(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療装置のための制御ユニットであって、前記制御ユニットは、
（ａ）前記制御ユニットの筐体に取り付けられた軸支部に装着された第１のインターフェースであって、手の掌と係合可能な第１のインターフェースと、
（ｂ）前記第１のインターフェースに枢動可能に取り付けられ、前記掌が前記第１のインターフェースと係合される際に前記手の甲に拘束力を与えるように弾性的に変形可能な要素を有する拘束具と、
（ｃ）前記第１のインターフェースに枢動可能に取り付けられ、前記手の１つまたは複数の指と係合可能な第２のインターフェースと、
を含むユーザインターフェースを備える、医療装置のための制御ユニット。
【請求項２】
前記軸支部はジンバル式である、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項３】
前記制御ユニットは、駆動ユニットを含む筐体を更に備える、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項４】
前記第２のインターフェースは、前記手の親指および人差し指を介して同時に操作され得るレバーを含む、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項５】
前記第１のインターフェースは、前記軸支部に対して傾斜可能である、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項６】
前記第１のインターフェースの傾斜は、前記医療装置の操縦可能部分を屈折させる、請求項５に記載の制御ユニット。
【請求項７】
前記レバーは前記医療装置のエフェクタエンドを操作する、請求項４に記載の制御ユニット。
【請求項８】
前記第２のインターフェースは、前記第１のインターフェースに対して傾斜可能である、請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項９】
前記第２のインターフェースの傾斜は、前記医療装置のエフェクタエンドを屈折させる、請求項５に記載の制御ユニット。
【請求項１０】
前記駆動ユニットは、前記医療装置を操作するための少なくとも１つのモータと制御ワイヤとを含む、請求項３に記載の制御ユニット。
【請求項１１】
低侵襲外科手術ツールのための制御ユニットであって、前記制御ユニットは、
（ａ）ユーザの手の甲と係合可能であり、組織アクセス部位に対する前記低侵襲外科手術ツールの角度および高さを制御するための第１のインターフェース制御部と、
（ｂ）前記ユーザの前記手の掌と係合可能であり、前記低侵襲外科手術ツールの操縦可能部分の屈折を制御するための第２のインターフェース制御部と、
（ｃ）前記ユーザの１つまたは複数の指と係合可能であり、前記低侵襲外科手術ツールの組織操作端を制御するための第３のインターフェース制御部と
を含むユーザインターフェースを備える、低侵襲外科手術ツールのための制御ユニット。
【請求項１２】
前記制御ユニットは、駆動ユニットを含む筐体を更に備える、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１３】
前記第２のインターフェース制御部はジンバル式である、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１４】
前記第１のインターフェース制御部は、手背パッドにヒンジ接続されたアームを含む、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１５】
前記第１、第２、および第３のインターフェース制御部に対して前記筐体を回転させるつまみを更に備える、請求項１２に記載の制御ユニット。
【請求項１６】
前記第３のインターフェース制御部は、親指および人差し指を介して操作され得る一対の指保持部を含む、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１７】
前記第３のインターフェース制御部は、少なくとも２つの垂直な軸の周りを回転可能なボールを含む、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１８】
ユーザは、片手で、前記第１、第２、および第３のインターフェース制御部を同時に操作し得る、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項１９】
前記駆動ユニットは、前記低侵襲外科手術ツールを操作するための少なくとも１つのモータを含む、請求項１２に記載の制御ユニット。
【請求項２０】
前記ユーザの前記手を前記第１のインターフェース制御部に固定するためのストラップまたはクランプを更に備える、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項２１】
前記第２または第３のインターフェースと前記低侵襲外科手術ツールとの機能的な接続はユーザによって係合解除され得る、請求項１１に記載の制御ユニット。
【請求項２２】
前記機能的な接続を作動／停止するための、ユーザと係合可能なスイッチを更に備える、請求項２１に記載の制御ユニット。
【請求項２３】
前記機能的な接続の停止は、前記低侵襲外科手術ツールを、現在位置にフリーズさせる、請求項２１に記載の制御ユニット。
【請求項２４】
前記低侵襲外科手術ツールが位置にフリーズされた際に、前記第２または前記第３のインターフェースは、ユーザによって操作され得る、請求項２３に記載の制御ユニット。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療装置のための制御ユニットに関し、より詳細には、自然な手の動きの腹腔鏡ツールなどの取り付けられた医療ツールへの転換を可能にし、それによって医療装置の位置および機能の正確で微細な制御を可能にする、制御ユニットおよび統合されたユーザインターフェースに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡やカテーテルなどの医療装置は、低侵襲外科手術において、内臓、空腔、通路および組織を観察または処置するために広く利用されている。概して、このような装置は、遠位端に装着された器具（例えばメス、把持具またはカメラ／カメラレンズ）を身体の空腔、血管または組織へと送り込み、配置するために設計された細長い装置本体を含む。
【０００３】
このような装置は、組織の壁（例えば、腹壁）に作られた小さな切開口を介して配置された送り込み口を通って送り込まれ、解剖学的に窮屈な空間において利用されるため、医療装置または少なくともその一部分が、体外（医療装置の基部側端）に配置された制御器を使用して、体内において操縦可能または操作可能であることが望まれる。このような操縦によって、術者は装置を体内で誘導し、遠位端に装着された器具を解剖学的な標識に正確に位置決めすることが可能になる。
【０００４】
内視鏡器具のための様々なインターフェースが、先行技術で説明されている（例えば、米国特許出願第２００８／０２５５４２０号、米国特許出願第２０１２／００４１４５０号、および米国特許第７，５７２，２５３号を参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、装置およびエフェクタエンド（effector-end）の広範な動きにより正確な制御を可能にしつつ、外科医が直感的に体内の外科手術ツールを操作することを可能にするインターフェースを有する医療装置制御ユニットに対する必要性は依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によると、医療装置のための制御ユニットであって、制御ユニットは、（ａ）制御ユニットの筐体に取り付けられた軸支部に装着された第１のインターフェースであって、手の掌と係合可能な第１のインターフェースと、（ｂ）第１のインターフェースに枢動可能に取り付けられ、掌が第１のインターフェースと係合される際に手の甲に拘束力を与えるように弾性的に変形可能な要素を有する拘束具と、（ｃ）第１のインターフェースに枢動可能に取り付けられ、手の１つまたは複数の指と係合可能な第２のインターフェースと、を含むユーザインターフェースを備える、医療装置のための制御ユニットが提供される。
【０００７】
以下に説明される本発明の好適な実施形態における更なる特徴によれば、軸支部はジンバル式である。
【０００８】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、制御ユニットは、駆動ユニットを含む筐体を更に備える。
【０００９】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第２のインターフェースは、手の親指および人差し指を介して連続的にまたは同時に操作され得るレバーを含む。
【００１０】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第１のインターフェースは、軸支部に対して傾斜可能である。
【００１１】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第１のインターフェースの傾斜は、医療装置の操縦可能部分（steerable portion）を屈折させる。
【００１２】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、レバーは医療装置のエフェクタエンドを操作する。
【００１３】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第２のインターフェースは、第１のインターフェースに対して傾斜可能である。
【００１４】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第２のインターフェースの傾斜は、医療装置のエフェクタエンドを屈折させる。
【００１５】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、駆動ユニットは、医療装置を操作するための少なくとも１つのモータと制御ワイヤとを含む。
【００１６】
本発明の別の態様によると、低侵襲外科手術ツールのための制御ユニットであって、制御ユニットは、（ａ）ユーザの手の甲と係合可能であり、組織アクセス部位に対する低侵襲外科手術ツールの角度および高さを制御するための第１のインターフェース制御部と、（ｂ）ユーザの手の掌と係合可能であり、低侵襲外科手術ツールの操縦可能部分の屈折を制御するための第２のインターフェース制御部と、（ｃ）ユーザの１つまたは複数の指と係合可能であり、低侵襲外科手術ツールの組織操作端を制御するための第３のインターフェース制御部と、を含むユーザインターフェースを備える、低侵襲外科手術ツールのための制御ユニットが提供される。
【００１７】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、制御ユニットは、駆動ユニットを含む筐体を更に備える。
【００１８】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第２のインターフェース制御部はジンバル式である。
【００１９】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第１のインターフェース制御部は、手背（dorsum）パッドにヒンジ接続されたアームを含む。
【００２０】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、制御ユニットは、第１、第２、および第３のインターフェース制御部に対して筐体を回転させるつまみを更に備える。
【００２１】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第３のインターフェース制御部は、親指および人差し指を介して操作され得る一対の指保持部を含む。
【００２２】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、第３のインターフェース制御部は、少なくとも２つの垂直な軸の周りを回転可能なボールを含む。
【００２３】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、ユーザは、片手で、第１、第２、および第３のインターフェース制御部を同時に操作し得る。
【００２４】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、駆動ユニットは、低侵襲腹腔鏡ツールを操作するための少なくとも１つのモータを含む。
【００２５】
説明される好適な実施形態の更なる特徴によれば、制御ユニットは、ユーザの手を第１のインターフェース制御部に固定するためのストラップまたはクランプを更に備える。
【００２６】
本発明は、腹腔鏡など外科手術ツールのための制御ユニットを提供することで、現在知られている構成における欠点に、うまく対処している。制御ユニットは、ユーザが、腹腔鏡などの取り付けられた外科手術ツールの動きと作動とを、片手を使って同時に制御することを可能にするユーザインターフェースを含む。
【００２７】
別に定めのない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および／または科学的用語は、本発明が関係する技術分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に記載するものと類似または同等の方法および材料を、本発明の実施形態を実行または試験する際に使用することができるが、例示的な方法および／または材料については後述する。矛盾のある場合、定義を含む本特許明細書が有効である。なお、材料、方法、および例は単なる例示であり、必ずしも限定しようとするものではない。
【００２８】
本発明について、添付の図面を参照しながら例示のみを目的として本明細書において説明する。次に図面を具体的に詳細に参照するが、図示される詳細は例示のためのものであり、本発明の好適な実施形態について例示的に議論することのみを目的とし、本発明の原理と概念の態様の最も有用で容易に理解される説明と信じられるものを提供する場合に提示されるものであることが、強調される。この点において、本発明の基礎的な理解に必要とされる以上に詳細な本発明の構造的な詳細を図示することは意図されておらず、図面とともに説明を読めば、本発明のいくつかの形態をどのように実行することができるかが当業者には明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１−１】腹腔鏡に取り付けられる本発明の制御ユニットの一実施形態を示す図である。図１ａは、電動式の腹腔鏡ツールおよび外科医インターフェースの全体図である。図１ｂは、外科医インターフェース内での外科医の手の位置決めを図示する。
【図１−２】腹腔鏡に取り付けられる本発明の制御ユニットの一実施形態を示す図である。図１ｃは、モータパックカバーを外した腹腔鏡ツールを図示する。
【図２】図２ａ〜図２ｂは、インターフェースのインターフェース部を示す図（図２ａ）およびそこに載せられたユーザの手を示す図である。
【図３】図３ａ〜図３ｄは、本発明の、手背インターフェース部を示す図である。
【図４−１】図４ａ〜図４ｇは、本発明の、掌インターフェース部と、例示的なジョイスティック部品（図４ｇ）を含む掌インターフェースの機械的部品とを示す図である。
【図４−２】図４ａ〜図４ｇは、本発明の、掌インターフェース部と、例示的なジョイスティック部品（図４ｇ）を含む掌インターフェースの機械的部品とを示す図である。
【図４−３】図４ａ〜図４ｇは、本発明の、掌インターフェース部と、例示的なジョイスティック部品（図４ｇ）を含む掌インターフェースの機械的部品とを示す図である。
【図５】図５ａ〜図５ｅは、掌インターフェースの動きと、対応する関節の動きとを示す図である。
【図６】図６ａ〜図６ｂは、本発明の指インターフェース部の一実施形態を示す図である。
【図７】図７ａ〜図７ｂは、本発明の指インターフェース部の人間工学的な調整のための外科医のためのオプションを示す図である。
【図８−１】図８ａ〜図８ｄは、本発明の指インターフェース部およびその関連部品を示す図である。
【図８−２】図８ａ〜図８ｄは、本発明の指インターフェース部およびその関連部品を示す図である。
【図９】図９ａ〜図９ｉは、本発明の指インターフェース部によって可能になる顎開閉モードを示す図である。
【図１０】図１０ａおよびｂは、本発明の指インターフェース部によって可能になる顎回転モードを示す図である。図１０ｃは、本制御ユニットの指インターフェースによって利用可能なセンサの図である。
【図１１】図１１ａ〜図１１ｂは、取り付けられた腹腔鏡の２つの操縦可能部分の同時制御を可能にする本発明の実施形態を示す図である。図１１ａは、第２の操縦可能部分の制御を可能にするセンサを示す、インターフェースの破断図である。図１１ｂは、２つの独立した操縦可能部分を有する関節を示す図である。
【図１２】図１２ａ〜図１２ｅは、本発明の、指インターフェース部を掌インターフェース部に対して回転させることによって可能になる、第２の操縦可能部分を制御するインターフェースの第２の部分の操作を示す図である。
【図１３】図１３ａ〜図１３ｈは、２つの独立した操縦可能部分のインターフェース制御部を示す図である。
【図１４】図１４ａ〜図１４ｂは、本発明の制御ユニットの電動式の駆動ユニットの実施形態を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の制御ユニットの電動式の駆動ユニットの実施形態を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の制御ユニットの電動式の駆動ユニットの実施形態を示す図である。
【図１７】図１７は、ユーザインターフェース（ＵＩ）の動きが、どのように制御ユニットの作動信号およびそれに取り付けられた腹腔鏡ツールの動きへと転換されるかを示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の制御ユニットの様々な操作モードを示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の教示に従って構成された試作品の制御ユニットを示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の教示に従って構成された試作品の制御ユニットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、取り付けられた医療装置の動き、位置、および機能を制御するために使用され得る制御ユニットおよびインターフェースによるものである。特に、本発明は、自然な手の動きを使用して腹腔鏡などの外科手術ツールを制御するために使用され得る。
【００３１】
本発明の原理および動作は、図面および添付の説明を参照することで、よりよく理解され得る。
【００３２】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載で説明されるまたは図面に示される構成の詳細および構成部品の配列への適用に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、または、様々な方法で実行または実施され得る。また、本明細書で用いられる表現および用語は、説明の目的のためのものであり、限定とみなされるべきではないことも理解すべきである。
【００３３】
腹腔鏡による外科手術において、外科医は、身体の空腔（例えば、腹腔）内で、処理される組織に隣接して、腹腔鏡の遠位端部分（例えば、把持具のような組織操作端を含む）を位置決めしなければならない。正確に腹腔鏡を位置決めするために、外科医は、操縦可能部分の屈折を制御し、組織操作端を作動させながら、腹腔鏡全体を空間的に配向させなければならない。
【００３４】
外科医は、典型的には、装置およびエフェクタエンドを、目標の組織の部位において、位置決め、操作、保持および動作させるために、外科手術ツールのインターフェース（ハンドル）を使用する。現在使用されている装置のインターフェースはこのような機能を提供することができるが、それらは、装置全体の操縦性および操作性とそのエフェクタエンド（腹腔鏡シャフトの遠位端に装着された器具）の操縦性および操作性との間のトレードオフによって制限されることがあり得、従って、低侵襲処置手順を完了するために、外科医の側の多大な時間および労力が必要とされる。
【００３５】
本明細書で説明される腹腔鏡ツールインターフェースの様々な試作品を使用して行われた実験の結果、腹腔鏡のような医療装置の動作の、より自然で完全な制御を外科医に提供できる制御ユニットおよびインターフェースを開発するに至った。
【００３６】
従って、本発明の一態様によると、医療装置のための制御ユニットが提供される。
【００３７】
制御ユニットは、駆動ユニットと、取り付けられたユーザインターフェースとを含む。以下において更に説明されるように、インターフェースはユーザの片手によって操作され、制御ユニットの内部のモータおよび制御ワイヤを作動させて、それにより制御ユニットに取り付けられた医療装置の位置決め、移動および動作を制御する。
【００３８】
制御ユニットは、装置の位置決めおよび移動とエフェクタエンドの位置決めおよび動作とのために個別の制御部を有するユーザインターフェースを含む。ユーザインターフェースは、制御ユニットの筐体に取り付けられた軸支部に装着された第１のインターフェース、を含む。第１のインターフェースは、手の掌と係合可能であり、ユーザが、装置全体の（組織アクセス部位に対する）回転と傾斜、および医療装置の操縦可能部分の屈折を制御することを可能にする。
【００３９】
傾斜、回転、角度形成の間、ユーザの掌を第１のインターフェースに対して保持するために、制御ユニットは、第１のインターフェースに枢動可能に取り付けられ、掌が第１のインターフェースと係合される際に手の甲（手背）に拘束力を与えるように弾性的に変形可能な要素を含む拘束具を、更に含む。この拘束具が手の甲に係合するとき、要素は弾性的に変形して手の甲に下向きの力を与え、それによって手を第１のインターフェースに対して保持し、このインターフェースの正確な制御を可能にするとともに、ユーザが医療装置上で引き上げることを可能にする。
【００４０】
制御ユニットは、第１のインターフェースに枢動可能に取り付けられ、手の１つまたは複数の指と係合可能な第２のインターフェースを、更に含む。
【００４１】
本発明のユーザインターフェースは、哺乳類（例えば、人間の患者）の身体内または身体上の処置部位の組織を観察するためまたは操作するために使用される任意の医療装置とともに使用するのに適している。
【００４２】
本発明の医療装置は、低侵襲外科手術において好適に使用され、患者の身体の内部に配置されたその操縦可能な遠位部分は、身体の外側（体外（extra corporeally））に配置された基部側端から、例えば、制御ワイヤを介して、制御される。医療装置は、身体の任意の空腔内の組織を観察または操作するために使用することができる。本発明から恩恵を受け得る医療装置の例としては、内視鏡（例えば、腹腔鏡または胸腔鏡）、カテーテル、外科手術用ホルダーなどがある。
【００４３】
本発明のユーザインターフェースは、操縦可能な遠位部分と遠位端に装着された把持具または切削具などの器具とを有する腹腔鏡装置とともに使用するために特に適している。
【００４４】
腹腔鏡は、低侵襲外科手術において、内臓、空腔、通路および組織を観察または処置するために広く利用されている。概して、このような装置は、遠位端に装着された器具（例えばメス、把持具またはカメラ／カメラレンズ）を身体の空腔、血管または組織へと送り込み、配置するために設計された細長い装置本体を含む。
【００４５】
このような装置は、組織の壁（例えば、腹壁）に作られた小さな切開口を介して配置された送り込み口を通って送り込まれ、解剖学的に窮屈な空間（例えば、腹腔の内部）において利用されるため、医療装置または少なくともその一部分が、体外（医療装置の基部側端）に配置された制御器を使用して、体内において操縦可能または操作可能であることが望まれる。このような操縦によって、術者は装置を体内で誘導し、遠位端に装着された器具を解剖学的な標識に正確に位置決めすることが可能になる。
【００４６】
操縦可能な装置の多くの例が当技術分野において知られており、例えば、米国特許第２，４９８，６９２号、米国特許第４，７５３，２２３号、米国特許第６，１２６，６４９号、米国特許第５，８７３，８４２号、米国特許第７，４８１，７９３号、米国特許第６，８１７，９７４号、米国特許第７，６８２，３０７号および米国特許出願公開第２００９０２５９１４１号が参照される。
【００４７】
操縦可能部分の屈折は、典型的には、装置のシャフトに沿って操縦可能部分の遠位端まで配される１つまたは複数の制御ワイヤを介してもたらされる。
【００４８】
各制御ワイヤの基部側端は制御ユニットに接続されており、ワイヤを引っ張ることにより、引っ張られたワイヤに関連する操縦可能部分を屈折させる力が与えられる。
【００４９】
装置のエフェクタエンド（遠位端に装着された器具）は、同様に制御ユニットに接続されてユーザインターフェースによって作動される１つまたは複数の更なるワイヤを介して制御される。従って、操縦可能な腹腔鏡のような操縦可能な装置のユーザインターフェースおよび制御ユニットは３つの別個の機能、装置のシャフトの組織アクセス部位に対する位置決め（上下、角度）、操縦可能部分の屈折、および遠位端に装着された器具の作動、を提供する。
【００５０】
本発明のユーザインターフェースは、これら３つの機能を、３つの別個の肢関節および筋肉群の動きを介して提供する。
【００５１】
（ｉ）装置のシャフトは、（主に肘および／または肩関節の周りの）腕の動きによって、組織アクセス部位に対して上下および左右に移動される。
【００５２】
（ｉｉ）装置のシャフトの操縦可能部分は、（主に手首関節の周りの）手の動きを介して屈折される。これは、第１のインターフェースを傾斜させることで達成される。
【００５３】
（ｉｉｉ）遠位端に装着された器具は、（主に指節間関節および中手指関節の周りの）指の動きを介して作動される。指の動きは、第２の屈折領域の周辺で装置のシャフトを屈折させるためにも使用され得る。
【００５４】
本インターフェースは、操縦可能な腹腔鏡のような外科手術ツールを位置決めし、操作するために使用される際に、いくつかの利点を提供する。
（ｉ）より優れたより自然な操縦性−腹腔鏡は、より少ない労力で、身体および四肢を極端に動かすことを必要とせずに、操作され得る。
（ｉｉ）３つの機能の同時制御−腹腔鏡は操縦および作動されながら位置決めされ得る。
（ｉｉｉ）片手での操作−すべての動きは、手背、掌および指の３つのインターフェース領域を使用して、片手で制御される。
（ｉｖ）複数の操縦可能部分の片手での操作−すべての動きは、手背、掌および指の３つのインターフェース領域を同時に操作して、片手で制御される。
（ｖ）小型のインターフェースは手の掌にフィットし、直感的な操作は学習曲線を短縮する。
（ｖｉ）任意の取り付けられた／一体化された外科手術器具を制御するために使用できる。
【００５５】
本発明の制御ユニットおよびインターフェースは、以下において図１ａ〜図１３ｈを参照して、より詳細に説明される。
【００５６】
図１ａ〜図１ｂは、外科手術ツール１２に取り付けられた制御ユニット１０を図示する。例示を目的として、図１ａでは、制御ユニット１０は腹腔鏡１２に取り付けられて図示され、ユーザの手１００が制御ユニット１０のユーザインターフェース８０に係合している（図１ｂ）。しかしながら、制御ユニット１０（またはそのインターフェース８０のみ）は、本発明から恩恵を受け得る任意の外科手術器具に取りつけられ得、または一体化され得ることは理解されよう。
【００５７】
制御ユニット１０は、図１ｃに図示される駆動ユニット１６、回路１５を収容する筐体１４と、筐体１４の基部側端２０に装着されるインターフェース８０と、を含む。筐体１４およびインターフェース８０は、ポリマーおよび／または合金から、機械加工、３Ｄプリンティングおよび／または鋳造／成形などの作製手法を用いて作製され得る。筐体１４は直径が４０〜６０ｍｍ、高さが約６０〜１２０ｍｍであり得る。
【００５８】
腹腔鏡１２は、操縦可能部分２２を有するシャフト１３と、遠位端に装着された器具（把持具２４が図示される）と、を含む。腹腔鏡は、当技術分野において周知の材料および手法を用いて作製されてよい。
【００５９】
シャフト１３は、１つまたは複数の制御ワイヤ（不図示）を駆動ユニット１４から操縦可能部分の一端部まで配索し、および１つまたは複数の作動ワイヤを駆動ユニット１４から把持具２４まで配索するための、長手方向に沿って配置された複数のワイヤガイド（不図示）を含む。２つ以上の個別の操縦可能部分を含む（例えば、ジグザグ形状の屈折を可能にする）装置の場合は、各制御ワイヤはそれぞれの操縦可能部分の端部まで配索される。
【００６０】
シャフト１３は、長さが２０〜４０ｃｍ、直径が３〜１２ｍｍであり得、中空でもまたは中空でなくてもよい。中空のシャフト１３は、ワイヤを内側に配索することを可能にし、シャフト１３の中空でない構成の場合は、ワイヤはシャフト１３の外面に専用のガイドを介して配索され得る。
【００６１】
シャフト１３の操縦可能部分は、（例えば、米国特許第４９１１１４８号に示されるような）切り欠きを有するチューブから、または（例えば、米国特許第７６８２３０７号、米国特許第６８１７９７４号のような）結合体から作製され得、制御ワイヤがチューブまたは結合体に形成されたガイドを介して配される。あるいは、操縦可能部分は、本発明者に対する米国仮特許出願第６１／７６５，７４５号に説明されるように作製され得、この出願の教示は本明細書に完全に組み込まれる。
【００６２】
シャフト１３の基部側端３０は、筐体１４の遠位端３２に取り付けられ、シャフト１３の制御および作動ワイヤ／ロッドが筐体３２を通って配され、駆動ユニット１６に取り付けられる。駆動ユニット１６は、ユーザインターフェース８０の動きを制御および／または作動ワイヤを引く動きに転換するためのレバーおよび歯車を含み得る。このような移行は、機械的な（手動の）もの、または電動化されたものであり得る。電動化された駆動ユニット１６の実施形態は、図１ｃ、図１４ａ〜図１４ｂ、および図１５〜図１６に図示される。
【００６３】
図１ｂは、ユーザの手１００とインターフェース８０との間の係合を図示する。外科医の手１００は、ユーザの手の甲（本明細書においては、手背１０１）が（手背インターフェース３０の）拘束具３３の下に位置する一方、ユーザの指のうちの３本が自由に第１のインターフェース４０（本明細書において、掌インターフェース４０とも称される）を掴み、親指および人差し指は第２のインターフェース６０（本明細書において、指インターフェース６０とも称される）と係合するように、置かれる。
【００６４】
図１ｃは、筐体カバーが取り外されて駆動ユニットと関連部品とを見せている制御ユニット１０を図示する。駆動ユニット１６は、モータパックと、バッテリ１１と、コントローラ１５の電気回路と、掌インターフェース４０のベース４１と、を含む。ジアテルミープラグ１７は、装置本体と接続されて図示されている。
【００６５】
図２ａは、ユーザインターフェース８０の３つの制御インターフェース、すなわち手背インターフェース３０、掌インターフェース４０および指インターフェース６０をより詳細に図示する。
【００６６】
手背インターフェース３０は、その端部で相互に接続される２つの弧状要素３２および３３を含む。要素３３は、手背１０１と係合し、手背１０１の形状に合うように弾性的に変形可能である一方、下向きの力をそれに向かって加える。要素３２は、好適には剛体であるが、いくらかの弾性を有してもよい。手背インターフェース３０は、３１の位置で掌インターフェース４０に接続される。手背インターフェース３０は、ベース４１に動かないように取り付けられてよく、またはベース４１に対して自由に回転可能で、それによってユーザの手が掌インターフェース４２（の上部）に対するなじみ具合を調節するようにしてもよい。
【００６７】
掌インターフェース４０は、ベース４１に枢動可能に取り付けられ、ベース４１は、掌面４２のベース４１に対する向きを測定することによって、ユーザの手の空間的な向きを測定するためのセンサを含む。
【００６８】
指インターフェース６０は、シャフト９１を介して掌インターフェース４０に接続される。シャフト９１は、シャフト９１が掌インターフェース４０に対して空間的に回転することを可能にするボールジョイント９０（不図示）の一部を形成する。シャフト９１の動きは、人間工学的な最適さを達成するために、ユーザが指インターフェース６０の向きを調整することを可能にする。
【００６９】
つまみ９２は、ユーザがボールジョイント９０への摩擦力を調整することを可能にし、それによって指インターフェース６０を掌インターフェース４０に対して固定したり、またはユーザが指インターフェース６０の向きをいつでも変更可能にしたりすることができる。
【００７０】
指インターフェース６０は、装置のエフェクタエンド（例えば、把持具のような外科手術ツール）を制御するために使用される。指インターフェース６０は、このインターフェースのレバーに取り付けられたセンサを介して、ユーザの指の間の距離およびその向きを同時に判定できる。
【００７１】
図２ｂは、インターフェース８０とユーザの手１００との間の典型的な係合を示す。ユーザの掌は、掌インターフェース４０の掌面４２に対して置かれ、手背１０１は、手背インターフェース３０の下に位置し（要素３３の弾性的変形によって下向きに押圧される）、ユーザの指のうちの３本は、掌面４２の周縁を掴み、他の２本の指（親指および人差し指）は、指インターフェース６０のレバー６２と係合する（つまむ）。ユーザは、インターフェース８０を保持しつつ、掌面４２を傾斜させることができ、また、指インターフェース６０のレバー６２を開閉または回転させることができる。これらの動きが実行されるとき、インターフェース４０および６０に位置するセンサが、動きを測定する。センサの測定値は、コントローラ１５によってサンプルされる。コントローラ１５は、掌面４２の向きを関節２２の向きと比較する（図５ｅ）。もしも差があるなら、コントローラは、関節２２の向きを変えてユーザの手の向きと一致させるために、モータに命令を送る。
【００７２】
指インターフェース６０は、例えば、このインターフェースの指レバー６２の角度を測定することによって、レバーに係合する親指と人差し指との間の距離を測定する。コントローラ１５は、指の距離と、例えば把持具エフェクタエンドの顎の間の距離との差を計算し、顎の開度を指の距離と一致させるために、顎開閉機構を操作するモータに命令を送る。
【００７３】
指インターフェース６０とシャフト９１との間の角度を測定する回転センサ（不図示）を介して、回転（捩れ）の測定が可能になる。コントローラ１５は、指の角度と、顎とシャフトとの間の角度との差を計算する。測定値の間に差がある場合には、コントローラ１５は、顎の回転を指の角度形成と一致させるために、顎回転機構を操作するモータに命令を送る。
【００７４】
コントローラ１５によってサンプルされた測定値のいくつかは、人間工学的な最適さを保つために、拡大縮小されてよい。例えば、比較的小さな掌の動きでシャフトの屈折に大きな変化をもたらすために、ユーザの手の動きは拡大されてよく、あるいは、動きの精度を増すために、ユーザの手の動きは縮小されてよい。
【００７５】
前述のとおり、これらのインターフェース要素はそれぞれ異なる制御機能を果たし、３つすべてが同時に操作され得、腹腔鏡ツール１２、操縦可能部分２２およびエフェクタエンド２４（例えば、把持具）の正確で直感的な制御を可能にする。
【００７６】
上述したことに加えて、ユーザインターフェース８０は、制御ユニット１０の内部や医療装置のシャフトに（例えば、操縦可能部分内またはエフェクタエンド２４に）配置された光源、ジアテルミー装置、カメラなどを操作するためのボタンも（インターフェース４０または６０に、または制御ユニット１０の筐体に）含んでよい。
【００７７】
これらのインターフェース要素のそれぞれが下記に説明されるが、まず初めに手背インターフェース３０について説明する。
【００７８】
手背インターフェース
図３ａ〜図３ｂは、本発明の教示に従って構成された手背インターフェース３０の一実施形態を図示する。手背インターフェース３０は、ヒンジ３１を介して掌インターフェース４０の本体に枢動可能に接続された弧状の拘束具３２を含む。
【００７９】
ヒンジ３１は自由に回転可能であるか、または係止可能であり得、ハンドル３２と掌インターフェース遠位端４２との間の角度の設定を可能にする。
【００８０】
要素３３は、手背インターフェースと人間の手の甲（手背）との間の弾性的／変形可能な接続部の役割を果たす。
【００８１】
手背インターフェース３０は、ユーザが装置の空間的な位置および向きを制御することを可能にする。図３ｃ〜図３ｄに図示されるように、ユーザが掌面４２および指インターフェース６０との係合を解除したとき、手背インターフェース３０の要素３３は、ユーザが、制御ユニット１０に取り付けられた医療装置の組織アクセス部位に対する高さ、角度および回転を変更することを可能にする。このような制御は、実際に掌面４２を掴む必要はなく、肘および肩関節の周りの手の動き、およびこれよりも程度は少ないが胴の動きによってなされる。手背インターフェース３０は、ユーザが掌インターフェース４０の指での保持を解くことも可能にし、それによって、依然としてインターフェース８０と係合されながら、操作する手の休息を提供する。
【００８２】
掌インターフェース
掌インターフェース４０は、制御ユニット１０に取り付けられた装置に対するユーザの腕の向きを測定する。
【００８３】
図４ａ〜図４ｅは、掌インターフェース４０の主要な構成部品を図示する。ベース４１は、筐体１４と掌面４２との間の接続部である。ベース４１は、モータ４９の筐体として働く。モータ４９は、球状ブレーキ４３の位置を制御する。図４ｃに図示される内側球状体４８は、ベース４１に動かないように固定され、ジョイスティックセンサ５０を収容する。半球状部４４および４５は互いに接続され、内側球状体４８を収容し、ボールジョイント／ジンバルを形成する。シリンダ５１は、ロッド５３を部品４５の上面に接続する。組み付けられたとき、部品４４および４５は部品４８の周りを回転可能であり、それによってジョイスティックセンサ５０のロッド５３を回転させる。ピン５６は、内側球状体４８に接続され、スロット５７内に配置される。この構成により、ボールジョイントの部品４４および４５の、内側ボール４８の第３の軸の周りの好ましくない捩れが防止される。ビーム４７は、（部品４４および４５から形成される）ボールジョイントと掌面４２とを接続する。
【００８４】
掌面４２は、半球状に形成され、医療装置の所望の機能を制御するための電気スイッチを含み得る。スイッチ５３は、パニックボタンとして働く。医療装置が望み通りに機能していないことをユーザが感知した場合には、パニックボタンを作動させることで即座にモータは停止され、医療装置のいかなる機能も阻止される。
【００８５】
スイッチ５２は、関節を所望の向きに「フリーズ」させるためにユーザによって作動され得るボールジョイント内部のブレーキ機構を制御する。スイッチ５２が作動すると、球状ブレーキ４３は部品４４と係合して（図４ｅ）摩擦を加え、部品５０に対して回転することを防止する。
【００８６】
スイッチ５２の２回目の作動は、モータ４９を作動させ、ブレーキ４３を部品４４から離れるように移動させる（図４ｄ）。スイッチ５２は、後ほど図１８を参照して更に説明するように、制御ユニット１０の様々な操作モードを設定するためにも使用できる。
【００８７】
図４ｆは、掌インターフェース４０の破断図である。モータ４９は、ベース４１に接続される。ナット５８は、モータ４９の軸５５に固定され、ブレーキ４３のベースに螺合する。軸５５が回転すると、ナット５８は回転する。ブレーキ４３は回転し得ず、軸５５の回転を直線運動に転換する。軸５５の第１の方向への回転はブレーキ４３を上昇させ、またはその逆である。
【００８８】
図４ｇは、中央レバー５３を含むジョイスティックセンサを図示し、中央レバー５３は、２つの直交する平面でレバーの向きを測定する２つの直交する電位差計を機械的に回転させる。
【００８９】
図５ａ〜図５ｅは、掌インターフェースの向きと関節２２の向きとの関係を図示する。図５ａ〜図５ｂは、掌インターフェース４０の左右平面上での傾斜が、第１の平面での側方ａおよび側方ｂへの関節２２の屈曲をそれに応じてもたらすことが図示される。
【００９０】
図５ｃ〜図５ｄは、掌インターフェース４０の前後平面上での傾斜が、第１の平面に直交する第２の平面での側方ｃおよび側方ｄへの関節２２の屈曲をそれに応じてもたらすことが図示される。掌インターフェースを他の平面内に向かわせると、関節はそれに対応する方向に向けられる。
【００９１】
指インターフェース
指インターフェース６０は、ユーザがエフェクタエンド２４（把持具）の２つの主要な自由度、顎の開閉および顎の回転、を制御することを可能にする。このような制御は直感的で、掌インターフェース４０および手背インターフェース３０によって同時に行われ得る。
【００９２】
図６ａ〜図６ｂは、制御ユニット１０の指インターフェース６０を図示する。図６ａは、シャフト９１を介して掌インターフェース４０に接続された指インターフェース６０を図示する。図６ｂは、シャフト９１を含むボールジョイント機構９０を図示する。シャフト９１は、筐体９３に対して回転可能である。ナット９２は、ボールジョイントにかかる力を制限するために使用され、外科医がシャフト９１を本体９２に対して所望の向きに固定することを可能にする。シャフト９１の遠位端の形状は、指インターフェース６０がシャフト９１の周りを回転することを防止するために矩形になっている。
【００９３】
図７ａ〜図７ｂは、指インターフェース６０の人間工学的調整のためのユーザのためのオプションを図示する。図７ａは、掌面４２に対して指インターフェース６０が取り得る向きを図示する。図７ｂは、指インターフェース６０と掌面４２との間の距離の調整機能を図示する。
【００９４】
図８ａは、指インターフェース６０の筐体６３、内側レバー６１、外側レバー６２を図示し、指（親指、人差し指）は内側レバー６１と外側レバー６２との間に配置され得る。筐体６３は、筐体６３がシャフト９１の周りを回転することを防止する矩形のベース９５を介してシャフト９１に接続される。
【００９５】
ユーザの指との最適なフィット感を達成するために、内側レバー６１と外側レバー６２との間の角度を変更するために、ヒンジ６４が使用され得る。
【００９６】
図８ｂ〜図８ｃは、指インターフェース６０の破断図である。内側レバー６１は、ヒンジ６５の周りを回転するブラケット６６に固定される。中央シャフト６９のピン６９は、ブラケット６６の端部の細長い穴６７を通って配置される。内側レバー６１によるブラケット６６の回転は、（ピン６７を介して）シャフト６９の直線運動をもたらす。
【００９７】
磁石７０は、シャフト６９の端部に固定され、磁気センサ７１（図８ｄ）はシャフト６９の主面に平行に配置される。センサ７１は、磁石７０の直線運動を測定する。測定された運動は、コントローラ１５によってサンプルされ、顎の開閉運動および位置の制御に使用される。
【００９８】
図８ｃは、ユーザが親指と人差し指との間の距離を広げた際に、筐体６３から外に突き出た内側レバー６１の回転によってもたらされる磁石７０の直線運動を図示する。磁石７０は、内側レバー６１が内側に押圧されていたときの初期位置から約４ｍｍ移動する。外側レバー６２は内側レバー６１を開くために使用され得、または、内側レバー６１を通常の開位置に維持するためにバネ（不図示）が使用されてもよい。内側レバー６１と外側レバー６２との間の角度は、ヒンジ６４を使用して調整され得る。
【００９９】
図９ａ〜図９ｉは、指インターフェース６０によって可能になる操作の顎開閉モード、磁石７０の磁気センサ７１上での対応する直線移動、および把持具２４の顎の位置を図示する。
【０１００】
図１０ａ〜図１０ｃは、顎の回転モードおよび回転の度合いを測定する機構を図示する。
【０１０１】
磁石７０（シャフト６９に装着されている）は、回転位置センサ７３のＤ形状開口７４内に嵌り込む平坦な表面を有する。レバー６１および６２がユーザによって回転されると、シャフト６９は開口７４内で滑動する。レバー６１および６２の回転は、筐体７９およびシャフト６９を指インターフェース６０の本体６３に対して回転させる。回転位置センサ７３は、本体６３に固定され、シャフト６９は回転位置センサ７３の内側本体７５を回転させ得るので、レバー６１および６２とシャフト９１との間の回転角度の測定が可能になる。回転位置センサ７３のデータはコントローラ１５によってサンプルされ、コントローラ１５は、指インターフェース６０の向きを把持具２４の顎の向きと比較する。差がある場合には、コントローラ１５は、把持具２４の顎の向きをユーザの指の向きと一致させるために、モータに命令を送る。
【０１０２】
図１１ａ〜図１１ｃは、少なくとも２つの操縦可能部分を制御するために使用され得るユーザインターフェース８０の実施形態を図示する。図１１ａは、医療装置（腹腔鏡）の第２の操縦可能部分の制御を可能にする追加センサ５０ｂを示したインターフェース８０の破断図である。図１１ｂは、２つの独立した操縦可能部分、すなわち近位操縦可能部分１０２および遠位操縦可能部分１０３、の関節を図示する。
【０１０３】
図１２ａ〜図１２ｅは、インターフェース６０の指回転機構を介した第２の操縦可能部分の操作を図示する。第１の操縦可能部分は、上述したように、掌インターフェース４０を介して制御される。
【０１０４】
図１３ａ〜図１３ｈは、インターフェース４０およびインターフェース６０の指回転機構の操作の様々なモードと、結果としてもたらされる２つの操縦可能部分の独立した屈折を図示する。図１３ａは、「ホーム」位置にあるインターフェースを図示する。２つの独立した操縦可能部分は、図１３ｂに図示されるように、同一直線状にある。図１３ｃは、インターフェース４０の作動を図示し、その結果、近位操縦可能部分１０２だけが屈折する（図１３ｄ）。インターフェース６０の作動とその結果としての遠位操縦可能部分１０３だけの屈折は、図１３ｅ〜図１３ｆに（それぞれ）図示され、両方のインターフェースの作動とその結果としての両方の操縦可能部分の屈折は、図１３ｇ〜図１３ｈに（それぞれ）図示される。
【０１０５】
図１４ａ〜図１６は、制御ユニット１０の電動式の駆動ユニット１６の実施形態を図示する。図１４ａに図示されるように、駆動ユニット１６は、モータパック１０２と、ケーブル滑車システム１０４と、を含む。
【０１０６】
モータパック１０２は、１つまたは複数のモータ１０８を含み（図１４ａにおいては５つのモータのうちの３つが図示されている）、インターフェース８０によってこれらのモータは個別に作動される。モータ１０８は電気モータでよく（例えば、ギア比１：２５６、１：６４のＦＡＵＬＨＡＢＥＲモータ１０２４）、基部側端１３０に収容されたバッテリパック（例えば、３ＡＡ、１．５Ｖの充電式バッテリ、不図示）によって電力を供給される。モータパック１０２は、筐体１４の基部側端１３０とモータ筐体フロア１１２との間に配置される。
【０１０７】
本発明の好適な実施形態においては、制御ユニット１０は５つのモータ１０８を含み、３つのモータは制御ケーブルを引くためおよび解放するためのものであり、１つのモータ１０８は把持具２４の顎を開くためおよび閉じるためのものであり、１つのモータ１０８は顎を回転させるためのものである。
【０１０８】
制御ケーブルを引いたり解放したりするモータ１０８は、モータパック１０２の中央長手軸ポイントの周りに、互いに対して１２０度離れて配置される。このような配置は、３つの制御ケーブルの同時操作を可能にし、関節の接続部の完全な制御が可能になる。
【０１０９】
図１４ａに図示されるように、駆動ユニット１６は、把持具２４を作動させるためのリンク機構１２８も含む。リンク機構１２８は、基部側端１３０内に配置された駆動歯車を駆動するモータ１３０によって作動される。モータ駆動歯車は、基部側端１３０内のリンク機構１２８のシャフトに直接取り付けられた第２の歯車と噛み合う。
【０１１０】
基部側端１３０は、メモリユニットと、コントローラチップと、ファームウェアのアップロードおよびモータ１０８とインターフェース要素の動作の校正のために制御ユニット１０をコンピュータに接続するためのポートと、も含み得る。
【０１１１】
モータ１０８は、ネジ筐体１１６を貫通するケーブル牽引器（cable puller）１１４に、モータ−ネジ継手１１９（図１６）を介して接続される。ネジ筐体１１６は、モータ１０８の駆動シャフトの回転運動をケーブル牽引器１１４（図１４ｂに個別に図示される）の直線運動（上昇／下降）に転換する際に機能する。モータ１０８は、モータ−ネジ継手１１９（図１６）を介してモータ歯車に連結されたネジ筐体１１６を回転させる。ケーブル牽引器１１４の基部側部分は、ネジ筐体１１６の螺旋状の溝と係合する螺旋状のネジ山（図１４ｂに図示される）を含む。ケーブル牽引器１１４は、筐体フロア１１７の半円状の開口を貫通し、半円状の開口はケーブル牽引器１１４の回転を防止し、モータ１０８の回転に際してケーブル牽引器１１４が開口内を直線的に移動（上昇／下降）するようにする。ケーブル牽引器１１４の遠位部分は、ケーブルヘッド１１５に取り付けられたケーブル１１３（図１６）への連結のための溝１１１（図１４ｂ）を含む。
【０１１２】
駆動ユニット１６は、モータパック１０２とケーブル滑車システム１０４との間に配置された歯車群１０６（図１５に独立した図で示される）も含む。歯車群１０６は、ネジ筐体１１６の周りに装着された駆動歯車１１８と、駆動歯車１１８をセンサ筐体歯車１２２に相互接続する非駆動歯車１３０と、を含む。
【０１１３】
図１６は、駆動歯車１１８と、非駆動歯車１３０と、センサ筐体歯車１２２との間の駆動関係を図示する。
【０１１４】
駆動歯車１１８は、モータ１０８の回転に伴って回転し、非駆動歯車１３０を回転させ、非駆動歯車１２０は、センサ筐体歯車１２２を回転させる。センサ筐体歯車１２２は、センサ筐体１２３を回転センサ１２４に対して回転させ、これにより回転の程度ひいてはケーブル牽引器１１４の上昇／下降運動の程度の指標を駆動ユニット１６に提供する。回転センサ１２４は、筐体１２３に固定された磁気ディスク１２５の上方に位置する磁気回転チップを含み得る。チップは、１ｍｍまでの距離から磁気ディスク１２５の回転を感知できる。
【０１１５】
制御ユニット１０は、制御ユニット１０の上下ならびに左右の動き、およびその角回転ならびに速度を感知するための加速度計および／またはジャイロスコープも含み得る。このような動きおよび角度のパラメータは、身体の空腔内での装置の位置決め関して外科医にフィードバックを提供するためにおよび／または装置の特定の角度でのインターフェースの作動の度合いを制限するために使用され得る。
【０１１６】
上述したように、制御ユニット１０に取り付けられた外科手術ツールの操作は、掌インターフェース４０の向きと、指インターフェース６０の関節運動の方向と、エンドエフェクタの動作および動き（例えば、回転）との間に機能的な関係性を確立することで行われる。図１７は、ユーザが掌および指の動きを介して外科手術ツールを制御することを可能にする、インターフェース８０（ＵＩ）と、制御ユニット１０と、取り付けられた腹腔鏡との間の機能的関係を図示する。
【０１１７】
制御ユニット１０は、他の有用な操作モードも可能にする。このような操作モードは、ユーザの手がインターフェース８０に置かれたときにユーザの指が届くような制御ユニット１０における位置に配置された制御スイッチを介して開始され得る。作動（および停止）は、制御スイッチにおける特定のクリックシーケンス／クリックデュレーション（sequence/duration of click(s)）を介して行われ得る。
【０１１８】
いくつかの操作モードが、図１８に図示され、これらはそれぞれ、特定のクリックシーケンス／クリックデュレーションによって始動され得る。このようなモードは、制御ユニット１０のブレーキ機構によってより行い易くなり得る（図４に図示されるモータ４９および球状ブレーキ４３がブレーキ機構として使用され得る）。
【０１１９】
例えば、ある特定のクリックシーケンス／クリックデュレーションは、ブレーキリングを半球状部４４に向かって移動させるモータ４９を介して、「フリーズモード」（掌インターフェース４０および取り付けられたツールを特定の位置にロックする）を始動させ得る。掌インターフェースの枢動操作を停止させるために十分なブレーキ力が半球状部４４に付与されたことを制御ユニット１０が検知すると、モータ４９は自動的に停止する。
【０１２０】
従って、この「フリーズモード」は、ユーザが、掌インターフェース４０および取り付けられたツールを特定の向きにロックすることを可能にする。
【０１２１】
別の特定のクリックシーケンス／クリックデュレーションは、不活性（passive）モードを始動させ得る。このモードは、ユーザが、取り付けられたツールを移動させずに掌インターフェースを移動させることを可能にする。
【０１２２】
「不活性接続（passive joint）」モードは、ユーザが、掌インターフェース４０上で快適な手の向きを自由に選びながら、好ましい関節の向きで作業することを可能にする。
【０１２３】
別の特定のクリックシーケンス／クリックデュレーションは、掌インターフェース４０の自由な動きを許容しながら、モータを始動させて関節をまっすぐな向きに向け、外科手術ツールの関節接合され得るシャフトをまっすぐな向きにフリーズさせる「直線関節（straight articulation）」モードを始動させ得る。
【０１２４】
「直線関節」モードは、套管針内でツールを前進させるために有用である。また、直線的な構成にあるとき、ツールは従来の腹腔鏡ツールを模倣することができる。
【０１２５】
上記のモードのいずれにおいても、指インターフェース６０は、通常、影響を受けず、すなわち、ユーザはこのインターフェースを使用して、例えば、把持具の顎を開閉および回転させることができるが、本明細書においては、始動によって指インターフェース６０もまたロックされるような場合も想定される。例えば、外科医が、顎で一定の力を加えること、または顎を互いに対して好ましい角度に固定することを望むとき、外科医は、特定のクリックシーケンス／クリックデュレーションで指レバーを操作してこれらのモードを始動させることができる。
【０１２６】
本明細書において使用されるとき、「約」という用語は、プラスまたはマイナス１０％を意味する。
【０１２７】
本発明の更なる目的、利点および新規な特徴は、限定を意図しない以下の実施例を吟味すれば当業者には明白になるであろう。
【実施例】
【０１２８】
これより、上述の説明とともに非限定的なやり方で本発明を説明した下記の実施例が参照される。
【０１２９】
いくつかの種類の腹腔鏡ツールを使用して作業するうちに、本発明者は、ツールのインターフェースがそのアキレスの踵であると気が付いた。独立型の腹腔鏡ツールを保持し操作するために、人は制限された制御および操作性で不自然な動きを行う必要がある。これは、腹腔鏡の位置決めおよびツールの操作が、単一の多目的インターフェース（例えば、腹腔鏡の配置および組織操作端の作動に使用される一般的なハサミ型のハンドル）を介して行われる場合に特に当てはまる。このような従来技術のインターフェースの欠陥を克服するために、本発明者は、腹腔鏡の機能を個別のインターフェース要素に分離し、それでも依然として片手でこれらのインターフェースを完全におよび同時に制御可能なインターフェースの考案に着手した。
【０１３０】
本発明を実践するために、本発明者は上述のインターフェース設計思想を実現するいくつかの試作品において実験を行った。上述の問題への解決手段は、外科医の手の動きを腹腔鏡の動きと直感的にリンクし、３つの個別の手の部位を３つの個別のインターフェース要素の操作に利用するインターフェースであると判明した。
【０１３１】
図１９は、腹腔鏡のシャフトに取り付けられた試作品の制御ユニットを示す。図２０は、制御ユニットの駆動ユニット部を示す。
【０１３２】
この試作品は、ツールの滑車に接続されたモータパックを含む。モータパックは、小さなモータと４自由度を作動させる伝動装置とを含んでいた。モータパックの大きさおよび重量は、外科医によって保持されるのに十分なほどに小さかった。インターフェースは、モータパックの上部に、シャフト軸と同じ向きに接続された。モータパックとインターフェースとの間の接続部は、外科医がインターフェースとシャフトの長手軸との間の向きを変更することを許容した。モータパックは、制御ソフトウェアのインストールを許容する、プログラム可能な制御回路を含んでいた。ツールの試験を行う際には、モータパックはバッテリまたは携帯電話の変圧器を使用した。
【０１３３】
本制御ユニットおよびインターフェースの操作性は、取り付けられた腹腔鏡の模型および標準的な腹腔鏡制御テストを用いて、経験の浅いユーザのグループによってテストされた。ユーザは小さな物体の把持やそれらの小さなカップへの移動、またはロッドに小さなゴムループを通すなどのタスクを、数分のうちに完了した。ユーザは、数分間で外科手術用のニードルを正しい向きに把持することも可能であった。インターフェースをテストした外科医は、インターフェースの短い予備的な紹介を行った１０分後に、最初の完全な縫合を披露した。
【０１３４】
明確さを目的として、個別の実施形態の文脈の中で説明されている本発明の特定の特徴は、単一の実施形態の中に組み合わせて設けられてもよいことを理解されたい。逆に、簡潔さを目的として、単一の実施形態の文脈の中で説明されている本発明の様々な特徴は、個別に、または適切な部分組合せとして設けられてもよい。
【０１３５】
本発明を、その特定の実施形態に関連して説明してきたが、多くの変形、修正および改変が当業者には明らかであることは明白である。従って、添付の特許請求の範囲の主旨および広い範囲に含まれるかかるすべての変形、修正および改変を抱合することが意図される。本明細書で言及されるすべての刊行物、特許および特許出願は、各個別の刊行物、特許または特許出願が参照により本明細書に組み込まれると明確にかつ個別に示されている場合と同程度に、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。更に、本出願におけるいかなる参照の引用または特定も、そのような参照が、本発明にとって従来技術として利用可能であることを認めるものと解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【０１３６】
１０  制御ユニット
１１  バッテリ
１２  腹腔鏡、外科手術ツール
１３  シャフト
１４  筐体
１５  コントローラ、回路
１６  駆動ユニット
１７  ジアテルミープラグ
２０  基部側端
２２  関節、操縦可能部分
２４  把持具、エフェクタエンド
３０  基部側端
３０  手背インターフェース
３１  ヒンジ
３２  遠位端
３２  弧状要素、ハンドル、拘束具
３３  弧状要素、拘束具
４０  第１のインターフェース、掌インターフェース
４１  ベース
４２  掌面、掌インターフェース遠位端
４３  球状ブレーキ
４４  半球状部
４５  半球状部
４７  ビーム
４８  内側球状体、内側ボール
４９  モータ
５０  ジョイスティックセンサ
５０ｂ  追加センサ
５１  シリンダ
５２  スイッチ
５３  中央レバー、ロッド
５３  スイッチ
５５  軸
５６  ピン
５７  スロット
５８  ナット
６０  第２のインターフェース、指インターフェース
６１  内側レバー
６２  外側レバー、指レバー
６３  本体、筐体
６４  ヒンジ
６５  ヒンジ
６６  ブラケット
６７  細長い穴
６８  ピン
６９  中央シャフト
７０  磁石
７１  磁気センサ
７３  回転位置センサ
７４  Ｄ形状開口
７５  内側本体
７９  筐体
８０  ユーザインターフェース
９０  ボールジョイント
９１  シャフト
９２  つまみ、ナット、本体
９３  筐体
９５  ベース
１００  手
１０１  手背
１０２  近位操縦可能部分
１０２  モータパック
１０３  遠位操縦可能部分
１０４  ケーブル滑車システム
１０６  歯車群
１０８  モータ
１１１  溝
１１２  モータ筐体フロア
１１３  ケーブル
１１４  ケーブル牽引器
１１５  ケーブルヘッド
１１６  ネジ筐体
１１７  筐体フロア
１１８  駆動歯車
１１９  モータ−ネジ継手
１２０  非駆動歯車
１２２  センサ筐体歯車
１２３  センサ筐体
１２４  回転センサ
１２５  磁気ディスク
１２８  リンク機構
１３０  基部側端、モータ
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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