JP2000505328A - 侵襲を最小に抑えた心臓手術を施術するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、侵襲を最小に抑えて心臓手術を行うシステム（１０）である。本システムは、１対のロボット・アーム（１６，１８）に連結された１対の外科用器具を含む。外科用器具（２２，２４）は、組織を保持して縫合するように操作することができるエンド・エフェクタを備えている。ロボット・アームは、コントローラによって１対のマスタ・ハンドル（５０，５２）に連結されている。外科医がハンドルを移動させることによって、エンド・エフェクタを対応移動させることができる。ハンドルの移動は、エンド・エフェクタが、外科医の手によって行われる移動と異なった、一般的にそれより小さい対応移動を行うように換算される。換算係数は、外科医がエンド・エフェクタの移動の分解能を制御できるように調整可能である。エンド・エフェクタの移動を入力ボタンによって制御して、外科医がボタンを押した時だけ、エンド・エフェクタが移動するようにすることができる。入力ボタンによって、外科医はエンド・エフェクタを移動させることなくハンドルの位置を調節することができるため、ハンドルを満足できる位置へ移動させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 侵襲を最小に抑えた心臓手術を施術するための方法および装置 発明の背景既出願との関連 ： 本出願は、１９９６年２月２０日に出願され、参照により本明細書に組み込ま れる、「Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏ ｒｍｉｎｇ Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ Ｉｎｖａｓｌｖｅ Ｃａｒｄｉａｃ Ｐｒｏ ｃｅｄｕｒｅｓ」と題する米国特許出願第０８／６０３，５４３の一部継続出願 である。 １．発明の分野 本発明は、侵襲を最小に抑えた心臓手術を施術するためのシステムおよび方法 に関する。より詳細には、本発明は、分離可能に連結した、侵襲を最小に抑えた 施術を補助するロボット・システムおよび外科用器具に関する。 ２．関連技術の説明 冠状動脈の閉塞は、生命を維持する血液および酸素を心臓から奪う。この閉塞 は、薬物治療で、または血管形成によって取り除かれる。重い閉塞については、 冠状動脈迂回路移植（ＣＡＢＧ）が、動脈の閉塞した部分を迂回するように施術 される。ＣＡＢＧ手法は典型的には、胸骨を割り、引いて胸腔を開いて心臓に近 づいていくことで施術される。切開は閉塞した部位の近傍の動脈に行われる。そ して内胸動脈（ＩＭＡ）が切断され、動脈に切開の点で連結される。ＩＭＡは動 脈の閉塞した部位を迂回し再び心臓までの全血流をもたらす。一般に「開腹手術 」と呼ばれる、胸骨の割裂および胸腔の切開は患者に大きな精神的衝撃をもたら し得る。加えて、割裂された胸骨は患者の回復期間を長引かせる。 胸腔の切開を伴わないＣＡＢＧ手法を施術する試みはなされてきた。侵襲を最 小に抑えた手法は、患者の皮膚の小さな切開口を通した挿入式外科用器具および 内視鏡によって実施される。そのような器具の操作は、特に移植組織片を動脈に 縫合するときに不便であり得る。高水準の巧妙さが、器具の正確な制御に要求さ れることが知られていた。加えて、人の手は、典型的には少なくとも最小の震え を起こす。この震えは更に、侵襲を最小に抑えた心臓手術の施術の難しさを増す 。 ＭＩＳを施術するにあたっては、外科医は特別な器具を使用する。これらの器 具は、外科医の患者の体内での巧妙な処置を可能にさせる。侵襲を最小に抑えた 手術（Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ）において使用 されるあるタイプの器具は、針のような物体を掴むよう特別に形作られた先端部 分を持つ器具である鉗子である。侵襲を最小に抑えた手術のために設計された鉗 子およびその他の器具は一般的に長く、柔軟性がないため、最小侵襲性の多くの 手法を効果的に実施するのに必要な、巧妙さおよび正確さを外科医にもたらすこ とはできない。例えば、従来のＭＩＳ鉗子は、内視の際のような、最小侵襲性の 手法の最中での針の操作に良く適合していない。したがって、施術されてきた多 くのＭＩＳ手法は今までのところはまだ完成していない。 本質的には、開腹手術の間は、様々な器具の先端部分が６段階の自由度で位置 決めされる。しかしながら、侵襲を最小に抑えた手法を実施するために患者に施 されたもののような小さな切開口を通じての器具の挿入によって、２段階の自由 度は失われてしまう。実施されるＭＩＳ手法の型を本質的に制限してきたのは、 外科治療の位置における移動の自由のこういった喪失である。 使用される器具が、器具が患者に挿人されるときに喪失される自由度に新たな 自由度をもたらすことができないため、ＭＩＳにおいては巧妙さが欠如している 。この巧妙さの欠如に関連する１つの問題点は、器具の置かれた位置によっては 縫合ができないことである。結果として、外科治療する部位において多くの縫合 を必要とする手術は、この多くの処置が可能な外科用器具が調達可能でないため 、ほとんど実施が不可能である。 ＭＩＳに関連する他の問題点は、外科治療する部位における正確さの欠如であ る。ＭＩＣＡＢＧ（最小侵襲性冠状動脈迂回路(バイパス)移植）の様な手法に関 しては、極度に小さな縫合が心臓のすぐ近くの様々な位置になされなくてはなら ない。そのような意味において、外科用器具の先端部における用具の正確な動き が必要である。現時点では、手元に持つ器具については、そのような縫合に必要 な正確さは欠如している。 そのような意味において、技術上要求されるものは用具であり、外科医が、器 具の先端部において、用具の位置をより巧妙で正確な位置にできる追加的な自由 度を持つような、患者において節で動かすことができるような外科用器具の等級 が要求される。 加えて、技術上要求されるものは、様々な用具が容易におよび直ちに取って代 わって速やかな手法を可能にし、こうして患者にかかる手術室の経費を軽減し、 患者が麻酔にかかっている時間を短くするように性能を変化させる単純な器具お よび用具を提供する方法と機構である。 それは、本発明が意図している前述の問題を解決するものである。 発明の概要 本発明は、侵襲を最小に抑えた心臓手術の施術のためのシステムである。この システムは１対のロボット・アームに連結された１対またはそれ以上の外科用器 具を含む。このシステムはまた、本明細書において以下に開示するように、単一 の外科用器具および単一のロボット・アームも含む。この器具は、組織を切断、 保持、麻痺および縫合する操作のできるエンド・エフェクタを持つ。ロボット・ アームは、コントローラにより、１対のマスタ・ハンドルに連結されている。ハ ンドルは外科医によって、エンド・エフェクタが対応した動きをするように動か すことができる。ハンドルの動きは、エンド・エフェクタが外科医の手の動きと 異なり、典型的にはより小さく、対応した動きを持つようにスケーリングされる 。これは、外科医の手の震えを除くのに役立つ。スケール係数は、外科医がエン ド・エフェクタの動きの細かさを制御できるように調整可能である。エンド・エ フェクタの動きは、エンド・エフェクタが、外科医がボタンを押すか、またはト グルしたときにのみ作動するように、入力ボタンによって制御できる。入力ボタ ンは、ハンドルが好都合な位置に移動できるように外科医がエンド・エフェクタ を動かさずにハンドルの位置を調整することを可能にする。このシステムはまた 、外科医が外科治療する部位を遠隔から見ることを可能にする、ロボット式に制 御 される内視鏡を有する。心臓手術は、患者の皮膚に小さな切開口をあけ、患者に 器具および内視鏡を挿入することによって施術できる。外科医はハンドルを操作 し、冠状動脈迂回路移植や心弁手術のような心臓手術を実施するためにエンド・ エフェクタを動かす。 本発明は、加えて、外科医がその器具の先端部の用具の機能を保持しながらそ の器具の先端部を関節式に操作できるような、外科用器具とその制御方法を対象 とする。したがって、器具の先端部は、もっぱら先端部に配置された器具を使い ながら、２段階の自由度で明確に機能させられるであろう。 このロボット・システムは一般的に、 ロボット・アーム； アームに取り付けた連結器； 連結器によって保持される外科用器具； コントローラ； を含み、コントローラの動きがロボット・アームおよび外科用器具の、対応し た動きを生み出す。 本発明は、細長いロッドを持つ外科用器具を含む。この細長いロッドは長手方 向の軸を有し、一般に内視鏡器具のアームとして働く。関節部分は、細長いロッ ドに達し、それを越えて延びている。あるいは、関節部分を、細長いロッドと一 体に形成することもできる。関節部分は、基部、ピボット・リンケージ、および 末端部分を有する。基部は１対のフィンガを含む。フィンガは互いに垂直であり 、細長いロッドの長手軸に放射状に向かっている。外科手術での使用については 、一般的には、この器具、およびその構成要素の大部分がステンレス、プラスチ ック、または他の滅菌可能な素材で形成されていることが好ましい。それぞれの フィンガは、ピボット・リンケージの、関節部分の基部への連結を助け、かつピ ボット・リンケージを旋回可能に基部に取り付け可能にするピンが通過をできる ように、少なくとも１つの切れ目があけられている。関節部分は、関節部分を含 む器具の先端部において関節式動作を行う。より具体的には、これは、関節部分 を含む器具の先端部の道具に、追加の自由度を与える。 本明細書において以下に開示するような器具は、現在の外科システムと組み合 わせて使用するとき、侵襲を最小に抑えた外科手術においていまだ達成されてい ない追加的な巧妙さ、正確さ、柔軟性を外科医に提供する。したがって、手術時 間を短縮し、患者の精神的衝撃を大きく軽減することが可能である。 本明細書において以下に開示される関節式先端部の配置の正確さを上げるため に、マスタ・コントローラには２つの追加的な自由度は提供される。２つの追加 的な自由度はそれぞれ器具の先端部における各自由度にマップされる。これは、 マスタ上の２つの接合部と、マスタで行われる動きに応答して器具の先端部を関 節式に操作するための自動手術の追加によって達成された。 本発明の目的および利点は、以下にその詳細を示す説明および図面を検討すれ ば通常の技術の熟練者には、より容易に明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による最小侵入型の外科システムの透視図である。 第２図は、このシステムのマスタ部の概略図である。 第３図は、このシステムのスレーブ部の概略図である。 第４図は、このシステムの制御システムの概略図である。 第５図は、座標フレームでの器具の概略図である。 第６図は、旋回点の回りでの器具の動きの概略図である。 第７図は、本発明のシステムによるエンド・エフェクタの分解組立図である。 第８図は、本発明によるシステムのマスタ・ハンドルの図である。 第８Ａ図は、本発明によるシステムのマスタ・ハンドルの側面図である。 第９図および第１０Ａ図〜第１０Ｉ図は、内胸動脈が冠状動脈に移植される様 子の図解である。 第１１図は、本発明のシステムによるリア・ローディング・ツール・ドライバ の側面図である。 第１２図は、第１１図のリア・ローディング・ツール・ドライバのモータ・ア センブリの平画図である。 第１３図は、本発明による、関節操作可能な器具の側面図である。 第１４図は、器具の先端部が関節式に動作しているときの、関節操作可能な器 具の側面図である。 第１５図は、本発明による、関節操作可能な器具の関節操作可能な部分の分解 組立図である。 第１６図は、本発明の、関節操作可能な外科用器具の節で作動する部分による 心ピボット・リンケージの平面図である。 第１７図は、本発明による、関節操作式ツール・ドライバ・アセンブリの透視 図である。 第１８図は、本発明の、関節操作可能な器具による、取り外し可能な器具先端 部の図である。 第１９図は、本発明による器具先端部のリセプタクルの図である。 第２０図は、本発明の関節動作変換器に取り付けた、関節操作可能な器具の断 面図である。 第２１図は、本発明の関節動作変換器の拡大断面図である。 第２２図は、本発明による関節動作変換器の端面図である。 第２３図は、本発明のシステムによる関節操作式ツール・ドライブ・アセンブ リの無菌部分の断面図である。 第２４、本発明の装置による関節操作式ツール・ドライブ・アセンブリのツー ル・ドライバの断面図である。 第２５図は、関節操作式ツール・ドライバ・アセンブリを含む本発明によるシ ステムのマスタ部分の概略図である。 第２６図は、本発明によるロボット・アームと共に使用するためのドレープの 平面図である。 第２７図は、本発明に従ってロボット・アームに連結され、その端部にステー ブル器具が配置された外科用器具の平面図である。 第２８図は、本発明に従ってロボット・アームに連結され、その端部に切刃が 配置された外科用器具の平面図である。 第２９図は、本発明に従ってロボット・アームに連結され、その端部に切開刃 が配置された外科用器具の平面図である。 第３０図は、本発明に従ってロボット・アームに連結され、その端部にステー プル器具を配置された外科用器具の平面図である。 発明の詳細な説明 図面を、より詳細に図面番号によって参照すると、第１図は侵襲を最小に抑え た手術の施術をするのに使用できるシステム１０を示す。好ましい態様において は、システム１０は侵襲を最小に抑えた冠状動脈迂回路移植、または内視鏡冠状 動脈迂回路移植（ＥＣＡＢＧ）、および他の管状器官の吻合手法の施術に使用す ることができる。ＭＩＣＡＢＧ手法について示し、説明するが、このシステムは 他の外科手術にも使用できることを理解されたい。例えば、このシステムは、あ らゆる対の血管の縫合に使用できる。 システム１０は、手術台１４に典型的に寝かされている患者１２に手術を施術 するのに使用される。手術台１４には、関節式第１アーム１６、関節式第２アー ム１８、関節式第３アーム２０が据え付けられている。関節式アーム１６〜２０ は好ましくは、患者と同じ水平位置になるように、手術台に据え付けられる。ま た、患者の水平位置の近くにアームを配置するカートまたは何か他の装置に据え 付けられることもできることを理解されたい。３本の、関節式アームについて説 明するが、この装置は、１本またはそれ以上などいくつアームを持つこともでき ることを理解されたい。 第１および第２の関節式アーム１６および１８はそれぞれ、基部ハウジング２ ５および基部ハウジング２５から延びる、ロボット・アーム・アセンブリ２６を 有する。外科用器具２２および２４は、第１および第２の関節式アーム１６、１ ８のそれぞれのロボット・アーム・アセンブリ２６の末端に、好ましくは取り外 し可能に固定されている。器具２２、２４のそれぞれは、本明細書で以下に更に 詳しく論ずる様々な方法で、対応するロボット・アーム・アセンブリ２６に固定 される。 第３の関節式アーム２０は、加えて、基部のハウジング２５、およびロボット ・アーム・アセンブリ２６、および好ましくはロボット・アーム・アセンブリ２ ６に固定された内視鏡２８を有する。関節式アーム１６、１８および２０のそれ ぞれの基部ハウジング２５、およびロボット・アーム・アセンブリ２６は実質的 に類似している。しかし、第３の関節式アーム２０の形状は、外科用器具を保持 し位置決めするのとは違って内視鏡２８を保持し位置決めするのが目的であるた め異なっていることを認識されたい。 器具２２および２４、および内視鏡２８は患者１２の皮膚に開けた切開口を通 して挿入される。内視鏡２８は、患者１２の内部組織の映像を表示するモニタ３ ２に連結したカメラ３０を有する。 それぞれのロボット・アーム・アセンブリ２６は、矢印Ｑで示すように、アー ム・アセンブリ２６を基部ハウジング２５に対しで直線方向に移動させる基部モ ータ３４を有する。また、それぞれのロボット・アーム・アセンブリ２６は、第 １の回転モータ３６および第２の回転モータ３８を含む。それぞれのロボット・ アーム・アセンブリ２６はさらに、受動状態ジョイント４０および４２の対を持 つ。受動状態ジョイント４０および４２は、好ましくは、対応するロボット・ア ーム・アセンブリ２６に固定された器具２２、２４または内視鏡２８が旋回運動 できるように、互いに垂直に配置される。受動状態ジョイントは、特定の方向ば ねバイアスをかけてもよいが、それらはモータ駆動はされない。ロボット・アー ム・アセンブリ２６はまた、器具２２および２４または内視鏡をそこに連結する ための連結機構４５を有する。加えて、それぞれのロボット・アーム・アセンブ リ２６は、それに取り付けた器具２２、２４または内視鏡２８を長手軸の回りで 回転させる、モータ駆動のウォームギア４４を有する。より具体的には、モータ 駆動のウォームギアは器具と内視鏡を回転させる。 第１、第２および第３の、関節式アーム１６、１８、２０はアームの動きを制 御できるコントローラ４６に連結している。アームは、制御信号がコントローラ ４６から関節式アーム１６、１８および２０のそれぞれに送られるように、配線 、ケーブルまたは送信機／受信機のシステムを介してコントローラ４６に連結さ れている。それぞれの関節式アーム１６、１８および２０とコントローラ４６の 間の誤りのない通信を確実にするために、各アーム１６、１８、２０を電気的に コントローラに接続する、例えば、各アーム１６、１８、２０を電気ケーブル４ ７を介してコントローラ４６に電気的に接続することが好ましい。しかし、直接 的な電気的接続ではなく、周知の遠隔制御システムを利用してアーム１６、１８ 、 ２０のそれぞれを遠隔で制御することも可能である。このような遠隔操作装置は 技術上周知であるので、ここで更には論じない。 コントローラ４６は、フットペダルのような入力装置４８、手動コントローラ 、または音声感知装置に連結されている。例を挙げる目的で、フットコントロー ラをここで開示する。入力装置４８は、外科医によって、入力装置４８にある、 対応するボタンを押すことで、内視鏡の位置を動かし、患者の異なる部分が見え るように操縦され得る。コントローラ４６は入力装置４８からの入力信号を受け 取り、外科医が入力した命令に従って、内視鏡２８および第３の連結されている アーム２０のロボット・アーム・アセンブリ２６を移動させる。それぞれのロボ ット・アーム・アセンブリ２６は本発明の譲受人Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｔｉｏ ｎ，Ｉｎｃ．（Ｇｏｌｅｔａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によってＡＥＳＯＰとい う商標で販売されている装置である。この装置はまた、本明細書に文献として取 り込まれている米国特許第５，５１５，４７８号に記述されている。フットペダ ル４９について示し説明するが、この装置は、手動制御装置、または言語認識仲 介装置のような、他の入力手段をもつものと理解される。 第１および第２の、関節式アーム１６および１８に固定されている器具２２、 ２４の動きおよび位置決めは、外科医によって、１対の主要ハンドル５０および ５２にて制御される。外科医が操作する主要ハンドル５０、５２のそれぞれは、 ハンドル５０または５２の動きが、関節式アーム１６、１８に固定されている外 科用器具２２、２４に関連した動きを与えるように、関節式アーム１６、１８の うちの関連する１つと主従の関係を持つ。 ハンドル５０および５２は、移動可能な棚５４に搭載されている。第２のテレ ビモニタ５６は棚５４の上に位置され、外科医が患者１２の内組織を直ちに見ら れるような、周知の手段を介して、内視鏡に接続される。ハンドル５０および５ ２はまた、コントローラ４６に接続されている。コントローラ４６は、ハンドル ５０および５２からの入力信号を受け、対応する外科用器具の動きを計算し、そ して、ロボット・アーム・アセンブリ２６および器具２２、２４を動かす出力信 号をもたらす。外科医は実際に器具の端を持つことなく器具２２、２４の動きお よび方向を制御するので、外科医は腰掛けた状態、または立った状態の双方で、 本発明のシステム１０を使用するであろう。この装置の１つの優位性は、外科医 が座った状態で内視鏡手術を実施することである。これは外科医の疲労を排除す る助けとなり、特に何時間もの長さになるこれらの行程において、手術室におけ る成果および結果を改善する。腰掛けた体勢に対応するには、椅子５７が装置と 共に提供される。 各ハンドルは、第２図に描写された様々なジョイントＪｍ１〜Ｊｍ５によって もたらされる多方向への自由度を持つ。ジョイントＪｍ１およびＪｍ２は、ハン ドルが棚５４の軸心について回転できるようにする。ジョイントＪｍ３は、外科 医がハンドルを棚５４に入ったり、出たりする直線的な動きをさせられるように する。ジョイントＪｍ４は、外科医が主要のハンドルを、ハンドルの長手軸につ いて回転させることを可能にする。ジョイントＪｍ５は、外科医がグリッパを開 いたり閉じたりできるようにする。 ジョイントＪｍ１〜Ｊｍ５は、ハンドルの相対的な位置に対応する帰還信号を もたらす１つのまたはそれ以上の位置センサを持つ。位置センサは、位置の変化 に対応する電気信号を与えるポテンショメータまたはロータリー光学エンコーダ のような帰還装置である。加えて、多くの位置センサが各ジョイントに位置され 、対応するロボット・アーム・アセンブリ２６の不調、または誤った位置などに 関して外科医に警告するための、冗長性をもたらす。 位置センサに加えて、それぞれのジョイントには、各ジョイントに付与される 速度，加速度，力についての電気信号を与えるタコメータ，加速度計，力感知用 ロードセルが含まれる。加えて、アクチュエータが各ジョイントに含まれ、ロボ ット・アーム・アセンブリ２６で受けた力の帰還を反映する。これは、器具２２ 、２４の１つの末端にあるグリッパが患者の内部から受けた力を示すのにジョイ ントＪｍ５において有用である。従って、力反映素子は、そのような力反映帰還 ループを達成するために、器具２２、２４のグリッパに含まれていなくてはなら ない。ホイトストーンブリッジと組合せた圧電性素子のような力反映素子は当業 界において周知である。しかし、これまでは、このような力反映手法をシステム １０のような装置に使用することは知られていなかった。 第３図はそれぞれの関節式アーム１６および１８の様々な自由度を示している 。 ジョイントＪｓ１、Ｊｓ２およびＪｓ３は、基部のモータ３４の軸と、ロボット ・アーム・アセンブリ２６の回転モータ３６の軸と、回転モータ３８の軸とにそ れぞれ対応している。ジョイントＪｓ４およびＪｓ５は、アーム２６の受動状態 ジョイント４０および４２に対応している。ジョイントＪｓ６は、外科用器具の 長手軸について、外科用器具を回転させるモータである。ジョイントＪｓ７は開 閉できる対のフィンガである。器具２２および２４は患者の切開口に位置する中 心点Ｐを中心として動く。 第４図は、マスタ・ハンドルの動きを、外科用器具の対応する動きにする制御 装置の概略図である。第４図に示した制御装置によれば、コントローラ４６は、 外科用器具がハンドルの動きに連動して動くように、関節式アームへの出力信号 を算出する。各ハンドルは、器具をハンドルで動かせる状態にする入力ボタン５ ８を持つ。入力ボタン５８が解除されているときは、器具はハンドルの動きに通 中しない。このようにして、外科医は、望ましくない器具の動きを生じさせるこ となく、ハンドルの位置を調整、または「ラチェット」に置くことができる。こ の「ラチェット」では、外科医は、アームの位置を変えることなく、ハンドルを より望ましい位置に連続的に動かすことができる。加えて、ハンドルは軸中心に よって固定されているので、「ラチェット」の使用により、外科医はハンドルの 限界を越えて器具を動かすことが可能となる。入力ボタン５８の使用が示されて いるが、外科用器具を、音声認識のような他の手段によって動作状態にすること も可能である。外科医が入力ボタンを押す度に、外科用器具が動作状態と不動作 状態とを交互に切り替わるように、入力ボタンがラッチされるようにしても良い 。 外科医がハンドルを動かすと、位置センサが、ジョイントＪｍ１〜Ｊｍ５の動 きに対応する帰還信号Ｍｌ〜Ｍ５をそれぞれ出す。コントローラ４６は、ハンド ルの新しい位置と元の位置との差を計算ブロック６０において計算し、増分位置 値＿Ｍ１〜＿Ｍ５を算出する。 増分位置値＿Ｍ１〜＿Ｍ５にはブロック６２においてスケール係数Ｓ１〜Ｓ５ がそれぞれ掛けられる。器具の動きがハンドルの動きより小さくなるように、ス ケール係数は典型的には１より低く設定される。このようにして、外科医は、ハ ンドルの比較的おおざっばな動きで、器具を大変に細かく動かすことができる。 外科医が器具の動きの分解能を変更できるようスケール係数を変更することがで きる。スケール係数は、好ましくは、外科医がある方向に対してより細かく調整 できるように、個別に変更できる。例えば、１つのスケール係数を０に設定する ことで、外科医は当該１つの方向について、器具が動かないようにしておくこと ができる。これは、外科医が、患者中のある方向に位置する器官またはある組織 に外科用器具を接触させたくないときに有利である。スケール係数が「１」より 小さい場合について説明をしたが、スケール係数は「１」より大きいこともある 。例えば、器具を、対応するハンドルの回転より大きな割合で回転させることが 望ましい場合もあるであろう。 コントローラ４６は、加算要素６４において、増分値＿Ｍ１〜＿Ｍ５を初期ジ ョイント角度Ｍｊ１〜Ｍｊ５に加えてＭｒ１〜Ｍｒ５とする。次に、コントロー ラ４６は、以下の式に従って、計算ブロック６６で所望のスレーブ・ベクトル計 算値を計算する。 Ｒｄｘ＝Ｍｒ３・ｓｉｎ（Ｍｒ１）・ｃｏｓ（Ｍｒ２）＋Ｐｘ Ｒｄｙ−Ｍｒ３・ｓ１ｎ（Ｍｒ１）・ｓｌｎ（Ｎ１ｒ２）＋Ｐｙ Ｒｄｚ＝Ｍｒ３・ｃｏｓ（Ｍｒ１）＋Ｐｚ Ｓｄｒ＝Ｍｒ４ Ｓｄｇ＝Ｍｒ５ ここで、 Ｒｄｘ，ｙ，ｚ＝器具のエンド・エフェクタの新たな所望位置 Ｓｄｒ＝器具の長手軸の回りで角回転 Ｓｄｇ＝器具フィンガの運動の量 Ｐｘ，ｙ，ｚ＝ピボット点ｐの位置である。 次に、コントローラ46は、以下の方程式に従って、計算ブロック（インバース・ キネマティクス）６８で、ロボット・アーム２６の運動を計算する。 Ｊｓｄ１＝Ｒｄｚ Ｊｓｄ３≦０の場合、Ｊｓｄ２＝ｔａｎ^-1（Ｒｄｙ／Ｒｄｘ）＋Δ Ｊｓｄ３＞０の場合、Ｊｓｄ２＝ｔａｎ^-1（Ｒｄｙ／Ｒｄｘ）−Δ Ｊｓｄ６＝Ｍｒ４ Ｊｓｄ７＝Ｍｒ５ ここで、 Ｊｓｄ１＝リニア・モータの運動 Ｊｓｄ２＝第１ロータリ・モータの運動 Ｊｓｄ３＝第２ロータリ・モータの運動 Ｊｓｄ６＝回転モータの運動 Ｊｓｄ７＝グリッパの運動 Ｌ１＝第１ロータリ・モータと第２ロータリ・モータの間のリンケージ・アー ムの長さ Ｌ２＝第２ロータリ・モータと受動状態ジョイントの間のリンケージ・アーム の長さである。 コントローラは、ブロック７０で、出力信号をモータに送り、アームと器具を 所望の方向に動かす。この過程は、ハンドルを動かすたびに繰り返される。 外科医が、入力タンを放して（トグルして）マスタ・ハンドルを動かすと、マ スタ・ハンドルは、外科用器具に対して異なる空間的位置を取ることになる。入 力ボタン５８を最初に押しさげると、コントローラ４６は、計算ブロック７２で 以下の方程式によって初期ジョイント角度Mｊ１−Ｍｊ５を計算する。 Ｍｊ１=ｔａｎ^-1（ｔｙ／ｔｘ） Ｍｊ２＝ｔａｎ^-1（ｄ／ｔｚ） Ｍｊ３＝Ｄ ＭＪ４＝Ｊｓ６ Ｍｊ５＝Ｊｓ７ フォワード・キネマティクス値は、ブロック７４で以下の方程式によって計算 される。 Ｒｓｘ＝Ｌ１・ｃｏｓ（Ｊｓ２）＋Ｌ２・ｃｏｓ（Ｊｓ２＋Ｊｓ３） Ｒｓｙ＝Ｌ１・ｃｏｓ（Ｊｓ２）＋Ｌ２・ｓｉｎ（Ｊｓ２＋Ｊｓ３） Ｒｓｚ＝Ｊ１ ジョイント角度Ｍｊは、加算器６４に送られる。ピボット点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ は、次の通りに計算ブロック７６で計算する。ピボット点は、エンド・エフェク タと器具ＰＯの交点の本来の位置と器具と同一方向を示す単位ベクトルＵｏを初 めに決定して計算する。位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の数値は、ロボット・アームの各 種の位置センサから導くことができる。第５図を参照すると、本器具は、角度θ ４とθ５を有する第１座標フレーム（ｘ，ｙ，ｚ）内にある。単位ベクトルは、 以下の変換行列式によって計算する。 エンド・エフェクタの各運動後、器具の角運動△θは、以下の線形方程式Ｌｏ およびＬ１に従って、器具の第１単位ベクトルＵｏと第２単位ベクトルＵ１の交 点のアークサインを取ることによって計算する。 ここで、 Ｔ＝単位ベクトルＵｏおよびＵ１の交点となるベクトルである。 新しい器具位置Ｕ１の単位ベクトルを位置センサと上述の変換行列式を使って 、決定する。角度が閾値より大きければ、新たなピボット点を算出し、ＵｏをＵ １に定める。第６図に示す通り、第１および第２器具の向きは線形方程式Ｌｏお よびＬ１で定義できる： Ｌｏ： Ｘｏ＝Ｍｘ０・Ｚｏ＋Ｃｘｏ ｙｏ＝Ｍｙ０・−Ｚｏ＋Ｃｙｏ Ｌ１： ｘ１＝Ｍｘ１・ｚ１＋Ｃｘ１ ｙ１−Ｍｙ１・Ｚ１＋Ｃｙ１ ここで、 Ｚｏ＝第１座標系のｚ軸に対する直線Ｌｏに沿ったｚ座標 ｚ１＝第１座標系のｚ軸に対する直線Ｌ１に沿ったｚ座標 Ｍｘｏ＝Ｚｏの関数としての直線Ｌｏの傾き Ｍｙｏ＝Ｚｏの関数としての直線Ｌｏの傾き Ｍｘ１＝Ｚ１の関数としての直線Ｌ１の傾き Ｍｙ１Ｚ１の関数としての直線Ｌ１の傾き Ｃｘｏ＝第１座標系の直線Ｌｏとｘ軸の交点を表す定数 Ｃｙｏ＝第１座標系の直線Ｌｏとｙ軸の交点を表す定数 Ｃｘ１＝第１座標系のＬ１とｘ軸の交点を表す定数 Ｃｙ１＝第１座標系の直線Ｌ１とｙ軸の交点を表す定数である。 傾きは、以下のアルゴリズムを使って計算する： Ｍｘｏ＝Ｕｘｏ／Ｕｚｏ Ｍｙｏ＝Ｕｙｏ／Ｕｚｏ Ｍｘ１＝Ｕｘ１／Ｕｚ１ Ｍｙ１＝Ｕｙ１／Ｕｚ１ Ｃｘｏ＝Ｐｏｘ−Ｍｘ１・Ｐｏｚ Ｃｙｏ＝Ｐｏｙ−Ｍｙ１・Ｐｏｚ Ｃｘ１＝Ｐ１ｘ−Ｍｘ１・Ｐ１ｚ Ｃｙ１−Ｐ１ｙ−Ｍｙ１−Ｐ１ｚ ここで、 Ｕｏ（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１座標系内の第１の位置での器具の単位ベクトル Ｕ１（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１座標系内の第２の位置での器具の単位ベクトル Ｐｏ（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１座標系内の第１の位置でのエンド・エフェクタと器 具の交点の座標 Ｐｌ（ｘ，ｙ，ｚ）＝第１座標系内の第２の位置でのエンド・エフェクタと器 具の交点の座標である。 ピボット点のおよその近似位置を見つけるため、第１の向きＬｏにおける器具 のピボット点（軸点Ｒｏ）と第２の向きＬ１における器具ピボット点（ピボット 点Ｒ１）を決定し、２点ＲｏおよびＲ１の中間距離を計算し、器具のピボット点 Ｒ_aveとして保存する。ピボット点Ｒ_aveは、外積ベクトルＴを使って決定する。 点ＲｏおよびＲ１を得るためには、以下の方程式を設定し、ＬｏとＬ１の両方 を通るベクトルＴと同一の向きを持つ直線を定義する。 ｔｘ＝Ｔｘ／Ｔｚ ｔｙ＝Ｔｙ／Ｔｚ ここで、 ｔｘ＝第１座標系のｚ−ｘ面に対するベクトルＴによって定義される直線の傾 き ｔｙ−第１座標系のｚ−ｙ面に対するベクトルＴによって定義される直線の傾 き Ｔｘ＝ベクトルＴのｘ成分 Ｔｙ＝ベクトルＴのｙ成分 Ｔｚ＝ベクトルＴのｚ成分である。 傾きＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚを決定するため２点を拾い（例．Ｔｘ＝ｘ１−ｘｏ、Ｔ ｙ＝ｙ１−ｙｏ、Ｔｚ＝ｚ１−ｚｏ）、線形方程式ＬｏおよびＬ１に代入すると 、次の通りにＲｏ（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）とＲ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）についての 点座標の解が得られる。 ｚｏ＝［（Ｍｘ１−ｔｘ）ｚ１＋Ｃｘ１−Ｃｘｏ］／（Ｍｘｏ−ｔｘ） ｚ１＝［（Ｃｙ１−Ｃｙｏ）（Ｍｘｏ−ｔｘ）−（Ｃｘ１−Ｃｘｏ）（Ｍｙｏ −ｔｙ）］／［（Ｍｙｏ−ｔｙ）（Ｍｘ１−ｔｘ）−（Ｍｘ１−ｔｙ）（Ｍｘｏ −ｔｘ）］ ｙｏ＝Ｍｙｏ・ｚｏ＋Ｃｙｏ ｙ１＝Ｍｙ１・ｚ１＋Ｃｙ１ ｘｏ＝Ｍｘｏ・ｚｏ＋Ｃｘｏ ｘ１＝Ｍｘ１・ｚ１＋Ｃｘ１ 点ＲｏとＲ１の間の平均距離は、以下の方程式で計算され、器具のピボット点 として保存する Ｒ_ave＝（（ｘ１＋ｘｏ）／２，（ｙ１＋ｙｏ）／２，（ｚ１＋ｚｏ）／２） ピボット点は、上述のアルゴリズム・ルーチンで連続して更新できる。ピボッ ト点の移動は、閾値と比較でき、ピボット点が設定限界を越えて移動する場合、 警告信号を発するか、ロボット・システムを外すことができる。設定限界との比 較は、患者が移動している、即ち、器具を患者の体外で操作していて、患者ある いは手術室にいる者に損傷を与える可能性のある状況であるか否かを決定する上 で有用であると思われる。 外科医にフィードバックするため、エンド・エフェクタが掴む目的物が生じる 反応力を感知する圧力センサを器具のフィンガに据えることができる。第４図を 参照すると、コントローラ４６は、圧力センサ信号Ｆｓを受けて、ブロック７８ で対応する信号Ｃｍを発生し、ハンドル内に位置するアクチュエータに送る。ア クチュエータは、相当の圧力をハンドルに送り、それが外科医の手に伝わる。圧 力帰還は、機器が圧力を加えているのを外科医に感知させる。別の実施例として 、外科医の手にフィンガの握力を直接移行させる機械ケーブルによって、ハンド ルをエンド・エフェクタ・フィンガに連結することもできる。 第７図は、本発明で使用できるエンド・エフェクタ８０の好ましい実施例を示 す。エンド・エフェクタ８０は、フロント・ローディング・ツール・ドライバ８ ４に連結する、本文で開示する２２、２４などの外科用器具８２を含む。エンド ・エフェクタ８０は、連結機構４５によってロボット・アーム・アセンブリ２６ の１つに取り付ける。連結機構４５は、ホルダ８６に接続され、着脱可能なカラ −８５を有する。ホルダ８６は、ロボット・アーム・アセンブリ２６内でモータ によって駆動されるウォーム・ギア８７を含み、ぞれがカラー８５を回転させ、 次いで、長手軸の回りで器具８２を回転させる。ホルダ８６は、ロボット・アー ム・アセンブリ２６内のスロットに据えたシャフト８８を有する。シャフト８８ は、アーム・アセンブリでモータによって回転でき、次に、これがウォーム・ギ ア８７を回転させ、これによってカラー８６と器具８２を回転させる。器具８２ の回りのカラーを締めつけ、あるいは緩めるのに締めつけ具89を使用できる。上 述の器具は、チャック・キーのように働き、カラー８６を締めつけ緩める。 外科用器具８２は、第１フィンガ９０を有し、この第１フィンガ９０は第２フ ィンガ９１に旋回可能に連結されている。フィンガ９０および９１は、組織や縫 合針などの対象物を保持するように操作できる。フィンガの内面は、器具８２の 摩擦および把握能を増加させる表面を有することができる。第１フィンガ９０は 、器具８２の中心溝９４を通って延びるロッド９２に連結される。器具８２は、 スプリング・バイアスされたボールでクイック・ディスコネクト可能なファスナ ９８と協働する外側スリーブ９６を有することができる。クイック・ディスコネ クト９８は、フィンガ・グリッパ以外の器具をフロント・ローディング・ツール ・ドライバ８４に連結するのを可能にする。例えば、器具８２をクイック・ディ スコネクトから外し、切開用具、縫合用具、Ｋａｒｌｓｒｕｈｅに譲渡された米 国特許第５，４９９，９９０号または第５，３８９，１０３号に開示されたステ ープル装置など、本システムでの使用に適合させたステープル器具、用具、ある いは、侵襲を最小に抑えた手術で使用される他の外科用器具に取り替えることが で きる。クイック・ディスコネクト９８は、器具をツール・ドライバ８４に差し込 む度に、フロント・ローディング・ツール・ドライバ８４を再滅菌する必要なく 、外科用器具を交換することができる。フロント・ローディング・ツール・ドラ イバ８４の操作については、下段でさらに詳細に論じることにする。 クイック・ディスコネクト９８は、フロント・ローディング・ツール・ドライ バ84のピン１０２を受けるスロット１００を有する。ピン１０２は、クイック・ ディスコネクト９８をフロント・ローディング・ツール・ドライバ１００に固定 する。ピン１０２は、スプリング・バイアス・レバー１０４を押し込むことによ って外すことができる。クイック・ディスコネクト９８には、ピストン１０６が あり、これは、ツール・ロッド９２に接続し、フロント・ローディング・ツール ・ドライバ８４内に位置するロード・セル１１０の出力ピストン１０８に隣接− している。 ロード・セル１１０は、リード・スクリュー・ナット１１２に取り付ける。リ ード・スクリュー・ナット１１２は、歯車箱１１６から延びたリード・スクリュ ー１１４に連結される。歯車箱１１６は、エンコーダ１２０に連結された可逆モ ータ１１８で駆動する。エンド・エフェクタ８０全体がモータ駆動ウォーム・ギ ア８７で回転する。 動作においては、フロント・ローディング・ツール・ドライバ８４のモータ１ １８は、電線あるいは送信機／受信機システムによってコントローラ４６から入 力指令を受けると、動作する。モータ１１８は、リード・スクリュー１１４を回 転させ、このスクリューがリード・スクリュー・ナット１１２とロード・セル１ １０を直線的に動かす。ロード・セル１１０の運動は、ジョイントピストン１０ ６とツール・ロッド９２を作動させ、これらが、第１フィンガ８８を回転させる 。ロード・セル１１０は、フィンガに加わる反作用力を感知し、対応する帰還信 号をコントローラ４６に送る。 フロント・ローディング・ツール・ドライバ８４は、ツール・ドライバ８４が 各手術後に滅菌する必要がないように、滅菌ドレープ１２４で覆うことができる 。さらに、ロボット・アーム・アセンブリ２６は、滅菌する必要がないように、 滅菌ドレープ１２５で覆うことが好ましい。ドレープ１２４および１２５は、実 質 的にフロント・ローディング・ツール・ドライバ８４とロボット・アーム・アセ ンブリ２６を囲う手段として働く。ロボット・アーム・アセンブリ２６を囲うた めに使用するドレープ１２５を、第２６図でさらに詳細に図解する。ドレープ１ ２５は、十分な開放端部３００を有し、そこからロボット・アーム・アセンブリ ２６をドレープ１２５内に入れることができる。さらに、ドレープ１２５は、ア ーム・アセンブリ２６を手術室環境から効果的に分離する十分に先細の封入端部 ３０２を含む。そこから形成された小孔を有するワッシャ３０４は、器具を連結 機構４５によりアーム・アセンブリ２６に連結するのを可能にする。アーム・ア センブリ２６は、動き回るので、ドレープ１２５が確実に裂けないようにするた め、ワッシャ３０４はドレープ１２５を補強する。本質的に、本器具は、患者１ ２に挿入するため、ドレープ１２５に封入できない。また、ドレープ１２５は、 接着剤３１０の付いた多数のテープ３０８を含む。少なくとも一片のテープ３０ ８を他のテープ片３０８と反対に配置して、アーム、・アセンブリ２６の回りに ドレープ１２５を閉鎖する。 第８図および第８Ａ図は、マスタ・ハンドル・アセンブリ１３０の好ましい実 施例を示す。マスタ・ハンドル・アセンブリ１３０は、アーム１３４に連結する マスタ・ハンドル１３２を含む。マスタ・ハンドル１３２は、ハンドル１３２内 の対応するスロット１３８に挿入されるピン１３６でアーム１３４に連結できる 。ハンドル１３２には、外科医が押すことのできる制御ボタン１４０がある。制 御ボタン１４０は、シャフト１４４によりスイッチ１４２に連結される。制御ボ タン１４０は、第４図に示す入力ボタン５８に相当し、エンド・エフェクタの動 きを作動させる。 マスタ・ハンドル１３２には、第１グリッパ１４６があり、この第１グリッパ １４６は第２静止グリッパ１４８に旋回可能に連結されている。第１グリッパ１ ４６の回転が、ハンドル・シャフト１５０の対応する直線運動を生じる。ハンド ル・シャフト１５０は、ベアリング１５６によってロード・セル１５４に連結さ れたグリッパ・シャフト１５２を動かす。ロード・セル１５４は、そこに加わる 圧力の量を感知し、コントローラ４６に入力信号を送る。次に、コントローラ４ ６は、出力信号を送り、エンド・エフェクタのフィンガを動かす。 ロード・セル１５４は、リード・スクリュー１６０に連結されたリード・スク リュー・ナット１５８に取り付ける。リード・スクリュー１６０は、エンコーダ １６６を有するモータ１６４に連結された減速箱１６２から延びる。システムの コントローラ４６は、エンド・エフェクタのロード・セル１１０の帰還信号を受 け、モータに対応する指令信号を送ってリード・スクリュー１６０を動かし、グ リッパに圧力を加えるので、外科医はエンド・エフェクタによって加えられる力 に関する帰還を受ける。このようにして、外科医はエンド・エフェクタを操作す るための感覚を得る。 ハンドルは、ベアリング１７０の周囲を回転する旋回ハウジング１６８に接続 する。旋回ハウジング１６８は、ギア・アセンブリ１７４によって位置センサ１ ７２に連結する。位置センサ１７２は、電位差計とすることができ、ハンドルの 相対位置に対応する帰還信号をコントローラ４６に送る。さらに、この目的で、 光学エンコーダを使用できる。別法として、電位差計と光学エンコーダの両方を 使って、システムに必要性を与えこともできる。旋回運動は、コントローラとロ ボット・アーム・アセンブリによって、対応するエンド・エフェクタの回転に変 換される。 アーム１３４は、直線ベアリング１７６と対応する位置センサ１７８に連結す ることができ、ハンドルの直線運動を可能にし、それを感知する。ハンドルの直 線運動は、コントローラとロボット・アーム・アセンブリによってエンド・エフ ェクタの対応する直線運動に変換される。アームは、ベアリング１８０の回りで 旋回し、スタンド１８４に位置する位置センサ１８２がそれを感知することがで きる。スタンド１８４は、ベアリング１８６の回りを回転でき、ベアリング１８ は対応する位置センサ１８８を有する。アームの回転は、コントローラとロボッ ト・アーム・アセンブリによってエンド・エフェクタの対応する旋回運動に変換 される。 人の手は、自然な震えがあり、通常６−１２ヘルツで共鳴する。手の震えに追 従する外科用器具の運動すなわちトラッキング運動を排除するため、システムに 、震えの周波数領域内で起こるハンドルの動きを取り除くフィルタを備えること ができる。第４図を参照すると、フィルタ１８４は、６〜１２ヘルツの周波数範 囲 で電位差計が生じるアナログ信号を取り除くことができる。別法として、この目 的で、光学エンコーダとデジタル・フィルタを使用することもできる。 第９図および第１０Ａ図〜第１０Ｉ図に示すように、本システムは、冠動脈迂 回路移植（ＣＡＢＧ）のような心臓手術を実施するのに使用することが好ましい 。この手術は、初めに、患者に３回の切開を加え、外科用器具２２および２４と 内視鏡２８を切開部から挿入することによって実施する。外科用器具の一方２２ は、患者の胸腔に挿入した時、縫合針と縫合糸を保持する。動脈に伏在静脈のよ うな二次血管を移植する場合、器具のエンド・エフェクタを患者に挿入している 間、他方の外科用器具２４が静脈を保持できる。 内胸動脈（ＩＭＡ）は、一方の機器で切断し、冠動脈の移植位置まで移動でき る。冠動脈を切断し、動脈壁にＩＭＡの直径に相当するサイズの開口部をつくる 。エンド・エフェクタの一方に連結され、マスタ・ハンドルから遠隔操作される 切開用具によって切開を行う。切断した内胸動脈および冠動脈からの出血を防ぐ ために動脈を締めつける。外科医は、ハンドルを操作して、冠動脈の開口部に隣 接するＩＭＡを移動させる。ＩＭＡの移植について示し説明したが、冠動脈の遮 断箇所にバイパスを通すのに、伏在静脈のような別の血管を移植することもでき ることを理解しておかねばならない。 第１０Ａ図〜第１０Ｉ図を参照すると、外科医は、ハンドルを動かして、器具 を操作し、針をＩＭＡと冠動脈に通す。次に、第１０Ｂ図に示すように、手術機 器を動かして、針を冠動脈と移植動脈を通して引っ張る。次に、第１０Ｃ図に示 すように、手術機器を操作して、移植動脈の尾部で縫合糸を結紮する。その後、 針を胸腔から取り出す。第１０Ｄ図〜第１０Ｆ図に示すように、新しい針と糸を 胸腔に挿入し、移植動脈の先端を冠動脈に縫合する。第１０Ｈ図〜第１０Ｉ図に 示すように、新しい針を挿入することができ、外科医は、ハンドルを操作して、 尾部から先端部までと先端部から尾部まで、連続縫合を行う。外科用器具の一定 した動きは、外科医が胸腔付近で縫合糸を正確に動かす事を可能にする。特定の 移植順序について示し説明したが、他の技法で動脈を移植することもできること を理解されたい。一般に、本発明のシステムは、侵襲を最小に抑えた吻合術を実 施するのに使用できる。 上記に開示したように、本システムは、マスタ・ハンドル５０または５２の動 きに応答してコントローラ４６からコントロール信号を受け取り、外科用器具の 末端に配した器具を作動させるフロント・ローディング・ツール・ドライバ８４ を含む。別のものとして、第１１図に示すように、バック・ローディング・ツー ル・ドライバ２００を本発明のシステム１０に組み込むことができる。バック・ ローディング・ツール・ドライバ２００は、バック・ローダブル外科用器具２０ ２と協働する。上述のバック・ローディング・ツール・ドライバ２００および機 器２０２を組み込むと、非常に簡単に用具をツール・ドライバ２００から引き抜 いて、他の用具と取り替えることができ、処置中の器具の交換が促進される。 バック・ローディング・ツール・ドライバ２００は、上記に開示したように、 カラーとホルダを介してロボット・アーム・アセンブリ２６に接続する。バック ・ローディング・ツール・ドライバは、近位末端２０６と遠位末端２０８を持つ 鞘２０４を含む。鞘２０４は、プラスチックや他の既知材料で形成でき、外科用 器具の構成中で使用する。鞘２０４は、本質的に中空管で、カラー８５内に適合 し、上記でより詳細に述べた締めつけ用具によって定位置で締めつける。 バック・ローダブル外科用器具２０２は、用具取り付け端２１０と連結端２１ ２を有する。グラスパや押し込み／引っ張りロッドまたはケーブル・システムに よって作動できる他の用具などの手術用具、あるいは、凝固器または調和メスの ような上述のロッドやケーブルを必要としない用具は、器具２０２の用具取り付 け端２１０に配置する。 ハウジング２１６は、器具２０２の連結端２１２に配置する。ハウジングは、 その内部に配置したレバー２１８を有する。レバー２１８は、レバーの付随孔を 通過するピンを利用することによって設定されるピボット点２２０を有する。ピ ンは、ハウジングの内壁２２４に取り付けられる。押／引ケーブルまたはロッド ２２６は、器具２０２の長さに延び、レバー２１８に接続するので、ピボット点 ２２０の回りのレバー２１８の動きがケーブルまたはロッド２２６の直線運動を 生じる。本質的に、ケーブルまたはロッド２２６は、器具２０２の用具取り付け 端２１０の用具２１４を作動させる手段２２７として働く。ケーブルまたはロッ ド２２６も、連結ピンを介してレバーに接続する。レバー２１８は、Ｃ字形で、 その先端が、ハウジング２１６の２つの孔２２８と２３０から突き出している。 その孔２２８、２３０は、Ｏリング２３２で囲むことが好ましく、その目的につ いては、下記で詳述する。 バック・ローダブル外科用器具２０２の用具取り付け端２１０は、バック・ロ ーディング・ツール・ドライバ２００の中空管に入れる。用具２０２は、用具取 り付け端２１０が鞘２０４を越えて延びるまで、ツール・ドライバから押すこと ができる。Ｏリング２３２は、ツール・ドライバ２００のハウジング２３８の付 随孔２３４および２３６にある。さらに、ハウジングは、その中央に孔２４０が 設けられており、その孔は、中空管の内部と共軸である。このようにして、外科 用器具２０２は、ツール・ドライバ２００内に挿入できる。各Ｏリング２３２は 、ツール・ドライバ２００のハウジング２３８の付随孔に整然と納まる。 さらに、ハウジング２３８は、第１２図に示すモータ・アセンブリ２４２を含 む。モータ・アセンブリ２４２は、ハウジング２３８に接続し、そこで定位置に しっかりと保持される。モータ・アセンブリは、一般に、減速装置２４６に接続 したモータ２４４を含む。モータは、その末端に取り付けたリーフ２４８を作動 させる。リーフ２４８は、モータの回転運動がピボット点２２０の回りでレバー ２１８の動きを生じるように、レバー２１８の先端と係合する。これは次いで、 器具２０２の用具取り付け端２１０で用具２１４を作動させる手段２２７の側方 運動を生じる。モータは、制御ハンドルの動きに応答して動く。さらに、力セン サ２４８、２５０をリーフ２４８の両端に取り付けできる。したがって、力帰還 システムが組み込まれ、器具２０２の用具取り付け端２１０で用具２１４を作動 させるのに必要な力の量を感知できる。別法として、モータ２４４に、それに接 続する力帰還装置２５２を設けることもでき、これは同様な方法で使用できる。 バック・ローディング・ツール・ドライバ２００を利用する１つの長所は、鞘 ２０４が常に患者１２の体内にあることである。したがって、用具を取り替えた り、交換する時、用具を配列し直す必要がなく、ロボット・アーム・アセンブリ ２６を配列し直す必要がない。鞘２０４は、そこにトルを配する場合でも、配さ ない場合でも、患者１２に対してその位置を保持する。 本発明のシステム１０は、さらに、器具の先端で１つまたは２つの追加の自由 度を提供できる。例として、２つの追加の自由度を開示する。ただし、１つの自 由度だけを含めることもできることを理解されたい。追加の自由度を与えるため 、第１３図〜第１６図で示すように、関節操作可能な外科用器具３００を本発明 に組み入れることができる。器具３００は、上文で開示したように、カラーおよ びホルダを介してアーム・アセンブリ２６に連結できる。関節操作可能器具３０ ０の先端を曲げるため、関節操作ツール・ドライバ５００を使用しなければなら ない。関節操作ツール・ドライバ５００は、下記で詳細に述べる。マスタは、器 具３００の先端での関節操作の制御を行うために、２つの追加の自由度を持たな ければならない。第２５図は、２つの追加の自由度を含む別のマスタ方式を示す 。下記で開示するように、２つの追加の自由度を、器具３００の関節式部分にマ ップする。マスタでの２つの追加軸をＪｍ６およびＪｍ７と呼ぶ。 マスタで関節操作可能機器３００と関節操作ツール・ドライバ５００と追加の 自由度を組み入れることによって、むずかしい操作を容易に行うことができる。 第１３図〜第１６図を参照すると、関節操作可能な機器３００は、一般に、延 長ロッド３０２、鞘３０４、用具３０６を含む。用具は、グラスパ、切開刀、牽 引器、縫合器具、あるいは、侵襲を最小に抑えた手術法で使用されるその他の公 知の用具とすることができる。第２７図〜第３０図は、関節式外科用器具３００ に遠位端に取り付け可能な各種用具を示す。 器具３００は、近位部分３０８を持つ関節操作可能部分３０１、ピボット・リ ンケージ３１０、遠位端２１２を含み、その各々を下記で詳細に論じる。さらに 、器具３００は、延長ロッド３０２に関して、器具３００の関節操作可能部分３ ０１を関節操作する手段３１１を含む。関節操作可能部分を含めると、器具先端 で２つの追加の自由度が得られる。関節操作可能部分３０１は近位端、ピボット ・リンケージ、遠位端を含むとして説明したが、対応するピボット・リンケージ を介して互いに固定する多数の中間部を設けることもできることを理解されたい 。 それぞれの近位部分、遠位部、および介在する中間部の間にピボット・リンケ ージ３１０が配置され、各々を固定する。ピボット・リンケージ３１０は、関節 操作可能部分の近位部分および遠位部と相互に連動し、器具先端で関節式に動作 する。本質的に、近位部分、ピボット・リンケージ、遠位部の協働は、万能継手 として働く。 延長ロッド３０２は、中空で、ステンレスかプラスチック、あるいは、滅菌可 能な他の公知の材料であることが好ましい。ロッド３０２は中空であるので、内 部３１４を有する。延長ロッド３０２は、さらに、近位端３１６と遠位端３１８ を有する。延長ロッド３０２の遠位端は、器具３００の関節操作可能部分３０１ の遠位部３１２と混同してはならない。 関節操作可能部分３０１の近位部分３０８は、延長ロッド３０２と一体に形成 でき、あるいは、溶接、膠または当業者に周知の他の手段によって接続できる。 近位部分３０８を延長ロッド３０２と一体形成し、器具３００の十分な安定性お よび耐久性を確保することが好ましい。関節操作可能部分３０１の近位部分３０ ８は、２種のフィンガ３２０、３２２を有し、その各々を通って孔３２４、３２ ６が形成されている。 ピボット・リンケージ３１０は、隣接フィンガの付随孔を通過する多数のピン ３２８によって近位部分３０８に取り付ける。一般に、ピボット・リンケージ３ １０は、平面ディスク３３０で、それが通過する１個の中心孔３３２とディスク の辺縁に均一な間隔を保つ４個の孔３３４、３３６、３３８、３４０を有する。 さらに、ピン３２８が辺縁３４２に接続し、そこから延びている。ピン３２８は 、付随フィンガ孔に位置し、器具３００の関節動作能力を生じる。５個のリード ３５０、３５２、３５４、３５６、３５８が中空シャフト内部に延びている。１ 個のリード３５０は、中心から下方に延び、ピボット・リンケージ３１０の中心 孔３２２を貫通している。５個のリードの内の２個３５２と３５４は、器具の中 空内へ下方に延び、ピボット・リンケージに接続するので、５個のリードの内の １個への線形張力が部分３０１の回転運動を生じる。これらの２個のリード３５ ２、３５４は、それから形成された孔の内の２個でピボット・リンケージに接続 する。さらに、それらは、器具３００の関節操作可能部分３０１の近位部分３０ ８のフィンガを通過するピンに隣接した孔で接続する。他の２個のリード３５６ 、３５８は、軸リンケージ内で２個の他の孔を通過し、関節操作可能部分３０１ の遠位端で接続する。これらの２個のリードの運動は、他の２個のリード３５２ 、３５４を移動させる時、その運動に直交する関節操作可能部分３０１の運動を 生じる。 本システムの一部として、さらに、第１７図〜第２４図に示すように、器具を 操作するため、関節機構４００が用意されている。関節機構４００は、一般に、 関節ツール・ドライバ５００、滅菌連結器６００、変換器７００、関節操作可能 用具３００から成る。 変換器は、器具３００の近位端３１６に接続する。用具３００は、さらに、第 １８図〜第１９図に示すように、着脱可能用具４２０を有することができる。着 脱可能用具４２０は、延長ロッドまたはケーブル４２４などに接続されたカッタ ー４２２などの用具とすることができる。ロッド２４６の末端に、孔４３０が形 成された平坦面４２８を配置する。平坦面４２８は、器具３００の延長シャフト を下方移動する第２ケーブルかロッド４３４の末端に配した溝４３２内に入る。 第２ケーブル４３４は、その末端に形成された溝４３２を有するので、平坦面４ ２８は溝４３２に入る。少なくとも１個のスプリング・バイアス止め金４３６が 平坦面４２８から配した孔４３０に入る。これは、用具４２０を器具３００の残 り部分に連結する。それ自体、新しい用具が必要な度に、装置１０から器具を外 す必要なく、用具を器具の先端で交換できる。 用具３００は、変換器７００に接続され、本質的に、それと一体形成される。 関節機構４００は、上文で開示したように、カラー８５を経てロボット・アーム ・アセンブリ２６に接続する。カラー８５は、器具３００のシャフト３０２の周 囲に取り付けられる。 変換器７００には、近位端７０２と遠位端７０４がある。変換器７００の遠位 端７０４は、器具３００の延長ロッド３０２の横断面にかなり類似した横断面を 有する。さらに、変換器７００は、中空内部７０６を有する。中心ロッド３５０ は、変換器７００の中空内部７０６を通って、その近位端７０２に延びる。リー ド３５２、３５４の２本は、中心リード３５０が延びる第１中空管７１２に接続 する２ヶ所の肩部分７０８、７１０で変換器内部を終了する。第１中空管７１２ は、ステンレス、硬質プラスチックなどの強い耐久性のある材料で形成できる。 第１中空管７１２は、回転できるように、ベアリング７１４に取り付けられる 。第１中空管７１２の回転は、リード３５２、２５１１の直線運動と、器具３０ ０の関節操作可能部の関節運動を生じる。 第２中空管７１６は、そこから延びる１対の肩部分７１８、７１９を有する。 ２本のリード３５６、３５８は、肩部分７１８、７１９のそれぞれ一方に連結す る。中空管７１６は、回転できるように、ベアリング部７２０内に配置する。や はり、第２中空管７１６の回転は、リード３５６、３５８の直線運動を生じ、第 １中空管の回転を通して定まった運動面と直交する平面で、機器３００の関節運 動可能部分３０１に関節運動を行わせる。第２中空管７１６は、第１中空管７１ ２を放射状に囲むことを認めることができる。さらに、変換器７００は、無菌連 結器６００に変換器７０８を連結（着脱可能）するスプリング・バイアス・レバ ー７２６の末端に配したピン７２４から成るクイック・ディスコネクト７２２を 含む。中空管７１２と７１６の両方とも、その中で末端にノッチ７５０を形成す ることができる。ノッチは、両管のそれぞれを無菌連結器６００に相互連結する 手段７５２として働き、これについては、下記でさらに詳細に論じる。 変換器７００はクイック・ディスコネクト７２２を経て無菌連結器６００に着 脱可能に連結される。関節操作可能ツール・ドライバ５００は、容易に滅菌され ないので、関節操作可能ツール・ドライバ５００を滅菌する必要なく、器具を交 換できるように、無菌連結器６００を含めると有利である。さらに、連結器６０ ０は、第２６図で示したもののようなドレープ１２５にツール・ドライバを入れ て、変換器７００をツール・ドライバ５００に連結する。連結器６００は、ハウ ジング６１０を有する。連結器６００のハウジングと部品は、ステンレス、プラ スチック、あるいは、公知の滅菌可能材料などの容易に滅菌できる物質で形成す るのが好ましい。ハウジング６１０は、実質的に中空の内部６１２と開放末端６ １４および６１６を有する。２本の中空管６１８および６２０は、ハウジング６ １０内で回転しながら配置される。中空管６１８および６２０のそれぞれの回転 を行わせるため、ベアリング６２２および６２４を各中空管の周囲に配置する。 中空管は、それぞれ、管の末端に形成されたノッチ６２６を有するので、一方の 末端で連結器６００に変換器７００が連結され、また連結器６００を中空管の他 端で関節操作可能ツール・ドライバ５００に連結される。 変換器のピン７２４がノッチ６２８に入り、変換器７００が連結器６００に連 結される。さらに、連結器６００は、スプリング・バイアス・ピボット６３２に 連結したピン６３０を含み、連結器をドライバ５００に連結することができる。 連結器６００は、さらに、スライド可能で、中心ケーブルまたはロッド３５０の 末端３５１を受ける中心断面６３４を含む。末端３５１は、その周囲に配した周 囲溝３５３を有する先端を含むことができる。その先端は、中心断面６３４に形 成されたくぼみ６３６に入り、少なくとも１個のスプリング・バイアス止め金６ ３８によって定位置で固定され、着脱可能である。先端６４０は、周囲溝３５３ を含む先端と実質的に類似し、くぼみ６３６に隣接して配置され、中心ケーブル ３５０を関節操作可能ドライバ５００に連結する働きをする。これについては、 下記でさらに詳細に論じる。 中心部分６３４は、最も奥の管６１８内で側方にスライドするためのものであ る。上述のスライド運動を行うために、直線ベアリングを最も奥の管の中央部分 の周囲に配置することができる。別法としては、中心部分６３４は、最も奥の管 ６１８内でスムーズにスライドするベアリング材料で形成できる。 連結器６００は、関節操作可能ツール・ドライバ５００に接続され、着脱可能 である。関節操作可能ツール・ドライバをドレープ１２５でくるむことを意図す る。関節操作可能ツール・ドライバ５００は、中空のハウジング５０２を含み、 閉鎖された第１末端５０４と実質的に開放された第２末端５０４を含む。ハウジ ング５０２にしっかりと内部に配置されているのは、グリッパ・モータ５０６と 、１対のリスト・モータ５０８および５１０である。そのモータは、それぞれ、 コントローラ４６と電気的に連結されている。別法としては、モータは、コント ローラから、上述の系統が公知の送信機／受信器システムを介して信号を受け取 る。新規であるのは、上述の送信機／受信器システムの本発明への応用である。 グリッパ・モータ５０６は、ロード・スクリュー５１２を囲むロード・ナット５ １０に接続する。モータ５０６は、コントロール信号を受けて、それに応答して 回転する。ロード・ナット５１０が回転し、ロード・スクリュー５１２を移動さ せる。ロード・スクリュー５１２は、ロード・セル５１１１に接続され、そのロ ード・セルは、連結器６００を経てグリッパ・モータ５０６に接続するケーブル ３５０を移動させるのに必要とされる力を測定するのに使用できる。これは、本 発明のシステム１０に組み込む事のできる力の帰還システムに使用できる。その 末端に形 成される溝５１８を有するロッド５１６は、ロード・セル５１４に連結される。 ロッド５１６は直線的に移動する。連結器６００の先端６４０は、溝５１８に入 り、少なくとも１個のスプリング・バイアス止め金、あるいは、その他の同様の 連結機構５２０によって定位置で保持（着脱可能）される。そのため、マスタ・ ハンドルを持つ外科医がグリッパを操作する場合、グリッパ・モータ５０６が回 転し、それによって、ロッド５１６を、さらに、順に、中心ケーブル３５０を動 かし、これが、適宜、用具部位でグリッパを開閉する。当然、用具部位での作動 はそこに配置する用具の種類に依存する。例えば、外科用器具３００の末端にス テープル用具を配置する場合のステープリングの働きをする。 マスタ・ハンドル５０または５２を軸Ｊ６またはＪ７の回りで回転させる場合 、必要な運動に応じた２個のリスト・モータ５１０、５０８の内の一方が回転す る。モータ５０８、５１０のそれぞれが、対応するギア５２２、５２４に連結さ れている。ギア５２２、５２４のそれぞれが、付随中空管５２６、５２８の対応 する溝区域５３０、５３２にかみ合い、付随管を放射状に、その長手軸の周囲を 回転させる。中空管５２６、５２８は、それぞれ、ノッチのある末端５３４、５ ３６を含んでおり、連結器６００の対応する中空管のノッチのある末端とかみ合 う。中空管５２６、５２８、６１８、６２０が、それぞれ、全て共軸性である。 さらに、ベアリングは、中空管５２６および５２８の各定置中間物とし、個々の 中空管の独立した回転能を生じることができる。 中空管５２６、５２８が回転する時、連結器の中空管を回転させ、これが変換 器の中空管を回転させる。これは、外科用器具３００の先端で関節動を生じる。 特に、これは、外科用器具３００の関節操作可能部分の関節動を生じる。さらに 、使用するのがフロント・ローディング・ツール・ドライバであっても、バック ・ローディング・ツール・ドライバであっても、関節操作可能ツール・ドライバ であっても、外科用器具を容易に交換できる。 このように、切開刀８００をグラスパと交換でき、グラスパはステープラー８ １０と交換できる。本質的に、上述の装置は、処置が用具を次々と交換すること を含む、侵襲を最小に抑えた手術法の実施を簡略化する。また、装置は、特定の 器具の先端での関節形成を可能にするので、関節形成機構は、上文で開示したよ うに、上述のステープリング、あるいは、関節操作可能部分を組み込んだ切開器 具に関節を形成するのに使用できる。 さらに、本器具は、関節操作可能器具である必要がないが、ステープリングの ような他の機能をコントロールする上で関節形成機構を使用できる。第２７図は 、カラー８５およびホルダ８６からロボット・アーム・アセンブリの接続したス テープリング器具８１０を示す。一般に、把握用具に使用されるリードは、ステ ープル機構を達成するのに使用できる。内視鏡ステープラは、一般に、技術上周 知であるが、本文で開示したように、ロボット・アームに接続するステープラー を使用する事は、従来、周知である。 さらに、第２８図に示すような切開刀が、本発明の装置で使用できる。切開刀 ８００は、カラ−８５およびホルダ８６でロボット・アーム・アセンブリ２６に 接続される。切開刀は、グラスパやステープラーが必要とするようなリードを必 要としないが、切開用具は、本文で開示した関節形成機構によって関節を備える のがよい。 さらに、焼灼装置や凝固器は、カラー８５やホルダを経てロボット・アーム・ アセンブリ２６に接続できる。焼灼用具および凝固器は公知であり、焼灼用具は 、本文で開示したように、関節操作可能器具の末端で接続できる。予定された順 序で多様な用具を使用する事によって、多様な処置を実施できる。多くの処置は 、上述のものを必要とするので、一般に、器具を交換できるのが好ましい。 数件の典型的実施例が記述され、添付図面に示されたが、このような実施例は 、単に説明的であり、広い発明に制限を加えるものでなく、様々な他の変更態様 を通常の当業者が思い浮かべることができるため、本発明が示し、記述した特定 の構成および配列に制限されるものでない事を理解しなければならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 ラビー，キース・フィリップ アメリカ合衆国・93109・カリフォルニア 州・サンタ バーバラ・サンタ ローサ・ 220 (72)発明者 ウイルソン，ジェフ アメリカ合衆国・93105・カリフォルニア 州・サンタ バーバラ・ポルテスエロ・ 1300 (72)発明者 ジョーダン，スティーブ アメリカ合衆国・93109・カリフォルニア 州・サンタ バーバラ・コール ガリシ ア・2431 (72)発明者 ライト，ジェームス アメリカ合衆国・93109・カリフォルニア 州・サンタ バーバラ・サンタ クルーズ ブルバード・319 (72)発明者 ゴードーシ，モジタバ アメリカ合衆国・93105・カリフォルニア 州・サンタ バーバラ・ブロードムーア プラザ ２番・36 【要約の続き】 ことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．冠状動脈に開口部を有する患者の冠状動脈に補助血管を縫合針で縫合する ための、侵襲を最小に抑えた手順であって、 ａ）コントローラに連結された第１関節式アーム、および第２関節式アームと 、入力コマンドを受け取って、その入力コマンドに応じて前記第１および第２関 節式アームを移動させる入力装置を準備する段階と、 ｂ）患者に少なくとも１つの切開部を設ける段階と、 ｃ）前記第１および第２関節式アームを前記切開部から患者に挿入する段階と 、 ｄ）補助血管を把持するように前記第１関節式アームを移動させるための入力 コマンドを発生する段階と、 ｅ）縫合針を把持するように前記第２関節式アームを移動させる入力コマンド を発生する段階と、 ｆ）針が冠状動脈および補助血管を貫通するように前記第２関節式アームを移 動させる入力コマンドを発生する段階と、 ｇ）段階（ｇ）を繰り返して補助血管を冠状動脈に縫合する段階と を含む手順。 ２．補助血管が内胸動脈であり、さらに、内胸動脈を動脈開口部に近接した位 置へ移動させる前に、内胸動脈を切断する段階を含む請求項１に記載の方法。 ３．さらに、針を移動させて補助血管を冠状動脈に縫合するように前記第１関 節式アームを移動させるための入力コマンドを発生する段階を含む請求項１に記 載の方法。 ４．入力コマンドを発生する前記段階が、外科医が第１マスタ・ハンドルおよ び第２マスタ・ハンドルを、前記第１および第２関節式アームの移動が前記第１ マスタ・ハンドルおよび第２マスタ・ハンドルの移動に対応するようにして移動 させることを含む請求項１に記載の方法。 ５．前記第１および第２関節式アームの各々が、前記第１および第２マスタ・ ハンドルの移動の換算増分だけ移動するエンド・エフェクタを備えている請求項 ４に記載の方法。 ６．さらに、前記第１および第２マスタ・ハンドルの移動に合わせて移動する ように前記第１および第２関節式アームを作動させる段階と、前記第１および第 ２マスタ・ハンドルを外科医が移動させる時、前記第１および第２関節式アーム が静止しているように前記第１および第２関節式アームを不作動化する段階を含 む請求項４に記載の方法。 ７．さらに、第３関節式アームに連結された内視鏡を準備する段階と、内視鏡 を切開部から患者に挿入する段階を含み、前記第３関節式アームは前記コントロ ーラと、入力コマンドを受け取る内視鏡入力装置に連結されている請求項１に記 載の方法。 ８．さらに、前記第３関節式アームおよび内視鏡を患者の体内で移動させる入 力コマンドを発生する段階を含む請求項７に記載の方法。 ９．さらに、前記エンド・エフェクタによって加えられる力に対応した力を外 科医に加える段階を含む請求項５に記載の方法。 １０．外科医に加えられる力が、前記エンド・エフェクタによって加えられる 力の換算増分である請求項９に記載の方法。 １１．さらに、外科医の手の震えに対応した入力コマンドを濾過する段階を含 む請求項４に記載の方法。 １２．外科医が患者に手術を実施できるようにするシステムであって、 第１エンド・エフェクタを備えた第１関節式アームと、 第１入力コマンドを発生するために外科医が第１入力装置空間増分だけ移動さ せることができる第１入力装置と、 前記第１入力装置と前記第１関節式アームに連結され、前記第１入力装置から 前記第１入力コマンドを受け取って、前記第１エンド・エフェクタを第１エンド ・エフェクタ空間増分だけ移動させるために第１出力コマンドを前記第１関節式 アームへ送るコントローラと を含み、前記コントローラが、第１入力装置空間増分が第１エンド・エフェクタ 空間増分と異なるように、前記第１入力コマンドを換算するシステム。 １３．さらに、第２エンド・エフェクタを備えた第２関節式アームと、第２入 力コマンドを発生するために外科医が第２入力装置空間増分だけ移動させること ができる第２入力装置を含み、前記コントローラが、前記第２入力装置から前記 第２入力コマンドを受け取って、前記第２エンド・エフェクタを第２エンド・エ フェクタ空間増分だけ移動させるために第２出力コマンドを前記第２関節式アー ムへ送り、前記コントローラが、第２入力装置空間増分が第２エンド・エフェク タ空間増分と異なるように、前記第２入力コマンドを換算する請求項１２に記載 のシステム。 １４．さらに、内視鏡を保持する第３関節式アームと、外科医から命令を受け 取って、その命令に応じて第３入力コマンドを発生する第３入力装置を含み、前 記コントローラが、前記第３ｎ入力コマンドを受け取って、内視鏡を移動させる ために第３出力コマンドを前記第３関節式アームへ送る請求項１３に記載のシス テム。 １５．前記第１入力装置は、外科医が移動させるマスタ・ハンドルであり、前 記入力装置にはさらに、前記第１エンド・エフェクタが前記第１マスタ・ハンド ルの移動に合わせて移動するように前記第１関節式アームを作動させると共に、 前記マスタ・ハンドルを外科医が移動させる時、前記第１エンド・エフェクタが 静止しているように前記第１関節式アームを不作動化するように前記コントロー ラに連結された入力ボタンが設けられている請求項１２に記載のシステム。 １６．前記マスタ・ハンドルがマスタ回動点の回りに回動するようにした請求 項１５に記載のシステム。 １７．前記第１エンド・エフェクタが力センサを備えており、前記第１入力装 置が、前記力センサに連結されて前記力センサが感知した力に対応した力を外科 医に加えるアクチュエータを備えている請求項１２に記載のシステム。 １８．外科医に加えられる力が、前記力センサが感知した力の換算増分である 請求項１７に記載のシステム。 １９．前記入力装置が、第１入力位置信号を発生する第１位置センサと、第２ 入力位置信号を発生する第２位置センサを備えており、前記コントローラが、前 記第１入力位置信号用の第１換算係数と、前記第２入力位置信号用の第２換算係 数を与える請求項１２に記載のシステム。 ２０．前記第１関節式アームが、無菌連結器でロボット・アームに連結された 外科用器具を含む請求項１２に記載のシステム。 ２１．前記ロボット・アームが無菌バッグで包囲されている請求項２０に記載 のシステム。 ２２．前記第１関節式アームが、患者の切開部に位置する回動点回りに回転す るようにした請求項１２に記載のシステム。 ２３．前記ロボット・アームが１対の受動状態ジョイントを備えている請求項 ２２に記載のシステム。 ２４．前記コントローラが、外科医の手の震えに対応した第１入力コマンドを 濾過するフィルタを備えている請求項１２に記載のシステム。 ２５．患者の第１切開部から挿入して外科医が操作することができる医療用ロ ボット・システムであって、 切開部に挿入された第１エンド・エフェクタに連結された受動状態ジョイント を有しており、切開部が前記第１エンド・エフェクタの第１回動点を定めるよう にした第１関節式アームと、 外科医からの命令に応じて第１入力コマンドを発生する第１入力装置と、 前記第１入力装置と前記第１関節式アームに連結されたコントローラを含み、 前記コントローラが、前記第１入力装置から前記第１入力コマンドを受け取って 、前記第１エンド・エフェクタを前記第１回動点に対して移動させるために第１ 出力コマンドを前記第１関節式アームへ送るようにしたシステム。 ２６．さらに、第２エンド・エフェクタを備えた第２関節式アームと、外科医 からの命令に応じて第２入力コマンドを発生する第２入力装置を含み、前記コン トローラが、前記第２入力装置から前記第２入力コマンドを受け取って、前記第 ２エンド・エフェクタを患者の第２切開部に位置する第２回動点回りに移動させ るために第２出力コマンドを前記第２関節式アームへ送るようにした請求項２５ に記載のシステム。 ２７．さらに、内視鏡を保持する第３関節式アームと、外科医から命令を受け 取って、その命令に応じて第３入力コマンドを発生する第３入力装置を含み、前 記コントローラは、前記第３入力コマンドを受け取って、内視鏡を患者の第３切 開部に位置する第３回動点回りに移動させるために第３出力コマンドを前記第３ 関節式アームへ送るようにした請求項２６に記載のシステム。 ２８．前記第１入力装置が、外科医が移動させるマスタ・ハンドルである請求 項２７に記載のシステム。 ２９．前記第１入力装置が、外科医が移動させるマスタ・ハンドルであり、前 記入力装置にはさらに、前記第１エンド・エフェクタが前記第１マスタ・ハンド ルの移動に合わせて移動するように前記第１関節式アームを作動させると共に、 前記マスタ・ハンドルを外科医が移動させる時、前記第１エンド・エフェクタが 静止しているように前記第１関節式アームを不作動化するように前記コントロー ラに連結された入力ボタンが設けられている請求項２５に記載のシステム。 ３０．前記第１エンド・エフェクタが、前記マスタ・ハンドルの移動の換算増 分だけ移動するようにした請求項２８に記載のシステム。 ３１．前記第１エンド・エフェクタが力センサを備えており、前記第１入力装 置が、前記力センサに連結されて前記力センサが感知した力に対応した力を外科 医に加えるアクチュエータを備えている請求項２５に記載のシステム。 ３２．外科医に加えられる力が、前記力センサが感知した力の換算増分である 請求項３１に記載のシステム。 ３３．前記第１関節式アームが、無菌連結器でロボット・アームに連結された 外科用器具を含む請求項２５に記載のシステム。 ３４．前記ロボット・アームが無菌バッグで包囲されている請求項３３に記載 のシステム。 ３５．前記ロボット・アームが１対の受動状態ジョイントを備えている請求項 ２５に記載のシステム。 ３６．前記コントローラが、外科医の手の震えに対応した第１入力コマンドを 濾過するフィルタを備えている請求項２５に記載のシステム。 ３７．外科医が患者に手術を実施できるようにするシステムであって、 第１エンド・エフェクタを備えた第１関節式アームと、 第１入力コマンドを発生するために外科医が第１入力装置空間増分だけ移動さ せることができる第１入力装置と、 前記第１入力装置と前記第１関節式アームに連結されたコントローラを含み、 前記コントローラが、前記第１入力装置から前記第１入力コマンドを受け取って 、前記第１エンド・エフェクタを移動させるために第１出力コマンドを前記第１ 関節式アームへ送り、さらに、 前記第１エンド・エフェクタが前記第１入力装置に合わせて移動するように前 記第１関節式アームを作動させると共に、外科医が前記第１入力装置を移動させ る間、前記第１エンド・エフェクタが静止しているように前記第１関節式アーム を不作動化する第２入力装置を含むシステム。 ３８．さらに、第２エンド・エフェクタを備えた第２関節式アームと、第２入 力コマンドを発生するために外科医が第２入力装置空間増分だけ移動させること ができる第２人力装置を含み、前記第２人力装置が、外科医が押圧することがで きる第２入力ボタンを供えており、前記コントローラが、前記第２入力ボタンが 押された時、前記第２入力装置から前記第２入力コマンドを受け取って、前記第 ２エンド・エフェクタを移動させるために第２出力コマンドを前記第２関節式ア ームへ送るようにした請求項３７に記載のシステム。 ３９．さらに、内視鏡を保持する第３関節式アームと、外科医から命令を受け 取って、その命令に応じて第３入力コマンドを発生する第３入力装置を含み、前 記コントローラは、前記第３入力コマンドを受け取って、内視鏡を移動させるた めに第３出力コマンドを前記第３関節式アームへ送るようにした請求項３８に記 載のシステム。 ４０．前記第１入力装置が、マスタ回動点回りに回動するマスタ・ハンドルを 含む請求項３７に記載のシステム。 ４１．前記第１入力装置が、外科医が移動させるマスタ・ハンドルであり、前 記入力装置にはさらに、前記第１エンド・エフェクタが前記第１マスタ・ハンド ルの移動に合わせて移動するように前記第１関節式アームを作動させ、前記マス タ・ハンドルを外科医が移動させる時、前記第１エンド・エフェクタが静止して いるように前記第１関節式アームを不作動化するように前記コントローラに連結 された入力ボタンが設けられている請求項４０に記載のシステム。 ４２．前記第１エンド・エフェクタが力センサを備えており、前記第１入力装 置が、前記力センサに連結されて前記力センサが感知した力に対応した力を外科 医に加えるアクチュエータを備えている請求項３７に記載のシステム。 ４３．外科医に加えられる力が、前記力センサが感知した力の換算増分である 請求項４２に記載のシステム。 ４４．前記第１エンド・エフェクタが、前記マスタ・ハンドルの移動の換算増 分だけ移動するようにした請求項４０に記載のシステム。 ４５．前記第１関節式アームが、無菌連結器でロボット・アームに連結された 外科用器具を含む請求項３７に記載のシステム。 ４６．前記ロボット・アームが無菌バッグで包囲されている請求項４５に記載 のシステム。 ４７．前記第１関節式アームが、患者の切開部に位置する回動点回りに回転す るようにした請求項３７に記載のシステム。 ４８．前記ロボット・アームが１対の受動状態ジョイントを備えている請求項 ４７に記載のシステム。 ４９．前記コントローラが、外科医の手の震えに対応した第１入力コマンドを 濾過するフィルタを備えている請求項３７に記載のシステム。 ５０．ロボット・アームと、 前記ロボット・アームを包囲する無菌バッグと、 前記ロボット・アームに差し込まれた無菌連結器と、 前記無菌連結器に差し込まれた外科用器具を含む医療用ロボット・システム。 ５１．前記外科用器具が、１対のフィンガを備えたエンド・エフェクタである 請求項５０に記載のシステム。 ５２．前記無菌連結器が、前記エンド・エフェクタのフィンガを前記ロボット ・アーム内のアクチュエータに連結するピストンを含む請求項５１に記載のシス テム。 ５３．ロボット・アームと、 前記アームに回動可能に取り付けられた連結器と、 前記連結器によって保持された内視鏡外科用器具と、 ハンドルを備えて、前記ロボット・アームに電気接続されているコントローラ を含み、 前記コントローラでの移動が前記ロボット・アームおよび外科用器具の比例移 動を生じるようにした医療用ロボット・システム。 ５４．前記連結器が前記ロボット・アームに着脱可能に取り付けられている請 求項５３に記載のシステム。 ５５．前記内視鏡外科用器具が、関節式内視鏡外科用器具である請求項５３に 記載のシステム。 ５６．関節式外科用器具が、基部と、ピボット・リンク機構と、先端部を含む 請求項５３に記載のシステム。 ５７．コントローラにおける移動によって、関節式外科用器具の先端部が関節 式外科用器具の基部に対して対応移動するようにした請求項５６に記載のシステ ム。 ５８．連結器に孔が貫設されている請求項５３に記載のシステム。 ５９．患者に外科手術を実施するための外科用ロボット・システムを作動させ る方法であって、 １）第１関節式アームと、コントローラと、入力コマンドを受け取る入力装置 を準備し、第１関節式アームをコントローラと電気接続し、コントローラを入力 装置と電気接続する段階と、 ２）患者に少なくとも１つの切開部を設ける段階と、 ３）外科用器具を第１関節式アームに取り付ける段階と、 ４）前記外科用器具を少なくとも１つの切開部から患者に挿入する段階と、 ５）実施中の手術に従って前記外科用器具を移動させるための入力コマンドを 発生し、入力コマンドに従って前記ロボット・アームが前記外科用器具を移動さ せるようにする段階と、 ６）外科用器具を患者から取り除く段階を含む方法。 ６０．外科用器具を患者から取り除く段階の後にさらに、 １）外科用器具を別の外科用器具と交換する段階と、 ２）前記別の外科用器具を患者に挿入する段階と、 ３）実施中の手術に従って前記別の外科用器具を移動させるための入力コマン ドを発生し、入力コマンドに従って前記ロボット・アームが前記別の外科用器具 を移動させるようにする段階と、 ４）前記別の外科用器具を患者から取り除く段階を含む方法。 ６１．前記外科用器具が鉗子である請求項５９に記載の方法。 ６２．前記外科用器具がステープラである請求項５９に記載の方法。 ６３．前記外科用器具が焼灼装置である請求項５９に記載の方法。 ６４．前記外科用器具が切刃である請求項５９に記載の方法。 ６５．関節式外科用器具の先端に取り付けられている工具がステープラである 請求項５７に記載の方法。 ６６．関節式外科用器具の先端に取り付けられている工具が焼灼装置である請 求項５７に記載の方法。 ６７．外科用器具をカラーに取り付ける段階は器具の先端をカラーに通すこと による請求項５９に記載の方法。