(57)【要約】  ロボット外科用システムに連結されるように構成された外科用具の関節運動較正のためのシステム及び方法が提供される。エンドエフェクタを有する用具シャフトを含む用具は、シャフトに沿って延在し、エンドエフェクタに動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材を有し、それにより、連結部材に選択的に加えられる力は、エンドエフェクタの関節運動を引き起こし得る。また、この用具は、復帰機構を含み得る。エンドエフェクタの関節運動較正を実行するために、エンドエフェクタを拘束することができ、更なる関節運動に対する抵抗が閾値を超えるまで、力を連結部材に加えて、エンドエフェクタの関節運動を試みることができ、抵抗が閾値を超えた力に基づいて、エンドエフェクタのホーム位置を決定することができる。
2020518304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科用システムに連結されるように構成されている外科用具であって、
遠位端に連結されたエンドエフェクタを有する用具シャフトと、
前記用具シャフトと前記エンドエフェクタとの間に配設されたリスト部と、
少なくとも１つの連結部材であって、前記連結部材に選択的に加えられる力が、前記エンドエフェクタのピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つを引き起こし得るように、前記用具シャフトに関連付けられ、かつ前記エンドエフェクタに動作可能に連結された、少なくとも１つの連結部材と、
前記用具シャフトに対する前記エンドエフェクタの推定されたゼロ位置を、前記エンドエフェクタの調整されたゼロ位置に角度調整するよう、作動するように構成されている復帰機構と、を備える、外科用具。
【請求項２】
前記エンドエフェクタが、前記調整されたゼロ位置を基準として前記リスト部に対して移動されるように構成されている、請求項１に記載の外科用具。
【請求項３】
前記エンドエフェクタが前記用具シャフトに対して前記調整されたゼロ位置にあるとき、前記少なくとも１つの連結部材は、更なる関節運動に対する抵抗が閾値を超えるまで、前記エンドエフェクタの少なくとも１つの方向への関節運動を試みるために前記少なくとも１つの連結部材に加えられた力を有するように構成されている、請求項１に記載の外科用具。
【請求項４】
前記少なくとも１つの連結部材が、複数の可撓性ケーブルを含む、請求項１に記載の外科用具。
【請求項５】
前記少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力の複数の値を記憶するように構成されているメモリを更に備え、前記記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される、請求項１に記載の外科用具。
【請求項６】
前記復帰機構が、前記リスト部に関連付けられた係合部材と係合するよう、遠位方向に移動するように構成されている細長い要素を含む、請求項１に記載の外科用具。
【請求項７】
前記復帰機構が、フォーク部材と、前記フォーク部材内へ遠位方向に移動して、前記フォーク部材を前記連結部材と係止係合させるように構成されているプッシュロッドと、を含む、請求項１に記載の外科用具。
【請求項８】
前記フォーク部材が、前記連結部材上に形成された複数の歯と係合するように構成されている複数の歯を含む、請求項７に記載の外科用具。
【請求項９】
前記復帰機構は、前記連結部材が前記復帰機構に対して複数の所定の位置のうちの１つに配設されるように、前記フォーク部材の前記歯を、前記連結部材上に形成された前記歯と係合させることによって、前記エンドエフェクタの前記推定されたゼロ位置を角度調整するように構成されている、請求項８に記載の外科用具。
【請求項１０】
外科的方法であって、
ロボット外科用システムに連結された外科用具のシャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを拘束して、前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動を実質的に制限することと、
更なる関節運動に対する抵抗が第１の閾値を超えるまで、第１の力を前記エンドエフェクタに動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材に加えて、前記エンドエフェクタの第１の方向への関節運動を試み、前記抵抗が前記第１の閾値を超えた力の第１の値を記憶することと、
更なる関節運動に対する抵抗が第２の閾値を超えるまで、第２の力を前記少なくとも１つの連結部材に加えて、前記エンドエフェクタの第２の反対方向への関節運動を試み、前記抵抗が前記第２の閾値を超えた力の第２の値を記憶することと、
前記第１及び第２の値に基づいて第１及び第２の関節運動角度を決定することと、
前記第１及び第２の関節運動角度を平均化して、前記エンドエフェクタのホーム位置を得ることと、を含む、外科的方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの連結部材が、第１の連結部材及び第２の連結部材を含み、
前記第１の力が、前記第１の連結部材に加えられ、
前記第２の力が、前記第２の連結部材に加えられる、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの連結部材が、複数の可撓性ケーブルを含む、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の関節運動角度を決定することが、前記第１及び第２の値を、前記少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力の記憶された値と相関させることを含み、前記記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の値を記憶することが、前記ロボット外科用システムに関連付けられたメモリに前記第１及び第２の値を記憶することを含む、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１５】
前記エンドエフェクタの前記ホーム位置を基準として前記エンドエフェクタの少なくとも一部を前記シャフトに対して枢動させるために、前記少なくとも１つの連結部材に力を加えることを更に含む、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１６】
前記エンドエフェクタの前記ホーム位置は、前記エンドエフェクタの前記シャフトに対する関節運動角度がゼロであると見なされる前記エンドエフェクタの位置を示す、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１７】
前記エンドエフェクタを拘束することが、前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動を実質的に制限するように復帰部材を作動させることを含む、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１８】
前記エンドエフェクタを拘束することが、
前記エンドエフェクタをトロカールに少なくとも部分的に挿入し、それによって前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動を実質的に制限することを含む、請求項１０に記載の外科的方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の閾値が、前記ロボット外科用システムに既知の所定の閾値である、請求項１０に記載の外科的方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ロボット手術、特に関節運動するロボット外科用具の較正のための方法及び装置が提供される。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲手術（minimally invasive surgical、ＭＩＳ）器具は、多くの場合、術後の回復時間の短縮及び最小限の瘢痕のため、従来の開腹手術装置よりも好ましい。腹腔鏡手術は、１つ以上の小切開が腹部に形成され、トロカールが切開を通して挿入されて、腹腔へのアクセスを提供する経路を形成する、ＭＩＳ手技の一種である。トロカールを使用して、様々な器具及び用具を腹腔内に導入し、並びに腹腔壁を臓器の上に持ち上げるための送気を提供する。診断又は治療効果を達成するために、これらの機器及び用具を使用して、多くの方法で組織と係合、及び／又は組織を処置することができる。内視鏡手術は、細長い可撓性シャフトが自然の開口部を通して体内に導入される、別の種類のＭＩＳ手技である。
【０００３】
従来の低侵襲手術器具及び技術は、非常に効果的であることが証明されているが、より新しいシステムはなお更なる利点を提供し得る。例えば、従来の低侵襲外科用器具は、開腹手術で見られる用具の配置の柔軟性を外科医に与えないことが多い。小切開部を通して器具を用いて手術部位に接近する難しさが経験される。加えて、典型的な内視鏡器具の追加の長さは、多くの場合、エンドエフェクタ上の組織及び器官によって及ぼされる力を感じる外科医の能力を低減させる。更に、テレビモニタ上の画像で見たとおりの器具のエンドエフェクタの運動と実際のエンドエフェクタの運動との協調は、画像内で知覚される運動は通常、実際のエンドエフェクタの運動と直感的に対応しないため、特に困難である。したがって、外科用器具の運動の入力に対する直感的な応答の欠如がしばしば経験される。内視鏡用具の直感性、巧緻性、及び感受性のこのような不足は、低侵襲手術の使用の増加における障害であることが分かっている。
【０００４】
外科的な巧緻性を向上させ並びに外科医が直感的な方式で患者に手術できるようにするために、長年にわたって、様々な最小侵襲ロボットシステムが開発されてきた。遠隔手術は、外科医がいくつかの形態の遠隔制御、例えば、サーボ機序などを使用して、手で用具を直接持って動かすのではなく、外科用器具の運動を操作するシステムを使用する、外科手術の一般的な用語である。このような遠隔手術システムでは、外科医は、典型的には、患者から離れた場所で視覚的ディスプレイ上に手術部位の画像が提供される。外科医は、典型的には、外科手技中に視覚的ディスプレイでエンドエフェクタの運動を観察しながら、患者から離れた場所で外科手技を行うことができる。典型的には、視覚的ディスプレイで手術部位の３次元画像を見ながら、外科医は、遠隔位置でマスター制御装置を操作することによって患者の外科手技を実行し、マスター制御装置は、遠隔制御された器具の運動を制御する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボット手術の分野では著しい進歩がなされてきたが、ロボット手術で使用するための改良された方法、システム、及び装置は依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概して、ロボット外科用具の較正が提供される。外科用具の細長いシャフトの回転角度を検出することが可能な方法及びシステムが提供される。
【０００７】
一態様では、外科的方法が提供され、この方法は、いくつかの実施形態では、ロボット外科用システムに連結された外科用具のシャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを拘束して、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動を実質的に制限することと、更なる関節運動に対する抵抗が第１の閾値を超えるまで、第１の力をエンドエフェクタに動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの第１の方向への関節運動を試み、抵抗が第１の閾値を超えた力の第１の値を記憶することと、更なる関節運動に対する抵抗が第２の閾値を超えるまで、第２の力を少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの第２の反対方向への関節運動を試み、抵抗が第２の閾値を超えた力の第２の値を記憶することと、第１及び第２の値に基づいて第１及び第２の関節運動角度を決定することと、第１及び第２の関節運動角度を平均化してエンドエフェクタのホーム位置を得ることと、を含む。
【０００８】
この方法は、様々な方法で変化し得る。例えば、少なくとも１つの連結部材は、第１の連結部材及び第２の連結部材を含み得、第１の力は、第１の連結部材に加えられ得、第２の力は、第２の連結部材に加えられ得る。少なくとも１つの連結部材は、複数の可撓性ケーブルを含み得る。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の関節運動角度を決定することは、第１及び第２の値を、少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力の記憶された値と相関させることを伴い、記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される。第１及び第２の値を記憶することは、ロボット外科用システムに関連付けられたメモリ内に第１及び第２の値を記憶することを含み得る。
【００１０】
この方法は、エンドエフェクタの少なくとも一部を、エンドエフェクタのホーム位置を基準としてシャフトに対して枢動させるために、少なくとも１つの連結部材に力を加えることを更に含み得る。エンドエフェクタのホーム位置は、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度がゼロであると見なされるエンドエフェクタの位置を示す。
【００１１】
少なくともいくつかの実施形態では、エンドエフェクタを拘束することは、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動を実質的に制限するように復帰部材を作動させることを含む。更に、少なくともいくつかの実施形態では、エンドエフェクタを拘束することは、エンドエフェクタをトロカールに少なくとも部分的に挿入し、それによってシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動を実質的に制限することを含む。
【００１２】
第１及び第２の閾値は、ロボット外科用システムに既知の所定の閾値であり得る。
【００１３】
別の態様では、ロボット外科用システムに連結されるように構成された外科用具が提供される。少なくともいくつかの実施形態では、外科用具は、遠位端に連結されたエンドエフェクタを有する用具シャフトと、用具シャフトとエンドエフェクタとの間に配設されたリスト部と、連結部材に選択的に加えられる力が、エンドエフェクタのピック及びヨー運動の少なくとも１つを生じさせ得るように、用具シャフトに関連付けられ、かつエンドエフェクタに動作可能に連結された、少なくとも１つの連結部材と、用具シャフトに対するエンドエフェクタの推定されたゼロ位置を、エンドエフェクタの調整されたゼロ位置に角度調整するように作動するように構成された復帰機構と、を含む。
【００１４】
外科用具は、多様に異なり得る。例えば、エンドエフェクタは、調整されたゼロ位置を基準として、リスト部に対して移動するように構成され得る。別の例として、エンドエフェクタが用具シャフトに対して調整されたゼロ位置にあるとき、少なくとも１つの連結部材は、更なる関節運動に対する抵抗が閾値を超えるまで、エンドエフェクタの少なくとも１つの方向への関節運動を試みるために加えられる力を有するように構成され得る。
【００１５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの連結部材は、複数の可撓性ケーブルを含む。いくつかの実施形態では、外科用具は、少なくとも１つの連結部材に適用され得る力の複数の値を記憶するように構成されたメモリを更に含み、記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される。
【００１６】
復帰機構は、多様な異なる構成を有し得る。例えば、少なくともいくつかの実施形態では、復帰機構は、リスト部に関連付けられた係合部材に係合するよう、遠位方向に移動するように構成された細長い要素を含む。少なくともいくつかの実施形態では、復帰機構は、フォーク部材と、フォーク部材の中へ遠位方向に移動してフォーク部材を連結部材と係止係合させるように構成されたプッシュロッドと、を含む。フォーク部材は、連結部材上に形成された複数の歯と係合するように構成された複数の歯を有し得る。復帰機構は、連結部材が復帰機構に対して複数の所定の位置のうちの１つに配設されるように、フォーク部材の歯を連結部材上に形成された歯に係合させることによって、エンドエフェクタの推定されたゼロ位置を角度調整するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本開示は、以下の詳細な説明を添付図面と併せ読むことで、より完全に理解されるであろう。
【図１】患者側部分及びユーザ側部分を含む、外科用ロボットシステムの一実施形態の斜視図である。
【図２】外科用ロボットシステムの用具ドライバ及び用具ドライバに連結された、外科用具の近位部分の斜視図である。
【図３】外科用具のエンドエフェクタ及びリスト部の斜視図である。
【図４】図３のリスト部の別の斜視図である。
【図５】外科用ロボットシステムに取り外し可能に連結されるように構成された、外科用具の復帰機構の斜視図である。
【図６】外科用ロボットシステムに取り外し可能に連結されるように構成された、外科用具のエンドエフェクタの関節運動較正のプロセスのフローチャートである。
【図７】外科用具及び外科用ロボットシステムを示すブロック図である。
【図８Ａ】外科用ロボットシステムに取り外し可能に連結されるように構成された、外科用具の復帰機構の一方の側の斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ａの復帰機構の反対側の斜視図である。
【図９Ａ】外科用ロボットシステムに取り外し可能に連結されるように構成された、外科用具の復帰機構の一方の側の斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ａの復帰機構の反対側の斜視図である。
【図１０Ａ】外科用ロボットシステムに取り外し可能に連結されるように構成された、外科用具の復帰機構の一方の側の斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの復帰機構の反対側の斜視図である。
【図１１Ａ】外科用ロボットシステムに取り外し可能に連結されるように構成された、外科用具の復帰機構の一方の側の斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの復帰機構の反対側の斜視図である。
【図１２】コンピューティングシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本明細書で開示する装置及び方法の構造、機能、製造、及び使用の原理の全体的な理解が得られるように、特定の例示的な実施形態を説明する。これらの実施形態のうちの１つ又は２つ以上の実施例が、添付の図面に示されている。当業者であれば、本明細書で具体的に説明され、かつ添付の図面に例示される装置及び方法が、非限定的な典型的な実施形態であること、並びに本発明の範囲が、特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。１つの典型的な実施形態に関連して例示又は説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。このような改変及び変形は、本発明の範囲内に含まれるものとする。
【００１９】
更に、本開示においては、実施形態の同様の参照符合を付した構成要素は概して同様の特徴を有するものであり、したがって、特定の実施形態において、同様の参照符合を付した各構成要素の各特徴については必ずしも完全に詳しく述べることはしない。加えて、開示されるシステム、装置及び方法の説明で直線寸法又は円寸法が使用される範囲において、かかる寸法は、かかるシステム、装置及び方法と組み合わせて使用することができる形状の種類を限定しようとするものではない。当業者には、任意の幾何学的形状についてかかる直線寸法及び円寸法に相当する寸法を容易に決定することができる点が認識されるであろう。システム及び装置、並びにその構成要素のサイズ及び形状は、少なくともシステム及び装置が用いられる被験者の解剖学的構造、システム及び装置がそれらと共に用いられる構成要素のサイズ及び形状、並びにシステム及び装置が用いられる方法及び手順によって決まり得る。
【００２０】
外科用具を初期化又はリセットするための様々な例示的な方法、システム、及び装置が提供される。特に、ロボット外科用システムに可逆的に連結されるように構成された外科用具の関節運動較正のためのシステム及び方法が提供される。概して、手術用具は、細長いシャフト、及びエンドエフェクタをシャフトの遠位端に結合するリスト部を備えることができる。このリスト部は、シャフトに対するエンドエフェクタの角運動を容易にするように構成され得る。外科用具はまた、連結部材のうちの１つ又は２つ以上に選択的に加えられる力が、シャフトに対するエンドエフェクタの運動を引き起こし得るように、エンドエフェクタに動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材を含み得る。エンドエフェクタの運動は、エンドエフェクタのゼロ角度位置であるとされる非関節運動位置と、エンドエフェクタがゼロ角度位置に対して移動し、シャフトに対して非ゼロ角度に配向される関節運動位置との間の運動を含み得る。少なくともいくつかの実施形態では、エンドエフェクタの運動は、エンドエフェクタのピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つである。
【００２１】
記載される実施形態のうちの少なくともいくつかでは、外科用具はまた、用具シャフトに対するエンドエフェクタの推定されたゼロ位置を、エンドエフェクタの調整されたゼロ位置に角度調整するように作動するように構成された復帰機構を含む。復帰機構は、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動を実質的に制限するように構成される。いくつかの実施形態では、追加的に又は代替的に、エンドエフェクタは、その関節運動が他の技術を使用して制限されるように拘束され得る。例えば、エンドエフェクタは、トロカール又は他の器具に少なくとも部分的に挿入され得る。
【００２２】
エンドエフェクタが拘束された構成にあるとき、エンドエフェクタの関節運動を較正することができる。一態様では、較正は、更なる関節運動に対する抵抗が閾値を超えるまで、力を少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの関節運動を試みることを伴う。次いで、抵抗が閾値を超えた力値を使用して、エンドエフェクタの関節運動角度が決定される。関節運動の試みは、第１の方向及び第２の反対方向に実行され得、それぞれの決定された関節運動角度は平均化され得る。このような方法で、エンドエフェクタの関節運動角度がゼロ角度とされるエンドエフェクタのホーム位置が決定される。この較正が、外科用具がロボット外科用システムに連結されるたびに実行されて、用具が初期化又はリセットされ得る。エンドエフェクタを関節運動させるための外科用具のその後の動作は、決定されたホーム位置を基準として実行される。
【００２３】
特に、更なる関節運動に対する抵抗が第１の閾値を超えるまで、第１の力を少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの第１の方向への関節運動が試みられ得る。同様の方法で、更なる関節運動に対する抵抗が第２の閾値を超えるまで、第２の力を少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの第２の反対方向への関節運動が試みられ得る。この力の適用は、連結部材のそれぞれの機械的ヒステリシスを除去し、エンドエフェクタのホーム位置における連結部材の張力を決定することが意図される。
【００２４】
抵抗が第１及び第２の閾値をそれぞれ超えた力の第１及び第２の値が記憶され、第１及び第２の関節運動角度は、第１及び第２の値に基づいて決定される。例えば、外科用具は、そのメモリ内に、それぞれの関節運動角度に関連した力値を記憶し得る。このように、連結部材に加えられる力の値が、記憶された力値と比較され得、一致値を使用して、問い合わされる力値に対応する関節運動角度が決定され得る。
【００２５】
記載された技術は、エンドエフェクタの初期位置が正確に決定されるため、エンドエフェクタの関節運動をより正確に制御することができる。ロボット外科用システムの（例えば、用具ドライバの）１つ又は２つ以上のアクチュエータは、次いで、その初期位置に対するエンドエフェクタの関節運動を制御し得る。このように、連結部材のうちの１つ又は２つ以上が作動してエンドエフェクタを関節運動させるとき（例えば、ピッチ、ヨー、又はそれらの組み合わせ）、その運動量は、関節運動の所望の方向及び程度をもたらすためにより正確に決定され得る。エンドエフェクタは、このように、外科手技において患者の体内により正確に位置付けられ得、したがって、外科手技のより効率的な実行を可能にし、かつ／又はエンドエフェクタが意図されていない位置に移動し、その結果、組織及び／若しくは他の物質を損傷する可能性を低減し得る。別の利点として、用具が外科用システムに連結された後は、較正を迅速に行うことができる。また、関節運動較正に関与する外科用システムの外科用具及び構成要素は、較正が手術室スタッフによって知覚可能でなくてもよいように構成され得る。
【００２６】
図１は、外科用ロボットシステム１００の一実施形態の斜視図であり、患者１０４に隣接して位置付けられた患者側部分１０２と、患者からある距離に位置付けられたユーザ側部分１０６と、を含み、これらの部分は、同じ部屋内及び／又は遠隔場所のいずれかにある。患者側部分１０２は、一般に、１つ又は２つ以上のロボットアーム１０８と、ロボットアーム１０８に取り外し可能に連結するように構成された１つ又は２つ以上の用具及び／又は用具アセンブリ１１０と、を含む。ユーザ側部分１０６は、一般に、患者１０４及び／又は手術部位を観察するための視覚システム１１２と、外科手技中にロボットアーム１０８及びそれぞれの外科用具１１０の運動を制御するための制御システム１１４と、を含む。当業者は、外科用ロボットシステムが多様な構成を有し得ることを理解するであろう。１つの例示的なシステムは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１４年３月１３日に出願された「Ｈｙｐｅｒｄｅｘｔｅｒｏｕｓ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題するＷＩＰＯ特許公開第ＷＯ２０１４／１５１６２１号に開示されている。
【００２７】
患者側部分１０２は、多様な構成を有し得る。図１Ａに示すように、患者側部分１０２は手術台１１６に連結される。しかしながら、他の実施形態では、患者側部分１０２は、壁部、天井部、床部、又は他の手術室機器に取り付けられ得る。更に、患者側部分１０２は、２本のロボットアーム１０８を含むように示されているが、より多い又はより少ないロボットアーム１０８を含んでもよい。更に、患者側部分１０２は、（図１Ａに示されるように）手術台１１６に対してなど、様々な位置に取り付けられた別個のロボットアーム１０８を含み得る。あるいは、患者側部分１０２は、そこから延在する１本又は２本以上のロボットアーム１０８を含む、単一のアセンブリを含み得る。
【００２８】
外科用具１１０は、細長いシャフト（本明細書では、「シャフト」及び「用具シャフト」とも呼ばれる）１２２、エンドエフェクタ１２４、シャフト１２２の遠位端においてエンドエフェクタ１２４をシャフト１２２に連結するリスト部１２５、及びシャフト１２２の近位端に連結される用具ハウジング１２８を含む。シャフト１２２は、任意の多様な構成を有し得る。一般に、シャフト１２２は、ハウジング１２８から遠位方向に延在し、内部を通って延在する少なくとも１つの内側の管腔を有する細長い部材である。シャフト１２２は、ハウジング１２８に固定されるが、他の実施形態では、シャフト１２２は、ハウジング１２８に解放可能に連結され得、それにより、シャフト１２２は、他のシャフトと互換可能であり得る。これにより、単一のハウジング１２８が、異なるエンドエフェクタを有する様々なシャフトに適合可能となり得る。
【００２９】
エンドエフェクタ１２４はまた、多様な大きさ、形状、及び構成を有し得る。エンドエフェクタ１２４は、例えば、回転及び／又は関節運動により、シャフト１２２に対して移動して、用具１１０の使用中にエンドエフェクタ１２４を手術部位に対して所望の場所に位置付けるように構成され得る。
【００３０】
リスト部１２５は、任意の多様な構成を有し得る。外科用具のリスト部の例示的な実施形態は、２０１４年３月１３に出願された「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｗｒｉｓｔ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／１５１９５２号、及び２０１４年３月１３日に出願された「Ｈｙｐｅｒｄｅｘｔｅｒｏｕｓ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／１５１６２１号に記載されている。一般に、リスト部１２５は、エンドエフェクタ１２４の顎部が枢動可能に取り付けられた枢動継手などの、シャフト１２２に対するエンドエフェクタ１２４の運動を可能にするように構成された継手を含み得る。いくつかの実施形態では、枢動運動は、リスト部１２５の第１の軸（例えば、Ｘ軸）を中心とするピッチ運動、リスト部１２５の第２の軸（例えば、Ｙ軸）を中心とするヨー運動、及びこれらの組み合わせを含み、リスト部１２５を中心とするエンドエフェクタ１２４の３６０°の回転運動を可能にし得る。他の実施形態では、エンドエフェクタ１２４が単一の平面内で回転するように、枢動運動を単一の平面内での運動、例えば、リスト部１２５の第１の軸を中心とするピッチ運動のみ、又はリスト部１２５の第２の軸を中心とするヨー運動のみに限定することができる。
【００３１】
外科用具１１０は、様々な他の構成要素を含む。ハウジング１２８は、エンドエフェクタ１２４と関連付けられた様々な形体の動作（例えば、締め付け、焼灼、回転、関節運動、エネルギ送達などのうちの任意の１つ又は２つ以上）を制御するように構成された様々な構成要素（例えば、歯車及び／又はアクチュエータ）を含む。手術用具１１０は、シャフト１２２に対するエンドエフェクタ１２４の運動をもたらすように構成された１つ又は２つ以上の連結部材（図１では、隠れて見えない）を含む。連結部材は、用具ハウジング１２８に動作可能に連結され、シャフト１２２内に延在し、リスト部１２５を介して少なくとも部分的に延在し、エンドエフェクタ１２４と動作可能に連結される。例示的な実施形態では、連結部材は、シャフト１２２の内側の管腔内でシャフト１２２に沿って用具ハウジング１２８から遠位方向に延在する。
【００３２】
連結部材は、選択的に作動して、エンドエフェクタ１２４をシャフト１２２に対してリスト部１２５で枢動させ得る。連結部材の選択的な作動により、連結部材のうちの任意の１つ又は２つ以上を移動させ、例えば、長手方向に並進させ、関節運動を引き起こすことができる。要求された関節運動に応じて、例えば、要求に応じてエンドエフェクタ１２４をヨー運動及び／又はピッチ運動させるため、並進する１つ又は２つ以上の連結部材。この作動は、更に後述されるように、用具ハウジング１２８に動作可能に連結されたアクチュエータを作動させることなどによって、任意の多様な方法で達成することができる。一般に、この作動は、連結部材のうちの１つ又は２つ以上に力を近位又は遠位方向に加えて、その連結部材のうちの１つ又は２つ以上を並進させ、それによって、エンドエフェクタ１２４をシャフト１２２に対して関節運動させる。例えば、この作動は、その連結部材のうちの１つ又は２つ以上を近位方向に引っ張り得る。連結部材はまた、開放位置と閉鎖位置との間でエンドエフェクタ１４の顎部を開閉するように選択的に作動し得る。
【００３３】
連結部材は、任意の多様な構成、例えばケーブル、ロッド、ワイヤ、又は撚りケーブルを有し得る。延長された連結部材は、それぞれの連結部材の少なくとも一部が可撓性であり得るように、２つ以上の構成要素を含み得る。連結部材は、金属（例えば、タングステン、ステンレス鋼など）などの任意の多様な材料から作製することができる。外科用具の可撓性部材の例示的な実施形態は、前述した２０１４年３月１３日に出願された「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｗｒｉｓｔ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／１５１９５２号、及び、２０１４年３月１３日に出願された「Ｈｙｐｅｒｄｅｘｔｅｒｏｕｓ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／１５１６２１号に記載されている。
【００３４】
外科用具の初期化又はリセットにより、後述されるように、エンドエフェクタ１２４のホーム位置が確立され得る。ホーム位置は、エンドエフェクタ１２４がシャフト１２２と実質的に長手方向に整列される位置、例えば、エンドエフェクタ１２４の長手方向軸が、エンドエフェクタ１２４がシャフト１２２に対して実質的にゼロ角度になるように、シャフト１２２の長手方向軸Ａ１と実質的に整列される位置であり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、ホーム位置は、シャフト１２２に対して角度配向されたエンドエフェクタの位置に対応し得る。連結部材のうちの１つ又は２つ以上の運動によって引き起こされるエンドエフェクタ１２４の角運動は、ホーム位置と、エンドエフェクタ１２４をホーム位置に対して移動させ、シャフト１２２に対して角度を付けたエンドエフェクタの他の非ゼロ角度位置との間でのエンドエフェクタ１２４の運動を含む。
【００３５】
外科用具１１０は、エンドエフェクタ１２４を特定の位置に維持するように構成された復帰機構を含み得る。例えば、エンドエフェクタ１２４は、実質的に関節運動していないゼロ角度位置まで移動するように（ユーザによって手動で及び／又は他の方法で）操作され得る。しかしながら、このようなエンドエフェクタ位置は、本明細書では知覚された又は推定されたゼロ位置と称されるものであり得る。換言すれば、エンドエフェクタ１２４は、依然として、用具シャフト１２２に対してわずかな角度（例えば、約１度〜約３度、約１度〜約５度、約５〜約１０度など）に位置付けられ得る。復帰機構を起動させて、シャフト１２２に対するエンドエフェクタ１２４の位置をエンドエフェクタ１２４の調整されたゼロ位置に調整することができる。エンドエフェクタの調整されたゼロ位置は、エンドエフェクタ１２４が知覚された又は推定されたゼロ位置にあるときに用具シャフト１２２に対するエンドエフェクタ１２４の角度よりも小さい、用具シャフト１２２に対するエンドエフェクタ１２４の角度に対応する。調整されたゼロ位置は、実際のゼロ角度位置の近くであり得、例えば、エンドエフェクタ１２４は、用具シャフト１２２に対してより小さい（例えば、約０度〜約１度、約０〜約３度など）の角度で位置付けられ得る。
【００３６】
復帰機構は、エンドエフェクタ１２４と用具ハウジング１２８との間に動作可能に連結され、シャフト１２２に沿って延在する。例示的な実施形態では、復帰機構は、用具の初期化又はリセットのために所望される位置にエンドエフェクタを保持するように構成された、１つ又は２つ以上の構成要素を含む。少なくともいくつかの実施形態では、復帰機構は、用具シャフトに対するエンドエフェクタの推定されたゼロ位置をエンドエフェクタの調整されたゼロ位置に角度調整するように作動するように構成される。例えば、関節運動較正のために、（例えば、トロカール内に挿入されるか、手動で操作されるか、又は別の方法で操作されることによって）実質的にゼロ位置にする試みがなされ得る。これは、推定されたゼロ位置であり得るが、実際のゼロ位置とは異なり得る（例えば、エンドエフェクタは、用具シャフトに対して角度をなして配向され得る）。復帰機構は、この推定されたゼロ位置をエンドエフェクタの調整されたゼロ位置に調整するように構成され、これは、用具シャフトに対して角度を付けられたエンドエフェクタの実質的にゼロ位置又は別の位置であり得る。用具は、調整されたゼロ位置にあるエンドエフェクタを用いて較正され得る。
【００３７】
復帰機構は、任意の好適な構成を有し得る。この機構は、シャフト１２２内のシャフト１２２に沿って用具ハウジング１２８から遠位側に延在する１つ又は２つ以上の部材を有し得る。復帰機構の１つ又は２つ以上の部材は、エンドエフェクタ１２４をシャフト１２２と実質的に長手方向に整列させるように、及び／又はエンドエフェクタ１２４の推定されたゼロ位置を調整するように、選択的に作動するように構成され得る。この作動は、用具ハウジング１２８に動作可能に連結された好適なアクチュエータを作動させることなどによって、任意の多様な方法で達成することができる。一般に、この作動により、復帰機構の１つ又は２つ以上の構成要素がシャフト１２２に対して遠位方向に移動してエンドエフェクタ１２４と係合し、その後の作動により、１つ又は２つ以上の構成要素が近位方向に移動し、エンドエフェクタ１２４から係合解除される。
【００３８】
用具ハウジング１２８は、任意の多様な構成を有し得る。一般に、用具ハウジング１２８は、連結部材の運動を引き起こし、それによってリスト部１２５を中心にエンドエフェクタ１２４の運動を引き起こすように構成された、少なくとも部分的に内部に配設されている１つ又は２つ以上の作動機構を含み得る。その１つ又は２つ以上の作動機構は、例えば、連結部材の並進を引き起こすように移動されるように構成されたプーリ（複数可）などの、連結部材に動作可能に連結された１つ又は２つ以上の運動機構を含み得る。
【００３９】
用具ハウジング１２８は、用具１１０を外科用ロボットに解放可能に取り付けるように、ロボット外科用システム（本明細書ではまた、「外科用ロボット」とも呼ばれる）に解放可能に取り付けられるように構成される。用具ハウジング１２８は、そこに締め付けること、そこにクリッピングすること、又はそれと摺動可能に嵌合することなどによって、任意の多様な方法でロボット外科用システムに解放可能に取り付けるように構成され得る。用具１１０の１つ又は２つ以上の運動機構は、外科用ロボットによって、例えば、１つ又は２つ以上の運動機構に動作可能に連結されている用具ハウジング１２８の１つ又は２つ以上の入力部に動作可能に連結されている１つ又は２つ以上のモーターを含む外科用ロボットなどによって、制御されるように構成される。少なくともいくつかの実施形態では、図１に図示された実施形態と同様に、外科用具１１０は、ロボットアーム１０８の遠位端にあるキャリア１３０上に取り付けられた用具ドライバ１２９に解放可能に連結するように構成される。用具ハウジング１２８は、用具１１０を用具ドライバ１２９に解放可能に連結することを可能にするように構成された連結機構を含み得る。キャリア１３０はまた、その遠位端に取り付けられ、そこを介して用具１１０のシャフト１２２を受容するように構成されている、トロカール支持体又はトロカール１３２を含み得る。
【００４０】
ロボット外科用システムは、ユーザ入力を受信し得、そのユーザ入力に応答してモーター（複数可）を制御し、ゆえに可撓性部材と結果としてエンドエフェクタ１２４との運動を制御し得る、コンピュータシステムを含む。用具ハウジング１２８の１つ又は２つ以上の入力はまた、ロボットが１つ又は２つ以上の復帰部材の運動を制御することを可能にするように、１つ又は２つ以上の復帰部材に動作可能に連結される。当業者であれば、外科用具１１０が任意の多様な構成を有し得、少なくとも１つの外科的機能を実行するように構成され得ることを理解するであろう。外科用具は、例えば、ステープラ、クリップアプライヤ、鉗子、把持器具、針ドライバ、ハサミ、エネルギを適用する電気焼灼用具、吸引用具、潅注用具、撮像装置（例えば、内視鏡又は超音波プローブ）などであり得る。
【００４１】
制御システム１１４は、多様な構成を有し得、また、患者に隣接して（例えば手術室内）若しくは患者の遠隔に（例えば別個の制御室内）に配置され得るか、又は２つ以上の場所（例えば、手術室及び／又は別個の制御室（複数可））に分散され得る。分散システムの一例として、専用のシステム制御コンソールを手術室内に配置することができ、別個のコンソールを遠隔場所に配置することができる。制御システム１１４は、ユーザが、患者側部分１０２によって手術されている患者１０４の手術部位を観察すること、及び／又は患者側部分１０２の１つ又は２つ以上の部分を制御すること（例えば、手術部位で外科手技を行うこと）を可能にする構成要素を含み得る。いくつかの実施形態では、制御システム１１４はまた、ジョイスティック、外骨格グローブ、電動重力補償マニピュレータ、又は同類のものなどの、１つ又は２つ以上の手動操作の入力装置を含み得る。１つ又は２つ以上の入力装置は、遠隔操作モーターを制御し得、これが、ロボットアーム１０８及び外科用具１１０などの外科用システムの運動を制御する。
【００４２】
本明細書に記載される技術を使用して較正され得る外科用具は、ロボット外科用システムの一実施形態に解放可能に連結され得る。図２は、用具ハウジング２０４を有する用具２００が、用具ハウジング２０４及び用具ドライバ２０６から遠位方向に延在する用具２００のシャフト２０２を有するロボット外科用システムの用具ドライバ２０６に解放可能に連結されている様子を示している。例示を明確にするために、ロボット外科用システムの一部分のみが図２に示されている。この例では、ロボット外科用システムはまた、無菌の覆い又はドレープ（図示せず）を無菌目的で取り付けることができる無菌バリア２０８を含むが、いくつかの実施形態では、無菌バリアは別の構成を有し得、存在しなくてもよい。用具ハウジング２０４と用具ドライバ２０６との間に無菌バリア２０８を配置することにより、用具２００及びロボットのための滅菌連結点が保証され、それによって、滅菌手術野を損なうことなく、手術の過程で用具２００をロボットから取り外して他の外科用具と交換することが可能になり得る。
【００４３】
用具ドライバ２０６は、任意の多様な構成を有し得る。図示された実装では、用具ドライバ２０６は、当業者には理解されるように、用具ドライバ２０６に解放可能に連結され得る用具２００などの用具に関連付けられた多様な運動及び動作を制御するための１つ又は２つ以上のモーターを含む。この図示された実施形態では、用具ドライバ２０６は、起動形体を使用して運動／動作をもたらすための４つのモーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄと、回転運動によって運動／動作をもたらすための用具ドライバ２０６の２つの回転継手のそれぞれに１つのモーター２１２ａ、２１２ｂと、の６つのモーターを含む。例えば、それぞれのモーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１２ａ、２１２ｂは、用具２００によって実行され得る１つ又は２つ以上の動作及び運動、例えば、シャフト２０２に対する用具の連結部材の運動、シャフト２０２に対する用具の復帰機構の運動、用具のエンドエフェクタの関節運動、シャフト２０２のその長手方向軸を中心とした回転などを制御するために、用具２００に関連付けられた起動形体（例えば、歯車）に連結し、かつ／又は相互作用し得る。
【００４４】
連結部材の運動（例えば、近位方向に引っ張る又は遠位方向に押す）は、それらの関連するモーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄによって独立して制御され得る。モーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄの回転運動は、このように、連結部材の並進運動を引き起こすように構成され得る。モーター２１２ａ、２１２ｂのうちの１つは、復帰機構の並進運動を引き起こすように構成され得る。別の実施形態では、モーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄのうちの１つは、用具の復帰機構に動作可能に連結される。
【００４５】
モーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１２ａ、２１２ｂは、無菌バリア２０８の近位端上に取り付けられて、無菌バリア２０８及び用具ドライバ２０６に連結するように構成され得る、用具２００の用具ハウジング２０４にアクセス可能である。モーター並びにモーターの運動及び動作の例示的な実施形態は、前述した２０１４年３月１３日に出願された「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｗｒｉｓｔ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／１５１９５２号、及び、２０１４年３月１３日に出願された「Ｈｙｐｅｒｄｅｘｔｅｒｏｕｓ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する国際特許公開第ＷＯ２０１４／１５１６２１号に記載されている。
【００４６】
用具ハウジング２０４は、用具ハウジング２０４を用具ドライバ２０６に解放可能に連結し、ゆえに用具２００をロボット外科用システムに連結するのを支援するように構成された形体を含む。このように、用具ハウジング２０４は、モーター２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１２ａ、２１２ｂのうちの１つ又は２つ以上によって作動するように構成された歯車及び／又はアクチュエータを含む。用具ハウジング２０４内の歯車及び／又はアクチュエータは、用具のエンドエフェクタに関連付けられた様々な形体（例えば、締め付け、関節運動、焼灼、回転、エネルギ送達、非関節運動位置への押圧など）を制御し得、並びにシャフト２０２の運動（例えば、シャフトの回転）を制御し得る。シャフト２０２は、用具ハウジング２０４内の歯車及び／又はアクチュエータに動作可能に連結され、エンドエフェクタ及び／又はシャフト２０２の作動及び／又は運動を制御するのを支援するためにシャフト２０２に沿って延在する、アクチュエータ及びコネクタを含み得る。外科用システム上のそれぞれのモーターは、１つ又は２つ以上のセンサ又は１つ若しくは２つ以上のアクチュエータの動作の制御を容易にする他の構成要素と関連付けられ得る。好適なコントローラは、モーターを制御して、連結部材を並進させてエンドエフェクタの所望の関節運動をもたらすように動作（例えば、回転）するよう、モーターを制御し得る。モーターの回転は、エンドエフェクタの所望の関節運動角度に概ね比例し得る。
【００４７】
記載される実施形態では、用具シャフトの遠位端に連結された外科用具のエンドエフェクタは、用具の初期化又はリセットにて較正され得る。較正は、用具がロボット外科用システムの好適な構成要素に連結されるたびに、シャフトに対するエンドエフェクタの位置（すなわち角度）を決定することを伴う。特に、エンドエフェクタのホーム位置を決定することができ、これは、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度がゼロであると見なされるエンドエフェクタの位置を示す。
【００４８】
例えば、図１のリスト部１２５などの関節運動継手又はリスト部は、多様な構成を有し得る。図３及び図４は、外科用具３００のエンドエフェクタ３０２とシャフト３０４との間に配設された関節継手又はリスト部３４５を含む外科用具３００（部分的に示される）の一実施形態を示している。リスト部３４５は、エンドエフェクタ３０２が細長いシャフト３０４の長手方向軸Ａ２に対して多様な角度を形成することを可能にするように構成される。リスト部３２５は、第１及び第２の細長い連結部材３０８ａ、３０８ｂにそれぞれ連結された、第１及び第２の枢動点３０６ａ、３０６ｂをそれぞれ含み得る。連結部材３０８ａ、３０８ｂは、図３及び図４に示すように、シャフト３０４を通ってそこに沿って、かつリスト部３４５を通って少なくとも部分的に延在する。
【００４９】
連結部材３０８ａ、３０８ｂのそれぞれは、連結部材に選択的に加えられる力がエンドエフェクタ３０２のピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つを引き起こすように、エンドエフェクタ３０２に動作可能に連結される。例えば、第１の連結部材３０８ａ及び第１の枢動点３０６ａの遠位方向への並進は、エンドエフェクタ３０２を第１及び第２の枢動点３０６ａ、３０６ｂの両方を中心として第１の方向に枢動させ得る。第２の連結部材３０８ｂ及び第２の枢動点３０６ｂの遠位方向への並進は、エンドエフェクタ３０１を第１及び第２の枢動点３０６ａ、３０６ｂの両方を中心として第２の方向に枢動させ得る。第１及び第２の方向は、互いに反対方向であり得る。
【００５０】
図５は、遠位端に連結されたエンドエフェクタ４０２を有する用具シャフト４０４と、用具シャフト４０４とエンドエフェクタ４０２との間に配設されたリスト部４２５と、を含む外科用具４００の一実施形態を示している。図５に示すように、外科用具４００はまた、シャフト４０４に沿って延在し、エンドエフェクタ４０２に動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材４０８を含み、それにより、連結部材に選択的に加えられる力が、エンドエフェクタ４０２のピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つを引き起こし得る。図５には、１つの連結部材４０８が示されているが、記載された技術を実装する外科用具は、２つ以上の連結部材を含み得る。連結部材４０８は、エンドエフェクタ４０２とロボット外科用システムのアクチュエータとの間に延在する細長い要素である。例えば、連結部材４０８は、ロボット外科用システムの用具ドライバ内に配設されたアクチュエータに動作可能に連結され、連結部材４０８の運動をもたらし、したがってエンドエフェクタ４０２の運動を制御するように構成され得る。連結部材４０８は、１つ又は２つ以上の可撓性ケーブルを含み得るが、連結部材４０８の１つ又は２つ以上の構成要素は剛性であり得る。
【００５１】
図５に示すように、用具４００はまた、シャフト４０４に対するエンドエフェクタ４０２の推定されたゼロ位置をエンドエフェクタ４０２の調整されたゼロ位置に角度調整するように作動するように構成された復帰機構４１０を含む。この実施形態では、復帰機構４１０は、細長い要素４１２と、リスト部４２５に関連付けられた係合部材４１４と、を含む。細長い要素４１２は、用具４００のシャフト４０４を通って延在するロッドの形態であり得、例えばロボット外科用システムの用具ドライバ上に配設された、適切なアクチュエータに連結され、それによって駆動される。係合部材４１４は、リスト部４２５の一部であり、シャフト４０４に対するエンドエフェクタ４０２の運動を可能にするように構成される。
【００５２】
図示された例では、細長い要素４１２は、係合部材４１４と係合するように遠位方向に移動するように構成される。図５に示すように、係合部材４１４は、少なくとも部分的に円筒形であり得、複数の歯４１６を有し得る。使用する際、エンドエフェクタ４０２は、推定されたゼロ位置を取るように角度調整されるよう、拘束され得る（例えば、トロカールに挿入される、及び／又は手動で拘束される）。上述のように、推定されたゼロ位置は、ゼロ角度位置に近いエンドエフェクタ４０２の位置であるが、その位置で、エンドエフェクタ４０２は、シャフト４０４に対するある角度で配設され得る。
【００５３】
次いで、細長い要素４１２が、遠位側に移動し、係合部材４１４と係合するように作動する。特に、この例では、細長い要素４１２は、歯４１６の少なくとも１つと係合する。図５は、細長い要素４１２の遠位端４１２ａが係合部材４１４の歯４１６のうちの歯４１６ａと係合することを示している。しかしながら、いくつかの実施形態では、係合部材４１４は、係合部材４１２が係合部材４１４と摩擦係合するように構成され得るように、任意の歯又は他の嵌合形体を有しなくてもよい。
【００５４】
細長い要素４１２が遠位方向に移動したときに、細長い要素４１２が係合部材４１４と係合する特定の方法にかかわらず、係合により、シャフト４０４に対するエンドエフェクタ４０２の関節運動は実質的に制限される。図５に示す例の場合、細長い要素４１２と歯４１６ａとの間の係合により、用具シャフト４０４に対するエンドエフェクタ４０２の推定されたゼロ位置は、エンドエフェクタ４０２の調整されたゼロ位置に調整される。換言すれば、細長い要素４１２が係合部材４１４と接触すると、細長い要素４１２は、歯４１６ａと係合し、したがって、シャフト４０４に対するエンドエフェクタ４０２の角度配向を「調整する」ようにわずかに変位される。このように、エンドエフェクタ４０２は、シャフト４０４に対して拘束される。次いで、このような拘束された構成におけるエンドエフェクタ４０２の較正が実行され得る。
【００５５】
図５は、あくまでも一例として、復帰機構４１０を示していることを理解されたい。外科用具のシャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタは、シャフトに対するその関節運動が実質的に制限されるように、様々な方法で拘束され得る。外科用具は、１つ又は２つ以上の連結部材を含み得る。図６は、概して、エンドエフェクタの関節運動を較正するために実行され得る外科的方法６００を示している。方法６００は、用具３００（図３及び図４）、用具４００（図５）、又は任意の他の用具を較正するために実行され得る。方法６００は、外科用具がロボット外科用システムに初めて装着されるときに実行され得る。また、方法６００は、用具がロボットシステムから取り外され、次いでシステムと再接続された後、外科手技中に実行され得る。これらの状況のいずれにおいても、エンドエフェクタのホーム位置として画定され得るエンドエフェクタの初期の関節運動角度を決定することが有用である。ホーム位置が決定されると、用具は、制御された方法でエンドエフェクタの関節運動をもたらすように操作され得る。
【００５６】
図６に示すように、エンドエフェクタは、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動を実質的に制限するため、ブロック６０２において拘束され得る。例えば、図５に関連して上述したように、エンドエフェクタを拘束することは、シャフトに対するエンドエフェクタの関節運動を実質的に制限するために、復帰機構部材を作動させることを伴い得る。後述されるように、他の機構を使用して、エンドエフェクタの運動を制限することができる。エンドエフェクタはまた、後述されるように、又は他の好適な方法で、トロカールに少なくとも部分的に挿入されることによって拘束され得る。
【００５７】
ブロック６０４において、更なる関節運動に対する抵抗が第１の閾値を超えるまで、第１の力をエンドエフェクタに動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの第１の方向への関節運動を試みることができる。例えば、図５を参照すると、ロボット外科用システム（図示せず）のアクチュエータを作動させて、ロック構成で連結部材４０８に力を加えて、エンドエフェクタ４０２の第１の方向への関節運動を試みることができる。力は、更なる関節運動に対する抵抗が第１の閾値を超えるまで、エンドエフェクタ４０２（拘束された構成で保持される）の左側への関節運動を試みるために加えられ得る。第１の閾値は、アクチュエータの安定化が達成されるアクチュエータの状態を画定し得、その非限定的な例としては、アクチュエータによって加えられる力又は力の変化、アクチュエータの速度などが挙げられ得る。抵抗が第１の閾値を超えた力の第１の値は、ブロック６０６において記憶され得る。
【００５８】
ブロック６０８において、更なる関節運動に対する抵抗が第２の閾値を超えるまで、第２の力を少なくとも１つの連結部材に加えて、エンドエフェクタの第２の反対方向への関節運動が試みられ得る。例えば、図５を参照すると、ロボット外科用システムのアクチュエータを作動させて連結部材４０８に力を加え、エンドエフェクタ４０２の右側への関節運動を試みることができる。エンドエフェクタが１つの連結部材を有するとき、図５の例の場合、連結部材は、エンドエフェクタの第１及び第２の方向のいずれかへの関節運動を試みるために近位方向に並進され、エンドエフェクタの反対方向への関節運動を試みるために遠位方向に並進され得る。しかしながら、外科用具が２つ以上の連結部材を含む実施形態では、連結部材のうちの１つは、エンドエフェクタの第１の方向への関節運動を試みるために近位方向に並進されるように構成され得、別の連結部材もまた、エンドエフェクタの第２の反対方向への関節運動を試みるために近位方向に並進されるように構成され得る。
【００５９】
このように、連結部材の数にかかわらず、エンドエフェクタを、拘束された構成に維持しながら、２つの対向する方向に関節運動させる試みがなされる。連結部材は、所定の閾値に達するまで引っ張られるか、又は押され得る。これにより、エンドエフェクタをゼロ位置にするために、連結部材に加えられるトルクが確立される。このトルクが決定され、次いで、連結部材を並進させるように構成されたアクチュエータによって使用される。例えば、少なくとも１つの実施形態では、力は、２〜１０ポンド又は０〜３ポンドであり得る。換言すれば、エンドエフェクタが拘束された構成にある場合、両方向へ少なくとも部分的に可撓性である（すなわち、その構成要素の少なくとも１つが可撓性である）連結部材に力が加えられる。力は、特定の値がアクチュエータ（又はそれに関連付けられた好適なセンサ）によって感知されるまで加えられる。
【００６０】
再び図６を参照すると、抵抗が第１の閾値を超えた力の第１の値と同様に、抵抗が第２の閾値を超えた力の第２の値は、ブロック６１０において記憶され得る。第１及び第２の値は、ロボット外科用システムに関連付けられた揮発性又は不揮発性メモリユニットに記憶され得る。例えば、これらの値は、以下の図１２に示す例のように、ロボット外科用システムのコンピューティング装置のメモリ内に記憶され得る。
【００６１】
図６のブロック６１２において、第１及び第２の値を使用して、エンドエフェクタの第１及び第２の関節運動角度を決定することができる。これは、第１及び第２の値を、少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力の記憶された値と相関させることを伴い、記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される。例えば、図７は、外科用具７００が、好適なデータ構造７０４で、関節運動角度のそれぞれの値（「角度」）７０７に関連して、少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力値（「力」）７０５を記憶するメモリユニット又はメモリ７０２を有し得ることを概略的に示している。データ構造７０４は、データベース又は他の好適なデータ構造であり得る。力値７０５及び対応する関節運動角度値７０７は、外科用具７００の製造及び／又は組み立て中にメモリ７０２に記憶され得る。いくつかの実施形態では、力値及び関節運動角度値７０５、７０７は、用具７００のシャフトを通って延在する連結部材ごとに記憶され得る。しかしながら、他の実施形態では、同一の記憶された値は、全ての連結部材に適用可能であり得る。
【００６２】
図７に概略的に示される外科用具７００は、同じく図７に概略的に示されるロボット外科用システム７１０に連結され得る。ロボット外科用システム７１０は、メモリユニット又はメモリ７１２、及び少なくとも１つのプロセッサ７１４を含み得る。メモリユニット７１２及びプロセッサ７１４は、ロボット外科用システム７１０の一部であり得るか、又はロボット外科用システム７１０と通信するように構成された遠隔コンピューティング装置であり得る、好適なコンピューティング装置に含まれ得る。ロボット外科用システム７１０は、明確にするために図７に示されていない様々な他の構成要素を含むことを理解されたい。
【００６３】
メモリ７１２は、コンピュータ実行可能命令を記憶するように構成された任意の好適なコンピュータ可読媒体であり得る。メモリ７１２は、様々な機能を実行するためにコンピュータ実行可能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７１４によってアクセスされるように構成される。メモリ７１２はまた、任意の好適な所定の値であり得る第１及び第２の閾値を記憶し得る。同じ又は異なる値を有し得る第１及び第２の閾値は、動作可能に連結された連結部材の運動をもたらすように構成されたそれぞれのアクチュエータの特性に基づいて、並びに／又は連結部材の特性及び構成に基づいて選択され得る。メモリ７１２は、３つ以上の閾値を記憶し得、それにより、２つ以上の連結部を有する用具の関節運動較正が実行され得ることを理解されたい。追加的に又は代替的に、いくつか事例では、閾値は用具７００のメモリに記憶され得る。
【００６４】
図示された実施形態では、外科用具７００の関節運動較正中に、メモリ７１２は、抵抗が第１及び第２の閾値をそれぞれ超えた力の測定された第１及び第２の値を記憶し得る。第１及び第２の関節運動角度を決定するために、ロボット外科用システム７１０のプロセッサ７１４は、用具メモリ７０２にアクセスして、メモリ７０２に記憶された力値及び関節運動角度値７０５、７０７を得る。抵抗が第１及び第２の閾値を超えた力の測定された第１及び第２の値のそれぞれを、力値７０５と（例えば、プロセッサ７１４を使用して）相関させることができる。具体的には、測定された第１及び第２の値を、記憶された力値７０５と比較して、力値７０５間で一致する力値を特定する。一致する力値に対応する関節運動角度７０７の値は、決定された関節運動角度である。このような方法で、第１及び第２の関節運動角度の両方が決定される。上述したように、用具メモリ７０２は、２つ以上の連結部材に関する力値及び対応する関節運動角度値を記憶し得る。いくつかの事例では、異なる連結部材に関して異なる力値及びそれぞれの関節運動角度値が記憶され得る。このように、かかる事例では、較正又はリセット中に力が加えられた連結部材によって、用具メモリ７０２から異なる値が取り出され得る。
【００６５】
再び図６を参照すると、第１及び第２の関節運動角度が決定された後、それらの値は、エンドエフェクタのホーム位置を得るために、ブロック６１４において（例えば、プロセッサ７１４を使用して）平均化され得る。ホーム位置は、エンドエフェクタのシャフトに対する関節運動角度がゼロであると見なされる、エンドエフェクタの位置を示す。このように、較正される外科用具の操作中に、エンドエフェクタのホーム位置を基準として、エンドエフェクタの少なくとも一部をシャフトに対して枢動させるために、少なくとも１つの連結部材に力が加えられる。換言すれば、エンドエフェクタの後続の関節運動は、ホーム位置に対してもたらされる。ホーム位置は、連結部を並進させて、アクチュエータの既知の位置に対するエンドエフェクタの関節運動を引き起こすように、外科用システム上のアクチュエータの動作の制御を可能にする。システムは、回転入力位置を認識し、実際の関節運動角度に関する情報を得る。
【００６６】
上述の図５は、復帰機構の一例を示している。上記のように、異なる復帰機構を使用して、用具シャフトに対するエンドエフェクタの推定されたゼロ位置をエンドエフェクタの調整されたゼロ位置に調整することができる。このように、図８Ａ及び図８Ｂは、外科用具８００の復帰機構８１０の別の実施形態を示している。外科用具８００は、エンドエフェクタ８０２とシャフト８０との間に配設されたリスト部８２５を有し、復帰機構８１０は、シャフト８０４を通って少なくとも部分的に延在する。用具８００は、ピン８０９ａ、８０９ｂをそれぞれ介してリスト部８２５に連結された第１及び第２の連結部材８０８ａ、８０８ｂを含む。この実装では、第１及び第２の連結部材８０８ａ、８０８ｂのそれぞれは、図８Ａに示すように、互いに対向する第１及び第２の歯８１１ａ、８１１ｂを有する、その長さに沿った部分を有する。
【００６７】
この実施例では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、復帰機構８１０は、以下で詳述するように、遠位方向に移動してフォーク部材８１４と係合し、それによって、連結部材８０８ａ、８０８ｂと係止係合するように構成された、拡張可能なフォーク部材８１４及び細長いプッシュロッド８１２を含む。プッシュロッド８１２は、用具８００のシャフト８０４を通って延在し、例えばロボット外科用システムの用具ドライバ上に配設された適切なアクチュエータに連結され、それによって駆動される。フォーク部材８１４は、図８Ｂに示すように、遠位本体８１６と、近位方向に延在する第１及び第２のアーム８１８ａ、８１８ｂと、を含む。また、図８Ｂに示すように、フォーク部材８１４は、本体８１６の少なくとも一部並びに第１及び第２のアーム８１８ａ、８１８ｂのそれぞれに沿ってフォーク部材８１４の外側表面上に配設された第１及び第２の歯８２０ａ、８２０ｂを有する。
【００６８】
復帰機構８１０のプッシュロッド８１２は、例えば、用具８００が取り外し可能に連結されるように構成されたロボット外科用システムの用具ドライバ内に配設された好適なアクチュエータに連結され、それによって駆動されるように構成される。使用する際、図８Ｂに示すように、プッシュロッド８１２は、プッシュロッド８１２がアーム８１８ａ、８１８ｂの少なくとも一部に沿って第１のアーム８１８ａと第２のアーム８１８ｂとの間に少なくとも部分的に配設されるように、フォーク部材８１４内へ遠位方向に移動されるように構成される。少なくとも１つの実施形態では、プッシュロッド８１２は、使用する際にプッシュロッド８１２がフォーク８１４の本体８１６に向かって更に遠位方向に移動するように、アーム８１８ａ、８１８ｂの間に常に配設されるように構成される。
【００６９】
その元の位置にかかわらず、使用する際に、プッシュロッド８１２は、フォーク部材８１４内へ遠位方向に移動し、それによってフォーク部材８１４を連結部材８０８ａ、８０８ｂと係止係合させるように構成される。したがって、図示された例と同様に、プッシュロッド８１２がフォーク８１４のアーム８１８ａ、８１８ｂの間で遠位方向に駆動されるとき、アーム８１８ａ、８１８ｂは、フォーク８１４が拡張を指示され得るよう、わずかに離れる。プッシュロッド８１２は、アーム８１８ａ、８１８ｂ上に形成された第１及び第２の歯８２０ａ、８２０ｂが、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、連結部材８０８ａ、８０８ｂ上に形成された第１及び第２の歯８１１ａ、８１１ｂと係合するように、フォーク８１４のアーム８１８ａ、８１８ｂを連結部材８０８ａ、８０８ｂに近づけさせ得る。アーム８１８ａ、８１８ｂ上に形成された歯８２０ａ、８２０ｂの異なる部分は、連結部材８０８ａ、８０８ｂの歯８１１ａ、８１１ｂの異なる部分と係合し得る。
【００７０】
歯８２０ａ、８２０ｂが歯８１１ａ、８１１ｂと係合する特定の方法にかかわらず、係合は、用具シャフト８０４に対するエンドエフェクタ８０２の推定されたゼロ位置をエンドエフェクタの調整されたゼロ位置に調整することを可能にする。このように、エンドエフェクタ８０２は、シャフト８０４に対するその関節運動を実質的に制限するように拘束され得る。エンドエフェクタ８０２がこのような方法で拘束された状態で、エンドエフェクタ８０２の関節運動は、上述のように較正され得る。較正が完了した後、プッシュロッド８１２を近位方向に後退させて、フォークの歯８２０ａ、８２０ｂが連結部材８０８ａ、８０８ｂの歯８１１ａ、８１１ｂから係合解除することを可能にし得る。
【００７１】
図９Ａ及び図９Ｂは、復帰機構を使用することに加えて、又は代替的に、外科用具のエンドエフェクタが、トロカール又は他の同様の機構に挿入されることによって拘束され得ることを示している。この例では、外科用具９００のシャフト９０２に、遠位方向に連結されたエンドエフェクタ９０２が示されている。用具９００は、用具シャフト９０４に沿って延在し、エンドエフェクタ９０２に動作可能に連結された第１及び第２の連結部材９０８ａ、９０８ｂを含み、それにより、それぞれの連結部材に選択的に加えられる力が、エンドエフェクタ９０２のピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つを引き起こし得る。
【００７２】
図示された実装では、図８Ａ及び図８Ｂのエンドエフェクタ８０２と同様であり得るエンドエフェクタ９０２は、図９Ａ及び図９Ｂに概略的に示すように、トロカール９０５に挿入されることによって拘束され得る。トロカール９０５は、例えば、図１に示されるトロカール１３２と同様であり得、トロカール９０５を通って、任意の好適な構成を有し得る。トロカール９０５の内径は、エンドエフェクタ９０２の関節運動角度が両方向（時計回り及び反時計回り）に約１０度以下、又は両方向に約５度以下に限定され得るようなものであり得る。例えば、トロカール９０５の内径は、エンドエフェクタ９０２の外径よりわずかに大きくてもよい。
【００７３】
この実施例では、エンドエフェクタ９０２がトロカール９０５を使用して拘束された後に、エンドエフェクタ９０２の関節運動較正が実行され得る。このような較正は、例えば、図６及び図７に関連して上述したように実行され得る。このような方法で、更なる関節運動に対する抵抗が閾値を超えるまで、力を連結部材９０８ａ、９０８ｂのそれぞれに加えて、エンドエフェクタ９０２の選択された方向への関節運動が試みられ得る。連結部材９０８ａ、９０８ｂは、エンドエフェクタ９０２の関節運動をもたらすために遠位方向又は近位方向に並進されるように構成され得る。較正中、エンドエフェクタ９０２が連結部材９０８ａ、９０８ｂのうちの１つの並進により関節運動しているときに、エンドエフェクタ９０２がトロカール９０５の内壁９０７に当たるまで、力を加えることができる。このように、関節運動較正中、閾値の所定の値を使用するのではなく、エンドエフェクタ９０２を、更に移動させることが不可能になるまで関節運動させることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、適切な力閾値を使用することができる。例えば、力がエンドエフェクタ９０２に加えられているときに、エンドエフェクタ９０２がトロカール９０５の内壁に接触した後、更なる関節運動に対する抵抗がその閾値を超えるまで、力をエンドエフェクタ９０２に更に加えることができる。
【００７４】
エンドエフェクタを拘束するために使用される機構又は形体にかかわらず、エンドエフェクタのホーム位置は、上述のように決定され得る。エンドエフェクタのホーム位置における連結部材の位置は、使用する際に、ホーム位置に対して、すなわち、アクチュエータの連結部及びトルクに加えられる必要がある力に対して、エンドエフェクタの関節運動を制御し得るシステムの１つ又は２つ以上のアクチュエータに提供される。図１０Ａ及び図１０Ｂは、シャフト１００４と、シャフト１００４に遠位方向で連結されたエンドエフェクタ１００２と、エンドエフェクタ１００２とシャフト１００４との間に配設されたリスト部１０２５と、を含む外科用具１０００の一部を示している。示されるように、用具１０００は、用具シャフト１００４に沿って延在し、エンドエフェクタ１００２に動作可能に連結された第１及び第２の連結部材１００８ａ、１００８ｂを含み、それにより、それぞれの連結部材１００８ａ、１００８ｂに選択的に加えられる力が、エンドエフェクタ１００２のピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つを引き起こし得る。用具１０００は、例えば、図８Ａ及び図８Ｂの復帰機構８１０と同様の復帰機構を有し得る。更に、図１０Ａ及び図１０Ｂには示されていないが、用具１０００はまた、トロカールに挿入され得る。
【００７５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、エンドエフェクタ１００２の復帰位置が決定された後（上述した方法で行われ得る）、連結部材１００８ａ、１００８ｂは、双方向矢印１０１３ａ、１０１３ｂによってそれぞれ示されるように、遠位方向又は近位方向に並進され得ることを概略的に示している。これらは、較正された用具１０００の使用中にユーザ（例えば、外科医）又は外科用システムによって開始される運動である。例えば、較正された用具１０００の関節運動中、連結部材１００８ａ、１００８ｂは、拮抗的制御方法を可能にするために、同じ方向に並進され得る。逆に、較正された用具１０００の発射中、連結部材１００８ａ、１００８ｂは、協働制御方法を可能にするために、反対方向に並進され得る。
【００７６】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂに示される復帰機構８１０と同様の外科用具１１００の復帰機構１１１０を示している。このように、復帰機構１１１０は、プッシュロッド１１１２と、拡張可能なフォーク部材又はフォーク１１１４と、を含む。外科用具１１００は、シャフト１１０４と、その遠位端に連結されたエンドエフェクタ１１０２と、を含み、リスト部１１２５は、エンドエフェクタ１１０２とシャフト１１０４との間に連結されている。プッシュロッド１１１２は、フォーク１１１４内へ遠位方向に移動してフォーク１１１４を拡張させ、それによって連結部材１１０８ａ、１１０８ｂと係止係合するように構成されている。示されるように、フォーク１１１４は、その第１及び第２のアーム１１１８ａ、１１１８ｂ上に配設された複数の歯１１２０ａ、１１２０ｂを有する。歯１１２０ａ、１１２０ｂは、連結部材１１０８ａ、１１０８ｂ上に形成された複数の歯１１１１ａ、１１１１ｂと係合するように構成される。
【００７７】
この実施例では、復帰機構１１１０は、連結部材が、復帰機構１１１０に対して複数の所定の位置のうちの１つに配設されるように、フォーク１１１４の歯１１２０ａ、１１２０ｂを連結部材１１０８ａ、１１０８ｂ上に形成された歯１１１１ａ、１１１１ｂと係合させることによって、エンドエフェクタ１１０２の推定されたゼロ位置を角度調整するように構成される。特に、歯１１１１ａ、１１１１ｂ及び１１２０ａ、１１２０ｂは、エンドエフェクタ１１０２が推定されたゼロ位置から調整されたゼロ位置に移動されるとき、歯が調整されたゼロ位置に「ジャンプ」するように構成される。連結部材上及びフォーク１１１４上に形成された歯は、多数の別個の位置で解放可能にロックされるように構成され得る。このような方法で、較正中、エンドエフェクタ１１０２がシャフト１１０４に対して一定の角度で（例えば、手動で、トロカール内に挿入されることによって、又は他の方法で）配設されるようにされると、歯は自動的に移動して、別個の位置のうちの１つに係合される。これが、エンドエフェクタの調整されたゼロ位置とされ得る。いくつかの実装では、歯は、図１１Ｂに概略的に示されるロック形体１１２２ａ、１１２２ｂを使用してそのような位置にロックされ得る。
【００７８】
歯１１１１ａ、１１１１ｂ及び１１２０ａ、１１２０ｂが所定の位置のうちの１つで係合する方法にかかわらず、エンドエフェクタ１１０２は、一定の角度で拘束される。較正中、連結部材１１０８ｂに関する図１１Ａの矢印１１３０によって概略的に示されるように、力が連結部材１１０８ａ、１１０８ｂに加えられる。矢印１１３０は、連結部材１１０８ｂが近位方向に引っ張られ得ることを示しているが、いくつかの実施形態では、エンドエフェクタの連結部材のうちの１つ又は２つ以上が遠位方向に押され得ることを理解されたい。上述のように、更なる関節運動に対する抵抗がそれぞれ第１及び第２の閾値を超えるまで、力を加えて、エンドエフェクタ１１０２の第１及び第２の方向への関節運動を試みる。上記のように、更なる処理を行うことができる。エンドエフェクタ１１０２が較正され、そのホーム位置が上記の方法と同様に決定された後は、エンドエフェクタ１１０２は、所望に応じて外科手技で使用され得る。
【００７９】
図１２は、コンピュータシステム１２００の例示的な一実施形態を示している。図に示すように、コンピュータシステム１２００は、コンピュータシステム１２００の動作を制御し得る、１つ又は２つ以上のプロセッサ１２０２を含み得る。「プロセッサ」はまた、本明細書では「コントローラ」とも呼ばれる。プロセッサ（複数可）１２０２は、プログラム可能な汎用若しくは専用マイクロプロセッサ、及び／又は様々な専用若しくは市販の単一若しくはマルチプロセッサシステムのいずれか１つを含む、任意の種類のマイクロプロセッサ若しくは中央処理装置（ＣＰＵ）を含み得る。コンピュータシステム１２００はまた、１つ又は２つ以上のメモリ１２０４を含み得、それらは、プロセッサ（複数可）１２０２によって実行されるコードのための、又は１つ又は２つ以上のユーザ、記憶装置、及び／若しくはデータベースから得られたデータのための一時記憶装置を提供し得る。メモリ１２０４は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、１つ又は２つ以上の様々なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（例えば、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、若しくはシンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ））、及び／又はメモリ技術の組み合わせを含み得る。
【００８０】
コンピュータシステム１２００の様々な要素は、バスシステム１２１２に連結され得る。図示されたバスシステム１２１２は、適切なブリッジ、アダプタ、及び／又はコントローラによって接続された、任意の１つ若しくは２つ以上の別個の物理的バス、通信ライン／インターフェース、及び／又はマルチドロップ若しくはポイントツーポイント接続を表す抽象化したものである。コンピュータシステム１２００はまた、１つ又は２つ以上のネットワークインターフェース１２０６、１つ又は２つ以上の入力／出力（ＩＯ）インターフェース１２０８、及び１つ又は２つ以上の記憶装置１２１０を含み得る。
【００８１】
ネットワークインターフェース（複数可）１２０６は、コンピュータシステム１２００が遠隔装置、例えば、他のコンピュータシステムとネットワークを介して通信することを可能にすることができ、非限定的な例として、遠隔デスクトップ接続インターフェース、イーサネットアダプタ、及び／又は他のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）アダプタであり得る。ＩＯインターフェース（複数可）１２０８は、コンピュータシステム１２００を他の電子機器と接続するための１つ又は２つ以上のインターフェース構成要素を含み得る。非限定的な例として、ＩＯインターフェース（複数可）１２０８は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート、１３９４ポート、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの高速データポートを含み得る。加えて、コンピュータシステム１２００は、人間のユーザがアクセス可能であり得、したがって、ＩＯインターフェース（複数可）１２０８は、ディスプレイ、スピーカ、キーボード、ポインティングデバイス、及び／又は様々な他のビデオ、オーディオ、若しくは英数字インターフェースを含み得る。記憶装置（複数可）１２１０は、不揮発性及び／又は非過渡的な方法でデータを記憶するための任意の従来式媒体を含み得る。このように、記憶装置（複数可）１２１０は、永続的状態でデータ及び／又は命令を保持することができ、すなわち、その値は、コンピュータシステム１２００への電力の中断にもかかわらず保持される。記憶装置（複数可）１２１０は、１つ又は２つ以上のハードディスクドライブ、フラッシュドライブ、ＵＳＢドライブ、光学ドライブ、様々なメディアカード、ディスケット、コンパクトディスク、及び／又はこれらの任意の組み合わせを含み得、コンピュータシステム１２００に直接接続されることも、又はネットワークなどを介して遠隔接続されることも可能である。典型的な実施形態では、記憶装置（複数可）は、例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュドライブ、ＵＳＢドライブ、光学ドライブ、メディアカード、ディスケット、コンパクトディスクなどの、データを記憶するように構成された有形又は非一時的コンピュータ可読媒体を含むことができる。
【００８２】
図１９に示されている要素は、単一の物理的機械の要素の一部又は全てであり得る。更に、図示された要素の全てが同じ物理的機械上又は同じ物理的機械内に配置される必要はない。典型的なコンピュータシステムとしては、従来のデスクトップコンピュータ、ワークステーション、ミニコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話などが挙げられる。
【００８３】
コンピュータシステム１２００は、ウェブページ又は他のマークアップ言語ストリームを検索すること、それらのページ及び／又はストリームを（視覚的に、聴覚的に、又は他の方法で）呈示すること、これらのページ／ストリーム上でスクリプト、コントロール、及び他のコードを実行すること、それらのページ／ストリームに対するユーザ入力を受諾すること（例えば、入力フィールドの完了のため）、それらのページ／ストリームに対するＨｙｐｅｒＴｅｘｔ転送プロトコル（ＨＴＴＰ）リクエストを発行する又は他の方法を行うこと（例えば、完了した入力フィールドからサーバー情報を提出するために）などを行うためのウェブブラウザを含み得る。ウェブページ又は他のマークアップ言語は、ＨｙｐｅｒＴｅｘｔ  Ｍａｒｋｕｐ  Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＨＴＭＬ）、又は埋め込みＥｘｔｅｎｓｉｂｌｅ  Ｍａｒｋｕｐ  Ｌａｎｇｕａｇｅ（ＸＭＬ）、スクリプト、コントロールなどを含む他の従来の形態であり得る。コンピュータシステム１２００はまた、ウェブページを生成する及び／又はウェブページをクライアントコンピュータシステムに配信するためのウェブサーバーを含み得る。
【００８４】
例示的な実施形態では、コンピュータシステム１２００は、例えば、単一のハウジング内に収容された単一のサーバーとして、単一のタワーとしてなど、単一のユニットとして提供され得る。単一のユニットは、その様々な態様が、システムの任意の他の態様の機能を中断することなく、例えば、アップグレード、交換、メンテナンスなどのために必要に応じてスワップイン／アウトされ得るように、モジュール式であり得る。したがって、単一のユニットはまた、追加のモジュールとして追加される能力を使用して拡張可能とすることができ、並びに／又は既存のモジュールの追加の機能性が所望され、かつ／若しくは改善される。
【００８５】
コンピュータシステムはまた、非限定的な例として、オペレーティングシステム及びデータベース管理システムを含む、様々な他のソフトウェア及び／又はハードウェア構成要素のいずれかを含むこともできる。本明細書には典型的なコンピュータシステムが図示及び説明されているが、これは一般概念及び便宜のためであることが理解されるであろう。他の実施形態では、コンピュータシステムは、本明細書で図示及び説明されるものとは、アーキテクチャ及び動作が異なる場合がある。
【００８６】
本明細書に開示される装置はまた、１回の使用の後に廃棄するように設計することもでき、又は複数回使用するように設計することもできる。しかしながら、いずれの場合も、装置は、少なくとも１回の使用後に再使用のために再調整することができる。再調整には、装置の分解工程、それに続く洗浄工程又は特定の部品の交換工程、及びその後の再組み立て工程の任意の組み合わせを含むことができる。特に、装置は分解することができ、装置の任意の数の特定の部品又は部分を、任意の組み合わせで選択的に交換するか又は取り外すことができる。特定の部分を洗浄及び／又は交換した後、装置を後の使用のために、再調整施設で、又は外科手技の直前に外科チームによってのいずれかで再組み立てることができる。当業者であれば、装置の再調整が、分解、洗浄／交換、及び再組み立てのための種々の技術を利用できることを理解するであろう。このような技術の使用、及び結果として得られる再調整された装置は、全て本出願の範囲内にある。
【００８７】
好ましくは、本明細書に記載するシステム及び装置の構成要素は、使用前に処理される。最初に、新しい又は使用済みの器具を入手し、必要であれば洗浄する。次いで、器具を滅菌することができる。１つの滅菌技術では、器具は、プラスチックバッグ又はＴＹＶＥＫバッグなどの、閉鎖され密封された容器に入れられる。次に、容器及び器具は、γ線、Ｘ線、又は高エネルギ電子線など、容器を透過することができる放射線照射野内に置かれる。放射線は、器具上又は容器内の細菌を死滅させる。この後、滅菌された器具を滅菌容器内で保管することができる。密封された容器は、医療設備において開封されるまで器具を滅菌状態に保つ。
【００８８】
通常、装置は滅菌される。これは、β線又はγ線放射、酸化エチレン、蒸気、及び液浴（例えば、低温浸漬）などの当業者には既知の様々な方法によって行うことができる。内部回路を含む装置を滅菌する典型的な実施形態は、２００８年２月８日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ  Ａｎ  Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ」と題する米国特許第８，１１４，３４５号により詳細に記載されている。装置は、インプラントされる場合、完全に密封されることが好ましい。これは、当業者に既知の様々な方法によって行うことができる。
【００８９】
当業者には、上述の実施形態に基づいて本発明の更なる特徴及び利点が認識されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって示される場合を除き、具体的に示され説明される内容により限定されるものではない。本明細書に引用される全ての刊行物及び参照文献はそれらの全容が参照によって本明細書に明示的に組み込まれる。
【００９０】
〔実施の態様〕
（１）  外科的方法であって、
ロボット外科用システムに連結された外科用具のシャフトの遠位端に連結されたエンドエフェクタを拘束して、前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動を実質的に制限することと、
更なる関節運動に対する抵抗が第１の閾値を超えるまで、第１の力を前記エンドエフェクタに動作可能に連結された少なくとも１つの連結部材に加えて、前記エンドエフェクタの第１の方向への関節運動を試み、前記抵抗が前記第１の閾値を超えた力の第１の値を記憶することと、
更なる関節運動に対する抵抗が第２の閾値を超えるまで、第２の力を前記少なくとも１つの連結部材に加えて、前記エンドエフェクタの第２の反対方向への関節運動を試み、前記抵抗が前記第２の閾値を超えた力の第２の値を記憶することと、
前記第１及び第２の値に基づいて第１及び第２の関節運動角度を決定することと、
前記第１及び第２の関節運動角度を平均化して、前記エンドエフェクタのホーム位置を得ることと、を含む、外科的方法。
（２）  前記少なくとも１つの連結部材が、第１の連結部材及び第２の連結部材を含み、
前記第１の力が、前記第１の連結部材に加えられ、
前記第２の力が、前記第２の連結部材に加えられる、実施態様１に記載の外科的方法。
（３）  前記少なくとも１つの連結部材が、複数の可撓性ケーブルを含む、実施態様１に記載の外科的方法。
（４）  前記第１及び第２の関節運動角度を決定することが、前記第１及び第２の値を、前記少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力の記憶された値と相関させることを含み、前記記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される、実施態様１に記載の外科的方法。
（５）  前記第１及び第２の値を記憶することが、前記ロボット外科用システムに関連付けられたメモリに前記第１及び第２の値を記憶することを含む、実施態様１に記載の外科的方法。
【００９１】
（６）  前記エンドエフェクタの前記ホーム位置を基準として前記エンドエフェクタの少なくとも一部を前記シャフトに対して枢動させるために、前記少なくとも１つの連結部材に力を加えることを更に含む、実施態様１に記載の外科的方法。
（７）  前記エンドエフェクタの前記ホーム位置は、前記エンドエフェクタの前記シャフトに対する関節運動角度がゼロであると見なされる前記エンドエフェクタの位置を示す、実施態様１に記載の外科的方法。
（８）  前記エンドエフェクタを拘束することが、前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動を実質的に制限するように復帰部材を作動させることを含む、実施態様１に記載の外科的方法。
（９）  前記エンドエフェクタを拘束することが、
前記エンドエフェクタをトロカールに少なくとも部分的に挿入し、それによって前記シャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動を実質的に制限することを含む、実施態様１に記載の外科的方法。
（１０）  前記第１及び第２の閾値が、前記ロボット外科用システムに既知の所定の閾値である、実施態様１に記載の外科的方法。
【００９２】
（１１）  ロボット外科用システムに連結されるように構成されている外科用具であって、
遠位端に連結されたエンドエフェクタを有する用具シャフトと、
前記用具シャフトと前記エンドエフェクタとの間に配設されたリスト部と、
少なくとも１つの連結部材であって、前記連結部材に選択的に加えられる力が、前記エンドエフェクタのピッチ運動及びヨー運動のうちの少なくとも１つを引き起こし得るように、前記用具シャフトに関連付けられ、かつ前記エンドエフェクタに動作可能に連結された、少なくとも１つの連結部材と、
前記用具シャフトに対する前記エンドエフェクタの推定されたゼロ位置を、前記エンドエフェクタの調整されたゼロ位置に角度調整するよう、作動するように構成されている復帰機構と、を備える、外科用具。
（１２）  前記エンドエフェクタが、前記調整されたゼロ位置を基準として前記リスト部に対して移動されるように構成されている、実施態様１１に記載の外科用具。
（１３）  前記エンドエフェクタが前記用具シャフトに対して前記調整されたゼロ位置にあるとき、前記少なくとも１つの連結部材は、更なる関節運動に対する抵抗が閾値を超えるまで、前記エンドエフェクタの少なくとも１つの方向への関節運動を試みるために前記少なくとも１つの連結部材に加えられた力を有するように構成されている、実施態様１１に記載の外科用具。
（１４）  前記少なくとも１つの連結部材が、複数の可撓性ケーブルを含む、実施態様１１に記載の外科用具。
（１５）  前記少なくとも１つの連結部材に加えられ得る力の複数の値を記憶するように構成されているメモリを更に備え、前記記憶された値のそれぞれは、関節運動角度のそれぞれの値と関連して記憶される、実施態様１１に記載の外科用具。
【００９３】
（１６）  前記復帰機構が、前記リスト部に関連付けられた係合部材と係合するよう、遠位方向に移動するように構成されている細長い要素を含む、実施態様１１に記載の外科用具。
（１７）  前記復帰機構が、フォーク部材と、前記フォーク部材内へ遠位方向に移動して、前記フォーク部材を前記連結部材と係止係合させるように構成されているプッシュロッドと、を含む、実施態様１１に記載の外科用具。
（１８）  前記フォーク部材が、前記連結部材上に形成された複数の歯と係合するように構成されている複数の歯を含む、実施態様１７に記載の外科用具。
（１９）  前記復帰機構は、前記連結部材が前記復帰機構に対して複数の所定の位置のうちの１つに配設されるように、前記フォーク部材の前記歯を、前記連結部材上に形成された前記歯と係合させることによって、前記エンドエフェクタの前記推定されたゼロ位置を角度調整するように構成されている、実施態様１８に記載の外科用具。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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