JPH10505286A - 医療処置のための関節アーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 手術機器及び診断機器を含む医療ツールの支持及び位置決めを空間内において柔軟に行うべく使用可能な関節アームを開示する。関節アームの構成部材のうちの幾つかはコンピュータ制御可能であるため、予めプログラムされたシーケンスに基づいて自動で運転し得る一方、手動制御も可能である。関節アームの構成部材を適切な切削器具とともにコンピュータ・ソフトウェアを使用して適切に制御した際、アームは円筒状の空洞または任意の形状の空洞（即ち、治療体積）をアームの作業エンベロップ内に形成可能である。ツールまたは絶対基準フレームに対する焦点の理想的な位置は介入中に必要に応じて動的に変更可能である。適切な種類の介入は最小限の侵襲性手術（ＭＩＳ）である。切削（または切除）とは別に、関節アームはロボットの特性を使用した高い位置精度及び位置再現性を有することが望ましい生検及び放射線種子移植等のタスクを実施すべく使用可能である。関節アームは各種の医療ツール、特に泌尿器系の疾患を治療するための内視鏡に対するコンピュータを使用した汎用ホルダとして機能する。

Description

【発明の詳細な説明】 医療処置のための関節アーム 発明の分野 本発明は医療処置を行うための関節アーム、より詳細には手術、治療または診 断等の医療処置での使用に適するロボット・システムに関する。但し、本発明は 同ロボット・システムに限定されるものではない。関節アームは各種の手術ツー ルまたは診断ツールを確実に支持すべく使用可能である。発明の背景 コンピュータ制御式機械及びロボット技術は多くの産業において効果的に使用 されており、特に、繰り返し行う作業（即ち、労力を要する作業）、正確な作業 または危険な作業を迅速に処理する際に効果的に使用される。ロボットの位置再 現性、確実性、正確性及び精度は手術室における手術ツールの位置決めに対する ロボットの使用を可能にする。特に、最小限の侵襲性をともなう処置におけるロ ボット技術利用の可能性は大きい。 腎臓石の断片化等に使用するＥＳＷＬ（Ｅxtracorporeal shockwave lithrotr ipsy；体外衝撃波砕石術）及び高出力超音波等の非侵襲性手術では、患者の体内 に位置するターゲットを患者の体外に位置する治療ツールの射線に対して整列さ せるべくコンピュータ式位置決めシステムを使用している。 しかし、最小限の侵襲性をともなう手術（Ｍost minimally invasive surgery ；以下、ＭＩＳ手術と称する）は内視鏡と称される１つまたは複数の巨視的ツー ルの使用を必要とする。内視鏡は剛体または可撓体であり得る。更に、内視鏡は 臓器の疾患部位を治療すべく患者の小さな自然開口または切開した開口を通じて 体内へ挿入される。ＭＩＳ手術に使用する内視鏡は術部を視認すべく低温光線を 伝搬する光ファイバを常には有する。術部の像はアイピースを通じて直接視認す るか、 または見易い拡大画像を形成すべくテレビ・モニタに表示し得る（ビデオ手術と 称される）。しかし、これによって得られる像（内視鏡を介した直接像）は間近 の手術環境を示すのみである。即ち、医師は像の外側の様子を明確に知り得ない 。新たな組織を切開した際、患者の体内における同切開部の位置を確認するため には医師の技能及び経験を必要とし、これは危険をともなうことがある。 コンピュータ・トモグラフィ（ＣＴ）、磁気共鳴像（ＭＲＴ）及び超音波（Ｕ Ｓ）等の最近の医療画像形成様式は治療中または観察中の臓器の３次元画像をフ ラット・モニタ上に表示することにより、コンピュータを使用した３次元画像の 可能性を提供する。医師をＭＩＳ中に案内すべく、特別に準備された一対のゴー グルを介することにより３次元画像を患者の身体に重ねて視ることができる。こ れにより術部の明確な画像が得られるため、切除及び縫合に要する時間を短縮で きる。術部の画像表示以外にも、コンピュータが形成する３次元データは適切な 構造を有するロボットに取付けられたカッター／内視鏡の移動を制御するモーシ ョン・コントロール・システムの適切な監視ソフトウェアまたは制御ソフトウェ アに直接利用できる。これにより、医師及びコンピュータ・システムは間近の手 術環境以外についての情報を得ることができる。 ＭＩＳ手術におけるロボットの能動的介入例は多数存在する。これにはＴＵＲ Ｐ（Ｔransurethral resection of the prostate；経尿道前立腺切除）、自動結 腸鏡検査（Ａutomated colonoscopy）、あぶみ骨切除術及び耳鼻咽喉処置（Ｅar -nose-throatprocedures）が含まれる。ロボットの介入をともなう開放性手術（ Ｏpen procedure）の例としては、セメントを使用しない寛骨の移植／置換が挙 げられる。寛骨移植／置換において、ミリング・カッター（Ｍilling cutter） を有する工業ロボットは所定の移植片を取付ける空洞を大腿骨内の正確な位置に 正しい寸法で形成する。 ウイックハムによる欧州特許第０，４１６，８６３号は切除用内視鏡等の医療 器具の位置決め及び案内に使用するフレームを開示している。同フレームは前立 腺の非侵襲的手術に使用可能である。フレームは環状フレーム部材（１０，５ ０）及び環状リング（１５，５７）を有する。環状リング（１５，５７）はフレ ーム部材（１０，５０）の軸に平行をなす平面内に位置する自身の軸の周囲に回 動可能に保持されている。アーチ状をなす弓部（１８，６５）は環状リングを横 切って延び、さらには器具を取付ける取付けブロック（２０，６６）を有する。 取付けブロック（２０，６６）の移動は弓部に沿った同ブロックの移動と、フレ ーム部材に対するリングの移動とによって制御される。リングの半径と、弓部の 曲率半径と、弓部から医療器具の先端までの距離とは、弓部から離間したリング 側面においてほぼ円錐状の２つの領域をリングの周囲における医療器具の移動及 び弓部を横切る同医療器具の移動を通じて除去するように選択される。医療器具 として切除用内視鏡を使用する場合、小さい方の円錐領域は円錐穴を前立腺内に 形成すべく除去する部分である。１つのフレームはクランプによりテーブルに取 付け可能であり、別の種類のフレームはオーバーヘッド・マウンティングに対し て固定可能である。取付けられた医療器具を弓部を横切って移動させるための環 状リングの回動と、医療器具の駆動とに使用するモータを提供し得る。 欧州特許第０，４１６，８６３号のフレームはＴＵＲＰ以外の手術またはＴＵ ＲＰのための電気焼灼以外の切削様式（Ｃutting modality）を実施するために 容易に変更できない。特に、取付けブロック（２０，６６）は他の種類の医療ツ ールを取り付けるために容易に変更できない。更に、環状リング（１５，５７） の周辺においてツールを移動させ得る領域が限られているため、環状リング（１ ５，５７）はフレームに取付け得る医療ツールの種類に制限を課する。更に、欧 州特許第０，４１６，８６３号のフレームは手術テーブル上または同手術テーブ ルに関連して取付ける必要がある。これは他の医療処置を実行するためのフレー ムの使用または変更を可能にする柔軟性を更に制限する。手術室内におけるフレ ームのセットアップは非常に困難である。取付けブロック（２０，６６）を切除 用内視鏡のブラケットに係合すべく取付けフレームのボール・ジョイントに取付 けるフレーム全体（約８ｋｇの重量を有する）を手作業で搬送するためにはアシ スタントが必要である。アシスタントは係合を完了した際に２つのホール・ジョ イン トを手作業でロックする必要がある。アシスタントの存在は滅菌された領域に対 して問題及び障害を招来する。更に、フレームは緊急時における迅速な手動制御 への切換えを可能にしない。モータを取付けたフレームでは、フレームのデザイ ンに起因してワイヤを適切に電源に接続できない。これは障害を引き起こすうえ 、安全上の問題でもある。フレームの完全な滅菌を実現できない。 本発明の目的は各種の医療処置を行うために各種の医療ツールを取付け得る関 節アームを提供することにある。発明の概要 本発明に基づき、医療ツールを使用した医療処置を実施するための関節アーム であって、第１の可動支持部材に摺動可能に取付けられたアーチ状部材と、医療 ツールを動作位置に保持すべくアーチ状部材に取付けられたツール・ホルダと、 ツール・ホルダとともにアーチ状部材を摺動させるべく第１の支持部材に取付け られた第１の駆動装置組立体と、ツール・ホルダがツールの動作位置を所定の方 法で変更すべくアーチ状通路に沿って移動可能であることを含む関節アームを提 供する。 関節アームはツール・ホルダを直線通路に沿って移動させるべく同ツール・ホ ルダに連結された第２の駆動装置組立体を有することが好ましく、前記の直線通 路はアーチ状通路の曲率中心を通る軸に交差する。アーチ状部材は第１の支持部 材に着脱可能に取付け可能であり、さらに必要に応じて前記のアーチ状部材とは 異なる曲率半径を有する別のアーチ状部材を第１の支持部材に摺動可能に取付け 得る。 更に、関節アームは第１の支持部材を第１の駆動軸の周囲において回動させる べく第１の支持部材に機械的に連結された第３の駆動装置組立体を有することが 好ましく、これによりアーチ状部材に取付けられたツール・ホルダを第１の駆動 軸の周囲で回動させ得る。 第１の支持部材は第１の駆動軸と、第１の支持部材の長さ方向に延びる軸とを 偏位させ得る連結器により第３の駆動装置組立体に連結され、これによりツール ・ホルダ内に保持された医療ツールの中心軸は使用時にツールの回動ポイント（ Ｐivot point）を限定すべく第１の駆動軸に交差する。 連結器は異なる医療ツールに対応するために異なる状態で偏位させるべく異な る連結器と置換できる着脱可能な連結器であることが好ましい。 関節アームは第３の駆動装置組立体を支持するための第２の支持部材を有する ことが好ましく、第２の支持部材は第３の駆動装置組立体を直線方向に移動させ るための第４の駆動装置組立体を有し、これによりツール・ホルダは使用時にア ーチ状部材とともに前記の直線方向に移動可能である。 本発明の関節アームを良性前立腺肥大（Ｂenign Ｐrostate Ｈyperplasia;Ｂ ＰＨ）の治療におけるゴールド・スタンダードであるＴＵＲＰ（経尿道前立腺切 除）と一般的に称される処置における関節アームの使用に特に関連して以下に詳 述する。使用する切削様式は電気焼灼である。ＴＵＲＰに使用する医療ツールは 泌尿器科用内視鏡（Ｕrological endoscopes）、特に切除用内視鏡である。切除 用内視鏡はテレスコピック・レンズ、電極、外被及び作業エレメント（Ｗorking element）を有する。作業エレメントは標準形状をなすバネ付きハンドルを備え る。関節アームは他の多くの医療処置においても同様の効果的な使用が可能であ り、関節アームの使用はＴＵＲＰに限定されるものではない。更に、関節アーム は他の各種の医療ツールを保持可能であり、同関節アームは泌尿器科用内視鏡の 保持に限定されるものではない。図面の簡単な説明 本発明の実施の形態に基づく関節アームを示す図面に基づいて本発明を以下に 詳述する。但し、本発明の実施の形態は本発明の例示を目的とするものであり、 本発明を限定するものではない。 図１は関節アームの斜視図であり、同関節アームの各種構成部材を示す。 図２はＴＵＲＰを実施すべく手術室で使用する関節アーム及びカウンタバラン ス・サポート・システムを示す斜視図である。 図３はツール・ホルダを含む関節アームの回動距離駆動装置組立体（Ｐivot l ength drive assembly）を示す斜視図である。 図４は図３のツール・ホルダとともに使用するＣ−ブラケット組立体を示す斜 視図である。 図５は回動距離駆動装置組立体のツール・ホルダに対する経尿道超音波プロー ブの取付けを示す斜視図である。 図６は回動距離駆動装置組立体のツール・ホルダに対する経直腸超音波プロー ブの取付けを示す斜視図である。 図７は関節アームのアーチ駆動装置組立体の斜視図である。 図８は関節アームのアーチ駆動装置組立体の縦断面図である。 図９は関節アームのリング回動装置組立体の一例を示す縦断面図である。 図１０は関節アームとともに使用可能な連結器の一例を示す斜視図である。 図１１は関節アームのヘッド駆動装置組立体の一例を示す斜視図である。 図１２はプーリー・システム及び釣合重りを有する主支柱の斜視図である。 図１３は関節アームとともに使用するカウンタバランス・サポート・システム を示す斜視図である。 図１４はカウンタバランス・サポート・システムのＸアーム、Ｙアーム及びＺ アームにそれぞれ使用されるロック可能な連続ケーブル・システムを示す斜視図 である。 図１５は関節アームによって保持された切除用内視鏡による焦点を越えた円筒 状曲面のトレーシングを示す斜視図である。 図１６は関節アームの事象駆動式自動オペレーション（Ｓelf-guided event d riven operation）を可能にする医師インターフェース・ソフトウェアのモジュ ール構造を示す図である。 図１７はシステム全体の機能ブロック図であり、システムの構成部材、同部材 の相互関係及び制御を示す。好ましい実施の形態の詳細な説明 図１は本発明の好ましい実施の形態に基づく関節アームを示す斜視図である。 関節アームはアーチ支持部３００の形態をなす第１の可動支持部材に摺動可能に 取付けられたアーチ１２４（図７参照）の形態をなすアーチ状部材を有する。医 療ツールを動作位置に保持するキャリッジ１３７（図３参照）の形態をなすツー ル・ホルダはアーチ１２４に取付けられている。アーチ駆動装置組立体３０２（ 図８参照）の形態をなす第１の駆動装置組立体はアーチ１２４をキャリッジ１３ ７とともに摺動させるべくアーチ支持部３００に取付けられている。これにより 、キャリッジ１３７はツールの動作位置を所定の方法で変更すべくアーチ状通路 に沿って移動可能である。回動距離駆動装置組立体３０４の形態をなす第２の駆 動装置組立体はキャリッジ１３７を直線通路に沿って移動させるために同キャリ ッジ１３７に関連して提供されている。キャリッジ１３７が移動する直線通路は アーチ１２４の曲率中心と交差する。 関節アームのアーチ駆動装置支持部３００は垂直支柱８４の形態をなす第２の 可動支持部材に対して連結器２７５を介して取付けられている。支柱８４は連結 器２７５をリング駆動装置軸１８０の周囲で回動させるべくリング駆動装置組立 体３０６の形態をなす第３の駆動装置組立体を有する。連結器２７５はアーチ支 持部３００の長さ方向に延びる軸３０８と、リング駆動装置組立体３０６の回転 軸１８０との間にオフセット２７２を形成する。リング駆動装置組立体３０６は 支柱８４の基部に取付けられたヘッド駆動装置組立体３１０（図１１参照）の形 態をなす第４の駆動装置組立体に関連して取付けられている。ヘッド駆動装置組 立体３１０はリング駆動装置組立体３０６及び前記の全ての駆動装置組立体をア ーチ支持部３００及びアーチ１２４とともにほぼ水平方向に延びる直線通路に沿 って移動させる。 好ましい実施の形態に基づく関節アームは４つの独立した方向における移動の 自由を提供する。４つの独立した方向はヘッド移動方向１、回動距離方向２、ア ーチ移動方向３及びリング回動方向４である。関節アームはアーチ駆動装置組立 体３０２のアーチ１２４の曲率中心である回動ポイント１８２（図１及び図１５ 参照）を常には有する。アームに取付けられたツールの中心軸が通過する回動ポ イントはリング回転軸１８０上に位置することが好ましい。これはアーチ１２４ をアーチ駆動装置３０２からオフセット２７２だけ変位させることにより実現さ れる。手術ツールまたは診断ツールはキャリッジ１３７を介して関節アームに取 付け可能である（図３参照）。これらのツールの中心軸または他の所望の軸を全 ての構造において常に回動ポイントを通るように配置可能にすることが望ましい 。これにより、ツールの軸はアーチのラジアル軸を形成する。回動ポイント１８ ２はアーチ１２４に対して固定されているが、ツールに対する回動ポイント１８ ２の位置は変更可能である。これは以下に詳述する切除を最適化するうえで望ま しい。 回動距離駆動装置組立体３０４（図３参照）は最も患者の近くに位置している 。回動距離駆動装置組立体３０４はキャリッジ１３７、モータ・ハウジング１４ ４、サーボ・モータ１３９、印刷回路基板１４０、ガイド・レール１４５、ボー ル・ブッシユ（Ｂall bushings）１４３、ロック・レバー１５０、一対の止めネ ジ１４７及びラック１３５・アンド・ピニオン１３６を有する。陰茎亀頭及び切 除用内視鏡をクリアすべくクリアランス／オフセット１３４を提供するようにキ ャリッジは形成されている。切除用内視鏡の中心軸でもある中心線はリング回転 軸１８０に対して整列すべく配置されている。 キャリッジ１３７はモータ・ハウジング１４４内に収容されたボール・ブッシ ュ１４３を介してガイド・レール１４５上に支持されている。図３に示すように 、サーボ・モータ１３９は自身のハウジング内に部分的に収容されている。更に 、サーボ・モータ１３９の駆動軸は下側に延出している。ラック・アンド・ピニ オン構造１３５，１３６はモータ１３９によるキャリッジの前後動を可能にする 。モータ・ハウジング１４４は固定されており、さらにはアーチ１２４に形成さ れた耳２９９のスロット１４２に対して３つのネジ２９８を介して固定されてい る （図７参照）。アーチ１２４の任意の移動は回動距離駆動装置組立体３０４全体 をアーチ１２４とともに移動させる。 印刷回路基板１４０はエンコーダ信号をノイズから保護すべく同エンコーダ信 号に対する差動線路駆動装置（Ｄifferential line driver）を収容している。 基板１４０は磁気干渉（特に、手術室において一般的に使用されている電気焼灼 器からの磁気干渉）を抑制すべく適切にシールドされており、かつモータ・ハウ ジング１４４に隣接して取付けられている。基板１４０上に電気コネタタを配置 することにより、基板１４０はモータの容易な取替えを可能にする。 図３に示すように、キャリッジ１３７は同キャリッジ１３７に刻まれた２対以 上の溝１３８を有する。溝１３８のうちの選択された一対の溝１３８をＣ−ブラ ケット１５１との係合に使用できる。溝１３８の選択は切除用内視鏡１７９に対 する回動ポイント１８２の所望の位置に基づいて決定される。Ｃ−ブラケット１ ５１（図４参照）は切除用内視鏡１７９の適切な部分にネジで半恒久的に固定さ れており、さらには切除用内視鏡１７９とともに滅菌される。Ｃ−ブラケット１ ５１は別のブラケット１５７とともにブラケット組立体を形成している。ブラケ ット組立体の２つの部分の間に形成された小さな間隙により、ブラケット組立体 を内視鏡等のツールの円筒部に取り付けた際に十分な把持を行い得る。ブラケッ トを円筒以外の形状をなす他のツールに対して固定すべく他の形態をなすブラケ ットを容易に形成し得る。 図４に示すように、ブラケット１５７上の突起部はスロット１５９を有し、同 スロット１５９に対応する直径を有するスピンドル１５４をスロット１５９内に 通すことができる。凹部１６０は突起部の厚さの両側に形成されている。２つの 半分の部分からなるロック・キー１５６を手動またはバネの付勢力を使用してス ロット１５９に向けて移動させるか、または同スロット１５９から離間する方向 に移動させ得る（図４参照）。レトラクタ（例；グリーンバーグ・レトラクタ（ Ｇreenberg retractor））の先端に既に取付けられているスピンドル１５４は突 起部のスロット１５９内へ摺動される。スロット１５９の入口はスピンドル１５ ４の挿入を容易にすべく僅かに面取りされている。スピンドル１５４はキー溝１ ５５を有する。スピンドル１５４、即ちＣ−ブラケットはキー溝１５５をロック ・キー１５６の通路内に直接配置するために回動可能である。整列した後、ロッ ク・キー１５６はスピンドル１５４上に形成されたキー溝１５５に係合すべく下 方へ手動で押圧されるか、またはバネの付勢力によりキー溝１５５上に押圧され る。これは２つの自由度２８６，２８７（図４参照）を排除する。この結果、内 視鏡及びツール・ホルダの間に相対的移動が生じなくなる。これにより、内視鏡 はホルダが許容する方法でのみ操作し得る。内視鏡の取外しはロック・キー１５ ６を上方へ持ち上げて同ロック・キー１５６をキー溝１５５から離間させること により簡単に行われ得る。スピンドル１５４と、同スピンドル１５４を取付ける ホルダとを突起部から取外し、さらには内視鏡から取外し得る。 Ｃ−ブラケット１５１上に刻まれた半円溝１５２はＣ−ブラケット１５１をキ ャリッジ１３７上に刻まれた溝１３８に係合させる際にブラケット組立体をロッ クすべく使用される。ロック・レバー１５０は同ロック・レバー１５０の適切な 長さにわたって形成された平坦部１４９を有する。レバー１５０はドリルであけ られた穴１４６内に挿入され、穴１４６の中心はオフセットしている。この結果 、レバー１５０は平坦部１４９が溝１３８と面一となる位置まで回動可能である 。面一となった際、Ｃ−ブラケットを挿入し得る。ロック・レバー１５０は止め ネジ１４７により脱落しないように取付けられている。Ｃ−ブラケットを所定位 置に配置した後、ロック・レバー１５０を９０度以上回動させる。この結果、レ バー１５０の丸い部分はＣ−ブラケット上に刻まれた溝１５２内に収容され、か つキャリッジ１３７に対して固定される。 図８は１つの実施の形態に基づくアーチ駆動装置組立体３０２を示す。図８に 示すように、アーチ駆動装置組立体３０２は駆動軸１３０、ベアリング・サポー ト１１８，１２９、差動オプティカル・エンコーダ１０６（または他の形態のポ ジション・センサ）、電磁ブレーキ１３１（常にはロックされているブレーキが 好ましい）、ベアリング・ハウジング１１７、延長部１１３及びサーボ・モータ １１９からなる。ベアリング・ハウジング１１７及び延長部１１３はアーチ支持 部３００を形成している。軸溝（図示略）はワイヤの通路を形成すべくハウジン グ１１７の周面に刻まれている。アーチ駆動モータ１１９、エンコーダ１０６及 びブレーキ１３１から延びるワイヤ並びにアーチ１２４自身（リミット・スイッ チまたは他の部品）から延びるワイヤは、他のワイヤのブランチ（回動距離駆動 装置から延びるワイヤ）が配置されている凹部に集められており、さらには電気 コネタタ１０８に接続されている。回動距離駆動装置組立体３０４へ延びるワイ ヤ１１６は高い可撓性を有する絶縁管路１１５内に束ねられており、かつアーチ １２４の移動を可能とすべく余剰の長さを有する。 凹部２８８内に集められたワイヤはハウジング延長部１１３内の中心孔１１２ を通って延び、かつ延長部１１３の端部において別の電気コネタタ１０９に接続 されている。コネクタの使用は異なる直径オフセット２７２及びツール長さに適 応すべく連結器２７５の交換を促進する。絶縁及びシールドが施された別の高い 可撓性を有する管路１０７がハウジング延長部１１３の端部（図７及び図８参照 ）から延出している。管路１０７はリング回動を可能とすべく余剰の長さを有し 、さらには複数のワイヤを束ねるとともに、同ワイヤを垂直支柱８４（図４参照 ）まで案内している。管路１０７は応力が加わらない状態で垂直支柱８４内へ案 内されている。 アーチ駆動装置組立体３０２はアーチ組立体内のアーチ１２４（図７及び図８ 参照）を有し、かつ同アーチ１２４を駆動する。アーチ駆動装置組立体３０２は 外周上に刻まれた円弧（適切な半径及び対する角度（Ｓubtended angle）を備え た円弧）を描く外部ギヤ形状１２０を有するアーチ１２４、補強材１２１，１２ ５、クロス・シャフト１２６、ベベル・ギヤ・セット１２８、ストッパ２９７、 ベアリング１２３、ベアリング引張りネジ（Ｂearing tensioning screws）３０ １、リミット・スイッチ２９４（補強材１２５内に位置し視認不能）及びベアリ ング・ハウジング１２７を有する。前記のようにアーチ１２４は回動距離駆動装 置組立体３０４を取付けるための耳２９９を有する。アーチ駆動モータ１１９が 駆動軸１ ３０を回動させる際、同回動はベベル・ギヤ・セット１２８，１２０を介してア ーチ１２４に伝達される。回動距離駆動装置組立体３０４のキャリッジ１３７に 取付けられたツールはアーチ状通路に沿って移動し、さらにはアーチの曲率中心 である回動ポイントはツールに沿って適切な位置に配置される。この位置は回動 距離駆動装置組立体３０４を使用してキャリッジ１３７を移動させるか、または Ｃ−ブラケットとともにツールをキャリッジに刻まれた別の一対の溝１３８上へ 手動で配置することにより調整可能である。 手動オプションにおいて、Ｃ−ブラケットに対して係合すべくキャリッジ上に 刻まれた正しい一対の溝１３８を選択可能であり、同一対の溝１３８はキャリッ ジの長さによって制限された幾つかの対をなす溝のうちの１つであり得る。別の オプションでは、モータ及びコンピュータを使用しており、回動距離駆動装置３ ０４は同装置３０４に取付けられたツールをアーチ及びアーチ中心に対して移動 可能である。更に、空間内における回動ポイントの絶対位置は関節アームをカウ ンタバランス・サポート・システム上にロッタした後で、ヘッド駆動装置組立体 ３１０を移動させることにより調整可能である。 補強材１２１，１２５はアーチ支持部３００を補強し、かつアーチ１２４の円 滑な摺動のための支持面を形成する。アーチ１２４は同アーチ１２４の周方向に 所定の間隔、即ちインターバルで開けられた一連の孔２９３，２９４を有する。 アーチ１２４のオーバーランを積極的に防止すべくハード・ストップ（Ｈard st op）を孔２９３に螺入させ得る。両方向へのアーチの移動を制限すべく２つのハ ード・ストップを提供することか好ましい。一方のストップは固定されている。 そして、他方のストップを配置する孔の位置はターゲットのサイズに基づいて決 定され、かつソフトウェアを通じて好ましい孔の位置が示される。この結果、ア ーチの全動程は調整可能である。長い動程を必要とする場合、更に大きな対する 角度（Ｓubtended angle）を備えたアーチ状部材及び／または異なる曲率半径を 有するアーチ状部材を使用し得る。アーチ状部材は５ｃｍから無限大までの曲率 半径を有し得る（無限大の場合、アーチ状部材はほぼ真っ直ぐであり、ツール・ ホ ルダは直線通路に沿って移動する）。電気ＴＵＲＰを使用した前立腺治療のため の適切な動程は２５０〜３００ｍｍの曲率半径において０〜４０度である。 異なる曲率半径を有するアーチ状部材を使用する以外に、異なる半径に適応す る別の手段としては、更に多くのスロット１３８を提供すべく更に長いツール・ ホルダ、即ちキャリッジ１３７を使用することが挙げられる。各スロットは異な る曲率半径でツールを保持する。 好ましい実施の形態に基づくリング駆動装置組立体３０６を図９に基づいて以 下に詳述する。リング駆動装置組立体３０６はモータ９６、ベアリング９８，１ ０５、ハウジング９４、伝動軸９７，１００、ポジション・センサ１０３、ギヤ ・トレイン９５，１０２及びブレーキ１０４を有する。リング駆動装置組立体３ ０６はアーチ支持部３００、アーチ１２４及び回動距離駆動装置３０４を連結器 ２７５を介して保持している（図１０参照）。リング駆動装置３０６による回動 角度は＋／−１８０度に限定される。リング駆動装置３０６がアーチ駆動装置組 立体３０２及び回動距離駆動装置組立体３０４を回動させることにより、ツール は患者に対して異なる角位置１８１に移動される（図１５参照）。リング駆動装 置３０６から延びるワイヤ２８９は絶縁及びシールドが施された別の管路２９０ 内に収容され、かつ支柱８４の下部に接続されている。 アーチ駆動装置の軸３０８は回動軸駆動装置３０４の軸とともに平面２８５内 に配置されている（図１参照）。これは空間を節約するための構成である。リン グ駆動装置３０６を駆動した際、平面２８５は回動し、かつヘッド駆動装置３１ ０の軸及びリング駆動装置の３０６の軸を有する平面２８４に対して角度をなす 。これら２つの平面は変更可能なオフセット量２７２だけ互いに変位されている 。 オフセット量２７２は図１０に示す連結器２７５により変更可能である。アー チ支持部３００の延長部１１３は連結器２７５の凹部２７４内に回動不能に収容 されている。その一方、リング駆動装置組立体３０６の伝動軸１００は連結器の 凹部２７３内に回動不能に収容されている。この結果、軸１００の回動は連結器 ２７５の回動を形成する。連結器２７５の回動はリング駆動装置の軸１８０の周 囲におけるアーチ支持部及び同支持部に付随する組立体の旋回運動を形成する。 オフセット量２７２に対応する旋回軌道の半径は連結器２７５を異なる長さを有 する別の連結器と置換することにより簡単に変更できる。これに代えて、長さを 変更できる調整可能なオフセット量を使用し得る。 アーチ支持部３００の延長アーム１１３の長さは異なるツール長さに適応すべ く変更可能である。伸縮アームを使用し得る。連結空隙２７４はアーム１１３を 同連結空隙２７４内へ摺動させることにより、限られた範囲の長さの差に対応し 得る。更に、延長アーム１１３はモジュール式であるため、異なる長さの延長ア ーム１１３を選択し得る。しかし、延長アーム１１３を長くした場合、ボール・ ジョイント１６３の周囲における屈曲が大きくなるため、長すぎる延長アーム１ １３は望ましくない。ボール・ジョイント１６３は必要に応じて寸法及び／また はテクスチャーを変更し得るが、関節アームの取扱いは極端に困難になる。 次いで、支柱８４の底部に取付けられたヘッド駆動装置組立体３１０を図１１ に関連して以下に詳述する。ヘッド駆動装置組立体３１０はモータ８９、ポジシ ョン・エンコーダ（図示略）、ラック８１・アンド・ピニオン９１、ガイド・レ ール７９、端板８７、ハウジング８３、リミット・スイッチ８６及び底板８８を 有する（図１１参照）。ヘッド駆動装置組立体３１０は前記の全部材を水平方向 に矢印１の方向（図１参照）に患者に対して移動させる。これは異なる前立腺長 さの処理を可能にする。支柱８４に接続された全ての管路及びワイヤは支柱８４ の上端に位置する４〜５個のソケット２９１に接続されている。カウンタバラン ス・サポート・システムのＹアーム上に固定された対応するプラグはロボットを 使用可能とすべくソケット２９１に接続可能である。 球形ヘッド１６４を有するボルトか支柱８４の上端に固定されている。球形ヘ ッド１６４はカウンタバランス・サポート・システムに対する関節アームの迅速 な連結／分離を促進すべく設計されたボール・ジョイント組立体３１２内に係合 する（図１３参照）。ヘッド駆動装置は可動式リミット・ストップ（Ｍovable l imit stops）７８を有する。可動式リミット・ストップ７８はヘッド駆動モータ を駆動するソフトウェアに矛盾が生じた際にも、アームに取付けられたツールが 安全限界を越えて移動することを積極的に防止する（ジャム・ボルト８５及びリ ミット・スイッチ８０を使用した積極的な移動の防止）。 回動距離駆動装置３０４は独立しており、単独使用のために分離可能である。 従って、診断プローブ（一般的には超音波プローブ）を一定の正確なインターバ ルで移動させる必要のある尿力学の研究等の有用なタスクを実施するためにエル ムド・レトラクタ（Ｅlmed retractor）（但し、エルムド・レトラクタに限定さ れない）等のホルダにより回動距離駆動装置を保持し得る。これらの直線移動は 回動距離駆動装置により単独で実現できる。回動距離駆動装置はモジュールとし て設計されているため、この概念は関節アームの他の軸に対しても個々に、また は組合わせて適用される。 本発明の好ましい実施の形態において、関節アームはハンドル１６８を用いて 手動でロックできるボール・ジョイント１６４（図１参照）を介してカウンタバ ランス・サポート・システム（図１３）上に懸架されている。カウンタバランス ・サポート・システムは３つの直線方向の自由度８（Ｘ），７（Ｙ），６（Ｚ） 及び揺動５（Ｒ）を有する。揺動５（Ｒ）は緊急時に人の介在を必要とする際に 、ロボットから離間する方向への迅速な揺動を可能にする。 Ｚ移動６は主支柱２８内に隠れた適切な量の死荷重２４８によって釣合が取ら れる（図１２参照）。カウンタバランス・サポート・システムは水平Ｙアーム１ ７、水平Ｘアーム１８及び垂直主支柱２８を有し、関節アームは水平Ｘアーム１ ８によって支持されている。適切な調整を実施した際、Ｙアーム１７、Ｘアーム １８及び関節アーム（図２参照）の総重量のバランスがとれる。従って、組立体 をセットアップ中に移動するためにオペレータは僅かな努力を要するのみである 。 カウンタバランス・サポート・システムのＸ移動、Ｙ移動及びＺ移動は各軸に 沿った連続する移動である。Ｘアーム１８はＹアーム１７によって支持されてお り、Ｙアーム１７は支柱回動装置組立体によって支持されている。更に、支柱回 動装置組立体は揺動ブラケット組立体１９を介して主支柱２８上のＺアームによ って支持されている（図１３参照）。負荷は屈曲及び捻りのトルクに耐え得るベ アリング・ガイド３０ａ，３０ｂ（図１２参照），２４０ａ，２４０ｂ（図１４ 参照）によって支持されて移動する。揺動ブラケット組立体１９において、Ｙア ーム１７は回動軸２９の周囲において滑り軸受上を回動する（図１３参照）。直 線軸とは対照的に、回転軸は回動の間欠ステップを有する。プランジャ３６には バネが取付けられており、さらには積極的なロック動作を形成すべくテーパーが 付けられた孔３９内に没入する。ロックを解除するためには、ソレノイド３５を 駆動するか、またはプランジャ・ボタン３２を押し下げる。これらの動作はいず れもプランジャを同プランジャの座部から持ち上げ、これにより水平Ｙアーム１ ７の回動を可能にする（図１３参照）。 各Ｙアーム１７、Ｘアーム１８及び主支柱２８内には、関節アームをＸ方向、 Ｙ方向及びＺ方向にそれそれ摺動させる手段が取付けられている。図１４は前記 の摺動を実施するための好ましい手段を示すべくＸアーム１８の一部を破断した 斜視図である。アームの両端にそれそれ配置されたガイド・プーリー２３７内に 収容されたエンドレス・ケーブル・ループ２３９を有するケーブル及びプーリー のシステムを使用する。ベアリングを備えたスライド・ユニット２４０ｂはリニ ア・ガイド２４０ａ上に摺動可能に取付けられ、さらにはボール・ジョイント・ アタッチメント２４１を有する。ボール・ジョイント・アタッチメント２４１に はボール・ジョイント組立体３１２が結合されている。スライド・ユニット２４ ０ｂはケーブル２３９に固定されている。リニア・ガイド２４０ａ上におけるス ライド・ユニット２４０ｂの摺動はゴム・ストッパ２４３によって制限されてい る。１つまたは２つのロック機構をストローク距離に基づいてケーブル通路に沿 って配置し得る。フェール・セーフ機構として、ケーブル及び搬送する負荷の移 動は常には防止されている。これは締付けレバー２６８、回動ピン２６６及びバ ネ２６９によって達成され、ケーブル２３９は回動距離２６５において作用する バネの付勢力を受けたレバー２６８によって把持される。ケーブル２３９のロッ クを解除するためにソレノイド２３６（図１４参照）を電気的に動作させ得る。 ソレノイド２３６はレバー２６８をケーブル２３９から離間する方向に移動させ てケーブル２３９を解放する。停電または予知できない状態が発生した際に手動 でケーブル２３９のロックを解除すべく手動オーバーライド・レバー３４が提供 されている。前記のケーブル及びプーリーからなるシステムは僅かに変更、特に ストローク距離を変更して全ての直線軸内に同様に形成されている（図１２のソ レノイド２４９及びマニュアル・レバー２４７参照）。 本発明の実施の形態において、カウンタバランス・サポート・システムはトロ リー・システムの形態をなす。トロリー・システムは搬送及び保管のために車輪 を有し得る。トロリーはパーソナル・コンピュータ・システム、手術器具及びモ ーション・コントロール・システムを収容するための棚２５，２６，２７（図１ ３参照）を有する。トロリーはロボットを含む全システムを４つの足を介して床 の上に配置するために下降可能なベース２４を有する。Ｙアームが大きく張り出 している場合にも、システムの重量は同システムが手術中に十分な剛性を維持し 、かつ患者に対して安定することを保証する。手術が完了した際、または手術を 必要としない際、ロボットと同ロボットのトロリー（カウンタバランス・サポー ト）システムは車輪を使用して移動させ得る。これはベースを持ち上げ、さらに は車輪２５７を床に接地させ、かつシステム全体の重量を支持させるべくフット ・ペダル２５４に力を加えることにより実現される。 ＴＵＲＰのセットアップにおいて、ロボットの基準位置としてのターゲットは 射精管及び尿道前立腺部の接合部をなす精丘である。精丘は内視鏡を介した直接 像により同定される。精丘を確認した際、内視鏡／膀胱鏡／切除用内視鏡はグリ ーンバーグ・レトラクタまたはエルムド・レトラクタ等の適切なホルダにより空 間的な位置が固定される。精丘を確認した際における内視鏡の配向は任意である 。内視鏡を固定した際、関節アームは内視鏡に対して係合される。 自重または適切な帯掛けによって固定された患者（図２参照）に対する関節ア ームの配向及び位置の変更はカウンタバランス・サポート・システム、主に同シ ステムの３つの直線軸によって促進される。ソレノイド２３６，２４９等の対応 するソレノイド及びボール・ジョイントを動作させることにより、３つの直線軸 のロックを最初に解除する必要がある。第１のアプローチにおいて、医師はＣ− ブラケット１５１が関節アームのキャリッジ１３７に刻まれた溝１３８内に挿入 されるまで関節アームを移動させる（図３参照）。この移動には、関節アームの 上下動、横移動及びボール・ジョイントの周囲での回動が含まれる。これに代え て、受動的なホルダの使用を回避すべく、関節アーム及びツール・ホルダは内視 鏡に隣接して配置される。次いで、内視鏡はキャリッジ１３７に係合され、かつ 基準位置から僅かにずらされる。更に、内視鏡とともに関節アームは精丘の位置 を再確立するために移動される（ロボットの軸を移動することなく一体として移 動される）。これら２つのアプローチはいずれも有効であり、同アプローチの使 用は医師の好み及び技能に基づいて選択される。 カウンタバランス・ガントリー（Ｃounterbalance gantry）を複数のカメラと ともにＸアーム１８と同一高さに配置可能である。これは手術中における関節ア ームの安全性を高める。カメラはロボット上に効果的に取付けられたマーカーま たはストライプを確認すべく使用され、さらには最適な精度を実現すべく適切に 較正される。アームに関する既知の運動学的データ及び幾何学データとともに機 械の視覚を利用してジョイントの回動または平行移動を直接知ることにより、カ ッターの先端を好ましい安全な作業エンベロップ内で常に移動させ得る。エンベ ロップの外側における全ての移動は、移動の中断と、使用者への警告とを招来す る。 Ｃ−ブラケット１５１は切除用内視鏡／内視鏡に対して予め固定されており、 かつ同切除用内視鏡／内視鏡とともに滅菌される。Ｃ−ブラケット１５１及び切 除用内視鏡の固定は２つのレバー１５０を回動させることにより達成される。こ れにより、キャリッジ１３７の溝１３８からのＣ−ブラケット１５１の脱落が防 止される。カウンタバランス・サポート・システムのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びＲ軸 は対応するソレノイド２３６，２４９，３５の不活性化によりロックされる。こ れはソレノイドのパワーをオフにした際に各軸が常にはロックされている点にお いてフェール・セーフ機構といえる。次いで、レバー１５６のロックを解除し、 かつピン１５４をＣ−ブラケットから離間する方向に摺動させることにより、レ トラクタが取り外される。そして、セットアップが完了する。ＴＵＲＰのための セットアップを示すべく精丘を使用したが、内視鏡により同定される他のターゲ ットまたは他の種類の介入は前記のセットアップ方法を使用することにより同様 の効果を得られる。 図１７に示すように、関節アームは他の従来のロボット・システム同様にモー ション・コントローラ（ＭＣＳ）４７により制御可能である。更に、モーション ・コントローラ４７はＲＳ２３２通信（ＲＳ232 communication）７６を介して ポータブル・パーソナル・コンピュータ４８によって監視される。各軸のモータ リゼーション７３（位置決め、速度、加速度及び配位）は最新のマイクロプロセ ッサを使用した複数軸モーション・コントロール・システム（Ｍulti-axis moti on control system）４７上にデジタル方式で実現された従来のＰＩＤ制御ルー プを使用して制御される。位置情報及び速度情報を制御ループに対して提供すべ く差動オプティカル・エンコーダ７１等（但し、同エンコーダ７１に限定されな い）のポジション・センサを使用し得る。モーション・コントロール・システム は多数の信号入出力機能（Ｉ／Ｏ）５９を有し得る。これらの入出力機能と称さ れる機能は危険または他の重要な事態を示す警告信号としてロボットから出力さ れたアラームまたは光表示に基づく装置の“自動誘導（Ｈoming）”、装置のオ ンまたは装置のオフを行うためにリミット・スイッチ７４，７５の状態を補足す べく常には使用される。前記のモーション・コントロール・システムは周知であ り、かつ広く市販されているため、同システムの詳細は省略する。 図１５に示す円筒状の空洞形成は関節アームによって実行可能な一般的な切除 の形態である。この切除において、１つまたは複数の移動軸が任意の時点で関与 している。矢状線１８５と称される線を追跡するためのアーチ及び回動距離駆動 装置の協働は理想的である。コンピュータを用いた超音波画像の再構築は１つの 円内に位置する時計状の一連の矢状線（Ａ series of sagittal lines in a rou nd the clock fashion）１８１の決定を促進する。リングの軸は切除用内視鏡を 各矢状線 に沿って配置すべく同切除用内視鏡を移動させる。電気焼灼では、矢状線に沿っ た追跡及び切除は手術カプセル２７９（Ｓurgical capsule）（図１５参照）に 達するまで時計方向及び逆時計方向に外側へ向かって連続的に繰り返される。レ ーザーＴＵＲＰ（例；前立腺のビジュアル・レーザ切除（Ｖisual Ｌaser Ａbla tion of the Ｐrostate:ＶＬＡＰ））では、レーザ・ファイバの後退速度及び同 レーザ・ファイバの空間的な出力パターンは人が実現できない最適な切除を実現 すべく迅速に（即ち、動的に）制御できる。同様の概念はＴＵＮＡ（Ｔransuret hral needle ablation of the Ｐrostate；前立腺の経尿道ニードル切除）にも 適用される。ＴＵＮＡにおいて、ニードルは様々な時計位置において様々な深度 まで延伸または後退される。更に、パワーの設定は使用者にとって煩雑な方法で 制御される。 図１７は接続されたアームとの効果的かつ安全な動作を実現すべく互いに協働 する一般的な部材を示す回路ブロック図である。これらの部材には以下の部材が 含まれる。 システムに対して電力を連続的に供給する無停電電源装置（ＵＰＳ）４５。無 停電電源装置４５は停電時におけるシステムの運転を少なくとも１０分間（予備 バッテリ（Ｓ）４４の能力に基づく）維持する。 間欠動作が可能な入出力機能５９を備えた４軸モーション・コントローラ（4- axis motion controller）４７。モーション・コントローラ４７は独立して使用 するか、またはパーソナル・コンピュータ４８の拡張スロットに接続して使用し 得る。モーション・コントローラ４７を独立して使用する場合、同モーション・ コントローラ４７はＲＳ２３２線を通じてパーソナル・コンピュータと通信する 。また、モーション・コントローラ４７をパーソナル・コンピュータの拡張スロ ットに接続して使用する場合、モーション・コントローラ４７はローカル・バス を通じてコンピュータと通信する。 一般的なディスプレイ・モニタ（ＭＯＮ）５６、ハード・ディスク（ＨＤ）５ ８、フロッピー・ディスク・ドライブ、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ） 、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、オペレーティング・システム、プリンタ （ＰＮＴ）５７並びに任意にてコンパクト・ディスク・ドライブ（ＣＤ）６０及 びオプティカル・ディスク・ドライブ（ＯＰ ＤＤ）６１等の外部記憶装置を有 するパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）４８。 診断用超音波走査システム４９。経直腸プローブ及び経尿道プローブのうちの 少なくともいずれか一方を使用し得る。パーソナル・コンピュータ４８にインス トールされたフレーム・グラバー（Ｆrame grabber）６２は一連のビデオ信号用 同軸ケーブルを介して超音波スキャナから送信された超音波像を補足する。超音 波スキャナ及びコンピュータ間の通信は任意の方法で行い得るが、ＩＥＥＥ４８ ８，７７に応じたＧＰＴＢスタンダードを使用して行い得る。 手術前、手術中または手術後における超音波像及び内視鏡像の少なくともいず れか一方を記録するためのビデオ・カセット・レコーダ（ＶＣＲ）５０。 最大効率を実現すべく低温光線を術部及びＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ６９ が補足する部位に対して光ファイバを通じて照射するための遠隔光源（Ｒemote light source；ＬＳ）５１。電気信号の形態をなす像に対する処理及び画質向上 が計られた後、像は最終的に内視鏡モニタ・スクリーン（Ｅ．ＭＯＮ）７０上に 表示可能である。 切削のためのエネルギー源（ＤＩＡ）５２。電気外科手術の場合、これはジア テルミー・ユニット（Ｄiathermy unit）と称される。レーザ手術の場合、これ は高出力レーザ光源のためのジェネレータである。 プログラム可能な論理配列を有するハード・ロジック・セーフティ・モニタ５ ３。プログラム可能な論理配列は回路パラメータの論理状態を監視し、さらには ロボットの動作を中断するための割込み信号と、手術中における任意の不都合な 事態の発生を使用者に対して警告するための警告信号とのいずれか一方を出力す る。 パーソナル・コンピュータは図１６に示すタスクを実行するＡＰＵＩ（Ａutom ated Ｐrostatectomy Ｕser Ｉnterface；自動前立腺切除ユーザ・インターフェ ース）と称されるインターフェース・ソフトウェア１９１を実行する。ユーザ・ インターフェースによって実行される各タスクは各種の選択を提供すべくポップ アップ・ウィンドウ及びプル・ダウン・メニユーを有するスクリーン・ディスプ レイのページを専有すべく設計されている。 ＳＵＰＰＯＲＴ（サポート）１９２はカウンタバランス・サポート・システム の各ロックの活性化（または不活性化）を組合わせて、または個々に制御すべく コントロール・ボタン及びステータス・ボックスを備えたスクリーンを表示する 。更に、ＳＵＰＰＯＲＴ１９２はカウンタバランス・サポート・システム（図１ ３参照）の軸８，７，５，６にそれぞれ対応するカウンタバランス・サポート・ システムの各軸（Ｂ，２００を除く）Ｘ，２０１；Ｙ，２０２；Ａ，２０３；Ｒ ，２０４のロックの状態を表示する。 セットアップ終了後またはセットアップ終了前におけるロボットの自動誘導シ ーケンスはＨＯＭＥ１９３と称されるインターフェース内のサブルーチンによっ て実行される。このルーチンはロボットがアドレスするターゲットのサイズ及び 配向によって左右される適切な基準位置にロボットの各軸を移動させる。ＨＯＭ Ｅ１９３は各軸のホーム・ポジションの再定義を含む各種の選択を提供するポッ プアップ・ウィンドウ及びプル・ダウン・メニューを有するスクリーン・ディス プレイ・ページを占有する。 フレーム・グラバー・ボード（Ｆrame grabber board）Ｆ．ＧＲＢ６２及び２ 軸ケーブルは超音波スキャナから像の入力を受け、かつ同像を伝送する。最新の 画像処理ソフトウェアはカスタマイズされたソフトウェア・ルーチンとともに画 像を処理する。処理結果は関節アームによる手術の案内に使用される。 患者の体内において意図する作業エンベロップを実現するための所望の移動ま たは移動の組合わせと、スイッチ切換え及び電源設定の調整等の事象とはモーシ ョン・コントローラが理解し得るコマンドに翻訳され、かつパーソナル・コンピ ュータからＲＳ２３２（またはシリアル）ライン７６を通じてモーション・コン トローラへ送信される。この翻訳を処理するソフトウェア・ルーチンはＢＡＲＲ ＥＬ（バレル）１９８に基づいてグループ化されている。 更に、関節アームは手動制御が可能である。手動制御の場合、ロボットの移動 を柔軟に手動制御すべくジョイスティック、フット・スイッチまたはフィンガ・ スイッチが適切な位置に配置されている。ジョイスティック等からのコントロー ルを機械言語に翻訳すべくＭＡＮ（マニュアル）１９９内のルーチンが翻訳を実 行する。 患者の生物学的データはＡＰＵＩのＰＡＴ１９６を使用することにより補足さ れる。これらのデータは研究者が関心を示す除去した組織量、費やした時間及び 患者の年齢等であり得る。標準またはカスタマイズされた統計学的ツールをＰＡ Ｔ１９６と統合し得る。 ロボット・システムに対する電力供給はＡＰＵＩのＰＷＲ．Ｍ１９７によって 監視される。ＰＷＲ．Ｍ１９７は停電時におけるロボット・システムの機能低下 を防止して同ロボット・システムの連続したオペレーションを保証するために必 要な動作を行う。時間的余裕をともうシステムの機能低下（Ｇraceful degradat ion of the system）は所定時間経過後に始まる。 ＥＲＲＯＲ（エラー）処理ルーチン１９５は予測可能なエラー（メモリ・オー バーフロー及び通信中断等の通常のエラー処理）及び予想外のエラー（例外処理 ）の両方を処理する。回復手続きはシステム・オペレーションを復旧するために 予測可能なエラーに対して実施される。復旧の努力は予想外のエラーに対して実 施されるが、余裕のあるシャットダウン（Ｇraceful shutdown）を常には招来す る。更に、ルーチン１９５は安全監視ルーチンを含む。例えば、ツール・ホルダ の軸が移動しない際、切削動力のスイッチ・オンは許可されない。 切削ツールまたはロボットに取付けられた他の器具の作業エンベロップを患者 の体内の所望の位置に配置し、かつ同作業エンベロップの限界を知るために、関 節アームに対してある種の画像ガイダンス（Ｉmage guidance）を使用すること が望ましい。このタスクに対して経直腸的超音波画像形成及び経尿道的超音波画 像形成を使用することが適切かつ安全であることは確認されている。患者登録の 問題、即ち手術前のデータ及び手術中のデータ（更に、手術後のデータを含むこ と もある）の整合の問題を排除すべく、画像形成プロセスがロボット・システムと 同一の基準フレームを共有することが好ましい。これはイメージング・プローブ 及び切削ツール（または他の器具）に対するある種のアダプタを用いて画像形成 プロセスを手術中に実施することの必要性を意味する。手術中である場合、ター ゲットの寸法測定及び位置測定は手術時間を大きく引き延ばさないように迅速に 行う必要がある。これはコンピュータ画像処理技術を使用することにより実現可 能である。 前記の方法を促進するために、手術中における被治療ターゲットの経直脳走査 及び経尿道走査の両方を行う設備を提供することか本発明の好ましい態様である 。経尿道走査は関節アームのキャリッジ（またはツール・ホルダ）に取付けられ た内視鏡の外被を患者の体内に残置することにより可能である。通常の作業エレ メントに代えて、経尿道超音波プローブ１８６（図５参照）が使用される。走査 中、ヘッド駆動装置組立体のみが駆動される。この結果、必要とされる横方向走 査データを形成すべくプローブが患者の身体に対して出し入れされる。走査が終 了した際、プローブは作業エレメントと交換され、これにより同一の基準フレー ムの共有が実現される。走査中、アーチは自身のゼロ度、即ち水平位置に保持さ れる。 経直腸走査は延長部１８８を有するアタッチメント（図６参照）の使用により 可能になる。延長部１８８の一端は内視鏡の外被に適合しており、他端はプロー ブ１９０のホルダ１８７に適合している。延長部１８８はオフセット１８９によ って制御される直腸入口をほぼ水平にするように調整できる。各種のセットアッ プ条件及び患者に適応するために、プローブの把持は同プローブの長さに沿って 変更可能である。経尿道走査の場合、ヘッド駆動装置組立体のみが駆動される。 そして、走査が終了した際、プローブ及び延長部は作業エレメントと交換される 。 ＴＵＲＰ、即ちＢＰＨを扱う処置では、超音波走査によって得られる情報は手 術カプセルと称される境界の座標である。手術カプセルを越えた切削は失禁、性 不能症または激しい出血を招来するため望ましくない。失禁及び性不能症はカプ セルの後側に多数存在する神経終末が切削によって損傷することに起因する。激 しい出血の理由は明白である。即ち、大きな血管がカプセルの外側に常には存在 するためである。 カプセルの境界は横方向超音波走査により容易に明らかにならない。カプセル の境界の確認は同境界を視認するための訓練された眼を必要とするうえ、完全か つ正確に視認できないことが多い。関節アームを使用することにより、手術中に おける超音波走査を半自動または自動で実施できる。これを実施するための要件 はＵ／Ｓ（超音波走査）１９４におけるルーチンによって達成される。半自動走 査において、医師はマウス等のディジタイザを使用して境界の輪郭を描く必要が ある。自動走査では、画像分析アルゴリズムがこの仕事を実行する（勿論、この 仕事が完了した際に医師による承認が必要である）。半自動走査及び自動走査の いずれを使用するかは便利さ対安全性の問題である。両者とも手術時間を大きく 引き延ばしてはならない。 全ての駆動装置組立体は手術直前に滅菌されたバッグで被覆し得ることか好ま しい。バッグはヘッド駆動装置組立体の支柱８４に適切に固定可能である。バッ グは手術中に無菌状態を維持する一方で、関節アームの移動を可能にする大きな 弛みを有する。全システムは図２に示す要領にて最適に配置されている。図２に おいて、ロボットはカウンタバランス・サポート・システム上に懸架されている 。カウンタバランス・サポート・システムはコンピュータ及び手術器具を自身の トロリー・プラットフォーム２５，２６，２７に収容する。内視鏡の画像は見易 い画像を形成すべく支持部材２１によって適切に支持されたモニタ２５９上に表 示される。 システムの最大限の安全性及び便利さを保証すべく、コントロール・パネル２ １８がトロリー・プラットフォーム上のコンピュータ・コンソール２５８の側方 に配置されている（図２参照）。モーション・コントローラの各軸の動作状態を 表示すべくビジュアル・インジケータがコントロール・パネル上に配置されてい る。緊急スイッチを動作させた際、同緊急スイッチはモータへの電力供給を遮断 する。この際、電源を遮断するのみであり、他の全てのシステム・コンポーネン トを機能可能にする。これはユーザ・インターフェース・ルーチンにインストー ルされたキーボードによる割込み機能よりも更に確実な手段である。キーボード による割込み機能をイネーブルした際、任意の１つのモータまたは複数のモータ の駆動が開始される。コンピュータ・キーボードの任意の１つのキーを押すこと により、全てのモータの動作を停止または中断し得る。 関節アームの優れたターゲットが前立腺であることを示したが、関節アームを 膀胱及び子宮等の他のターゲットに対して使用可能である。更に、治療様式は電 気焼灼に限定されるものではなく、レーザ、高出力超音波及びＴＵＮＡ等の他の 治療様式を含む。関節アームは各種の医療ツールを保持し、かつ手術室における 更に精密かつ正確な医療的介入を促進し得るように設計されている。コンピュー タを用いたモーション・コントロールを使用することにより、システムは一度に １つのツールを保持し、かつ効果的な医療的介入を実施し得る。これにより、シ ステムは医師が時間、技能、正確さ及び安全性の観点において更に効果的にタス クを果たすことを補助する。これらは手術が長時間に及ぶことを避けることによ り、低い死亡率、低い罹患率、少ない数のアシスタント及び介護スタッフ、低い 消耗性、並びに低いリスクを実現し得る。 アームは駆動装置組立体をモジュール式とするように常には形成されている。 これは従来の駆動装置及び支持部材を新たな物と置換することにより、全く異な る運動学的構造を可能にする。ワイヤは駆動装置内に組込まれており、コネクタ は制御信号及び駆動信号を駆動装置に対して入出力可能にすべく提供されている 。 以上、好ましい実施の形態に基づいて関節アームを詳述したが、同関節アーム の各種別例を本発明の基本概念から逸脱することなく実現可能なことは当業者に とって明白である。これら全ての別例は本発明の範囲に属し、本発明の本質は請 求の範囲によって決定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．医療ツールを使用した医療処置を実施するための関節アームであって、 第１の可動支持部材に摺動可能に取付けられたアーチ状部材と、 医療ツールを動作位置に保持すべくアーチ状部材に取付けられたツール・ホル ダと、 前記ツール・ホルダとともにアーチ状部材を摺動させるべく第１の支持部材に 取付けられた第１の駆動装置組立体と、前記ツール・ホルダはツールの動作位置 を所定の方法で変更すべくアーチ状通路に沿って移動可能であること を含む関節アーム。 ２．前記ツール・ホルダを直線通路に沿って移動させるべく同ツール・ホルダに 連結された第２の駆動装置組立体を有し、前記直線通路はアーチ状通路の曲率中 心を通る軸に交差する請求項１に記載の関節アーム。 ３．前記アーチ状部材は第１の支持部材に着脱可能に取付けられ、さらに必要に 応じて前記アーチ状部材とは異なる曲率半径を有する別のアーチ状部材を第１の 支持部材に摺動可能に取付け得る請求項１または２に記載の関節アーム。 ４．前記ツール・ホルダは摺動可能なキャリッジを有し、同キャリッジは着脱可 能なツール取付けブラケットを内部に収容し得る一対の溝を有し、前記各溝はツ ール取付けブラケットをキャリッジに対してロックするためのロック・レバーを 有し、前記ロック・レバーは同ロック・レバーの長さ方向に延びるエッジに沿っ て延びる平坦部を有し、各ロック・レバーはツール取付けブラケットの取付けま たは取外しを促進すべく前記平坦部が対応する溝に対して面一をなす位置まで回 動可能である請求項１に記載の関節アーム。 ５．前記一対の溝は医療ツールの動作位置を変更するためにツール取付けブラケ ットの位置の変更を可能とすべくキャリッジ上に形成された複数の溝の対のうち の１つである請求項４に記載の関節アーム。 ６．前記ツール取付けブラケットはブラケット組立体の半分を形成するＣ−ブラ ケットの形態をなし、ブラケット組立体の残りの半分はＣ−ブラケットを医療ツ ールに対して締付ける締付けブラケットの形態をなす請求項４に記載の関節アー ム。 ７．前記キャリッジは一対のガイド・レールに摺動可能に取付けられ、かつラッ ク・アンド・ピニオン構造を有し、同ラック・アンド・ピニオン構造はキャリッ ジをガイド・レールに沿って摺動させるべく使用され、前記ツール・ホルダはキ ャリッジを摺動させるべくラック・アンド・ピニオン構造を駆動するモータを有 する請求項４に記載の関節アーム。 ８．前記第１の支持部材は第１の補強部材及び第２の補強部材を有し、前記アー チ状部材は第１の補強部材及び第２の補強部材の間に摺動可能に支持されている 請求項１に記載の関節アーム。 ９．前記アーチ状部材は外部ギヤ形状を有し、前記第１の駆動装置組立体はアー チ状部材をアーチ状通路に沿って摺動させるべく前記外部ギヤ形状に係合するモ ータを有する請求項８に記載の関節アーム。 １０．前記第１の支持部材を第１の駆動軸の周囲において回動させるべく第１の 支持部材に機械的に連結された第３の駆動装置組立体を有し、これによりアーチ 状部材に取付けられたツール・ホルダを第１の駆動軸の周囲で回動させ得る請求 項２に記載の関節アーム。 １１．前記第１の支持部材は第１の駆動軸と、第１の支持部材の長さ方向に延び る軸との間にオフセットを形成し得る連結器により第３の駆動装置組立体に連結 され、これによりツール・ホルダ内に保持された医療ツールの中心軸は使用時に ツールの回動ポイントを限定すべく第１の駆動軸に交差する請求項１０に記載の 関節アーム。 １２．前記連結器は異なる医療ツールに対応するために異なるオフセットを形成 すべく異なる連結器と置換できる着脱可能な連結器である請求項１１に記載の関 節アーム。 １３．第３の駆動装置組立体を支持するための第２の支持部材を有し、前記第２ の支持部材は第３の駆動装置組立体を直線方向に移動させるための第４の駆動装 置組立体を有し、これによりツール・ホルダは使用時にアーチ状部材とともに前 記直線方向に移動可能である請求項１０に記載の関節アーム。 １４．第１の駆動装置組立体、第２の駆動装置組立体、第３の駆動装置組立体及 び第４の駆動装置組立体は電動駆動モータをそれぞれ有し、前記各駆動装置組立 体はマイクロプロセッサを使用した複数軸モーション・コントロール・システム の制御下にある請求項１３に記載の関節アーム。 １５．前記第２の支持部材は少なくとも４つの移動の自由度Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒを提 供するカウンタバランス・サポート・システム上に懸架されており、前記移動の 自由度Ｒは緊急事態において関節アームに対する迅速な手動制御への切換えを可 能にする請求項１３に記載の関節アーム。 １６．前記カウンタバランス・サポート・システムは関節アームのＸ軸移動及び Ｙ軸移動をそれぞれ可能にすべく互いに直交する第１の支持アーム及び第２の支 持アームと、関節アームのＺ軸移動を可能にする垂直支柱とを有する請求項１５ に記載の関節アーム。 １７．前記関節アームは第２の支持部材により第１の支持アームに摺動可能に取 付けられ、前記第１の支持アームは第２の支持アームに摺動可能に取付けられ、 前記第２の支持アームは支柱に摺動可能に取付けられ、第１の支持アーム、第２ の支持アーム及び第２の支持部材は対応する第１のロック手段、第２のロック手 段及び第３のロック手段によりそれぞれ位置をロックし得る請求項１６に記載の 関節アーム。 １８．前記カウンタバランス・サポート・システムの各支持アームの摺動はケー ブル及びプーリーのシステムによって行われ、前記ロック手段はケーブル・クラ ンプを有する請求項１７に記載の関節アーム。 １９．支柱上における第２の支持アームの摺動可能な装着位置を中心とする同第 ２の支持アームの水平回動を可能にすべく揺動ブラケット組立体に第２の支持ア ームを摺動可能に取付けた請求項１６に記載の関節アーム。 ２０．前記カウンタバランス・サポート・システムは垂直支柱を取付けるベース を形成するトロリーを有し、前記トロリーは他の装置を支持するための複数の棚 を有する請求項１９に記載の関節アーム。