JP6697487B2 - ロボット外科手術アセンブリ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１５年６月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／１８１，８１７号の利益、及びこれに対する優先権を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

ロボット外科手術システムは、最小侵襲性医療手技において使用されている。いくつかのロボット外科手術システムは、外科手術ロボットアーム及び外科手術器具を支持するコンソールを備え、そのロボットアームに搭載される少なくとも１つのエンドエフェクタ（例えば、鉗子または把持具）を含む。ロボットアームは、その動作及び移動に対する機械力を外科手術器具に提供する。各ロボットアームは、外科手術器具に動作可能に接続された器具駆動ユニットを含み得る。

手動操作用の外科手術器具は、外科手術器具の機能を作動させるためのハンドルアセンブリを含むことが多い。しかしながら、ロボット外科手術システムを使用する場合、ハンドルアセンブリは、通常、エンドエフェクタの機能を作動させるために存在していない。したがって、ロボット外科手術システムと一緒にそれぞれの独特な外科手術器具を使用するため、器具駆動ユニットを使用し、選択された外科手術器具と接続して外科手術器具の動作を駆動する。

本開示の一態様によれば、ロボットアームと一緒に使用し、かつロボットアームに選択的に接続するための外科手術アセンブリが提供される。この外科手術アセンブリは、電気機械的器具及び器具駆動ユニットを備える。この外科手術器具は、ハウジング部分及びシャフトを備える。このハウジング部分は、その中に被駆動部材を支持する。このシャフトは、近位端及び遠位端を有する。シャフトの近位端は、ハウジング部分によって支持され、またその遠位端は、被駆動部材に動作可能に連結されるエンドエフェクタを備える。器具駆動ユニットは、外側シェル、内側ハブ、第１のモータ、及び第２のモータを含む。外側シェルは、ロボットアームに選択的に連結されるように構成される。内側ハブは、外側シェル内部に回転可能に配置され、電気機械的器具のハウジング部分に回転不能に連結されるように構成される。第１のモータは、外側シェル内部に配置され、また電気機械的器具の被駆動部材に動作可能に連結されるように構成される。第２のモータは、外側シェル内部に配置され、ならびに外側ステータ及び内側ロータを備える。外側ステータは、外側シェルに固定されて連結され、また内側ロータは、外側ステータ内部に回転可能に配置される。内側ロータは、内部に回転不能に配置される内側ハブを含む長手方向チャネルを画定する内側表面を含む。第２のモータの作動により、内側ハブを回転させ、電気機械的器具の、その長手方向軸に沿った回転を引き起こす。

いくつかの実施形態では、器具駆動ユニットは、外側ハブが内側ロータの回転運動を内側ハブに伝達するように、内側ロータと内側ハブとの間に配置される外側ハブをさらに備えることができる。器具駆動ユニットは、外側シェル内部に回転可能に配置される内側シェルをさらに備えることができる。この内側シェルは、内側ハブに連結される近位端、及び電気機械的器具の近位端に連結されるように構成される遠位端を有し、その結果、内側シェルは、内側ハブの回転運動を電気機械的器具に伝達することができる。

外科手術アセンブリは、第１の部分及び第２の部分を有するスライダをさらに備えることが考えられる。このスライダの第１の部分は、ロボットアームに移動可能に接続されるように構成されることができ、またこのスライダの第２の部分は、器具駆動ユニットに接続するために構成されることができる。

器具駆動ユニットの遠位端は、雌嵌合機構を画定することができ、電気機械的器具のハウジング部分の近位端は、雄嵌合機構を画定することができると考えられる。ハウジング部分の雄嵌合機構は、器具駆動ユニットの雌嵌合機構と回転不能に係合するように構成されることができる。

いくつかの態様では、ハウジング部分は、器具駆動ユニットの第１のモータに駆動しながら連結されるように構成される入力駆動連結器をさらに含むことができる。

いくつかの実施形態では、器具駆動ユニットの外側シェルは、透明とすることができる

外科手術アセンブリは、内側ロータの長手方向チャネルを通って延在するワイヤをさらに備えることができると考えられる。このワイヤは、第１のモータに電力を転送するように構成されることができる。

本開示の別の態様では、ロボット外科手術システムが提供される。このロボット外科手術システムは、外科手術ロボットアーム、スライダ、電気機械的器具、及び器具駆動ユニットを備える。このスライダは、第１の部分及び第２の部分を有する。スライダの第１の部分は、外科手術ロボットアームに移動可能に接続されるように構成され、第２の部分は、器具駆動ユニットに接続するように構成される。この外科手術器具は、ハウジング部分及びシャフトを備える。このハウジング部分は、その中に被駆動部材を支持する。このシャフトは、近位端及び遠位端を有する。シャフトの近位端は、ハウジング部分によって支持され、またその遠位端は、被駆動部材に動作可能に連結されるエンドエフェクタを備える。器具駆動ユニットは、外側シェル、内側ハブ、第１のモータ、及び第２のモータを含む。この外側シェルは、ロボットアームに選択的に連結されるように構成される。内側ハブは、外側シェル内部に回転可能に配置され、電気機械的器具のハウジング部分に回転不能に連結されるように構成される。第１のモータは、外側シェル内部に配置され、また電気機械的器具の被駆動部材に動作可能に連結されるように構成される。第２のモータは、外側シェル内部に配置され、また外側ステータ及び内側ロータを備える。外側ステータは、外側シェルに固定されて連結され、また内側ロータは、外側ステータ内部に回転可能に配置される。内側ロータは、内部に回転不能に配置される内側ハブを含む長手方向チャネルを画定する内側表面を含む。第２のモータの作動により、内側ハブを回転させ、電気機械的器具の、その長手方向軸に沿った回転を引き起こす。

いくつかの実施形態では、外科手術ロボットアームは、長手方向軸を画定するトラックを含むことができる。スライダは、このトラックの長手方向軸に沿って移動可能とすることができる。

本開示の例となる実施形態のさらなる詳細及び態様が、添付の図を参照して下により詳細に記載されている。

本明細書で使用される場合、平行及び垂直という用語は、実際の平行及び実際の垂直から最大約＋または−１０度まで略平行及び略垂直である相対的な構成を含むと理解される。

本開示の実施形態が、添付の図を参照して本明細書に記載されている。

本開示による、外科手術アセンブリを含むロボット外科手術システムの概略図である。 外科手術ロボットアームに取り付けられるスライダ、及び電気機械的器具から分離された器具駆動ユニットを備える、図１の外科手術アセンブリの斜視図である。 空芯モータの部分を例示している器具駆動ユニットの、図２の線分３−３に沿って切り取られた断面図である。 空芯モータ及び内側ハブの構成要素を例示する図３の器具駆動ユニットの、パーツが取り除かれた拡大図である。 図２の器具駆動ユニットのフィードバックアセンブリの構成要素の上部断面図である。

電気機械的器具の動作を駆動するための器具駆動ユニット及びその方法を含む、本明細書にて開示される外科手術アセンブリの実施形態は、図面を参照しながら詳細に記載され、図面において、同じ参照番号は、数枚の図の各々において、同一の要素または対応する要素を表す。本明細書中で使用される場合、用語「遠位」とは、ロボット外科手術システム、外科手術アセンブリ、またはその構成要素の、ユーザから遠い方の部分を指し、これに対して、用語「近位」とは、ロボット外科手術システム、外科手術アセンブリ、またはその構成要素の、ユーザに近い方の部分を指す。

以下に詳細に記述されるように、外科手術ロボットアームに取り付けられるように構成される外科手術アセンブリが提供される。外科手術アセンブリは、電気機械的器具をその長手方向軸を中心に回転させるように構成される空芯モータを有する器具駆動ユニットを備える。さらに、電気機械的器具の長手方向軸を中心にその回転の度合いを測定し、そして調節するように構成されるフィードバックアセンブリが提供される。

最初に図１及び図２を参照すると、例えばロボット外科手術システム１などの外科手術システムは、一般に、器具駆動ユニット１００及びそれに着脱可能に取り付けられる電気機械的器具１０を有する複数の外科手術ロボットアーム２、３、制御装置４、ならびに制御装置４と連結される操作コンソール５を備える。

操作コンソール５は、当業者に原則として知られているような、３次元画像を特に表示するように設定された表示装置６と、例えば外科医等のヒト（図示しない）が第１の動作モードでロボットアーム２、３を遠隔操作することができる手動入力装置７、８とを含む。ロボットアーム２、３の各々は、継手を通して接続された複数の部材から構成され得る。ロボットアーム２、３は、制御装置４に接続された電動駆動装置（図示しない）によって駆動され得る。ロボットアーム２、３、取り付けられる器具駆動ユニット２０、及びしたがって電気機械的器具１０（電気機械的エンドエフェクタ１２を含む）が、手動入力装置７、８の手段によって画定される動作に基づいて所望の運動を実行するように、制御装置４（例えば、コンピュータ）は、特にコンピュータプログラムの手段によって駆動装置を作動させるように設定される。制御装置４はまた、それがロボットアーム２、３及び／または駆動装置の移動を制御するように設定され得る。

ロボット外科手術システム１は、外科手術器具、例えば電気機械的器具１０の手段によって、低侵襲性方法で治療される、手術台「ＳＴ」上に横たわっている患者「Ｐ」に対して使用するように構成される。ロボット外科手術システム１はまた、２つを超えるロボットアーム２、３と、制御装置４に接続され、操作コンソール５の手段によって遠隔操作可能である同様の追加のロボットアームとを含み得る。また、外科手術器具、例えば電気機械的外科手術器具１０（図２の電気機械的エンドエフェクタ１２を含む）は、追加のロボットアームに取り付けられることもできる。

制御装置４は、各モータが複数の方向にロボットアーム２、３の運動を駆動するように、複数のモータ、例えばモータ（モータ１…ｎ）を制御することができる。さらに、以下に詳細に説明されるように、制御装置４は、電気機械的器具１０のエンドエフェクタ１２（図２）の種々の動作を駆動する器具駆動ユニット１００の内部に配置される複数の最初のモータＭ１〜Ｍ４（図３）、及び、例えば電気機械的器具１０の相対的な回転を、その長手方向軸「Ｘ」に沿って駆動するように構成される空芯モータ（図３及び図４）などの第２のモータを制御することができる。いくつかの実施形態では、各モータは、電気機械的器具１０の各電気機械的エンドエフェクタ１２の操作及び／または運動に影響を及ぼす駆動ロッドまたはレバーアームを作動させるように構成されることができる。いくつかの実施形態では、第２のモータは空芯モータではなく、その代わりに、第２のモータは、器具駆動ユニットを、長手方向軸「Ｘ」を中心に回転させるように器具駆動ユニット１００の側面に動作可能に連結するモータ、例えばキャニスタ型モータなどである。

ロボット外科手術システムの構築及び動作の詳細な議論については、２０１１年１１月３日に出願された米国特許出願公開第２０１２／０１１６４１６号、名称「Ｍｅｄｉｃａｌ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」を参照することができ、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

引き続き図１及び図２を参照すると、ロボット外科手術システム１は、外科手術アセンブリ３０を備え、その外科手術アセンブリは、ロボットアーム２と一緒にまたはロボットアーム２に連結される器具駆動ユニット１００、及び器具駆動ユニット１００に連結される電気機械的器具１０を備える。器具駆動ユニット１００は、そのモータから電気機械的器具１０の被駆動部材に電力及び作動力を伝達して、最終的に電気機械的器具１０のエンドエフェクタ１２の構成要素の運動、例えばナイフブレード（図示しない）の運動ならびに／またはエンドエフェクタ１２の顎部材１４ａ、１４ｂの閉じる運動及び開く運動を駆動する。

図２を参照すると、電気機械的器具１０は、通常、ハウジング部分１６、及びハウジング部分１６から遠位方向に延在するシャフト１８を備える。ハウジング部分１６は、円筒構造を有し、また近位端及び遠位端を含み、それらの近位端及び遠位端は、それらの間に長手方向軸「Ｘ」を画定する。以下に詳細に説明されるように、ハウジング部分１６の近位端は、器具駆動ユニット１００の雌嵌合機構１４０（図３）と回転不能に係合するように構成される雄嵌合機構２０を画定する。雄嵌合機構２０は、円盤形状部材２２、及び円盤形状部材またはフランジ２２から近位方向に延在している突起部２４を備える。この突起部２４は、器具駆動ユニット１００の対応して加工される雌嵌合部１４０に回転不能に連結するように、非円形とすることができる。いくつかの実施形態では、ハウジング部分１６の近位端は、例えば、ねじ込み係合、クリップ、ラッチ、摩擦嵌め係合、ボタン、種々のファスナ、及び／またはバヨネット型接続などの様々な固定係合を介して、器具駆動ユニット１００に回転不能に取り付けられることができる。

ハウジング部分１６の近位端は、複数の入力駆動連結器２６をさらに備える。入力駆動連結器２６は、器具駆動ユニット１００の各モータＭ１〜Ｍ４（図３及び図５）に駆動しながら接続するように構成される。入力駆動連結器２６は、非円形のくぼみの形をとるか、またはハウジング部分１６の雄嵌合機構２０の突起部２４で画定されるクラウン歯車の形をとる。入力駆動連結器２６は、各モータＭ１〜Ｍ４から延在し、それに対応して加工された駆動スリーブまたは突起部（図示しない）を回転不能に収容するように構成される。ハウジング部分１６は、それぞれの入力駆動連結器２６から半径方向に延在する被駆動伝達部材または力伝達部材２８を備える。このようなことから、それぞれのモータＭ１〜Ｍ４の作動を介して、器具駆動ユニット１００のモータＭ１〜Ｍ４の駆動スリーブ（図示しない）の回転により、それぞれの入力駆動連結器２６が回転し、電気機械的器具１０のそれぞれの被駆動伝達部材または力伝達部材２８の回転または並進を引き起こす。いくつかの実施形態では、力伝達部材２８は、モータＭ１〜Ｍ４により生成される回転力を平行移動力に変換してエンドエフェクタ１２を作動させる。

引き続き図２を参照すると、電気機械的器具１０のシャフト１８は、ハウジング部分１６によって支持される近位端３０ａ、及びエンドエフェクタ１２を有する遠位端３０ｂを有する。被駆動部材２８は、ハウジング部分１６から延在し、またエンドエフェクタ１２の様々な構成要素に動作可能に連結する電気機械的器具１０のシャフト１８を通って延在し、その結果、各被駆動部材２８の回転運動及び／または軸運動が、エンドエフェクタ１２の様々な機能の作動を生じさせる。エンドエフェクタ１２は、通常一対の対抗する顎部材１４ａ、１４ｂを備える。エンドエフェクタ１２は、被駆動部材２８の作動により、薄片（図示しない）が顎部材１４ａと１４ｂとの間に収容される開放構成、及びその薄片が締め付けられかつ処理される閉鎖構成から移動することができる。いくつかの実施形態では、対抗する顎部材１４ａ、１４ｂは、それぞれの好適な電気的配線１２２（図３）を介して、ケーブルに電気的に連結され、また発電機（図示しない）に連結されることができ、それぞれの好適な電気的配線は、電気機械的器具１０のシャフト１８を通って延在し、また対抗する顎部材１４ａ、１４ｂ上に配置される一対の導電性である、薄片係合密封プレート（図示しない）に電気的経路を与える器具駆動ユニット１００を通って延在する。

引き続き図２を参照すると、外科手術アセンブリ３０は、第１の部分４２及び第２の部分４４を有するスライダ４０上に支持され、またはスライダ４０に接続される。スライダ４０の第１の部分４２は、ロボットアーム２のトラックまたはスライド４６に移動可能に接続され、またスライダ４０の第２の部分４４は、内部を通して器具駆動ユニット１００の摩擦収容またはこれへの接続のために構成される開口部４８を画定する。外科手術ロボットアーム２のトラック４６または制御装置４のモータ（１．．．ｎ）の中に配置されるモータ（図示しない）による選択的作動がなされると直ちに、スライダ４０は、外科手術ロボットアーム２のトラック４６により画定される長手方向軸「Ｙ」に沿って移動し、摺動し、または並進する。このようなことから、スライダ４０は、それに接続される器具駆動ユニット１００と一緒に、外科手術ロボットアーム２のトラック４６に沿って、選択される位置に移動されることができる。

図２〜図４を参照すると、外科手術アセンブリ３０の器具駆動ユニット１００は、電気機械的器具１０のエンドエフェクタ１２の機能を作動させ、また電気機械的器具１０をその長手方向軸「Ｘ」を中心に回転するように、電気機械的器具１０に動作可能に連結されるように構成される近位端１０２ａ及び遠位端１０２ｂを有する。器具駆動ユニット１００は、一般に外側シェル１０４、空芯モータ１１０、及び複数のモータＭ１〜Ｍ４（図３及び図５）を備えることができる。外側シェル１０４は、器具駆動ユニット１００の内側と外部環境との間の無菌バリアを形成するために、器具駆動ユニット１００の内側構成要素を取り囲んでいる。外側シェル１０４は、使い捨て可能、再使用可能（滅菌下で）、及び／または透明とすることができる。

図３及び図４を参照すると、器具駆動ユニット１００は、外側シェル１０４の内側表面に固定されて係合される近位内側シェル１１２か、または外側シェル１０４の内側に回転不能に配置される近位内側シェル１１２を備える。空芯モータ１１０は、器具駆動ユニット１００の近位端１０２ａ内部に配置され、また外側ステータ１１６及び内側ロータ１１８を備える。外側ステータ１１６は、円筒構造を有し、また近位内側シェル１１２に固定されて連結され、その結果、外側ステータ１１６は、外側シェル１０４に対して回転不能となる。内側ロータ１１８は、円筒構造を有し、また外側ステータ１１６の内部に回転可能に同軸状に配置される。内側ロータ１１８は、一般に、内側ロータ１１８の長手方向の中心チャネル１２０を画定する内側表面を有する管状構造を有する。内側ロータ１１８の長手方向の中心チャネル１２０により、電力源（例えば、発電機）から複数のモータＭ１〜Ｍ４のうちの１つに電気的エネルギまたは電力を供給するため、それを通して延在する電気ワイヤ１２２の通路を可能にする。いくつかの実施形態では、複数の電気ワイヤは、各モータＭ１〜Ｍ４及び／またはエンドエフェクタ１２の構成要素に電力を供給するため、空芯モータ１１０の長手方向の中心チャネル１２０を通って延在する。

器具駆動ユニット１００は、空芯モータ１１０の内側ロータ１１８の長手方向チャネル１２０内部に同軸状に配置される外側ハブ及び内側ハブ１２４、１２６を備える。外側ハブ１２４が内側ロータ１１８の回転運動を内側ハブ１２６に伝達するように、外側ハブ１２４は、空芯モータ１１０の内側ロータ１１８と内側ハブ１２６との間で摩擦により保持され、またはキー締めにされる。器具駆動ユニット１００の近位端１０２ａは、近位内側シェル１１２に対して外側ハブ１２４の回転を容易にするため、外側ハブ１２４と近位内側シェル１１２との間にそれぞれ配置される第１及び第２の近位ベアリング１２８ａ、１２８ｂを備える。

内側ハブ１２６は、円筒部分１３０及びベースフランジ１３２を有する。内側ハブ１２６の円筒部分１３０は、外側ハブ１２４内に配置され、それとともに回転可能である。器具駆動ユニット１００は、遠位内側シェル１３４（図３）をさらに備え、この遠位内側シェルは、内部に支持される複数のモータＭ１〜Ｍ４を有する。内側ハブ１２６のベースフランジ１３２は、遠位内側シェル１３４の近位端１３６ａと接続されかつ接触しており、これにより、内側ハブ１２６の回転運動によって遠位内側シェル１３４の回転運動が生じる。

遠位内側シェル１３４は、近位内側シェル１１２と異なり、外側シェル１０４の内部で回転可能であり、かつ外側シェル１０４に対して回転可能である。遠位内側シェル１３４は、電気機械的器具１０の近位端に回転不能に連結されるように構成される遠位端１３６ｂを有し、これにより、遠位内側シェル１３４は、電気機械的器具１０に内側ハブ１２６の回転運動を伝達する。特に、器具駆動ユニット１００の遠位端１０２ｂは、遠位内側シェル１３４の遠位端１３６ｂから遠位方向に延在する先端キャップ１３８を備える。前述のように、先端キャップ１３８は、器具駆動ユニット１００の雌嵌合機構１４０を画定し、この雌嵌合機構は、電気機械的器具１０のハウジング部分１６の雄嵌合機構２０を嵌め合わせて収容するように構成される。器具駆動ユニット１００の遠位端１０２ｂは、外側シェル１０４に対して遠位内側シェル１３４及び先端キャップ１３８の回転を容易にするため、先端キャップ１３８と外側シェル１０４との間に配置される遠位ベアリング１４２をさらに備える。

外科手術アセンブリ３０を組み立てるため、器具駆動ユニット１００は、器具駆動ユニット１００を外科手術ロボットアーム２に回転不能に連結するスライダ４０の中に画定された開口部４８内に位置決めされる。電気機械的器具１００のハウジング部分１６の雄嵌合機構２０は、器具駆動ユニット１００の雌係合部１４０に嵌め合わせて係合される。器具駆動ユニット１００及び電気機械的器具１０を互いに連結すると、電気機械的器具１０の雄嵌合機構２０の突起部２４は、器具駆動ユニット１００の先端キャップ１３８に回転不能に連結し、電気機械的器具１０の入力駆動連結器２６は、器具駆動ユニット１００のそれぞれのモータＭ１〜Ｍ４から延在する駆動スリーブ（図示しない）を動作可能に係合する。

使用中、電気機械的器具１０をその長手方向軸「Ｘ」を中心に回転させるため、電流が電源（図示しない）を介して空芯モータ１１０に送られる。空芯モータ１１０が電流を受け取ると、空芯モータ１１０の内側ロータ１１８は、空芯モータ１１０の外側ステータ１１６及び器具駆動ユニット１００の外側シェル１０４に対して回転するように引き起こされる。空芯モータ１１０の内側ロータ１１８の回転は、外側ハブ１２４を回転させ、この外側ハブにより、内側ハブ１２６が、外側ハブ１２４内に摩擦により保持される内側ハブ１２６の円筒部分１３０によって回転するのを可能とする。内側ハブ１２６のベースフランジ１３２は、遠位内側シェル１３４の近位端１３６ａに回転不能に接続され、これにより、内側ハブ１２６の回転は、遠位内側シェル１３４の回転を引き起こす。遠位内側シェル１３４の回転により、先端キャップ１３８がそれと一緒に回転することが可能となる。外側シェル１０４に対する器具駆動ユニット１００の先端キャップ１３８の回転は、先端キャップ１３８が電気機械的器具１０のハウジング部分１６に回転不能に接続されているため、電気機械的器具１０のその長手方向軸「Ｘ」を中心とする回転を引き起こす。このようなことから、電気機械的器具１０は、空芯モータ１１０の作動に関する所望の回転位置に、その長手方向軸「Ｘ」を中心に選択的に回転させることができる。

図５を参照すると、フィードバックアセンブリ２００の実施形態が提供されている。以下に詳細に記載されるように、フィードバックアセンブリ２００は、電気機械的器具１０が長手方向軸「Ｘ」を中心に回転する度合いを算出しかつ示すように構成される。フィードバックアセンブリ２００は、長手方向軸「Ｘ」を中心に、器具駆動ユニット１００及びスライダ４４に対する電気機械的器具１０の回転量を計算／測定しかつ表示するように構成されることができ、その結果、臨床医が、それを使用中に電気機械的器具１０の正確な回転位置を判定することができると考えられる。

フィードバックアセンブリ２００は、器具駆動ユニット１００の第２のモータ１１０の制御回路「ＣＣ」（図３）の中に組み込まれるかまたはこの制御回路と関連付けられる。外科手術アセンブリ３０のフィードバックアセンブリ２００は、第２の環状部材２２０上に積み重ねられる第１の環状部材２１０を備える。各環状部材２１０、２２０は、円盤形の構造を有し、それぞれはそれを通して配置される複数の第１のモータＭ１〜Ｍ４を備える中心穴を画定する。第１の環状部材２１０は、第２の環状部材２２０内部にまたは隣接して同心円状に配置され、そして器具駆動ユニット１００の内側ハブ１２６に回転不能に連結され、その結果として、内側ハブ１２６の回転は、第１の環状部材２１０の付随的な回転となる。いくつかの実施形態では、第１の環状部材２１０は、内側ハブ１２６または先端キャップ１３８（図３）と一緒に一体化して形成されることができる。第１の環状部材２１０は、その周辺端２１４から半径方向に突き出る表面機構またはタブ２１２を有する。表面機構２１２は、四角い構造を有することができる。いくつかの実施形態では、表面機構２１２は、例えば、三角形、弓形、多角形、均一、不均一、テーパ形等の各種の形状を想定することができる。

第２の環状部材２２０は、内側ハブ１２６を取り囲むことができ、または内側ハブ１２６の近傍（例えば、遠位の）に配置されることができ、そして内側ハブ１２６に対して回転可能である。第２の環状部材２２０は、その周辺端２２４から近位方向に突き出る第１の表面機構またはタブ２２２を有する。第２の環状部材２２０の第１の表面機構２２２は、第１の環状部材２１０の表面機構２１２と円周方向に整列され（すなわち、同心円の）、また選択される量だけ第１の環状部材２２０の表面機構２１２から円周方向にまたは半径方向に離間される。例えば、図５の例示的実施形態では、第２の環状部材２２０の第１の表面機構２２２は、約３６０°だけ第１の環状部材２１０の表面機構２１２から時計回りの円周方向に離間される。このようなことから、第１の環状部材２１０の回転が閾値量（例えば、反時計回りに３６０°）になると、第１の環状部材２１０の表面機構２１２は、第２の環状部材２２０の第１の表面機構２２２と接触するかまたは係合する。

いくつかの実施形態では、第１の環状部材２１０の表面機構２１２は、第１の環状部材２１０と一緒に一体化して形成されるのではなく、第１の環状部材２１０から半径方向に外側の位置に向かって弾性的に偏らせることができ、環状部材２２０の第１の表面機構２２２は、その中に形成される凹部を有することができる。このようなことから、第２の環状部材２２０の第２の表面機構２２２に形成される凹部（図示しない）と放射状の位置合わせに回転されると直ちに、第１の環状部材２１０の表面機構２１２は、第２の環状部材２２０に形成されるそれに対応して形成される凹部（図示しない）と係合するように、半径方向に外側に向かって偏る。第２の環状部材２２０に形成される凹部の中に第１の環状部材２１０の表面機構２１２が収容されると直ちに、第１の環状部材２１０は、第２の環状部材２２０が第１の環状部材２１０と一緒に回転するように、第２の環状部材２２０と連動する。

第２の環状部材２２０は、その周辺端２２４から遠位方向に突き出している第２の表面機構２２４を有する。第２の表面機構２２４は、約１８０°だけ第１の表面機構２２２から円周方向に離間される。いくつかの実施形態では、第２の表面機構２２４は、例えば約１°〜約３６０°などの様々な距離だけ第１の表面機構２２２から円周方向に離間されることができ、または第１の表面機構２２２と半径方向に位置合わせされることができる。外側シェル１０４は、そこから内側に延在する表面機構またはタブ１０７を有し、その結果、第２の環状部材２２０が、外側シェル１０４に対する回転の閾値量を達成すると直ちに、第２の環状部材２２０の第２の表面機構２２４は、内側ハブ１２６の回転を停止するため器具駆動ユニット１００の外側シェル１０４の表面機構１０７と接触しまたは係合し、この内側ハブは、電気機械的器具１０の長手方向軸「Ｘ」を中心とするその回転を停止する。

本開示の一実施形態によれば、フィードバックアセンブリ２００は、約０．０５オームの極めて小さい抵抗（すなわち、第２のモータ１１０の駆動を担うＨブリッジのローサイドに加える）を持つ高公差付き抵抗器「Ｒ」（図示しない）を組み込むことが考えられる。動作中、フィードバックアセンブリ２００は、抵抗器「Ｒ」の両端の電圧「Ｖ」を測定する。抵抗器「Ｒ」の両端の電圧「Ｖ」降下を測定することによって、フィードバックアセンブリ２００は、オームの法則を使って抵抗器「Ｒ」を通る電流量「Ｉ」を計算することができる。

ＤＣ電気モータでは、第２のモータ１１０は同様に構成されることができるが、電流「Ｉ」は、或る関係、例えばトルク定数（Ｋ_ｍ）を使うことによって開発されたトルク量「τ」と直接相関関係にある。したがって、フィードバックアセンブリ２００は、次式により、第２のモータ１１０に加えられるトルク量「τ」を計算することができる。

モータに加えられるトルク量を計算するように構成されるフィードバックアセンブリの例示的な実施形態の詳細な説明については、２０１１年３月３日に出願された米国特許第８，５１７，２４１号を参照することができ、その全体的な内容が参照により本明細書に組み込まれる。

電気機械的器具１０の正常な回転中に、何らかのまたは所定の力特性が、電気機械的器具１０の制御回路「ＣＣ」、例えば電流対時間特性（図示しない）または電流対距離特性（図示しない）におけるフィードバックアセンブリ２００により調べられることが見込まれる。前述したように、使用中、第２のモータ１１０の作動により、器具駆動ユニット１００の内側ハブ１２６の回転を引き起こす。内側ハブ１２６の回転は、それらの回転不能な接続を介して第１の環状部材２１０を回転させ、最終的には第１の環状部材２１０の表面機構２１２を、第２の環状部材２２０の第１の表面機構２２２と係合して配置する。第１の環状部材２１０の表面機構２１２が、係合または到達して第２の環状部材２２０の第１の表面機構２２２と接触すると直ちに、第２の環状部材２２０の静的な慣性は、第２のモータ１１０により与えられる追加トルクの何らかの閾値量によって打ち勝つ必要がある。第２の環状部材２２０を回転し始めるのに必要な追加トルクは、第２のモータ１１０の状態を変化させ、これは第２のモータ１１０に供給される電流「Ｉ」の変化であり、制御回路「ＣＣ」に記憶される予想された力特性と比較される電流量の差である。

この電流「Ｉ」または電流スパイクの増加は、制御回路「ＣＣ」により記録され、制御回路「ＣＣ」は、電気機械的器具１０がその当初の位置から閾値量を回転したことを合理的に想定することができる。特に、電流スパイクは、第１の環状部材２１０がその当初の回転位置から所定の閾値量（例えば、３６０°）を回転したことを示す。第１の環状部材２１０は、電気機械的器具１０と一緒に回転するので、制御回路「ＣＣ」により記録される第１の環状部材２１０の閾値量は、その長手方向軸「Ｘ」を中心に電気機械的器具１０により移動される回転の同じ閾値量と相互に関連している。前述したように、ディスプレイ６（図１）は、度数の形式で電気機械的器具１０の回転の算出量を表示するように提供されることができる。

最終的に、電気機械的器具１０の連続回転により、第２の環状部材２２０の第２の表面機構２２４が外側シェル１０４の表面機構１０７と接触しまたは係合することができ、その結果として、別の電流スパイク、及び第２のモータ１１０への電流供給を中止する命令につながり、その命令によって第２の環状部材２２０、したがって電気機械的器具１０の回転を中止する。外側シェル１０４の表面機構１０７は、外側シェル１０４の表面機構１０７に機械的に係合する環状部材２２０の表面機構２２４により、第２の環状部材２２０のさらなる回転を阻止しまたは防止することが可能であることが想定される。

いくつかの実施形態では、フィードバックアセンブリ２００は、様々に離間される表面機構またはタブの任意の好適な個数を有する単一の環状部材または３個以上の環状部材を備えることができる。例えば、フィードバックアセンブリ２００は、互いの上に積み重ねられる３つの環状部材を備えることができる。本実施例では、３つの積み重ねられる環状部材のそれぞれが、円周方向に１８０°だけ互いに離間される、上述の表面機構２１２、２２２、または２２４と同じような表面機構またはタブを有することができる。このようなことから、内側ハブ１２６の初期回転が１８０°となると直ちに、３つの環状部材のうちの第１の環状部材により、その３つの環状部材のうちの隣接する第２の環状部材が回転し始めることができ、また、内側ハブ１２６の追加の１８０°回転により、その３つの環状部材のうちの次の隣接する第３の環状部材が回転し始めることができる。このようにして、内側ハブ１２６の各１８０°回転は、第２のモータ１１０の動作におけるそれぞれの電流スパイクにより、制御回路「ＣＣ」によって記録されることになり、この電流スパイクは最終的にディスプレイ６上に表示させることができ、その結果、臨床医は１８０°増分の中における電気機械的器具１０の回転位置を識別することができる。理解されるように、フィードバックアセンブリ２００を構成する環状部材が多いほど、電気機械的器具１０の回転位置は、より正確に識別されることができる。

第４の環状部材２２０ｄがその回転を完了すると、第４の環状部材２２０の第２のタブ２２２ｄは、器具駆動ユニット１００の外側シェル１０４の表面機構１０７（図５）と接触すると考えられる。第４の環状部材２２０の第２のタブ２２２ｄが、器具駆動ユニット１００の外側シェル１０４の表面機構１０７と接触すると直ちに、制御回路「ＣＣ」（図３）は、第２のモータ「Ｍ２」への電流送達を停止する。このようなことから、内側ハブ１２６の回転は停止され、これにより電気機械的器具１０（図２）の、その長手方向軸「Ｘ」を中心とする回転が停止する。電気機械的器具１０が回転することができる量は、使用される環状部材の数に直接相関関係がある（すなわち、互いの上に積み重ねられる環状部材の数が多いほど、電気機械的器具１０は停止前により多く回転することができることになる）と理解することができる。

本明細書で開示されている実施形態に対して様々な改変を行い得ることが理解されるだろう。したがって、上の明細書は、限定として解釈されるべきではなく、様々な実施形態の単なる例示として解釈されるべきである。当業者であれば、添付の特許請求の範囲の範囲及び趣旨内で他の改変を想定するだろう。

Claims (16)

1. ロボットアーム用及びロボットアームへの選択的接続のための外科手術アセンブリであって、前記外科手術アセンブリは、
   電気機械的器具であって、
   内部に被駆動部材を支持するハウジング部分と、
   前記ハウジング部分により支持される近位端、及び前記被駆動部材に動作可能に連結されるエンドエフェクタを有する遠位端を有するシャフトと、を備える、電気機械的器具と、
   器具駆動ユニットであって、
   ロボットアームに選択的に連結されるように構成される外側シェルと、
   前記外側シェル内部に回転可能に配置されかつ前記電気機械的器具の前記ハウジング部分に回転不能に連結されるように構成される内側ハブと、
   前記外側シェル内部に配置され、かつ前記電気機械的器具の前記被駆動部材に動作可能に連結されるように構成される第１のモータと、
   前記外側シェル内部に配置される第２のモータと、を含み、前記第２のモータは、
   前記外側シェルに固定されて連結される外側ステータと、
   前記外側ステータ内部に回転可能に配置される内側ロータと、を含み、前記内側ロータは、内部に回転不能に配置される前記内側ハブを有する長手方向チャネルを画定する内側表面を有し、前記第２のモータの作動が前記内側ハブを回転させ、前記電気機械的器具の、その長手方向軸に沿った回転を引き起こす、器具駆動ユニットと、を備える、外科手術アセンブリ。
2. 前記器具駆動ユニットは、前記内側ロータと前記内側ハブとの間に配置される外側ハブをさらに含み、前記外側ハブが前記内側ハブに前記内側ロータの回転運動を伝達するようになっている、請求項１に記載の外科手術アセンブリ。
3. 前記器具駆動ユニットは、前記外側シェル内部に回転可能に配置され、かつ前記内側ハブに連結される近位端と、前記電気機械的器具の近位端に連結されるように構成される遠位端とを有する内側シェルをさらに含み、前記内側シェルが前記電気機械的器具に前記内側ハブの回転運動を伝達するようになっている、請求項２に記載の外科手術アセンブリ。
4. 前記ロボットアームに移動可能に接続されるように構成される第１の部分と、開口部を画定し、それを通して前記器具駆動ユニットを収容するように構成される第２の部分とを有するスライダをさらに備える、請求項３に記載の外科手術アセンブリ。
5. 前記器具駆動ユニットの遠位端は、雌嵌合機構を画定し、前記電気機械的器具の前記ハウジング部分の近位端は、前記器具駆動ユニットの前記雌嵌合機構と回転不能に係合するように構成される雄嵌合機構を画定する、請求項１に記載の外科手術アセンブリ。
6. 前記ハウジング部分は、前記器具駆動ユニットの前記第１のモータに駆動しながら連結されるように構成される入力駆動連結器をさらに含む、請求項１に記載の外科手術アセンブリ。
7. 前記器具駆動ユニットの前記外側シェルが透明である、請求項１に記載の外科手術アセンブリ。
8. 前記内側ロータの前記長手方向チャネルを通って延在し、かつ前記第１のモータに電力を転送するように構成されるワイヤをさらに備える、請求項１に記載の外科手術アセンブリ。
9. ロボット外科手術システムであって、
   外科手術ロボットアームと、
   前記外科手術ロボットアームに移動可能に接続されるように構成される第１の部分、及び第２の部分を有するスライダと、
   電気機械的器具であって、
   内部に被駆動部材を支持するハウジング部分と、
   前記ハウジング部分により支持される近位端、及び前記被駆動部材に動作可能に連結されるエンドエフェクタを有する遠位端を有するシャフトと、を備える電気機械的器具と、
   器具駆動ユニットであって、
   前記スライダの前記第２の部分に選択的に連結されるように構成される外側シェルと、
   前記外側シェル内部に回転可能に配置され、かつ前記電気機械的器具の前記ハウジング部分に回転不能に連結されるように構成される内側ハブと、
   前記外側シェル内部に配置され、かつ前記電気機械的器具の前記被駆動部材に動作可能に連結されるように構成される第１のモータと、
   前記外側シェル内部に配置される第２のモータと、を含み、前記第２のモータは、
   前記外側シェルに固定されて連結される外側ステータと、
   前記外側ステータ内部に回転可能に配置される内側ロータと、を備え、前記内側ロータは、内部に回転不能に配置される前記内側ハブを有する長手方向チャネルを画定する内側表面を有し、前記第２のモータの作動が、前記内側ハブを回転させ、前記電気機械的器具の、その長手方向軸に沿った回転を引き起こす、器具駆動ユニットと、を備える、ロボット外科手術システム。
10. 前記器具駆動ユニットは、前記内側ロータと前記内側ハブとの間に配置される外側ハブをさらに含み、前記外側ハブが前記内側ハブに前記内側ロータの回転運動を伝達するようになっている、請求項９に記載のロボット外科手術システム。
11. 前記器具駆動ユニットは、前記外側シェル内部に回転可能に配置され、かつ前記内側ハブに連結される近位端と、前記電気機械的器具の近位端に連結されるように構成される遠位端とを有する内側シェルをさらに含み、前記内側シェルが前記電気機械的器具に前記内側ハブの回転運動を伝達するようになっている、請求項１０に記載のロボット外科手術システム。
12. 前記器具駆動ユニットの遠位端は、雌嵌合機構を画定し、前記電気機械的器具の前記ハウジング部分の近位端は、前記器具駆動ユニットの前記雌嵌合機構に回転不能に係合するように構成される雄嵌合機構を画定する、請求項９に記載のロボット外科手術システム。
13. 前記ハウジング部分は、前記器具駆動ユニットの前記第１のモータに駆動しながら連結されるように構成される入力駆動連結器をさらに含む、請求項９に記載のロボット外科手術システム。
14. 前記器具駆動ユニットの前記外側シェルが透明である、請求項９に記載のロボット外科手術システム。
15. 前記内側ロータの前記長手方向チャネルを通って延在し、かつ前記第１のモータに電力を転送するように構成されるワイヤをさらに備える、請求項９に記載のロボット外科手術システム。
16. 前記外科手術ロボットアームは、長手方向軸を画定するトラックを含み、前記スライダが前記トラックの前記長手方向軸に沿って移動可能である、請求項９に記載のロボット外科手術システム。