JP7267306B2 - ロボット介入処置のための遠隔通信及び制御システム - Google Patents

ロボット介入処置のための遠隔通信及び制御システム Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１８年８月２０日に出願された「ロボット医療デバイスのための遠隔通信システム及び制御システム」との名称の米国出願第６２／７１９，７５７号、及び２０１８年５月１８日に出願された「ロボット医療デバイスのための遠隔通信システム及び制御システム」との名称の米国出願第６２／６７３，３０７号に基づき、これらの優先権を主張し、これらの全体を参照によりここに組み入れる。
本発明は一般に、ロボット医療処置システムの分野に関し、詳しくは、ロボット介入処置において使用されるデバイスのための遠隔通信及び制御システムに関する。
カテーテル（及び他の細長い医療デバイス）は、神経介入手術としても知られる神経血管介入（ＮＶＩ）、経皮的冠動脈介入（ＰＣＩ）及び末梢血管介入（ＰＶＩ）を含む様々な血管系の疾患の診断及び治療を目的とする多くの最小侵襲性医療処置のために使用され得る。これらの処置は典型的に、ガイドワイヤを、脈管構造を通るように案内し、当該ガイドワイヤを介して作動カテーテルを進行させて治療を行うことを含む。カテーテル法処置は、標準的な経皮的技法を使用してシース又はガイドカテーテルによる動脈又は静脈のような適切な血管へのアクセスを得ることによって開始する。その後、シース又はガイドカテーテルが、診断ガイドワイヤを経由して一次的なロケーションまで、例えば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まで、前進させられる。その後、脈管構造に適したガイドワイヤが、シース又はガイドカテーテルを通るように脈管構造内の標的ロケーションまで案内される。曲がりくねった解剖学的構造のような所定の状況において、支持カテーテル又はマイクロカテーテルが、ガイドワイヤの案内を補助するべく、ガイドワイヤを経由して挿入される。医師又はオペレータは、撮像システム（例えばＸ線透視装置）を使用して造影剤注入によるシネ（ｃｉｎｅ）を取得することにより、ガイドワイヤ又はカテーテルを例えば病変のような標的ロケーションまで案内するためのロードマップとして使用する固定フレームを選択することができる。医師がガイドワイヤ又はカテーテルデバイスを送達する間に造影画像が得られるので、医師は、当該デバイスが正しい経路に沿って標的ロケーションへと移動していることを確認することができる。Ｘ線透視を使用し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、遠位先端を適切な血管の中へ病変に向けて誘導するとともに、側枝への進行を回避する。
例えばＮＶＩ、ＰＣＩ及びＰＶＩのようなカテーテル処置を行うときに医師を補助するべく使用されるロボットカテーテル処置システムが開発されている。神経血管介入（ＮＶＩ）カテーテル処置の例は、動脈瘤のコイル塞栓術、動静脈奇形の液体塞栓術、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摘出術を含む。ＮＶＩにおいて、医師はロボットシステムを使用し、神経血管ガイドワイヤ及びマイクロカテーテルを操作して病変へのアクセスを得ることにより、治療を行って正常な血流を回復させる。このアクセスは、シース又はガイドカテーテルによって可能にされるが、さらに遠位にある領域のために、又はマイクロカテーテル及びガイドワイヤの適切な支持を得るために、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、病変のタイプおよび治療に応じて、病変の中に入るように又は病変を通過するように案内される。動脈瘤の治療に対しては、マイクロカテーテルが病変の中に進められ、ガイドワイヤが除去され、当該マイクロカテーテルを通していくつかのコイルが動脈瘤内に展開されて当該動脈瘤を塞栓するべく使用される。動静脈奇形の治療に対しては、液体塞栓がマイクロカテーテルを介して奇形内に注入される。血管閉塞を治療するための機械的血栓摘出術は、吸引により、又はステント型塞栓回収器の使用により達成できる。吸引は、マイクロカテーテルを介して直接行うか、又は大口径吸引カテーテルを用いて行う。ひとたび吸引カテーテルが病変に到達すると、カテーテルを通して血栓を除去するための陰圧が加えられる。代替的に、血栓は、マイクロカテーテルを通るようにステント型塞栓回収器を展開することによって除去してもよい。ひとたび血栓がステント型塞栓回収器の中に統合されると、血栓は、ステント型塞栓回収器及びマイクロカテーテルをガイドカテーテルの中へと後退させることによって回収される。
ＰＣＩにおいて、医師はロボットシステムを使用し、冠動脈ガイドワイヤを操作することにより病変へのアクセスを得て治療を行い、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留置することによって可能となる。ガイドワイヤの遠位先端が病変を通過するように案内され、複雑な解剖学的構造のために、マイクロカテーテルが、当該ガイドワイヤを適切に支持するべく使用される。血流は、病変にステント又はバルーンを送達及び展開することによって回復される。病変は、ステント留置に先立っての前処理を必要とする。この前処理は、病変の事前膨張を目的としてバルーンを送達するか、又は例えばレーザ若しくは回転式アテローム切除カテーテル及びバルーンを、ガイドワイヤを経由するように使用してアテローム切除術を実施するかによる。適切な治療を決定するべく、撮像カテーテル又はＦＦＲ測定を使用することによって画像撮像及び生理学的測定を行うこともできる。
ＰＶＩにおいて、医師はロボットシステムを使用し、ＮＶＩと同様の技法により治療を行って血流を回復させる。ガイドワイヤの遠位先端が病変を通過するように案内され、複雑な解剖学的構造を目的とする適切な支持をガイドワイヤに与えるべくマイクロカテーテルが使用される。血流は、ステント又はバルーンを病変まで送達及び展開することにより回復する。ＰＣＩと同様に、病変の前処理及び診断撮像も使用され得る。
医療処置に使用されるロボットシステムのオペレータは典型的に、患者及びロボットシステムと同じ部屋又は隣接する部屋にロケーションを有する。しかしながら、遠隔ロケーション（例えば異なる建物、異なる都市）に位置するオペレータがロボットシステムを操作して医療処置を行うことを許容するのが望ましいことがある。遠隔ロケーションにいるオペレータがロボット医療処置システムを制御及び操作することを許容するシステムは、例えば、小規模なコミュニティにいる患者に、その地域では利用できないかもしれない専門医へのアクセスを与える。加えて、緊急医療処置を必要とする患者が、遠隔のロケーションにいる専門家によって地元の病院で治療を受けることができるので、介入処置を行うまでの時間を短縮することができる。例えば、大血管閉塞（ＬＶＯ）に起因する急性虚血性脳卒中の患者を治療するべく、又はＳＴ上昇型心筋梗塞（ＳＴＥＭＩ）の患者を可能な限り早く治療するべく、介入処置を完了することが有利である。様々な遠隔手術システムが、一般的な血管、心臓及び泌尿器の処置のために開発されている。例えば、遠隔手術システムは、腹腔鏡処置のために使用されている。オペレータが遠隔で医療処置を行うシステムの開発には多くの課題が存在する。ネットワーク（例えばインターネット）を経由したセキュアネットワーク接続を確立及び維持する必要がある。制御信号及び画像の送信における遅延及びジッタが、システムの安定性と同様に処置の安全性にも影響する。局所医療処置システムの制御に関するデッドロックは、局所ロケーションと遠隔ロケーションとの間で生じ得る。また、多数の遠隔ロケーションが局所的な医療処置システムに接続してこれを操作することを許容する多対多構成を与えるとの課題も存在し得る。
米国特許出願公開第２０１１／０３０６９８６（Ａ１）号明細書 米国特許第８，３４０，８１９号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０１９１４６４（Ａ１）号明細書
一実施形態によれば、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステムの動作を制御するべく遠隔サイトにあるコントロールセンターを使用する方法が、コントロールセンターからロボット医療デバイスシステムまで制御信号を送信することと、当該制御信号の送信における遅延を決定することと、当該遅延としきい遅延値との比較に基づいて当該ロボット医療デバイスシステムを操作することとを含む。
他実施形態によれば、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステムにおける細長い医療デバイスの動作を制御するべく遠隔サイトにあるコントロールセンターを使用する方法が、コントロールセンターからの制御信号を受信することと、当該制御信号の送信における遅延を決定することと、当該ロボット医療デバイスシステムの少なくとも一つのパラメータに基づいてしきい遅延値を決定することと、当該遅延と当該しきい遅延値とを比較することと、当該遅延と当該しきい遅延値との比較に基づいて細長い医療デバイスの操作を調整することとを含む。
他実施形態によれば、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステムの動作を制御するべく遠隔サイトにあるコントロールセンターを使用する方法が、コントロールセンターから制御信号を受信することと、当該制御信号の送信における遅延を決定することと、当該遅延としきい遅延値とを比較して当該遅延が当該しきい遅延値よりも小さい場合に、当該遅延に基づいてロボット医療デバイスシステムの医療デバイスの速度を調整することと、当該遅延が当該しきい遅延値よりも大きい場合に当該医療デバイスの速度をゼロに設定することとを含む。
他実施形態によれば、医療デバイスを制御するシステムが、遠隔サイトにロケーションを有するコントロールセンターを含む。コントロールセンターは、制御コンソールと、当該制御コンソールに接続された第１の命令及び制御モジュールと、当該第１の命令及び制御モジュールに接続されて精密時刻プロトコルを使用する第１のクロックとを含み、当該第１のクロックは基準時刻源から時刻データを受信するべく構成される。システムはさらに、局所サイトにロボット医療デバイスシステムを含み、当該ロボット医療デバイスシステムはコントロールセンターと通信する。ロボット医療サービスシステムは、少なくとも一つの医療デバイスと、当該少なくとも一つの医療デバイスに接続されて第１の命令及び制御モジュールと通信する第２の命令及び制御モジュールと、当該第２の命令及び制御モジュールに接続されて精密時刻プロトコルを使用する第２のクロックとを含み、当該第２のクロックは基準時刻源から時刻データを受信するべく構成される。コントロールセンターと遠隔医療デバイスとはセキュアトンネルを経由して通信する。コントロールセンターの制御コンソールは、少なくとも一つの医療デバイスと通信してこれを制御するべく構成され
る。
他実施形態によれば、遠隔サイト及び局所サイトによって少なくとも一つの医療デバイスの制御を管理するシステムが、遠隔サイトにロケーションを有するコントロールセンターと、局所サイトにおいて当該コントロールセンターと通信するロボット医療デバイスシステムと、当該コントロールセンター及びロボット医療デバイスシステムの制御状態を決定する仮想制御トークンとを含む。仮想制御トークンのロケーションが制御状態を決定する。
他実施形態によれば、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステムから遠隔サイトにあるコントロールセンターまでのデータ送信の帯域幅を低減する方法であって、当該コントロールセンターが当該ロボット医療デバイスシステムの動作を制御するべく構成される方法が、当該ロボット医療デバイスシステムにおいてデータの表示を生成することを含む。このデータは、少なくとも一つの画像、及び非画像患者情報を含む。方法はさらに、生成された表示の一セクションを選択することと、当該表示の選択されたセクションをコントロールセンターまで送信することと、当該選択されたセクションを当該コントロールセンターのディスプレイに表示することとを含む。
本発明は、同じ参照番号が同じ要素を言及する添付図面と併用される以下の詳細な説明からより十分に理解される。
一実施形態に係る典型的なカテーテル処置システムの斜視図である。 一実施形態に係る典型的なカテーテル処置システムの模式的なブロック図である。 一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの通信及び制御システムのブロック図である。 一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの通信及び制御システムのブロック図である。 一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの動作を制御する方法を例示する。 一実施形態に係るコントロールセンターの典型的なグラフィカルユーザインタフェイスを示す。 一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの典型的なグラフィカルユーザインタフェイスを示す。 一実施形態に係る局所サイトにおけるロボット医療デバイスシステムのためのデータ及び画像の典型的な表示を示す。 一実施形態に係る血行動態データを有する遠隔サイトにおけるコントロールセンターの典型的な表示を示す。 一実施形態に係る遠隔サイトにおけるコントロールセンターの典型的な表示を示す。 一実施形態に係るコントロールセンターもロボット医療デバイスシステムもロボット医療デバイスの制御にはないときの典型的なユーザインタフェイスを示す。 一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムがロボット医療デバイスの制御にあるときの典型的なユーザインタフェイスを示す。 一実施形態に係るコントロールセンターがロボット医療デバイスの制御にあるときの典型的なユーザインタフェイスを示す。 一実施形態に係る遠隔サイトにおけるコントロールセンターの典型的な表示を示す。 一実施形態に係る遠隔サイトにおけるコントロールセンターの典型的な表示を示す。 一実施形態に係る多数のコントロールセンター及び多数のロボット医療デバイスシステムの多対多構成のブロック図である。
図１は、一実施形態に係る典型的なカテーテル処置システムの斜視図である。図１において、カテーテル処置システム１００は、カテーテルに基づく医療処置、例えば、経皮的冠動脈介入（ＰＣＩ）、神経血管介入処置（例えば大血管閉塞（ＬＶＯ）の治療）、ＳＴ上昇心筋梗塞のためのＰＣＩ、末梢血管介入処置等の経皮的介入処置を実施するために使用することができる。カテーテルに基づく医療処置は、患者の疾患の診断を補助するべく一以上のカテーテル（又は他の細長い医療デバイス）が使用される診断カテーテル処置を含み得る。例えば、カテーテルに基づく診断処置の一実施形態の間に、カテーテルを通して造影剤が一以上の冠動脈に注入され、患者の心臓の画像が撮影される。カテーテルに基づく医療処置はまた、カテーテルに基づく治療処置（例えば血管形成術、ステント留置術、末梢血管疾患の治療等）を含み得る。その処置の間、カテーテル（又は他の細長い医療デバイス）が疾患を治療するべく使用される。しかしながら、当業者であれば、所定の固有な経皮的介入デバイス又はコンポーネント（例えばガイドワイヤのタイプ、カテーテルのタイプ等）が、実施される処置のタイプに基づいて選択されることがわかることに留意されたい。カテーテル処置システム１００は、処置に使用される固有の経皮的介入デバイスに適応するための微調整により、カテーテルに基づく任意数の医療処置を実行することができる。詳しくは、ここに記載されるカテーテル処置システム１００の実施形態が主に、冠動脈疾患の診断及び／又は治療に関連して説明される一方、カテーテル処置システム１００は、カテーテルに基づく処置を介して、診断及び／又は治療に適した任意タイプの疾患又は状態を診断及び／又は治療するべく使用してよい。
カテーテル処置システム１００は、ラボユニット１０６及びワークステーション１１６を含む。カテーテル処置システム１００は、ベッドサイドシステム１１０として示されるロボットカテーテルシステムを含み、ラボユニット１０６内で患者１０２に隣接して配置される。患者１０２は、テーブル１０８上に支持される。一般に、ベッドサイドシステム１１０には、カテーテルに基づく医療処置をユーザが、ワークステーション１１６に配置された制御装置のような様々な制御装置を操作することにより、ロボットシステムを介して実行することを許容する適切な経皮的介入デバイス又は他のコンポーネント（例えばガイドワイヤ、ガイドカテーテル、バルーンカテーテル及びステント送達システムのような作業カテーテル、造影剤、薬剤、診断カテーテル等）が備えられる。ベッドサイドシステム１１０は、ここに記載の機能性をベッドサイドシステム１１０に与えるべく任意の数の及び／又は任意の組み合わせのコンポーネントを含み得る。ベッドサイドシステム１１０は、とりわけ、ロボットアーム１１２によって支持される駆動アセンブリ１１１を含む。駆動アセンブリ１１１は、カテーテル又はガイドワイヤのような細長い医療デバイス１１５を駆動するべく使用され得るロボットドライブ１１３に搭載されたカセット１１４を含む。例えば、駆動アセンブリ１１１は、患者１０２の動脈に置かれたガイドカテーテルの中へとガイドワイヤを自動的に供給するべく使用される。
ベッドサイドシステム１１０はワークステーション１１６と通信しており、ワークステーション１１６のユーザ入力によって生成された信号は、ベッドサイドシステム１１０へと送信されてベッドサイドシステム１１０の様々な機能を制御することができる。ベッドサイドシステム１１０はまた、フィードバック信号（例えば運転条件、警告信号、エラーコード等）をワークステーション１１６に供給してもよい。ベッドサイドシステム１１０は、ワークステーション１１６とベッドサイドシステム１１０との間に通信を生じさせることができる無線接続、ケーブル接続、又は任意の他の手段としてよい通信リンク１４０（図２に示す）を介してワークステーション１１６に接続されてよい。
ワークステーション１１６は、カテーテル処置システム１００の様々なコンポーネント又はシステムを操作するユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインタフェイス１２６を含む。ユーザインタフェイス１２６は、ユーザがベッドサイドシステム１１０を制御してカテーテルに基づく医療処置を行うことを許容する制御装置１１８を含む。例えば、制御装置１１８は、ベッドサイドシステム１１０に装備され得る様々な経皮的介入デバイス（例えば細長い医療デバイス）を使用する様々なタスクをベッドサイドシステム１１０に実行させるように構成することができる（例えば、ガイドワイヤを前進、後退若しくは回転させ、作業カテーテルを前進、後退若しくは回転させ、ガイドカテーテルを前進、後退若しくは回転させ、カテーテルに配置されたバルーンを膨張若しくは収縮させ、ステントを位置決め及び／若しくは展開し、造影剤をカテーテルへと注入し、薬剤をカテーテルへと注入し、又はカテーテルに基づく医療処置の一部として実施され得る任意の他の機能を実施するために）。駆動アセンブリ１１１は、経皮的介入デバイスを含むベッドサイドシステム１１０のコンポーネントの動き（例えば軸方向及び回転の動き）を生じさせる様々な駆動機構を含む。
一実施形態において、制御装置１１８は、タッチ画面１２４、一以上のジョイスティック１２８及びボタン１３０、１３２を含む。ジョイスティック１２８は、様々なコンポーネント経皮的介入デバイス、例えばガイドワイヤ、ガイドカテーテル又は作業カテーテル、を前進、後退又は回転させるように構成することができる。ボタン１３０、１３２は、例えば、緊急停止ボタン及びマルチプライヤボタンを含み得る。緊急停止ボタンが押されると、リレーがトリガされ、ベッドサイドシステム１１０への電力供給が遮断される。マルチプライヤボタンは、制御装置１１８の操作に応答して関連コンポーネントが動かされる速度を増加又は減少させるように作用する。一実施形態において、制御装置１１８は、作動されるとカテーテル処置システム１００のコンポーネントの動作を引き起こすタッチ画面１２４上に表示される一以上の制御装置又はアイコン（図示せず）を含み得る。制御装置１１８はまた、バルーン及び／又はステントを膨張又は収縮させるように構成されたバルーン又はステントの制御装置を含んでよい。各制御装置は、当該制御装置が専用となる特定のコンポーネントを制御するのに望ましい一以上のボタン、ジョイスティック、タッチ画面等を含み得る。加えて、タッチ画面１２４は、制御装置１１８の様々な部分に又はカテーテル処置システム１００の種々のコンポーネントに関連する一以上のアイコン（図示せず）を表示することができる。
ユーザインタフェイス１２６は、第１のモニタ（又はディスプレイ）１２０及び第２のモニタ（又はディスプレイ）１２２を含み得る。他実施形態において、ユーザインタフェイス１２６は、一つのディスプレイ又は２つを超えるディスプレイを含み得る。第１のモニタ１２０及び第２のモニタ１２２は、ワークステーション１１６にロケーションを有するユーザに情報又は患者固有データを表示するように構成され得る。例えば、第１のモニタ１２０及び第２のモニタ１２２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（例えば既往歴、年齢、体重等）を表示するように構成され得る。加えて、第１のモニタ１２０及び第２のモニタ１２２は、処置固有の情報（例えば処置時間、カテーテル又はガイドワイヤの位置、送達される薬剤又は造影剤の量等）を表示するように構成され得る。モニタ１２０及びモニタ１２２は、ガイドカテーテルの位置に関する情報を表示するように構成され得る。さらに、第１のモニタ１２０及び第２のモニタ１２２は、コントローラ１３４に関連付けられた機能（図３に示す）を与える情報を表示するように構成されてもよい。他実施形態において、ユーザインタフェイス１２６は、ここに説明される表示コンポーネント及び／又はタッチ画面コンポーネントのうちの一以上を表示するのに十分なサイズの単一画面を含む。
カテーテル処置システム１００はまた、ラボユニット１０６内に配置された撮像システム１０４も含む。撮像システム１０４は、カテーテルに基づく医療処置（例えば非デジタルＸ線、デジタルＸ線、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波等）と併せて使用され得る任意の医療撮像システムであり得る。典型的な一実施形態において、撮像システム１０４は、ワークステーション１１６と通信するデジタルＸ線撮像装置である。一実施形態において、撮像システム１０４は、Ｃアーム（図示せず）を含み得る。これにより、撮像システム１０４は、患者１０２に対する異なる角度位置（例えば矢状面図、尾翼面図、前後面図等）で画像を取得するべく、患者１０２まわりに部分的又は完全に回転することができる。
撮像システム１０４は、特定の処置の間に患者１０２の適切な領域のＸ線画像を撮像するように構成されてもよい。例えば、撮像システム１０４は、心臓の状態を診断するべく心臓の一以上のＸ線画像を撮像するように構成され得る。撮像システム１０４はまた、カテーテルに基づく医療処置中に一以上のＸ線画像（例えばリアルタイム画像）を撮像して、ワークステーション１１６のユーザが処置中にガイドワイヤ、ガイドカテーテル、ステント等を適切に位置決めできるように支援するべく構成され得る。単数又は複数の画像が、第１のモニタ１２０及び／又は第２のモニタ１２２上に表示され得る。特に、ユーザが例えば、ガイドカテーテルを適切な位置へと正確に動かすのを許容するように、画像を第１のモニタ１２０及び／又は第２のモニタ１２２上に表示することができる。
図２を参照すると、典型的な一実施形態に係るカテーテル処置システム１００のブロック図が示される。カテーテル処置システム１００は、コントローラ１３４を含み得る。コントローラ１３４は、ワークステーション１１６（図１に示す）の一部であってもよい。コントローラ１３４は一般に、ここに記載される様々な機能を備えるカテーテル処置システム１００を与えるのに適した電子制御ユニットとしてよい。例えば、コントローラ１３４は、組み込みシステム、専用回路、ここに記載の機能性でプログラムされた汎用システム等としてよい。コントローラ１３４は、一以上のベッドサイドシステム１１０、制御装置１１８、第１のモニタ１２０及び第２のモニタ１２２、撮像システム１０４、ならびに患者センサ１３６（例えば心電図（「ＥＣＧ」）デバイス、脳波（「ＥＥＧ」）デバイス、血圧モニタ、温度モニタ、心拍数モニタ、呼吸モニタ等）と通信する。一実施形態において、コントローラ１３４はまた、造影剤注入システム１５２及び血管内超音波（ＩＶＵＳ）システム１５４と通信してもよい。コントローラ１３４はまた、例えばＯＣＴシステム、ＦＦＲシステム又は吸引ポンプのような他の医療システム１５６と通信してもよい。様々な実施形態において、コントローラ１３４は、カテーテル処置システム１００を使用して医療処置を行えるように、ユーザと制御装置１１８との相互作用に基づいて、及び／又はコントローラ１３４にアクセス可能な情報に基づいて、制御信号を生成するべく構成される。加えて、コントローラ１３４は、病院データ管理システム又は病院ネットワーク１４２、及び一以上の追加的出力デバイス１３８（例えばプリンタ、ディスクドライブ、ＣＤ／ＤＶＤ書き込み機等）と通信することができる。
カテーテル処置システム１００の様々なコンポーネント間の通信が、通信リンク１４０を介して達成され得る。通信リンク１４０は専用線又は無線接続であってよい。通信リンク１４０は、ネットワークを介した通信を表してもよい。カテーテル処置システム１００は、明示的に示されていない任意の他のシステム及び／又はデバイスを含むように接続又は構成され得る。例えば、カテーテル処置システム１００は、画像処理エンジン、データ記憶及び保管システム、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、カテーテル処置システム１００のアクセス又は使用を制限するシステム等を含み得る。
上述のように、コントローラ１３４は、ベッドサイドシステム１１０と通信しており、経皮介入デバイス（例えばガイドワイヤ、カテーテル等）を駆動するべく使用されるモータ及び駆動機構の動作を制御するべくベッドサイドシステム１１０に制御信号を与えることができる。ベッドサイドシステム１１０は、例えば、ガイドワイヤの前進及び／又は後退を与えるガイドワイヤ軸方向駆動機構と、作業カテーテルの前進及び／又は後退を与える作業カテーテル軸方向駆動機構と、ガイドワイヤをその長手軸まわりに回転させるべく構成されたガイドワイヤ回転駆動機構とを含み得る。一実施形態において、様々な駆動機構は、駆動アセンブリ１１１（図１に示す）に収容される。
図１及び２に関して上述したカテーテル処置システムの例のようなロボット医療デバイスシステムが、遠隔制御される。図３は、一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの通信及び制御システムのブロック図である。通信及び制御システム１０は、遠隔サイト又は局所サイトにコントロールセンター１２を含み、局所サイト又は局所ロケーションにロボット医療デバイスシステム１４を含む。ここで使用されるように、局所サイトとは、ロボット医療デバイスシステム及び患者又は対象のロケーションであり、遠隔サイトとは、ロボット医療デバイスシステムを遠隔制御するべく使用されるオペレータ（例えば医者）及びコントロールセンターのロケーションである。コントロールセンター１２とロボット医療デバイスシステム１４とは、例えばインターネットのようなネットワーク１６を経由して通信する。一実施形態において、遠隔サイト及び局所サイトは、互いから離れており、例えば、遠隔サイトが局所サイトのロボット医療デバイスシステム又は患者への物理的アクセスを有しない同じ建物内の異なる部屋、同じ都市内の異なる建物、異なる都市、又は他の異なるロケーションである。コントロールセンター１２とロボット医療デバイスシステム１４とは、ネットワーク１６を経由して（例えばデータ、画像、命令及び制御信号を）通信する。遠隔サイトにいるオペレータは、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステム１４を制御及び操作して医療処置を行うべく、コントロールセンター１２を使用することができる。一実施形態において、多数のコントロールセンター１２が、ネットワーク１６を経由して一つのロボット医療デバイスシステム１４と通信することができ、各コントロールセンター１２は、ロボット医療デバイスシステム１４を別個のロケーションから制御するべく使用することができる。他実施形態において、多数のコントロールセンター１２が、ネットワーク１６を経由して多数のロボット医療デバイスシステム１４と通信することができ、各コントロールセンター１２は、ロボット医療デバイスシステム１４のそれぞれを制御するべく使用することができる。
ロボット医療デバイスシステム１４は、例えば、処置を行うべくロボット制御され得るカテーテル処置システム又は他の医療デバイスシステムとしてよい。一実施形態において、ネットワーク１６は、例えば仮想プライベートネットワークのようなセキュアネットワークである。コントロールセンター１２は、例えば、ユーザインタフェイスを有するワークステーションを含み得る。一実施形態において、コントロールセンター１２は、ロボット医療デバイスシステム１４において与えられるユーザインタフェイスと同様のユーザインタフェイスを含む。例えば、ロボット医療デバイスシステム１４が、図１及び２に関して上述したシステムのようなカテーテル処置システムである場合、コントロールセンター１２は、ワークステーション１１６、ユーザインタフェイス１２６、及びカテーテル処置システム１００の制御装置１１８と同様のユーザインタフェイス及び制御装置を有するワークステーションを含み得る。他実施形態において、コントロールセンター１２は、遠隔サイトにあるロボット医療デバイスシステムの一部であるワークステーション又はユーザインタフェイスを含む。コントロールセンター１２は、オペレータが遠隔サイトからロボット医療デバイスシステム１４の様々なコンポーネントを操作することを許容するように構成される。データ、画像、並びに命令及び制御信号のような情報が、ネットワーク１６を経由してコントロールセンター１２からロボット医療デバイスシステム１４へと送信され、データ及び画像のような情報が、ネットワーク１６を経由してロボット医療デバイスシステム１４からコントロールセンター１２へと送信される。
図４は、一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの通信及び制御システムのブロック図である。通信及び制御システム２００は、遠隔サイトにあるコントロールセンター２０２と、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステム２０４とを含む。コントロールセンター２０２とロボット医療デバイスシステム２０４とが、ネットワーク２０６を経由して通信する。一実施形態において、ネットワーク２０６は、遠隔ファイアウォール２０８がコントロールセンター２０２内に確立されて局所ファイアウォール２１０がロボット医療デバイスシステム２０４内に確立されたセキュアネットワークである。例えば、ネットワーク２０６は、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）であってよい。ネットワーク２０６は、データ、画像、並びに命令及び制御信号を送受信するように構成される。図４に示される通信及び制御システム２００において、一つのコントロールセンター２０２及び一つのロボット医療デバイスシステム２０４が示される。一実施形態において、多数のコントロールセンター２０２は、ネットワーク２０６を経由して一つのロボット医療デバイスシステム２０４と通信してもよく、各コントロールセンター２０２は、ロボット医療デバイスシステム２０４内のロボットシステム２４５を使用して一以上の医療デバイス２４６を別個のロケーションから制御するように使用されてよい。ロボットシステム２４５は、例えば、医療デバイスを駆動するべく使用することができるロボットアーム、ロボットドライブ、及び／又は他のロボットデバイスであってよい。ロボット医療デバイスシステムがカテーテルシステムである一実施形態において、ロボットシステム２４５は、図１に関して上述したロボットアーム１１２及び駆動アセンブリ１１１としてよい。他実施形態において、多数のコントロールセンター２０が、ネットワーク２０６を経由して多数のロボット医療デバイスシステム２０４と通信することができる。ここで、各コントロールセンター２０２は、各ロボット医療デバイスシステム２０４においてロボットシステム２４５を使用して一以上の医療デバイス２４６を制御するべく使用することができる。
コントロールセンター２０２はまた、遠隔ファイアウォール２０８に結合されてこれと通信する遠隔命令及び制御モジュール２１２及び遠隔コントローラ２１６も含む。一実施形態において、遠隔ファイアウォール２０８、遠隔命令及び制御モジュール２１２、並びに遠隔コントローラ２１６は、別個のハードウェア（例えばコンピュータシステム）上に実装される。他実施形態において、遠隔ファイアウォール２０８、遠隔命令及び制御モジュール２１２、並びに遠隔コントローラ２１６は、同一のコンピュータシステムにおいて別個のソフトウェアコンポーネント又は論理サブシステムコンポーネントとして実装される。ソフトウェアコンポーネント又は論理サブシステムコンポーネントは、例えば、マイクロカーネル、仮想マシン、又はリアルタイム拡張を有する従来のオペレーティングシステムを使用して達成することができる。他実施形態において、遠隔コントローラ２１６及び遠隔ファイアウォール２０８は、遠隔命令及び制御モジュール２１２上で実行されるソフトウェアプログラムとして実装されてよい。遠隔命令及び制御モジュール２１２は、コントロールセンターの制御コンソール２３６から命令及び制御信号を受信する。制御コンソール２３６は、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステム２０４並びに他のシステム及びデバイスの操作のために、遠隔サイトにいるオペレータからユーザ入力を受け取るように構成される。例えば、制御コンソール２３６は、タッチ画面、一以上のジョイスティック及びボタンのようなディスプレイ及び制御装置を含み得る。コントロールセンター２０２におけるディスプレイ２４０は、遠隔命令及び制御モジュール２１２に結合され、ロボット医療デバイスシステム２０４から受信したデータ及び画像を表示するべく使用され得る。遠隔命令及び制御モジュール２１２は、ロボット医療デバイスシステム２０４から受信した画像を解凍するように構成することができる。
遠隔命令及び制御モジュール２１２はまた、例えば遠隔基準クロック２２０のような時刻同期基準クロックに結合され、遠隔基準クロック２２０から時刻情報を受信する。遠隔基準クロック２２０は、例えば、グランドマスタークロックとすることができる。以下にさらに述べるように、時刻情報は、遠隔サイトと局所サイトとの間の信号及びデータ（例えば命令及び制御信号、並びに画像）の送信における遅延を計算するべく使用され得る。遠隔基準クロック２２０は、アンテナ２３２に結合されて、例えば衛星ベースの時刻源又は外部ネットワークなどの外部時刻源から時刻情報を受信し、遠隔命令及び制御モジュール２１２にタイムスタンプ情報を与える。一実施形態において、時刻情報は、全地球測位システム（ＧＰＳ）から与えられる。他実施形態において、時刻情報は、衛星時刻位置（ＳＴＬ）システムから与えられる。遠隔スイッチ２２４は、遠隔基準クロック２２０に結合されてよい。一実施形態において、遠隔基準クロック２２０、遠隔スイッチ２２４、及び遠隔命令及び制御モジュール２１２は、精密時刻プロトコル（ＰＴＰ）ネットワークを使用する。遠隔命令及び制御モジュール２１２は、制御コンソール２３６から受信した命令及び制御信号にタイムスタンプを付けるべく、遠隔基準クロック２２０からのタイムスタンプ情報を使用する。タイムスタンプが付された命令及び制御信号は、ネットワーク２０６を介して、ロボット医療デバイスシステム２０４における局所命令及び制御モジュール２１４へと送信される。局所命令及び制御モジュール２１４は、その命令及び制御信号を、ネットワーク２０６を経由して、例えば、医療デバイス２４６の動作を制御するべくロボット医療デバイスシステム２０４におけるロボットシステム２４５に与えるように構成される。遠隔基準クロック２２０からの情報に基づいて遠隔命令及び制御モジュール２１２が命令及び制御信号に与えるタイムスタンプは、医療デバイス２４６を使用して行われる医療処置中にネットワーク２０６を経由する命令及び制御信号の送信における遅延を監視及び制御するべく使用される。局所命令及び制御モジュール２１４は、コントロールセンター２０２から命令及び制御信号を受信するときの遅延をタイムスタンプに基づいて決定し、図５に関して後述するように、その遅延量に基づいて適切なアクションを取るように構成される。
局所命令及び制御モジュール２１４並びに局所コントローラ２１８は、局所ファイアウォール２１０に結合されてこれと通信する。一実施形態において、局所ファイアウォール２１０、局所命令及び制御モジュール２１４、並びに局所コントローラ２１８は、別個のハードウェア（例えばコンピュータシステム）に実装される。他実施形態において、局所ファイアウォール２１０、局所命令及び制御モジュール２１４、並びに局所コントローラ２１８は、同じコンピュータシステム上の別個のソフトウェアコンポーネント又は論理サブシステムコンポーネントとして実装される。ソフトウェアコンポーネント又は論理サブシステムコンポーネントは、例えば、マイクロカーネル、仮想マシン、又はリアルタイム拡張を有する従来のオペレーティングシステムを使用して達成することができる。他実施形態において、局所コントローラ２１８及び局所ファイアウォール２１０は、局所命令及び制御モジュール２１４上で実行されるソフトウェアプログラムとして実装されてよい。局所命令及び制御モジュール２１４はまた、ロボット医療デバイスシステムの制御コンソール２３８から命令及び制御信号を受信してよい。制御コンソール２３８は、局所サイトにおけるロボット医療デバイスシステム２０４の操作のために、局所サイトにいるオペレータからユーザ入力を受け取るように構成される。例えば、制御コンソール２３８は、タッチ画面、一以上のジョイスティック及びボタンのようなディスプレイ及び制御装置を含み得る。ディスプレイ２４１は、局所命令及び制御モジュール２１４に結合され、データ及び画像を表示するべく使用され得る。局所命令及び制御モジュール２１４はまた、撮像システム２４８から画像を受信し、患者センサ２５０から血行動態データを受信する。ロボット医療デバイスシステム２０４が、図２及び３に関して上述したカテーテル処置システムである一実施形態において、局所コントローラ２１８は、第１、第２のモニタ１２０、１２２又はタッチ画面１２４に結合されてよい。撮像システム２４８からの画像は、第１のビデオキャプチャ及びスケーリングデバイス２４２を使用してキャプチャ及びスケーリングされてよく、血行動態データは、第２のビデオキャプチャ及びスケーリングデバイス２４４を使用してキャプチャ及びスケーリングされてよい。局所命令及び制御モジュール２１４は、コントロールセンター２０２に送信する前に画像データを圧縮するように構成されてよく、局所コントローラ２１８は、コントロールセンター２０２に送信する前に血行動態データを圧縮するように構成されてよい。他実施形態において、局所命令及び制御モジュール２１４は、血管内超音波（ＩＶＵＳ）システム２５４に結合され、このＩＶＵＳシステム２５４からデータを受信する。ＩＶＵＳシステム２５４からのデータは、コントロールセンター２０２へと送信される。
局所命令及び制御モジュール２１４はまた、例えば局所基準クロック２２６のような時刻同期基準クロックに結合されて局所基準クロック２２６から時刻情報を受信する。局所基準クロックは、例えば、グランドマスタークロックとしてよい。時刻情報は、遠隔サイトと局所サイトとの間の信号及びデータ（例えば命令及び制御信号、並びに画像）の送信における遅延を計算するべく使用され得る。局所基準クロック２２６は、アンテナ２３４に結合され、例えば衛星ベースの時刻源のような外部時刻源から時刻情報を受信し、タイムスタンプ情報を局所命令及び制御モジュール２１４に与える。一実施形態において、時刻情報は、全地球測位システム（ＧＰＳ）から与えられる。他実施形態において、時刻情報は、衛星時刻位置（ＳＴＬ）システムから与えられる。局所スイッチ２３０は、局所基準クロック２２６に結合されてよい。一実施形態において、局所基準クロック２２６、局所スイッチ２３０、並びに局所命令及び制御モジュール２１２は、精密時刻プロトコルネットワークを使用する。局所命令及び制御モジュール２１４は、局所基準クロック２２６からのタイムスタンプ情報を使用して、第１のビデオキャプチャ及びスケーリングデバイス２４２から受信した画像データにタイムスタンプを付ける。他実施形態において、局所コントローラ２１８は、局所基準クロック２２６からのタイムスタンプ情報を使用し、第２のビデオキャプチャ及びスケーリングデバイス２４４から受信した血行動態データにタイムスタンプを付けることができる。タイムスタンプが付された画像及び血行動態データは、ネットワーク２０６を介して、コントロールセンター２０２における遠隔命令及び制御モジュール２１２に送信することができる。遠隔命令及び制御モジュール２１２は、画像をコントロールセンター２０２におけるディスプレイ２４０に与え、血行動態データをディスプレイ２４０又はコントロールセンター２０２における他のディスプレイに与えるように構成される。局所基準クロック２２６からの情報に基づいて局所命令及び制御モジュール２１４が画像及び血行動態データに与えるタイムスタンプは、ロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６を制御するべくコントロールセンター２０２を使用して実行される医療処置の間に、ネットワーク２０６を経由した画像及び血行動態データの送信における遅延を監視及び制御するために使用されてもよい。画像及び／又は血行動態データの送信における遅延に基づいて、通信及び制御システム２００の様々なコンポーネントが、又はコントロールセンター２０２とロボット医療デバイスシステム２０４との間を通るシステム制御が、一時停止又は休止され得る。
上述のように、コントロールセンター２０２は、精密時刻プロトコルを使用し得る遠隔基準クロック２２０を含み、ロボット医療デバイスシステム２０４は、精密時刻プロトコルを使用し得る局所基準クロック２２６を含む。遠隔基準クロック２２０及び局所基準クロック２２６は、共通外部時刻源、例えばＧＰＳ又はＳＴＬのような衛星に基づく時刻源と通信して時刻情報を受信することができる。この実施形態は有利なことに、コントロールセンター２０２とロボット医療デバイスシステム２０４とがネットワーク２０６（例えばインターネット）上のセキュアトンネルを経由して通信し、安全かつセキュアな動作を保証するべく命令遅延及び往復遅延を計算することを可能にする。各サイトは、時刻同期のために専用の基準クロック（例えば基準クロック２２０、２２６それぞれ）、及び独立したイーサネット（登録商標）ネットワークを使用する。本実施形態において同期を目的としてＮＴＰ（ネットワークタイムプロトコル）又はＰＴＰのいずれかを使用してよい。しかしながら、ＰＴＰネットワークはＮＴＰよりも良好な同期を許容し得る。分離されたネットワーク上の各サイトにおいて専用の基準クロックを使用するもう一つの利点は、インターネットにアクセス可能な時刻基準を狙ったネットワーク攻撃の攻撃表面をなくすことである。そのような脆弱性は、ＧＭＣを利用不能にするサービス拒否（ＤｏＳ）、並びに命令及び制御モジュールを攻撃者の制御下に置くスタックオーバーフローを含むが、これらに限られない。図１６を参照して以下にさらに説明するように、一実施形態において、高いレベルのセキュリティ、及び通信に対する最小の遅延影響を目的として、秘密鍵を有する２つのノード間に専用ハードウェアを有するＩＰＳｅｃ暗号化トンネルを確立するべく、ファイアウォールを使用することができる。
他実施形態において、コントロールセンター２０２及びロボット医療デバイスシステム２０４は、これら自体の基準クロックを含まなくてもよい。むしろ、コントロールセンター２０２及びロボット医療デバイスシステム２０４は、ＮＴＰを利用するように構成され、単一ネットワークグランドマスタークロックと通信して時刻情報を受信する。上述のように、時刻情報は、命令及び制御信号並びに他のデータ（例えば画像及び血行動態データ）のためのタイムスタンプを生成するべく使用され得る。一実施形態において、タイムスタンプは、複数の命令及び制御信号の総和の送信における遅延を決定するべく、共通時刻源（例えばＧＰＳ又はＳＴＬ）によって与えられる。他実施形態において、タイムスタンプは、複数の命令及び制御信号の総和の送信における遅延を決定するべく、単一の時刻源（例えばネットワークのマスタークロック又は内部クロック）によって与えられる。この実施形態において、「遠隔」サイトからのタイムスタンプが使用され、その後、このタイムスタンプが「局所」サイトからの画像送信から戻るように受信されると、往復の命令及び制御信号並びに画像の遅延が計算される。
上述のように、コントロールセンター２０２は、ロボット医療デバイスシステム２０４及び局所サイトにある他のシステム及びデバイスを操作及び制御するべく、遠隔サイトにいるオペレータによって使用されてよい。一実施形態において、コントロールセンター２０２は、ネットワーク２０６を経由して、撮像システム２４８又は造影剤注入システム２５２に命令及び制御信号を与えることができる。例えば、コントロールセンター２０２は、撮像システム２４８による画像キャプチャを制御するべく使用することができる。他例において、コントロールセンター２０２は、造影剤注入システム２５２による造影剤注入を制御するべく使用することができる。他例において、コントロールセンター２０２は、吸引ポンプの作動又はステント型塞栓回収器の展開を制御するべく使用することができる。
コントロールセンター２０２はテレプレゼンスモジュール２６０を含み、ロボット医療デバイスシステム２０４はテレプレゼンスモジュール２６２を含む。テレプレゼンスモジュール２６０、２６２はそれぞれが、遠隔サイトにいるオペレータと局所サイトにいるユーザ又は局所スタッフとの間のオーディオ及びビデオ通信（例えばテレプレゼンス、遠隔会議）を与えるように構成される。一実施形態において、図４に示すように、テレプレゼンスモジュール２６０、２６２はスタンドアロンモジュールであり、遠隔ファイアウォール２０８及び局所ファイアウォール２１０それぞれに結合されてよい。他実施形態において、テレプレゼンスモジュール２６０、２６２の要素は、遠隔コントローラ２１６又は局所コントローラ２１８のそれぞれにおいて実行されるソフトウェアプログラムとしてよい。テレプレゼンスモジュール２６０及び２６２は、例えば、ビデオカメラ、モニタ、スピーカ及びマイクロフォンを含み得る。一実施形態において、遠隔サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６０と局所サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６２との間にビデオ会議を確立することができる。その結果、局所サイトにあるロボットシステム２４５を使用して医療デバイス２４６を操作するべくコントロールセンター２０２を利用する遠隔サイトにいるオペレータが、処置が実行されるときの処置室及びデバイスを見て、局所サイトにおいて処置をサポートする担当者（例えば技師、医師等）と音声及びビデオを介して通信することができる。一実施形態において、コンピュータネットワーク（例えばクラウドネットワーク）を経由してセキュア通信を確立する専用の音声及びビデオ通信システムを使用することにより、遠隔サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６０と局所サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６２との間で音声及びビデオ通信を確立することが
できる。例えば、遠隔サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６０は、遠隔サイトから音声（例えば話し）及びビデオを暗号化されたフォーマット（例えばＳＲＴＰ／ＡＥＳ－１２８）で送信するように構成され、局所サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６２から音声（例えば話し）及びビデオを受信して復号化するように構成されてよい。局所サイトにあるテレプレゼンスモジュール２６２は、音声（例えば話し）及びビデオを局所サイトから暗号化されたフォーマット（例えばＳＲＴＰ／ＡＥＳ－１２８）で送信するように構成され、遠隔サイトのテレプレゼンスモジュール２６０から音声（例えば話し）及びビデオを受信して復号化するように構成されてもよい。テレプレゼンスモジュール２６０とテレプレゼンスモジュール２６２との間のシグナリング及びルーティングは、クラウドネットワークを使用して確立することができる。一実施形態において、暗号化された音声及びビデオデータは、遠隔ファイアウォール２０８と局所ファイアウォール２１０との間で、さらなる暗号化なしに送信されてよい（例えば音声及びビデオデータはホワイトリスト化されてよい）。
図５は、一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムの動作を制御する方法を示す。図４及び５を参照すると、ブロック３０２において、命令及び制御信号が、例えば局所サイトにある局所命令及び制御モジュール２１４によって、遠隔サイトにあるコントロールセンター２０２から受信される。ブロック３０４において、命令及び制御信号の受信における遅延が、例えば、局所命令及び制御モジュール２１４によって、タイムスタンプ情報に基づいて決定される。ブロック３０６において、遅延がしきい値と比較される。一実施形態において、しきい値は、例えば２５０ｍｓのようなユーザに知覚可能なものに基づく既定の値である。以下にさらに説明する他実施形態において、しきい値は、ブロック３１６において、ロボット医療デバイスシステムの少なくとも一つのパラメータ、例えば、ロボット医療デバイスシステムによって実行される処置、患者の解剖学的構造、医療デバイスのタイプ、及び医療デバイスのロケーション、に基づいて決定される。ブロック３０８において遅延がしきい値より大きい場合、修正アクションがブロック３１４において実行され得る。一実施形態において、ロボット医療デバイスシステム２０４の医療デバイス２４６及び他の構成要素が一時停止又は停止され得る。一時停止の一例において、遅延がしき値より大きく、その後、遅延がしきい値を下回る場合、デバイス又はコンポーネントが一時停止される。その後、ひとたび遅延がしきい値を上回ると、動きを再開することができる。他例において、遅延が大きすぎる場合、デバイス又はコンポーネントの動きは、動作を再開する程度に十分に遅延が小さくなるまで、一時停止することができる。他実施形態において、ロボット医療デバイスシステムのコンポーネントの（例えば前進、後退又は回転中の）速さ又は速度を遅くすることができる。ネットワーク接続が失われた場合、又はネットワーク２０６の速さが既定の速度よりも遅くなった場合、コントロールセンター２０２は、ロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御をロボット医療デバイスシステム２０４に戻してもよい。また、緊急停止装置を設けて、局所サイトにいるユーザが緊急時の処置を停止できるようにしてもよい。一実施形態において、しきい値は一定範囲のしきい値である。コントロールセンター２０２がロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を有し、かつ、命令及び制御信号の遅延が第１のしきい値よりも大きいが第２のしきい値よりも小さい場合、コントロールセンター２０２の制御コンソール２３６（例えばジョイスティック）は無効にされてもよいが、制御コンソール２３６はロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を維持する。コントロールセンター２０２がロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を有し、かつ、命令及び制御信号の遅延が第２のしきい値より大きい場合、コントロールセンター２０２は無効にされ得る。
ブロック３０８において、命令及び制御信号の遅延がしきい値未満の場合にコントロールセンター２０２がロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を有するとき、コントロールセンター２０２の制御コンソール２３６は、ブロック３１０においてロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６を含むロボット医療デバイスシステム２０４を制御及び操作するべく使用される。ブロック３１２において、コントロールセンター２０２によって制御されているときの医療デバイス２４６の速度は、命令及び制御信号の遅延に基づいて調整され得る。コントロールセンター２０２がロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を有し、かつ、命令及び制御信号の遅延（ｔｄｅｌａｙ）が既定量（ｔｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ）未満であるがゼロより大きい場合、制御コンソール２３６（例えばジョイスティック）から受信された命令及び制御信号から命令された速度（ｖｃｏｍｍａｎｄ）は、遅延が既定量に向かって増加するにつれて医療デバイス２４６の速度（ｖｄｅｖｉｃｅ）が減少するようにスケーリングされる。医療デバイスの速度は以下のように与えられる。
［式（１）］
Figure 0007267306000001
例えば、遅延ｔｄｅｌａｙが既定量ｔｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄの半分に等しい場合、デバイスの速度ｖｄｅｖｉｃｅは命令速度ｖｃｏｍｍａｎｄの半分となる。遅延ｔｄｅｌａｙの増加に伴い医療デバイス２４６を遅くすることが、システムの安定性を確保してデバイス制御に関連付けられるリスクを緩和するべく、例えば医療デバイスの過度な前進又は後退を回避するべく、使用され得る。遅延ｔｄｅｌａｙが既定量ｔｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄよりも大きい場合（ブロック３０８）、医療デバイスの速度ｖｄｅｖｉｃｅはゼロになって医療デバイス２４６の動きが停止される（ブロック３１４）。他実施例において、医療デバイスの速度ｖｄｅｖｉｃｅは、ネットワーク遅延の合計に基づいて調整され得る。ネットワーク遅延の合計は、命令及び制御信号の遅延ｔｄｅｌａｙ、及びロボット医療デバイスシステム２０４から受信される画像の遅延ｔｉｍａｇｅｄｅｌａｙを含む。デバイスの速度は以下のように与えられる。
［式（２）］
Figure 0007267306000002
ネットワーク遅延の合計ｔｔｏｔａｌ＝（ｔｄｅｌａｙ＋ｔｉｍａｇｅｄｅｌａｙ）に基づく医療デバイスの命令速度（ｖｃｏｍｍａｎｄ）により、医療デバイスの位置制御のための安定した動作及びロバストな性能が確保され得る。上述の命令速度をスケーリングする様々な実施形態を、いかなる合計遅延にかかわらず安定性を確保するべくチューニングすることができる。遅延が未知の場合、当該遅延が大きすぎると不安定性が生じ得る。固定された合計遅延のもとでの開ループシステムの周波数応答は、以下のように与えられる。
［式（３）］
Figure 0007267306000003
ナイキスト安定性基準から、直結比例フィードバックに対して安定性を確保するにはネットワーク遅延の合計は、次の制約、すなわちｔｔｏｔａｌ≦π／２秒を満たす必要がある。上記の式（２）のスケーリングを使用すると、ｔｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ＝π／２のとき、以下の周波数応答が得られる。
［式（４）］
Figure 0007267306000004
他実施形態において、ｔｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄに対する他の最適値が計算されて式（２）のスケーリングにおいて使用されてよい。式（４）より、利得マージンが今や直結比例フィードバックに対して無限大であるから、比例直結フィードバックに対する安定性が確保され得る。安定性を確保するべく、他の方法も、フィードバック遅延の知識を有する同様の態様で使用してよい。医療デバイスの位置を制御するべく速度命令を使用する場合と同様に、フィードバック遅延の知識なしに安定性を確保するために波動変数を使用するアプローチの一例が、「受動性を使用したネットワーク制御システムの設計」N. Kottenstette, J. F. Hall, X. Koutsoukos, J. Sztipanovits and P. Antsaklis, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 21, no. 3, pp. 649-665, May 2013に記載されており、その全体が参照によりここに組み入れられる。
上述のように、ブロック３１６において、遅延しきい値は、ロボット医療デバイスシステム２０４の少なくとも一つのパラメータに基づいて決定され得る。このパラメータは、例えば、処置がロボット医療デバイスシステムによって実行されることを含む。例えば、ロボット医療デバイスシステム２０４は、細長い医療デバイス（例えばカテーテル、ガイドワイヤ、バルーンカテーテル、マイクロカテーテル等）の動き及び動作を制御するカテーテル処置システムとしてよい。許容可能な遅延量は、カテーテル処置システムの様々なパラメータに応じて変化し得る。遅延しきい値（すなわち許容可能な遅延量）は、例えば、行われる処置のタイプ、患者の解剖学的構造、細長い医療デバイスのタイプ（例えばカテーテル、バルーンカテーテル、ガイドカテーテル、ガイドワイヤ、マイクロカテーテル）、細長い医療デバイスのロケーション、細長い医療デバイス（例えばデバイスの先端又は遠位端）と標的ロケーションとの間の距離、又は細長い医療デバイスにより行われる動きのタイプ（例えば前進、回転、後退）に基づく。例えば、細長い医療デバイス（例えば細長い医療デバイスの先端）が標的ロケーションからさらに離れている場合、細長い医療デバイスが引っ込められている場合、又は細長い医療デバイスがワイヤ（例えばマイクロカテーテル又はバルーンカテーテル）又はガイドワイヤ上を移動するデバイスである場合、長い遅延が許容され得る。
一実施形態において、遠隔コントローラ２１６（図４に示す）及び局所コントローラ２１８（図４に示す）はそれぞれが、同様のグラフィカルユーザインタフェイスを生成及び表示する。図６は、一実施形態に係るコントロールセンターのための典型的なグラフィカルユーザインタフェイスを示し、図７は、一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムのための典型的なグラフィカルユーザインタフェイスを示す。図６及び７において、図示のグラフィカルユーザインタフェイス４６０、４６２は、典型的なカテーテル処置システムの制御を目的とする。コントロールセンターのためのグラフィカルユーザインタフェイス４６０、及びロボット医療デバイスシステムのためのグラフィカルユーザインタフェイス４６２は、例えば、同じ測定値、速度、保存された設定値、及びコントロールコンソールのどの制御が、アクティブサイト（すなわち遠隔サイトにあるコントロールセンター又は局所サイトにあるロボット医療デバイスシステムのいずれか）において作動されているか、を示すように構成される。各グラフィカルユーザインタフェイス４６０、４６２は、ロボット医療デバイスシステムから制御コンソールへ送信される画像遅延４６４、４６６、及びコントロールセンターからロボット医療デバイスシステムへの命令及び制御信号遅延４６８、４７０を表示する。
図４に関して上述したように、コントロールセンター２０２のディスプレイ２４０は、ネットワーク２０６を経由してロボット医療デバイスシステム２０４から受信したデータ及び画像を表示するべく使用することができる。図８は、一実施形態に係るロボット医療デバイスシステムのためのデータ及び画像の典型的な表示を示す。ディスプレイ５００は、例えば、処置を行うべくロボット医療デバイスの動作に関連する血行動態データ５０２、基準画像５０６及びライブ画像５０８のような、ロボット医療デバイスシステム２０４においてキャプチャされたデータ及び画像を含む。詳しくは、図８に示す実施形態において、データ及び画像はカテーテル処置に関する。ロボット医療デバイスシステム２０４は、遠隔サイトにあるコントロールセンター２０２に送信するための、ディスプレイ５００の関心セクション又は領域を選択するように構成され得る。したがって、ディスプレイ５００は、例えば、血行動態データ５０２、基準画像５０６及びライブ画像５０８が別個に送信されるようにクロップされてよい。選択される関心セクション又は領域は、送信のために所望の情報をキャプチャするべく任意の形状を有してよい。ディスプレイ５００をクロップすることにより、画像及びデータを送信するのに必要な帯域幅を低減することができる。図９は、一実施形態に係る血行動態データを含む選択された関心領域を有する遠隔サイトのコントロールセンターのための典型的な表示を示す。図９において、ディスプレイ６００は、ロボット医療デバイスシステム２０４から受信された血行動態データを含む。他実施形態において、遠隔コントローラ２１６及びディスプレイ２４０は、図１０に示すように、オペレータが、ライブ画像データ（例えば、カテーテル処置のためのＸ線透視画像データ）の既定時間（例えば１０秒）まで、選択的に循環バッファするのを許容するように構成されてよい。例えば、ユーザは、キャプチャを開始して再生のための既定時間の循環バッファを作成するための制御を作動させてよい。図１０に示される実施形態において、ディスプレイ７００に示される再生画像は、ライブ画像７０４と同じ尺度にスケーリングされる。再生画像７０２は、毎秒既定フレーム数のリアルタイムであってよい。一実施形態において、オペレータが再生画像７０２を一時停止し、前に進み、後に戻ることを可能にする制御が与えられる。再生画像は、例えば、ロードマップの生成を容易にして当該ケースの進行をキャプチャするべく使用され得る。
他実施形態において、遠隔サイトにある（例えば図４に示されるディスプレイ２４０上の）画像の表示は、図１４に示されるように、画像遅延時間、並びに命令及び制御信号遅延時間を表示するように構成されてよい。図１４において、ディスプレイ１１００は、再生画像１１０２及びライブ画像１１０４を含む。ライブ画像の表示は、ロボット医療デバイスシステムから制御コンソールへ送信された画像の遅延１１０６の表示と、コントロールセンターからロボット医療デバイスシステムへの命令及び制御信号の遅延１１０８とを含む。他実施形態において、遠隔サイトにある（例えば図４に示されるディスプレイ２４０上の）画像の表示は、図１５に示されるように、合計遅延を表示するように構成されてもよい。合計遅延は、画像遅延時間と命令及び制御信号遅延時間の総和である。図１５において、ディスプレイ１２００は、再生画像１２０２及びライブ画像１２０４を含み、このライブ画像は、局所サイトにおいてロボット医療デバイスシステム２０４に関連する撮像システムによって取得された画像の合計遅延及びフレームレートのような、処置に関する追加のライブ情報を含み得る。一実施形態において、再生画像１２０２は、画像がキャプチャされた後に関心領域までスクロールされ得る。ライブ画像１２０４の表示は、合計遅延１２０６及びフレームレート１２０８の表示を含む。フレームレート１２０８は、受信フレーム数／秒に関して計算され得る。合計遅延１２０６及びフレームレート１２０８は、これらの値のビューアーの認知を改善するべく、リアルタイムで更新されてよく、及び／又は適切な帯域幅にフィルタリングされてよい。
図４に関して上述したように、通信及び制御システム２００は、遠隔サイトにいるオペレータ（例えば医師）が、局所サイトにあるロボット医療デバイスシステム２０４を制御及び操作できるように構成される。通信及び制御システム２００はまた、局所サイトのオペレータがロボット医療デバイスシステム２０４を制御及び操作することを可能にするように構成される。制御管理プロセスは、コントロールセンター２０２又はロボット医療デバイスシステム２０４がロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を有するか否かを管理するために与えられる。制御管理システムは、例えば遠隔サイトと局所サイトとの間のデッドロックを防止するように構成される。一実施形態において、コントロールセンター２０２又はロボット医療デバイスシステム２０４が処置を行う動作の制御を有するか否かを決定するべく制御トークンが使用される。制御トークンは、ソフトウェアに実装される仮想トークンである。制御トークンを所有するシステム（例えばコントロールセンター２０２又はロボット医療デバイスシステム２０４のいずれか）は、ロボット医療デバイスシステム２０４のロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６の制御を与えられ、他のシステムは、ロボットシステム２４５及び医療デバイス２４６を制御することが無効及び防止される。第１の状態において、制御トークンは「フリー」であり、コントロールセンター２０２又はロボット医療デバイスシステム２０４のいずれかによって取得可能である。図１１は、一実施形態に係る、コントロールセンター又はロボット医療デバイスシステムのいずれもがロボット医療デバイスを制御していない場合の典型的なユーザインタフェイスを示す。図示のグラフィカルユーザインタフェイス８０２、８０４は、典型的なカテーテル処置システム（例えば図２及び３に示されるカテーテル処置システム１００）の制御を目的とする。制御トークンが「フリー」の場合、ロボット医療デバイスシステムは制御トークンなしの状態であり、このロボット医療デバイスシステムは、例えば、ロボット医療デバイスシステムのためのグラフィカルユーザインタフェイス８０２における「すべて有効」ボタンを作動させることによって制御トークンを取得して制御を得ることができる。コントロールセンターはまた、制御トークンなしであり、例えば、コントロールセンターのためのグラフィカルユーザインタフェイス８０４におけるロボット医療デバイスシステムのための「ＲＣＬ無効」ボタンを作動させることによって制御を得ることができる。一実施形態において、グラフィカルユーザインタフェイス８０４の「すべて有効」ボタンは、コントロールセンターが制御を有しないことを示す背景又は色で示されてよく、例えば、ボタンのテキスト及び背景をグレーアウトさせてよい。
第２の状態において、制御トークンはロボット医療デバイスシステム２０４によって取得されている。図１２は、一実施形態に係る、ロボット医療デバイスシステムがロボット医療デバイスを制御している場合の典型的なユーザインタフェイスを示す。図示のグラフィカルユーザインタフェイス９０２、９０４は、典型的なカテーテル処置システム（例えば、図２及び３に示されるカテーテル処置システム１００）の制御を目的とする。制御トークンがロボット医療デバイスシステムによって受け取られると、ロボット医療デバイスシステムは制御を与えられ、ロボット医療デバイスを操作するべく使用され得る。図１２において、ロボット医療デバイスシステムが制御トークンにより制御を得た場合、「すべて有効」ボタンは無効にされ、ロボット医療デバイスシステムのためのグラフィカルユーザインタフェイス９０２において「すべて無効」に変更される。オペレータは、「すべて無効」ボタンを作動させることによって、制御トークンを「フリー」に戻すことができる。コントロールセンターのためのグラフィカルユーザインタフェイス９０４において、ロボット医療デバイスシステムのための「無効」ボタンは無効にされる。一実施形態において、グラフィカルユーザインタフェイス９０４の「すべて有効」ボタン及び「ＲＣＬ有効」ボタンは、コントロールセンターが制御を有しないことを示す背景又は色で示されてよく、例えば、ボタンのテキスト及び背景をグレーアウトさせてよい。
第３の状態において、制御トークンは、コントロールセンター２０２によって受け取られている。図１３は、一実施形態に係る、コントロールセンターがロボット医療デバイスを制御している場合の典型的なユーザインタフェイスを示す。図示のグラフィカルユーザインタフェイス１００２、１００４は、典型的なカテーテル処置システム（例えば図２及び３に示されるカテーテル処置システム１００）の制御を目的とする。制御トークンがコントロールセンターによって受け取られると、コントロールセンターは制御を与えられ、ロボット医療デバイスを操作するべく使用され得る。図１３において、コントロールセンターが制御トークンにより制御を得た場合、「すべて有効」ボタンは、コントロールセンターのためのグラフィカルユーザインタフェイス１００４において有効にされる。加えて、コントロールセンターのためのグラフィカルユーザインタフェイス１００４における「ＲＣＬ無効」が有効にされる。一実施形態において、グラフィカルユーザインタフェイス１００４の「ＲＣＬ無効」ボタンは、コントロールセンターが制御を有することを示すハイライト、背景又は色で示されてよい。例えば、グラフィカルユーザインタフェイス１００４は、「ＲＣＬ無効」の下に下線を伴って示される。他実施形態において、「ＲＣＬ無効」ボタンは、緑色のような色で示される。ロボット医療デバイスシステムのためのグラフィカルユーザインタフェイス１００２において、「すべて有効」ボタンが無効にされると、ロボット医療デバイスシステムは制御トークンを受け取ることができない。一実施形態において、グラフィカルユーザインタフェイス１００２の「すべて有効」ボタンは、ロボット医療デバイスシステムが制御を有しないことを示す背景又は色で示されてよく、例えば、ボタンのテキスト及び背景をグレーアウトさせてよい。
一実施形態において、コントロールセンター又はロボット医療デバイスシステムのうちの一方が制御トークンを有する第２及び第３の状態において、制御トークンなしのサイトは、要求トークン又は強制要求トークンを有し得る。要求トークン又は強制要求トークンは、ソフトウェアに実装される仮想トークンである。要求トークン及び強制要求トークンは、制御を要求するため、又は制御の変更を強制するために使用され得る。例えば、コントロールセンターが制御トークンを有する場合、ロボット医療デバイスシステムは、制御トークンを「フリー」として当該制御トークンをロボット医療デバイスシステムが受け取ることができるようにすることを要求するべく、要求トークンをコントロールセンターに送信することができる。コントロールセンターは、要求トークンの受信に応答して、例えば、制御トークンを「フリー」にし、制御トークン又はタイムアウトを保持することを選択し、及び制御トークンを保持することができる。他例において、コントロールセンターが制御トークンを有する場合、ロボット医療デバイスシステムは、強制要求トークンをコントロールセンターに送信して、制御トークンを「フリー」にしてロボット医療デバイスシステムが制御トークンを取得できるようにすることを要求することができる。コントロールセンターは、強制要求トークンに応答して、例えば、制御トークンを「フリー」にし、制御トークン又はタイムアウトを保持することを選択し、及び制御トークンを手放すことができる。
図３及び４に関して上述したように、多数のコントロールセンター２０２は、ネットワーク２０６を介して多数のロボット医療デバイスシステム２０４と通信してよい（例えば多対多構成）。図１６は、一実施形態に係る多数のコントロールセンター及び多数のロボット医療デバイスシステムの多対多構成のブロック図である。図１６において、第１のコントロールセンター１３０２、第２のコントロールセンター１３０４、第１のロボット医療デバイスシステム１３０６、及び第２のロボット医療デバイスシステム１３０８が、ネットワーク１３５０を経由して通信している。一実施形態において、各サイト（すなわち第１のコントロールセンター１３０２、第２のコントロールセンター１３０４、第１のロボット医療デバイスシステム１３０６及び第２のロボット医療デバイスシステム１３０８）は異なるロケーションにあってもよく、互いから離れていてもよい。第１のコントロールセンター１３０２は第１の遠隔サイトにあり、第２のコントロールセンター１３０４は第２の遠隔サイトにあり、第１のロボット医療デバイスシステム１３０６は第１の局所サイトにあり、第２のロボット医療デバイスシステム１３０８は第２の局所サイトにある。第１のコントロールセンター１３０２は、第１のロボット医療デバイスシステム１３０６又は第２のロボット医療デバイスシステム１３０８のいずれかを制御するべく使用することができる。第２のコントロールセンター１３０４は、第１のロボット医療デバイスシステム１３０６又は第２のロボット医療デバイスシステム１３０８のいずれかを制御するべく使用することができる。第１のコントロールセンター１３０２は第１の遠隔ファイアウォール１３１０を含み、第２のコントロールセンター１３０４は第２の遠隔ファイアウォール１３１２を含み、第１のロボット医療デバイスシステム１３０６は第１の局所ファイアウォール１３１４を含み、第２のロボット医療デバイスシステム１３０８は第２の局所ファイアウォール１３１６を含む。第１の遠隔ファイアウォール１３１０は第１の遠隔コントローラ１３１８に接続され、第２の遠隔ファイアウォール１３１２は第２の遠隔コントローラ１３２０に接続され、第１の局所ファイアウォール１３１４は第１の局所コントローラ１３２２に接続され、第２の局所ファイアウォール１３１６は第２の局所コントローラ１３２４に接続される。第１の遠隔ファイアウォール１３１０は、ＬＡＮポート１３３４及びＷＡＮポート１３３６を含む。第２の遠隔ファイアウォール１３１２は、ＬＡＮポート１３３２及びＷＡＮポート１３３０を含む。第１の局所ファイアウォール１３１４は、ＬＡＮポート１３４０及びＷＡＮポート１３３８を含む。第２の局所ファイアウォール１３１６は、ＬＡＮポート１３２６及びＷＡＮポート１３２８を含む。
ファイアウォール１３１０、１３１２、１３１４及び１３１６は、他のサイトとのセキュア接続を確立し、及び他のサイトとのセキュア接続を切断するように構成される。好ましくは、セキュア接続を確立し及び安セキュア接続を切断することの制御及び管理は、各ファイアウォールによって自動的に取り扱われ、各サイトにおける他のハードウェア及びソフトウェア機能からの分離が維持される。一実施形態において、コマンドラインインタフェイス（ＣＬＩ）及びセキュアシェル（ＳＳＨ）プロトコルを使用して、２つのサイト間のセキュア接続を確立する。この実施形態において、各ファイアウォール１３１０、１３１２、１３１４及び１３１６は、固有の静的ＩＰアドレスを有する。以下の説明は、第２のコントロールセンター１３０４と第２のロボット医療デバイスシステム１３０８との間のセキュア接続を確立することを記載するが、ここに記載される方法は、多対多構成における複数のサイトの任意の組み合わせ間の接続を確立及び切断するべく使用され得る。一実施形態において、集中型アプローチが使用される。集中型アプローチにおいて、第２のコントロールセンター１３０４のＷＡＮポート１３３０及び第２のロボット医療デバイスシステム１３０８のＷＡＮポート１３２８が、ＳＳＨログインのために開放される。この設定において、いずれかのサイト（例えば第２のコントロールセンター１３０４及び第２のロボット医療デバイスシステム１３０８）が、その局所ファイアウォールのＬＡＮポートと他方のサイトのＷＡＮポートとを経由するトンネルを生成し得る。例えば、第２のロボット医療デバイスシステム１３０８の第２の局所コントローラ１３２４は、第２の局所ファイアウォール１３１６の局所ＬＡＮポート１３２６にＳＳＨで接続することができ、第２の局所コントローラ１３２４は、第２のコントロールセンター１３０４の第２の遠隔ファイアウォール１３１２のＷＡＮポート１３３０にＳＳＨで接続してトンネルを確立することができる。他の集中型アプローチの例において、第２のコントロールセンター１３０４の第２の遠隔コントローラ１３２０が、第２のロボット医療デバイスシステム１３０８の第２の局所ファイアウォール１３１６のＷＡＮポート１３２８にＳＳＨ接続することができ、第２のコントロールセンター１３０４の第２の遠隔コントローラ１３２０が、第２の遠隔ファイアウォール１３１２の局所ＬＡＮポート１３３２にＳＳＨ接続することができる。他実施形態において、分散型アプローチが使用される。分散型アプローチにおいて、第２のコントロールセンター１３０４のＷＡＮポート１３３０、及び第２のロボット医療デバイスシステム１３０８のＷＡＮポート１３２８はＳＳＨログインを許可しない。この実施形態において、各サイトは、セキュリティを強化するべくＷＡＮポートをＳＳＨログインに対して閉じたままにしておくことができるように、それぞれの局所ファイアウォールのＬＡＮポートを介して対応するトンネル接続を立ち上げる。例えば、第２の局所コントローラ１３２４はＬＡＮポート１３２６にＳＳＨ接続することができ、第２の遠隔コントローラ１３２０はＬＡＮポート１３３２にＳＳＨ接続することができる。
他実施形態において、パッチパネル上のすべてのサイト（又はノード）間で物理的直接配線が使用されるパッチパネル直接ルーティングを使用して、セキュア接続を確立することができる。特定のサイトに接続する必要がある場合、接続されているポートを切り替えることができる。さらなる他実施形態において、すべてのサイト（又はノード）に対して２つの静的ＩＰアドレスを使用することによって、セキュア接続を確立することができる。同じ２つの静的ＩＰアドレスが、すべてのサイトのルータにおいて予約される。一のサイトのみが、使用されているときはシステムに（ユーザによって）プラグインされ、使用されていないときはイーサネットポートから（ユーザによって）プラグ解除される。他実施形態において、すべてのサイト（又はノード）に対して同じ静的ＩＰアドレスを使用して、セキュア接続を確立することができる。静的ＩＰアドレス及びイーサネットポートマッピングが、ルータ上で手動により再設定され得る。
他実施形態において、２つのファイアウォール間に確立されるセキュアトンネルは、例えばＩＰＳｅｃトンネルのようなセキュア仮想プライベートネットワークである。ＩＰＳｅｃトンネルを確立するべく、一例において、第１のコントロールセンター１３０２及び第１のロボット医療デバイスシステム１３０６が共有鍵を有する。第１のロボット医療デバイスシステム１３０６の第１の局所ファイアウォール１３１４は、第１のコントロールセンター１３０２の第１の遠隔ファイアウォール１３１０に向かうトンネルを立ち上げる。その後、第１の遠隔ファイアウォール１３１０は、第１の局所ファイアウォール１３１４に向かうトンネルを立ち上げる。この例において、いずれのサイトもＷＡＮポートを開いてＳＳＨログインを受け入れることがない。他例において、ＩＰＳｅｃトンネルを確立するべく、第１の局所ファイアウォール１３１４がＳＳＨログオンを許可する。第１の遠隔ファイアウォール１３１０が、ＳＳＨを使用して第１の局所ファイアウォール１３１４にログオンする。その後、第１の遠隔ファイアウォール１３１０が、第１の遠隔ファイアウォール１３１０に向かうトンネルの終端に第１の局所ファイアウォール１３１４を立ち上げる。第１の遠隔ファイアウォール１３１０は、そのトンネルを第１の局所ファイアウォール１３１４に向ける。その後、第１の遠隔ファイアウォール１３１０は、双方のサイトに対する鍵を決定することができる。一実施形態において、すべての局所サイト及び遠隔サイトがそのネットワークロケーションを認識するための、先験的なネットワークトポロジーマップが存在する。
他実施形態において、多対多構成における多数のシステム及び接続の管理は、クラウドコンピューティングを使用して管理することができる。例えば、各サイト（又はノード）のファイアウォールを管理するべく、クラウドベースのインフラストラクチャ管理ソリューションを使用することができる。各ファイアウォール（例えば図１６に示される第１の遠隔ファイアウォール１３１０、第２の遠隔ファイアウォール１３１２、第１の局所ファイアウォール１３１４、及び第２の局所ファイアウォール１３１６）が、インターネット、及び管理に使用されるクラウドに接続される。クラウドベースの管理により、当該サイトの一つにいるオペレータ、又は様々なサイトから別個のロケーションにいるオペレータがファイアウォールを監視及び管理することができる。
上述の方法による通信及び制御システムのためのコンピュータ実行可能命令が、コンピュータ可読媒体の形態で記憶されてよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータのような情報を記憶するための任意の方法又は技術に実装される揮発性及び不揮発性、リムーバブル、並びに非リムーバブルの媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ若しくは他のメモリ技術、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）若しくは他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶装置、又は所望の命令を記憶するために使用することができ、インターネット若しくは他のコンピュータネットワーク形態のアクセスを含む通信及び制御システム１０（図１に示す）によってアクセスすることができる他の媒体を含むが、これらに限定されない。
この書面による説明は、最良の態様を含む本発明を開示するべく、さらには当業者が本発明を製造及び使用することを可能にするべく、複数の例を使用した。特許を受けることができる発明の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到する他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図される。任意のプロセス又は方法ステップの順序及びシーケンスは、代替実施形態に従って変更又は再配列され得る。
本発明の要旨から逸脱することなく、本発明に多くの他の変更及び修正を加えることができる。これら及び他の変更の範囲は、添付の特許請求の範囲から明らかになる。

Claims (31)

  1. 局所サイトにある、細長い医療デバイスを駆動するロボット医療デバイスシステムの動作を制御するべく、遠隔サイトにあるコントロールセンターを使用する方法であって、
    前記ロボット医療デバイスシステムが局所基準クロックを含むと共に前記コントロールセンターが遠隔基準クロックを含むか、又は、前記ロボット医療デバイスシステム及び前記コントロールセンターが共通又は単一の時刻源から時刻情報を受信するように構成され、
    前記コントロールセンターから、前記遠隔基準クロック又は前記時刻情報によるタイムスタンプを含む制御信号を前記ロボット医療デバイスシステムへ送信することと、
    前記ロボット医療デバイスシステムにより、前記タイムスタンプに基づいて前記制御信号の送信における遅延を決定することと、
    ユーザの知覚可能な時間値又は前記ロボット医療デバイスシステムの少なくとも一つのパラメータに基づくしきい遅延値と前記制御信号の遅延とを比較することと、
    前記制御信号の遅延と前記しきい遅延値との比較に基づいて前記ロボット医療デバイスシステムにおいて修正アクションを実行することとを含む、方法。
  2. 前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスの動きを停止させることを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスの動きを一時停止させることを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスの制御を前記遠隔サイトから前記局所サイトへ移すことを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記ロボット医療デバイスシステムから、前記局所基準クロック又は前記時刻情報によるタイムスタンプを含む少なくとも一つの画像のデータを前記コントロールセンターへ送信することと、
    前記コントロールセンターにより、前記タイムスタンプに基づいて前記画像の送信における遅延を決定することと、
    前記制御信号の遅延及び前記画像の遅延の和から合計遅延を決定することとをさらに含み、
    前記制御信号の遅延と前記しきい遅延値とを比較することは、前記合計遅延と前記しきい遅延値とを比較することを含み、
    前記修正アクションを実行することは、前記合計遅延と前記しきい遅延値との比較に基づく、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記制御信号の遅延をディスプレイに表示することをさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記合計遅延をディスプレイに表示することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
  8. 前記ロボット医療デバイスシステムから、前記局所基準クロック又は前記時刻情報によるタイムスタンプを含む少なくとも一つの画像のデータを前記コントロールセンターへ送信することと、
    前記コントロールセンターにより、前記タイムスタンプに基づいて前記画像の送信における遅延を決定することと、
    前記画像の遅延をディスプレイに表示することとをさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
  9. 局所サイトにある、細長い医療デバイスを駆動するロボット医療デバイスシステムの動作を制御するべく、遠隔サイトにあるコントロールセンターを使用する方法であって、
    前記ロボット医療デバイスシステムが局所基準クロックを含むと共に前記コントロールセンターが遠隔基準クロックを含むか、又は、前記ロボット医療デバイスシステム及び前記コントロールセンターが共通又は単一の時刻源から時刻情報を受信するように構成され、
    前記コントロールセンターから前記遠隔基準クロック又は前記時刻情報によるタイムスタンプを含む制御信号を送信して前記ロボット医療デバイスシステムにより受信することと、
    前記ロボット医療デバイスシステムにより、前記タイムスタンプに基づいて前記制御信号の送信における遅延を決定することと、
    前記ロボット医療デバイスシステムの少なくとも一つのパラメータに基づいてしきい遅延値を決定することと、
    前記制御信号の遅延と前記しきい遅延値とを比較することと、
    前記制御信号の遅延と前記しきい遅延値との比較に基づいて前記細長い医療デバイスの修正アクションを実行することとを含む、方法。
  10. 前記ロボット医療デバイスシステムの前記パラメータは、処置のタイプである、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ロボット医療デバイスシステムの前記パラメータは、前記細長い医療デバイスのタイプである、請求項９に記載の方法。
  12. 前記ロボット医療デバイスシステムの前記パラメータは、前記細長い医療デバイスの先端のロケーションである、請求項９に記載の方法。
  13. 前記ロボット医療デバイスシステムの前記パラメータは、前記細長い医療デバイスの動きの方向である、請求項９に記載の方法。
  14. 前記制御信号の遅延が前記しきい遅延値よりも大きい場合、前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスを停止させることを含む、請求項９～１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記制御信号の遅延が前記しきい遅延値よりも大きい場合、前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスの制御を前記コントロールセンターから前記ロボット医療デバイスシステムに変更することを含む、請求項９～１３のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスの速度を調整することを含む、請求項９～１３のいずれか１項に記載の方法。
  17. 前記修正アクションは、前記細長い医療デバイスの前進、後退又は回転の速度を調整することを含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 局所サイトにある、細長い医療デバイスを駆動するロボット医療デバイスシステムの動作を制御するべく、遠隔サイトにあるコントロールセンターを使用する方法であって、
    前記ロボット医療デバイスシステムが局所基準クロックを含むと共に前記コントロールセンターが遠隔基準クロックを含むか、又は、前記ロボット医療デバイスシステム及び前記コントロールセンターが共通又は単一の時刻源から時刻情報を受信するように構成され、
    前記コントロールセンターから前記遠隔基準クロック又は前記時刻情報によるタイムスタンプを含む制御信号を送信して前記ロボット医療デバイスシステムにより受信することと、
    前記ロボット医療デバイスシステムにより、前記タイムスタンプに基づいて前記制御信号の送信における遅延を決定することと、
    ユーザの知覚可能な時間値又は前記ロボット医療デバイスシステムの少なくとも一つのパラメータに基づくしきい遅延値と前記制御信号の遅延とを比較することと、
    前記制御信号の遅延が前記しきい遅延値よりも小さい場合、前記制御信号の遅延に基づいて、前記ロボット医療デバイスシステムが駆動する前記細長い医療デバイスの速度を調整することと、
    前記制御信号の遅延が前記しきい遅延値よりも大きい場合、前記ロボット医療デバイスシステムが駆動する前記細長い医療デバイスの速度をゼロに設定することとを含む、方法。
  19. 前記細長い医療デバイスの速度を調整することは、前記制御信号の遅延が前記しきい遅延値に向かって増加するときに前記細長い医療デバイスの速度を減少させることを含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記細長い医療デバイスの速度は、前記制御信号の遅延をｔ ｄｅｌａｙ 、既定量をｔ ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ 、前記細長い医療デバイスの速度をｖ ｄｅｖｉｃｅ 、前記制御信号に係る命令速度をｖ ｃｏｍｍａｎｄ とすると、
    ［式（１）］
    Figure 0007267306000005
    によって与えられる、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記ロボット医療デバイスシステムから、前記局所基準クロック又は前記時刻情報によるタイムスタンプを含む少なくとも一つの画像のデータを前記コントロールセンターへ送信することと、
    前記コントロールセンターにより、前記タイムスタンプに基づいて前記画像の送信における遅延を決定することと、
    前記制御信号の送信における遅延及び前記画像の送信における遅延の和から合計ネットワーク遅延を決定することとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  22. 前記制御信号の遅延と前記しきい遅延値とを比較することは、前記合計ネットワーク遅延と前記しきい遅延値とを比較することを含み、
    前記細長い医療デバイスの速度を調整することは、前記合計ネットワーク遅延に基づいて前記速度を調整することを含む、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記細長い医療デバイスの速度は、前記制御信号の遅延をｔ ｄｅｌａｙ 、前記画像の遅延をｔ ｉｍａｇｅｄｅｌａｙ 、既定量をｔ ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ 、前記細長い医療デバイスの速度をｖ ｄｅｖｉｃｅ 、前記制御信号に係る命令速度をｖ ｃｏｍｍａｎｄ とすると、
    ［式（２）］
    Figure 0007267306000006
    によって与えられる、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記細長い医療デバイスがカテーテル又はガイドワイヤであり、
    前記ロボット医療デバイスシステムはカテーテル処置システムである、請求項１８～２３のいずれか１項に記載の方法。
  25. 細長い医療デバイスを制御するシステムであって、
    遠隔サイトに配置されたコントロールセンターと、
    局所サイトにある、前記細長い医療デバイスを駆動するロボット医療デバイスシステムとを含み、
    前記コントロールセンターは、
    制御コンソールと、
    前記制御コンソールに接続された第１の命令及び制御モジュールと、
    前記第１の命令及び制御モジュールに接続されて精密時刻プロトコルを使用する第１のクロックとを含み、
    前記第１のクロックは、基準時刻源から時刻データを受信するべく構成され、
    前記ロボット医療デバイスシステムは、前記コントロールセンターと通信し、
    前記第１の命令及び制御モジュールと通信し、前記細長い医療デバイスの駆動を制御する第２の命令及び制御モジュールと、
    前記第２の命令及び制御モジュールに接続されて前記精密時刻プロトコルを使用する第２のクロックとを含み、
    前記第２のクロックは前記基準時刻源から時刻データを受信するべく構成され、
    前記コントロールセンターと前記ロボット医療デバイスシステムとはセキュアトンネルを経由して通信し、
    前記コントロールセンターの前記制御コンソールは、ユーザ入力に従って命令及び制御信号を前記第１の命令及び制御モジュールへ提供するように構成される、システム。
  26. 前記コントロールセンターを複数含むと共に前記ロボット医療デバイスシステムを複数含み、
    前記複数のロボット医療デバイスシステムはそれぞれが、前記複数のコントロールセンターのそれぞれと通信する、請求項２５に記載のシステム。
  27. 前記コントロールセンターはさらに、前記第１の命令及び制御モジュールに接続された第１のファイアウォールを含み、
    前記ロボット医療デバイスシステムはさらに、前記第２の命令及び制御モジュールに接続された第２のファイアウォールを含み、
    前記第１のファイアウォールは前記第２のファイアウォールとのセキュアトンネルを確立するべく構成される、請求項２５又は２６に記載のシステム。
  28. 前記セキュアトンネルはＩＰｓｅｃトンネルである、請求項２５～２７のいずれか１項に記載のシステム。
  29. 前記基準時刻源は衛星ベースの時刻源である、請求項２５～２８のいずれか１項に記載のシステム。
  30. 前記衛星ベースの時刻源は全地球測位システムである、請求項２９に記載のシステム。
  31. 前記衛星ベースの時刻源は衛星時刻位置システムである、請求項２９に記載のシステム。
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