(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療器具であって、
（ａ）複数のセグメントを含む操縦可能部分を有する細長い器具本体と、
（ｂ）前記細長い器具本体に沿って延びており、前記操縦可能部分において前記細長い器具本体から自由である少なくとも１本の制御ワイヤであって、したがって前記少なくとも１本の制御ワイヤに張力を加えることによって、前記操縦可能部分が前記細長い器具本体の縦軸線から曲がり、前記少なくとも１本の制御ワイヤが前記操縦可能部分から離れる方向に逸れ、前記少なくとも１本の制御ワイヤが前記操縦可能部分の任意の角度で直線形状を維持する、前記少なくとも１本の制御ワイヤと、
（ｃ）前記複数のセグメントを通って前記複数のセグメントに弾性を与える少なくとも１本の細長い弾性要素であって、前記少なくとも１本の細長い弾性要素が、前記複数のセグメント相互の回転を制限するための矩形断面を有する、前記少なくとも１本の細長い弾性要素と、
を備えている、医療器具。
【請求項２】
前記複数のセグメントのそれぞれが、隣接するセグメントに対する自身の回転を制限するように構成されている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項３】
前記操縦可能部分を覆っている弾性管状シース、をさらに備えている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項４】
複数の制御ワイヤであって、それぞれが前記細長い器具本体の前記操縦可能部分を特定の方向に曲げる、前記複数の制御ワイヤ、
を備えている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項５】
前記複数のセグメントが相互に連結されている、請求項２に記載の医療器具。
【請求項６】
前記細長い器具本体の遠位端部に取り付けられている組織マニピュレータ、
をさらに備えている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項７】
前記組織マニピュレータが、把持器、組織カッター、または持針器である、請求項６に記載の医療器具。
【請求項８】
前記細長い器具本体の非操縦可能部分を覆っている剛性シース、
をさらに備えている、請求項１に記載の医療器具。
【請求項９】
前記細長い弾性要素がスプリングコイルである、請求項１に記載の医療器具。
【請求項１０】
前記複数のセグメントの隣り合うセグメントの間の回転が、前記隣り合うセグメントの間のタブと溝の係合によって制限される、請求項２に記載の医療器具。
【請求項１１】
前記制御ワイヤが、前記非操縦可能部分において前記器具本体と前記剛性シースとの間に閉じ込められている、請求項８に記載の医療器具。
【請求項１２】
前記操縦可能部分の遠位端部に配置されている少なくとも１つの可倒式レバーであって、前記少なくとも１本の制御ワイヤの遠位端部に取り付けられている、前記少なくとも１つの可倒式レバー、
をさらに備えている、請求項１に記載の医療器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操縦可能な医療器具に関し、より詳細には、張力が加えられたときに医療器具の操縦可能部分（steerable portion）から離れる方向に逸れる（deflect）ことができる拘束されていない制御ワイヤ、を含む医療器具、に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡やカテーテルなどの医療器具は、臓器、腔、通路、および組織を観察したり処置したりするための最小侵襲手術において広く使用されている。このような器具は、一般的には、遠位側に取り付けられたマニピュレータ・機器（例えば、外科用メス、把持器、カメラ／カメラレンズ）を身体の空洞や血管、組織の中に送り込んで配置するように設計された細長い器具本体を含む。
【０００３】
このような器具は、組織の壁（例えば腹壁）に形成された小さな切開部に配置される送達ポート（delivery port）を通じて送り込まれ、解剖学的に制約された空間内で利用されるため、医療器具または少なくともその一部分が、（医療器具の近位端部における）身体の外側に位置する制御器を使用して身体の内側で操縦可能である、すなわち操作可能であることが望ましい。このような操縦によって、手術者は体内で器具をガイドし、遠位側に取り付けられたマニピュレータ・機器を解剖学的標識点（anatomical landmark）に正確に位置させることが可能である。
【０００４】
操縦可能な医療器具では、器具の操縦可能部分のたわみを制御し、器具に取り付けられたマニピュレータ・機器を操縦する目的で、一般に、器具の長手方向に延びて操縦可能部分の遠位端部または遠位先端部を終端とする１本または複数本の制御ワイヤを採用している。
【０００５】
各制御ワイヤの近位端部は、使用者が操作するハンドルに結合されている。ワイヤを引っ張ると器具本体が曲がり、引っ張られたワイヤに関連して操縦可能部分がたわむ。
【０００６】
操縦可能な器具の膨大な例が従来技術において公知であり、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８を参照。
【０００７】
従来技術の器具は、身体の内側で効果的に操縦することができるが、細長い器具本体の直径（送達ポートの直径によって決まる）が比較的小さいため、たわませることができる角度（たわみ角度の能力）が大幅に制限されており、器具の操縦可能部分をたわませるのに大きな引っ張り力が必要である。
【０００８】
したがって、標準的な送達ポートを通じて送り込むのに十分に細い器具本体を有するにもかかわらず、体内でたわみ可能部分を広い角度で操縦することができ、その一方で、このような操縦に必要な引っ張り力が最小である操縦可能な医療器具、を提供することは極めて有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第２，４９８，６９２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７５３，２２３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１２６，６４９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８７３，８４２号明細書
【特許文献５】米国特許第７，４８１，７９３号明細書
【特許文献６】米国特許第６，８１７，９７４号明細書
【特許文献７】米国特許第７，６８２，３０７号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００９０２５９１４１号明細書
【特許文献９】米国仮特許出願第６１／６９４，８６５号明細書
【特許文献１０】米国仮特許出願第６１／８７２，７２７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によると、医療器具であって、（ａ）複数のセグメントを含む操縦可能部分を有する細長い器具本体と、（ｂ）複数のセグメントを通っており、セグメントの互いに対する回転を制限するように構成されている少なくとも１本の細長い弾性要素と、（ｃ）細長い器具本体に沿って延びており、操縦可能部分において拘束されていない少なくとも１本の制御ワイヤであって、したがって少なくとも１本の制御ワイヤに張力を加えることによって、操縦可能部分が細長い器具本体の縦軸線から曲がり、少なくとも１本の制御ワイヤが操縦可能部分から離れる方向に逸れる、少なくとも１本の制御ワイヤと、を備えている、医療器具、を提供する。
【００１１】
後から説明する本発明の好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、複数のセグメントのそれぞれは、隣接するセグメントに対する自身の回転を制限するように構成されている。
【００１２】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、少なくとも１本の細長い弾性要素は、矩形断面を有する。
【００１３】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、本医療器具は、操縦可能部分を覆っている弾性管状シースをさらに備えている。
【００１４】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、本医療器具は、複数の制御ワイヤであって、それぞれが細長い器具本体の操縦可能部分を特定の方向に曲げる、複数の制御ワイヤ、を備えている。
【００１５】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、複数のセグメントは、相互に連結されている。
【００１６】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、本医療器具は、細長い器具本体の遠位端部に取り付けられている組織マニピュレータ、をさらに備えている。
【００１７】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、組織マニピュレータは、把持器、組織カッター（tissue cutter）、または持針器である。
【００１８】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、本医療器具は、細長い器具本体の非操縦可能部分を覆っている剛性シース、をさらに備えている。
【００１９】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、細長い弾性要素は、スプリングコイルである。
【００２０】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、複数のセグメントの隣り合うセグメントの間の回転は、隣り合うセグメントの間のタブと溝の係合（tab-slot engagement）によって制限される。
【００２１】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、制御ワイヤは、非操縦可能部分において器具本体と剛性シースとの間に閉じ込められている。
【００２２】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、本医療器具は、操縦可能部分の遠位端部に配置されている少なくとも１つの可倒式レバーであって、少なくとも１本の制御ワイヤの遠位端部に取り付けられている、少なくとも１つの可倒式レバー、をさらに備えている。
【００２３】
本発明の別の態様によると、医療器具であって、（ａ）弾性軸を含む操縦可能部分を有する細長い器具本体と、（ｂ）細長い器具本体に沿って延びており、操縦可能部分において拘束されていない少なくとも１本の制御ワイヤであって、したがって少なくとも１本の制御ワイヤに張力を加えることによって、操縦可能部分が細長い器具本体の縦軸線から曲がり、少なくとも１本の制御ワイヤが操縦可能部分から離れる方向に逸れる、少なくとも１本の制御ワイヤと、を備えている、医療器具、を提供する。
【００２４】
説明されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によると、少なくとも１本の制御ワイヤは、操縦可能部分の側面に位置するガイドクランプの対を通って配設されている。
【００２５】
本発明は、器具の縦軸線に対して１８０度より大きく曲がることができるように構成されているたわみ可能領域を有する操縦可能な医療器具を提供することによって、現在公知である構造の欠点を克服する。
【００２６】
特に定義されていない限り、本明細書において使用されているすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野における通常の技能を有する者によって一般的に理解されている意味と同じ意味を有する。本発明を実施または試験するとき、本明細書に記載されている方法および材料に類似するかまたは同等の方法および材料を使用できるが、好適な方法および例示的な材料は以下に記載してある。矛盾が生じる場合、定義を含めて本特許明細書に従うものとする。さらには、これらの材料、方法、および例は、説明のみを目的としており、本発明を制限することを意図していない。
【００２７】
本明細書では、本発明について、添付の図面を参照しながら一例としてのみ説明してある。以下では特定の図面を詳細に参照するが、図示されている細部は一例であり、本発明の好ましい実施形態を実例を通じて説明することを目的としているにすぎず、本発明の原理および発想に関する最も有用かつ容易に理解される説明であると考えられるために提示したものであることを強調しておく。これに関して、本発明を基本的に理解するうえで必要である以上には、本発明の構造上の細部を示すことは避けたが、当業者には、図面を参照しながらの説明によって、本発明のいくつかの形態を実際に実施する方法が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１−１】図１ａ、図１ｂ、図１ｃは、本器具と、操縦可能部分のたわみおよびエンドエフェクタを制御するハンドルの動作とを示している。
【図１−２】図１ｄ、図１ｅ、図１ｆは、本器具と、操縦可能部分のたわみおよびエンドエフェクタを制御するハンドルの動作とを示している。
【図１−３】図１ｇ、図１ｈは、本器具と、操縦可能部分のたわみおよびエンドエフェクタを制御するハンドルの動作とを示している。
【図２】図１の器具の細長い本体（把持器が取り付けられている）および駆動ユニット要素を示している。
【図３】図３ａ、図３ｂは、本器具の操縦可能部分の一実施形態を示している。
【図４】図４ａ、図４ｂは、本器具の操縦可能部分の別の実施形態を示している。
【図５】図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄは、本器具の操縦可能部分を構築するために利用可能な連結部材の一実施形態（図５ａ〜図５ｃ）と、複数の連結部材から構築された操縦可能部分を示している。
【図６】いくつかの連結部材を省いた操縦可能部分を示しており、連結部材の中心部の中に挿入されたばね要素が見えている。
【図７】図７ａ、図７ｂ、図７ｃ、図７ｄ、図７ｅ、図７ｆ、図７ｇ、図７ｈは、相互に結合された円板状の連結部材から作製される操縦可能部分を含む本器具の実施形態を示している。図７ａ〜図７ｃは本器具の側面図および等角図を示しており、図７ｄ〜図７ｈは円板状の連結部材を示している。
【図８−１】図８ａ、図８ｂ、図８ｃは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図８−２】図８ｄ、図８ｅ、図８ｆ、図８ｇは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図８−３】図８ｈ、図８ｉは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図８−４】図８ｊは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図８−５】図８ｋ、図８ｌは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図８−６】図８ｍ、図８ｎ、図８ｏ、図８ｐは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図８−７】図８ｑは、例えばＵ字状（図８ｋ）およびＳ字状（図８ｌ）の連接形状を形成するようにたわむことができる２つのオフセットした操縦可能部分を含む、本器具の実施形態を示している。
【図９−１】図９ａ、図９ｂは、制御ワイヤを配設するためのガイドが取り付けられた単体型の可撓性軸（unitary flexible shaft）を含む本器具の実施形態を示している。図９ｂはガイドの間の軸のたわみを示している。
【図９−２】図９ｃ、図９ｄは、たわみを可能にする切取り部を含む単体型の可撓性軸を含む本器具の別の実施形態を示している。図９ｉはガイドの間の軸のたわみを示している。
【図９−３】図９ｅ、図９ｆ、図９ｇ、図９ｈ、図９ｉは、たわみを可能にする切取り部を含む単体型の可撓性軸を含む本器具の別の実施形態を示している。図９ｉはガイドの間の軸のたわみを示している。
【図９−４】図９ｊ、図９ｋは、回転によりオフセットされる１つの旋回点を中心に互いにピンで結合される円板状の連結部材（図９ｊ）から構築されている単体型の可撓性軸（図９ｋ）を示している。
【図１０】図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃは、操縦可能部分のさまざまな連接状態およびたわみ角度を通じて試験した試作器具の画像である。
【図１１】図１１ａ、図１１ｂは、透明な連結部材から構成されている操縦可能部分を示している。
【図１２】本発明の教示を使用して所定の特性の連接領域を構築するための設計「アルゴリズム」を記述した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、最小侵襲手術において使用することのできる医療器具および医療システムに関する。具体的には、本発明を使用して、向上した操縦性を提供することができる。
【００３０】
本発明の原理および動作は、図面を参照しながら説明を読み進めることによって深く理解することができる。
【００３１】
本発明の少なくとも一実施形態について詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載されている細部、または例のセクションに例示されている細部に制限されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能である、あるいはさまざまな様式で実施または実行することができる。また、本明細書において採用されている表現および専門用語は、説明を目的としており、本発明を制限するようにはみなされないものとする。
【００３２】
最小侵襲手術において使用するための操縦可能な医療器具は、この技術分野において周知である。このような器具は、一般には、体内に配置された器具の近位端部から操作可能な１本または複数本の制御ワイヤを利用して、体内に配置された器具の遠位端部をたわませて操縦する。制御ワイヤによって器具の遠位部分を効果的にたわませることができるようにするためには、制御ワイヤの長手軸線をたわみの軸線からオフセットさせなければならない。一般的には、オフセットが大きいほど、制御ワイヤに印加される小さい引っ張り力によって達成できるたわみが大きい。
【００３３】
最小侵襲性器具の直径は、体内の組織にアクセスするために使用される送達ポートによって決まるため（一般には５ｍｍ、８ｍｍ、ないし１０ｍｍ）、既存のツールでは、制御ワイヤとたわみの軸線との間のオフセットは、実質的に、ツールの軸の直径、送達ポートの直径、および器具の構造によって制限される。
【００３４】
この制限を克服するため、発明者は、器具本体の全体的な直径を最小化する一方で、操縦可能部分を曲げるときに制御ワイヤのオフセットを提供する独特なワイヤガイドの構造を考案した。
【００３５】
したがって、本発明の一態様によると、幅広い角度（最大１８０度）およびさまざまなパターン（例えばジグザグ状パターン、または長手方向に沿った１つまたは複数の位置におけるさまざまな直径の曲線を含むパターンなど）が形成されるように操縦することのできる体内の操縦可能部分、を含む医療器具、を提供する。
【００３６】
本明細書において使用されている「医療器具」という表現は、被験体（好ましくはヒト被験者）の治療において利用可能な任意の器具を意味する。本発明の医療器具は、最小侵襲手術において使用されることが好ましく、この場合、本器具のうち被験者の体内に配置される操縦可能な遠位部分が、身体の外側に配置される近位端部から（体外式に）、好ましくは制御ワイヤを含む制御メカニズムを介して制御される。本医療器具は、身体の任意の空洞内で組織を観察したり操作したりする目的に使用することができる。本発明の恩恵を受けることができる医療器具の例としては、内視鏡（例：腹腔鏡、胸腔鏡）、カテーテル、持針器、把持器、剪刀、フック、ステープラー、開創器などが挙げられる。
【００３７】
本発明の医療器具は、好ましくは少なくとも１本の制御ワイヤを介して被験者の体内で操縦可能である遠位部分（本明細書においては操縦可能部分とも称する）を有する細長い器具本体を含む。本明細書においてさらに説明するように、本器具の操縦可能部分は、さまざまな方向および形状にたわませることができ、例えば、１本の制御ワイヤを使用して操縦可能部分全体を一方向にたわませる、あるいは２本以上の制御ワイヤを使用して操縦可能部分の第１の部分を一方向にたわませる一方で別の部分を反対方向にたわませることができる（ジグザグ状の連接および複数平面連接）。後からの例のセクションにおける図１０ａ〜図１０ｃは、本器具のたわみ能力のいくつかの例を示している。
【００３８】
細長い器具本体は、その長手方向に沿って配置されている１本または複数本の制御ワイヤを含む。制御ワイヤの近位端部は、本医療器具のハンドルまたは電気機械メカニズムによって作動させることのできる制御レバーに取り付けられている。制御ワイヤの遠位端部は、（操縦可能部分を超えた位置において）器具本体に取り付けられている。制御ワイヤは、器具内または器具に沿って配設することができ、ただしワイヤのうち操縦可能部分に対応する領域は、器具本体の外側に配設され、したがってこの領域は操縦可能部分を曲げるときに器具本体の縦軸線から自由に離れる（オフセットする）ことができる。
【００３９】
操縦可能部分において制御ワイヤが器具本体から自由に離れることができるようにすることによって、いくつかの利点が得られる。
（ｉ）  操縦可能部分が曲がり出すと、操縦可能部分をたわませるために必要な力が徐々に小さくなる。
（ｉｉ）  操縦可能部分における（オプションとして器具本体全体に沿った）ワイヤガイドの必要がなくなり、したがって構造が単純となり、制御ワイヤにかかる摩擦が減少する。
（ｉｉｉ）  ワイヤとワイヤガイドの間の摩擦が減少する。
（ｉｖ）  連接部を操縦するのに必要な力が大幅に小さいため、より小さい直径のワイヤを使用することができる。
（ｖ）  連接部を操縦するのに必要な力が大幅に小さいため、ワイヤを連接部の遠位端部に結合する手段が軽減される。
（ｖｉ）  （ｉｖ）＋（ｖ）によって、まっすぐな状態時の器具の直径を小さくすることができ、したがって（例えばトロカールポートを通じての）体内への挿入および取り出しが容易になる。
（ｖｉｉ）  ツールを手操作で使用するとき、（ｉ）〜（ｖｉ）によって、外科医はずっと少ない労力でツールを操作することができる。
（ｖｉｉｉ）  電気機械式アクチュエータの使用が可能になる。後述するように、必要な力が大幅に減少することによって、極めて小型のアクチュエータ（モータなど）を使用することができ、これにより軽量かつ完全電動式の器具を設計することが可能となる。
（ｉｘ）  極めて小型のアクチュエータ（モータなど）を使用することにより、完全電動式の器具を少ないエネルギ消費量で動作させることが可能となる。
（Ｘ）  操縦可能部分に透明な材料を使用することが可能である。
【００４０】
図１〜図１１ｂは、本器具（本明細書においては器具１０と称する）のいくつかの実施形態を示している。
【００４１】
図１ａは、腹腔鏡としての器具１０の構造を示している。器具１０は、操縦可能部分１４を含む細長い器具本体１２（本明細書においては細長い本体１２または本体１２とも称する）を含み、操縦可能部分１４は一連のセグメント１６（図５ａ〜図５ｃに示してある）から作製されている。
【００４２】
器具本体１２は、長さ２０〜４０ｃｍ、直径５〜１２ｍｍとすることができる。器具本体１２は、器具１０の用途に応じて中空または中実とすることができる。例えば、内視鏡カメラを操縦する目的に器具１０を使用する場合、使用者が操作することのできる端部（ハンドル）から、細長い器具本体の遠位端部に取り付けられているカメラまたはレンズまで、ワイヤまたは光ファイバケーブルを配設できるようにする目的で、器具本体１２を中空とすることができる。さらに、組織マニピュレータヘッド（把持器など）の動作を制御するためのワイヤを配設する目的や、器具本体に弾性および剛性を与えるための少なくとも１本の細長い弾性要素を収容する目的で（後からさらに説明する）、中空の器具本体１２を使用することができる。
【００４３】
さらに、器具１０は、器具本体１２の近位端部に取り付けられている、使用者が操作することのできるインタフェース１８と、器具本体１２の遠位端部に取り付けられているエンドエフェクタ２０（例えば把持器などの組織マニピュレータ）とを含む。インタフェース１８は、細長い本体１２の向きおよび位置を制御および設定する、操縦可能部分１４を曲げる、およびエンドエフェクタ２０を動作させる（例えば、把持器の開閉、回転、傾ける）機能を果たす。
【００４４】
例えば、図１ａに示した構造においては、使用者（例えば外科医）は、ハンドル３００を押す／解放して把持器の顎部を閉じる／開く、あるいはインタフェース１８を回転させて把持器の顎部を回転させる、あるいはハウジング４００を傾けて操縦可能部分１４をたわませることができる。これらの動作は、個別に、または同時に行うことができる。
【００４５】
器具１０と組み合わせて使用することのできるインタフェース１８については、後からさらに説明する。これに代えて、特許文献９（この文書の内容は全体が本明細書に組み込まれている）に記載されているように、器具１０にインタフェースを組み込むことができる。
【００４６】
図２は、駆動ユニット２４から操縦可能部分１４の遠位位置までの制御ワイヤ２２の配設を示している。駆動ユニット２４は、使用者の手の動き（制御動作）を、制御ワイヤ２２を引っ張る動作に変換するためのレバー、プーリー、および歯車を含むことができる。このような変換は、機械式（手操作）または電動式とすることができる。駆動ユニット２４の電動化された実施形態は、特許文献１０にさらに記載されている。
【００４７】
図２に示した実施形態においては、制御ワイヤ２２は、器具本体１２の中に（例えば器具本体１２を覆っているシースの下に、または管の中に）操縦可能部分１４まで配設されている。操縦可能部分１４においては、制御ワイヤ２２（１本を示してある）は器具本体１２から自由であり、したがって操縦可能部分を曲げると、制御ワイヤ２２が器具本体１２の縦軸線から離れる方向に逸れる。制御ワイヤが器具の縦軸線から離れる方向に（半径方向外向きに）逸れると、制御ワイヤと細長い器具本体のたわみの軸線との間のオフセットが大きくなり、したがって、たわみを達成するのに必要な引っ張り力が最小になる。
【００４８】
操縦可能部分１４（連結部材から構成される）は、図３ａ〜図４ｂに詳しく示してある。図３ａおよび図３ｂでは、制御ワイヤ２２２，２２３が位置Ｂにおいて器具本体１２に取り付けられており、位置Ａ２を通じて本体１２の中に配設されている。制御ワイヤ２２２，２２３を引っ張って操縦可能部分１４が曲がると、これら２つの位置の間では制御ワイヤ２２２，２２３は器具本体１２から自由に離れることができ、したがって器具本体１２から離れる方向に逸れる。図３ａは、制御ワイヤ２２２，２２３が引っ張られており、制御ワイヤ２２１は引っ張られておらず器具本体１２に沿ったままである状態を示している。制御ワイヤ２２２，２２３を引っ張ることにより、制御ワイヤ２２２と２２３の間の平面内でエンドエフェクタ２０（図では把持器）が曲がる。図３ｂは、制御ワイヤ２２２，２２３を同時に引っ張った状態を示している。両方の制御ワイヤが（操縦可能部分１４において）器具本体１２から離れる方向に逸れて、制御ワイヤ２２２と２２３の間の平面内でエンドエフェクタ２０が引っ張られる結果として、エンドエフェクタ２０が角度をなす。
【００４９】
図３ａおよび図３ｂの実施形態においては、制御ワイヤ２２２，２２３，２２１は、Ｂ２，Ｂ３，Ｂ１において器具本体１２に直接取り付けられており、Ａ２，Ａ３，Ａ１を通じて本体１２の中に配設されている。図４ａおよび図４ｂにおいては、制御ワイヤ２２は、その遠位端部において可倒式レバー２６（retractable lever）に取り付けられている。器具１０を体内に送り込むとき、レバー２６は器具本体１２の溝２８の中に配置される。ポートを通じて送り込む間、レバー２６をばね付勢した状態で溝２８の中に収容することができる。器具本体１２のうちレバー２６を含む領域がポートから出た（すなわちポートの内壁によって強いられる半径方向の制約がなくなった）時点で、レバー２６をばねの力で立てることができ、あるいはこれに代えて、制御ワイヤ２２を引っ張るときにレバー２６を立てることができる。いずれの場合も、レバー２６がいったん広がると、それによって制御ワイヤ２２の遠位端部が器具本体から離れる方向に逸れて、したがって制御ワイヤ２２のてこ効果（leverage）が増大し、操縦可能部分１４をたわませるのに必要な引っ張り力がさらに減少する。器具本体１２をポートを通じて体内から引っ張り出すときにも、ポートを通じた取り出しを容易にするためレバー２６を溝２８の中に倒す。
【００５０】
上述したように、器具本体１２または少なくとも操縦可能部分１４の一実施形態は、一連の連結部材から構築されていることが好ましい。図５ａ〜図５ｃは、連結部材３０の一実施形態を示しており、図５ｄは、連結部材３０から組み立てられた操縦可能部分１４を示している。
【００５１】
連結部材３０は、中央のハブ３４の周囲に取り付けられているいくつかのアーム３２（３つを示してある）を含むことが好ましい。図５ｄに示したように、アーム間の空間３６には制御ワイヤ２２が収容され、したがって器具１０において使用される制御ワイヤ２２の本数はアーム３２の数（好ましくは２〜１２）によって決まる。
【００５２】
連結部材３０は、成形品などを加工することによって、合金またはポリマーから作製されていることが好ましい。
【００５３】
ハブ３４は、中心の円形開口部３８を含み（図５ｂ）、各アーム３２は、オプションとして開口部３９を含む（図５ａ）。開口部３８は、細長い弾性要素（例えば図６に示したスプリングコイル３３、または弾性管）を収容することができ、この弾性要素は、連結部材３０を相互に連結し、操縦可能部分１４において器具本体１２に剛性および弾性を与える。開口部３９は、エンドエフェクタ２０を作動させるためのワイヤを配設する目的に、または（開口部３８を通じて取り付けられる１本の中心ロッドに代えて）複数の弾性ロッドを収容する目的に、使用することができる。さらに、開口部３９は、操縦可能部分１４の遠位位置におけるモータ、カメラ、把持器の顎部、または任意の他のセンサあるいはアクチュエータを動作させるための電気配線を配設する目的に使用することもできる。開口部３８は、洗浄管や光ファイバなどを送り込むための挿通ルーメン（through lumen）の役割を果たすこともできる。
【００５４】
制御ワイヤ２２が引っ張られるときの連結部材３０の回転を防止または制限する目的で、各連結部材は、対向する面におけるタブ４０および溝４２を含む。各アーム３２がタブ４０および対向する溝４２を含むことが好ましいが、１つの連結部材３０のアーム３２の間で長さおよび幅が異なっていてもよい。連結部材３０のタブ４０は、隣の連結部材３０の溝４２と係合することができ、これにより連結部材３０の相対的な回転を制限する。
【００５５】
タブ４０および溝４２の構造および位置は、回転が完全に制限されるように、または特定の角度範囲（５〜１５度）あるいは特定の方向などに回転が制限されるように、選択することができる。いずれの場合も、タブ４０と溝４２の間の係合は可逆的とすることができ、したがって操縦可能部分１４がたわんで連結部材３０が互いに対して角度をなすときに、タブ４０と溝４２の間の係合が外れるようにすることができる。
【００５６】
図７ａ〜図７ｈは、連結部材３０の別の実施形態を示しており、これらの連結部材は図７ａ〜図７ｃに示したように積み重ねて操縦可能部分１４を形成することができる。
【００５７】
器具１０のこの実施形態の連結部材３０は、ほぼ円板状であり、中心開口部５０と、複数の周縁開口部５２（図７ｄ〜図７ｇ）と、突起部５４（図７ｅ，図７ｇ，図７ｈ）と、凹部５６（図７ｄ，図７ｆ）とを含む。
【００５８】
中心開口部５０は、器具のハンドルからエンドエフェクタ２０まで１本または複数本のワイヤを配設する役割を果たす。このようなワイヤは、エンドエフェクタ２０を制御する（例えば把持器を開く、閉じる、回転させる）ためにハンドルによって作動させる。周縁開口部５２は、操縦可能部分１４のたわみを操作するための制御ワイヤ２２を配設する役割を果たす。突起部５４および凹部５６は、隣り合う連結部材３０を相互に結合し、このような連結部材３０が互いに対して角度をなすことができるようにする。連結部材３０に弾性を与えるため、中心開口部５０を通じて弾性ロッドまたは弾性管、またはばねを配置することができる。
【００５９】
図８ａは、２つの独立した操縦可能部分１４，１４’を含む、器具１０の実施形態を示している。器具１０は、一般的な直径５〜１２ｍｍを有する器具本体１２（本明細書においては軸１２とも称する）を含む。器具本体１２の遠位端部にエンドエフェクタ２０が取り付けられており、エンドエフェクタ２０は、例えばこの図に示したように把持器とすることができる。操縦可能部分１４’は、軸１２の遠位端部に結合されている近位側の基部連結部材２９と、一連の連結部材３０’と、遠位側の連結部材３１とを含む。制御ワイヤ２２’１，２２’２，２２’３の遠位端部は連結部材３１に結合されており、これらのワイヤの近位端部は、ハンドルから操作される駆動ユニット２４（図２）に結合されている。
【００６０】
制御ワイヤ２２１，２２２，２２３は、操縦可能部分１４の遠位側の連結部材３２に結合されており、連結部材３１および一連の連結部材３０’を通じて、ハンドルから操作される駆動ユニット２４（図２）まで配設されている。
【００６１】
図８ｂは、操縦可能部分１４，１４’をさらに詳細に示している。操縦可能部分１４，１４’それぞれは、９つの同じ連結部材（３０および３０’）を含むが、それぞれの操縦可能部分において、異なる形状の異なる数の連結部材を使用することができる。連結部材３０，３０’の（図５に関連して上述した）タブ４０および溝４２も示してある。
【００６２】
図８ｃは、操縦可能部分１４，１４’の断面図である。可撓性軸２１（その近位端部において駆動ユニット２４に結合されている）が、連結部材２９，３０’，３０，３１，３２の孔３８，３７を通じて配置されており、可撓性軸の遠位端部はエフェクタ２０に結合されている。
【００６３】
制御ワイヤ２２’１は、連結部材２９の孔２８’１と連結部材３１の孔３６’１とを通っている。制御ワイヤ２２’１の遠位端部は孔３６’１において連結部材３１に結合されている。制御ワイヤ２２’１は、連結部材３０’の外側に配設されている。制御ワイヤ２２１は、連結部材２９の孔２７１と連結部材３０’の孔３５１（図８ｄに詳しく示してある）とを通っている。連結部材３１において、制御ワイヤ２２１は連結部材３１の細長い開口部３４１の中で外側に逸れ、連結部材３０の外側を通って連結部材３２における遠位結合位置３８まで延びている。制御ワイヤ２２’２と制御ワイヤ２２’３は、配設および取付けに関して制御ワイヤ２２’１に類似しており、制御ワイヤ２２２と制御ワイヤ２２３は、配設および取付けに関して制御ワイヤ２２１に類似している。
【００６４】
図８ｄは、連結部材３０’を詳細に示している。中心孔３７は可撓性軸２１を収容し、孔３５は制御ワイヤ２２１，２２２，２２３を収容する（タブ４２および溝４０も示してある）。
【００６５】
図８ｅは、連結部材３１を詳細に示している。中心孔３８は可撓性軸２１を収容し、孔３６１，３６２，３６３は、制御ワイヤ２２’１，２２’２，２２’３の結合点の役割を果たす。細長い開口部３４１，３４２，３４３は、連結部材３０の外側に制御ワイヤ２２１，２２２，２２３を配設する。
【００６６】
操縦可能部分１４，１４’のたわみ、したがって軸１２の操縦および連接は、制御ワイヤ２２，２２’に対する引っ張り力によってもたらされる。制御ワイヤが操縦可能部分の中心に近い場合（制御ワイヤ２２が操縦可能部分１４’の孔３５を通っている場合など）、これらの制御ワイヤに対する引っ張り力によって比較的小さいたわみが生じ、言い換えれば、たわみに対する引っ張り力の効果は、制御ワイヤ２２から操縦可能部分１４の中心までの距離に直接関係する。制御ワイヤ２２が操縦可能部分１４の遠位端部に結合されており、近位側の基部連結部材を通じて自由に動くとき（例えば連結部材３１の孔３６１，３６２，３６３を通っているとき）には、操縦可能部分１４に対する引っ張り力の効果は、操縦可能部分１４を縦軸線からたわませるのに十分である。引っ張り力のこの効果は、操縦可能部分１４がたわむにつれて大きくなり、なぜなら制御ワイヤ２２が（半径方向）外向きに曲がり、制御ワイヤ２２と操縦可能部分１４の中心との間の距離が増すためである。
【００６７】
図８ｆは、８０度にたわむことのできる（すなわちエンドエフェクタ２０が軸１２の長手軸線に対して１００度の角度をなすことができる）構造を示している。近位側の操縦可能部分１４’のたわみは、制御ワイヤ２２’２，２２’３を（近位方向に）引っ張ることによってもたらされる。
【００６８】
図８ｇは、図８ｆの器具の断面図であり、制御ワイヤ２２の配設を示している。図８ｆおよび図８ｇの構造に従って構築された試作品は、図１０ｂに示してある。
【００６９】
図８ｈは、８０度にたわむことのできる（すなわちエンドエフェクタ２０が軸１２の長手軸線に対して１００度の角度をなすことができる）構造を示している。遠位側の操縦可能部分１４のたわみは、制御ワイヤ２２１を（近位方向に）引っ張ることによってもたらされる。
【００７０】
図８ｉは、図８ｈの器具の断面図であり、制御ワイヤ２２１の配設を示している。制御ワイヤ２２１は、操縦可能部分１４’の連結部材３０’の孔３５１を通り、したがって操縦可能部分１４’の中心からの距離は最小である。この小さい距離によって、制御ワイヤ２２１，２２２，２２３に印加される引っ張り力は、操縦可能部分１４’のたわみに対しては、ほとんど、またはまったく影響しない。制御ワイヤ２２１は、近位側の操縦可能部分１４’の遠位端部において連結部材３１の細長い開口部３４１を通り、位置３７１において連結部材３２に結合されている。この直接的な結合により、制御ワイヤ２２１は操縦可能部分１４の中心から外側方向に位置し、したがって引っ張り力のモーメントアームが大きくなる。これにより、比較的小さい引っ張り力によって操縦可能部分１４をたわませる（曲げる）ことが可能となる。
【００７１】
図８ｊは、制御ワイヤ２２１，２２’１および中央の可撓性軸２１の配設と、たわみ力に対するワイヤ配設の影響とを示している。この図において、「ｄ」は、距離の１単位（この場合、孔３５１の中心から連結部材３０’の中心までの距離）を表している。計算のため、以下のパラメータを使用する。
「ａ」：  連結部材３０’の中心点からの制御ワイヤ２２１の最長のモーメントアームの測定値。Ｌａ＝１．００ｄ
「ｂ」：  連結部材３０’の中心点からの制御ワイヤ２２’１の最長のモーメントアームの測定値。Ｌｂ＝２．７５ｄ
「ｃ」：  連結部材３０の中心点からの制御ワイヤ２２１の最長のモーメントアームの測定値。Ｌｃ＝４．００ｄ
【００７２】
制御ワイヤ２２１に力Ｆ２２１が印加され、したがってＦ２２１によって操縦可能部分１４’にかかるモーメント力は次式である。
【００７３】
【数１】
0006749840.tif 000002
【００７４】
Ｆ２２１によって操縦可能部分１４にかかるモーメント力は次式である。
【００７５】
【数２】
0006749840.tif 000003
【００７６】
力Ｆ２２１によって操縦可能部分１４’にかかるモーメントと、同じ力Ｆ２２１によって操縦可能部分１４にかかるモーメントの関係は、次式である。
【００７７】
【数３】
0006749840.tif 000004
【００７８】
上の計算を市販されている器具にあてはめると、本発明では、たわませるのに必要なワイヤの引っ張り力を、そのような市販されている器具と比較して２５％低減できることを示している（さらなる詳細については例のセクションを参照）。
【００７９】
制御ワイヤ２２１によって印加される力（Ｆ２２１）によって生じる操縦可能部分１４（「対象の操縦可能部分」）に対する曲げモーメントは、操縦可能部分１４’（「二次的な操縦可能部分」）に対する曲げモーメントよりも大幅に大きく、したがって、これら２つの操縦可能部分を結合する影響は最小限である。
【００８０】
このような結合の影響が最小であることにより、制御ワイヤメカニズムにコントローラを追加する必要なしに、連接部を操縦するための単純なメカニズム（手で操作するメカニズムなど）を使用することが可能になる。
【００８１】
電気機械式メカニズムを使用して制御ワイヤを引っ張るときには、制御ワイヤ２２’１に力を印加するようにプログラムされているコントローラを使用することによって、二次的な操縦可能部分に対するモーメントを０に低減することができる。この力の大きさは、次のように計算することができる。
【００８２】
【数４】
0006749840.tif 000005
【００８３】
計算されたように、コントローラは、力Ｆ２２１の半分より小さい力（Ｆ２２’１＝０．４２Ｆ２２１）で制御ワイヤ２２’１を引っ張るアクチュエータを動作させる。
【００８４】
電気機械式の駆動ユニットを使用して制御ワイヤを引っ張る場合、上述した制御ワイヤの配設によって、第１および第２の操縦可能部分を制御するモータのエネルギ消費量を低減できることを理解されたい。
【００８５】
上述した配設原理を任意の組合せにおいて使用し、２つ以上の操縦可能部分をたわませて、任意の所望の連接を生成することができる。例えば、図８ｋは、エンドエフェクタ２０が１９０度の角度に配置される「Ｕ」字状の連接を示している。このような連接は、制御ワイヤ２２’２，２２１を引っ張ることによって達成される。
【００８６】
図８ｌは、制御ワイヤ２２’２，２２２を引っ張ることによって達成することのできる「Ｓ」字状の連接を示している。
【００８７】
図８ｍ〜図８ｐは、２つの操縦可能部分を有し、操縦可能部分それぞれの遠位端部に展開可能な（deployable）アームが配置されている器具を示している。アーム３９ｐは、連結部材３１にヒンジ結合されており、アーム３９ｄは、連結部材３２にヒンジ結合されている。アーム３９ｐおよびアーム３９ｄは、外側に旋回して、自身に結合されている制御ワイヤの端部とたわみ可能部分の中心との間の距離を大きくすることができる。図８ｍは、折り畳まれた状態のアーム３９ｐ，３９ｄを示している。図８ｎは、開いた状態のアーム３９ｄ，３９ｐを示している。図８ｏは、アーム３９ｄ，３９ｐが開いた状態にある「Ｕ」字状の連接を示している。図８ｐは、アーム３９ｄ，３９ｐが開いた状態にある「Ｓ」字状の連接を示している。
【００８８】
図８ｑは、アーム３９ｄおよびアーム３９ｐが開いた状態での「Ｕ」字形状における本器具の断面図である。この例においては、アーム３９ｄとアーム３９ｐは同じ寸法を有する。アーム３９ｄに取り付けられている制御ワイヤ２２１のモーメントアームは、５．５ｄである。
【００８９】
操縦可能部分をたわませるのに必要な力に対する、アーム３９ｄ，３９ｐを使用することの効果は、次の計算によって表すことができる。
【００９０】
【数５】
0006749840.tif 000006
【００９１】
ここまで、一平面内で連接することのできる器具１０の例について説明したが、２つ以上の操縦可能部分を有する器具１０をたわませて、図１０ｄに示したものなど複数の平面内で連接する形状、さらには完全なループを形成できることを理解されたい。このような複数平面連接は、複数の異なる平面内に位置する制御ワイヤを作動させることによって、または例えば制御ワイヤの対に非対称的な力を印加することによって、達成することができる。
【００９２】
本明細書において上述したように、本発明の器具１０では、任意のハンドルおよびメカニズムと組み合わせて使用することができる。本器具と組み合わせて利用可能なハンドルの一実施形態の構造および動作は、図１ｂ〜図１ｈに示してある。図１ｂおよび図１ｃは、器具のハンドルのインタフェース（１８）およびその内部メカニズムを介して作動させることのできる把持器ヘッド２０および操縦可能部分１４を示している。この実施形態においては、操縦可能部分は、４本の制御ワイヤ２２によって制御される。操縦可能部分１４は、引っ張られた制御ワイヤ２２２の方向にたわんだ状態で示してある。
【００９３】
図１ｄ、図１ｅ、および図１ｇは、器具１０の断面図であり、インタフェースの動きを制御ワイヤに伝えることを可能にするハンドルにおけるメカニズムを示している。
【００９４】
操縦可能部分１４の遠位端部に取り付けられている制御ワイヤ２２（２２１，２２２，２２３，２２４）は、一対のプーリーを介して配設されている。把持器の顎部は、ハウジング５００のばね１１０の基部における孔１１０ａに対して、メカニズム１７０を介して作動する。制御ワイヤ２２がばね１１０から抜けることが、クリンプ（crimp）２２０によって防止されている。制御ワイヤ２２がボディ１３０によって押されて中心から離れるときに、圧縮されたばね１１０が予測どおりに滑らかに動くように、クリンプ２２０の形状は、ばね１１０のハウジングの形状に従う。
【００９５】
ボディ１３０は、ボールジョイントベアリングによってハウジング５００に結合されている。ボディ１３０は、このメカニズムの中央に位置しており、使用者によってインタフェースの頭頂部４００に加えられる力によって、ハウジング５００に対して傾くことができる。制御ワイヤ２２はボディ１３０を囲む位置にあり、ボディ１３０がニュートラル位置にあるとき、各制御ワイヤ２２はビーズ９０（ｂｅａｄ）の溝９０ａによってボディ１３０の周縁部に押し付けられている。
【００９６】
図１ｆは、ビーズ９０と、制御ワイヤ２２（２２１を示してある）と、ボディ１３０との間の関係を詳しく示している。ビーズ９０は、制御ワイヤ２２１にしっかりと結合されており、制御ワイヤ２２を２つの連続する領域（上側領域２２１ｕおよび下側領域２２１ｄ）に分割する。ビーズ９０は、ボディ１３０の周縁部１３０ａに合致する溝９０ａを含む。
【００９７】
図１ｈは制御メカニズムを詳細に示しており（傾いた状態で示してある）、操縦可能部分１４をたわませる目的で制御ワイヤ２２１がビーズ９０１を介して押されて中心から離れている。ボディ１３０の周縁部１３０ａとビーズ９０１の間の係合点は、溝９０ａの内面である。ビーズ９０がボディ１３０によって押されて中心から離れている間、反対側に位置するビーズ９０３は周縁部１３０ａから解放される。制御ワイヤ２２３は、遠位端部において制御ワイヤ２２１の反対側に結合されている。図１ｂにおいて理解できるように、制御ワイヤ２２１によって操縦可能部分がたわむと、操縦可能部分の内側１４ｉｎが短くなり、操縦可能部分１４の反対側の１４ｏｕｔの長さが増す。これに対応して、ワイヤ２２３の長さが増大しなければならない。このような制御ワイヤ２２３による長さの対応は、ばね１１０３を圧縮させることによって可能である。
【００９８】
把持器の顎部は、外科医の指によって制御できるメカニズム（図１ｇおよび図１ｈ）を介して作動する。ハンドル３００が押されると、メカニズム１５０のアームによってピストン２４０が持ち上がり、これにより顎部が閉じる。ハンドル３に加えている力を外科医が解放すると、メカニズム１５０のアームに結合されているばねによってピストン２４がボディ１３０の中に押し戻されて顎部が開く。ピストン２４は、可撓性軸１７および管１６を介して顎部の押し／引っ張りメカニズムに結合されている。可撓性軸１７および管１６は、ハウジング５００に加えられる回転運動および押し／引き運動を伝える目的にも使用される。可撓性軸１７は、その長さを変えずに曲げることができ、これにより、曲がることによって顎部の望ましくない開閉運動が生じることなく（すなわち操縦可能部分１４が曲がっている間に把持器ヘッドおよびメカニズム１５０が動くことなく）、センタリング要素１９の中の部分１７を曲げることが可能となる。ボディ１３０の内側の寸法は、ボディ１３０が最大角度まで傾いたときに管１６に接触しないように設計する。
【００９９】
相互に結合される連結部材から構築される操縦可能部分１４は、モジュール設計が可能であることにおいて有利であるが、本明細書では、単体型の可撓性軸から構築される操縦可能部分１４も想定する。
【０１００】
単体型の可撓性軸から構築される操縦可能部分の利点として、構造および製造性が単純化される。さらに、このような軸は、例えばジアテルミー（単極または双極）において使用される中心電気線を良好に絶縁することができる。
【０１０１】
操縦可能部分１４のこのような実施形態の一例は、図９ａおよび図９ｂに示してある。
【０１０２】
操縦可能部分１４は、可撓性軸１９の長手方向に沿って取り付けられているガイド１７の間に配置されている１つまたは複数の操縦可能部分１５を含むことができる。軸１９は、任意の弾性材料（例えばステンレス鋼、ニチノール、ゴム、シリコン）から製造された管から作製することができ、一般には、直径５〜１２ｍｍの中実の円柱または中空の円筒（壁厚０．１〜０．５ｍｍ）として成形する。操縦可能部分１５は、長さ５〜３０ｍｍとすることができ、ガイド１７は、制御ワイヤ２２が軸１９から２〜４ｍｍ離れるような寸法とすることができる。ガイドは、軸１９の周囲に固定するための中央リング２３と、制御ワイヤ２２を配設するための、円周に沿って取り付けられたいくつかの（例えば２〜８つの）リング２５とを有する構造とすることが好ましい。
【０１０３】
軸１９の弾性により、操縦可能部分１４または操縦可能部分１５は、１本または複数本の特定の制御ワイヤ２２が引っ張られたときにたわみ、１本または複数本の制御ワイヤ２２が解放されたときにまっすぐになる。軸１９は、１つまたは複数の操縦可能部分１４が４５〜１８０度だけ弾性的にたわむことが可能であるように選択する。
【０１０４】
図９ｃ〜図９ｉは、単体型の操縦可能部分１４の別の実施形態を示している。
【０１０５】
単体型の操縦可能部分１４のこの実施形態は、少なくとも１．４ｍｍの中心孔を有する直径（ＯＤ）５ｍｍとすることができる。単体型の操縦可能部分１４は、ポリマー材料（例えばポリアミド、ポリプロピレン）から構築されており、１０Ｎの引っ張り力において約７ｍｍの曲げ半径で９０度の弾性連接を（繰り返し）提供することができる（ループ形成、空間連接）。引っ張り力が解放されると、弾性力によって操縦可能部分１４が通常のまっすぐな形状に戻る。
【０１０６】
図９ｅは、単体型の操縦可能部分１４の単一ユニット６７を示しており、単一ユニット６７は、１本または複数本の制御ワイヤ２２が引っ張られたときに操縦可能部分１４をたわませ、さらに安定化することができるように設計されている。
【０１０７】
操縦可能部分１４のこの構造の各制御ワイヤ２２（３本の制御ワイヤ２２（２２１，２２２，２２３）を示してある）は、１２０度の円弧を超えるたわみを制御する。このような構造および制御ワイヤ２２の配置によって、３本の制御ワイヤ（２２１，２２２，２２３）すべてが引っ張られたときに操縦可能部分１４が安定化される。
【０１０８】
図９ｆは、図９ｅに示したものなど、いくつかの連続するユニット６７から構築されている単体型の操縦可能部分１４を示している。コネクタ６８は、板ばね状の曲げバー（仮想結合部）として機能する。コネクタ６８が曲がる程度は、ユニットの幾何学形状（図９ｇ）によって制限される。したがって、１つのユニットの互いに対するたわみは、次式によって与えられる。
【０１０９】
【数６】
0006749840.tif 000007
【０１１０】
式中、Ｈはコネクタ６８の厚さ、ｌはその高さである。ｌを大きくしてＨを小さくすることによって、隣り合うユニットの各対の柔軟性が増大し、剛性が低下する。このような構造においては、操縦可能部分１４の長さ（Ｌ）は、所望の曲げ半径によって決まり、２πＲ／４≒Ｌによって表すことができる。
【０１１１】
図９ｈは、さまざまな方向にたわむことが可能となるように、一連の４つのユニット６７に沿ってコネクタ６８が互いにオフセットされている構造を示している。図９ｉは、オフセットされたコネクタ６８を有する１０個の連続するユニット６７を含む操縦可能部分１４（全長約１１ｍｍ）の構造を示している。たわみを示すため、このような一体化された操縦可能部分１４の遠位端部に力７０が印加されている（ワイヤ２２が引っ張られることをシミュレートする）。このような力が解放されると、コネクタ６８によって、操縦可能部分１４がまっすぐな（通常の）形状に弾性的に戻る。
【０１１２】
図９ｅ〜図９ｉに示した構造においては、ｌ＝０．５ｍｍ、Ｈ＝０．９ｍｍのコネクタ６８と、直径５ｍｍのユニット６７とによって、長さ１１ｍｍの操縦可能部分１４を、約１０Ｎの引っ張り力により９０度たわませることが可能である。
【０１１３】
図９ｊおよび図９ｋは、ユニット６７から構築されている可撓性軸７０の別の実施形態を示している。各ユニット６７は上面および下面を有し、これらの各面は、隣接するユニット６７の対向する面と対になる（すなわち上面が下面と対になり、下面が上面と対になる）ように設計されている。図９ｊに示したように、ユニット７４の下面は、ピンと係合する２つの要素７７を含む。ユニット７２の上面は、ユニット７４の要素７７の間の空間にぴったり収まる１つの要素７７を含む。対になると、ユニット７４の要素７７とユニット７２の要素７７がピン７３によって結合され、連接を可能にするヒンジが形成される。任意の数のユニット６７をさまざまな向きに（ヒンジ領域の回転オフセット）互いにピンで結合して、１つまたは複数の方向における連接を形成することができる。
【０１１４】
下の表１は、本発明の教示に従って構築された２つの単体型の連接領域を例示している。
【０１１５】
【表１】
0006749840.tif 000008
【０１１６】
図１２は、材料の特性およびユニットの寸法を、連接領域のサイズおよび特性に基づいて選択するための「アルゴリズム」を記述している。
【０１１７】
本発明の器具１０は、任意の最小侵襲処置において次のように使用することができる。組織壁にアクセス部（access site）を形成し、器具１０の軸をアクセス部を通じて挿入し、インタフェース１８を使用して中に配置する。アクセス部にトロカールを使用する場合、器具１０をまっすぐな形状において挿入する。（撮影によって確認された）対象の組織に器具のエンドエフェクタが位置決めされたら、外科医は、上述したようにインタフェース１８を通じて本器具を操作する。手術が完了した後、外科医は身体から本器具を引き抜き、アクセス部を閉じる。
【０１１８】
器具１０の軸全体のうちの操縦可能部分１４（複数の連結部材から、または単体型の本体として構築されている）を、透明な材料から作製することもできる。透明な材料を使用することによって、器具本体の中に通されている制御ワイヤや光ファイバなどを目視検査することが可能である。
【０１１９】
図１１ａは、透明な連結部材３０から構築されている操縦可能部分１４を示している（図を明瞭にするため連結部材のいくつかを省いた）。光ファイバ６２１，６２２，６２３が、ハンドルから連結部材３０の孔３９を経て操縦可能部分１４まで、軸の中を通っている。図１１ｂは、透明な連結部材を使用して構築されている試作品の画像である。透明な操縦可能部分によって、手術者は制御ワイヤ２２２，２２３およびプッシュプルケーブル２１（push pull cable）を連結部材３０の透明な本体を通して確認することが可能である。
【０１２０】
ハンドルにおける光ファイバ６２１，６２２，６２３の近位側に、照明光源を結合することができる。照明がオンであるとき、透明な連接部は操縦可能部分１４から光を放射する。光は手術者または助手によって見えるようにすることができ、またはツールの先端付近の組織の患者のＣＴデータやＭＲＩデータなどのデータを手術者に表示するためのスイッチとしての役割を果たすことができる。さらに、光は、ツールまたはその操縦可能部分１４の位置を追跡する役割を果たすこともできる。
【０１２１】
本明細書では、語「約」は±１０％を意味する。
【０１２２】
本発明のさらなる目的、利点、および新規の特徴は、以下の例（本発明を制限するようには意図されていない）を検討することによって、この技術分野における通常の技能を有する者に明らかになるであろう。
【実施例】
【０１２３】
次に、以下の例を参照し、この例は、上の説明と合わせて、本発明を制限することなく本発明を例証する。
【０１２４】
試作器具における力の測定
【０１２５】
試作器具の操縦可能部分を４５゜および９０゜たわませるのに必要な力を求める目的と、４５゜および９０゜に達するのに必要なワイヤの移動長さを測定する目的で、試験を実施した。２つの試作器具を製作した。力を試験するために使用した連接部は、図５で詳しく説明した連接部である。２種類の操縦可能部分（直径５ｍｍの連結部材から構築されている操縦可能部分と、直径５ｍｍの連結部材および直径８ｍｍの連結部材から構築されている操縦可能部分）を試験した。操縦可能部分それぞれは、ラピッドプロトタイピングプリンタによって製作された９つの連結部材を含んでいた。
【０１２６】
方法
【０１２７】
試作器具の軸をテーブルに固定し、制御ワイヤのうちの１本が軸の上面に位置するように配置した。この制御ワイヤに力測定装置（日本電産シンポ社のＦＧＮ−５ｂ）を取り付け、まっすぐなレールに固定した。力を測定する目的で、連接部の所望の角度に達するまで、力測定装置を軸から離れる方向に駆動した。力を記録し、力測定装置の移動距離を測定した。
【０１２８】
結果
【０１２９】
下の表２は、２つの試作器具および従来技術のＣａｍｂｒｉｄｇｅ社の連接ユニットの試験結果をまとめたものである。
【０１３０】
【表２】
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【０１３１】
この表に提示した結果によって示されているように、本発明の操縦可能部分をたわませるのに必要な力は、市販のツール（ＣａｍｂｒｉｄｇｅＥｎｄｏ社）をたわませるのに必要な力の１０％および１５％（それぞれ本発明の８ｍｍの器具および５ｍｍの器具）であった。
【０１３２】
したがって、本発明の器具の設計では、操縦可能部分をたわませるのに必要な手術者による力が大幅に小さい（１／６〜１／１０）。これにより、外科医は、大きな力を加える必要なしに手操作のハンドルを使用して手術を行うことが可能になり、したがって操作性が相当に改善され、器具に関連する疲労が減少する。さらに、電気機械式ハンドルと組み合わせて使用するときには、本発明の器具は、大型のモータおよびバッテリを必要とせず、小型のモータおよびバッテリパックを使用して十分に動作し、これにより器具が相当に軽量化され、その操作性が向上する。
【０１３３】
本発明の器具の別の利点は、図１０ａ〜図１０ｃに示してあり、これらの図は、本発明の器具によって可能な連接部の範囲およびたわみ角度を実証している。本発明の器具は、連結部材の構造と、特に器具内のケーブルの独自の配設によって、２次元および３次元の連接と、１８０度を超えるたわみを形成することができる。
【０１３４】
説明を明瞭にするために個別の実施形態に関連して説明した本発明の特定の特徴は、１つの実施形態において組み合わせて提供することもできることを理解されたい。逆に、説明を簡潔にするために１つの実施形態に関連して説明した本発明のさまざまな特徴を、個別に提供する、あるいは任意の適切な部分的組合せにおいて提供することもできる。
【０１３５】
ここまで、本発明について、その特定の実施形態に関連して説明してきたが、当業者には、数多くの代替形態、修正形態、および変形形態が明らかであろう。したがって、添付の請求項の要旨および広い範囲内に含まれる代替形態、修正形態、および変形形態は、すべて本発明に包含されるものとする。本明細書に記載されているすべての刊行物、特許、および特許出願は、これら個々の刊行物、特許、および特許出願それぞれが、参照によって本明細書に組み込まれることを明示的かつ個別に示されている場合と同じように、それぞれの内容全体が参照によって本明細書に組み込まれている。さらには、本出願において参考文献が引用または特定されていることは、そのような参考文献が本発明の従来技術として利用可能であることを認めるものとして解釈されない。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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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８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図８−４】
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【図８−５】
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【図８−６】
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【図８−７】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図９−４】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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