外科手術アクセサリークランプおよびシステム
【課題】外科手術アクセサリークランプおよびシステムを提供すること。
【解決手段】外科手術アクセサリークランプ、使用方法、および該クランプを含む外科手術用ロボットシステムが開示される。外科手術アクセサリーは、中間の滅菌アクセサリークランプを使用することなく、外科手術中にマニピュレーターアームに着脱され得、従って、清掃や滅菌を必要とする着脱式のアクセサリーマウントまたはアダプターの必要性がなくなり、効率およびコスト効果が向上する。本発明はさらに、滅菌の不履行を生じることなく、外科手術用ロボットシステムに対して器具、用具またはアクセサリーを容易に着脱することを可能にする。
【解決手段】外科手術アクセサリークランプ、使用方法、および該クランプを含む外科手術用ロボットシステムが開示される。外科手術アクセサリーは、中間の滅菌アクセサリークランプを使用することなく、外科手術中にマニピュレーターアームに着脱され得、従って、清掃や滅菌を必要とする着脱式のアクセサリーマウントまたはアダプターの必要性がなくなり、効率およびコスト効果が向上する。本発明はさらに、滅菌の不履行を生じることなく、外科手術用ロボットシステムに対して器具、用具またはアクセサリーを容易に着脱することを可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して外科手術用ロボットシステムに関し、より具体的にはロボットアーム用のアクセサリークランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット支援外科手術またはテレロボット外科手術では、一般的に外科医は、患者から離れた場所（例えば、手術室の反対側、別の部屋、または患者とは完全に別の建物）からマスターコントローラーを操作して、手術部位における手術器具の動作を遠隔制御する。マスターコントローラーは、通常、１つ以上の手動入力装置（例えば、ジョイスティック、外骨格（ｅｘｏｓｋｅｌｅｔａｌ）グローブ等）を含んでおり、これはサーボモーターを有する手術器具に接続されており、サーボモーターは手術部位において器具の関節の働きをする。サーボモーターは一般的に、開口手術部位に直接的に、または患者の腹部等の体腔内にトロカールスリーブを経由して導入される、手術器具を支持および制御する電気機械装置、すなわち外科手術用マニピュレーター（「スレーブ」）の一部である。手術時に、外科手術用マニピュレーターは、機械的な関節の働きと、組織グラスパー、ニードルドライバー、電気外科手術焼灼プローブ等（それぞれ外科医のために種々の機能、例えば、ニードルを保持または駆動する、血管を把持する、または組織を切開する、焼灼する若しくは凝固させる、を実行する）といった種々の手術器具の制御とを提供する。
【０００３】
遠隔操作を通じてテレロボット外科手術を実行するこの新たな方法は、もちろん、新たな課題も多く生み出している。このような課題の一つは、電気機械式外科手術用マニピュレーターの一部が手術器具と直接接触し、さらに手術部位に隣接して配置されるという事実から生じている。従って、外科手術用マニピュレーターは、外科手術中に汚染される場合があり、一般的には手術と手術との間に廃棄されるか滅菌されている。費用面から考えると、器具を滅菌するのが好ましいと考えられるが、サーボモーター、センサー、エンコーダー、およびモーターをロボット制御する上で必要となる電気接続部は、一般的に従来の方法（例えば、蒸気、熱および圧力、または化学物質）で滅菌することができない。なぜなら、これらのシステム部品は、滅菌プロセスで損傷または破損すると考えられるためである。
【０００４】
テレロボット外科手術システムにおけるさらに別の課題には、一般的に外科医が、手術中に多くの異なる手術器具を使用することが挙げられる。器具ホルダーの数は空間的な制約および費用により制限されることから、これらの手術器具の多くは、１回の外科手術中に何度も、同じ器具ホルダーに着脱されることになる。例えば腹腔鏡検査では、患者の腹部への挿入口の数は、一般的に空間的な制約と、患者への不必要な切開を避ける目的とから、外科手術中に制限されている。このため、一般的には幾つかの異なる手術器具が、外科手術中に同じトロカールスリーブを介して導入される。同様に、開口手術では、一般的に１個または２個よりも多い外科手術用マニピュレーターを配置できるだけの空間的余裕が手術部位の周囲にないため、外科助手は、しばしば器具をホルダーから取り外し、他の手術用具と交換することが強いられることになる。一方で、器具ホルダーはこれまで取扱いが難しく面倒で、両手を使用しなければならなかった。さらに、これまでの器具ホルダーは、手術が終わるたびに取り外して滅菌する必要があった。
【０００５】
このため、改良されたテレロボットシステム、および患者の手術部位において手術器具を遠隔操作する改良された方法が求められている。これらのシステムおよび方法は、滅菌の必要性を最小限にして、コスト効果を改善するように構成されるべきである。さらに、これらのシステムおよび方法は、外科手術中における器具交換の時間および困難さを最小限にするように、設計されるべきである。従って、効率およびコスト効果が改善された、ロボット外科手術のためのアクセサリークランプおよびシステムが、非常に望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、テレロボット外科手術で使用される外科手術アクセサリーをクランプするための有用な、システム、装置、および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプが提供され、該アクセサリークランプは、マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部と、外科手術アクセサリーを受容し、基部に動作可能に連結する２個のクランプジョーとを含む。このクランプは、２個のクランプジョーを覆う滅菌ドレープ部と、これらの２個のクランプジョーを開位置または閉位置に作動させることができるレバー部と、をさらに含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプが提供され、該アクセサリークランプは、マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部であって、第一の取付け部を含む基部と、第一の取付け部を覆う滅菌ドレープ部と、第一および第二の取付け部の間で外科手術アクセサリーをクランプまたは解除する第二の取付け部と、を含む。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、滅菌野において外科手術を行うための外科手術用ロボットシステムが提供され、該システムは、マニピュレーターアームと、外科手術アクセサリーをマニピュレーターアームの遠位端部に連結するための外科手術アクセサリークランプと、滅菌野からアクセサリークランプおよびマニピュレーターアームを遮蔽するためのアクセサリークランプおよびマニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、を含む。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態によれば、滅菌野において外科手術を行うための外科手術用ロボットシステムが提供され、該システムは、手術用具と、近位端部および遠位端部を有するマニピュレーターアームを含むマニピュレーターアセンブリと、手術用具を受容する内腔を画定し患者における経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレと、カニューレをマニピュレーターアームの遠位端部に連結するためのカニューレアダプターと、滅菌野からカニューレアダプターおよびマニピュレーターアームを遮蔽するためのカニューレアダプターおよびマニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、を含む。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリーをクランプする方法が提供され、該方法は、上述のような外科手術アクセサリークランプを提供することと、２個のクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置することと、アクセサリークランプを開位置に作動させることと、２個のクランプジョーの間に外科手術アクセサリーを提供することと、アクセサリークランプを閉位置に作動させることと、を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリーをクランプする方法が提供され、該方法は、外科手術アクセサリークランプをマニピュレーターアームの遠位端部に装着することと、マニピュレーターアームおよびアクセサリークランプを滅菌野から遮蔽するためにマニピュレーターアームおよびアクセサリークランプを滅菌ドレープで覆うことと、滅菌野の中でアクセサリーをアクセサリークランプに装着することと、を含む。
【００１３】
有用にも、本発明は、再滅菌を必要とせず、器具、用具またはアクセサリーの交換が容易であり、それ故にコスト効果および効率が改善された、外科手術用ロボットシステムのための向上したクランプ装置および方法を提供する。
【００１４】
本発明の範囲は特許請求の範囲によって定められ、それは参考として本明細書の中で援用される。以下の１つ以上の実施形態の詳細な説明を検討することによって、本発明の実施形態のより詳細な理解、およびそれらのさらなる利点の理解が、当業者には可能となる。図面の簡単な説明に記載される図面が参照される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプであって、
マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部と、
外科手術アクセサリーを受容するための２個のクランプジョーであって、該基部に動作可能に連結される、２個のクランプジョーと、
該２個のクランプジョーを覆う滅菌ドレープ部と、
該２個のクランプジョーを開位置または閉位置に作動させることができるレバー部と、
を備える、アクセサリークランプ。
（項目２）
上記基部は、ネジ、接着剤または溶接材料によってマニピュレーターアームに連結されることが可能な、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目３）
上記２個のクランプジョーは、上記開位置において上記外科手術アクセサリーを長手方向軸に沿って回転させることができる、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目４）
上記２個のクランプジョーは、１つの旋回軸または２つの旋回軸の回りに旋回する、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目５）
上記外科手術アクセサリーは、手術用具を受容するための内腔を画定し経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレである、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目６）
上記手術用具は、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダー、マイクロディセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄用具およびクリップアプライヤー等のエンドエフェクターを有する関節型用具、ならびに切断刃、焼灼プローブ、イルリガートル、カテーテルおよび吸引オリフィス等の非関節型用具からなる群から選択される、項目５に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目７）
上記滅菌ドレープ部は、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目８）
上記滅菌ドレープ部は、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目９）
上記滅菌ドレープ部は補強部を含む、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１０）
上記レバー部は、レバーハンドルの摺動動作または旋回動作によって、上記外科手術アクセサリーをクランプし、または解放する、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１１）
上記２個のクランプジョーの間で受信される上記外科手術アクセサリーに関する情報を処理するための、プリント基板をさらに備える、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１２）
上記情報は、上記外科手術アクセサリーの識別情報を含む、項目１１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１３）
外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプであって、
マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部であって、第一の取付け部を含む、基部と、
該第一の取付け部を覆う滅菌ドレープ部と、
該第一の取り付け部と第二の取付け部との間で外科手術アクセサリーをクランプし、または解放するための、第二の取付け部と、
を備える、アクセサリークランプ。
（項目１４）
上記外科手術アクセサリーは、手術用具を受容するための内腔を画定し経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレである、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１５）
上記手術用具は、リトラクター、スタビライザーおよび内視鏡カメラからなる群から選択される、項目１４に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１６）
上記滅菌ドレープ部は、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１７）
上記滅菌ドレープ部は、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１８）
上記滅菌ドレープ部は補強部を含む、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１９）
滅菌野内で手術を行うための外科手術用ロボットシステムであって、
マニピュレーターアームと、
外科手術アクセサリーを該マニピュレーターアームの遠位端に連結するための、外科手術アクセサリークランプと、
該アクセサリークランプおよび該マニピュレーターアームを該滅菌野から遮蔽するための、該アクセサリークランプおよび該マニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、
を備える、システム。
（項目２０）
上記外科手術アクセサリーは、手術用具を受容するための内腔を画定し経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレである、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２１）
上記手術用具は、リトラクター、スタビライザーおよび内視鏡カメラからなる群から選択される、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２２）
上記滅菌ドレープは、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２３）
上記アクセサリークランプを覆う上記滅菌ドレープは、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２４）
上記アクセサリークランプを覆う上記滅菌ドレープは、補強部を含む、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２５）
滅菌野内で手術を行うための外科手術用ロボットシステムであって、
手術用具と、
近位端部および遠位端部を有するマニピュレーターアームを含むマニピュレーターアセンブリと、
該手術用具を受容するための内腔を画定し、患者における経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレと、
該カニューレを該マニピュレーターアームの該遠位端部に連結するための、カニューレアダプターと、
該カニューレアダプターおよび該マニピュレーターアームを該滅菌野から遮蔽するための、該カニューレアダプターおよび該マニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、
を備える、システム。
（項目２６）
上記滅菌ドレープは、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目２５に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２７）
上記カニューレアダプターを覆う上記滅菌ドレープは、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目２５に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２８）
上記カニューレアダプターを覆う上記滅菌ドレープは、補強部を含む、項目２５に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２９）
外科手術用ロボットシステムにおいて、外科手術アクセサリーをクランプする方法であって、
マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部と、
該外科手術アクセサリーを受容するための２個のクランプジョーと、
該２個のクランプジョーを該基部に動作可能に連結し、該２個のクランプジョーを開位置または閉位置に作動させることができるレバー部と、
を備える、外科手術アクセサリークランプを提供することと、
滅菌ドレープを該２個のクランプジョーの上に配置することと、
該アクセサリークランプを該開位置に作動させることと、
該外科手術アクセサリーを該２個のクランプジョーの間に提供することと、
該アクセサリークランプを該閉位置に作動させることと、
を包含する、方法。
（項目３０）
上記２個のクランプジョーの間に提供された外科手術アクセサリーのタイプを識別すること、をさらに包含する、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
上記外科手術アクセサリーを上記２個のクランプジョーの間の所望の位置に回転させること、をさらに包含する、項目２９に記載の方法。
（項目３２）
外科手術用ロボットシステムにおいて、外科手術アクセサリーをクランプする方法であって、
外科手術アクセサリークランプをマニピュレーターアームの遠位端部に装着することと、
該マニピュレーターアームおよび該アクセサリークランプを滅菌野から遮蔽するために、該マニピュレーターアームおよび該アクセサリークランプを滅菌ドレープで覆うことと、
該滅菌野の中でアクセサリーを該アクセサリークランプに装着することと、
を包含する、方法。
（項目３３）
手術用具を上記アクセサリーを通じて導入すること、をさらに包含する、項目３２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、外科手術用テレロボットシステムおよびテレロボット外科手術方法を示す、手術室の概略図である。
【図２】図２は、本発明に従った、手術台に連結される一対の取付けジョイントを示す、図１の手術室の拡大図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態に従った、滅菌ドレープによって部分的に覆われた、外科手術用ロボットマニピュレーターの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを示す、滅菌ドレープを外した状態の図３Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの斜視図である。
【図４】図４は、手術部位を観察するためのカメラおよび内視鏡を組み込んだ、図３Ａ〜図３Ｂの外科手術用ロボットマニピュレーターを示す。
【図５】図５は、アームとリストユニットとの間の機械的および電気的連結を示す、図３Ａ〜図３Ｂのロボットマニピュレーターの部分図である。
【図６】図６は、図３Ａおよび図３Ｂのマニピュレーターの前部アームおよびキャリッジの部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った、リストユニットの斜視図である。
【図８】図８は、アームおよび駆動アセンブリを示す、ロボットマニピュレーターの一部の側面断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の別の実施形態に従った、滅菌ドレープで部分的に覆われた外科手術用ロボットマニピュレーターの斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂおよび図９Ｃは、外科手術アクセサリークランプ、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを示す、滅菌ドレープを外した状態の図９Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの図である。
【図９Ｃ】図９Ｂおよび図９Ｃは、外科手術アクセサリークランプ、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを示す、滅菌ドレープを外した状態の図９Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプ、外科手術アクセサリー、およびそれらの間の滅菌ドレープ部の断面図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の実施形態に従った、外科手術アクセサリーとしてのカニューレ、および本アクセサリーの検知機構の断面図を示す。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプの種々の図を示す。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｂは、本発明の実施形態に従った、図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプに保持された外科手術アクセサリーの斜視図を示す。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｃは、本発明の実施形態に従って、外科手術アクセサリーを図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプに配置およびクランプする際の斜視図および側面図を示す。
【図１５】図１５および図１６は、アクセサリークランプのクランプジョーを覆う２種類の滅菌ドレープ部を示す。
【図１６】図１５および図１６は、アクセサリークランプのクランプジョーを覆う２種類の滅菌ドレープ部を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｃ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｄ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｅ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、スライドアクセサリークランプの図を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、ピボットアクセサリークランプを示す。
【図１９Ｂ】図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、ピボットアクセサリークランプを示す。
【図２０】図２０は、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプを示す。
【図２１】図２１Ａ〜図２１Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプを示す。
【図２２】図２２Ａ〜図２２Ｃは、本発明の実施形態に従って、外科手術アクセサリーを図２１Ａ〜図２１Ｂの外科手術アクセサリークランプに配置およびクランプする際の斜視図である。
【図２３】図２３Ａ〜図２３Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプを示す。
【図２４】図２４Ａ〜図２４Ｆは、本発明の別の実施形態に従って、外科手術アクセサリーを外科手術アクセサリークランプに配置およびクランプする際の斜視図を示す。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｂは、本発明の実施形態に従った、第一の取付け部の斜視図を示す。
【図２６】図２６Ａ〜図２６Ｂは、本発明の実施形態に従った、第二の取付け部の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態およびそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。１枚以上の図面に示してある同じ参照番号は、同じ要素を特定するために使用されていることが、理解されるべきである。図面の縮尺は必ずしも一定でないことがまた、理解されるべきである。
【００１７】
本発明は、特に開口外科手術、神経外科手術（例えば、定位脳手術）および内視鏡手術（例えば、腹腔鏡検査、関節鏡検査、胸腔鏡検査）等を含むロボット支援外科手術を患者に行うためのマルチコンポーネントシステムおよび方法を提供する。本発明のシステムおよび方法は、患者から離れた位置からサーボ機構を介して外科医が手術器具を操作することができる外科手術用テレロボットシステムの一部として特に有用である。その目的のために、本発明のマニピュレーター装置またはスレーブは、通常、運動学的に等価であるマスターによって駆動され、力逆送型のテレプレゼンスシステムを形成する。好適なスレーブマスターシステムの説明は、１９９５年８月２１日出願の米国特許出願第０８／５１７，０５３号の中に見ることができ、該出願の開示全体が、本明細書においてあらゆる目的のために参考として援用される。
【００１８】
同じ番号が同じ要素を示している図面を詳細に参照すると、外科手術用テレロボットシステム２が、本発明の一実施形態に従って図示されている。図１に示す通り、テレロボットシステム２は一般的に、手術台Ｏにまたは手術台Ｏの近くに取り付けられる１つ以上の外科手術用マニピュレーターアセンブリ４、ならびに外科医Ｓが手術部位を観察して、マニピュレーターアセンブリ４を制御することを可能にする制御アセンブリ６を含む。本システム２はまた、マニピュレーターアセンブリ４と着脱可能に結合するように適合された１つ以上の観察スコープアセンブリ１９および複数の手術器具アセンブリ２０をも含む（以下に詳述）。テレロボットシステム２は、通常、少なくとも２つのマニピュレーターアセンブリ４、好ましくは３つのマニピュレーターアセンブリ４を含む。マニピュレーターアセンブリ４の正確な数は、とりわけ、外科手技および手術室内の空間的な制約に依存する。以下に詳述する通り、アセンブリ４のうちの１つは一般的に、手術部位を観察する観察スコープアセンブリ１９を（例えば、内視鏡手術において）操作し、一方でその他のマニピュレーターアセンブリ４は、患者Ｐに種々の手技を行う手術器具２０を操作する。
【００１９】
制御アセンブリ６は、通常手術台Ｏと同じ部屋に配置される外科医用コンソールＣに配置され、その結果として、外科医は助手Ａに話しかけ、手技を直接監視し得る。しかし、外科医Ｓは、患者Ｐとは異なる部屋または完全に異なる建物に配置され得ることが、理解されるべきである。制御アセンブリ６は一般的に、支持台８、外科医Ｓに手術部位の画像を表示するモニター１０、およびマニピュレーターアセンブリ４を制御する１つ以上のコントローラー１２を含む。コントローラー１２は、ジョイスティック、グローブ、トリガーガン、手動コントローラー、音声認識装置等といった種々の入力装置を含み得る。好ましくは、コントローラー１２は、関連する手術器具アセンブリ２０と同じ自由度を備えることで、外科医にテレプレゼンスを提供するか、または、外科医が器具２０を直接制御している強い感覚を覚えるようなコントローラー１２と器具２０との一体感を外科医に提供する。位置、力および触覚フィードバックセンサー（図示せず）が、また器具アセンブリ２０に使用され得、外科医がテレロボットシステムを操作する際に、位置、力および接触の感覚を手術器具から外科医の手に伝え戻す。オペレータにテレプレゼンスを提供するための１つの好適なシステムおよび方法は、先に本明細書において参考として援用されている、１９９５年８月２１日出願の米国特許出願第０８／５１７，０５３号に記載されている。
【００２０】
モニター１０は、観察スコープアセンブリ１９に適切に連結され、外科医用コンソールＣ上の外科医の手の近くに手術部位の画像が提供される。好ましくは、モニター１０は、実際に外科医が手術部位を真上から見下ろしているように感じる方向からの、反転画像をディスプレイ１８に示す。その目的のために、手術器具２０の画像は、たとえ観察点（すなわち、内視鏡または観察カメラ）が画像の視点からのものでないとしても、オペレータの手がある場所にあるかのように見える。さらに、リアルタイム画像は、好ましくは、斜視画像に変換され、その結果として、実質的に真のプレゼンスにおいて作業空間を見ているかのように、オペレータはエンドエフェクターおよび手の制御を操作し得る。真のプレゼンスとは、画像の表示が、手術器具２０を物理的に操作しているオペレータの視点をシミュレートした真の斜視画像であることを意味する。このように、コントローラー（図示せず）は、斜視画像が、カメラまたは内視鏡が手術器具２０の真後ろにあるかのように見える画像となるように、手術器具２０の座標を知覚位置に変換する。このバーチャル画像を提供するのに好適な座標変換システムは、１９９４年５月５日出願の米国特許出願第０８／２３９，０８６号（現、米国特許第５，６３１，９７３号）に記載されており、該出願の開示全体が、本明細書においてあらゆる目的のために参考として援用される。
【００２１】
図１に示す通り、コントローラー１２の機械的動作をマニピュレーターアセンブリ４に転送するためにサーボ機構１６が提供される。サーボ機構１６は、マニピュレーターアセンブリ４と分離されている場合も、一体となっている場合もあり得る。サーボ機構１６は、通常、手術器具２０から手動コントローラー１２へ力およびトルクのフィードバックを提供する。さらに、サーボ機構１６は、認識された状態（例えば、患者への過剰な力の負荷、マニピュレーターアセンブリ４のランナウェイ等）に応答して、全てのロボットの動作をフリーズするかまたは少なくとも抑制し得る安全監視コントローラー（図示せず）を含む。サーボ機構は、好ましくは、外科医の素早い手の動きにシステムが迅速かつ正確に応答できるように、少なくとも１０ｈｚの３ｄＢカットオフ周波数を有するサーボ帯域幅を有する。本システムを効率的に操作するために、マニピュレーターアセンブリ４は比較的低い慣性を有し、駆動モーター１７０（図８を参照）は、比較的低いギア比またはプーリー連結を有する。任意の好適な従来のサーボ機構または特殊なサーボ機構が本発明の実施において使用され得るが、力およびトルクのフィードバックを組み込んだものが、特に本システムのテレプレゼンス操作に対しては好ましい。
【００２２】
図７を参照すると、手術器具アセンブリ２０はそれぞれ、リストユニット２２、およびリストユニット２２に着脱可能に取り付けられた手術用具２４（図３Ａおよび図３Ｂ）を含む。以下に詳述する通り、各リストユニット２２は一般的に、近位キャップ５８を有する細長いシャフト５６、および手術用具２４に旋回可能に連結される遠位リスト６０を含む。各リストユニット２２は実質的に同じであり、外科手技の要件に応じて、異なるまたは同じ手術用具２４がこれに取り付けられる。あるいは、リストユニット２２は、リストユニット２２が従来の用具２４と共に使用され得るように、個々の手術用具２４に合わせて設計された特殊なリスト６０を有し得る。図１に示す通り、器具アセンブリ２０は、通常、台Ｔの上に、または手術台Ｏに隣接するその他の適切な支持台の上に組み立てられている。本発明の方法（以下に記載）によれば、リストユニット２２およびそれらの関連する手術用具２４は、リストユニットシャフト５６をマニピュレーターアセンブリ４から着脱することによって、外科手術中に迅速に交換され得る。
【００２３】
図２を参照すると、各マニピュレーターアセンブリ４は、好ましくは、取付けジョイント３０によって手術台Ｏに取り付けられる。取付けジョイント３０は、アセンブリ４に対して複数の自由度（好ましくは、少なくとも５自由度）を提供し、アセンブリ４を患者に対して適切な位置および方向に固定することができるブレーキ（図示せず）を含む。ジョイント３０は、ジョイント３０を手術台Ｏに取り付け、各マニピュレーターアセンブリ４をサーボ機構１６に接続するためのレセプタクル３２に取り付けられる。さらに、レセプタクル３２は、ジョイント３０をＲＦ電源、吸引洗浄システム等のその他のシステムに接続し得る。レセプタクル３２は、手術台Ｏの外側レール３６に沿って摺動可能に配置される取付けアーム３４を含む。マニピュレーターアセンブリ４はまた、その他の機構と共に手術台Ｏ上に配置され得る。例えば、本システムは、１つ以上のマニピュレーターアセンブリ４を患者の上で移動させて保持する支持システム（手術室の天井または壁に連結される）を組み込み得る。
【００２４】
次に図３〜図８を参照して、マニピュレーターアセンブリ４をさらに詳細に説明する。マニピュレーターアセンブリ４は、非滅菌の駆動制御部品、滅菌可能なエンドエフェクターまたは手術用具（すなわち、手術器具アセンブリ２０）、および中間コネクター部品を含む、３つの部品からなる装置である。中間コネクターは、手術用具２４を駆動制御部品と連結し、駆動部品から手術用具２４に動作を伝達する機械的要素を含む。図３Ｂに示す通り、駆動制御部品は一般的に、駆動アセンブリ４０、および取付けジョイント３０（図２）に取り付けるのに適した、取付けブラケット４４に連結される多自由度のロボットアーム４２を含む。好ましくは、駆動アセンブリ４０およびロボットアーム４２は、球形回転の遠隔中心４５を通って伸びる（図８を参照、以下に詳述）Ｘ軸の回りに旋回可能なように、ブラケット４４に連結される。マニピュレーターアセンブリ４は、アーム４２の遠位端４８に固定される前部アームアセンブリ４６、ならびにリストユニット２２および手術用具２４をマニピュレーターアセンブリ４に取り付けるための、前部アームアセンブリ４６に連結されるリストユニットアダプター５２を、さらに含む。
【００２５】
内視鏡手術において、マニピュレーターアセンブリ４はさらに、カニューレ６６をマニピュレーターアセンブリ４に取り付けるための、前部アーム４６の下部に取り付けられるカニューレアダプター６４を含む。あるいは、カニューレ６６は、前部アームアセンブリ４６に組み込まれた（すなわち、着脱不能な）一体型カニューレ（図示せず）であり得る。カニューレ６６は、カニューレ６６内の環状ベアリングに取り付けられる、ひずみゲージまたは力検出抵抗器等の力検出機構（図示せず）を含み得る。力検出ベアリングは、外科手術中に手術用具２４を支持し、用具がベアリングの中心穴を通って回転および軸方向に移動できるようにする。さらに、このベアリングは、手術用具２４によって及ぼされる横方向の力を力検出機構に伝達し、該力検出機構は、サーボ機構１６に連結されており、これらの力をコントローラー１２に伝達する。このようにして、手術用具２４に作用する力は、手術切開部周囲の組織のようなカニューレ６６に作用する力、またはマニピュレーターアセンブリ４に作用する重量および慣性力による影響を受けずに、検出され得る。これにより、外科医が手術用具２４に作用する力を直接感知することから、ロボットシステムにおけるマニピュレーターアセンブリ４の使用が助長される。
【００２６】
図３Ａに示す通り、マニピュレーターアセンブリ４は、マニピュレーターアセンブリ４全体を実質的に覆うような大きさの滅菌ドレープ７０を、さらに含む。ドレープ７０は、一対の穴７２、７４を有し、この一対の穴７２、７４は、リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４が穴７２、７４を抜けて伸長して、リストユニット２２およびカニューレ６６をマニピュレーターアセンブリ４に取り付けられるようなサイズおよび配置となっている。滅菌ドレープ７０は、手術部位からマニピュレーターアセンブリ４を効果的に遮蔽するように構成された材料を備えており、その結果として、アセンブリ４の部品の大部分（すなわち、アーム４２、駆動アセンブリ４０および前部アームアセンブリ４６）は外科手技の前後に滅菌される必要はない。
【００２７】
図３Ａに示す通り、リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４は、ドレープ７０の穴７２、７４を抜けて伸長し、その結果として、前部アームアセンブリ４６、およびマニピュレーターアセンブリ４の残りの部分は、手技の間に患者から遮蔽されたままとなる。一実施形態において、リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４は、手術部位の滅菌野の中に伸長することから、滅菌される再使用可能な部品として製造される。リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４は、蒸気、熱および圧力、化学物質等といった通常の方法で滅菌され得る。図３Ｂを参照すると、リストユニットアダプター５２は、リストユニット２２のシャフト５６を受容する開口部８０を含む。以下に詳述する通り、シャフト５６は、開口部８０を抜けて側方に押し進められて、アダプター５２にスナップ止めされ、その結果として、リストユニットアダプター５２の非露出部分は滅菌されたままとなる（すなわち、滅菌野と反対のドレープ７０の滅菌側に残る）。リストユニットアダプター５２はまた、リストユニット２２をアダプターに固定するラッチ（図示せず）をも含み得る。同様に、カニューレアダプター６４は、カニューレ６６をアダプターにスナップ止めさせるための開口部８２を含み、その結果として、外科手術中にアダプター６４の非露出部分が滅菌されたままとなる。
【００２８】
図４に示す通り、リストユニットアダプター５２はまた、手術部位を観察するための観察スコープ１００を受容するように構成され得る。内視鏡手術の場合には、観察スコープ１００は従来の内視鏡であり得、この内視鏡は一般的に、剛性の細長い管１０２を含み、この管１０２の近位端にレンズシステム（図示せず）およびカメラマウント１０４を装備する。小型のビデオカメラ１０６が、好ましくは、カメラマウント１０４に取り付けられ、ビデオモニター１０に接続されて、外科手技のビデオ画像を提供する。好ましくは、スコープ１００は、管１０２の側方または斜めからの表示が可能になるように構成された遠位端（図示せず）を有する。観察スコープはまた、管１０２の近位端上でアクチュエーターを操作することによって、屈曲または回転させることができる誘導可能なチップを有し得る。このタイプのスコープは、Ｂａｘｔｅｒ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｃｏｒｐ．（米国イリノイ州ディアフィールド）またはＯｒｉｇｉｎ Ｍｅｄｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（米国カリフォルニア州メンロパーク）から市販されている。
【００２９】
図４に示す通り、観察スコープ１００は、観察スコープ１００をリストユニットアダプター５２に連結する、スコープアダプター１１０をさらに含む。スコープアダプター１１０は、滅菌、ＥＴＯおよびオートクレーブが可能であり、また、駆動アセンブリ４０からスコープ１００へ動作を伝達する複数の動作フィードスルー（図示せず）を含む。好適な構成において、この動作は、ピッチおよびヨーの動作、Ｚ軸の回りの回転、およびＺ軸に沿った移動を含む。
【００３０】
次に、図５および図６を参照して、前部アームアセンブリ４６をさらに詳細に説明する。図５に示す通り、前部アームアセンブリ４６は、アーム４２に固定されるハウジング１２０、およびハウジング１２０に摺動可能に連結される可動キャリッジ１２２を含む。キャリッジ１２２は、リストユニットアダプター５２およびリストユニット２０をＺ方向に移動させるために、ハウジング１２０にリストユニットアダプター５２を摺動可能に取り付ける。さらに、キャリッジ１２２は、前部アームアセンブリ４６からリストユニットアダプター５２へ動作および電気信号を伝達するために、いくつかの開口部１２３を定める。図６に示す通り、ハウジング１２０内には、アーム４２から開口部１２３を通ってリストユニットアダプター５２およびリストユニット２２へ動作を伝達するために、複数の回転シャフト１２４が取り付けられる。回転シャフト１２４は、好ましくは、リストユニット２２のリスト６０の回りの手術用具２４のヨーおよびピッチの動作、Ｚ軸の回りのリストユニット２２の回転、および用具２４の作動を含む、少なくとも４自由度をリストユニット２２に提供する。本システムはまた、所望の場合には、より多いまたはより少ない自由度を提供するように構成され得る。用具２４の作動は、ジョー、グラスパーまたはハサミの開閉、クリップまたはステープルの適用等のような、種々の動作を含み得る。リストユニット２２および用具２４のＺ方向への動作は、前部アームハウジング１２０の各々の端部における回転プーリー１２８と１２９との間に伸長する１対のキャリッジケーブルドライブ１２６によって提供される。ケーブルドライブ１２６は、キャリッジ１２２およびリストユニット２２を前部アームハウジング１２０に対してＺ方向に移動するように機能する。
【００３１】
図６に示す通り、アーム４２の遠位端４８は、アーム４２から前部アームアセンブリ４６へ動作を伝達する複数の動作フィードスルー１３２を有する連結アセンブリ１３０を含む。さらに、連結アセンブリ１３０は、アーム４２からリストユニット２２へ電気信号を伝達するための、いくつかの電気コネクター（図示せず）を含む。同様に、リストユニットアダプター５２は、リストユニット２２へ動作を伝達するための複数の動作フィードスルー（図示せず）、および電気信号をリストユニット２２へ送信しかつそこから受信する（例えば、手術部位からコントローラー１２へ力およびトルクのフィードバック信号を送受信する）ための電気接続部（図示せず）を含む。連結アセンブリ１３０およびリストユニットアダプター５２の各々の側の部品は、有限の動作範囲を有する。通常、この動作範囲は、少なくとも１回転であり、そして１回転よりも多いことが好ましい。これらの動作範囲は、前部アームアセンブリ４６が連結アセンブリ１３０に機械的に連結され、リストユニットアダプター５２が前部アーム４６に機械的に連結されるときに、互いに整合される。
【００３２】
図７を参照して、リストユニット２２をさらに詳細に説明する。図示の通り、リストユニット２２は、近位端にキャップ５８が、遠位端にリスト６０が取り付けられた中空シャフト５６を含む。リスト６０は、種々の手術用具２４をシャフト５６に着脱可能に連結する連結部（図示せず）を含む。シャフト５６は、シャフト５６の長手軸（すなわち、Ｚ軸）の回りにシャフト５６および用具２４を回転させられるように、キャップ５８に回転可能に連結される。キャップ５８は、リストユニットアダプター５２からシャフト５６内の駆動ケーブル（図示せず）に動作を伝達する機構（図示せず）を収容する。この駆動ケーブルは、リスト６０の回りに用具２４を旋回させ、用具２４上のエンドエフェクター１４０を作動させるように、シャフト５６内の駆動プーリーに適切に連結されている。リスト６０はまた、例えば差動歯車、プッシュロッド等のようなその他の機構によって操作され得る。
【００３３】
用具２４は、リストユニット２２のリスト６０に着脱可能に連結される。用具２４は、好ましくは、外科医に対して触覚のフィードバックを提供する触覚センサーアレイ（図示せず）を有するエンドエフェクター６５を含む（図３Ａおよび図３Ｂ）。用具２４は、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダー、マイクロディセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄用具、クリップアプライヤー等の種々の関節型用具を含み得、それらは、ワイヤ連結、偏心カム、プッシュロッドまたはその他の機構によって駆動されるエンドエフェクターを有する。さらに、用具２４は、切断刃、プローブ、イルリガートル、カテーテルまたは吸引オリフィス等の非関節型器具を備え得る。あるいは、用具２４は、組織を焼灼、切除、切断または凝固する電気外科手術プローブを備え得る。後者の実施形態において、リストユニット２２は、例えばシャフト５６を通過して用具２４まで伸長するリード線またはロッドに連結される、近位バナナ型プラグ等の伝動性要素を含む。
【００３４】
図４および図８を参照して、本発明の駆動部品および制御部品の特定の構成（すなわち、ロボットアーム４２および駆動アセンブリ４０）をさらに詳細に説明する。上述の通り、アーム４２および駆動アセンブリ４０は、取付けブラケット４４から伸長する１対のピン１５０の回りに回転可能に連結される。好ましくは、アーム４２は、実質的に剛性の細長体１５２を備え、この遠位端４８は前部アームアセンブリ４８に連結され、近位端１５４は駆動アセンブリ４０およびブラケット４４に旋回可能に連結されて、ピッチおよびヨー、すなわちＸ軸およびＹ軸（ただし、Ｙ軸は紙面に対して垂直で、点４５を通って伸長する。図８を参照）の回りの回転を与える。アーム４０は、例えば、Ｌ字型アーム（ヒトの腕と同様の）、角柱アーム（真っ直ぐに伸長可能）等の、その他の構成を有し得る。固定型ヨーモーター１５６は、アーム４２および駆動アセンブリ４０をＸ軸の回りに回転させるために、取付けブラケット４４に取り付けられる。駆動アセンブリ４０はまた、Ｙ軸の回りにアームを回転させるための、アーム４２に連結されるピッチモーター１５８をも含む。１対の実質的に剛性のリンク要素１６０、１２４は、ブラケット４４からロボットアーム４２へ伸長して、Ｙ軸の回りに旋回可能なようにアーム４２をブラケット４４に連結する。一方のリンク要素１６０は、アーム４２に旋回可能に連結され、他方のリンク要素１２４は、アーム４２に対して並行に伸長する第三のリンク要素１６４に旋回可能に連結される。好ましくは、ロボットアーム４２は、第三のリンク要素１６４を少なくとも部分的に収容する溝型の（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈａｐｅｄ）剛性要素である。リンク要素１６０、１２４および１６４、ならびにアーム４２は平行四辺形のリンク構造を形成し、該リンク構造の中でこれらの部材は共に平行四辺形に連結され、部材によって形成される平面内でのみ相対的に移動する。
【００３５】
アーム４２の遠位端４８に保持されるリストユニット２２のＺ軸は、上記の平行四辺形のリンク構造のＸ軸と交差する。リストユニット２２は、図８に番号４５として示される位置の回りの、球面回転の遠隔中心を有する。従って、この回転の遠隔中心４５を同じ位置に維持したまま、リストユニット２２の遠位端は、それ自身の軸またはＸ軸およびＹ軸の回りに回転させられ得る。遠隔中心位置決め装置のより完全な説明は、１９９５年７月２０日出願の米国特許出願第０８／５０４，３０１号（現、米国特許第５，９３１，８３２号）の中に見ることができ、該出願の開示の全体が、本明細書においてあらゆる目的のために参考として援用される。アーム４２および駆動アセンブリ４０は、上記および図８に示すもの以外にも、定位的位置決め装置、固定式ジンバル等といった多岐にわたる位置決め装置と共に使用され得ることに、留意されたい。
【００３６】
再び図８を参照すると、駆動アセンブリ４０は、アーム４２に連結されてこれを回転させる複数の駆動モーター１７０をさらに含む。ピッチモーター１５６およびヨーモーター１５８は、アーム４２（および駆動モーター１７０）のＸ軸およびＹ軸の回りの動作を制御し、駆動モーター１７０は、リストユニット２２および手術用具２４の動作を制御する。好ましくは、少なくとも５個の駆動モーター１７０がアーム４２に連結され、リストユニット２２に少なくとも５自由度を提供する。駆動モーター１７０は、好ましくは、サーボ機構１６に応答するエンコーダー（図示せず）、および力およびトルクのフィードバックを外科医Ｓに送る力センサー（図示せず）を含む。上述の通り、５自由度は、好ましくは、キャリッジ１２２およびリストユニット２２のＺ方向の動き、Ｚ軸の回りのリストユニット２２の回転、リスト６０の回りの手術用具２４のピッチおよびヨーの回転、および用具２４の作動を含む。
【００３７】
図示の通り、ケーブル１７２は、各モーター１７０から、アーム４２内のモーター駆動プーリー１７４、アイドラープーリー１７６の周囲に、そして比較的大きなポットキャプスタン１７８に沿って伸長し、ケーブル１７２に対する摩擦トルクの影響を最小限にする。これらのケーブル１７２はそれぞれ、アーム４２の遠位端４８における別のアイドラープーリー１８０の周囲に、連結駆動プーリー１８２の周囲に、そして再びモーター１７０へと伸長する。これらのケーブル１７２は、好ましくは、モーター駆動プーリー１７４ならびに連結駆動プーリー１８２において張力が加えられて、そこで係留される。図８に示す通り、連結駆動プーリー１８２は、複数のケーブル１８６を介して、連結アセンブリ１３０内の複数のより小型のプーリー１８４に接続され、モーター１７０からリストユニットアダプター５２に動作を伝達する。
【００３８】
次に、本発明に従って患者に外科手術を施す方法を、図１〜図９を参照しながら説明する。図２に示す通り、取付けジョイント３０はレセプタクル３２に取り付けられており、このレセプタクル３２は、取付けアーム３４をレール３６に沿って摺動させることによって、手術台Ｏに取り付けられる。次いで、各マニピュレーターアセンブリ４が、それぞれの取付けジョイント３０に取り付けられ、患者Ｐに対して適切な位置および方向に関節接合される。次に、レセプタクル３２は、サーボ機構１６、および外科手術中に必要とされ得るＲＦ電源、吸引洗浄システムといったその他のシステムに連結される。滅菌ドレープ７０は、麻酔の前後または最中にマニピュレーターアセンブリ４の上に置かれる（図３Ａ）。外科手術の準備として、マニピュレーターアセンブリ４は、これらをドレープ７０で覆う前に化学的に清掃される場合もあれば、されない場合もある。リストユニットアダプター５２、カニューレアダプター６４およびスコープアダプター１１０は、マニピュレーターアセンブリ４の前部アームアセンブリ４６の上にスナップ止めされる（図３Ｂおよび図５を参照）。スコープアダプター１１０およびリストユニットアダプター５２の数および相対的位置は、もちろん、個々の外科手技により異なる（例えば、開口外科手術ではカニューレアダプター６４が必要とされない場合もある）。
【００３９】
外科手術の間、手術器具アセンブリ２０は、個々のリストユニットシャフト５６をリストユニットアダプター５２の開口部８０を通って側方に押し進めることによって、それぞれのマニピュレーターアセンブリ４に連結される。各リストユニット２２は、どのタイプの用具２４がリストユニット２２に接続されているかを迅速かつ容易に示すのに好適な識別手段（図示せず）を有する。外科医が手術用具２４の変更を望むときには、外科医はコントローラー１２を操作して、前部アームアセンブリ４６に沿った行程の最上部または近位の位置にキャリッジ１２２を移動させる（図３Ｂを参照）。この位置において、手術用具２４はカニューレ６６内にあるか、または開口外科手術中に手術部位から取り外される。次いで、助手Ａが、リストキャップ５８を上に引っ張り、ラッチ（図示せず）を解除し、それによってリストユニット２２をさらに上へ摺動させて、カニューレ６６から取り外す。次に、助手Ａは、リストユニット２２を側方へ引っ張り、このリストユニット２２をリストユニットアダプター５２から外し得る。リストユニット２２がアダプター５２に連結されていない時には、制御機構は、システムが「用具変更モード」にあると認識し、外科医が前もってキャリッジ１２２を近位に移動させていない場合は、これを近位へ駆動する。
【００４０】
マニピュレーターアセンブリ４に別の手術器具アセンブリ２０を連結するために、助手Ａは、別のアセンブリ２０を台Ｔから把持し、リストユニットシャフト５６を側方にリストユニットアダプター５２の開口部８０へと押し進め、次いでリストユニット２２を下に移動させて、手術用具２４がカニューレ６６内に留まるようにする（図１および図３Ｂを参照）。このようにリストユニット２２を下向きに移動させることで、リストキャップ５８およびリストユニットアダプター５２内の電気的継手および動作フィードスルー（図示せず）が自動的に嵌合する。本システムは、継手が嵌合し、リストユニット２２がそれ以上に下がらなくなるまで、（例えば、ブレーキ（図示せず）を作動させることによって）キャリッジ１２２の移動を最上部または近位に固定するように構成された制御機構を含み得る。この時点で、外科医Ｓは外科手技を継続し得る。
【００４１】
本発明のシステムおよび方法は、好ましくは、リストユニット２２がリストユニットアダプター５２に着脱される回数を計数する機構を含む。このようにして、製造業者は、リストユニット２２が使用され得る回数を制限し得る。特定の構成において、集積回路チップ（図示せず）がリストキャップ５８内に収容される。この回路チップは、リストユニット２２がリストユニットアダプター５２に連結される回数（例えば、２０回）を計数し、警告が外科医用コンソールＣに表示される。すると、制御システムは、供給し得る負荷を低減するかまたは明らかなバックラッシュを増加させることによって、本システムの性能を低下させる。
【００４２】
次に、図９Ａを参照して、本発明の別の実施形態に従って、滅菌ドレープ２７０によって部分的に覆われた外科手術用ロボットマニピュレーター２０４を含む、外科手術用ロボットシステム２００を示す。図９Ｂおよび図９Ｃは、滅菌ドレープを外した状態での図９Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの図であり、外科手術アクセサリークランプ、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを図示している。システム２００は、図１〜図８に関連して上記に示され、説明されたシステムと同様のものであるが、しかし、外科手術アクセサリークランプ２６４は、滅菌ドレープ２７０を抜けて伸長しておらず、外科手術アクセサリー２６６（例えば、カニューレ）とインターフェースし、ドレープ２７０の一部が外科手術中に外科手術の滅菌野からアクセサリークランプ２６４を有効に遮蔽する。有用にも、アクセサリークランプ２６４は外科手術前に滅菌の必要もなければ交換の必要もないために、コストが節減される。また、滅菌ドレープの開口部が１つ少なくなることから、システム２００は滅菌野からより効果的に遮蔽され、システム機器の遮断性が向上する。
【００４３】
上述の（同じまたは類似の機能性を有する）駆動アセンブリ４０、アーム４２、前部アームアセンブリ４６、リストユニットアダプター５２、リストユニット２２および用具２４を含む同じまたは類似のマニピュレーターアセンブリ４が、システム２００内で、アクセサリークランプ２６４と共に使用され得るが、同じまたは類似の部品に関する繰り返しの説明は省略する。しかしながら、シャフト２５６およびエンドエフェクター２６５を伴う用具２２４を作動するための、異なる駆動アセンブリ２４０、アーム２４２、前部アームアセンブリ２４６およびインターフェース２５２が、図９Ａ〜図９Ｃに示される。駆動アセンブリ２４０、アーム２４２、前部アームアセンブリ２４６、インターフェース２５２、およびその他の適用可能な部品または用具の実施形態は、例えば、米国特許第６，３３１，１８１号、第６，４９１，７０１号、および第６，７７０，０８１号に記載されており、該特許の開示全体（その中で参考として援用されている開示内容を含む）が、あらゆる目的のために本明細書において参考として援用される。次に、クランプ２６４、アクセサリー２６６およびドレープ２７０の実施形態を、詳細に説明する。
【００４４】
図１０は、本発明の一実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプ２６４、外科手術アクセサリー２６６、およびそれらの間の滅菌ドレープ２７０の滅菌ドレープ部２７０ａの横断面図である。外科手術アクセサリークランプ２６４は２個のクランプジョー２６４ａを含み、これらはその間にアクセサリー２６６を「捕捉」するように作動される。ジョー２６４ａは、片方または両方が作動し得、または作動可能であり得る。一実施形態においては、レバー部が、摺動動作または旋回動作によってジョー２６４ａを作動させ得る。
【００４５】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の一実施形態に従ったカニューレ３００等の外科手術アクセサリー２６６の例を示す。任意ではあるが、カニューレ３００は、外科手術システム２００に対してカニューレのタイプを自動的に認識するためのリング３０２を含み、例えば、そのアクセサリーが特定のロボットシステムに適合することを確認する情報、必要な場合のシステム再構成パラメータ、および用具寿命データ、カニューレ長、全体のプレゼンス等のアクセサリーに固有の情報を提供する。リング３０２からの情報を読み取るために、プリント基板（ＰＣＢ）３０４、磁石３０６およびセンサー３０８が、アクセサリークランプ２６４または前部アームアセンブリ２４６の一部となり得る（図９Ｂおよび図９Ｃ）。ただし、本発明はカニューレアクセサリーに限定されず、内視鏡／カメラアセンブリおよび手術器具（例えば、リトラクターまたはスタビライザー）のような、外科手術中の任意の時点でロボットアームへの着脱が可能な、再利用可能または使い捨てのアクセサリーを含む、しかしこれらに限定されない、種々のアクセサリー２６６が、本発明の範囲内に含まれることに留意する。
【００４６】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の一実施形態に従った外科手術アクセサリークランプ４００の種々の図である。アクセサリークランプ４００は、ロボットマニピュレーターアームの遠位端（例えば、前部アームアセンブリ２４６）に連結するための基部４０２、２個のクランプジョー４０４、および２個のクランプジョー４０４を開位置または閉位置に作動させるレバー部４０６を含む。アクセサリークランプ４００の種々の部品は図１２Ａおよび図１２Ｂに強調表示され、アセンブリの斜視断面図が図１２Ｃに示される。図１３Ａおよび図１３Ｂは、アクセサリーをクランプした状態のアセンブリの全体図である。
【００４７】
図１２Ａに示す通り、このクランプの特定の実施形態において、カムフォロア４０８は、レバー部４０６が基部４０２に対して上下に移動するときに、レバー部４０６内の溝４１０に沿って動き、レバーを円滑に操作できるように誘導する。レバーが上に動くとき、第二のカムフォロア４０８−１がレバーの傾斜部４１０−１と相互に作用し、クランプジョー４０４を開位置と閉位置の間で作動させる（図１４Ａ〜図１４Ｃ参照）。この傾斜部は、カムおよびスプリングとして機能し、それはアクセサリーに加えられる荷重およびレバーを閉じるのに必要な荷重を部分的に決定する。また、このカムはオーバーセンター機能を生み出す頂点を有し、クランプを閉じたまま維持して、クランプが係合しているという正のフィードバックをユーザーに送る。止めネジ４０３により、ガイドカムフォロアの重複した保持方法が可能となる。次に図１２Ｂを参照すると、ブロック４１４に予め組み立てられたセンサー４１２が、基部４０２にピン４１７によって位置決めされ、その結果として、センサー末端部４１２ａは、カニューレ３００等のクランプされるアクセサリーからの識別情報を検知するのに理想的な位置に固定される（図１１Ａ〜図１１Ｃ）。ネジ４１５により、基部４０２がマニピュレーターアームに連結される。ただし、例えば接着材または溶接材料などによって、種々の他の手段が基部４０２をマニピュレーターアームに連結するために使用され得ることが、理解されるべきである。図１２Ｃは、クランプジョー４０４が開位置と閉位置との間を移動するときに、クランプジョーの旋回軸として機能する旋回ピン４２０（例えば、８〜３２ネジ山４１８）を示す。この実施形態においては、クランプジョーの間のバネ４１６によって、クランプジョー４０４は開位置にバイアスされており、レバー部４０６によって閉位置に作動されない限り、バネ４１６がクランプジョーを開位置に保持する。ただし、クランプはまた、開位置に作動されない限りはクランプジョーが自然に閉位置にあるように設計され得ることが、理解されるべきである。
【００４８】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明の実施形態に従って、組み立てられた図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプ４００の斜視図である。カニューレ３００は、閉位置にあるクランプジョー４０４の間に固定されている。
【００４９】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、本発明の一実施形態に従って、図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプ４００にカニューレ３００を配置およびクランプする際の斜視図および側面図である。図１４Ａは、第一の（開）位置にあるアクセサリークランプ４００を示し、クランプジョー４０４がその間のバネ４１６によってバイアスされて開いている。図１４Ｂは、クランプジョー４０４の間に配置されているアクセサリー４００を示す。図１４Ｃは、レバー部４０６が基部４０２に対して上方に、矢印Ａの方向にクランプジョー４０４の方へ押し上げられており、それによってクランプジョー４０４が閉位置に作動している、第二の（閉）位置にあるアクセサリークランプ４００を示す。従って、クランプジョー４０４は、レバー部４０６をクランプジョー４０４の方へ摺動させることによって作動される。他の実施形態においては、旋回するレバー部が、以下の図１９〜図２３に関連して示され説明される。
【００５０】
図１５および図１６は、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すアクセサリークランプ４００のクランプジョー４０４を覆うように適合し得る、滅菌ドレープ部２７０ａの２つの例の種々の図を示す。滅菌ドレープ部２７０ａは、クランプジョー４０４の形状に適合するように形成され、クランプジョーの能動部品に沿って屈曲する。このために、ドレープ部２７０ａは、閉位置にあるアクセサリーを受容しクランプするような形状の表面（この場合は筒状）を有する。
【００５１】
滅菌ドレープ部２７０ａは、好ましくは、非滅菌アクセサリークランプの上に適切に配置でき、種々の方向に環状の荷重がかかっても裂けないような十分な剛性および強度を有する材料からなるが、しかし、好ましくは、クランプジョーの能動部品の動作を可能にするほどの柔軟性を有する材料からなる。滅菌ドレープ部２７０ａは、単一のドレープの一部として、または接着剤、熱、ＲＦ溶接またはその他の手段を介して滅菌ドレープ本体２７０装着され得る個別のピースとして形成され得る。
【００５２】
図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョー４０４の上に滅菌ドレープ部２７０ａを配置し、カニューレ３００を、クランプジョーとアクセサリーの間の滅菌ドレープ部２７０ａと共にクランプジョーの間にクランプする際の斜視図である。図１７Ａは、例えば前部アームアセンブリ２４６の末端のカニューレ取付け部２４６ａの、ロボットアームの遠位端に取り付けられたアクセサリークランプ４００を示す。図１７Ｂは、クランプジョー４０４の上に配置された滅菌ドレープ部２７０ａを示し、図１７Ｃは、アクセサリークランプ４０４の上に完全に配置されたドレープ部２７０ａを示す。一実施形態において、滅菌ドレープ部２７０ａは、ドレープ部２７０ａの上表面に連結される（例えば、一体に接着されるまたは熱成形される）補強部２７０ｂを含み得る。補強部２７０ｂは、種々の耐久性材料からなり得、一例として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはポリウレタンからなり得る。
【００５３】
図１７Ｄは、クランプ４００の上に配置されたカニューレ３００を示す。有用にも、カニューレ３００は、閉位置にあるクランプジョーの間にクランプされる前に、所望の任意の軸方向に配置され得る。アクセサリーの特性により、ユーザーはカニューレを誤って取り付けないように物理的に制限される。一例では、２つの固有の直径のクランプ部３００Ａおよび３００Ｂが、クランプするためにアクセサリー上に定められている。直径は、アクセサリーが誤ってクランプされ得ないように、異なるサイズを有する。ジョー４０４内の大きい方の直径は、ジョー内の領域に小さい方の直径のクランプ部３００Ｂが配置された場合に、レバーが閉じられるとアクセサリーが保持されないような大きさとなっている。ジョー４０４内の小さい方の直径、およびジョーの開放角度の制限により、大きい方の直径のクランプ部３００Ａはこの領域に物理的に適合しない。
【００５４】
図１７Ｅは、クランプ４００のクランプジョー４０４の間に完全にクランプされたカニューレ３００を示しており、レバー部４０６を矢印Ａの方向に上へ動かすと、クランプジョーが矢印Ｃの方向に内側へ移動し、クランプジョー４０４が閉位置になる。この状態でカニューレ３００は、カニューレとクランプとの間の滅菌ドレープ部と共に、ロボットアームにしっかりと正確に装着される。
【００５５】
有用にも、外科手術アクセサリーは、中間の滅菌アクセサリークランプを使用することなく、外科手術中にマニピュレーターアーに着脱され得るために、清掃や滅菌が必要な着脱式のアクセサリーマウントまたはアダプターが必要でなくなり、効率性とコスト効果とを向上させる。本発明はさらに、滅菌の不履行を生じることなく、器具、用具またはアクセサリーを外科手術用ロボットシステムに簡単に着脱することができ、例えば、一部の場合には、アクセサリーの交換を片手で行うことができる。
【００５６】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、カニューレ３００を把持するスライドアクセサリークランプ５００の図を示す。クランプ５００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ５００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ５００は、２個のクランプジョー５０２、および摺動動作を介して開位置から閉位置へクランプジョー５０２を作動させるレバー部５０４を含む。図１８Ｂは、ニトロニックピン５０６、およびセンター越えて移動してクランプジョー５０２の間にアクセサリーを固定することができるレバー部５０４のレバーハンドル５１２を示す。図１８Ｃは、磁石５０８、およびカニューレ３００の識別リングからアクセサリーの識別情報を検知するセンサー５１０を有するＰＣＢを示す。
【００５７】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、ピボットアクセサリークランプ６００を示す。クランプ６００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ６００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ６００は、２個のクランプジョー６０２、およびセンターを越えて移動してクランプジョー６０２の間にアクセサリーを固定することができるレバーハンドル６０４を含む。クランプジョー６０２はまた、レバーを開位置に維持する際に使用する戻り止め６０６をも含む。アクセサリークランプ６００は、他の実施形態と共に上述するとおり、センサーおよび取付け手段を中に含み得る基部６０８をさらに含む。
【００５８】
図２０は、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプ７００を示す。クランプ７００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ７００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ７００は、２個のクランプジョー７０２、および、またセンターを越えて移動してクランプジョー７０２の間にアクセサリーを固定することができるレバーハンドル７０４を含む。この実施形態において、基部７０８は、クランプジョーを開位置に維持する際に使用する戻り止め７０６を含み、また、他の実施形態と共に上述するとおり、センサーおよび取付け手段を含み得る。クランプ７００はさらに、両方のクランプが開位置と閉位置との間を移動するための単一の旋回点７１０を含み、これによってクランプのサイズを縮小することが可能となる。任意ではあるが、一方のクランプのみを開いて、アクセサリーが解除される。
【００５９】
図２１Ａ〜図２１Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、カニューレ３００を捕捉したピボットアクセサリークランプ８００を示す。クランプ８００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ８００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ８００は、２個のクランプジョー８０２、および開位置から閉位置へと移動してクランプジョーの間にアクセサリーを固定するレバーハンドル８０４を含む。レバー部は、クランプジョーを開位置から閉位置へと旋回させるピボットピン８１０をさらに含む。基部８０８は、他の実施形態と共に上述するとおり、クランプ８００をロボットマニピュレーターアームに取り付ける取付け手段を含み得る。図２１Ｂは、レバーハンドル８０４を旋回させるピボットピン８１２、クランプ８０４のカム表面に沿って回転するカムフォロア８１４、ジョーに力を伝達し続けながらもカムフォロアを若干たわませるバネプランジャー８１６、バネプランジャーがアセンブリの外に出ないようにするバネピン８１８、および旋回するクランプジョー８０２を通常の開位置に保ち、レバーハンドル８０４が動かされたときにジョーを閉じることができるねじりバネ８２２を示す。クランプ８００は、アクセサリーからのアクセサリー情報を検知するセンサー８２０をさらに含む。
【００６０】
図２２Ａ〜図２２Ｃは、本発明の実施形態に従った、図２１Ａ〜図２１Ｂの外科手術アクセサリークランプ８００に外科手術カニューレ３００を配置およびクランプする際の斜視図を示す。図２２Ａでは、カニューレ３００がクランプジョーの間に配置される。図２２Ｂでは、カムフォロア８１４が戻り止めにカチッとはまるまで、レバーハンドル８０４が旋回される。図２２Ｃでは、クランプジョーの間にカニューレ３００が固定される。有用にも、閉位置にあるアセンブリはアクセサリーよりも背が高くならないように製造され得、その結果として、カニューレ３００の上表面は、アクセサリークランプ８００の上表面（すなわち、クランプジョーの上表面）と同一面となる。
【００６１】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、カニューレ３００を捕捉したピボットアクセサリークランプ９００を示す。クランプ９００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ９００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ９００は、２個のクランプジョー９０２、レバーハンドル９０４、およびクランプ９００をマニピュレーターアームの遠位端に取り付ける基部９０８を含む。図２３Ｂおよび図２３Ｃは、レバーハンドル９０４を開位置と閉位置との間の適切な位置に配置するために使用される戻り止め９０６を含む、クランプ９００の断面を示す。図２３Ｃは、開位置と閉位置との間でクランプジョー９０２を旋回させるピボットピン９１０、磁石９１２、およびクランプされたアクセサリーからアクセサリー情報を検知するセンサー９１４を有するＰＣＢを示す。
【００６２】
図２４Ａ〜図２４Ｆは、本発明の別の実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプ１０００にカニューレ３００を配置およびクランプする際の斜視図を示す。アクセサリークランプ１０００は、間にカニューレ３００を捕捉またはクランプする第一の取付け部１００２および第二の取付け部１００４を含む。滅菌ドレープ部（図示せず）は、第一の取付け部１００２とカニューレ３００との間に配置され得る。別の実施形態において、クランプ部品（例えば、第一の取付け部）は滅菌ドレープの一部であり得、したがって滅菌された状態で供給されて、その後廃棄されるか、または後の利用のために再滅菌され得る。図２４Ａおよび図２４Ｂは、外科手術の前または開始時に、第一の取付け部１００２が、前部アームアセンブリ２４６等のロボットアームの遠位端に連結される様子を示す。図２４Ｃおよび図２４Ｄは、第一の取付け部１００２の上にカニューレ３００が配置される様子を示す。第一の取付け部１００２は、カニューレ３００の一部を受容する「ポケット」の形状をした上表面１００６を含む。この特定の実施形態では、上表面１００６は円筒状のアクセサリーの表面と嵌合するように円筒形の形状をしているが、その他の形状およびポケットが本発明の範囲内に含まれる。図２４Ｅおよび図２４Ｆは、第二の取付け部１００４が第一の取付け部１００２の上に配置されて、これに連結され、その間にカニューレ３００が捕捉されている様子を示す。
【００６３】
図２５Ａ〜図２５Ｂは、本発明の一実施形態に従った、第一の取付け部１００２の斜視図を示す。図２５Ａは、第二の取付け部１００４の固定リップと嵌合する固定リップ１００８を含む第一の取付け部１００２を示す。第一の取付け部１００２はさらに、ケーブル（図示せず）を介して第二の取付け部１００４に接続し、これらの部品を一緒に保持して、全体的に使いやすくするための、繋ぎ紐用ループ１０１０を含む。図２５Ｂは、固定クリップを取り付けるスロット１０１２および滅菌ドレープを取り付けるリップ１０１４を含む、第一の取付け部１００２を示す。
【００６４】
図２６Ａ〜図２６Ｂは、本発明の一実施形態に従った、第二の取付け部１００４の斜視図を示す。図２６Ａは、第一の取付け部１００４の繋ぎ紐用ループ１０１０にケーブル（図示せず）を介して接続する繋ぎ紐用ループ１０１６を含む、第二の取付け部１００４を示す。第二の取付け部１００４はさらに、第一の取付け部１００２の固定リップと嵌合する固定リップ１０１８を含む。
【００６５】
上記の実施形態は、本発明を例示するものであって、制限するものではない。また、本発明の原理に従って数多くの変更および改変が可能であることが、理解されるべきである。例えば、上記の実施形態では、クランプジョーおよびドレープ部に対して円筒状の形状が記載されているが、非円筒状の形状のアクセサリーを受容するための他の形状およびポケットが、本発明の範囲内に含まれる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定められる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して外科手術用ロボットシステムに関し、より具体的にはロボットアーム用のアクセサリークランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット支援外科手術またはテレロボット外科手術では、一般的に外科医は、患者から離れた場所（例えば、手術室の反対側、別の部屋、または患者とは完全に別の建物）からマスターコントローラーを操作して、手術部位における手術器具の動作を遠隔制御する。マスターコントローラーは、通常、１つ以上の手動入力装置（例えば、ジョイスティック、外骨格（ｅｘｏｓｋｅｌｅｔａｌ）グローブ等）を含んでおり、これはサーボモーターを有する手術器具に接続されており、サーボモーターは手術部位において器具の関節の働きをする。サーボモーターは一般的に、開口手術部位に直接的に、または患者の腹部等の体腔内にトロカールスリーブを経由して導入される、手術器具を支持および制御する電気機械装置、すなわち外科手術用マニピュレーター（「スレーブ」）の一部である。手術時に、外科手術用マニピュレーターは、機械的な関節の働きと、組織グラスパー、ニードルドライバー、電気外科手術焼灼プローブ等（それぞれ外科医のために種々の機能、例えば、ニードルを保持または駆動する、血管を把持する、または組織を切開する、焼灼する若しくは凝固させる、を実行する）といった種々の手術器具の制御とを提供する。
【０００３】
遠隔操作を通じてテレロボット外科手術を実行するこの新たな方法は、もちろん、新たな課題も多く生み出している。このような課題の一つは、電気機械式外科手術用マニピュレーターの一部が手術器具と直接接触し、さらに手術部位に隣接して配置されるという事実から生じている。従って、外科手術用マニピュレーターは、外科手術中に汚染される場合があり、一般的には手術と手術との間に廃棄されるか滅菌されている。費用面から考えると、器具を滅菌するのが好ましいと考えられるが、サーボモーター、センサー、エンコーダー、およびモーターをロボット制御する上で必要となる電気接続部は、一般的に従来の方法（例えば、蒸気、熱および圧力、または化学物質）で滅菌することができない。なぜなら、これらのシステム部品は、滅菌プロセスで損傷または破損すると考えられるためである。
【０００４】
テレロボット外科手術システムにおけるさらに別の課題には、一般的に外科医が、手術中に多くの異なる手術器具を使用することが挙げられる。器具ホルダーの数は空間的な制約および費用により制限されることから、これらの手術器具の多くは、１回の外科手術中に何度も、同じ器具ホルダーに着脱されることになる。例えば腹腔鏡検査では、患者の腹部への挿入口の数は、一般的に空間的な制約と、患者への不必要な切開を避ける目的とから、外科手術中に制限されている。このため、一般的には幾つかの異なる手術器具が、外科手術中に同じトロカールスリーブを介して導入される。同様に、開口手術では、一般的に１個または２個よりも多い外科手術用マニピュレーターを配置できるだけの空間的余裕が手術部位の周囲にないため、外科助手は、しばしば器具をホルダーから取り外し、他の手術用具と交換することが強いられることになる。一方で、器具ホルダーはこれまで取扱いが難しく面倒で、両手を使用しなければならなかった。さらに、これまでの器具ホルダーは、手術が終わるたびに取り外して滅菌する必要があった。
【０００５】
このため、改良されたテレロボットシステム、および患者の手術部位において手術器具を遠隔操作する改良された方法が求められている。これらのシステムおよび方法は、滅菌の必要性を最小限にして、コスト効果を改善するように構成されるべきである。さらに、これらのシステムおよび方法は、外科手術中における器具交換の時間および困難さを最小限にするように、設計されるべきである。従って、効率およびコスト効果が改善された、ロボット外科手術のためのアクセサリークランプおよびシステムが、非常に望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、テレロボット外科手術で使用される外科手術アクセサリーをクランプするための有用な、システム、装置、および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプが提供され、該アクセサリークランプは、マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部と、外科手術アクセサリーを受容し、基部に動作可能に連結する２個のクランプジョーとを含む。このクランプは、２個のクランプジョーを覆う滅菌ドレープ部と、これらの２個のクランプジョーを開位置または閉位置に作動させることができるレバー部と、をさらに含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプが提供され、該アクセサリークランプは、マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部であって、第一の取付け部を含む基部と、第一の取付け部を覆う滅菌ドレープ部と、第一および第二の取付け部の間で外科手術アクセサリーをクランプまたは解除する第二の取付け部と、を含む。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、滅菌野において外科手術を行うための外科手術用ロボットシステムが提供され、該システムは、マニピュレーターアームと、外科手術アクセサリーをマニピュレーターアームの遠位端部に連結するための外科手術アクセサリークランプと、滅菌野からアクセサリークランプおよびマニピュレーターアームを遮蔽するためのアクセサリークランプおよびマニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、を含む。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態によれば、滅菌野において外科手術を行うための外科手術用ロボットシステムが提供され、該システムは、手術用具と、近位端部および遠位端部を有するマニピュレーターアームを含むマニピュレーターアセンブリと、手術用具を受容する内腔を画定し患者における経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレと、カニューレをマニピュレーターアームの遠位端部に連結するためのカニューレアダプターと、滅菌野からカニューレアダプターおよびマニピュレーターアームを遮蔽するためのカニューレアダプターおよびマニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、を含む。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリーをクランプする方法が提供され、該方法は、上述のような外科手術アクセサリークランプを提供することと、２個のクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置することと、アクセサリークランプを開位置に作動させることと、２個のクランプジョーの間に外科手術アクセサリーを提供することと、アクセサリークランプを閉位置に作動させることと、を含む。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態によれば、外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリーをクランプする方法が提供され、該方法は、外科手術アクセサリークランプをマニピュレーターアームの遠位端部に装着することと、マニピュレーターアームおよびアクセサリークランプを滅菌野から遮蔽するためにマニピュレーターアームおよびアクセサリークランプを滅菌ドレープで覆うことと、滅菌野の中でアクセサリーをアクセサリークランプに装着することと、を含む。
【００１３】
有用にも、本発明は、再滅菌を必要とせず、器具、用具またはアクセサリーの交換が容易であり、それ故にコスト効果および効率が改善された、外科手術用ロボットシステムのための向上したクランプ装置および方法を提供する。
【００１４】
本発明の範囲は特許請求の範囲によって定められ、それは参考として本明細書の中で援用される。以下の１つ以上の実施形態の詳細な説明を検討することによって、本発明の実施形態のより詳細な理解、およびそれらのさらなる利点の理解が、当業者には可能となる。図面の簡単な説明に記載される図面が参照される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプであって、
マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部と、
外科手術アクセサリーを受容するための２個のクランプジョーであって、該基部に動作可能に連結される、２個のクランプジョーと、
該２個のクランプジョーを覆う滅菌ドレープ部と、
該２個のクランプジョーを開位置または閉位置に作動させることができるレバー部と、
を備える、アクセサリークランプ。
（項目２）
上記基部は、ネジ、接着剤または溶接材料によってマニピュレーターアームに連結されることが可能な、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目３）
上記２個のクランプジョーは、上記開位置において上記外科手術アクセサリーを長手方向軸に沿って回転させることができる、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目４）
上記２個のクランプジョーは、１つの旋回軸または２つの旋回軸の回りに旋回する、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目５）
上記外科手術アクセサリーは、手術用具を受容するための内腔を画定し経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレである、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目６）
上記手術用具は、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダー、マイクロディセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄用具およびクリップアプライヤー等のエンドエフェクターを有する関節型用具、ならびに切断刃、焼灼プローブ、イルリガートル、カテーテルおよび吸引オリフィス等の非関節型用具からなる群から選択される、項目５に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目７）
上記滅菌ドレープ部は、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目８）
上記滅菌ドレープ部は、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目９）
上記滅菌ドレープ部は補強部を含む、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１０）
上記レバー部は、レバーハンドルの摺動動作または旋回動作によって、上記外科手術アクセサリーをクランプし、または解放する、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１１）
上記２個のクランプジョーの間で受信される上記外科手術アクセサリーに関する情報を処理するための、プリント基板をさらに備える、項目１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１２）
上記情報は、上記外科手術アクセサリーの識別情報を含む、項目１１に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１３）
外科手術用ロボットシステムの外科手術アクセサリークランプであって、
マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部であって、第一の取付け部を含む、基部と、
該第一の取付け部を覆う滅菌ドレープ部と、
該第一の取り付け部と第二の取付け部との間で外科手術アクセサリーをクランプし、または解放するための、第二の取付け部と、
を備える、アクセサリークランプ。
（項目１４）
上記外科手術アクセサリーは、手術用具を受容するための内腔を画定し経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレである、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１５）
上記手術用具は、リトラクター、スタビライザーおよび内視鏡カメラからなる群から選択される、項目１４に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１６）
上記滅菌ドレープ部は、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１７）
上記滅菌ドレープ部は、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１８）
上記滅菌ドレープ部は補強部を含む、項目１３に記載の外科手術アクセサリークランプ。
（項目１９）
滅菌野内で手術を行うための外科手術用ロボットシステムであって、
マニピュレーターアームと、
外科手術アクセサリーを該マニピュレーターアームの遠位端に連結するための、外科手術アクセサリークランプと、
該アクセサリークランプおよび該マニピュレーターアームを該滅菌野から遮蔽するための、該アクセサリークランプおよび該マニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、
を備える、システム。
（項目２０）
上記外科手術アクセサリーは、手術用具を受容するための内腔を画定し経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレである、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２１）
上記手術用具は、リトラクター、スタビライザーおよび内視鏡カメラからなる群から選択される、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２２）
上記滅菌ドレープは、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２３）
上記アクセサリークランプを覆う上記滅菌ドレープは、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２４）
上記アクセサリークランプを覆う上記滅菌ドレープは、補強部を含む、項目１９に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２５）
滅菌野内で手術を行うための外科手術用ロボットシステムであって、
手術用具と、
近位端部および遠位端部を有するマニピュレーターアームを含むマニピュレーターアセンブリと、
該手術用具を受容するための内腔を画定し、患者における経皮的侵入へのアクセスを提供するカニューレと、
該カニューレを該マニピュレーターアームの該遠位端部に連結するための、カニューレアダプターと、
該カニューレアダプターおよび該マニピュレーターアームを該滅菌野から遮蔽するための、該カニューレアダプターおよび該マニピュレーターアームを覆う滅菌ドレープと、
を備える、システム。
（項目２６）
上記滅菌ドレープは、ＨＤＰＥ、ポリエチレンおよびポリウレタンからなる群から選択される材料からなる、項目２５に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２７）
上記カニューレアダプターを覆う上記滅菌ドレープは、より大型のドレープの真空形成された部分、または個別の成形された部分である、項目２５に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２８）
上記カニューレアダプターを覆う上記滅菌ドレープは、補強部を含む、項目２５に記載の外科手術用ロボットシステム。
（項目２９）
外科手術用ロボットシステムにおいて、外科手術アクセサリーをクランプする方法であって、
マニピュレーターアームの遠位端に連結するための基部と、
該外科手術アクセサリーを受容するための２個のクランプジョーと、
該２個のクランプジョーを該基部に動作可能に連結し、該２個のクランプジョーを開位置または閉位置に作動させることができるレバー部と、
を備える、外科手術アクセサリークランプを提供することと、
滅菌ドレープを該２個のクランプジョーの上に配置することと、
該アクセサリークランプを該開位置に作動させることと、
該外科手術アクセサリーを該２個のクランプジョーの間に提供することと、
該アクセサリークランプを該閉位置に作動させることと、
を包含する、方法。
（項目３０）
上記２個のクランプジョーの間に提供された外科手術アクセサリーのタイプを識別すること、をさらに包含する、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
上記外科手術アクセサリーを上記２個のクランプジョーの間の所望の位置に回転させること、をさらに包含する、項目２９に記載の方法。
（項目３２）
外科手術用ロボットシステムにおいて、外科手術アクセサリーをクランプする方法であって、
外科手術アクセサリークランプをマニピュレーターアームの遠位端部に装着することと、
該マニピュレーターアームおよび該アクセサリークランプを滅菌野から遮蔽するために、該マニピュレーターアームおよび該アクセサリークランプを滅菌ドレープで覆うことと、
該滅菌野の中でアクセサリーを該アクセサリークランプに装着することと、
を包含する、方法。
（項目３３）
手術用具を上記アクセサリーを通じて導入すること、をさらに包含する、項目３２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、外科手術用テレロボットシステムおよびテレロボット外科手術方法を示す、手術室の概略図である。
【図２】図２は、本発明に従った、手術台に連結される一対の取付けジョイントを示す、図１の手術室の拡大図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態に従った、滅菌ドレープによって部分的に覆われた、外科手術用ロボットマニピュレーターの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを示す、滅菌ドレープを外した状態の図３Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの斜視図である。
【図４】図４は、手術部位を観察するためのカメラおよび内視鏡を組み込んだ、図３Ａ〜図３Ｂの外科手術用ロボットマニピュレーターを示す。
【図５】図５は、アームとリストユニットとの間の機械的および電気的連結を示す、図３Ａ〜図３Ｂのロボットマニピュレーターの部分図である。
【図６】図６は、図３Ａおよび図３Ｂのマニピュレーターの前部アームおよびキャリッジの部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った、リストユニットの斜視図である。
【図８】図８は、アームおよび駆動アセンブリを示す、ロボットマニピュレーターの一部の側面断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の別の実施形態に従った、滅菌ドレープで部分的に覆われた外科手術用ロボットマニピュレーターの斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂおよび図９Ｃは、外科手術アクセサリークランプ、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを示す、滅菌ドレープを外した状態の図９Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの図である。
【図９Ｃ】図９Ｂおよび図９Ｃは、外科手術アクセサリークランプ、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを示す、滅菌ドレープを外した状態の図９Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプ、外科手術アクセサリー、およびそれらの間の滅菌ドレープ部の断面図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の実施形態に従った、外科手術アクセサリーとしてのカニューレ、および本アクセサリーの検知機構の断面図を示す。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプの種々の図を示す。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｂは、本発明の実施形態に従った、図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプに保持された外科手術アクセサリーの斜視図を示す。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｃは、本発明の実施形態に従って、外科手術アクセサリーを図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプに配置およびクランプする際の斜視図および側面図を示す。
【図１５】図１５および図１６は、アクセサリークランプのクランプジョーを覆う２種類の滅菌ドレープ部を示す。
【図１６】図１５および図１６は、アクセサリークランプのクランプジョーを覆う２種類の滅菌ドレープ部を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｃ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｄ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１７Ｅ】図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョーの上に滅菌ドレープを配置し、次いでアクセサリーをクランプジョーの間にクランプする際の斜視図を示す。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、スライドアクセサリークランプの図を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、ピボットアクセサリークランプを示す。
【図１９Ｂ】図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、ピボットアクセサリークランプを示す。
【図２０】図２０は、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプを示す。
【図２１】図２１Ａ〜図２１Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプを示す。
【図２２】図２２Ａ〜図２２Ｃは、本発明の実施形態に従って、外科手術アクセサリーを図２１Ａ〜図２１Ｂの外科手術アクセサリークランプに配置およびクランプする際の斜視図である。
【図２３】図２３Ａ〜図２３Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプを示す。
【図２４】図２４Ａ〜図２４Ｆは、本発明の別の実施形態に従って、外科手術アクセサリーを外科手術アクセサリークランプに配置およびクランプする際の斜視図を示す。
【図２５】図２５Ａ〜図２５Ｂは、本発明の実施形態に従った、第一の取付け部の斜視図を示す。
【図２６】図２６Ａ〜図２６Ｂは、本発明の実施形態に従った、第二の取付け部の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態およびそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。１枚以上の図面に示してある同じ参照番号は、同じ要素を特定するために使用されていることが、理解されるべきである。図面の縮尺は必ずしも一定でないことがまた、理解されるべきである。
【００１７】
本発明は、特に開口外科手術、神経外科手術（例えば、定位脳手術）および内視鏡手術（例えば、腹腔鏡検査、関節鏡検査、胸腔鏡検査）等を含むロボット支援外科手術を患者に行うためのマルチコンポーネントシステムおよび方法を提供する。本発明のシステムおよび方法は、患者から離れた位置からサーボ機構を介して外科医が手術器具を操作することができる外科手術用テレロボットシステムの一部として特に有用である。その目的のために、本発明のマニピュレーター装置またはスレーブは、通常、運動学的に等価であるマスターによって駆動され、力逆送型のテレプレゼンスシステムを形成する。好適なスレーブマスターシステムの説明は、１９９５年８月２１日出願の米国特許出願第０８／５１７，０５３号の中に見ることができ、該出願の開示全体が、本明細書においてあらゆる目的のために参考として援用される。
【００１８】
同じ番号が同じ要素を示している図面を詳細に参照すると、外科手術用テレロボットシステム２が、本発明の一実施形態に従って図示されている。図１に示す通り、テレロボットシステム２は一般的に、手術台Ｏにまたは手術台Ｏの近くに取り付けられる１つ以上の外科手術用マニピュレーターアセンブリ４、ならびに外科医Ｓが手術部位を観察して、マニピュレーターアセンブリ４を制御することを可能にする制御アセンブリ６を含む。本システム２はまた、マニピュレーターアセンブリ４と着脱可能に結合するように適合された１つ以上の観察スコープアセンブリ１９および複数の手術器具アセンブリ２０をも含む（以下に詳述）。テレロボットシステム２は、通常、少なくとも２つのマニピュレーターアセンブリ４、好ましくは３つのマニピュレーターアセンブリ４を含む。マニピュレーターアセンブリ４の正確な数は、とりわけ、外科手技および手術室内の空間的な制約に依存する。以下に詳述する通り、アセンブリ４のうちの１つは一般的に、手術部位を観察する観察スコープアセンブリ１９を（例えば、内視鏡手術において）操作し、一方でその他のマニピュレーターアセンブリ４は、患者Ｐに種々の手技を行う手術器具２０を操作する。
【００１９】
制御アセンブリ６は、通常手術台Ｏと同じ部屋に配置される外科医用コンソールＣに配置され、その結果として、外科医は助手Ａに話しかけ、手技を直接監視し得る。しかし、外科医Ｓは、患者Ｐとは異なる部屋または完全に異なる建物に配置され得ることが、理解されるべきである。制御アセンブリ６は一般的に、支持台８、外科医Ｓに手術部位の画像を表示するモニター１０、およびマニピュレーターアセンブリ４を制御する１つ以上のコントローラー１２を含む。コントローラー１２は、ジョイスティック、グローブ、トリガーガン、手動コントローラー、音声認識装置等といった種々の入力装置を含み得る。好ましくは、コントローラー１２は、関連する手術器具アセンブリ２０と同じ自由度を備えることで、外科医にテレプレゼンスを提供するか、または、外科医が器具２０を直接制御している強い感覚を覚えるようなコントローラー１２と器具２０との一体感を外科医に提供する。位置、力および触覚フィードバックセンサー（図示せず）が、また器具アセンブリ２０に使用され得、外科医がテレロボットシステムを操作する際に、位置、力および接触の感覚を手術器具から外科医の手に伝え戻す。オペレータにテレプレゼンスを提供するための１つの好適なシステムおよび方法は、先に本明細書において参考として援用されている、１９９５年８月２１日出願の米国特許出願第０８／５１７，０５３号に記載されている。
【００２０】
モニター１０は、観察スコープアセンブリ１９に適切に連結され、外科医用コンソールＣ上の外科医の手の近くに手術部位の画像が提供される。好ましくは、モニター１０は、実際に外科医が手術部位を真上から見下ろしているように感じる方向からの、反転画像をディスプレイ１８に示す。その目的のために、手術器具２０の画像は、たとえ観察点（すなわち、内視鏡または観察カメラ）が画像の視点からのものでないとしても、オペレータの手がある場所にあるかのように見える。さらに、リアルタイム画像は、好ましくは、斜視画像に変換され、その結果として、実質的に真のプレゼンスにおいて作業空間を見ているかのように、オペレータはエンドエフェクターおよび手の制御を操作し得る。真のプレゼンスとは、画像の表示が、手術器具２０を物理的に操作しているオペレータの視点をシミュレートした真の斜視画像であることを意味する。このように、コントローラー（図示せず）は、斜視画像が、カメラまたは内視鏡が手術器具２０の真後ろにあるかのように見える画像となるように、手術器具２０の座標を知覚位置に変換する。このバーチャル画像を提供するのに好適な座標変換システムは、１９９４年５月５日出願の米国特許出願第０８／２３９，０８６号（現、米国特許第５，６３１，９７３号）に記載されており、該出願の開示全体が、本明細書においてあらゆる目的のために参考として援用される。
【００２１】
図１に示す通り、コントローラー１２の機械的動作をマニピュレーターアセンブリ４に転送するためにサーボ機構１６が提供される。サーボ機構１６は、マニピュレーターアセンブリ４と分離されている場合も、一体となっている場合もあり得る。サーボ機構１６は、通常、手術器具２０から手動コントローラー１２へ力およびトルクのフィードバックを提供する。さらに、サーボ機構１６は、認識された状態（例えば、患者への過剰な力の負荷、マニピュレーターアセンブリ４のランナウェイ等）に応答して、全てのロボットの動作をフリーズするかまたは少なくとも抑制し得る安全監視コントローラー（図示せず）を含む。サーボ機構は、好ましくは、外科医の素早い手の動きにシステムが迅速かつ正確に応答できるように、少なくとも１０ｈｚの３ｄＢカットオフ周波数を有するサーボ帯域幅を有する。本システムを効率的に操作するために、マニピュレーターアセンブリ４は比較的低い慣性を有し、駆動モーター１７０（図８を参照）は、比較的低いギア比またはプーリー連結を有する。任意の好適な従来のサーボ機構または特殊なサーボ機構が本発明の実施において使用され得るが、力およびトルクのフィードバックを組み込んだものが、特に本システムのテレプレゼンス操作に対しては好ましい。
【００２２】
図７を参照すると、手術器具アセンブリ２０はそれぞれ、リストユニット２２、およびリストユニット２２に着脱可能に取り付けられた手術用具２４（図３Ａおよび図３Ｂ）を含む。以下に詳述する通り、各リストユニット２２は一般的に、近位キャップ５８を有する細長いシャフト５６、および手術用具２４に旋回可能に連結される遠位リスト６０を含む。各リストユニット２２は実質的に同じであり、外科手技の要件に応じて、異なるまたは同じ手術用具２４がこれに取り付けられる。あるいは、リストユニット２２は、リストユニット２２が従来の用具２４と共に使用され得るように、個々の手術用具２４に合わせて設計された特殊なリスト６０を有し得る。図１に示す通り、器具アセンブリ２０は、通常、台Ｔの上に、または手術台Ｏに隣接するその他の適切な支持台の上に組み立てられている。本発明の方法（以下に記載）によれば、リストユニット２２およびそれらの関連する手術用具２４は、リストユニットシャフト５６をマニピュレーターアセンブリ４から着脱することによって、外科手術中に迅速に交換され得る。
【００２３】
図２を参照すると、各マニピュレーターアセンブリ４は、好ましくは、取付けジョイント３０によって手術台Ｏに取り付けられる。取付けジョイント３０は、アセンブリ４に対して複数の自由度（好ましくは、少なくとも５自由度）を提供し、アセンブリ４を患者に対して適切な位置および方向に固定することができるブレーキ（図示せず）を含む。ジョイント３０は、ジョイント３０を手術台Ｏに取り付け、各マニピュレーターアセンブリ４をサーボ機構１６に接続するためのレセプタクル３２に取り付けられる。さらに、レセプタクル３２は、ジョイント３０をＲＦ電源、吸引洗浄システム等のその他のシステムに接続し得る。レセプタクル３２は、手術台Ｏの外側レール３６に沿って摺動可能に配置される取付けアーム３４を含む。マニピュレーターアセンブリ４はまた、その他の機構と共に手術台Ｏ上に配置され得る。例えば、本システムは、１つ以上のマニピュレーターアセンブリ４を患者の上で移動させて保持する支持システム（手術室の天井または壁に連結される）を組み込み得る。
【００２４】
次に図３〜図８を参照して、マニピュレーターアセンブリ４をさらに詳細に説明する。マニピュレーターアセンブリ４は、非滅菌の駆動制御部品、滅菌可能なエンドエフェクターまたは手術用具（すなわち、手術器具アセンブリ２０）、および中間コネクター部品を含む、３つの部品からなる装置である。中間コネクターは、手術用具２４を駆動制御部品と連結し、駆動部品から手術用具２４に動作を伝達する機械的要素を含む。図３Ｂに示す通り、駆動制御部品は一般的に、駆動アセンブリ４０、および取付けジョイント３０（図２）に取り付けるのに適した、取付けブラケット４４に連結される多自由度のロボットアーム４２を含む。好ましくは、駆動アセンブリ４０およびロボットアーム４２は、球形回転の遠隔中心４５を通って伸びる（図８を参照、以下に詳述）Ｘ軸の回りに旋回可能なように、ブラケット４４に連結される。マニピュレーターアセンブリ４は、アーム４２の遠位端４８に固定される前部アームアセンブリ４６、ならびにリストユニット２２および手術用具２４をマニピュレーターアセンブリ４に取り付けるための、前部アームアセンブリ４６に連結されるリストユニットアダプター５２を、さらに含む。
【００２５】
内視鏡手術において、マニピュレーターアセンブリ４はさらに、カニューレ６６をマニピュレーターアセンブリ４に取り付けるための、前部アーム４６の下部に取り付けられるカニューレアダプター６４を含む。あるいは、カニューレ６６は、前部アームアセンブリ４６に組み込まれた（すなわち、着脱不能な）一体型カニューレ（図示せず）であり得る。カニューレ６６は、カニューレ６６内の環状ベアリングに取り付けられる、ひずみゲージまたは力検出抵抗器等の力検出機構（図示せず）を含み得る。力検出ベアリングは、外科手術中に手術用具２４を支持し、用具がベアリングの中心穴を通って回転および軸方向に移動できるようにする。さらに、このベアリングは、手術用具２４によって及ぼされる横方向の力を力検出機構に伝達し、該力検出機構は、サーボ機構１６に連結されており、これらの力をコントローラー１２に伝達する。このようにして、手術用具２４に作用する力は、手術切開部周囲の組織のようなカニューレ６６に作用する力、またはマニピュレーターアセンブリ４に作用する重量および慣性力による影響を受けずに、検出され得る。これにより、外科医が手術用具２４に作用する力を直接感知することから、ロボットシステムにおけるマニピュレーターアセンブリ４の使用が助長される。
【００２６】
図３Ａに示す通り、マニピュレーターアセンブリ４は、マニピュレーターアセンブリ４全体を実質的に覆うような大きさの滅菌ドレープ７０を、さらに含む。ドレープ７０は、一対の穴７２、７４を有し、この一対の穴７２、７４は、リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４が穴７２、７４を抜けて伸長して、リストユニット２２およびカニューレ６６をマニピュレーターアセンブリ４に取り付けられるようなサイズおよび配置となっている。滅菌ドレープ７０は、手術部位からマニピュレーターアセンブリ４を効果的に遮蔽するように構成された材料を備えており、その結果として、アセンブリ４の部品の大部分（すなわち、アーム４２、駆動アセンブリ４０および前部アームアセンブリ４６）は外科手技の前後に滅菌される必要はない。
【００２７】
図３Ａに示す通り、リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４は、ドレープ７０の穴７２、７４を抜けて伸長し、その結果として、前部アームアセンブリ４６、およびマニピュレーターアセンブリ４の残りの部分は、手技の間に患者から遮蔽されたままとなる。一実施形態において、リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４は、手術部位の滅菌野の中に伸長することから、滅菌される再使用可能な部品として製造される。リストユニットアダプター５２およびカニューレアダプター６４は、蒸気、熱および圧力、化学物質等といった通常の方法で滅菌され得る。図３Ｂを参照すると、リストユニットアダプター５２は、リストユニット２２のシャフト５６を受容する開口部８０を含む。以下に詳述する通り、シャフト５６は、開口部８０を抜けて側方に押し進められて、アダプター５２にスナップ止めされ、その結果として、リストユニットアダプター５２の非露出部分は滅菌されたままとなる（すなわち、滅菌野と反対のドレープ７０の滅菌側に残る）。リストユニットアダプター５２はまた、リストユニット２２をアダプターに固定するラッチ（図示せず）をも含み得る。同様に、カニューレアダプター６４は、カニューレ６６をアダプターにスナップ止めさせるための開口部８２を含み、その結果として、外科手術中にアダプター６４の非露出部分が滅菌されたままとなる。
【００２８】
図４に示す通り、リストユニットアダプター５２はまた、手術部位を観察するための観察スコープ１００を受容するように構成され得る。内視鏡手術の場合には、観察スコープ１００は従来の内視鏡であり得、この内視鏡は一般的に、剛性の細長い管１０２を含み、この管１０２の近位端にレンズシステム（図示せず）およびカメラマウント１０４を装備する。小型のビデオカメラ１０６が、好ましくは、カメラマウント１０４に取り付けられ、ビデオモニター１０に接続されて、外科手技のビデオ画像を提供する。好ましくは、スコープ１００は、管１０２の側方または斜めからの表示が可能になるように構成された遠位端（図示せず）を有する。観察スコープはまた、管１０２の近位端上でアクチュエーターを操作することによって、屈曲または回転させることができる誘導可能なチップを有し得る。このタイプのスコープは、Ｂａｘｔｅｒ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｃｏｒｐ．（米国イリノイ州ディアフィールド）またはＯｒｉｇｉｎ Ｍｅｄｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（米国カリフォルニア州メンロパーク）から市販されている。
【００２９】
図４に示す通り、観察スコープ１００は、観察スコープ１００をリストユニットアダプター５２に連結する、スコープアダプター１１０をさらに含む。スコープアダプター１１０は、滅菌、ＥＴＯおよびオートクレーブが可能であり、また、駆動アセンブリ４０からスコープ１００へ動作を伝達する複数の動作フィードスルー（図示せず）を含む。好適な構成において、この動作は、ピッチおよびヨーの動作、Ｚ軸の回りの回転、およびＺ軸に沿った移動を含む。
【００３０】
次に、図５および図６を参照して、前部アームアセンブリ４６をさらに詳細に説明する。図５に示す通り、前部アームアセンブリ４６は、アーム４２に固定されるハウジング１２０、およびハウジング１２０に摺動可能に連結される可動キャリッジ１２２を含む。キャリッジ１２２は、リストユニットアダプター５２およびリストユニット２０をＺ方向に移動させるために、ハウジング１２０にリストユニットアダプター５２を摺動可能に取り付ける。さらに、キャリッジ１２２は、前部アームアセンブリ４６からリストユニットアダプター５２へ動作および電気信号を伝達するために、いくつかの開口部１２３を定める。図６に示す通り、ハウジング１２０内には、アーム４２から開口部１２３を通ってリストユニットアダプター５２およびリストユニット２２へ動作を伝達するために、複数の回転シャフト１２４が取り付けられる。回転シャフト１２４は、好ましくは、リストユニット２２のリスト６０の回りの手術用具２４のヨーおよびピッチの動作、Ｚ軸の回りのリストユニット２２の回転、および用具２４の作動を含む、少なくとも４自由度をリストユニット２２に提供する。本システムはまた、所望の場合には、より多いまたはより少ない自由度を提供するように構成され得る。用具２４の作動は、ジョー、グラスパーまたはハサミの開閉、クリップまたはステープルの適用等のような、種々の動作を含み得る。リストユニット２２および用具２４のＺ方向への動作は、前部アームハウジング１２０の各々の端部における回転プーリー１２８と１２９との間に伸長する１対のキャリッジケーブルドライブ１２６によって提供される。ケーブルドライブ１２６は、キャリッジ１２２およびリストユニット２２を前部アームハウジング１２０に対してＺ方向に移動するように機能する。
【００３１】
図６に示す通り、アーム４２の遠位端４８は、アーム４２から前部アームアセンブリ４６へ動作を伝達する複数の動作フィードスルー１３２を有する連結アセンブリ１３０を含む。さらに、連結アセンブリ１３０は、アーム４２からリストユニット２２へ電気信号を伝達するための、いくつかの電気コネクター（図示せず）を含む。同様に、リストユニットアダプター５２は、リストユニット２２へ動作を伝達するための複数の動作フィードスルー（図示せず）、および電気信号をリストユニット２２へ送信しかつそこから受信する（例えば、手術部位からコントローラー１２へ力およびトルクのフィードバック信号を送受信する）ための電気接続部（図示せず）を含む。連結アセンブリ１３０およびリストユニットアダプター５２の各々の側の部品は、有限の動作範囲を有する。通常、この動作範囲は、少なくとも１回転であり、そして１回転よりも多いことが好ましい。これらの動作範囲は、前部アームアセンブリ４６が連結アセンブリ１３０に機械的に連結され、リストユニットアダプター５２が前部アーム４６に機械的に連結されるときに、互いに整合される。
【００３２】
図７を参照して、リストユニット２２をさらに詳細に説明する。図示の通り、リストユニット２２は、近位端にキャップ５８が、遠位端にリスト６０が取り付けられた中空シャフト５６を含む。リスト６０は、種々の手術用具２４をシャフト５６に着脱可能に連結する連結部（図示せず）を含む。シャフト５６は、シャフト５６の長手軸（すなわち、Ｚ軸）の回りにシャフト５６および用具２４を回転させられるように、キャップ５８に回転可能に連結される。キャップ５８は、リストユニットアダプター５２からシャフト５６内の駆動ケーブル（図示せず）に動作を伝達する機構（図示せず）を収容する。この駆動ケーブルは、リスト６０の回りに用具２４を旋回させ、用具２４上のエンドエフェクター１４０を作動させるように、シャフト５６内の駆動プーリーに適切に連結されている。リスト６０はまた、例えば差動歯車、プッシュロッド等のようなその他の機構によって操作され得る。
【００３３】
用具２４は、リストユニット２２のリスト６０に着脱可能に連結される。用具２４は、好ましくは、外科医に対して触覚のフィードバックを提供する触覚センサーアレイ（図示せず）を有するエンドエフェクター６５を含む（図３Ａおよび図３Ｂ）。用具２４は、ジョー、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダー、マイクロディセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄用具、クリップアプライヤー等の種々の関節型用具を含み得、それらは、ワイヤ連結、偏心カム、プッシュロッドまたはその他の機構によって駆動されるエンドエフェクターを有する。さらに、用具２４は、切断刃、プローブ、イルリガートル、カテーテルまたは吸引オリフィス等の非関節型器具を備え得る。あるいは、用具２４は、組織を焼灼、切除、切断または凝固する電気外科手術プローブを備え得る。後者の実施形態において、リストユニット２２は、例えばシャフト５６を通過して用具２４まで伸長するリード線またはロッドに連結される、近位バナナ型プラグ等の伝動性要素を含む。
【００３４】
図４および図８を参照して、本発明の駆動部品および制御部品の特定の構成（すなわち、ロボットアーム４２および駆動アセンブリ４０）をさらに詳細に説明する。上述の通り、アーム４２および駆動アセンブリ４０は、取付けブラケット４４から伸長する１対のピン１５０の回りに回転可能に連結される。好ましくは、アーム４２は、実質的に剛性の細長体１５２を備え、この遠位端４８は前部アームアセンブリ４８に連結され、近位端１５４は駆動アセンブリ４０およびブラケット４４に旋回可能に連結されて、ピッチおよびヨー、すなわちＸ軸およびＹ軸（ただし、Ｙ軸は紙面に対して垂直で、点４５を通って伸長する。図８を参照）の回りの回転を与える。アーム４０は、例えば、Ｌ字型アーム（ヒトの腕と同様の）、角柱アーム（真っ直ぐに伸長可能）等の、その他の構成を有し得る。固定型ヨーモーター１５６は、アーム４２および駆動アセンブリ４０をＸ軸の回りに回転させるために、取付けブラケット４４に取り付けられる。駆動アセンブリ４０はまた、Ｙ軸の回りにアームを回転させるための、アーム４２に連結されるピッチモーター１５８をも含む。１対の実質的に剛性のリンク要素１６０、１２４は、ブラケット４４からロボットアーム４２へ伸長して、Ｙ軸の回りに旋回可能なようにアーム４２をブラケット４４に連結する。一方のリンク要素１６０は、アーム４２に旋回可能に連結され、他方のリンク要素１２４は、アーム４２に対して並行に伸長する第三のリンク要素１６４に旋回可能に連結される。好ましくは、ロボットアーム４２は、第三のリンク要素１６４を少なくとも部分的に収容する溝型の（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｈａｐｅｄ）剛性要素である。リンク要素１６０、１２４および１６４、ならびにアーム４２は平行四辺形のリンク構造を形成し、該リンク構造の中でこれらの部材は共に平行四辺形に連結され、部材によって形成される平面内でのみ相対的に移動する。
【００３５】
アーム４２の遠位端４８に保持されるリストユニット２２のＺ軸は、上記の平行四辺形のリンク構造のＸ軸と交差する。リストユニット２２は、図８に番号４５として示される位置の回りの、球面回転の遠隔中心を有する。従って、この回転の遠隔中心４５を同じ位置に維持したまま、リストユニット２２の遠位端は、それ自身の軸またはＸ軸およびＹ軸の回りに回転させられ得る。遠隔中心位置決め装置のより完全な説明は、１９９５年７月２０日出願の米国特許出願第０８／５０４，３０１号（現、米国特許第５，９３１，８３２号）の中に見ることができ、該出願の開示の全体が、本明細書においてあらゆる目的のために参考として援用される。アーム４２および駆動アセンブリ４０は、上記および図８に示すもの以外にも、定位的位置決め装置、固定式ジンバル等といった多岐にわたる位置決め装置と共に使用され得ることに、留意されたい。
【００３６】
再び図８を参照すると、駆動アセンブリ４０は、アーム４２に連結されてこれを回転させる複数の駆動モーター１７０をさらに含む。ピッチモーター１５６およびヨーモーター１５８は、アーム４２（および駆動モーター１７０）のＸ軸およびＹ軸の回りの動作を制御し、駆動モーター１７０は、リストユニット２２および手術用具２４の動作を制御する。好ましくは、少なくとも５個の駆動モーター１７０がアーム４２に連結され、リストユニット２２に少なくとも５自由度を提供する。駆動モーター１７０は、好ましくは、サーボ機構１６に応答するエンコーダー（図示せず）、および力およびトルクのフィードバックを外科医Ｓに送る力センサー（図示せず）を含む。上述の通り、５自由度は、好ましくは、キャリッジ１２２およびリストユニット２２のＺ方向の動き、Ｚ軸の回りのリストユニット２２の回転、リスト６０の回りの手術用具２４のピッチおよびヨーの回転、および用具２４の作動を含む。
【００３７】
図示の通り、ケーブル１７２は、各モーター１７０から、アーム４２内のモーター駆動プーリー１７４、アイドラープーリー１７６の周囲に、そして比較的大きなポットキャプスタン１７８に沿って伸長し、ケーブル１７２に対する摩擦トルクの影響を最小限にする。これらのケーブル１７２はそれぞれ、アーム４２の遠位端４８における別のアイドラープーリー１８０の周囲に、連結駆動プーリー１８２の周囲に、そして再びモーター１７０へと伸長する。これらのケーブル１７２は、好ましくは、モーター駆動プーリー１７４ならびに連結駆動プーリー１８２において張力が加えられて、そこで係留される。図８に示す通り、連結駆動プーリー１８２は、複数のケーブル１８６を介して、連結アセンブリ１３０内の複数のより小型のプーリー１８４に接続され、モーター１７０からリストユニットアダプター５２に動作を伝達する。
【００３８】
次に、本発明に従って患者に外科手術を施す方法を、図１〜図９を参照しながら説明する。図２に示す通り、取付けジョイント３０はレセプタクル３２に取り付けられており、このレセプタクル３２は、取付けアーム３４をレール３６に沿って摺動させることによって、手術台Ｏに取り付けられる。次いで、各マニピュレーターアセンブリ４が、それぞれの取付けジョイント３０に取り付けられ、患者Ｐに対して適切な位置および方向に関節接合される。次に、レセプタクル３２は、サーボ機構１６、および外科手術中に必要とされ得るＲＦ電源、吸引洗浄システムといったその他のシステムに連結される。滅菌ドレープ７０は、麻酔の前後または最中にマニピュレーターアセンブリ４の上に置かれる（図３Ａ）。外科手術の準備として、マニピュレーターアセンブリ４は、これらをドレープ７０で覆う前に化学的に清掃される場合もあれば、されない場合もある。リストユニットアダプター５２、カニューレアダプター６４およびスコープアダプター１１０は、マニピュレーターアセンブリ４の前部アームアセンブリ４６の上にスナップ止めされる（図３Ｂおよび図５を参照）。スコープアダプター１１０およびリストユニットアダプター５２の数および相対的位置は、もちろん、個々の外科手技により異なる（例えば、開口外科手術ではカニューレアダプター６４が必要とされない場合もある）。
【００３９】
外科手術の間、手術器具アセンブリ２０は、個々のリストユニットシャフト５６をリストユニットアダプター５２の開口部８０を通って側方に押し進めることによって、それぞれのマニピュレーターアセンブリ４に連結される。各リストユニット２２は、どのタイプの用具２４がリストユニット２２に接続されているかを迅速かつ容易に示すのに好適な識別手段（図示せず）を有する。外科医が手術用具２４の変更を望むときには、外科医はコントローラー１２を操作して、前部アームアセンブリ４６に沿った行程の最上部または近位の位置にキャリッジ１２２を移動させる（図３Ｂを参照）。この位置において、手術用具２４はカニューレ６６内にあるか、または開口外科手術中に手術部位から取り外される。次いで、助手Ａが、リストキャップ５８を上に引っ張り、ラッチ（図示せず）を解除し、それによってリストユニット２２をさらに上へ摺動させて、カニューレ６６から取り外す。次に、助手Ａは、リストユニット２２を側方へ引っ張り、このリストユニット２２をリストユニットアダプター５２から外し得る。リストユニット２２がアダプター５２に連結されていない時には、制御機構は、システムが「用具変更モード」にあると認識し、外科医が前もってキャリッジ１２２を近位に移動させていない場合は、これを近位へ駆動する。
【００４０】
マニピュレーターアセンブリ４に別の手術器具アセンブリ２０を連結するために、助手Ａは、別のアセンブリ２０を台Ｔから把持し、リストユニットシャフト５６を側方にリストユニットアダプター５２の開口部８０へと押し進め、次いでリストユニット２２を下に移動させて、手術用具２４がカニューレ６６内に留まるようにする（図１および図３Ｂを参照）。このようにリストユニット２２を下向きに移動させることで、リストキャップ５８およびリストユニットアダプター５２内の電気的継手および動作フィードスルー（図示せず）が自動的に嵌合する。本システムは、継手が嵌合し、リストユニット２２がそれ以上に下がらなくなるまで、（例えば、ブレーキ（図示せず）を作動させることによって）キャリッジ１２２の移動を最上部または近位に固定するように構成された制御機構を含み得る。この時点で、外科医Ｓは外科手技を継続し得る。
【００４１】
本発明のシステムおよび方法は、好ましくは、リストユニット２２がリストユニットアダプター５２に着脱される回数を計数する機構を含む。このようにして、製造業者は、リストユニット２２が使用され得る回数を制限し得る。特定の構成において、集積回路チップ（図示せず）がリストキャップ５８内に収容される。この回路チップは、リストユニット２２がリストユニットアダプター５２に連結される回数（例えば、２０回）を計数し、警告が外科医用コンソールＣに表示される。すると、制御システムは、供給し得る負荷を低減するかまたは明らかなバックラッシュを増加させることによって、本システムの性能を低下させる。
【００４２】
次に、図９Ａを参照して、本発明の別の実施形態に従って、滅菌ドレープ２７０によって部分的に覆われた外科手術用ロボットマニピュレーター２０４を含む、外科手術用ロボットシステム２００を示す。図９Ｂおよび図９Ｃは、滅菌ドレープを外した状態での図９Ａの外科手術用ロボットマニピュレーターの図であり、外科手術アクセサリークランプ、リストユニットおよび手術用具を伴う駆動アセンブリを連結する多自由度のアームを図示している。システム２００は、図１〜図８に関連して上記に示され、説明されたシステムと同様のものであるが、しかし、外科手術アクセサリークランプ２６４は、滅菌ドレープ２７０を抜けて伸長しておらず、外科手術アクセサリー２６６（例えば、カニューレ）とインターフェースし、ドレープ２７０の一部が外科手術中に外科手術の滅菌野からアクセサリークランプ２６４を有効に遮蔽する。有用にも、アクセサリークランプ２６４は外科手術前に滅菌の必要もなければ交換の必要もないために、コストが節減される。また、滅菌ドレープの開口部が１つ少なくなることから、システム２００は滅菌野からより効果的に遮蔽され、システム機器の遮断性が向上する。
【００４３】
上述の（同じまたは類似の機能性を有する）駆動アセンブリ４０、アーム４２、前部アームアセンブリ４６、リストユニットアダプター５２、リストユニット２２および用具２４を含む同じまたは類似のマニピュレーターアセンブリ４が、システム２００内で、アクセサリークランプ２６４と共に使用され得るが、同じまたは類似の部品に関する繰り返しの説明は省略する。しかしながら、シャフト２５６およびエンドエフェクター２６５を伴う用具２２４を作動するための、異なる駆動アセンブリ２４０、アーム２４２、前部アームアセンブリ２４６およびインターフェース２５２が、図９Ａ〜図９Ｃに示される。駆動アセンブリ２４０、アーム２４２、前部アームアセンブリ２４６、インターフェース２５２、およびその他の適用可能な部品または用具の実施形態は、例えば、米国特許第６，３３１，１８１号、第６，４９１，７０１号、および第６，７７０，０８１号に記載されており、該特許の開示全体（その中で参考として援用されている開示内容を含む）が、あらゆる目的のために本明細書において参考として援用される。次に、クランプ２６４、アクセサリー２６６およびドレープ２７０の実施形態を、詳細に説明する。
【００４４】
図１０は、本発明の一実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプ２６４、外科手術アクセサリー２６６、およびそれらの間の滅菌ドレープ２７０の滅菌ドレープ部２７０ａの横断面図である。外科手術アクセサリークランプ２６４は２個のクランプジョー２６４ａを含み、これらはその間にアクセサリー２６６を「捕捉」するように作動される。ジョー２６４ａは、片方または両方が作動し得、または作動可能であり得る。一実施形態においては、レバー部が、摺動動作または旋回動作によってジョー２６４ａを作動させ得る。
【００４５】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、本発明の一実施形態に従ったカニューレ３００等の外科手術アクセサリー２６６の例を示す。任意ではあるが、カニューレ３００は、外科手術システム２００に対してカニューレのタイプを自動的に認識するためのリング３０２を含み、例えば、そのアクセサリーが特定のロボットシステムに適合することを確認する情報、必要な場合のシステム再構成パラメータ、および用具寿命データ、カニューレ長、全体のプレゼンス等のアクセサリーに固有の情報を提供する。リング３０２からの情報を読み取るために、プリント基板（ＰＣＢ）３０４、磁石３０６およびセンサー３０８が、アクセサリークランプ２６４または前部アームアセンブリ２４６の一部となり得る（図９Ｂおよび図９Ｃ）。ただし、本発明はカニューレアクセサリーに限定されず、内視鏡／カメラアセンブリおよび手術器具（例えば、リトラクターまたはスタビライザー）のような、外科手術中の任意の時点でロボットアームへの着脱が可能な、再利用可能または使い捨てのアクセサリーを含む、しかしこれらに限定されない、種々のアクセサリー２６６が、本発明の範囲内に含まれることに留意する。
【００４６】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の一実施形態に従った外科手術アクセサリークランプ４００の種々の図である。アクセサリークランプ４００は、ロボットマニピュレーターアームの遠位端（例えば、前部アームアセンブリ２４６）に連結するための基部４０２、２個のクランプジョー４０４、および２個のクランプジョー４０４を開位置または閉位置に作動させるレバー部４０６を含む。アクセサリークランプ４００の種々の部品は図１２Ａおよび図１２Ｂに強調表示され、アセンブリの斜視断面図が図１２Ｃに示される。図１３Ａおよび図１３Ｂは、アクセサリーをクランプした状態のアセンブリの全体図である。
【００４７】
図１２Ａに示す通り、このクランプの特定の実施形態において、カムフォロア４０８は、レバー部４０６が基部４０２に対して上下に移動するときに、レバー部４０６内の溝４１０に沿って動き、レバーを円滑に操作できるように誘導する。レバーが上に動くとき、第二のカムフォロア４０８−１がレバーの傾斜部４１０−１と相互に作用し、クランプジョー４０４を開位置と閉位置の間で作動させる（図１４Ａ〜図１４Ｃ参照）。この傾斜部は、カムおよびスプリングとして機能し、それはアクセサリーに加えられる荷重およびレバーを閉じるのに必要な荷重を部分的に決定する。また、このカムはオーバーセンター機能を生み出す頂点を有し、クランプを閉じたまま維持して、クランプが係合しているという正のフィードバックをユーザーに送る。止めネジ４０３により、ガイドカムフォロアの重複した保持方法が可能となる。次に図１２Ｂを参照すると、ブロック４１４に予め組み立てられたセンサー４１２が、基部４０２にピン４１７によって位置決めされ、その結果として、センサー末端部４１２ａは、カニューレ３００等のクランプされるアクセサリーからの識別情報を検知するのに理想的な位置に固定される（図１１Ａ〜図１１Ｃ）。ネジ４１５により、基部４０２がマニピュレーターアームに連結される。ただし、例えば接着材または溶接材料などによって、種々の他の手段が基部４０２をマニピュレーターアームに連結するために使用され得ることが、理解されるべきである。図１２Ｃは、クランプジョー４０４が開位置と閉位置との間を移動するときに、クランプジョーの旋回軸として機能する旋回ピン４２０（例えば、８〜３２ネジ山４１８）を示す。この実施形態においては、クランプジョーの間のバネ４１６によって、クランプジョー４０４は開位置にバイアスされており、レバー部４０６によって閉位置に作動されない限り、バネ４１６がクランプジョーを開位置に保持する。ただし、クランプはまた、開位置に作動されない限りはクランプジョーが自然に閉位置にあるように設計され得ることが、理解されるべきである。
【００４８】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明の実施形態に従って、組み立てられた図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプ４００の斜視図である。カニューレ３００は、閉位置にあるクランプジョー４０４の間に固定されている。
【００４９】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、本発明の一実施形態に従って、図１２Ａ〜図１２Ｃの外科手術アクセサリークランプ４００にカニューレ３００を配置およびクランプする際の斜視図および側面図である。図１４Ａは、第一の（開）位置にあるアクセサリークランプ４００を示し、クランプジョー４０４がその間のバネ４１６によってバイアスされて開いている。図１４Ｂは、クランプジョー４０４の間に配置されているアクセサリー４００を示す。図１４Ｃは、レバー部４０６が基部４０２に対して上方に、矢印Ａの方向にクランプジョー４０４の方へ押し上げられており、それによってクランプジョー４０４が閉位置に作動している、第二の（閉）位置にあるアクセサリークランプ４００を示す。従って、クランプジョー４０４は、レバー部４０６をクランプジョー４０４の方へ摺動させることによって作動される。他の実施形態においては、旋回するレバー部が、以下の図１９〜図２３に関連して示され説明される。
【００５０】
図１５および図１６は、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すアクセサリークランプ４００のクランプジョー４０４を覆うように適合し得る、滅菌ドレープ部２７０ａの２つの例の種々の図を示す。滅菌ドレープ部２７０ａは、クランプジョー４０４の形状に適合するように形成され、クランプジョーの能動部品に沿って屈曲する。このために、ドレープ部２７０ａは、閉位置にあるアクセサリーを受容しクランプするような形状の表面（この場合は筒状）を有する。
【００５１】
滅菌ドレープ部２７０ａは、好ましくは、非滅菌アクセサリークランプの上に適切に配置でき、種々の方向に環状の荷重がかかっても裂けないような十分な剛性および強度を有する材料からなるが、しかし、好ましくは、クランプジョーの能動部品の動作を可能にするほどの柔軟性を有する材料からなる。滅菌ドレープ部２７０ａは、単一のドレープの一部として、または接着剤、熱、ＲＦ溶接またはその他の手段を介して滅菌ドレープ本体２７０装着され得る個別のピースとして形成され得る。
【００５２】
図１７Ａ〜図１７Ｅは、アクセサリークランプのクランプジョー４０４の上に滅菌ドレープ部２７０ａを配置し、カニューレ３００を、クランプジョーとアクセサリーの間の滅菌ドレープ部２７０ａと共にクランプジョーの間にクランプする際の斜視図である。図１７Ａは、例えば前部アームアセンブリ２４６の末端のカニューレ取付け部２４６ａの、ロボットアームの遠位端に取り付けられたアクセサリークランプ４００を示す。図１７Ｂは、クランプジョー４０４の上に配置された滅菌ドレープ部２７０ａを示し、図１７Ｃは、アクセサリークランプ４０４の上に完全に配置されたドレープ部２７０ａを示す。一実施形態において、滅菌ドレープ部２７０ａは、ドレープ部２７０ａの上表面に連結される（例えば、一体に接着されるまたは熱成形される）補強部２７０ｂを含み得る。補強部２７０ｂは、種々の耐久性材料からなり得、一例として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはポリウレタンからなり得る。
【００５３】
図１７Ｄは、クランプ４００の上に配置されたカニューレ３００を示す。有用にも、カニューレ３００は、閉位置にあるクランプジョーの間にクランプされる前に、所望の任意の軸方向に配置され得る。アクセサリーの特性により、ユーザーはカニューレを誤って取り付けないように物理的に制限される。一例では、２つの固有の直径のクランプ部３００Ａおよび３００Ｂが、クランプするためにアクセサリー上に定められている。直径は、アクセサリーが誤ってクランプされ得ないように、異なるサイズを有する。ジョー４０４内の大きい方の直径は、ジョー内の領域に小さい方の直径のクランプ部３００Ｂが配置された場合に、レバーが閉じられるとアクセサリーが保持されないような大きさとなっている。ジョー４０４内の小さい方の直径、およびジョーの開放角度の制限により、大きい方の直径のクランプ部３００Ａはこの領域に物理的に適合しない。
【００５４】
図１７Ｅは、クランプ４００のクランプジョー４０４の間に完全にクランプされたカニューレ３００を示しており、レバー部４０６を矢印Ａの方向に上へ動かすと、クランプジョーが矢印Ｃの方向に内側へ移動し、クランプジョー４０４が閉位置になる。この状態でカニューレ３００は、カニューレとクランプとの間の滅菌ドレープ部と共に、ロボットアームにしっかりと正確に装着される。
【００５５】
有用にも、外科手術アクセサリーは、中間の滅菌アクセサリークランプを使用することなく、外科手術中にマニピュレーターアーに着脱され得るために、清掃や滅菌が必要な着脱式のアクセサリーマウントまたはアダプターが必要でなくなり、効率性とコスト効果とを向上させる。本発明はさらに、滅菌の不履行を生じることなく、器具、用具またはアクセサリーを外科手術用ロボットシステムに簡単に着脱することができ、例えば、一部の場合には、アクセサリーの交換を片手で行うことができる。
【００５６】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、カニューレ３００を把持するスライドアクセサリークランプ５００の図を示す。クランプ５００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ５００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ５００は、２個のクランプジョー５０２、および摺動動作を介して開位置から閉位置へクランプジョー５０２を作動させるレバー部５０４を含む。図１８Ｂは、ニトロニックピン５０６、およびセンター越えて移動してクランプジョー５０２の間にアクセサリーを固定することができるレバー部５０４のレバーハンドル５１２を示す。図１８Ｃは、磁石５０８、およびカニューレ３００の識別リングからアクセサリーの識別情報を検知するセンサー５１０を有するＰＣＢを示す。
【００５７】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、ピボットアクセサリークランプ６００を示す。クランプ６００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ６００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ６００は、２個のクランプジョー６０２、およびセンターを越えて移動してクランプジョー６０２の間にアクセサリーを固定することができるレバーハンドル６０４を含む。クランプジョー６０２はまた、レバーを開位置に維持する際に使用する戻り止め６０６をも含む。アクセサリークランプ６００は、他の実施形態と共に上述するとおり、センサーおよび取付け手段を中に含み得る基部６０８をさらに含む。
【００５８】
図２０は、本発明の別の実施形態に従った、別のピボットアクセサリークランプ７００を示す。クランプ７００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ７００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ７００は、２個のクランプジョー７０２、および、またセンターを越えて移動してクランプジョー７０２の間にアクセサリーを固定することができるレバーハンドル７０４を含む。この実施形態において、基部７０８は、クランプジョーを開位置に維持する際に使用する戻り止め７０６を含み、また、他の実施形態と共に上述するとおり、センサーおよび取付け手段を含み得る。クランプ７００はさらに、両方のクランプが開位置と閉位置との間を移動するための単一の旋回点７１０を含み、これによってクランプのサイズを縮小することが可能となる。任意ではあるが、一方のクランプのみを開いて、アクセサリーが解除される。
【００５９】
図２１Ａ〜図２１Ｂは、本発明の別の実施形態に従った、カニューレ３００を捕捉したピボットアクセサリークランプ８００を示す。クランプ８００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ８００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ８００は、２個のクランプジョー８０２、および開位置から閉位置へと移動してクランプジョーの間にアクセサリーを固定するレバーハンドル８０４を含む。レバー部は、クランプジョーを開位置から閉位置へと旋回させるピボットピン８１０をさらに含む。基部８０８は、他の実施形態と共に上述するとおり、クランプ８００をロボットマニピュレーターアームに取り付ける取付け手段を含み得る。図２１Ｂは、レバーハンドル８０４を旋回させるピボットピン８１２、クランプ８０４のカム表面に沿って回転するカムフォロア８１４、ジョーに力を伝達し続けながらもカムフォロアを若干たわませるバネプランジャー８１６、バネプランジャーがアセンブリの外に出ないようにするバネピン８１８、および旋回するクランプジョー８０２を通常の開位置に保ち、レバーハンドル８０４が動かされたときにジョーを閉じることができるねじりバネ８２２を示す。クランプ８００は、アクセサリーからのアクセサリー情報を検知するセンサー８２０をさらに含む。
【００６０】
図２２Ａ〜図２２Ｃは、本発明の実施形態に従った、図２１Ａ〜図２１Ｂの外科手術アクセサリークランプ８００に外科手術カニューレ３００を配置およびクランプする際の斜視図を示す。図２２Ａでは、カニューレ３００がクランプジョーの間に配置される。図２２Ｂでは、カムフォロア８１４が戻り止めにカチッとはまるまで、レバーハンドル８０４が旋回される。図２２Ｃでは、クランプジョーの間にカニューレ３００が固定される。有用にも、閉位置にあるアセンブリはアクセサリーよりも背が高くならないように製造され得、その結果として、カニューレ３００の上表面は、アクセサリークランプ８００の上表面（すなわち、クランプジョーの上表面）と同一面となる。
【００６１】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、本発明の別の実施形態に従った、カニューレ３００を捕捉したピボットアクセサリークランプ９００を示す。クランプ９００を滅菌野から効率的に遮蔽するための、カニューレ３００とクランプ９００との間の滅菌ドレープ部は示されていない。クランプ９００は、２個のクランプジョー９０２、レバーハンドル９０４、およびクランプ９００をマニピュレーターアームの遠位端に取り付ける基部９０８を含む。図２３Ｂおよび図２３Ｃは、レバーハンドル９０４を開位置と閉位置との間の適切な位置に配置するために使用される戻り止め９０６を含む、クランプ９００の断面を示す。図２３Ｃは、開位置と閉位置との間でクランプジョー９０２を旋回させるピボットピン９１０、磁石９１２、およびクランプされたアクセサリーからアクセサリー情報を検知するセンサー９１４を有するＰＣＢを示す。
【００６２】
図２４Ａ〜図２４Ｆは、本発明の別の実施形態に従った、外科手術アクセサリークランプ１０００にカニューレ３００を配置およびクランプする際の斜視図を示す。アクセサリークランプ１０００は、間にカニューレ３００を捕捉またはクランプする第一の取付け部１００２および第二の取付け部１００４を含む。滅菌ドレープ部（図示せず）は、第一の取付け部１００２とカニューレ３００との間に配置され得る。別の実施形態において、クランプ部品（例えば、第一の取付け部）は滅菌ドレープの一部であり得、したがって滅菌された状態で供給されて、その後廃棄されるか、または後の利用のために再滅菌され得る。図２４Ａおよび図２４Ｂは、外科手術の前または開始時に、第一の取付け部１００２が、前部アームアセンブリ２４６等のロボットアームの遠位端に連結される様子を示す。図２４Ｃおよび図２４Ｄは、第一の取付け部１００２の上にカニューレ３００が配置される様子を示す。第一の取付け部１００２は、カニューレ３００の一部を受容する「ポケット」の形状をした上表面１００６を含む。この特定の実施形態では、上表面１００６は円筒状のアクセサリーの表面と嵌合するように円筒形の形状をしているが、その他の形状およびポケットが本発明の範囲内に含まれる。図２４Ｅおよび図２４Ｆは、第二の取付け部１００４が第一の取付け部１００２の上に配置されて、これに連結され、その間にカニューレ３００が捕捉されている様子を示す。
【００６３】
図２５Ａ〜図２５Ｂは、本発明の一実施形態に従った、第一の取付け部１００２の斜視図を示す。図２５Ａは、第二の取付け部１００４の固定リップと嵌合する固定リップ１００８を含む第一の取付け部１００２を示す。第一の取付け部１００２はさらに、ケーブル（図示せず）を介して第二の取付け部１００４に接続し、これらの部品を一緒に保持して、全体的に使いやすくするための、繋ぎ紐用ループ１０１０を含む。図２５Ｂは、固定クリップを取り付けるスロット１０１２および滅菌ドレープを取り付けるリップ１０１４を含む、第一の取付け部１００２を示す。
【００６４】
図２６Ａ〜図２６Ｂは、本発明の一実施形態に従った、第二の取付け部１００４の斜視図を示す。図２６Ａは、第一の取付け部１００４の繋ぎ紐用ループ１０１０にケーブル（図示せず）を介して接続する繋ぎ紐用ループ１０１６を含む、第二の取付け部１００４を示す。第二の取付け部１００４はさらに、第一の取付け部１００２の固定リップと嵌合する固定リップ１０１８を含む。
【００６５】
上記の実施形態は、本発明を例示するものであって、制限するものではない。また、本発明の原理に従って数多くの変更および改変が可能であることが、理解されるべきである。例えば、上記の実施形態では、クランプジョーおよびドレープ部に対して円筒状の形状が記載されているが、非円筒状の形状のアクセサリーを受容するための他の形状およびポケットが、本発明の範囲内に含まれる。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定められる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【図１】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１７Ｅ】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１７Ｃ】
【図１７Ｄ】
【図１７Ｅ】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−２５４３６０（Ｐ２０１２−２５４３６０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２１９６８１（Ｐ２０１２−２１９６８１）
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【分割の表示】特願２００８−５３３５１４（Ｐ２００８−５３３５１４）の分割
【原出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（５０６４１０４５３）インテュイティブ サージカル インコーポレイテッド (32)
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１９６８１（Ｐ２０１２−２１９６８１）
【出願日】平成２４年１０月１日（２０１２．１０．１）
【分割の表示】特願２００８−５３３５１４（Ｐ２００８−５３３５１４）の分割
【原出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（５０６４１０４５３）インテュイティブ サージカル インコーポレイテッド (32)
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