JP5711380B2 - 多関節のロボティックプローブ - Google Patents

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Description

各実施形態は、一般に、ロボット工学の分野に関し、より詳細には、３次元にフレキシブルな操作可能ロボットデバイスに関する。
関連出願
本出願は、２０１０年１０月２２日に出願した米国仮出願第６１／４０６，０３２号の利益を主張するものであり、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２０１１年９月１３日に出願した米国仮出願第６１／５３４，０３２号の利益を主張するものであり、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２０１０年１１月１１日に出願した米国仮出願第６１／４１２，７３３号の利益を主張するものであり、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２０１１年４月６日に出願した米国仮出願第６１／４７２，３４４号の利益を主張するものであり、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２０１１年６月２日に出願した米国仮出願第６１／４９２，５７８号の利益を主張するものであり、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２０１０年７月２８日に出願した米国仮出願第６１／３６８，２５７号に関連しており、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２０１１年７月２１日に出願したＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４４８１１に関連しており、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
本出願は、２００６年１２月２０日に出願され、米国特許出願公開第２００９／０１７１１５１号として発行された米国特許出願第１１／６３０，２７９号に関連しており、その内容は、全体として本願に引用して援用する。
多数のタイプの操作可能な多リンク式プローブが存在しており、そのようなデバイスは、様々な異なる応用で利用されている。その内容が全体として本願に引用して援用されるロバートスタージの米国特許第５，７５９，１５１号は、診断的処置を行うためのフレキシブルな操作可能デバイスを開示する。このデバイスは、少なくとも１つの背骨を含み、それぞれが、背骨をその長さに沿って選択的に堅くさせたり柔軟にさせたりする硬直化手段を有する。フレキシブルなシースが、背骨を取り囲み、背骨に対して軸方向に摺動可能に移動でき、それによって、シースは、堅い状態では背骨の形状に従ってしっくり馴染み、背骨が弛緩した状態にあるときは、さらなる湾曲に耐えるようになっている。操作可能な遠位先端が、デバイスの遠位端に設けられる。遠位先端の制御装置が、デバイスの近位端に取り付けられる。背骨の硬直化手段を選択的に作動および機能停止させるための機構が、デバイスの遠位端に設けられる。器具の導管を、シースに取り付けることができる。その内容が全体として本願に引用して援用されるハワードチョセットの米国特許出願第１１／６３０，２７９号は、内側コアと外側スリーブの両方を前進および後退させると共に、内側コアまたは外側スリーブを操作し、堅い状態としなやかな状態の間で移行させるための使用されるケーブルを制御するように張力を選択的に加えるためのフィーダ機構を開示する。
本願に引用して援用する米国特許第６，６１０，００７号は、選択的に操作可能な遠位部分および自動制御される近位部分を備える細長い本体を有する操作可能な内視鏡を開示する。内視鏡本体は患者に挿入され、選択的に操作可能な遠位部分を使用して患者の体内の所望の経路を選択する。内視鏡本体が前進させられるとき、電子式モーションコントローラが、選択的に操作可能な遠位部分の選択した曲線を呈するように自動制御される近位部分を動作させる。別の所望の経路は、選択的に操作可能な遠位部分を用いて選択され、内視鏡本体がやはり前進させられる。内視鏡本体がさらに前進させられるとき、選択した曲線は、内視鏡本体に沿って近位方向に伝播し、内視鏡本体が近位方向に退くとき、選択した曲線は、内視鏡本体に沿って遠位方向に伝播する。これによって、内視鏡本体に蛇行運動をもたらし、内視鏡本体が、体内の器官を通ってまたは迂回しておよび体内の器官同士の間を所望の経路に沿って曲がりくねった曲線をうまく通り抜けることを可能にする。
医学的用途および他の不可欠な応用のために、各デバイスが目的通りに、知られている明細書の範囲内で実行するだけでなく、使用ごとに反復可能な性能およびその他の点では一貫した動作を有することが極めて大切である。これらおよび他の理由のため、システム、デバイスおよび方法の改善の必要がある
一実施形態によれば、制御可能に剛直および柔軟であるように構成される少なくとも一部を有する関節プローブが、複数の内側リンクを有する内側コアと、複数の内側リンクを通じて延びると共に、内側コアを制御するように構成される内側ケーブルと、複数の外側リンクを有する外側スリーブと、複数の外側リンクを通じて延びると共に、外側スリーブを制御するように構成される複数の外側ケーブルとを含み、内側ケーブルが、個々の外側ケーブルの各々より大きい引張り強度を有する。
いくつかの実施形態では、内側ケーブルの引張り強度が、複数の外側ケーブルの合成引張り強度にほぼ等しい。
いくつかの実施形態では、複数の外側ケーブルの各々が、ほぼ同じ引張り強度を有する。
いくつかの実施形態では、複数の外側ケーブルの各々の引張り強度が、内側ケーブルの引張り強度の約１／Ｎであり、ただし、Ｎは外側ケーブルの本数である。
いくつかの実施形態では、複数の外側ケーブルの各々が、ほぼ同じ断面積を有する。
いくつかの実施形態では、複数の外側ケーブルの各々の断面積が、内側ケーブルの断面積の約１／Ｎであり、ただし、Ｎは外側ケーブルの本数である。
いくつかの実施形態では、内側ケーブルおよび複数の外側ケーブルが、鋼鉄、ポリエチレン、ナイロン、およびフルオロカーボンのうちの少なくとも１つで構成される。
別の実施形態によれば、関節プローブは、最大枢動角度によって互いに対して枢動するように構成される複数のリンクと、細長い部材とを備え、複数のリンクのうちの少なくとも２つが、内部に細長い部材を受け入れるためのチャンネルを含み、複数のリンクの各々内のチャンネルは、複数のリンクが、最大の枢動角度によって枢動することを可能にしつつ、細長い部材のためにリンクのチャンネル同士の間の実質的に連続な面を用意するのに十分な量でやはり先細りである。
いくつかの実施形態では、関節プローブが、複数の内側リンクを含む内側コアを含み、チャンネルが、複数の内側リンクのうちの少なくとも２つの内側リンク内に配置される。
いくつかの実施形態では、関節プローブが、複数の外側リンクを含む外側スリーブを含み、チャンネルが、複数の外側リンクのうちの少なくとも２つの外側リンク内に配置される。
いくつかの実施形態では、関節プローブが、複数の外側リンクを含む外側スリーブと、複数の内側リンクを含む内側コアとを含んでおり、チャンネルが、複数の外側リンクのうちの少なくとも２つの外側リンクと複数の内側リンクのうちの少なくとも２つ内側リンクとの間に配置される。
いくつかの実施形態では、複数のリンクのうちの少なくとも２つのリンクが側部ポートを備え、チャンネルが、側部ポート内に配置される。
いくつかの実施形態では、チャンネルが、複数のリンクのうちの少なくとも２つのリンク内に凹所を備える。
いくつかの実施形態では、先細りが、最大の枢動角度の約２倍である。
いくつかの実施形態では、先細りが約２６度であり、最大の枢動角度が約１３度である。
いくつかの実施形態では、細長い部材の直径が、リンクの複数のチャンネルの直径未満である。
いくつかの実施形態では、細長い部材が、ツールおよびケーブルのうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、細長い部材が、複数の内側リンクから形成される内側コアを含む。
さらに別の実施形態によれば、プローブの中心軸を有する関節プローブは、内側の最大の枢動角度によって互いに対しておよびプローブの中心軸に関して枢動するように構成される複数の内側リンクを有する内側コアと、外側の最大の枢動角度によって互いに対しておよびプローブの中心軸に関して枢動するように構成される複数の外側リンクを有する外側スリーブとを含み、内側の最大の枢動角度が、外側の最大の枢動角度以上である。
いくつかの実施形態では、外側スリーブにおける複数の外側リンクは、プローブの中心軸と一直線をなし得る第１の中心軸を有する第１の外側リンクであって、第１の中心軸に対して半径方向外側に延びる第１の係合面を備える外側に延びる第１のフランジを含む第１の外側リンクと、プローブの中心軸と一直線をなし得る第２の中心軸を有する第２の外側リンクであって、第２の中心軸に対して半径方向外側に延びる第２の係合面を備える外側に延びる第２のフランジを含む第２の外側リンクとを含み、第１の外側リンクおよび第２の外側リンクは、第１の係合面が第２の係合面に係合するまで、第１の外側リンクおよび第２の外側リンクが、外側の最大の枢動角度によって互いに対しておよびプローブの中心軸に関して枢動することを可能にするように構成される。
いくつかの実施形態では、第１の係合面が、第１の中心軸に垂直な線に対して先細りになる。
いくつかの実施形態では、第２の係合面が、第２の中心軸に垂直な線に対して先細りになる。
いくつかの実施形態では、第１の係合面が約６．５度先細りになり、第２の係合面が約６．５度先細りになる。
いくつかの実施形態では、外側の最大の枢動角度が、約１３度以下である。
いくつかの実施形態では、複数の内側リンクおよび複数の外側リンクのうちの少なくとも１つが、内部に細長い部材を受け入れるように構成されるチャンネルを含んでおり、チャンネルが、外側の最大の枢動角度によって枢動することを可能にしつつ、細長い部材のためにチャンネル同士の間に実質的に連続な面を用意するのに十分な量で先細りである。
別の実施形態によれば、関節プローブは、互いに対して枢動するように構成される複数のリンクを備えており、複数のリンクが、第１の凹部および第１の凸部を有する第１のリンクと、第２の凹部および第２の凸部を有する第２のリンクとを含み、第１のリンクの第１の凸部が、第２のリンクの第２の凹部に枢動可能に係合し、第１の凸部が、第２の凹部の曲率半径以下の曲率半径を有する。
いくつかの実施形態では、複数のリンクの各々が、隣接したリンクの対応する凸部および凹部に係合する凹部および凸部を有し、凸部がそれぞれ、対応する凹部の曲率半径以下の曲率半径を有する。
別の実施形態では、外科的処置を行う方法は、本明細書中の実施形態のいずれかに記載した関節プローブを選択するステップと、プローブを操って少なくとも１つのツールを配置するステップとを含む。
別の実施形態では、複数のリンクで形成される関節プローブ用のリンクを生産する方法であって、鋳造装置内でリンクを成型するステップであって、関節プローブにおける隣接したリンクに係合するように構成される少なくとも１つの係合面を形成することを含む、リンクを成型するステップと、関節プローブにおける隣接したリンクに係合しないリンクの排出面に少なくとも１つの排出ピンを押し付けることによって、鋳造装置からリンクを排出するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、排出面は、リンク内の凹所に位置する。
別の態様では、実施形態は、図に関連して記載した通りの関節プローブに関連している。
別の態様では、実施形態は、図に関連して記載した通りに医療処置を行う方法に関連している。
本発明の概念の実施形態の前述および他の目的、特徴および利点は、添付図面に示される実施形態のより詳細な説明から明らかになろう。この図面では、種々の図全体にわたって、同じ参照符号は同じ要素について言及する。図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、代わりに強調が行われて、実施形態の原理を示している。
本発明の概念による多関節のプローブデバイスの説明図である。 本発明の概念による多関節のプローブデバイスの説明図である。 本発明の概念による多関節のプローブデバイスの説明図である。 本発明の概念による多関節のプローブによって想定される様々な構成の図である。 本発明の概念による多関節のプローブによって想定される様々な構成の図である。 本発明の概念による外側スリーブのリンクの様々な図である。 本発明の概念による外側スリーブのリンクの様々な図である。 本発明の概念による外側スリーブのリンクの様々な図である。 本発明の概念による外側スリーブのリンクの様々な図である。 本発明の概念による内側コアのリンクのそれぞれの端面図である。 本発明の概念による内側コアのリンクのそれぞれの断面図である。 本発明の概念によるフィーダ機構の一例を示す図である。 本発明の概念によるフィーダ機構の一例を示す図である。 本発明の概念によるケーブルに対する張力を制御するデバイスを示す図である。 本発明に従う外側スリーブのケーブルに対する張力を制御するデバイスを示す。 本発明の概念による内側スリーブのケーブルに対する張力を制御するデバイスを示す。 本発明の概念による制御システムの構成要素、およびこれらの構成要素間の情報の流れを示す構成図である。 本発明の概念による一実施形態に係る関節プローブの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る関節プローブの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る関節プローブの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る関節プローブの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側スリーブの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側スリーブの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側コアの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側コアの断面図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る外側リンクのつなぎセグメントの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係るツール側部ポートを備える外側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る内側リンクの様々な図である。 本発明の概念による一実施形態に係る関節プローブ用のリンクを生産するための流れ図である。
次に、本発明の概念の実施形態を、添付図面を参照して以下より十分に説明する。しかし、本発明の概念は、種々の形態で具体化されてもよく、本明細書に記載した実施形態に限定されると解釈されるべきではない。明細書全体を通じて、同じ番号は、同じ要素を言及する。
様々な制限、要素、構成要素、領域、層および／または断面について記載するために、本明細書において第１、第２、第３などの用語が使用されることがあるが、これらの用語によって、様々な制限、要素、構成要素、領域、層および／または断面が限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある制限、要素、構成要素、領域、層または断面と、別の制限、要素、構成要素、領域、層または断面とを区別するために使用されるに過ぎない。したがって、本出願の教示から逸脱することなく、後述の第１の制限、要素、構成要素、領域、層または断面は、第２の制限、要素、構成要素、領域、層または断面と呼ぶことができ、その逆もできる。
ある要素が別の要素の「上にある（ｏｎ）」、別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または別の要素に「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と呼ばれるとき、この要素は、別の要素の直接上にあってもよく、別の要素に直接接続されていてもよく、または別の要素に直接結合されていてもよく、あるいは介在する要素が存在していてもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素の「直接上にある（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」、別の要素に「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、または別の要素に「直接結合される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」と呼ばれるとき、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「間にある（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「直接間にある（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ）」と「直接隣接する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」など）。ある要素が、別の要素を「覆っている（ｏｖｅｒ）」と本明細書で呼ばれるとき、この要素は、別の要素の上方もしくは下方にあってもよく、別の要素に直接結合されてもよく、または介在要素が存在していてもよく、またはこの要素は空隙または間隙によって離間していてもよい。
本明細書で用いられる技術用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書で用いられる場合、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈に別段の明確な指示がない限り、その複数形も同様に含むものである。用語「備える、含む（「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）」は、本明細書に用いられるとき、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
多関節のロボティックプローブの概要
図１Ａ〜図１Ｃに示す一実施形態による多関節のロボティックプローブ１０は、本質的に２つの同心の機構、外側の機構および内側の機構であり、そのそれぞれは、操作可能な機構として見ることができる。図１Ａ〜図１Ｃは、プローブ１０の種々の実施形態の動作の仕方の概念を示す。図１Ａを参照すると、内側の機構は、第１の機構、内側コアまたは内側コア機構１２と呼ばれる。外側の機構は、第２の機構、外側スリーブまたは外側スリーブ機構１４と呼ばれる。各機構は、剛直としなやかの間で交互することができる。剛直なモードまたは剛直な状態では、機構は、当然剛直である。しなやかなモードまたは状態では、機構は、非常に柔軟であり、したがってその周囲の形状を呈し、または新しい形をとることができる。本明細書で用いられる場合、用語「しなやかな（ｌｉｍｐ）」は、重力および機構の環境の形状に応じた特定の構成を受動的に呈する構造を示すのではなく、むしろ、本出願に記載の「しなやかな」構造は、デバイスの操作者によって望まれるポジションおよび構成を呈することができ、したがって、弛緩し、受動的であるのではなく、関節でつながれ、制御されることに留意されたい。
このプローブ１０に関しては、ある機構がしなやかになり始め、他の機構が剛直になり始める。説明のために、図１Ａ中のステップ１に見られるように、外側スリーブ１４が剛直であり、内側コア１２がしなやかであると仮定する。ここで、図１Ａのステップ２に示されるように、内側コア１２は、後述するフィード機構１６によって前方に押される上に、その「ヘッド」または遠位端が操作される。次に、内側コア１２が、剛直になるようにされ、外側スリーブ１４がしなやかにされる。次いで、図１Ａのステップ３に見られるように、外側スリーブ１４が内側コア１２に追い付き、または内側コア１２と同一の広がりを持つまで、外側スリーブ１４が、前方に押される。次に、外側スリーブ１４が、剛直にされ、内側コア１２がしなやかになり、次いで手順が繰り返される。この手法の一変更例は、外側スリーブ１４も同様に操作可能にさせることである。図１Ｂに、そのようなデバイスの動作を示す。図１Ｂでは、各機構が、他方に追い付き、次いであるリンクを向こうに前進させることができることが分かる。一実施形態によれば、外側スリーブ１４は操作可能であるが、内側コア１２は操作可能ではない。図１Ｃに、そのようなデバイスの動作を示す。
医学的応用では、プローブ１０が所望の位置に到着すると、操作者、典型的には外科医は、様々な診断法および／または投薬手技を行うように、外側スリーブ１４、内側コア１２、または外側スリーブ１４と内側コア１２の間に形成されたチャンネルのうちの１つ以上のチャンネルを通じて１つ以上のツールを摺動することができる。外科手術などの臨床処置に加えて、プローブ１０は、エンジンの検査、修理、もしくは改造、タンクの検査および修理、スパイ行為または監視の応用、爆弾処理、潜水艦の区画室または核兵器などのきつく閉じ込められた空間内での検査または修理、建物の検査などの構造物の検査、有害廃棄物の浄化、炭疽菌回収などの生体試料の回収、ならびにこれらの組み合わせが含まれる多数の用途に使用することができるが、これらに限定されない。明らかに、本開示のデバイスは、より幅広い様々な用途を有し、任意の特定の用途に限定されるととらえるべきではない。
内側コア１２および／または外側スリーブ１４は、操作可能であり、内側コア１２および側スリーブ１４は、剛直としなやかの両方にそれぞれなすことができ、プローブ１０が、３次元中のどこかへ駆動することを可能にする。プローブ１０は、その以前の構成を「記憶する」ことができ、このため、プローブ１０は、人間の患者などの患者の体内の空洞内空間などの３次元体積中のどこかへ行くことができる。図２Ａ〜図２Ｂは、プローブ１０による想定できる様々な構成の例を示す。
図３Ａ〜図３Ｄならびに図４Ａおよび図４Ｂに見られるように、一実施形態によれば、外側スリーブ１４および内側コア１２は、それぞれ、同心の複数の円筒、リンク２２、２４からそれぞれ構成することができるが、他の形状のリンク、例えば犬の骨の構成（図示せず）が使用されてもよく、ならびに同心のではないタイプのリンク、例えば、数多くある中でも骨格構成が使用されてもよい。リンク２２、２４の端部は平坦ではないが、代わりに一端２６が「外側」または凸状の半球であり、他端２８が「内側」または凹状の半球であり、両者は典型的には同様の曲率半径を有する。外側スリーブ１４のリンク２２、すなわちリンクは、あるリンクの凹状の端部２８が、隣接したリンクの凸状の端部２６に嵌め合わさるように「鎖状の」連続である。同様に、内側コア１２のリンク２４、すなわちリンクが、「鎖状の」連続である。その結果は、動学的見地から球のようなジョイントである。本実施形態では、各リンクは、隣接したリンクのヘッド上で回転することができ、任意の方向に約１０〜２０度の可動域を有する球面のジョイントとして働くが、他の可動域も可能であり、潜在的な利点である。一実施形態によれば、リンク２２は、ケーブル、または細長いツールなどの細長いデバイスを制御するために内部を通じて延びる複数のチャンネル３０を有する。
外側スリーブ１４および内側コア１２のいずれかまたは両方のヘッド（すなわち、遠位リンク）が、例えば、互いに１２０°で取り付けられる３本のケーブルを用いて操作可能である。図３Ａ〜図３Ｄに見られるように、ケーブルがそれぞれ通過する３つの小さい円筒形のチャンネル３０、３２がある。図４Ａおよび図４Ｂに示すデバイスのバージョンでは、内側リンク２４は、ただ１本のケーブルを有し、この場合には、その中心を通るただ１つの穴３４がある。
上記の実施形態は、伝導性ワイヤもしくは非伝導性ワイヤ、または他のフレキシブルな糸状の構造などのケーブルを利用するが、個々のリンクの間に位置する小型の空気ピストンもしくは油圧ピストン、または他の機械的リンク機構などのしなやかな要素を操る代替手段が、本発明の概念の範囲から外れることなく用いることができることが理解されよう。
リンク、したがってプローブ１０は、プラスチックまたは他の磁気共鳴イメージングに適合する材料が含まれるほとんど任意の材料から作製することができる。外側スリーブ１４は、典型的には５ｍｍよりも大きい広範囲にわたる直径をとることができる。同様に、内側コア１２は、外側スリーブ１４の直径よりも小さく典型的には３ｍｍより大きい広範囲にわたる直径をとることができる。リンクの総数は、大きい範囲にわたって変更することができるが、典型的には１０個のリンクよりも多い。
述べた通り、内側コア１２および外側スリーブ１４は、ケーブルまたは他のフレキシブルな糸構造を用いて剛直またはしなやかにすることができる。一実施形態では、外側スリーブ１４は、３本のケーブル上に張りめぐらされたリンク２２のセットからなる。３本のケーブルは、典型的には１２０度離れており、任意の方向に操作することが可能である。プローブ１０の曲率半径は、リンク２２の長さ、ならびに嵌め合うリンク２２の端部同士の間の嵌め合いの寸法が含まれるいくつかの要因に依存している。ケーブルが、外側スリーブ１４の後部に向かって引っ張られるとき、リンク２２は、互いに向かって引っ張られる。引張力が増加するとき、隣接したリンク２２同士の間の摩擦力は、外側スリーブ１４全体が堅くなる（すなわち、剛直なモードに入る）まで増加する。引張力を緩めると、外側スリーブ１４はしなやかになる。したがって、ケーブルは、それらのそれぞれの張力組立体（例えば、モータにより駆動されるプーリ）と共に、ロックデバイスを形成する。張力組立体は、張力組立体を制御する電子機器と共に、ケーブルにかかる張力を制御する手段を含む。外側スリーブ１４が、内側コア１２の前方の１リンクに配置され、内側コア１２が剛直なとき、外側スリーブ１４の遠位リンクは、３本のケーブルのうちの１つ以上を引っ張ることによって向けることができる。ケーブルの前進または後退に加えて、各ケーブルに及ぼされる引張力の大きさは、監視または制御することができる。３本のケーブルを同じ大きさで引っ張ることによって、外側スリーブ１４は、その形状を変化させずに剛直になる。
内側コア１２は、外側スリーブ１４のように、リンクのセットからなる。一実施形態によれば、外側スリーブ１４とは対照的に、内側コア１２は、操作機能を必要としない（しかし、適宜有してもよい）。内側コア１２は、剛直なモードからしなやかなモードへ、および逆に変更する能力を必要としない。したがって、内側コア１２が操作可能であることを必要としない実施形態では、内側コア１２のリンクは、ただ１本のケーブル上に張りめぐらされてもよく、それによってプローブ１０の全径の減少を可能にする。
フィード機構の概要
上述のように、フィード機構１６は、プローブ１０を制御するために使用され得る。図５Ａおよび図５Ｂに示されるフィード機構１６のあるタイプは、それぞれ、プローブ１０を患者の食道、腹膜腔、心膜腔、または別の内部空間などの関心の領域に挿入およびそこから後退させる。フィーダ１６は、２つの移動可能なカートを有する。第１の固定トレイ４３で搬送される第１のカート４２は、外側スリーブ１４を前進および後退させる一方、第２の固定トレイ４５で搬送される第２のカート４４は、内側コア１２を前進および後退させる。各カート４２、４４、したがって内側コア１２および外側スリーブ１４の各々は、それぞれ、別個のリニアアクチュエータ４６、４８によって独立して駆動される。リニアアクチュエータ４６、４８は、知られているようにポジション制御に用いられるシャフトエンコーダ（図示せず）を搬送することができる。代替としてまたは加えて、モータ電流が、ポジションを制御するために使用されるケーブルの張力の値を決定するために監視されてもよい。ケーブルの張力が、ロードセルなどの１つ以上のセンサを用いて監視されてもよい。多数のポジショニングセンサおよび他のセンサが、ケーブルの張力に関連した情報、カートのポジション、プローブの向きおよび構成、ならびに他のシステムのパラメータを供給するために備えられてもよい。典型的なセンサには、光学センサ、ホール効果センサなどの磁気センサ、加速度計、歪みゲージ、および機械スイッチなどの力センサおよび圧力センサ、ならびにこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。１つ以上のセンサが、フィード機構１６、内側コア１２、および外側スリーブ１４を含む複数の位置に配置されてもよいが、これらに限定されない。
カート４２、４４の各々は、内側コア１２および外側スリーブ１４のケーブルを制御するのに必要な１つ以上のモータを搬送する。例えば、図６および図７に見られるように、カート４２は、外側スリーブ１４のケーブル５４，５５，５６に対する張力を制御するモータ５０、５１、５２を搬送する。図８に示すように、第２のカート４４は、内側コア１２のケーブル５９への張力を制御するモータ５８を有する。モータ５０、５１、５２および５８の各々は、知られているようにポジション制御に用いられるシャフトエンコーダ（図示せず）を備えることができる。内側コア１２が操作可能である一実施形態では、内側コア１２は、（例えば、２本以上のケーブルをぴんと張るために）２つ以上のモータ、または別のケーブルの張力機構を必要とする。
図９は、制御システムの一実施形態の構成要素、およびこれらの構成要素間の情報の流れを示す構成図である。フィード機構１６は、バス変換モジュール６４を介して制御コンピュータ６２に接続される。フィード機構１６から出て行くデータは、ＵＳＢに変換するためにモジュール６４に入力され、次いでコンピュータ６２にあるＵＳＢポート６６に入力される。制御ソフトウェア６８へ入ってくるデータには、フィード機構１６内の各ケーブルに関連したモータ電流データ、モータエンコーダデータ、および／またはケーブルの張力データが含まれ得る。代替としてまたは加えて、制御ソフトウェア６８へ入ってくるデータには、フィード機構１６、内側コア１２、または外側スリーブ１４内に位置する１つ以上のセンサからのデータが含まれ得る。ジョイスティックデータ（ポジションデータ）をジョイスティック７０から受信することもできる。モニタ７２は、外側スリーブ１４および／または内側コア１２の遠位端に取り付けたカメラからの映像データに応答することができて、プローブ１０の遠位端のポジションに関するユーザへの視覚フィードバックを与える。制御ソフトウェア６８は、モータ電流制限命令およびモータポジション命令を出力することができ、モータ電流制限命令およびモータポジション命令はフィード機構１６へ入力される。
内側コアおよび外側スリーブ
図１０Ａ〜図１１Ｂは、内側コア１２および外側スリーブ１４を備える関節プローブ１０の一実施形態を示す。内側コア１２は、複数の内側リンク１００（好ましくは少なくとも３つ、いくつかの実施形態では５０個以上）を有する。外側スリーブ１４は、複数の外側リンク１０４（好ましくは少なくとも３つ、いくつかの実施形態では、４０個以上）を有する。
外側リンクに関しては、図１４Ａ〜図１６Ｊは、そのような外側リンク１０４、１３２の現在好ましい実施形態の様々な図を示す。外側リンクのこれらの実施形態は、上記の概要で述べたものに類似する。しかし、これらの実施形態は、いくつかの重要な態様において上述のものとは異なると共に、互いに異なる。外側リンク１０４、１３２の本実施形態は、図１１Ａに示すような独特な外側スリーブ１４を形成するために組み合されてもよい。詳細には、図１６Ａ〜図１６Ｋは、ツール側部ポート１２８を備える外側リンク１０４の様々な図を示す。ツール側部ポート１２８は、ツールを受容および案内するために使用することができる。図１５Ａ〜図１５Ｊは、つなぎ外側リンク１３２の様々な図を示す。図１１Ａに示すように、複数のつなぎ外側リンク１３２は、ツール側部ポート１２８を備える外側リンク１０４に隣接して配置することができる。つなぎ外側リンク１３２は、外側リンク１０４のツール側部ポート１２８にツールなどの細長い部材を収容しおよび送り込む１つ以上の凹所１３０を有することができる。例えば、好ましくは、外側リンク１０４、１３２の内径は、０．１０〜２．００インチの範囲内であり、より好ましくは、内径は約０．３９４インチである。好ましくは、外側リンク１０４、１３２の外径は、０．２０〜３．００インチの範囲内であり、より好ましくは、外径は約０．６６９インチである。外側リンク１０４、１３２は、例えば、金属、プラスチック、ガラス、カーボンファイバなどのうちの少なくとも１つから構成することができる。特定の実施形態では、外側リンク１０４、１３２は、例えば、ポリフェニルサルフォン（例えば、Ｒａｄｅｌ（登録商標）Ｒ−５１００）から構成される。
内側リンク１００に関して、図１７Ａ〜図１７Ｉは、現在好ましい実施形態の様々な図を示す。これらの内側リンク１００は、上記の概要で述べたものに類似する。しかし、これらの内側リンク１００は、いくつかの重要な態様において異なる。好ましくは、内側リンク１００の長さは０．０１〜２．００インチの範囲内であり、より好ましくは内側リンク１００の長さは０．３５３インチである。好ましくは、内側リンクの外径は０．１０〜２．００インチの範囲内であり、より好ましくは、内径は０．３５４インチである。内側リンク１００は、例えば、金属、プラスチック、ガラス、カーボンファイバなどのうちの少なくとも１つから構成されてもよい。特定の実施形態では、内側リンク１００は、埋め込まれたガラス繊維（３０重量％）を有するプラスチックから構成される。
例えば、図１０Ａ〜図１３Ｂに示すように、内側リンク１００は、最大枢動角度によって互いに対して枢動するように構成され、外側リンク１０４は、最大枢動角度によって互いに対して枢動するように構成される。好ましくは、内側リンク１００の最大の枢動角度は、外側リンク１０４の最大の枢動角度以上である。この枢動関係を考慮すると、リンク１００、１０４が、関節プローブ１０の屈曲の制限、リンク１００、１０４内に配置できる細長い部材の挟み、および細長い部材の前進および後退に関して起こり得る問題などの１つ以上の望ましくない条件を避けるように構成されることが大切であり得る。
複数の内側リンク１００および／または外側リンク１０４の各々は、細長い部材を受け入れるための１つ以上のチャンネル１０８を有してもよい。代替としてまたは加えて、内側リンク１００および外側リンク１０４における嵌め合う凹所が、内側コア１２と外側スリーブ１４の間に１つ以上のチャンネルを作り出してもよい。細長い部材は、ツール、内側ケーブル１０２、外側ケーブル１０６、または内側コア１２のいずれか１つであってもよい。典型的な細長いツールには、はさみ、外科用メス、および他の切断用ツール、組織把持装置などの把持装置、組織切除要素、電気メス、および凝固要素などのエネルギー供給要素、光ファイバカメラなどのキャンバ、加熱要素、冷却要素、薬物送達デバイス、およびこれらの組み合わせが含まれ得るが、それらに限定されない。概要で述べたように、ツールは、様々な動作を行うために使用することができ、１つ以上のケーブルは、外側スリーブ１４の外側リンク１０４および内側コア１２の内側リンク１００を制御するために使用することができる。チャンネル１０８は、リンク１００、１０４から隣接したリンク１００、１０４へ半連続通路を形成するように構成され、細長い部材の受け入れを容易にするためにライナを含むことができる。図１４Ｇに示すように、チャンネル１０８は、円周状フレアを有してもよい。円周状フレアは、チャンネル１０８内に細長い部材を挟むのを防ぎ、複数のリンク１００、１０４の回転を容易にさせつつ、プローブ１０を通じての細長い部材の前進または後退により生じ得る何らかの困難をかなり低減させる。さらに、内側リンク１００および／または外側リンク１０４のチャンネル１０８は、リンク１００、１０４からリンク１００、１０４への半連続通路を実現するために先細りであってもよい。
一実施形態によれば、内側リンク１００および／または外側リンク１０４の各々におけるチャンネル１０８は、内側リンク１００および／または外側リンク１０４が、最大の枢動角度によって枢動することを可能にしつつ、細長い部材を受け入れるためにリンク１００のチャンネル１０８とリンク１０４のチャンネル１０８の間に実質的に連続な面を用意するのに十分な量で先細りである。より好ましくは、チャンネル１０８の開口および／または出口は、先細りであり得る。チャンネル１０８の先細りの開口および出口は、チャンネル１０８内に細長い部材を挟むのを防ぎ、プローブ１０を通じての細長い部材の前進または後退により生じ得る何らかの困難をかなり低減させる。加えて、先細りの開口は、プローブ１０の曲率半径に相関している。一実施形態によれば、チャンネル１０８の先細りは、最大の枢動角度の約２倍である。例えば、先細りは約２６度とすることができ、最大の枢動角度は約１３度とすることができる。好ましくは、チャンネル１０８の先細りは、１３度以上の枢動角度を収容することができる。要するに、先細りのチャンネル１０８は、細長い部材を受け入れるためにリンク１００のチャンネル１０８とリンク１０４のチャンネル１０８の間で実質的に連続な面を用意するように構成される。
内側コア１２の内側リンク１００は、図１３Ａ〜図１３Ｂ、および図１７Ａ〜図１７Ｉに示すように、中心軸の近くに配置され、内側ケーブル１０２（細長い部材）を受け入れるように構成されるチャンネル１０８を有してもよい。内側リンク１００内のチャンネル１０８は、広がった開口を有することができる。一実施形態によれば、広がった開口は、内側リンク１００の中心軸に対して中心を外れて配置される。広がった開口を中心を外して配置することによって、内側コア１２の回転または起こり得る並進変位の任意の他の形態により、内側コア１２の枢動点が変わることができるとき、内側ケーブル１０２の枢動点がより容易に変わることを可能にする。好ましくは、内側リンク１００の複数のチャンネル１０８の直径は、内側ケーブル１０２の直径より大きく、それによって内側リンク１００がねじれおよび鋸歯状の発生を減少させる。例えば、好ましくは、チャンネル１０８が０．００３〜０．５００インチの範囲内（より好ましくは約０．０４３インチ）の直径を有する場合、内側ケーブル１０２の直径は、０．００２〜１．０００インチの範囲内（より好ましくは約０．０３７インチ）であることが好ましい。ねじれおよび鋸歯状を減少させるように内側ケーブル１０２の直径、および内側リンク１００のチャンネル１０８を構成することによって、挟みの可能性、または細長い部材の前進および後退に関連した困難は、やはりかなり減少する。したがって、内側リンク１００のチャンネル１０８は、内側ケーブル１０２のためにリンク１００同士の間に実質的に連続な面を用意する。
例えば、図１２Ａに示すように、外側スリーブ１４の外側リンク１０４は、細長い部材を受け入れるために内部に形成されるチャンネル１０８を有することもできる。この特定の実施形態では、細長い部材は、複数の内側リンク１００を備える内側コア１２であり得る。チャンネル１０８は、複数の外側リンク１０４を備え、それぞれが、広がった開口を有する。図１２Ａに示すように、複数のリンク１０４の各々における広がった開口は、内側コア１２を受け入れるためにリンク１０４同士の間に実質的に連続な面を用意する。外側リンク１０４のチャンネル１０８は、内側コア１２が、最大枢動角度によって枢動することを可能にしつつ、内側コア１２のためにチャンネル１０８同士の間に実質的に連続な面を用意するのに十分な量でやはり先細りである。チャンネル１０８の先細りは、内側リンク１００の屈曲を可能にもする。好ましくは、内側リンク１００の内側の屈曲は、１３度以上であり得る。したがって、外側リンク１０４のチャンネル１０８は、内側コア１２を受け入れるためにリンク１０４同士の間に実質的に連続な面を用意する。
図１４Ａ〜図１６Ｋに示すように、複数のチャンネル１０８は、外側リンク１０４の外面の近くに配置することもできる。一実施形態によれば、３つのチャンネル１０８が、外側スリーブ１４を構成する１つ以上の外側リンク１０４の円周の周りに互いから約１２０度で配置される。外側リンク１０４のチャンネル１０８は、外側スリーブ１４を制御するために外側ケーブル１０４の形態の細長い部材を受け入れるように構成される。好ましくは、複数の外側ケーブル１０６の直径は、外側リンク１０４の複数のチャンネル１０８の直径未満であり、それによって外側リンク１０４のねじれおよび鋸歯状の発生を減少させる。一実施形態によれば、複数の外側ケーブル１０６の直径は、０．００２〜１．０００インチの範囲内とすることができる。一実施形態では、複数の外側ケーブル１０６の直径は、０．０２７インチである。外側ケーブル１０６を受け入れるための外側リンク１０４ごとの複数のチャンネル１０８の直径は、０．００３〜０．５００インチの範囲内とすることができる。特定の実施形態では、外側リンク１０４ごとの複数のチャンネル１０８の直径は、約０．０３５インチである。ねじれおよび鋸歯状を減少させるように複数の外側ケーブル１０６の直径、および外側リンク１０４のチャンネル１０８を構成することによって、挟みの可能性、または細長い部材の前進および後退に関連した困難は、やはりかなり減少する。したがって、外側リンク１０４のチャンネル１０８は、複数のケーブル１０６のためにリンク１０４同士の間に実質的に連続な面を用意する。
内側リンク１００と外側リンク１０４の組み合わせは、細長い部材を受け入れるためのチャンネル１０８を設けるように構成することもできる。図１４Ａ〜図１４Ｉを参照すると、外側リンク１０４の内面は、ツールの形態の細長い部材を受け入れるためのチャンネル１０８の一方の半分を形成する広がったくぼみ１３４を有してもよい。図１７Ａ〜図１７Ｉに示すように、チャンネル１０８の他の半分は、内側リンク１００の外面上の広がったくぼみ１３６によって形成される。内側リンク１００の広がったくぼみ１３６および外側リンク１０４の広がったくぼみ１３４によって形成されるチャンネル１０８は、１つ以上のツールのためにリンク１００、１０４の間に実質的に連続な面を用意する。
図１５Ａ〜図１６Ｋに示す外側リンク１０４および１３２は、ツール、ケーブル、または他の細長いデバイスの形態で細長い部材を受け入れるように共に構成することができる。図１１Ａおよび図１６Ａ〜図１６Ｋを参照すると、外側リンク１０４のチャンネル１０８は、ツール側部ポート１２８によって形成することができる。ツール側部ポート１２８は、外側リンク１０４の外周から広がり、ツール、ケーブル、または他の細長いデバイスを受け入れるようにチャンネル１０８が形成される。図１１Ａに示すように、つなぎ外側リンク１３２が、プローブ１０の長さに沿って、外側リンク１０４とツール側部ポート１２８を備える外側リンク１０４との間に配置される。一実施形態によれば、図１５Ａ〜図１５Ｊに示すように、つなぎ外側リンク１３２は、ツール側部ポート１２８を有する外側リンク１０４にツールを収容しおよび送り込む１つ以上の凹所１３０を有する。したがって、プローブ１０の周囲のほぼ外側で使用するように構成されるツールが、ツール側部ポート１２８によって形成されるチャンネル１０８、およびつなぎ外側リンク１３２の凹所１３０によって受け入れられ得る。ツール側部ポート１２８によって形成されるチャンネル１０８、および凹所１３０は、１つ以上の細長いデバイスのために外側リンク１０４、１３２の間に実質的に連続な面を用意する。
関節プローブ１０の曲率半径は、内側リンク１００および外側リンク１０４の枢動角度に依存し得る。図１０Ａ〜図１２Ｂおよび図１４Ａ〜Ｉを参照すると、外側スリーブ１４は、外側に延びるフランジ１１０を有する複数の外側リンク１０４を含んでもよい。フランジ１１０は、互いに対して外側リンク１０４の枢動角度を制御するように構成される。したがって、フランジ１１０の特徴は、実現され得る関節プローブ１０の曲率半径に影響を及ぼす。
一実施形態によれば、フランジ１１０の幾何学的形状は、外側リンク１０４の各々の間で可能な枢動の程度を決定する。図１４Ｄ〜図１４Ｅを参照すると、フランジ１１０は、外側リンク１０４の第１の中心軸に対して半径方向外側に延びる第１の係合面１１２および第２の係合面１１４を有することができる。フランジ１１０は、第１の外側リンク１０４の第１の係合面１１２および第２の外側リンクの第２の係合面１１４が、互いに接触するまで、外側リンク１０４が、外側の最大の枢動角度によって互いに対しておよびプローブの中心軸に関して枢動することを可能にするように構成される。一実施形態によれば、第１の係合面１１２および第２の係合面１１４は、外側リンク１０４の中心軸に垂直な線に関して先細りである。図１４Ｅを参照すると、特定の一実施形態では、第１の係合面１１２は、約６．５度先細りになり、第２の係合面１１４は、約６．５度先細りになる。本実施形態によれば、外側の最大の枢動角度は、約１３度以下である。代替実施形態では、第１の係合面１１２および第２の係合面１１４の先細りは、最大の枢動角度が、１３度より大きい、または１３度未満であるように構成されてもよい。好ましくは、フランジ１１０の幾何学的形状は、関節プローブ１０の曲率半径が、１０〜６００ｍｍの範囲内であるように構成される。したがってフランジ１１０の幾何学的形状は、外側リンク１０４の最大の枢動角度を設定するように用いることができ、これは、関節プローブ１０の曲率半径の範囲に影響を及ぼす。
リンク１００、１０４、１３２は、第１のリンク１００と第２のリンク１０４の間に作用する不規則または望ましくない力（例えば、不規則または望ましくない摩擦係合力）の発生を減少させるように構成され得る。例えば、図１４Ｂ、図１４Ｈ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｉ、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｊ、図１７Ｃ、図１７Ｄ、図１７Ｈに示すように、複数の内側リンク１００および外側リンク１０４は、第１の凹部１２０、および第１の凸部１２２を含むことができる。第１のリンク１００、１０４の凸部１２２は、第２のリンク１００、１０４の対応する凹部１２０に枢動可能に係合することができる。特定の実施形態によれば、第１のリンク１００、１０４、凸部１２２は、第２のリンク１００、１０４、凹部１２０の曲率半径以下の曲率半径を有する。リンク１００、１０４は、共に連結されて、内側コア１２および外側スリーブ１４を形成することができる。（凹部１２０が、対応する凸部１２２に枢動可能に係合する）リンク１００、１０４の構成によって、内側コア１２および外側スリーブ１４が、広い可動域で枢動し、関節プローブ１０の効率的な動作を妨げる可能性があるリンク１００、１０４の間の不規則または望ましくない摩擦力または他の力の発生を減少させることが可能である。
上記で明らかにしたように、内側コア１２および外側スリーブ１４の様々な特徴の物理的特性は、様々な形で関節プローブ１０の特性および性能に悪影響を及ぼす。一実施形態によれば、外側リンク１０４の１つ以上のチャンネルの幾何学的寸法は、外側リンク１０４の１つ以上のパラメータ数学的に関連している。これらのパラメータには、外側リンク１０４の端部の半径、外側リンク１０４の直径、外側リンク１０４ｄ同士間の枢動角度、チャンネルの平均直径などのチャンネルの直径、外側リンク１０４の中心軸からのチャンネルの距離などのチャンネルの位置が含まれ得る。
あるリンクの他のリンクに対する滑らかな継ぎ目を促進し、隣接したリンクの間の不規則な摩擦係合などの望ましくない嵌め合い力を防ぐようにリンクを形成することが有利であり得る。次に、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｄ〜図１７Ｆ、図１７Ｉおよび図１８を参照して、関節プローブ１０用のリンク１００、１０４を生産する方法を説明する。ステップ２１０では、リンク１００、１０４が、関節プローブ１０内の隣接したリンク１００、１０４に係合するように構成される少なくとも１つの係合面を形成することを含めて、鋳造装置において成型される。ステップ２１２では、リンク１００、１０４は、関節プローブ１０内の隣接したリンク１００、１０４に係合しないリンク１００、１０４の排出面１２６に少なくとも１つの排出ピン１２４を押圧する（図１７Ｅ参照）ことによって、鋳造装置から排出される。図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｄ〜図１７Ｅ、および図１７Ｉに示すように、一実施形態によれば、排出面１２６は、リンク１００、１０４中の凹所に位置する。リンク１００、１０４上に排出面１２６を合理的に配置することにより、隣接したリンク間の嵌め合う面から離れて排出ピンの狂いを配置することなどによって、排出面１２６が、あるリンク１００、１０４と別のリンクの相互作用に影響を及ぼさないことを確実にする。したがって、上記の手順は、各リンク１００、１０４が、別のリンク１００、１０４に対して滑らかに関節でつながることを確実にする。
ケーブル
上記の概要で述べたように、１つ以上のケーブルが、外側スリーブ１４の外側リンク１０４、および内側コア１２の内側リンク１００を制御するため使用することができる。以下、ケーブル構成のさらなる例を説明する。これらの構成では、図１２Ｂに示すように、複数の外側ケーブル１０６は、複数の外側リンク１０４を通じて延びることができる。外側ケーブル１０６は、外側スリーブ１４を制御（例えば、操作、および柔軟と剛直の間で移行）するように構成される。一実施形態では、複数の外側ケーブル１０６の各々は、ほぼ同じ引張り強度および／またはほぼ同じ断面積を有する。
図１３Ａ〜図１３Ｂに示すように、内側ケーブル１０２は、複数の内側リンク１００を通じて延びる。内側ケーブル１０２は、内側コア１２を制御（例えば、柔軟と剛直の間で移行）するように構成される。一実施形態では、内側ケーブル１０２の引張り強度および／または断面積は、複数の外側ケーブル１０６の引張り強度および／または断面積に関連している。
内側ケーブル１０２の引張り強度および／または断面積と複数の外側ケーブル１０６の引張り強度および／または断面積との間の関係により、関節プローブ１０の効率的な動きおよび動作を実現する。引張り強度に関しては、内側ケーブル１０２は、個々の外側ケーブル１０６の各々より大きい引張り強度を有し得る。いくつかの実施形態では、内側ケーブル１０２の引張り強度は、複数の外側ケーブル１０６の合成引張り強度にほぼ等しい。いくつかの実施形態では、複数の外側ケーブル１０６の各々の引張り強度は、内側ケーブル１０２の引張り強度の約１／Ｎであり、ただし、Ｎは、外側ケーブル１０６の本数である。例えば、内側ケーブル１０２の引張り強度および複数の外側ケーブル１０６の合成引張り強度は、２〜５００ｌｂの範囲内であり得、いくつかの実施形態では、約３０ｌｂである。
断面積に関しては、複数の外側ケーブル１０６の各々の断面積は、内側ケーブル１０２の断面積の約１／Ｎであり得、ただし、Ｎは、外側ケーブルの本数である。この関係は、排他的なものではないが、ケーブル１０２、１０６が同じ材料から形成される構成で、および／またはプローブ１０の直径が最小であるとき、特に重要である。
内側ケーブル１０２および外側ケーブル１０６を形成する材料は、ケーブルの構成に影響を及ぼし得る。内側ケーブル１０２および複数の外側ケーブル１０６は、同じ材料で構成されてもよく、これは、いくつかの実施形態では、鋼鉄、ポリエチレン（ＵＨＭＷ−超高分子量）、プラスチック、ナイロン、およびフルオロカーボンのうちの少なくとも１つとすることができ、いくつかの実施形態では、鋼鉄がより好ましい。内側ケーブル１０２および複数の外側ケーブル１０６は、単繊維または編む技法によって形成することができる。しかし、所望の引張り強度の関係は、内側ケーブル１０２および外側ケーブル１０６に異なる材料を用いることによって実現することもできる。
要するに、内側コア１２および外側スリーブ１４を制御するために用いられる内側ケーブル１０２および外側ケーブル１０６は、様々な特徴を有し得る。これらの特徴には、引張り強度、断面積、およびケーブル１０２、１０６の組成が含まれ得るが、それに限定されるものではない。所望の特徴、および内側ケーブル１０２および外側ケーブル１０６に関する関係に基づいて、ケーブルの構成によって、関節プローブ１０の安定性および他の性能パラメータを決定する。
本デバイスおよび方法の好ましい実施形態を、それらが開発された環境に関連して説明してきたが、それらは、本発明の概念の原理の例示に過ぎない。上記の組立体の変形または組み合わせ、本発明を実施するための他の実施形態、構成、および方法、ならびに当業者に明らかな本発明の概念の態様の変更例は、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。加えて、本出願が、特定の順序で挙げた方法または手順のステップを有する場合、いくつかのステップが実行される順序を変更することが可能であり得、またはある状況では適切でさえあり得、そのような順序の特定性が請求項において明示的に定められない限り、以下に本明細書に記載したこの方法または手順の請求項の特定のステップは、順序が特定されていると解釈されないものとする。
なお、本願は、以下の発明を含む。
制御可能に剛直および柔軟であるように構成される少なくとも一部を有する関節プローブであって、複数の内側リンクを有する内側コアと、前記複数の内側リンクを通じて延びると共に、前記内側コアを制御するように構成される内側ケーブルと、複数の外側リンクを有する外側スリーブと、前記複数の外側リンクを通じて延びると共に、前記外側スリーブを制御するように構成される複数の外側ケーブルとを備え、前記内側ケーブルが、個々の前記外側ケーブルの各々より大きい引張り強度を有することを特徴とする関節プローブ。
この関節プローブは、前記内側ケーブルの前記引張り強度が、前記複数の外側ケーブルの合成引張り強度にほぼ等しい。また、前記複数の外側ケーブルの各々が、ほぼ同じ引張り強度を有する。また、前記複数の外側ケーブルの各々の前記引張り強度が、前記内側ケーブルの引張り強度の約１／Ｎであり、ただし、Ｎは外側ケーブルの本数である。また、前記複数の外側ケーブルの各々が、ほぼ同じ断面積を有する。また、前記複数の外側ケーブルの各々の前記断面積が、前記内側ケーブルの断面積の約１／Ｎであり、ただし、Ｎは外側ケーブルの本数である。また、前記内側ケーブルおよび前記複数の外側ケーブルが、鋼鉄、ポリエチレン、ナイロン、およびフルオロカーボンのうちの少なくとも１つで構成される。
互いに対して枢動するように構成される複数のリンクを備える関節プローブであって、前記複数のリンクが、第１の凹部および第１の凸部を有する第１のリンクと、第２の凹部および第２の凸部を有する第２のリンクとを含み、前記第１のリンクの前記第１の凸部が、前記第２のリンクの前記第２の凹部に枢動可能に係合し、前記第１の凸部が、前記第２の凹部の曲率半径以下の曲率半径を有することを特徴とする関節プローブ。
この関節プローブは、前記複数のリンクの各々が、隣接したリンクの対応する凸部および凹部に係合する凹部および凸部を有し、前記凸部がそれぞれ、対応する前記凹部の曲率半径以下の曲率半径を有する。

Claims (18)

  1. 最大枢動角度によって互いに対して枢動するように構成される複数のリンクと、
    細長い部材と
    を備える関節プローブであって、
    前記複数のリンクのうちの少なくとも２つが、内部に前記細長い部材を受け入れるためのチャンネルを含み、
    前記複数のリンクの各々内の前記チャンネルは、前記複数のリンクが、最大の枢動角度によって枢動することを可能にしつつ、前記細長い部材のために前記リンクの前記チャンネル同士の間の実質的に連続な面を用意するのに十分な量でやはり先細りである
    ことを特徴とする関節プローブ。
  2. 請求項１に記載の関節プローブであって、複数の内側リンクを含む内側コアを含んでおり、前記チャンネルが、前記複数の内側リンクのうちの少なくとも２つの内側リンク内に配置されることを特徴とする関節プローブ。
  3. 請求項１または２に記載の関節プローブであって、複数の外側リンクを含む外側スリーブを含んでおり、前記チャンネルが、前記複数の外側リンクのうちの少なくとも２つの外側リンク内に配置されることを特徴とする関節プローブ。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の関節プローブであって、複数の外側リンクを含む外側スリーブと、複数の内側リンクを含む内側コアとを含んでおり、前記チャンネルが、前記複数の外側リンクのうちの少なくとも２つの外側リンクと前記複数の内側リンクのうちの少なくとも２つの内側リンクとの間に配置されることを特徴とする関節プローブ。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記複数のリンクのうちの前記少なくとも２つのリンクが側部ポートを備え、前記チャンネルが、前記側部ポート内に配置されることを特徴とする関節プローブ。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記チャンネルが、前記複数のリンクのうちの前記少なくとも２つのリンク内に凹所を備えることを特徴とする関節プローブ。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記先細りが、前記最大の枢動角度の約２倍であることを特徴とする関節プローブ。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記先細りが約２６度であり、前記最大の枢動角度が約１３度であることを特徴とする関節プローブ。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記細長い部材の直径が、前記リンクの複数の前記チャンネルの直径未満であることを特徴とする関節プローブ。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記細長い部材が、ツールおよびケーブルのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする関節プローブ。
  11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記細長い部材が、複数の内側リンクから形成される内側コアを含むことを特徴とする関節プローブ。
  12. プローブの中心軸を有する関節プローブであって、
    内側の最大の枢動角度によって互いに対しておよび前記プローブの中心軸に関して枢動するように構成される複数の内側リンクを有する内側コアと、
    外側の最大の枢動角度によって互いに対しておよび前記プローブの中心軸に関して枢動するように構成される複数の外側リンクを有する外側スリーブと
    を備え、
    前記内側の最大の枢動角度が、前記外側の最大の枢動角度以上である
    ことを特徴とする関節プローブ。
  13. 請求項１２に記載の関節プローブであって、前記外側スリーブにおける前記複数の外側リンクが、
    前記プローブの中心軸と一直線をなし得る第１の中心軸を有する第１の外側リンクであって、前記第１の中心軸に対して半径方向外側に延びる第１の係合面を備える外側に延びる第１のフランジを含む第１の外側リンクと、
    前記プローブの中心軸と一直線をなし得る第２の中心軸を有する第２の外側リンクであって、前記第２の中心軸に対して半径方向外側に延びる第２の係合面を備える外側に延びる第２のフランジを含む第２の外側リンクと
    を含み、
    前記第１の外側リンクおよび第２の外側リンクは、前記第１の係合面が前記第２の係合面に係合するまで、前記第１の外側リンクおよび第２の外側リンクが、前記外側の最大の枢動角度によって互いに対しておよび前記プローブの中心軸に関して枢動することを可能にするように構成される
    ことを特徴とする関節プローブ。
  14. 請求項１３に記載の関節プローブであって、前記第１の係合面が、前記第１の中心軸に垂直な線に対して先細りになることを特徴とする関節プローブ。
  15. 請求項１３または１４に記載の関節プローブであって、前記第２の係合面が、前記第２の中心軸に垂直な線に対して先細りになることを特徴とする関節プローブ。
  16. 請求項１３から１５のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記第１の係合面が約６．５度先細りになり、前記第２の係合面が約６．５度先細りになることを特徴とする関節プローブ。
  17. 請求項１２から１６のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記外側の最大の枢動角度が、約１３度以下であることを特徴とする関節プローブ。
  18. 請求項１２から１７のいずれか１項に記載の関節プローブであって、前記複数の内側リンクおよび前記複数の外側リンクのうちの少なくとも１つが、内部に細長い部材を受け入れるように構成されるチャンネルを含んでおり、前記チャンネルが、前記外側の最大の枢動角度によって枢動することを可能にしつつ、前記細長い部材のために前記チャンネル同士の間に実質的に連続な面を用意するのに十分な量で先細りであることを特徴とする関節プローブ。
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