JP2012513823A - テンドンによって作動される外科用器具のテンドンの潤滑化 - Google Patents

Abstract

可撓性外科用器具は、器具のエンドエフェクタまたは他の機構を作動させる、テンドンの周囲のシースを使用する。摩擦を減少させるために液体潤滑剤をシースに導入できる。テンドン、シースおよび潤滑剤組成物の開示の組み合わせは、低侵襲器具の操作のために適切なレベルに摩擦を減少させ、患者に有害または有毒でない。一実施形態において、シースは、ステンレス鋼、ニッケル−チタン合金、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルブロックアミド、ナイロン、およびポリイミドからなる群より選択される材料で作られる。

Description

（関連出願の引用）
本願は、同日出願の「Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ Ｓｅａｔｈｅｄ Ｔｅｎｄｏｎｓ」（代理人事件番号ＩＳＲＧ０１８５０ＵＳ）に関連する。この出願の全内容は、参照により本明細書に囲繞される。

低侵襲外科的処置においては、ロボット制御される器具が使用されることが多い。このような外科用器具のための一つの一般的な構成は、本明細書において、時に主チューブと称される伸長部の遠位端に載置された鉗子、メス、はさみ、ワイヤループ等のエンドエフェクタもしくはツール、または焼灼ツールを含む。ロボット制御される器具の遠位先端は、主チューブとエンドエフェクタとの間に、エンドエフェクタの作業面を操作し、配置し、または向きを定めるのを可能にするリスト機構を典型的に含む。外科的処置の間には、エンドエフェクタ、リスト機構、および主チューブの遠位端が、患者の小さな切開口または自然の開口部を通して挿入され、エンドエフェクタを患者体内の作業部位に配置するために、必要に応じて導かれ得る。テンドンは、ケーブルまたは類似の構造であり得るが、器具の主チューブを通って伸び、本明細書において時にバックエンド機構と称される伝達および作動機構にエンドエフェクタを接続する。外科用器具のロボット操作では、器具の近位端のバックエンド機構がモーター駆動されてテンドンを引っ張り、これによりリスト機構およびエンドエフェクタを動かしあるいは操作し、外科医が器具を正確に制御するためのユーザインタフェースを提供するために、コンピュータシステムが用いられ得る。

患者の消化管の一部等の自然の管腔をたどるように、または、直線的接近と比較して手術部位へのより良い接近方向を提供するカーブしたガイドチューブを通した挿入のために、必要に応じて曲がることができる可撓性主チューブを有する、ロボット制御される外科用器具が開発されている。直接挿入される場合もガイドを通して挿入される場合も、これらの可撓性医療器具の主チューブは通常、処置中に変動しかつ一つの処置と次の処置の間で変動し得る位置で、いくつかの屈曲を有する。これらの屈曲では、器具を通ってはしるテンドンが、器具の主チューブ内側壁に対しておよび互いに対して擦れる場合があり、これらの屈曲により発生した摩擦（時にキャプスタン摩擦と呼ばれる）は、主チューブ遠位端のリストおよびエンドエフェクタを操作するためにテンドンを動かすのに必要とされる力を大きく増加させ得る。さらに、これらの摩擦力はゼロ以外の低速度でよりもゼロ速度で高い傾向があり、その結果テンドン負荷の変化に応答したいわゆるスティックスリップ運動（時にスティクションと呼ばれる）が生じる。このスティックスリップ運動により、器具遠位ジョイントの小さな運動のスムーズなロボット制御の達成が困難になる。大きな摩擦により、機械構造を大きな力に耐えるのに十分に強く設計しなければならないため、小直径の可撓性外科用器具の構築もより困難になる。したがって、可撓性外科用器具において見られるキャプスタン摩擦を減少させるための構造および方法が求められる。

本発明の一態様によれば、可撓性外科用器具は、器具のエンドエフェクタまたは他の機構を作動させるテンドンの周囲のシースを使用する。シースは、器具の作動中にテンドンの反力に対抗し、テンドンの側方への動きを減少または除去するために、テンドンの周囲に軸方向剛性を加える。加えて、テンドンの動きに対抗する摩擦を減らすために、潤滑剤がシース内に提供され得る。シースは、シースの内部と外部との間の潤滑剤の流れを可能にするように、多孔性であり得る。あるいは、シースは非多孔性であり、シース内に潤滑剤を保つために、例えばベロータイプのシールにより密封され得る。いずれにせよ、主チューブおよびシースの遠位端は通常、患者内への潤滑剤の漏出を防ぐために密封される。リスクをさらに減少させるために、水および一〜三十重量パーセント（１〜３０％）の脂肪酸または一〜十重量パーセント（１〜１０％）の精製鉱油から構成される潤滑剤等の、外科用に承認されまたは生体適合性の潤滑剤が使用され得る。

本発明の一つの特定の実施形態は、シースと、シースを通って伸びるテンドンと、テンドンとシースとの間の液体潤滑剤とを含む外科用システムである。シースおよびテンドンは、金属、合成、または複合構造物であり得る。液体潤滑剤は、鉱油、脂肪酸、および界面活性剤の一つ以上を含む水溶液；脂肪酸または界面活性剤等の添加剤を任意に含むポリエチレングリコール；または界面活性剤を伴うまたは伴わない鉱油であり得る。一つの特に低摩擦の組み合わせは、ステンレス鋼シース、合成テンドン、および脂肪酸または鉱油の水溶液である液体潤滑剤を含む。

図１は、テンドンの動きに抵抗する摩擦を減少させるためにシース中のテンドンおよび潤滑剤を使用する、本発明の実施形態による可撓性外科用器具の一部を示す。 図２は、Ｏリングを用いてガイドを密封し、テンドンがこれを通って主チューブの密封部分を出る、本発明の実施形態による外科用器具の遠位端を示す。 図３は、ベロータイプのシールを用いてガイドをキャップし、テンドンがこれを通って主チューブの密封部分を出る、本発明の実施形態による外科用器具の遠位端を示す。 図４は、シースのスロットまたは切り溝により、シースがより可撓性かつ潤滑剤に対して多孔性になる、本発明の実施形態によるシーステンドンを示す。 図５Ａは、潤滑剤をシース内に保つためにエンドシールを用いた、本発明の実施形態によるシーステンドンを示す。 図５Ｂは、潤滑剤をシース内に保つためにエンドシールを用いた、本発明の実施形態によるシーステンドンを示す。 図６は、本発明の実施形態による、可撓性のロボット制御される外科用器具の用途を例示する。

異なる図における同じ参照符号の使用は、類似または同一の品目を示す。

本発明の一態様によれば、可撓性主チューブを伴うロボット制御される外科用器具は、器具の屈曲でのキャプスタン摩擦を減少させるために、テンドン上に液体潤滑剤を使用できる。潤滑剤は、テンドンの中間部分を囲み、主チューブを通って器具の作動される機構へと伸びるハウジングまたはシース内にあり得る。さらに、主チューブは、テンドンシースが互いに対してまたは主チューブの内壁に対して擦れることにより生じる摩擦を減少させるために、潤滑剤を含み得る。テンドンのシースは、シースの内部と外部との間の潤滑剤の動きを可能にするように多孔性であり得、または潤滑剤をシースの内部に保つために密封され得る。Ｏリングまたはベロータイプシール等のシールが、主チューブまたは個々のシースの密封部分とともに潤滑剤を保ち得る。

本発明の別の態様によれば、可撓性外科用器具は、一緒になって低摩擦およびスティクションを提供し、外科的処置を受けている患者に有害でない、主チューブ、シース、およびテンドン等の構造物用の材料と、水性溶液等の潤滑剤との特定の組み合わせを使用する。一つの特定の実施形態は、ステンレス鋼シース中の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）で作られた撚組または編組テンドンを、水、脂肪酸または精製鉱油、および適切な界面活性剤の混合物である潤滑剤と組み合わせる。

図１は、本発明の実施形態による可撓性外科用器具１００を示す。器具１００は、バックエンド機構１３０、可撓性伸長部または主チューブ１２０、および遠位先端セクション１１０を含む。外科的処置では、遠位先端１１０および主チューブ１２０の遠位端が、患者内のカーブした経路を外科的処置（または他の医療または診断処置）が実行され得る部位までたどるように、直接またはガイドを通して挿入され得る。部位への経路は、患者の切開口を通って、または自然の開口部を通って、患者内の自然の管腔に沿って伸び得る。器具１００の部分が、自然の管腔の壁の切開口をさらに通過して、手術部位または遠位先端１１０がたどらねばならない経路のより遠い部分にアクセスし得る。一般に、器具１００は、一つ以上の屈曲を含む回旋状の経路をたどる必要があり得る。器具１００を挿入するプロセスは、内視鏡または類似のデバイスの挿入のために現在行われているもの等の、手動プロセスであり得る。あるいは、挿入は完全にロボット制御または手動制御であるが、遠位先端１１０または主チューブ１２０におけるジョイントのサーボ作動操作により補助され得る。遠位先端１１０は、使用のために手術部位に配置されると、組織の切断、除去または破壊、医療デバイスの挿入、焼灼、血管シーリング、または縫合をはじめとする外科的処置を実行するために用いられ得る。

バックエンド機構１３０を通してテンドン１３１、１３２、および１３３に適用される緊張により、遠位先端１１０の操作が制御されるように、テンドン１３１、１３２、および１３３は、バックエンド機構１３０から伸びて遠位先端１１０に取り付く。テンドン１３１、１３２、および１３３は、遠位先端１１０の操作に必要とされる強度および可撓性を提供する任意の適切なタイプのものであり得る。例えば、テンドンは鋼または他の金属ケーブルまたはチューブ（例えばハイポチューブ）であり得る。あるいは、各テンドン１３１、１３２、または１３３は、ＵＨＭＷＰＥ、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、アラミドポリマー（例えばＫｅｖｌａｒ）、またはポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）等をいくつかの適切な例とする一つ以上の材料で作られた、合成繊維またはケーブルであり得る。

図１の実施形態の遠位先端１１０は、テンドン１３１、１３２、および１３３を用いて作動される、エンドエフェクタ１１２およびリスト機構１１６を含む。特に、エンドエフェクタ１１２は、テンドン１３３等のテンドンを用いて作動される、旋回鉗子状ジョー１１４を含む。テンドン１３３は、握持、切断、または他の動作ためにジョー１１４を閉じるための、特定の運動自由度を提供する。リスト機構１１６は、テンドン１３１および１３２等のテンドンを用いて作動され、エンドエフェクタ１１２を配置し向きを定めるための、特定の運動自由度を提供する。遠位先端１１０のこの特定の機能およびテンドン１３１、１３２、および１３３の構成および接続は、本発明の実施形態の説明のための例として提供されるにすぎない。本発明の他の実施形態は、テンドン摩擦の減少が有益であると考えられる他のタイプのエンドエフェクタもしくはリスト機構または作動主チューブを使用できる。

遠位先端１１０に対するテンドン１３１、１３２、および１３３の接続は、外科用器具の作動のための構造および方法を例示する。エンドエフェクタ１１２を作動するための一方法の例示として、テンドン１３３の緊張によりジョー１１４が互いに対して閉じるように、テンドン１３３がジョー１１４に接続しているのが示される。リスト機構１１６の双方向性作動の一方法の例示として、テンドン１３１および１３２が示される。特に、テンドン１３１の緊張によりリストセグメント１２６を一方向（図１の反時計回り）へ回転させる傾向があるトルクが生じ、テンドン１３２の緊張によりリストセグメント１２６を反対方向（または図１の時計回り）に回転させる傾向があるトルクが生じるように、テンドン１３１および１３２が、旋回軸１２７に対するモーメントアームでリストセグメント１２６に取り付く。したがって、一方のテンドン１３１または１３２のある長さを引き入れると同時にもう一方のテンドン１３２または１３１の等しい長さを解放することにより、エンドエフェクタ１１２が一方向または別の方向に向きを定められ得る。テンドンを用いたリスト機構１１６およびエンドエフェクタ１１２の部分の作動のための他の方法が、使用され得る。例えば、二つの非冗長自由度からなるリスト機構の方向を完全に定めるために、三つのテンドン（図示せず）が用いられ得る。実際の医療器具は一般に、外科用器具における適切な数の自由度の作動のために図１に示されるより多くのテンドンを必要とすると考えられるが、説明の簡単のために図１には三つのテンドン１３１、１３２、および１３３だけが示される。多くのタイプのエンドエフェクタおよびリスト機構が従来技術において周知であり、数種のこのような機構のいくつかの例が、Ｌａｒｋｉｎ等に対する“Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ”と題した米国特許出願公開第２００８／００６５１０５号；Ｍｏｒｌｅｙ等に対する“Ｒｏｌｌ−Ｐｉｔｃｈ−Ｒｏｌｌ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｔｏｏｌ”と題した米国特許第６，７４６，４４３号；およびＷａｌｌａｃｅ等に対する“Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｔｅｌｅｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”と題した米国特許第６，３９４，９９８号に記載されており、これらは参照により全体として本明細書に組み込まれるものとする。

バックエンド機構１３０は、駆動モーターと器具１００を操作するためにテンドン１３１、１３２、および１３３の緊張を必要に応じて制御するコンピュータ補助された制御システム（図示せず）とに接続され得る、トランスミッションとして働く。一般に、バックエンド機構１３０の特定の操作は、器具１００の遠位先端１１０または他所において使用される作動方法に依存する。バックエンド機構１３０に適切な実施態様は公知技術であり、本発明の実施形態の使用に決定的ではない。適切なバックエンド機構のいくつかの例が、Ｗｉｌｌｉａｍ Ａ．Ｂｕｒｂａｎｋの“Ｂａｃｋｅｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｆｏｕｒ Ｃａｂｌｅ Ｗｒｉｓｔ”と題した米国特許出願第１２／１７３，９２８号；およびＧｉｕｓｅｐｐｅ Ｍ．Ｐｒｉｓｃｏの“Ｐａｓｓｉｖｅ Ｐｒｅｌｏａｄ ａｎｄ Ｃａｐｓｔａｎ Ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ＳｕｒｇｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ”と題した米国特許出願第１２／２８６，６４４号に記載されており、これらは参照により全体として本明細書に組み込まれるものとする。

主チューブ１２０は、前述のように手術部位への所望の経路をたどるために、必要に応じて可撓性である。一実施形態においては、主チューブ１２０は、ナイロン、ポリアミド、シリコーンまたはフッ素化エチレンプロピレン等の適切に可撓性の材料の、均一のチューブであり得る。主チューブ１２０は、螺旋状のワイヤコイルまたは一連の剛体リングまたは椎骨の様式で互いに関連して動くことができる他の構造体の一つ以上の層により、追加的または代替的に構築され得る。このような椎骨は、プラスチック、金属、または主チューブ１２０に必要な使用強度および耐久性を提供するその他の材料で作られ得る。主チューブ１２０は、生物組織を通した容易な挿入を可能にするための低摩擦親水性外部コーティングと、ステンレス鋼または合成高強度ポリマー繊維等の材料の螺旋状、織組、または編組ストランドから作られる一つ以上の内部補強層と、内部補強層を取り囲む結合ポリマーと、ＰＴＦＥ等の可能な低摩擦内壁コーティングとを含み得る複数の層を伴う、複合材料として作られてもよい。主チューブ１２０は、全ての器具シースが内側に束になった単一管腔チューブとして構築され、あるいは主チューブ１２０は、個々の作動ケーブルまたは作動ケーブルの束を主チューブ１２０の横断面上の特定の位置に拘束する複数の通路を伴うマルチ管腔チューブとして構築され得る。加えて、主チューブ１２０は、吸入、吸引、手術部位洗浄、光または動力送達のための通路、および主チューブの可撓性部分の剛性を選択的に変更しまたは主チューブの追加的自由度を作動させるための遠位先端１１０の一部ではない機構等、特定の外科的機能性を提供する特徴を含み得る。

本発明の一態様によれば、テンドン１３１、１３２、および１３３は、主チューブ１２０内のシース１２１、１２２、および１２３にそれぞれ封入される。シース１２１、１２２、および１２３は、器具１００においていくつかの目的に役立つ。特に、シース１２１、１２２、および１２３は、バックエンド機構１３０がテンドン１３１、１３２、および１３３に対する緊張を与えまたは変更したときに、主チューブ１２０内のテンドン１３１、１３２、および１３３の反力および側方への動きに抵抗するために、テンドン１３１、１３２、および１３３よりも高い軸方向剛性を有するように設計される。シース１２１、１２２、および１２３は、ステンレス鋼（例えば３０４、１７−４ＰＨ、Ｎｉｔｒｏｎｉｃ６０（登録商標））またはニッケル−チタン合金等の金属またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、Ｐｅｂａｘ（登録商標）等のポリエーテルブロックアミド（ＰＥＢＡ）、ナイロン、またはポリイミド等の合成またはポリマー材料で作られ得る。シース１２１、１２２、および１２３は、テンドン１３１、１３２、および１３３の摺動摩擦を減らすために、平滑／研磨された内表面およびデバリングされた端を有し得るが、シース１２１、１２２、および１２３は、バックエンド機構が遠位先端１１０の操作のためにテンドン１３１、１３２、および１３３を動かしたときに見られる摩擦をさらに減らす液体潤滑剤も含む。シース１２１、１２２、および１２３は、潤滑剤がシース１２１、１２２、および１２３の内部と外部との間を通過できるように多孔性でも、潤滑剤をシース１２１、１２２、および１２３の内部にとどめるように非多孔性でもよい。シース１２１、１２２、および１２３が多孔性でも非多孔性でも、外科的処置またはその他での挿入中に主チューブ１２０を曲げたときに一般的に生じると考えられるシース１２１、１２２、および１２３同士の摺動に関連した摩擦を減少させるために、シース１２１、１２２、１２３の外部が液体潤滑剤でコートされ、または主チューブ１２０の内部が潤滑剤で満たされ得る。

シース１２１、１２２、および１２３の中にテンドン１３１、１３２、および１３３を伴う可撓性外科用器具は、主チューブ１２０を必ずしも必要とせず、代わりに、挿入中にシース１２１、１２２、および１２３を一緒に保つために別の機構を使用できる。例えば、タイ、リンク、または他のアタッチメント（図示せず）が、シースを一緒に保つために、シース１２１、１２２、および１２３に沿って周期的に配置され得る。他の実施態様においては、別個のガイドとともに使用される外科用器具は、メインチューブ１２０またはシース１２１、１２２、および１２３のアタッチメントを伴わずに、シース１２１、１２２、および１２３ならびにテンドン１３１、１３２、および１３３を使用でき、ガイド中の管腔によりシース１２１、１２２、および１２３が束ねられて保たれ得る。

テンドン１３１、１３２、および１３３は、それぞれのシース１２１、１２２、および１２３の端を越えて伸びて作動構成部品に接続し、テンドン１３１、１３２、および１３３が潤滑剤の閉じ込められている部分を越えて伸びても器具１００の所望の部分（単数または複数）に潤滑剤を閉じ込めるために、シールが使用され得る。例えば、圧縮シール１２４は、リスト機構１１６の部材１２５に対して主チューブ１２０を密封でき、部材１２５に接触するシース１２１、１２２、および１２３の端に個々のシールが配置され得る。主チューブ１２０中またはシース１２１、１２２、および１２３中に液体潤滑剤を閉じ込めることは、潤滑剤が必要な場所での潤滑剤の損失を回避し、外科的処置の間の患者内への潤滑剤の放出を最小限にするために、一般に望ましい。いずれにせよ、器具１００の通常操作または故障の結果として外科的処置の間に潤滑剤がいくらか漏出することは予想され得るため、選択される潤滑剤は患者に有害であってはならない。

図２は、図１の器具１００と類似の可撓性外科用器具の、主チューブ１２０の遠位端のエンドエフェクタ２００の一部を示す。エンドエフェクタ２００は、主チューブ１２０内に嵌まるベース部材２１０と、主チューブ１２０と部材２１０との間からの漏出を防ぐシール２２０と、主チューブ１２０から伸びるテンドン２０１および２０２の周辺からの漏出を防ぐシール２３１および２３２とを使用する。さらに一般的には、作動器具の遠位端のシールシステムは、潤滑剤が閉じ込められる体積の外側に伸びる各テンドンを密封することが必要であるため、典型的な可撓性器具においては二つ以上のシール２３１および２３２が必要となるだろう。主チューブ１２０の近位端（図２に示されない）は、上述のようにバックエンド機構に取り付き、主チューブ１２０内に潤滑剤を閉じ込めるためのシールを同様に含み、または主チューブ１２０内に潤滑剤を射出しまたは潤滑剤を循環させるためのシステムを含み得る。

部材２１０は、器具の主チューブ１２０内に嵌まる部分と、主チューブ１２０を越えて伸びる部分とを有する。例示の実施形態では、主チューブ１２０を越えて伸びる部材２１０の部分は、シール２２０が係合する表面を提供する。シール２２０は、主チューブ１２０の長さを延長するシースの一部、または主チューブ１２０の端の上から嵌まるブートの一部であり得る、Ｏリングまたは圧縮リングであり得る。あるいは、潤滑剤漏出を防ぐために、部材２１０と主チューブ１２０との間にシーリング材料または接着剤が適用され得る。

シール２３１および２３２は、部材２１０を通って伸びるガイドチューブ２１１および２１２内に配置されるＯリングである。シール２３１および２３２がそれぞれのテンドン２０１および２０２とそれぞれのガイドチューブ２１１および２１２の内部壁との間で圧縮されるように、テンドン２０１および２０２がガイドチューブ２１１および２１２の中を走り、それぞれのシール２３１および２３２を通ってきつく嵌まる。各ガイドチューブ２１１または２１２は、エンドエフェクタ２００の作動のためにテンドン２０１および２０２が動いたときに対応するシール２３１または２３２を適所に保つノッチまたは他の構造物を含み得る。その結果、テンドン２０１および２０２が、潤滑剤の大きな漏出を引き起こさずに、シール２３１および２３２に対して摺動し得る。テンドン２０１および２０２の材料または構造は、テンドン２０１および２０２がそれぞれのシール２３１および２３２に接触する領域において、必要に応じて異なり得る。例えば、テンドン２０１または２０２が対応するシール２３１または２３２に接触する場所でより良いシール面を提供するために、テンドン２０１または２０２は、金属またはプラスチックチューブまたはロッドの一部に融合された、主チューブ１２０の長さの大部分に沿って可撓性を提供するために用いられる合成ケーブルの一部を含み得る。加えて、中実ロッドをテンドン２０１または２０２の一部として使用することが、撚組合成ケーブルで特に生じ得る潤滑剤のウィッキングを最小化するためのシールとして作用し得る。あるいは、ケーブルに浸透しケーブルの繊維に固着する、液体シリコーンまたはウレタン等の可撓性シーリング材料がウィッキングを防ぐことができ、可撓性シーリング材料が成形または他の方法により硬化前に形成されて、そのままでは非平滑なケーブルの周辺に平滑な表面をつくり、これによりＯリングシール２３１および２３２のシール性能を改良し得る。

図３は、図２のエンドエフェクタ２００と類似のエンドエフェクタ３００を示すが、エンドエフェクタ３００は、それぞれのテンドン２０１および２０２の周辺からの漏出を防ぐために、アコーディオンまたはベロータイプのシール３３１および３３２を使用する。各シール３３１または３３２は、機械部材２１０に接着または他の方法で固定され得る一端と、対応するテンドン２０１または２０１に接着または他の方法で固定され得る反対端とを有する。各シール３３１または３３２は、取り付けられたテンドン２０１または２０２が動くにともない折り重なりまたは広がる、弾力的材料の折り目を有する。各シール３３１および３３２の端を永久固定することにより、テンドン２０１または２０２が固定シールに対して擦れることにより生じるシール３３１または３３２の摩耗が防止される。エンドエフェクタ３００のシール３３１および３３２は、テンドン２０１および２０２に対して擦れるシール２３１および２３２よりも潤滑剤漏出が少なく、摩耗の結果生じる微粒子が少なく、長い寿命を有し得る。しかし、シール２３１および２３２のほうが必要な空間が少なく、より小直径の器具の実施態様を促進し得る。

図２および３のシールシステムは、主チューブ１２０の遠位端での液体潤滑剤の漏出を防止または最小化でき、したがって主チューブ１２０が潤滑剤を含みまたはこれにより満たされるのを可能にする。本発明の一実施形態においては、テンドン２０１および２０２のシース２０３および２０４は、潤滑剤が各シース２０３または２０４の内部と外部との間で通過できるように、多孔性である。シース２０３および２０４の多孔率が低い場合には、シース２０３および２０４は、シース２０３および２０４の外部表面に浸出する潤滑剤で満たされ得る。シース２０３および２０４の内側の潤滑剤により、テンドン２０１および２０２が動くときの、テンドン２０１および２０２とそれぞれのシース２０３および２０４との間の摩擦が減少する。シース２０３および２０４の上に外部的にコートされた潤滑剤により、可撓性主チューブ１２０の屈曲の間にシース２０３および２０４が動くときの、シース２０３および２０４ならびに主チューブ１２０の間の摩擦が減少する。シース２０３および２０４の多孔率が高い場合には、潤滑剤が主チューブ１２０ならびにシース２０３および２０４を満たして、同様に摩擦を防ぎ得る。

シース２０３および２０４は、潤滑剤に対して浸透性のシース２０３および２０４用の材料の選択により、または非浸透性シース材料に各シース２０３または２０４に沿ってある間隔で穴（例えばピン穴または切り溝）をあけることにより、多孔性に作られ得る。別のタイプの多孔性シース２０３または２０４は、ワイヤのコイルの間の潤滑剤の流れを可能にする、螺旋状巻ワイヤを使用する。さらに別のタイプの多孔性シースは、潤滑剤がストランドの間を通過できるように織組されたストランドから作られるチューブである。図４は、一連の切り溝４２５を含むシース４２０を通ってはしるテンドン４１０を含む、テンドン−シースシステム４００を示す。切り溝４２５は、シース４２０の内部と外部との間の流体経路を提供し、シース４２０がステンレス鋼等の比較的硬質の材料で作られ得るようにシース４２０の可撓性も増加させ得る。

所望の領域に潤滑剤を閉じ込める代替的システムは、シースの内部に潤滑剤を閉じ込めるために密封され得る非多孔性シースを使用する。図５Ａは、シース５２０内にテンドン５１０を含む、シース−テンドンシステムの例５００Ａを示す。このシステムのシース５２０は非多孔性であり、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルブロックアミドマトリックス、または他の非多孔性コーティング中のステンレス鋼ハイポチューブ、プラスチックチューブ、またはワイヤの螺旋状コイルであり得る。Ｆｏｒｔ Ｗａｙｎｅ ＭｅｔａｌｓまたはＡｓａｈｉ−Ｉｎｔｅｃ（Ｊａｐａｎ）により市販されるもの等の撚組カシメ金属チューブは、ハイポチューブの摩擦特性を有するが可撓性がより高い非多孔性シースを提供できる。必要に応じてシース５２０は、より低い可撓性のバックエンドセクション用の固体ハイポチューブと、遠位先端付近の高可撓性セクション用の撚組カシメ金属チューブとを組み合わせる、マルチパートシースであり得る。シール５３０はシース５２０の両端にあり、液体潤滑剤５４０をシース５２０の内部に閉じ込める。例示の実施形態では、シール５３０は、テンドン５１０およびシース５２０に端がそれぞれ固定されたベロータイプのシールであるが、代替的に、潤滑剤５４０を閉じ込めるがテンドン５１０のシース５２０に対する動きを可能にするＯリングまたは他の任意のタイプのシールが使用され得る。図５Ａは、ベロータイプのシールでありシース５２０の両端の外側にある、シール５３０の一つの具体的構成を示す。他の構成も可能である。図５Ｂは、例として、両方のベロータイプのシール５３０がシース５２０の内部にある構成を示す。あるいは、各シース５２０の一端だけに、例えば近位端にテンドンシール５３０が使用される一方で、シースおよびテンドンの遠位端は、図２および３に関して上述したタイプのシールを有する遠位先端に取り付き得る。

特定の可撓性器具において使用される潤滑剤は、通常、器具のテンドン、シース、および主チューブに使用される材料に従って、またそれほどではないが構成部品の寸法に従って、選択される。例えば、脂肪酸を含む水溶液である潤滑剤は、金属テンドンと金属シースとの間の優れた潤滑剤であり、鉱油の水溶液は、合成テンドンと金属シースとの間の優れた潤滑剤である。一つの例示的実施態様においては、テンドンは、約０．５ｍｍの内径を有するステンレス鋼ハイポチューブであるシースの内側の直径が約０．４ｍｍの撚組または編組ＵＨＭＷＰＥである。強度および剛性の強化のために、各テンドンが、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維の内核を取り囲む超高分子量ポリエチレン繊維の管状編組等の、より複雑な構造物を含み得る。各テンドンの表面ストランドは、テンドンに平滑な外面を提供するために、必要に応じて部分的に溶融され得る。シースを通してテンドンを供給する前または後に、最高十パーセント（１０％）および好ましくは約五パーセント（５％）またはそれ以上の医薬等級の精製鉱油もしくは最高三十パーセント（３０％）および好ましくは約五パーセント（５％）またはそれ以上のラウリン酸またはミリスチン酸等の脂肪酸を含む水性潤滑剤により、テンドン（例えば編組または撚組テンドン）を飽和させ得る。脂肪酸または鉱油の水溶液の作製を助けるために、潤滑剤は、０．０５〜１％の濃度でトリシロキサン等の界面活性剤も含み得る。これらの潤滑剤製剤は、手術中に潤滑剤が漏出した場合に患者に有害になることなく、このテンドン−シース材料の組み合わせに低い摩擦係数を提供する。

例えば、炭素ベースの潤滑剤の水への溶解限度までより高い比率の鉱油または脂肪酸を伴う水溶液など、他の潤滑剤製剤も使用され得る。加えて、これらの潤滑剤は時間とともに乾燥し、これにより水の相対比率が変化し得るが、乾燥した後でも潤滑剤はなお所望の潤滑機能を提供する。純水または純鉱油も、使用され得る。食塩溶液、例えば水中０．９重量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を伴う通常食塩溶液も、金属シース、例えばステンレス鋼シース内の合成テンドン（例えばＵＨＭＷＰＥテンドン）とともに使用された場合には、スティックスリップ運動を伴わない摩擦減少を提供できる医学的に安全な液体潤滑剤である。

シース材料とテンドン材料の組み合わせは、低摩擦を提供しスティックスリップ運動を回避するために重要である。ＵＨＭＷＰＥテンドンおよびステンレス鋼シースを用いた例示的実施形態では、１７−４ＰＨ、Ｎｉｔｒｏｎｉｃ ６０、または３０４等の特定タイプのステンレス鋼が、他のタイプのステンレス鋼よりも良い結果（すなわちより低い摩擦）を提供し得る。

他の実施態様においては、他の金属または高強度ポリマーが、シース材料におけるステンレス鋼に代用され得る。異なる材料で構築されるシースは、一般に最適性能のために異なる潤滑剤製剤を必要とする。例えば、編組ＵＨＭＷＰＥで構築されるテンドンが、１〜３０％のラウリン酸またはミリスチン酸等の溶解された脂肪酸を含む水性潤滑剤と組み合わせられたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）で構築されるシースの内側に使用され得る。ＵＨＭＷＰＥテンドンは、超弾性ニッケル−チタン合金（Ｎｉｔｉｎｏｌ（登録商標））シースにおいても、低摩擦を達成しスティックスリップ運動を回避するために用いられる上記のタイプの液体潤滑剤とともに使用され得る。

前述の水性潤滑剤よりも貯蔵または製造の間に乾燥しにくい潤滑剤を有することが望ましい場合には、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等のポリグリコールが、潤滑剤の水基剤に代用され得る。ある例示的実施形態では、ステンレス鋼シースに含まれるＵＨＭＷＰＥテンドン用の潤滑剤は、一〜六（１〜６％）のラウリン酸またはミリスチン酸等の溶解された脂肪酸を含むポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の基剤から作られ得る。

表１は、適切な用途において、スティックスリップ挙動をほとんど提供せず摩擦係数が十分に低いために可撓体のロボット駆動される外科用器具の滑らかな制御が可能であることが示されている、シース材料、テンドン材料、および潤滑剤製剤のいくつかの組み合わせを示す。表１にリストされる各潤滑剤は潤滑剤の基剤を示し、リストされた添加剤のいずれかが潤滑剤に含まれる場合にはそのいずれが含まれるかを表す。表１は、適切な材料の組み合わせの概要を示すが、テンドン材料、シース材料、および潤滑剤の最適な選択は、外科用ツールの特定の設計パラメータ、および特に外科用ツールの企図される用途、コスト、およびライフサイクルにより変動し得る。

ロボット制御される外科用器具の遠位端は、テンドンとシースの間の反力を遠位先端の構成部品を統合する機械的動作に変換する機械的連結を典型的に含む。この機械的動作の例には、器具の遠位先端のリスト機構を構成するエンドエフェクタジョーの開閉およびジョイントの旋回が含まれる。これらの機械的連結に結合するテンドンは、典型的には連結構成部品の上を通またはその中を通り、これにより、テンドンが機械的連結の上を摺動するインタフェースで摩擦が発生する。器具遠位先端の他の設計および性能面の制約を満たすことに加えて、材料またはこれらの位置で適用される潤滑剤の組み合わせの適切な選択により、スティックスリップ挙動をほとんど伴わない低い摩擦係数を達成できる。

表２は、テンドンが機械構成部品の表面上を摺動することによる摩擦を遠位機構が受ける場合の、潤滑剤および機械構成部品のいくつかの材料の選択肢を示す。表２にリストされる各潤滑剤は潤滑剤の基剤を示し、リストされた添加剤のいずれかが潤滑剤に含まれる場合にはそのいずれが含まれるかを表す。表２は適切な材料の組み合わせの概要を示すが、テンドン材料、機械構成部品材料、および潤滑剤の最適な選択は、外科用ツールの特定の設計パラメータ、および特に外科用ツールの企図される用途、コスト、およびライフサイクルにより変動し得る。一般に、機械構成部品は金属またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）、マイカ強化ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリパラフェニルコポリマー（ＰＰＰ）、ニート、ガラスまたは炭素充填であり得るポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の適切な強度の合成材料で作られることが必要である。表２は合成テンドンの例だけを示すが、金属テンドンが代わりに用いられてもよい。

図６は、患者６１０に低侵襲外科的処置を行うための、システム６００を示す。システム６００は、患者６１０の口等の自然の開口部を通して挿入され、患者６１０の消化管等の自然の管腔に沿って導かれ得る、可撓性主チューブ６２０を使用する。あるいは、主チューブ６２０は、主チューブ６２０がガイドに挿入される前に患者６１０内の所望の経路に沿って挿入され得る、ガイド（図示せず）の経路をたどり得る。主チューブ６２０の遠位端の作動先端６２２が、テンドン６２４を用いて操作される。主チューブ６２０の遠位端が患者６１０内の手術部位に達したとき、または挿入プロセスの間に、例えば、自然管腔外の作業部位の主チューブ６２０によるアクセスを促進するために自然管腔壁に切開口を作製しているときに、遠位先端６２２が作動され得る。

テンドン６２４は、遠位先端６２２の制御およびエントリガイド６２０の位置または形状の制御のために使用され得るが、主チューブ６２０の内側の潤滑シース（図示せず）を通って走り、システム６００の操作のためにテンドン６２４の緊張を必要に応じて制御するアクチュエータパッケージ６３０に接続する。主チューブ６２０からのセンサ信号およびビデオ信号用のインタフェースが、アクチュエータパッケージ６３０、制御システム６４０、またはユーザインタフェース６５０を通して提供され得る。電気または他の動力および通信信号も、遠位先端６２２のセンサまたは制御電子機器から送信または受信され得る。ユーザインタフェース６５０は、オペレータ、例えば外科医に、立体的（３−Ｄ）ディスプレイ等の可視ディスプレイを提供するのが好ましく、オペレータが動かして遠位先端６２２を導くマニピュレータ制御を含む。制御システム６４０は、ユーザインタフェース６５０における外科医によるマニピュレータ制御の動きを、遠位先端６２２または主チューブ６２０の所望の運動を生じさせるためにアクチュエータパッケージ６３０にケーブル６２４に対して必要に応じて緊張をかけさせる制御信号に変換できる。いくつかの適切なユーザインタフェースおよび制御システムが、“Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｕｓｅ”と題した米国特許第５，８０８，６６５号にさらに記載されており、これは参照により全体として本明細書に組み込まれるものとする。

本発明が特定の実施形態に関して記載されているが、記載は本発明の適用例であるにとどまり、限定として捉えられてはならない。開示の実施形態の特徴の様々な適応および組み合わせが、以下の請求項に記載の本発明の範囲内である。

Claims (29)

1. 外科用システムであって、
   シースと、
   該シースを通って伸びるテンドンと、
   該テンドンと該シースとの間の液体潤滑剤と
   を含む、システム。
2. 前記テンドンの各々が、合成繊維を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記テンドンの各々が、超高分子量ポリエチレンの編組ストランドを含む、請求項２に記載のシステム。
4. 超高分子量ポリエチレンの前記編組ストランドが、平滑な外面を提供するために、部分的に溶融される、請求項２に記載のシステム。
5. 前記テンドンの各々が、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維の内核を囲む超高分子量ポリエチレン繊維の管状編組を含む、請求項２に記載のシステム。
6. 前記シースが、ステンレス鋼、ニッケル−チタン合金、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルブロックアミド、ナイロン、およびポリイミドからなる群より選択される材料で作られる、請求項１に記載のシステム。
7. 前記シースが、合成マトリックスに埋め込まれた螺旋状巻ステンレス鋼の複合材構築物を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記潤滑剤が、鉱油、脂肪酸、および界面活性剤からなる群より選択される添加剤を含む水溶液を含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記液体潤滑剤が、ポリエチレングリコールを含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記液体潤滑剤が、脂肪酸および界面活性剤からなる群より選択される添加剤をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記液体潤滑剤が、鉱油を含む、請求項１に記載のシステム。
12. 前記液体潤滑剤が、界面活性剤をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記シースが金属で作られ、
    前記テンドンが合成材料で作られる、
    請求項１に記載のシステム。
14. 前記金属が、ステンレス鋼である、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記合成材料が、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、アラミドポリマー、およびポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）からなる群より選択される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記潤滑剤が、鉱油、脂肪酸、および界面活性剤からなる群より選択される添加剤を含む水溶液を含む、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記液体潤滑剤が、ポリエチレングリコールを含む、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記液体潤滑剤が、脂肪酸および界面活性剤からなる群より選択される添加剤をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記液体潤滑剤が、鉱油を含む、請求項１５に記載のシステム。
20. 前記液体潤滑剤が、界面活性剤をさらに含む、請求項１９に記載のシステム。
21. 外科用器具のテンドンを潤滑化する方法であって、
    テンドンに液体潤滑剤を適用するステップと、
    該テンドンを該外科用器具の遠位先端に接続するステップであって、該テンドンが、該遠位先端の作動中に該遠位先端の機械構成部品の表面に対して摺動し、該液体潤滑剤が、該テンドンが該表面上に摺動する際の摩擦を減少させる、ステップと
    を含む、方法。
22. 前記液体潤滑剤が、水溶液を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記水溶液が、食塩水を含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記水溶液が、脂肪酸、鉱油、および界面活性剤からなる群より選択される添加剤を含む、請求項２２に記載の方法。
25. 前記液体潤滑剤が、ポリエチレングリコールを含む、請求項２１に記載の方法。
26. 前記液体潤滑剤が、脂肪酸および界面活性剤からなる群より選択される添加剤をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記液体潤滑剤が、鉱油を含む、請求項２１に記載の方法。
28. 前記液体潤滑剤が、界面活性剤をさらに含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記機械構成部品の前記表面が、ステンレス鋼、ニッケル−スズ合金、ポリアミドイミド、マイカ強化ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニルコポリマー、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群より選択される材料を含む、請求項２１に記載の方法。

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