JP7455882B2 - 手術用器具を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願
本特許出願は、２０１６年７月１４日に出願された、”SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT”という表題の米国仮特許出願第６２／３６２，４０６号についての優先権及び出願日の利益を主張するものであり、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、低侵襲性遠隔操作手術において使用するための手術システム及び方法、並びに子宮操作（uterine manipulation）のための器具を制御するためのシステム及び方法を含むロボットシステム及び使用方法を対象とする。

低侵襲性医療技術は、診断又は外科的処置中に損傷を受ける無関係な組織の量を減少させ、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を低減することを目的としている。外科医の手先の器用さを高め、且つ従来の低侵襲技術に関する制限のいくつかを回避するために、低侵襲性の遠隔手術システムが開発されている。遠隔手術では、外科医は、器具を手で直接的に保持して動かすのではなく、例えばサーボ機構等のいくつかの形態の遠隔制御を使用して、手術用器具の動きを操作する。遠隔手術システムでは、外科医には、手術用ワークステーションにおいて手術部位の画像を提供することができる。外科医は、ディスプレイ上の手術部位の２次元又は３次元画像を見ながら、マスター制御装置を操作し、次にサーボ機構によって動作される器具の動きを制御することによって、患者に外科的処置を行う。

ロボットで補助される遠隔手術では、外科医は、典型的には、患者から離れた位置（例えば、手術室の向こう側の、異なる部屋の、又は患者とは全く異なる建物の）から手術部位における手術用器具の動きを制御するようにマスター制御装置を操作する。マスター制御装置は、通常、手持ち式手首ジンバル、ジョイスティック、外骨格グローブ等の１つ又は複数の手入力装置を含み、これらの入力装置は、患者側の「スレーブ」手術用マニピュレータに取り外し可能に結合された手術用器具に動作可能に結合される。マスターの構成及び動作によって、患者側の「スレーブ」手術用マニピュレータを介して、手術部位での器具の位置、向き、及び関節動作が制御される。スレーブは、複数のアーム、関節、リンク、サーボモータ等を含む電気機械的アセンブリであり、それら複数のアーム、関節、リンク、サーボモータ等は一緒に接続されて、手術用器具を支持し、制御する。外科的処置において、手術用器具（内視鏡を含む）を、開いている手術部位に、又はより典型的には、カニューレを通して体腔内に直接的に導入することができる。

低侵襲性の外科的処置のために、手術用マニピュレータによって制御される手術用器具は、単一の手術用切開部位を介して、又は患者の身体上の複数の近接した切開部位を介して体腔内に導入され得る。いくつかの低侵襲性の外科的処置では、手術用器具、特にプローブ、組織マニピュレータ、及びリトラクタ（retractors）等の手術用補助ツールも、より遠隔に配置された手術用切開部又は天然オリフィスを介して手術作業空間に導入され得る。これらの手術用器具を取り付け及び制御するために、改善されたシステム及び方法が必要とされている。

本明細書で説明する器具、システム、及び方法は、産業用途、汎用ロボット用途、非組織的なワークピースの操作、及び／又は美容上の改善を含む非医療目的に使用することができる。他の非外科的用途には、ヒト又は動物の解剖学的構造から（ヒト又は動物の解剖学的構造に戻さずに）又はヒト又は動物の死体から取り出された組織に対する使用が含まれる。

本発明の実施形態は、以下に続く特許請求の範囲によって要約される。

一実施形態では、遠隔操作式医療システムは、入力装置と、器具と結合してこの器具を動かすように構成されたマニピュレータとを有する。このシステムは、１つ又は複数のプロセッサを含む制御システムも有する。制御システムは、器具が器具作業空間にこの作業空間の視野に対応する方向に挿入されたとの判定に応答して、入力装置の動きを第１のマッピングに従って器具の動きにマッピングするように構成される。制御システムは、器具が器具作業空間内に視野に対応しない方向に挿入されたとの判定に応答して、入力装置の動きを第２のマッピングに従って器具の動きにマッピングするように構成される。第２のマッピングは、器具の少なくとも１つの運動方向について第１のマッピングの反転を含む。

別の実施形態では、方法が、マスター作業空間内のマスター制御装置の動きに基づいてマスター制御信号を生成するステップと、器具作業空間内の撮像装置の視野の方向を決定するステップとを含む。この方法は、器具作業空間内のスレーブ器具のスレーブ器具方向が、視野の方向に対応するか、又は視野の方向に対応しないかを判定するステップも含む。スレーブ器具方向が視野の方向に対応するとの判定に応答して、この方法は、マスター制御装置の動きを第１のマッピングに従ってスレーブ器具の動きにマッピングし、第１のマッピングに基づいて、器具作業空間内のスレーブ器具の動きについてのスレーブ器具制御信号を生成するステップを含む。スレーブ器具方向が視野の方向に対応していないとの判定に応答して、この方法は、マスター制御装置の動きを第２のマッピングに従ってスレーブ器具の動きにマッピングし、第２のマッピングに基づいて、器具作業空間内のスレーブ器具の動きについてのスレーブ器具制御信号を生成するステップを含む。第２のマッピングは、スレーブ器具の少なくとも１つの運動方向について第１のマッピングの反転を含む。

別の実施形態では、遠隔操作式器具システムは、マスター作業空間内のマスター入力装置と、器具作業空間内で作動される器具エンドエフェクタと、器具作業空間内で作動される組織プローブとを含む。遠隔操作式器具システムを動作させる方法は、マスター入力装置の動きに応答して、一組のマスター制御信号を生成するステップと、一組のマスター制御信号に応答して、第１のマッピングを生成するステップとを含む。第１のマッピングは、マスター入力装置の動きを器具作業空間内の器具エンドエフェクタの動きにマッピングする。一組のマスター制御信号に応答して、この方法は、第２のマッピングを生成するステップも含む。第２のマッピングは、マスター入力装置の動きを器具作業空間内の作動される組織プローブの動きにマッピングする。マスター入力装置が作動される器具エンドエフェクタの制御を有するとの判定に応答して、この方法は、第１のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成するステップも含む。マスター入力装置が作動される組織プローブの制御を有するとの判定に応答して、この方法は、第２のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成するステップを含む。第２のマッピングは、作動される組織プローブの少なくとも１つの運動方向について第１のマッピングの反転を含む。

本開示の実施形態による遠隔操作システムの概略図である。 本開示の一実施形態による３つの患者側マニピュレータと１つの内視鏡マニピュレータとを含む患者側カートの正面図である。 本開示の一実施形態による遠隔操作式手術システムにおける外科医コンソールの正面図である。 本開示の一実施形態による、手術用器具が取り付けられた状態の患者側マニピュレータアームの斜視図である。 本開示の一実施形態による子宮エレベータ、カニューレ、及び手術用マニピュレータの分解概略図である。 本開示の第２の実施形態による子宮エレベータ、カニューレ、及び手術用マニピュレータの分解概略図である。 本開示の第３の実施形態による子宮エレベータ、カニューレ、及び手術用マニピュレータの分解概略図である。 湾曲したカニューレと共に使用するためのツール留め具の側面図である。 図８のツール留め具及び湾曲したカニューレと共に使用するための子宮エレベータの側面図である。 制御装置の作業空間における制御装置の３次元デカルト基準座標系に対する外科医の制御コンソールの概略図である。この図に示されるデカルト座標基準フレームは、このページの面に対して法線方向にその面から離れる方向に延びるＹ軸を有しており、Ｙ軸は基準フレーム記号の中心に中黒（solid）の点で示される。このラベル付け規則は、後続の全ての図に使用される。 器具作業空間内における手術用３次元デカルト基準座標系に対する手術用器具（内視鏡を含む）の概略図である。 体腔内に位置付けされたエレベータ器具の図である。 逆マッピング技術を使用して、エレベータ器具等の手術用器具を制御するためのプロセスである。 子宮エレベータ器具（図では不明瞭であることを示す仮想線で示される）が組織の部分に対して第１の位置にある状態の器具作業空間の内視鏡によるユーザの視野である。この図では、子宮エレベータ器具は、組織の背後にあり、内視鏡によって直接的に見ることはできない。 子宮エレベータ器具が第１の位置にある状態の、プローブ・フレームからの図１４の器具作業空間の図である。 子宮エレベータ器具（仮想線で示される）が組織の部分に対して第２の位置にある状態の器具作業空間の内視鏡によるユーザの視野である。 子宮エレベータ器具が第２の位置にある状態の、プローブ・フレームからの図１６の器具作業空間の図である。 子宮エレベータ器具（仮想線で示される）が組織の部分に対して第３の位置にある状態の器具作業空間の内視鏡によるユーザの視野である。 子宮エレベータ器具が第３の位置にある状態の、プローブ・フレームからの図１８の器具作業空間の図である。 子宮エレベータ器具（仮想線で示される）が組織の部分に対して第４の位置にある状態の器具作業空間の内視鏡によるユーザの視野である。 子宮エレベータ器具が第４の位置にある状態の、プローブ・フレームからの図２０の器具作業空間の図である。 子宮エレベータ器具が取り付けられた自立式スレーブマニピュレータの概略図である。 子宮エレベータ器具が取り付けられたベッド取付け式スレーブマニピュレータの概略図である。 本開示の実施形態による補助医療器具の側面図である。 図２４の補助医療器具の背面図である。 図２４の補助医療器具の正面図である。 本開示の別の実施形態による補助医療器具の側面図である。 図２７の補助医療器具の正面図である。 本開示の一実施形態による関節アセンブリ及び力伝達アセンブリを含む補助医療器具の概略図である。 本発明の別の実施形態による関節アセンブリ及び力伝達アセンブリを含む補助医療器具の概略図である。 本開示のさらに別の実施形態による関節アセンブリ及び力伝達アセンブリを含む補助医療器具の概略図である。 パッシブ照明源を含む補助医療器具を示す図である。 パッシブ照明源を含むcolpotomizerカップを示す図である。 図３３のcolpotomizerカップを医療処置で使用する際の図である。

本開示の態様は、添付の図面と併せて読むときに、以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的な慣例に従って、様々な特徴を一定の縮尺で描いていないことが強調される。実際に、様々な特徴の寸法は、議論を明瞭化するために適宜増減され得る。さらに、本開示は、様々な例において参照符号及び／又は文字を繰り返し得る。この繰返しは、簡潔さ及び明瞭さを目的とするものであり、それ自体が議論される様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を規定するものではない。

本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、開示される実施形態の完全な理解を与えるために、多数の特定の詳細について記載している。しかしながら、当業者には、本開示の実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施し得ることは明らかであろう。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、周知の方法、手順、構成要素、及び回路について詳細に説明していない。

図面の図１を参照すると、遠隔操作システム１００が、一般に参照符号１００によって示される。遠隔操作式手術システム１００は、手術手順を入力するためのマスター又は外科医コンソールとも呼ばれるマスターコンソール１０２と、患者内の手術部位で手術用器具を遠隔操作によって動かすための患者側マニピュレータ（PSM）とも呼ばれるスレーブマニピュレータ１０４とを含む。遠隔操作式手術システム１００は、低侵襲性遠隔手術を行うために使用される。本開示で説明するシステム及び技術を実施するために使用され得る遠隔操作式手術システムの一例は、カリフォルニア州サニーベール（Sunnyvale）のIntuitive Surgical, Inc.によって製造されるda Vinci（登録商標）手術システムである。一実施形態では、スレーブマニピュレータは自立式であってもよい（図２参照）。代替実施形態では、スレーブマニピュレータは、手術室（surgical arena）内に例えば手術ベッド（図２３参照）を含む他の機器に取り付けてもよい。さらに別の代替実施形態では、スレーブマニピュレータは、自立式要素とベッド取付け式要素との両方を含むことができる。

遠隔操作式手術システム１００はまた、内視鏡等の画像取込み装置を含む画像取込みシステム１０６と、関連する画像処理ハードウェア及びソフトウェアとを含む。遠隔操作式手術システム１００は、マスターコンソール１０２のセンサ、モータ、アクチュエータ、要素、スレーブマニピュレータ１０４の要素、及び画像取込みシステム１０６に動作可能にリンクされた制御システム１０８も含む。

システム１００は、システムオペレータ、一般的には患者に低侵襲性の外科的処置を行う外科医によって使用される。システムオペレータは、画像取込みシステム１０６によって取り込まれ、マスターコンソール１０２において視るために提示される画像を見る。外科医の入力コマンドに応答して、制御システム１０８は、遠隔操作式スレーブマニピュレータ１０４に結合された手術用器具のサーボ機構による動作を行う。

制御システム１０８は、マスターマニピュレータ１０２と、スレーブマニピュレータ１０４と、画像取込みシステム１０６との間で制御を行う少なくとも１つのプロセッサ、通常は複数のプロセッサを含む。制御システム１０８は、本明細書で説明する方法の一部又は全部を実施するためのソフトウェアプログラム命令も含む。制御システム１０８が図１の概略図において単一のブロックとして示されているが、この制御システム１０８は、（例えば、外科医コンソール１０２及び／又はスレーブマニピュレータシステム１０４上に）多数のデータ処理回路を含むことができ、処理の少なくとも一部は、オプションで入力装置に隣接して実行され、一部は、マニピュレータに隣接して実行等される。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかを使用してもよい。同様に、プログラミングコードは、多数の別個のプログラム又はサブルーチンとして実装してもよく、又は本明細書で説明する遠隔操作システムの多数の他の態様に統合してもよい。一実施形態では、制御システム１０８は、ブルートゥース（登録商標）、ＩｒＤＡ、ＨｏｍｅＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及び無線テレメトリー等の無線通信プロトコルをサポートすることができる。

図２は、遠隔操作式手術システム１００の一実施形態による患者側マニピュレータ１０４の正面図である。患者側マニピュレータ１０４は、床に載置されるベース１２０と、ベースに取り付けられる支持タワー１２２と、（画像取込みシステム１０６の一部を含む）手術用ツールを支持するいくつかのアームとを含む。図２に示されるように、アーム１２４ａ、１２４ｂが、組織を操作するために使用される手術用器具を支持及び動かす器具アームであり、アーム１２６が、内視鏡を支持及び動かすカメラアームである。図２は、支持タワー１２２の背面に支持され、外科的処置を行うのに必要な患者側マニピュレータの左側又は右側のいずれかに位置付けされ得るオプションの第３の器具アーム１２４ｃも示す。図２は、器具アーム１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃにそれぞれ取り付けられた交換可能な手術用器具１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃをさらに示し、図２は、カメラアーム１２６に取り付けられた内視鏡１３０を示す。知識のある人は、器具及びカメラを支持するアームが、天井又は壁に、又は場合によっては手術室の機器（例えば、手術用テーブル）の別の部品に取り付けられた（固定式又は可動式の）ベースプラットフォームによって支持してもよいことを理解するだろう。同様に、知識のある人は、２つ以上の別個のベース（例えば、各アームを支持する１つのベース）を使用してもよいことを理解するであろう。手術用器具１２８ａ、１２８ｂは、それぞれエンドエフェクタ１２９ａ、１２９ｂを含む（図１１参照）。

図３は、遠隔操作式手術システム１００の一実施形態によるマスターコンソール１０２要素の正面図である。マスターコンソール１０２には、（内視鏡及び様々なカニューレを含む）手術用ツールを制御するために使用される運動学的連鎖である左右の多自由度のマスターツールマニピュレータ（MTM）１３２ａ、１３２ｂが装備される。ＭＴＭ１３２は、単に「マスター」と呼んでもよく、それらの関連するアーム１２４及び手術用器具１２８は、単に「スレーブ」と呼んでもよい。外科医は、典型的には親指と人差し指で各ＭＴＭ１３２上の摘み（pincher）アセンブリ１３４ａ、１３４ｂを把持し、摘みアセンブリを様々な位置及び向きに動かすことができる。各ＭＴＭ１３２ａ、１３２ｂは、一般に、複数の自由度、典型的には６自由度（３つの回転自由度及び３つの並進自由度）を有するマスター作業空間内での動きを可能にする。

ツール制御モードが選択されると、各ＭＴＭ１３２は、患者側マニピュレータ１０４の対応する器具アーム１２４を制御するように結合される。例えば、左ＭＴＭ１３２ａは、器具アーム１２４ａ及び器具１２８ａを制御するように結合してもよく、右ＭＴＭ１３２ｂは、器具アーム１２４ｂ及び器具１２８ｂを制御するように結合してもよい。第３の器具アーム１２４ｃが外科的処置中に使用され且つ左側に位置付けられた場合に、左ＭＴＭ１３２ａは、アーム１２４ａ及び器具１２８ａの制御と、アーム１２４ｃ及び器具１２８ｃの制御とを切り替えることができる。同様に、第３の器具アーム１２４ｃが外科的処置中に使用され且つ右側に位置付けされた場合に、右ＭＴＭ１３２ａは、アーム１２４ｂ及び器具１２８ｂの制御と、アーム１２４ｃ及び器具１２８ｃの制御とを切り替えることができる。代替実施形態では、第３の器具アームは、手術の利便性に対応するために、左ＭＴＭ又は右ＭＴＭのいずれかによって制御してもよい。場合によっては、ＭＴＭ１３２ａ、１３２ｂの間でアーム１２４ａ／器具１２８ａの組合せと、アーム１２４ｂ／器具１２８ｂの組合せとの制御割当を交換してもよい。これは、例えば内視鏡を１８０度回転した場合に行われ、内視鏡の視野内を移動する器具は、外科医が動かしているのと同じ側にＭＴＭがあるように見える。

外科医コンソール１０２は、立体画像表示システム１３６も含む。立体内視鏡１３０によって取り込まれた左側及び右側の画像は、対応する左右のディスプレイに出力され、外科医は、表示システム１３６上で３次元画像として知覚する。一構成では、ＭＴＭ１３２は、表示システム１３６の下に位置付けされ、ディスプレイに表示された手術用ツールの画像が、ディスプレイの下の外科医の手と同一位置にあるように見える。この特徴により、外科医は、手を直接的に見ているかのように、３次元ディスプレイ内で様々な手術用ツールを直感的に制御することができる。従って、関連する器具アーム及び器具のＭＴＭサーボ制御は、内視鏡画像基準フレームに基づいている。

内視鏡画像基準フレーム（すなわち、「画像フレーム」又は「第１の器具フレーム」）は、ＭＴＭがカメラ制御モードに切り替えられる場合にも使用される。例えば、カメラ制御モードが選択される場合に、外科医は、ＭＴＭの一方又は両方を一緒に動かすことによって内視鏡の先端部を動かすことができる（２つのＭＴＭの部分は、２つのＭＴＭの部分がユニットとして一緒に移動するよう見えるようにサーボ機構によって結合され得る）。次に、外科医は、画像を手の中に保持しているかのように、ＭＴＭを動かすことによって、表示された立体画像を直感的に動かす（例えば、パン、チルト、ズームする）ことができる。

外科医コンソール１０２は、このコンソールを操作する外科医が滅菌場の外部となるように位置付けされるが、典型的には、患者側マニピュレータ１０４と同じ手術室に配置される。１人又は複数のアシスタントが、典型的には、滅菌の手術場内で作業する（例えば、患者側のカート上のツールを交換し、手動で後退させる等）ことによって、外科医を補助する。従って、外科医が滅菌場から離れて操作するので、コンソールを手術室とは別の部屋又は建物に配置してもよい。いくつかの実装形態では、２つのコンソール１０２（互いに同じ位置にあるか、又は互いに離れている）を一緒にネットワーク接続して、２人の外科医が手術部位のツールを同時に見て制御することができる。

図２２は、患者Ｐが手術のために位置付けされた状態のスレーブマニピュレータ１０４を示す。この実施形態では、スレーブマニピュレータ１０４は自立式であり、手術用器具及び子宮エレベータ（uterine elevator）は全て、自立式ベース１２０及び支持タワー１２２に取り付けられる。明瞭化のために、器具アーム及び器具のいくつかを省略している。

図４は、手術用器具１２８ｃが取り付けられた制御アーム１２４ｃの一部の斜視図である。手術中に通常使用される滅菌ドレープ及び関連機構は、明瞭化のために省略されている。マニピュレータ１４０は、ヨー・サーボアクチュエータ１４２と、ピッチ・サーボアクチュエータ１４４と、挿入及び引抜き（Ｉ／Ｏ）アクチュエータ１４６とを含む。手術用器具１２８ｃは、取付けキャリッジ１４９を含む器具スパー１４８に取り付けられた状態で示されている。例示的な直線状カニューレ１５０がカニューレマウント１５２に取り付けられた状態で示されている。器具１２８ｃのシャフト１５４がカニューレ１５０を通って延びる。マニピュレータ１４０は、そのマニピュレータ１４０が、器具シャフトに沿って配置された固定された遠隔運動中心１５６（「遠隔中心１５６」とも呼ばれる）の周りで器具１２８ｃを動かすように機械的に拘束される。ヨー・アクチュエータ１４２は、遠隔中心１５６の周りにヨー運動１５８を提供し、ピッチ・アクチュエータ１４４は、遠隔中心１５６の周りにピッチ運動１６０を提供し、Ｉ／Ｏアクチュエータ１４６は、遠隔中心１５６を介した挿入及び引抜き運動１６２を提供する。典型的には、遠隔運動中心１５６は、手術中に患者の体壁の切開部に係止され、意図した外科的タスクを実施できるのに十分なヨー運動及びピッチ運動を可能にする。あるいはまた、遠隔運動中心は、患者に接触することなくより広い動作範囲を可能にするために、身体の外側に配置してもよい。知識のある人は、遠隔運動中心の周りの動きが、ソフトウェアの使用によって、又は機械的アセンブリによって規定される物理的制約によって制約され得ることを理解するであろう。

取付けキャリッジ１４９及び器具力伝達アセンブリ１６４に適合する力伝達ディスクは、マニピュレータ１４０内のアクチュエータからの作動力を結合し、湾曲したシャフト１５４の先端部に取り付けられた組織プローブ１６６を位置付け及び向き合わせするために、器具１２８ｃの様々な部分を動かす。このような作動力は、典型的には、器具シャフト１５４をロール運動させる（こうして、遠隔中心１５６を介した別のＤＯＦを与える）。力伝達アセンブリの実施形態は、米国特許第６，３３１，１９１号（１９９９年１０月１５日に出願された、”Surgical Robotic Tools, Data Architecture, and Use”を開示する）、及び米国特許第６，４９１，７０１号（２００１年１月１２日に出願された、”Mechanical Actuator Interface System for Robotic Surgical Tools”を開示する）に記載されており、これらの文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。代替実施形態では、器具１２８ｃは、追加のヨー及びピッチＤＯＦを与える手首をシャフトの先端部に含むことができる。組織プローブ１６６は、例えば、一般的な組織マニピュレータ、組織エレベータ（tissue elevator）、又は組織リトラクタであってもよい。代替実施形態では、器具１２８ｃは、撮像要素を含んでもよい。

図５は、図４のマニピュレータ１４０に取り付けられ得るツーピース手術用器具１７０の分解概略図を示す。この実施形態では、直線状カニューレ１５０は、器具スパー１４８に取り付けられる。器具１７０は、力伝達アセンブリ１７２と、シャフト１７４と、組織プローブ１７６とを含む。この実施形態では、シャフト１７４は、湾曲部分１７８を含む剛性ロッドである。代替実施形態では、シャフトは、カニューレ式及び／又は可撓性であってもよい。シャフト１７４は、滅菌可能であってもよく、後部から装填可能な（back-loadable）組織プローブ、又は、コネチカット州トランブル（Trumbull）のCooper Surgical, Inc.によって製造されたKOH Cup等の膣パイプ（vaginal fornices delineator）を含んでもよい。組織プローブ１７６は、シャフトと一体化してもよく、又は取り外し可能且つ使い捨てであってもよい。器具１７０は、シャフト１７４をカニューレ１５０の先端部１８０に通して装填し、力伝達アセンブリ１７２と係合させることによって組み立てられる。説明する構成では、器具の挿入又は取出し動作は、スパー１４８に関連する器具軸線に沿ってものであり得る。シャフトの湾曲した性質により、器具には、直線的な器具では到達し難いような組織を操作する多様性が与えられる。一実施形態では、組織プローブ１７６は、子宮内操作のための子宮エレベータ・チップであってもよいが、膣パイプ、リトラクタ、作動器具、非作動器具、又は撮像装置等の他の器具も、他の解剖学的位置での子宮処置又は外科的処置のために使用され得る。

図６は、図４のマニピュレータ１４０に取り付けられ得るツーピース手術用器具１９０の分解概略図を示す。この実施形態では、湾曲したカニューレ１９２が器具スパー１４８に取り付けられる。器具１９０は、力伝達アセンブリ１９４と、シャフト１９６と、組織プローブ１７６とを含む。この実施形態では、シャフト１９６は可撓性ロッドである。一実施形態では、組織プローブ１７６は、子宮内操作のための子宮エレベータ・チップであってもよいが、膣パイプ、リトラクタ、作動器具、非作動器具、又は撮像装置等の他の器具も、他の解剖学的位置での子宮処置又は外科的処置のために使用され得る。組織プローブ１７６は、シャフトと一体化してもよく、又は取り外し可能且つ使い捨てであってもよい。器具１９０は、シャフト１９６を湾曲したカニューレ１９２の先端部２００を通して装填し、力伝達アセンブリ１９４と係合させることによって組み立てられる。シャフトの可撓性により、そのシャフトを湾曲したカニューレを通して挿入するために曲げることができる。

図７は、図４のマニピュレータ１４０に取り付けられ得るワンピース手術用器具２０２の概略図を示す。この実施形態では、器具２０２は、組織プローブ１７６と、湾曲したシャフトセグメント２０４と、カニューレの代わりにスパー１４８に直接的に取り付けることができる直線状シャフトセグメント２０３とを含む。この実施形態では、シャフト２０３は、剛性湾曲セグメント２０４を含む剛性ロッドである。一実施形態では、組織プローブ１７６は、子宮内操作のための子宮エレベータ・チップであってもよいが、膣パイプ、リトラクタ、作動器具、非作動器具、又は撮像装置等の他の器具も、他の解剖学的位置での子宮処置又は外科的処置のために使用され得る。作動器具に適応するために、シャフトは、及び／又は非剛性であってもよい。組織プローブ１７６は、シャフトと一体化してもよく、又は取り外し可能且つ使い捨てであってもよい。図４の力伝達アセンブリ１９４の代わりに、スパー１４８に取り付けられた「ダミー」力伝達アセンブリ２０５が示されている。器具２０２は、カニューレの代わりにシャフト２０３をスパー１４８に直接的に取り付けることによって組み立てられる。「ダミー」力伝達アセンブリは、作動中に設置され得、システムが、力伝達アセンブリ２０５のハウジングに内蔵された電子識別機構を介して、取り付けられる器具のタイプを認識できる。こうして、「ダミー」力伝達アセンブリは、組織プローブが次のモードで使用する準備が整ったことを知らせることができる。「ダミー（dummy）」又は「モック（mock）」器具の更なる説明は、米国仮特許出願第６１／５９４，１３０号（２０１２年２月２日出願された、”Systems and Methods for Controlling a Robotic Surgical System”を開示する）に記載されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。別の代替案では、シャフト２０３は、スパー１４８に対するランダム回転を防止するための停止機構を含むことができる。あるいはまた、シャフト２０３は、シャフトの軸線上で回転方向に割り出し可能であり得る。あるいはまた、力伝達アセンブリは、シャフト２０３の回転位置を決定するためのマーカーを含み、組織プローブ１７６の位置を計算するのを助けることができる。

手術用器具の別の実施形態が、図８及び図９に開示される。この実施形態では、前述したように、Ｉ／Ｏ挿入スパーに取り付け可能なカニューレ状シャフトの先端部に組織プローブを取り付けることができる。具体的には、図８は、湾曲したカニューレ状シャフト２１０と、湾曲したカニューレ状シャフトの先端部２１４に挿入するようにサイズ決めされたチップ留め具２１２を示す。チップ留め具２１２は、例えば、ねじ結合、スナップ式結合、摩擦結合、又は他の既知の機械的結合によって湾曲したカニューレ２１０に機械的に結合してもよい。適切なカニューレ状シャフトは、例えば、５又は８ｍｍ（ミリメートル）のカニューレ状シャフトを含み得る。より大きい又はより小さなカニューレ状シャフトもまた、患者の解剖学的制約内で適切であり得る。図９に示されるように、組織プローブ２１６が、チップ留め具２１２に機械的に結合される。組織プローブ２１６は、チューブ２２０に接続された先端開口部２１８を含む。チューブ２２０は、組織プローブ２１６を介して手術部位を灌注し、吸引するために使用される。代替実施形態では、Ｉ／Ｏ動作が必要とされない場合に、組織プローブ２１６は、（図５及び図６に示されるカニューレ等のように）挿入スパーに取り付けられたカニューレに組織プローブを直接的に取り付けることができる。

上述した実施形態では、カニューレ及び器具シャフトは、ステンレス鋼又はガラスエポキシ複合材等の剛性材料で形成してもよい。あるいはまた、それらカニューレ及び器具シャフトは、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）のような高弾性率のプラスチック、ガラス又は炭素充填ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、或いはガラス繊維エポキシ又は炭素繊維エポキシ複合構造等のフレキシブル材料で形成してもよい。シャフト又はカニューレの内径及び外径並びに物理的構造は、各材料選択について、使用中に身体に加えることができる力の大きさを制限するために、又は使用中に構造体が器具又はカニューレ内の湾曲したガイド経路に追従して十分に屈曲可能にするために、一意に選択される。材料組成及び可撓性に関する情報を含む、カニューレ及び器具シャフトに関する追加の情報は、米国特許出願第１２／６１８，６０８号（２００９年１１月１３日に出願された、”Curved Cannula Instrument”を開示する）に詳細に記載されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

図１０は、マスターコンソール１０２を概略的に示す。図１１は、スレーブマニピュレータ１０４の構成要素（器具１３０、１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃを含む）を概略的に示す。図１０に示されるように、外科医は、表示システム１３６のビューアを介して器具作業空間２２６を見る。器具スパー１４８上に担持された組織プローブ１６６は、マスター作業空間２２８（「マスター空間２２８」とも呼ばれる）内の関連するマスター制御に関する移動及び動作入力に応答して、器具作業空間内２２６内で位置移動及び向合せ運動を行う。前述したように、器具アーム１２４ｃは、ＭＴＭ１３２ａ又はＭＴＭ１３２ｂのいずれかによって制御してもよい。この例示的な実施形態では、組織プローブ１６６を含む手術用器具１２８ｃを備えた器具アーム１２４ｃは、左ＭＴＭ１３２ａによって制御される。異なるマスター基準フレーム（Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１）が、ＭＴＭのそれぞれに関連付けられる。他の基準フレームをマスター作業空間内で規定してもよいことが理解される。例えば、ビューアの基準フレーム（Ｘ_４、Ｙ_４、Ｚ_４）を表示システム１３６のビューアに関連付けてもよい。マスター作業空間内の基準フレーム同士の間の関係は、固定された運動学的関係、センサ、又は他の既知の関係によって確立され得る。

図１１に示されるように、手術のセットアップ手順の間に、手術用器具１２８ｃは体腔２３０内に位置付けされ、組織プローブ１６６は体腔２３０の組織壁２３２に対して（against）位置付けされる。体腔は、外科的に形成されるか、又は自然に形成された体腔であってもよい。一実施形態では、例えば、体腔は患者の子宮であり、器具は、子宮頸部を通って子宮内に挿入され、子宮壁と接触する。婦人科処置の間に、子宮エレベータであり得る組織プローブは、子宮組織壁を持ち上げて移動させるのに役立ち、それにより、その子宮壁組織は、手術用器具に関連するエンドエフェクタによるアクセスのために適切に位置付けされる。図１２は、体腔２３０内から組織壁２３２に対して位置付けされた組織プローブ１６６のビューである。組織プローブ１６６の基端部の位置からのこのビューはまた、器具作業空間内２２６内の「プローブ・フレーム」又は「第２の器具フレーム」（Ｘ_３、Ｙ_３、Ｚ_３）として説明される。器具フレームは、体腔内の他の位置に、又は器具１２８ｃのシャフトに沿った他の位置に規定してもよい。

外科的処置中に、エンドエフェクタ１２９ａ、１２９ｂ及び周囲の器具作業空間の画像が、視野１３１を有する内視鏡１３０によって取り込まれる。内視鏡の視点又は視野１３１からのこれらの画像は、外科医がそれぞれのＭＴＭ１３２ａ、１３２ｂによる応答する動き及び動作を制御する際に、外科医が、エンドエフェクタ１２９ａ、１２９ｂの応答する動き及び動作を見るように表示システム１３６に表示される。

内視鏡１３０によって取り込まれた視野１３１は、器具作業空間内２２６内の内視鏡基準フレーム（Ｘ_２、Ｙ_２、Ｚ_２）を有する。この視野において、組織プローブ１６６の視覚化は、組織壁によって妨げられる。しかしながら、組織壁の突起部及び組織壁の反対側での組織１６６の動きによる突起部の動きは、内視鏡１３０の視野１３１において視覚化することができる。制御システム１０８は、以下でより詳細に説明するように、組織プローブ１６６の向合せ運動及び位置移動を、表示システム１３６のビューアにおいて画像で見れるように、マスターマニピュレータ１０２のＭＴＭ１３２ａの向合せ運動及び位置移動によってマッピングする。

プローブ・フレーム、内視鏡フレーム、各エンドエフェクタ１２９ａ、１２９ｂの基準フレーム、及び器具作業空間内２２６内に規定される他の基準フレームは、固定された運動学的接続又はセンサによって確立された既知の関係を有することができる。

以下の説明では、ＭＴＭ１３２ａ及び手術用器具１２８ｃを含む器具アーム１２４ｃを参照して制御システムについて説明する。マスター及びスレーブの動きの制御は、マスターデカルト座標基準系を有するマスター作業空間２２８内のマスター位置及び向きを、手術用デカルト座標基準系を有する器具作業空間２２６内のスレーブ位置及び向きと比較することによって達成される。用語の理解を容易にし且つ効率的に使用するために、「デカルト基準座標系」という用語は、本明細書の残りの部分では単に「フレーム」と称する。従って、制御システム１０８は、内視鏡フレーム内のスレーブ位置及び向きをマスターフレーム（及び／又はビューア・フレーム）内のマスター位置及び向きと比較する役割を果たし、且つスレーブを、マスターフレーム（及び／又はビューア・フレーム）内のマスターの位置及び／又は向きに対応する内視鏡フレーム内の位置及び／又は向きに作動させる。ＭＴＭが３次元空間内で並進及び回転されると、マスター基準フレームは、対応して並進及び回転する。これらマスターフレームの並進及び回転は感知され得、それら並進及び回転は、器具作業空間内のプローブ・フレームを含む基準フレームに変換（また、「マッピング」）され、周知の運動学的計算を使用することにより、ＭＴＭと作業空間内の結合される器具及び／又はプローブとの間の制御関係を提供する。マスターフレームの位置及び向きが変更されると、それに応じて結合される器具のフレームが変更され、結合される器具の動きがＭＴＭの動きに従属するようになる。

前述したように、制御システム１０８は、制御システムの処理サイクル速度によって決定される連続的な基準でマスター移動入力コマンドに応答して、スレーブの新しい対応する位置及び向きを計算する少なくとも１つのプロセッサ、典型的には複数のプロセッサを含む。

図１０に示されるように、マスター作業空間を通るマスターフレームのＺ_１軸線は、ＭＴＭ１３２ａと共に移動する。当然のことながら、Ｘ_１及びＹ_１軸線は、Ｚ_１軸線から垂直方向に延びる。図１０に示されるように、表示システム１３６のビューアを介して手術部位を見るときに、マスター作業空間を通るビューア・フレームのＺ_４軸線は、軸線２４２によって示される外科医の視線に沿って（又は平行に）延びる。当然のことながら、Ｘ_４及びＹ_４軸線は、Ｚ_４軸線から垂直方向に延びる。好都合には、Ｙ_４軸線は、表示システム１３６のビューアに対して略垂直方向に延びるように選択され、Ｘ_４軸線は、ビューアに対して略水平方向に延びるように選択される。

図１１に示されるように、内視鏡フレームのＺ_２軸線は、内視鏡１３０の視野軸線２４４に沿って軸線方向に（又は平行に）延びる。図１１では、視野軸線２４４は、内視鏡１３０のシャフト軸線と同軸に整列して示されているが、視野軸線は、その内視鏡１３０のシャフト軸線に対して傾斜してもよいことを理解されたい。こうして、内視鏡は、直線状の又はチップを所定範囲傾斜させた形態であり得る。Ｘ_２及びＹ_２軸線は、Ｚ_２軸線に垂直な平面に位置付けされる。図１１にも示されるように、プローブ・フレームのＺ_３軸線は、器具１２８ｃの長手方向軸線に沿って軸線方向に（又は平行に）延びる。Ｘ_３及びＹ_３軸線は、Ｚ_３軸線に垂直な平面内に位置付けされる。

マスター作業空間内のマスターの位置及び向きを器具作業空間内の器具にマッピングすることに関する情報を含む、参照される制御システムに関する追加の情報は、米国特許第６，４２４，８８５号（１９９９年８月１３日に出願された、”Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus”を開示する）に詳細に記載されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。一般に、遠隔操作式手術マッピング方法は、複数のマスター関節（joint）を関節運動させることによってマスター作業空間内でＭＴＭを移動させるステップを含む。ＭＴＭの位置、向き、及び速度に対応するマスター制御信号が制御システムに送信される。一般に、制御システムは、マスター作業空間内のマスターのデカルト位置を、変換に応じて器具作業空間内のエンドエフェクタ又は組織プローブのデカルト位置にマッピングするように対応するスレーブモータ信号を生成する。制御システムは、画像取込みシステムから提供される状態変数信号に応答して変換を導出して、表示システム内のエンドエフェクタ又は組織プローブの画像がＭＴＭに実質的に接続されたように見えるようにすることができる。さらに、マスター作業空間の位置及び速度は、スケールコンバータ及びオフセットコンバータを使用して器具作業空間の位置及び速度に変換される。変換の更なる詳細は、米国特許第６，４２４，８８５号に記載されており、この文献は参照により本明細書に以前組み込まれている。手術用組織プローブ又はエンドエフェクタは、スレーブモータ信号に応答して複数のスレーブ関節を関節運動させることによって、器具作業空間内を移動する。スレーブモータ信号は、マスターを動かすことに応答して制御システムによって生成され、それによってディスプレイ内のエンドエフェクタ又は組織プローブの画像がマスター作業空間内のＭＴＭと実質的に接続されて見える。

外科医は、表示システム１３６による組織プローブ１６６の先端側のエンドオン（end-on）ビューを有するので、マスターのスレーブへの従来のマッピングでは、ＭＴＭ１３２ａを捻って、人間工学的に扱い難い位置及び向きにおいて外科医に指示するようにする必要がある。従って、少なくとも１つの座標に沿ったマスターのスレーブへのマッピングを反転させる方法によって、器具１２８ｃが組織プローブから外科医に向けて後方に延びているかのように、外科医が組織プローブ１６６を制御することを可能にする。換言すれば、以下で詳細に説明するように、ＭＴＭ１３２の動きは、プローブ・フレームの少なくとも１つの座標に沿って逆方向に組織プローブ１６６にマッピングされる。

従来のマッピング技術では、ＭＴＭ１３２ａの＋Ｘ_４方向の動きは、内視鏡フレームの器具作業空間内の＋Ｘ_２方向に器具１２８ａの対応する動き（スケーリング及びオフセッ
ト係数を含む）をもたらす。ユーザが器具１２８ａの制御を放棄し、ＭＴＭ１３２ａを使
用して器具１２８ｃの制御を開始したい場合に、ユーザは指示を制御システム１０８に登
録し、ＭＴＭ１３２ａの制御は器具１２８ｃに移される。

図１３は、逆マッピング（inversed mapping;逆写像）技術を使用して子宮エレベータ器具等の手術用器具１２８ｃを制御するためのプロセス２５０の一例を与える。逆マッピング技術の実施に先立って、制御システム１０８は、従来のマッピング技術ではなく、逆マッピング技術が必要であることを通知される。この情報は、例えば、ユーザ入力、センサ入力、又はエンドオン・ビュー等の構成で配置されたスレーブ器具又はスレーブ・アームを識別する他のフィードバックに基づくことができ、逆マッピング技術により、ユーザにより快適な操作を提供する。前述したように、マスター作業空間２２８内のＭＴＭ１３２は、典型的には、６自由度（３つの回転自由度及び３つの並進自由度）を有する。プロセス２５０は、６つの自由度の全てを有効にして実行することができる。代替実施形態では、組織プローブのチップの位置は、プローブの向きを同様にマッピングすることなく、マッピングすることができる。換言すれば、回転／向きマッピングは動作不能にレンダリングされる。より具体的には、回転自由度（ヨー、ピッチ、及びロール）を自由にして、外科医が、ＭＴＭ１３２ａが組織プローブを引きずっていることを知覚可能にするインターフェイスを形成することができる。こうして、組織プローブは３次元座標系を介して並進するように見えるが、回転能力は無効にされ、ＭＴＭの回転は締め出される（locked out）。あるいはまた、マスター回転を浮動させることができ、回転は、組織プローブ操作の変換において無視される。さらに別の代替案では、全ての回転自由度未満の自由度で並進がマッピングされる。例えば、ＭＴＭの並進は、Ｘ軸及びＹ軸の周りの動きをマッピングすることなく、Ｚ軸の周りの回転にマッピングすることができる。ＭＴＭの再マッピングの必要性を回避するために、非アクティブ軸線に対するマスターとプローブとの間の誤差を、表示から省くことができる。

プロセス２５２において、マスター入力装置、すなわちＭＴＭ１３２ａのマスター作業空間２２８内の第１の方向の動きが検出される。プロセス２５４において、ＭＴＭ１３２ａの動きは、マスター制御信号の生成をもたらす。プロセス２５６において、マスター作業空間２２８内のＭＴＭ１３２ａの動きは、器具作業空間内の組織プローブ１６６にマッピングされる。プロセス２５８において、スレーブ制御信号が生成されて、組織プローブ１６６を器具作業空間内で反転された（inverted）第１の方向に動かす。反転された方向は、デカルト座標系の少なくとも１つの軸線に沿って、大きさが反転される又は逆向きにされる。作業空間の移動、速度、及びサイズのスケールは、使用される組織プローブに基づいて制御され得る。組織、例えば子宮の動きに対する制限は、システムによって又は外科医の視覚的手掛かりによって、予め決定され、設定され得る。

図１４～図２１に提供される詳細な例でさらに説明するように、マスター作業空間内のマスター入力装置の動きは、スレーブ器具挿入方向の決定に基づいて、器具作業空間内の器具にマッピングされ得る。例えば、スレーブ器具が、器具作業空間内に視野の方向に対応する方向に挿入される場合に、この視野の方向に関連するマッピングを使用することができる。あるいはまた、スレーブ器具が器具作業空間内に視野の方向に対応しない方向に挿入される場合に、スレーブ器具動作の少なくとも１つの方向に対する反転を含むような異なるマッピングを使用してもよい。

スレーブ器具の挿入方向は、既知の運動学的関係又はセンサフィードバックによって決定されるような撮像器具の視野軸線とスレーブ器具との間の幾何学的関係に基づいて「対応する」とみなすことができる。スレーブ器具の対応する方向は、視野軸線（例えば、軸線２４４）から９０度以下（又は、他の実施形態では９０度未満）の任意の方向であり得る。図１１では、器具１２８ａ及び１２８ｂは、視野軸線２４４に対するそれら器具の方向のために、対応する方向に挿入されたとみなすことができる。スレーブ器具の方向はまた、撮像器具の視野軸線とスレーブ器具との間の幾何学的関係に基づいて「対応していない」とみなしてもよい。スレーブ器具の対応していない方向は、視野軸線から９０度よりも大きい（又は、他の実施形態では９０度以上である）任意の方向であり得る。図１１では、器具１２８ｃは、その器具１２８ｃが視野角２４４から約１８０度の挿入方向を有し且つ視野角２４４と撮像器具１３０の先端チップに垂直な平面との間に延びていないため、対応しない方向に挿入されたとみなすことができる。こうして、図１１では、器具１２８ａ、１２８ｂは、視野軸線２４４に沿った視野に対応する、対応するマッピングを有することができ、器具１２８ｃは、器具１２８ｃの少なくとも１つの運動方向（例えば、Ｘ_３方向）に対応するマッピングの反転を含むマッピングを有することができる。反転は、例えば、対応するマッピングとは反対方向又は１８０°変化させた方向であってもよい。

ここで図１４を参照すると、内視鏡１３０、すなわち内視鏡フレームによる器具作業空間内２２６のビューによって、マスターコンソール１０２のユーザが、組織壁２３２の部分（section）、エンドエフェクタ１２９ａを含む器具１２８ａ、及びエンドエフェクタ１２９ｂを含む器具１２８ｂを見ることが可能になる。介在する組織２３２のために作業空間内の組織プローブ１６６を直接的に見ることができない可能性があるが、チップの一般的な位置は、チップによって持上げられた組織２３２の領域に関連する突起、膨張又は他の特性によって特定され得る。一実施形態では、チップの位置を示すために、オーバーレイ画像を表示してもよい。このオーバーレイは、制御を組織プローブに切り替えたときにトリガされ得る。撮像プローブが使用される場合に、組織を直接的に視覚化して、患者の解剖学的構造の内部ビューを提供することができる。この例のフレームでは、＋Ｘ_２方向はページの右側にあり、－Ｘ_２方向はページの左側にあり、＋Ｙ_２方向はページの上部にあり、－Ｙ_２方向はページの下部にあり、＋Ｚ_２方向はページの外部にあり、－Ｚ_２方向はページの内部にある。代替実施形態では、外科医は、プローブによって達成される組織の伸張量に主に関心があり、且つ内視鏡フレーム内の画像が、関心のある組織が外科医の仕様（指定）まで引き伸ばされることを示すまで、プローブを動かす。

ここで図１５を参照すると、組織壁２３２の反対側から（例えば、子宮頸部から子宮内に見て、器具１２８ｃの基端部）からの器具作業空間内２２６のプローブ・フレームは、内視鏡フレーム（Ｘ_２、Ｙ_２、Ｚ_２）と比較されるようにＸ軸及びＺ軸を反転する。具体的には、このフレーム例では、－Ｘ_３方向がページの左側にあり、＋Ｘ_３方向がページの右側にあり、＋Ｙ_３方向がページの上部にあり、－Ｙ_３方向がページの下部にあり、－Ｚ_３方向がページの内部にあり、＋Ｚ_３方向がページの外部にある。

図１６に示されるように、ＭＴＭ１３２ａが組織プローブ１６６を動かすように結合され、且つ外科医が組織プローブ１６６をエンドエフェクタ１２９ｂの位置に向けて動かそうとする場合に、外科医は、ＭＴＭ１３２ａを＋Ｘ_４方向に（マスター空間２２８内のＭＴＭ１３２ｂに向けて）動かす。器具１２８ｃの反転位置（対応しない方向）のために、従来の非逆マッピング方式の下では、ＭＴＭ１３２ａをマスター空間２２８内のＭＴＭ１３２ｂに向けて右に動かすと、図１７のビューにおける組織プローブ１６６も、エンドエフェクタ１２９ａに向けて＋Ｘ_３方向に、右に動く。この逆の結果を回避し、組織プローブ１６６を意図したエンドエフェクタ１２９ｂに向けて動かすために、ＭＴＭ１３２ａのマッピングが反転される。こうして、図１６に示されるように、ＭＴＭ１３２ａのマスター作業空間２２８内の＋Ｘ_４方向の動きはプローブ・フレーム内で反転され、組織プローブ１６６を内視鏡フレーム内のエンドエフェクタ１２９ｂに向けて－Ｘ_３方向（すなわち、＋Ｘ_３方向の反対方向）に動かす。

より具体的には、制御システム１０８は、ＭＴＭ１３２ａが、器具１２８ａ、１２８ｂ、１３０（すなわち、組織プローブ１６６以外の器具）等の、対応する方向のスレーブ器具と通信可能に結合されるかどうかを判定するように構成され、そうであれば、ビューア・フレーム内のＭＴＭ１３２ａの動きは、第１のマッピングに従って内視鏡フレーム内のスレーブ器具の動きにマッピングされる。第１のマッピングは、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、ビューアの右側、＋Ｘ_４）への動きを、内視鏡フレーム内の第１の方向（例えば、内視鏡の右側、＋Ｘ_２）への動きに変換する。ＭＴＭ１３２ａが、組織プローブ１６６を含む反転される器具１２８ｃ等の、対応しない方向のスレーブ器具と通信可能に結合される場合に、ビューア・フレーム内のＭＴＭ１３２ａの動きは、第２のマッピングに従ってプローブ・フレーム内の反転される器具の動きにマッピングされる。第２のマッピングは、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、ビューアの右側、＋Ｘ_４）への動きを、プローブ・フレーム内の反転された第１の方向（例えば、器具１２８ｃのシャフトに沿って基端位置から見て、組織プローブの左側、－Ｘ_３）への動きに変換する。プローブ・フレーム内の反転された第１の方向（例えば、－Ｘ_３）は、ビューア・フレーム及び内視鏡フレーム内の第１の方向（例えば、＋Ｘ_４）と反対である。この実施形態では、プローブ・フレームの反転された第１の方向における器具１２８ｃの動きは、内視鏡フレーム内の器具１２８ａの第１の方向と同じ器具作業空間内の方向にある。換言すれば、器具作業空間２２６において、内視鏡フレーム内の第１の方向＋Ｘ_２は、プローブ・フレーム内の反転された第１の方向－Ｘ_３と同じである。

ここで別の例の図１８及び図１９を参照すると、図１４及び図１５のように組織プローブ１６６の開始位置が想定される。外科医が組織プローブ１６６を上に動かしたい場合に、外科医は、ＭＴＭ１３２ａを＋Ｙ_４方向（図１０のマスター空間２２８内のページの外部に）に動かす。この例では、マスター空間２２８内のＭＴＭ１３２ａの上方への動きによって、図１９のビュー内の組織プローブ１６６も＋Ｙ_３方向の上に動かすので、従来のマッピング方式を使用してもよい。換言すれば、「上へ」の動きは、図１８の内視鏡のビューと図１９の器具のビューとの両方で同じである。こうして、従来のマッピングは、ＭＴＭ１３２ａを＋Ｙ_４方向に動かしたときに、組織プローブ１６６の＋Ｙ_２方向及び＋Ｙ_３方向の動きをもたらす。

より具体的には、制御システム１０８は、ＭＴＭ１３２ａが器具１２８ａ、１２８ｂ、１３０（すなわち、組織プローブ１６６以外の器具）等の、対応する方向のスレーブ器具と通信可能に接続されるかどうかを判定するように構成され、そうであれば、ビューア・フレーム内のＭＴＭ１３２ａの動きは、第１のマッピングに従って内視鏡フレーム内の第１のスレーブ器具の動きにマッピングされる。第１のマッピングは、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、ビューアの上方向、＋Ｙ_４）への動きを、内視鏡フレーム内の第１の方向（例えば、内視鏡の上方向、＋Ｙ_２）への動きに変換する。ＭＴＭ１３２ａが、組織プローブ１６６を含む器具１２８ｃ等の、対応しない方向のスレーブ器具と通信可能に結合される場合に、ビューア・フレーム内のＭＴＭ１３２ａの動きは、第２のマッピングに従ってプローブ・フレーム内のスレーブ器具の動きにマッピングされる。第２の変換はまた、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、ビューアの上方向、＋Ｙ_４）への動きを、プローブ・フレーム内の第１の方向（例えば、器具１２８ｃのシャフトに沿って基端位置から見て、組織プローブの上方向、＋Ｙ_３）への動きに変換する。プローブ・フレーム内の第１の方向（例えば、＋Ｙ_３）は、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、＋Ｙ_４）と同じである。この実施形態では、プローブ・フレーム内の第１の方向における器具１２８ｃの動きは、内視鏡フレーム内の器具１２８ａの第１の方向と同じ器具作業空間内の方向にある。換言すれば、器具作業空間２２６において、内視鏡フレーム内の第１の方向＋Ｙ_２は、プローブ・フレーム内の反転された第１の方向＋Ｙ_３と同じである。

ここで別の例の図２０及び図２１を参照すると、図１４及び図１５のように組織プローブ１６６の開始位置が想定される。ＭＴＭ１３２ａが組織プローブ１６６を動かすように結合され、且つ外科医が組織プローブ１６６を組織壁２３２から離れる方向に動かしたい場合に、外科医は、ＭＴＭ１３２ａを－Ｚ_４方向に沿って、図１０の表示システム１３６のビューアから離れる方向に動かす。器具１２８ｃの反転された位置（対応しない方向）のために、従来のマッピング方式の下で、ＭＴＭ１３２ａをマスター空間２２８内の－Ｚ_４方向に外科医から離れる方向に動かすことによって、図２１のビューの組織プローブ１６６が、ページの内部に、－Ｚ_３方向に組織壁２３２内にさらに動かされる。この反転した結果を回避し、組織プローブ１６６を意図したように組織壁１６６から離れる方向に動かすために、ＭＴＭ１３２ａのマッピングが反転される。こうして、図２０に示されるように、ＭＴＭ１３２ａのマスター作業空間２２８内の－Ｚ_４方向の動きが反転され、組織プローブ１６６を＋Ｚ_３方向（すなわち、－Ｚ_４方向とは反対の方向）にページの外部に、組織壁２３２から離れる方向に（プローブ・フレーム内の子宮頸部に向けて）動かす。

より具体的には、制御システム１０８は、ＭＴＭ１３２ａが器具１２８ａ、１２８ｂ、１３０（すなわち、組織プローブ１６６以外の器具）等の、対応する方向のスレーブ器具と通信可能に結合されるかどうかを判定するように構成され、そうであれば、ビューア・フレーム内のＭＴＭ１３２ａの動きは、第１のマッピングに従って内視鏡フレーム内の第１のスレーブ器具の動きにマッピングされる。第１のマッピングは、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、ビューアから離れる方向、－Ｚ_４）への動きを、内視鏡フレーム内の第１の方向（例えば、内視鏡から離れる方向、－Ｚ_２）への動きに変換する。ＭＴＭ１３２ａが、組織プローブ１６６を含む器具１２８ｃ等の、対応しない方向のスレーブ器具と通信可能に結合される場合に、ビューア・フレーム内のＭＴＭ１３２ａの動きは、第２のマッピングに従ってプローブ・フレーム内のスレーブ器具の動きにマッピングされる。第２のマッピングは、ビューア・フレーム内の第１の方向（例えば、ビューアから離れる方向、－Ｚ_４）の動きを、プローブ・フレーム内の反転された第１の方向（例えば、器具１２８ｃのシャフトに沿って基端位置から見て、組織壁２３２から離れる方向、＋Ｚ_３）への動きに変換する。プローブ・フレーム内の反転された第１の方向（例えば、＋Ｚ_３）は、ビューア・フレーム及び内視鏡フレーム内の第１の方向（例えば、－Ｚ_４）と反対である。この実施形態では、プローブ・フレーム内の反転された第１の方向における器具１２８ｃの動きは、内視鏡フレーム内の器具１２８ａの第１の方向と同じ器具作業空間内の方向にある。換言すれば、器具作業空間２２６において、内視鏡フレーム内の第１の方向－Ｚ_２は、プローブ・フレーム内の反転された第１の方向＋Ｚ_３と同じである。

与えられる例は、Ｘ、Ｙ、又はＺ軸に沿った直線運動について説明しているが、３次元作業空間２２８内のＭＴＭ１３２ａの角度運動も３次元器具作業空間にマッピングすることができ、マッピングは、１つ又は複数の座標軸については反転され、１つ又は複数の座標軸については従来のものであることが理解される。例えば、ビューア・フレーム及び内視鏡フレーム内の動き＋Ｘ_４、＋Ｙ_４は、プローブ・フレーム内の動き－Ｘ_３、＋Ｙ_３に対応するようにマッピングしてもよい。

図２３は、代替のスレーブマニピュレータシステム３００を示す。システム３００は、別個の遠隔操作されるマニピュレータ要素３０２及びマニピュレータ要素３０４を含む。両方の要素３０２，３０４を、共通のマスターマニピュレータ及び制御システムを介して動作させることができる。あるいはまた、それら要素は、異なるマスターマニピュレータ、ダイレクト・マニピュレータ、及び／又は制御システムによって動作させてもよい。マニピュレータ要素３０２は、図２に関して説明した患者側マニピュレータと実質的に同様であり、マスター制御下で動作する手術用器具を含む。マニピュレータ要素３０４は、別個のサーボ駆動マニピュレータであり、上述した実施形態のいずれかと同様に、組織プローブ３０８を含む取付け器具３０６を含む。この実施形態では、マニピュレータ要素３０４は、患者ベッド３１２のベッドレール３１０に取り付けられる。マニピュレータ要素３０４の初期位置付けは、手動で行ってもよい。例えば、マニピュレータ要素３０４は、ベッドレール３１０に沿って移動され、摩擦係止機構によって定位置にロックしてもよい。定位置にロックされた後に、マニピュレータ要素３０４は、マスターマニピュレータ及び中央制御システムの制御下に置かれ得る。マニピュレータ要素３０４が所定の位置にロックされた状態で、組織プローブ３０８を含む取付け器具３０６を、先の実施形態について説明したように動作させることができる。他の代替実施形態では、マニピュレータ要素は、患者ベッドの側に、又は手術室内の別の可動要素又は固定要素上に取り付けることができる。

図２４～図２６は、別の実施形態による子宮エレベータ等の補助医療器具４００を示す。遠隔操作制御で使用するために、器具４００を、図４の器具スパー１４８に取り付けることができる。器具４００は、基端部４０２と、先端部４０４とを有する。基端部は、器具スパー１４８から接続解除されたときに、器具を手動で操作するために使用され得るハンドル４０６を含む。ハンドル４０６は、人間工学的グリップを有し、遠隔操作制御下にないときに、ユーザが器具を把持して操作することを可能にする。器具４００は、カニューレマウント１５２と嵌合するようにサイズ決め及び形状決めされた取付け部分４０８を更に含む。取付け部分４０８は、サイズ及び形状等の器具の特性を示す識別情報を与える凹面４１０を含む。代替実施形態では、識別情報は、器具の異なる部分に配置され得る。さらに他の代替実施形態では、識別情報は、器具スパー１４８で読み取られるか、他の方法で感知され、器具から制御システム１０８に電子的に伝達され得る。

器具４００は、約９０°の円弧及び一定の曲率半径を有する固定される、湾曲したシャフト部分４１２をさらに含む。この実施形態では、湾曲部分は円弧長さを有する。湾曲部分４１２及び器具４００の他の部分は、ステンレス鋼又はチタン等の金属、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）等のポリマー、又はセラミックを含む剛性材料で形成してもよい。適切な材料は、軽量であるが、患者の解剖学的構造内の組織を操作するために器具に力が加えられたときに、実質的な曲げ又は破壊に抵抗するのに十分な強度を有し得る。湾曲部分４１２は、中実のシャフトを有するが、代替実施形態では、重量を減らすため、又は流体流又は他の医療器具の通路を提供するためにカニューレ状にすることができる。

器具４００の先端部４０４は、チップ留め具４１４を含み、湾曲したシャフト部分４１２は、チャネル、溝、留め具、及び他の嵌合機構４１６を含む。留め具４１４及び嵌合機構４１６は、医療用付属品４１８と嵌合するようにサイズ決め及び形状決めされる。医療用付属品４１８は、組織プローブ４１９を含む。組織プローブ４１９は、組織を裂き、擦り剥がし、又は損傷させることなく、プローブを組織に係合して力を加えることを可能にするように、丸められ、可撓性であり、膨張可能であり、及び／又は他の非外傷性のチップ特性を有することができる。器具４００と共に使用するのに適した様々な医療用付属品は、コネチカット州トランブルのCooper Surgical, Inc.から入手可能であり、RUMI（登録商標）及びKoh製品ラインからの子宮マニピュレータ付属品を含み得る。

器具スパー１４８に取り付けられるとき、器具４００は、器具４００と交差しない（図２４のページに対して垂直な）軸線Ａ１に沿って配置された回転中心Ｃ１の周りに旋回するように制御され得る。器具４００は、単一の回転自由度（例えば、ピッチ）に制約され得る。典型的には、回転中心Ｃ１は、手術中に患者オリフィスに固定され、意図した手術操作を実施するのに十分なピッチ運動を利用可能にする。あるいはまた、回転中心は、患者の身体に接触することなく、より広い範囲の運動を可能にするために、その身体の外部に配置してもよい。知識のある人は、回転中心の周りの動きは、ソフトウェアの使用によって、又は機械的アセンブリによって規定される物理的制約によって制約され得ることを理解するであろう。

器具の湾曲部分が患者の解剖学的構造の内部に位置し、従ってユーザには見えないときに、器具の湾曲の方向をユーザに示すために、取付け部分４０８に位置特徴部４２０が設けられる。位置特徴部４２０はまた、器具４００が取付け部分４０８を通って延びる軸線Ａ２の周りに回転するのを防止し、こうして回転中心Ｃ１を器具スパー１４８に対して固定位置に維持するのに役立ち得る。この実施形態では、位置特徴部４２０は、突起部であるが、別の実施形態では、マーキング、凹部、又は他の指示特徴部であってもよい。

外科的処置の初期設定中に、器具４００は、カニューレマウント１５２に取り付けられる。前述したように、力伝達アセンブリの代わりに、システムが器具スパーに取り付けられた医療器具のタイプを認識できるように、「ダミー」力伝達アセンブリ（図７）が設置される。医療用付属品４１８は、湾曲したシャフト部分４１２と嵌合し、且つ先端部４０４に結合される。組み立てられた器具４００は、組織プローブ４１９が体腔の組織壁に対して位置付けされた状態で体腔内に位置付けされる。組織プローブは、例えば、流体を用いた膨張によって拡張し得る。代替実施形態では、器具は、最初に患者のオリフィスを通して位置付けされ、次に器具が所定位置に置かれた後にマニピュレータに結合してもよい。前述したように、様々な実施形態において、マニピュレータ１４０は、患者ベッド、可動支持構造体、又は手術領域の別の固定又は可動要素に取り付けてもよい。

この実施形態では、（図２４のページに対して垂直な）Ｘ_３軸線に沿った器具４００の動きは制限され、Ｙ_３及びＺ_３方向における器具の動きは、器具４００の回転中心Ｃ１周りの制約された回転運動によって結合される。例えば、器具４００の先端部４０４が回転中心Ｃ１の周りに前方（図２４の時計回り）に旋回される（すなわち、軸線Ａ１周りのピッチ運動）と、先端部４０４は、＋Ｙ_３、－Ｚ_３方向に動く。先端部４０４が回転中心Ｃ１の周りに逆（図２４の反時計回り）に旋回されると、先端部４０４は、－Ｙ_３、＋Ｚ_３方向に動く。組織プローブの動きを制御するＭＴＭ１３２ａの動きは、同様にＹ_１及びＺ_１方向に結合され得る。あるいはまた、組織プローブの動きを制御するＭＴＭ１３２ａの動きは、Ｙ_１及びＺ_１方向に結合解除され得る。ＭＴＭ１３２ａの動きが結合解除されると、ＭＴＭ１３２ａの結合解除された動きは、器具の結合された動きに対応しながら、ＭＴＭの動きに近似するようにマッピングされる。

一例として、外科医が組織プローブ４１９を＋Ｙ_３方向に動かしたい場合に、外科医は、＋Ｙ_１方向に沿って（図１０のページのマスター空間２２８の外部に）ＭＴＭ１３２ａを動かす。この例では、マスター空間２２８内のＭＴＭ１３２ａの上方移動により、組織プローブ４１９も＋Ｙ_３方向に上方に移動するため、従来のマッピング方式を使用することができる。換言すれば、「上へ」の動きは、内視鏡のビューと器具のビューとの両方で同じである。こうして、従来のマッピングは、ＭＴＭ１３２ａが＋Ｙ_１方向に動かされたときに、組織プローブ４１９を＋Ｙ_３方向に動かす。外科医が組織プローブ４１９を組織壁２３２から離れる方向に動かしたい（図１１参照）場合に、外科医は、ＭＴＭ１３２ａを－Ｚ_１方向に沿って、図１０の外科医から離れる方向に動かす。器具１２８ｃの反転された位置のために、従来のマッピング方式の下では、ＭＴＭ１３２ａを外科医から離れる方向のマスター空間２２８の－Ｚ_１方向に移動させると、組織プローブ４１９が－Ｚ_３方向に移動し、さらに組織壁内に移動する。この反転された結果を回避し、組織プローブ４１９を意図したように組織壁２３２から離れる方向に動かすために、ＭＴＭ１３２ａのマッピングが反転される。こうして、ＭＴＭ１３２ａのマスター作業空間２２８内の＋Ｚ_１方向の動きが反転され、組織プローブ１６６が組織壁２３２から離れる方向に（プローブ・フレーム内の子宮頸部に向けて）＋Ｚ_３方向に移動する。

図２７及び図２８は、別の実施形態による子宮エレベータ等の補助医療器具４５０を示す。医療器具４５０は、器具４００と類似の構成及び動作であってもよいが、以下に説明するようないくつかの識別可能な特徴を有する。医療器具４５０は、基端部４５２と、先端部４５４と、基端部と先端部の間に延びる湾曲したシャフト部分４５６とを含む。この実施形態では、直線状シャフト部分４５８が、基端部４５２と湾曲したシャフト部分４５６との間に延びる。器具４５０は、器具スパー１４８に取り付けられたとき、回転中心Ｃ２の周りに旋回することができる。直線状シャフト部分は、器具４００と比較して、スパー１４８から離れる方向に回転中心Ｃ２の周りに延びる。特定の処置に使用するための適切な器具の選択は、患者のサイズ及び、操作される組織と、器具が挿入される自然に又は外科的に形成されたオリフィスとの間の距離に基づき得る。

図２９は、組織プローブに追加の運動自由度を提供する構成の、図４のマニピュレータ１４０に取り付けられ得る補助医療器具４６０の概略図である。この実施形態では、器具４６０は、基端部４６２と、先端部４６４と、湾曲したシャフト部分４６６と、直線状シャフト部分４６８とを有する。組織プローブ４６９が、先端部４６４に取り付けられる。軸線Ａ３が、直線状シャフト部分４６８を通って延びる。マニピュレータ１４０の器具スパー１４８は、器具アンカー４７０を含む。器具アンカー４７０は、器具４６０を器具スパー１４８に結合するための直線状シャフト部分４６８を受容するようにサイズ決めされた通路を含む。器具アンカー４７０は、米国特許第８，１８２，４６９号（２００５年９月３０日に出願された、”Surgical Accessory Clamp and Method”を開示する）により詳細に記載されるような付属品のクランプであってもよく、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。器具アンカー４７０は、軸線Ａ３に垂直な並進運動を抑制しながら、軸線Ａ３に沿って器具４６０を直線的に並進させ、軸線Ａ３の周りに器具の回転運動を許容するベアリングとして働くことができる。

力伝達アセンブリ４７２（上述した力伝達アセンブリ１６４と実質的に同様）は、湾曲したシャフト４６６の先端部に取り付けられた組織プローブ４６９を位置付け及び向き合わせするために、マニピュレータ１４０内のアクチュエータからの作動力を、器具４６０の様々な部品に結合する。クイック接続解除機構等の関節４７４が、器具４６０の基端部と先端部との間に延びる。この実施形態では、関節４７４は、器具アンカー４７０と力伝達アセンブリ４７２との間にある。あるいはまた、関節は、器具の基端部と力伝達アセンブリとの間に延びてもよい。関節４７４によって、組織プローブ４６９の関節における軸線Ａ３の周りの回転が可能になる。関節４７４によって、さらに又は代替的に、関節から軸線Ａ３に沿った組織プローブの並進が可能になる。さらに、関節４７４によって、器具４６０の先端部及び組織プローブ４６９の迅速な交換が可能になる。例えば、関節４７４によって、器具の先端部上の非滅菌エンドエフェクタ又は組織プローブを、器具の滅菌基端部分から取り外すことが可能になる。さらに、関節４７４によって、取り付けられたマニピュレータの妨害なしに、患者の解剖学的構造内での器具４６０及び組織プローブ４６９のセットアップが可能になる。例えば、器具４６０及び組織プローブ４６９は、患者の体腔内に位置付け及び配置してもよい。この最初のセットアップ活動が完了した後に、力伝達アセンブリ４７２を含む器具スパー１４８が、器具４６０に導入される。直線状シャフト部分４６８は、例えば器具アンカーの先端開口部を通して又は旋回クランプアーム同士の間の開口部を通して器具アンカー４７０内に装填される。次に、力伝達アセンブリ４７２は、関節４７４を介して直線状シャフト部分に動作可能に結合され得る。器具４６０が関節４７４に接続された後に、力伝達アセンブリ４７２は、組織プローブ４６９の軸線Ａ３周りの回転運動を制御し、且つ組織プローブの軸線Ａ３に沿った並進を制御するように動作可能である。一実施形態では、関節４７４に対する直線状シャフト部分４６８の並進を可能にするために、関節と湾曲したシャフト部分との間の直線状シャフト部分は、伸縮動作を可能にするように、関節と力伝達アセンブリとの間の直線状シャフト部分よりも小さい直径を有する。器具アンカー４７０は、シャフトの直線部分の回転運動及び並進運動をサポートするベアリングとして動作することができる。

図３０は、組織プローブに追加の運動自由度を提供する構成の、図４のマニピュレータ１４０に取り付けられ得る補助医療器具４８０の概略図である。この実施形態では、器具４８０は、器具４６０と実質的に同様であり得、図２９と相違点となる構成について説明する。この実施形態では、器具４８０は、基端部４８２と、先端部４８４と、湾曲したシャフト部分４８６と、直線状シャフト部分４８８と、組織プローブ４９０とを有する。この実施形態では、クイック接続解除関節等の関節４９２が、先端部４８４と器具アンカー４７０との間に係合される。関節４９２によって、組織プローブ４９０及び湾曲部分４８６の関節における軸線Ａ４の周りの回転が可能になる。関節４９２によって、関節から軸線Ａ４に沿った組織プローブの並進も可能になる。また、関節４９２によって、器具の先端部４８４及び組織プローブ４９０の迅速な交換が可能になる。さらに、関節４９２によって、取り付けられたマニピュレータの妨害なしに、患者の解剖学的構造内での器具４８０及び組織プローブ４９０のセットアップが可能になる。この実施形態では、直線状シャフト部分が、器具アンカーを通して直線状シャフト部分を送る必要なしに、関節に接続され得るので、器具４８０の組立ては、器具４６０（図２９）の組立てよりも煩雑ではない。関節４９２が器具のアンカーの先端側にあるので、関節は、変形することなく組織プロービングの力に耐えるように選択すべきである。十分に堅牢な関節では、関節の両側の直線状シャフト部分は、略同一直線上にあり、軸線Ａ４と整列させてもよい。例えば、関節は、約１３．６キログラム（ｋｇ）（３０ポンド）までの荷重に耐えることができる。

図３１は、組織プローブに追加の運動自由度を提供する構成の、図４のマニピュレータ１４０に取り付けられ得る補助医療器具５００の概略図である。この実施形態では、器具５００は、器具４８０と実質的に同様であり得、図３０と相違点となる構成について説明する。この実施形態では、器具５００は、迅速な接続解除関節４７４ではなく、基端部５０２と、先端部５０４と、湾曲したシャフト部分５０６と、直線状シャフト部分５０８と、組織プローブ５１０とを有する。この実施形態では、多次元手首関節等の関節５１２が、先端部５０４と器具アンカー４７０との間にある。様々な多次元手首関節の例が、米国特許第６，８１７，９７４号（２００２年６月２８日に出願された、”Surgical Tool Having Positively Positionable Tendon Actuated Multi-Disk
Wrist Joint”を開示する）に記載されており、この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。関節５１２によって、組織プローブ５１０及び湾曲部分５０６の多次元の動きが可能になる。関節５１２が器具アンカーの先端側にあるので、関節は、変形することなく組織プロービング力に耐えるように選択すべきである。十分に堅牢な関節では、関節の両側の直線状シャフト部分は、略同一直線上にあり、軸線Ａ４と整列している。例えば、関節は、約１３．６ｋｇ（３０ポンド）までの荷重に耐えることができる。

図３２は、パッシブ（passive）照明源を含む補助医療器具５５０を示す。医療器具５５０は、例えば、前述した実施形態のいずれかと同様の子宮エレベータであってもよい。遠隔操作制御で使用するために、器具５５０を図４の器具スパー１４８に取り付けてもよい。器具５５０は、シャフト部分５５４の先端部に結合されたプローブ部分５５２を含む。プローブ部分５５２及び／又はシャフト部分５５４は、１つ又は複数の照明基準マーカー５５６を含むことができる。照明基準マーカー５５６は、電気コンセント又はバッテリ等のエネルギー貯蔵装置に接続せずに動作するパッシブ照明基準マーカーであってもよい。パッシブ照明基準マーカーは、光源からの入射光を受け取り、それに応答して、光を放射する。１つの代替案では、パッシブ照明基準マーカーは、パッシブ発光ダイオード（LED）システムを含むことができる。パッシブＬＥＤシステムは、ＬＥＤに結合された光センサを含むことができる。光センサは、励起光を受け取り、ＬＥＤを照明させる電流を生成する。別の代替案では、パッシブ照明基準マーカーは、インドシアニングリーン（ICG）色素等の蛍光色素を収容するためのウェル、チャネル、凹部、或いは他の空洞又は容器を含むことができる。ＩＣＧ色素が励起波長（例えば、約７５０～８００ナノメートル（ｎｍ））の光で照射されると、そのＩＣＧ色素の光は、直接観測されるか、又はより長い観察波長（例えば、８００ｎｍ以上）で画像化され得る。

光ファイバによって手術領域に送達された光等の、外部供給源から受け取った光は、パッシブ・マーカーを、直接的に又は閉塞している組織を介して照らすことができる。例えば、図１１を参照すると、パッシブ・マーカーが体腔２３０（例えば、子宮）内でプローブ１６６上に配置される場合に、内視鏡１３０から発せられた光は組織壁を通過してプローブ上のパッシブ・マーカーを励起する。励起されたパッシブ・マーカーは、内視鏡を介してユーザに見え得る光を放射する。こうして、プローブの位置は、閉塞している組織を介して、パッシブ・マーカーの光から認識することができる。代替実施形態では、励起光は、組織壁のプローブ側又はエンドエフェクタ側のいずれかの光源によって供給してもよい。代替実施形態では、マーカーは、ＬＥＤ又は他の光源に電力を供給するためのバッテリ又は他の電源を含む、アクティブ照明基準マーカーであってもよい。

図３３～図３４は、パッシブ照明マーカーを備え得る医療器具の別の例を示す。この実施形態では、colpotomizerカップ５６０が、パッシブ照明マーカー５６２を含む。colpotomizerカップ５６０は、子宮摘出術等の医療処置で使用される場合に、子宮５６４の基部に位置付けされ得る。内視鏡５６６又は他の光源からの光は、子宮５６４の壁５６８を通過して、１つ又は複数のマーカー５６２を励起する。次に、励起されたマーカー５６２から放射された光は、壁５６８を通して内視鏡５６６によって視認され得る。こうして、励起マーカー５６２は、焼灼又は切開等の医療処置を行うための医療器具５７０のガイドとして役立ち得る。例えば、マーカー５６２がカップ５６０のリップの周りに放射状に配置される場合に、マーカーのリングは、カップのリップに隣接する組織を切断するためのガイドとして役立ち得る。パッシブ・マーカー５７４は、プローブの膨張可能な部分を含む子宮プローブ５７２上に配置することもできる。このようなマーカーは、より安全な筋腫切除処置を可能にするために、子宮内膜腫瘍及び子宮筋腫を規定する助けとなり得る。

それら説明されるようなパッシブ・マーカーは、組織の閉塞によって画像取込みシステム、視覚化システム、又は肉眼による直接的な視覚化が妨げられる場合に、器具、インプラント、標的位置、或いは残置（leave-behind）ガイド又はインジケータを識別するために、様々な医療処置で使用することができる。

上述したシステム及び方法は、様々な外科的処置において自然又は外科的に形成された開口部を介して組織を持ち上げ又は収縮させるために有用であるが、子宮操作に特に有用である。子宮摘出術又は子宮内膜症の治療に子宮操作を用いて、一定の安定した張力を与えて正確な切開を可能にし得る。子宮操作の遠隔操作制御はまた、大きな子宮の手動操作がユーザの疲労を引き起こす場合に特に有用であり得る。子宮マニピュレータは、組織張力を提供することに加えて、処置位置を尿管等の重要な構造から離れる方向に移動させるために使用され得る。

遠隔操作式子宮操作は、コンソールにいる外科医の手術に関する自律性を改善するためにも有用である。外科医は、患者側のアシスタントと対話せずに又はアシスタントを待たずに、自分の好きな位置に正確に位置を制御する。また、患者側のアシスタントは、マニピュレータを保持する代わりに、外科的支援を提供することができる。遠隔操作式子宮操作はまた、装置アーム同士の間の移動に起因して患者側のアシスタントが汚染されることを回避することができる。

本明細書で説明する器具及び方法は、動物、ヒトの死体、動物の死体、ヒト又は動物の解剖学的構造の部分、非外科的診断、産業システム、及び一般的なロボットシステム又は遠隔操作システムのために使用することができるので、手術用器具及び外科的方法に対する言及は非限定的である。

本発明の実施形態における１つ又は複数の要素は、制御システム１０８等のコンピュータシステムのプロセッサ上で実行するためにソフトウェアで実装してもよい。ソフトウェアで実装される場合に、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、伝送媒体又は通信リンクを介して搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によってダウンロードされ、プロセッサ可読記憶媒体又は装置に格納することができる。プロセッサ可読記憶装置は、光学媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む情報を格納することができる任意の媒体を含むことができる。プロセッサ可読記憶装置の例は、電子回路；半導体装置、半導体メモリ装置、読出し専用メモリ（ROM）、フラッシュメモリ、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（EPROM）；フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ－ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置を含むことができる。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のコンピュータネットワークを介してダウンロードしてもよい。

提示されるプロセス及びディスプレイは、本質的に、特定のコンピュータ又は他の装置に関連しないことがあることに留意されたい。様々な汎用システムは、本明細書の教示に従ってプログラムと共に使用してもよく、又は説明した動作を実行するより専門化された装置を構築するために好都合であるとわかるかもしれない。様々なこれらのシステムに必要な構造は、特許請求の範囲内に要素として現れる。さらに、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して説明していない。本明細書に記載される本発明の教示を実施するために様々なプログラミング言語を使用してもよいことが理解されるであろう。

本発明の特定の例示的な実施形態について添付の図面に示し、説明したが、そのような実施形態は、広範な発明を単に説明するものであり、広範な発明に関する制限ではなく、当業者には様々な他の改変が想起され得るので、本発明の実施形態は、図示され説明した特定の構成及び配置に限定されるものでないことを理解すべきである。

以下に出願当初の特許請求の範囲の内容を実施例として記載しておく。
［実施例１］
遠隔操作式医療システムであって、当該システムは、
入力装置と、
器具と結合して該器具を動かすように構成されたマニピュレータと、
１つ又は複数のプロセッサを含む制御システムと、を有しており、
該制御システムは、
前記器具が器具作業空間内に該作業空間の視野に対応する方向に挿入されたとの判定に応答して、前記入力装置の動きを第１のマッピングに従って前記器具の動きにマップし、
前記器具が前記作業空間内に前記視野に対応しない方向に挿入されたとの判定に応答して、前記入力装置の動きを第２のマッピングに従って前記器具の動きにマッピングする、ように構成され、
前記第２のマッピングは、前記器具の少なくとも１つの運動方向について前記第１のマッピングの反転を含む、
システム。
［実施例２］
前記第２のマッピングは、前記器具の第２の運動方向について前記第１のマッピングの反転を含む、請求項１に記載のシステム。
［実施例３］
前記視野は、前記器具の前記作業空間内の撮像器具によって生成される、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例４］
前記対応する方向は、前記撮像器具の視野軸線から９０度以下である、請求項３に記載のシステム。
［実施例５］
前記対応しない方向は、前記撮像器具の視野軸線から９０度よりも大きい、請求項３に記載のシステム。
［実施例６］
前記器具は、湾曲したシャフト部分又は可撓性シャフト部分を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例７］
前記マニピュレータは、前記器具に結合して該器具を動かすための挿入スパーを含み、
当該システムは、前記挿入スパーに取り付けられたカニューレをさらに含み、該カニューレは、湾曲部分又は可撓性部分を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例８］
前記器具をさらに含み、該器具は、カニューレと、該カニューレのシャフトに取り付けられた組織プローブとを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例９］
カニューレをさらに含み、前記器具は、伝達アセンブリ要素と、該伝達アセンブリ要素から分離可能なシャフトとを含み、該シャフトの基端部が、前記シャフトの前記基端部を前記伝達アセンブリ要素に結合する前に、前記カニューレの先端部を通して挿入可能である、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例１０］
前記器具は組織プローブを含み、該組織プローブは撮像装置を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例１１］
前記器具は組織プローブを含み、前記組織プローブはパッシブ基準マーカーを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例１２］
前記パッシブ基準マーカーはインドシアニングリーン色素を含む、請求項１１に記載のシステム。
［実施例１３］
前記パッシブ基準マーカーは、パッシブＬＥＤを含む、請求項１１に記載のシステム。
［実施例１４］
前記器具は、基端部と、先端部と、前記基端部と前記先端部との間の剛性湾曲部分と、前記先端部に取り付けられた組織プローブとを含み、前記マニピュレータは、前記入力装置の動きに基づいて前記制御システムによって生成されたアクチュエータ信号に応答して、前記器具を回転中心の周りに動かすように適合される、請求項１又は２に記載のシステム。
［実施例１５］
前記器具は、前記マニピュレータの器具アンカーと結合するように適合された取付け部分をさらに含み、該取付け部分は、前記基端部と前記剛性湾曲部分との間に延びる、請求項１４に記載のシステム。
［実施例１６］
前記取付け部分は、前記剛性湾曲部分を前記マニピュレータに対して所定の向きに保持するように適合された位置特徴部を含む、請求項１５に記載のシステム。
［実施例１７］
前記組織プローブは膨張可能である、請求項１４に記載のシステム。
［実施例１８］
前記マニピュレータ及び前記器具と結合して、該器具の前記先端部を前記マニピュレータに対して動かすように適合された力伝達アセンブリをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
［実施例１９］
前記器具の前記基端部を前記力伝達アセンブリに取り外し可能に結合するように適合された関節アセンブリをさらに含み、該関節アセンブリは、前記器具と前記マニピュレータとの間の少なくとも１つの自由度の動きを可能にするようにさらに適合される、請求項１８に記載のシステム。
［実施例２０］
前記器具は、該器具の前記基端部と前記先端部との間に配置された関節をさらに含み、該関節は、前記器具の前記先端部を前記器具の前記基端部に対して少なくとも１つの自由度で動かすように動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
［実施例２１］
前記回転中心は、前記器具を通って延びる長手方向軸線と一致しない、請求項１４に記載のシステム。
［実施例２２］
前記器具は識別情報をさらに含み、前記器具は、前記識別情報に基づいて生成された前記アクチュエータ信号に応答して、前記回転中心の周りに移動可能である、請求項１４に記載のシステム。
［実施例２３］
方法であって、当該方法は、
マスター作業空間内のマスター制御装置の動きに基づいてマスター制御信号を生成するステップと、
器具作業空間内の撮像装置の視野の方向を決定するステップと、
前記器具作業空間内のスレーブ器具のスレーブ器具方向が、前記視野の方向に対応するか、又は前記視野の方向に対応しないかを判定するステップと、
前記スレーブ器具方向が前記視野の方向に対応するとの判定に応答して、前記マスター制御装置の動きを第１のマッピングに従って前記スレーブ器具の動きにマッピングし、前記第１のマッピングに基づいて、前記器具作業空間内の前記スレーブ器具の動きについてのスレーブ器具制御信号を生成するステップと、
前記スレーブ器具方向が前記視野の方向に対応していないとの判定に応答して、前記マスター制御装置の動きを第２のマッピングに従って前記スレーブ器具の動きにマッピングし、前記第２のマッピングに基づいて、前記器具作業空間内の前記スレーブ器具の動きについてのスレーブ器具制御信号を生成するステップと、を含み、
前記第２のマッピングは、前記スレーブ器具の少なくとも１つの運動方向について前記第１のマッピングの反転を含む、
方法。
［実施例２４］
前記第２のマッピングは、前記スレーブ器具の第２の運動方向について前記第１のマッピングの反転を含む、請求項２３に記載の方法。
［実施例２５］
前記スレーブ器具方向は、該スレーブ器具方向が前記撮像装置の視野軸線から９０度以下である場合に、前記視野の方向に対応する、請求項２３に記載の方法。
［実施例２６］
前記スレーブ器具方向は、該スレーブ器具方向が前記撮像装置の視野軸線から９０度よりも大きい場合に、前記視野の方向に対応していない、請求項２３に記載の方法。
［実施例２７］
前記第２のマッピングに基づいて、前記器具作業空間内の前記スレーブ器具の動きについての前記スレーブ器具制御信号を生成するステップは、前記スレーブ器具を回転中心の周りの少なくとも１つの運動方向に動かすための第１の制御信号を生成するステップを含み、前記スレーブ器具は、基端部と、先端部と、前記基端部と前記先端部との間に固定された湾曲部分と、前記先端部に取り付けられた組織プローブとを有するシャフトを含む、請求項２３乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
［実施例２８］
前記回転中心は、前記スレーブ器具を通って延びる長手方向軸線と一致しない、請求項２７に記載の方法。
［実施例２９］
前記スレーブ器具から識別情報を受信するステップをさらに含み、前記スレーブ器具制御信号は、前記識別情報に基づいて生成される、請求項２７に記載の方法。
［実施例３０］
マスター作業空間内のマスター入力装置と、器具作業空間内で作動される器具エンドエフェクタと、前記器具作業空間内で作動される組織プローブとを含む遠隔操作式器具システムを作動させる作動方法であって、当該作動方法は、
前記マスター入力装置の動きに応答して、一組のマスター制御信号を生成するステップと、
該一組のマスター制御信号に応答して、第１のマッピングを生成するステップであって、該第１のマッピングは、前記マスター入力装置の動きを前記器具作業空間内の前記器具エンドエフェクタの動きにマッピングする、生成するステップと、
前記一組のマスター制御信号に応答して、第２のマッピングを生成するステップであって、該第２のマッピングは、前記マスター入力装置の動きを前記器具作業空間内の前記作動される組織プローブの動きにマッピングする、生成するステップと、
前記マスター入力装置が前記作動される器具エンドエフェクタの制御を有するとの判定に応答して、前記第１のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成するステップと、
前記マスター入力装置が前記作動される組織プローブの制御を有するとの判定に応答して、前記第２のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成するステップと、を含み、
前記第２のマッピングは、前記作動される組織プローブの少なくとも１つの運動方向について前記第１のマッピングの反転を含む、
作動方法。
［実施例３１］
前記一組のマスター制御信号を生成するステップは、前記マスター入力装置の前記動きから複数のマスター制御位置信号及び複数のマスター制御回転信号を生成するステップと、
前記複数のマスター制御回転信号のうちの少なくとも１つを動作不能にレンダリングして動作可能な複数のマスター制御回転信号を生成するステップと、
前記複数のマスター制御位置信号及び前記動作可能な複数のマスター制御回転信号に応答して、前記作動される組織プローブの動きのための前記一組の器具制御信号を生成するステップと、を含む、請求項３０に記載の作動方法。
［実施例３２］
前記複数のマスター制御回転信号の全てを動作不能にレンダリングするステップをさらに含む、請求項３１に記載の作動方法。

Claims (15)

1. 器具作業空間内のエンドエフェクタを有する作動器具又は前記器具作業空間内の作動組織プローブを支持するように構成された遠隔操作式手術システムであって、当該遠隔操作式手術システムは、
   入力作業空間内の入力装置と、
   １つ又は複数のプロセッサを含む制御システムと、を含み、
   該制御システムは、
   前記入力装置の動きに応答して一組の制御信号を生成すること、
   マニピュレータに取り付けられた器具のタイプを決定すること、
   前記一組の制御信号に応答し、且つ前記器具のタイプが前記エンドエフェクタを有する前記作動器具であるという決定に応答して、第１のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成することであって、前記第１のマッピングは、前記入力装置の前記動きを、前記器具作業空間内の前記エンドエフェクタを有する前記作動器具の動きにマッピングする、前記生成すること、及び
   前記一組の制御信号に応答し、且つ前記器具のタイプが前記作動組織プローブであるという決定に応答して、第２のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成することであって、前記第２のマッピングは、前記入力装置の前記動きを、前記器具作業空間内の前記作動組織プローブの動きにマッピングし、前記第２のマッピングは、前記作動組織プローブの少なくとも１つの運動方向に対する前記第１のマッピングの反転を含む、前記生成すること、を行うように構成される、
   遠隔操作式手術システム。
2. 前記一組の制御信号を生成するために、前記制御システムは、
   前記入力装置の前記動きから複数の制御位置信号及び複数の制御回転信号を生成すること、
   前記複数の制御回転信号のうちの少なくとも１つを動作不能にレンダリングして、動作可能な複数の制御回転信号を生成すること、及び
   前記複数の制御位置信号及び前記動作可能な複数の制御回転信号に応答して、前記作動組織プローブの動きのための前記一組の器具制御信号を生成すること、を行うように構成される、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
3. 前記制御システムは、前記複数の制御回転信号の全てを動作不能にレンダリングするようにさらに構成される、請求項２に記載の遠隔操作式手術システム。
4. 使用中に、介在する組織の反対側で前記エンドエフェクタを有する前記作動器具及び前記作動組織プローブが位置するように構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
5. 撮像装置と、
   表示システムと、をさらに含み、
   前記制御システムは、
   前記エンドエフェクタを有する前記作動器具の作業空間の、前記撮像装置によって取り込まれた画像を前記表示システムに表示すること、及び
   前記作業空間の前記表示された画像上の前記作動組織プローブのチップの画像を、前記作業空間内の前記作動組織プローブのチップに対応する位置に表示すること、を行うようにさらに構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
6. 制御システムは、前記器具のタイプが前記作動組織プローブであるという決定に応答して、前記エンドエフェクタを有する前記作動器具の作業空間の表示される画像上に前記作動組織プローブの位置を示すようにさらに構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
7. 前記作動組織プローブは、湾曲したシャフトに結合され、
   前記第２のマッピングを使用する前記一組の器具制御信号によって、前記作動組織プローブを、前記湾曲したシャフトから離れた位置にある回転中心を中心に回転させる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
8. 入力作業空間内の入力装置、及び器具作業空間内のエンドエフェクタを有する作動器具又は前記器具作業空間内の作動組織プローブを含む遠隔操作式手術システムのための制御システムの作動方法であって、当該作動方法は、
   前記制御システムが、前記入力装置の動きに応答して一組の制御信号を生成するステップと、
   マニピュレータに取り付けられた器具のタイプを決定するステップと、
   前記一組の制御信号に応答し、且つ前記器具のタイプが前記エンドエフェクタを有する前記作動器具であるという決定に応答して、前記制御システムが、第１のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成するステップであって、前記第１のマッピングは、前記入力装置の前記動きを前記器具作業空間内の前記エンドエフェクタを有する前記作動器具の動きにマッピングする、前記生成するステップと、
   前記一組の制御信号に応答し、且つ前記器具のタイプが前記作動組織プローブであるという決定に応答して、前記制御システムが、第２のマッピングを使用して一組の器具制御信号を生成するステップであって、前記第２のマッピングは、前記入力装置の前記動きを前記器具作業空間内の前記作動組織プローブの動きにマッピングし、前記第２のマッピングは、前記作動組織プローブの少なくとも１つの運動方向に対する前記第１のマッピングの反転を含む、前記生成するステップと、を含む、
   作動方法。
9. 前記一組の制御信号を生成するステップは、
   前記制御システムが、前記入力装置の前記動きから複数の制御位置信号及び複数の制御回転信号を生成するステップと、
   前記制御システムが、前記複数の制御回転信号のうちの少なくとも１つを動作不能にレンダリングして、動作可能な複数の制御回転信号を生成するステップと、
   前記複数の制御位置信号及び前記動作可能な複数の制御回転信号に応答して、前記制御システムが、前記作動組織プローブの動きのための前記一組の器具制御信号を生成するステップと、を含む、請求項８に記載の作動方法。
10. 前記制御システムが、前記エンドエフェクタを有する前記作動器具の作業空間の、撮像装置によって取り込まれた画像を表示システムに表示するステップと、
    前記制御システムが、前記作業空間の前記表示された画像上の前記作動組織プローブのチップの画像を、前記作業空間内の前記作動組織プローブの前記チップに対応する位置に表示するステップと、をさらに含む、請求項８又は９に記載の作動方法。
11. 前記器具のタイプが前記作動組織プローブであるという決定に応答して、前記制御システムが、前記エンドエフェクタを有する前記作動器具の作業空間の表示される画像上に前記作動組織プローブの位置を示すステップをさらに含む、請求項８又は９に記載の作動方法。
12. プロセッサに、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の作動方法を実行させる、コンピュータプログラム。
13. 遠隔操作式手術システムであって、当該遠隔操作式手術システムは、
    入力基準フレーム内の入力装置と、
    エンドエフェクタを有する器具又は組織プローブを支持するように構成されたマニピュレータと、
    １つ又は複数のプロセッサを含む制御システムと、を含み、
    前記制御システムは、
    前記入力装置の動きに応答して一組の制御信号を生成すること、
    マニピュレータに取り付けられた器具のタイプを決定すること、
    前記器具のタイプが前記エンドエフェクタを有する前記器具であるという決定に応答して、第１のマッピングを使用して、前記一組の制御信号を器具基準フレーム内の前記器具の第１の動きにマッピングし、前記第１の動きに従って前記エンドエフェクタを有する前記器具を動かすように前記マニピュレータを制御すること、及び
    前記器具のタイプが前記組織プローブであるという決定に応答して、第２のマッピングを使用して、前記一組の制御信号を、組織プローブ基準フレーム内の前記組織プローブの第２の動きにマッピングし、前記マニピュレータに前記第２の動きに従って前記組織プローブを動かすように命令すること、を行うように構成され、
    前記第１のマッピングは、前記入力基準フレーム内の前記入力装置の第１の入力運動方向の動きを、前記器具基準フレーム内の第１の器具運動方向にマッピングし、該第１の器具運動方向は、前記第１の入力運動方向に対応する方向であり、
    前記第２のマッピングは、前記第１の入力運動方向の動きを、前記組織プローブ基準フレーム内の第１の組織プローブ運動方向にマッピングし、該第１の組織プローブ運動方向は、前記第１の入力運動方向と反対の方向であり、
    前記器具基準フレームは、少なくとも前記第１の器具運動方向に沿って、撮像基準フレームに対して反転されておらず、
    前記組織プローブ基準フレームは、少なくとも前記第１の組織プローブ運動方向に沿って、前記撮像基準フレームに対して反転されている、
    遠隔操作式手術システム。
14. 前記組織プローブ基準フレーム内の前記第１の組織プローブ運動方向は、前記入力基準フレーム内の前記第１の入力運動方向と反対である、請求項１３に記載の遠隔操作式手術システム。
15. 前記第１の組織プローブ運動方向における前記組織プローブの動きによって、前記組織プローブが、前記器具基準フレーム内の前記第１の器具運動方向に動かされる、請求項１３又は１４に記載の遠隔操作式手術システム。
    

Images