JP7218476B2 - ロボット制御駆動における細長い医療デバイスの負荷検知 - Google Patents

ロボット制御駆動における細長い医療デバイスの負荷検知 Download PDF

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Description

［関連特許出願の相互参照］
本願は、２０１９年７月１９日出願の米国仮出願６２／８７６，４８９、発明の名称“LOAD SENSING OF ELONGATED MEDICAL DEVICE IN ROBOTIC ACTUATION”（Atty Dkt. C130-370）の利益を主張する。また、本願は、２０２０年４月２０日出願の米国仮出願６３／０１２，６０７、発明の名称“LOAD SENSING OF ELONGATED MEDICAL DEVICE IN ROBOTIC ACTUATION”（Atty Dkt. C130-394）の利益を主張する。これらの出願はここに援用される。
本発明は、概して、ロボット医療処置システムの分野に関し、具体的には、ロボット制御駆動において細長い医療デバイスに加えられる負荷を検知する装置及び方法に関する。
カテーテルその他の細長い医療デバイス（ＥＭＤ）は、神経インターベンション術としても知られる神経血管インターベンション（ＮＶＩ）、経皮的冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）、及び末梢血管インターベンション（ＰＶＩ）を含む様々な脈管系の疾患の診断及び治療のための低侵襲医療処置に使用される。これらの処置には、通常、ガイドワイヤを脈管系を通してナビゲートし、ガイドワイヤを介してカテーテルを前進させて治療を行うことが含まれる。カテーテル処置は、標準的な経皮的技法を用い、イントロデューサーシースで動脈又は静脈などの適切な血管にアクセスを得ることから始まる。次いで、イントロデューサーシースを通して、シース又はガイドカテーテルを、ＮＶＩのための内頸動脈、ＰＣＩのための冠動脈口、又はＰＶＩのための浅大腿動脈などの一次位置まで診断ガイドワイヤを通して進める。続いて、脈管構造に適したガイドワイヤを、シース又はガイドカテーテルを通して、脈管構造内の標的位置までナビゲートする。曲がりくねった解剖学的構造のような特定の状況では、ガイドワイヤに支持カテーテル又はマイクロカテーテルを通し、ガイドワイヤのナビゲーションを補助する。医師又はオペレータは、撮像システム（例えば透視鏡）を使用して、造影剤注入を使ったシネを取得し、ガイドワイヤ又はカテーテルを標的位置、例えば病変、にナビゲートするロードマップとして使用するために、固定フレームを選択することができる。また、医師がガイドワイヤ又はカテーテルを送り込んでいるときにコントラスト強調画像を得ることもでき、それにより医師は、デバイスが標的位置への正しい経路に沿って動いていることを確認することができる。Ｘ線透視法を用いて解剖学的構造を観察しながら、医師は、ガイドワイヤ又はカテーテルの近位端を操作して、遠位先端を適切な血管の中へ、病変又は標的の解剖学的位置に向けて導き、側枝への前進を回避する。
ロボット制御カテーテルベース処置システムは、例えば、ＮＶＩ、ＰＣＩ、及びＰＶＩのようなカテーテル処置を行う際に、医師を補助するために使用されるように開発されてきた。ＮＶＩ処置の例には、動脈瘤のコイル塞栓形成、動静脈奇形の液体塞栓形成、及び急性虚血性脳卒中の状況における大血管閉塞の機械的血栓除去が含まれる。ＮＶＩ処置では、医師は、ロボット制御システムを用いて神経血管ガイドワイヤ及びマイクロカテーテルの操作を制御して標的病変に対するアクセスを獲得し、正常血流を回復させる治療を行う。標的へのアクセスは、シース又はガイドカテーテルによって可能にされるが、より遠位の領域には、又は、マイクロカテーテル及びガイドワイヤのための適切な支持を提供するために、中間カテーテルを必要とすることもある。ガイドワイヤの遠位先端は、病変の種類と治療に応じて、病変の中に、あるいは、病変を通り過ぎてナビゲートされる。動脈瘤を治療する場合は、マイクロカテーテルを病変内に進め、ガイドワイヤを取り外し、マイクロカテーテルを通して数個の血栓コイルを動脈瘤内に展開し、これを用いて動脈瘤内への血流を遮断する。動静脈奇形を治療する場合には、液体塞栓がマイクロカテーテルを介して奇形に注射される。血管閉塞を治療する場合の機械的血栓術は、吸引及び／又はステントレトリーバーの使用を通して達成することができる。血栓の位置に応じて、吸引は吸引カテーテルを通して行うか、より小さな動脈の場合はマイクロカテーテルを通して行う。吸引カテーテルが病変に達すれば、陰圧をかけてカテーテルを通し凝血塊を除去する。あるいは、凝血塊は、マイクロカテーテルを通してステントレトリーバーを配置することによって除去することができる。ステントレトリーバーが凝血塊を絡め取ると、ステントレトリーバー及びマイクロカテーテル（又は中間カテーテル）をガイドカテーテルに引き込むことによって凝血塊が回収される。
ＰＣＩでは、医師はロボット制御システムを使用して冠動脈用ガイドワイヤを操作することで病変へアクセスし、治療を行い、正常な血流を回復させる。このアクセスは、ガイドカテーテルを冠動脈口に着座させることで可能になる。ガイドワイヤの遠位先端は病変を通り過ぎてナビゲートされ、複雑な解剖学的構造の場合、マイクロカテーテルを使用してガイドワイヤを適切に支持することができる。血流は、ステント又はバルーンを病変部位に送達して展開することによって復元される。病変に対してステント留置前に準備が必要な場合は、病変の事前拡張のためにバルーンを送達したり、あるいは、例えばレーザ又は回転式アテレクトミーカテーテルとガイドワイヤを通したバルーンとを用いてアテレクトミーを行う。診断撮像及び生理学的測定も、撮像カテーテル又は血流予備量比（ＦＦＲ）測定を使用することによって適切な治療を決定するために行われ得る。
ＰＶＩでは、医師は、ロボット制御システムを用いて治療を行い、ＮＶＩと同様の技術で血流を回復させる。ガイドワイヤの遠位先端は病変を通り過ぎてナビゲートされ、マイクロカテーテルを用いて複雑な解剖学的構造に対するガイドワイヤの適切な支持を提供することもある。血流は、ステント又はバルーンを病変部位に送達して展開することによって回復される。ＰＣＩの場合のように、病変の準備と画像診断も同様に使用することができる。
カテーテル又はガイドワイヤの遠位端における支持体が、例えば、曲がりくねった又は石灰化した脈管系をナビゲートするため、遠位の解剖学的位置に到達するため、又は硬い病変を横切るために必要とされる場合、オーバーザワイヤ（ＯＴＷ）カテーテル又は同軸システムが使用される。ＯＴＷカテーテルには、カテーテルの全長にわたって延在するガイドワイヤ用の内腔がある。これにより、ガイドワイヤの全長が支持されるので、比較的安定したシステムが得られる。しかし、このシステムには、ラピッドエクスチェンジカテーテルと比較して、摩擦が高く、全長が長くなるなど、いくつかの短所がある（以下参照）。通例、留置ガイドワイヤの位置を維持しながらＯＴＷカテーテルを取り外したり交換したりするには、ガイドワイヤの露出した長さ（患者の外側）をＯＴＷカテーテルよりも長くしなければならない。長さ３００ｃｍのガイドワイヤが、通常、この目的に十分であり、交換長ガイドワイヤと呼ばれることが多い。このガイドワイヤの長さに起因して、ＯＴＷカテーテルの取り外し又は交換には２人のオペレータが必要である。これは、３軸システムとして当技術分野で知られている３重同軸が使用される場合（４重同軸カテーテルも使用されることが知られている）、さらに困難になる。しかしながら、その安定性のために、ＯＴＷシステムがＮＶＩ及びＰＶＩ処置においてよく使用される。一方で、ＰＣＩ処置には、ラピッドエクスチェンジ（又はモノレール）カテーテルを使用することも多い。ラピッドエクスチェンジカテーテルのガイドワイヤ用内腔は、モノレール又はラピッドエクスチェンジ（ＲＸ）セクションと呼ばれるカテーテルの遠位部分みを通って延伸する。ＲＸシステムでは、オペレータは相互に並列のインターベンションデバイス（ＯＴＷシステムでデバイスが直列構成で操作されるのとは対照的に）を操作し、ガイドワイヤの露出長さはカテーテルのＲＸセクションよりもわずかに長くするだけでよい。ラピッドエクスチェンジ長のガイドワイヤは、通常、１８０～２００ｃｍの長さである。より短い長さのガイドワイヤとモノレールが与えられれば、ＲＸカテーテルは１人のオペレータで交換することができる。しかし、より遠位の支持が必要な場合には、ＲＸカテーテルが不十分であることも多い。
駆動モジュール基部コンポーネント及び被負荷検知コンポーネントを有する駆動モジュールを含んだ装置である。細長い医療デバイス（ＥＭＤ）が、隔離コンポーネントに取り外し可能に連結される。隔離コンポーネントは、ＥＭＤに作用する実際の負荷以外の外的負荷から隔離されている。隔離コンポーネントは、被負荷検知コンポーネントに取り外し可能に連結される。負荷センサが、駆動モジュール基部コンポーネント及び被負荷検知コンポーネントに接続され、ＥＭＤに作用する実際の負荷を検知する。
一態様において、装置は、駆動モジュール基部コンポーネント及び被負荷検知コンポーネントを含む駆動モジュールと、駆動モジュールに取り外し可能に固定されるカセットとを含む。カセットは、ハウジングと、ハウジングの中で可動の浮遊部材とを含む。ＥＭＤは、浮遊部材によって操作される。浮遊部材は、ＥＭＤに作用する実際の負荷以外の極端な負荷から隔離されている。浮遊部材は、被負荷検知コンポーネントに動作可能に接続され、負荷センサが駆動モジュール基部コンポーネントと被負荷検知コンポーネントとに接続され、ＥＭＤに作用する実際の負荷を検知する。
一態様において、装置は、第１の部分及び第２の部分を有するコレットを含み、第１の部分は、該第１の部分に接続された第１のコレットカプラを有し、第２の部分は、該第２の部分に接続された第２のコレットカプラを有する。ＥＭＤは、コレットによって画定される経路内に取り外し可能に配置される。駆動モジュールは、第１のコレットカプラに動作可能に連結され、経路内でＥＭＤを動作可能にピンチ及びアンピンチし、ＥＭＤを回転させる第１のアクチュエータと、第２のコレットカプラと動作可能に係合する第２のアクチュエータとを含む。第１の負荷センサが第１のコレットカプラに作用するトルクを判定し、プロセッサが第１の負荷センサからの第１の信号に応じてＥＭＤに作用するトルクを判定する。
一態様において、負荷センサを較正する装置は、駆動モジュール基部コンポーネントと、被負荷検知コンポーネントと、負荷センサと、既知の剛性をもつ弾性部材とを含んだ駆動モジュールを含み、弾性部材は、負荷センサと駆動モジュール基部コンポーネントとの間にある。カセットは、駆動モジュールに取り外し可能に連結され、カセットは、ハウジングと、ハウジングの中で可動の浮遊部材とを含み、カセットは、細長い医療デバイスを受け入れるように構成される。
一態様において、カテーテルベース処置システムは、ロボット制御駆動装置を含み、ロボット制御駆動装置を通して細長い医療デバイス（ＥＭＤ）が延伸し、細長い医療デバイスは、ロボット制御駆動装置の経路内に取り外し可能に配置され操作される。本システムは、インターベンション処置においてシステムがＥＭＤを前進させ、後退させ、回転させ、固定するときに、ＥＭＤの近位端に作用する負荷を判定するために１つ以上のセンサを含む。負荷には、ＥＭＤに作用する力とトルクが含まれる。プロセッサは、システム内の１つ以上のセンサからの信号に応じて、ＥＭＤに作用する負荷を判定する。一態様において、プロセッサは、ＥＭＤのリセットモーションを伴うロボット制御駆動装置においてＥＭＤに作用する負荷を判定する。
一態様において、システムは、弾性部材の既知の偏向による１つ以上のセンサの自動較正を含む。一態様において、システムは、センサを過負荷から保護する。一態様において、システムは、ＥＭＤのリセットモーション、弾性部材の既知の偏向による１つ以上のセンサの自動較正、及び１つ以上のセンサの過負荷からの保護を伴うロボット制御駆動装置において、ＥＭＤに作用する負荷を判定するプロセッサを含む。
一態様において、装置は第１の駆動モジュールを含み、第１の駆動モジュールは、ＥＭＤを操作するために細長い医療デバイス（ＥＭＤ）と動作可能に係合する第１のオンデバイスアダプタを有する。駆動モジュールは、第１の駆動モジュールによってＥＭＤに印加される負荷を測定するために第１の負荷センサを含む。第２のオンデバイスアダプタを有する第２の駆動モジュールが、ＥＭＤと取り外し可能に係合する。リセット状態が、第１のオンデバイスアダプタを、第２の駆動モジュールに対して、延伸位置とリセット位置との間で移動させることを含む。第２の負荷センサが、第２のオンデバイスアダプタと第２の駆動モジュールとに動作可能に接続される。プロセッサは、第１の負荷センサから第１の信号を受信すると共に第２の負荷センサから第２の信号を受信し、第１の信号、第２の信号、第１のオンデバイスアダプタの状態、及び第２のオンデバイスアダプタの状態に応じて、ＥＭＤにかかる実際の負荷を決定する。
一実施形態に係るカテーテルベース処置システムを例示する概略図である。 一実施形態に係るカテーテルベース処置システムを例示する概略ブロック図である。 一実施形態に係るカテーテルベース処置システムのベッドサイドシステムを例示する斜視図である。 隔離コンポーネント及び被負荷検知コンポーネントを含む負荷検知システムを備えたデバイスモジュールの概略端面図である。 被負荷検知コンポーネントの外に配置されたＥＭＤを回転及び／又はピンチ／アンピンチするためのアクチュエータを含む、図４Ａのもう一つの実施形態の概略端面図である。 少なくとも１つのオフ軸（非測定）方向における被負荷検知コンポーネントのベアリング支持体を含む、図４Ａのもう一つの実施形態の概略端面図である。 被負荷検知コンポーネントの外に位置するＥＭＤを回転及び／又はピンチ／アンピンチするためのアクチュエータと、少なくとも１つのオフ軸（非測定）方向の被負荷検知コンポーネントのベアリング支持体を含む、図４Ａのもう一つの実施形態の概略端面図である。 被負荷検知コンポーネントの外に位置するＥＭＤを回転及び／又はピンチ／アンピンチするアクチュエータと、少なくとも１つのオフ軸（非測定）方向の被負荷検知コンポーネントのベアリング支持体とを含む、負荷検知システムを備えた、駆動モジュールの上面図である。 被負荷検知コンポーネントの外に位置するＥＭＤを回転及び／又はピンチ／アンピンチするアクチュエータと、少なくとも１つのオフ軸（非測定）方向の被負荷検知コンポーネントのベアリング支持体とを含む、負荷検知システムを備えた、駆動モジュールの側面図である。 被負荷検知コンポーネント及び駆動モジュール基部コンポーネントを含む駆動モジュールの斜視図である。 一実施形態に係る、負荷検知システムを備えたデバイスモジュールと、ＥＭＤのオンデバイスアダプタを受け入れることができるカセットとの分解斜視図である。 一実施形態に係るＥＭＤオンデバイスアダプタを備えたカテーテルの斜視図である。 一実施形態に係るＥＭＤオンデバイスアダプタを備えたガイドワイヤの斜視図である。 駆動モジュール基部コンポーネント及び被負荷検知コンポーネントを備えた駆動モジュールの分解斜視図である。 駆動モジュール基部コンポーネント内の負荷センサに接続された被負荷検知コンポーネントを示す図５Ａの拡大上面図である。 一実施形態に係る、ＥＭＤを配置したオンデバイスアダプタを入れたカセットの斜視図である。 隔離コンポーネントの第１コンポーネント及び第２コンポーネントを示すカセットの分解斜視図である。 カセットの下側とその駆動モジュールとの接続の分解斜視図である。 カセットの一部をなす隔離コンポーネントに支持されたＥＭＤを入れたオンデバイスアダプタを示す図５Ｉの部分側面図である。 カセット内のベベルギアの噛み合いを示す図５Ｉの端部断面図である。 一実施形態に係る、隔離コンポーネント及びカセットハウジングを備えたカセットの上面図である。 一実施形態に係る隔離コンポーネント及びカセットの端部断面図である。 一実施形態に係る隔離コンポーネント及びカセットハウジングの底面図である。 使い捨てカセットコンポーネント及び主要駆動モジュールコンポーネントを示す、図４Ｄの負荷検知システムの実施形態の概略端部断面図である。 二重ベベルギア駆動機構を含む負荷検知システムの概略上面図である。 アクチュエータキャプスタンにトルクセンサを備えた二重ベベルギア駆動機構によって作動するコレット機構に関する、図８の負荷検知システムの実施形態の概略側面図である。 図９Ａの負荷検知システムの別の実施形態の概略側面図である。 図９Ｂの負荷検知システムの概略斜視図である。 １つのトルクセンサを有するコレット機構に対する負荷検知システムの実施形態の概略側面図である。 １つのトルクセンサを有するハブ駆動機構に対する負荷検知システムの実施形態の概略側面図である。 ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する、図９Ｂの負荷検知システムの別の実施形態の概略側面図である。 ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの別の実施形態の概略側面図である。 ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの別の実施形態の概略上面図である。 第１のオンデバイスアダプタの遠位側にあるタイヤ駆動装置を使用したリセットモーションをもつロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの実施形態の概略上面図である。 第１のオンデバイスアダプタの近位側にあるタイヤ駆動装置を使用したリセットモーションをもつロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの実施形態の概略上面図である。 図１２Ａの負荷検知システムの実施形態の概略側面図である。 中立（無負荷）位置に示した、センサの自動較正及び過負荷保護を備えたロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの実施形態の概略上面図である。 負荷位置に示した図１３Ａの負荷検知システムの実施形態の概略上面図である。 中立（無負荷）位置に示した、センサの自動較正及び過負荷保護を備えたロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの別の実施形態の概略上面図である。 負荷位置に示した図１４Ａの負荷検知システムの実施形態の概略上面図である。 駆動アクチュエータが被負荷検知コンポーネントの内側に位置する中立（無負荷）位置に示した、センサの自動較正及び過負荷保護を備えたロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの別の実施形態の概略上面図である。 駆動アクチュエータが被負荷検知コンポーネントの内側に位置する負荷位置に示した図１５Ａの負荷検知システムの実施形態の概略上面図である。 中立（無負荷）位置に示した、センサの自動較正及び過負荷保護を備えたロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの別の実施形態の概略上面図である。 負荷位置に示した、センサの自動較正及び過負荷保護を備えたロボット制御システムにおいて、ＥＭＤにかかる力及びトルクを測定する負荷検知システムの別の実施形態の概略上面図である。 ２つの入力（検知負荷及び寄生負荷）及び１つの出力（実際の負荷）を有するプロセッサのブロック図である。 組み合わされて寄生負荷となる負荷を示す総和記号ブロック図である。
図１は、カテーテルベース処置システム１０の実施例を示す斜視図である。カテーテルベース処置システム１０を用いて、カテーテルベースの医療処置、例えば、経皮的冠動脈インターベンション（ＰＣＩ） (例えば、ＳＴＥＭＩを処置するため）、神経血管インターベンション処置（ＮＶＩ） (例えば、急性脳主幹動脈閉塞（ＥＬＶＯ）を処置するため）、末梢血管インターベンション処置（ＰＶＩ） (例えば、重症虚血肢（ＣＬＩ）などに対し）を行うことができる。カテーテルベース医療処置は、診断カテーテル処置を含む場合もあり、この場合、１つ以上のカテーテル又は他の細長い医療デバイス（ＥＭＤ）が患者の病気の診断を補助するために使用される。例えば、カテーテルベース診断処置の１つの実施例では、造影剤がカテーテルを通して１つ以上の動脈に注入され、患者の脈管構造の画像が取得される。カテーテルベース医療処置には、カテーテルベースの治療処置（血管形成術、ステント留置、周辺血管病変の治療、凝血塊の除去、動静脈形成療法、動脈龍の治療など）も含まれる。この場合、カテーテル（又は他のＥＭＤ）を用いて病変を治療する。治療処置は、例えば、血管内超音波（ＩＶＵＳ）、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、血流予備量比（ＦＦＲ）など、補助デバイス５４（図２に示す）を備えることによって強化することができる。しかしながら、当業者にとっては、特殊な（専用の）経皮的インターベンションデバイス又はコンポーネント（例えば、ガイドワイヤの種類、カテーテルの種類など）が、実施されるべき処置のタイプに従って選択されることも常識である。カテーテルベース処置システム１０は、処置で使用される特定の経皮的インターベンションデバイスを収容するためのマイナー調整だけで、数種のカテーテルベース医療処置を実施することができる。
カテーテルベース処置システム１０は、数ある要素の中でもとりわけ、ベッドサイドユニット２０及びコントロールステーション２６を含む。ベッドサイドユニット２０は、患者１２に隣接して位置するロボット制御駆動装置２４及び位置決めシステム２２を含む。患者１２は患者テーブル１８に寝かされている。位置決めシステム２２は、ロボット制御駆動装置２４の位置決め及び支持に使用される。位置決めシステム２２は、例えば、ロボットアーム、多関節アーム、ホルダ等である。位置決めシステム２２は、一端を、例えば患者テーブル１８にあるレール、ベース、又はカートに取り付けることができる。位置決めシステム２２の他端は、ロボット制御駆動装置２４に取り付けられる。位置決めシステム２２は、患者１２を患者テーブル１８に寝かすことができるように、（ロボット制御駆動装置２４と共に）邪魔にならないよう移動することができる。患者１２が患者テーブル１８に位置決めされると、位置決めシステム２２を使用して、処置のために患者１２に対してロボット制御駆動装置２４を据える又は位置決めすることができる。一実施例によると、患者テーブル１８は、床及び／又は地面に固定された台座１７によって動作可能に支持される。患者テーブル１８は、台座１７に対して多自由度、例えばロール、ピッチ、ヨーで動作することができる。ベッドサイドユニット２０は、コントロール及びディスプレイ４６（図２に示される）も含み得る。例えば、コントロール及びディスプレイは、ロボット制御駆動装置２４のハウジングに配置することができる。
通例、ロボット制御駆動装置２４は、適切な経皮的インターベンションデバイス及び付属機器４８（図２に示される）（例えば、ガイドワイヤ、バルーンカテーテル、ステントデリバリーシステム、ステントレトリーバー、塞栓コイル、液体塞栓、吸引ポンプ、造影剤注入デバイス、薬剤、止血弁アダプタ、注射器、活栓、膨張デバイスなど）を有し、コントロールステーション２６にあるコントロール機器及び入力機器などの様々なコントロールを操作することによってユーザ又はオペレータ１１が、ロボット制御システムを介してカテーテルベース医療処置を実行できるようにする。ベッドサイドユニット２０、特にロボット制御駆動装置２４は、ここに説明される機能をベッドサイドユニット２０に提供するために、いくつかの及び／又は組み合わせたコンポーネントを含んでもよい。コントロールステーション２６にいるユーザ又はオペレータ１１は、コントロールステーションユーザ又はコントロールステーションオペレータと呼ばれ、ここではユーザ又はオペレータと呼ぶ。ベッドサイドユニット２０のユーザ又はオペレータは、ベッドサイドユニットユーザ又はベッドサイドユニットオペレータと呼ばれる。ロボット制御駆動装置２４は、レール又は直線部材６０（図３に示す）に連結された複数のデバイスモジュール３２ａ－ｄを含む。レール又は直線部材６０は、デバイスモジュールを案内し支持する。デバイスモジュール３２ａ－ｄの各々は、カテーテルやガイドワイヤなどのＥＭＤを駆動するために使用される。例えば、ロボット制御駆動装置２４を使用して、ガイドワイヤを診断カテーテル内に、そして患者１２の動脈内のガイドカテーテル内に、自動的に供給することができる。ＥＭＤなどの１つ以上のデバイスは、例えばイントロデューサーシースを介して、挿入点１６で患者１２の体（例えば血管）に入る。
ベッドサイドユニット２０は、コントロールステーション２６と通信しており、コントロールステーション２６のユーザ入力によって生成された信号が無線又は有線でベッドサイドユニット２０に送信されて、ベッドサイドユニット２０の様々な機能を制御することを可能にする。後述するように、コントロールステーション２６は、コントロールコンピューティングシステム３４（図２に示す）を含んでおり、又はコントロールコンピューティングシステム３４を介してベッドサイドユニット２０に接続されている。ベッドサイドユニット２０はまた、フィードバック信号（例えば、負荷、速度、動作条件、警告信号、エラーコードなど）をコントロールステーション２６又はコントロールコンピューティングシステム３４（図２に示す）、あるいはその両方に提供する。コントロールコンピューティングシステム３４とカテーテルベース処置システム１０の種々のコンポーネントとの間の通信は、無線接続、有線接続、又はコンポーネント間の通信を可能にする他のあらゆる手段である、通信リンクを介して提供される。コントロールステーション２６又は他の類似のコントロールシステムは、局所拠点（例えば、図２に示すローカルコントロールステーション３８）又は遠隔拠点（例えば、図２に示すリモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム４２）のいずれかに配置される。カテーテルベース処置システム１０は、局所拠点のコントロールステーション、又は遠隔拠点のコントロールステーション、あるいは同時にローカルコントロールステーションとリモートコントロールステーションの両方によって、操作される。局所拠点では、ユーザ又はオペレータ１１及びコントロールステーション２６は、患者１２及びベッドサイドユニット２０と同じ部屋又は隣接する部屋に配置される。ここで使用されている局所拠点は、ベッドサイドユニット２０と患者１２又は被験体（例えば、動物又は遺体）の位置であり、遠隔拠点は、ベッドサイドユニット２０を遠隔制御するために使用されるユーザ又はオペレータ１１及びコントロールステーション２６の位置である。遠隔拠点のコントロールステーション２６（及びコントロールコンピューティングシステム）と局所拠点のベッドサイドユニット２０及び／又はコントロールコンピューティングシステムは、例えばインターネットを介し、通信システム及びサービス３６（図２に示す）を使用して通信する。一実施例において、遠隔拠点と局所（患者）拠点とは互いに離れており、例えば、同じ建物内の別々の部屋、同じ都市内の別々の建物、別々の都市、又はその他の、遠隔拠点が局所拠点のベッドサイドユニット２０及び／又は患者１２に対する物理的なアクセスをもたない別々の場所である。
コントロールステーション２６は、通例、カテーテルベース処置システム１０の様々なコンポーネント又はシステムを作動させるためのユーザ入力を受け付けるように構成された１つ以上の入力モジュール２８を含む。図示の実施例では、コントロールステーション２６は、ユーザ又はオペレータ１１がベッドサイドユニット２０を制御してカテーテルベース医療処置を実行することを可能にする。例えば、入力モジュール２８は、ベッドサイドユニット２０に、ロボット制御駆動装置２４とインターフェースされた経皮的インターベンションデバイス（例えば、ＥＭＤ）を用いて種々の作業を実行させるように（例えば、ガイドワイヤを前進、後退又は回転させる、カテーテルを前進、後退又は回転させる、カテーテルに配置されたバルーンを膨張又は収縮させる、ステントを位置決め及び／又は展開する、ステントレトリーバーを位置決め及び／又は展開する、コイルを位置決め及び／又は展開する、カテーテルに造影剤を注入する、カテーテルに液体塞栓を注入する、薬剤又は塩水をカテーテルに注入する、カテーテルで吸引する、又は、カテーテルベース医療処置の一環として実行され得るその他の機能を実行するなど）、構成される。ロボット制御駆動装置２４は、経皮的インターベンションデバイスを含むベッドサイドユニット２０のコンポーネントの動き（例えば、軸方向及び回転方向の動き）を生じさせるための様々な駆動機構を含む。
一実施例では、入力モジュール２８は、１つ以上のタッチスクリーン、ジョイスティック、スクロールホイール、及び／又はボタンを含む。入力モジュール２８に加えて、コントロールステーション２６は、フットスイッチや音声コマンド用のマイクロホンなどの追加ユーザコントロール４４（図２に示す）を使用することができる。入力モジュール２８は、種々のコンポーネント、及び例えばガイドワイヤ及び１つ以上のカテーテル又はマイクロカテーテルなどの経皮的インターベンションデバイスを前進、後退、又は回転させるように構成される。ボタンは、例えば、非常停止ボタン、倍率ボタン、デバイス選択ボタン、及び自動動作ボタンを含む。非常停止ボタンが押されると、動力（例えば電力）が、遮断されるかベッドサイドユニット２０から排除される。速度制御モードにあるとき、倍率ボタンは、入力モジュール２８の操作に応じて関連するコンポーネントが移動する速度を、増減させるように作用する。位置制御モードにあるとき、倍率ボタンは、入力される距離と出力される指令距離との間のマッピングを変更する。デバイス選択ボタンにより、ユーザ又はオペレータ１１は、ロボット制御駆動装置２４に装填された経皮的インターベンションデバイスのどれを入力モジュール２８によって制御するかを選択することができる。自動動作ボタンは、カテーテルベース処置システム１０がユーザ又はオペレータ１１から直接の指令を受けることなく経皮的インターベンションデバイスで実行することができるアルゴリズム動作を可能にするために、使用される。一実施例では、入力モジュール２８は、タッチスクリーン（ディスプレイ３０の一部であってもなくてもよい）に表示される１つ以上のコントロール又はアイコン（図示せず）を含み、これらは起動されると、カテーテルベース処置システム１０のコンポーネントの動作を引き起こす。入力モジュール２８はまた、バルーンを膨張又は収縮させ及び／又はステントを展開するように構成されたバルーン又はステントコントロールを含む。入力モジュール２８の各々が、１つ以上のボタン、スクロールホイール、ジョイスティック、タッチスクリーンなどを含み、これらを用いて、コントロールが担当している特定の１つ以上のコンポーネントを制御することができる。さらに、１つ以上のタッチスクリーンが、入力モジュール２８の種々の部分に関連する又はカテーテルベース処置システム１０の各コンポーネントに関連する、１つ以上のアイコン（図示せず）を表示することができる。
コントロールステーション２６はディスプレイ３０を含む。他の実施例では、コントロールステーション２６は、２つ以上のディスプレイ３０を含んでもよい。ディスプレイ３０は、コントロールステーション２６のユーザ又はオペレータ１１に情報又は患者固有データを表示するように構成することができる。例えば、ディスプレイ３０は、画像データ（例えば、Ｘ線画像、ＭＲＩ画像、ＣＴ画像、超音波画像等）、血行動態データ（例えば、血圧、心拍数等）、患者記録情報（例えば、医療履歴、年齢、体重等）、病変又は治療評価データ（例えば、ＩＶＵＳ、ＯＣＴ、ＦＦＲ等）を表示するように構成される。さらに、ディスプレイ３０は、処置に固有の情報（例えば、処置チェックリスト、勧告、処置時間、カテーテル又はガイドワイヤの位置、送り込む薬剤又は造影剤の量など）を表示するように構成されてもよい。さらに、ディスプレイ３０は、コントロールコンピューティングシステム３４（図２に示される）に関連する機能を提供するために情報を表示するように構成されてもよい。ディスプレイ３０は、システムのユーザ入力機能の一部を提供するために、タッチスクリーン機能を含んでもよい。
カテーテルベース処置システム１０は、撮像システム１４も含む。撮像システム１４は、カテーテルベース医療処置と連携して使用される医療撮像システムである（例えば、非デジタルＸ線、デジタルＸ線、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波など）。一実施例において、撮像システム１４は、コントロールステーション２６と通信するデジタルＸ線撮像装置である。一実施例では、撮像システム１４は、患者１２に対し異なる角度位置（例えば、矢状断面、尾側面、前後面など）で画像を得るために、患者１２の周囲を撮像システム１４が部分的又は完全に回転できるようにするＣアーム（図１に示される）を含む。一実施例では、撮像システム１４は、Ｘ線源１３と、イメージインテンシファイアとしても知られる検出器１５とを有するＣアームを含む透視装置システムである。
撮像システム１４は、処置中に患者１２の適切な領域のＸ線画像を撮影するように構成され得る。例えば、撮像システム１４は、神経血管状態を診断するために頭部の１つ以上のＸ線画像を取得するように構成されてもよい。撮像システム１４はまた、カテーテルベース医療処置中に１つ以上のＸ線画像（例えばリアルタイム画像）を撮影して、ガイドワイヤ、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、ステントレトリーバー、コイル、ステント、バルーンなどを処置中に適切に位置決めできるように、コントロールステーション２６のユーザ又はオペレータ１１を補助するように構成されてもよい。１つ以上の画像がディスプレイ３０に表示される。例えば、ユーザ又はオペレータ１１がガイドカテーテル又はガイドワイヤを適切な位置に正確に移動させることを可能にするために、ディスプレイ３０に画像を表示することができる。
方向を明確にするために、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸をもつ直交座標系が導入される。正のＸ軸は、長手方向（軸方向）の遠位方向、すなわち、近位端から遠位端へ向かっての方向に向けられており、言い換えると、近位から遠位への方向である。Ｙ軸とＺ軸はＸ軸に対して横断面にあり、正のＺ軸は上向き、つまり重力の反対方向に向いており、Ｙ軸は右手の法則によって自動的に決定される。
図２の実施例は、カテーテルベース処置システム１０をブロック図で示す。カテーテルベース処置システム１０は、コントロールコンピューティングシステム３４を含む。コントロールコンピューティングシステム３４は、物理的には、例えばコントロールステーション２６（図１に示される）の一部であってもよい。コントロールコンピューティングシステム３４は、広く言えば、ここに説明される種々の機能を有するカテーテルベース処置システム１０を提供するのに適した電子制御ユニットであり得る。例えば、コントロールコンピューティングシステム３４は、組み込みシステム、専用回路、ここに説明される機能をプログラムされる汎用システムなどである。コントロールコンピューティングシステム３４は、ベッドサイドユニット２０、通信システム及びサービス３６（例えば、インターネット、ファイアウォール、クラウドサービス、セッションマネージャー、病院ネットワークなど）、ローカルコントロールステーション３８、追加通信システム４０（例えばテレプレゼンスシステム）、リモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム４２、及び患者センサ５６（例えば、心電図（ＥＣＧ）デバイス、脳波図（ＥＥＧ）デバイス、血圧モニタ、温度モニタ、心拍数モニタ、呼吸モニタなど）と通信する。また、コントロールコンピューティングシステムは、撮像システム１４、患者テーブル１８、追加医療システム５０、造影剤注入システム５２、及び補助デバイス５４（例えば、ＩＶＵＳ、ＯＣＴ、ＦＦＲなど）とも通信する。ベッドサイドユニット２０は、ロボット制御駆動装置２４、位置決めシステム２２を含み、追加コントロール及びディスプレイ４６を含んでもよい。上述のように、追加コントロール及びディスプレイは、ロボット制御駆動装置２４のハウジングに配置することができる。インターベンションデバイス及び付属機器４８（例えば、ガイドワイヤ、カテーテルなど）は、ベッドサイドユニット２０とインターフェースする。一実施例によると、インターベンションデバイス及び付属機器４８には、それぞれの補助デバイス５４、すなわちＩＶＵＳシステム、ＯＣＴシステム、及びＦＦＲシステムなどとインターフェースする、専用デバイス（例えば、ＩＶＵＳカテーテル、ＯＣＴカテーテル、ＦＦＲワイヤ、造影剤用診断カテーテルなど）が含まれる。
様々な実施例において、コントロールコンピューティングシステム３４は、入力モジュール２８（例えば、ローカルコントロールステーション３８又はリモートコントロールステーション４２などのコントロールステーション２６（図１に示す）の）とユーザの相互作用に基づいて及び／又はコントロールコンピューティングシステム３４のアクセス可能な情報に基づいて、カテーテルベース処置システム１０を使用して医療処置が実行されるように、制御信号を生成するべく構成される。ローカルコントロールステーション３８は、１つ以上のディスプレイ３０、１つ以上の入力モジュール２８、及び追加ユーザコントロール４４を含む。リモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム４２は、ローカルコントロールステーション３８と同様のコンポーネントを含み得る。リモートコントロールステーション４２とローカルコントロールステーション３８は、必要な機能に応じて別々のあつらえたものとすることができる。追加ユーザコントロール４４は、例えば、１つ以上の足入力コントロールを含み得る。足入力コントロールは、Ｘ線をオン及びオフにしたり各保存画像をスクロールするなど、ユーザが撮像システム１４の機能を選択できるように構成される。別の実施例では、足入力デバイスは、入力モジュール２８に含まれるスクロールホイールにどのデバイスをマッピングするかユーザが選択できるように構成することもできる。追加通信システム４０（例えば、音声会議、ビデオ会議、テレプレゼンスなど）を採用して、オペレータと患者、医療スタッフ（例えば血管造影検査室のスタッフ）、及び／又はベッドサイドの近くにある機器との相互作用を補助することができる。
カテーテルベース処置システム１０は、明記はしていないが他のシステム及び／又はデバイスを含むように接続又は構成されてもよい。例えば、カテーテルベース処置システム１０は、画像処理エンジン、データストレージ及びアーカイブシステム、自動バルーン及び／又はステント膨張システム、薬剤注入システム、薬剤追跡及び／又は記録システム、ユーザログ、暗号化システム、カテーテルベース処置システム１０のアクセス又は使用を制限するシステムなどを含んでもよい。
上述したように、コントロールコンピューティングシステム３４は、ベッドサイドユニット２０（ロボット制御駆動装置２４、位置決めシステム２２を含み、追加コントロール及びディスプレイ４６を含み得る）と通信し、経皮的インターベンションデバイス（例えば、ガイドワイヤ、カテーテルなど）を駆動するために使用されるモータ及び駆動機構を動作制御する制御信号をベッドサイドユニット２０に提供する。種々の駆動機構を、ロボット制御駆動装置２４の一部として設けることができる。図３の実施例は、カテーテルベース処置システム１０のロボット制御駆動装置を斜視図で示す。図３において、ロボット制御駆動装置２４は、直線部材６０に連結された複数のデバイスモジュール３２ａ－ｄを含む。各デバイスモジュール３２ａ－ｄは、ステージ６２ａ－ｄを介して直線部材６０に連結されており、各ステージ６２ａ－ｄは直線部材６０に移動可能に連結されている。デバイスモジュール３２ａ－ｄは、オフセットブラケット７８ａ－ｄとして示すようなコネクタを用いてステージ６２ａ－ｄに接続することができる。別の実施例では、デバイスモジュール３２ａ－ｄは、ステージ６２ａ－ｄに直接取り付けられる。ステージ６２ａ－ｄのそれぞれは個別に作動させることができ、直線部材６０に沿って直線的に移動する。すなわち、各ステージ６２ａ－ｄ（及びステージ６２ａ－ｄに連結された該当するデバイスモジュール３２ａ－ｄ）は、互いに対し及び直線部材６０に対し相対的に独立して移動することができる。駆動機構が各ステージ６２ａ－ｄを作動させるために使用される。図３に示す実施例では、駆動機構は、ステージ６２ａ－ｄのそれぞれに割り当てられた個別のステージ並進モータ６４ａ－ｄと、例えば回転ナットを介する送りネジ、ピニオンを介するラック、ピニオン又はプーリを介するベルト、又はスプロケットを介するチェーンのステージ駆動機構７６とを含む。あるいは、ステージ並進モータ６４ａ－ｄ自体がリニアモータであってもよい。一実施例では、ステージ駆動機構７６は、これらのメカニズムの組み合わせであってもよく、例えば、ステージ６２ａ－ｄのそれぞれに、異なるタイプのステージ駆動機構を採用することもできる。ステージ駆動機構が送りネジ及び回転ナットである実施例では、送りネジが回転し、各ステージ６２ａ－ｄは送りネジと係合しまた係合解除して前進又は後退するなど移動することができる。図３に図示の実施例では、ステージ６２ａ－ｄ及びデバイスモジュール３２ａ－ｄは、縦列駆動構成である。
各デバイスモジュール３２ａ－ｄは、駆動モジュール６８ａ－ｄと、駆動モジュール６８ａ－ｄに搭載されて連結されているカセット６６ａ－ｄを含む。図３に図示の実施例では、各カセット６６ａ－ｄは、上下の向きで駆動モジュール６８ａ－ｄに取り付けられている。他の実施例では、各カセット６６ａ－ｄは、他の取り付けの向きで駆動モジュール６８ａ－ｄに取り付けられてもよい。各カセット６６ａ－ｄは、ＥＭＤ (図示せず）の近位部分とインターフェースし、これを支持するように構成される。加えて、各カセット６６ａ－ｄは、直線部材６０に沿って直線移動する該当ステージ６２ａ－ｄの作動によってもたらされる直線移動に加えて１つ以上の自由度をもたらす要素を含み得る。例えば、カセット６６ａ－ｄは、駆動モジュール６８ａ－ｄに連結されているカセットにおいてＥＭＤを回転させるために使用される要素を含んでもよい。各駆動モジュール６８ａ－ｄは、各カセット６６ａ－ｄにおいて追加の自由度を提供するメカニズムに駆動インターフェースを提供するために少なくとも１つのカプラを含む。各カセット６６ａ－ｄはまた、デバイス支持体７９ａ－ｄが配置されるチャンネルを含み、各デバイス支持体７９ａ－ｄは、ＥＭＤが座屈しないように使用される。支持アーム７７ａ，７７ｂ，７７ｃは、それぞれデバイスモジュール３２ａ，３２ｂ，３２ｃに取り付けられ、それぞれが、デバイス支持体７９ｂ，７９ｃ，７９ｄの近位端を支持するための固定点を提供する。ロボット制御駆動装置２４は、デバイス支持体７９、遠位支持アーム７０、及び支持アーム７７０に接続されたデバイス支持接続７２を含むことができる。支持アーム７７０は、最も遠位のデバイスモジュール３２ａ内に収容された最も遠位のデバイス支持体７９ａの近位端を支持するための固定点を提供するために使用される。イントロデューサーインターフェース支持体（リダイレクタ）７４が、デバイス支持接続７２及びＥＭＤ（例えばイントロデューサーシース）に接続され得る。これらロボット制御駆動装置２４の構成は、１つの直線部材で各アクチュエータを使用することによって、ロボット制御駆動装置２４の大きさと重量を減少させるという利点を有する。
患者が病原体に汚染されるのを防ぐために、医療スタッフは、ベッドサイドユニット２０及び患者１２又は被験体（図１に示される）を収容する部屋で無菌操作を使う。ベッドサイドユニット２０及び患者１２を収容する部屋は、例えば、カテ室や血管造影検査室である。無菌操作は、無菌バリア、無菌デバイスの使用、患者の適切な準備、環境管理、及び接触ガイドラインからなる。これに従い、全てのＥＭＤ及びインターベンション付属機器は滅菌され、滅菌バリア又は滅菌器具のいずれかとのみ接触することができる。実施例において、滅菌ドレープ（図示せず）が、未滅菌のロボット制御駆動装置２４を覆って配置される。各カセット６６ａ－ｄは滅菌され、ドレープされたロボット制御駆動装置２４と少なくとも１つのＥＭＤとの間の滅菌インターフェースとして機能する。各カセット６６ａ－ｄは、１回使用を目的として滅菌されるように設計されるか、又は、カセット６６ａ－ｄ又はそのコンポーネントを何回か処置で使用できるように全体又は部分的に再滅菌できる設計とされる。
［定義と用語］
ＥＭＤ：「細長い医療デバイス（ＥＭＤ）」は、カテーテル（例えば、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、バルーン／ステントカテーテル）、ワイヤベースデバイス（例えば、ガイドワイヤ、エンボライゼーションコイル、ステントレトリーバーなど）、及びこれらのいずれかを組み合わせた医療デバイスを指す。ただし、これらに限定されない。
負荷：「負荷」は、力、トルク、又は力とトルクの組み合わせを指す。負荷は、力の単一成分（単一軸に沿った力）又は力の複数成分（複数の軸の力）及び／又はトルクの単一成分（単一軸の周りのトルク）又はトルクの複数成分（複数の軸のトルク）を含み得る。負荷は、静的（経時変化しない）又は動的（経時変化する）であり得る。
力：「力」は、物体の動きを引き起こす又は引き起す要因となる作用を指す。物体に作用する力は、物体の動きを変化させ、物体の動きを遅らせ、物体に既に作用している力を平衡させ、物体に内部応力を生じさせ得る。力の特性には、力の大きさ、力の作用線（力の作用が沿う軸）、力の方向（圧縮力か引張力かに従う）、及び、力が作用している点、が含まれる。
トルク：「トルク」は、物体の回転動作を引き起こす又は引き起こす要因となる作用を指す。物体に作用するトルクは、物体の回転動作を変化させ、物体の回転動作を遅らせ、物体に既に作用しているトルクを平衡させ、物体に内部応力を生じさせ得る。トルクの特性には、トルクの大きさ、トルクの作用線、トルクの方向（作用線を中心に時計回りか反時計回りか）、及び、トルクが作用している点、が含まれる。「トルク」は、モーメント、力のモーメント、回転力、ねじれ力、及び“回動力”とも呼び得る。トルクは力の回転版である。トルクの大きさは、力の大きさと、回転軸からの力の作用線の垂直距離との積として決定されもする。
コントロールコンピューティングシステム：「コントロールコンピューティングシステム」は、処理回路を有するプロセッサを含む。プロセッサは、汎用プロセッサ、特定用途向けプロセッサ（ＡＳＩＣ）、１つ以上の処理コンポーネントを含む回路、分散処理コンポーネントのグループ、処理用に構成された分散コンピュータのグループなどを含み、ここに説明するモジュール又はサブシステムコンポーネントの機能を提供するように構成される。メモリユニット（例えば、メモリデバイス、ストレージデバイスなど）は、ここに説明される種々のプロセスを完了し及び／又は容易にするためのデータ及び／又はコンピュータコードを保存するためのデバイスである。メモリユニットは、揮発性メモリ及び／又は不揮発性メモリを含み得る。メモリユニットは、データベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、及び／又はここに説明される種々のアクティビティを支援する他のタイプの情報構造を含んでもよい。一実施例によれば、ここに開示するシステム及び方法と共に、過去、現在、又は将来のあらゆる分散及び／又はローカルメモリデバイスを利用することができる。一実施例によれば、メモリユニットは、１つ以上の関連する処理回路に通信可能に接続される。この接続は、回路接続、他の有線、無線、又はネットワーク接続を介するものであり、ここに説明される１つ以上のプロセスを実行するためのコンピュータコードが含まれる。１つのメモリユニットは、様々な個々のメモリデバイス、チップ、ディスク、及び／又は他の記憶構造又はシステムを含むことができる。モジュール又はサブシステムコンポーネントは、各モジュールのそれぞれの機能を実行するためのコンピュータコード（例えば、オブジェクトコード、プログラムコード、コンパイル済みコード、スクリプトコード、実行可能コード、又はそれらの組み合わせ）であってよい。
遠位と近位：「遠位」及び「近位」は、２つの異なる部分の相対的位置を定義する。ロボット制御駆動装置に関して言う「遠位」及び「近位」は、使用中のロボット制御駆動装置の患者に対する位置（姿勢）によって定義される。
相対位置を定義するべく使用される場合、遠位の部分は、ロボット制御駆動装置がその計画された使用位置にあるときに、近位の部分よりも患者に近いところのロボット制御駆動装置の部分である。患者の体内では、アクセスポイントから経路に沿ってより遠くにある脈管構造ランドマークが、アクセスポイントにより近いランドマークに対して遠位であるとみなされる。このときのアクセスポイントは、ＥＭＤが患者に入るポイントである。同様に、近位の部分は、ロボット制御駆動装置がその計画された使用位置にあるときに、遠位の部分よりも患者から遠くにある部分である。
方向を定義するべく使用される場合、遠位方向は、ロボット制御駆動装置がその計画された使用位置にあるときに、何かが移動しているか又は移動しようとしている経路、あるいは、何かが近位の部分から遠位の部分及び／又は患者の方を指している又は向いている経路を指す。近位方向は、遠位方向の反対方向である。図１を参照すると、患者に向いているオペレータの視点からロボット制御デバイスが示されている。この配置の場合、遠位方向は正のＸ座標軸に沿っており、近位方向は負のＸ座標軸に沿っている。図３を参照すると、ＥＭＤは、ロボット制御駆動装置２４の遠位端を画定するイントロデューサーインターフェース支持体７４を通って患者に向かう経路上の遠位方向へ移動される。ロボット制御駆動装置２４の近位端は、負のＸ軸に沿った遠位端から最も遠い点である。
縦軸（長手軸）：部材（例えば、カテーテルベース処置システムにおけるＥＭＤ又は他の要素）についての「縦軸（長手軸）」は、部材の近位部分から遠位部分への方向において、部材の横断面の中心を通る部材の長さに沿った線又は軸である。例えば、ガイドワイヤの縦軸（長手軸）は、ガイドワイヤが関連部分において直線でなくても、ガイドワイヤの近位部分からガイドワイヤの遠位部分へ向かう方向の中心軸である。
軸方向及び回転方向の動作：部材の「軸方向動作」は、部材の縦軸に沿った部材の並進を指す。ＥＭＤの遠位端が、その縦軸に沿って遠位方向に患者の中へ又は患者のさらに中へ軸方向で動かされる場合、ＥＭＤは前進している。ＥＭＤの遠位端が、その縦軸に沿って近位方向に患者から外へ又は患者からさらに外へ軸方向で動かされる場合、ＥＭＤは引き抜かれている。部材の「回転動作」は、部材の局所的な縦軸のまわりの部材の角度方向の変化を指す。ＥＭＤの回転動作は、加えられたトルクによるＥＭＤの縦軸を中心とした時計回り又は反時計回りの回転に相当する。
軸方向及び横方向の挿入：「軸方向挿入」は、第１の部材を第２の部材の縦軸に沿って第２の部材に挿入することを言う。「横方向挿入」は、第１の部材を第２の部材の縦軸に交差する面内の方向に沿って第２部材に挿入することを言う。これは、ラジアル（径方向）装填又はサイド（側方）装填とも呼ばれる。
ピンチ／アンピンチ：「ピンチ」は、部材が動くときにＥＭＤと部材が一緒に動くように、ＥＭＤを部材に取り外し可能に固定することを指す。「アンピンチ」は、部材が動くときにＥＭＤと部材が独立して動くように、部材からＥＭＤを外すことを指す。
クランプ／アンクランプ：「クランプ」は、ＥＭＤの動きが部材に対して拘束されるように、ＥＭＤを部材に取り外し可能に固定することを指す。部材は、グローバル座標系に関して又はローカル座標系に関して、固定とすることができる。「アンクランプ」は、ＥＭＤが独立して動けるように、ＥＭＤを部材から外すことを指す。
グリップ／アングリップ：「グリップ（把持）」は、少なくとも１つの自由度のＥＭＤの動作を滑り無く引き起こす駆動機構によるＥＭＤへの力又はトルクの印加を指す。「アングリップ（解放）」は、ＥＭＤの位置がそれ以降拘束されないような駆動機構によるＥＭＤへの力又はトルクの印加の解放を指す。２つのタイヤの間にグリップされたＥＭＤは、タイヤが互いに対して長手方向に移動するとき、その縦軸のまわりを回転する。ＥＭＤの回転動作は、２つのタイヤの運動とは異なる。グリップされるＥＭＤの位置は、駆動機構によって拘束される。
座屈：「座屈」は、軸方向圧縮下で、可撓性ＥＭＤが縦軸から外れて曲がる、又は、ＥＭＤが前進している予定経路から外れて曲がる、ＥＭＤの性向を指す。一実施例では、軸方向圧縮は、脈管系内ナビゲーション中の抵抗に応じて生じる。ＥＭＤが座屈するまでに支持無しで縦軸に沿って駆動され得る距離をここではデバイス座屈距離と呼ぶ。デバイス座屈距離は、デバイスの剛性、形状（直径を含むがこれに限定されない）、及びＥＭＤに加えられる力の関数である。座屈は、ＥＭＤが予定の経路とは異なる弓形部分を形成してしまう原因となる。キンキング（よじれ）は、ＥＭＤの変形が非弾性で永久変形となったケースの座屈である。
ホーミング：「ホーミング（自動誘導）」は、規定位置に部材を移動することを指す。規定位置の例は、基準位置である。規定位置の別の例は、初期位置である。「ホーム（原点）」は、規定位置を指す。通常、後に続く直線位置又は回転位置に対する基準として使用される。
上（頭）／底（下）・上方／下方・前／後・内／外: 「上（頭・頂）」、「上方」、「上向き（上側）」は、重力の方向とはほぼ逆の方向を指し、「下（底）」、「下方」、「下向き（下側）」は、おおよそ重力の方向を指す。「前」は、患者に面するロボット制御駆動装置の側であり、関節アームなどの位置決めシステムから離れているロボット制御駆動装置の側を指す。「後」は、関節アームなどの位置決めシステムに最も近いロボットド制御駆動装置の側を指す。「内」は、部分の内側を指す。「外」は、部分の外側を指す。
ステージ：「ステージ」は、デバイスモジュールをロボット制御駆動装置に連結するために使用される部材、部分、又はデバイスを指す。例えば、ステージを使用して、デバイスモジュールをロボット制御駆動装置のレール又は直線部材に連結することができる。
駆動モジュール：「駆動モジュール」は、広く言えば、カセットとインターフェースする駆動カプラ（連結器）を備えており、１つ以上のモータを標準装備する、ロボット制御駆動システムの部品（例えば主要部品）を指す。
デバイスモジュール：「デバイスモジュール」は、駆動モジュールとカセットの組み合わせを指す。
カセット：「カセット」は、広く言えば、駆動モジュールと少なくとも１つのＥＭＤとの間の（直接）又は駆動モジュールとデバイスアダプタを介して少なくとも１つのＥＭＤとの間の（間接）基本的に無菌インターフェースである、ロボット制御駆動システムの部品（取り替え可能な、消耗品の、又は殺菌可能なユニット）を指す。
コレット：「コレット」は、ＥＭＤの一部を取り外し可能に固定できるデバイスを指す。ここでの「固定」は、作動中のコレットとＥＭＤとの意図的な相対動作がないことを意味する。一実施例では、コレットは、互いに対して回転方向に動作する少なくとも２つの部材を含み、ＥＭＤをその２つの部材のうちの少なくとも１つに取り外し可能に固定する。一実施例では、コレットは、互いに対して軸方向に（縦軸に沿って）動作する少なくとも２つの部材を含み、ＥＭＤをその２つの部材のうちの少なくとも１つに取り外し可能に固定する。一実施例では、コレットは、互いに対して回転方向及び軸方向に動作する少なくとも２つの部材を含み、ＥＭＤをその２つの部材のうちの少なくとも１つに取り外し可能に固定する。
固定：「固定」は、動作中に第２の部材に対する第１の部材の意図的な相対動作がないことを意味する。
オンデバイスアダプタ:「オンデバイスアダプタ」は、駆動インターフェースを提供するためにＥＭＤを取り外し可能にピンチすることができる滅菌装置を指す。オンデバイスアダプタは、エンドエフェクタ又はＥＭＤキャプチャデバイスとも呼ばれる。限定的意味のない一実施例では、オンデバイスアダプタはロボット制御することの可能なコレットであり、ＥＭＤをその縦軸のまわりに回転させ、ＥＭＤを当コレットでピンチ及び／又はアンピンチし、及び／又はＥＭＤをその縦軸に沿って並進させる。一実施例では、オンデバイスアダプタは、ＥＭＤのハブに位置する従動ギアのようなハブ駆動機構である。
タンデム駆動：「タンデム駆動」は、１つ以上のＥＭＤを操作することができる、２つ以上のＥＭＤ駆動モジュールを含んだ、ロボット制御駆動装置内の駆動ユニット又はサブシステムを指す。
ハブ（近位）駆動：「ハブ駆動又は近位駆動」は、近位の位置（例えば、カテーテルハブにあるギア付きアダプタ）からＥＭＤを保持して操作することを指す。一実施例では、ハブ駆動は、カテーテルのハブに力又はトルクを付与してカテーテルを並進及び／又は回転させることを言う。ハブ駆動はＥＭＤを座屈させる可能性があり、したがってハブ駆動は、ほとんどの場合、座屈防止機能を必要とする。ハブ又は他のインターフェース（例えばガイドワイヤ）をもたないデバイスの場合、デバイスアダプタをデバイスに追加して、デバイスモジュールに対するインターフェースとして作用させるとよい。一実施例では、ＥＭＤは、手元からカテーテルの遠位端まで延伸するワイヤなどのカテーテル内部分を操作するメカニズムを含まず、カテーテルの遠位端を逸らす。
シャフト（遠位）駆動：「シャフト（遠位）駆動」は、シャフトに沿ってＥＭＤを保持し操作することを指す。オンデバイスアダプタは、通例、デバイスが挿入されるハブ又はＹ－コネクタの直近に配置される。オンデバイスアダプタの位置が挿入点（身体への、あるいは、別のカテーテル又はバルブへの）の近くである場合、シャフト駆動は、通常、座屈防止機能を必要としない。（駆動能力を向上させるために座屈防止機能を含む場合はある。）
滅菌可能ユニット：「滅菌可能ユニット」は、滅菌可能な（病原性微生物を含まない）デバイスを指す。これには、カセット、消耗品ユニット、ドレープ、デバイスアダプタ、及び滅菌可能な駆動モジュール／ユニット（電気機械コンポーネントを含み得る）が含まれる。ただし、これらに限定されない。滅菌可能ユニットは、患者、他の滅菌デバイス、又は医療処置の無菌域内に配置された他のものと接触する可能性がある。
滅菌インターフェース：「滅菌インターフェース」は、滅菌ユニットと未滅菌ユニットとの間のインターフェース又は境界を指す。例えば、カセットは、ロボット制御駆動装置と少なくとも１つのＥＭＤとの間の無菌インターフェースであり得る。
リセット（駆動機構リセット）：「リセット」は、駆動機構を第１の位置から第２の位置に配置し直して、ＥＭＤの継続的な回転及び／又は軸方向の動作を可能にすることを意味する。リセット中、ＥＭＤは駆動機構によって能動的に動かされることはない。一実施例では、ＥＭＤは、駆動機構の再配置に先立って駆動機構からリリースされる。一実施例では、クランプが、駆動機構の再配置中にＥＭＤの位置を固定する。
連続動作：「連続動作（連続モーション）」は、リセットを必要とせず、途切れることのない動作を指す。タイヤ駆動直線動作は連続動作である。
不連続動作：「不連続動作（不連続モーション）」は、リセットを必要とし、中断される動作を指す。パドル駆動直線動作は不連続動作である。
消耗品：「消耗品」は、医療処置で通常は１回だけ使用する滅菌可能ユニットを指す。このようなユニットは、別の医療処置で使用するための再滅菌プロセスを通して再使用可能な消耗品のこともある。
デバイス支持体：「デバイス支持体」は、ＥＭＤの座屈を防止する部材、部分、又はデバイスを指す。
ダブルギア：「ダブルギア」は、デバイスの２つの異なる部分に動作可能に接続される２つの独立従動ギアを指す。２つのギアの各々は、同一でも違う設計でもよい。「ギア（歯車）」は、ベベルギア、スパイラルベベルギア、スパーギア、マイタギア、ウォームギア、ヘリカルギア、ラックアンドピンオン、スクリューギア、サンギアなどのインターナルギア（内歯車）、インボリュートスプラインシャフト及びブッシング、又は、当技術分野で周知の他のタイプのギアである。一実施例では、ダブルギアは、駆動接続がデバイスの２つの異なる部分によって維持されるデバイスを含み、限定的列挙ではないが、ベルト、摩擦係合、又は当技術分野で周知の他のカプラを含む。
負荷センサ：「負荷センサ」は、力及び／又はトルクの１つ以上の成分を測定するセンサを指す。例えば、一軸負荷センサは、１つの軸に沿った力又は１つの軸のまわりのトルクを測定する。多軸負荷センサは、複数の相互交差する軸における力及び／又はトルクを測定する。負荷センサは、一般に、負荷に応じて電気信号を生成し（例えば、歪みゲージベースの負荷センサは負荷に応じて電荷を生成する）、一般に、信号を力及び／又はトルクに変換するために信号調整回路を必要とする。このように、負荷センサは、圧縮力及び／又は引張力及び／又は時計回りのトルク及び／又は反時計回りのトルクの１つ以上の成分を、測定可能な電気出力（例えば電圧又は電流）に変換するトランスデューサである。
モーションセンサ：「モーションセンサ」は、動作パラメータを検出するセンサを指す。接触型モーションセンサには、加速度計、ＬＶＤＴ、エンコーダが含まれる。ただし、これらに限定されない。非接触型モーションセンサには、ＣＭＯＳセンサ、光学エンコーダ、超音波センサ、標準又は高速度カメラが含まれる。ただし、これらに限定されない。
ゼロオフセット：「ゼロオフセット」は、無負荷時の見かけの負荷を示す、負荷検知システムの測定負荷におけるバイアスを指す。センサ較正のプロセスは、無負荷時に負荷検知システムがゼロ負荷を示すように、ゼロオフセットに関し補正する。
過負荷保護：「過負荷保護」は、負荷センサが過負荷状態にならないように、つまり、センサの作動範囲を超える力を受けることのないように、あるいは、センサの測定仕様の上限を超える負荷でダメージを受けることのないように、保護する手段を指す。
自動較正：「自動較正（自動化較正・自己較正）」は、手動による介入なしで起動するセンサ又はセンサシステムの較正手段を指す。自動較正において、負荷センサ又は負荷検知システムは、非手動手段（既知の剛性の弾性部材を変位させる被駆動モータなど）による既知の負荷で（すなわち、別の方法によって正確に把握した負荷で）作動し、プロセッサが誤差を補正するために使用される。
［負荷検知］
細長い円筒部分を有する機械的コンポーネントに作用する力及びトルクを検知するために、センサが細長い円筒部分と一列にして配置されるか、又は、歪みゲージが細長い円筒部分に取り付けられる。細長い円筒部分が細長い医療デバイス（ＥＭＤ）であるカテーテル及びガイドワイヤインターベンションシステムの場合、センサは、患者の体外で力及びトルク（以降、負荷と呼ぶ）を測定することが望ましい場合があり、この場合、センサはＥＭＤと一列にないか、ＥＭＤに取り付けられていない。患者の外で負荷を測定することで、血管内にセンサや関連電子機器（ケーブルなど）を配置するといった要件が排除される。直径が大きめのＥＭＤ（例えば、直径＞２ｍｍの一部のＥＰ（電気生理学）カテーテル）のように、血管内に負荷センサを置くことが可能であることもあるが、０．２ｍｍから２ｍｍの直径をもつ小さめの径のＥＭＤを、血管内配置が要求されるセンサ無しで使用する場合であっても、負荷を測定することが望ましいことがある。手動の処置では、医師は負荷の推定を指に頼って行っている。しかしながら、ＥＭＤに伝わる低い範囲の力とトルクについて、直径の小さいデバイスに加わる負荷を術者が正確に推定するのは非常に難しい。
ロボット制御システムにおいて、ロボット制御駆動機構内の負荷センサを用いて、ＥＭＤに作用する力とトルクを測定することができる。センサを駆動機構の内部に配置することによって、摩擦及び慣性効果に起因する寄生の力及びトルクが実際の値に影響を与える（例えば、付加される）ことがあり、故にＥＭＤ内の力及びトルクの測定精度が低下する可能性がある。ここでは、負荷センサに作用する寄生負荷を低減すると共にロボット制御血管インターベンションシステムにおいて負荷検知を実施する方法と設計を提示する。言い換えると、測定負荷と実際の負荷との差が最小になるように、被負荷検知成分を寄生負荷から分離する。
ここに説明する負荷検知システムは、特許出願「SYSTEMS, APPARATUS AND METHODS FOR SUPPORTING AND DRIVING ELONGATED MEDICAL DEVICES IN A ROBOTIC CATHETER-BASED PROCEDURE SYSTEM」（Atty Dkt. No. C130-362, 169528.00004；米国仮出願６２／８７４，２２２；２０１９年７月１５日出願）に開示のシステムに接続して使用することができる。その中に浮遊カセット部材が記載されている。チューブはもちろん、コレット駆動に使用される座屈防止支持システム（伸縮式支持体、アコーディオン式支持体、固定シースなど）は、使い捨てコンポーネントに、負荷検知測定においてＥＭＤに作用する実際の力と混合され得る（又は加えられ得る）意図しない力（寄生力）を印加し得る。
図３及び図４Ａ－図４Ｄを参照すると、ロボット制御駆動装置２４のデバイスモジュール３２は、滅菌バリア１００によって分離された駆動モジュール６８及びカセット６６を含む。一実施例では、滅菌バリア１００は可撓性ドレープである。一実施例では、滅菌バリア１００はボックスなどの硬質の滅菌バリアである。一実施例では、駆動モジュール６８がデバイスモジュール３２の主要部分であり、カセット６６及び滅菌バリア１００は、デバイスモジュール３２の使い捨て部分である。ロボット制御駆動システムは、ＥＭＤの縦軸に沿ってＥＭＤ１０２を直線的に移動させ及び／又はＥＭＤの縦軸のまわりにＥＭＤ１０２を回転動作させることができる。直線（前進、後退）動作と回転（時計回り、反時計回り）動作がＥＭＤ１０２の主な自由度（ＤＯＦ）である。例えば、コレット内でＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチしたり、自己拡張型ステントを鞘から出したりする、追加のＤＯＦも存在し得る。
カセット６６は、カセットハウジング１０４と、カセットハウジング１０４の中で及び／又はカセットハウジング１０４と相対的に動作可能な隔離コンポーネント１０６とを含む。一実施例では、隔離コンポーネント１０６はハウジング１０４から隔離され、隔離コンポーネント１０６はハウジング１０４に固定されない。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、生理食塩水、造影剤等を導入するために使用することができるチューブ１１０に接続される。一実施例では、チューブ１１０はＹ－コネクタ又はカテーテルのハブに接続され、この場合のチューブ１１０はカセットハウジング１０４に固定される。一実施例では、カセット６６が使い捨てユニットであり、カセットハウジング１０４、隔離コンポーネント１０６、及びチューブ１１０は使い捨てコンポーネントである。
ＥＭＤ１０２は、隔離コンポーネント１０６内のメカニズム（後述する）によって操作される。隔離コンポーネント１０６は、ＥＭＤ１０２に作用する実際の負荷以外の外的負荷から切り離されている。一実施例では、カセット６６の隔離コンポーネント１０６は、例えば、可撓性膜１０８を使用することによって、カセット６６のハウジング１０４につながれる。別の例では、カセット６６の隔離コンポーネント１０６は、ガイド及びスライダインターフェースを用いてカセット６６のハウジング１０４に滞留する。（図６Ｂの符号１５０－１５１及び１５６－１５７参照。）
一実施例では、可撓性膜１０８は、負荷測定方向において隔離コンポーネント１０６に大きな負荷を加えない。例えば、可撓性膜１０８によって隔離コンポーネント１０６に加えられる負荷は、測定される負荷の範囲の１０％を下回る。
一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、カセット６６のハウジング１０４の中に閉じ込められ、すなわち拘束されている。これにより、カセット６６の２つのコンポーネント（カセットハウジング１０４及び隔離コンポーネント１０６）を一緒に動作させることができ、駆動モジュール６８に一緒に搭載することができる。駆動モジュール６８に搭載されると、隔離コンポーネント１０６は、カセット６６のハウジング１０４に対して非接触となり、その結果、カセット６６のハウジング１０４から隔離コンポーネント１０６に負荷がかからない。この特徴は、特許出願「SYSTEMS, APPARATUS AND METHODS FOR SUPPORTING AND DRIVING ELONGATED MEDICAL DEVICES IN A ROBOTIC CATHETER-BASED PROCEDURE SYSTEM」（Atty Dkt. No. C130-362, 169528.00004；米国仮出願６２／８７４，２２２；２０１９年７月１５日出願）に開示されている。
図３、図４Ａ－図４Ｄ、及び図５Ｄを参照すると、一実施例において、ＥＭＤ１０２の直線ＤＯＦ動作はステージ駆動機構７６に沿ってデバイスモジュール３２を移動させることによって達成され、一方でＥＭＤ１０２は、カセット６６の隔離コンポーネント１０６に全体的に接続されたＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２によって捕らえられている。ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、エンドエフェクタ又はＥＭＤキャプチャデバイスとしても知られている。一実施例では、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２はコレットである。一実施例では、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、ハブ駆動装置である。一実施例では、ステージ駆動機構７６は送りネジであり、駆動モジュール６８は、ベルト１１４の使用によって送りネジに螺合のナットを回転させるステージ並進モータ６４を含む。ナットは、２つのスラストベアリングを介して駆動モジュール６８と接触し、ナットが親ねじに対し回転することでデバイスモジュール３２が並進する。駆動モジュール６８は、ステージ駆動機構７６に対して直線的にのみ動くようにガイドによって拘束される。
駆動モジュール６８は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６及び被負荷検知コンポーネント１１８を含む。被負荷検知コンポーネント１１８は、少なくとも１つの負荷測定方向で隔離コンポーネント１０６を支持し、そして被負荷検知コンポーネント１１８は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に接続された負荷センサ１２０によって、少なくとも１つの負荷測定方向において支持される。一実施例では、駆動モジュール６８は主要ユニットであり、駆動モジュール基部コンポーネント１１６、被負荷検知コンポーネント１１８、及び負荷センサ１２０を主要コンポーネントとする。
一実施例では、ケーブル１２２が被負荷検知コンポーネント１１８に接続され、このケーブル１２２は例えば、アクチュエータに給電したり、エンコーダ（例えば図４Ａ及び図４Ｃ）と信号を交信するための、配線を含む。一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８に接続されたケーブル１２２は、ケーブル１２２が被負荷検知コンポーネント１１８を引きずることのないように、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固着される。一実施例では、ケーブル１２２は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６の内腔を経て被負荷検知コンポーネント１１８に接続される。一実施例では、ケーブル１２２は、分割して接続されたケーブルを含み、例えば、第１の部分は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６のコネクタに接続されたケーブルであり、第２の部分は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６のコネクタを被負荷検知コンポーネント１１８に接続する別個のケーブルであり、この場合、第２の部分のケーブルは、負荷測定方向において被負荷検知コンポーネント１１８に大きな負荷を与えない。１つの例では、第２の部分のケーブルが加える負荷は、測定される負荷の全範囲の１０％を下回っていれば、有意とはみなされない。
一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８は、負荷センサ１２０によって完全に支持される。ただし、オフ軸負荷（例えば、Ｘ軸として図中に示されている測定軸以外の軸に沿って作用する力成分）に対する負荷センサ１２０の負荷容量は、被負荷検知コンポーネント１１８の重量や慣性力といった負荷に耐えるのに適切でない場合がある。通常、負荷センサの構造強度はセンサの負荷測定範囲に比例する。ＥＭＤ１０２に作用する負荷の範囲は、被負荷検知コンポーネント１１８の重量や慣性力よりも著しく低くなり得るので、重量及び／又は慣性力をセンサが完全に支持することになると、負荷センサ１２０にとっては過負荷となり、ダメージを受ける可能性がある。オフ軸負荷を支持するための１つのアプローチとして、高いオフ軸負荷を支えることができる、より高い構造強度をオフ軸方向に有する負荷センサ１２０の使用が含まれる。例えば、一実施例では、負荷センサ１２０は、このような特性をもつ曲げビーム型センサである。
一実施例では、オフ軸負荷は、ベアリング支持体のような付加的コンポーネントによって支えられる。ベアリング支持体は、測定方向において負荷を加えることなく、オフ軸負荷のみを支えるために使用することができる。
一実施例では、負荷検知は、間接的に、すなわち、あからさまな負荷センサ１２０の使用をせずとも達成することができる。例えば、一実施例では、負荷検知は、アクチュエータにより印加された力及び／又はトルクに関連付けられる、電動アクチュエータの電流を測定することによって達成される。一実施例では、負荷検知は、印加された力及び／又はトルクに関連させることができるアクチュエータの圧力などの物理的特性を測定することによって達成することができる。一実施例では、物理的特性と負荷との関係は、実験的較正によって決定できる。一実施例では、物理的特性と負荷との関係は、数学モデル又は方程式によって決定できる。
一実施例では、駆動モジュール６８全体が負荷検知される。一例として、駆動モジュール６８の全体が負荷センサ１２０を介してステージ６２に連結され、負荷センサ１２０は、少なくとも１つの方向（負荷測定方向）で駆動モジュール６８を支持する。一実施例では、負荷センサ１２０は、寄生負荷の発生源を被負荷検知コンポーネント１１８から排除し、測定中にＥＭＤ１０２に作用する実際の負荷の測定を損なう摩擦負荷、慣性負荷、重力負荷などの寄生負荷を低減するために、駆動モジュール６８の内側に配置される。
負荷検知システムは、測定された負荷を表す１つ以上の信号を負荷センサから受け取るプロセッサ（処理ユニット）を含む。
負荷検知システムは、駆動モジュール６８、カセット６６、ケーブル１２２、チューブ１１０、及び滅菌バリア１００からの寄生負荷など、駆動システム内の寄生負荷源に起因する、被負荷検知コンポーネント１１８に作用して実際の負荷に影響を与える寄生負荷を補正する方法を含む。一実施例では、滅菌バリア１００はドレープを含む。この方法は、慣性負荷、重力負荷、摩擦負荷、及び障害負荷などの寄生負荷の特性評価及び／又は測定を含む。障害負荷とは、被負荷検知コンポーネント１１８に抵抗負荷を加えるケーブル及び／又はチューブ及び／又は他のコンポーネントによって生じる負荷をいう。摩擦負荷には、これに限定されないが、駆動系における摩擦負荷、例えば、ギア、ベルト、摺動コンポーネント、封止における摩擦損失が含まれる。ＥＭＤに作用する実際の力“Ｆactual”と実際のトルク“Ｔactual”は、それぞれ、以下のように決定される。
［式１］Ｆactual＝Ｆsensed－Ｆinertia－Ｆgravity－Ｆfriction－Ｆdrag
［式２］Ｔactual＝Ｔsensed－Ｔinertia－Ｔgravity－Ｔfriction－Ｔdrag
式中、Ｆinertia、Ｆgravity、Ｆfriction、及びＦdragはそれぞれ、寄生の慣性、重力、摩擦、及び障害の力を表し、Ｔinertia、Ｔgravity、Ｔfriction、及びＴdragはそれぞれ、寄生の慣性、重力、摩擦、及び障害のトルクを表す。ＦsensedとＴsensedは、それぞれ、被負荷検知コンポーネントに接続された負荷センサによって測定される力とトルクを表す。
上述したた図４Ａ－図４Ｄを参照すると、説明した負荷検知概念に係るデバイスモジュール３２は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６及び被負荷検知コンポーネント１１８を有する駆動モジュール６８を含む。ＥＭＤ１０２は、隔離されたコンポーネント１０６に取り外し可能に連結されている。隔離コンポーネント１０６は、被負荷検知コンポーネント１１８とＥＭＤ１０２との間のインターフェースを提供するので、隔離インターフェースコンポーネントとも呼ぶ。ここで使用される隔離コンポーネントは、浮遊部材又は浮遊コンポーネントとも呼ぶ。隔離コンポーネント１０６は、ＥＭＤ１０２に作用する実際の負荷以外の負荷から隔離される。隔離コンポーネント１０６は、被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に連結される。駆動モジュール基部コンポーネント１１６及び被負荷検知コンポーネント１１８に固定された負荷センサ１２０が、ＥＭＤ１０２に作用する実際の負荷を検知する。
一実施例において、負荷センサ１２０は、少なくとも１つの負荷測定の方向において被負荷検知コンポーネント１１８の唯一の支持部である。一実施例では、カセットハウジング１０４と隔離コンポーネント１０６とは、これらで１つのコンポーネントを形成するように、内部で接続される。一実施例では、可撓性膜１０８がカセットハウジング１０４と隔離コンポーネント１０６との間を接続し、この可撓性膜１０８は、Ｘ方向（デバイス方向）には無視できる力を隔離コンポーネント１０６に印加する。一実施例では、可撓性膜１０８は、物理的な膜ではなく、カセットインターフェースを表す。
図４Ａを参照すると、デバイスモジュール３２は、負荷センサ１２０によって全体的に支持される被負荷検知コンポーネント１１８を含む。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２にかかる実際の力を決定するために反力を測定する単軸センサである。一実施例では、負荷センサ１２０は、反力負荷の成分を測定する多軸センサで、ＥＭＤ１０２に作用する対応する実際の力及びトルクを決定する。一実施例では、ＥＭＤ１０２を回転させたり、ＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするアクチュエータは、存在しない。一実施例では、ＥＭＤ１０２を回転させるため及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするために、被負荷検知コンポーネント１１８の内側に位置する又は一体的に接続される少なくとも１つのアクチュエータ（図示せず）が存在する。
図４Ｂを参照すると、負荷検知システムを備えたデバイスモジュール３２の図４Ａとは別の実施例は、付加的な部分を有すること、すなわち、ＥＭＤ１０２を回転させるため及び／又は被負荷検知コンポーネント１１８の外でピンチ／アンピンチするために使用される、少なくとも１つのアクチュエータを配置すること、を示している。一実施例では、アクチュエータ１２４は、被負荷検知コンポーネント１１８の内から被負荷検知コンポーネント１１８の外へ出してあり、被負荷検知コンポーネント１１８にアクチュエータによって印加され得る寄生負荷（慣性負荷など）を低減する。
一実施例では、動力は、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４から、負荷センサ１２０に負荷測定方向の負荷を印加しないパワートレインを介して、被負荷検知コンポーネント内の駆動コンポーネント（例えば、カセット内の使い捨てオンデバイスアダプタを駆動するために使用されるプーリ及び／又はキャプスタン）に伝達される。一実施例では、動力は、負荷測定方向に対し交差するベルト１２６を使用することによって、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４から被負荷検知コンポーネント１１８の中の駆動コンポーネントに伝達される。一実施例では、動力は、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４から、負荷測定方向に対し交差するチェーン又はケーブル又はワイヤを使用するなどの他の手段によって、被負荷検知コンポーネント１１８の中の駆動コンポーネントに伝達される。一実施例では、動力は、負荷センサ１２０に負荷測定方向の負荷を印加する駆動トレインを介して、アクチュエータ１２４からＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２に伝達される。この場合、この負荷は、ＥＭＤ１０２にかかる実際の負荷の判定において補正することができる。一実施例では、アクチュエータ１２４は、アクチュエータ１２４と駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間の反力トルクを測定するために、トルクセンサ１２５のような第２の負荷センサを含む。一実施例では、アクチュエータ１２４は、デバイス角度位置フィードバック用のエンコーダを含む。
一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２に作用する力を測定するための曲げビーム型力センサのような力センサである。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２に作用する力及びトルクを測定するために使用される多軸センサである。一実施例では、ＥＭＤ１０２の回転又はピンチ／アンピンチのためにアクチュエータ１２４から被負荷検知コンポーネント１１８に動力を伝達するべく使用されるパワートレイン（例えば、ベルト、ケーブル、チェーンなど）の中心線は、負荷センサ１２０の軸と一致し、トルク測定方向においてパワートレインのプレテンションがトルクセンサに印加されないようにする。別の実施例では、パワートレインは、隔離コンポーネント１０６に係合されたＥＭＤの近位部分と平行であり、トルク測定方向におけるパワートレインのプレテンションによって生成されるトルクがないようにする。
一実施例では、ＥＭＤ１０２の回転又はピンチ／アンピンチのためのアクチュエータ１２４とＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２との間のパワートレインに負荷センサ１２０が使用され、ＥＭＤ１０２に作用するトルク及び／又はコレットをピンチ／アンピンチするために印加されるトルクを判定する。一実施例では、負荷センサ１２０は、アクチュエータ１２４と駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間に配置され、ＥＭＤ１０２に作用するトルク及び／又はコレットをピンチ／アンピンチするために印加されるトルクを判定する。
図４Ｃを参照すると、負荷検知システムを備えたデバイスモジュール３２の図４Ａとは別の実施例は、追加的な部分を有すること、すなわち、少なくとも１つの非測定方向において被負荷検知コンポーネント１１８を支持するためのベアリング１２８を含むこと、が示されている。言い換えれば、ベアリング支持体１２８は、測定方向において負荷を加えない。図４Ｃを参照すると、一実施例では、ベアリング支持体１２８は、力の測定方向以外のすべての方向において被負荷検知コンポーネント１１８を支持するリニアベアリング（平面内に方向をもった）である。
図４Ｄを参照すると、負荷検知システムを備えたデバイスモジュール３２の図４Ａとは別の実施例は、上述した図４Ｂと図４Ｃの部分を組み合わせて含むことが示されている。すなわち、被負荷検知コンポーネント１１８の外にＥＭＤ１０２の回転及び／又はピンチ／アンピンチのためのアクチュエータ１２４を配置すると共に、少なくとも１つのオフ軸（非測定）方向における被負荷検知コンポーネント１１８のベアリング支持体１２８を含む。ベアリング支持体１２８は、測定方向に負荷を加えない。図４Ｄを参照すると、一実施例では、ベアリング支持体１２８は、力の測定方向以外のすべての方向において被負荷検知コンポーネント１１８を支持するリニアベアリング（平面内に方向をもった）である。
図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃを参照すると、負荷検知システムを備えた駆動モジュール６８が示されている。駆動モジュール６８は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と被負荷検知コンポーネント１１８との間に位置する負荷センサ１２０によって接続される別個の部分として、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と被負荷検知コンポーネント１１８とを含む。被負荷検知コンポーネント１１８のベアリング１２８は、少なくとも１つのオフ軸（非測定）方向において被負荷検知コンポーネントを支持する。
図５Ｂを参照すると、負荷検知システムを備えた駆動モジュール６８は、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４（ＥＭＤ１０２を回転及び／又はピンチ／アンピンチするために使用される）を含む。一実施例では、アクチュエータ１２４は、ベルト１２６を駆動する第１のプーリを回転させ、この第１のプーリが、カセット６６と係合及び係合解除の可能なカプラ１３０を回転させる第２のプーリを回転させる。
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｇ、及び図５Ｈを参照すると、一実施例では、駆動モジュール基部コンポーネント１１６は、被負荷検知コンポーネント１１８及び負荷センサ１２０を含む。上述したように、駆動モジュール６８は駆動モジュール基部コンポーネント１１６と被負荷検知コンポーネント１１８とを含み、これらは、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と被負荷検知コンポーネント１１８との間に位置する負荷センサ１２０によって接続される別個の部品として含まれる。被負荷検知コンポーネント１１８のベアリング１２８は、少なくとも１つのオフ軸（非負荷測定）方向において被負荷検知コンポーネントを支持する。被負荷検知コンポーネント１１８は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６内に配置され、負荷センサ１２０を用いて駆動モジュール基部コンポーネント１１６に連結される。一実施例では、負荷センサ１２０は、第１の留め具１１５を用いて駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固定される第１の部分と、第２の留め具１１９を用いて被負荷検知コンポーネント１１８に固定される第２の部分とを含む。一実施例では、負荷センサ１２０の第１の部分は、負荷センサ１２０の第２の部分とは異なる別個のものである。一実施例では、第１の留め具１１５及び第２の留め具１１９はボルトである。一実施例では、第１の留め具１１５及び第２の留め具１１９は、機械的接続を確保するための当技術分野で周知の機械的締結部品である。一実施例では、第１の留め具１１５及び第２の留め具１１９は、機械的接続を確実にするための接着手段と置き換えられる。一実施例では、第１の留め具１１５及び第２の留め具１１９は、磁石である。
図５Ｄを参照すると、負荷検知システムを備えた駆動モジュール６８が、カセット６６及びＥＭＤ１０２に対する接続と共に示されている。カプラ１３０の回転が、後述するように、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２を回転させてＥＭＤ１０２を回転させ及び／又はピンチ／アンピンチする。
カセット６６はカセットハウジング１０４を含む。カセットハウジング１０４は、ＥＭＤ１０２と共にＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２を受け入れいるように構成されたクレードル１３２を含む。カセットハウジング１０４内のカセットベベルギア１３４は、駆動モジュール６８のカプラ１３０が回転する中心のカプラ軸１３１と一致する軸を中心にして、カセットハウジング１０４に対して自由に回転することができる。組み立てられたデバイスモジュール３２において、カセット６６は、駆動モジュール６８の搭載面に配置されて、カセットベベルギア１３４がカプラ軸１３１に沿ってカプラ１３０を受け入れる。このとき、カプラ軸１３１に沿って係合及び係合解除が自在であり、そして、カプラ１３０の回転がカセットベベルギア１３４の回転に相当するようにカプラ軸１３１の周りに一体的に接続される（自由でない）。換言すれば、カプラ１３０が所定の速度で時計回りに回転する場合、カセットベベルギア１３４も同じ所定の速度で時計回りに回転し、カプラ１３０が所定の速度で反時計回りに回転する場合、カセットベベルギア１３４も同じ所定の速度で反時計回りに回転する。
カセットベベルギア１３４は、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２がカセットハウジング１０４のクレードル１３２に着座しているとき、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２に一体的に接続されている従動ベベルギア１３６と噛み合う。一実施例では、図５Ｄの実施例は、ＥＭＤ１０２がガイドワイヤであり、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２がコレットである。駆動モジュール６８のカプラ１３０からカセットベベルギア１３４に動力が伝達されると、コレットの従動ベベルギア１３６と噛み合っているカセットベベルギア１３４がガイドワイヤを回転させる。
図５Ｄを参照すると、デバイス支持体７９がカセットハウジング１０４内のチャンネル１３８に配置される。デバイス支持体７９及びカセット６６は、互いに相対的に動作するように構成される。詳細は、ここに援用される特許出願６２／８７４，２４７「SYSTEMS, APPARATUS AND METHODS FOR ROBOTIC INTERVENTIONAL PROCEDURES USING A PLURALITY OF ELONGATED MEDICAL DEVICES」（Atty Dkt. No. C130-337, 169528.00005；米国仮出願６２／８７４，２４７；２０１９年７月１５日出願）に記載されている。
図５Ｄを参照すると、一実施例において、駆動モジュール６８がＥＭＤ１０２を第１の方向に動作させ、隔離コンポーネント１０６は、第１の方向においてカセットハウジング１０４から分離される。一実施例では、第１の方向はＥＭＤ１０２の縦軸に沿っている。この例では第１の方向がＸ軸に相当する。一実施例では、駆動モジュール６８がＥＭＤ１０２を第２の方向に動作させ、隔離コンポーネント１０６は、第１の方向及び第２の方向においてカセットハウジング１０４から分離される。一実施例において、第２の方向は、ＥＭＤの縦軸を中心とした時計回り及び反時計回りの回転である。
図５Ｄ及び図５Ｉを参照すると、一実施例に係る装置は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に取り外し可能に取り付けられるカセットハウジング１０４と、隔離コンポーネント１０６に取り付けられたカセットカバー１０５とを有するカセット６６を含む。
図４Ａ－図４Ｄ、図５Ｄ、及び図５Ｉを参照すると、一実施例では、隔離コンポーネント１０６を介して被負荷検知コンポーネント１１８に連結されているオンデバイスアダプタ１１２は、カセットハウジング１０４から離間していて非接触関係にある。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、全ての方向においてカセットハウジング１０４から分離される。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、カセットハウジング１０４から分離されており、非接触関係にある。
図５Ｄ、図５Ｉ及び図５Ｊを参照すると、隔離コンポーネント１０６は、第１コンポーネント１０６ａとこれに連結される第２コンポーネント１０６ｂとを含む。第１コンポーネント１０６ａは、カセット６６が駆動モジュール６８に固定された使用位置にあるとき、駆動モジュール６８に向かう方向でカセットハウジング１０４のリセス１４３内に入れられる。第２コンポーネント１０６ｂは、第１コンポーネント１０６ａに向かって被負荷検知コンポーネント１１８から離れる方向からリセス１４３内に入れられる。隔離コンポーネント１０６が被負荷検知コンポーネント１１８に接続されているとき、隔離コンポーネント１０６は、カセットハウジング１０４の中に少なくとも１つの方向においてカセットハウジング１０４から分離して配置される。
図５Ｇを参照すると、一実施例では、駆動モジュール基部コンポーネント１１６は、被負荷検知コンポーネント１１８を受け入れるリセスを含む。一実施例では、駆動モジュール基部コンポーネント１１６は、さらに、リセスから延びるキャビティを、負荷センサ１２０の一部を受け入れるために画定する。
図５Ｉ及び図５Ｊを参照すると、カセット６６は、カセットハウジング１０４と、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａに接続されるカセットカバー１０５とを含む。カセットハウジング１０４は、ＥＭＤ１０２と共にＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２を受けるように構成されたキャビティ１３２を含む。キャビティ１３２は、ここではクレードル１３２とも呼ばれる。
図５Ｊ、図５Ｋ、及び図５Ｌを参照すると、カセットハウジング１０４内に収容されている隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂにあるカセットベベルギア１３４は、被負荷検知コンポーネント１１８のカプラ１３０の回転中心となるカプラ軸１３１に整列する軸を中心として、隔離コンポーネント１０６に対して自由に回転することができる。被負荷検知コンポーネント１１８は駆動モジュール６８内に収容されている。
図５Ｉ及び図５Ｋを参照すると、一実施例では、カセットハウジング１０４は、クイックリリース機構１２１を介して駆動モジュール基部コンポーネント１１６に取り外し可能に接続される。一実施例では、クイックリリース機構１２１は、カセットハウジング１０４内にスプリングで付勢された部材を含み、該部材は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固定されたクイックリリースロックピン１１７ａと解放可能に係合し、ラッチリリース１２３によって作動される。一実施例では、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固定された位置合わせピン１１７ｂが、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に対してカセットハウジング１０４を位置合わせする。
図５Ｉ及び図５Ｌを参照すると、使用時の一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２は、オンデバイスアダプタ１１２の近位端部に向かって長手方向に形成された円筒溝内に支持される。使用時におけるオンデバイスアダプタ１１２の支持は、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａの遠位端面にある下側支持体１３３と、閉じられたカセットカバー１０５の内部にある上側支持体１３５とによって提供される。一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２において、オンデバイスアダプタ１１２を支持するための溝が、縦方向に向かってオンデバイスアダプタ１１２の近位端で従動ベベルギア１３６の遠位側のところでオンデバイスアダプタ１１２に形成されている。一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２は、オンデバイスアダプタ１１２を支持する前記溝の両脇にフランジなどの部分を含む。一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２のこの溝において下側支持体１３３及び上側支持体１３５によって提供される支持は、オンデバイスアダプタ１１２のスラストベアリングとして機能し、オンデバイスアダプタ１１２の自由な回転を許容する一方で、隔離コンポーネント１０６のヒンジ１０３で接続されている第１コンポーネント１０６ａとカセットカバー１０５との並進動作に対してオンデバイスアダプタ１１２の縦方向動作を拘束する。下側支持体１３３は、回転駆動要素クレードルとも呼ばれる。
図５Ｉ、図５Ｊ、及び図５Ｍを参照すると、一実施例では、カセット６６は、カセットハウジング１０４から分離されて非接触の隔離コンポーネント１０６に、ヒンジ１０３によって回動可能に連結されたカセットカバー１０５を含む。一実施例では、カセットカバー１０５は、ヒンジ１０３によって、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａに回動可能に連結される。一実施例では、カセットカバー１０５は、スナップ嵌めなどの他の手段によって、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａに接続される。一実施例では、ＥＭＤ１０２は、オンデバイスアダプタ１１２が被負荷検知コンポーネント１１８に連結されているとき、カセットハウジング１０４から離間して非接触になっている。
図５Ｅを参照すると、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２及び従動ベベルギア１３６と共にＥＭＤ１０２のカテーテル１４０の実施例が示されている。カテーテル１４０は、ハブをカテーテル１４０の近位端に備え、例えば回転止血弁がハブに接続される。一実施例では、カテーテル１４０のハブは、カテーテルの遠位端まで延伸するワイヤなどのカテーテル内部分を操作して先端を逸らせるために使用される、コントロールを備えていない。一実施例では、カテーテル１４０は、カテーテルの遠位端まで延伸するワイヤなどのカテーテル内部分を操作して先端を逸らせるために使用される、コントロールを含んでいない。
一実施例では、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、従動ベベルギア１３６に一体的に接続されたカテーテル１４０を含む。従動ベベルギア１３６は、ハブ１４２と共に示されたＹ－コネクタに取り外し可能に接続することができ、ハブ１４２は、近位端の止血弁と取り外し可能に接続することができる。ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２の一実施例は、従動ベベルギア１３６に取り外し可能に接続されたカテーテル１４０を含む。カテーテル１４０は、カテーテルハブ１３９と、一体的に接続されたカテーテルシャフト１４１とを含む。
図５Ｆを参照すると、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２及び従動ベベルギア１３６と共にＥＭＤ１０２のガイドワイヤの実施例が示されている。図５Ｆの実施例において、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２はコレット１１３であり、コレットの近位端に従動（被駆動）ベベルギア１３６が設けられている。
一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２は、オンデバイスアダプタ１１２の遠位端にコレットジョー（又はコレットナット）を備えたコレット１１３と、開放円筒ハウジング内に収められたコレット本体とを含み、従動ベベルギア１３６が、オンデバイスアダプタ１１２の近位端でコレット本体に一体的に接続される。オンデバイスアダプタ１１２の中心縦軸を通る内腔は、コレット１１３の中心縦軸と同軸であり、ガイドワイヤのＥＭＤ１０２を通過させる。一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２の開放円筒ハウジングは、縦方向スリットなどの部分を含み、コレット本体を円筒ハウジング内に嵌合できるようにする。一実施例では、オンデバイスアダプタ１１２の開放円筒ハウジングは、外部フランジを含み、この外部フランジは、オンデバイスアダプタ１１２を並進させる作動部材との運動学的係合を確実にするために使用することができる。一実施例では、従動ベベルギア１３６の回転がオンデバイスアダプタ１１２の回転に相当し、したがって、ＥＭＤ１０２を回転させ及び／又はピンチ／アンピンチするために使用される。
図５Ｊ及び図５Ｍを参照すると、隔離コンポーネント１０６は、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａを、カセットハウジング１０４内のレール１０７を挟んで第２コンポーネント１０６ｂに取り付けることによって、カセットハウジング１０４の中に収容される。使用時、隔離コンポーネント１０６はレール１０７と接触していない。
一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２によってカセット６６の隔離コンポーネント１０６に加えられる反力を測定する。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２によってカセット６６の隔離コンポーネント１０６に印加されるトルクを測定する。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤによってカセット６６の隔離コンポーネント１０６に加えられる反力と反作用トルクの両方を測定する。一実施例では、ＥＭＤ１０２の縦軸に沿って作用する実際の力及びＥＭＤ１０２の縦軸のまわりのトルクが、負荷センサの測定値に基づいて判定される。
図５Ｊ及び図５Ｍを参照すると、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂは、互いに固定される。カセットハウジング１０４は、リセス１４３の中に位置する２つの縦（長手）向きレール１０７を含む。レール１０７は、ここではリニアガイドとも呼ぶ。カセット６６が駆動モジュール６８に取り付けられる前に、第１コンポーネント１０６ａは、カセットハウジング１０４の上面に近い方のレール１０７の上方に配置され、第２コンポーネント１０６ｂは、被負荷検知コンポーネント１１８に近い方のレール１０７の下方に離間して配置される。隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂの組み立ての方向は、使用位置に関連して説明してあるが、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント及第２のコンポーネントは、駆動モジュール６８から離れて設置されていることに注目すべきである。別の言い方をすれば、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａは、カセット６６の上面からカセット６６の底面に向かう方向で、カセットハウジング１０４の縦軸に略垂直な方向において、リセス１４３に挿入される。
一実施例では、機械的留め具又は複数の留め具が、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａを第２コンポーネント１０６ｂに固定する。一実施例では、第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂは、磁石を用いて互いに固定される。一実施例では、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂは、接着剤で固定される。一実施例では、第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂは、ツールを使用せずに互いに取り外し可能に固定される。一実施例では、第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂは、取り外しできないように互いに固定される。
図５Ｋを参照すると、一実施例では、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂは、留め具を用いて被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に固定される。一実施例では、留め具は、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂを被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に固定することができるクイックリリース機構を含む。一実施例では、留め具は磁石である。一実施例では、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂは、分離可能な嵌合によって、被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に固定される。一実施例では、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂは、すきま嵌めによって、被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に固定される。一実施例では、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂは、締り嵌めによって、被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に固定される。
図５Ｍを参照すると、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂが被負荷検知コンポーネント１１８に取り外し可能に固定される使用時において、第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂは、第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂがカセットハウジング１０４と非接触の関係にあるように、カセットハウジング１０４のレール１０７から離間している。
図６Ａを参照すると、カセットハウジング１０４及び隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａと共にデバイスモジュール３２が示されている。駆動モジュール基部コンポーネント１１６も示されている。隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａは、カセットハウジング１０４内に位置し、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２内に収容されたＥＭＤ１０２（図示せず）に対する支持を提供する。一実施例では、カセットハウジング１０４は、剛性（比較的硬質）の支持体である。ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、カセットベベルギア１３４（図示せず）とインターフェースするように構成された、隔離コンポーネント１０６内の従動ベベルギア１３６を含む。従動ベベルギア１３６を有するオンデバイスアダプタ１１２は、隔離コンポーネント１０６の第１コンポーネント１０６ａの回転駆動要素クレードル１３３内に支持される。一実施例では、Ｙ－コネクタを有するＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、Ｙ－コネクタハブ１４２を含む。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、直接の接触がないという意味で、カセットハウジング１０４に対して浮いている。
カセットハウジング１０４は、例えば、カセットに接続されたデバイス支持体７９からの力、流体チューブの障害力（抗力）、支持トラックアームによって加えられる力、及びＥＭＤ１０２以外のカセットと接続又は相互作用する他のコンポーネントからの負荷などの力に反応する。回転力に関する測定ノイズを低減するために、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２の従動ベベルギア１３６を支持する回転駆動要素クレードル１３３は、低静止摩擦材料から形成されてもよい。別の実施例では、回転駆動要素クレードル１３３は、滑り又は転がりベアリングの形態のベアリングを含むことができる。
図６Ｂを参照すると、隔離コンポーネント１０６は、接続される第１コンポーネント１０６ａ及び第２コンポーネント１０６ｂを含み、隔離コンポーネント１０６は、第１のスロット１４８及び第２のスロット１４９によってカセットハウジング１０４から隔離される。隔離コンポーネント１０６は、第１のスロット１４８及び第２のスロット１４９の内側に緩く（ルーズに）収容され、限定された動作範囲に閉じ込められる。隔離コンポーネント１０６の動作範囲によって、隔離コンポーネント１０６は、インタフェースするコンポーネント間の公差を許容しつつ、（図示しない）駆動モジュール６８の被負荷検知コンポーネント１１８に搭載される。第１のスロット１４８及び第２のスロット１４９は、Ｘ方向及びＹ方向における隔離コンポーネント１０６の限定された移動を可能にするように構成される。隔離コンポーネント１０６は、カセットハウジング１０４の第１の側面１５２にある第１のタブ１５０と、カセットハウジング１０４の第２の側面１５４にある第２のタブ１５１とによって、第１のスロット１４８及び第２のスロット１４９の内側でＺ方向に浮いているが、閉じ込められている。隔離コンポーネント１０６は、隔離コンポーネント１０６の第１の側面１５８に第１のリセス１５６と、隔離コンポーネント１０６の第２の側面１６０に第２のリセス１５７とを含む。第１のタブ１５０は、隔離コンポーネント１０６の第１のリセス１５６の中に緩く配置され、第２のタブ１５１は、隔離コンポーネント１０６の第２のリセス１５７の中に緩く配置される。一実施例では、隔離コンポーネント１０６及びカセットハウジング１０４は、別個のコンポーネントとして存在する。一実施例では、隔離コンポーネント１０６及びカセットハウジング１０４は、２つの完全に独立したコンポーネントではなく、１つのユニットとして存在する。一実施例では、隔離コンポーネント１０６が駆動モジュール６８（図示せず）に取り付けられるとき、非接触の摩擦無しのインターフェースが達成される。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、接触して駆動モジュール６８に取り付けられる。
一実施例では、駆動モジュールの被負荷検知コンポーネント１１８にある位置決めピン１２９が、隔離コンポーネント１０６の接続点１６６と係合する。カセットハウジング１０４は、カセット６６が駆動モジュール６８に取り付けられると、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に取り付けられる。駆動モジュール６８にある位置決めピンが、カセットハウジング１０４と相対的な高さに隔離コンポーネント１０６を持ち上げ、非接触インターフェースが達成される。一実施例では、その高さは１ｍｍである。他の実施例では、その高さは１ｍｍ未満であり、他の実施例では、その高さは１ｍｍより大きい。隔離コンポーネント１０６とカセットハウジング１０４との間の非接触摩擦無しインターフェースは、測定方向（Ｘ軸）でＥＭＤ１０２に作用する実際の負荷が、被負荷検知コンポーネント１１８によってのみ支持されることを可能にし、これにより、摩擦寄生負荷が、負荷センサ１２０によって検知される負荷に組み合わされることが防止される。換言すれば、ＥＭＤ１０２を収容するカセット６６の隔離コンポーネント１０６は、直接負荷検知され、寄生負荷の発生源から隔離される。
図６Ｃを参照すると、カセット６６の隔離コンポーネント１０６の底面図が示されている。隔離コンポーネント１０６の底面１６２は、駆動モジュール６８に連結するように構成される。隔離コンポーネント１０６の底面１６２は、駆動モジュール６８のカプラ１３０を受け入れるためのコネクタ１６４を含む。隔離コンポーネント１０６の底面１６２はまた、駆動モジュール６８の接続部材を受け入れるように構成された接続点１６６を含む。例えば、駆動モジュール６８の位置決めピン１２９が、隔離コンポーネント１０６の底面１６２にある一連の穴及びスロットに嵌合する。位置決めピン１２９を使用して、隔離コンポーネント１０６及び駆動モジュール６８をＸ、Ｙ及びＺ方向の全方向において拘束することができる。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、１つ以上の接続点１６６内に配置された磁石によってＺ方向に拘束される。別の実施例では、隔離コンポーネント１０６は、接続点１６６との摩擦によってＺ方向に拘束される。一実施例では、スロットが、隔離コンポーネント１０６を拘束するために、駆動モジュール６８の位置決めピン１２９と相互作用するように使用される。
図５Ｋ及び図６Ｃを参照すると、一実施例では、駆動モジュール６８の被負荷検知コンポーネント１１８の位置決めピン１２９は、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂの接続点１６６においてポケット内に着座する。カセットハウジング１０４は、カセット６６が駆動モジュール６８に取り付けられると、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に取り付けられる。駆動モジュール６８内の被負荷検知コンポーネント１１８の位置決めピン１２９は、隔離コンポーネント１０６の第２コンポーネント１０６ｂを、隔離コンポーネント１０６とカセットハウジング１０４との間で非接触インターフェースが達成されるカセットハウジング１０４と相対的な高さに持ち上げる。一実施例では、隔離コンポーネント１０６は、３つの直交するＸ、Ｙ、及びＺ方向においてカセットハウジング１０４と接触しない。一実施例では、隔離コンポーネント１０６とカセットハウジング１０４との間の間隙高さは１ｍｍである。他の実施例では、間隙高さは１ｍｍ未満であり、他の実施例では、間隙高さは１ｍｍより大きい。隔離コンポーネント１０６とカセットハウジング１０４との間の非接触摩擦無しインターフェースは、測定方向（Ｘ軸）においてＥＭＤ１０２に作用する実際の負荷が、被負荷検知コンポーネント１１８によってのみ支持されることを可能にし、これにより、摩擦寄生負荷が、負荷センサ１２０によって検知される負荷に組み合わされることが防止される。換言すれば、ＥＭＤ１０２を収容するカセット６６の隔離コンポーネント１０６は、直接負荷検知され、寄生負荷の発生源から隔離される。
図７を参照すると、使い捨てカセットコンポーネント及び主要駆動モジュールコンポーネントを含む、図４Ｄと同様の負荷検知システムの実施例の側面図が示されている。デバイスモジュール３２は、破線で囲われたカセット６６及び駆動モジュール６８を含む。一実施例では、カセット６６及びそのコンポーネントは使い捨てであり、駆動モジュール６８及びそのコンポーネントは主要、すなわち、再利用可能で使い捨てではない。カセット６６は、カセットハウジング１０４と、カセットカバー１０５に接続された隔離コンポーネント１０６とを含む。
一実施例では、ＥＭＤ１０２の直線ＤＯＦ動作は、ステージ駆動機構７６に沿ってデバイスモジュール３２を移動させることによって達成され、一方、ＥＭＤ１０２は、カセット６６の隔離コンポーネント１０６に一体的に接続されたＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２によって収容される。ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、エンドエフェクタ又はオンデバイスアダプタとしても知られている。一実施例では、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２はコレットである。一実施例では、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２は、ハブ駆動装置である。一実施例では、ステージ駆動機構７６が送りネジであり、駆動モジュール６８は、送りネジと螺合したナットを回転させるステージ並進モータ６４を含む。
駆動モジュール６８は、被負荷検知コンポーネント１１８と負荷センサ１２０を含む。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２によって収容されているＥＭＤ１０２にかかる実際の力を判定するために反力を測定する単一軸センサである。一実施例では、負荷センサ１２０は、反作用負荷の成分を測定する多軸センサであり、ＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２によって収容されているＥＭＤ１０２に作用する、対応する実際の力及びトルクを判定するために使用される。一実施例では、ＥＭＤ１０２を回転させるため及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするために使用される少なくとも１つのアクチュエータ１２４が、被負荷検知コンポーネント１１８の外に配置される。先に述べたように、これは、アクチュエータによって被負荷検知コンポーネント１１８に印加され得る寄生負荷（慣性負荷など）を低減する。
一実施例では、動力は、負荷測定方向と交差するベルト１２６を使用することによって、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４から被負荷検知コンポーネント１１８の内側の駆動コンポーネントに伝達される。一実施例では、動力は、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４から、負荷測定方向と交差するチェーン又はケーブル又はワイヤを使用するなどの他の手段によって、被負荷検知コンポーネント１１８の内側の駆動コンポーネントに伝達される。一実施例では、動力は、負荷センサ１２０に負荷測定方向の負荷を加える駆動トレインを介して、アクチュエータ１２４からＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２に伝達される。この場合にその負荷は、ＥＭＤ１０２にかかる実際の負荷の判定のために補正することができる。一実施例では、アクチュエータ１２４は、デバイス角度位置フィードバック用のエンコーダを含む。
一実施例では、動力は、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置するアクチュエータ１２４から、負荷センサ１２０に負荷測定方向の負荷を印加しないパワートレインを介して、被負荷検知コンポーネント内の駆動コンポーネント（例えば、カセット内の使い捨てオンデバイスアダプタを駆動するために使用されるプーリ及び／又はキャプスタン）に伝達される。
一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２に作用する力を測定するための曲げビーム型力センサなどの力センサである。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２に作用する力及びトルクを測定するために使用される多軸センサである。一実施例では、ＥＭＤ１０２の回転又はピンチ／アンピンチのためにアクチュエータ１２４から被負荷検知コンポーネント１１８に動力を伝達するべく使用されるパワートレイン（例えば、ベルト、ケーブル、チェーンなど）の中心線は、パワートレインにおけるプレテンションによってトルク測定方向でトルクセンサにトルクが印加されないように、負荷センサ１２０の軸と一致する。別の実施例では、パワートレインは、隔離コンポーネント１０６に係合したＥＭＤ近位部分と平行であり、その結果、トルク測定方向においてパワートレインのプレテンションによりトルクが生成されることがない。
一実施例では、ＥＭＤ１０２に作用するトルク及び／又はコレットをピンチ／アンピンチするために加えられるトルクを判定するために、ＥＭＤ１０２の回転又はピンチ／アンピンチのためのアクチュエータ１２４とＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２との間のパワートレインに、負荷センサ１２０が使用される。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２に作用するトルク及び／又はコレットをピンチ／アンピンチするために加えられるトルクを判定するために、アクチュエータ１２４と駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間に配置される。
一実施例では、ベアリング１２８は、非測定方向の少なくとも１つで被負荷検知コンポーネント１１８を支持するために使用される。言い換えれば、ベアリング支持体１２８は、測定方向において負荷を加えない。一実施例では、ベアリング支持体１２８は、力測定方向以外の全ての方向において被負荷検知コンポーネント１１８を支持するリニアベアリング（平面内に方向をもった）である。
図７を参照すると、一実施例において、ＥＭＤ１０２をその縦軸のまわりに回転させるアクチュエータが、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置している。一実施例では、ＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチする駆動モジュール内のアクチュエータは、被負荷検知コンポーネント１１８の外に配置される。一実施例では、駆動モジュール６８は、ＥＭＤ１０２の回転及び／又はピンチ／アンピンチのためにアクチュエータによって駆動される動力伝達デバイスを含み、このときに、そのアクチュエータは被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置し、ＥＭＤ１０２を操作するために、被負荷検知コンポーネント１１８内のコンポーネントを作動させるべく使用される。一実施例では、動力伝達デバイスは、少なくとも１つの負荷測定方向において被負荷検知コンポーネント１１８に負荷を加えない。一実施例では、動力伝達デバイスは、ベルト、ケーブル、チェーンなどの剪断力に逆らわない可撓性デバイスである。一実施例では、動力伝達デバイスは、負荷測定方向において被負荷検知コンポーネント１１８に負荷を加えないように、負荷測定方向と交差する。一実施例では、駆動モジュール６８は、少なくとも１つの非測定方向のオフ軸負荷を支持するために、当該非測定方向において被負荷検知コンポーネント１１８を支持するベアリングを含む。一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤ１０２の縦軸から離間している。加えて、一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８は、ＥＭＤから離間しており、ＥＭＤと同一線上にない。言い換えれば、負荷センサは、ＥＭＤの縦軸から離間している。
図８を参照すると、二重ベベルギア駆動機構１７８を組み込んだ負荷検知システムの上面図が示されている。二重ベベルギア駆動機構１７８は、二重ギアコレット駆動とも呼ばれる。このシステムは、ステージ並進モータ６４と、ステージ駆動機構７６と、ＥＭＤ１０２と、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と、被負荷検知コンポーネント１１８と、被負荷検知コンポーネント１１８を支持するベアリング１２８と、ＥＭＤ１０２を回転させ及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするための第１のアクチュエータ１６８と、ＥＭＤ１０２を回転させ及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするための第２のアクチュエータ１７０と、ＥＭＤ１０２を回転させ及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするために使用される第１のベルト１７２と、ＥＭＤ１０２を回転させ及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするために使用される第２のベルト１７４とを含む。一実施例では、負荷センサ１２０は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６及び被負荷検知コンポーネント１１８に固定される。一実施例では、ここに開示される全てのセンサは、当該技術分野で既知のように、図示されるように、それぞれの関連する隣接コンポーネントに固定される。
図示の実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８は、二重部分コレット１８０を介してＥＭＤ１０２の回転及び／又はピンチ／アンピンチを達成するために、ベルト（１７２及び１７４）を介して２つのアクチュエータ（１６８及び１７０）によって駆動される二重ベベルギア駆動機構１７８である。当該機構１７８及びコレット１８０は、米国特許出願「MANIPULATION OF AN ELONGATED MEDICAL DEVICE」（Atty Dkt No. C130-338；米国仮出願６２／８７４，１７３；２０１９年７月１５日出願）に詳述されている。この‘１７３出願には、二重ベベルコレット駆動機構が説明されている。
一実施例では、加速度計１７６が、被負荷検知コンポーネント１１８の加速度を判定する。一実施例では、加速度計１７６は、縦方向（すなわちＸ方向）の加速度成分を測定する単軸加速度計である。一実施例では、加速度計１７６は、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向の加速度成分を測定する多軸加速度計である。
一実施例では、別の種類のセンサ（例えば、速度トランスデューサ、変位トランスデューサ等）を使用して、被負荷検知コンポーネント１１８の加速度を判定する。一実施例では、複数のセンサを使用して、被負荷検知コンポーネント全体と、被負荷検知コンポーネントと相対動する被負荷検知コンポーネントの内部部品とを含む、異なる部分の加速度を判定する。一実施例では、被負荷検知コンポーネントの加速度は、アクチュエータのパラメータ、例えば、ステージ並進モータ６４のアクチュエータパラメータから判定される。アクチュエータのパラメータには、アクチュエータのエンコーダ信号、アクチュエータの電流、及びアクチュエータの電圧が含まれる。ただし、これらに限定されない。
図８を参照すると、一実施例では、寄生慣性負荷を補正するために、加速度計１７６などのセンサを使用して、被負荷検知コンポーネント１１８の加速度が判定される。一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８の加速度が速度トランスデューサなどのセンサを使用して判定され、このセンサからの被負荷検知コンポーネントの加速度は、寄生慣性負荷に関して補正するために判定される。一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８の加速度が変位トランスデューサなどのセンサを使用して判定され、このセンサからの被負荷検知コンポーネントの加速度は、寄生慣性負荷に関して補正するために判定される。
測定された又は判定された加速度は、被負荷検知コンポーネント及びその内部コンポーネントの慣性によって生じる寄生負荷に関して負荷測定値を補正するために使用され、ＥＭＤに作用する実際の負荷を判定するために使用される。慣性力“Ｆinertia”は、所定の方向におけるコンポーネントの質量と加速度の積としてコンポーネントごとに計算される。実際の力は、［式１］を使用して検知力（Ｆsensed）から決定できる。
被負荷検知コンポーネントにかかる重力負荷は、所定の方向の質量と重力の成分との積として、コンポーネントの質量及び向きに基づいて判定される。
摩擦及び障害寄生負荷を測定して評価し、それらの値を決定することができる。一実施例では、測定及び特性評価は、オフライン試験を実施することによって達成される。一実施例では、摩擦及び障害寄生荷重の値は、変位及び速度などの各種のパラメータの関数として表にし及び／又は定式化することができる。
一実施例では、寄生慣性負荷を低減するために、少なくともアクチュエータの１つ以上が、被負荷検知コンポーネント１１８から駆動モジュール基部コンポーネント１１６に移動される。このような場合、動力は、センサに負荷測定方向の負荷を加えない駆動トレインを介して（例えば、負荷測定方向に交差するベルト／チェーン／ケーブルを使用することによって、又は磁気連結によって）、アクチュエータからオンデバイスアダプタに伝達できる。駆動トレインがセンサに負荷測定方向の寄生負荷を加える場合、ＥＭＤにかかる実際の負荷を判定するために、負荷測定値を寄生負荷に関してさらに補正する必要がある。
ここに説明されるシステムでは、ＥＭＤ１０２は、カセットの隔離コンポーネント内のメカニズムによって操作される。カセットの隔離コンポーネントは主要機器の被負荷検知コンポーネントに取り付けられ、ＥＭＤによりカセットの隔離コンポーネントに加わえられる反作用負荷を、主要機器内のセンサを用いて測定する。主要ユニット（駆動モジュール）とカセットとの間に滅菌バリアを使用して、センサ又は駆動モジュールに滅菌が不要となるようにすることができる。寄生負荷を生み出すことのできるコンポーネント（例えば、座屈防止支持体、チューブ、ケーブル等）は、寄生負荷から被負荷検知コンポーネントを隔離するために、使い捨て品のベースサブコンポーネント（カセットハウジング）に接続される。
一実施例では、ＥＭＤの縦軸に沿った力及びＥＭＤの縦軸のまわりのトルクのような、少なくとも２つの負荷が測定される。
図８に図示の実施例では、駆動機構はディファレンシャルコレット（２つの部分を含む）である。一実施例では、駆動機構は、直線及び回転のような２つのＤＯＦを有するハブ駆動モジュールである。
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、カセット６６に含まれたコレット１８０は、二重ベベルギア駆動機構１７８によって作動し、コレット１８０を通しＥＭＤ１０２が取り外し可能に収容される。カセット６６は、被負荷検知コンポーネント１１８を含む。このシステムはまた、ステージ並進モータ６４、ステージ駆動機構７６、駆動モジュール基部コンポーネント１１６、負荷センサ（図示せず）、被負荷検知コンポーネント１１８を支持するベアリング（図示せず）、第１のアクチュエータ１６８、及び第２のアクチュエータ１７０を含む駆動モジュール６８を組み込んでいる。アクチュエータ１６８，１７０のハウジングは、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に一体的に搭載されている。アクチュエータ１６８，１７０のキャプスタン（シャフト）は、ＥＭＤ１０２を回転させるため及び／又はＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチするために使用される。第１のトルクセンサ１８２は、第１の駆動ギア１８６を駆動する第１のアクチュエータ１６８のキャプスタンに位置する。第１のトルクセンサ１８２は、第１のアクチュエータ１６８と第１の駆動ギア１８６との間の反作用トルクを測定する。第２のトルクセンサ１８４は、第２の駆動ギア１８８を駆動する第２のアクチュエータ１７０のキャプスタンに位置する。第２のトルクセンサ１８４は、第２のアクチュエータ１７０と第２の駆動ギア１８８との間の反作用トルクを測定する。
ＥＭＤ１０２は、コレット１８０によって画定される経路内に取り外し可能に配置される。コレット１８０は、第１のコレットカプラに接続された第１の部分と、第２のコレットカプラに接続された第２の部分とを有する。一実施例では、第１のアクチュエータ１６８のキャプスタンは、一対のベベルギアを介して第１のコレットカプラに動作自在に連結され、第２のアクチュエータ１７０のキャプスタンは、一対のベベルギアを介して第２のコレットカプラに動作自在に連結される。第１のコレットカプラの回転と第２のコレットカプラの回転とは、経路内でＥＭＤ１０２をピンチ及びアンピンチ可能とするため及び／又はＥＭＤ１０２を時計回り及び反時計回りに回転させるために、独立して及び／又は組み合わせて使用することができる。
コレット１８０を備えた二重ベベルギア駆動機構１７８は、ここに援用される米国特許出願「MANIPULATION OF AN ELONGATED MEDICAL DEVICE」（Atty Dkt No. C130-338；米国仮出願６２／８７４，１７３；２０１９年７月１５日出願）に開示されている。（特に、当該出願の図Ｆ４．１－Ｆ４．６と関連する説明を参照。）
第１のトルクセンサ１８２は第１のコレットカプラに作用するトルクを判定し、第２のトルクセンサ１８４は第２のコレットカプラに作用するトルクを判定する。プロセッサは、第１のトルクセンサ１８２からの第１の信号と第２のトルクセンサ１８４からの第２の信号とに基づいて、ＥＭＤに作用するトルクを判定する。また、プロセッサは、第１のトルクセンサ１８２からの第１の信号と第２のトルクセンサ１８４からの第２の信号とに基づいて、ＥＭＤ１０２をピンチするために二重ベベルギア駆動機構１７８の２つの端部に加えられる差動トルクを判定する。一実施例では、ＥＭＤに印加されるピンチ力は、二重ベベルギア駆動機構１７８を留め、ＥＭＤ１０２をピンチするために使用される差動トルクを使用することによって計算される。一実施例では、ＥＭＤ１０２にかかるピンチ力と、二重ベベルギア駆動機構１７８の２つの端部に加えられる差動トルクとの間の関係は、実地試験によって決定される。一実施例では、そのような関係は、数学モデル又は方程式によって決定される。
駆動モジュール６８は、第１のコレットカプラに動作可能に連結されて、経路内でＥＭＤ１０２をピンチ及びアンピンチ可能としＥＭＤ１０２を回転させる第１のアクチュエータ１６８と、第２のコレットカプラに動作可能に係合する第２のアクチュエータ１７０とを含む。第１のトルクセンサ１８２（又はより広く言えば第１の負荷センサ）は、第１のコレットカプラに作用する第１のコレットカプラトルクを判定し、プロセッサは、第１のトルクセンサ１８２（又はより広く言えば第１の負荷センサ）からの第１の信号に応じて、ＥＭＤ１０２に作用するＥＭＤトルクを判定する。
一実施例では、第２のアクチュエータ１７０は、第２のコレットカプラと動作可能に係合しまた係合解除して、第２のコレットカプラの回転を防止するか可能にする。一実施例では、第２のコレットカプラは、ＥＭＤ１０２を回転させる経路においてＥＭＤ１０２をピンチ及びアンピンチ可能とし、第２のトルクセンサ１８４（又はより広く言えば第２の負荷センサ）は、第２のコレットカプラに作用する第２のコレットカプラトルクを判定する。プロセッサは、第１のトルクセンサ１８２（又はより広く言えば第１の負荷センサ）からの第１の信号と第２のトルクセンサ１８４（又はより広く言えば第２の負荷センサ）からの第２の信号とに応じて、ＥＭＤ１０２に作用するＥＭＤトルクを判定する。
一実施例では、プロセッサは、ＥＭＤ１０２をピンチ及び／又はアンピンチするためにコレットに加えられる正味のコレットトルクを判定する。この場合、正味のコレットトルクは、第１のアクチュエータ１６８から第１のコレットカプラに作用するトルクと第２のアクチュエータ１７０から第２のコレットカプラに作用するトルクとの間の相対トルクである。
図９Ａに図示の実施例では、第１のトルクセンサ１８２は、第１のアクチュエータ１６８のキャプスタンに取り付けられ、第１のアクチュエータ１６８の上方に位置し、第２のトルクセンサ１８４は、第２のアクチュエータ１７０のキャプスタンに取り付けられ、第２のアクチュエータ１７０の上方に位置する。一実施例では、第１のトルクセンサ１８２は、第１のアクチュエータ１６８のキャプスタンに取り付けられる第１のトルクセンサ回転部と、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固定される第１のアクチュエータ１６８のハウジングに取り付けられる第１のトルクセンサハウジングとの、２つの部分を含む。一実施例では、第２のトルクセンサ１８４は、第２のアクチュエータ１７０のキャプスタンに取り付けられる第２のトルクセンサ回転部と、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固定される第２のアクチュエータ１７０のハウジングに取り付けられる第２のトルクセンサハウジングとの、２つの部分を含む。代替の実施例では、２つのトルクセンサのうちの少なくとも１つは、アクチュエータのうちの１つによって駆動されるキャプスタンシャフトと一直線に配置され、この場合、センサはアクチュエータシャフトと共に回転する。
図９Ｂに図示の実施例では、第１のトルクセンサ１８２は、第１のアクチュエータ１６８のハウジングと駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間に取り付けられ、第１のアクチュエータ１６８の下方に位置し、第２のトルクセンサ１８４は、第２のアクチュエータ１７０のハウジングと駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間に取り付けられ、第２のアクチュエータ１７０の下方に位置する。一実施例では、トルクセンサの少なくとも１つは、駆動モジュール６８のアクチュエータと駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間に配置される。この場合、トルクセンサがアクチュエータを少なくとも１つの方向において支持する。
図９Ｃを参照すると、図９Ｂの負荷検知システムの斜視図が示されている。図示の実施例では、第１のトルクセンサ１８２は、第１のアクチュエータ１６８のキャプスタンに取り付けられ、第１のアクチュエータ１６８の下方に位置し、第２のトルクセンサ１８４は、第２のアクチュエータ１７０のキャプスタンに取り付けられ、第２のアクチュエータ１７０の下方に位置する。一実施例では、トルクセンサの少なくとも１つは、駆動モジュール６８のアクチュエータと駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間に配置され、トルクセンサがアクチュエータを少なくとも１つの方向において支持する。
デバイスモジュール３２は、ステージ６２に対してステージ駆動機構７６（送りネジなど）を駆動するステージ並進モータ６４の作動によってＥＭＤ１０２の軸方向に沿って並進する駆動モジュール６８を含む。あるいは、ステージ駆動機構７６（送りネジなど）は静止していてもよく、ステージ並進モータ６４は送りネジに螺合したナットを直接又はベルト１１４（図４に示すように）を使用して回転させてもよい。ナットは、２つのスラストベアリングを介して駆動モジュール６８と接触し、ナットが送りネジ上で回転すると、デバイスモジュール３２を並進させる。駆動モジュール６８は、ステージ駆動機構７６に対して直線的にのみ動くようにガイドによって拘束される。駆動モジュール６８は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と、カセット６６と、カセットハウジング１０４とを含む。カセット６６は、コレット１８０（図示せず）及びＥＭＤガイド１９０を含む二重ベベルギア駆動機構１７８を有する。ＥＭＤガイド１９０は、Ｖ字形ノッチとして働き、駆動システムを通してＥＭＤ１０２を導くための開放チャンネルとして働く複数対のガイドを含んでいる。動作時には、カセットハウジング１０４は、閉位置になるように下向きに回動させられる。ガイドは座屈防止機能として機能する。一実施例では、ＥＭＤガイド１９０は、ガイドとして機能する複数対のＶ字形ノッチ又はＵ字形チャンネルを含む。Ｖ字形又はＵ字形チャンネルの頂部は、ＥＭＤ１０２のローディングを補助するために面取りされてもよい。一実施例では、二重ベベルギア駆動機構１７８の近位側にＥＭＤ１０２の一対のガイドが使用され、二重ベベルギア駆動機構１７８の遠位側に一対のＥＭＤガイド１９０が使用される。一実施例では、二重ベベルギア駆動機構１７８の近位側に複数対のＥＭＤガイド１９０が使用され、二重ベベルギア駆動機構１７８の遠位側に複数対のＥＭＤガイド１９０が使用される。
図９Ｄを参照すると、使用中にコレット１８０をロック／アンロックするための、第１のアクチュエータ１６８とそのキャプスタンとの間の第１のトルクセンサ１８２を使用する、トルク検知システムの実施例が示される。第１のアクチュエータ１６８のキャプスタンは、ＥＭＤがコレットにピンチされているときにＥＭＤ１０２と共にコレット１８０の全体を回転させるために使用されるコレット駆動機構の第１の部分１９２に連続的に係合する第１の駆動ギア１８６を駆動する。ＥＭＤ１０２をアンピンチするために、ロック用アクチュエータ１７１は、ロック／アンロック機構１９４と係合して、コレット駆動機構の第２の部分１９６をロックし、当該部分の回転を防止して、ＥＭＤ１０２をピンチ／アンピンチングするために、コレット１８０の２つの部分に差動トルクを印加することを可能にする。一実施例では、ロック／アンロック機構１９４は、ロック用アクチュエータ１７１の直線動作によって作動する。一実施例では、ロック／アンロック機構１９４は、ロック用アクチュエータ１７１の回転動作によって作動する。一実施例では、コレット１８０のロック／アンロック機構１９４は、ギアの歯やキーの係合／解除、摩擦インターフェースなどの他の方法によって達成される。
コレット駆動機構の第２の部分１９６は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６に一体的に接続された保持マウント１９７によって所定の位置に保持される。保持マウント１９７は、コレット駆動機構の第２の部分１９６がその縦軸のまわりを自由に回転することを可能にし、第２の部分１９６を、縦（軸）方向Ｘ及び横方向Ｙ及びＺの動作から拘束する。一実施例では、保持マウント１９７は、コレット駆動機構の第２の部分１９６が自由に回転することを可能にするために、回転ベアリングを組み込んでいる。
使用中にコレット１８０の第２の部分１９６から外れるロック／アンロック機構１９４を有するロック用アクチュエータ１７１と共に、ＥＭＤ１０２にかかるトルクが、継続して係合している第１のアクチュエータ１６８にかかる反作用トルクを測定する１つの負荷センサ、すなわち第１のトルクセンサ１８２を用いることによって判定される。測定される反作用トルクは、コレット１８０にピンチされたＥＭＤ１０２にかかるトルクを判定するために使用され、また、ロック／アンロック機構１９４がコレット１８０の第２の部分１９６と係合したときのリセット状態の間のコレット１８０の締め付けトルクを判定するために使用される。
本システムは、ＥＭＤ１０２に作用する実際のトルクの測定に影響する可能性のある寄生負荷の補正方法を含む。このシステムは、測定中にＥＭＤ１０２に作用する実際のトルクの測定に影響する可能性のある、ギア（伝達）装置からの摩擦を含む摩擦に起因して測定された反作用トルクに関する補正方法を含む（［式２］を参照）。
一実施例では、第１のアクチュエータ１６８の及びロック用アクチュエータ１７１の及び第１のトルクセンサ１８２の、被負荷検知コンポーネントに接続するケーブルは、主要ユニットの駆動モジュール基部コンポーネント１１６に固着され、被負荷検知コンポーネントを、ケーブルによって印加される障害負荷から分離する。
図９Ｅを参照すると、ＥＭＤハブ駆動機構１９８に関する、第１のアクチュエータ１６８の下の第１のトルクセンサ１８２を使用するトルク検知システムの実施例が示される。ＥＭＤハブ駆動機構１９８の実施例では、従動ベベルギア１３６がＥＭＤオンデバイスアダプタ１１２のハブ１４２に接続されており、ＥＭＤに作用するトルクは、第１のアクチュエータ１６８の反作用トルクを測定するトルクセンサ１８２を用いて判定される。一実施例では、トルク検知は、間接的に、すなわち、あからさまなトルクセンサ１８２を使用することなく、達成することができる。例えば、一実施例では、トルク検知は、アクチュエータ１６８の電流を測定することによって達成され、電流はアクチュエータによる印加トルクに関連付けられる。一実施例では、トルクセンサ１８２は、反力を測定する１つ以上の力センサと、測定された反力に基づいてトルクを決定する処理ユニットとを含む。軸のまわりのトルクは、力の作用点（トルク測定の軸に対する）及び反力ベクトルに対する位置ベクトルの外積として計算されてもよい。
図９Ｆを参照すると、図９Ｂの一実施例が示され、この実施例では、ＥＭＤ１０２に加えられる力を測定するために、負荷センサ１２０が、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と被負荷検知コンポーネント１１８との間で使用される。第１のアクチュエータ１６８の下端にある第１のトルクセンサ１８２と、第２のアクチュエータ１７０の下端にある第２のトルクセンサ１８４とが、ＥＭＤ１０２に印加されるトルクを判定するために使用される。一実施例では、第１のトルクセンサ１８２及び第２のトルクセンサ１８４は、図９Ａに示されるように、それぞれ、第１のアクチュエータ１６８及び第２のアクチュエータ１７０のキャプスタンシャフトに沿って配置される。
一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８を負荷測定方向以外の方向において支持するために、リニアベアリング支持体１２８が使用される。
図１０Ａを参照すると、ＥＭＤハブ駆動機構のための負荷検知システムの実施例が示され、この実施例では、ＥＭＤに作用する力、トルク、又は、力成分及びトルク成分は、駆動モジュール基部コンポーネント１１６と被負荷検知コンポーネント１１８との間の負荷センサ１２０及び第１のアクチュエータ１６８の下の第１のトルクセンサ１８２によって判定される。一実施例では、負荷センサ１２０は、少なくとも力成分とトルク成分を測定する多軸センサである。一実施例では、被負荷検知コンポーネント１１８は、負荷センサ１２０によって全体的に支持され、ベアリングは使用されない。一実施例では、リニアベアリング１２８が、少なくとも１つの非測定方向において被負荷検知コンポーネント１１８を支持するために使用される。
一実施例では、負荷センサ１２０は、ＥＭＤに作用する力を測定する力センサであり、トルクセンサ１８２は、ＥＭＤに作用するトルクを判定するために使用される。一実施例では、ベアリング１２８は、被負荷検知コンポーネント１１８を力測定方向以外のすべての方向において支持する。例えば、ベアリングは、ステージ駆動機構７６の動作方向に平行な動作を可能にするリニアスライドである。
図１０Ｂを参照すると、図１０Ａの一実施例が示され、第１のアクチュエータ１６８は、負荷センサ１２０に印加される慣性負荷などの寄生負荷を低減するために、被負荷検知コンポーネント１１８の外に位置する。また、ＥＭＤに作用するトルクは、第１のアクチュエータ１６８と駆動モジュール基部コンポーネント１１６との間で少なくとも一方向で第１のトルクセンサ１８２を使用し、判定することができる。あるいは、トルクセンサ１８２は、第１のアクチュエータ１６８と被負荷検知コンポーネント１１８内のオンデバイスアダプタとの間の駆動系内に配置されてもよい。
図１１を参照すると、第１の駆動モジュール２０２、第１の負荷センサ２２２、第２の駆動モジュール２０４、及び第２の負荷センサ２２４を含む、リセットモーションを有する被負荷検知駆動システム２００が示されている。第１の駆動モジュール２０２は、第１のステージ並進モータ２０６を含み、第２の駆動モジュール２０４は、第２のステージ並進モータ２０８を含む。第１のステージ並進モータ２０６及び第２のステージ並進モータ２０８は、独立して動作し、第１の駆動モジュール２０２及び第２の駆動モジュール２０４が、それぞれ、ステージ駆動機構２１０に対して並進することを可能にする。一実施例では、ステージ駆動機構２１０は送りネジである。
第１の駆動モジュール２０２は、第１の駆動モジュール基部コンポーネント２１２と、第１のオンデバイスアダプタ２１６を収容するカセット２１４とを含み、第１のＥＭＤ２２０を取り外し可能に把持し、第１のＥＭＤ２２０を前進させ（すなわち、ＥＭＤ２２０を縦方向遠位に並進させ）、第１のＥＭＤ２２０を後退させ（すなわち、ＥＭＤ２２０を縦方向近位に並進させ）、第１のＥＭＤ２２０を時計回りに回転させ、第１のＥＭＤ２２０を反時計回りに回転させることができる。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２１６は、二重ベベルギア駆動機構である。
第１のオンデバイスアダプタ２１６の動作は、ここに援用される上述の米国仮出願６２／８７４，１７３（Dkt C130-338）に開示されている。この‘１７３出願の段落［０３１７］－［０３２２］及び図Ｇ２Ａ－Ｇ２Ｄなどを参照。
ピンチされた状態で、第１のＥＭＤ２２０をピンチしている第１のオンデバイスアダプタ２１６は、第１のＥＭＤ２２０をある距離一方向に移動させ、次いでリセット状態において、第１のオンデバイスアダプタ２１６は、第１のＥＭＤ２２０をリリースし、前記一方向と反対方向にリセット位置へ移動する。例えば、第１のオンデバイスアダプタ２１６が第１のＥＭＤ２２０をピンチし、そして遠位方向に第１のＥＭＤ２２０を動作させる。リセット状態では、第１のオンデバイスアダプタ２１６が第１のＥＭＤ２２０をアンピンチし、そして第１のオンデバイスアダプタ２１６がリセット位置に戻る。すなわち、第１のオンデバイスアダプタ２１６は、ＥＭＤ２２０をアンピンチしてから近位方向へ移動する。一実施例では、リセット状態の間、ＥＭＤ２２０は、第２のオンデバイスアダプタ２１８によってクランプされる。別の実施例では、第１のＥＭＤ２２０は、第１のＥＭＤ２２０と第２のＥＭＤ２３４及び／又は第２のＥＭＤ２３４の止血弁との間の摩擦によって、リセット状態の間、適所に留まる。第１のオンデバイスアダプタ２１６がリセット位置に移動すると、第１のオンデバイスアダプタ２１６は第１のＥＭＤ２２０を再度ピンチする。リセットモーションを有する被負荷検知駆動システム２００は、ピンチ状態及びリセット状態のシーケンスを繰り返すことができる。
第１のオンデバイスアダプタ２１６と第２のオンデバイスアダプタ２１８との間のデバイス支持体２３０は、ＥＭＤ２２０が座屈するのを防止する。
第１のオンデバイスアダプタ２１６は、第１の被負荷検知コンポーネントである。第１の負荷センサ２２２は、第１のオンデバイスアダプタ２１６において第１のＥＭＤ２２０に印加される負荷に相当する第１のオンデバイスアダプタ２１６に作用する負荷を検出する。第２のオンデバイスアダプタ２１８は、第２の被負荷検知コンポーネントである。第２の負荷センサ２２４は、第２のオンデバイスアダプタ２１８において第１のＥＭＤ２２０に印加される負荷に相当する第２のオンデバイスアダプタ２１８に作用する負荷を検出する。一実施例では、測定される負荷は、軸力である。一実施例では、測定される負荷は、トルクである。一実施例では、測定される負荷は、軸力の１成分と、トルクの１成分とをもつ。
一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２１６は、第１のリニアベアリング２２６によって横方向において支持され、このベアリングは、第１のオンデバイスアダプタ２１６と第１の駆動モジュール基部コンポーネント２１２とを、負荷測定方向以外のすべての方向において全体的に接続する。負荷測定方向において、第１のオンデバイスアダプタ２１６は、第１のオンデバイスアダプタ２１６と第１の駆動モジュール基部コンポーネント２１２とを負荷測定方向において接続する第１の負荷センサ２２２によってのみ支持される。第１の負荷センサ２２２は、第１のＥＭＤ２２０の縦方向に沿った向きとされ、第１のオンデバイスアダプタ２１６（第１の被負荷検知コンポーネント）と第１の駆動モジュール基部コンポーネント２１２との間に配置される。第１の負荷センサ２２２は、第１のオンデバイスアダプタ２１６に作用する負荷を測定し、したがって、第１のオンデバイスアダプタ２１６によって把持されている第１のＥＭＤ２２０に作用する負荷を測定する。
第２の負荷センサ２２４は、第２のオンデバイスアダプタ２１８と第２の駆動モジュール２０４の第２の駆動モジュール基部コンポーネント２２８との間に配置される。第２の負荷センサ２２４は、第２のオンデバイスアダプタ２１８に作用する負荷を測定し、したがって、第２のオンデバイスアダプタ２１８によってピンチされ又は固定されている第１のＥＭＤ２２０に作用する負荷を測定する。
一実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、第１のオンデバイスアダプタ２１６がリセット状態にある間、第１のＥＭＤ２２０の位置を第２のオンデバイスアダプタ２１８に対して固定するクランプである。別の実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、第２のオンデバイスアダプタ２１８に対して第１のＥＭＤ２２０に直線動作を与える駆動装置である。一実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、第１のＥＭＤ２２０を動作させる２つの別の係合面（車輪又はパドル）を含む。一実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、ＥＭＤ２２０を直線動作させ且つ回転させることができる。
一実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８及び第２の負荷センサ２２４が使用されず、第１のＥＭＤ２２０と第２のＥＭＤ２３４及び／又は止血弁との間の摩擦により、第１のＥＭＤ２２０がリセット状態の間、適所に留まる。
プロセッサ（図示せず）は、駆動機構内の状態センサを使用して、ピンチされた状態とリセット状態とを区別し、第１のＥＭＤ２２０にかかる実際の負荷を判定する。一実施例では、プロセッサは、ピンチされた状態の間だけ第１のＥＭＤ２２０にかかる実際の負荷を判定し、一方、リセット状態の間は負荷情報が提供されない。一実施例では、プロセッサは、第１の負荷センサ２２２からの負荷データ、第２の負荷センサ２２４からの負荷データ、第１のオンデバイスアダプタ２１６の状態、及び第２のオンデバイスアダプタ２１８の状態に応じて、第１のオンデバイスアダプタの第１のＥＭＤ２２０に対する実際の負荷を判定する。このときの状態は、オンデバイスアダプタがＥＭＤ２２０を把持しているか把持していないか、時計回りに回転しているか、反時計回りに回転しているか、又は回転していないかなどを指す。
負荷フィードバックシステムがユーザに負荷情報を提示する。一実施例では、負荷フィードバックシステムは、ピンチされた状態の間、第１のＥＭＤ２２０にかかる実際の負荷及び第１のオンデバイスアダプタ２１６の状態を示し、リセット状態の間、第１のオンデバイスアダプタ２１６の状態のみを示す（例えば、第２のオンデバイスアダプタ及び／又は第２の負荷センサが使用されない場合）。この方式は、ＥＭＤ２２０が第１のオンデバイスアダプタ２１６によって把持されていない間に検知される誤った負荷測定値をフィードバックシステムが示すことを防止する。一実施例では、フィードバックシステムは、第１のオンデバイスアダプタ２１６の第１のＥＭＤ２２０にかかる実際の負荷と、ピンチされた状態及びリセット状態の両方における第１のオンデバイスアダプタ２１６の状態とを示す。
図１１を参照すると、リセット負荷検知システム２００の一実施例では、第１の駆動モジュール２０２は、ＥＭＤ２２０と動作可能に係合する第１のオンデバイスアダプタ２１６を含み、第２の駆動モジュール２０４は、ＥＭＤ２２０と取り外し可能に係合する第２のオンデバイスアダプタ２１８を含み、リセット状態は、第１のオンデバイスアダプタ２１６を第２の駆動モジュール２０４に対して延伸位置とリセット位置との間で移動させることを含む。この実施例では、第１の負荷センサ２２２は、第１のオンデバイスアダプタ２１６と第１の駆動モジュール２０２とに作動可能に接続され、第２の負荷センサ２２４は、第２のオンデバイスアダプタ２１８と第２の駆動モジュール２０４とに動作可能に接続される。プロセッサ（図示せず）は、第１の負荷センサ２２２からの第１の信号及び第２の負荷センサ２２４からの第２の信号を受信し、第１の信号、第２の信号、第１のオンデバイスアダプタ２１６の状態、及び第２のオンデバイスアダプタ２１８の状態に応じて、ＥＭＤにかかる実際の負荷を判定する。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタは、コレットを含む。一実施例では、第２のオンデバイスアダプタは、一対の回転部材を有するクランプを含む。
一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２１６と第２のオンデバイスアダプタ２１８との間の距離は、装置がＥＭＤ２２０を前進させているときは、延伸位置におけるよりもリセット位置における方が大きく、そして、第１のオンデバイスアダプタ２１６と第２のオンデバイスアダプタ２１８との間の距離は、装置がＥＭＤ２２０を後退させているときは、リセット位置におけるよりも延伸位置において大きい。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２１６の状態は、ピンチ状態及びアンピンチ状態を含み、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、グリップ（把持）状態及びアングリップ状態を含む。
一実施例では、第１の駆動モジュールが第１のオンデバイスアダプタと第２の駆動モジュールとを含み、この場合、第１のオンデバイスアダプタは、ＥＭＤと動作可能に係合する第１の状態と、ＥＭＤと係合しない第２の状態とを有し、第２のオンデバイスアダプタは、ＥＭＤと係合する第３の状態と、ＥＭＤと係合しない第４の状態とを有する。リセット状態は、第１のオンデバイスアダプタを、第２の駆動モジュールに対して、延伸位置とリセット位置との間で移動させることを含む。第２の負荷センサは、第２のオンデバイスアダプタ及び第２の駆動モジュールに作動可能に接続される。プロセッサは、負荷センサからの第１の信号と、第２の負荷センサからの第２の信号とを受信し、第１の信号、第２の信号、第１のオンデバイスアダプタが第１の状態にあるか第２の状態にあるか、及び第２のオンデバイスアダプタが第３の状態にあるか第４の状態にあるかに応じて、ＥＭＤにかかる実際の負荷を判定する。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタの第１の状態はピンチされた状態であり、第１のオンデバイスアダプタの第２の状態はアンピンチされた状態であり、第２のオンデバイスアダプタの第３の状態はグリップ状態であり、第２のオンデバイスアダプタの第４の状態はアングリップ状態である。
図１１を参照すると、システムは、第１のＥＭＤ２２０と同軸である第２のＥＭＤ２３４をグリップし操作するための第３のオンデバイスアダプタ２３２を含む。一実施例では、第３のオンデバイスアダプタ２３２は、第２のリニアベアリング２３６によって横方向において支持され、このベアリングは、第３のオンデバイスアダプタ２３２と第２の駆動モジュール基部コンポーネント２２８とを、第２のＥＭＤ２３４に関する負荷測定方向以外のすべての方向において全体的に接続する。負荷測定方向において、第３のオンデバイスアダプタ２３２は、第３のオンデバイスアダプタ２３２と第２の駆動モジュール基部コンポーネント２２８とを負荷測定方向において接続する第３の負荷センサ２３８によってのみ支持される。第３の負荷センサ２３８は、第３のオンデバイスアダプタ２３２と第２の駆動モジュール基部コンポーネント２２８との間に配置される。第３の負荷センサ２３８は、第３のオンデバイスアダプタ２３２に作用する負荷を測定し、したがって、第３のオンデバイスアダプタ２３２によってグリップされた第２のＥＭＤ２３４に作用する負荷を測定する。
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すると、リセットモーションを伴うリセットモーション被負荷検知駆動システム２００を有する被負荷検知駆動システムの別の実施例は、１つの駆動モジュール２４０を含む。駆動モジュール２４０は、ステージ駆動機構２１０に対して駆動モジュール２４０が並進することを可能にするステージ並進モータ２４２を含む。一実施例では、ステージ駆動機構２１０は送りネジである。
駆動モジュール２４０は、駆動モジュール基部コンポーネント２４４を含み、カセット２１４が、ＥＭＤ２５０をリリース可能にグリップし、ＥＭＤ２５０を前進させ（すなわち、ＥＭＤ２５０を縦方向遠位に並進させる）、ＥＭＤ２５０を後退させ（すなわち、ＥＭＤ２５０を縦方向近位に並進させる）、ＥＭＤ２５０を時計回りに回転させ、そしてＥＭＤ２５０を反時計回りに回転させる第１のオンデバイスアダプタ２１６を収容する。一実施例では、ＥＭＤ２５０に関する並進自由度は、ＥＭＤ２５０が第１のオンデバイスアダプタ２１６によってグリップされている間に、ステージ駆動機構２１０に沿って駆動モジュール２４０を移動させることによって達成される。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２１６は、二重ベベルギア駆動機構である。
第１のオンデバイスアダプタ２１６の動作は、ここに援用される上述の米国仮出願６２／８７４，１７３（Dkt C130-338）に記載されている。この‘１７３出願の段落［０３１７］－［０３２２］及び図Ｇ２Ａ－Ｇ２Ｄなどを参照。
駆動モジュール基部コンポーネント２４４は、第２のオンデバイスアダプタ２１８も含む。図１２Ａ及び図１２Ｂの実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、第１のオンデバイスアダプタ２１６の近位側にある。
ピンチされた状態において、ＥＭＤ２５０をピンチしている第１のオンデバイスアダプタ２１６は、ＥＭＤ２５０をある距離一方向に移動させ、そして第１のオンデバイスアダプタ２１６は、ＥＭＤ２５０をリリースし、前記一方向とは反対方向にリセット位置へ移動する。例えば、ピンチされた状態では、ＥＭＤ２５０をピンチする第１のオンデバイスアダプタ２１６は、ＥＭＤ２５０を遠位方向に移動させる。一実施例では、ＥＭＤ２５０に関する並進自由度は、ＥＭＤ２５０が第１のオンデバイスアダプタ２１６によってピンチされている間に、ステージ駆動機構２１０に沿って駆動モジュール２４０を移動させることによって達成される。リセット状態では、第１のオンデバイスアダプタ２１６がＥＭＤ ２５０をアンピンチし、そして第１のオンデバイスアダプタ２１６がリセット位置に戻る。すなわち、第１のオンデバイスアダプタ２１６がＥＭＤ２５０をアンピンチした後に近位方向へ移動する。一実施例では、ＥＭＤ２５０は、ピンチされた状態及びリセット状態の両方の間、第２のオンデバイスアダプタによってクランプされる。一実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、軸を中心に回転することによってＥＭＤ２５０を直線的に移動させることができるタイヤの１つ以上の対である。対をなす２つのタイヤは、同じ速度で反対方向に回転して、ＥＭＤ２５０を近位方向又は遠位方向に直線的に移動させる。ピンチされた状態では、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、第２のオンデバイスアダプタ２１８に対してＥＭＤ２５０を移動させない。リセット状態では、ＥＭＤ２５０は、第２のオンデバイスアダプタ２１８によってクランプされ、第２のオンデバイスアダプタ２１８は、ＥＭＤ２５０を第２のオンデバイスアダプタ２１８に対して移動させ、駆動モジュール２４０がステージ駆動機構２１０に沿ってリセット位置へ移動するときに、ＥＭＤ２５０の絶対位置が維持されるようにする。第１のオンデバイスアダプタ２１６がリセット位置に移動すると、第１のオンデバイスアダプタ２１６はＥＭＤ２５０を再ピンチする。リセットモーションを有する被負荷検知駆動システム２００は、ピンチされた状態及びリセット状態のシーケンスを繰り返すことができる。
第１のオンデバイスアダプタ２１６及び第２のオンデバイスアダプタ２１８は、被負荷検知コンポーネント２４６に取り付けられる。負荷センサ２４８が、被負荷検知コンポーネント２４６に作用する負荷を検出する。一実施例では、負荷センサ２４８は、ＥＭＤ２５０の縦方向に沿った向きで、被負荷検知コンポーネント２４６と駆動モジュール基部コンポーネント２４４との間に配置される。負荷センサ２４８は、ピンチされた状態とリセット状態の両方で、ＥＭＤ２５０に作用する負荷を測定する。
一実施例では、被負荷検知コンポーネント２４６は、測定方向以外の１つ以上の方向でベアリング２５２によって支持される。
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、負荷センサ２６２の自動較正及び負荷センサ２６２の過負荷保護を備えた負荷検知システム２６０は、１つの駆動モジュール２６４を含む。駆動モジュール２６４は、ステージ駆動機構２１０に対して駆動モジュール２６４が並進することを可能にするステージ並進モータ２４２を含む。一実施例では、ステージ駆動機構２１０は送りネジである。
駆動モジュール２６４は駆動モジュール基部コンポーネント２６６を含み、カセット２６８が、ＥＭＤ２５０をリリース可能にグリップし、ＥＭＤ２５０を前進させ（すなわち、ＥＭＤ２５０を縦方向遠位に並進させる）、ＥＭＤ２５０を後退させ（すなわち、ＥＭＤ２５０を縦方向近位に並進させる）、ＥＭＤ２５０を時計回りに回転させ、そしてＥＭＤ２５０を反時計回りに回転させる第１のオンデバイスアダプタ２７０を収容する。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２７０は、単一ベベルギア駆動機構２７２（図９Ｅで使用されるものと同様）を含む。
第１のオンデバイスアダプタ２７０の動作は、ここに援用される上述の米国仮出願６２／８７４，１７３（Dkt C130-338）に開示されている。この‘１７３出願の段落［０３１７］－［０３２２］及び図Ｇ２Ａ－図Ｇ２Ｄなどを参照。
一実施例では、負荷検知システム２６０は、第２のオンデバイスアダプタ２７４も含む。図１３Ａ及び図１３Ｂの実施例では、第２のオンデバイスアダプタ２７４は、第１のオンデバイスアダプタ２７０の遠位側に位置する保持クランプである。第２のオンデバイスアダプタ２７４は、直線部材又はレール６０（図３参照）に対して固定される第２のオンデバイスアダプタベース２７６に取り付けられる。
第１のオンデバイスアダプタ２７０と第２のオンデバイスアダプタ２７４との間のデバイス支持体２３０は、ＥＭＤ２５０が座屈するのを防止する。
第１のオンデバイスアダプタ２７０は、被負荷検知コンポーネント２７８に取り付けられる。負荷センサ２６２は、被負荷検知コンポーネント２７８に作用する負荷を検知する。一実施例では、負荷センサ２６２は、ＥＭＤ２５０の縦方向に沿った向きで、被負荷検知コンポーネント２７８と弾性コンポーネント２８０との間に縦方向に配置される。弾性コンポーネント２８０は、負荷センサ２６２と駆動モジュール基部コンポーネント２６６内のポケット２８２との間にサンドイッチされている。一実施例では、弾性コンポーネント２８０は、既知のバネ剛性を有する機械的螺旋バネである。一実施例では、ポケット２８２は、駆動モジュール基部コンポーネント２６６に設けた円形リセスであり、このリセスに、既知のバネ剛性を有する機械的螺旋バネが着座させてある。一実施例では、弾性コンポーネント２８０は、既知の一定の弾性剛性を有する。一実施例では、弾性コンポーネント２８０は、既知の非線形弾性剛性、すなわち、その力対変位特性が既知である非線形弾性剛性を有する。
図１３Ａを参照すると、被負荷検知コンポーネント２７８は、負荷センサ２６２及び負荷測定方向の弾性コンポーネント２８０によってのみ支持される。一実施例では、第１のオンデバイスアダプタ２７０は、被負荷検知コンポーネント２７８と駆動モジュール基部コンポーネント２６６とを全体的に接続するベアリング２５２によって横方向（非負荷測定方向）において支持される。
被負荷検知コンポーネント２７８の縦方向近位と遠位とのそれぞれにおいて、機械的ストップ２８４及び機械的ストップ２８６が駆動モジュール基部コンポーネント２６６に一体的に接続されている。一実施例では、機械的ストップは、１つの機械的ストップを含む。一実施例では、機械的ストップは、複数の機械的ストップを含む。機械的ストップ２８４は、負荷センサ２６２に最も近い駆動モジュール基部コンポーネント２６６の側面にあり、負荷センサ２６２の横方向寸法よりも大きい距離で互いに離れており、負荷センサを囲むことができるようになっている。一実施例では、機械的ストップ２８４及び機械的ストップ２８６は、駆動モジュール基部コンポーネント２６６から縦方向に向かう延伸ロッドである。一実施例では、機械的ストップ２８４及び機械的ストップ２８６は、駆動モジュール基部コンポーネント２６６から縦方向に向かう延伸フランジである。一実施例では、機械的ストップ２８４及び機械的ストップ２８６と駆動モジュール基部コンポーネント２６６とは、同じ材料から１部品として作られている。一実施例では、機械的ストップ２８４及び機械的ストップ２８６と駆動モジュール基部コンポーネント２６６とは、異なる材料で作られ、一体的に接続されて、１部品をなす。機械的ストップ２８４の目的は、負荷センサ２６２を過負荷から保護することである。すなわち、ここで「センサの過負荷保護」として定義される、センサの動作範囲を超える力にさらされることから保護する、あるいは、押圧力がＥＭＤ２５０に加えられたときにセンサの上限を超える力によってダメージを被ることから保護する、ことにある。機械的ストップ２８６の目的は、ＥＭＤ２５０に引っ張り力が加えられたときに、駆動モジュール基部コンポーネント２６６に対する被負荷検知コンポーネント２７８の縦方向動作の範囲を制限することである。
図１３Ａを参照すると、負荷検知システム２６０は、被負荷検知コンポーネント２７８の中立位置で示され、すなわち、被負荷検知コンポーネント２７８に負荷が加わらない状態で示される。中立位置では、被負荷検知コンポーネント２７８と機械的ストップ２８４との間には接触がない。図１３Ｂを参照すると、負荷検知システム２６０は、被負荷検知コンポーネント２７８の最大負荷位置に示され、すなわち、負荷センサ２６２に最大許容押し込み負荷が加わった状態で、被負荷検知コンポーネント２７８は、駆動モジュール２６４の負荷センサ２６２の側で機械的ストップ２８４と接触する。一実施例では、第２のセンサを、被負荷検知コンポーネント２７８と機械的ストップ２８４との間の接触を検出するための接触検出センサとすることができる。距離センサ、負荷センサ、光センサ、電子回路ベースの接触検出センサを含む各種のセンサを、接触検出センサとして使用することができる。ただし、これらに限定されない。機械的ストップ２８４に対する被負荷検知コンポーネントの動作は、ＥＭＤに加えられる負荷に比例する。弾性コンポーネント２８０の剛性が既知であり、無負荷状態（すなわち、弾性コンポーネントがその中立長さを有する場合）での被負荷検知コンポーネント２７８と機械的ストップ２８４との間のギャップは、弾性コンポーネント２８０の偏向に従い最大許容負荷でギャップが閉じるように選択される。最大許容負荷は、負荷センサ２６２に加えることが許容される最大負荷として定義される。
負荷センサ２６２の自動較正及び負荷センサ２６２の過負荷保護のためのプロセスは、次のような２つのステップを含む。ステップ１は、ゼロオフセットを除去することである。これは、ＥＭＤ２５０に負荷が加えられていないとき、すなわち弾性コンポーネント２８０がその中立長さを有するとき、負荷センサ２６２から力を測定することによって行われる。負荷検知システムによって示される負荷は、ＥＭＤ２５０には負荷が印加されないので、ゼロであるべきである。したがって、示される負荷がゼロでない場合、負荷センサ２６２によって測定される負荷は、そのゼロでない値によって減算される。ステップ２は、ＥＭＤ２５０に作用する実際の力と、負荷センサ２６２によって測定される力との間の較正係数又は関係を補正することである。中立位置から、保持クランプなどの第２のオンデバイスアダプタ２７４が、ＥＭＤ２５０をクランプして静止させる。一実施例では、ステップ２は、負荷センサ２６２によって測定された力とＥＭＤ２５０に作用する実際の力との間に誤差が存在するのであればこれを補正することである。ＥＭＤ２５０は静止しているので、被負荷検知コンポーネント２７８も静止している。次に、ステージ並進モータ２４２を駆動し、被負荷検知コンポーネント２７８（第１のオンデバイスアダプタ２７０を含む）を弾性コンポーネント２８０に押し付けることによって、力２８８がＥＭＤ２５０に加えられる。力２８８の反力が、今度は、弾性コンポーネント２８０に加えられる。力２８８の反力により、弾性コンポーネント２８０は、偏向される（すなわち、圧縮される）。偏向量は、負荷センサ側の機械的ストップ２８４と被負荷検知コンポーネント２７８との間にハードコンタクトが存在するまで、力２８８の大きさと共に増加する。次いで、プロセッサ（図示せず）は、負荷センサ２６２から測定された力を力２８８と比較する。力２８８は、弾性コンポーネント２８０の剛性が既知であり、被負荷検知コンポーネント２７８の偏向が既知であり（すなわち、被負荷検知コンポーネント２７８と機械的ストップ２８４との初期ギャップが既知である）から、フッキアン理論－弾性力は弾性部材の偏向を乗算した弾性剛性に等しい－を適用することにより、既知である。次いで、プロセッサは、負荷センサ２６２が較正されるように、負荷センサ２６２の測定データの必要な補正係数を計算することができる。
一実施例では、負荷検知システム２６０は、第２のアクチュエータをもたず、較正の第２のステップは、接触するまで、機械的ストップ２８４に向かって手動で被負荷検知コンポーネント２７８を押すことによって、手動で行われる。接触状態で、プロセッサは、負荷センサ２６２による測定力を既知の力２８８と比較し、負荷センサ２６２が較正されるように、負荷センサ２６２の測定データの必要な補正係数を計算する。
一実施例では、トルクセンサの較正及び過負荷保護に関し、回転自由度に対して同じ方法が使用される。当該システムでは、機械的ストップ及びトーションバネが使用され、機械的ストップが被負荷検知コンポーネント２７８の角度変位を制限する。
上述の図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、負荷センサ２６２を較正するための装置が示され、ここでは、駆動モジュール２６４は、駆動モジュール基部コンポーネント２６６、被負荷検知コンポーネント（図示せず）、負荷センサ２６２、及び既知の剛性を有する弾性コンポーネント２８０を含む。弾性コンポーネント２８０は、負荷センサ２６２と駆動モジュール基部コンポーネント２６６との間にある。カセット２６８は、駆動モジュール２６４に取り外し可能に固定される。カセット２６８は、ハウジングと、ハウジング内で可動の隔離コンポーネントとを含み、細長い医療デバイス（ＥＭＤ）２５０を受け入れるように構成されている。
一実施例では、機械的ストップ２８４は、弾性コンポーネント２８０の方向においてハウジング及び駆動モジュール基部コンポーネント２６６のどちらかに対し隔離コンポーネントの移動を制限し、弾性コンポーネント２８０の最大偏向を機械的ストップ２８４と隔離コンポーネントとの間の既知の距離に制限する。一実施例では、機械的ストップ２８４と被負荷検知コンポーネントとの間の距離は、負荷センサ２６２が過負荷から保護されるように、負荷センサ２６２に加えられる最大負荷を制限するために予め定められる。
一実施例では、第２のセンサが、被負荷検知コンポーネントと機械的ストップ２８４との間の接触を検出する。一実施例では、第２のセンサは、モーションセンサである。一実施例では、プロセッサは、負荷センサ２６２の測定値からゼロオフセットを決定して除去するために使用され、ゼロオフセットは、無負荷時の見かけの負荷を示す測定負荷中のバイアスを指す。センサ較正のプロセスは、無負荷時に負荷検知システムがゼロ負荷を示すように、ゼロオフセットに関して補正する。一実施例では、プロセッサは、測定された負荷と既知の負荷とを比較することによって、較正係数を補正するために使用される。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は、１つ以上の機械的ストップ２８４に接触するまで、被負荷検知コンポーネントを１つ以上の機械的ストップ２８４に向かって押し込む手動で行われる。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は、自動的に行われる。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は、ＥＭＤ２５０をクランプするために使用される機構によって自動的に達成される。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は、ＥＭＤ２５０がデバイス支持体によって支持される場合のＥＭＤ２５０をクランプするために使用される機構によって自動的に達成される。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は、駆動モジュール基部コンポーネント２６６から独立した、適所に被負荷検知コンポーネントを固定するロック機構を用いて自動的に達成される。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は自動的に行われ、負荷センサ２６２の過負荷保護があり、負荷センサ２６２はＥＭＤ２５０に作用する軸力を測定する。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は自動的に行われ、負荷センサ２６２の過負荷保護があり、負荷センサ２６２はＥＭＤ縦軸のまわりでＥＭＤ２５０に作用するトルクを測定する。一実施例では、負荷センサ２６２の較正は自動的に行われ、負荷センサ２６２の過負荷保護があり、負荷センサ２６２はＥＭＤ２５０に作用する軸力を測定し、ＥＭＤ縦軸のまわりでＥＭＤ２５０に作用するトルクを測定する。
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、負荷検知システムのコンポーネントは、第１のオンデバイスアダプタ２７０の代替実施例を除いて、図１３Ａ及び図１３Ｂの負荷検知システムのコンポーネントと同じである。
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、負荷センサの自動較正及び過負荷保護を備えた負荷検知システムは、タイヤ駆動機構２９２である第１のオンデバイスアダプタ２７０と、クランプ２９４とを含む。タイヤ駆動機構２９２は、駆動モジュール基部コンポーネント２６６に取り付けられた駆動アクチュエータ２９６によって駆動される。駆動アクチュエータ２９６は、測定方向において被負荷検知コンポーネントに大きな負荷を与えない（例えば、Ｘ軸方向の力がない）パワートレイン２９８によって、タイヤ駆動機構２９２に動力を伝達する。一実施例では、パワートレイン２９８は、駆動アクチュエータ２９６に取り付けられたプーリに巻回されて駆動されるベルトである。
図１３Ａの代替実施例である図１４Ａを参照すると、負荷検知システムは、被負荷検知コンポーネント２７８の中立位置に示されている。すなわち、被負荷検知コンポーネント２７８に負荷が加わっていない状態で示されている。図１３Ｂの代替実施例である図１４Ｂを参照すると、負荷検知システムは、被負荷検知コンポーネント２７８の最大負荷位置、すなわち、負荷センサ２６２に印加される最大許容負荷を示している。
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、負荷センサ２６２の自動較正及び負荷センサ２６２の過負荷保護のためのプロセスは、図１３Ａ及び図１３Ｂの負荷検知システムについて上述したものと同じである。
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、負荷センサの自動較正及び過負荷保護を備えた負荷検知システムの代替実施例は、図１４Ａ及び図１４Ｂの負荷検知システムのコンポーネントと同じコンポーネントを含む。この代替実施例では、タイヤ駆動機構２９２は、被負荷検知コンポーネント２７８に取り付けられた駆動アクチュエータ２９６によって駆動される。一実施例では、駆動アクチュエータ２９６は、被負荷検知コンポーネント２７８の内側に取り付けられる。
図１４Ａの代替実施例である図１５Ａを参照すると、負荷検知システムは、被負荷検知コンポーネント２７８の中立位置に示される。図１４Ｂの代替実施例である図１５Ｂを参照すると、負荷検知システムは、被負荷検知コンポーネント２７８の最大負荷位置に示される。
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、負荷センサ２６２の自動較正及び負荷センサ２６２の過負荷保護のためのプロセスは、図１３Ａ及び図１３Ｂの負荷検知システムについて上述したものと同じである。
図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すると、負荷センサの自動較正及び過負荷保護を備えた負荷検知システムの代替実施例は、ステージ駆動機構２１０に対して被負荷検知コンポーネント２７８の縦方向位置を可逆的に固定する係止部材３００を含み、一方、ステージ並進モータ２４２は、ステージ駆動機構２１０に沿って駆動モジュール２６４を並進させる。被負荷検知コンポーネント２７８の縦方向の動作は、被負荷検知コンポーネント２７８のポケット３０２に係止部材３００を着座させることによって防止される。一実施例では、係止部材３００は、ロックピンである。一実施例では、係止部材３００は、フランジである。一実施例では、係止部材３００は、リンクの隆起又は突起である。一実施例では、係止部材３００は、摩擦によって被負荷検知コンポーネント２７８をロックする。
係止部材３００は、横方向の直線動作に拘束される（図示しないシステムによって作動し制御される）。一実施例では、係止部材３００は、リニアベアリングによって直線動作に拘束される。一実施例では、係止部材３００は、ガイドによって直線動作に拘束される。一実施例では、係止部材３００の直線動作は、ネジの回転によって達成される。
図１４Ａの代替実施例である図１６Ａを参照すると、負荷検知システムは、被負荷検知コンポーネント２７８の中立位置に示される。被負荷検知コンポーネント２７８は、縦方向において負荷センサ及び弾性コンポーネントにより支持され、リニアベアリング（図示せず）により横方向において拘束される。リニアベアリングは、被負荷検知コンポーネント２７８と駆動モジュール基部コンポーネント２６６とを一体的に接続する。図１４Ｂの代替実施例である図１６Ｂを参照すると、負荷検知システムは、被負荷検知コンポーネント２７８の負荷位置に示される。
図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すると、負荷センサ２６２の自動較正及び負荷センサ２６２の過負荷保護のためのプロセスは、図１３Ａ及び図１３Ｂの負荷検知システムについて上述したものと同様であり、この場合、被負荷検知コンポーネント２７８の位置の固定が係止部材３００をポケット３０２に着座させることによって行われ、これにより、被負荷検知コンポーネント２７８の縦方向の動作を防止する。
図１７及び図１８を参照すると、プロセッサ又は処理ユニットは、ＥＭＤに作用する実際の負荷の測定に影響する寄生負荷に関して補正を行い、寄生負荷は、これらに限定されないが、摩擦負荷、慣性負荷、障害負荷、及び重力負荷を含む。
実施例を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、明確にされた主題の思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加えることができることは、当然理解される。例えば、異なる実施例は、１つ以上の利益をもたらす１つ以上の特徴を含むものとして説明してきたが、説明した実施例において、説明した特徴は互いに交換されてもよく、又は、説明した実施例又は他の代替実施例において互いに組み合わせてもよいと理解される。開示した事項は、可能な限り広いように意図されているのは明白である。例えば、特段の記載がない限り、１つの特定要素を記載する定義は、同様の特定要素を複数包含しもする。

Claims (25)

  1. 駆動モジュール基部コンポーネント及び被負荷検知コンポーネントを別個の部品として含む駆動モジュールと、
    前記駆動モジュール基部コンポーネントと前記被負荷検知コンポーネントとの間に配置された負荷センサと、
    前記被負荷検知コンポーネントと連結されるように構成され、連結された前記被負荷検知コンポーネントに支持されて周囲と非接触になる隔離コンポーネントとを含む装置であって、
    細長い医療デバイスが前記隔離コンポーネントに取り外し可能に連結され、該細長い医療デバイスに作用する負荷を前記負荷センサにより検知する、装置。
  2. 前記駆動モジュール基部コンポーネントは、ハウジングを含んだカセットを取り外し可能に取り付けられるように構成され、
    前記被負荷検知コンポーネントに連結された前記隔離コンポーネントが、前記カセットの前記ハウジングの中に該ハウジングに対し非接触で位置する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記負荷センサは、少なくとも１つの方向において負荷を測定するように前記駆動モジュール基部コンポーネントと前記被負荷検知コンポーネントとの間の一箇所に配置される、請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記負荷センサは、前記細長い医療デバイスによって前記カセット内の前記隔離コンポーネントに加えられる反力及び／又は反作用トルクを測定する、請求項２に記載の装置。
  5. 前記隔離コンポーネントを通って延伸する前記細長い医療デバイスの縦軸に沿って作用する実際の力と、前記細長い医療デバイスの前記縦軸のまわりのトルクとが、前記負荷センサの測定値に基づいて判定される、請求項１又は２に記載の装置。
  6. 前記細長い医療デバイスを該細長い医療デバイスの縦軸のまわりに回転させるためのアクチュエータが、前記被負荷検知コンポーネントの外に位置している、請求項１又は２に記載の装置。
  7. 前記細長い医療デバイスをピンチ／アンピンチするための前記駆動モジュール内のアクチュエータが、前記被負荷検知コンポーネントの外に配置される、請求項１又は２に記載の装置。
  8. 前記駆動モジュールは、動力伝達デバイスを含み、
    該動力伝達デバイスは、前記被負荷検知コンポーネントの外に位置する回転アクチュエータ及び／又はピンチ／アンピンチアクチュエータによって駆動され、前記細長い医療デバイスを回転及び／又はピンチ／アンピンチするべく前記被負荷検知コンポーネントの内側の部分を作動させるために使用される、請求項１又は２に記載の装置。
  9. 前記動力伝達デバイスは、少なくとも１つの負荷測定方向において前記被負荷検知コンポーネントに負荷を加えない、請求項８に記載の装置。
  10. 前記動力伝達デバイスは、ベルト、ケーブル、又はチェーンを利用した剪断力に逆らわない可撓性デバイスである、請求項８に記載の装置。
  11. 前記動力伝達デバイスは、負荷測定方向において前記被負荷検知コンポーネントに負荷を加えないように、前記負荷測定方向と交差する、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記駆動モジュールは、少なくとも１つの非測定方向において前記被負荷検知コンポーネントを支持するベアリングを含み、該非測定方向のオフ軸負荷を支持する、請求項１又は２に記載の装置。
  13. 前記細長い医療デバイスに作用する負荷以外に前記被負荷検知コンポーネントにかかる寄生負荷に関して、前記負荷センサによる負荷測定値を補正する処理ユニットをさらに含む、請求項１又は２に記載の装置。
  14. 前記寄生負荷は、摩擦負荷、慣性負荷、障害負荷、及び重力負荷のうちの１つ以上を含む、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記被負荷検知コンポーネントの加速度が、加速度計、速度トランスデューサ、及び／又は変位トランスデューサなどのセンサを用いて判定される、請求項１３に記載の装置。
  16. 前記被負荷検知コンポーネントの前記加速度は、寄生慣性負荷に関し補正して判定される、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記負荷センサは、前記隔離コンポーネントを通って延伸する前記細長い医療デバイスの縦軸から離間している、請求項１又は２に記載の装置。
  18. 前記細長い医療デバイスは、前記被負荷検知コンポーネントに前記隔離コンポーネントが連結されているときに、前記カセットの前記ハウジングに対し非接触である、請求項２に記載の装置。
  19. 前記隔離コンポーネントは、全ての方向において前記カセットの前記ハウジングから離れている、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記カセットは、前記隔離コンポーネントに回動可能に連結され且つ前記ハウジングに対し非接触であるカバーを含む、請求項１８又は１９に記載の装置。
  21. 前記駆動モジュールは、前記隔離コンポーネントを通って延伸する前記細長い医療デバイスを、該細長い医療デバイスの縦軸に沿う第１の方向に移動させ、前記隔離コンポーネントは、前記第１の方向において前記カセットの前記ハウジングから分離される、請求項２に記載の装置。
  22. 前記駆動モジュールは、前記細長い医療デバイスを、前記縦軸を軸とした第２の方向に回転させ、前記隔離コンポーネントは、前記第１の方向及び前記第２の方向において前記ハウジングから分離される、請求項２１に記載の装置。
  23. 第１の駆動モジュール基部コンポーネント及び第１のオンデバイスアダプタを含む第１の駆動モジュールと、第２の駆動モジュール基部コンポーネント及び第２のオンデバイスアダプタを含む第２の駆動モジュールとを少なくとも含み、近位に位置する前記第１の駆動モジュールと遠位に位置する前記第２の駆動モジュールとが縦列配置されて個別に動作可能である、被負荷検知駆動システムであって、
    前記第１の駆動モジュール基部コンポーネントと前記第１のオンデバイスアダプタとの間に配置された第１の負荷センサと、
    前記第２の駆動モジュール基部コンポーネントと前記第２のオンデバイスアダプタとの間に配置された第２の負荷センサとを含み、
    前記第１のオンデバイスアダプタは、該第１のオンデバイスアダプタを通って延伸する細長い医療デバイスと係合して動作する第１の状態と、前記細長い医療デバイスとの係合を解除する第２の状態とを有し、
    前記第２のオンデバイスアダプタは、該第２のオンデバイスアダプタを通って延伸する前記細長い医療デバイスと係合する第３の状態と、前記細長い医療デバイスとの係合を解除する第４の状態とを有し、
    リセット状態において、前記第２の状態の前記第１のオンデバイスアダプタが、前記第２の駆動モジュールに対して延伸位置からリセット位置へ移動する動作を含み、
    プロセッサが、前記第１の負荷センサからの第１の信号及び前記第２の負荷センサからの第２の信号を受信し、前記第１の信号、前記第２の信号、前記第１のオンデバイスアダプタが前記第１の状態にあるか前記第２の状態にあるか、及び前記第２のオンデバイスアダプタが前記第３の状態にあるか前記第４の状態にあるかに応じて、前記細長い医療デバイスにかかる実際の負荷を判定する、被負荷検知駆動システム。
  24. 前記細長い医療デバイスを遠位方向へ進むように前進させているときに、前記第１のオンデバイスアダプタと前記第２のオンデバイスアダプタとの間の距離が、前記延伸位置におけるよりも前記リセット位置における方で大きく、
    前記細長い医療デバイスを近位方向へ進むように後退させているときに、前記第１のオンデバイスアダプタと前記第２のオンデバイスアダプタとの間の距離が、前記リセット位置におけるよりも前記延伸位置における方が大きい、請求項２３に記載の被負荷検知駆動システム。
  25. 前記第１のオンデバイスアダプタは、前記第１の状態において前記細長い医療デバイスをピンチし、前記第２の状態において前記細長い医療デバイスをアンピンチし、
    前記第２のオンデバイスアダプタは、前記第３の状態において前記細長い医療デバイスをグリップし、前記第４の状態において前記細長い医療デバイスをアングリップする、請求項２３又は２４に記載の被負荷検知駆動システム。
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