JP2014523276A

JP2014523276A - 検出された故障状態のための制御を有する手術器具

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Publication number: JP2014523276A
Application number: JP2014513670A
Authority: JP
Inventors: デュラン，ケヴィン; ブリソン，ガブリエル，エフ; マンゾ，スコット; バーバンク，ウィリアム，エー
Original assignee: インテュイティブサージカルオペレーションズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: KR102017552B1; JP6038901B2; US9408668B2; US9615888B2; WO2012166807A1; US11284954B2; EP2713927A1; CN103596516A; US20160324588A1; EP2713927B1; US20170181804A1; WO2012166815A1; CN107951563B; US20120310221A1; CN107951563A; US10835332B2; US20120310254A1; CN103596516B; KR20140037103A

Abstract

エンドエフェクタを含む手術器具を制御する方法及びシステムが提供される。その方法は、手術器具のエンドエフェクタコンポーネントが第１位置と第２位置との間に位置づけられることを示す第１信号を検出すること、及び、第１信号を検出した後で所定時間内に第２信号が受信されない場合にエンドエフェクタコンポーネントの動きを自動的に制御することを含む。第２信号は、エンドエフェクタコンポーネントが第１位置又は第２位置のうちの１つにあることを示す。そのシステムは、手術器具と、その方法を実施するためのコントローラとを含む。

Description

本開示の特徴は低侵襲手術器具及びその手術器具のための制御技術に関する。より具体的には、本開示の特徴は、手術器具を制御するために手術器具のエンドエフェクタコンポーネントの位置を検出することに関する。例えば、本開示の特徴は、検出された位置に基づいて手術器具の故障状態を検出すること、及び、故障状態を是正するために制御動作を実行することを含む。
［関連出願に対するクロスリファレンス］
本出願は、２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，６７１号、及び、２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，６９８号に対する優先権を主張する。なお、それらのそれぞれは、それらの全てが参照によって本書に援用される。
本出願は、共通の譲受人による、同日に出願された、”SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR”というタイトルの同時係属の米国特許出願第１３／４８３，４１０号（代理人整理番号ＩＳＲＧ０３２８０／ＵＳ）に関する。

一般的に、低侵襲の外科的技術は、健常組織に対するダメージを最小限に抑えながら外科的処置を実施しようと試みる。いくつかの低侵襲の外科的処置は、ロボット制御の手術器具の使用を通じて遠隔で実施される。ロボット制御の手術システムでは、外科医が外科医側コンソールにある入力デバイスを操作する。そして、ロボット制御の手術器具とインタフェースをとる患者側コンソールは、外科医側コンソールでの外科医による入力に基づいて患者に手術をすることができる。

低侵襲手術器具は、手動で作動されるかロボット制御で作動されるかにかかわらず、種々の手術で使用され、種々の構成を有し得る。多くのそのような器具は、遠くにある手術部位に到達するための開口（例えば、体壁の切り口、自然の穴）を通じて（例えば腹腔鏡下で或いは胸腔鏡下で）挿入されるように構成される長いシャフトの遠位端のところに取り付けられる外科的エンドエフェクタを含む。いくつかの器具では、エンドエフェクタを支持し且つシャフトの長手軸に関する配置を変えるために関節手首機構がその器具のシャフトの遠位端に取り付けられる。

エンドエフェクタは、種々の外科的処置の任意のものを実施できるように、種々の機能を実行するように構成され得る。その例は、焼灼、切除、縫合、切断、ホッチキス止め等、及びそれらの組み合わせを含むがそれらに限定されない。したがって、エンドエフェクタは、これらの外科的処置を実施するために、種々のコンポーネント及び／又はコンポーネントの組み合わせを含み得る。

一般的に、外科的処置を実行するためのエンドエフェクタの作動は、手動であるかロボット制御であるかにかかわらず、手術器具の近位端における入力の使用を通じて実現され、エンドエフェクタを作動させるための入力を伝えるために種々のギア、レバー、プーリ等が使用される。ロボット制御の手術器具の場合、器具の近位端における伝達機構は、患者側コンソール（患者側カートとも称する）のロボットアームのところに提供される種々のサーボアクチュエータとインタフェースをとる。それらサーボアクチュエータは、マスタコントローラを通じて信号を受信し、種々のギア、レバー、ラック・アンド・ピニオン、プーリ等がエンドエフェクタを作動させるために最終的に伝達するところの伝達機構で例えば入力デバイス（例えば回転シャフト）に入力を供給する。

それらエンドエフェクタの動きの遠隔操作特性を考慮すると、いくつかのケースでは、外科的処置を実施するための作動中に、外科医がエンドエフェクタのコンポーネントの位置を知ることが困難となり得る。例えば、いくつかのケースでは、エンドエフェクタ自身及び／又は患者の体の一部を含む手術器具の他の部分が、作動処置中にコンポーネントを見えなくしてしまう場合がある。また、外科的処置（エンドエフェクタコンポーネントはその外科的処置のために作動させられる。）を実施しようと試みたときに、エンドエフェクタコンポーネントが故障状態に遭遇した場合、その器具が動作するところである限られたスペース、及びその結果としてのその器具に対する限られたアクセス、並びに、エンドエフェクタが外科医から離れた位置にあることのために故障状態を是正することが困難となり得る。

米国仮特許出願第６１／４４４，４００号米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号米国特許出願第１３／３９９，３９１号

それ故に、作動中のエンドエフェクタの位置を検出する技術を提供することが望ましい。例えば、エンドエフェクタが所望の外科的処置（エンドエフェクタはその外科的処置のために作動される）を成功裏に実施したか否かを判定するためにエンドエフェクタの位置を検出することが望ましい。また、外科的処置が完了していない場合、或いは、外科的処置を実施するときにエンドエフェクタが予測位置に到達していない場合に、種々の動作を実施するための手術器具の自動制御を提供することが望ましい。

本教示は、１又は複数の上述の問題を解決し、且つ／或いは、１又は複数の上述の所望の特徴を明らかにし得る。他の特徴及び／又は有利点は、以下の記載から明らかとなり得る。

本教示の種々の典型的な実施例にしたがって、本教示は、エンドエフェクタを含む手術器具を制御する方法を予期する。その方法は、手術器具のエンドエフェクタコンポーネントが第１位置と第２位置との間に位置づけられていることを示す第１信号を検出すること、及び、第１信号を検出した後で所定時間内に第２信号を受信しない場合にエンドエフェクタコンポーネントの動きを自動的に制御することを含む。第２信号は、エンドエフェクタコンポーネントが第１位置又は第２位置の一方にあることを示す。

少なくとも１つの典型的な実施例にしたがって、本教示は、手術器具の故障状態を検出するためのシステムを予期する。そのシステムは、手術器具及びコントローラを含む。手術器具は、第１位置と第２位置との間を動くよう構成されるエンドエフェクタコンポーネントを含む。コントローラは、手術器具と信号通信を行い、エンドエフェクタコンポーネントが第１位置と第２位置との間に位置づけられていることを示す第１信号を検出し、且つ、エンドエフェクタコンポーネントが第１位置及び第２位置の一方にあることを示す第２信号を検出するように構成される。さらに、コントローラは、コントローラが第１信号を検出した後で所定時間内に第２信号が受信されない場合にエンドエフェクタコンポーネントを制御するための制御信号を送信するように構成される。

追加的な目的及び有利点は、以下の記載で部分的に説明され、その一部は記載から明らかであろう。或いは、本開示及び／又は請求項の実施によって理解され得る。それらの目的及び有利点の少なくともいくつかは、添付の請求項で具体的に指摘された要素及びそれらの組み合わせによって実現され且つ獲得され得る。

当然ながら、前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の双方は、例示的且つ説明的なものであり、本発明を限定するものではない。クレームされたように、請求項は、むしろ、均等物を含め、それらの最大限の範囲を得る資格を有するべきである。

本開示は、以下の詳細な説明から、単独で、或いは、添付図面と共に理解され得る。図面は、本開示のさらなる理解をもたらすために含められ、本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する。図面は、本教示の１又は複数の典型的な実施例を示し、本書の記載と共に、特定の原理及び動作を説明する役目を果たす。

本開示の典型的な実施例にしたがった低侵襲手術器具の斜視図である。典型的な実施例にしたがった図１の手術器具の一部に対応するエンドエフェクタの斜視図である。典型的な実施例にしたがった、第１位置にある切断要素を示す、図２のエンドエフェクタの部分斜視図である。典型的な実施例にしたがった、第２位置にある切断要素を示す、図２のエンドエフェクタの部分斜視図である。典型的な実施例にしたがった、図３Ａ及び図３Ｂのエンドエフェクタの切断要素と切断要素駆動コンポーネントの側面図である。典型的な実施例にしたがった、図１の手術器具の一部に対応する詳細上面図である。典型的な実施例にしたがった、図１の手術器具の一部に対応する詳細底面図である。典型的な実施例にしたがった、図４の伝達機構の一部の正面図である。典型的な実施例にしたがった、図４の伝達機構の一部の部分後面斜視図である。図４の伝達機構のシャーシの一部及びモータと協働する駆動システムの斜視図である。図４の伝達機構のシャーシの一部及びモータと協働する駆動システムの斜視図である。典型的な実施例にしたがった、分離して示される図７Ａ及び図７Ｂの駆動システムのギアコンポーネントの斜視図である。完全に伸びた最も遠位側の位置にある手術器具の切断要素の駆動コンポーネントと共に示される、図７Ａ及び図７Ｂのモータ及び駆動システムの部分正面図である。完全に引き戻された最も近位側の位置にある手術器具の切断要素の駆動コンポーネントと共に示される、図７Ａ及び図７Ｂのモータ及び駆動システムの部分正面図である。少なくとも１つの典型的な実施例にしたがった、ロボット制御の手術器具のエンドエフェクタコンポーネントの故障状態を検出する典型的な方法を示すフロー図である。少なくとも１つの典型的な実施例にしたがった、ロボット制御の手術器具のエンドエフェクタコンポーネントを制御する典型的な方法を示すフロー図である。典型的な実施例にしたがった、ロボット制御の手術器具を作動させるよう構成される典型的なロボット手術システムの概略図である。図１２Ａのシステムの線図である。典型的な実施例にしたがった、図１２Ａ及び図１２Ｂのシステムの部分概略状態図である。少なくとも１つの典型的な実施例にしたがった、分離して示される図４の伝達機構のシャーシの斜視図である。

本記載及び典型的な実施例を示す添付図面は、限定的なものとされてはならない。請求項が、本開示の範囲を定める。種々の機械的、組成的、構造的、電気的、及び動作的な変更は、本記載及びクレームされたような均等物を含む発明の範囲を逸脱することなく、行われ得る。いくつかの例では、よく知られた構造及び技術は、図示されておらず、或いは、詳細に記載されていない。本開示を曖昧にしないようにするためである。２以上の図面における同じ番号は、同じ又は同様の要素を表す。さらに、要素と一実施例を参照して詳細に説明されるそれらの関連する特徴とは、実用的であるときはいつでも、それらが具体的に示されても説明されてもいない他の実施例にも含まれ得る。例えば、ある要素が一実施例を参照して詳細に説明され、第２の実施例を参照しては説明されていない場合であっても、その要素はその第２の実施例に含まれるものとしてクレームされ得る。

本明細書と添付の請求項のために、別段の指示がない限り、量、パーセンテージ、又は割合を表す全ての数、及び、明細書及び請求項で用いられる他の数値は、それらが既にそのように変更されていない限りは、“約”という用語によって全ての例で変更されるものとして理解されるべきである。したがって、反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付の請求項で説明される数値パラメータは、本発明によって得られるものとして探し求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、請求項の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも、報告されている有効桁の数を考慮し且つ通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。

本発明の広い範囲を説明する数値範囲及び数値パラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の例で説明される数値は、できるだけ正確に報告されている。しかしながら、どの数値も、それらのそれぞれの試験測定で見いだされる標準偏差から必然的にもたらされる一定の誤差を本質的に含む。さらに、本書で開示される全ての範囲は、その中に含まれるありとあらゆる部分的な範囲を包含するものと理解されるべきである。

本明細書及び添付の請求項で用いられるように、単数形“ａ”、“ａｎ”、及び“ｔｈｅ”、並びに、任意の単語の任意の単数形使用は、明示的に且つはっきりと１つの指示対象に限定されていない限り、複数形の指示対象を含む。本書で用いられるように、“含む”という用語及びその文法的変化形は、非限定的なものとなるよう意図されており、リスト内のアイテムの列挙は、それらリストされたアイテムの代わりとなり或いはそれらに追加され得る他の同様のアイテムを排除することはない。

ここで図１を参照すると、本開示の典型的な実施例にしたがった低侵襲手術器具１００が示される。図１は、低侵襲手術器具１００の斜視図であり、また、図２及び図４は、手術器具１００が含み得る、図１に示す対応する部分の典型的で非限定的な実施例の詳細図を示す。本書では、“近位”及び“遠位”といった方向が、図１に示すような方向を定めるために使用される。“遠位”は、一般的に、運動学的アームに沿って遠ざかる方向であり、或いは、例えば外科的処置を行うための使用といった、器具１００の意図された手術での使用において手術部位に最も近い。図１に示すように、器具１００は、通常、その近位端における力／トルク駆動伝達機構１０、伝達機構１０に取り付けられる器具シャフト１２、及び、シャフト１２の遠位端に配置されるエンドエフェクタ１４を含む。図１に示す典型的な実施例では、手術器具１００はまた、エンドエフェクタ１４を支持し且つシャフト１２の長手軸に関するその配置を変えるためにシャフト１２の遠位端に取り付けられるオプションの関節手首機構１３を含む。

典型的な実施例では、器具１００は、低侵襲手術用ロボットシステムに取り付けられ且つそれと共に用いられるよう構成される。典型的な実施例では、そのロボットシステムは、図１２Ａの概略図及び図１２Ｂの線図に示されるように、患者側コンソール１０００、外科医側コンソール２０００、及び電子機器／制御コンソール３０００を含む（図１２Ａ及び図１２Ｂのシステムコンポーネントは、いかなる特定の位置決めで示されているものではなく、要望通りに配置され得る。患者側コンソールは、患者に対して手術を施すことができるように患者に関連して配置される。）。器具１００が利用され得る手術用ロボットシステムの非限定的で典型的な実施例は、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical社によって商品化されているda Vinci (登録商標) Si (model no.IS3000)である。

ロボット手術システムは、当業者が一般的によく知っているように、様々な手術器具とインタフェースをとり且つそれらを制御することによって低侵襲ロボット手術を実施するために用いられる。患者側コンソール１０００は、種々のツールを保持し且つ操作するための種々のアームを含む。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、１つのアームは、エンドエフェクタ１４を含むロボット制御の手術器具１００とインタフェースをとりそれを制御するよう構成される。通常、外科医側コンソール２０００は、把持機構及びフットペダル５２等を含むがそれらに限定されない種々の入力デバイスによる外科医からの入力を受け、マスタコントローラとしての機能を果たす。患者側コンソール１０００は、それとインタフェースをとる手術器具（例えば器具１００）の所望の動きを実施するためにスレーブとしての機能を果たし、その結果、所望の外科的処置を実施する。また、外科医側コンソール２０００は、手術部位の三次元画像を外科医が見ることができるようにするビューワ又はディスプレイ２００６を含み得る。患者側コンソール１０００は、例えば、エンドエフェクタを有する手術器具（例えば手術器具１００）及び内視鏡（図示せず。）を含むがそれには限定されない種々のツールを保持するように構成される複数の結合アーム１００２を含み得る。外科医側コンソール２０００で入力されたコマンドに基づいて、患者側コンソール１０００は、所望の医学的処置を行うべくその手術器具を位置決めし且つ作動させるために、その手術器具の伝達機構とインタフェースをとり得る。電子機器／制御コンソール３０００は、患者側コンソール１０００と外科医側コンソール２０００との間で種々の制御信号を送受信し、また、例えば、外科医側コンソール２０００におけるディスプレイ２００６、及び／又は、電子機器／制御コンソール３０００に関連するディスプレイ３００６等のディスプレイのために光及び（例えば患者側コンソール１０００における内視鏡からの）処理画像を送信できる。当業者は、通常、そのようなロボット制御の手術システムに精通している。

典型的な実施例では、電子機器／制御コンソール３０００は、電子機器／制御コンソール３０００における１又は複数のコントローラに統合される全ての制御機能を有していてもよく、或いは、追加的なコントローラが、別々のユニットとして提供され、便宜のため、電子機器／制御コンソール３０００上で（例えば棚で）支持されてもよい。後者は、例えば、追加的な機能を必要とする手術器具を制御するために既存の電子機器／制御コンソールを改造する場合に有利となり得る。同様に、種々の典型的な実施例では１又は複数の入力機構が外科医側コンソール２０００に統合され得るが、システムの使用中に外科医がアクセスできるように、種々の他の入力機構が別々に追加され且つ提供されてもよい。但し、外科医側コンソール２０００に統合される必要はない。

したがって、本書で用いられるように、“電子機器／制御コンソール”という用語及びその変化形は、患者側コンソール１０００と外科医側コンソール２０００との間で信号を受信し、送信し、且つ処理するユニットに、（例えばプロセッサ５０等のプロセッサである）１又は複数のコントローラが統合されているコンソールを含むものと理解されるべきである。種々の実施例にしたがって、本書で用いられるような電子機器／制御コンソールはまた、手術器具との直接の信号通信（例えば患者側コンソールとの信号通信をバイパスすること）で提供され得るプロセッサ８０等の１又は複数の別個のコントローラを含んでいてもよい。そのようなものとして、“コンソール”は、全てのコントローラが単一ユニットに統合されることを必ずしも要求するものではなく、１又は複数の別個のコントロールユニットを含み得る。それら別個のコントローラは、患者側コンソールと関連するサーボアクチュエータに必ずしも頼る必要なく手術器具の操作態様に機能を追加するのに有用となり得る。それらコントローラはまた、制御機能及び信号処理を電子機器／制御コンソールに追加するための方法として既存のロボット手術システムをレトロフィットする場合に有用となり得る。

同様に、本書で用いられる“外科医側コンソール”は、患者側コンソールとインタフェースをとる手術器具を作動させるべく、一般的には電子機器／制御コンソールを通じて信号を送信するために外科医が操作できる１又は複数の入力デバイスと、その外科医にフィードバックを提供できる１又は複数の出力デバイスとで構成されるコンソールを含む。

しかしながら、本書で用いられるように、外科医側コンソールが、例えばディスプレイ（例えば図１２Ａ及び図１２Ｂで要素２００６によって実質的に示されるようなディスプレイ）を有する種々の入出力デバイスを統合するユニットを含み得るし、種々の他の入力デバイスを有するユニット内に必ずしも統合される必要はないが、電子機器／制御コンソールと信号通信を行い且つ外科医によるアクセスが可能な個別の入力デバイス及び／又は出力デバイス（例えば図１２Ａの９０）をも含み得ることは理解されるべきである。一例として、入力ユニットは、電子機器／制御コンソールに直接的に提供されてもよく、電子機器／制御コンソールにあるプロセッサに入力信号を提供してもよい。そのようなものとして、“コンソール”は、入力デバイス及び出力デバイスの全てが単一のユニットに統合されることを必ずしも要求するものではなく、１又は複数の個別の入力デバイス及び／又は出力デバイスを含み得る。

図１２Ｃは、本教示の典型的な実施例にしたがった、手術器具１００を制御するために用いられる遠隔操作ロボット手術システムの典型的な構成要素を示す、ロボット制御システムの概略状態図である。電子機器／制御コンソール３０００は、手術器具１００及びエンドエフェクタ１４の動きを制御する少なくとも１つのプロセッサ５０を含む。典型的な実施例では、プロセッサ５０は、手術器具のエンドエフェクタの典型的な実施例における切刃の動きを制御し得る。或いは、別のプロセッサ８０は、患者側コンソール１０００との信号通信をバイパスして、その切刃と直接的に通信してもよい。

外科医側コンソール２０００は、１又は複数の入力ユニット５２（単純化のため１つのみが示されている。）と、例えばディスプレイ、スピーカ等の１又は複数の出力ユニット５４、５６とを含み得る。種々の典型的な実施例では、適当な出力ユニットは、ディスプレイ、スピーカ（又は音を伝えることができる他の構成要素）、及び／又は、外科医が接するコンポーネントであり触覚フィードバックを提供するために振動等を与え得るコンポーネントを含み得るがそれらに限定されることはない。種々の典型的な実施例では、それら１又は複数の出力ユニットは、外科医側コンソール２０００の一部であってもよく、信号は、コア制御コンソール３０００からそれらに送信され得る。

当業者が精通しているように、ロボット制御の手術器具１００の場合、サーボアクチュエータによってもたらされる種々の入力を受信するために、且つ、種々のギア、プーリ、及び／又はレバー等のシステムを介してそれら入力を、エンドエフェクタの動きを制御すべくエンドエフェクタを作動させ且つ駆動するために最終的に伝達される力／トルクに変換するために、患者側コンソール１０００のアームとインタフェースをとるように伝達機構１０が構成されている。また、以下でより詳細に説明されるように、手術器具１００は、例えば伝達機構１０に配置される内蔵モータを用いて種々の駆動シャフトの直接駆動をもたらすために、電子機器／制御コンソール３０００と直接的な信号通信を行い得る。当然ながら、上述のように、本開示の範囲内にある低侵襲手術器具は手動でも作動可能であり、また、近位端伝達機構は、手動で作動させられる入力を代わりに有していてもよい。

しかしながら、以下でより詳細に説明されるように、本開示の種々の典型的な実施例にしたがった伝達機構は、手動で作動される入力及び／又はサーボ作動の入力を含むことに加え、内蔵モータを含み得る。伝達機構における内蔵モータを用いることは、例えばエンドエフェクタのコンポーネントの追加的な動きを引き起こすことによって手術器具における追加的な機能及び追加的な自由度を提供するための比較的安価な方法となり得る。また、内蔵モータを提供することは、器具を動かすためにロボット手術システムのサーボアクチュエータが必要とする仕事を減らすのに有益となり得る。

以下でより詳細に説明されるように、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、伝達機構１０の典型的な一実施例の詳細上面斜視図及び詳細下面斜視図であり（図４Ａではその保護カバーが取り外されている。）、概して、典型的な実施例に従った手術器具の種々のコンポーネントを駆動するための内蔵モータを含む、図１に示す手術器具の詳細部分に対応する。以下でより詳細に説明されるように、種々の典型的な実施例では、内蔵モータの利用は、エンドエフェクタのコンポーネントを駆動するための比較的ロバストな方法を提供する。また、リミットスイッチの使用は、そのコンポーネントが駆動されるときのそのコンポーネントの位置を検出するための比較的ロバストな方法を提供する。そのコンポーネントの位置を検出できることは、例えば、外科的処置を実施する外科医に提供され得る有用な情報、及び／又は、手術器具の動きを制御するための制御アルゴリズムで使用され得る入力としての有用な情報となり得る。

本開示の特徴が特定の利用法を見つけ得る手術器具１００の典型的な一実施例は、融合・切断用手術器具であって、顎の間に組織をつかむことができる可動の顎であり、その組織を融合するための電気外科的エネルギを供給するための電極を備える顎と、その融合された組織を切断するよう構成される切断要素とを含むエンドエフェクタ１４を有する。そのような手術器具は、操作のために複数の自由度（ＤＯＦ）に頼っており、シャフト及びエンドエフェクタの回転（ロール）と、望ましくは２つの直交方向（例えば手首機構における任意に選ばれた“ピッチ”方向及び“ヨー”方向）回りの関節（関節ＤＯＦ）と、顎の開閉（グリップＤＯＦ）と、エンドエフェクタに対する切断要素の平行移動（平行移動ＤＯＦ）とを含む。融合及び切断手術を実施するよう構成される手術器具の典型的な一実施例のより詳細な説明のために、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号と２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対する優先権の利益を主張する２０１２年２月１７日に出願された“FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”というタイトルの米国特許出願第１３／３９９，３９１号を参照する。なお、それらの開示内容は全て参照により本書に援用される。

図２は、組織を融合し且つ切断するように構成される手術器具に対応するエンドエフェクタ１４の典型的な実施例の斜視図である。図３Ａ及び図３Ｂは、エンドエフェクタ１４の追加的な斜視図であり、切断要素を見易くするためにエンドエフェクタ１４の種々の部品が取り除かれている。また、図３Ｃは、分離して示されるエンドエフェクタの切断要素及び切断要素駆動コンポーネントの部分側面図である。

つまり、エンドエフェクタ１４は、対向する上部顎１６ａ及び下部顎１６ｂを含む。顎１６ａ、１６ｂは、開位置と閉位置との間を動くように構成され、組織を一緒に融合するのに十分な電気外科的エネルギ（例えば双極性エネルギ）を提供するための電極６２を含み得る。さらに、溝１７ａ、１７ｂ（溝１７ａは図２では隠れている。）はそれぞれ、上部顎１６ａ及び下部顎１６ｂのそれぞれの長さに沿って配置されている。また、エンドエフェクタ１４は、顎１６ａ、１６ｂの溝１７ａ、１７ｂ内で概して近位方向及び遠位方向に動くように配置される短い切刃１８（図３Ａ〜図３Ｃ参照。）の形をとる切断要素を含む。したがって、溝１７ａ、１７ｂは、顎１６ａ、１６ｂの長さに沿って切刃１８が行き来するときの切刃１８のための軌道を形成する。

以下でより詳細に説明されるように、切刃１８は、エンドエフェクタ１４に関して遠位側に且つ近位側に平行移動させられる。切刃１８が顎１６ａ、１６ｂの後ろで近位側に引っ込められた位置である“ガレージ”位置にあるところの最も近位にあるホーム位置（図３Ａ参照。）と、切刃１８の遠位端が溝１７ａ、１７ｂの遠位端に位置づけられた位置である最も遠位にある完全に伸びた位置（図３Ｂ参照。）との間を切刃１８は動く。ホーム（“ガレージ”）位置において、切刃１８は、対向するガレージ機構１９ａ、１９ｂによって保護される（図３Ａ及び図３Ｂでは１９ｂのみが示されている。）。切刃１８は、典型的な実施例ではケーブルである駆動コンポーネント６０の遠位端に取り付けられる。ケーブルは、溝１７ａ、１７ｂによって定められる軌道に沿って切刃１８を伸ばし且つ引き戻すために作動させられるよう、その近位端で、例えば図４の伝達機構１０等の適当な伝達機構に取り付けられる。

本開示の種々の典型的な実施例は、切断処置を実施するために切刃の位置をその平行移動中（すなわち伸張中及び引き戻し中）に検出することを予期する。以下でより詳細に説明されるように、種々の典型的な実施例は、切刃の位置を検出するためのロバストなシステムとして内蔵モータ及びリミットスイッチを用いる。具体的には、種々の典型的な実施例は、切刃の故障状態を判定するため、例えば、切断処置中に切刃が組織及び／又は他の物質に引っ掛かったか否かを判定する等のために、検出された切刃の位置を用いることができる。判定された故障状態に基づいて、例えば、その刃が引っ掛かっている組織及び／又は他の物質からその刃を解放しようとしてその切刃の作動を変えることによって故障状態の是正を容易にするために、切刃の動作は変更され得る。

［モータ及びリミットスイッチを用いた手術器具伝達機構］
上述のように、典型的な一実施例にしたがって、本開示は、器具シャフト１２、エンドエフェクタ１４、手首１３、及び／又は他の関連のコンポーネントの動きを実現する複数のコンポーネントを含む手術器具伝達機構１０を予期する。伝達機構１０は、例えば、ギア、レバー、ジンバル、ラック・アンド・ピニオン、プーリ等の、伝達機構１０に対する入力を、手術器具１００におけるエンドエフェクタ１４、シャフト１２、及び／又は手首１３の動きを引き起こし且つ操作するために用いられる種々の力／トルクに伝えるための作動コンポーネントのシステムを含んでいてもよい。当業者は、ロボット制御の手術器具を操作するために患者側コンソールのロボットアームにおけるサーボアクチュエータを介してもたらされる対応する駆動入力とインタフェースをとるように構成されるそのロボット制御の手術器具の近位端に提供される伝達機構の種々の構成に精通している。また、当業者は、例えば、ノブ、ボタン、レバー、トリガー等を含むがそれらに限定されない、手動で作動され且つ制御される低侵襲手術器具で用いられる種々の伝達機構にも精通している。

伝達機構１０は、多自由度の手術器具をもたらす種々の動きを実現すべく、器具シャフト１２、エンドエフェクタ１４、手首１３、及び／又は関連するコンポーネントの動きを達成するために、受け取った作動入力を結果的なトルク及び力に伝える。また、本開示の態様にしたがい、図示された典型的な実施例では、伝達機構１０は、例えばギア及びラック・アンド・ピニオン機構を含む駆動システム３０を介して切刃駆動コンポーネント６０を駆動するために、例えばロボット制御システム（例えば図１２Ａ及び図１２Ｂの電子機器／制御コンソール３０００）から入力電圧を受ける内蔵電気モータ２２を含む。さらに、伝達機構１０は、内蔵モータ２２に動作可能に結合されるリミットスイッチ２０を含む。以下でより詳細に説明される駆動システム、並びに、モータ２２及びリミットスイッチ２０は、伝達機構１０から取り外し可能であってもよい。

モータ２２は、外科医側コンソール２０００における入力でもたらされるユーザから受けた作動入力に基づいて、例えば電子機器／制御コンソール３０００との直接的な信号通信を介して、すなわち、図１２Ａ及び図１２Ｂの遠隔操作ロボット手術システムにおけるプロセッサ５０又はプロセッサ８０を通じて供給され得る入力電圧によって駆動されるように構成される。モータ２２は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明されたように、近位方向及び遠位方向に切刃１８を平行移動させるために、エンドエフェクタ１４の切刃１８に結合される駆動システム３０に駆動力を提供するように構成される。したがって、モータ２２の伝達機構１０への追加は、例えば、手術器具１００におけるエンドエフェクタ１４、手首１３、及び／又はシャフト１２の種々の他の動き以外の、手術器具１００における刃１８の近位方向及び遠位方向への平行移動といった、追加的な自由度を可能にする。具体的には、図４Ａにおける典型的な実施例では、例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂにおけるロボット手術システムの患者側コンソール１０００に関連するサーボアクチュエータによって作動させられ得るロール自由度、関節自由度、及びグリップ自由度に加え、モータ２２の統合は、サーボアクチュエータの追加的な仕事を生じさせることなく、切刃１８の追加的な動きを可能にする。当業者は、手動で作動させられる手術器具、及び／又は、手作業による入力及びサーボアクチュエータからの入力の双方を含む伝達機構を有する手術器具と共にも内蔵モータが用いられ得ることを十分理解するであろう。

種々の典型的な実施例では、例えば切刃１８の平行移動等のように、駆動のためにかなりの量のパワーを必要としないエンドエフェクタの種々のコンポーネントを作動させるためにモータ２２が使用され得ることが想定される。結果として、モータ２２は、例えば、市販のＤＣモータ等の比較的安価なモータであってもよい。比較的安価なモータを提供することは、１回の使用のために構成される使い捨ての手術器具にとって有益となり得る。それ故に、種々の典型的な実施例にしたがい、内蔵モータ２２を有する伝達機構１０を含む手術器具１００の全体は、使い捨てのものとなり得る。

種々の典型的な実施例では、モータ２２は、切刃１８を駆動するために約１ボルトから約１０ボルト（例えば約６．５ボルトから約８ボルト）の電圧入力で動作する場合に十分な力を供給するように構成されるＤＣモータであってもよい。モータ２２に対する入力電圧は、例えば、切断処置の段階に応じて、切刃１８の動作中に変化し得る。一例として、種々の典型的な実施例では、電圧は、ホーム位置から最も遠位の位置に或いはその反対に刃を駆動する場合に高く、切断処置中の最も遠位の位置における切刃１８の保持中に低くなり得る。そのような刃の保持は、機械的反発を防止するのに役立ち得る。また、切断処置を完了するための十分な時間を可能にする。そのような“保持”状態において、入力電圧は、約１．５Ｖから約４Ｖの間である。

図１２Ａ及び図１２Ｂにおけるロボット手術システムを用いた手術では、例えば切断手術を実施するために、ユーザ（例えば外科医である。）が外科医側コンソール２０００を介して入力を提供すると、そのユーザ入力に応じて、電子機器／制御コンソール３０００は、伝達機構１０のモータ２２の動作を引き起こすために、モータ２２に対して電圧を出力する。外科医側コンソール２０００での入力に応じて電子機器／制御コンソール３０００からモータ２２に電圧が供給されると、モータ２２は、切刃１８を遠位側に伸ばし或いは近位側に引っ込めさせるべく切刃１８に取り付けられた切断要素駆動コンポーネント６０を動かすために伝達機構のコンポーネントに駆動力を提供するように構成される。

図４〜図８の種々の図で示されたような典型的な一実施例では、駆動システム３０は、モータ２２の駆動シャフトに直接結合されて一緒に回転するウォームシャフト３２を含んでいてもよい。ウォームシャフト３２は、今度は、（図８で分離して示される）減速ギアコンポーネント３３のウォームギア３４とかみ合う。図８で最もよく示されるように、減速ギアコンポーネント３３は、一端にウォームギア３４が取り付けられ、反対端に（ウォームギア３４よりも小さい直径を有する）ピニオンギア３６が取り付けられたシャフト３５を含む。それ故に、ウォームギア３４及びピニオンギア３６は、シャフト３５の長手軸回りを一緒に回転する。ウォームギア３４は、（図１３で分離して示される）伝達機構１０のシャーシ７０の円筒ギアレセプタクル７２内に受け入れられる。ここで図７Ａ、図７Ｂ及び図９Ａ、図９Ｂを参照すると、ピニオンギア３６は、切刃１８のための駆動コンポーネント６０が一緒に動くよう固定されるところのラック４０とかみ合う。典型的な実施例では、駆動コンポーネント６０は、例えば、ケーブル、又は、例えば、器具１００のシャフト１２の一部に沿って器具１００の近位端で終わるハイポチューブといった管材料に圧着されるケーブルであってもよい。ピニオンギア３６の回転は、エンドエフェクタ１４に関するラック４０の近位方向及び遠位方向への移動をもたらし、次には、駆動コンポーネント６０に掛かる押力／引張力をもたらす。駆動コンポーネント６０は、ラック４０に関して回転し、また、器具１００のシャフト１２と一緒に回転してもよい。切断要素駆動コンポーネント６０は、伝達機構１０から、シャフト１２の長さに沿って、（存在するならば）手術器具１００の手首１３を通じて道筋が付けられ、そして、切断要素駆動コンポーネント６０が切刃１８に取り付けられるところであるエンドエフェクタ１４で終結する。切断要素駆動コンポーネント６０の動きは、上述のような顎１６ａ、１６ｂの溝１７ａ、１７ｂに沿った、取り付けられた切刃１８の遠位方向及び近位方向への平行移動をもたらす。図９Ａは、エンドエフェクタ１４における顎１６ａ、１６ｂに関する切刃の完全に伸びた最も遠位側の位置に対応する駆動システム３０及び切断要素駆動コンポーネント６０を示し、一方で、図９Ｂは、顎１６ａ、１６ｂに関する切刃１８の完全に引っ込められた最も近位側の位置に対応する駆動システム３０及び切断要素駆動コンポーネント６０を示す。

ベアリング６１は、シャーシ７０においてラック４０の遠位側に提供され得る（例えば図７Ｂで示される。）。例えば、ねじと、手首１３のところで曲げるための可撓性コイルと、遠位端から近位端に伸びる管とを含み、顎１６ａ、１６ｂを開閉するために用いられる送りねじアセンブリ（図示せず。）は、ベアリング６１に対してシャーシ７０に最も近いところに位置づけられる。顎１６ａ、１６ｂが開かれると、ベアリング６１は、送りねじアセンブリがシャーシ７０の方向に動くので、送りねじアセンブリの軸スラスト荷重を支持する。顎１６ａ、１６ｂが閉じられると、ねじが前進し、ベアリング６１に荷重をかけない。エンドエフェクタの顎の開閉のための送りねじアセンブリの使用に関するさらなる詳細のために、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号と２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対する優先権の利益を主張する２０１２年２月１７日に出願された“FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”というタイトルの米国特許出願第１３／３９９，３９１号を参照する。なお、それらの開示内容は全て参照により本書に援用される。

当業者は、本書で開示された駆動システム３０が非限定的で且つ例示的なものであり、種々の他のシステムの任意のものが、モータ２２の回転シャフト運動を切断要素駆動コンポーネント６０の線形プッシュ／プル運動、ひいては切刃１８の近位方向及び遠位方向への平行移動に変換するために、モータ２２を切断要素駆動コンポーネント６０に動作可能に結合するために使用され得ることを十分に理解するであろう。

また、駆動システム３０は、駆動システム３０の種々のコンポーネントを保護し且つそれらを結合するための（図１３で分離して示される）シャーシ７０を含む。シャーシ７０は、駆動システム３０の全体が、モータ２２及びリミットスイッチ２０と一緒に、例えばねじスロット７６のところでシャーシ７０とかみ合う伝達機構ハウジングとシャーシ７０との間で１又は複数のねじ、ボルト等を用いることによって、伝達機構１０における（駆動システム３０を表す図の少なくともいくつかに示される）種々のハウジング部品に比較的容易に固定され且つそれらから取り外されるのを可能にする。アセンブリとしての駆動システム３０の別個の取り付けは、器具１００における個々の部品の許容誤差の積み上げのための受け入れを約±３／３２インチまで可能にする。

上述のように、いくつかのケースでは、エンドエフェクタの平行移動するコンポーネントのその動作中の位置に関する情報を取得することが望ましい。種々の典型的な実施例では、平行移動するコンポーネントの位置に関するそのような位置情報を提供するために、エンドエフェクタにおける平行移動するコンポーネントと共に、リミットスイッチが使用され得る。例えば、図５、６、７Ｂ、９Ａ、及び９Ｂを特に参照して示されるように、種々の典型的な実施例では、エンドエフェクタ１４の顎１６ａ、１６ｂに関して切刃１８が平行移動するときに切刃１８の位置情報を提供するために、モータ２２及び駆動システム３０と共にリミットスイッチ２０が利用され得る。

図示されるように、リミットスイッチ２０は、押し下げ可能で且つ押し下げられた状態から解放可能なボタン２５等のコンポーネントを含む。モータ２２の作動からの入力に基づいて、例えばリミットスイッチ２０のボタン２５のようなコンポーネントが押し下げられ或いは解放されるのを可能にする伝達機構１０における種々の位置の何れかにリミットスイッチ２０は提供され得る。図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、例えば、リミットスイッチ２０は、以下で詳細に説明されるように、駆動システム３０のウォームギア３４とかみ合うように提供される。しかしながら、そのようなリミットスイッチの位置決め及び動作は、非限定的で且つ例示的なものであり、当業者にとって明らかなように、切断要素が平行移動するときのリミットスイッチの作動を引き起こすための他の構成が用いられてもよい。例えば、典型的な実施例では、切断要素が平行移動するときのラックの線形運動に基づいて、ラックが直接的にリミットスイッチ２０を作動させてもよい。例えば、ラックに取り付けられたカムがリミットスイッチ２０と接触し得る。そして、ラックの線形運動に基づいてリミットスイッチ２０を作動させる。

図８、図９Ａ、及び図９Ｂを参照すると、ウォームギア３４は、シャフト３５に沿った方向に、ギア３４の内側面から僅かに延びるフランジ３８を含む。フランジ３８は、ウォームギア３４の内側面の円周周りに部分的に延び、且つ、２つの端部３９のところで終結する。ノッチ３７は、フランジ３８の２つの端部３９の間に、すなわち、フランジ３８が延びていないところであるウォームギア３４の内側面の一部に沿って定められる。駆動コンポーネント６０に取り付けられた切刃１８のホーム（“ガレージ”）位置に対応するウォームギア３４の初期位置では、リミットスイッチ２０のボタン２５は、ノッチ３７内に維持され、フランジ３８と接触しておらず、解放状態にある。駆動コンポーネント６０を動かすために（結果として顎１６ａ、１６ｂに関して切刃１８を平行移動させるために）ウォームギア３４が回転すると、ボタン２５はフランジ３８とかみ合い、それによって、駆動コンポーネント６０が同時に動かされるにつれて押し下げられる。フランジ３８の角度範囲は、切刃１８をそのホーム（ガレージ）位置からその最も遠位側の完全に伸びた位置に切刃１８を動かすための移動距離に対応する。したがって、その完全に伸びた最も遠位側の位置にいる切刃１８に対応する位置まで駆動コンポーネント６０が動き、且つ、ウォームギア３４がほぼ３６０度回転した場合、ボタン２５は、延在フランジ３８から解放されて（ホーム（ガレージ）位置で始まったところの反対側にある）ノッチ３７内に戻り、延在フランジ３８とは接触しなくなる。ストップ部分３１は、フランジ３８からシャフト３５に向かって内側に伸び、ホーム位置のところ、及びその完全に伸びた位置のところで、ギアレセプタクル７２のストップ係合部分７４と接触し、ウォームギア３４の回転を停止させる。その結果、ウォームギア３４の動作、及び、駆動コンポーネント６０の対応する動作を制限する。図８では、ストップ部分３１は、ノッチ３７に隣接して示されるが、当業者は、ギアレセプタクル７２のストップ係合部分７４に対する係合を可能にするフランジ３８上の任意の位置にストップ部分３１があってもよいことを認識するであろう。

したがって、ボタン２５は、解放されて押し下げられていない状態から押し下げられた状態に動き、その後、解放されて押し下げられていない状態に動く。完全に伸びた最も遠位側の状態に達した後、モータ２２は、切刃１８を引っ込めて切刃１８をガレージ位置に戻すために反対方向に駆動され得る。そうすることによって、ウォームギア３４の逆回転は、切刃１８及び駆動コンポーネント６０が最も遠位側の位置から最も近位側のガレージ位置に平行移動するときに、再びフランジ３８をリミットスイッチ２０のボタン２５にかみ合わせてボタン２５を押し下げる。この場合もやはり、切刃１８のガレージ位置に達すると、ボタン２５は、ボタン２５が開始したところであるノッチ３７内に戻り、押し下げられた状態から解放されてフランジ３８と接触しないようになる。したがって、フランジ３８は、ウォームギア３４が駆動コンポーネント６０を平行移動させるために回転するときにリミットスイッチ２０に設けられたボタン２５を押し下げ且つ解放するためのカムとして機能する。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、切断要素駆動コンポーネント６０は、切刃１８がエンドエフェクタ１４から引っ込められるところであるホーム（ガレージ）位置（図３Ａ）と、溝１７ａ、１７ｂによって定められる軌道内で切刃１８が完全に伸びたところである完全に伸びた位置（図３Ｂ）との間で切刃１８を動かす。したがって、ウォームギア３４が動き始めると、溝１７ａ、１７ｂによって定められる軌道に沿った切刃１８の動きを引き起こし、リミットスイッチ２０のボタン２５が押し下げられる。ウォームギア３４が、リミットスイッチ２０のボタン２５がノッチ３７内に受け入れられるところの初期位置にあるか、或いは、ボタン２５がノッチ３７内に受け入れられるところの（ケーブル６０及び切刃１８の完全に伸びた位置に対応する）完全に回転させられた状態にあると、ボタン２５は解放状態にある。

それ故に、ウォームギア３４の回転が切断要素駆動コンポーネント６０の延長に結び付けられ、それによって切刃１８の位置に結びつけられ、また、リミットスイッチコンポーネント（例えばボタン２５）の押し下げに結びつけられると、切刃１８の位置は、リミットスイッチコンポーネント（例えばボタン２５）の押し下げに関連づけられる。具体的には、切刃１８が完全に引き戻されてホーム（ガレージ）位置になると（図３Ａ）、或いは、完全に伸びて完全に動作可能な位置になると（図３Ｂ）、リミットスイッチコンポーネント（例えばボタン２５）がノッチ３７内に解放される。切刃１８がホーム位置又は完全に動作可能な位置から動いている場合（ホーム位置から完全に動作可能な位置に向かって或いは完全に動作可能な位置からホーム位置に動いている場合）、リミットスイッチコンポーネント（例えばボタン２５）は、押し下げられた状態となる。リミットスイッチボタン２５の押し下げ若しくは解放、又は、リミットスイッチ２０に関連するいくつかの他のコンポーネントの変化は、当業者が精通しているように、リミットスイッチ２０の電気回路を開閉する。電気回路の開閉は、次に、駆動コンポーネント６０及び切刃１８がホーム位置と完全に伸びた位置との間で平行移動していること、又は、ホーム位置若しくは完全に伸びた位置のうちの１つにあることを示す電気信号を供給する（或いは中断する。）。

図１２Ａ及び図１２Ｂにおけるような遠隔操作のロボット手術システムと共に手術器具１００が用いられる典型的な実施例では、リミットスイッチ２０は、電子機器／制御コンソール３０００に位置情報を供給するために電子機器／制御コンソール３０００との電気信号通信において提供され得る。また、電子機器／制御コンソール３０００は、手術器具の種々の制御操作を実行するために、且つ／或いは、外科医側コンソール２０００のところにいる外科医に位置フィードバック情報を提供するために、その情報を使用し得る。

切刃１８がホーム位置と完全に動作可能な位置との間で動いている（平行移動している）場合にリミットスイッチ２０のボタン２５が押し下げられ、切刃１８がホーム位置及び完全に動作可能な位置にある場合に解放されることが上述されたが、当業者は、その代わりに、切刃１８が動いている間、リミットスイッチ２０の（例えばボタン２５等の）コンポーネントが解放されて押し下げられていない状態となり得、また、切刃１８がホーム位置又は完全に伸びた位置の何れかにある場合に押し下げられた状態となり得ることを認識するであろう。しかしながら、切刃１８がホーム位置と完全に伸びた位置との間を平行移動している場合にボタン２５がフランジ３８に沿って動いているときには、ボタン２５は望ましくは押し下げられ、そしてリミットスイッチ２０は作動状態となる。モータ２２がリミットスイッチ２０の作動をもたらすときにモータ２２がちょうど期待通りの速さになるためである。そして、スイッチプランジャ（図示せず。）における動荷重（衝撃荷重）はより小さいものとなる。それは、リミットスイッチ２０におけるより少ない摩滅を意味する。さらに、上述のように、リミットスイッチ２０の電気回路を開閉するためにリミットスイッチ２０をトリガーする機構は、押し下げ可能なボタンである必要はなく、リミットスイッチ２０を開閉するために第１形態から第２形態に動かされ得る種々の機構であってもよい。適当な機構は、例えば、トグル機構、スライディング機構、回転機構（例えばノブ）等を含み得るがそれらに限定されることはない。

上述の記載は、手術器具エンドエフェクタの切断要素の動作を制御し且つ位置を検出するためのモータ及びリミットスイッチを用いて説明されたが、当業者は、他の手術器具エンドエフェクタコンポーネントが同じように制御され、それらの位置が検出され得ることを十分に理解するであろう。例えば、モータ、駆動システム、及び／又はリミットスイッチの上述の実施例は、例えば切断機構を有する外科用ステープル器具等を含むがそれに限定されないエンドエフェクタを制御するために、種々の手術器具で実現され得る。

［検出された故障状態のための制御を有する手術器具］
上述のように、本開示の特徴は、手術器具の動作中に検出された故障状態を自動的に是正しようとする試みのための手術器具エンドエフェクタの制御をもたらすことを予期する。本開示にしたがった種々の典型的な実施例では、例えば、切断処置中に切刃１８が（例えば組織又は他の物質上で）動かなくなった場合に切刃１８を解放するための手術器具１００の切刃１８の制御が予期される。以下で詳細に説明される少なくとも１つの典型的な実施例では、例えばリミットスイッチ２０によって得られる位置情報は、切刃１８の故障状態を検出するために、且つ、検出された故障状態に基づいて切刃１８の動きを制御するために使用され得る。

図１０は、本開示の少なくとも１つの典型的な実施例にしたがった手術器具のエンドエフェクタを制御する典型的な方法を示すフロー図である。上述のように、少なくとも１つの典型的な実施例では、図１０の典型的な方法は、例えば、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号と２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対する優先権の利益を主張する２０１２年２月１７日に出願された“FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”というタイトルの米国特許出願第１３／３９９，３９１号に記載されるような融合・切断手術器具を操作する際に採用され得る。なお、それらの開示内容は全て参照により本書に援用される。

典型的な実施例では、その制御方法は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるような遠隔操作のロボット手術システムで実行され得る。また、図１０の方法は、図４〜図９の典型的な実施例を参照して説明したような位置検出のためのモータ／リミットスイッチの使用と関連して説明され得る。図１０に示すように、工程２００では、第１信号が、例えば電子機器／制御コンソール３０００によって受信され、それは、エンドエフェクタ１４の切刃１８がホーム位置及び完全に動作可能な位置のうちの一方から平行移動していることを示す。上述のように、その信号は、リミットスイッチの使用を通じて提供され得る。リミットスイッチの状態は切刃１８の位置に対応する。さらに、上述のように、切断手術を実施すべく手術器具を作動させるために外科医側コンソール２０００のところで１又は複数の入力デバイス５２を介してユーザ（外科医）が入力を提供すると、入力信号が電子機器／制御コンソール３０００に送信される。上述のモータ／リミットスイッチの実施例を参照すると、電子機器／制御コンソール３０００は、次に、伝達機構１０のところにあるモータ２２に電圧を供給し得る。モータ２２は、駆動システム３０に駆動力を提供し、リミットスイッチ２０のボタン２５を押し下げさせる。ボタン２５が押し下げられると、切刃１８がホーム位置又は完全に動作可能な位置（例えば、溝１７ａ、１７ｂによって定められる軌跡内の切刃１８の完全に伸びた最も遠位側の位置であってもよい。）の何れかから動いていることを示し、リミットスイッチ２０は、電子機器／制御コンソール３０００で検出される第１信号を出力する。リミットスイッチ２０によって出力される信号は、スイッチ２０の回路を閉じることによってもたらされる電気信号であってもよく、或いは、その回路を開くことによってもたらされる電気信号の中断であってもよい。

種々の実施例が単一のリミットスイッチ２０を用いるが、切刃１８の近位位置及び遠位位置を検出するために２つのリミットスイッチが使用され得ることも想定される。

外科医側コンソール２０００における１又は複数の入力デバイス５２は、フットペダル、グリップ、ボタン、キーボード、マウスコンポーネント、音声認識ソフトウェアと協働するよう構成されるスピーカ、ジョイスティック等を含むがそれらに限定されない１又は複数の種々の入力デバイスであってもよい。

完全に動作可能な位置が、図２及び図３で示される溝１７ａ、１７ｂの遠位端にある切刃１８の完全に伸びた位置に限定されることはなく、ウォームギア３４のフランジ３８の端部にあるノッチ３７の位置に対応する、溝１７ａ、１７ｂによって定められる軌跡に沿った切刃１８の任意の位置であってもよいことは当業者に理解されるはずである。さらに、例えば切刃１８であるエンドエフェクタコンポーネントの所定の位置に対応すべくフランジ３８の長さに沿って２以上のノッチ３７が提供されてもよい。手術中に、平行移動するエンドエフェクタコンポーネントを利用していることに気付いていることが望ましい。

工程２０２において、電子機器／制御コンソール３０００は、切刃１８がホーム位置又は完全に動作可能な位置のうちの１つにあることを示す第２信号がリミットスイッチ２０から受信されたかを判定する。上述のように、ウォームギア３４が所定位置まで回転すると、リミットスイッチコンポーネント（例えばボタン２５）がウォームギア３４のノッチ３７内に受け入れられる。ノッチ３７は、ボタン２５を押し下げられた状態から解放し、フランジ３８と接触しないようにする。切刃１８の位置を制御する駆動コンポーネント６０がウォームギア３４の回転に合わせて制御されるので、ボタン２５がノッチ３７内に受け入れられたとき、ボタン２５の解放（押し下げられていない）状態は、切刃１８がホーム位置又は第２位置（例えば完全に伸びた位置）の何れかにあることを示す。ボタン２５が解放されると、リミットスイッチ２０は、コア制御コンソール３０００で受信される第２信号を出力する。

工程２０２において、電子機器／制御コンソール３０００は、第１信号を検出した後で所定時間内に第２信号が受信されたかを判定する。第１信号が検出された後で所定時間内に第２信号が受信されると、工程２０４において、電子機器／制御コンソール３０００は、切刃１８の故障状態を検出しない。第１信号が検出された後の所定時間が、電子機器／制御コンソール３０００で第２信号を受信することなく経過した場合、切刃１８の故障状態が工程２０６で検出される。例えば、切刃１８の故障状態は、例えば切刃１８が（例えば組織又は他の物質に）引っ掛かりホーム位置に戻ることができないことを示す。

種々の典型的な実施例では、上述の所定時間は、約５００ｍｓから約１０００ｍｓの範囲となり得る。さらに、その所定時間は、ホーム位置から完全に動作可能な位置（例えば切刃１８が切断処置を実行するための完全に伸びた状態）に切刃１８を前進させ、且つ、ホーム位置に完全に引っ込めるのに十分な総時間であってもよい。その所定時間は、例えば、切刃１８がホーム位置から完全に動作可能な位置に動き始めたときから、切断が行われるその完全に動作可能な位置に至るまでの時間（例えば５００ｍｓ）と、完全に動作可能な位置からホーム位置に戻るまでの時間（例えば５００ｍｓ）の合計１０００ｍｓであってもよい。この場合、受信される第２信号は、切刃１８がホーム位置に引っ込められたことを示す信号であり、またそれ故に、リミットスイッチが（ホーム位置からの切刃の平行移動中の）押し下げられた状態から、（切刃の完全に伸びた位置での）押し下げられていない状態に動き、（完全に伸びた位置から切刃を引っ込める際の）押し下げられた状態に戻り、そして、（切刃のホーム位置での）押し下げられていない状態に戻ったことを示す信号である。別の実施例では、その所定時間は、切刃１８がホーム位置から動き始めたときから、切刃１８が完全に動作可能な位置（例えば完全に伸びた位置）に達したときまでの時間（例えば５００ｍｓ）である。この場合、受信される第２信号は、切刃１８がその完全に動作可能な位置に達したことを示す信号である。別の代替例では、その所定時間は、切刃がその完全に動作可能な位置から動き始めたときから、切刃１８がホーム位置に達したときまでの時間（例えば５００ｍｓ）である。この場合、受信される第２信号は、切刃１８がホーム位置に引き戻されたことを示す信号である。

工程２０８において、切刃１８等のエンドエフェクタコンポーネントの故障状態が検出されると、電子機器／制御コンソール３０００は、故障状態を是正する試みにおいてエンドエフェクタ１４を自動的に作動させるための制御信号を送信し、且つ／或いは、エンドエフェクタコンポーネントの故障状態の表示をユーザに出力するために例えば外科医側コンソール２０００か何かに通知信号が送信される。通知は、単独で送信されてもよく、或いは、その故障状態を取り除くためにエンドエフェクタが操作されたときに送信されてもよい。１又は複数の通知信号は、切刃１８の故障状態を検出する電子機器／制御コンソール３０００から、外科医側コンソール２０００における１又は複数の出力ユニット５４、５６（例えばディスプレイ５４及び／又はスピーカ５６）に送信され得る。通知信号は、例えばディスプレイに提示される画像、テキスト、及び／若しくはアイコン等の視覚フィードバック、聴覚フィードバック（例えば、ビープ音、ブザー、チャイム、クリック等、若しくは、コンピュータが生成した音声応答等）、触覚フィードバック（例えば振動フィードバック）、又はそれらの組み合わせを含むがそれらに限定されない種々の知覚可能なフィードバックの任意のものをユーザ（例えば外科医）にもたらし得る。

工程２０８において、通知信号の送信とは別に、或いは、それと同時に、エンドエフェクタ１４は、故障状態を取り除くために、電子機器／制御コンソール３０００からの信号に基づいて自動的に操作され得る。例えば、エンドエフェクタ１４の自動操作中、電子機器／制御コンソール３０００は、外科医側コンソール２０００からのいくつかの入力（例えばエンドエフェクタ１４の切断動作を制御するように構成されるペダル入力デバイス等）には応答しなくてもよい。とはいえ、それでもやはりオーバーライド制御が外科医側コンソール２０００で提供され得ることが想定される。典型的な実施例では、切刃１８が引っ掛かった物質から切刃１８を自由にする試みのために所定距離を開くべく顎１６ａ、１６ｂを動かすために、工程２０８は、電子機器／制御コンソール３０００から患者側コンソール１０００に信号を送信することを含み得る。顎１６ａ、１６ｂは、切刃１８がくっついている組織から切刃１８を解放するのを支援するために、完全に開かれ、或いは、ある程度まで開かれてもよい。

別の代替例では、顎を開くことの代わりに、顎を開くことと同時に、或いは顎を開いた後に、切刃１８は、自動的に操作され、切刃１８が引っ掛かっている物質から切刃１８を緩める試みのために動きが与えられてもよい。ここで図１１を参照すると、引っ掛かった状態から切刃１８を自由にする試みのために切刃１８を自動的に操作する典型的な方法が示される。図１１の典型的な方法では、切刃１８は、前進後退運動（例えば揺動運動）にさらされてもよい。図１１の工程３００では、切刃１８の駆動コンポーネント６０は、切刃１８の完全に動作可能な位置に向けて前進するよう作動させられる。工程３０２において、駆動コンポーネント６０は、切刃１８をホーム位置の方に引っ込めるための作動力にさらされる。典型的な実施例では、工程３０２で用いられる作動力は、工程３００での力よりも大きいものとなり得る。工程３０２におけるより大きな駆動力は、切刃１８が引っ掛かっている組織から切刃１８を解放させるために望ましいものとなり得る。一方で、切断要素駆動コンポーネント６０に作用する作動力は、コンポーネント６０を引き戻し方向に動かす力である。遠位（伸ばし）方向における駆動力よりも大きい近位（引き戻し）方向における駆動力を提供することは、より伸びた位置で切刃１８が引っ掛かるのを防止するのに役立ち得る。さらに、このことはまた、揺動毎に切刃１８が最終的にホーム位置により近づくように、近位（引き戻し）方向における力にバイアスをかけるのを支援し得る。

工程３０４で第２信号が受信されると、切刃１８は、ホーム位置又はその完全に動作可能な位置のうちの１つに受け入れられ、切刃１８が組織から解放されたことを示す。そのため、切刃揺動は、第２信号が受信された場合に工程３０６で終了させられる。第２信号が工程３０４で受信されない場合、揺動の工程３００及び３０２は、工程３０８で最大揺動サイクル数となるまで、所定のサイクル数だけ実行される。最大揺動サイクル数になると、切刃１８がまだ引っ掛かっていることを示し、工程３１０において、切刃揺動動作が終了する。この時点では、ユーザ（例えば外科医）は、患者から手術器具１００の全体を取り除こうと試みてもよく、且つ／或いは、切刃をその引っ掛かり状態から取り除こうとする試みのための別の処置（例えば、外科医側コンソール２０００での入力を使用すること）を実施しようと試みてもよい。

切刃１８の揺動動作は、図４〜図９を参照して図示され且つ説明された内蔵モータ２２及び駆動システム３０を用いて実行され得る。典型的な実施例では、モータ２２は、少なくとも約３０ｍｓ（例えば約１２５ｍｓ）にわたって切刃１８を遠位側に駆動し、約１００ｍｓにわたり遠位位置で切刃１８を保持し、そして、少なくとも約３０ｍｓ（例えば約１２５ｍｓ）にわたって切刃１８を近位側に駆動するよう作動させられ得る。例えば、合計サイクル時間は、例えば約３５０ｍｓであってもよい。典型的な実施例では、モータ２２に適用される電圧は、切刃１８を遠位方向に前進させるべく駆動コンポーネント６０を作動させるため、約２．５Ｖから約８Ｖの範囲（例えば約６．５Ｖから約８Ｖの範囲）となり得る。典型的な実施例では、モータ２２に適用される電圧は、切刃１８を近位方向に引き戻すべく駆動コンポーネント６０を作動させるため、約２．５Ｖから約８Ｖの範囲（例えば約６．５Ｖから約８Ｖの範囲）となり得る。

当業者は、図１０及び図１１を参照して示され且つ説明された工程が、引っ掛かったコンポーネント（例えば切刃１８）を解放すべくエンドエフェクタを動かすための原動力を提供する機構としての伝達機構における内蔵モータの使用に限定されることはなく、また、同じ工程が、エンドエフェクタの動きを制御するために伝達機構とインタフェースをとるサーボアクチュエータと共に用いられてもよいことを十分に理解するであろう。さらに、図１０及び図１１の工程は、例えば、外科用ステープラ等の他の平行移動する切断機構を採用する手術器具、及び／又は、外科的処置を実施する場合に１つの位置から別の位置への移動中に引っ掛かり得る他の平行移動する機構を採用する手術器具を含む、本書で示され且つ詳細に説明された特定の実施例以外の構成を有する種々の手術器具で実施されてもよい。また、開示された方法及びシステムは、切刃の故障状態を検出することに限定されるものではなく、自動的な動作を実行するための時間を監視し、且つ、システムにおける故障を検出するための監視時間内で動作の開始と動作の終了とを検出することによって、種々の外科的処置のために実施され得る。

当業者は、上述のエンドエフェクタコンポーネントの位置の検出が、位置を検出するリミットスイッチを用いることに限定されることはなく、例えば光学センサ、エンコーダ、ホールセンサ等の種々のコンポーネントの任意のものが、故障状態判定を実行すべくエンドエフェクタコンポーネントの位置を検出するために使用され得ることを十分に理解するであろう。

本書で説明された種々の動作方法を含む典型的な実施例は、保存、読み出し、処理、及び／若しくはデータ出力が可能で、且つ／或いは、他のコンピュータと通信できる（非限定的な例としての）任意のコンピュータ等のコンピュータハードウェア（コンピュータ装置）及び／又はソフトウェアの形で実装され得る。生成された結果は、コンピュータハードウェアのディスプレイに表示され得る。本開示の種々の典型的な実施例にしたがった種々の応答及び信号処理に影響を及ぼすアルゴリズムを含む１又は複数のプログラム／ソフトウェアは、プロセッサ５０によって、或いは、電子機器／制御コンソール３０００と協働して実行され得る。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体及び／又は記憶媒体を含むコンピュータが読み取り可能な媒体に記録されてもよい。コンピュータが読み取り可能な記録媒体の例は、磁気記録装置、光学ディスク、磁気光学ディスク、及び／又は半導体メモリ（例えばＲＡＭ、ＲＯＭ等）を含む。磁気記録装置の例は、ハードディスクデバイス（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、及び磁気テープ（ＭＴ）を含む。光学ディスクの例は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc-Read Only Memory)、及びＣＤ−Ｒ(Recordable)／ＲＷを含む。

上述のように、種々の典型的な実施例にしたがった方法及びシステムは、手術器具の近位端にある伝達機構を介して作動されるコンポーネントを介して多くの外科的処置を実行するように構成されるエンドエフェクタを有する手術器具と共に使用され得る。典型的な実施例では、上述のように、エンドエフェクタは、例えば、２０１１年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４４，４００号と２０１１年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／４９１，７１９号に対する優先権の利益を主張する２０１２年２月１７日に出願された“FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS”というタイトルの米国特許出願第１３／３９９，３９１号に示され且つ記載されるような複合型の融合・把持・切断用エンドエフェクタであってもよい。なお、それらの開示内容は全て参照により本書に援用される。

さらなる変形例及び代替の実施例は、本書の開示を考慮することで、当業者にとって明らかとなる。例えば、それらシステム及び方法は、動作の明確化のために図及び記載から省略された追加的な構成要素又はステップを含み得る。したがって、ここでの記載は、例示的なものと解釈されるべきであり、また、本教示を実施する際の一般的な方法を当業者に教示することを目的とする。本書で示され且つ説明された種々の実施例が例示的なものであることが理解されるべきである。要素及び物質、並びに、それら要素及び物質の配置は、本書で図解され且つ説明されたものを代替でき、部品及びプロセスは逆にされてもよく、また、本教示の特定の特徴は独立して利用されてもよい。それら全ては、本書の記載の助けを借りた後で、当業者にとって明らかとなる。本教示及び以下の請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、本書に記載された要素に対して変更が行われ得る。

当然ながら、本書で説明された具体例及び実施例は非限定的なものであり、構造、寸法、材料、及び手順に対する変更は、本教示の範囲を逸脱することなく行われ得る。例えば、手術用ロボットシステムで使用される器具との関連で、種々の態様が説明された。しかしながら、これらの態様は、携帯型の器具に組み込まれてもよい。

本開示にしたがった他の実施例は、明細書の考慮及び本書で開示された発明の実施から当業者にとって明らかである。明細書及び実施例は例示的なものとされ、真の範囲及び精神は以下の請求項によって示されることを意図する。

Claims

エンドエフェクタを含む手術器具を制御する方法であって、
手術器具のエンドエフェクタコンポーネントが第１位置と第２位置との間に位置付けられていることを示す第１信号を検出すること、及び
前記第１信号を検出した後の所定時間内に第２信号が受信されなかった後で前記エンドエフェクタコンポーネントの動きを自動的に制御すること、を含み、
前記第２信号は、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置又は前記第２位置のうちの１つにあることを示す、
方法。
前記エンドエフェクタコンポーネントの動きを自動的に制御することは、前記エンドエフェクタコンポーネントに揺動駆動力を伝えることを含む、
請求項１に記載の方法。
前記揺動駆動力を伝えることは、揺動の第２方向におけるよりも揺動の第１方向において高い方向性のある駆動力を伝えることを含む、
請求項２に記載の方法。
前記第１方向は前記手術器具の近位方向に向かい、前記第２方向は前記手術器具の遠位方向に向かう、
請求項３に記載の方法。
前記揺動駆動力を伝えることは、所定数の揺動サイクルにわたって前記揺動駆動力を伝えることを含む、
請求項２に記載の方法。
前記エンドエフェクタコンポーネントの動きを自動的に制御することは、前記所定数の揺動サイクルにわたって前記揺動駆動力を伝えた後で前記手術器具の近位方向に前記エンドエフェクタコンポーネントを動かすための方向性のある駆動力を伝えることをさらに含む、
請求項５に記載の方法。
前記手術器具は、対向する顎コンポーネントを有するエンドエフェクタを含み、
当該方法は、前記所定時間内に前記第２信号が受信されなかった後で前記対向する顎コンポーネントを所定量だけ自動的に開くことをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
前記所定時間内に前記第２信号が受信されなかった後で前記エンドエフェクタコンポーネントの故障状態を示すフィードバックをユーザに出力することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
前記フィードバックを出力することは、視覚及び聴覚フィードバックのうちの少なくとも１つを出力することを含む、
請求項８に記載の方法。
前記所定時間は、少なくとも、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置から前記第２位置に動き、そして前記第１位置に戻るまでの時間である、
請求項１に記載の方法。
前記所定時間は、少なくとも、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置から前記第２位置に動くのに必要な時間である、
請求項１に記載の方法。
前記所定時間は、少なくとも、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第２位置から前記第１位置に動くのに必要な時間である、
請求項１に記載の方法。
前記第１信号及び前記第２信号は、前記エンドエフェクタコンポーネントの位置に基づいて、２つの状態の間で作動するリミットスイッチによって生成される、
請求項１に記載の方法。
前記リミットスイッチは、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置と前記第２位置との間を動いている場合に第１状態にあり、
前記リミットスイッチは、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置又は前記第２位置の一方にある場合に第２状態にある、
請求項１３に記載の方法。
手術器具の故障状態を検出するシステムであって、
第１位置と第２位置の間を動くように構成されるエンドエフェクタコンポーネントを含む手術器具、及び、
前記手術器具と信号通信するコントローラであり、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置と前記第２位置との間に位置付けられていることを示す第１信号を検出し、且つ、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置又は前記第２位置の一方にあることを示す第２信号を検出するよう構成されるコントローラ、を含み、
前記コントローラは、さらに、前記コントローラが前記第１信号を検出した後の所定時間内に前記第２信号が受信されなかった後で前記エンドエフェクタコンポーネントを制御するために制御信号を送信するよう構成される、
システム。
前記制御信号は、前記エンドエフェクタコンポーネントに揺動駆動力を受けさせるように構成される、
請求項１５に記載のシステム。
前記揺動駆動力は、揺動の第２方向におけるよりも揺動の第１方向において高い、
請求項１６に記載のシステム。
前記第１方向は前記手術器具の近位方向にあり、前記第２方向は前記手術器具の遠位方向にある、
請求項１７に記載のシステム。
前記コントローラは、前記エンドエフェクタコンポーネントに所定サイクル数にわたって揺動力を受けさせるように構成される、
請求項１６に記載のシステム。
前記コントローラは、所定サイクル数にわたって前記エンドエフェクタコンポーネントに前記揺動力を受けさせる前記手術器具の近位方向に前記エンドエフェクタコンポーネントを動かすための方向性のある駆動力を前記エンドエフェクタコンポーネントに受けさせる第２制御信号を送信するよう構成される、
請求項１９に記載のシステム。
前記コントローラが故障状態を検出した後で前記エンドエフェクタコンポーネントの故障状態を示すフィードバックを出力するように構成される出力ユニットをさらに含む、
請求項１５に記載のシステム。
前記所定時間は、少なくとも、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置から前記第２位置に動き、そして、前記第１位置に戻るための時間である、
請求項１５に記載のシステム。
前記所定時間は、少なくとも、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第１位置から前記第２位置に動くのに必要な時間である、
請求項１５に記載のシステム。
前記所定時間は、少なくとも、前記エンドエフェクタコンポーネントが前記第２位置から前記第１位置に動くのに必要な時間である、
請求項１５に記載のシステム。