JP2015211865A

JP2015211865A - 手術システム器具マニピュレータ

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Publication number: JP2015211865A
Application number: JP2015133881A
Authority: JP
Inventors: ソロモン，トッド; Solomon Todd; ジークーパー，トマス; G Cooper Thomas; ディオライティ，ニコラ; Diolaiti Nicola; エフデュヴァル，ユージーン; F Duval Eugene; ゴメズ，ダニエル; Gomez Daniel; イーホロップ，ロバート; E Holop Robert; ケイマクゴロガン，アンソニー; K Mcgrogan Anthony; アールラムスタッド，クレイグ; R Ramstad Craig; ダブリュロジャーズ，セオドアー; W Rogers Theodore
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: US20110282358A1; US20200000490A1; BR112012028465A2; EP3673857A1; KR20180008764A; JP6285064B2; US11684439B2; CN105852976A; US20110282359A1; JP5782114B2; KR102076823B1; BR112012028375B1; KR20180049252A; KR20130069662A; WO2011143024A1; WO2011143023A1; JP2013530738A; CN102892374A; US8852208B2; EP2568908B1

Abstract

【課題】器具マニピュレータ及び器具マニピュレータ（３４２）を有するロボット手術システムを提供する。
【解決手段】実施形態においては、器具マニピュレータは複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールを有し、複数のアクチュエータ駆動モジュールの各々はアクチュエータ出力部（４４２ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を有し、それらのアクチュエータ出力部の各々は、他のアクチュエータ出力からの力入力を伴わずに手術器具の対応するアクチュエータ入力部を独立して作動させる。器具マニピュレータは更に、複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールを収容するフレーム（５４２ｉ）を有し、フレームは遠位端を有し、アクチュエータ出力部の各々は、手術器具の対応するアクチュエータ入力部を係合するようにその遠位端から遠位方向に突き出ている。
【選択図】図３

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年５月１４日に出願された「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ」という名称の米国仮特許出願第６１／３３４，９７８号明細書の利益を主張し、該出願の全開示は、全ての目的のために、本明細書において参考により援用される。

本出願は、２００７年６月１３日に出願された米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書に関連し、該明細書は、全ての目的のために、本明細書において参考により援用される。米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書は、次の複数の米国仮特許出願の優先権の利益を主張していて、それらの米国仮特許出願の全てが、本明細書において参考により援用される。それらの米国仮特許出願は、Ｃｏｏｐｅｒ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｓｉｎｇｌｅｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍ２」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，０２８号明細書、Ｃｏｏｐｅｒによる２００６年６月１３日に出願された「Ｓｉｎｇｌｅｐｏｒｔｓｕｒｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ１」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，０２９号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙａｃｔｕａｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｔｒａｉｎ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，０３０号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｍｏｄｕｌａｒｃａｎｎｕｌａａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，０７５号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｔｏａｓｕｒｇｉｃａｌｓｉｔｅｗｉｔｈｍｉｎｉｍａｌｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｔｏｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１２５号明細書、Ｃｏｏｐｅｒによる２００６年６月１３日に出願された「Ｒｉｇｉｄｓｉｎｇｌｅｐｏｒｔｓｕｒｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１２６号明細書、Ｃｏｏｐｅｒ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｍｉｎｉｍｕｍｎｅｔｆｏｒｃｅａｃｔｕａｔｉｏｎ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１２９号明細書、Ｄｕｖａｌ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｓｉｄｅｗｏｒｋｉｎｇｔｏｏｌｓａｎｄｃａｍｅｒａ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１３１号明細書、Ｃｏｏｐｅｒによる２００６年６月１３日に出願された「Ｐａｓｓｉｎｇｃａｂｌｅｓｔｈｒｏｕｇｈｊｏｉｎｔｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１７２号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｈｏｌｌｏｗｓｍｏｏｔｈｌｙｂｅｎｄｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｊｏｉｎｔｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１７３号明細書、Ｍｏｈｒ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，１９８号明細書、Ｄｉｏｌａｉｔｉ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｓｅｎｓｏｒｙａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒｅｎｄｏｌｕｍｉｎａｌｒｏｂｏｔｓ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，２０７号明細書、及びＭｏｈｒ等による２００６年６月１３日に出願された「Ｃｏｎｃｅｐｔｆｏｒｓｉｎｇｌｅｐｏｒｔｌａｐａｒｏｓｃｏｐｉｃｓｕｒｇｅｒｙ」という名称の米国仮特許出願第６０／８１３，３２８号明細書である。

更に、本出願は、次の複数の継続中の米国特許出願明細書に関連し、それらの全てが、本明細書において参考により援用される。それらの米国特許出願明細書は、Ｍｏｈｒによる「Ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｓｓｕｅｆｏｒｓｉｎｇｌｅｐｏｒｔｅｎｔｒｙ，ｒｏｂｏｔｉｃａｌｌｙａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｄｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２１７号明細書、Ｍｏｈｒ等による「Ｂｒａｃｉｎｇｏｆｂｕｎｄｌｅｄｍｅｄｉｃａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒｓｉｎｇｌｅｐｏｒｔｅｎｔｒｙ，ｒｏｂｏｔｉｃａｌｌｙａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｄｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２２２号明細書、Ｓｃｈｅｎａによる「Ｅｘｔｅｎｄａｂｌｅｓｕｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｆｏｒｂｒａｓｉｎｇｍｅｄｉｃａｌｄｅｖｉｃｅｓｄｕｒｉｎｇｒｏｂｏｔｉｃａｌｌｙａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｄｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２３１号明細書、Ｄｉｏｌａｉｔｉ等による「Ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒｎｏｎ−ｉｄｅａｌａｃｔｕａｔｏｒ−ｔｏ−ｊｏｉｎｔｌｉｎｋａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎａｍｅｄｉｃａｌｒｏｂｏｔｉｃｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２３６号明細書、Ｃｏｏｐｅｒ等による「Ｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｃｔｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１８５号明細書、Ｃｏｏｐｅｒ等による「Ｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｃｔｕａｔｏｒ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１７２号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１６１号明細書、Ｃｏｏｐｅｒ等による「Ｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｃｔｕａｔｉｏｎ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１５８号明細書、Ｃｏｏｐｅｒによる「Ｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗｉｔｈｐａｒａｌｌｅｌｍｏｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１５４号明細書、Ｌａｒｋｉｎによる「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌａｐｐａｒａｔｕｓｗｉｔｈｓｉｄｅｅｘｉｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１４９号明細書、Ｌａｒｋｉｎによる「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌａｐｐａｒａｔｕｓｗｉｔｈｓｉｄｅｅｘｉｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１７０号明細書、Ｌａｒｋｉｎによる「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１４３号明細書、Ｃｏｏｐｅｒ等による「Ｓｉｄｅｌｏｏｋｉｎｇｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｓｓｅｍｂｌｙ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１３５号明細書、Ｃｏｏｐｅｒ等による「Ｓｉｄｅｌｏｏｋｉｎｇｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｓｓｅｍｂｌｙ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１３２号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による「Ｇｕｉｄｅｔｕｂｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１２７号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｇｕｉｄｅｔｕｂｅ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１２３号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｇｕｉｄｅｔｕｂｅ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１２０号明細書、Ｌａｒｋｉｎによる「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｒｅｔｒａｃｔｏｒｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１１８号明細書、Ｓｃｈｅｎａ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１１４号明細書、Ｄｕｖａｌ等による「Ｒｅｔｒｏｇｒａｄｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１１０号明細書、Ｄｕｖａｌ等による「Ｒｅｔｒｏｇｒａｄｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２０４号明細書、Ｌａｒｋｉｎによる「Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ／ｔｉｓｓｕｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２０２号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｅｒｙｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｓｓｅｍｂｌｙｗｉｔｈｒｅｄｕｃｅｄｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１８９号明細書、Ｌａｒｋｉｎ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１９１号明細書、Ｄｕｖａｌ等による「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，１９６号明細書、及びＤｉｏｌａｉｔｉによる「Ｍｉｎｉｍａｌｌｙｉｎｖａｓｉｖｅｓｕｒｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願第１１／７６２，２００号明細書である。

本出願はまた、複数の米国特許出願明細書に関連し、それらの全てが、本明細書において参考により援用される。それらの米国特許出願明細書は、米国特許出願第１２／１６３，０５１号明細書（「ＭｅｄｉｃａｌＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩｍａｇｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅｄＣａｍｅｒａＣｏｎｔｒｏｌＵｓｉｎｇＰａｒｔｉｔｉｏｎａｂｌｅＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌＭｏｄｅｓ」という名称であり、２００８年６月２７日付けで出願された）、米国特許出願第１２／１６３，０６９号明細書（「ＭｅｄｉｃａｌＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍＨａｖｉｎｇＥｎｔｒｙＧｕｉｄｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｉｐＶｅｌｏｃｉｔｙＬｉｍｉｔｉｎｇ」という名称であり、２００８年６月２７日付けで出願された）、米国特許出願第１２／４９４，６９５号明細書（「ＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＡｂｏｕｔＫｉｎｅｍａｔｉｃＳｉｎｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ」という名称であり、２００９年６月３０日付けで出願された）、米国特許出願第１２／５４１，９１３号明細書（「ＳｍｏｏｔｈＣｏｎｔｒｏｌｏｆａｎＡｒｔｉｃｕｌａｔｅｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｃｒｏｓｓＡｒｅａｓｗｉｔｈＤｉｆｆｅｒｅｎｔＷｏｒｋＳｐａｃｅＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称であり、２００９年８月１５日付けで出願された）、米国特許出願公開第１２／５７１，６７５号明細書（「ＬａｔｅｒａｌｌｙＦｅｎｅｓｔｒａｔｅｄＣａｎｎｕｌａ」という名称であり、２００９年１０月１日付けで出願された）、米国特許出願第１２／６１３，３２８号明細書（「ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｓｓｉｓｔｅｄＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆａｎＡｒｔｉｃｕｌａｔｅｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＤｕｒｉｎｇＭｏｖｅｍｅｎｔＩｎｔｏａｎｄＯｕｔＯｆａｎＥｎｔｒｙＧｕｉｄｅ」という名称であり、２００９年１１月５日付けで出願された）、米国特許出願第１２／６４５，３９１号明細書（「ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＷｒｉｓｔｗｉｔｈＣｙｃｌｏｉｄａｌＳｕｒｆａｃｅｓ」という名称であり、２００９年１２月２２日付けで出願された）、米国特許出願第１２／７０２，２００号明細書（「ＤｉｒｅｃｔＰｕｌｌＳｕｒｇｉｃａｌＧｒｉｐｐｅｒ」という名称であり、２０１０年２月８日付けで出願された）、米国特許出願第１２／７０４，６９９号明細書（「ＭｅｄｉｃａｌＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍＰｒｏｖｉｄｉｎｇＳｅｎｓｏｒｙＦｅｅｄｂａｃｋＩｎｄｉｃａｔｉｎｇａＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＢｅｔｗｅｅｎａＣｏｍｍａｎｄｅｄＳｔａｔｅａｎｄａＰｒｅｆｅｒｒｅｄＰｏｓｅｏｆａｎＡｒｔｉｃｕｌａｔｅｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」という名称であり、２０１０年２月１２日付けで出願された）、米国特許出願第１２／１６３，０８７号明細書（「ＭｅｄｉｃａｌＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍＰｒｏｖｉｄｉｎｇａｎＡｕｘｉｌｉａｒｙＶｉｅｗｏｆＡｒｔｉｃｕｌａｔａｂｌｅＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＥｘｔｅｎｄｉｎｇＯｕｔＯｆａＤｉｓｔａｌＥｎｄｏｆａｎＥｎｔｒｙＧｕｉｄｅ」という名称であり、２００８年６月２７日付けで出願された）、米国特許出願第１２／７８０，０７１号明細書（「ＭｅｄｉｃａｌＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣｏｕｐｌｅｄＣｏｎｔｒｏｌＭｏｄｅｓ」という名称であり、２０１０年５月１４日付けで出願された）、米国特許出願第１２／７８０，７４７号明細書（「ＣａｂｌｅＲｅ−ｏｒｄｅｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅ」という名称であり、２０１０年５月１４日付けで出願された）、米国特許出願第１２／７８０，７５８号明細書（「ＦｏｒｃｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒＲｏｂｏｔｉｃＳｕｒｇｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」という名称であり、２０１０年５月１４日付けで出願された）、米国特許出願第１２／７８０，７７３号明細書（「ＯｖｅｒｆｏｒｃｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍ」という名称であり、２０１０年５月１４日付けで出願された）、米国特許出願第１２／８３２，５８０号明細書（「ＳｈｅａｔｈｓｆｏｒＪｏｉｎｔｅｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ」という名称であり、２０１０年７月８日付けで出願された）、米国特許出願第１２／８５５，４９９号明細書（「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＳｔｅｒｉｌｅＤｒａｐｅ」（弁理士事件整理番号ＩＳＲＧ０２４３０／ＵＳ）という名称であり、２０１０年８月１２日付けで出願された）、米国特許出願第１２／８５５，４５２号明細書（「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭｏｕｎｔｉｎｇ」（弁理士事件整理番号ＩＳＲＧ０２４４０／ＵＳ）という名称であり、２０１０年８月１２日付けで出願された）、米国特許出願第１２／８５５，４８８号明細書（「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＥｎｔｒｙＧｕｉｄｅ」（弁理士事件整理番号ＩＳＲＧ０２４５０／ＵＳ）という名称であり、２０１０年８月１２日付けで出願された）、米国特許出願第１２／８５５，４３４号明細書（「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」（弁理士事件整理番号ＩＳＲＧ０２５５０／ＵＳ）という名称であり、２０１０年８月１２日付けで出願された）、米国特許出願第１２／８５５，４７５号明細書（「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＣｏｕｎｔｅｒｂａｌａｎｃｅ」（弁理士事件整理番号ＩＳＲＧ０２５６０／ＵＳ）という名称であり、２０１０年８月１２日付けで出願された）、及び米国特許出願第１２／８５５，４６１号明細書（「ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｔｅｒｉｌｅＡｄａｐｔｅｒ」（弁理士事件整理番号ＩＳＲＧ０２８２０／ＵＳ）という名称であり、２０１０年８月１２日付けで出願された）である。

本発明は、器具マニピュレータ及び器具マニピュレータを有するロボット手術システムに関する。

ロボット支援手術又は遠隔ロボット手術においては、医師は典型的には、患者から遠隔的であることが可能である場所から（例えば、手術室の向かい側で、異なる部屋で、又は患者の建物と全く異なる建物で）手術部位における手術用器具の動きを遠隔的に制御するように、マスターコントローラを操作する。マスターコントローラは通常、手術部位でそれらの手術器具をジョイント運動させるためのサーボモータにより手術器具に結合された１つ又はそれ以上の手入力装置、例えば、ジョイスティック、外骨格グラブ等を有する。サーボモータは典型的には、患者の腹部などの体腔内に対して外套管を通して又は切開手術部位に対して直接導入された手術用器具を支持して、制御する電気機械装置又は手術用マニピュレータ（スレーブ）の一部である。手術中、手術用マニピュレータは、例えば、針を保持する又は駆動する、血管をつかむ、若しくは組織を解剖する、焼灼する又は凝固させる手術のための種々の機能を各々実行する、例えば、組織把持器、針ドライバ、電気手術焼灼プローブなどの種々の手術用器具の機械的ジョイント運動及び制御を提供する。自由度（ＤＯＦ：ｄｅｇｒｅｅ（ｓ）ｏｆｆｒｅｅｄｏｍ）数は、遠隔ロボットシステムの姿勢／構成を一意に識別する独立変数の数である。複数のロボットマニピュレータは、（入力）ジョイント空間を（出力）直交空間に対してマッピングする運動学的連鎖であるため、自由度の概念は、それらの２つの空間の何れかにおいて表現されることが可能である。特に、ジョイントの自由度の組は、独立して制御されるジョイントすべてについてのジョイント変数の組である。一般化を犠牲にすることなく、ジョイントは、例えば、１つの並進（直動ジョイント）自由度又は回転（回転ジョイント）自由度を与える機構である。２以上の自由度の運動を与える何れかの機構は、運動学的モデル化の観点から、２つまたはそれ以上の別個のジョイントとみなされる。直交空間（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）の自由度の組は通常、所与の基準の直交空間フレームに対してエンドエフェクタ（または先端）フレームの位置及び方向を表す３つの並進（位置）変数（例えば、サージ、ヒーブ、スウェイ）により及び３つの回転（方位）変数（例えば、オイラー角又はロール／ピッチ／ヨー角）により表現される。

例えば、２つの独立した直交するレールに搭載されたエンドエフェクタを有する平面状機構は、それら２つのレール（直動自由度）により渡される領域内のｘ／ｙ位置を制御する能力を有する。エンドエフェクタがそれらのレールの面に対して垂直な軸の周囲を回転することが可能である場合、３つの出力自由度（エンドエフェクタのｘ／ｙ位置及び方位角）に対応する３つの入力自由度（２つのレール位置及びヨー角）が存在する。

そのフレームにおいて並進変数及び回転変数が独立して制御される、直交空間基準フレーム内の本体を表す非冗長直交空間自由度の数は６であり得るが、ジョイント自由度数は一般に、その機構及びタスク仕様の複雑性を考慮する設計自由度の結果である。従って、ジョイント自由度数は６より大きい、６に等しい又は６より小さいことが可能である。非冗長運動学的連鎖については、独立して制御されるジョイントの数は、エンドエフェクタフレームについての移動性の度合いと同じである。特定の数の直動及び回転ジョイント自由度については、エンドエフェクタフレームは、並進（ｘ／ｙ／ｚ位置）運動及び回転（ロール／ピッチ／ヨー方位角）運動の組み合わせに対応する直交空間における自由度数に等しい自由度数を有する（１重化構成の場合を除いて）。

入力自由度と出力自由度との間の違いは、冗長または“欠陥”運動学的連鎖（例えば、機械式マニピュレータ）を伴う状況下ではかなり重要である。特に、“欠陥”マニピュレータは、６より少ない独立して制御されるジョイントを有し、故に、エンドエフェクタの位置及び方位を十分に制御する能力を有しない。それに代えて、欠陥マニピュレータは、位置変数及び方位変数の部分集合のみを制御することに限定される。他方、冗長マニピュレータは６以上のジョイント自由度を有する。従って、冗長マニピュレータは、所望の６自由度のエンドエフェクタの姿勢を確立するように２つ以上のジョイント構成を使用することが可能である。換言すれば、追加の自由度が、まさにエンドエフェクタの位置及び方位を制御するばかりでなく、マニピュレータ自体の“形状”をも制御するように用いられることが可能である。運動学的自由度に加えて、顎部又ははさみの刃をつかむ回動レバーの運動などの他の自由度を有することが可能である。

遠隔操作による遠隔ロボット手術は、手術で必要な切開の大きさ及び数を低減することを可能にしてきていて、患者の回復を改善する一方、患者の外傷及び不快感を低減している。しかしながら、遠隔ロボット手術は、多くの新しい課題ももたらしてきている。患者に隣接するロボットマニピュレータは、患者側のスタッフにとって患者へのアクセスをときどき困難にし、特にシングルポート手術のために設計されたロボットについては、シングルポートへのアクセスは極めて重要である。例えば、医師は典型的には、処置中にかなり多くの数の異なる手術器具及びツールを用い、マニピュレータ及びシングルポートへのアクセスが容易であること及び器具交換が容易であることがかなり望まれている。

他の課題は、電気機械的手術用マニピュレータの一部が手術部位に隣接して位置付けられることからもたらされる。従って、外科手術用マニピュレータは、外科手術中、汚染されるようになり得、典型的には、外科手術と外科手術の間で廃棄または滅菌される。コストパフォーマンスの観点からは、装置を滅菌することが好ましい。しかしながら、モータをロボット制御する必要があるサーボモータ、センサ、エンコーダ及び電気的接続は典型的には、システム部品が滅菌処理中に損傷又は破壊されるために、従来の方法、例えば、蒸気、熱、圧力又は化学物質を用いて滅菌することができない。

無菌ドレープが、従来は外科手術用マニピュレータを覆うようにして用いられ、その無菌ドレープは、従来はアダプタ（例えば、手首ユニットアダプタ又はカニューレアダプタ）を無菌フィールドに入れる穴を有する。しかしながら、これは、不利であることに、各々の処置後にアダプタの取り外し及び滅菌を必要とし、またドレープの穴を通して汚染される可能性がかなり高い。

更に、マルチアーム手術用ロボットシステムのための現在の滅菌ドレープの設計を用いる場合、そのシステムの各々の個別のアームがドレープで覆われるが、そのような設計は特に、器具アクチュエータすべてが単独のスレーブマニピュレータにより一緒に移動されるときには、シングルポートシステムには適用可能でない。

従って、必要なものは、患者の手術部位において手術器具を遠隔操作するための改善された遠隔ロボットシステム、装置及び方法である。特に、そのようなシステム、装置及び方法は、コストパフォーマンスを改善するように、滅菌処理の必要性を最小化する一方、そのシステム及び手術を受ける患者を保護することも必要である。更に、そのようなシステム、装置及び方法は、外科手術処置中の器具交換の時間を最短化及びその困難性を最小化する一方、その器具とマニピュレータとの間に正確なインタフェースを提供するように設計される必要がある。更に、それらのシステム及び装置は、外科手術スタッフのためのエントリポートの周囲で最大有効の空間が与えられる一方、改善された運動範囲も与えられるように、フォームファクタを最小化する必要がある。更に、それらのシステム、装置及び方法は、シングルポートを通る複数の器具を組織化し、支持し、効率的に操作することができる一方、器具と他の装置との間の衝突を減少させることができるように、備えられる必要がある。

課題を解決しようとする手段

本発明は、遠隔ロボット外科手術のための改善された外科手術システム、装置及び方法を提供する。一特徴に従って、システム、装置及び方法は、正確でロバストなインタフェースを有するドレープで覆われた器具マニピュレータおよびマニピュレータアームの遠位端において少なくとも１つの遠隔操作される外科手術用器具を提供する一方、器具交換及び改善された器具の操作の容易性も提供し、各々の外科手術用器具は他の外科手術用器具からは独立して動作し、各々が直交空間で少なくとも６つの能動的に制御される自由度（即ち、サージ、ヒーブ、スウェイ、ロール、ピッチ、ヨー）を有するエンドエフェクタを有する。

一実施形態においては、器具マニピュレータは複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールを有し、それらの複数のアクチュエータ駆動モジュールの各々はアクチュエータ出力部を有し、アクチュエータ出力部の各々は、他のアクチュエータ出力部からの力入力を伴わずに手術用器具の対応するアクチュエータ入力部を独立して作動させる。器具マニピュレータは更に、複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールを収容するフレームを有し、そのフレームは遠位端を有し、その遠位端から、アクチュエータ出力部の各々は手術用器具の対応するアクチュエータ入力部を係合する（ｅｎｇａｇｉｎｇ）ために遠位に突き出ている。

他の実施形態においては、ロボット外科手術用システムは、当該ロボット外科手術用システムについての運動の遠隔中心を位置付けるためのセットアップリンクと、該セットアップリンクに動作可能に連結された近位リンクと、遠位リンクの遠位端において回転可能要素に動作可能に連結された上記の複数の器具マニピュレータとを有する。そのシステムは更に、複数の外科手術用機器を有し、各々の外科手術用機器は対応する器具マニピュレータに動作可能に連結されている。

以下の詳細な１つ又はそれ以上の実施形態を検討することにより、当業者は、本発明の実施形態をより十分に理解することができ、それらの実施形態のさらなる有利点を認識することもできる。参照のために図を添付しており、それらの添付図について簡単に説明する。

本発明の実施形態及びそれらの有利点については、以下の詳述説明により十分に理解できる。複数の図に示されている同じ要素には同じ参照番号を用いていることを理解する必要がある。図は必ずしもスケーリングして描かれてはいないことにも留意する必要がある。

本発明の実施形態に従った、無菌ドレープを有する遠隔外科手術用システムにおける患者側支持アセンブリの模式図である。本発明の実施形態に従った、無菌ドレープを有しない遠隔外科手術用システムにおける患者側支持アセンブリの模式図である。無菌ドレープ及び搭載された器具を有する遠隔外科手術用システムの実施形態の斜視図である。無菌ドレープが示されていない、図２Ａの遠隔外科手術用システムの側面図である。無菌ドレープが示されていない、図２Ａの遠隔外科手術用システムの平面図である。マニピュレータベースプラットフォーム、器具マニピュレータのクラスター及び搭載器具の実施形態を示す斜視図である。挿入軸に沿って伸張した器具マニピュレータを示す斜視図である。挿入軸に沿って収縮した器具マニピュレータを示す斜視図である。器具マニピュレータの遠位面に器具伝達機構の近位面を連結する支持フックの動作を示す図である。図５Ａ−１の断面図である。器具マニピュレータの遠位面に器具伝達機構の近位面を連結する支持フックの動作を示す図である。図５Ｂ−１の断面図である。外側のハウジングを有しない器具マニピュレータを示す図である。外側のハウジングを有しない器具マニピュレータを示す図である。外側のハウジングを有しない器具マニピュレータを示す図である。外側のハウジングを有しない器具マニピュレータを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータのグリップモジュールを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータのグリップモジュールを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータのジンバルアクチュエータモジュールを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータのジンバルアクチュエータモジュールを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータの伸張挿入軸を示す図である。器具マニピュレータに搭載する器具の近位部分の斜視図である。器具マニピュレータに搭載する器具の遠位部分の斜視図である。本発明の実施形態に従った器具に動作可能に連結された器具マニピュレータの断面図である。本発明の実施形態に従った収縮状態にある無菌ドレープの部分を示す斜視図である。本発明の実施形態に従った伸張状態にある無菌ドレープの部分を示す斜視図である。本発明の実施形態に従ったベースプラットフォームを有するマニピュレータアームの遠位端に搭載された回転無菌ドレープの断面図である。本発明の実施形態に従った伸張された無菌ドレープを示す斜視図である。本発明の実施形態に従った無菌アダプタを有する伸張した無菌ドレープの部分を示す図である。本発明の実施形態に従った組み立てられた無菌アダプタの斜視図である。本発明の実施形態に従った分解された無菌アダプタの斜視図である。本発明の実施形態に従ったロールアクチュエータインタフェースの拡大図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータの底方向からの斜視図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータの底面図である。本発明の実施形態に従った無菌アダプタに動作可能に連結された器具マニピュレータの底方向からの斜視図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ及び無菌アダプタを連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ及び無菌アダプタを連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ及び無菌アダプタを連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ及び無菌アダプタを連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ及び無菌アダプタを連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ及び無菌アダプタを連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った無菌アダプタに外科手術器具を連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った無菌アダプタに外科手術器具を連結するシーケンスを示す図である。本発明の実施形態に従った無菌アダプタに外科手術器具を連結するシーケンスを示す図である。係合の前の器具及び無菌アダプタの拡大斜視図である。係合の前の器具及び無菌アダプタの側面図である。収縮位置にある移動可能カニューレマウントの斜視図である。伸張位置にある移動可能カニューレマウントの斜視図である。本発明の実施形態に従ったカニューレクランプに搭載されたカニューレの前方からの斜視図である。本発明の実施形態に従ったカニューレクランプに搭載されたカニューレの後方からの斜視図である。カニューレのみの斜視図である。本発明の実施形態に従ったマニピュレータプラットフォームにおける器具マニピュレータに搭載された器具と組み合わされた図２１のカニューレ並びに図２３Ａ及び２３Ｂのエントリガイドの断面図である。図２２のエントリガイドの斜視図である。図２２のエントリガイドの平面図である。本発明の実施形態に従ったマニピュレータプラットフォームにおける器具マニピュレータに搭載された器具と組み合わされた他のカニューレ及び他のエントリガイドの断面図である。収縮位置にある他の移動可能カニューレ搭載アームの斜視図である。展開位置にある他の移動可能カニューレ搭載アームの斜視図である。他の実施形態に従ったカニューレの近位上部部分を示す図である。他の実施形態に従ったカニューレ搭載アームの遠位端のカニューレクランプを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。他の方向に位置付けられた器具マニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸を有する外科手術システムを示す図である。本発明の実施形態に従った最小侵襲性遠隔手術システムのための集中型運動制御システムを示す図である。本発明の実施形態に従った最小侵襲性遠隔手術システムのための分散型運動制御システムを示す図である。本発明の実施形態に従ったロボット手術システムのカウンターバランスリンクを示す図である。本発明の実施形態に従ったロボット手術システムのカウンターバランスリンクを示す図である。本発明の実施形態に従った外部ハウジングのないカウンターバランスリンクを示す図である。本発明の実施形態に従ったカウンターバランスリンクの遠位部分の底方向からの斜視図である。本発明の実施形態に従ったカウンターバランスリンクの遠位部分の断面図である。本発明の特徴に従ったエンドプラグのないカウンターバランスリンクの遠位部分の側面図である。本発明の特徴に従ったエンドプラグ線形ガイドの拡大斜視図である。本発明の特徴に従った調整ピンの斜視図である。本発明の特徴に従った線形ガイドに対してエンドプラグを移動させるための隣接ピンの運動範囲を示す断面図である。本発明の特徴に従った線形ガイドに対してエンドプラグを移動させるための隣接ピンの運動範囲を示す断面図である。本発明の特徴に従った線形ガイドに対してエンドプラグを移動させるための隣接ピンの運動範囲を示す断面図である。本発明の特徴に従ったカウンターバランス近位リンクの遠位端の方からの詳細を示す図である。本発明の特徴に従ったカウンターバランス近位リンクの遠位端の方からの詳細を示す図である。本発明の特徴に従ったカウンターバランス近位リンクの遠位端の方からの詳細を示す図である。

本明細書及び本発明の特徴及び実施形態を示す添付図は制限的であると捉えるべきではない。種々の機械的、構成的、構造的、電気的及び動作的変更が、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく行われることが可能である。一部の実施例においては、知られている回路、構造及び技術は、本発明を分かり難くしないように、詳細には記載及び図示されていない。２つ又はそれ以上の図における同じ参照番号は、同じ又は類似する要素を表している。

更に、本明細書の用語は、本発明を制限するように意図されていない。例えば、空間に関連する用語、例えば、“下に”、“下方に”、“より下に”、“より上に”、“上方に”、“近位に”、“遠位に”などは、図に示しているように他の要素又は特徴に対する１つの要素又は特徴の関連性を表すように用いられ得る。それらの空間に関連する用語は、図に示している位置及び方位に加えて、使用中の又は動作中の装置の異なる位置及び方位を含むように意図されている。例えば、図中の装置が入れ替えられる場合、他の要素又は特徴の“下方に”又は“下に”あるとして表される要素又は特徴は、その場合、他の要素又は特徴の“上方に”又は“上に”ある。従って、例示としての用語“下方に”は、“上方に”及び“下方に”の位置及び方位の両方を含み得る。装置はまた、方位付けられる（９０°又は他の方位に回転される）ことが可能であり、本明細書で用いられている空間に関連する記述子は、それに応じて解釈される。同様に、種々の軸に沿った又は種々の軸の周囲の運動の記述は、種々の特定の装置の位置及び方位を含む。更に、単数表現は、そのコンテキストが別のように示していない限り、複数形も含むように意図されている。用語“から構成される”、“から成る”、“を有する”などの用語は、記載されている特徴、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素を特定するが、１つ又はそれ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在又は付加を排除しない。組み合わされて表現されている複数の構成要素は、電気的に又は機械的に直接結合されることが可能であり、又は、それらは、１つ又はそれ以上の中間構成要素を介して間接的に結合されることが可能である。

一実施例においては、用語“近位の”又は“近位に”は一般に、システム動作の運動学的連鎖に沿った運動の遠隔中心（又は外科手術部位）から遠く離れた、又はシステム動作の運動学的連鎖に沿ったマニピュレータアームベースに近接するオブジェクト又は要素を表現するように用いられる。同様に、用語“遠位の”又は“遠位に”は一般に、システム動作の運動学的連鎖に沿った運動の遠隔中心（又は外科手術部位）に近接する、又はシステム動作の運動学的連鎖に沿ったマニピュレータアームベースから遠く離れたオブジェクト又は要素を表現するように用いられる。

ロボットスレーブ装置を制御し、作業部位で作業を実行するように、マスター装置でオペレータの入力を用いることが知られている。そのようなシステムは、遠隔オペレーションシステム、遠隔操作システム又は遠隔ロボットシステムなど、種々呼称されている。一種類の遠隔操作システムは作業部位に存在する認知をオペレータに与え、そのようなシステムは、例えば、テレプレゼンスシステムと呼ばれている。米国カリフォルニア州サニーベール市のＩｎｔｕｉｔｉｖｅＳｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ．により商品化されているｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）外科手術システムは、テレプレゼンスを有する遠隔操作システムの例である。そのような外科手術システムのためのテレプレセンスの基本については、米国特許第６，５７４，３５５号明細書（２００１年５月２１日出願）に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。遠隔操作外科手術システム（テレプレゼンスの特徴の有無に拘わらず）は遠隔外科手術システムと称せられる。

種々の特徴及び例示としての実施形態について下記の図及び記載を繰り返すことを回避するように、多くの特徴は多くの側面及び実施形態に対して共通であることが理解される必要がある。記載又は図における側面の省略は、その側面が、その側面を組み込む実施形態から欠けていることを意味するものではない。そうではなく、そのような側面は、明確さのために及び冗漫な記載を回避するように、省略され得るものである。従って、１つの図示されている及び／又は記載されている実施形態を参照して記載している側面は、そうすることが実行不可能でない場合には、図示されている及び／又は記載されている他の実施形態と共に存在する並びにそれらに適用されることが可能である。

従って、複数の一般的な側面は下記の種々の記載に適用される。種々の外科手術用器具、ガイドチューブ及び器具アセンブリが本明細書において適用可能であり、それらについては、米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書（２００７年６月１３日出願、米国特許出願公開第２００８／００６５１０５Ａ１号明細書）にさらに記載されていて、それは本明細書において参考により援用される。外科手術用器具のみで、若しくはガイドチューブ、複数の器具及び／又は複数のガイドチューブのアセンブリが、本明細書で適用可能である。従って、種々の外科手術用器具が利用可能であり、各々の外科手術用器具は他の器具から独立して動作し、各々はエンドエフェクタを有する。一部の実施例においては、エンドエフェクタは、患者における単独のエントリポートを介して、直交空間で能動的に制御される少なくとも６自由度（すなわち、サージ、ヒーブ、スウェイ、ロール、ピッチ、ヨー）を有して、動作する。付加的なエンドエフェクタの１又はそれ以上の自由度が、例えば、把持器具又はせん断器具におけるエンドエフェクタの顎運動に適用されることが可能である。

例えば、少なくとも１つの外科手術エンドエフェクタが、複数の図に示されている又は表現されている。エンドエフェクタは、特定の外科手術機能（例えば、鉗子／把持器、持針器、はさみ、電気メスフック、ステープラ、クリップアプライヤ／レムーバなど）を実行する最小侵襲性外科手術器具又はアセンブリの部品である。多くのエンドエフェクタ自体は１自由度（例えば、開く及び閉じる把持器）を有する。エンドエフェクタは、例えば、“手首”型機構などの付加的な１又はそれ以上の自由度を提供する機構を有する外科手術器具本体に連結されることが可能である。そのような機構の例は、米国特許第６，３７１，９５２号明細書（１９９９年６月２８日出願、Ｍａｄｈａｎｉ等による）及び米国特許第６，８１７，９７４号明細書（２００２年６月２８日出願、Ｃｏｏｐｅｒ等による）に示されていて、それらの両方は本明細書において参考により援用され、ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓのための８ｍｍ及び５ｍｍの器具の両方で用いられる種々のＩｎｔｕｉｔｉｖｅＳｕｒｇｉｃａｌ、Ｉｎｃ．のＥｎｄｏｗｒｉｓｔ（登録商標）機構として知られている。本明細書で記載している外科手術器具はエンドエフェクタを有するが、一部の特徴においては、エンドエフェクタは省略され得ることが理解される必要がある。例えば、器具本体シャフトのブラント遠位先端は、組織を収縮するように用いられることが可能である。他の例としては、吸引動作又は灌注動作が、本体シャフト又は手首機構の遠位先端に存在し得る。それらの特徴においては、エンドエフェクタを位置決め及び方向付けするという記載は、エンドエフェクタを有しない外科手術用器具の先端を位置決め及び方向付けすることを含むと、理解される必要がある。例えば、エンドエフェクタの先端のための基準フレームに対応する記載は、エンドエフェクタを有しない外科手術用器具の先端の基準フレームを有するように、読み取られる必要がある。

本明細書全体に亘って、エンドエフェクタが図示又は記載されている（その装置は“カメラ器具”とみなされ得る）ところであればどこでも、モノ（ｍｏｎｏ）又は立体撮像システム／画像取り込み部品／カメラ装置は、器具の遠位端に位置することが可能であり、又は、何れかのガイドチューブ又は他の器具アセンブリ要素の近位に又は遠位端に位置することが可能である。従って、本明細書で用いている用語“撮像システム”などは、記載されている特徴及び実施形態の範囲内で、画像取り込み部品、並びに関連する回路及びハードウェアと画像取り込み部品の組み合わせの両方を含むように広く解釈される必要がある。そのような内視鏡撮像システム（例えば、可視光、赤外線、超音波など）は、身体の外部に対して有線又は無線接続を介して取り込まれた画像データを中継する、遠位に位置付けられた画像検知チップ及び関連回路を有するシステムを有する。そのような内視鏡撮像システムは、身体の外側で取り込まれた画像を中継するシステムも有する（例えば、ロッドレンズ又は光ファイバを用いることにより）。一部の器具又は器具アセンブリにおいては、直視光学系（内視鏡画像が接眼部で直視される）を用いることが可能である。遠位に位置付けられた半導体立体撮像システムの例については、米国特許出願第１１／６１４，６６１号明細書（“ＳｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃＥｎｄｓｃｏｐｅ”という名称で、Ｓｈａｆｅｒ等によるものであり、２００６年１２月２１日に出願された）に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。知られている内視鏡撮像システムの構成要素、例えば、電気的照明接続及び光ファイバ照明接続は、明確化のために、省略する又は象徴的に表される。内視鏡撮像のための照明は典型的には、単独の照明ポートで図中に表される。そのような表現は例示であることが、理解される必要がある。照明ポートの大きさ、位置及び数は変更し得る。照明ポートは典型的には、濃い影を最小化するように、撮像開口の複数の側部に配列される、又は撮像開口を完全に取り囲む。

本明細書においては、外科手術用器具又はガイドチューブが患者の組織をこすらないように、カニューレが典型的に用いられる。カニューレは、切開及び自然開口の両方で用いられ得る。器具又はガイドチューブが挿入（長手方向）軸に対して頻繁に平行移動又は回転しない状況下では、カニューレを用いなくてもよい。送気を必要とする状況下では、カニューレは、器具又はガイドチューブを過ぎての過剰な送気ガスのリークを回避するように、シールを有することが可能である。手術部位で送気ガスを必要とする送気及び手順を支援するカニューレアセンブリの例については、米国特許出願第１２／７０５，４３９号明細書（“ＥｎｔｒｙＧｕｉｄｅｆｏｒＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｉｎａＳｉｎｇｌｅＰｏｒｔＳｙｓｔｅｍ”という名称で、２０１０年２月１２日に出願された）に記載されていて、該出願の全開示は、全ての目的のために、本明細書において参考により援用される。送気を必要としない胸部の外科手術については、カニューレのシールは含まれなくてよく、しかも、器具又はガイドチューブの挿入軸の動きが最小である場合、カニューレ自体、含まれなくてよい。固いガイドチューブが、該ガイドチューブに対して挿入される器具のための一部の構成においては、カニューレとして機能し得る。カニューレ及びガイドチューブは、例えば、スチール又は押し出しプラスチックから成ることが可能である。スチールより安価なプラスチックは、一回使用のために適切である。

フレキシブルな外科手術器具及びガイドチューブの種々の例及びアセンブリについては、上記の米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書に図示され且つ記載されている。この文献に記載されているそのようなフレキシビリティは、種々の方法で達成される。例えば、器具又はガイドチューブのセグメントは、連続的に曲がったフレキシブルな構造、例えば、螺旋巻き状コイル又は種々の除去部分（例えば、引目状切り口）を有するチューブに基づく構造であることが可能である。又は、そのフレキシブルな部分は、へびの様相を呈する連続的に曲げられた構造を提供する、一連の短く、枢動可能に接続されるセグメント（椎骨状のもの）から成ることが可能である。器具及びガイドチューブの構造については、米国特許出願公開第２００４／０１３８７００号明細書（Ｃｏｏｐｅｒ等によるものであり、２００３年１２月２日に出願された）に記載されていて、それは本明細書において参考により援用される。明確化のために、その文献における図及び関連の記載は一般に、近位（伝達機構に近く、手術部位から遠い）及び遠位（伝達機構から遠く、手術部位に近い）と称せられる、器具及びガイドチューブの２つのセグメントのみを表している。器具及びガイドチューブは３つ又はそれ以上のセグメントに分割され得、各々のセグメントは固い、受動的にフレキシブルである、又は能動的にフレキシブルである。遠位のセグメント、近位のセグメント又は全体的な機構についての上記のフレキシビリティ及び曲げ性は、明確化のために省略されている中間セグメントにも適用可能である。例えば、近位セグメントと遠位セグメントとの間の中間セグメントは、単独曲線状に又は複合曲線状に曲がることが可能である。フレキシブルなセグメントは種々の長さであることが可能である。より小さい外側直径を有するセグメントは、より小さい最小の曲率半径を有することが可能である一方、より大きい外側直径を有するセグメントより曲げ性が大きい。ケーブルが制御されるシステムについては、許容できない高いケーブル摩擦又はケーブル結束が、最小の曲率半径及び曲げるときの全屈曲角度を制約する。ガイドチューブ（又は、何れかのジョイント）の最小の屈曲角度は、そのガイドチューブがねじれない、又は内側の外科手術用器具の機構のスムーズな動きを阻害するようなものである。フレキシブルな構成要素は、例えば、最大で、長さが略４フィートであり得、直径が略０．６インチであり得る。特定の機構のための、他の長さ及び直径（例えば、より短い、より小さい）並びにフレキシビリティの度合いは、その機構が設計された対象の生体組織により決定され得る。一部の実施例においては、器具又はガイドチューブの遠位セグメントのみがフレキシブルであり、近位セグメントは固い。他の実施例においては、患者の内部にある器具又はガイドチューブの全体的なセグメントがフレキシブルである。更に他の例においては、最遠位セグメントは固いことが可能であり、１つ又はそれ以上の他の近位セグメントはフレキシブルであることが可能である。それらのフレキシブルなセグメントは受動的に制御可能である、又は能動的に制御可能（操縦可能）である。そのような能動的制御は、例えば、複数の対向するケーブルの複数のセット（例えば、１つのセットは“ピッチ”を制御し、直交するセットは“ヨー”を制御し、３本のケーブルが類似する動作をするように用いられる）を用いて、行われ得る。他の制御要素、例えば、小さい電動アクチュエータ又は磁気アクチュエータ、形状記憶合金、電気活性ポリマー（人工筋肉）、空気圧又は油圧ベローズ又はピストンなどが用いられることが可能である。器具又はガイドチューブのセグメントが完全に又は一部が他のガイドチューブの内側にある実施例においては、受動的フレキシビリティ及び能動的フレキシビリティの種々の組み合わせが存在し得る。例えば、受動的フレキシブルガイドチューブの内側の能動的フレキシブル器具は、取り囲んでいるガイドチューブを撓めるのに十分な横方向の力を作用させ得る。同様に、能動的フレキシブルガイドチューブは、その内側の受動的フレキシブル器具を撓め得る。ガイドチューブ及び器具の能動的フレキシブルセグメントは協調して作用し得る。フレキシブルな器具及びガイドチューブ並びに固い器具及びガイドチューブの両方については、長手方向中心軸から離れて位置付けられた制御ケーブルは、種々の設計におけるコンプライアンス考慮に応じて、長手方向中心軸に近接して位置付けられたケーブルに対して機械的アドバンテージを与え得る。

フレキシブルなセグメントのコンプライアンス（剛性）は、略完全な弛緩性（わずかな内部摩擦は存在する）から実質的な硬性まで変わり得る。一部の特徴においては、そのコンプライアンスは制御可能である。例えば、器具又はガイドチューブのフレキシブルなセグメントの一部又は全部は実質的に（即ち、効果的にではあるが究極的にではなく）固い（セグメントは“剛体化可能”又は“ロック可能”である）。ロック可能なセグメントは、直線形、単純曲線状又は複合曲線状にロックされることが可能である。ロッキングは、隣接する椎骨形状構造が動かなくなる摩擦をもたらすのに十分である器具又はガイドチューブに沿って長手方向に移動する１つ又はそれ以上のケーブルに張力を加えることにより、達成され得る。１つのケーブル又は複数のケーブルが、各々の椎骨形状構造における大きい、中央の穴を通って移動することが可能であり、又は、椎骨形状構造の外周近傍の小さい穴を通って移動することが可能である。それに代えて、１つ又はそれ以上の制御ケーブルを動かす１つ又はそれ以上のモータの駆動要素が、適切な位置にケーブルを保持し、それにより器具又はガイドチューブが移動しないようにし、故に、適切な位置に椎骨状構造をロックするように、適切な位置に穏やかにロックされることが可能である（例えば、サーボ制御により）。適切な位置へのモータ駆動要素の保持は、適切な位置に他の移動可能な器具及びガイドチューブの構成要素も効果的に保持するように、なされ得る。サーボ制御下での剛性は、効果的であるが、ジョイントに直接位置付けられるブレーキ、例えば、適切な位置に能動的セットアップジョイントを保持するように用いられるブレーキにより得られる剛性より一般に小さいことを、理解する必要がある。ケーブルの剛性は一般に、サーボシステムの又はブレーキが掛けられたジョイントの剛性より小さいために、支配する。

一部の状況下では、フレキシブルなセグメントのコンプライアンスは、弛緩性状態と硬性状態との間で連続的に変えられ得る。例えば、ロッキングケーブルの張力は、剛性を高くするように、しかし、硬性状態でフレキシブルなセグメントをロッキングすることなく、大きくされることが可能である。そのような中間的なコンプライアンスは、手術部位からの反応力によりもたらされる動きのために生じ得る組織の外傷を低減しつつ、遠隔手術動作を可能にする。フレキシブルなセグメントに組み込まれる適切な曲げセンサは、遠隔手術システムが器具及び／又はガイドチューブの位置を、それが曲がるときに、決定することを可能にする。米国特許出願公開第２００６／００１３５２３号明細書（Ｃｈｉｌｄｅｒｓ等によるものであり、２００５年７月１３日に出願された）には、光ファイバ位置形状検知装置及び方法について開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。米国特許出願公開第１１／４９１，３８４号明細書（Ｌａｒｋｉｎ等によるものであり、２００６年７月２０日に出願された）には、そのようなセグメント及びフレキシブルな装置の制御で用いられる光ファイバ曲げセンサ（例えば、ファイバブラッグ格子）について開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。

本明細書で記載している最小侵襲性器具アセンブリ、器具、エンドエフェクタ及びマニピュレータアーム構成の特徴を制御する外科医の入力は一般に、直感的なカメラ基準の制御インタフェースを用いて行われる。例えば、ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍは、そのような制御インタフェースを有する外科医用コンソールを有し、その制御インタフェースは、本明細書で記載している特徴を制御するように改善されることが可能である。外科医は、例えば、スレーブ器具アセンブリ及び器具を制御する６自由度を有する１つ又はそれ以上のマスターマニュアル入力機構を操作する。それらの入力機構は、１つ又はそれ以上のエンドエフェクタの自由度（例えば、把持顎部を閉じる）を制御する指操作把持器を有する。直感的な制御は、外科医の入力機構及び画像出力ディスプレイの位置との、エンドエフェクタ及び内視鏡撮像システムの相対的位置を方位付けることにより、与えられる。この方位付けは、実質的に実際にその場にいて手術作業部位を見ているかのように、入力機構及びエンドエフェクタ制御を外科医が操作することを可能にする。このような遠隔操作において実際にその場にいるかのようなことは、外科医が、手術部位を直接見て作業しているオペレータの透視のように現れる透視からの画像を見ることを意味する。米国特許第６，６７１，５８１号明細書（Ｎｉｅｍｅｙｅｒ等によるものであり、２００２年６月５日に出願された）には、最小侵襲性手術装置におけるカメラ基準の制御に関する更なる情報が開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。

シングルポート外科手術システム
ここで図１Ａ及び１Ｂを参照するに、本明細書で記載されている最小侵襲性外科手術用器具、器具アセンブリ、操作システム及び制御システムの特徴を用いるロボット支援（遠隔操作）最小侵襲性外科手術システムの特徴の例示である側面図及び正面図が示されている。主な３つの構成要素は、内視鏡撮像システム１０２、外科医用コンソール１０４（マスター）及び患者側サポートシステム１００（スレーブ）であり、それらのすべてが、図示されている有線接続（電気的又は光学的）又は無線接続１０６により相互接続されている。１つ又はそれ以上の電子データプロセッサは、システムの機能を備えるようにそれら主要な構成要素において様々に設置されることが可能である。その例については、上記の米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書に開示されている。破線で示されている殺菌ドレープ１０００は、外科手術手順中に殺菌フィールドを維持する一方、器具とその器具に関連するマニピュレータとの間を正確なインタフェースで連結して効率的で簡単な器具交換を提供するように、患者側サポートシステム１００の少なくとも一部を有利に覆う。

撮像システム１０２は、例えば、取り込まれた手術部位の内視鏡撮像データ及び／又は患者の外部の他の撮像システムからの透視又はリアルタイム画像データに関して画像処理機能を実行する。撮像システム１０２は、処理画像データ（例えば、手術部位の画像並びに関連制御情報及び患者情報）を外科医に対して外科医用コンソール１０４において出力する。一部の特徴においては、処理画像データは、他の操作室の担当者に可視的なオプションの外部モニタに、又はその操作室から遠く離れた１つ又はそれ以上の場所（例えば、他の場所の外科医が映像をモニタすることが可能であり、ライブ映像がトレーニングなどのために使用可能である）に、出力される。

外科医用コンソール１０４は、例えば、外科医が、本明細書で記載している、外科手術器具、ガイドチューブ及び撮像システム（スレーブ）装置を操作することを可能にする、複数自由度を有する機械入力（マスター）装置を有する。それらの入力装置は、一部の特徴において、器具及び器具アセンブリ構成要素から外科医への触覚フィードバックを提供することが可能である。コンソール１０４は、表示スクリーンの後／下での外科医の手作業に対応する距離で、ディスプレイ上に画像が一般にフォーカシングされるように、位置付けられた立体映像出力ディスプレイも有する。それらの特徴については、米国特許第６，６７１，５８１号明細書に詳しく記載されていて、それは本明細書において参考により援用される。

挿入中の制御は、例えば、マスターの一方又は両方を用いて画像を仮想的に移動させる外科医により行われ得、その外科医は、左右に画像を動かし、彼女自身の方にその画像を引き寄せるようにマスターを使用し、従って、出力表示における固定された中心点の方に操縦し、患者の内部に進むように、撮像システム及び関連器具アセンブリに指令するように、それらのマスターを用いる。一特徴においては、カメラコンソールは、マスターハンドルが移動されるのと同じ方向に画像が移動するようにマスターを画像に対して固定する印象を与えるように、設計されている。この設計は、外科医がカメラコンソールから抜け出るときに器具を制御する正確な位置にマスターがあるようにし、従って、器具制御を開始又は再開する前の位置にクラッチ操作する（外す）、動かす及びクラッチ解除する（関与させる）必要性を回避する。一部の特徴においては、マスターの位置は、大きいマスター作業空間を用いることを避けるように、挿入速度に比例するようにされ得る。それに代えて、外科医は、挿入のためにラチェット動作を用いるように、マスターをクラッチ操作する及びクラッチ解除することが可能である。一部の特徴においては、挿入は手動で制御され（例えば、手動式ホイールにより）、更には、自動挿入（例えば、サーボモータ駆動ローラー）が、外科手術用器具アセンブリの遠位端が手術部位の近傍にあるときに行われる。挿入軌跡のために利用可能な患者の解剖学的構造及び空間の手術前画像データ又はリアルタイム画像データ（例えば、ＭＲＩデータ、Ｘ線データ）が、挿入を支援するように用いられることが可能である。

患者側サポートシステム１００は、床置き式ベース１０８、又は破線で示されている天井付けベース１１０を有する。そのベースは移動可能である又は固定される（例えば、床、天井、壁又は操作テーブル等の他の装置に）ことが可能である。

ベース１０８は、受動的非制御“セットアップ”部分及び能動的制御“マニピュレータ”部分を有するアームアセンブリを支持する。一実施例においては、そのセットアップ部分は、２つの受動的回転 “セットアップ”ジョイント１１６及び１２０を有し、それらは、ジョイントのブレーキが開放されるときに、連結セットアップリンク１１８及び１２２の手動による位置決めを可能にする。アームアセンブリとリンク１１４に連結されたベースとの間の受動的角柱状セットアップジョイント（図示せず）は、大きい鉛直方向の調整１１２を可能にするように用いられ得る。それに代えて、それらのセットアップジョイントの一部は能動的に制御されることが可能であり、多かれ少なかれセットアップジョイントは様々な構成で用いられることが可能である。セットアップジョイント及びリンクは、直交（ｘ，ｙ，ｚ）空間における種々の位置及び方位でアームのロボットマニピュレータ部分を人間が位置付けることを可能にする。運動の遠隔中心は、ヨー軸、ピッチ軸及びロール軸が交差する位置（即ち、運動学的連鎖が効果的に変化しないで保たれる一方、ジョイントはその運動の範囲内で動く位置）である。下で詳細に説明するように、それらの能動的に制御されるジョイントの一部は、個別の外科手術用器具の自由度の制御に関連付けられるロボットマニピュレータであり、それらの能動的に制御されるジョイントの他は、それらのロボットマニピュレータの単独のアセンブリの自由度の制御に関連付けられる。能動的ジョイント及びリンクは、モータ及び他のアクチュエータにより移動可能であり、外科医用コンソール１０４でマスターアームの運動に関連する運動制御信号を受ける。

図１Ａ及び１Ｂに示しているように、マニピュレータアセンブリヨージョイント１２４は、セットアップリンク１２２の遠位端と第１マニピュレータリンク１２６の近位端との間に連結される。ヨージョイント１２４は、マニピュレータアセンブリヨー軸１２３の周囲の“ヨー”として任意に規定され得る動きにおいて、リンク１２６がリンク１２２に対して動くことを可能にする。図示しているように、ヨージョイント１２４の回転軸は運動の遠隔中心１４６と位置合わせされ、その遠隔中心は一般に、器具（図示せず）が患者の体内に入る位置（例えば、腹部の外科手術についてのへそ）である。一実施形態においては、セットアップリンク１２２は、水平面又はｘｙ平面に沿って回転可能であり、ヨージョイント１２４は、第１マニピュレータリンク１２６がヨー軸１２３に関して回転することが可能であり、故に、セットアップリンク１２２、ヨージョイント１２４及び第１マニピュレータリンク１２６は、ヨージョイント１２４から運動の遠隔中心１４６までの鉛直方向の破線で示されているように、ロボットアームアセンブリについて常に鉛直方向にあるヨー軸１２３を与える。

能動的に制御される回転ジョイント１２８、１３２及び１３６のそれぞれにより、第１マニピュレータリンク１２６の遠位端は、第２マニピュレータ１３０の近位端に連結され、第２マニピュレータリンク１３０の遠位端は、第３マニピュレータ１３４の近位端に連結され、第３マニピュレータリンク１３４の遠位端は、第４マニピュレータ１３８の近位端に連結されている。一実施形態においては、リンク１３０、１３４及び１３８は、連結された運動機構としての役割を果たすように、一緒に連結されている。連結された運動機構は知られている（例えば、そのような機構は、入力リンク運動及び出力リンク運動が互いに対して平行に保たれるときの平行運動連鎖として知られている）。例えば、回転ジョイント１２８が能動的に回転される場合、ジョイント１３２及び１３６はまた、リンク１３８がリンク１３０に対して一定の関係を有して動くように、回転する。従って、ジョイント１２８、１３２及び１３６の回転軸は平行であることが理解できる。それらの軸が、ジョイント１２４の回転軸に対して垂直であるとき、リンク１３０、１３４及び１３８は、マニピュレータアセンブリピッチ軸１３９の周囲で“ピッチ”として任意に規定され得る運動において、リンク１２６に関して動く。リンク１３０、１３４及び１３８は、一実施形態においては、単独のアセンブリとして動くため、第１マニピュレータリンク１２６は能動的近位マニピュレータリンクとみなされ得、第２乃至第４マニピュレータリンク１３０、１３４及び１３８は、集合的に能動的遠位マニピュレータリンクとみなされ得る。マニピュレータアセンブリプラットフォーム１４０は、第４マニピュレータリンク１３８の遠位端に連結している。マニピュレータプラットフォーム１４０は、下で詳細に説明する、２つ又はそれ以上の外科手術用器具マニピュレータを有するマニピュレータアセンブリ１４２を支持する回転可能ベースプレートを有する。その回転可能ベースプレートは、マニピュレータアセンブリロール軸１４１の周囲の“ロール”として任意に規定され得る運動において、プラットフォーム１４０に関する単独のユニットとして、マニピュレータアセンブリ１４２が回転することを可能にする。

最小侵襲性外科手術のためには、器具は、不必要な組織の損傷を回避するように、切開か自然開口かのどちらかで、その器具が患者の身体に入る位置に関連して、実質的に固定されたまま維持される必要がある。従って、器具シャフトのヨー運動及びピッチ運動は、空間において相対的に固定されたままであるマニピュレータアセンブリロール軸又は器具挿入軸に関して単独の位置に中心合わせされる必要がある。この位置は、運動の遠隔中心と称せられる。すべての器具（カメラ器具を含む）が単独の小さい切開（例えば、へそ）又は自然開口を介して入る必要があるシングルポート最小侵襲性外科手術については、すべての器具が、そのような一般に静止した運動の遠隔中心に関して動く必要がある。従って、マニピュレータアセンブリ１４２についての運動の遠隔中心は、マニピュレータアセンブリヨー軸１２３及びマニピュレータアセンブリピッチ軸１３９の交点により規定される。リンク１３０、１３４及び１３８並びにジョイント１２８、１３２及び１３６の構成は、マニピュレータアセンブリが患者に関して自由に動くことを可能にするのに十分な距離を有して運動の遠隔中心１４６がマニピュレータアセンブリ１４２の遠位に位置付けられるようなものである。マニピュレータアセンブリロール軸１４１はまた、運動の遠隔中心１４６と交差することが理解できる。

下で詳細に説明するように、外科手術用器具は、マニピュレータアセンブリ１４２の各々の外科手術用器具マニピュレータにより備えられ且つ動作される。それらの器具は、種々の器具が特定の器具マニピュレータに相互交換可能に備えられることが可能であるように、取り外し可能に備えられる。一特徴においては、１つ又はそれ以上の器具マニピュレータは、特定種類の器具、例えば、カメラ器具を支持する及び動作させることが可能である。器具のシャフトは、器具マニピュレータから遠位方向に延在している。シャフトは、エントリポートに位置付けられた共通カニューレを介して患者の体内に延在している（例えば、体壁を通って又は自然開口において）。一特徴においては、エントリガイドはカニューレにおいて位置付けられ、各々の器具シャフトは、器具シャフトのための付加的な支持を与えるように、エントリガイド内のチャネルの中を通って延びている。カニューレは、一実施形態においては、第４マニピュレータリンク１３８の近位端に連結されるカニューレマウント１５０に取り外し可能に連結される。一実施形態においては、カニューレマウント１５０は、運動の遠隔中心１４６がカニューレに沿って位置付けられるように、正確な位置にカニューレを保持する動作位置とリンク１３８に隣接する収容位置との間をそのマウントが移動することを可能にする回転ジョイントにより、リンク１３８に連結される。動作中、カニューレマウントは、一特徴に従って、リンク１３８に対して適切な位置に固定される。器具は、カニューレマウント１５０の遠位端に搭載されたカニューレアセンブリ及びエントリガイドを介してスライドすることが可能であり、その実施例については、下で詳述する。種々の受動的セットアップジョイント／リンク及び能動的ジョイント／リンクは、患者が移動可能なテーブル上の種々の位置に位置付けられるときに、器具マニピュレータの位置決めにより、大きい移動範囲を伴って器具及び撮像システムを移動させるようにする。一部の実施形態においては、カニューレマウントは、近位リンク又は第１マニピュレータリンク１２６に連結されることが可能である。

マニピュレータアームにおける特定のセットアップジョイント及びリンク並びに能動的ジョイント及びリンクは、ロボットの大きさ及び形状を減少させるように除かれることが可能であり、又は、ジョイント及びリンクは、自由度を増すように、追加されることが可能である。マニピュレータアームは、外科手術のために必要な姿勢の範囲を得るように、リンク、受動的ジョイント及能動的ジョイント（冗長自由度が備えられることが可能である）の種々の組み合わせを有することが可能であることを理解する必要がある。更に、種々の外科手術用器具のみ、又は、ガイドチューブ、複数の器具及び／又は複数のガイドチューブ、並びに器具マニピュレータに結合された器具（例えば、アクチュエータアセンブリ）を有する器具アセンブリが、種々の構成（例えば、器具伝達手段又は器具マニピュレータの近位面又は遠位面上の）を介して、本発明の特徴に適用可能である。

図２Ａ乃至２Ｃは、遠隔操作外科手術（遠隔手術）システムにおける患者側支持カート２００の斜視図、側面図及び平面図のそれぞれを示している。図示しているカート２００は、図１Ａ及び１Ｂに関連して上で説明している一般的な構成の例示としての実施形態である。外科医用コンソール及び映像システムは示されていないが、図１Ａ及び１Ｂに関連して上で説明しているように適用可能であり、遠隔ロボット外科手術システムアーキテクチャ（例えば、ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍアーキテクチャ）として知られている。この実施形態においては、カート２００は床置き式ベース２０８を有する。そのベースは、移動可能である又は（例えば、床、天井、壁又は他の十分に固い構造に）固定されることが可能である。ベース２０８は支持柱２１０を支持し、アームアセンブリ２０１は支持柱２１０に連結されている。アームアセンブリは、２つの受動的回転セットアップジョイント２１６及び２２０を有し、それらは、それらのブレーキが開放されるときに、連結されているセットアップリンク２１８及び２２２の手動による位置決めを可能にする。図示している実施形態においては、セットアップリンク２１８及び２２２は水平面内を（床に対して平行に）動く。アームアセンブリは、支持柱２１０と鉛直方向のセットアップリンク２１４との間の受動的スライディングセットアップジョイント２１５において支持柱２１０に連結されている。ジョイント２１５は、マニピュレータアームが鉛直方向に調整される（床に対して垂直である）ようにする。従って、受動的セットアップジョイント及びリンクは、患者に対する運動の遠隔中心２４６を適切に位置付けるように用いられ得る。一旦、運動の遠隔中心２４６が適切に位置付けられると、ジョイント２１５、２１６及び２２０の各々におけるブレーキが、アームの設定部分を動かさないように定められる。

更に、アームアセンブリは、マニピュレータアーム構成及び運動、器具操作並びに器具挿入のための能動的ジョイント及びリンクを有する。第１マニピュレータリンク２２６の近位端は、能動的制御回転マニピュレータアセンブリヨージョイント２２４を介してセットアップリンク２２２の遠位端に連結される。図示しているように、ヨージョイント２２４の回転マニピュレータアセンブリヨー軸２２３は、ヨージョイント２２４から運動の遠隔中心２４６まで、鉛直方向の破線で示しているように、運動の遠隔中心２４６と位置合わせされる。

能動的制御回転ジョイント２２８、２３２及び２３６のそれぞれにより、第１マニピュレータリンク２２６の遠位端は第２マニピュレータリンク２３０の近位端に連結され、第２マニピュレータリンク２３０の遠位端は第３マニピュレータリンク２３４の近位端に連結され、第３マニピュレータリンク２３４の遠位端は第４マニピュレータリンク２３８の近位端に連結されている。上記のように、リンク２３０、２３４及び２３８は連結された運動機構として機能し、故に、第４マニピュレータリンク２３８は、第２マニピュレータリンク２３０が作動されるときに、リンク２３０と協調して自動的に動く。図示している実施形態においては、米国特許第７，５９４，９１２号明細書（２００４年９月３０日に出願された）に開示されている機構と類似する機構が使用するために改善されたものである（米国特許出願第１１／６１１，８４９号明細書（２００６年１２月１５日出願、米国特許出願公開第２００７／００８９５５７Ａ１号明細書）も参照されたい）。従って、第１マニピュレータリンク２２６は能動的近位リンクとみなされ得、第２乃至第４マニピュレータリンク２３０、２３４及び２３８は集合的に能動的遠位リンクとみなされ得る。一実施形態においては、第１リンク２２６は、下で更に説明しているように、ジョイント２２８について遠位リンクの運動からの力と釣り合うように、圧縮バネ釣り合い機構を有することが可能である。

マニピュレータアセンブリプラットフォーム２４０は第４リンク２３８の遠位端に連結されている。プラットフォーム２４０は、器具マニピュレータアセンブリ２４２が搭載されたベースプレート２４０ａを有する。図２Ａに示しているように、プラットフォーム２４０は“ハロー”リングを有し、そのハローリングの内側では、ディスク形状のベースプレート２４０ａが回転する。ハロー及びディスク以外の形状が、他の実施形態で用いられ得る。ベースプレート２４０ａの回転中心は、マニピュレータプラットフォーム２４０の中心及び運動の遠隔中心２４６を通って延びている破線で示されているように、マニピュレータアセンブリロール軸２４１と一致している。器具２６０が、一実施形態においては、器具マニピュレータの遠位面におけるマニピュレータアセンブリ２４２の器具マニピュレータに対して搭載される。

図２Ａ及び２Ｂに示しているように、器具マニピュレータアセンブリ２４２は４つの器具マニピュレータ２４２ａを有する。各々の器具マニピュレータは関連器具を支持し、且つその関連器具を動作させる。図示している実施形態においては、１つの器具マニピュレータ２４２ａがカメラ器具を動作させ、３つの器具マニピュレータ２４２ａが、手術部位での手術及び／又は診断作業を実行する種々の他の交換可能な外科手術用器具を動作させる。より多い又はより少ない器具マニピュレータが用いられ得る。一部の操作構成においては、１つ又はそれ以上のマニピュレータは、外科手術手順の一部又は全部において、関連手術用器具を有しないことが可能である。器具マニピュレータについては、下でより詳細に説明する。

上で説明しているように、外科手術用器具２６０がそれぞれの器具マニピュレータ２４２ａにより備えられていて、その外科手術用器具は器具マニピュレータにより作動される。本発明の特徴に従って、各々の器具は、その器具の近位端のみにおいて関連マニピュレータに対して備えられる。図２Ａにおいて、この近位端に備えられた特徴により、器具マニピュレータアセンブリ２４２及びプラットフォーム２４０は患者からできるだけ遠く離れて保たれ、このことは、所与の器具配置について、マニピュレータアームの能動的に制御される部分が患者に関する最大の運動範囲内で自由に運動する一方、患者とは衝突しないようにする。複数の器具２６０が、それらのシャフトがマニピュレータアセンブリロール軸２４１の周囲でクラスター化されるように搭載される。各々のシャフトは、器具の力伝達機構から遠位方向に延在し、すべてのシャフトは、患者の体内にポートに位置付けられた単独のカニューレを介して延在する。カニューレは、カニューレマウント２５０によりベースプレート２４０ａに関して固定位置に取り外し可能に保持され、そのカニューレマウントは第４マニピュレータリンク２３８に連結されている。単独のガイドチューブがカニューレに挿入されて、カニューレにおいて自由に回転し、各々の器具シャフトはガイドチューブ内で関連チャネルを介して延在している。カニューレ及びガイドチューブの長手方向軸は一般に、ロール軸２４１と一致している。従って、ガイドチューブは、ベースプレート２４０ａが回転するときに、カニューレ内で回転する。一部の実施形態においては、カニューレマウントは第１マニピュレータリンク２２６に動作可能に連結されることが可能である。

各々の器具マニピュレータ２４２ａは、ベースプレート２４０ａに動作可能に連結された能動的遠隔挿入機構２４４（図２Ｂ）に移動可能に連結され、外科手術用器具を挿入する及び引き出すように使用されることが可能である。図２Ａは、遠隔挿入機構２４４の遠位端の方にある距離だけ延ばされた器具マニピュレータ２４２ａを示し（図３及び図４Ａも参照されたい）、図２Ｂは、遠隔挿入機構２４４の近位端の方に引っ込められた器具マニピュレータ２４２を示している（図４Ｂも参照されたい）。運動の遠隔中心が受動的セットアップアーム及びジョイントにより定められた後に、外科手術用器具（又はアセンブリ）が、エントリポート、例えば、患者のへそにおいて運動の遠隔中心２４６の周囲を動くように、能動的ジョイント２２４、２２８、２３２，２３６及びマニピュレータプラットフォーム２４０は協働して及び／又は独立して動く。

図２Ａに示すように、カニューレマウント２５０は、第４マニピュレータリンクの近位端の近傍で第４リンク２３８に連結される。他の特徴においては、カニューレマウント２５０は、その近位リンクの他の部分に連結されることが可能である。上記のように、カニューレマウント２５０はヒンジで動き、故に、第４リンク２３８に隣接する収容位置の方に及びカニューレを支持する延長された位置の方に向かってスイングすることが可能である。作動中、カニューレマウント２５０は、一特徴に従って第４リンク２３８に関して固定位置に保持される。

図示している実施形態においては、第１マニピュレータリンク２２６は一般に、一実施例では反転した“Ｌ字”形状であることが理解できる。“Ｌ字”形状の近位レッグはヨージョイント２２４でリンク２２６に連結され、そのリンクの遠位レッグは、回転ジョイント２２８で第２マニピュレータリンク２３８に連結されている。この例示としての実施形態においては、それらの２つのレッグは一般に直交していて、第１マニピュレータリンクの近位レッグは、マニピュレータアセンブリヨー軸２２３に対して一般に直交している平面（例えば、ヨー軸が鉛直（ｚ）方向にある場合の水平面（ｘｙ））あたりで回転する。従って、遠位レッグは、マニピュレータアセンブリヨー軸２２３（例えば、ヨー軸が鉛直方向にある場合の鉛直（ｚ）方向）の方に一般に平行に延びている。この形状は、マニピュレータリンク２３０、２３４及び２３８がヨージョイント２２４の下方で動くことを可能にし、故に、リンク２３０、２３４及び２３８は、運動の遠隔中心２４６と交差するマニピュレータアセンブリピッチ軸２３９を与える。第１リンク２２６の他の構成も可能である。例えば、第１リンク２２６の近位レッグ及び遠位レッグは互いに対して直交しないことが可能であり、近位レッグは、水平面とは異なる平面内で回転することが可能であり、又は、リンク２２６は、一般の“Ｌ字”形状以外の形状、例えば、弧状形状を有することが可能である。

鉛直方向のヨー軸２２３は、破線２４９で示しているように（図２Ｃ）、リンク２２６が実質的に３６０°回転することを可能にすることが理解できる。一実施例においては、マニピュレータアセンブリヨー回転は連続的であることが可能であり、他の実施例においては、マニピュレータアセンブリヨー回転は約±１８０°であることが可能である。更に他の実施例においては、マニピュレータアセンブリヨー回転は約６６０°であることが可能である。ピッチ軸２３９は、そのようなヨー軸の回転中に、変わらないように維持される又はされないことが可能である。器具は、マニピュレータアセンブリロール軸２４１と一般に位置合わせされた方向に患者に対して挿入されるために、アームは、マニピュレータアセンブリヨー軸の周囲で任意の所望の方向に器具挿入方向を位置決めする及び再位置決めするように能動的に制御されることが可能である（例えば、患者の頭部の方に器具挿入方向を示している図２５Ａ乃至２５Ｃ、並びに患者の足部の方に器具挿入方向を示している図２６Ａ乃至２６Ｃを参照されたい）。この能力は、一部の手術中はかなり有利であり得る。器具がへそに位置付けられるシングルポートを介して挿入される特定の腹部の外科手術においては、例えば、器具は、新しいポートが患者の体壁において開けられる必要性なしに、腹部の四半部すべてにアクセスできるように位置付けられることが可能である。マルチ四半部アクセスは、例えば、腹部全体に亘るリンパ節アクセスのために必要である。それとは対照的に、マルチポート遠隔ロボット外科手術システムの使用においては、腹部の他の四半部により十分にアクセスするように患者の体壁において付加的なポートが形成されることが必要であり得る。

更に、マニピュレータは、器具を、鉛直下方に方向付け且つ僅かに上方に傾斜した構成であるようにすることが可能である（例えば、上方に傾斜した器具挿入方向を示す図２７Ａ乃至２７Ｃを参照されたい）。従って、単独のエントリポートを介する器具の進入角度（遠隔中心に関するヨー及びピッチ）は容易に操作され且つ変更することが可能である一方、患者の安全性のために及び患者側担当者が操縦するためにエントリポート周囲でより増加した空間を提供することが可能である。

更に、能動的ジョイント２２８、２３２及び２３６で連結されたリンク２３０、２３４及び２３８は、単独のエントリポートの中を通る器具の進入のピッチ角度を容易に操作することができる一方、単独のエントリポートの周囲に空間を得るように、用いられることが可能である。例えば、リンク２３０、２３４及び２３８は、患者から“遠ざかるように弧を描く”フォームファクタを有するように位置付けられることが可能である。そのように遠ざかるように弧を描くことは、患者とのマニピュレータアームの衝突が起こらない、ヨー軸２２３の周囲のマニピュレータアームの回転を可能にする。そのように遠ざかるように弧を描くことはまた、患者側担当者が器具を交換するためにマニピュレータに容易にアクセスすることと、手動器具（例えば、手動の腹腔鏡器具又は退縮装置）の挿入及び操作のためのエントリポートに容易にアクセスすることとを可能にする。更なる他の実施例においては、第４リンク２３８は、運動の遠隔中心からであって、従って、患者から遠ざかるように弧を描いて、より高い患者の安全性を与えるフォームファクタを有する。換言すれば、複数の器具マニピュレータ２４２ａのクラスターの安全作用範囲は円錐形状であり、その円錐形状の先端は運動の遠隔中心２４６にあり、その円錐形状の円形端は器具マニピュレータ２４２ａの近位端にある。そのような安全作用範囲は、患者と外科手術用ロボットシステムとの間の干渉を小さくし、手術部位への改善されたアクセスを可能にするシステムのための運動領域を大きくし、手術スタッフによる患者へのアクセスを改善する。

従って、大きい運動領域が併せられたマニピュレータアームアセンブリ２０１の構成及び形状は、シングルポートの中を通るマルチ四半部手術を可能にする。単独の切開を介して、マニピュレータは、器具を一方向に方向付けて、容易に方向を変えることが可能であり、例えば、変わらない鉛直方向のヨー軸の周囲でマニピュレータアームを動かすことにより、患者の骨盤（又は頭部）の方に動かされて（例えば、図２５Ａ乃至２５Ｃを参照されたい）、患者の頭部（又は骨盤）の方に方向を変えることが可能である（例えば、図２６Ａ乃至２６Ｃを参照されたい）。

この例示としてのマニピュレータアームアセンブリは、例えば、運動の遠隔中心に関して動くように操作される器具アセンブリのために用いられる。マニピュレータにおける特定のセットアップジョイント及びリンク並びに能動的ジョイント及びリンクは除かれることが可能であり、又は、ジョイント及びリンクが自由度を高めるために追加されることが可能である。マニピュレータアームは、外科手術のための必要な姿勢の範囲を得るように、リンク、受動的ジョイント及び能動的ジョイントの種々の組み合わせを増加させることが可能である（冗長自由度が備えられることが可能である）ことを理解する必要がある。更に、ガイドチューブ、複数の器具及び／又は複数のガイドチューブを有する種々の外科手術用器具単独で、若しくは（ガイドチューブ、複数の器具、及び／又は複数のガイドチューブを有する）器具アセンブリ、並びに、種々の構成（例えば、アクチュエータアセンブリ又は伝達機構の近位面又は遠位面における）を介して器具マニピュレータ（アクチュエータアセンブリ）に連結された器具が、本発明において適用可能である。

ここで、図３、４Ａ及び４Ｂ、５Ａ−１乃至５Ｂ−１、５Ｃ−１乃至５Ｃ−４並びに８を参照するに、器具マニピュレータの特徴及び実施形態について、それらの特徴及び実施形態に本発明を限定することを意図せずに、詳述している。図３は、マニピュレータアセンブリプラットフォームの回転可能ベースプレート３４０ａ、器具マニピュレータアセンブリを構成するベースプレート３４０ａに備えられた４つの器具マニピュレータ３４２のクラスター、及び関連器具マニピュレータ３４２の遠位面に各々備えられた４つの器具３６０（近位部分が例示されている）の実施形態の斜視図である。ベースプレート３４０ａは、上で説明しているように、マニピュレータアセンブリロール軸３４１に関して回転可能である。一実施形態においては、ロール軸３４１は、それを介して器具３６０が患者の体内に入る、カニューレ及びエントリガイドアセンブリの長手方向中心を通っている。ロール軸３４１はまた、各々の器具マニピュレータ３４２の遠位面の実質的に単一の面に対して実質的に垂直であり、故に、器具マニピュレータの遠位面に備えられた器具の近位面の実質的に単一の面に対して垂直である。

各々の器具マニピュレータ３４２は、ベースプレート３４０ａに連結された挿入機構３４４を有する。図８は、器具挿入機構の実施形態について詳細に示す斜視断面図である。図８に示すように、器具挿入機構８４４は、遠隔的に互いに関して直線的にスライドする３つのリンクを有する。挿入機構８４４は、キャリッジ８０２、キャリッジリンク８０４及びベースリンク８０８を有する。米国特許出願第１１／６１３，８００号明細書（２００６年１２月２０日出願、米国特許出願公開第２００７／０１３７３７１Ａ１号明細書）に記載されているように、キャリッジリンク８０４はベースリンク８０８に沿ってスライドし、キャリッジ８０２はキャリッジリンク８０４に沿ってスライドし、それは本明細書において参考により援用される。キャリッジ８０２及びリンク８０４、８０８は連結ループ８０６（一実施例においては、１つ又はそれ以上のフレキシブルな金属ベルトを有し、代替として、１つ又はそれ以上のケーブルが用いられる）により相互接続されている。ベースリンク８０８におけるリードスクリュー８０８ａは、連結ループ８０８ｂにおける固定された位置で連結されるスライダ８０８ｂを駆動する。キャリッジ８０２はまた、固定された位置で連結ループ８０６に連結されていて、故に、スライダ８０８ｂがベースリンク８０８に対して特定距離ｘだけスライドするとき、キャリッジ８０２はベースリンク８０８に対して２ｘだけスライドする。種々の他の直線運動機構（例えば、リードスクリュー及びキャリッジ）が、挿入機構の代替の実施形態において用いられることが可能である。

図３及び８に示しているように、ベースリンク８０８の近位端は回転可能ベース面３４０ａに連結され、キャリッジ８０２は、器具マニピュレータ３４２の外側シェル又は内側フレームに（例えば、図５Ｃ−１乃至５Ｃ−３の内側フレーム開口５４２ｉ’内で）連結されている。サーボモータ（図示せず）はリードスクリュー８０８ａを駆動し、その結果、器具マニピュレータ３４２は、ロール軸３４１に対して一般に平行な方向にあるベース面３４０ａに対して近位端の方に又は遠位端の方に移動する。外科手術用器具３６０はマニピュレータ３４２に連結されているため、挿入機構３４４は、カニューレを通って手術部位の方に器具を挿入するように及び手術部位から遠ざかるように引き出すように機能する（器具挿入自由度）。連結ループに隣接して通っている平坦な導電性フレックスケーブル（図示せず）は、器具マニピュレータに対して、電力を供給する、信号を供給する、接地されることが可能である。

挿入機構３４４の伸縮特徴（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇｆｅａｔｕｒｅ）の有利点は、器具マニピュレータがその最近位位置から最遠位位置まで移動するときには、より大きい移動範囲を提供し、マニピュレータがその最近位位置にあるときには、単独の静止した挿入ステージのみが用いられる場合に比べて挿入機構をより小さく突き出させることができることが理解できる（例えば、図４Ａ（最遠位位置）及び図４Ｂ（最近位位置）を参照されたい）。最も小さい突き出しは、例えば、器具交換中に、器具マニピュレータがその近位端位置にあるときに、挿入機構は手術中の患者と及び手術室の担当者との干渉を回避することができる。

図３において更に示されているように、複数の伸縮挿入機構（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃｉｎｓｅｒｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ）３４４は、一実施形態においては、回転可能ベースプレート３４０ａに対称的に搭載されている、従って、器具マニピュレータ３４２及び搭載されている器具３６０は、ロール軸３４１に関して対称的にクラスター化されている。一実施形態においては、器具マニピュレータ３４２及びそれらの関連器具３６０は、マニピュレータアセンブリロール軸３４１に近接して位置付けられた器具シャフトにより、一般にパイウェッジ（ｐｉｅ−ｗｅｄｇｅ）レイアウトであるようにロール軸の周囲に配列されている。従って、ベースプレートがロール軸３４１に関して回転するとき、器具マニピュレータ３４２のクラスター及び備えられている器具３６０もロール軸に関して回転する。

図４Ａ及び４Ｂは、回転可能ベースプレート４４０ａに対して備えられた挿入機構４４４に沿って、伸張された位置及び収縮された位置のそれぞれにおける器具マニピュレータ４４２を示す図である。上記のように、器具マニピュレータ４４２は、挿入機構４４４に隣接して両方向矢印で示している挿入機構のフリーな遠位端４４４ａとベースプレート４４０ａとの間の挿入機構４４４の長手方向軸に沿って、伸張及び収縮することができる。この例示としての実施形態においては、器具は、器具マニピュレータ４４２の遠位面４４２ａに対して搭載されている。

遠位面４４２ａには、搭載された器具に作動力を伝達する種々の作動出力部がある。図４Ａ及び４Ｂに示しているように、そのような作動出力部は、把持出力レバー４４２ｂ（器具エンドエフェクタの把持運動を制御する）、揺動出力ジンバル４４２ｃ（遠位端平行連結（“揺動”又は“肘”機構）の左右方向運動及び上下方向運動を制御する）、手首出力ジンバル４４２ｄ（器具エンドエフェクタのヨー運動及びピッチ運動を制御する）、及び転がり出力ディスク４４２ｅ（器具の転がり運動を制御する）を有することが可能である。そのような出力部と、そのような出力部を受け入れる器具力伝達機構の関連部品の詳細については、米国特許出願第１２／０６０，１０４号明細書（２００８年３月３１日出願、米国特許出願公開第２００９／０２４８０４０Ａ１号明細書）に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。そのような入力を受け入れることが可能である例示としての外科手術用器具の近位端の実施例については、上記の米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書に開示されている。簡単には、左右方向の自由度及び上下方向の自由度は遠位端平行連結により与えられ、エンドエフェクタヨー自由度及びエンドエフェクタピッチ自由度は遠位フレキシブル手首機構により与えられ、器具把持自由度は２つの移動可能な対向するエンドエフェクタ顎（ｊａｗ）により与えられる。そのような自由度は、より多い又はより少ない自由度の例示である（例えば、一部の実施形態においては、カメラ器具は器具ロールエンド把持自由度を除いている）。

器具マニピュレータの遠位面に対して器具を備えることを容易にするように、支持フック４４２ｆなどの支持部が器具マニピュレータに位置付けられている。図示している実施形態においては、支持フックは、器具マニピュレータの主ハウジングに対して固定され、器具マニピュレータの遠位面は、器具マニピュレータと器具との間でしっかりした相互接続がなされて、近位方向に及び遠位方向に移動することができる。ラッチ機構４４２ｇは、器具の近位面の方に器具マニピュレータの遠位面を移動させるように用いられる。代替の実施形態においては、ラッチ機構は、マニピュレータ入力部及び器具入力部を係合又は開放するように、マニピュレータの遠位面の方に器具の近位面を移動させるように用いられることが可能である。

図５Ａ−１及び５Ｂ−１は、器具マニピュレータ５４２の例示としてのアーキテクチャを示す斜視図である。図５Ａ−２及び５Ｂ−２は、切断線Ｉ−Ｉ及びＩＩ−ＩＩに沿った図５Ａ−１及び５Ｂ−１それぞれの断面図である。図示しているように、マニピュレータは、例えば、スライディングジョイント、レールなどにより、外側シェル５４２ｈに移動可能に連結された内側フレーム５４２ｉを有する。内側フレーム５４２ｉは、ラッチ機構５４２ｇの動作の結果として、外側シェル５４２ｈに対して遠位方向に及び近位方向に移動する。

ここで、図５Ａ−１乃至５Ｂ−２を参照するに、器具マニピュレータ５４２に器具（図示せず）を搭載するための支持フック５４２ｆ及びラッチ機構５４２ｇの動作について示している。図示しているように、器具マニピュレータ５４２の遠位面５４２ａは実質的に単一面であり、器具力伝達機構の近位面（例えば、図９Ａ及び９Ｂにおける器具９６０の近位面９６０’）に動作可能に連結されている。ラッチ機構５４２ｇは、互いに対して器具マニピュレータの内側フレーム及び外側シェルを移動させて、動作中に器具に対して遠位面５４２ａを保持するように、作動機構、例えば、プーリー及びワイヤを有することが可能である。

図示している実施形態においては、器具支持フック５４２ｆは、器具マニピュレータの外側シェル５４２ｈに堅く設置され、ラッチ機構５４２ｇが作動されるときには、器具マニピュレータの内側フレーム５４２ｉの遠位面５４２ａは、支持フック５４２ｆの遠位面の方の遠位方向に、器具マニピュレータの外側シェルの近位面５４２ｊから遠ざかる方に、移動する。従って、器具力伝達機構が支持フック５４２ｆに搭載されるとき、器具マニピュレータの遠位面５４２ａは、図５Ａ−１及び５Ａ−２の矢印で示されているように、器具力伝達入力部と器具マニピュレータ出力部を動作可能に接続するように、支持フック５４２ｆにより動かなくされる器具伝達機構の近位面の方に移動する。この実施形態により示されているように、マニピュレータのアクチュエータ出力部は、器具に器具作動信号を伝達するように器具近位面に対して押圧されて、その器具近位面と接続する。ラッチ５４２ｇが反対方向に作動されるとき、器具マニピュレータの遠位面５４２ａは、図５Ｂ−１及び５Ｂ−２に矢印Ａ２で示すように、器具入力部から器具マニピュレータ出力部を開放するように、器具マニピュレータの近位面５４２ｊの方に（即ち、固定支持フック５４２ｆの遠位端から遠ざかるように）移動する。図示している実施形態の有利点は、ラッチ機構が作動されるときに、器具マニピュレータのアクチュエータ部分が、支持フック上で間隙を介して固定されている固定器具に対して移動する。器具の方への又は器具から遠ざかる方への器具マニピュレータのアクチュエータの動きは、ラッチング処理又はアンラッチング処理中の不必要な又は意図されていない動作を最小化する。従って、器具は、器具搭載処理中に、患者に対して移動されないために、器具の遠位端は尚も患者の体内に存在し得るが、組織に対する潜在的な損傷は回避される。

代わりの実施形態においては、支持フック５４２ｆは、図５Ａ−１及び５Ａ−２に矢印Ｂ１で示しているように、器具入力部と器具マニピュレータ出力部を係合するように、固定器具マニピュレータの遠位面５４２ａの方に器具の近位面を移動させるように、近位面５４２ｊの方に引っ込められる。ラッチが開状態である又は反対方向に作動されるとき、図５Ｂ−１及び５Ｂ−２に矢印Ｂ２で示しているように、器具入力部から器具マニピュレータ出力部を開放するように、その処理は反転化されて、支持フック５４２ｆは、固定器具マニピュレータの遠位面５４２ａから遠ざかるように移動する。

図５Ｃ−１乃至５Ｃ−４は、器具マニピュレータ出力部を作動させる独立した駆動モジュールを示すための、外側シェル５４２ｈのない器具マニピュレータ５４２の他の図である。駆動モジュールは、器具マニピュレータの外側シェル５４２ｈ及び支持フック５４２ｆに対して駆動モジュールと共に移動する器具マニピュレータの内側フレームにモジュール形式で搭載される。ラッチが閉状態であるとき、器具マニピュレータの内側フレームは、下で更に説明しているように、設定距離だけ器具の方に移動し、ばね付加モジュール出力部は無菌ドレープを介して器具入力部と係合する。ラッチが開状態であるとき、その処理は反転化される。ばね付加アクチュエータ駆動モジュール出力部は、下で詳細に説明するように、ドレープを介して器具力伝達機構入力部とのロバストな接続を提供する。

図示している実施形態に例示しているように、器具マニピュレータ５４２は、把持出力レバー５４２ｂを作動させる把持アクチュエータ駆動モジュール５４２ｂ’と、揺動出力ジンバル５４２ｃを作動させる揺動アクチュエータ駆動モジュール５４２ｃ’と、ロール出力ディスク５４２ｅを作動させるロールアクチュエータ駆動モジュール５４２ｅ’とを有する。出力部５４２ｂ、５４２ｃ、５４２ｄ及び５４２ｅは、例えば、図５Ｃ−４に示すように、器具マニピュレータ５４２の遠位面から遠位方向に突き出ていて、それらは、備えられた器具のＸ−Ｙ並進、並びにグリップ、ピッチ、ヨー及びロールエンドエフェクタ運動を作動させるように、器具力伝達機構入力部と係合するように設定される。

図６Ａ及び６Ｂは、器具マニピュレータのグリップアクチュエータ駆動モジュール６４２ｂ’の上方向から及び下方向からの斜視図である。グリップアクチュエータ駆動モジュール６４２ｂ’は、直線状スライド６０２、ばね６０６を有する駆動ばね機構６０４、及びグリップ駆動出力レバー６４２ｂを有する。駆動ばね機構６０４は、器具マニピュレータの内側フレーム５４２ｉに連結されている。ラッチ５４２ｇが器具と係合するように作動されるとき、内側フレームが移動し、グリップ駆動モジュール６４２ｂ’は、出力レバー６４２ｂが器具におけるそれが結合する入力部と接するまで、直線状スライド６０２に沿って移動する。この接触は、ばね６０６に予め負荷を加え、それにより、器具が適切な位置でラッチされるように、器具入力部に対してグリップ出力部６４２ｂをばね負荷する。予め負荷が加えられたばね６０６はその場合、動作中に、適切なアクチュエータ駆動出力部／入力部の接触が維持されることを保証し、故に、正確な運動制御が困難であることを表すクリアランスは、出力部／入力部の接触においては生じない。

図７Ａは、器具の揺動機構についてのＸ−Ｙ並進を制御する揺動出力ジンバルか又は器具エンドエフェクタについてのピッチ及びヨーを制御する手首出力ジンバルを提供するように用いられる器具マニピュレータのジンバル駆動モジュール７４２ｃ／ｄ’の下方からの斜視図である。この実施形態においては、ジンバル駆動モジュール７４２ｃ／ｄ’は、直線状スライド７０２、ばね７０６を有する駆動ばね機構７０４、及びジンバルピン７１０上のアクチュエータ出力ジンバル７４２ｃ／ｄを有する。駆動ばね機構７０４は、器具マニピュレータの内側フレーム５４２ｉに連結されている。ラッチ５４２ｆは、器具を係合するように作動されるため、内側フレームは遠位方向に移動し、アクチュエータ駆動モジュール７４２ｃ／ｄ’は、出力ジンバル７４２ｃ／ｄが器具におけるそれが結合する入力部と接するまで、直線状スライド７０２に沿って移動する。この接触はばね７０６に予め負荷を加え、それにより、器具が適切な位置にラッチされるように、器具入力部に対して出力ジンバル７４２ｃ／ｄをばね負荷する。グリップアクチュエータ駆動モジュールと同様に、予め負荷されたばねはその場合、適切なアクチュエータ駆動出力部／入力部の接触が動作中に維持されることを保証し、故に、正確な運動制御が困難であることを表すクリアランスは、出力部／入力部の接触においては生じない。ジンバル駆動モジュール７４２ｃ／ｄ’は更に、２つの“犬用の骨”リンク７１２、２つのボールねじ７１４、２つのモータ７１６、２つのホール効果センサ７１８及び２つの回転又は直線運動エンコーダ７２０を有する。モータ７１６は、犬用骨リンク７１２を作動させる関連ボールねじ７１４を駆動させる。犬用骨リンク７１２の近接端は、ボールねじ７１４に対して平行な軸に沿って移動する直線状スライド７２１に連結されている。犬用骨リンク７１２の遠位端は、ジンバルピン７１０を介して長手方向の軸に対して垂直な２つの直交軸の周囲を各々回転する出力ジンバル７４２ｃ／ｄに連結されている。一特徴においては、駆動モジュールのジンバルは２自由度を有するが、直交軸を有しない。

図７Ｂは、搭載器具のロール運動を制御するロール出力ディスクを提供するように用いられることが可能である器具マニピュレータのロールアクチュエータ駆動モジュール７４２ｅ’の下方からの斜視図である。この実施形態においては、ロールアクチュエータ駆動モジュール７４２ｅ’は、ハーモニックドライブ（登録商標）７３６を駆動し、順に複数の平歯車７００を駆動させるモータ７３４を有する。平歯車７００は、ロール出力ディスク７４２ｅを回転させる、従って、器具のロール入力ディスクを駆動させる。エンコーダ７３２は、位置を検知して、モータ７３４を整流するように用いられる。アブソリュートエンコーダ７３８は、ロール出力ディスク７４２ｅに連結され、器具のロールの絶対位置を検知する。一特徴においては、複数のシステム駆動モジュールは、互いから動作可能に独立していて、十分に分離されていて、故に、１つのインタフェース出力部を介して加えられる大きい力は他のインタフェース出力部には伝達されない。換言すれば、１つのインタフェースを介する大きい力は他のインタフェース出力部には伝達されず、故に、他のインタフェース出力部により作動される器具構成要素に影響を与えない。一特徴においては、駆動モジュール及びその対応するアクチュエータ出力部は、他の駆動モジュール及び／又はその対応するアクチュエータ出力部から意図されない力の入力を実質的に有しない。この特徴は、器具の動作を、従って、患者の安全性を改善する。

図９Ａ及び９Ｂは、図４Ａ−４Ｂ及び図５Ａ−１乃至５Ｃ−４の器具マニピュレータを搭載する器具９６０の近位部分９６０ａ及び遠位部分９６０ｂのそれぞれの斜視図である。器具９６０の伝達機構の近位面９６０’は、グリップ出力レバー５４２ｂと接続する器具グリップ入力レバー９６２ｂと、揺動出力ジンバル５４２ｃと接続する器具揺動入力ジンバル９６２ｃと、手首出力ジンバル５４２ｄと接続する器具手首入力ジンバル９６２ｄと、ロール出力ディスク５４２ｅと接続する器具ロール入力ディスク９６２ｅとを有する。図９Ｂは、手首９６４と、揺動機構９６６と、エンドエフェクタ９６８とを有するフレキシブルな外科手術用器具９６０の遠位端９６０ｂの実施例を示す。一実施形態においては、器具９６０の伝達機構の近位面９６０’は、マニピュレータ出力部及び器具入力部が動作可能に係合されるときに、器具マニピュレータの遠位面と動作可能に接続する実質的に単一な平面を有する。Ｌａｒｋｉｎ等による“ＭｉｎｉｍａｌｌｙＩｎｖａｓｉｖｅＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ”と題された米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書、及びＣｏｏｐｅｒ等による“ＳｕｒｇｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＷｉｔｈＰａｒａｌｌｅｌＭｏｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍ”と題された米国特許出願第１１／７６２，１５４号明細書に更に、器具９６０のような適用可能な外科手術用器具の遠位部分及び近位部分に関して詳細に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。

図９Ａ及び９Ｂに示している例示としての特徴においては、器具９６０は、近位端における伝達部分と、細長い器具本体と、種々の外科手術エンドエフェクタの１つと、揺動機構９６５及び器具本体にエンドエフェクタ９６８を連結する２自由度手首機構とを有する。ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓにおけるように、一部の特徴においては、伝達部分は、器具が容易に交換されることが可能であるように、支持アームに永久的に搭載される電気的アクチュエータ（例えば、サーボモータ）と接続するディスクを有する。整合ジンバルプレート及びレバーなどの他の連結が、機械的インタフェースにおいて作動力を伝達するように用いられることが可能である。伝達部分における機械的機構（例えば、ギア、レバー、ジンバル）は、器具本体における１つ又はそれ以上のチャネル（１つ又はそれ以上の関節セグメント）を介して制御手首９６４及びエンドエフェクタ９７０運動に達する、複数のディスクから複数のケーブル、複数のワイヤ、及び／又はケーブル、ワイヤ及びハイポチューブ（ｈｙｐｏｔｕｂｅ）の組み合わせからの作動力を伝達する。一部の特徴においては、１つ又はそれ以上のディスク及び関連機構は、その長手方向の軸の周囲で器具本体を転がす作動力を伝達する。器具本体の主セグメントは実質的に固い単一のチューブであるが、一部の特徴においては、それは、僅かに弾力性のあるフレキシブルなものであることが可能である。この僅かなフレキシビリティは、ガイドチューブに近接した（即ち、患者外部の）近位本体セグメントが僅かに柔軟性を有するようにし、故に、複数の器具本体は、同じ長さの複数の切り花が狭い首を有する花瓶に挿されているように、個別の伝達セグメントのハウジングがそうではなく可能にするのと比べて、ガイドチューブ内でより近接して、空間を空けることが可能である。この柔軟性は最小であり（例えば、一実施形態においては約５自由度の曲げ角に等しい又はそれより小さい）、器具本体の内側の制御ケーブル及びハイポチューブについての曲げ角は小さいために、重大な摩擦を有しない。換言すれば、一実施形態においては、器具シャフトは、力伝達機構の遠位面又は近位面に対して垂直である代わりに僅かな角度で力伝達機構から遠位方向に出ることが可能である。器具シャフトはその場合、僅かに曲がり、力伝達機構から遠位方向に出る器具シャフトの近位部分において直線状から僅かに弧を描き続ける。従って、器具は、ガイドチューブに近接する近位曲線状部分及び遠位直線状部分を有する器具シャフトを有することが可能である。一実施例においては、器具シャフトは、力伝達機構から遠位方向に出るときに、約０°乃至約５°の範囲内で傾けられることが可能である。

図９Ａ及び９Ｂに示すように、器具９６０は、近位本体セグメント９６８（一実施例においてはガイドチューブを通って延在する）と、少なくとも１つの遠位本体セグメント又は揺動機構９６６（一実施例においてはガイドチューブの遠位端を超えて位置付けられる）とを有する。例えば、器具９６０は、近位本体セグメント９６８と、ジョイント９６７において近位本体セグメント９６８に連結されている揺動機構９６６と、他のジョイント９６５において揺動機構９６６に連結されている（その連結方法は、他の、短い遠位本体セグメントを有することが可能である）手首機構９６４と、エンドエフェクタ９７０とを有する。一部の特徴においては、揺動機構９６６並びにジョイント９６５及び９６７は平行運動機構として機能し、その機構において、その機構の遠位端における基準フレームの位置は、遠位基準フレームの方位を変えることなく、その機構の近位端において基準フレームに対して変えられることが可能である。適用可能な器具の関連ジョイントを有する適用可能な平行運動又は揺動機構の詳細については、米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書に更に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。

図１０は、本発明の特徴に従った器具９６０に動作可能に連結された器具マニピュレータ５４２の断面図である。図１０に示すように、器具マニピュレータ５４２の遠位面におけるアクチュエータ出力部５４２ｂ乃至５４２ｅは、外科手術用器具９６０の近位面におけるアクチュエータ入力部９６２ｂ乃至９６２ｅと接続している。

器具エンドエフェクタは、外科手術を容易にするように、７自由度（器具挿入、把持、２自由度手首関節、２自由度揺動（手首並進）及び器具転がり）を備えているため、器具作動精度の要求は高く、器具と器具マニピュレータとの間の高い忠実度、低いバックラッシュの接続が好ましい。器具マニピュレータの独立して動作される駆動システムモジュール（例えば、モジュール５４２ｂ’、５４２ｃ’、５４２ｄ’及び５４２ｅ’）は、実質的に性能低下なしに、不正確に製造されたドレープを介しても外科手術用器具に対して種々のドライブトレインが連結されることを可能にする。駆動システムモジュールは互いに連結されていず、互いから十分に分離されているため、１つのインタフェース出力を介して加えられる大きい力は他のインタフェース出力部には伝達されない。換言すれば、１つのインタフェース出力部を介する大きい力は、他のインタフェース出力部には出力されず、故に、他のインタフェース出力部により作動される基部構成要素に影響を与えない。一特徴においては、駆動モジュール及びその対応するアクチュエータ出力部は、他の駆動モジュール及び／又はその対応するアクチュエータ出力部からの意図されない力入力を実質的に有しない。この特徴は、器具動作を、故に、患者の安全性を改善する。

一特徴においては、嵌め合わせディスクが、ｄａＶｉｎｃｉ（登録商標）ＳｕｒｇｉｃａｌＳｙｓｔｅｍにおいて器具インタフェースとして、力伝達特徴及び作動特徴のために用いられることが可能である。他の特徴においては、嵌め合わせ揺動プレート及びレバーが用いられる。伝達機構における種々の機構構成要素（例えば、ギア、レバー、ケーブル、プーリー、ケーブルガイド、ジンバルなど）が、インタフェースから制御される要素に機械的力を伝達するように用いられる。各々のアクチュエータ機構は、関連器具の遠位端における運動を制御する少なくとも１つのアクチュエータ（例えば、サーボモータ（ブラシ付けされた又はブラシレスの））を有する。例えば、アクチュエータは、外科手術用器具のエンドエフェクタグリップの自由度を制御する電気的サーボモータであることが可能である。器具（本明細書で記載しているガイドプローブを有する）又はガイドチューブ（又は、集合的に、器具アセンブリ）は、関連アクチュエータ機構及びスライドから分離されることが可能である。それはその場合に、他の器具又はガイドチューブにより置き換えられることが可能である。機械的インタフェースに加えて、各々の伝達機構とアクチュエータ機構との間の電気的インタフェースが存在する。この電気的インタフェースは、データ（例えば、器具／ガイドチューブの種類）が伝送されることを可能にする。種々の器具、ガイドチューブ及び撮像システムのための、及び無菌フィールドを維持する無菌ドレープについての機械的インタフェース及び電気的インタフェースの例については、米国特許第６，８６６，６７１号明細書（２００１年８月１３日出願、Ｔｉｅｒｎｅｙ等による）及び米国特許第６，１３２，３６８号明細書（１９９７年１１月２１日出願、Ｃｏｏｐｅｒによる）に開示されていて、それらは本明細書において参考により援用される。

外科手術用器具のみ、若しくは、ガイドチューブ、複数の器具及び／又は複数のガイドチューブ並びに種々の構成を介するアクチュエータアセンブリに（例えば、器具／アクチュエータアセンブリの近位面又は遠位面に）連結された器具を有するアセンブリが、本発明において適用可能である。従って、種々の外科手術用器具が利用されることが可能であり、各々の外科手術用器具は他の外科手術用器具から独立して機能し、各々の外科手術用器具は、患者における単独のエントリポートを介して、直交空間において能動的に制御される少なくとも６自由度（即ち、サージ、うねり、ぶれ、転がり、傾斜、偏揺れ）を有するエンドエフェクタを有する。

上記の運動連鎖の終了となる器具シャフトは、更に下で説明しているように、患者への挿入のためのカニューレ及び／又はエントリガイドを介して案内されることが可能である。適用可能な副クランプ及びカニューレなどの付属品の例については、２００５年９月３０日に出願された係属中の米国特許出願第１１／２４０，０８７号明細書に開示されていて、該出願の全開示は、全ての目的のために、本明細書において参考により援用される。無菌ドレープ
無菌ドレープの実施形態について、ここで詳細に説明する。図１Ａ及び１Ｂ並びに図２Ａ乃至２Ｃを参照するに、無菌フィールドからマニピュレータアームの非無菌部分を遮断し、また、外科手術手順による物質（体液）からアーム及びそのアームの種々の部品を遮蔽するように、アームアセンブリ１０１及び２０１の部分を覆う無菌ドレープ１０００及び２０００が示されている。一実施形態においては、無菌ドレープは、器具マニピュレータアセンブリの器具マニピュレータを受け入れるドレープポケットを有する。ドレープポケットは、無菌フィールドに隣接する外側表面と、非無菌器具マニピュレータに隣接する内側面とを有する。ドレープは更に、器具マニピュレータの出力部（例えば、関連器具に作動力を伝達するインタフェース）と、外科手術用器具の入力部（例えば、関連器具マニピュレータからの作動力を受けるインタフェース）との間を接続するドレープポケットの遠位端におけるフレキシブルな膜と、ドレープポケットの近位開口に動作可能に連結された回転シールとを有する。

他の実施形態においては、無菌ドレープは複数のドレープポケットを有し、各々のドレープポケットは、それぞれの器具マニピュレータの出力部と、外科手術用器具の手首、転がり、把持及び並進運動を制御するそれぞれの手術用器具の入力部との間を接続する遠位端における複数のフレキシブルな膜を有する。ラビリンスシールなどの回転シールは、ドレープのより近位の部分に関して群としてドレープポケットすべてが一緒に回転することを可能にするように、ドレープポケットの近位開口に動作可能に連結されることが可能である。一実施例においては、複数のドレープポケットを有する回転シールの第１部分は、マニピュレータアセンブリプラットフォームの回転可能ベースプレートに連結され、回転シールの第２部分はマニピュレータアセンブリプラットフォームのフレームに連結されている。

更に他の実施形態においては、ロボット外科手術システムのマニピュレータアームをドレープで覆う方法は、器具マニピュレータの遠位端において無菌ドレープの遠位端を先ず位置付けることと、器具マニピュレータの遠位端から器具マニピュレータの近位端までドレープポケットで各々の器具を覆うこととを有する。無菌ドレープの回転可能シールはその場合、マニピュレータアセンブリプラットフォームの回転可能ベースプレート及びフレームに連結されている。マニピュレータアームの残りの部分はその場合、要求に応じて、マニピュレータアームの遠位端からマニピュレータアームの近位端まで覆われることが可能である。この実施例においては、マニピュレータアームは、器具マニピュレータからヨージョイントまで覆われている。

有利に、無菌ドレープを有するマニピュレータアーム及び器具マニピュレータの構成及び形状は、シングルポートを介してマルチ四半部手術を可能にし、患者及びエントリポートの周囲でより大きい空間が得られ、患者の安全性が高い、大きい運動範囲を提供する一方、また、上記のように、ロバストな器具／マニピュレータインタフェースと、器具交換の容易性と、無菌環境のメンテナンスとを提供することができる。

図１０を再び参照するに、器具マニピュレータ５４２のアクチュエータ出力部は、無菌ドレープ１０００又は２０００を介して器具９６０のアクチュエータ出力部と係合している。上記のように、一実施形態においては、ラッチ５４２ｇが作動されるとき、器具マニピュレータ５４２の内側フレームは、設定された距離だけ器具９６０の方に移動し、ばね負荷モジュール出力部５４２ｂ乃至５４２ｅはドレープ１０００又は２０００を介して器具入力部９６２ｂ乃至９６２ｅに係合している。器具マニピュレータ５４２における独立したアクチュエータ駆動モジュール５４２ｂ’、５４２ｃ’、５４２ｄ’及び５４２ｅ’は、上記のように、作動ラッチ機構５４２ｇに対して無菌ドレープを介して器具入力部９６２ｂ、９６２ｃ、９６２ｄ及び９６２ｅを係合するアクチュエータ出力部５４２ｂ、５４２ｃ、５４２ｄ及び５４２ｅのそれぞれを備えている。

図１０に関連付けてここで図１１Ａ乃至１１Ｄを参照するに、図１１Ａ−１１Ｂは、収縮した状態及び伸張した状態のそれぞれにおける無菌ドレープ１１００（図１１Ｄ）の第１ドレープ部分１１００ａの斜視図であり、図１１Ｃは、本発明の実施形態に従ったマニピュレータプラットフォームの回転可能ベースプレート１１４０ａの遠位端に搭載されたドレープ部分１１００ａの断面図である。無菌ドレープ１０００及び２０００についての上記記載は無菌ドレープ１１００に対して適用可能である。例えば、無菌ドレープ１１００は、無菌フィールドからマニピュレータアームの非無菌部分を遮断するように、マニピュレータアームアセンブリの部分、特に、器具マニピュレータを覆う。更に、ドレープ部分１１００ａは複数のドレープポケット１１０５（例えば、４つの楔形状ドレープポケット１１０５ａ乃至１１０５ｄが図示されている）を有し、それらの各々は、無菌フィールドに隣接する外側表面と、非無菌器具マニピュレータに隣接する内側表面とを有する。ドレープポケット１１０５の各々は更に、器具マニピュレータの出力部と外科手術用器具の入力部との間を接続するドレープポケット１１０５の遠位端１１０１において複数のフレキシブルな膜１１０２を有する。一実施例においては、フレキシブルな膜１１０２ｂ、１１０２ｃ、１１０２ｄ及び１１０２ｅは、外科手術用器具の器具把持、並進、手首及び転がり運動のそれぞれを制御するように、器具マニピュレータ出力部５４２ｂ、５４２ｃ、５４２ｄ及び５４２ｅと器具入力部９６２ｂ、９６２ｃ、９６２ｄ及び９６２ｅとをそれぞれ接続する。フレキシブルな膜は、各々の器具マニピュレータの伸縮挿入機構（例えば、挿入機構４４４）のためのポケット伸張部１１０６を備え、それに沿って器具マニピュレータが並進運動することが可能である。

一特徴においては、ポケット伸張部１１０６が挿入機構により移動し、そして、空間を提供して、手術ポートにアクセスするように患者から離れてコンパクトに維持できるように、ポケット伸張部１１０６の遠位端は挿入機構に取り付けられている。一実施例においては、ポケット伸張部１１０６の遠位端は、何れかの適切な取り付け機構、例えば、クリップ、タブ、ベルクロストリップなどにより、挿入機構８４４（図８）のキャリッジリンク８０４に取り付けられることが可能である。

回転可能シール１１０８は、マニピュレータアームアセンブリのマニピュレータプラットフォームにドレープポケット１１０５の近位開口１１０３を動作可能に連結する。一実施例においては、回転可能シール１１０８は、ロールカバー部分１１０８ａを有する回転可能ラビリンスシールと、ロールカバー部分においてロールカバー部分に対して回転可能なベースコム（ｃｏｂｍ）部分１１０８ｂとを有する。一実施形態においいては、ベースコム部分１１０８ｂは、複数の開口を有する複数の楔形状“フレーム”を構成するリブ１１０４を有するディスクを有し、フレームの各々は、器具マニピュレータを囲むように大きさ決めされている。一実施形態においいては、ベースカム部分１１０８ｂは、ディスク内で９０°離れて形成される複数のリブ１１０４を有する。ドレープポケット１１０５の近位端は、ベースコム部分１１０８ｂのフレームの各々に連結される。従って、リブが形成されたベースコム部分１１０８ｂは、器具マニピュレータの回転可能ベースプレートにおいて密にクラスター化された個別の器具マニピュレータを覆うのに役立ち、更に、ドレープで覆われた器具マニピュレータが外科手術手順中に移動するときに、ドレープポケット１１０５の方位及び配置を維持するのに役立つ。

ロールカバー部分１１０８ａは、マニピュレータプラットフォームのフレームにフレキシブルに搭載され、ベースコム部分１１０８ｂは、回転可能ベースプレート１１４０ａにフレキシブルに搭載され、故に、ベースプレート１１４０ａが回転されるとき、ベースコム部分１１０８ｂも、ドレープで覆われている器具マニピュレータと一緒に回転する一方、ロールカバー部分１１０８ａは静止していて、マニピュレータプラットフォームフレームに固定して搭載されている。

図１１Ａ及び１１Ｂは、器具マニピュレータがそれらのそれぞれの挿入軸に沿って収縮及び伸張するときに、収縮状態及び伸張状態のそれぞれにあるドレープポケット１１０５を示している。４つのドレープポケット１１０５は同様に収縮及び伸張されるとして示されているが、器具マニピュレータが独立して及び／又は従属して互いに対して制御されるときに、ドレープポケットは独立して、収縮及び伸張することが可能である。

ベースコム部分のフレームの各々を介して器具マニピュレータを適合させるように空間が与えられる限り、ベースコム部分１１０８ｂは、９０°以外の角度で方向付けられる種々の数のリブを有することが可能であることにまた、留意する必要がある。一実施例においては、ベースコム部分１１０８ｂは、円形部分を１つの器具マニピュレータを囲むように各々大きさ決めされた複数の部分に分割する、複数のリブにより構成されることが可能である。

無菌ドレープ１１００はまた、図１１Ｄに示すように、個々の器具マニピュレータのドレープからマニピュレータアームアセンブリの残りの部分に引き継がれることも可能である。ドレープ１１００は、マニピュレータアームからマニピュレータアセンブリヨージョイント（例えば、ヨージョイント１２４、２２４）まで連続的に覆う一実施例においては、所望に応じて、マニピュレータの残りの部分（例えば、ジョイント及びリンク）を覆うように設計されたより大きい第２ドレープ部分１１００ｂになじませるように回転可能シール１１０８（例えば、ロールカバー部分１１０８ａ）から続けることが可能である。従って、回転可能シール１１０８は、器具マニピュレータのクラスターが、マニピュレータアームアセンブリの残りに対して自由に回転することを可能にする一方、実質的には、全体のアームアセンブリがドレープで覆われたまま維持され、それにより、手術部位の無菌環境を維持することができる。

他の実施形態に従って、無菌ドレープ部分１１００ｂは、下で更に詳細に説明するように、収縮可能カニューレ搭載アームをドレープで覆うように設計されたカニューレ搭載アームポケット１１１０を有する。一実施形態においては、移動可能カニューレマウントは、マニピュレータアームに連結されたベース部分と、ベース部分に移動可能に連結された収縮可能部分とを有する。マニピュレータアームをドレープで覆うときに、患者の周囲でより大きく空間を得るように及び／又はカニューレマウントをドレープでより容易に覆うように、収縮可能部分が上方に回転される又はベース部分の方に折り畳められるように、収縮可能部分は、回転ジョイントを介して収縮部分と展開部分との間を移動されることが可能である。他のジョイントは、ボール及びソケットジョイント又はユニバーサルジョイント、伸縮効果をもたらすスライディングジョイントなどを含むが、それらに限定されずに、収縮可能部分とベース部分とを連結するように用いられることが可能であり、故に、収縮可能部分は、カニューレマウントの全体的なフォームファクタを低減するように、ベース部分に、より近接するように移動されることが可能である。他の実施形態においては、全カニューレマウントが、マニピュレーションアームに対して相対的に内側に収縮することが可能である。従って、移動可能カニューレ搭載アームは、ドレープにおいて相対的に小さい開口を有する、より大きいロボットアームをドレープで覆うことを可能にする。ドレープは、収縮されたカニューレ搭載アームの上に位置付けられ、その場合、ポケット１１１０内がドレープで覆われた後に、カニューレ搭載アームは、動作位置の方に伸張されることが可能である。一特徴に従って、カニューレ搭載アームは、器具の動作中に動作位置に固定される。

一実施例においては、ドレープポケット１１１０は、カニューレ搭載アームの遠位端においてクランプと適合する（例えば、図１９Ａ−１９Ｂ及び図２０Ａ−２０Ｂにおけるクランプ１７５４、並びに図２４Ａ乃至２４Ｄにおけるクランプ２４５４及びレセプタクル２４５６）、強化されたドレープ部分１１１１を有することが可能である。

ドレープ１１００ａは更に、使用中に、器具マニピュレータの周囲の外側に伸張することが可能である個々のラッチ１３４２ｇ（図１４Ａ、１５、１６Ａ及び１７Ａ乃至１７Ｃ）を覆う個々のドレープポケット１１０５の側にラッチカバー１１０７を有することが可能である。

有利に、器具と接続する器具マニピュレータの遠位面、器具マニピュレータのばね負荷された且つ独立した出力部、及び有利な無菌ドレープのために、器具は、手術手順中にロボット無菌環境を維持しながら、器具マニピュレータに対して容易に且つロバストに交換可能である。更に、無菌ドレープは、外科手術ロボットシステムが迅速に且つ容易に準備されることを可能にし、また、小さいフォームファクタを有する改善された運動（回転運動）範囲も備え、それにより手術室における準備時間を短縮し、その費用を低減することができる。

無菌アダプタ
ここで、無菌アダプタを有するドレープの他の実施形態について詳述する。図１２は、本発明の他の実施形態に従った無菌ドレープ１２５０を有する伸張された無菌ドレープのドレープ部分１２００ａの斜視図である。ドレープ部分１２００ａは、図１１Ｄのドレープ部分１１００ａと置き換えられることが可能であり、回転可能シール１１０８と実質的に同じである回転可能シール１２０８としてドレープ部分１１００ｂに動作可能に連結される。ドレープ部分１２００ａは、回転可能シール１２０８と無菌アダプタ１２５０との間に連結された複数のドレープスリーブ１２０５を有する。ドレープ部分１２００ａは更に、器具マニピュレータの挿入機構をドレープで覆うための無菌アダプタ１２５０に連結されたポケット伸張部１２０６を有する。

回転可能シール１２０８は、マニピュレータアームアセンブリのマニピュレータプラットフォームにドレープスリーブ１２０５の近位開口１２０３を動作可能に連結する。一実施例においては、回転可能シール１２０８は、ロールカバー部分１２０８ａと、ロールカバー部分１２０８ａに対して回転可能なベースコム部分１２０８ｂとを有する回転可能ラビリンスシールを有する。一実施形態においては、ベースコム部分１２０８ｂは、開口を有する複数の楔型形状の“フレーム”を構成するリブ１２０４を有するディスクを有し、それらのフレームの各々は、器具マニピュレータを囲むように大きさ決めされている。一実施形態においては、ベースコム部分１２０８ｂは、ディスク内で９０°離れて構成されているリブ１２０４を有する。ドレープスリーブ１２０５の近位端は、ベースコム部分１２０８ｂのフレームの各々に連結されている。従って、リブが形成されたベースコム部分１２０８ｂは、器具マニピュレータの回転可能ベースプレートにおいて密にクラスター化された個々の器具マニピュレータをドレープで覆うのに役立ち、更に、ドレープで覆われた器具マニピュレータが手術手順中に移動するときにドレープスリーブ１２０５の方位及び配置を維持するのに役立つ。

図１２は、例えば、器具マニピュレータがそれぞれの挿入機構に沿って伸張するときに、ドレープスリーブ１２０５すべてが伸張状態にあることを示しているが、ドレープスリーブは、器具マニピュレータが互いに対して独立して及び／又は従属して制御されるときに、独立して収縮及び伸張することが可能であることに留意する必要がある。

また、ベースコム部分１２０８ｂは、ベースコム部分のフレームの各々を介して器具マニピュレータを適合させるように空間が与えられる限り、９０°以外の角度で方向付けられる種々の数のリブを有することが可能であることに留意する必要がある。一実施例においては、ベースコム部分１２０８ｂは、各々が器具マニピュレータを囲むように大きさ決めされた複数の部分に円形領域を分割する複数のリブを有することが可能である。

ロールカバー部分１２０８ａは、マニピュレータプラットフォームのフレーム（例えば、マニピュレータハロー）にフレキシブルに搭載され、ベースコム部分１２０８ｂは、回転可能ベースプレート１１４０ａにフレキシブルに搭載され、故に、ベースプレート１４０ａが回転されるときに、ベースコム部分１２０８ｂはまた、ドレープで覆われた器具マニピュレータと一緒に回転する。一実施例においては、ドレープスリーブ１２０５の近位端はベースコム部分１２０８ｂに連結されているために、ドレープスリーブ１２０５すべてが、より近位のドレープ部分１１００ｂに関連する群として一緒に回転する。

図１３Ａ及び１３Ｂは、本発明の実施形態に従った、組み立てられた無菌アダプタ１２５０の斜視図及び無菌アダプタ１２５０の分解図を示す。無菌アダプタ１２５０は、下で更に説明するように、ブート壁１２５２ａと、器具マニピュレータにおけるポストのための通路としての役割を果たす円筒状開口１２５２ｂとを有するブート（ｂｏｏｔ）１２５２を有する。ドレープスリーブ１２０５の遠位端は、ブート壁１２５２ａの外側表面に連結され得る。アダプタ１２５０は、無菌アダプタの上部表面上の器具マニピュレータとの係合のための無菌アダプタの下側で、手術用器具を正確に位置合わせ、位置決め及び保持する役割を果たす一対の支持部１２５８を更に有する。アダプタ１２５０は、手術用器具の手首、転がり、把持及び並進運動を制御するためのそれぞれの手術器具の入力部とそれぞれの器具マニピュレータの出力部との間を接続するフレキシブルな膜インタフェース１２５４を更に有する。一実施形態においては、膜インタフェース１２５４は、関連器具マニピュレータ出力部と接続するための把持アクチュエータインタフェース１２５４ｂと、揺動アクチュエータインタフェース１２５４ｃと、手首アクチュエータインタフェース１２５４ｄと、転がりアクチュエータインタフェース１２５４ｅとを有する。

一実施形態においては、転がりアクチュエータインタフェース１２５４ｅは、無菌アダプタ１２５０内で無菌障壁を回転させて保持するように設計されている。図１３Ｃに示すように、一特徴においては、ロールアクチュエータインタフェース１２５４ｅは、平坦な保持プレート１２５４ｆを受け入れるディスクの外周の周囲にスロット又は溝１２５７ｂを有するロールディスク１２５７ａを有する（図１３Ｂ）。保持プレート１２５４ｆは、フレキシブルな膜インタフェース１２５４に取り付けられ、無菌アダプタ及びドレープのための無菌障壁を保持しつつ、ロールディスクが回転することを可能にする。

マニピュレータインタフェース１２５４はブート１２５２と支持部１２５８との間に位置付けられ、チューブ１２５６は、ブート１２５２と、膜インタフェース１２５４と、支持部１２５８を一緒に連結する。チューブ１２５６は、ブート開口１２５２ｂと膜開口１２５４ｂとを位置合わせし、チューブ１２５６のシャフト部分はそれらの開口内に位置付けられる。チューブリップ１２５６ａはブート開口１２５２ｂ内に保持され、チューブ端部１２５６は、図１３Ａに両方向矢印により示されているように、故に、支持部１２５８が、チューブシャフトの特定の鉛直方向距離だけ移動可能であるように、チューブ１２５６が支持部１２５８に対してフレキシブルに連結される。

任意に、把持アクチュエータインタフェースプレート１２５４ｂ’、揺動アクチュエータインタフェースプレート１２５４ｃ’及び手首アクチュエータインタフェースプレート１２５４ｄ’は、関連器具入力部との改善された係合及び連結のために、把持アクチュエータインタフェース１２５４ｂ、揺動アクチュエータインタフェース１２５４ｃ及び手首アクチュエータインタフェース１２５４ｄのそれぞれの下側に連結されることが可能である。

図１４Ａ及び１４Ｂは、本発明の実施形態に従った器具マニピュレータ１３００の底方向からの斜視図及び平面図である。この例示としての実施形態においては、器具は、器具マニピュレータ１３００の遠位面１３４２ａに対して搭載されている。遠位面１３４２ａは、図３乃至８に関連付けて上で説明している器具マニピュレータに類似していて、搭載されている器具に作動力を伝達する種々の作動出力部を有する。図１４Ａ及び１４Ｂに示すように、そのような作動出力部は、把持出力レバー１３４２ｂ（器具エンドエフェクタの把持運動を制御する）と、揺動出力レバー１３４２ｃ（遠位端平行連携（“揺動”又は“エルボー”機構）の左右方向運動及び上下方向運動を制御する）、手首出力ジンバル１３４２ｄ（器具エンドエフェクタの偏揺れ運動及び傾斜運動を制御する）及び転がり出力ディスク１３４２ｅ（器具の転がり運動を制御する）を有することが可能である。器具マニピュレータ１３００における独立したアクチュエータ駆動モジュール（モジュール５４２ｂ’、５４２ｃ’、５４２ｄ’及び５４２ｅ’に関して上で説明してものと同様）はアクチュエータ出力部１３４２ｂ、１３４２ｃ、１３４２ｄ及び１３４２ｅを備えている。同様に、アクチュエータ出力部１３４２ｂ乃至１３４２ｅはばね負荷されることが可能である。適用可能な出力部、及びそのような出力部を受け入れる器具力伝達機構の関連部品の詳細については、米国特許出願第１２／０６０，１０４号明細書（２００８年３月３１日出願、米国特許出願公開第２００９／０２４８０４０Ａ１号明細書）に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。そのような入力部を受け入れることが可能である例示としての外科手術用器具の近位端の例については、米国特許出願第１１／７６２，１６５号明細書に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。簡単には、左右方向自由度及び上下方向自由度は遠位連携及び近位連携により与えられ、エンドエフェクタ偏揺れ自由度及びエンドエフェクタ傾き自由度は、遠位フレキシブル手首機構により与えられ、器具転がり自由度は、本質的に一定の位置及び傾き／偏揺れ方向においてエンドエフェクタを保ちつつ、器具シャフトを転がすことにより与えられ、器具把持自由度は、２つの移動可能な対向するエンドエフェクタ顎により与えられる。そのような自由度は多い又は少ない自由度の例示である（例えば、一部の実施形態においては、カメラ器具は器具転がり及び把持自由度を除いている）。

器具マニピュレータ１３００は、無菌アダプタ１２５０を介して搭載された器具のアクチュエータ入力部と器具マニピュレータ１３００のアクチュエータ出力部を係合するラッチ機構１３４２ｇを更に有する。一実施形態においては、上記のラッチ機構に類似して、ラッチ１３４２ｇが作動されるとき、器具マニピュレータ１３００の内側フレーム１３４２ｉは、外側シェル１３４２ｈに設定された距離だけ、搭載された器具の方に移動する。ばね負荷モジュール出力部１３４２ｂ乃至１３４２ｅは、無菌アダプタ１２５０を介して、及び実施例においては膜インタフェース１２５４を介して、適切な器具入力部と係合する。搭載器具は、故に、無菌アダプタの膜インタフェースを介して支持部１２５８の上部表面とばね負荷出力部との間にクランプ連結される。

上記のように、ドレープ１１００ａは、使用中に器具マニピュレータの外周の外側に伸張することが可能である個々のラッチ１３４２ｇを覆うように個々のドレープポケット１１０５上のラッチカバー（図１１Ｄ）を有することが可能である。ラッチハンドルは各々、ドレープの回転可能シールが器具マニピュレータ上を通ることを可能にするように、対応する器具マニピュレータの外周の内側を折り畳むことが可能である。

器具マニピュレータ１３００は、下で更に説明するように、無菌アダプタ１２５０に器具マニピュレータ１３００を動作可能に連結するポスト１３５０を更に有する。

ここで図１５及び１６Ａ乃至１６Ｅを参照するに、無菌アダプタ１２５０への器具マニピュレータの連結を例示して示している。図１５は、本発明の実施形態に従った無菌アダプタ１２５０に動作可能に連結された器具マニピュレータ１３００の底方向からの斜視図である。図１６Ａ乃至１６Ｅは、本発明の実施形態に従った無菌アダプタ１２５０及び器具マニピュレータ１３００を連結させる順序を示している。図１６Ａに示すように、ポスト１３５０は、ブート開口１２５２ｂ内のチューブ１２５６と位置合わせされている。次いで、図１６Ｂに示すように、ポスト１３５０の自由端が、図１６Ｅに示すように、ポスト１３５０のその自由端におけるタブが関連支持開口と係合するまで、タブ１２５６を通って位置付けられる。従って、ポスト１３５０の一端は支持部１２５８に固定して取り付けられている。一実施形態においては、支持部１２５８は、図１６Ｃ−１及び１６Ｃ−２に示すように、キーホール開口１２５８ｂを有するスライド１２５８ａを有する。支持部１２５８は、矢印ＩＩで示しているように、無菌アダプタが最終位置まで上げられるとき、ポストがキーホール開口１２５８ｂの端部に移動することを可能にするように、矢印Ｉの方向にスライドされる。次いで、支持部１２５８は、キーホール開口１２５８ｂがポスト１３５０において溝１３５０ａ内にロックされるように、バイアス手段により矢印ＩＩＩの方に戻される。

無菌アダプタの支持部１２５８が、器具マニピュレータハウジングにおいてポストに取り付けられた後、無菌アダプタ１２５０のブート１２５２は、器具マニピュレータ１３００の遠位面１３４２ａに取り付けられる。一実施形態においては、この取り付けは、器具マニピュレータの内側フレーム１３４２ｉの側面における窪みに入れるブートの内側壁における突起によりなされる。そのような取り付けは、内側フレームがラッチ１３４２ｇにより上げられる又は下げられるときに、ブートが内側フレームに取り付けられたまま保たれるようにする。

図１７Ａ乃至１７Ｃ並びに図１８Ａ及び１８Ｂを参照するに、外科手術用器具１４６０の無菌アダプタ１２５０への連結が例示されて表されている。図１７Ａ乃至１７Ｃは、本発明の実施形態に従った、無菌アダプタ１２５０に外科手術用器具１４６０を連結するシーケンスを示している。図１７Ａに示すように、器具１４６０は、力伝達機構１４６０ａ及びシャフト１４６０ｂを有する。シャフト１４６０ｂの先端はエントリガイド１５００内に位置していて、カニューレ１６００内で回転自在である。図１７Ｂは、一対の支持部１２５８と係合し且つその支持部の対により位置合わせされた器具１４６０の力伝達機構１４６０ａにおけるタブ（例えば、図１８Ａにおけるタブ１４６２）を示し、図１７Ｃは、支持部１２５８の先端に沿って更に並進される力伝達機構１４６０ａを示している。

図１８Ａ及び１８Ｂは、支持部１２５８に沿って力伝達機構１４６０ａの完全並進の前の、器具１４６０及び無菌アダプタ１２５０の拡大した斜視図及び側面図のそれぞれを示している。器具１４６０は、保持機構が支持部に沿って達するまで、支持部１２５８に沿って並進し、その保持機構は、一実施例においては、支持部１２５８の上部表面における開口と位置合わせし且つ連結するタブ１４６２の下面における凸部であることが可能である。ラッチ１３４２ｇは次いで、無菌アパーチャ１２５０を介して器具入力部と器具マニピュレータ出力部を係合するように作動する。一実施形態においては、器具が搭載された後に、支持部１２５８がポスト１３５０から取り外されないようにする。一実施形態においては、支持部の凸部は、器具が搭載されている間は、支持部が動かないようにするように、器具力伝達機構ハウジングの側部の凹部と係合することが可能である。

エントリガイド
エントリガイド、カニューレ及びカニューレ搭載アームの実施形態について、ここで更に詳細に説明する。上記のように、外科手術用器具は、各々の外科手術用器具マニピュレータに搭載され、且つそれにより作動される。器具は、種々の器具が特定のマニピュレータに交換可能に搭載されることが可能であるように、取り外し可能に搭載されることが可能である。一特徴においては、１つ又はそれ以上のマニピュレータが、特定種類の器具、例えば、カメラ器具を支持し且つ作動させることが可能である。器具のシャフトは、器具マニピュレータから遠位方向に延在している。シャフトは、患者の体内の方にエントリポートに（例えば、体壁を通って、自然開口において）位置している共通カニューレを通って延びる。カニューレは、マニピュレータアームに移動可能に連結されているカニューレ搭載アームに連結されている。一特徴においては、エントリガイドは、カニューレにおいて少なくとも一部が位置付けられ、各々の器具シャフトは、その器具シャフトのための付加的支持を提供するように、エントリガイド中をチャネルを介して延びている。

図１９Ａ及び１９Ｂは、収縮位置及び展開位置のそれぞれにおいて移動可能な及び／又は取り外し可能なカニューレマウントの実施形態の斜視図を示している。カニューレマウント１７５０は、マニピュレータアームのリンクに対して、例えば、第４マニピュレータリンク１３８（図１Ａ及び１Ｂ）の近位端に隣接していて、移動可能に連結された伸張部１７５２を有する。カニューレマウント１７５０は更に、伸張部１７５２の遠位端にクランプ１７５４を有する。一実施形態においては、運動の遠隔中心がカニューレに沿って位置付けられるように、伸張部１７５２は、正確な位置にカニューレを保持する動作位置とリンク１７３８に隣接する収容位置との間を伸張部１７５２が移動することを可能にする回転ジョイントによりリンク１７３８に連結されている。一実施形態においては、伸張部１７５２は、マニピュレータアームをドレープで覆うときに、カニューレマウントをドレープでより容易に覆い、及び／且つ、患者の周囲により広い空間を得るように、矢印Ｃで示しているように、リンク１７３８の方の上下に回転されることが可能である。カニューレマウント及びマニピュレータアームの全体のフォームファクタを減少させるために、伸張部がリンクに対して近づくように移動することが可能であるように、ボール及びソケットジョイント又はユニバーサルジョイント、遠隔効果をもたらすスライディングジョイントなどの他のジョイントが、伸張部１７５２を連結するように用いられることが可能である。他の実施形態においては、伸張部１７５２は、マニピュレータアームに対して内部的に伸縮することが可能であり、又は、伸張部１７５２は、リンクから取り外し可能及びリンクに対して動作可能に連結可能であることが可能である。外科手術システムの動作中、伸張部１７５２は動作位置に維持される。

図２０Ａ及び２０Ｂは、図１９Ａ−１９Ｂに示すように、カニューレマウント１７５０のクランプ１７５４に搭載されたカニューレ１８００の斜視図であり、図２１は、自立カニューレ１８００の斜視図である。一実施形態においては、カニューレ１８００は、クランプ１７５４に対して取り外し可能に連結される近位部１８０４と、器具シャフトの通路（図２２に示す）のためのチューブ１８０２とを有する。一旦、カニューレ１８００がクランプ１７５４に搭載されると、クランプは、カニューレ１８００が回転しないようにすることが可能である。一実施例においては、チューブ１８０２はステンレススチールから成り、チューブ１８０２の内側表面は潤滑剤又は減摩材がコーティングされる又は裏打ちされることが可能であるが、カニューレは、他の材料から成る若しくはライナーを有する又は有しないことが可能である。近位部１８０４は、下で図２２及び２３Ａ−２３Ｂに示し、詳細に説明するように、チャネルを有するエントリガイドに対して、外側リッジ１８０６、１８０８及び内側空間を有することが可能である。カニューレなどの、適用可能なアクセサリの例については、米国特許出願第１１／２４０，０８７号明細書に開示されていて、該出願の全開示は、全ての目的のために、本明細書において参考により援用される。

ここで、本発明の実施形態に従って、図２２及び２３Ａ−２３Ｂを参照するに、図２２は、図２１のカニューレ１８００の断面図と、搭載エントリガイドチューブ２２００の断面図を示している。器具マニピュレータ１９４２は、挿入機構１９４２ａを伸縮させることにより一実施例においては、マニピュレータプラットフォームの回転可能ベースプレート１９４０に連結され、器具２１６０は器具マニピュレータ１９４２（例えば、器具マニピュレータの遠位面又は近位面）に搭載されている。一実施形態においては、複数の伸縮挿入機構１９４２ａは、回転可能ベースプレート１９４０に対称的に搭載され、一実施例においては、４つの器具マニピュレータを提供するように互いから９０°離れて設定される。他の構成及び数の挿入機構（従って、器具マニピュレータ）も可能である。

故に、器具２１６０は、器具シャフト２１６０ｂがマニピュレータアセンブリロール軸１９４１の周囲でクラスター化されるように、器具マニピュレータ１９４２に対して搭載される。各々のシャフト２１６０ｂは、器具の力伝達機構２１６０ａから遠位方向に延び、すべてのシャフトは、患者の体内にポートで位置付けられるカニューレ１８００の中を通って延びている。カニューレ１８００は、一実施形態においては、第４マニピュレータリンク１３８に連結されているカニューレマウント１７５０によりベースプレート１９４０に関して固定位置に取り外し可能に保持される。エントリガイドチューブ２２００は、カニューレ１８００内に挿入され、且つカニューレ内で自在に回転し、各々の器具シャフト２１６０ｂは、ガイドチューブ２２００内の関連チャネル２２０４の中を通って延びている。カニューレ及びガイドチューブの長手方向中心軸は一般に、ロール軸１９４１と一致している。従って、ベースプレート１９４０が器具マニピュレータ及びそれぞれの器具シャフトを回転させるとき、ガイドチューブ２２００は、ベースプレート１９４０が回転するにつれて、カニューレ内で回転する。一実施例においては、エントリガイドチューブ２２００は、ガイドチューブの長手方向中心軸に関してカニューレ内で自在に回転可能であり、そのガイドチューブの長手方向中心軸はまた、カニューレの長手方向中心軸と位置合わせされていて、そのカニューレの長手方向中心軸はまた、マニピュレータプラットフォームのロール軸１９４１に対して位置合わせされている又は平行になっている。他の実施形態においては、器具シャフトのためのそのような固定された支持が好ましい場合には、エントリガイドチューブ２２００は、カニューレに対して固定的に搭載されることが可能である。

エントリガイドチューブ２２００の断面視は、連結リップ２２０２、チューブ２２０６及びチャネル２２０４ａ、２２０４ｂを有するエントリガイドチューブの側方斜視図及び平面図を示す図２３Ａ及び２３Ｂの線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って取られている。エントリガイドチューブ２２００は、カニューレ１８００の近位部１８０４に対してエントリガイドを回転可能に連結するように、チューブ２２０６の近位端にリップ２２０２を有する。一実施例においては、リップ２２０２は、カニューレの複数のリッジ（図２２におけるリッジ１８０６及び１８０８）間を連結する。他の実施形態においては、エントリガイドは、下で更に説明するように、連結リップを必要としない。

エントリガイドチューブ２２００は更に、器具シャフト（例えば、図２２における基部シャフト２１６０ｂ）の通路についてのエントリガイドの中を通るチャネル２２０４ａ、２２０４ｂを有する。一特徴においては、１つのチャネル又は通路は器具シャフト毎に備えられ、チャネルは異なる幾何学的形状及び大きさを有することが可能である。図２３Ａ及び２３Ｂに示すように、チャネル２２０４ａは、チャネル２２４０ｂとは異なる形状及び大きさを有し、一実施例においては、チャネル２２０４ａは、より大きい且つより固いシャフトを有するカメラ器具を案内するために用いられ、チャネル２２０４ｂは、代表的な器具の器具シャフトを案内するように用いられる。円形、卵形、楕円、三角形、四角形、矩形及び台形などの形状の開口を有するチャネルについて他の形状及び大きさが適用可能である。

ベースプレートがロール軸１９４１に関して回転するとき、器具マニピュレータ１９４２及び器具２１６０のクラスターも、ロール軸に関して回転する。器具シャフト２１６０ｂがロール軸１９４１に関して、更にエントリガイドのチャネル２２０４内で回転するとき、器具シャフトは、エントリガイドチャネルの内側表面に衝突し、少なくとも１つの回転している器具シャフトが、カニューレ１８００に関して且つカニューレ内で回転するように、エントリガイドチューブ２２００を駆動し、そのカニューレが、カニューレマウントのクランプ、例えば、カニューレマウント１７５０のクランプ１７５４によりクランプされて、静止されたまま保たれる。

器具シャフトは、それぞれの挿入機構１９４２ａの動きにより、互いから独立して又は互いに一緒に、エントリガイドチャネルの中に挿入され、その中で畳み込まれることが可能である。器具２１６０は、ロール軸１９４１に関して時計方向又は反時計方向に回転し、従って、エントリガイドチューブ２２００はそれと連携して、ロール軸に関して時計方向又は反時計方向に回転することが可能である。４つのチャネルがエントリガイドにおいて示されていて、複数の器具シャフトがエントリガイド及びカニューレの中を通るように示されているが、エントリガイド及びカニューレアセンブリは、エントリガイド及びカニューレの中を通るチャネル及び器具／器具アセンブリシャフトの他の数を有して外科手術システムにおいて機能することが可能である。例えば、エントリガイド及びカニューレの中を１つ又はそれ以上の器具／器具アセンブリシャフトを通すための１つ又はそれ以上のチャネルを有するエントリガイドチューブは、本発明の範囲内にある。更に、エントリガイドを回転させる器具シャフトにより付与されるトルクは、複数の器具シャフトにより対称的に付与される必要はないが、単独の器具シャフトにより付与される大部分のトルクを有して、非対称に且つ独立して付与されることが可能である。

一実施形態においては、エントリガイドチューブ２２００及びカニューレ１８００は各々、カニューレ及び／又はエントリガイドチューブに関する情報の識別を含み、外科手術システム（例えば、マニピュレータアームにより読み取る）が特定のエントリガイド及び／又はカニューレの識別を認識することを可能にする、電気的インタフェース又は無線インタフェース、例えば、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップ又はタグを有することが可能である。金属リング、機械的ピン及び誘導的検知機構が、識別データを読み取るために用いられることも可能である。電気的インタフェース又は無線インタフェースは、データ（例えば、エントリガイドチューブ／カニューレの種類）が外科手術用システムに伝達されることを可能にする。種々の器具、ガイドチューブ及び撮像システムについての機械的インタフェース及び電気的インタフェースに関する詳細、並びに無菌フィールドを維持するための無菌のためにドレープで覆うことに関する詳細については、米国特許第６，８６６，６７１号明細書（Ｔｉｅｒｎｅｙ等による）及び米国特許第６，１３２，３６８号明細書（Ｃｏｏｐｅｒによる）に開示されていて、それらは本明細書において参考により援用され、エントリガイド及びカニューレと共に容易に用いられることが可能である。

他の実施形態において、エントリガイドチューブが連結リップを有しないことが可能であることに、更に留意する必要がある。図２４は、カニューレ２４００に搭載されたエントリガイドチューブ２３００の断面図である。エントリガイドチューブ２３００はカニューレ２３０４を有し、上記のエントリガイドチューブ２２００に類似しているが、連結リップを有していない。それに代えて、エントリガイドチューブ２３００は、エントリガイドチャネル２３０４の内部壁に対する器具シャフト２１６０ｂの衝突力によりカニューレの近位部に回転可能に連結される。一特徴においては、エントリガイドチューブは、エントリガイドチューブの中を通っている器具シャフトにより駆動される、カニューレの長手方向軸又はロール軸に沿って回転可能に且つ長手方向に移動することが可能であることに更に、留意する必要がある。

図２４Ａ乃至２４Ｄを参照するに、上記のようなエントリガイドと共に用いられることが可能であるカニューレ搭載アーム、クランプ及びカニューレの他の実施形態が示されている。図２４Ａ及び２４Ｂは、折り畳み位置及び展開手術位置のそれぞれにおいて移動可能な及び／又は取り外し可能なカニューレマウント２４５０の実施形態の斜視図である。カニューレマウント２４５０は、例えば、第４マニピュレータリンク１３８（図１Ａ及び１Ｂ）の近位端に隣接して、器具マニピュレータアセンブリプラットフォーム２４４０を有するマニピュレータアームのリンク２４３８に移動可能に連結された伸張部２４５２を有する。一実施形態においては、伸張部２４５２は、運動の遠隔中心がカニューレに沿って位置付けられるように、正確な位置にカニューレを保持する動作位置とリンク２４３８に隣接する収容位置との間を伸張部２４５２が移動するようにする回転ジョイント２４５３によりリンク２４３８に連結されている。一実施形態においては、伸張部２４５２は、矢印Ｄで示すように、マニピュレータアームをドレープで覆うときに、カニューレマウントをドレープでより容易に覆うように及び／又は患者の周囲により広い空間を与えるように、リンク２４３８の方の上下方向に回転されることが可能である。他のジョイントであって、カニューレマウント及びマニピュレータアームの全体的なフォームファクタを減少させるように、伸張部がリンクに対してより近くに移動することを可能にするように、ボール及びソケットジョイント又はユニバーサルジョイント、伸縮効果をもたらすスライドジョイントなどを有するが、それらに限定されない、他のジョイントが、伸張部２４５２に連結するように用いられることが可能である。他の実施形態においては、伸張部２４５２は、マニピュレータアームに関して内部的に伸縮することが可能であり、伸張部２４５２は、リンクから取り外し可能である及びそのリンクに動作可能に連結可能であることが可能である。

カニューレマウント２４５０は更に、伸張部２４５２の遠位端においてレセプタクル２４５６の上方にクランプ２４５４を有する。図２４Ｃは、図２４Ｄに示すように、カニューレマウント２４５０のクランプ２４５４及びレセプタクル２４５６に搭載可能なカニューレ２４７０の斜視図である。一実施形態においては、カニューレ２４７０は、ボス２４７６を有する近位部２４７４を有する。ボス２４７６は、相手方レセプタクル２４５６（半球表面２４７８からレセプタクル２４５６への矢印で示している）内に位置付けられる底部半球表面２４７８を有する。ボス２４７６は、適切な位置にボスをロックするクランプ２４５４により係合される上部表面２４７９を更に有し、故に、カニューレマウント伸張部２４５２に対して固定位置にカニューレ２４７０を有することが可能である。クランプ２４５４はレバー２４８０により作動される。カニューレ２４７０は更に、器具シャフトの通路（図２２及び２４に示す）のためのチューブ２４７２を有する。一旦、カニューレ２４７０がクランプ２４５４及びレセプタクル２４５６により搭載されると、クランプは、カニューレ２４７０が回転しないように保つことが可能である。一実施例においては、チューブ２４７２はステンレススチールから成り、チューブ２４７２の内側表面は、潤滑剤又は減摩材がコーティングされる又は裏打ちされることが可能であるが、カニューレは、他の材料から成る若しくはライナーを有する又は有しないことが可能である。近位部２４７４は、図２２、２３Ａ−２３Ｂ及び２４に示すように、チャネルを有するエントリガイドを受け入れる内側の空間を有する。カニューレなどの適用可能なアクセサリの例については、２００５年９月３０日に出願された米国特許出願第１１／２４０，０８７号明細書に開示されていて、該出願の全開示は、全ての目的のために、本明細書において参考により援用される。

一特徴においては、上記のエントリガイド及びカニューレアセンブリは、送気と、手術部位で送気ガスを必要とする手順とを支援する。エントリガイド及びカニューレアセンブリを通る送気については、“ＥｎｔｒｙＧｕｉｄｅｆｏｒＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｉｎａＳｉｎｇｌｅＰｏｒｔＳｙｓｔｅｍ”と題され、２０１０年２月１２日に出願された米国特許出願第１２／７０５，４３９号明細書に更に開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。

有利に、エントリガイドが器具シャフトにより従属して駆動されるために、エントリガイドを回転させるモータ又は他の作動機構の必要性は取り除かれる。更に、そのエントリガイドは、患者又は手術部位の近傍において体積の大きいアクチュエータ機構を設けなくて済むことを可能にする。従って、エントリガイド及びカニューレアセンブリは、手術手順中、器具と他の装置との間の衝突を回避して、単独の部品により複数の器具を有利に組織化して、それらを支援する効率的な且つロバストな手段を提供する。

単独ポート手術システムアーキテクチャ
図２５Ａ乃至２５Ｃ、図２６Ａ乃至２６Ｃ及び２７Ａ乃至２７Ｃは、患者Ｐに関して異なる方向に位置付けられた器具挿入軸又は器具マニピュレータアセンブリロール軸を有する外科手術用システム２５００の異なるビューを示している。図２５Ａ乃至２５Ｃは、下方に向かい且つ患者Ｐの頭部Ｈの方に向かって方向付けられたマニピュレータアセンブリロール軸２５４１を示している。図２６Ａ乃至２６Ｃは、下方に向かい且つ患者Ｐの足部Ｆの方に向かって方向付けられたマニピュレータアセンブリロール軸２５４１を示している。図２７Ａ乃至２７Ｃは、上方に向かい且つ患者Ｐの頭部Ｈの方に向かって方向付けられたマニピュレータアセンブリロール軸２５４１を示している。

外科手術用システム２５００は、ロボット手術システムのための運動の遠隔中心を位置付けるためのセットアップリンク２５１８と、能動的近位リンク２５２６及び能動的遠位リンク２５２８を有するマニピュレータアームアセンブリ２５０１とを有し、そのシステムにおいて、近位リンク２５２６は、能動的ヨージョイント２５２４によりセットアップリンク２５１８に動作可能に連結されている。複数の器具マニピュレータ２５４２は、遠位リンク２５２８の遠位端に回転可能に連結された器具マニピュレータアセンブリを構成する。一実施形態においては、その複数の器具マニピュレータは、伸縮挿入機構２５４４によりマニピュレータアセンブリプラットフォーム２５４０に連結されている。複数の器具マニピュレータ２５４２はロール軸２５４１に関して回転可能である。一実施形態においては、複数の器具マニピュレータの各々は、複数のアクチュエータ出力部が遠位方向に突き出ている遠位面を有し、複数の外科手術用器具２５６０は、対応する器具マニピュレータの遠位面に連結されている。カニューレマウント２５５０は遠位リンク２５２８に移動可能に連結され、カニューレ及びエントリガイドチューブアセンブリ２５５２はカニューレマウント２５５０に連結されている。一実施形態においては、カニューレは、ロール軸２５４１と実質的に一致している長手方向中心軸を有する。各々の外科手術用器具は、エントリガイドチューブとカニューレの中を通るシャフトを有し、故に、少なくとも１つの器具シャフトの回転は、カニューレの長手方向軸に関してエントリガイドチューブを回転させる。

ヨージョイント２５２４における鉛直方向マニピュレータアセンブリヨー軸２５２３は、外科手術用システム（図２Ｃを参照されたい）についての運動の遠隔中心に関して近位リンク２５２６を実質的に３６０°回転させるようにする。一実施例においては、マニピュレータアセンブリのヨー回転は連続的であり、他の実施例においては。マニピュレータアセンブリのヨー回転はほぼ±１８０°である。更に他の実施例においては、マニピュレータアセンブリのヨー回転は約６６０°である。器具は、マニピュレータアセンブリロール軸２５４１と一般に位置合わせされた方向に、患者の体内に挿入されるため、マニピュレータアームアセンブリ２５０１は、マニピュレータアセンブリヨー軸の周囲で何れかの所望の方向に器具挿入方向を位置付ける及び再位置付けるように能動的に制御されることが可能である（例えば、患者の頭部の方の器具挿入方向を示す図２５Ａ乃至２５Ｃと、患者の足部の方の器具挿入方向を示す図２６Ａ乃至２６Ｃとを参照されたい）。この能力は、一部の外科手術中にかなり有利である。器具が、へそに位置付けられた単独のポートを介して挿入される特定の腹部外科手術の場合（図２５Ａ乃至２５Ｃを参照されたい）には、例えば、器具は、新しいポートを患者の体壁に作る必要なく、腹部の四半部すべてにアクセスするように位置付けられることが可能である。マルチ四半部アクセスは、例えば、腹部全体に亘るリンパ節へのアクセスのために必要である。それとは対照的に、マルチポート伸縮外科手術用システムにおいては、他の腹部四半部への完全なアクセスのために、追加のポートが患者の体壁に形成される必要がある。

更に、マニピュレータは、構成の鉛直下方で及び僅かに上方に傾けて、器具を方向付けることが可能である（例えば、身体開口部Ｏ近傍で上方に傾けられた器具挿入方向を示す図２７Ａ乃至２７Ｃを参照されたい）。従って、単独のエントリポートを通る器具についてのそのような進入角度（遠隔中心に関するヨー及びピッチの両方）により、容易に操作及び変更が可能である一方、患者の安全性及び操作する患者側担当者のためにエントリポートの周囲に増加した空間を得ることができる。

更に、マニピュレータアームアセンブリ２５０１のリンク及び能動的ジョイントが、単独のエントリポートを通る器具の進入についての傾斜角度を容易に操作するように用いられる一方、単独のエントリポートの周囲で空間を得るように、用いられることが可能である。例えば、アームアセンブリ２５０１のリンクは、患者から“弧を描いて遠ざかる”フォームファクタを有するように位置付けられることが可能である。そのような弧を描いて遠ざかることは、マニピュレータを患者と衝突しないようにする、ヨー軸２５２３に関するマニピュレータアームの回転を可能にする。そのように弧を描いて遠ざかることはまた、患者側の担当者が器具を交換するためのマニピュレータへのアクセスを容易にし、手動器具（例えば、手動腹腔鏡器具又は折り畳み装置）を挿入して操作するためのエントリポートへのアクセスを容易にする。換言すれば、複数の器具マニピュレータ２５４２のクラスターの作業空間は略、器具マニピュレータ２５４２の近位端における円錐の円形端と、運動の遠隔中心における円錐の先端とを有する、略円錐形状であることが可能である。そのような作業空間は、患者と外科手術ロボットシステムとの間の干渉が少なく済み、手術部位への改善されたアクセス及び手術スタッフによる患者への改善されたアクセスを可能にするシステムについてのより大きい範囲の運動をもたらす。

従って、大きい運動範囲と関連するマニピュレータアームアセンブリ２５０１の構成及び形状は、単独のポートを介してのマルチ四半部手術を可能にする。単独の切開を介して、マニピュレータは、一方向に器具を方向付け、容易に方向変換することを可能にし、例えば、変わらない鉛直方向ヨー軸２５２３に関してマニピュレータアームを移動させることにより、患者の頭部の方への方向で作業し（例えば、図２５Ａ乃至図２５Ｃを参照されたい）、続いて患者の骨盤の方に方向変換する（例えば、図２６Ａ乃至図２６Ｃを参照されたい）ことが可能である。

ここで、図２８を参照するに、本明細書で記載している手術用器具アセンブリ及び構成要素を組み込んだ最小侵襲性遠隔外科手術用システムのための集中型運動制御及び調整器システムアーキテクチャの特徴を示している。運動調整器システム２８０２は、マスター入力２８０４と、センサ入力２８０６と、最適化入力２８０８とを受け入れる。

マスター入力部２８０４は、マスター制御機構において外科医の腕、手首、手及び指の動きを含むことが可能である。入力部はまた、他の動作（例えば、ボタン、レバー、スイッチなどを押す又は動かす指、足、膝など）、及び特定の構成要素の位置及び方位を制御する若しくは特定のタスクの動作（例えば、電気的エンドエフェクタ又はレーザ、撮像システム動作などにエネルギー供給する）を制御する命令（例えば、音声）によるものであることも可能である。

センサ入力部２８０６は、例えば、測定されたサーボモータ位置又は検知された曲がり情報からの位置情報を含むことが可能である。“ＲｏｂｏｔｉｃｓｕｒｇｅｒｙｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓｕｓｉｎｇｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ”と題された米国特許出願第１１／４９１，３８４号明細書（Ｌａｒｋｉｎ等による）において、位置検知のためのファイバブラッグ格子を用いることが開示されていて、それは本明細書において参考により援用される。そのような曲げセンサは、構成要素（例えば、エンドエフェクタ先端）についての位置及び方位情報を決定するときに用いられる、本明細書で記載している種々の器具及び撮像システムに組み込まれることが可能である。位置及び方位情報はまた、患者の体内にある構成要素の位置及び方位における変化をリアルタイムに検知する、患者の体外に位置付けられている１つ又はそれ以上のセンサ（例えば、蛍光透視、ＭＲＩ、超音波など）により生成されることが可能である。

下で説明するように、ユーザインタフェースは３つの結合された制御モードであって、器具についてのモードと、撮像システムについてのモードと、マニピュレータアーム構成及び／又はロール軸制御についてのモードとを有する。ガイドチューブについてのモードも有効である。それらの組み合わされたモードは、ユーザが１つの部分を直接制御するのではなく、全体としてのシステムにアクセスすることを可能にする。従って、運動調整器は、特定の目的を達成するように、全体的なシステム運動学（即ち、システムの全体的自由度）の有利点をどのようにとるかを決定する必要がある。例えば、１つの目的は、患者の周囲の空間を最適化すること、又はマニピュレータアームのフォームファクタを最小化することであることが可能である。他の目的は、特定の構成についての器具の作業空間を最適化することであることが可能である。他の目的は、撮像システムの視野の中心を２つの器具の間に維持することであることが可能である。従って、最適化入力２８０８は高レベルのコマンドであることが可能であり、又は、その入力はより詳細なコマンド又は間隔情報を含むことが可能である。高レベルのコマンドの例は、作業空間を最適化するインテリジェント制御器に対するコマンドである。より高いレベルのコマンドの例は、カメラの最適化を開始又は終了する撮像システムについてのものである。センサ入力の例は、作業空間の限界に達したことについての信号である。

運動調整器２８０２は、種々の伸縮外科手術用システムアームのためのマニピュレータに関連する種々のアクチュエータ制御器及びアクチュエータ（例えば、サーボモータ）にコマンド信号を出力する。図２８は、器具アクチュエータ、能動的アームジョイント、マニピュレータプラットフォームの回転機構、及び能動的伸縮挿入機構に制御信号を送ることが可能である、４つの器具制御器２８１０、撮像システム制御器２８１２、ロール軸制御器２８１４及びマニピュレータアーム制御器２８１６に送信される制御信号の例を示している。他の数の及び組み合わせの制御器を用いることが可能である。制御及びフィードバック機構並びに信号、例えば、検知システムからの位置情報（例えば、１つ又はそれ以上の無線送信器、ＲＦＩＤチップなど）及び他のデータについては、米国特許出願第１１／７６２，１９６号明細書に開示されていて、それは本明細書において参考により援用され、そして本明細書において適用可能である。

従って、一部の特徴においては、遠隔外科手術システムを操作する外科医は、上で特定された少なくとも３つの制御モードであって、器具を移動させる器具制御モードと、撮像システムを移動させる撮像システム制御モードと、マニピュレータプラットフォームの回転若しくは互いに対して又は特定のフォームファクタに対してマニピュレータアームのリンクを構成するための、またマルチ四半部手術を可能にする外側のヨー軸に関する能動的動作のためのマニピュレータアームロール軸制御モードとに、同時に且つ自動的にアクセスすることができる。

図２９は、本明細書で記載している外科手術用システムアーキテクチャ及び構成要素を組み込む最小侵襲性遠隔外科手術用システムについての分散型運動制御及び調整システムアーキテクチャの特徴を示す図である。図２９の例示としての特徴においては、制御及び変換プロセッサ２９０２は、２つのマスターアーム最適化器／制御器２９０４ａ、２９０４ｂと、３つの外科手術用器具最適化器／制御器２９０６ａ、２９０６ｂ、２９０６ｃと、撮像システム最適化器／制御器２９０８と、ロール軸最適化器／制御器２９１０と情報を交換する。各々の最適化器／制御器は、遠隔外科手術用システムにおいてマスターアーム又はスレーブアーム（例えば、カメラ（撮像システム）アーム、器具アーム及びマニピュレータアームを含む）に関連する。最適化器／制御器の各々は、特定のアーム用の最適化目標２９１２ａ乃至２９１２ｇを受信する。

制御及び変換プロセッサ２９０２と種々の最適化器／制御器との間の両方向矢印は、最適化器／制御器のアームに関連する“次のデータ”の交換を表す。即ち、“次のデータ”には、全アーム、ベースフレーム及び遠位先端フレームの全カーテシアン（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）構成がある。制御及び変換プロセッサ２９０２は、各々の最適化器／制御器がシステムにおけるアーム全部の現在のカーテシアン構成についてのデータを有するように、各々の最適化器／制御器から最適化器／制御器すべてに受信された“次のデータ”を経路付ける。更に、各々のアームについての最適化器／制御器は、アームについて一意である最適化目標を受信する。各々のアームの最適化器／制御器はその場合、それがその最適化目標を追求するときに、入力及び制約として他のアームの位置を用いる。一特徴においては、各々の最適化制御器は、その最適化目標を追求するために、内蔵された局所的最適化器を用いる。各々のアームの最適化器／制御器のための最適化モジュールは、別個にオン又はオフに切り替えられることが可能である。例えば、撮像システム及び器具アームのみについての最適化モジュールが、オンに切り替えられることが可能である。

分散型制御アーキテクチャは、集中型アーキテクチャに比べてより高いフレキシビリティを備えるが、性能が低下する可能性がある。しかしながら、この分散型アーキテクチャにおいては、単独のモジュールが全システムの状態を認識している、集中型アーキテクチャにより実行される全体的最適化に対しては局所的である。

リンクカウンターバランス
ここで、近位リンクにおけるカウンターバランス機構の実施形態について図３０Ａ乃至３７Ｃを参照して詳述する。図３０Ａは、上記のアームアセンブリと実質的に同様のマニピュレータアームアセンブリ３００１を示し、上記のアームアセンブリの特徴はアセンブリ３００１に対しても適用することができ、図３０Ｂは、アームアセンブリ３００１のカウンターバランス近位リンクのより拡大されたビューを示している。図３１乃至３７Ｃは、近位リンクハウジングの壁のないカウンターバランスシステムの他のビュー及び特徴を示している。特に、図３１はカウンターバランスシステムの斜視図であり、図３２Ａ乃至３６Ｃは、隣接ピンと、線形ガイドと、線形ガイドに関してエンドプラグを移動させるための隣接ピンの運動範囲のビューを示し、図３７Ａ乃至３７Ｃは、本発明の種々の特徴に従ったロッカーアーム及び止めネジを示すカウンターバランス近位リンクの遠位端の方からの詳細なビューを示している。

ここで図３０Ａ及び３０Ｂを参照するに、マニピュレータアームアセンブリ３００１は、マニピュレータアセンブリヨー軸３０２３を構成するヨージョイントによりセットアップリンクに動作可能に連結可能である近位リンク３０２６を有する。近位リンク３０２６は、ピボット軸３０７０に関して遠位リンク３０２８に対して回転可能に連結される。一実施例においては、モータ３０７３は、ピボット軸３０７０に関して遠位リンク３０２８を回転させるように制御されることが可能である。一実施形態においては、遠位リンク３０２８は、遠位リンクの遠位端において器具マニピュレータアセンブリプラットフォーム３０４０を有する。カニューレマウント３０５０は、遠位リンク３０２８に移動可能に連結されている。一実施形態においては、プラットフォーム３０４０は、器具マニピュレータが器具マニピュレータアセンブリロール軸３０４１に関して搭載され且つ回転されることが可能である回転可能ベースプレートを備えている。ヨー軸３０２３、ロール軸３０４１及び器具マニピュレータアセンブリピッチ軸３０３９は、上記のように、運動の遠隔中心３０４６を構成する。

ここで、図３０Ｂ及び３１を参照するに、カウンターバランスリンク３０２６は、ハウジング近位端又は第１端３０８４ａとハウジング遠位端又は第２端３０８４ｂとの間にある長手方向中心軸３０８４ｃを有するハウジング３０８４を有する。圧縮ばね３０８０は、長手方向軸３０８４ｃに沿って備えられ、ばね近位端又は第１端３０８０ａとばね遠位端又は第２端３０８０ｂを有する。一実施形態においては、圧縮ばねは、シリコン−クロム合金から成るが、他の材料から成ることも可能である。ベース３０９２はハウジングの第１端に備えられ、アライメントリング３０９０により圧縮ばね３０８０の第１端３０８０ａに連結されている。プラグ３０７４は、ハウジングの第２端に備えられ、圧縮ばね３０８０の第２端３０８０ｂに連結されている。一実施形態においては、アライメントリング３０９０は、圧縮ばね３０８０の第１端３０８０ａに固定して連結され、プラグ３０７４は、そのばねの第２端３０８０ｂがねじ留めされる外側のねじ山（例えば、ねじ山３０７４ａ）を有する。

ケーブルの第１端にカプラ３０７１を有するケーブル３０８８は、遠位リンク３０２８からの荷重に対して結合され、ケーブル３０８８の第２端はプラグ３０７４に対して動作可能に結合される。カプラ３０７１におけるケーブル３０８８の耐荷重端から、ケーブル３０８８は、複数のプーリー３０７６及び３０７８を通って、ハウジング３０８４の外部に出て、次いで、プラグ３０７４への結合の前にベース３０９２におけるプーリー３０９４を通る。遠位リンク３０２８からの荷重は、プーリー３０９４（図３１）に関する方向Ｅ１及びＥ２にケーブル３０８８を引っ張り、プラグ３０７４がＥ２方向にスプリング３０８０を圧縮するようにして、それにより、ピボット軸３０７０に関して遠位リンクからの荷重の少なくとも一部とカウンターバランスを取るようなる。

安全性を高めるように、ケーブル３０８８はケーブル余長を有し得、そのケーブルは、ケーブル余長に対する張力を均一にするケーブル張力イコライザ３０８２に結合されている。ケーブルツイスタ３０９５は、プーリー３０９４とカップラ３０７１との間で互いに対してケーブル余長に動作可能に結合するように任意に用いられる。複数のキャップスクリュー３０７５がケーブル張力イコライザ３０８２とプラグ３０７４との間に備えられ得、カウンターバランスリンクの力オフセットを調整するように用いられ得る。一実施形態においては、３つのキャップスクリュー３０７５は、ケーブル張力イコライザ３０８２とプラグ３０７４とを連結し、１つのキャップスクリューが張力すべてを実質的に負担し、他の２つのキャップスクリューは余長及び安全性目的で備えられている。

一特徴においては、プーリー３０９４とプラグ３０７４との間のケーブル３０８８の部分は、近位リンクハウジングの長手方向中心軸３０８４ｃに実質的に沿って動く。他の特徴においては、ばね３０８０は、近位リンクハウジングの長手方向中心軸３０８４ｃに実質的に沿って圧縮される。しかしながら、ばねの圧縮は、ハウジングの長手方向軸に沿ったばねの“湾曲（ｂｏｗｉｎｇ）”又は非直線性をもたらし得、そのことは、近位リンクハウジングの内側表面に対するばねのこすれ及び接触に繋がる。その湾曲を減少させる又は実質的に排除するように、第１端３０８０ａ及び第２端３０８０ｂにおけるばね３０８０の方向は、本発明の種々の特徴に従って、調整され得る。更に、一実施形態においては、ハウジングは、ハウジング３０８４ｃの長手方向軸に対して平行に備えられた線形ガイドトラック３０９６を有する。線形ガイドトラック３０９６に移動可能に又はスライド可能に結合された線形ガイド３０８６は、圧縮ばね３０８０のコイルにフレキシブルに連結されている。また、線形ガイドトラック３０９６に移動可能に又はスライド可能に結合された線形ガイド３０７２は、プラグ３０７４に動作可能に連結されている。線形ガイドトラック３０９６並びに線形ガイド３０８６及び３０７２は、圧縮ばね３０８０の湾曲を更に減少させる又は実質的に排除する。一部の実施形態においては、カウンターバランスシステムは、線形ガイド及び線形ガイドトラックを用いずに動作されることが可能である。ここで、圧縮ばねの第１端又は近位端の調整可能な位置合わせに言及するに、一特徴においては、アライメントリング３０９０は、複数の調整ねじ３０９１によりベース３０９２に移動可能に連結され、故に、調整ねじ３０９１の動作は、アライメントリング３０９０の方向を、従って、アライメントリング３０９０にフレキシブルに連結されたねじ３０８０ａの第１端の方向を調整する。一実施例においては、ベース３０９２は、四角形又は矩形形状に互いから離れて設定された４つの隣接したねじ３０９１によりアライメントリング３０９０に連結されている。それらのねじの他の幾何学的形状も可能である。調整ねじ３０９１は各々、アライメントリングの方向が調整ねじと接する各々の点で調整されることが可能であるように、アライメントリング３０９０の平面的な上部表面に対して実質的に垂直な方向に移動可能である（例えば、内部にねじ山を有するベース開口を通るねじ込み動作により）。従って、アライメントリング３０９０及びばね３０８０のフレキシブルに連結される第１端３０８０ａの方向は、アライメントリング３０９０に沿った種々の点で調整されることが可能である。より多い又はより少ない数の調整ねじ３０９１は本発明の範囲内にある。

ここで図３２Ａ乃至３７Ｃを参照するに、リンクハウジングの壁のないカウンターバランス近位リンクの遠位端の方からの詳細なビューを示している。特に、それらの図は、本発明の種々の特徴に従って、調整ピン３１０６と、ロッカーアーム３１０８と、ばね３０８０のフレキシブルに連結された第２端３０８０ｂ及びエンドプラグ３０７４の方向を調整するロッカーアーム及び調整ピンの移動範囲のビューを示している。

図３２Ａは、カウンターバランスシステムの底方向からの斜視図であり、図３２Ｂは、図３１、３２Ａ及び３７Ａの線ＩＶ−ＩＶに沿った断面の斜視図である。上記のように、複数のキャップスクリュー３０７５ａ及び３０７５ｂは、ケーブル張力イコライザ３０８２とプラグ３０７４との間に備えられ、それらのケーブル張力イコライザ３０８２及びプラグ３０７４に連結している。キャップスクリュー３０７５ａは、本実施形態における張力すべてを負担し、他の２つのキャップスクリュー３０７５ｂは、余長及び安全性目的で備えられる。更に上記のように、ばね３０８０の遠位端は、プラグ３０７４の外部のねじ山３９７４ａにねじ込むことによりプラグ３０７４に連結される。プラグ３０７４は、プラグの重さを軽減するように、形成される複数の溝３２００を任意に有することが可能である。また、線形ガイド３０７２は線形ガイドフランジ３０７２ａにより線形ガイドトラック３０９６にスライド可能に連結されることが可能であることにも留意する必要がある。

図３２Ａ及び３２Ｂから理解できるように、プラグ３０７４は、調整ピン３１０６と、調整ピン３１０６の内部チャネルを通って移動するソケットスクリュー３１０４と、互いに対して調整ピン３１０６及び線形ガイド３０７２の位置を適切な位置にロックするソケットスクリュー３１０４の自由端３１０４ａにねじ込まれるナット３１０２とにより、線形ガイド３０７２に連結される。自由端３１０４ａに対向するソケットスクリュー３１０４のヘッド３１０４ｂは、ナット３１０２がソケットスクリューの自由端３１０４ａにおいて完全に係合するとき、故に、互いに対して調整ピン３１０６及び線形ガイド３０７２の位置をロックするとき、調整ピン内にソケットスクリューの頭部をロックするように調整ピン３１０６の係合トレンチ３１０５内に位置付けられる。

図３３乃至３６Ｃを参照するに、線形ガイド３０７２に対する調整ピン３１０６の調整運動について、より詳細に示している。図３３は、線形ガイド３０７２に連結された調整ピン３１０６と、円３１１４と、調整ピンが線形ガイド３０７２に対して適切な位置に完全にロックされないときに調整ピン３１０６が回転され得る円の中心３１１４ａとを示している。図３４は、調整ピン３１０６の長手方向中心軸３１０７が線形ガイド３０７２又はガイドトラック３０９６の長手方向中心軸３０９７に対して垂直であるときの、線形ガイドマーキング３０７２ｂ及び調整ピンマーキング３１０６ｂを示している。線形ガイドマーキング３０７２ｂ及び調整ピンマーキング３１０６ｂは、調整ピン及び線形ガイドの相対的位置を決定するように、カウンターバランスシステムの調整器（特に、プラグの方位）により用いられることが可能である。図３５は、ピンシャフト３１０６ａ及びピンヘッド３１０６ｂを有する調整ピン３１０６の斜視図である。図３３乃至３５から分かるように、ピンヘッド３１０６ｂは、線形ガイド３０７２の曲面化表面と動作可能に一致する曲面化上部表面を有する。

図３６Ａ乃至３６Ｃは、調整ピン３１０６及び線形ガイド３０７２並びにそれらのそれぞれの長手方向中心軸３１０７及び３０９７のそれぞれの側面図である。図３６Ａは、線形ガイド３０７２の長手方向中心軸３０９７に対する調整ピン３１０６の長手方向中心軸３１０７の垂直な位置を示し、図３６Ｂは、調整ピン３１０６の長手方向中心軸３１０７が線形ガイド３０７２の長手方向中心軸３０９７と鈍角を形成する位置を示し、図３６Ｃは、調整ピン３１０６の長手方向中心軸３１０７が線形ガイド３０７２の長手方向中心軸３０９７と鋭角を形成する位置を示している。従って、図３６Ａ乃至３６Ｃは、線形ガイド３０７２に対する調整ピン３１０６のピボット運動を、故に、ばね３０８０のフレキシブルに連結された第２端３０８０ｂ及びプラグ３０７４になされ得る方向調整を示している。

図３７Ａは、ロッカーアーム３１０８及び止めねじ３１１０を示すカウンターバランスシステムの底方向からの他の斜視図であり、図３７Ｂは、プラグ３０７４が取り除かれた図３７Ａを示し、図３７Ｃは、ロッカーアーム３１０８が取り除かれた図３７Ｂを示している。ロッカーアーム３１０８は、ピンシャフト３１０６ａの自由端で調整ピン３１０６に結合され、止めねじ３１１０はプラグ３０７４にロッカーアーム３１０８を結合させる。クロスディスクピン３１１２は、ロッカーアーム３１０８を調整ピン３１０６に固定する。ロッカーアーム３１０８及び連結されたプラグ３０７４は、調整ピン３１０６の長手方向中心軸に関して回転することが可能であり、長手方向軸３１０７に対して実質的に垂直な方向にある止めねじ３１１０の運動により、例えば、内側ねじ山を有するロッカーアーム開口を通るねじ込み動作により、調整されることが可能である。従って、ねじ３０８０の固定的に連結された第２端３０８０ｂ及びプラグ３０７４の方向は、止めねじ３１１０と接する各々の点で調整されることが可能である。多い又は少ない数の調整ねじ３１１０は本発明の範囲内にある。従って、プラグの、故に、ねじ３０８０の第２端又は遠位端は、調整ピン３１０６を回転させることにより及びロッカーアーム３１０８を回転させることにより種々の点で調整されることが可能である。一特徴においては、調整ピン３１０６及びロッカーピン３１０８は、互いに対して垂直である軸に関して回転する。

更に、本発明のカウンターバランスリンクは、圧縮ねじにおいて圧縮可能である能動的コイルの数を変えるように、プラグと圧縮ねじの第２端との間の調整を可能にする。一特徴においては、圧縮ねじの第２端は、圧縮可能である能動的コイルの数を変えるように、プラグの外側ねじ山に多く又は少なくねじ込まれることが可能である。

有利に、モータが増加された有利なロボットアーム構成及び器具操作のためのピボット軸３０７０に関して遠位リンク３０２８を回転させるとき、カウンターバランス近位リンク３０２６は、遠位リンクのより容易な運動及び遠位リンクを回転させるモータに必要なより小さいトルクを可能にする一方、何れかのモータの故障に対して改善された安全性を提供することが可能である。一部の実施形態においては、近位リンクのカウンターバランス機構は全体的に失敗するようになるが、遠位リンクを回転させるモータは、適切な位置で遠位リンクを保つようにブレーキをかける。

上記の実施形態は例示であって、その開示内容に限定されるものではない。本発明の原理に従って、種々の修正及び変形が可能であることも、理解される必要がある。例えば、多くの特徴においては、本明細書で記載している装置はシングルポート装置として用いられ、即ち、外科手術用手順を完結するのに必要なすべての構成要素が、シングルエントリポートを介して体内に入る。しかしながら、一部の特徴においては、複数の装置及び部品が用いられることが可能である。

１００患者側サポートシステム
１０２内視鏡撮像システム
１０４外科医用コンソール
１０６有線接続（電気的又は光学的）又は無線接続
１０８床置き式ベース
１１０天井付けベース
１１２鉛直方向の調整
１１４リンク
１１６セットアップジョイント
１１８連結セットアップリンク
１２０セットアップジョイント
１２２連結セットアップリンク
１２３マニピュレータアセンブリヨー軸
１２４ヨージョイント
１２６第１マニピュレータリンク
１２８、１３２及び１３６回転ジョイント
１３０第２マニピュレータ
１３４第３マニピュレータ
１３８第４マニピュレータ
１３９マニピュレータアセンブリピッチ軸
１４０マニピュレータアセンブリプラットフォーム
１４１マニピュレータアセンブリロール軸
１４２マニピュレータアセンブリ
１４６運動の遠隔中心
１５０カニューレマウント
３４０ａ回転可能ベースプレート
３４１マニピュレータアセンブリロール軸
３４２器具マニピュレータ
３４４挿入機構
３６０器具

Claims

複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールであって、該複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールの各々はアクチュエータ出力部を有し、該アクチュエータ出力部の各々は、他のアクチュエータ出力部からの力入力を伴わずに、手術用器具の対応するアクチュエータ入力部を独立して作動させる、複数の独立したアクチュエータ駆動モジュール；及び
前記複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールを収容するフレームであって、該フレームは遠位端を有し、前記アクチュエータ出力部の各々は、前記手術用器具の前記対応するアクチュエータ入力部を係合するように前記遠位端から遠位方向に突き出ている、フレーム；
を有する器具マニピュレータ。
前記複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールは、手術用器具の転がり運動を作動させる転がり出力部を有する転がりアクチュエータ駆動モジュールと、手術用器具の把持運動を作動させる把持出力部を有する把持アクチュエータ駆動モジュールと、手術用器具の手首運動を作動させる手首出力を有する手首アクチュエータ駆動モジュールと、手術用器具の手首並進運動を作動させる揺動出力部を有する揺動アクチュエータ駆動モジュールとを有する、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
前記アクチュエータ出力部は２軸ジンバル、ディスク又はレバーの一である、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
前記アクチュエータ出力部は各々、ばね負荷されている、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
前記アクチュエータ出力部は各々、フレーム遠位面の単一平面に対して実質的に垂直な方向にばね負荷されている、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
前記アクチュエータ出力部は各々、器具シャフトの遠位長手方向軸に対して実質的に平行な方向にばね負荷されている、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
前記ロボット手術システムの遠位リンクに動作可能に連結されたベースリンクを有する伸縮挿入機構と、当該器具マニピュレータのフレームに動作可能に連結されたキャリッジリンクとを更に有する、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
当該マニピュレータの前記フレームは、前記ベースリンクの近位端と前記キャリッジリンクの遠位端との間の前記伸縮挿入機構に沿って並進する、請求項７に記載の器具マニピュレータ。
前記フレームに備えられた器具支持特徴と、前記器具が固定された位置に保持されている間、前記器具の前記アクチュエータ入力部及び当該マニピュレータのアクチュエータ出力部を動作可能に係合する又は開放するように、前記器具支持特徴の遠位端の方に又は該遠位端から遠ざかる方に前記フレームの遠位面を作動させるラッチ機構とを更に有する、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
無菌アダプタに連結された複数のポストをさらに有する、請求項１に記載の器具マニピュレータ。
ロボット手術システムであって：
当該ロボット手術システムについて運動の遠隔中心を位置付けるためのセットアップリンク；
前記セットアップリンクに動作可能に連結された近位リンク；
前記近位リンクに動作可能に連結された遠位リンク；
前記遠位リンクの遠位端で回転可能要素に動作可能に結合された複数の器具マニピュレータであって、各々の器具マニピュレータは、
複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールであって、該複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールの各々はアクチュエータ出力部を有し、該アクチュエータ出力部の各々は、他のアクチュエータ出力部からの力入力を伴わずに、手術用器具の対応するアクチュエータ入力部を独立して作動させる、複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールと、
前記複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールを収容するフレームであって、該フレームは遠位端を有し、前記アクチュエータ出力部の各々は、前記手術用器具の前記対応するアクチュエータ入力部を係合するように前記遠位端から遠位方向に突き出ている、フレームと、
を有する、器具マニピュレータ；及び
複数の手術用器具であって、該複数の手術用器具の各々は対応する器具マニピュレータに動作可能に連結されている、複数の手術用器具；
を有するロボット手術システム。
前記複数の独立したアクチュエータ駆動モジュールは、手術用器具の転がり運動を作動させる転がり出力部を有する転がりアクチュエータ駆動モジュールと、手術用器具の把持運動を作動させる把持出力部を有する把持アクチュエータ駆動モジュールと、手術用器具の手首運動を作動させる手首出力を有する手首アクチュエータ駆動モジュールと、手術用器具の手首並進運動を作動させる揺動出力部を有する揺動アクチュエータ駆動モジュールとを有する、請求項１１に記載のロボット手術システム。
前記アクチュエータ出力部は２軸ジンバル、ディスク又はレバーの一である、請求項１１に記載のロボット手術システム。
前記アクチュエータ出力部は各々、フレーム遠位面の単一平面に対して実質的に垂直な方向にばね負荷されている、請求項１１に記載のロボット手術システム。
前記アクチュエータ出力部は各々、器具シャフトの遠位長手方向軸に対して実質的に平行な方向にばね負荷されている、請求項１１に記載のロボット手術システム。
ロボット手術システムの遠位リンクに動作可能に連結されたベースリンクを有する伸縮挿入機構と、前記器具マニピュレータの前記フレームに動作可能に連結されたキャリッジリンクとを更に有する、請求項１１に記載のロボット手術システム。
各々の手術用器具は、手術用マニピュレータの遠位面に動作可能に備えられた近位面を有する、請求項１１に記載のロボット手術システム。
前記手術用器具は、顎、はさみ、把持器、針用ホルダ、微小解剖器、ステープルアプライヤ、タッカ及びクリップアプライヤのうちのエンドエフェクタを有するジョイントツールと、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル及び吸入オリフィスのうちの非ジョイントツールとを含む群から選択される、請求項１１に記載のロボット手術システム。
前記遠位リンクの前記遠位端で前記回転可能要素に備えられた複数の伸縮挿入機構であって、前記複数の伸縮挿入機構の各々は対応する器具マニピュレータフレームに結合され、前記器具マニピュレータフレームの各々は、他の器具マニピュレータフレームから独立したそれぞれの伸縮挿入機構に沿って並進することが可能である、複数の伸縮挿入機構を更に有する、請求項１１に記載のロボット手術システム。
各々の器具マニピュレータは、前記フレームに備えられた器具支持特徴と、前記器具が固定された位置に保持されている間、前記器具の前記アクチュエータ入力部及び前記マニピュレータのアクチュエータ出力部を動作可能に係合する又は開放するように、前記器具支持特徴の遠位端の方に又は該遠位端から遠ざかる方に前記フレームの遠位面を作動させるラッチ機構とを更に有する、請求項１１に記載のロボット手術システム。