JP2023030138A - 外科手術用ロボットのための平行移動器具インターフェースおよびそれを備えている外科手術用ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】外科手術用ロボットにおける使用のための外科手術用器具が、本明細書に提供される。【解決手段】器具は、平行移動器具インターフェースの一部であり、外科手術用ロボットに除去可能に結合される。一側面では、平行移動器具インターフェースは、スレーブユニットの遠位端上に搭載されるスレーブハブと、スレーブハブ内に挿入可能である滅菌シールドと、滅菌シールド内に挿入可能な組織に接触するためのエンドエフェクタを有する器具とを有する。器具は、単回使用後、使い捨てであり得る。外科手術用ロボットのハンドルは、ハンドルにおける作動が、外科手術を実施するためのエンドエフェクタの移動を生じさせるように、平行移動器具インターフェースに結合される。【選択図】図１Ａ

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６２／５０５，０１８号（２０１７年５月１１日出願）に対する
優先権を主張し、上記出願の全内容は、参照により本明細書に引用される。

（使用の分野）
本願は、概して、遠隔で作動させられる外科手術用ロボットおよびそのための使い捨て
器具に関する。

（背景）
多数の環境および用途が、遠隔操作式外科手術用デバイスを用いた遠隔作動を要求する
。これらの用途は、組立タスクにおける細かい操作、狭い場所における操作、危険または
汚染された環境内における操作、クリーンルームまたは滅菌環境内における操作、および
観血術または低侵襲性であるかどうかにかかわらず、外科手術環境内における操作を含む
。これらの用途は、精密な許容差および典型的エンドユーザ等のパラメータとともに変動
するが、各々は、力フィードバックとともに高い剛性および精度を伴って巧妙な操作を行
う能力等、遠隔操作式システムからの同じ特徴の多くを要求する。

外科手術用途が、ここで、遠隔操作式デバイスシステムのための用途の代表的例として
、より詳細に議論され、既知のデバイスが存在するが、大きな欠点が、現在最先端の技術
において明らかである。

観血手術は、依然として、大部分の外科手術手技のための標準的技法である。それは、
数十年にわたって、医学界によって使用されており、それは、従来の外科手術用ツールが
挿入される長切開を腹部または身体の他のエリアに作成することによって、外科手術タス
クを実施することから成る。しかしながら、長切開に起因して、このアプローチは、患者
のために極度に侵襲性であり、外科手術中の実質的血液損失と、典型的に、病院設定にお
ける長期かつ痛みを伴う回復期間とをもたらす。

観血手術の侵襲性を低減させるために、低侵襲性技法である腹腔鏡検査が、開発された
。単一の長切開の代わりに、いくつかの小切開が、患者内に作成され、それを通して、細
長い外科手術用器具および内視鏡下カメラが、挿入される。手技の低侵襲性性質により、
この技法は、血液損失および疼痛を低減させ、入院を短縮する。経験豊富な外科医によっ
て実施されると、この技法は、観血手術に類似する臨床転帰を達成し得る。しかしながら
、前述の利点にもかかわらず、腹腔鏡検査は、堅いかつ長い器具類を操作するために、極
度に高度な外科手術用技能を要求する。入口切開は、回転点としての機能を果たし、器具
を患者の内側に位置付け、向けるための自由度を減少させる。本切開の周りの外科医の手
の移動は、器具先端に対して反転および拡大され（「支点効果」）、それは、巧妙度およ
び感度を低減させ、外科医の手の震えを倍増させる。加えて、長く、かつ直線の器具は、
外科医が、手、アーム、および身体のために不快な姿勢で作業することを強制し、それは
、数時間の手術中、非常に疲労をもたらし得る。したがって、腹腔鏡下器具類のこれらの
短所に起因して、これらの低侵襲性技法は、主に、単純外科手術における使用に限定され
る一方、少数の外科医のみが、複雑な手技においてそれらを使用可能である。

これらの限界を克服するために、外科手術用ロボットシステムが、複雑な低侵襲性外科
手術に対してより使用が容易なアプローチを提供するために開発された。コンピュータ化
されたロボットインターフェースを用いて、これらのシステムは、外科医が、コンソール
に座り、２つのマスタマニピュレータを操作し、いくつかの小切開を通して、手術を実施
する遠隔腹腔鏡検査の実施を可能にする。腹腔鏡検査のように、ロボットアプローチも、
低侵襲性であり、疼痛、血液損失、および回復時間の観点から、観血手術に優る前述の利
点をもたらす。加えて、それは、観血および腹腔鏡下技法と比較して、より良好な人間工
学も外科医にもたらす。しかしながら、技術的により容易であるが、ロボット外科手術は
、いくつかの負の側面をもたらす。これらのシステムの主な不利点は、複雑なメカトロニ
クスシステムを有する既存のロボットデバイスの極度に高い複雑性に関し、それは、世界
中の大部分の外科のために許容可能ではない膨大な入手および保守コストにつながる。こ
れらのシステムの別の短所は、現在の外科手術用ロボットが、大型であり、手術室環境内
の貴重な空間を取り合い、準備時間を有意に増加させるという事実から生じる。患者への
アクセスは、したがって、損なわれ、それは、力フィードバックの一般的欠如とともに、
安全性懸念を上昇させる。ロボットシステムのさらに別の潜在的短所は、任意のコンピュ
ータ誤差が、患者または患者内における外科手術用エンドエフェクタツールの望ましくな
いドリフトまたは移動につながり得ることである。そのようなコンピュータ誤差は、特に
、３平行移動自由度、すなわち、左／右、上向き／下向き、内向き／外向きのいずれかに
おけるエンドエフェクタの大きな移動に伴って問題となり、それは、エンドエフェクタが
、外科手術中、患者または患者内に位置付けられるとき、致命的損傷をもたらし得る。

Ｍａｄｈａｎｉの第ＷＯ９７／４３９４２号（特許文献１）、Ｃｏｏｐｅｒの第ＷＯ９
８／２５６６６号、およびＢｕｒｂａｎｋの米国特許出願公開第２０１０／００１１９０
０号は、患者の身体の内側で外科医の手の移動を複製するように設計されたロボット遠隔
操作式外科手術用器具を開示する。コンピュータ化されたロボットインターフェースを用
いることによって、器具は、遠隔腹腔鏡検査の実施を可能にし、外科医は、コンソールに
座り、２つのジョイスティックを操作し、いくつかの小切開を通して、手術を実施する。
しかしながら、このシステムは、自律性または人工知能を有しておらず、本質的に、外科
医によって完全に制御される高度なツールである。制御コマンドは、複雑なコンピュータ
制御式のメカトロニクスシステムによって、ロボットマスタとロボットスレーブとの間で
伝送され、メカトロニクスシステムは、生産および維持するために極度にコストがかかり
、病院スタッフが使用することが困難である。

Ｂｅｉｒａの第ＷＯ２０１３／０１４６２１号（特許文献２）（その全内容は、参照す
ることによって本明細書に組み込まれる）は、遠隔操作のための機械的遠隔操作式デバイ
スを説明し、それは、運動学的に均等物のマスタユニットによって駆動されるスレーブユ
ニットを含むマスタ－スレーブ構成を備え、スレーブユニットの各部分は、マスタユニッ
トの各対応する部分の移動を模倣する。機械的伝送システムは、デバイスに対して良好に
適合されるが、ハンドルから運動学的連鎖全体を通して器具までのケーブルの低摩擦ルー
ティングは、コストがかかり、複雑であり、精密な較正、および、慎重な取扱および保守
を要求する。

加えて、現在の遠隔操作式外科手術用器具は、駆動ユニットと外科手術用器具との間の
個々の自由度の回転結合、または回転および平行移動結合の組み合わせを利用する。例え
ば、Ｋａｒｇｕｔｈの米国特許出願公開第２０１６／０１５１１１５号（特許文献３）は
、平行移動式先端移動に照準を当てた平行移動式要素と、回転器具先端移動のための回転
式要素とを伴う結合機構を説明する。加えて、Ｈａｒｅｓの第ＷＯ２０１６／１８９２８
４号は、組み合わせられた平行移動および回転係合を伴う駆動機構を説明し、Ｔｉｅｒｎ
ｅｙの米国特許出願公開第２００２／００７２７３６号は、駆動可能自由度の回転結合を
伴うインターフェースを説明する。

ロボット遠隔操作式外科手術用器具の高製造コストと回転結合自由度を利用する複雑な
機械的遠隔操作式外科手術用器具とにより、そのような器具は、複数の外科手術を横断し
て再使用されなければならず、複雑な信頼性、再処理、および性能要件を追加する。

故に、単純な相互交換可能遠位器具を伴う遠隔操作式デバイスを提供することが望まし
いであろう。さらに、相互交換可能遠位器具が外科手術用器具とであるように、外科手術
環境における使用のために設計された器具を有することが望ましいであろう。

国際公開第９７／４３９４２号公報 国際公開第２０１３／０１４６２１号公報 米国特許出願公開第２０１６／０１５１１１５号公報

（要約）
本発明は、外科手術用ロボットに除去可能に結合されるための外科手術用器具を提供す
ることによって、以前から知られているシステムの短所を克服する。有利に、外科手術中
、組織に接触する比較的に低コストの外科手術用器具は、除去可能であり、使い捨てであ
り得る一方、外科手術用ロボットのより複雑かつ高価な構成要素は、再使用可能である。
外科手術用ロボットは、好ましくは、１つまたは２つの遠隔操作式外科手術用アームを含
み、各々は、インターフェース、例えば、滅菌シールドを介して、外科手術用器具に除去
可能に結合される。このように、無菌状態が、外科手術手技全体を通して維持される。

外科手術用ロボットのハンドルは、平行移動器具インターフェースに機械的および／ま
たは電気的に結合される。好ましい実施形態では、平行移動器具インターフェースは、複
数の駆動ユニットを有するスレーブハブであって、スレーブハブは、スレーブユニットの
遠位端上に搭載される、スレーブハブと、スレーブハブ内に挿入可能である滅菌シールド
と、エンドエフェクタを有し、滅菌シールド内に挿入可能である外科手術用器具とを含む
。滅菌シールドは、単回使用後、使い捨てされ得、事前に滅菌され得る。ハンドルにおけ
る作動は、１つ以上の自由度において、外科手術用器具のエンドエフェクタの移動を作動
させる。

一側面によると、器具は、近位領域、遠位領域、およびそれらの間に延びている管腔を
有する細長いシャフトを含む。器具は、遠位領域内に配置される１つ以上の自由度を有す
るエンドエフェクタと、近位領域内に配置されたアクチュエータとを有する。アクチュエ
ータは、複数の力伝達要素、例えば、ケーブルおよびプーリ、または管腔内に配置される
ロッドベースの力伝達鎖を介して、エンドエフェクタに結合され、外科手術用ロボットの
滅菌シールドと解放可能に係合され、アクチュエータにおける平行移動運動に応答して、
エンドエフェクタを移動させるように構成され得る。器具は、単回使用後、使い捨てされ
得、事前に滅菌され得る。器具は、回転可能部分および係止ピンを有する近位領域内に配
置される器具ヘッドも含み得る。回転可能部分および係止ピンは、器具が滅菌シールドに
係合することを可能にする。器具ヘッドは、器具と滅菌シールドを軸方向に整列させるキ
ーも含み得る。器具は、少なくとも１つの張力ケーブルが張力を複数の力伝達要素に提供
するように、アクチュエータに結合される少なくとも１つの張力ケーブルをさらに含み得
る。

一側面によると、アクチュエータは、複数の駆動ユニットのうちの１つの移動が、対の
係合器のうちの第１の係合器の第１の方向への平行移動運動と、対の係合器のうちの第２
の係合器動運動の反対方向への対応する平行移動運動とを誘発し、それによって、多自由
度のうちの第１の自由度においてエンドエフェクタを移動させるように、スレーブハブの
それぞれのレセプタクルに解放可能に結合されるようにサイズおよび形状を決定される一
対の係合器を含む。各対の係合器は、好ましくは、外科手術用ロボットの滅菌シールドに
おける平行移動運動に応答して、近位領域における経路に沿って細長いシャフトの縦軸と
平行に移動する。アクチュエータは、第２および第３の対の係合器をさらに含み得、各々
は、外科手術用ロボットの滅菌シールドにおける平行移動運動に応答して、それぞれ、第
２および第３の自由度において移動を作動させるように、独立して移動可能である。第１
、第２、および第３の対の係合器は、好ましくは、それぞれ、第１、第２、および第３の
力伝達要素を介して、エンドエフェクタに結合される。このように、各対の係合器におけ
る平行移動運動は、ある自由度においてエンドエフェクタの移動を作動させる。一実施形
態では、各対の係合器は、滅菌シールドにおいて対応するレセプタクルを外科手術用ロボ
ットに係合するように構成される一対のフックを含む。

スレーブハブも、本明細書では、遠隔操作式外科手術用アームのスレーブユニットに搭
載されるように提供される。一側面によると、スレーブハブは、器具の滅菌シールドおよ
び細長いシャフトを受け取るようにサイズおよび形状を決定される開口部を有する。滅菌
シールドは、外科手術用器具、スレーブハブ、および遠隔操作式外科手術用アーム間の滅
菌バリアを提供する。故に、滅菌シールドは、スレーブハブの開口部を通して受け取られ
るように構成された近位構成要素と、近位構成要素がスレーブハブの開口部内に配置され
ると、近位構成要素と係合されるように構成された遠位構成要素とを含み得る。近位構成
要素または遠位構成要素のいずれかは、近位構成要素または遠位構成要素をスレーブハブ
内の開口部に対して向きを合わせる非対称形状を有し得る。スレーブハブは、エンドエフ
ェクタも軸の周りに回転するように、スレーブユニットの軸の周りに回転させられ得る。

ある側面によると、スレーブハブは、アクチュエータと解放可能に相互係合するレセプ
タクルを含み、レセプタクルおよびアクチュエータの平行移動運動は、相互係合されると
、力伝達要素を介して、エンドエフェクタを作動させる。スレーブハブは、器具が差し込
まれないとき、少なくとも１つの張力ケーブルが張力をレセプタクルに提供するように、
レセプタクルに結合された少なくとも１つの張力ケーブルをさらに含み得る。駆動ユニッ
トは、レセプタクルに動作可能に結合され、レセプタクルおよびアクチュエータの平行移
動を生じさせる、例えば、電気モータ、油圧要素、または他の機械的手段であり得る。例
えば、電気モータの回転式移動は、ケーブルおよびプーリのシステム、または歯車、送り
ねじ、および送りねじナットのシステムを介して、アクチュエータにおける平行移動運動
を誘発し得る。故に、滅菌シールドは、アクチュエータとレセプタクルとの間に結合され
るスライド要素を含む。好ましくは、スライド要素は、レセプタクルとアクチュエータを
自動的に整列させる。

遠隔操作式外科手術用器具は、複数の駆動ユニットに結合された制御システムを含み得
る。加えて、器具は、制御システムが器具についての情報を識別タグから検出するように
、識別タグを含み得る。例えば、識別タグは、器具タイプ、製造番号、較正データ、運動
範囲データ、エンドエフェクタ運動学、または制御オフセットのうちの１つをエンコード
し得る。制御システムはまた、器具の不整列を感知し得るセンサに結合され得る。故に、
制御システムは、センサが器具の不整列を感知することに応答して、アラートを発生させ
得る。

本発明の一側面によると、エンドエフェクタを有する外科手術用器具を含む平行移動器
具インターフェースは、単純に機械的であるか、単純に電気機械的であるか、または機械
的および電気機械的の組み合わせであり得る遠隔操作式外科手術用器具に除去可能に結合
されるように構成される。一例では、外科手術用器具のエンドエフェクタにおける小さな
移動は、３自由度、例えば、開／閉、ピッチ、ヨーにおいて、電気機械的に作動させられ
る一方、エンドエフェクタの３平行移動自由度、すなわち、左／右、上向き／下向き、内
向き／外向きにおける大きな移動は、遠隔操作式外科手術用器具によって、機械的に制御
される。第７の自由度である回内回外運動は、例では、電気機械的または機械的に制御さ
れ得る。好ましくは、外科手術用器具は、遠隔操作式外科手術用器具のスレーブユニット
に除去可能に結合されるように設計される。一実施形態では、遠隔操作式外科手術用器具
は、力伝達要素、例えば、複数の剛体マスタリンクおよび／またはケーブルおよびプーリ
と、マスタ関節およびハンドルとを有するマスタユニットと、力伝達要素、例えば、複数
の剛体スレーブリンクおよび／またはケーブルおよびプーリと、スレーブ関節とを有する
スレーブユニットとを含む。マスタユニットは、マスタユニットの移動が、スレーブユニ
ットにおいて再現され、マスタユニットの各剛体リンクが、そのような移動中、スレーブ
ユニットの対応する剛体リンクと平行なままであるように、マスタユニットおよびスレー
ブユニットの両方の複数の力伝達要素を介して、スレーブユニットに運動学的に接続され
得る。

図１Ａは、本発明の原理に従って構築された例示的遠隔操作式外科手術用ロボットを示す。 図１Ｂは、図１Ａのハンドルによって制御可能な４自由度のエンドエフェクタを図示する。 図１Ｃおよび１Ｄは、図１Ａの平行移動器具インターフェースを有する追加の例示的遠隔操作式外科手術用ロボットを示す。 図１Ｃおよび１Ｄは、図１Ａの平行移動器具インターフェースを有する追加の例示的遠隔操作式外科手術用ロボットを示す。 図２は、本発明の原理に従って構築された例示的平行移動器具インターフェースの部分的図を示す。 図３は、図２の平行移動器具インターフェースの例示的スレーブハブを示す。 図４は、図２の平行移動器具インターフェースの例示的滅菌シールドを示す。 図５Ａ－Ｃは、図３のスレーブハブの中への図４の滅菌シールドの挿入を図示する。 図５Ａ－Ｃは、図３のスレーブハブの中への図４の滅菌シールドの挿入を図示する。 図５Ａ－Ｃは、図３のスレーブハブの中への図４の滅菌シールドの挿入を図示する。 図６Ａは、図２の例示的器具を示し、図６Ｂ－Ｃは、図６Ａの器具ヘッドを示し、図６Ｄは、図６Ａのエンドエフェクタを示す。 図６Ａは、図２の例示的器具を示し、図６Ｂ－Ｃは、図６Ａの器具ヘッドを示し、図６Ｄは、図６Ａのエンドエフェクタを示す。 図６Ａは、図２の例示的器具を示し、図６Ｂ－Ｃは、図６Ａの器具ヘッドを示し、図６Ｄは、図６Ａのエンドエフェクタを示す。 図６Ａは、図２の例示的器具を示し、図６Ｂ－Ｃは、図６Ａの器具ヘッドを示し、図６Ｄは、図６Ａのエンドエフェクタを示す。 図７Ａ－Ｃは、図３のスレーブハブ内の図４の滅菌シールドの中への図６Ａの器具の挿入を図示する。 図７Ａ－Ｃは、図３のスレーブハブ内の図４の滅菌シールドの中への図６Ａの器具の挿入を図示する。 図７Ａ－Ｃは、図３のスレーブハブ内の図４の滅菌シールドの中への図６Ａの器具の挿入を図示する。 図８は、本発明の原理に従って構築された別の例示的平行移動器具インターフェースを示す。 図９Ａ－９Ｄは、本発明の原理に従って構築されたさらに別の例示的平行移動器具インターフェースを示す。 図９Ａ－９Ｄは、本発明の原理に従って構築されたさらに別の例示的平行移動器具インターフェースを示す。 図９Ａ－９Ｄは、本発明の原理に従って構築されたさらに別の例示的平行移動器具インターフェースを示す。 図９Ａ－９Ｄは、本発明の原理に従って構築されたさらに別の例示的平行移動器具インターフェースを示す。 図１０Ａおよび１０Ｂは、７自由度が機械的に作動させられる別の例示的スレーブハブを示す。 図１０Ａおよび１０Ｂは、７自由度が機械的に作動させられる別の例示的スレーブハブを示す。 図１０Ｃは、図１０Ａおよび１０Ｂのスレーブハブを遠隔操作式外科手術用器具に取り付けるための取り付けインターフェースを図示する。 図１１Ａは、スレーブハブを機械的に作動させられる４自由度と、電気機械的に作動させられる３自由度とを有する遠隔操作式外科手術用器具に取り付けるための取り付けインターフェースを図示する。 図１１Ｂは、スレーブハブを機械的に作動させられる３自由度と、電気機械的に作動させられる４自由度とを有する遠隔操作式外科手術用器具に取り付けるための取り付けインターフェースを図示する。 図１２は、例示的実施形態による、平行移動器具インターフェースの平行移動運動を描写する。

（詳細な説明）
本発明の原理に従って構築された低侵襲手術手技または他の用途において使用され得る
遠隔操作式外科手術用器具が、本明細書に説明される。図１Ａを参照すると、例示的遠隔
操作式外科手術用器具１０が、平行移動器具インターフェース２００を有するように図示
され、インターフェース２００は、エンドエフェクタ５０６を有する取り外し可能外科手
術用器具５００を含む。遠隔操作式外科手術用器具１０は、マスタ－スレーブ構成におい
て設計され、複数の剛体スレーブリンクおよびスレーブ関節から作製されるスレーブユニ
ット３０が、複数の剛体マスタリンクおよびマスタ関節から作製されるマスタユニット２
０によって、運動学的に駆動される。好ましくは、スレーブユニット３０の各部分は、デ
バイスの動作中、遠隔運動中心（ＲＣＭ）からそれることなく、マスタユニット２０の対
応する部分の移動を模倣する。当業者によって理解されるように、２つの同じ遠隔操作式
外科手術用器具は、例えば、一方は、外科医の左手のために、他方は、外科医の右手のた
めに、同時に、他方から独立して、動作させられ得る。好ましくは、遠隔操作式器具は、
外科手術手技における使用のために最適化される。

図１Ａに示されるように、スレーブユニット３０は、複数のスレーブ関節および複数の
力伝達スレーブ要素、例えば、剛体リンク、ケーブルおよびプーリ、および／または、ロ
ッドベースの力伝達鎖を有し、マスタユニット２０は、複数のマスタ関節および複数の力
伝達マスタ要素、例えば、剛体リンク、ケーブルおよびプーリ、および／またはロッドベ
ースの力伝達鎖を有する。スレーブユニット３０のスレーブ関節とマスタユニット２０の
マスタ関節とは、マスタユニット２０の複数のマスタ関節とスレーブユニット３０の複数
のスレーブ関節との間に延びている複数の力伝達マスタおよびスレーブ要素を介して結合
され得、それによって、マスタユニット２０の力は、スレーブユニット３０によって再現
される。例えば、ハンドル１００を介したマスタユニット２０の移動は、患者内のスレー
ブユニット３０の遠位端４０の位置付けおよび外科手術用器具５００の平行移動運動を制
御し得る。一実施形態では、剛体リンクが、３平行移動自由度において、マスタユニット
２０の各剛体リンクが、そのような移動中、スレーブユニット３０の対応する剛体リンク
と平行なままであるように、移動を変換するために使用される。図１Ａの例示的マスタ－
スレーブ構成は、Ｂｅｉｒａの第ＷＯ２０１６／１６２７５２号（その全内容は、参照す
ることによって本明細書に組み込まれる）に概念的に説明される。

図１Ａに見られるように、遠隔操作式外科手術用器具１０は、ハンドル１００と、平行
移動器具インターフェース２００とを含む。ハンドル１００は、好ましくは、ハンドル１
００の移動が平行移動器具インターフェース２００によって再現されるように、複数の力
伝達要素、例えば、ハンドル１００のハンドル関節とスレーブユニット３０のスレーブ関
節との間に延びている剛体リンク、ケーブルおよびプーリ、および／または、ロッドベー
スの力伝達鎖を介して、スレーブユニット３０に運動学的に接続される複数の剛体ハンド
ルリンクおよびハンドル関節を含む。例えば、ハンドル１００の移動は、ハンドル１００
の剛体リンクに加えられる力が、力をマスタユニット３０の複数の剛体リンクに加わり、
それが、力をスレーブユニット２０の複数の剛体リンクに加わり、それが、力をエンドエ
フェクタ５０６に加えるにつれて、３平行移動自由度、例えば、左／右、上向き／下向き
、内向き／外向きにおける平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０
６の移動を生じさせ得る。図１Ａに示されるように、左方向２１におけるハンドル１００
の移動は、平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０６を左方向３１
に移動させ、右方向２２におけるハンドル１００の移動は、平行移動器具インターフェー
ス２００のエンドエフェクタ５０６を右方向３２に移動させる。上向き方向２３における
ハンドル１００の移動は、平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０
６を上向き方向３３に移動させ、下向き方向２４におけるハンドル１００の移動は、平行
移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０６を下向き方向３４に移動させ
る。外向き方向２５におけるハンドル１００の移動は、平行移動器具インターフェース２
００のエンドエフェクタ５０６を外向き方向３５に移動させ、内向き方向２６におけるハ
ンドル１００の移動は、平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０６
を内向き方向３６に移動させる。加えて、ハンドル１００は、回転させられ、器具５００
の回内回外運動、例えば、器具５００の縦軸の周りの器具５００の回転を生じさせ得る。

ハンドル１００は、平行移動器具インターフェース２００に電気的に結合され、ユーザ
インターフェース、例えば、複数のセンサ、触知要素、ボタン、スイッチ、トリガ等を含
み得、ユーザインターフェースは、作動させられると、第１の関節運動自由度（例えば、
ピッチ）と、第２の関節運動自由度（例えば、ヨー、ヒトの手首のような器用さを提供す
ること）と、第３の作動自由度（例えば、開閉すること）において、平行移動器具インタ
ーフェース２００のエンドエフェクタ５０６の移動を作動させる。例えば、ハンドル１０
０は、ハンドル１００から、マスタユニット２０およびスレーブユニット３０を通して、
平行移動器具インターフェース２００まで延びている電気ワイヤを介して、平行移動器具
インターフェース２００に結合され得る。

有利に、遠隔操作式外科手術用器具１０は、３自由度、例えば、開／閉、ピッチ、ヨー
におけるエンドエフェクタの小さな移動が、例えば、複数の剛体リンクを介して、電気機
械的に作動させられる一方、エンドエフェクタの３平行移動自由度、すなわち、左／右、
上向き／下向き、内向き／外向きが、機械的に制御されるように、設計され得る。第７の
自由度である回内回外運動は、例では、電気機械的または機械的に制御され得る。このよ
うに、遠隔操作式外科手術用器具１０は、電気機械的に制御される小さな移動の利点と、
機械的に制御される大きな移動の利点とを提供する。

図１Ｂに示されるように、軸４３周りの方向４２に沿ったハンドル１００の移動は、軸
５３周りの方向５２に沿った平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５
０６のヨーを生じさせる。軸４５周りの方向４４に沿ったハンドル１００の移動は、軸５
５周りの方向５４に沿った平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０
６のピッチを生じさせる。ハンドル１００の作動、例えば、方向４６におけるハンドル１
００のトリガを引くことは、平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５
０６に方向５６に沿って開閉させる。一実施形態では、ハンドル１００は、例えば、軸方
向４１に沿って、作動させられると、第４の回転自由度、例えば、軸方向５１に沿った回
内回外運動における平行移動器具インターフェース２００のエンドエフェクタ５０６の移
動を作動させるインターフェースを有し得る。インターフェースは、例えば、ボタン、ス
イッチ、トリガ等を含み得る。

平行移動器具インターフェース２００は、当業者によって容易に理解されるように、他
の遠隔操作式外科手術用器具とともに、例えば、電気機械的および／または機械的に動作
し得る。加えて、下でさらに詳細に説明されるように、平行移動器具インターフェース２
００は、電気機械的に、例えば、電気モータを介して作動させられるか、または、機械的
に、例えば、平行移動式剛体リンク駆動伝達、油圧シリンダ、および／または空気圧要素
を介して作動させられ得る。例えば、平行移動器具インターフェース２００が、電気機械
的であるとき、平行移動器具インターフェース２００は、機械的遠隔操作式外科手術用器
具、例えば、遠隔操作式外科手術用器具１０に取り付けられ、それによって動作させられ
、平行移動自由度、例えば、左／右、上向き／下向き、内向き／外向きが、機械的に作動
させられる一方、関節運動自由度、例えば、ピッチおよびヨー、ならびに作動自由度、例
えば、開／閉は、電気機械的に作動させられ得る。別の例として、平行移動器具インター
フェース２００が、機械的に、例えば、平行移動式剛体リンク駆動伝達、油圧シリンダ、
または空気圧要素を介して作動させられるとき、平行移動自由度、例えば、左／右、上向
き／下向き、内向き／外向きは、機械的に作動させられ、関節運動自由度、例えば、ピッ
チおよびヨー、ならびに作動自由度、例えば、開／閉は、機械的に作動させられる。加え
て、回転自由度、例えば、回内回外運動は、ハンドル１００と平行移動器具インターフェ
ース２００との間に延びている１つ以上のケーブルおよびプーリを介して、電気機械的ま
たは機械的に作動させられ得る。故に、種々の例では、平行移動器具インターフェース２
００を伴う遠隔操作式外科手術用器具１０は、（ｉ）機械的に作動させられる７自由度、
（ｉｉ）機械的に作動させられる４自由度および電気機械的に作動させられる３自由度、
または、（ｉｉｉ）機械的に作動させられる３自由度および電気機械的に作動させられる
４自由度を有する。

図１Ｃに示されるように、平行移動器具インターフェース２００’は、機械的遠隔操作
式外科手術用器具１１に取り付けられ、それによって動作させられ得る。図１Ｃの平行移
動器具インターフェース２００’は、図１Ａの平行移動器具インターフェース２００と同
様に構築される。図１Ｃの例示的マスタ－スレーブ構成は、Ｂｅｉｒａの米国特許出願公
開第２０１４／０１９５０１０号（その全内容は、参照することによって本明細書に組み
込まれる）および前述に組み込まれたＢｅｉｒａの第ＷＯ２０１６／１６２７５２号に説
明される。遠隔操作式外科手術用器具１０と同様に、遠隔操作式外科手術用器具１１の平
行移動自由度、例えば、左／右、上向き／下向き、内向き／外向きにおける大きな移動が
、機械的に作動させられる一方、平行移動器具インターフェース２００’の関節運動自由
度、例えば、ピッチおよびヨーにおける小さな移動および作動自由度、例えば、開／閉に
おける小さな移動は、電気機械的に作動させられる。別の例として、平行移動器具インタ
ーフェース２００’は、平行移動自由度、例えば、左／右、上向き／下向き、内向き／外
向きが、機械的に作動させられ、関節運動自由度、例えば、ピッチおよびヨー、ならびに
作動自由度、例えば、開／閉が、機械的に作動させられるように、機械的に、例えば、平
行移動式剛体リンク駆動伝達、油圧シリンダ、または空気圧要素を介して作動させられる
。加えて、遠隔操作式外科手術用器具１１の回転自由度、例えば、回内回外運動は、ハン
ドル１００’と平行移動器具インターフェース２００’との間に延びている１つ以上のケ
ーブルおよびプーリを介して、電気機械的または機械的に作動させられ得る。故に、種々
の例では、平行移動器具インターフェース２００’を伴う遠隔操作式外科手術用器具１１
は、（ｉ）機械的に作動させられる７自由度、（ｉｉ）機械的に作動させられる４自由度
および電気機械的に作動させられる３自由度、または、（ｉｉｉ）機械的に作動させられ
る３自由度および電気機械的に作動させられる４自由度を有する。遠隔操作式外科手術用
器具１１が、機械的に作動させられる３平行移動自由度と、電気機械的に作動させられる
３関節運動／作動自由度とを有する例では、遠隔操作式外科手術用器具１１は、電気機械
的に制御される小さな移動の利点と、機械的に制御される大きな移動の利点とを提供する
。

図１Ｄに示されるように、平行移動器具インターフェース２００’’は、電気機械的遠
隔操作式外科手術用器具のロボットスレーブユニット１２に取り付けられ、それによって
動作させられ得る。当業者によって理解されるように、ロボットスレーブユニット１２は
、例えば、ロボットスレーブユニット１２から延びている電気配線を介して、ハンドル（
図示せず）を有する電気機械的遠隔操作式外科手術用器具のマスタユニットに電気的に結
合され得る。図１Ｄの平行移動器具インターフェース２００’’は、図１Ａの平行移動器
具インターフェース２００と同様に構築される。故に、平行移動自由度、例えば、左／右
、上向き／下向き、内向き／外向き、関節運動自由度、例えば、ピッチおよびヨー、作動
自由度、例えば、開／閉、ならびに回転自由度、例えば、回内回外運動は、電気機械的に
作動させられる。故に、種々の例では、平行移動器具インターフェース２００’’を伴う
遠隔操作式外科手術用器具１２は、電気機械的に作動させられる７自由度を有する。

ここで図２を参照すると、本発明の一側面に従って構築された例示的平行移動器具イン
ターフェースが、説明される。平行移動器具インターフェース２００は、遠隔操作式外科
手術用器具１０のスレーブユニット３０の遠位端４０に搭載されるように設計される。平
行移動器具インターフェース２００は、例証的に、スレーブハブ３００と、滅菌シールド
４００と、器具５００とを含む。図２に示されるように、滅菌シールド４００は、スレー
ブハブ３００の管腔内に挿入され、器具５００は、滅菌シールド４００の管腔内に挿入さ
れ、それによって、滅菌シールド４００は、スレーブハブ３００と器具５００との間の滅
菌された機械的接続を提供する。滅菌シールド４００は、スレーブハブ３００に除去可能
に結合され、器具５００は、滅菌シールド４００に除去可能に結合される。このように、
滅菌シールド４００および器具５００は、外科手術手技中に器具５００を挿入および交換
するために、および、外科手術使用の前後に滅菌シールド４００を挿入および除去するた
めに、スレーブハブ３００の中に挿入され、それから除去され得る。このように、使用済
み外科手術用器具は、除去され、未使用外科手術用器具を用いて別の外科手術を実施する
ために、未使用外科手術用器具と交換され得る。

ここで図３を参照すると、本発明の一側面に従って構築された例示的スレーブハブが、
説明される。スレーブハブ３００は、本明細書に説明される遠隔操作式外科手術用器具の
それら等のスレーブユニット３０の遠位端に搭載され得、スレーブハブ３００は、その縦
軸の周りに回転可能である（例えば、回内回外運動）。スレーブハブ３００は、好ましく
は、滅菌シールド４００を受け取るようにサイズおよび形状を決定される管腔３０２と、
１つ以上の自由度において器具５００のエンドエフェクタ５０６の移動を作動させるため
の駆動ユニット３０４とを含む。

駆動ユニット３０４は、例証的に、各々が３自由度のうちの１つを制御する３つの個々
の駆動ユニットを含む。エンドエフェクタ５０６の直列運動の例では、１つの駆動ユニッ
トは、開閉するようにエンドエフェクタを作動させ得、別の駆動ユニットは、エンドエフ
ェクタのピッチを関節運動させ得、他の駆動ユニットは、エンドエフェクタのヨーを関節
運動させ得る。エンドエフェクタ５０６の直列－並列運動学の例では、１つの駆動ユニッ
トは、エンドエフェクタをヨーイングするように関節運動させ得、各々がエンドエフェク
タ５０６の１つのブレードを制御する２つの駆動ユニットは、ピッチ関節運動を実施する
ようにエンドエフェクタを作動させ得る。一実施形態では、駆動ユニット３０４は、エン
ドエフェクタの回内回外運動を関節運動させる第４の駆動ユニットを含む。個々の駆動ユ
ニットが構造的および機能的に同じであり得ることを所与として、作動させられる自由度
がエンドエフェクタの構成要素の配列に依存するので、以降の説明は、駆動ユニット３０
４を各個々の駆動ユニットの代表として参照するであろう。

図３では、スレーブハブ３００は、上側プレート３０１と下側プレート３０３とを含み
、駆動ユニット３０４は、上側プレート３０１の片側から、上側プレート３０１と下側プ
レート３０３との間を通り、下側プレート３０３の反対側まで延びている。駆動ユニット
３０４は、モータ３０６と、レセプタクル３１０に結合される線形ポインタ３０８とを含
む。モータ３０６は、好ましくは、そのユーザインターフェースを介したハンドル１００
の作動がモータ３０６に本発明の原理に従って動作させるように、例えば、電気ワイヤお
よび制御システムを介して、ハンドル１００に電気的に結合される。例えば、モータ３０
６は、ドライバプーリ３１４を回転させることによって、線形ポインタ３０８をロッド３
１２に沿って平行移動運動させ得、ドライバプーリ３１４は、ケーブル３１６、例えば、
金属またはポリマーケーブル等の可撓な要素、もしくは金属バンド等の半剛体要素を介し
て、線形ポインタ３０８に運動学的に接続される。駆動ユニット３０４は、ドライバプー
リ３１４の軸方向回転に起因するケーブル３１６の運動を線形ポインタ３０８を平行移動
運動させるための平行移動運動に変換するために、プーリ３１８を含み得る。

線形ポインタ３０８は、２つの個々の線形ポインタを有し得、各線形ポインタは、それ
ぞれのケーブルまたはバンドおよびプーリを介してドライバプーリ３１４に運動学的に接
続され、各線形ポインタは、互いに反対方向に移動し、例えば、ドライバプーリ３１４が
１つの線形ポインタを１つの方向に移動させるとき、他の線形ポインタは、反対方向に均
等量だけ移動する。一実施形態では、２つの線形ポインタは、単一ケーブルを介して、ド
ライバプーリ３１４に結合される。したがって、各駆動ユニットは、線形ポインタ３０８
のうちの２つの線形ポインタの移動を介して、２つのレセプタクルの移動を作動させ得る
。線形ポインタ３０８は、モータ３０６の作動に応答して、ロッド３１２に沿って線形に
移動するように設計される。一実施形態では、線形ポインタは、線形に移動する油圧また
は空気圧ピストンである。

スレーブハブ３００の管腔３０２内の滅菌シールド４００の管腔の中への器具５００の
挿入に先立って、スレーブハブ３００は、最小「非使用時」張力を維持し、ケーブル３１
６をその適切な経路内に保ち、ほどけることを防止し得る。例えば、最小「非使用時」張
力は、ケーブル３２０、例えば、金属またはポリマーケーブルおよびプーリ３２２を介し
て、力を線形ポインタ３０８に加えることによって、ケーブル３１６のループを閉鎖する
ことによって達成され得る。プーリ３２２は、ケーブル３２０が、線形ポインタのうちの
１つから、プーリ３２２を経由して、ライナポインタ３０８の他の線形ポインタまで延び
、それによって、線形ポインタ３０８を下側プレート３０３に向かって付勢するように、
下側プレート３０３の反対側に配置され得る。

器具５００がスレーブハブ３００の管腔３０２内の滅菌シールド４００の中に挿入され
ると、下でさらに詳細に説明されるように、スレーブハブ３００は、「使用時」張力を有
し得、平行移動器具インターフェース２００は、力がスレーブハブ３００から器具５００
に伝達され得ることを確実にするための十分な剛性を有し得る。「使用時」張力は、最小
「非使用時」張力よりはるかに高くあり得る。この「使用時」張力は、上側プレート３０
１と駆動プレート３０５との間の上側プレート３０１の片側上に配置されるばね３２４に
よって提供され得る。例えば、スレーブハブ３００の管腔３０２内の滅菌シールド４００
の管腔の中への器具５００の挿入に先立って、ばね３２４は、解放された非圧縮状態にあ
り得る。滅菌シールド４００の管腔の中への器具５００の挿入時、器具５００の係合器は
、線形ポインタ３０８と接触し、力を駆動ユニット３０４に下側プレート３０３の方向に
加える。この力は、ばね３２４を圧縮し、スレーブハブ３００のケーブル３１６と器具５
００の力伝達要素とを適切な張力および整列のもとに設定する。

ここで図４を参照すると、本発明の一側面に従って構築された例示的滅菌シールドが、
説明される。滅菌シールド４００は、非滅菌スレーブハブ３００を滅菌環境内の滅菌器具
５００から隔離するようにサイズおよび形状を決定され、上側構成要素４０４と、下側構
成要素４０６とを有し得る。このように、器具５００は、外科手術手技全体を通して滅菌
されたままであり、次いで、単回使用後、再処理または廃棄され得る。滅菌シールド４０
０も、単回使用後、使い捨てされ得るが、滅菌シールド４００は、外科手術手技後、再滅
菌および再使用され得る。有利に、外科手術中、組織に接触する遠隔操作式外科手術用器
具の部分（好ましくは、器具５００のみ）が、使い捨てである一方、遠隔操作式外科手術
用器具のより複雑な高価な構成要素は、再使用可能である。

滅菌シールド４００は、器具５００をその中に受け取るようにサイズおよび形状を決定
される管腔４０２を含む。上側構成要素４０４は、例えば、上側プレート３０１の近位の
スレーブハブ３００の管腔３０２の上側端部によって受け取られ得る。下側構成要素４０
６は、例えば、下側プレート３０３の近位のスレーブハブ３００の管腔３０２の下側端部
によって受け取られ得る。上側構成要素４０４は、下側構成要素４０６と係合し、滅菌バ
リアを形成するように成形される。上側構成要素４０４は、スリット４０８を管腔４０２
内に含み得、器具５００と滅菌シールド４００との間の係止係合を可能にするように形状
およびサイズを決定される。例えば、スリット４０８は、係止ピンがスリット４０８に沿
って進行し、器具５００を滅菌シールド４００の管腔４０２内に固定するように、器具５
００の係止ピンが、進入し、器具５００の回転に伴って回転することを可能にし、ケーブ
ルが、上で説明されるように、「使用時」張力下に置かれるように、ばね３２４の圧縮を
可能にする機械的利点をもたらすようにサイズおよび形状を決定され得る。

滅菌シールド４００は、例証的に、下でさらに詳細に説明される移動可能スライダ４１
０を含み、スレーブハブ３００のレセプタクル３１０と器具５００の対応するアクチュエ
ータとの間の機械的接続を提供する。移動可能スライダ４１０は、スレーブハブ３００か
ら器具５００に伝達される機械的力に応じて、滅菌シールド４００の縦軸と平行な経路４
１２に沿って（例えば、スロット内で）平行移動運動し得る。移動可能スライダ４１０は
、好ましくは、スレーブハブ３００のレセプタクルの量と対応する個々のスライド要素の
量を含む。例えば、スレーブハブ３００が、各々が２つの線形ポインタに結合される３つ
の駆動ユニットを有するとき、スレーブハブ３００は、６つのレセプタクルを有し、故に
、滅菌シールド４００は、６つのスライド要素を有する。滅菌シールド４００は、滅菌ス
リーブ４１４上に統合され、全体スレーブユニット３０または遠隔操作式外科手術用器具
１０全体のための滅菌バリアも作成し得る。

ここで図５Ａ－Ｃを参照すると、スレーブハブ３００の中への滅菌シールド４００の挿
入が、説明される。図５Ａに示されるように、滅菌シールド４００の上側構成要素４０４
は、上側構成要素４０４がスレーブハブ３００の管腔３０２内に位置付けられるように、
例えば、上側プレート３０１の近位のスレーブハブ３００の管腔３０２の上側端部を通し
て挿入され得る。スレーブハブ３００の管腔３０２および上側構成要素４０４は、上側構
成要素４０４が、特定の軸方向向きにおいてのみ、管腔３０２を通して挿入され得るよう
に、対応する非対称形状、例えば、水滴または非対称三角形を有し得る。

図５Ｂに示されるように、滅菌シールド４００の上側構成要素４０４が、スレーブハブ
３００の管腔３０２内に位置付けられると、レセプタクル３１０は、移動可能スライダ４
１０の片側、例えば、底部側と係合する。図５Ｂに示されるように、移動可能スライダ４
１０およびレセプタクル３１０は、レセプタクル３１０から移動可能スライダ４１０への
機械的力の伝達を最大化する断面形状を有し得、例えば、下でさらに詳細に説明されるよ
うに、レセプタクル３１０は、フック形状を有し得る一方、移動可能スライダ４１０は、
Ｓ形状の断面を有し、片側でレセプタクル３１０と、他側で器具５００の対応するアクチ
ュエータと係合し得る。当業者によって理解されるように、移動可能スライダ４１０およ
びレセプタクル３１０は、他の断面形状を有し、レセプタクル３１０から移動可能スライ
ダ４１０への機械的力の伝達を最大化し得る。故に、線形ポインタ３０８がスレーブハブ
３００のロッド３１２に沿って移動するにつれて、レセプタクル３１０は、移動可能スラ
イダ４１０およびレセプタクル３１０の両方が、滅菌シールド４００の経路４１０に沿っ
て平行移動運動するであろうように、機械的力を移動可能スライダ４１０に加えるであろ
う。

図５Ｃに示されるように、滅菌シールド４００の下側構成要素４０６は、下側構成要素
４０６がスレーブハブ３００の管腔３０２内に位置付けられ、上側構成要素４０４と係合
するように、例えば、下側プレート３０３の近位のスレーブハブ３００の管腔３０２の下
側端部を通して挿入可能である。例えば、下側構成要素４０６は、上側構成要素４０４の
中にスナップ嵌めし、滅菌バリアを作成し得る。別の例では、下側構成要素４０６は、上
側構成要素４０４が、スレーブハブ３００の管腔３０２に対して回転することができない
ように、上側構成要素４０４の中に回転させられ、上側構成要素４０４と係止係合を作成
し得る。故に、滅菌シールド４００の管腔４０２の中への器具５００の挿入時、係止ピン
をスリット４０８に沿って進行させ、器具５００を管腔４０２内に固定するために要求さ
れる器具５００の回転は、下でさらに詳細に説明されるように、滅菌シールド４０２の上
側構成要素４０４の回転をもたらさない。スレーブハブ３００の管腔３０２および下側構
成要素４０６は、下側構成要素４０６が、特定の軸方向向きにおいてのみ、管腔３０２を
通して挿入され得るように、対応する非対称形状、水滴または非対称三角形を有し得る。

ここで図６Ａを参照すると、本発明の一側面に従って構築された例示的器具が、説明さ
れる。図６Ａに示されるように、器具５００は、例証的に、器具５００の近位領域におけ
るヘッド５０２と、器具５００の遠位領域におけるエンドエフェクタ５０６と、好ましく
は、それらの間に延びている細長いシャフト５０４とを含む。器具５００は、ヘッド５０
２およびシャフト５０４を通して延びている管腔５０８を含み得る。一実施形態では、管
腔５０８のみが、シャフト５０４を通して延びている。器具５００は、滅菌シールド４０
０の管腔４０２を通して挿入され、スレーブハブ３００と線形に係合するようにサイズお
よび形状を決定され、それによって、スレーブハブ３００による力は、器具５００に平行
移動伝達され、１つ以上の自由度、例えば、１つ、２つ、３つまたは４自由度において、
エンドエフェクタ５０６の移動を作動させる。器具５００は、再使用可能であるが、好ま
しくは、単回使用後、使い捨てされ得る。器具５００は、エンドエフェクタ５０６（例え
ば電気外科手術において使用される単極フックである）においてどんな自由度も要求しな
いこともある。

ここで図６Ｂ－６Ｃを参照すると、ヘッド５０２が、さらに詳細に説明される。図６Ｂ
に示されるように、ヘッド５０２は、それを通して延びている管腔５０８を含む。管腔５
０８は、エンドエフェクタ５０６が電気外科手術用器具を有するとき、電気外科手術用発
生器に電気的に結合される電気ケーブルを受け取るようにサイズおよび形状を決定され得
る。ヘッド５０２は、回転可能部分５１０と、固定部分５１２とを有し得る。回転可能部
分５１０は、例えば、器具５００が滅菌シールド４００の管腔４０２内に位置付けられる
と、器具５００の縦軸の周りに、固定部分５１２に対して回転する。回転可能部分５１０
は、回転可能部分５１０の回転が、係止ピン５１４をスリット４０８に進入させ、器具５
００を滅菌シールド４００内に固定するように、滅菌シールド４００の上側構成要素４０
４のスリット４０８に進入するようにサイズおよび形状を決定される係止ピン５１４を含
み得る。当業者によって理解されるように、係止ピン５１４は、器具５００を滅菌シール
ド４００内に効果的に固定し得る任意の形状を有し得る。回転可能部分５１０は、遠隔操
作式外科手術用器具１０のオペレータが、向上した把持を達成し、回転可能部分５１０を
より容易に回転させ得るように、回転可能部分５１０の表面に沿って溝５１６を有し得る
。

ヘッド５０２は、滅菌シールド４００内への器具５００の適切な軸方向整列を確実にす
るように形状およびサイズを決定されるキー５１８、例えば、ポカヨケを含み得る。故に
、滅菌シールド４００の管腔４０２は、器具５００が滅菌シールド４００内に挿入される
ときにキー５１８を受け取るためのチャネルを含む。

一実施形態では、ヘッド５０２は、器具５００に関する情報、例えば、器具タイプ、製
造番号、較正データ、運動範囲、直列－直列、直列－並列、ヨー－ピッチ－作動、ピッチ
－ヨー－作動、ロール－ピッチ－ヨー－作動、ピッチ－ロール－作動等を含む自由度の数
およびタイプ等のエンドエフェクタ運動学、または制御オフセットを記憶するように構成
される識別タグ、例えば、ＲＦＩＤまたはバーコードを有する。そのような器具情報は、
識別タグを走査することによって、および／または、遠隔操作式外科手術用器具を器具５
００に電気的に結合することによって、遠隔操作式外科手術用器具の制御システムを介し
て、識別タグから検出され得る。

ヘッド５０２は、好ましくは、複数の自由度においてエンドエフェクタにおける移動を
作動させるための遠隔操作式外科手術用器具のハンドルにおけるユーザ入力に応答して、
平行移動運動することを可能にされるアクチュエータ５２０を含む。好ましくは、アクチ
ュエータ５２０は、例えば、滅菌シールド４００を介して、スレーブハブ３００に結合さ
れ、スレーブハブ３００における平行移動運動は、アクチュエータ５２０における平行移
動運動を生じさせる。例えば、アクチュエータ５２０は、複数の係合器５２１を含み得、
係合器５２１は、例えば、遮蔽体４００の対応するスライダ４１０を介してそれに結合さ
れるスレーブハブ３００の対応するレセプタクル３１０における平行移動運動に応答して
、対応する線形経路５２２（例えば、シャフトの近位領域内のスロット）に沿って独立し
て平行移動し、レセプタクル３１０における平行移動運動は、遠隔操作式外科手術用器具
のハンドルにおけるユーザ入力によって生じる。アクチュエータ５２０は、スレーブハブ
３００のレセプタクル３１０のものと反対側において、滅菌シールド４００の移動可能ス
ライダ４１０に接触するようにサイズおよび形状を決定される。例えば、アクチュエータ
５２０は、フック形状または当技術分野において理解される任意の他の形状を有し、レセ
プタクル３１０とアクチュエータ５２０との間の力の伝達を最大化し得る。アクチュエー
タ５２０は、下でさらに詳細に説明されるように、シャフト５０４の管腔５０８内に配置
される複数の力伝達要素を介して、エンドエフェクタ５０６に結合され得る。作動させら
れると、アクチュエータ５２０は、力を力伝達要素を介してエンドエフェクタ５０６に加
え、少なくとも１つの自由度において、エンドエフェクタ５０６を移動させる。例えば、
アクチュエータ５２０は、平行移動様式において、例えば、細長いシャフト５０４の縦軸
と平行方向に移動し得、それは、次に、それらの間に結合する力伝達要素を介して、エン
ドエフェクタ５０６を移動させる。

本発明の一側面によると、器具ヘッド５０２は、１つの標準的サイズ／直径を有し得る
一方、器具シャフト５０４およびエンドエフェクタ５０６は、ある範囲の直径を有する。
具体的に、器具ヘッド５０２は、１０ｍｍ直径を有し得る一方、器具シャフト５０４およ
びエンドエフェクタ５０６は、３ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ、または１０ｍｍの直径を有し得
る。故に、スレーブハブ３００および滅菌シールド４００は、異なる直径を有する器具を
受け取るようにサイズおよび形状を決定され得る。臨床上、それは、ある範囲のツールが
手技に応じて使用されることを可能にする。

図６Ｃに示されるように、アクチュエータ５２０は、アクチュエータ５２０の作動が、
３自由度のうちの１つにおいて、エンドエフェクタ５０６の移動を作動させるように、一
端において、力伝達要素５２４、例えば、鋼鉄、複合材、またはポリマーロッド等の剛体
要素、タングステン、鋼鉄、ポリマー、またはＤｙｎｅｅｍａケーブル、ワイヤ、もしく
はロープ等の可撓な要素、または金属バンド等の半剛体要素に結合され得、力伝達要素５
２４は、その他端において、エンドエフェクタ５０６の構成要素に結合される。上で説明
されるように、アクチュエータ５２０は、複数の係合器５２１も含み得る。例えば、アク
チュエータ５２０は、第１の力伝達要素を介して、エンドエフェクタ５０６の第１の構成
要素に結合され、第１の係合器において加えられる力に応答して、第１の自由度において
、エンドエフェクタ５０６を移動させる（例えば、開閉させる）第１の係合器と、第２の
力伝達要素を介して、エンドエフェクタ５０６の第２の構成要素に結合され、第２の係合
器において加えられる力に応答して、第２の自由度（例えば、ピッチ）においてエンドエ
フェクタ５０６を移動させる第２の係合器と、第３の力伝達要素を介して、エンドエフェ
クタ５０６の第３の構成要素に結合され、第３の係合器において加えられる力に応答して
、第３の自由度（例えば、ヨー）において、エンドエフェクタ５０６を移動させる第３の
係合器とを含み得る。アクチュエータ５２０の第１、第２、および第３の係合器に加えら
れる力は、ハンドル１００におけるユーザ入力に応答して、例えば、スレーブハブの第１
、第２、または第３の油圧および／または第１、第２、または第３のモータを介して、加
えられ得る。一実施形態では、アクチュエータ５２０は、第４の力伝達要素を介して、エ
ンドエフェクタ５０６の第４の構成要素に結合され、第４の係合器に加えられる力に応答
して、第４の自由度（例えば、回内回外運動）において、エンドエフェクタ５０６を移動
させる第４の係合器を含み、第４の係合器に加えられる力は、例えば、第４の油圧、平行
移動器具インターフェース２００からハンドル１００まで延びている１つ以上のケーブル
およびプーリ、および／またはハンドル１００においてユーザインターフェースに電気的
に結合される第４のモータを介する。

一側面によると、各係合器５２１は、外科手術用ロボットのハンドル１００において印
加されるユーザ入力に応答して、独立して作動可能である。例えば、ユーザは、例えば、
３次元ジョイスティックを移動させることによって、ハンドル１００においてユーザイン
ターフェースに印加されるユーザ入力に応答してアクチュエータ５２０を作動させ、次元
ジョイスティックを移動させることは、次に、スレーブハブ３００における対応するモー
タをアクティブ化し、器具５００の近位端に沿って、例えば、シャフト５０４の縦軸と平
行に、係合器５２１を平行移動運動させる。係合器５２１のそのような平行移動運動は、
それに結合される力伝達要素５２４を移動させ、それは、ある自由度において、エンドエ
フェクタ５０６を移動させる。

当業者に容易に明白であろうように、単一の係合器が、各自由度のために説明されるが
、各係合器は、図示されるように、一対の係合器を含み得る。例えば、３つの対の係合器
が、３自由度を制御するために使用され得、各対の係合器は、１つの自由度を制御する。
各対の係合器は、それぞれの自由度を制御するであろう１つ以上の力伝達要素５２４を介
して、エンドエフェクタ５０６のそれぞれの構成要素に運動学的に接続される。一対の係
合器の各個々の係合器は、互いに反対方向に移動し、例えば、レセプタクルが、係合器を
１つの方向に移動させるように力を係合器に加えると、対の対応する係合器は、反対方向
に均等量だけ移動するであろう。したがって、スレーブハブ３００の各駆動ユニットは、
線形ポインタ３０８に結合される２つのレセプタクルを介して、一対の係合器の移動を作
動させ得る。

滅菌シールド４００の中への器具５００の挿入に先立って、器具５００は、最小「非使
用時」張力を維持し、力伝達要素５２４をその適切な経路内に保ち、ほどけることを防止
し得る。例えば、最小「非使用時」張力は、ケーブル５２６、例えば、金属またはポリマ
ーケーブルと、ヘッド５０２内に配置されるプーリ５２８とを介して、力をアクチュエー
タ５２０に加えることによって、力伝達要素５２４のループを閉鎖することによって、達
成され得る。プーリ５２８は、ケーブル５２６が、係合器のうちの１つから、プーリ５２
８を経由して、アクチュエータ５２０の一対の係合器の別の係合器まで延びているように
、ヘッド５０２の回転可能部分５１０に向かって配置され得る。

ここで図６Ｄを参照すると、例示的エンドエフェクタが、説明される。平行移動器具イ
ンターフェース２００は、ハンドル１００に電気的に結合され、エンドエフェクタ５０６
の多自由度における移動をハンドル１００の対応する自由度における移動制御性に接続し
得、それによって、遠隔操作式外科手術用器具１０が動作させられると、エンドエフェク
タ５０６は、ハンドル１００の移動を複製する。上で説明されるように、アクチュエータ
５２０の各係合器５２１は、それぞれの対の力伝達要素５２４を介してそれぞれの自由度
を制御するであろうエンドエフェクタ５０６のそれぞれの構成要素に結合され得る。例え
ば、第１の係合器は、第１の係合器の作動がエンドエフェクタ５０６のヨー自由度を関節
運動させるであろうように、力伝達要素５２４の要素を介して、エンドエフェクタ５０６
のヨー構成要素５３０に結合され得、第２の係合器は、第２の係合器の作動がエンドエフ
ェクタ５０６のピッチ自由度を関節運動させるであろうように、力伝達要素５２４の要素
を介して、エンドエフェクタ５０６のピッチ構成要素５３２に結合され得、第３の係合器
は、第３の係合器の作動がエンドエフェクタ５０６の開閉自由度を作動させるであろうよ
うに、力伝達要素５２４の要素を介して、エンドエフェクタ５０６の開閉構成要素５３４
に結合され得る。エンドエフェクタ５０６の回内回外運動自由度は、遠隔操作式外科手術
用器具１０のマスタ－スレーブ構成を介して作動させられ得、ハンドル１００の回転が、
スレーブユニット３０にスレーブハブ３００を回転させる（例えば、ハンドル１００から
スレーブハブ３００まで、事実上エンドエフェクタ５０６まで延びている１つ以上のケー
ブルおよびプーリを介して）。一実施形態では、第４の係合器は、第４の係合器の作動が
エンドエフェクタ５０６の回内回外運動自由度を関節運動させるであろうように、力伝達
要素５２４の要素を介して、エンドエフェクタ５０６の回内回外運動構成要素に結合され
得る。

ここで図７Ａ－Ｃを参照すると、スレーブハブ３００内の滅菌シールド４００の中への
器具５００の挿入が、説明される。図７Ａに示されるように、器具５００は、滅菌シール
ド４００の管腔４０２内に挿入され得る。上で説明されるように、器具ヘッド５０２は、
図７Ｂに示されるように、器具５００が、滅菌シールド４００内に適切に整列させられ得
るように、例えば、アクチュエータ５２０の各係合器５２１が、スレーブハブ３００の対
応するレセプタクル３１０および滅菌シールド４００の移動可能スライダ４１０と係合す
るように、キー５１８（図示せず）を含み得る。滅菌シールド４００が、スレーブハブ３
００の管腔３０２内に位置付けられるとき、レセプタクル３１０のレセプタクルのうちの
少なくとも１つは、対応する移動可能スライダ４１０と接触しないこともある。しかしな
がら、器具５００が、滅菌シールド４００の管腔４０２内に挿入されると、対応するアク
チュエータ５２０は、移動可能スライダ４１０に接触し、移動可能スライダ４１０を経路
４１２に沿って平行移動するように押し、それによって、移動可能スライダ４１０の他の
側は、対応するレセプタクル３１０に接触し、それによって、アクチュエータ５２０、移
動可能スライダ４１０、およびレセプタクル３１０の適切かつ自動的整列を確実にするで
あろう。

一実施形態では、レセプタクル３１０、移動可能スライダ４１０、およびアクチュエー
タ５２０は、それらが、集合的に、滅菌シールド４００内への器具５００の逆挿入を可能
にするように配列され得る。例えば、器具５００は、最初に、トロカール内に挿入され、
次いで、遠位から近位への方向に（例えば、下側構成要素４０６から上側構成要素４０４
に向かって）、滅菌シールド４００を挿入するように後方に引かれ得る。

遠隔操作式外科手術用器具１０は、遠隔操作式外科手術用器具１０上に配置される１つ
以上のセンサと通信する制御システムと、アラームシステムとを有し得る。例えば、ハン
ドル１００の作動が、器具５００が滅菌シールド４００内に挿入されると、例えば、器具
の固有の設計、または器具挿入に応じて、エンドエフェクタが依然としてトロカール管腔
の内側にあるときのトロカールとの潜在的衝突に起因して、アクチュエータ５２０がエン
ドエフェクタ５０６の望ましくない関節運動を生じさせようと試みる位置に、レセプタク
ル３１０を存在させる場合、１つ以上のセンサのうちの少なくとも１つ（例えば、駆動ユ
ニット３０４内に統合されるトルクセンサ）が、またはモータ３０６の電流を測定するこ
とによって、適切な整列の欠如を検出し得、制御システムは、センサによる検出に基づい
て、アラームシステムを介して、アラームを発生させ得る。制御システムは、代替として
、駆動ユニット３０４に、レセプタクル３１０を整列を改良する方向に移動させ得る。

図７Ｃに示されるように、器具５００が、滅菌シールド４００内に位置付けられると、
器具５００の回転可能部分５１０は、係止ピン５１４が、滅菌シールド４００のスリット
４０８に進入し、器具５００を滅菌シールド４００内に固定するように、溝５１６を介し
て、回転させられ得る。

ここで図８を参照すると、別の側面に従って構築された別の例示的平行移動器具インタ
ーフェースが、説明される。平行移動器具インターフェース６００は、器具６０２が、平
行移動器具インターフェース２００の器具５００と対応し、滅菌インターフェース６０４
が、平行移動器具インターフェース２００の滅菌シールド４００と対応するように、図２
の平行移動器具インターフェース２００と同様に構築される。平行移動器具インターフェ
ース６００は、駆動ユニット６０６が、電気モータ３０４の代わりに、一対の単一作動油
圧シリンダ６０８ａおよび６０８ｂを有するという点で、平行移動器具インターフェース
２００と異なる。油圧シリンダ６０８ａおよび６０８ｂは、遠隔操作式外科手術用器具の
ハンドルにおける機械的移動に応答して作動させられる。油圧シリンダ６０８ａおよび６
０８ｂの各々は、直接、それぞれ、第１および第２の線形ポインタ６１０ａおよび６１０
ｂに結合され、第１および第２の線形ポインタ６１０ａおよび６１０ｂの各々は、第１お
よび第２のレセプタクル６１２ａおよび６１２ｂ（図示せず）に結合され、それらは、油
圧シリンダ６０８ａおよび６０８ｂが、器具６０２のエンドエフェクタの移動を作動させ
得るように、平行移動器具インターフェース２００と同一様式で器具６０２のエンドエフ
ェクタに結合される。したがって、平行移動器具インターフェース２００は、純粋に機械
的な遠隔操作式外科手術用ロボットのスレーブユニットに結合され得、ハンドルは、器具
６０２のエンドエフェクタが、エンドエフェクタから外科手術用ロボットのマスタ－スレ
ーブ構成を通してハンドルまで延びている力伝達要素によって作動させられるように、任
意の電子器具を含まない。別の実施形態では、駆動ユニットは、油圧シリンダの代わりに
、空気圧駆動要素を含む。

ここで図９Ａを参照すると、別の側面に従って構築されたさらに別の例示的平行移動器
具インターフェースが、説明される。平行移動器具インターフェース７００は、器具７０
２が、平行移動器具インターフェース２００の器具５００と対応し、滅菌インターフェー
ス７０４が、平行移動器具インターフェース２００の滅菌シールド４００と対応するよう
に、図２の平行移動器具インターフェース２００と同様に構築される。平行移動器具イン
ターフェース７００は、駆動ユニット７０６が、ケーブルおよびプーリの代わりに、送り
ねじおよび歯車のシステムを介して、線形運動を器具７０２に伝達するという点で、平行
移動器具インターフェース２００と異なる。例えば、図９Ａおよび９Ｂに図示されるよう
に、駆動ユニット７０６は、モータ歯車７１０に結合されるモータ７０８を含む。モータ
歯車７１０は、第１および第２のアクチュエータ歯車７１２ａおよび７１２ｂと動作可能
に係合される。示されるように、モータ歯車７１０および第１および第２のアクチュエー
タ歯車７１２ａおよび７１２ｂは、例えば、時計回り方向におけるモータ歯車７１０の回
転が、隣接する第１のアクチュエータ歯車７１２ａを反対方向、例えば、反時計回りに回
転させ、それが、次いで、第２のアクチュエータ歯車７１２ｂを第１のアクチュエータ歯
車７１２ａのそれと反対方向、例えば、時計回りに回転させるであろうように、動作可能
に係合される。故に、第１のアクチュエータ歯車７１２ａと第２のアクチュエータ歯車７
１２ｂとは、反対方向に移動するであろう。

第１および第２のアクチュエータ歯車７１２ａおよび７１２ｂの各々は、それぞれ、第
１および第２の送りねじ７１４ａおよび７１４ｂに結合され、それらの各々は、次に、そ
れぞれ、第１および第２の送りねじナット７１６ａおよび７１６ｂと動作可能に係合され
る。例えば、モータ７０８が、第１の送りねじ７１４ａをモータ歯車７１０および第１の
アクチュエータ歯車７１２ａを介して回転させると、第１の送りねじナット７１６は、第
１の送りねじ７１４ａの回転方向に応じて、第１の送りねじ７１４ａの縦軸に沿って、上
下に平行移動運動するであろう。図９Ｂに図示されるように、各駆動ユニット７０６は、
それぞれ、第１および第２の送りねじナット７１６ａおよび７１６ｂの線形位置を感知す
るために、第１および第２の線形センサ７２２ａおよび７２２ｂを含み得る。例えば、第
１および第２の送りねじナット７１６ａおよび７１６ｂの各々は、第１および第２の線形
センサ７２２ａおよび７２２ｂが、第１および第２のセンサタグ７２６ａおよび７２６ｂ
の感知される位置に基づいて、第１および第２の送りねじナット７１６ａおよび７１６ｂ
の線形位置を感知するように、それぞれ、その上に結合される第１および第２のセンサタ
グ７２６ａおよび７２６ｂを含み得る。加えて、第１および第２の線形センサ７２２ａお
よび７２２ｂは、遠隔操作式外科手術用器具１０の制御システムと電気通信し、エンドエ
フェクタ構成要素の位置を示す情報を伝送し得る。

図９Ａに戻って参照すると、第１および第２の送りねじナット７１６ａおよび７１６ｂ
の各々は、それぞれ、第１および第２のレセプタクル７１８ａおよび７１８ｂに結合され
、それらの各々は、上で説明されるように、器具７０２のアクチュエータに結合される。
したがって、第１および第２のアクチュエータ歯車７１２ａおよび７１２ｂが、反対方向
に移動するにつれて、レセプタクル７１８ａおよび７１８ｂは、反対方向に平行移動運動
し、例えば、送りねじナット７１６ａが上向きに移動するにつれて、送りねじナット７１
６ｂは、下向きに移動し、その逆も同様であろう。加えて、第１および第２のレセプタク
ル７１８ａおよび７１８ｂは、第１および第２の送りねじ７１４ａおよび７１４ｂの縦軸
のみに沿って平行移動運動が可能にされるように、第１および第２の送りねじ７１４ａお
よび７１４ｂの縦軸の周りの第１および第２の送りねじナット７１６ａおよび７１６ｂの
回転を防止する。例えば、第１および第２のレセプタクル７１８ａおよび７１８ｂは、図
９Ｃに図示されるように、それぞれ、第１および第２の滅菌インターフェーススライダ７
２４ａ（図示せず）および７２４ｂを介して、器具７０２のアクチュエータに結合され、
それらは、第１および第２のレセプタクル７１８ａおよび７１８ｂと係合し、それらの回
転を防止する。図９Ｄは、器具７０２のアクチュエータ７２８に結合される第２のレセプ
タクル７１８ｂを図示し、第２の滅菌インターフェーススライダ７２４ｂは、明確にする
ために省略される。

当業者によって理解されるように、平行移動器具インターフェース７００は、２つ以上
の駆動ユニットを含み得、各駆動ユニットは、上で説明されるように、平行移動運動を器
具７０２に伝達し、それによって、対応する自由度において、器具７０２のエンドエフェ
クタを作動させるように設計される。例えば、平行移動器具インターフェース７００は、
３自由度、例えば、開／閉、ピッチ、およびヨーにおける、エンドエフェクタの小さな移
動が、電気機械的に作動させられるように、３つの駆動ユニットを含み得る。第７の自由
度である回内回外運動は、回内回外運動プーリ７２０を介して、電気機械的または機械的
に制御され得る。例えば、回内回外運動プーリ７２０は、ケーブルおよびプーリのシステ
ムまたは複数の剛体リンクを介して、または例えば、ケーブルを介して、平行移動器具イ
ンターフェース７００に結合される第４のモータを介して、作動させられ得る。

ここで図１０Ａを参照すると、７自由度が機械的に作動させられる例示的スレーブハブ
が、説明される。スレーブハブ８００は、図３のスレーブハブ３００と同様に構築される
。例えば、ドライバプーリ８０８ａ、８０８ｂ、および８０８ｃは、ドライバプーリ３１
２と対応する。スレーブハブ８００は、１つ以上のモータがスレーブハブ８００のドライ
バプーリを回転させる代わりに、ドライバプーリ８０８ａ、８０８ｂ、および８０８ｃの
各々が、それぞれ、それぞれの自由度、例えば、開／閉、ヨー、およびピッチにおいて、
スレーブハブ８００に結合される器具のエンドエフェクタを作動させるために専用である
、それぞれ、遊星歯車８０３ａ、８０３ｂ、および８０３ｃに結合されるという点で、ス
レーブハブ３００と異なる。したがって、遊星歯車８０３ａ、８０３ｂ、および８０３ｃ
の作動は、ドライバプーリ８０８ａ、８０８ｂ、および８０８ｃを回転させ、それによっ
て、線形運動をスレーブハブ８００の線形ポインタに伝達し、エンドエフェクタの３自由
度のうちの１つを作動させる。遊星歯車８０３ａ、８０３ｂ、および８０３ｃの各々は、
スレーブハブ８００の周りに吊るされた作動プーリ８０２ａ、８０２ｂ、または８０２ｃ
のうちの１つに結合され、これの各々は、次に、それぞれ、８０４ａ、８０４ｂ、８０４
ｃを介して、対のプーリ８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃのうちの１つに結合される。対の
プーリ８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃの各対のプーリの対応するプーリは、互いに反対方
向に等量だけ回転し、それによって、それぞれの作動プーリおよびドライバプーリを回転
させる。加えて、スレーブハブ８００は、第７の回転自由度である回内回外運動を作動さ
せるための回内回外運動プーリ８０２ｄを含む。例えば、回内回外運動プーリ８０２ｄは
、ケーブル８０４ｄおよび対のプーリ８０６ｄを介したその回転が、スレーブハブ８００
を回転させ、それによって、遠隔操作式外科手術用器具、したがって、エンドエフェクタ
を回転させるように、スレーブハブ８００に固定され得る。

図１０Ｂに図示されるように、作動プーリ８０２ａの回転は、遊星歯車８０３ａの回転
を生じさせ、それは、ドライバプーリ８０８ａの回転を生じさせる。ドライバプーリ８０
８ａの回転は、上で説明されるように、線形ポインタ３０８ａおよび３０８ｂを反対方向
に等量だけ上下に平行移動運動させ、それによって、レセプタクル３１０ａおよび３１０
ｂを平行移動運動させ、移動を遠隔操作式外科手術用器具に伝達し、エンドエフェクタを
第１の自由度において作動させる。

図１０Ａに戻って参照すると、作動プーリ８０２ａ、８０２ｂ、および８０２ｃ、およ
び回内回外運動プーリ８０２ｄの各々は、それぞれ、一対のプーリ８０６ａ、８０６ｂ、
８０６ｃ、および８０６ｄおよびケーブル８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、および８０４
ｄを介して、一対のドライバプーリ８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃ、および８１０ｄに動
作可能に結合される。対のドライバプーリ８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃ、および８１０
ｄは、遠隔操作式外科手術用器具のハンドルにおける移動が、平行移動器具インターフェ
ース８０１、最終的に、エンドエフェクタに伝達されるように、遠隔操作式外科手術用器
具に動作可能に結合される。例えば、スレーブハブ８００は、図１０Ｃに示されるように
、取り付けインターフェース８０１を介して、遠隔操作式外科手術用器具に取り付けられ
得る。当業者によって理解されるように、より多いまたはより少ないプーリおよびケーブ
ルが、遠隔操作式外科手術用器具によるその作動のために、作動プーリ８０２ａ、８０２
ｂ、および８０２ｃ、ならびに回内回外運動プーリ８０２ｄに結合され得る。

上で説明されるように、種々の例では、平行移動器具インターフェースを伴う遠隔操作
式外科手術用器具は、（ｉ）機械的に作動させられる４自由度および電気機械的に作動さ
せられる３自由度、（ｉｉ）機械的に作動させられる３自由度および電気機械的に作動さ
せられる４自由度、または、（ｉｉｉ）機械的に作動させられる７自由度を有し得る。こ
こで図１１Ａを参照すると、例えば、スレーブハブ３００を機械的に作動させられる４自
由度と、電気機械的に作動させられる３自由度とを有する遠隔操作式外科手術用器具に取
り付けるための取り付けインターフェース９００が、説明される。取り付けインターフェ
ース９００は、遠隔操作式外科手術用器具の遠位端に結合され、スレーブハブ３００を受
け取るようにサイズおよび形状を決定される。図１１Ａに示されるように、スレーブハブ
３００は、スレーブハブ３００を回転自由度において移動させるための回内回外運動プー
リ９０２を含む。回内回外運動プーリ９０２は、回内回外運動ケーブル９０４を介して、
第１および第２の作動プーリ９０６ａおよび９０６ｂに動作可能に結合される。第１およ
び第２の作動プーリ９０６ａおよび９０６ｂが、反対方向に等量だけ回転するにつれて、
回内回外運動ケーブル９０４は、回内回外運動プーリ９０２に、スレーブハブ３００を回
転させる。当業者によって理解されるように、本明細書に説明される任意のスレーブハブ
または平行移動器具インターフェース、例えば、平行移動器具インターフェース６００ま
たは平行移動器具インターフェース７００が、取り付けインターフェース９００に結合さ
れ得る。

ここで図１１Ｂを参照すると、例えば、スレーブハブ３００を機械的に作動させられる
３自由度と、電気機械的に作動させられる４自由度とを有する遠隔操作式外科手術用器具
に取り付けるための取り付けインターフェース１０００が、説明される。取り付けインタ
ーフェース１０００は、取り付けインターフェース９００に類似するが、回内回外運動プ
ーリ９０２を作動させるための第１および第２の作動プーリ９０６ａおよび９０６ｂの代
わりに、取り付けインターフェース１０００は、モータ１００２と、作動プーリ１００６
とを含む。例えば、モータ１００２は、回内回外運動ケーブル１００４を介して回内回外
運動プーリ９０２に動作可能に結合される作動プーリ１００６を回転させることによって
、回内回外運動プーリ９０２を回転させる。当業者によって理解されるように、本明細書
に説明される任意のスレーブハブまたは平行移動器具インターフェース、例えば、平行移
動器具インターフェース６００または平行移動器具インターフェース７００が、取り付け
インターフェース１０００に結合され得る。

図１２に示されるように、モータ３０６によって生じるレセプタクル３１０の移動αは
、アクチュエータ５２０に効率的に平行移動伝達され、それによって、対応する移動βを
エンドエフェクタ５０６に生じさせるであろう。

本発明の種々の例証的実施形態が、上で説明されるが、種々の変更および修正が、本発
明から逸脱することなく、その中に行われ得ることが、当業者に明白であろう。添付の請
求項は、発明の真の範囲内に入る、全てのそのような変更および修正を網羅するように意
図される。

本発明の種々の例証的実施形態が、上で説明されるが、種々の変更および修正が、本発
明から逸脱することなく、その中に行われ得ることが、当業者に明白であろう。添付の請
求項は、発明の真の範囲内に入る、全てのそのような変更および修正を網羅するように意
図される。
本件出願は、以下の態様の発明を提供する。
（態様１）
インターフェースを有する外科手術用ロボットとの使用のための器具であって、前記イ
ンターフェースは、複数の駆動ユニットを備えているスレーブハブに結合されるように構
成され、各駆動ユニットは、レセプタクルに結合され、前記器具は、
近位領域、遠位領域、およびそれらの間に延びている管腔を有する細長いシャフトと、
前記遠位領域内に配置されたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタは、多
自由度で移動するように構成されている、エンドエフェクタと、
前記近位領域内に配置されたアクチュエータと
を備え、
前記アクチュエータは、前記管腔内に配置された複数の力伝達要素を介して前記エンド
エフェクタに結合され、前記アクチュエータは、一対の係合器を備え、前記係合器の各々
は、それぞれのレセプタクルに解放可能に結合されるように構成され、それによって、前
記複数の駆動ユニットのうちの１つの移動は、第１の方向への前記対の係合器のうちの第
１の係合器における平行移動運動と、反対方向への前記対の係合器のうちの第２の係合器
における対応する平行移動運動とを誘発し、それによって、前記多自由度のうちの第１の
自由度において前記エンドエフェクタを移動させる、器具。
（態様２）
前記器具は、単回使用後、使い捨てされる、態様１に記載の器具。
（態様３）
前記近位領域内に配置された器具ヘッドをさらに備え、前記器具ヘッドは、回転可能部
分および係止ピンを有し、前記回転可能部分および係止ピンは、前記器具を前記インター
フェースに係合するように構成されている、態様１に記載の器具。
（態様４）
前記器具ヘッドは、前記器具と前記インターフェースを軸方向に整列させるキーをさら
に備えている、態様１に記載の器具。
（態様５）
少なくとも１つの張力ケーブルをさらに備え、前記少なくとも１つの張力ケーブルは、
前記アクチュエータに結合され、それによって、前記少なくとも１つの張力ケーブルは、
張力を前記複数の力伝達要素に提供する、態様１に記載の器具。
（態様６）
前記対の係合器は、前記外科手術用ロボットの前記インターフェースにおける平行移動
運動に応答して、前記近位領域における経路に沿って、前記細長いシャフトの縦軸と平行
に移動するように構成されている、態様１に記載の器具。
（態様７）
前記アクチュエータは、第２および第３の対の係合器をさらに備え、前記第２および第
３の対の係合器の各々は、それぞれ、前記外科手術用ロボットの前記インターフェースに
おける平行移動運動に応答して、独立して移動可能であり、前記多自由度のうちの第２お
よび第３の自由度における移動を作動させる、態様６に記載の器具。
（態様８）
前記インターフェースは、滅菌シールドを備え、前記滅菌シールドは、単回使用後、使
い捨てされ、事前に滅菌されている、態様１に記載の器具との使用のために構成されたシ
ステム。
（態様９）
開口部を有するスレーブハブをさらに備え、前記開口部は、前記器具の前記インターフ
ェースおよび前記細長いシャフトを受け取るように構成され、前記スレーブハブは、
前記アクチュエータと解放可能に相互係合するように構成されたレセプタクルであって
、前記レセプタクルおよびアクチュエータの平行移動運動は、相互係合されると、前記複
数の力伝達要素を介して前記エンドエフェクタを作動させる、レセプタクルと、
前記レセプタクルに結合され、前記レセプタクルおよびアクチュエータの平行移動を生
じさせる駆動ユニットと
を備えている、態様１に記載の器具との使用のために構成されたシステム。
（態様１０）
前記インターフェースは、
前記スレーブハブの前記開口部を通して受け取られるように構成された近位構成要素と
、
前記近位構成要素が前記スレーブハブの前記開口部内に配置されると、前記近位構成要
素と係合されるように構成された遠位構成要素と、
前記アクチュエータと前記レセプタクルとの間に結合されるように構成されたライド要
素と
をさらに備えている、態様９に記載のシステム。
（態様１１）
前記近位構成要素または前記遠位構成要素のうちの少なくとも１つは、非対称形状を備
え、前記非対称形状は、前記近位構成要素または前記遠位構成要素のうちの前記少なくと
も１つを前記スレーブハブにおける前記開口部に対して向きを合わせる、態様１０に記載
のシステム。
（態様１２）
スライド要素は、前記レセプタクルを前記アクチュエータと自動的に整列させるように
構成されている、態様１０に記載のシステム。
（態様１３）
前記スレーブハブは、前記レセプタクルに結合された少なくとも１つの張力ケーブルを
備え、前記少なくとも１つの張力ケーブルは、張力を前記レセプタクルに提供する、態様
９に記載のシステム。
（態様１４）
前記スレーブハブ管腔の前記開口部は、軸を含み、前記スレーブハブは、前記エンドエ
フェクタも前記軸の周りに回転するように、前記軸の周りに回転するように構成されてい
る、態様９に記載のシステム。
（態様１５）
前記駆動ユニットに結合された制御システムをさらに備えている、態様９に記載のシス
テム。
（態様１６）
前記器具は、識別タグをさらに備え、前記制御システムは、前記器具についての情報を
前記識別タグから検出するように構成されている、態様１５に記載のシステム。
（態様１７）
前記識別タグは、器具タイプ、製造番号、較正データ、運動範囲データ、エンドエフェ
クタ運動学、または制御オフセットのうちの１つをエンコードする、態様１６に記載のシ
ステム。
（態様１８）
前記器具の不整列を感知するように構成されたセンサをさらに備え、前記制御システム
は、前記センサが前記器具の不整列を感知することに応答して、アラートを発生させるよ
うに構成されている、態様１５に記載のシステム。
（態様１９）
前記駆動ユニットは、電気モータである、態様９に記載のシステム。
（態様２０）
前記電気モータの回転式移動は、ケーブルおよびプーリのシステムを介して、前記アク
チュエータにおける平行移動運動を誘発する、態様１９に記載のシステム。
（態様２１）
前記電気モータの回転式移動は、歯車、送りねじ、および送りねじナットのシステムを
介して、前記アクチュエータにおける平行移動運動を誘発する、態様１９に記載のシステ
ム。
（態様２２）
前記駆動ユニットは、前記レセプタクルに動作可能に結合された油圧要素を備えている
、態様９に記載のシステム。
（態様２３）
前記外科手術用ロボットは、
前記スレーブハブに結合されたスレーブユニットであって、前記スレーブユニットは、
複数のスレーブリンクおよびスレーブ関節を備えている、スレーブユニットと、
ハンドルと複数のマスタリンクおよびマスタ関節とを備えているマスタユニットと、
前記複数のマスタ関節と前記複数のスレーブ関節との間に延びている複数の力伝達要素
と
をさらに備え、
前記マスタユニットの移動は、前記スレーブユニットにおいて再現され、前記ハンドル
の移動は、前記エンドエフェクタによって再現される、態様１に記載の器具との使用のた
めに構成されたシステム。

Claims (23)

1. インターフェースを有する外科手術用ロボットとの使用のための器具であって、前記イ
   ンターフェースは、複数の駆動ユニットを備えているスレーブハブに結合されるように構
   成され、各駆動ユニットは、レセプタクルに結合され、前記器具は、
   近位領域、遠位領域、およびそれらの間に延びている管腔を有する細長いシャフトと、
   前記遠位領域内に配置されたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタは、多
   自由度で移動するように構成されている、エンドエフェクタと、
   前記近位領域内に配置されたアクチュエータと
   を備え、
   前記アクチュエータは、前記管腔内に配置された複数の力伝達要素を介して前記エンド
   エフェクタに結合され、前記アクチュエータは、一対の係合器を備え、前記係合器の各々
   は、それぞれのレセプタクルに解放可能に結合されるように構成され、それによって、前
   記複数の駆動ユニットのうちの１つの移動は、第１の方向への前記対の係合器のうちの第
   １の係合器における平行移動運動と、反対方向への前記対の係合器のうちの第２の係合器
   における対応する平行移動運動とを誘発し、それによって、前記多自由度のうちの第１の
   自由度において前記エンドエフェクタを移動させる、器具。
2. 前記器具は、単回使用後、使い捨てされる、請求項１に記載の器具。
3. 前記近位領域内に配置された器具ヘッドをさらに備え、前記器具ヘッドは、回転可能部
   分および係止ピンを有し、前記回転可能部分および係止ピンは、前記器具を前記インター
   フェースに係合するように構成されている、請求項１に記載の器具。
4. 前記器具ヘッドは、前記器具と前記インターフェースを軸方向に整列させるキーをさら
   に備えている、請求項１に記載の器具。
5. 少なくとも１つの張力ケーブルをさらに備え、前記少なくとも１つの張力ケーブルは、
   前記アクチュエータに結合され、それによって、前記少なくとも１つの張力ケーブルは、
   張力を前記複数の力伝達要素に提供する、請求項１に記載の器具。
6. 前記対の係合器は、前記外科手術用ロボットの前記インターフェースにおける平行移動
   運動に応答して、前記近位領域における経路に沿って、前記細長いシャフトの縦軸と平行
   に移動するように構成されている、請求項１に記載の器具。
7. 前記アクチュエータは、第２および第３の対の係合器をさらに備え、前記第２および第
   ３の対の係合器の各々は、それぞれ、前記外科手術用ロボットの前記インターフェースに
   おける平行移動運動に応答して、独立して移動可能であり、前記多自由度のうちの第２お
   よび第３の自由度における移動を作動させる、請求項６に記載の器具。
8. 前記インターフェースは、滅菌シールドを備え、前記滅菌シールドは、単回使用後、使
   い捨てされ、事前に滅菌されている、請求項１に記載の器具との使用のために構成された
   システム。
9. 開口部を有するスレーブハブをさらに備え、前記開口部は、前記器具の前記インターフ
   ェースおよび前記細長いシャフトを受け取るように構成され、前記スレーブハブは、
   前記アクチュエータと解放可能に相互係合するように構成されたレセプタクルであって
   、前記レセプタクルおよびアクチュエータの平行移動運動は、相互係合されると、前記複
   数の力伝達要素を介して前記エンドエフェクタを作動させる、レセプタクルと、
   前記レセプタクルに結合され、前記レセプタクルおよびアクチュエータの平行移動を生
   じさせる駆動ユニットと
   を備えている、請求項１に記載の器具との使用のために構成されたシステム。
10. 前記インターフェースは、
    前記スレーブハブの前記開口部を通して受け取られるように構成された近位構成要素と
    、
    前記近位構成要素が前記スレーブハブの前記開口部内に配置されると、前記近位構成要
    素と係合されるように構成された遠位構成要素と、
    前記アクチュエータと前記レセプタクルとの間に結合されるように構成されたライド要
    素と
    をさらに備えている、請求項９に記載のシステム。
11. 前記近位構成要素または前記遠位構成要素のうちの少なくとも１つは、非対称形状を備
    え、前記非対称形状は、前記近位構成要素または前記遠位構成要素のうちの前記少なくと
    も１つを前記スレーブハブにおける前記開口部に対して向きを合わせる、請求項１０に記
    載のシステム。
12. スライド要素は、前記レセプタクルを前記アクチュエータと自動的に整列させるように
    構成されている、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記スレーブハブは、前記レセプタクルに結合された少なくとも１つの張力ケーブルを
    備え、前記少なくとも１つの張力ケーブルは、張力を前記レセプタクルに提供する、請求
    項９に記載のシステム。
14. 前記スレーブハブ管腔の前記開口部は、軸を含み、前記スレーブハブは、前記エンドエ
    フェクタも前記軸の周りに回転するように、前記軸の周りに回転するように構成されてい
    る、請求項９に記載のシステム。
15. 前記駆動ユニットに結合された制御システムをさらに備えている、請求項９に記載のシ
    ステム。
16. 前記器具は、識別タグをさらに備え、前記制御システムは、前記器具についての情報を
    前記識別タグから検出するように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記識別タグは、器具タイプ、製造番号、較正データ、運動範囲データ、エンドエフェ
    クタ運動学、または制御オフセットのうちの１つをエンコードする、請求項１６に記載の
    システム。
18. 前記器具の不整列を感知するように構成されたセンサをさらに備え、前記制御システム
    は、前記センサが前記器具の不整列を感知することに応答して、アラートを発生させるよ
    うに構成されている、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記駆動ユニットは、電気モータである、請求項９に記載のシステム。
20. 前記電気モータの回転式移動は、ケーブルおよびプーリのシステムを介して、前記アク
    チュエータにおける平行移動運動を誘発する、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記電気モータの回転式移動は、歯車、送りねじ、および送りねじナットのシステムを
    介して、前記アクチュエータにおける平行移動運動を誘発する、請求項１９に記載のシス
    テム。
22. 前記駆動ユニットは、前記レセプタクルに動作可能に結合された油圧要素を備えている
    、請求項９に記載のシステム。
23. 前記外科手術用ロボットは、
    前記スレーブハブに結合されたスレーブユニットであって、前記スレーブユニットは、
    複数のスレーブリンクおよびスレーブ関節を備えている、スレーブユニットと、
    ハンドルと複数のマスタリンクおよびマスタ関節とを備えているマスタユニットと、
    前記複数のマスタ関節と前記複数のスレーブ関節との間に延びている複数の力伝達要素
    と
    をさらに備え、
    前記マスタユニットの移動は、前記スレーブユニットにおいて再現され、前記ハンドル
    の移動は、前記エンドエフェクタによって再現される、請求項１に記載の器具との使用の
    ために構成されたシステム。

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