(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療処置を仮想患者のシミュレーション解剖模型で行うべくユーザがシミュレーションシステムと対話できるように医療器械に対応する周辺機器をシミュレーションシステムに接続するためのインタフェース装置において、前記インタフェース装置が、
ユーザが選択的に操作できる、医療器械に対応する周辺機器、
前記周辺機器を受け取るためのオリフィス、
前記周辺機器と係合し、それで前記インタフェース装置が該周辺機器の操作を測定できるようにする捕捉機構、および
前記捕捉された周辺機器の操作を測定し、該操作と関連する情報を、前記測定された操作に従って前記対応する医療器械による医療処置の実行をシミュレーションするシミュレーションシステムに伝送するセンサアセンブリ
を具備するインタフェース装置であって、
前記捕捉機構が、
前記周辺機器と係合する掴み部材、および
前記掴み部材を作動させ、前記周辺機器の操作に応答して該周辺機器と係合させるアクチュエータ
を含み、
前記掴み部材が前記周辺機器を受け取る管形部材を含み、前記アクチュエータが、
前記管形部材の横断面寸法を調整し易くするために、前記インタフェース装置に相対する前記周辺機器の並進動作に応答して該管形部材を伸縮させるばね
を含み、
前記ばねが前記インタフェース装置への前記周辺機器の挿入に応答して伸張すると、前記管形部材が伸び、これで、前記管形部材の横断面寸法が減少して前記周辺機器と係合するようになり、また、前記ばねが前記インタフェース装置からの前記周辺機器の引き抜きに応答して圧縮されると、前記管形部材が圧縮され、これで、前記管形部材の横断面寸法が増大して前記周辺機器からはずれるようになる
ことを特徴とするインタフェース装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインタフェース装置において、さらに、前記捕捉機構にバイアスをかけて開状態にし、それで、前記周辺機器を捕捉機構内において進入および解放できるようにするためのバイアス装置を含むことを特徴とするインタフェース装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインタフェース装置において、さらに、第１と第２のサポート、ならびに、前記周辺機器を前記オリフィスから受け取り、これを前記捕捉機構を介して前記センサアセンブリに結合するための結合機構を含み、前記センサアセンブリが前記第１と第２のサポートの間に位置し、前記捕捉機構が前記結合機構の近位端に位置し、前記バイアス装置が、
前記結合機構の遠位部分に取り付けられた第１の磁石、および
前記第１のサポートに取り付けられた第２の磁石
を含み、
該第１と第２の磁石の引力によって前記ばねが圧縮状態になるようにバイアスがかけられ、これで、前記管形部材の横断面寸法の増大、ならびに前記捕捉機構内における前記周辺機器の進入および解放が容易になる
ことを特徴とするインタフェース装置。
【請求項４】
ユーザが選択的に操作できる、医療器械に対応する周辺機器と、前記周辺機器の操作を測定するセンサアセンブリを有するインタフェースにおいて、該インタフェースを介して、医療処置を仮想患者のシミュレーション解剖模型で行うためにユーザがシミュレーションシステムと対話できるようにする方法において、
（ａ）周辺機器を前記インタフェース装置にオリフィスを介して挿入し、前記周辺機器を前記インタフェースの内部で選択的に操作し、
（ｂ）前記周辺機器を捕捉機構を介して係合させ、それで前記インタフェースが該周辺機器の操作を測定できるようにし、
（ｃ）捕捉された周辺機器の操作をセンサアセンブリにより測定し、
（ｄ）測定された操作と関連する情報をインタフェースからシミュレーションシステムに伝送し、それで、測定された操作に従って対応する医療器械による医療処置の実行をシミュレーションするようにする、
各段階を具備した方法であって、
捕捉機構が掴み部材およびアクチュエータを含んでおり、段階（ｂ）がさらに、
（ｂ．１）周辺機器の掴み部材への操作に応答してアクチュエータを介して掴み部材を作動させ、周辺機器と係合させるようにする
段階を含み、
掴み部材が、捕捉機構の近位端と遠位端の間に配置された管形部材を含んでおり、アクチュエータが、該管形部材にかぶさるように配置してあってかつ該管形部材を伸縮させるばねを含んでおり、段階（ｂ．１）がさらに、
（ｂ．１．１）インタフェースへの周辺機器の挿入に応答してばねを伸張させることによって管形部材の横断面寸法を減少させ、それで、周辺機器と係合させるようにし、
（ｂ．１．２）インタフェースからの周辺機器の引き抜きに応答してばねを圧縮することによって管形部材の横断面寸法を増大させ、それで、周辺機器を解放するようにする
各段階を含むことを特徴とする前記方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、さらに、前記捕捉機構にバイアスをかけて開状態にし、それで、前記周辺機器を捕捉機構内において進入および解放できるようにすることを特徴とする前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互参照］
本発明は、１９９６年９月４日に出願された発明の名称「干渉型放射線医療用インタフェース装置及び方法」の米国仮特許出願第６０／０２５，４３３号から優先権主張する１９９７年９月４日に出願された発明の名称「干渉型放射線医療用インタフェース装置及び方法」の米国特許出願第０８／９２３，４７７号の一部継続出願である。加えて、本出願は、１９９８年１月２８日に出願された発明の名称「内視鏡処置シミュレーションシステム及び方法」の米国仮特許出願第６０／０７２，６７２号から、１９９８年１０月２６日に出願された発明の名称「ピボット式エントリサイトを含む内視鏡手術シミュレーションシステム及び方法」の米国仮特許出願第６０／１０５，６６１号から、及び１９９９年１月２１日に出願された発明の名称「血管内処置シミュレーションシステム及び方法」の米国仮特許出願第６０／１１６，５４５号から優先権主張する。前述の特許出願の開示内容は、そのままそっくり参考としてこの特許明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、全体として、１９９６年９月１９日に公開された発明の名称「コンピュータベースの医療処置シミュレーションシステム」の国際特許出願公開第ＷＯ９６／２８８００号公報及び前述の特許出願の中で開示された種類のコンピュータ化シミュレーションシステムに関するものである。前記国際特許出願公開の開示内容は、そのままそっくり参考としてこの特許明細書に組み入れられる。特に、本発明は、コンピュータ化医療処置シミュレーションシステムのためのインタフェース装置、医療処置の現実的シミュレーションが強化できるように医療処置の様々なステップを踏む中で医師が使用する模擬又は現実の医療器械の形の周辺機器を含むインタフェース装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
通常、患者に切開手術を施す必要がありそうな治療を完遂するためには、内視鏡使用又は介入型の放射線医療処置のような侵害の最も少ない医療処置を医師が利用してよい。例えば、血管内の閉塞を開き、なくすために、血管造形バルーン処置を医師が利用してよく、他方、身体患部における医療処置を観察及び／又は実行するために、内視鏡的処置を医師が利用してよい。
【０００４】
内視鏡使用又は介入型の放射線医療処置のような侵害の最も少ない医療処置を実行する場合は、患者に重大な傷害を負わせるかもしれない合併症及び／又は患者に切開手術を施す必要が生じるかもしれない合併症を避けるために相当の熟練を要する。例えば血管造形バルーン処置の場合、医師は、ガイドワイヤ、カテーテル及びシースを動脈網の中に閉塞点まで通し、そこでバルーンを膨らまして閉塞を無くす一方、動脈壁の破裂や切り裂けのような考え得る多数の合併症を避けることを要求される。そこで、医師は、患者に対するかかる種類の処置を成功裡に実行するために侵害の最も少ない医療処置を実行するのに必要な熟練レベルと経験を獲得する必要がある。
【０００５】
生身の患者に対して侵害の最も少ない医療処置を実践することがすぐれた訓練成果をもたらすが、普通、特定の生身の患者に施す処置は１回しか許されず、患者に対する重大な傷害を避けるために処置を監督、監視する熟練の医師の立ち会いを必要とする。更に、生身の患者に対する侵害の最も少ない外科的処置において医師又は他の医療専門家を訓練するためには、それに相応しい施設や設備（例えば病院施設や病院設備）が必要となり、これにより、かなりの費用が生じ、処置の実践が特定の時間と場所に制限されることになる。その上、特定の生身の患者一人に処置を施すことができるのは医師一人だけであるから、侵害の最も少ない外科的処置を実践する医師の数は厳しく制限されており、これにより、かかる種類の処置を行うのに十分な経験を獲得できる医師の数は限られている。
【０００６】
先行技術は、侵害の最も少ない医療処置を行う医師又は他の医療専門家を訓練するのに生身の患者を利用することの前述の欠点を克服しようとした。特に、米国特許第４，９０７，９７３号（Ｈｏｎ）は、現実的な内部環境を模型化するための専門システムシミュレータを開示している。シミュレータは内視鏡的処置のシミュレーションに利用してよく、これにより、模擬の内視鏡が模型に挿入され、その中で操作される。模型は、模擬の身体患部及び内視鏡の位置を検出する複数のセンサを含む。コンピュータがセンサからの信号を受け取り、この信号に従って、現実の手術の間に測定された内視鏡位置から観察された眺めを表すデータを検索する。データは引き続きビデオディスプレイに表示され、これにより、表示された像は模型内部の内視鏡の動きに基づいて調整される。あるいは、シミュレータは血管造形バルーン手術のシミュレーションに利用してよく、これにより、模擬のカテーテルが、内部動脈模型装置に挿入され、その中で操作される。内部動脈模型装置は、模擬の動脈路と、挿入されたカテーテルがこの血管の中を進む様子を追跡するセンサを含んでもよい。コンピュータが、内部センサから受信したデータに基づいて記憶装置からのデータを検索、処理し、処理後のデータをディスプレイに送信する。こうして、現実的な環境をシミュレーションする画像（例えば動脈網内部のカテーテルの眺め）がディスプレイに表示される。
【０００７】
米国特許第４，６４２，０５５号（Ｓａｌｉｔｅｒｍａｎ）は、血行動態の監視において医療専門家に豊富な経験を得させる血行動態監視訓練システムを開示している（例えば、心肺疾患の種類又は範囲を特定し、治療策を評価し、心機能を監視するために心内圧、肺動脈圧及び肺楔入圧を測定する目的でカテーテルを末梢静脈から心臓経由で肺血管に通すカテーテル法）。このシステムは、訓練装置、コンピュータ、ディスプレイ、キーボード及びマウスを含み、カテーテル測定プロセスをシミュレーションする。末端にバルーンを配したカテーテルを訓練用人体模型の中にカテーテル挿入点から挿入する。バルーンは、カテーテル先端が心臓を通過するのを助けるために膨らませるのが代表的であるが、肺動脈の中で肺楔入圧を測定するために膨らませてもよい。人体模型は、挿入点から内部に延びる静脈の代わりとなるチューブ、及び挿入されたカテーテル先端の前進度を測定する位置センサを含む。センサデータから、コンピュータは、訓練用人体模型内部のカテーテルの動きに基づいて、対応する実際の人体内部のカテーテル先端の位置を特定できるようになる。コンピュータは、訓練装置から信号を受け取り、心臓と血管を通過するカテーテルのシミュレーションされた動きを示す蛍光透視鏡のシミュレーションされた像をディスプレイに送る。
【０００８】
Ｈｏｎ及びＳａｌｉｔｅｒｍａｎのシステムは、いくつかの欠点を持っている。特に、これらのシステムは物理的模型を利用し、これにより、医療処置の訓練が、この模型によって限定された特定の身体領域又は動脈路に制限されている。更に、物理的模型の使用が、シミュレーションの現実感を薄め、シミュレーション訓練の利益を減少させる。というのは、模型は大体、実際の身体と同じ複雑な解剖学的構造を持たないのが普通であり、医師又は他の医療専門家に同じ解剖学的構造の模型で処置を行うのに慣れさせてしまうからである。Ｈｏｎ及びＳａｌｉｔｅｒｍａｎのシステムの内部で別の身体領域において、又は異なる動脈路を通して処置を行うとなると、新しい模型か既存模型の大幅変更かが必要となり、その結果、システムの融通性が制限され、システムコストが上がることになる。その上、Ｓａｌｉｔｅｒｍａｎのシステムは、コンピュータ制御によって力を器械にフィードバックすることを見込んでおらず、これにより、シミュレーションの現実感は薄められ、シミュレーション訓練の利益は減少させられる。換言すれば、Ｓａｌｉｔｅｒｍａｎのシステムは、実際の医療処置の間に器械に加えられる力の感覚がコンピュータによってシミュレーションされることを見込んでいない。
【０００９】
上に述べた物理的模型を利用することの欠点を克服するため、医療処置シミュレーションシステムの場合は、バーチャルリアリティ技術を利用して仮想の身体患部に施される医療処置をシミュレーションする。こうしたシステムでは、ユーザがシミュレーションシステムと対話できるようにするために様々なタイプのインタフェース装置を利用するのが代表的である。加えて、実際の医療処置の間に遭遇した力をシミュレーションするためにインタフェース装置がユーザへの力フィードバックを見込んでいてよい。例えば国際特許出願公開第ＷＯ９５／０２２３３３号公報（Ｊａｃｏｂｕｓ他）は、バーチャルリアリティ技術と力フィードバックを利用して内視鏡医療処置を精確にシミュレーションする医療処置シミュレーションシステムを開示している。システムは、ディスプレイ装置、電源装置、図形／像処理エンジン及び記憶モジュールを含むほか、医療器械の「感覚」を作る力フィードバック及び器械と解剖学的シミュレーションシステムとの対話を見込むプログラマブル触覚／力反射機構（例えばインタフェース装置内部に配置された）を含む。力フィードバックは、触覚／力反射機構によって４軸装置経由で実行されるのが代表的であり、この場合、４軸装置が、医療器械を代表する部材の操作に応答してその部材を通して力とトルクをユーザの手に伝える働きをする。力とトルクは、部材の位置に基づき、ある器官の幾何学模型の特性又は医療処置環境のバーチャルリアリティシミュレーションに関連する形でユーザの手に加えられる。この力とトルクは、シミュレーションの間に現実的感覚がもたらされるように部材を操作する４つのサーボモータによって発生させるのが代表的である。
【００１０】
米国特許第５，６２３，５８２号（Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ）は、バーチャルリアリティシミュレーションシステムとの併用にとって代表的な人間／コンピュータインタフェースツールを開示している。インタフェースツールは、望ましくは、外科用具のシャフト等のほぼ円筒形の物体をシステムコンピュータにインタフェース接続し、これで、コンピュータが、物体に加えられた力のフィードバックをもってバーチャルリアリティシミュレーションを提供する信号を発生できるようにしている。インタフェースツールは、サポートに結合させられた２つの自由度を有するジンバル機構を含み、また望ましくは、３つの電気機械変換器を含む。物体は、ジンバル機構が係合した時、３つの自由度をもって球形座標空間の中を動いてよく、これにより、各変換器が物体と関連させられ、その動きのそれぞれの自由度を感知する。インタフェースツールはまた、物体の軸中心回転を測定するために第４の変換器を利用してよい。あるいは、インタフェースツールは、代表的に動きに２つの自由度を有するカテーテルを利用するカテーテル挿入バーチャルリアリティシステムを収納してよく、これにより、インタフェースツールは、カテーテルと関連させられ、カテーテルの並進と回転をそれぞれ感知する２つの変換器を含む。インタフェースツールの変換器は、物体にかかる力をユーザへの力フィードバックが可能となるように伝えるアクチュエータを含んでもよい。
【００１１】
米国特許第５，８２１，９２０号（Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ他）は、細長いたわみ性物体を、物体受取部分と回転変換器を含む電気システムとインタフェース接続するための装置を開示している。回転変換器は、細長い物体が物体受取部分と係合した時、この物体の回転動作を特定し、物体と電気システムの間の電気機械インタフェースを提供する。回転変換器は更に、物体の並進動作についても物体と電気システムの間の電気機械インタフェースを提供できるようにアクチュエータと並進変換器を含んでもよい。外部シャフトと細長いたわみ性物体を有する装置を収納するためにタンデム構成利用してよい。この構成は、それぞれ外部シャフトと細長いたわみ性物体を収納する第１と第２の物体受取部分を含む。第１と第２の物体受取部分は各々、アクチュエータと並進変換器を有し、これにより、回転変換器が第２の物体受取部分に回転結合させられている。別の実施例では、物体受取部分がジンバル装置の一部であってよい。インタフェース装置の変換器は、細長い物体の動きを感知するための入力変換器として作ってあっても、細長い物体にかかる力を伝えるための出力変換器として作ってあってもよい。
【００１２】
米国特許第５，７０４，７９１号（Ｇｉｌｌｏ）は、患者の像データを使って外科的処置のシミュレーションを可能にする仮想外科手術システムと、外科医が実際の処置において使用する物理的器械をシミュレーションする装置を開示している。三次元データセット１組で解剖学的構造の部分１つに相当する像データがコンピュータのメモリに保存され、これにより、ユーザ入力装置が像データを通して使用される一方、像データがディスプレイで見られるようになる。この像データと入力装置の操作に基づいて仮想外科手術のシミュレーションを行ってよい。更に、物理的拘束模型及び仮想ツールと像データの壁又は縁との衝突の検出に基づいて力フィードバックを準備してよい。その上、実際の外科的処置のデータを記録するのにバーチャルシミュレータを利用してよく、あるいは、これを遠隔手術装置として利用してもよい。加えて、システムの外科手術シミュレータ用ユーザ入力装置が第１の仮想スコープ装置を含み、これが、第１の仮想オリフィスとボックス装置の中を通って延びるホースの一端位置に取り付けられる。第１の仮想オリフィスは、ボックス装置の頂部に取り付けてあって、ホースを収納し、ボックス装置の方は、力フィードバックを扱い、更にこの力フィードバックをホースに施すことのできる装置を含む。第２の器械が、第１の仮想スコープ装置の中で限定又は画定された第２の仮想オリフィスを通って延びるシャフトに取り付けてある。第１の仮想スコープ装置、第２の器械及び／又は第１と第２の仮想オリフィスからの信号がコンピュータに送られ、これで、外科的処置のシミュレーションが可能となる。
【００１３】
上に述べたバーチャルリアリティシステムは、いくつかの欠点を持っている。特に、バーチャルリアリティシステムは通常、物体を確実に把持、捕捉する機構を使わずに細長い物体をインタフェース接続するので、これにより、物体の動きを測定する精度が落ちる。更に、バーチャルリアリティシステムは通常、入れ子式器械アセンブリの中に限られた数量の器械を収納し、シミュレーションの間の器械の交換を許さないので、これにより、シミュレーション訓練の利益は減少する。なぜなら、医療専門家は、収納された器械を使って医療処置の部分々々についての経験を獲得するしかないからである。同様に、バーチャルリアリティシステムは通常、互いに独立した形で挿入された限られた数量の器械か、単独の入れ子式器械アセンブリかどちらかを収納するので、これにより、収納された器械を使ってのシミュレーション訓練が、特定の処置又は部分々々の処置に限られる（例えばシステムは、互いに独立した形で挿入された複数の入れ子式器械アセンブリ、又は互いに独立した形で挿入された複数の器械で、そのうちの１つが１つの入れ子式器械アセンブリであるような器械を収納しないのが一般的である）。その上、バーチャルリアリティシステムは、固定エントリサイトを含むのが代表的であり、これにより、シミュレーションされる処置は、特定の患者又は特定の向きのエントリサイトに限られる。加えて、Ｊａｃｏｂｕｓ及びＲｏｓｅｎｂｅｒｇ（米国特許第５，６２３，５８２号）のシステムは通常、単独器械に力フィードバックを提供するのに複数のアクチュエータを使用するので、これにより、システムの複雑さとコストが増す。
【００１４】
外科手術シミュレーションシステムのための別のコンピュータインタフェース装置が含むのは、Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ社（カリフォルニア）が製造した浸漬型プローブ「Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ＰＲＯＢＥ」である。このインタフェース装置は、８つの自由度を有する軽量のリンク機構に支持されたペン形スタイラスを含み、このスタイラスの位置と向きをコンピュータにシリアルポートインタフェース経由で報告する。リンク機構の継手部分にセンサが配置してあり、スタイラスの空間座標（すなわちＸ、Ｙ、Ｚ）と向き（すなわちローリング、ピッチング、ヨーイング）をコンピュータに送る。但し、このインタフェース装置は、普通の医療器械に似ておらず、コンピュータ制御による力フィードバックをインタフェース装置に適用する仕方を備えておらず、これにより、シミュレーションの現実感は薄められ、シミュレーション訓練の利益は減少させられる。
【発明の概要】
【００１５】
従って、本発明の目的は、医療処置の様々な面の現実的シミュレーションを可能にするために、模擬の医療器械の形の様々な周辺機器を医療処置シミュレーションシステムにインタフェース装置経由でインタフェース接続することによって医療処置シミュレーションシステム内部の現実感を強めることである。
【００１６】
本発明の別の目的は、医師が医療処置の重要部分をシミュレーションできるようにするために、シミュレーションされる医療処置の間に様々な医療器械の交換を可能にすることによって医療処置の強化訓練を医師に提供することである。
【００１７】
本発明のなお別の目的は、互いに独立した形で挿入された複数の医療器械（例えば入れ子式の器械アセンブリを含んでいてよい）を医療処置の間に現実的にシミュレーションできるようにするために、かかる器械を医療処置シミュレーションシステムにインタフェース装置経由でインタフェース接続することによって医療処置の強化訓練を医師に提供することである。
【００１８】
本発明のなお別の目的は、インタフェース装置捕捉機構を介して器械を確実に把持、捕捉することによってインタフェース装置内部の器械の動作の測定を強化することである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、患者に対する医療処置を異なる位置で現実的にシミュレーションできるようにするために、患者エントリサイトを様々な向きに操作できるようにすることによって、医療処置シミュレーションシステム内部の現実感を強め、医療処置の強化訓練を医師に提供することである。
【００２０】
上記の目的は、個々別々に、又は組み合わされた形で達成される。付記の請求項によって明確に要求されない限り、本発明を、２つ以上の目的が組み合わされることを要求するものとの解することは、意図していない。
【００２１】
本発明によれば、代表的にコンピュータシステムとディスプレイを含む医療処置シミュレーションシステムに器械をインタフェース接続するためのインタフェース装置及び方法は、医療処置のシミュレーションを可能にするために、医療処置シミュレーションシステムコンピュータに模擬の医療器械の形の周辺機器をインタフェース接続するのに役立つ。インタフェース装置は、内視鏡チューブのような模擬の器械をオリフィス経由でインタフェース装置に挿入し易くするために模擬の身体患部を有するハウジングを含む。模擬の身体患部は、患者の様々な向きがシミュレーションされるように旋回可能であってよい。内視鏡チューブは、オリフィスとガイドチューブを横断し、引き続き、内視鏡チューブの回転動作と並進動作を測定するために捕捉機構によって係合される。捕捉機構は、外側チューブ内部に摺動可能な関係で配置された内側チューブの近位端に配置してあり、これにより、外側チューブはガイドチューブから内視鏡チューブを受け取る。内側チューブの遠位端は、内側チューブの、従ってまた、内視鏡チューブの回転を測定する回転測定エンコーダを有するトロリアセンブリに取り付けてあり、これにより、トロリアセンブリは、第１のプーリと第２のプーリの間とその周囲を回るベルトに結合させられる。第１のプーリの付近には、ベルト又はトロリアセンブリの動作に基づいてプーリの回転を測定する並進測定エンコーダが配置してあり、これにより、内視鏡チューブの並進動作が指示される。第２のプーリの付近には、プーリの回転及びベルト又はトロリアセンブリの動作を阻止又は強化するアクチュエータが配置してあり、これにより、内視鏡チューブに力フィードバックが提供される。測定された動作はコンピュータシステムに提供され、これで、器械の動作がシミュレーションの間にディスプレイに反映される。
【００２２】
あるいは、インタフェース装置は、キャリヤアセンブリ経由で器械の動作を測定するように構成してよい。器械はインタフェース装置に挿入され、キャリヤアセンブリにまで延びる。キャリヤアセンブリは、回転動作を測定するために１組のねじを介して器械と係合する回転可能なシャフトを有する回転測定エンコーダを含む。キャリヤアセンブリは、第１のプーリと第２のプーリの間とその周囲を回るベルトに取り付けてある。第１のプーリの付近には、キャリヤアセンブリの動作に基づいてプーリの回転を測定する並進測定エンコーダが配置してあり、これにより、器械の並進動作が指示される。第２のプーリの付近には、プーリの回転及びベルト又はキャリヤアセンブリの動作を阻止するアクチュエータが配置してあり、これにより、器械に力フィードバックが提供される。
【００２３】
インタフェース装置は更に、キャリッジアセンブリ経由で器械の動作を測定するように構成してあってもよい。器械はインタフェース装置に挿入され、ベローズを通ってキャリッジアセンブリにまで延びる。ベローズは、器械の座屈を防ぐために一連のスタビライザ開口を含む。キャリッジアセンブリは、器械を把持するコレットアセンブリの形の捕捉機構と、器械の回転動作を測定する回転測定エンコーダを含む。キャリッジアセンブリ上部に向けて、キャリッジアセンブリの並進動作を、従ってまた、器械の並進動作を測定する並進測定エンコーダがエンコーダストリップ付近に配置してある。キャリッジアセンブリは、第１のプーリと第２のプーリの間とその周囲を回るベルトに連結してある。第１のプーリの付近には、プーリの回転及びキャリッジアセンブリの動作を強化又は阻止するアクチュエータが配置してあり、これにより、器械に力フィードバックが提供される。この構成は更に、複数の入れ子式器械を有する器械アセンブリを収納する複数のキャリッジアセンブリを含んでもよく、これにより、各キャリッジアセンブリは、特定寸法のコレットアセンブリを含み、上に述べた通り、特定器械を把持し、その動作を測定し、力フィードバックを提供する。加えて、インタフェース装置は、互いに独立した形で挿入された複数の器械を同時に収納するように平行の関係で配置された、上に述べた構成のキャリッジアセンブリを含んでもよい。
【００２４】
本発明の上記の、また、別のさらなる目的、特徴及び利点は、以下の実施例の詳細な説明から明らかとなり、また、添付図面を参照すると特に明らかとなる。図面では、同じ構成要素を表すのに同じ参照番号が付けてある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるインタフェース装置を包含する医療処置シミュレーションシステムのブロック図である。
【図２】図１の医療処置シミュレーションシステムのためのディスプレイの一例の略図である。
【図３】図１の医療処置シミュレーションシステムのインタフェース装置の部分断面側面図である。
【図４】図３のインタフェース装置の器械捕捉機構の部分断面側面図である。
【図５】内視鏡誘導チューブを受容又は解放するための拡張状態にある図４の器械捕捉機構の部分断面側面図である。
【図６】内視鏡誘導チューブと係合するための圧縮状態にある図４の器械捕捉機構の部分断面側面図である。
【図７】本発明によるピボット式エントリサイトを包含する医療処置シミュレーションシステム用インタフェース装置の部分断面側面図である。
【図８】本発明による器械捕捉機構を包含するインタフェース装置用動作通信チューブの立面図である。
【図９】本発明によるワイヤ、カテーテル及びシースを収納するインタフェース装置を有する図１の医療処置シミュレーションシステムのブロック図である。
【図１０】ワイヤ、カテーテル及びシースのアセンブリの一例の側面図である。
【図１１ａ】本発明による医療処置シミュレーションシステムにカテーテルをインタフェース接続するためのインタフェース装置の部分断面側面図である。
【図１１ｂ】図１１ａのインタフェース装置のキャリヤの部分断面側面図である。
【図１２】本発明による図１１ａのインタフェース装置の変更可能な一実施例の分解斜視図である。
【図１３ａ】図１２のインタフェース装置のキャリッジアセンブリの分解斜視図である。
【図１３ｂ】図１３ａのキャリッジアセンブリの分解斜視図である。
【図１４ａ】器械捕捉／急速解放機構の動作を示す、図１２のインタフェース装置のキャリッジアセンブリの部分断面側面図である。
【図１４ｂ】器械捕捉／急速解放機構の動作を示す、図１２のインタフェース装置のキャリッジアセンブリの部分断面側面図である。
【図１４ｃ】器械捕捉／急速解放機構の動作を示す、図１２のインタフェース装置のキャリッジアセンブリの部分断面側面図である。
【図１４ｄ】器械捕捉／急速解放機構の動作を示す、図１２のインタフェース装置のキャリッジアセンブリの部分断面側面図である。
【図１５】本発明による、互いに独立した形で挿入された複数の器械を収納する図１２のインタフェース装置の変更可能な一実施例の分解斜視図である。
【図１６】本発明によるワイヤ、カテーテル及びシースのアセンブリを収容するための複数のキャリッジアセンブリを包含する図１５のインタフェース装置のインタフェース装置構成の部分断面側面図である。
【図１７ａ】本発明による自動捕捉／解放機構を有する複数のキャリッジアセンブリを包含する図１５のインタフェース装置のインタフェース装置構成の部分断面側面図である。
【図１７ｂ】本発明による自動捕捉／解放機構を有する複数のキャリッジアセンブリを包含する図１５のインタフェース装置のインタフェース装置構成の部分断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
医療処置、望ましくは気管支鏡検査、喉頭鏡検査、胃鏡検査、結腸鏡検査、Ｓ字結腸鏡検査、関節鏡検査、腹腔鏡検査、尿管鏡検査等の内視鏡処置をシミュレーションするためのシステム全体を図１に示す。特に、医療処置シミュレーションシステムは、コンピュータシステム２５、インタフェース装置２０、実際又は模擬の内視鏡２２、及びコンピュータシステム２５とインタフェース装置２０と実際又は模擬の内視鏡２２の間で信号を転送するための通信インタフェース２４を含む。コンピュータシステム２５は、望ましくは、モニタ２８、ベース２６（例えばプロセッサ、メモリ及び付属のハードウェアを含む）、キーボード２７及びマウス２９を含み、代表的にはＩＢＭ社、Ｄｅｌｌ社又はＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ社が製造するような従来型又は市販のワークステーションによって実現させられる。コンピュータシステムは、ソフトウェアを介して内視鏡処置又は他の医療処置（例えば干渉型放射線医療処置）をシミュレーションする一方、シミュレーションされた特定の身体患部（例えば複数の分枝を有する気管気管支樹枝）をモニタ２８に表示する。シミュレーションディスプレイは、望ましくは、内視鏡に統合されたファイバ光学カメラシステムによって検索された像の内視鏡ビデオ表示をエミュレートする。気管気管支樹枝を表示するシミュレーションシステムのディスプレイの一例を図２に示す。
【００２７】
インタフェース装置２０は、実際又は模擬の内視鏡２２を受け取るための、鼻孔、咽喉、肛門又は穿刺孔（例えばトロカールであけた）を模したようなオリフィスを少なくとも１つ含む。内視鏡２２は、代表的には、ハンドル２１、作業チャンネル１５、作業チャンネルツール２３、つまみレバー１９及びスイッチ１８を含む。内視鏡は、代表的には、インタフェース装置オリフィスに挿入され、シミュレーションされた内視鏡処置を実行するように操作される。インタフェース装置２０は、内視鏡２２及び作業チャンネルツール２３の操作を測定し、この測定された操作を指示する信号をコンピュータシステム２５に提供する。コンピュータシステム２５は、この信号を、モニタ２８に身体患部（例えば図２に示す通りの気管気管支樹枝）が表示されるように処理する一方、内視鏡２２の操作（例えばスイッチ１８及びつまみレバー１９の操作を含む）及び作業チャンネルツール２３の操作が反映されるようにディスプレイを調整する。コンピュータシステム２５は更に、内視鏡の操作に基づいて内視鏡に力フィードバックを提供する。通信インタフェース２４は、操作信号及び力フィードバック信号をコンピュータシステム２５とインタフェース装置２０と内視鏡２２の間で転送する。
【００２８】
作業チャンネルツール２３は、例えば穿刺針付き経気管支生検ツール、把持式気管支生検ツール、鉗子、レーザー、又は内視鏡処置の間に内視鏡作業チャンネルに挿入されこれを介して操作されうる他の器械等々、様々な装置のシミュレーションを可能にする。作業チャンネルツールは、実際の生検ツール、鉗子又は経気管支生検ツールに取り付けられたケーブルに類似する。シミュレーションシステムのための模擬の内視鏡は、代表的には、約１０インチ（約２５ｃｍ）の作業チャンネルツールを含み、この作業チャンネルツールを内視鏡の中と外で約３インチ（約７．６ｃｍ）動かせるようにすることも、全部取り外して異なる作業チャンネルツールと取り替えられるようにすることもできる。作業チャンネルツールの並進動作と回転動作は、通常、内視鏡内部に配置されたエンコーダ（図示なし）によって測定される。作業チャンネルは、作業チャンネルツール２３に力フィードバックを提供するアクチュエータを任意に含んでもよい。
【００２９】
内視鏡処置シミュレーションシステムのためのインタフェース装置２０の一例を図３に示す。詳記すれば、インタフェース装置２０は、代表的には内視鏡を受け取るためのオリフィスを有する模擬の身体患部を含む。例のみによれば、インタフェース装置は、内視鏡２２、代表的には気管支鏡を受け取るための鼻孔３６を有する模擬の頭部６２を含む。内視鏡２２は、鼻孔３６に挿入される誘導チューブ４９を含む。鼻孔３６に隣接してガイドチューブ３４が配置してある。ガイドチューブ３４は、横断面寸法が誘導チューブのそれより大きく、これで、誘導チューブがガイドチューブの中を通って器械捕捉機構３８にインタフェース接続できるようになっている。ガイドチューブ３４は、鼻孔３６から延び、外側チューブ５８をインタフェース接続できるように約９０度曲がる。外側チューブ５８は、該外側チューブとガイドチューブ３４の間にステップ又はショルダ１０４が形成されるように横断面寸法が該ガイドチューブのそれより大きくなっている。外側チューブ５８の中に内側チューブ５６が配置してあり、その横断面寸法が該外側チューブのそれより小さいことから、内側チューブは外側チューブの中を摺動できるようになっている。
【００３０】
捕捉機構３８は、内側チューブ５６の近位端に向けて配置してあり、図４に示す通り、内側チューブ５６が内視鏡２２の操作に基づいて並進、回転させられるように誘導チューブ４９と係合する。詳記すれば、捕捉機構３８は、内側チューブ５６の近位端に向けて配置してあり、ディスク７２、メッシュ編み管状部材７４及びほぼ環形のワッシャ６８、７６、７８を含む。ディスク７２は、捕捉機構の遠位端に配置してあり、留め具６４を介してワッシャ６８に取り付けてあり、これにより、該ワッシャは該ディスクに近接の位置にある。メッシュ編み管状部材７４の遠位端は、ワッシャ６８を通して挿入し、ディスク７２に取り付けてある。メッシュ編み管状部材は、代表的には、らせん状に巻かれた材料から伸縮可能な形に作ってあり、これにより、該部材が圧縮されるとその横断面寸法は増大し、伸張させられるとその横断面寸法は減少する。メッシュ編み管状部材７４の近位端は、ワッシャ７８を通して挿入し、ワッシャ７６に取り付けてある。ワッシャ７６は、ワッシャ７８に近接して位置し、ファスナ６４を介してワッシャ７８に連結してある。コイルばね７０が、ワッシャ６８とワッシャ７８の間でメッシュ編み管状部材７４に巻き付けてある。コイルばねの横断面寸法はメッシュ編み管状部材の横断面寸法より大きく、ワッシャ６８、７８の内側の開口が、ばねを伸縮できるようにしている。ばねは、メッシュ編み管状部材がその横断面寸法を変えて誘導チューブ４９と係合したり離れたりすることができるように圧縮状態又は伸張状態に入ることを可能にする。詳記すれば、ばね７０を伸張させると、メッシュ編み管状部材７４は伸張させられ、その結果、メッシュ編み材料のらせん状の性格により、メッシュ編み管状部材の横断面寸法は減少することになる。逆に、ばね７０を圧縮すると、メッシュ編み管状部材７４の長さは減少し、その結果、メッシュ編み管状部材の横断面寸法は増大することになる。
【００３１】
メッシュ編み管状部材の横断面寸法が変わることにより、図５〜６に示す通り、捕捉機構３８は、電子式の機構又は他の機械式の機構なしに誘導チューブ４９を確実に把持し、解放することが可能となる。最初、内側チューブ５６は、ワッシャ７６が外側チューブ５８のショルダ１０４に隣接する状態で外側チューブ５８の中に配置してある（図５）。磁石９６、９８（図３）が、それぞれ内側チューブ５６と外側チューブ５８の遠位端に向けて配置してあり、これで、内側チューブ５６は外側チューブ５８の中に保持され、ばね７０は圧縮状態に置かれる。ばね７０が圧縮状態にあると、メッシュ編み管状部材７４も圧縮状態にあり、その横断面寸法は大きくなっている。誘導チューブ４９がガイドチューブ３４を通してインタフェース装置２０（図３）に挿入されると、メッシュ編み管状部材７４の大きくなっている横断面寸法は誘導チューブの横断面寸法を超え、これで、誘導チューブは捕捉機構に入っていけるようになる。誘導チューブ４９は、メッシュ編み管状部材７４を通って延び、ディスク７２をインタフェース接続する。内視鏡にかかる付加的な力により、誘導チューブ４９は磁石９６、９８の引力を克服し、内側チューブ５６を外側チューブ５８から遠ざかる方向に移動させることが可能となる（図６）。内側チューブ５６が移動すると、ばね７０が伸張し、その結果、メッシュ編み管状部材７４が伸張状態に入り、その横断面寸法が減少する。メッシュ編み管状部材の横断面寸法が減少すると、これによって誘導チューブ４９は確実に把持され、これで、内視鏡２２にかかる力によって内側チューブ５６が操作できるようになる。
【００３２】
誘導チューブ４９をインタフェース装置２０から取り外すと、内側チューブ５６は外側チューブ５８に近づく方向に移動し、ワッシャ７６がショルダ１０４と接触する状態になり、その結果、ワッシャ６８がばね７０の力に対抗するようになる。すると、ばねは、上に述べた通り、伸張状態（図６）から圧縮状態（図５）に移行する。ばね７０が圧縮されると、メッシュ編み管状部材７４も圧縮状態に入り、これにより、メッシュ編み管状部材の横断面寸法は増大する。磁石９６、９８の引力が内側チューブ５６を外側チューブ５８の中に保持し、これにより、ばね７０及びメッシュ編み管状部材７４の圧縮状態は保たれる。増大したメッシュ編み管状部材７４の横断面寸法は誘導チューブ４９の横断面寸法を超え、その結果、メッシュ編み管状部材は誘導チューブを解放できるようになり、これで、誘導チューブはインタフェース装置から取り外しできることになる。
【００３３】
図３に戻って説明すると、内側チューブ５６の遠位端は、内側チューブ５６の感知された動作を介して誘導チューブ４９の並進動作及び回転動作を測定できるようにするトロリアセンブリ４６に接続してある。トロリアセンブリ４６は、対応するサポート３９、４１の上に配置された１対のプーリ４２、４３の間とその周囲を回るベルト４４に取り付けてある。サポート３９、４１は、内側チューブ５６の長さにほぼ等しい距離だけ離してあり、該サポートの間をベルト４４とともに延びるガイドレール４０を含む。トロリアセンブリ４６には、ベルト４４に隣接する部分に、該トロリアセンブリの動作方向を指向するガイドレール４０を受け取るための開口部が設けてある。回転測定エンコーダ３０がトロリアセンブリの上に配置してあり、誘導チューブ４９の回転動作を測定するために内側チューブ５６の遠位端をインタフェース接続するシャフトを含む。他方、並進測定エンコーダ３１がサポート４１の上に配置してあり、誘導チューブ４９の並進動作を測定するためにプーリ４３をインタフェース接続する。詳記すれば、誘導チューブ４９が捕捉機構３８をインタフェース接続した途端、内視鏡にかかる付加的な並進力（例えば、シミュレーションされた肺に誘導チューブが入る動作による）により、内側チューブ５６が外側チューブ５８に相対して摺動できるようになり、その結果、トロリアセンブリ４６がガイドレール４０に沿って移動できるようになる。トロリアセンブリが移動すると、ベルト４４がプーリ４２、４３の周囲を走り出し、これにより、プーリは回転し始める。プーリ４３の回転は並進測定エンコーダ３１によって測定され、これで、肺、胃、結腸等を出入りする誘導チューブの並進動作が指示される又は指し示されることになる。更に、誘導チューブ４９の回転動作が内側チューブ５６の回転を生じさせ、これにより、回転測定エンコーダ３０が誘導チューブの回転を測定できるようになる。捕捉機構は、誘導チューブ４９の回転が内側チューブ５６の回転を生じさせるように該誘導チューブを該内側チューブに固定する。回転測定エンコーダ３０と並進測定エンコーダ３１は、主として通信インタフェース２４に送られる信号を発生させる（図１）。通信インタフェースは、それぞれのエンコーダパルス数をカウントするプロセッサ又は他の回路を含み、受け取った信号を、誘導チューブの回転動作と並進動作を指示する又は指し示すコンピュータシステム２５に送る。コンピュータシステム２５は、パルスカウントを処理し、それで誘導チューブの回転と並進をシミュレーションできるようにする。
【００３４】
実際の処置の間、医師は、内腔又は他の身体内腔の内部領域を見ることができる。例えば気管支鏡を鼻孔に挿入し、肺の中まで入れてよい。医師は、代表的には、この気管支鏡をその自由度の中で操作し（例えば気管支鏡の遠位先端を並進させる、回転させる、たわませる等）、気管支樹枝の内腔又は開口を下って安全に誘導していく。ところが、誘導中、気管支鏡は代表的には分岐点にぶつかり（例えば気管支樹枝は様々な葉、区域、小区域に枝分かれしていく）、気管支の壁と接触することがあり、接触した場合、医師は、気管支鏡にかかる力を感じることになる。これが起こるのは、通常、医師が、肺分岐点の通路の一方の中心を下っていくべき気管支鏡を操作し損ない、分岐点で通路の壁に接触させてしまった時である。かかる力又は実際の処置の間に生じた力をシミュレーションするため、力フィードバックユニット６０がインタフェース装置内部に使用されている。詳記すれば、力フィードバックユニット６０は、サポート３９の上にプーリ４２に隣接して位置し、例えば気管支鏡検査において肺壁又は気管支分岐点の壁に触れるような実際の場面で生じた力を伝える働きをする。力フィードバックユニット６０は、代表的には電磁的装置によって実現させられ、コンピュータシステム２５からの制御信号を通信インタフェース２４経由で受け取る。コンピュータシステム２５は、内視鏡の操作に基づいてフィードバック力を特定し、その上で制御信号を通信インタフェース２４に送る。通信インタフェースは、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を含み、コンピュータシステム制御信号をアナログ信号に変換し、このアナログ信号をインタフェース装置に伝送し、それで力フィードバックユニット６０を制御できるようにする。力フィードバックユニットは、プーリ４２にかかる磁力を、プーリの回転動作及びトロリアセンブリの動作が阻止又は強化されるように伝える。動作が阻止された場合は、内視鏡に付加的な力を加えて磁力を克服する必要があり、他方、動作が強化された場合は、力を加える必要がほとんどなく、これにより、内視鏡処置に現実感がもたらされる。
【００３５】
加えて、誘導チューブの遠位端のたわみ又は曲がりをシミュレーションするために内視鏡２２のつまみレバー１９を利用してよい。詳記すれば、内視鏡は、代表的にはつまみレバー１９の動作を測定して上に述べた回転測定エンコーダ及び並進測定エンコーダの場合とほぼ同じ仕方で信号を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に送るエンコーダ（図示なし）を含む。つまみレバーの操作により、内視鏡の遠位端における仮想カメラ動作のシミュレーションが可能となる。つまみレバーは、任意に、多数の減衰機構のどれか１つを使って摩擦抵抗が調節できるようにしてあってよく、加えて、コンピュータ制御による力フィードバックがアクチュエータ（図示なし）経由で実行できるようにしてあってもよい。内視鏡２２のスイッチ１８は、液体線上、肺からの液体の吸引に使用するほか、モニタシステムからのビデオ画像及び／又は静止像を捕捉するシミュレーション記録システムを制御するのに使用してもよい。このスイッチは、信号を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に送り、それでコンピュータシステムが望みのシミュレーションを実行できるようにする。
【００３６】
内視鏡処置をシミュレーションする医療処置シミュレーションシステムの働き方を、例のみによって図１及び図３に則して説明する。詳記すれば、医師又はユーザが例えば気管支鏡等の内視鏡２２を操作し、誘導チューブ４９を模擬の頭部６２の鼻孔３６に挿入する。内視鏡は、代表的には、実際の処置で使われるのと同様の仕方で操作する。通常は、内視鏡を一方の手で保持し、他方の手で誘導チューブを操作する。誘導チューブ４９がガイドチューブ３４を横断し、捕捉機構３８をインタフェース接続する。捕捉機構は、上に述べた通りに誘導チューブ４９と係合する。誘導チューブ４９が捕捉機構と係合した途端、内側チューブ５６と誘導チューブ４９は、仮想患者内部の誘導チューブ４９の遠位先端の回転動作と並進動作が内側チューブ５６によって反映されるように効果的に合体する。
【００３７】
内側チューブ５６の、従ってまた、誘導チューブ４９の回転動作と並進動作を測定し、これで、コンピュータシステム２５が仮想患者内部の内視鏡の動き（例えば誘導チューブが仮想患者に挿入された距離や誘導チューブの回転）をシミュレーションできるようにする。誘導チューブ４９は、インタフェース装置２０に挿入されるにつれて、また、インタフェース装置２０から引き出されるにつれて、捕捉機構３８経由で内側チューブ５６に力をかけていく。内側チューブが並進動作を起こすと、トロリアセンブリ４６がサポート３９、４１の間を移動し始め、そこで、ベルト４４が走り出し、プーリ４２、４３を回転させることになる。プーリ４３に取り付けられた並進測定エンコーダ３１が、プーリの回転を測定し、信号を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に送り、それで誘導チューブの並進動作を指示できるようにする。誘導チューブが回転動作を起こすと、内側チューブ５６は捕捉機構３８を介して回転し始める。内側チューブ５６は、トロリアセンブリ４６の上に配置された回転測定エンコーダ３０が該内側チューブの回転動作を測定するように該エンコーダに結合させてある。回転測定エンコーダは、信号を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に送り、それで誘導チューブ４９の回転動作を指示できるようにする。加えて、プーリ４２の結合させられた力フィードバックユニット６０を付勢し、それで、誘導チューブが例えば肺壁等の障害物にぶつかったことをコンピュータシステム２５が突き止めた時に内視鏡に力フィードバックが提供されるようにしてよい。力フィードバックユニットは、プーリ４２の回転動作、従ってまた、ベルトとトロリアセンブリの動作が阻止又は強化されるように磁力をかけるので、これにより、誘導チューブを操作するのに付加的な力を加える必要がほとんどなく、シミュレーションに現実感が与えられる。
【００３８】
誘導チューブ４９の遠位端のたわみのシミュレーションは、内視鏡２２のつまみレバー１９を操作することによって行われる。つまみレバーの動作は、代表的には内視鏡のハンドル２１の中に配置されたエンコーダ（図示なし）によって測定される。このエンコーダが、信号を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に送り、それでつまみレバーの動作を指示できるようにする。コンピュータシステム２５が信号を処理し、それで誘導チューブのたわみを突き止め、誘導チューブの位置に基づいてカメラで作られたシミュレーション像を特定する。
【００３９】
内視鏡が、上に述べた通りシミュレーション患者の肺に入れられ、モニタ２８に見えてきたら、医師はシミュレーション生検を行ってよい。生検は、代表的には実際の処置の間に助手が口頭指示に従って行うが、シミュレーション生検は、下に述べる通りコンピュータシステム２５によって行われる。ユーザは、最初に生検ツールをコンピュータシステム２５経由で選択し、作業チャンネルツール２３を内視鏡に挿入し、生検が行われるように操作する。作業チャンネルツール２３が内視鏡ハンドル２１の作業チャンネルの中に延びていくにつれて、コンピュータシステム２５は、内視鏡作業チャンネルから延びる生検ツールのシミュレーション長さを表示する（例えば誘導チューブの遠位端を越えて数センチメートルまで）。作業チャンネルツールは、代表的には、ファイバ光学カメラの視野の中に示される。医師は、この作業チャンネルツールを、シミュレーション患者の肺組織に隣接する位置にセットされるように操作し続ける。ツールがセットされたら、医師は、キーボード２７を介してコンピュータシステム２５にサンプル採取を指令する。コンピュータシステム２５は、生検鉗子を開閉して肺組織からサンプルを採取する作業をシミュレーションする。こうして、シミュレーション処置は実際の処置と同様に行われ、これにより、ファイバ光学カメラを遠位先端に付けた内視鏡が、インタフェース装置２０の中での内視鏡２２の動きに基づいてコンピュータシステム２５によってシミュレーションされる。
【００４０】
インタフェース装置は更に、図７に示す通り、頭部等の模擬の身体患部を様々な位置及び／又は向きに旋回させるピボット機構を含むように構成してよい。インタフェース装置１２０は、これが模擬の身体患部を旋回させることのできる機構を含むことを除けば、上に述べたインタフェース装置２０とほぼ同様である。インタフェース装置１２０は、これに挿入された内視鏡誘導チューブ４９（図１）等の器械の動作を、医療処置のシミュレーションの間に上に述べたのとほぼ同じ仕方で測定し、該器械に力フィードバックを提供する。詳記すれば、インタフェース装置１２０は、ハウジング又はケース１２２、頭部等の模擬の解剖サイト１６２、頭部１６２を支えるためのアングルブラケット又はサポート１１６、及び頭部１６２をハウジング１２２とサポート１１６に相対してそれぞれ旋回させることのできるピボット機構１１２、１１４を含む。ハウジング１２２は、ハウジング内部を集合的に限定する前壁、背壁及び側壁を含む。インタフェース装置の前壁は、代表的には、上部セクションすなわち張り出し１５２と下部セクションすなわちフランジ１５４の重なり合うセクションから形成してある。ハウジング１２２の内部には、医療処置のシミュレーションの間に内視鏡誘導チューブ４９の動作を測定し、該誘導チューブに力フィードバックを提供するための感知／力フィードバックアセンブリ１１０が配置してある。感知アセンブリは、上に述べたインタフェース装置の構成要素とほぼ同じ構成要素を含み、ほぼ同じ仕方で誘導チューブの動作を測定し、該誘導チューブに力フィードバックを提供する働きをする。模擬の頭部１６２は、内視鏡誘導チューブを受け取るためのエントリサイトとして働く鼻孔又はオリフィス１３６を含む。
【００４１】
アングルブラケット１１６は、インタフェース装置の前壁の下部セクションすなわちフランジ１５４に取り付けてある。アングルブラケットは、ピボット機構１１２を介してインタフェース装置の前壁に取り付けられたインタフェースセクション１７０、頭部１６２を支える解剖サイトセクション１７２、及びインタフェースと解剖サイトセクションの間を該セクションの各々に相対する角度で延びる山形セクション１７４を含む。但し、アングルブラケットセクションは望みのどんな角度で連結してあってもよい。模擬の頭部１６２は、留め具１２６を介して裏当て板１１８に貼り付けてある。板１１８は、頭部１６２をアングルブラケット１１６に相対して旋回させることができるようにピボット機構１１４に取り付けてある。詳記すれば、ピボット機構１１４は、ほぼ円錐形の固定保持具１２８に回転式に結合させられたリング１３０を含む。リングは、留め具１２９で裏当て板１１８に結合させてあり、円錐形保持具１２８で保持されており、円錐形保持具１２８の方は、留め具１３２を介してアングルブラケット１１６に取り付けてある。リングは、従来のピボット装置及び／又はロック装置を含んでもよいが、裏当て板とリングを回転させ、頭部１６２をアングルブラケットに相対して様々な位置及び向きにセットすることができるように、リング表面内に限定されたインタフェース用ストッパのためのばね押し式玉軸受を含むのが望ましい。
【００４２】
ピボット機構１１２は、アングルブラケット１１６とインタフェース装置の前壁の間に配置してある。ピボット機構１１２は、模擬の頭部１６２に、ピボット機構１１４によって提供される自由度に対してほぼ直交する追加の自由度を提供する。ピボット機構１１２は、ほぼ環形の固定保持具１４４に回転式に結合させられ、留め具１４０を介してアングルブラケット１１６に取り付けられたリング１３４を含む。保持具１４４は、留め具１４２を介してハウジング前壁の下部セクションすなわちフランジ１５４に取り付けてある。リング１３４は、ピボット機構１１４のリング１３０とほぼ同様で、アングルブラケットをハウジング１２２に相対して旋回できるようにする。リング１３４は、従来のピボット機構を含んでもよいが、アングルブラケットを回転させ、頭部１６２をハウジング１２２に相対して様々な位置及び向きにセットすることができるように、リング表面内に限定されたインタフェース用ストッパのためのばね押し式玉軸受を含むのが望ましい。加えて、圧力及び／又は摩擦力を利用してリング１３４を介する回転を防止する別のロック機構（図示なし）を使って、頭部１６２をハウジング１２２に相対して特定の向きに維持できるようにしてよい。
【００４３】
外側チューブ１５８が、鼻孔１３６からピボット機構１１４（例えば保持具１２８及びリング１３０）及びアングルブラケット１１６を通って延び、インタフェース装置の前壁のフランジ１５４側の配置されたピボット機構１１２に向かって湾曲する。その湾曲部分から、外側チューブ１５８は、ピボット機構１１２（例えば保持具１４４及びリング１３４）及びアングルブラケット１１６を通ってハウジング内部の感知アセンブリ１１０の中まで延びる。外側チューブ１５８は、上に述べた外側チューブ及びガイドチューブとほぼ同様であり、同様の機能を果たす。外側チューブは、その縦軸を中心としてピボット機構１１２（例えば保持具１４４及びリング１３４）を介して回転できるようになっており、これにより、頭部１６２がピボット機構１１２によって旋回させられる時、円錐形保持具１２８が該外側チューブを包囲し、これをハウジングに相対して強制的に回転させるようになる。
【００４４】
内視鏡チューブの動作を感知するため、内側チューブ１５６が、図８に示す通り、内視鏡誘導チューブの動作を把握し、真似するように外側チューブ１５８の中に配置してある。詳記すれば、内側チューブ１５６は、その横断面寸法が外側チューブ１５８のそれより小さく、そのため、内側チューブは外側チューブの中を摺動できるようになっている。たわみ性のねじれチューブ１４８が内側チューブの近位端に配置してあり、他方、器械捕捉機構１３８がねじれチューブ１４８の近位端に配置してある。複数のほぼ環形のスペーサ１５０が、内側チューブと捕捉機構の間にねじれチューブを中心として配置してある。スペーサは、ねじれチューブを外側チューブ１５８のほぼ中心に保つ一方、ねじれチューブを外側チューブの中でたわませることのできるように作ってある。捕捉機構１３８は、上に述べた器械捕捉機構とほぼ同様である。最初に、ねじれチューブ１４８がたわんで外側チューブの湾曲部分を横断し、捕捉機構を鼻孔１３６に隣接する位置に保つように、内側チューブ１５６を外側チューブ１５８の中で位置決めする。内視鏡誘導チューブを鼻孔に挿入すると、捕捉機構１３８は該チューブを捕捉し、これで、内側チューブ１５６は内視鏡誘導チューブの動作を真似できるようになり、上に述べたのとほぼ同じ仕方でその動作を感知アセンブリ１１０経由で測定することが容易にできるようになる。
【００４５】
ピボット機構１１２、１１４は、模擬の頭部１６２をシミュレーションにとって望ましい、又は相応しい様々な位置まで回転できるようにする自由度を提供する。例えば、模擬の頭部１６２は、図７に示す通りの位置まで旋回させてよく、これにより、患者を仰向けに寝た姿勢でシミュレーションが実行できる。その上、頭部１６２は、患者がアングルブラケットに対してほぼ９０度横向きに寝た位置から、機構１１４を介して、座った姿勢をシミュレーションできる位置まで旋回させてよく、更に、部分的に傾斜して座った姿勢をシミュレーションできる位置まで旋回させてもよい。これで、模擬の頭部１６２は、ほぼ直交する自由度を提供するピボット機構１１２、１１４を介して多重位置まで旋回できることになる。
【００４６】
インタフェース装置１２０の働き方を図１、７〜８に則して説明する。最初に、ピボット機構１１２、１１４を介して頭部１６２を特定のシミュレーションに適した望みの位置又は向きにセットする。医療処置シミュレーションシステムは、引き続き、上に述べたのとほぼ同じ仕方でシミュレーションを実行する。詳記すれば、医師又はユーザが内視鏡２２を操作し、誘導チューブ４９を身体開口部すなわち模擬の頭部１６２の鼻孔に挿入する。誘導チューブ４９は捕捉機構１３８をインタフェース接続し、これにより、内側チューブ１５６が誘導チューブの回転動作と並進動作を反映できるようになる。感知アセンブリ１１０が誘導チューブの動作を測定し、情報を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に送る。これで、仮想患者内部の内視鏡の並進動作と力フィードバックのシミュレーションが可能となる。
【００４７】
血管内処置の場合は通常、器械が使われる遠隔の患部サイトに近づくのに、患者の血管系（例えば動脈や静脈）を通して器械を案内することが必要となる。遠隔のサイトは、静脈又は動脈の内部であってもそれに隣接する位置であってもよく、また、心臓自体の内部であってもよい（例えば心臓弁修復処置又は心臓プレーシングリードのプレースメント又は操作の間）。
【００４８】
通常、血管内処置では、患者の体内に挿入され（例えば静脈を通して）、蛍光透視鏡ディスプレイを介して実際の処置又は干渉のサイトまで誘導される多数の器械及び／又は装置が使用される。例によれば、処置に応じて、数センチメートルの長さの中空シースを使用してよく、これが、シースアセンブリのための円錐形チップを作るテーパ形中実拡張器を含んでもよい。シースは静脈又は動脈の内部に通じる開口を作り、これにより、拡張器は、シース内腔から除去され、カテーテルに取って代わられる。取って代わるテーテルをシースに挿入し、蛍光透視鏡ディスプレイに基づいて静脈又は動脈を通して患部サイトまで入れていく。血管系の中の困難な通路を通過できるようにカテーテルを誘導するため、ガイドワイヤをカテーテルに挿入し、カテーテル先端より先まで延ばしてよい。こうして、カテーテルをワイヤで誘導し、困難な通路を通過できるようにしてよい。
【００４９】
処置の間、困難な解剖学的構造を通過できるようにするため、ガイドワイヤを、よりたわみ性にすぐれた、又は異なる形状のワイヤに取り替えてよく、こうして、ワイヤとカテーテルの組み合わせを利用して特定のサイトに到達してよい。様々な機能を発揮できるよう、補助的な器械交換を行ってよい。例えば、血管造形バルーンを有するカテーテルを外科的なプラーク除去装置として利用し、これでプラークによる循環閉塞を緩和してよい。あるいは、特殊カテーテルを介してステントを展開させ、これで血管を開いた状態に保ってよく、また、動脈瘤による破裂が起こり得る場所では、ステント移植皮弁を特殊カテーテルによって展開させ、これで、潜在的な破裂ポイントで血管の安定と補強の両方を図ってよい。
【００５０】
各処置の間、医師は、その処置を首尾良く終わらせるために、互いに同軸のいくつかの器械の先端の深さ（例えば並進動作時の）及び回転の向きを制御することを要求される。ところが、長尺のたわみ性器械（例えばカテーテル、ガイドワイヤ等）は、ねじれ、圧縮及び引張りによる様々な度合いの歪みを見せるので、これにより、器械の近位端の観察に基づいて器械の遠位端の向きを精確に突き止めることが阻止される。換言すれば、器械が体内に挿入される距離や、器械の遠位端の回転角は、器械を構成する材料、器械がセットされた患者体内の部位、器械が出会う力等々の大量の変数の関数というわけである。
【００５１】
血管内処置に適応できるようにするため、インタフェース装置はまた、複数の器械のそれぞれの遠位先端の動作を測定し、かつ、図９に示す通り、シミュレーション処置の間に器械を望みのどんな順序でも交換できるように構成してよい。医療処置シミュレーションシステムは、望ましくは、血管内処置をシミュレーションし、図９のシステムがインタフェース装置３１４を含むことを除いて、図１に則して上に述べたシステムと同様である。詳記すれば、医療処置シミュレーションシステムは、コンピュータシステム２５、インタフェース装置３１４、及びコンピュータシステム２５とインタフェース装置３１４の間で信号を転送するための通信インタフェース２４を含む。コンピュータシステム及び通信インタフェースはそれぞれ、上に述べたコンピュータシステム及び通信インタフェースとほぼ同様であり、ほぼ同じ仕方で機能する。シミュレーションシステムは、ソフトウェアを介して血管内処置又は他の医療処置をシミュレーションする一方、シミュレーションされた身体患部（例えばシステムが含む血管系の模型）をモニタ２８に表示する。インタフェース装置３１４は、任意にハンドル３０８を有する実際又は模擬のワイヤ３０２、任意にハンドル３１０を有する実際又は模擬のカテーテル３０４、及び任意にハンドル３１２を有する実際又は模擬のシース３０６に適応する。ワイヤ、カテーテル及びシースは入れ子式になっており、部分的にインタフェース装置内部に配置してある。インタフェース装置は、ワイヤ、カテーテル及びシースの操作を測定し、測定された操作を指示する信号を通信インタフェース２４経由でコンピュータシステム２５に提供する。コンピュータシステム２５は、この信号を、モニタ２８に身体患部が表示されるように処理する一方、ワイヤ、カテーテル及びシースの操作が反映されるようにディスプレイ（例えば血管模型）を調整する。加えて、インタフェース装置３１４は、実際の処置の間に出会った力をシミュレーションするために、コンピュータシステムからの制御信号に応じてワイヤ、カテーテル及びシースに力フィードバック（例えばこれら器械の回転動作及び／又は並進動作を妨害する、又は可能にする）を提供する。通信インタフェース２４は、上に述べたのとほぼ同じ仕方でコンピュータシステム２５とインタフェース装置３１４の間で操作信号と力フィードバック信号を転送する。インタフェース装置は、下に述べるのとほぼ同じ仕方で様々な医療処置をシミュレーションするために。様々な器械（例えば内視鏡、チューブ、誘導器械等）をシミュレーションシステムにインタフェース接続してよい。
【００５２】
干渉型放射線医療に使用するための、また、インタフェース装置３１４を介してコンピュータシステム２５をインタフェース接続するための器械アセンブリの一例を図１０に示す。詳記すれば、アセンブリ３３０は、ワイヤ３０２、カテーテル３０４及びシース３０６を含む。カテーテル３０４が、シースの中に配置してあって、その近位端と遠位端を越えて延びるのに対し、ワイヤ３０２は、カテーテルの中に配置してあって、その近位端と遠位端を越えて延びる。この入れ子式の配置により、かかる器械は、患者体内を移動し、該器械の遠位端に配置されたツール又は他の器具、例えばバルーン等を利用するために互いに独立して操作することが可能となる。ワイヤ、カテーテル及びシースの近位部分は各々インタフェース装置の外側に位置し、これら器械は各々、それぞれの遠位端に向けて配置された、該器械の操作を可能にする相応のハンドル３０８、３１０、３１２を含んでもよい。器械の遠位部分も同様に入れ子式になっているので、インタフェース装置は、特定の器械の操作を測定し、該器械に力フィードバックを提供することが可能となる。
【００５３】
カテーテルの操作を測定し、カテーテルに力フィードバックを提供するためのインタフェース装置の一例を図１１ａに示す。詳記すれば、インタフェース装置３１４は、ベース４３０及びサポート４３２、４３４を有するフレーム４１０、及び両サポートの間に配置されたキャリヤアセンブリ４１２を含む。サポート４３２が、ベースの近位端から該ベースにほぼ垂直に延びるのに対し、サポート４３４は、ベースの遠位端からサポート４３２にほぼ平行に延びる。外側チューブ４１６がフレーム４１０に取り付けてあって、サポート４３２からキャリヤアセンブリ４１２に向かって延び、他方、内側チューブ４１４が外側チューブの中に配置してあって、該外側チューブの遠位端を越えてキャリヤアセンブリにまで延びる。外側チューブは、その横断面寸法が内側チューブのそれより大きいので、内側チューブは外側チューブの中を摺動できるようになっている。外側チューブ４１６の近位端は、サポート４３２の中に限定された、カテーテル４１８の遠位端を受け取るための開口部又はオリフィス４１９の中に位置する。カテーテルはたわみ性にすぐれているので、インタフェース装置の中に向かうカテーテルの並進動作によって誘発された圧縮応力のもとで座屈する傾向がある。それでも、摺動可能な内側チューブと外側チューブの組み合わせが、カテーテルを安定させ、座屈を防ぐ入れ子作用をもたらす。
【００５４】
サポート４３２は更に、その上部に向けて配置されたプーリ４２０とこれに対応する従来のエンコーダ４２２を含む。エンコーダは、プーリに直接取り付けてあってよいが、シャフト（図示なし）を介してプーリに取り付けてあるのが望ましい。同様に、サポート４３４は、その上部に向けて配置されたプーリ４２６とこれに対応するアクチュエータ４２８を含む。アクチュエータは、プーリ４２６に直接取り付けてあっても、シャフト（図示なし）を介して取り付けてあってもよい。プーリ４２０、４２６の各々にベルト４２４が掛けてあって、両サポートの間を延び、これにより、キャリヤアセンブリの上部がベルトに連結される。
【００５５】
図１１ｂについて説明すると、キャリヤアセンブリ４１２は、プラットフォーム４４２、及び該プラットフォームのほぼ中心から、これにほぼ垂直に延びるキャリヤサポート４３６を含む。プラットフォーム底部は、キャリヤをプラットフォームに沿って移動できるようにするホイール又は他の装置（例えばガイドレール、軌道等）を含んでもよい。開口部４３８がキャリヤサポートの中に限定してあり、これにより、内側チューブ４１４は該開口部と一致する形でキャリヤサポートに取り付けられ、これで、カテーテル４１８を該サポートに通して延ばすことが可能となる。キャリヤエンコーダ４０４が、望ましくは従来型で、キャリヤサポート開口部に近接して位置し、カテーテルを受け取る管形シャフト４４０を含む。カテーテルはこのエンコーダ管形シャフトを通って延び、そこで、シャフトは、カテーテルの遠位端を確実に把持する止めねじ４０３を含む。
【００５６】
インタフェース装置３１４の働き方を図１１ａに則して説明する。詳記すれば、カテーテル４１８をオリフィス４１９に挿入し、外側チューブと内側チューブに通してキャリヤアセンブリ４１２に到達させる。カテーテルは更に、キャリヤサポート開口部とエンコーダシャフトを通って延び、止めねじ４０３によってしっかり係合される。係合されたところで、カテーテルを更にインタフェース装置に挿入すると、キャリヤアセンブリがサポート４３４に向かって移動する。逆に、力を加えてカテーテルをインタフェース装置から引き出すと、キャリヤアセンブリはサポート４３２に向かって移動する。キャリヤアセンブリの動作により、ベルト４２４が走り出し、プーリ４２０、４２６を回転させる。エンコーダ４２２がプーリ４２０の回転を、従ってまた、カテーテルの並進動作を測定し、信号を通信インタフェース経由でコンピュータシステムに提供する。カテーテルは止めねじ４０３を介して管形シャフト４４０に連結されるので、カテーテルの回転動作によってシャフトは回転できるようになる。エンコーダ４０４はチューブ４４０の回転動作を、従ってまた、カテーテルの回転動作を測定し、信号を通信インタフェース経由でコンピュータシステムに提供する。こうして、インタフェース装置はカテーテルの並進動作と回転動作を測定する。ここで、かかる動作は、カテーテルを回転できるようにするためにユーザがカテーテル近位端に加えた力に一部左右される。
【００５７】
コンピュータシステムは、エンコーダ信号を処理し、それでカテーテル動作をシミュレーションできるようにする。コンピュータシステムは、制御信号をアクチュエータ４２８に提供し、それで力フィードバックを提供できるようにしてよい。詳記すれば、アクチュエータ４２８は、カテーテルの並進動作を強化又は阻止するためにプーリ４２６に力を加えてよい。加えられた力によってプーリ及びベルトの動作が阻止された場合は、カテーテルを操作するのに付加的な力が必要とされる。逆に、加えられた力によってプーリの回転が助長され、ベルトの動作が強化された場合は、カテーテルを操作するのにほとんど力が必要とされない。アクチュエータは、コンピュータシステムからの制御信号に応じてプーリ４２６に力を加え、その結果、力の加えられ方によってカテーテル４１８が並進動作と回転動作の両方についてある程度の量のヒステリシス又は遊びを蓄えることがあり得る（例えば圧縮又は伸張）。このヒステリシス又は遊びは、カテーテル４１８の近位端で観察された回転動作及び／又は並進動作と遠位端で観察されたそれとの差である。
【００５８】
インタフェース装置３１４の変更可能な一実施例を図１２に示す。詳記すれば、インタフェース装置３１４は、ベース５４０及びサポート５４２、５４４を有するフレーム５０４、及び両サポートの間に配置されたキャリヤアセンブリ５２０を含む。ベース５４０は、装置を安定させる脚５２８、望ましくはゴムでできた脚を含む。サポート５４２が、ベース５４０の近位端から該ベースにほぼ垂直に延びるのに対し、サポート５４４は、ベースの遠位端からサポート５４２にほぼ平行に延びる。ブラケット５０６が、ベース５４０の上のサポート５４２に近接して位置し、プーリ５１０及び該プーリにシャフト経由で連結されたアクチュエータ５０８を支持する。プーリ５１４がベース遠位端に配置してあり、これにより、ベルト５１２が両プーリの間とその周囲を回る。サポート５４２は、チューブ５０２を受け取る開口部５０５を含む。チューブは、該サポートから、板５０３の中に限定されたオリフィス５０１まで延びる。板は、インタフェース装置の近位部分を覆うように置かれており、模擬の身体領域（図示なし）を含む。チューブ５０２は、代表的には、これに弾性をもたらし、医療処置の間に出会う身体エントリサイトの力と動きを真似するフォームブロック５０９の中に取り付けられる。チューブ５０２は、カテーテル５００を受け取り、これを装置の中まで案内する。
【００５９】
ガイドロッド５１６、５１８がサポート５４２、５４４の間を延び、キャリッジアセンブリ５２０がベース５４０を横断できるようにしている。ガイドロッド５１６が両サポートの上部の間を延びるのに対し、ガイドロッド５１８はベース５４０の下に位置し、ガイドロッド５１６とほぼ平行に延びる。更に、エンコーダのバー又はストリップ５２６が、ガイドロッド５１６に隣接してサポートの間を延び、下に述べる通りカテーテル動作が測定できるようにしている。カテーテル５００の座屈を防ぐために、ベローズ又はスタビライザ５２２がサポート５４２とキャリッジアセンブリの間に配置してある。ベローズ５２２は多重レバー又は多重セクション５４６を含み、各セクションがヒンジ又は折り目を介して互いに隣接し、案内開口部５２３、５２５及び安定化開口部５２１を有する。案内開口部５２３、５２５は、各ベローズセクションにおいて、それぞれ対応するガイドロッド５１６、５１８を受け取ってゆるく包囲するように限定してあり、他方、安定化開口部５２１は、各セクションのほぼ中心に向けて、カテーテルを受け取ってその座屈を防ぐように限定してある。ベローズはガイドロッド５１６によって支持されており、代表的には、サポート又はキャリッジアセンブリに直接連結されていない。
【００６０】
ベローズは、代表的には、薄い剛性の物質、例えばプラスチック等のシートでできており、これをダイス又はレーザーで切断してから折ったものである。ベローズ５２２のヒンジ又は折り目は、望ましくは、十分な量の材料を除去することによって形成してあり、これにより、キャリッジアセンブリ５２０がサポート５４４に向かって移動するのに比例してベローズを拡げていく一種のばね作用がもたらされる。これで、安定化穴５２１は相対的に均等の間隔に保たれる。この間隔は、カテーテルが代表的な大きさの並進力のもとでインタフェース装置の中を前進する時に該カテーテルを支持し、座屈を防ぐのに十分な間隔である。こうして、ベローズは、上に述べた入れ子式チューブの機能と同様、カテーテルを安定させる働きをする。但し、ベローズは、圧縮状態における長さよりはるかに大きい長さに拡げることができ、これにより、内腔確保の多重的手段（例えばシース、カテーテル、ワイヤ等）の強化が図られる。
【００６１】
図１３ａ〜１３ｂについて説明すると、キャリッジアセンブリ５２０は、キャリッジ５６２、望ましくは機械加工されたアルミニウムブロックを含み、これが、ガイドロッド５１６と係合するように上面に配置されたガイド５９０、及びガイドロッド５１８と係合するようにキャリッジを貫通する形に作られたチャンネル５９２を有する。留め具５９６がベルト５１２と係合するようにキャリッジ側面から下へ延びる（図１２）一方、エンコーダ５２４がガイド５９０に隣接して位置する。カテーテルチャンネル５９４は、ベローズ５２２からカテーテル５００を受け取るようにキャリッジの中間部分を貫通する形に作ってある。コレット軸受５６６が、代表的にチャンネル５９４と一致する形で遠位部分に押し込んである。コレット５６８が、キャリッジ５６２に回転式に結合するように軸受５６６の中に配置してある。更に、圧縮リング５７４が、圧縮グルーブ５６９の中にコレットを中心として配置してある。コレットは更に、その中間部分の中に限定された逃がし穴５７１、及びコレットの遠位端をグリッパジョー５６７の中まで切り離すのに役立つ鋸引き目５７３を含む。コレットは管形で、望ましくは、ワイヤ、カテーテル、シース等の器械をコレットに挿入できるようにする中心チャンネルを含む。適正な寸法を有する器械はグリッパジョー５６７によって掴まれるが、小さめの寸法を有する器械はコレットを通り抜けてしまうことがある。
【００６２】
ばね５７６がコレット５６８を覆うように配置してあり、これで、ばねとコレットはキャリッジ５６２の中で位置決めされる。コレットエキスパンダ５７８が、ばね５７６を圧縮するように該ばねに隣接してキャリッジ５６２に挿入してある。保持具５８０が、コレットエキスパンダ及び関連の構成要素をキャリッジ内部に保つように該エキスパンダに近接して位置する。キャリッジ５６２には、キャリッジを制御するレバー５８２がピン５６４を介して取り付けてある。詳記すれば、レバー５８２を反時計回りに（例えばサポート５４２に向けて）旋回させると、コレットエキスパンダ５７８がばね５７６を圧縮し、これにより、ジョー５６７が開状態に拡げられる。逆に、レバー５８２を時計回りに（例えばサポート５４４に向けて）旋回させると、ばね５７６が拡げられ、ジョー５６７が閉状態に圧縮される。
【００６３】
エンコーダディスク５５０がコレット５６８の近位端に押し付けてあり、他方、エンコーダセンサ５５８が該ディスクにかぶさり、キャリッジ５６２に取り付けてある。上述のキャリッジアセンブリの各エレメントが、カテーテル等の器械が通り抜ける開口部を含み、これにより、該器械が、上に述べた通り器械寸法に応じて該アセンブリに挿入及び／又は通過できるようになっている。安定化穴５２１は、器械を安定させ、キャリッジアセンブリに挿入できるようにエレメント開口部と一致する位置に保たれる。キャリッジアセンブリは、ガイドロッド５１６、５１８を経由してフレーム５０４を横断し、下に述べる通り並進動作だけに制限される。
【００６４】
適正な寸法の器械と係合するコレットの働き方を図１４ａ〜１４ｄに示す。詳記すれば、レバー５８２をピボットピン５６４を中心として反時計回りに（例えばインタフェース装置の近位端に向けて）旋回させると、これにより、該レバーに近接して位置するコレットエキスパンダ５７８は更にキャリッジアセンブリに押し込められる。コレットエキスパンダはばね５７６を圧縮し、その円錐形の近位先端がコレット遠位端から分離し、これで、ジョー５６７が、適正な寸法の器械を受け取るために開状態に入れるようになる（図１４ａ）。
【００６５】
コレットジョーが開状態に入ったら、カテーテル５００等の器械をインタフェース装置に挿入し、コレットに通す（図１４ｂ）。引き続き、レバー５８２を解放する（例えばインタフェース装置の遠位端に向けて旋回させる）。これで、ばね５７６が伸張状態に入れるようになる。ばねによってコレットエキスパンダ５７８は保持具５８０に押し付けられ、ジョー５６７は、カテーテル５００を掴むためにその通常閉の状態に入れるようになる（図１４ｃ）。
【００６６】
コレットの近位部分はエンコーダディスク５５０に取り付けてあり、これにより、コレットは、カテーテルの回転を反映するために軸受５６６を介して回転する。エンコーダディスク５５０も同じくコレット５６８とともに回転し、これにより、エンコーダセンサ５５８がディスク表面のマークを感知し、ディスク及びカテーテルの回転を測定することになる。
【００６７】
コレットは、特殊な器械も掴むことができるように寸法を変えられるものであってよい。例のみによれば、ワイヤ６３２、内側カテーテル６３０及びカテーテル５００を含むアセンブリがキャリッジ５６２に挿入され（図１４ｄ）、これにより、かかる器械が各々独立した形で操作できるようになる。コレットは、該アセンブリがキャリッジを横断できるようにする一方、ジョー５６７が上に述べたのとほぼ同じ仕方でカテーテル５００を掴めるようにするのに十分な寸法を有する。これで、キャリッジアセンブリがカテーテル５００の動作を測定する一方、ワイヤ６３２と内側カテーテル６３０が、適正な寸法のコレットを付けた対応するキャリッジ（例えば図１５）にまで延び、そこで該器械を掴み、上に述べたのとほぼ同じ仕方でその動作を測定することになる。
【００６８】
インタフェース装置の働き方を図１２及び１３ａ〜１３ｂに則して説明する。詳記すれば、カテーテル５００をオリフィス５０１に挿入し、キャリッジアセンブリ５２０のコレット５６８と係合されるまで、チューブ５０２及びベローズ５２２に通す。レバー５８２が旋回するようにレバー延長部５８３をサポート５４４に向けて操作し、コレットが上に述べた通りカテーテルを掴めるようにする。あるいは、レバーをインタフェース装置の近位端に向けて押し、それで、上に述べた通り急速解放機構を作動させてもよい。カテーテル５００を更にインタフェース装置に挿入すると、キャリッジ５２０はサポート５４４に向けて移動させられる。キャリッジアセンブリがベースを横断するにつれて、エンコーダ５２４は、エンコーダバー５２６の表面のマークを感知していき、それで、キャリッジアセンブリの並進動作を、従ってまた、カテーテルの並進動作を測定する。エンコーダによって測定された並進動作は、オリフィスに相対するカテーテルの並進動作と異なる。それは、カテーテルが、ユーザの加えた力による伸張と圧縮にさらされるからである。エンコーダは、測定されたカテーテルの並進動作を指示する信号を通信インタフェース経由でコンピュータシステムに提供する。同様に、カテーテルの回転動作によってエンコーダディスク５５０が回転させられ、これにより、センサ５５８が該カテーテルの回転動作を測定できるようになる。センサは、測定されたカテーテルの回転動作を指示する信号を通信インタフェース経由でコンピュータシステムに提供する。コンピュータシステムはこの信号を処理し、その上でディスプレイを更新し、力フィードバック信号を特定する。
【００６９】
力フィードバックは、プーリ動作に影響するアクチュエータ５０８を介して実行される。キャリッジアセンブリがベルト５１２に連結してあるので、キャリッジアセンブリが動くとベルト５１２は走り出し、プーリ５１０、５１４を回転させる。コンピュータシステムからの制御信号によって、アクチュエータはプーリ５１０の回転を阻止又は強化するように制御される。プーリの回転が阻止された場合は、カテーテルの並進動作を操作するのに付加的な力が必要とされる、逆に、プーリの回転が強化された場合は、カテーテルを操作するのにほとんど力が必要とされない。力フィードバックは、代表的には、実際の処置の間、カテーテルを患者体内に挿入するか体内から除去するかする時に出会う力をシミュレーションするのに利用される。その時、ユーザは、シミュレーション処置に基づいて器械の遠位端に伝えられた力を該器械の近位端で感じる。
【００７０】
入れ子式の器械及び／又は互いに独立した形で挿入された器械を収納できるように作られたインタフェース装置の変更可能な一実施例を図１５に示す。このインタフェース装置は、入れ子式の器械及び／又は互いに独立した形で挿入された器械を収納できることを除いて、図１２、１３ａ〜１３ｂ及び１４ａ〜１４ｄに示す上述のインタフェース装置とほぼ同様であり、ほぼ同じ仕方で機能する。詳記すれば、このインタフェース装置は、フレーム５０４とその関連の構成要素を受け取るベース７００、及びカバー７０４を含む。カバーの近位部分は、代表的には、シミュレーションされる解剖学的構造（図示なし）の開口部又は模擬のオリフィス７１２を含み、これが、代表的にはプラットフォーム７０２に取り付けてあり、これを介して器械がインタフェース装置に挿入できるようになっている。プラットフォーム７０２は通常、オリフィス７１２と一致する形の板の中に限定された開口部７１４を含み、これを介して器械がインタフェース装置に挿入できるようになっている。チューブ５０２は、器械をインタフェース装置の中まで案内するようにオリフィス７１２から延びる。チューブ５０２は、上に述べた通りフォームブロック（図示なし）の中に配置してよい。
【００７１】
フレーム５０４は、図１２に示す上述のフレームと同様であり、互いに独立した形で挿入された器械の収納するための構成要素を含む。互いに独立した形で挿入された器械は、平行な関係で配置されたそれぞれの構成体７２２及び７２４によって収納される。構成体７２４は、図１２の構成体とほぼ同様であり、これとほぼ同じ仕方で機能し、カテーテル等の器械をチューブ５０２を通して受け取る。カテーテルの動作はキャリッジアセンブリ５２０によって測定され、これにより、測定された動作を指示する信号がコンピュータシステムに提供され、そこで、力フィードバックが特定され、上に述べたのとほぼ同じ仕方でディスプレイが更新される。
【００７２】
構成体７２２は、ワイヤ、カテーテル、シースのアセンブリ等の入れ子式の器械の操作を測定するために複数のキャリッジアセンブリ及び対応するベローズ、ベルト、プーリ及びアクチュエータを含むことを除いて、構成体７２４とほぼ同様である。詳記すれば、構成体７２２は、フレームの近位端に向けて配置されたブラケット７１６、７１８、７２０を含み、これが対応するプーリ７２６、７２８、７３０及びアクチュエータ７３６、７３８、７４０を有する。複数の対応するプーリ（一部図示）がフレームの遠位端に配置してある。キャリッジアセンブリ７０６、７０８、７１０は、キャリッジアセンブリ５２０とほぼ同様であり、これについて上に述べたのとほぼ同じ仕方で対応する器械の回転動作と並進動作を測定する。キャリッジアセンブリ７０６、７０８、７１０は各々、近位プーリと遠位プーリ（一部図示）の間とその周囲を回るそれぞれのベルトに連結してある。アクチュエータとプーリにより、キャリッジアセンブリは、これと係合された特定の器械に力フィードバックを、キャリッジアセンブリ５２０について上に述べたのとほぼ同じ仕方で提供できるようになっている。上に述べた通り特定の器械の座屈を防ぐために、ベローズ５２２が、サポート５４２とキャリッジアセンブリ７０６の間、キャリッジアセンブリ７０６と７０８の間、及びキャリッジアセンブリ７０８と７１０の間に配置してある。インタフェース装置は、各々、望みの数量の器械を収納するために、何らかの数量（例えば少なくとも１つ）のキャリッジアセンブリを有する何らかの数量（例えば少なくとも１つ）の構成体を含んでもよい。
【００７３】
入れ子式の器械を収納するキャリッジアセンブリの配置を図１６に示す。詳記すれば、器械アセンブリ３３０（例えばワイヤ３０２、カテーテル３０４及びシース３０６を含む）をベローズ５２２（図示なし）に通してインタフェース装置の構成体７２２に挿入する。これにより、キャリッジアセンブリ７０６は、上に述べた通りシースを掴むのに十分な寸法のコレット５６８を含む。カテーテルとワイヤは、キャリッジアセンブリ７０６を通過し、ベローズ５２２（図示なし）を通って、カテーテルを掴むのに十分な寸法のコレット５６８を有するキャリッジアセンブリ７０８まで延びる。ワイヤは、更にキャリッジアセンブリ７０８を通過し、ベローズ５２２（図示なし）を通って、ワイヤを掴むのに十分な寸法のコレット５６８を有するキャリッジアセンブリ７１０まで延びる。キャリッジアセンブリは各々、ガイドロッド５１６及び５１８（図示なし）を横断し、上に述べた通りそれぞれの器械に力フィードバックを提供する。
【００７４】
インタフェースの働き方を図１５に則して説明する。詳記すれば、器械アセンブリ（図示なし、例えばワイヤ、カテーテル及びシースを含む）及び別の器械（例えばカテーテル）を、対応するオリフィス７１２、７１４を通して挿入し、チューブ５０２を通してキャリッジアセンブリまで延ばす。構成体７２４が、上に述べた通り器械（例えばカテーテル）の操作を測定し、他方、器械アセンブリはキャリッジアセンブリ７０６、７０８及び７１０を通って延びる。キャリッジアセンブリ７０６、７０８、７１０は各々、適正な寸法のコレットを含み、上に述べた通り、特定の器械（例えばワイヤ、カテーテル及びシース）を捕捉し、その操作を測定し、該器械に力フィードバックを提供する。構成体７２２、７２４は、それぞれ対応する器械について測定された操作を指示する信号をコンピュータシステムに提供するように並行して働き、これで、コンピュータは、上に述べたのとほぼ同じ仕方で器械ごとにその操作が反映されるようにディスプレイを更新できるようになる。同様に、図１１ａのインタフェース装置は、上に述べたのと同じ仕方で複数の器械を扱う複数のキャリッジアセンブリを含んでもよい。
【００７５】
器械を自動的に捕捉、解放できるようにするため、インタフェース装置は更に、図１７ａ〜１７ｂに示す通りの自動捕捉／解放機構を含んでもよい。インタフェース装置は、図１５に則して述べた構成体７２４と同様、ベローズ（図示なし）によって分離され、図１６に示すのとほぼ同様の仕方で配置されたキャリッジアセンブリ７０６（図示なし）、７０８、７１０を含む構成体を有してよい。該機構は、図示されたキャリッジアセンブリ７０８、７１０に関連づけて図示してあり、そこで、該機構は、下に述べる通り両キャリッジアセンブリの間又は一方のキャリッジアセンブリとフレームの間で等しく使用してよい。キャリッジアセンブリ７０８、７１０は、更に自動捕捉／解放機構をより操作し易くする構成要素を含むことを除いて、上に述べたキャリッジアセンブリ７０８、７１０とほぼ同様である。詳記すれば、キャリッジアセンブリ７１０がその上部から延びるブラケット８１４を含むのに対し、キャリッジアセンブリ７０８は、その上部から延びるブラケット８０６を含む。キャリッジアセンブリ７０８、７１０を結合させるために、ロッド８０４がブラケット８０６、８１４の中に限定された開口部を通る形で配置してある。
【００７６】
ブラケット８１４は、ロッド８０４と係合するようにばね押し式ナイロンプランジャを有するばねねじ８１６を含む。ばねねじは、ロッド８０４に加わる摩擦力を制御するために調節してよく、これにより、入れ子式の器械（例えばワイヤ３０２とカテーテル３０４）の間に生じた場合の摩擦がシミュレーションされる。ブラケット８０６は、ロッド８０４と係合するように止めねじ８０８を含み、これにより、ロッドの並進動作がキャリッジアセンブリ７０８の並進動作に応答して始められる。ロッド８０４の遠位端に向けてストッパ８１８が止めねじ８２０を介して配置してある。ストッパは、ワイヤ３０２をカテーテル３０４に相対してインタフェース装置に挿入してよい距離を制限する。これは、例えば心臓プレーシングリードのような端を閉じた形の中空器械をシミュレーションするのに利用してよい。通常、リードを心臓の中に誘導できるように固まらせるためにワイヤスタイレットが利用される。このスタイレットは、リードがたわみ性のある状態に戻す処置が終了した時点で除去される。それ以上のスタイレットの挿入は、代表的にはリードの端によって阻止される。これは、ストッパ８１８の調節によってシミュレーションできる。
【００７７】
トラベラー８１０が止めねじ８１２を介してロッド８０４に締め付けてある。トラベラーは、代表的には「Ｔ」形ブラケットによって実現させられ、望ましくは約９０度回転させられ、キャリッジアセンブリ７０８の並進動作に応答してロッド８０４とともに並進移動する。換言すれば、キャリッジアセンブリ７１０に応答してキャリッジアセンブリ７０８が差動並進する結果、トラベラー８１０がキャリッジアセンブリ７１０に相対して差動動作を起こす。ロッド動作の量は、ばねねじ８１６によってロッドに加えられた摩擦力によって部分的に求められる。トラベラーは、望ましくは、キャリッジアセンブリ７１０の一部と一致する形でロッド８０４にはめてある。加えて、レバー延長部５８３は、ピボットピン５６４及びインタフェースロッド８０４を越えて延びる突起８４０を含む。突起は、ブラケット８１４とトラベラー８１０の間に配置されたロッド８０４の一部をインタフェース接続する。トラベラー８１０は、下に述べる通り器械を捕捉、解放するために、レバー延長部５８３を旋回させるように突起８４０を操作する。
【００７８】
キャリッジアセンブリ７１０は更に、ロッカー８２４、引張ばね８３２、ロッカーピボットピン８２６、固定ピン８２８、可動ピン８３０及び止めピン８３８を含み、各々、キャリッジアセンブリの上部に向けて配置してある。ロッカー８２４は、望ましくは、直線セクション８４２、８４４を有する「Ｌ」形ブラケットによって実現させられる。ロッカー８２４は、ロッカー直線セクションのインタフェース又は結合点に向けて配置されたロッカーピボットピン８２６を中心として旋回する。可動ピン８３０は、直線セクション８４４の遠位端に向けて配置してあり、ロッカー動作と連動する。固定ピン８２８はロッカー８２４の遠位端に位置し、引張ばね８３２は固定ピンと可動ピンの間に位置し、両ピンに結合させてある。引張ばねは、トラベラー８１０を突起８４０に押し付けるのに利用され、これで、レバーのばね（例えば図１３ａのばね５７６）のバイアスは克服され、レバー及び捕捉／解放機構は下に述べる通り操作されることになる。止めピン８３８はピボットピン８２６の近位端に位置し、これで、ロッカー８２４の回転が下に述べる通り制限される。
【００７９】
自動捕捉／解放機構の働き方について例を挙げて説明する。最初、ワイヤ３０２はキャリッジアセンブリ７１０によって捕捉され、カテーテル３０４の方はキャリッジアセンブリ７０８によって捕捉される（図１７ａ）。ワイヤ３０２をインタフェース装置から引き抜くと、キャリッジアセンブリ７１０はキャリッジアセンブリ７０８に向けて引っ張られるが、キャリッジアセンブリ７０８の方は相対的に静止したままである（これは例えば、カテーテル３０４と係合しているキャリッジアセンブリ７０８をワイヤ３０２が通過したからである）。ロッカー８２４は最初、セクション８４２がトラベラー８１０をインタフェース接続する方向に向けられた状態で、引張ばね８３２によって加えられた時計回りのトルクによって止めピン８３８に押し付けられた位置にある。ロッカー８２４をトラベラー８１０に向けて引いていくにつれて、セクション８４２がトラベラーをインタフェース接続し、これにより、ロッカーがピボットピン８２６を中心として反時計回りに回転させられるようになる。引張ばね８３２が可動ピン８３０に力を加えていき、これで、ロッカーにトルクが生じてくる。ロッカー８２４が、直線セクション８４４をトラベラー８１０の近位側に接近できるようにするのに十分な量回転すると、引張ばね８３２によってロッカー８２４に加えられたトルクの向きは反時計回りに変わる。ロッカーが更に回転するにつれて、トルクは増大し、セクション８４４がトラベラー８１０の近位側をインタフェース接続し、これにより、トラベラーがキャリッジアセンブリ７１０に相対して遠ざかる方向に移動することになる。トラベラーは突起８４０と接触し、レバーにかかるバイアス力が克服されるのに応答してレバー延長部５８３をキャリッジアセンブリ７１０に向けて旋回させ、それで、ワイヤ３０２を解放するようになる（図１７ｂ）。ワイヤ３０２がキャリッジアセンブリ７１０から解放され、キャリッジアセンブリ７０８、７１０は、引張ばね８３２が延長部８４４をトラベラー８１０の近位側に押し付けるように保持してくれるため、互いに相対する位置を維持する。ワイヤは、下に述べる通り引き抜いて別の器械と交換してよい。
【００８０】
新たな器械をカテーテル３０４を通して挿入し、インタフェース装置の中に入れてよい。挿入された器械は、キャリッジアセンブリ７１０にまで延びる。挿入の力が増すと、キャリッジアセンブリ７１０は、キャリッジアセンブリ７０８から遠ざかる方向に移動させられる。ロッカー８２４のセクション８４４がトラベラー８１０をインタフェース接続し、これにより、ロッカーは引き続き時計回りに旋回させられる。ロッカー８２４が回転するにつれて、引張ばね８３２によって加えられたトルクは反時計回りの方向で減少し、究極的に時計回りの方向に変わる。ロッカー８２４が、セクション８４２をトラベラー８１０の遠位側に接近できるようにするのに十分な量回転すると、止めピン８３８がロッカー８２４の回転を制限する。レバー延長部５８３にかかるばねバイアス力によって、下に述べる通り、レバーは新たな器械を捕捉する方向に旋回させられる（図１７ａ）。こうして、シミュレーション処置の間の器械の挿入又は交換は、レバー延長部５８３を手動で旋回させる必要なしに現実的な仕方で実行できる。
【００８１】
上に述べた自動捕捉／解放機構は通常、キャリッジアセンブリ７０８と７１０の間、キャリッジアセンブリ７０６と７０８の間（図１５及び１６）、及びキャリッジアセンブリ７０６とフレーム近位端又はサポートの間で上に述べたのとほぼ同じ仕方で使用される。詳記すれば、キャリッジアセンブリ７０６、７０８、７１０は各々、代表的には、上に述べたキャリッジアセンブリ７０８、７１０の機構構成要素を含む（例えば図１７ａ〜１７ｂに示すキャリッジアセンブリ７０８の構成要素８０６及び８９０）。上に述べた通り対応するロッドをインタフェース接続するために適切な構成要素が配置してあり（例えばキャリッジアセンブリが含むか又は使用してはならない構成要素はいくつかあり、例えばキャリッジアセンブリ７１０のブラケット８０６（図示なし）は、該アセンブリが特定の配置において後続にアセンブリに結合させられないので、代表的には使用されない）、これにより、独立したロッドが、キャリッジアセンブリ７０８と７１０の間、キャリッジアセンブリ７０６と７０８の間、及びキャリッジアセンブリ７０６とインタフェース装置のフレームの間に配置される。キャリッジアセンブリ７０６と結合したロッドは、上に述べたブラケット８０６の機能と同様にアースとして働くようにフレームに取り付けてある。機構は、キャリッジアセンブリ７０６、７０８、７１０によるシース、カテーテル及びワイヤの自動的な捕捉及び解放を上に述べたのとほぼ同じ仕方で容易にする形で実現させられる。加えて、自動捕捉／解放機構は、レバーのバイアスを克服し、レバーを望みの方向に旋回させるだけの磁力を発生させるために、図３に則して上に述べた磁石と同様の磁石（例えばキャリッジアセンブリ上に配置された磁石や、ロッド８０４又は他のサポートの上に配置された磁石）を変更可能に利用してよい。同様に、自動捕捉／解放機構は、図３のシステムにおいて内側チューブを外側チューブの中に保つのに利用してよい。この機能の構成要素は、上に述べたキャリッジアセンブリの配置と同様の仕方で内側チューブ及び外側チューブに取り付けてよい。
【００８２】
上に述べた、そして図面に描かれた実施例が、医療処置シミュレーションシステムに器械をインタフェース接続するためのインタフェース装置及び方法を実現させる多くの方途のごく一部にすぎないことは、認識されよう。
【００８３】
本発明のインタフェース装置は、様々な細長い器械又は他の器械（例えば内視鏡、カテーテル、ワイヤ、シース等）とともに、様々な医療処置のシミュレーションに利用してよく、ここに開示された特定の器械又は特定の用途に制限されない。医療処置シミュレーションシステムのコンピュータシステムは、従来型の、又は他の何らかの処理システムによって実現させてよい。通信インタフェースは、インタフェース装置と処理システムの間の互換性を確保するため、信号を転送及び／又は変換する回路（例えばアナログ／デジタル変換器、ディジタル／アナログ変換器等）及び／又はプロセッサを含んでもよい。通信インタフェースの機能は、更にインタフェース装置又は処理システムの内部で果たされてもよい。
【００８４】
内視鏡又は他の器械は、様々な事象をシミュレーションするために様々なスイッチ、ボタン、ダイアル又はレバーを含んでもよい。例えば、洗浄や吸引のシミュレーション、及びストップモーションや動く映像に戻す操作を含むビデオ撮影のシミュレーションに内視鏡スイッチを使用してよい。インタフェース装置及び器械捕捉機構は、内視鏡処置の間に使用された器械を使って医師が訓練できるようにするために実際の内視鏡とともに使用してよい。内視鏡は更に、様々なスイッチ又はレバーにおける力フィードバックを含んでもよい。力フィードバックは、静的な力又は動的な力を内視鏡構成要素に加えるように構成されたアクチュエータによって実行されてよい。アクチュエータは、望みの力をもたらすように調節してよい。
【００８５】
インタフェース装置及び器械のエンコーダは、従来型の、又は他の何らかのエンコーダ又は装置、例えば光学エンコーダ、アナログエンコーダ、ポテンショメータ等によって実現させてよい。インタフェース装置の並進測定エンコーダは、あるいは、目標の細い線を読むリニアエンコーダ、代表的には、トロリ、キャリヤ又はキャリッジの運動路に沿って配置された、明暗の帯を有するリニアエンコーダによって実現させられる。力フィードバックは、動作を止めるのに摩擦力（例えばフレーム、ガイドロッド又はガイドレールに対抗する摩擦力）を利用するトロリ、キャリヤ又はキャリッジに取り付けられた受動型又は能動型の制動機構又は能動型モータ又は他のアクチュエータを介してインタフェース装置によって提供されてよい。その上、器械の回転動作を阻止するためには、上に述べた力フィードバックユニットと同様の補助の力フィードバックユニットを使用してよい。
【００８６】
インタフェース装置は、鼻孔、口、耳、肛門、尿道等の何らかの解剖サイトを利用してよい。更に、外科的に作られたオリフィスのような何らかの種類のオリフィスを利用してよい（例えば腹腔鏡処置のために胃の作られた開口部）。上に述べたインタフェース装置は各々、ピボット式エントリサイトを含んでもよく、これにより、サイトは望みの位置又は望みの向きで旋回させることができる。その上、インタフェース装置は、サイトを特定のどんな自由度でも、どんな量でも旋回させることのできる従来型の、又は他の何らかのピボット機構を含んでもよい。シミュレーションシステムは、望みのどんな解剖サイトも、どんなオリフィスも同様にシミュレーションしてよい。加えて、インタフェース装置は、エントリサイトの向きを測定し、この測定された無機に基づいて処置をシミュレーションシステムでシミュレーションできるようにするために、上に述べた通りの補助のエンコーダを含んでもよい。
【００８７】
捕捉機構は、力及びトルクの伝達を可能にする従来型の、又は他の何らかの装置、例えばコレット（例えば何らかのタイプの標準コレット（例えばばね又はねじ）、チャック、クイックコネクタ（例えば高圧ホースに使用されるような標準クイックコネクタ）、又は急速継手タイプの装置によって実現させてよい。捕捉機構は、捕捉の効果をもたらす機械的な装置、磁気的な装置（例えばソレノイドやプランジャ）、空気圧又は他の装置を利用してよい。自動補角機構は、捕捉／解放の時期を感知するセンサ及びコンピュータ制御を利用してよい。更に、本発明は通常、メス型の捕捉機構を利用するが、インタフェース装置の内側で伸張可能なオス型取付具に密着するように先端を改良した器械であってもよい（例えばはさみ形、バルーン形、円錐形くさびによって外へ押されるボール形等）。捕捉機構及びコレットは、特定の器械に適応できれば、どんなサイズ、どんな形であってもよい。キャリヤ又はキャリッジは、ガイドロッドを介して支持してあってよいが、キャリヤ又はキャリッジが、押込空気が通る穴をあけた表面によって支持されたベースを含み、そのため、キャリヤ又はキャリッジと支持表面の間に空気の薄い層ができる構造である場合は、空気軸受を介して支持してよい。これで、摩擦のきわめて小さいフリクションガイドが出来上がる。キャリッジは、捕捉／解放を容易にする何らかの方式で操作される従来型のレバー又はスイッチを利用してよい。インタフェース装置は、どれだけの数量であっても、入れ子式の器械又は他の器械を収納するだけの数量（例えば少なくとも１つ）のトロリ、キャリヤ及びキャリッジを含んでもよい。
【００８８】
本発明の様々なエンコーダ、アクチュエータ、プーリ、ベルト及び他の構成要素は、上述の機能を果たす従来型の、又は他の何らかのタイプの構成要素によって実現させてよい。かかる構成要素は、どんな形、どんなサイズであってもよく、適当などんな材料でできていてもよく、また、インタフェース装置の中にどんな形式で配置してあってもよい。トロリ、キャリヤ及びキャリッジは、どんな形、どんなサイズであってもよく、従来型の、又は他の何らかの装置、例えばホイール、ガイドレール、軌道、空気軸受を含む十分すべり易い表面等を介して移動してよい。ベルトは、適当などんな材料でできていてもよく、何らかのベルト、ケーブル、ロープ、チェーン又は他の適当な装置によって実現させてよい。ベルトは、インタフェース装置の中にどんな形式で配置してあってもよい。プーリは、ベルトと両立し得る何らかのタイプのプーリ、ギヤ又は他の装置によって実現させてよい。インタフェース装置のハウジング、フレーム及び構成要素は、どんなサイズ、どんな形であってもよく、適当などんな材料でできていてもよい。インタフェース装置の様々なチューブ（例えば内側チューブ、外側チューブ、ガイドチューブ等）は、どんなサイズ、どんな形、どんな長さであってもよく、適当などんな材料でできていてもよい。
【００８９】
本発明で使用される止めねじは、従来型の止めねじ、又は器械を掴むのに適した他の何らかの装置によって実現させてよい。インタフェース装置の内側チューブ又は外側チューブは、従来型の、又は他の何らかの手段を介してフレーム及び／又はトロリ、キャリヤ又はキャリッジに取り付けてよい。ベローズは、どれだけの数量、どんな形、どんなサイズであってもよく、適当などんな材料でできていてもよい。ベローズは、器械を支持し、座屈を防ぐことのできるどんな装置によって実現させてもよい。詳記すれば、この明細書では入れ子式のチューブ又はベローズによって提供される座屈防止機能を、キャリッジの一部分（例えば捕捉機構及び設けられていないか又は１つもしくは複数のセンサ）及び医療ツールがチューブの内側を移動する一方、キャリッジの残りの部分がスリットの外側を移動することができるようにスリットを付けたチューブによって提供してもよい。スリットは、医療ツールがスリットを通り抜けて歪むのを防ぐのに十分なほど細幅であるが、キャリッジの２つの部分をチューブの内側と外側で結合させるのに十分広い幅を有する。中実材料の表面に近いところで該表面に平行にあけ、中にスリットを切った長穴でスリットチューブを代用させてよい。フォームブロックは、十分な弾性を有する材料によって実現させてよい。自動捕捉機構は、どれだけの数量（例えば少なくとも１つ）、どんな形（例えば円形又は矩形）、どんなサイズのロッドを利用してもよい。かかる機構は、捕捉／解放のためにレバーを旋回させるのに機械的な力、電気的な力又は他の何らかの力を利用してよい（例えば磁石、ばね、ゴムバンド等）。同様に、これらの装置は、捕捉／解放を可能にするために内側チューブ及び外側チューブとともに利用してもよい。機構は、特定の器械と自動的に係合するようにどれだけの数量を利用してもよく、どれだけの数であれ、互いに同軸の器械まで延びてよい。
【００９０】
様々なインタフェース装置の実施例は、様々な器械を収納できるように個々別々に実現させても組み合わせた形で実現させてもよい。更に、インタフェース装置の中で器械の操作を測定し、力フィードバックを提供する様々な仕方を上述の実施例のどれに利用してもよい。
【００９１】
用語「上部」、「下部」、「底部」、「側部」、「長さ」、「上へ」、「下へ」、「前」、「後」、「背」、「時計回り」及び「反時計回り」は、この明細書では単に参照箇所を説明するために便宜上使用したものであり、本発明を特定の構成又は特定の方向に制限するものではない。
【００９２】
以上の説明から、本発明が、様々な医療処置の実践をシミュレーションする医療処置シミュレーションシステムに様々な器械をインタフェース接続するための新規のインタフェース装置及び方法を実用化するものであることは認識されよう。
【００９３】
医療処置シミュレーションシステムに様々な器械をインタフェース接続するための新たな、改良されたインタフェース装置及び方法の実施例を説明した今、ここに教示したところから見て他の改良、変種及び変更が当業者に提案されるものと思う。よって、そのような変種、改良及び変更がすべて、付記請求項によって限定された本発明の範囲に属することは理解されよう。
【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１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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