(57)【要約】  本開示は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されており、操向可能な部材は、少なくとも１つの外向きに開口したルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過している、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含む、外科手術装置を提供する。【選択図】図５４
2020528288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管腔内視鏡外科手術装置であって、
近位端部および遠位端部を有する屈曲可能な内視鏡と、
ロボット外科手術アームであって、
エンドエフェクタ、
近位端部および遠位端部を有する少なくとも１つの操向可能なセグメントであって、前記エンドエフェクタの位置は、前記遠位端部または前記操向可能なセグメントの位置によって制御される、少なくとも１つの操向可能なセグメント、
近位端部および遠位端部を有する可撓性のチューブ状の部材であって、前記操向可能なセグメントは、前記チューブ状の部材の前記遠位端部に動作可能に接続されている、チューブ状の部材、
前記チューブ状の部材の前記近位端部に動作可能に接続されているアダプター、ならびに、
前記アダプターおよび前記チューブ状の部材を通って前記操向可能なセグメントの中へ延在する複数のワイヤであって、少なくともその第１の部分が前記操向可能なセグメントに接続されており、少なくとも前記チューブ状の部材の中において、前記ワイヤのそれぞれは、シースの中に囲まれている、複数のワイヤ、
を含む、ロボット外科手術アームと、
ロボット外科手術アームポジショナであって、
ベース、
前記ベースに対して移動可能である移動可能なハウジング、ならびに、
前記移動可能なハウジングに対して移動可能である位置決め部材であって、前記少なくとも１つのチューブ状の部材の前記近位端部は、前記位置決め部材に接続されている、位置決め部材、
を含む、ロボット外科手術アームポジショナと、
前記内視鏡の前記遠位端部が遠位カップラーからのものである、遠位カップラーと、
近位端部および遠位端部を有し、前記少なくとも１つの可撓性のチューブ状の部材の一部分を取り囲む第１の可撓性シースであって、前記第１の可撓性シースの前記近位端部は、前記移動可能なハウジングに対して適切な位置に固定されており、前記遠位端部は、前記遠位カップラーに接続されている、第１の可撓性シースと
を含む、管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項２】
中間カップラーをさらに含み、前記中間カップラーは、少なくとも第１の開口部を有しており、前記内視鏡の前記近位端部と前記遠位端部との間で前記内視鏡に接続されており、前記内視鏡は、前記中間カップラーの中の前記第１の開口部を通って延在している、請求項１に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのチューブ状の部材は、前記中間カップラーの中の第２の開口部を通って延在しており、前記第２の開口部の中で移動可能であるが、前記第２の開口部の半径方向に前記第２の開口部から分離しないように制約されている、請求項２に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項４】
第２の可撓性シースをさらに含み、前記第２の可撓性シースは、前記中間カップラー、ならびに、前記内視鏡および前記少なくとも１つのチューブ状の部材の一部分を取り囲む、請求項３に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項５】
前記移動可能なハウジングは、前記ベースに対して線形に移動可能である、請求項１に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項６】
前記移動可能なハウジングは、固定された前記ベースに対して回転方向に移動可能である、請求項１に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項７】
前記移動可能なハウジングは、機械的なキャリッジを含み、前記機械的なキャリッジは、少なくとも第１のケージと、前記第１のケージに動作可能に連結されているブリッジ部材とを有しており、前記第１の可撓性シースの前記近位端部は、前記ブリッジ部材に接続されている、請求項１に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項８】
前記操向可能な部材は、アーチ形の方向に屈曲するように構成されている複数の屈曲セグメントを含む、請求項１に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項９】
少なくとも２つの隣接する屈曲可能なセグメントの屈曲方向は、互いに平行からオフセットされている、請求項８に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項１０】
前記操向可能な部材は、第１の複数の屈曲可能なセグメントおよび第２の複数の屈曲可能なセグメントを含み、前記第１および第２の複数の屈曲可能なセグメントは、カップラーによって接続されている、請求項８に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項１１】
近位端部および遠位端部を有する第３の可撓性シースをさらに含み、前記第３の可撓性シースは、前記少なくとも１つの屈曲可能な内視鏡の一部分を取り囲み、前記第３の可撓性シースの前記近位端部は、前記移動可能なハウジングに対して適切な位置に固定されており、前記遠位端部は、前記遠位カップラーに接続されている、請求項１に記載の管腔内視鏡外科手術装置。
【請求項１２】
管腔内視鏡外科手術の方法であって、
管腔内視鏡外科手術装置を提供するステップであって、前記管腔内視鏡外科手術装置は、近位端部および遠位端部を有する屈曲可能な内視鏡、遠位端部、近位端部、および、前記近位端部と前記遠位端部との間でその中に延在する少なくとも１つの導管を含む、少なくとも１つのロボットアーム、前記少なくとも１つのロボットアームの前記近位端部に動作可能に連結されている少なくとも１つのロボットポジショナ、ならびに、前記少なくとも１つのロボットアームの少なくとも一部分を取り囲み、近位端部および遠位端部を含む第１のシースであって、前記内視鏡の前記遠位端部および前記少なくとも１つのシースの前記遠位端部は、遠位カップラーに連結され、前記管腔内視鏡外科手術装置の遠位端部を形成している、第１のシースを含む、ステップと、
その前記遠位端部を含む、前記第１のシースの中に配設されている前記少なくとも１つの外科手術アームの少なくとも一部分によって、前記管腔内視鏡外科手術装置の前記遠位端部を自然の身体のオリフィスを通して挿入するステップと、
その前記遠位端部を含む、前記少なくとも１つの外科手術アームの少なくとも一部分を前記第１のシースの中に配設された状態に維持しながら、前記屈曲可能な内視鏡を操向することによって、前記管腔内視鏡外科手術装置を体腔の中の所望の外科手術部位へナビゲートするステップと、
少なくとも１つのステアリングワイヤを提供するステップであって、前記少なくとも１つのステアリングワイヤは、前記ロボットアームの前記導管を通って、その少なくとも前記近位端部から、その前記遠位端部に隣接するがその前記遠位端部から間隔を置いて配置された場所へ延在しており、それによって、前記少なくとも１つのワイヤの選択的な張力付加が、その前記遠位端部に隣接する前記少なくとも１つのロボットアームの屈曲を引き起こす、ステップと、
前記管腔内視鏡外科手術装置を体腔の中の所望の外科手術部位へナビゲートする前記ステップの間に、前記少なくとも１つのワイヤの張力を解放し、それによって、前記内視鏡とともに屈曲するように前記アームを十分に可撓性にするステップと、
前記少なくとも１つのワイヤを張力付加しながら、前記外科手術部位における前記シースから前記アームを前進させるステップと、
前記外科手術部位において外科手術タスクを実施するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記内視鏡および前記少なくとも１つのシースの前記遠位端部と前記近位端部との間に位置している少なくとも１つの中間カップラーをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの中間カップラーは、前記少なくとも１つの中間カップラーを通る少なくとも第１の開口部および第２の開口部を含み、前記内視鏡は、前記第１の開口部の中において前記少なくとも１つの中間カップラーに接続されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記管腔内視鏡外科手術装置を体腔の中の所望の外科手術部位へナビゲートする前記ステップの後に、前記内視鏡および第１のシースを固定し、前記外科手術部位に対する移動に対抗して、その前記遠位端部の移動を制限することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
ベースと、前記ベースに対して移動可能である移動可能な部材とを含む位置決め部材をさらに含み、
前記第１のシースは、前記移動可能な部材に留置されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記管腔内視鏡外科手術装置を体腔の中の所望の外科手術部位へナビゲートする前記ステップの間に、前記ベースに対して線形および回転方向のうちの少なくとも１つに前記移動可能な部材を移動させることによって、前記第１のシースを移動させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのロボットポジショナは、前記移動可能な部材の中に装着されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記移動可能な部材に対して前記ロボットポジショナを移動させることによって、前記ロボットアームの前記遠位端部を移動させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのロボットアームの前記遠位端部は、操向可能な部材およびエンドエフェクタを含み、前記少なくとも１つのワイヤは、前記操向可能な部材に接続されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのロボットアームの前記遠位端部は、操向可能な部材およびエンドエフェクタを含み、前記少なくとも１つのワイヤは、前記エンドエフェクタの移動を作動させるために移動可能である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
ベースの上に装着され、前記ベースの上を線形に移動可能であるキャリッジと、
前記キャリッジから延在しており、前記キャリッジによって支持されている、少なくとも１つのサポートと、
前記キャリッジの上に支持されている少なくとも１つのフレームであって、前記キャリッジの線形移動によって線形に移動可能であり、また、前記サポートから延在する軸線の周りに回転方向に移動可能である、少なくとも１つのフレームと、
前記少なくとも１つのフレームによって支持されている少なくとも１つのロボットコントローラであって、前記少なくとも１つのフレームの内向きにおよび外向きに、線形に移動可能である、少なくとも１つのロボットコントローラと、
操向可能な部材に接続するように構成されているカップリングであって、前記操向可能な部材の端部は、前記少なくとも１つのロボットコントローラの動作によって作動可能なエンドエフェクタを備えて構成されている、カップリングと、
可撓性シースに接続するように構成されている可撓性シースカップリングと
を含む、外科手術器具。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのロボットコントローラは、前記フレームの中で回転可能である、請求項２２に記載の外科手術器具。
【請求項２４】
前記ロボットコントローラは、前記フレームの上のギヤに連結されているリングギヤに連結されている、請求項２３に記載の外科手術器具。
【請求項２５】
前記フレームから間隔を置いて配置されており、前記フレームによって支持されている、シースサポートであって、可撓性シースに接続するように構成されている、シースサポートをさらに含む、請求項２２に記載の外科手術器具。
【請求項２６】
前記キャリッジの上に支持されている第２のフレームであって、前記キャリッジの線形移動によって線形に移動可能であり、また、前記サポートから延在する軸線の周りに移動可能である、第２のフレームと、
前記第２のフレームによって支持されている第２のロボットコントローラであって、前記第２のフレームの内向きにおよび外向きに、線形に移動可能である、第２のロボットコントローラと、
操向可能な部材に接続するように構成されている第２のカップリングであって、前記操向可能な部材の端部は、前記第２のロボットコントローラの動作によって作動可能なエンドエフェクタを備えて構成されている、第２のカップリングと、
をさらに含む、請求項２２に記載の外科手術器具。
【請求項２７】
前記フレームから間隔を置いて配置されており、前記フレームによって支持されている、シースサポートと、
近位端部および遠位端部を有する可撓性シースであって、前記フレームの反対側の前記シースサポートの側にあるその近位端部において、前記シースサポートに接続されている、可撓性シースと、
第１の操向可能な部材の端部が、前記少なくとも１つのロボットコントローラの動作によって作動可能なエンドエフェクタを備えて構成されている、第１の操向可能な部材であって、前記少なくとも１つのロボットコントローラから前記可撓性シースの内向きに延在している、第１の操向可能な部材と、第２の操向可能な部材の端部が、前記少なくとも１つのロボットコントローラの動作によって作動可能なエンドエフェクタを備えて構成されている、第２の操向可能な部材であって、前記第２のロボットコントローラから前記可撓性シースの内向きに延在している、第２の操向可能な部材と
をさらに含む、請求項２６に記載の外科手術器具。
【請求項２８】
前記第１の操向可能な部材および前記第２の操向可能な部材は、前記少なくとも１つのロボットコントローラに接続されている近位部分と、第１のエンドエフェクタおよび第２のエンドエフェクタにそれぞれ接続されている遠位部分とを含み、
前記フレームの内向きおよび外向きへの前記少なくとも１つのロボットコントローラの移動は、前記可撓性シースの前記端部に対する前記第１のエンドエフェクタおよび前記第２のエンドエフェクタの位置を変化させる、請求項２７に記載の外科手術器具。
【請求項２９】
前記可撓性シースの前記遠位端部の内向きに延在するカップラーをさらに含み、前記カップラーは、前記カップラーを通る少なくとも第１の開口部と、前記カップラーを通る第２の開口部とを含み、前記第１の操向可能な部材が、前記第１の開口部の中に延在可能であり、前記第２の操向可能な部材が、前記第２の開口部の中に延在可能である、請求項２８に記載の外科手術器具。
【請求項３０】
操向可能な部材に接続するように構成されている前記カップリングは、外側シェルおよび複数の器具コネクターを含むハウジングを含み、前記複数の器具コネクターは、そこから前記操向可能な部材の内向きに延在するワイヤにそれぞれ連結されており、
前記少なくとも１つのロボットコントローラは、複数のコントローラコネクターをさらに含み、それぞれのコントローラ接続部は、単一の器具コネクターに連結するように構成されている、請求項２２に記載の外科手術器具。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのロボットコントローラは、複数のリニアモータを含み、それぞれ１つが、前記コントローラコネクターのうちの単一のものに接続されている、請求項３０に記載の外科手術器具。
【請求項３２】
中間カップラーをさらに含み、前記中間カップラーは、前記可撓性シースの中に位置しており、その中に少なくとも第１の開口部と、その中に第２の開口部とを有しており、前記第１の操向可能な部材は、前記中間カップラーの中の前記第１の開口部を通って延在しており、前記第２の操向可能な部材は、前記中間カップラーの中の前記第２の開口部を通って延在している、請求項２７に記載の外科手術器具。
【請求項３３】
前記外科手術器具は、ワイヤをさらに含み、前記ワイヤは、その第１および第２の端部において、前記器具コネクターのうちの異なるものに連結されており、前記外科手術器具は、前記ワイヤに接続されているワイヤコネクターをさらに含み、
前記エンドエフェクタは、４つのバーリンケージを含み、前記４つのバーリンケージのうちの第１および第２のリンケージは、第１の枢動ピンによって一緒に連結されており、前記４つのバーリンケージのうちの第３のおよび第４のリンケージは、第２の枢動ピンによって接続されており、前記ワイヤコネクターは、前記第２のピンに接続されており、
前記ワイヤは、前記第１の枢動ピンの上を通っている、請求項２８に記載の外科手術器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年６月２９日に出願された「外科手術装置」という標題の米国仮出願第６２／５２６，８８１号の利益を主張し、それは、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、外科手術装置に関し、より具体的には、屈曲可能な（ｂｅｎｄａｂｌｅ）エレメントをその遠位端部に含むことによって屈曲動作を実施することができる外科手術装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
外科手術において使用される外科手術装置は、外科手術部位の場所、および、どのように外科手術部位が治療されるかに応じて、異なる構造を有している。近年では、既存の外科手術装置によってアクセスすることまたは最小侵襲外科手術を実施することが困難な外科手術部位のエリアにおいて外科手術を実施するために、ロボットを使用するさまざまなタイプの外科手術機器が開発されている。これらの外科手術装置は、屈曲可能なエレメントを含むことによって、人間の身体の中でさまざまな方向に移動するように構成されており、それらは、米国特許第６，８５８，００５号明細書を含む多くの文献に開示されている。
【０００４】
その遠位端部において屈曲可能な外科手術装置は、その内側のワイヤの移動によって曲がる。しかし、これらの外科手術装置は、微細に操作することが難しく、それらがワイヤによって曲げられるときにバックラッシュを生成させる、または、他のワイヤの移動を制限するというような、いくつかの問題を明らかにしている。また、曲げられる、または曲がるときにこれらの外科手術装置は、その中に埋め込まれている多くのコンポーネントを有しており、多くのコンポーネントは、複雑な方式で互いに接続されており、したがって、それらを小型化することは困難である。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書で提供されているのは、第１のチューブ状のエレメント、第２のチューブ状のエレメント、および第３のチューブ状のエレメント、ならびに、機械的なキャリッジを含み、第２および第３のチューブ状のエレメントのそれぞれは、その遠位端部において、エンドエフェクタを含み、少なくとも第２および第３のチューブ状の部材は、機械的なキャリッジから延在しており、機械的なキャリッジは、オペレーターの制御の下で、第２および第３のチューブ状の部材の遠位端部を、線形におよび中心軸線の周りの軌道上に移動させるように構成されている、内視鏡デバイスである。追加的に、第２および第３のチューブ状の部材の遠位端部におけるエンドエフェクタのそれぞれは、機械的なキャリッジの中に移動可能に装着されたロボットコントローラに接続されており、ロボットコントローラは、第２および第３のチューブ状の部材の遠位端部をその長手方向軸線に対して線形におよび回転方向に独立して移動させるように構成されている。
【０００６】
１つの態様では、第１の、第２の、および第３のチューブ状のエレメントは、その長さに沿って複数の場所において配置されている連結部材によって互いに連結されており、連結部材は、軌道軸線に対するチューブ状の部材の移動を制約するが、少なくとも第２および第３のチューブ状の部材が第１のチューブ状の部材に対して線形に移動することを許容する。さらなる態様では、第１の、第２の、および第３の部材、ならびに連結部材は、生体適合性チューブなどのような、囲まれたシースの中に取り囲まれている。
【０００７】
別の態様では、エンドエフェクタは、コンフォーマブルエクステンション（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）を含み、コンフォーマブルエクステンションは、その一方の端部の上の第２または第３のチューブ状の部材のうちの少なくとも１つの遠位端部から延在するリンケージのセットを含み、その反対側端部においてツールエレメントを含み、それぞれのリンケージは、それを通る中心軸線を含み、リンケージの軸線は、同一直線上にあることが可能であり、リンケージは、一緒になって、第２または第３のチューブ状の部材の遠位端部からツールエレメントへ延在する概して真っ直ぐなエレメントとして、コンフォーマブルエクステンションを構成させており、または、少なくとも１つの１対の隣接するリンケージの軸線は、互いに対して所定の角度になっており、コンフォーマブルエクステンションが曲げられるようになっている。追加的に、コンフォーマブルエクステンションが接続されているチューブ状の部材の回転によって、コンフォーマブルエクステンションは、その内部軸線の周りに回転される。ロボットコントローラは、コンフォーマブルエクステンションに連結されており、第２および第３のチューブ状の部材の屈曲および回転移動を可能にし、機械的なキャリッジは、ロボットコントローラ、ひいては、ロボットコントローラに取り付けられている第２および第３のチューブ状の部材を、オペレーターの制御の下で線形に移動させる。エンドエフェクタは、鉗子、カッティングブレード、組み合わせられた鉗子およびカッティングブレード、ならびに、他のエレメント（それによって、外科医などのようなオペレーターが、体腔の一部分を切り取ることによって除去し、結果として生じる創傷を縫合して閉じることが可能である）を含むことが可能である。
【０００８】
以降では、本発明の例示的な実施形態による外科手術装置が、図面を参照して具体的に説明される。ここで、コンポーネント間の位置関係の説明は、基本的に、図面を参照して行われる。図面において、実施形態の構造は、明確化のために、簡単化されているかまたは誇張され得る。したがって、本発明は、これらの例示的な実施形態に限定されるのではなく、その代わりに、さまざまな種類のデバイスが、追加され、変更され、または省略され得る。
【０００９】
例示的な実施形態は、挿入部の内側に複数の通路を有する外科手術装置を参照して説明される、さまざまな種類の外科手術器具が、それぞれの通路の中に位置する。しかし、本発明は、この例示的な実施形態に限定されず、さまざまな外科手術装置に適用可能であり、さまざまな外科手術装置は、遠位端部において屈曲可能なカテーテル、内視鏡、および外科手術ロボットを含むことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による外科手術装置を図示する図である。
【図２】図１の外科手術器具のうちの１つの断面図である。
【図３Ａ】操向可能な部材の屈曲に起因するワイヤの緩みを概略的に図示する図である。
【図３Ｂ】操向可能な部材の屈曲に起因するワイヤの緩みを概略的に図示する図である。
【図４】操向可能な部材の屈曲に起因するワイヤの緩みを概略的に図示する図である。
【図５Ａ】方向的な１自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図５Ｂ】方向的な１自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図６Ａ】方向的な１自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図６Ｂ】方向的な１自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図７Ａ】方向的な２自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図７Ｂ】方向的な２自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図８Ａ】方向的な２自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図８Ｂ】方向的な２自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図９Ａ】方向的な２自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図９Ｂ】方向的な２自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。
【図１０】可撓性のヒンジ構造体を使用する操向可能な部材を図示する図である。
【図１１】可撓性の背骨構造体を使用する操向可能な部材を図示する図である。
【図１２Ａ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１２Ｂ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１２Ｃ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１３Ａ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１３Ｂ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１３Ｃ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１３Ｄ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１３Ｅ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１４Ａ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１４Ｂ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１４Ｃ】側方支持部材を備えた操向可能な部材を図示する図である。
【図１５Ａ】ダブルヒンジ構造体を使用する接続セグメントを有する操向可能な部材を図示する図である。
【図１５Ｂ】ダブルヒンジ構造体を使用する接続セグメントを有する操向可能な部材を図示する図である。
【図１６Ａ】ダブルヒンジ構造体を使用する接続セグメントを有する操向可能な部材を図示する図である。
【図１６Ｂ】ダブルヒンジ構造体を使用する接続セグメントを有する操向可能な部材を図示する図である。
【図１７Ａ】ダブルヒンジ構造体を使用する接続セグメントを有する操向可能な部材を図示する図である。
【図１７Ｂ】ダブルヒンジ構造体を使用する接続セグメントを有する操向可能な部材を図示する図である。
【図１８Ａ】経路調節部材を使用する操向可能な部材を図示する図である。
【図１８Ｂ】経路調節部材を使用する操向可能な部材を図示する図である。
【図１９Ａ】経路調節部材を使用する操向可能な部材を図示する図である。
【図１９Ｂ】経路調節部材を使用する操向可能な部材を図示する図である。
【図２０Ａ】操向可能な部材の屈曲を図示する図である。
【図２０Ｂ】操向可能な部材の屈曲を図示する図である。
【図２１Ａ】修正された実施形態による操向可能な部材の屈曲を図示する断面図である。
【図２１Ｂ】修正された実施形態による操向可能な部材の屈曲を図示する断面図である。
【図２１Ｃ】修正された実施形態による操向可能な部材の屈曲を図示する断面図である。
【図２２Ａ】ワイヤ終端部材によって屈曲アクチュエーションワイヤを固定する方法を図示する図である。
【図２２Ｂ】ワイヤ終端部材によって屈曲アクチュエーションワイヤを固定する方法を図示する図である。
【図２２Ｃ】ワイヤ終端部材によって屈曲アクチュエーションワイヤを固定する方法を図示する図である。
【図２３】エンドエフェクタをワイヤ終端部材として構成する例を図示する図である。
【図２４】エンドエフェクタの構造を図示する図である。
【図２５】エンドエフェクタの構造を図示する図である。
【図２６】スリーブを中に備えた外科手術装置のさまざまな例を図示する図である。
【図２７】スリーブを中に備えた外科手術装置のさまざまな例を図示する図である。
【図２８】スリーブを中に備えた外科手術装置のさまざまな例を図示する図である。
【図２９】スリーブを中に備えた外科手術装置のさまざまな例を図示する図である。
【図３０】外科手術器具の端部および操作部の接続構造体を図示する図である。
【図３１Ａ】屈曲アクチュエーションワイヤを移動させるための操作部の構成を概略的に図示する図である。
【図３１Ｂ】屈曲アクチュエーションワイヤを移動させるための操作部の構成を概略的に図示する図である。
【図３２】屈曲アクチュエーションワイヤを移動させるための操作部の構成を概略的に図示する図である。
【図３３Ａ】理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図であり、図３３Ａは、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図であり、図３３Ｂは、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図である。
【図３３Ｂ】理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図であり、図３３Ａは、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図であり、図３３Ｂは、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図である。
【図３４Ａ】実際の条件において屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図であり、図３４Ａは、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図であり、図３４Ｂは、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図である。
【図３４Ｂ】実際の条件において屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図であり、図３４Ａは、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図であり、図３４Ｂは、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図である。
【図３５】本発明の例示的な実施形態による例示的な屈曲セグメントを図示する図である。
【図３６】本発明の例示的な実施形態による図３５の中の例示的な張力調整部材を図示する図である。
【図３７Ａ】図３６の例示的な張力調整部材のうちの１つの枢動運動を図示しており、図３７Ａは、左側に曲がっている張力調整部材の正面図であり、図３７Ｂは、右側に曲がっている張力調整部材の正面図である。
【図３７Ｂ】図３６の例示的な張力調整部材のうちの１つの枢動運動を図示しており、図３７Ａは、左側に曲がっている張力調整部材の正面図であり、図３７Ｂは、右側に曲がっている張力調整部材の正面図である。
【図３８Ａ】図３６の中の例示的な張力調整部材構造体によりワイヤの緩みが改善されることを概略的に図示する図であり、図３８Ａは、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図であり、図３８Ｂは、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図である。
【図３８Ｂ】図３６の中の例示的な張力調整部材構造体によりワイヤの緩みが改善されることを概略的に図示する図であり、図３８Ａは、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図であり、図３８Ｂは、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示す図である。
【図３９】屈曲アクチュエーションワイヤの合計長さ変化（ΔＬ）が屈曲角度θの関数として変化することを図示するシミュレーション結果である。
【図４０】本発明の例示的な実施形態による外科手術器具を図示するブロック図である。
【図４１】本発明の例示的な実施形態による外科手術器具を図示する概略図である。
【図４２】本発明の例示的な実施形態による屈曲運動中の外科手術器具を図示する図である。
【図４３】本発明の別の例示的な実施形態による外科手術器具を図示するブロック図である。
【図４４】本発明の別の例示的な実施形態による外科手術器具を図示する概略図である。
【図４５】本発明の例示的な実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを図示するブロック図である。
【図４６】本発明の例示的な実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを概略的に図示する図である。
【図４７】本発明の例示的な実施形態による制御プラットフォームおよび接続パーツを概略的に図示する図である。
【図４８Ａ】本発明の例示的な実施形態による３つのタイプの交換可能グリップを図示する斜視図であり、図４８Ａは、グリップタイプのものを示す図であり、図４８Ｂは、ピンセットタイプのものを示す図であり、図４８Ｃは、腹腔鏡下の手用器具タイプのものを示す図である。
【図４８Ｂ】本発明の例示的な実施形態による３つのタイプの交換可能グリップを図示する斜視図であり、図４８Ａは、グリップタイプのものを示す図であり、図４８Ｂは、ピンセットタイプのものを示す図であり、図４８Ｃは、腹腔鏡下の手用器具タイプのものを示す図である。
【図４８Ｃ】本発明の例示的な実施形態による３つのタイプの交換可能グリップを図示する斜視図であり、図４８Ａは、グリップタイプのものを示す図であり、図４８Ｂは、ピンセットタイプのものを示す図であり、図４８Ｃは、腹腔鏡下の手用器具タイプのものを示す図である。
【図４９】本発明の別の実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを概略的に図示する図である。
【図５０】図４９の中のパーソナライズされたマスタコントローラの制御プラットフォームのパーツ（すなわち、ベース部材、可動部材、および、３つのパラレルキネマティクスチェイン）を概略的に図示する図である。
【図５１】本発明の例示的な実施形態による、制御プラットフォームの可動部材に取り付けられている交換可能グリップを示す、図４９の一部分の拡大図である。
【図５２】本発明の例示的な実施形態による、制御プラットフォームの可動部材から取り外されている交換可能グリップを示す、図４９の一部分の拡大図である。
【図５３】導入チューブおよびその上の外科手術デバイスがその中に挿入されていることを示す人間の口および食道の概略断面図である。
【図５４】本発明の外科手術デバイスを位置決めするための位置決めおよび制御デバイスの等角図である。
【図５５】本発明の外科手術デバイスのロボットアームのための中空部材およびシースの概略斜視図である。
【図５６】本発明の外科手術デバイスのロボットアームの一部分の等角図である。
【図５７】本発明の外科手術デバイスの遠位カップラーの平面図である。
【図５８】５８−５８における図５７の遠位カップラーの断面図である。
【図５９】本発明の外科手術デバイスの中間カップラーの平面図である。
【図６０】図５４の位置決めおよび制御デバイスの一部分の等角図であり、それによって、その一部分が前方位置へ移動されていることを示す図である。
【図６１】図５４の位置決めおよび制御デバイスの一部分の等角図であり、それによって、その一部分が前方位置へ移動され、回転されていることを示す図である。
【図６２】内視鏡の概略図である。
【図６３】本発明の外科手術デバイスのロボットコントローラの等角図である。
【図６４】ワイヤのためのアクチュエータを示す図６３のロボットコントローラのうちの１つの等角図である。
【図６５】本発明の外科手術装置のワイヤカップラーの端部の等角図である。
【図６６】本発明の外科手術デバイスのエンドエフェクタの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明、ならびに、そのさまざまな特徴および有利な詳細は、非限定的な実施形態を参照して、より完全に説明されており、非限定的な実施形態は、添付の図面に図示されており、以下の説明の中に詳述されている。周知の材料、製造技法、パーツ、および機器の説明は、不必要に本発明を曖昧にしないようにするために詳細には省略されている。しかし、詳細な説明および特定の例は、本発明の好適な実施形態を示しているが、図示目的のためだけに与えられており、限定のために与えられているのではないことを理解されたい。根底にある発明概念の精神および／または範囲の中のさまざまな置換、修正、追加、および／または再配置が、この開示から当業者に明らかになる。
【００１２】
以降では、本発明の例示的な実施形態による外科手術装置が、図面を参照して具体的に説明される。ここで、コンポーネント間の位置関係の説明は、基本的に、図面を参照して行われる。図面において、実施形態の中の構造は、明確化のために、簡単化されているかまたは誇張され得る。したがって、本発明は、この例示的な実施形態に限定されるのではなく、その代わりに、さまざまな種類のデバイスが、追加され、変更され、または省略され得る。
【００１３】
本明細書で使用されているように、患者の対象者という用語は、デバイスによる医学的介入を受け取る者を表している。特定の態様では、患者は、人間の患者である。他の態様では、患者は、コンパニオンアニマル、スポーツアニマル、家畜、または家畜類の動物である。
【００１４】
この例示的な実施形態は、挿入部の内側に延びる複数の通路を有する外科手術装置を参照して説明される、さまざまな種類の外科手術器具が、それぞれの通路の中に位置する。しかし、本発明は、この例示的な実施形態に限定されず、さまざまな外科手術装置に適用可能であり、さまざまな外科手術装置は、遠位端部において屈曲可能なカテーテル、内視鏡、および外科手術ロボットを含むことに留意されたい。
【００１５】
図１は、本発明の例示的な実施形態による外科手術装置を図示する図である。図１に図示されているように、外科手術装置１は、外科手術装置の遠位端部に設けられた挿入部２０と、挿入部２０の近位端部に位置する操作部１０とを含む。
【００１６】
挿入部２０は、外科手術の間に外科手術部位の中へ挿入される外科手術器具１０の部分を形成している。挿入部２０は、遠位カップラー１１４０の中で終端する可撓性で生体適合性の取り囲むシース２０２から構成されており（たとえば、図５６を参照）、外科的手術において使用するための少なくとも１つの外科手術器具３０が、シース２０２の中に選択的に位置しているか、または、シース２０２から延在されている。外科手術器具３０は、取り囲むシース２０２の外側壁部によって画定される中空通路の中に選択的に位置している。外科手術器具３０が、取り囲むシース２０２および遠位カップラー１１４０から延在されているときには、外科手術器具３０は、挿入部２０の遠位端部１６において遠位カップラー１１４０から外向きに延在しており、また、外科手術器具３０は、この位置において、外科手術を実施するのに有用であるか、または、外科手術器具３０がその中に位置している体腔のイメージをキャプチャーするのに有用である。挿入部長さは、図１において図示しやすくするために短くされており、実際のデバイスでは、１メートルを超えるオーダーの長さであることが可能である。
【００１７】
図１の実施形態において、図１の外科手術装置の挿入部２０のシース２０２は、３つの外科手術器具３０を含み、３つの外科手術器具３０は、シース２０２を通って延在しており、また、図１に示されているように、シース２０２の端部においてカップラーの外向きに延在している。図１では、４つの外科手術器具のうちの２つは、その遠位端部においてそのエンドエフェクタ３００として鉗子３１を含む。そのような外科手術器具は、外科医または医者などのようなオペレーターによって使用され、鉗子を操作することによってさまざまな外科的手術を実施することが可能である。追加的に、ブレード、縫合ユニット、針などを含む、他のさまざまなタイプの外科手術エレメントが、外科手術器具３０のエンドエフェクタとして配備され得る。実施形態において、第３の外科手術器具は、イメージングユニット３２である。イメージングユニット３２は、体腔表面のイメージをキャプチャーするための電荷結合素子と、電荷結合素子が体腔のイメージをキャプチャーすることを可能にするために体腔表面を照射する照射デバイス、たとえば、ＬＥＤなどとを含む。代替的に、第４の外科手術器具、たとえば、作業チャネルをその中に備えたルーメンユニット３３などは（作業チャネルを通して、さまざまな器具が挿入され得る）、シース２０２を通して延在され、カップラーにおいて終端することが可能である。
【００１８】
挿入部２０の遠位端部１６から延在する外科手術器具３０は、その柔軟な部分が適切なスペースの中で曲げられるかまたはその他の方法で操作され得るように構成されており、柔軟な部分がその中に配備されている体腔の内側壁部に対して特定の配向で面するように、柔軟な部分の端部を方向付けする。外科手術器具３０の一部分の屈曲は、挿入部２０の遠位端部１６の方向および配向とは異なる方向もしくは配向に外科的手術が実施されること、または、異なる方向もしくは配向からイメージをとることを可能にする。本明細書において、挿入部２０の遠位端部１６に対してその配向を変化させるための外科手術器具３０の操作は、外科手術器具３０に沿って延在する複数のワイヤによって提供され、それは、詳細に下記にさらに説明される。
【００１９】
操作部１０は、挿入部２０の近位端部に設けられており、挿入部２０および／または外科手術器具３０を操作するように構成されている。操作部１０の遠位端部は、挿入部２０の近位端部に接続されており、この例示的な実施形態では、挿入部２０に取り外し可能に接続され得る。少なくとも１つの駆動部が、操作部１０の中に設けられている。駆動部４０は、挿入部２０、および／または、外科手術器具３０のさまざまなタイプのワイヤ部材に機械的に接続され、駆動部４０は、外科手術器具３０の一部の屈曲移動を含む、挿入部２０および／または外科手術器具３０のさまざまな運動を可能にする。駆動部の構造および動作が、本明細書において後に詳述される。
【００２０】
以降では、上記に説明された外科手術装置の詳細な構成が、図面を参照して、より詳細に説明される。
【００２１】
図２は、図１の外科手術器具のうちの１つの断面図である。図２に図示されているように、外科手術器具３０は、遠位端部において、操向可能な部材１００を含み、操向可能な部材１００は、その長さを横切る１つまたは複数の場所において屈曲可能であり、同様に、チューブ状の可撓性部材２００の中心長手方向軸線１８の周りに回転可能である。操向可能な部材１００は、中空チャネル（この図には示されていない）を備えた複数の屈曲セグメント１１０を有しており、複数の屈曲セグメント１１０は、直列に互いに接触している。可撓性材料を含むチューブ状の可撓性部材２００が、駆動部４０（たとえば、図５４を参照）から延在しており、操向可能な部材１００の近位端部との接続部において終端している。それぞれのチューブ状の可撓性部材２００は、中空チューブとして構成されており、それによって、外科手術器具３０の遠位端部への接続部から駆動部４０の間に延在する複数のワイヤ部材、および、駆動部４０から操向可能な部材１００へ延在して駆動部４０へ戻るさらに複数のステアリングワイヤが延在している。図２では、エンドエフェクタ３００が、操向可能な部材１００の遠位端部に設けられており、エンドエフェクタ３００が、本明細書において後に詳述されるように、エンドエフェクタアクチュエーションワイヤ５００によって選択的に作動される。
【００２２】
操向可能な部材１００のそれぞれの屈曲セグメント１１０は、屈曲アクチュエーションワイヤ４００の制御の下でそれらの間の角度方向の運動を可能にする方式で、隣接する屈曲セグメント１１０に接続されている。屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、操向可能な部材１００およびチューブ状の可撓性部材２００を通過するような方式で位置しており、屈曲アクチュエーションワイヤ４００の遠位端部は、操向可能な部材１００に接続されており、屈曲アクチュエーションワイヤ４００の近位端部は、個々の導管を通って延在しており、個々の導管は、可撓性部材の長さを通して延在し、個々の導管は、駆動部分４０に接続されている。それぞれの屈曲セグメント１１０は、長さ方向に形成されている複数のルーメン１１２を含み、それにより、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、ルーメン１１２の中に位置し、ルーメン１１２を通って延びてよい（図５Ａ）。したがって、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が操作部１０によって移動されるとき、複数の屈曲セグメント１１０は、ヒンジ式に移動し、したがって、操向可能な部材１００を曲げる。
【００２３】
図３は、ワイヤ４００の動きによって操向可能な部材の屈曲に起因する、ワイヤの中でつくられる緩みを概略的に図示する図である。屈曲セグメント１１０の各々がＬの長さおよび２ｒの幅を有するとする。隣接する屈曲セグメント１１０は、それらの対面する側部の中間（それは、外周からｒの距離にある）において、ヒンジ接続されている。屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、それぞれの屈曲セグメントの幅の２つの対向する側部に位置しており、それぞれの屈曲セグメントの側部（それは、それぞれのヒンジ接続された部分からＬの距離にある）を通過するとする。
【００２４】
図３Ａは、操向可能な部材の２つのセグメント間の相対的な屈曲移動の前の操向可能な部材の２つのセグメントを図示しており、図３Ｂは、曲率半径Ｒまで曲げられたときの操向可能な部材の２つのセグメントを図示している。ワイヤ４００は、その第１の側において、操向可能な部材の最も遠位のセグメントに接続されており、そこからチューブ状の可撓性部材２００を通して駆動ユニットへ通っており、駆動ユニットにおいて、ワイヤ４００は、プーリーに巻き付けられており、そこから、ワイヤの残りの長さが、チューブ状の可撓性部材２００を通って延在して戻り、チューブ状の可撓性部材２００の最も遠位のセグメントの反対側に接続している。図３Ｂでは、２つの屈曲セグメント１１０の間のベンドの角度は、θによって示されている。以下の等式は、屈曲の前の２つの屈曲セグメントの間の２つのワイヤ部分の長さの総計と、屈曲の後の２つのワイヤ部分の長さの総計とを比較する。屈曲の前の２つのワイヤ部分の長さがそれぞれＬ１およびＬ２によって示されており、屈曲の後の２つのワイヤ部分の長さがそれぞれＬ１’およびＬ２’によって示されている場合に、２つの長さの間の差ΔＬは、以下の通りである。
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【００２５】
上記式から見ることができるように、屈曲の後の２つの屈曲セグメントの間の２つのワイヤ部分の長さの総計は、屈曲の前のものよりも小さい。したがって、両側のワイヤが互いに連動して操作されるときに、ΔＬの緩みが、それぞれの屈曲セグメントの間に作り出される。これは、屈曲が起こるときに、曲率中心の反対側のワイヤの長さの変化の量（Ｌ１’−Ｌ１）は、曲率中心の近くのワイヤの長さの変化の量（Ｌ２−Ｌ２’）よりも小さいからである。したがって、屈曲に起因して、バックラッシュが生成され、したがって、微調節を困難にする。
【００２６】
それとは対照的に、この例示的な実施形態では、屈曲セグメントは、屈曲によって引き起こされる緩みを最小化するために、さまざまな形状で構成され得る。図４は、改善された屈曲セグメント構造による、ワイヤの緩みを概略的に図示する図である。図４に図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤが位置するルーメン１１２の一部が開いているように、改善された屈曲セグメント１１０は構成されている（図５を参照）。ここで、ｔは、オープンルーメン部分の長さを示している。曲率中心の近くのワイヤは、オープンルーメン部分に起因して、より短い経路を有しているが、曲率中心の反対側のワイヤは、対応するオープンルーメン部分において、過剰な長さが追加される経路を有する。このケースでは、曲率中心の近くのワイヤの経路Ｌ２＊は、長さが以前の経路（図３のＬ２’）に等しく、曲率中心の反対側のワイヤの経路Ｌ１＊は、以前の経路（図３のＬ１’）よりも長い。この経路長さの増加は、曲率中心の反対側のオープンルーメン部分の側壁（屈曲セグメントの中心の近く）がスタンブリング部分（ｓｔｕｍｂｌｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）１１４を形成し、経路を通過する屈曲アクチュエーションワイヤ４００がスタンブリング部分１１４に接触してスタンブルする（ｓｔｕｍｂｌｅ）からである（図５を参照）。したがって、改善された屈曲セグメントを使用して屈曲が起こるとき、ΔＬは、以下の通りである。
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【００２７】
上記に述べられているように、改善された屈曲セグメント１１０が緩みの長さΔＬを低減させるように構成されている状態で、外科手術装置１の移動は、微細に制御され得る。一般的に、オープンルーメン部分の長さｔは、屈曲セグメントの長さＬの１０％以上であることが可能である。屈曲セグメントの寸法、ベンドの角度などに応じて、緩みの長さΔＬの低減の量は異なるが、緩みの長さΔＬは、おおよそ３０％以上だけ低減され得る。
【００２８】
改善された屈曲セグメントは、さまざまな方式で設計され得る。以降では、屈曲セグメントのさまざまな例示的な実施形態が、図５から図１１を参照して詳細に説明される。
【００２９】
図５は、１自由度を有する屈曲セグメントの構造を図示する図である。図５に示されている屈曲セグメント１１０は、中空チャネル１１１がその中に形成された本体部を有する。１対の接続パーツ１２０が、本体部の長さの一方の端部に設けられており、他の１対の接続パーツ１２０が、反対側の端部に設けられている。それぞれの対の接続パーツ１２０は、本体部の幅の２つの対向する側部に互いに向かい合って位置しており、中空チャネル１１１が、それらの間の中間にある。
【００３０】
それぞれの屈曲セグメント１１０は、隣接する屈曲セグメントにヒンジ接続されており、この実施形態では、それぞれの屈曲セグメント１１０は、その接続パーツによって相互接続されており、接続パーツは、隣接する屈曲セグメントに連結されている。図５では、接続パーツ１２０は、それらを一緒にピン止めすることによって接続されている。しかし、接続パーツ１２０は、たとえば、ヒンジシャフトなどによって、互いに対して物理的に拘束される必要はなく、ヒンジ軸線の周りに互いに対して移動することが可能である。接続パーツ１２０のヒンジシャフトがすべて同じ配向を有するので、すなわち、接続パーツ１２０のヒンジシャフトが互いに平行になっているので、図５の操向可能な部材は、１自由度を有しており、１自由度では、操向可能な部材が（図面に示されているように）左または右に曲がる。体腔の周りに３６０度にわたって体腔の部分に面するように、操向可能な部材１００の遠位端部を位置付けおよび配向させることを可能にするために、チューブ状の可撓性部材２００は、駆動部４０によってその長手方向軸線１８の周りに回転可能であり、駆動部４０は、操向可能な部材１００がルーメンの側壁部に面しているときに、操向可能な部材の遠位端部が体腔の内側壁部の周りに面している方向を、オペレーターが円周方向に移動させることを可能にする。
【００３１】
それぞれの屈曲セグメント１１０は、１対のルーメン１１２を含み、１対のルーメン１１２の中に、屈曲アクチュエーションワイヤが位置する。１対のルーメン１１２は、屈曲セグメント１１０の断面の中心に対して概して平行に、中空本体部の壁表面を通って延在する開口部を通して形成されており、また、１対のルーメン１１２は、屈曲セグメント１１０の断面の中心の周りに対称的に配置されており、したがって、互いから所定の距離に間隔を置いて配置されている。
【００３２】
図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、屈曲セグメント１１０のルーメンは、部分的に開いている。具体的には、それぞれのルーメンは、クローズドルーメン部分１１２ｂを含み、クローズドルーメン部分１１２ｂは、その端部のいずれかにおいてオープンルーメン部分１１２ａへと開口している。クローズドルーメン部分１１２ｂでは、ルーメン壁部が、図５Ｂに示されているように、壁表面によって囲まれており、屈曲アクチュエーションワイヤが、この囲まれている構造に起因して、クローズドルーメン部分１１２ｂの中に拘束されるようになっている。それとは対照的に、オープンルーメン部分１１２ａでは、その壁部の少なくとも一部は、オープン構造を有する。したがって、オープンルーメン部分１１２ａの中に位置する屈曲アクチュエーションワイヤは、このオープン部分においてルーメンの外向きに移動可能であり得る。
【００３３】
この例示的な実施形態では、オープンルーメン部分１１２ａは、屈曲セグメントの外側の壁部１１３ａの部分（外側の壁部１１３ａの部分は、屈曲セグメントの断面の中心の反対側にある）が開いている構造を有する。したがって、屈曲セグメントの相対的なアーチ形の移動が起こるときに、結果として生じる曲げられる操向可能な部材の曲率中心の近くのワイヤ４００ａは、オープンルーメン部分の外側部分に向けて（外向き方向に）移動し、それは、屈曲セグメントが、ルーメンが屈曲セグメントの長さまたは高さにわたって閉じられている屈曲セグメントと比較して、より短い長さで接続されることを可能にする。屈曲セグメント１１０の反対側のルーメン１１２では、ワイヤ４００ｂは、屈曲セグメントの断面の中心の最も近くのオープンルーメン部分の壁部１１３ｂの部分に接触して引っ張られ、オープンルーメン部分は、スタンブリング部分１１４を形成し、ワイヤが、スタンブリング部分１１４に接触してスタンブルし、すなわち、ワイヤ４００ｂとオープンルーメンの壁部１１３ｂとの間の摩擦は、ワイヤ４００ｂを少なくとも壁部１１３ｂに接触して瞬間的に結合させる。したがって、屈曲が起こるときに、曲率中心の反対側のワイヤ４００ｂは、ルーメン１１２の内側壁部とのより大きい接触面積を有し、それによって、緩みの長さを低減させる。
【００３４】
図５Ａおよび図５Ｂでは、クローズドルーメン部分１１２ｂがルーメン長さの中間に形成され、オープンルーメン部分１１２ａがクローズドルーメン部分１１２ｂのどちらの側にも位置するように、屈曲セグメント１１０のそれぞれのルーメン１１２は構成されていることが示されている。これは、単なる例に過ぎず、長さに沿ってルーメン１１２の一方の側が、オープンルーメン部分を形成することが可能であり、他方の側が、クローズドルーメン部分を形成することが可能である。代替的に、１対の隣接する屈曲セグメントのオープンルーメン部分は、ヒンジシャフトに対して対称的に配置され得る。このように、屈曲アクチュエーションワイヤが位置するルーメンは、屈曲セグメントの断面の中心に近い壁表面（内側壁表面）１１３ｂがその断面の中心の反対側の壁表面（外側壁表面）１１３ａよりも長くなるように、さまざまに変更され得る。
【００３５】
図５Ａおよび図５Ｂは、オープンルーメン部分１１２ａがクローズドルーメン部分１１２ｂよりも長いことを図示しているが、本発明は、それに限定されず、屈曲セグメントの構造および隣接する屈曲セグメント間の弓形の移動の最大角度に応じて、さまざまな構成を有することが可能である。ルーメン長さ全体の２０％以上を占めるオープンルーメン部分の長さが、緩みの長さを低減させるために有利であり得ることに留意されたい。
【００３６】
屈曲セグメントの接続パーツは、図５に示されているような接続パーツを一緒にピン止めする以外に、さまざまな方式で形成され得る。図６は、隣接する屈曲セグメント間の異なるタイプの接続部の例を図示している。
【００３７】
図６の屈曲セグメントは、その一方の端部に１対の接続パーツ１２０、および、その対向する端部において１対の凹部パーツ１２１をそれぞれ含む。屈曲セグメント１１０の接続パーツ１２０は、隣接する屈曲セグメントの凹部パーツ１２１の中に収容され、自由ヒンジ接続部を形成している。接続部は、自由ヒンジ接続部である。その理由は、セグメントが、互いから離れるようなその移動を防止するようにピン止めされていないか、または、その他の方法で物理的に拘束されていないからである。図６のＡの接続パーツ１２０は、凸形の丸い表面を備えた突出部からそれぞれ構成されており、凹部パーツ１２１は、対応する突出部を収容する調和した凹形の丸みを帯びた凹部をそれぞれ有している。したがって、それぞれの接続パーツ１２０は、対応する凹部パーツ１２１の表面に沿ってスライドすることが可能であり、隣接する屈曲セグメントの中心線が互いに対して角度方向に移動可能であるようになっている。図６Ｂの接続パーツ１２０は、線形の縁部で終端するＶ字形状の突出部からそれぞれ構成されており、凹部パーツ１２１は、Ｖ字形状の切り欠き状の溝部をそれぞれ有しているが、Ｖ字形状の突出部の対向する脇面間の角度は、Ｖ字形状の切り欠きの脇面間の角度よりも小さくなっており、したがって、Ｖ字形状の突出部の線形の縁部が、Ｖ字形状の切り欠きのベースの上に着座されているときには、突出部のいずれかの側にクリアランスまたは自由スペースが存在しており、突出部、ひいては、隣接する屈曲セグメントの中心線は、互いに対して角度方向に移動可能である。
【００３８】
図７は、２自由度を有する屈曲セグメントの構造を示す図である。図７の屈曲セグメントは、それらの間の相対的な角度方向の移動を可能にするように、隣接する屈曲セグメントにそれぞれ接続されており、屈曲の一方の端部において屈曲セグメントに接続されている第１の軸線またはヒンジシャフトｈ１のうちの一方と、屈曲セグメントの他方の端部において屈曲セグメントに接続されているヒンジシャフトｈ２とが、異なる配向を有するように、具体的には、おおよそ、互いから９０度のオフセットを有するように、それぞれが構成されている。したがって、図７の屈曲セグメント１００は、図５および図６に関して述べられていることとは異なり、２自由度以上で移動可能な操向可能な部材を構成している。
【００３９】
具体的には、図７のそれぞれの屈曲セグメント１１０は、屈曲セグメント１１０の一方の端部に１対の接続パーツ１２０を含み、屈曲セグメント１１０の反対側の端部に１対の凹部パーツ１２１を含む。それぞれの１対の接続パーツ１２０は、１対の凹部１２１に面している。図５Ａおよび図５Ｂの場合のように、接続パーツ１２０は、それぞれの屈曲セグメント１１０は、丸い表面を備えた凸形の突出部から構成されており、凹部は、調和した丸みを帯びた輪郭の凸形の凹部のようになっており、隣接する屈曲セグメント１１０の凸形の突出部を収容する。
【００４０】
図７Ｂに図示されているように、それぞれの屈曲セグメント１１０において、１対の接続パーツ１２０の丸みを帯びた部分の中心を通って延在する軸線と、凹部１２１の丸みを帯びた表面の中心を通って延在する軸線とは、互いに直交している。すなわち、１対の接続パーツおよび１対の凹部は、屈曲セグメント１１０の断面に関して異なる場所に位置決めされている（より具体的には、１対の接続パーツおよび１対の凹部の中心を通って延在する軸線同士は、９０度で交差している）。
【００４１】
したがって、屈曲セグメント１１０は、第１の軸線またはヒンジシャフトｈ１のうちの１つの上で、一方の側の隣接するセグメントに対してヒンジ式に移動し、第２の軸線ｈ２の上で、屈曲セグメント１１０の反対側端部における隣接するセグメントに対してヒンジ式に移動する。すなわち、第１のヒンジシャフトおよび第２のヒンジシャフトの軸線の配向が、互いに直交する交互に配置されるように、屈曲セグメントの接続パーツは構成されている。したがって、図７の屈曲セグメント１１０は、それぞれの隣接する屈曲セグメント１１０に対して１自由度で移動するが、複数の屈曲セグメント１１０から形成される操向可能な部材１００の配向は、２自由度で構成可能である。
【００４２】
操向可能な部材１００のこの実施形態では、それぞれの屈曲セグメント１１０は、４つのルーメン１１２を含み、４つのルーメン１１２は、その対向する端部の間で、長さに沿って形成されている。図７Ａおよび図７Ｂに図示されているように、それぞれのルーメン１１２は、屈曲セグメントの外側壁部の内向きに延在し、接続パーツ１２０および凹部パーツ１２１を形成している。４つのルーメン１１２のそれぞれの１つは、接続パーツおよび凹部が形成されている場所に整合されており、本体部の周りに９０度間隔で間隔を置いて配置されている。
【００４３】
屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、それぞれ、４つのルーメン１１２の各々の中に位置する。これらのアクチュエーションワイヤ４００の中でも、一方の対のワイヤが、操向可能な部材１００の一方のシャフトの屈曲を誘発し、他方の対のワイヤが、他方のシャフトの屈曲を誘発する。
【００４４】
それぞれのルーメンは、上述の例と同様に、部分的に開いている。図７Ａに図示されているように、屈曲セグメント１１０の外側壁部の内向きにおよび概して平行に延在するそれぞれのルーメン１１２の一部分は、突き出ているパーツ１２０を通って延在するクローズドルーメン部分１１２ｂと、そこから接続パーツ１２０または凹部１２１が存在していない屈曲セグメント１１０の反対側端部へ延在するオープンルーメン部分１１２ａとを含み、また、そこから９０度オフセットされたルーメンにおいて、凹部１２１を通って延在するクローズドルーメン部分１１２ｂと、そこから接続パーツ１２０または凹部１２１が存在していない接続部分１１０の反対側端部へ延在するオープンルーメン部分１１２ａとを含む。
【００４５】
図７は、接続パーツ１２０または凹部１２１を通って延在するルーメン１１２を図示しているが、ルーメン１１２は、接続パーツ１２０および凹部１２１からオフセットされてもよい。実施形態では、接続パーツ１２０および凹部１２１は、それぞれの屈曲セグメント１１０の本体部の側面の周りに（たとえば、周囲に沿って）９０度間隔で間隔を置いて配置されてもよい。したがって、それぞれのルーメン１１２は、２つの隣接する接続パーツ１２０の間、および、２つの隣接する凹部１２１の間に位置していてもよく、好ましくは、接続パーツ１２０および凹部１２１から４５度の場所に位置していてもよい。
【００４６】
このケースでは、図８に図示されているように、クローズドルーメン部分１１２ｂが屈曲セグメントの対向する端部の間に延在するルーメンの長さの中間に形成されており、オープンルーメン部分１１２ａがクローズドルーメン部分１１２ｂのどちらの側にも形成されるように、それぞれのルーメン１１２は構成されていてもよい。
【００４７】
図７および図８は、丸い表面を備えた突出部から構成されている接続パーツ１２０、および、接続パーツ１２０を収容する凹部１２１に関して説明されてきた。しかし、これは、単なる例に過ぎず、図６のＢに示されているように、接続パーツは、線形の縁部を備えた突出部から構成されていてもよく、凹部は、Ｖ字形状の切り欠き状の溝部であってもよい（図９Ａおよび図９Ｂを参照）。そうでなければ、図５に示されているように、それぞれが接続パーツおよび凹部を含むというよりもむしろ、２つの接続パーツは、ヒンジ状の移動を可能にする方式で一緒にピン止めされていてもよい。
【００４８】
図７から図９に示されている例示的な実施形態は、隣接する屈曲セグメントの相対的なアーチ形の位置決めを可能にするための接続構造体を提供しており、この接続構造体では、１対の接続パーツが１つの屈曲セグメントに設けられており、１対の凹部が別の屈曲セグメントに設けられている。代替的に、１つの接続パーツおよび１つの凹部が、１つの屈曲セグメントの一方の端部に位置し、それらの間に延在する屈曲セグメントの中空部分によって間隔を離して配置されていてもよく、隣接する屈曲セグメントの接続パーツおよび凹部が、第１の屈曲セグメントのものと逆に位置し、隣接する屈曲セグメント１１０の間の接続部を提供している。
【００４９】
図１０は、連続的な可撓性のヒンジ構造体を用いる操向可能な部材の代替的な構築体を図示している。図１０に図示されているように、屈曲セグメント１１０は、ディスク状のプレートの形状になっており、屈曲セグメント１１０間に位置している可撓性の接続パーツ１２０によって接続されている。図５から図９の操向可能な部材は、接続パーツの機械的なヒンジ構造体を使用して曲げられ得るが、図１０の操向可能な部材は、接続パーツの弾性を使用して曲げられ得る。
【００５０】
より具体的には、図１０の操向可能な部材は、互いに一体的に形成された複数の屈曲セグメント１１０および複数の接続パーツ１２０から構成されている。たとえば、操向可能な部材は、可撓性のプラスチック樹脂を使用する成形方法によって製造され得る。図１０に図示されているように、それぞれの屈曲セグメント１１０およびそれぞれの接続パーツ１２０は、その端部から端部まで延びる中空チャネル１１１を有する。接続パーツ１２０は、それぞれの屈曲セグメント１１０間に設けられており、中空チャネルの２つの対向する側部から半径方向外側に延在する壁構造を有する。接続パーツ１２０（壁構造）は、隣接する接続パーツが配置されている方向に対して垂直の方向に配置されている。したがって、図１０の操向可能な部材は、２自由度で曲がることが可能である。
【００５１】
屈曲アクチュエーションワイヤ４００がそれに沿って位置する４つのルーメン１１２は、９０度間隔で配置されている。それぞれのルーメン１１２は、それぞれのルーメン１１２が接続パーツ１２０の外側縁部を貫通するポイントに形成されている。この場合には、先述の例示的な実施形態と同様に、それぞれのルーメン１１２は、部分的に開いているルーメン部分１１２である。図１１に図示されているように、それぞれのルーメンのクローズドルーメン部分１１２ｂは、それぞれのルーメンが接続パーツを貫通するポイントに形成されており、そのオープンルーメン部分１１２ａは、屈曲セグメントが貫通されるクローズドルーメン部分１１２ｂのどちらの側にも形成されている。したがって、この例示的な実施形態の操向可能な部材１００は、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が移動するときに、接続パーツ１２０を通って曲がることが可能である。
【００５２】
図１１は、可撓性の中央背骨構造を使用する操向可能な部材を図示する。図１１の操向可能な部材１００は、ディスク状のプレートからそれぞれ構成されている屈曲セグメント１１０、および、屈曲セグメントの中心同士を接続するための背骨構造を使用する接続パーツ１２０を含む。接続パーツ１２０は、それぞれの屈曲セグメント間に設けられる個々の部材から構成され得るか、または、複数の屈曲セグメントを貫通する単一の部材から構成され得る。このケースでは、接続パーツ１２０は、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が移動するときに曲がる可撓性材料を含む。
【００５３】
また、図１１の操向可能な部材は、４つのルーメン１１２を含み、それぞれのルーメンは、部分的に開いている。具体的には、ルーメン１１２は、ルーメンの長さの中間部に形成されているクローズドルーメン部分１１２ｂ、および、クローズドルーメン部分１１２ｂのどちらの側にも形成されているオープンルーメン部分１１２ａを含むことが可能である。
【００５４】
上記に記載されている例示的な実施形態では、緩みを最小化することができる屈曲セグメントが、屈曲によって引き起こされるバックラッシュを防止するために使用されている。操向可能な部材は、バックラッシュを防止するために、他のさまざまな方式で構成され得る。
【００５５】
図１２から図１４は、側方支持部材１３０を備えた操向可能な部材を図示する図である。側方支持部材１３０は、弾性材料または超弾性材料を含み、側方支持部材１３０は、その形状が、オリジナル形状、たとえば、概して直線の形状から逸脱した後に、操向可能な部材１００をそのオリジナル形状に戻すための復元力を働かせる。この操向可能な部材１００は、その中に少なくとも１つの側方支持部材１３０を含み、少なくとも１つの側方支持部材１３０は、十分な弾性的な強度およびエネルギー貯蔵能力を備えて構成されており、側方支持部材１３０が曲げられた後に、および、側方支持部材１３０を曲げる力が除去された後に、側方支持部材１３０を初期配向へ復元させる。
【００５６】
図１２Ａから図１２Ｃは、側方支持部材によって提供される屈曲特性を図示している。図１２に図示されているように、少なくとも１つの屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、駆動部４０によって図１２Ｂの中の矢印の方向に引っ張られる場合には、操向可能な部材１００が曲がる。このケースでは、操向可能な部材１００は、少なくとも１つの側方支持部材１３０を含み、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が操作され、側方支持部材１３０の剛性に打ち勝つことによって屈曲を引き起こす（図１２Ｂ）。その後に、対応する屈曲アクチュエーションワイヤ４００が解放されると、すなわち、駆動部４０の方向に引っ張られなくなると（図１２Ｃ）、側方支持部材１３０がそのオリジナル配向を取り戻す結果として、操向可能な部材１００はそのオリジナル配向に戻る。
【００５７】
従来では、一方の側の屈曲アクチュエーションワイヤが、操向可能な部材１００を１つの方向に曲げるように操作される間に、他方の側の屈曲アクチュエーションワイヤが、操向可能な部材１００をそのオリジナルの中立の配向に戻すように操作される。したがって、操向可能な部材１００が、配向を復元しているワイヤが後退されるかまたは引っ張られ得るよりも速くそのオリジナル配向へ復元されるときに、操向可能な部材１００をそのオリジナルの中立の配向に戻すために引っ張られているワイヤの中に、緩みが起こり、バックラッシュを引き起こす。しかし、図１２に示されているような側方支持部材１３０の使用によって、屈曲アクチュエーションワイヤの中の緩みによって引き起こされるバックラッシュは、屈曲の間に問題とならないことが可能である。
【００５８】
図１３Ａから図１３Ｃは、側方支持部材を使用する操向可能な部材のさまざまな例示的な実施形態を図示する。図１３に図示されているように、操向可能な部材１００は、複数の屈曲アクチュエーションワイヤ４００および複数の側方支持部材１３０を含むことが可能である。側方支持部材１３０は、線形スプリングとして機能するさまざまなタイプの構造、たとえば、ワイヤ構造または中空チューブ構造などで構成され得る。操向可能な部材１００の屈曲セグメント１１０は、２自由度で互いに対し動くように構成されており、屈曲アクチュエーションワイヤ４００および側方支持部材１３０がそこを通過する複数のルーメン１１２を含むことが可能である。
【００５９】
図１３Ａから図１３Ｃでは、複数の屈曲アクチュエーションワイヤ４００および複数の側方支持部材１３０が、それらの間にスペースを伴って配置されている。図１３Ａおよび図１３Ｂでは、４つの屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、屈曲セグメント１１０の本体部の周りに９０度間隔で配置されており、４つの側方支持部材１３０は、それぞれの屈曲アクチュエーションワイヤ４００の間に４５度間隔で配置されている。このケースでは、図１３Ａに示されているように、４つの屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、屈曲セグメント１１０の接続パーツ１２０を通過するように配置されていてもよく、また、図１３Ｂに示されているように、４つの側方支持部材１３０が、屈曲セグメント１１０の接続パーツ１２０を通過するように交互に配置されていてもよい。代替的に、図１３Ｃに示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ４００および側方支持部材１３０の対は、周囲に沿ってそれぞれの接続パーツ場所の間に対として配置され、したがって屈曲セグメント１１０の接続パーツ１２０を通過しない。
【００６０】
図１３Ｄおよび図１３Ｅでは、側方支持部材１３０は、中空チューブ構造を有しており、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、側方支持部材のそれぞれの内側に位置する。側方支持部材１３０および屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、屈曲セグメント１１０の本体部の周りに９０度間隔で配置され得る。図１３Ｄでは、側方支持部材１３０および屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、屈曲セグメントの接続パーツを通過するように配置されている。図１３Ｅでは、側方支持部材１３０および屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、それぞれの接続パーツ場所の間に位置しており、接続パーツを通過しないようになっている。
【００６１】
図１４は、事前に形状決めされた側方支持部材によって提供される屈曲特性を図示する。図１２および図１３の側方支持部材は、ワイヤが引っ張らない操向可能な部材の中立位置に対応する形状を有する。したがって、操向可能な部材は、屈曲アクチュエーションワイヤによって曲げられ、側方支持部材によって中立に戻るように構成されている。それとは対照的に、図１４の側方支持部材１３０は、１つの方向に曲げられた形状を有するように構成されており、側方支持部材１３０の弾性が、１つの側への操向可能な部材の屈曲に貢献するようになっている。
【００６２】
例では、図１４の側方支持部材１３０は、操向可能な部材１００を左に曲げるように事前に形状決めされている。側方支持部材１３０を中に備えた操向可能な部材は、アクチュエーションワイヤの任意の操作なしに、左へ曲げられたままになっている（図１４Ａ）。屈曲セグメント１１０の反対側の屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、第１の張力Ｆによって下向きに引っ張られる場合に、操向可能な部材１００は、直線配向へと再配向した状態に設置され得る（図１４Ｂ）。ここで、第１の張力Ｆは、側方支持部材１３０の剛性によって生成されるモーメントと平衡状態になるのに十分な大きさである。屈曲アクチュエーションワイヤ４００が、より大きい第２の張力Ｆ’によって引っ張られる場合には、操向可能な部材は、右へ曲げられる（図１４Ｃ）。このケースでは、屈曲アクチュエーションワイヤ４００に働かされる張力が第１の張力Ｆまで低減される場合には、操向可能な部材１００は、図１４Ｂの中のその位置へ移動し、また、屈曲アクチュエーションワイヤ４００に働かされる張力が完全に解放される場合には、操向可能な部材１００は、左へ曲がる（図１４Ａ）。
【００６３】
この事例では、操向可能な部材は、側方支持部材１３０の剛性の結果として、直線位置または初期の曲げられた位置へ移動し、それによって、ワイヤバックラッシュなしの操向可能な部材１００の屈曲制御を可能にする。図１４は、事前に形状決めされた側方支持部材および屈曲アクチュエーションワイヤを使用する、１自由度を有する屈曲機構を示しているが、事前に形状決めされた側方支持部材を使用するさまざまな屈曲機構が採用され得る。
【００６４】
それに加えて、図１５から図１７に示されているように、バックラッシュを引き起こさない接続セグメントを使用する屈曲機構、および、側方支持部材を使用する上述の方法が使用され得る。
【００６５】
図１５は、接続セグメントによって接続されている屈曲セグメント１１０の屈曲によって引き起こされるワイヤ経路差を図示する。先述の例示的な実施形態では（たとえば、図３から図９では）、それぞれの屈曲セグメント１１０は、本体部の中に設けられた接続パーツ１２０を通って、隣接する屈曲セグメントに直接的に連結されており、それぞれの対の隣接する屈曲セグメント１１０の間で共有される１つのヒンジ軸に沿って互いに対して動く。それとは対照的に、図１５に示されているように、接続セグメント１４０が、それぞれの対の隣接する屈曲セグメント１１０の間に設けられており、２つの隣接する屈曲セグメントが、それぞれ、接続セグメント１４０の２つの端部に接続されている。接続セグメント１４０は、ダブルヒンジジョイント構造を有しており、ダブルヒンジジョイント構造は、接続セグメント１４０の上の２つのポイントが２つの異なる部材に対するヒンジ接続関係を形成することを可能にする。したがって、１対の隣接する屈曲セグメント１１０は、それぞれ、接続セグメント１４０の２つの端部に連結されており、ヒンジシャフトを共有することなく、異なるヒンジシャフトに対して回転するようになっている。
【００６６】
屈曲セグメント１１０のどちらの側にもあるワイヤ間の距離を２ｒとし、接続セグメントの２つのヒンジシャフト間の距離をＬとしよう。屈曲セグメント１１０は、１対のワイヤの間の中間のポイントにおいて（すなわち、それぞれのワイヤからｒの距離において）、接続セグメント１４０にヒンジ接続され得る。
【００６７】
図１５Ａは、屈曲の前の隣接する屈曲セグメントを図示しており、図１５Ｂは、曲率半径Ｒの曲げをつくるために動かされたときの隣接する屈曲セグメントを図示している。図１５Ｂでは、２つの隣接する屈曲セグメント１１０の間のベンドの角度は、θによって示されている。また、屈曲によって生成される屈曲セグメントと接続セグメントとの間のベンドの角度θｐｒｏｘおよびθｄｉｓｔａｌは等しいことを仮定することが可能である。このケースでは、以下の等式は、屈曲の前の２つの屈曲セグメントの間の２つのワイヤ部分の長さの総計と、屈曲の後の２つのワイヤ部分の長さの総計とを比較するために使用される。屈曲の前の２つのワイヤ部分の長さは、それぞれ、Ｌ１およびＬ２によって示されており、屈曲の後の２つのワイヤ部分の長さは、それぞれ、Ｌ１’およびＬ２’によって示されている。
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ
2020528288.tif 000010
2020528288.tif 000011
2020528288.tif 000012
2020528288.tif 000013
2020528288.tif 000014
Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ１’＋Ｌ２’
【００６８】
すなわち、接続セグメント１４０によって接続されている操向可能な部材１００が曲げられる場合には、屈曲の前の２つのワイヤ部分の長さの総計（Ｌ１＋Ｌ２）と、屈曲の後の２つのワイヤ部分の長さの総計（Ｌ１’＋Ｌ２’）とは、実質的に等しい。したがって、屈曲によって引き起こされるワイヤの緩みが防止され得る。
【００６９】
図１５では、屈曲セグメント１４０と接続セグメント１１０との間のベンドの角度θｐｒｏｘおよびθｄｉｓｔａｌが等しいことを仮定している。その理由は、屈曲が、同じワイヤによってそれぞれの屈曲セグメントに起こるからである。しかし、実際の屈曲が起こるときには、接続セグメント１４０と屈曲セグメント１１０との間のベンドの角度は、実質的に同様の範囲内にあるが、それらはわずかに異なっている。したがって、２つの屈曲セグメントが単一のヒンジシャフトの上で一緒に連結されている構造と比較して、緩みの長さは最小化され得る。
【００７０】
図１６は、接続セグメント、および、接続セグメントによって接続されている屈曲セグメントを図示する斜視図である。図１７は、接続セグメントを含む操向可能な部材を図示する斜視図である。
【００７１】
図１６に図示されているように、接続セグメント１４０は、異なるポイントにおいて、第１の屈曲セグメント１１０ａおよび第２の屈曲セグメント１１０ｂにヒンジ接続されている。接続セグメント１４０は、中央開口を通って離れた２つの本体部１４１を含む。それぞれの本体部１４１は、その長さの一方の端部に第１のヒンジパーツ１４２ａを含み、他方の端部に第２のヒンジパーツ１４２ｂを含む。第１および第２の屈曲セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、それぞれ、第１および第２のヒンジパーツ１４２ａおよび１４２ｂに連結されており、それらが異なるヒンジ軸線の周りに接続セグメントに対して移動するようになっている。
【００７２】
図１６では、第１のヒンジパーツ１４２ａおよび第２のヒンジパーツ１４２ｂは、丸い表面を備えた突出部からそれぞれ構成されており、丸い表面を備えた突出部は、屈曲セグメント１１０の内向きに延在して形成されている凹部１２１ｂの中に収容されており、突出部表面は、凹部の表面に沿ってスライドし、屈曲セグメント１１０ａ、ｂと接続部分１４０との間のヒンジ式の移動を可能にする。しかし、これは、単なる例に過ぎず、第１および第２のヒンジパーツのうちの少なくとも１つは、突出部を収容するための凹部であってもよく、または、他のヒンジ構造体によって接続されてもよい。
【００７３】
接続セグメント１４０は、中空スペースをその内側に備えたガイド部材１４３をさらに含み、ガイド部材１４３は、互いに向かい合う２つの本体部１４１を一緒に結び付けている。ガイド部材１４３の中空スペースは、さまざまな種類のワイヤ部材、たとえば、屈曲アクチュエーションワイヤまたはエンドエフェクタアクチュエーションワイヤなどが通過することを可能にし、また、結果として生じる操向可能な部材１００の屈曲の間に、内部コンポーネントがその外向きに移動することを防止する。ガイド部材１４３の断面は、屈曲セグメントの断面と同様であることが可能である。このケースでは、屈曲アクチュエーションワイヤが通過する部分は、屈曲アクチュエーションワイヤの移動を制限しないように開いていることが可能である。
【００７４】
図１７の操向可能な部材は、複数の接続セグメント１４０を含み、隣接する接続セグメント１４０は、互いに直交するヒンジ軸を有するように構成されている。それぞれの屈曲セグメント１１０は、４つのルーメン１１２を有しており、屈曲アクチュエーションワイヤ４００が４つのルーメン１１２のそれぞれに位置するようになっている。したがって、操向可能な部材１００は、２自由度で曲がることが可能である。このケースでは、屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、屈曲セグメント１１０の本体部の周りでそれぞれのヒンジシャフト場所の間に位置し得、接続セグメント１４０のヒンジシャフトを通過しないようになっている。
【００７５】
別の例示的な実施形態では、図１８Ａおよび図１８Ｂは、操向可能な部材１００の屈曲に起因して、湾曲した経路を形成するワイヤの緩みを概略的に図示する。図３は、屈曲が起こるときに、曲げられた直線の経路に従うワイヤを示しているが、図１８は、屈曲が起こるときに、湾曲した経路に従うワイヤを示している。屈曲の前の２つのワイヤ部分の長さが、それぞれ、Ｌ１およびＬ２によって示され、屈曲の後の２つのワイヤ部分の長さが、それぞれ、Ｌ１’およびＬ２’によって示される場合には、２つのワイヤ部分の長さの間の関係は、以下の通りである。
2020528288.tif 000015
Ｌ１’＋Ｌ２’＝（Ｒ＋ｒ）θ＋（Ｒ−ｒ）θ＝２Ｒθ
2020528288.tif 000016
［ΔＬｓｌａｃｋ＜ΔＬＦｉｇ３＝４Ｒ（ｔａｎ（θ／２）−ｓｉｎ（θ／２））］
【００７６】
屈曲が起こるときに曲げられた直線の経路を形成する図３のワイヤと比較して、湾曲した経路を形成する図１８のワイヤは、緩みの長さに関して、おおよそ３０％の低減を有することが可能である。この原理を使用して、屈曲アクチュエーションワイヤは、経路調節部材を含むことによって、屈曲が起こるときに湾曲した経路を形成するように構成されており、それによって、緩みを最小化する。
【００７７】
図１９は、経路調節部材を使用する操向可能な部材を図示する図である。図１９に図示されているように、操向可能な部材１００は、プレート状の屈曲セグメント１１０と、屈曲セグメント間に位置する壁状の接続パーツ１２０とを含む。また、４つのルーメン１１２が、屈曲セグメント１００の外側縁部および接続パーツ１２０を貫通するように形成されている（図１０の説明を参照）。
【００７８】
図１９Ｂに図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、それぞれのルーメンの中に直接的に位置するというよりもむしろ、それぞれのルーメンの中の経路調節部材１５０の内側に位置する。経路調節部材１５０は、金属などのような弾性材料を含み、操向可能な部材１００が曲げられるときに曲がり、それによって、湾曲したワイヤ経路を形成する（このケースでは、経路調節部材の剛性は、図１３Ｄおよび図１３Ｅに示されているように復元力を作り出すのに十分に高くなっている必要はなく、湾曲した経路を形成するのに十分な弾性力であれば目的を果たす）。したがって、この例示的な実施形態による屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、曲げられている直線の経路に沿って曲がるのではなく、湾曲した経路に沿って曲がり、それによって、ワイヤ緩みの長さを最小化する。
【００７９】
この例示的な実施形態は、可撓性のヒンジ構造体を使用する操向可能な部材に関して経路調節部材が使用されている例に関連して説明されてきたが、経路調節部材の使用によって、図１１から図１７に示されている操向可能な部材の中にワイヤを設置するなどのように、修正を行うことが可能である。
【００８０】
図２０Ａおよび図２０Ｂは、操向可能な部材の屈曲を図示する。図２０Ｂに図示されているように、屈曲の初期段階において、屈曲は、操向可能な部材１００全体にわたって均一ではなく、屈曲アクチュエーションワイヤ３００が取り付けられる操向可能な部材の遠位端部に、屈曲が集中されている。したがって、ワイヤの端部が操向可能な部材１００の内向きの方向に移動されているときに、力は、操向可能な部材の遠位端部に直接的に伝達され、その近位端部における操向可能な部材のより少ない屈曲を結果として生じさせる。
【００８１】
図２１Ａから図２１Ｃは、本発明の１つの例示的な実施形態による操向可能な部材１００の側面図である。図２１Ａ、図２１Ｂ、および図２１Ｃは、操向可能な部材が遠位端部においてよりも近位端部において容易に曲がる幾何学的に強化された構造を形成することで操向可能な部材の遠位端部における屈曲の集中を低減する実施形態を示す。
【００８２】
具体的には、図２１Ａに示されているように、屈曲セグメント１１０は、操向可能な部材の断面の中心から所定の距離に形成されたルーメンを有しており、操向可能な部材の近位端部に近ければ近いほど、屈曲セグメントの中のルーメンは、操向可能な部材の断面の中心から遠く離れるようになる。このケースでは、操向可能な部材１００に印加されるモーメントは、遠位端部においてより小さくなり、近位端部に向けて増加する。したがって、操向可能な部材１００は、その近位端部に向けてより容易に曲がる。
【００８３】
図２１Ｂでは、接続パーツ１２０は、操向可能な部材１００の長さに沿って、形状が徐々に変化するように構成され得、操向可能な部材が遠位端部においてよりも近位端部において容易に曲がるようになっている。例では、図２１Ｂに図示されているように、近位端部においてよりも遠位端部において大きい断面幅を有するように接続パーツを構成することによって、長さに沿った屈曲特性が調節され得る。代替的に、接続パーツの幅を調節することは別にして、接続パーツは、ジョイント構造を有する接続パーツの移動の範囲を調節することを含む、他のさまざまな方式の形状変化で構成され得る。
【００８４】
また、図２１Ｃに示されているように、屈曲セグメント１１０間の距離は、長さに沿って変化することが可能である。具体的には、屈曲セグメント間の距離が、遠位端部に向けてより短くなり、近位端部に向けてより長くなるように、接続パーツ１２０が位置決めされ得る。このケースでは、屈曲セグメント間の距離が長くなればなるほど、操向可能な部材の屈曲が容易になる。これは、遠位端部の近くの屈曲の制限、および、近位端部の近くの屈曲特性の改善を結果として生じさせる。
【００８５】
この構成の操向可能な部材は、ルーメンに沿って位置する複数の屈曲アクチュエーションワイヤを有しており、それぞれの屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部は、操向可能な部材の遠位端部に設けられているワイヤ終端部材４１０によって固定されている。
【００８６】
図２２Ａから図２２Ｃは、ワイヤ終端部材を使って屈曲アクチュエーションワイヤを操向可能な部材１００に固定する方法を図示する。操向可能な部材１００および屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、サイズが非常に小さいので、個々の屈曲アクチュエーションワイヤを操向可能な部材の遠位端部に固定することは、極めて困難である。したがって、この例示的な実施形態は、複数の屈曲アクチュエーションワイヤを容易に固定することができるワイヤ終端部材を使用する。
【００８７】
図２２Ａに図示されているように、ワイヤ終端部材４１０は、一方の側にネジ山４１１を有しており、操向可能な部材１００の遠位端部にねじ込まれている。また、ワイヤ終端部材は、複数の孔部４１２を含み、複数の屈曲アクチュエーションワイヤが複数の孔部４１２を通過しており、孔部４１２は、操向可能な部材の中のルーメンに対応する場所に形成されている。したがって、図２２Ｂに示されているように、ワイヤ終端部材４１０は、屈曲アクチュエーションワイヤ４００がワイヤ終端部材の孔部の中に挿入されている状態で操向可能な部材１００の遠位端部にねじ込まれ得（図２２Ａ）、それによって、屈曲アクチュエーションワイヤを操向可能な部材１００に固定することを容易にする（図２２のＢおよびＣ）。
【００８８】
ワイヤ終端部材４１０は、操向可能な部材１００とエンドエフェクタ３００との間に設けられているコンポーネントであることが可能である。このケースでは、ワイヤ終端部材４１０は、操向可能な部材１００の遠位端部にねじ込まれ得、エンドエフェクタ３００は、ワイヤ終端部材４１０に接続され得る。代替的に、図２３に図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ４００をエンドエフェクタ３００の内側に固定することによって、および、エンドエフェクタ３００を操向可能な部材１００の遠位端部に直接的にねじ込むことによって、エンドエフェクタ３００は、ワイヤ終端部材として使用され得る。
【００８９】
図２２は、図１０に示されている構造を有する操向可能な部材に関連して説明されてきたが、操向可能な部材が他の構造を有する場合にも、屈曲アクチュエーションワイヤは同様に固定され得ることは言うまでもない。
【００９０】
上記の議論では、操向可能な部材のさまざまな例示的な実施形態は、図５から図２２を参照して説明されてきた。操向可能な部材１００は、エンドエフェクタを有する外科手術装置のコンポーネントとして説明されているが、本発明はそれに限定されない。たとえば、本発明は、さまざまな種類の外科手術器具、たとえば、作業チャネルを備えたイメージングユニットまたはルーメンユニットなどに関する、屈曲可能な操向可能な部材に適用可能である。
【００９１】
図２に戻って参照すると、エンドエフェクタ３００が、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。上記に説明されているように、エンドエフェクタ３００は、操向可能な部材１００の遠位端部に直接的に連結され得、または、ワイヤ終端部材などのようなコンポーネントを通してそれに連結され得る。エンドエフェクタ３００は、外科手術において使用するためのさまざまなタイプの外科手術エレメントを含む。図２は、例として鉗子３１を含むエンドエフェクタを図示している。
【００９２】
エンドエフェクタ３００の近位端部は、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００に接続されている。エフェクタアクチュエーションワイヤ５００は、操向可能な部材１００のチャネル１１１の中に位置しており、操向可能な部材１００および筒状の可撓性部材２００を通して操作部１０に機械的に接続されている。したがって、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００は、それが操作部１０によって長さ方向に移動するときに、エンドエフェクタ３００を作動させる。
【００９３】
図２４は、エンドエフェクタの動作原理を概略的に図示する断面図である。エンドエフェクタ３００は、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００が操作部１０の方向に引っ張られているときに、第１のモードで動作し（図２４Ａ）、また、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００がエンドエフェクタ３００の方向に引っ張られているときに、第２のモードで動作する（図２４のＢ）。第１のモードでは、アクチュエーションワイヤ５００がエンドエフェクタから離れる方向に引っ張られるときには、エンドエフェクタの鉗子が閉じ、アクチュエーションワイヤ５００にかかる引っ張り力が解放されるときには、鉗子の中の内部スプリングメカニズムが、そのジョーを開ける。エフェクタアクチュエーションワイヤ５００を操作部の方向に引っ張る作用は、操作部の駆動部４０によって容易に行われ、それによって、力をエンドエフェクタに伝達することが可能である。他方では、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００をエンドエフェクタ３００の方向に戻す作用は、駆動部４００によって適正に行われない可能性がある。その理由は、エフェクタアクチュエーションワイヤがワイヤ構造を有するからである。したがって、この例示的な実施形態では、エンドエフェクタ４００は、弾性的な本体部３４１を含み、弾性的な本体部３４１の弾性を使用してエンドエフェクタの方向にエンドエフェクタアクチュエーションワイヤ５００の端部を引っ張ることによって、第２のモード動作を実施する。
【００９４】
具体的には、図２４に図示されているように、エンドエフェクタのエフェクタモジュールは、外科的手術を実施するための器具部分３１０、および、器具部分３１０を作動させるためのアクチュエーション部分３２０を含む。器具部分３１０は、アクチュエーション部分３２０にリンク接続され、器具部分３１０のジョイント３３０が固定されている状態で、外科手術エレメント、たとえば図１および図２の鉗子３１がアクチュエーション部分３２０の移動によって両側で開閉されるように構成されている。弾性的な本体部３４１は、アクチュエーション部分の近位端部に位置し得る。エフェクタアクチュエーションワイヤ５００が操作部１０によって引っ張られるときに、アクチュエーション部分３２０は、弾性的な本体部３４１を押しながら後方へ移動し、したがって、外科手術エレメントが閉じられる（図２４Ａ）。また、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００に作用する力が操作部１０によって解放されるときには、弾性的な本体部３４１の復元力は、アクチュエーション部分３２０を器具部分３１０の方向に移動させ、それによって、外科手術エレメントを開く（たとえば図２４を参照）。このように、エンドエフェクタの作動機構は、弾性的な本体部の使用によって簡単化され得る。
【００９５】
弾性的な本体部を使用するエンドエフェクタの構造は、さまざまな方式で設計され得る。図２５は、そのようなエンドエフェクタの例を図示する図である。図２５に図示されているように、エンドエフェクタ３００は、エフェクタモジュール３０１および本体部部分３４０を含み、エフェクタモジュール３０１が本体部部分３４０に装着される。エフェクタモジュール３０１の器具部分３１０は、本体部部分３４０の遠位端部に露出されるように構成されており、そのアクチュエーション部分３２０は、本体部部分３４０の内側に収容される。器具部分３１０およびアクチュエーション部分３２０を接続するジョイント３３０は、本体部部分３４０に固定され得、アクチュエーション部分３２０は、本体部部分３４０の内側を往復運動することが可能である。本体部部分３４０の内側に設けられている弾性的な本体部３４１は、アクチュエーション部分３２０の後方に位置しており、アクチュエーション部分３２０の近位端部は、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００に接続されている。したがって、器具部分３１０は、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００および弾性的な本体部３４１によってアクチュエーション部分３２０を移動させることによって操作される。
【００９６】
また、エンドエフェクタ３００のすべてまたは一部は、操向可能な部材１００の遠位端部に取り外し可能に接続され得る。したがって、外科手術のために必要とされるさまざまな器具が、選択的に締結されて使用され得る。例では、エフェクタモジュール３０１が、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００の遠位端部に取り付け可能であるか、または、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００の遠位端部から取り外し可能であるように、図２５のエンドエフェクタ３００は構成されている。エフェクタモジュール３０１、および、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００の遠位端部は、さまざまな方式で取り外し可能に締結され得る。たとえば、図２５に図示されている例示的な実施形態によれば、それらは、磁気的に一緒に締結され得る。したがって、アクチュエーション部分３２０の近位端部またはエフェクタアクチュエーションワイヤ５００の遠位端部の少なくともいずれかは、磁気的な本体部から構成されており、磁気的な本体部が締結を可能にする。
【００９７】
上記に説明されているように、この例示的な実施形態による外科手術器具は、屈曲可能な操向可能な部材１００、および、動作可能なエンドエフェクタ３００を含む。また、操向可能な部材１００およびエンドエフェクタ３００は、屈曲アクチュエーションワイヤ４００およびエフェクタアクチュエーションワイヤ５００などのような、複数のワイヤ部材によって移動される。これらのワイヤ部材は、操向可能な部材１００および筒状の可撓性部材２００を通過するように配置されている。したがって、ワイヤ部材が線形に配置されており、ワイヤ部材のそれぞれが最短の経路を有するようになっている場合には、ワイヤの移動は、操向可能な部材の屈曲または可撓性部材の撓み（ｆｌｅｘｉｎｇ）によって制限または影響され得る。したがって、この例示的な実施形態では、ワイヤ部材のトラベルの経路を形成する少なくとも１つのスリーブが、操向可能な部材または可撓性部材の内側に設けられ得る。このスリーブは、スリーブが設けられる部分の最大長さ（たとえば、曲げられるまたは撓まされるときのその部分の長さ）よりも長く、したがって、ワイヤ部材は、操向可能な部材が曲げられるかまたは可撓性部材が撓まされるときでも十分に長い経路を有する。
【００９８】
図２６は、エフェクタアクチュエーションワイヤのトラベルの経路を図示する断面図である。図２６に図示されているように、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００の一方の端部は、エンドエフェクタ３００の近位端部に装着されており、他方の端部は、操作部１０に機械的に接続されている（図１）。エフェクタアクチュエーションワイヤ５００の経路を形成するスリーブ６００の一方の端部は、操向可能な部材１００の遠位端部またはエンドエフェクタ３００の近位端部において適切な場所に固定されている。また、他方の端部は、筒状の可撓性部材２００の近位端部において適切な場所に固定されている。この場合には、スリーブ６００は、スリーブの２つの端部が固定されている部分の長さ（操向可能な部材の長さおよび可撓性部材の長さの総計）よりも長い。スリーブに加えられるこの過剰な長さ（図２６Ａ）は、操向可能な部材１００が曲げられているときにでも（図２６Ｂ）、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００の経路のためにより多くの空間を与える。したがって、エンドエフェクタ３００の移動は、操向可能な部材１００の屈曲移動から切り離され得、エンドエフェクタ３００の移動が操向可能な部材１００の屈曲移動によって影響を受けることを防止する。
【００９９】
図２７は、屈曲アクチュエーションワイヤのトラベルの経路を図示する図である。図２７に図示されているように、屈曲アクチュエーションワイヤ４００の経路を留置するためのスリーブ６００が設けられ得る。このケースでは、スリーブ６００の一方の端部は、操向可能な部材１００の近位端部または可撓性部材２００の遠位端部に固定されており、他方の端部は、可撓性部材２００の近位端部に固定されている。スリーブ６００は、スリーブが設置されている部分の線形の長さに加えられる過剰な長さを有するように構成されている。したがって、操向可能な部材１００の屈曲は、筒状の可撓性部材２００の撓みによって影響を受けないことになる。
【０１００】
図２８および図２９は、２つの屈曲可能な部分を備えた屈曲アクチュエーションワイヤ４００のトラベルの経路を図示する図である。以前の図面は、操向可能な部材１００が１つの屈曲部分を有する構造を図示しているが、操向可能な部材１００は、遠位端部の操向可能な部分１０１および近位端部の操向可能な部分１０２に分割され得、それらは別々に曲がることが可能である。このケースでは、遠位端部の操向可能な部分１０１は、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０１によって曲げられ、近位端部の操向可能な部分１０２は、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０２によって曲げられる。遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０１の一方の端部は、遠位端部の操向可能な部分１０１遠位端部に固定されており、遠位端部の操向可能な部分１０１の中のルーメンを通過し、次いで、操向可能な部材１００および可撓性部材２００の中空チャネルを通って操作部１０まで延在している。また、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０２の一方の端部は、近位端部の操向可能な部分１０２の遠位端部に固定されており、近位端部の操向可能な部分１０２の中のルーメンを通過し、次いで、筒状の可撓性部材２００の中空チャネルを通って操作部１０まで延在している。この場合には、２つの遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０１および２つの近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０２が設けられ、それぞれの屈曲部分において１自由度を有することが可能であり、または、４つの遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０１および４つの近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０２が設けられ、それぞれの屈曲部分において２自由度を有することが可能である。
【０１０１】
図２８に図示されているように、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０１の経路を留置するためのスリーブ６００が設けられ得る。このスリーブ６００の一方の端部は、遠位端部の操向可能な部分１０１の近位端部に固定され得、他方の端部は、筒状の可撓性部材２００の近位端部に固定され得る。また、図２９に図示されているように、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤ４０２の経路を留置するためのスリーブ６００が設けられ得る。このスリーブ６００の一方の端部は、近位端部の操向可能な部分１０２の近位端部に固定され得、他方の端部は、筒状の可撓性部材２００の近位端部に固定され得る。上述のスリーブの場合のように、それぞれのスリーブ６００は、過剰な長さを有しており、したがって、それぞれの屈曲部分の屈曲移動は切り離され得る。
【０１０２】
上記に説明されているように、図２６から図２８を参照して説明されているスリーブ６００は、それらが設置されている部分の長さに加えられる過剰な長さを有しており、スリーブ６００は、弾性材料を含むことが可能であり、それらの形状がコンポーネントの移動とともに変化することを可能にする。そのようなスリーブ構造は、それぞれのコンポーネントの移動を他のものの移動から切り離すことを可能にし、幅の狭いチャネルの中のワイヤ部材が捩じられまたは摩擦によって損傷を受けることを防止する。
【０１０３】
図３０は、外科手術器具の端部および操作部の接続構造体を図示する図である。上記に説明されているように、外科手術器具３０は、挿入部２０の中の通路の中にそれぞれ位置しており、外科手術器具の端部は、操作部１０に機械的に接続されている。操作部１０は、外科手術器具の複数のワイヤ部材Ｗに対応する伝達部材７００、および、ワイヤに締結されることになるカップラー７０１を含む。外科手術器具のワイヤ部材Ｗは、近位端部において近位端部モジュールＭをそれぞれ含み、それぞれの近位端部モジュールＭは、対応するカップラー７０１に締結される。したがって、それぞれのワイヤ部材は、操作部の中のそれぞれの駆動部によって移動され得る。
【０１０４】
このケースでは、挿入部２０および操作部１０は、互いに取り付け可能であり、または、互いから取り外し可能であり、挿入部２０の中に設けられている外科手術器具３０も、操作部２０に取り付け可能であり、または、操作部２０から取り外し可能である。これは、挿入部または外科手術器具は、クリーニングされ得るかまたは新しいものと交換され得ることを意味している。外科手術器具３０および操作部１０は、さまざまな方式に取り外し可能に締結され得、たとえば、それらは、図３０に示されているように、一緒に磁気的に締結され得る。したがって、外科手術器具の近位端部（具体的には、屈曲アクチュエーションワイヤおよびエフェクタアクチュエーションワイヤの近位端部モジュール）、または、操作部の遠位端部（具体的には、伝達部材のカップラー）は、磁気的な本体部から構成され得、磁力によって互いに取り付けられ、または互いから取り外され得る。
【０１０５】
図３１および図３２は、屈曲アクチュエーションワイヤ４００を移動させるための操作部１０の構成を概略的に図示している。上記に説明された外科手術器具のワイヤ部材Ｗは、操作部１０の駆動部４０に機械的に接続されており、駆動部４０の移動とともに線形に移動する。駆動部は、アクチュエータ、リニアモータ、モータなどのような、さまざまなデバイスを使用して構築され得る。また、それぞれのワイヤ部材は、異なる駆動部に接続され得、それぞれのワイヤ部材が別々に移動することができるようになっている。
【０１０６】
この場合には、操向可能な部材１００の中で互いに向かい合って位置する１対の屈曲アクチュエーションワイヤ４００は、屈曲が起こるときに、反対側方向に移動する。具体的には、屈曲が起こるときに、曲率中心の近くの屈曲アクチュエーションワイヤは、より短い経路を有し、曲率中心の反対側の屈曲アクチュエーションワイヤは、より長い経路を有する。したがって、互いに向かい合う１対のワイヤは、単一の駆動部４０の使用によって、同時に反対側方向に移動することが可能である。このケースでは、操作部は、駆動部の数を低減させることによって、コンパクトになるように設計され得る。
【０１０７】
図３１では、操作部は、スクリュー部材４１と、スクリュー部材４１を回転させるための駆動部４０とを含む。スクリュー部材４１は、双方向リードスクリューであることが可能であり、双方向リードスクリューは、異なる配向を有する２つのネジ山部分が単一のスクリュー部材の上に形成されていることを意味している。したがって、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３に接続されることになる伝達部材のカップラーは、第１のネジ山４１ａに連結されており、第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０４に接続されることになる伝達部材のカップラーは、第２のネジ山４１ｂに連結されている。したがって、駆動部が回転すると、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３および第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０４は、直線上を反対側方向に、対応する距離だけそれぞれ移動し、それによって、操向可能な部材を曲げる。また、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３および第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０４の移動の方向は、駆動部の回転の方向を変化させることによって逆転され得、したがって、それらが逆の方向に曲がることを可能にする。
【０１０８】
図３２では、操作部は、１対のスクリュー部材と、スクリュー部材を回転させるための駆動部４０とを含む。１対のスクリュー部材は、第１のネジ山４１ａを備えた第１のリードスクリュー４２、および、第２のネジ山４１ｂを備えた第２のリードスクリュー４３から構成されており、第２のネジ山４１ｂは、第１のネジ山に対して反対側方向に配向されている。第１のリードスクリュー４２および第２のリードスクリュー４３は、ギヤ４４によって駆動部４０に接続されており、駆動部の回転とともに同じ方向に回転する。第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３は、第１のリードスクリュー４２に機械的に接続されており、第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０４は、第２のリードスクリュー４３に機械的に接続されている。したがって、図３１の場合のように、モータ（この図に示さず）が回転するときには、第１および第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３、４０４は、反対側方向に移動することが可能であり、操向可能な部材を曲げる。
【０１０９】
図３１および図３２は、対になった屈曲アクチュエーションワイヤを駆動するために例としてスクリュー部材を使用することを示しているが、さまざまなリンク構造体を使用して修正が行われ得ることは言うまでもない。
【０１１０】
図３３は、理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図である。図３３Ａは、理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、図３３Ｂは、ワイヤ駆動式機構Ａ（たとえば、プーリー）によって引っ張られている理想的な連続的な可撓性アームの中の、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。
【０１１１】
理想的な連続的な可撓性アームにおいて、屈曲アクチュエーションワイヤが、２ｒの幅を有するワイヤ駆動式機構Ａの２つの対向する側部に位置するとする。ここで、「ｒ」は、ワイヤ駆動式機構Ａの半径を示しており、「Ｌ１」および「Ｌ２」は、ワイヤ駆動式機構Ａの両方の対向する側部から屈曲セグメント（図示せず）への、屈曲の前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さをそれぞれ示しており、「Ｌ１’」および「Ｌ２’」は、ワイヤ駆動式機構Ａの両方の対向する側部から屈曲セグメント（図示せず）への、屈曲の後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さをそれぞれ示しており、「Ｌ」は、ワイヤ駆動式機構Ａの中心から屈曲セグメントへの長さを示しており、「Ｒ」は、指し示された矢印のようにワイヤ駆動式機構Ａが引っ張られるときの曲率半径を示しており、また、ワイヤ駆動式機構Ａによるベンドの角度は、「θ」によって示されている。
【０１１２】
図３３に示されている理想的な連続的な可撓性アームにおいて、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの合計の長さは、以下の等式のように表すことが可能である。
屈曲の前：Ｌ１＋Ｌ２＝２Ｒθ；
屈曲の後：Ｌ１’＋Ｌ２’＝（Ｒ＋ｒ）θ＋（Ｒ−ｒ）θ＝２Ｒθ；Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ１’＋Ｌ２’
【０１１３】
しかし、図３４に示されているように、図３４は、実際の条件において、屈曲の前（図３４Ａに示されている）、および、屈曲の後（図３４Ｂに示されている）の、屈曲アクチュエーションワイヤの長さを概略的に図示する図である。図示されている図３４Ｂのように、屈曲アクチュエーションワイヤは、引っ張られることによって引き伸ばされており（ΔＬ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎとして示されている）、解放されたワイヤの上に緩みＢを結果として生じさせ、それは、バックラッシュを引き起こす。この条件では、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さの合計長さは、以下の等式のように表すことが可能である。
屈曲の前：Ｌ１＋Ｌ２＝２Ｒθ；
屈曲の後：Ｌ１’＋Ｌ２’＋ΔＬ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ＝（Ｒ＋ｒ）θ＋（Ｒ−ｒ）θ＋ΔＬ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ＝２Ｒθ＋ΔＬ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ；
Ｌ１＋Ｌ２≠Ｌ１’＋Ｌ２’＋ΔＬ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ
【０１１４】
それとは対照的に、この例示的な実施形態では、屈曲セグメントは、張力調整部材を有する一連の中間ジョイントを含むように構成され、伸びによって引き起こされる緩みを最小化することが可能である。図３５は、本発明の例示的な実施形態による例示的な屈曲セグメントを図示する図である。図３５では、屈曲セグメント８０は、屈曲セグメントの長手方向軸線の方向に沿って配置されている４つの中間ジョイント８１、８２、８３、８４を含むように図示されている。それぞれの中間ジョイント８１、８２、８３、８４は、それぞれ、第１のリンク部分８１１、８２１、８３１、および８４１、ならびに、第２のリンク部分８１２、８２２、８３２、および８４２を有する。それぞれの中間ジョイント８１、８２、８３、８４は、隣接する中間ジョイントと直交して、平行に、または、任意の角度で、インタースタックされ（ｉｎｔｅｒｓｔａｃｋｅｄ）得る。
【０１１５】
屈曲セグメント８０は、それぞれの中間ジョイント８１、８２、８３、８４を通過する複数のルーメン８０１をさらに含む。したがって、同じ数の屈曲アクチュエーションワイヤ（明確化のために省略されている）が、それに対応して設けられ、それぞれのルーメン８０１をそれぞれ通過するように配置され、屈曲セグメント８０を曲げるように配置され得る。
【０１１６】
それぞれの中間ジョイント８１、８２、８３、８４は、第１のリンク部分８１１、８２１、８３１、および８４１、ならびに、第２のリンク部分８１２、８２２、８３２、および８４２に連結されている２つの張力調整部材８１３、８２３、８３３、および８４３をさらに含む。それぞれの張力調整部材８１３、８２３、８３３、および８４３は、屈曲セグメントが曲がるときに、屈曲アクチュエーションワイヤの伸びを補償するように構成されており、それによって、屈曲アクチュエーションワイヤの長さが変更され、所定の長さに維持される。
【０１１７】
図３６では、張力調整部材８１３は、２つのオフアクシスヒンジジョイント８１４を含むダブルヒンジ接続されたジョイントである。それぞれのオフアクシスヒンジジョイント８１４は、第１のリンク部分８１１に連結されている第１のインターフェーシングハーフ（ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ  ｈａｌｆ）８１５、８１５’と、第２のリンク部分８１２に連結されている第２のインターフェーシングハーフ８１６、８１６’とを含み、第２のインターフェーシングハーフ８１６、８１６’は、第１のインターフェーシングハーフ８１５、８１５’に対応して枢動される。この例示的な実施形態では、それぞれの第１のインターフェーシングハーフ８１５、８１５’は、それぞれ、突出部端部を有することが可能であり、一方、第２のインターフェーシングハーフ８１６、８１６’は、それに対応して、凹部端部を有することが可能である。別の例示的な実施形態では、それぞれの第１のインターフェーシングハーフは、その代わりに、凹部端部をそれぞれ有することが可能であり、一方、第２のインターフェーシングハーフは、それに対応して、突出部端部を有する。
【０１１８】
枢動運動は、屈曲配向に応じて、２つのオフアクシスヒンジ８１４のうちの一方上に起こることになる。図３７は、図３６の張力調整部材のうちの１つの枢動運動を図示しており、図３７Ａは、左側に曲がっている張力調整部材の正面図であり、図３７Ｂは、右側に曲がっている張力調整部材の正面図である。図３７Ａに示されているように、中間ジョイントは、長手方向軸線方向からオフセットされている左ヒンジ８１４の上の左側の屈曲配向で曲がり、それによって、第１のインターフェーシングハーフ８１５だけが、左側で枢動可能に移動する。同様に、図３７Ｂに示されているように、中間ジョイント８１が右側で曲がるときには、第１のインターフェーシングハーフ８１５’だけが右側で枢動可能に移動する。
【０１１９】
図３８は、ワイヤの伸びによって引き起こされるワイヤの緩みが図３６の張力調整部材構造体を使用して最小化されることを概略的に図示する図である。図３８Ａは、張力調整部材構造体が曲がる前の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、図３８Ｂは、張力調整部材構造体が曲がった後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。
【０１２０】
図３８Ａおよび図３８Ｂでは、「Ｌ」は、中間ジョイント８１の中心軸線の方向に沿った、第１のリンク部分８１１または第２のリンク部分８１２の高さをそれぞれ示している。「Ｌ１」は、屈曲の前の第１のリンク部分８１１の左側と第２のリンク部分８１２との間のルーメンを通過する屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、「Ｌ１’」は、屈曲の後の左側にある屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。「Ｌ２」は、屈曲の前の第１のリンク部分８１１の右側と第２のリンク部分８１２との間のルーメンを通過する屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示しており、一方、「Ｌ２’」は、屈曲の後の右側にある屈曲アクチュエーションワイヤの長さを示している。「ｒ」は、それぞれのリンク部分の中心軸線から屈曲アクチュエーションワイヤが通過するルーメンへの半径を示している。「Ｒ」は、中間ジョイント８１が曲がるときの曲率半径を示しており、ベンドの角度は、「θ」によって示されている。ここでは、「ｄ」は、それぞれのリンク部分の中心軸線からそれぞれのオフアクシスヒンジジョイント８１４への距離を示している。
【０１２１】
図３８Ａおよび図３８Ｂに示されているように、この例示的な実施形態において、ワイヤの伸びが無視される場合には、屈曲の前および後の屈曲アクチュエーションワイヤの長さの合計長さは、以下の等式のように表すことが可能である。
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ；
Ｌ１’＝２（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎ（θ／２）；Ｌ２’＝２（Ｒ−ｒ）ｓｉｎ（θ／２）；Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ＝Ｌ’＝２（Ｒ−ｄ）ｔａｎ（θ／２）；
Ｌ１＋Ｌ２＝４（Ｒ−ｄ）ｔａｎ（θ／２）；
Ｌ１’＋Ｌ２’＝２（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎ（θ／２）＋２（Ｒ−ｒ）ｓｉｎ（θ／２）＝４Ｒｓｉｎ（θ／２）；
ここで、Ｒ＝Ｌ／（２ｔａｎ（θ／２））＋ｄ；
ΔＬ＝（Ｌ１＋Ｌ２）−（Ｌ１’＋Ｌ２’）
＝２Ｌ−４Ｒｓｉｎ（θ／２）
＝２Ｌ−４（Ｌ／（２ｔａｎ（θ／２））＋ｄ）（ｓｉｎ（θ／２）
【０１２２】
図３９は、Ｍａｔｌａｂを使用して計算された、屈曲角度θの関数として、屈曲アクチュエーションワイヤの合計長さ変化（ΔＬ）を図示するシミュレーション結果である。たとえば、Ｌ＝２、ｄ＝０．４５であるとき、θが設計されたジョイントの運動の範囲（０度から４５度）にあるときに、ΔＬは＜０のままである。したがって、ワイヤの伸びによって引き起こされる緩みは、オフアクシスヒンジジョイントによって可能にされるΔＬによって補償され得る。
【０１２３】
したがって、中間ジョイント８１の枢動運動は、中間ジョイント８１の長手方向軸線方向からオフセットされて位置するヒンジ８１４の上で起こる。屈曲アクチュエーションワイヤの伸びがオフアクシス枢動運動によって補償されるという点で、屈曲アクチュエーションワイヤの長さは変更され、所定の長さに維持される。
【０１２４】
図４０は、本発明の例示的な実施形態による外科手術器具を図示するブロック図である。図４１は、本発明の例示的な実施形態による外科手術器具を図示する概略図である。屈曲可能な操向可能な部材１００が、外科手術器具３０の遠位端部に設けられている。操向可能な部材１００は、一緒に接続されている中空チャネル（図４０および図４１には示されていない）を備えた複数の屈曲セグメント１１０を有する。それぞれの屈曲セグメント１１０は、長さ方向に形成されている複数のルーメン１１２を含む。可撓性材料を含む筒状の可撓性部材２００が、操向可能な部材１００の近位端部に設けられている。筒状の可撓性部材２００は、中空チューブを含むことが可能であり、外科手術装置１の遠位端部から接続されているさまざまなタイプのワイヤ部材が、中空チューブに位置する。随意的に、エンドエフェクタ３００が、操向可能な部材１００の遠位端部に設けられており、エンドエフェクタ３００は、エフェクタアクチュエーションワイヤ５００によって選択的に作動され得る（たとえば、図２、図２４〜図２６を参照）。
【０１２５】
操向可能な部材１００のそれぞれの屈曲セグメント１１０は、ヒンジ移動を可能にする方式で、隣接する屈曲セグメントに接続されており、屈曲アクチュエーションワイヤ４００によって曲げられる（たとえば、図２を参照）。この例示的な実施形態では、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａおよび第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂは、別々のルーメン１１２の中に位置し、操向可能な部材１００および筒状の可撓性部材２００を通過しており、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａおよび第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂの遠位端部は、操向可能な部材１００に接続されており、それらの近位端部は、駆動部材１６０に機械的に接続されている。したがって、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａおよび第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂが、駆動部材１６０によって移動されるとき、複数の屈曲セグメント１１０が、ヒンジ式に移動し、したがって、操向可能な部材１００の１自由度の屈曲運動を引き起こす。
【０１２６】
駆動部材１６０は、第１のモータ１６１、第２のモータ１６２、第１の運動伝達ユニット１６３、および、第２の運動伝達ユニット１６４を含む。第１のモータ１６１は、第１の運動伝達ユニット１６３を介して第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａに連結されており、第１のモータ１６１からの動力が、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａに伝達され、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａを作動させることができるようになっている。同様に、第２のモータ１６２は、第２の運動伝達ユニット１６４を介して第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂに連結されており、第２のモータ１６２からの動力を伝達し、第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂを作動させる。この例示的な実施形態では、第１の運動伝達ユニット１６３および第２の運動伝達ユニット１６４は、リードスクリューまたはボールスクリューであることが可能であるが、この構成に限定されない。
【０１２７】
張力モニタリング部材１７０がさらに設けられており、第１のセンサ１７１および第２のセンサ１７２を含む。第１のセンサ１７１は、第１の運動伝達ユニット１６３に連結され、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａに連結されている。第１のセンサ１７１は、屈曲前と所望の屈曲運動との間の第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａの引張力の変化を感知したことに応答して第１のフィードバック信号Ｓ１を提供することが可能である。同様に、第２のセンサ１７２は、第２の運動伝達ユニット１６４および第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂに連結されている。第２のセンサ１７２は、屈曲前と所望の屈曲運動との間の第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂの引張力の変化を感知したことに応答して第２のフィードバック信号Ｓ２を提供することが可能である。この実施形態では、第１のセンサ１７１および第２のセンサ１７２は、ロードセルであるが、これに限定されない。第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａまたは第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂの引張力の変化は、電気的な値の変化（たとえば、電圧、電流、または他のメータ）を提供し、電気的な値の変化は、ロードセルの上に設置されるロードに対して較正されている。
【０１２８】
上記に説明されているような駆動部材１６０および張力モニタリング部材１７０は、制御部材１８０に電気的にさらに接続されている。制御部材１８０は、第１のフィードバック信号Ｓ１に応答して第１の出力信号Ｓ３を提供し、第１のモータに伝達することが可能である。第１の出力信号Ｓ３を受信すると、第１のモータ１６１は、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａを調節する（すなわち、引っ張るかまたは解放する）ように駆動されることになる。同様に、制御部材１８０は、第２のフィードバック信号Ｓ２に応答して第２の出力信号Ｓ４を提供し、第２のモータ１６２に伝達し、第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂを調節することが可能である。
【０１２９】
図４２は、本発明の例示的な実施形態による、屈曲状態の外科手術器具を図示する図である。操向可能な部材１００を曲げるために、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａが作動される（すなわち、図４２に示されているように、第１のモータ１６１の方向に向けて引っ張られる）とき、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａおよび／または第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂの張力が、さまざまな理由で変化する。たとえば、第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂの屈曲方向に沿った、屈曲の前と後との間の長さの変化は、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａのものよりも小さい。したがって、第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂの張力が変化を受けることになり、バックラッシュが、屈曲に起因して生成されることになり、したがって、微調節を困難にする。
【０１３０】
この例示的な実施形態では、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａによって引き起こされる引張力の変化は、引張力によって誘発される電圧変化を介して、第１のセンサ１７１および第２のセンサ１７２によって、それぞれ測定およびモニタリングされ得る。次いで、第１のフィードバック信号Ｓ１および第２のフィードバック信号Ｓ２は、電圧変化に応答して制御部材１８０に提供される。第１のフィードバック信号Ｓ１および第２のフィードバック信号Ｓ２を受信および処理した後に、制御部材１８０は、第１の出力信号Ｓ３および第２の出力信号Ｓ４を、第１のモータ１６１および第２のモータ１６２に別々に提供することになる。次いで、第１のモータ１６１は、第１の出力信号Ｓ３に応答して動かなくなり、一方、第２のモータ１６２は、第２の出力信号Ｓ４に応答して所定の長さになるまで、操向可能な部材１００の方向に向けて第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂを解放することになり、第１の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ａおよび第２の屈曲アクチュエーションワイヤ４０３ｂが、再び所定の張力下に維持されるようになっている。
【０１３１】
図４３は、本発明の別の例示的な実施形態による外科手術器具を図示するブロック図である。図４４は、本発明の別の例示的な実施形態による外科手術器具を図示する概略図である。エンドエフェクタ３００が体壁に頻繁に接触されるときに、または、エンドエフェクタ３００が身体の中の経路に沿って前方へ押される間に身体の材料に対して摩擦を生成させるときに、または、エンドエフェクタ３００を動作させるときにエンドエフェクタ３００が反力を生成させるときに、エンドエフェクタ３００は、さまざまな外力を受ける可能性がある。従来の外科手術では、外科医は、自分自身の指によってそのような外力を感じる。しかし、ロボット外科手術では、外科医は、外力を直接的に感じることができず、外科医ができることは、自分の観察または経験だけによって推量することだけである。
【０１３２】
したがって、この実施形態では、ここで提供される外科手術器具３０は、通信部材１９１を介して外科医ステーション１９０とともに機能することが可能である。
【０１３３】
上記に説明されているような第１のセンサ１７１および第２のセンサ１７２は、感知された値と、通常動作のときの張力が操向可能な部材１００に印加されるときの値との間の電位差が、事前設定された閾値ΔＶｔｈを超えるかどうかに応じて、外力が印加されているかどうかを決定するように構成され得る。外力が印加されていることが決定されるとき、第１のセンサ１７１および第２のセンサ１７２は、第１の外力信号Ｓ５および第２の外力信号Ｓ６を制御部材１８０にそれぞれ提供することになる。制御部材１８０は、第１の外力信号Ｓ５および第２の外力信号Ｓ６に応答して通信部材１９１を介して伝達されるインストラクション信号Ｓ７をさらに提供することになる。
【０１３４】
通信部材１９１は、制御部材１８０の中の内臓式のものであってもよく、または、外部式のものであってもよい。また、通信部材１９１は、当技術分野の任意の電気通信技術を使用することが可能である。たとえば、いくつかの実施形態では、通信部材１９１は、ワイヤレストランスミッターおよびワイヤレスレシーバーを含むことが可能である（図には示されていない）。信号がデジタルであるかまたはデジタル化されており、制御部材１８０によって変調される、他の実施形態では、ワイヤレストランスミッターは、標準プロトコル、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に準拠して構成され得る。代替的に、標準のものであっても独自のものであっても、ハードワイヤドトランスミッターまたはワイヤレストランスミッターの任意の他の適切な構成も使用され得る。さらに、ワイヤレストランスミッターは、そこから延在するアンテナ（図示せず）を含み、ワイヤレスレシーバーへの信号の伝達を促進させることが可能である。
【０１３５】
外科医ステーション１９０は、外科医によって手動で操作されように適合されており、そして、外科医の操作に応答して外科手術器具３０の運動を制御する。この実施形態では、外科医ステーション１９０は、外科医ステーション１９０へのインストラクション信号Ｓ７に応答して抵抗力または振動に関連する情報を表示するように構成されている。１つの実施形態では、上記に説明されているような制御部材１８０は、触覚フィードバックコントローラ（図には示されていない）を含み、触覚フィードバックの形態のインストラクション信号Ｓ７を処理および伝達することが可能である。触覚フィードバックは、さまざまな形態を通して、たとえば、それに限定されないが、振動感覚（たとえば、振動）、力感覚（たとえば、抵抗）、および圧力感覚、熱知覚（高温）、および／または冷凍知覚（低温）を含む、機械感覚を通して提供され得る。外科医ステーション１９０は、触覚ジョイスティック（図には示されていない）を含み、触覚フィードバックを外科医に伝え、外科医に外力を知らせることが可能である。
【０１３６】
他の実施形態では、抵抗力または振動に関連する情報は、グラフィカル情報または聴覚情報として示され得る。ここでの外科医ステーション１９０は、そのようなグラフィカル情報または聴覚情報を表示するためのユーザーズインターフェースを含む、当技術分野で知られているさまざまなタイプのものであることが可能である。本明細書で提供される外科手術器具３０によって、外力が、張力モニタリング部材１７０によって検出およびモニタリングされ得、また、可視化された形態で表示され、または、触覚フィードバックによって感知され得る。したがって、外科医は、テレオペレーション条件であっても、外科医ステーションの中のマスタデバイスを外力に対してタイムリーに使用して、追加的な力を印加することが可能である。また、外科手術器具３０を使用する外科手術を実施する精度が増加されることになる。
【０１３７】
さらなる態様では、本発明は、ロボットなど、とともに使用するための、パーソナライズされたマスタコントローラを、とりわけ、ロボット外科手術デバイス、システム、および方法にさらに提供する。ロボット支援外科手術において、外科医は、典型的に、マスタコントローラを動作させ、外科手術部位におけるロボット外科手術デバイスの運動を遠隔制御する。マスタコントローラは、かなりの距離によって（たとえば、手術室にわたって、異なる部屋の中で、または、患者とは完全に異なる建物の中で）患者から分離されていてもよい。代替的に、マスタコントローラは、手術室の中の患者の極めて近くに位置決めされていてもよい。とにかく、マスタコントローラは、典型的に、１つまたは複数のマニュアル入力ハンドルを含むことになり、マニュアル入力ハンドルの外科医の操作に基づいて、図１に示されているような外科手術装置１を移動させるようになっている。典型的に、マニュアル入力ハンドルは、６自由度の滑らかな運動を可能にするように設計され得、６自由度の滑らかな運動は、３軸線の並進、および、３軸の回転に対応することが可能である。
【０１３８】
さらに、外科手術器具３０を駆動し、さまざまな外科的手術を実施するために、マニュアル入力ハンドル自身は、グリッピング運動のための自由度を提供することが可能である。たとえば、内臓式のグリッピングデバイスが、マニュアル入力ハンドルの近位端部にさらに設けられていてもよく、グリッピングデバイスがレバー操作され得、はさみ、鉗子、または止血鉗子の運動、および、外科手術器具３０の制御アクチュエーションをオペレーターが模倣することを可能にし、たとえば、エンドエフェクタ３００（図１を参照）を作動させ、それをグリッピングすることによって、外科手術部位における組織および／または他の材料を移動させるようになっている。しかし、そのようなグリッピングデバイスは、交換可能でない可能性があり、したがって、オペレーターは、彼らがあまり熟知していない可能性のあるグリッピングデバイスを備えたマニュアル入力ハンドルを使用することを強いられる以外に選択肢がない。したがって、外科的手術のためのマスタコントローラを使用する精密制御は、より困難になる可能性がある。
【０１３９】
上記に概説されている理由のために、ロボット外科手術、遠隔外科手術、および、他の遠隔操作型ロボットの用途のための、改善されたデバイス、システム、および方法を提供することが有利である。例示的な実施形態では、パーソナライズされたマスタコントローラが、本明細書で提供される。図４５は、本発明の例示的な実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを図示するブロック図である。パーソナライズされたマスタコントローラ９は、プロセッサーＰ（たとえば、コンピューター）に連結され得、プロセッサーＰは、外科手術装置１に電気的に接続されている。本明細書で提供されているように、パーソナライズされたマスタコントローラ９は、制御プラットフォーム９０、接続パーツ９１、および交換可能グリップ９２を含むことが可能である。図４５に示されているように、制御プラットフォーム９０は、１つまたは複数の移動信号を定義および入力するように構成され、プロセッサーＰを介して外科手術装置１（たとえば、図１を参照）の移動を制御することが可能である。
【０１４０】
いくつかの代替的な実施形態では、制御プラットフォーム９０は、シリアルマニピュレーターであることが可能であり、シリアルマニピュレーターは、米国特許第７７１４８３６号明細書、米国特許第７４１１５７６号明細書、および米国特許第６４１７６３８号明細書に説明されているようなジョイントに接続されている複数のリジッドリンクを含み、これらの文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。たとえば、図４６に示されているように、このタイプの制御プラットフォーム９０は、ベース９００ａを含む本体部９００と、入力ハンドル９０１と、第１の複数のセンサ９０２とを含むことが可能である。ベース９００ａは、実質的に垂直方向の配向を有する第１の軸線Ａ０１に関して回転することが可能である。入力ハンドル９０１は、第１のリンク９０３と、第２のリンク９０４と、外側ジンバル９０７および内側ジンバル９０８を含むジンバル構造体とを含むことが可能である。第１のリンク９０３は、第１のジョイント９０５を介して本体部９００に対して枢動され、第１のジョイント９０５は、第１のリンク９０３が第２の軸線Ａ０２に関して移動することを可能にし、第２の軸線Ａ０２は、第１の軸線Ａ０１に対して実質的に垂直の配向を有する。第２のリンク９０４は、第２のジョイント９０６を介して第１のリンク９０３に対して枢動され、第２のジョイント９０６は、第２のリンク９０４が第３の軸線Ａ０３に関して移動することを可能にし、第３の軸線Ａ０３は、第２の軸線Ａ０２に対して実質的に平行になっている。
【０１４１】
ジンバル構造体は、第２のリンク９０４の自由端部に装着されており、外側ジンバル９０７および内側ジンバル９０８を含む。外側ジンバル９０７は、第２のリンク９０４によって枢動可能に支持されており、第４の軸線Ａ０４に関して回転することを許容されており、第４の軸線Ａ０４は、第３の軸線Ａ０３に対して実質的に垂直になっている。内側ジンバル９０８は、外側ジンバル９０７によって枢動可能に支持されており、第５の軸線Ａ０５に関して回転することを許容されており、第５の軸線Ａ０５は、第４の軸線Ａ０４に対して実質的に垂直になっている。接続パーツ９１（図４８Ａ）が、内側ジンバル構造体９０８の上に装着されており、それに電気的に接続されている交換可能グリップ９２が第６の軸線Ａ０６に関して回転することを可能にする。
【０１４２】
内側ジンバル構造体９０８の上に装着されている接続パーツ９１は、入力ハンドル９０１および交換可能グリップ９２を電気的に接続する。図４７は、本発明の例示的な実施形態による制御プラットフォームに接続されている接続パーツを図示する斜視図である。１つの実施形態では、接続パーツ９１は、プラグアンドソケットタイプのコネクターであることが可能であるが、これに限定されない。図４７に示されているように、１つの実施形態では、接続パーツ９１のワンプロングプラグ９１１が、内側ジンバル９０８に連結され得、一方、対応するソケット構造体９１２が、交換可能グリップ９２の遠位端部に装着され得（図４８を参照）、交換可能グリップ９２が、内側ジンバル構造体９０８の上に接続され得、第６の軸線Ａ０６に関して回転することを許容されるようになっており、第６の軸線Ａ０６は、第５の軸線Ａ０５に対して実質的に垂直になっている。代替的に、いくつかの実施形態では、接続パーツ９１のワンプロングプラグ９１１が、交換可能グリップ９２の遠位端部９２４に連結され得、一方、ソケット構造体９１２が、内側ジンバル９０８（図４８を参照）に装着され得る。
【０１４３】
したがって、制御プラットフォーム９０は、３つの並進自由度（Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向）ならびに３つの回転自由度（ピッチ運動、ヨー運動、およびロール運動）を含む、６自由度移動を提供することが可能である。それによって、入力ハンドル９０１は、それが、それ自身で、または、装着された交換可能グリップ９２によって、制御プラットフォーム９０に対してＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に並進可能であるときに、複数の位置メータＰ１を提供することが可能であり、かつ／あるいは、それが、それ自身で、または、装着された交換可能グリップ９２によって、制御プラットフォーム９０に対してピッチ運動、ヨー運動、およびロール運動で回転可能であるときに、複数の配向メータＰ２を提供することが可能である。
【０１４４】
１つの実施形態では、１つまたは複数の第１のセンサ９０２が、入力ハンドル９０１に装着され得、また、上述の位置メータＰ１および／または配向メータＰ２に応答して１つまたは複数の第１の移動信号Ｓ８を発生させるように構成され得る。第１のセンサ９０２は、たとえば、第１のジョイント９０５、第２のジョイント９０６、および／またはジンバル構造体９０７に装着され得る。いくつかの実施形態では、第１のセンサ９０２は、入力ハンドル９０１および／または装着された交換可能グリップ９２の運動によって引き起こされる、たとえば、位置、配向、力、トルク、速度、加速度、歪み、変形、磁界、角度、および／または光など（これに限定されない）の状態または変化に基づいて、位置メータＰ１および／または配向メータＰ２を測定することができる任意のタイプのセンサであることが可能である。たとえば、第１のセンサ９０２は、圧力センサまたは力センサであることが可能であり、それは、それに限定されないが、圧電センサ、単純な圧電クリスタルセンサ、ホール効果センサ、または抵抗歪みゲージセンサなどを含み、それらのすべては、スタンドアロンであるか、または、信号調整エレクトロニクス（ホイートストンブリッジ、低ノイズ増幅器、Ａ／Ｄコンバーターなど）と一体化され単一のチップもしくは単一のパッケージのシールされたモジュールになっているかのいずれかであることが可能である。他の実施形態では、第１のセンサ９０２は、角度センサまたは回転センサであることが可能であるが、これに限定されない。特定の実施形態では、第１のセンサ９０２は、ホール効果センサであることが可能である。当技術分野で知られているように、ホール効果センサは、対応する磁石エレメント（図には示されていない）の存在下で使用され、位置メータＰ１および／または配向メータＰ２に応答する磁界を感知することが可能である。次いで、第１のセンサ９０２は、第１の移動信号Ｓ８を作り出し、それにしたがって、外科手術装置１の移動（たとえば、ロール、並進、またはピッチ／ヨー移動）を制御することが可能である。
【０１４５】
図４８は、本発明の例示的な実施形態による交換可能グリップを図示する斜視図である。１つの実施形態では、本明細書で提供される交換可能グリップ９２は、取り外し可能なハンドル９２１を含み、手動の外科手術器具からの実際のハンドルを模擬することが可能である。すなわち、交換可能グリップ９２は、リアル感を外科医に提供するために、同じサイズおよび形状であることが可能であり、また、絞ることが可能であるかまたは固定され得る。たとえば、図４８Ａに示されている２つのグリップレバー９２２、９２３は、取り外し可能なハンドル９２１の近位端部において枢動され得、ピンチング運動またはグラスピング運動の自由度を提供するようになっている。両方のグリップレバー９２２、９２３は、矢印Ｈによって示されているように、取り外し可能なハンドルに対して、互いに向けて移動することを許容され得、ピンチング運動またはグラスピング運動の自由度を提供する。手術野、外科医、または動作に応じて、実際の標準的な外科手術用ハンドルを模擬するために、取り外し可能なハンドル９２１およびグリップレバー９２２、９２３は、図４８Ｂおよび図４８Ｃにそれぞれ示されているような、ピンセットまたは腹腔鏡下の手用器具などのような、さまざまなタイプの外科手術ツールとして交換可能であるように設計され得る。
【０１４６】
また、いくつかの実施形態では、取り外し可能なハンドル９２１は、その遠位端部９２４において、ソケット構造体９１２に装着されるか、または、ソケット構造体９１２から取り外され得る。本明細書で提供されるソケット構造体９１２は、接続パーツ９１のワンプロングプラグ９１１に電気的に接続することができ、または、接続パーツ９１のワンプロングプラグ９１１から切り離すことができ、取り外し可能なハンドル９２１が、それにしたがって外科医から入力される関連のグリッピング運動を受け入れるように器具を備えていることができるようになっており、対応する制御信号が、その後に作り出され、制御プラットフォーム９０を介して外科手術装置１に伝達される。
【０１４７】
交換可能グリップ９２のグリッピング運動を感知するために、１つの実施形態では、取り外し可能なハンドル９２１は、内側の中空チューブ状のスペースを画定することが可能であり、そこでは、第２のセンサ９２５が収容されており、グリップレバー９２２、９２３の運動によって引き起こされる、たとえば、位置、配向、力、トルク、速度、加速度、歪み、変形、磁界、角度、および／または光など（これに限定されない）の状態または変化に基づいて、少なくとも１つのメータＰ３を感知することが可能である。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、第２のセンサ９２５は、当技術分野で知られている任意のタイプのセンサであることが可能である。たとえば、第２のセンサ９２５は、圧力センサまたは力センサであることが可能であり、それは、それに限定されないが、圧電センサ、単純な圧電クリスタルセンサ、ホール効果センサ、または抵抗歪みゲージセンサなどを含み、それらのすべては、スタンドアロンであるか、または、信号調整エレクトロニクス（ホイートストンブリッジ、低ノイズ増幅器、Ａ／Ｄコンバーターなど）と一体化され単一のチップもしくは単一のパッケージのシールされたモジュールになっているかのいずれかであることが可能である。他の実施形態では、第２のセンサ９２５は、角度センサまたは回転センサであることが可能であるが、これに限定されない。特定の実施形態では、第２のセンサ９２５は、ホール効果センサであることが可能である。当技術分野で知られているように、ホール効果センサは、対応する磁石エレメント（図には示されていない）の存在下で使用され、磁界を感知することが可能であり、ホール効果センサが、グリップレバー９２２、９２３の運動によって引き起こされる磁界の状態または変化に基づいて、グリッピングメータＰ３および／またはＰ４を測定することができるようになっている。次いで、ホール効果センサは、第２の移動信号Ｓ９を作り出すことが可能であり、第２の移動信号Ｓ９は、それにしたがって、図１に示されているエンドエフェクタ３００の移動（たとえば、グリッピングデバイス（たとえば、ジョーまたはブレード）であることが可能であるエンドエフェクタ３００の開閉（グリッピング）移動）を制御することが可能である。
【０１４９】
図４９は、本発明の別の例示的な実施形態によるパーソナライズされたマスタコントローラを概略的に図示する図である。図５０は、図４９のパーソナライズされたマスタコントローラの制御プラットフォームのパーツを概略的に図示する図である。この実施形態では、制御プラットフォーム９０は、パラレルキネマティクス構造体を含むデバイス、とりわけ、Ｄｅｌｔａパラレルキネマティクス構造デバイス（たとえば、米国特許出願公開第２００８／０２２３１６５Ａ１号明細書（この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている）に説明されているようなもの）であることが可能である。図４９に示されているように、制御プラットフォーム９０は、最大で６自由度（すなわち、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向への最大で３つの並進自由度、ならびに、ピッチ配向、ヨー配向、およびロール配向への最大で３つの回転自由度）を提供するように適合されており、それぞれ、位置メータおよび配向メータを提供する。
【０１５０】
この実施形態では、制御プラットフォーム９０は、ベース部材９３と、可動部材９４と、ベース部材９３および可動部材９４をそれぞれ連結する３つのパラレルキネマティクスチェイン９５とを含むことが可能である。それぞれのパラレルキネマティクスチェイン９５は、第１のアーム９５１を有しており、第１のアーム９５１は、対称軸線（すなわち、ベース部材９３に対して垂直の中心線）に対して所定の距離にあるそれぞれの移動平面９５０の中で移動可能である。それぞれの第１のアーム９５１は、その関連の装着部材９６と連結されており、それぞれの第１のアーム９５１が、関連の装着部材９６に対して、ひいては、ベース部材９３に対して、回転または枢動され得るようになっている。
【０１５１】
第２のアーム９５２を含むパラレルキネマティクスチェイン９５が、可動部材９４に連結され得る。それぞれの第２のアーム９５２は、２つのリンキングバー９５２ａ、９５２ｂを含む平行四辺形として考えられ得る。第２のアーム９５２の近位端部において、それぞれのリンキングバー９５２ａおよび９５２ｂは、ジョイントまたはヒンジ９７によって可動部材９４と連結され得る。第２のアーム９５２の遠位端部において、それぞれのリンキングバー９５２ａ、９５２ｂは、ジョイントまたはヒンジ９７によって、関連の第１のアーム９５１の端部と連結されている。それぞれの第２のアーム９５２、とりわけ、それぞれのリンキングバー９５２ａ、９５２ｂは、両方の端部において、２つの回転自由度を有することが可能である。
【０１５２】
したがって、ベース部材９３と可動部材９４との間に接続されているそれぞれのキネマティクスチェイン９５は、ベース部材９３、可動部材９４、および３つのパラレルキネマティクスチェイン９５によって画定されている移動スペースの中を移動され、（図５０にそれぞれ示されているように、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に沿って）最大で３つの並進自由度を提供することが可能であり、１つまたは複数の位置メータＰ１を発生させる。Ｄｅｌｔａパラレルキネマティクス構造デバイスに関するさらなる詳細は、たとえば、米国特許出願公開第２００８／０２２３１６５Ａ１号明細書に言及されている可能性があり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０１５３】
それに加えて、最大で３つの回転自由度は、可動部材９４に連結されているリスト構造体９４０によって提供され得、それは、たとえば枢動ジョイントの形態の３つの枢動可能な接続部９４１、９４２および９４３を含む。枢動可能な接続部９４１、９４２および９４３のそれぞれは、可動部材９４に対して回転自由度（それぞれ、図５１のヨー配向、ピッチ配向、およびロール配向）を提供し、それによって、１つまたは複数の配向メータＰ２を発生させる。
【０１５４】
複数の第１のセンサ９０２が存在しており、複数の第１のセンサ９０２は、３つのパラレルキネマティクスチェイン９５および可動部材９４の移動によって引き起こされる１つまたは複数の位置メータＰ１および／または配向メータＰ２を検出し、それに続いて、メータＰ１および／またはＰ２に応答して第１の移動信号Ｓ８を発生させるために設けられている。たとえば、いくつかの第１のセンサ９０２が、それぞれの装着部材９６にインストールされ、関連の第１のアーム９５１の運動によって引き起こされる少なくとも１つのメータをそれぞれ検出することが可能である。他の第１のセンサ９０２が、ジョイントまたはヒンジ９７のうちのすべてまたは一部にインストールされ、関連の第２のアーム９５２の運動によって引き起こされる少なくとも１つのメータをそれぞれ検出することが可能である。代替的に、３つの第１のセンサ９０２が、それぞれ、３つの枢動可能な接続部９４１、９４２および９４３に設けられてもよい。
【０１５５】
図５１は、図４９の一部分の拡大図であり、例示的な実施形態による制御プラットフォームの可動部材に交換可能グリップが取り付けられていることを示している。また、図５２は、図４９の一部分の拡大図であり、例示的な実施形態による制御プラットフォームの可動部材から交換可能グリップが取り外されていることを示している。図５２に示されているように、接続パーツ９１は、枢動可能な接続部９４３の上にさらに装着され、接続パーツ９１が入力ハンドル９０１および交換可能グリップ９２を電気的に接続することができるようになっている。図５２に示されているように、１つの実施形態では、接続パーツ９１は、プラグアンドソケットタイプのコネクターを含むことが可能であるが、これに限定されない。たとえば、接続パーツ９１のワンプロングプラグ９１１は、ネジ山９１３を介して交換可能グリップ９２の取り外し可能なハンドル９２１に連結され得、一方、対応するソケット構造体９１２は、枢動可能な接続部９４３に装着され得、交換可能グリップが、枢動可能な接続部９４３に取り付けられ得るようになっているか（図５１を参照）、または、枢動可能な接続部９４３から取り外され得るようになっており（図５２を参照）、また、枢動可能な接続部９４３の回転軸線Ａ１０に関して回転することを許容されるようになっている。
【０１５６】
図５３から図６６は、本発明の外科手術ツールを概略的に図示しており、それは、食道内視鏡処置において使用するために構成されており、たとえば、食道の壁部の上の病変の除去のために構成されており、それに続いて、現場で外科手術ツールのエンドエフェクタを使用して部位を縫合して閉じるために構成されている。本明細書において、外科手術ツールは、複数のチューブ状の可撓性部材２００を含み、複数のチューブ状の可撓性部材２００は、それぞれ、その専用の取り囲むシース２０２の中に延在可能であり（図５５）、それぞれの取り囲むシース２０２およびチューブ状の可撓性部材２００は、外側シース１１６２の中に延在しており、可撓性チュービングは、操向可能な部材１００（図５６）およびその遠位端部におけるエンドエフェクタにおいて終端しており、それぞれのチューブ状の可撓性部材２００は、その近位端部において、その専用の駆動部４０に接続されている。追加的に、従来の内視鏡１０００の挿入チューブ１００２が、図５４に概略的に示されているように、同様に、外側シース１１６２を通って延在している。内視鏡１０００の取り囲むシース２０２および挿入チューブ１００２のそれぞれは、遠位カップラー１１４０の中に終端しており、また、それらの遠位端部において、遠位カップラー１１４０の中に支持されている。外側シース１１６２は、遠位カップラー１１４０の第１の端部の上に延在しており、また、遠位カップラー１１４０の第１の端部の上にきつく適合しており、取り囲むシース２０２は、遠位カップラー１１４０の中で終端しており、外側シース１１６２および遠位カップラー１１４０は、外科手術ツールの導入部分１００４の外側表面を一緒に構成している。遠位カップラー１１４０は、ステンレス鋼または別の生体適合性材料から製造されており、遠位カップラー１１４０は、チューブ状の可撓性部材２００の端部、取り囲むシース２０２、および挿入チューブ１００２を互いに対して相対的に位置決めする役割を果たしている。外側シース１１６２、取り囲むシース２０２、および可撓性のチューブ状の可撓性部材２００は、生体適合性ポリマーから製造されており、生体適合性ポリマーは、患者の体腔の中へのその比較的に容易な挿入のために屈曲可能である。いくつかの実施形態では、第３の可撓性シース（図面に示されていない）がさらに設けられ得、第３の可撓性シースは、近位端部および遠位端部を有しており、第３の可撓性シースは、少なくとも１つの屈曲可能な内視鏡１０００の一部分、たとえば、挿入チューブ１００２を取り囲んでおり、第３の可撓性シースの近位端部は、機械的なキャリッジ１１００に対して適切な位置に固定されており、遠位端部は、遠位カップラー１１４０に接続されている。
【０１５７】
図５３に示されているように、患者が挿管され、導入チューブ１００８が喉の中へ導入された後に、導入部分１００４が、導入チューブ１００８を通して導入され、遠位カップラー１１４０が、導入チューブ１００８の外向きに、および、患者の食道の中に位置するようになっている。外科医または他のオペレーターは、従来の内視鏡に接続されているカメラ１０１２（図５６を参照）を使用して、導入部分１００４をこの位置へ操向し、患者の食道に沿って関心の場所に位置付ける。その後に、チューブ状の可撓性部材２００は、駆動部４０を使用して遠位カップラー１１４０から延在され（たとえば、図５４を参照）、それらの端部の上の操向可能な部材１００が、屈曲アクチュエーションワイヤ４００の適正な張力付加または引っ張りによって配向され、関心の場所において外科手術処置を実施する。
【０１５８】
図５４、図６０、および図６１は、図５３の処置において使用される外科手術ツールの追加的で代替的な構築体をさらに図示している。本明細書において、駆動部４０は、機械的なキャリッジ１１００を含み、機械的なキャリッジ１１００は、手術室の中の患者に隣接して適切な位置にロックされ得るテーブルまたはカートの上部などのような、水平方向の表面１１０４に装着される。図５４に示されているように、この構成における機械的なキャリッジ１１００は、下側水平方向移動メカニズム１１０６と、それに接続されている回転メカニズム１１０８と、それに接続されている回転可能なハウジング１１１０と、ケージ、実施形態では、２つのケージ１１１２ａ、ｂとを含み、２つのケージ１１１２ａ、ｂのそれぞれの中に、ロボットコントローラ１１１４ａ、１１１４ｂが装着されている。また、第１のチューブ状の部材１１１６（本明細書では、標準的な内視鏡の挿入チューブ１００２）が設けられている。本発明の先の実施形態の第１のチューブ状の可撓性部材２００（図５５を参照）を含む第２のチューブ状の部材１１２０の近位端部１１１８は、第１のロボットコントローラ１１１４ａに接続されており、本発明の先の実施形態の第２のチューブ状の可撓性部材２００を含む第３のチューブ状の部材１１２４の近位端部１１２２は、第２のロボットコントローラ１１１４ｂに接続されている。チューブ状の部材１１２０、１１２４のそれぞれは、延在部分１１２６、１１２８をさらに含み、延在部分１１２６、１１２８は、駆動部４０から延在し、遠位端部１１３０、１１３２において終端している。
【０１５９】
図５６から図５８に示されているように、第１のチューブ状の部材１１１６は、概して延在する部分１１３６を含み、概して延在する部分１１３６は、また、そのマニピュレーターハウジング１１３８の遠位にある遠位端部１１３４において終端している（図５４）。挿入チューブ１００２の遠位端部は、カメラ１０１２と、ツールアクセスおよび制御をスライド式に提供するための作業チャネル１０１４と、照射デバイス（図示せず）、たとえば、ＬＥＤまたはライトバンドルなどと、灌漑ポートおよび吸い込みポート（図示せず）とを含む。遠位端部１１３０、１１３２、および１１３４は、遠位カップラー１１４０の中に留置されている。遠位カップラー１１４０は、外側円周方向壁部１１４２を含み、外側円周方向壁部１１４２は、その一方の端部において、低減された直径外側壁部１１４３によって終端しており、また、遠位カップラー１１４０は、低減された直径外側壁部１１４３を通って延在する複数の開口部、説明されている実施形態では、３つの開口部１１４６、１１４８、および１１５０を含む（図５７および図５８を参照）。取り囲むシース２０２の一方の端部は、開口部１１４８、１１５０のそれぞれの内向きに延在している。第１の開口部１１４６は、第１のチューブ状の部材の遠位端部１１３４を受け入れ、カメラ１０１２、作業チャネル１０１４、照射デバイス、ならびに、その灌漑ポートおよび吸い込みポート（図示せず）が、遠位カップラー１１４０の外部に露出されるようになっており、第２および第３の開口部１１４８、１１５０のそれぞれは、取り囲むシース２０２の遠位端部、ならびに、第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４の遠位端部１１３０、１１３２を受け入れ、第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４の遠位端部１１３０、１１３２が、その端面１１４５に対して延在および後退され得るようになっている。外側シース１１６２の端部は、遠位カップラー１１４０の低減された直径外側壁部１１４３の上に延在され、それによって、低減された直径外側壁部１１４３に留置される。図６０に最良に示されているように、取り囲むシース２０２の近位端部１１６４は、ブリッジ構造体１１６８の中に保持されており、ブリッジ構造体１１６８は、スライディングプレート１１７２（図６１を参照）に概して平行に、スライディングプレート１１７２の上方に延在しており、スライディングプレート１１７２に対して外向きに延在しており、その第１の端部１１６５において、ケージ１１１２ａ、ｂの間に延在するクロスピース（図示せず）に留置されている。この構築によって、遠位カップラー１１４０の中に位置している取り囲むシース２０２の遠位端部は、ケージ１１１２ａ、ｂからの固定された長さを維持している。
【０１６０】
延在部分１１２６、１１２８、１１３６の結合および望ましくない弓状変形を防止するために、１つまたは複数の連結部材１１５４ａ、ｂが、それらの長さに沿って設けられ、取り囲む部分２０２を受け入れ、取り囲む部分２０２を通って、延在部分１１２６、１１２８、１１３６がその中に延在している。この実施形態では、図５９に示されているように、それぞれの連結部材１１５４ａ、１１５４ｂは、概して円形プレート状の部材であり、チューブ状の部材の数に等しい数の開口部、この実施形態では、３つの開口部１１５６を有しており、３つの開口部１１５６は、連結部材１１５４ａ、ｂの中心の周りにおおよそ１２０度だけ互いから間隔を離して配置されている。延在部分１１２６、１１２８、１１３６のそれぞれは、開口部のうちの１つを通って延在している。第１のチューブ状の部材１１１６の延在部分１１３６は、それぞれの連結部材１１５４ａ、１１５４ｂの中の開口部１１５６ａを通って延在している。第１のチューブ状の部材１１１６の外径、および、開口部１１５４ａの内径は、第１のチューブ状の部材１１１６が開口部１１５４ａを通して引っ張られるかまたは押され得るが、高い程度の力（外科手術装置１の使用の間に経験されるものよりも大きい力）がそれらの間に印加されるまで、第１のチューブ状の部材１１１６が連結部材１１５４ａ、ｂに対して移動することとならないように、サイズ決めされている。それとは対照的に、延在部分１１２６、１１２８を取り囲んでいる取り囲むシース２０２の外側周囲は、開口部１１５６ｂ、ｃの内側周囲よりも小さくなっており、したがって、取り囲むシース２０２およびその中の延在部分１１２６、１１２８は、前方におよび逆方に開口部１１５６ｂ、ｃを通って自由に移動することができる。しかし、取り囲むシース２０２および延在部分１１２６、１１２８、１１３６のそれぞれは、連結部材１１５６ａ、ｂの中心１１６０から半径方向内向きにまたは外向きに重大な移動に対して拘束されている。外側シース１１６２は、延在部分１１２６、１１２８、１１３６とともに、デバイスの導入部分１００４を形成している。
【０１６１】
ロボット外科手術アーム１１６６が、チューブ状の部材１１２０、１１２４の延在部分１１２６、１１２８の遠位端部１１３０、１１３２のそれぞれに設けられている。本明細書においてさらに説明されるように、ロボット外科手術アーム１１６６ａは、第１の操向可能な部材１００ａおよび第２の操向可能な部材１００ｂをそれぞれ含み、ロボット外科手術アーム１１６６ａは、コネクター１１４４によって相互接続されており、それぞれの操向可能な部材は、複数の屈曲セグメント１１０を含み、複数の屈曲セグメント１１０は、互いに枢動可能に接続されており、図３から図２９に対して本明細書で説明されているリンケージのうちの１つまたは複数として構成されており、それらは、遠位カップラー１１４０に対して延在および後退されることとなる機械的なキャリッジ１１００のエレメントの制御の下で制御可能に位置決め可能であり、それらが、連結部材遠位カップラー１１４０および外側シース１１６２の内向きに十分に後退されるか、または、図５６に示されているようにそこから延在され得るようになっている。
【０１６２】
ここで図５４、図６０、および図６１を参照すると、機械的なキャリッジ１１００の動作、ならびに、チューブ状の部材１１１６、１１２０、および１１２４、ならびに、ロボット外科手術アーム１１６６ａ、ｂの対応する運動が、図５４、図６０、および図６１に対して説明される。最初に図５４を参照すると、機械的なキャリッジ１１００の下側水平方向移動メカニズム１１０６は、ベース１１７０と、対向するローラー支持式スライディングガイド１１７４によってその中に移動可能に留置されるスライディングプレート１１７２と、下側ローリングサポート１１７６とを含む。第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４の場所から遠位のスライディングプレート１１７２の一方の端部において、アップライト１１７８が延在しており、アップライト１１７８は、ガセット１１８０によって、その両側において支持されている。アップライト１１７８の下側端部は、締結具によって、または、スライディングプレート１１７２に溶接されることによって、スライディングプレート１１７２に留置されており、ガセット１１８０は、同様に、スライディングプレート１１７２の上側表面、および、アップライト１１７８の側部表面に溶接されている。アクチュエータ１１８２、たとえば、空気圧式のリニアドライブまたはリードスクリューベースのドライブなどが、その一方の端部において、アップライト１１７８の裏側に留置されており、その反対側端部は、たとえば、ベースプレート１１７０が基礎を置くのと同じ表面への接続によって、または、示されているようなベースプレート１１７０へのリジッドの接続などによって、機械的に接地されている。リニアアクチュエータ１１８２の作動は、たとえば、図５４の中のその位置から図６０の中のその位置へなど、スライディングプレート１１７２の線形移動を引き起こす。リニアアクチュエータは、リニアモータ、ステッパモータおよびリードスクリューメカニズム、または、スライディングプレート１１７２とベースプレート１１７０との間に１ｍｍ以下の移動を信頼性高く引き起こすことができる他のデバイスであることが可能である。
【０１６３】
回転可能なハウジング１１１０は、その後方に面する部分から延在するシャフト（図示せず）を通して、アップライト１１７８の中に支持されている軸受１１８６の中へ接続されている。回転アクチュエータ１１８８、実施形態では、回転可能なハウジングのその軸線の周りの１度未満によるアーチ形の移動を作動することができるステッパモータが、アップライト１１７８の後方側部に接続されており、そのシャフト（図示せず）は、回転可能なハウジングのシャフトに連結されている。回転アクチュエータの動作は、たとえば、図５４に示されているその配向から図６１に示されているその配向へなど、そのシャフトの中心線の周りの回転可能なハウジング１１１０の回転移動を引き起こす。
【０１６４】
以前に説明されているように、第１のチューブ状の部材１１１６は、標準的な内視鏡の挿入チューブ１００２であり、それは、図６２に示されているように、ハンドル１１９１と、ハンドルの中のもう１つの導入ポート１１９２とを含み、チューブ状の部材１１１６の中空内部部分と連通可能である。図５６に示されているように、第１のチューブ状の部材１１１６の延在部分１１３６の遠位端部１１３４において、カメラ１０１２、たとえば、ピクセルアレイなど、および作業チャネル１０１４が設けられている。ワイヤ（図示せず）は、カメラ１０１２からチューブ状の部材１１１６に沿ってハンドル１１９１へ延在して戻り、そこからビデオポート１０１８へ、および、そこからディスプレイスクリーンへ延在している。図６２に示されているように、第１のチューブ状の部材１１１６の端部は、湾曲しているかまたはカールしている。標準的な内視鏡は、医者または外科医などのようなオペレーターの制御の下で屈曲することができ、第１のチューブ状の部材１１１６が、概して直線に構成可能であり、または、その遠位端部１１３４に隣接するその一部分が、図５９に示されているように曲げられる。内視鏡のハンドル１１９１は、撓み制御ノブ１０２０を含み、オペレーターは、撓み制御ノブ１０２０を移動させ、遠位端部における内視鏡を選択的におよび制御可能に屈曲させ、撓み制御ノブ１０２０は、撓みロックトグル１０２２の作動によって選択的にロック可能である。追加的に、吸い込みポート１０２６は、ハンドル１１９１から第１のチューブ状の部材１１１６の遠位端部１１３４へ延在しており、吸い込みラインに接続可能であり、吸い込みポート１０２６は、ハンドル１１９０の上の吸い込みバルブ１０２４の動作によって、開位置と閉位置との間で選択的に可変である。また、液体またはガスが、ポート１０２８を通して導入され得、ポート１０２８は、また、第１のチューブ状の部材１１１６の遠位端部１１３４へ延在している。デバイスの導入部分１００４の導入の間に、外科医または他のオペレーターは、第１のチューブ状の部材１１１６の遠位端部１１３４の制御可能な屈曲能力を使用することが可能であり、ビデオディスプレイ（図示せず）を見ながら撓み制御ノブ１０２０を使用して遠位端部１１３４を移動させることによって、体腔の中の関心の場所に面するために屈曲するように、導入部分１００４の遠位端部を配向させ、ビデオディスプレイは、内視鏡のカメラ１０１２に連結されており、ビデオディスプレイの上に、カメラ１０１２によってキャプチャーされたイメージが表示されている。
【０１６５】
導入部分１００４の遠位端部が体腔の中の関心の場所（このケースでは、図５３に示されているような食道の壁部１２５２の上の病変１２５０）に隣接して位置決めされると、スライディングプレート１１７２の制御された線形移動、および、回転可能なハウジング１１１０のアーチ形の運動は、外側の取り囲むシース１１６２、遠位カップリング１０４０、ならびに、第１の、第２の、および第３のチューブ状の部材１１１６、１１２０、および１１２４から形成されている導入部分１００４の制御された線形移動および回転移動を可能にし、外科医または医者などのようなオペレーターが、第１の、第２の、および第３のチューブ状の部材１１１６、１１２０、１１２４の遠位端部１１３４、１１３０、および１１３２を、患者の体腔の中の所望の場所にさらに位置決めすることを可能にする。導入部分１００４の遠位端部が、体腔の中をその中の所望の場所へ移動しているか、または、体腔から後退されているときに、図５６において延在された位置に示されているロボット外科手術アーム１１６６ａ、１１６６ｂは、後退された位置に配設されており、ロボット外科手術アーム１１６６ａ、１１６６ｂは、そのためのカップラー１１４０の中の開口部１１４８、１１５０の内向きに後退されている。最初に、キャリッジ１１００の線形移動および回転移動によって、導入部分１００４の遠位端部は、病変１２５０に隣接して位置し、所望の通りに病変１２５０に対して配向される。この場所になると、導入部分１００４は、患者の外部からクランプされ、さらなる移動に対して回転ハウジング１１１０およびスライディングプレート１１７２をロックすることなどによって、その遠位端部１１３４の移動を防止する。
【０１６６】
ロボット外科手術アーム１１６６ａ、１１６６ｂを使用して病変を除去し、切開を縫合して閉じるように、外科手術デバイスを使用するために、機械的なキャリッジ１１００の中のロボットコントローラ１１１４ａ、ｂのそれぞれは、機械的なキャリッジ１１００に対して第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４の独立した回転移動および線形移動を引き起こすように構成されており、それによって、第１および第２のチューブ状の部材１１２０、１１２４の線形移動が、カップラー１１４０に対してロボット外科手術アーム１１６６ａ、１１６６ｂを延在および後退させることを可能にし、また、第１および第２のチューブ状の部材１１２０、１１２４の軸線の周りにロボット外科手術アーム１１６６ａ、１１６６ｂを回転させることを可能にする。追加的に、それぞれのチューブ状の部材１１２０、１１２４の端部において、操向可能な部材１００ａ、１００ｂを屈曲させるために、ロボットコントローラ１１１４ａ、ｂのそれぞれは、複数の（本明細書では、１０個の）精密位置決め部材１１９０を含む。精密位置決め部材１１９０のうちの４つは、操向可能な部材１００ａに接続されたワイヤ４００に接続されており、４つは、操向可能な部材１００ｂに接続された４つの個々のワイヤ４００に接続されており、２つは、エンドエフェクタ３００の中のプーリーの上を通過するワイヤに接続されている。すべての１０個は、それぞれの第２または第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４を通って延在している。
【０１６７】
図６３を参照すると、第１のロボットコントローラ１１１４ａは、ケージ１１１２ａの中に支持されており、第２のロボットコントローラ１１１４ｂは、ケージ１１１２ｂの中に支持されており、ケージのそれぞれは、キャリッジ１１００の中に固定されて留置されている。キャリッジ１１００を移動させるスライドプレート１１７２の移動によって線形に移動可能であることに加えて、それぞれのロボットコントローラ１１１４ａ、ｂは、また、ケージ１１１２ａ、ｂに対して線形に移動可能であり、それによって、第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４、ひいては、その遠位端部の独立した線形の変位を可能にする。この機能性を提供するために、シャフト１２００は、ケージ１１１２ａ、ｂのそれぞれに連結されている位置決めデバイス１２０２からそれぞれのロボットコントローラ１１１４ａ、ｂへ延在しており、シャフト１１２０は、位置決めデバイス１２０２に対して延在可能および後退可能であり、ケージ１１１２ａ、ｂの内向きにまたは外向きに、ロボットコントローラ１１１４ａ、ｂを延在または後退させる。位置決めデバイスは、たとえば、リニアモータ、リードスクリューを通してシャフト１１２０に連結されているステッパモータ、または、１ｍｍ以下のステップでの線形移動を可能にする他の線形の位置決めデバイスである。遠位カップラー１１４０の中の取り囲むシース２０２の遠位端部は、ブリッジ構造体１１６８（図６０を参照）から固定された距離に延在しており、ブリッジ構造体１１６８の位置は、ケージ１１１２ａ、ｂに対して固定されているので、ケージ１１１２ａ、ｂに対するロボットコントローラ１１１４ａ、ｂの回転移動および線形移動は、ケージに対する、ひいては、取り囲むシース２０２に対する、第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４の回転移動および線形移動を結果として生じさせる。この構築の結果として、遠位カップラー１１４０の位置は、導入部分１１０４が導入されると、ベース１１７０に対して実質的に固定された場所に保持され得、キャリッジ１１００の回転移動および線形移動をロックすることによって、遠位カップラー１１４０が、体腔の中の所望の場所にあるようになっており、ひいては、ロボットコントローラ１１１４ａ、ｂが、それぞれのケージ１１１２ａ、ｂに対して線形にまたは回転方向に移動されているときに、それらの端部に固着された第２および第３のチューブ状の部材１１２０、１１２４が、同様に、ケージ１１１２ａ、ｂに対して線形にまたは回転方向に移動し、ひいては、また、取り囲むシース２０２に接続されている遠位カップラー１１４０に対して線形におよび回転方向に移動し、遠位カップラー１１４０に対して、チューブ状の部材１１２０、１１２４の遠位端部に動作可能に接続されているエンドエフェクタの延在、後退、および回転を可能にする。
【０１６８】
チューブ状の部材１１２０、１１２４のそれぞれのそれらの長手方向軸線の周りでの回転移動を可能にするために、それぞれのロボットコントローラ１１１４ａ、ｂが、外側ハウジング１２１１として構成されており、内側の回転可能な部材１２１３は、被駆動リングギヤ１２０１を含むその後方側部と、その端面１２０８において終端する前方側部とを有している。外側ハウジング１２１１は、位置決めデバイス１２０２によってケージ１１１２ａ、ｂの中を線形に移動可能である。外側ハウジング１２１１に対する内側の回転可能な部材１２１３の回転を引き起こすために、および、それによって、内側の回転可能な部材１２１３に接続されているチューブ状の部材１１２０、１１２４を回転させるために、被駆動ギヤ１２０５に接続されているステッパモータ１２０３を含むロータリードライブが設けられており、ステッパモータ１２０３は、外側ハウジング１２１１の後方側部に接続されており、ひいては、外側ハウジングがケージ１１１２ａ、ｂの中を線形に移動されるときに、被駆動ギヤが、リングギヤ１２１３に対して適切な位置に留まっている。被駆動ギヤの歯は、リングギヤ１２０１の歯と噛み合い、内側の回転可能な部材１２１３を回転させる。したがって、導入部分に対するチューブ状の部材１１２０、１１２４の回転、延在、および後退が提供され、デバイスのオペレーターが、導入部分１００４の遠位端部に対して操向可能な部材１００を延在させ、後退させ、および回転させることを可能にする。
【０１６９】
操向可能な部材の屈曲を可能にするために、屈曲セグメントの相対的な位置および配向を制御するために使用されるワイヤ４００の位置決めが、制御されなければならない。ここで図６４および図６５を参照すると、操向可能な部材１００の移動および配向を制御するために使用されるワイヤ４００、５００の制御可能な移動、ならびに、エンドエフェクタ３００の作動のためのメカニズムが示されている。図５４に示されている外科手術デバイスの実施形態では、それぞれの操向可能な部材１００ａ、１００ｂの中の屈曲セグメント１１０のセットのそれぞれは、図１３ａ〜図１３ｃに対して示されて説明されているものなどのように構成されており、図３６および図３７に対して示されて説明されているオフアクシスヒンジ８１４構築体を組み込んでいる。結果として、それぞれの操向可能な部材１００の複数の接触している屈曲セグメント１１０の上のそれぞれの隣接するリンクは、隣接するリンクのスイング軸線に対して垂直の軸線の周りにスイングすることが可能である。操向可能な部材のそれぞれのこの制御可能な移動を可能にするために、チューブ状の部材１１２０、１１２４の端部におけるそれぞれの操向可能な部材１００ａ、ｂは、ロボットコントローラ１１４ａ、ｂからの最も遠位の屈曲セグメントにおいて、４つのガイドワイヤ４００に接続されており、ロボットコントローラ１１１４に対するそれぞれの張力および相対的な位置が、それによって制御される。それぞれの操向可能な部材１００ａ、１００ｂに接続されている４つのワイヤ４００ａ〜ｄを位置決めするために、それぞれのロボットコントローラ１１１４は、この実施形態では、８つのドライブロッド１２０６を含み、そのチューブ状の部材に面する表面１２０８から選択的に延在可能であり、それぞれのドライブロッド１２０６は、ロボットコントローラ１１１４の中のリードスクリューメカニズム（図示せず）に接続されており、そして、それは、リードスクリュー１２１０およびステッパモータ１２１２に接続されている。リードスクリューメカニズム、リードスクリュー１２１０、およびステッパモータ１２１２は、それぞれのドライブロッド１２０６の専用になっている。ドライブロッド１２０６を延在または後退させるために、その専用のステッパモータ１２１２が、ドライブロッド１２０６に接続されているリードスクリュー１２１０を回転させるために回転される。リードスクリュー１２００の上のネジ山は、リードスクリューメカニズムの中のネジ山付き開口部を通って延在しており、リードスクリューメカニズムは、リードスクリュー１２１０の長手方向軸線に対して線形に自由に移動できるが、回転に対しては固定されており、ひいては、リードスクリュー１２１０の回転は、リードスクリューメカニズムの線形運動を引き起こし、ひいては、それに接続されているドライブロッド１２０６の線形運動を引き起こす。第１の方向へのステッパモータ１２１２の回転は、ドライブロッド１２０６をロボットコントローラ１１１４の端面１２０８から延ばし、第２の方向への逆回転は、ドライブロッドをロボットコントローラ１１１４の端面１２０８に向けて後退させる。
【０１７０】
チューブ状の部材１１２０、１１２４は、それらの専用のロボットコントローラ１１１４から取り外し可能であり、異なるエンドエフェクタをその上に有する異なるチューブ状の部材１１２０、１１２４が外科手術デバイスの中へ構成されることを可能にする。この構築を可能にするために、それぞれのチューブ状の部材１１２０、１１２４は、器具コネクター１２２０の中のその近位端部において終端している。器具コネクター１２２０は、ハウジング１２２２を含み、チューブ状の部材１１２０、１１２４、外側シェル１２２４、および、延在する円周方向のリップ１２２６の近位端部が、ハウジング１２２２の一方の端部の中へ延在している。器具コネクター１２２０をロボットコントローラ１１１４に接続するために、ロボットコントローラ１１１４は、円形凹部１２２８を含み、円形凹部１２２８は、その面１２０８の内向きに延在しており、リップ１２２６が、その中へ挿入される。また、器具コネクター１２２０は、リップ１２２６によって取り囲まれているコネクター面１２３０を含み、端子凹部１２３２がコネクター面１２３０の中へ延在しており、個々のワイヤ端子１２３４が、端子凹部１２３２の中へ選択的に位置決め可能または延在可能である。ワイヤ４００、５００のそれぞれのうちの１つは、ワイヤ端子１２３４のそれぞれのうちの１つの中に終端されており、ひいては、コネクター面１２３０の内向きもしくは外向きの、または、コネクター面１２３０に向けてのもしくはコネクター面１２３０から離れるような、ワイヤ端子の移動は、ワイヤ４００、５００の中の対応する張力または緩みを結果として生じさせる。
【０１７１】
ロボットコントローラ１１１４のそれぞれのドライブロッド１２０６は、ワイヤ端子１２３４のうちの１つに接続されており、ワイヤ端子を移動させ、それぞれのドライブロッド１２０６は、コネクター面１２３０の内向きもしくは外向きに、または、コネクター面１２３０に向けてもしくはコネクター面１２３０から離れるように、ワイヤ端子に接続されている。実施形態では、それぞれのドライブロッド１２０６は、磁気的な中空カップ１２３６の中のロボットコントローラ１１１４の外向きに終端しており、その外径１２３８は、対応するワイヤ端子１２３４の内径１２４０の中に適合し、それらの間の接続を磁気的に維持するように寸法決めされている。代替的に、スプリング荷重式のボールが、カップの外側壁部から部分的に延在することが可能であり、ワイヤ端子の内側壁部の上の戻り止めに係合しており、または、バヨネット接続が提供されているか、もしくは、接続部が使用時に外れないことを保証するのに十分にきついが、器具コネクター１２２０が容易に除去および交換されることを可能にする、他の接続が提供されている。
【０１７２】
チューブ状の部材１２２０、１２２４のそれぞれの中において、複数のワイヤ４００、５００が、スリーブ６００（たとえば、図２６から図２９を参照）を通って延在しており、スリーブ６００は、ワイヤの移動をガイドし、それらが弓状変形することを防止し、または、その他の方法でワイヤシステムの中に緩みを導入することを防止する。
【０１７３】
本発明の外科手術ツールの使用は、患者の食道を評価するための使用に対して説明されている。最初に、図５３に示されているように、患者は挿管されており、導入チューブ１００８が、喉の中へおよび食道の下へ延在されており、その端部が食道−気管接合部を越えて延在するようになっている。次いで、外科手術デバイスの導入部分１００４が、外科医または他のオペレーターによって掴まれ、その遠位端部が患者の食道の中の所望の場所に位置決めされるまで、たとえば、標準的な内視鏡を使用して以前に識別された（または、識別され生検が行われた）関心の場所に位置決めされるまで、患者の口の中へ導入チューブ１００８を通してガイドされる。このポイントにおいて、患者に対するシースの相対的な位置が、適切な位置に緩くロックされる。内視鏡の中のＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラによってキャプチャーされたスクリーンの上の投影されたイメージを通して、外科医または他のオペレーターが食道を見ることによって、患者の中への外科手術装置１の導入はガイドされる。導入部分１００４の導入の間に、ドライブロッド１２０６は、前方へ作動され、すなわち、ドライブロッド１２０６は、ワイヤ４００およびワイヤ５００の両方の端部を導入部分１００４の遠位端部の方向に押し、ワイヤ４００、５００の中の任意の張力を解放し、それによって、導入部分１００４が患者の中へ導入されるときに、導入部分１００４が屈曲することを可能にする。遠位カップラー１１４０の所望の場所および配向が患者の中に固定されると、ドライブロッド１２０６は、それらの初期ワイヤ張力付加位置へ後退され、操向可能な部材１００が導入部分の中に位置決めされ、また、スライディングプレート１７２の線形移動およびケージ１１１２ａ、１１１２ｂの回転によりエンドエフェクタが所望の場所に精密に位置決めされることによって、ならびに、図４５から図５２に説明されているようなパーソナライズされたマスタコントローラ、触覚ジョイスティック、または、外科医ステーションにおける他の制御デバイスを使用する外科医による、エンドエフェクタのステアリングの結果として、ステッパモータ１２１２へのコントローラの命令によって、ワイヤの張力付加により屈曲可能なセグメント１１０が屈曲されることによって、外科医は、コントローラを使用して、チューブ状の部材１１２０、１１２４の上のエンドエフェクタ３００の位置を制御し、ワイヤ４００の上の張力が、必要に応じて増加されるかまたは減少されるかのいずれかが行われるようになっており、操向可能な部材１００を屈曲させ、それによって、エンドエフェクタの先端部または側部を正確に位置決めする。追加的に、外科医ステーションにおける操向可能な部材１００のうちの１つに関連付けられるコントローラの回転運動は、ロボットコントローラ１１１４ａまたは１１１４ｂによって、チューブ状の部材１１２０または１１２４の回転を結果として生じさせ、コントローラに関連付けられた操向可能な部材１００は、ロボットコントローラ１１１４ａまたは１１１４ｂの上に位置決めされており、それによって、操向可能な部材１００およびエンドエフェクタの前の半球に沿ってどこかに、エンドエフェクタの先端部を位置決めする。
【０１７４】
ここで図６６を参照すると、エンドエフェクタへのワイヤ５００の接続が示されている。
【０１７５】
ここで図６６を参照すると、エンドエフェクタへのワイヤ５００の接続が示されている。ここで、操向可能な部材１００を関節運動させるために使用されるワイヤ４００とは対照的に、それぞれのエンドエフェクタ３００の開閉が、第１の部分５００Ａおよび第２の部分５００Ｂを形成する単一のワイヤの作動によって実施され、第２の部分５００Ｂは、プーリー１２６０の周りに延在されている。エンドエフェクタ３００は、４つのバーリンケージであり、それは、第１の枢動ポイント１２６４、第２の枢動ポイント１２６６、第３の枢動ポイント１２６８、および第４の枢動ポイント１２７０を有している。図５６に示されているように、枢動ポイント１２６４は、スライディングピン１２６２を含み、スライディングピン１２６２は、枢動ポイント１２６４からエンドエフェクタハウジングの対向する側壁部の中のスロット（図示せず）の中へ延在しており、また、枢動ポイント１２７０は、ピン１２７２を含み、ピン１２７２は、枢動ポイント１２７０からエンドエフェクタハウジング１２７４の対向する側壁部の中の嵌合開口部（図示せず）の中へ延在している。ワイヤは、それぞれのチューブ状の部材１１１６、１１２０の近位部分から第１の部分５００ａとして延在しており、ピン１２７２の周りに位置しているプーリー１２７４の上にループし、そこから第２の部分５００ｂとしてチューブ状の部分１１１６、１１２０を通って延在して戻り、ピン１２６２に接続されているクランプ１２７５が、第２の部分の上にクランプされる。
【０１７６】
それぞれのエンドエフェクタ３００を開閉するために、それぞれのロボットコントローラ１１１４は、この実施形態では、単一のワイヤドライブロッドを含み、単一のワイヤドライブロッドは、ワイヤ５００の一方の端部に連結されており、ワイヤ５００の他方の端部は、ロボットエンドエフェクタに対して適切な位置に固定されている。ワイヤ５００は、プーリー１２６０の上にループしている。したがって、ワイヤの移動可能な端部がロボットコントローラ１１１４に向けて後退されているときには、そのいずれかの側への２つのワイヤセグメントの有効長さが、後退距離の半分によって短くされ、付勢部材１２７６が圧縮され、ジョーが一緒に移動する。ワイヤ５００の移動可能な端部がロボットコントローラから延在されているときには、逆のことが起こり、スプリング部材がジョー１２８０、１２８２を付勢し、第４の枢動ポイント１２７２の周りに開方向に枢動する。したがって、外科医などのようなオペレーターは、コントローラを使用することによって、鉗子などのようなエンドエフェクタを関心の場所に隣接して位置決めし、鉗子を操作し、外科手術処置を実施することが可能である。図５６を参照すると、エンドエフェクタのうちの１つが、その側壁部から延在するカッティングブレード１２９０を含む。カッティングブレード１２９０は、組織を切り取り、図５３の病変１２５０を除去するために使用され得る。次いで、外科医は、縫合針（図示せず）を操作し、カット部を縫合して閉じることが可能である。
【０１７７】
２つの操向可能な部材１００ａ、ｂが、それぞれのチューブ状の部材１１２０、１１２４の上に位置しており、それぞれの操向可能な部材の遠位端部が、屈曲セグメント１１０のアーチ形の移動によって画定される想像上の部分的に球形の表面の上に位置し得るので、高度の運動の動作自由、および、位置決めの自由が、本発明の外科手術デバイスによって提供される。
【０１７８】
エンドエフェクタおよび操向可能なアームの動作、ならびに、外科手術装置１の導入部分１００４の遠位端部を体腔の中の関心の場所に隣接して位置決めするための機械的なキャリッジ１１００の回転運動および線形運動（エンドエフェクタの制御された移動がそれに続く）は、制御システムによって制御される。
【０１７９】
上記に見られるように、外科手術装置のいくつかの例示的な実施形態が説明されてきた。しかし、これらの例示的な実施形態は、単に例示目的のためのものに過ぎない。たとえば、上記に説明された外科手術器具は、個々の外科手術装置として構成され得、または、それらは、作業チャネルを備えたルーメンユニットまたはイメージングユニットなどのような、さまざまな医療用デバイスに適用され得、また、エンドエフェクタを備えた外科手術装置に適用され得る。そのうえ、操向可能な部材のさまざまな実施形態が、さまざまな外科手術装置に一体化され得、または、そうでなければ、さまざまな外科手術装置に適合され得、さまざまな外科手術装置は、それに限定されないが、カテーテル、内視鏡、および、その遠位端部において屈曲可能な外科手術ロボットを含む。
【０１８０】
本明細書で使用されているように、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、または、これらの任意の他の変化形は、非排他的包含をカバーすることが意図されている。たとえば、エレメントのリストを含むプロセス、製品、物品、または装置は、必ずしも、これらのエレメントのみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていない他のエレメント、または、そのようなプロセス、製品、物品、もしくは装置に本来備わっている他のエレメントを含むことが可能である。
【０１８１】
そのうえ、本明細書で使用されているような「または」という用語は、一般的に、別段の指示がない限り、「および／または」を意味することが意図されている。たとえば、条件ＡまたはＢは、以下のもののうちのいずれか１つによって満たされる：Ａが真であり（または、存在する）かつＢが偽である（または、存在していない）、Ａが偽であり（または、存在していない）かつＢが真である（または、存在する）、ならびに、ＡおよびＢの両方が真である（または、存在する）。本明細書で使用されているように、「ａ」または「ａｎ」（および、先行詞が「ａ」または「ａｎ」であるときには「ｔｈｅ」）によって先行される用語は、明示的に別段の指示がない限り（すなわち、「ａ」または「ａｎ」という参照が、単数形のみまたは複数形のみを明示的に示しているという指示がない限り）、そのような用語の単数形および複数形の両方を含む。また、本明細書での説明の中で使用されているように、「ｉｎ」の意味は、文脈が明示的に別段の指定をしていない限り、「ｉｎ」および「ｏｎ」を含む。
【０１８２】
また、図面／図に示されているエレメントのうちの１つまたは複数が、より分離された様式で、もしくは、より一体化された様式で、実装され得、または、特定の用途にしたがって有用となるように、特定のケースでは動作不可能であるとして除去されるかまたはそのようにみなされることさえもあることが理解される。追加的に、図面／図の中の任意の信号矢印は、単なる例示的なものとして考慮されるべきであり、具体的に別段の記述がない限り、限定するものとして考慮されるべきではない。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその法律上の均等物によって決定されるべきである。
【０１８３】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも１つのルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過しており、ルーメンが、外向きに部分的に開いている。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、隣接する屈曲セグメントにヒンジ接続されている。他の実施形態では、それぞれの屈曲セグメントの接続パーツは、隣接する屈曲セグメントにピン止めされている。他の実施形態では、それぞれの屈曲セグメントの接続パーツは、隣接する屈曲セグメントの凹部パーツの中に収容されており、凹部パーツにヒンジ接続されている。他の実施形態では、それぞれの接続パーツは、丸い表面を備えた突出部を含み、それぞれの凹部パーツは、それぞれの接続パーツを収容するように形状決めされており、それぞれの接続パーツが回転することができるようになっている。他の実施形態では、それぞれの接続パーツは、線形の縁部を備えた突出部を含み、それぞれの凹部パーツは、Ｖ字形状の切り欠きのように形状決めされており、それぞれの凹部パーツと線形の接触をしている状態で、それぞれの接続パーツが回転することができるようになっている。代替的な実施形態では、１対の接続パーツが、それぞれの屈曲セグメントの長さの一方の側に互いに向かい合って設けられており、１対の凹部パーツが、それぞれの屈曲セグメントの長さの他方の側に互いに向かい合って設けられており、１対の接続パーツおよび１対の凹部パーツが、互いに対して垂直の方向に配置されており、２自由度での屈曲を可能にするようになっている。他の実施形態では、４つのルーメンが、それぞれの屈曲セグメントの長さに沿って形成されており、それぞれのルーメンは、接続パーツまたは凹部パーツの少なくとも一部分を通過している。いくつかの態様では、それぞれのルーメンは、クローズドルーメン部分およびオープンルーメン部分を含み、接続パーツまたは凹部パーツを通過するそれぞれのルーメンの一部分は、クローズドルーメン部分を形成しており、接続パーツまたは凹部パーツの他方の側は、オープンルーメン部分を形成している。他の実施形態では、それぞれの屈曲セグメントは、長さに沿って４つのルーメンを有しており、それぞれのルーメンは、周囲に沿って接続パーツの場所と凹部パーツの場所との間に位置する。他の実施形態では、それぞれのルーメンは、クローズドルーメン部分およびオープンルーメン部分を含み、クローズドルーメン部分は、ルーメン長さの中間に形成されており、オープンルーメン部分は、クローズドルーメン部分の両方の側に形成されている。いくつかの実施形態では、操向可能な部材は、複数のプレート状の屈曲セグメントと、屈曲セグメント間に位置する可撓性材料の接続パーツとを含む。他の実施形態では、接続パーツは、屈曲セグメント間に一体的に形成されており、屈曲セグメントの中心に設けられているチャネルの２つの縁部から外向き方向に延在しており、接続パーツは、隣接する接続パーツに対して垂直の方向に形成されている。他の実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤが、屈曲セグメントおよび接続パーツを通過するように配置されており、屈曲アクチュエーションワイヤがその中に設けられているそれぞれのルーメンは、接続パーツに位置する一部分がクローズドルーメンを形成し、屈曲セグメントに形成されている一部分が外向きに開いている、構造を有する。他の実施形態では、接続パーツは、隣接する屈曲セグメントの中心同士を接続するように構成されている。
【０１８４】
外科手術装置のいくつかの実施形態では、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタをさらに含む。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、操向可能な部材のチャネルの中に位置するエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されており、エフェクタアクチュエーションワイヤを移動させることによってエンドエフェクタが作動され得るようになっており、エンドエフェクタの少なくとも一部が、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部に取り外し可能に設けられている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタの少なくとも一部が、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部に磁気的に接続されている。他の実施形態では、エンドエフェクタは、エフェクタモジュールを含み、エフェクタモジュールは、外科的手術を実施するための器具部分と、器具部分を作動させるためにエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されているアクチュエーション部分とを含み、エフェクタモジュールの近位端部、または、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部の少なくともいずれかが、磁気的な本体部を含む。いくつかの実施形態では、外科手術装置は、エフェクタアクチュエーションワイヤをさらに含み、エフェクタアクチュエーションワイヤは、操向可能な部材のチャネルの中に位置しており、エンドエフェクタを作動させるためにエンドエフェクタに接続されており、エンドエフェクタは、弾性的な本体部をさらに含み、弾性的な本体部は、エフェクタアクチュエーションワイヤによって印加される力に対して反対側方向に弾性力を作り出すように構成されている。他の実施形態では、エンドエフェクタが、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られているときに第１のモードで動作し、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られていない間は第２のモードで動作するように、エフェクタアクチュエーションワイヤは構成されている。他の実施形態では、エンドエフェクタの鉗子は、第１のモードでは閉じられており、第２のモードでは開いている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、外科的手術を実施するための器具部分と、器具部分を作動させるためにエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されているアクチュエーション部分と、アクチュエーション部分がそれに沿って往復運動する経路を形成する本体部部分とを含み、弾性的な本体部が、アクチュエーション部分の近位端部に位置しており、アクチュエーション部分を押す方向に弾性力を印加する。他の実施形態では、アクチュエーション部分、および、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部は、互いに取り付け可能であるかまたは互いから取り外し可能であるように構成されている。他の実施形態では、アクチュエーション部分、または、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部の少なくともいずれかが、磁気的な本体部を含む。
【０１８５】
外科手術装置のいくつかの実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部を固定するためのワイヤ終端部材が、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。いくつかの実施形態では、ワイヤ終端部材は、ネジ山を有しており、ワイヤ終端部材を操向可能な部材の遠位端部にねじ込むことによって、屈曲アクチュエーションワイヤが固定されるようになっている。他の実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤは、操向可能な部材の遠位端部とワイヤ終端部材との間に巻かれた状態で押されることによって、固定されるように配置されている。いくつかの実施形態では、ワイヤ終端部材は、少なくとも１つの孔部を含み、屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部が、少なくとも１つの孔部を通過しており、ワイヤ終端部材は、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。他の実施形態では、ワイヤ終端部材の中の孔部は、操向可能な部材の中のルーメンに対応する場所に形成されている。他の実施形態では、外科手術装置は、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタをさらに含み、ワイヤ終端部材は、エンドエフェクタである。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも１つのルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過しており、外科手術装置は、操向可能な部材の近位端部に設けられている、可撓性材料を含む可撓性部材と、操向可能な部材または可撓性部材を通過するワイヤのトラベルの経路を形成する少なくとも１つのスリーブであって、スリーブの両方の端部は、操向可能な部材または可撓性部材の内側に固定されている、少なくとも１つのスリーブとをさらに含む。いくつかの実施形態では、ワイヤは、屈曲アクチュエーションワイヤを含む。いくつかの実施形態では、スリーブの本体部は、操向可能な部材または可撓性部材が曲げられているときにスリーブの両方の反対側端部が固定されている２つのポイントの間に形成されている、可能な限り最長の経路よりも長くなっており、スリーブの中のワイヤの移動に対する操向可能な部材または可撓性部材の屈曲の影響を最小化するようになっている。いくつかの実施形態では、操向可能な部材および可撓性部材は、その中に設置されることになるスリーブのための中空スペースを有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスリーブのうちの第２のスリーブが、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤのための経路を形成しており、第２のスリーブの一方の端部は、遠位端部の操向可能な部分の近位端部、または、近位端部の操向可能な部分の遠位端部に固定されており、他方の端部は、可撓性部材の近位端部に固定されている。他の実施形態では、第２のスリーブは、弾性材料を含み、遠位端部の操向可能な部分が曲げられているときに、遠位端部屈曲アクチュエーションワイヤが、湾曲した経路に沿って位置するようになっている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスリーブのうちの第３のスリーブが、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤのための経路を形成しており、第３のスリーブの一方の端部が、近位端部の操向可能な部分の近位端部、または、可撓性部材の遠位端部に固定されており、他方の端部は、可撓性部材の近位端部に固定されている。他の実施形態では、第３のスリーブは、弾性材料を含み、近位端部の操向可能な部分が曲げられているときに、近位端部屈曲アクチュエーションワイヤが、湾曲した経路に沿って位置するようになっている。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも１つのルーメンを含み、屈曲アクチュエーションワイヤが、ルーメンを通過しており、また、外科手術装置は、可撓性材料を含む可撓性部材であって、操向可能な部材の近位端部に設けられており、屈曲アクチュエーションワイヤがそれに沿って通る経路を形成している、可撓性部材と、屈曲アクチュエーションワイヤを作動させるために可撓性部材の近位端部に設けられている操作部とを含み、屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、操作部に取り付け可能であるか、または、操作部から取り外し可能である。他の実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、エフェクタアクチュエーションワイヤの近位端部は、磁気的におよび取り外し可能に、操作部に接続されている。
【０１８８】
いくつかの実施形態では、外科手術装置であり、屈曲アクチュエーションワイヤが、第１の屈曲アクチュエーションワイヤと、第２の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、第２の屈曲アクチュエーションワイヤは、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの反対側方向に操向可能な部材を曲げ、同じ方向に回転するスクリュー部材が、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部に設けられており、反対側方向に互いに同期して移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第１のネジ山に沿って移動するように構成されており、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第１のネジ山とは反対側方向に配向されている第２のネジ山に沿って移動するように構成されている。他の実施形態では、第１のネジ山および第２のネジ山は、単一の駆動部によって同じ方向に回転するように構成されている。他の実施形態では、スクリュー部材は、双方向リードスクリューであり、単一の本体部の上に形成された第１および第２のネジ山部分をそれぞれ有する。他の実施形態では、スクリュー部材は、第１のネジ山を備えた第１のリードスクリューと、第２のネジ山を備えた第２のリードスクリューとを含み、第１のリードスクリューおよび第２のリードスクリューは、ギヤによって互いに同期して移動し、単一の駆動部によって同時に回転するように構成されている。
【０１８９】
外科手術装置のいくつかの実施形態では、操向可能な部材は、近位端部においてよりも遠位端部において容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、操向可能な部材がその近位端部のより近くへより容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、操向可能な部材の断面の中心から所定の距離に形成されたルーメンを有しており、操向可能な部材の近位端部に近づけば近づくほど、屈曲セグメントの中のルーメンが、操向可能な部材の断面の中心から遠く離れるようになる。いくつかの実施形態では、操向可能な部材は、屈曲セグメント間に位置する複数の接続パーツをさらに含み、接続パーツは、操向可能な部材がその近位端部のより近くへより容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。他の実施形態では、接続パーツは、操向可能な部材の近位端部に向けて、より小さい断面幅を有するように構成されており、操向可能な部材の対応するパーツがより容易に曲がるようになっている。他の実施形態では、接続パーツは、操向可能な部材の近位端部に向けて長さに沿って直径が増加するように構成されており、操向可能な部材の対応するパーツがより容易に曲がるようになっている。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタと、操向可能な部材を通過するように配置され、エンドエフェクタを作動させるためにエンドエフェクタに接続するように配置されている、エフェクタアクチュエーションワイヤとを含み、エンドエフェクタは、弾性的な本体部を含み、弾性的な本体部は、エフェクタアクチュエーションワイヤによって印加される力に対して反対側方向に弾性力を作り出す。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られているときには第１のモードで動作するように構成されており、エフェクタアクチュエーションワイヤによって引っ張られていない間には、弾性的な本体部の弾性力によって第２のモードで動作するように構成されている。他の実施形態では、遠位端部における外科手術エレメントが、第１のモードでは閉じられ、第２のモードでは開いているように、エンドエフェクタは作動される。他の実施形態では、エンドエフェクタは、エフェクタモジュールをさらに含み、エフェクタモジュールは、外科的手術を実施するための器具部分と、器具部分を作動させるためにエフェクタアクチュエーションワイヤに接続されているアクチュエーション部分と、アクチュエーション部分がそれに沿って往復運動する経路を形成する本体部部分とを含む。他の実施形態では、弾性的な本体部が、アクチュエーション部分を遠位端部の方向に押すように弾性力を印加するために、アクチュエーション部分の近位端部に位置する。いくつかの実施形態では、エフェクタモジュール、および、エフェクタアクチュエーションワイヤの遠位端部は、互いに取り付け可能であるかまたは互いから取り外し可能であるように構成されている。他の実施形態では、エフェクタモジュールおよびエフェクタアクチュエーションワイヤは、一緒に磁気的に接続されている。
【０１９１】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤと、屈曲アクチュエーションワイヤを固定するために、操向可能な部材の遠位端部に設けられている、ワイヤ終端部材とを含み、ワイヤ終端部材は、操向可能な部材の遠位端部と係合するためのネジ山を有しており、屈曲アクチュエーションワイヤが、ワイヤ終端部材および操向可能な部材を一緒にねじ込むことによって固定されるようになっている。いくつかの実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤは、操向可能な部材の遠位端部とワイヤ終端部材との間に巻くことによって固定されるように構成されている。他の実施形態では、ワイヤ終端部材は、少なくとも１つの孔部を含み、屈曲アクチュエーションワイヤの遠位端部が、少なくとも１つの孔部を通過しており、ワイヤ終端部材は、操向可能な部材の遠位端部に設けられている。他の実施形態では、ワイヤ終端部材の中の孔部は、操向可能な部材の中のルーメンに対応する場所に形成されている。いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、ワイヤ終端部材の上に設けられている。いくつかの実施形態では、外科手術装置は、操向可能な部材の遠位端部に設けられているエンドエフェクタをさらに含み、ワイヤ終端部材は、エンドエフェクタである。
【０１９２】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を第１の方向に曲げる、第１の屈曲アクチュエーションワイヤと、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を第１の方向とは反対側の第２の方向に曲げる、第２の屈曲アクチュエーションワイヤと、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部および第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部が連結されている少なくとも１つのスクリュー部材とを含み、操向可能な部材が、少なくとも１つのスクリュー部材を回転させることによって、第１または第２の方向に曲がるようになっている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスクリュー部材は、第１および第２の屈曲アクチュエーションワイヤの長手方向の軸線周りに回転するように配置されている。いくつかの実施形態では、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、少なくとも１つのスクリュー部材の回転によって、反対側方向に互いに同期して移動するように構成されている。他の実施形態では、少なくとも１つのスクリュー部材が、第１の回転方向に回転し、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を後方へ移動させ、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を前方へ移動させるように構成されているとき、それによって、操向可能な部材を第１の方向に曲げ、また、第２の回転方向に回転し、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を前方へ移動させ、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部を後方へ移動させるように構成されているとき、それによって、操向可能な部材を第２の方向に曲げる。いくつかの実施形態では、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第１のネジ山と係合されており、第１のネジ山に沿って移動し、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部は、第２のネジ山と係合されており、第２のネジ山に沿って移動し、第２のネジ山は、第１のネジ山とは反対側方向に配向されている。他の実施形態では、第１のネジ山および第２のネジ山は、同じ方向に回転するように構成されており、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部、および、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの近位端部が、反対側方向に互いに同期して移動するように構成されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスクリュー部材は、単一の本体部の上に形成された第１および第２のネジ山部分を有する双方向リードスクリューである。
【０１９３】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能な操向可能な部材と、操向可能な部材の中のルーメンを通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、操向可能な部材がその遠位端部のより近くへより容易に曲がるように構成された幾何学的な形状を有する。いくつかの実施形態では、幾何学的な形状は、操向可能な部材の近接端部に近づくにつれて小さくなる曲率半径を提供するように構成されている。
【０１９４】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げるように配置されている、複数の屈曲アクチュエーションワイヤと、弾性材料を含み、屈曲の後に操向可能な部材を初期位置に戻すための復元力を働かせる、側方支持部材とを含む。いくつかの実施形態では、外科手術装置は、複数の側方支持部材をさらに含み、側方支持部材の数は、屈曲アクチュエーションワイヤの数に等しい。いくつかの実施形態では、側方支持部材は、屈曲アクチュエーションワイヤの移動によって、操向可能な部材と同期して曲がるように構成されており、側方支持部材は、弾性を有しており、弾性は、屈曲アクチュエーションワイヤに働かされている力が解放されるときに、そのオリジナル形状に戻るように構成されており、したがって、操向可能な部材を初期位置に戻す。いくつかの実施形態では、屈曲の前の側方支持部材の形状は、線形である。いくつかの実施形態では、屈曲の前の側方支持部材の形状は、一方の側に曲げられている。他の実施形態では、側方支持部材は、チューブ形状の中に構成されており、屈曲アクチュエーションワイヤが、側方支持部材の内側に位置する。
【０１９５】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、チャネルを中に備えた複数の屈曲セグメントを含み、また、屈曲セグメント間に位置する複数の接続セグメントを含む、操向可能な部材と、操向可能な部材を通過するように配置され、操向可能な部材を曲げる、複数の屈曲アクチュエーションワイヤを含み、それぞれの接続セグメントの２つの端部は、異なる屈曲セグメントにヒンジ接続されている。いくつかの実施形態では、それぞれの接続セグメントは、屈曲セグメントにヒンジ接続された部分を形成する１対の本体部と、１対の本体部を一緒に結び付けており、その内側に中空スペースを有するガイド部材であって、屈曲アクチュエーションワイヤが中空スペースに位置する、ガイド部材とを含む。いくつかの実施形態では、それぞれの接続セグメントの一方の端部に接続されている屈曲セグメントは、第１のヒンジシャフト周りに回転可能であり、他方の端部に接続されている屈曲セグメントは、第２のヒンジシャフト周りに回転可能であり、第１のヒンジシャフトおよび第２のヒンジシャフトは、互いに平行になっている。いくつかの実施形態では、それぞれの接続セグメントは、隣接する接続セグメントとは異なる方向に配置されており、接続されている屈曲セグメントを異なる回転軸線の周りに曲げ、操向可能な部材が少なくとも２自由度で曲がることを可能にするようになっている。いくつかの実施形態では、それぞれの屈曲セグメントは、屈曲アクチュエーションワイヤが位置する複数のルーメンを含み、ルーメンは、接続セグメントにヒンジ接続されている部分を通過しないように配置されている。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、接続セグメントに回転可能に接続されており、屈曲セグメントがその周りに回転するヒンジシャフトは、屈曲アクチュエーションワイヤが位置するルーメンの端部と同じ平面の中にある。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、複数の屈曲セグメントを含む操向可能な部材であって、それぞれの屈曲セグメントは、少なくとも、第１のリンク部分および第２のリンク部分を有する中間ジョイントを含み、中間ジョイントは、それぞれの屈曲セグメントの長手方向軸線方向に沿って配置されている、操向可能な部材と、操向可能な部材を曲げるために操向可能な部材を通過するように配置されている複数の屈曲アクチュエーションワイヤとを含み、操向可能な部材は、少なくとも１つのルーメンをさらに含み、屈曲アクチュエーションワイヤがルーメンを通過しており、中間ジョイントは、張力調整部材をさらに含み、張力調整部材は、第１のリンク部分および第２のリンク部分に連結され、屈曲セグメントが曲がっているときに屈曲アクチュエーションワイヤの伸びを補償することによって、屈曲アクチュエーションワイヤの張力を調整するように構成されており、それによって、屈曲アクチュエーションワイヤの長さが変更され、所定の張力で維持される。他の実施形態では、第１のインターフェーシングハーフは、突出部端部を有しており、第２のインターフェーシングハーフは、それに対応して、凹部端部を有する。他の実施形態では、第１のインターフェーシングハーフは、凹部端部を有しており、第２のインターフェーシングハーフは、それに対応して、突出部端部を有する。いくつかの実施形態では、屈曲アクチュエーションワイヤの伸びは、２つのオフアクシスヒンジがオフセットされていることによって補償されている。いくつかの実施形態では、屈曲セグメントは、一連のインタースタックされた中間ジョイントを含む。
【０１９７】
いくつかの実施形態では、外科手術装置は、屈曲可能であり、複数の屈曲セグメントおよび複数のルーメンを含む、操向可能な部材と、第１の屈曲アクチュエーションワイヤおよび第２の屈曲アクチュエーションワイヤを含む屈曲アクチュエーション部材であって、第１の屈曲アクチュエーションワイヤおよび第２の屈曲アクチュエーションワイヤは、それぞれのルーメンを別々に通過するように配置されており、操向可能な部材を曲げる、屈曲アクチュエーション部材と、第１の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、操向可能な部材の屈曲前と所望の屈曲運動との間の第１の屈曲アクチュエーションワイヤの引張力の変化を感知したことに応答して第１のフィードバック信号を提供するように構成されている、第１のセンサ、および、第２の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、操向可能な部材の屈曲前と所望の屈曲運動との間の第２の屈曲アクチュエーションワイヤの引張力の変化を感知したことに応答して第２のフィードバック信号を提供するように構成されている、第２のセンサを含む、張力モニタリング部材と、第１の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、第１の屈曲アクチュエーションワイヤを作動させるように適合されている、第１のモータ、および、第２の屈曲アクチュエーションワイヤに連結され、第２の屈曲アクチュエーションワイヤを作動させるように適合されている、第２のモータを含む、駆動部材と、張力モニタリング部材および駆動部材に電気的に接続されている制御部材であって、第１のフィードバック信号に応答して第１の出力信号を提供するように構成されており、第１のモータが、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを調節するように駆動され、所定の張力を維持するようになっており、また、第２のフィードバック信号に応答して第２の出力信号を提供するように構成されており、第２のモータが、第２の屈曲アクチュエーションワイヤの長さを調節するように駆動され、所定の張力を維持するようになっている、制御部材とを含む。いくつかの実施形態では、第２の屈曲アクチュエーションワイヤは、第１の屈曲アクチュエーションワイヤの反対側方向に移動可能である。いくつかの実施形態では、第１の屈曲アクチュエーションワイヤが、操向可能な部材を曲げるために作動されるように構成されており、第２の屈曲アクチュエーションワイヤが、第２のモータによって駆動されるように構成されているときに、第２の屈曲アクチュエーションワイヤが、第２の出力信号に応答して解放され、所定の張力の下で維持されるようになっている。いくつかの実施形態では、第１のセンサまたは第２のセンサは、ロードセルである。いくつかの実施形態では、第１のセンサは、操向可能な部材に印加される外力を感知したことに応答して第１の外力信号を提供するようにさらに構成されている。いくつかの実施形態では、第２のセンサは、操向可能な部材に印加される外力を感知したことに応答して第２の外力信号を提供するようにさらに構成されている。他の実施形態では、制御部材は、第１の外力信号または第２の外力信号に応答してインストラクション信号を提供するようにさらに構成されている。他の実施形態では、制御部材は、触覚フィードバックコントローラをさらに含み、触覚フィードバックコントローラは、触覚フィードバックの形態の情報を処理して伝えるように構成されている。他の実施形態では、第１の運動伝達ユニットまたは第２の運動伝達ユニットは、リードスクリューまたはボールスクリューである。
【０１９８】
いくつかの実施形態では、外科手術装置のためのパーソナライズされたマスタコントローラは、外科手術ロボットに１つまたは複数の移動信号を定義および入力するように構成された制御プラットフォームであって、第１の複数の自由度で並進可能であり、複数の位置メータを提供し、および／または、第２の複数の自由度で回転可能であり、複数の配向メータを提供する、入力ハンドル、ならびに、入力ハンドルに連結され、入力ハンドルの位置メータおよび／または配向メータに応答して第１の移動信号を発生させるように構成されている、複数の第１のセンサを含む、制御プラットフォームと、入力ハンドルに装着されており、入力ハンドルに電気的に接続されている、接続パーツと、接続パーツを電気的に接続されている取り外し可能なハンドル、取り外し可能なハンドルに対して枢動される１つまたは複数のグリップレバーであって、それぞれのグリップレバーは、取り外し可能なハンドルに関して第３の自由度で移動可能であり、グリッピング運動メータを提供するようになっている、１つまたは複数のグリップレバー、ならびに、取り外し可能なハンドルに連結され、グリッピング運動メータに応答して制御プラットフォームへの第２の移動信号を発生させるように構成されている、第２のセンサを含む、交換可能グリップとを含む。いくつかの実施形態では、第１の複数のセンサ、または、第２の複数のセンサは、ロータリーエンコーダー、ホールエフェクタセンサ、角度センサ、回転センサ、または、それらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、接続パーツは、取り外し可能なハンドルに連結されているネジ山をさらに含み、また、第１の電気的な接続端子を有する。他の実施形態では、取り外し可能なハンドルは、第１の電気的な接続端子に電気的に接続されている第２の電気的な接続端子をさらに含む。いくつかの実施形態では、交換可能グリップが、２つのグリップレバーを含み、２つのグリップレバーは、それに対応して、取り外し可能なハンドルに対して枢動され、取り外し可能なハンドルに対して、互いに向けて移動することを許容される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８Ａ】
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【図４８Ｂ】
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【図４８Ｃ】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【国際調査報告】
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