JP2008289902A

JP2008289902A - 遠隔操縦ロボットシステム用の外科手術マニピュレーター

Info

Publication number: JP2008289902A
Application number: JP2008178182A
Authority: JP
Inventors: Joel F Jensen; ジェンセン，ジョエル，エフ．; John W Hill; ヒル，ジョン，ダブリュー．
Original assignee: SRI International Inc; Stanford Research Institute
Current assignee: SRI International Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: JP2010269162A; JP4444261B2; EP1862123A2; EP2135561B1; EP1864615A3; EP2135561A2; EP0836425A4; EP2281512A1; EP1570789A2; ATE533407T1; ATE394995T1; CA2715090A1; EP2266467B1; ATE301423T1; JP2013099555A; EP2266467A1; EP1862123A3; JP2013135850A; ES2244971T3; EP2281512B1

Abstract

【課題】遠隔操縦ロボットシステムにおいて外科手術用具を保持し操作するためのマニピュレーターアセンブリを提供する。
【解決手段】マニピュレーターアセンブリ２は、ドライブアセンブリ７に着脱可能に連結された用具ホルダー４を含み、そのためこの用具ホルダーは消毒できる。マニピュレーターアセンブリはさらに、ホルダー及びドライブアセンブリの末端に装着された力感知エレメント５２を含み、外科手術用具に働く力を検出して外科医にフィードバックする。
【選択図】図１

Description

この発明は外科手術マニピュレーターに係り、特に外科手術で使用するロボット支援型
装置に関する。

標準的な腹腔鏡外科手術では、患者の腹部にガスが吹き入れられ、腹腔鏡外科手術用具
のための入口を形成する小さな切り口（約１／２インチ）を通ってトロカール・スリーブ
が送られる。一般に腹腔鏡外科手術用具は、外科手術する部位を視るための腹腔鏡、並び
にクランプ、把持器、はさみ、ホチキス及び針ホルダーのような作業用具を含む。これら
の作業用具は、各用具の作業端が延長チューブに沿って約１２インチだけそのハンドルか
ら離れていることを除けば、従来の（オープン）外科手術で用いられる用具と同じである
。外科手術を行うため、外科医はトロカール・スリーブを通して用具を送り、また、スリ
ーブを通じてそれらを入れたり出したりスライドさせ、スリーブ内でそれらを回転させ、
腹部壁内でスリーブにてこ入れし（即ち旋回させ）、そして用具の末端にあるエンドエフ
ェクターを作動させることにより、腹部内においてそれらの用具を操作する。

ロボットに支援された遠隔操縦ロボット外科手術（オープン及び内視鏡処置）では、外
科手術用具の位置は、手で直接制御するか又は固定クランプで制御するよりむしろ、サー
ボモーターにより制御される。外科医が患者から離れた所にて表示イメージを通じて手術
を見ながら入力制御装置を操作する際には、サーボモーターは外科医の手の動きに追随す
る。サーボモーターは、外科手術用具を支持及び制御する電気機械的装置又は外科手術マ
ニピュレーターの典型的な一部であり、この外科手術用具は、オープン外科手術部位に直
接導入されるか又はトロカール・スリーブを通して患者の腹部のような体腔内に導入され
る。手術の間、外科手術用具により、組織つかみ器、針ドライバーなどのような種々の外
科手術用具が機械的作動され且つ制御される。これらの外科手術用具の各々は外科医のた
めに種々の機能を行う、即ち、針を保持又は駆動したり、血管をつかんだり、組織を切開
したりする。

リモート操作により遠隔外科手術を行うこの新しい方法では、多くの新しい試みが為さ
れる。そのような試みの一つは、外科医が遠隔操縦ロボットシステムを操作するとき、位
置、力及び触覚を外科手術用具から外科医の手に伝え返すことである。リモート操作の他
の技術とは違って、遠隔外科手術により外科医には直接手で外科手術用具を操作している
感じを与えることができる。例えば、用具が患者の組織構造又は器官に作用しているとき
、システムは用具に対する反作用の力を検出してこの力を入力制御装置に伝えることが可
能でなければならない。このようにして、外科医は表示イメージ上で組織構造に接触して
いる用具を見て、入力制御装置上でこの接触による圧力を直接感じることができる。しか
しながら、適当なフィードバックを与えることには、システムに作用する他の力が起因す
る問題をはらみうる。このような力としては、例えば、遠隔操縦ロボット機構内の摩擦、
外科手術マニピュレーターに作用する重力及び慣性力、又は外科手術切り口によりトロカ
ール・スリーブに働く力などが挙げられる。

さらに、効果的な遠隔外科手術を可能にするためには、マニピュレーターは高い応答性
を有しなければならず、また外科医が外科手術を行う際にしばしば現れる最も速い手の動
きでさえ正確に追随できなければならない。この迅速で応答性の高い性能を達成するため
に、遠隔操縦ロボットサーボシステムは、適度に高いサーボ帯域を有するように設計され
ねばならず、このことは、マニピュレーターが低い慣性を有し且つ相対的に低いギヤ比の
ドライブモーター又はプーリーカップリングを用いるようにマニピュレーターを設計する
ことを要求する。

遠隔外科手術に関する他の試みは、電気機械式外科手術マニピュレーターの一部が外科
手術用具と直接接触してしまうこと、及び作業部位に隣接して配置されることから生じる
。従って、外科手術マニピュレーターは外科手術中に汚染されるかもしれないし、一般に
は処分されるか又は手術と手術の間に消毒される。もちろん、コストの観点からは装置を
消毒するのが好ましいであろう。しかしながら、サーボモーター、センサー、及びモータ
ーをロボット制御するのに必要な電気接続は、一般には従来の方法（例えば蒸気、熱及び
圧力、又は化学薬品）を用いて消毒することはできない。というのは、それらが消毒工程
で損傷を受けるか又は破壊されてしまうからである。

別の試みとしては、異なる外科手術用具が１回の手術中に数回同じ用具ホルダーに取付
けられ、取り外されることである。例えば腹腔鏡処置では、患者の腹部内への入口の数は
、患者に必要のない切り口を開けないという要望はもちろんのことスペースの制約ゆえに
、その手術中は一般に制限される。よって、一般には幾つかの異なる外科手術用具が、手
術中は同じトロカール・スリーブを通って導入される。同様に、オープン外科手術では、
一般に外科手術部位の周りには１又は２以上の外科手術マニピュレーターを置く十分な空
間が無く、そのため外科医の助手はホルダーから用具を取り外して他の外科手術機器を取
り替えることをしばしば強いられる。

従って、必要なのは、リモート制御により外科手術用具を保持し操作し、且つ、外科手
術用具を用具ホルダーに取り外し可能に連結するためのシステム及び方法である。本装置
は、手術中に汚染された後でも再使用できるように容易に消毒できる構成とすべきである
。さらに、本装置は、遠隔操縦ロボット操作の間外科手術用具に対して伝えられ且つ該用
具から伝えられる力から、適当なフィードバックを外科医に与えることができなければな
らず、また、本装置は、装置に作用する重力が外科医に感じられないようにこれらの力を
補償するよう構成すべきである。加えて、本装置は高い応答性を有しなければならず、外
科医が外科手術を行う際にしばしば現れる最も速い手の動きにさえ正確に追随できなけれ
ばならない。さらに、内視鏡外科手術の間用具をホルダーに素早く且つ容易に取り付け、
取り外しできて、用具交換の時間を最小にするよう構成されたシステムを提供することが
望ましい。
米国特許出願第０８／８２３，９３２号米国特許出願第０８／０６２，４０４号

従来のオープン外科手術中又は腹腔鏡検査のような内視鏡処置の間外科手術用具を開放
可能に保持し操作するための装置及び方法が提供される。本装置は、用具ホルダーを有す
るマニピュレーターアセンブリを含み、この用具ホルダーは、消毒できるようにドライブ
アセンブリに取り外し可能に連結される。マニピュレーターアセンブリは、さらに、ホル
ダー末端に取り付けられた力感知エレメントと、外科手術用具に働く力を検出して外科医
にフィードバックするためのドライブアセンブリとを含む。本発明はまた、外科手術用具
を開放可能に保持するためのシステム及び方法に関する。システムは、用具側の装着ピン
を用具ホルダー側のロックスロットに自動的にロックして用具をホルダーに開放可能に連
結するための用具サポートを含む。ツイストロック動作により、オープン外科手術、腹腔
鏡検査又は胸腔鏡検査のような外科処置の間、外科医は種々の用具をホルダーに素早く取
付け、取り外すことができる。

一態様では、装置は、作業テーブルのような面に対する種々の受動又はパワー駆動位置
決め装置により固定可能なサポートベースと、ベース上に移動可能に取り付けられた用具
ホルダーとを含む。用具ホルダーは本体と用具サポートから成り、用具サポートは、本体
に移動自在に連結され、外科手術用具と係合するインターフェースを有して用具を用具ホ
ルダーに開放可能に装着する。ドライブアセンブリは用具ホルダーに作動連結されて、少
なくとも二自由度を用具に与える。ドライブアセンブリは、用具サポートを動かすための
第１ドライブと、サポートベースに対して用具ホルダーを動かすための第２ドライブとを
含む。本装置は、ベース及びドライブアセンブリから取り外し可能に用具ホルダーを連結
するための手段を含み、それにより、外科処置の後ホルダーは装置の残りの部分から分離
して消毒できる。

特定の構成では、サポートベースは、末端及び基部のサポート部材を備えたフレームと
、サポート部材内に回転可能に取り付けられた一対のシャフトとを含む。用具ホルダーは
、用具が軸方向移動できるようにサポートシャフト上にスライド可能に取り付けられる。
加えて、シャフトは各々ドライブモーターに連結され、第２及び第３の自由度（例えば回
転やエンドエフェクターの作動）を用具に与える。ドライブモーターは、外科手術中に汚
染されないように、基部サポート部材に連結される。回転可能シャフトは、それらを上方
にスライドさせてそれらのベアリング及び用具ホルダーとの係合を外すことにより取り外
すことができ、そのため用具ホルダーをサポートベースから容易に取り外して消毒できる
。サポートベースの下部（末端サポート部材を含む）も、消毒して用具ホルダーに接触し
た部分を浄化できる。このようにして、サーボモーターや遠隔操縦ロボットシステムに要
求される電気接続に損傷を与えることなく、外科処置の後に外科手術マニピュレーターを
容易に消毒できる。

サポートベースはさらに、末端サポート部材に取り付けられたカニューレ又はトロカー
ル・スリーブのようなスリーブを含む。スリーブは、用具をその中に受け入れるための軸
方向通路と、スリーブの末端エンド近くの軸方向通路内に取り付けられた力感知エレメン
トとを有する。力感知エレメントは、外科手術中に用具の末端部分によりエレメントに作
用する横方向の力を検出するように構成される。力感知エレメントは装置の残りの末端に
取り付けられるので、外科手術の切り口により又は用具ホルダーに作用する重力及び慣性
力によりカニューレに働く力からこのエレメントは影響されない。位置決め装置により支
持される際には外科手術マニピュレーターはクリノメーターと共に使用でき、ローカル重
力場の方向に対する用具ホルダーの真の方向が求まる。マニピュレーターと共にクリノメ
ーター及び力センサーを使用することにより、遠隔操縦ロボット機構に作用する外部の力
に影響されずに、用具端に対して作用する力を外科医が直接感知するような遠隔操縦ロボ
ットシステムを設計するのが容易になる。換言すれば、外科医は、用具が力感知エレメン
トに接触している地点においてまるで自分の手が用具を保持している様に感じるのである
。

本発明は、用具シャフトの末端エンドに連結されたエンドエフェクター（例えば一対の
顎部）を有する外科手術用具を保持し操作するのに特に有効である。このために、用具ホ
ルダーはさらにアクチュエーター・ドライバーを含み、これは用具上のエンドエフェクタ
ーと係合できるインターフェースを備える。アクチュエーター・ドライバーはカップリン
グを含み、このカップリングは、ドライバーの一部をサポートベースに対して軸方向に移
動させるためのドライブアセンブリに、ドライバーを連結し、それにより、用具のエンド
エフェクターを作動させる。好適な構成では、カップリングは同心螺旋アクチュエーター
であり、ドライブモーターの回転をエンドエフェクター・アクチュエーターの軸方向の運
動に変換する。螺旋アクチュエーターの対称設計ゆえに、ドライブモーターにより与えら
れる作動力は用具に対して如何なる有効な側面負荷をも発生せず、このことにより、用具
の軸方向運動や回転のような他の自由度との摩擦連結が避けられる。

本発明の別の態様では、用具は、基部エンド及び末端エンドを有する延長シャフトと、
シャフトから径方向に基部及び末端エンド間に延在する突起を有する装着手段とを含む。
用具ホルダーはサポートを含み、サポートは、用具シャフトを受け入れる軸方向通路を備
えた本体と、突起を受け入れるための軸方向通路に連通した第１穴とを有する。第２穴は
本体において第１穴まで横方向に切り込まれて連通し、突起が第２穴内で回転できる。外
科手術の間に用具が偶然に捻られて用具ホルダーから外れないようにするため、ホルダー
はさらに本体に連結されたロック手段を含み、このロック手段は第２穴内で突起を自動的
にロックし、それにより、用具を用具ホルダーに開放可能にロックする。

好適な構成では、装着手段の突起は、用具シャフトから外方向に延在する一対の対向ア
ーム（例えば装着ピン）を含む。第１穴は軸方向に延びたスロットであり、これは装着ピ
ンを受け入れる。第２穴は垂直ロックスロットであり、これは軸方向スロットに整列した
第１部分と、用具サポートの本体の回りを周方向に延在する第２部分とを有する。この構
成により、装着ピンは軸方向スロットをスライドしてロックスロット内に回転でき、用具
をホルダーに取り付けられる。用具は、同じ２工程を逆の順に行うことにより外すことが
できる。このツイスト−ロック動作により、外科手術中に外科医は種々の用具を用具ホル
ダーに迅速に嵌めたり外したりできる。

好ましくは、ロック手段は、装着ピンを用具ホルダーにロックするための開放可能ラッ
チアセンブリから成る。ラッチアセンブリはラッチに連結されたバネ負荷プランジャを含
み、これは装着ピンをロックスロット内に捕獲することにより用具を適所に正常にロック
する。プランジャは用具ホルダーから外方向に延在するボタンを有し、このボタンはラッ
チをロックスロットから出すためのものである。このボタンはマニュアルで又は自動的に
押すことができ、外科医が用具に容易にアクセスできるとき装着ピンを開放して用具を取
り替え可能にする。

本発明は、小さな経皮貫通で体空洞（例えば腹部又は胸部空洞）内に導入するよう構成
された内視鏡用具を開放可能に保持するのに特に有効である。このために、好ましくは用
具は、体空洞内で組織構造と係合する末端エンドと連結したエンドエフェクター（例えば
一対の顎部）を含む。エンドエフェクターを作動するため、用具はアクチュエーターピン
のような第２のアーム対を有し、これはシャフトから横方向に延在しエンドエフェクター
に作動連結する。好ましくは、アクチュエーターピンはシャフトに対して軸方向に変位で
きてエンドエフェクターを作動する（例えば顎部を開閉する）。用具ホルダーはさらに、
エンドエフェクターを作動するための外部ドライバーとアクチュエーターアームに開放可
能に連結したアクチュエータードライバーを含む。好ましくは、アクチュエータードライ
バーは、用具サポートについて説明したのと同様の横方向スロットを備えたツイスト−ロ
ックインターフェースを含み、用具サポートとアクチュエータードライバーの両方に同時
に用具を嵌めたり外したりできる。
本発明の他の特徴や利点は以下の記載から明らかとなり、好適実施態様が添付図面に関
連して詳細に述べられる。

図面を詳細に参照すると、同じ番号は同じ要素を示しており、マニピュレーターアセン
ブリ２が本発明の原理に従って描かれている。一般に、マニピュレーターアセンブリ２は
、ベース６に取り外し可能に装着された用具ホルダー４と、用具ホルダー４に開放可能に
連結された外科手術用具１４を操作するためのドライブアセンブリ７とを含む。

図１を参照すると、ベース６は、基部及び末端の長サポート部材１７、１９を有するフ
レーム１６と、ベアリング２２を介してサポート部材１７、１９に回転可能に連結された
第１及び第２ボールスプラインシャフト１８、２０とから成る。以下に詳細に述べるよう
に（図９参照）、フレーム１６はさらに、マニピュレーターアセンブリ２をリモート中心
位置決め器３００に取り付けるためのサポートブラケット２４を含む。ドライブアセンブ
リ７は第１、第２及び第３ドライブ８、１０、１２を含み、これらはフレーム１６に装着
され外科手術用具１４に三自由度を与えるように構成される。好適実施態様では、第１ド
ライブ８は用具１４をそれ自身の軸を中心として回転させ、第２ドライブ１０は用具１４
の末端のエンドエフェクター１２０を作動させ、そして第３ドライブ１２は用具１４をフ
レーム１６に対して軸方向に変位させる。もちろん、他の構成が可能なことは当業者には
容易に分かるであろう。例えば、アセンブリ２は、外科手術用具１４に別の自由度（例え
ば用具手首の回転や屈曲）を与えるための更なるドライブを含むことができる。

第１ドライブ８はフレーム１６に固定された回転ドライブモーター２６を含み、この回
転ドライブモーター２６は、第１シャフト１８をフレーム１６に対して回転させるための
ドライブベルト２８により第１シャフト１８に連結される。第２ドライブ１０はフレーム
１６に固定されたグリッパードライブモーター３０を含み、このモーター３０は、第２シ
ャフト２０をフレーム１６に対して回転させるためのドライブベルト３２により第２シャ
フト２０に連結される。第３ドライブ１２は垂直ドライブモーター３４を含み、このモー
ター３４は、用具ホルダー４をフレーム１６に対して軸方向に変位するためのドライブベ
ルト３６及び２つのプーリー３８を介して用具ホルダー４に連結される。好ましくは、ド
ライブモーター２６、３０、３４はサーボ制御エレクトロニクス（図示せず）を介してコ
ントローラー機構に連結されて、リモート制御で外科手術用具１４を操作するための遠隔
操縦システムを形成する。患者から遠隔位置にて外科医が入力制御装置を操作するとき、
ドライブモーターは外科医の手の動きに追随する。ドライブモーターを制御するための適
当な遠隔操縦ロボットシステムは、１９９２年１月２１日提出の一般譲渡された同時係属
出願第０８／８２３，９３２号である「臨場感を伴った遠隔操作システム及び方法 (TELE
OPERATOR SYSTEM AND METHOD WITH TELEPRESENCE) 」に記載されており、参考のためここ
に添付する。

好ましくは、上記遠隔操縦ロボットサーボシステムは、少なくとも１０ｈｚの３ｄＢカ
ットオフ周波数を示すサーボ帯域を有し、システムが外科医の素早い手の動きに迅速かつ
正確に応答できるようにする。このシステムを効果的に操作するために、用具ホルダー４
は相対的に小さな慣性を有し、ドライブモーター２６、３０、３４は相対的に小さい比の
ギヤ又はプーリー連結を有する。

特定の実施態様では、外科手術用具１４は内視鏡用具であり、これは経皮貫通して腹部
又は胸部空洞のような体空洞内に導入するように構成される。この実施態様では、マニピ
ュレーターアセンブリ２はフレーム１６の末端サポート部材１９上のカニューレ５０を支
持し、これは内視鏡外科手術処置の間は入口用の切り口内に配置される（図１ではカニュ
ーレ５０は概略的に描かれており、一般にはずっと長いことに留意せよ）。好ましくは、
カニューレ５０は、結腸切除やニセン・ファンドプリケーション(Nissen fundoplication
) のような胸部内視鏡外科手術に適応した従来の気密トロカールスリーブである。

図１に示されているように、好ましくはカニューレ５０は、カニューレ５０内の環状ベ
アリング５４に装着された力感知エレメント５２（例えば歪みゲージ又は力感知抵抗器）
を含む。外科手術中ベアリング５４は用具１４を支持し、用具が回転し且つベアリング５
４の中心穴を通って軸方向に移動できるようにする。ベアリング５４は、用具１４により
与えられる横方向の力を力感知エレメント５２に伝え、この力感知エレメント５２は、コ
ントローラー機構に作動連結され、遠隔操縦ロボットシステムにおいて外科医が保持して
いる入力制御装置（図示せず）にこれらの力を伝える。このようにして、外科手術切り口
を取り囲む組織のようなカニューレ５０に作用する力により妨害されることなく、又はマ
ニピュレーターアセンブリ２に作用する重力や慣性力により妨害されることなく、用具１
４に作用する力が検出できる。このことにより、ロボットシステムにおいてマニピュレー
ターアセンブリを使用するのが容易になる。というのは、外科医は用具１４の端に作用す
る力を直接感知するからである。もちろん、用具１４の末端エンドに作用する重力も力感
知エレメント５２により検出される。しかしながら、これらの力は、用具の直接操作中に
おいても外科医により感知されるものである。

図１に示されているように、用具ホルダー４はボールスプラインベアリング６２、６４
を介してシャフト１８、２０上に装着されたシャシー６０を含み、シャシー６０はシャフ
ト１８、２０に対して軸方向に動くことは出来るがシャフト１８、２０と共に回転するこ
とは防止される。好ましくは、シャシー６０は、ステンレス鋼のように高温消毒工程での
膨張に耐える材料から構成されるので、シャシー６０は外科手術処置の後に消毒できる。
シャシー６０は、外科手術用具１４を受け入れるための中心空洞６６と、シャシー６０か
ら横方向に延在するアーム６８を含む。アーム６８はドライブベルト３６に固定され、ド
ライブベルト３６の回転により用具ホルダー４をシャフト１８、２０に沿って軸方向に移
動させる。

用具ホルダー４はベース６及びドライブモーターに取り外し可能に連結され、ホルダー
４全体を取り外して蒸気、熱圧力、化学薬品などのような従来の方法により消毒できる。
好適な構成では、アーム６８は、回転できドライブベルト３６からアームを開放するトグ
ルスイッチ６９を含む（図１）。加えて、図１Ａに示されているように、シャフト１８、
２０はベアリング２２に取り外し可能に連結され、フレーム１６のサポート部材１７、１
９からシャフトを軸方向に引っ込められる。このために、好ましくは末端ベアリング２２
は、シャフト１８、２０の取り外しを可能にするための連結機構を含む。図７に示されて
いるように、末端サポート部材１９は各末端ベアリング２２内にサポートカラー７１を含
み、この末端ベアリング２２は、シャフト１８、２０の一つに対する通路用の内部穴７２
を備える。各サポートカラー７１は内部溝７３を有し、シャフト１８、２０の各々はそれ
らの下端部近くに環状溝７４を有し（図１Ａ参照）、この環状溝７４は、シャフトがフレ
ーム１６内に適切に装着されると内部溝７３と整列する（図１）。バネクリップ７５は各
内部溝７３内に置かれ、それぞれのサポートカラー７１内に各シャフト１８、２０を保持
する。バネクリップ７５は切れ目（図示せず）を有し、シャフトに軸方向の閾値力が働く
際にシャフト１８、２０の取り外しを可能にする。

用具ホルダー４をベース６から取り外すため、オペレーターはトグルスイッチ６９を回
転してドライブベルト３６からアーム６８を開放しドライブ８、１０からドライブベルト
２８、３２を取り外す。図１Ａに示されているように、オペレーターは用具ホルダー４を
保持しシャフト１８、２０を上方に引っ張って、バネクリップ７５を開放するのに十分な
力を与える。シャフト１８、２０は末端ベアリング２２から外れてボールスプラインベア
リング６２、６４を介してスライドし、その結果用具ホルダー４はベース６から分離され
る。本発明は、用具ホルダー４をベース６及びドライブアセンブリ７に取り外し可能に連
結するための上記手段に制限されるものでないことは理解すべきである。例えば、外科医
が単純に部材１９を取り外してホルダーを下方にシャフト１８、２０からスライドさせる
ように、末端サポート部材１９はフレーム１６の残りの部分と取り外し可能に連結できる
。同様に、基部サポート部材１７をフレーム１６に取り外し可能に連結できる。あるいは
、ドライブモーターは、ベース６に取り外し可能に取り付けられた別のサーボボックス（
図示せず）内に収容できる。この構成では、サーボボックスはベース６から取り外されて
、ベース６全体がホルダー４と共に消毒できる。

ベース６の下部（末端サポート部材１９を含む）も、（例えばベース６の下部を消毒槽
に浸すことにより）消毒でき、ホルダー４又は用具１４と接触する部分を浄化できる。こ
の種の消毒を容易にするために、好ましくはシャフト１８、２０は図１に示されているも
のより幾らか長くし、ベース６の下部（ドライブアセンブリ７を含む）をホルダー４及び
用具１４から十分に離して配置する。この様にして、遠隔操縦ロボットシステムで求めら
れるドライブモーター又は電気接続を損傷することなく、外科手術処置の後に外科手術マ
ニピュレーターを容易に消毒できる。

用具ホルダー４はさらに、外科手術用具１４をマニピュレーターアセンブリに開放可能
に連結するための用具サポート７０（詳細は図３Ａ参照）を含む。用具サポート７０は装
着ベアリング７４を介してシャシー６０内に回転可能に取り付けられ、サポート７０及び
用具はそこで回転できる。図１に示されているように、サポート７０は環状リングギア７
６と外接し、この環状リングギアの歯は、第１シャフト１８に装着されたドライブギア７
８の歯と噛み合う。ドライブギア７８は第１シャフト１８と共に回転するように第１シャ
フト１８の回りに構成され、それと共に用具サポート７０と外科手術用具を回転させる。
ドライブギア７８は第１シャフト１８に対して軸方向にも動くよう構成され、用具ホルダ
ー４をフレーム１６に対して軸方向に移動可能とする。

用具ホルダー４はさらに、軸方向ガイドスロット８２内でシャシー６０のどちらかの側
面に移動可能に取り付けられたアクチュエータードライバー８０を含む（詳細は図５を参
照）。アクチュエータードライバー８０はリングギア８６を有する螺旋アクチュエーター
８４（詳細は図６Ｂ参照）を含み、このリングギア８６は、第２シャフト２０に装着され
たグリッパードライブギア８８と噛み合う。第２シャフト２０が回転することにより、グ
リッパードライブギア８８が回転し、それによりシャシー６０内でリングギア８６及び螺
旋アクチュエーター８４を回転させる。アクチュエータードライバー８０はさらに、外科
手術用具１４のエンドエフェクターアクチュエーターを用具ホルダー４に開放可能に連結
するためのアクチュエーターキャリッジアセンブリ９０（詳細は図６Ａ参照）を含む（図
２参照）。以下において更に詳細に述べるように、キャリッジアセンブリ９０は螺旋アク
チュエーター８４及びシャシー６０内に装着され、螺旋アクチュエーター８４が回転する
ことに応じてキャリッジアセンブリ９０がシャシー６０に対して軸方向に移動する。

図２Ａ及び図２Ｂには、遠隔操縦ロボット外科手術のためのマニピュレーターアセンブ
リ２のようなモーター駆動マニピュレーターにより操作できる内視鏡外科手術用具１４の
特定の実施例が示される。外科手術用具１４は、経皮貫通を通して体腔内に送るのに適し
た従来の種々の内視鏡用具（例えば組織把持器、針ドライバー、マイクロ鋏、電気メス解
剖用具など）とできる。好適実施態様では、用具１４は、基部エンド１０２、末端エンド
１０４及びそれらの間の長手方向軸１０６を有するシャフト１００を含む組織把持器であ
る。刻み付きハンドル１１４がシャフト１００の基部エンド１０２に取り付けられ、用具
１４の操作を容易にする。

好ましくは、シャフト１００は２〜１０ｍｍの範囲（通常は４〜８ｍｍ）の外径を有す
るステンレス鋼管であり、２〜１５ｍｍの範囲の内径を有するカニューレ内に嵌まる。シ
ャフトもまた患者の経皮切り口を通して直接導入される。シャフト１００は、腹部のよう
な体腔内の目標場所にとどき且つ体腔から十分に延びるような長さに設定され、外科手術
用具１４を容易に操作できるようにする。よって、シャフト１００は少なくとも１０〜４
０ｃｍの間、好ましくは１７〜３０ｃｍの間とすべきである。図面ではシャフト１００は
円形の断面形状を有して示されているが、その他矩形、三角形、楕円または溝状の断面形
状とできる。

特定の構成では、シャフト１００は、用具サポート７０及びマニピュレーターアセンブ
リ２の第１ドライブ８に対して開放可能に外科手術用具１４を連結するための装着手段を
含む。好適実施態様では、装着手段はシャフト１００から横方向外側に延在する１対の対
向装着ピン１１６から成る。装着ピン１１６はシャフト１００にしっかりと接続され、以
下で詳細に説明するように用具サポート７０上のツイスト−ロック・インターフェースと
係合するのに適している。本発明は一対の対向ピンに限定されるものではなく、装着手段
には一つの装着ピン又はシャフトの周囲に延在する複数のピンを含み得ることも分かる。
その他、ピン１１６はもし望めば球状や環状のような様々な別の形状を有し得る。

用具１４はエンドエフェクター１２０を含み、これは末端エンド１０４から延在し、腹
腔鏡外科手術の間、腹部のような患者の組織構造に係合する。好適実施態様では、エンド
エフェクター１２０は１対の顎部１２２、１２４を含み、これらは開閉位置間で移動可能
で血管を掴んだり、縫合用縫糸を保持したりする。好ましくは、顎部１２２、１２４は横
方向溝又は対向表面上に別の構造特徴（図示せず）を有し、組織構造を掴むのを容易にす
る。顎部１２２、１２４により組織を損傷するのを避けるために、顎部は、顎部１２２、
１２４を包むゴム製のエラストマースリーブ、フォーム又は外科手術ガーゼのような非外
傷性手段（図示せず）をも含む。

顎部１２２、１２４を開閉位置間で移動させるために、用具１４はエンドエフェクター
アクチュエーターを含み、これはアクチュエータードライバー８０及びマニピュレーター
アセンブリ２の第２ドライブ１０に開放可能に連結される（図４参照）。好適実施態様で
は、エンドエフェクターアクチュエーターは一対の対向アクチュエーターピン１３２を含
み、これらのピンはシャフト１００内で軸方向に延在するスロット１３４から横方向に突
出している。アクチュエーターピン１３２は長ロッド１３６に連結され、この長ロッドは
シャフト１００の内腔１３８内にスライド可能に配置される。アクチュエーターピン１３
２はスロット１３４内でスライド可能であり、そのため、ロッド１３６はシャフト１００
及び装着ピン１１６に対して軸方向に移動可能であり従来技術のように顎部１２２、１２
４を開閉する。長ロッド１３６は、シャフト１００内の内腔１４２内に配置された基部部
分１４０を有し、アクチュエーターピン１３２が横方向に動くのを防ぎ、外科手術処置の
間、ロッド１３６がシャフト１００内で一般に中心に確実に残るようにする。

好ましくは、顎部１２２、１２４は環状圧縮バネ１４４により閉位置に置かれ、この環
状圧縮バネはシャフト１００内においてアクチュエーターピン１３２とシャフト１００の
内面に固定された環状ディスク１４６の間に配置される。このことにより、内視鏡処置の
間、外科手術チームはカニューレ５０内に組織を突き刺すことなく、又は周囲の組織を損
傷することなく、カニューレ５０（又は他のタイプの経皮貫通）を通って体腔内に顎部１
２２、１２４を導入できる。

図３Ａ、図３Ｂ、図４にはツイストロック機構が示されており、これは外科手術用具１
４をマニピュレーターアセンブリ２に開放可能に接続し、内視鏡外科手術処置の間、異な
る用具を素早く交換できるようになっている。図３Ａに示されているように、用具サポー
ト７０は環状カラー２００を含み、これは外科手術用具１４のシャフト１００を受け入れ
るための中心穴２０２を定める。カラー２００はさらに軸方向に延在し穴２０２と連通し
たスロット２０４を定め、このスロットは、装着を可能にし且つ用具１４のアクチュエー
ターピン１１６、１３２がそれを通ってスライドできるようなサイズにされる（図４参照
）。２つのロックスロット２０６が横断角度（好ましくは９０゜）にて環状カラー２００
内に軸方向延在スロット２０４まで切り込まれる（ロックスロットのうちの一つだけが図
３Ａには示されている）。以下で議論するように、ロックスロット２０６は環状カラー２
００の中心近くにてスロット２０４と交差し、穴２０２の周囲（好ましくは約９０゜）に
延在し両方の装着ピン１１６がそれを介して回転できる。

図３Ａ、図８に示されているように、用具サポート７０はさらに、装着ピン１１６をロ
ックスロット２０６内にロックするための手段を含み、それにより、外科手術中に用具が
偶然に捻られて用具サポート７０から外れることはない。好ましくは、図３Ａに示されて
いるように、ロック手段はプランジャ２１０を有するラッチアセンブリを含み、このプラ
ンジャがカラー２００の穴２１２内にスライド可能に配置される。プランジャ２１０はＬ
型ラッチ２１３を含み、このＬ型ラッチは、穴２１２を通って延在するロッド２１５によ
り開放ボタン２１４に連結される。プランジャ２１０は第１位置と第２位置の間で移動可
能である。この第１位置では、ラッチ２１３はロックスロット２０６内に配置されて装着
ピン１１６はそれを通して自由に回転でき、上記第２位置では、ラッチ２１３はロックス
ロット２０６の一つ内に少なくとも部分的に配置されて装着ピン１１６が回転するのを防
ぐ。好ましくは、ラッチ２１３は圧縮バネ２１６により第２位置、即ちロック位置に置か
れる。

外科医によるマニュアル操作又はベース６による自動操作のためのボタン２１４が、サ
ポート７０の上面に設けられる。好ましくは、用具ホルダー４がその最も基部の位置に動
かされたとき（図１参照）、フレーム１６の基部サポート部材１７は開放スイッチ２１４
を押し下げてラッチ２１３を第１位置即ち開放位置に移動させる。この構成により、用具
ホルダー４が最も基部の位置にあり用具１４のシャフト１００が容易にアクセス可能なと
きにのみ、用具を交換できる。加えて、このことにより、用具の末端がカニューレ５０に
貫通して体腔内にあるとき用具が偶然に開放されることが防げる。

交差する軸方向スロット及びロックスロット２０４、２０６は、外科手術用具１４の装
着ピン１１６を用具ホルダー４に開放可能に連結するためのインターフェースを形成する
。図４に示されるように、用具１４を挿入するために、外科医は装着ピン１１６を軸方向
スロット２０４に整列させ、装着ピン１１６がロックスロット２０６に整列するまで環状
カラー２００の穴２０２を通して用具をスライドさせる。それから、用具はロックスロッ
ト２０６を通して十分なだけ（好ましくは約１／４回転）回転され、ピンが軸方向スロッ
ト２０４にもはや整列しないようにする。用具１４が末端に移動すると、スイッチ２１４
が開放され（図１）、ラッチ２１３がロックスロット２０６内に移動し、装着ピン１１６
が回転し戻り軸方向スロット２０４に整列することを防ぎ、用具１４が用具サポート７０
に固定される。一つの装着ピンを上記構成と共に用いて外科手術用具をサポートにロック
できることに留意すべきである。しかしながら、２つの対向ピンが好ましい。というのは
、この構成によりロックスロット２０６の内面に作用する捩り力が減じられるからである
。

好ましくは、図８に示されているように、ロック手段はカラー２００内に配置されたボ
ール止め金２１７を含む。ボール止め金２１７はバネ２１８によりロックスロット２０６
の一つ内上方に置かれる。ボール止め金２１７は、軸方向スロット２０４に整列した位置
から約９０゜回転した位置に装着ピン１１６を一時的に捕獲する働きをする。このことに
より、用具１４が用具ホルダー内にツイストされた際、装着ピンが完全に回転されて適切
な位置におかれる（即ちラッチ２１３から離れる）。さもなければ、スイッチ２１４が開
放された際、ラッチ２１３が装着ピン２１６と係合してラッチがロック位置に完全に移動
することが出来なくなり、それにより外科手術の間に用具１４が偶然外れる可能性が生じ
てしまう。

図３Ｂ、図４、図５に示されているように、用具ホルダー４のアクチュエータードライ
バー８０はさらに、用具１４のアクチュエーターピン１３２を開放可能に保持し移動させ
るためのアクチュエーターピンキャッチ２２０を含む。アクチュエーターピンキャッチ２
２０は用具サポート７０と同様に構成され（図３Ａ）、環状カラー２２２を含み、この環
状カラーは、シャフト１００を受け入れる穴２２４及びアクチュエーターピン１３２を受
け入れる軸方向延在スロット２２６を定める。装着ピンに関して上記議論したように、ロ
ックスロット２２８は９０゜の角度にてアクチュエーターピンキャッチ２２０内に切り込
まれ、アクチュエーターピンはロックスロット内に回転できアクチュエーターピン１３２
をアクチュエータードライバー６６に連結する。アクチュエーターピン１３２は装着ピン
１１６の末端に位置するので（好ましくは用具はまず顎部が挿入される）、スロット２２
６はカラー２２２を通って完全に延在する必要はない。もちろん、アクチュエーターピン
１３２及び装着ピン１１６は、もし望めば装着ピンがアクチュエーターピンの末端にくる
ように逆にできる。

図６Ａを参照すると、アクチュエーターピンキャッチ２２０はアクチュエーターキャリ
ッジアセンブリ９０内のボールベアリング２３０に回転可能に取り付けられる。ベアリン
グ２３０により、ピンキャッチ２２０は軸方向の相対的な運動を防ぎつつキャリッジアセ
ンブリ９０内で自由に回転できる。よって、用具１４が第１ドライブ８により回転される
際、アクチュエーターピン１３２はキャリッジアセンブリ９０内で回転する。キャリッジ
アセンブリ９０はさらに、一対の内部ローラー２３６及び一対の外部ローラー２３８を回
転可能に支持するための２組の心棒２３２を含む。図１に示されているように、外部ロー
ラー２３８はシャシー６０の軸方向ガイドスロット８２内にスライド可能に配置され、キ
ャリッジアセンブリ９０がシャシー６０に対して回転するのを防ぐ。内部及び外部ローラ
ー２３６、２３８は螺旋アクチュエーター８４及び用具ホルダー４のシャシー６０と協働
してホルダーに対して軸方向に移動し、それにより、ピンキャッチ２２０及びアクチュエ
ーターピン１３２をそれらと共に用具１４のシャフト１００に対して軸方向に移動させる
（上述のようにこのシャフトは顎部１２２、１２４を作動させる）。

図６Ｂに示されているように、螺旋アクチュエーター８４は、キャリッジアセンブリ９
０及び外科手術用具１４を受け入れる中心穴２４０と、２つの対向螺旋溝２４２、２４４
を含み、これらの溝の各々は螺旋アクチュエーター８４の周囲に延在し（好ましくは１８
０゜より僅かに小さく）て図５に示されるようにキャリッジアセンブリ９０の内部ローラ
ー２３６を受け入れる。シャシー６０の軸方向ガイドスロット８２内に拘束された外部ロ
ーラー２３８により、螺旋アクチュエーター８４が回転することでキャリッジアセンブリ
９０（及びアクチュエーターピンキャッチ２２０）が回転の感度に依存して上下に移動す
る。螺旋アクチュエーター８４の対称的な設計ゆえに、第２ドライバー１０により作用す
る作動力は用具１４の如何なる効果的な側面負荷も発生させず、このことにより、軸方向
（第３ドライバー１２）及び回転（第１ドライバー）のような他の自由度との摩擦連結が
避けられる。好適実施態様では、螺旋溝２４２、２４４のピッチは、機構が容易に後方駆
動できるように設定され、位置サーボ遠隔操作システムにおいて掴み力を感知することが
可能となる。

図３Ａ、図３Ｂに示されるように、用具ホルダー４はさらに、用具サポート７０に固定
された一対の軸方向ガイドピン２５０、２５２を含む。アクチュエーターピンキャッチ２
２０は、ガイドピン２５０、２５２を受け入れる一対の開口２５４、２５６を有する。ガ
イドピン２５０、２５２は、ピンキャッチ２２０とサポート７０の間での相対的な回転を
防ぎ（その結果、アクチュエーター及び装着ピン１１６、１３２は両方とも用具と共に回
転できる）、そして互いに相対的な軸方向の運動を可能にする（その結果、エンドエフェ
クター１２０はアクチュエーターピン１３２の軸方向移動により作動され得る）。

図９はリモート中心位置決め器３００の立面図であり、これは患者の上でマニピュレー
ターアセンブリ２を支持するのに用いることができる（サポートマニピュレーター２は図
８には示されていないことに留意）。リモート中心位置決め器３００はマニピュレーター
アセンブリ２に対して２自由度を与え、入り口切り口に一致する地点３０８の回りに回転
するよう拘束する。好ましくは、地点３０８はカニューレ５０内のベアリング５４のほぼ
中心となる（図１）。リモート中心位置決め器３００の更に完全な説明は、一般譲渡され
た同時係属出願第０８／０６２，４０４号、１９９３年５月１４日提出、「リモート中心
位置決め器」に記載されており、参考のためここに添付する。

第１リンク手段は参照番号３２１により一般的に示され、平行四辺形の形式の第２リン
クは参照番号３２３により示される。第１リンク手段はベースプレート上に旋回自在に装
着されてｘ−ｘ軸の回りを回転する。第２リンク手段は第１リンク手段に旋回自在に接続
され、第１リンクと平行な面内を移動するよう適合される。５つのリンク部材（その延長
部を含む）３１１、３１２、３１３、３１４、３１５は、ピボット継ぎ手３１６−３２０
と共に接続される。エレメント３１３の一部は平行四辺形リンクのピボット３２０を越え
て延在する。平行四辺形リンクは、リンク部材３１３において操作エンドを有し、リンク
部材３１２において駆動エンドを有する。後に望まれるように、延長されたエレメント３
１３は、外科手術用具、又はマニピュレーターアセンブリ２のサポートブラケット２４の
ような他の装置を支持できる。ピボット継ぎ手により、リンク部材を含む平面内でのみリ
ンク部材の相対的な運動が可能となる。

平行四辺形リンクは、対応するリンク部材３１４、３１５及びリンク部材３１２、３１
３により形成される。平行四辺形のリンク部材３１４、３１５の部分は、平行四辺形の部
材３１２、３１３の部分と同じ長さである。これらの部材は平行四辺形内で共に接続され
、それらの部材により形成される平面内でのみ相対的な運動を行う。参照番号３２２によ
り一般に示された回転自在継ぎ手は、適当なベース３２４に接続される。回転自在継ぎ手
３２２は、ベースサポート手段３２４に固定装着するのに適応したベースプレート３２６
上に取り付けられる。ピボットプレート３２８は、例えばピボット３３０、３３２におい
て適当な手段によりベースプレート３２６に旋回自在に取り付けられる。よって、ピボッ
トプレート３２８は所望の角度θ２だけ軸ｘ−ｘの回りを回転できる。これは、マニュア
ルまたは適当なピボットドライブモーター３３４により行うことができる。

第１リンクは、回転自在継ぎ手３２２のピボットプレート３２８上に旋回自在に取り付
けられる。リンクエレメント３１１、３１２及びリンク部材は相対的に固くて曲がらず、
そのため外科手術で用いられる用具を適切に支持できる。アルミニウムや他の金属製のロ
ッドはそのようなリンクとして有効である。リンクエレメント３１１、３１２はベースプ
レート３２８上に旋回自在に取り付けられ、ピボット３３６、３３８により回転自在継ぎ
手に対して回転する。少なくとも一つのピボット３３６、３３８が、回転のその軸がｘ−
ｘ軸に垂直となり且つｘ−ｘ軸と交差するように、位置決めされる。移動はマニュアルで
も行えるし、リンクドライブモーター３４０を用いても行える。第１リンクもまた、リン
クエレメント３１１、３１２、ピボット３１６、３１８によりそれらに接続されたリンク
部材３１５の部分、及びベースプレート３２８により形成された平行四辺形の形式の形状
とされる。よって、リンク部材３１５の一つは、第１及び第２リンク手段３２１、３２３
の両方において使用される。リンクエレメント３１２はまた、第１及び第２リンク手段３
２１、３２３の両方の共通リンクを形成する。本発明に従い、リンクエレメント３１１が
回転する際、及び／又はピボットプレート３２８が軸ｘ−ｘの回りを回転する際、上記実
施態様の装置により球回転のリモート中心３０８が与えられる。よって、エレメント３１
３のエンドは所望の角度θ１及びθ２だけ移動でき、またはそれ自身の軸の回りに回転で
きる一方、回転のリモート中心は同じ配置のままである。

図９には、リモート中心位置決め器３００のベースに取り付けられたクリノメーター３
５０も示されている。リモート中心位置決め器は、実行される特定の外科手術に依存して
、垂直に対して任意の方向に取り付けることができ、クリノメーター３５０はこの方向を
測定するのに用いることができる。測定された方向は、遠隔操縦ロボットシステムを制御
するのに必要なサーボ制御信号を計算して実行するのに用いることができ、外科医がシス
テム機構に作用する重力を感じないようにする。

本発明の精神を逸脱することなく他の人により改変及び変更は為し得る。例えば、本発
明は内視鏡外科手術に制限されないことを理解すべきである。実際、遠隔操縦ロボット制
御機構に従った用具ホルダー４は特にオープン外科手術処置の間有効であり、異なる部屋
又は完全に違う病院のような遠隔場所から外科医が手術するのを可能にする。

本発明によるマニピュレーターアセンブリに装着されたロボット内視鏡外科手術用具の部分断面立面図である。図１のマニピュレーターアセンブリの部分断面立面図であり、用具ホルダーがアセンブリの残りの部分から取り除かれているのを示す。図１の外科手術用具の拡大された側断面図である。図１の外科手術用具の拡大された前面断面図である。図３Ａと図３Ｂは、それぞれ用具サポートとアクチュエーターピンキャッチの斜視図であり、外科手術用具をマニピュレーターアセンブリに開放可能に装着するものである。図３Ａと図３Ｂの用具サポートとアクチュエーターピンキャッチ内に装着された外科手術用具の前面立面図である。図３Ｂのアクチュエーターピンキャッチを軸方向に移動させるためのアクチュエータードライバーの前面立面図である。図６Ａと図６Ｂは、図５のアクチュエーターキャリッジアセンブリと螺旋アクチュエーターの拡大断面図である。図１のマニピュレーターアセンブリのフレームの一部の拡大詳細図であり、フレームからシャフトを取り外すための連結機構を示す。図３Ａの用具サポートの部分断面図であり、本発明によるツイストロックインターフェースのためのロック機構を示す。図１のマニピュレーターアセンブリを保持するためのリモート中心位置決め器の立面図である。

Claims

ロボット制御機構に連結されたドライブアセンブリにより駆動されるよう適応された用
具ホルダーであって、該ロボット制御機構は、軸方向に固定された装着手段を備えたシャ
フトと、エンドエフェクターと、移動自在なエンドエフェクターアクチュエーターとを有
するタイプの外科手術用具を操作し、用具ホルダーは、
前記用具を受け入れるための軸方向通路と、前記本体をドライブアセンブリに移動自在
に連結するための少なくとも一つのマウントとを有する本体、
軸方向通路と第１インターフェースとを有する用具サポートであって、軸方向通路は、
前記用具を受け入れるものであり、第１インターフェースは、用具の軸方向に固定された
装着手段に係合可能で用具を前記用具ホルダーに開放可能に装着するものであり、前記用
具サポートは、前記本体に回転自在に連結され、且つ、前記用具サポートをドライブアセ
ンブリに接続して前記用具を回転するよう構成された第１カップリングを備える、前記用
具サポート、及び
前記用具を受け入れるための軸方向通路と、用具のエンドエフェクターアクチュエータ
ーに係合可能な第２インターフェースと、前記アクチュエータードライバーをドライブア
センブリに接続するための第２カップリングとを有するアクチュエータードライバーであ
って、さらに、第２カップリングの回転運動を前記本体に対する第２インターフェースの
軸方向変位に変換して用具のエンドエフェクターを作動させるための手段を含む前記アク
チュエータードライバー、
を含む前記用具ホルダー。
前記変換手段は、前記本体に回転自在に装着された第１部分と、前記本体に対して軸方
向に移動可能な第２部分とを含み、前記第１部分が回転することにより前記第２部分及び
それと共に第２インターフェースを軸方向に変位させるように、前記第１部分が前記第２
部分に連結される、請求項１記載の用具ホルダー。
前記第２カップリングは環状ギア部材であり、該環状ギア部材は、モーターシャフトに
連結するよう構成され前記アクチュエータードライバーの前記第１部分を回転させる、請
求項２記載の用具ホルダー。
前記アクチュエータードライバーの前記第２部分は、前記本体に移動自在に装着された
キャリッジアセンブリと、前記用具の前記エンドエフェクターアクチュエーターに開放可
能に連結され且つ前記アクチュエーターキャリッジアセンブリに回転自在に連結された環
状カラーとを含む、請求項２記載の用具ホルダー。
前記本体は対向する軸方向スロットを含み、前記キャリッジアセンブリは、前記軸方向
スロット内に配置された第１対の回転自在部材を含み、前記アクチュエーターキャリッジ
アセンブリが前記用具ホルダーに対して回転するのを防ぎ、前記ホルダーに対する軸方向
の移動を可能にする、請求項４記載の用具ホルダー。
前記キャリッジアセンブリはさらに、前記第１対の回転自在部材から半径方向内側に配
置された第２対の回転自在部材を含み、前記アクチュエータードライバーの前記第１部分
は、前記第２対の回転自在部材を受け入れるための一対の螺旋スロットを備えた同心螺旋
アクチュエーターを含み、そのため前記螺旋アクチュエーターの回転により前記キャリッ
ジアセンブリと前記環状カラーが前記用具ホルダーに対して変位させられる、請求項５記
載の用具ホルダー。
前記第１カップリングは環状ギア部材を含み、該環状ギア部材は、モーターシャフトに
連結して前記用具サポートを回転させるよう構成される、請求項１記載の用具ホルダー。
末端及び基部のエンド部分を備えたシャフトを有するタイプの外科手術用具を操作する
ためにコントローラーによりロボット駆動されるよう適応されたマニピュレーターアセン
ブリであって、
表面に固定可能なサポートベース、
前記ベースに移動自在に連結され、且つ、外科手術用具を開放可能に保持するためのマ
ウントを有する用具ホルダー、
用具に少なくとも二自由度を与えるため前記用具ホルダーに作動連結されるドライブア
センブリ、
前記用具ホルダー及び前記ドライブアセンブリの末端の前記サポートベースに装着され
たスリーブであって、用具のシャフトを受け入れるための軸方向通路を有する前記スリー
ブ、及び
前記スリーブに連結され、用具シャフトの末端エンド部分により前記スリーブに伝えら
れる横方向の力を検出するための力感知エレメントであって、前記横方向の力を表す信号
をコントローラーに伝送するようにコントローラーに作動連結される前記力感知エレメン
ト、
を含む前記マニピュレーターアセンブリ。
前記スリーブ内に装着されたベアリングをさらに含んで前記用具シャフトを前記スリー
ブ内で回転自在かつスライド自在に支持し、前記力感知エレメントは前記ベアリングに連
結されて用具シャフトの末端エンド部分により前記ベアリングに伝えられる横方向の力を
検出する、請求項８記載のマニピュレーターアセンブリ。
前記力感知エレメントは少なくとも一つのひずみゲージを含む、請求項８記載のマニピ
ュレーターアセンブリ。
前記力感知エレメントは少なくとも一つの力感知抵抗器を含む、請求項８記載のマニピ
ュレーターアセンブリ。
前記スリーブは、患者の経皮貫通を通して導入するよう構成された末端エンドを備えた
カニューレであり、前記力感知エレメントは前記末端エンドに隣接して前記カニューレ内
に配置される、請求項８記載のマニピュレーターアセンブリ。
前記サポートベースは末端及び基部の長サポート部材を備えたフレームを含み、前記末
端サポート部材は、用具シャフトを受け入れるための開口を有し、前記用具ホルダーは前
記サポート部材間に移動自在に装着され、前記カニューレは前記末端サポート部材に装着
され前記開口と整列される、請求項１２記載のマニピュレーターアセンブリ。
外科手術システムであって、
基部エンド及び末端エンドを有する長シャフトと、基部エンドと末端エンドの中間シャ
フトから横方向に延在する装着手段とを含む外科手術用具、
外科手術用具を開放可能に保持するための用具ホルダーであって、本体と前記本体上に
移動自在に装着された用具サポートとを含み、該用具サポートは外科手術用具に係合可能
で前記用具ホルダーに用具を開放可能に装着するインターフェースを有する、前記用具ホ
ルダー、及び
前記用具に沿った所望の位置において回転の所望の球中心を中心として前記用具を移動
させるための装置、
を含み、該装置は、
前記用具ホルダーを支持するためのベース、
少なくとも第１ロッドを含み、軸を中心として回転するよう前記ベース上に旋回自在に
装着された第１リンクであって、前記用具ホルダーは、用具に沿った球回転の所望の遠隔
中心が前記軸と交差するような位置に前記用具を保持する、前記第１リンク、及び
少なくとも第２ロッドを含み、前記第２リンクと平行関係の平面内で前記用具ホルダー
を移動させるための前記用具ホルダーに接続された第２リンクであって、前記第２ロッド
が前記軸に対して平行のままであり且つ前記第１ロッドが用具に対して平行のままである
ように、前記第１リンクに旋回自在に接続され、それにより回転の前記球中心が所望の固
定位置に維持される、前記第２リンク、
を含む、前記外科手術システム。
前記用具ホルダーに作動連結されたドライブアセンブリをさらに含み、前記用具に少な
くとも二自由度を与える、請求項１４記載のシステム。
前記ドライブアセンブリが、前記用具サポートを移動するよう作動連結された第１制御
可能モーターと、前記用具ホルダー本体を前記サポートベースに対して移動させるよう作
動連結された第２制御可能モーターとを含む、請求項１５記載のシステム。
前記用具ホルダーを前記サポートベース及び前記ドライブアセンブリに取り外し可能に
取り付けるためのカップリング手段をさらに含む、請求項１５記載のシステム。
回転の所望の球中心を中心として前記用具を移動させるための前記装置が、垂直に対し
て或方位にて表面に固定可能であり、
さらに、前記方位を測定するために前記装置に装着されたクリノメーターを含む、請求
項１４記載のシステム。
シャフトを含む外科手術用具を開放可能に保持する際使用する装置であって、前記シャ
フトは装着手段を有し、前記装着手段は前記シャフトに固定され前記シャフトから半径方
向に延在する突起を形成し、前記装置は、
第１及び第２エンドを有し、且つ、それらの間に前記シャフトを受け入れるための軸方
向通路を有する本体であって、該本体は、
前記第１エンドにおいて前記突起を受け入れるための前記軸方向通路に連通した第１形
状穴、及び
本体の第１及び第２エンド間において第１穴に対して横方向に連通した第２形状穴であ
って、前記突起が前記第２穴内で回転できるように前記シャフトと前記突起を受け入れる
ようなサイズを有する前記第２形状穴、
を形成する、前記本体、並びに
前記本体に連結され、前記突起を前記第２穴内にロックするための手段であって、それ
により用具を本体に開放可能にロックする前記手段、
を含む前記シャフトを含む外科手術用具を開放可能に保持する際使用する装置。
前記突起が前記第２穴内で回転できて前記第１穴と整列するように前記ロック手段を開
放するための手段をさらに含み、それにより用具を本体から開放させる、請求項１９記載
の装置。
前記ロック手段が、前記本体内において第１位置と第２位置の間に移動自在に配置され
たラッチを有するラッチアセンブリを含み、ここで、第１位置とは前記突起が前記第２穴
内で自由に回転する位置であり、第２位置とは前記ラッチが前記第２穴内での前記突起の
回転を少なくとも部分的に阻止して前記突起が回転して前記第１穴と整列するのを防ぐ位
置である、請求項２０記載の装置。
前記用具の前記突起が、前記シャフトから外側に延在する一対の対向アームであり、前
記第１穴が、前記穴の対向側面上で延在する軸方向延在スロットを含んで前記アームを受
け入れる、請求項１９記載の装置。
前記第２穴が、第１部分と第２部分を有するスロットであり、該第１部分は、前記アー
ムを受け入れるための前記軸方向延在スロットと連通しており、該第２部分は、前記第１
部分から周方向に延在し、前記第２穴内での前記アームの回転を可能にし、それにより前
記軸方向延在スロットに対して前記アームをロックする、請求項２２記載の装置。
外科手術用具であって、
基部エンドと末端エンドとそれらの間の機械的カップリングとを有する長シャフト、
組織と係合するための末端エンドに連結されたエンドエフェクター、
基部エンド及び末端エンドの間において固定され且つ前記シャフトから横方向に延在す
る突起を備えた装着手段、及び
シャフトに装着され、且つ、エンドエフェクターを操作するためにエンドエフェクター
に作動連結された移動自在アクチュエーターであって、外部ドライバーと協働してアクチ
ュエーターを制御可能に移動させるためのカップリング手段を含み、このカップリング手
段は、装着手段から一定間隔離れ且つ装着手段に対して軸方向に移動可能である、前記移
動自在アクチュエーター、
を含む前記外科手術用具。
前記カップリング手段が軸方向に変位可能であり、前記カップリング手段の軸方向変位
によりエンドエフェクターが操作される、請求項２４記載の外科手術用具。
前記シャフトが、前記末端エンドから前記末端及び基部エンドの中間点まで延在する内
腔を含み、前記アクチュエーターが、前記内腔内に配置されたリンクを含み且つ前記カッ
プリング手段と前記エンドエフェクターを接続し、前記シャフトが、前記内腔に連通した
少なくとも一つの軸方向延在スロットを含む、請求項２４記載の外科手術用具。
前記カップリング手段が、前記リンクと連結し且つ前記軸方向延在スロットを通して前
記リンクから横方向に延在する少なくとも一つのアクチュエーターピンを含み、前記アク
チュエーターピンは、外部ドライバー上にインターフェースを係合するよう適応され、前
記アクチュエーターを外部ドライバーに開放可能に連結する、請求項２６記載の外科手術
用具。
外科手術システムであって、
基部エンド及び末端エンドを有する長シャフトと、基部エンドと末端エンドの中間シャ
フトから横方向に延在する装着手段とを含む外科手術用具、及び
サポートを含む用具ホルダーであって、該サポートは、第１及び第２エンドとそれらの
間で前記用具シャフトを受け入れるための軸方向通路とを備えた本体を有する前記用具ホ
ルダー、
を含み、前記本体は、
前記第１エンドにおいて前記突起を受け入れるための前記軸方向通路に連通した第１形
状穴、及び
本体の第１及び第２エンド間において第１穴に対して横方向に連通した第２形状穴であ
って、前記突起が前記第２穴内で回転できるように前記シャフトと前記突起を受け入れる
ようなサイズを有する前記第２形状穴、
を形成し、
前記サポートはさらに、前記第２穴内で前記突起をロックするための手段を含み、それ
により用具を用具ホルダーに開放可能にロックする、上記外科手術システム。
基部エンドと、末端エンドと、基部エンド及び末端エンドの間のシャフトにおいて固定
され且つそこから延在する突起を有する装着手段とを備えた外科手術用具を開放可能に保
持するための方法であって、
中心穴とその穴に連通する第１穴を有する用具サポートを与える工程、
突起が第１穴を通ってスライドするように、シャフトをサポートの穴を通してスライド
させる工程、
突起を第１穴に対して横方向に連通した第２穴と整列させる工程、及び
第２穴を通し且つ第１穴から突起を回転させ、穴を通してシャフトがさらに軸方向に移
動するのを防ぎ、それにより用具をサポートに連結する工程、
を含む上記外科手術用具を開放可能に保持するための方法。
用具をロックするように第２穴内に突起をロックし、それによりサポートに対する用具
の回転を防ぐ工程をさらに含む、請求項２９記載の方法。