(57)【要約】  ロボット支援手術システムは、流体駆動システムと、取り外し可能であって、作動上流体駆動システムに係合して配置された手術用機器を備えている。 【選択図】図１
2020505169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット支援手術システムであって、
アームと、
アームに取り外し可能に取り付けられる手術用機器であって、手術用機器は、
少なくとも第１の動きのタイプ用に構成されたエンドエフェクタと、
機器エンドエフェクタ出力システム（IEEOS）と、
を有する手術用機器と、
入力用圧力システム（IPS）と、
機械式伝達システム（MTS）と、
ユーザー入力デバイスと、
を備え、
IPSと、MTSと、IEEOSとは、MTSがIPSの出力からの流体又は機械的な入力を受け入れ、エンドエフェクタの動きを生じさせるためにIEEOSの入力に、対応する流体又は機械的な入力を伝えるように配置されており、
IPSとIEEOSの少なくとも１つは、流体システムを使用した操作が可能であり、
IPSとIEEOSは、エンドエフェクタの動きを生じさせるために、ユーザー入力デバイスに対するユーザーの入力に応答して操作できるようになっている
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット支援手術システムにおいて、
第１の動きのタイプは、回転、関節動、曲げ、顎の駆動、あるいは直線的な移動からなるグループから選択されたものであることを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項３】
請求項１に記載のロボット支援手術システムにおいて、
IPSとIEEOSの各々は、流体システムを使用して操作できるものであることを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項４】
請求項１に記載のロボット支援手術システムにおいて、
ロボット支援手術システムは、IPSの出力側において圧力を検出するための手段を更に備え、
検出した圧力に基づき、エンドエフェクタ上の力を決定し、
外科医の入力部において、ユーザーに対応する触覚のフィードバックを伝える、
ようにしたことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項５】
請求項４に記載のロボット支援手術システムにおいて、
IPSは、IPSポンプを備えている
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボット支援手術システムにおいて、
IPSポンプはダイナミックポンプである
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項７】
請求項５に記載のロボット支援手術システムにおいて、
IPSポンプは正圧ポンプである
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項８】
請求項１に記載のロボット支援手術システムにおいて、
MTSは、流体圧と動きをIPSからIEEOSへ伝える
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項９】
請求項１に記載のロボット支援手術システムにおいて、
エンドエフェクタは、少なくとも第１および第２の動きのタイプに対応するように構成されており、
IEEOSは、第１および第２の動きのタイプに対応する第１および第２のIEEOS入力を備えており、
IPSは、第１および第２のIPS出力を備え、
MTSは、
第１および第２のIPS出力から流体又は機械的な入力を受け取るために、それぞれ第１および第２のMTS入力と、
流体又は機械的な入力を、第１および第２のIEEOS入力へ伝達するために、それぞれ第１および第２のMTS出力と、
を備えたことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボット支援手術システムにおいて、
第１および第２の動きのタイプは、回転、関節動、曲げ、顎の駆動、あるいは直線的な移動からなるグループから選択されたものであることを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項１１】
請求項９に記載のロボット支援手術システムにおいて、
IPSは、第１および第２のIPSポンプを備えている
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項１２】
請求項９に記載のロボット支援手術システムにおいて、
第１および第２のIEEOS入力は、第１および第２のMTS出力から流体入力を受け取り、流体入力をエンドエフェクタの機械的な動きに変換する
ことを特徴とするロボット支援手術システム。
【請求項１３】
手術用ロボットシステムの操作方法であって、
エンドエフェクタを備えた手術用機器をアーム上に位置決めするステップと、
エンドエフェクタの動きに対応する外科医の入力指示を発生させるために、ユーザー入力デバイスを操作するステップと、
外科医の入力指示に応答して、流体システムを使用してエンドエフェクタの動きを駆動するステップと、
からなることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
流体システムを使用してエンドエフェクタの動きを駆動するステップが、流体システムを使用してエンドエフェクタの顎の駆動、回転、関節動、曲げ、あるいは直線的な移動の内の少なくとも１つの動きを駆動することを含んでいる
ことを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、更に、
流体システムの圧力を検出するステップを備え、
検出された圧力に基づき、エンドエフェクタ上の力を決定し、
外科医の入力部において、ユーザーに対応する触覚のフィードバックを伝える
ことを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、更に、
外科医の入力指示に応答して、１又は複数の自由度においてアームの動きを駆動することを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
アームの動きは電気-機械式に駆動され、エンドエフェクタの動きは流体システムを使用して駆動されることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
アームの動きは流体システムを使用して駆動されることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
手術用機器は、機器エンドエフェクタ出力システム （IEEOS）を備え、
手術用システムは、入力用圧力システム （IPS）と機械式伝達システム （MTS）を備え、
エンドエフェクタの動きを駆動するステップが、MTSにIPSの出力から流体又は機械的な入力を受け入れさせ、エンドエフェクタの動きを生じさせるために、IEEOSの入力に対応する流体又は機械的な入力を伝えさせるステップを備えることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項２０】
請求項１又は１９に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
IPSは、アームの先端部に配置されたものではない流体リザーバを備えていることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
流体リザーバは、アームのベースに配置されていることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の手術用ロボットシステムの操作方法において、
流体リザーバは、アームから離れた位置に配置されていることを特徴とする手術用ロボットシステムの操作方法。
【請求項２３】
手術用システムであって、
アームと、
複数の流体駆動される第１のピストンを備えたアーム上の駆動モジュールと、
複数の第２のピストンを含む手術用機器とを備え、
第２のピストンの各々は、第１のピストンの対応する一つに対して直線的に整列し、流体的に駆動された第一のピストンの移動が、手術用機器の部分の効果的な動きとなるよう、対応する第２のピストンの移動を生じさせることになるようにしたことを特徴とする手術用システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の手術用システムにおいて、
動きは、回転、関節動、曲げ、顎の駆動、あるいは直線的な移動からなるグループから選択されたものであることを特徴とする手術用システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の手術用システムにおいて、
更に、第１のピストンと第２のピストンの間に配置されたカーテンを備えることを特徴とする手術用システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の手術用システムにおいて、
駆動ピストンと従動ピストンのいずれもカーテンを通して伸びることがないことを特徴とする手術用システム。
【請求項２７】
手術用システムであって、
アームと、
複数の流体駆動される回転エレメントを備えたアーム上の駆動モジュールと、
複数の回転エレメントを含む手術用機器とを備え、
第２の回転エレメントの各々は、第１の回転エレメントの対応する一つに動作可能に関係し、流体的に駆動された第一の回転エレメントの回転が、手術用機器の部分の効果的な動きとなるよう、対応する第２の回転エレメントの移動を生じさせることになるようにしたことを特徴とする手術用システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の手術用システムにおいて、
動きは、回転、関節動、曲げ、顎の駆動、あるいは直線的な移動からなるグループから選択されたものであることを特徴とする手術用システム。
【請求項２９】
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆うための手術用バリアであって、
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆って配置できる第１の面と、第１の面の反対側である第２の面を有する手術用カーテンを備え、
手術用カーテンは、少なくとも１つの流体経路を有し、この流体経路は、流体駆動システムを駆動することによって手術用機器に動きを生じさせるように、流体駆動システムおよび手術用機器に流体的に接続可能であることを特徴とする手術用バリア。
【請求項３０】
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆うための手術用バリアであって、
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆って配置できる第１の面と、第１の面の反対側である第２の面を有する手術用カーテンを備え、
手術用カーテンは、少なくとも１つの流体経路、流体経路の中に配置された流体、および流体経路の両端側における運動結合機構を有し、
運動結合機構は、第１の運動結合機構での圧縮が流体を第２の運動結合機構の方へ駆動し、第２の運動結合機構の膨張を生じさせるようにアレンジされており、
手術用カーテンは、第１の運動結合機構はドライブアクチュエータからの出力によって圧縮可能であり、第２の運動結合機構の膨張が手術用機器の機械的入力を駆動するように配置可能である
ことを特徴とする手術用バリア。
【請求項３１】
請求項３０に記載の手術用バリアにおいて、
第１の運動結合機構は、ドライブアクチュエータの機械的出力に係合可能であり、
第２の運動結合機構は、手術用機器の機械的入力の機械的出力に係合可能である
ことを特徴とする手術用バリア。
【請求項３２】
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆うための手術用バリアであって、
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆って配置できる第１の面と、第１の面の反対側である第２の面を有する手術用カーテンと、
手術用カーテンに接触して配置可能な少なくとも１つの機械的な機器アクチュエータを有する手術用機器とを備え、
手術用カーテンは、少なくとも１つの流体経路と流体経路内に配置された液体を有し、
流体経路は、
流体経路を通って第１の流体方向に流体を駆動することによって、カーテンに接触している機械的な機器アクチュエータを第１のアクチュエータ方向に駆動するために、手術用カーテンを変形させると共に、
流体経路を通って第２の流体方向に流体を駆動することによって、機械的な機器アクチュエータを第２のアクチュエータ方向に駆動するために、手術用カーテンを変形させる
ような形状を有する
ことを特徴とする手術用バリア。
【請求項３３】
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆うための手術用バリアであって、
手術用システムの非無菌コンポーネントを覆って配置できる第１の面と、第１の面の反対側である第２の面を有する手術用カーテンと、
手術用カーテンに接触して配置可能な少なくとも１つの機械的な機器アクチュエータを有する手術用機器とを備え、
手術用カーテンは、少なくとも１つの流体経路と流体経路内に配置された液体を有し、
流体経路は、
流体経路を通って第１の流体方向に流体を駆動することによって、機械的な機器アクチュエータに接触した出力メンバーを駆動してアクチュエータを第１のアクチュエータ方向に進めるために、手術用カーテンを変形させると共に、
流体経路を通って第２の流体方向に流体を駆動することによって、出力メンバーを駆動して機械的な機器アクチュエータを第２のアクチュエータ方向に進めるために手術用カーテンを変形させる
ような形状を有する
ことを特徴とする手術用バリア。
【請求項３４】
流体駆動された手術用機器であって、
流体を内蔵した流体経路を有するハウジングと、
流体経路の第１の端部にある第１のピストンおよび流体経路の第２の端部にある第２のピストンと、
流体経路中にあって、回転可能でスプラインを切ったエレメントを備え、
回転可能でスプラインを切ったエレメントは、
第１のピストンを進めることによって回転エレメントを第１の方向へ駆動し、アクチュエータの第１の方向への動きを生じさせると共に、
第２のピストンを進めることによって回転エレメントを第２の方向へ駆動し、アクチュエータの第２の方向への動きを生じさせる
ように手術用機器のアクチュエータに結合され、
ピストンの直径とスプラインを切ったエレメントのフィンの間に捕捉された流体の体積とは、スプラインを切ったエレメントの回転出力に対する入力ピストンの行程の望ましい比を実現するために選択される
ことを特徴とする手術用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年１月３１日に出願した米国仮出願番号62/452,953、２０１７年１月３１日に出願した米国仮出願番号62/452,950、２０１７年１１月１４日に出願した米国仮出願番号62/585,655に基づく優先権の利益を要求するものである。
【０００２】
発明者：  Alexander John Maret、Anthony Fernando、Matthew R. Penny、Kevin Hufford、Nicholas J. Bender、Paul Schnur、Sevan Abashian、Dustin Vaughan
【０００３】
本発明は、一般的には手術用機器およびシステムの技術分野に関係し、特に、手術用機器又は手術用機器のエンドエフェクタの流体駆動及び／又は動作に関係する。
【背景技術】
【０００４】
ロボット支援手術又はロボット利用手術のための手術システムでは、典型的には、ユーザーがユーザー入力デバイスを動かしたときに生成される信号に応答し、体腔内において手術デバイスの動きを駆動するための電気機械式の駆動装置が使用される。  この手術デバイスは、エンドエフェクタを有する手術用機器であっても良く、及び又は、そのような手術用機器を受け入れるのに適合した操縦可能な管状デバイスであっても良い。
【０００５】
低侵襲手術におけるロボット支援の利点の一つは、外科医が、最小の精神的および肉体的な努力によって、より複雑で高度に器用な機器をコントロールすることができるようにすることである。  ロボット利用手術においては、外科医は、患者の内部で機器を遠隔操作するために、外科医用コンソールにあるマスター入力デバイスを操作する。  入力デバイスからの信号は、ロボットコントロールシステムによって読み取られ、機器を動かす機構を駆動するために使用される。
【０００６】
機器の全体的な動きは、典型的には、機器組み立て全体を空間中で動かすロボットマニュピレータアームによって達成される。  この全体的な動きを補完するために、機器先端部の細かい動きは、機器自身に組み込まれた機構を通じて供給される。  かかるシステムにおいては、モータや電子機器を収納するコンポーネントを殺菌する必要性を回避することが望ましい。  そうしないで、従来技術にかかる手術システムでは、手術の施術室の中で無菌のカーテンによって覆うことができるマニュピレータアーム上のコンポーネントとして、（モータやいくつかの電子機器を収納した）駆動装置を提供している。
【０００７】
駆動装置によって駆動されるようになっている手術用機器は、無菌のカーテンが駆動装置と手術デバイスの間における無菌バリアを維持できるような方法によって、無菌のカーテンを超えて取り外し可能に取り付けられた、独立した、無菌のコンポーネントである。  モータの駆動が患者の体の空洞内における手術デバイスの好ましい動き生じさせるように、駆動装置の中のモータの機械的出力を手術デバイスの中の駆動エレメントへ伝達する機能が提供されている。
【０００８】
マニュピレータアーム上のロボットエンジンから、アームをカバーする無菌のカーテンを通って、手術用機器上の受動カプラに動作を伝達するという目的のために、いくつかの先行技術では回転カプラが使用されている。  これらのシステムでは、機器内の機構は回転動作を機器のエンドエフェクタ（顎の開閉、関節動等）の動きへと変換しており、典型的には、手首関節や椎骨関節等のような機能を使っている。  高次の自由度を有する手首関節を備えた機器や単一孔手術で使用される完全に関節接合された機器のような、高度に器用な機器では、エンドエフェクタの動作の更に重要な部分はカプラを経由して機器に伝達される。
【０００９】
いくつかのケースでは、機器の関節動をコントロールするために、モータは機器自身の中に組み込まれており、カーテン中に設けられた電気的接点を介して受け取った電力を使用して駆動されるようになっている。
【００１０】
参照することにより本明細書に組み入れられるものである、共同所有されたWO2016/057989（“989出願”と呼ぶ）には、カーテンを通る回転カプラの必要性を無くすことによって従来技術のシステムの課題を克服した手術システムが記載されている。  その出願では、サポート上に配置された駆動ユニットを備えたシステムが記載されている。  その駆動ユニットはモータ又はその他のアクチュエータと、各駆動ユニットの操作が対応する出力エレメントの一つに線形的に変換されるように構成された複数の出力エレメントを備えている。
【００１１】
手術デバイスは、細長いシャフトを通り先端の関節部分へと伸びた駆動エレメントと、シャフトの基端側端部にて搬送される入力サブシステムを有している。  線形的な変換が可能な入力エレメント又は入力サブシステムのピストンは、各々対応する１つの駆動エレメントに関連付けられている。  入力エレメントと出力エレメントは、アクチュエータの操作が出力エレメントに線形的に変換され、対応する入力エレメントの線形的な変換と駆動エレメントの係合を生じさせるように配置されている。
【００１２】
無菌のカーテンは、入力エレメントと出力エレメントの間に配置可能である。  したがって、ここで記載したシステムでは、動作を伝達するための特別なアダプタや回転カプラを必要とすることなく、無菌のカーテンを使用することができるようになっている。  外科医によって操作可能な入力デバイスは、手術デバイスを動かすモータの駆動のために、外科医がシステムに入力できるようになっている。
【００１３】
“989出願”において記載されたタイプのシステムでは、本出願で記載されたタイプの流体システムを使用して手術用機器を駆動するように構成されているため、“989出願”において記載されたシステムのいくつかの細部はここで適用される。  図１４は、“989出願”において議論されたタイプの手術用機器を示したものである。  手術用機器１２は、開口部（直接的に、あるいはトロカールやオーバーチューブを介して）を通って挿入され、手術を遂行する際に使用するために、患者の体内に配置されるように設計されている。
【００１４】
手術用機器は、操縦可能で、関節動でき、及び／又は（例えば、顎の開閉のように）駆動可能なエンドエフェクタ２３ａを備えたようなものであっても良いが、しかし手術用機器を取り外し可能に受け入れるのに適合した操縦可能な管状デバイスによって置き換えることができるものであっても良い。  手術用機器は、押す及び／又は引くときに、患者の体内で手術デバイスの先端部分の位置において能動的な曲げ及び／又は関節動を生じさせる駆動エレメントを備えている。
【００１５】
駆動エレメントは、シャフトを通って伸び、能動的に曲げることのできる部分において能動的な曲げ／直線化を生じさせるために、あるいは駆動エレメント上の張力が変化したときにジョイントまたはピボット点において関節動を生じさせるために配置される。  駆動エレメントは、シャフトに固定された先端側部分と、駆動エレメント上の力（引張力または圧縮力）を変化させるか、駆動エレメントの位置を変化させるようになっている駆動機構に結合された基端側部分を持った細長いエレメント（例えば、ワイヤ、ロッド、ケーブル、糸、フィラメント等）である。  駆動エレメントは、一般的に、基端側から先端側の方向へ伸びている。
【００１６】
図１４に描かれている手術用機器は、剛な基端側部分を有する細長いシャフト１６を備えている。  手術用機器の先端側端部に向かって、駆動エレメントの動きに応じて曲がる、１つまたは複数の能動的に曲げることのできる、又は操縦可能な部分１８ａ、１８ｂがある。  例えば、操縦可能な部分１８ａは、操縦可能な部分の先端側端部において終端処理されたステアリング駆動エレメント（例えば３つ又は４つのエレメント）を使用した２自由度の操縦が可能なものであっても良い。  また、操縦可能な部分１８ｂは、駆動エレメントを使用し、シャフトの先端側端部を横方向外側あるいは横方向内側に動かすために、少なくとも１自由度において操縦可能であっても良く、また、追加的に２自由度において動かすことができるものであっても良い。  能動的に曲げることができ、結合された関節部分の数や組み合わせ、自由度の数や組み合わせ、および駆動エレメントの数や組み合わせは、ここで示されたものとは異なったものとすることができる。
【００１７】
図１５は、モータドライブ１４から離れて配置された機器１２を示したものである。  モータドライブ１４は、操縦及び／又は関節動部分のため、及び／又は適用できる場合には、機器の顎の開閉のための駆動エレメントを駆動するのに使用される出力を有するモータを収納している。  モータドライブ１４は、好ましくは、サポートアーム、ロボティックマニュピレータアーム、又は別のサポート（図示せず）上に支持されている。
【００１８】
モータドライブ１４は、モータ（図示せず）と、図中ではピン又はポストの形態をとっている出力エレメント２６を備えている。  モータドライブ１４と手術デバイス１２が組み立てられたとき、それらの出力エレメント２６は、手術デバイス１２の対応する入力エレメント２８と接触、結合、または係合した状態にあるか、あるいは、入力エレメント２８が対応する出力エレメント２６に一致して動くように配置されている。  好ましい形態では、入力エレメントおよび出力エレメントは、モータドライブ１４と、モータドライブ上に取り外し可能な機器１２と一緒のロボティックアームをカバーする、無菌のカーテンの反対側にある。  これによって、手術フィールドの無菌性を維持しながら、手術の施術中に、機器１２を別の無菌の機器と交換できるようになる。
【００１９】
モータの駆動に応答して、出力エレメント２６が入力エレメント２８を押すように、及び／又は出力エレメント２６が入力エレメント２８を引くようにシステムをセットアップするようにしても良い。  入力エレメントの各々は手術用機器の運動の自由度に対応し、又はエンドエフェクタに対応する。  ロボティックシステムのコントローラは、機器の必要な動作、関節動、又は顎の駆動を生じさせるように出力エレメントを動作させるために、入力デバイスからの外科医の入力に従い、モータドライブ１４のモータを駆動する。
【００２０】
共有の出願、WO/2017/181153には、機器の軸まわりの回転を生じさせるために直線状ドライブが使用できる方法が記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、流体手術用エンドエフェクタ駆動システムのサブシステムを図示したものである。
【図２】図２は、図１に示す流体手術用エンドエフェクタ駆動システムを使用したロボット利用手術システムのコンポーネントを図示したブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、図１の入力圧力システムのエレメントを図示したものである。
【図４−６】図４-６は、図１のシステムの入力圧力システムに使用することができるポンプの形態を例示したものである。
【図７】図７は、手術用ロボットシステムに取り入れられた流体手術用エンドエフェクタ駆動システムの１つの形態を示したものである。
【図８−１２】図８−１２は、流体を使用し、手術用カーテンを通して力と動きを伝達するための形態を示したものである。
【図１３】図１３は、機器の回転を達成するために、流体を使用した力と動きを伝達するための形態を示したものである。
【図１４】図１４は、ロボット支援手術システムのための従来技術にかかる手術用機器を示したものである。
【図１５】図１５は、手術用機器の動作を駆動するモータドライブと一緒に、立体分解図として図１４の機器を示したものである。
【発明の概要】
【００２２】
本明細書は、流体手術用エンドエフェクタ駆動システム１０（HSEEDS）を取り入れたロボット支援手術システムについて記載するものであり、このシステムでは、流体は機器のエンドエフェクタに動きと力を伝達するために使用されている。  一般に、このような手法においては、機器のエンドエフェクタに動きと力を伝えるために、加圧された流体（ガスか液体のいずれか）が使用される。  このような手法は、単一孔および多孔における手術用ロボットの両方に適用されることを理解しておく必要がある。  本明細書では、流体サブシステムが手術用機器の一部を構成するシステムと、更に、流体サブシステムが、手術用機器に入力としての力と動きを供給するための駆動システムの一部を構成するコンセプトについて説明している。  この両方のシステムは本明細書での開示によってカバーされているので、HSEEDSに係る発明は、力を伝達するために流体を使用して、一方の、あるいは両方のサブシステムが機能を果たすようになっている完全な駆動システムから成り立っている。
【００２３】
本明細書において開示された実施例では、“989出願”において記載されているような、直線的な動きを伝達するための機構に焦点をあてているが、本発明では、更に、流体圧によって駆動される回転運動（例えば、回転流体アクチュエータ）を利用した類似の機構をも適用している。  駆動システムは、流体圧力を直接コントロールすることにより、入力駆動機構（例えば、入力ピストン）の位置を直接コントロールすることにより、あるいは、位置と圧力の両方をモニタし、コントロールすることにより、機構の動きをコントロールするようにしても良い。  話を簡単にするために、この明細書では、「流体機器駆動システム」を「本システム」と呼び、本システムにおいて使用されている流体は液体かガスのいずれかであるものと解釈する。  液体を使用したシステムとガスを使用したシステムの間には、いくつかのシステム設計上の差異と解析上の複雑さが存在し、これらの点については、本明細書の最後に簡単に述べる。
【００２４】
HSEEDS１０は、図１に示すように、入力用圧力システム（IPS）１２、機械式伝達システム（MTS）１４、および機器エンドエフェクタ出力システム （IEEOS）１６の３つのサブシステムから構成されている。  本システム１０において、IPS１２及び／又はIEEOS１６は、流体システムを使用して駆動される。  それは、機械式のものであっても良いし電気-機械式のものであっても良いが、少なくとも流体によって駆動されるものである。  流体を使用したIPSでは、MTSの各入力機構に供給される流体圧を調整し、供給する。  それからMTSは、この流体圧と動きをIEEOSの入力側に伝達する。  そして、IEEOSはこれらの入力された力および動きを機器エンドエフェクタ先端の動きと力に変換する。  本明細書において記載されたIPSは、多くの異なった方法で設計され、組立てられたものであっても良いが、以下においては、２つの可能性のある実施例が記載されている。
【００２５】
本システムは、図２に示すように、ロボット利用手術システムに組み入れることができる。  外科医は、ユーザー入力コンソールを介して本システムに入力する。  機器の全体的な動きのような、ある種の機器の動きを生じさせるようにロボットのマニュピレータアームをコントロールするために、そして、シャフトの関節動や曲げ、エンドエフェクタの手首関節状の動き、顎の駆動等のような、機器の細かい動きを達成するHSEEDSをコントロールするためにロボットコントロールシステムは、ユーザーの入力に基づいて指令を発生させる。
【００２６】
入力用圧力システム（IPS）
IPSの第１の実施例では、MTSの各自由度に対して圧力を供給するために、個別に電力供給され電気的にコントロールされたダイナミックポンプ（遠心ポンプや軸流ポンプ、あるいはこれらに相当するポンプなど）を備えている。  例えば、各ポンプは、WO 2016/057989に記載されているような直線状の押し-押しタイプの機器駆動機構のMTSの１つの入力の操作に向けて専念するものであっても良い。  もし、十分な押し力や引き力が必要な場合、ダブルアクティングピストンが押しと引きの両方に使うことができるように、MTSの各自由度に対応して２つのポンプが必要になる。  もし、バルブのような機構を、加圧流体をダブルアクティングピストンのいずれかに向かわせるようにして使えば、これは、単一のポンプで達成することもできる。  また、この明細書において開示された押し-押しタイプのシステムでは、引き力は必要ではなく、したがって、シングルアクティングピストンで十分である。  ダブルアクティングピストンは、MTSの一部であり、以下のMTSのセクションにて説明する。
【００２７】
IPSは、主流体リザーバ又はタンク、流体アキュムレータ、１又は複数のフィルター組立て、電気-流体式サーボバルブ又は比例バルブ、ポンプ、圧力リリーフバルブ、流量計、温度センサ、熱交換器等から構成される。  ある実施例では、各ポンプは、主入力リザーバから流体を吸引し、加圧した出力流体をMTSの入力に供給している。  MTSへの流れの圧力、流量、および位置は、サーボバルブ、比例バルブ、またはこれらに類似する機器を使用して、ロボットコントロールシステムによってコントロールするようにしても良い。  あるいは、IPSからMTSに供給されるこれらの流れの状態は、フローコントロールバルブ、圧力リリーフバルブ、流量計、温度センサ、圧力トランスデューサー等を使用してコントロールし、モニタすることもできる。  フレキシブルな、あるいはリジッドなチューブ、パイプ、あるいは内部の経路を通してIPSからMTSへ流体が移送される。
【００２８】
流体IPSの別のコンセプトとして、MTSの各自由度の位置および圧力をコントロールするために、電気-機械式のアクチュエータと容積式ポンプ（例えば、ピストン又はプランジャポンプ）を駆動するためのモータ（あるいは同等なもの）を使用するものがある。  これは、第１の実施例の利点の多くを共有するものではあるが、より少ない流体コンポーネント、流体駆動にとってより使いやすい電気-機械式の入力システム、上述した第１のコンセプトにおいて使用されていたダイナミックポンプのタイプに依存する、潜在的な低いノイズと電力消費という特徴をもって構築することができる。
【００２９】
電気-機械式アクチュエータによって駆動される容積式ポンプを持ったIPSは、コントロールシステムに入力するために、更に、圧力トランスデューサー、温度センサ等を使用するようにしても良い。  また、圧力リリーフバルブは、もしセンサやコントロールシステムに欠陥があった場合に、過度の圧力を避けるためポンプの出力側のフェイルセーフとして用いられることもあり得る。  このタイプのシステムでは、ピストン（あるいは容積式ポンプ）の入力位置は、MTSの入力の位置をコントロールするために、直接命令されるようにすることもできる。  これはダイナミックポンプではなく、システムの流体部分は「閉じた状態」になり得る（第１のシステムのリザーバが無い状態）ので、リークを防止するために効果的なシーリングがなければならないし、及び／又は、使用中または使用と使用の間において流体を維持するか補充するための機構を持ったリザーバがなければならない。
【００３０】
流体IPSを使用することによって、従来技術のシステムに対するいくつかの利点を提供することができる。  第１に、フレキシブルな管を使用することによって、駆動システムをMTSに直接隣接させて設置する必要がなく、ロボット利用手術システムの中のより好ましい位置にIPSを配置することができ、形状因子のデザイン性を向上させることができる。  例えば、前述した押し-押しタイプのシステムの設計では、モータのパック、歯車、およびリニアアクチュエータは全てピン軸に沿って１列に取り付けられる。  このため、ロボットマニュピレータアームの端部にある機器の近傍であって機器の外部に、非常に重くて嵩張った機構が存在することになる。
【００３１】
本発明にかかるHSEEDSの一部として流体IPSを使用することにより、IPSをロボットマニュピレータ自体に取り付けるのではなく、ロボットマニュピレータのカートの基部に配置することが可能となる。  流体のフレキシブルな管は、ロボットアームの中心部を通って配管することができる。  これによって、マニュピレータアームを小さく、軽くすることができ、手術場所のまわりに必要とする空間を小さくできる。  更に、ポンプ又は駆動エンジンをアームの基部へ移動させることにより、熱の除去が簡単になり、更に、より適した操作ポイントにおいて、より大きなポンプを使用することが可能となる。  これによって、全体としての熱の発生が減少し、冷却系が簡素化し、必要電力も少なくなる。
【００３２】
流体IPSを使用する別の利点は、触覚情報を得ることができることであり、この触覚情報は、別の高価なロードセルを取り入れなくとも、外科医へフィードバックを提供するために使用することができる。  IPSの出力側の配管系において圧力トランスデューサーを使用することによって、コントロールシステムは圧力をモニタすることができ、したがって、機器の機構に作用している力やトルクをモニタすることができる。  IPSの各自由度における圧力によって、MTSへの各入力機構に作用している力をコントロールシステムに知らせることができる。  比較的に低フリクションでバックドライブが可能なMTSの設計を想定すると、これらの測定された力は、機器の自由度に適用されている力に比例するものになる。  そのように、IPSにおいて測定された圧力は、使用中の機器の自由度に応じて、顎の開閉、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の力、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸廻りのモーメントなどの手術の力を計算するために使用することができる。
【００３３】
機械式伝達システム（MTS）
IPSの出力を受け取るのは、多数の異なった機構を用いることができるMTSである。  本明細書においては、MTSは、IPSからの流体の入力された力および動きを、機器の入力機構へ、有用な方法で伝達するために使用される機械的なシステムとして説明されている。  本来、MTSは、流体の圧力および動きを、機器によって受け入れることができる動きに変換する。  前述したように、本明細書では、押し-押しタイプの機器の機構用の軸方向の動きに焦点をあてて説明しているが、回転の動きやその他の動きについても流体システムによって実現可能である。
【００３４】
第１のコンセプトでは、流体の圧力によって軸に沿って駆動され、ピストンが移動したときに流体の圧力を維持するために滑動するシーリングインターフェースを利用した、ピストンを使用している。  この設計においては、MTSの速度および力と、IPSの中のポンプによって生じた速度と力との間の関係は、MTSにおけるピストンの受圧面積によってコントロールすることができる。  これは、純粋な機械的なシステムにおけるギア比に類似したものである。
【００３５】
第２のIPSコンセプトについて説明する。  MTSのピストンの面積が、IPSにおけるプランジャの面積の２倍のとき、MTSに作用する力は、IPSのプランジャに作用する力の２倍となる。  また、IPSのプランジャが（一定圧力で）ある距離動けば、MTSのピストンはその１／２の距離動くことになる。
【００３６】
入力の力と速度および出力の力と速度の間の関係を最適化するために、これらの比は機械的な設計においてコントロールすることができる。  ピストンの１つ又は複数の受圧面積を動的に変化させて、コントロールシステムが、使用している機器のタイプに基づき、あるいは外科医の要求、アプリケーション、あるいは条件に基づき、入力／出力の関係を修正することを可能にする。  更に複雑な機構を設計することもできる。  このタイプのトランスミッションシステムは、離散的なステップで、あるいはほぼ連続的な比率で設計することができる。  このピストンシステムにおいて、さらに別に考えられることは、負荷下において機器のエンドエフェクタを操作するために要求される押し及び引きの力を実現するために、ダブルアクティングピストンを使用することが必要になるということである。  これらのダブルアクティングピストンによって、MTSの各自由度に対して２つのポンプを持ち、１つは機構の一方に圧力を供給し、１つは機構の他方に圧力を供給する、ということが有用になる。  これとは別に、IPSが圧力を解放したときに引く力を供給するために、ピストンの中にスプリングを使用することもできる。  これによって、MTSの自由度に対応してIPS内に１つのポンプを備えるようにすることができる。  更に、押し-押しタイプのシステムでは、各ピンは単に押すためだけに使用されるので、引く力は必要ない。
【００３７】
第２のコンセプトでは、加圧下において軸に沿って伸展させるために、ベローズのようなフレキシブルな膜を使用する。  このフレキシブルな膜は、完全にクローズしたものであり、したがって、MTSの中においていかなる滑動タイプのシールも必要としない。  この設計においては、IPSからの圧力は、ベローズの内部を加圧し、ベローズは軸方向に伸び、機器の入力機構を動かし、力を作用させる。  ダブルアクティングピストンのコンセプトと同様に、MTSの各自由度に対応してIPS内に２つの入力ポンプを備えたMTSのためのダブルベローズのコンセプトを使用することによって、より大きな押しおよび引きの力を作用させるために、ベローズのコンセプトを適用することもできる。  １つのベローズは押しのために加圧され、もう１つのベローズは引きのために加圧される。  これとは別に、IPSにおいて圧力が低下したときに引く力を作用させるために、わずかのスプリング力をベローズシステムの中に取り入れた設計によって、単一のベローズも実現可能である。
【００３８】
機器エンドエフェクタ出力システム（IEEOS）
IEEOSは、MTSからの動きを機器のエンドエフェクタに伝達する。  従来技術では、これは、典型的には、ロボットマニュピレータアームの端部に置かれたモータ化されたロボットエンジンから機器へ加えられた、回転の動きまたは軸方向の動きによって駆動されるケーブル又はロッドによって達成されていた。  HSEEDSの発明は、従来技術の機械式の機器システムか、流体式のIEEOSのいずれかによって実現される。  この流体式のIEEOSでは、MTSからの入力の動きは、機器の内側にある流体の配管系によってエンドエフェクタへと伝達される。  流体駆動に使用される流体は、機器の配管系の内部に収納され、完全にシールされている。
【００３９】
このコンセプトは、上述した部分で説明したこと以上の多くの説明を必要としない。  流体のIEEOSでは、MTSの力および変位は、機器の内部の流体の配管系への入力を提供し、このエネルギは、次に、機器のエンドエフェクタに伝えられる。  IEEOSの入力側では、MTSと連動し、MTSの動きと力を流体の配管系の動きと力へと伝達するために、ピストンまたはベローズを使うことができる。  機器のエンドエフェクタの出力側では、各配管系の圧力と動きを、機器のエンドエフェクタの自由度（例えば、手首の関節動、顎の開閉等）の機械的な動きへ、ふたたび変換するための機構が使用される。  エンドエフェクタの望ましい動きに従い、流体式の入力から、ピストン、ベローズ、ロータリ流体アクチュエータ等のような機械式の出力へ変換するために、多くの機構を使用することができる。
【００４０】
これらの機構は、機器のエンドエフェクタに直接接続されるか、あるいは最終的に機器の先端に運動を与えるケーブルまたはロッドに連結される。  流体IPSにおいて記載したことと同様に、流体IEEOSは、機器の入力機構と出力機構を更に引き離すことができ（言い換えれば、物理的にインライン化する必要がない）、入出力の力と変位の間の関係を拡大／縮小する方法として入出力の受圧面積の比を使用することができるというような、従来技術に対する利点を提供する。  さらに一層重要なことは、流体の圧縮は、細いワイヤケーブルの張力に比べ、大きな荷重に耐えることができるので、流体IEEOSは、従来技術のシステムに比べて特に大きな力を使うことができる能力があるということである。
【００４１】
このことは、ステープラーのようにより複雑な機器や、あるいは縫合のような強い顎の力が必要な応用において有用である。  更に、圧力変換器は、前に詳細に述べたように、触覚のフィードバックに使用される力の情報を提供するために、IEEOSの各配管内の圧力を測定する際に使用される。  最後に、流体IEEOSには、破局的な不具合の発生する可能性を低減するフェイルセーフ手段を含めるようにすることができる。  圧力がある最大値レベルに達すると、流体が配管からリリースされ、圧力が解放されることを確実にするように、圧力リリーフバルブを含めることによって、過度な力を制限することができる。  コンタミネーションを防止するために、リザーバの内部にバルブを配置し圧力をリリースすることにより、機器ボックスの外部へのリークが防止される。  これは、使用中の不可逆的な不具合を防止することや、更に、ユーザーが機器に過度の力を加え別の姿勢になるまで機器を動かすことが必要になるような非常事態に対しても有用になる。  更に、過荷重による不具合によって流体の圧力のロスが生じても、機器毎の寿命を長くし、使用頻度を高めることができるような機器のメインテナンスが可能になる。  （今日のラップ機器を処分予定の機器にするような）変化して取り換えることが必要となるケーブルよりも、リリースされた流体は、流体系配管に再充填することによって簡単に取り換えることができ、機器が新品であったときのようなパフォーマンスに復帰させることができる。  このことにより、信頼性を高めると共に、再使用回数を高め、手術コストを下げることが可能となる。
【００４２】
ガスと液体
前述したように、このコンセプトは、ガス配管（例えば、空気）又は、液体配管（例えば、水、鉱物油、油圧油等）のいずれかで実現することができる。  本明細書における説明では、液体を使用したシステムに焦点をあてて説明しているが、同じことがガスを使用したシステムにおいても適用することができる。  手術室内における入手可能性の高さの理由から、空気は、ここでの適用例に対してアピールできる選択肢とみなすことができる。  もし、フィルターリングが必要ないか、あるいはシステムの入り口で行なわれているようなら、メインリザーバは必要なく、システムのリークは、システム中の他のコンポーネントにダメージを与えることはほとんど無く、また手術室の中に新たな危険を生じさせるようなこともほとんど無い。  しかしながら、別のリスク、解析上の課題、および機械的な設計上の困難性が、最初に述べた利点を相殺することになる。
【００４３】
ガスを使用したシステムにおける最大の問題は、圧縮性である。  ガスは液体に比べて圧縮性が非常に高く、したがって、液体を使用したシステムに比べて、ガスを使用したシステムでは、ピストンを押すときに同じ圧力を作用させるために、システムはピストンを非常に多くの移動距離が必要になる。  システム上多くの移動距離が必要になることと、圧縮空気システムの非効率性によって、出力の力に比べてより大きな入力の力が必要になるので、機械的な設計において更なる課題が提起されることになる。  水（油）圧システムでは行われないが、圧縮空気システムでは、典型的には、ポンプは圧力と位置を保持するために定常的に運転を続けなければならない。  その結果、圧縮空気システムでは、水（油）圧システムに比べ、運用効率が低下し、より大きな力、大きな熱の発生、大きなポンプ、大きな機構などのより難しい機械設計上の拘束条件が生じる。  機械系のシステムを更に複雑にすることとして、空気は水（油）圧システムに比べ、もし高圧下において圧力の損壊等の不具合が生じた場合に危険な状態を引き起こすことになる、大きな体積弾性率を有していることが挙げられる。  このような体積弾性率と圧縮性のため、不適切に設計されたシステムでは、高圧力の損壊は、爆発的な損壊を引き起こすことになる大きな潜在的なエネルギを持っている。  従って、ある種の圧縮空気システムでは、安全な設計と操作を確かなものとするために、追加的な手段をとらなければならなくなる。
【００４４】
圧縮性と非効率性は、更に、ロボットのコントロールシステムを複雑なものにする。  このようなシステムのロスのために、入力の力／動きと出力の力／動きとの間の関係が非線形なものになる。  このことにより、予測可能で精度の高いコントロールシステムの設計がより困難なものになり、機械系システムのために高度なセンシング要求を満たす必要が出てくる。  例えば、比較的低い圧力においては、水（油）圧システムでは、ほぼ非圧縮性であると想定することができる。  このような単純化によって、圧力と位置を分けてとらえることが可能となる。  しかしながら、圧縮ガスを利用する圧縮空気システムでは、ガスの密度は可変なので、エンドエフェクタの位置を決定するためには、システムは圧力が分からなければならない。  このような複雑さのために、水（油）圧システムに比べ、圧縮空気系の長い配管を通って動きや力を伝達することがより難しくなり、先行技術に対する本発明の利点のいくつかを低減させてしまうことになる。
【００４５】
その結果、本明細書では、明白な利点のために、真の流体手術用エンドエフェクタ駆動システム（HSEEDS）に焦点を当てている。しかしながら、圧縮空気システムも利用可能であることを理解しておく必要がある。
【００４６】
上述した本システムにおける使用に適したサブシステムの非限定的な例を以下に説明する。
【００４７】
図４は、本明細書において開示したシステムのIPSとして使用することができるギアポンプを示したものである。  ギアポンプは、リザーバから入り口Ｉを通って加圧する容積部分へ流体を引き込むために、噛み合った平歯車Ｇ１、Ｇ２を使用している。  歯車Ｇ１はモータにより駆動され、歯車Ｇ２は、歯車Ｇ１の歯によって動かされる。  低圧領域Ｌでは、リザーバから流体が引き込まれ、高圧領域Ｈでは、必要なタスクを遂行するために流体が加圧される。  必要であれば、力のフィードバック情報を提供するために、両領域での圧力をモニタすることができる。
【００４８】
本明細書では、加圧された領域は、出口Ｏと流体系配管を通じてMTSに接続されており、このMTSは、カーテンの位置において直線的な動きを伝達する駆動ピストンであっても良く、この動きはカーテンの反対側にある対応する従動ピストンによって受け取られる。  モータが流体を加圧領域に押し込むときに、駆動ピストンはMTSに向かって伝播した高圧に応答する。  ピストンが外力に遭遇すると、加圧領域内の圧力が上昇する。  この圧力上昇は、圧力センサにより検知され、ピストンの動きの結果として手術用機器が動くので（例えば、移動中に機器が組織に接触、顎の閉じる力）、例えば、手術用機器が遭遇した力を示すために、ユーザーに伝達される。  力フィードバックの表現には、視覚的あるいは聴覚的なフィードバックを含めることができる。  あるいは、手術用機器の動きを生じさせるために外科医が使用するコントロールハンドルに力フィードバックとして伝達することもできる。
【００４９】
本実施例において、噛み合う歯車の歯の周りから浸み出したり、漏れたりすることのないように、作動流体は、十分に高い粘度を有するものの中から選択される、ということに留意が必要である。  更に、モータの位置を逆駆動させてしまうレベル以上の圧力になり、その結果、線形的なピン／ピストンへの伝達ができるようにモータを設計しても良い。
【００５０】
IPSの第２の例では、図５に示すような斜板を利用した形態のものを使用している。  モータが斜板を回転させると（図中に示す矢印Ａ）、斜板はシリンダ内に配置されたピストンを押し引きする。  ピストンが引かれると低圧のリザーバ内にある流体で満たされるような真空状態が生じ、ピストンが押されると機器へ力を作用させるために高圧領域に流体を送り出すようになっている。  例えば、“989出願”に記載されているタイプの駆動ピストンを駆動するために、この力はMTSによって使用されるようにしても良い。
【００５１】
図６に示す第３の実施例では、フレキシブルな又はリジッドな経路で画成されたチャンバー１００の中に閉鎖された流体を使用している。  モータ（図示せず）の回転は、例えばボールスクリューのようなリニアアクチュエータ１０２で直線運動に変換される。  Ｏリングシールによってチャンバー１００の中でシールされたピン１０４は直線運動をして封入された流体を前後に押し引きし、カーテンのインターフェース部における出力ピン（MTS）として機能する第２のピン１０４ｂを変位させる。
【００５２】
ポンプの位置決め
好適な実施例では、MTSからの出力はロボットアームの先端端部に配置されるようにシステムは構成されている。  ロボットアームの先端端部は無菌カーテンによって覆われており、機器の関節動や駆動のための入力エレメントがMTSの手術用エレメントによって、カーテンを通じて駆動できるようにして、取り外し可能な手術用機器はアームに取り付けられている。
【００５３】
流体システムを取り入れたシステムは、カーテンの位置にある駆動コンポーネントと、機器の従動コンポーネントの間で運動が伝達される手術サイトの種々な場所にポンプを配置することができる。  一つのオプションが図７に示されており、ロボット的に、及び／又は、マニュアル操作により可動な手術用機器のための支持アームのようなアーム１１２を支持するベース１１０を示している。ベースは、床の上に配置されたカートであっても良く、または手術ベッドや手術部屋の天井等に取り付けられていても良い。  更に従来的な手術システムにおいては、アームに重い錘を追加したように、ハウジング又は領域１１４の中にモータを配置することによって、モータをアームによって運ぶようにすることもできる。
【００５４】
本実施例においては、流体の配管系１１６はベース１１０またはカート内にある一連のポンプからハウジング又は領域１１４まで伸びており、ハウジング又は領域１１４では、ピストン１１５ａ（あるいはロータリーエレメント）のようなポンプによって駆動されるMTSが、カーテン（図示せず）を通って、カーテンの反対側にある関係する従動コンポーネント１１５ｂへ動きを伝達する。 これらのコンポーネント１１５ｂは、手術用機器１２０の基端側ハウジング１１８から伸びている。
【００５５】
別の実施例では、ハウジング１１４の内側のようなアームの先端側に流体ポンプが配置されており、前述した実施例において説明したものに比べて、短い流体配管系を使用することができるようになっている。  例えば、短いフレキシブルな流体配管系で、ポンプを直線駆動ピンに接続することができる。  別の方法として、流体系の配管をマニホールドの中に成形された、又は機械加工された経路とすることもできる。  好ましいマニホールドでは、エンジンの全体としてのサイズおよび質量が最小化されるように、カーテンの位置に配置された直線的な移動ピストンに対してモータの位置を最適化できるように構成されている。
【００５６】
流体を収容している内側の圧力は、圧力センサによってモニタすることができ、その情報は、組織に作用している力を外科医に伝えるためのユーザーインタフェースにフィードバックすることができる。  一つの配管を通る流体の流れが、その他の全ての配管を通る流体の流れと等しくなるように、流体配管系の長さ、直径、および形状が等しくなることが好ましい。
【００５７】
流体カーテンマニホールド
図８を参照すると、ある実施例では、力および動きの伝達に関するMTSのある機能が、機器とエンジンの間に配置されたカーテンの中に構築されている。  このことによって、機器のアクチュエータから離れた位置においてモータの動きが生じるようにすることができる。  カーテンが流体配管系１２２のマニホールドを含むようにすることができ、各流体配管は基端端部１２４と先端端部１２６を有している。  システムのドライバー１３１（上述したように、ドライバーはIPSであるか、あるいは“989出願”に記載されているような、より従来技術のモータシステムである）によって駆動されるピストン１１５ａからの出力に起因する基端端部１２４の圧縮が先端端部１２６の伸展を生じさせるように、基端端部と先端端部とは、圧縮可能で伸展可能となっている。  先端端部１２６が伸展することにより、機器１１８のアクチュエータに駆動可能に結合されたピストン１１５ｂを駆動する。  このような方法によって、エンジンはカーテンのある位置に圧縮力を作用させることができ、そして流体によって伝えられた動きは、機器内の機構を駆動するためにカーテンの別の場所に伝えられる。  流体配管系の圧縮性／伸展性を持った運動結合機構１２４、１２６は、材料の塑性特性、及び／又はベローズのような伸展可能な機械的特性から生まれるものである。
【００５８】
図９は前述した実施例の改良タイプを示したものであり、カーテンマニホールドには、第３の圧縮可能な位置が備えられている。  ここでは、機器をロボットシステム上に取り付ける間のアクションが、カーテンマニホールドの運動結合機構１２４、１２６の間であって、対応するエンジン駆動ピン／ピストンと流体配管の端部にある機器の従動ピストンの間に、物理的な係合を生じさせる。  例えば、ピンが一旦伸展すると、運動結合機構は対応するピンを捕捉する形状を有しており、そしてピンをしっかりと保持するようになっている。  図示した例では、駆動ピンと機器のピンの各々は、図示するように、外表面に窪みが設けられており、機器の挿入中、エンジンのピンと機器のピンは、カーテンマニホールドの圧縮可能／伸展可能な部分と入れ子状にすることができる。  マニホールドが第３の位置において圧縮された時（例えば、図９に示すポスト１３４によって）、流体はマニホールド１２４、１２６の圧縮可能／伸展可能な部分へと移動し、圧縮可能／伸展可能な部分を膨張させ、そして圧縮可能／伸展可能な部分がエンジンのピンと機器のピンに係合するようになっている。  このことは、押し／引きのタイプのアプリケーションにおいて特に有用である。  すなわち、一つの駆動ピン／ピストンが、必要な動作が生じるよう機器のピン（入力ピン）の従動ピストンを押し／引きできるように、従動ピンが、機器の操作のために内側と外側の両方に動く。  このような、係合した状態での押し／引きという特別な方法の利点は、流体系とピン形状の調和に起因する係合のゼロ-バックラッシュという特性にある。  このことにより、例えば、部品の公差に起因するバックラッシュをなくすことができる。
【００５９】
図１０には類似の実施例が示されている。  この実施例では、流体カーテンマニホールドがカーテンのインターフェースの位置において回転運動できるようになっている点が異なっている。  ここでは、ドライバーからの回転運動（例えば、モータからの回転出力）が、手術用機器に対する運動の入力点への回転運動として伝達される。  この例では、流体カーテンマニホールドは、カーテンの中にある環状の流体が充填されたエレメント１３４（またはドーナッツ）である。  環状のエレメント１３４は、ワイパー１１５ａの形態をしたエンジンの出力機構またはアクチュエータの周りに設けられた半径方向の開口部１３６を有する。  機器は、第２のワイパー１１５ｂがドーナッツと並ぶようにして、駆動組立て（カーテンの上方）に取り付けられ、機器のワイパーは、エンジンのワイパーのアクチュエータに対して回転方向にオフセットしている。  この機器のアタッチメントは、ドーナッツの大きさが膨らむことの無いように、流体が充填されたカーテンのドーナッツの形状を拘束することができるようになっている。  このようにカーテンのドーナッツが膨らむことができなければ、駆動ワイパー１１５ａのカーテンドーナッツの周りの回転運動は、２つのブレードの間の拘束された流体の体積によって、機器アタッチメントのワイパー１１５ｂの運動を生じさせることになる。  いずれかの方向におけるブレード間の拘束された流体の体積によって、運動は、時計回りまたは半時計回りのいずれの方向へも伝達することができる。
【００６０】
図１１および図１２には、ドーナッツに関する類似の実施例が示されており、この実施例では、ドーナッツは非弾性の材料で形成され、流体が充填された環状の管から構成されている。  この管は、作動流体の入力および出力ループと流体的に連結されている。  この実施例では、駆動用のワイパーアクチュエータは存在せず、その代わりに、流体ポンプが入り口および出口のループに流体的に連結されているが、流体ポンプは物理的に離れた位置に配置されている（図６に関連して説明した位置の内の１つであっても良い）。  機器のワイパー１１５ｂは、半径方向の開口部１３６の中に配置されている。  ポンプ駆動され管の一方に入った流体は、機器のワイパー１１５ｂを変位させ、第１の方向の回転運動としてそれを動かすようになっている。  ポンプ駆動され管の他方に入った流体は、ワイパーを反対の方向に動かすことになる。
【００６１】
別の実施例では、流体マニホールドはカーテンの中へ組み込まれ、カーテンから離れた位置に配置された流体ポンプに、流体的に連結されている。  かかるマニホールドでは、流体によって駆動されるピストン、あるいは上述した圧縮性／伸展性を持ったカーテンの機構のような運動結合機構を備えることができ、これらは手術用機器の入力ピン又はその他の入力機構に係合するか、連結される。
【００６２】
上述したように、流体システムは、機器自身の中にあるアクチュエータとして使用することができる。  一つの実施例では、流体の配管は、機器のシャフトの元からエンドエフェクタ（例えば顎）まで伸びている。  流体の配管内にある水の柱を押したり、あるいは引いたりすることによって、顎を開閉することができる。
【００６３】
別の実施例では、流体駆動は、機器の軸廻りの回転（又はローリング）のために実行されている。  この実施例では、手術用機器は、タイトに拘束され、図４に示した実施例において説明したロータリポンプに似た、歯車やスプラインを切ったシャフト１４０に固定されている。  図１３を参照。  この実施例では、スプラインを切ったシャフトの一方の側で流体を押すと、加えられた圧力の方向にスプラインは回転することになる。  例えば、図１３に示す矢印Ａ１の方向に押された流体は、スプラインを時計廻りの方向に回転させ、これに対応して機器のシャフトが第１の方向に回転することになる。  反対の側（Ａ２）で流体を押すとスプラインと機器のシャフトを反対の方向に回転させることになる。  機器の駆動インターフェースから回転運動を伝達するために、機器のシャフトの位置においてベルトや歯車を置くスぺースが無いときに、この方式は特に有用になる。  流体システムは、体積的により少ないスペースで済むが、それにもかかわらず、回転シャフトに同じトルクを掛けることができる。  更に、流体システムは、直線の変換入力に対する回転のスケーリングの機構となり得る。  ピストンの１０mmのストロークがピニオンの３６０度を超える回転を生み出すように、従動ピニオン上のフィン又は歯車状の歯の間に捕捉される流体の容積に対応して、ピストンの外径をサイジングすることができる。  これとは別に、ピストンの１０mmのストロークがピニオンの１８０度、あるいは７２０度を超える回転を生み出すこともできる。  ピストンの外径とピニオンの外径および捕捉容積の間の関係は、このシステムの力と変位特性を決定するために使用される。
【００６４】
ロボット利用した手術システムの観点から種々の実施例について説明したが、ここで説明した、手術用機器の効果的な動きを作り出すコンセプトは、ロボット利用した手術システムの部分ではない手持ち機器のような機器に対してもまた使用することができることを理解しておく必要がある。
【００６５】
優先権主張のためのものを含め、本明細書において言及した先行特許や出願は、言及することにより本明細書に取り入れられるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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