JP2004504095A - 手作動で関節運動する外科器具 - Google Patents
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Abstract
Description
(発明の分野)
本発明は、概して外科器具に関する。特に、本発明は、人体に対する侵襲が最小限に抑えられた外科処置で使用できる手作動で関節運動する外科器具に関する。
【0002】
(発明の背景)
現在の腹腔鏡手術用外科器具は、人体のある領域に器具を届かせる点で制限されている。既存の器具は、それほどの切開を行わずに侵襲的な手術を行うことができるが、これらの器具は、たとえばヒトの心臓の裏側に達するように体内で湾曲することはできない。
【0003】
さらに、既存の器具は、その手術用先端を操作する場合にケーブルを用いることに依存する。このような器具は、内部の構成要素を徹底的に殺菌する必要があるという欠点を有する。内部の金属ケーブルの洗浄は時間および費用のかかるプロセスである。このプロセスは、各処置の前に繰り返さなければならない。あるいは、使い捨ての構成要素を用いることもできるが、反復費用がかなりかかる。
【0004】
医師が心臓などの能動器官に外科処置を施す場合、現在の器具では、この器官を拘束する必要がある。たとえば、心臓の小さい部分を手術するには、患者を人工支持システム上に位置させ、一方、手術ができるように心臓を一時的に停止させなければならない。この場合、人工支持システムのような追加の機器が必要になり、処置のコストがかなり増える。さらに、患者の回復期間もかなり長くなる。
【0005】
(発明の概要)
本発明は、患者の体内で器具が関節運動するのを可能にしつつ、人体に対する侵襲が最小限に抑えられた手術を行う装置を提供する。さらに、本発明は、殺菌し再使用するのが簡単であり、かつその費用が安い外科器具を提供する。本発明の他の実施態様は、医師が内臓、たとえば心臓全体を拘束する必要なしに心臓の一部を手術するのを可能にする。
【0006】
本発明の一実施態様は、油圧制御信号を送信するようになっている装置の近位端に位置する少なくとも1つのコントローラを有する外科装置である。ヒトの手で制御できるように構成された少なくとも1つのマニピュレータがコントローラを作動させる。装置の遠位端に位置する少なくとも1つのスレーブは、コントローラと油圧連通し、コントローラによって送信された油圧制御信号に応答するように構成されている。制御線は、コントローラとスレーブとの油圧連通を可能にする。
【0007】
好ましい実施態様では、コントローラは、制御キャビティと制御キャビティ内のピストンとを有している。このピストンは、制御キャビティを第1の制御キャビティ部と第2の制御キャビティ部に分割し、2つの部分の間の連通を防止する。スレーブは、スレーブキャビティと、スレーブキャビティを第1の部分と第2の部分に分割するスレーブキャビティ内のピストンとを有し、2つの部分間の連通を防止する。制御線は、第1の制御キャビティ部と第1のスレーブキャビティ部との油圧連通を可能にする。第2の制御線は、第2の制御キャビティ部と第2のスレーブキャビティ部との油圧連通を可能にする。
【0008】
他の実施態様では、この外科装置は、各々が制御信号を送信するようになっている複数のコントローラを有する近位端に位置する制御部を有している。ヒトの手で制御されるようになっている複数のマニピュレータは、対応するコントローラを作動させる。装置の遠位端に位置するスレーブ部は、複数のスレーブを有している。各スレーブは、対応するコントローラと連通し、コントローラによって送信された油圧制御信号に応答する。手術用先端は、油圧制御信号に応答してスレーブによって操作される。制御線は、コントローラとスレーブとの連通を可能にする。好ましい実施態様では、外側のスレーブが制御線を囲んでいる。
【0009】
この装置は、関節運動する部分を含んでもよい。関節運動する部分は、一方の側にばね棒を有し、反対側に複数のポケットを有している。ポケットは、作動油を受け、膨張し、装置を必要に応じて湾曲させるように構成されている。好ましい実施態様では、装置は、剛性のシャフトおよび安定化プレートを有する安定器を含んでいる。安定化プレートは、アクセス切欠きを有しており、シャフトの端部の周りでピボット運動するように構成されている。シャフトは、必要に応じて、関節運動する部分を含んでよい。
【0010】
本発明の特徴、目的、および利点は、全体にわたって同じ参照番号が同じ要素を識別する各図面に関連して詳細な説明を読んだときにより明らかになろう。
【0011】
(発明を実施するための最良の形態)
次に、本発明のある実施形態について図を参照して詳しく説明する。
【0012】
図1は、本発明の外科器具を示している。この器具は、装置の近位端に制御部110、112を有し、装置の遠位端にスレーブ部120を有している。「近位端」を本明細書で使用するときは、装置の、ユーザに最も近い、患者の体の外側に残る部分を指す。「遠位端」は、ユーザから最も遠い、患者に挿入される端部を指す。装置の特定の構成要素と同様に、「近位端」は、構成要素の、装置の近位端に最も近い部分を指し、一方、「遠位端」は、構成要素の、装置の遠位端に最も近い部分を指す。中間部190は、制御部110とスレーブ部120との間に位置している。「スレーブ部」または「装置の遠位端」120は、装置の、スレーブモジュール、すなわち、以下に詳しく説明する伸長モジュール、湾曲モジュール、回転モジュール、および把持モジュールを有する部分である。次に、各部について詳しく説明する。語「カニューレ」は、装置の、中間部190とスレーブ部120の両方を有する部分を指すのに用いられる。
【0013】
制御部110、112は、ユーザの手の動きを、装置のスレーブ部120の対応する部分を作動させる油圧、機械、または電気信号に変換できる任意の装置であってよい。たとえば、2つのそのような装置が図1に示されている。
【0014】
ある実施形態では、制御部110、112は、作動油を用いて圧力を制御シリンダからスレーブシリンダに伝達する。作動油は、殺菌された蒸留水であることが好ましいが、塩水、過フッ素化炭化水素液、または生理学的に適合する他の任意の流体を用いることもできる。「生理学的に適合する流体」とは、組織および器官に接触した後、発疹や免疫反応のような耐えられない反応を患者に生じさせることがなく、流体が接触する組織または器官の正常な生理学的機能に悪影響を与えることのない流体である。さらに、生理学的に適合する流体は、それを除去する必要なしに、患者の体内に残すか、または組織または器官に接触させておくことができる。
【0015】
一実施形態では、制御部112は、クランプ115を介してユーザの腕に固定される。制御部112は、ユーザがユーザの指を挿入する指ループ117を備えている。ユーザは、指ループ117を締め付けることによって、装置の遠位端120で対応する動きを生じさせる油圧信号または電気信号を生成する。次に、ユーザは、締め付けられた指を「開放」し、逆の動きを生じさせることができる。
【0016】
各指ループ117は、制御シリンダ310(図3に示されている)に連結されている。指ループ117は、ヒトの指を快適に挿入させるのに充分な大きさであるべきである。指ループ117は、長手方向シャフトに連結されている。このシャフトは、たとえば金属や、すりガラスや、セラミックで作ることができる。シャフトは任意の断面形状を有してよいが、円形の断面が好ましい。シャフトの断面サイズは、材料と共に、指ループ117を移動させるときに予想可能な制御を行うのに充分な剛性をもたらすように構成される。シャフトは、シリンダ本体の端部の開口部を通って滑る。シャフトとシリンダ本体の端部の開口部との間の界面は、シャフトが滑らかに前後に動けるようにようにすると共に、好ましくは、同時に、防水シールを構成するように形成されている。
【0017】
本発明の他の実施形態は、クランプ130を用いて手術台の側面に固定される制御部110を含んでいる。この実施形態では、ユーザは、オートバイの運転者がオートバイのハンドルを握るのとまったく同じように制御部110を握る。ユーザは、ハンドルを回転させることも、押し込むことも、押し出すことも、ハンドルの軸を中心としてピボット運動させることも、親指ループの助けで締め付けることもできる。
【0018】
他の実施形態では、制御部110は、テーブルやカートなどの手術台以外の物体に固定される。他の実施形態では、制御部110は、ユーザの腕または手に固定される。他の実施形態では、制御部110は、いかなるものにも固定されずにユーザの手で保持される。
【0019】
図2Aは、制御部110の平面図である。ユーザの指を通過させるためにハンドル210が設けられており、一方、ユーザの親指は親指ループ212に挿入される。ハンドル210は、ユーザの指をより快適に受け入れるために開放したループの内側にリッジを有している。
【0020】
制御部110の移動は、制御シリンダ214、216、218、および220を用いることによって油圧運動に変換される。ユーザが親指ループ212をハンドル210の方へ締め付けると、湾曲カム222が垂直軸を中心として回転する。湾曲カム222は図2Dに示されている。湾曲カム222を回転させると、ローラ224がハンドルの後部の方へ押される。ローラ224は、シャフト318を介して制御シリンダ214の外側のシリンダ312に連結されている。シャフト318を後方に移動させると、ピストン320が後方に伸び、それによって、スレーブシリンダを装置の遠位端120で作動させるのに必要な油圧が発生する。制御シリンダの機能およびそのスレーブシリンダとの連結部については、以下に詳しく論じる。本発明の一実施形態では、親指ループを締め付けると、遠位端120で把持機能が作動する。
【0021】
制御部110は、クランプ130を用いて手術台の側面に取り付けることができる。しかし、制御部は、図2Bに示されている垂直軸226を中心として自由に回転することができる。制御部110が軸226を中心として回転すると、ローラ230が湾曲カム228内で回転する。湾曲カム228は図2Eに示されている。ローラ230は、シャフト318を介して制御シリンダ220の外側のシリンダ312に連結されている。シャフト318を前方に移動させると、ピストン320が前方に伸び、それによって、装置の遠位端120内のスレーブシリンダを作動させるのに必要な油圧が発生する。本発明の一実施形態では、ハンドルを回転させると、以下に詳しく説明する回転モジュールによって装置の遠位端120が回転する。
【0022】
ユーザは、ハンドルを押すこともでき、その場合、制御部110の頂部はスライド232上で前方に移動する。スライド232は、取付け点230を介して制御シリンダ218の外側のシリンダ312に連結されている。外側のシリンダ312は、シャフト318を介してピストン320に取り付けられている。シャフト318を前方に移動させると、ピストン320が前方に伸び、それによって、装置の遠位端120内のスレーブシリンダを作動させるのに必要な油圧が発生する。本発明の一実施形態では、ハンドルを前方に移動させると、以下に詳しく説明する伸長モジュールによって装置の遠位端120が伸びる。
【0023】
制御部110のハンドル部は、図2Bに示されているように、シャフト234に一致する長手方向軸に沿って回転することもできる。本発明のある実施形態では、ハンドル部を回転させると、ねじ236がナット238内で回転する。本発明のいくつかの実施形態では、ねじ236が固定され、ナット238が移動可能であり、一方、本発明の他の実施形態では、ねじ236が移動可能であり、ナット238が固定されている。ねじ236をナット238内で移動させると、可動ユニットが固定ユニットに対して直線的に移動する。可動ユニットは、ねじであるかナットであるかにかかわらず、取付け点330を介して制御信号シリンダ216の外側のシリンダ312に連結される。シャフト318を前方に移動させると、ピストン320が前方に伸び、一方、シャフト318を後方に移動させると、ピストン318が後方に押される。ピストン320を前後に動かすと、装置の遠位端120内のスレーブシリンダを作動させるのに必要な油圧が発生する。本発明のいくつかの実施形態では、ハンドル部を回転させると、以下に詳しく説明する回転モジュールによって装置の遠位端120が回転する。
【0024】
本発明のある実施形態では、制御部110の様々な部分を移動させると、中間部190内のワイヤを通って対応するスレーブシリンダに送信され、それによってスレーブモジュールを作動させる電気信号が生成される。したがって、たとえば、ハンドル210を前方に移動させると、伸長モジュール内のモータを作動させ、それによって、このモジュールを伸ばす電気信号が生成される。同様に、ハンドル210を回転させ、ハンドル210を湾曲させ、親指ループ212を締め付けると、それぞれ回転モジュール、湾曲モジュール、および把持モジュールが作動する。モータを有するスレーブモジュールについては以下に詳しく説明する。
【0025】
シリンダ214、216、218、および220は制御シリンダである。代表的な制御シリンダ310は、図3Aにその引込み位置で示され、図3Bにその伸長位置で示されている。制御シリンダ310は、外側のシリンダ312および内側のシリンダ314を有している。内側のシリンダ314は、それが外側のシリンダ内で移動するのを可能にする直径を有している。外側のシリンダ312は、取付け点330を通じて制御部110に連結されたシャフト318に連結されている。上述の制御部318を移動させると、外側のシリンダが、固定された内側のシリンダ314に対して長手方向に移動する。
【0026】
シャフト318に取り付けられたピストン320は、作動油用の2つの入口点322、324によって形成される距離内で、内側のシリンダ314内で移動する。シャフト318の遠位端は、ピストン320を取り付けることができるように構成され、一方、シャフト318の近位端は、取付け点330に近い部分で外側のシリンダに取り付けることができるように構成されている。外側のシリンダまたはハンドル組立体は、ラチェットを備えてよい。ラチェットは、シリンダ本体に対する所望の位置にピストン320を固定するようにロック機構に嵌るようになっている。
【0027】
ピストン320は、固体の前面を有し、内側のシリンダ314の長手方向軸に沿って移動可能である。ピストン320の前面は、円筒状のキャビティ314の断面と同一の形状を有している。ピストン320の外側の表面は、内側のシリンダ314の内側の表面と気密シールを形成する。したがって、キャビティの、ピストン320の一方の側の部分は、キャビティの、ピストン320の他方の側の部分とは連通しない。同時に、ピストンは、内側のシリンダ314の長手方向軸に沿って前後に滑らかに移動できなければならない。
【0028】
内側のシリンダ314の近位端は、シャフト18が滑って通ることのできる開口部を有するシール316で密閉されている。内側のシリンダ314の遠位端は、任意にOリング326を有する他のシール328で密閉されている。
【0029】
したがって、図3Bの、制御シリンダ310の伸長位置では、ピストン320は近位シール16に接触する。作動油は、内側のシリンダ314内の、ピストン320の前方に位置する。制御部110を上述のように移動させ、すなわち、ハンドル210を前方に移動させると、外側のシリンダ312が前方に移動し、それによって、シャフト318およびピストン320が移動する。作動油は、入口324を通って内側のシリンダ314から出て、装置の遠位端120内のある点で油圧を発生させる。スレーブシリンダから変位された追加の流体が他の入口322を通ってピストンの後部に入り、それによって、システム内の作動油の体積が一定に維持される。制御ピストン110が完全に移動すると、制御シリンダ310は図3Aのその引込み位置になる。この位置では、ピストン320は内側のシリンダ314の遠位端に位置し、遠位シール328に接触する。作動油はピストン320の後部に位置する。当業者には、上記の議論では、ピストン320が完全に引き込まれた位置から完全に伸びた位置まで移動するように説明したが、ピストン320を2つの末端に沿った任意の点から2つの末端に沿った任意の他の点まで移動させ、それによってスレーブシリンダに対応する動きを生じさせることができることが理解されよう。
【0030】
カニューレ190は、制御部110の制御シリンダを遠位端120のスレーブシリンダに連結する油圧配管と、油圧配管用のハウジングとを有している。
【0031】
遠位端120はモジュラー構成要素を有している。これらの構成要素は、たとえば、伸長モジュール、回転モジュール、湾曲モジュール、および把持モジュールから選択することができる。他の機能も組み込み、以下に詳しく説明するように作動させることができる。各モジュールについて個々に、以下に詳しく説明する。本発明は、ユーザが、モジュールの組合せと、ユーザのニーズに最も適した個々の各モジュールの品質とを選択し、これらのモジュールを好都合に組み立てられるようになっている。
【0032】
伸長モジュール410は、図4Aのその引込み位置と図4Bのその伸長位置の両方で示されている。伸長モジュール410はその構成が制御モジュール310と同一であるが、制御部110を用いて油圧をかけることによって、作動油が内側のシリンダ414に入り、ピストン420をモジュールの遠位端および遠位シールの方へ押す。シャフト418は遠位シール416を通って移動するが、シャフト418は、外側のシリンダ430の遠位端で外側のシリンダ412に取り付けられている。ピストン420を移動させると、外側のシリンダ412がモジュールの遠位端の方へ移動し、それによって、カニューレが伸びる。内側のシリンダ414の内側に存在する作動油は、遠位出口414を通って内側のシリンダ414から出る。近位シール428は、内側のシリンダ414の近位端からの作動油の漏れを防止する。
【0033】
他のモジュールを、遠位取付け点430を通じて、伸長モジュールにその遠位端のところで取り付けるか、または近位取付け点431を通じて、伸長モジュールにその近位端のところで取り付けることができる。
【0034】
他の実施形態では、油圧力ではなく電力を用いて伸長モジュールを伸ばすことができる。この実施形態では、ユーザが、制御部110のハンドル210を前方に押すことによって、電気的な接続を形成させ、それによって、制御部110から中間部190のワイヤを通じて図4D、図4Eの伸長モジュールに電気信号が送信される。この電気信号は、電気モータ434を回転させる。図4Dの一実施形態では、モータ434内にねじ436が取り付けられている。モータ434を回転させると、ねじが外側に移動し、それによって、外側のシリンダ440が内側のシリンダ442から離れる方向に移動する。この実施形態では、モータは固定されており、すなわち、モータは内側のシリンダ442に取り付けられており、一方、ねじは移動可能であり、すなわち、ねじはモータおよび内側のシリンダ442に対して移動する。ねじ436は、その遠位端のところで外側のシリンダ330に取り付けられている。
【0035】
図4Eの他の実施形態では、モータ434はねじ436をナット438内で回転させる。ねじ436を回転させると、ナット438がねじ436に対して移動し、それによって、外側のシリンダ440が内側のシリンダ442に対して長手方向に移動する。この実施形態では、モータ434およびねじ436は内側のシリンダ442に対して固定され、一方、ナット438および外側のシリンダ434は移動可能である。
【0036】
図5Aの回転モジュール510は、伸長モジュール410の油圧構成要素と同様の油圧構成要素を有している。伸長モジュール410と同様に、制御部110を長手方向軸に沿って回転させることによって油圧をかけると、ピストン520がモジュールの遠位端の方へ移動し、それによって、シャフトもこの方向に移動する。シャフト518は取付け点524において親ねじ522に取り付けられている。シャフト518を伸ばすと、親ねじがモジュールの遠位端の方へ移動する。親ねじは回転することができない。これは、安定化器が親ねじの回転を妨げるからである。親ねじ522はその代わり、外側のシリンダ530に動かないように取り付けられたナット組立体528を通って伸びる。親ねじ522をナット組立体528を通して移動させると、ナット組立体が回転し、それによって外側のシリンダ530が回転する。
【0037】
他のモジュールを、遠位取付け点532を通じて、回転モジュールにその遠位端のところで取り付けるか、または近位取付け点534を通じて、回転モジュールにその近位端のところで取り付けることができる。
【0038】
他の実施形態では、油圧力ではなく電力を用いて伸長モジュールを伸ばすことができる。この実施形態では、ユーザが、制御部110のハンドル210を回転させることによって、電気的な接続を形成させ、それによって、制御部110から中間部190のワイヤを通じて図5Bの回転モジュールに電気信号が送信される。この電気信号は、電気モータ532を回転させる。電気モータ542は、外側のシリンダ546に取り付けられたシャフト544に取り付けられている。シャフトを回転させると外側のシリンダが回転する。いくつかの実施形態では、外側のシリンダ546とモータ組立体542のシリンダハウジングとの間の連結部は支持組立体550を備えてよい。
【0039】
湾曲モジュール610が図6Aに示されている。湾曲モジュールは、上記の伸長および回転モジュールに存在するのと同じ油圧組立体も備えている。制御部110を垂直軸226に沿って時計回り方向に回転させることによって油圧をかけると、ピストン620およびシャフト618がモジュールの遠位端の方へ移動する。シャフト618は、直接または取付け組立体を通じてラック624に取り付けられている。シャフト618を移動させるとラック624も移動する。ラック624は、歯車626上の歯に対応する歯を有している。ラック624を移動させると、歯車626が時計回りに回転する。歯車626はモジュールの遠位端628に連結されている。歯車626を回転させると、モジュールの遠位端628が時計回りに湾曲する。制御部110を逆時計回りに回転させることによって、ピストン620がモジュールの近位端の方へ移動し、それによってラック624も後方に移動し、したがって、歯車626が逆時計回りに回転し、さらに、モジュールの遠位端628が逆時計回りに回転する。
【0040】
いくつかの実施形態では、モジュールの遠位端628の湾曲は少なくとも1100の角度にわたって行われ、すなわち、ピストン620が油圧部の近位端から油圧部の遠位端まで完全に移動すると、モジュールの遠位端628は少なくとも1100湾曲する。他の実施形態では、この回転は、少なくとも1100、少なくとも1500、少なくとも2000、少なくとも2500、少なくとも3000、または少なくとも3500の角度である。
【0041】
他のモジュールを、遠位取付け点630を通じて、湾曲モジュールにその遠位端のところで取り付けるか、または近位取付け点632を通じて、湾曲モジュールにその近位端のところで取り付けることができる。
【0042】
他の実施形態では、油圧力ではなく電力を用いて湾曲モジュールを伸ばすことができる。この実施形態では、ユーザが、制御部110のハンドル210を回転させることによって、電気的な接続を形成させ、それによって、制御部110から中間部190のワイヤを通じて湾曲モジュールに電気信号が送信される。この電気信号は、電気モータを回転させる。電気モータは、ラック624に取り付けられたシャフトに取り付けられている。シャフト618を回転させるとラック624が移動し、それによって歯車626が回転し、したがって、モジュールの遠位端628が湾曲する。
【0043】
図6Dの他の実施形態では、モータ640を回転させると、親ねじ642がナット644内で回転する。親ねじ642は、モータ640およびモジュールの外側の部分に対して固定されており、それに対してナット644は移動可能である。ナット644は、リンク646の近位端でリンク646に連結されている。リンク646の遠位端はモジュールの遠位端に連結されている。ナット644が後方に移動すると、ナット644によってリンク646が後方に移動し、したがって、モジュールの遠位端が回転する。制御部110を逆方向に回転させることによって電流を反転させると、モータが逆方向に回転し、それによってナットが前方に移動すると共に、モジュールの遠位端が時計回りに回転する。
【0044】
図7Aは把持モジュール710の平面図であり、一方、図7Bはその側面図である。把持モジュール710は、他のモジュールの油圧部と同様の油圧部も備えている。親指ループ212をハンドル210の方へ締め付けると、油圧がかかり、シャフト718がモジュールの遠位端の方へ移動する。この移動によって、ピン720もモジュールの遠位端の方へ移動し、それによって、2本のピン720が中央から離れる方向に移動する。2本のピン722が中央から離れるにつれて、ピン720によって形成される角度は900から1800に向かう傾向がある。ピン722を移動させると、2つの歯が互いの方へ移動し、最終的に接触する。親指ループ212をハンドル210から離れる方向に移動させると、歯724を、互いに離れ開く方向に移動させるのと逆の効果が生じる。
【0045】
他の実施形態では、親指ループ212を締め付けると、電流によって、把持モジュール730内の、図7Cのモータ740が回転する。モータ740は、固定された親ねじ742を回転させ、それによってナット744が長手方向に移動する。ナット744を移動させると、2つの歯が互いの方へ移動し、最終的に接触する。親指ループ212をハンドル210から離れる方向に移動させると、歯724を、互いに離れ開く方向に移動させるのと逆の効果が生じる。
【0046】
把持モジュール710の歯724は、いくつかの異なる器具を受け入れるように構成されている。たとえば、図8には、歯724に嵌めることのできる把持器具810が示されている。歯724同士が互いの方へ移動すると、把持器具810の端部も互いの方へ移動し、最終的に接触する。把持器具810の端部間に物体または組織が位置している場合、物体はこの器具によって把持される。歯724にはいくつかの器具を取り付けることができる。これらには、把持器具だけでなく、はさみ、組織を切り取るためのナイフ、骨を削るためのドリルビット、組織を焼灼するための加熱要素、または外科処置時に必要な他の任意の器具が含まれる。
【0047】
すべての上記の器具および他の器具は、個々にかつ相互交換可能に把持モジュール710に嵌めることができる。したがって、ユーザは、外科処置時に、把持モジュール710にある器具を取り付け、それを使用し、それを取り外し、次に別の器具を同じ把持モジュール710に取り付けることができる。このプロセスは、任意の数の器具によって任意の回数にわたって繰り返すことができる。
【0048】
上述のように、本発明のモジュールは、ユーザが最も有用とみなす順序で位置させられるように構成されている。たとえば、図9は、(近位端から遠位端に)湾曲、伸長、回転、および把持の順に取り付けられた4つのモジュールを示している。図9Aは、カニューレが直線状である、その引込み位置にある湾曲モジュールを示している。図9Bは、モジュールが湾曲している、その伸長位置にある湾曲モジュールを示している。あるいは、図9C、9Dに示されているように、4つのモジュールを伸長−回転−湾曲−把持構成に配置することができる。他の組合せも可能である。さらに、ユーザは特定のタイプの複数のモジュールを取り付けることができ、たとえば、2つまたは3つ以上の伸長モジュールや2つまたは3つ以上の湾曲モジュールを他のモジュールと共にまとめ、装置の遠位端120を形成することができる。把持モジュール710は常に、最も遠位に位置するモジュールであることが好ましい。
【0049】
図4C、すなわち、伸長モジュールの正面図に示されているように、様々なモジュールを制御シリンダに連結する油圧配管は、スレーブシリンダの一方の側に位置している。油圧配管は、カニューレに沿って延び、各モジュールの油圧部の入口開口部に連結されている。本発明のいくつかの実施形態では、油圧配管を所定の位置に維持するために、一連の低摩擦案内チューブ1010が弾性ストラップ1012(図10A)によってカニューレに取り付けられている。各油圧配管1014は、1本の案内配管に通され、案内配管1010内で、長手方向、すなわち矢印1016の方向に自由に移動することができる。したがって、図10Bのように湾曲モジュールが湾曲するか、または図10Cのように伸長モジュールが伸長したときに、油圧配管はカニューレに沿って移動し、各モジュールの油圧入口との連結1018を維持することができる。
【0050】
ある実施形態では、本発明は、ちょうねじ1112(図11)を用いてカニューレ190に取り付けることのできる拘束部材1110を備えている。拘束部材1110は、カニューレ190の入口点で患者の体の外側の患者の皮膚に隣接して位置している。拘束部材1110は、患者の体に対するカニューレ190の深さを維持する。患者が手術中に動いた場合、たとえば、麻酔が切れてきて患者の体が揺れ動いた場合、カニューレが患者と共に移動する。さらに重要なこととして、患者の体内のカニューレの深さは変わらない。したがって、患者が動いた場合、患者はカニューレによって損傷を受ける。
【0051】
正常な生理機能の一部として、体内のある器官は連続的に運動する。たとえば、心臓は鼓動し、肺は、患者が呼吸するたびに伸縮し、胃腸管も収縮運動を受ける。手術を行う際、器官がさらなる損傷を受けず、正常に働き続けられるように、手術中の器官の一部を安定化させることが必要になることが少なくない。本発明の各態様は、他の任意のカニューレが挿入された部位、またはその部位の近くで患者の体内に挿入できる組織拘束モジュール1210(図12)も備えている。組織拘束モジュール1210は、上述の湾曲モジュールを備えている。モジュールが患者の体内に挿入された後、拘束すべき組織に分離可能な歯1214を近づけることができる。湾曲モジュールによって、歯組立体をカニューレに対して湾曲させることができ、したがって、歯1214を組織上に位置させることができる。歯1214は、手術を行うための比較的安定した組織領域を形成できるように分離可能である。
【0052】
歯1214を分離するいくつかの異なる機構が図12C〜12Eに示されている。図示の実施形態では、組織拘束モジュールは2つの歯1214を有している。歯1214は、互いに分離できるようになっている。モジュールを患者の体内に挿入すると、歯1214は、装置の幅を小さくするように互いに保持される。患者の体内で、歯1214同士を分離することができる。図12Cに示されている実施形態では、一方の歯1214は固定されており、一方、第2の歯1214は第1の歯1214から離れる方向に滑る。図12Dに示されている実施形態では、両方の歯1214が中央から離れる方向に移動する。2つの歯1214が内側に湾曲しているので、歯の完全伸長位置と2つの歯1214の遠位端は互いに平行である。図12Eに示されている実施形態は、2つの歯が湾曲していないことを除いて同様に働く。2つの歯1214は、完全伸長位置では、「V」字形開口部を形成する。たとえば、組織拘束モジュールは1つの歯のみを有してよい。ある実施形態では、単一歯モジュールは「∩」や、「Г」や「T」などの形状を有してよい。
【0053】
ある実施形態では、組織拘束モジュールは、外科処置時にある組織または器官に接触して保持される。そうすることによって、2つの歯1214の間の空間、または単一の歯の内部に形成される特定の空間に、組織または器官の表面領域が拘束され、すなわち、組織または器官の局所的な運動が、組織または器官の拘束されない領域と比べてかなり低下する。組織または器官を拘束すると、ユーザが外科処置を行うことのできるかなり安定した領域が形成される。
【0054】
ある実施形態では、手術中に使用すべきいくつかの異なる器具を保持するようにカニューレの中間部190を適応させることができる。カニューレは、組織拘束モジュールに至るカニューレ、または装置の遠位端120で把持モジュール710に至るカニューレであってよい。カニューレは組織拘束モジュールに至るカニューレであることが好ましい。手術中に、ユーザは、カニューレが患者の体内にある間にカニューレから第1の器具を取り出し、この器具を把持モジュール710に取り付けることができる。ユーザは、第1の器具を使用した後、第1の器具をカニューレに戻し、第2の器具を取り出し、この器具を把持モジュール710に取り付けることができる。その後、他の器具を同様に使用することができる。
【0055】
カニューレ190は、位置決めアーム140(図1参照)を用いて所定の位置に保持される。位置決めアーム140は、解放機構を用いて締め付けるかまたは緩めることのできる少なくとも1つの継手を有している。ユーザは、継手を解放し、位置決めアーム140を所望の位置に移動させ、それによってカニューレ190の位置を変更することができる。一実施形態では、本発明は、ワンハンド解放機構を実現する。この実施形態では、ユーザは、一方の手で位置決めアーム140を把持し、位置決めアーム140を保持しながら、同じ手を用いて継手を緩め、同じ手を用いて位置決めアーム140を新しい位置に移動させ、次に、再び同じ手を用いて継手を締め付けることができる。このワンハンド解放機構によって、ユーザは、一方の手を用いてカニューレの位置を変更し、一方、他方の手で制御部110を用いて装置の遠位端120を操作することができる。
【0056】
本発明の装置を使用する際、装置の遠位端のところの器具を短い距離だけ移動する必要が生じることが少なくない。この距離は、ユーザが自分の手または指をその短い距離だけ移動するのが困難なほど短い。したがって、システムは、装置の近位端でのユーザの手または指の比較的長い移動を装置の遠位端での器具の比較的短い移動に変換する必要がある。これは、いくつかの異なる直径の制御シリンダおよびスレーブシリンダを有することによって実現される。以下に概略的に説明するように、いくつかの異なる直径のシリンダを使用する際にはピストン領域とシャフト領域との関係が重要である。
【0057】
腹腔鏡手術器具の中間部190の少なくとも一部は、関節運動部分であることが好ましい。図15Aおよび15Bならびに16A〜16Cは、中間部190の関節運動部で実施される関節運動機構の一実施形態を示している。外側のスリーブの本体にばね棒1510が埋め込まれている。ばね棒は、それ自体が湾曲に対する反力をかけつつ弾性的に湾曲するのを可能にするプラスチックや金属のような任意の材料で作ることができる。ばね棒1510は、それ自体を湾曲させる力がかからないかぎり関節運動部が湾曲するのを妨げるように働く。スリーブの反対側の壁は小さいパウチ1520で裏打ちされている。図16Cは、パウチ1520およびばね棒1510の構成を関節運動部の断面図で示している。パウチ1520は、各パウチ内の一連のオリフィスまたは弁によって作動油の容器(不図示)に連結されている。オリフィスまたは弁を通じてパウチ1520に作動油が供給されると、パウチ1520が作動油で満たされる。満たされたパウチ1520は、互いに押し付けられ、パウチ1520を有する関節運動部の側面を膨張させる。この膨張によって、図16Bに示されているように、ばね棒1510が湾曲し、それによって関節運動部が湾曲する。
二重作用/二重シリンダシステム
本発明の他の態様は、二重作用/二重シリンダシステムを含んでいる。このシステムは、図13に示されている。このシステムは、制御シリンダ1320およびスレーブシリンダ1310を有している。制御シリンダは、ピストン1318と、それに取り付けられたシャフト1320とを有している。ピストン1318は、制御シリンダ1320内を移動することができる。ピストンは、制御シリンダを2つのキャビティ、すなわち、壁がA1である遠位キャビティおよび壁がA2である近位キャビティに分割する。シャフト1322は、近位キャビティを通過する。ピストン1318は、遠位端キャビティと近位端キャビティとの液体連通を防止する。
【0058】
スレーブシリンダは、ピストン1314と、それに取り付けられたシャフト1316とを有している。ピストン1314は、シリンダ1310内を移動することができる。ピストンは、スレーブシリンダを2つのキャビティ、すなわち、壁がA3である遠位キャビティおよび壁がA4である近位キャビティに分割する。シャフト1316は、近位キャビティを通過する。ピストン1314は、遠位端キャビティと近位端キャビティとの液体連通を防止する。
【0059】
制御線は、制御シリンダの近位キャビティとスレーブシリンダの近位キャビティとの間の油圧連通を可能にする。他の制御線は、制御シリンダの遠位キャビティとスレーブシリンダの近位キャビティとの間の油圧連通を可能にする。したがって、このシステムでは、遠位キャビティ同士が互いに油圧連通し、2つの近位キャビティが互いに油圧連通しているが、近位端が遠位端と油圧連通することはない。
【0060】
制御シリンダピストン1318が制御シリンダ1320の遠位端の方へ移動する場合、作動油は、制御シリンダの遠位キャビティから制御線を通ってスレーブシリンダの遠位キャビティに移動し、それによって、スレーブシリンダピストン1314をスレーブシリンダ1310の近位端の方へ押す。この逆の動作も可能である。制御シリンダピストン1318が制御シリンダ1320の近位端の方へ移動する場合、作動油は、制御シリンダの近位端から制御線を通ってスレーブシリンダの近位端に移動し、それによってスレーブシリンダピストン1314をシリンダ1310の遠位端の方へ押す。さらに、制御シリンダ・ピストン1318が静止している間、スレーブシリンダピストン1314も静止したままである。
【0061】
一実施形態では、本発明の二重作用/二重シリンダシステムは過圧容器を有している。シリンダまたは制御線内の油圧がある量を超えた場合、いくらかの作動油が過圧容器に移される。過圧容器の開口部は、システム内の油圧がある値を超えたときに作動させることのできる圧力計装置を有してよい。圧力計装置を作動させると、過圧容器の開口部が開き、次に作動油が容器に流入する。
【0062】
他の実施形態では、過圧容器は、システム内の作動油と絶えず連通する開口部を有してよい。容器は、開口部の反対側にばね機構を有している。システム内の油圧が、ばね機構によってかけられる圧力を超えると、作動油がシステムから容器に流入する。逆に、システム内の圧力が、たとえばシステム内の漏れのために、ばね機構によってかけられる圧力よりも低くなると、作動油が容器からシステムに流入する。したがって、この容器は流体交換容器として働くこともできる。
【0063】
ある実施形態では、システムの内側の作動油の流れは、充分な抵抗が得られないほど非常に容易に移動する。このような状況では、ユーザがシリンダの移動を厳密に制御するのは困難である。したがって、本発明のある実施形態は、抵抗を生じさせるために油圧配管内のある点を狭くすることを特徴としている。いくつかの実施形態では、ユーザは、油圧配管を狭くする量、したがって、油圧配管内の抵抗の量を変えることができる。
【0064】
図13は、制御シリンダ1310とスレーブシリンダ1312との関係を示している。制御シリンダ1310は、ピストン1314およびシャフト1316を有している。ピストン1314の前部、すなわち、シャフト1316がピストン1314に取り付けられている面と反対側の面の面積はA3であり、ピストン1314の後部、すなわち、シャフト1316が取り付けられている面の面積はA4である。したがって、A3は、A4にシャフト1316の面積を足した値に等しい。ピストン1314が後方に距離l2だけ移動したときに、ピストン1314の前方で変位される作動油の量は、体積A3l2である。しかし、ピストン1314の後方で変位される作動油の体積はA4l2である。
【0065】
スレーブシリンダ1312もピストン1318およびシャフト1320を有している。ピストン1318の前方および後方で変位される作動油の体積はピストン1314の前方および後方で変位される作動油の体積に等しくなければならない。言い換えれば、
A1l1=A3l2
であり、かつ
A2l2=A4l2
であり、上式でl1は、スレーブシリンダが走行する距離である。これらの数式を整理すると次式が得られる。
l2=A1l1/A3=A2l1/A4
この結果、次式のような様々な表面積間の基本的な関係が得られる。
A1/A3=A2/A4
当業者には、ユーザの手および指による小さい動きが装置の遠位端でのより大きな動きになるように制御シリンダおよびスレーブシリンダが構成される場合にも上記の関係が成り立つことが容易に理解されよう。言い換えれば、図13において、一実施形態では、1312がスレーブシリンダを表し、1310が制御シリンダを表し、一方、他の実施形態では、1312が制御シリンダを表し、1310がスレーブシリンダを表す。
【0066】
ある実施形態では、装置の遠位端での非常に長い範囲の移動または非常に細かい動きを有することが望ましいときは、制御シリンダの複数のストロークを用いて装置の遠位端でのスレーブシリンダにおける動きの全範囲に影響を与えることが好ましい。このような実施形態では、本発明は、多重ストロークシリンダシステム(図14)を備えている。制御シリンダのストロークによって、逆止め弁1414が閉じ、逆止め弁1418が開く。次に、作動油が制御シリンダ1410からスレーブシリンダ1418に移される。制御シリンダ1410のピストンを最初の位置、すなわち、制御シリンダの近位端に戻すと、逆止め弁1412が閉じ、逆止め弁1414が開く。次いで、追加の作動油が容器1422から制御シリンダ1410に移される。次に、制御シリンダ1410のさらなるストロークによって、スレーブシリンダ1418に追加の動きが生じる。
【0067】
システムは「放出」弁1416も備えている。放出弁1416は、ユーザによって任意の時に作動させることができる。放出弁1416を作動させると、作動油がスレーブシリンダ1418から容器1422に移される。
【0068】
いくつかの実施形態では、スレーブシリンダ1418からの流体の除去を助けるために、スレーブシリンダのピストンの後方にばね機構1420が位置している。当業者には、スレーブシリンダのピストンをその最初の位置に戻すのに用いることのできる他の機構が認識されよう。
【0069】
他の実施形態では、システムは、ユーザが作動油の流れを反転できるように構成される。したがって、ユーザは、制御シリンダの追加のストロークによって、スレーブシリンダ1418から作動油を除去し、作動油を容器1422に移すことができる。
【0070】
(結論)
したがって、当業者には、ここで説明した装置が、人体に対する侵襲を最小限に抑えた手術を行う比較的容易で経済的な器具を構成することが理解されよう。
【0071】
当業者には、このような装置が、前述の目的を実現すると共に、装置に固有の結果および利点だけでなく前述の結果および利点をもたらすようになっており、かつそのように適応させ得ることが理解されよう。ここで説明した方法、手順、および装置は現在、好ましい実施形態を表し、かつ例示的なものであり、本発明の範囲に対する制限として意図されたものではない。当業者には、本発明の範囲内に含まれるこれらの方法、手順、および装置の変更および他の使用法が構想されよう。このような変更および他の使用法は、開示した特許請求の範囲によって定義される。
【0072】
当業者には、本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに、ここに開示した発明に様々な置換および修正を施せることが明らかになろう。
【0073】
当業者には、ここに記載した発明の態様および実施形態を互いに別々に実施することも、互いに関連付けて実施することもできることが認識されよう。したがって、別々の実施形態の組合せは、ここに開示した発明の範囲内である。
【0074】
本明細書で述べたすべての特許および文献は、本発明が関係する当業者のレベルを示すものである。
【0075】
ここで例示的に説明した発明は、ここで具体的に開示していない要素または制限が無くても実施することができる。したがって、たとえば、ここでの各例において、語「有する」、「基本的に〜成る」、および「成る」はいずれも、他の2つの語のいずれかと交換することができる。使用した語および表現は、制限ではなく説明の語として用いられており、このような語および表現を用いることによって、図示し説明した特徴の均等物またはその一部を除外することは意図されていない。開示した発明の範囲内で様々な修正が可能であることが認識されよう。したがって、本発明を好ましい実施形態および任意の特徴によって具体的に開示したが、ここに開示した概念の修正および変更を当業者によって加えることができ、そのような修正および変更が、開示によって定義される本発明の範囲内のものとみなされることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の概略図である。
【図2】本発明の制御部の一実施形態の詳細図である。
【図2A】制御部の一実施形態の平面図である。
【図2B】制御部の一実施形態の側面図である。
【図2C】制御部の一実施形態の正面図である。
【図2D】把持カムの平面図である。
【図2E】湾曲カムの平面図である。
【図3】制御シリンダの一実施形態の詳細図である。
【図3A】シリンダの引込み位置を示す図である。
【図3B】シリンダの伸長位置を示す図である。
【図3D】制御シリンダの構成要素を個々に示す図である。
【図4】油圧伸長モジュールの一実施形態の詳細図である。
【図4A】モジュールの引込み位置を示す図である。
【図4B】モジュールの伸長位置を示す図である。
【図4C】電気伸長モジュールの一実施形態を示す図である。
【図4D】電気伸長モジュールの一実施形態を示す図である。
【図5A】油圧回転モジュールの一実施形態の詳細図である。
【図5B】電気回転モジュールの一実施形態の詳細図である。
【図6A】油圧湾曲モジュールの一実施形態の詳細図である。
【図6B】モジュール内の歯車構成要素の図である。
【図6C】モジュール内のラック構成要素の図である。
【図6D】電気湾曲モジュールの一実施形態の詳細図である。
【図7A】油圧把持モジュールの一実施形態の詳細正面図である。
【図7B】油圧把持モジュールの一実施形態の詳細側面図である。
【図7C】電気把持モジュールの一実施形態の詳細図である。
【図8】把持モジュールの歯に嵌るようになっている器具を示す図である。
【図9】モジュールの様々な構成を示す図である。
【図9A】湾曲モジュールが直線形態になっている湾曲−伸長−回転−把持構成を示す図である。
【図9B】湾曲モジュールが湾曲形態になっている同じ構成を示す図である。
【図9C】湾曲モジュールが直線形態になっている伸長−回転−湾曲−湾曲−把持構成を示す図である。
【図9D】湾曲モジュールが湾曲形態になっている同じ構成を示す図である。
【図10】配管管理の一実施形態を示す図である。
【図10A】電気ストラップを用いてカニューレに取り付けられている案内チューブを示す図である。
【図10B】湾曲モジュールに対する案内チューブの位置を示す図である。
【図10C】伸長モジュールに対する案内チューブの位置を示す図である。
【図11A】患者を拘束する一実施形態を示す図である。
【図11B】患者を拘束する一実施形態を示す図である。
【図12】組織拘束モジュールの一実施形態を示す図である。
【図12A】組織拘束モジュールの一実施形態の平面図である。
【図12B】組織拘束モジュールの一実施形態の平面図である。
【図12C】組織拘束モジュールの個別の歯の一実施形態を示す図である。
【図12D】組織拘束モジュールの個別の歯の一実施形態を示す図である。
【図12E】組織拘束モジュールの個別の歯の一実施形態を示す図である。
【図13】制御シリンダとスレーブシリンダとの移動比を変更するためのそれぞれの異なるシリンダ直径を示す図である。
【図14】多重ストロークシリンダの一実施形態を示す図である。
【図15A】本発明の関節運動機構を示す側面図である。
【図15B】本発明の関節運動機構を示す側面図である。
【図16A】図15Aおよび15Bの関節運動機構を詳しく示す側面図である。
【図16B】図15Aおよび15Bの関節運動機構を詳しく示す側面図である。
【図16C】図15Aおよび15Bの関節運動機構を詳しく示す側面図である。
Claims (18)
- 油圧制御信号を送信するようになっており、
制御キャビティ、および
前記制御キャビティを第1の制御キャビティ部と第2の制御キャビティ部に分割し、前記第1の制御キャビティ部と前記第2の制御キャビティ部との間の連通を防止する、前記制御キャビティ内の第1のピストンを有する少なくとも1つのコントローラと、
前記コントローラと連通し、前記コントローラによって送信された前記油圧制御信号に応答するように構成されており、
スレーブキャビティ、および
前記スレーブキャビティを第1のスレーブキャビティ部と第2のスレーブキャビティ部に分割し、前記第1のスレーブキャビティ部と前記第2のスレーブキャビティ部との間の連通を防止する、前記スレーブキャビティ内の第2のピストンを有する少なくとも1つのスレーブと、
前記第1の制御キャビティ部と前記第1のスレーブキャビティ部との油圧連通を可能にする少なくとも1本の制御線と、
前記第2の制御キャビティ部と前記第2のスレーブキャビティ部との油圧連通を可能にする少なくとも1本の制御線とを有する二重シリンダシステム。 - 過圧容器をさらに有する請求項1に記載の二重シリンダシステム。
- 前記制御キャビティ内の前記第1のピストンの位置を変えるようになっているマニピュレータをさらに有する、請求項1に記載の二重シリンダシステム。
- 外科装置であって、
前記装置の近位端に位置し、油圧制御信号を送信するようになっている少なくとも1つのコントローラと、
ヒトの手で制御され、前記コントローラを作動させるように構成された少なくとも1つのマニピュレータと、
前記装置の遠位端に位置し、前記コントローラと油圧連通し、前記コントローラによって送信された前記油圧制御信号に応答するように構成された少なくとも1つのスレーブと、
前記コントローラと前記スレーブとの油圧連通を可能にする少なくとも1本の制御線とを有する外科装置。 - 前記コントローラは、更に、
制御キャビティと、
前記制御キャビティを第1の制御キャビティ部と第2の制御キャビティ部に分割し、前記第1の制御キャビティ部と前記第2の制御キャビティ部との間の連通を防止する、前記制御キャビティ内のピストンとを有し、
前記スレーブは、更に、
スレーブキャビティと、
前記スレーブキャビティを第1のスレーブキャビティ部と第2のスレーブキャビティ部に分割し、前記第1のスレーブキャビティ部と前記第2のスレーブキャビティ部との間の連通を防止する、前記スレーブキャビティ内のピストンとを有し、
前記制御線は、前記第1の制御キャビティ部と前記第1のスレーブキャビティ部との油圧連通を可能にする、請求項4に記載の外科装置。 - 前記第2の制御キャビティ部と前記第2のスレーブキャビティ部との油圧連通を可能にする第2の制御線を更に有する、請求項5に記載の外科装置。
- 外科装置であって、
前記装置の近位端に位置し、
各々が油圧制御信号を送信するようになっている複数のコントローラ、および
各々が前記複数のコントローラのうちの対応する1つのコントローラを作動させるように構成された複数のマニピュレータを有する制御部と、
前記装置の遠位端に位置し、
各々が、前記複数のコントローラのうちの対応する1つのコントローラと連通し、前記複数のコントローラのうちの前記対応する1つのコントローラによって送信された前記油圧制御信号に応答するように構成された複数のスレーブ、および
各々が、前記複数のコントローラのうちの1つおよび前記複数のスレーブのうちの対応する1つとの連通を可能にする複数の制御線を有する中間部を有するスレーブ部とを有する外科装置。 - 前記中間部は、前記複数の制御線を囲む外側のスリーブを更に有する、請求項7に記載の外科装置。
- 前記中間部は、関節運動する部分を更に有し、前記関節運動する部分は、
前記関節運動する部分の第1の側のばね棒と、
前記関節運動する部分の、前記第1の側と反対側の第2の側の複数のポケットとを更に有し、
前記ポケットは、作動油を受けるように構成されており、
前記ポケットは、前記作動油を受けたときに膨張するように構成されている、請求項7に記載の外科装置。 - 前記油圧制御信号に応答して前記複数のスレーブのうちの少なくとも1つによって操作すべき先端を更に有する、請求項7に記載の外科装置。
- 前記油圧連通は作動油を通じて行われる、請求項7に記載の外科装置。
- 前記作動油は、生理学的に受け入れられる、請求項11に記載の外科装置。
- 前記複数のスレーブの各々は定義済みの機能を有する、請求項7に記載の外科装置。
- 前記定義済みの機能は、伸長、回転、湾曲、および把持から選択される、請求項13に記載の外科装置。
- 前記複数のスレーブのうちの少なくとも1つのスレーブの前記定義済み機能は、前記複数のスレーブのうちの少なくとも別のスレーブの前記定義済み機能とは異なる、請求項13に記載の外科装置。
- 患者拘束部材を更に有する、請求項7に記載の外科装置。
- 組織を拘束することのできる少なくとも1つの遠隔操作可能な歯を有する組織拘束モジュール。
- 前記少なくとも1つの遠隔操作可能な歯は、前記モジュールの遠位端の周りでピボット運動するように構成されている、請求項17に記載の組織拘束モジュール。
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