JP2024503181A - 関節部材 - Google Patents

Abstract

手術器具（４）用の関節部材（２）であって、この関節部材は、関節部材（２）を通って長手方向に延びる第１の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸（１４）の周りで回転可能な第１の近位及び遠位ジョイント（１１ａ、１２ａ）と、それぞれが第１の回転平面に垂直に関節部材（２）を通って長手方向に延びる第２の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸（１４）の周りで回転可能であるので、第１の近位及び遠位ジョイント（１１ａ、１２ａ）に対して直交的に回転可能な第２の近位及び遠位ジョイント（１１ｂ、１２ｂ）と、それぞれの結合腱受け部（２２）を介して関節部材（２）を通って延びる複数の結合腱（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）と、を含む。各結合腱は、第１及び第２の回転平面の両方から実質的に離間した関節部材（２）に沿って延びるので、近位及び遠位ジョイント（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）の一方の回転は、それぞれの近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こす。

Description

本発明は、手術器具用の関節部材に関する。本発明は、低侵襲手術のための手術器具のエンドエフェクタの移動を容易にする外科用ロボティクスの分野で特に応用可能であるが、本発明はそのような応用に限定されず、複数のジョイントの回転による関節接合を必要とする部材を含む他の医療／手術装置にも使用され得る。

ロボティック手術システムの一部を形成する既知の手術器具は、シャフト、関節部及びエンドエフェクタを含む。シャフトは、関節部とエンドエフェクタの移動を制御及び駆動する手術用ロボットの他のコンポーネントから延在し得る。それによって、シャフトは、患者に対する必要な領域に関節部とエンドエフェクタを配置することを容易にし得る。関節部は、シャフトに対するエンドエフェクタの移動の自由度を提供するために、互いに隣接して配置された複数のジョイントを含んでもよい。最後に、エンドエフェクタは、外科手術手技に必要な特定の動作を実行するように適合化されてもよい。

既知の手術器具では、関節部のジョイントは独立して制御される。これは、より大きな移動範囲を提供するために多数のジョイントを有する関節部は、各ジョイントの移動を駆動するのに必要なコンポーネントの数により、複雑で高価であることを意味する。あるいは、複雑さとコストを抑えるために、ジョイントの数を減らし、達成可能な移動範囲を制限する。

本発明の第１態様によれば、手術器具用の関節部材を提供する。この関節部材は、近位端、遠位端、及び、前記近位端と前記遠位端との間で直列に配置された複数の回転可能なジョイントを含み、前記複数の回転可能なジョイントは、
それぞれが前記関節部材を通って長手方向に延びる第１の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能な第１の近位ジョイント及び第１の遠位ジョイントと、
それぞれが、前記第１の回転平面に垂直に前記関節部材を通って長手方向に延びる第２の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能であるので、前記第１の近位及び遠位ジョイントに対して直交的に回転可能な第２の近位ジョイント及び第２の遠位ジョイントと、
前記第１及び第２の回転平面の両方から離間した前記関節部材を通って長手方向に延びる複数の結合腱受け部と、
前記近位ジョイントと遠位ジョイントとの間に配置され、結合腱を１つの結合腱受け部から別の結合腱受け部に通過させるジャンクションと、
それぞれの結合腱受け部を介して前記関節部材を通って延びる複数の結合腱であって、各結合腱は、前記近位端と前記遠位端との間に固定され、前記第１の回転平面及び第２の回転平面の両方から実質的に離間した関節部材に沿って延びるので、前記第１の近位及び遠位ジョイントの一方の回転は、前記第１の近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こし、前記第２の近位及び遠位ジョイントの一方の回転は、前記第２の近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こす複数の結合腱と、を含む。

なぜ第１の近位及び遠位ジョイントの一方の回転が第１の近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こすのか（そしてなぜ第２の近位及び遠位ジョイントの一方の回転が同様に第２の近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こすのか）を理解するには、第１の近位ジョイントが第１の向きに回転した場合関節部材を考慮されたい。複数の結合腱は、第１の回転平面から離間したそれぞれの結合腱受け部を介して第１の近位ジョイントを横切って延びる。従って、第１の向きの第１の近位ジョイントの回転により、第１の近位ジョイントを横切って延びる必要のある複数の結合腱の長さが変化する。

近位と遠位端の間に固定されている複数の結合腱により、第１の近位ジョイントを横切って延びる必要のある各結合腱の長さの変化は、第１の遠位ジョイントを横切って延びる必要のある結合腱の長さの対応する変化によって相殺する必要がある。従って、第１の遠位ジョイントは、第１の近位ジョイントと同時に作動する。同じ関係が第２の近位及び遠位ジョイントにも当てはまる。

よって、本発明により、少なくとも２つの回転可能なジョイントが複数の結合腱によって一緒に結合されるため、それらの回転可能なジョイントのうちの１つを回転させるによって、関節部材の２つの回転可能なジョインは同時に作動し得る。従って、手術器具の関節部材の作動を駆動するのに必要なコンポーネントの数は減少してもよい。

さらに、ジャンクションは、結合された回転可能なジョイントが互いに同じ向きに回転するか又は反対の向きに回転するように、関節部材が構成できるようにする。

例えば、第１の構成では、複数の結合腱の各結合腱は、第１及び第２の回転平面のいずれにも横断しないように単一のそれぞれの結合腱受け部を通って延びることができる。これは、例えば、第１の近位ジョイントが第１の向きに回転すると、第１の遠位ジョイントは、相殺する必要のある第１の近位ジョイントを横切って延びる複数の結合腱の長さの変動により、第１の向きとは反対の第２の向きに回転することになることを意味する。

しかしながら、第２の構成では、各結合腱は、近位ジョイントと遠位ジョイントとの間に延びるにつれて、第１及び第２の回転平面の両方を横断してもよい。これは、ジャンクションを介して１つの結合腱受け部から異なる結合腱受け部に通過する各結合腱によって実現される。その結果、例えば、第１の近位ジョイントが第１の向きに回転すると、第１の遠位ジョイントも、相殺する必要のある第１の近位ジョイントを横切って延びる複数の結合腱の長さの変動により、第１の向きに回転することになる。

本発明の実施形態では、複数の結合腱受け部は少なくとも４つの結合腱受け部を含んでもよく、複数の結合腱は４つの結合腱含んでもよい。さらに、複数の結合腱受け部は、それぞれ、関節部材を通って長手方向延びる平面に沿って延び、第１及び第２の回転平面のそれぞれから等しくオフセットしてもよい。

本発明のそのような実施形態では、複数の結合腱受け部は、２つの結合腱が第１の回転平面及び第２の回転平面の両方のいずれかの側に配置されるように、関節部材を通って延びてもよい。これは、第１の近位及び遠位ジョイントの移動が第２の近位及び遠位ジョイントと独立して発生でき、その逆もできることを意味する。

本発明の幾つかの実施形態では、結合腱受け部は、関節部材全体にわたって互いに均一に離間している。これは、互いに結合された近位と遠位ジョイントは、同じ向き又は反対の向きに同時に回転するだけでなく、同じ速度で回転することができる。

本発明の別の実施形態では、結合腱受け部の間の間隔は、関節部材に沿って変化してもよい。結合腱の関節部材の中心軸からの距離、ひいては互いからの距離を変化させることにより、互いに結合された近位と遠位ジョイントの回転比を変化させることもできる。例えば、結合腱が、近位部と比較して遠位部における関節部材の中心により近い結合腱受け部を通って延びる場合、一定の角度で近位ジョイントを作動させると、それに結合された遠位ジョイントの回転角が大きくなる。

本発明の実施形態では、関節部材は、第１及び第２の回転平面によって４つの部分に分割されてもよく、各部分は、それを通って延びる結合腱受け部を含んでもよい。さらに、各結合腱は、近位部と遠位部を含んでもよく、ジャンクションを介して１つの部分から反対側の部分に進行する結合腱によって、各近位部はそれぞれの部分を通過し、関連する遠位部は反対側の部分を通過する。

本発明のそのような実施形態では、第１の近位ジョイントは、第１の遠位ジョイントと同じ向きに回転し、第２の近位ジョイントは、第２の遠位ジョイントと同じ向きに回転する。従って、関節部材によって達成可能な全体的な曲げ角度は、特定のジョイントの曲げ角度を大きくすることなく、乗算することができる。

単一のジョイントで大きな曲げ角度を実現する場合、ジョイントの作用は肘の作用に似ているため、特に大きな曲げ角度の必要があるとき、関節部材全体はぎくしゃくした動き及び／又は不正確な動きをする傾向がある。しかしながら、複数のジョイントで大きな曲げ角度を実現する場合、各ジョイントの回転及び関節部材全体の動きは、はるかにスムーズで正確になる可能性がある。このようなジョイントの作用は、より優れた器用さを提供するために調和して動作する指ジョイントに似ている。

よって、関節部材によって実現可能な全体的な曲げ角度を大きくすることにより、特定のジョイントの曲げ角度を大きくすることなく、本発明は、関節部材のよりスムーズかつ正確な作動を可能にする。

本発明の代替実施形態では、結合腱がジャンクションをバイパスすることによって、各近位部はそれぞれの部分を通過し、関連する遠位部は同じ部分を通過する。

本発明のそのような実施形態では、第１の近位ジョイントは、第１の遠位ジョイントと反対の向きに回転し、第２の近位ジョイントは、第２の遠位ジョイントと反対の向きに回転する。２つのジョイントを同時に反対の向きに回転させることで、移動中に向きを一定に維持しながら、関節部材の遠位端を近位端に移動させることができる。これは、遠位端に結合されたエンドエフェクタや別の関節部材の近位端などの器具部品が、異なる位置間を移動するときに一定の向きを維持する必要がある応用に特に有用である。１つのこのよう応用は、２つ以上の手術器具をシングルポートアクセスで外科手技に使用する場合であってもよい。２つの手術器具を互いに衝突させずに同じ領域で操作できるようにするには、一定の向きに維持しながら手術器具を互いに分離すると便利である。これは、本発明のそのような実施形態による関節部材を各手術器具に組み込むことによって行うことができる。

本発明の実施形態では、関節部材は、互いに回転可能に係合可能で直列に配置された複数のモジュールをさらに含んでもよく、それによって回転可能なジョイントの少なくとも１つは、隣接する２つのモジュールによって形成される。

本発明のそのような実施形態では、モジュールは、交換可能であってもよく、且つ／又は関節部材の一部を形成する回転可能なジョイントの数を増加又は減少させるように、モジュールを追加又は除去することができる。必要に応じて、故障又は損傷したモジュールを交換することもできる。

本発明の実施形態では、各モジュールは、ジャンクションと複数の結合腱受けセクションを含んでもよい。各結合腱受けセクションは、それぞれの結合腱受け部の一部を形成する。

言い換えれば、関節部材は複数のジャンクションを含んでもよく、関節部材に回転可能なジョイントがいくつ含まれているか、及び特定の作動のために関節部材に必要な作動の種類に応じて、結合腱は、ジャンクションを通らないか、１つのジャンクション又は複数のジャンクションを通ることができる。

また、各結合腱受け部は、少なくとも部分的に、それぞれの複数のモジュールにおける複数の結合腱受けセクションの組み合わせによって形成されてもよい。従って、各結合腱受け部は、関節モジュールに含まれるモジュールの数に関係なく、近位端から遠位端に延びることができる。

本発明の実施形態では、各モジュールは、少なくとも２つの構成で強固に一緒に結合可能な一対のサブモジュールを含んでもよい。少なくとも２つの構成は平行構成と直交構成を含む。サブモジュールが平行構成の場合、直接隣接する２つのモジュールで形成された２つの回転可能なジョイントは、同じ回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能であってもよい。しかしながら、サブモジュールが直交構成の場合、直接隣接するモジュールで形成された２つの回転可能なジョイントは、別々の直交する回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能であってもよい。

従って、関節部材は、関節部材が使用される応用に応じて、複数のジョイントの各々が互いに対して配向されるように構成されてもよい。例えば、関節部材は、隣接するジョイントが回転可能な軸と直交する軸の周りで各ジョイントが回転可能になるように構成することができる。これは、関節部材により実現可能な曲げ動作が関節部材の長さに沿って均一の分布することを意味する。あるいは、平行な回転軸の周りで回転可能な複数のジョイントは、その領域における関節部材のより鋭い曲げを提供するように一緒にグループ化されてもよい。

本発明の実施形態では、関節部材は、関節部材を少なくとも部分的に通って延びる、少なくとも１つの回転可能なジョイントの回転を引き起こすための作動腱を受け入れるように構成された作動腱受け部をさらに含んでもよい。

本発明のそのような実施形態では、作動腱が回転する必要のある回転可能なジョイント又はジョイントに応じて、作動腱は、少なくとも部分的に関節部材を通って延び、関節部材の特定の点に固定されてもよい。例えば、作動腱が第１の近位ジョイント（ひいては第１の遠位ジョイント）の回転を引き起こすように操作可能な本発明の実施形態では、作動腱は近位端から、それぞれの作動腱受け部を介して関節部材を通って、作動腱が第１の近位ジョイントを横切って延び、次いで関節部材に固定されるまで、伸びてもよい。言い換えれば、作動腱の第１端は、作動腱が回転することを目的とする回転可能なジョイントに対して遠位に関節部材に固定されてもよい。次に、使用中に、第１の近位ジョイントを回転させるために、作動腱を引っ張ってもよい（即ち、関節部材の近位端から延びる作動腱の第２端を引っ張ってもよい）。

本発明の幾つかの実施形態では、関節部材は、互いに拮抗的に操作可能な一対の作動腱を受け入れるように構成された一対の作動腱受け部を含んでもよい。即ち、一対の作動腱の一方を引っ張って回転可能なジョイントを一つの向きに回転させることができ、一対の作動腱の他方を引っ張って回転可能なジョイントを反対の向きに回転させることができる。

本発明の実施形態では、関節部材の遠位端は、エンドエフェクタに結合可能である。さらに、関節部材は、エンドエフェクタを作動させるためのエンドエフェクタ腱を受け入れるように構成されたエンドエフェクタ腱受け部を含んでもよい。前記エンドエフェクタ腱受け部は、前記関節部材を通って長手方向に延び、回転可能なジョイントが回転可能な軸の各々と交差するように配置される。

本発明のそのような実施形態では、エンドエフェクタ腱は、エンドエフェクタ腱受け部を介して関節部材を通って延び、エンドエフェクタ腱の作動によりエンドエフェクタの作動を引き起こすようにエンドエフェクタに結合されてもよい。それぞれの回転可能なジョイントが回転する各軸と交差するエンドエフェクタ腱により、様々な回転可能なジョイントのいずれの回転は、エンドエフェクタ腱に影響を与えない（又は、少なくとも、影響が無視できる）。従って、関節部材に沿った回転の結果として、エンドエフェクタは、意図せず作動してしまうことがない。

本発明の第２態様によれば、手術器具が提供される。この手術器具は、本発明の第１態様による関節部材と、関節部材の遠位端に結合されたエンドエフェクタとを含む。

本発明の第３態様によれば、手術器具が提供される。この手術器具は、本発明の第１態様による複数の関節部材であって、前記関節部材が直列に一緒に結合され、前記複数の関節部材が近位端及び遠位端を有する複数の関節部材と、前記複数の関節部材の前記遠位端に結合されたエンドエフェクタと、を含む。

手術器具は、特定の応用のために手術器具に要求される関節接合の程度及び器用さに応じて、任意の適切な数の本発明の第１態様による関節部材を含んでもよい。

本発明の実施形態では、複数の関節部材のうちの少なくとも１つの関節部材は、第１及び第２の回転平面によって４つの部分に分割されてもよく、各部分は、それを通って延びる結合腱受け部を含んでもよい。さらに、各結合腱は、近位部と遠位部を含んでもよく、結合腱がジャンクションを介して１つの部分から反対側の部分に進行することよって、各近位部はそれぞれの部分を通過し、関連する遠位部は反対側の部分を通過する。

本発明の実施形態では、（本発明の第２又は第３態様による）手術器具は、前記関節部材又は各関節部材の関節接合を駆動するための駆動モジュールをさらに含んでもよい。前記駆動モジュールは、前記関節部材又は前記複数の関節部材の前記近位端に結合されている。

本発明の実施形態では、（本発明の第２又は第３態様による）手術器具は、関節部材又は複数の関節部材の近位端を駆動モジュールに結合する細長いシャフトをさらに含んでもよい。

ここでは、添付の図面を参照して、例としてのみ本発明を説明する。
本発明の第１態様の実施形態による関節部材の概略図である。 結合腱が除去された、図１～３に示す関節部材の概略図である。 非線形構成の場合の、図１～３に示す関節部材の概略図である。 本発明の第１態様の別の実施形態による関節部材の概略図である。 非線形構成の場合の、図７～９に示す関節部材の概略図である。 本発明の第１態様による関節部材の一部を形成するモジュールの概略図であり、モジュールは平行構成でサブモジュールを含む。 本発明の第１態様による関節部材の一部を形成するモジュールの概略図であり、モジュールは直交構成でサブモジュールを含む。 図１１と１２に示すモジュールの一部を形成するサブモジュールの概略図である。 本発明の第３態様の実施形態による手術器具の概略図である。 図１４に示す手術器具の概略図であり、特に手術器具の一部を形成するエンドエフェクタ腱を示す。 本発明の第３態様の別の実施形態による手術器具の概略図である。

最初に図１～３を参照すると、本発明の実施形態による関節部材は、一般に参照番号２で指定されている。関節部材２は、近位端６、遠位端８、及び、近位端６と遠位端８との間に直列に配置された複数の回転可能なジョイント１０を含む。

複数の回転可能なジョイント１０は、第１の近位ジョイント１１ａ、第１の遠位ジョイント１２ａ、第２の近位ジョイント１１ｂ、及び第２の遠位ジョイント１２ｂを含む。第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａは、それぞれ、関節部材２を通って長手方向に延びる第１の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸１４の周りで回転可能である。同様に、第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂは、それぞれ、関節部材２を通って長手方向に延びる第２の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸１４の周りで回転可能である。第２の回転平面は、第１の回転平面に垂直に延びるので、第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂは、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａに対して直交的に回転可能である。

関節部材２は、関節部材２を通って長手方向に延びる複数の結合腱受け部２２と、それぞれの結合腱受け部２２を介し関節部材２を通って延びる複数の結合腱２６とをさらに含む。関節部材２はまた、近位と遠位端６、８の間に配置されたジャンクション２４を含む。ジャンクションは、結合腱２６が１つの結合腱受け部２２から異なる結合腱受け部２２に通過することを可能にする。（結合腱受け部２２とジャンクション２４は特に、結合腱２６が除去された関節部材を示す図４で見られる）

本発明のこの実施形態では、複数の結合腱受け部２２は、４つの結合腱受け部を含み、複数の結合腱２６は、第１、第２、第３、及び第４の結合腱２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ（それぞれ）を含む。各結合腱２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、それぞれの近位部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ及びそれぞれの遠位部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄを含む。

各結合腱２６はまた、近位端６と遠位端８との間に固定される。これは、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａの一方の回転が、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａの他方の回転を引き起こし、第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂ一方の回転が、第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂの他方の回転を引き起こすことを意味する。言い換えれば、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａは、第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂと同様に、一緒に結合されている。

関節部材２は、第１及び第２の回転平面によって４つの部分に分割されるとみなされてもよい。各部分は、それを通って延びるそれぞれの結合腱受け部２２を含み、それによって結合腱受け部２２の各々は、第１及び第２の回転平面の両方から離間している。

さらに、本発明のこの実施形態では、結合腱受け部２２は、関節部材２の全体にわたって互いに均一に離間している。またさらに、各結合腱受け部２２は、関節部材を通って長手方向に延び且つ第１及び第２の回転平面から４５度オフセットした平面に沿って延びる。

第１及び第２の回転平面は回転可能なジョイント１０が回転可能な方向を表すことに加えて、第１及び第２の回転平面も対称面を表す。関節部材２を貫通する対称性により、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａは、一方のジョイントの回転が他方のジョイントの回転を等しい大きさで引き起こすように、一緒に結合される。第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂの結合についても同様である。

また、本発明のこの実施形態では、各結合腱２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、ジャンクション２４を介して１つの結合腱受け部２２から異なる結合腱受け部２２に通過する。具体的には、ジャンクション２４を介して一方の部分から反対側の部分に進行する結合腱２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄによって、各近位部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄはそれぞれの部分を通過し、関連する遠位部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄは反対側の部分を通過する。

ジャンクションを通った結合腱２６の通過により、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａが結合されて、両方が同じ方向に回転するようになる。第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂについても同様である。

図５と６は、第１の近位及び遠位ジョイントと第２の近位及び遠位ジョイントとの結合を示す。

特に図５を参照すると、第１の近位ジョイント１１ａは、近位端６が読者（即ち、ページ上で関節部材２を見たときの読者の視点）から離れて回転したように、図１～３に示す線形構成から離れて回転したことがわかることができる。その結果、第１の近位ジョイント１１ａを横切って延びるのに必要な各結合腱２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの長さは変化した。特に、第２及び第４の近位部２７ｂ及び２７ｄは、第１の近位ジョイント１１ａを横切って延びるにつれて、より多く露出している。

結合腱２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの各々は、近位と遠位端６、８の間で一定の長さを有するため、第１の近位ジョイント１１ａを横切って延びるのに必要な第２及び第４の結合腱２６ｂ、２６ｄの長さの変動は、第１の遠位ジョイント１２ａの対応する変動によってバランスをとる必要がある。言い換えれば、第１の遠位ジョイント１２ａを横切って延びる第２及び第４の遠位部２８ｂの長さは短くしなければならず（図６でより明確に見えるように）、それにより、第１の遠位ジョイント１２ａが第１の近位ジョイント１１ａと同じ向きに回転し、つまり読者から離れて回転する。

一方、第１の遠位ジョイント１１ｂを横切って延びるのに必要な第１及び第３の遠位部２８ａ、２８ｃの長さは長くなった。第１の遠位ジョイント１２ａを横切って延びるのに必要な第１及び第３の結合腱２６ａ、２６ｃの長さのこの変動も、バランスが取れていなければならない。よって、第１の近位ジョイント１１ａを横切って延びる第１及び第３の近位部２７ａ、２７ｃの長さを短くしなければならない（図６でより明確に見えるように）。第２及び第４の結合腱２６ｂ、２６ｄに対する第１及び第３の結合腱２６ａ、２６ｃの同等かつ反対の動作により、関節部材２の動きにバックラッシュがないことが保証される。

第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂは、第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａとほぼ同じように結合される。ただし、第１の近位及び遠位ジョイントの場合と同様に、第１及び第３の結合腱２６ａ、２６ｃは第２及び第４の結合腱２６ｂ、２６ｄに対して作用するのではなく、第１及び第４の結合腱２６ａ、２６ｄは第２及び第３の結合腱２６ｂ、２６ｃに対して作用する。第１の近位及び遠位ジョイント１１ａ、１２ａの場合と同様に、第２の近位ジョイント１１ｂを第２の遠位ジョイント１２ｂと同じ向きに回転させる。

関節部材２は、関節部材２を少なくとも部分的に通って延びる複数の作動腱受け部４２をさらに含む。各作動腱受け部４２は、作動腱４４を受け入れるように構成されている。

本発明のこの実施形態では、特定の回転可能なジョイント１０を回転させるために、作動腱４４の対は、互いに拮抗的に操作することができる。例えば、図５では、一対の作動腱４４ａ、４４ｂは、それらが第２の遠位ジョイント１２ｂを横切って延び、次に関節部材２に固定されるまで、関節部材２を通って、実質的に第２の回転平面に沿って延びる。使用中、作動腱４４ａを引っ張り、それによって、第２の遠位ジョイント１２ｂを図５に示す構成に回転させることができる。また、第２の近位及び遠位ジョイント１１ｂ、１２ｂは上記のように結合されているため、作動腱４４ａを引っ張ることは、第２の近位ジョイント１１ｂを第２の遠位ジョイント１２ｂと同等に回転させる。

言い換えれば、関節部材２の一部を形成する回転可能なジョイント１０の結合により、一つより多くの回転可能なジョイント１０を単一の作動腱４４（又は一対の拮抗的な作動腱４４）によって作動させることができる。本発明のこの実施形態では、結合された回転可能なジョイント１０は、同じ向きに回転する。これにより、達成する必要がある全体の曲げ角度を２つ以上のジョイントに分散させることができ、その結果、１つの回転可能なジョイントだけで試みる場合よりスムーズに曲げ作動を実行することができる。

図７～１０を参照すると、関節部材１０２は、図１～３に示す関節部材２と同様であるが、複数の結合腱１２６は、各近位部１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ、１２７ｄがそれぞれの遠位部１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄと同じ関節部材１０２の部分を通過するように、関節部材１０２を通って直線的に延びる。これは、複数の結合腱１２６が関節部材１０２を通って延びる際に、単にジャンクション２４をバイパスすることによって実現される。

同様に、図１～３に示す関節部材２に対して、複数の回転可能なジョイント１０は、第１の近位ジョイント１１１ａ、第１の遠位ジョイント１１２ａ、第２の近位ジョイント１１１ｂ及び第２の遠位ジョイント１１２ｂを含む。第１の近位及び遠位ジョイント１１１ａ、１１２ａは、それぞれ、関節部材２を通って長手方向に延びる第１の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸１４の周りで回転可能である。また、第２の近位及び遠位ジョイント１１１ｂ、１１２ｂはそれぞれ、関節部材２を通って長手方向に延びる第２の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸１４の周りで回転可能である。第２の回転平面は、第２の近位及び遠位ジョイント１１２ａ、１１２ｂが第１の近位及び遠位ジョイント１１１ａ、１１１ｂに対して直交的に回転可能であるように、第１の回転平面に垂直に延びる。

図１～３に示す関節部材２の場合と同様に、第１の近位及び遠位ジョイント１１１ａ、１１２ａは、第２の近位及び遠位ジョイント１１１ｂ、１１２ｂと同様に、複数の結合腱１２６によって一緒に結合されている。

しかしながら、複数の結合腱１２６がジャンクション２４をバイパスした結果として、回転可能なジョイント１０のうちの１つが回転すると、結合されたジョイントは、（関節部材２と同じ方向ではなく）反対の方向に回転する。

図１０は、特に第１の近位及び遠位ジョイント１１１ａ、１１２ａのこの結合を示す。

関節部材１０２は、関節部材１０２を少なくとも部分的に通って延びる複数の作動腱受け部４２を含む。各作動腱受け部４２は、作動腱１４４を受け入れるように構成されている。

本発明のこの実施形態では、一対の作動腱１４４ａ、１４４ｂは、それらが第１の近位ジョイント１１１ａを横切って延び、次に関節部材１０２に固定されるまで、関節部材１０２を通って、実質的に第１の回転平面に沿って延びる。使用中、作動腱４４ａを引っ張り、それによって、第１の近位ジョイント１１１ａを図１０に示す構成に回転させることができる。

第１の近位ジョイント１１１ａのこの回転は、第１の近位ジョイント１１１ａを横切って延びる必要のある第１の近位部１２７ａ及び第３の近位部１２７ｃ（図１０に示されていないが、図８に見られる）の長さが長くなることを意味する。複数の結合腱１２６が一定の長さを有するため、第１の遠位ジョイント１１２ａを横切って延びる第１の遠位部１２８ａ及び第３の遠位部１２８ｃの長さを短くしなければならず、それによって第１の遠位ジョイント１１２ａが回転する。

第１及び第３の結合腱１２６ａ、１２６ｃの各々が関節部材１０２の単一の部分のみに沿って延びているため、第１の近位及び遠位ジョイント１１１ａ、１１２ａは反対の方向に回転する。これは、遠位端８が近位端６と同様な向きに保つように移動可能であることを可能にする。

実際には、本発明のこの実施形態において、結合腱受け部２２は、関節部材１０２の全体にわたって均一に離間している。これは、結合されたジョイントの回転の大きさが等しくなるので、遠位端８が近位端６と実質的に平行に位置合わせた状態を維持することを意味する。しかしながら、本発明の別の実施形態では、結合腱受け部の間隔は、関節部材に沿って変化してもよい。これにより、近位及び遠位端６、８が互いに平行に位置合わせた状態を維持しない可能性があるように、結合されたジョイントは互いに異なる速度で回転する。各結合されたジョイントの回転は、他のジョイントの回転と少なくとも何らかの方法で相殺されるため、向きの変動は限られる。

一方、第１の遠位ジョイント１１１ｂを横切って延びるのに必要な第２及び第４の遠位部１２８ｂ、１２８ｄの長さは、第１の近位及び遠位ジョイント１１１ａ、１１２ａの回転により増加する。第１の遠位ジョイント１１２ａを横切って延びるのに必要な第２及び第４の結合腱１２６ｂ、１２６ｄの長さのこの変動も、バランスが取れていなければならない。よって、第１の近位ジョイント１１１ａを横切って延びる第２及び第４の近位部１２７ｂ及び１２７ｄの長さを短くしなければならない（特に図１０で第２の近位部１２７ｂについて見られるように）。図１～３に示す関節部材２と同様に、第２及び第４の結合腱１２６ｂ、１２６ｄに対する第１及び第３の結合腱１２６ａ、１２６ｃの同等かつ反対の動作により、関節部材１０２の動きにバックラッシュがないことが保証される。

図１～１０に示す関節部材２、１０２はそれぞれ、互いに回転可能に係合可能で直列に配置された複数のモジュール３４を含み、それによって複数の回転可能なジョイント１０は、隣接する２つのモジュール３４により形成される。

図１１を参照すると、モジュール２３４は、平行構成で強固に一緒に結合された一対のサブモジュール３６を含み、それによって直接隣接する２つのモジュール（図示せず）で形成され得る２つの回転可能なジョイントは、同じ回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能である。

対照的に、図１２では、モジュール３３４は、直交構成で強固に一緒に結合された一対のサブモジュール３６を含み、それによって直接隣接するモジュール（図示せず）で形成され得る２つの回転可能なジョイントは、別々の直交する回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能である。

従って、図１～１０に示す関節部材２、１０２などの関節部材は、所望の軸１４の組み合わせの周りで回転可能な関節部材を提供するために、複数のモジュール２３４、複数のモジュール３３４、又は２種類のモジュール２３４、３３４の組み合わせから構築され得ることが理解できる。

図１３を参照すると、各サブモジュール３６は、２つのサブモジュール３６が平行構成（図１１）又は直交構成（図１２）で一緒に結合されるとき、別のサブモジュール３６の結合腱受けセクション５２と位置合わせ可能な複数の結合腱受けセクション５２を含む。関節部材の一部を形成する複数のモジュール３４の位置合わせた結合腱受けセクション５２は、結合腱受け部２２を形成する。

各サブモジュールは、別のサブモジュールの作動腱受けセクション５４と同様に位置合わせして、それぞれの作動腱４４が延びることができる作動腱受け部４２を形成する作動腱受けセクション５４をさらに含む。

図１４を参照すると、本発明の第３態様によれば、手術器具４は、（図７～９に示す）関節部材１０２に結合された（図１～３に示す）関節部材２を含む。一対の関節部材２、１０２は、近位端６６と遠位端６８を有する。本発明のこの実施形態では一対の回転可能なジョー６２を含むエンドエフェクタ５０が、遠位端６８に結合されている。

図１５では、手術器具は、エンドエフェクタ５０を作動させるための一対のエンドエフェクタ腱４８をさらに含む。例えば、エンドエフェクタ腱４８は、エンドエフェクタ５０のジョー６２を開閉するように作動することができる。

関節部材２、１０２は、エンドエフェクタ腱４８が関節部材２、１０２を通って近位端６６からエンドエフェクタ５０に長手方向に延びる一対のエンドエフェクタ腱受け部４６を含む。エンドエフェクタ腱受け部４６は、回転可能なジョイント１０が回転可能な軸１４の各々と交差するように配置される。特に、本発明のこの実施形態では、エンドエフェクタ腱受け部４６は、各サブモジュール３６の一部を形成する複数のエンドエフェクタ腱受けセクション５６（図１３に示す）を含む。各エンドエフェクタ腱受けセクション５６は、サブモジュール３６が回転可能なジョイント１０の一部を形成することができる軸と直交的に交差するように、それぞれのサブモジュールを通って延びる。

エンドエフェクタ腱４８が各軸１４と交差するという事実は、様々な回転可能なジョイント１０の回転がエンドエフェクタ腱４８に影響を与えない（又は、最大で、軽微な影響）ことを意味する。従って、関節部材２、１０２に沿った回転の結果として、エンドエフェクタ５０は、意図せず作動してしまうことがない。

図１６を参照すると、本発明の第３態様によれば、手術器具２０４は、図１４及び１５に示す手術器具と同様であるが、駆動モジュール７０と複数の関節部材２、１０２の近位端６６を駆動モジュール７０に結合する細長いシャフト７２とを追加して含む。駆動モジュール７０は、関節部材２、１０２の関節接合を駆動するために構成されている。

Claims (17)

1. 手術器具用の関節部材であって、前記関節部材は、近位端、遠位端、及び、前記近位端と前記遠位端との間で直列に配置された複数の回転可能なジョイントを含み、前記複数の回転可能なジョイントは、
   それぞれが、前記関節部材を通って長手方向に延びる第１の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能な第１の近位ジョイント及び第１の遠位ジョイントと、
   それぞれが、前記第１の回転平面に垂直に前記関節部材を通って長手方向に延びる第２の回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能であるので、前記第１の近位及び遠位ジョイントに対して直交的に回転可能な第２の近位ジョイント及び第２の遠位ジョイントと、
   前記第１及び第２の回転平面の両方から離間した前記関節部材を通って長手方向に延びる複数の結合腱受け部と、
   前記近位ジョイントと遠位ジョイントとの間に配置され、結合腱を１つの結合腱受け部から異なる結合腱受け部に通過させるジャンクションと、
   それぞれの結合腱受け部を介して前記関節部材を通って延びる複数の結合腱であって、各結合腱は、前記近位端と前記遠位端との間に固定され、前記第１の回転平面及び第２の回転平面の両方から実質的に離間した関節部材に沿って延びるので、前記第１の近位及び遠位ジョイントの一方の回転は、前記第１の近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こし、前記第２の近位及び遠位ジョイントの一方の回転は、前記第２の近位及び遠位ジョイントの他方の回転を引き起こす複数の結合腱と、を含むことを特徴とする関節部材。
2. 前記複数の結合腱受け部は、少なくとも４つの結合腱受け部を含み、前記複数の結合腱は、少なくとも４つの結合腱を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の関節部材。
3. 前記複数の結合腱受け部は、それぞれ、前記関節部材を通って長手方向延びる平面に沿って延び、前記第１及び第２の回転平面のそれぞれから等しくオフセットする、ことを特徴とする請求項２に記載の関節部材。
4. 前記関節部材は、前記第１及び第２の回転平面によって４つの部分に分割され、各部分は、それを通って延びる結合腱受け部を含む、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の関節部材。
5. 各結合腱は、近位部と遠位部を含み、
   前記ジャンクションを介して一方の部分から反対側の部分に進行する前記結合腱によって、各近位部はそれぞれの部分を通過し、関連する遠位部は前記反対側の部分を通過する、ことを特徴とする請求項６に記載の関節部材。
6. 各結合腱は、近位部と遠位部を含み、
   前記ジャンクションをバイパスする前記結合腱によって、各近位部はそれぞれの部分を通過し、関連する遠位部は同じ部分を通過する、ことを特徴とする請求項４に記載の関節部材。
7. 互いに回転可能に係合可能で直列に配置された複数のモジュールをさらに含み、それによって少なくとも１つの前記回転可能なジョイントは、隣接する２つのモジュールによって形成される、ことを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の関節部材。
8. 各モジュールは、ジャンクションと複数の結合腱受けセクションを含み、各結合腱受けセクションは、それぞれの結合腱受け部の一部を形成する、ことを特徴とする請求項７に記載の関節部材。
9. 各モジュールは、少なくとも２つの構成で強固に一緒に結合可能な一対のサブモジュールを含み、前記少なくとも２つの構成は、平行構成と直交構成を含み、
   前記サブモジュールが平行構成の場合、直接隣接する２つのモジュールで形成された２つの回転可能なジョイントは、同じ回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能であり、
   前記サブモジュールが直交構成の場合、直接隣接するモジュールで形成された２つの回転可能なジョイントは、別々の直交する回転平面を横切って延びるそれぞれの軸の周りで回転可能である、ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の関節部材。
10. 関節部材を少なくとも部分的に通って延びる、少なくとも１つの回転可能なジョイントの回転を引き起こすための作動腱を受け入れるように構成された作動腱受け部をさらに含む、ことを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の関節部材。
11. 前記関節部材の前記遠位端はエンドエフェクタに結合可能である、ことを特徴とする先行請求項のいずれか一項に記載の関節部材。
12. エンドエフェクタを作動させるためのエンドエフェクタ腱を受け入れるように構成されたエンドエフェクタ腱受け部をさらに含み、前記エンドエフェクタ腱受け部は、前記関節部材を通って長手方向に延び、回転可能なジョイントが回転可能な各軸と交差するように配置される、ことを特徴とする請求項１３に記載の関節部材。
13. 先行請求項のいずれか一項に記載の関節部材と、前記関節部材の前記遠位端に結合されたエンドエフェクタと、を含む手術器具。
14. 先行請求項のいずれか一項による複数の関節部材であって、前記関節部材が直列に一緒に結合され、前記複数の関節部材が近位端及び遠位端を有する複数の関節部材と、
    前記複数の関節部材の前記遠位端に結合されたエンドエフェクタと、を含む手術器具。
15. 前記複数の関節部材のうちの少なくとも１つの関節部材は、請求項５に記載の関節部材である、ことを特徴とする請求項１４に記載の手術器具。
16. 前記関節部材又は各関節部材の関節接合を駆動するための駆動モジュールをさらに含み、前記駆動モジュールは、前記関節部材又は前記複数の関節部材の前記近位端に結合されている、ことを特徴とする請求項１３～１５のいずれか一項に記載の手術器具。
17. 前記関節部材又は複数の関節部材の近位端を前記駆動モジュールに結合する細長いシャフトをさらに含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の手術器具。