JP5530991B2 - 把持ツールの遠隔操作のための手動式装置 - Google Patents

Description

本出願は、参照によりその開示が本明細書に組み込まれるものとする、２００３年５月２３日出願の米国特許出願第１０／４４４，７６９号の一部継続出願である。

本発明は、外科又は診断用機器及びツールの遠隔誘導及び操作を含めた関節機構、並びにその用途に関する。特に、本発明は、体組織を遠隔操作するための手動式機構に関する。

機器及びツールを容易に遠隔操作する能力は、特に、手でアクセスすることが困難な空間、又はそうしなければ危険もしくは危機を呈する可能性がある領域内で機器もしくはツールの運動を制御することが望ましい、多種多様な産業及び用途において、関心がもたれている。これらは、目標部位に手でアクセスすることが制限されている又はされていない、外科手技中、機械類の製造又は補修中、また更には商用又は家庭内での使用時に、ツール又は機器を適用する目標部位へのアクセスが困難である状況を含むことがある。別の状況は、例えば危険な化学薬品に暴露される作業空間など、作業環境が使用者にとって危険である、産業応用例などを含む可能性がある。更に別の状況は、例えば、危険な又は敵対する場所へのツール又は機器の配置など、使用者が危険にさらされることがある、警察又は軍事応用例などを含む可能性がある。

外科手技を実例的な例として用いると、内視鏡検査及び腹腔鏡検査などの手技は、通常、目的器官又は組織内で、あるいは身体外の位置から目的器官又は組織へと導かれる、機器を用いる。内視鏡手技の例は、Ｓ字結腸鏡検査、結腸鏡検査、食道胃鏡検査、及び気管支鏡検査を含む。従来、内視鏡の挿入管は、それを前方へと押すことによって前進させられ、後方に引くことによって後退させられる。管の先端は、ねじり、並びに全体的な上／下及び左／右運動によって方向付けることができる。大抵、この制限された運動範囲によって、鋭角（例えば直腸Ｓ状結腸内の）を通り抜けることが困難となり、患者の不快感が生み出され、周囲組織への外傷の危険性が高まる。

腹腔鏡検査では、解剖学的目印に従って、トロカールポートの配置を行う。ポートの数は、一般に、意図される手技、並びに満足な組織の切断及び手術野の露出を得るために必要とされる機器の数と共に変わる。腹腔鏡手術には、例えば術後の痛みが少ない、可動化がより早い、及び癒着形成が低減されるなど、多くの利点があるが、腹腔鏡ポートを通した、器官の最適なレトラクション及び従来の機器の最適な操作可能性を実現することが、困難なことが多い。いくつかの例では、これらの欠点が、手術時間の増加、又はステープル及び縫合糸など構成要素の、不正確な配置につながることがある。

操縦可能なカテーテルもまた、診断及び治療応用例の両方で知られている。内視鏡と同様、そのようなカテーテルは、患者の脈管構造を進むための、全体的に限られた運動範囲内で方向付けることができる先端を備える。

改善された操縦可能性を有する内視鏡及びカテーテルを設計するための、多くの試みが行われてきた。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び、特許文献４は、単一組のワイヤの作動によって曲げることができる１つ又は複数の可撓性部分を有する内視鏡装置を記載している。ワイヤは、ピニオンを回転させること（特許文献１）、ノブを操作すること（特許文献２）、操縦可能なアーム（特許文献３）、又はプーリ機構によって、機器の近位端から作動される。

特許文献５は、カテーテルの壁部内で延びる４本のワイヤを有する、操縦可能なカテーテルを開示している。各ワイヤは、カテーテルの異なる部分で終端する。ワイヤの近位端は、医師がそれを引くことができるように、カテーテルから緩やかに延びる。医師は、ワイヤに張力を選択的に加えることによって、カテーテルを形成及び操縦することができる。

上記の各装置は、遠隔操縦が可能であるが、それらの運動範囲は、一般に制限される。これは少なくとも部分的に、通常、単一のケーブルの組のみが、操縦可能な要素のリンク又は分節の連結に使用されるからである。したがって、各リンク又は分節での独立した運動は不可能である。むしろ、遠位のリンク又は分節は、１つ又は複数のユニットとして共に曲がる。操縦機構はまた、カテーテルを形成するためにワイヤを別々に引っ張らなければならない特許文献５のカテーテルなど、使用が面倒なことがある。更に、例えばノブ及びプーリ機構を使用する内視鏡及び操縦可能なカテーテルなどの場合、患者の解剖学的構造を通して装置を操作することに習熟するために、かなりの量の訓練が必要となる。

したがって、複雑な解剖学的構造内を制御可能に進むための遠隔操作性が向上した装置は、外科及び診断用の機器及びツールの、より効率的かつ正確な前進及び配置を可能にすることがあり、かつ、周囲の組織への外傷を減少させ、患者の不快感を最低限に抑え、手術時間を減少させ、おそらく様々な外科手技中の患者の死亡率を低減することにも、役立つことがある。そのような操作性の向上を実現するために、そのような装置に、より直観的かつ簡易な使用者用インターフェースを設けることも有利となるであろう。

人間の手の指の運動を、外科用機器又はツールに正確に変換する使用者用インターフェースは、遠隔操作性の向上を実現する１つの方法である。特許文献６、特許文献７、及び、特許文献８に記載されるものなど、そのような装置を実装するために多くの試みがなされてきたが、改善された制御及び運動範囲を有する装置が、依然必要とされている。

米国特許第３，５５７，７８０号明細書 米国特許第５，２７１，３８１号明細書 米国特許第５，９１６，１４６号明細書 米国特許第６，２７０，４５３号明細書 米国特許第５，９１６，１４７号明細書 米国特許第５，４４１，４９４号明細書 米国特許第５，８０７，３７６号明細書 米国特許第５，８１３，８１３号明細書 米国特許第５，８９９，４２５号明細書 米国特許第６，１６１，５４３号明細書 米国特許第６，４７１，６９６号明細書 米国特許出願第２００３／００７８６４４号明細書

したがって、手動の使用者用インターフェースを提供するだけでなく、遠隔操作性を向上させるために人間の手の運動の厳密な模擬を可能にする作動機構を提供する装置が、きわめて望ましい。

本発明は、これらに限定されないが、内視鏡、カテーテル、ドップラー流量計、マイクロホン、プローブ、開創器、ディセクタ、ステープル、クランプ、把持装置、はさみ、又は切断器、アブレーション又は焼灼要素などを含む外科用又は診断用機器又はツールなどの機器の、遠隔操作を含むがそれらに限定されない様々な目的に有用な関節機構を提供する。関節機構は、それらの機器を、患者の身体領域内で、又は身体領域内の目標部位へと操縦するために使用することができ、更に、そのような機器及びツールを作動させ又は作動を容易にするために使用することができる。

一の変形形態では、関節機構は、多数のリンク対を備え、各対の各リンクは、対のもう一方のリンクに対して離隔した関係に維持される。関節機構は更に、多数組のケーブルを備え、ケーブルの各組は、対の一方のリンクの運動によってその対のもう一方のリンクの対応する相対運動が生じるように、個別の対のリンクを互いに連結させ、各個別の対のリンクにて終端する。関節機構の遠位端での相対運動は、近位端の相対運動に対応する。

別の変形形態では、関節機構は、連続的な可撓性部材を備える。連続的な可撓性部材は、多数対の分節を備え、各対の各分節は、分節対のもう一方の分節に対して離隔された関係に維持され、連続的な可撓性部材は更に、多数組のケーブルを備え、ケーブルの各組は、対の一方の分節の運動によって、その対のもう一方の分節の対応する相対運動が生じるように、個別の対の分節を互いに連結させ、各個別の対の分節にて終端する。いくつかの例では、連続的な可撓性部材は、例えば、複数の管腔を有するカテーテルとすることができ、ケーブルの各組が、カテーテルの長さに沿った異なる軸方向位置にて終端する。別の例では、連続的な可撓性部材は、各分節が螺旋の一巻きに相当する、螺旋構成を有することができる。必要に応じて、可撓性のリンク機構を、螺旋分節又はリンクの間に配置することができる。

関節機構の変形形態はまた、分節又はリンクを備えることができ、分節又はリンクは、関節機構の近位端を固定位置に固定及び保持することができる係止ロッドを受けるための、チャネルを備えることができる。ロッドの代わりに、近位端を固定位置に固定及び保持するために、機構の近位端を覆って係止スリーブを嵌めることができる。

外科用又は診察用ツールを、本発明による関節機構の遠位端に取付け、又はそこから延ばすことができ、あるいは関節機構を、別の方法でそのようなツールに組み込むことができる。外科用また診察用ツールの例は、内視鏡、カテーテル、ドップラー流量計、マイクロホン、プローブ、開創器、ディセクタ、ステープル、クランプ、把持装置、はさみ又は切断器、及びアブレーション又は焼灼要素を含むがそれらに限定されない。

目的物又は身体組織を操作するために、使用者の指の運動を離れた場所で模倣することができるような方法で、複数の関節機構を組み合わせることもできる。１つの変形形態では、機構は、多数のリンク対を備える手動式装置を形成し、各個別の対の各リンクが、対のもう一方のリンクに対して離隔した関係で維持され、リンクは、装置の近位及び遠位端内に組み込まれ、対応する対のリンクがそれぞれ近位及び遠位端上に配置される。この手動式装置は更に、各組が個別の対のリンクを互いに連結させる多数組のケーブルと、装置の近位端にある使用者用手動インターフェースとを備え、このインターフェースは、装置の近位端に配置された使用者用手動インターフェース部分であって、該インターフェースに固定された人間の手の指の運動によって、近位端に配置された対の１つ又は複数のリンクが動作され、装置の遠位端に配置された前記対の他方の１つ又は複数のリンクの対応する相対運動が生じるように、人間の手の１本又は複数本の指の運動を確実にするために取外し可能に構成されている。いくつかの例では、対の少なくとも一方のリンクは、伸長リンクで構成されている。

別の変形形態では、手動式装置は、使用者用手動インターフェース部分を有する近位端であって、固定された人間の手の指の屈曲が作動体部分での屈曲運動に変換されるように、人間の手の１本又は複数本の指の運動を確実にするために取外し可能に構成されている近位端を備えている。更なる変形形態では、使用者用手動インターフェースは、指摺動部を備え、指摺動部の並進運動は、作動体部分での屈曲運動へと変換される。

本発明の手動式装置はまた、その近位端及び遠位端にて、遠位指節間（ＤＩＰ）関節、近位指節間（ＰＩＰ）関節、又は中手指節間（ＭＣＰ）関節の運動範囲を有する、１つ又は複数の関節を備える。いくつかの例では、ＭＣＰ関節など近位関節の運動の制御は、ＰＩＰ関節又はＤＩＰ関節など、１つ又は複数の遠位関節の制御から独立している。別の例では、例えば対の一方のリンクの運動又は指摺動部の並進運動など、装置の近位端の運動は、機構の遠位端での、例えば対のもう一方のリンク又は作動体部分での運動に対して、比例的に拡大縮小される。

対応するケーブルの組によって連結された多数のリンク対を備える、その自然な構成である本発明の一変形形態による関節機構を示す斜視図である。 対応するケーブルの組によって連結された多数のリンク対を備える、操作のある状態にある本発明の一変形形態による関節機構を示す斜視図である。 対応するケーブルの組によって連結された多数のリンク対を備える、操作の別の状態にある本発明の一変形形態による関節機構を示す斜視図である。 対応するケーブルの組によって連結された多数のリンク対を備える、操作の別の状態にある本発明の一変形形態による関節機構を示す斜視図である。 対応するケーブルの組によって連結された多数のリンク対を備える、操作の別の状態にある本発明の一変形形態による関節機構を示す斜視図である。 端部が多重湾曲状態に操作された、図１Ａと同様の関節機構の遠位端を示す斜視図である。 本発明の別の変形形態による関節機構で使用するためのリンクを示す端面図である。 本発明の別の変形形態による関節機構で使用するためのリンクを示す側図である。 本発明の別の変形形態による関節機構で使用するためのリンクを示す斜視図である。 本発明の別の変形形態による関節機構で使用するためのリンクを示す斜視図である。 本発明の別の変形形態による関節機構で使用するためのリンクを示す側面図である。 遠位端が凸状であるステム部分、及び対応する円錐形凹部を有する、図２Ａ〜図２Ｅのリンクと同様のリンクを示す断面図である。 遠位端が凸状であるステム部分及び対応する凹面凹部を有する、図２Ａ〜図２Ｅのリンクと同様のリンクを示す断面図である。 遠位端が球形である形状のステム部分及び対応する球形凹部を有する、図２Ａ〜図２Ｅのリンクと同様のリンクを示す断面図である。 球形要素がリンク間に配置された状態の、本発明の別の変形形態による関節機構で使用するためのリンクを示す断面図である。 リンクと球形要素の間を通って延びそこで連通する中央チャネルも備える、図３Ｄと同様のリンク及び球形要素を示す断面図である。 リンクへの連結ケーブルのあるモードを示す、本発明の変形形態による関節機構において使用するためのリンクを示す断面図である。 リンクへの連結ケーブルの別のモードを示す、本発明の変形形態による関節機構において使用するためのリンクを示す断面図である。 リンクへの連結ケーブルの別のモードを示す、本発明の変形形態による関節機構において使用するためのリンクを示す断面図である。 本発明の別の実施形態による、関節機構において使用するための単独のリンクを示す斜視図である。図示のリンクは、ケーブル及び別の要素を受け通過させるための管腔及びチャネルを備える。 本発明の別の実施形態による、関節機構において使用するための単独のリンクを示す端面図である。図示のリンクは、ケーブル及び別の要素を受け通過させるための管腔及びチャネルを備える。 本発明の変形形態による、手術用クランプに連結された関節機構を示す斜視図である。 本発明の変形形態による、手術用クランプに連結された関節機構を示す斜視図である。 本発明の変形形態による、手術用クランプに連結された関節機構を示す斜視図である。 本発明の変形形態による、カテーテルに連結された関節機構を示す斜視図である。 本発明の別の実施形態による、内視鏡に連結された関節機構を示す斜視図である。 「ｕ」字型開創器を遠隔操作で形成するために使用される、関節機構を示す斜視図である。 三角形の開創面を有する開創器を遠隔操作で形成するために使用される、関節機構を示す斜視図である。 使用者の手に取付けられた、本発明の別の変形形態による関節機構を示す斜視図である。 螺旋分節を備える連続的な可撓性部材を有しそのような分節の多数の対が対応するケーブルの組によって連結されている、本発明の別の変形形態による関節機構を示す斜視図である。 図１０Ａの螺旋分節を部分的に破断して示す拡大図である。 複数の貫通管腔を備える連続的な可撓性部材を有し、多数対の分節が対応するケーブルの組によって連結される、本発明の更に別の変形形態による関節機構を示す斜視図である。 組織アブレーション要素に取付けられた、本発明の更なる変形形態による関節機構の遠位端を示す斜視図である。 組織アブレーション要素に取付けられた、本発明の更なる変形形態による関節機構の遠位端を示す斜視図である。 アブレーションによる心臓焼灼部を作り出すように遠隔操作される、図１２による関節機構の遠位端を示す図である。 アブレーションによる心臓焼灼部を作り出すように遠隔操作される、図１２による関節機構の遠位端を示す図である。 アブレーションによる心臓焼灼部を作り出すように遠隔操作される、図１２による関節機構の遠位端を示す図である。 アブレーションによる心臓焼灼部を作り出すように遠隔操作される、図１２による関節機構の遠位端を示す図である。 アブレーションによる心臓焼灼部を作り出すように遠隔操作される、図１２による関節機構の遠位端を示す図である。 アブレーションによる心臓焼灼部を作り出すように遠隔操作される、図１２による関節機構の遠位端を示す図である。 装置が非作動状態である、本発明の一変形形態によるフィンガループを有する手動式装置を示す斜視図である。 図１４の手動式装置における人間の手の配置を示す図である。 図１４のフィンガループを示す拡大斜視図である。 作動状態にある、図１５の手動式装置を示す斜視図である。 本発明の一変形形態による、指摺動部を有する作動されていない手動式装置を示す斜視図である。 図１８の手動式装置における、人間の手の配置を示す図である。 作動された状態の、図１９の手動式装置を示す斜視図である。 本発明の一変形形態による手動式装置のハンドルを示す斜視図である。 本発明の一変形形態による摺動機構を示す側面図である。 図１８による摺動機構を示す側面図である。 図２３の摺動機構を示す、部分分解斜視図である。 中間関節ローラの２倍の直径を有する端部関節ローラを示す、図２３の摺動機構の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 本発明の一変形形態による、ローラ及び基部関節へのケーブルの連結を示す、図２３の摺動機構の斜視図である。 ケーブルの経路を示す、ハンドルの斜視図である。 ケーブルがインターフェース内のチャネルを通って進む、本発明の一変形形態による使用者用手動インターフェース成形ハンドルの拡大斜視図である。 ケーブルがプーリによって送られる、本発明の別の変形形態による使用者用手動インターフェースの中空ハンドルを示す拡大断面図である。 図１４の手動式装置の作動体部分を示す拡大破断図である。 図３０の作動体関節を示す拡大破断図である。 図３０の作動体関節を示す拡大破断図である。 図３０の作動体関節を示す拡大破断図である。 関節が垂直に向けられた、図３１Ａ及び図３１Ｂの作動体関節を示す拡大側面図である。 関節が垂直に向けられた、図３１Ｃの作動体関節を示す拡大側面図である。 図３０の作動体部分の部品を形成する、作動体リンクを示す分解図である。

本発明による関節機構は、一般に、複数対のリンク又は分節、及び複数組のケーブルを備える。関節機構は、個々の離隔された分節すなわちリンクから、あるいは連続的な可撓性部材から形成された分節から、構成され得る。本明細書で使用する「リンク」及び「分節」という用語は、機構の一方の端部にある個別の部分又は画定された領域を示し、これは、機構の反対側端部にある別の個別の部分又は画定された領域と対応する。いずれにせよ、関節機構は、個別の対の部材である、複数のリンク又は分節を備えることになる。リンク又は分節は、近位端及び遠位端を形成し、各対の一方のリンク又は分節が、近位端に位置し、他方のリンク又は分節が、遠位端に位置する。以下で更に説明するように、連続的な可撓性部材によって形成されるリンク又は分節は、例えば、連続的な管の形態とすることができ、あるいは、例えば各分節が螺旋の一巻きに相当する、螺旋構造内に位置することができる。

ケーブルの各組は、対の一方のリンク又は分節の運動によって、その対の他方のリンク又は分節の対応する運動が生じるように、個別の対のリンク又は分節を互いに連結する。個々のリンクを操作する能力によって、以下で更に詳述するように、複雑な三次元構成及びジオメトリ(geometries)を、機構が容易に形成することが可能になる。ケーブルの組又はワイヤに依拠する従来の関節装置では、そのような複雑なジオメトリを得ることが困難である。というのも、そのような装置は通常、操縦ケーブル又はワイヤが各分節を通り抜け、最も遠位の分節内で終端するように、設計されるからである。すなわち、全ての分節が共に、ワイヤ又はケーブルの組の運動に協調的に応答して、通常湾曲した、又は弓形のやり方で屈曲する。例えば、特許文献３に記載される装置は、そのような構成を有する。

例示のために、本発明の関節機構を、身体の遠隔アクセス領域における、外科又は診断ツール及び機器の遠隔誘導、操作、及び／又は作動のための用途、あるいは、身体組織の遠隔操作のための用途の文脈で説明する。「機器」及び「ツール」という用語は、本明細書で互換的に使用され、具体的な目的を達成するために使用者によって一般的に扱われる装置を示す。本発明で使用する「領域」という用語は、罹患状態又は非罹患状態の、何らかの実質器官（たとえは、肝臓、腎臓、脳、心臓など）又は中空器官（例えば食道、腸、胃、膀胱など）、何らかの固形又は管腔（例えば血管又は管路）組織、あるいは、何らかの体腔（例えば洞、胸膜、又は腹膜腔など）を示す。外科又は診断応用例以外の、関節機構のその他の応用例もまた企図され、当業者に明らかとなるであろう。これらは、ツール、プローブ、センサなどを制限された空間内へと進めるため、又はツールを正確に遠隔操作するためなど産業用途を含むが、それらに限定されない。その他の用途は、複雑なジオメトリの遠隔操作も望まれる応用例を含む。これらは、例えば操り人形、人形、小像などを遠隔操作するためなど、玩具又はゲームなどの趣味又は娯楽用途を含む。

図１Ａに示す変形形態を見ると、関節機構１００は、近位端１０６及び遠位端１０８を形成する、複数のリンク１０２を備える。リンクＡ１及びＡ２、Ｂ１及びＢ２、並びにＤ１及びＤ２は、それぞれ個別の対の部材であり、対の一方のリンクは近位端１０６にあり、他方のリンクは遠位端１０８にある。リンクＣ１及びＣ２は、以下でより詳細に説明するように、スペーサリンクである。近位リンク（Ａ１，Ｂ１，Ｄ１）は、ケーブル１０４によって、遠位リンク（Ａ２，Ｂ２，Ｄ２）に連結されている。スペーサ要素１１２は、近位リンクを遠位リンクから分離し、それらを離隔された関係に維持するために近位端１０６と遠位端１０８の間に配置される。スペーサ要素１１２は、意図された応用例に適したいかなる長さのものとすることもでき、かつ、通常中空であり、そのため、リンク対を連結する全てのケーブル１０４、及び、機構と共に使用される所望のツールもしくは機器に関連する追加のケーブル、ワイヤ、光ファイバ、又はその他同様の要素を、収容することができる。

リンクは、目的により決定されるようないかなるサイズ及び形状とすることもできるが、それらの形態は一般に、患者の年齢、目的領域の解剖学的構造、意図された応用例、及び外科医の好みなどの因子に依存する。例えばリンク１０２は、一般に円柱形であり、リンク対を連結するケーブル、及び機構と共に使用される所望のツール又は機器に関連する、追加ケーブル、ワイヤ、光ファイバ、又はその他の同様の要素を通過させるための、チャネルを備える。チャネルの直径は、一般にケーブルの直径よりもわずかに大きく、滑り嵌合を生み出す。更に、リンクはまた、取付け可能な外科用機器又は診断ツールの要素を受けるための、あるいはそれらを作動させるケーブルを通過させるための、１つ又は複数のチャネルを備える。リンクは通常、応用例に応じて、約０．５ｍｍから約１５ｍｍ以上の直径を有することができる。内視鏡応用例では、代表的な直径は、小型の内視鏡機器で約２ｍｍから約３ｍｍ、中間サイズの内視鏡機器で約５ｍｍから約７ｍｍ、及び大型の内視鏡機器で約１０ｍｍから約１５ｍｍの範囲とすることができる。カテーテル応用例では、直径は、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲とすることができる。リンクの全長は、一般に、リンク間の所望の曲げ半径に応じて変わる。

図２Ａ〜図２Ｅに示す変形形態では、リンク２００は、一般に円柱形であり、またステム部分２０２を備える。リンク２００は、隣接分節の表面２１０内に形成された対応する凹部２０８に、ステム部分２０２の遠位端２０６が係合するように、位置合わせすることができる。ステム部分の遠位端は、様々な形状とすることができる。例えば、リンク２００ａ及び２００ｂは、それぞれ凸状端部２０６ａ及び２０６ｂを有し（図３Ａ、図３Ｂ）、リンク２００ｃは、球形端部２０６ｃを有する（図３Ｃ）。同様に、対応する凹部は、それにより各リンクが互いに係合することが可能になり、関節機構に要求される運動範囲が制限されない限り、例えば凹部２０６ｂ及び２０６ｃ内にあるときの凹状（図３Ａ及び図３Ｂ）、又は凹部２０６ａ内にあるときの円錐形（図３Ａ）など、様々な対応する形状のものとすることができる。

ステム部分２０２は、通常、約０．５ｍｍから約１５ｍｍを超える長さと、約０．５ｍｍから約２．５ｍｍの間の直径を有することができる。内視鏡応用例では、ステム直径は、約１ｍｍから約１５ｍｍの範囲とすることができる。リンク２００はまた、図２Ａ〜図２Ｅに示すように、リンク対を連結するケーブルを通過させるための複数のチャネル２１２を備える。図５に示すように、リンク５００は、取付け用チャネル５０２を備えるように設計され、チャネル５０２は、外部分節と連絡し、かつ、例えばエネルギー源（アブレーション又は凝固のための）もしくは光ファイバ、又は可撓性の内視鏡などその他の要素を関節機構の遠位端にて取付けるために、分節の周縁に向かって配置される。取付け用チャネルが機構の遠位端から近位端へと延びることができるように、複数のリンク又は分節が、取付け用チャネルを備えることができる。ケーブル、ワイヤ、光ファイバ、可撓性内視鏡などもまた、必要に応じて、中央チャネル５０４を通して延ばすことができる。

リンク又は分節は、ステンレス鋼、チタン、タンタル、及びそれらの何らかの合金、並びにポリマー、例えば、ポリエチレン又はそのコポリマー、ポリエチレンテレフタレート又はそのコポリマー、ナイロン、シリコーン、ポリウレタン、フッ素ポリマー、ポリ（塩化ビニル）など、並びにそれらの組合せを含めた、いかなる生体適合性材料から製作することもできるが、それらに限定されない。

関節機構の前進を容易にすることが望ましい場合、リンク又は分節上に潤滑被覆を配置することができる。潤滑被覆は、例えば、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレンなど蛍光ポリマー、又はシリコーンなど、親水性ポリマーを含むことができる。

放射線画像形成時に関節機構の位置を指示するために、放射線不透過性マーカを、１つ又は複数の分節上に備えることもできる。一般に、マーカは、蛍光透視法によって検出されることになる。

関節機構の近位端にある各リンク又は分節は、遠位端にあるその対応するリンク又は分節に、２つ以上のケーブルによって連結される。ケーブルの各組は、少なくとも２つのケーブルで構成することができる。上述したように、１対の運動は、その対応するケーブルの組によって制御され、その他いかなる対からも独立している。いくつかの変形形態では、例えば、ケーブルの組は１２０°離隔された３本のケーブルを含む。各リンク又は分節対を連結するために、３本１組のケーブルを使用することによって、各リンク又は分節を、その他いかなる対からも独立して、３つの自由度で操作し、又は動かすことができる。複数のリンク又は分節の対を組み合わせることによって、多数の自由度が実現され、関節機構を様々な複雑な構成に形成することが可能になる。例えば、図１Ｆに示す変形形態は、２７の自由度での運動を可能にするために、それぞれ３本のケーブルの組によってそれぞれ独立して連結される、合計９対のリンクを有する。そのような多数の自由度は、リンクを操作するために単一組のケーブルのみが用いられる通常の従来の機構では、得ることができない。

ケーブル直径は、応用例に従って変わり、約０．１５ｍｍから約３ｍｍの範囲とすることができる。カテーテル応用例では、代表的な直径は、約０．１５ｍｍから約０．７５ｍｍの範囲とすることができる。内視鏡応用例では、代表的な直径は、約０．５ｍｍから約３ｍｍの範囲とすることができる。

ケーブルの可撓性は、例えば、ケーブル材料のタイプ及び編みによって、あるいは物理的又は化学的処理によって変えることができる。一般に、ケーブルの剛性又は可撓性は、関節機構の意図された応用例によって必要とされるものに従って、修正される。ケーブルは、ニッケル−チタン合金、ステンレス鋼又はその何らかの合金、超弾性合金、炭素繊維、ポリマー、例えばポリ（塩化ビニル）、ポリオキシエチレン、ポリエチレンテレフタレート及びその他のポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、及びそのコポリマーなど、ナイロン、絹、並びにそれらの組合せ、あるいは当業界で知られたその他の適当な材料を含むが、それらに限定されない生体適合性材料から製作される、個々の又は複数線のワイヤとすることができる。

図１Ａを参照すると、近位リンクに固定されたケーブルは、対の対応する遠位リンクと連結するために、スペーサ要素１１２を通って進む。図１Ｂ〜図１Ｅに示すように、近位リンクの運動の結果、遠位リンクの反転された相互運動が生じる。その他の変形形態では、遠位端１０８での相互運動が鏡映しとなるように、ケーブルを、スペーサ要素１１２を通って延びる間に１８０°ねじり又は回転させることができる。本発明の関節機構は、３６０°の範囲の相互運動を提供するために、０°から３６０°の間のいかなる大きさでねじられたケーブルを備えるように構成することもできる。

ケーブルは、接着剤を用いて、又はろう付け、半田付け、溶接などによってなど、当業者に知られた方法に従って１対のリンクに固定することができる。図４Ａは、そのようなやり方でリンク４１０のチャネル４０２内に固定された、ケーブル４０１を示す。図４Ｂに示す別の変形形態では、ケーブル終端４００が、例えばクリンプ、ろう付け、溶接、又は接着などで、ケーブル端部４０４上に取付けられ、ケーブル端部４０４がチャネル４０２を通って滑ることを防ぐ。更なる変形形態では、図４Ｃに示すように、ケーブル終端４００は、チャネル４０２内に面取り部を形成するためにスエージ加工され、そのため、ケーブル端部４０４とケーブル終端４００の間に摩擦嵌合部が作り出される。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の一変形形態を示す。個々のリンク又は分節ではなく、関節機構１３０の分節が、伸張コイルとして示される連続的な可撓性部材から形成される。コイルの巻きはそれぞれ、関節機構の螺旋分節１３１である。分節１３１は、チャネル１０５がそれらを通りコイルの軸と平行に延びることを可能にする厚さのものである。近位端１０７にある螺旋分節は、遠位端１０９にある分節と共に、個別の対を形成する。分節の対はそれぞれ、独自のケーブル１１１の組によって連結される。スペーサ要素１１３もまた、近位分節を遠位分節から分離するために、近位端１０７と遠位端１０９との間に配置される。ケーブルは、上記で説明したように、螺旋分節に固定することができる。

本発明の更に別の変形形態では、図１１に示すように、関節機構１３２が、連続的な管１１５で形成され、管１１５は、管の長さ全体を通して延びる複数の管腔１１７を有する。連続的な管１１５はまた、任意で中央管腔１１９を備えることができる。ケーブルの組は、管の長さを延び、近位端及び遠位端の様々な対応する軸方向位置にて、例えばエポキシを用いて係留されることがあり、あるいは、１対の各分節間を延び、近位端又は遠位端にて、各分節もしくはその付近で係留されることがある。例えば、機構の近位端１２１で、１組のケーブルをＡ１にて、別の組をＢ１にて、更に別の対をＣ１にて係留することができる。次いでケーブルの各組を、例えば位置Ａ２、Ｂ２、及びＣ２など、機構の遠位端１２３の対応する位置にて係留することができる。

分節対の間を延びるケーブルは、ある長さに正確に切断することができるが、望まれる場合、ほぼその長さに切断することができる。ケーブルを配置する１つの方法は、プッシャを用いて、管腔を通してケーブルを前進させることを伴う。プッシャ上の視覚的マーカ又は触覚的停止部は、プッシャをどれだけ前進させるべきかを指示する。プッシャが取り外された後、各ケーブル端部にて各管腔内へと針を導入して、例えば管外部のシリンジなどから、エポキシを堆積させることができる。例えば、管の長さ全体を延びるケーブルの組と共に用いることができる別の方法では、所望の各ケーブル取付け点又はその付近にて、管の壁を穿刺するように針を方向付けて、エポキシを所望の点でケーブルに送達し、それによって、各ケーブルを各対応する分節対へと取付けることができる。

関節機構の多くを、わずか８個のリンク（４対）を有するものとして上記の図に示してきたが、これは、個々の装置構成要素の互いに対する関係を示すための、単なる例示目的に過ぎない。使用が意図される身体領域、及び関節機構の所望の長さなどの因子に応じて、いかなる数のリンク又はリンク対を用いることができる。例えば、図１Ｆの関節機構１０１は、９つのリンク対を有する。

スペーサリンク、すなわち別個のケーブルの組によって連結されないリンク（例えば図１Ａ〜図１ＥのＣ１及びＣ２）もまた、関節機構に含むことができる。これらのリンクは、近位端又は遠位端のいずれか又は両方にある作動リンク間に挿入することができ、独立に作動させることができない受動リンクとして作用するが、ケーブルの組を隣接する作動リンクへと通過させることができる。スペーサリンクは、近位端又は遠位端にさらなる長さをもたらすために望ましいものとすることができる。更に、機構の一方の端部にスペーサリンクを備えることによって、対応する他端部の運動又は動きの、比例的な拡大縮小が可能になる。例えば、遠位端にてスペーサリンクを備えると、遠位端で所望の運動を実現するために、使用者による近位端でのより誇張された運動が必要となる。これは例えば、遠位端の運動又は動きのそのような比例的な拡大縮小なしでは、所望の手技を実施するために必要な器用さを使用者がもたない危険性がある状況など、細かく微妙に制御された運動が望ましい状況で、有利となる可能性がある。あるいは、近位端上にスペーサリンクを設けることができ、その場合、遠位端運動の程度は、近位端野運動よりも比例的に大きくなり、これもまた特定の応用例で望ましいことがある。

上述の通り、本発明の関節機構は、それ本来の直線構成で、又は近位端にて患者外部の位置から様々な操作が行われた後に、外科又は診断機器ツールを、患者の身体領域内で、又は身体領域内の目的部位へと送るために、使用することができる。適切な挿入後に、機構の近位端の運動の結果として、遠位端にて相互運動が生じる。更に、遠位端に対する近位端野回転の度合に応じて、結果的に生じる遠位端の運動の方向を反転させ、鏡写しにすることなどが可能である。また、近位端は、遠位端の操縦及び操作性を制御するための使用者インターフェースを提供し、これは、操縦ワイヤを制御するために例えばプーリ又はノブなどに依拠する従来のその他の操縦機構の使用に比べて、簡便かつ容易である。このユーザインターフェースによって、例えば、使用者は、外部に配置された近位端使用者インターフェースの操作された形状に基づいて、例えば患者内に配置された機構の遠位端の形状及び運動方向を、容易に目で見ることが可能になる。

上、下、右、左、斜め、及び回転運動を含めた複雑な運動は、上記のようにケーブルの別個の組によって連結される、分節又はリンクの複数の対を形成することにより実現することができる。例えば、図１Ｂに示す変形形態では、遠位端Ａ２にある最も遠位のリンクは、その他すべてのリンクが静止したままで、近位端Ａ１にある最も遠位のリンクを作動させることによって作動させることができる。例示目的で、右側円錐１１４ａを形成するように回転される最も遠位のリンクを示す。その底部直径は、ステム部分の長さの増加、ケーブルの可撓性向上、及びその他のリンクへのスペーサリンク１０３（例えばＣ１）の追加などの因子と共に増大する。

図１Ｃに示すように、遠位端にある最近位リンクＤ２は、その他すべてのリンクが静止し続ける間に、近位単にある最近位リンクＤ１のみを作動させることによって作動させることができる。作動される分節の数が増加するので、回転時の右側円錐１１４ｂの直径は、図１Ｂの錐１１４ａよりも大きい（それによって傾斜高さが増大する）。

例えば図１ＤのＢ１など、中間リンクが近位端にて作動される場合、その他すべてのリンクが直線的であり又は静止している間に、遠位端にある対応する中間リンクＢ２のみを操作し、例えば、湾曲した側面１１６ａを有する円錐を形成するように回転させることができる。又は、図１Ｅに示すように、すべての近位リンクが曲がって湾曲するように最遠位リンクＡ１を操作することによって、湾曲した側面１１６ｂを有するより大きい円錐を形成することができる。次いで遠位端にあるすべてのリンクが、その湾曲を反転したやり方で模倣する。

図１Ｂ〜図１Ｅに回転運動を示すが、ここでも同様に、上、下、右、左、及び斜め運動を組み込む、その他の複雑な３次元運動を実現することもできる。例えば、図１Ｆは、互いに独立した方向に向けられた複数の湾曲部（１２２、１２４、１２６）をその長さに沿って有する、関節機構の遠位端１２０を示す。上述のように、図１Ｆの関節機構１０１は、それぞれ２７の運動自由度を提供する、３組のケーブルを有する９対のリンクを備えるが、リンクの対及びケーブルの組のその他の構成によって、同様の複雑な運動及びジオメトリが容易に実現される。機構の部分の、無関係な方向に同時に曲がり、複雑な作動構成を生み出す能力は、各リンク又は分節の対をその対応するケーブルの組によって制御しながら、独立して作動させることによってもたらされる。

分節の自然な構造は、ケーブルの組によって連結されるとき、一般に直線状である。すなわち、関節機構の遠位端にて、ある湾曲又はその他の複雑な構造を維持することが望ましい場合、近位分節、すなわちその対応する遠位分節を特定の構造に維持するために、近位分節上を摺動可能な可鍛管を形成することができる。これは、例えば外科医が、機構を所望の目標位置へと進め、例えば機構に関連するツールを作動させ、又は完全に別の手技を行う間などに、機構を定位置に「係止」したいと考える場合に有利となることがある。「可鍛」という用語は、管が、形状形成され得る十分な可撓性を有するが、形状形成された形態を維持するのに十分な剛性を有することを意味する。別の変形形態では、関節機構の近位分節及び遠位分節を定位置に「係止」するために、係止ロッドを、リンク又は分節を通って延びる１つ又は複数の取付け用チャネル内に挿入することができる。係止ロッドは、近位分節及び遠位分節を特定の構成に設定するために、形状付けて取付け用チャネル内へと挿入することができる、可鍛金属バーとすることができ、あるいは係止ロッドは、予備形成された形態で提供することができる。

関節機構を定位置に固定し又は係止するその他の方法は、ボールソケット形継手を緊張ケーブルと共に用いて構成されたリンクの、一般的な使用を含む。そのようなシステムの例は、例えば特許文献９に一般的に記載されている。そのようなシステムでは、継手を通り抜けるケーブルに張力が与えられ、ボール及びソケットが互いに摩擦係止される。ケーブルは、例えば、機構の近位端に固定されたナット内にねじ込まれたねじに、緊張ケーブルの端部を固定することによるなどを含めて、いくつかの方法によって緊張させることができる。図３Ｄ及び図３Ｅは、本発明の関節機構において使用するためのボールソケット形リンクシステムを示す。図３Ｄに示すように、各リンク３００は、リンク間に配置された球形要素又はボール３０２を受けるための、凹状ソケット３０１を有する。リンクの軸に沿って張力が直線的に加えられると、ボールとソケットの間の摩擦力により、リンクが定位置に係止される。図３Ｅは、各リンク３１０及びボール３１２が、緊張ケーブルを通過させるための位置合せされたチャネル３１３及び３１４を有する、同様の構造のリンクシステムを示す。関節機構を、固定された関節部分内で定位置に係止する別の機構は、本明細書にその全体を組み込むものとする２００４年８月２６日出願の米国特許第１０／９２８，４７９号に記載されるものを含むが、それに限定されない。

関節機構は、血管（頭蓋内血管、大血管、末梢血管、冠状動脈、動脈瘤を含む）、心臓、食道、胃、腸、膀胱、尿管、卵管、胆管など管、並びに大気道及び小気道を含むがこれらに限定されない、中空又は空洞を有する器官及び／又は組織内への、外科用機器、診断ツール、様々なカテーテルなどの遠隔操作のために用いることができる。関節機構はまた、外科用機器、診断ツール、様々なカテーテルなどを、皮膚、筋肉、脂肪、脳、肝臓、腎臓、脾臓、並びに良性又は悪性腫瘍を含むがそれらに限定されない実質器官又は組織へと、遠隔操作により送るために使用することもできる。関節機構は、人間を含めたほ乳類の被検者（ほ乳類は、霊長類、家畜、競技用動物、猫、犬、兎、鼠及びラットを含むがそれらに限定されない）において使用することができる。

関節機構は、一般に、いかなる応用例において使用することもでき、あるいは、使用者インターフェースが近位にあり作動要素が遠位にあるその他の装置内に組み込むことができる。使用者インターフェースは、関節機構の近位端を含むことができ、一方遠位端は、作動要素に取付けることができる。例えば、図６Ａに、遠隔操作可能な外科用クランプ６００を示す。クランプジョー６０２は、関節機構の遠位端６０４に取付けられる。近位端６０６は、クランプハンドル６０８内に内蔵することができる。使用者は、関節機構の近位端６０６を操作することによって、クランプジョー６０２を遠隔配置することができる。中間部分（「ネック」）６１０も外科用機器に設けることができ、その長さ及び可撓性は応用例によって変わり、ネックはスペーサ要素の機能をもたらす。図６Ｃは、外科用クランプ６３０のクランプハンドル６３２が近位端６３４から延びる、別の変形形態を示す。その他の変形形態では、クランプジョー６０２を、はさみ又はその他の切断要素、ディセクタ、組織把持装置又は針把持装置、ステープル装置、焼灼又はアブレーション装置、及び／又はその他同様のツールもしくは機器に交換することができる。

更なる変形形態では、関節機構自体が、クランプジョーを形成することができる。図６Ｂでは、クランプ６１２は、クランプの枢動部６１６から延びる近位分節６１４を有する使用者端部を有する。近位分節６１４内から始まるケーブルは、近位端の各ケーブルが、対向するクランプジョー６１８、６１８を形成する２つの別々の関節機構内で終端するように、枢動部６１６の領域内でそれぞれ二股に分かれる。すなわち、使用者が近位分節６１４を操作するとき、ジョー６１８は、位置合せされたままとなり、対応して遠隔操作される。必要に応じて、近位分節６１４を、クランプのハンドル６２０の一方から延ばし、操作することができる。ジョーは更に、アブレーション要素と同様、特定の組織係合面を有するように構成される。

更に別の変形形態では、作動機構をカテーテルに組み込み、例えば困難なセントラルライン配置、あるいは経皮的又は画像誘導下の導尿用カテーテル配置など、カテーテルを誘導するために使用することができる。図７に示すように、カテーテル７００は、この例ではハンドル７０６である使用者インターフェースの、一体型構成要素として構成される機構７０２の近位端を有する、作動機構を含むことができる。遠位分節７０８は、カテーテルの遠位部分を形成し、カテーテル７００が前進するときそれを誘導するように、遠隔操縦することができる。別の変形形態（図示せず）では、関節機構は、例えばカテーテル管腔から直接、又は二股Ｙ字管コネクタからなど、カテーテルの近位端から近位分節が延びるように、カテーテルを通してガイドワイヤのようにねじ込むことができる。遠位分節は、カテーテル先端から延ばすことができ、カテーテルは、それが前進するときその目的位置へと遠隔誘導される。通常、関節機構は次いで、カテーテルを通る流れを可能にするために取り外される。ただし、用いられる関節機構が、中央管腔を有する場合、その取外しは不必要となることがある。

同様のやり方で、作動機構を可撓性内視鏡に組み込み、それを操縦するために使用することができる。図８では、内視鏡８００は、関節機構の近位端８０６が内視鏡ハンドル８０４の一体部品を形成するように構成される。機構の遠位端８０８は、内視鏡挿入管８１０の全部又は一部を構築する。近位分節８０６の操作時に、挿入管８１０を遠隔操作することができる。

図９Ａ及び図９Ｂに示す別の変形形態では、関節機構は、手持ち又は自留開創器９００として使用することができる。近位分節９０２及び遠位分節９０４を、開創器ハンドル９０６から延ばすことができる。近位分節９０２を操作すると、遠位分節９０４が相互的なやり方で動く。遠位分節は、様々な複雑な形状を形成するように操作することができ、所望の形状は、特定の応用例によって決まる。動作に際しては、遠位端をまず、所望の形状に位置決めし、次いで目標組織に係合させることができる。あるいは、組織のレトラクションは、遠位端の操作と同時に実行することができる。すなわち遠位端を、目標組織と係合させることができ、遠位端の操作する動作によって、組織のレトラクションを行うことができる。

開創器は通常、使用時にその形状が維持しなければならない。すなわち開創器は、例えば上記で説明した方法を用いて、定位置に「係止」することができる。例えば、機構は、ボールソケット構成を、係止ケーブル（図示せず）と共に備えることができる。あるいは、近位分節９０２の操作前に、近位分節９０２を覆って可鍛シース（図示せず）を配置することができ、又は、上記で説明してきたように、開創器を特定の構成に固定するために、係止ロッド（図示せず）を使用することができる。図９Ａでは、開創器９００は、「ｕ」字形である。図９Ｂでは、開創器９００は、三角形の開創面を有する。上述のように、開創器の形状は、関係する解剖学的構造又は外科手技のタイプなどの因子に応じて変えることができる。

別の変形形態では、使用者の指の運動を遠隔的に模倣することができるように、いくつかの関節機構を組み合わせることができる。例えば、機構の近位端は、例えば、それぞれの指趾に結びつけ、又は使用者が着用することができる手袋に別の方法で固定するなどして、使用者の指に固定することができる。こうして遠位端が、使用者の指の運動に従って動くことになる。本明細書で使用する「指」及び「指趾」という用語は、互換的に使用され、親指、人差し指、中指、薬指、及び小指を示す。図９Ｃに示す変形形態では、機構９５０は、使用者の親指、人差し指、及び中指の運動によって動作可能な、３つの関節機構を備える。図から分かるように、近位端９５１、９５２、及び９５３は、それぞれ使用者の親指、人差し指、及び中指に、ストラップ９５７によって固定される。機構は更に、スペーサ要素９５６の近位端を使用者の手首に固定するストラップ９５８によって、使用者の手に固定することができる。使用者の親指、人差し指、中指の運動によって、それぞれ遠位端９６１、９６２、及び９６３の対応する運動が生じる。そのような変形形態は、組織又は器官の総体的な操作が要求される様々な外科的状況において有利となり得る。この変形形態並びにその他の変形形態では、個々のリンク又はケーブルからの組織への潜在的な損傷を回避するために、柔軟な保護シースを、機構を覆って延ばすことができる。

更に別の変形形態では、指の運動を模倣し、人間の手の指に取外し可能に固定するための使用者用手動インターフェースを装置の近位端に備える、（本明細書では全体的に手動式装置とも呼ばれる）上記関節機構又は関節機構の組合せは、使用者の手動インターフェースを手のひら（腹側面）と取外し可能に係合するよう構成し得るように、更に修正することができる。インターフェースは一般に、２つの部分、すなわち、運動を作動し、１本又は複数本の指をインターフェースに取外し可能に固定するための指部分と、部分的に手のひらに当接し、使用者の手及び指を取外し可能に固定するための別の表面を提供する、ハンドル部分とを備える。使用者の手を、装置に迅速に着脱することができるので、この装置の構成のエルゴノミクスは、特に望ましい。手を迅速かつ容易に装置に着脱する能力は、例えば、外科医が通常外科的ツールを迅速に取り替える必要がある外科的状況などにおいて、特に有利となり得る。更に重要なことには、装置は一般に、人間の手で使用するようになされ、通常、手の人差し指、中指、及び親指を受入れるために３つの機構を備えるが、含むことができる関節機構の数はそのように限定されず、使用者が一度に制御できる数の機構を含むことができる。

手動式装置の遠位端は、一般に、人間の指の構造及び運動を一般に模倣する作動体部分を備え、インターフェースの指部分での対応する運動によって遠隔作動される。作動体部分は通常、把持及び挟み付けなど、総体的な運動をもたらすように構成されるが、例えば組織の微細な操作に必要とされることが多い、より微細な指の運動ももたらす。すなわち、外科的応用例では、作動体は、締付け、牽引力の提供、切開、創傷清拭、縫合、又は別の方法で、身体組織を操作するために使用することができる。

解剖学的に、人間の指は、指節骨と呼ばれる骨を備える。人差し指、中指、薬指、小指は、一般に基節骨、中節骨、及び末節骨と呼ばれる、３つの指節骨を有する。親指は、２つの指節骨、すなわち基節骨及び末節骨のみを備える。指節骨の運動は、指骨の頭部をより遠位の指骨の基部と接合する、指の関節によって制御される。基節骨の基部にある関節（基節骨を手の骨に連結する）は、中手指節（ＭＣＰ）関節であり、これは通常、基節骨の屈曲、伸展、外転、内転、及び分回し運動（２つの自由度での運動）を可能にする。一方、末節骨を中節骨に、かつ／又は中節骨を基節骨に接合する指節間（ＩＰ）関節は、通常、屈曲及び伸展のみ（単一自由度での運動）を可能にする単軸の蝶番関節である。

本発明の手動式装置は、通常、そのような方法で、人間の指の解剖学的構造にほぼ対応し、人間の指関節が動く範囲とほぼ同等となるようになされたリンクから製作されるが、いかなる所望の自由度での関節運動をもたらすように構成することもできる。例えば、リンクは、それらが人間の指及び指関節と同様の外観を有し動作するように、寸法決めし、共にグループ分けすることができる。そのために、指節骨に対応するようになされるリンクは、例えば、指関節（ＭＣＰ及びＩＰ関節）の一部として使用されるリンクより長くすることができる。基本的に、人間の解剖学的構造にほぼ対応する、人間の指関節の機能とほぼ同等となる構成要素を備える装置は、全体的に人間の手と関連づけられたかなりの手先の器用さをもたらすことになる。

指節骨に相当するリンクは、それらが人間の指節骨と同様に機能することができる限り、いかなる寸法のものとすることもできるが、通常、上述のように、その他のリンクよりも長く、したがって、ここでは「伸長リンク」と呼ばれる。伸長リンクの長さは、ミリメートル未満から数センチメートルの範囲とすることができ、いくつかの非医療応用例では、数インチとすることもできる。一般的な外科用用途では、基節骨に対応する伸長リンクの長さは約２２ｍｍ、中節骨用は約１７ｍｍ、また末節骨用は約１５ｍｍとすることができる。装置の近位端にある伸長リンクは、一般に、「指リンク」と呼ばれ、これらはデバイスの遠位端にて、「作動体リンク」と呼ばれる。

伸長リンクは、使用されることがある人間の指骨と同様の機能性をもたらすことができる、いかなる形態をとることもできる。例えば、必要に応じて、伸長リンクは、可撓性にすることができる。伸長リンクの直径も、リンクが関連する指（例えば親指、人差し指、又は中指）、及び装置の応用例などの因子に応じて変えることができるが、通常、約１ｍｍから約２０ｍｍ、又は２０ｍｍを上回る。より小さい伸長リンクの直径は、約１ｍｍから約３ｍｍ、中間範囲の伸長リンクで約３ｍｍから約７ｍｍ、またより大きい伸長リンクで約７ｍｍから約１０ｍｍもしくはそれより大きくすることができる。

伸長リンクは、ステンレス鋼、チタン、タンタル、及びそれらの何らかの合金、並びに、ポリマー、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）ターポリマー、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）アセタールホモポリマー及びコポリマー、ポリカーボネート、ポリエチレン又はそのコポリマー、ポリエチレンテレフタレート又はそのコポリマー、ナイロン、シリコーン、ポリウレタン、蛍光ポリマー、ポリ（塩化ビニル）など、並びにそれらの組合せ、あるいは当業界で知られるその他何らかの適当な材料を含むがそれらに限定されない、リンクに関して上述したいかなる生体適合材料から製作することもできる。伸長リンクはまた、当業者には明らかとなるように、それらの把持又は牽引能力を高めるために、様々な質感をもたせることもできる。伸長リンクそれ自体に質感を与えることができ、あるいは、質感を有する材料を伸長リンクに適用することができる。いくつかの変形形態では、質感を有する材料は、参照により本明細書にその全体を組み込むものとする米国特許第６，８２１，２８４号明細書に記載されるように、牽引表面を含むことができる。

上記のように、指節骨は、人間の指関節、すなわちＤＩＰ、ＰＩＰ、及びＭＣＰ関節によって、互いに接合される。同様のやり方で、伸長リンクは、機構内で関節によって連結される。本明細書で使用する「関節」とは、ＤＩＰ、ＰＩＰ、又はＭＣＰ関節の運動範囲を有することができる、個別のリンク又はリンクの個別の組合せを示す。機構の近位端にて、ＭＣＰ関節に対応する関節は、一般に「基部関節」と呼ばれ、ＤＩＰ及びＰＩＰ関節に対応する関節は、一般に「指関節」と呼ばれる。機構の遠位端にて、ＭＣＰ関節に対応する関節は、一般に「作動体基部関節」と呼ばれ、ＤＩＰ及びＰＩＰ関節に対応する関節は、一般に「作動体関節」と呼ばれる。関節は、上記のような、伸長リンクに使用されるものと同様のいかなる生体適合性材料から製作することもできる。

手動式装置は、個々に取付けられた複数の伸長リンク及び関節、又は互いに一体に形成された伸長リンク及び関節から形成することができる。更に、伸長リンク又は関節として使用されるリンク及びリンクの組合せは、本明細書で説明するようなもの、並びに、参照により本明細書にその全体を組み込むものとする、２００４年８月２６日出願の米国特許出願第１０／９２８，４７９号明細書、２００４年９月２４日出願の米国特許出願第１０／９４８，９１１号明細書、及び２００４年１１月２３日出願の「Ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ Ｌｉｎｋ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｗｉｔｈ Ｔｏｒｑｕｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎ Ｒｅｍｏｔｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｏｏｌｓ」という名称の米国特許出願明細書に記載されているもの、並びにその他の適当なリンク及びリンクの組合せを含むが、それらに限定されない。米国特許出願第１０／９２８，４７９号明細書及び同第１０／９４８，９１１号明細書に記載されたものを含めた、ケーブルの歪みを調整するように設計されたリンクもまた有用である。関節機構及び手動式装置が操作されるときの剛度を高めるために、作動リンクは通常、米国特許出願第１０／９２８，４７９号明細書及び同第１０／９４８，９１１号明細書に記載されるように、横方向に加えられた力による運動に抵抗するように、完全に拘束される。完全に拘束されたリンクの使用は、使用時に、操作される機構の遠位端及び近位端にて形成された、所望の形状一体性の保存に役立ち、所望の形状全体にわたる力の分散を可能にする。一方、スペーサリンクは、通常拘束されない。スペーサリンクを設けることによって、そのようなスペーサリンク又は可撓性分節を収容するそれらの領域内の、近位端及び遠位端の剛度が低減され、これは、例えば敏感であり又は傷つきやすい解剖学的特徴を通り又はその周りを進むときなどに、望ましいことがある。

上記のように、本発明の関節機構は、機構の近位端及び遠位端にあるリンクを備える。近位リンクと遠位リンクは、個別の対を形成し、また、対の一方のリンクの運動によって対のもう一方のリンクの対応する運動が生じるように、ケーブルの組によって互いに連結される。同じやり方で、本発明の手動式装置は、個別の対の部材を形成する複数の伸長リンクを有する関節機構を備える。伸長リンクは、近位端又は「指部分」、及び遠位端又は「作動体部分」とを形成し、各対の一方の伸長リンクが指部分の端部に配置され、もう一方の伸長リンクが作動体部分の端部に配置される。ケーブルの組は、関節を通って延び、個別の対の伸長リンクを互いに連結させ、そのため、対の一方の伸長リンクの運動によって、対のもう一方の伸長リンクの対応する運動が、伸長リンクの別の対の運動から独立して生じる。

伸長リンクの１つずつの対応する運動はまた、関節にも当てはめることができる。以下で更に説明するように、作動体関節の関節運動は、一般に、装置の近位端での、基部関節及び指関節の関節運動によって実現することができ、あるいは、指摺動部の作動によって実現することができる。いくつかの応用例では、遠位端で生み出される運動を近位端での対応する運動に対して、増大又は低減するために、作動体リンク及び関節の運動を拡大縮小することが望ましい。その例もまた以下で提示する。上述のように、関節機構における運動の比例的な拡大縮小は、一般に、追加のスペーサリンクを備えることによって実現することができる。関節機構における運動の比例的な拡大縮小はまた、一般に、参照により本明細書にその全体を組み込む、係属中である共有の米国特許出願第１０／９４８，９１１号明細書に更に記載されるように、機構の近位端又は遠位端のいずれかにて、リンク内のケーブルチャネルパターンの半径を増大又は減少させることによっても実現することができる。例えば、近位端のリンク中心軸からのケーブルの半径距離が、遠位端における半径距離よりも大きい場合、遠位端の屈曲又はたわみの程度は、近位端での程度よりも比例的に大きくなる。結果的に、近位端でのより小さい程度の運動によって、遠位端でのより大きい程度の運動が生み出される。あるいは、近位端のリンクのケーブル半径距離が、遠位端の半径距離よりも小さい場合、遠位端の屈曲又は撓みの程度が、近位端での程度よりも比例的に小さくなり、そのため近位端の運動が、遠位端に対して総体的に過大になる。運動の比例的な拡大縮小はまた、通常、力の拡大縮小も生み出す。

図１４〜図１７は、作動体関節の関節運動を、一般に、装置の近位端での基部関節及び指関節の関節運動によって実現することができる、様々な手動式装置を示す。図１４では、手動式装置１７００が、近位端１７１１及び遠位端１７２１を有する。近位端１７１１にある使用者インターフェース１７１３は、指部分１７１２及びハンドル部分１７１７を備える。指部分１７１２は、遠位端１７０１での運動を作動し、１本又は複数本の指を、インターフェース１７１３に取外し可能に固定する。ハンドル部分１７１７は特に、手のひらに当接し、使用者の手及び指を取外し可能に固定するための別の表面を提供する。通常、使用者の親指、人差し指、及び中指は、指部分１７１２に取外し可能に固定されるが、いかなる指の組合せも、取外し可能に固定することができる。図１４で、指部分１７１２は、使用者の人差し指、中指、及び親指を、それぞれ人差し指部分１７１４、中指部分１７１５、及び親指部分１７１６内に、取外し可能に固定するようになされる。

一変形形態では、使用者の指はまた、図１５に示すように、指ループ１５０９によって指部分１７１２に、取外し可能に固定し、又は取外し可能に係合させることができる。具体的には、使用者の人差し指、中指、及び親指は、それぞれ人差し指部分１７１４、中指部分１７１５、及び親指部分１７１６に、取外し可能に固定することができる。

図１６に、人差し指部分の拡大図を示す。指ループ１７０９は、上記の伸長リンクと同じ材料から構築することができ、例えば、これらに限定されないが、機械的締結部、溶接部、及び接着部などを用いた締結など、当業界で知られた技術によって、指リンク１７０７Ａ、１７０７Ｂ、及び１７０７Ｃに取付けられる。指リンク１７０７Ａ及び１７１７Ｂの間に、ＤＩＰ関節と同様の運動範囲を有するように構成された、遠位指関節１７０８Ａが延びる。指リンク１７０７Ｂと１７０７Ｃとの間には、ＰＩＰ関節と同様の運動範囲を有するように構成された、別の遠位指関節１７０８Ｂが延びる。指リンク１７０７Ｃは、ＭＣＰ関節と同様の運動範囲を有するように構成された近位基部関節１７０８Ｃによって、ハンドル部分１７１７に連結される。関節の特定の構造については、以下で更に述べる。

この変形形態及びその他の変形形態の手動式機構はまた、例えば機器、ツール、又は体組織などを遠隔操作するための、作動体部分も備える。図１７に示す一変形形態では、作動体部分１７０１は、３つの作動体部分１７０２、１７０３、及び１７０４を備えるものとして示すが、装置は、必要に応じて、３つより多い又は少ない作動体を備えることができる。指部分と同様に、作動体もまた、伸長リンク及び関節を備える。作動体部分における伸長リンク及び関節は、一般に、それぞれ「作動体リンク」及び「作動体関節」と呼ばれ、また、人間の指／手の運動を模倣するような方法でなされる。作動体リンクは通常、指節骨に対応し、作動体関節の運動範囲は、一般に、ＤＩＰ、ＰＩＰ、又はＭＣＰ関節の運動範囲と同等となる。例えば、図１７では、作動体リンク１７０５Ａ、１７０５Ｂ、及び１７０５Ｃは、それぞれ末節骨、中節骨、及び基節骨に対応するように構成され、作動体関節１７０６Ａ、１７０６Ｂ、及び１７０６Ｃは、それぞれＤＩＰ、ＰＩＰ、及びＭＣＰ関節の運動機能又は範囲と、同等となるようになされる。

動作に際しては、図１５及び図１７に示すように、使用者の指、例えば人差し指、中指、親指の、開いた（図１５）位置から閉じた把持位置（図１７）への運動は、指リンク１７０７Ａ、１７０７Ｂ、１７０７Ｃ、及び指関節１７０８Ａ、１７０８Ｂ、及び作動体基部関節１７０８Ｃに対応して動く。というのも、使用者の指は、同じく指リンク１７０７Ａ、１７０７Ｂ、１７０７Ｃに取付けられた指ループ１７０９に取外し可能に固定されるからである。指リンク１７０７Ａ、１７０７Ｂ、及び１７０７Ｃ、指関節１７０８Ａ及び１７０８Ｂ、作動体基部関節１７０８Ｃ、ハンドル部分１７１７、軸１７１０、並びに作動体掌部１７１１を通って延びるケーブル（図示せず）は、使用者の指の運動によって、作動体部分１７０１の対応する運動を生み出すように作動される。具体的には、指関節１７０８Ａの運動によって、作動体関節１７０６Ａの対応する関節運動が、指関節１７０８Ｂの運動によって、作動体関節１７０６Ｂの対応する関節運動が、指関節１７０８Ｃの運動によって、作動体基部関節１７０６Ｃの対応する関節運動が生じる。作動体部分１７０１での鏡写しの運動は、一般に、ケーブルがハンドル部分１７１７、又は軸１７１０、又は掌部１７１１を通って進むとき、ケーブルを約１８０°回転させることによって実現することができる。鏡写しの運動は、いくつかの例では、より直感的となりまた望ましいことがある。というのも、それによって作動体部分は、例えば使用者の指が閉じられるときに閉まり、使用者の指が右に動くとき右に動き、使用者の指が左に動くとき左に動くことが可能になるからである。あるいは、ケーブルを回転させないことによって、一般に、反転された運動を実現することができる。いくつかの例では、作動体部分において、鏡写しの運動と反転された動きを組み合わせることが望ましいことがある。

親指、人差し指、及び中指部分のみを、図１４、図１５、及び図１７、並びにその他の図に示すが、本発明はそのように限定されない。意図された用途又は使用者の好みなどの因子に応じて、インターフェースを、いかなる数の指も取外し可能に固定するための指部分を備えるように構成することができる。更に、指部分は、図１４〜図１７に示すようにハンドル部分上に配置することができるが、作動体部分の適当な作動を実現することができる限り、別の構成及び位置を受入れるように変えることもできる。

図１８〜図２０は、作動体関節の関節運動を、一般に、指摺動部を作動することによって実現することができる、手動式装置の別の実施形態を示す。この変形形態では、図１８に示すように、手動式装置１８００が、近位端１８０１及び遠位端１８２１を有する。使用者インターフェース１８０３は、近位端１８０１にて、指部分１８０４及びハンドル部分１８０５を備える。指部分１８０４は、遠位端１８２１での運動を作動し、１本又は複数本の指をインターフェース１８０３に取外し可能に固定するための、指摺動部１８０６を備える。ハンドル部分１８０５は、部分的に、手のひらに当接し、使用者の手及び指を取外し可能に固定するための別の表面を提供する。

遠位端１８０２は、作動体１８０８、１８０９、及び１８１０を有する、作動体部分１８０７を備える。作動体は、上記で説明したように、作動体リンク及び作動体関節で構成される。例えば、図１８では、作動体１８０８は、作動体リンク１８１１Ａ、１８１１Ｂ、及び１８１１Ｃ、並びに、作動体関節１８１２Ａ、１８１２Ｂ、及び１８１２Ｃを備える。特に、作動体関節１８１２Ａの機能は、ＤＩＰ関節と同等であり、作動体関節１８１２Ｂは、ＰＩＰ関節と同等であり、作動体基部関節１８１２Ｃの機能は、ＤＩＰ関節と同等である。

この変形形態の使用者インターフェース１８０３は、動作体１８０８、１８０９、及び１８１０の運動を作動するために、基部関節１８１３に加えて、指摺動部１８０６を備える。この変形形態及び別の変形形態では、基部関節１８１３の運動は、ＭＣＰ関節の運動を模倣し、また、屈曲、伸展、外転、内転、及び分回し運動を行うことができる。

動作に際しては、図１９及び図２０に示すように、使用者の指、例えば人差し指、中指、及び親指などの、開いた（図１９）位置から閉じた把持位置（図２０）への運動によって、指摺動部１８０６が作動される。人差し指を例として用いると、人差し指摺動部１８０６の作動は、以下で更に説明するように、それに対応して作動体関節１８１２Ａ、１８１２Ｂを関節運動させる。基部関節１８１３の関節運動は、それに対応して、指ループの変形形態の基部関節に関して説明したのと同様のやり方で、作動体部分１８０７内の作動体基部関節１８１２Ｃを関節運動させる。指摺動部１８０６及び基部関節１８１３から延び、ハンドル部分１８０５、軸１８１５、及び動作体掌部１８１６を通るケーブル（図示せず）は、使用者の指運動によって、作動体部分１８０７の対応する運動を生み出すように作動される。作動体部分１８０７での鏡写しの運動は、ケーブルが、ハンドル部分１８０５、軸１８１５、及び動作体掌部１８１６を通って進むとき、ケーブルを約１８０°回転させることによって、一般に実現することができる。軸は、状況及び理由に応じて、様々な長さのものとすることができ、剛性又は可撓性とすることができる。

簡単に上述したように、インターフェースのハンドル部分上の指部分の構成は、エルゴノミクスを改善するために、あるいは、使用者の好み又は関連する手技のタイプなどの因子に応じて、変えることができる。例えば、図２１に示すように、親指摺動部２１０１は、図１４〜図２０に示すものと異なる位置にて、ハンドル部分２１０２と対合する。特に、エルゴノミックな構成では、図２１に示すように、親指摺動部２１０１の一部は、人差し指摺動部２１０３及び中指摺動部２１０４よりも低く、またいくつかの例では、これらの摺動部の後方にある。

指摺動部の一般的な構成は、エルゴノミクス及び使用者の好みなど、使用者に関連する多くの因子に応じて変えることができるが、一般に、ホルダ、スライダ、伝達ロッド、及びプーリレバーを備えるように構成され、それにより、ホルダの並進運動が、プーリレバーの回転運動を生み出し、それによって連結ケーブルが動かされて作動体関節及びリンクを作動させる。

図２２に示す変形形態では、指摺動部２２００は、ハウジング２２０１、ハウジング２２０１に沿った軌道２２０２、ホルダ２２０３、伝達ロッド２２０４、プーリレバー２２０５、及びスライダ２２０６を備える。スライダ２２０６は、スライダ２２０６がハウジング２２０１に対して回転することを防ぐために、スライダ２２０６及び軌道２２０２を貫通して配置されるだぼ２２１１によって、ハウジング２２０１に連結される。ホルダ２２０３は、指の屈曲及び伸展を受入れる枢動可能なヒンジ２２０７にて、スライダ２２０６に連結される。指趾の先端は、ホルダ２２０３内に配置することができ、ＰＩＰ及びＤＩＰ関節が屈曲又は伸展すると、ホルダ２２０３の運動によって、軌道２２０２に沿ったスライダ２２０６の並進運動が生じる。この摺動運動は、伝達ロッド２２０４の並進運動を、プーリレバー２２０５の回転運動へと変換し、それによって、プーリレバー２２０５に連結されたケーブル（図示せず）を引っ張ることによって、以下で更に説明するような作動体部分の運動を生じる。図２７に示すホルダ２２０３は、使用者の指先を取外し可能に固定するための、頂部板２２０８及び底部板２２０９を有する。ただし、本発明のホルダ構成は、図２７に示す構造を備えるだけではなく、ループタイプの構造２３１０（図２３）、又は装置の作動のために使用者の指先を取外し可能に固定するのに適した何らかの構造も企図する。この変形形態及び別の変形形態では、基部関節２２１０は、ハウジング２２０１から延び、ハウジング２２０１に堅く固定することができ、又はそれと一体に形成することができる。上記で説明したように、基部関節２２１０など関節は、少なくとも２つの自由度での運動を有するＭＣＰ関節と同様に機能するように構成することができる。指摺動部の作動は、一般に単一の自由度で動くことが知られる、ＤＩＰ及びＰＩＰの関節運動に対応する。

別の指摺動変形形態を、図２３及び図２４、並びに図１８〜図２１に示す。この変形形態では、指摺動部１８０６は、手動ピン２３０２を有するハウジング２３０１、湾曲摺動部２３０３、伝達ロッド２３０４、プーリレバー２３０７、ホルダ２３１０、及びプーリ（図示せず）を備える。動作に際して、指摺動部の全体的な運動は、ＰＩＰ及びＤＩＰ関節が曲げられるときに使用者の指先が生み出す通路を模倣する湾曲した通路をたどるので、湾曲した摺動部２３０３を設けることは、特にエルゴノミックである。更に、この構成では、ＭＣＰ関節を動かさずに、使用者のＤＩＰ及びＰＩＰ関節を関節運動させることができるので、この湾曲した摺動通路の使用は、人間の指の運動をより正確に模倣する。例えば、図２０に戻ると、作動体関節１８１２Ａ及び１８１２Ｂの作動は、作動体基部関節１８１２Ｃを独立して作動することによって容易にもたらすことができる。この運動を実現するために、摺動部２３０３の湾曲は、円弧、長円、放物線などとなるようになすことができる。

指摺動部１８０６の別の特徴に関して、湾曲摺動部２３０３をハウジング２３０１に連結させるために、スライドピン２３０２が、軌道２３０８内へと挿入される。プーリレバー２３０７は、第１のだぼ２３０９によって、ハウジング２３０１に枢動可能に連結される。近位端２３０５及び遠位端２３０６を有する伝達ロッド２３０４は、プーリレバー２３０７を、ホルダ２３１０へと動作可能に連結させる。第２のだぼ２３１１は、伝達ロッドの近位端２３０５を、プーリレバー２３０７に連結する。遠位端２３０６にて、伝達ロッド２３０４は、第３のだぼ（図示せず）によって、湾曲摺動部２３０３へと枢動可能に連結される。図２３に、ハウジング２３０１に堅く固定された基部関節１８１３も示す。

図２４に、追加の指摺動部要素の互いに対する関係を、より明確に示す。図２４に示すように、指摺動部１８０６は、遠位端２３１３を有する湾曲摺動部２３０３を備える。遠位端２３１３は、ブラケット２３１４に固定的に連結される。プレート２３１５は、プレート２３１５がマンドレル２３１７の周りで回転することができるように、マンドレル３２１７を受ける円筒形開口２３１６を有する。マンドレル２３１７は、だぼ２３１８によって、ブラケット２３１４に枢動可能に連結される。すなわちプレート２３１５は、ブラケット２３１４に対して枢動及び回転の両方を行うことができ、すなわち、プレートは、だぼ２３１８の周りで枢動し、かつマンドレル２３１７に対して回転することができる。ホルダ２３１０は、プレート２３１５に固定され、したがって同様に、ブラケット２３１４に対して枢動及び回転することができる。この指摺動部の構成は、指が外転されるときに自然な指の運動を受入れるので、特にエルゴノミックである。指ホルダの、摺動部に対して回転する能力は、指先同士がその間に相対的にわずかに自然に回転する、指の間の組み合わされた屈曲及び外転運動をより容易に受入れるので、特に有利である。

図２３の指摺動部はまた、図２５及び図２６の線Ｂ−Ｂに沿った断面で示すような、作動体部分の運動を作動するためのケーブルも備える。ケーブル２５０３及び２５０４は、プーリ２３１７に巻き回され、プーリレバー２３０７内で終端する。ケーブル２５０１及び２５０２は、プーリレバー２３０７の反対側でプーリ２３１８に巻き回され、同様にプーリレバー２３０７内で終端する。動作に際しては、例えば指摺動部に固定された人差し指など使用者の指の、ＤＩＰ及びＰＩＰ関節での屈曲又は伸展によって、プーリレバー２３０７の回転運動が生じ、それによって、ケーブル２５０１及び２５０２がプーリ２３１８の周りで自由に引っ張られ、ケーブル２５０３及び２５０４がプーリ２３１７の周りで自由に引っ張られる。より具体的には、使用者の人差し指がＤＩＰ及びＰＩＰ関節にて屈曲するとき、ケーブル２５０１が、プーリ２３１８の周りで引っ張られ、ケーブル２５０３が、プーリ２３１７の周りで引っ張られる。使用者の人差し指がＤＩＰ及びＰＩＰ関節にて伸展するとき、ケーブル２５０２が、プーリ２３１８の周りで引っ張られ、ケーブル２５０４が、プーリ２３１７の周りで引っ張られる。次いでケーブル２５０１、２５０２、２５０３、及び２５０４は、作動体関節（例えば図３０の関節１８１２Ａ及び１８１２Ｂ）を以下で更に説明するように関節運動させるために、基部関節１８１３内のチャネル２６０４を通り抜ける。

プーリは、だぼ２３０９の周りで回転するように構成することができ、あるいは、プーリレバー２３０７に固定的に取付けることができ、一般に、１つずつ異なる直径を有する。

いくつかの例では、作動体の運動を、使用者インターフェースにて生じる運動に対して拡大縮小することが望ましい。通常、プーリ直径は、所与の回転のために引かれるケーブルの量が、プーリを関節リンクで置換する場合に引かれるであろうケーブルと等しくなるように選択される。すなわち、最も遠位の作動体リンク（例えば図２０の１８１１Ａ）を作動させるケーブルは、一般に、別の遠位作動体リンク（例えば図２０の１８１１Ｂ）を作動させるケーブルよりも長く進むので、最も遠位の作動体リンクを制御するプーリの直径は、遠位作動体リンクを制御するプーリの直径よりも大きくなければならない。例えば、図２５に、プーリ２３１７の約２倍の直径を有する、プーリ２３１８を示す。作動体運動の拡大縮小は、プーリ直径の互いに対する比を同じに維持しながらプーリの直径を変えることによって、かつ／又はプーリ直径の互いに対する比を変えることによって、更に調整することができる。更に、図２５〜図２６のプーリは、円形であるが、作動体関節の運動を調整するために、別のプーリ形状を用いることもできる。例えば、作動体関節を非線形のやり方で関節運動させるために、カム形状を使用することができる。

図２６を参照すると、作動体の運動を拡大縮小するための別の方法は、だぼ開口２３１７のうちの１つにだぼ２３２３が挿入されるように、伝達ロッド２３０５の遠位端を上昇させてプーリ２３１７へと近づけることによって、伝達ロッド２３０４の位置をプーリレバー２３０７の長さに沿って調整することである。作動体の運動は、遠位端２３０５がプーリ２５０５により接近して位置決めされるにつれて、縮小されることになる。作動体の運動を拡大縮小するための別の方法は、上記のように、追加のスペーサリンクを備え、かつ／又はリンク内のケーブルチャネルパターンの直径を変えることを含むが、それらに限定されない。例えば産業用応用例など、いくつかの例では、これとは逆の拡大縮小が望ましいことがある。

基部関節１８１３の運動は、使用者の指によって作動される。上記で説明したように、基部関節１８１３の運動の結果として、作動体基部関節（例えば図２０の１８１２Ｃ）での対応する運動が生じる。基部関節１８１３を作動体基部関節に連結させるために使用されるケーブル、すなわちケーブル２６０１、２６０２、及び２６０３は、図示のとおり、図２６の基部関節２８１３上で終端する。作動体部分でのケーブルの終端を、以下で更に説明する。

使用者インターフェースの指部分を出発するすべてのケーブルは、作動体リンクにて終端する前に、ハンドル部分、軸、及び作動体掌部を通って進む。上述したように、装置の遠位端にて運動を鏡写しするために、近位端から進むケーブルは、一般に、遠位端にて終端する前に約１８０°回転される。ただし、いくつかの応用例では、鏡写しの運動と反転された運動の組合せが望ましいことがあるので、必ずしもすべてのケーブルを回転させなくてもよい。更に、例えば、ＤＩＰ又はＰＩＰ関節に対応する関節など単一の自由度の関節では、鏡写しの運動をもたらすために、ケーブルを１８０°回転させなくてもよい。ケーブルを単に、対の一方のリンク上のケーブル位置に対して、対のもう一方のリンク上の枢動部又はヒンジの反対側へと動かす必要がある。

図２７は、ハンドル部分１８０５内のケーブルの入口点と出口点を示すことによって、ハンドル部分１８０５を通るケーブルの回転を表す。図２７では、ケーブルは、第１の領域２７０３にて示す全体的なパターンで、ハンドル部分１８０５に入る。例えば、図示のケーブル２６０２は、ほぼ２時の位置で第１の領域２７０３に入り、ケーブル２６０３は、５時の位置で入る。第２の領域２７０２にて出るときは、異なるケーブルパターンが見られる。ケーブル２６０２は、２時の位置にて出るのではなく、ほぼ８時の位置にて出ており、ケーブル２６０３は、５時の位置にて出るのではなく、ほぼ１１時の位置にて出る。鏡写しの運動が望まれる場合のみ、１８０°の回転が必要とされる。そうでなければ、ケーブルは、装置の意図された用途に適した、いかなるやり方で回転させることもできる。

使用者用手動インターフェースのハンドル部分２８０２は、図２８に示すように、ケーブルを通すためのチャネル又は管２８０１を有する、成形されたハンドルとすることができる。この変形形態では、ケーブルを回転させる代わりに、チャネルを回転又は交差させて、鏡写しの又は逆転された運動を実行することができる。別の変形形態では、図２９に示すように、ハンドル２９０１は、中空とすることができ、ケーブル２９０３を位置合わせし送るためのプーリ２９０２を備えることができる。ケーブル２９０３は、この変形形態では、プーリ２９０２に到達する前、又はプーリ２９０２の周りを通った後のいずれかに、回転させる（交差させる）ことができる。本発明の成形された又は中空のハンドルを製作するのに使用することができる材料は、上記で伸長リンクに関して説明したもの、並びに医療装置の製作に適当となり得るその他のものを含む。

装置の作動体部分は、通常、使用者の人差し指、中指、及び親指に対応する、３つの作動体を備えるが、いかなる数の作動体を含むこともできる。概略的に説明されるように、使用者インターフェースから進むケーブルは、作動体の運動を作動するために、作動体リンクにて様々に終端する。指摺動部を用いた関節の関節運動は、図３０に示すケーブル終端点を図１８〜図２０に関連づけて見ることによって、よりよく理解することができる。図３０に示す作動体位置は、図１８〜図２０における作動体部分１８０７を表す。指摺動部の変形形態における、作動体の全体的な構造及び動作を説明するが、この構造及び動作はまた、指ループを有するインターフェース変形形態にも当てはまることを理解されたい。

図３０では、作動体１８０８は、使用者の人差し指に対応し、一般に、作動体基部関節１８１２Ｃ、２つの作動体関節１８１２Ａ及び１８１２Ｂ、並びに作動体リンク１８１１Ａ、１８１１Ｂ、及び１８１１Ｃを備えるように構成される。作動体リンク１８１１Ｃは、人差し指の基節骨に対応し、作動体リンク１８１１Ｂは、人差し指の中節骨に対応し、作動体リンク１８１１Ａは、人差し指の末節骨に対応する。同様に、作動体基部関節１８１２Ｃは、少なくとも２つの自由度の運動が可能なＭＣＰ関節に対応し、作動体関節１８１２Ｂは、単一の自由度の運動が可能なＰＩＰ関節に対応し、作動体関節１８１２Ａは、同様に単一の自由度の運動が可能な、ＤＩＰ関節に対応する。図３４に示すように、作動体リンクを形成する別の方法が容易に明らかになるが、代表的な作動体リンク１８１１Ｂは、リンク３１０１を管の端部に固定することによって形成される。

装置のハンドル部分からのケーブルは、軸（図示せず）を通して受けられ、作動体掌部１８１６によって、適当な作動体へと送られる。作動体は、図３０及び別の図に示すように、軸から延びる作動体掌部１８１６から現れる。ただし、作動体は必要に応じて、例えば互い違いの又はより分散した作動体構成を形成するために、軸又は作動体掌部１８１６に沿った異なる点から現れるようにすることもできる。このやり方では、ほぼ手のような作動体部分を製作することができる。通常、作動体関節１８１２Ａ及び１８１２Ｂの運動を作動する、スライダからのケーブル２５０１、２５０２、２５０３、及び２５０４は、２つの作動体リンク１８１１Ａ及び１８１１Ｂのうち一方にて終端する。例えば、図３１Ａにより明確に示すように、より大きいプーリの周りで引っ張られ、作動体関節１８１２Ａを関節運動させるケーブル２５０１及び２５０２は、最も遠位の作動体リンク１８１１Ａ内で終端する。より小さいプーリの周りで引っ張られ、作動体関節１８１２Ｂを関節運動させる、ケーブル２５０３及び２５０４は、図３１Ｂに示すように、作動体リンク１８１１Ｂ内で終端する。同様に、基部関節（図２０の１９０４）から始まり、作動体基部関節１８１２Ｃを関節運動させる、ケーブル２６０１、２６０２、及び２６０３は、一般に、図３１Ｃに示すように、作動体リンク１８１１Ｃにて終端する。

作動体関節１８１２Ａ〜１８１２Ｃは、通常、それぞれＭＣＰ、ＰＩＰ、及びＤＩＰ関節の運動範囲を模倣する、運動範囲を有するように構成される。例えば、ＭＣＰ関節に対応する作動体基部関節１８１２Ｃは、通常、例えばリンクの１つの表面の直径から延びるリブ３１０６と、それらの反対側の表面の直径を横断して延びるチャネル３１０４とをそれぞれ有する２つ以上のリンク３１０５などを備えることによって、少なくとも２つの自由度で動くための装備を有する。チャネル３１０４は、２つのリンクがチャンネルの軸の周りで互いに相対的に枢動することができるように、チャネルの長さ全体に沿ったリブ３１０６に枢動可能に係合するようになされる。作動体基部関節１８１２Ｃでは、２つの自由度での運動をもたらすために、２つのリンクは、それらそれぞれのリブが互いに直交して向けられ、最も近位にあるリブが作動体掌部１８１６内に設けられた同様のチャネルに係合する状態で、位置決めされる。遠位の作動体関節１８１２Ａ及び１８１２Ｂは、一般に、単一の自由度の運動のみを必要とする。図３３は、図３０及び図３１Ｃにも示す、作動体基部リンク１８１２Ｃを表す。単一の自由度をもたらす別の代表的な関節構造が、図３１Ａ〜図３１Ｂ、及び図３２に示され、これは、リンクの１つの表面の直径から延びるリブ３１０２と、その反対側の面上で延びるリブと位置合せされるチャネル３１０３とを有する、リンク３１０１を備える。チャネル３１０３は、２つのリンクが、単一の自由度をもたらすためにチャネルの軸の周りで互いに相対的に枢動することができるように、チャネルの全長に沿ったリブ３１０２に枢動可能に係合するようになされる。

重要なことは、上記で説明したインターフェースの指部分は、作動体関節を関節運動させるために、指摺動部と指ループの組合せを含むように構成することができることである。例えば親指の関節は、一般に、いくぶん互いに独立して動くことができるので、指ループタイプの指部分が、人間の親指関節運動のより正確な模倣を作動体にてもたらすことができる。これは、指ループの入力制御は、遠位端リンクの運動の組み合わされた制御のみを可能にする指摺動部とは対照的に、遠位端の作動体リンクの運動を独立した制御を可能にするからである。一方、人差し指、中指、及び薬指など指の、ＤＩＰ及びＰＩＰ関節が関節運動するとき、それらは一般に、共に屈曲又は伸展する。したがって、指摺動部によってそれらの指の作動体運動を作動させることが、より適していることがある。

手動式装置はまた、人間の手とは異なる構成を採用することがあることも理解されたい。例えば、いくつかの外科応用例では、作動体部分を、それが手の把持機能以外の機能を有するツールとなるような方法で形成することが望ましいことがある。

更に別の変形形態では、関節機構は、心房細胞の内視鏡治療に使用することができる。特に、本発明の関節機構は、例えば、Cox, J.L.(2000), “Minimally Invasive Maze-III Procedure”, Operative Techniques in Thoracic and Cardiovascular Surgery, Vol.5(1), 79~92頁, Sihaら(2001), “The Electrocautery Maze - How I Do It”, The Heart Surgery Forum, Vol.4(4), 340~345頁, 及びPrasadら(2001), “Epicardial Ablation on the Beating Heart; Progress Towards an Off Pump Maze Procedure”, The Heart Surgery Forum, Vol.5(2), 100~104頁などに記載され、かつ、特許文献１０に記載されるように、心房細胞の治療において有効であることが示されているアブレーション焼灼部(ablativelesions)を心臓組織内に生み出すことを容易にするように、適合させることができる。そのような手技は、心外膜又は心内膜アブレーションを含む可能性があり、多くのそのような手技は、患者の心臓の後方へのアクセスを必要とし、これは困難となる可能性がある。本発明の関節機構は、複雑なジオメトリを形成するための能力と併せて、アブレーション要素を備えるように構成することができ、機構は、そのようなアブレーション治療を容易にするために、心臓周囲の解剖学的特徴を通って容易に進め、心臓の後方内部又は後方上部の様々な位置に容易に位置決めすることができる。

図１２Ａに示す関節機構１３１は、無線（ＲＦ）周波数又はマイクロ波周波数範囲内のエネルギーを発生するエネルギー源など電磁エネルギー源（図示せず）に接続された、アブレーション要素１２５を備える。そのようなアブレーション要素は、特許文献１１に概略的に記載されたものを含めて、当業界でよく知られている。アブレーション要素は、リンク１４２のチャネル１４４内に嵌合係合される取付け部材１３４によって、機構の遠位端１４１上のリンクに取付けられる。アブレーション要素は、絶縁部分１２７を備え、この絶縁部分は、通常熱可塑性エラストマーで形成され、その中に配置された細胞内へとエネルギーを伝達するための長手方向に延びるアンテナ又はワイヤ１２９を有する。螺旋状コイル、プリント回路などを含めた、別のアンテナ又はワイヤジオメトリが、同等に有効である。絶縁された導電リード線１３６及び１３７は、エネルギー源を、アンテナ又はワイヤに単極構成で接続するために設けられる。双極構成もまた企図することができる。アブレーション要素への追加コネクタ１３８及び１３９も設けられ、それらは、温度又はその他のセンサ又はプローブを提供する、あるいは、特許文献１２などに記載されるように、必要に応じて周囲の組織を冷却し過度の組織損傷を防ぐために冷媒を要素へと送達するためなど、様々な能力で機能することができる。

図１２Ｂは、アブレーションのために構成された、本発明の関節機構の別の変形形態を示す。この変形形態では、双極用途用に構成された関節機構１３３が、対向電極１５９を収容する遠位リンク１５２を有する、遠位端１４３を備える。対向電極は、チャネル１６４によって分離される。リード線１６６及び１６７など、絶縁された導電リード線は、電極の各対を、エネルギー源（図示せず）に接続する。電圧が与えられると、電極対の両端間でエネルギーが伝達され、周囲組織内でアブレーション焼灼部が生み出される。ここでも同様に、プローブ、センサ、及び冷却流体を含めた追加機能を提供するために、追加コネクタ１６８及び１６９が設けられる。

上記変形形態は、電磁エネルギーに依拠するアブレーション要素を使用するが、本発明による関節機構はまた、当業界で知られる別の方法を組み込むように、容易に適合させることができる。例えば、アブレーション要素は、極低温もしくは超音波プローブ、又はレーザエネルギーを使用するアブレーション要素、又はその他の知られたアブレーション技術とすることができる。

心外膜のアブレーション焼灼部は、図１３Ａ〜図１３Ｆに示す例で示すように作り出すことができる。関節機構１３１による患者の心臓９２９の後方へのアクセスはまず、例えば、患者の前胸壁内に配置される、開胸術、小開胸術、又はトロカールポート（例えば５〜１０ｍｍのポート）などによって行うことができる。関節機構のスペーサ要素（図示せず）は、ポートにおける支点として働くことができる。外科医が、患者の外部にある近位リンクを屈曲させるとき、患者の内部にある遠位端は、関節機構が同時に進められるにつれて上大動脈９３３（図１３Ａ）に巻き付き、続いて肺静脈９３５（図１３ Ｂ）を取り囲むように、外部リンクの湾曲を相互的なやり方で模倣する。図１３Ｂに示すように、関節機構の遠位端上のアブレーション要素は、定位置につくと、焼灼部、及びここで特に示すように、肺動脈を包囲する焼灼部９４３（図１３Ｃ）を生み出すように、作動させることができる。図１３Ｄ及び図１３Ｅに、以前に形成された肺動脈を包囲する焼灼部９４３（図１３Ｆ）に連結される、僧帽弁輪へと下降する焼灼部９３９を作り出すために、肺静脈９３５から下向きに延びるように再配置される、関節機構を示す。

本発明はまた、様々な関節機構及び関連する付属品を提供するためのキットも企図する。例えば、様々な長さ、様々な分節直径、及び／又は様々なタイプの外科用機器、又は様々なタイプの係止ロッド又は鍛造可能なカバーを有する関節機構を収容する、キットを提供することができる。キットは、例えば内視鏡法、レトラクション、もしくはカテーテル配置など、特定の手技用に、及び／又は、例えば小児又は成人など特定の患者集団用に合わせることができる。

本明細書で引用するすべての出版物、特許、及び特許出願は、個々の出版物、特許、又は特許出願がそれぞれ、参照により組み込まれることが具体的かつ個別に指示されたかのように、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする。上記発明を、明確な理解のために、例示及び例としていくらか詳細に説明してきたが、本発明の教示に照らせば、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの変更及び修正を本発明に加えることができることが、当業者には容易に明らかになるであろう。

１００ 関節機構
１０２ リンク
１０４ ケーブル
１０６ 近位端
１０８ 遠位端
１１２ スペーサ要素
２００ リンク
２０２ ステム部分
２０６ 遠位端
２０８ 凹部
２１０ 表面
１７００ 手動式装置
１７１１ 近位端
１７１２ 指部分
１７１３ 使用者インターフェース
１７１４ 人差し指部分
１７１５ 中指部分
１７１６ 親指部分
１７１７ ハンドル部分
１７２１ 遠位端
Ａ１ リンク
Ａ２ リンク
Ｂ１ リンク
Ｂ２ リンク
Ｃ１ リンク
Ｃ２ リンク
Ｄ１ リンク
Ｄ２ リンク

Claims (5)

1. 外科器具であって、
   近位端及び遠位端と、
   前記近位端の近傍に位置決めされているユーザーインターフェースに結合されている第１のリンク部材と、
   前記遠位端の近傍に位置決めされているクランプに結合されている第２のリンク部材と、
   前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材との間において延在している細長く高剛性な軸と、
   前記軸を貫通して延在している少なくとも１組のケーブルセットであって、前記第１のリンク部材の運動が前記第２のリンク部材の対応する運動を発生させるように前記第１のリンク部材及び前記第２のリンク部材に接続している前記少なくとも１組のケーブルセットと、
   前記外科器具を関節構造で選択的にロックするように構成されている関節式ロック機構と、
   を備えている前記外科器具において、
   前記ユーザーインターフェースが、前記第１のリンク部材に接続されている第１の部品と前記第１の部品に回動可能に接続されている第２の部品とを有しているハンドルを備えており、前記ユーザーインターフェースが、前記第２の部品を前記第１の部品に対して相対的に回動させることによって前記クランプを動作させるように構成されており、
   前記第１のリンク部材及び前記第２のリンク部材それぞれが、隣り合う螺旋分節の間に配置された可撓性を有しているリンク機構を持つ、複数の可撓性を有している前記螺旋分節を有する、連続的な可撓性を有している螺旋部材を備え、前記螺旋分節が、前記ケーブルが移動可能に貫通する前記螺旋分節の軸に平行に延びる複数の貫通孔を備えており、
   前記外科器具が、前記ハンドルの前記軸に対する相対的な運動が前記少なくとも１組のケーブルを通じて前記クランプの前記軸に対する比例的に拡大縮小された相対的な運動を発生するように構成されていることを特徴とする外科器具。
2. 前記第１のリンク部材が、第１の組のリンクを備えており、
   前記第２のリンク部材が、第２の組のリンクを備えており、
   前記第１の組のリンクのリンクそれぞれが、互いに異なる組のケーブルによって前記第２の組のリンクの対応するリンクに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の外科器具。
3. 前記第１のリンク部材の運動が、前記第２のリンク部材の逆転された運動を発生させることを特徴とする請求項１に記載の外科器具。
4. 前記第１のリンク部材の運動が、前記第１のリンク部材の運動と同一方向における前記第２のリンク部材の運動を発生させることを特徴とする請求項１に記載の外科器具。
5. 前記関節式ロック機構が、ボールソケット形継手を備えており、
   ボールとソケットとの間に摩擦が作用し、これにより前記外科器具を関節構造でロックすることを特徴とする請求項１に記載の外科器具。

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