(57)【要約】  ロボット制御可能な医療システムは、多機能エンドエフェクタを含むことができる。多機能エンドエフェクタは、少なくとも２つの機能を実行するように構成することができる。２つの機能は、互いに対して回転的にオフセットされ得る。回転オフセットは、ロボット制御可能なシステムが複数のモードで多機能エンドエフェクタを動作させることを可能にすることができる。モードのうちの少なくともいくつかは、エンドエフェクタの１つ又は２つ以上の機能へのアクセスを不可能にすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療システムであって、
枢動軸を第２の本体と共有する第１の本体を備えるエンドエフェクタを含む医療器具を備え、前記第１の本体は、第１の動作モード及び第２の動作モードを可能にするように、前記第２の本体に対して回転可能であり、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、医療システム。
【請求項２】
前記第１の動作モードが掴みモードを含み、前記第２の動作モードが切断モードを含む、請求項１に記載の医療システム。
【請求項３】
前記第１の本体は、第２の部分から回転的にオフセットされた第１の部分を有する第１の係合面を含み、前記第２の本体は、第２の部分から回転的にオフセットされた第１の部分を有する第２の係合面を含む、請求項１に記載の医療システム。
【請求項４】
実行可能な手段を記憶した少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体、及び、
少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と通信し、かつ前記システムに、少なくとも、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードで動作させて、前記第１の係合面の前記第１の部分と前記第２の係合面の前記第１の部分との間の協力を可能にし、前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を不可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに移行させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させる、命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、を更に備える、請求項３に記載の医療システム。
【請求項５】
前記第１の本体の前記第１の部分が、前記第１の本体の前記第２の部分から少なくとも１０度回転的にオフセットされている、請求項３に記載の医療システム。
【請求項６】
前記第１の本体が第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分が掴み部分を備え、前記第２の部分が切断部分を備える、請求項１に記載の医療システム。
【請求項７】
前記第１の動作モードの間は前記切断部分が露出していない、請求項１に記載の医療システム。
【請求項８】
前記第１の本体及び前記第２の本体の両方が掴み部分及び切断部分を含み、前記第１の動作モードの間は前記切断部分が重なり合う、請求項１に記載の医療システム。
【請求項９】
前記第２の動作モードの間は前記切断部分の間に凹部が形成される、請求項７に記載の医療システム。
【請求項１０】
前記第１の動作モードにおいて、前記エンドエフェクタは、前記第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える、請求項１に記載の医療システム。
【請求項１１】
前記メカニカルストップは、前記エンドエフェクタの前記第１の本体及び前記第２の本体上に形成されたハードストップを備える、請求項１０に記載の医療システム。
【請求項１２】
前記医療器具に連結されたロボットアームを更に備える、請求項１に記載の医療システム。
【請求項１３】
医療システムであって、
第１の本体及び第２の本体を備えるエンドエフェクタを含む医療器具を備え、
前記エンドエフェクタは第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、前記第１の動作モードの間は前記第２の動作モードが隠され、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、医療システム。
【請求項１４】
前記第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、前記第２の動作モードがアクティブな切断を含む、請求項１３に記載の医療システム。
【請求項１５】
前記医療器具に連結されたロボットアーム、及び
少なくとも１つのプロセッサであって、前記医療システムに、少なくとも
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードで動作させ、かつ
前記エンドエフェクタが前記第２の動作モードで動作するのを不可能にさせる、命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、を更に備える、請求項１３に記載の医療システム。
【請求項１６】
前記プロセッサが、前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに移行させ、前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させるように構成されている、請求項１５に記載の医療システム。
【請求項１７】
医療システムであって、
ロボット外科用器具のためのロボット制御されたエンドエフェクタであって、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、
前記第１の本体及び前記第２の本体によって実質的に共有される枢動軸であって、前記第１の本体及び前記第２の本体は、前記枢動軸を中心に回転運動するように構成されている、枢動軸と、を備える、エンドエフェクタ、
実行可能な命令を記憶した少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体、及び
少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と通信し、かつ前記システムに、少なくとも、
前記エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させて、前記第１の係合面の前記第１の部分と前記第２の係合面の前記第１の部分との間の協力を可能にし、前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を不可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させる、前記命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、を備える、医療システム。
【請求項１８】
前記第１の動作モードが掴みモードを含み、前記第２の動作モードが切断モードを含む、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項１９】
前記エンドエフェクタが前記掴みモードにあるとき、前記切断モードは動作不能である、請求項１８に記載の医療システム。
【請求項２０】
前記第１の本体の前記第１の部分が掴み部分を備え、前記第１の本体の前記第２の部分が切断部分を備える、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２１】
前記第１の動作モードの間は前記切断部分が露出していない、請求項２０に記載の医療システム。
【請求項２２】
前記第１の本体及び前記第２の本体の両方が掴み部分及び切断部分を含み、前記第１の動作モードの間は前記切断部分が重なり合う、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２３】
前記第２の動作モードの間は前記切断部分の間に凹部が形成される、請求項２２に記載の医療システム。
【請求項２４】
前記第１の部分は前記第２の部分から少なくとも１５度回転的にオフセットされている、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２５】
前記第１の部分は前記第２の部分から少なくとも１０度回転的にオフセットされている、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２６】
前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードはロボット制御され得る、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２７】
前記命令は、前記エンドエフェクタが前記第１の動作モードにあるか又は前記第２の動作モードにあるかを決定するように、前記プロセッサを更に構成する、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２８】
前記第１の動作モードにおいて、前記エンドエフェクタは、前記第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項２９】
前記メカニカルストップは、前記エンドエフェクタの前記本体上に形成されたハードストップを備える、請求項２８に記載の医療システム。
【請求項３０】
前記第１の動作モードにおいて、マスターは、前記第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項３１】
前記第１の本体及び前記第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、前記第１の本体の前記掴み部分と前記第２の本体の前記掴み部分との間の間隔の距離は、前記第２のモードにおけるよりも前記第１のモードにおいてより小さい、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項３２】
前記第１の本体及び前記第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、前記第１の本体の前記掴み部分と前記第２の本体の前記掴み部分との間の間隔の角度は、前記第２のモードにおけるよりも前記第１のモードにおいてより小さい、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項３３】
前記第１の本体及び前記第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、前記第１の動作モードでは、前記切断部分の縁部は完全に重なり合ったままである、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項３４】
前記命令は、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させるように、前記プロセッサを更に構成する、請求項１７に記載の医療システム。
【請求項３５】
ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第１の動作モードと、
第２の動作モードと、を備え、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、
前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
【請求項３６】
ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
枢動軸を第２の本体と共有する第１の本体であって、前記第１の本体は、第１の動作モード及び第２の動作モードを可能にするように、前記第２の本体に対して回転可能である、第１の本体、を備え、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
【請求項３７】
ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、
前記第１の本体を前記第２の本体に動作可能に連結する枢動軸であって、前記枢動軸は、前記枢動軸を中心に前記第１の本体及び前記第２の本体が回転運動することを可能にし、その結果、前記エンドエフェクタは、少なくとも、
前記第１の係合面の前記第１の部分と前記第２の係合面の前記第１の部分との間の協力を可能にし、前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を不可能にする第１の動作モード、及び
少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にする第２の動作モード、で動作可能である、枢動軸と、を備える、エンドエフェクタ。
【請求項３８】
ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第１の本体及び第２の本体を備え、
前記エンドエフェクタは第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、前記第１の動作モードの間は前記第２の動作モードが隠され、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
【請求項３９】
ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
共有される枢動軸によって第２の本体と回転的に関係する第１の本体であって、前記枢動軸は前記第１の本体と前記第２の本体との間の回転を可能にして、少なくとも第１の動作モード及び第２の動作モードでの動作を許可する、第１の本体を備え、
前記第１の動作モードの間は前記第２の動作モードが隠され、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
【請求項４０】
ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、
前記第１の本体を前記第２の本体に動作可能に連結する枢動軸であって、前記枢動軸は、前記枢動軸を中心に前記第１の本体及び前記第２の本体が回転運動することを可能にし、その結果、前記エンドエフェクタは、少なくとも、
前記第１の係合面の前記第２の部分が前記第２の係合面の前記第２の部分と重なり合って、前記第１の係合面の前記第２の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを不可能にし、前記第１の係合面の前記第１の部分及び前記第２の係合面の前記第１の部分へのアクセスを可能にする、第１の回転範囲、並びに
少なくとも前記第１の係合面の前記第１の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを可能にする、第２の回転範囲、で動作可能である、枢動軸と、を備える、エンドエフェクタ。
【請求項４１】
ロボット外科用器具のエンドエフェクタを動作させる方法であって、
前記エンドエフェクタの第１の動作モードの間、第１の回転範囲内で前記エンドエフェクタの第１の本体を前記エンドエフェクタの第２の本体に対して回転させることと、
前記エンドエフェクタの第２の動作モードの間、前記第１の回転範囲と異なる第２の回転範囲内で前記第１の本体を第２の本体に対して回転させることと、を含み、
前記第１の回転範囲内では、前記第１の動作モードは前記第２の動作モードを除外する、方法。
【請求項４２】
前記第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、前記第２のモードがアクティブな切断を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１の動作モードの間は、アクティブな切断が利用不可能である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第２の動作モードの間は、アクティブな切断が利用可能である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記第２の動作モードの間は、アクティブな掴み及びアクティブな切断が利用可能である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに変更することは、ソフトウェアを介して実施される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
ロボット外科用器具のエンドエフェクタを動作させる方法であって、
第１の部分及び第２の部分を有する第１の係合面を有する第１の本体を提供することと、
第１の部分及び第２の部分を有する第２の係合面を有する第２の本体を提供することと、
第１の回転範囲内で前記エンドエフェクタの前記第１の本体を前記エンドエフェクタの前記第２の本体に対して回転させることであって、前記第１の回転範囲では、前記第１の本体の前記第１の係合面の前記第２の部分が、前記第２の本体の前記第２の係合面の前記第２の部分と重なり合って、
前記第１の係合面の前記第２の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを不可能にし、
前記第１の係合面の第１の部分及び前記第２の係合面の第１の部分へのアクセスを可能にする、ことと、
第２の回転範囲内で前記エンドエフェクタの前記第１の本体を前記エンドエフェクタの前記第２の本体に対して回転させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを可能にすることと、を含む、方法。
【請求項４８】
ロボット制御されたエンドエフェクタを有する器具を使用する方法であって、
前記ロボット制御されたエンドエフェクタを第１の動作モードで動作させることと、
前記ロボット制御されたエンドエフェクタを前記第１の動作モードから前記第１の動作モードとは異なる第２の動作モードに変更することであって、前記第１の動作モードは前記第２の動作モードを除外し、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、１つの軸を中心に制御され得る、ことと、を含む、方法。
【請求項４９】
命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、
前記命令は、実行されると、装置のプロセッサに、少なくとも、
外科用エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させ、
前記外科用エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させ、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは１つの軸を中心に制御され得る、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項５０】
前記第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、前記第２のモードがアクティブな切断を含む、請求項４９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項５１】
前記第１の動作モードの間は、アクティブな切断が利用不可能である、請求項５０に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項５２】
前記第２の動作モードの間は、アクティブな切断が利用可能である、請求項５０に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項５３】
前記第２の動作モードの間は、アクティブな掴み及びアクティブな切断が利用可能である、請求項５０に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項５４】
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに変更することは、ソフトウェアを介して実施される、請求項４９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる２０１８年３月２９日出願の米国仮特許出願第６２／６５０，１９０号に対する優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本出願は、ロボット制御可能な医療システムに関し、具体的には、回転オフセットを有する多機能エンドエフェクタを備えるロボット制御可能な医療システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
腹腔鏡検査などの医療処置は、患者の内部領域にアクセスして可視化することを伴う場合がある。腹腔鏡処置では、腹腔鏡アクセスポートを通して医療器具を内部領域に挿入することができる。医療器具は、処置中に機能を実行するように構成されたエンドエフェクタを含むことができる。
【０００４】
特定の処置においては、ロボット制御可能な医療システムを使用して、器具及びエンドエフェクタの挿入及び／又は操縦を制御することができる。ロボット制御可能な医療システムは、処置中に器具及びエンドエフェクタの位置決めを制御するために使用されるマニピュレータアセンブリを有するロボットアーム又はその他の器具位置決め装置を含んでもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
回転オフセットを有する多機能エンドエフェクタを備えるロボット制御可能な医療システムなどの医療システムが本明細書で説明される。第１の態様では、医療システムは、エンドエフェクタを含む医療器具を備える。エンドエフェクタは、枢動軸を第２の本体と共有する第１の本体を備える。第１の本体は、第１の動作モード及び第２の動作モードを可能にするように、第２の本体に対して回転可能である。いくつかの実施形態では、第１の動作モードの間、第２の動作モードは動作不能である。いくつかの実施形態では、第１の動作モード及び第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る。
【０００６】
システムは、以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を任意の組み合わせで含んでもよい：（ａ）第１の動作モードが掴みモードを含み、第２の動作モードが切断モードを含む特徴；（ｂ）第１の本体は、第２の部分から回転的にオフセットされた第１の部分を有する第１の係合面を含み、第２の本体は、第２の部分から回転的にオフセットされた第１の部分を有する第２の係合面を含む特徴；（ｃ）実行可能な手段（instruments）を記憶した少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体、及び、少なくとも１つのプロセッサであって、少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と通信し、かつシステムに、少なくとも、エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させて、第１の係合面の第１の部分と第２の係合面の第１の部分との間の協力を可能し、第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を不可能にし、エンドエフェクタを第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を可能にし、エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させる、命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ；（ｄ）第１の本体の第１の部分が、第１の本体の第２の部分から少なくとも１０度回転的にオフセットされている特徴；（ｅ）第１の本体が第１の部分及び第２の部分を含み、第１の部分が掴み部分を備え、第２の部分が切断部分を備える特徴；（ｆ）第１の動作モードの間は切断部分が露出していない特徴；（ｇ）第１の本体及び第２の本体の両方が掴み部分及び切断部分を含み、第１の動作モードの間は切断部分が重なり合う特徴；（ｈ）第２の動作モードの間は切断部分の間に凹部が形成される特徴；（ｉ）第１の動作モードにおいて、エンドエフェクタは、第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える特徴；（ｊ）メカニカルストップは、エンドエフェクタの第１の本体及び第２の本体上に形成されたハードストップを備える特徴；並びに／又は（ｋ）医療器具に連結されたロボットアーム。
【０００７】
別の態様では、医療システムは、エンドエフェクタを含む医療器具を備える。エンドエフェクタは第１の本体及び第２の本体を備え、エンドエフェクタは第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、第１の動作モードの間は第２の動作モードが隠され、第１の動作モード及び第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る。
【０００８】
いくつかの実施形態では、システムは、以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を任意の組み合わせで含む：（ａ）第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、第２の動作モードがアクティブな切断を含む特徴；（ｂ）医療器具に連結されたロボットアーム；及び、少なくとも１つのプロセッサであって、医療システムに、少なくとも、エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させ、かつエンドエフェクタが第２の動作モードで動作するのを不可能にさせる命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ；並びに／又は（ｃ）プロセッサが、エンドエフェクタを第１の動作モードから第２の動作モードに移行させ、エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させるように構成された特徴。
【０００９】
別の態様では、医療システム説明される。システムは、ロボット外科用器具のためのロボット制御されたエンドエフェクタを備える。エンドエフェクタは、第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、第１の本体及び第２の本体によって実質的に共有される枢動軸であって、第１の本体及び第２の本体は、枢動軸を中心に回転運動するように構成されている、枢動軸と、を備える。システムは、実行可能な命令を記憶した少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と、少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と通信する少なくとも１つのプロセッサと、を更に備える。少なくとも１つのプロセッサは、システムに、少なくとも、エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させて、第１の係合面の第１の部分と第２の係合面の第１の部分との間の協力を可能にし、第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を不可能にし、エンドエフェクタを第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を可能にし、エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させる、命令を実行するように構成されている。
【００１０】
いくつかの実施形態では、システムは、以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を任意の組み合わせで含む：（ａ）第１の動作モードが掴みモードを含み、第２の動作モードが切断モデル（cutting model）を含む特徴；（ｂ）エンドエフェクタが掴みモードにあるとき、切断モードは動作不能である特徴；（ｃ）第１の本体の第１の部分が掴み部分を備え、第１の本体の第２の部分が切断部分を備える特徴；（ｄ）第１の動作モードの間は切断部分が露出していない特徴；（ｅ）第１の本体及び第２の本体の両方が掴み部分及び切断部分を含み、第１の動作モードの間は切断部分が重なり合う特徴；（ｆ）第２の動作モードの間は切断部分の間に凹部が形成される特徴；（ｇ）第１の部分は第２の部分から少なくとも１５度回転的にオフセットされている特徴；（ｈ）第１の部分は第２の部分から少なくとも１０度回転的にオフセットされている特徴；（ｉ）第１の動作モード及び第２の動作モードはロボット制御され得る特徴；（ｊ）命令は、エンドエフェクタが第１の動作モードにあるか又は第２の動作モードにあるかを決定するように、プロセッサを更に構成する特徴；（ｋ）第１の動作モードにおいて、エンドエフェクタは、第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える特徴；（ｌ）メカニカルストップは、エンドエフェクタの本体上に形成されたハードストップを含む特徴；（ｍ）第１の動作モードにおいて、マスターは、第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える特徴；（ｎ）第１の本体及び第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、第１の本体の掴み部分と第２の本体の掴み部分との間の間隔の距離は、第２のモードにおけるよりも第１のモードにおいてより小さい特徴；（ｏ）第１の本体及び第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、第１の本体の掴み部分と第２の本体の掴み部分との間の間隔の角度は、第２のモードにおけるよりも第１のモードにおいてより小さい特徴；（ｐ）第１の本体及び第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、第１の動作モードでは、切断部分の縁部は完全に重なり合ったままである特徴；並びに／あるいは、（ｑ）命令は、エンドエフェクタを第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を可能にし、エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させるように、プロセッサを更に構成する、特徴。
【００１１】
別の態様では、ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタは、第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、第１の動作モードの間、第２の動作モードは動作不能であり、第１の動作モード及び第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る。
【００１２】
別の態様では、ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタは、枢動軸を第２の本体と共有する第１の本体であって、第１の本体は、第１の動作モード及び第２の動作モードを可能にするように、第２の本体に対して回転可能である、第１の本体、を備え、第１の動作モードの間、第２の動作モードは動作不能であり、第１の動作モード及び第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る。
【００１３】
別の態様では、ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタ（an end effector for a robotic surgical instrument）であって、エンドエフェクタは、第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、第１の本体を第２の本体に動作可能に連結する枢動軸であって、枢動軸は、枢動軸を中心に第１の本体及び第２の本体が回転運動することを可能にし、その結果、エンドエフェクタは、少なくとも、第１の係合面の第１の部分と第２の係合面の第１の部分との間の協力を可能にし、第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を不可能にする第１の動作モード、及び少なくとも第１の係合面の第２の部分と第２の係合面の第２の部分との間の協力を可能にする第２の動作モード、で動作可能である、枢動軸と、を備える。
【００１４】
別の態様では、ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタは第１の本体及び第２の本体を備え、エンドエフェクタは第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、第１の動作モードの間は第２の動作モードが隠され、第１の動作モード及び第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る。
【００１５】
別の態様では、ロボット外科用器具用のエンドエフェクタは、共有される枢動軸によって第２の本体と回転的に関係する第１の本体であって、枢動軸は第１の本体と第２の本体との間の回転を可能にして、少なくとも第１の動作モード及び第２の動作モードでの動作を許可する、第１の本体を備え、第１の動作モードの間は第２の動作モードが隠され、第１の動作モード及び第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る。
【００１６】
別の態様では、ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタは、第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、第１の本体を第２の本体に動作可能に連結する枢動軸であって、枢動軸は、枢動軸を中心に第１の本体及び第２の本体が回転運動することを可能にし、その結果、エンドエフェクタは、少なくとも、第１の係合面の第２の部分が第２の係合面の第２の部分と重なり合って、第１の係合面の第２の部分及び第２の係合面の第２の部分へのアクセスを不可能にし、第１の係合面の第１の部分及び第２の係合面の第１の部分へのアクセスを可能にする、第１の回転範囲、並びに少なくとも第１の係合面の第１の部分及び第２の係合面の第２の部分へのアクセスを可能にする、第２の回転範囲、で動作可能である、枢動軸と、を含む。
【００１７】
別の態様では、ロボット外科用器具のエンドエフェクタを動作させる方法は、エンドエフェクタの第１の動作モードの間、第１の回転範囲内でエンドエフェクタの第１の本体をエンドエフェクタの第２の本体に対して回転させることと、エンドエフェクタの第２の動作モードの間、第１の回転範囲と異なる第２の回転範囲内で第１の本体を第２の本体に対して回転させることと、を含み、第１の回転範囲内では、第１の動作モードは第２の動作モードを除外する。
【００１８】
方法は、以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を任意の組み合わせで含んでもよい：（ａ）第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、第２のモードがアクティブな切断を含む特徴；（ｂ）第１の動作モードの間は、アクティブな切断が利用不可能である特徴；（ｃ）第２の動作モードの間は、アクティブな切断が利用可能である特徴；（ｄ）第２の動作モードの間は、アクティブな掴み及びアクティブな切断が利用可能である特徴；並びに／あるいは（ｅ）エンドエフェクタを第１の動作モードから第２の動作モードに変更することは、ソフトウェアを介して実施される特徴。
【００１９】
別の態様では、ロボット外科用器具のエンドエフェクタを動作させる方法は、第１の部分及び第２の部分を有する第１の係合面を有する第１の本体を提供することと、第１の部分及び第２の部分を有する第２の係合面を有する第２の本体を提供することと、第１の回転範囲内でエンドエフェクタの第１の本体をエンドエフェクタの第２の本体に対して回転させることであって、第１の回転範囲では、第１の本体の第１の係合面の第２の部分が、第２の本体の第２の係合面の第２の部分と重なり合って、第１の係合面の第２の部分及び第２の係合面の第２の部分へのアクセスを不可能にし、第１の係合面の第１の部分及び第２の係合面の第１の部分へのアクセスを可能にする、ことと、第２の回転範囲内でエンドエフェクタの第１の本体をエンドエフェクタの第２の本体に対して回転させて、少なくとも第１の係合面の第２の部分及び第２の係合面の第２の部分へのアクセスを可能にすることと、を含む。
【００２０】
別の態様では、ロボット制御されたエンドエフェクタを有する器具を使用するための方法は、ロボット制御されたエンドエフェクタを第１の動作モードで動作させることと、ロボット制御されたエンドエフェクタを第１の動作モードから第１の動作モードとは異なる第２の動作モードに変更することであって、第１の動作モードは第２の動作モードを除外し、第１の動作モード及び第２の動作モードは、１つの軸を中心に制御され得る、ことと、を含む。
【００２１】
別の態様では、非一時的コンピュータ可読記憶媒体が説明される。命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、命令は、実行されると、装置のプロセッサに、少なくとも、外科用エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させ、外科用エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させ、第１の動作モードの間、第２の動作モードは動作不能であり、第１の動作モード及び第２の動作モードは、１つの軸を中心に制御され得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を任意の組み合わせで含む：（ａ）第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、第２のモードがアクティブな切断を含む特徴；（ｂ）第１の動作モードの間は、アクティブな切断が利用不可能である特徴；（ｃ）第２の動作モードの間は、アクティブな切断が利用可能である特徴；（ｄ）第２の動作モードの間は、アクティブな掴み及びアクティブな切断が利用可能である特徴；並びに／あるいは（ｅ）エンドエフェクタを第１の動作モードから第２の動作モードに変更することは、ソフトウェアを介して実施される特徴。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
開示される態様は、以下、添付の図面と併せて説明され、開示された態様を例示するが、限定するものではなく、同様の指定は同様の要素を示す。
【図１】診断及び／又は治療用気管支鏡検査処置（複数可）のために配置されたカートベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図２】図１のロボットシステムの更なる態様を描写する。
【図３】尿管鏡検査のために配置された図１のロボットシステムの実施形態を示す。
【図４】血管処置のために配置された図１のロボットシステムの実施形態を示す。
【図５】気管支鏡検査処置のために配置されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図６】図５のロボットシステムの代替的な図である。
【図７】ロボットアーム（複数可）を格納するように構成された例示的なシステムを示す。
【図８】尿管鏡検査処置のために構成されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図９】腹腔鏡処置のために構成されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図１０】ピッチ又は傾斜調整を備えた図５〜図９のテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図１１】図５〜図１０のテーブルベースのロボットシステムのテーブルとカラムとの間のインターフェースの詳細な図である。
【図１２】例示的な器具ドライバを示す。
【図１３】ペアの器具ドライバを備えた例示的な医療器具を示す。
【図１４】駆動ユニットの軸が器具の細長いシャフトの軸に対して平行である、器具ドライバ及び器具の代替的な設計を示す。
【図１５】例示的な実施形態による、図１３及び図１４の器具の位置などの図１〜図１０のロボットシステムの１つ又は２つ以上の要素の位置を推定する位置特定システムを示すブロック図である。
【図１６Ａ】縫合処置を実施する多機能エンドエフェクタの実施形態を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂの多機能エンドエフェクタの縫合糸と切断部分との間の不注意による接触を示す。
【図１７】回転オフセットを含む多機能エンドエフェクタの実施形態を示す。
【図１８Ａ】閉鎖構成にある図１７の多機能エンドエフェクタを示す。
【図１８Ｂ】切断部分へのアクセスが不可能にされている第１の開放構成にある図１７の多機能エンドエフェクタを示す。
【図１８Ｃ】切断部分へのアクセスを可能にする第２の開放構成にある図１７の多機能エンドエフェクタを示す。
【図１８Ｄ】閉鎖構成にある、図１８Ａの多機能エンドエフェクタの上面図を示す。
【図１８Ｅ】切断部分へのアクセスが不可能にされている第１の開放構成にある図１８Ｂの多機能エンドエフェクタの上面図である。
【図１８Ｆ】切断部分へのアクセスを可能にする第２の開放構成にある図１８Ｃの多機能エンドエフェクタの上面図である。
【図１９】一実施形態による多機能エンドエフェクタの例示的な角度及び寸法を示す。
【図２０Ａ】回転オフセットを備える多機能エンドエフェクタを含むロボット制御可能な医療システムを示すブロック図である。
【図２０Ｂ】回転オフセットを備える多機能エンドエフェクタを実装するための方法を示すフローチャートである。
【図２１Ａ】切断部分へのアクセスを不可能にする第１のモードで縫合処置を実施する、回転オフセットを備える多機能エンドエフェクタの一実施形態を示す。
【図２１Ｂ】切断部分へのアクセスを可能にする第２のモードにある図２１Ａの多機能エンドエフェクタを示す。
【図２２】切断部分から掴み部分を分離する突出部を含む多機能エンドエフェクタのための本体の実施形態を示す。
【図２３】多機能エンドエフェクタの代替的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
１．概論
本開示の態様は、腹腔鏡などの低侵襲性、及び内視鏡などの非侵襲性の両方の処置を含む、様々な医療処置を行うことができるロボット制御可能な医療システムに統合され得る。内視鏡処置のうち、システムは、気管支鏡検査、尿管鏡検査、胃鏡検査などを行うことができる。
【００２５】
幅広い処置を実行することに加えて、システムは、医師を支援するための強調された撮像及び誘導などの追加の利益を提供することができる。加えて、システムは、厄介なアーム運動及び位置を必要とせずに、人間工学的位置から処置を行う能力を医師に提供することができる。また更に、システムは、システムの器具のうちの１つ又は２つ以上が単一のユーザによって制御され得るように、改善された使いやすさで処置を行う能力を医師に提供することができる。
【００２６】
以下、説明を目的として、図面と併せて、様々な実施形態が説明される。開示された概念の多くの他の実施態様が可能であり、開示された実施態様で様々な利点が達成され得ることを理解されたい。見出しが、参照のために本明細書に含まれ、様々なセクションの位置を特定する支援となる。これらの見出しは、それに関して説明される概念の範囲を限定することを意図するものではない。そのような概念は、本明細書全体にわたって適用可能性を有し得る。
【００２７】
Ａ．ロボットシステム−カート
ロボット制御可能な医療システムは、特定の処置に応じて様々な方法で構成され得る。図１は、診断及び／又は治療用気管支鏡検査処置のために配置されたカートベースのロボット制御可能なシステム１０の実施形態を示す。気管支鏡検査の間、システム１０は、気管支鏡検査のための処置特有の気管支鏡であり得る操縦可能な内視鏡１３などの医療器具を、診断及び／又は治療用具を送達するための自然オリフィスアクセスポイント（すなわち、本実施例ではテーブル上に位置付けられた患者の口）に送達するための１つ又は２つ以上のロボットアーム１２を有するカート１１を含み得る。図示のように、カート１１は、アクセスポイントへのアクセスを提供するために、患者の上部胴体に近接して位置付けられ得る。同様に、ロボットアーム１２は、アクセスポイントに対して気管支鏡を位置付けるために作動され得る。図１の配置はまた、胃腸管（gastro-intestinal、ＧＩ）処置を、ＧＩ処置のための特殊な内視鏡である胃鏡を用いて実行するときに利用され得る。図２は、カートの例示的な実施形態をより詳細に描画する。
【００２８】
図１を引き続き参照すると、一旦カート１１が適切に位置付けられると、ロボットアーム１２は、操縦可能な内視鏡１３をロボットで、手動で、又はそれらの組み合わせで患者内に挿入することができる。図示のように、操縦可能な内視鏡１３は、内側リーダー部分及び外側シース部分などの少なくとも２つの入れ子式部品を含んでもよく、各部分は、器具ドライバのセット２８から別個の器具ドライバに結合され、各器具ドライバは、個々のロボットアームの遠位端に結合されている。リーダー部分をシース部分と同軸上に整列させるのを容易にする器具ドライバ２８のこの直線配置は、１つ又は２つ以上のロボットアーム１２を異なる角度及び／又は位置に操作することによって空間内に再配置され得る「仮想レール」２９を作成する。本明細書に記載される仮想レールは、破線を使用して図に示されており、したがって破線は、システムの物理的構造を示さない。仮想レール２９に沿った器具ドライバ２８の並進は、外側シース部分に対して内側リーダー部分を入れ子にするか、又は内視鏡１３を患者から前進又は後退させる。仮想レール２９の角度は、臨床用途又は医師の好みに基づいて調整、並進、及び枢動されてもよい。例えば、気管支鏡検査では、示されるような仮想レール２９の角度及び位置は、内視鏡１３を患者の口内に曲げ入れることによる摩擦を最小限に抑えながら内視鏡１３への医師のアクセスを提供する妥協を表す。
【００２９】
内視鏡１３は、対象の目的地又は手術部位に到達するまで、ロボットシステムからの正確なコマンドを使用して挿入後に患者の気管及び肺の下方に指向されてもよい。患者の肺網を通したナビゲーションを高め、及び／又は所望の標的に到達するために、内視鏡１３を操縦して、内側リーダー部分を外側シース部分から入れ子状に延在させて、高められた関節運動及びより大きな曲げ半径を得てもよい。別個の器具ドライバ２８の使用により、リーダー部分及びシース部分が互いに独立して駆動されることも可能にする。
【００３０】
例えば、内視鏡１３は、例えば、患者の肺内の病変又は小結節などの標的に生検針を送達するように指向されてもよい。針は、内視鏡の長さにわたる作業チャネルの下方に展開されて、病理医によって分析される組織試料を得てもよい。病理の結果に応じて、追加の生検のために追加のツールが内視鏡の作業チャネルの下方に展開されてもよい。小結節を悪性と特定した後、内視鏡１３は、潜在的な癌組織を切除するために器具を内視鏡的に送達してもよい。場合によっては、診断及び治療的処置は、別個の処置で送達される必要があってもよい。これらの状況において、内視鏡１３はまた、標的小結節の位置を「マーク」するために基準を送達するために使用されてもよい。他の例では、診断及び治療的処置は、同じ処置中に送達されてもよい。
【００３１】
システム１０はまた、カート１１に支持ケーブルを介して接続されて、カート１１への制御、電子機器、流体工学、光学系、センサ、及び／又は電力のためのサポートを提供し得る移動可能なタワー３０を含んでもよい。タワー３０内にこのような機能を置くことにより、動作を行う医師及びそのスタッフがより容易に調整及び／又は再配置することができるより小さいフォームファクタのカート１１が可能となる。追加的に、カート／テーブルと支持タワー３０との間の機能の分割は、手術室の乱雑さを低減し、臨床ワークフローの改善を促進する。カート１１は患者に近接して配置されてもよいが、タワー３０は、処置中に邪魔にならないように遠隔位置に格納されてもよい。
【００３２】
上述のロボットシステムのサポートにおいて、タワー３０は、例えば、永続的な磁気記憶ドライブ、ソリッドステートドライブなどの非一時的コンピュータ可読記憶媒体内にコンピュータプログラム命令を記憶するコンピュータベースの制御システムの構成要素（複数可）を含んでもよい。これらの命令の実行は、実行がタワー３０内で行われるのか又はカート１１で行われるのかにかかわらず、そのシステム又はサブシステム（複数可）全体を制御してもよい。例えば、コンピュータシステムのプロセッサによって実行されるときに、命令は、ロボットシステムの構成要素に、関連するキャリッジ及びアームマウントを作動させ、ロボットアームを作動させ、医療器具を制御させてもよい。例えば、制御信号を受信したことに応答して、ロボットアームの関節内のモータは、アームをある特定の姿勢に配置してもよい。
【００３３】
タワー３０はまた、内視鏡１３を通して展開され得るシステムに制御された灌注及び吸引能力を提供するために、ポンプ、流量計、弁制御、及び／又は流体アクセスを含んでもよい。これらの構成要素はまた、タワー３０のコンピュータシステムを使用して制御されてもよい。いくつかの実施形態では、灌注及び吸引能力は、別個のケーブル（複数可）を通して内視鏡１３に直接送達されてもよい。
【００３４】
タワー３０は、フィルタリングされ、保護された電力をカート１１に提供するように設計された電圧及びサージ保護具を含んでもよく、それによって、カート１１内に電力変圧器及び他の補助電力構成要素を配置することが回避され、カート１１はより小さく、より移動可能になる。
【００３５】
タワー３０はまた、ロボットシステム１０全体に配置されたセンサのための支持機器を含んでもよい。例えば、タワー３０は、ロボットシステム１０を通して光センサ又はカメラから受信したデータを検出、受信、及び処理するためのオプトエレクトロニクス機器を含んでもよい。制御システムと組み合わせて、このようなオプトエレクトロニクス機器は、タワー３０内を含むシステム全体に展開された任意の数のコンソール内に表示するためのリアルタイム画像を生成するために使用されてもよい。同様に、タワー３０はまた、展開された電磁（electromagnetic、ＥＭ）センサから受信した信号を受信及び処理するための電子サブシステムを含んでもよい。タワー３０はまた、医療器具内又は医療器具上のＥＭセンサによる検出のためにＥＭ場発生器を収容し、配置するために使用されてもよい。
【００３６】
タワー３０はまた、システムの残りの部分で利用可能な他のコンソール、例えば、カートの上部に装着されたコンソールに追加して、コンソール３１を含んでもよい。コンソール３１は、医師操作者のためのユーザインターフェース及びタッチスクリーンなどの表示画面を含んでもよい。システム１０内のコンソールは、一般に、ロボット制御、並びに内視鏡１３のナビゲーション情報及び位置特定情報などの処置の術前及びリアルタイム情報の両方を提供するように設計される。コンソール３１が医師に利用可能な唯一のコンソールではない場合、コンソール３１は、看護師などの第２の操作者によって使用されて、患者の健康又は生命及びシステムの動作を監視し、並びにナビゲーション及び位置特定情報などの処置固有のデータを提供してもよい。その他の実施形態では、コンソール３０は、タワー３０とは別個の本体内に収容される。
【００３７】
タワー３０は、１つ又は２つ以上のケーブル又は接続（図示せず）を介してカート１１及び内視鏡１３に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、タワー３０からの支持機能は、単一ケーブルを通してカート１１に提供されることにより、手術室を簡略化し、整理整頓することができる。他の実施形態では、特定の機能は、別個のケーブリング及び接続で結合されてもよい。例えば、単一の電力ケーブルを通してカートに電力が供給されてもよい一方、制御、光学、流体工学、及び／又はナビゲーションのためのサポートは、別個のケーブルを通して提供されてもよい。
【００３８】
図２は、図１に示されるカートベースのロボット制御可能なシステムからのカートの実施形態の詳細な図を提供する。カート１１は、概して、細長い支持構造１４（「カラム」と呼ばれることが多い）、カート基部１５、及びカラム１４の頂部にあるコンソール１６を含む。カラム１４は、１つ又は２つ以上のロボットアーム１２（図２には３つ示されている）の展開を支持するためのキャリッジ１７（代替的に「アーム支持体」）などの１つ２つ以上のキャリッジを含んでもよい。キャリッジ１７は、患者に対してより良好に配置するために垂直軸に沿って回転してロボットアーム１２の基部を調整する、個別に構成可能なアームマウントを含んでもよい。キャリッジ１７はまた、キャリッジ１７がカラム１４に沿って垂直方向に並進することを可能にするキャリッジインターフェース１９を含む。
【００３９】
キャリッジインターフェース１９は、キャリッジ１７の垂直方向の並進を案内するためにカラム１４の両側に配置されたスロット２０などのスロットを通してカラム１４に接続されている。スロット２０は、カート基部１５に対して様々な垂直方向の高さでキャリッジを配置及び保持するための垂直方向の並進インターフェースを含む。キャリッジ１７の垂直方向の並進により、カート１１は、様々なテーブルの高さ、患者のサイズ、及び医師の好みを満たすようにロボットアーム１２のリーチを調整することが可能となる。同様に、キャリッジ１７上の個別に構成可能なアームマウントにより、ロボットアーム１２のロボットアーム基部２１を様々な構成で角度付けすることが可能となる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、キャリッジ１７が垂直方向に並進する際にカラム１４の内部チャンバ及び垂直方向の並進インターフェース内に汚れ及び流体が侵入するのを防止するために、スロット２０には、スロット表面と同一平面及び平行であるスロットカバーが追加されてもよい。スロットカバーは、スロット２０の垂直方向の頂部及び底部付近に配置されたばねスプールの対を通じて展開されてもよい。カバーは、スプール内でコイル巻きにされており、キャリッジ１７が垂直方向に上下に並進して初めて展開して、それらのコイル状態から延伸及び後退する。スプールのばね荷重は、キャリッジ１７がスプールに向かって並進するときにカバーをスプール内に後退させるための力を提供する一方で、キャリッジ１７がスプールから離れるように並進するときに密封も維持する。カバーは、キャリッジ１７が並進する際にカバーが適切に延伸及び後退するのを確実にするために、例えば、キャリッジインターフェース１９内のブラケットを使用してキャリッジ１７に接続されてもよい。
【００４１】
カラム１４は、例えば、コンソール１６からの入力などのユーザ入力に応答して生成された制御信号に応答してキャリッジ１７を機械的に並進させるために垂直方向に整列した主ねじを使用するように設計された、歯車及びモータなどの機構を内部に含んでもよい。
【００４２】
ロボットアーム１２は、一般に、一連の関節２４によって接続されている一連の連結部２３によって分離されたロボットアーム基部２１及びエンドエフェクタ２２を含んでもよく、各関節は独立したアクチュエータを含み、各アクチュエータは、独立して制御可能なモータを含む。それぞれ独立して制御可能な関節は、ロボットアームが利用可能な独立した自由度を表す。アーム１２の各々は、７つの関節を有し、したがって、７つの自由度を提供する。多数の関節は、多数の自由度をもたらし、「冗長」自由度を可能にする。冗長自由度は、ロボットアーム１２が、異なる連結位置及び関節角度を使用して空間内の特定の位置、向き、及び軌道で、それらのそれぞれのエンドエフェクタ２２を配置することを可能にする。これにより、システムが空間内の所望のポイントから医療器具を配置及び指向させることが可能になると同時に、医師がアーム関節を患者から離れる臨床的に有利な位置へと移動させて、アームの衝突を回避しながらよりよいアクセスを生み出すことを可能にする。
【００４３】
カート基部１５は、床の上のカラム１４、キャリッジ１７、及びアーム１２の重量の釣り合いをとる。したがって、カート基部１５は、電子機器、モータ、電源、並びにカートの移動及び／又は固定化のいずれかを可能にする構成要素などの、より重い部品を収容する。例えば、カート基部１５は、処置前にカートが部屋中をあちこちに容易に移動することを可能にする、転動可能なホイール形状のキャスター２５を含む。適切な位置に到達した後、キャスター２５は、処置中にカート１１を定位置に保持するためのホイールロックを使用して静止させられてもよい。
【００４４】
カラム１４の垂直方向の端部に配置されたコンソール１６は、ユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース及び表示画面（又は、例えば、タッチスクリーン２６などの二重目的デバイス）の両方を可能にして、術前データ及び術中データの両方を医師であるユーザに提供する。タッチスクリーン２６上の潜在的な術前データは、術前計画、術前コンピュータ断層撮影（computerized tomography、ＣＴ）スキャンから導出されたナビゲーション及びマッピングデータ、及び／又は術前の患者への問診からのメモを含んでもよい。ディスプレイ上の術中データは、ツールから提供される光学情報、センサからのセンサ及び座標情報、及び呼吸、心拍数、及び／又はパルスなどの不可欠な患者統計を含んでもよい。コンソール１６は、医師が、キャリッジ１７の反対側のカラム１４側からコンソールにアクセスすることを可能にするように配置され、傾斜が付けられてもよい。この位置から、医師は、コンソール１６をカート１１の背後から操作しながら、コンソール１６、ロボットアーム１２、及び患者を見ることができる。図示のように、コンソール１６はまた、カート１１の操作及び安定化を支援するハンドル２７を含む。
【００４５】
図３は、尿管鏡検査のために配置されたロボット制御可能なシステム１０の一実施形態を示す。尿管鏡検査処置では、カート１１は、患者の尿道及び尿管を横断するように設計された処置専用内視鏡である尿管鏡３２を患者の下腹部領域に送達するように配置されてもよい。尿管鏡検査では、尿管鏡３２が患者の尿道と直接整列して、領域内の敏感な解剖学的構造に対する摩擦及び力を低減することが望ましいことがある。図示のように、カート１１は、ロボットアーム１２が尿管鏡３２を、患者の尿道に直接直線状にアクセスするように配置できるように、テーブルの脚部に整列されてもよい。テーブルの脚部から、ロボットアーム１２は、尿道を通して患者の下腹部に直接、仮想レール３３に沿って尿管鏡３２を挿入してもよい。
【００４６】
気管支鏡検査におけるのと同様の制御技法を使用して尿道に挿入した後、尿管鏡３２は、診断及び／又は治療用途のために、膀胱、尿管、及び／又は腎臓にナビゲートされてもよい。例えば、尿管鏡３２は、尿管及び腎臓に指向され、尿管鏡３２の作業チャネルの下方に展開されたレーザー又は超音波砕石デバイスを使用して、形成された腎臓結石を破壊することができる。砕石術が完了した後、得られた結石片は、尿管鏡３２の下方に展開されたバスケットを使用して除去されてもよい。
【００４７】
図４は、血管処置のために同様に配されたロボット制御可能なシステムの一実施形態を示す。血管処置において、システム１０は、カート１１が、操縦可能なカテーテルなどの医療器具３４を、患者の脚内の大腿動脈内のアクセスポイントに送達することができるように構成され得る。大腿動脈は、ナビゲーションのためのより大きな直径と、患者の心臓への比較的迂回性及び蛇行性でない経路との両方を呈し、これによりナビゲーションが単純化する。尿管鏡処置のように、カート１１は、患者の脚及び下腹部に向かって配置されて、ロボットアーム１２が患者の大腿／腰領域内の大腿動脈アクセスポイントへの直接的な線形アクセスで仮想レール３５を提供することを可能にしてもよい。動脈内への挿入後、器具ドライバ２８を並進させることによって医療器具３４が指向され、挿入されてもよい。代替的には、カートは、例えば、肩及び手首付近の頚動脈及び腕動脈などの代替的な血管アクセスポイントに到達するために、患者の上腹部の周囲に配置されてもよい。
【００４８】
Ｂ．ロボットシステム−テーブル
ロボット制御可能な医療システムの実施形態はまた、患者テーブルを組み込んでもよい。テーブルの組み込みは、カートを除去することによって手術室内の資本設備の量を低減し、患者へのより大きなアクセスを可能にする。図５は、気管支鏡検査処置のために配置されたこうしたロボット制御可能なシステムの一実施形態を示す。システム３６は、床の上にプラットフォーム３８（「テーブル」又は「ベッド」として図示）を支持するための支持構造体又はカラム３７を含む。カートベースのシステムと同様に、システム３６のロボットアーム３９のエンドエフェクタは、器具ドライバ４２の線形整列から形成された仮想レール４１を通して、又はそれに沿って、図５の気管支鏡４０などの細長い医療器具を操縦するように設計された器具ドライバ４２を含む。実際には、Ｘ線透視撮像を提供するためのＣアームは、放射器及び検出器をテーブル３８の周囲に置くことによって、患者の上部腹部領域の上方に配置されてもよい。
【００４９】
図６は、説明を目的として、患者及び医療器具なしのシステム３６の代替的な図を提供する。図示のように、カラム３７は、１つ又は２つ以上のロボットアーム３９のベースとなり得る、システム３６内でリング形状として図示される１つ又は２つ以上のキャリッジ４３を含んでもよい。キャリッジ４３は、カラム３７の長さにわたる垂直方向のカラムインターフェース４４に沿って並進して、ロボットアーム３９が患者に到達するように配置され得る異なるバンテージポイントを提供してもよい。キャリッジ（複数可）４３は、カラム３７内に配置された機械的モータを使用してカラム３７の周りを回転して、ロボットアーム３９が、例えば、患者の両側などのテーブル３８の複数の側面へのアクセスを有することを可能にしてもよい。複数のキャリッジを有する実施形態では、キャリッジはカラム上に個別に配置されてもよく、他のキャリッジとは独立して並進及び／又は回転してもよい。キャリッジ４３はカラム３７を取り囲む必要はなく、又は更には円形である必要はないが、図示されるようなリング形状は、構造的バランスを維持しながらカラム３７の周りでのキャリッジ４３の回転を容易にする。キャリッジ４３の回転及び並進により、システムは、内視鏡及び腹腔鏡などの医療器具を患者の異なるアクセスポイントに整列させることができる。その他の実施形態（図示せず）では、システム３６は、並行して延在するバー又はレールの形態の調節可能なアーム支持体を有する患者テーブル又はベッドを含むことができる。１つ又は２つ以上のロボットアーム３９を、（例えば、肘関節を有する肩部を介して）垂直方向に調整することができる調節可能なアーム支持体に取り付けることができる。垂直方向の調節を提供することによって、ロボットアーム３９は、有利なことに、患者テーブル又はベッドの下にコンパクトに格納されることができ、その後、処置中に引き上げられることができる。
【００５０】
アーム３９は、ロボットアーム３９に追加の構成可能性を提供するために個別に回転及び／又は入れ子式に延在し得る一連の関節を含むアームマウント４５のセットを介してキャリッジに装着されてもよい。加えて、アームマウント４５は、キャリッジ４３が適切に回転されると、アームマウント４５がテーブル３８の同じ側（図６に示すように）、テーブル３８の両側（図９に示すように）、又はテーブル３８の隣接する側部（図示せず）のいずれかに位置付けられ得るように、キャリッジ４３上に位置付けられ得る。
【００５１】
カラム３７は、テーブル３８の支持及びキャリッジの垂直方向の並進のための経路を構造的に提供する。内部に、カラム３７は、キャリッジの垂直方向の並進を案内するための主ねじ、及び主ねじに基づく当該キャリッジの並進を機械化するためのモータが備えていてもよい。カラム３７はまた、キャリッジ４３及びその上に装着されたロボットアーム３９に電力及び制御信号を伝達してもよい。
【００５２】
テーブル基部４６は、図２に示すカート１１のカート基部１５と同様の機能を果たし、テーブル／ベッド３８、カラム３７、キャリッジ４３、及びロボットアーム３９の釣り合いをとるためにより重い構成要素を収容する。テーブル基部４６はまた、処置中に安定性を提供するために剛性キャスターを組み込んでもよい。テーブル基部４６の底部から展開されるキャスターは、基部４６の両側で反対方向に延在し、システム３６を移動させる必要があるときに後退してもよい。
【００５３】
引き続き図６によれば、システム３６はまた、テーブルとタワーとの間でシステム３６の機能を分割して、テーブルのフォームファクタ及びバルクを低減するタワー（図示せず）を含んでもよい。先に開示された実施形態と同様に、タワーは、処理、計算、及び制御能力、電力、流体工学、並びに／又は光学及びセンサ処理などの様々な支持機能をテーブルに提供してもよい。タワーはまた、医師のアクセスを改善し、手術室を整理整頓するために、患者から離れて配置されるように移動可能であってもよい。加えて、タワー内に構成要素を配置することにより、ロボットアームの潜在的な収納のために、テーブル基部内により多くの保管空間を可能にする。タワーはまた、キーボード及び／又はペンダントなどのユーザ入力のためのユーザインターフェース、並びにリアルタイム撮像、ナビゲーション、及び追跡情報などの術前及び術中情報のための表示画面（又はタッチスクリーン）の両方を提供するマスターコントローラ又はコンソールを含んでもよい。いくつかの実施形態では、タワーはまた、送気のために使用されるガスタンク用のホルダを含んでもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、テーブル基部は、使用されていないときにロボットアームを収容して格納してもよい。図７は、テーブルベースのシステムの一実施形態におけるロボットアームを格納するシステム４７を示す。システム４７では、キャリッジ４８は、ロボットアーム５０、アームマウント５１、及びキャリッジ４８を基部４９内に格納するために、基部４９内へと垂直方向に並進されてもよい。基部カバー５２は、並進及び後退して、キャリッジ４８、アームマウント５１、及びアーム５０をカラム５３の周りに展開させるように開き、使用されていないときにそれらを格納して保護するように閉じられてもよい。基部カバー５２は、閉じたときに汚れ及び流体の侵入を防止するために、その開口部の縁部に沿って膜５４で封止されてもよい。
【００５５】
図８は、尿管鏡検査処置のために構成されたロボット制御可能なテーブルベースのシステムの一実施形態を示す。尿管鏡検査では、テーブル３８は、患者をカラム３７及びテーブル基部４６からオフアングルに配置するためのスイベル部分５５を含んでもよい。スイベル部分５５は、スイベル部分５５の底部をカラム３７から離すように配置するために、旋回点（例えば、患者の頭部の下に位置）を中心に回転又は旋回してもよい。例えば、スイベル部分５５の旋回により、Ｃアーム（図示せず）が、テーブル３８の下のカラム（図示せず）と空間を奪い合うことなく、患者の下部腹部の上方に配置されることを可能にする。カラム３７の周りにキャリッジ３５（図示せず）を回転させることにより、ロボットアーム３９は、尿道に到達するように、仮想レール５７に沿って、患者の鼠径部領域に直接尿管鏡５６を挿入してもよい。尿管鏡検査では、処置中に患者の脚の位置を支持し、患者の鼠径部領域への明確なアクセスを可能にするために、テーブル３８のスイベル部分５５にあぶみ５８が固定されてもよい。
【００５６】
腹腔鏡処置では、患者の腹壁内の小さな切開部（複数可）を通して、低侵襲性器具を患者の解剖学的構造に挿入してもよい。いくつかの実施形態では、低侵襲性器具は、患者内の解剖学的構造にアクセスするために使用されるシャフトなどの細長い剛性部材を含む。患者の腹腔の膨張後、器具は、把持、切断、アブレーション、縫合などの外科的又は医療的タスクを実施するように方向付けられてもよい。いくつかの実施形態では、器具は、腹腔鏡などのスコープを備えることができる。図９は、腹腔鏡処置のために構成されたロボット制御可能なテーブルベースのシステムの一実施形態を示す。図９に示されるように、システム３６のキャリッジ４３は回転し、垂直方向に調整されて、器具５９が患者の両側の最小切開部を通過して患者の腹腔に到達するようにアームマウント４５を使用して配置され得るように、ロボットアーム３９の対をテーブル３８の両側に配置してもよい。
【００５７】
腹腔鏡処置に対応するために、ロボット制御可能なテーブルシステムはまた、プラットフォームを所望の角度に傾斜させてもよい。図１０は、ピッチ又は傾斜調整を有するロボット制御可能な医療システムの実施形態を示す。図１０に示すように、システム３６は、テーブル３８の傾斜に適応して、テーブルの一方の部分を他方の部分より床から離れた距離に配置することができる。加えて、アームマウント４５は、アーム３９がテーブル３８と同じ平面関係を維持するように、傾斜に一致するように回転してもよい。急角度に適応するために、カラム３７はまた、テーブル３８が床に接触するか又は基部４６と衝突するのを防ぐためにカラム３７が垂直方向に延びるのを可能にする入れ子部分６０を含んでもよい。
【００５８】
図１１は、テーブル３８とカラム３７との間のインターフェースの詳細な図示を提供する。ピッチ回転機構６１は、カラム３７に対するテーブル３８のピッチ角を複数の自由度で変更するように構成されてもよい。ピッチ回転機構６１は、カラム−テーブルインターフェースでの直交軸１、２の配置によって可能にされてもよく、各軸は、電気ピッチ角コマンドに応答して別個のモータ３、４によって作動される。一方のねじ５に沿った回転は、一方の軸１における傾斜調整を可能にし、他方のねじ６に沿った回転は、他方の軸２に沿った傾斜調整を可能にする。いくつかの実施形態では、カラム３７に対するテーブル３８のピッチ角を複数の自由度で変更するために、玉継ぎ手が用いられてもよい。
【００５９】
例えば、ピッチ調整は、テーブルをトレンデレンブルグ体位に配置しようとするときに、すなわち下腹部手術のために患者の下腹部よりも床からより高い位置に患者の下腹部を位置させようとするときに、特に有用である。トレンデレンブルグ体位は、重力によって患者の内臓を患者の上腹部に向かってスライドさせ、低侵襲性ツールが入って腹腔鏡前立腺切除術などの下腹部の外科又は医療処置を実施するために、腹腔を空にする。
【００６０】
Ｃ．器具ドライバ及びインターフェース
システムのロボットアームのエンドエフェクタは、（ｉ）医療器具を作動させるための電気機械的手段を組み込む器具ドライバ（代替的には、「器具駆動機構」又は「器具デバイスマニピュレータ」と呼ばれる）と、（ｉｉ）モータなどの任意の電気機械的構成要素を欠いていてもよい除去可能な又は取り外し可能な医療用器具と、を含む。この二分法は、医療処置に使用される医療器具を滅菌する必要性、それらの複雑な機械的アセンブリ及び敏感な電子機器により、高価な資本設備を十分に滅菌することができないことに牽引され得る。したがって、医療器具は、医師又は医師のスタッフによる個々の滅菌又は廃棄のために、器具ドライバ（したがってそのシステム）から取り外し、除去、及び交換されるように設計され得る。対照的に、器具ドライバは交換又は滅菌される必要がなく、保護のために掛け布がされ得る。
【００６１】
図１２は、例示的な器具ドライバを示す。ロボットアームの遠位端に配置される器具ドライバ６２は、駆動シャフト６４を介して医療器具に制御トルクを提供するために平行軸を伴って配された１つ又は２つ以上の駆動ユニット６３を含む。各駆動ユニット６３は、器具と相互作用するための個々の駆動シャフト６４と、モータシャフトの回転を所望のトルクに変換するためのギヤヘッド６５と、駆動トルクを生成するためのモータ６６と、モータシャフトの速度を測定し、制御回路にフィードバックを提供するエンコーダ６７と、制御信号を受信し、駆動ユニットを作動させるための制御回路６８と、を含む。各駆動ユニット６３は独立して制御及び電動化され、器具ドライバ６２は、複数（図１２に示すように４つ）の独立した駆動出力を医療器具に提供することができる。動作中、制御回路６８は、制御信号を受信し、モータ６６にモータ信号を送信し、エンコーダ６７によって測定された得られたモータ速度を所望の速度と比較し、モータ信号を変調して所望のトルクを生成する。
【００６２】
無菌環境を必要とする処置のために、ロボットシステムは、器具ドライバと医療器具との間に位置する、無菌ドレープに接続された無菌アダプタなどの駆動インターフェースを組み込んでもよい。無菌アダプタの主な目的は、器具ドライバの駆動シャフトから器具の駆動入力に角度運動を伝達する一方で、駆動シャフトと駆動入力との間の物理的分離、したがって無菌性を維持することである。したがって、例示的な無菌アダプタは、器具ドライバの駆動シャフトと嵌合されることが意図された一連の回転入力部及び出力部と、器具に対する駆動入力部で構成され得る。無菌アダプタに接続される無菌ドレープは、透明又は半透明プラスチックなどの薄い可撓性材料で構成され、器具ドライバ、ロボットアーム、及び（カートベースのシステムにおける）カート又は（テーブルベースのシステムにおける）テーブルなどの資本設備を覆うように設計される。ドレープの使用により、滅菌を必要としない領域（すなわち、非滅菌野）に依然として位置している間に、資本設備を患者に近接して配置することが可能となる。滅菌ドレープの反対側では、医療器具は、滅菌（すなわち、滅菌野）を必要とする領域において患者とインターフェースしてもよい。
【００６３】
Ｄ．医療器具
図１３は、ペアの器具ドライバを備えた例示的な医療器具を示す。ロボットシステムと共に使用するために設計された他の器具と同様に、医療器具７０は、細長いシャフト７１（又は細長い本体）及び器具基部７２を含む。医師による手動相互作用が意図されているその設計により「器具ハンドル」とも呼ばれる器具基部７２は、概して、ロボットアーム７６の遠位端において器具ドライバ７５上の駆動インターフェースを通って延在する駆動出力部７４と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力部７３、例えば、レセプタクル、プーリ、又はスプールを含んでもよい。物理的に接続、ラッチ、及び／又は結合されるときに、器具基部７２の嵌合された駆動入力部７３は、器具ドライバ７５における駆動出力部７４と回転軸線を共有して、駆動出力部７４から駆動入力部７３へのトルクの伝達を可能することができる。いくつかの実施形態では、駆動出力部７４は、駆動入力部７３上のレセプタクルと嵌合するように設計されたスプラインを含んでもよい。
【００６４】
細長いシャフト７１は、例えば、内視鏡におけるような解剖学的開口部若しくは管腔、又は腹腔鏡検査におけるような低侵襲性切開部のいずれかを通して送達されるように設計されている。細長いシャフト７１は、可撓性（例えば、内視鏡と同様の特性を有する）若しくは剛性（例えば、腹腔鏡と同様の特性を有する）のいずれかであってもよく、又は可撓性部分及び剛性部分の両方のカスタマイズされた組み合わせを含んでもよい。腹腔鏡のために設計される場合、剛性の細長いシャフトの遠位端は、少なくとも１つの自由度を有するクレビスから形成された接合された手首から延在するエンドエフェクタ、及び駆動入力部が器具ドライバ７５の駆動出力部７４から受け取ったトルクに応答して回転する際に、腱からの力に基づいて作動され得る、例えば、把持具又ははさみなどの手術ツール又は医療器具に接続され得る。内視鏡検査のために設計される場合、可撓性の細長いシャフトの遠位端は、器具ドライバ７５の駆動出力部７４から受信したトルクに基づいて関節運動及び屈曲され得る操縦可能又は制御可能な屈曲部を含んでもよい。
【００６５】
器具ドライバ７５からのトルクは、シャフト７１に沿った腱を使用して細長いシャフト７１の下流に伝達される。プルワイヤなどのこれらの個々の腱は、器具ハンドル７２内の個々の駆動入力部７３に個別に固定されてもよい。ハンドル７２から、腱は、細長いシャフト７１に沿って１つ又は２つ以上のプルルーメン（pull lumen）を下方に誘導され、細長いシャフト７１の遠位部分、又は細長いシャフトの遠位部分の手首内に固定される。腹腔鏡、内視鏡、又はハイブリッド処置などの外科処置中、これらの腱は、手首、把持具、又ははさみなどの遠位に取り付けられたエンドエフェクタに連結されてもよい。このような構成の下で、駆動入力部７３に及ぼされるトルクは、腱に張力を伝達し、それによってエンドエフェクタを何らかの方法で作動させる。いくつかの実施形態では、外科処置の間、腱は、関節を軸の周りで回転させ、それによってエンドエフェクタを一方向又は別の方向に移動させることができる。あるいは、腱は、細長いシャフト７１の遠位端で把持具の１つ又は２つ以上のジョーに接続されてもよく、腱からの張力によって把持具が閉鎖される。
【００６６】
内視鏡検査では、腱は、接着剤、制御リング、又は他の機械的固定を介して、細長いシャフト７１に沿って（例えば、遠位端に）配置された屈曲部又は関節運動部に結合されてもよい。屈曲部の遠位端に固定的に取り付けられる場合、駆動入力部７３に及ぼされるトルクは、腱の下流に伝達され、より軟質の屈曲部（関節運動可能部又は領域と呼ばれることがある）を屈曲又は関節運動させる。非屈曲部分に沿って、個々の腱を内視鏡シャフトの壁に沿って（又は内側に）指向する個々のプルルーメンを螺旋状又は渦巻状にして、プルワイヤにおける張力からもたらされる半径方向の力の釣り合いをとることが有利であり得る。これらの間の螺旋及び／又は間隔の角度は、特定の目的のために変更又は設計されてもよく、より狭い螺旋は負荷力下でより小さいシャフト圧縮を呈する一方で、より少ない量の螺旋は負荷力下でより大きなシャフト圧縮をもたらすが、屈曲制限も呈する。スペクトルのもう一方の端部では、プルルーメンは、細長いシャフト７１の長手方向軸に平行に指向されて、所望の屈曲部又は関節運動可能部における制御された関節運動を可能にしてもよい。
【００６７】
内視鏡検査では、細長いシャフト７１は、ロボット処置を支援するいくつかの構成要素を収容する。シャフトは、シャフト７１の遠位端における手術領域に対して手術ツール（又は医療器具）を展開する、灌注する、及び／又は吸引するための作業チャネルを含んでもよい。シャフト７１はまた、光学カメラを含んでもよい遠位先端部の光学アセンブリとの間で信号の授受を行うために、ワイヤ及び／又は光ファイバを収容してもよい。シャフト７１はまた、発光ダイオードなどの近位に位置する光源からシャフトの遠位端に光を搬送するための光ファイバを収容してもよい。
【００６８】
器具７０の遠位端では、遠位先端部はまた、診断及び／又は治療、灌注、及び吸引のためにツールを手術部位に送達するための作業チャネルの開口を含んでもよい。遠位先端部はまた、内部解剖学的空間の画像を捕捉するために、繊維スコープ又はデジタルカメラなどのカメラのためのポートを含んでもよい。関連して、遠位先端部はまた、カメラを使用するときに解剖学的空間を照明するための光源用のポートを含んでもよい。
【００６９】
図１３の例では、駆動シャフト軸、したがって駆動入力軸は、細長いシャフトの軸に直交する。しかしながら、この配置は、細長いシャフト７１のロール能力を複雑にする。駆動入力部７３を静止させながら、細長いシャフト７１をその軸に沿ってロールさせることにより、腱が駆動入力部７３から延出し、細長いシャフト７１内のプルルーメンに入る際に、腱の望ましくない絡まりをもたらす。結果として生じるそのような腱のもつれは、内視鏡処置中に可撓性の細長いシャフトの移動を予測することが意図される任意の制御アルゴリズムを妨害することがある。
【００７０】
図１４は、駆動ユニットの軸が器具の細長いシャフトの軸に対して平行である、器具ドライバ及び器具の代替的な設計を示す。図示のように、円形の器具ドライバ８０は、ロボットアーム８２の端部において平行に整列された駆動出力部８１を備えた４つの駆動ユニットを含む。駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力部８１は、アセンブリ８３内の駆動ユニットのうちの１つによって駆動される器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３内に収容される。回転駆動ユニットによって提供されるトルクに応答して、回転アセンブリ８３は、回転アセンブリ８３を器具ドライバの非回転部分８４に接続する円形ベアリングに沿って回転する。電力及び制御信号は、電気接点を通して器具ドライバ８０の非回転部分８４から回転アセンブリ８３に伝達されてもよく、ブラシ付きスリップリング接続（図示せず）による回転を通して維持されてもよい。他の実施形態では、回転アセンブリ８３は、非回転可能部分８４に一体化され、したがって他の駆動ユニットと平行ではない別個の駆動ユニットに応答してもよい。回転機構８３は、器具ドライバ８０が、器具ドライバ軸８５周りの単一ユニットとして、駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力部８１を回転させることを可能にする。
【００７１】
先に開示した実施形態と同様に、器具８６は、細長いシャフト部分８８と、器具ドライバ８０内の駆動出力部８１を受容するように構成された複数の駆動入力部８９（レセプタクル、プーリ、及びスプールなど）を含む器具基部８７（説明目的のために透明な外部スキンで示される）とを含んでもよい。先の開示された実施形態とは異なり、器具シャフト８８は、器具基部８７の中心から延在し、軸は、図１３の設計にあるように直交するのではなく、駆動入力部８９の軸に実質的に平行である。
【００７２】
器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３に結合されると、器具基部８７及び器具シャフト８８を含む医療器具８６は、器具ドライバ軸８５を中心にして回転アセンブリ８３と一緒に回転する。器具シャフト８８は器具基部８７の中心に配置されているため、器具シャフト８８は、取り付けられたときに器具ドライバ軸８５と同軸である。したがって、回転アセンブリ８３の回転により、器具シャフト８８は、それ自体の長手方向軸を中心に回転する。更に、器具基部８７が器具シャフト８８と共に回転すると、器具基部８７内の駆動入力部８９に接続された任意の腱は、回転中に絡まらない。したがって、駆動出力部８１、駆動入力部８９、及び器具シャフト８８の軸の平行性は、任意の制御腱を絡めることなくシャフト回転を可能にする。
【００７３】
Ｅ．ナビゲーション及び制御
従来の内視鏡検査は、操作者である医師に腔内誘導を提供するために、蛍光透視法（例えば、Ｃアームを通して送達され得るような）、及び他の形態の放射線ベースの撮像モダリティの使用を伴うことがある。対照的に、本開示によって企図されるロボットシステムは、放射線への医師の曝露を低減し、手術室内の機器の量を低減するために、非放射線ベースのナビゲーション及び位置特定手段を提供することができる。本明細書で使用するとき、用語「位置特定」は、基準座標系内のオブジェクトの位置を判定及び／又は監視することを指すことがある。術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイムＥＭ追跡、及びロボットコマンドデータなどの技術は、放射線を含まない動作環境を達成するために個別に又は組み合わせて使用されてもよい。放射線ベースの撮像モダリティが依然として使用されるその他の場合、術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイムＥＭ追跡、及びロボットコマンドデータは、放射線ベースの撮像モダリティによってのみ取得される情報を改善するために、個別に又は組み合わせて使用されてもよい。
【００７４】
図１５は、例示的な実施形態による、器具の位置など、ロボットシステムの１つ又は２つ以上の要素の位置を推定する位置特定システム９０を示すブロック図である。位置特定システム９０は、１つ又は２つ以上の命令を実行するように構成されている１つ又は２つ以上のコンピュータデバイスのセットであってもよい。コンピュータデバイスは、上述の１つ又は２つ以上の構成要素内のプロセッサ（又は複数のプロセッサ）及びコンピュータ可読メモリによって具現化されてもよい。例として、限定するものではないが、コンピュータデバイスは、図１に示されるタワー３０、図１〜図４に示されるカート、図５〜図１０に示されるベッドなどの形態であってよい。
【００７５】
図１５に示すように、位置特定システム９０は、入力データ９１〜９４を処理して医療器具の遠位先端部の位置データ９６を生成する位置特定モジュール９５を含んでもよい。位置データ９６は、基準系に対する器具の遠位端の位置及び／又は向きを表すデータ又は論理であってもよい。基準系は、患者の解剖学的構造、又はＥＭ場発生器（ＥＭ場発生器についての以下の説明を参照）などの既知の物体に対する基準系とすることができる。
【００７６】
ここで、様々な入力データ９１〜９４についてより詳細に説明する。術前マッピングは、低用量ＣＴスキャンの収集を利用して達成され得る。術前ＣＴスキャンは、例えば、患者の内部解剖学的構造の断面図の「スライス」として可視化される３次元画像へと再構成される。全体として分析される場合、患者の肺網などの患者の解剖学的構造の解剖学的空腔、空間、及び構造のための画像ベースのモデルが生成され得る。中心線形状（center-line geometry）などの技法を判定し、ＣＴ画像から概算して、モデルデータ９１と称される（術前ＣＴスキャンのみを用いて生成した場合は「術前モデルデータ」とも称される）患者の解剖学的構造の３次元体積を生成することができる。中心線形状の使用については、その全容が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１４／５２３，７６０号で説明されている。ネットワーク位相モデルはまた、ＣＴ画像から導出されてもよく、気管支鏡検査に特に適している。
【００７７】
いくつかの実施形態では、器具はカメラを装備して、視覚データ９２を提供してもよい。位置特定モジュール９５は、視覚データを処理して、１つ又は２つ以上の視覚ベースの位置追跡を可能にしてもよい。例えば、術前モデルデータは、医療器具（例えば、内視鏡又は内視鏡の作業チャネルを通って前進する器具）のコンピュータビジョンベースの追跡を可能にするために、視覚データ９２と共に使用されてもよい。例えば、術前モデルデータ９１を使用して、ロボットシステムは、内視鏡の予想される移動経路に基づいてモデルから予測される内視鏡画像のライブラリを生成することができ、各画像はモデル内の位置にリンクされる。手術中に、このライブラリは、カメラ（例えば、内視鏡の遠位端でのカメラ）でキャプチャされたリアルタイム画像を画像ライブラリ内のものと比較して、位置特定を支援するために、ロボットシステムによって参照され得る。
【００７８】
他のコンピュータビジョンベースの追跡技法は、カメラの動き、したがって内視鏡を判定するための特徴追跡を使用する。位置特定モジュール９５のいくつかの特徴は、解剖学的管腔に対応する術前モデルデータ９１内の円形幾何学形状を特定し、それらの幾何学的形状の変化を追跡して、どの解剖学的管腔が選択されたか、並びにカメラの相対的な回転及び／又は並進運動を判定することができる。位相マップの使用は、視覚ベースのアルゴリズム又は技法を更に向上させることがある。
【００７９】
光学フロー、別のコンピュータビジョンベースの技法は、カメラの動きを推測するために、視覚データ９２内のビデオシーケンス内の画像ピクセルの変位及び並進を分析してもよい。光学フロー技術の例としては、動き検出、オブジェクトセグメンテーション計算、輝度、動き補償符号化、立体視差測定などを挙げることができる。複数の反復にわたり複数のフレームを比較することにより、カメラ（及びしたがって内視鏡）の移動及び位置を決定することができる。
【００８０】
位置特定モジュール９５は、リアルタイムＥＭ追跡を使用して、術前モデルによって表される患者の解剖学的構造に位置合わせされ得るグローバル座標系内で内視鏡のリアルタイム位置を生成し得る。ＥＭ追跡では、医療器具（例えば、内視鏡器具）内の１つ又は２つ以上の位置及び向きに埋め込まれた１つ又は２つ以上のセンサコイルを含むＥＭセンサ（又はトラッカー）は、既知の位置に配置された１つ又は２つ以上の静的ＥＭ場発生器によって生成されるＥＭ場の変動を測定する。ＥＭセンサによって検出された位置情報は、ＥＭデータ９３として記憶される。ＥＭ場発生器（又は送信機）は、埋め込まれたセンサが検出し得る低強度磁場を生成するために、患者に近接して配置され得る。磁場はＥＭセンサのセンサコイル内に小さな電流を誘導し、ＥＭセンサとＥＭ場発生器との間の距離及び角度を判定するためにこの電流が分析され得る。これらの距離及び向きは、患者の解剖学的構造の術前モデル内の位置と座標系内の単一の位置を位置合わせする幾何学的変換を判定するために、患者の解剖学的構造（例えば、術前モデル）に術中「登録」され得る。一旦登録されると、医療器具の１つ又は２つ以上の位置（例えば、内視鏡の遠位先端部）に埋め込まれたＥＭトラッカーは、患者の解剖学的構造を通じた医療器具の進行のリアルタイム表示を提供し得る。
【００８１】
ロボットコマンド及び運動学データ９４はまた、ロボットシステムのための位置特定データ９６を提供するために、位置特定モジュール９５によって使用されてもよい。関節運動コマンドから生じるデバイスピッチ及びヨーは、術前較正中に判定され得る。術中、これらの較正測定値は、既知の挿入深度情報と組み合わせて使用されて、器具の位置を推定し得る。あるいは、これらの計算は、ネットワーク内の医療器具の位置を推定するために、ＥＭ、視覚、及び／又は位相モデリングと組み合わせて分析され得る。
【００８２】
図１５が示すように、いくつかの他の入力データが位置特定モジュール９５によって使用され得る。例えば、図１５には示されていないが、形状検知繊維を利用する器具は、位置特定モジュール９５が器具の位置及び形状を判定するために使用することができる形状データを提供することができる。
【００８３】
位置特定モジュール９５は、入力データ９１〜９４を組み合わせて（複数可）使用し得る。場合によっては、このような組み合わせは、位置特定モジュール９５が入力データ９１〜９４の各々から判定された位置に信頼重みを割り当てる確率的アプローチを使用し得る。したがって、ＥＭデータが信頼できるとはいえないことがある場合（ＥＭ干渉が存在する場合など）、ＥＭデータ９３によって判定された位置の信頼性を低下させることができ、位置特定モジュール９５は、視覚データ９２並びに／又はロボットコマンド及び運動学データ９４により重く依存してもよい。
【００８４】
上述のように、本明細書で論じられるロボットシステムは、上記の技術のうちの１つ又は２つ以上の組み合わせを組み込むように設計され得る。タワー、ベッド、及び／又はカートに基づいて、ロボットシステムのコンピュータベースの制御システムは、例えば、永続的な磁気記憶ドライブ、ソリッドステートドライブなどの非一時的コンピュータ可読記憶媒体内に、コンピュータプログラム命令を記憶してもよく、コンピュータプログラム命令は、実行されると、システムに、センサデータ及びユーザコマンドを受信及び分析させ、システム全体の制御信号を生成させ、グローバル座標系内の器具の位置、解剖学的マップなどのナビゲーション及び位置特定データを表示させる。
【００８５】
２．回転オフセットを有する多機能エンドエフェクタ
この項は、回転オフセットを有する多機能エンドエフェクタを説明する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される多機能エンドエフェクタは、図１〜図１５を参照して上述したロボット制御可能な医療システムと共に使用することができる。他の実施形態では、多機能エンドエフェクタは、手動使用（すなわち、非ロボット使用）のために構成することができる。以下でより詳細に説明するように、多機能エンドエフェクタは、複数の（例えば、２つ以上の）機能を実施するように構成することができる。例えば、多機能エンドエフェクタは、切断及び把持の両方を実施するように構成することができる。更に、多機能エンドエフェクタは、不可能にされたか又は隠された機能が不慮に実施される可能性を低減させるか、又はこれを完全に防ぐために、その他の機能が実施される間、機能のうちの１つを不可能にするか又は隠すように構成され得る回転オフセットを含むことができる。
【００８６】
Ａ．多機能エンドエフェクタの概論
上記で簡潔に述べたように、いくつかの実施形態では、ロボット制御可能な医療システムは、エンドエフェクタを含むことができる。この項で使用するとき、用語「エンドエフェクタ」は、一般に、医療器具の遠位端に位置付けられ、医療処置（例えば、腹腔鏡的又は内視鏡的）中に１つ又は２つ以上の機能を実施するように動作可能な（例えば、遠隔で、手動で、又はロボット制御で）外科用又は医療用ツールを指す。例えば、エンドエフェクタは、切断ツール（例えば、はさみ）、掴み又は把持ツール、ニードルドライバなどを含み得る。
【００８７】
場合によっては、タスクを達成するために医療処置中に複数の種類のエンドエフェクタが必要とされる。例えば、縫合は、一般に、組織を貫いて針を駆動し、縫合糸を操縦し、結び目が結ばれた後に縫合糸を破断又は切断するために少なくとも２つのエンドエフェクタを用いて実施される（例えば、下記でより詳細に説明される図１６Ａ及び図１６Ｂを参照されたい）。針を駆動し、縫合糸を操作することは、一般に、把持するように構成された少なくとも２つのエンドエフェクタを必要とする。場合によっては、縫合糸の破断は、一対の把持型エンドエフェクタで達成され得るが、これは困難であり得る。したがって、多くの医師は、結び目が結ばれた後に縫合糸を切断するために切断用に構成されたエンドエフェクタ（例えば、はさみ）を所望する。したがって、いくつかの処置の間に、医師が処置中にある種類のエンドエフェクタ（例えば、把持具）を別の種類のエンドエフェクタ（例えば、切断ツール）に取り替えるか又は交換することを望む又は必要とする場合がある。
【００８８】
しかしながら、医療処置中にエンドエフェクタを取り替える又は交換することは、患者の解剖学的構造内で内視鏡的又は腹腔鏡的に位置付けされた医療器具を除去して取り替えることを伴い得る。これは、時間がかかり、かつ困難であり得る。したがって、エンドエフェクタの交換を最小限に抑えることは、有利であり得る。例えば、エンドエフェクタの交換を最小限に抑えることで合計手術時間を減少させることができ、これは患者の回復時間及び手術室コストに影響を与え得る。
【００８９】
ツールの交換を最小限に抑えるための１つの方法は、複数の機能を実施するように構成されたエンドエフェクタを使用することである。複数の機能を実施することができるこれらのタイプのエンドエフェクタは、本出願では多機能エンドエフェクタ、組み合わせエンドエフェクタなどと呼ばれる。多機能エンドエフェクタの一例は、切断及び把持の両方のために構成されるエンドエフェクタであるが、多機能エンドエフェクタは、様々な他の機能の組み合わせを実施するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタは２つの機能を実施することができるが、他の実施形態では、多機能エンドエフェクタは、３つ、４つ、又はそれ以上の機能を実施することができる。
【００９０】
図１６Ａは縫合タスクを実施する２つの多機能エンドエフェクタ１０２の実施形態を示す。処置中、２つのエンドエフェクタ１０２は、針１０３及び縫合糸１０４を操縦して、切開部又は裂傷１０５を閉鎖する。エンドエフェクタ１０２は、針１０３及び縫合糸１０４を操縦して１つ又は２つ以上のステッチ１０６を実行し、結び目１０７を形成する。これを達成するために、例示される実施形態では、多機能エンドエフェクタ１０２は掴み部分１０８を含む。掴み部分１０８は、図１６Ａに示すように、針１０３及び／又は縫合糸１０４を掴む又は把持するように構成されている。縫合が実行された後、医師は過剰な縫合糸１０４を切断することを望む場合がある。したがって、多機能エンドエフェクタ１０２は、切断部分１１０も含む。
【００９１】
掴み部分１０８又は切断部分１１０のいずれかを使用するために、医師は、作用を受ける対象（例えば、縫合糸１０４）が必要に応じて掴み部分１０８又は切断部分１１０のいずれかの中に位置付けられるように、エンドエフェクタ１０２を操縦しなければならない。
【００９２】
いくつかの多機能エンドエフェクタ（図１６Ａに例示される多機能エンドエフェクタ１０２など）の１つの問題は、ある機能が望まれ得る一方で、別の機能が偶発的に実行されてしまう場合があることである。例えば、掴み部分１０８及び切断部分１１０の両方を有する多機能エンドエフェクタ１０２の場合、縫合糸１０４が滑るか又は多機能エンドエフェクタ１０２が適切に位置付けされていないと、縫合糸１０４は掴まれる代わりに偶発的に切断されてしまう場合がある。
【００９３】
図１６Ｂは、図１６Ａの多機能エンドエフェクタ１０２を用いたこの問題の一例を示す。この例では、医師は、左側の多機能エンドエフェクタ１０２の掴み部分１０８を用いて縫合糸１０４を把持することを望む場合がある。しかしながら、示されるように、縫合糸１０４は、滑って掴み部分１０８を通り過ぎ、現在では切断部分１１０上に位置している。これにより、縫合糸１０４が偶発的に切断される結果が起こり得る。縫合糸１０４は、医師が多機能エンドエフェクタ１０２のジョーを閉じると、あるいはジョーが開いたままであっても単に縫合糸１０４と切断部分１１０とが接触することによって、偶発的に切断される場合があることが理解されよう。
【００９４】
いくつかの実施形態では、図１６Ｂに示されるいくつかの多機能エンドエフェクタ１０２の問題は、２つの機能（掴み及び切断）間に差別化がないために生じ得る。例えば、図示した実施形態では、掴み部分１０８の表面と切断部分１１０の表面とは実質的に整列しており、これは掴み時の不意な切断につながり得る。
【００９５】
Ｂ．回転オフセットを備える多機能エンドエフェクタの例
図１７は、新規な回転オフセットθオフセットを含む多機能エンドエフェクタ１２０の実施形態を示す。以下で説明するように、いくつかの実施形態では、回転オフセットは、図１６Ａ及び図１６Ｂの多機能エンドエフェクタ１０２を参照して上述した問題を低減又は防止するように構成され得る。
【００９６】
多機能エンドエフェクタ１２０は、第１の本体１２２と第２の本体１２４とを備える。第１の本体１２２及び第２の本体１２４はそれぞれ、同じ又は実質的に同じ軸１２６（枢動軸と呼ばれることもある）を中心に回転又は枢動するように構成され得る。いくつかの実施形態では、枢動軸は、第１の本体１２２及び第２の本体１２４によって実質的に共有されてもよく、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、枢動軸を中心に回転運動するように構成される。いくつかの実施形態では、単一の枢動ピンが、枢動軸１２６に沿って、かつ第１の本体１２２及び第２の本体１２４のそれぞれを通って延在する。その他の実施形態では、一対の整列した又は実質的に整列した枢動ピンが枢動軸１２６に沿って延在し、枢動ピンのうちの１つは第１の本体１２２を通って延在し、他方は第２の本体１２４を通って延在する。図示の向きでは、軸１２６はページの内外に延びて、ページの平面内の軸１２６を中心とした第１の本体１２２及び第２の本体１２４の回転を可能にする。図示されていないが、第１の本体１２２及び第２の本体１２４はそれぞれ、第１の本体１２２及び第２の本体１２４の回転を制御するように作動可能な１本又は２本以上のケーブル又はプルワイヤに接続され得る。したがって、多機能エンドエフェクタ１２０は、プルワイヤの作動によって制御され得る。いくつかの実施形態では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、それぞれ独立して、それら自体の個々のケーブル又はプルワイヤによって制御可能である。モータを使用するなどの、第１の本体１２２及び第２の本体１２４の回転を作動させるための他の方法もまた可能である。いくつかの実施形態では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、第１の本体１２２の回転軸が第２の本体１２４の回転軸と同じではないように、異なる軸を中心に回転するように構成することができる。
【００９７】
第１の本体１２２及び第２の本体１２４のそれぞれは、球状又は円形部分から延在する細長い部分を備えることができる。細長い部分は、１つ又は２つ以上の機能（例えば、掴み又は切断）を実施するように構成され得る。円形部分は、１つ又は２つ以上の枢動ピンをその内部に受容するための開口部を備え、それによって第１の本体１２２及び第２の本体１２４が枢動軸の周りを枢動することを可能にすることができる。その他の形状も可能である。
【００９８】
多機能エンドエフェクタ１２０は、複数（例えば、２つ以上の）の機能を実施するように構成される。いくつかの実施形態では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４のそれぞれは、２つ以上の機能部分を含むことができる。図示した実施形態では、第１の本体１２２及び第２の１２４のそれぞれは、第１の機能部分（掴み部分１２８）及び第２の機能部分（切断部分１３０）を含む。図示した実施形態では、掴み部分１２８は、切断部分１３０の遠位に位置付けられているが、これは、いくつかの実施形態では逆転していてもよい。更に、多機能エンドエフェクタ１２０は、それぞれ掴み及び切断を実施するため掴み部分１２８及び切断部分１３０と共に図示されているが、その他の実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、掴み及び切断に加えてその他の機能を実施するように構成されてもよい。
【００９９】
いくつかの実施形態では、エンドエフェクタ１２０は、複数のエンドエフェクタ機能（例えば、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の機能）を実施するための複数の部分を備えて構成され得る。複数のエンドエフェクタ機能を実施するための複数の部分は、これらが単一の軸（例えば、枢動軸１２６）を中心に制御され得るように組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、複数のエンドエフェクタ機能を実施するための複数の部分は、これらが単一の自由度を介して制御され得るように組み合わせることができる。図示された実施例では、単一の自由度は、枢動軸１２６を中心とした回転であってもよい。
【０１００】
図１７に示すように、多機能エンドエフェクタ１２０は、第１の本体１２２及び第２の本体１２４のそれぞれの掴み部分１２８と切断部分１３０との間の回転オフセットθオフセットを含む。いくつかの実施形態では、回転オフセットθオフセットは、第１の基準線（例えば、掴み部分基準線）１３２と第２の基準線（例えば、切断部分基準線）１３４との間の角度として測定される。掴み部分基準線１３２は、枢動軸１２６と掴み部分１２８の遠位先端部との間を延在する線として画定され得る。図示した実施形態では、掴み部分１２８の面は、掴み部分基準線１３２上に位置する。その他の実施形態では、掴み部分１２８の面は、掴み部分基準線１３２と共整列（co-align）する必要はない。図示された構成により、第１の本体１２２及び第２の本体１２４が閉鎖位置（例えば、図１８Ａに示される）まで回転させられると、第１の本体１２２の掴み部分１２８の面が第２の本体１２４の掴み部分１２８の面と接触してこれを圧迫することが可能となり得る。切断部分基準線１３４は、枢動軸１２６と切断部分１３０の遠位先端部との間を延在する線として画定され得る。図示した実施形態では、切断部分１３０の面は、切断部分基準線１３４上に位置しない。その代わりに、この実施形態では、面は、示されるように切断部分基準線１３４に対してわずかに角度付けされている。その他の実施形態では、切断部分１３０の面は、切断部分基準線１３４と共整列してもよい。図示された構成により、第１及び第２の本体１２２、１２４が回転させたときに、第１の本体１２２の切断部分１３０の面が第２の本体１２４の切断部分１３０の面又は回転範囲を超えてせん断することが可能となり得る。いくつかの実施形態では、切断部分１３０はまた、フックはさみと同様に作用するように中心線を越えて角度付けされ得る。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、異なる機能部分（例えば、掴み部分１２８及び切断部分１３０）の間に回転オフセットθオフセットを含めることは、多機能エンドエフェクタ１２０が様々なモードで動作することを可能にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、モードは、別の機能部分へのアクセスを不可能にする又は隠す一方で、１つの機能部分へのアクセスを許可することができる。例えば、第１の実施形態では、図１７に示される多機能エンドエフェクタ１２０に関して、エンドエフェクタ１２０は、掴み部分１２８のみが利用可能な第１のモード（例えば、「縫合モード」）と、切断部分１３０のみが使用可能な第２のモード（例えば、「切断モード」）と、を有することができる。これらのモードは、望ましくない機能の不注意による実施を防止することができるため、有利であり得る。例えば、医師が把持を望む場合、多機能エンドエフェクタを縫合モードで使用することができ、これにより把持が可能となり、切断が不可能になる。
【０１０２】
その他の実施形態では、エンドエフェクタ１２０は、掴み部分１２８のみが利用可能な第１のモード（例えば、「縫合モード」）と、掴み部分１２８及び切断部分１３０の両方が利用可能な第２のモード（例えば、「組み合わせモード」又は「全て包含する（all-encompassing）モード」）と、を有することができる。換言すれば、第１のモードは、組み合わせモードで第２のモードによって包含されてもよい。縫合モードは、不注意による切断を防止することができるため、有利であり得る。例えば、医師が把持を望む場合、多機能エンドエフェクタを縫合モードで使用することができ、これにより把持が可能となり、切断が不可能になる。組み合わせモードは、多機能エンドエフェクタの両方の機能へのアクセスが可能となるため、望むときに医師により多くの自由を提供することができるので、場合によっては有益であり得る。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、特定のモードは、多機能エンドエフェクタの１つ又は２つ以上の機能を有利に除外する。
【０１０４】
以下でより詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、異なるモードが、ソフトウェアを介して又は機械的構成要素によって制御され得る。例えば、ロボット制御可能な医療システム上で実行されるソフトウェアは、多機能エンドエフェクタ１２０が特定のモードに留まるように、第１及び第２の本体１２２、１２４の回転を制限することができる。別の例として、多機能エンドエフェクタ１２０は、第１及び第２の本体１２２、１２４上に、制御モードを選択するために係合又は係合解除され得るハードストップを含むことができる。
【０１０５】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、様々な位置にある図１７の多機能エンドエフェクタ１２０を示す。図１８Ａは、閉鎖位置にある多機能エンドエフェクタ１２０を示す。図１８Ｂは、第１の開放位置にある多機能エンドエフェクタ１２０を示す。図１８Ｃは、第２の開放位置にある多機能エンドエフェクタ１２０を示す。図１８Ａ〜図１８Ｃに示されるように、閉鎖位置、第１の開放位置、及び第２の位置の間を移動するために、本体１２２、１２４は、枢動軸１２６を中心に互いに対して回転又は枢動される。
【０１０６】
閉鎖位置（図１８Ａ）では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、掴み部分１２８が互いに接触するように一緒に回転される。使用中、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、掴み部分１２８が、例えば縫合糸又は針などの、それらの間に位置付けられた物品と接触するように、一緒に回転され得る。
【０１０７】
図示された第１の開放位置（図１８Ｂ）では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、掴み部分１２８の面を露出させるよう回転離間される。特に、回転オフセットθオフセットのために、掴み部分１２８が露出している間も、切断部分１３０は重なり合っており、したがって露出している、又はアクセス可能である。このため、いくつかの実施形態では、第１及び第２の本体１２２、１２４の相対的回転を、閉鎖位置（図１８Ａ）からθ縫合として示される図１８Ｂの第１の開放位置までの回転範囲に制限することによって、多機能エンドエフェクタ１２０を、切断部分１３０へのアクセスを不可能にしながら掴み部分１２８へのアクセスを可能にするモードで動作させることが可能である。これは、上記の縫合モードと見なすことができる。いくつかの実施形態では、縫合モードでは、本体１２２、１２４のそれぞれの切断部分１３０は、切断部分１３０の間に開口部が存在しないように重なり合っている。この重なり合いは、機械的な「安全ロック」又は止めを生じさせるため、縫合糸は偶発的に切断され得ない。換言すると、縫合モード中に縫合糸が切断部分１３０によって偶発的に切断され得るリスクは、有利なことに最小限からゼロである。
【０１０８】
図示される第２の開放位置（図１８Ｃ）では、掴み部分１２８及び切断部分１３０の面が露出するよう、第１の本体１２２及び第２の本体１２４が（図１８Ｂの第１の開放位置と比較して）更に離れるように回転される。第１及び第２の本体１２２、１２４がθ縫合を越えて回転させられると、切断部分１３０は利用可能になる。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタは、上述した切断モード又は組み合わせモードで動作させることができる。いくつかの実施形態では、切断モードでは、第１及び第２の本体１２２、１２４の回転は、第１の開放位置（図１８Ｂ）と角度θ切断との間の角度の範囲に制限される。このモードは、切断部分１３０のアクセス及び動作を可能にするが、掴み部分１２８のアクセス及び動作を不可能にする。いくつかの実施形態では、組み合わせモードでは、多機能エンドエフェクタ１２０は、閉鎖位置（図１８Ａ）から図１８Ｃでθ組み合わせとして示される角度までの角度の範囲で動作することができる。これにより、掴み部分１２８及び切断部分１３０の両方へのアクセスを可能とすることができる。
【０１０９】
図１８Ａ〜図１８Ｃの実施例に示されるように、回転オフセットθオフセットは、特定の機能がアクセス可能であり、かつ特定の機能が不可能にされるか又は隠される角度の範囲を可能にするように構成することができる。以下でより詳細に説明するように、特定の実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０の本体１２２、１２４の回転は、多機能エンドエフェクタ１２０を特定のモードで動作させることを可能にするように、これらの範囲のうち特定のものに制限することができる。
【０１１０】
図１８Ｄ〜図１８Ｆは、図１８Ａの閉鎖位置、図１８Ｂの第１の開放位置、及び図１８Ｃの第２の開放位置にそれぞれ対応する多機能エンドエフェクタ１２０の上面図である。図１８Ｄに示されるように、閉鎖構成では、掴み部分１２８は互いに接触する。図１８Ｅに示されるように、第１の開放構成（例えば、縫合モードを表す）では、本体１２２、１２４は、掴み部分１２８が離間するように回転して開いているが、本体１２２、１２４の回転は、切断部分１３０が依然として重なり合い、そのためこれらの間に一切の空間又は角度を形成しないように限定することもできる。この位置では、縫合糸又は他の物体は、切断部分によって不注意にアクセス及び切断されることを完全に又は実質的に防止される。図１８Ｅはまた、切断部分１３０が、鋭い切断点で終端する角度で（例えば、ブレードの形状で）形成され得ることも示す。図１８Ｆは、第２の開放構成（例えば、切断モード又は組み合わせモードを表す）にある多機能エンドエフェクタ１２０の上面図を示す。図示のように、本体１２２、１２４は、切断部分１３０の間に間隙、空間、又は角度を作り出すように更に回転されている。この構成では、切断部分１３０はアクセス可能である。すなわち、多機能エンドエフェクタ１２０は、縫合糸又は他の物体が切断部分１３０の間の間隙内に位置付けられるように移動されてもよく、続いて本体１２２、１２４を一緒に回転させて縫合糸を切断することができる。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、縫合モードでは、本体１２２、１２４の回転は、図１８Ａ及び図１８Ｄに示す位置（閉鎖構成）と図１８Ｂ及び図１８Ｅに示す位置（第１の開放構成）との間に制限される。すなわち、本体１２２、１２４は、閉鎖構成と、掴み部分１２８の間に空間を作り出すが、切断部分へのアクセスが不可能になるように切断部分１３０の間で重なり合いを維持する構成と、の間で回転され得る。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、切断モードでは、本体１２２、１２４の回転は、図１８Ｂ及び図１８Ｅに示す位置（第１の開放構成）と図１８Ｃ及び図１８Ｆに示す位置（第２の開放構成）との間に制限される。すなわち、本体１２２、１２４は、切断部分１３０の間に空間又は間隙を作り出すことによって切断部分１３０へのアクセスを許す第２の開放構成と、切断部分１３０間の間隙を閉じて切断機能を実行する第１の開放構成と、の間で回転され得る。同時に、切断モードでは、本体１２２、１２４は、掴み部分１２８を一つに合わせることができないように、更なる回転が制限され得る。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、組み合わせモードでは、本体１２２、１２４の回転は、図１８Ａ及び図１８Ｄに示す位置（閉鎖構成）と図１８Ｃ及び図１８Ｆに示す位置（第２の開放構成）との間に制限される。このモードでは、本体は、切断及び掴み機能の両方のアクセス及び使用を可能にする角度に回転され得る。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、回転オフセットθオフセットは、図１９Ａに示す様々な特徴に関連して定義することができる。これらの特徴は、例示的実施例として提供され、限定することを意図するものではない。図１９Ａに示すように、中心線１３６は、本体１２２、１２４が、θ最大，開放と称されるその最も広い位置に開いて配置されているときに、多機能エンドエフェクタ１２０の２つの本体１２２、１２４を二等分する線であり得る。掴み部分及び切断部分基準線１３８、１４０は、枢動軸１２６と掴み部分１２８及び切断部分１３０の遠位先端部との間に形成され得る。図示される実施形態では、エンドエフェクタ基準線１３８、１４０は、示されるように、長さＬ先端部（掴み部分１２８に対して）、及びＬブレード（切断部分１３０に対して）を有する。角度θ１は、中心線１３６と掴み部分基準線１３８との間に形成される角度を描くことができる。角度θ２は、中心線１３６と切断部分基準線１４０との間に形成される角度を描くことができる。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、以下の関係が確立されてもよい。
θ最大，開放＝２θ１  （式１）
θ２，開放＝２θ２  （式２）
【０１１６】
【数１】
2021519635.tif 000003
【０１１７】
いくつかの実施形態では、θ重なり合い（切断領域に隣接する掴み領域内の緩衝領域である）は、掴み機能と切断機能との間に回転安全マージンが存在するように、ゼロでなくてもよい。いくつかの実施形態では、θ重なり合いは、少なくとも１、２．５、５度又はそれ以上である。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、最大開放角度θ最大，開放は、掴み部分１２８の先端部間で把持可能な最大の物体を決定する。掴み部分１２８の遠位先端部において、θ最大，開放において、掴み部分１２８間の距離は、半径ｒ１の２倍に等しい。式４は、半径ｒ１と回転オフセットθオフセットとの間の関係を確立する。
２ｒ１＝２（Ｌ先端部ｓｉｎθオフセット）＞縫合直径≒１ｍｍ（式４）
【０１１９】
したがって、
【０１２０】
【数２】
2021519635.tif 000004
【０１２１】
いくつかの実施形態では、切断部分１３０の遠位先端部間の距離は、図示された半径ｒ２の２倍に等しい。式６は、半径ｒ２と回転オフセットθオフセットとの間の関係を確立する。
２ｒ２＝２（Ｌブレードｓｉｎθ２）＞縫合直径≒１ｍｍ  （式６）
【０１２２】
いくつかの実施形態では、θ１，開放は、上述の医療処置用に構成されたエンドエフェクタの場合で少なくとも３０度である。したがって、回転オフセットθオフセットの最小値は、式７から決定することができる。
【０１２３】
【数３】
2021519635.tif 000005
【０１２４】
したがって、この例では、回転オフセットθオフセットは、１５度以上であるべきである。１５度は、単に一例であるか、又は回転オフセットθオフセットである。回転オフセットθオフセットの他の値も使用できることが容易に理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、回転オフセットθオフセットは、少なくとも５度、少なくとも１０度、少なくとも１５度、又は少なくとも２０度である。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、切断部分などの特徴を、掴み部分などの第２の特徴から回転的にオフセットすることにより、別個の範囲又はモードを作り出すことができる。有利には、異なるモードは、掴み部分を異なる角度範囲のあたりに拡張することによって、単一の枢動軸を中心に制御することができる。これらの範囲又はモードは、いくつかの実施形態では、ソフトウェア内で更に実装又は強化され得る。例えば、図１６Ａ〜図１９の多機能エンドエフェクタにおいて、切断部分１３０は、掴み部分の角度が回転オフセットθオフセットの少なくとも２倍に開くまで露出されない。第２の角度範囲へのアクセスがユーザ入力を介してのみアクセスされ得るようにソフトウェア内で開放角度を制限することは、不注意による縫合糸の切断を防ぐ。いくつかの実施形態では、外科医は、マスターハンドグリップを２回クリックするか、又はマスターコントローラ上のボタンに触れるなどの手の動作によって２つのモードを交互に入れ替えることができる。
【０１２６】
図２０はシステム１６０のブロック図を示す。システムは、図１〜図１５を参照して上述したように、ロボット制御可能な医療システムであってもよい。システム１６０は多機能エンドエフェクタ１２０を含む。多機能エンドエフェクタ１２０は、医療器具の遠位先端部上に位置付けられ得る。医療器具は、ロボットアームによって操縦され得る。
【０１２７】
この例では、エンドエフェクタ１２０は制御システム１６２に接続されている。例示される実施形態では、制御システム１６２は、プロセッサ１６４及びメモリ１６６を含む。メモリ１６６は、プロセッサ１６４によって実行されると、制御システム１６２にエンドエフェクタ１２０を制御させる命令を含むことができる。例えば、メモリ１６６に記憶された命令は、エンドエフェクタ１２０が複数のモード（例えば、上述の縫合モード、切断モード、及び組み合わせモード）で動作可能であるように、プロセッサ１６４にエンドエフェクタ１２０の回転を特定の範囲に制限させることができる。
【０１２８】
システム１６０はまた、コントローラ１６８を含み得る。医師は、エンドエフェクタ１２０を制御するためにプロセッサ１６４に提供され得るコントローラ１６８上の入力を提供してもよい。図示される実施形態では、コントローラ１６８は、アクチュエータ１７０及びモードセレクタ１７２を含む。アクチュエータ１７０は、とりわけ、エンドエフェクタ１２０の本体の回転を制御する（すなわち、エンドエフェクタ１２０の開放又は閉鎖のいずれかを行う）ために使用することができる。モードセレクタ１７２は、医師が、利用可能なモード（例えば、上述した縫合モード、切断モード、及び組み合わせモード）の間で選択することを可能にするように構成され得る。
【０１２９】
エンドエフェクタ１２０の特定の機能を不可能にするモードが選択されると、エンドエフェクタ１２０の回転は適切に制限され得る。例えば、モードセレクタ１７２が縫合モードを選択するために使用される場合、システム１６０は、エンドエフェクタ１２０の回転を制限することができ、その結果、医師がアクチュエータ１７０を使用してエンドエフェクタ１２０を可能な限り広く開放しても、エンドエフェクタ１２０の切断部分は隠されたままである。すなわち、エンドエフェクタ１２０は、切断部分へのアクセスが依然として不可能にされた点までのみ回転開放する。
【０１３０】
図２０Ｂは、複数の動作モードを有する多機能エンドエフェクタを実装するための例示的方法１７５を示すフローチャートである。方法１７５は、例えば、図２０Ａのシステム１６０によって実装することができる。方法１７５は、ブロック１７６において開始する。ブロック１７６において、エンドエフェクタは第１のモードで動作される。第１のモードでは、方法１７５は、第１の本体を第２の本体に対して第１の回転範囲で回転させて、第１の機能を実行し、第２の機能を不可能にすることを含む。いくつかの実施形態では、第１の機能は掴むことであり、第２の機能は切断することであるが、その他の機能が用いられてもよい。いくつかの実施形態では、回転は、上述の回転オフセットを使用することによって、第２の機能へのアクセスを不可能にするように制限される。
【０１３１】
方法１７５は、エンドエフェクタが第１のモードから第２のモードに移行するブロック１７７に進むことができる。いくつかの実施形態では、これは、ソフトウェアを介して、エンドエフェクタが異なる回転範囲で動作することを許可することを伴い得る。いくつかの実施形態では、これは、エンドエフェクタ上の物理的ハードストップを取り外す又は係合解除すること伴い得る。
【０１３２】
次に、ブロック１７８において、エンドエフェクタは第２のモードで動作される。いくつかの実施形態では、これは、第２の機能へのアクセスを可能にする第２の回転範囲で第１の本体を第２の本体に対して回転させることを含む。いくつかの実施形態では、第２の回転範囲はまた、（上述の組み合わせモードにおけるように）第１の機能へのアクセスも可能にし得る。いくつかの実施形態では、第２の回転範囲は、第１の機能へのアクセスを不可能にする。
【０１３３】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、多機能エンドエフェクタ１２０による例示的な縫合処置を示す。図２１Ａでは、エンドエフェクタ１２０は縫合モードで示されている。かくして、エンドエフェクタ１２０の回転は、切断部分１３０へのアクセスを不可能にするように制限される。この構成では、掴み部分１２８を使用して縫合糸１０４を操縦することができる。図示されるように、縫合糸１０４は、掴み部分１２８の面を滑り落ちるような場合であっても、回転オフセットのために切断部分１３０に侵入することができない。したがって、縫合糸の不注意による切断が防止され得る。例えば、図２１Ａ（回転オフセットを備えるエンドエフェクタ１２０を示す）と、図１６Ｂ（回転オフセットなしのエンドエフェクタ１０２を示す）とを比較する。
【０１３４】
図２１Ｂでは、エンドエフェクタ１２０は、切断部分１３０がアクセス可能となるように、切断モード又は組み合わせモードのいずれかに設定されている。このモードでは、エンドエフェクタ１２０を使用して縫合糸１０４を切断することができる。
【０１３５】
図２２は、回転オフセットの代わりに様々な機能部分を分離するために突出部１５６を使用する多機能エンドエフェクタのための本体１５０を示す。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタのための本体１５０は、切断部分１５４の縁部が依然として掴み部分１５２の面と概ねほぼ一致するように、切断部分１５４から掴み部分１５２を長手方向で分離する突出部１５６を含み得る。しかしながら、突出部１５６は突出し、縫合糸が切断部分１５４へのアクセスを得るためには同じ増加した回転を依然として必要とし得る。この実施形態では、突出部１５６が切断部分１５４へのアクセスを遮断するように、本体１５０の回転が制限され得る。切断部分１５４にアクセスするため、本体１５０は、切断部分１５４によってアクセスされるために、物体が突出部１５６を通過するのを可能とするように、より広く回転され得る。
【０１３６】
上記の実施形態は、２つ以上の能動的機能部分を備える第１の本体１２２と第２の本体１２４とを有する多機能エンドエフェクタ１２０を含むが、その他の実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、例えば、図２３に示すように、掴み部分及びオフセット遮断表面１８２をそれぞれ備える第１の本体１２２及び第２の本体１２４を備えることができる。この実施例では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４は、切断部分１３０の切断縁部のない、図１７に示されるものに類似した本体を備え得る。むしろ、これらの部分は、第１の本体１２２及び第２の本体１２４が十分に広く開放されるまで内部構成要素１８０（例えば、押しブレード、アブレーション又は加熱構成要素、レーザー）の露出を防止する遮断表面１８２としての役割を果たす。いくつかの実施形態では、遮断表面１８２が回転離間されると、内部構成要素１８０は、遮断表面１８２の間を図２３の矢印によって示される方向に押し上げられ得る。使用後、内部構成要素１８０は後退させることができる。換言すれば、多機能エンドエフェクタ１２０は、依然として、掴みのための第１のモードと、第１のモードから遮断又は除外される、切断、アブレーションなどのための第２のモードと、を有する。
【０１３７】
上記の実施形態は、それぞれが回転的オフセット部分を備える第１の本体１２２と第２の本体１２４とを有する多機能エンドエフェクタ１２０を含むが、その他の実施形態では、第１の本体１２２及び第２の本体１２４のうちの１つのみが回転的にオフセット部分を備える。単一の本体（例えば、第１の本体１２２又は第２の本体１２４）の回転オフセット部分は、第１のモード（例えば、縫合又は掴み）中に使用されて、エンドエフェクタ１２０が第２のモード（例えば、切断）で動作するのを不可能にすることができる。更に、上記の実施形態は、組み合わされた把持具及びカッターの形態の多機能エンドエフェクタ１２０を論じているが、その他の組み合わせも可能である。例えば、いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、組み合わせられたフックはさみ及び直線／湾曲はさみを含むことができ、この場合、直線／湾曲はさみは隠され得る。フックはさみは、切断前の血管の完全な封入を可能にすることができ、一方、直線／湾曲はさみは、血管直径よりも小さい物体の切断を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、組み合わせられたはさみ及び単極フック／スパチュラを含むことができ、この場合、単極フック／スパチュラは隠され得る。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、組み合わせられた掴み具／把持具及び単極フック／スパチュラを含むことができ、この場合、単極フック／スパチュラは隠され得る。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、組み合わせられたピック／支持鉤及びはさみを含むことができ、この場合、はさみは隠され得る。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、組み合わせられた双極把持具及びはさみを含むことができ、この場合、はさみは隠されている。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０は、開孔器（例えば、開口部を拡張するための器具）及びはさみを含むことができ、この場合、はさみは隠されている。いくつかの実施形態では、多機能エンドエフェクタ１２０はワイパー及びカメラを含むことができ、この場合、カメラは隠されている。
【０１３８】
３．実施システム及び用語
本明細書に開示される実施態様は、ロボット制御可能な医療システムのためのシステム、方法、及び装置を提供する。本明細書に記載される様々な実施態様は、回転オフセットを備える多機能エンドエフェクタを含む。
【０１３９】
本明細書で使用するとき、用語「結合する」、「結合している」、「結合された」、又は単語結合の他の変形は、間接的接続又は直接的接続のいずれかを示し得ることに留意されたい。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素に「結合される」場合、第１の構成要素は、別の構成要素を介して第２の構成要素に間接的に接続されるか、又は第２の構成要素に直接的に接続されてもよい。
【０１４０】
本明細書に記載の位置推定機能及びロボット動作作動機能は、プロセッサ可読媒体又はコンピュータ可読媒体上の１つ又は２つ以上の命令として記憶されてもよい。用語「コンピュータ可読媒体」は、コンピュータ又はプロセッサによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体を指す。一例として、限定するものではないが、このような媒体は、ランダムアクセスメモリ（random access memory、ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（read-only memory、ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（electrically erasable programmable read-only memory、ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（compact disc read-only memory、ＣＤ−ＲＯＭ）、又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、若しくは他の磁気記憶デバイス、又は命令若しくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含んでもよい。コンピュータ可読媒体は、有形であり、非一時的であってもよいことに留意されたい。本明細書で使用するとき、用語「コード」は、コンピューティングデバイス又はプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コード、又はデータを指してもよい。
【０１４１】
本明細書に開示される方法は、記載される方法を達成するための１つ又は２つ以上の工程又は行為を含む。方法工程及び／又は行為は、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに交換されてもよい。換言すれば、記載されている方法の適切な動作のために特定の順序の工程又は行為が必要とされない限り、特許請求の範囲から逸脱することなく、特定の工程及び／又は行為の順序及び／又は使用を修正してもよい。
【０１４２】
本明細書で使用するとき、用語「複数」は、２つ又は３つ以上を示す。例えば、複数の構成要素は、２つ又は３つ以上の構成要素を示す。用語「判定する」は、多種多様な行為を包含し、したがって、「判定する」は、計算する、演算する、処理する、導出する、調査する、ルックアップする（例えば、テーブル、データベース又は別のデータ構造を見ること）、確認することなどを含むことができる。また、「判定する」は、受け取る（例えば、情報を受信すること）、アクセスする（例えば、メモリ内のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「判定する」は、解決する、選択する、選出する、確立するなどを含むことができる。
【０１４３】
語句「基づく」は、別途明示的に指定されない限り、「のみに基づく」ことを意味しない。換言すれば、語句「基づく」は、「のみに基づく」及び「少なくとも基づく」の両方を記載する。
【０１４４】
本明細書で使用するとき、用語「およそ」又は「約」は、長さ、厚さ、量、期間、又は他の測定可能な値の測定範囲を指す。こうした測定範囲は、こうした変動が開示される装置、システム、及び技術において機能するために適切である限りにおいて、指定された値の及び指定された値からの＋／−１０％以下、好ましくは＋／−５％以下、より好ましくは＋／−１％以下、更により好ましくは＋／−０．１％以下の変動を包含する。
【０１４５】
開示される実施形態の前述の説明は、任意の当業者が本発明を製造すること、又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施態様に対する種々の修正は、当業者には容易に明らかになり、かつ、本明細書で規定される一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施態様に適用され得る。例えば、当業者であれば、締結、装着、結合、又は係合ツール構成要素の均等の方法、特定の作動運動を生み出すための均等の機構、及び電気エネルギーを送達するための均等の機構など、多くの対応する代替的かつ均等の構造的詳細を使用することができると理解されるであろう。したがって、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原則及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるものである。
【０１４６】
〔実施の態様〕
（１）  医療システムであって、
枢動軸を第２の本体と共有する第１の本体を備えるエンドエフェクタを含む医療器具を備え、前記第１の本体は、第１の動作モード及び第２の動作モードを可能にするように、前記第２の本体に対して回転可能であり、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、医療システム。
（２）  前記第１の動作モードが掴みモードを含み、前記第２の動作モードが切断モードを含む、実施態様１に記載の医療システム。
（３）  前記第１の本体は、第２の部分から回転的にオフセットされた第１の部分を有する第１の係合面を含み、前記第２の本体は、第２の部分から回転的にオフセットされた第１の部分を有する第２の係合面を含む、実施態様１に記載の医療システム。
（４）  実行可能な手段を記憶した少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体、及び、
少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と通信し、かつ前記システムに、少なくとも、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードで動作させて、前記第１の係合面の前記第１の部分と前記第２の係合面の前記第１の部分との間の協力を可能にし、前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を不可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに移行させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させる、命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、を更に備える、実施態様３に記載の医療システム。
（５）  前記第１の本体の前記第１の部分が、前記第１の本体の前記第２の部分から少なくとも１０度回転的にオフセットされている、実施態様３に記載の医療システム。
【０１４７】
（６）  前記第１の本体が第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分が掴み部分を備え、前記第２の部分が切断部分を備える、実施態様１に記載の医療システム。
（７）  前記第１の動作モードの間は前記切断部分が露出していない、実施態様１に記載の医療システム。
（８）  前記第１の本体及び前記第２の本体の両方が掴み部分及び切断部分を含み、前記第１の動作モードの間は前記切断部分が重なり合う、実施態様１に記載の医療システム。
（９）  前記第２の動作モードの間は前記切断部分の間に凹部が形成される、実施態様７に記載の医療システム。
（１０）  前記第１の動作モードにおいて、前記エンドエフェクタは、前記第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える、実施態様１に記載の医療システム。
【０１４８】
（１１）  前記メカニカルストップは、前記エンドエフェクタの前記第１の本体及び前記第２の本体上に形成されたハードストップを備える、実施態様１０に記載の医療システム。
（１２）  前記医療器具に連結されたロボットアームを更に備える、実施態様１に記載の医療システム。
（１３）  医療システムであって、
第１の本体及び第２の本体を備えるエンドエフェクタを含む医療器具を備え、
前記エンドエフェクタは第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、前記第１の動作モードの間は前記第２の動作モードが隠され、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、医療システム。
（１４）  前記第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、前記第２の動作モードがアクティブな切断を含む、実施態様１３に記載の医療システム。
（１５）  前記医療器具に連結されたロボットアーム、及び
少なくとも１つのプロセッサであって、前記医療システムに、少なくとも
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードで動作させ、かつ
前記エンドエフェクタが前記第２の動作モードで動作するのを不可能にさせる、命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、を更に備える、実施態様１３に記載の医療システム。
【０１４９】
（１６）  前記プロセッサが、前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから前記第２の動作モードに移行させ、前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させるように構成されている、実施態様１５に記載の医療システム。
（１７）  医療システムであって、
ロボット外科用器具のためのロボット制御されたエンドエフェクタであって、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、
前記第１の本体及び前記第２の本体によって実質的に共有される枢動軸であって、前記第１の本体及び前記第２の本体は、前記枢動軸を中心に回転運動するように構成されている、枢動軸と、を備える、エンドエフェクタ、
実行可能な命令を記憶した少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体、及び
少なくとも１つのプロセッサであって、前記少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体と通信し、かつ前記システムに、少なくとも、
前記エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させて、前記第１の係合面の前記第１の部分と前記第２の係合面の前記第１の部分との間の協力を可能にし、前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を不可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させる、前記命令を実行するように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、を備える、医療システム。
（１８）  前記第１の動作モードが掴みモードを含み、前記第２の動作モードが切断モードを含む、実施態様１７に記載の医療システム。
（１９）  前記エンドエフェクタが前記掴みモードにあるとき、前記切断モードは動作不能である、実施態様１８に記載の医療システム。
（２０）  前記第１の本体の前記第１の部分が掴み部分を備え、前記第１の本体の前記第２の部分が切断部分を備える、実施態様１７に記載の医療システム。
【０１５０】
（２１）  前記第１の動作モードの間は前記切断部分が露出していない、実施態様２０に記載の医療システム。
（２２）  前記第１の本体及び前記第２の本体の両方が掴み部分及び切断部分を含み、前記第１の動作モードの間は前記切断部分が重なり合う、実施態様１７に記載の医療システム。
（２３）  前記第２の動作モードの間は前記切断部分の間に凹部が形成される、実施態様２２に記載の医療システム。
（２４）  前記第１の部分は前記第２の部分から少なくとも１５度回転的にオフセットされている、実施態様１７に記載の医療システム。
（２５）  前記第１の部分は前記第２の部分から少なくとも１０度回転的にオフセットされている、実施態様１７に記載の医療システム。
【０１５１】
（２６）  前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードはロボット制御され得る、実施態様１７に記載の医療システム。
（２７）  前記命令は、前記エンドエフェクタが前記第１の動作モードにあるか又は前記第２の動作モードにあるかを決定するように、前記プロセッサを更に構成する、実施態様１７に記載の医療システム。
（２８）  前記第１の動作モードにおいて、前記エンドエフェクタは、前記第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える、実施態様１７に記載の医療システム。
（２９）  前記メカニカルストップは、前記エンドエフェクタの前記本体上に形成されたハードストップを備える、実施態様２８に記載の医療システム。
（３０）  前記第１の動作モードにおいて、マスターは、前記第２の動作モードを動作不能にするメカニカルストップを備える、実施態様１７に記載の医療システム。
【０１５２】
（３１）  前記第１の本体及び前記第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、前記第１の本体の前記掴み部分と前記第２の本体の前記掴み部分との間の間隔の距離は、前記第２のモードにおけるよりも前記第１のモードにおいてより小さい、実施態様１７に記載の医療システム。
（３２）  前記第１の本体及び前記第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、前記第１の本体の前記掴み部分と前記第２の本体の前記掴み部分との間の間隔の角度は、前記第２のモードにおけるよりも前記第１のモードにおいてより小さい、実施態様１７に記載の医療システム。
（３３）  前記第１の本体及び前記第２の本体のそれぞれが、掴み部分及び切断部分を備え、前記第１の動作モードでは、前記切断部分の縁部は完全に重なり合ったままである、実施態様１７に記載の医療システム。
（３４）  前記命令は、
前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに移行させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にし、
前記エンドエフェクタを前記第２の動作モードで動作させるように、前記プロセッサを更に構成する、実施態様１７に記載の医療システム。
（３５）  ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第１の動作モードと、
第２の動作モードと、を備え、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、
前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
【０１５３】
（３６）  ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
枢動軸を第２の本体と共有する第１の本体であって、前記第１の本体は、第１の動作モード及び第２の動作モードを可能にするように、前記第２の本体に対して回転可能である、第１の本体、を備え、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
（３７）  ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、
前記第１の本体を前記第２の本体に動作可能に連結する枢動軸であって、前記枢動軸は、前記枢動軸を中心に前記第１の本体及び前記第２の本体が回転運動することを可能にし、その結果、前記エンドエフェクタは、少なくとも、
前記第１の係合面の前記第１の部分と前記第２の係合面の前記第１の部分との間の協力を可能にし、前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を不可能にする第１の動作モード、及び
少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分と前記第２の係合面の前記第２の部分との間の協力を可能にする第２の動作モード、で動作可能である、枢動軸と、を備える、エンドエフェクタ。
（３８）  ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第１の本体及び第２の本体を備え、
前記エンドエフェクタは第１の動作モード及び第２の動作モードを備え、前記第１の動作モードの間は前記第２の動作モードが隠され、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
（３９）  ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
共有される枢動軸によって第２の本体と回転的に関係する第１の本体であって、前記枢動軸は前記第１の本体と前記第２の本体との間の回転を可能にして、少なくとも第１の動作モード及び第２の動作モードでの動作を許可する、第１の本体を備え、
前記第１の動作モードの間は前記第２の動作モードが隠され、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、実質的に１つの軸を中心に制御され得る、エンドエフェクタ。
（４０）  ロボット外科用器具のためのエンドエフェクタであって、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第１の係合面を含む第１の本体と、
第２の部分から回転的にオフセットした第１の部分を有する第２の係合面を含む第２の本体と、
前記第１の本体を前記第２の本体に動作可能に連結する枢動軸であって、前記枢動軸は、前記枢動軸を中心に前記第１の本体及び前記第２の本体が回転運動することを可能にし、その結果、前記エンドエフェクタは、少なくとも、
前記第１の係合面の前記第２の部分が前記第２の係合面の前記第２の部分と重なり合って、前記第１の係合面の前記第２の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを不可能にし、前記第１の係合面の前記第１の部分及び前記第２の係合面の前記第１の部分へのアクセスを可能にする、第１の回転範囲、並びに
少なくとも前記第１の係合面の前記第１の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを可能にする、第２の回転範囲、で動作可能である、枢動軸と、を備える、エンドエフェクタ。
【０１５４】
（４１）  ロボット外科用器具のエンドエフェクタを動作させる方法であって、
前記エンドエフェクタの第１の動作モードの間、第１の回転範囲内で前記エンドエフェクタの第１の本体を前記エンドエフェクタの第２の本体に対して回転させることと、
前記エンドエフェクタの第２の動作モードの間、前記第１の回転範囲と異なる第２の回転範囲内で前記第１の本体を第２の本体に対して回転させることと、を含み、
前記第１の回転範囲内では、前記第１の動作モードは前記第２の動作モードを除外する、方法。
（４２）  前記第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、前記第２のモードがアクティブな切断を含む、実施態様４１に記載の方法。
（４３）  前記第１の動作モードの間は、アクティブな切断が利用不可能である、実施態様４２に記載の方法。
（４４）  前記第２の動作モードの間は、アクティブな切断が利用可能である、実施態様４２に記載の方法。
（４５）  前記第２の動作モードの間は、アクティブな掴み及びアクティブな切断が利用可能である、実施態様４２に記載の方法。
【０１５５】
（４６）  前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに変更することは、ソフトウェアを介して実施される、実施態様４１に記載の方法。
（４７）  ロボット外科用器具のエンドエフェクタを動作させる方法であって、
第１の部分及び第２の部分を有する第１の係合面を有する第１の本体を提供することと、
第１の部分及び第２の部分を有する第２の係合面を有する第２の本体を提供することと、
第１の回転範囲内で前記エンドエフェクタの前記第１の本体を前記エンドエフェクタの前記第２の本体に対して回転させることであって、前記第１の回転範囲では、前記第１の本体の前記第１の係合面の前記第２の部分が、前記第２の本体の前記第２の係合面の前記第２の部分と重なり合って、
前記第１の係合面の前記第２の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを不可能にし、
前記第１の係合面の第１の部分及び前記第２の係合面の第１の部分へのアクセスを可能にする、ことと、
第２の回転範囲内で前記エンドエフェクタの前記第１の本体を前記エンドエフェクタの前記第２の本体に対して回転させて、少なくとも前記第１の係合面の前記第２の部分及び前記第２の係合面の前記第２の部分へのアクセスを可能にすることと、を含む、方法。
（４８）  ロボット制御されたエンドエフェクタを有する器具を使用する方法であって、
前記ロボット制御されたエンドエフェクタを第１の動作モードで動作させることと、
前記ロボット制御されたエンドエフェクタを前記第１の動作モードから前記第１の動作モードとは異なる第２の動作モードに変更することであって、前記第１の動作モードは前記第２の動作モードを除外し、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは、１つの軸を中心に制御され得る、ことと、を含む、方法。
（４９）  命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、
前記命令は、実行されると、装置のプロセッサに、少なくとも、
外科用エンドエフェクタを第１の動作モードで動作させ、
前記外科用エンドエフェクタを第２の動作モードで動作させ、
前記第１の動作モードの間、前記第２の動作モードは動作不能であり、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードは１つの軸を中心に制御され得る、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（５０）  前記第１の動作モードがアクティブな掴みを含み、前記第２のモードがアクティブな切断を含む、実施態様４９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【０１５６】
（５１）  前記第１の動作モードの間は、アクティブな切断が利用不可能である、実施態様５０に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（５２）  前記第２の動作モードの間は、アクティブな切断が利用可能である、実施態様５０に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（５３）  前記第２の動作モードの間は、アクティブな掴み及びアクティブな切断が利用可能である、実施態様５０に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（５４）  前記エンドエフェクタを前記第１の動作モードから第２の動作モードに変更することは、ソフトウェアを介して実施される、実施態様４９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【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７】
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【図８】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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