JP6553633B2 - マニピュレータ上の手術器具及びアダプタの存在を決定する検出ピン - Google Patents

Description

（関連出願の参照）
この出願は、以下の先に出願された出願の優先権の権利を主張する。
米国 ６１／９５４，４９７ ２０１４年３月１７日（17-03-2014）
米国 ６１／９５４，５０２ ２０１４年３月１７日（17-03-2014）
米国 ６１／９５４，５５７ ２０１４年３月１７日（17-03-2014）
米国 ６１／９５４，５７１ ２０１４年３月１７日（17-03-2014）
米国 ６１／９５４，５９５ ２０１４年３月１７日（17-03-2014）
米国 ６２／０１９，３１８ ２０１４年６月３０日（30-06-2014）
米国 ６２／１０３，９９１ ２０１５年１月１５日（15-01-2015）
米国 ６２／１０４，３０６ ２０１５年１月１６日（16-01-2015）
これらの出願の各々を、許容される最大の程度まで、ここに参照として特に援用する。

本発明の実施態様は、手術器具アダプタの分野に関し、より具体的には、遠隔操作マニピュレータ上の手術器具及び器具アダプタの存在を決定する検出ピンに関する。

診断的又は外科的な処置の間に損傷させられることがある外来組織(extraneous tissue)の量を減少させ、それにより、患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を減少させるために、最小侵襲的な医療技法が用いられている。従来的な形態の最小侵襲的な手術は、内視鏡検査を含む。より一般的な形態の内視鏡検査の１つは、腹腔鏡検査であり、腹腔鏡検査は、腹腔内の最小侵襲的な検査又は手術である。従来的な腹腔鏡手術では、患者の腹腔にガスが通気され、カニューレスリーブが患者の腹部の筋系にある小さな（約１２ｍｍ）の切開部に通されて、腹腔鏡手術器具を封止された仕方で通し得る進入ポートを提供する。

腹腔鏡手術器具は、一般的には、手術野及びエンドエフェクタを有する手術器具を見るための腹腔鏡を含む。典型的な手術エンドエフェクタは、例えば、クランプ(clamps)、グラスパ(graspers)、鋏(scissors)、ステープル(staples)、及び針ホルダ(needle holders)を含む。手術器具は、例えば、操作者がエンドエフェクタを手術部位に導入し且つ患者の体の外側から手術部位に対するエンドエフェクタの動きを制御するのを可能にするために、各手術器具の作業端又はエンドエフェクタが約３０ｃｍの長さの延長チューブによってそのハンドルから分離される点を除き、従来的な（観血）手術において用いられるものと類似する。

エンドエフェクタの改良された制御をもたらすために、遠隔操作アクチュエータで手術器具を制御することが望ましいことがある。外科医は、遠隔操作アクチュエータに接続される器具を間接的に操作するためにコンソールにある制御装置を作動させることがある。手術器具を別個に殺菌し、遂行されるべき外科処置のための必要とされる器具として使用のために選択し得るよう、手術器具は遠隔操作アクチュエータに取り外し可能に連結される。一連の手術の間に手術器具を交換してよい。

遠隔操作手術器具を用いて手術を執り行うことは新たな挑戦を生む。１つの挑戦は、患者に隣接する領域を無菌状態に維持する必要である。しかしながら、典型的には、手術器具を制御するのに必要なモータ、センサ、エンコーダ、及び電気接続部を、従来的な方法、例えば、蒸気、熱及び圧力、又は化学物質を用いて殺菌し得ない。何故ならば、それらは殺菌プロセス中に損傷させられ或いは破壊されるからである。

遠隔操作手術システムの他の挑戦は、多数の接続部が手術器具と遠隔操作アクチュエータ及びそのコントローラとの間に必要とされることである。接続部は、アクチュエータ力、電気信号、及びデータを送信することが要求される。これは遠隔操作アクチュエータ及びそのコントローラへの手術器具の取付けを複雑にする。

遠隔操作で作動させられる遠隔操作手術システムの更に他の挑戦は、手術室が精密な機械的アセンブリを準備するための理想的な環境でないことである。

無菌アダプタ及び／又は手術器具が遠隔操作マニピュレータ上に存在するか否かを決定する方法を提供するのが望ましい。

遠隔操作で作動させられる手術システムは、手術器具と、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータと、器具無菌アダプタ（ＩＳＡ）とを含む。ＩＳＡは、１つの手術器具を他の出術器具と交換する必要があるときに、無菌連結地点を提供するために、手術器具と遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータとの連結の間に配置される。遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータのキャリッジ部分は、ＩＳＡ及び手術器具の存在（プレゼンス）を検出するために用いられる、複数の検出ピンを含む。

ここにおいて、本開示は、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータとのＩＳＡの係合及びＩＳＡとの手術器具の係合を確実に検出することに関する。加えて、実施態様の１つ又はそれよりも多くは、１つの機構（例えば、複数の検出ピン及び対応するセンサ）を用いて、両方の係合の確実な検出を達成する。１つの実施態様では、ＩＳＡの存在を検出するために、第１のセットの１つ又はそれよりも多くの検出ピンが用いられてよいのに対し、手術器具の存在を検出するために、第２のセットの１つ又はそれよりも多くの検出ピンが用いられてよい。代替的に、ＩＳＡ及び手術器具の両方の存在を検出するために、第１のセットの１つ又はそれよりも多くの検出ピンが用いられてよい。

１つの実施態様において、ＩＳＡの存在の検出は、アナログホール効果センサと検出ピンの近位端に取り付けられる磁石との間の距離を決定することによって達成されてよい。アナログホール効果センサと磁石の面との間の距離が、第１の範囲内にあるとき、アナログホール効果センサは、ＩＳＡの存在を識別する第１の所定の電圧を出力してよい。加えて、第１の所定の電圧の出力は、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータのキャリッジとのＩＳＡ３００の表面の係合を示してよい。アナログホール効果センサと磁石の面との間の距離が、第１の範囲よりも小さい第２の範囲内にあるとき、アナログホール効果センサは、手術器具の存在を識別する第２の所定の電圧を出力してよい。加えて、第２の所定の電圧の出力は、ＩＳＡとの手術器具の係合を示してよい。本発明の他の構成及び利点は、添付の図面から並びに以下に続く詳細な記述から明らかであろう。

本発明の他の構成及び利点は、添付の図面から並びに以下に続く詳細な記述から明らかであろう。

本発明は、本発明の実施態様を非限定的に一例として例示するために用いられる後続の記述及び添付の図面を参照することによって、最良に理解されることがある。図面において、同等の参照番号は類似の要素を示す。
患者の開口部(port)を通じて挿入される遠隔操作で制御される手術器具を備える遠隔操作で作動させられる手術システムの簡略化された斜視図である。 遠隔操作アクチュエータと共に使用する手術器具の平面図である。 手術器具、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータのキャリッジ、及び器具無菌アダプタ（ＩＳＡ）の連結の例示的な実施態様の例示である。 部品が分離された状態の図３Ａの連結器システムの例示である。 複数の検出ピンを含む上から下への眺めからの図１のキャリッジの制御面の例示的な実施態様の例示である。 回路板５６１及びセンサに対する検出ピンの例示的な実施態様の例示である。 図４の断面線６Ａ−６Ａに沿って取られた、ＩＳＡがキャリッジと係合する前の、手術器具、ＩＳＡ、及び回路板に対する、図４のキャリッジの複数の検出ピンの断面図である。 図４の断面線６Ａ−６Ａに沿って取られた、ＩＳＡがキャリッジと係合した後の、ＩＳＡ及び回路板に対する、図４のキャリッジの複数の検出ピンの断面図である。 図４の断面線６Ａ−６Ａに沿って取られた、手術器具がＩＳＡと係合した後の、手術器具、ＩＳＡ及び回路板に対する、図４のキャリッジの複数の検出ピンの断面図である。 磁石とアナログホール効果センサとの間の距離の関数としての例示的なアナログホール効果センサのデジタル出力を示すグラフである。

検出ピンの例示的な実施態様についての複数の押下げ状態を示す図である。 検出ピンの例示的な実施態様についての複数の押下げ状態を示す図である。 検出ピンの例示的な実施態様についての複数の押下げ状態を示す図である。 検出ピンの例示的な実施態様についての複数の押下げ状態を示す図である。

以下の記述には、数多くの具体的な詳細が示される。しかしながら、本発明の実施態様は、これらの具体的な詳細がなくても実施されてよいことが理解されよう。他の場合には、この記述の理解を曖昧にしないために、周知の回路、構造、及び技法を詳細に示さない。

以下の記述では、本発明の幾つかの実施態様を例示する添付の図面を参照する。他の実施態様が利用されてよく、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに、機械的、組成的、構造的、電気的、及び動作的な変更が行われてよい。以下の詳細な記述は、限定的な意味において理解されてならず、本発明の実施態様の範囲は、発効する特許の請求項によってのみ定められる。

ここにおいて用いる用語法は、特定の実施態様を記載する目的のためだけであり、本発明を限定することを意図しない。「下」(“beneath”)、「下方」(“below”)、「下方」(“lower”)、「上方」(“above”)、「上方」(“upper”)、及び同等物のような、空間的に相対的な用語は、図面中に例示するような１つの要素又は構造に対する他の要素の又は構造の関係を記載する記述の容易さのために、ここにおいて用いられることがある。空間的に相対的な用語は、図面中に描写される向きに加えて、使用中又は動作中の装置の異なる向きを包含することを意図する。例えば、図面中のデバイスが反転させられるならば、他の要素又は構成の「下」(“beneath”)又は「下方」(“below”)にあるものとして記載される要素は、他の要素又は構成の上方(“above”)に向けられる。よって、例示的な用語「下方」(“below”)は、上方及び下方の向きの両方を包含し得る。デバイスをその他の向きにしてよく（例えば、９０度回転させ或いは他の向きにしてよく）、ここで用いる空間的に相対的な記述子(descriptors)は、相応して解釈される。

ここにおいて用いるとき、文脈がその他のことを示さない限り、単数形の形態である「a」、「an」、及び「the」は、複数形の形態も含むことが意図される。「含む」(“comprises”)及び／又は「含む」(“comprising”)という用語は、述べられている構成、ステップ、動作、要素、及び／又は構成部品（コンポーネント）の存在を特定するが、１つ又はそれよりも多くの他の構成、ステップ、動作、要素、構成部品、及び／又はそれらの群（グループ）の存在又は追加を排除しないことが更に理解されるであろう。

「物体」(“object”)という用語は、構成部品(“component”)又は構成部品の群（グループ）を概ね指す。例えば、物体は、明細書又は請求項内のディスクのポケット又はボスのいずれかを指してよい。明細書及び請求項を通じて、「物体」、「構成部品」、「部分」(“portion”)、「部品」(“part”)、及び「ピース」(“piece”)という用語は、置換可能に用いられる。

最後に、ここにおいて用いるとき、「又は」及び「及び／又は」という用語は、内包的である或いはいずれか１つ又はいずれかの組み合わせを意味するものとして解釈されなければならない。従って、「Ａ、Ｂ又はＣ」或いは「Ａ、Ｂ及び／又はＣ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、Ａ、Ｂ及びＣのいずれかを意味する。この定義の例外は、要素、機能、ステップ又は行為の組み合わせが、何らかの方法において固有に相互に排他的であるときにのみ起こる。

図１は、本発明の実施態様に従った、遠隔操作手術システムの例示的な患者側部分１００の図である。患者側部分１００は、支持アセンブリ１１０と、各支持アセンブリの端にある１つ又はそれよりも多くの手術器具マニピュレータ１１２とを含む。支持アセンブリ１１０は、手術のために患者に対して手術器具マニピュレータ（複数の手術器具マニピュレータ）１１２を位置付けるために用いられる、１つ又はそれよりも多くの電力供給されない係止可能なセットアップ関節を任意的に含む。描写されるように、患者側部分１００は、フロアの上に位置する。他の実施態様において、患者側部分は、壁に、天井に、患者の体１２２も支持する手術台１２６に、或いは他の手術室機器に取り付けられてよい。更に、患者側部分１００は、４つのマニピュレータ１１２を含むものとして示されているが、より多い又はより少ないマニピュレータ１１２が用いられてよい。一層更には、患者側部分１００は、図示のような単一のアセンブリで構成されてよく、或いは、患者側部分１００は、各々が様々な可能な方法において任意的に取り付けられる、２つ又はそれよりも多くの別個のアセンブリを含んでよい。

各手術器具マニピュレータ１１２は、患者の体１２２中の手術部位で作動する、１つ又はそれよりも多くの手術器具１２０を支持する。各マニピュレータ１１２は、関連する手術器具が１つ又はそれよりも多くの機械的な自由度（例えば、全部で６つのデカルト自由度、５つ以下のデカルト自由度など）で動くのを可能にする、様々な形態において提供されてよい。典型的には、機械的な又は制御的な制約は、各マニピュレータ１１２が、患者に対して静止的なままである器具の運動の中心の周りで、その関連する手術器具を動かすのを制限し、この運動の中心は、典型的には、器具が体に入る位置にあるように配置される。

「手術器具」という用語は、ここでは、患者の体の中に挿入されるように構成され且つ外科処置又は診断処置を実施するために用いられる医療デバイスを記載するために用いられる。手術器具は、典型的には、鉗子(forceps)、持針器(needle driver)、剪断器(shears)、バイポーラ焼灼器(bipolar cauterizer)、組織安定器(tissue stabilizer)又は開創器(retractor)、クリップアプライヤ(clip applier)、吻合デバイス(anastomosis device)、撮像デバイス(imaging device)(例えば、内視鏡又は超音波プローブ）、及び同等物のような、１つ又はそれよりも多くの手術タスクと関連付けられるエンドエフェクタを含む。本発明の実施態様と共に用いられる幾つかの手術器具は、エンドエフェクタの位置及び向きを器具のシャフトに対する１つ又はそれよりも多くの機械的な自由度を伴って操作し得るよう、エンドエフェクタ用の（「リスト」と呼ぶこともある）関節式に作動する支持体を更に提供する。更に、多くの手術エンドエフェクタは、開閉するジョー、ある経路に沿って並進するナイフのような、機能的な機械的な自由度を含む。手術器具は、恒久的であってよい或いは手術システムによって更新可能であってよい（例えば器具の内側の半導体メモリに）格納される情報を含んでもよい。従って、システムは、器具と１つ又はそれよりも多くのシステム構成部品との間の一方向の又は双方向の情報通信をもたらすことがある。

機能的な遠隔操作手術システムは、一般的には、操作者が患者の体１２２の外側から手術部位を見るのを可能にするビジョンシステム部分（図示せず）を含む。ビジョンシステムは、典型的には、ビデオ画像キャプチャ機能１２８（「カメラ器具」）と、キャプチャ画像を表示する１つ又はそれよりも多くのビデオディスプレイとを有する、手術器具を含む。幾つかの手術システム構成において、カメラ器具１２８は、画像をカメラ器具１２８の近位端から患者の体１２２の外側の１つ又はそれよりも多くの撮像センサ（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）に移転する光学(optics)を含む。代替的に、撮像センサ（複数の撮像センサ）は、カメラ器具１２８の近位端に位置付けられてよく、センサ（複数のセンサ）によって生成される信号は、処理及びビデオディスプレイでの表示のために、リード線に沿って或いは無線式に送信されてよい。例示的なビデオディスプレイは、Intuitive Surgical, Inc., Sunnyvale, Californiaによって商品化されている手術システム中の外科医コンソール上の立体視ディスプレイである。

機能的な遠隔操作手術システムは、手術器具が患者の内側にある間に手術器具１２０の動きを制御するための制御システム部分（図示せず）を更に含む。制御システム部分は、手術システム内の単一の場所にあってよく、或いは、制御システム部分は、手術システム内の２つ又はそれよりも多くの場所に分散させられてよい（例えば、制御システム部分構成部品は、システムの患者側部分内に、専用システム制御コンソール内に、或いは別個の機器ラック内にあってよい）。遠隔操作マスタ／スレーブ制御は、所望の制御の程度、制御される手術器具の大きさ、及び他の要因に依存して、様々な方法において行われてよい。幾つかの実施態様において、制御システム部分は、ジョイスティック、外骨格グローブ、電動及び重力補償マニピュレータ、又は同等物のような、１つ又はそれよりも多くの手動操作入力装置を含む。これらの入力デバイスは、遠隔操作モータを制御し、次に、遠隔操作モータは、手術器具の動きを制御する。

遠隔操作モータによって生成される力は、ドライブトレーン機構を介して伝達され、ドライブトレーン機構は、遠隔操作モータからの力を手術器具１２０に伝達する。幾つかの遠隔手術の実施態様において、マニピュレータ（複数のマニピュレータ）を制御する入力装置は、患者が配置される部屋の内側又は外側のいずれかで、患者から離れた場所に設けられてよい。次に、入力装置からの入力は、制御システム部分に送信される。遠隔操縦、遠隔操作、及びテレプレゼンス手術に熟知した人々は、Intuitive Surgical, Inc.によって商品化されているda Vinci（登録商標）Surgical System及びComputer Motion, Inc.によって元来製造されているZeus（登録商標）Surgical System並びにそのようなシステムの様々な例示的な構成部品のような、そのようなシステム及びそれらの構成部品について知っている。

図示のように、手術器具１２０及び任意的な入力ガイド１２４（例えば、患者の腹部内のカニューレ）の両方が、手術器具１２０が入力ガイド１２４を通じて挿入された状態で、マニピュレータ１１２の近位端に取り外し可能に連結される。マニピュレータ１１２内の遠隔操作アクチュエータは、手術器具１２０を全体的に動かす。マニピュレータ１１２は、器具キャリッジ１３０を更に含む。手術器具１２０は、器具キャリッジ１３０に取り外し可能に接続される。器具キャリッジ１３０内に収容される遠隔操作アクチュエータは、手術器具１２０が手術器具のエンドエフェクタの様々な動きに変換する、多数のコントローラ動作をもたらす。よって、器具キャリッジ１３０内の遠隔操作アクチュエータは、手術器具１２０を全体的に動かすよりもむしろ、手術器具１２０の１つ又はそれよりも多くの構成部品のみを動かす。器具全体又は器具の構成部品のいずれかを制御する入力は、外科医によって制御システム部分に提供される入力（「マスタ」命令）が手術器具による対応する作用（「スレーブ」応答）に変換されるような入力である。

図２は、手術器具１２０の例示的な実施態様の側面図であり、手術器具１２０は、細長いチューブ２１０によって連結される、近位部分２５０及び遠位制御機構２４０を含む。手術器具１２０の近位部分２５０は、図示の鉗子２５４、持針器、焼灼装置、切断ツール、撮像装置（例えば、内視鏡又は超音波プローブ）、又は様々なツール及び撮像装置の組み合わせを含む組み合わせ装置のような、様々なエンドエフェクタのいずれかを提供してよい。図示の実施態様において、エンドエフェクタ２５４は、エンドエフェクタの向きが器具チューブ２１０に対して操作されるのを可能にする「リスト」２５２（手関節）によって、細長いチューブ２１０に連結される。

図３Ａを参照すると、連結状態において例示された、手術器具１２０、遠隔操作で作動させられる手術器具キャリッジ１３０の制御面３１０、及び器具無菌アダプタ（ＩＳＡ）３００が示されている。制御面３１０は、手術器具１２０と連結させられて、手術器具の制御をもたらす。ＩＳＡ３００は、器具キャリッジ１３０の制御面３１０に亘り、手術器具１２０と直接的に接触する制御面の使い捨て可能な無菌均等物を提供する。

図３Ｂを参照すると、図３Ａの連結器システムの例示的な実施態様が提供されている。連結プロセスの第１の段階において、ＩＳＡ３００の下側(underside)は、キャリッジ１３０の上側(topside)にある制御面３１０と連結される。具体的には、キャリッジドライバ３２０が、対応するＩＳＡ連結器３３０の下側と噛み合う。次に、手術器具１２０が、ＩＳＡ３００の上側と連結される。ＩＳＡ連結器３３０の上側が、対応する器具ドライバ（図示せず）と噛み合う。

しかしながら、手術器具１２０と遠隔操作で作動させられる手術器具キャリッジ１３０の連結の間のＩＳＡ３００の追加は、器具無菌アダプタが存在し、遠隔操作で作動させられる手術器具と適切に係合させられているか否かを決定する必要を生み出す。同様に、手術器具１２０が存在し且つ器具無菌アダプタ３００と適切に係合させられているか否かを決定する必要がある。

（器具無菌アダプタ及び手術器具の装着）
図４を参照すると、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄを含む頂面眺望からのキャリッジ１３０の制御面３１０の例示的な実施態様が示されている。検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄは、１つの構成において示されている。しかしながら、他の実施態様において、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄは、当業者によって認識されるような他の構成において提供されてよい。

図５を参照すると、回路板５６１及びセンサ５６０Ａ〜５６０Ｄに対する検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄの例示的な実施態様の例示が示されている。検出ピン４１０Ａは、感知先端５１０Ａを備える遠位端４１１Ａと、近位端４１２Ａと、シャフト５２０Ａと、シャフト５２０Ａのショルダ５２１Ａ（肩部）と、バネ５３０Ａと、上方ストップ５４０Ａ(upstop)と、磁石ハウジング５５０Ａとを含む。磁石ハウジング５５０Ａは、磁石面５５１Ａを有する磁石を含み、磁石面５５１Ａは、センサ５６０Ａに面する。検出ピン４１０Ｂ〜４１０Ｄの各々は、検出ピン４１０Ａと同じ構成部品を含む。

シャフト５２０Ａ及び磁石ハウジング５５０Ａは、上方ストップ５４０Ａ及び遠位端４１１Ａブッシング(bushing)内で単一のアセンブリとして動く。上方ストップ５４０Ａは、近位端４１２Ａでのシャフト５２０Ａのより大きな直径が上方ストップを通じて進み得ない地点で、シャフト５２０Ａ及び磁石ハウジング５５０Ａの上向き移動を制限する。

バネ５３０Ａは、上方ストップ５４０Ａとシャフト５２０Ａのショルダ５２１Ａとの間に捕捉される。結果的に、バネ５３０Ａは、シャフト５２０Ａを遠位端４１１Ａに向かって上向きに付勢する。下向きの力をシャフト５２０Ａの遠位端４１１Ａに加えて、シャフト及び取り付けられる磁石ハウジング５５０Ａをセンサ５６０Ａに向かって動かし得る。検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄの遠位端４１１Ｃ〜４１１Ｄは、（図６Ａに最良に見える）キャリッジ井戸４２０Ｃ〜４２０Ｄ(carriage well)内に全体的に又は部分的に収容されてよく、キャリッジ井戸は、検出ピンを損傷し得る横向きの力の適用から検出ピンを守る。

図４の断面線６Ａ−６Ａに沿って取った図６Ａ〜６Ｃに例示するように、検出ピンの一部４１０Ａ〜４１０Ｂは、検出ピンの他のもの４１０Ｃ〜４１０Ｄよりも、長さが短くてよい。１つの実施態様において、より短い検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂは、より長い検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄよりも、例えば、約１．２５ミリメートル（０．０５０インチ）短くてよい。

器具キャリッジ１３０に機械的に固定される回路板５６１は、アナログホール効果センサ５６０Ａ〜５６０Ｄ（以下「センサ」と呼ぶ）を含み、それらは、磁石とセンサ５６０Ａ〜５６０Ｄとの間の距離に応答する信号をもたらす。ホール効果センサ５６０Ａ〜５６０Ｄは、ホール効果によって生成されるアナログ信号に基づくデジタル信号を提供する回路構成を含んでよい。１つの実施態様において、各々の検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂの磁石の間の距離は、ＩＳＡ３００が存在し、キャリッジ１３０と係合させられているか否かの決定を可能にする。例えば、センサ５６０Ａは、磁石によって生成される磁場の振幅を感知してよく、検出ピン４１０Ａの磁石面とセンサ５６０Ａとの間の距離に応答する出力電圧又はデジタル値をもたらしてよい。その距離が増大するに応じて、出力電圧又はデジタル値が増大することがある。

そのような実施例では、センサ５６０Ａ〜５６０Ｂの両方の出力閾値が第１の所定の閾値を越えるときに、ＩＳＡ３００が存在し且つキャリッジ１３０と完全に係合させられていると考えられてよい。

そのような実施例において、センサ５６０Ｃ〜５６０Ｄは、磁石とセンサ５６０Ｃ〜５６０Ｄとの間の距離を決定してよい。検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄの各々の検出ピンの磁石の間の距離は、手術器具１２０が存在し、ＩＳＡ３００と係合させられているか否かの決定を可能にする。

１つの実施態様において、センサ５６０Ａ〜５６０Ｄは、器具キャリッジ１３０の組立中の較正手続きの一部として較正されてよい。一例として、組立中、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄを既知の量だけ押し下げるよう、較正ブロックが器具キャリッジ１３０の制御面３１０の上に配置されてよい。次に、較正ブロックの適用後にセンサ５６０Ａ〜５６０Ｄの各々によってもたらされる出力電圧又はデジタル値は、キャリッジコントローラ３４０内に格納されて、ＩＳＡ３００又は手術器具１２０が存在して係合させられているか否かを決定するＩＳＡ存在閾値又は手術器具存在閾値として用いられてよい。キャリッジコントローラ３４０は、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄのうちの１つ又はそれよりも多くの検出ピンの動きによって、センサ５６０Ａ〜５６０Ｄによって提供される出力電圧値又はデジタル値が、器具キャリッジの組立中の較正手続きの一部としてキャリッジコントローラ３４０に格納される手術器具存在閾値を超えるときに、手術器具１２０が器具キャリッジ１３０上に存在するという表示を提供する。同様に、キャリッジコントローラ３４０は、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄのうちの１つ又はそれよりも多くの検出ピンの動きによって、センサ５６０Ａ〜５６０Ｄによって提供される出力電圧値又はデジタル値が、器具キャリッジの組立中の較正手続きの一部としてキャリッジコントローラ３４０に格納されるＩＳＡ存在閾値を超えさるときに、ＩＳＡ３００が器具キャリッジ１３０上に存在するという表示を提供する。

図６Ａを参照すると、ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面と係合する前の、手術器具１２０、ＩＳＡ３００、及び回路板５６１に対する、図４のキャリッジ１３０の複数の検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄの例示的な実施態様が示されている。検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄは、器具キャリッジ１３０に連結され、器具キャリッジ１３０は、検出ピンの動きが参照される機械的地面(mechanical ground)を提供する。回路板５６１及び取り付けられるホール効果センサ５６０Ａ〜５６０Ｄも、器具キャリッジ１３０に機械的に取り付けられて、検出ピンの動きがセンサに参照されるのを可能にする。検出ピン４１０Ａの遠位端４１１Ａは、制御面３１０から感知先端５１０Ａまで延びる。図６Ａの実施態様において、キャリッジ１３０は検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄを含むが、検出ピン４１０Ａ及び４１０Ｃ〜４１０Ｄのみが見える。１つの実施態様において、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂは、ＩＳＡ３００の存在及び係合を検出するために用いられてよく、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄは、手術器具１２０の存在及び係合を検出するために用いられてよい。

図６Ａ〜６Ｃにおいて、上方ストップ５４０Ａ〜５４０Ｄは、器具キャリッジ１３０に固定されて示されている。従って、上方ストップ５４０Ａ〜５４０Ｄは、センサ５６０Ａから離れる方向の磁石面５５１Ａの上向きの移動を既知の距離に制限する、固定的な基準地点をもたらす。

図６Ｂを参照すると、ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面３１０と係合した後の、ＩＳＡ３００及び回路板５６１に対する、図４のキャリッジ１３０の複数の検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄの例示的な実施態様が示されている。ＩＳＡ３００は、ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面３１０と係合した後に検出ピン４１０Ａの感知先端５１０Ａと接触するようになる、平坦面６１０Ａを含む。キャリッジ１３０の制御面１３０とのＩＳＡ３００の係合の結果として、ＩＳＡ３００の表面は、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂをキャリッジ井戸４２０Ａ〜４２０Ｂ内に押し下げる。上述のように、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂは、それらがＩＳＡ３００上で接触する表面の高さに適合するよう、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄよりも、長さがより短くてよい。

ＩＳＡ３００は、ＩＳＡ３００の係合後に検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄと接触するように構成される、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄ(presence pins)も含む。図６Ａにおいて見られるように、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄは、ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面３１０と係合させられないときに、それらの最低位置にある。ＩＳＡ３００の係合は、図６Ｂにおいて見られるように、ＩＳＡ３００内でプレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄを持ち上げる。

検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂは同様に動作するので、図６Ｂの以下の議論は、その他のことが記されない限り、簡潔性のために、検出ピン４１０Ａの動作に言及する。検出ピン４１０Ａの押下げは、シャフト５２０Ａのショルダ５２１Ａから適用される力の故に、バネ５３０Ａを圧縮させ、検出ピン４１０Ａの近位端４１２Ａに向かう圧力を適用する。バネ５３０Ａは、上で議論したように、キャリッジ１３０に固定される、上方ストップ５４０Ａを圧迫する。検出ピン４１０ＡがＩＳＡ３００の係合によって押し下げられると、検出ピン４１０Ａは上方ストップ５４０Ａを通じてスライドする。検出ピン４１０Ａの近位端４１２Ａがセンサ５６０Ａに接近すると、磁石ハウジング５５０Ａ内に収容される磁石によって生成される磁場は、センサ５６０Ａの出力電圧又はデジタル値を増大させる。検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂにそれぞれ対応する、センサ５６０Ａ〜５６０Ｂの両方の出力電圧又は値が、上述のように較正プロセスによって設定される閾値であってよい第１の所定の閾値を越えるとき、ＩＳＡ３００は、存在し且つキャリッジ１３０の制御面３１０と完全に係合させられていると考えられる。

図６Ｃを今や参照すると、手術器具１２０がＩＳＡ３００と係合した後の、手術器具１２０、ＩＳＡ３００の表面３００、及び回路板５６１に対する、図４のキャリッジ１３０の複数の検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｄの例示的な実施態様が示されている。手術器具１２０がＩＳＡ３００と係合すると、手術器具１２０は、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄと接触し、それらを押し下げる。次に、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄの押下げは、キャリッジ１３０の制御面３１０上の検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄを押し下げる。検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄとの接触後、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄは、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄをキャリッジ井戸４２０Ｃ〜４２０Ｄ内に押し下げる。

検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄが、ＩＳＡ３００との手術器具１２０の係合によって押し下げられると、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄは、それぞれ、上方ストップ５４０Ｃ〜５４０Ｄを通じてスライドする。次に、各々の検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄの近位端４１２Ｃ〜４１２Ｄは、センサ５６０Ｃ〜５６０Ｄのうちの対応するセンサに接近する。検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄの近位端４１２Ｃ〜４１２Ｄがセンサ５６０Ｃ〜５６０Ｄに接近すると、磁石面５５１Ｃ〜５５１Ｄによって生成される磁場は、センサ５６０Ｃ〜５６０Ｄの出力電圧又はデジタル値を増大させる。両方のセンサ５６０Ｃ〜５６０Ｄの出力電圧が、上述のように較正プロセスによって設定される閾値であってよい第２の所定の閾値を越えるとき、手術器具１２０は、存在し且つＩＳＡ３００と完全に係合させられていると考えられる。

ＩＳＡ又は手術器具の存在を単一の検出ピン又はセンサによって検出し得ることが理解されるであろう。受け面に対してある角度でのＩＳＡ又は手術器具との部分的な係合が検出され得るよう、２つの検出ピン又はセンサが用いられてよい。システム保守の必要を示すことがある、２つのセンサからの矛盾する出力を検出するために、２つの検出ピン又はセンサが用いられてもよい。

図７は、ホール効果センサの１つの実施態様からのデジタル出力の応答を例示している。磁石がセンサにより近づくと、アナログホール効果センサの感度は増大する。磁石面５５１Ａとセンサ５６０Ａとの間の距離が増大すると、例えば、ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面３１０と係合していると、デジタル出力値を備えるセンサについて、１マイクロメートルの移動当たりの解像度のビット数は増大する。例えば、例示するセンサの実施態様について、磁石面５５１Ａとセンサ５６０Ａとの間の距離が２ｍｍよりも大きいとき、デジタル出力値における１ビットの変化は、１マイクロメートルよりも多い移動を表す。磁石面５５１Ａとセンサ５６０Ａとの間の距離が１ｍｍ未満であるとき、１マイクロメートルの移動は、デジタル出力値において１ビットよりも多い変化をもたらす。

図８Ａ〜８Ｄを参照すると、検出ピンの複数の状態が示されている。図８Ａは、最上方状態、例えば、第１の状態８０１での、検出ピンの感知先端５１０を例示している。第１の状態８０１は、第１の押下げ地点と呼ぶこともある、その最上方位置における検出ピンの感知先端５１０を表すことがある。図８Ｂは、第２の押下げ地点、例えば、第２の状態８０２での、検出ピンの感知先端５１０を例示している。図８Ｃは、第３の押下げ地点、例えば、第３の状態８０３での、検出ピンの感知先端５１０を例示している。図８Ｄは、第４の押下げ状態、例えば、第４の状態８０４での、検出ピンの感知先端５１０を例示している。磁石面５５１Ａがセンサ５６０Ａに接近するに応じて、４つの押下げ状態はますます互いにより近づき、出力値の解像度が増大することが分かるであろう。４つの押下げ状態は、出力値における差が各対の隣接する押下げ状態の間で概ね等しいように選択されてよい。

多数の状態の検出に基づき、本発明は、ＩＳＡ３００及び手術器具１２０の両方を検出するために、４つの検出ピンというよりもむしろ２つの検出ピンを用いて実施されてよい。多数の状態の検出は、手術器具を内視鏡カメラから区別することのように、異なる器具又は器具アダプタ種類の検出を更に可能にすることがある。

第２乃至第４の状態８０２〜８０４は、（ｉ）ＩＳＡ３００との係合の一部が完了させられたこと、（ｉｉ）ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面３１０と完全に係合させられていること、（ｉｉｉ）手術器具１２０とＩＳＡ３００との間の係合プロセスの一部が完了させられたこと、（ｉｖ）手術器具１２０とＩＳＡ３００との間の係合プロセスが完了させられたこと、（ｖ）手術器具１２０と異なる第２の手術器具がＩＳＡ３００との係合プロセスの一部を完了したこと、及び／又は（ｖｉ）第２の手術器具がＩＳＡ３００との係合プロセスを完了したことのうちの１つ又はそれよりも多くを表してよい。加えて、それらの状態のうちの１つ又はそれよりも多くは、第２の手術器具、手術器具１２０、及び／又はＩＳＡ３００が、キャリッジ１３０の制御面から分離している或いは完全に分離させられたことを示してよい。

２つの検出ピンのみを用いる例示的な実施例として、第１の状態８０１は、キャリッジ１３０の制御面と接触が行われていないことを示してよい。１つの実施態様において、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄとの接触後、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄは、ＩＳＡ３００内の最上方位置まで上昇させられる。ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面３１０と係合すると、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄは、ＩＳＡ内のそれらの移動の上向き限界に達し、検出ピン４１０Ａ〜４１０Ｂを第２の状態８０２に押し下げる。両方の検出ピンが第２の状態８０２にあるとき、ＩＳＡ３００は存在し、且つキャリッジ１３０の制御面１３０と完全に係合させられていることがある。

手術器具１２０がＩＳＡと係合すると、手術器具１２０はプレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄと接触し、それらを押し下げる。次に、プレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄの押下げは、キャリッジ１３０の制御面３１０上で検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄを押し下げる。両方のプレゼンスピン６１０Ｃ〜６１０Ｄが第３の状態８０３にあるとき、手術器具１２０は存在し、ＩＳＡ３００と完全に係合させられてよい。両方の検出ピンが第４の状態８０４にあるとき、第２の種類の手術器具が存在し、ＩＳＡ３００と完全に係合させられてよい。

加えて、１つの実施態様において、手術器具１２０は、無線ＩＣ（ＦＲＩＤ）タグを含んでよい。そのような実施態様では、係合プロセスの開始後に、ＲＦＩＤタグは、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータに、手術器具１２０の識別情報を提供してよい。手術器具１２０がＩＳＡ３００と完全に係合させられていると見做すのに、上で議論したような検出ピンのどの状態が必要であるかを決定するために、そのような識別情報が用いられてよい。例えば、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、手術器具１２０のＲＦＩＤタグを読み取り、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄが第３の状態８０３で少なくとも第１の所定の量の時間に亘って押し下げられることを要求して、手術器具１２０がＩＳＡ３００と係合させられていることを結論付けてよい。代替的に、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、第２の手術器具のＲＦＩＤタグを読み取り、検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄが第４の状態８０４で少なくとも第２の所定の量の時間に亘って押し下げられることを要求して、第２の手術器具がＩＳＡ３００と完全に係合させられていることを結論づけてよい。ここにおいて、第１の所定の量の時間及び第２の所定の量の時間は、等しい長さであってよく、或いは等しい長さでなくてもよい。

（手術器具及び器具無菌アダプタの取外し）
手術器具１２０の装着と同様に、手術器具１２０を取り外すときには、読取りが検出ピン４１０Ｃ〜４１０Ｄの両方から行われてよい。１つの実施態様にでは、手術器具が取り外されたことを決定する第３の閾値より下の出力電圧を提供するために、センサ５６０Ｃ〜５６０Ｄの両方が必要とされる。第３の閾値は、手術器具の存在を決定するために用いられる第２の閾値よりも小さい所定の量として設定されてよい。第２の閾値と第３の閾値との間の差は、手術器具の存在を検出した検出ピンが、手術器具の取外しを検出する前に、上向きに有意な距離だけ動かなければならない、ヒステリシス効果をもたらしてよい。

１つの実施態様において、手術器具１２０の取外しは、３段階システム(three-phase system)を用いて、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータによって検出されてよい。第１に、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、センサ５６０Ｃ〜５６０Ｄからの出力電圧の変化を検出する。第２に、手術器具１２０は、上で議論したような、ＲＦＩＤタグを含んでよい。手術器具１２０がキャリッジ１３０の制御面３１０から分離し、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータから離れる方向に動くと、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、最終的には、もはやＲＦＩＤタグを検出し得ない。第３に、手術器具１２０は、磁石を含んでよい。遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータがＲＦＩＤタグを検出する能力を有さないことに続き、手術器具１２０がキャリッジ１３０の制御面３１０から離れる方向に動かされると、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、最終的には、もはや磁石を検出し得ない。従って、３段階検出システムを利用する実施例において、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、（ｉ）第３の閾値より下である両方のセンサ５６０Ｃ〜５６０Ｄの両方による出力電圧の変化、（ｉｉ）手術器具１２０がＲＦＩＤタグを読み取る能力を有しないこと、及び（ｉｉｉ）手術器具１２０の磁石を検出する能力を有さないことを検出した後にのみ、手術器具１２０が手術器具マニピュレータから取り外されたことを決定する。

加えて、ＩＳＡ３００の取外しの検出は、類似の方法において行われる。遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、センサ５６０Ａ〜５６０Ｂの出力電圧の変化を検出する。センサ５６０Ａ〜５６０Ｂの両方が第４の閾値よりも下の出力電圧をもたらすとき、遠隔操作で作動させられる手術器具マニピュレータは、ＩＳＡ３００がキャリッジ１３０の制御面から完全に分離させ且つ取り外されたことを検出してよい。手術器具検出のための第２及び第３の閾値との関係において議論したように、第１の閾値と第４お式位置との間の差は、ＩＳＡの存在及び取外しを検出することにおいてヒステリシスをもたらすことがある。上で議論したように、手術器具１２０は、取外しプロセスの検出においてＲＦＩＤタグを利用してよい。同様に、ＩＳＡ３００は、取外しプロセスにおける利用のためにもＲＦＩＤタグを含んでよい。

上述の複数の閾値が全て等しいことは必要でなく、複数の閾値のうちの１つ又はそれよりも多くが等しいことは必要でない。しかしながら、１つの実施態様では全ての閾値が等しくてよく、第２の実施態様では１つ又はそれよりも多くが等しくてよく、第３の実施態様では全てが異なってよい。

特定の例示的な実施態様を記載し且つ添付の図面中に示したが、そのような実施態様は例示的であるに過ぎず、広義の発明を限定しないこと、並びに、この発明は、図示され且つ記載される特定の構造及び配置に限定されないことが、理解されるべきである。何故ならば、様々な他の修正が当業者の心に思い浮かぶことがあるからである。よって、本記述は限定的なものと考えられるべきでなく、例示的なものと考えられるべきである。

Claims (7)

1. 器具キャリッジであって、
   手術器具の制御を提供する制御面と、
   当該器具キャリッジに連結される第１の検出ピンであって、第１の遠位端と、第１の近位端とを含み、前記第１の遠位端は、前記制御面から延びる、第１の検出ピンと、
   該第１の検出ピンの前記第１の近位端に固定される第１の磁石と、
   キャリッジコントローラと、
   当該器具キャリッジに固定される回路板と、
   前記回路板に固定され且つ前記第１の磁石に面する第１のホール効果センサとを含み、
   該第１のホール効果センサは、前記キャリッジコントローラに通信的に結合される第１の出力信号を提供し、
   前記キャリッジコントローラは、前記第１の検出ピンの動きによって、前記第１の出力信号が、当該器具キャリッジの組立中の較正手続きの一部として前記キャリッジコントローラ内に格納される第１の器具存在閾値を越えるときに、前記手術器具が当該器具キャリッジ上に存在する、という表示を提供する、
   器具キャリッジ。
2. 前記キャリッジコントローラは、前記第１の検出ピンの動きによって、前記第１の出力信号が、当該器具キャリッジの組立中の前記較正手続きの一部として前記キャリッジコントローラ内に格納される第１の器具無菌アダプタ（ＩＳＡ）存在閾値を越えるときに、器具無菌アダプタ（ＩＳＡ）が当該器具キャリッジ上に存在するという表示を提供する、請求項１に記載の器具キャリッジ。
3. 器具取付け面と、第１のプレゼンスピンとを含む、器具無菌アダプタ（ＩＳＡ）を更に含み、
   該ＩＳＡは、当該器具キャリッジの前記制御面に取り付けられ、
   前記第１のプレゼンスピンは、前記第１の検出ピンの前記第１の遠位端と整列させられ、
   前記第１の検出ピンは、前記第１のプレゼンスピンの第１の遠位端を前記ＩＳＡの前記器具取付け面から延ばす、
   請求項１に記載の器具キャリッジ。
4. 前記キャリッジコントローラは、前記第１の検出ピンの動きによって、前記第１の出力信号が、前記第１の器具存在閾値よりも小さい第１の器具取外し閾値よりも小さいときに、前記手術器具が当該器具キャリッジから取り外されているという表示を提供する、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の器具キャリッジ。
5. 前記制御面は、井戸を含み、
   前記第１の検出ピンの前記第１の遠位端は、前記井戸内にある前記制御面の一部分から延びる、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の器具キャリッジ。
6. 当該器具キャリッジに連結される第２の検出ピンであって、第２の遠位端と、第２の近位端とを含み、前記第２の遠位端は、前記制御面から延び、前記第１の検出ピンの前記第１の遠位端から離間する、第２の検出ピンと、
   該第２の検出ピンの前記第２の近位端に固定される第２の磁石と、
   該第２の磁石に面して前記回路板に固定される第２のホール効果センサとを更に含み、
   該第２のホール効果センサは、前記キャリッジコントローラに通信的に結合される第２の出力信号を提供し、
   前記キャリッジコントローラは、前記第２の検出ピンの動きによって、前記第２の出力信号が、当該器具キャリッジの組立中の前記較正手続きの一部として前記キャリッジコントローラ内に格納される第２の器具存在閾値を更に越えるときに、前記手術器具が当該器具キャリッジ上に存在する、という前記表示を提供する、
   
   請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の器具キャリッジ。
7. 前記ＩＳＡは、第２のプレゼンスピンを更に含み、
   該第２のプレゼンスピンは、前記第２の検出ピンの前記第２の遠位端と整列させられ、
   前記第２の検出ピンは、前記第２のプレゼンスピンの第２の遠位端を前記ＩＳＡの前記器具取付け面から延ばす、
   請求項３に従属するときの請求項６に記載の器具キャリッジ。

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