JP7043524B2 - ロボット外科用システムにおける振動を制動するための技術 - Google Patents

ロボット外科用システムにおける振動を制動するための技術 Download PDF

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Description

関連出願の相互対照
本出願は、同時継続の、２０１７年３月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／４７１，３２４号、２０１７年３月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／４７１，３２５号、及び２０１７年３月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／４７１，３２６号の非仮出願であり、これらは参照により本明細書に援用される。
本発明は、全般的には、ロボット手術の分野に関し、より具体的には、ロボット外科用システム内の振動伝達を低減するための新規かつ有用なシステム及び方法に関する。
腹腔鏡外科手術のような最小侵襲外科手術（Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ－Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ、ＭＩＳ）は、外科的処置中の組織損傷を低減することを目的とする技術を含む。例えば、腹腔鏡処置は、典型的には、（例えば、腹部において）患者における多数の小さな切開部を生じさせ、かつ切開部を介して、患者内に１つ以上の外科用器具（例えば、エンドエフェクタ、少なくとも１つのカメラなど）を導入することを含む。外科的処置は、次に、カメラにより提供される視覚化補助を伴い、導入された外科用器具を使用することにより実施され得る。
一般的に、ＭＩＳは、患者の瘢痕化を減少させる、患者の痛みを軽減する、患者の回復期間を短縮する、及び患者の回復と関連付けられた薬物療法のコストを低減するなどの、複数の利点を提供する。いくつかの実施形態では、ＭＩＳは、操作者からのコマンドに基づいて外科用器具を操作するための１つ以上のロボットアームを含むロボットシステムで実施され得る。ロボットアームは、例えば、外科用エンドエフェクタ、撮像装置、患者の体腔及び器官へのアクセスを提供するためのカニューレなどの様々な装置を遠位端で支持することができる。ロボットＭＩＳシステムでは、ロボットアームによって支持されるデバイスに対して高い位置精度を確立及び維持することが望ましい場合がある。
位置精度は、ロボットアームの振動によって低下又は劣化され得る。このような振動は、例えば、振動クロストークの形態で存在する場合があり、その振動クロストークは、システムの別の部分に起因するシステムの一部分で生じる望ましくない振動を含む。例えば、アーム及び／又はアームの関連する器具駆動装置又は外科用器具の作動に起因してアーム内に振動が誘起される場合があり、この振動は、他の装置を支持する他のロボットアームの遠位端、及び支持されたデバイス自体（例えば、外科用器具）を含むシステムの他の部分に伝播し得る。このような振動は、例えば、ロボット外科用システム全体のデバイスの位置精度を妨げる場合がある。したがって、ロボット外科用システム全体での振動の伝達又は伝播を低減することが望ましい。
一般的に、いくつかの変形形態では、ロボット手術中に使用するためのシステムは、第１の開口部を画定する可撓性スカート部分と第１の開口部よりも広い第２の開口部とを含むカニューレ取り付け部を含んでもよい。スカート部分の少なくとも一部は、患者組織にわたって振動エネルギーを分散させることに寄与するために可撓性であってもよく、それにより、カニューレの遠位端及び／又はカニューレ内の外科用器具に伝達される振動を低減する。いくつかの変形形態では、カニューレ取り付け部は、スカート部分を別のカニューレ取り付け部の第２のスカート部分に連結するための少なくとも１つの係着機構を更に含んでもよく、それにより、振動エネルギーが、複数のカニューレ取り付け部と患者のより大きな表面とにわたって分散され得る。係着機構は、例えば、第２の係着機構の上に重なる、第２の係着機構と横方向に係合するなどの陥没部又は突起（又は他の好適な態様）を含んでもよい。
スカート部分は、第１の開口部を実質的に取り囲んでもよく、エラストマー膜などのエラストマー材料を含んでもよい。例えば、スカート部分は一般的に円形であってもよく、スカート部分の中央領域に位置する円形の穴を画定してもよい。１つの一般的に円形形状の開口部を有する一般的に円形のスカート部分が記載されているが、スカート部分は、任意の他の好適な幾何学的形状を有してもよく、任意の好適な形状及びサイズの開口部を有してもよく、任意の好適な数の開口部を有してもよい。
いくつかの変形形態では、カニューレ取り付け部は、スカート部分に連結されたネック部分（例えば、別々に形成されてスカート部分に取り付けられる、スカート部分と一体的に形成されるなど）を更に含んでもよい。ネック部分は、第１の開口部から延在する内腔を画定してもよい。例えば、内腔は、カニューレとカニューレ取り付け部とを連結する、カニューレのシャフトを受容してもよい。ネック部分は、任意の好適な長尺の形状を有してもよい。例えば、ネック部分はフレア状であってもよく、又はネック部分の長さに沿って実質的に均一な断面形状であってもよい。ネック部分は、第２の開口部から遠ざかる方へ延在してもよく、又はいくつかの変形形態では、代替的に第２の開口部に向かって延在してもよい。
一般的に、いくつかの変形形態では、ロボット手術中に使用するためのシステムは、近位端及び遠位端を含むカニューレと、カニューレの近位端と遠位端との間に配設された制動要素と、を含んでもよい。制動要素は、近位部分及び遠位部分を含んでもよく、遠位部分は近位部分よりも可撓性である。更に、制動要素の遠位部分は、制動要素の近位部分から遠ざかる方へ付勢されてもよい。制動要素の少なくとも一部分は、カニューレに連結されてもよい。例えば、制動要素の近位部分及び／又は遠位部分は、カニューレを受容する内腔を画定してもよい。制動要素の遠位部分は、患者の表面とインターフェース接続してもよく、制動要素は、患者組織にわたって振動エネルギーを分散させることに寄与してもよく、それにより、カニューレの遠位端及び／又はカニューレ内の外科用器具に伝達される振動を低減する。
制動要素の遠位部分は、材料及び／又は幾何学的形状などの様々な相違に起因して、制動要素の近位部分よりも可撓性であってもよい。いくつかの変形形態では、制動要素の遠位部分は、エラストマー材料を含んでもよく、及び／又は制動要素の近位部分の厚さよりも小さい厚さを有してもよい。例えば、遠位部分は、エラストマー膜などを含んでもよい。
いくつかの変形形態では、制動要素は、遠位部分を近位部分から遠ざかる方へ付勢する、制動要素の近位部分と遠位部分との間に配設された少なくとも１つの付勢要素を含んでもよい。例えば、制動要素は、制動要素の遠位部分を制動要素の近位部分から遠ざかる方へばね荷重をかける少なくとも１つのばねを含んでもよい。複数のばねは、制動要素の近位部分と遠位部分との間に平行に配置されてもよい。遠位部分は、他の変形形態では、追加的に又は代替的に、固有のバイアスを有してもよい（例えば、制動要素の近位部分から遠ざかる方へ湾曲する形状に成形される）。
一般的に、いくつかの変形形態では、ロボット手術中に使用するためのシステムは、近位部分及び遠位部分を含むカニューレを含んでもよく、近位部分及び遠位部分は変形可能な接合部で連結される。例えば、カニューレの近位部分及び遠位部分は、近位部分及び遠位部分が互いに対して軸方向に移動可能であるように、変形可能な接合部で連結されてもよい。いくつかの変形形態では、カニューレの近位部分及び遠位部分は、少なくとも部分的に入れ子にされてもよい。遠位カニューレ部分は、変形可能な接合部を介して、近位カニューレ部分から遠位カニューレ部分に振動エネルギーが伝達され得るように、患者の表面とインターフェース接続してもよい。患者の表面とインターフェース接続することにより、遠位カニューレ部分は、消散及び制動のために患者組織にわたって振動エネルギーを分散させ、それにより、外科用器具の遠位端に伝達される振動の量を低減してもよい。追加的に又は代替的に、変形可能な接合部は、振動エネルギーを消散させることに寄与するように変形してもよい。
いくつかの変形形態では、近位カニューレ部分と遠位カニューレ部分との間の変形可能な接合部は、近位カニューレ部分と遠位カニューレ部分とを連結する少なくとも１つの封止部（例えば、周辺又は周縁封止部）を含んでもよい。変形可能な接合部は、近位カニューレ部分と遠位カニューレ部分とを連結する第２の封止部を含んでもよく、第２の封止部は、第１の封止部に対して（例えば、遠位から近位に）軸方向にオフセットされる。更に、変形可能な接合部は、流体（例えば、ガス）などの制動要素を含んでもよい。
ロボットシステムにおける振動を低減する（例えば、カニューレ及び／又はカニューレ内の外科用器具の遠位端に伝播する振動を低減する）ためのシステム及び方法の他の変形形態は、本明細書に記載されている。
上記の概要は、本発明の全ての態様の網羅的な列挙を含まない。本発明は、上記に要約された様々な態様の全ての好適な組み合わせから実施することができる全てのシステム及び方法、並びに以下の詳細な説明に開示されているもの、特に出願と共に提出された特許請求の範囲において特に指摘されているものを含む、ことが企図されている。このような組み合わせは、上記の概要に具体的に記載されていない特定の利点を有する。
ロボットアームマニピュレータ、器具駆動装置、及び外科用器具を有するカニューレの例示的な一変形形態の概略図である。 器具駆動装置及び外科用器具を有するカニューレの例示的な一変形形態の概略図である。 カニューレ及び外科用器具並びにそれらの移動の自由度の例示的な一変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の一変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の一変形形態の概略図である。 隣接する係着されたスカート取り付け部の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の係着機構の変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の係着機構の変形形態の概略図である。 カニューレスカート取り付け部の別の変形形態の概略図である。 付勢されたカニューレ取り付け部の一変形形態の概略図である。 振動を制動するために患者と共に使用される、図６Ａに示された付勢されたカニューレ取り付け部の概略図である。 図６Ａに示された付勢されたカニューレ取り付け部内の制動要素の長手方向断面図である。 付勢されたカニューレ取り付け部の別の変形形態における制動要素の長手方向断面図である。 マルチピースカニューレの一変形形態の概略図である。 振動を制動するために患者と共に使用されるマルチピースカニューレの変形形態の長手方向断面図である。 制動カニューレ膨張の一変形形態の概略図である。 制動カニューレ膨張の他の変形形態の概略図である。 制動カニューレ膨張の他の変形形態の概略図である。 制動カニューレ壁層を含むカニューレの長手方向断面図である。 調整された振動吸収体の一変形形態の長手方向断面図である。 器具駆動装置内のキャリッジに連結された、調整された振動吸収体の例示的な概略図である。 器具駆動装置内のステージに連結された、調整された振動吸収体の例示的な概略図である。 それぞれ、ばね式中立化要素及び磁石式中立化要素を含む、調整された振動吸収体の長手方向断面図である。 それぞれ、ばね式中立化要素及び磁石式中立化要素を含む、調整された振動吸収体の長手方向断面図である。 制動ロボットアームカバーの変形形態の概略図である。 制動ロボットアームカバーの変形形態の概略図である。 制動ロボットアームカバーの一変形形態の軸方向断面図である。 ロボットアームリンクの周囲に巻かれた制動ロボットアームカバーの例示概略図である。 ロボットアームリンクに連結された材料の制動ストリップの例示的な例示概略図である。 ロボット外科用システムにおける例示的なロボットアームの例示概略図である。 複数のロボットアームを有するロボット外科用システムの例示概略図である。 図１５Ａに示されたロボットアーム間のモーダル分離の様々な例の例示的な概要である。
本発明の種々の態様及び変形形態の例が本明細書で説明され、かつ添付図面において示される。以下の説明は、本発明をこれらの実施形態に限定するのではなく、当業者が本発明を作製及び使用することを可能にすることを意図するものである。
一般的に、ロボット又はロボット支援外科用システム（例えば、最小侵襲外科的処置を可能にするための）は、最小侵襲手術中などに外科用器具を操作するための１つ以上のロボットアームを含んでもよい。例えば、図１Ａの例示的な概略図に示されるように、ロボットアセンブリ１００は、ロボットアーム１１０と、一般的にロボットアーム１１０の遠位端に取り付けられる器具駆動装置１２０と、を含んでもよい。器具駆動装置１２０の端部に連結されたカニューレ１３０は、外科用器具１５０を受容及びガイドすることができる。更に、ロボットアーム１１０は、器具駆動装置１２０を位置決め及び配向するように作動される複数のリンクを含んでもよい。
外科的処置での使用のために、少なくとも１つのロボットアーム１１０は、患者が横になっている手術台に装着されてもよい（又は、患者の近くのカート、天井、側壁などに装着されてもよい）。患者内への外科用器具の導入を可能にするためのポートを作成するために、トロカールアセンブリ（例えば、カニューレ１３０及び閉塞具）が、患者の切開部又は入口点（例えば、腹壁）を通して患者に少なくとも部分的に挿入されてもよい。カニューレ１３０は、患者内のこのようなカニューレ配置中に（又はいくつかの変形形態では配置後に）、（図１Ａに示されるように）器具駆動装置１２０の遠位端に連結されてもよい。カニューレが配置された後に、閉塞具が除去されてもよく、ロボットアーム１１０内のリンクは、器具駆動装置１２０を操縦するように制御されてもよい。
外科用器具１５０の近位部分は、図１Ｂに示されるように、少なくとも一部分（例えば、器具シャフト）がカニューレを通過して患者Ｐ内に入るように、器具駆動装置１２０に連結されてもよく、外科用器具１５０の近位部分は、ステージ１２２に沿って移動可能であるキャリッジ１２４に連結されてもよく、ステージ１２２は、器具駆動装置１２０を位置決めするためにロボットアーム１１０の遠位端に連結されてもよい。
外科用器具１５０が器具駆動装置１２０に連結されると、ロボットアーム１１０及び／又は器具駆動装置１２０の作動は、ヨー方向又は球状ロール（矢印Ａ）における移動、ピッチ方向（矢印Ｂ）におけるカニューレを伴う移動、カニューレ１３０内での軸周りの器具回転（矢印Ｃ）、及び／又はカニューレ１３０内の器具並進（矢印Ｄ）を含むが、これらに限定されない、図１Ｃに示されるような器具の１つ以上の様々な自由度を提供し得る。例えば、ヨー及び／又はピッチ方向の移動は、ロボットアーム１１０の少なくとも一部分の作動によって制御されてもよい。ヨー及び／又はピッチ方向における器具移動は、いくつかの変形形態では、球面回転の中心、又は機械的な遠隔運動中心（ｒｅｍｏｔｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ、ＲＣＭ）の周りの移動に制約されてもよい。更に、カニューレ１３０内の軸周りの器具回転は、外科用器具１５０に連結されたキャリッジ１２４内の１つ以上の器具駆動装置アクチュエータを介して（無菌バリアなどを介して直接的に又は間接的に）制御されてもよく、カニューレ１３０内の器具並進は、キャリッジ１２４をステージ１２２に沿って並進させる１つ以上の器具駆動装置アクチュエータを介して制御されてもよい。
外科用器具１５０の遠位部分は、エンドエフェクタを含んでもよく、キャリッジ１２４内のアクチュエータは、特定の種類のエンドエフェクタに従って、外科的処置（例えば、切断、把持など）中に器具１５０を作動させて様々なタスクを実行するように、更に制御されてもよい。追加的に、器具１５０を、ポートから引き抜き、器具駆動装置１２０から分離して、異なる機能を有するエンドエフェクタを有する別の器具などの別の器具と交換してもよい。
振動は、ロボットシステムの動作中にロボットシステムの１つ以上の部分で生成され得る。例えば、ロボットアーム１１０及び／又は器具駆動装置１２０の作動されたモータ及び／又は他の移動部品は、ロボットシステム内で振動を誘起し得る。振動は、「クロストーク」（例えば、１つ以上のロボットアームが取り付けられた台又は他の装着表面をわたって伝達される）としてロボットアーム間で、ロボットアームに沿って、ロボットアームと器具駆動装置との間で、器具駆動装置と外科用器具及び／又はカニューレとの間でなど、ロボットシステム全体に伝播し得る。しかしながら、外科用器具上のエンドエフェクタに伝播する振動は、外科用器具の位置の精度を低下させ得る。システム（例えば、カニューレ、器具駆動装置、アームなど）の様々な部分における振動を低減する（例えば、制動する）ためのシステム及び方法が、本明細書に記載されている。ロボットシステムは、任意の好適な組み合わせで、本明細書に記載された任意の１つ以上の変形形態を含んでもよい。
カニューレ及びカニューレダンパ
一般的に、ロボット外科用システム内のカニューレに関する１つ以上の態様が、受動的に振動を制動することに寄与し得る。例えば、いくつかの変形形態では、カニューレ（又はカニューレ取り付け部）は、カニューレが患者に挿入された（例えば、腹壁を通過した）ときに患者組織に振動を伝播させ、外科用器具（例えば、エンドエフェクタ）の遠位端から少なくともいくらかの振動を逸らす１つ以上の機構を含んでもよい。患者組織は一般的に可撓性かつ展性であるため、組織は、カニューレから伝わる振動エネルギーを吸収し、それにより、外科用器具の遠位端で発生する振動を低減してもよい。一般的に、患者組織内の振動のより効果的な制動は、より多くの接触表面積及び／又はカニューレ（又はカニューレ取り付け部）の振動伝達機構と患者の表面との間の係合又は接触力の増加によって達成可能である。別の例として、いくつかの変形形態では、カニューレは、カニューレ自体内で少なくとも部分的に振動エネルギーを吸収又は制動し、それにより、外科用器具の遠位端で発生する振動を低減する１つ以上の機構を含んでもよい。更に、いくつかのカニューレの変形形態は、カニューレ内の振動エネルギーを吸収する少なくとも１つの機構と組み合わせて患者組織に振動を伝播させる少なくとも１つの機構を含んでもよい。
可撓性カニューレスカート
一変形形態では、図２Ａに示されるように、ロボットシステムは、可撓性スカート部分２１０を含むカニューレ取り付け部２００を含んでもよい。可撓性スカート部分２１０は、いくつかの変形形態では、カニューレから患者に振動を伝播させてもよい。図２Ｂにされるように、スカート部分２１０は、第１の開口部２１２及び第２の開口部２１４を画定してもよく、第２の開口部２１４は、第１の開口部２１２よりも広く、かつ第１の開口部２１２と反対側であってもよい。第１の開口部２１２は、スカート部分の中央領域（例えば、円形スカート部分２１０の軸方向中心）に位置してもよい。スカート部分２１０は、いくつかの変形形態では、一般的に半径方向に対称（例えば、一般的に円形）であってもよい。スカート部分２１０は、カニューレ１３０の少なくとも一部分が少なくとも第１の開口部２１２内に配設され、スカート部分２１０がカニューレ１３０の少なくとも一部分を実質的に取り囲むように、カニューレ１３０に連結されてもよい。例えば、図２Ａに示されるように、スカート部分２１０は、カニューレ１３０のシャフトを完全に取り囲む（例えば、丸く囲む）第１の開口部２１２を含んでもよい。別の例として、図５に示されるように、スカート部分２１０は、開放セグメント２１６を残してカニューレ１３０のシャフトの最も近く（例えば、主円弧を含む）の周囲をスイープする第１の開口部２１２を含んでもよい。更に、スカート部分２１０が１つのピース又は複数のピースを含んでもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの変形形態では、スカート部分２１０は、カニューレ１３０のシャフトを少なくとも実質的に取り囲む集合体又は組み合わせで、複数のピース（例えば、パネル）を含んでもよい。更に、いくつかの変形形態では、スカート部分２１０は、単一又は均質な材料の１つ以上の実質的に均一なパネルを含んでもよい一方、他の変形形態では、スカート部分２１０は、複数の材料の１つ以上のアセンブリを含んでもよい。例えば、スカート部分２１０は、少なくとも１つの剛性又は半剛性格子構造と、格子構造を覆うように取り付けられた膜と、を含んでもよい。
スカート部分２１０は、カニューレの遠位端が第２の開口部２１４を通って延在するように、カニューレ１３０の近位端と遠位端との間にあるカニューレシャフト位置でカニューレ１３０に連結されてもよい。一変形形態では、スカート部分２１０はカニューレ１３０と一体的に形成されてもよい。別の変形形態では、スカート部分２１０は、別々に形成され、次いでカニューレ１３０に（例えば、エポキシ又は他の接着剤、締結具、摩擦などで）取り付けられてもよい。スカート部分２１０は、患者内にカニューレを配置する前にカニューレに連結されてもよく、又は患者内にカニューレを配置した後にカニューレに連結されてもよい。
図２Ｂに示されるように、ロボット外科用システムでの使用中、カニューレ１３０の遠位端を患者Ｐ内に配置して、患者へのアクセスを伴う外科用器具１５０を提供してもよい。カニューレ取り付け部２００のスカート部分２１０のより広い第２の開口部２１４は、患者Ｐの表面（例えば、皮膚、又は患者Ｐの上に配置された包帯若しくは他のカバー）とインターフェース接続してもよく、また、可撓性スカート部分２１０の表面は、スカート部分２１０と患者Ｐとの間の接触の表面積を増加させて患者Ｐの表面に適合してもよい。いくつかの変形形態では、スカート部分２１０は、患者の表面との摩擦、接着、及び／又は吸引などにより、第２の開口部２１４において患者Ｐに取り付けられてもよい。患者Ｐの表面とインターフェース接続することにより、カニューレ取り付け部２００は、患者組織にわたって振動エネルギーを分散させ、それにより、カニューレ及び外科用器具の遠位端に伝達される振動の量を低減する。
いくつかの変形形態では、スカート部分２１０は、患者との十分な接触表面積を提供する任意の好適なプロファイルを含んでもよい。例えば、図２Ｂに示されるように、スカート部分２１０は、第１の開口部と第２の開口部との間の勾配が徐々に変化する湾曲したプロファイルを有してもよい。別の例として、スカート部分２１０は、第１の開口部と第２の開口部との間に直線状の傾斜プロファイルを有してもよく、患者表面に接触する表面を提供するフランジ又は外側リップを更に含んでもよい。
更に、カニューレ取り付け部２００は、スカート部分を別のカニューレ取り付け部の第２のスカート部分に連結するための係着機構２２０（例えば、スカート部分２１０の周辺部分上）を含んでもよい。２つ以上のカニューレ取り付け部２００が係着機構２２０を介してリンク又は接続されると、患者Ｐとの接触面積が増加し、カニューレ間の交差ブレースを達成することが可能であり、それにより、患者及び他のカニューレへの振動エネルギーの分布を増加させ、カニューレ取り付け部内の外科用器具のエンドエフェクタで発生する振動を更に低減する。例えば、図２Ｃに一般的に示されるように、スカート部分２１０及び係着機構２２０を有する第１のカニューレ取り付け部２００は、係着機構２２０と係着機構２２０’との間の係合又は他の連結により、スカート部分２１０’及び係着機構２２０’を有する第２のカニューレ取り付け部２００’に連結されてもよい。カニューレ１３０及び／又は外科用器具１５０は、第１のカニューレ取り付け部２００内に配設されてもよく、同様に第２のカニューレ１３０’及び／又は外科用器具１５０’は、第２のカニューレ取り付け部２００’内に配設されてもよい。追加のカニューレ取り付け部（それぞれのカニューレ及び外科用器具に連結される）が、患者Ｐとインターフェース接続するカニューレ取り付け部のネットワークの一部として更に接続されて、カニューレ間の増加した表面積及び／又は交差ブレースを通して振動を更に制動してもよい。
カニューレ取り付け部２００は、１つ以上の好適な種類の係着機構２２０を含んでもよい。一変形形態では、係着機構２２０は、隣接するカニューレ取り付け部２００の係着機構が重なり合ってカニューレ取り付け部２００の連結を容易にするように、陥没部（例えば、溝又は切り欠き）及び／又は突起部を含んでもよい。例えば、図４Ａに示されるように、１つのカニューレ取り付け部上の係着機構２２０は、別のカニューレ取り付け部上の係着機構２２０’の下向き突出リップ及び／又は陥没部と係合する陥没部（例えば、溝）及び／又は上向き突出リップを含んでもよい。他の好適な種類の重なり合う係着機構が、隣接するカニューレ取り付け部を互いに連結するために追加的に又は代替的に含まれてもよい。別の変形形態では、係着機構２２０は、別のカニューレ取り付け部上の別の係着機構２２０’の横方向機構を係合させるための横方向機構（例えば、スカート部分の材料と実質的に同一面内）を含んでもよい。例えば、図２Ａに示されるように、１つのカニューレ取り付け部上の係着機構２２０は、別のカニューレ取り付け部上の別の係着機構２２０’の横方向拡張部と係合する横方向切り欠きを含んでもよい。横方向機構は、不規則（例えば、ジグソーパズルのピースのような）、又は規則的（例えば、さね継ぎ又は他の好適な接合要素）であってもよい。別の変形形態では、隣接するカニューレ取り付け部の係着機構２２０及び２２０’は、第３の接合要素と連結されてもよい。例えば、図４Ｂに示されるように、ラッチ２２２は、隣接するカニューレ取り付け部上の係着機構２２０及び２２０’と同時に連結し、それにより、隣接するカニューレ取り付け部を接合してもよい。他の変形形態では、隣接するカニューレ取り付け部２００は、追加的に又は代替的に、接着剤又は他の好適な締結具と互いに連結されてもよい。
いくつかの変形形態では、カニューレ取り付け部２００は、スカート部分に連結されたネック部分２３０を更に含んでもよく、ネック部分２３０は、ネック部分２３０の開放端部と第１の開口部２１２との間に延在する内腔２３２を画定する。ネック部分２３０は、例えば、第１の開口部２１２内に配置されたカニューレに連結し、かつカニューレを支持するための追加の表面積を提供してもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ネック部分２３０は、第２の開口部２１４から遠ざかる方向に（例えば、カニューレ１５０の近位端に向かって）延在してもよい。一変形形態では、ネック部分２３０は、内腔２３２がスカート部分２１０の第１の開口部２１２よりも広い近位端開口部を有するように、近位端でフレア状であってもよい。フレア状ネック部分は、カニューレ１３０及び器具１５０がＲＣＭの周りに回転するとき、カニューレ１３０及び器具１５０のヨー及びピッチ移動のためのクリアランスを提供することに寄与し得る。別の変形形態では、図３Ａに示されるように、内腔２３２が、スカート部分２１０の第１の開口部２１２とサイズ及び形状がほぼ等しい近位端開口部を有するように、ネック部分２３０が実質的に均一な断面を有してもよい。
いくつかの変形形態では、図３Ｂ及び図３Ｃに示されるように、ネック部分２３０が第２の開口部２１４に向かう（例えば、カニューレ１５０の遠位端に向かう）方向に延在する状態で、ネック部分２３０がスカート部分２１０に対して反転されてもよい。これらの変形形態では、ネック部分２３０は、開放端部（図３Ｂ）でフレア状であってもよく、又は実質的に均一な断面を有してもよい（図３Ｃ）。
いくつかの変形形態では、ネック部分２３０及びスカート部分２１０は一体的に形成されてもよい。代替的に、他の変形形態では、ネック部分２３０及びスカート部分２１０は、別々に形成され、次に互いに取り付けられてもよい。例えば、ネック部分は、カニューレの配置前にカニューレに連結されてもよく、スカート部分は、カニューレの配置後にネック部分に取り付けられ得る。
スカート部分２１０及び／又はネック部分２３０は、可撓性材料を含んでもよい。例えば、スカート部分２１０及び／又はネック部分２３０は、生体適合性であり得るエラストマー材料（例えば、シリコーン）を含んでもよい。スカート部分２１０及び／又はネック部分２３０は、例えば、約１ｍｍ～約１０ｍｍ、又は約３ｍｍ～約７ｍｍなどの可撓性及び適合性を維持するのに好適な厚さを有してもよいが、他の厚さ（例えば、材料に応じて）が好適であり得る。スカート部分２１０、ネック部分２３０、及び／又は係着機構２２０は、射出成形、３Ｄ印刷などの任意の好適な製造プロセスで形成されてもよい。
更に、ネック部分２３０は、カニューレ１３０及び器具１５０のヨー及びピッチ移動に適合するための補強及び／又は可撓性機構を含んでもよく、又は含まなくてもよい。例えば、ネック部分２３０は、伸縮を経験し得るネック部分の領域の周囲に、うね織り模様、プリーツ、又は他の歪み緩和要素若しくは伸張可能な要素を含んでもよい。
付勢されたカニューレ取り付け部
一変形形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、ロボット手術で使用するためのシステム６００は、近位端及び遠位端を含むカニューレ６１０と、カニューレの近位端と遠位端との間に配設された制動要素６２０と、を含んでもよい。制動要素６２０は、近位部分６２２及び遠位部分６２４を含んでもよく、遠位部分６２４は近位部分６２２よりも可撓性であってもよい。いくつかの変形形態では、遠位部分６２４は、近位部分６２２から遠ざかる方へ付勢されてもよい。例えば、制動要素６２０は、遠位部分６２４を近位部分６２２から遠ざかる方へ付勢する付勢要素を含んでもよい。
図６Ｂに示されるように、ロボット外科用システムでの使用中、カニューレ６１０の遠位端は患者Ｐ内に配置されて、患者への外科用器具１５０のアクセスを提供してもよい。制動要素６２０の遠位部分６２４は、患者Ｐの表面（例えば、皮膚、又は患者Ｐの上に配置された包帯若しくは他のカバー）とインターフェース接続してもよく、遠位部分６２４は、患者Ｐの表面に（近位部分６２２から遠ざかる方へ）付勢されてもよく、患者Ｐの表面に適合してもよい。患者Ｐの表面とインターフェース接続することにより、制動要素６２０は、消散及び制動のために患者組織にわたって振動エネルギーを分散させ、それにより、カニューレ及び外科用器具の遠位端に伝達される振動の量を低減する。
一般的に、カニューレ６１０は、外科用器具１５０を受容するための内腔を有する長尺のシャフトを含んでもよい。例えば、長尺のシャフトは、一般的に、シャフトの長さに沿って均一な円形の断面を有してもよい。図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、カニューレ６１０は、近位端及び遠位端を含んでもよい。近位端は、ロボットマニピュレータに連結するためのコネクタ６１２を含んでもよい。例えば、コネクタ６１２は、クランプ、クリップ、レバー、１つ以上の締結具、１つ以上の磁石（又はクランプ、クリップ、レバー、１つ以上の締結具、１つ以上の磁石などを受容する表面）、及び／又は接着剤などを含んでもよい。ただし、カニューレ６１０は、カニューレ６１０と器具駆動装置１２０又はロボットマニピュレータの他の部分との間の連結を容易にするように構成された任意の好適なコネクタ又は他の機構（例えば、締まりばめによる連結のための機構）を含んでもよい。コネクタ６１２は、例えば、カニューレ６１０の近位端から半径方向外側に延在するハブ６１４又はフランジ上に配設されてもよい。カニューレ６１０は、一般的に、アルミニウム、ステンレス鋼、剛性ポリマーなどの剛性又は半剛性材料を含んでもよい。いくつかの変形形態では、カニューレ６１０は、図９について本明細書に記載されるカニューレ９００と同様の内側制動層でライニングされてもよい。
更に、カニューレ６１０は、カニューレ６１０の近位端又は近位端の近くに、カニューレの内部に配置された外科用器具１５０の周囲を封止するように設計された内部封止アセンブリ６１６を含んでもよい。封止アセンブリ６１６は、例えば、吹送ガスが患者の腹腔から流出することを防止することに寄与し得る。いくつかの変形形態では、封止アセンブリ６１６は、ダックビル封止（又は実質的に一方向の進入を可能にする他の好適な封止及び／又はバルブシステム）、及び／又は、外科用器具１５０のシャフトに対して集合的に封止する封止セグメントを有する虹彩封止部（又は他の好適な周辺封止）を含んでもよい。他の変形形態としては、Ｏリング、ガスケット、又は他の好適な封止要素が挙げられ得る。虹彩封止部は、グロメットによって浮遊し、支持されてもよい。いくつかの変形形態では、グロメットは、少なくともいくらかの振動エネルギーを吸収して、カニューレ６１０内に発生する振動を制動するように、エラストマー（例えば、シリコーンを含む）かつ可撓性であってもよい。
制動要素６２０は、近位部分６２２及び遠位部分６２４を含んでもよく、遠位部分６２４は近位部分６２２よりも可撓性であってもよい。制動要素の少なくとも近位部分６２２は、カニューレに結合されてもよい（例えば、接合、締まりばめ、締結具など）。制動要素６２０は、制動要素６２０を通してカニューレ６１０を受容し、かつカニューレ６１０を通過させる内腔（例えば、近位部分６２２及び遠位部分６２４を通って延在する）を含んでもよい。少なくとも遠位部分６２４は、いくつかの変形形態では、カニューレ６１０が患者に挿入されたときに患者Ｐの十分な表面積に接触するように、カニューレ６１０から横方向外側に延在してもよい。更に、いくつかの変形形態では、近位部分６２２は、遠位部分６２４が内側に屈曲し、必要であれば患者Ｐの幾分凸状の表面に適合するためのクリアランスを提供する陥没部又は内部容積を画定してもよい。例えば、制動要素６２０は、カニューレ６１０から半径方向外側に延在する一般的に環状の形状又はフランジ形状を有してもよいが、代替的に、制動要素は、内腔を有する任意の好適な形状を有してもよい。
いくつかの変形形態では、遠位部分６２４は、カニューレ６１０が患者に挿入され、かつ制動要素の近位部分６２２が患者の表面に向かって押し付けられると、患者Ｐとの接触表面積及び／又は接触力を増加させるように、遠位部分６２４が近位部分６２２から遠ざかる方へ付勢されてもよい。いくつかの変形形態では、制動要素６２０は、遠位部分６２４を外向きに押し付け、及び／又はカニューレ６１０から遠位部分６２４に振動エネルギーを、患者組織内で消散するために伝達することに寄与するように、近位部分６２２と遠位部分６２４との間に配設された、付勢要素を含んでもよい。例えば、図６Ａ～図６Ｃに示されるように、付勢要素は少なくとも１つの圧縮ばね６３０ａを含んでもよい。圧縮ばね６３０ａは、例えば、カニューレ６１０が患者に挿入され、遠位部分６２４が患者Ｐの表面に接触すると、遠位部分６２４が、患者に対して制動要素６２０を押す過度の力を必要とせずに、患者Ｐの表面に（例えば、表面積接触を増加させるように）実質的に適合し得るように、好適に低い剛性であってもよい。更に、複数の圧縮ばね（例えば、圧縮ばね６３０ａ及び圧縮ばね６３０ｂ）は、平行に配置されてもよい。付勢要素の他の例としては、ばねタブ又は他のばね要素、液体又は空気などの加圧流体（例えば、ブラダ内、又は他の方法で近位部分６２２と遠位部分６２４との間に封止される）などが挙げられる。
いくつかの変形形態では、遠位部分６２４は、遠位部分６２４の少なくとも一部分が近位部分６２２から遠ざかる方へ付勢されるように、自然に凸状の形状を有するように成形されるか、又は他の方法で形成されてもよい。このような変形形態では、遠位部分６２４は、例えば、カニューレ６１０が患者に挿入されるときに、遠位部分６２４が近位部分６２２に向かって屈曲することを可能にするために、及び／又は他の方法で患者Ｐに適合することを可能にするのに十分に薄く、及び／又は好適な材料で作製されてもよい。例えば、凸状の形状を有するエラストマー（例えば、シリコーン）膜は、近位部分６２２に向かって屈曲するように構成されてもよい。膜は、例えば、約１ｍｍ～約１０ｍｍ、又は約３ｍｍ～約７ｍｍの厚さを有してもよい。
図６Ｃに示される例示的な一実施形態では、カニューレ６１０に連結された制動要素は、一般的に円形であり、カニューレ６１０を取り囲む隆起した中央領域６２２ａと中央領域６２２ａから延在する外側フランジ領域６２２ｂとを含む、剛性又は半剛性の近位部分６２２を含む。この変形形態では、制動要素は、外側フランジ領域６２２ｂに取り付けられた（例えば、締結具、接合などで）可撓性のエラストマー膜を含む遠位部分６２４を更に含む。中央領域６２２ａとエラストマー膜との間で、制動要素は、第１の圧縮ばね６３０ａと第１の圧縮ばね６３０ａ内に配設された第２の圧縮ばね６３０ｂとを含む、平行に配置された２つの圧縮ばねを収容し、２つの圧縮ばねは、近位部分６２２から遠ざかる方へ膜にばね荷重をかけ、膜を付勢する。他の変形形態は、より多い又はより少ないばねを含んでもよい。図６Ｂに示されるように、カニューレ６１０が患者に挿入されるとき、近位部分６２２が患者に向かって押され、それにより、遠位部分６２４の膜を患者Ｐの表面に押し付けるばね６３０ａ及び６３０ｂを圧縮する。ばね６３０ａ及び６３０ｂはまた、カニューレ６１０から遠位部分６２４の膜に振動エネルギーを伝達する、及び／又はエネルギーの少なくとも一部を吸収して振動を制動することに寄与し得る。膜と患者Ｐとの間の接触表面積を介して、振動エネルギーが患者組織に伝達されてもよく、これにより、振動を制動し、カニューレ６１０内の外科用器具１５０の位置精度を改善する。
図６Ｄに示される別の例示的な実施形態では、カニューレ６１０に連結された制動要素は一般的に円形であり、一般的に環状である剛性又は半剛性の近位部分６２２を含む。制動要素は、やはり一般的に環状であり、近位部分６２２に（例えば、近位部分６２２の内側縁部及び外側縁部に）取り付けられて、一般的に環状の内部容積６２５を形成する、可撓性のエラストマー膜を含む遠位部分６２４を更に含む。粘性流体（例えば、シリコーンオイル）などの流体は、膜を近位部分から遠ざかる方へ付勢するように、内部容積６２５内に加圧及び内包されてもよい。図６Ａ～図６Ｃに示される例示的な実施形態と同様に、カニューレ６１０が患者に挿入されるとき、近位部分６２２が患者に向かって押され、それにより、内部容積６２５内の加圧流体を圧縮し、患者の表面に対して遠位部分６２４の膜を押し付ける。流体はまた、カニューレ６１０から遠位部分６２４の膜に振動エネルギーを伝達する、及び／又はエネルギーの少なくとも一部を吸収して振動を制動することに寄与し得る。膜と患者との間の接触表面積を通して、振動エネルギーが患者組織に伝達されてもよく、これにより、振動を制動し、カニューレ６１０内の外科用器具の位置精度を改善する。
いくつかの変形形態では、近位部分６２２及び遠位部分６２４は、互いに連結される別々に形成された構成要素であってもよい。例えば、近位部分６２２は、機械加工、射出成形、３Ｄ印刷などされ得るプレート、キャップ、又は他の好適な剛性表面であってもよく、遠位部分６２４は、接合され（例えば、エポキシで）、他の方法で遠位部分６２４の周囲で近位部分６２２に取り付けられる膜を含んでもよい。他の変形形態では、近位部分６２２及び遠位部分６２４の少なくとも一部は、一体的に形成されてもよい（例えば、異なる剛性又は屈曲性を有する材料の共射出成形によって）。
近位部分６２２及び遠位部分６２４の相対的な可撓性は、材料及び／又は寸法の選択に基づいて調整されてもよい。例えば、近位部分６２２は、剛性又は半剛性材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、剛性ポリマーなど）を含んでもよい一方、遠位部分６２４は、可撓性材料（例えば、シリコーンなどのエラストマー材料）を含んでもよい。更に、遠位部分６２４は、約１ｍｍ～約１０ｍｍ、又は約３ｍｍ～約７ｍｍなどの可撓性及び柔軟性を維持するのに好適な厚さを有してもよいが、他の厚さ（例えば、材料に応じて）が好適であり得る。
マルチピースカニューレ
別の変形形態では、図７Ａに一般的に示されるように、ロボット手術中に使用するためのシステム７００は、近位部分７１０及び遠位部分７２０を含むカニューレを含み、近位部分及び遠位部分は変形可能な接合部７３０で連結される。例えば、近位カニューレ部分７１０及び遠位部分７２０は、互いに対して軸方向に移動可能であってもよい。カニューレは、カニューレの近位部分７１０内に配設された少なくとも１つの封止アセンブリ７１６を更に含んでもよい。
図７Ｂに示されるように、ロボット外科用システムでの使用中、カニューレの遠位端（例えば、遠位カニューレ部分７２０の遠位端）を患者Ｐ内に配置して、患者への外科用器具１５０のアクセスを提供してもよい。遠位カニューレ部分７２０は、患者Ｐの組織とインターフェース接続する。振動エネルギーは、変形可能な接合部７３０を介して近位カニューレ部分７１０から遠位カニューレ部分７２０に伝達されてもよい。追加的に又は代替的に、変形可能な接合部７３０は、振動エネルギーを消散させることに寄与するように変形してもよい。患者Ｐの組織とインターフェース接続することにより、遠位カニューレ部分７２０は、消散及び制動のために患者組織にわたって振動エネルギーを分散させ、それにより、外科用器具の遠位端に伝達される振動の量を低減してもよい。
一般的に、近位カニューレ部分７１０及び遠位カニューレ部分７２０の各々は、外科用器具１５０を受容する内腔を有する長尺のシャフトを含んでもよい。例えば、各長尺のシャフトは、一般的に、シャフトの長さに沿って均一な円形の断面を有してもよいが、近位カニューレ部分と遠位カニューレ部分とは、直径、長さ、及び／又は断面サイズ又は形状が異なってもよい。更に、カニューレの近位部分７１０及び／又は遠位部分７２０は、上述のカニューレ６１０と同様の少なくともいくつかの機構を含んでもよい。例えば、図７Ｂに示されるように、近位カニューレ部分７１０は、ロボットマニピュレータに連結するためのコネクタ７１２（上述のコネクタ６１２と同様）を含んでもよい。別の例として、近位カニューレ部分７１０及び／又は遠位カニューレ部分７２０は、カニューレ内に配置された外科用器具１５０の周囲を封止するように設計された内部封止アセンブリ７１６（上述の封止アセンブリ６１６と同様）を含んでもよい。いくつかの変形形態では、カニューレ８１０は、図９について本明細書に記載されるカニューレ９００と同様の内側制動層でライニングされてもよい。
更に、いくつかの変形形態では、カニューレの近位部分７１０及び遠位部分７２０は、互いに対して軸方向に移動可能であってもよい。例えば、近位部分７１０及び遠位部分７２０は、少なくとも部分的に入れ子にされてもよい（例えば、近位部分７１０の少なくとも一部は、遠位部分７２０内に配設され、遠位部分７２０に軸方向に並進可能であってもよい）。近位カニューレ部分７１０及び／又は遠位カニューレ部分７２０は、アルミニウム、ステンレス鋼、剛性又は半剛性ポリマーなどの好適な剛性又は半剛性材料を含んでもよい。カニューレ部分は、例えば、機械加工、３Ｄ印刷、押出成形、又は任意の好適な製造プロセスによって作製されてもよい。
いくつかの変形形態では、変形可能な接合部７３０は、近位カニューレ部分７１０から遠位カニューレ部分７２０に振動エネルギーを伝達するため、及び／又は変形を介して少なくともいくらかの振動エネルギーを吸収するためのメカニズムを提供してもよい。例えば、変形可能な接合部７３０は、流体容積（例えば、封止されたブラダ又は他の空間に内包された粘性流体、空気など）又はばね要素（例えば、圧縮ばね、ばねタブ、周方向プリーツ、又は折り目など）を含んでもよい。変形可能な接合部７３０は、近位カニューレ部分及び遠位カニューレ部分が互いに対して軸方向に移動することを追加的に可能にし得る。
図７Ｂに示されるように、例示的な一実施形態では、変形可能な接合部７３０は、近位封止部７３２と、部分的に入れ子になった近位カニューレ部分と遠位カニューレ部分とを接続し、制動要素（例えば、制動流体）を内包する遠位封止部７３４と、を含んでもよい。カニューレ部分７１０及び７２０の断面が一般的に円形又は丸い場合、近位封止部７３２及び遠位封止部７３４は、近位カニューレ部分と遠位カニューレ部分とを周方向に接合する封止部を含んでもよい。好適な封止設計としては、ガスケット、Ｏリング、虹彩封止、又は他の好適な周縁封止が挙げられるが、これらに限定されない。この実施形態では、環状領域７３６は、近位部分７１０及び遠位部分７２０によって半径方向に境界付けされ、かつ近位封止部７３２及び遠位封止部７３２によって軸方向に境界付けされるように、画定されてもよい。この環状領域７３６には、空気又は粘性流体などの制動流体が内包されてもよい。近位カニューレ部分７１０で振動が発生すると、変形可能な接合部７３０は、近位カニューレ部分７１０から遠位カニューレ部分７２０に振動エネルギーを伝達し、及び／又は少なくともいくらかの振動エネルギーを吸収し得る。次に、遠位カニューレ部分７２０は、振動エネルギーを患者Ｐの組織に伝達し、患者Ｐは、振動を消散させ及び制動し、それにより、外科用器具１５０のエンドエフェクタに伝達される振動の量を低減してもよい。一般的に、カニューレ部分は、外科用器具よりも直径がわずかに大きくサイズ決めされてもよい。例えば、約５ｍｍのシャフト直径を有する器具に対して、カニューレ部分７１０は、器具シャフトを収容するために５ｍｍよりわずかに大きい内径を有してもよく、カニューレ部分７２０は、カニューレ部分７１０を収容するためにカニューレ部分７１０よりもわずかに大きい内径を有してもよい。約５ｍｍの器具シャフトに対して、カニューレ部分７２０の外径は、例えば、約７ｍｍであってもよい。別の例として、約１０ｍｍのシャフト直径を有する器具に対して、カニューレ部分７１０は、１０ｍｍよりもわずかに大きい内径を有してもよく、カニューレ部分７２０は、カニューレ部分７１０よりもわずかに大きい内径を有してもよい。約１０ｍｍの器具シャフトに対して、カニューレ部分７２０の外径は、例えば、約１５ｍｍであってもよい。ただし、様々なサイズのカニューレ部分は、例えば、所望の器具シャフト直径、周縁封止のサイズ、材料の種類などに依存してもよい。
制動カニューレ膨張
一変形形態では、図８Ａに示されるように、ロボット手術中に使用するためのシステム８００は、近位端及び遠位端を含むカニューレ８１０と、カニューレの近位端と遠位端との間のカニューレ８１０の外面に連結された少なくとも１つの半径方向に膨張可能な要素８２０と、を含む。
図８Ａに示されるように、ロボット外科用システムでの使用中、カニューレの遠位端は患者Ｐ内に配置されて、患者への外科用器具１５０のアクセスを提供してもよい。膨張可能な要素８２０は、患者内にカニューレを配置すると、患者の組織とインターフェース接続してもよい。いくつかの変形形態では、膨張可能な要素８２０は、カニューレが患者内に位置決めされている間に非膨張状態に保たれ、カニューレがカニューレの所望の位置に配置された後に（例えば、以下に記載されるもののような膨張ポートを流体の導入によって）膨張してもよい。膨張すると、膨張可能な要素８２０は、患者組織との増大した接触表面積及び／又は接触力を有してもよく、いくつかの変形形態では、カニューレ８１０と患者の組織との間の締まりばめの増加を引き起こしてもよい。患者組織とインターフェース接続することによって、膨張可能な要素８２０は、消散及び制動のために患者組織にわたって振動エネルギーを分散させ、それにより、外科用器具の遠位端に伝達される振動量を低減してもよい。更に、いくつかの変形形態では、膨張可能な要素８２０は、カニューレ８１０を患者内に停留させることに寄与し、カニューレ８１０が患者から不注意に除去される可能性を低減し得る。いくつかの変形形態では、膨張可能な要素８２０は、患者からの意図的な引き抜きを容易にすることに寄与するために、（例えば、膨張ポートを通じた流体の放出を介して）非膨張状態に戻ってもよい。
一般的に、カニューレ８１０は、外科用器具１５０を受容する内腔を有する長尺のシャフトを含んでもよい。例えば、長尺のシャフトは、一般的に、シャフトの長さに沿って均一な円形の断面を有してもよい。他の断面形状が好適であり得る。更に、カニューレ８１０は、上述したカニューレ６１０と同様の少なくともいくつかの機構を含んでもよい。例えば、図８Ａに示されるように、カニューレ８１０は、ロボットマニピュレータに連結するためのコネクタ８１２（上述のコネクタ６１２と同様）を含んでもよい。別の例として、カニューレ８１０は、カニューレの内側に配置された外科用器具１５０の周囲を封止するように設計された内部封止アセンブリ（上述の封止アセンブリ６１６と同様）を含んでもよい。更に、いくつかの変形形態では、カニューレ８１０は、図９について本明細書に記載されるカニューレ９００と同様の内側制動層でライニングされてもよい。
半径方向に膨張可能な要素８２０は、患者組織への振動エネルギーの伝達を増加させ、かつ患者組織に振動を制動させるように、患者Ｐの組織との接触表面積及び／又は接触力を増加させ得る。システム８００は、カニューレ８１０上の１つ、２つ、３つ、又はそれより多い異なる軸方向位置でカニューレを取り囲む１つ以上の半径方向に膨張可能な要素を含んでもよい。例えば、各膨張可能な要素８２０は、患者の身体壁の外部、患者の身体壁内、及び／又は患者の身体壁の内部に膨張するように、カニューレ８１０に連結されてもよい。いくつかの変形形態では、システムは、患者に対して１つの一般的な軸方向位置で膨張するための単一の半径方向に膨張可能な要素を含んでもよい。例えば、システムは、患者の身体壁の外部に拡張するための１つの半径方向に膨張可能な要素、患者の身体壁内に膨張するための１つの半径方向に膨張可能な要素、及び／又は患者の身体壁の内部に膨張するための１つの半径方向に膨張可能な要素を含んでもよい。例示的な例示実施形態が図８Ｃに示されており、この図は、カニューレ８１０上の第１の位置に連結された（例えば、患者の身体壁の外部に膨張するように構成された）近位膨張可能要素８２０ａと、第１の位置に対して遠位にあるカニューレ８１０上の第２の位置の遠位膨張可能要素８２０ｂと、を示す。いくつかの変形形態では（例えば、膨張可能要素８２０の少なくとも一部分が患者の身体壁の内部及び／又は身体壁内に膨張する）、１つ以上の膨張可能要素８２０は、患者内のカニューレの停留を改善し、不注意によるカニューレ除去の可能性を低減し得る。
他の変形形態では、システムは、カニューレ上の（及び、例えば、患者壁に対して）異なる軸方向位置のうちの任意の２つで膨張する、単一の半径方向に膨張可能な要素を含んでもよい。例えば、システムは、患者の身体壁の外部及び身体壁内で膨張する１つの半径方向に膨張可能な要素（例えば、カラーフランジ形状の要素）、患者の身体壁内及び身体壁の内部に拡張する１つの半径方向に膨張可能な要素（例えば、カラーフランジ形状の要素）、又は患者の身体壁の外部及び内部で膨張する１つの半径方向に膨張可能な要素（例えば、「ダンベル」形状の要素）を含んでもよい。
更に他の変形形態では、システムは、カニューレ上の（及び、例えば、患者壁に対して）任意の３つ以上の異なる軸方向位置で膨張する、単一の半径方向に拡張可能な要素を含んでもよい。例えば、システムは、患者の身体壁の外部、身体壁内、及び身体壁の内部に膨張する、１つの半径方向に膨張可能な要素を含んでもよい。例示的な例示実施形態が図８Ｂに示されており、この図は、患者の身体壁の外部、身体壁内、及び身体壁の内部に（例えば、カニューレ８１０の近位部分からカニューレ８１０の遠位部分まで）膨張するように、カニューレ８１０の十分な長さに沿って長手方向に延在する膨張可能要素８２０を示す。
いくつかの変形形態では、膨張可能要素８２０は、流体（例えば、空気、二酸化炭素ガス、他の好適なガス、好適な液体など）で膨張可能なバルーンを含んでもよい。バルーンは、例えば、膨張時に多少低い圧力又は多少高い圧力まで膨張させてもよい。例えば、低圧バルーンは、約１ｍｍＨｇ～約８０ｍｍＨｇ（例えば、ヒトの拡張期血圧よりも低い）内圧を有してもよい。低圧バルーンは、患者組織により適合可能であってもよく、エラストマー材料（例えば、シリコーンゴム）などの可撓性材料を含んでもよい。別の例として、高圧バルーンは、約８０ｍｍＨｇ～約１０００ｍｍＨｇの内圧を有してもよい。高圧バルーンは、より剛性であってもよく、可撓性ポリ塩化ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＰＶＣ）、架橋ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ナイロンなどの可撓性材料を含んでもよい。他の変形形態では、バルーンは、任意の好適な材料を含んでもよく、任意の好適な圧力に膨張させてもよい。膨張可能要素８２０が膨張可能である変形形態では、図８Ｂ及び図８Ｃに示されるように、カニューレ８１０は、膨張可能要素８２０内に流体を導入するための膨張ポート８３０を含んでもよい。例えば、膨張ポート８３０は、１つ以上の流体チャネルを介して（例えば、カニューレ８１０の壁内で）膨張可能要素８２０に流体連結されてもよい。膨張ポート８３０は、膨張のための流体の導入を調節する１つ以上のバルブを含んでもよい。他の変形形態では、膨張可能要素８２０は、任意の好適な方法で追加的に又は代替的に膨張してもよい（例えば、温度変化及び／又は湿度変化に応答して膨張する材料を含む）。
システムが複数の拡張可能要素８２０を含む変形形態では、複数の膨張可能要素８２０は、実質的に同時に、直列又は並列に半径方向に膨張してもよい。例えば、膨張可能要素８２０のうちの少なくともいくつかは、膨張ポートへの流体の導入が、接続された膨張可能要素８２０の同時又はほぼ同時の膨張を生じ得るように、共通の膨張ポート及び膨張ネットワーク（チャネルなど）を介して膨張可能かつ動作可能に一緒に連結されてもよい。代替的に、複数の膨張可能要素８２０のうちのいくつか又は全ては、個別に又は別々に半径方向に膨張するように動作可能に分離されてもよい。
ライニングされたカニューレ
一変形形態では、図９に示されるように、ロボット手術で使用するためのカニューレ９００は、第１の材料を含む外壁層９１０と、第１の材料よりも可撓性である第２の材料を含む内壁層９２０と、を含む。内壁層９２０は、内壁層９２０が外科用器具１５０と外壁層９１０との間に配設されるように、外科用器具１５０を受容する内腔を画定してもよい。
一般的に、カニューレ９００は、長尺のシャフトを含んでもよい。例えば、長尺のシャフトは、一般的に、シャフトの長さに沿って均一な円形の断面を有してもよい。更に、カニューレ９００は、上述したカニューレ６１０と同様の少なくともいくつかの機構を含んでもよい。例えば、図９に示されるように、カニューレ９００は、ロボットマニピュレータに連結するためのコネクタ９１２（上述のコネクタ６１２と同様）を含んでもよい。別の例として、カニューレ９００は、カニューレの内側に配置された外科用器具１５０の周囲を封止するように設計された内部封止アセンブリ（上述の封止アセンブリ６１６と同様）を含んでもよい。
外壁層９１０は、カニューレに構造的支持を提供するように機能する。例えば、外壁層９１０は、外科用器具１５０が実質的な干渉を伴わずに回転及び／又は並進し得る通路を維持するのに好適な剛性の材料を含んでもよい。例えば、外壁層９１０は、剛性又は半剛性材料（例えば、ステンレス鋼、アルミニウムなど）を含んでもよい。内壁層９２０は、外壁層９１０に発生する振動エネルギーを吸収し、かつ振動を制動するように、機能する。例えば、内壁層９２０は、可撓性材料（例えば、シリコーンゴムなどのエラストマー材料）を含んでもよい。ただし、外壁層９１０及び／又は内壁層９２０に他の好適な材料が含まれてもよい。内壁層及び外壁層の寸法は、例えば、材料の種類、所望の制動量、及び／又は外科用器具のサイズに依存してもよいが、例示的な一実施形態では、内層及び／又は外層は、約０．０５ｍｍ～約０．２ｍｍ、又は約０．１ｍｍ～約０．１５ｍｍの厚さを有してもよい。内壁層９２０は、外壁層９１０とカニューレ９００の内腔内に受容された外科用器具１５０との間に配設されるため、可撓性内壁層９２０は、カニューレ９００内で発生する振動エネルギーの少なくとも一部を吸収することができ、それにより、外科用器具の遠位端に伝達される振動の量が低減される。
図９に示されるように、内壁層９２０は、外壁層９１０の実質的に内側表面全体をライニングしてもよい（例えば、カニューレ９００の全長に沿って、及び／又はカニューレ９００の全周の周りに延在してもよい）。ただし、他の変形形態では、内壁層９２０は、外壁層９１０の内側表面の別々の、別個の領域を断続的にライニング分離する複数のセグメントを含んでもよい。例えば、内壁層９２０は、カニューレ９００に沿って異なる軸方向位置に配置された一連の複数のバンドを含んでもよい。バンドは、完全又は部分的なリングであってもよい。別の例として、内壁層９２０は、カニューレ９００の周囲の異なる周縁位置に配置された、カニューレ９００の長さに沿って延在する一連の長手方向ストリップを含んでもよい。
カニューレ及びカニューレ取り付け部の複数の変形形態のうちの１つ以上の態様は、ロボット外科用システムにおいて振動を制動するための任意の好適な組み合わせで組み合わされてもよいことを理解されたい。例えば、図２Ａ～図２Ｃについて示され記載されたカニューレスカート取り付け部は、図９について示され記載される、ライニングされたカニューレと組み合わされてもよい。
器具駆動装置ダンパ
一般的に、ロボット外科用システムの器具駆動装置に関する１つ以上の態様は、器具駆動装置で発生する振動を制動することに寄与し、それにより、器具駆動装置に取り付けられたカニューレ及び／又は外科用器具への振動の伝達を低減してもよい。器具駆動装置の振動は、例えば、キャリッジ又はステージで発生し得る。いくつかの変形形態では、器具駆動装置は、振動に反して移動するように調整された振動部品を有する機構を含み、又はこの機構に結合されてもよく、それにより、器具駆動装置で発生する振動を制動してもよい。本明細書に記載の器具駆動装置ダンパのうちの任意のものが、単独で、又は本明細書に記載の他のダンパのうちの任意のものと組み合わせて使用されてもよいことを理解されたい。
調整された振動ダンパ
一変形形態では、図１０Ａに示すように、器具駆動装置に結合するための調整された振動吸収体１０００は、筐体１０１０と、筐体１０１０内の粘性制動媒体１０２０と、粘性制動媒体１０２０内で移動可能であり、かつ少なくとも１つの開口１０３２を有する慣性質量１０３０と、を含む。一般的に、器具駆動装置の振動に対する受動的応答において、慣性質量１０３０は、粘性制動媒体１０２０内で移動して、粘性制動媒体１０２０の部分を、摩擦又は粘性抵抗を有する少なくとも１つの開口１０３２を通過させてもよい。この摩擦抵抗又は粘性抵抗は、少なくともいくらかの振動エネルギーを消散させ、それにより、器具駆動装置の振動を消散させ及び制動し、カニューレ１３０及び／又は器具１５０で発生する振動の量を低減する。
いくつかの変形形態では、調整された振動吸収体１０００は、振動に起因する最大量の変位を経験する器具駆動装置の一部分に結合されてもよい。いくつかの変形形態では、振動の振幅は、器具駆動装置１２０の近位端において（例えば、ステージ１２２の近位端において、ステージ１２２の近位端に位置決めされたときのキャリッジ１２４において）比較的大きくてもよい。これにより、図１０Ｂに示されるような一変形形態では、調整された振動吸収体１０００は、器具駆動装置１２０内のキャリッジ１２４の近位端に連結されてもよい。図１０Ｃに示されるような別の変形形態では、調整された振動吸収体１０００は、器具駆動装置１２０内のステージ１２２の近位端に（例えば、調整された振動吸収体１０００がステージ１２２に沿ったキャリッジ１２４の移動と干渉しない、ステージ１２２の表面上で）連結されてもよい。筐体の向きは、慣性質量の移動の方向が方向振動と実質的に位置整合する（例えば、振動モード形状の変位ベクトルと位置整合する）ようなものであってもよい。調整された振動吸収体１０００は、締結具、エポキシ又は他の接合、器具駆動装置に連結された筐体内の締まりばめなどを介して器具駆動装置に連結されてもよい。他の変形形態では、調整された振動吸収体１０００は、振動を制動するためにロボットシステムの任意の好適な部分（例えば、ロボットアームの遠位端）に連結されてもよい。
筐体１０１０は、いくつかの変形形態では、粘性制動媒体を内包するチャンバを含んでもよく、粘性制動媒体は、粘性油（例えば、シリコーン油）、又は任意の好適に粘性を有する流体若しくは他の媒体を含んでもよい。チャンバは、粘性制動媒体の漏れを防止し、媒体で完全に充填される（例えば、実質的に気泡を有さない）ように封止されてもよい。更に、筐体１０１０は、いくつかの変形形態では、１つ以上の特定の方向における慣性質量１０３０の移動をガイドするための少なくとも１つのガイドを含んでもよい。例えば、図１０Ａに示される例示的な実施形態では、慣性質量１０３０が環状であり、かつチャンバ内で軸方向に進行し（図１０Ａに示されるように左から右に）、筐体１０１０は、慣性質量１０３０の中央ルーメンを通過するガイドシャフト１０４０を含んでもよい。これにより、慣性質量１０３０は、ガイドシャフト１０４０に沿ってチャンバ内で進行する。ガイドの他の例としては、長手方向溝、スプライン、又は筐体及び／又は慣性質量上の他の機構が挙げられる。いくつかの例示的な変形形態では、筐体は、一般的に矩形のプリズム形であり、約４ｃｍ～約６ｃｍの長さ及び幅、約３ｃｍ～約５ｃｍの高さであってもよく、壁厚が約２ｍｍ～約４ｍｍである壁によって内包されるチャンバを画定してもよい。他の変形形態では、筐体は任意の好適な寸法を有してもよい。
上述したように、慣性質量１０３０は、少なくとも１つの開口１０３２を有してもよく、慣性質量１０３０がチャンバ内で移動する際にこの開口を通して粘性制動媒体１０２０が通過する。慣性質量１０３０は、開口１０３２の任意の好適な数、サイズ、又は配置を含んでもよい。例えば、図１０Ａに示されるように、慣性質量１０３０は、慣性質量１０３０に沿って様々な長手方向位置に配置された複数の内腔を含んでもよい。内腔は、円形の断面又は任意の他の好適な断面（例えば、楕円形、正方形、不規則形など）を有してもよく、この断面は均一又は不均一（例えば、テーパ状）であってもよい。代替的に、慣性質量１０３０は、同心環状開口部、又は開口部、又は任意の好適な形状を含んでもよい。更に、１つ以上の開口１０３２は、摩擦を増強し、かつ、とげ、不規則な表面などの調整された振動吸収体１０００の制動特性を高めるための内部機構を含んでもよい。慣性質量１０３０は、粘性制動媒体１０２０内に、中立浮力がある任意の好適な材料を含んでもよい。いくつかの変形形態では、慣性質量１０３０は、粘性媒体の密度とほぼ等しい密度を有する。例えば、慣性質量１０３０の材料は、粘性制動媒体１０２０の密度に依存してもよい。追加的に又は代替的に、慣性質量の幾何学的形状は、粘性制動媒体に対する慣性質量の密度を増加又は減少させるように調整されてもよい（例えば、慣性質量１０３０は、中空体、中実体などを含んでもよい）。例示的な一変形形態では、慣性質量１０３０は、器具駆動質量の約１％～約５％の質量を有する。
いくつかの変形形態では、調整された振動吸収体１０００は、２つ以上の慣性質量１０３０を含んでもよい。一般的に、異なる変位ベクトルに沿った異なる自由度又は振動は、異なる慣性質量（例えば、同じ筐体内で、異なる筐体内の少なくともいくつかの複数の慣性質量など）によって制動されてもよい。例えば、複数の慣性質量１０３０は、異なる方向に変位ベクトルを有する制動振動のために、異なる複数の方向に移動するように構成されてもよい。例えば、第１の慣性質量は第１の方向に移動可能であってもよく、第２の慣性質量は第２の方向に移動可能であってもよく、第１の方向が振動モードの第１の変位ベクトルと位置整合し、第２の方向が、第１の変位ベクトルとは異なる振動モードの第２の変位ベクトルと位置整合する（例えば、第２の変位ベクトルは、第１の変位ベクトルから横方向又は角度的にずれていてもよい）。更に、いくつかの変形形態では、１つ以上の慣性質量１０３０は、回転振動を相殺及び制動するように回転可能であってもよい。
筐体１０１０、粘性制動媒体１０２０、及び／又は慣性質量１０３０の様々な好適な機構は、特定の制動係数を達成するように選択又は調整されてもよい。例えば、粘性制動媒体１０２０の粘度が低いほど、一般的に制動係数が低くなる可能性があり、粘性制動媒体１０２０の粘度が高いほど、一般的に制動係数が高くなる可能性がある。追加的に又は代替的に、開口１０３２の数、開口１０３２のサイズ（例えば、直径）、及び／又は開口１０３２の長さは、特定の制動係数を達成するように選択又は調整され得る例示的なパラメータである。他の例示的なパラメータとしては、慣性質量１０３０の材料及びサイズ（例えば、質量）が挙げられる。更に、チャンバの長さは、調整された振動吸収体１００が相殺することができる最大振動振幅を制限し得る、慣性質量１０３０の進行が起こり得る程度を少なくとも部分的に決定し得る。これにより、チャンバの長さは、ロボット外科用システムにおける予想される最大振動に基づいて調節されてもよい。
いくつかの変形形態では、調整された振動吸収体１０００は、慣性質量１０３０を中立位置に復元するための１つ以上の中立化要素を含んでもよい。中立位置では、慣性質量１０３０は静止しており、振動を制動する際に「不活性」である。器具駆動装置が振動を経験すると、慣性質量１０３０は中立位置から変位する（例えば、中立位置の周りで揺動する）。中立位置は、例えば、チャンバ内の軸方向中心及び半径方向中心の位置であってもよい（例えば、図１０Ａに示される例示的な実施形態では、ガイドシャフト１０４０に沿って、かつガイドシャフト１０４０の周りに中心が置かれる）。
一変形形態では、中立化要素は、慣性質量１０３０の進行方向に沿って作用する１つ以上のばね又は他の付勢要素（例えば、低剛性圧縮ばね）を含む。例えば、図１１Ａに示されるように、第１の圧縮ばね１０５０ａは、チャンバの第１の端部から、チャンバの軸に沿って、慣性質量１０３０の第１の端部（例えば、ガイドシャフト１０４０の周りに配設されたコイルばね）まで延在してもよい。同様に、第２の圧縮ばね１０５０ｂは、チャンバの第２の端部から、チャンバの軸に沿って、慣性質量１０３０の第２の端部まで延在してもよい。圧縮ばね１０５０ａ及び１０５０ｂは、慣性質量１０３０をチャンバの中心に置かれた中立位置に押し付けることができるように、一般的に剛性及び長さが等しくてもよい。代替的に、圧縮ばねは、慣性質量１０３０を任意の他の好適な中立位置に押し付けるように、異なる剛性及び／又は長さを有してもよい。
別の変形形態では、中立化要素は、慣性質量１０３０の進行方向に沿って慣性質量１０３０に作用する磁力を生成する磁石又は磁性材料（例えば、強磁性体）を含んでもよい。例えば、図１１Ｂに示されるように、第１の磁気配置で、少なくとも１つの磁石１０５０ａ’は、チャンバの第１の端部に結合されてもよく（又は、チャンバの第１の端部は磁性材料を含んでもよい）、及び磁石１０５０ａ’と同じ極性を有する少なくとも１つの磁石１０５０ｂ’は、慣性質量１０３０の第１の端部に結合されてもよい（又は、慣性質量は磁性材料を含んでもよい）。磁石１０５０ａ’及び１０５０ｂ’は、磁石１０５０ａ’が慣性質量１０３０を反発するように同じ極性を有してもよい。同様の第２の磁気配置が、チャンバの第２の端部に配設されてもよく、それにより、第１の磁気設定及び第２の磁気設定は、慣性質量１０３０をチャンバの中心に置かれた中立位置に押し付けるように、反対方向から慣性質量１０３０に一般的に等しい反発磁力を及ぼし得る。代替的に、磁気設定は、慣性質量１０３０を任意の他の好適な中立位置に押し付けるように、慣性質量１０３０に異なる大きさの反発磁力を及ぼしてもよい。
磁気中立化要素の別の例として、吸引磁力を発生させる磁石は、中立位置に隣接してチャンバに結合されてもよい（例えば、チャンバの内面に結合され、チャンバの壁内に組み込まれるか、又はチャンバの外面に結合される）。例えば、中立化要素は、チャンバに沿って軸方向に中立（例えば、中心）位置にあるチャンバの内壁の周囲に配設された環状磁石を含んでもよい。磁石は、中立位置への磁気吸引によって慣性質量１０３０を付勢するように、慣性質量１０３０と反対の極性を有してもよい。ただし、他の変形形態では、慣性質量１０３０は、任意の好適な方法で中立位置に戻るように構成されてもよい。
アームダンパ
一般的に、ロボット外科用システム内のロボットアームに関する１つ以上の態様は、ロボットアーム内で発生する振動を低減することに寄与し得る。いくつかの変形形態では、ロボットアームは、振動が器具駆動装置又はカニューレに伝播する前にアームに発生する振動を制動し、それにより、器具駆動装置に取り付けられたカニューレ及び／又は外科用器具への振動の伝達を低減する、受動制動機構を含む。追加的に又は代替的に、いくつかの変形形態では、ロボットアームは、振動がロボットアーム全体を通って、かつロボットシステムの異なる部分の間で伝播する傾向を低減するように、駆動されたロボットの動きによって生成される、システムにおける典型的な励起周波数よりも一般的に高く、及び／又はシステム内の他のロボットアームの共振周波数とは異なる特定の全体的な剛性及び／又は特定の共振周波数（又はモーダル周波数）を有するように選択的に設計されてもよい。更に、いくつかの変形形態では、ロボットアームは、ロボットアームのモーダル周波数を変更することに関する機構と組み合わせて、１つ以上の受動制動機構を含んでもよい。本明細書に記載のアームダンパのうちの任意のものは、単独で、又は本明細書に記載の他のダンパの任意のものと組み合わせて使用されてもよいことを理解されたい。
制動アームカバー
いくつかの変形形態では、図１２Ａの例示概略図に一般的に示されるように、ロボット外科用システムは、複数の作動可能なリンク１２１０及び複数のリンクカバー１２２０を含む少なくとも１つのロボットアーム１２００を含んでもよく、各リンクカバー１２２０がリンク１２１０の外表面に連結されている。複数のリンクカバー１２２０は、振動エネルギーを吸収し、それにより、リンク１２１０に発生する振動を制動する可撓性材料を含んでもよい。更に、いくつかの変形形態では、ロボットアーム内のリンクの少なくとも一部は、異なる剛性（例えば、曲げ、ねじれなどに対する抵抗）を有してもよく、異なる剛性を有するリンクは、リンク剛性に対応する異なる制動係数を有するリンクカバーに連結されてもよい。一般的に、より高い剛性のリンクは、より高い制動係数を有するリンクカバー（例えば、より厚い及び／又はより長いカバーなど）によって少なくとも部分的に覆われてもよい。例えば、図１２Ｂの例示概略図に一般的に示されるように、ロボット外科用システムは、少なくとも第１のリンク１２１０ａ及び第２のリンク１２１０ｂを含む少なくとも１つのロボットアーム１２００’を含んでもよく、第２のリンク１２１０ｂは第１のリンク１２１０ａよりも剛性が低い。第１の制動係数を有する第１のリンクカバー１２２０ａが、第１のリンク１２１０ａの外表面に連結されてもよく、第２の制動係数を有する第２のリンクカバー１２２０ｂが、第２のリンク１２１０ｂの外表面に連結されてもよく、第２の制動係数は第１の制動係数よりも低い。同様に、ロボットアーム１２００’は、第１のリンク１２１０ａ及び第２のリンク１２１０ｂよりも剛性が低い第３のリンク１２１０ｃと、第３のリンク１２１０ｃの外表面を覆い、第１の制動係数及び第２の制動係数よりも低い第３の制動係数を有する第３のリンクカバー１２２０ｃと、を含んでもよい。
いくつかの変形形態では、少なくとも１つのリンクカバー１２２０は、ロボットアームリンクを実質的に取り囲むか、又は丸く囲んでもよい。１つのリンクカバー１２２０は、ロボットアームリンク１２１０の露出した外側表面の実質的に全てを覆ってもよく、又は複数のリンクカバー１２２０を使用して、ロボットアームリンク１２１０の露出した外側表面の一部又は実質的に全てを覆ってもよい。例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂ並びに図１３Ａの軸方向断面概略図に示されるように、リンクカバー１２２０は、ロボットリンク１２１０の外周（例えば、円周）を覆うか又は実質的に覆うスリーブ（又はバンド、リングなど）を含んでもよい。このようなスリーブは、例えば、一般的に円形の断面、弧長セグメントの断面（例えば、「Ｃ」形状をなす）などを有してもよい。別の例として、スリーブは、ロボットアームリンクを取り囲むように連結された複数の弧状セグメントスリーブを含んでもよい（例えば、半円形断面を有する２つのカバーが組み合わされてもよい）。別の例として、図１３Ｂに示されるように、リンクカバーは、螺旋状又はスパイラル状の巻回パターンなど、ロボットアームリンク１２１０の周囲に巻かれる、少なくとも１つの制動材料のストリップを含んでもよい。
追加的に又は代替的に、少なくとも１つのリンクカバー１２２０’は、ロボットアームリンクの外周の一部分上に選択的に配置されてもよい。例えば、図１３Ｃに示されるように、リンクカバー１２２０’は、少なくとも１つの制動セグメントを含んでもよい。制動セグメントは、例えば、動作中に振動状態で比較的高い偏向（例えば、歪み）を経験するロボットアームリンク１２１０の部分に沿って配置された制動材料のストリップを含んでもよい。
ロボットアームリンク１２１０とリンクカバー１２２０との間の強固な機械的取り付け部は、振動エネルギーの伝達と振動の制動を生じることとに寄与し得る。例えば、いくつかの変形形態では、リンクカバーは、熱収縮プロセス、化学結合プロセス（例えば、エポキシ又は他の接着剤）、超音波溶接、機械的連結（例えば、ねじなどの締結具）、並びに／又はリンク１２１０及びリンクカバーの好適な相対寸法（例えば、締まりばめによる）の結果として、ロボットリンク１２１０の外側表面に緊密に適合し得る。
リンクカバー１２２０の厚さは、所望のレベルの振動制動を達成するように選択又は調整されてもよい。例えば、いくつかの変形形態では、リンクカバーのうちの少なくとも１つは、一般的に約０．００２インチ（約０．０５ｍｍ）～約０．５インチ（約１３ｍｍ）の厚さを有してもよい。リンクカバー１２２０の厚さは、リンクカバーの長さ及び／又は輪郭に沿って均一であっても、均一でなくてもよい。
材料の厚さに対して追加的に又は代替的に、リンクカバー１２２０の材料は、所望のレベルの振動制動（例えば、好適な粘弾性特性）を達成するように選択又は調整されてもよい。例えば、１つ以上のリンクカバーの材料は、例えば、候補材料のための低減された周波数ノモグラムから得られるような、対象となる周波数及び／又は対象となる温度における損失因子に基づいて選択されてもよい。例えば、いくつかの変形形態では、リンクカバー材料は、約３Ｈｚ～約６Ｈｚの周波数におけるリンクカバー材料の望ましい損失係数、及び／又は約２０℃～約３０℃の動作温度（又は他の好適な周波数及び／又は対象となる温度）に基づいて選択されてもよい。他の特性としては、生体適合性、機械的強度及び強靱性（例えば、リンクカバーは、いくつかの変形形態では、ロボットアームリンクの保護を提供し得る）、安全性（例えば、低い引火性、耐薬品性など）、及び／又は審美性を含んでもよい。例えば、リンクカバーのうちの１つ以上は、音響制動特性、耐薬品性、及び生体適合性を特徴とする、Ｑ Ｆｌｅｘ（登録商標）（Ｆｌｅｘａｎにより製造されるエラストマー化合物）を含んでもよい。別の例として、リンクカバーのうちの１つ以上は、機械的強度及び強靱性を特徴とするフッ素化エチレン－プロピレン（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ－ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＦＥＰ）を含んでもよい。他の実施形態では、１つ以上のリンクカバーは、高粘弾性ポリマー（例えば、加硫架橋ゴム材料であるＡｋｔｏｎ（登録商標）粘弾性ポリマー）、シリコーンゴム、ニトリルゴム、コルク、フォーム、又は十分に高い制動係数を有する他の材料を含んでもよい。
継手ダンパ
一般的に、いくつかの変形形態では、１つ以上の受動制動構成要素は、ロボットアーム内のロボットアームリンク間、ロボットアームと器具駆動装置との間、器具駆動装置と外科用器具との間、器具駆動装置とカニューレとの間などのロボットマニピュレータ内の継手又は他の継手に含まれてもよい。
ロボットアームの例示的な実施形態を図１４に示す。一般的に、ロボットアームは、近位端及び遠位端を有する第１のセグメント１４１０と、近位端（第１のセグメント１４１０の遠位端に連結される）及び遠位端を有する第２のセグメント１４５０と、を含んでもよい。追加的に、器具駆動装置１２０は、第２のセグメント１４５０の遠位端に連結されてもよく、カニューレ１３０を通過する外科用器具１５０を保持し及び作動させるように構成されてもよい。
外科的処置のためにロボットアームを使用する間、第１のセグメント１４１０の近位端は、外科的処置中に患者の近くの装着点において、構造体（例えば、外科用テーブル又はカート）に装着されるか、又は他の方法で連結されてもよい。いくつかの変形形態では、第１のセグメント１４１０は、第１のセグメント１４１０が、第１のセグメント１４１０の装着点に対する３次元空間（例えば、ｘ－ｙ－ｚ座標）における機械的な遠隔運動中心を位置決めし得るため、「デカルトアーム」と称されてもよい。更に、第２のセグメント１４５０は、第２のセグメント１４５０の運動の範囲によって画定される空間のほぼ球状の体積内で、器具駆動装置により保持された外科用器具の先端を、第２のセグメント１４５０が移動させ得るため、「球状アーム」と称されてもよい。第２のセグメント１４５０は、いくつかの変形形態では、プーリ（図示せず）のシステムを介してオフセット位置からの遠隔運動中心の周りで器具駆動装置１２０のピッチ移動を作動させ得る平行四辺形リンク１４５２を含んでもよい。いくつかの変形形態では、デカルトアーム及び球状アームは、ロボットアームのこれらのセグメント上の異なる負荷及び応力に最適に適合するために、異なる最適な剛性を有してもよい。デカルトアームと球状アームとの組み合わせは、様々な処置タイプ及び患者の種類の外科用器具を操作するための高度な設定柔軟性及び器用さを提供する。
いくつかの変形形態では、受動制動構成要素は、第１のセグメント１４１０（デカルトアーム）と第２のセグメント１４５０（球状アーム）との間の継手（図１４では、Ａと符号付けされている）に配設されてもよい。例えば、受動制動構成要素は、図１２Ａ～図１２Ｂ及び図１３Ａ～図１３Ｃを参照して上述したロボットアームリンクカバーのための材料のうちの任意のものなどの、制動材料の層又は他の質量（例えば、シリコーンゴム、コルクなど）を含んでもよい。ロボットアームがアクティブであるとき（例えば、作動された動作中）、ロボットアームの継手Ａに配置された制動構成要素は、例えば、球状アームによって生成された振動の少なくとも一部が、振動クロストークで手術台（又はロボットアームを支持する他の構造）を通してロボットシステム内のデカルトアームへと、及び他のロボットアームへと、近位に伝播することを防止するように、球状アーム内の少なくともいくつかの振動を隔離することに寄与し得る。いくつかの変形形態では、球状アーム内の振動を隔離し、それらの振動をデカルトアームから遮蔽することは、デカルトアーム及び球状アームセグメントが、潜在的な振動伝播及び振動クロストークの影響を考慮する必要がない理想的な剛性のために最適化され得ることを可能にすることに寄与し得る。
同様に、他の変形形態では、受動制動構成要素は、追加的に又は代替的に、デカルトアーム内で、球状アームで、ロボットアームと器具駆動装置との間で、器具駆動装置と外科用器具との間で、及び／又は器具駆動装置とカニューレとの間で、任意の他の好適な継手又は接続部に配設されてもよい。例えば、受動制動構成要素は、平行四辺形リンク１４５２内のプーリ及びリンクに相互に連結された（又はそれらの間に介在する）制動材料の層などの平行四辺形リンク１４５２内に配設されてもよい。別の例として、受動制動構成要素は、第２のセグメント１４５０の遠位端（球形アーム）と器具駆動装置１２０との間の継手（図１４ではＢと符号付けされている）に配設されてもよい。別の例として、器具駆動装置と外科用器具との間の無菌アダプタは、器具駆動装置と外科用器具との間の振動を制動する受動制動材料又は他の構成要素を含んでもよい。
更に、本明細書に記載の制動材料の任意のものが、ロボットアームリンク内に追加的に又は代替的に配設されるか、又は埋め込まれてもよい。例えば、典型的に動作中に大量の振動を経験するロボットアーム内の任意のロボットアームリンクは、制動材料を含むための良好な候補となり得る。図１４に示される例示的なロボットアームでは、第１のセグメント１４１０（デカルトアーム）の遠位リンクは、第２のセグメント１４５０（球状アーム）の運動中に比較的大きな変位を経験し、制動材料を含んでもよい。例えば、制動フォーム材が、ロボットアームリンクの内部空洞内に注入されてもよく、又はエラストマー材料を含むハニカム構造が、ロボットアームリンク内に埋め込まれてもよい。
モーダル周波数分離
一般的に、ロボット外科用システムが複数のロボットアームを含む変形形態では、ロボットアームがほぼ同じモード（外力の非存在下でもアームが振動する共振周波数又はモーダル周波数）を有するときに、振動クロストークとしてのロボットアーム間の望ましくない振動の伝達が、典型的に促進又は強化される。いくつかの変形形態では、システムのロボットアームの少なくともいくつかが十分に異なるモードを有する場合、振動クロストークが低減され得る。こうして、ロボット外科用システムのロボットアーム間（又はロボットアームの群間）の共振周波数又はモーダル周波数のこのような分離は、振動が外科用器具に不所望に伝播する傾向を低減することに寄与し得る。いくつかの変形形態では、ロボットアーム間の少なくとも１～２Ｈｚのモーダル分離が十分であり得る。
例えば、図１５Ａの例示概略図に示されるように、ロボット外科用システムは、第１のアーム１５００ａ、第２のアーム１５００ｂ、第３のアーム１５００ｃ、及び第４のアーム１５００ｄを含む、台に連結された少なくとも４つのロボットアームを含んでもよい。
いくつかの変形形態では、図１５Ａの概略図内の各ロボットアームは、ロボットシステムの他のアームと比較して固有のモーダル周波数を有してもよい。例えば、図１５Ｂの表の実施例１として要約されるように、第１のロボットアーム１５００ａは約７Ｈｚのモーダル周波数を有してもよく、第２のロボットアーム１５００ｂは約６Ｈｚのモーダル周波数を有してもよく、第３のロボットアーム１５００ｃは約５Ｈｚのモーダル周波数を有してもよく、第４のロボットアーム１５００ｄは約４Ｈｚのモーダル周波数を有してもよい。これらの周波数は単なる例示であり、外科用システムのロボットアームは、任意の好適なモーダル周波数を有し得ることを理解されたい。
いくつかの変形形態では、少なくとも第１の群のロボットアームは、第２の群のロボットアームとは異なるモーダル周波数を有してもよく、それにより、２つの群のロボットアームの間における振動エネルギーの伝達が低減される。例えば、図１５Ｂの表の実施例２として要約されるように、第１の群の第１のロボットアーム１５００ａ及び第３のロボットアーム１５００ｃは、約６Ｈｚのモーダル周波数を有してもよい一方、第２の群の第２のロボットアーム１５００ｂ及び第４のロボットアーム１５００ｄは、約４Ｈｚのモーダル周波数を有してもよい。別の例として、図１５Ｂの表の実施例３として要約されるように、第１の群の第１のロボットアーム１５００ａ及び第４のロボットアーム１５００ｄは、約６Ｈｚのモーダル周波数を有してもよい一方、第２の群の第２のロボットアーム１５００ｂ及び第３のロボットアーム１５００ｃは、約４Ｈｚのモーダル周波数を有してもよい。これにより、両方の実施例では、第１群のロボットアームと第２群のロボットアームとの間で、より少ない振動が伝播し得る。ここでも、これらの周波数は単なる例示であり、外科用システムのロボットアームは、任意の好適なモーダル周波数を有してもよいことを理解されたい。
ロボットアームのうちの１つ以上は、１つ以上の設計パラメータを考慮することに基づいて、所望のモーダル周波数を有するように調整されてもよい。例えば、ロボットアーム（又はアームリンク）の剛性（及び、したがって、モーダル周波数）は、ロボットアーム（又はアームリンク）の慣性モーメントを増加させることによって増加し得る。慣性モーメントを増加させる１つの方法は、ロボットアームの断面積を変更することによるものである。所与の一定の長さのロボットアームでは、ロボットアームの断面積を増加させること（例えば、アームの壁厚及び／又はアームの直径を増加させることによる）は、ロボットアームの増加した断面積から生じる増加した質量よりも速い速度でロボットアームの剛性を増加させ、それにより、ロボットアームのより高いモーダル周波数を生じる。いくつかの変形形態では、同じロボットアームの個々のロボットアームリンクは、ほぼ等しい慣性モーメントを有してもよい一方、他の変形形態では、同じロボットアームのロボットアームリンクの少なくともいくつかは、他のロボットアームリンクとは異なる固有の慣性モーメントを有してもよいことを理解されたい。
別の例として、ロボットアームのモーダル周波数は、ロボットアーム内の材料の選択又は材料に基づいて、追加的に又は代替的に増加又は減少してもよい。例えば、ロボットアームは、ロボットアームが高モーダル周波数を有するように、低密度及び高剛性材料を含んでもよい。これにより、異なるロボットアームは、異なるロボットアームが異なる材料を含むため、少なくとも部分的に異なるモーダル周波数を有し得る。例えば、一例示実施形態では、第１のロボットアームは、少なくとも部分的に炭素繊維から形成されてもよい一方、第２のロボットアームは、少なくとも部分的にアルミニウム又は鋼から形成されてもよく、それにより、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームにわたって異なるモーダル分離を付与する。
更に別の例として、ロボットアームのモーダル周波数は、ロボットアーム上の質量の付加、除去、又は再位置決めに基づいて、追加的に又は代替的に増加又は減少してもよい。これにより、異なるロボットアームは、ロボットアームの長さに沿って異なる質量及び／又は質量分布を有するため、異なるロボットアームは、少なくとも部分的に異なるモーダル周波数を有し得る。例えば、ロボットアームに質量を付加して、ロボットアームのモーダル周波数を減少させてもよい。例えば、１つ以上のアームリンクの好適な部分に重りを連結すること（例えば、ロボットアームリンクの周囲に加重リングを取り付けること、重りをロボットアームリンクに留めることなど）により、質量を付加してもよい。ロボットアームリンクに沿って長手方向に重量を移動させ、それにより、ロボットアームリンク内の質量分布に影響を及ぼし、ロボットアームのモーダル周波数全体を修正することにより、質量を再位置決めすることができる。ただし、質量は、任意の好適な方法で付加、除去、及び／又は再位置決めされてもよい。
更に、外科用器具の選択、実行される関連する外科的処置、患者のサイズ又はタイプ（例えば、本明細書の他の箇所に記載されたような振動を制動するために患者組織を使用することの十分さに影響を及ぼし得る）、及び／又は任意の好適な外科的パラメータに基づいて、ロボットアーム上に質量を付加する、除去する、及び／又は再位置決めしてもよいことを理解されたい。このような質量の付加、除去、及び／又は再位置決めは、ロボット外科用システムにより自動的に（例えば、パラメータの入力時に）、又は手動で行われてもよい。
前述の説明は、説明目的であり、特定の専門用語を使用して、本発明の徹底した理解を提供するものである。しかしながら、特定の詳細が、本発明の実施のために必ずしも必要ではないことが、当業者に明らかであろう。したがって、本発明の特定の実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。これらは、網羅的であること、又は開示される正確な形態に本発明を限定することを意図するものではなく、明らかに、上記の教示を考慮することで、多くの修正及び変形が可能である。本発明の原理及びその実際の適用を最も良く説明するために、実施形態が選択され、記載され、そのため、当業者ならば、本発明と、種々の変更を伴う種々の実施形態を、想定される特定の用途に適したものとして最も良く利用することができる。以下の特許請求の範囲及びその均等物が、本発明の範囲を規定することを意図している。

Claims (15)

  1. 手術中に使用するための装置であって、
    ロボットアームと、
    前記ロボットアームに連結された器具駆動装置と、
    近位部分及び遠位部分を含むカニューレであって、前記近位部分が前記器具駆動装置に連結されている、カニューレと、
    前記カニューレに連結された制動要素と、を備え、
    前記制動要素がスカートを含み、前記スカートが、前記カニューレの一部分を取り囲む第１の開口部と、前記スカートの遠位端を画定する前記第１の開口部の反対側の第２の開口部と、を含み、前記第２の開口部が、前記第１の開口部よりも広く、前記スカートの前記遠位端が、手術中に前記カニューレの周りに位置決めされると患者の皮膚に適合するように動作可能である、装置。
  2. 前記スカートが、前記第１の開口部の位置において前記カニューレに連結されており、前記スカートの前記第１の開口部が、前記スカートの近位端と前記遠位端との間に配設されている、請求項１に記載の装置。
  3. 前記スカートが可撓性エラストマー材料を含む、請求項１に記載の装置。
  4. 前記カニューレが長尺のシャフトを含み、前記制動要素が、前記カニューレ内に配設されたライニングを含み、前記ライニングが、前記カニューレの材料よりも可撓性である材料をさらに含む、請求項１に記載の装置。
  5. 前記スカートが、前記患者の皮膚に、前記皮膚との摩擦、接着、または吸引により、前記第２の開口部において取り付けられる、請求項１に記載の装置。
  6. 前記スカートが、均質な材料のパネルを含む、請求項１に記載の装置。
  7. 前記スカートが、少なくとも１つの格子構造と、前記格子構造を覆う膜と、を含む、請求項１に記載の装置。
  8. 前記スカートが、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間の勾配が徐々に変化する湾曲したプロファイルを含む、請求項１に記載の装置。
  9. 前記スカートが、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に直線状の傾斜プロファイルを含む、請求項１に記載の装置。
  10. ネック部分をさらに含み、前記ネック部分が、前記スカートに連結され、前記第１の開口部内に配置された前記カニューレを支持するための内腔を画定する、請求項１に記載の装置。
  11. 前記内腔が、前記ネック部分の開放端部と前記第１の開口部との間に延在する、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記ネック部分が、前記第２の開口部から遠ざかる方向に延在する、請求項１０に記載の装置。
  13. 前記ネック部分は、前記内腔が前記スカートの前記第１の開口部よりも広い近位端開口部を有するように、近位端でフレア状である、請求項１０に記載の装置。
  14. 前記ネック部分が、前記スカートに対して反転され、前記第２の開口部に向かう方向に延在する、請求項１０に記載の装置。
  15. 前記スカートを第２のスカートに連結するための前記スカートの周辺部分に連結された係着機構をさらに含む、請求項１に記載の装置。
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