速度ベースの情報を含む）画像及びモデルを含むことができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、表示システム１１４は、介入器具の実際の位置が手術前又は同時の画像と共に記録され（例えば、動的に参照され）、外科用器具の先端部の位置における内部手術部位のバーチャル画像を外科医に提供するような仮想の可視化画像を表示することができる。
【００２８】
他の実施形態では、表示システム１１４は、介入器具の実際の位置が、（手術前に記録された画像を含む）以前の画像又は同時画像と共に記録され、手術部位における介入器具のバーチャル画像を外科医を提示するような仮想の可視化画像を表示することができる。介入器具を制御する外科医を支援するために、介入器具の一部の画像をバーチャル画像に重畳してもよい。
【００２９】
図２に示されるように、制御システム１１６は、外科用マニピュレータアセンブリ１０２、オペレータ入力システム１０６、センサーシステム１１０、及び表示システム１１４の間で制御を行うための、少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）、典型的には複数のプロセッサを含む。制御システム１１６は、プログラムされた命令（例えば、命令を格納するコンピュータ可読媒体）も含み、本明細書で説明される方法の一部又は全てを実施する。制御システム１１６が、図２の簡略化した概略図に単一のブロックとして示されているが、このシステムは、（例えば、外科用マニピュレータアセンブリ１０２上に及び／又はオペレータ入力システム１０６上に）多数のデータ処理回路を含んでもよく、処理の少なくとも一部は、随意に、外科用マニピュレータアセンブリに隣接して実行され、一部は、オペレータ入力システム等に隣接して実行される。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかを使用してもよい。同様に、プログラムされた命令は、多数の別々のプログラム又はサブルーチンとして実装してもよく、又はそれら命令は、本明細書で説明するロボットシステムの多数の他の態様に統合してもよい。一実施形態では、制御システム１１６は、ブルートゥース（登録商標）、ＩｒＤＡ、ホームＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ及び無線テレメトリ等の無線通信プロトコルをサポートする。
【００３０】
いくつかの実施形態では、制御システム１１６は、１つ又は複数のサーボ制御装置を含んでおり、介入器具１０４からオペレータ入力システム１０６の対応する１つ又は複数のサーボモータに力及びトルクフィードバックを提供することができる。サーボ制御装置（複数可）は、マニピュレータアセンブリ１０２に命令する信号を送信して、患者の身体の開口部を介してこの身体内の内部手術部位内に延びる器具を移動させることもできる。任意の適切な従来の又は特殊なサーボ制御装置を使用してもよい。サーボ制御装置は、マニピュレータアセンブリ１０２から分離される、又はマニピュレータアセンブリ１０２と一体化することができる。いくつかの実施形態では、サーボ制御装置及びマニピュレータアセンブリは、患者の身体に隣接して位置付けされたロボットアームカートの一部として設けられる。
【００３１】
制御システム１１６は、仮想可視化システムをさらに含み、器具１０４にナビゲーション支援を提供することができる。仮想可視化システムを使用する仮想ナビゲーションは、解剖学的通路の三次元構造に関連して取得されたデータセットに対する参照に基づくものである。具体的には、仮想可視化システムは、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、蛍光、透視法、サーモグラフィ、超音波、光コヒーレンストモグラフィー（OCT）、赤外線画像、インピーダンスイメージング、レーザーイメージング、ナノチューブＸ線イメージング等の撮像技術を使用して記録され及び／又はモデル化された手術部位の画像を処理する。ソフトウェアを使用して、記録した画像を、部分的な又は全体的な解剖学的臓器又は解剖学的領域の二次元又は三次元モデルに変換する。モデルは、通路及びそれら接続部の様々な位置や形状を示す。モデルを生成するために使用した画像を、臨床診断中に手術前又は手術中に記録してもよい。代替実施形態では、仮想可視化システムは、標準的なモデル（すなわち、特定の患者ではない）、又は標準モデル及び患者の固有データのハイブリッドを使用してもよい。モデル及びこのモデルによって生成されたバーチャル画像は、運動の１つ又は複数の段階の間に（例えば、肺の吸気／呼気サイクルの間に）変形可能な解剖学的領域の静的な姿勢を表すことができる。
【００３２】
仮想ナビゲーション手順の間に、センサーシステムを使用して、患者の解剖学的構造に対する器具のおおよその位置を計算することができる。この位置を使用して、患者の解剖学的構造のマクロレベル追跡画像及び患者の解剖学的構造の内部バーチャル画像の両方を生成することができる。仮想可視化システム等からの手術前に記録された手術画像と一緒に介入実装形態を記録し且つ表示するために光ファイバーセンサーを使用するための様々なシステムが、知られている。このようなシステムは、例えば、２０１１年５月１３日に出願された、”Medical  System  Providing  Dynamic  Registration  of  a  Model  of  an  Anatomical  Structure  for  Image-Guided  Surgery”を開示する米国特許出願第１３／１０７，５６２号に記載されており、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００３３】
制御システム１１６は、仮想可視化システム及びセンサー追跡システムからの情報を処理して、バーチャル画像表示を表示システム１１４に生成するためのナビゲーションシステムをさらに含んでもよい。システム１００は、照明システム、操作制御システム、洗浄システム、及び／又は吸引システム等のオプションのオペレーション及びサポートシステム（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００３４】
ロボット制御モードでは、マニピュレータアセンブリ１０２は、ハイブリッド式介入器具１０４をサポートしており、１つ又は複数の非サーボ制御リンク（例えば、手動で位置付けされ且つ所定の位置にロックされる１つ又は複数のリンク、一般的にセットアップ構造と呼ばれる）及びロボットマニピュレータの運動学的構造を含むことができる。ロボットマニピュレータアセンブリ１０２は、複数のアクチュエータ（例えば、モータ）によって駆動される。これらのモータは、制御システム１１６からのコマンドに応答して、ロボットマニピュレータを能動的に移動させる。モータは、介入器具に結合された場合に、自然に又は手術によって形成された解剖学的開口部に介入器具を前進させる及び／又は介入器具の先端部を複数の自由度で動かすことができる駆動システム（例えば、駆動システム３０，３２）を含み、３つの自由度の直線運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸に沿った直線運動）及び３つの自由度の回転運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸周りの回転）を含むことができる。また、モータを使用して、生検装置等の顎部で組織を把持するための、器具の関節接合可能なエンドエフェクタを作動させることができる。
【００３５】
様々な実施形態において、ハイブリッド式介入器具システム１０，１０４は、肺の検査、診断、生検、又は処置に使用するための気管支鏡又は気管支カテーテル等の可撓性気管支用器具であってもよい。手動／ロボットによるハイブリッド式器具は、手動モードで、ロボット制御から切り離されるので、気管支手術のために有用であり、気管支鏡検査者は、患者の口、鼻、又は気管切開部を通じて及び声帯等の繊細な解剖学的構造を通過させて器具を手動でナビゲートすることができる。患者の解剖学的構造のこれらの部分を（特に、手術の開始及び終了時に）ナビゲートする場合に、気管支鏡検査者は、明確に識別可能な視覚的及び触覚的な手掛かりに基づいて、器具の先端部の位置及び方向を物理的に感知することができ得る。ロボット制御及びナビゲーションは、器具の先端部が、センサー、カメラ画像、手術前のモデル、及びその他の間接的なしるしに基づいた位置及び向きがより複雑になるような肺内に位置付けされた後に、より安全又はより効果的な制御形態とすることができる。こうして、ロボット又は手動制御のいずれかによって選択的に作動される単一の器具は、効率的なソリューションとすることができる。
【００３６】
図３及び図４には、患者Ｐ１に手術を行う際に使用されるロボット介入システム２００が示されている。ロボット介入システム２００は、システム１００の複数の構成要素のうちのいずれか又は全てを含んでもよいが、明確にするために、選択部品のみが、図３及び図４に示されている。システム２００は、遠隔制御装置２０４（例えば、オペレータ入力システム１０６）によって制御されるマニピュレータアセンブリ２０２（例えば、ロボットマニピュレータアセンブリ１０２）を含む。マニピュレータアセンブリ２０２は、挿入駆動部２０６及びピッチ及び／又はヨー駆動部２０８を含む。これら駆動部２０６，２０８は、例えばサーボモータ駆動機構であってもよい。介入器具２１０は、ハンドピース２１２、及び患者Ｐ１の解剖学的通路内に挿入するためにサイズ決めされた可撓性本体２１４を含む。光ファイバ２１６が、可撓性本体の形状を測定するために又は可撓性本体の先端部から画像を記録するために、ハンドピース２１２及び可撓性本体２１４を通過する。ラッチ機構２１８によって、ハンドピース２１２をマニピュレータアセンブリ２０２に機械的に結合する。ハンドピース２１２は、手動アクチュエータ２２０を含む。
【００３７】
図３の構成では、介入器具２１０は、ロボット制御モードで使用するためにマニピュレータアセンブリ２０２に結合される。挿入駆動部２０６は、遠隔制御装置２０４でのユーザ入力に応答して、患者Ｐ１の内外への可撓性本体２１４の動きを制御する。駆動部２０８は、遠隔制御装置２０４でのユーザ入力に応答して、可撓性本体２１４の先端部を少なくとも１つの自由度（例えば、ピッチ、ヨー、ロール）の動きで制御する。随意に、駆動部２０８は、可撓性本体２１４の先端部を複数の自由度の動きで制御することができる。こうして、このロボット制御構成では、介入器具の挿入及び先端部の運動は、ロボットマニピュレータアセンブリを介して遠隔のユーザによって制御される。
【００３８】
図４の構成では、ラッチ機構２１８の係合を解除するとともに、マニピュレータアセンブリ２０２の駆動部をハンドピースの駆動入力部（図示せず）から分離することにより、介入器具２１０をマニピュレータアセンブリ２０２から切り離す。器具２１０をアセンブリ２０２から切り離した状態で、器具２１０は、ユーザによって直接的に保持され、ユーザは、可撓性本体２１４を手動で前進又は引き抜いて、器具の挿入を制御する。ユーザは、ハンドピースを回転することによって（例えば、ユーザの手首をねじることによって）、可撓性本体２１４のロールを制御することができる。可撓性本体２１４の先端部を１以上の自由度（例えば、ピッチ、又はヨー）の動きで制御するために、ユーザは、手動アクチュエータ２２０を直接的に切り替える(toggle)。随意に、アクチュエータ２２０は、可撓性本体２１４の先端部を複数の自由度の動きで制御する。
【００３９】
図５には、患者Ｐ１に手術を行う際に使用するための別のロボット介入システム３００が示されている。ロボット介入システム３００は、システム１００の複数の構成要素のうちのいずれか又は全てを含んでもよいが、明確にするために、選択部品のみが、図５に示されている。システム３００は、遠隔制御装置３０４によって制御されるマニピュレータアセンブリ３０２を含む。マニピュレータアセンブリ３０２は、挿入駆動部３０６を含む。介入器具３１０が、ハンドピース３１２、及び患者Ｐ１の解剖学的通路に挿入するためにサイズ決めされた可撓性本体３１４を含む。光ファイバ３１６が、可撓性本体の形状を測定するために又は可撓性本体の先端部からの画像を記録するために、ハンドピース３１２及び可撓性本体３１４を通過する。ハンドピース３１２は、手動アクチュエータ３２０を含む。この実施形態では、駆動機構３０８は、可撓性本体３０８の先端部を少なくとも１つの自由度の動きで制御するためのサーボモータを含む。駆動機構３０８及び介入器具３１０は、マニピュレータアセンブリ３０２取り付けられており、それによって器具の挿入及び先端部の運動が、図３に示されるように、ロボット制御される。この実施例では、しかしながら、駆動機構３０８及び器具３１０をマニピュレータから取り外すことができる。取り外したときに、機構３０８によって、器具の先端部の動きを継続して制御することができる。電力入力部３１８によって、駆動機構３０８を電源に結合することができる。他のケーブル又は無線接続（図示せず）によって、制御指示を遠隔制御装置から駆動機構３０８に与えることができる。あるいはまた、駆動機構３０８は、電池又は他の自給式ポータブル電源を含んでおり、器具３１２の電源ケーブルを用いない使用を可能にする。様々な代替案では、駆動機構３０８は、依然として器具３１２に直接的に取り付けられている間に作動停止され、ユーザが、器具の先端部を少なくとも１つの自由度の動きで手動で制御するために、アクチュエータ３２０を直接的に切り替えることが可能になる。
【００４０】
図６には、可撓性本体３１４に結合されたオプションの挿入駆動部機構３２２をさらに含むロボット介入システム３００が示されている。駆動機構３０８と同様に、挿入駆動部機構３２２は、ポータブルとすることができ、別々に駆動及び制御することができる。器具３１０がマニピュレータ３０２から取り外されたときに、可撓性本体３１４を患者Ｐ１との間で前進及び引き抜くことを、ポータブルの挿入駆動部機構３２２によって制御することができる。
【００４１】
図７ａ及び図７ｂには、本開示の別の実施形態に係る介入器具４００が示されている。器具４００は、ハンドピース４０４に結合された細長い可撓性本体４０２を含む。ハンドピース４０４は、把持部４０６、ツールポート４０８、及びインターフェイスハウジング４１０を含む。ハンドピースは、ロボットマニピュレータの駆動システムとインターフェイス接続するための複数の駆動入力部４１２も含む。ハンドピース４０４は、細長い可撓性本体４０２の先端部を少なくとも１つの自由度（例えば、ピッチ、ヨー及び／又はロール）の動きで手動で制御するために、ピボット４１６を中心にして旋回可能な手動アクチュエータ４１４をさらに含む。この実施形態及び他の実施形態では、少なくとも１つの自由度は、ピッチ運動として参照されるが、ハンドピースの１つ又は複数の手動アクチュエータが、可撓性本体４０２の先端部をヨー及び／又はロール等の１つ又は複数の他の自由度の動きで制御し得ることを理解されたい。
【００４２】
ツールポート４０８は、可撓性本体４０２のチャネルを通じて挿入するための補助ツールを受け取るようにサイズ決めされ且つ及び形状が形成される。補助ツールは、例えばカメラ、生検装置、レーザーアブレーションファイバ、位置及び姿勢センサー、又は他の外科用、診断用、又は治療用ツールを含んでもよい。この実施形態では、把持部４０６は、人間の手によって快適に把持するようにサイズ決めされたテーパシャフトを有する。様々な代替実施形態では、把持部は、ユーザの指を受けるようにサイズ決めされた凹み(indention)等の人間工学的な特徴、すなわち滑り止め表面を有してもよい。
【００４３】
この実施形態では、ハンドピース４０４は、細長い突起等の係合機構４１８を含み、細長い可撓性本体４０２の挿入方向Ｄ２に対して略横断する方向Ｄ１に、ハンドピース４０４をロボットマニピュレータに結合する。この横断方向の結合によって、マニピュレータにハンドピースを結合することによる可撓性本体の先端部が挿入方向Ｄ２に移動するリスクが軽減され、こうして患者に損傷を与えるリスクを減らす、又は他には、患者の小さく繊細な解剖学的通路内での可撓性本体の不注意による前進又は後退から生じるナビゲーションが起きないようにする。あるいはまた、細長い可撓性本体５０２の挿入方向Ｄ２に対して略横断する方向Ｄ３に、ハンドピース４０４をロボットマニピュレータに結合する係合機構を設けてもよい。この横断方向の結合によって、ハンドピースをロボットマニピュレータに結合するときに、ハンドピースを方向Ｄ２に移動させるようなリスクが減少する。
【００４４】
手動モードでは、ロボットマニピュレータに結合されておらず、ユーザは、器具４００の把持部４０６を把持し、且つユーザの親指が手動アクチュエータ４１４の近くに又はこれに接して載置されるようにハンドピース４０４を保持する。ユーザは、患者の解剖学的構造に対してハンドピース４０４を前進又は引き抜くことによって、挿入の動きを（つまり、方向Ｄ２に）手動で制御する。ユーザは、手動アクチュエータ４１４を運動Ｍ２で旋回させることにより、ピッチ運動Ｍ１を手動で制御する。例えば、手動アクチュエータを器具の先端部に向けて旋回させることによって、可撓性本体の先端部を上方向にピッチさせ、及び手動アクチュエータを器具の基端部に向けて旋回させることによって、可撓性本体の先端部を下方向にピッチさせる。代替実施形態では、手動アクチュエータの動きによって、反対方向にピッチ運動を生じさせ得る。さらに他の代替案では、手動アクチュエータの動きによって、可撓性本体の先端部を例えばヨー又はロール等の他の自由度の動きとなるようにすることもできる。
【００４５】
ロボットモードでは、器具４００は、ロボットマニピュレータに直接的に結合される。駆動入力部４１２は、エンドエフェクタ及び可撓性本体操作機構と、マニピュレータに装着された駆動モータとの機械的な結合を提供する。例えば、駆動入力部のペアによって、可撓性本体の先端部のピッチ運動Ｍ１を制御することができ、このペアの１つのアダプタが、上方向の動きを制御し、且つこのペアの他方のアダプタが、反対向きの下方向の動きを制御する。駆動入力部の他のペアは、他の自由度の反対向きの動きを可撓性本体及び／又はエンドエフェクタに与えることができる。ロボットマニピュレータとインターフェイス接続する器具は、１９９９年１０月１５日に出願された、”Surgical  Robotic  Tools,  Data  Architecture,  And  Use”を開示する米国特許第６，３３１，１８１号、及び２００１年１月１２日に出願された、”Mechanical  Actuator  Interface  System  For  Robotic  Surgical  Tools”を開示する米国特許第６，４９１，７０１号に記載されており、これら両文献は、それらの全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００４６】
図８には、本開示の別の実施形態に係る介入器具５００が示されている。この器具５００は、ハンドピース５０４に結合された細長い可撓性本体５０２を含む。ハンドピース５０４は、把持部５０６、ツールポート５０８、及びインターフェイスハウジング５１０を含む。ハンドピースは、ロボットマニピュレータの駆動システムとインターフェイス接続するための複数の駆動入力部５１２も含む。
【００４７】
ハンドピース５０４は、細長い可撓性本体５０２の先端部の動きを手動で制御するために、ピボット５１６を中心にして旋回可能な手動アクチュエータ５１４をさらに含む。この実施形態では、手動アクチュエータ５１４は、２つのレバーを含む（図８には明確に示されていないが、図９ｂの同様の構成を参照）。各レバーは、単一の自由度、例えばピッチ運動の反対向きの運動を制御する。あるいはまた、一方の旋回レバーは、反対向きのヨー運動を制御することができ、他方の旋回レバーは、可撓性本体の先端部の反対向きのピッチ運動を制御することができる。
【００４８】
ツールポート５０８は、可撓性本体５０２のチャネルを通じて挿入するための補助ツールを受け取るようにサイズ決めされ且つ形状が形成される。補助ツールは、例えばカメラ、生検装置、レーザーアブレーションファイバ、位置及び姿勢センサー、又は他の外科用、診断用、又は治療用ツールを含んでもよい。この実施形態では、把持部５０６は、人の手によって快適に把持するようにサイズ決めされたテーパシャフトを有する。様々な代替実施形態では、把持部は、ユーザの指を受けるようにサイズ決めされた凹み(indention)等の人間工学的な特徴、すなわち滑り止め表面を有してもよい。
【００４９】
この実施形態では、細長い突起部５１８等の係合機構によって、細長い可撓性本体５０２の挿入方向Ｄ２に対して略横断する方向Ｄ１に、ハンドピース５０４をロボットマニピュレータに結合することが可能になる。この横断方向の結合によって、ハンドピースをマニピュレータに結合することによる可撓性本体の先端部を挿入方向Ｄ２に移動させるリスクが軽減され、こうして、患者に損傷を与えるリスクを減らす、又は他には、患者の小さく繊細な解剖学的通路内での可撓性本体の不注意による前進又は後退から生じるナビゲーションが起きないようにする。
【００５０】
ハンドピース５０４は、ロボットマニピュレータから器具５００を取り外すためのラッチ解除機構をさらに含む。この実施形態では、ラッチ解除機構は、付勢部材（例えば、引張ばね）によって接続され且つリンク機構のペア５２２に接続されたタブのペア５２０を含む。ハンドピース５０４をロボットマニピュレータに結合した場合に、タブ５２０を一緒に握ることによって、リンク機構をロボットマニピュレータに向けて移動させ、ロボットマニピュレータからハンドピース入力部５１２の係合を解除する。次に、ハンドピース５０４は、ロボットマニピュレータから係合が解除され、解除後に、器具５００を手動モードで操作することができる。手動及びロボット制御モードでの器具５００の作動は、デュアルレバー手動アクチュエータ５１４によって、ユーザが手動モードで、可撓性本体の先端部の単一の自由度の反対向きの動き（例えば、上方向ピッチ及び下方向ピッチ）を制御することが可能になることを除いて、器具４００について上述した作動と同様である。あるいはまた、デュアルレバー手動アクチュエータは、２つのレバーのそれぞれが、２つの方向で異なる自由度で制御する（例えば、右レバーが上下方向ピッチを制御し及び左レバーが左右方向ヨーを制御する）ように構成することができる。
【００５１】
図１に示されるように、手動アクチュエータ２４はユーザによって操作され、ハンドピース１４が手動モードで使用される場合に、可撓性本体の先端部の動きを制御する。図９ａ、図１０、図１１ａには、手動アクチュエータの別の実施形態が示されている。他の点では、図９ａ、図１０ａ、及び図１１は、図１と同様である。
【００５２】
図９ａには、介入器具６００が概略的に示されており、図９ｂ、図９ｃ、図９ｄ、図９ｅ、図９ｆ、及び図９ｇには、図９ａに概略的に示される介入器具６００の実装態様が示されている。システム６００は、把持部６０３を含むハンドピース器具６０４に結合されたカテーテルシステム６０２を含む。カテーテルシステム６０２は、細長い可撓性本体６０６を含む。可撓性本体６０６は、可撓性本体の先端部を１つの自由度（例えば、ピッチ運動の自由度）で反対向きの方向に移動させるための対向駆動部品６０８ａ，６０８ｂを収容する。可撓性本体６０６は、可撓性本体の先端部を別の自由度（例えば、ヨー自由度）で反対方向に移動させるための対向駆動部品６１０ａ，６１０ｂも収容する。この実施形態では、駆動部品は、ハンドピース器具６０４から可撓性本体の先端部に延びる引張ワイヤ等の腱である。
【００５３】
ハンドピース器具６０４は、フレーム６１１、及びこのフレームに回転可能に結合されたプーリー６１２ａ，６１２ｂ，６１３ａ，６１４ａ，６１４ｂ，６１５ａ，６１５ｂを含む。アライメント機構６１７ａ，６１７ｂもフレーム６１１に結合される。ハンドピース６０４は、巻上げ機構６１８に機械的にリンク結合されたレバー６１６ａを含むような手動アクチュエータ６１９をさらに含む。手動アクチュエータ６１９は、巻上げ機構６２０に機械的にリンク結合されたレバー６１６ｂも含む。ばね等の付勢部材６２５が、巻上げ機構６１８，６２０の間に延びる。
【００５４】
ハンドピース器具６０４は、電動駆動システム６２４によって可動する駆動入力部６２２ａをさらに含み、駆動部品６０８ａの動きをある自由度の一方向（例えば、下方向ピッチ）に制御する。ハンドピース６０４は、電動駆動システム６２８によって可動する駆動入力部６２６ａも含み、駆動部品６０８ｂの動きを同じ自由度の反対方向（例えば、上方向ピッチ）に制御する。駆動システム６２４，６２８は、駆動モータを含むロボットマニピュレータの構成要素である。駆動入力部６２２ａは、ディスク形状の係合部６２２ｂ及び入力シャフト部６２２ｃを含む。螺旋溝巻上げ駆動部６２２ｄが、シャフト部６２２ｃによって支持される。係合部６２２ｂは、駆動システム６２４に取り外し可能に結合することができる。入力シャフト部６２２ｃは、係合部６２２ｂに一体的に形成される又は固定的に結合される。駆動入力部６２６ａは、係合部６２２ｂ及び入力シャフト部６２６ｃを含む。螺旋溝巻上げ駆動部６２６ｄは、シャフト部６２６ｃによって支持される。係合部６２６ｂは、駆動システム６２８に取り外し可能に結合することができる。入力シャフト部６２６ｃは、係合部６２６ｂに一体的に形成される又は固定的に結合される。ハンドピース器具６０４は、対向駆動部品６０８ａ，６０８ｂによってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力巻上げ機、プーリー、又はレバー巻上げ機構から分離される又はこれらと絡まることを防止するような張力調整システム６３２（例えば、ピッチ方向張力調整システム）をさらに含む。
【００５５】
ハンドピース器具６０４は、電動駆動システム６３７によって可動する駆動入力部６３６ａをさらに含み、駆動部品６１０ａの動きをある自由度の一方向（例えば、右方向ヨー）に制御する。螺旋溝巻上げ駆動部６３６ｂが、駆動入力部６３６ａに結合される。ハンドピース６０４は、電動駆動システム６３９によって可動する駆動入力部６３８ａを含み、駆動部品６１０ｂの動きを同じ自由度の反対方向（例えば、左方向ヨー）に制御する。螺旋溝巻上げ駆動部６３８ｂが、駆動入力部６３８ａに接続される。これら駆動システム６３７，６３９は、駆動モータを含むロボットマニピュレータの構成要素である。ハンドピース器具６０４は、対向駆動部品６１０ａ，６１０ｂによってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力巻上げ機又はプーリーから分離されることを防止するような張力調整システム６３４（例えば、ヨー方向張力調整システム）をさらに含む。システム６３２，６３４等のギヤベースの張力調整システムの動作は、図１２ａ，１２ｂでより詳細に説明する。
【００５６】
この実施形態では、駆動部品６０８ａ，６０８ｂ，６１０ａ，６１０ｂのそれぞれは、ハンドピース器具６０４の先端部を通じて可撓性本体６０６内に延びる引張ワイヤ部分を含む。このワイヤ部分は、例えば圧着(crimping)によって、駆動入力部とワイヤ部分との間に延びるケーブル部分に結合される。ケーブル部分は、ねじれ（kink）に抗することができ、駆動部品が、ハンドピースのプーリーシステムにおいて緊密な旋回でトラバースすることが可能になる。代替実施形態では、駆動部品は、連続した長さの腱から形成することができる。
【００５７】
下方向ピッチの駆動部品６０８ａのケーブル部分は、巻上げ駆動部６２２ｄの周囲に及びアライメント機構６１７ａの一部の上に巻き付けられており、駆動部品をプーリー６１２ａと位置合わせする。この実施形態では、駆動部品６０８ａは、プーリー６１２ａを中心にして約９０度〜１３５°の間の角度で曲げられる。代替実施形態では、プーリーによって形成されたケーブルの角度は、これよりも大きくても小さくてもよい。駆動部品６０８ａが、レバー巻上げ機構６１８の周囲に延びており且つこの機構に固定される。駆動部品の別の長さのケーブルは、レバーの巻上げ機構６１８に固定され、且つプーリー６１２ｂ上に延びており、駆動部品６０８ａの引張ワイヤ部分に圧着(crimp)される。代替実施形態では、ケーブル部分は、巻上げ機６１８に固定された別個の部分のない連続体であってもよい。
【００５８】
上方向ピッチの駆動部品６０８ｂのケーブル部分は、巻上げ駆動部６２６ｂの周囲に及びアライメント機構６１７ｂの一部の上に巻き付けられており、駆動部品をプーリー６１３ａと位置合わせする。この実施形態では、駆動部品６０８ｂは、プーリー６１３ａを中心にして約９０°の角度で曲げられる。駆動部品は、レバー巻上げ機構６２０の周囲に延びており、且つこの機構に固定される。駆動部品の別の長さのケーブルは、レバーの巻上げ機構６２０に固定され、且つ駆動部品６０８ｂの引張ワイヤ部分に圧着される。代替実施形態では、ケーブル部分は、巻上げ機６２０に固定された別個の部分のない連続体であってもよい。
【００５９】
右方向ヨーの駆動部品６１０ａのケーブル部分は、巻上げ駆動部６３６ｂの周囲に巻き付けられており、且つプーリー６０７ａの上及びプーリー６１４ｂの周囲に少なくとも部分的に延びており、駆動部品６１０ａの引張ワイヤ部分に圧着される。左方向ヨーの駆動部品６１０ｂのケーブル部分は、巻上げ駆動部６３８ｂの周囲に、プーリー６１５ａの周囲に少なくとも部分的に、プーリー６０７ｂの周囲に少なくとも部分的に、及びプーリー６１５ｂの周囲に少なくとも部分的に巻き付けられる。次に、ケーブル部分は、駆動部品６１０ｂの引張ワイヤ部分に圧着される。様々な巻上げ機、アライメント機構、及びプーリーは、ケーブルが駆動入力部とカテーテルシステムとの間でハンドピースをトラバースする際に、絡まりのない、整列した、及びキンクのないケーブルを維持するのに役立つ。駆動入力シャフトの軸線（例えば、シャフト６２２ｃの軸線Ａ１）は、把持部６０３の軸線Ａ２と略垂直であるので、駆動部品は、ハンドピース６０４内でのそれら経路に沿って略直角に少なくとも一度曲げることができる。
【００６０】
手動モードでの使用中に、臨床医は、ハンドピース６０４の把持部６０３をレバー６１６ａ及び６１６ｂの近くに位置付けされた親指で把持する。手動モードでは、臨床医は、カテーテル６０２の先端部６０５の動作範囲（例えば、ピッチ、ロール、及び挿入）を制御することができる。カテーテルの先端部６０５を下方向ピッチ（下方向Ｄ１）で動かすには、臨床医は、回転運動をレバー巻上げ機６１８に伝達するようなレバー６１６ａを（例えば、図９ｂにおいて時計回りに）押す。レバー巻上げ機６１８の回転によって、駆動部品６０８ａが後退し、カテーテル６０２の先端部６０５を下方向にピッチさせる。レバー６１６ａは、臨床医が各レバーに関連する動きの方向を容易に認識することができるように、異なる傾斜面又は他の触覚刺激(cue)を含んでもよい。カテーテルの先端部６０５を上方向ピッチ（上方向Ｄ１）で動かすには、臨床医は、回転運動をレバー巻上げ機６２０に伝達するようなレバー６１６ｂを（例えば、図９ｅの時計回りに）押す。レバー巻上げ機６２０の回転によって、駆動部品６０８ｂが後退し、カテーテル６０２の先端部６０５を上方向にピッチにさせる。軸線Ａ２を中心にしたカテーテル６０２の先端部６０５の回転は、臨床医の手首の曲げによって制御される。カテーテル６０２の先端部６０５の挿入は、臨床医が、患者に対してハンドピース６０４を前進又は後退させることにより制御される。
【００６１】
器具システム６００をロボット制御モードに移すには、駆動入力部６２２ａ，６２６ａ，６３６ａ，６３８ａを、ロボットマニピュレータの電動駆動システム６２４，６２８，６３７，６３９にそれぞれ結合する。前述したように、駆動入力及び駆動システムの結合は、挿入軸線Ａ２に対して横断方向に生じ、カテーテル６０２の先端部６０５を前進又は後退させるようなリスクを低減する。
【００６２】
ロボット制御モードでは、臨床医は、カテーテル６０２の先端部６０５の運動範囲（例えば、ピッチ、ヨー、ロール、及び挿入）を制御することができる。駆動入力部６２２ａの動作によって、巻上げ機６２２ｄを回転させ且つ駆動部品６０８ａを後退させ、カテーテル６０２の先端部６０５を下方向にピッチにさせる。駆動入力部６２６ａの動作によって、巻上げ機６２６ｂを回転させ且つ駆動部品６０８ｂを後退させ、カテーテル６０２の先端部６０５を上方向にピッチにさせる。駆動入力部６３６ａの動作によって、巻上げ機６３６ｂを回転させ且つ駆動部品６１０ａを後退させ、カテーテル６０２の先端部６０５を右方向にヨーにさせる。駆動入力部６３８ａの動作によって、巻上げ機６３８ｂを回転させ且つ駆動部品６１０ｂを後退させ、カテーテル６０２の先端部６０５を左方向にヨーにさせる。カテーテル６０２の先端部６０５の回転及び挿入は、ロボットマニピュレータの動作によって制御される。
【００６３】
ハンドピースをロボットマニピュレータから取り外し且つハンドピース６０４を手動モードに移行するには、ラッチ解除機構６３０のタブ６３０ａを握り、ばね６３１を圧縮する（図９ｃを参照）。タブを一緒に握ることによって、リンク機構６３０ｂをロボットマニピュレータに向けて移動させ、随意に図１の２７及び２９等のアダプタを担持するプレートを移動させ、駆動システムから駆動入力部の係合を解除し、本体６０６の軸線Ａ２に対して横断する方向にロボットマニピュレータからハンドピース６０４の係合を解除することを可能にする。
【００６４】
図９ｂに示されるようには、ハンドピース６０４は、可撓性本体６０６のチャネルを通じて挿入するための補助ツールを受け取るようにサイズ決めされ且つ成形されたツールポート６４０も含む。ツールポートの位置は、駆動部品及び臨床医の把持部に適合するように決定することができる。図９ｇを参照すると、ハンドピース６０４は、可撓性本体６１６を把持部６０３に結合するカラー６４１も含む。駆動部品６０８ａ，６０８ｂ，６１０ａ，６１０ｂの少なくとも一部は、コイル状の細長い外側シースに対して可動する細長い内側部品（例えば、ワイヤ又はケーブル）を有するようなボーデンケーブル６４３から形成してもよい。前述したように、内側部品を駆動部品のケーブル部分に圧着してもよい。スタッド部品６４２が、（例えば、エポキシによって）コイル状外側シースに取り付けられ、且つ留め具６４５によって所定の位置に保持されるクランププレート６４４によって、把持部６０３に対して固定保持される。駆動部品が手動又はロボット制御のいずれかで操作される際に、駆動部品のボーデンケーブル部分は、ハンドピース６０４のスロット６４６（図９ｂ）を介して屈曲され且つ突出させることができる。これは、コイル状外側シースが基端部で拘束されるので、クランププレートは、軸線Ａ２に沿った軸線方向の移動が制約される。
【００６５】
図１０には、介入器具６５０が概略的に示されている。この実施形態では、介入器具は、単一の制御レバーを含む手動アクチュエータ、及び対向駆動部品同士の間に結合された張力調整システムを有する。システム６５０は、器具のハンドピース６５４に結合されたカテーテルシステム６５２を含む。カテーテルシステム６５２は、細長い可撓性本体６５６を含む。可撓性本体６５６は、可撓性本体の先端部を１つの自由度（例えば、ピッチ自由度の運動）で反対方向に移動させるための対向駆動部品６５８ａ，６５８ｂを収容する。
【００６６】
ハンドピース器具６５４は、図９ａに開示された手動アクチュエータ６１９のレバー巻上げシステム６１６ｂ／６２０，６１６ａ／６１８のいずれかと同様の手動操作レバー巻上げシステム６６０を含む。レバー巻上げシステム６６０は、ユーザによる手動操作のための単一のレバー６６２に結合される。レバー６６２及びレバー巻上げシステム６６０が一緒になって、手動アクチュエータを形成する。ハンドピース器具６５４は、駆動システム６６６によって可動する駆動入力部６６４を含み、駆動部品６５８ａの動きを制御する。ハンドピース器具６５４は、駆動システム６７０によって可動する駆動入力部６６８も含み、対向駆動部品６５８ｂの動きを制御する。駆動システム６６６，６７０は、駆動モータを含むロボットマニピュレータの構成要素である。ハンドピース器具６５４は、対向駆動部品６５８ａ，６５８ｂによってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力部又はケーブルホイールシステムから分離される又はこれらの周囲に絡まることを防止するような張力調整システム６７２をさらに含む。
【００６７】
手動モードでの使用中に、臨床医は、単一のレバー６６２を操作して、単一の自由度について反対向きの両方の動きを制御する。例えば、レバーを前進させることによって、可撓性本体の先端部を上方向ピッチで動かすことができ、レバーを後退させることによって、可撓性本体の先端部を下方向ピッチで動かすことができる。ロボット制御モードでは、器具システム６５０は、器具システム６００について説明したのと同様の方法で制御するためにロボットマニピュレータに結合される。この実施形態では、ロボットマニピュレータの駆動システムは、単一の自由度について反対向きの動きのみ、例えば上下方向ピッチのみを制御する。代替実施形態では、器具システム６００について説明したのと同様の第２の駆動入力部のセット及び張力調整システムを使用して、第２の自由度についての反対向きの運動、例えば左右方向ヨー運動をロボット制御することができる。
【００６８】
図１１ａには、介入器具６７５における第２の自由度の駆動入力部のセット及び張力調整システム等が概略的に示されており、図１１Ｂには、図１１ａに概略的に示された介入器具の実装形態が示されている。システム６７５は、ハンドピース器具６７９に結合されたカテーテルシステム６７７を含む。カテーテルシステム１２は、細長い可撓性本体６８１を含む。可撓性本体６８１は、可撓性本体の先端部を単一の自由度（例えば、ピッチ）で反対方向に移動させるための対向駆動部品６８３ａ，６８３ｂを収容する。可撓性本体６８１は、可撓性本体の先端部を別の単一の自由度（例えば、ヨー）で反対方向に移動させるための対向駆動部品６８５ａ，６８５ｂを収容する。ハンドピース６７９は、ハンドピース６００について説明したのと同様の駆動入力部及びピッチ方向張力調整システムを含むようなピッチ制御システム６８４を含む。ハンドピース６７９は、ハンドピース６００について説明したのと同様の駆動入力部及びヨー方向張力調整システムを含むようなヨー制御システム６８６を含む。この実施形態では、手動アクチュエータ６８８は、ギヤラック６９５に機械的に係合する、ピニオンギヤ６９３に機械的にリンク接続された単一のレバー６９１を含む。ピッチ対向駆動部品６８３ａ，６８３ｂは、ギヤラック６９５に結合される。
【００６９】
ロボット制御モードでは、器具システム６７５を、器具システム６００について説明したように実質的に作動させることができる。手動制御モードでは、臨床医は、例えば親指でレバー６９１を操作して、ピッチ対向駆動部品６８３ａ，６８３ｂを移動させる。この実施形態では、ハンドピース６７９の先端部に向けてレバー６９１を旋回することにより、ギヤ６９３を回転させ、ラック及びピニオンアームを反対方向に移動させ、こうして駆動部品６８３ｂを後退させ、駆動部品６８３ａを前進させる。ハンドピース６７９の基端部に向けてレバー６９１を旋回したときに、ギヤ６９３が回転し、ラック及びピニオンアームを反対方向に移動させ、こうして駆動部品６８３ａを後退させ、駆動部品６８３ｂを前進させる。
【００７０】
様々な実施形態では、ハンドピース内の駆動入力部をロボット介在システムの電動駆動システムに結合してもよく、それによって、ロボット制御モードでは、駆動入力部は、複数の自由度（例えば、ピッチ及びヨー）を制御する一方、手動モードでは、より少ない自由度（例えば、ピッチのみ）を手動アクチュエータによって制御してもよい。あるいはまた、同数の自由度を手動及びロボット制御の両方で制御してもよい。
【００７１】
図１２ａには、介入器具７００が概略的に示されている。この器具７００は、ハンドピース器具７０４に結合されたカテーテルシステム７０２を含む。カテーテルシステム７０２は、可撓性本体の先端部を１つの自由度（例えば、ピッチ自由度の運動）で反対方向に移動させるための対向駆動部品７０６ａ，７０６ｂを収容する。器具７００は、対向駆動部品７０６ａ，７０６ｂによってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力部又は手動アクチュエータから分離される又はこれらと絡まることを防止するようなギヤ及びばね張力調整システム７０８を有する。同様の張力調整システム６３２，６３４は、器具システム６００で使用されている。
【００７２】
図１２ｂには、アイドルギヤ７１２によってギヤ７１４に結合されたギヤ７１０を含むような張力調整システム７０８の一部が示されている。張力調整システム７０８は、前述した器具システムのいずれかに張力調整システムとして適用することができる。ギヤ７１０は、ハンドピース７０４に回転可能に取り付けられたシャフト７１１に回転可能に結合される。例えば捩じりばね等の付勢部材７１６は、ギヤ７１０に対して一端が結合され、シャフト７１１に固定された巻上げ機７１８に対して他端が結合される。駆動部品７０６ｂが、巻上げ機７１８の周囲に巻き付けられる。同様に、ギヤ７１４は、ハンドピース７０４に回転可能に取り付けられたシャフト７１３に回転可能に結合される。捩じりばね等の付勢部材７２０は、ギヤ７１４に対して一端が結合され、シャフト７１３に固定された巻上げ機７２２に対して別の端部が結合される。駆動部品７０６ａが、巻上げ機７２２の周囲に巻き付けられる。
【００７３】
従って、巻上げ機７１８は、ギヤ７１０，７１２，７１４及びばね７１６，７２０を介して巻上げ機７２２に従動するように結合される。また、駆動部品７０６ｂは、張力調整システム７０８を介して駆動部品７０６ａに従動するように結合される。ギヤ及びばね張力調整システム７０８が、ばね７１６，７２０にねじり前負荷を受けた状態で組み立てられ、且つ張力を駆動部品７０６ａ，７０６ｂに付与するときに、ばねは、例えば駆動システムが分離され、トルクが駆動入力部に適用されない場合に、駆動部品同士の間で発生し得るたるみを補償することができる。７０８等の張力調整システムは、駆動部品の不均一な運動が、駆動部品６０８ａ，６０８ｂ又はカテーテル６０２における摩擦及び軸線方向のコンプライアンスに起因して又はカテーテル６０２の屈曲に起因して発生したときに、駆動部品同士（例えば、ハンドピース６０４の駆動部品６０８ａ，６０８ｂ）の間の張力を維持することができる。
【００７４】
使用中に、例えば下方向ピッチ駆動部品７０６ａが、（手動又はロボット制御のいずれかを介して）後退するときに、対向駆動部品７０６ｂは、巻上げ機７１８の回転に伴って、少なくとも部分的に展開(unfurl)される。ばね７１６を介して、巻上げ機７１８に関する少なくとも一部のトルクがギヤ７１０に伝達される。ギヤ７１４に関するトルクによって、同じ方向にギヤ７１０にトルクが適用される。ギヤ７１４に関するトルクが、ばね７２０を介して巻上げ機７２２に少なくとも部分的に付与され、対向駆動部品７０６ａに表れるたるみを防止する。こうして、対向駆動部品７０６ａ，７０６ｂは、所定の張力状態に維持される。対向駆動部品の不均一な動きが生じる状態での張力調整システム７０８のこの使用は、駆動部品６０８ａ，６０８ｂの不均一な動きによって、手動アクチュエータ６１９の分割レバー巻上げ機において、入力部でのケーブルたるみに影響を与えるので、器具システム６００において特に適用可能にすることができる。
【００７５】
図１３ａには、介入器具７５０が概略的に示されている。この器具７５０は、ハンドピース器具７５４に結合されたカテーテルシステム７５２を含む。カテーテルシステム７５２は、可撓性本体の先端部を１つの自由度（例えば、ピッチ自由度の運動）で反対方向に移動させるための対向駆動部品７５６ａ，７５６ｂを収容する。器具７５０は、対向駆動部品７５６ａ，７５６ｂによってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力部又は手動アクチュエータから分離されることを防止するようなケーブル張力調整システム７５８を有する。
【００７６】
図１３ｂには、巻上げ機に固定されるとともにこの巻き上げ機の周囲に少なくとも部分的に巻き付けられたケーブル７７４によって、巻上げ機７６８に結合された巻上げ機７６６を含むような張力調整システム７５８の一部が示されている。巻上げ機７６６は、ハンドピース７５４に回転可能に取り付けられたシャフト７７０に回転可能に結合される。捩じりばね等の付勢部材７６２は、シャフト７７０によって支持されており、巻上げ機７６６に対して一端が結合され、且つ巻上げ機７６０に対して他端が結合される。駆動部品７５６ｂは、巻上げ機７６０の周囲に巻き付けられる。同様に、巻上げ機７６８は、ハンドピース７５４に回転可能に取り付けられたシャフト７７２に回転可能に結合される。捩じりばね等の付勢部材７６４は、巻上げ機７６８に対して一端が結合され、且つ巻上げ機７６２に対して別の端部が結合される。駆動部品７５６ａが、巻上げ機７６２の周囲に巻き付けられる。
【００７７】
捩じりばね７６２，７６４の前負荷が与えられた巻き上げによって、トルクやロックが駆動入力部に適用されていない場合や駆動部品の不均一な動きによって他の方法でたるみを形成する場合に、駆動部品７５６ａ，７５６ｂにおける張力を維持する。使用中に、例えば、下方向ピッチ駆動部品７５６ａが、（手動又はロボット制御のいずれかを介して）後退する場合に、対向駆動部品７５６ｂは、巻上げ機７５６の回転に伴って、少なくとも部分的に展開される。ばね７６２を介して、巻上げ機７６０に関する少なくとも一部のトルクが、巻上げ機７６６に伝達される。巻上げ機７６６に関するトルクが、ケーブル７７４を介して少なくとも部分的に付与され、巻上げ機７６８にトルクを適用する。巻上げ機７６８に関するトルクが、ばね７６４を介して少なくとも部分的に付与され、トルクを巻上げ機７６２に適用して、対向駆動部品７５６ａにたるみが形成されるのを防止する。こうして、対向駆動部品７５６ａ，７５６ｂは、所定の張力状態に維持される。
【００７８】
図１４ａには、介入器具８００が概略的に示されている。器具８００は、ハンドピース器具８０４に結合された可撓性本体８０２を含む。可撓性本体８０２は、可撓性本体の先端部を１つの自由度（例えば、ピッチ自由度の運動）で反対方向に移動させるための対向駆動部品８０６ａ，８０６ｂを収容する。器具８００は、対向駆動部品８０６ａ，８０６ｂによってたるみが生じるのを防止するとともに、これら対向駆動部品が、駆動入力部又は手動アクチュエータから分離される又はこれらに絡まることを防止するようなプーリー及びばね張力調整システム８０８を有する。
【００７９】
図１４ｂには、ハンドピース８０４に固定されたプーリー８１０含むような張力調整システム８０８の一部が示されている。引張ばね等の付勢部材８１２が、駆動部品８０６ａ，８０６ｂの間に取り付けられる。駆動部品８０６ａ，８０６ｂの少なくとも一方が、プーリー８１０と交差して延びる。使用中に、ばね８１２は、駆動部品８０６ａ，８０６ｂの動きが等しくない場合に、又はトルクが入力部に適用されない場合に、両方の駆動部品の少なくとも一部の張力が維持されるように前負荷される。これによって、駆動部品が張力調整システムのプーリーや巻上げ機又は駆動入力部や手動アクチュエータから係合が解除されない又はこれらに絡まないことが保証される。
【００８０】
使用中に、例えば下方向ピッチ駆動部品７５６ａが、（手動又はロボット制御のいずれかを介して）後退する場合に、対向駆動部品７５６ｂは、巻上げ機７５６の回転に伴って少なくとも部分的に展開される。ばね７６２を介して、少なくとも一部のトルクが、巻上げ機７６０に適用され、巻上げ機７６６に伝達される。巻上げ機７６６の動きが、ケーブル７７４を介して少なくとも部分的に付与され、巻上げ機７６８を回転させる。巻上げ機７６８の回転が、ばね７６４を介して少なくとも部分的に付与され、巻上げ機７６２を回転させ、対向駆動部品７５６ａに形成されたたるみを取る。こうして、対向駆動部品７５６ａ，７５６ｂは、所定の張力状態に維持される。
【００８１】
図１５には、本開示の実施形態に係る介入器具の使用方法が示されている。上術した実施形態のいずれかの介入器具が、８５２で提供される。介入器具が駆動機構から取り外された状態の８６０において、手動モードで器具を操作することができる。
【００８２】
手動モードでは、介入器具の手動アクチュエータは、ユーザからの力（例えば、親指レバーに接するユーザの親指の圧力）を受け取り、細長い可撓性器具の先端部を移動させる。第１の方向に移動した（例えば、親指レバーをハンドピースの先端部に向けて切り替えた）場合に、手動アクチュエータによって第１の駆動部品を移動させて、細長い可撓性シャフの先端部の第１の方向（例えば、上向きピッチ方向）の動きを制御する。第２の方向に移動した（例えば、親指レバーをハンドピースの基端部に向けて切り替えた）場合に、手動アクチュエータによって第２の駆動部品を移動させ、細長い可撓性シャフトの先端部の、第１の方向とは反対側の第２の方向（例えば、下向きピッチ方向）の動きを制御する。
【００８３】
８５６で、介入器具は、ロボット手術システムに結合される。具体的には、ロボット手術システムの電動駆動機構が、介入器具のモーターインターフェイスを受け取る。随意に、介入器具のモーターインターフェイスは、駆動機構において、介入器具の細長いシャフトの長手方向軸線に対して略横断する方向に受容され、患者内に挿入されるその軸線に沿った器具の動きを最小化又は排除する。８５８で、電動機構の駆動入力部を作動して、細長い可撓性シャフトの先端部を第１の自由度（例えば、ピッチ）で移動させる。ロボット制御モードでは、介入器具の駆動入力部の一方のペアが、電動駆動システムから力を受け取り、細長い可撓性器具の先端部を移動させる。作動された場合に、駆動入力部の一方のペアは、第１の駆動部品を移動させて、細長い可撓性シャフトの先端部の第１の方向（例えば、上向きピッチ方向）の動きを制御する。作動された場合に、駆動入力部の他方のペアが、第２の駆動部品を移動させて、細長い可撓性シャフトの先端部の、第１の方向とは反対向きの第２の方向（例えば、下向きピッチ方向）の動きを制御する。
【００８４】
８６０で、介入器具のモーターインターフェイスは、駆動機構から分離される。随意に、介入器具のモーターインターフェイスは、細長いシャフトの長手方向軸線に対して横断する方向に分離される。シャフトを横断する方向に駆動機構から器具を結合する及び分離することによって、器具がロボット制御モードと手動制御モードとの間で移動する際に、介入器具の先端部の挿入深さを変化させるようなリスクを減少させる。
【００８５】
本開示のシステム及び方法は、肺の接続された気管支の通路に使用するために説明してきたが、それらシステム及び方法は、結腸、腸、腎臓、脳、心臓、循環器系等を含む様々な解剖学的システムにおいて、自然に又は外科的に形成された接続通路を介した、他の組織のナビゲーションや処置に適している。本開示の方法及び実施形態は、非介入的用途にも適している。
【００８６】
本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、制御システム１１６等のコンピュータシステムのプロセッサ上で実行されるソフトウェアで実装してもよい。ソフトウェアで実装された場合に、本発明の実施形態の要素は、基本的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、プロセッサ可読記憶媒体、又は伝送媒体又は通信リンクを通じた搬送波で具現化されるコンピュータデータ信号を介してダウンロードしてもよいデバイスに格納することができる。プロセッサ可読記憶装置は、光媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む、情報を格納することができる任意の媒体含むことができる。プロセッサ可読記憶装置の例は、半導体装置、半導体記憶装置、読取り専用メモリ（ROM）、フラッシュメモリ、消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ（EPROM）、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置等の電子回路を含む。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のコンピュータネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００８７】
提示されるプロセス及び表示は、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関連しなくてもよいことに注意されたい。様々なこれらのシステムに必要な構成は、特許請求の範囲において要素として表される。また、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して記載されるわけではない。本明細書に説明されているように、様々なプログラミング言語が、本発明の教示を実施するために使用することができることを理解されるであろう。
【００８８】
本発明の特定の例示的な実施形態について説明し且つ添付の図面に示してきたが、このような実施形態は、単なる例示であり、広範な本発明に対する制限ではなく、本発明の実施形態は、様々な他の修正が当業者に想起されるので、図示され及び説明された特定の構成及び配置に限定されるものではないことを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図９ｆ】
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【図９ｇ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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