(57)【要約】  手術器具用のコントローラが提供される。コントローラは、それぞれが互いに可動である第１部分、第２部分および第３部分を備える長尺本体を有する。コントローラは、ユーザーの手および／または指を介して係合可能なインターフェースをさらに有する。例えば、手術器具のための、長尺本体を有するコントローラであって、長尺本体が支持体に取り付け可能な近位端と、第２部分が第１部分に対して動くことができるように構成された第１コネクタを通して第２部分に接続された遠位端と、を備える第１部分と、第３部分が第２部分に対して動くことができるように構成された第２コネクタを通して第２部分に接続された第３部分であって、第３部分はユーザーの手および／または指と係合可能なインターフェースを備える、第３部分と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術器具のための、長尺本体を有するコントローラであって、前記長尺本体が
（ａ）支持体に取り付け可能な近位端と、第２部分が第１部分に対して動くことができるように構成された第１コネクタを通して前記第２部分に接続された遠位端と、を備える第１部分と、
（ｂ）第３部分が前記第２部分に対して動くことができるように構成された第２コネクタを通して前記第２部分に接続された第３部分であって、前記第３部分はユーザーの手および／または指と係合可能なインターフェースを備える、第３部分と、を備える、コントローラ。
【請求項２】
前記第１部分の近位端は、前記支持体に取り付けた時、前記支持体に対して可動である、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記第１部分は、前記支持体に対する前記第１部分の動作を測定するための第１センサーを有する、請求項２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記長尺本体は、前記第１部分に対する前記第２部分の動作を測定するための第２センサーを有する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記長尺本体は、前記第２部分に対する前記第３部分の動作を測定するための第３センサーを有する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記第３部分のインターフェースをユーザーの手および／または指と係合すると、前記長尺本体は前記ユーザーの前腕の下に位置する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記第１部分は、ピボットを通して前記支持体の枠に取り付け可能である、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記第１部分は、前記支持体に対して回動可能および／または枢動可能である、請求項２に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記第２部分は、前記第１部分に対して移動可能および／または回動可能である、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記第３部分は、前記第２部分に対して移動可能、回動可能および／または枢動可能である、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記インターフェースは前記ユーザーの親指と人差し指と係合可能なレバーを有する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記第２部分は前記ユーザーの手のひらと係合可能である、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
手術器具と通信するための無線トランシーバーをさらに有する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１４】
手術器具に取り付けられた請求項１に記載のコントローラを有するシステム。
【請求項１５】
前記手術器具は内視鏡である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記手術器具は操縦可能であり、エフェクターエンドを有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記エフェクターエンドは把持器、ハサミ、針、カメラ、吸引器、またはクランプである、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術器具用のコントローラおよびその使用方法に関する。本発明の実施形態は、外科的処置において１つ以上の腹腔鏡器具を局所でまたは遠隔で、案内および作動するためのコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲的処置は、組織壁における小径のアクセス部位または自然の開口部を通して行う。このような処置により、組織および臓器への外傷は最小限に抑えられ、患者の回復にかかる期間が大幅に短縮する。
【０００３】
組織のアクセス部位を通して行われる内視鏡処置（例えば、腹腔鏡処置）では、組織壁に小さく切開を行い、トロカールと呼ばれる小型のカニューレを切開部から挿入する。トロカールによって、組織を切断、縫合、および除去するための、さまざまな手術器具（腹腔鏡）が挿入できる通路が作られる。
【０００４】
自然の開口を通して行われる内視鏡処置では、内視鏡を口、尿道、肛門などから挿入し、消化管、膣腔、または膀胱における組織部位へと案内して診断または外科的処置を行う。内視鏡器具を自然の開口部に通してから、胃、膣、膀胱、または結腸の内部切開部に通すことによって外部切開や傷を避けることができる、自然開口部経管腔的内視鏡手術（ＮＯＴＥＳ）も内視鏡処置に含まれる。
【０００５】
内視鏡器具は、ユーザーの手／腕の動作を手術器具の動作と作動（まとめて「操作」という）へと変換する体外のユーザーコントローラを使用して体内で案内される。こうして、ユーザーは器具コントローラによって体外から、体内の手術器具の操作を制御することができる。このようにして、把持器やハサミ型器具やカメラから複雑なロボットシステムに至るまで、多くの種類の器具を制御することができる。
【０００６】
多くの種類の手術器具コントローラが、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０および特許文献１１などで見られるように知られている。
【０００７】
ダ・ヴィンチ、トランスエンテリックス（ＴｒａｎｓＥｎｔｅｒｉｘ）、Ｔｉｔａｎ  ｓｙｓｔｅｍｓなどの市販のロボット器具コントローラは大型で重く、外科医は患者のベッドから離れたコンソールに座らざるを得なかった。このようなコントローラは、手／指レバーまたはハンドルだけでなく、足踏みペダルも介して操作され、ロボット手術器具を滑らかに操作するには高度な連携が必要であった。
【０００８】
したがって、従来のコントローラの上述のような制限を受けることなく、１つ以上の手術器具の操作を遠隔でまたは局所で制御することができるコントローラが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，９９６，１１０号明細書
【特許文献２】米国特許第７，９６３，９１３号明細書
【特許文献３】米国特許第８，５２１，３３１号明細書
【特許文献４】米国特許第８，３９８，５４１号明細書
【特許文献５】米国特許第８，９３９，８９１号明細書
【特許文献６】米国特許第９，０５０，１２０号明細書
【特許文献７】米国特許第８，３３２，０７２号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１０／０１７０５１９号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９／００３６９０１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１４／０２２２０２３号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２０１４／０２２８６３１号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明の一態様によれば、手術器具のための、長尺本体を有するコントローラが提供され、長尺本体は、（ａ）支持体に取り付け可能な近位端と、第２部分が第１部分に対して動くことができるように構成された第１コネクタを通して前記第２部分に接続された遠位端と、を備える第１部分と、（ｂ）第３部分が前記第２部分に対して動くことができるように構成された第２コネクタを通して前記第２部分に接続された第３部分であって、前記第３部分はユーザーの手および／または指と係合可能なインターフェースを備える、第３部分と、を備える。
【００１１】
以下に記載される本発明の好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、第１部分の近位端は、支持体に取り付けた時、支持体に対して可動である。
【００１２】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第１部分は、支持体に対する第１部分の動作を測定するための第１センサーを有する。
【００１３】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、長尺本体は、第１部分に対する第２部分の動作を測定するための第２センサーを有する。
【００１４】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、長尺本体は、第２部分に対する第３部分の動作を測定するための第３センサーを有する。
【００１５】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第３部分のインターフェースをユーザーの手および／または指と係合すると、長尺本体はユーザーの前腕の下に位置する。
【００１６】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第１部分は、ピボットを通して支持体の枠に取り付け可能である。
【００１７】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第１部分は、支持体に対して回動可能および／または枢動可能である。
【００１８】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第２部分は、第１部分に対して移動可能および／または回動可能である。
【００１９】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第３部分は、第２部分に対して移動可能、回動可能および／または枢動可能である。
【００２０】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、インターフェースはユーザーの親指と人差し指と係合可能なレバーを有する。
【００２１】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、第２部分はユーザーの手のひらと係合可能である。
【００２２】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、コントローラは手術器具と通信するための無線トランシーバーをさらに有する。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、手術器具に取り付けられたコントローラを有するシステムが提供される。
【００２４】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、手術器具は内視鏡である。
【００２５】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、手術器具は操縦可能であり、エフェクターエンドを有する。
【００２６】
記載された好ましい実施形態におけるよりさらなる特徴によれば、エフェクターエンドは把持器、ハサミ、針、カメラ、吸引器、またはクランプである。
【００２７】
本発明は、自然に操作できて使用が容易なインターフェースを備える手術道具コントローラを提供することで、現在知られている構成の欠点に対して対処することに成功する。
【００２８】
特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様のまたは等価な方法および材料を、本発明の実践または試験に使用することができるが、好適な方法および材料を下記に記載する。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が優先する。加えて、材料、方法、および実施例は単なる例示であり、限定を意図するものではない。
【００２９】
本発明は、その例示のみを目的として添付の図面を参照して本明細書に記載する。以下、特に図面を詳細に参照して示す細部は、例示を目的とし、また本発明の好ましい実施形態の例示的な説明のみを目的とすること、および、最も有用な、かつ本発明の原理および概念的態様を容易に理解できる記載であると考えられることを提供するために提示されていることを強調する。同様に、本発明の基本的な理解に必要な以上に詳細に本発明の構造的詳細を示す試みはせず、記載は図面とともに、本発明のいくつかの形態を実際にはどのように実施するかを当業者に明らかにするためになされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ユーザーの手が操作している本コントローラを示す図である。
【図２】本コントローラの３つの部分の相対的な動きを示す図である。
【図３】本コントローラの前後を示し（図３Ａ、３Ｃ）、それに対応する、手術器具の伸縮シャフトの出し入れ（ズーム）を示す（図３Ｂ、３Ｄ）図である。
【図４】本コントローラの左右の動作を示し（図４Ａ）、それに対応する、手術器具のシャフトの回転を示す（図４Ｂ）図である。
【図５】本コントローラの上下の動作を示し（図５Ａ）、それに対応する、手術器具の操縦可能シャフトの屈折を示す（図５Ｂ）図である。
【図６】本コントローラの指レバーの角度的な内外の動作を示し（図６Ａ、６Ｃ）、それに対応する、手術器具の組織マニピュレーター端部の開閉ジョー（ｊａｗ）の動作を示す（図６Ｂ、６Ｄ）図である。
【図７】本コントローラの指レバーの回転動作を示し（図７Ａ）、それに対応する、手術器具の組織マニピュレーター端部の回転を示す（図７Ｂ）図である。
【図８】本コントローラの指インターフェース部分の上下の動作を示し（図８Ａ、８Ｃ）、それに対応する、手術器具の操縦可能シャフトの上下の屈折を示す（図８Ｂ、８Ｄ）図である。
【図９】本コントローラの指インターフェース部分の横方向の動作を示し（図９Ａ、９Ｃ）、それに対応する、手術器具の操縦可能シャフトの横方向の屈折を示す（図９Ｂ、９Ｄ）図である。
【図１０】本コントローラの第１部分の角度動作センサーを示す図である。
【図１１】本コントローラの第２部分の直線動作センサーを示す図である。
【図１２−１】図１２Ａ−１２Ｂは本コントローラの第３部分の角度動作センサーを示す。
【図１２−２】図１２Ｃはユーザーによるいくつかの手術器具の間での制御切り替えを可能にするボタンを示す。
【図１３】本コントローラの様々な備え付け構成を示す図である。
【図１４−１】図１４Ａは本発明の教示に従い構築したプロトタイプのコントローラの写真である。
【図１４−２】図１４Ｂ−１４Ｃは本発明の教示に従い構築したプロトタイプのコントローラの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、内視鏡、腹腔鏡、ロボット器具システムを含む１つ以上の手術器具の操作を局所でまたは遠隔で制御するために使用することができるコントローラに関する。具体的には、本発明は、直接または無線により（または通信ネットワークを通じて）手術器具に取り付け、その操作を制御するか、あるいは遠隔で（手術室の中または外で）ロボット手術システムを制御するために使用することができる。
【００３２】
本発明の原理および操作は、図面および付随する記載を参照することで、さらによく理解できるであろう。
【００３３】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその用途が、以下の記載に示す、または実施例で例示する詳細に限定されるものではないことを理解するべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、さまざまな手段で実施または実行することが可能である。本明細書で使用される語法および用語は記載のためのものであり、限定するものと見なされるべきではないことも理解されたい。
【００３４】
手術器具のコントローラは、当技術分野において周知であり、機械的器具、電動器具、またはロボット器具を制御するために使用される。このようなコントローラは、体内において手術道具を正確に配置および制御するために使用されるが、嵩高くまた操作が難しく、習得のためのトレーニング期間を長くとる必要があることが多い。
【００３５】
本発明を実施に移すにあたり、本発明者は、１つ以上の手術器具を容易かつ自然に制御するために使用できる、手術器具コントローラを設計することから始めた。本コントローラは、ユーザーの腕、手、指の自然な動作を、手術器具の特定の動きと作動に変換するように設計されている。こうすることで、ユーザーはコントローラの特定の部分の動作に注意を払うことなく、手を自然に動かしたり方向を合わせたりすることができる。すなわち、ユーザーは、手術器具を動作させるためにコントローラの各部分を別々に制御する必要はなく、むしろ、腕、手、指を一度滑らかに協調して動作させることによって、手術器具を配置し作動する。本コントローラは、縦方向に配列された、それぞれ１以上の軸において独立して動くことができるいくつかの部分を有するため、人間の腕、手、および指によって生成される任意の複雑な動作でも正確に追跡し、１つ以上の手術道具において同じように複雑な動作へと変換することができる。
【００３６】
本発明のコントローラは以下の項目が提供できるように、具体的に設計されている。
【００３７】
（ｉ）ユーザーの手と指の自然な動作を、１つ以上の手術道具の正確な動作へと変換する
（ｉｉ）ユーザーが早く習得できる
（ｉｉｉ）ユーザーが持ち運べる小型で軽量のインターフェースを提供する
（ｉｖ）足踏みペダルの使用を不要とする
（ｖ）任意の種類の手術器具に対して共通した制御を提供する
すなわち本発明の一態様によれば、手術器具用のコントローラが提供される。
【００３８】
本明細書において、「手術器具」という語句は、（開腹または低侵襲の）外科的処置において扱われる、表示する、または処置において支援するために使用される任意の器具を指す。手術器具の例には、限定されるものではないが、把持器、針、カメラ、吸引器、ジアテルミーフック（ｄｉａｔｈｅｒｍｉａ  ｈｏｏｋ）または双極把持器（ｂｉ−ｐｏｌａｒ  ｇｒａｓｐｅｒ）などのエフェクターエンド（ｅｆｆｅｃｔｏｒ  ｅｎｄ）を備える内視鏡（例えば、胃鏡、結腸鏡、腹腔鏡）などが挙げられる。内視鏡は、１つ以上のエフェクターエンドで終わる剛性または可撓性の、または操縦可能なシャフトを含んでもよい。
【００３９】
内視鏡器具は、小径の送達ポート（例えばトロカール）を通して送達され、解剖学的に制約のある空間で利用されるため、体の外側に配置された制御部を使用して体内で屈折させることができる、操縦可能シャフトを備える内視鏡は、使用の場合に有利であり得る。このような操縦により、操作者は体内で内視鏡を案内し、遠位に備え付けられたエフェクターを解剖学的ランドマークへ正確に配置することができる。操縦可能器具には通常、シャフトの長さにわたって延び、操縦可能部分の遠位端、または遠位先端で終わる１以上の制御ワイヤを採用する。
【００４０】
本発明のコントローラは、互いに接続する第１部分、第２部分および第３部分を備える長尺本体を有する。第１部分は支持体（例えば椅子、ベッド、ユーザーのベルト）に取り付け可能な近位端と、第２部分に接続した遠位端とを有する。このように接続することで、第２部分が第１部分に対して動くことができる。第３部分は、第３部分が第２部分に対して動くことができるように構成されたコネクタを通して第２部分に接続している。第３部分はユーザーの手および／または指を介して係合可能な制御部を有する。
【００４１】
本コントローラは、電動の手術器具と共に利用され、有線または無線インターフェースを介して手術器具に機能的に取り付けられることが好ましいが、本明細書においては、コントローラが、非電動の手術器具の制御ユニットと直接（および機械的に）連動するように設計された近位端を含む構成も想定される。
【００４２】
こうして本コントローラは、本コントローラに機能的に関連付けられた手術器具の異なる機能を、それぞれが制御することができる、相互接続した独立して可動な３つの部分を有する。
【００４３】
ここで図面を参照する。図１は、本明細書でコントローラ１０と称する本コントローラを示す。
【００４４】
コントローラ１０は近位端１４と遠位端１６を備える長尺本体１２を有する。図１および図２に示す構成において、近位端１４は支柱１８に接続している。支柱１８は椅子、ベッドまたは任意の安定した構造に取り付けることができる。あるいは、支柱１８はユーザーのベルトに備え付けられてもよい。
【００４５】
長尺本体１２は第１部分２０、第２部分２２、第３部分２４の３つの部分を有する。第３部分２４は図１に示すようにユーザーの指でつかむ、手／指インターフェース２６を有する。
【００４６】
図２は部分２０，２２および２４それぞれの動作を示す。部分２０は、長尺本体１２の部分２２および部分２４の上下、左右の動作を可能にするジンバル状の接合部２８を有する。部分２２は、部分２０のジンバル接合部２８に、コネクタ３０を通して接続している。部分２２は、レール３２（図３Ａおよび図３Ｃ）の動作を測定する直線センサーのハウジングとなるカバー３１を有する。
【００４７】
部分２４は、部分２２の内外に動くことができる（ズームイン・アウト）レール３２（図３Ａおよび図３Ｃ）に備え付けられている。また部分２０に対して、部分２４が部分２２と一緒に回動（ｒｏｌｌ）できる一方で、部分２２に対して、手／指２６は上下および横方向に動かすことができる。
【００４８】
長尺本体の長さは１００−３００ｍｍで、直径は１０−３０ｍｍであってもよい。長尺本体の直線動作範囲（完全に後退した状態と完全に伸びた状態との間の差分）は５０−２５０ｍｍであってもよい。部分２２は、上下±６０度の範囲、および左右±９０度曲げることができる。部分２４は、上下左右±９０度曲げることができ、左右±９０度回動させることができる。指インターフェース２６は±３０度回動させることができ、レバー４０は±３０度開閉させることができる。
【００４９】
図３Ａ〜９Ｂは、コントローラ１０の様々な動作と、手術器具のそれに対応する動作とを示す。
【００５０】
図３Ａ〜３Ｄはコントローラ１０の「ズーム」機能を示す。部分２２に対する部分２４の（それぞれ図３Ａおよび図３Ｃに示されるような）後退および伸長により、手術器具３６の伸縮シャフト３４が後退および伸長する。このような動作により、ユーザーは体内でシャフト３４を伸長／後退させ、エフェクターエンド３８を組織部位へと、より適切に配置することができる。部分２４の直線動作範囲は通常０−２００ｍｍである。
【００５１】
部分２４の動作とシャフト３４の動作の比率は１：１（絶対制御）であってもよいし、２：１、３：１などまたはその逆（相対制御）であってもよい。
【００５２】
図４Ａ〜４Ｂは、部分２０に対する（ジンバル接合部２８を通した）部分２２および部分２４の横方向（左右）の動作（図４Ａ）と、それに対応する、手術器具３６の操縦可能シャフト３４の左右回転（図４Ｂ）とを示す。相対制御と絶対制御の両方がこの器具動作に使用できる。
【００５３】
図５Ａ〜５Ｂは、部分２０に対する（ジンバル接合部２８を通した）部分２２および部分２４の上下動作（図５Ａ）と、それに対応する、手術器具３６の操縦可能シャフト３４の上下屈折（図５Ｂ）とを示す。相対制御と絶対制御の両方がこの器具動作に使用できる。
【００５４】
図６Ａ〜６Ｄはインターフェース２６の指レバー４０の動作を示す。レバー４０の角度を開くと（図６Ａ）、（手術器具シャフトの遠位端に取り付けられている）把持器４４のジョー４２が開き（図６Ｂ）、レバー４０の角度を閉じると（図６Ｃ）、把持器４４のジョー４２が閉じる（図６Ｄ）。指レバー４０は±３０度開閉する。指レバー４０の動作と把持器４４のジョー４２の動作との間において、角度動作尺度１：２（レバー：ジョー）の相対制御が使用できる。
【００５５】
図７Ａ〜７Ｂは、部分２４の指区分の回転（図７Ａ）と、それに対応する、把持器４４の回転（図７Ｂ）とを示す。部分２４の回転と把持器４４の回転との間において、角度動作尺度１：７（指レバー：ジョー）までの相対制御が使用できる。
【００５６】
図８Ａ〜８Ｄは、部分２２に対する部分２４の上下動作（それぞれ図８Ａおよび８Ｃ）と、それに対応する、シャフト３４の遠位操縦可能部の上下屈折（それぞれ図８Ｂおよび８Ｄ）とを示す。部分２４の動作とシャフト３４の遠位操縦可能部の動作との間において、相対制御と絶対制御の両方が使用できる。
【００５７】
図９Ａ〜図９Ｄは、部分２０に対する、部分２２と共に部分２４の横方向傾斜（回動）（図９Ａおよび９Ｃ）と、それに対応する、シャフト３４の遠位操縦可能部の左右屈折（図９Ｂおよび９Ｄ）とを示す。部分２４の動作とシャフト３４の遠位操縦可能部の動作との間において、相対制御と絶対制御の両方が使用できる。
【００５８】
コントローラ１０は、手術器具に物理的に接続することができる。それに代えて、コントローラ１０を外科医のベルトにつける、あるいは三脚を介して外科医の座席または患者のベッドに接続することができる。コントローラと電動手術器具との間の通信は、物理的な有線または（ＲＦ／赤外線／光通信を介して）無線で接続して、シャフト、エフェクターエンドなどの動作を作動させる１つ以上のモーターを制御してもよい。
【００５９】
後者の構成において、コントローラ１０は、部分２０、２２、２４の間の相対的な動作を測定する、長尺本体１２に沿って配置したいくつかのセンサーと共に、指レバー４０を有する。
【００６０】
図１０Ａ〜１２Ｂは、部分２０、２２、および２４のためのセンサー配列（それぞれ図１０Ａ〜１０Ｂ、１１Ａ〜１１Ｂ、および１２Ａ〜１２Ｂ）と、指レバー４０（図１２Ａ〜１２Ｂ）とを示す。
【００６１】
図１０Ａ〜１０Ｂはコントローラ１０の部分２０を示す。部分２０の近位端は、クランプ５０を通して支柱１８に接続している。部分２０の遠位端は、接合部２８を通して部分２２に回転可能に接続している。クランプ５０は、スロット５２を介して外側ジンバル弧５０に接続している。スロット５２により外科医は支柱１８に対してジンバル弧５０を回転させることができ、部分２０の向きを調整することができる。ジンバル環５３は外側ジンバル５１に回転可能に接続している。回転センサー５５はジンバル５３シャフトに接続し、部分２２の左右動作を測定する。内側シリンダー５６は環５３に回転可能に接続している。シリンダー５６の回転軸は、環５３を外側弧５１に接続するシャフトに垂直である。回転センサー５４はシリンダー５６のシャフトに接続し、部分２２の上下動作を測定する。
【００６２】
シャフト３０はシリンダー５６に回転可能に接続している。回転センサー５８はシャフト３０に接続し、部分２２と共に部分２４の傾斜（回動）動作を測定する。
【００６３】
図１１Ａ〜１１Ｂはコントローラ１０の部分２２を示す。シャフト３０は部分２２の近位端、右側に示される。上述のように、シャフト３０は、成形軸端６７を備えた中央シリンダー５６に位置する回転測定センサー５８に接続している。（指部分２４の手首の傾斜を介する）部分２２の回転はシャフト３０を共回転させ、指の傾斜の程度は回転センサー５８を介して測定される。
【００６４】
センサー６３はシャフト６５の直線動作を測定する。シャフト６５は、部分２２の中空本体６４に伸縮自在に取り付けられている。本体６４に対してシャフト６５が前後に動くと、シャフト６５はスライダー６８も一緒に動かし、直線センサー６３は部分２２に対するスライダー６８の位置を測定する。カバー６０は、直線センサー６３、本体６４およびシャフト３０のハウジングとなる。シャフト６５は部分２２を部分２４に接続する。
【００６５】
本明細書に記載するセンサーは、アルプスカンパニー社製、リニアタイプＲＤＣ１０シリーズなどの電気リニアポテンショメータ、メレキシス社製、ＬＸ９０３９３ＳＬＷ−ＡＢＡ−０１１−ＲＥなどの磁気ホール効果センサー、またはボーンズ社製、３５９０Ｓ−２−１０３Ｌなどの多回転ポテンショメータでありうる。
【００６６】
コントローラ１０を操作するために、ユーザーは部分２４をつかみ、部分２２および部分２４を所望の空間位置へと（上下、回転、横方向、前後方向）動かす。コントローラ１０の動作を、コントローラ１０によって制御される手術器具の動作が模倣する。ユーザーは同時に、エフェクターエンド（例えば把持器）もレバー４０を介して制御できる。部分２４は部分２０に対して曲げたり回転したりすることも可能である。レバーの作動と部分２４の動作は、他の部分の動作と同時に、または独立して作用してもよい。
【００６７】
部分２４のシャフト７９は、部分２２の遠位シャフト６５に固定されている。本体９０はシャフト８１を通してシャフト７９に接続している。本体９０は、本体９０に固定されたセンサー７８を介して測定された回転でシャフト８１の周りを回転することができる。シャフト８１はセンサー７８の回転部を貫通している。本体９０が回転すると、回転センサーは部分２４の上下動作を測定する。
【００６８】
本体７０はシャフト８２を介して本体９０に接続し、指で制御することによりシャフト８２の周りで回転可能である。回転センサー７９は回転センサー８９を貫通するシャフト８２で本体７０に固定されている。本体７０が回転すると、回転センサー７９は部分２４の回動動作を測定する。
【００６９】
レバー４０は、本体７０の遠位端に位置し、シャフト７３およびシャフト７４の周りを回転する。レバー４０はギア７５およびギア７６を通して相互接続し、レバー４０同士が同じ動作を行うようにすると同時に、ユーザーがレバーの一方のみに力を加えてもレバー４０両方が開閉することが可能となる。
【００７０】
歯車８５（レバー４０の一部）は歯車８６と噛み合っており、歯車８６は回転センサー７７を貫通するシャフト７４にがっちりと接続している。シャフト７４が回転すると、回転センサー７９はレバー４０の角度動作を測定する。
【００７１】
ギア８５とギア８６の直径は同じでも違っていてもよい。こうすることで、開閉行動に対し異なる感度を選択することができる。ばね８０はシャフト７３とシャフト７４を接続する。閉じる力をレバー４０に加えると、ばね８０はそれに反する開く力を加えるため、ユーザーがより良い感度でレバー４０の移動を感じられるとともに、閉じる力がなくなった時レバーが自動的に開くことが可能になる。
【００７２】
上述したように、コントローラ１０は、固定具（三脚、椅子、ベッド）に取り付けるか、またはユーザーに直接（ベルトまたはハーネスを使用して）取り付けることができる。
【００７３】
図１３Ａ〜Ｃはコントローラ１０の、ベッド枠８０（図１３Ａ）およびユーザー８２（図１３Ａ〜１３Ｂ）への備え付けを示す。
【００７４】
図１３Ａは、ユーザー（例えば外科医）が椅子に座っており、少なくとも１つのコントローラ１０が椅子に取り付けられている構成を示す。コントローラ１０の長尺本体１２は、通常、外科医の肘の下に部分２０および外科医の指のところに部分２４がある状態で、外科医の前腕の下に沿って位置している。この構成において、外科医は腹腔鏡カメラに接続されたビデオスクリーンを通して解剖学的部位を見ながら、コントローラ１０を楽に自然に動かすことができる。
【００７５】
図１３Ｂは、少なくとも１つのコントローラ１０がベルトを通して外科医に取り付けられている構成を示す。コントローラ１０の長尺本体１２は、通常、外科医の肘の下に部分２０および外科医の指のところに部分２４がある状態で、外科医の前腕の下に沿って位置している。この構成において、図１３Ｃに示すように、外科医は腹腔鏡カメラに接続されたビデオスクリーンを通して解剖学的部位を見ながら、かつ手術室内を自由に動きながら、コントローラ１０を楽に自然に動かすことができる。
【００７６】
図１３Ｃは、外科医ベルトに取り付けられた２つのコントローラ１０配置を示す。外科医は患者のベッドの近くに立って、ビデオスクリーンを通して解剖学的部位を見ながら手術を行う。この構成の利点の１つは、外科医が患者の近くにいることである。
【００７７】
本発明の１つ以上のコントローラ１０は、任意のタイプの低侵襲のまたは完全な開腹の処置に利用することができる。以下に、低侵襲の外科的処置において腹腔鏡器具を制御する際のコントローラ１０の使用について述べる。
【００７８】
いくつかのアクセス部位を作成するために、組織壁にいくつかの切開が行われる。次に、各部位を使用してトロカールを配置し、エフェクターエンドが体腔内に配置されるまで手術器具（把持器、カッター、カメラ）をトロカールから進める。
【００７９】
手術器具は、その近位（体外）端に接続されたモーターパック（ｍｏｔｏｒ  ｐａｃｋ）を備えたロボット器具であってもよい。１つ以上のコントローラ１０を固定具および／または外科医に備え付け、コントローラの動作を確実に手術器具の動作に合わせて正しく方向付けするために、制御部を試験する。１つ以上の手術器具が正しい向きではない場合、外科医は手動または自動で（モーターを通して）手術器具を正しい向きへと回転することができる。向きが決まれば、コントローラの処置への準備が完了する。
【００８０】
手術器具が異なる方向を向かねばならない配置が必要な処置の場合、例えば、１つの手術器具（例えば把持器）が外科医と同じ方向にあり、別の器具（例えばカメラ）が反対側から向けられる場合、外科医は各コントローラの配置をそのような配置に合わせることができる。
【００８１】
外科医は２つ以上のコントローラ１０を２つ以上の手術器具を制御するために使用することができる。あるいは、外科医は単独のコントローラ１０を使用して、２つ以上の手術器具を連続的に制御してもよい。コントローラ１０は、器具間の切り替えを可能にするダイアログボタン（ｄｉａｌｏｇ  ｂｕｔｔｏｎ）９８（図１２Ｃ）を有していてもよい。ダイアログボタン９８はコントローラ１０と手術器具との間の通信を制御する。このボタンを押すことで、コントローラ１０を手術器具と関連付ける、または手術器具からの関連を切る、あるいはいくつかの器具の間で切り替えることが可能となる。ユーザーが器具を切り替えると、関連が切れた器具は最後に制御を受けていた位置にとどまる。この器具に戻ってきた時に外科医は、この器具の「一時停止」位置に一致するようにコントローラ１０の向きを合わせ直す必要がない。このような相対制御手法により、外科医はコントローラを解放し（離し）もっと快適な腕の位置を選んだあとで、器具の位置を解放前のコントローラの位置と一致させなくてもコントローラをもう一度係合させて処置を進めることができる。
【００８２】
相対制御により、手術器具の制御を担うダイアログボタンを起動した外科医と、任意の数の外科医との間で制御を切り替えることもできる。外科医のコントローラの空間的位置が手術器具の空間的位置と一致する必要がないため、このような制御の移行は途切れずに行うことができる。
【００８３】
絶対制御の場合、外科医はコントローラ位置を器具の位置と一致させる必要がある。安全アルゴリズムを備えたソフトウェアにより、あるコントローラ位置から別のコントローラ位置への動作を橋渡しする、滑らかなフィルター処理された動作のパスを適用することにより、差を補償できる。
【００８４】
こうして本発明は、どこにでも配置できる、またはユーザーが持ち運べる、小型で軽量のコントローラを提供する。本コントローラは軽量で小さくとも、人間の手の最も複雑な動きにも６軸で追従できる。これは、別のコントローラ部分に対する、あるコントローラ部分の大きな（ｃｍ）範囲と小さな（ミクロン）範囲両方の動作を検出するためのセンサー機構を備えた接合インターフェースによって実現できる。
【００８５】
典型的なコンソールタイプのインターフェース／コントローラでは、外科医の前に制御部を配置するが、本コントローラは、手術器具とだいたい同じ向きに置くだけでよい。コントローラの近位端を通常外科医の肘近くに置き、遠位端を外科医の指の近くに置く。
【００８６】
本コントローラでは、手術器具の相対的な制御ができるため、外科医は処置の途中でも、コントローラを操作するために最も人間工学的な位置を選ぶことができる。他にも相対制御の利点としては、コントローラの再配置によって中断される一連の小さな動作を使用することで、広範囲の動作が実現できるため、コントローラを軽量で小型にできることが挙げられる。
【００８７】
任意の数の本コントローラを、任意の数の手術道具を制御するために１人以上のユーザーが同時に使用することができる。
【００８８】
本明細書で使用する「約」は、±１０％を指す。
【００８９】
本発明のさらなる目的、利点、および新規の特徴は、限定することを意図しない、以下の実施例を検討することで、当業者に明らかになるであろう。
【実施例】
【００９０】
ここで、上記の記載と共に本発明を限定することなく説明する以下の実施例を参照する。
【００９１】
本発明の教示に従い構築したプロトタイプコントローラを、操作性について試験した（図１４Ａ〜１４Ｃ）。
【００９２】
プロトタイプコントローラの本体は、３Ｄ印刷手法を使用してポリアミドから製造し、シャフト６５およびシャフト３０はステンレス鋼から製作した（図１４Ａ）。プロトタイプの長さは部分２２が後退した状態で２００ｍｍ（図１４Ｂ）であり、伸縮シャフト６５が伸長した状態で２５０ｍｍ（図１４Ｃ）である。部分２２のカバー６０の直径は３０ｍｍである。ダイアログボタン９８が区分９０の下部分に配置され、指レバー４０が区分７０の遠位端から延びている。
【００９３】
部分２０の内側部は球体１９に覆われている。通信ケーブル２１は、コントローラを１つ以上のロボット（電動）手術道具の制御回路に接続する。
【００９４】
図１４Ｂ〜１４Ｃはユーザーの胴体領域に取り付けられた（衣服にしっかり留められた）コントローラプロトタイプの写真を示す。
【００９５】
ユーザーは、レバー４０およびダイアログボタン９８（図１４Ｂ）に指を置き、遠位区分２４のところでコントローラを持つ。
【００９６】
明確さのために別個の実施形態に関連して記載した本発明の所定の特徴はまた、１つの実施形態において、これら特徴を組み合わせて提供され得ることを理解されたい。逆に、簡潔さのために１つの実施形態に関連して記載した本発明の複数の特徴はまた、別々に、または任意の好適な部分的な組み合わせに対しても提供され得る。
【００９７】
本発明をその特定の実施形態との関連で説明したが、多数の代替、修正および変種が当業者には明らかであろう。したがって、そのような代替、修正および変種の全ては、添付の特許請求の範囲の趣旨および広い範囲内に含まれることを意図するものである。本明細書で言及した全ての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許および特許出願のそれぞれについて具体的且つ個別の参照により本明細書に組み込む場合と同程度に、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。加えて、本願におけるいかなる参考文献の引用または特定は、このような参考文献が本発明の先行技術として使用できることの容認として解釈されるべきではない。
【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１２−１】
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【図１２−２】
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【図１３】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【国際調査報告】
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