JP2018515218A - ブレード露出を減少させるシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

ブレード露出を減少させるシステム及び方法が外科切断を含む。外科切断器具は、外科切断器具の遠位端に配置されるエンドエフェクタと、１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットと、駆動ユニットに連結されるシャフトと、エンドエフェクタをシャフトに連結する関節作動リストと、駆動ユニットからの力又はトルクをエンドエフェクタ及び関節作動リストに結合するためのシャフト内の１つ又はそれよりも多くの駆動機構とを含む。エンドエフェクタは、対向可能な把持ジョーと切断ブレードとを含む。切断操作を実行するために、外科切断器具は、把持ジョーの間のジョー角を測定し、関節作動リストの関節作動を測定し、関節作動リストの関節作動に基づきジョー角を修正し、修正されたジョー角に基づき切断操作に対する制限を決定し、制限に基づき切断操作を実行し或いは防げる。

Description

（関連出願の参照）
この特許出願は、２０１５年５月１５日に出願された「SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING BLADE EXPOSURES」という名称の米国仮特許出願第６２／１７６，８９３号の優先権及び利益を主張し、その全文を本明細書中に参照として援用する。

本開示は、一般的には、関節作動アームとエンドエフェクタとを備えるデバイスの操作(operation)に関し、より具体的には、ブレード露出を減少させるような最小侵襲性切断器具の操作に関する。

ますます多くのデバイスが自律型及び半自律型の電子デバイスに取って代わられている。これは手術室、介入室、集中治療室、救急室などに見られる自律型及び半自律型電子デバイス装置の大規模アレイを備える今日の病院に特に当て嵌まる。例えば、ガラス及び水銀体温計は、電子体温計に取って代わられており、静脈内点滴ラインは、現在のところ電子モニタ及び流量調整器を含み、従来的な手持ち式の手術器具は、コンピュータ支援医療デバイスに取って代わられている。

コンピュータ支援医療デバイスを用いる最小侵襲性外科技術は、一般的に、健康な組織への損傷を最小限に抑えながら、外科処置及び／又は他の処置を行うことを試みる。幾つかの最小侵襲性処置は、手術器具を備えるコンピュータ支援医療デバイスの使用を通じて遠隔に実行されることがある。多くのコンピュータ支援医療デバイスでは、外科医及び／又は他の医療従事者は、典型的には、操作者コンソール上の１以上（１つ又はそれよりも多く）の制御装置を用いて入力デバイスを操作することがある。外科医及び／又は他の医療従事者が操作者コンソールで様々な制御装置を操作すると、命令は操作者コンソールから患者側デバイスに中継され、患者側デバイスには、１以上のエンドエフェクタ及び／又は手術器具が取り付けられている。このようにして、外科医及び／又は他の医療従事者は、エンドエフェクタ及び／又は手術器具を用いて患者に対して１以上の処置を行うことができる。所望の処置及び／又は使用中の手術器具に依存して、所望の処置は、部分的に又は全体的に、遠隔操作を用いる外科医及び／又は医療従事者の制御の下で、並びに／或いは、手術器具が外科医及び／又は他の医療従事者による１以上のアクティブ化行為に基づき一連の操作を行うことがある半自律的な制御の下で、行われることがある。

手動で作動させられるにしろ、遠隔操作で作動させられるにしろ、及び／又は半自律的に作動させられるにしろ、最小侵襲性外科器具は、様々な操作及び／又は処置において用いられることがあり、様々な構成を有することがある。多くのそのような器具は、関節作動アームの遠位端に取り付けられることがあるシャフトの遠位端に取り付けられるエンドエフェクタを含む。多くの手術シナリオにおいて、シャフトは、遠隔手術部位に到達するよう、開口（例えば、体壁切開部、自然開口部、及び／又は同等物）を通じて（例えば、腹腔鏡下で、胸腔鏡下で、及び／又は同等物の下で）挿入されるように構成されてよい。幾つかの器具では、関節作動リスト機構を器具のシャフトの遠位端に取り付けて、シャフトの長手軸に対するエンドエフェクタの向きを変更する能力をもたらす関節作動リストでエンドエフェクタを支持する。

外科医及び／又は他の医療従事者が様々な外科処置のいずれかを実行するのを可能にするよう、異なるタスク、処置、及び機能を実行するために、異なる設計及び／又は構成のエンドエフェクタが用いられてよい。例は、焼灼、切除、縫合、切断、ステープル留め、融合、封止など、及び／又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。従って、エンドエフェクタは、これらの外科処置を実行する様々なコンポーネント及び／又はコンポーネントの組み合せを含み得る。

最小侵襲性の処置の目標と一致して、エンドエフェクタの大きさは、典型的に、エンドエフェクタがその意図されるタスクを実行するのを依然として可能にしながら、可能な限り小さく維持される。エンドエフェクタの大きさを小さく維持する１つのアプローチは、患者の外部に典型的に位置する手術器具の近位端での１以上の入力の使用を通じてエンドエフェクタの作動を達成することである。次に、様々なギア、レバー、プーリ、ケーブル、ロッド、バンド、及び／又は同等物を用いて、手術器具のシャフトに沿って１以上の入力から行為を伝達し、エンドエフェクタを作動させてよい。適切な手術器具を備えるコンピュータ支援医療デバイスの場合、器具の近位端にある伝動機構は、患者側デバイス又は患者側カートの関節作動アームに設けられる、様々なモータ、ソレノイド、サーボ、能動アクチュエータ、水力学(hydraulics)、空気力学(pneumatics)、及び／又は同等物とインターフェース接続する。モータ、ソレノイド、サーボ、能動アクチュエータ、水力学、空気力学、及び／又は同等物は、典型的には、マスターコントローラを通じて制御信号を受信し、伝動機構の近位端で力及び／又はトルクの形態の入力を提供し、様々なギア、レバー、プーリ、ケーブル、ロッド、バンド、及び／又は同等物は、最終的に入力を伝達して、伝動機構の遠位端でエンドエフェクタを作動させる。

そのようなエンドエフェクタの動作の遠隔性の故に、幾つかの場合には、外科医及び／又は他の医療従事者が所望の処置を実行する作動中にエンドエフェクタの１以上のコンポーネントの位置を知ることは困難な場合がある。例えば、幾つかの場合には、エンドエフェクタ自体を含む手術器具の他の部分及び／又は患者の解剖学的構造の部分は、１以上のコンポーネントの作動中に手術器具の１以上のコンポーネントのビューから隠れることがある。加えて、所望の処置を実行しようと試みる間にコンポーネントのうちの１以上が故障状態に直面するときに、外科医及び／又は他の医療従事者が故障状態を検出し且つ／或いは修正することは、エンドエフェクタの限定的な可視性、手術器具が作動する限定的な空間、手術器具への限定的なアクセス、外科医及び／又は他の医療従事者に対するエンドエフェクタの遠隔位置、及び／又は同様のことの故に、困難なことがある。

加えて、安全状態も手術器具の設計及び／又は動作の要因となることがある。幾つかの例において、切断ツールのような手術ツールのエンドエフェクタは、鋭利な切断ブレードを含むことがある。非手術中に切断ブレードが手術ツールを操作する医療従事者及び／又は患者の組織を誤って切断し得ない位置に位置付けられるように、切断ブレードが積極的に切断に用いられないときに、切断ブレードはエンドエフェクタ上のハウジング又はガレージ内で被覆され(sheathed)且つ／或いは格納され(garaged)てよい。同様に、エンドエフェクタの１以上の繊細なコンポーネントも、非手術中の繊細なコンポーネントへの損傷を防ぐために被覆され且つ／或いは格納されてよい。

切断刃をガレージに戻すことができないときには、ブレード露出と呼ぶエラーが起こることがある。幾つかの場合、ブレード露出は、組織及び／又は他の破片がガレージに向かう切断ブレードの経路と干渉して、切断ブレードが切断操作後にガレージ内に後退するのを妨げるときに生じることがある。幾つかの場合、ブレード露出は、切断ブレードが切断ブレードを案内するために用いられるエンドエフェクタ内の溝又は軌道から出て、切断ブレードがレージ内に引っ込むのを妨げるときに生じることがある。切断ツール及びエンドエフェクタを患者の中から最初に抜き取ることなく、ブレード露出を修正して切断ブレードをガレージ内に後退させることは必ずしも可能と限らないので、ブレード露出を避けることは一般的に良い考えである。

従って、切断器具のような手術器具の操作のための改良された方法及びシステムが望ましい。幾つかの例では、ブレード露出の可能性を減少させることが望ましい場合がある。

幾つかの実施形態と一致して、コンピュータ支援デバイスと共に使用するための手術切断器具は、手術切断器具の遠位端に配置されるエンドエフェクタと、１以上（１つ又はそれよりも多く）の駆動ユニットと、駆動ユニットに連結されるシャフトと、エンドエフェクタをシャフトに連結する関節作動リストと、１以上の駆動ユニットからの力又はトルクをエンドエフェクタ及び関節作動リストに結合するためのシャフト内の１以上の駆動機構とを含む。エンドエフェクタは、対向可能な把持ジョーと、切断ブレードとを含む。切断操作を実行するために、手術切断器具は、把持ジョーの間のジョー角を測定し、関節作動リストの関節作動を測定し、関節作動リストの関節作動に基づきジョー角を修正し、修正されたジョー角に基づき切断操作に対する制限を決定し、制限に基づき切断操作を実行し或いは防げる、ように構成される。

幾つかの実施形態と一致して、コンピュータ支援デバイスと共に使用するための手術切断器具を用いて切断操作を実行する方法は、１以上のプロセッサによって並びに１以上の第１のセンサを用いて、手術切断器具のエンドエフェクタの把持ジョーの間のジョー角を測定すること、１以上のプロセッサによって並びに１以上の第２のセンサを用いて、エンドエフェクタを手術切断器具のシャフトに連結する関節作動リストの関節作動を測定すること、１以上のプロセッサによって、関節作動リストの関節ダ銅に基づきジョー角を修正すること、１以上のプロセッサによって、修正されたジョー角に基づき切断操作に対する制限を決定すること、並びに、制限に基づき切断操作を実行し或いは防げることを含む。

幾つかの実施形態と一致して、非一時的な機械可読媒体は、コンピュータ支援医療デバイスと関連付けられる１以上のプロセッサによって実行されるときに、１以上のプロセッサに方法を実行させるように構成される、複数の機械可読指令を含む。方法は、コンピュータ支援医療デバイスによって操作される手術切断器具のエンドエフェクタの把持ジョーの間のジョー角を測定すること、エンドエフェクタを手術切断器具のシャフトに連結する関節作動リストの関節作動を測定すること、関節作動リストの関節作動に基づきジョー角を修正すること、修正されたジョー角に基づき切断操作に対する制限を決定すること、並びに、１以上の駆動ユニットを用いて制限に基づき切断操作を実行し或いは防げることを含む。

幾つかの実施形態と一致して、コンピュータ支援医療デバイスは、１以上のプロセッサと、関節作動アームと、関節作動アームの遠位端に連結される手術器具とを含む。手術器具は、手術器具の遠位端に配置されるエンドエフェクタを含む。エンドエフェクタは、対向する把持ジョーと、切断ブレードとを含む。手術器具は、更に、手術器具の近位端に配置される１以上の駆動ユニットと、駆動ユニットに連結されるシャフトと、シャフトをエンドエフェクタに連結する関節作動リストと、１以上の駆動ユニットからの力又はトルクをエンドエフェクタ及び関節作動リストに結合するためのシャフト内の１以上の駆動機構とを含む。コンピュータ支援医療デバイスは、把持ジョーの間のジョー角を測定し、関節作動リストの関節作動を測定し、関節作動リストの関節作動に基づきジョー角を修正し、修正されたジョー角に基づき切断操作に対する制限を決定し、且つ制限に基づき切断操作を実行し或いは防げることによって、切断ブレードを用いた切断操作を実行するように構成される。

幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援システムの簡略図である。

幾つかの実施形態に従った最小侵襲性の手術器具を示す簡略図である。

幾つかの実施形態に従った図２の手術器具の遠位端の簡略化された斜視図である。

幾つかの実施形態に従った図２及び図３のエンドエフェクタの簡略化された切欠図である。 幾つかの実施形態に従った図２及び図３のエンドエフェクタの簡略化された切欠図である。 幾つかの実施形態に従った図２及び図３のエンドエフェクタの簡略化された切欠図である。

幾つかの実施形態に従った自由度についての駆動ユニットの簡略化された斜視図である。

幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ及び切断ブレード構成の様々な側面図である。 幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ及び切断ブレード構成の様々な正面切欠図である。 幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ及び切断ブレード構成の様々な正面切欠図である。 幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ及び切断ブレード構成の様々な側面図である。 幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ及び切断ブレード構成の様々な正面切欠図である。

幾つかの実施形態に従ったブレード露出の確率のモデルの簡略図である。 幾つかの実施形態に従ったブレード露出の確率のモデルの簡略図である。

幾つかの実施形態に従った実際のジョー角と測定されたジョー角との間の例示的な関係の簡略図である。

幾つかの実施形態に従った切断操作を実行する方法の簡略図である。

図において、同一の記号表示を有する要素は、同一又は類似の機能を有する。

以下の記述では、本開示と一致する幾つかの実施形態を記載する具体的な詳細を示す。しかしながら、幾つかの実施形態はこれらの具体的な詳細の一部又は全部なしで実施されてよいことが当業者に明らかであろう。本明細書に開示する具体的な実施形態は例示的であることを意図し、限定的であることを意図しない。当業者は、本明細書で具体的に記載されていなくても、他の要素が本開示の範囲及び精神内にあることを認識することがある。加えて、不必要な繰返しを避けるために、１つの実施形態に関連して示し且つ記載する１以上の構成は、他のことが特に記載されていない限り或いは１以上の構成が実施形態を機能しないようにさせない限り、他の実施形態に組み込まれてよい。

図１は、幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援システム１００の簡略図である。図１に示すように、コンピュータ支援システム１００は、１以上（１つ又はそれよりも多く）の可動又は関節作動アーム１２０(articulated arms)を備えたコンピュータ支援デバイス１１０を含む。１以上の関節作動アーム１２０の各々は、１以上の器具１３０を支持してよい。幾つかの例において、コンピュータ支援デバイス１１０は、コンピュータ支援手術デバイスと一致してよい。１以上の関節作動アーム１２０は、それぞれ、手術器具、撮像デバイス、及び／又は同等物のような、医療器具１３０のための支持をもたらしてよい。幾つかの例において、器具１３０は、実行(performing)、把持(gripping)、(retracting)、焼灼(cauterizing)、切除(ablating)、縫合(suturing)、切断(cutting)、ステープル留め(stapling)、融合(fusing)、封止(sealing)など、及び／又はこれらの組み合わせを行うことができる、エンドエフェクタを含んでよい。

コンピュータ支援デバイス１１０は、操作者ワークステーション（図示せず）に更に連結されてよく、操作者ワークステーションは、コンピュータ支援デバイス１１０、１以上の関節作動アーム１２０及び／又は器具１３０を作動させる、１以上のマスターコントロール（主制御装置）を含んでよい。幾つかの例において、１以上のマスターコントロールは、マスターマニピュレータ、レバー、ペダル、スイッチ、キー、ノブ、トリガ、及び／又は同等物を含んでよい。幾つかの実施形態において、コンピュータ支援デバイス１１０及び操作者ワークステーションは、Sunnyvale, CaliforniaのIntuitive Surgical, Inc.によって市販されているda Vinci（登録商標）Surgical Systemに対応してよい。幾つかの実施形態では、他の構成、より少ない若しくはより多い関節作動アーム、及び／又は同等物を備える、コンピュータ支援手術デバイスが、コンピュータ支援システム１００と共に用いられてよい。

コンピュータ支援装置１１０は、インターフェースを介して制御ユニット１４０に連結される。インターフェースは、１以上のケーブル、ファイバ、コネクタ、及び／又はバスを含んでよく、１以上のネットワークスイッチング及び／又はルーティングデバイスを備える１以上のネットワークを更に含んでよい。制御ユニット１４０は、メモリ１６０に連結されるプロセッサ１５０を含む。制御ユニット１４０の動作は、プロセッサ１５０によって制御される。制御ユニット１４０は、１つのプロセッサ１５０のみで示されているが、プロセッサ１５０は、制御ユニット内の１以上の中央処理装置、マルチコアプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＥＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又は同等物の代表であってよい。制御ユニット１４０は、スタンドアローンサブシステム及び／又はコンピュータデバイスに追加されたボードとして或いは仮想マシンとして実施されてよい。幾つかの実施形態において、制御ユニット１４０は、操作者ワークステーションの部分として含められてよく、且つ／或いは操作者ワークステーションと別個であるが操作者ワークステーションと協調して作動させられてよい。

メモリ１６０は、制御ユニット１４０によって実行されるソフトウェア及び／又は制御ユニット１４０の動作中に用いられる１以上のデータ構造を格納するために用いられてよい。メモリ１６０は、１以上の種類の機械可読媒体を含んでよい。機械可読媒体の幾つかの一般的な形態は、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを備える任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、及び／又はプロセッサ若しくはコンピュータが読み出すように構成される任意の他の媒体を含んでよい。

図１に示すように、メモリ１６０は、コンピュータ支援デバイス１１０の自律的な、半自律的な、及び／又は遠隔操作された制御をサポートするために用いられてよい制御アプリケーション１７０を含む。制御アプリケーション１７０は、コンピュータ支援装置１１０、関節作動アーム１２０、及び／又は器具１３０から位置、動き、力、トルク、及び／又は他のセンサ情報を受信し、位置、動き、力、トルク、及び／又は衝突回避情報を他のデバイスに関する他の制御ユニットと交換し、且つ／或いは、コンピュータ支援デバイス１１０、関節作動アーム１２０、及び／又は器具１３０の動き計画し且つ／或いは計画を支援するために、１以上のアプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）を含んでよい。幾つかの例において、制御アプリケーション１７０は、外科処置中の器具１３０の自律的な、半自律的な、及び／又は遠隔操作される制御を更にサポートしてよい。制御アプリケーション１７０は、ソフトウェアアプリケーションとして示されているが、制御アプリケーション１７０は、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実装されてよい。

幾つかの実施形態において、コンピュータ支援システム１００は、手術室及び／又は介入室内に見出されることがある。コンピュータ支援システム１００は、２つの関節作動アーム１２０及び対応する器具１３０を備える１つだけのコンピュータ支援デバイス１１０を含むが、当業者は、コンピュータ支援システム１００がコンピュータ支援デバイス１１０と類似の及び／又は異なる設計の関節作動アーム及び／又は器具を備える任意の数のコンピュータ支援デバイスを含んでよいことを理解するだろう。幾つかの例において、コンピュータ支援デバイスの各々は、より少ない又はより多い関節作動アーム及び／又は器具を含んでよい。

図２は、幾つかの実施形態に従った最小侵襲性の手術器具２００を示す簡略図である。幾つかの実施形態において、手術器具２００は、図１の器具１３０のいずれかと一致してよい。本明細書で用いられる図２に描くような「近位」(“proximal”)及び「遠位」(“distal”)という方向は、手術器具２００のコンポーネントの相対的な向き及び場所を記載するのに役立つ。遠位は、一般的に、コンピュータ支援デバイス１１０のようなコンピュータ支援デバイスの基部（ベース）からの運動学的連鎖に沿って離れる方向における及び／又は手術器具２００の意図される操作的使用において手術作業部位に最も近い要素を指す。近位は、一般的に、コンピュータ支援デバイスの基部及び／又はコンピュータ支援デバイスの関節作動アームの１つに向かう運動学的連鎖に沿うより近い方向における要素を指す。

図２に示すように、手術器具２００は、長いシャフト２１０を含み、シャフト２１０は、シャフト２１０の遠位端に配置されるエンドエフェクタ２２０を、手術器具２００がシャフト２１０の近位端で関節作動アーム及び／又はコンピュータ支援デバイスに取り付けられる場所に連結するために用いられる。手術器具２００を用いる特定の手順に依存して、シャフト２１０は、エンドエフェクタ２２０を患者の解剖学的構造内に位置する遠隔手術部位の近傍に配置するために、開口（例えば、体壁切開部、自然開口部、及び／又は同等のもの）を通じて挿入されてよい。図２に更に示すように、エンドエフェクタ２２０は、２つのジョー付きグリッパ型のエンドエフェクタと概ね一致しており、幾つかの実施形態では、図３及び４Ａ乃至図４Ｃに関して以下に更に詳細に記載するように、切断及び／又は融合若しくは封止機構を更に含んでよい。しかしながら、当業者は、異なるエンドエフェクタ２２０を備える異なる手術器具２００が可能であり、本明細書の他の箇所に記載するような手術器具２００の実施形態と一致してよいことを理解するであろう。

エンドエフェクタ２２０を備える手術器具２００のような手術器具は、典型的には、その動作中に多数の自由度（ＤＯＦ）に依存する。手術器具２００及び関節作動アーム及び／又はそれが取り付けられるコンピュータ支援デバイスの構成に依存して、エンドエフェクタ２２０を位置付け、方向付け、且つ／或いは作動させるために用いられてよい様々なＤＯＦが可能である。幾つかの例では、シャフト２１０を遠位方向に挿入し且つ／或いは近位方向に後退させて、そのエンドエフェクタ２２０が患者の解剖学的構造内にどれぐらい深く配置されるかを制御するために用いられてよい挿入ＤＯＦを提供してよい。幾つかの例では、シャフト２１０をその長手軸について回転させて、エンドエフェクタ２２０を回転させるために用いられてよいロールＤＯＦを提供してよい。幾つかの例では、エンドエフェクタの位置及び／又は向きにおける追加的なフレキシビリティ（柔軟性）が、エンドエフェクタ２２０をシャフト２１０の遠位端に連結するために用いられる関節作動リスト２３０(articulated wrist)によって提供されてよい。幾つかの例において、関節作動リスト２３０は、シャフト２１０の長手軸に対するエンドエフェクタ２２０の向きを制御するために用いられてよい（複数の）「ロール」(“roll”)、「ピッチ」(“pitch”)、及び「ヨー」(“yaw”)ＤＯＦをそれぞれ提供することがある、１以上のロール、ピッチ、又はヨージョイント(joint)のような、１以上の回転するジョイント（関節）を含んでよい。幾つかの例において、１以上の回転ジョイントは、ピッチ及びヨージョイント、ロール、ピッチ、及びヨージョイント、ロール、ピッチ、及びロールジョイント、及び／又は同等物を含んでよい。幾つかの例において、エンドエフェクタ２２０は、エンドエフェクタ２２０のジョーの開閉を制御するために用いられるグリップＤＯＦ、及び／又は以下に更に詳細に記載するような切断機構の延伸、収縮、及び作動を制御するために用いられる作動ＤＯＦを更に含んでよい。

手術器具２００は、シャフト２１０の近位端に配置される駆動システム２４０を更に含む。駆動システム２４０は、手術器具２００によってサポートされる様々なＤＯＦを操作するために用いられてよい、手術器具２００に力及び／又はトルクを導入する１以上のコンポーネントを含む。幾つかの例において、駆動システム２４０は、図１の制御ユニット１４０のような制御ユニットから受信する信号に基づき作動させられる１以上のモータ、ソレノイド、サーボ、能動アクチュエータ、水力学(hydraulics)、空気力学(pneumatics)、及び／又は同等物を含んでよい。幾つかの例において、信号は、１以上の電流、電圧、パルス幅変調波形、及び／又は同等物を含んでよい。幾つかの例において、駆動システム２４０は、手術器具２００を取り付ける関節作動アーム１２０のうちのいずれかのような関節作動アームの部分一部である、対応するモータ、ソレノイド、サーボ、能動アクチュエータ、水力学、空気力学、及び／又は同等物に連結されてよい、１以上のシャフト、ギア、プーリ、ロッド、バンド、及び／又は同等物を含んでよい。幾つかの例では、シャフト、ギア、プーリ、ロッド、バンド、及び／又は同等物のような、１以上の駆動入力を用いて、モータ、ソレノイド、サーボ、能動アクチュエータ、及び／又は同等物から力及び／又はトルクを受け取り、それらの力及び／又はトルクを適用して手術器具２００の様々なＤＯＦを調節してよい。

幾つかの実施形態において、駆動システム２４０によって生成され且つ／或いは受け取られる力及び／又はトルクは、１以上の駆動機構２５０を用いて、駆動システム２４０から、シャフト２１０に沿って、駆動システム２４０の遠位に配置される手術器具２００の様々なジョイント及び／又は要素に伝達されてよい。幾つかの例において、１以上の駆動機構２５０は、１以上のギア、レバー、プーリ、ケーブル、ロッド、バンド、及び／又は同等物を含んでよい。幾つか例において、シャフト２１０は中空であり、駆動機構２５０は、シャフト２１０の内側に沿って、駆動システム２４０から、エンドエフェクタ２２０及び／又は関節作動リスト２３０の対応するＤＯＦに進む。幾つかの例において、駆動機構２５０の各々は、ボーデンケーブルのような構成において中空シース又は内腔の内側に配置されるケーブルであってよい。幾つかの例において、ケーブル及び／又は内腔の内側は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及び／又は同等物のような低摩擦被膜で被覆されてよい。幾つかの例では、ケーブルの各ケーブルの近位端が、例えば、キャプスタン又はシャフトの周りにケーブルを巻き付け且つ／或いは巻き戻すことによって、駆動システム２４０の内側に引っ張られ且つ／或いは押し込まれると、ケーブルの遠位端は相応して動いて、適切な力及び／又はトルクを適用して、エンドエフェクタ２２０、関節作動リスト２３０、及び／又は手術器具２００のＤＯＦのうちの１つを調節する。

図３は、幾つか実施形態に従った手術器具２００の遠位端の簡略化された斜視図である。図３に示すように、手術器具２００の遠位端は、エンドエフェクタ２２０、関節作動リスト２３０、及び駆動機構２５０の追加的な詳細を示すために描かれている。より詳細には、エンドエフェクタ２２０は、開放位置において示された対向ジョー３１０を含む。ジョー３１０は、処置中にエンドエフェクタ２２０を用いて、組織及び／又は手術部位に配置される縫合糸のような他の構造を把持し且つ解放するよう、開放位置と閉塞位置との間で移動するように構成される。幾つかの例において、ジョー３１０は、両方のジョー３１０が同時に開放及び／又は閉塞する単一ユニットとして一緒に操作されてよい。幾つかの例では、例えば、他方のジョーが開放及び／又は閉塞されてよい間に一方のジョー３１０が安定的に保持され得るよう、ジョー３１０は独立して開放及び／又は閉塞されてよい。

図３は、ジョー３１０の各ジョーの内側の把持面が、切断ブレード３３０のためのガイドとして機能することがある対応する溝３２０を含むことを示しているが、溝３２０は、ジョー３１０の１以上から省かれてよい。ブレード３３０がエンドエフェクタ２２０の遠位端に向かって延伸させられ且つ／或いはエンドエフェクタ２２０の近位端に向かって引っ込められると、溝３２０の各々は切断動作中に切断ブレード３３０の整列及び／又は位置決めを助けることがある。切断ブレード３３０の引抜き(extraction)及び／又は引込み(retraction)は、切断ブレード３３０を取り付ける駆動コンポーネント３４０を用いて達成される。幾つかの例において、駆動コンポーネント３４０は、切断ブレード３３０を押して切断ブレード３３０を延伸させ、切断ブレード３３０を引っ張って切断ブレード３３０を後退させる。切断ブレード３３０の使用及び位置決めは、幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ２２０の簡略化された切欠図である図４Ａ乃至図４Ｃに示されている。図４Ａは、切断ブレード３３０と駆動コンポーネント３４０との間の関係を示している。

エンドエフェクタ２２０は、ジョー３１０の近位端に配置されるガレージ構成３５０(garage feature)を更に含む。ガレージ構成３５０は、駆動コンポーネント３４０及び切断ブレード３３０の両方が通ることがある開口を含む。ガレージ構成３５０は、切断ブレード３３０が用いられないときに、切断ブレード３３０のための安全な格納領域を提供するように構成される。よって、切断ブレード３３０が切断作業の一部として積極的に用いられるとき、エンドエフェクタ２２０は、切断ブレード３３０を、切断ブレード３３０が図４Ｂに示すようにジョー３１０の背後に近位に隠される「格納」(“garaged”)又は収容(stored)位置において、ガレージ構成３５０内に引っ込めることがあるように、構成される。切断ブレード３３０は、図４Ｃに示すように溝３２０のうちの１つの溝の遠位端に又はその付近に位置付けられる位置まで追加的に延伸させられてよい。幾つかの例において、図４Ｃに示すような切断ブレード３３０の位置決めは、切断動作中の切断ブレード３３０の位置に対応してよい。

幾つかの例において、エンドエフェクタ２２０及び手術器具２００は、切断ブレード３３０の初期設定又はホーム位置がガレージ構成３５０内にあるように設計される。このガレージ構成３５０の配置は、エンドエフェクタ２２０に幾つかの構成をもたらすことがある。幾つかの例において、切断ブレード３３０がガレージ構成３５０内に引っ込められるとき、切断ブレード３３０の鋭利な切断エッジは、切断ブレード３３０が処置中の組織及び／又は処置前及び／又は処置後に手術器具２００及びエンドエフェクタ２００を取り扱う医療従事者を誤って切断する可能性がないように、効果的に被覆される(sheathed)。幾つかの例では、切断ブレード３３０がガレージ構成３５０内に引っ込められるとき、切断ブレード３３０は、切断ブレード３３０が切断のために積極的に用いられていないときの、偶発的な鈍化(dulling)のような損傷から保護されることもある。

図３に戻ると、幾つかの実施形態において、ジョー３１０の各ジョーの内側の把持面は、１以上の任意的な電極３６０を更に含んでよい。幾つかの例では、電極３６０を用いて、電気外科エネルギを送り、ジョー３１０の間に保持される組織を融合してよい。幾つかの例では、組織が同じ手術器具２００を用いて切断され且つ／或いは融合／封止されてよいよう、電極３６０はエンドエフェクタ２２０に電気焼灼、融合、及び／又は封止構成をもたらしてよい。

幾つかの実施形態において、ジョー３１０、切断ブレード３３０、及び／又は関節作動リスト２３０のジョイントの動作は、駆動機構２５０の対応するものを用いて達成されてよい。幾つかの例では、ジョー３１０が独立して作動させられるときに、対応する駆動機構２５０が（例えば、ケーブル、リードスクリュー、及び／又は同等物を用いて）プル力(pull force)及び／又はプッシュ力(pushing force)を適用するに応じて、それぞれのジョー３１０が開放され且つ／或いは閉塞されてよいように、駆動機構２５０（ジョー３１０の各々について１つずつ）のうちの２つの駆動機構の遠位端が、それぞれのジョー３１０に連結されてよい。幾つかの例では、ジョー３１０が一緒に操作されるとき、両方のジョー３１０は、同じ駆動機構２５０の遠位端に連結されてよい。幾つかの例において、駆動コンポーネント３４０は、対応する駆動機構２５０に適用される力及び／又はトルクが駆動コンポーネント３４０のプッシュ及び／又はプル動作に伝達されてよいように、対応する駆動機構２５０の遠位端に連結されてよい。幾つかの例では、追加的な駆動機構３５０を用いて、関節作動リスト２３０内のロール、ピッチ、及び／又はヨーＤＯＦを作動させてよい。

図５は、幾つかの実施形態に従った自由度についての駆動ユニット５００の簡略化された斜視図である。幾つかの実施形態によれば、駆動ユニット５００は、図２の駆動システム２４０中のコンポーネントの部分を表してよい。図５に示すように、駆動ユニット５００は、キャプスタン５１０を回転させてＤＯＦを作動させる回転作動アプローチに基づく。キャプスタン５１０は、駆動シャフト５２０に連結され、駆動シャフト５２０は、モータ、サーボ、能動アクチュエータ、液圧アクチュエータ、空圧アクチュエータ、及び／又は同等物（図示せず）の駆動シャフトであってよい。トルクが駆動シャフト５２０に適用され、駆動シャフト５２０及びキャプスタン５１０が回転させられると、キャプスタン５１０及び／又は駆動シャフト５２０に取り付けられるケーブル５３０は、キャプスタン５１０及び／又は駆動シャフト５２０の周りに更に巻き付けられ且つ／或いはそれらから巻き戻されることがある。ケーブル５３０が、駆動機構２５０のいずれかのような対応する駆動機構の近位端に取り付けられると、ケーブルの巻付け及び巻戻しは、駆動機構の遠位端に配置されるエンドエフェクタのＤＯＦに適用されることがある対応するプル及びプッシュ力及び／又はトルクになることがある。幾つかの例において、キャプスタン５１０及び駆動シャフト５２０の回転、並びにケーブル５３０の対応する巻付け及び／又は巻戻しは、ジョー３１０のようなグリッパジョーの開放及び／又は閉塞、切断ブレード５３０のような切断ブレードの延伸(extending)及び／又は引込み(retracting)、関節作動リストジョイントの屈曲(flexing)及び／又は非屈曲(unflexing)、及び／又は同等のこと引き起こすことがある。幾つかの例において、キャプスタン５１０及び／又は駆動シャフト５２０の回転角度及び／又は回転速度をモニタリングすることは、対応する駆動機構を介してケーブル５３０に連結される対応するＤＯＦの現在位置及び／又は速度を示すこともある。よって、駆動ユニット５００が手術器具２００のＤＯＦと共に用いられるとき、キャプスタン５１０及び／又は駆動シャフト５２０の回転角度及び／又は回転速度は、駆動機構２５０のうちのどれにケーブル５３０が連結されるかに依存して、ジョー３１０が開放されている角度、切断ブレード３３０の位置、及び／又は関節作動リスト２３０のピッチ及び／又はヨー角度に関する、有用なフィードバックをもたらすことがある。

ＤＯＦが作動していないときに、エンドエフェクタのＤＯＦが初期位置、休止位置、及び／又はホーム位置で構成されることが望ましいことが多いので、幾つかの実施形態では、駆動ユニット５００のような駆動ユニットは、駆動ユニット５００を対応するホーム位置に戻す抵抗(resitive)及び／又は拘束機構(restraining mechanism)を含んでよい。幾つかの例において、ＤＯＦのためのホーム位置の使用は、手術器具２００のような手術器具の構成を支持することがあり、その場合、把持ジョー(gripping jaws)は自動的に閉塞され且つ／或いは殆ど閉塞され、切断ブレードはガレージ構成内に引っ込められ、関節作動リストジョイントは真っ直ぐにされ、且つ／或いは同等のことが行われる。図５に示すように、駆動ユニット５００は、捩りバネ５４０の形態の拘束機構を含む。捩りバネ５４０は、一端５５０でキャプスタン５１０に取り付けられ、キャプスタン５１０に巻き付けられて示されている。キャプスタン５１０が回転させられると、捩りバネ５４０の第２の端５６０は、それが回転して駆動ユニット５００の本体の部分であってよいストップ５７０に当たるまで、自由に回転してよい。捩りバネ５４０の第２の端５６０がストップ５７０に当たった後に、キャプスタン５１０が回転し続けると、捩りバネ５４０は、キャプスタン５１０の回転量及び捩りバネのバネ定数によって決定されるように、拘束及び／又はホーム復帰力及び／又はトルクをキャプスタン５１０にもたらし始める。よって、より大きい回転量がキャプスタン５１０に適用されると、捩りバネ５４０は、増大したホーム復帰力及び／又はトルクをキャプスタン５１０に適用する。例えば、把持ジョーを閉塞し、切断ブレードを後退させ、且つ／或いは関節作動リストジョイントを真っ直ぐにするために用いられることがあるのは、キャプスタン５１０に対するこのホーム復帰力及び／又はトルクである。

図５は、キャプスタン５１０の周りに巻き付けられている捩りバネのような拘束機構を示しているが、当業者は、類似の拘束／ホーム復帰機能を達成する拘束機構のための他の可能な拘束機構及び／又は構成を認識するであろう。幾つかの例において、駆動ユニット５００の本体は、ストップ５７０に起因するホーム復帰力及び／又はトルクと反対方向において、ホーム復帰力及び／又はトルクをキャプスタン５１０に適用する第２のストップを更に含んでよい。幾つかの例では、捩りバネ５４０がホーム復帰力及び／又はトルクをキャプスタン５１０に適用し始める前に、捩りバネ５４０の自由な動きが許容されないよう、且つ／或いは、キャプスタン５１０の回転がないにも拘わらず、捩りバネ５４０が少なくとも幾らかのホーム復帰力及び／又はトルクをキャプスタン５１０に適用するよう、捩りバネ５４０の第２の端５６０は、駆動ユニット５００の本体に取り付けられてよい。

幾つかの実施形態によれば、図３及び図４Ａ乃至図４Ｃの切断ブレード３３０を備える手術器具２００のような切断ツールを用いる切断操作(cutting operation)は、典型的に、多相手術を伴う。例えば、切断操作は、関節作動アームを遠隔操作してエンドエフェクタ２２０を関心の組織の近傍に配置することによって達成されてよい。その場合には、関節作動リスト２３０及びジョー３１０を用いて、関心の組織を把持してよい。関心の組織がひとたび保持されると、駆動ユニット５００のような駆動ユニットを用いて、切断ブレード３３０を遠位方向に急激に延伸させ、切断ブレード３３０を延伸位置に保持し、次に、切断ブレード３３０がガレージ構成３５０内に戻されるまで切断ブレード３３０を近位方向に後退させることを含む、切断行為を開始してよい。延伸及び後退の間、切断ブレード３３０は、結果として得られる切断がジョー３１０の長さに沿って実質的に直線において起こるように、ジョー３１０の溝３２０によって案内されてよい。

幾つかの場合、切断操作は計画どおりに進まないことがある。幾つかの例において、ブレード露出は、切断ブレード３３０がガレージ構成３５０内のホーム位置に戻ることができない場合に起こることがある。幾つかの例において、ブレード露出は、組織及び／又は他の破片がガレージ構成に向かう切断ブレードの経路と干渉して、切断操作の後退段階中のガレージ構成３５０内への切断ブレード３３０の後退を妨げるときに起こることがある。幾つか例では、ブレード露出は、切断ブレード３３０が捩れるとき及び／又は溝３２０から出るときに起こることがある。これは、組織、他の破片、駆動コンポーネント３４０及び／又は駆動機構２５０からの捩り力、及び／又は同様のことによって引き起こされる、切断ブレード３３０に対する捩り力に起因して起こることがある。幾つかの例において、ブレード露出を防げること及び／又は減少させることは概ね良い考えである。何故ならば、患者の内から手術器具２００及びエンドエフェクタ２２０を最初に抜き出さないで、ブレード露出を修正し、切断ブレードをガレージ内に引っ込めることは、常に可能であるとは限らないからである。

エンドエフェクタ及び／又は切断ブレードの注意深い設計及び／又は操作は、ブレード露出の可能性を減少させるために用いられてよい。図６Ａ乃至図６Ｅは、幾つかの実施形態に従ったエンドエフェクタ及び切断ブレード構成の様々な側面図及び正面切欠図の簡略化された図である。図６Ａ及び図６Ｂは、幾つかの実施形態に従ったブレード露出を減少させるために用いられてよいバンド式(band-style)の切断ブレード６３０を備えるエンドエフェクタ６００の簡略化された側面図及び正面切欠図である。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、エンドエフェクタ６００は、組織及び他の構造を把持するために開閉されてよいジョー６１０を含む。図６Ａ及び図６Ｂは、ジョー６１０のそれぞれの把持面が、バンド式の切断ブレード３３０の延伸及び後退中にバンド式の切断ブレード６３０を案内するために用いられてよい溝又はスロット６２０を含んでよいことを示しているが、溝６２０は把持面のうちの１以上から省かれてよい。バンド式の切断ブレード６３０を延伸させ且つ後退させるために用いられる力及び／又はトルクは、駆動コンポーネントと概ね類似の駆動コンポーネント６４０を介してバンド式の切断ブレード６３０に伝達される。

図６Ｂの正面切欠図が示すように、バンド式の切断ブレード６３０は、溝６２０の長さに沿って摺動してよく、溝６２０内で上下に摺動してもよい。バンド式の切断ブレード６３０は、エンドエフェクタ６００の近位端内に十分に延びる長いブレードを含む。長いブレードの長さは、切断操作の延伸及び後退中にバンド式の切断ブレードの少なくとも部分がジョー６１０及び溝６２０の近位端で溝６２０内に留まるように設計されるように、選択される。

幾つかの実施形態によれば、エンドエフェクタ６００のバンド式の切断ブレード６３０は、切断ツールとしてのその有効性を制限する幾つかの欠点を被ることがある。幾つかの例において、長いブレードの長さは、ジョー６１０の動きと干渉することがある。幾つかの例において、長いブレードの長さは、関節作動リスト２３０のような関節作動リストの使用を不可能にすることがある。何故ならば、長いブレードは、関節作動リストがジョー６１０からの望ましい距離よりも長く配置されるまで、関節作動リストの屈曲を妨げることがあるからである。幾つかの例では、ブレード露出がバンド式の切断ブレード６３０を用いて起こるとき、バンド式の切断ブレード６３０の大きな大きさ及び長い長さは、患者内からエンドエフェクタ６００を最初に除去せずにジョー６１０を閉塞する能力及び／又はブレード露出を除去する能力を有意に妨げることがある。

図６Ｃは、幾つかの実施形態に従ったＩビーム式の切断刃６８０を用いるエンドエフェクタ６５０の簡略化された正面切欠図である。図６Ｃに示すように、ジョー６６０は、それぞれ、それぞれのジョー６６０の把持面への開口を含むが、それぞれのジョー６６０内の拡幅されたスロット領域も含む、大きなスロット６７０を含む。Ｉビーム式の切断ブレード６８０の上端及び下端は、それぞれ、把持面への開口よりも大きい大きさの拡幅されたエンドキャップ６９０を含む。 これらの拡幅されたエンドキャップ６９０は、Ｉビーム式の切断ブレード６８０の上端及び下端がスロット６７０から出るのを防げる。

幾つかの実施形態によれば、エンドエフェクタ６５０のＩビーム式(I-beam style)の切断ブレード６８０は、切断ツールとしてのその有効性を制限する幾つか欠点を被ることがある。幾つかの例において、スロット６７０の高さは、エンドエフェクタ６５０の断面を不合理に増加させるので、それは最小侵襲性の手術器具の部分として有用でない。幾つかの例において、Ｉビーム式の切断ブレード６８０は、組み合わせ切断及び融合又は封止エンドエフェクタの部分として利用可能でないことがある。何故ならば、Ｉビーム式の切断ブレード６８０をスロット６７０から完全に後退させることは可能でないことがあるからである。何故ならば、そのように行った後にエンドキャップ６９０をスロット６７０内に再挿入することは困難なことがあるからである。幾つかの例では、ブレード露出が、例えば、組織及び／又は他の破片の故に、Ｉビーム式の切断ブレード６８０を用いて起こるとき、エンドキャップ６９０は、ジョー６６０を閉塞及び／又は部分閉塞位置に係止するように作用する。幾つかの例では、ジョー６６０が組織を依然として把持している間にジョー６６０が係止されるようになると、外科的に行わないでエンドエフェクタ６５０を患者から取り外すのは可能でないことがある。

図６Ｄ及び図６Ｅは、幾つかの実施形態に従った図２、図３、及び図４Ａ乃至図４Ｃからのエンドエフェクタ２２０の簡略化された側面図および正面切欠図である。図３及び図４Ａ乃至図４Ｃに関して前述したように、エンドエフェクタ２２０は、組織及び他の構造を把持するために開閉されてよいジョー３１０を含む。 ジョー３１０の各ジョーの把持面は、切断ブレード３３０の延伸及び後退中に切断ブレード３３０を案内するために用いられてよい溝又はスロット３２０を含む。切断ブレード３３０を延伸させ且つ後退させるために用いられる力及び／又はトルクは、駆動コンポーネント３４０を介して切断ブレード３３０に伝達される。

図６Ｅの正面切欠図が示すように、切断ブレード３３０は、溝３２０の長さに沿って摺動してよく、溝３２０内で上下に摺動してもよい。図示するように、切断ブレード３３０は、バンド式の切断ブレード６３０よりもずっと短いブレードを含むので、エンドエフェクタ２２０は、小さな断面を維持することがあり、関節作動リスト２３０と共に用いられてもよい。切断ブレード３３０のより短いブレードは、バンド式のブレード６３０又はＩビーム式のブレード６８０に対してブレード露出の可能性を増大させることがあるとしても、より短いブレードは、患者の内からエンドエフェクタ２２０を取り外すことなく、ブレード露出が除去されることがある可能性を増大させることもある。幾つかの例において、これが可能であるのは、切断ブレード３３０が溝３２０と整列させられていないとしても、より短いブレードはガレージ構成３５０内により容易に後退するからである。

幾つかの実施形態によれば、切断ブレード３３０及びエンドエフェクタ２２０の適切な動作を通じて切断ブレード３３０を用いるときに、ブレード露出の可能性は減少させられることがある。幾つかの例では、ジョー３１０のジョー角に基づき切断ブレード３３０の動作を防げ且つ／或いは制限することによって、ブレード露出は減少させられることがある。図７Ａ及び図７Ｂは、幾つかの実施形態に従ったブレード露出の確率のモデルの簡略化された図である。図７Ａは、切断ブレード延伸の２つの可能な長さについてのジョー角に対するブレード露出の確率の例示的なモデル７００を描いている。曲線７１０及び７２０は、両方とも、狭いジョー角、より広いジョー角でブレード露出の確率が急激に増大する領域、及びブレード露出の確率が最大確率に達する飽和領域についての、ブレード露出の比較的低い確率を示している。曲線７１０は、切断ブレードが曲線７２０よりも長い距離だけ延伸させられる場合に対応している。

図７Ｂは、ブレード露出の２つの可能な確率についてのジョー角に対する切断ブレード延伸長さの例示的なモデル７５０を描いている。曲線７６０及び７７０は、両方とも、全長切断ブレード延伸が低いジョー角で可能である領域、ブレード露出の確率を一定に維持するためにジョー角が増加するに応じて切断ブレード延伸の長さが急激に減少しなければならない領域、ブレード露出が受け入れられない確率で起こることなくジョー角の幅の広さの故に切断ブレード延伸がない或いは殆どない領域を示している。曲線７６０は、ブレード露出のより高い許容差（即ち、より高い確率）が曲線７７０に対して許容される場合に対応している。

事例的な証拠は、切断ツールの把持ジョー内に保持されるより厚い組織を切断し得るためにブレード露出が起こる特定の可能性を外科医が容認する意思があることを示唆している。この観察と一致して、幾つかの実施形態によれば、図７Ａ及び／又は図７Ｂのモデル及び曲線は、切断操作中のブレード露出の可能性を管理する２つの方法のうちの１つにおいて用いられてよい。

幾つかの例では、図７Ａのモデル７００を用いて、所定距離の切断長さが許容される最大ジョー角を決定してよい。切断ツールの動作中、ジョー角が最大ジョー角を超えるとき、所定の距離の切断は禁止されてよい。幾つかの例では、切断長さが１８ｍｍであり、切断ブレード３３０の高さが２．５４ｍｍであり、ブレード露出の許容差が１０％であるとき、最大ジョー角は約７度であってよい。

幾つかの例では、図７Ｂのモデル７５０を用いて、現在のジョー角に基づき最大切断長さを制限してよい。切断ツールの動作中、ジョー角が測定されてよく、ブレード露出の許容差に基づき、測定されたジョー角は最大切断長さに制限されてよい。

モデル７００が用いて切断操作を防げようが或いはモデル７５０を用いて切断操作の切断長を制限しようが、切断操作を監視し且つ／或いは実施する制御アプリケーション１７０のような制御アプリケーションは、現在のジョー角の測定値を用いて、切断／非切断決断及び／又は切断長決定を行う。幾つかの実施形態によれば、ジョー角の測定は、これらの切断決定を支持するのに望ましい程に正確であるとは限らないことがある。図５に関して前述したように、エンドエフェクタ２２０のようなエンドエフェクタのジョー角は、エンドエフェクタの他のＤＯＦと同様に、間接的に測定されてよい。図５の例において、ジョー角は、エンドエフェクタのグリッパジョー(gripper jaws)のための１つ（ジョイントジョー制御）の又は２つ（独立したジョー制御）の対応する駆動ユニット５００からの対応するキャプスタン５１０及び／又は駆動シャフト５２０の回転角度に基づき測定されてよい。幾つかの例では、関節作動リストが屈曲する(flexes)と、グリッパジョーを作動させるために用いられる（複数の）駆動機構は、手術器具の中空シャフト（例えば、シャフト２１０）内の曲げ及び／又は動きに晒されることがある。（複数の）駆動機構が曲がり且つ／或いは動くと、駆動機構によって見られるような有効距離は、切断ブレードの遠位端と駆動ユニットの近位端との間で変化することがある。よって、ジョー角の決定において十分な精度を得るために、ジョー角は、入力シャフトのロール及び／又は関節作動リストの（複数の）屈曲角度に基づき補正されなければならないことがある。

図８は、幾つかの実施形態に従った実際のジョー角(actual jaw angle)と測定されたジョー角(measured jaw angle)との間の例示的な関係の簡略図である。図８は、手術器具２００と一致する手術器具を用いて収集されたデータからの散布図８００(scatter plot)を含む。エンドエフェクタ２２０と一致するエンドエフェクタを用いて、関節作動リスト２３０と一致する関節作動リストが様々な組み合わせのピッチ角及びヨー角に屈曲させられる間に材料を把持する。ピッチ角及びヨー角の組み合わせの各々において、把持ジョーの間の実際のジョー角は、散布図８００中のより明るい上方の点によって表されるものとして測定された。ピッチ角及びヨー角の組み合わせの各々において、把持ジョーのための駆動ユニットで測定されるようなジョー角は、散布図８００のより暗い下方の点によって表されるものとして記録された。散布図８００に示されるように、関節作動リストデバイスのピッチ角及びヨー角の両方は、（屈曲のない関節作動リスト及び手術器具のシャフトとのエンドエフェクタの整列に対応する）ゼロの角度からずれているので、より大きな発散(divergence)が実際のジョー角と測定されたジョー角との間に発生した。

次に、散布図８００のデータを様々なモデルに適合させて、ピッチ角及びヨー角が変化する際の実際のジョー角と測定されたジョー角との間の関係及び／又は関数についての適切なモデルを決定した。実験は、０．９５を超える測定係数又はＲ^２値で実際のジョー角と測定されたジョー角との間の関係をモデル化するために、以下の方程式１(Eq. 1)と一致する線形補正モデルを用い得ることを示した。

幾つかの例では、Ｃ_０、Ｃ_１、Ｃ_２、及びＣ_３係数は、手術器具の集合に亘って或いは各手術器具について個別にモデル化され、係数値は、それらが対応する手術器具の通し番号のような識別子に基づき実行時にアクセスされ得るように記録される。手術器具２００と一致する手術器具の一例について、Ｃ_０は、０．０００であり、Ｃ_１は、０．０００であり、Ｃ_２は、０．０６２であり、Ｃ_３は、０．０６９であることが見出された。Ｃ_２とＣ_３との間の差は、ピッチジョイント及びヨージョイントの設計の相違並びにピッチジョイントよりも遠位なヨージョイントの場所に起因する。

図９は、幾つかの実施形態に従った切断操作を実行する方法９００の簡略図である。方法９００のプロセス９１０乃至９７０のうちの１以上は、少なくとも部分的に、１以上のプロセッサ（例えば、制御ユニット１４０内のプロセッサ１５０）によって実行されるときに、１以上のプロセッサにプロセス９１０乃至９７０のうちの１以上を実行させることがある、非一時的で有形の機械可読媒体に格納される実行可能コードの形態において実装されてよい。幾つかの実施形態において、方法９００は、制御アプリケーション１７０のようなアプリケーションによって実行されてよい。幾つかの実施形態では、方法９００を用いて、ジョー３１０のようなグリッパジョー間の角度、及び手術器具２００のような手術器具の関節作動リスト２３０のような関節作動リストにおける屈曲に基づき、切断ブレード３３０のような切断ブレードの移動を拘束し且つ／或いは制限してよい。幾つかの実施形態において、方法９００の切断操作は、図７Ａ、図７Ｂ、及び図８のモデルに従って実行されてよい。幾つかの実施形態では、方法９００の実行中に、図２、図３、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５、図６Ｄ及び／又は図６Ｅに記載するような駆動コンポーネントを用いて、切断ブレードの動きを拘束し且つ／或いは制限するようにグリッパジョーの間の角度を決定してよい。

プロセス９１０で、手術器具のジョーを操作する。幾つかの例では、外科医及び／又は他の医療従事者は、操作者コンソールの１以上のコントロール（制御装置）を用いて、手術器具のジョー３１０のようなジョーを位置決めし且つ／或いは作動させてよい。幾つかの例において、外科医及び／又は他の医療従事者は、ジョーを遠隔操作する１以上のマスターマニピュレータ、レバー、ペダル、スイッチ、キー、ノブ、トリガ、及び／又は同等物のような１以上のマスターコントロールを操作して、切断操作のための準備においてそれらを適切な組織及び／又は他の構造の周りに位置付けてよい。幾つかの例では、ジョーを操作して、それらの位置及び／又は向きを制御し、且つジョー間の角度を調整してよい。幾つかの例において、この操作は、関節作動リスト２３０のような関節作動リストの屈曲レベルを調整して、ジョーを所望に方向付けることを含んでよい。

プロセス９２０で、切断命令を受信する。幾つかの例では、外科医及び／又は他の要員が、切断操作が行われるのを要求してよい。幾つかの例では、切断操作は、操作者コンソール上に配置される１以上のマスターマニピュレータ、レバー、ペダル、スイッチ、キー、ノブ、トリガ、及び／又は同等物のような、１以上のマスターコントロールを用いて要求されてよい。幾つかの例において、要求される切断操作は、割込み、入力ポーリング操作、ＡＰＩ呼出し、及び／又は同等行為を介して、制御アプリケーション１７０のような制御アプリケーションによって受信されてよい。

プロセス９３０で、ジョー角を測定する。幾つかの例において、ジョー角は、１以上の位置及び／又は回転センサを用いて顎角を測定されてよい。幾つかの例において、センサは、ジョーの近位に配置されてよく、ジョー角を間接的に測定するように構成されてよい。幾つかの例において、センサは、ジョーの（複数の）ＤＯＦを操作するために用いられてよい駆動ユニット５００のような１以上の駆動ユニットと関連付けられてよい。幾つか例において、センサは、キャプスタン５１０のようなキャプスタンの回転角及び／又は駆動シャフトのような駆動シャフトの回転角を測定してよい。幾つかの例では、ジョーが一緒に制御されるとき、ジョー角はジョーのための単一の駆動ユニットを用いて測定されてよい。幾つかの例では、ジョーが独立して制御されるとき、ジョーの各ジョーのジョー角は別々に測定され、次に、複合ジョー角を決定するために組み合わせられてよい。

プロセス９４０で、リスト関節作動を測定する。幾つかの例において、リスト関節作動は、１以上の位置及び／又は回転センサを用いて測定されてよい。幾つかの例において、センサは、関節作動リストの近位に配置されてよく、関節作動リストのピッチ及び／又はヨーのような関節作動角度のそれぞれを間接的に測定するように構成されてよい。幾つかの例において、センサは、関節作動リストのジョイントの各々についてのそれぞれのＤＯＦを操作するように用いられてよい、駆動ユニット５００のような１以上の駆動ユニットと関連付けられてよい。幾つかの例において、センサは、キャプスタン５１０のようなキャプスタンの回転角及び／又は駆動シャフト５２０のような駆動シャフトの回転角を測定してよい。

プロセス９５０で、リスト関節作動に基づきジョー角を修正する。プロセス９３０中に測定されるジョー角及びプロセス９４０中に測定されるリスト関節作動を用いて、制御アプリケーションによってジョー角についての修正値が決定されてよい。幾つかの例では、図８及び／又は方程式１のジョー角修正モデルのようなジョー角修正モデルを用いてジョー角を修正してよい。幾つかの例において、ジョー角修正モデルは、手術器具の種類に基づき決定されてよく、且つ／或いは手術器具と関連付けられる通し番号のような識別子に基づき決定されてよい。

プロセス９６０で、修正されたジョー角に基づき切断操作を制限する。幾つかの例では、プロセス９５０中に決定される補正されたジョー角をブレード露出についての構成可能な許容差と組み合わせて、切断操作が制限されるべきか否かを決定してよい。部分的な長さの切断が許容されるか否かに依存して、切断操作が起こるのが妨げられてよく、且つ／或いは最大の切断長さまで制限されてよい。幾つかの例では、部分的長さ切断が許容されないとき、修正されたジョー角、ブレード露出の許容差、及び所望の切断長さを、図７Ａのモデル７００のようなモデルに適用して、修正されたジョー角が最大許容ジョー角よりも大きいか否かを蹴ってしてよい。修正されたジョー角が最大許容ジョー角又はジョー角閾値よりも大きいとき、切断操作はそれが起こらないように制限され、且つ／或いは最大許容切断長さがゼロに設定される。修正されたジョー角が最大許容顎角以下であるとき、切断操作は制限されず、且つ／或いは最大許容切断長さは全長切断に設定される。幾つかの例では、部分的な長さの切断が許容されるとき、修正されたジョー角及びブレード露出の許容差を図７Ｂのモデル７５０のようなモデルに適用して、最大許容切断長さを決定する。次に、切断操作は、切断ブレードが最大許容切断長さを超えて延伸しないよう、制限される。

幾つかの例では、切断長さが制限されるときに、音声、視覚、及び／又は文字アラートを外科医及び／又は他の医療従事者に提供して、部分的切断が許容されないときに及び／又は切断長さが全長切断よりも少なく減少させられるときに、切断操作の最大許容ジョー角を超えたことを示してよい。

プロセス９７０で、切断制限に基づき切断操作を実行する。幾つかの例において、切断操作は、切断ブレードを延伸させ、次に、切断ブレードをガレージ内に戻すことによって実行されてよい。幾つかの例において、切断操作は、存在するならば、プロセス９６０中に決定される最大切断長さに基づき、最大延伸を含むよう調整されてよい、位置プロファイルに従って切断ブレードを駆動することを含んでよい。幾つかの例において、切断ブレードは、駆動コンポーネント、駆動機構、駆動ユニット、及び／又はモータ、ソレノイド、サーボ、能動アクチュエータ、液圧アクチュエータ、空圧アクチュエータ、及び／又は同等物のようなアクチュエータによって、切断ブレードに適用される力及び／又はトルクに基づき、延伸させられ且つ／或いは後退させられてよい。幾つかの例では、最大許容切断長さがゼロであるとき又は切断操作が許容されないとき、プロセス９７０はスキップされてよい。

幾つかの例では、切断操作はプロセス９７０中にモニタリングされてよい。幾つかの例では、１以上のセンサを用いて切断ブレード及び／又は切断ブレードのための駆動ユニットの実際の位置をモニタリングして、切断ブレード及び／又は駆動ユニットが切断操作中に切断ブレードを所望に延伸させ且つ／或いは後退させることができるか否かを決定してよい。幾つかの例では、切断ブレード及び／又は駆動ユニットが位置プロファイルの所定の許容差内の延伸及び／又は後退に追従することができないときに、音声、視覚、及び／又は文字アラートを外科医及び／又は他の医療従事者に提供して、切断操作が成功しなかった場合があることを示してよい。幾つかの例では、切断ブレードが最大許容切断長さ延伸することができないとき、切断操作は成功していないことがある。幾つかの例では、切断ブレードが露出してガレージに戻ることができないとき、切断操作は成功していないことがある。幾つか例では、引抜操作(extracting operation)及び／又は引込操作(retracting operation)のうちのいずれかが対応する力及び／又はトルク限界に達するとき、１以上の音声、視覚、及び／又は文字アラートを用いる警告(warning)及び／又は警報(alert)が発せられてもよい。

プロセス９７０中に切断操作が完了した後に、プロセス９２０に戻ることによって他の切断を実行してよく、且つ／或いはプロセス９１０に戻ることによって他の切断操作を実行する前にジョーを再配置してよい。

制御ユニット１４０のような制御ユニットの幾つかの例は、１以上のプロセッサ（例えば、プロセッサ１５０）によって実行されるときに、１以上のプロセッサに方法９００のプロセスを実行させる、実行可能なコードを含む、非一時的で有形の機械可読媒体を含んでよい。方法９００のプロセスを含んでよい機械可読媒体の幾つかの一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを備える任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、及び／又はプロセッサ若しくはコンピュータが読み取るように構成される任意の他の媒体である。

例示的な実施形態を示し且つ記載したが、広範な修正、変更、及び置換が前述の開示において想定され、幾つかの場合には、実施形態の幾つかの構成は他の構成の対応する使用を伴わずに利用されてよい。当業者は、多くの変形、代替、及び修正を認識するであろう。よって、本発明の範囲は後続の請求項によってのみ限定されるべきであり、請求項は本明細書で開示した実施形態の範囲と一致するように解釈されるべきことが理解されよう。

Claims (15)

1. コンピュータ支援デバイスと共に用いる切断器具であって、
   当該切断器具の遠位端に配置されるエンドエフェクタであって、対向可能な把持ジョーと切断ブレードとを含むエンドエフェクタと、
   １つ又はそれよりも多くの駆動ユニットと、
   該駆動ユニットに連結されるシャフトと、
   前記エンドエフェクタを前記シャフトに連結する関節作動リストと、
   前記１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットからの力又はトルクを前記エンドエフェクタ及び前記関節作動リストに結合するためのシャフト内の１つ又はそれよりも多くの駆動機構とを含み、
   切断操作を実行するために、当該切断器具は、
   前記把持ジョーの間のジョー角を測定し、
   前記関節作動リストの関節作動を測定し、
   前記関節作動リストの前記関節作動に基づき前記ジョー角を修正し、
   該修正されたジョー角に基づき前記切断操作に対する制限を決定し、
   該制限に基づき前記切断操作を実行し或いは防げる
   ように構成される、
   切断器具。
2. 前記切断操作は、前記切断ブレードの延伸及び後退を含む、請求項１に記載の切断器具。
3. 前記ジョー角を修正するために、当該切断器具は、修正モデルに基づき前記測定されたジョー角を調節するように構成される、請求項１に記載の切断器具。
4. 前記修正モデルは、線形である、請求項３に記載の切断器具。
5. 前記関節作動リストの前記関節作動は、ピッチ角及びヨー角を含む、請求項１に記載の切断器具。
6. 前記ジョー角を修正するために、当該切断器具は、前記ピッチ角の絶対値と比例して並びに前記ヨー角の絶対値と比例して前記測定されるジョー角を調節するように構成される、請求項５に記載の切断器具。
7. 前記ジョー角は、前記１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットで測定される、請求項１に記載の切断器具。
8. 前記関節作動リストの前記関節作動は、前記１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットで測定される、請求項１に記載の切断器具。
9. 当該切断器具は、ブレード露出についての許容差に基づき前記切断操作に対する前記制限を決定する、請求項１に記載の切断器具。
10. 前記切断操作に対する前記制限は、前記修正されたジョー角がジョー角閾値よりも大きいときに前記切断操作を防げる、請求項１に記載の切断器具。
11. 前記切断操作に対する前記制限は、前記切断操作の切断長さを全長切断長さより少なく限定する、請求項１に記載の切断器具。
12. １つ又はそれよりも多くのプロセッサと、
    関節作動アームと、
    該関節作動アームの遠位端に連結される器具とを含み、
    該器具は、
    該器具の遠位端に配置されるエンドエフェクタであって、対向可能な把持ジョーと切断ブレードとを含むエンドエフェクタと、
    前記器具の近位端に配置される１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットと、
    該駆動ユニットに連結されるシャフトと、
    該シャフトを前記エンドエフェクタに連結する関節作動リストと、
    前記１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットからの力又はトルクを前記エンドエフェクタ及び前記関節作動リストに結合するための前記シャフト内の１つ又はそれよりも多くの駆動機構とを含む、
    コンピュータ支援デバイスであって、
    当該コンピュータ支援デバイスは、
    前記把持ジョーの間のジョー角を測定し、
    前記関節作動リストの関節作動を測定し、
    前記関節作動リストの前記関節作動に基づき前記ジョー角を修正し、
    前記修正されたジョー角に基づき切断操作に対する制限を決定し、且つ
    該制限に基づき前記切断操作を実行し或いは防げることによって、
    前記切断ブレードを用いた前記切断操作を実行するように構成される、
    コンピュータ支援デバイス。
13. 前記関節作動リストの前記関節作動は、ピッチ角及びヨー角を含み、
    該ジョー角を修正するために、当該コンピュータ支援デバイスは、前記ピッチ角の絶対値と比例して且つ前記ヨー角の絶対値と比例して前記測定されたジョー角を調節するように構成される、
    請求項１２に記載のコンピュータ支援デバイス。
14. 前記ジョー角は、前記１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットで測定され、
    前記関節作動リストの前記関節作動は、前記１つ又はそれよりも多くの駆動ユニットで測定される、
    請求項１２に記載のコンピュータ支援デバイス。
15. 当該コンピュータ支援デバイスは、ブレード露出についての許容差に基づき前記切断操作に対する前記制限を決定し、
    前記切断操作に対する前記制限は、
    前記修正されたジョー角がジョー角閾値よりも大きいときに前記切断操作を防げ、或いは
    前記切断操作の切断長さを全長切断長さよりも少なく制限する、
    請求項１２に記載のコンピュータ支援デバイス。

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