IT202100003422A1

IT202100003422A1 - Metodo per rilevare anomalie operative di un dispositivo master non vincolato di un sistema robotico di tipo master-slave per teleoperazione medica o chirurgica

Info

Publication number: IT202100003422A1
Application number: IT102021000003422A
Authority: IT
Inventors: Massimiliano Simi; Matteo Tanzini; Emanuele Ruffaldi; Ghavifekr Matteo Bagheri
Original assignee: Medical Microinstruments Inc
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-16
Also published as: WO2022175807A1; CN117580535A; AU2022222508A1; BR112023016318A2; US20240227192A9; JP2024506689A; US20240131714A1; KR20230160817A; CA3207779A1; EP4294315A1

Description

?Metodo per rilevare anomalie operative di un dispositivo master non vincolato di un sistema robotico di tipo master-slave per teleoperazione medica o chirurgica?

DESCRIZIONE

SFONDO TECNOLOGICO DELL?INVENZIONE

Campo di applicazione.

La presente invenzione riguarda un metodo per rilevare anomalie operative di un dispositivo master non vincolato di un sistema robotico di tipo master-slave per teleoperazione medica o chirurgica, e un corrispondente sistema robotico di tipo master-slave per teleoperazione medica o chirurgica equipaggiato in modo da eseguire il suddetto metodo.

Descrizione dell?arte nota.

Nel contesto della chirurgia robotica teleoperata, in presenza di sistemi robotici di tipo master-slave per teleoperazione medica o chirurgica, ? molto importante valutare in tempo reale se il dispositivo master ? ben funzionante e opera nelle condizioni previste, atte a garantire efficacia d?azione e sicurezza per il paziente, ed ? altres? importante verificare in tempo reale che il dispositivo master non stia operando in condizioni o situazioni anomale.

Questa esigenza ? sentita sia nell?ambito di dispositivi master con interfaccia non vincolata, rilevata magneticamente o otticamente, sia nell?ambito di dispositivi master con interfaccia meccanicamente vincolata.

Nell?ambito di dispositivi master non meccanicamente vincolati (recentemente emerso come una soluzione efficace e vantaggiosa come ad esempio mostrato nei documenti WO-2019-220407, WO-2019-220408 e WO-2019-220409 della medesima Richiedente) la suddetta esigenza pone sfide tecniche complesse.

In particolare, in un sistema robotico masterslave, in cui il master non ? meccanicamente vincolato n? ? motorizzato, occorre prevenire la trasmissione allo strumento chirurgico (o micro-chirurgico) del dispositivo slave di comandi non intenzionali, derivanti da una situazione operativa incontrollata del dispositivo master, per evitare rischi per il paziente.

I sistemi robotici noti di tipo master-slave per teleoperazione medica o chirurgica, con master non meccanicamente vincolato, non forniscono soluzioni pienamente soddisfacenti alle suddette esigenze, specialmente tenendo conto dei requisiti di sicurezza molto stringenti che derivano dal fatto che ogni anomalia di funzionamento o condizione del dispositivo master pu? individuare conseguenti anomalie nell?operazione del dispositivo slave e dello strumento chirurgico ad esso associato, destinato ad agire sul paziente, con possibili conseguenze. Esempi di soluzioni per chirurgia robotica munite di master non vincolato sono mostrati dai documenti US-2011-118748, in cui il master viene indossato dal chirurgo, e WO-2020-0092170, in cui il corpo del master ha una forma sostanzialmente ovoidale.

Pertanto, in tale ambito ? fortemente sentita l?esigenza di operare procedure di verifica in tempo reale di eventuali condizioni operative anomale del dispositivo master, condotte automaticamente dal sistema di controllo del robot per teleoperazione medica o chirurgica, che siano efficienti e affidabili, al fine di soddisfare gli stringenti requisiti di sicurezza che sono richiesti da tali applicazioni.

SOMMARIO DELL?INVENZIONE

? scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per rilevare anomalie operative di un dispositivo master di un sistema robotico di tipo masterslave per teleoperazione medica o chirurgica, che consenta di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra indicati con riferimento alla tecnica nota, e di rispondere alle summenzionate esigenze particolarmente avvertite nel settore tecnico considerato. Tale scopo ? raggiunto mediante un metodo in accordo alla rivendicazione 1.

Ulteriori forme di realizzazione di tale metodo sono definite dalle rivendicazioni 2-30.

? altres? scopo della presente invenzione quello di fornire un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica equipaggiato per effettuare il suddetto metodo di rilevazione di anomalie.

Tale scopo ? raggiunto mediante un sistema in accordo alla rivendicazione 32.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di fornire un metodo per gestire anomalie riscontrate in un dispositivo master comprendente lo svolgimento del suddetto metodo per la rilevazione di anomalie del dispositivo master. Tale metodo ? definito dalla rivendicazione 31.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del sistema e del metodo secondo l?invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- le figure 1 e 2(a) - 2(b) illustrano parametri geometrici e sistemi di riferimento usati nel metodo della presente invenzione, applicato ad una forma di realizzazione del dispositivo master con struttura ?a pinza?;

- le figure 3(a) e 3(b) illustrano schematicamente transizioni in ingresso (a) e uscita (b) da uno spazio di lavoro del dispositivo master, previsto in una forma di realizzazione del metodo;

la figura 4 illustra schematicamente una forma di realizzazione di un sistema teleoperato, secondo la presente invenzione, a cui ? associato almeno uno spazio di lavoro di dispositivo master;

la figura 4bis illustra schematicamente un?altra forma di realizzazione di un sistema teleoperato avente uno spazio di lavoro di dispositivo master;

le figure 5, 5bis, 5ter, 6, 6bis, 6ter illustrano schematicamente alcune forme di realizzazione del suddetto spazio di lavoro di dispositivo master;

le figure 7 e 8 illustrano schematicamente alcune anomalie rilevabili sulla base della velocit? del dispositivo master, secondo alcune forme di realizzazione del presente metodo;

- le figure 9 e 9bis illustrano schematicamente alcune forme di realizzazione del suddetto spazio di lavoro di dispositivo master;

- la figura 10 illustra schematicamente una forma di realizzazione del dispositivo master.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure 1-10, viene descritto un metodo per individuare e riconoscere e/o discriminare almeno una condizione di anomalia nell?uso di un dispositivo master impugnabile, destinato ad essere tenuto (o sostenuto) in mano dall?operatore, e meccanicamente non vincolato (cio? meccanicamente non collegato a terra), utilizzato per il controllo di un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica.

Tale metodo comprende le fasi di rilevare, mediante uno o pi? sensori, il vettore posizione di almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, oppure di un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master; e quindi individuare e riconoscere e/o discriminare almeno una condizione di anomalia rilevabile sulla base del suddetto almeno un vettore posizione rilevato, o sulla base di almeno una componente dell?almeno un vettore posizione rilevato.

Le suddette anomalie rilevabili comprendono almeno un posizionamento non corretto del dispositivo master rispetto ad un predefinito spazio di lavoro del dispositivo master.

Ciascuna di tali anomalie rilevabili ? associata ad almeno un cambio di stato del sistema da effettuarsi in caso di rilevazione dell?anomalia, in cui tale almeno un cambio di stato comprende l?uscita dallo stato di teleoperazione.

Secondo un?opzione implementativa, la fase di individuare comprende individuare l?almeno una condizione di anomalia rilevabile sulla base di almeno una componente del suddetto vettore posizione rilevato.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di rilevare, mediante i suddetti uno o pi? sensori, l?evoluzione nel tempo del suddetto vettore posizione.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo viene eseguito nel contesto di un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprendente i suddetti dispositivo master e dispositivo slave, e comprendente inoltre una unit? di controllo.

Il dispositivo master ? meccanicamente non collegato a terra e idoneo per essere tenuto in mano da un chirurgo durante un intervento chirurgico, ed ? configurato per rilevare un comando manuale del chirurgo e generare un rispettivo primo segnale elettrico di comando.

L?almeno un assieme robotico slave comprende almeno uno strumento chirurgico slave configurato per operare sull?anatomia di un paziente, in maniera controllata dal dispositivo master, in modo che il movimento del dispositivo master si traduca in un rispettivo movimento, voluto e controllato, del dispositivo slave.

L?unit? di controllo, dotata di elaboratore elettronico, ? configurata per ricevere il suddetto primo segnale elettrico di comando dal dispositivo master, generare un secondo segnale elettrico di comando, sulla base del primo segnale elettrico di comando, e fornire il secondo segnale elettrico di comando all?assieme robotico slave, per attuare l?almeno uno strumento chirurgico slave.

Inoltre, l?unit? di controllo ? operativamente collegata ai suddetti uno o pi? sensori per ricevere almeno un terzo segnale elettrico, o per ricevere detto primo segnale elettrico, rappresentativi del vettore posizione rilevato e/o della relativa evoluzione temporale, ed ? configurata per eseguire le suddette fasi di individuare almeno un?anomalia rilevabile.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui l?anomalia rilevabile comprende almeno la rilevazione di un posizionamento proibito del dispositivo master al di fuori di limiti spaziali predefiniti come consentiti, il metodo comprende le seguenti fasi:

- confrontare la posizione rilevata del suddetto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, rispetto ad una superficie limite predefinita, rappresentativa dei suddetti limiti spaziali predefiniti;

- individuare la suddetta anomalia di posizionamento proibito del dispositivo master se la posizione rilevata ? all?esterno della suddetta superficie limite predefinita.

Si noti che la suddetta posizione di almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, e la suddetta superficie limite predefinita sono definite rispetto ad un sistema di coordinate di riferimento (x, y, z) associato al sistema robotico per chirurgia teleoperata, ed avente assi predefiniti (X, Y, Z) e origine O in un punto prestabilito.

Secondo un?opzione implementativa della suddetta forma di realizzazione del metodo, i suddetti limiti spaziali consentiti sono definiti come uno spazio di lavoro o volume a forma di sfera, e la suddetta superficie limite predefinita ? la superficie sferica di tale sfera.

Secondo un?altra opzione implementativa della suddetta forma di realizzazione del metodo, i suddetti limiti spaziali consentiti sono definiti come uno spazio di lavoro o volume a forma di scatola o parallelepipedo, o in generale di politopo (ovvero l?intersezione convessa di semispazi), e la suddetta superficie limite predefinita ? la superficie di tale scatola o parallelepipedo, o politopo.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, in cui il sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende una consolle operativa, comprendente il suddetto sistema di coordinate di riferimento ? solidale con la consolle di sistema robotico e/o con la suddetta almeno una sedia chirurgica.

Secondo una forma di realizzazione detta consolle operativa comprende almeno una sedia chirurgica comprendente almeno una superficie di seduta affinch? il chirurgo si sieda su di essa durante l?intervento chirurgico, e il suddetto sistema di coordinate di riferimento ? solidale con la suddetta almeno una sedia chirurgica.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo si applica ad un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica che comprende inoltre almeno un sistema di tracking, idoneo per rilevare posizione e orientamento del dispositivo master di input all?interno di un volume di tracking predefinito, in modo che l?attuazione dello strumento chirurgico slave dipenda dal comando manuale impartito dal chirurgo mediante il dispositivo master e/o dalla posizione e orientamento del dispositivo master.

In un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, il suddetto spazio di lavoro del dispositivo master ? contenuto nel suddetto volume di tracking, ovvero ? un sottoinsieme del volume di tracking.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la suddetta fase di rilevare una posizione viene effettuata mediante uno o pi? sensori magnetici.

Ciascuno dei sensori magnetici ? disposto in corrispondenza di un rispettivo degli almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, ed ? configurato per rilevare un valore locale di un campo magnetico generato da un generatore di campo magnetico vincolato ad una parte del sistema robotico per chirurgia teleoperata.

In tal caso, il sistema di coordinate di riferimento ha l?origine in corrispondenza del suddetto emettitore magnetico, e tre assi ortogonali X, Y, Z.

Nel caso, gi? sopra illustrato, in cui il sistema robotico comprende un sistema di tracking, il suddetto generatore di campo magnetico appartiene a tale sistema di tracking.

In accordo con un?altra forma di realizzazione del metodo, la suddetta fase di rilevare una posizione viene effettuata mediante almeno un sensore ottico o telecamera, associato e/o vincolato al sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica.

In tal caso, il suddetto sistema di coordinate di riferimento ? un sistema di coordinate di riferimento interno del sensore ottico o telecamera.

Secondo diverse possibili opzioni implementative della forma di realizzazione qui sopra illustrata, il suddetto almeno un sensore ottico o telecamera ? vincolato e/o solidale alla sedia chirurgica, e/o ? montato su un supporto indossabile dal chirurgo, in modo da essere solidale con il chirurgo.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, viene predefinito uno spazio di inizio teleoperazione, che ? contenuto nello spazio di lavoro del dispositivo master, ovvero ? un sottoinsieme dello spazio di lavoro del dispositivo master.

In tal caso, il metodo prevede la fase di consentire l?inizio della teleoperazione, oppure l?avvio di una fase di controlli preparatori, solo se la posizione rilevata del dispositivo master ? collocata all?interno del suddetto spazio di inizio teleoperazione.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, in cui il dispositivo master ? un dispositivo master impugnabile e non vincolato, comprendente due parti rigide vincolate a ruotare o traslare relativamente in un rispetto ad un asse comune, la suddetta fase di rilevare una posizione comprende rilevare, mediante rispettivi sensori, il vettore posizione e/o l?evoluzione nel tempo del vettore posizione, di almeno due punti rilevabili, un primo punto appartenente o solidale ad una delle suddette parti rigide del dispositivo master e un secondo punto appartenente o solidale all?altra delle suddette parti rigide del dispositivo.

Il metodo si pu? infatti applicare, ad esempio, ad un dispositivo master con struttura ?a pinza? (illustrato ad esempio nelle figure 1 e 2) avente due parti rigide vincolate, elasticamente, a ruotare rispetto ad un asse comune trasversale, ortogonale all?estensione longitudinale di almeno una (o di entrambe) le suddette parti rigide del dispositivo master.

Il metodo si pu? anche applicare, ad esempio, ad un dispositivo master con struttura ?a penna? (figura 10), avente due parti rigide vincolate, elasticamente, a traslare lungo un asse longitudinale coincidente con l?estensione longitudinale di almeno una (o di entrambe) le suddette parti del dispositivo master.

Secondo diverse possibili forme di realizzazione del metodo, la suddetta fase di calcolare comprende calcolare il vettore posizione di detti almeno due punti rilevabili, oppure calcolare il vettore posizione di uno dei suddetti almeno due punti rilevati.

Secondo ulteriori opzioni implementative, la suddetta fase di calcolare comprende inoltre rilevare il vettore posizione di almeno uno dei seguenti ulteriori punti: punto medio tra detti due punti rilevati e/o baricentro di detto dispositivo master, e/o di un giunto rotoidale di dispositivo master, e/o di un giunto prismatico di dispositivo master.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui il corpo del dispositivo master comprende due punte o estremit? libere, una prima punta o estremit? libera appartenente o solidale ad una delle parti rigide del dispositivo master e una seconda punta o estremit? libera appartenente o solidale all?altra delle parti rigide del dispositivo, i suddetti due punti rilevabili corrispondono e/o sono associati ad una rispettiva delle suddette due punte o estremit? libere del dispositivo master.

In accordo con una forma di realizzazione, quando si determina che il dispositivo master ? fuori dai limiti spaziali consentiti, il metodo comprende l?ulteriore fase di sospendere immediatamente la teleoperazione da parte del sistema robotico. In tal caso, il cambio di stato del sistema determinato dalla rilevazione dell?anomalia ? l?immediata uscita del sistema robotico dallo stato di teleoperazione, o l?immediata sospensione dello stato di teleoperazione.

Di preferenza, i limiti spaziali consentiti definiscono uno spazio di lavoro appositamente costruito per la teleoperazione, che non corrisponde allo spazio fisico di misura della posizione del dispositivo master.

Secondo una forma di realizzazione, quando si determina che il dispositivo di master ? vicino, entro una soglia di vicinanza ?, ai suddetti limite spaziale e/o a limiti di orientazione, il metodo prevede l?ulteriore fase di comunicare all?operatore, mediante un segnale di comunicazione acustico e/o visuale, la condizione di vicinanza del dispositivo ai limiti spaziali consentiti, cos? da permettere all?operatore di agire in modo da evitare di uscire dai limiti spaziali e quindi uscire dalla teleoperazione.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto segnale di comunicazione ? un segnale acustico, che aumenta la propria frequenza al diminuire della distanza del dispositivo master o del dispositivo slave dal limite spaziale, nell?intervallo tra la soglia di vicinanza ? e la superficie corrispondente al limite spaziale.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto segnale di comunicazione ? un segnale visivo; la frequenza della comunicazione del segnale visivo aumenta al diminuire della distanza del dispositivo master o del dispositivo slave dal limite spaziale, nell?intervallo tra la soglia di vicinanza ? e la superficie corrispondente al limite spaziale.

Secondo diverse possibili opzioni implementative di tale forma di realizzazione, il metodo prevede inoltre di consentire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico quando si rileva, in tempo reale, che il dispositivo master ? rientrato nei limiti spaziali consentiti; oppure, in alternativa, di inibire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico anche se si rileva, in tempo reale, che il dispositivo master ? rientrato nei limiti spaziali consentiti, e di ricominciare procedure di preparazione e avvio di teleoperazione e/o operazioni di riallineamento preliminare. I suddetti limiti spaziali consentiti sono definiti dallo spazio di lavoro del dispositivo master oppure dallo spazio di inizio teleoperazione.

Secondo una forma di realizzazione, lo spazio di lavoro del dispositivo master ? definito come un volume di teleoperazione in cui ? possibile muovere il dispositivo slave in teleoperazione.

Secondo una forma realizzativa, intorno al suddetto volume di teleoperazione, si estende un volume a teleoperazione sospesa in cui la macchina prevede una teleoperazione limitata.

Pi? in dettaglio, il volume di teleoperazione sospesa si estende intorno allo spazio di lavoro del dispositivo master ed ? pi? ampio dello spazio di lavoro del dispositivo master; tale volume di teleoperazione sospesa ? un volume in cui il sistema robotico prevede una teleoperazione sospesa, che corrisponde ad una teleoperazione limitata.

Tale teleoperazione limitata, di preferenza, impedisce i movimenti di traslazione del punto di controllo. Secondo un?altra opzione implementativa, la teleoperazione limitata impedisce ogni movimento del dispositivo slave.

Nella suddetta forma di realizzazione che prevede una teleoperazione sospesa, il metodo prevede l?ulteriore fase di passare dallo stato di teleoperazione allo stato di teleoperazione sospesa quando il dispositivo master esce dai limiti dello spazio di lavoro ed entra nel volume di teleoperazione sospesa.

In un?opzione implementativa, l?ingresso o l?uscita dal volume di teleoperazione sospesa viene indicato all?utente con un segnale acustico e/o visivo e/o tattile.

Secondo una forma realizzativa, al superamento delle soglie del volume di teleoperazione e/o al superamento delle soglie esterne del volume di teleoperazione sospesa, la teleoperazione viene terminata.

In una forma di realizzazione, il metodo comprende la fase di consentire il rientro del sistema robotico nello stato di teleoperazione, con riavvio della teleoperazione, quando si rileva che il dispositivo master ? rientrato dal volume di teleoperazione sospesa entro i limiti dello spazio di lavoro.

In una forma realizzativa, al passaggio del master da volume di teleoperazione sospesa al volume di teleoperazione il sistema entra in una fase di allineamento con movimento, in cui il dispositivo slave ? abilitato a muoversi per raggiungere la nuova posa (posizione, orientazione) del dispositivo master.

In un?opzione implementativa, la fase di allineamento con movimento abilita a muoversi solo l?orientazione del punto di controllo dello strumento chirurgico del dispositivo slave.

Secondo un?opzione implementativa, ? possibile muovere orientazione e il grado di libert? di apertura/chiusura (?grip?) dello strumento chirurgico del dispositivo slave.

In una forma realizzativa, l?ingresso nella fase di allineamento con movimento viene consentito solo se sono superati alcuni controlli di verifica, comprendenti almeno dei seguenti controlli: disallineamento in orientazione master-slave inferiore ad una certa soglia, e/o posa di orientamento del master raggiungibile all?interno dello spazio di lavoro dello slave.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, in cui i movimenti del dispositivo master e del dispositivo slave sono scalati di un fattore di scala, i suddetti spazio di lavoro del dispositivo slave e/o spazio di inizio teloperazione e/o volume di teleoperazione sospesa crescono con il fattore di scala.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, in cui il sistema robotico comprende due dispositivi master, ed in cui il metodo prevede di uscire dalla teleoperazione e/o sospendere la teleoperazione di entrambi i dispositivi master se anche uno solo dei dispositivo master esce dai limiti spaziali consentiti.

In accordo con un?altra forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di verificare che il dispositivo slave si trovi all?interno di uno spazio di lavoro di dispositivo slave consentito.

In tal caso, se si verifica che il dispositivo slave non si trova all?interno dello spazio di lavoro di dispositivo slave consentito, il metodo prevede di avvisare l?utente dell?emergere di un?anomalia di posizionamento del dispositivo slave, e di interrompere immediatamente la teleoperazione da parte del sistema robotico.

Secondo diverse possibili opzioni implementative di tale forma di realizzazione, il metodo prevede inoltre di consentire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico quando si rileva, in tempo reale, che, in seguito ad un ulteriore movimento del dispositivo master, il dispositivo slave ? rientrato nei limiti spaziali di dispositivo slave consentiti; oppure, in alternativa, il metodo prevede di inibire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico anche se si rileva, in tempo reale, che dispositivo slave ? rientrato nei limiti spaziali di dispositivo slave consentiti, e di ricominciare procedure di preparazione e avvio di teleoperazione e/o operazioni di riallineamento preliminare.

Secondo un?opzione implementativa del metodo, lo spazio di lavoro di dispositivo slave comprende l?insieme spaziale di tutte le posizioni raggiungibili da un punto di controllo del dispositivo slave come conseguenza delle possibili pose e/o orientazioni dello strumento chirurgico articolato (o ?end effector?) del dispositivo slave.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di calcolare velocit? lineare e/o velocit? angolare e/o accelerazione lineare e/o accelerazione angolare di detto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, sulla base dell?evoluzione temporale del rispettivo vettore posizione rilevato.

In accordo con un?altra forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di calcolare la velocit? lineare o angolare del suddetto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, sulla base dell?evoluzione temporale del rispettivo vettore posizione rilevato.

Viene ora descritto, sempre con riferimento alle figure 1-10, un ulteriore aspetto dell?invenzione, sempre legato ad un metodo per individuare e riconoscere e/o discriminare almeno una condizione di anomalia nell?uso di un dispositivo master impugnabile, idoneo per essere tenuto (o sostenuto) in mano dall?operatore, e meccanicamente non vincolato (cio? non collegato a terra), utilizzato per il controllo di un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica.

Tale metodo comprende le fasi di rilevare o calcolare il vettore velocit? di almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o di un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master; e di individuare e riconoscere e/o discriminare almeno una condizione di anomalia rilevabile sulla base del suddetto almeno un vettore velocit? rilevato, o sulla base di almeno una componente dell?almeno un vettore posizione rilevato.

Le suddette anomalie rilevabili comprendono almeno una delle seguenti anomalie: velocit? lineare eccessiva del dispositivo master, velocit? angolare eccessiva del dispositivo master, incapacit? di inseguimento da parte del dispositivo slave, eccessive vibrazioni del dispositivo master, apertura involontaria o anomala del dispositivo master.

Ciascuna delle suddette anomalie rilevabili ? associata ad almeno un cambio di stato del sistema da effettuarsi in caso di rilevazione dell?anomalia. Tale cambio di stato comprende l?uscita dallo stato di teleoperazione o la sospensione dallo stato di teleoperazione.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, la fase di rilevare o calcolare un vettore velocit? comprende:

- rilevare il vettore posizione, e l?evoluzione temporale del vettore posizione, del suddetto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o del suddetto almeno un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master;

- calcolare il vettore velocit? del suddetto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o del suddetto almeno un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, sulla base del suddetto vettore posizione e rispettiva evoluzione temporale rilevati.

Secondo un?altra forma di realizzazione del metodo, la fase di rilevare o calcolare un vettore velocit? comprende: rilevare il vettore velocit? mediante uno o pi? sensori di velocit?.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, viene rilevata o calcolata una velocit? lineare dell?almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o dell?almeno un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master.

In accordo con un?altra forma di realizzazione del metodo, viene rilevata o calcolata una velocit? angolare dell?almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o dell?almeno un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo si applica ad un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende:

- il suddetto dispositivo master, meccanicamente non collegato a terra e idoneo per essere tenuto in mano da un chirurgo durante un intervento chirurgico, e configurato per rilevare un comando manuale del chirurgo e generare un rispettivo primo segnale elettrico di comando;

- almeno un assieme robotico slave comprendente almeno uno strumento chirurgico slave configurato per operare sull?anatomia di un paziente, in maniera controllata dal dispositivo master, in modo che il movimento del dispositivo master si traduca in un rispettivo movimento, voluto e controllato, del dispositivo slave;

- un?unit? di controllo dotata di elaboratore elettronico, configurata per ricevere il suddetto primo segnale elettrico di comando dal dispositivo master, generare un secondo segnale elettrico di comando, sulla base del primo segnale elettrico di comando, e fornire il secondo segnale elettrico di comando all?assieme robotico slave, per attuare l?almeno uno strumento chirurgico slave.

L?unit? di controllo ? operativamente collegata a detti uno o pi? sensori per ricevere almeno un terzo segnale elettrico rappresentativo di detto vettore velocit? rilevato o calcolato.

La suddetta fase di individuare e riconoscere e/o discriminare almeno un?anomalia rilevabile ? eseguita da tale unit? di controllo.

In accordo con una forma di realizzazione, il vettore velocit? viene riferito ad sistema di coordinate di riferimento.

Secondo un?opzione implementativa, il sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende una consolle operativa, ed il suddetto sistema di coordinate di riferimento ? solidale con la suddetta consolle di sistema robotico.

Secondo un?opzione implementativa, il metodo si applica ad un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende inoltre almeno un sistema di tracking, idoneo per rilevare posizione e orientamento e/o velocit? del dispositivo master di input all?interno di un volume di tracking predefinito, in modo che l?attuazione dello strumento chirurgico slave dipenda dal comando manuale impartito dal chirurgo mediante il dispositivo master e/o dalla posizione e orientamento del dispositivo master.

In tal caso, il suddetto sistema di coordinate di riferimento ? definito da detto sistema di tracking.

Secondo un?opzione implementativa del metodo, in cui il dispositivo master ? un dispositivo master impugnabile e non vincolato, comprendente due parti rigide vincolate a ruotare o traslare relativamente in un rispetto ad un asse comune, la suddetta fase di rilevare e/o calcolare una velocit? comprende rilevare e/o calcolare la velocit? lineare o angolare di almeno due punti rilevabili, un primo punto appartenente o solidale ad una delle parti rigide del dispositivo master e un secondo punto appartenente o solidale all?altra delle parti rigide del dispositivo;

Secondo un?altra opzione implementativa del metodo, sempre per? riferita alla stessa configurazione del dispositivo master, la suddetta fase di rilevare e/o calcolare una velocit? comprende rilevare e/o calcolare la velocit? lineare o angolare degli almeno due punti rilevabili, e/o la velocit? lineare o angolare di almeno uno dei seguenti ulteriori punti: punto medio tra i due punti rilevati e/o baricentro del dispositivo master, e/o di un giunto rotoidale di dispositivo master, e/o di un giunto prismatico di dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa, il corpo del dispositivo master comprende due punte o estremit? libere, una prima punta o estremit? libera appartenente o solidale ad una delle parti rigide del dispositivo master e una seconda punta o estremit? libera appartenente o solidale all?altra delle parti rigide del dispositivo. In tal caso, i suddetti due punti rilevabili corrispondono e/o sono associati rispettivamente alle suddette due punte o estremit? libere del dispositivo master.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, quando si determina anche una sola delle suddette anomalie, il cambio di stato imposto al sistema ? l?immediata uscita del sistema robotico dallo stato di teleoperazione, o l?immediata sospensione dello stato di teleoperazione.

Secondo un?opzione implementativa della suddetta forma di realizzazione, il metodo comprende inoltre consentire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico quando si rileva, in tempo reale, la cessazione dell?anomalia precedentemente rilevata.

Secondo un?opzione implementativa della suddetta forma di realizzazione, il metodo precede invece di inibire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico anche se si rileva, in tempo reale, la cessazione dell?anomalia precedentemente rilevata, e di ricominciare procedure di preparazione e avvio di teleoperazione e/o operazioni di riallineamento preliminare.

In accordo con una forma di realizzazione, in cui l?anomalia rilevabile ? un?anomalia associata ad una velocit? lineare o angolare eccessiva del dispositivo master, il metodo comprende le seguenti fasi: confrontare la velocit? lineare o angolare rilevata del dispositivo master con un valore di soglia di velocit? lineare o angolare; e individuare la suddetta anomalia associata ad una velocit? eccessiva del dispositivo master se la velocit? lineare o angolare rilevata del dispositivo master supera detto valore di soglia di velocit? lineare o angolare.

Secondo un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, quando viene rilevata detta anomalia associata ad una velocit? lineare o angolare eccessiva del dispositivo master, il sistema robotico esce dalla teleoperazione.

Secondo un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, quando viene rilevata la suddetta anomalia associata ad una velocit? lineare o angolare eccessiva del dispositivo master, il sistema robotico entra in un diverso stato macchina.

Secondo una opzione implementativa, tale diverso stato macchina ? uno stato di teleoperazione sospesa, cio? una teleoperazione limitata che impedisce almeno i movimenti di traslazione di un punto di controllo del dispositivo slave, oppure che limita i movimenti rotazionali del punto di controllo del dispositivo slave, oppure che impedisce tutti i movimenti del punto di controllo del dispositivo slave.

Secondo un?altra opzione implementativa, nella suddetta fase di teleoperazione limitata, il metodo prevede lo svolgimento di una fase di allineamento con movimento in cui il dispositivo slave si muove in orientazione allineandosi all?orientazione del master mentre ? inibita la traslazione del dispositivo slave.

In accordo con una forma di realizzazione, in cui l?anomalia rilevabile ? un?anomalia associata ad una incapacit? di inseguimento da parte del dispositivo slave, il metodo comprende le fasi di: confrontare la velocit? lineare o angolare rilevata del dispositivo master con un valore di soglia di velocit? associato ad una velocit? massima, lineare o angolare, tollerabile dal dispositivo slave per rimanere in condizioni di corretto inseguimento del dispositivo master; e individuare la suddetta anomalia associata ad una incapacit? di inseguimento da parte del dispositivo slave se la velocit? lineare o angolare rilevata del dispositivo master supera il suddetto valore di soglia di velocit? associato ad una velocit? massima tollerabile, lineare o angolare.

In accordo con una forma di realizzazione, in cui l?anomalia rilevabile ? un?anomalia associata ad eccessive vibrazioni del dispositivo master, il metodo comprende le fasi di: rilevare o conteggiare il numero o frequenza di cambi di direzione del vettore di velocit? rilevato o calcolato del dispositivo master; poi, confrontare tale numero o frequenza di cambi di direzione con un rispettivo valore di soglia; infine, individuare la suddetta anomalia associata ad eccessive vibrazioni del dispositivo master se il numero o frequenza di cambi di direzione, conteggiato o rilevato, supera il suddetto rispettivo valore di soglia.

Secondo una forma di realizzazione, in cui, ancora, l?anomalia rilevabile ? un?anomalia associata ad eccessive vibrazioni del dispositivo master, il metodo comprende le fasi di: rilevare spostamenti e/o variazioni del modulo del vettore velocit?; poi, individuare la suddetta anomalia associata ad eccessive vibrazioni del dispositivo master se gli spostamenti e/o variazioni del modulo del vettore velocit? superano una rispettiva soglia.

In accordo con una forma di realizzazione, in cui il corpo del dispositivo master comprende due parti rigide vincolate in un giunto, preferibilmente un giunto elastico, ad almeno ruotare attorno ad un asse comune definendo un grado di libert? di apertura/chiusura per il corpo del dispositivo master, la anomalia rilevabile ? una apertura involontaria o anomala del dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, il metodo comprende le seguenti fasi:

- calcolare la velocit? lineare di apertura delle due parti rigide del corpo del dispositivo master, sulla base dei vettori velocit? rilevati e/o calcolati;

- confrontare la velocit? lineare di apertura calcolata con una velocit? lineare di soglia v_thr, che pu? dipendere dalla rigidezza elastica del giunto elastico;

- individuare la condizione di anomalia associata ad una apertura involontaria del dispositivo master se la suddetta velocit? di apertura calcolata ? maggiore della suddetta velocit? lineare di soglia v_thr.

Secondo un?altra opzione implementativa di tale forma di realizzazione, il metodo comprendente le seguenti fasi:

- calcolare la velocit? di angolare apertura delle due parti rigide del corpo del dispositivo master, sulla base dei vettori velocit? rilevati e/o calcolati;

- confrontare la velocit? angolare di apertura calcolata con una velocit? angolare di soglia ?_thr, che pu? dipendere dalla rigidezza elastica del giunto elastico;

- individuare la condizione di anomalia associata ad una apertura involontaria del dispositivo master se la suddetta velocit? angolare di apertura calcolata ? maggiore della suddetta velocit? angolare di soglia ?_thr.

In accordo con una forma di realizzazione, in cui l?anomalia rilevabile ? un?anomalia associata ad uno spostamento dell?origine del sistema di riferimento di tracking, il metodo comprende le seguenti fasi:

- calcolare la velocit? lineare di ogni sensore, reale o virtuale, utilizzato per le misure di posizione del dispositivo master;

- calcolare se all?interno di una data finestra temporale ciascun vettore velocit? risulta esprimibile con una componente costante primaria;

- calcolare se tutti i vettori velocit? risultanti sono paralleli e coerenti tra di loro, ovvero risultano appartenenti ad una regione di vettori velocit? adeguata;

- individuare l?anomalia associata ad uno spostamento dell?origine del sistema di riferimento di tracking se non ? verificata la suddetta condizione di vettori velocit? paralleli e coerenti tra di loro, ovvero appartenenti ad una regione di vettori velocit? adeguata.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo prevede di rilevare tutte le seguenti anomalie rilevabili: velocit? lineare eccessiva del dispositivo master, velocit? angolare eccessiva del dispositivo master, incapacit? di inseguimento da parte del dispositivo slave, eccessive vibrazioni del dispositivo master, apertura involontaria o anomala del dispositivo master.

Secondo una forma di realizzazione, in cui il sistema robotico comprende due dispositivi master, il metodo prevede di uscire dalla teleoperazione e/o sospendere la teleoperazione di entrambi i dispositivi master se anche uno solo dei dispositivi master presenta una qualunque delle suddette anomalie rilevabili.

Viene ora descritto un metodo per gestire anomalie riscontrate in un dispositivo master di un sistema robotico master-slave per teleoperazione chirurgica o medica.

Tale metodo comprende le fasi di eseguire un metodo per individuare almeno una condizione di anomalia secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte; se viene determinata almeno una qualunque delle anomalie, il metodo prevede di interrompere oppure sospendere immediatamente la teleoperazione e i movimenti dello strumento chirurgico del dispositivo slave.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di rilevare, mediante sensori di accelerazione, l?accelerazione lineare o angolare di almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o di un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master.

Secondo un?altra forma di realizzazione, gi? precedentemente menzionata e qui ulteriormente dettagliata, il metodo prevede di calcolare, sulla base del suddetto vettore posizione rilevato o del suddetto vettore velocit? rilevato o calcolato, o delle rispettive evoluzioni temporali, l?accelerazione lineare o angolare di almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o di un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa di tale forma di realizzazione, la suddetta fase di rilevare e calcolare il vettore accelerazione comprende calcolare il vettore accelerazione mediante finestre mobili di N campioni del vettore che rappresenta l?evoluzione nel tempo del vettore posizione, e mediante interpolazione con polinomi del secondo ordine, per il grado di libert? relativo alla presa, e con polinomi del terzo ordine, per i gradi di libert? relativi a traslazione e orientazione del dispositivo master.

In accordo con un?opzione implementativa, l?accelerazione ? calcolata sulla base del rilevamento del vettore velocit? e della sua evoluzione temporale.

Secondo un?opzione implementativa, l?accelerazione ? direttamente rilevata mediante uno o pi? sensori, in cui tali uno o pi? sensori sono accelerometri.

Secondo diverse possibili forme di realizzazione del metodo, come base per la rilevazione delle anomalie, per ognuno dei suddetti almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, vengono calcolate o rilevate l?accelerazione lineare e/o l?accelerazione angolare e/o la velocit? lineare e/o la velocit? angolare e/o la posizione rispetto in coordinate cartesiane e/o la posizione in coordinate polari o angolari.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la suddetta fase di rilevare e/o calcolare il vettore accelerazione comprende rilevare e/o calcolare mediante almeno due sensori il vettore accelerazione di ciascuno di almeno due punti appartenenti o solidali al dispositivo master; e poi calcolare il vettore accelerazione di un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, corrispondente al punto medio tra i punti in cui sono collocati i sensori.

Ad esempio, in un dispositivo master ?a pinza?, tale punto medio pu? essere individuato sull?arco di circonferenza di apertura descritto dall?uno o pi? sensori del dispositivo master ?a pinza?.

Se vi ? un solo punto di controllo, si possono rilevare 6 gradi di libert?, 3 di posizione e 3 di orientazione.

Se sono previsti due punti di controllo, si riesce a rilevare anche un settimo grado di libert?, associato alla presa, o ?grip?, rappresentativo dell?angolo di apertura/chiusura del corpo del dispositivo master.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di rilevare, sulla base del suddetto vettore accelerazione, una o pi? ulteriori anomalie tra le seguenti: caduta involontaria del dispositivo master e/o eccessiva accelerazione del dispositivo master e/o apertura improvvisa ed involontaria del dispositivo master.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui l?anomalia che pu? essere rilevata ? una caduta involontaria del dispositivo master, il metodo comprende le seguenti fasi:

- rilevare e/o calcolare la componente verticale, parallela all?asse di gravit?, della accelerazione ay di almeno uno dei due punti rilevati;

- confrontare la componente verticale dell?accelerazione ay, rilevata o calcolata, con una soglia di accelerazione verticale ay_thr;

- individuare l?anomalia associata alla caduta involontaria del dispositivo master se la suddetta componente verticale dell?accelerazione ay ? maggiore della suddetta soglia di accelerazione verticale (ay_thr), secondo la relazione: ay > ay_thr.

In accordo con un?opzione implementativa il valore di soglia di accelerazione verticale ay_thr ? pari all?accelerazione di gravit? g, oppure ? un valore nell?intorno di g.

Secondo un?opzione implementativa, viene calcolato il vettore accelerazione di ciascuno dei suddetti almeno due punti di rilevazione del dispositivo master per fornire ridondanza e/o un ulteriore verifica.

Infatti, la coerenza della misura calcolata di accelerazione dei suddetti almeno due punti consente di rafforzare la stima della determinazione di anomalia, riducendo inoltre la finestra temporale necessaria al processo di stima.

Un?incoerenza della misura calcolata di accelerazione dei due punti pu? essere associata ad una caduta con rotazione del dispositivo master, ovvero alla rottura dei vincoli rigidi tra i due sensori.

Nello specifico caso di montaggio di due sensori in una stessa parte meccanica del dispositivo master, il comportamento delle misure ? di pura ridondanza.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui l?anomalia che pu? essere rilevata ? un?eccessiva accelerazione del dispositivo master (ad esempio, impartita nella movimentazione dall?utente utilizzatore), il metodo comprende le seguenti fasi:

- rilevare e/o calcolare il modulo del vettore accelerazione atot di almeno uno dei suddetti almeno due punti rilevati;

- confrontare il modulo del vettore accelerazione atot rilevato e/o calcolato con una soglia di accelerazione totale atot_thr;

- individuare l?anomalia associata a un?eccessiva accelerazione del dispositivo master se il suddetto modulo del vettore accelerazione atot ? maggiore della suddetta soglia di accelerazione totale atot_thr, secondo la relazione: atot > atot_thr.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta soglia di accelerazione verticale ay_thr ? minore di detta soglia di accelerazione totale atot_thr.

Ad esempio, pu? essere stabilita la relazione: atot = 3 ? ay.

In accordo con un?opzione implementativa, il valore di soglia di accelerazione totale atot_thr (in modulo) appartiene all?intervallo compreso tra 2g e 4g.

Secondo una forma di realizzazione, vengono calcolate le accelerazioni di entrambi i punti di rilevazione del dispositivo master.

Secondo diverse possibili opzioni implementative di tale forma di realizzazione, la condizione di trigger di allarme viene sollevata se almeno uno dei suddetti punti rilevati supera l?accelerazione di soglia, oppure se il punto medio virtuale supera l?accelerazione di soglia, oppure se l?accelerazione relativa tra i suddetti due punti ? sopra soglia.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta soglia di accelerazione totale atot_thr viene definita in modo da crescere con il decrescere del fattore di scaling del moto tra dispositivo master e dispositivo slave, e/o con il decrescere di un fattore di scaling selezionato dall?utente ed applicato al movimento teleoperato Master-Slave.

Secondo un esempio applicativo, in ambito di microchirurgia robotizzata, il fattore di scaling pu? essere definito in un intervallo tra 7x e 20x. Ovviamente, maggiore ? tale fattore di scaling (ad esempio), il movimento dello slave ? scalato 20X), pi? ? alta la soglia di trigger.

Si noti che, in una tipica opzione implementativa, il fattore di scaling pu? essere impostato dall?utente a seconda delle circostanze specifiche.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui il dispositivo master ? composto da due parti rigide mutualmente connesse in un giunto elastico che tende ad aprire almeno angolarmente tali parti quando non premute o tenute saldamente in mano dall?utente, l?anomalia che pu? essere rilevata ? una apertura involontaria del dispositivo master. Tale situazione pu? accadere, in particolare, se il chirurgo perde il controllo, ad esempio perch? il dispositivo master gli ? sfuggito dalle mani, e il dispositivo master, cadendo, si apre a scatto per effetto della molla del giunto.

In tal caso, il metodo comprende le seguenti fasi: - rilevare e/o calcolare il vettore accelerazione (come gi? precedentemente illustrato) e/o la rispettiva evoluzione temporale di ciascuno dei due punti rilevabili;

- calcolare la velocit? angolare di apertura ? delle due parti rigide del dispositivo master, sulla base dei suddetti vettori accelerazione rilevati e/o calcolati;

- confrontare la velocit? angolare di apertura ? calcolata con una velocit? angolare di soglia ?_thr che dipende dalla rigidezza elastica del giunto elastico;

- individuare la condizione di anomalia associata ad una apertura involontaria del dispositivo master se la suddetta velocit? angolare di apertura ? calcolata ? maggiore della suddetta velocit? angolare di soglia (?_thr).

Secondo analoghe opzioni implementative, le suddette fasi di calcolare, confrontare e individuare vengono effettuate non sulla velocit? angolare, ma sulla accelerazione angolare, o sulla accelerazione lineare.

Secondo un?altra opzione implementativa, sempre riferita al caso in cui il dispositivo master ? composto da due parti rigide mutualmente connesse in un giunto elastico che tende ad aprire almeno angolarmente tali parti quando non premute o tenute saldamente in mano dall?utente, e l?anomalia che pu? essere rilevata ? una apertura involontaria del dispositivo master, il metodo comprende le seguenti fasi:

- rilevare il vettore posizione e la rispettiva evoluzione temporale di ciascuno dei due punti rilevabili;

- calcolare l?evoluzione temporale della distanza tra i suddetti due punti rilevabili, sulla base dell?evoluzione temporale dei vettori posizione rilevati;

-calcolare la velocit? lineare di apertura v del dispositivo master, sulla base dell?evoluzione temporale della suddetta distanza;

- confrontare la velocit? lineare di apertura v calcolata con una velocit? lineare di soglia v_thr;

- individuare la suddetta condizione di anomalia se v > v_thr.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, le suddette anomalie di rilevazione di un posizionamento proibito del dispositivo master al di fuori di limiti spaziali predefiniti, rilevazione di un posizionamento proibito del dispositivo slave al di fuori di limiti spaziali predefiniti, velocit? eccessiva del dispositivo master, incapacit? di inseguimento da parte del dispositivo slave, eccessive vibrazioni del dispositivo master, ed inoltre caduta involontaria del dispositivo master, di eccessiva accelerazione del dispositivo master e di apertura improvvisa ed involontaria del dispositivo master vengono tutte rilevate, e nello stesso tempo.

Vantaggiosamente, tale forma di realizzazione consente di ottenere uno spettro di controlli ampio, mirando alla massima sicurezza possibile.

? pure compreso nella presente invenzione un metodo per gestire anomalie riscontrate in un dispositivo master di un sistema robotico master-slave per teleoperazione chirurgica o medica.

Tale metodo prevede di eseguire un metodo per individuare almeno una condizione di anomalia secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte.

Tale metodo prevede inoltre, se viene determinata almeno una qualunque delle suddette anomalie, la fase di interrompere oppure sospendere immediatamente la teleoperazione e i movimenti dello strumento chirurgico (o ?end-effector?) del dispositivo slave, a salvaguardia della sicurezza del paziente.

? inoltre compreso nella presente invenzione un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprendente almeno un dispositivo master, almeno un dispositivo slave, e un?unit? di controllo.

L?almeno un dispositivo master ? meccanicamente non collegato a terra e idoneo per essere tenuto a mano da un chirurgo durante un intervento chirurgico, ed ? configurato per rilevare un comando manuale del chirurgo e generare un rispettivo primo segnale elettrico di comando.

L?almeno un dispositivo slave, o assieme robotico slave, comprende almeno uno strumento chirurgico slave configurato per operare sull?anatomia di un paziente, in maniera controllata dal rispettivo almeno un dispositivo master.

L?unit? di controllo ? inoltre configurata per eseguire un metodo per individuare almeno una condizione di anomalia secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente illustrate.

In un?opzione implementativa del sistema, il corpo del dispositivo master comprende sedi per ricevere gli uno o pi? sensori in rispettive posizioni predeterminabili.

Secondo una forma realizzativa del sistema, il corpo del dispositivo master ? monouso (?disposable?) e quindi tipicamente in plastica.

Secondo un?altra forma realizzativa del sistema, il corpo del dispositivo master ? in metallo (ad esempio in Titanio) ed ? sterilizzabile.

Con riferimento alle figure 1-10, verranno qui di seguito ulteriormente dettagliate, a titolo esemplificativo e non limitativo, alcune forme di realizzazione del metodo, gi? precedentemente definite in termini pi? generali.

I controlli di anomalie del dispositivo master vengono introdotti nel sistema robotico per teleoperazione in modo da intervenire con il minimo di latenza rispetto al movimento effettivo.

In un esempio implementativo, la sequenza di azioni operative svolte prevede una acquisizione di informazioni su tutti i gradi di libert? di movimento del dispositivo master, ad esempio in termini di accelerazione; quindi, il filtraggio dei segnali ottenuto; la valutazione di uno o pi? controlli di anomalia sul master; la rilevazioni di eventuali guasti o anomalie del dispositivo master, sulla base dei controlli effettuati; la comunicazione con l?unit? di controllo degli stati della macchina del sistema robotico, con l?interfaccia d?utente UI e con i punti terminali del dispositivo slave.

Verranno qui di seguito forniti, a titolo esemplificativo e non limitativo, alcuni dettagli ulteriori sui controlli di anomalia effettuati in alcune forme di realizzazione del metodo (gi? precedentemente menzionati).

Caduta del dispositivo master (?master drop?).

L?obiettivo di questo controllo ? di identificare una caduta non volute del dispositivo master dalle mani del chirurgo. Tale controllo si basa sulla rilevazione di accelerazione (o posizione) del dispositivo master (senza necessit? di ulteriori sensori di altre grandezze, quali superfici sensibili alla pressione).

Il principio consiste nel rilevare l?accelerazione, oppure nel ricavare l?accelerazione a partire da informazioni di posizione (anche affette da rumore) e calcolare il valore istantaneo dell?accelerazione lungo la direzione e il verso (verso il basso) del vettore di gravit?.

Quando tale accelerazione raggiunge una soglia comparabile alla accelerazione di gravit?, viene emesso l?avviso di anomalia rispetto a questo controllo.

Si assume nel seguito che, nel Sistema di riferimento globale, il campo gravitazionale sia orientate lungo l?asse ?Y.

La stima di accelerazione ? basata, ad esempio, sull?uso di un fitting polinomiale dell?asse Y, e poi la doppia derivazione del polinomio manipolando i suoi coefficienti.

Tra le differenti tecniche di fitting utilizzabili, si pu? citare, ad esempio, la soluzione basata sul filtro Solezky-Golay, che ? caratterizzata dal fatto di esprimente il polinomio derivato come in filtro FIR (Finite Impulse Response), il che operativamente consiste nel prendere una finestra di 2W+1 campioni e moltiplicarla per una matrice. Tale matrice dipende da due parametri: la dimensione della finestra (con semi-ampiezza W) e l?ordine del polinomio.

La dimensione della finestra dipende dal tempo di campionamento, la latenza desiderata nella computazione e il rumore del segnale.

L?ordine del polinomio dipende dalla natura del segnale posizionale.

Il filtro ? un filtro passa-basso, con frequenza di cutoff che pu? essere espresso secondo relazioni note in letteratura, ad esempio:

Cutoff (Hz) = Dt * (Ordine+1)/(3.2*Finestra-4.6) Secondo un?opzione implementativa, il dispositivo master ha due posizioni di rilevazione (ovvero due sensori). In tal caso, quando una qualunque di esse eccede la soglia, viene emesso avviso di anomalia.

Si noti che pi? ampia ? la finestra usata per la stima e migliore ? la stima stessa, con il suddetto algoritmo. D?altra parte, pi? stretta ? la finestra e pi? rapido ? il tempo di reazione.

Un criterio per la scelta di un opportuno compromesso tra le suddette esigenze ? la quantit? di spazio percorsa dal dispositivo slave controllato durante il movimento non intuitivo e non volute del dispositivo master (ad esempio, il movimento di caduta del master). Definita come D la massima distanza consentita al percorso dal dispositivo slave controllato durante il movimento non intuitivo, e definita M la massima velocit? del master in tale situazione, allora la massima ampiezza di finestra W ? espressa dalla relazione:

W = 2 D/M/T 1,

dove T ? il tempo di campionamento.

Superamento di una accelerazione massima

Un altro tipo di controllo di anomalia ? relative ad un movimento non intuitivo ? un eccesso di accelerazione del dispositivo master lungo una qualsiasi direzione. Questo evento pu? essere identificato sulla base di una rilevazione o stima di accelerazione componente per componente, usando le stesse tecniche sopra descritte per il caso ?Master Drop?.

In questo caso, il modulo vettoriale delle tre componenti ? confrontato con una soglia per emettere l?eventuale avviso di anomalia.

Apertura improvvisa del dispositivo master.

Nel caso di un dispositivo master avente un grado di libert? relative alla presa (?grip?) un ulteriore controllo pu? essere effettuato su un?eventuale apertura eccessivamente veloce della presa del dispositivo master, che ? considerate indicative, ad esempio, della situazione anomala in cui l?operatore perde il controllo del dispositivo master, o della presa sul dispositivo master.

La stima della velocit? di aperture viene effettuata, ad esempio, usando lo stesso fitting polinomiale sopra descritto per il caso ?Master Drop?, ma con differenti parametri, associati a questa particolare condizione.

La velocit? stimata dell?angolo di apertura (o ?angolo di grip?) ottenuto dal fitting viene usata per la valutazione di questa anomalia.

Dispositivo master al di fuori di limiti spaziali.

Un altro controllo di anomalia ? relativo ai limiti spaziali prescritti per il movimento dell?operatore. Questi limiti sono definiti sulla base di considerazioni di utilizzabilit? dello specifico obiettivo chirurgico e delle limitazioni del sistema di sensori usato per calcolare la posizione del dispositivo master.

Si possono individuare due scenari principali relativamente a tali limiti: una sfera centrata nel centro dello spazio di lavoro; o una superficie a forma di parallelepipedo o di scatola.

Quando i limiti di tali volumi vengono raggiunti dal dispositivo master, una notifica di anomalia viene fornita all?utente.

Nel contesto di un dispositivo master con interfaccia meccanica vincolata, questi limiti dipendono dai limiti dell?interfaccia meccanica.

Nel contesto di un dispositivo master con interfaccia meccanica non vincolata, se si considera una rilevazione ottica lo spazio di lavoro ? l?intersezione dei tronchi di cono di ciascuna telecamera, costruiti tenendo conto della risoluzione minima necessaria per l?identificazione delle caratteristiche oggetto di tracking. Se si considerano sistemi di tracking magnetico, lo spazio di lavoro ha dei limiti che dipendono dall?attenuazione del campo magnetico.

Di preferenza, lo ?spazio di lavoro? ? uno spazio di lavoro appositamente costruito per la teleoperazione. Pertanto, non si intende quindi indicare con ?spazio di lavoro? lo spazio fisico oltre il quale non ? possibile rilevare informazione di misura, ma si intende uno spazio pi? ristretto definito e accettabile specificamente per l?attivit? di teleoperazione chirurgica.

Ad esempio, lo ?spazio di lavoro? ? la regione di spazio in cui il criterio di qualit? del segnale (rumore) sta entro soglie accettabili, e/o lo ?spazio di lavoro? ? una regione di lavoro selezionata per quanto riguarda l?usabilit?, come ad esempio, la posizione circostante rispetto alla posizione occupata dell?operatore.

Secondo un esempio di realizzazione, vengono definiti tre spazi di lavoro o ?workspaces? relativi al dispositivo master, in cui i suddetti tre spazi di lavoro sono di preferenza almeno parzialmente compenetrati:

1. ?Master Measurable Workspace?: si tratta del volume di lavoro all?interno del quale si possono ottenere informazioni di posizione o rotazione del dispositivo master valide, sia pure affette da valori di errore non accettabili per la teleoperazione. Tale volume di lavoro ha una forma geometrica arbitraria, riferita all?origine

del sistema di misura. La forma pu? dipendere dal tipo di misura, ad esempio: cono nel caso di sistema di misura ottico, semisfere tagliate nel caso di sistema di misura magnetico.

2. ?Operator Usable Worskpace?: si tratta del volume di lavoro all?interno del ?Master Measurable Workspace? all?interno del quale si vuole che l?operatore possa teleoperare. Tale volume deve avere valori di accuratezza adeguati per l?attivit? di teleoperazione e allo stesso tempo coerenti con l?ergonomia dell?operatore. Il volume, preferibilmente, ha inoltre una forma comprensibile all?operatore nel caso in cui non sia delimitabile tramite un sistema di visualizzazione o guide fisiche. Infatti, per criteri di usabilit? ? importante che lo spazio di lavoro sia conformato in modo che l?operatore ne percepisca i limiti.

In altri termini, il suddetto ?Operator Usable Worskpace? ? scelto preferibilmente in modo che sia:

(i) comprensibile per l?operatore quindi riferito alla consolle e non al sistema di misura,

(ii) ridotto in dimensioni per evitare le regioni del ?Master Measurable Workspace? che non sono utili all?ergonomia (questo ? particolarmente importante nel caso di sistemi magnetici che permeano anche corpi a differenza dei sistemi ottici di tracking);

iii) ridotto in dimensioni in funzione dei criteri di qualit? della teleoperazione;

(iv) ridotto per regioni in cui il dispositivo master non deve venire collocato per questioni di sterilit? del campo operatorio.

Di preferenza, per gli scopi di questo brevetto con la terminologia ?spazio di lavoro di dispositivo master? si intende indicare questo ?Operator Usable Workspace?.

3. ?Starting Workspace?: si tratta del volume di lavoro all?interno dell??Operator Usable Workspace? dove si vuole che il dispositivo master si trovi al momento dell?ingresso della teleoperazione. La motivazione di tale restrizione rispetto all??Operator Usable Workspace? sta nel fatto che iniziando vicino al bordo l?operatore potrebbe velocemente uscire dallo spazio di lavoro. Secondo un?opzione implementativa, lo ?Starting Workspace? pu? essere costruito in modo dinamico in funzione del fattore di scala master-slave con ?Starting Workspace?.

Le considerazioni in merito alle soglie spaziali, che saranno in seguito illustrate, sono applicabili all?uscita dal Operator Usable Workspace e all?ingresso dello Starting Workspace.

Pertanto, secondo un?opzione implementativa il sistema verifica che all?ingresso della teleoperazione il dispositivo master si trovi all?interno dello ?Starting Workspace?, e che durante la teleoperazione che il dispositivo master non esca dall??Operator Usable Workspace?.

I confini dello spazio di lavoro possono essere variabili a seconda delle condizioni contingenti e specifiche: ad esempio lo spazio di lavoro deve escludere tasche appositamente previste per riporre il dispositivo master anche qualora esse siano in prossimit? della posizione dell?operatore.

Secondo un?opzione implementativa, al primo ingresso in teleoperazione, la posizione di ogni dispositivo master viene fissata indipendentemente, e questo risulta in una traslazione opportunamente scalata del dispositivo slave, per evitare di iniziare la teleoperazione vicino a un bordo dello spazio di lavoro.

Secondo un esempio di realizzazione, mostrato ad esempio in figura 3, nel caso in cui si definisca una soglia T di riferimento spaziale utilizzata per valutazioni di sicurezza in ingresso ed uscita da regioni di spazio di lavoro 315 delimitate dalla soglia T, occorre tenere conto dell?errore di misura per poter valutare in modo corretto la soglia e minimizzare oscillazioni.

Sia quindi Z la misura di una posizione X affetta da rumore massimo E, pertanto: Z = X - E.

Sia definito X < T dentro la soglia e X > T fuori dalla soglia.

Sia l?operatore, ossia il dispositivo master 310, in una situazione fuori dalla regione di spazio di lavoro 315 (X >> T) e si voglia stimare la condizione di ingresso stabile tenendo conto del margine di errore in funzione della misura Z.

Quindi ponendo Z < T-E si osserva che per sostituzione due casi otteniamo il criterio per stabile che l?operatore ? sicuramente all?interno della regione di spazio di lavoro 315. Ogni altro valore Z maggiore non rispetta il criterio di X < T.

X E < T-E ovvero X < T - 2 E

X - E < T-E ovvero X < T

Sempre in accordo con questo esempio, ipotizzando che l?operatore, ossia il dispositivo master 310, si trovi all?interno della regione di spazio di lavoro 315 (X << T) allora Z > T+E ? il criterio ricercato per sostituzione X > T. Agendo sulla condizione di Z rispetto T ed E si pu? scegliere di ritardare l?ingresso o l?uscita secondo criteri di usabilit? o di sicurezza.

Se si sceglie sempre il margine interno (T-E) allora si favorisce la sicurezza per l?uscita e l?usabilit? per l?ingresso. La figura 3 illustra il dispositivo master 310 in ingresso/uscita dalla regione di bordo 317 dallo spazio di lavoro 315, in cui la regione di bordo 317 ? definita a partire dalla soglia T tenendo conto del rumore E.

Eccessive vibrazioni del dispositivo master.

Secondo una forma di realizzazione, in cui si rileva un?ulteriore anomalia associata ad eccessive vibrazioni del dispositivo master, il metodo comprende le seguenti fasi:

- rilevare spostamenti del vettore di velocit? sopra una determinata soglia;

- rilevare o conteggiare il numero o frequenza di cambi di direzione del vettore di velocit? rilevato o calcolato del dispositivo master;

- confrontare il suddetto numero o frequenza di cambi di direzione con un rispettivo valore di soglia;

- individuare la suddetta anomalia associata ad eccessive vibrazioni del dispositivo master se il suddetto numero o frequenza di cambi di direzione, conteggiato o rilevato, supera il suddetto rispettivo valore di soglia.

Il conteggio del numero o frequenza di cambi di direzione del vettore di velocit? avviene, ad esempio, in un dato periodo di tempo, per esempio di 0.2 secondi. In tal modo, dal momento che la banda del sistema chirurgorobot ? tipicamente di 5Hz, il sistema riconosce se, attraverso il dispositivo master viene fornito in input un comando di movimento a 10Hz. Questa funzionalit? vuole identificare tale situazione in quanto indicativa di un?anomalia, piuttosto che rimuoverla come avverrebbe con l?applicazione di un filtro passa passo.

Il monitoraggio della velocit? del dispositivo master consente di riconoscere un numero di oscillazioni sufficientemente ampie in un intervallo di tempo prefissato, ad esempio identificando quando la velocit? effettua un?inversione di direzione, e conteggiando in una finestra temporale (mobile o fissa) il numero di oscillazioni che superano una data ampiezza supera la soglia prefissata.

Questa funzionalit? pu? essere utile, particolarmente nel caso di sistema di tracking magnetico, anche per rilevare eventuali perturbazioni di campo magnetico dovute a un campo magnetico esterno rilevate sotto forma di vibrazioni del segnale di posizione rilevata del dispositivo master.

Sar? qui discusso nel dettaglio il caso mono direzionale. L?inversione di velocit? di un segnale continuo ? ricavabile come un punto di minimo o di massimo della sua derivata nel tempo. Dato un segnale di posizione a singolo asse a campionamento fisso dT (secondi) possiamo valutare tale punto in varie modalit?: (i) utilizzando filtraggio e fitting polinomiale, (ii) votazione su finestra mobile di lunghezza 2W+1.

Nel caso di ?(i) fitting?: effettuare il fitting della posizione con un polinomio almeno del secondo ordine, e calcolare se l?accelerazione ? nulla; poi successivamente si stimano nella finestra data le velocit?. Nel caso di ?(ii) finestra mobile?: si inseriscono i campioni locali di velocit? istantanea trasformata su tre simboli (P Z N) corrispondenti a valori di velocit? relative maggiori di una soglia V0, compresi in [-V0,V0] e minori di -V0. L?algoritmo considera come punto di inversione il primo punto che ha LZ campioni a velocit? nulla (al limite anche 0) preceduti da sequenze uniformi di valori non negativi, seguiti da valori non positivi, ovvero l?inverso.

Una prima implementazione si basa su riconoscimento di pattern con espressione regolare come:

[NZ]{L1,}[PZ]{L1,} ovvero [PZ]{L1,}[NZ]{L1,}. Il punto di inversione ? il punto medio tra l?ultimo e primo simbolo N,P nel primo caso e P,N nel secondo. Si osservi che non ? necessario avere un punto in cui la velocit? risulti nulla.

In una seconda implementazione, la sequenza di P N viene memorizzata in una finestra mobile che conta il numero di occorrenze contigue di ogni P ed N. Per una finestra mobile di lunghezza W vuol dire al pi? W elementi tutti ad 1 quando vi sono alternanze di P ed N ovvero 1 elemento se sono tutti P o N. Utilizzando l?algoritmo del massimo a scorrimento sulla sequenza di tali occorrenze C1...CK si ricava il punto di massimo, e sia esso Ci. Allora se Ci >= L1 e C(i-1) >=L1 o C(i+1) >=L1 si ottiene un punto di inversione.

Di preferenza, nel caso in cui il sistema di misura, per qualunque motivo, non fornisca un campione, il sistema si resetta e comincia a riempire le finestre mobili.

A questo punto, il sistema accumula i punti di inversione nel tempo. Se gli ultimi due punti di inversione hanno una distanza temporale maggiore di una soglia prefissata il conteggio delle inversioni viene resettato. Si valuta poi la distanza tra i due punti di inversione e se questa ? maggiore di una soglia data il numero di inversioni viene incrementato.

Estendendo quanto sopra descritto al caso tridimensionale, una possibile soluzione ? realizzata dal lavorare per assi indipendenti ed avere tre identificatori distinti di cambio di direzione della velocit? (uno per asse).

Un?altra forma realizzativa con riferimento al caso tridimensionale ? quella di lavorare in modo combinato, come di seguito descritto, con riferimento a quanto gi? discusso per il caso mono dimensionale: si ottiene quindi stima del punto di inversione sulla base della posizione tridimensionale, e si utilizza la distanza tra vettori per la stima dell?ampiezza delle oscillazioni.

Nel caso di stima del punto via ?(i) fitting? si applica sostanzialmente lo stesso approccio del fitting polinomiale sopra esposto, ma esteso al caso tridimensionale. L?idea ? quella di esprimere con un polinomio, o sequenza di polinomi (spline), la posizione, poi calcolare la velocit? relativa tangenziale ed infine utilizzarla come valore Vr. Una possibile tecnica ? quella del fitting di B-Spline. Il problema ? risolubile con una ottimizzazione ai minimi quadrati e controllato principalmente dal numero di punti di controllo desiderati. Una ipotesi preferita consiste in una stima continua del fitting basata su filtro. Diversamente, la stima dell?inversione si basa sulla rappresentazione curvilinea di una traiettoria tridimensionale andando a decomporre ogni nuovo vettore velocit? rispetto al precedente vettore con componenti tangenziali e normali al moto, come si seguito descritto: dati due punti nel tempo P1,P2 definiamo il vettore velocit? come V2=P2-P1. Dato un terzo punto P3 ? possibile valutare che ruolo ha il nuovo vettore velocit? V3=P3-P2 rispetto al precedente componente V3=v3t V3 V3N. La componente v3t ? una velocit? relativa e quindi usabile come Vr nella soluzione monoassiale.

Ad esempio, si assuma di avere un segnale con oscillazioni naturali fino a 5Hz, campionato a 100Hz, con accuratezza di 0.1mm.

Apertura involontaria del dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa, il corpo del dispositivo master comprende due parti rigide vincolate in un giunto, preferibilmente un giunto elastico, ad almeno ruotare attorno ad un asse comune definendo un grado di libert? di apertura/chiusura per il corpo del dispositivo master, ed il metodo comprende la fase di calcolare la velocit? angolare di apertura ? di due parti rigide del corpo del dispositivo master, sulla base dei vettori velocit? rilevati e/o calcolati.

Pertanto il metodo comprende secondo questa opzione implementativa anche le fasi di:

confrontare la velocit? angolare di apertura ? calcolata con una velocit? angolare di soglia ?_thr, che pu? dipendere dalla rigidezza elastica del giunto elastico;

- individuare la condizione di anomalia associata ad una apertura involontaria del dispositivo master se la suddetta velocit? angolare di apertura ? calcolata ? maggiore della suddetta velocit? angolare di soglia (?_thr), secondo la relazione ? > ?_thr.

In accordo con un?opzione implementativa, il valore di velocit? angolare di soglia ?_thr appartiene all?intervallo compreso tra 0.15 e 0.50 rad/s.

Secondo analoghe opzioni implementative, le suddette fasi di calcolare, confrontare e individuare vengono effettuate non sulla velocit? angolare, ma sulla accelerazione angolare, o sulla accelerazione lineare, che possono essere ricavate ad esempio dal monitoraggio dell?evoluzione nel tempo del vettore velocit? e/o del vettore posizione.

Secondo un?altra opzione implementativa, riferita al caso in cui il dispositivo master ? composto da due parti rigide mutualmente connesse in un giunto elastico che tende ad aprire almeno angolarmente tali parti quando non premute o tenute saldamente in mano dall?utente, e l?anomalia che pu? essere rilevata ? una apertura involontaria del dispositivo master, il metodo comprende le seguenti fasi:

- individuare la suddetta condizione di anomalia se v > v_thr.

La velocit? di soglia pu? essere una soglia di velocit? di avvicinamento tra le due parti rigide e/o una soglia di velocit? di allontanamento.

Ad esempio, quando in condizioni di esercizio e secondo una forma di realizzazione che prevede il corpo del dispositivo master avente un grado di libert? di traslazione lineare atto a comandare un asservito grado di libert? slave di apertura/chiusura, un?azione di pressione radiale sul corpo del dispositivo master determina l?allontanamento delle due parti rigide, impartendo allo strumento chirurgico slave un?azione di presa (apertura/chiusura).

Di preferenza, questa opzione implementativa che prevede il calcolo della velocit? lineare di traslazione relativa delle due parti rigide del dispositivo master tra loro vincolate in traslazione consente di individuare una condizione di anomalia indice di un comportamento non controllato del dispositivo master, alla stregua dell?implementazione sopra descritta con riferimento all?apertura involontaria in un dispositivo master avente un giunto rotoidale tra le due parti rigide.

Quindi, in sintesi, secondo una forma di realizzazione del metodo, mediante la misura o il calcolo dell?accelerazione vettoriale, ossia in modulo, direzione e verso, lineare o angolare, del dispositivo master, vengono ricavate almeno le seguenti informazioni:

- caduta del dispositivo master: se l?accelerazione ? pari a g e diretta verso il basso, allora il sistema robotico viene immediatamente arrestato, per evitare che lo slave si diriga anch?esso verso il basso, e quindi, presumibilmente, verso il paziente;

- il dispositivo master ha una accelerazione eccessiva (ad esempio uguale o superiore a 3g) in una direzione qualsiasi; anche in tal caso, il sistema robotico viene immediatamente arrestato;

- apertura involontaria del dispositivo master: se l?accelerazione relativa di due punti del dispositivo master ? maggiore dell?accelerazione di ritorno elastico tra i suddetti due punti (tra i quali vi ? un giunto, e una molla atta ad aprire il giunto).

L?accelerazione vettoriale del dispositivo master viene o direttamente rilevata mediante uno o pi? accelerometri, oppure ricavata dal monitoraggio dell?evoluzione del vettore posizione, a sua volta rilevato.

Come sopra illustrato, il presente metodo si rivolge ad un?ampia classe di interfacce di dispositivo master per sistema robotico di teleoperazione chirurgica, caratterizzate da misure di posizione e orientazione.

In particolare, vengono considerati, ad esempio, dispositive master con due parti, o punte, che si possono chiudere con un giunto a cardine o cerniera. Ogni parte ? associata ad una misura di posizione, che viene direttamente misurata o dedotta.

Per il controllo del dispositivo slave, e in particolare dello strumento micro-chirurgico (o ?endeffector?) ad esso associate, si pu? definire un sistema di coordinate di riferimento di master (o ?Master Frame?) e un rispettivo punto di origine (o ?Master Frame Origin? MFO).

La posizione di uno pi? punti di riferimento del dispositivo master, in ogni istante, viene quindi definita rispetto alle coordinate del suddetto sistema di coordinate di riferimento master, rispetto all?origine (MFO) di tale sistema di coordinate.

Come gi? osservato, in alcune forme di realizzazione, il sistema di coordinate di riferimento master, e la relativa posizione del dispositivo master, viene misurata direttamente, ad esempio usando un marcatore ottico posto sul dispositivo master, in un punto opportunamente prescelto. In questo caso, l?angolo di presa (?gripping angle?) del dispositivo master ?a pinza? viene misurato con un?altra tecnica, ad esempio un codificatore magnetico.

In altre forme di realizzazione, in cui il dispositivo master ? sempre ?a pinza?, con due parti incernierate in un giunto, il metodo prevede la misura della posizione di ciascuna delle suddette due parti (o delle rispettive punte) del dispositivo master. In tal caso, ognuna delle due parti del dispositivo master viene associata ad un proprio sistema di coordinate di riferimento (indicati qui rispettivamente come MF#1 e MF#2), espresso rispetto all?origine del suddetto Master Frame generale (MFO).

Le trasformazioni di coordinate tra il Master Frame generale (con origine MFO) e i Master Frame delle parti del dispositivo master, MF#1 e MF#2, possono essere espresse mediante tecniche di trasformazioni di coordinate di per s? note, ad esempio come la media tra i due Master Frame MF#1 e MF#2, effettuando la media della posizione e delle orientazioni.

In tal caso, le misure effettuate sulle due parti del dispositivo master possono fornire sino a 12 gradi di libert? rilevati: 3 coordinate di posizioni e 3 valori di orientazione per la prima porzione di dispositivo master; 3 coordinate di posizioni e 3 valori di orientazione per la seconda porzione di dispositivo master.

Tali rilevazioni permettono sempre (e anche con ridondanza) di rilevare i 7 gradi di libert? della struttura meccanica del dispositivo master.

In merito ai sistemi di coordinate illustrati nelle figure e utilizzati nel metodo, si osservi che il sistema di riferimento denotato come MFO ? un sistema di riferimento generale (o ?Master Frame generale? o ?Mater Frame Origin?) per il dispositivo master (ad esempio, associato allo spazio di lavoro del dispositivo master); i sistemi di riferimento denotati come MF#1 e MF#2 (figura 1) sono sistemi di riferimento locali (o ?Master Frame?) solidali alle due parti del dispositivo master; i sistemi di riferimento MFM (in figura 1), MF1 e MF2 (figure 4, 4bis e 6ter) sono sistemi di riferimento locali solidali ad un dispositivo master (ad esempio associati ad un punto medio virtuale tra i punti in cui si trovano due sensori solidali al dispositivo master); il sistema di riferimento SFO (in figura 4bis) ? un sistema di riferimento generale (o ?Slave Frame Origin?) per il dispositivo slave (ad esempio, associato ad uno spazio di lavoro del dispositivo slave).

Gli esempi riportati nelle figure 1, 2 e 7 si riferiscono a un dispositivo master di tipo ?a pinzetta? che prevede l?applicazione di una forza delle dita della mano di presa pi? o meno a met? tra il giunto di cerniera e le punte dei due bracci della pinzetta (corrispondenti alle pi? volte menzionate ?due parti? del dispositivo master). Questo tipo di dispositivo master ? caratterizzato da un totale di 7 gradi di libert?: tre di orientazione, tre di posizione e l?apertura tra i bracci della pinzetta. Come gi? illustrato, si possono usare tecnologie ottiche o magnetiche per rilevare la posizione dei bracci della pinzetta.

Le figure 1 e 2 rappresentano il dispositivo master 110 con i due sensori S1, S2 disposti in prossimit? delle punte dei bracci 180, 190 della pinzetta formata dal dispositivo master 110.

In figura 1, il giunto cardine OJ ? sulla sinistra, e consente una rotazione dei bracci con un asse parallelo ai due assi z1 e z2 dei due bracci. Gli assi x1 e x2 sono nella direzione dei bracci, con un verso in allontanamento dal giunto.

Le misure di posizione e rotazione di ciascuno dei due sensori possono essere rappresentate da un vettore tridimensionale della posizione (ottenendo quindi due vettori che indichiamo come p1 e p2) e da una matrice di rotazione per ciascun braccio (ottenendo quindi due matrici di rotazione che indichiamo come R1 e R2). Ogni sensore ? quindi associato a rispettive informazioni di posizione e rotazione, (p1, R1) e (p2, R2).

Si osservi che la rotazione pu? essere associata al sottogruppo ortogonale tridimensionale SO(3), e quindi il numero di gradi di libert? ? sempre di 3 (indipendentemente dal tipo di rappresentazione, sia essa basata su una matrice di rotazione con 9 numeri, come qui esemplificato, sia essa basata su 3 angoli di Eulero (3), sia essa basata su quaternioni.

La disposizione (cio? posizione e rotazione) dei punti di riferimento (o delle punte) dei bracci permette di calcolare una disposizione (cio? posizione e rotazione) dell?intero dispositivo master, ad esempio con una posizione calcolata come la media pM delle due posizioni p1 e p2, e la rotazione come una media delle rotazioni (ovvero, una matrice RM avente come elementi le medie dei rispettivi elementi di R1 e R2). L?angolo di apertura ? della pinzetta pu? essere calcolato usando le distanze tra le punte e le lunghezze note dei bracci del dispositivo master, ovvero le distanze note tra il giunto e ciascuno dei punti di riferimento equipaggiati di sensori (ipotizzando che i sensori S1, S2 siano posti in punti equidistanti dal giunto OJ, le suddette due distanze sono uguali).

Nell?esempio illustrato in figura 3(a), ? mostrata schematicamente un dispositivo master non vincolato 310 durante una transizione in ingresso in uno spazio di lavoro master 315, in cui viene definita una fascia di bordo 317 nell?intorno del limite T dello spazio di lavoro 315; ad esempio la fascia di bordo 317 pu? essere determinata da un errore o rumore E che discende dalla qualit? di rilevazione del dispositivo master 310 da parte del sistema di tracking, e pertanto la fascia di bordo 317 ? delimitata dalle posizioni T+E e T-E.

Nell?esempio illustrato in figura 3(b), ? mostrata schematicamente un dispositivo master non vincolato 310 durante una transizione in uscita da uno spazio di lavoro master 315, in cui viene definita una fascia di bordo 317 nell?intorno del limite T dello spazio di lavoro 315; ad esempio la fascia di bordo 317 pu? essere determinata da un errore o rumore E che discende dalla qualit? di rilevazione del dispositivo master 310 da parte del sistema di tracking, e pertanto la fascia di bordo 317 ? delimitata dalle posizioni T-E e T+E.

Secondo una forma realizzativa illustrata in figura 4, un sistema teleoperato di chirurgia robotica 400 comprende almeno un dispositivo master 410, 420 non vincolato avente un assegnato spazio di lavoro 415, 425 (nell?esempio illustrato sono mostrati schematicamente due dispositivi master 410, 420 non vincolati mostrati schematicamente tenuti in mano da un chirurgo 450), una unit? di controllo solidale alla consolle 455, ed un dispositivo slave 440 (nell?esempio illustrato sono mostrati due strumenti chirurgici slave 460, 470).

Secondo una forma realizzativa illustrata in figura 4bis, un sistema teleoperato di chirurgia robotica 400 comprende almeno un dispositivo master non vincolato avente un assegnato spazio di lavoro 415 (nell?esempio illustrato sono mostrati schematicamente due dispositivi master 410, 420 non vincolati mostrati schematicamente tenuti in mano da un chirurgo 450), una consolle 455 solidale al sistema di riferimento MFO e preferibilmente comprendente una unit? di controllo, ed un dispositivo slave 440 (nell?esempio illustrato sono mostrati due strumenti chirurgici slave 460, 470).

La figura 5 mostra schematicamente un dispositivo master non vincolato 510 all?interno di uno spazio di lavoro 515 ad esso assegnato, in cui ? mostrata una regione di spazio di inizio teleoperazione 516 qui illustrata contenuta interamente nello spazio di lavoro 515, ed in cui in questo esempio illustrato, il dispositivo master 510 ? munito di una coppia sensori o marker identificativi 585, 595; ad esempio, solo quando il dispositivo master 510 si trova all?interno della regione di spazio di inizio teleoperazione 516 il sistema ? configurato per abilitare l?inizio della teleoperazione.

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 5bis, il sistema di riferimento MFO ? solidale ad una consolle comprendente una sedia 554 (nell?esempio illustrato il sistema di riferimento MFO ? solidale ad una porzione della sedia 554). Ad esempio, una sorgente di tracking ? collocata solidale ad una porzione della sedia 554 definendo un volume di lavoro 515, ed in cui ? mostrata una regione di spazio di inizio teleoperazione 516 qui illustrata contenuta interamente nello spazio di lavoro 515; ad esempio, solo quando il dispositivo master 510 si trova all?interno della regione di spazio di inizio teleoperazione 516 il sistema ? configurato per abilitare l?inizio della teleoperazione.

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 5ter, il sistema di riferimento MFO ? solidale ad una consolle master 555 definendo un volume di lavoro 515 solidale alla consolle master 555; nell?esempio illustrato sono mostrati schematicamente due dispositivi master 510, 520 non vincolati tenuti in mano da un chirurgo 550 e cablati mediante collegamento dati 511, 512 alla consolle 555; nell?esempio illustrato, la consolle 555 comprende uno schermo 557 per visualizzare il campo operatorio e/o parametri di stato del sistema e/o del campo operatorio.

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 6, sono presenti due volumi 615, 618 solidali alla consolle 655 comprendenti un volume di lavoro 615 ed un volume di stivamento o riposo 618, in cui quando il dispositivo master 615, 625 ? all?interno del volume di stivamento 618 il sistema non abilita un ingresso in uno stato di teleoperazione. Ad esempio, il volume di stivamento 618 pu? essere posto in corrispondenza o in prossimit? della consolle 655 e/o in corrispondenza o all?interno di elementi destinati a riporre il dispositivo master 610, 620 quando non in uso.

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 6bis, sono definiti due volumi di lavoro 615, 625 solidali alla consolle 655 comprendenti un volume di lavoro sinistro 615 ed un volume di lavoro destro 625, ed in cui di preferenza il sistema abilita un ingresso in uno stato di teleoperazione se il dispositivo master sinistro 610 si trova all?interno del volume di lavoro sinistro 615 e il dispositivo master destro 620 si trova all?interno del volume di lavoro destro 625.

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 6ter, il sistema abilita un ingresso in uno stato di teleoperazione se il dispositivo master sinistro 610 e il dispositivo master destro 620 si trovano entrambi all?interno del volume di lavoro 615, e se il dispositivo master sinistro 610 si trova a sinistra del dispositivo master destro 625.

Nelle figure 7 e 8 sono illustrate alcune anomalie riscontrabili basate su informazione di velocit? di almeno un punto del dispositivo master 710, 810 non vincolato all?interno di uno spazio di lavoro 715, 815 ad esso assegnato.

Nell?esempio illustrato in figura 7, il monitoraggio della velocit? angolare ? di due punti del dispositivo master 710, detti due punti essendo identificativi rispettivamente delle parti rigide 780, 790 vincolate in un giunto 775 a ruotare attorno ad un asse comune, consente di rilevare apertura involontaria del dispositivo master (nell?esempio qui illustrato, il dispositivo master 710 ? munito di un sensore o marker identificativo 785, 795 su ciascuna delle due parti rigide 780, 790).

In sostituzione o in addizione, il monitoraggio della velocit? pu? essere monitoraggio della velocit? lineare di due punti del dispositivo master.

Nell?esempio illustrato in figura 8, il monitoraggio della velocit? consente di rilevare vibrazioni eccessive del dispositivo master (nell?esempio qui illustrato, il dispositivo master 810 ? munito di una coppia sensori o marker identificativi 885, 895) ad esempio sulla base del monitoraggio della direzione della velocit? v e/o del conteggio dei cambi di direzione del vettore velocit? v rilevato all?interno del volume di lavoro 815.

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 9, sono presenti tre volumi 915, 919, 914 solidali alla consolle comprendenti: un volume di lavoro 915 in cui quando il dispositivo master 910 si trova al suo interno il sistema abilita la teleoperazione (ad esempio comanda un asservito strumento chirurgico slave 960), un volume di teleoperazione sospesa 919 in cui quando il dispositivo master 910 si trova al suo interno e contestualmente all?esterno del volume di lavoro 915 il sistema sospende la teleoperazione, ed un volume di tracking 914 che rappresenta il limite di rilevamento in cui quando il dispositivo master 910 si trova al suo interno e contestualmente all?esterno del volume di teleoperazione sospesa 919 il sistema esclude la teleoperazione (cio? il dispositivo master 910 ? fuori dalla teleoperazione ?out of teleoperation?).

Secondo una forma di realizzazione mostrata ad esempio in figura 9bis, sono presenti tre volumi 915, 919, 914 solidali alla consolle comprendenti: un volume di lavoro 915 delimitato dalla soglia o superficie limite T in cui quando il dispositivo master 910 si trova al suo interno il sistema abilita la teleoperazione (ad esempio comanda un asservito strumento chirurgico slave 960), un volume di teleoperazione sospesa 919 delimitato dalla soglia o superficie limite T? in cui quando il dispositivo master 910 si trova al suo interno e contestualmente all?esterno del volume di lavoro 915 il sistema sospende la teleoperazione, ed un volume di tracking 914 delimitato dalla soglia o superficie limite T?? che rappresenta il limite di rilevamento in cui quando il dispositivo master 910 si trova al suo interno e contestualmente all?esterno del volume di teleoperazione sospesa 919 il sistema esclude la teleoperazione (cio? il dispositivo master 910 ? fuori dalla teleoperazione ?out of teleoperation?). Le soglie o superfici limiti T, T? e T?? possono essere soggette all?errore di misura o rumore E sopra citato con riferimento alla figura 3 (a)-(b).

La forma di realizzazione illustrata schematicamente in figura 10 mostra un dispositivo master 1010 non vincolato comprendente due parti 1080, 1090 vincolate in un giunto 1075 a traslare relativamente lungo un asse comune X-X, in cui ad esempio le due parti 1080, 1090 sono tra loro vincolate co-lineari, in cui sensori S1, S2 sono posti solidali a ciascuna della due parti 1080, 1090. Secondo un?opzione implementativa, il monitoraggio della velocit? lineare o angolare di ciascun sensore S1, S2 permette di rilevare una condizione di anomalia. Ad esempio, premendo sul giunto 1075, che di preferenza ? un giunto elastico, si allontanano le due parti 1080, 1090, ed in caso di perdita di controllo del dispositivo master 1010 da parte del chirurgo le due parti 1080, 1090 si muovono in avvicinamento relativo, ed in cui il monitoraggio della velocit? di avvicinamento relativo consente di rilevare una condizione di anomalia, ad esempio in caso la velocit? di avvicinamento relativo sia superiore ad una soglia di velocit?. In accordo con un?opzione implementativa, il sistema monitora la velocit? angolare di almeno un sensore S1, S2 per rilevare e riconoscere una condizione di anomalia come ad esempio eccessive vibrazioni.

Come si pu? constatare, gli scopi della presente invenzione, come precedentemente indicati, sono pienamente raggiunti dal metodo sopra descritto, in virt? delle caratteristiche sopra illustrate in dettaglio.

Infatti, il metodo e il sistema descritti permettono una verifica efficace ed in tempo reale di rilevare diverse possibili anomalie operative del dispositivo master, o situazione anomale in cui il dispositivo master pu? trovarsi, e di riconoscere il tipo di anomalia.

Quindi, viene pienamente soddisfatta l?esigenza di operare procedure di verifica in tempo reale di eventuali condizioni operative anomale del dispositivo master, condotte automaticamente dal sistema di controllo del robot per teleoperazione medica o chirurgica, che siano efficienti e affidabili, al fine di soddisfare gli stringenti requisiti di sicurezza che sono richiesti da tali applicazioni.

Ci? viene ottenuto a partire dalla rilevazione di almeno un vettore posizione di almeno un punto associabile al master e confrontando la una o pi? grandezze rilevate con uno o pi? rispettivi valori di soglia predeterminabili.

Una volta individuata un?anomalia strutturale o funzionale del dispositivo master, la teleoperazione pu? essere immediatamente e tempestivamente interrotta, evitando quindi che tale anomalia si ripercuota su una conseguente anomalia nell?operazione del dispositivo slave e dello strumento chirurgico ad esso associato, destinato ad agire sul paziente, con possibili conseguenze anche gravi sul paziente stesso.

In tal modo, viene raggiunto l?obiettivo di migliorare la sicurezza del paziente, soddisfacendo gli strettissimi requisiti di sicurezza che devono essere rispettati nell?ambito operativo considerato.

Alle forme di realizzazione del metodo sopra descritto, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potr? apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione pu? essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per individuare e riconoscere e/o discriminare almeno una condizione di anomalia nell?uso di un dispositivo master (110; 310; 410, 420; 510; 510, 520; 610, 620; 710; 810; 910; 1010) impugnabile, idoneo per essere tenuto in mano dall?operatore, e meccanicamente non vincolato, utilizzato per il controllo di un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica, in cui il metodo comprende:

- rilevare, mediante uno o pi? sensori (S1, S2; 585, 595; 785, 795; 885, 895), il vettore posizione di almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o di un punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master;

- individuare e riconoscere e/o discriminare almeno una condizione di anomalia rilevabile sulla base di detto almeno un vettore posizione rilevato, o sulla base di almeno una componente dell?almeno un vettore posizione rilevato,

in cui dette anomalie rilevabili comprendono almeno un posizionamento non corretto del dispositivo master rispetto ad un predefinito spazio di lavoro (315; 415; 415, 425; 515; 615; 615, 625; 715; 815; 915) del dispositivo master,

ed in cui ciascuna di dette anomalie rilevabili ? associata ad almeno un cambio di stato del sistema da effettuarsi in caso di rilevazione dell?anomalia, detto almeno un cambio di stato comprendendo l?uscita dallo stato di teleoperazione.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende:

- detto dispositivo master, meccanicamente non vincolato e idoneo per essere tenuto in mano da un chirurgo durante un intervento chirurgico, e configurato per rilevare un comando manuale del chirurgo e generare un rispettivo primo segnale elettrico di comando;

- almeno un assieme robotico slave comprendente almeno uno strumento chirurgico slave (460, 470; 960) configurato per operare sull?anatomia di un paziente, in maniera controllata dal dispositivo master, in modo che il movimento del dispositivo master si traduca in un rispettivo movimento, voluto e controllato, del dispositivo slave;

- un?unit? di controllo dotata di elaboratore elettronico, configurata per ricevere detto primo segnale elettrico di comando dal dispositivo master, generare un secondo segnale elettrico di comando, sulla base del primo segnale elettrico di comando, e fornire il secondo segnale elettrico di comando all?assieme robotico slave, per attuare l?almeno uno strumento chirurgico slave;

in cui detta unit? di controllo ? operativamente collegata a detti uno o pi? sensori per ricevere almeno un terzo segnale elettrico, o per ricevere detto primo segnale elettrico, rappresentativi di detto vettore posizione rilevato e/o della relativa evoluzione temporale,

ed in cui detta fase di individuare almeno un?anomalia rilevabile ? eseguita da detta unit? di controllo.

3. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?anomalia rilevabile comprende la rilevazione di un posizionamento proibito del dispositivo master al di fuori di limiti spaziali predefiniti come consentiti, ed in cui il metodo comprende:

- confrontare la posizione rilevata di detto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, rispetto ad una superficie limite predefinita, rappresentativa di detti limiti spaziali predefiniti;

- individuare detta anomalia di posizionamento proibito del dispositivo master se detta posizione rilevata ? all?esterno di detta superficie limite predefinita,

in cui detta posizione dell?almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, e detta superficie limite predefinita sono definite rispetto ad un sistema di coordinate di riferimento associato al sistema robotico per chirurgia teleoperata, ed avente assi predefiniti e origine in un punto prestabilito.

4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detti limiti spaziali consentiti sono definiti come uno spazio di lavoro o volume a forma di sfera, e detta superficie limite predefinita ? la superficie sferica di detta sfera.

5. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detti limiti spaziali consentiti sono definiti come uno spazio di lavoro o volume a forma di scatola o parallelepipedo, e detta superficie limite predefinita ? la superficie di detta scatola o parallelepipedo.

6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-5, in cui il sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende una consolle operativa (455; 555; 655),

in cui detto sistema di coordinate di riferimento ? solidale con detta consolle di sistema robotico.

7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui la consolle operativa comprende almeno una sedia chirurgica (554) comprendente almeno una superficie di seduta affinch? il chirurgo si sieda su di essa durante l?intervento chirurgico,

in cui detto sistema di coordinate di riferimento ? solidale con detta almeno una sedia chirurgica, e preferibilmente con detta almeno una superficie di seduta.

8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-7, in cui il sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende inoltre almeno un sistema di tracking, idoneo per rilevare posizione e orientamento del dispositivo master di input all?interno di un volume di tracking predefinito, in modo che l?attuazione dello strumento chirurgico slave dipenda dal comando manuale impartito dal chirurgo mediante il dispositivo master e/o dalla posizione e orientamento del dispositivo master.

9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detto spazio di lavoro del dispositivo master ? contenuto in detto volume di tracking (914), ovvero ? un sottoinsieme del volume di tracking.

10. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui viene predefinito uno spazio di inizio teleoperazione (516), che ? contenuto nello spazio di lavoro del dispositivo master, ovvero ? un sottoinsieme dello spazio di lavoro del dispositivo master, in cui il metodo prevede la fase di:

- consentire l?inizio della teleoperazione, oppure l?avvio di una fase di controlli preparatori, solo se la posizione rilevata del dispositivo master ? collocata all?interno di detto spazio di inizio teleoperazione.

11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo master ? un dispositivo master impugnabile e non vincolato, comprendente due parti rigide (180, 190; 780, 790; 1080, 1090) vincolate a ruotare o traslare relativamente in un rispetto ad un asse comune,

in cui detta fase di rilevare una posizione comprende rilevare, mediante rispettivi sensori, il vettore posizione e/o l?evoluzione nel tempo del vettore posizione, di almeno due punti rilevabili, un primo punto appartenente o solidale ad una di dette parti rigide del dispositivo master e un secondo punto appartenente o solidale all?altra di dette parti rigide del dispositivo.

12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detta fase di rilevare almeno un vettore posizione comprende rilevare il vettore posizione di detti almeno due punti rilevabili, e/o il vettore posizione di almeno uno dei seguenti ulteriori punti:

punto medio tra detti due punti rilevati e/o baricentro di detto dispositivo master,

e/o di un giunto rotoidale (OJ; 775) di dispositivo master, e/o di un giunto prismatico (1075) di dispositivo master.

13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11 o 12, in cui il corpo di detto dispositivo master comprende due punte o estremit? libere, una prima punta o estremit? libera appartenente o solidale ad una di dette parti rigide del dispositivo master e una seconda punta o estremit? libera appartenente o solidale all?altra di dette parti rigide del dispositivo,

ed in cui detti due punti rilevabili corrispondono e/o sono associati rispettivamente a dette due punte o estremit? libere del dispositivo master.

14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui quando si determina che il dispositivo master ? fuori dai limiti spaziali consentiti, in cui detto cambio di stato del sistema ? l?immediata uscita del sistema robotico dallo stato di teleoperazione, o l?immediata sospensione dello stato di teleoperazione.

15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui quando si determina che il dispositivo di master e/o il dispositivo di slave sono vicini, entro una soglia di vicinanza, a detti limite spaziale e/o a limiti di orientazione, il metodo prevede l?ulteriore fase di:

- comunicare all?operatore, mediante un segnale di comunicazione acustico e/o visuale, la condizione di vicinanza del dispositivo master e/o del dispositivo slave ai limiti spaziali consentiti, cos? da permettere all?operatore di agire in modo da evitare di uscire dai limiti spaziali e uscire dalla teleoperazione.

16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui detto segnale di comunicazione ? un segnale acustico, ed in cui detto segnale acustico aumenta la propria frequenza al diminuire della distanza del dispositivo master o del dispositivo slave dal limite spaziale, nell?intervallo tra la soglia di vicinanza e la superficie corrispondente al limite spaziale.

17. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui detto segnale di comunicazione ? un segnale visivo, ed in cui la frequenza della comunicazione del segnale visivo aumenta al diminuire della distanza del dispositivo master o del dispositivo slave dal limite spaziale, nell?intervallo tra la soglia di vicinanza e la superficie corrispondente al limite spaziale.

18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 14-17, in cui il metodo comprende inoltre:

- consentire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico quando si rileva, in tempo reale, che il dispositivo master ? rientrato nei limiti spaziali consentiti,

oppure

- inibire il riavvio della teleoperazione del sistema robotico anche se si rileva, in tempo reale, che il dispositivo master ? rientrato nei limiti spaziali consentiti, e ricominciare procedure di preparazione e avvio di teleoperazione e/o operazioni di riallineamento preliminare,

in cui detti limiti spaziali consentiti sono definiti da detto spazio di lavoro del dispositivo master oppure da detto spazio di inizio teleoperazione.

19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui viene definito un volume di teleoperazione sospesa (919), che si estende intorno allo spazio di lavoro del dispositivo master ed ? pi? ampio dello spazio di lavoro del dispositivo master,

detto volume di teleoperazione sospesa essendo un volume in cui il sistema robotico prevede una teleoperazione sospesa,

in cui la teleoperazione sospesa ? una teleoperazione limitata che impedisce almeno i movimenti di traslazione di un punto di controllo del dispositivo slave, oppure che limita i movimenti rotazionali del punto di controllo del dispositivo slave, oppure che impedisce tutti i movimenti del punto di controllo del dispositivo slave,

in cui il metodo prevede l?ulteriore fase di: passare dallo stato di teleoperazione allo stato di teleoperazione sospesa quando il dispositivo master esce dai limiti dello spazio di lavoro ed entra nel volume di teleoperazione sospesa.

20. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui, quando il dispositivo master esce dai limiti di detto volume di teleoperazione sospesa, il sistema robotico esce immediatamente dalla fase di teleoperazione.

21. Metodo secondo la rivendicazione 19 o la rivendicazione 20, in cui l?ingresso o l?uscita dal volume di teleoperazione sospesa ? indicato all?operatore mediante un rispettivo segnale acustico e/o visivo e/o tattile.

22. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 19-21, comprendente inoltre:

- consentire il rientro del sistema robotico nello stato di teleoperazione, con riavvio della teleoperazione, quando si rileva che il dispositivo master ? rientrato dal volume di teleoperazione sospesa entro i limiti dello spazio di lavoro.

23. Metodo secondo la rivendicazione 22, in cui, al termine di una fase di teleoperazione sospesa, e prima dell?avvio della teleoperazione, il metodo prevede una fase di allineamento con movimento, nella quale il dispositivo slave si muove in modo da raggiungere una posizione ed orientazione corrispondenti alla effettiva ed attuale posizione ed orientazione del dispositivo master.

24. Metodo secondo la rivendicazione 23, in cui, durante detta fase di allineamento con movimento, viene consentito al dispositivo slave solo di variare l?orientazione del punto di controllo, oppure viene consentito al dispositivo slave di muoversi secondo i gradi di libert? di orientazione e ?grip?.

25. Metodo secondo la rivendicazione 23 o la rivendicazione 24, in cui l?ingresso nella fase di allineamento con movimento viene consentito solo se sono superati alcuni controlli di verifica, comprendenti almeno dei seguenti controlli: disallineamento in orientazione master-slave inferiore ad una certa soglia, e/o posa di orientamento del master raggiungibile all?interno dello spazio di lavoro dello slave.

26. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, se i movimenti del dispositivo master e del dispositivo slave sono scalati di un fattore di scala, detti spazio di lavoro del dispositivo master e/o spazio di inizio teleoperazione e/o volume di teleoperazione sospesa crescono con il fattore di scala.

27. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema robotico comprende due dispositivi master, ed in cui il metodo prevede di uscire dalla teleoperazione e/o sospendere la teleoperazione di entrambi i dispositivi master se anche uno solo dei dispositivo master esce dai limiti spaziali consentiti.

28. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente l?ulteriore fase di:

- verificare che il dispositivo slave si trovi all?interno di uno spazio di lavoro di dispositivo slave consentito;

- se si verifica che il dispositivo slave non si trova all?interno dello spazio di lavoro di dispositivo slave consentito, avvisare l?utente dell?emergere di un?anomalia di posizionamento del dispositivo slave, e interrompere immediatamente la teleoperazione da parte del sistema robotico,

in cui lo spazio di lavoro di dispositivo slave comprende l?insieme spaziale di tutte le posizioni raggiungibili da un punto di controllo del dispositivo slave come conseguenza delle possibili pose e/o orientazioni dello strumento chirurgico articolato del dispositivo slave.

29. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-28, comprendente l?ulteriore fase di calcolare velocit? lineare e/o velocit? angolare e/o accelerazione lineare e/o accelerazione angolare di detto almeno un punto appartenente o solidale al dispositivo master, o punto virtuale associato univocamente e rigidamente al dispositivo master, sulla base dell?evoluzione temporale del rispettivo vettore posizione rilevato.

30. Metodo secondo la rivendicazione 29, comprendente rilevare una o pi? ulteriori anomalie sulla base di dette velocit? lineare e/o velocit? angolare e/o accelerazione lineare e/o accelerazione angolare calcolate.

31. Metodo per gestire anomalie riscontrate in un dispositivo master di un sistema robotico master-slave per teleoperazione chirurgica o medica, comprendente le fasi di:

eseguire un metodo per individuare almeno una condizione di anomalia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-30;

se viene determinata almeno una qualunque di dette anomalie, interrompere oppure sospendere immediatamente la teleoperazione e i movimenti dello strumento chirurgico del dispositivo slave.

32. Sistema robotico (400) per teleoperazione medica o chirurgica comprendente:

- un dispositivo master (110; 310; 410, 420; 510; 510, 520; 610, 620; 710; 810; 910; 1010), meccanicamente non collegato a terra e idoneo per essere tenuto a mano da un chirurgo durante un intervento chirurgico, e configurato per rilevare un comando manuale del chirurgo e generare un rispettivo primo segnale elettrico di comando;

- almeno un dispositivo slave (440), o assieme robotico slave, comprendente almeno uno strumento chirurgico slave (460, 470; 960) configurato per operare sull?anatomia di un paziente, in maniera controllata dal dispositivo master;

in cui detta unit? di controllo ? configurata per eseguire un metodo per individuare almeno una condizione di anomalia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-30.