(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シース装置であって、
前記シース装置は、互いに対して傾けられ得る複数のノードリングを有し、各ノードリングは、実質的に筒状の壁を規定して、前記筒状の壁を貫通する少なくとも１つの孔を有し、前記複数のノードリングは、連続的なノードリングが接触面で互いに接触するように、前記ノードリングの中心軸に沿って互いに隣り合って配置され、
前記シース装置は、
積み重ねられたノードリングの前記孔を通る操作ワイヤと、
曲げ可能な弾性ヒンジによって互いに接続された複数の筒状ユニットを含む位置復元部材であって、前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ剛性は、各筒状ユニットの曲げ剛性よりも小さく、前記積み重ねられたノードリングを傾いた位置から元の位置に復元する位置復元部材と、を有し、
前記位置復元部材は、前記積み重ねられたノードリングの内側又は外側に配置され、
前記積み重ねられたノードリングの前記接触面は、前記ノードリングの前記中心軸に沿って、前記位置復元部材における前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点と実質的に同一の位置に配置されていることを特徴とするシース装置。
【請求項２】
連続して積み重ねられた２つのノードリングの接触面と前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点との間の距離εはＲ／μよりも小さく、Ｒは前記ノードリングの前記中心軸から前記操作ワイヤまでの距離であり、μは前記連続して積み重ねられた２つのノードリングに対する接触点での摩擦係数であることを特徴とする請求項１に記載のシース装置。
【請求項３】
前記連続して積み重ねられた２つのノードリングの接触面と前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点との間の距離εはＲ／１０μよりも小さく、Ｒは前記ノードリングの前記中心軸から前記操作ワイヤまでの距離であり、μは前記連続して積み重ねられた２つのノードリングに対する接触点での摩擦係数であることを特徴とする請求項２に記載のシース装置。
【請求項４】
複数の機械シース部分を含む多関節シース装置であって、
各機械シース部分は、互いに対して傾けられ得る複数のノードリングを有し、各ノードリングは、実質的に筒状の壁を規定して、前記筒状の壁を貫通する少なくとも１つの孔を有し、前記複数のノードリングは、連続的なノードリングが接触面で互いに接触するように、前記ノードリングの中心軸に沿って互いに隣り合って配置され、
各機械シース部分は、
積み重ねられたノードリングの前記孔を通る操作ワイヤと、
曲げ可能な弾性ヒンジによって互いに接続された複数の筒状ユニットを含む位置復元部材であって、前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ剛性は、各筒状ユニットの曲げ剛性よりも小さく、前記積み重ねられたノードリングを傾いた位置から元の位置に復元する位置復元部材と、を有し、
前記位置復元部材は、前記積み重ねられたノードリングの内側に配置され、
前記積み重ねられたノードリングの接触面は、前記ノードリングの前記中心軸に沿って、前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点と実質的に同一の位置に配置され、
前記操作ワイヤの少なくとも１つは、前記機械シース部分のそれぞれの遠位端に取り付けられていることを特徴とする多関節シース装置。
【請求項５】
連続して積み重ねられた２つのノードリングの接触面と前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点との間の距離εはＲ／μよりも小さく、Ｒは前記ノードリングの前記中心軸から前記操作ワイヤまでの距離であり、μは前記連続して積み重ねられた２つのノードリングに対する接触点での摩擦係数であることを特徴とする請求項４に記載の多関節シース装置。
【請求項６】
前記連続して積み重ねられた２つのノードリングの接触面と前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点との間の距離εはＲ／１０μよりも小さく、Ｒは前記ノードリングの前記中心軸から前記操作ワイヤまでの距離であり、μは前記連続して積み重ねられた２つのノードリングに対する接触点での摩擦係数であることを特徴とする請求項５に記載の多関節シース装置。
【請求項７】
内視鏡装置であって、
請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のシース装置と、
前記シース装置に挿入されたイメージング内視鏡と、
シースの遠位端に取り付けられたエンドエフェクタを制御するためのガイドワイヤに張力を与える複数のアクチュエータユニットを含むアクチュエータ回路と、
を有することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項８】
複数の機械シース部分を含み、
各機械シース部分は、複数積み重ねられた前記ノードリングと、前記操作ワイヤと、前記位置復元部材とを有し、
前記位置復元部材は、前記積み重ねられたノードリングの内側に配置され、
前記操作ワイヤの少なくとも１つは、前記機械シース部分のそれぞれの遠位端に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシース装置。
【請求項９】
前記積み重ねられたノードリングの接触部分は、前記中心軸の方向において、前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジと同一の位置にあることを特徴とする請求項８に記載のシース装置。
【請求項１０】
連続して積み重ねられた２つのノードリングの接触面と前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点との間の距離εはＲ／μよりも小さく、Ｒは前記ノードリングの前記中心軸から前記操作ワイヤまでの距離であり、μは前記連続して積み重ねられた２つのノードリングに対する接触点での摩擦係数であることを特徴とする請求項９に記載のシース装置。
【請求項１１】
前記連続して積み重ねられた２つのノードリングの接触面と前記位置復元部材の前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点との間の距離εはＲ／１０μよりも小さく、Ｒは前記ノードリングの前記中心軸から前記操作ワイヤまでの距離であり、μは前記連続して積み重ねられた２つのノードリングに対する接触点での摩擦係数であることを特徴とする請求項１０に記載のシース装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年２月２８日に仮出願された米国特許出願第６１／７７０８８３号及び２０１３年３月１５日に出願された米国特許第１３／８３４５６１号への優先権を主張し、これらはその全体が参照によって開示に組み込まれる。
【０００２】
本出願の開示は、一般には、医療機器に関し、特に、内視鏡などの手術道具や手術器具のリモートロボットマニピュレーションに適用可能な多関節シース（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ  ｓｈｅａｔｈ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
内視鏡的な手術器具や手術道具は、よく知られており、医療分野において認められ続けている。内視鏡的な器具や道具は、一般に、一般的にスリーブ又はシースと称されるリジッドな又はフレキシブルな管を含む。シースの遠位端に配置されたエンドエフェクタにアクセスすることを可能にするために、複数のチャンネルがシースに沿って（典型的には、内部に）延在している。シースの近位端に配置された制御機構は、複数のチャンネルを介して、エンドエフェクタのリモートマニュピレーションを可能にする。従って、シースの機械構造は、患者の繊細な器官や組織を保護しながら、エンドエフェクタへのフレキシブルなアクセスを保証する上で重要な役割を担う。ここで、及び、内視鏡的な医療機器の技術の他の場所で使用されているように、「エンドエフェクタ」という用語は、手術器具や手術道具の実際の機構部分を参照する。
【０００４】
内視鏡的な手術道具（外科的なツール）は、クランプ、グラスパー、はさみ、ステープラー、ニードルホルダー及びその他の同様な道具を含み、それらは、検査又は手術の間において体の一部（器官又は組織）を操作するのに役立つ。内視鏡的な器具は、主として、検査中に体の一部を照明するのに役立つ光伝送システムと、検査中に体の一部を観察するのに役立つ画像システムとを含む。典型的な内視鏡的な光伝送システムにおいて、光源は、患者の体の外に配置され、光は、光ファイバーシステムを介して伝送される。内視鏡的な画像システムにおいて、シースの遠位端に配置された対物レンズは、シースの近位端に配置された表示デバイス又はセンサへの光ファイバーの束を介して、集光光によって形成された画像を送信する。内視鏡的な手術器具の例は、腹腔鏡を含むが、更に多くが存在する。
【０００５】
現在の内視鏡的なテクノロジーは、最小侵襲手術（ＭＩＳ）を提供することによって、ネガティブな副作用の量を低減し、患者の安心を増加することに努力する。しかしながら、内視鏡的な道具の技術の現状の主要な欠点のうちの１つは、内視鏡手術を行う医療従事者（内視鏡医及び外科医）に要求される器用さ及び敏感さの不足である。
【０００６】
特に、リジッドな又はフレキシブルなシースを備えた多くの従来の内視鏡的な器具は、シースの機械構造の剛性に起因して、外科医又は内視鏡医が内視鏡的な道具及び器具を容易に扱うことを妨げる。更に重要なこととして、リジッドな又はフレキシブルなシースは、検査又は手術中にエンドエフェクタによって器官又は組織に与えられた圧力又は力の量の正確な感触（感触のフィードバック）を外科医が得ることを妨げる。
【０００７】
例えば、Ｏｓｔｒｏｖｓｋｙらによって開示された米国特許出願公開第２００８／０２８７７４１号明細書は、内視鏡又はカテーテルで使用される関節機構を記載している。かかる機構は、互いに隣接して配置され、互いに移動可能な一連の積み重ねられたリンクを含む。プルワイヤは、張力（テンション）を提供し、複数のプルワイヤの移動によって遠位部の屈曲を制御することを可能にしながら、積み重ねられたリンクを保持する。特に、積み重ねられたリンクは、ジョイントでの復元力を有していない。ワイヤのけん引は、複数のリンクの間で屈曲力を均等に分配しない。各ジョイントでの屈曲角は、種々のジョイントで一様でない。従って、このシースは、一様な曲率に制御することができない。
【０００８】
別の例として、フレキシブルな器具のための多関節シースを開示する米国特許第７，７８５，２５２を説明する。近位部及び遠位部を備えた細長いシャフトを有するシースは、複数の対のリンクを含む。シースは、少なくとも１つの離散的な対のリンクを、接続された対の一方のリンクの移動が対応する対の他方のリンクの相対的な移動を引き起こすように、別のものと接続するケーブルの複数のセットも含む。近位部の移動は、遠位部の対応する移動をもたらす。この特許において、フレキシブルなヒンジは、ワイヤ（ケーブル）張力によって、圧縮力を受ける。圧縮力に対抗するために、フレキシブルなヒンジは、軸方向にリジッドでなければならず、剛性が高くなるように設計される。この剛性は、ワイヤ張力が大きくなることを必要とし、それは、エンドエフェクタによって患者の器官又は組織に与えられている力の量の適切な感触を内視鏡医又は外科医が得ることを困難にする。また、シースの機械構造がモーターによって制御される場合、モーターが大きくなることを必要とする。医療現場の手術に対して、大きなモーターは、外科医の精密及び正確な操作を妨げる原因になるか、或いは、オペレーターの疲労の原因になる。
【０００９】
ここで使用されている「剛性」という用語は、物又は材料の剛性を称する。剛性は、適用された力又は張力に応じて、物又は材料が変形（例えば、曲げ、伸び又は圧縮）に対抗する範囲又は量によって決定することができる。剛性は、フレキシビリティ又はプライアビリティに反するもの、或いは、補完するものと考えられる。すなわち、よりフレキシブルな物又は素材は、より小さい剛性である。数学的な表現では、物又は材料の剛性Ｋは、適用された力Ｆに応じた変形に対抗する指標である。１つの自由度（例えば、曲げの１つの方向）を有する物に対して、適用された力によって生じる変位をδとすると、剛性は、Ｋ＝Ｆ／δとして定義される。国際単位系では、剛性は、ニュートン／メートルで測定され、米英単位系では、剛性は、ポンド（ｌｂｓ）／インチで測定される。物は、１つより多くの変形を一度に受け得るが、単純化のために、本願での検討は、物の変形及び剛性を一度に１つの自由度のみで考慮する。
【００１０】
Ｐｈｅｅらによって開示された米国特許出願公開第２０１２／００７８０５３号明細書は、フレキシブルな内視鏡検査のためのロボットシステムを開示する。Ｐｈｅｅらによれば、胃腸（ＧａｓｔｒｏＩｎｔｅｓｔｉｎａｌ：ＧＩ）病を診断するために、内視鏡検査が胃腸（ＧＩ）管を容易に操作できるように、固定された曲げ半径を有するシース又は異なる長さをそれぞれが備えた異なる曲げ半径を有するシースを実現することが可能である。
【００１１】
神経外科などの非常に繊細な外科手術において、内視鏡又はその他のいかなる手術道具とクリティカルな脳組織及び病巣の周辺の神経との接触を回避する必要がある。そのために、シースの正確に制御された形状を操作し、どのくらいの力又は張力がエンドエフェクタに適用されるのかを高度の確度で知る必要がある。また、様々な方向から、多くの場合、内視鏡が挿入される逆方向から病巣を詳細に視察することが必要である。このように、手術される器官又は組織の近くに位置する繊細な構造にダメージを与えずに、手術を行うことができる。そのために、過度な力を与えずに、全ての方向及びいかなる位置にも、制御された形状にシースを容易に曲げることができることが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の少なくとも１つの実施形態によれば、本発明のある側面は、添付の請求の範囲で定義される。以下に記載する様々な実施形態に従って、過度な力を与えずに、全ての方向に制御された形状を備え、いかなる位置にも曲げることができる機械的なシース構造が開示される。
【００１３】
本発明の第１の側面によれば、シース装置は、互いに対して傾けられ得る複数のノードリングを有し、各ノードリングは、実質的に筒状の壁を規定して、前記筒状の壁を貫通する少なくとも１つの孔を有し、前記複数のノードリングは、連続的なノードリングが接触面で互いに接触するように、前記ノードリングの中心軸に沿って互いに隣り合って配置され、前記シース装置は、積み重ねられたノードリングの前記孔を通る操作ワイヤと、曲げ可能な弾性ヒンジによって互いに接続された複数の筒状ユニットを含む位置復元部材であって、前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ剛性は、各筒状ユニットの曲げ剛性よりも小さく、前記積み重ねられたノードリングを傾いた位置から元の位置に復元する位置復元部材と、を有し、前記位置復元部材は、前記積み重ねられたノードリングの内側又は外側に配置され、前記積み重ねられたノードリングの前記接触面は、前記ノードリングの前記中心軸に沿って、前記位置復元部材における前記曲げ可能な弾性ヒンジの曲げ点と実質的に同一の位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の更なる特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される典型的な実施形態によって明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態における多関節シースの機械構造の典型的な構成を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施形態における多関節シースの機械構造の典型的な構成を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施形態における多関節シースの機械構造の要部の拡大図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、多関節シースのノードリングの斜視図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、多関節シースのノードリングの側面図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａに示すノードリングの遠位端を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ａに示すノードリングの近位端を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、多関節シースの機械構造を動作させるための動作制御を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、多関節シースの機械構造を動作させるための動作制御を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、多関節シースの機械構造を動作させるための動作制御を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、多関節シースの機械構造を動作させるための動作制御を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、多関節シースを曲げる典型的な方法を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、多関節シースを曲げる典型的な方法を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、多関節シースを曲げる典型的な方法を示す。
【図５】図５は、多関節シースの基本的な構造の例を示す。
【図６】図６は、多関節シースの曲げ角度を算出するために考慮された典型的なパラメータを示す。
【図７】図７は、多関節シースのノードリングの所望の数に対して曲率半径を算出するために考慮された典型的なパラメータを示す。
【図８】図８は、少なくとも２つの連続的な曲げ部分に曲げられた多関節シースの例を示す。
【図９】図９は、対応する複数の制御ガイドワイヤを通すための複数の孔を有するノードリングの平面図を示す。
【図１０】図１０は、第２の実施形態における多関節シースを示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第２の実施形態における多関節シースのセンタースプリングコイルを示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第２の実施形態における多関節シースのセンタースプリングコイルを示す。
【図１２】図１２は、半球形状の曲面突出部を有するノードリングを示す。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態における多関節シースの異なる実現を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３のラインＡにおける横断面図を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３のラインＢにおける横断面図を示す。
【図１５】図１３は、本発明の第４の実施形態における多関節シースの異なる実現を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１５のラインＡにおける横断面図を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１５のラインＢにおける横断面図を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１６Ａに示すそれらに対して４５度回転させて配置された制御ガイドワイヤを示す。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１６Ｂに示すそれらに対して４５度回転させて配置された制御ガイドワイヤを示す。
【図１８】図１８は、本発明の第５の実施形態における多関節シースの異なる実現を示す。
【図１９】図１９は、図１８のラインＡにおける横断面図を示す。
【図２０】図２０は、本発明のいずれかの実施形態の典型的な適用における内視鏡システムの実施形態を示す。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明における多関節シースの変形例を示す。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本発明における多関節シースの変形例を示す。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、本発明における多関節シースの変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、開示された発明が実施される実施形態の図である添付図面を参照して説明する。但し、当業者は、この開示の新規性及び範囲から外れることなく、その他の構造的及び機能的な変形を開発することができると理解される。
【００１７】
説明を参照するに、具体的な詳細は、開示された例の十分な理解を提供するために説明される。その他の例において、本開示を不必要に長くしないために、周知の方法、手段、構成及び回路は、詳細な説明を省略する。本発明の幾つかの実施形態は、情報及び指示を処理するための１つ又は複数のプロセッサと、情報及び指示を記憶するためのランダムアクセス（揮発性）メモリ（ＲＡＭ）と、静的な情報及び指示を記憶するための読み出し専用（非揮発性）メモリ（ＲＯＭ）と、情報及び指示を記憶するための磁気又は光ディスク及びディスクドライブなどのデータ記憶装置と、コンピュータユーザに情報を表示する表示装置（例えば、モニタ）などの随意的なユーザ出力装置と、情報及びコマンド選択をプロセッサに伝達する英数字及びファンクションキー（例えば、キーボード）を含む随意的なユーザ入力装置と、ユーザ入力情報及びコマンド選択をプロセッサに伝達するカーソル制御装置（例えば、マウス）などの随意的なユーザ入力装置とを一般的に含むコンピュータシステムで実施される。
【００１８】
当業者なら分かるように、本例は、システム、方法又はコンピュータプログラム製品として具現化される。従って、幾つかの例は、全体的なハードウェア態様、及び、全体的なソフトウェア態様（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードを含む）、又は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ態様の形態をとり、ここでそれらは、一般的に、「回路」、「モジュール」または「システム」と称される。更に、幾つかの形態は、それに記憶されたコンピュータ使用可能なプログラムコードを有する表現のいかなる有形的表現媒体で実施されるコンピュータプログラム製品の形態をとる。例えば、方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して以下に説明される幾つかの実施形態は、コンピュータプログラム命令によって実現される。コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラム命令がフローチャート及び／又はブロック図で特定される機能／動作／工程を実現する指示及び処理を含む製造品を構成するように、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ又はその他のプログラム可能なデータ処理装置に特定の方法で作動するように指示することができるコンピュータ可読媒体に記憶される。
【００１９】
要素又は部分が、別の要素又は部分に対して、「上に（ｏｎ）」、「対する（ａｇａｉｎｓｔ）」、「接続する（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」又は「結合する（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」とされているならば、それは、別の要素又は部分に対して、直接的に、上に、対する、接続する又は結合する、或いは、介在要素又は部分が存在すると理解されるべきである。一方、要素が、別の要素又は部分に対して、「直接的に上に（ｄｉｒｅｃｔｅｌｙ  ｏｎ）」、「直接的に接続する（ｄｉｒｅｃｔｅｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」、「直接的に結合する（ｄｉｒｅｃｔｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」とされているならば、介在要素又は部分は存在しない。「及び／又は」という用語が提供されるならば、１つ又は複数の関連リストアイテムのあらゆる組み合わせを含む。
【００２０】
「下（ｕｎｄｅｒ）」、「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」、「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」、「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」などの空間的で相対的な用語は、ここでは、様々な図面に図示されているような別の要素又は特徴に対するある要素又は特徴の関係を説明するための容易な記載として使用される。但し、空間的で相対的な用語は、図面に図示された方位（姿勢）に加えて、使用時又は操作時の装置の異なる方位を包含することを意図していると理解されるべきである。例えば、図面の装置が反転されると、その他の要素又は特徴の「下方」又は「真下」と記載された要素は、その他の要素又は特徴の「上方」の方向を向くことになる。このように、「下方」などの相対的な空間用語は、上及び下の方位の両方を包含する。装置は、別の方位（９０度回転又はその他の方位）を向いてもよく、ここで使用される空間的で相対的な記述子は、それに応じて解釈されるべきである。同様に、相対的な空間用語である「近位」及び「遠位」も必要に応じて交換可能である。
【００２１】
ここでは、第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、構成、領域、部及び／又は部分を説明するために使用される。これらの要素、構成、領域、部及び／又は部分はこれらの用語によって限定されないと理解されるべきである。これらの用語は、ある要素、構成、領域、部又は部分を、別の領域、部又は部分と区別するためだけに使用される。このように、以下で検討される第１の要素、構成、領域、部又は部分は、ここでの教示を外れることなく、第２の要素、構成、領域、部又は部分と称することができる。
【００２２】
ここで使用される専門用語は、特定の実施形態だけを説明するためのものであり、限定することを意図していない。ここで使用されているように、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」という単数形は、明確な説明がない限り、複数形を含むことを意図している。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び／又は「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書での使用において、提示された特徴、整数、工程、動作、要素及び／又は構成の存在を特定するが、明確に提示されていない１つ又は複数の特徴、整数、工程、動作、要素、構成及びそれらのグループの存在又は追加を排除するものではないと理解されるべきである。
【００２３】
図面に図示された実施形態を説明する際に、具体的な専門用語は、明瞭さのために使用される。但し、この特許の明細書の開示は、そのようにして選択された具体的な専門用語に限定されることを意図しておらず、各具体的な要素は、同様な方法で動作する全ての技術的に等価なものを含むと理解されるべきである。
【００２４】
典型的な実施形態は、幾つかの図面を参照して以下に説明され、同等の参照番号は、幾つかの図面及び実施形態にわたって、同一の又は対応する部分を指定する。
（第１の実施形態）
図１Ａ乃至図１Ｃは、本発明の実施形態における多関節シース１００の基本的な機械構造の典型的な構成を示す。ここで使用されているように、「基本的な機械構造」という用語は、多関節シース１００の中心軸（直線状の軸）ＡＸに対するプラス／マイナスシータ（θ）の角度に沿った最小の関節（曲げ）を得るのに必要な多関節シース１００の基礎的要素又は最小単位又はシース部分を称する。図１Ａに図示しているように、多関節シース１００は、複数のノードリング１０で構成された外側本体部１１０と、外側本体部１１０の内側に配置された内側本体部１２０と、複数のノードリング１０の孔を通る複数のワイヤ１５０と、を含む。
【００２５】
図１Ｂに図示しているように、外側本体部１１０の複数のノードリング１０は、互いに連続して積み重ねられ又は配置され、ワイヤ１５０は、各ノードリング１０の壁で形成された孔を通る。このように、ワイヤ１５０は、多関節シース１００の遠位端Ａから近位端Ｂに延在する。
【００２６】
図１Ｃは、多関節シース１００の機械構造の遠位端Ａの拡大図を示す。図１Ｃに示すように、外側本体部１１０は、内側本体部１２０の周囲で次々に連続して配置された複数の円筒型のチューブ状のノードリング１０で形成される。内側本体部１２０は、センタースプリングとして機能する単一のチューブ状の構造で形成される。内側本体部１２０のセンタースプリングは、曲げ可能なヒンジ１２２（曲げ可能なリンク）によって互いに接続された複数の円筒型のユニット１２１を含む。円筒型のユニット１２１及び曲げ可能なヒンジ１２２は、所定のピッチＰで連続して配置された円筒型のユニット１２１及び曲げ可能なヒンジ１２２から機械加工された単一の構造エンティティの一部である。ピッチＰは、実質的に、各ノードリング１０の全体の長さＬと等しい。ワイヤ１５０は、ロッキングビーズ１５１によって、シースの遠位端において（又は任意のその他の位置において）ノードリング１０と係合する。互いに密着して整列された複数のノードリング１０を維持するために、ワイヤ１５０は、ノードリング１０の円筒型の壁に形成された孔１４を介して、シース１００の遠位端Ａから近位端Ｂに延在する。
【００２７】
多関節シース１００の種々のパーツを製造するために使用できる製造の材料又は方法についての限定はない。当業者は、ここで開示された構造の所望の用途に適用可能な様々な製造の方法及び入手可能な材料に詳しいと想定される。ある試作品又は実験的な例において、発明者は、ここでは、現在商業的に入手可能な材料及び製造の方法を使用した。但し、将来、その他の適した材料及び製造の方法が入手可能になるかもしれない。その一例において、内側本体部１２０は、シース１００の形状を元の曲がっていない位置に復元するのに役立つ要素として使用されるため、内側本体部１２０は、亜鉛メッキ鉄板、ステンレス鋼又は形状記憶合金（ＳＭＡｓ）で構成される。ＳＭＡｓは、それらの元の形状を「記憶している」金属であり、形状、剛性、位置などを変化させるアクチュエータを形成するのに有用であり、その元の形状、剛性、位置などに戻ることを要求される。ニッケルチタン合金は、特に有用なＳＭＡｓであるが、その他も入手可能である。従って、ＳＭＡｓは、壊れることなく、収縮又は曲げを繰り返すＳＭＡｓの能力のため、シース１００の内側本体部１２０を形成するのに特に有利である。ワイヤ１５０は、滅菌された鋼線又はその他の既知の合成ベースの金属線である。具体的には、ノードリングに対して、ステンレス鋼、ニッケルチタンＮｉＴｉ（形状記憶合金）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）は、使用できる例の幾つかである。ガイドワイヤに対して、ステンレス鋼、ＮｉＴｉ（形状記憶合金）、ナイロン、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）は、使用できる例の幾つかである。センタースプリング（内側本体部１２０）に対して、ＮｉＴｉ（形状記憶合金）、ステンレス鋼、ピアノ線、リン青銅、ＢｅＣｕ（ベリリウム銅）、バネ鋼は、使用できる材料の幾つかの追加の例である。
【００２８】
図２Ａ乃至図２Ｄは、詳細なノードリング１０の構造を示す。図２Ａは、単一のチューブ状のノードリング１０の３次元ビュー（斜視図）を示す。図２Ｂは、ノードリング１０の側面図（長手方向のビュー）を示す。図２Ｃは、ノードリング１０の遠位端から見た平面図（遠位のビュー）を示す。図２Ｄは、ノードリング１０の近位端から見た平面図（近位のビュー）を示す。特に、これらの図面に示すように、各ノードリング１０は、予め定められた長さＬ、それらの間に周縁壁をともに形成する内径ｄ及び外径Ｄを有する円筒型のチューブ状の構造として形成される。特に、ノードリング１０は、その遠位端に、平らな突出部１１を含む第１の面１２を含み、その近位端に、曲面突出部１５を含む第２の面１３を含む。孔１４は、ノードリング１０の周縁壁に沿って、第１の面１２から第２の面１３に延在する。第１の面１２の平らな突出部１１から第２の面１３の曲面突出部１５の頂点までの長手方向の距離は、各ノードリング１０の長さＬを規定する。
【００２９】
図２Ｃに示すように、複数の孔１４及び平らな突出部１１は、各ノードリング１０の第１の面１２に形成される。図２Ｃにおいて、各孔１４は、平らな突出部１１のセンター面に対して、約９０で配置される。但し、実際には、孔１４は、平らな突出部１１からいかなる距離で配置されてもよい。同様に、図２Ｄに示すように、複数の孔１４及び曲面突出部１５は、各ノードリング１０の第２の面１３に形成される。図２Ｄにおいて、各孔１４は、曲面突出部１５に対して、９０度で配置される。但し、実際には、孔１４は、チューブ状のノードリング１０の周縁壁に沿って、第２の面１３の曲面突出部１５からいかなる距離で配置されてもよい。
【００３０】
図３Ａ乃至図４Ｃを参照して、多関節シースの機械構造を動作させるための動作制御を説明する。まず、図３Ａは、典型的なシース１００の遠位端の３次元ビューを示す。図３Ａにおいて、２つの連続的なノードリング１０は、連続的なノードリングが直線状の軸ＡＸに直交する接触面で互いに接触するように、配置されている。２つの連続的なノードリング１０の間の接触部分は、隣接するノードリング１０の平らな突出部１１に接触する１つのノードリング１０における曲面突出部１５の部分である。別の表現では、２つの連続的なノードリング１０の間の接触部分は、隣接するノードリング１０における曲面突出部１５に直接物理的に接触する１つのリング１０の平らな突出部１１の部分である。曲面突出部１５が円筒型の突出部である場合、図３Ａに示すように、接触部分は、本質的に、平らな突出部１１に直接接触する曲面突出部１５の頂点によって規定された接触線である。曲面突出部１５が、図１２に示すように、半球形状の突出部である場合、接触部分は、平らな突出部１１に直接接触する曲面突出部１５の頂点によって規定された接触点である。いずれの場合においても、接触線又は接触点は、シース１００の直線状の軸ＡＸに直交する接触面上にある。
【００３１】
２つの連続的なノードリング１０の間の曲げ動作を参照するに、ワイヤ１５０が直線状の軸ＡＸに平行な方向（軸方向）に引っ張られると、２つの連続的なノードリング１０の曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の接触部分がワイヤ１５０に与えられた引張力Ｆに対する支点として機能するため、ノードリング１０の一方が他方に対して移動することが図３Ａから明らかである。図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、ここで開示された機械的なシースの理想的な構成における曲げ工程を示す。すなわち、これらの図面において、接触部分とヒンジの中心とは、直線状の軸ＡＸに沿って、正確に同一の位置にある。但し、曲げ力を与えるより前に、図３Ｂに示すように、シース１００が休止状態にある場合、ワイヤ１５０は、ノードリング１０の孔１４を通り、遠位ノードリング１０の曲面突出部１５は、近位ノードリング１０の平らな突出部１１に接触する。この休止状態において、内側本体部１２０のヒンジ１２２は、曲げられず、全体のシース１００は、共通の直線状の軸（シース軸）ＡＸに沿って、実質的に、一直線状に整列する。また、図３Ｂの休止状態において、内側本体部１２０の長手方向の軸と各ノードリング１０の長手方向の軸とは、直線状の軸ＡＸと一致する。全体のシース１００をその休止状態に維持するために、ノードリング１０は、互いに密着して配置され、初期張力Ｔは、両方のワイヤ１５０に存在する。
【００３２】
シース１００の遠位端に配置されたエンドエフェクタ（不図示）を作動させるために、図３Ｃに示すように、シース１００の近位端に向かって、力Ｆ１が第１のワイヤ１５０を引っ張り、或いは、力Ｆ２が第２のワイヤ１５０を引っ張る。第１のワイヤ１５０を引っ張る力Ｆ１が第２のワイヤ１５０を引っ張る力Ｆ２よりも大きい場合、２つの力の差は、第１のノードリング１０を軸ＡＸに対して角度シータ（θ）に傾ける合成張力を生じる。傾けられた遠位ノードリング１０は、センタースプリング（内側本体部１２０）のヒンジ１２２に曲げモーメントを与え、図３Ｃに示すように、引張力Ｆ１の側にヒンジ１２２を曲げる。一方、第２のワイヤ１５０を引っ張る力Ｆ２が第１のワイヤ１５０を引っ張る力Ｆ１よりも大きい場合、２つの力の差は、軸ＡＸに対してマイナスシータの角度に遠位ノードリング１０を傾ける。傾けられた遠位ノードリング１０は、センタースプリング（内側本体部１２０）のヒンジ１２２に曲げモーメントを与え、図３Ｄに示すように、引張力Ｆ２の側にヒンジ１２２を曲げる。
【００３３】
表記の都合上、図３Ｃにおける角度シータを正とみなし、図３Ｄにおける角度シータを負とみなす。すなわち、ここで使用されているように、シース軸ＡＸに対して時計回りの方向にノードリング１０を傾けることは、正の角度の傾きとみなし、軸ＡＸに対して反時計回りの方向にノードリング１０を傾けることは、負の角度の傾きとみなす。
【００３４】
特に、第１及び第２のワイヤの両方を引っ張る力は、遠位ノードリング１０の曲面突出部１５と近位ノードリング１０の平らな突出部１１との間の接触部分を押圧する張力を生じる。但し、その曲面形状に起因して、曲面突出部１５は、平らな突出部１１の平面において簡単に回転する。接触点がヒンジ１２２の曲げの中心（点）で（又は、実質的に近くで）生じる場合、曲面突出部１５の曲面と平らな突出部１１の平面との間の滑りが最小又はなくなる。換言すれば、曲面突出部１５の頂点がヒンジ１２２の長手方向の中間点に直交して一致する場合、曲面突出部１５の曲面と平らな突出部１１の平面との間の滑りが最小又はなくなる。
そのため、各ノードリング１０の長さＬは、ピッチＰ（２つの連続的なヒンジ１２２の軸方向の中間点の間の距離）と等しくするのが好ましい。この場合、曲面突出部１５の頂点は、シース１００の軸方向への各ヒンジ１２２の曲げに対する最小抵抗の位置に正確に一致する。従って、傾ける工程は、ヒンジ１２２に曲げモーメントを与えるために、最小の力を要求する。また、ワイヤ１５０において作動させている力は、ノードリング１０を容易に回転させ、与えられた力は、非常に効率的な方法でシース曲率に変換される。
【００３５】
更に具体的には、図３Ｃ及び図３Ｄに示す引張力Ｆ１及びＦ２を考慮すると、これらの力の間の差は、以下の式（１）に基づいて、軸ＡＸに対して時計回りの方向又は反時計回りの方向のいずれかにシータ度又はラジアンでシース１００を容易に曲げることができる。
θ＝Ｒ＊｜Ｆ１−Ｆ２｜／Ｋ      （１）
式（１）において、Ｋは、ヒンジ１２２の曲げ剛性であり、Ｒは、シース１００の軸中心（軸ＡＸ）と大きい力を与えるワイヤ１５０（理想的には、軸ＡＸから同一の距離Ｒで配置されるべき両方のワイヤ）との間の距離であり、Ｆ１は、第１のワイヤ１５０によって与えられた力であり、Ｆ２は、第２のワイヤ１５０によって与えられた力であり、θは、軸ＡＸに対するヒンジ１２２の合成曲げ角度である。シース１００のいずれの曲率でも、第１及び第２のワイヤ１５０によって与えられた張力によって制御され、要求される力は、式（１）によって定量化される。
【００３６】
図４Ａ乃至図４Ｃを参照して、シース１００を曲げる方法について、更に具体的な説明が提供される。図４Ａに示すように、ワイヤ１５０がシース１００を曲げるために作動する場合、両方のワイヤ１５０は、遠位ノードリング１０の遠位端を作動させ、予め定められた力（上述したＦ１及びＦ２）は、シース１００の近位端に向かって張力を与える。大きい力で引っ張るワイヤ１５０は、遠位ノードリング１０の傾きの方向を決定する。例えば、図４Ａの場合、両方のワイヤ１５０ａ及び１５０ｂは、不図示のアクチュエータによって引っ張られる。これらの引張力は、シース１００の近位端に向かって長手方向の張力Ｔを与える。但し、シース１００を曲げるために、一方のワイヤは、他方より大きい張力を与えなければならない。図４Ａにおいて、ワイヤ１５０ａは、ワイヤ１５０ｂより大きい張力を与え、これにより、張力差ｄＴが存在する。従って、張力Ｔ＋ｄＴを与えるワイヤ１５０ａは、時計回りの方向に遠位ノードリング１０の傾きをもたらす。その結果、内側本体部１２０のヒンジ１２２は、シース軸ＡＸに対して、シータ（度又はラジアン）の量で曲がる。
【００３７】
理想的には、上述したように、曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の接触部分は、ヒンジ１２２の曲げの中心として軸方向において同一の長手方向の位置にある。そして、遠位ノードリング１０の傾きが生じる場合、第１のワイヤ１５０ａによって与えられる張力は、Ｔ＋ｄＴであり、第２のワイヤ１５０ｂの張力は、Ｔ−ｄＴである。Ｔは、シース１００の要素の全てを定位置に維持するために各ワイヤによって与えられた初期の張力であり、ｄＴは、シースを１つの方向に曲げるために与えられた張力である。但し、シース１００の近位端への初期の張力は、平らな突出部１１と（接触部分で）接触して、曲面突出部１５の頂点において、等しく、且つ、逆の押圧を生じる。すなわち、シース１００の近位端への張力２Ｔは、遠位端への相反する力２Ｔを生じる。従って、２つの連続的なノードリング１０が集まるポイントにおいてシース１００を曲げるために、抵抗力の和よりも大きい力モーメントを与えなければならない。すなわち、曲げのための力モーメントは、シース１００を定位置に維持する張力＋ヒンジ１２２の剛性を超えなければならない。
【００３８】
図４Ｂは、外側ノードリング１０と内側スプリング（内側本体部１０）との間の小さい長手方向の変位を有する理想的な状態におけるシース１００の機械構造の構成を示す。シース１００の曲げの間の小さい変位は、様々な製造誤差及び一定の公差内の組み立て誤差によって生じる。外側ノードリングと内側スプリングとの間の好ましくない変位の上限を決定するために、図４Ｂに示すように、外側本体部１１０に対する内側本体部１２０の間の長手方向の位置における差をイプシロン（ε）と称する。
【００３９】
また、遠位ノードリング１０が傾くにつれて、曲面突出部１５が平らな突出部１１の上を滑る（移動する）。この微小な移動をｄｘと称する。図４Ｃに示すように、ｄｘは、横方向の移動であり、それは、曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の摩擦によって影響される。具体的には、図４Ａと図４Ｂとを重ねることによって、その結果として得られる図４Ｃは、軸ＡＸに直交する方向、且つ、この特定の図面における左方の滑りｄｘの量を示す。以下に示すように、横方向の滑りｄｘの量は、曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の接点での摩擦係数μ、軸ＡＸからワイヤ１５０までの距離Ｒ、曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の摩擦力２Ｔ、ヒンジ１２２の曲げ剛性Ｋ、及び、ヒンジ１２２において曲げモーメントθ＊Ｋを与え、ヒンジ１２２をθ度又はラジアンだけ曲げるために、ワイヤ１５０が移動すべき長手方向の並進距離Ｄを考慮することによって定量化される。
【００４０】
ノードリング１０において角度θの傾きを実現するために引っ張られるワイヤ１５０の長手方向の並進距離Ｄ又は長さは、基本的な三角法から導き出され、Ｒ×θ（以下、「Ｒθ」）であると決定できる。すなわち、Ｒθは、遠位ノードリング１０において角度θの傾きを実現するために引っ張られるワイヤ１５０の長さとして定義される。
【００４１】
ｄｘは、ノードリング１０が時計回りの方向又は反時計回りの方向のいずれかにθの角度で傾くにつれて、曲面突出部１５が平らな突出部１１の上を滑る距離、又は、これらの２つの突出部の間の接点の横方向の移動である。従って、以下に示すように、遠位ノードリング１０が傾いて、曲面突出部１５が滑り、接触点が移動するにつれて、以下の式（２ａ）及び（２ｂ）が定義される。
ｄｘ／ε＝θ      （２ａ）
ｄｘ／θ＝ε      （２ｂ）
ｄｘ／Ｒθは、ピボットてこ率である。［曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の接触点における必要な滑り］の［滑りのためのワイヤ引張距離Ｒθ］に対する比である。
【００４２】
曲面突出部１５の頂点と平らな突出部１１との接触点における摩擦係数μとし、平らな突出部１１に平行に働く摩擦力は、ワイヤ１５０の引っ張り張力と逆の方向において、２Ｔμである。
【００４３】
ヒンジ１２２を曲げるための有効モーメント（曲げモーメント）Ｋ＊θは、ワイヤ張力によって生じたモーメント−摩擦力によって生じたモーメントと等しい。ワイヤ張力によって生じたモーメントのために、以下に示すように、ノードリング１０における２つのワイヤ１５０のそれぞれによって与えられる張力を考慮しなければならない。
（Ｔ＋ｄＴ）＊Ｒ−（Ｔ−ｄＴ）＊Ｒ，  以下の式（３）に簡略化される
２Ｒ＊ｄＴ      （３）
一方、摩擦力によって生じたモーメントは、［接触点における摩擦］×［ピボット率］倍×［距離Ｄ］であるワイヤ張力と逆の方向における有効力（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｅｘｅｒｔｅｄ  ｆｏｒｃｅ）を考慮することによって導き出すことができる。
【００４４】
曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の接触点における摩擦力をピボットてこ率倍して乗算することによって、ワイヤ１５０において等しい張力を得ることができる。従って、ワイヤ張力引張力（ｗｉｒｅ  ｔｅｎｓｉｏｎ  ｐｕｌｌ  ｆｏｒｃｅ）に対して変換された摩擦力は、以下の式（４）によって定義される。
２Ｔμ＊ｄｘ／Ｒθ      （４）
有効摩擦力によって生じたネガティブなモーメントは、簡略化された式（５）を与える、式（４）によって乗算されたＲである。
２Ｔμ＊ｄｘ／θ      （５）
従って、内側スプリングのヒンジ１２２を曲げるための有効モーメントは、式（３）及び式（５）から得られ、式（６）をもたらす。
２ｄＴ＊Ｒ−２Ｔμ＊ｄｘ／θ＝Ｋθ      （６）
式（２ａ）又は式（２ｂ）を式（６）に変換すると、その結果が式（７）である。
２（ＲｄＴ−Ｔμ＊ε）＝θＫ      （７）
モーメントθＫは、センタースプリング（内側本体部１２０）のヒンジ１２２を曲げることが可能である０よりも大きくなければならないため、以下に示すように、式（７）から、以下の第１の条件式（９）が規定される。
ＲｄＴ−Ｔμ＊ε＞０      （８ａ）  又は
ＲｄＴ＞Ｔμ＊ε          （８ｂ），
ｄＴ／Ｔ＞με／Ｒ        （９）
Ｔ−ｄＴは、負の値ではないため、ｄＴ／Ｔは、１よりも大きくない。従って、式（９）は、式（９ｂ）として書き換えられる。
１＞με／Ｒ        （９ｂ）
ε＜Ｒ／μ          （１０）
特に、条件式（１０）は、ヒンジ１２２及び角度θを曲げるために満たすべき必要な条件である。条件式（１０）が満たされていない場合、シース１００が曲がらない。具体的には、接触部分及びヒンジの中心の大きな変位がある場合、摩擦による抵抗に起因して、結合部は、曲がることができない。例えば、Ｒ＝１ｍｍ、μ＝０．５である場合、変位εは、２ｍｍよりも小さくなければならない。
【００４５】
上述した式（１）乃至式（１０）において、摩擦に起因するモーメントの損失だけではなく、ワイヤ１５０から提供された張力によって生じたモーメントの量が考慮された。これらの考慮によって、ここで開示されたシース１００は、最小の適用力で最大の効率を得るために設計されている。
【００４６】
ここで使用されているように、効率ηは、出力モーメントの入力モーメントに対する比として定義される。従って、式（３）及び式（５）から、効率ηは、式（１１）によって与えられる。
η＝［２ＲｄＴ−Ｔμε］／［２ＲｄＴ］
η＝１−Ｔμε／（ＲｄＴ）            （１１）
シース１００の実用のために、最小の適用力で少なくとも９０％の効率が必要であるとすると、以下の条件式（１６）が規定される。
１−Ｔμε／（ＲｄＴ）＞０．９          （１２）
以下と等価である
０．１≧（Ｔ／ｄＴ）（με／Ｒ）          （１３）  又は
Ｒ／（１０μ）≧ε（Ｔ／ｄＴ）          （１４）
また、Ｔ−ｄＴは、負ではないため、Ｔ／ｄＴの最小値は、１であり、以下を示す。
Ｔ／ｄＴ≧１              （１５）  及び
Ｒ／（１０μ）≧ε        （１６）
条件式（１６）は、シース１００の曲げにおける仕事効率のための基準系を提供する。具体的には、シース１００が適用張力を曲げモーメントに効率的に変換するように、条件式（１６）が満たされなければならない。条件式（１６）を満たすことで、少なくとも９０％の効率が保証される。
【００４７】
上述の定義及び分析によって、条件式（１０）は、θラジアンの角度で遠位ノードリング１０を傾けるために、Ｒ／μよりも小さい長手方向の変位εが要求されることを提供する。一方、条件式（１５）及び条件式（１６）は、シース１００の効率的な動作のための、内側スプリング（内側本体部１２０）と外側本体部１１０のノードリング１０との間の長手方向の変位を決定するための具体的な条件を提供する。
【００４８】
例えば、軸ＡＸと約１ミリメートル（ｍｍ）のワイヤ１５０との間の距離Ｒ、及び、摩擦係数μ＝０．３のため、オフセット変位εの上限は、以下のように算出される。
＜数値例＞
Ｒ＝１ｍｍ，ｍ＝０．３，
（Ｔ／ｄＴ）＝１の場合，ε≦０．３３３ｍｍ，
（Ｔ／ｄＴ）＝２の場合，ε≦０．１６７ｍｍ，
（Ｔ／ｄＴ）＝５の場合，ε≦０．０６７ｍｍ，
（Ｔ／ｄＴ）＝１０の場合，ε≦０．０３３ｍｍ，
上述のサンプル値は、小さな（Ｔ／ｄＴ）が大きなオフセット変位εを許容することを示す。換言すれば、Ｔのつり合い張力のために、できるだけ小さいことがより望ましい。一方、制御されていない外力が与えられる場合には、外力に対抗するために、つり合い張力を大きな値に維持することが望ましい。
【００４９】
小さい半径にシース１００の全体構造を曲げるために、比率Ｔ／ｄＴは小さい（例えば、２）。一方、大きい曲率半径にシース１００の構造を僅かに曲げるために、比率Ｔ／ｄＴは大きい（例えば、１０）。様々な誤差要因及び外力のもとで機械構造の安定性を維持するために、（Ｔ／ｄＴ）は、２以上であることが観察された。このように、η≧９０％の効率でシースの安定制御を維持するために、以下の条件式（１７）がより好ましい。
Ｒ／（２０μ）≧ε        （１７）
これは、曲面突出部１５が平らな突出部１１の上を滑る（回転する）間、センタースプリングのヒンジ１２２は、ワイヤの方向に、大きい張力によって角度θを曲げることを意味する。曲面突出部１５と平らな突出部１１との間の接触部分における移動又は滑りの実際の量は、最小である。従って、アクチュエータ力は、非常に効率的にシース曲率に変換され、それは、曲げに与えられた力が最適化されることを意味している。但し、シース１００の実用は、要求された効率のレベルに依存し、それは、式（１６）及び式（１７）によって決定される。
【００５０】
図５を参照するに、シース１００の基本的な構造を形成するために、複数のノードリング１０が内側本体部１２０（不図示）の周囲に連続して次々に配置されている例を示す。曲げを実現するために、第１のワイヤ１５０ａ及び第２のワイヤ１５０ｂは、ロックビーズ１５１を介して、遠位ノードリング１０の上に固定される。シース１００の基本的な構造を第１の方向に曲げるために、第１のワイヤ１５０ａは、図示しないアクチュエータによって、第２のワイヤ１５０ｂに与えられる力Ｆ２よりも大きい力Ｆ１（この場合）で引っ張られる。シース１００の基本的な構造を第１の方向とは異なる第２の方向に曲げるために、第２のワイヤ１５０ｂは、図示しないアクチュエータによって、第１のワイヤ１５０ａに与えられる力Ｆ１よりも大きい力Ｆ２で引っ張られる。シース１００をその休止状態（すなわち、曲がっていない位置）に戻すために、アクチュエータは、ワイヤ１５０ａ及び１５０ｂを徐々に解放し、内側本体部１２０は、シース１００の基本的な部分をその線形又は一直線の位置に戻すための弾性スプリングとして動作する。図５の図示は、可変半径で曲面形状を形成するために、２つの方向のいずれにもシース１００が曲げられる例を提供する。より具体的には、図５に描かれた例から十分に理解されるように、シース１００の部分の長さは、所望の曲面形状を得るために必要なノードリング１０の数によって決定され、第１のワイヤ１５０ａ（又は第２のワイヤ１５０ｂ）に与えられる張力の量は、実現された曲率半径を決定する。
【００５１】
図６及び図７を参照して、所定の曲げ角度シータに必要なノードリング１０の数の算出例を説明する。具体的には、図６は、２つの連続的なノードリング１０の簡略版を示し、一方のリング１０が他方に対して傾いている。図６において、第１のノードリング１０の端部が隣接するノードリング１０のエッジに接する場合に、角度シータの最大傾きが実現されるとすると、シータは、２つの連続的なノードリング１０でシース１００が実現できる最大曲げである。２つの連続的なノードリング１０によって、最大曲げ角度シータは、以下に示すように、曲面突出部１５の突出高さｄ、及び、突出接触部分から２つの連続的なノードリング１０の間のエッジ接触点までの距離によって決定される。
θ＝ｄ／Ｒ      （１８）
図６に示すように、簡略化のために、式（１８）におけるＲは、例えば、図３Ｂ及び図４Ａに示すように、シース軸ＡＸから制御ワイヤ１５０の位置までの距離Ｒと実質的に等しいと考えられる。但し、最大曲げ角度シータは、弾性曲げ条件内の内側本体部１２０の曲げ可能なヒンジ１２２の最大許容曲げなどの他の条件からも決定される。最大曲げ角度シータは、内側本体部１２０のヒンジ１２２の剛性からも決定される。
【００５２】
最大曲げ角度シータが規定されると、所定の曲率のための必要なノードの数Ｎは、基本的な幾何学から容易に決定される。例えば、９０度の曲がりのために必要なノードリングの数は、以下に示すように、式（１９）によって与えられる。
Ｎ＝π／（２θ）      （１９）
図７を参照するに、ピッチＰで配置されたノードリング１０の数Ｎを有するシース１００のための最小曲率半径Ｃｒは、以下に示すように、式（２０）から決定されることがわかる。
Ｃｒ＝２Ｎ＊Ｐ／π      （２０）
条件式（１０）、条件式（１５）及び条件式（１６）とともに、図６及び図７を参照する式（１８）乃至式（２０）の解析及び計算は、多数の曲げ部分を備える複雑な多関節シースの機械構造を実施するために使用される。また、種々の長さ、及び、調整可能で、種々の曲げ半径の部分を有するシースが実施される。
【００５３】
ロボット作動内視鏡手術道具などの実用的なアプリケーションにおいて機械的なシース１００の上述の概念を実施するために、１つは、全体のシース又はその部分によって与えられた全体的な仕事に基づいて、エンドエフェクタの位置決め及び姿勢を考慮する。そのために、上述の概念、特に、数学的な式（１）乃至式（１７）は、曲げられている各部分に対して、例えば、順運動学マッピング（ＫＦＭ）による区分法（ｐｉｅｃｅ−ｗｉｓｅ  ｍａｎｎｅｒ）に適用される。ここで、このアプリケーションに関係する当業者は、ＦＫＭの概念に精通していると考えられる。そのため、簡単な説明だけが、ＫＦＭがここで開示された機械的なシースの様々な実施形態に適用された一般化された方法として提供される。
【００５４】
具体的には、所定の数Ｎのノードリングを有するシース部分の近位端におけるアクチュエータによって与えられた張力の運動学的効果を正確にマッピングするために、その結果である曲率及び曲げの方向は、ノードリング１〜Ｎのそれぞれに対して区分計算を適用することによって得ることができる。この場合、ＦＫＭは、２つの連続的なｎ番目のリングと（ｎ＋１）番目のリングの各結合部での摩擦力を考慮することによって、ワイヤに与えられた張力を、シース部分の曲げパラメータに変換する。計算を簡略化するために、摩擦の一定の計数が仮定される。
【００５５】
上述の式（１８）乃至式（２０）、図５、図６及び図７から、ある程度の曲率のために必要なノードの数Ｎは基本的な幾何学から容易に決定できることが示された。アクチュエータによってシースの遠位端に与えられた張力をガイドワイヤにマッピングするために、ノードの数及び曲げの曲率は、上述のセオリーから既知である。例えば、ｎ個の連続的に結合されたノードリングの各セルについて線形変換行列Ｍを定義し、シースのｍ個の部分について円弧パラメータでパラメータ化することによって、シースの近位端に与えられた張力は、遠位端の位置及び方位を算出するのに使用できる。例えば、図７の３つのセルで構成されるシースの１つの部分に対するＦＫＭは、以下ように算出される。
Ｍ１４＝Ｍ１２＊Ｍ２３＊Ｍ３４      （２１）
式（２１）の左辺において、下付き文字の１は、近位端座標系を示し、上付き文字の４は、遠位端座標系を示す。式（２１）の右辺において、１番目の用語は、ノードリング１とノードリング２との間の結合部の変換行列を表し、２番目の用語は、ノードリング２とノードリング３との間の結合部の変換行列を表している。従って、式の左辺の結果、Ｍ１４は、近位端の座標系１に基づいて、座標系４の線形変換行列を表している。
【００５６】
図８は、少なくとも２つの連続的な曲げ部分に曲げられたシース１００の例を示す。図８に示す例において、シース１００は、遠位シース部分１００ａ（遠位部分１００ａ）と、近位シース部分１００ｂ（近位部分１００ｂ）とを含む。遠位部分１００ａは、近位部分１００ｂと連続的に接続される。具体的には、近位部分１００ｂの遠位端は、遠位部分１００ａの近位端に接続される。内側本体部１２０（不図示）は、２つのシース部分１００ａ及び１００ｂを通る１つの単一のエンティティであることが好ましい。遠位部分１００ａは、ビーズ１５１によって遠位ノードリング１０に固定された制御ワイヤ１５０ｂを含む。ワイヤ１５０ｂは、孔１４を介して、遠位部分１００ａの遠位ノードリング１０から近位部分１００ｂの近位端まで延在する。制御ワイヤ１５０ｂを引っ張ることは、図５に示すシース１００の基本的な部分と同様な方法で、遠位部分１００ａを第１の方向に曲げる。一方、制御ワイヤ１５０ａは、ビーズ１５１を介して、近位部分１００ｂの遠位ノードリング１０に固定される。ワイヤ１５０ａは、近位部分１００ｂの遠位ノードリング１０から近位部分１００ｂの近位端まで延在する。ワイヤ１５０ａを引っ張ることは、近位部分１００ｂを、遠位部分１００ａの第１の方向とは異なる第２の方向に曲げる。このように、それぞれが異なる方向に曲がり、曲率半径を調整可能な少なくとも２つの部分を有するシース１００が実施される。
【００５７】
図８を参照して説明したように、２つのシース部分１００ａ及び１００ｂのそれぞれが１つの制御ワイヤ１５０のみによって制御することができ、部分１００ａ及び１００ｂのそれぞれが１対の制御ワイヤ１５０によって制御される場合には、曲げの更に正確で精密な制御が実現できる。
【００５８】
より具体的には、図９は、各部分が２つの制御ワイヤ１５０で選択的に制御することができるように、図８のシース部分１００ａ及び１００ｂにおける各ノードリング１０が実施される方法の例を示す。図９において、ノードリング１０の平面図は、シース軸ＡＸの方向に示されている。この構成において、ノードリング１０は、その一端に、曲面突出部１５と、ノードリング１０の円筒型の壁に沿って延在する４つの貫通孔１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄとを備えた平らな面１３を含む。貫通孔１４ａ及び１４ｄを通るワイヤ１５０は、遠位部分１００ａの制御のために使用され、貫通孔１４ｂ及び１４ｃを通るワイヤは、近位部分１００ｂの制御のために使用される。また、貫通孔１４ａ及び１４ｃにおけるワイヤが遠位部分１００ａの制御に使用され、貫通孔１４ｂ及び１４ｄにおけるワイヤが近位部分１００ｂの制御に使用されてもよい。図９の平面図に示すように、貫通孔１４ａ乃至１４及びそれらを通る制御ワイヤ１５０は、曲面突出部１５の傾き軸（又は接触線）を除いたリング１０の円筒型の壁のどこに配置してもよい。特に、シース１００の内側スプリングを曲げるのに必要なモーメントに起因して、傾き軸からの更なる距離、より小さい張力が最小の曲げを実現するための制御ワイヤ１５０に必要であることに注意すべきである。
【００５９】
当然のことながら、上述の説明に基づいて、当業者は、多数の基本的な部分１００ａ及び１００ｂなどを備えたシース１００を実施してもよいことを理解するであろう。但し、そのためには、各シース部分の曲げが、好ましくは、個々の制御ワイヤ１５０によって制御されることが必要である。従って、ｎ個のシース部分からなるシースは、少なくともｎ＋１個の制御ワイヤを必要とする。その場合、各ワイヤは、各シース部分の異なる方向及び曲げの度（曲率）への曲げを制御する。但し、更に好ましくは、ｎ個のシース部分からなるシース１００は、より正確で効率的な曲げ制御のための２＊ｎ個の制御ワイヤを必要とする。
【００６０】
図１０は、第２の実施形態におけるシース２００（多関節シース装置）を示す。多関節シース２００は、内側本体部又はセンタースプリングの構造を除いて、第１の実施形態で説明したシース１００と構造的に同様である。特に、図１０において、シース２００は、コイルスプリング２２０で形成された内側本体部を含む。第１の実施形態では、コイルスプリング２２０は、複数のノードリング１０の内側に配置される。従って、ノードリング１０は、コイルスプリング２２０の軸中心及び各ノードリング１０の長手方向の軸と一致する連続的なノードリングが直線状の軸ＡＸに直交する接触面で互いに接触するように、センターコイルスプリング２２０の周囲に配置される。
【００６１】
図１０に示す第２の実施形態の１つの実現において、コイルスプリング２２０は、滅菌されたゴム、プラスチック、鋼又は形状記憶合金（ＳＭＡｓ）の単一のコイルである。コイルスプリング２２０は、遠位端から全体のシース２００の近位端まで延在していることが好ましい。この実現によって、コイルスプリング２２０は、連続的なノードリング１０の特定の長手方向の位置に縦方向に整列させる必要がない。具体的には、図１１Ａに示すように、ノードリング１０は、コイルスプリング２２０の長さに沿って、いかなる位置に配置してもよい。このように、各ノードリング１０の内側に配置されたコイルスプリング２２０の一部は曲げられないが、２つの連続的なノードリング１０の間に配置されたコイルスプリング２２０の部分は、図１１Ｂに示すように、平らな面１１の上での曲面突出部１５の回転（又は滑り）に起因して、容易に曲がる。この実施形態に対して、外側リングの接触線のための理想的な構成は、外側リングによってカバーされないコイル部分の中間点にある。どのようにこの構成を実現するかの例は、平らな突出部１１の高さと曲面突出部１５の高さが同一であることである。
【００６２】
実際には、更に効率的な曲がりを容易にするために、各ノードリング１０は、図１２に示すように、半球形状の突出部の形態で曲面突出部１５を有するように変更されてもよい。これにより、曲面突出部１５と平らな突出部１１とが小さい面部分で（理想的には、１つの点だけで）互いに接触するため、接触部分が接触点に縮小される。これは、ある結合部の２つの連続的なノードリングの間の摩擦を低減し、シース１００の曲げを更に効率的にする。また、摩擦を更に低減し、効率を更に増加させるために、平らな突出部１１も曲面突出部で構成し、リング１０における半球形状の突出部が平らな面の代わりの曲面に接触するようにしてもよい。
【００６３】
接触部分のための他の選択肢は、半球形状の突出部に加えて、ナイフエッジ（ナイフ刃状）及びピンポイント（点状）突出部を含む。
【００６４】
図１３は、本発明の第３の実施形態における多関節シース３００の異なる実現を示す。図１３の実施形態において、シース３００の構造は、実質的に、第１の実施形態を参照して上述したシース１００の構造と同様である。但し、図１３において、センタースプリング３２０は、円筒型本体部リング３２５（円筒型ユニット）と、曲げ可能なヒンジとして動作するコイルスプリング３２６とで構成されている。このように、多関節シース３００は、位置復元部材として動作するセンタースプリング３２０を含む。センタースプリング３２０は、複数のノードリング１０のなかに入れられる。ノードリング１０は、接触部分において、互いに連続的に接触して配置される。シース３００をその配置した休止状態に維持するために、遠位端に取り付けられた制御ワイヤ１５０は、シース３００の近位端に配置されたアクチュエータ（不図示）によって操作される。ノードリング１０は、その一方の端面に、円筒型突出部１５を含み、他方の端に、平面又は平らな突出部１１を含む。円筒型突出部の接触線と平らな突出部１１との間の距離は、ノードリング１０のそれぞれの長さＬを規定する。センタースプリング３２０の各セグメント（円筒型ユニット＋ヒンジ）のピッチＰは、ノードリング１０の長さＬと等しい。
【００６５】
この実施形態において、ノードリング１０は、第１の実施形態で示して説明したのと同様な方法で、センタースプリング３２０と係合する。具体的には、円筒型本体部リング３２５（円筒型ユニット）は、コイルスプリング３２６によって、互いに連結される。シース３００が曲げられると、コイルスプリング３２６は、曲げ可能なヒンジとして動作する。すなわち、内側スプリング３２０は、各ノードリング１０の長さＬと等しいピッチＰで配置されたスプリング連結部分（ヒンジ）によって一緒に連結された複数の円筒型コイルユニットで構成される。これにより、各対の隣接する（連続的な）ノードリング１０における曲面突出部１５と平らな突出部１１との接触部分は、コイルスプリング３２６の曲げの各中心（点）として軸方向に同一の長手方向の位置に配置される。例えば、センタースプリング３２０は、ＳＭＡｓで構成されたコイルスプリングの円筒型ユニットによって結合されたゴムチューブ又はプラスチックチューブの結合要素で構成される。
【００６６】
図１４Ａは、図１３の横断面図Ａを示し、図１４Ｂは、図１３の横断面図Ｂを示す。図１４Ａ及び図１４Ｂの両方において、制御ワイヤ１５０は、ノードリング１０の孔１４を通る。斜めのハッチ部分は、ノードリング１０の内側に含まれるセンタースプリング３２０を示す。図１４Ｂに示す円筒型突出部１５は、図１４Ａに示す平面突出部１１と直接接触する。
【００６７】
図１５は、それらが全体としての１つの曲げ方向に限定されず、機械構造の曲げがいかなる方向でもよいように、ガイドワイヤが構成された別の実施形態を示す。ガイドワイヤリング２００１ａ及び２００１ｂは、同一の形状であるが、機械構造の縦の軸において、互いに９０度ねじれて配置される。図１５において、円筒型突出部は、２００３であり、接触する面は、２００２である。２００１ａの円筒型突出部は、図面の面に垂直な方向において、２００１ｂの面に対して接触線を有し、２００１ｂの円筒型突出部の接触線は、２００１ａの接触線に直交する。ガイドワイヤリングは、機械構造にわたって、９０度ねじれて交互に接続される。この実施形態のセンタースプリング２００４は、図８の実施形態におけるシンプルなコイルスプリング、又は、図５に示すような構造であってもよいし、本体部リングは、コイルスプリングと接続される。ガイドワイヤ２００７を引っ張ることによって、機械構造の曲率及び方向が制御される。センタースプリングは、図２に組み入れたようなヒンジであって、９０度で交互に配置されたヒンジを備えた交互中空チューブであってもよい。
【００６８】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、図１５の断面Ａ及びＢに沿った横断面図を示す。ガイドワイヤリング２００１は、４つのガイドワイヤ孔を通る４つのガイドワイヤ２００７ａ乃至２００７ｄを有する。それら２００７ａ乃至２００７ｂのうちの２つは、円筒型突出部２００３における孔を通る。それらのうちの２つは、隣接するガイドワイヤリングの円筒型突出部と接触する平面部分２００２を介して配置され、クロスハッチパターンで示される。センタースプリングは、斜めのハッチパターンによって、２００４として示される。ガイドワイヤ２００７ａ又は２００７ｂを引っ張ることで、図１５の面内で、機械構造が上又は下に曲がる。ガイドワイヤ２００７ｃ及び２００７ｄを引っ張ることで、機械構造が図１５の面の外又は中に曲がる。
【００６９】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すそれらに対して、４５度回転させて配置されたガイドワイヤを示す。図１６Ａ及び図１６Ｂに示す構成は、所望の曲げ方向のための所望のワイヤを引っ張ることで機械構造のシンプルな制御を提供するが、接触線が短く、突出部が摩耗又は破損するため、ガイドワイヤ孔は、円筒型突出部及び接触面に配置される。図１７Ａ及び図１７Ｂは、円筒型突出部から位相の不一致で配置されたガイドワイヤを示す。ワイヤ２００７ａ及び２００７ｂを引っ張ることで、機械構造が上に曲がり、ワイヤ２００７ｃ及び２００７ｄを引っ張ることで、構造が下に曲がる。ワイヤ２００７ａ及び２００７ｃ、或いは、ワイヤ２００７ｂ及び２００７ｄを引っ張ることで、機械構造が左又は右に曲がる。
【００７０】
図１８は、位置復元部材の内側に位置するガイドワイヤリングを備えた追加の実施形態として、別の構成を示す。図１８において、ガイドワイヤリング２００１は、復元部材２００４の内側に配置される。復元部材は、ヒンジ２００８と接続された本体部リングからなる。ガイドワイヤリング２００１は、一方の端に、円筒型突出部２００３を有し、他方の側に、平面を有する。円筒型突出部は、隣接するガイドワイヤリングの平面と接触する。複数のガイドワイヤリングは、端のビーズによって、それらを通るガイドワイヤ２００７と接続される。図２５において、復元スプリングの中間部分は、ハッチパターンによって内側ガイドワイヤリングを示すために、隠されている。ガイドワイヤは、中間部分のための点線によって示される。
【００７１】
図１９は、図１８の横断面図Ａを示す。その円筒型突出部２００３を備えるガイドワイヤリング２００１は、ハッチパターンで示され、復元部材２００４の内側に配置される。部分２００４は、スプリングの円筒型本体部リング部分であり、２００８は、本体部リング部分を曲げて接続するヒンジである。ガイドワイヤ２００７は、ガイドワイヤリングの上部及び下部で示される。
【００７２】
図２０は、本発明のいずれかの実施形態の典型的な適用における内視鏡システム１０００の実施形態を示す。内視鏡ユニットは、ファイバー束と、照明ファイバーと、照明源と、結像レンズと、撮像素子と、画像表示部とを含む。そのレンズを備える照明源及び撮像素子は、近位ユニットにある。近位ユニットの照明源からの照明光は、内視鏡ユニットに組み込まれた照明ファイバーによって送られる。ファイバー束の端に対象物を結像する結像レンズが遠位端にある。ファイバー束は、像をファイバーの近位端に転送し、別のレンズは、ファイバーの端を撮像素子に結像する。像は、画像表示のために送られる。多関節シースは、シースの近位端にシース制御ボックスを有し、制御ＰＣに接続される。制御ＰＣは、シース形状を制御するために、個々のワイヤを引っ張るために、信号をシース制御に送る。図２０には示さないが、内視鏡ユニットは、多くの場合、シース１００の遠位端に手術補助器具（エンドエフェクタ）を送るための別のポート（チャンネル）を有する。エンドエフェクタの例は、クリッピングツール又はアブレーションツール、及び、その他の手術道具である。
【００７３】
更に具体的には、内視鏡システム１０００は、多関節シース１００に挿入されるイメージング内視鏡を含む。アクチュエータ回路１２００は、シース１００の遠位端に取り付けられたエンドエフェクタを制御する複数のアクチュエータユニットＭ１及びＭ２を含む。内視鏡は、少なくとも照明ファイバー及び集光ファイバーを含むファイバー束１３００を含む。撮像システム１１００は、照明源ＬＳ  １１０４と、撮像素子１１０２と、光コリメートユニット１１０６とを含む。パーソナルコンピュータＰＣ  １０１０は、内視鏡システム１０００の各面を制御する制御及び処理ユニットとして機能する。例えば、制御ＰＣ１０１０は、上述した内視鏡及びエンドエフェクタを制御するために、ネットワークリンク１０５０を介してアクチュエータ回路１２００に接続する。また、制御ＰＣ１０１０は、ネットワークリンク１０５２を介して撮像システム１１００に接続され、撮像素子１１０２と同様に、照明源ＬＳ１１０４を制御する。動作において、制御ＰＣ１０１０は、照明ファイバー１５０３を介してシース１００の遠位端に照明光を提供するために、照明源ＬＳ１１０４を制御する。内視鏡システム１０００の動作中、内視鏡医又は外科医は、患者の内部の所望の位置にエンドエフェクタを導入及び誘導するために、シース１００を使用することができる。エンドエフェクタの制御及び誘導は、アクチュエータ回路１２００を介して手動で行ってもよいし、制御ＰＣ１０１０によって実行されるロボットアルゴリズムに基づいて自動的に行ってもよい。撮像ユニット１５００は、対象シーンの像を形成するための集光レンズを含む。対象シーンの像は、ファイバー束１３００を介して、シース１００に送られる。撮像素子１１０２は、対象シーンの像を検出し、制御ＰＣは、検出された像を処理する。画像表示部１０２０は、撮像ユニット１５００によって撮像された像を表示するだけではなく、シース１００の遠位端に取り付けられたエンドエフェクタによって行われた動作を内視鏡医及び／又は外科医に視覚的に通知する。
【００７４】
＜その他の実施形態及び変形＞
上で開示した実施形態において、様々な組み合わせ及び変形は、当業者にとって容易に明らかにされる。例えば、図２０に示すように、内視鏡システム１０００は、多関節シース１００に挿入されるイメージング内視鏡を含む。図２０において、アクチュエータ回路１２００は、多関節シース１００の近位端に直接接続され、撮像ユニット１５００は、多関節シース１００の遠位端に接続される。但し、多関節シースのアプリケーションは、この例に限定されない。
【００７５】
図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃを参照して、多関節シースに対する変形の幾つかの例が説明される。図２１Ａにおいて、本発明の別の実施形態として、内視鏡システムがリジッドなチューブ状の部分２１１０を有することを仮定する。例えば、図２０の内視鏡システム１０００に適用される場合、チューブ状の部分２１１０は、検査中に対象の内側の特定の距離に到達するように、多関節シースの近位端に取り付けられる。チューブ状の部分２１１０の先端での多関節シースの制御は、ガイドワイヤ１５０ａ及び１５０ｂを介して、アクチュエータ回路１２００によって実行される。図２１Ａにおいて、最近位ノードリング１０は、一直線のチューブ状の部分２１１０を形成するように、その他のノードリング１０のピッチよりも長く構成される。一直線のチューブ状の部分２１１０の典型的な長さは、特定のアプリケーションに対して約２０ｃｍであるが、所望の使用に依存して変化する。同様に、復元力部材である内側スプリング（図２１Ａにおいて不図示）は、ヒンジを有しておらず、チューブ状の部分２１１０と同一の長さで曲がることができない。特に、チューブ状の部分２１１０は、その他のノードリング１０に構成された同一の孔１４を維持することができる。これにより、ガイドワイヤ１５０ａ及び１５０ｂが引っ張られる場合、一直線のチューブ状の部分２１１０の先端での多関節シースの機械構造は、チューブ状の部分２１１０を曲げることなく、制御される。図２１Ａにおいて、アクチュエータ回路１２００は、一直線のチューブ状の部分２１１０の近位端に載置される。この場合、チューブ状の部分２１１０は、アクチュエータ回路１２００のためのハウジングを提供するために、一定の体積で製造され、オペレーターが多関節シースを保持するためのハンドリンググリップとしても機能する。
【００７６】
図２１Ｂは、アクチュエータ回路１２００が多関節シースとチューブ状の部分２１２０との間に配置されている多関節シースの更なる変形例を示す。図２１Ｂに示す配置において、アクチュエータ回路２１００は、好ましくは、低減されたサイズを有する。チューブ状の部分２１２０は、ノードリング１０の孔１４と同様な孔を含む。これは、アクチュエータ回路２１００に電気的接続２１２５を供給することを可能にする。アプリケーションに依存して、図２１Ａのチューブ状の部分２１１０又は図２１Ｂのチューブ状の部分２１２０は、一直線の構造に限定されず、操作を容易にするための予め設定された形状又は曲率を有することができる。
【００７７】
図２１Ｃは、ここで開示された多関節シースに対する別の変形を示す。図２１Ｃにおいて、内視鏡システムが柔らかいフレキシブルなチューブ状の部分を有することを仮定する。フレキシブルなチューブ状の部分２１３０は、ワイヤ１５０ａ及び１５０ｂを引っ張ってもフレキシブルな部分２１３０の形状を変更しないが、一定のチャンネルに形状に適応させるためにフレキシブルであるように、十分な剛性を有するべきである。例えば、フレキシブルなチューブ状の部分２１３０は、アクチュエータコントローラを必要とすることなく、その形状を胃腸（ＧＩ）管に適応させるために十分にフレキシブルであるが、同時に、それに向かうワイヤ１５０ａ及び１５０ｂが多関節シースの形状において動作させるためのノードリング１０で動作することができるように、剛体であるべきである。そのために、柔らかいフレキシブルなチューブ状の部分２１３０は、対象の形状に応じて自由に可動な状態で対象の内側の特定の距離に到達するように、多関節シースの近位端に取り付けられる。フレキシブルなチューブ状の部分２１３０の先端での多関節シースの機械構造の制御は、アクチュエータ回路１２００によって実現される。図２１Ｃにおいて、最近位リングは、フレキシブルなチューブ状の部分２１３０に取り付けられる。同様に、復元力部材である内側リング（図２１Ｃにおいて不図示）は、フレキシブルなチューブ状の部分２１３０と同一の長さのためのフレキシブルな管に取り付けられる。
【００７８】
フレキシブルなチューブ状の部分２１３０の長さは、所望のアプリケーションによって決定される。外側のフレキシブルなチューブ状の部分２１３０は、好ましくは、ノードリング１０と同一の孔１４を有し、ガイドワイヤ１５０ａ及び１５０ｂが引っ張られる場合、チューブ状の部分２１３０の先端での機械構造が制御される。アクチュエータ回路１２００は、図２１Ｂに示す配置のように、フレキシブルなチューブ状の部分２１３０の近位端に載置される。この場合、アクチュエータ回路１２００は、フレキシブルな部分を変更することなく、曲げを制御することができるように、フレキシブルなチューブ状の部分２１３０の遠位端及び多関節シースの近位端に載置される。外側の長いフレキシブルなチューブ状の部分は、アクチュエータ回路１２００に信号を送るための電気ケーブル（図２１Ｂにおける２１２５を参照）を有する。
【００７９】
全ての実施形態の図面に示していないが、シース１００の機械構造は、周囲の環境からの液体又は物体などの異物の進入を防止するために、また、患者の身体部分の繊細な器官又は組織と機械構造との接触を回避するために、ノードリング１０の上に配置された滅菌されたカバー管又はカバーライニングを更に含む。
【００８０】
典型的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は、開示された典型的な実施形態に限定されないと理解されるであろう。以下の請求項の範囲は、全てのそのような変形及び等価な構造及び機能を包含するように、最も広い解釈が認められるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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