JP5665152B2 - 外科用または診断用の工具の遠隔操作のためのリンク・システムおよび関節運動機構 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、２００４年６月７日に出願された、米国仮出願番号６０／５７７，７５７の利益を主張する。この仮出願は、本開示に参考として援用される
（発明の分野）
本発明は、外科用または診断用の器具および工具の遠隔案内および操作など、リンク・システムおよびその用途に関する。

（背景技術）
器具および工具を容易に遠隔位置から操向、案内、および／または操作するための能力は、とくには手による手作業での移動が容易ではなく、あるいは他にリスクまたは危険を呈しうる作業空間へと器具または工具を進めることが望まれる種々さまざまな産業および用途において、関心の対象となっている。それらには、例えばある特定の外科的処置あるいは機械装置の製造または修理など、工具または器具を適用しようとする目標部位がアクセス困難である状況が挙げられ、さらには手による目標部位へのアクセスが制約され、あるいは不可能である商業および家庭の用途が挙げられる。他の状況としては、例えば危険な化学物質にさらされた作業空間など、作業環境がユーザにとって危険である産業用途を例えば挙げることができる。さらに他の状況としては、危険でありあるいは敵対的である場所への工具または器具の配置など、ユーザがリスクにさらされる可能性がある警察または軍事の用途を例えば挙げることができる。

外科的処置を説明用の例として使用すると、内視鏡検査および腹腔鏡検査などといった処置が、典型的には、目標とする器官または組織において操縦され、あるいは体外の位置から目標とする器官または組織へと操縦される器具を使用している。内視鏡的処置の例としては、Ｓ状結腸鏡検査法、結腸内視術、食道胃十二指腸内視鏡検査法、および気管支鏡検査法が挙げられる。伝統的には、内視鏡の挿入チューブが、前方へと押すことによって進められ、後方へと引くことによって引き込まれる。チューブの先端を、ねじりならびに全体的な上下および左右の動きによって案内することができる。このように運動の範囲が限られているため、急角度の操縦（例えば、直腸Ｓ状結腸において）は困難であることが多く、患者の不快を引き起こし、周囲の組織を傷つける恐れを大きくしている。腹腔鏡検査は、解剖学的目印に従ったトロカール・ポートの設置を必要とする。ポートの数は、通常は、意図される処置に応じ、さらには満足できる組織の可動化および手術野の露出を達成するために必要とされる器具の数に応じ、さまざまである。例えば、術後の苦痛が少なく、早期に運動が可能であり、付着の形成が少ないなど、腹腔鏡手術には多数の利点が存在するが、器官の最適な引き込みおよび従来からの器具の操縦を腹腔鏡ポートを通じて行うことは、困難であることが多い。場合によっては、これらの欠点が、手術時間の増大やステープルおよび縫合糸などといった要素の不正確な配置につながる可能性がある。操向可能なカテーテルも、診断および治療の両用途においてよく知られている。内視鏡と同様、そのようなカテーテルの先端も、患者の脈管構造を移動するための運動について、大まかに限られた範囲でしか案内することができない。

操縦性を向上させた内視鏡およびカテーテルを設計する試みが、すでに存在している。例えば、Ｓａｔｏの特許文献１、Ａｉｌｉｎｇｅｒらの特許文献２、Ａｌｏｔｔａらの特許文献３、およびＳａｋａｉの特許文献４が、１組のワイヤを操作することによって湾曲させることができる１つ以上の可撓部位を備える内視鏡器具を説明している。ワイヤは、回転ピニオン（Ｓａｔｏ）、操作ノブ（Ａｉｌｉｎｇｅｒら）、操縦アーム（Ａｌｏｔｔａら）、またはプーリ機構（Ｓａｔｏ）によって、器具の近位端から操作される。Ｂｏｕｒｙらの特許文献５は、カテーテルの壁体内を延びる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、カテーテルの種々の部位を終端としている。ワイヤの近位端が、カテーテルから緩く突き出しており、医師がワイヤの近位端を引っ張ることができる。医師は、ワイヤに選択的に張力をかけることによってカテーテルを形作ることができ、したがってカテーテルを操縦することができる。

上述の装置のそれぞれは、遠隔操縦が可能であるけれども、運動の範囲がおおむね限定的である。また、操縦のための機構が、カテーテルを形付けるべく各ワイヤを別個に引っ張らなければならないＢｏｕｒｙらのカテーテルなどのように、使用に苦労すると考えられる。さらには、例えばノブおよびプーリ機構を使用する内視鏡または操縦可能なカテーテルの場合には、患者の体内を通っての装置の操縦に熟練するために、かなりの量の訓練が必要である。

したがって、複雑な形状を良好な制御性にて移動できるように優れた遠隔操縦性を備えている装置であれば、より効率的かつ正確に器具および工具を前進させて配置することが可能であろう。また、そのような装置に、そのような優れた操縦性を達成するために、より直観的かつ手軽なユーザ・インターフェイスを備えれば、好都合であると考えられる。そのような装置が、ケーブル構成要素の望ましくない張力またはたるみを制限することが、さらに好都合であると考えられる。加えて、そのような装置が装置の動きを防止することができる固定機構を有することが、好都合であると考えられる。そのような装置は、多数の産業にまたがり、器具および工具の案内、操縦、および／または操作において、幅広い用途を有すると考えられる。さらには、そのような装置は、それ自身、余興的、娯楽的、および教育的価値を有するものと考えられる。

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

（発明の要旨）
本発明は、外科用または診断用の器具または工具などの器具の遠隔操作が挙げられるがこれらに限定されない、さまざまな目的に有用な関節運動機構、リンク・システム、およびそれらの構成要素を提供する。そのような器具および工具としては、内視鏡、光源、カテーテル、ドップラー流量計、マイクロホン、プローブ、鉤（ｒｅｔｒａｃｔｏｒ）、ディセクター（ｄｉｓｓｅｃｔｏｒ）、ステープル、クランプ、把持具、はさみまたはカッター、ならびに切除または焼灼用の要素が挙げられるがこれらに限定されない、外科用または診断用の器具または工具を挙げることができる。非外科用の用途における他の器具または工具としては、把持具、ドライバー、動力工具、溶接機、磁石、光学レンズおよびビューア、電気工具、聴覚／視覚ツール、レーザ、モニタ、などが挙げられるがこれらに限定されない。用途に応じ、本発明の関節運動機構、リンク・システム、および他の構成要素を、数々の器具および工具の組み込みまたは数々の器具および工具への適合に対応するため、容易に拡大縮小できると考えられる。リンク・システムおよび関節運動機構を、これらの器具または工具を所望の目標部位へと操向するために使用することができ、さらにはそのような器具および工具を操作し、あるいは操作を容易にするために使用することができる。

本発明の一局面においては、複数のリンクを備えており、少なくとも２つの隣り合うリンクが２つの別個の枢支点を中心として互いに対して枢動可能であるリンク・システムが提供される。特定のバリエーションにおいては、隣り合うリンクが、軸方向に整列した凸状の突起または凹状のくぼみをそれぞれ有する対向面を有している。そのようなバリエーションにおいては、リンク・システムが、少なくとも２つの隣り合うリンクの間に介装されたブッシュをさらに備えており、ブッシュが、少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみと接触している。ブッシュは、隣り合うリンクの対向する凸状の突起および／または凹状のくぼみを受け入れるように構成された凹状のくぼみおよび／または凸状の突起を備えることができる。いくつかの場合には、隣り合うリンクの凸状の突起または凹状のくぼみが、半球形である。このようなリンク・システムを、本発明による関節運動機構に組み込むことができ、あるいはさもなければ、本発明による関節運動機構の構成要素を形成することができる。

本発明の他の局面においては、例えば外科用または診断用の工具の遠隔操作のための関節運動機構が提供される。関節運動機構は、遠位側に位置する工具または器具の遠隔操作を可能にする１つ以上のリンク・システムを備えることができる。一バリエーションにおいては、複数のリンク・ペアを備えており、それぞれのリンクがペアの他方のリンクに対して離間した関係に保たれている関節運動機構が提供される。少なくとも２つの隣り合うリンクが、２つの別個の枢支点を中心として互いに対して枢動可能である。あるバリエーションにおいては、隣り合うリンクが、軸方向に整列した凸状の突起または凹状のくぼみをそれぞれ有する対向面を有するとともに、間に介装されたブッシュによって隔てられている。さらに関節運動機構は、複数のケーブル・セットを備えており、各セットが、個々のペアのリンクを、ペアの一方のリンクの動きによって当該ペアの他方のリンクに対応する相対運動が生じるように互いに接続している。特定のバリエーションにおいては、リンクが、隣り合うリンクの間の過剰なケーブルのたるみまたは張力を軽減または除去するように設計されている。

本発明のさらなる局面においては、関節運動機構へと取り入れることができる固定機構が提供される。この機構は、遠位側が１つ以上のリンクへと接続されてなる１つ以上のケーブル（または、他の操作要素）を受け入れ、作動時にケーブル（または、他の操作要素）の動きを妨げて、対応するリンクそのものの動きを妨げるように構成されている。固定機構の一実施の形態においては、この機構が、各ケーブルが可動の固定部材と固定された接触部材との間を通過できるように構成されている。可動の固定部材の動きによって、１つ以上のケーブルが固定された接触部材に接触させられ、１つ以上のケーブルの動きが摩擦によって妨げられる。

他の実施の形態においては、固定機構が、固定機構の中心軸に対して直角に配置された１つ以上の固定溝を備えることができる。可動のボタン部材が、機構のハウジング内の１つ以上の固定溝のそれぞれに配置される。ハウジングは、１つ以上のケーブル（または、他の操作要素）を受け入れる１つ以上の貫通通路を備えることができ、それぞれの固定溝が、それぞれの貫通通路に組み合わせられる。固定溝内のボタン部材を押し下げることによって、関連の貫通通路のケーブル（または、他の操作要素）が円柱に摩擦接触し、ケーブルの動きが摩擦によって妨げられる。

他の実施の形態においては、固定機構が、軸方向に整列した固定および可動カラーを有する二重カラー機構を備えている。１つ以上のケーブル・セット（または、他の操作要素）が、一方のカラーを通過し、他方のカラーの外周部を通過している。可動カラーを固定カラーに向かって軸方向に動かすことで、ケーブルが両方のカラーに接触し、摩擦によってケーブルの動きが妨げられる。

本発明のさらなる局面においては、外科用または診断用の工具と外科用または診断用の工具の近位側の複数のリンクとを備える外科用装置が提供される。細長いシャフトが、複数のリンクの近位側に位置し、１つ以上のケーブルが、遠位側において１つ以上のリンクに接続され、近位側において細長いシャフトを通って受け入れられている。１つ以上のケーブルを動かすことで、１つ以上のリンクの運動が生じる。やはり、少なくとも２つの隣り合うリンクが、２つの別個の枢支点を中心として互いに対して枢動可能である。あるバリエーションにおいては、隣り合うリンクの少なくとも２つが、軸方向に整列した凸状の突起および／または凹状のくぼみを備える対向面を有するとともに、間に介装されたブッシュによって隔てられている。ブッシュは、隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみと接触している。

本発明のさらなる局面においては、工具または器具を、リンク・システムおよび／または関節運動機構に取り付け、あるいはリンク・システムおよび／または関節運動機構から延伸させることができ、あるいはリンク・システムおよび／または関節運動機構を、他のやり方でそのような器具または工具へと取り入れることができる。外科用の用途の場合には、外科用または診断用の工具の例として、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、鉤、ディセクター、ステープル、クランプ、把持具、はさみまたはカッター、ならびに切除または焼灼用の要素を挙げることができるがこれらに限定されない。他の用途については、例えば把持具、ドライバー、動力工具、溶接機、磁石、光学レンズおよびビューア、光源、電気工具、聴覚／視覚ツール、レーザ、光源、モニタ、など、数々の工具または器具を同様に想定することができるがこれらに限定されない。工具または器具の種類、取り付けの方法および位置、ならびに用途および用法としては、本件出願と所有者が同一であって同時に係属中であり、ここでの言及によってその全体が本明細書に取り入れられたものとする米国特許出願第１０／４４４，７６９号に記載のものを挙げることができるがこれらに限定されない。
例えば、本発明は以下を提供する：
（項目１）
外科用または診断用の工具を遠隔操作するための関節運動機構であって、
・複数のリンク・ペア、および
・複数のケーブル・セット
を有しており、
各リンクが、当該ペアの他方のリンクに対して離間した関係に保たれるとともに、少なくとも２つの隣り合うリンクが、２つの別個の枢支点を中心として互いに対して枢動可能であり、
各セットが、個々のペアのリンクを、ペアの一方のリンクの動きによって当該ペアの他方のリンクに対応する相対運動が生じるように互いに接続している関節運動機構。
（項目２）
前記少なくとも２つの隣り合うリンクが、軸方向に整列した凸状の突起または凹状のくぼみをそれぞれ有する対向面を有するとともに、該少なくとも２つの隣り合うリンクの間に介装されたブッシュによって隔てられており、
該ブッシュが、前記少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみと接触している項目１に記載の関節運動機構。
（項目３）
隣り合うリンクの少なくとも１つの凸状の突起または凹状のくぼみが、半球形である項目２に記載の関節運動機構。
（項目４）
前記ブッシュが、前記少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみを受け入れる凹状のくぼみおよび／または凸状の突起を有している項目２に記載の関節運動機構。
（項目５）
少なくとも１つのブッシュが、両側に２つの凹状のくぼみを有している項目４に記載の関節運動機構。
（項目６）
少なくとも１つのブッシュが、両側に２つの凸状の突起を有している項目４に記載の関節運動機構。
（項目７）
少なくとも１つのブッシュが、両側に１つの凹状のくぼみおよび１つの凸状の突起を有している項目４に記載の関節運動機構。
（項目８）
前記リンクが、近位端および遠位端を形成しており、対応するペアのリンクが、それぞれ近位端および遠位端に位置しており、
近位端の運動によって、遠位端の対応する相対運動が生じる項目１に記載の関節運動機構。
（項目９）
前記遠位端の対応する相対運動が、近位端の運動に対して逆（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）である項目８に記載の関節運動機構。
（項目１０）
前記遠位端の対応する相対運動が、近位端の運動を鏡映し（ｍｉｒｒｏｒ）している項目８に記載の関節運動機構。
（項目１１）
遠位端に外科用または診断用の工具が取り付けられている項目８に記載の関節運動機構。（項目１２）
前記工具が、ステープル、クランプ、把持具、はさみ、カッター、切除要素、および焼灼要素からなる群より選択される項目１１に記載の関節運動機構。
（項目１３）
リンク・ペアの間に配置されて該リンク・ペアを離間した関係に保つ細長いシャフト
をさらに有している項目１に記載の関節運動機構。
（項目１４）
前記細長いシャフトが、前記ケーブル・セットを収容している項目１３に記載の関節運動機構。
（項目１５）
前記リンク・ペアが、隣り合うリンク・ペアに組み合わせられたケーブル・セットを受け入れて通過させる通路を備えている項目１に記載の関節運動機構。
（項目１６）
個別のケーブル・セットによって接続されていない１つ以上のスペーサ・リンクをさらに有している項目１に記載の関節運動機構。
（項目１７）
個別のケーブル・セットによって接続されていない１つ以上のスペーサ・リンクをさらに有しており、各スペーサ・リンクが、軸方向に整列した凸状の突起または凹状のくぼみを備えるとともに、当該スペーサ・リンクと隣のリンクとの間に介装されたブッシュによって隣のリンクから隔てられている項目２に記載の関節運動機構。
（項目１８）
前記スペーサ・リンクの凸状の突起または凹状のくぼみが、半球形である項目１７に記載の関節運動機構。
（項目１９）
リンク・ペアを接続しているケーブルの当該ペアの第１のリンクの中心からの半径方向の距離が、当該ペアの第２のリンクと異なっている項目１に記載の関節運動機構。
（項目２０）
外科用または診断用の工具を遠隔操作するための関節運動機構であって、
・長手軸を有する細長いシャフト、
・前記軸の遠位端に位置して軸方向に整列した複数のリンク、および
・前記軸方向に整列したリンクの近位側に位置し、前記軸方向に整列したリンクへと接続されて前記軸方向に整列したリンクの運動を生じさせることができる操作要素を受け入れることができる固定機構
を有しており、
前記固定機構が、該固定機構へと受け入れられたときの操作要素の運動を妨げることによって、前記軸方向に整列したリンクの運動を妨げるようにさらに構成されている関節運動機構。
（項目２１）
前記固定部材が、可動の固定部材および固定された接触部材をさらに有しており、
可動の固定部材の動きによって、固定機構へと受け入れられたときの操作要素を固定された接触部材に接触させて、前記軸方向に整列したリンクの運動を妨げることができる項目２０に記載の関節運動機構。
（項目２２）
１つ以上の軸方向に整列したリンクに遠位側において接続された１つ以上のケーブルをさらに有しており、該ケーブルが、近位側において前記細長いシャフトを通って受け入れられており、前記固定部材の動きによって１つ以上のケーブルが前記固定された接触部材に接触させられて、１つ以上のケーブルの動きが摩擦によって妨げられる項目２１に記載の関節運動機構。
（項目２３）
前記固定機構が、前記細長いシャフトの遠位側に位置している項目２０に記載の関節運動機構。
（項目２４）
前記固定機構が、前記細長いシャフトの近位側に位置している項目２０に記載の関節運動機構。
（項目２５）
・前記細長いシャフトの近位側に位置する複数の相互リンクであって、それぞれがリンク・ペアを形成すべく前記細長いシャフトの遠位側の複数のリンクのうちの１つへと、ペアの一方のリンクの動きによって当該ペアの他方のリンクの対応する相対運動が生じるように少なくとも１つのケーブル・セットによって接続されている複数の相互リンク
をさらに有している項目２０に記載の関節運動機構。
（項目２６）
前記固定機構が、１つ以上の固定溝および該１つ以上の固定溝に配置された１つ以上の可動のボタン部材をさらに有している項目２０に記載の関節運動機構。
（項目２７）
１つ以上のケーブル・セットを受け入れる１つ以上の貫通通路と、それぞれの貫通通路に組み合わせられた１つ以上の固定溝とを備えるハウジングをさらに有しており、
前記固定溝内の前記ボタン部材が押し下げられることによって、関連の貫通通路内のケーブルが円柱形のハウジングに摩擦接触して、摩擦によって該ケーブルの動きが妨げられる項目２６に記載の関節運動機構。
（項目２８）
ケーブル固定機構が、前記ハウジングの周囲に配置されたスライダをさらに有しており、該スライダの動きによって前記１つ以上のボタン部材が押し下げられる項目２７に記載の関節運動機構。
（項目２９）
前記円柱形のハウジングの中心軸に沿った異なる位置に配置された複数の固定溝およびボタン部材をさらに有している項目２８に記載の関節運動機構。
（項目３０）
前記固定機構が、固定されたカラーおよび可動のカラーをさらに有しており、
該カラーが、一方のカラーを通過し他方のカラーの外周部を通過する１つ以上のケーブル・セットに軸方向に整列しており、
固定されたカラーに向かう可動のカラーの動きによって、１つ以上のケーブルをカラーに接触させて、摩擦によって１つ以上のケーブルの動きを妨げる項目２０に記載の関節運動機構。
（項目３１）
一方のカラーが他方のカラーよりも大きい直径を有している項目３０に記載の関節運動機構。
（項目３２）
・外科用または診断用の工具、
・前記外科用または診断用の工具の近位側の複数のリンクであって、少なくとも２つの隣り合うリンクが２つの別個の枢支点を中心として互いに対して枢動可能である複数のリンク、
・前記複数のリンクの近位側の細長いシャフト、および
・遠位側が１つ以上のリンクに接続されるとともに、近位側が前記細長いシャフトを通って受け入れられている１つ以上のケーブルであって、１つ以上のケーブルの動きによって１つ以上のリンクの運動が引き起こされる１つ以上のケーブル
を有している外科用器具。
（項目３３）
前記少なくとも２つの隣り合うリンクが、軸方向に整列した凸状の突起または凹状のくぼみをそれぞれ有する対向面を有するとともに、該少なくとも２つの隣り合うリンクの間に介装されたブッシュによって隔てられており、
該ブッシュが、前記少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみを補完している項目３２に記載の外科用器具。
（項目３４）
前記少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起および／または凹状のくぼみが、半球形である項目３３に記載の外科用器具。
（項目３５）
前記ブッシュが、前記隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起および／または凹状のくぼみを受け入れる凹状のくぼみおよび／または凸状の突起を有している項目３３に記載の外科用器具。
（項目３６）
・前記シャフトの近位側に位置する複数の相互リンクであって、それぞれがリンク・ペアを形成すべく前記シャフトの遠位側の複数のリンクのうちの１つへと、ペアの一方のリンクの動きによって当該ペアの他方のリンクの対応する相対運動が生じるように少なくとも１つのケーブル・セットによって接続されている複数の相互リンク
をさらに有している項目３２に記載の外科用器具。
（項目３７）
前記細長いシャフトの近位側に位置し、前記外科用または診断用の工具に作用可能に接続されている操作ハンドル
をさらに有している項目３６に記載の外科用器具。
（項目３８）
前記操作ハンドルが、前記複数の相互リンクの近位側に位置している項目３７に記載の外科用器具。
（項目３９）
前記複数の相互リンクが、前記操作ハンドルから延びている項目３７に記載の外科用器具。
（項目４０）
１つ以上のケーブルの動きを妨げることによって前記リンクの動きを妨げるように構成されたケーブル固定機構をさらに備えている項目３７に記載の外科用器具。
（項目４１）
リンク・ペアを接続しているケーブルの当該ペアの第１のリンクの中心からの半径方向の距離が、当該ペアの第２のリンクと異なっている項目３７に記載の外科用器具。
（項目４２）
複数のリンクを有しており、少なくとも２つの隣り合うリンクが２つの別個の枢支点を中心として互いに対して枢動可能である関節運動リンク・システム。
（項目４３）
前記少なくとも２つの隣り合うリンクが、軸方向に整列した凸状の突起または凹状のくぼみをそれぞれ有する対向面を有しており、
さらにブッシュが、前記少なくとも２つの隣り合うリンクの間に介装されており、
該ブッシュが、前記少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみと接触している項目４２に記載の関節運動リンク・システム。
（項目４４）
隣り合うリンクの少なくとも１つの凸状の突起または凹状のくぼみが、半球形である項目４３に記載のリンク・システム。
（項目４５）
前記ブッシュが、前記少なくとも２つの隣り合うリンクのそれぞれの凸状の突起または凹状のくぼみを受け入れる凹状のくぼみおよび／または凸状の突起を有している項目４３に記載のリンク・システム。
（項目４６）
少なくとも１つのブッシュが、両側に２つの凹状のくぼみを有している項目４５に記載のリンク・システム。
（項目４７）
少なくとも１つのブッシュが、両側に２つの凸状の突起を有している項目４５に記載のリンク・システム。
（項目４８）
少なくとも１つのブッシュが、両側に１つの凹状のくぼみおよび１つの凸状の突起を有している項目４５に記載のリンク・システム。
（項目４９）
前記複数のリンクに軸方向に整列した少なくとも１つのケーブル・セットをさらに有しており、該少なくとも１つのケーブル・セットが、少なくとも１つのリンクに取り付けられている項目４２に記載のリンク・システム。

近位側および遠位側の関節運動リンク・システムを備える本発明の一実施の形態による外科用針打ち出し装置の斜視図を示している。 図１Ａの実施の形態の上面図を示しており、装置が別の位置へと関節運動している。 図１Ａに示した実施の形態の遠位側のリンク・システムに類似するリンク・システムの拡大斜視図を示しており、軸方向に整列して対向する凸状の突起を備えている隣り合うリンクが、凸状の突起の間に介装されたブッシュによって隔てられている。 図２Ａのリンク・システムの側面図を示している。 図２Ａに示したリンク・システムについて、線Ｋ‐Ｋによって指定される平面に沿って得た断面図を示している。 曲がった構成にある図２Ａのリンク・システムの側面図である。 図２Ａのものに類似したリンク・システムの直線状態の断面を示している。 図２Ａのものに類似したリンク・システムの曲げられた状態の断面を示している。 図１に示した装置の部分切断の拡大側面図を示している。 図１に示した装置の部分切断の拡大断面図を示している。 図３Ｂに示した装置の遠位端の工具およびリンク組立体について、領域Ａで示された詳細の断面図を示している。 図３Ｂに示した実施の形態の近位側のリンク‐ハンドル組立体について、領域Ｂで示された詳細の断面図を示している。 本発明において示される他の実施の形態によるリンク・システムの直線状態の断面図を示しており、軸方向に整列して対向する凹状のソケットを備えている隣り合うリンクが、凹状のソケットの間に介装されたブッシュによって隔てられている。 本発明において示される他の実施の形態によるリンク・システムの曲げられた状態の断面図を示しており、軸方向に整列して対向する凹状のソケットを備えている隣り合うリンクが、凹状のソケットの間に介装されたブッシュによって隔てられている。 本発明のさらに他の実施の形態によるリンク・システムの直線状態の断面図を示している。 本発明のさらに他の実施の形態によるリンク・システムの曲げられた状態の断面図を示している。 遠位側のリンクの位置が変更されている本発明の他の実施の形態による外科用針打ち出し器具の斜視図を示している。 本発明の他の実施の形態によるリンク固定機構の固定位置における側面図を示している。 本発明の他の実施の形態によるリンク固定機構の非固定位置における側面図を示している。 図９Ａの固定機構の上面図を示している。 図９Ａの固定機構の断面図を示している。 図９Ａの固定機構の断面図を示している。 図９Ａの固定機構の領域Ｃによって指定された拡大断面図を示している。 図９Ｂの固定機構の領域Ｄによって指定された拡大断面図を示している。 本発明の他の実施の形態による固定機構の斜視図を示している。 図１３の固定機構の側面図を示している。 図１３の固定機構の上面図を示している。 図１３の固定機構の端面図を示している。 図１３の固定機構の非固定位置における上面図である。 図１３の固定機構の半固定位置における上面図である。 図１３の固定機構の固定位置における上面図である。 図１７Ａに示した固定機構の線１８Ａ−１８Ａによって指定される平面に沿って得た断面図を示している。 図１７Ｂに示した固定機構の線１８Ｂ−１８Ｂによって指定される平面に沿って得た断面図を示している。 図１７Ｃに示した固定機構の線１８Ｃ−１８Ｃによって指定される平面に沿って得た断面図を示している。 本発明に示されたさらに他の実施の形態によるリンク固定機構の斜視図を示している。 非固定の配置にある図１９の機構について、長手軸に直交して得た断面図を示している。 固定の配置にある図１９の機構について、長手軸に直交して得た断面図を示している。 中立のケーブル・バイアスとなるように構成された本発明の他の実施の形態によるリンク・システムについて、真っ直ぐな状態の断面図を示している。 中立のケーブル・バイアスとなるように構成された本発明の他の実施の形態によるリンク・システムについて、曲げられた状態の断面図を示している。 負のケーブル・バイアスとなるように構成された本発明のさらに他の実施の形態によるリンク・システムについて、真っ直ぐな状態の断面図を示している。 負のケーブル・バイアスとなるように構成された本発明のさらに他の実施の形態によるリンク・システムについて、曲げられた状態の断面図を示している。 正のケーブル・バイアスとなるように構成された本発明のさらなる実施の形態によるリンク・システムについて、真っ直ぐな状態の断面図を示している。 正のケーブル・バイアスとなるように構成された本発明のさらなる実施の形態によるリンク・システムについて、曲げられた状態の断面図を示している。

（発明の詳細な説明）
本明細書においてさらに詳しく説明されるように、種々さまざまな装置を形成でき、あるいは種々さまざまな装置へと取り入れることができ、さもなければ種々さまざまな装置を構成できる関節運動リンク・システムおよび機構が提供される。リンク・システムは、個々のリンクの組み合わせから製作することができる。本発明による関節運動機構は、大まかには、複数のリンク・ペアおよび少なくとも１つの個別のリンク・ペアを接続する少なくとも１つのケーブル・セットを備えている。本明細書において使用されるとき、用語「リンク」は、リンク・システムまたは関節運動機構の個別の一部分であって、当該機構またはシステムの他の個別の一部分に対して相対運動できる一部分を指す。いくつかの実施の形態においては、リンクが、当該機構の反対側の端部に位置する他の個別の一部分または所定の領域に対応することができる。リンクは、必須ではないが典型的には、円柱形である。リンクは、当該機構の長手軸に沿っておおむね整列している。ある実施の形態においては、リンク・システムが複数のリンクを備えており、そのうちの少なくとも２つがブッシュによって隔てられている。

リンク・システムは、種々の関節運動機構を形成でき、あるいは種々の関節運動機構へと取り入れることが可能である。種々の実施の形態において、本発明による関節運動機構は、大まかには、複数のリンク・ペアおよび複数のケーブル・セットを備えている。さらなる実施の形態においては、関節運動機構は、個別のペアの構成員である複数のリンクまたはセグメントを備えている。リンクは近位端および遠位端を形成しており、各ペアの一方のリンクが近位端においてリンク・システムに位置し、当該リンク・ペアの他方のリンクが遠位端においてリンク・システムに位置している。

そのような関節運動機構において、それぞれのケーブル・セットが、ペアのうちの一方のリンクを動かすことによって当該ペアの他方のリンクの対応する運動が生じるように、関節運動機構の個々のペアのリンクを互いに接続している。本明細書において使用されるとき、用語「アクティブ・リンク」または「アクティブ・リンク・ペア」は、ケーブル・セットによって互いに直接接続されたリンクを指す。用語「スペーサ・リンク」または「スペーサ・リンク・ペア」は、ケーブル・セットによって直接接続されてはいないリンクを指す。しかしながら、スペーサ・リンクをアクティブ・リンクの間に配置して、アクティブ・リンクを接続するケーブル・セットを通過させることができる。アクティブ・リンク・ペアを操作できることで、本明細書においてさらに詳しく説明されるとおり、容易に当該機構に複雑な三次元の立体配置および形状を形成させることができる。そうでなく非接続のリンクを通過するケーブル・セットまたはワイヤに依存している従来の関節運動装置においては、このような複雑な形状を得ることが困難である。なぜならば、そのような装置は、典型的には操向用のケーブルまたはワイヤが各リンクを通過して最も遠位側のリンクで終わるように設計されているためである。すなわち、すべてのセグメントが、典型的には湾曲した様相またはアーチ状の様相で、ワイヤまたはケーブル・セットの動きに揃って応答して一緒に曲がるためである。

本発明のリンク・システムまたは関節運動機構は、例えば、外科用または診断用の器具工具を患者の体の領域内の目標部位へと案内および操向するために使用される装置へと組み込むことができる。そのような装置を、患者の外部の位置から、当初の真っ直ぐな立体配置にて導入することができ、あるいは近位端に種々の操作を加えた後に導入することができる。種々の実施の形態においては、リンク・システムが、関節運動機構の一部を構成する。当該機構の近位端を動かすことによって、遠位端に運動が生じる。さらには、遠位端において得られる運動の方向を、遠位端に対する近位端の回転の程度に応じて、反転させることができ、鏡像対称とすることができ、あるいは別なふうにすることができる。また、近位端が、遠位端の操向および操作を制御するための好都合かつ使用の容易なユーザ・インターフェイスを提供する。このユーザ・インターフェイスは、例えば患者の体内に位置している当該機構の遠位端の形状および方向性の運動を、外部に位置する近位端のユーザ・インターフェイスの操作後の形状にもとづいて、例えばユーザが容易に視覚的に把握できるようにする。あるいは、遠位端のリンクの制御または操作を、例えばノブおよびプーリー・システムなどの使用を通じ、リンク駆動ケーブルを操作するより従来からの方法によって達成してもよい。

複雑な形状の形成の他にも、本発明によれば、操作したアクティブ・リンクを拘束し、それらリンクが側方から加わる力による運動に抗することができるようにすることによって、当該機構の剛性を高めることができる。所与のリンク・ペアについて、リンクを所望の形状を達成すべく操作し、当該ペアの一方のリンクを当該所望の形状に固定したときに、当該ペアの他方のリンクが荷重に耐えて荷重が加えられていないときの所望の形状を維持できるならば、完全に拘束されているとみなすことができる。拘束されない場合に３つの自由度に運動できるリンクにおいては、そのようなリンクを完全に拘束するためには、少なくとも３本のケーブルが必要とされる。従来の関節運動装置には、これは常には当てはまらない。スペーサ・リンクはこのようには拘束されず、このような拘束されないリンクを備えることは、動作させた機構の一部分をあまり剛でないようにしたい多数の状況において、好都合でありうる。

用語「器具」および「工具」は、本明細書において交換可能に使用され、特定の目的を達成するために通常はユーザによって取り扱われる装置を指す。あくまで説明のみを目的として、本発明のリンク・システムおよび関節運動機構を、遠隔位置からアクセスされる体の領域において外科用または診断用の工具および器具を遠隔位置から案内し、操作し、さらには／あるいは動作させるための用法の文脈において説明する。すでに述べたように、外科または診断の用途以外のリンク・システムおよび関節運動機構の他の用途も想定することができ、当業者にとって明らかである。広くには、そのような用途としては、手による手作業の案内が容易ではなく、あるいは他にリスクまたは危険を呈しうる作業空間へと器具または工具を案内することが望まれるあらゆる状況が挙げられる。それらには、狭い空間への工具、プローブ、センサ等の案内、あるいは例えば機械類の組み立てまたは修理のための工具の精密な遠隔操作などといった工業上の用途が挙げられるがこれらに限定されない。さらに、それらには、工具または器具を適用しようとする目標部位がアクセス困難である商業および家庭の状況を挙げることができる。他の状況としては、例えば危険な化学物質にさらされた作業空間など、作業環境がユーザにとって危険である工業の用途を例えば挙げることができる。さらに他の状況としては、危険でありあるいは敵対的である場所への工具または器具の配置など、ユーザがリスクにさらされる可能性がある警察または軍事の用途を例えば挙げることができる。さらに他の用法として、単純に複雑な形状の遠隔操作が望まれる用途が挙げられる。それらには、玩具またはゲームなど余興または娯楽における使用、例えば操り人形、人形、小立像（ｆｉｇｕｒｉｎｅ）などの遠隔操作のための使用が挙げられる。

図１Ａを参照すると、本発明による関節運動機構およびリンク・システムを取り入れてなる本発明の実施の形態が示されている。図１Ａに示されているように、針打ち出し機１００が、近位側のリンク・セット１０４および対応する遠位側のリンク・セット１０６を細長いシャフト１１２によって隔てられている関節運動機構１０２を備えており、シャフト１１２が、近位側および遠位側のリンク・セットを離間した関係に保つとともに、針打ち出し機を前進させるための作業シャフトをもたらしている。把持顎１０８、１０９を備える針打ち出し工具１０７が、遠位側のリンク・セット１０６の遠位端に取り付けられ、近位側のリンク・セット１０４の近位端に取り付けられたラチェット・ハンドル１１０に作用可能に接続されている。このように構成された針打ち出し機１００は、腹腔鏡の用途に適している。この実施の形態は針打ち出し工具を取り入れているが、すでに述べたように、ドップラー流量計、マイクロホン、内視鏡、光源、プローブ、鉤（ｒｅｔｒａｃｔｏｒ）、ディセクター（ｄｉｓｓｅｃｔｏｒ）、ステープル、クランプ、把持具、はさみまたはカッター、あるいは切除または焼灼用の要素が挙げられるがこれらに限定されない、種々さまざまな外科用の工具および器具ならびに他の非外科用の工具または器具を、遠位端へと機能可能に取り付けることができることを、容易に理解できるであろう。

図３Ａ〜５にさらに詳しく示されているように、近位側および遠位側のリンク・セット１０４、１０６は、対応するリンク・ペアを含んでおり、すなわち近位側のリンク・セット１０４の個々のリンクのそれぞれが、遠位側のリンク・セット１０６の個々のリンクとペアをなし、一連の個別のペアを構成している。遠位側のリンク・セット１０６が、リンク１２２Ａ、１２４Ａ、および１２６Ａを備える一方で、近位側のリンク・セット１０４は、リンク１２２Ｂ、１２４Ｂ、および１２６Ｂを備えている。リンク１２２Ａおよび１２２Ｂ、１２４Ａおよび１２４Ｂ、ならびに１２６Ａおよび１２６Ｂが、それぞれ個々のリンク・ペアである。近位側のリンク（１２２Ｂ、１２４Ｂ、および１２６Ｂ）が、ケーブル・セット１３４、１３５によって遠位側のリンク（１２２Ａ、１２４Ａ、および１２６Ａ）へと、近位側のリンク・セット１０４の近位側リンクの動きによって遠位側のリンク・セット１０６に対応する相対運動が生じるように接続されている。詳しくは、リンク１２２Ａおよび１２２Ｂがケーブル１３４によって接続され、リンク１２４Ａおよび１２４Ｂがケーブル１３５によって接続され、リンク１２６Ａおよび１２６Ｂが細長いシャフト１１２に取り付けられている。したがって、リンク１２２Ａおよび１２２Ｂ、ならびにリンク１２４Ａおよび１２４Ｂが、アクティブ・リンク・ペアを形成している。一般的に、本発明の種々の実施の形態による関節運動機構のアクティブ・リンク・ペアを接続するために、１つ以上のケーブル・セットが使用される。すでに述べたように、関節運動機構の一端に位置するアクティブ・リンクのそれぞれが、他端に位置する対応するリンクへと、ケーブル・セットを形成する２本以上のケーブルによって接続される。すでに述べたように、ある１つのアクティブ・リンク・ペアの動きは、対応するケーブル・セットによって制御され、他のあらゆるアクティブ・リンク・ペアとは別個独立である。

図２Ａ〜Ｄが、リンク・セット１０６と同様のリンク・セットを、装置１００から分離してさらに詳細に示している。見て取ることができるとおり、隣接するリンク１２２および１２４がブッシュ１３０によって隔てられており、隣接するリンク１２４および１２６がブッシュ１３２によって隔てられている。図２Ｃによりはっきりと見て取れるように、各リンクが、リンク・セットの長手軸Ｘ１に沿って整列しており、隣接するリンク１２２および１２４ならびに隣接するリンク１２４および１２６がそれぞれ、上記シャフトに沿って整列した対向する凸状の突起（１２３、１２５、１２７、１２９）を有している。各ブッシュ１３０および１３２は、リンク１２２、１２４、および１２６の凸状の突起を収容するため、対向する凹状のくぼみ（１３１、１３３、１３７、１３９）を有している。さらにリンクは、ケーブル・セット１３４および１３５の通過を可能にする通路１３８を備えている。ケーブル・セット１３４および１３５は、それぞれリンク１２２および１２４へと接続されている。ケーブル通路は、１本以上のケーブルへと張力が加えられたときにリンク１２２、１２４、および１２６の凸状の突起が各ブッシュ（１３０および１３２）のそれぞれの凹状のくぼみにおいて回転でき、これによって各リンクが枢支点を中心として枢動して、図２Ｄにより明白に示されているとおりリンク・セットが全体として曲がることができるよう、リンクの中心軸からずらされている。さらに各リンクおよびブッシュは、それぞれ各リンクおよびブッシュの中心軸に整列した中央通路１４０および１４１を備えている。組み立てられたとき、これらの通路が、駆動ケーブル（１４８）が針打ち出し工具（１０７）を制御および／または駆動すべく通過する中央管腔を形成する。さらに、中央通路は、一般的には、本発明のリンク・システムまたは関節運動機構とともに使用される所望の任意の工具または器具に関連するさらなるケーブル、ワイヤ、光ファイバ、または他の同様の要素を通過させる。ブッシュ１３０および１３２の中央通路は、図示のとおり円錐台１４２の形状で終わっている。これにより、駆動ケーブルの通過に影響を及ぼすことなく、リンクおよびブッシュが互いに対して枢動することができる。円錐台部分の全体寸法は、一般的には、リンクとブッシュとの間に望まれる相対的な枢動の程度に相応する。上述の理由で中央通路を設けることが望ましいが、リンクおよびブッシュにこのような通路を設けなくてもよく、本発明のリンク・システムまたは関節運動機構に組み合わせられた工具または器具の制御を、駆動ケーブルまたは他の同様の要素を当該リンク・システムまたは関節運動機構の周囲など、半径方向の任意の位置に沿って引き回すことによって達成してもよい。

図３Ａ〜５に目を向けると、上述の装置１００が、細長いシャフト１１２を近位側のリンク・セット１０４と遠位側のリンク１０６との間に配置して備えている。シャフトは、典型的には中空であり、リンク・ペアを接続するケーブル・セット１３４および１３５ならびに駆動ケーブル１４８の両者を収容する管腔１１４を備えている。シャフトの管腔は、通常は、本発明のリンク・システムまたは関節運動機構とともに使用される所望の任意の工具または器具に関連するさらなるケーブル、ワイヤ、光ファイバ、または他の同様の要素を通過させる。

打ち出し機１００のハンドル１１０は、駆動ケーブル１４８へと作用可能に結び付けられた従来からのラチェット式のハンドルである。詳しくは、図３Ａ、３Ｂ、および５に示されているように、ハンドル１１０が固定アーム１５１および枢動アーム１５２を備えており、アーム１５１が近位側のリンク１２２Ｂへと、リンク１２２Ｂの相互ハブ１２１Ｂに係合するカラー１５３によって固定されている。枢動アーム１５２は、枢支点１５０において固定アーム１５１に枢動可能に接続され、さらにアーム１５１の案内溝１４９に収容されて平行移動できるピン１４７を備えている。駆動ケーブル１４８の近位端が、ケーブル接続子１４６の遠位端を終端とし、さらにケーブル接続子１４６が、近位端にピン１４７を収容している。ハンドル１１０が操作されると、アーム１５２が枢支点１５０を中心として枢動し、これによって装置の近位端へと向かうケーブル接続子１４６および駆動ケーブル１４８の平行移動（すなわち、引き込み）が生じる。

図４に最も明白に示されているように、針打ち出し１０７が、同様に遠位側のリンク１２２Ａへと、リンク１２２Ａの相互ハブ部分１２１Ａに係合するカラー１５３によって固定されている。顎１０８および１０９が、顎１０８を固定し、顎１０９を枢支点１０５において顎１０８に吸う動可能に接続しつつ、遠位方向に延びている。ケーブル接続子１５４の遠位端が、ピン１０６にて顎１０８に取り付けられており、駆動ケーブル１４８の遠位端が、ケーブル接続子１５４の近位端に固定されている。図示のとおり、ばね１５６が、ケーブル１４８の周囲かつケーブル接続子１５４と遠位側のリンク１２２Ａとの間に配置され、ケーブルを引っ張りに保つとともに、顎１０９を開放位置に保っている。針打ち出し機は、中央のケーブル１４８を引き込むことによって駆動され、ケーブル１４８が接続子１５４を引き込んでばね１５６を圧縮し、顎１０９を枢支点１０５を中心として顎１０８に対する閉鎖位置へと枢動運動させることによって駆動される。

本発明の種々の実施の形態においては、リンク・セットまたはリンク・システムが、各リンクおよびブッシュの構成にもとづいて「中立のケーブル・バイアス」を有するように設計される。リンク・システムが、リンクの片側に沿ってケーブルによって加えられる操作力ゆえに湾曲するとき、リンクを通過するケーブルの相対的な張り具合を、正、負、または中立の様相で左右することができる。この作用、すなわち付勢を、「ケーブル引っ張りバイアス」と称することも可能である。リンクを関節運動させたときにケーブルに引っ張りが生じ、あるいはケーブルの引っ張りが大きくなるリンク・システムを、「正のバイアス」を有していると称することができる。一方で、リンクを関節運動させたときにケーブルの引っ張りが減少し、あるいはケーブルがたるむリンク・システムを、「負のバイアス」を有していると称される。ケーブルの引っ張りおよびケーブルのたるみを最小限にするリンク・システムは、「中立のバイアス」を有していると称される。中立のケーブル・バイアスを有するリンク・システムを取り入れてなる機構は、一般的に、運動の範囲にわたって自身の形状を維持することができ、当該機構に加わって形状精度を損なおうとする反作用力に抗することができ、したがって一般的には大部分の場合において好ましい。しかしながら、用途によっては、負または正のバイアスまたは作用が好都合でありうる。例えば、特定の用途においては、ケーブルのたるみを導入する負のケーブル・バイアスが、関節運動したリンクの剛性を低下させてリンクに沿って加わる反作用力への抵抗を制限するため、望まれるかもしれない。これが望ましいと考えられる特定の例として、敏感または脆弱な体構造を通り、あるいは敏感または脆弱な体構造の周囲で、リンクを移動させる場合が挙げられる。他の用途においては、ケーブル張力の増加を導入する正のケーブル・バイアスが、関節運動したリンクの剛性したがって加わる反作用力への抵抗を増すため、望まれるかもしれない。さらに、このような張力は、リンクのさらなる曲げまたは関節運動に対して抵抗をもたらすことができる。これが望ましいと考えられる例として、リンク・システムの曲げ過ぎ、すなわち「曲げ過剰」に対して、保護が重要である用途を挙げることができる。

再び図２Ａ〜２Ｄを参照すると、リンク・セット１０６のリンクおよびブッシュの特定の構成が、中立のケーブル・バイアスを達成している。この実施の形態において中立のケーブル・バイアスを達成するためには、リンク‐ブッシュ‐リンクからなる組立体のそれぞれの間の枢支点の用意および配置が重要である。リンク１２２、１２４、および１２６の凸状の突起（１２３、１２５、１２７、１２９）が半球形であり、ブッシュ１３０および１３２の凹状のくぼみ（１３１、１３３、１３７、１３９）が、切頭半球形を有している。凸状の突起および凹状のくぼみの半球形によって、隣接リンク間の枢支点Ｐが生み出されている。枢支点は、リンク・セットの中心軸Ｘと、各リンク１２２、１２４、および１２６の平坦な突き出していない軸方向の端面１２０によって定められる平面との交点に位置しており、この軸上の点を中心とし、半球形の凸状の突起の境界が画定されている。これを、図２Ａ〜２Ｄに示したリンク‐ブッシュ‐リンクからなる組立体と同様の構成のリンク‐ブッシュ‐リンク組立体を示した図２Ｅおよび２Ｆを参照して、より明確に見ることができる。ここでもやはり、リンク１２２ｃおよび１２４ｃが、ブッシュ１３０ｃによって隔てられている。リンク１２２ｃおよび１２４ｃがそれぞれ、ブッシュ１３０ｃの切頭半球形のくぼみ１３１ｃおよび１３３ｃに収容される半球形の突起１２３ｃおよび１２５ｃを備えている。やはりこの構成が、軸Ｘと各リンクの軸方向の端面１２０ｃによって定められる平面との交点に位置する２つのリンクの間の枢支点Ｐ_１、Ｐ_２を生み出している。その他の点では、リンクが同じ全体直径を有し、対応するケーブル通路が同じ半径またはリンク中心からの距離を有し、介装されたブッシュによって維持されるとおり、隣接リンク間の同じ間隔またはすき間を有している。

リンクが所望の位置または構成へと操作されるとき、リンク‐ブッシュ‐リンク組立体のそれぞれのリンクが、隣接する２つのリンクのすべてが二重の枢支点を中心として互いに向かって枢動し、あるいは互いから離れるように枢動するよう、それぞれの枢支点を中心として枢動する。さらに、所与のあらゆるリンクがこのような二重枢動動作を行う結果として、所与のケーブル通路出口点が隣のリンクの対応するケーブル通路出口点に向かって移動する距離が、当該リンクの反対側のケーブル通路出口点が隣のリンクの対応するケーブル通路出口点から離れるように移動する距離に等しくなる。しかしながら、ケーブル通路出口点の２つのそれぞれの組の間の合計距離は、リンクが枢動するか否かにかかわらず一定なままであり、これが中立のケーブル・バイアスを保つために重要である。そのような合計距離が等しくない場合、ケーブルのたるみまたは引っ張りに増加が生じうる。詳しくは、リンクを枢動または関節運動させたとき、対向する通路出口点の組の間の合計距離が、真っ直ぐな関節運動していない位置における合計距離よりも大きい場合、ケーブルの引っ張りが生じうる。一方で、枢動または関節運動の際に、対向する通路出口点の組の間の合計距離が、真っ直ぐな関節運動していない位置に比べて短くなる場合、ケーブルにたるみが生じうる。

この現象が、中立（図２１Ａおよび２１Ｂ）、負（図２２Ａおよび２２Ｂ）、および正（図２３Ａおよび２３Ｂ）のケーブル・バイアスを有するリンク組立体（６１０、６４０、６７０）を示している図２１Ａ〜２３Ｂを参照してさらに明確に説明される。それぞれのリンク組立体（６１０、６４０、６７０）が、隣り合う２つのリンク（６２２および６２４、６５２および６５４、ならびに６８２および６８４）を、ブッシュ（６３０、６６０、６９０）をこれら２つのリンクの間に介装して備えている。上述の実施の形態と同様、リンクが、ブッシュの凹状のくぼみ（６３１、６３３、６６１、６６３、６９１、および６９３）と係合する凸状の突起（６２３、６２５、６５３、６５５、６８３、および６８５）を備えている。図２１Ａおよび２１Ｂのリンク組立体６１０は、図２Ｅおよび２Ｆに示した組立体と同様に構成されており、中立のケーブル・バイアスを実現している。突起６２３および６２５が半球形であり、切頭半球形を有するくぼみ６３１および６３３に収容されている。図２Ａ〜２Ｆの組立体と同様、この構成も、軸Ｘ_１と２つのリンク（６２２、６２４）の軸方向の端面（６２０、６２１）によって定められる平面との交点に位置する枢支点Ｐ_３およびＰ_４を生み出しており、したがって枢支点Ｐ_３およびＰ_４が、ケーブル通路（６２６、６２８、６３６、６３８）のケーブル通路出口点（６２７、６２９、６３７、６３９）に一致している。図示のとおり、リンク６２２の出口点６２７および６２９が、リンク６２２の両側に位置し、組立体が真っ直ぐな曲げられていない位置にあるとき、隣のリンク６２４の出口点６３７および６３９に整列している（図２１Ａ）。この位置において、出口点６２７および６３７の間の距離と出口点６２９および６３９の間の距離とが同じであり、図２１ＡにおいてＧ１として表わされている。組立体が曲げられたとき（図２１Ｂ）、対応する出口点の間の相対距離が、図２１Ｂの距離Ｈ１およびＫ１で表わされているとおり変化する。しかしながら、上述のとおり枢支点Ｐ_３およびＰ_４が位置していると、対向するケーブル通路出口間の合計距離が、リンクが真っ直ぐな曲げられていない位置にあるときと同じままである。すなわち、Ｇ１＋Ｇ１がＨ１＋Ｋ１と同等であり、これを式Ｇ１＋Ｇ１＝Ｈ１＋Ｋ１で表現することができる。

図２２Ａおよび２２Ｂに示されているリンク組立体６４０は、関節運動の際にケーブルのたるみが増加するよう、負のケーブル・バイアスを達成するように設計されている。この組立体のリンクおよびブッシュは、リンク６５２および６５４が先端が半球形の突起６５３および６５５をリンク６５２および６５４の軸方向の端面６５０、６５１からさらに延伸させて有している点を除き、図２１Ａおよび２１Ｂと同じである。結果として、それぞれもはやケーブル通路６５６、６５８、６６６、および６６８のケーブル通路出口点６５７、６５９、６６７、および６６９に一致しない枢支点Ｐ_５およびＰ_６が生み出されている。代わりに、これらの枢支点は、軸方向の端面からブッシュ６６０に向かう方向に距離ｙ_２だけずらされている。この構成においては、枢動が生じたとき、対向するケーブル通路出口点間の合計距離が、リンクが真っ直ぐな曲げられていない位置にあるときのそれぞれのケーブル通路出口点間の合計距離に等しくない。すなわち、Ｈ２＋Ｋ２がＧ２＋Ｇ２に等しくなく、代わりにより小さい値であり、これがシステムへのケーブルのたるみの導入をもたらす。これを、式Ｇ２＋Ｇ２＝Ｈ２＋Ｋ２＋Δ２で表わすことができ、システムへと導入されるケーブルのたるみの程度が、値Δ２に相関している。

対照的に、リンク組立体６７０（図２３Ａおよび２３Ｂ）は、関節運動の際にケーブルの張力が増加する正のケーブル・バイアスを達成するように設計されている。この組立体のリンクおよびブッシュは、ここではリンク６８２および６８４が不完全な半球形である凸状の突起６８３および６８５を有している点を除き、やはり図２１Ａおよび２１Ｂと同じである。これが、リンクの軸方向の端面６８０、６８１によって定められる平面から、この場合にはブッシュ６９０から離れる方向に距離ｙ_３だけずらされた枢支点Ｐ_７およびＰ_８の確立をもたらしている。したがって、ここでもやはり、枢支点が、ケーブル通路６８６、６８８、６９６、および６９８のケーブル通路出口点６８７、６８９、６９７、および６９９に一致していない。やはり、枢動が生じたとき、対向するケーブル通路出口点間の合計距離が、真っ直ぐな曲げられていない位置にあるときのそれぞれのケーブル通路出口点間の合計距離に等しくない。代わりに、Ｈ３＋Ｋ３がＧ３＋Ｇ３よりも大きく、結果としてシステムへとケーブルの引っ張りが導入される、これを、式Ｇ３＋Ｇ３＝Ｈ３＋Ｋ３−Δ３で表わすことができる。ここでもやはり、システムへと導入されるケーブルの引っ張りの程度が、Δ３の値に相関している。

中立、負、および正のケーブル・バイアスを、さまざまな他のリンク・システムの構造にて達成することも可能である。これに限定されないが例として、図６Ａおよび６Ｂに示されているバリエーションが、図２Ａ〜２Ｄ、２Ｅおよび２Ｆ、ならびに２１Ａおよび２１Ｂのリンクと同様の二重枢動およびケーブル通路出口点の等距離移動を達成して、やはり中立のケーブル・バイアスをもたらす代案となるリンク‐ブッシュ‐リンク組立体の構成を示している。リンク・システム２００が、ブッシュ２１０によって隔てられて対向する隣接リンク２０２および２０４を備えている。隣接リンク２０２および２０４のそれぞれが、軸方向に整列して対向している半球形の凹状のくぼみ（２０１、２０３、２０５、２０７）を有している。ブッシュ２１０は、それぞれ各リンク２０２および２０４の凹状のくぼみ２０３および２０５を受け入れるための切頭半球形の凸状の突起２１１、２１３を有している。このリンク・システムは、リンク・システムの軸Ｘ_２と、リンク２０２および２０４のそれぞれの軸方向の端面２２０および２２２によって定められてブッシュ２１０と交差する平面との交点に位置する２つの枢支点Ｐ_９およびＰ_１０を有しており、これらの枢支点がブッシュ２１０に交差しており、中心としてブッシュの切頭半球形の凸状の突起を画定する軸上の点に相関している。ブッシュ２１０の中央の通路２１４は、図６Ｂを参照することによって詳しく見て取ることができるとおり、リンクが枢動したときに駆動ケーブル等を妨げなく通すことができるよう、リンク２０２および２０４の中央通路２１６、２１８のそれぞれよりも大きな直径を有している。この組立体を、枢支点の位置にずれを導入するように変更することによって、正または負のバイアスを達成することが可能である。

同様に中立のケーブル・バイアスを達成する他のリンク‐ブッシュ‐リンク組立体が、図７Ａおよび７Ｂに示されている。このシステムのリンクは、リンク間に介装されたブッシュと係合する凹状のくぼみおよび凸状の突起の両者を有している。ブッシュも同様に、対応する凸状の突起および凹状のくぼみを有している。このリンク‐ブッシュ‐リンク組立体も、やはり、図２Ａ〜２Ｄのリンクならびに図６Ａおよび６Ｂのリンクと同様の二重枢動およびケーブル通路出口点の等距離移動を達成する。リンク・システム２５０が、ブッシュ２６０によって隔てられて対向する隣接リンク２５２および２５４を備えている。リンク２５２が半球形の凸状の突起２５６を有し、リンク２５４が、凸状の突起２５６に軸方向において整列して対向する半球形の凹状のくぼみ２５８を有している。ブッシュ２６０は、リンク２５２の凸状の突起２５６を収容する切頭半球形の凹状のくぼみ２６２を有するとともに、凹状のくぼみ２５８に収容される切頭半球形の凸状の突起２６４を有している。このリンク・システム２５０は、リンク・システムの軸Ｘ_３と、リンク２５２の平坦な凹状でも凸状でもない軸方向の端面２７０、またはブッシュ２６０と交差するリンク２５４の平坦な凹状でも凸状でもない軸方向の端面２７２のいずれかによって定められる平面との交点に位置する２つの枢支点Ｐ_１１およびＰ_１２を有している。さらに、これらの枢支点は、中心としてリンクの凸状の半球形の突起またはブッシュの切頭半球形の凸状の突起を画定する軸上の点に相関している。ブッシュ２６０の中央の通路２８０は、図７Ｂを参照することによって詳しく見て取ることができるとおり、リンクが枢動したときに駆動ケーブル等を妨げなく通すことができるよう、リンク２５２および２５４の中央通路２８２、２８４のそれぞれよりも大きな直径を有している。やはり、この組立体を、枢支点の位置にずれを導入するように変更することによって、正または負のバイアスを達成することが可能である。

ブッシュの特定の実施の形態を、対応するリンクの凹状のくぼみおよび／または凸状の突起と係合する凸状の突起および／または凹状のくぼみを有するものとして説明したが、おおむね鈍い端部を備える単純な中空円筒形のブッシュも、同様に有用である。そのようなブッシュは、当該ブッシュの内径が対応する凸状の突起の直径よりもわずかに小さく、あるいは当該ブッシュの外径が対応する凹状のくぼみよりもわずかに小さいならば、対応するリンクの凸状の突起および／または凹状のくぼみと係合したときに同等に機能して、ブッシュに対するリンクの枢動運動を可能にするであろう。

本発明によるリンク・システムおよび関節運動機構のリンクおよびブッシュは、上述の検討の構成およびパラメータと矛盾しない範囲で、目的に応じた任意の寸法および形状であってよい。外科の用途においては、それらの形態が、通常は、患者の年齢、対象とする領域の体構造、意図される用途、および医師の好みなどといった要因に依存して決まる。すでに述べたように、リンクおよびブッシュは通常は円筒形であり、リンクを他のリンクまたは装置の構成要素へと接続するケーブルを通すための通路を備え、さらに当該リンク・システムとともに使用される所望の工具または器具に関係するさらなるケーブル、ワイヤ、光ファイバ、または他の同様の要素を通すための通路を備えることができる。通路の直径は、通常はケーブルの直径よりもわずかに大きく、滑り適合を生み出している。さらにリンクは、取り付け可能な外科用器具または診断用工具の要素を収容し、あるいはそれらを動作させるケーブルを通過させるため、１つ以上の通路を備えることができる。すでに述べたように、そのような通路は、リンクまたはブッシュの中央に沿って位置することができ、あるいはリンクまたはブッシュの外周部または半径方向の任意の位置に位置することができる。リンクは、典型的には、用途に応じて約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍ以上の直径を有することができる。ブッシュは、リンクに比較的匹敵できる寸法を有する傾向にあり、より小さな直径を有することが多い。内視鏡用途においては、小型の内視鏡器具のために、代表的な直径が約２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲にあってよく、中程度の寸法の内視鏡器具のために、約５ｍｍ〜約７ｍｍの範囲にあってよく、大型の内視鏡器具のために、約１０ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲にあってよい。カテーテルの用途においては、直径が約１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲にあってよい。リンクおよびブッシュの全長は、通常はリンク間に望まれる曲げ半径によって決まり、さまざまである。

外科用の用途において、リンクまたはブッシュ、あるいはリンクまたはブッシュが取り入れられる機構または装置の他の構成部品は、ステンレス鋼、チタン、タンタル、およびそれらの任意の合金、ならびに例えばポリエチレンまたはその共重合体、ポリエチレン・テレフタレートまたはその共重合体、ナイロン、シリコーン、ポリウレタン、フッ素重合体、ポリ塩化ビニル、およびこれらの組み合わせといったポリマーなどが挙げられるがこれらに限定されない、任意の生体適合性材料から製作することができる。リンク・システムの前進を容易にするために望まれるのであれば、リンクまたはブッシュあるいは他の構成部品へと、潤滑性のコーティングを配置することができる。潤滑性のコーティングとしては、ポリビニルピロリドンなどの親水性ポリマー、テトラフルオロエチレンなどのフッ素重合体、またはシリコーンを挙げることができる。さらに、放射線不透過性のマーカーを、放射線写真による画像化によって関節運動機構または装置の位置を知らせるため、１つ以上のリンクまたはブッシュに備えてもよい。通常は、マーカーが蛍光透視によって検出される。

添付の図面に示されている多数のリンク・システムは、ある特定の数のリンクおよびブッシュを有しているが、これは単に、個々の機構あるいはリンクおよびブッシュといった構成要素の互いの関係を示すという説明の目的のためのものである。関節運動機構の意図する用途および所望の長さならびに運動の範囲などといった要因に応じて、任意の数のリンクおよびブッシュを使用することが可能である。

すでに述べたように、本発明のリンク・システムを駆動するためにケーブルを使用することができる。そのような実施の形態においては、１つ以上のリンクが、遠位端に位置する対応するリンクまたはセグメントへと、２本以上のケーブルによって接続される。各ケーブル・セットを、少なくとも２本のケーブルで構成することができる。すでに述べたように、ある１つのリンクの動きが、対応するケーブル・セットによって制御され、他のあらゆるリンクと独立である。例えば、あるバリエーションにおいては、ケーブル・セットが３本のケーブルを含んでいる。リンクを接続するために３本のケーブルからなる組を使用することによって、リンクを他のあらゆるリンクと別個独立に、３つの自由度（すなわち、上下運動、左右運動、および回転または「横転」運動）に操作または運動させることができる。複数のリンクを組み合わせることによって、多数の自由度を実現して、リンク・システムに種々の複雑な立体配置をとらせることができる。例えば、図２Ａに示した遠位側のリンク・セット１０６は、６自由度の運動を可能にするため、合計３つのリンク（１２２、１２４、１２６）を２つのリンク（１２２、１２４）をケーブル・セット（１３４、１３５）によって別個に接続しつつ有している。このような多自由度は、リンクを操作するためにただ１つのケーブル・セットが使用されている典型的な従来の機構では得ることができない。

ケーブルの直径は、用途に応じてさまざまであり、約０．１５ｍｍ〜約３ｍｍの範囲であってよい。カテーテル用途においては、代表的な直径が、約０．１５ｍｍ〜約０．７５ｍｍの範囲であってよい。内視鏡の用途においては、代表的な直径が、約０．５ｍｍ〜約３ｍｍの範囲であってよい。

ケーブルの柔軟性は、例えばケーブル材料の種類および編み方によって、あるいは物理的または化学的処理によって、さまざまでありうる。通常は、ケーブルの剛性または柔軟性は、関節運動機構の意図する用途によって求められる剛性または柔軟性に従って調節される。ケーブルは、ニッケル‐チタン合金、ステンレス鋼またはその任意の合金、超弾性合金、カーボンファイバー、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・テレフタレートおよび他のポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ならびにこれらの共重合体といったポリマー類、ナイロン、絹、さらにはこれらの組み合わせなどの生体適合性材料、またはこの技術分野において公知の他の適切な材料であるがこれらに限定されない材料から作られる単線または多線縒りのワイヤであってよい。

ケーブルは、本件出願と所有者が同一であって同時に係属中であり、ここでの言及によってその全体が本明細書に取り入れられたものとする米国特許出願第１０／４４４，７６９号に記載の方法など、接着剤の使用、ろう付け、はんだ付け、溶接などといったこの技術分野において公知のやり方に従って、リンクへと取り付けることができる。図５に示した実施の形態においては、ケーブル１３４が止めねじ１４３によってリンク１２２Ｂに固定されている。

本発明のリンク・システムおよび関節運動機構が、スペーサ・リンク、すなわち個々のケーブル・セットによって接続されていないリンクを含んでもよい。これらのリンクは、別個独立に動作させることはできないが、隣接するアクティブ・リンクへのケーブル・セットの通過を許容する受動リンクとして機能する。スペーサ・リンクは、リンク・システムまたは関節運動機構に追加の長さをもたらすために望まれる可能性がある。さらに、当該機構の一端にスペーサ・リンクを備えることで、対応する他端の移動または運動の比例的な拡大縮小を可能にすることができる。例えば、遠位側および近位側のリンク・ペアが接続されている関節運動機構の近位端にスペーサ・リンクを備えると、遠位端において所望の運動を達成するために、ユーザは近位端においてより大きな動きを行わなければならないであろう。これは、例えば、このような遠位端の移動または運動の比例の拡大縮小なしではユーザが所望の処置を実行するために必要な器用さを有していない恐れがある状況など、細かく繊細に制御された運動が望まれる状況において、好都合であろう。あるいは、遠位端にスペーサ・リンクを設けてもよく、その場合には、遠位端の運動の程度が、近位端の運動の程度に比例しかつ近位端の運動の程度よりも大きくなり、これも特定の用途において望ましいと考えられる。上述のほかにも、移動または運動の比例の拡大縮小を、ケーブル通路の位置する中心軸からの半径または距離を増減させることによって達成することができるが、これについては後でさらに詳しく説明する。

図１Ａおよび１Ｂの実施の形態に目を向けると、近位側および遠位側のリンクが、近位側のリンク・セット１０４を動かすことによって遠位側のリンク・セット１０６に増幅された動きが生じるような構成である。とくに図４および５を参照すると、近位側のリンク１２２Ｂ、１２４Ｂ、および１２６Ｂが、一般的にそれらの遠位側の相手方１２２Ａ、１２４Ａ、および１２６Ｂよりも大きいことを見て取ることができる。さらに重要なことには、ケーブル通路（１３８Ｂ）が位置する対応するリンクの中心軸からの半径または距離が、近位側のリンク１２２Ｂ、１２４Ｂ、および１２６Ｂにおいて、それらの遠位側の相手方（１３８Ａ）に比べて大きい。この相違の結果として、所与のリンク・ペアが、操作されたときに、この相違に比例する相互の運動を呈する。任意の２つのリンク・ペアについて、この相違を、リンクを未枢動の状態に対して操作したときに生じる結果としての枢動角度に関して表現することができる。すなわち、それぞれ異なるケーブル通路位置半径Ｒ_１およびＲ_２を有しており、かつＲ_２＞Ｒ_１である所与のリンク・ペアＬ_１およびＬ_２において、Ｌ_１を角度Ａ_１まで枢動させた場合、対応するリンクＬ_２は、結果として、Ａ_２＝Ａ_１×ｓｉｎ^−１（Ｒ_１／Ｒ_２）の枢動角度を有することになる。したがって、ケーブル通路位置半径を増減させることで、対応する近位側および遠位側のリンク・システムの曲げ角度を、比例して増減させることができる。これは、ユーザが操作する近位端における小さな曲げ角度が、遠位端において大きな曲げ角度または屈曲をもたらすことができ、外科用の工具または器具を配置および／または操作すべく遠位端の運動を拡大または増大させることができる外科用の用途など、重要な人間工学的用途を有しうる。これを、とくに装置１００のリンク・セット１０４および１０６を曲げられた構成について示している図１Ｂを参照して、見て取ることができる。細長いシャフト１１２に対して遠位側に位置するリンク・セット１０６の端部において、針打ち出し機１０７の角度運動が約９０°であり、シャフトに対して近位側に位置するリンク・セット１０４の近位端のハンドル１１０の角度に比例し、かつ図示のとおり約４５°であるハンドル１１０の角度よりも大である。

図１および３〜６に示した実施の形態においては、ハンドル１１０が近位側のリンク・セット１０４の近位端に取り付けられている。この構成においては、ハンドルそのものを、近位側のリンクを操作して、遠位側のリンクの対応する操作をもたらすために使用することができる。すなわち、ハンドルそのものを、遠位端の針打ち出し機を手動で操作および操向するために使用することができる。図８に示した他の実施の形態においては、針打ち出し機７００が、細長いシャフト７１２の近位端に直接取り付けられたハンドル７１０を備えている。近位側のリンク・セット７０４が、上述のように遠位端のリンク・セット７０６へと作用可能に接続されているが、関連のリンク・ケーブルは、リンク・セット７０４が当該リンク・セットの最も遠位側のリンクをハンドルへと固定した状態でハンドルから現れるように引き回されている。この構成においては、ハンドルによって細長いシャフトを操作または案内することができる。次いで、近位側のリンクが、遠位端の針打ち出し工具７０７を操向するために、ジョイスティックと同様に別途操作される。この「ジョイスティック」構成は、特定の向きまたは用途において、ユーザによる制御の向上をもたらすことができる。

リンク・システム、関節運動機構、ならびにそのようなシステムまたは機構を取り入れてなる装置は、さらに固定機構を備えることができる。固定機構を作動させると、１つ以上のリンクまたはリンク・ペアの運動が防止される。一局面においては、固定機構が、リンクを接続して操作するケーブル（または、他の同様の操作要素）を収容し、作動時にケーブル（または、他の同様の操作要素）の運動を拘束して、対応する接続されたリンク・ペアを拘束して固定するように構成されている。あるバリエーションにおいては、固定機構が可動の固定部材および固定された接触部材を備えており、可動の固定部材の動きによってケーブル（または、他の同様の操作要素）が固定された接触部材に接触させられ、ケーブル（または、他の同様の操作要素）のさらなる運動が妨げられて、リンクの運動も妨げられる。上述の固定機構は、本明細書に開示のリンクおよびリンク・システムと互換性があり、さらには例えば本件出願と所有者が同一であって同時に係属中であり、ここでの言及によってその全体が本明細書に取り入れられたものとする米国特許出願第１０／４４４，７６９号に開示のリンク・システムなど他のリンク・システム、ならびに他の公知のリンク・システムと互換性がある。

図９〜１２は、そのような固定機構の１つの実施の形態を示している。とくに図１１Ａおよび１１Ｂを参照すると、固定機構３００が、シャフトに整列した固定カラー３０２およびシャフトに整列した可動カラー３０４を、ハウジング３０５内に備えている。固定カラー３０２の内表面および可動カラー３０４の外表面は、図示のとおり、可動カラー３０４の一部を固定カラー３０２の内側に受け入れることができるよう先細りとされている。ピン３１２が、可動カラー３０４からハウジング３０５の溝３１４を通って延びている。レバー３１０が、カム３１８をピン３１２に接触させつつ枢支点３１６においてハウジング３０５に枢動可能に接続されている。ケーブル３０９および３０８は、この機構の長手軸に沿って整列している。ケーブルは、さらに固定カラー３０２を通過して受け入れられ、可動カラー３０４の周囲を巡って配置されている。図９Ｂ、１１Ｂ、および１２Ｂに示されているように、非固定の位置においては、レバー３１０が、当該機構の軸にほぼ直交する直立位置にある。この位置においては、図１２Ｂに最もはっきりと示されているように、２つのカラーの間に、ケーブルが固定カラー３０２および可動カラー３０４の間を最小限の摩擦接触で当該機構を通過して自由に平行移動できる充分なすき間が存在している。

固定位置においては、図９Ａ〜１１Ａに示されているように、レバー３１０が、固定機構の中心軸とほぼ平行になるまで下方へと回転させられる。この動きによって、カム３１８がピン３１２に係合してピン３１２を平行移動させ、したがってカラー３０４をカラー３０２に向かって平行移動させる。レバーが固定位置にあるとき、ピンが戻り止め３１９に係合し、レバーを固定位置に保持している。このようなカラー３０２へと向かうカラー３０４の運動の結果として、ケーブルがカラーと摩擦接触し、基本的に２つのカラーの間に挟まれ、摩擦によってケーブルのさらなる動きが妨げられ、したがってケーブルに接続されているリンクの動きも妨げられる。

図１３〜１８は、本発明による固定機構の他の実施の形態を示している。この実施の形態においては、固定機構４００が、ケーブルを収容する通路を有するハウジング４０２を備えている。理解されるとおり、このハウジングを、シャフト部分または関節運動機構のシャフトに沿った他の場所に組み込むことができる。あるいは、シャフト部分そのものがハウジングを形成してもよい。スライダ４１０がハウジング４０２を囲んでおり、ハウジングに対して軸方向に可動である。さらにハウジング４０２は、円柱の中心軸に沿って延びる中央通路４０８を備えている。スライダは、さらに詳しく説明されるように、固定機構を作動させるべく中心軸の方向に移動する。図１７Ａおよび１８Ａが、非固定位置にあるシャフトスライダ機構の上面図および断面図をそれぞれ示している。図１８Ａを参照すると、ハウジングが、ハウジング４０２の中心軸に対して異なる位置に配置された２つの固定溝４１４および４１６を備えている。ボタン部材４１８および４２４が、それぞれ固定溝４１４および４１６に配置されている。ボタン部材はそれぞれ、頭部（４２１、４２７）、ばね（４２０、４２６）、およびケーブル接触要素（４２２、４２８）を備えている。ボタン部材４１８を参照すると、ケーブル接触要素４２２が溝４１４内に、中心軸に直交しかつ通路４３６を通過するケーブル４３２に近接して配置されている。ばね４２６が、接触要素４２２をケーブルとの軽い接触に保ち、頭部４２１をスライダ４１０の内面との接触に保ちつつ、依然としてケーブル４３２が最小限の抵抗で通路４３６を自由に通過できるようにする充分な膨張力を有している。ボタン部材４２４も、溝４１６に同様に位置しており、通路４３８を通過するケーブル４３４に対して同様に向けられている。

図１８Ａ〜１８Ｃに最もはっきり見て取れるように、スライダ４１０が、スライダの内径がより大きく、したがってスライダとハウジング４０２との間にすき間が存在する領域と、スライダの内径がより小さく、したがってスライダとハウジングとの間にわずかなすき間しか存在しない領域とを備えている。これらの領域は、固定溝に一致するために直線状に整列している。シャフトスライダ機構４００が完全に非固定の位置（図１７Ａおよび１８Ａ）にあるとき、スライダ４１０が、すき間領域が固定溝４１４および４１６の両者に整列するように位置している。この完全に非固定の位置においては、どちらのボタン部材も、それぞれの関連のケーブルに対して摩擦によってケーブルの動きを妨げるための充分な力を加えていない。したがって、ケーブル（４３２、４３４）は、それらのそれぞれの貫通通路（４３６、４３８）で自由に平行移動でき、取り付け先のリンク・システム（図示されていない）に対応する運動をもたらすことができる。

固定機構４００を、固定機構４００の軸に沿ってスライダ４１０を動かすことで、作動させることができる。図１７Ｂおよび１８Ｂが、機構４００を部分的な固定位置に示しており、ケーブル４３４が固定されているが、ケーブル４３２は依然として自由に平行移動できる。図１８Ｂを参照すると、今やスライダ４１０が、最小限のすき間の領域が今や固定溝４１６に一致するように位置していることを、見て取ることができる。結果として、スライダが固定溝４１６に沿ってボタン部材４２４の頭部４２７へと加える力が大きくなり、ばね４２６の膨張力に打ち勝って、ケーブル接触部材４２８をより大きな力でケーブル４３４に対して押し付け、通路４３８の内壁に摩擦接触させる。ケーブル４３４のさらなる平行移動が妨げられ、したがってケーブル４３４へと接続されたリンク（図示されていない）のさらなる動きが妨げられる。しかしながら、この同じ構成において、スライダ４１０は、固定溝４１４に一致するすき間領域を依然として有しており、したがってケーブル４３２は依然として貫通通路４３６内を自由に平行移動でき、すなわちケーブル４３２に組み合わせられたリンク（図示されていない）は依然として可動である。この正味の結果は、ケーブル４３４の平行移動が摩擦によって妨げられるが、ケーブル４３２の運動は妨げられていないというものであり、したがって関連のリンク・システム（図示されていない）が部分的に固定されている。

図１７Ｃおよび１８Ｃが、完全な固定位置にある固定機構４００を示している。図１８Ｃを参照すると、スライダ４１０が、最小限のすき間の領域を両方の固定溝４１４および４１６に一致させて位置しており、両方のボタン部材（４１８、４２４）のケーブル接触要素（４２２、４２８）がそれらのそれぞれのケーブル（４３２、４３４）へと押し付けられ、ケーブルをそれらのそれぞれの貫通通路（４３６、４３８）の内壁に摩擦接触させて、両方のケーブルおよび関連のリンクの平行移動を摩擦によって妨げている。この実施の形態から理解できるように、別個のケーブル・セットによって接続された異なるリンクまたはリンク・ペアが、それぞれのセットに組み合わせられ、ハウジングの軸に沿った指定の位置を中心として半径方向に向けられた固定溝を有することができる。スライダがハウジングに対して軸方向に移動するとき、これらのリンクまたはリンク・ペアを、順次に固定または解放することができる。接続されたリンクまたはリンク・ペアを順次に固定または解放できる能力は、例えば、リンク・システムの一部分を所定の位置に固定しつつ、他の部分を遠位側の工具または器具のさらなる操向、移動、案内、または駆動のために依然として自由にしておきたい状況において、好都合でありうる。また、接続されたリンク・ペアの有効な固定のために、必ずしもリンク・セットのすべてのケーブルを拘束する必要はない。例えば、３本のケーブルを有するケーブル・セットにおいて、有効な固定のためには２つだけを拘束すればよい。

本発明による固定機構のさらなる実施の形態が、図１９および２０に示されている。固定機構５００が、円柱形のハウジング５０２を、同軸の固定リング５１０および５１２によって囲んで備えている。固定リング５１０および５１２は、ハウジング５０２の周囲を回転可能であり、図１３〜１８の実施の形態のスライダ４１０と同様に機能する。固定リング５１０および５１２が特定の位置へと回転させられたとき、ハウジング５０２を通って受け入れられている１つ以上のケーブルの移動が防止される。やはり、ハウジングそのものを関節運動機構の軸部または当該機構に沿った他の場所に一体化させることができ、あるいは軸部そのものがハウジングを形成することができる。

図２０Ａおよび２０Ｂは、ケーブル５１９、５２１、５２３に対して非固定（図２０Ａ）および固定（図２０Ｂ）の配置にある固定機構５００を示している。ハウジング５０２が、同軸の固定リング５１０によって囲まれている。固定リング５１０の内面と円柱の外周とが、一様に一致する直径を有してはおらず、むしろ先細りのすき間を有する部位を、２者の間のすき間が最小限でしかない部位を間に位置させて有している。円柱５０２は、３つの固定溝５１８、５２０、および５２２を、円柱５０２を巡って種々の位置に半径方向に配置して備えている。それぞれの固定溝（５１８、５２０、５２２）が、関連のケーブル（５１９、５２１、５２３）を収容する通路を通過するケーブルに組み合わせられている。図示の残りのケーブルが、ハウジングに沿った別の軸位置の固定リングおよび固定溝に組み合わせられることを、理解できるであろう。ボタン部材が、図１３〜１８の実施の形態と同様に構成されて、それらのそれぞれの溝に位置しており、それぞれのボタン部材（５２６、５３４、５４０）が、頭部（５２７、５３５、５４１）、ばね（５２８、５３２、５３８）、およびケーブル接触部材（５２９、５３３、５３９）を有している。さらに図２０Ａを参照すると、固定機構が非固定の相対配置にあるとき、固定リング５１０が、それぞれのボタン部材（５２６、５３４、５４０）がすき間の領域に整列するように位置しており、したがっていずれのボタンも、関連のケーブル（５１９、５２１、５２３）をそれらのそれぞれの貫通通路の内壁との摩擦接触へと移動させてケーブルの動きを妨げるための充分な力で押し込まれてはいない。したがって、この非固定の位置においては、ケーブル（５１９、５２１、５２３）が円柱５０２を通って自由に平行移動できる。

図２０Ｂは、円柱５０２を中心として固定リング５１０を回転させることによって固定の相対配置へと移動させた固定機構を示している。固定リング５１０が固定の構成へと回転させられたとき、今やボタン（５２６、５３４、５４０）のそれぞれが、固定リング５１０と円柱５０２との間のすき間が最小限である領域に一致する。この結果、図１３〜１９の実施の形態と同様、ボタン（５２６、５３４、５４０）のそれぞれが関連のばね部材（５２８、５３２、５３８）に打ち勝つ充分な力で固定溝へと押し込まれ、それらに組み合わせられているケーブル接触部材（５２９、５３３、５３９）をそれらの関連のケーブル（５１９、５２１、５２３）に対して半径方向に押し、当該関連のケーブルをそれらの関連の貫通通路の内壁に摩擦接触させる。このやり方で、円柱５０２を通過するケーブル（５１９、５２１、５２３）のさらなる平行移動が妨げられ、ケーブルおよびケーブルに接続されているリンクが所定の位置に固定される。この実施の形態から理解できるように、やはり別個のケーブル・セットによって接続された異なるリンクまたはリンク・ペアが、それぞれのセットに組み合わせられ１つの固定リングに組み合わせられた円筒に沿った指定の位置を中心として半径方向に向けられた固定溝を有することができる。したがって、これらのリンクまたはリンク・ペアのそれぞれを、別個独立に固定または解放することができる。接続されたリンクまたはリンク・ペアを別個独立に固定または解放できる能力は、すでに述べたようにリンク・システムの一部分を所定の位置に固定しつつ、他の部分を遠位側の工具または器具のさらなる操向、移動、案内、または駆動のために依然として自由にしておきたい状況など、多数の利点を有することができる。

固定機構は、目的に応じて任意の寸法および形状であってよいが、それらの寸法および形状は、典型的には、関連のリンク・システム、関節運動機構、あるいはそのようなシステムまたは関節運動機構を取り入れてなる装置の寸法および形状に類似する。リンク・システムそのものと同様、固定機構は、必ずしもではないが円柱形であり、固定機構を装置の他の構成要素へと接続するケーブル、ならびに当該固定機構とともに使用される所望の工具または器具に関連するさらなるケーブル、ワイヤ、光ファイバ、または他の同様の要素を通過させるための通路を備えることができる。ケーブルを備える固定機構の実施の形態においては、ケーブル通路の直径が、通常はケーブルの直径よりもわずかに大きく、すべり適合を生み出している。さらには、固定機構が、取り付け可能な外科用器具または診断用工具の要素を収容するため、またはそれらを動作させるケーブルを通過させるための１つ以上の通路をさらに備えてもよい。

いくつかの実施の形態においては、固定機構をリンク・システムまたは関節運動機構の一端に配置することができる。他の実施の形態においては、固定機構を、外科用器具の近位端または遠位端の任意の位置に配置することができる。添付の図面に示されている多数のリンク・システムは、ある特定の構成数の構成要素を有しているが、これは単に、構成要素の互いの関係を示すという説明の目的のためのものである。固定機構の意図する用途などといった要因に応じて、任意の数の構成要素を使用することが可能である。

さらに本発明は、種々のリンク・システム、関節運動機構、固定機構、および関連の付属品を提供するためのキットを想定している。例えば、種々の長さ、種々のセグメント直径、および／または種々の種類の工具または器具を有しているリンク・システムおよび関節運動機構を含んでいるキットを、提供することができる。キットは、随意により、さまざまな種類の固定機構を備えることができる。さらにキットを、特定の用途に合わせてあつらえることができる。例えば、外科の用途のためのキットを、例えば内視鏡検査、吸い戻し、またはカテーテルの配置のために構成することができ、さらには／あるいは例えば小児または成人といった特定の患者集団にあわせて構成することができる。

Claims (15)

1. 関節運動する医療用工具であって、以下：
   近位関節運動リンク・ペアを含む近位リンク・システム；
   遠位関節運動リンク・ペアを含む遠位リンク・システム；
   該近位関節運動リンク・ペアの第１のリンクおよび該遠位関節運動リンク・ペアの第１のリンクに連結される第１のセットの操作要素；および
   該近位関節運動リンク・ペアの第２のリンクおよび該遠位関節運動リンク・ペアの第２のリンクに連結される第２のセットの操作要素を備え、
   該操作要素の第１のセットおよび第２のセットの少なくとも１つに加えられる操作力が、第１の曲げ角度を該近位関節運動リンク間に形成するようにし、かつ第２の曲げ角度を該遠位関節運動リンク・ペア間に形成するようにし、該第１の曲げ角度と該第２の曲げ角度とが異なる、関節運動する医療用工具。
2. 前記第１のセットの操作要素が、半径方向に間隔を置かれている、請求項１に記載の関節運動する医療用工具。
3. 前記近位リンク・システムおよび前記遠位リンク・システムを通って中心軸が延び、そして前記第１のセットの半径方向に間隔を置かれている操作要素が、前記近位関節運動リンク・ペアの第１のリンクに連結されている該中心軸から第１の半径方向距離で延び、そして、前記遠位関節運動リンク・ペアの第１のリンクに連結されている該中心軸から第２の半径方向距離で延び、該第１の半径方向距離が該第２の半径方向距離とは異なる、請求項２に記載の関節運動する医療用工具。
4. 前記近位関節運動リンクの各々が第１の長さを有し、前記遠位関節運動リンクの各々が第２の長さを有し、該第１の長さが該第２の長さとは異なる、請求項１に記載の関節運動する医療用工具。
5. 前記近位リンク・システムが前記近位関節運動リンク・ペア間に介装された近位ブッシュを含み、そして前記遠位リンク・システムが、前記遠位関節運動リンク・ペア間に介装された遠位ブッシュを含む、請求項１に記載の関節運動する医療用工具。
6. 前記近位ブッシュが第１の長さを有し、そして前記遠位ブッシュが第２の長さを有し、該第１の長さが該第２の長さとは異なる、請求項５に記載の関節運動する医療用工具。
7. 前記関節運動リンク・ペアの少なくとも１つの関節運動リンクの各々が、一対の軸方向に整列した半球形の突起を含む、請求項５に記載の関節運動する医療用工具。
8. 前記関節運動リンク・ペアの少なくとも１つの関節運動リンクの各々が、一対の軸方向に整列した半球形のくぼみを含む、請求項５に記載の関節運動する医療用工具。
9. 前記関節運動リンク・ペアの少なくとも１つの関節運動リンクの各々が、半球形のくぼみと軸方向に整列した半球形の突起を含む、請求項５に記載の関節運動する医療用工具。
10. 関節運動する医療用工具であって、以下：
    近位関節運動リンク・ペアを含む近位リンク・システムであって、リンクの各々が通路を含む、近位リンク・システム；
    遠位関節運動リンク・ペアを含む遠位リンク・システムであって、リンクの各々が通路を含む、遠位リンク・システム；
    該近位関節運動リンク・ペアの第１のリンクに該近位関節運動リンクの通路を通じて連結され、そして該遠位関節運動リンク・ペアの第１のリンクに該遠位関節運動リンクの通路を通じて連結される第１のセットの操作要素；および
    該近位関節運動リンク・ペアの第２のリンクおよび該遠位関節運動リンク・ペアの第２のリンクに連結される第２のセットの操作要素を備え、
    該操作要素の第１のセットおよび第２のセットの少なくとも１つに加えられる操作力が、該近位関節運動リンク間に第１のアクチュエータ張力を形成させ、そして該遠位関節運動リンク・ペア間に第２のアクチュエータ張力を形成させ、該第１のアクチュエータ張力と該第２のアクチュエータ張力が異なる、関節運動する医療用工具。
11. 加えられる操作力の非存在下で、前記近位関節運動リンクの通路間が第１の距離であり、前記遠位関節運動リンクの通路間が第２の距離であり、該第１の距離が該第２の距離とは異なる、請求項１０に記載の関節運動する医療用工具。
12. 前記第１の距離が、前記第２の距離よりも長い、請求項１１に記載の関節運動する医療用工具。
13. 前記第１の距離が、前記第２の距離よりも短い、請求項１１に記載の関節運動する医療用工具。
14. 近位ブッシュが前記近位関節運動リンク間に延び、そして遠位ブッシュが前記近位関節運動リンク間に延びる、請求項１０に記載の関節運動する医療用工具。
15. 前記近位ブッシュが第１の長さを有し、そして前記遠位ブッシュが第２の長さを有し、該第１の長さが該第２の長さとは異なる、請求項１４に記載の関節運動する医療用工具。