JP2010525838A - Method, apparatus, and system for non-mechanically limiting and / or programming movement along one axis of a manipulator tool - Google Patents

Method, apparatus, and system for non-mechanically limiting and / or programming movement along one axis of a manipulator tool Download PDF

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Abstract

医療用ロボットの移動を機械的に制限して一軸の移動を生成するのではなく、医療用ロボット移動を電子的に限定することによって達成される一軸に沿った、医療用ロボットのツールの移動を実行するための、方法、(コンピュータ可読媒体などの)装置、および(コンピュータシステムなどの)システム。このようなツールの移動は、一軸移動の間に、ユーザが、医療用ロボットに連結された入力デバイスを他の軸に移動させている場合でも、一軸に沿ったものとなる。さらに一軸移動を自動化するための技法が開示され、それによれば、目標場所に停止して、第2の(例えば、開始の)場所またはその近くで開始するように一軸移動をプログラムすることが可能であり、これは脳生体検査、胸部生体検査または移植などの処置に対して有用であるとともに、ユーザが入力装置を操作して、医療用ロボットのリアルタイム応答移動を生成させる必要なく、その移動を実行するように医療用ロボットに命令する指令をユーザが実行することができる。  Rather than mechanically restricting the movement of a medical robot to generate a single axis movement, the movement of the medical robot tool along one axis is achieved by electronically limiting the medical robot movement. A method, an apparatus (such as a computer readable medium), and a system (such as a computer system) for performing. Such movement of the tool is along one axis even when the user moves the input device connected to the medical robot to another axis during the one-axis movement. Further disclosed is a technique for automating uniaxial movement, whereby it can be programmed to stop at a target location and start at or near a second (eg, starting) location This is useful for procedures such as brain biopsy, chest biopsy, or transplantation, and does not require the user to manipulate the input device to generate a real-time response movement of the medical robot. A user can execute a command to instruct the medical robot to execute.

Description

関係出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み入れてある、2007年4月16日出願の米国特許仮出願整理番号60/912146号の優先権を主張するものである。同時係属の国際出願PCT/US08/60541も参照により本明細書に組み入れてある。
CROSS-REFERENCE This application of the relationship application, by reference are incorporated herein, which claims the priority of US Provisional Patent Application Serial No. 60/912146, filed April 16, 2007. The co-pending international application PCT / US08 / 60541 is also incorporated herein by reference.

本発明の方法、装置、およびシステムは、全体的には手術ロボットの分野に関し、より具体的には、マニピュレータ(例えば、多自由度を有するロボットアーム)を、一軸に沿ったマニピュレータによるツールの移動に非機械的に制限することに関する。   The method, apparatus, and system of the present invention relate generally to the field of surgical robots, and more specifically, manipulators (eg, robot arms with multiple degrees of freedom) can be moved by a manipulator along one axis. Relating to non-mechanical restrictions.

本発明の方法、装置、およびシステムよって実施することのできる処置の一例は、自動生体検査(automated biopsy)である。本発明の方法、装置およびシステムが関係する処置に使用することのできる手術ロボットの一例が、本明細書に組み入れてある米国特許第7155316号(316特許)に開示されている。
定位処置(stereotactic procedures)を実行する(例えば、針または小型ツールを取り上げ、3次元空間内で目標物に当てる)ためには、ツールが、その計画された軌跡から逸脱できる範囲を限定するのが有利である。したがって、ロボットを使用してマスター・スレーブインターフェイスを用いる定位処置を実行するのにためには、XおよびY座標におけるマスターコントローラへのすべての入力を無効にして、ツール先端の移動をZ軸に制限するのが望ましいことがある。
One example of a procedure that can be performed by the methods, devices, and systems of the present invention is an automated biopsy. An example of a surgical robot that can be used for procedures involving the methods, devices and systems of the present invention is disclosed in US Pat. No. 7,155,316 (the '316 patent), which is incorporated herein.
In order to perform stereotactic procedures (eg, take a needle or small tool and hit a target in 3D space), it is limited to the extent that the tool can deviate from its planned trajectory. It is advantageous. Therefore, in order to perform a stereotaxic procedure using a master / slave interface using a robot, all inputs to the master controller in the X and Y coordinates are disabled and tool tip movement is restricted to the Z axis. It may be desirable to do so.

フレームベースまたはフレームレスの定位ツール(stereotactic tools)を使用する現行の処置は、機械的な限定によってZロック(Z-lock)状態を生成する。定位処置(フレームベース)に対する最も一般的な方法は、剛性のあるヘッドフレームを患者の頭部へ固定することを必要とする。このフレームは、X軸およびY軸移動を機械的に限定することによって、計画経路を通って定位ツールを誘導する機械的手段としての役割を果たす。機械式アームまたはツール取付け具を使用するその他のフレームレス定位ツールは、患者の頭部を空間において固定し、機械式アームを予め計画された経路位置に設置し、アームに関連する自由度を機械的にロックすることによって定位処置を実行する。その結果は、事前計画された経路に沿っての機械式Zロックとなる。   Current procedures that use frame-based or frameless stereotactic tools generate a Z-lock condition due to mechanical limitations. The most common method for stereotaxic procedures (frame-based) involves securing a rigid head frame to the patient's head. This frame serves as a mechanical means to guide the localization tool through the planned path by mechanically limiting X and Y axis movement. Other frameless stereotactic tools that use mechanical arms or tool attachments fix the patient's head in space, place the mechanical arm in a pre-planned path position, and machine the degree of freedom associated with the arm. The stereotaxic procedure is performed by locking automatically. The result is a mechanical Z-lock along a pre-planned path.

フレームベースおよびフレームレスの定位処置の両方において、事前計画経路は、処置の数時間前に撮られた画像から導出される。しかしながら、脳は、頭蓋腔(cranial cavity)内部で固定されておらず、損傷、腫瘍、水和、および体位変化の結果として位置がずれる可能性がある。これらの比較的小さな脳の位置ずれが、精度の上で問題となり、安全性に対する懸念を生じさせることがある。その結果として、手術後画像およびその他のツールを使用して、既存のツールを用いた正確で安全な処置が確保される。さらに、フレームベース定位処置においては、患者の頭部にヘッドフレームを取り付けることも必要であり、これは、不快であるとともに、時間もかかる。   In both frame-based and frameless stereotactic procedures, a pre-planned path is derived from images taken hours before the procedure. However, the brain is not fixed inside the cranial cavity and can be mislocated as a result of injury, tumor, hydration, and postural changes. These relatively small brain misalignments can be a problem in accuracy and may raise safety concerns. As a result, post-surgical images and other tools are used to ensure an accurate and safe procedure using existing tools. Furthermore, frame-based stereotactic procedures also require that a head frame be attached to the patient's head, which is uncomfortable and time consuming.

手術前の計画および手術後の撮像には多大な時間がかかる。さらにフレームレス定位手術(stereotaxy)ナビゲーションシステムは、患者の頭部と外科医のツールとを見通し(line of sight)できることが必要がある。このことは、目標物まで定位ツールを誘導するために、患者の頭部によってその位置を決める必要のある外科医にとって問題となる可能性がある。   Planning before surgery and imaging after surgery take a lot of time. In addition, a frameless stereotaxy navigation system needs to be able to line of sight between the patient's head and the surgeon's tools. This can be a problem for a surgeon who needs to be positioned by the patient's head to guide the stereotactic tool to the target.

本発明の方法およびシステムの態様は、外科医などのユーザが、ツールの縦軸などの一軸に沿って、(ロボットアームに結合されたツール、ならびにロボットアームに一体化されたツールと含む、)ロボットアームの内の1つのツールの自動移動を設定して、実行することを可能にする。そのような移動は、脳組織または胸部組織などの組織の自動生体検査として実施されるときに、特に有利である。自動移動は、ロボットアームの一部または全部が磁気共鳴撮像機械の開放型または閉止型の磁石の内腔内に位置するときに、定位処置の間に、または1つまたは両方のロボットアームが準備されてそのような自動移動がその間に実行される顕微手術処置(microsurgical procedure)の間に、行われるようにプログラムしてもよい。本発明の技法によって操作することのできるロボットは、コンピュータ支援装置として特徴づけることもできる。 Aspects of the method and system of the present invention allow a user, such as a surgeon, to perform a robot (including a tool coupled to a robot arm and a tool integrated with the robot arm) along one axis, such as the longitudinal axis of the tool. Allows automatic movement of one tool in the arm to be set and executed. Such movement is particularly advantageous when performed as an automated biopsy of tissue such as brain tissue or breast tissue. Automatic movement is provided during a stereotaxic procedure or when one or both robot arms are prepared when some or all of the robot arms are located within the open or closed magnet lumen of the magnetic resonance imaging machine. And may be programmed to take place during a microsurgical procedure during which such automatic movement is performed. A robot that can be manipulated by the techniques of the present invention can also be characterized as a computer aided device.

いくつかの態様では、本発明のシステムは、自動化手術処置をシミュレート、計画、および/または実行する上で有用である、コンピュータシステムの形態をとる。このコンピュータシステムは、少なくとも以下の機能:医療用ロボットによって保持されたツールに対する目標場所を指定するデータを受け取る;自動移動の間に、前記ツールが前記目標場所に向かってそこから移動する、前記ツールの第2の場所を指定するデータを受け取る;および自動移動を開始するユーザ指令に応答して、前記第2の場所と前記目標場所によって定義される一軸に沿って前記ツールが移動するように、前記医療用ロボットを移動させる、を実行するように構成される。目標場所を指定するデータには、ツールの先端の座標(例えば、直交座標(Cartesian coordinates))、または任意の座標系においてツールの縦軸に沿ってツールから間隔を空けた場所の座標、またはそのような座標の決定を可能にするのに十分なデータ(ロボットアームリンク長などの既知のパラメータに基づいて、順方向キネマティクスを用いて座標系の解を求めることを可能にする、ロボットアームの関節値など)を含めることができる。   In some aspects, the system of the present invention takes the form of a computer system that is useful in simulating, planning, and / or performing automated surgical procedures. The computer system receives at least the following functions: data specifying a target location for a tool held by a medical robot; during automatic movement, the tool moves from it toward the target location In response to a user command to initiate automatic movement, so that the tool moves along an axis defined by the second location and the target location, The medical robot is moved. The data specifying the target location can be the coordinates of the tool tip (eg Cartesian coordinates), or the coordinates of the location spaced from the tool along the tool's vertical axis in any coordinate system, or Data sufficient to enable the determination of such coordinates (based on known parameters such as the robot arm link length, the robot arm's ability to find a coordinate system solution using forward kinematics) Joint values, etc.).

いくつかの態様では、本発明の装置は、以下のことを行うためのマシン可読命令を含むコンピュータ可読媒体の形態をとる:手術に使用されるように構成されたロボットアームに保持されるか、またはそれと一体化された器具の移動を、一軸に沿って制限する指令を受け取ること;入力装置の位置および方位を受け取ること、但し、前記入力装置は、前記入力装置がマスターであるマスター・スレーブ関係で前記ロボットアームに連結されており、前記入力装置の位置および方位と、前記入力装置の以前の位置および方位との差が、前記機器の所望の移動と一致している;および所望の動きに応じて前記機器の移動を発生させる信号(単数または複数)を送付すること、但し、この移動は一軸に沿っており、該一軸と異なるいかなる軸に沿った移動をも含まない。信号(単数または複数)は、ロボットアームを適切に動かすのに十分な情報を含む任意好適な形態のデータとすることができる。例えば、信号(単数又は複数)は、ロボットアーム用のローカルコントローラに、または直接、個々の関節アクチュエータに出力される、関節変位および/または関節速度の組を表わしてもよい。   In some aspects, the apparatus of the present invention takes the form of a computer readable medium that includes machine readable instructions for performing the following: held in a robotic arm configured to be used in surgery, Or receiving a command to limit the movement of the instrument integrated therewith along one axis; receiving the position and orientation of the input device, provided that the input device is a master / slave relationship in which the input device is a master And the difference between the position and orientation of the input device and the previous position and orientation of the input device is consistent with the desired movement of the device; and Send a signal (s) to cause movement of the device in response, provided that this movement is along one axis and along any axis different from the one axis. Movement does not contain a. The signal (s) can be any suitable form of data that contains sufficient information to properly move the robot arm. For example, the signal (s) may represent a set of joint displacements and / or joint velocities that are output to a local controller for the robot arm or directly to individual joint actuators.

いくつかの態様では、ユーザは、マスター・スレーブ関係におけるマスターとしてロボットアームに連結されているハンドコントローラなどの、入力装置を介してコンピュータシステムに入力を与えることによって、処置を準備してもよい。また、ユーザは、タッチスクリーン制御器(例えば、ボタン、スライダーバー(slider bar)、ドロップダウンメニュー、タブ、その他)、マウス、またはその他などの好適な入力装置を使用して、1つまたは2つ以上のグラフィックユーザインターフェイス(GUI)を介して入力を与えてもよい。本発明のシステムのいくつかの態様は、コンピュータシステムであり、これらのコンピュータシステムは、ユーザが、自動移動を設定するため、またはトレーニングのためのシミュレーションモードを(例えば、接触することによって選択することのできるボタン、マウス、その他などの制御器を介して)選択することを可能にするGUIを、ディスプレイスクリーン上に表示するように構成してもよい。このコンピュータシステムは、また、顕微手術(microsurgery)、ロボットアームの一方による定位手術、他方のロボットアームによる定位手術などの、手術の種類を選択するための、(例えば、接触、マウス、その他を介して選択することのできる)1つまたは2つ以上の制御器をGUI上に表示するように構成してもよい。   In some aspects, a user may prepare a procedure by providing input to a computer system via an input device, such as a hand controller coupled to a robotic arm as a master in a master-slave relationship. The user may also use one or two suitable input devices such as touch screen controls (eg, buttons, slider bar, drop-down menus, tabs, etc.), mouse, or others. Input may be given via the graphic user interface (GUI). Some aspects of the system of the present invention are computer systems that allow a user to select a simulation mode (eg, by touching) for setting up automatic movement or for training. A GUI that allows selection (via a control such as a button, mouse, etc.) may be configured to be displayed on the display screen. The computer system can also be used to select the type of surgery (eg, via contact, mouse, etc.), such as microsurgery, stereotactic surgery with one robot arm, stereotactic surgery with the other robot arm. One or more controllers (which can be selected) may be configured to be displayed on the GUI.

コンピュータシステムはまた、以下のものに対する電力を起動するための、(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる)1つまたは2つ以上の制御器をGUI上に表示するように構成してもよい:すなわち、(例えば、別個のボタンを介して)ロボットアーム;顕微手術処置の間にロボットアームがその上に設置されている基台の高さを調整するためのベースモーター;被験者の一部分と固定された関係にある構造(例えば、無線周波数コイルアセンブリ)を、一方または両方のロボットアームに対して位置決めするための、物理的位置決め工程の間に有用なディジタル化アーム(digitizing arm);顕微手術中に、手術フィールドを撮像するのに有用なフィールドカメラ;および磁気共鳴像装置の磁石のボア内に配置されるボアカメラ(単数または複数)である。また、コンピュータシステムは、一軸ロック(例えば、Z軸ロック)を起動するための(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる)1つまたは2つ以上の制御器、およびいずれのロボットアームが一軸ロックと関連させるかを制御するための別のボタン(単数または複数)を、GUI上に表示するように構成してもよい。   The computer system also displays one or more controls (eg, selectable via touch, mouse, etc.) on the GUI to activate power to: May be configured: a robot arm (eg, via a separate button); a base motor for adjusting the height of the base on which the robot arm is placed during a microsurgical procedure A digitizing arm useful during a physical positioning process to position a structure (eg, a radio frequency coil assembly) in a fixed relationship with a portion of a subject relative to one or both robotic arms; arm); a field camera useful for imaging the surgical field during microsurgery; and a magnet bore in the magnetic resonance imaging system A Boakamera (s) to be. The computer system also includes one or more controllers (e.g., selectable via contact, mouse, or others) to activate a single axis lock (e.g., Z axis lock), and any Another button or buttons for controlling whether the robot arm is associated with a single axis lock may be configured to be displayed on the GUI.

コンピュータシステムはまた、1つまたは2つ以上の追加のディスプレイスクリーン上に、(1度に1枚の)被験者の一部分の2次元画像を表示するため、および被験者の一部分の3次元表現(例えば、体積を表わす画像の3Dデータセットを形成する1組の2D画像)を表示するための、1つまたは2つ以上の追加のGUIを、表示するように構成してもよい。1つの追加のディスプレイスクリーン上にそのようなGUIが1つだけ設けられる場合には、コンピュータシステムは、ユーザが(1回に1枚の)2D画像または3D画像のどちらかを表示するかを選択することのできる、1つまた2つ以上の制御器(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる、ボタン、タブ、またはその他)を表示するように構成してもよい。   The computer system also displays two-dimensional images of a portion of the subject (one at a time) on one or more additional display screens and a three-dimensional representation of the portion of the subject (eg, One or more additional GUIs for displaying (a set of 2D images forming a 3D data set of images representing the volume) may be configured to be displayed. If only one such GUI is provided on one additional display screen, the computer system will select whether the user will display either a 2D image or a 3D image (one at a time). One or more controls (eg, buttons, tabs, etc. that can be selected via touch, mouse, or others) may be configured to be displayed.

コンピュータシステムはまた、(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択/操作することのできる)ズームボタン、スライダーバー、またはその他を表示するように構成してもよく、これによって、2D表示を選択したユーザは、所与の2D画像上にズームインすることが可能となり、この場合に、前記2D画像は、その寸法が拡大または縮小されるときに、中心に配置されたままとなる。コンピュータシステムはまた、ユーザが、(a)選択されたロボットアームのツールの作動先端(例えば、遠位端)、または(b)ツール先端から延びるラインの端部、のいずれかの場所を表わす十字線(crosshairs)として表示される、追跡機能を2つのロボットアームの一方に対して作動させることができる、(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる)制御器を表示するように構成してもよく、またさらに、ユーザが延長ラインの表示を起動して延長ラインの長さを制御することを可能にする、制御器(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる、ボタン、スライダーバー、またはその他)を表示するように構成してもよい。   The computer system may also be configured to display zoom buttons, slider bars, or others (eg, which can be selected / operated via contact, mouse, or others), thereby enabling 2D display. The selected user can zoom in on a given 2D image, in which case the 2D image remains centered when its dimensions are enlarged or reduced. The computer system also provides a cross that represents where the user either (a) the working tip (eg, the distal end) of the tool of the selected robot arm, or (b) the end of a line extending from the tool tip. Display a controller (e.g., selectable via contact, mouse, or others) that can activate the tracking function for one of the two robot arms, displayed as crosshairs It may also be configured as a selection via a controller (eg, contact, mouse, or others) that allows the user to activate the extension line display and control the length of the extension line Button, slider bar, or other) that can be configured.

ユーザが、選択されたロボットアームに連結された入力装置を操作して、ユーザの動作が(ロボットアームは実際には動かないシミュレーションモードにおいて)そのロボットアームに保持されるか、またはそれと一体化されたツールの位置を変えると、結果として十字線が移動し、(2D表示モードの場合には)表示された2D画像が、被験者に対してツール(または延長ライン)の見かけの深さと一致するように変化する。代替的に、所与の2D画像には、ツール軸に直角に配向された斜めスライス(oblique slice)を含めてもよい。このようなスライスは、2Dスライス間のピクセルを内挿して、軸外画像(off-axis image)を得る。同様に、3D画像を構成する2Dスライスが、被験者内部へのツール/延長ラインの深さに応じて、取り去られるかまたは追加されることによって、3D画像も応答して変化する。   The user operates an input device connected to the selected robot arm, and the user's movement is held in or integrated with the robot arm (in a simulation mode in which the robot arm does not actually move). Changing the position of the tool will result in the crosshairs moving so that the displayed 2D image (in 2D display mode) matches the apparent depth of the tool (or extension line) to the subject To change. Alternatively, a given 2D image may include an oblique slice oriented perpendicular to the tool axis. Such a slice interpolates pixels between 2D slices to obtain an off-axis image. Similarly, as the 2D slices that make up the 3D image are removed or added depending on the depth of the tool / extension line inside the subject, the 3D image also changes in response.

コンピュータシステムはまた、2D表示または3D表示のいずれかが選択されている場合に、次のものを表示するように構成してもよい:すなわち、一軸に沿った自動移動(例えば、自動生体検査)に対する、(目標場所ボタンが選択されるときの、十字線の場所と対応する)目標場所を設定するのに使用することのできる、(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる)制御器の表示を含む、自動生体検査に対する計画に対応するセクション;目標場所と一緒にツール移動の経路を定義する第2の点(任意の移動は厳密に開始点より始めなくてもよいが、開始点として特徴づけることができ、この第2の点は、第2のボタンが選択されるときの、十字線の場所と対応している);ユーザが関係するロボットアームを、自動化移動処置のための定位置(例えば、ゼロからある比較的小さい距離(例えば2cm)までの範囲のあらかじめ設定した距離以内の)に配置したい場合に使用することができ、押されると、ロボットアームを、ツール先端が開始点、またはその近くに位置するように動かす、ツール位置合せ機能;およびユーザが入力装置を(例えば、ユーザの指で、入力装置を保持して入力装置上のボタンを押すことによって)有効化していれば、ユーザが、自動移動を開始するために押すことのできる実行機能。   The computer system may also be configured to display the following when either 2D or 3D display is selected: ie, automatic movement along one axis (eg, automatic biopsy) Can be used to set the target location (corresponding to the location of the crosshair when the target location button is selected), for example, selecting via contact, mouse, or others Section that corresponds to the plan for automated biopsy, including controller display; a second point that defines the path of the tool movement along with the target location (arbitrary movement may not start exactly from the starting point) Can be characterized as a starting point, and this second point corresponds to the location of the crosshair when the second button is selected); the robot arm to which the user is concerned , Can be used if you want to place it in a fixed position for automated movement procedures (eg within a preset distance in the range from zero to some relatively small distance (eg 2 cm)) A tool alignment function that moves the arm so that the tool tip is at or near the starting point; and the user holds the input device (eg, with the user's finger to hold the button on the input device) Execution function that the user can press to initiate automatic movement if enabled (by pressing).

コンピュータシステムはまた、ユーザに選択された目標場所に対する指標(例えば、色のついた円);およびこの指標からツール先端または延長ライン先端(どちらでも使用されているもの)まで延びるラインであって、このラインを追従すれば被験者を通過する経路をユーザに示すように設計されているライン、を表示するように構成してもよく、このコンピュータシステムは、第2のポイントが選択されるときには、ラインの外観を変更する(例えば、ラインの色または形状を変化させる)ように構成される。   The computer system also includes an indicator (eg, a colored circle) for the target location selected by the user; and a line extending from this indicator to the tool tip or extension line tip (whichever is used), The computer system may be configured to display a line that is designed to show the user a route through the subject if the line is followed, and the computer system is configured to display a line when the second point is selected. Is configured to change the appearance (eg, change the color or shape of the line).

したがって、いくつかの態様では、コンピュータシステムは、少なくとも以下の機能を実行するように構成してもよい:すなわち、ロボットアームによる自動移動において使用されるツールに対する目標場所を識別するための指令を(例えば、関係するGUIを表示するスクリーンにユーザが触れることによって)受け取る;ツールに対する開始場所を識別する指令を受け取る;少なくとも部分的に開始場所と目標場所とによって定義される経路(例えば、線)に沿った自動移動を実行する指令を受け取る;および縦軸を有するツールが経路に沿って(例えば、一軸に沿って)進行するように自動移動を実行する、機能である。この経路はまた、ツールの縦軸と整列されていてもよい。   Thus, in some aspects, the computer system may be configured to perform at least the following functions: a command to identify a target location for a tool used in automatic movement by a robotic arm ( Receive (for example, by touching the screen displaying the relevant GUI); receive a command identifying the starting location for the tool; on a path (eg, a line) defined at least in part by the starting location and the target location A function that receives commands to perform automatic movement along; and performs automatic movement such that a tool having a vertical axis travels along a path (eg, along one axis). This path may also be aligned with the longitudinal axis of the tool.

いくつかの態様では、コンピュータシステムはまた、(例えば、目標場所を識別する指令より前に)どのロボットアームを自動移動に使用するかを選択する指令を受け取るように構成してもよい。いくつかの態様では、コンピュータシステムは、(例えば、目標場所を識別する指令より前に、)シミュレーションおよび/またはセットアップモードを示す指令を受け取るように構成してもよく、このモードは、ツールを保持するか、またはそれと一体化されているロボットアームにマスター・スレーブの関係で連結されている入力装置を切り離し、シミュレーションモードにおいて、入力装置の移動によってロボットアームの移動が生じないようにする。   In some aspects, the computer system may also be configured to receive a command that selects which robotic arm to use for automatic movement (eg, prior to a command to identify a target location). In some aspects, the computer system may be configured to receive a command indicating a simulation and / or setup mode (e.g., prior to a command identifying the target location), the mode holding the tool Or disconnecting the input device connected to the robot arm integrated therewith in a master / slave relationship so that the movement of the input device does not cause the movement of the robot arm in the simulation mode.

いくつかの態様では、コンピュータシステムはまた、(例えば、目標場所を識別する指令より前に、)(ユーザが入力装置上のボタンにユーザの手で触れるなどによって)ユーザによる入力装置の起動を示す指令を受け取るように構成してもよく、この起動によって、ユーザが目標場所と開始場所を選択するための追跡指標を配置する場所を決定するときに、ユーザが、見かけのツール先端の場所を示す追跡指標の位置を変更することを可能にする。いくつかの態様では、コンピュータシステムはまた、(例えば、開始場所を識別する指令の後に)新しい(例えば、第2の)目標場所を示す指令を受け取るように構成してもよい。   In some aspects, the computer system also indicates activation of the input device by the user (e.g., prior to a command identifying the target location) (such as by a user touching a button on the input device with the user's hand). The activation may be configured to receive a command, and when the user determines where to place a tracking indicator for selecting a target location and a starting location, the user indicates the location of the apparent tool tip. Allows to change the position of the tracking index. In some aspects, the computer system may also be configured to receive a command indicating a new (eg, second) target location (eg, after a command identifying the starting location).

いくつかの態様では、コンピュータシステムはまた、(例えば、開始場所を識別する指令の後に、)新しい(例えば、第2の)開始場所を示す指令を受け取るように構成してもよい。いくつかの態様では、コンピュータシステムはまた、(例えば、開始場所を識別する指令の後に、)シミュレーションおよび/またはセットアップモードの終了を指示する指令を受け取るように構成してもよい。いくつかの態様では、コンピュータシステムは、入力装置がロボットアームとマスター・スレーブ関係で連動するモードを選択するのに使用することのできる、(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる)制御器をGUI上に表示するように構成してもよい。   In some aspects, the computer system may also be configured to receive a command indicating a new (eg, second) start location (eg, after a command identifying the start location). In some aspects, the computer system may also be configured to receive a command instructing the end of the simulation and / or setup mode (eg, after a command identifying the start location). In some aspects, the computer system can be used to select a mode in which the input device works in a master-slave relationship with the robot arm (eg, selecting via contact, mouse, or others). The controller may be displayed on the GUI.

いくつかの態様では、コンピュータシステムは、マスター・スレーブモードにあるときに、(例えば、ユーザの指で、入力装置を保持して入力装置上のボタンを押すことによって)入力装置を有効化する指令を受け取るように構成してもよい。いくつかの態様では、コンピュータシステムは、少なくとも部分的に開始場所および目標場所によって定義される経路に沿った自動移動を実行する指令を受け取るように構成してもよく、このコンピュータシステムはまた、(自動移動を進行させるために、ユーザが入力装置を保持していなければならないように、)入力装置が有効化されたことを示す指令を受け取った後にだけ、ロボットアームが、経路に沿った一軸内でツールを動かすように構成してもよい。   In some aspects, when the computer system is in master-slave mode, the command to activate the input device (eg, by holding the input device and pressing a button on the input device with a user's finger) May be configured to receive. In some aspects, the computer system may be configured to receive an instruction to perform an automatic movement along a path defined at least in part by the start location and the target location, the computer system also ( Only after receiving a command indicating that the input device has been activated (so that the user must hold the input device in order for the automatic movement to proceed), the robotic arm is within one axis along the path. It may be configured to move the tool.

コンピュータシステムは、(例えば、ユーザの指で、入力装置を保持して入力装置上のボタンを押すことによって)自動移動を停止する指令を受け取った場合には、ロボットアームが自動移動を完了するのを停止させるように構成してもよく、また自動移動を継続する、方向を逆転させる、または停止するための、(例えば、接触、マウス、またはその他を介して選択することのできる、)ボタンおよびその他を含むメッセージをGUI上に表示するように構成してもよく、また、(例えば、ユーザの指で、入力装置を保持して入力装置上のボタンを押すことによって)入力装置が有効化されていることを示す指令を最初に受け取る場合には、起動されるボタンまたはその他に応じて、継続、逆転または停止のいずれかを行う指令を受け取るように構成してもよい。   When the computer system receives a command to stop automatic movement (for example, by holding the input device with a user's finger and pressing a button on the input device), the robot arm completes the automatic movement. And a button (e.g., selectable via touch, mouse, or others) to continue automatic movement, reverse direction, or stop Messages including others may be configured to be displayed on the GUI, and the input device is activated (eg, by holding the input device with a user's finger and pressing a button on the input device). If you first receive a command indicating that it is active, you will receive a command to continue, reverse or stop, depending on which button is activated or otherwise Sea urchin may be configured.

本発明の方法、装置、およびシステムのいずれかのいずれの態様も、前記のステップおよび/または特徴を備える(comprise/include/contain/have)のではなく、それらからなる(consist of)か、または本質的にそれらからなる(consist essentially of)としてもよい。すなわち、いずれの請求項においても、所与の請求項の範囲を、オープンエンド形連結動詞を使用して、そうしない場合の範囲から変更するために、「consist of」または「consist essentially of」という語句を、上記のオープンエンド形連結動詞のいずれによって代用してもよい。   Any aspect of any of the methods, apparatus, and systems of the present invention comprises, rather than comprises, includes / includes / contains / haves the steps and / or features described above, or It may be consisted essentially of them. That is, in any claim, the term “consist of” or “consist essentially of” is used in order to change the scope of a given claim from that which would otherwise be done using an open-ended linking verb. The phrase may be substituted by any of the above open-ended linking verbs.

以下の図面は、限定としてではなく、例として示される。同一の参照数字は、必ずしも同一の構造、システム、または表示を示すものではない。むしろ、同一の参照数字は、類似の特徴または類似の機能を備える特徴を示すのに使用することもある。図を分かり易くするために、各態様が表われるすべての図において常にその態様のすべての特徴が示されるわけではない。図に示されるコントーラ装置、マニピュレータ、およびツールは、尺度通りに描かれており、記述された要素の寸法が、互いに相対的に正確であることを意味している。   The following drawings are presented by way of example and not limitation. The same reference numerals do not necessarily indicate the same structure, system, or indication. Rather, the same reference numerals may be used to indicate similar features or features with similar functions. For clarity of illustration, not all features of that aspect are always shown in every figure in which each aspect appears. The controller devices, manipulators and tools shown in the figures are drawn to scale, meaning that the dimensions of the described elements are relatively accurate relative to each other.

図1Aは、本発明の技法と適合して使用することのできる2つの入力装置(ハンドコントローラ)の一態様の斜視図である。FIG. 1A is a perspective view of one embodiment of two input devices (hand controllers) that can be used consistently with the techniques of the present invention. 図1Bは、左利きの入力装置の拡大図である。FIG. 1B is an enlarged view of a left-handed input device. 図1Cは、定位処置の第1の位置にあるロボットアームによって保持されたツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 1C is a diagram of different fields of view showing the tool held by the robot arm in the first position of the stereotaxic procedure. 図1Dは、定位処置の第1の位置にあるロボットアームによって保持されたツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 1D is a view of different fields of view showing the tool held by the robot arm in the first position of the stereotaxic procedure. 1Eは、定位処置の第1の位置にあるロボットアームによって保持されたツールを示す、異なる視野の図である。1E is a diagram of different fields of view showing the tool held by the robot arm in the first position of the stereotaxic procedure. 図2Aは、定位処置の第2の位置における、図1C〜1Eのツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 2A is a diagram of different fields of view showing the tool of FIGS. 1C-1E in a second position of the stereotaxic procedure. 図2Bは、定位処置の第2の位置における、図1C〜1Eのツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 2B is a diagram of different fields of view showing the tools of FIGS. 1C-1E in a second position of the stereotaxic procedure. 図2Cは、定位処置の第2の位置における、図1C〜1Eのツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 2C is a diagram of different fields of view showing the tool of FIGS. 1C-1E in a second position of the stereotaxic procedure. 図3Aは、定位処置の第3の位置における、図1C〜1Eのツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 3A is a diagram of different fields of view showing the tool of FIGS. 1C-1E in a third position of the stereotaxic procedure. 図3Bは、定位処置の第3の位置における、図1C〜1Eのツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 3B is a diagram of different fields of view showing the tool of FIGS. 1C-1E in a third position of the stereotaxic procedure. 図3Cは、定位処置の第3の位置における、図1C〜1Eのツールを示す、異なる視野の図である。FIG. 3C is a diagram of different fields of view showing the tool of FIGS. 1C-1E in a third position of the stereotaxic procedure. 図4は、図1C〜3Cに示されるツール移動の計画および制御に使用するためのワークステーションの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a workstation for use in planning and controlling the tool movement shown in FIGS. 1C-3C. 5図は、図1C〜3Cに示すツール移動の準備と制御に使用できる、グラフィカルユーザインターフェイスを示す図である。FIG. 5 is a graphical user interface that can be used to prepare and control the tool movement shown in FIGS. 1C-3C. 図6は、両方のロボットアームを含む、トレーニング/シミュレーションモードにおける図5のGUIを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the GUI of FIG. 5 in training / simulation mode including both robot arms.

図7は、左アームが定位手術に選択された、トレーニング/シミュレーションモードにおける図5のGUIを示す図である。FIG. 7 shows the GUI of FIG. 5 in training / simulation mode with the left arm selected for stereotactic surgery. 図8は、右アームが定位手術に選択されて、そのアームのツールに対するZ軸ロック機能が起動されている、トレーニング/シミュレーションモードにおける図5のGUIを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the GUI of FIG. 5 in the training / simulation mode in which the right arm is selected for stereotactic surgery and the Z-axis lock function for the tool of that arm is activated. 図9は、顕微手術応用が選ばれ、両アームが有効化され、両ツールが選ばれている、トレーニング/シミュレーションモードにおける図5のGUIを示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the GUI of FIG. 5 in training / simulation mode with microsurgical application selected, both arms enabled, and both tools selected. 図10は、(図7におけるのと同様に)左アームが定位手術に選択されて、そのアームのツールに対するZ軸ロック(Z Axis Lock)機能が起動されている、トレーニング/シミュレーションモードにおける図5のGUIを示す図である。FIG. 10 is a view in training / simulation mode in which the left arm is selected for stereotaxic surgery (as in FIG. 7) and the Z Axis Lock function for the tool in that arm is activated. It is a figure which shows GUI of. 図11図は、1C〜3Cに示されているツール移動を準備するのに使用できる、別のGUIを示す図である。ツール先端の場所に対応する十字線の形態の指標が、2D画像上に示され、2D画像における被験者の部分に対するツール先端の場所を表わしている。FIG. 11 shows another GUI that can be used to prepare for the tool movement shown in 1C-3C. An indicator in the form of a crosshair corresponding to the location of the tool tip is shown on the 2D image and represents the location of the tool tip for the portion of the subject in the 2D image. 図12は、トレーニング/シミュレーションでの使用に選択されたツールの表現が、被験者の部分の3D画像内部の関連する深さに表示されている、3Dモードにおける図11のGUIを示す図である。このGUIは、ユーザが「プレーンカット(Plane Cut)」オプションを選択しており、この結果として斜めのスライスが、頭部上で関係するツール先端深さまで切り開かれていること反映している。FIG. 12 shows the GUI of FIG. 11 in 3D mode with a representation of the tool selected for use in training / simulation displayed at the relevant depth inside the 3D image of the portion of the subject. This GUI reflects that the user has selected the “Plane Cut” option, resulting in the oblique slice being cut to the relevant tool tip depth on the head. 図13は、自動化処置の間に問題が発生する場合には、図5におけるものと同様のGUI上に現れる可能性のある、警報ボックスを示す図である。FIG. 13 is an illustration of an alarm box that may appear on a GUI similar to that in FIG. 5 if a problem occurs during an automated procedure.

用語「comprise」(および、「comprises」や「comprising」などのcompriseのすべての形態)、「have」(および「has」や「having」などのhaveのすべての形態)、「include」(および「includes」や「including」などのincludeのすべての形態)および「contain」(および「contains」や「containing」などのcontainのすべての形態)は、オープンエンド形連結動詞である。結果として、1つまたは2つ以上の記載のステップまたは要素を含む(「comprises」、「has」、「contains」、または「includes」)方法、装置、またはシステムは、それらの記載のステップまたは要素を有するが、それらのステップまたは要素だけを有することに限定はされることはなく、記載されていない要素またはステップをも有する(すなわち範囲に含む)。同様に、1つまたは2つ以上の記載の特徴を含む(「comprises」、「has」、「contains」、または「includes」)方法、装置、またはシステムは、それらの特徴を含むが、それらだけを有することには限定されることはなく、記載されていない特徴を有してもよい。   The term "comprise" (and all forms of riserise such as "comprises" and "comprising"), "have" (and all forms of have such as "has" and "having"), "include" (and " All forms of include such as "includes" and "including") and "contain" (and all forms of contain such as "contains" and "containing") are open-ended connective verbs. As a result, a method, apparatus, or system comprising one or more described steps or elements (“comprises”, “has”, “contains”, or “includes”) However, it is not limited to having only those steps or elements, and has elements or steps not described (ie, included in the scope). Similarly, a method, apparatus, or system that includes one or more of the described features (“comprises”, “has”, “contains”, or “includes”) includes those features, but only It is not limited to having, and you may have the characteristic which is not described.

同様に、あるステップを実行するためのマシン可読命令を「含む」(または「コーディングがされた」)コンピュータ可読媒体は、少なくとも記載のステップを実装するためのマシン可読命令を有するコンピュータ可読媒体であるが、追加の記載されていないステップを実装するためのマシン可読命令を有する媒体もその範囲に含む。さらに、少なくともある機能を実行するように構成されたコンピュータシステムは、その記載の機能だけを実行することに限定されることはなく、システムが記載の機能を実行するように構成されている限り、指定されていない方法(単数または複数)で形成されてもよい。   Similarly, a computer-readable medium “comprising” (or “coded”) with machine-readable instructions for performing certain steps is a computer-readable medium having machine-readable instructions for implementing at least the described steps. However, the scope also includes media having machine-readable instructions for implementing additional undescribed steps. Further, a computer system configured to perform at least some function is not limited to performing only the described function, as long as the system is configured to perform the described function, It may be formed by an unspecified method (s).

用語「a」および「an」は、本明細書では、そうではないと明白に断らない限りは、1つまたは2つ以上と定義される。用語「another」は、少なくとも第2の、または2つ以上と定義される。用語「実質的に(substantially)」は、所与の値または状態に少なくとも近い(とともにそれを含む)、より好ましくは、その1%の範囲内、最も好ましくはその0.1%の範囲内と定義される。
いくつかの態様では、本発明は、多自由度を有するロボットアームによって、一軸に沿った、ツールの移動に対する、ソフトウエア・エネーブルド(software enabled)一軸ロックである。このソフトウエア解決策によって、無制限の数の自由度を有するロボットアームを、そのツールの一軸に沿った動きに機械的に制限されているロボットまたは装置と同様に動作させることができる。処置の以前に、指令をそのソフトウエアに送付して、GUI上のタッチスクリーン上のボタンや入力装置(例えば、ハンドコントローラ)上のボタンなどの、任意好適な入力装置を使用して、所与のロボットアームによって、そのツール(ロボットアームが保持しているツール、またはロボットアームと一体化されたツールを意味し;本発明のツールは、より詳細には、医療用ツールまたは手術用ツールとして特徴づけることができる)の動きを一軸にロックしてもよい。
The terms “a” and “an” are defined herein as one or more, unless expressly stated otherwise. The term “another” is defined as at least a second or more. The term “substantially” is at least close to (including) a given value or condition, more preferably within its 1% range, most preferably within its 0.1% range. Defined.
In some aspects, the present invention is a software enabled uniaxial lock for tool movement along a single axis by a robot arm having multiple degrees of freedom. This software solution allows a robot arm with an unlimited number of degrees of freedom to operate in the same way as a robot or device that is mechanically restricted to movement along one axis of the tool. Prior to treatment, a command is sent to the software and given using any suitable input device, such as a button on a touch screen on the GUI or a button on an input device (eg, a hand controller). The tool (means a tool held by the robot arm or a tool integrated with the robot arm; the tool of the present invention is more particularly characterized as a medical tool or a surgical tool. Can be locked to one axis.

本発明の技法を応用することのできる装置は、いくつかの態様において、ハンドコントローラなどのマスター入力装置の指令を受けるスレーブロボットを含む。それぞれ、医療用または手術ロボットシステムの、2つの異なるロボットアームを制御するのに使用することのできる、一対の入力装置の例が図1Aに示されている。互いの鏡像となっている入力装置20が、それぞれ、長いペンのように保持することのできるスタイラス25と、スタイラス25の方向に握ると、ツールをスレーブロボットアームと一体化させるか、またはそれに保持させて、作動させることができるレバー27(例えば、レバー27を握ると鉗子を閉じさせることができる)と、入力装置を起動するために、短い時間の間、接触または保持することのできる有効化/無効化(enable/disable)ボタン29を含む。入力装置20を保持する一つの方法は、レバー27を人差し指で握ることができ、ボタン29に親指で触れることができるように、スタイラス25を把持することである。図1Bは、左利き入力装置20の拡大図を示す。   Devices to which the techniques of the present invention can be applied include, in some aspects, slave robots that receive commands from a master input device such as a hand controller. An example of a pair of input devices that can be used to control two different robot arms of a medical or surgical robot system, respectively, is shown in FIG. 1A. When the input devices 20 that are mirror images of each other are held in the direction of the stylus 25 that can be held like a long pen, the tool is integrated with or held by the slave robot arm. Lever 27 that can be actuated (eg, grasping lever 27 can cause forceps to close) and activation that can be touched or held for a short period of time to activate the input device An enable / disable button 29 is included. One way to hold the input device 20 is to hold the stylus 25 so that the lever 27 can be gripped with the index finger and the button 29 can be touched with the thumb. FIG. 1B shows an enlarged view of the left-handed input device 20.

オープンフォームまたはクローズドフォームの順方向および逆方向キネマティクス解を生成して、当業者が、ロボットの各関節の位置を特徴づける関節値を使用して、(許容された移動軸を考慮に入れて)指令されたツール先端位置の解を求め、次いでその指令されたツール先端位置を取り込み、一軸に沿って指令されたツール先端位置まで手術用ツールを動かすために達成しなくてはならない、関節角度の解を求められるようにしてもよい。   Generating open and closed form forward and reverse kinematics solutions, one skilled in the art can use the joint values that characterize the position of each joint in the robot (taking into account the allowed movement axes). ) Joint angle that must be achieved to find the solution of the commanded tool tip position, then capture the commanded tool tip position and move the surgical tool to the commanded tool tip position along one axis You may be made to ask for the solution of.

(例えば、それを生成するように指令を受け取った後に、)非機械的な一軸ツール移動ロックを生成する1つの方法は、以下のことを必要とする:
a)ツール先端空間(例えば、直交座標X、Y、Z、ロール、ピッチ、ヨー)において入力装置(例えば、ハンドコントローラ)指令を取得する。この取得には、ハンドコントローラの位置および方位を意味するハンドコントローラ信号(複数を含む)(指令(複数を含む)、またはデータ)を受け取ること;一軸(例えば、ツール先端移動がそれに限定されている一軸への変換によって関係づけられる軸)における、ハンドコントローラの移動のデルタ値を求める(例えば、計算する)こと;およびそのハンドコントローラデルタを使用して、そのツール先端の対応するデルタ値を求めることを含む。ハンドコントローラ空間におけるデルタ値から、ツール先端空間におけるデルタ値への変換が求められると、すべてのツール先端デルタ値を、関係する一軸に沿ったデルタを除いて、無視してもよい。これは、ハンドコントローラから取得した非一軸パラメータの単純なゼロ化によるか、または各軸に対するすべてのデルタ値を計算し、一軸方向におけるデルタだけを使用することによって効率的に達成することもできる。
One method of generating a non-mechanical single-axis tool movement lock (eg, after receiving a command to generate it) requires the following:
a) An input device (eg, hand controller) command is acquired in a tool tip space (eg, orthogonal coordinates X, Y, Z, roll, pitch, yaw). This acquisition involves receiving hand controller signal (s) (command (s), or data) that represents the position and orientation of the hand controller; uniaxial (eg, tool tip movement is limited thereto) Determining (eg, calculating) the delta value of the movement of the hand controller (in the axis related by the conversion to one axis); and using the hand controller delta to determine the corresponding delta value at the tool tip including. Once conversion from delta values in hand controller space to delta values in tool tip space is sought, all tool tip delta values may be ignored, except for deltas along one axis of interest. This can also be achieved efficiently by simple zeroing of non-uniaxial parameters obtained from the hand controller or by calculating all delta values for each axis and using only the deltas in the uniaxial direction.

b)マニピュレータの現在位置(これは、ロボットアームを記述することのできる項である)を取り、順方向キネマティクス解法を実行してツール先端X、Y、Z、ロール、ピッチ、ヨーを得ること。
c)ステップa)において求められた一軸デルタを、ステップb)において求められた現在マニピュレータ先端位置に加えること。
d)この新しい先端位置を使用して、逆キネマティクスを実行して要求される関節角度の解を求めること。
e)マニピュレータを新しい関節値に指令すること。
f)ステップa)から反復すること。
b) Take the current position of the manipulator (this is a term that can describe the robot arm) and execute the forward kinematics solution to obtain the tool tip X, Y, Z, roll, pitch, yaw .
c) adding the uniaxial delta determined in step a) to the current manipulator tip position determined in step b).
d) Use this new tip position to perform inverse kinematics to find the required joint angle solution.
e) Command the manipulator to a new joint value.
f) Repeat from step a).

いくつかの態様においては、上記のループの実行速度は、ツール先端における線形運動を生成するために、任意に小さくすることができる。長い時間をとるか、またはより大きなステップをとるほど、各直交座標位置間での動きが関節空間にあるときに、より多くの非線形性が生成される可能性があり、関節は、所望の移動範囲にわたって直線的に解釈される。10ミリ秒オーダーのより小さな動きは、各直交座標先端指令と有効な直線運動との間に、感知できない非線形性を生ずる。
さらに、以下でより詳細に考察するように、いくつかの態様において、一軸に沿ったツールの移動は、自動化されるように事前プログラムしてもよい。
In some aspects, the speed of execution of the above loop can be arbitrarily reduced to produce a linear motion at the tool tip. The longer it takes or the larger steps it takes, the more non-linearity can be generated when the movement between each Cartesian coordinate position is in the joint space, and the joint will move as desired Interpreted linearly over range. Smaller movements on the order of 10 milliseconds result in an undetectable non-linearity between each Cartesian coordinate tip command and valid linear motion.
Further, as discussed in more detail below, in some aspects, the movement of the tool along one axis may be preprogrammed to be automated.

ここで図1C〜3Cを参照すると、マニピュレータ100および手術用ツール150の詳細図が、定位処置においてマニピュレータ100が一軸に沿ったツールの移動を生じさせるときの(そのような移動は、顕微手術処置その他任意の処置においても達成することができる)、様々な位置において示されている。多自由度ロボットアームの一例であるマニピュレータ100(具体的には、マニピュレータ100は、6自由度スレーブマニピュレータとして特徴づけることができ、米国特許第7155316号(316特許)に開示されるロボットアームと機能および動作において類似している)と、ヘッドクランプと(ヘッドクランプに結合されて、フレキシブル多関節アームによって操作室テーブルにさらに結合することができる)無線周波数コイル装置を備えるアセンブリ200と、カメラ190(その1つだけが見えており、他方は延長ボードの反対側にある)と、が延長ボード260に結合されている。延長ボード260は、任意好適なテーブルまたは患者支持表面(図示せず)を有する、その他の構造に結合してもよい。示された図においては、アセンブリ200のヘッドクランプに保持された、患者頭部300の概略図が示されている。   Referring now to FIGS. 1C-3C, detailed views of the manipulator 100 and surgical tool 150 show that when the manipulator 100 causes movement of the tool along one axis in a stereotactic procedure (such movement is a microsurgical procedure. It can be achieved in any other procedure) and is shown in various positions. A manipulator 100 which is an example of a multi-degree-of-freedom robot arm (specifically, the manipulator 100 can be characterized as a six-degree-of-freedom slave manipulator, and is disclosed in US Pat. No. 7,155,316 (patent 316)). And an assembly 200 comprising a radio frequency coil device (coupled to the head clamp and further coupled to the operating room table by a flexible articulated arm), and a camera 190 (similar in operation) Only one of them is visible and the other is on the opposite side of the extension board). The extension board 260 may be coupled to any suitable table or other structure having a patient support surface (not shown). In the illustrated view, a schematic view of a patient head 300 held in a head clamp of assembly 200 is shown.

図1Cおよび図1Dは第1の位置におけるマニピュレータ100を示しており、この位置では、手術用ツール150が、頭部300の外部で、頭部300内の開口350近くに位置し、この開口350は、頭蓋穿孔(burr hole)またはその他任意好適な手術用開口とすることができる。しかしながら、ツール150の先端160は、開口350の外部にある。図1Eは、図1Cおよび図1Dに示された位置の側面図であり、分かり易くするためにアセンブリ200を含めていない。図2Aおよび図2Bは、第2の位置に移動したマニピュレータ100を示しており、この位置においては、手術用ツール150の先端160が、マニピュレータ100によって軸110に沿って、しかし他の軸には沿わずに前進させられて、その結果として先端160が開口350の境界を貫通している。図2Cは、図2Aおよび図2Bに示された位置の側面図であり、分かり易くするためにアセンブリ200は含めていない。   1C and 1D show the manipulator 100 in a first position, in which the surgical tool 150 is located outside the head 300 and near the opening 350 in the head 300. Can be a burr hole or any other suitable surgical opening. However, the tip 160 of the tool 150 is outside the opening 350. FIG. 1E is a side view of the position shown in FIGS. 1C and 1D and does not include the assembly 200 for clarity. 2A and 2B show the manipulator 100 moved to a second position in which the distal end 160 of the surgical tool 150 is moved along the axis 110 by the manipulator 100, but on the other axis. As a result, the tip 160 penetrates the boundary of the opening 350. FIG. 2C is a side view of the position shown in FIGS. 2A and 2B and does not include the assembly 200 for clarity.

図3Aおよび図3Bは、第3の位置に移動したマニピュレータ100を示しており、この位置においては、先端160が軸110に沿って頭部300内部の場所中に移動しており、その先端は、ユーザ/オペレータ(例えば、外科医)によってさらに操作されて、組織の生体検査を行うなどの、任意の数の機能を実行することができる。図3Cは、図3Aおよび図3Bに示された位置の側面図であり、分かり易くするためにアセンブリ200は含めていない。軸110は、ツール150の縦軸(別個に図示せず)と実質的に整列されている(図示された態様においては完全に整列されている)。湾曲部(bends)および隅部(angles)を有するその他のツールに対しては、ツールおよびツール先端は、やはり一軸に沿って動くが、その軸は、ツール自体の縦軸とは一致しないこともある。   3A and 3B show the manipulator 100 moved to a third position, in which the tip 160 has moved along the axis 110 into a location inside the head 300, the tip of which is Any number of functions can be performed, such as being further manipulated by a user / operator (eg, a surgeon) to perform a tissue biopsy. FIG. 3C is a side view of the position shown in FIGS. 3A and 3B and does not include the assembly 200 for clarity. The axis 110 is substantially aligned with the longitudinal axis of the tool 150 (not separately shown) (fully aligned in the illustrated embodiment). For other tools with bends and angles, the tool and tool tip still move along one axis, but the axis may not coincide with the tool's own longitudinal axis. is there.

図4は、マニピュレータ100(または2つのそのようなマニピュレータ)および手術用ツール150(または、2つのそのようなマニピュレータのそれぞれによってそれぞれ保持された、2つのそのような手術用ツール)を制御するのに使用することのできる、ワークステーション400の斜視図を示す。いくつかの態様においては、ワークステーション400は、マニピュレータ100の移動を制御する、図1Aおよび1Bに示された入力装置20を含む。ワークステーション400は、入力装置がそれに固定されるテーブルに加えて、ディスプレイスクリーン401および402を含む、一連のディスプレイスクリーンを含み、ディスプレイスクリーンのそれぞれは、マニピュレータ100を使用する処置の準備に使用することのできる、グラフィカルユーザインターフェイス(GUI)を提供することができる。   FIG. 4 controls a manipulator 100 (or two such manipulators) and a surgical tool 150 (or two such surgical tools respectively held by two such manipulators). FIG. 3 shows a perspective view of a workstation 400 that can be used for In some aspects, the workstation 400 includes the input device 20 shown in FIGS. 1A and 1B that controls the movement of the manipulator 100. The workstation 400 includes a series of display screens, including display screens 401 and 402, in addition to a table to which the input device is secured, each of which is used in preparation for a procedure using the manipulator 100. A graphical user interface (GUI) can be provided.

好ましい態様においては、ディスプレイスクリーン410上に示されたGUIは2つの点を選択するのに使用してもよく、これらの点は、自動化一軸移動において、関係するツールの先端がそれに沿って移動する軸(または経路もしくは軌跡)を定義することになる(このようなスクリーンは、本明細書においては指令状態ディスプレイ(CSD:command status display)と呼ぶ)、またディスプレイスクリーン402上に示されたGUIは、磁気共鳴撮像装置などの3次元撮像装置を使用して撮られた被験者の3次元画像データセットから1枚または2枚以上の画像を表示するのに使用してもよく、このことは、ディスプレイスクリーン402上でどの点を選択するかの決定がオペレータによって行われたと見なしてもよい(このようなスクリーンは、本明細書においては、磁気共鳴画像ディスプレイ(MRID)と呼ぶ)。図4に示す他のディスプレイスクリーンは、一方または両方のマニピュレータ100を使用する、任意の処置に関連する、その他の画像または表示を示すのに使用してもよい。   In a preferred embodiment, the GUI shown on the display screen 410 may be used to select two points, which in an automated uniaxial movement, move the associated tool tip along it. An axis (or path or trajectory) will be defined (such a screen is referred to herein as a command status display (CSD)), and the GUI shown on the display screen 402 is May be used to display one or more images from a 3D image data set of a subject taken using a 3D imaging device, such as a magnetic resonance imaging device, It may be assumed that the decision on which point to select on screen 402 has been made by the operator (such a screen Is referred to herein as a magnetic resonance imaging display (MRID)). The other display screen shown in FIG. 4 may be used to show other images or displays associated with any procedure using one or both manipulators 100.

図5〜11は、ディスプレイ401および402のためのGUIとして使用することのできる、様々なスクリーン表示を示している。図に示されるように、スクリーンに触れる、マウスなどの入力装置を操作する、またはその他の任意好適な手段でユーザ入力を受け取るための、(ボタン、スライダーバー、ラジオボタン、チェックボックス、ドロップダウンメニュー、その他などの)複数の制御器が、それぞれのスクリーンに設けられている。本開示に提示される特徴に関係する制御器のみについて考察する。   FIGS. 5-11 illustrate various screen displays that can be used as a GUI for displays 401 and 402. (Buttons, slider bars, radio buttons, checkboxes, drop-down menus for touching the screen, operating an input device such as a mouse, or receiving user input by any other suitable means, as shown in the figure A plurality of controllers (such as, etc.) are provided on each screen. Only the controllers related to the features presented in this disclosure are considered.

いくつかの態様では、コンピュータシステムは、コンピュータシステムによってサポートされる1次アプリケーションを開始すると、ユーザに図5に図示するような開始スクリーンが示されるように構成してもよい。本開示の便益を有する当業者は、以下に説明するとともに図で示す、(グラフィカルユーザインターフェイスを含む)特徴を達成するのに、過度の実験を行うことなく、コード(ソフトウエア、ハードウエア、またはこれらの2つ以上を任意に組み合わせによって実装することのできる、マシン可読命令)を書くことができる。図5は、一方または両方のマニピュレータに対する、(一軸だけに沿ってそのツールを動かすマニピュレータの能力を表わす、「Z軸ロック(Z Axis Lock)」などの)所望のモード、または所与のマニピュレータ100による手術用ツールの(例えば、一軸に沿った)自動移動などの所望の処置、を準備するのに使用することのできるCSD401を示す。   In some aspects, the computer system may be configured such that upon starting a primary application supported by the computer system, the user is presented with a start screen as illustrated in FIG. One of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure will be able to achieve the features (including graphical user interface) described below and illustrated without undue experimentation to achieve the features (software, hardware, or Machine readable instructions) that can be implemented in any combination of two or more of these. FIG. 5 illustrates a desired mode for one or both manipulators (such as “Z Axis Lock”, which represents the ability of the manipulator to move the tool along only one axis), or a given manipulator 100. FIG. 6 illustrates a CSD 401 that can be used to prepare a desired procedure, such as automatic movement (eg, along one axis) of a surgical tool according to FIG.

この表示は、処置タイプ(顕微手術、定位手術左アーム、定位手術右アーム)に加えて、右アーム、左アーム、可動かつロック可能なベース上に支持されたアーム(マニピュレータ100)の高さを調整するためのベースモーター、顕微手術中に撮像を行うためのフィールドカメラ、および被験者画像対マニピュレータ位置決めの物理的部分に使用するディジタル化アームのための電源選択のオプションを含む。電源ボタンは、「手術タイプ(Surgery Type)」と同様に、「モード制御(Mode Controls)」タブ内に示されている。マニピュレータ100は、図5に示されているGUI上ではハイライトなしで示されており、いずれのマニピュレータも、スクリーンの左下部にあるボタンを使用して、トレーニング/シミュレーションまたは処置のいずれの使用にも選択されていないことを意味している。   In addition to the treatment type (microsurgery, stereotactic surgery left arm, stereotaxic surgery right arm), this display shows the height of the right arm, left arm, and arm (manipulator 100) supported on a movable and lockable base. Includes a base motor for adjustment, a field camera for imaging during microsurgery, and a power selection option for the digitizing arm used for the physical part of subject image versus manipulator positioning. The power button is shown in the “Mode Controls” tab as well as “Surgery Type”. The manipulator 100 is shown without highlights on the GUI shown in FIG. 5, and any manipulator can be used for either training / simulation or treatment using the buttons at the bottom left of the screen. It also means that it is not selected.

被験者の一部分の1枚または2枚以上の2次元画像を、一方または両方のマニピュレータ100と位置決めするのに好適な技法が、参照により組み入れてある、同時係属の国際出願PCT/US08/60538に開示されている。撮像された被験者を物理的構造に位置づけるMRI位置決め観点と、所与のマニピュレータをその物理構造に位置決めする物理的位置決め観点の両方を含む、好適な位置決めが達成されると、準備を開始できる。   A suitable technique for positioning one or more two-dimensional images of a portion of a subject with one or both manipulators 100 is disclosed in co-pending international application PCT / US08 / 60538, incorporated by reference. Has been. Once suitable positioning has been achieved, including both an MRI positioning aspect that positions the imaged subject in a physical structure and a physical positioning aspect that positions a given manipulator in that physical structure, preparation can begin.

1つの例示的態様においては、ユーザは、図6のCSD401に示された「ユーザ設定(User Settings)」タブの下の「トレーニング/シミュレーションモード(Training Simulation Mode)」ボタンを選択することによって、シミュレーションモードを選択することができる。シミュレーションモードを選択することによって、マニピュレータ100の実際の移動を発生させることなく、ユーザは、入力装置の移動に応答する、マニピュレータ100および手術用ツール150のシミュレートされた移動を目視することができる。「シミュレーション」の単語は、例えば図5〜7に示されるように、ディスプレイの下部近くにも現れる。シミュレーションモードにおいて、ユーザは、手術処置において使用できる手術用ツール150の起こり得る移動経路を目視することができる。これによって、ユーザは、マニピュレータ100および手術用ツール150の複数の起こり得る経路を、その処置において実際に使用する経路を以下のように定義する前に、評価することができる。   In one exemplary aspect, the user can simulate by selecting the “Training Simulation Mode” button under the “User Settings” tab shown in CSD 401 of FIG. A mode can be selected. By selecting the simulation mode, the user can view the simulated movement of manipulator 100 and surgical tool 150 in response to the movement of the input device without causing actual movement of manipulator 100. . The word “simulation” also appears near the bottom of the display, as shown for example in FIGS. In the simulation mode, the user can view the possible movement paths of the surgical tool 150 that can be used in the surgical procedure. This allows the user to evaluate multiple possible paths for the manipulator 100 and surgical tool 150 before defining the paths that are actually used in the procedure as follows.

図7におけるCSD401は、左アームを有効化した、シミュレートされた定位手術モードにおけるシステムを説明している。ここで、このバージョンのCSD410は、左アームを選択した結果として、1つのマニピュレータだけを示しており、それがハイライトされた状態で示されている。また、被験者の頭部(例えば、頭部300)のグラフィック表現の上に配置された(アセンブリ200からの)RFコイル装置の上部も示している。それは、またユーザが、左アームと、「ボアカメラ(Bore Camera)」(または、図1C〜3Cに示されるカメラ190などのカメラであって、これらはMRI環境内で生成される磁場に、影響を受けることなく晒すことができる)およびディジタル化アームとに対する電源を有効化したことを示している(なお、選択されていない「右アーム(Right Arm)」ボタンおよび「ベースモーター(Base Motor)」ボタンは選択されておらず、灰色にぼかされている)。   CSD 401 in FIG. 7 describes the system in a simulated stereotactic mode with the left arm enabled. Here, this version of the CSD 410 shows only one manipulator as a result of selecting the left arm and is shown in a highlighted state. Also shown is the top of the RF coil device (from assembly 200) placed over a graphical representation of the subject's head (eg, head 300). It is also possible that the user has a left arm and a camera such as “Bore Camera” (or camera 190 shown in FIGS. 1C-3C, which affects the magnetic field generated in the MRI environment. Shows that the power supply for the digitizing arm and the power supply to the digitizing arm has been activated (not selected "Right Arm" button and "Base Motor" button) Is not selected and is grayed out).

図8は、ユーザが、右アームを定位手術モードおよびZ軸ロックモードに入れたことを示す、CSD401のバージョンを示しており、この場合に、右マニピュレータが使用するのに選択されているツールは、スクリーンの右下部に示されている(これは図1C〜3Cに示された同じ生体検査ツールである)。図8に示される表示されたマニピュレータのモードは、(図5におけるボタンに示すように)定位手術右アーム(stereotaxy right arm)、図8に示されているマスター/スレーブ(Master/Slave)ボタンの選択によるマスター/スレーブモード、および図8に示す「モード制御器(Mode Controls)」タブの「アーム有効化(Arm Enable)」ボックスにおける「右アーム(Right Arm)」を選択することによって右アームの有効化、をユーザが選択したことによって達成された。次に、ユーザは、右手コントローラ20のボタン29を押すことによって、右マニピュレータと関連する入力装置を有効化する。入力装置が有効化されると、ユーザはシステムをトレーニング/シミュレーションモードに入れていないので、ユーザは、有効化された入力装置を操作して、一軸に沿ったツールの移動のために、ユーザが望む位置と方位にマニピュレータを配備することができる。   FIG. 8 shows a version of CSD 401 showing that the user has put the right arm into stereotactic mode and Z-axis lock mode, in which case the tool selected for use by the right manipulator is , Shown in the lower right part of the screen (this is the same biopsy tool shown in FIGS. 1C-3C). The mode of the displayed manipulator shown in FIG. 8 is the stereotactic right arm (as shown in the button in FIG. 5), the master / slave button shown in FIG. Master / slave mode by selection, and right arm by selecting “Right Arm” in the “Arm Enable” box of the “Mode Controls” tab shown in FIG. Activation was achieved by the user's selection. Next, the user activates the input device associated with the right manipulator by pressing button 29 on right hand controller 20. Once the input device is activated, the user has not put the system into training / simulation mode, so the user operates the activated input device to allow the user to move the tool along one axis. Manipulators can be deployed at the desired position and orientation.

マニピュレータが定位置になると、ユーザは、再びボタン29を押すことによって、マニピュレータの制御を無効化することができ、そうでない場合には、ユーザは、(図示された態様においては)図8に示された「モード制御(Mode Control)」タブの「Z軸ロック(Z Axis Lock)」ボックス内の「右ツール(Right Tool)」を選択することによって、そのマニピュレータによって保持されるツールに対する、Z軸ロックの有効化へと進むことができる。このモードにおいて、マニピュレータによって保持されるツールは、マニピュレータのエンドエフェクタに結合されたツールホルダ部分によってそこで保持されているツールの上部によって定義される軸(この態様においては、ツールの全長において中心にある縦軸である)に沿って進むだけであり、そのような移動は、ユーザの入力装置の動きに応じて、前方方向または後方方向に行われる。ユーザが、ツールの動きをそのような軸にロックすることを望まなくなると、ユーザは、同じ「右ツール(Right Tool)」ボタンを押して、そのモードを無効化することができる。   When the manipulator is in place, the user can override the manipulator control by pressing button 29 again, otherwise the user is shown in FIG. 8 (in the illustrated embodiment). The Z axis for the tool held by that manipulator by selecting “Right Tool” in the “Z Axis Lock” box of the “Mode Control” tab You can proceed to enable the lock. In this mode, the tool held by the manipulator is centered on the axis defined by the top of the tool held there by the tool holder portion coupled to the end effector of the manipulator (in this embodiment, it is centered over the entire length of the tool). Such movement is performed in the forward or backward direction depending on the movement of the user's input device. When the user no longer wants to lock the tool movement to such an axis, the user can press the same “Right Tool” button to disable the mode.

図9は、ユーザが顕微手術モードおよびシミュレーションモードを選択し、両方のマニピュレータを有効化し(これらは両方ともハイライト表示されている)、それらのためのツールを選択したことを示す、CSD401のバージョンである。ユーザは、このCSD401のバージョンから、両アームのツールに対するZ軸ロック(Z Axis Lock)機能を有効化することができる。各マニピュレータに対して選択されたツールは、マニピュレータの横に示されている(左に双極鉗子(bipolar forceps)、右に生体検査ツール)。
図10は、CSD401の1つのバージョンを示し、この場合には、(例えば、図5に示された「定位手術左アーム(Stereotaxy Left Arm)」ボタンを選択することによって)シミュレートされた定位手術左アームモードが選択されており、左アームが有効化され、Z軸ロック(Z Axis Lock)機能が左ツールに対して選択されている。
FIG. 9 shows a version of CSD 401 showing that the user has selected the microsurgical mode and the simulation mode, enabled both manipulators (both are highlighted), and selected the tools for them. It is. From this version of CSD 401, the user can activate the Z axis lock function for the tools of both arms. The tool selected for each manipulator is shown next to the manipulator (bipolar forceps on the left and biopsy tools on the right).
FIG. 10 shows one version of CSD 401, in this case a simulated stereotactic surgery (eg, by selecting the “Stereotaxy Left Arm” button shown in FIG. 5). The left arm mode is selected, the left arm is enabled, and the Z Axis Lock function is selected for the left tool.

ここで図11を参照すると、MRID402がGUIを図示しており、このGUIによって、ユーザは、スクリーンの左下部の2Dタブ「2Dツール(2D Tools)」および「2D視界(2D View)」、およびスクリーンの右下部の3Dタブ「3Dツール(3D Tool)」および「3D視界(3D View)」に反映されているように、被験者の部分(頭部など)の(MRI装置などの)3D撮像モードで撮られた、2D視界と3D視界とを切り替えることが可能になる。図11において、指標(この例においては、十字線)が、(2D画像の複数スライスからなる3D画像とすることもできる)画像または画像のデータセット内に表示された被験者の部分の内部で、関連するツールの先端(例えば、手術用ツール150、または他の態様においては、追跡されているツールの下の「ツール先端延長:(Tool Tip Extension:)」ボックスの下に示されたスライダーバーを使用して選択された距離だけ、ツール先端から延びる延長ラインの終端)の場所に表示される。   Referring now to FIG. 11, MRID 402 illustrates the GUI, which allows the user to view the 2D tabs “2D Tools” and “2D View” at the bottom left of the screen, and “2D View”, and 3D imaging mode (such as MRI device) of the subject's part (head etc.) as reflected in the 3D tabs “3D Tool” and “3D View” at the bottom right of the screen It is possible to switch between the 2D view and the 3D view taken in step 1. In FIG. 11, an indicator (in this example, a crosshair) is inside an image or part of a subject displayed in a data set of images (which can also be a 3D image consisting of multiple slices of a 2D image), The associated tool tip (e.g., surgical tool 150, or in other embodiments, the slider bar shown below the "Tool Tip Extension:" box below the tool being tracked) It is displayed at the location of the extension line extending from the tool tip by the distance selected using.

MRID402の図11バージョンにおいて、2Dツール(2D Tools)タブが選択されており、2次元画像が、被験者内部での右ツールの先端の場所を示す十字線指標を重ねて示されている。これらの十字線は、ユーザが、関係ツール(複数を含む)に対するセクションの下の、「追跡(Track)」ボタンをユーザが選択するのに応答して現れる。MRID402上で追跡(Track)オプションを選択することによって、関係する入力装置を操作するときに、ユーザは、MRIDを目視して、ツール先端が被験者を通過して進むときに、被験者に対するツール先端の場所を(または、ツール先端延長ライン終点を、ユーザがシミュレーション/トレーニングモードにあるかどうかにかかわらず)追う(または追跡する)ことができる。   In the FIG. 11 version of MRID 402, the 2D Tools tab has been selected and a two-dimensional image is shown with a crosshair index indicating the location of the tip of the right tool inside the subject. These crosshairs appear in response to the user selecting the “Track” button below the section for the relevant tool (s). By selecting the Track option on MRID 402, when operating the relevant input device, the user looks at the MRID and, as the tool tip advances past the subject, the tool tip relative to the subject. The location (or the tool tip extension line endpoint) can be followed (or tracked) regardless of whether the user is in simulation / training mode.

図12に示されたMRID402のバージョンにおいて、3Dツール(3D Tools)タブが選択されており、被験者の頭部に対するツールの先端の場所が3Dで示されており、この場合に、スクリーンの右近くの「右ツール(Right Tool)」ボックス内部の「プレーンカット(Plane Cut)」ボタンを選択した結果として、3D画像は、この態様においては、ツール先端がそれに沿って進む軸に垂直な平面上で、切開して示されている。ユーザは、任意好適な入力装置(例えば、スペースボール)によって、3D画像の方位を操作して、提案されたツール位置および経路によって影響を受ける組織の所望の視界を得るように、表示画像と重畳されたツールとを動かすことができる。この重畳機能は、物理的位置決めおよびMRI位置決め工程およびツール選択の受領に続いて、利用可能になる。   In the version of MRID 402 shown in FIG. 12, the 3D Tools tab is selected and the location of the tool tip relative to the subject's head is shown in 3D, in this case near the right of the screen. As a result of selecting the “Plane Cut” button inside the “Right Tool” box, the 3D image in this aspect is on a plane perpendicular to the axis along which the tool tip advances. An incision is shown. The user manipulates the orientation of the 3D image with any suitable input device (eg, spaceball) to overlay the displayed image so as to obtain the desired view of the tissue affected by the proposed tool position and path. Can be moved with This superposition function becomes available following receipt of the physical positioning and MRI positioning processes and tool selection.

「簡易(Simple)」ボタンを選択すると、小さい構造の視界を妨害しないように、ツール画像が、例えば、ツールと同じ長さの細い赤い線に置き換えられることになる。「ウェッジカット(Wedge Cut)」ボタンを選択すると、くさびを切開することによって、ツール先端/延長ライン端の場所における表示3D画像が切開され、3つの直交面(例えば、球欠面(sagital)、軸面(axial)、前頭面(coronal))が露呈され、この場合に、ツールの先端/延長ライン端は3つの面の接合部にある。このような切開オプションによって、ユーザは、3次元MR画像の内部構造を評価して、処置中に関係するツールの最適経路を決定することができる。   Selecting the “Simple” button will replace the tool image with, for example, a thin red line of the same length as the tool so as not to obstruct the view of the small structure. When the “Wedge Cut” button is selected, the display 3D image at the location of the tool tip / extension line end is incised by incising the wedge, and three orthogonal planes (eg, sagital, Axial, coronal) are exposed, where the tip / extension line end of the tool is at the junction of the three surfaces. Such an incision option allows the user to evaluate the internal structure of the 3D MR image to determine the optimal path of the tool involved during the procedure.

上述の位置決め手順に続いて、処置(例えば、自動生体検査)を設定して実行するのに使用することのできる、一連のステップの例示的一態様を以下に提示する。ユーザは、最初に、定位手術左アームモード(Stereotaxy Left Arm Mode)などの、モードをCSD上で選択し、次いで、左アームを有効化し、ボアカメラ(複数を含む)の電源を入れてもよい。次いで、ユーザは、CSD上でシミュレーションモード(Simulation Mode)を選び、左マニピュレータ(これは、例えば、図1C〜3Cからのマニピュレータ100の左バージョンであるか、または米国特許第7155316号(316特許)に示されるマニピュレータの1つである)を、(入力装置20などの)関係する入力装置の動きから切り離してもよい。MRID上において、ユーザは、次いで2Dツール(2D Tools)タブおよびトラック(Track)モード/機能を「左ツール(Left Tools)」ボックス内で選択して、2Dモードが選択された場合に、十字線が被験者の2D画像に重畳して現れるようにしてもよい。   Following the positioning procedure described above, an exemplary aspect of a series of steps that can be used to set up and perform a procedure (eg, an automated biopsy) is presented below. The user may first select a mode on the CSD, such as Stereotaxy Left Arm Mode, then enable the left arm and turn on the bore camera (s). The user then selects a simulation mode on the CSD and the left manipulator (which is the left version of the manipulator 100, eg, from FIGS. 1C-3C, or US Pat. No. 7,155,316 (patent 316)). May be decoupled from the movement of the associated input device (such as input device 20). On the MRID, the user then selects the 2D Tools tab and Track mode / function in the “Left Tools” box and the crosshairs when 2D mode is selected May appear superimposed on the 2D image of the subject.

ユーザは、ツール先端延長ラインが望まれる場合には、スライダーバーを使用して、非ゼロ「ツール先端延長(Tool Tip Extension)」値を選択してもよい。ツール先端延長(Tool Tip Extension)機能が、0.0mmを超えて設定される場合には、十字線は、延長ラインの端部の場所を追跡することになる。このパラメータがゼロに設定される場合には、追跡機能は、ツールの先端(遠位端)の場所において2Dスライス画像上に十字線を図示することになる。ツールまたは延長ラインが被験者(例えば、脳)を通過すると、その後の2D画像(例えば、2Dスライス)が示される。同様に、ツールまたは延長ラインが、被験者から引き出されたら、先の2Dスライスが示される。   The user may select a non-zero “Tool Tip Extension” value using the slider bar if a tool tip extension line is desired. If the Tool Tip Extension function is set beyond 0.0 mm, the crosshair will track the location of the end of the extension line. If this parameter is set to zero, the tracking function will illustrate a crosshair on the 2D slice image at the location of the tool tip (distal end). As the tool or extension line passes through the subject (eg, brain), a subsequent 2D image (eg, 2D slice) is shown. Similarly, if a tool or extension line is pulled from the subject, the previous 2D slice is shown.

この例示的態様においては、ユーザは、左入力装置を把持して入力装置上の有効化ボタン(例えば、ボタン29)を(例えば、親指を使って)作動することによって、仮想の、またはシミュレーションによるツールの動きを有効化してもよい。ユーザは、次いで、入力装置を手に取り、必要に応じて2Dと3DのMRID視界を切換えることにより得られる視覚キューに基づいて、CSD上に示される仮想マニピュレータおよびマニピュレータの手術用ツールを、意図する目標物の領域まで移動させることができる。ある態様においては、CSDと、2Dおよび3DのMRID画像とは、リアルタイムで更新して、(シミュレーションモードのときに)仮想マニピュレータおよびそのツールの場所を示すことができる。   In this exemplary aspect, the user is virtual or simulated by grasping the left input device and activating an enabling button (eg, button 29) on the input device (eg, using the thumb). Tool movement may be activated. The user then intends the virtual manipulator and manipulator surgical tool shown on the CSD based on visual cues obtained by picking up the input device and switching between 2D and 3D MRID views as needed. Can be moved to the target area. In one aspect, the CSD and 2D and 3D MRID images can be updated in real time to indicate the location of the virtual manipulator and its tools (when in simulation mode).

ユーザが所望の目標場所を決定すると、ユーザは入力装置を無効化することによって、入力装置の移動が仮想マニピュレータおよびそのツールのさらなる移動につながらないようにしてもよい。次いでユーザは、「自動生体検査(Automated Biopsy)」(例えば、図11および図12を参照)下におけるMRIDスクリーンの2Dバージョンまたは3Dバージョンのいずれかにおいて、「目標物(Target)」を押して、処置の目標場所を選択することができ、この目標場所は、画像空間(例えば、磁気共鳴画像空間)においてツール先端のX、Y、Z直交座標で記憶されており、これが次いでロボット空間に変換される。延長ライン値がゼロに等しい場合には、これらの座標はツール先端として登録され、値がゼロよりも大きい場合には、延長ラインの端部として登録され、結果として、目標場所指標が、2D視界における十字線場所(例えば、赤い円)および3D視界において延長ライン端部場所に現れて、意図する目標物を表わすことになる。   Once the user has determined the desired target location, the user may disable the input device so that movement of the input device does not lead to further movement of the virtual manipulator and its tools. The user then presses “Target” on either the 2D or 3D version of the MRID screen under “Automated Biopsy” (see, eg, FIGS. 11 and 12) The target location can be selected and stored in X, Y, Z Cartesian coordinates of the tool tip in image space (eg, magnetic resonance image space), which is then converted to robot space. . If the extension line value is equal to zero, these coordinates are registered as the tool tip, and if the value is greater than zero, it is registered as the end of the extension line, resulting in the target location index being a 2D field of view. Will appear at the crosshair location (eg, the red circle) and the extended line end location in 3D view to represent the intended target.

次いで、ユーザは、入力装置が無効化されている場合に(入力装置が無効化されたのと同様な方法で)、それを有効化して、ツール先端または延長ライン端部を、被験者に対する意図する挿入点に向かって動かす。次いで、先端/延長ライン端を選択された目標物に連結する、経路指標(例えば、緑の線)が3D視界で可視となり、その結果として、ユーザは、軌跡と、提案のツール先端経路によって貫通されるか、または妨害されるどのような組織でも見ることができる。次いで、ユーザは、入力装置を所望の進入点(これは、例えば、脳または頭部の表面にあるか、または頭部の外側の短い距離にあってもよい)へと動かしてもよい。頭蓋穿孔がすでに設けられている場合には、ユーザは、経路が頭部に接触することなく、確実にその頭蓋穿孔を通過して進むようにしてもよい。進入点と軌跡とを許容できるときには、次いでユーザは、必須ではないが、入力装置を無効化してもよい。   The user then activates the input device if it is disabled (in the same way that the input device was disabled) and intends the tool tip or extension line end to the subject. Move towards the insertion point. A path indicator (eg, a green line) that connects the tip / extension line end to the selected target is then visible in 3D view, resulting in the user penetrating through the trajectory and the proposed tool tip path. You can see any organization that is played or disturbed. The user may then move the input device to the desired entry point (which may be, for example, on the surface of the brain or head or at a short distance outside the head). If cranial perforations are already provided, the user may ensure that the path passes through the cranial perforations without touching the head. When the entry point and the trajectory are acceptable, the user may then disable the input device, although this is not essential.

次いで、ユーザは、MRIDの2Dバージョンまたは3Dバージョンのいずれかの上の「開始点(Start Point)」とラベルのついたボタンを押してもよく、指標(例えば、緑の円)が、2D視界における十字線の位置、および3D視界における延長ライン端部に現れて意図する開始点を示し、この開始点が画像空間(例えば、磁気共鳴画像空間)においてツール先端のX、Y、およびZ直交座標で記憶され、この画像空間が次いでロボット空間に変換される。延長ライン値がゼロに等しい場合には、これらの座標はツール先端として登録され、値がゼロよりも大きい場合には、延長ラインの端部として登録される。この態様においては、指標は、何らかの方法で変化して(例えば、緑色の線が赤に変わる)、ライン(または経路)が設定されたことを示し、開始点、終了点および軌跡(または経路)がCSD上に現れる。   The user may then press the button labeled “Start Point” on either the 2D version or 3D version of the MRID, and the indicator (eg, a green circle) will appear in the 2D view. Indicates the position of the crosshairs and the intended starting point that appears at the end of the extended line in 3D view, and this starting point is the X, Y, and Z orthogonal coordinates of the tool tip in image space (eg, magnetic resonance image space) This image space is then converted to robot space. If the extension line value is equal to zero, these coordinates are registered as the tool tip, and if the value is greater than zero, they are registered as the end of the extension line. In this aspect, the indicator changes in some way (eg, the green line turns red) to indicate that the line (or path) has been set, the start point, end point, and trajectory (or path) Appears on the CSD.

ユーザが、開始点(Start Point)または目標物(Target)の場所を変更したい場合には、ユーザは、入力装置を使用して、シミュレーションによるツール先端/延長ラインを新しい場所に動かし、MRIDの2Dバージョンまたは3Dバージョンのいずれかにおいて、再び「開始点(Start Point)」または「目標物(Target)」ボタンを押すことができる。ある態様においては、システムが、古い点を新しい点に置き換えることを確認するために、ユーザに関連するボタンをもう一度、押すように要求する。許容できる軌跡を選んだ後に、ユーザは、CSD上でそのボタンを再び指定する(例えば、スクリーン上でそれに再び触れる)ことによって、シミュレーションモードから出ることができる。   If the user wants to change the location of the Start Point or Target, the user uses the input device to move the simulated tool tip / extension line to a new location and 2D MRID In either the version or the 3D version, the “Start Point” or “Target” button can be pressed again. In one aspect, the system requests the user to press the button associated with it again to confirm replacing the old point with the new point. After choosing an acceptable trajectory, the user can exit simulation mode by re-specifying the button on the CSD (eg, touching it again on the screen).

選んだツールに対して所望の軌跡を選択/決定した後に、ユーザは、CSD上でマスター/スレーブモードを選び、(例えば、ボタン29を押すことによって)入力装置を有効化し、(図4に示されているディスプレイスクリーン403上に示される、MRIDおよび/またはボアカメラまたはフィールドカメラ画像を見ながら)入力装置を動かして、マニピュレータを、その移動に対して選択された開始点に近い場所へと動かし、選択された軌跡にできる限り近い方位にすることによって、自動移動を実行することができる。次いで、ユーザは、入力装置を無効化してもよい。   After selecting / determining the desired trajectory for the selected tool, the user selects the master / slave mode on the CSD and activates the input device (eg, by pressing button 29) (shown in FIG. 4). Moving the input device (while viewing the MRID and / or bore camera or field camera image shown on the display screen 403 being moved) to move the manipulator closer to the starting point selected for the movement; Automatic movement can be performed by setting the azimuth as close as possible to the selected trajectory. The user may then disable the input device.

MRID上で、2Dまたは3D視界における「自動生体検査」の下で、ユーザは「ツール整列」(例えば、図11および図12を参照)ボタンを押すことができ、マニピュレータが、プログラムされた軌跡と整列するように移動し、ツール先端を選択開始点またはその近くに(プログラムされた軌跡に沿って、開始点から半径方向外向きに、約2cmなど)、ツール先端を配置する。次いで、ユーザは、(「自動生体検査(Automated Biopsy)」の下で)「実行(Execute)」ボタンを押してもよく、するとユーザは、入力装置を有効化して自動移動(例えば、自動生体検査)を開始するように促される。   On the MRID, under “automatic biopsy” in 2D or 3D view, the user can press the “tool alignment” (see, eg, FIGS. 11 and 12) button, and the manipulator Move to align and place the tool tip at or near the selection start point (eg, about 2 cm radially outward from the start point along the programmed trajectory). The user may then press the “Execute” button (under “Automated Biopsy”), and the user activates the input device and automatically moves (eg, automatic biopsy). You are prompted to start.

次いで、ユーザは入力装置を把持して、システムを有効化し、入力装置を前回に有効化されたのと同じ方法で(例えば、ボタン29を押すことによって)有効化することによって、自動生体検査を開始する。このステップをとることによって、ユーザは、処置を行うために入力装置を保持することになる。入力装置を有効化する結果として、ツールは、目標場所に向かって(初期化ファイルに設定することができる)所定の速度で前方に移動し、目標場所の点において、手術用ツールは、生体検査材料の除去などの、事前にプログラムされた機能を実行することができる。手術用ツールが、ツールの縦軸に垂直は軸のまわりに互いに離れる方向に開いた2つの小さな鋭利なへら(scoop)を備える生体検査ツールである、ある態様においては、手術用ツールのへらが開き、時計方向に90度回転し、再び閉じて、結果として組織を取り込む。次いで、手術用ツールは、挿入軌跡に沿って、まっすぐ外へと方向を逆転させることができる。   The user then grasps the input device, activates the system, and activates the automatic biopsy by activating the input device in the same way as previously activated (eg, by pressing button 29). Start. By taking this step, the user will hold the input device to perform the procedure. As a result of enabling the input device, the tool moves forward at a predetermined speed towards the target location (which can be set in the initialization file), and at the point of the target location, the surgical tool is biopsy Pre-programmed functions can be performed, such as material removal. In one embodiment, the surgical tool is a biopsy tool with two small sharp spatules that are open perpendicular to the longitudinal axis of the tool and away from each other about the axis. Open, rotate 90 degrees clockwise, close again, resulting in tissue capture. The surgical tool can then reverse the direction straight out along the insertion trajectory.

自動移動の実行中に問題が発生すると、ユーザは、(例えば、ボタン29を押して)入力装置を無効化して移動を停止させることができる。CSDは、図13に示すもののような、選択ボックスをユーザに提示し、この選択ボックスには、停止、継続、および方向逆転するオプションが含まれる。選択がなされると、ユーザが入力装置を有効化するときに、ツールは再び移動する。   If a problem occurs during execution of automatic movement, the user can deactivate the input device (eg, by pressing button 29) and stop the movement. The CSD presents a selection box to the user, such as that shown in FIG. 13, which includes options to stop, continue, and reverse direction. Once a selection is made, the tool moves again when the user activates the input device.

したがって、任意の処置の間に所与の手術用ツールの移動に対する一軸ロックを提供することに加えて、本発明の方法、装置、およびシステムの態様は、ユーザ(例えば、外科医)が実際外科処置を行う前に、手術用ツールに対する多重経路をシミュレートし、それらが影響を与える組織に対してそれらの経路を評価し、目標点と開始点を選択することによって所望の経路を選ぶことも可能にする。本発明の装置およびシステムは、ツールを直線経路に(電子的に)限定するように構成されており、その結果として、ツール経路を決定するのに、開始点および目標点だけが必要である。本発明の装置およびシステムの態様は、ユーザがツールの制御を維持することを可能にする複数の安全機能も含めることができる。   Thus, in addition to providing a uniaxial lock for movement of a given surgical tool during any procedure, aspects of the method, apparatus, and system of the present invention allow a user (eg, a surgeon) to perform an actual surgical procedure. You can also select the desired path by simulating multiple paths to the surgical tool, evaluating those paths against the tissue they affect, and selecting the target and starting points before To. The apparatus and system of the present invention is configured to (electronically) limit the tool to a linear path, so that only a starting point and a target point are required to determine the tool path. Aspects of the apparatus and system of the present invention can also include a plurality of safety features that allow the user to maintain control of the tool.

本発明の方法の態様は、任意好適なコンピュータ可読媒体(例えば、実体的なコンピュータ可読媒体(tangible computer readable media))に記憶されるソフトウエアとしてコーディングしてもよく、それらの媒体としては、それに限定はされないが、ハードドライブ媒体、光学媒体、RAM、SRAM、DRAM、SDRAM、ROM、EPROM、EEPROM、テープ媒体、カートリッジ媒体、フラッシュメモリ、メモリスティック、および/またはその他を含む、任意好適な形態のメモリまたはデータ記憶装置がある。実体的なコンピュータ可読媒体としては、情報を記憶または転送することのできる、任意の物理的媒体があげられる。そのような態様は、あるステップ(複数を含む)を実行するためのコンピュータ実行可能な(例えばマシン可読の)命令を有する(または命令がコーディングされている)、実体的なコンピュータ可読媒体として特徴づけられる。   The method aspects of the present invention may be coded as software stored on any suitable computer-readable medium (eg, tangible computer readable media), including: Any suitable form including, but not limited to, hard drive media, optical media, RAM, SRAM, DRAM, SDRAM, ROM, EPROM, EEPROM, tape media, cartridge media, flash memory, memory stick, and / or others There is a memory or data storage device. A tangible computer readable medium includes any physical medium that can store or transfer information. Such an aspect is characterized as a tangible computer-readable medium having (or having instructions coded on) computer-executable (eg, machine-readable) instructions for performing certain step (s). It is done.

「実体的なコンピュータ可読媒体」という用語は、搬送波などの無線伝送媒体を含まない。しかしながら、「コンピュータ可読媒体」の用語は、無線伝送媒体をその範囲に含み、本発明の方法の一部の態様には、上述のコンピュータ可読命令を搬送する無線伝送媒体を含めてもよい。ソフトウエアは、当該技術において知られている任意の技法によって書き込むことができる。例えば、ソフトウエアは、いずれか1つまたは2つ以上のコンピュータ言語(例えば、アッセンブリ(ASSEMBLY)、パスカル(PASCAL)、フォートラン(FORTRAN)、ベーシック(BASIC)、C、C++、C#、JAVA(登録商標)、Perl、Python)によるか、またはそれに限定はされないが、Matlab(登録商標)、R、S−plus(登録商標)、およびSAS(登録商標)などの科学パッケージを使用して書き込むことができる。コードは、それを共通プラットフォーム(例えば、Microsoft(登録商標)、Linux(登録商標)、Apple Macintosh(登録商標)OS X、Unix(登録商標))にコンパイルさせるためのものであってもよい。 The term “substantial computer-readable medium” does not include wireless transmission media such as carrier waves. However, the term “computer-readable medium” includes wireless transmission media in its scope, and some aspects of the methods of the invention may include wireless transmission media that carry the above-described computer-readable instructions. The software can be written by any technique known in the art. For example, the software may be any one or more computer languages (eg, ASSEMBLY, Pascal, FORTRAN, BASIC, C, C ++, C #, JAVA (registered). (Trademark), Perl, Python) or using scientific packages such as, but not limited to, Matlab (R), R, S-plus (R), and SAS (R) it can. The code may be for compiling it on a common platform (e.g., Microsoft (R), Linux (R), Apple Macintosh (R) OS X, Unix (R)).

OpenGL(登録商標)などのよく確立されたプラットフォーム間ライブラリを利用して、本発明の方法、装置およびシステムを実行してもよい。現代のシングルプロセッサおよびマルチプロセッサベースのハードウエアプラットフォーム上で、計算時間を低減するために、適用可能場合にはいつでも、マルチスレッディングを使用してもよい。上記で考察し、図に示したように、ソフトウエアには、ソフトウエアを実行するときにユーザにより直感的な感覚を提供することのできる、GUIを含めてもよい。スクリーンタッチ、マウスおよび/またはキーボードによって異なるフィールドにアクセスしてもよい。ポップアップウィンドウ、音響アラート、または当該技術において知れられている任意その他の技法を介して、アラーム、キュー、その他を行ってもよい。   Well-established cross-platform libraries such as OpenGL® may be utilized to implement the method, apparatus and system of the present invention. Multithreading may be used wherever applicable to reduce computation time on modern single processor and multiprocessor based hardware platforms. As discussed above and shown in the figure, the software may include a GUI that can provide a more intuitive sense to the user when executing the software. Different fields may be accessed by screen touch, mouse and / or keyboard. Alarms, cues, etc. may occur via pop-up windows, audible alerts, or any other technique known in the art.

上記の章で説明したステップの一部(全部までを含む)を、ファームウエアおよび/または実行ソフトウエアでプログラミングされた、プロセッサ(例えば、1つまたは2つ以上の集積回路)を有するコンピュータを使用して実施してもよい。上記の章で説明したステップの一部(全部までを含む)を、コンピュータシステムの一例(例えば制御システム)である、分散コンピューティング環境を使用して実施してもよい。分散コンピューティング環境においては、任意好適な数の接続媒体(例えば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、またはそれには限定されないが、Ethernet(登録商標)、企業内コンピュータネットワーク、イントラネットおよびインターネットを含むその他コンピュータネットワーク)によって接続されたものなど、複数のコンピュータを使用してもよく、コンピュータ間の接続は有線または無線とすることができる。   Using a computer with a processor (eg, one or more integrated circuits) programmed with firmware and / or execution software for some (including all) of the steps described in the above section May be implemented. Some (including all) of the steps described in the sections above may be performed using a distributed computing environment, which is an example of a computer system (eg, a control system). In a distributed computing environment, any suitable number of connection media (eg, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or, but not limited to, Ethernet, an in-house computer network, an intranet) A plurality of computers, such as those connected by the Internet and other computer networks including the Internet), and the connection between the computers can be wired or wireless.

サーバーおよびユーザ端末は、任意のコンピュータシステムの一部とすることができる。さらに、好適なコンピュータシステムの態様は、特定用途向け集積回路(ASIC)または大規模集積(VLSI)回路上に実装してもよく、またさらに(あるいは代替的に)、リソースの仮想化、仮想コンピューティング、および/またはクラウドコンピューティング(cloud computing)を使用して指定された機能を達成するように構成してもよい。実際に、当業者であれば、本開示と整合性のあるコンピュータシステムにおいて上述した機能を達成するために、論理演算を実行することのできる任意の数の好適な構造を利用することができる。   Servers and user terminals can be part of any computer system. Furthermore, suitable computer system aspects may be implemented on an application specific integrated circuit (ASIC) or large scale integrated (VLSI) circuit, and additionally (or alternatively), resource virtualization, virtual computing And / or cloud computing may be used to achieve a specified function. Indeed, those skilled in the art may utilize any number of suitable structures capable of performing logical operations to accomplish the functions described above in a computer system consistent with this disclosure.

よく知られた処理技法、構成要素および機器の説明は、不必要な詳細さにおいて、本発明の方法、装置およびシステムを不必要に曖昧にしないように、省略されている。本発明の方法、装置およびシステムの説明は、例示的であり、限定的ではない。請求の範囲に含まれるが、本明細書に明白に記載されていない、ある種の置換、修正、追加および/または再配設が、この開示に基づいて、当業者には明白になる。   Descriptions of well-known processing techniques, components and equipment have been omitted in unnecessary detail so as not to unnecessarily obscure the methods, apparatus and systems of the present invention. The descriptions of the methods, apparatuses and systems of the present invention are illustrative and not limiting. Certain substitutions, modifications, additions and / or rearrangements that are within the scope of the claims but not explicitly described herein will be apparent to those skilled in the art based on this disclosure.

例えば、ユーザが2D画像と3D画像の表示を切り替えることのできる1つのMRIDが開示されているのに対して、代替的態様においては、2つの別個のディスプレイスクリーンを、それぞれ、2D画像および3D画像に使用してもよい。別の例として、上述した技法により事前プログラムすることのできる好適な移動の例として、脳組織の生体検査に対する自動移動について上述したが、本発明の技法を使用して自動化することのできる、その他の多くの手術移動および/または診断移動があり、これには、胸部生体検査、薬物の移植、(例えば癲癇(epilepsy)用の)電極の移植、幹細胞の移植、および見通しなしでの脊椎からの骨棘(bone spurs)の穿孔、その他があげられる。 For example, one MRID is disclosed that allows the user to switch between displaying 2D and 3D images, whereas in an alternative embodiment, two separate display screens are provided for 2D and 3D images, respectively. May be used for As another example, as examples of suitable movements that can be pre-programmed with the techniques described above, automatic movements for biopsy of brain tissue have been described above, but others that can be automated using the techniques of the present invention, etc. There are a number of surgical and / or diagnostic movements, including chest biopsy, drug implantation, electrode implantation (eg, for epilepsy), stem cell implantation, and from the spine without view Perforation of bone spurs, etc.

さらに、実動する態様の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、実装毎に変わる、システム関連またはビジネス関連の制約への準拠などの、多数の実装固有の決定を行わなければならないことが、理解されるであろう。そのような開発努力は複雑で時間がかかるが、それでも、本開示の利益を有する当業者には、定型的な業務であろう。
添付の特許請求の範囲は、所与の請求項に「means for」および/または「step for」の語句(複数を含む)を用いて、ミーンズ・プラス・ファンクション(means-plus- function)の限定が明示的に記載されない限り、そのような限定を含むものとは解釈すべきではない。
In addition, in the development of production aspects, a number of implementation-specific decisions must be made, such as compliance with system-related or business-related constraints that vary from implementation to implementation, to achieve a developer's specific objectives. It will be understood that this must be done. Such development efforts are complex and time consuming, but will still be routine for those skilled in the art having the benefit of this disclosure.
The appended claims use the terms “means for” and / or “step for” in a given claim to limit means-plus-function. Should not be construed as including such limitation unless expressly stated otherwise.

Claims (21)

手術に使用されるように構成されたロボットアームに保持されるか、またはそれと一体化された機器の移動を、一軸に沿って制限する指令を受け取ること;
入力装置の位置および方位を受け取ること、但し、前記入力装置は、前記入力装置がマスターであるマスター・スレーブ関係で前記ロボットアームに連結されており、前記入力装置の位置および方位と、前記入力装置の以前の位置および方位との差が、前記機器の所望の移動と一致している;および
所望の動きに応じて前記機器の移動を発生させる信号(単数または複数)を送付すること、但し、この移動は一軸に沿っており、該一軸と異なるいかなる軸に沿った移動をも含まない、
を行うためのマシン可読命令を含む、コンピュータ可読媒体。
Receiving a command to restrict movement of an instrument held or integrated with a robotic arm configured for use in surgery along one axis;
Receiving the position and orientation of the input device, provided that the input device is connected to the robot arm in a master-slave relationship in which the input device is a master, the position and orientation of the input device, and the input device The difference between the previous position and orientation of the device is consistent with the desired movement of the device; and sending signal (s) that cause movement of the device in response to the desired movement, provided This movement is along one axis and does not include movement along any axis different from the one axis.
A computer readable medium comprising machine readable instructions for performing
ロボットアームが6自由度を有する、請求項1に記載のコンピュータ可読媒体。   The computer readable medium of claim 1, wherein the robot arm has six degrees of freedom. 入力装置の位置および方位を受け取ること、但し、前記入力装置は、前記入力装置がマスターである、マスター・スレーブ関係でロボットアームに連結されており、前記入力装置の位置および方位と、前記入力装置の以前の位置および方位との差が、前記ロボットアームによって保持されるか、またはそれと一体化されている機器の所望の移動と一致している;および
前記所望の移動に応じて前記機器の移動を発生させる信号(単数または複数)を送付すること、但し、この移動は、一軸に沿っており、前記入力装置の位置および方位と前記入力装置の以前の位置および方位との差のために、他の移動が指令されている場合でも、該一軸と異なるいずれかの軸に沿った、そのような他のどの移動をも含まない、
を行うためのマシン可読命令を含む、コンピュータ可読媒体。
Receiving the position and orientation of the input device, wherein the input device is connected to a robot arm in a master-slave relationship, wherein the input device is a master, and the position and orientation of the input device and the input device The difference between the previous position and orientation of the device is consistent with the desired movement of the device held by or integrated with the robot arm; and the movement of the device in response to the desired movement , But this movement is along one axis, and because of the difference between the position and orientation of the input device and the previous position and orientation of the input device, Does not include any other such movement along any axis different from the one axis, even if other movements are commanded,
A computer readable medium comprising machine readable instructions for performing
ロボットアームが6自由度を有する、請求項3に記載のコンピュータ可読媒体。   The computer readable medium of claim 3, wherein the robot arm has six degrees of freedom. 手術に使用されるように構成されたロボットアームに保持されるか、またはそれと一体化された手術用ツールの移動を、単一の移動軸に沿って制限する指令を受け取ること;
前記手術用ツールの一部分の位置と前記手術用ツールの方位の決定を可能にするのに十分なデータを受け取ること、但し、前記手術用ツールは、前記方位に基づいて、前記単一の移動軸を定義する縦軸を有する;
前記手術用ツールを移動させる指令を受け取ること;および
前記単一の移動軸に沿って前記手術用ツールを移動させる信号(単数または複数)を送付すること、
を行うためのマシン可読命令を含む、コンピュータ可読媒体。
Receiving a command to limit movement of a surgical tool held by or integrated with a robotic arm configured for use in surgery along a single axis of movement;
Receiving sufficient data to allow determination of a position of a portion of the surgical tool and an orientation of the surgical tool, provided that the surgical tool is based on the orientation and the single axis of movement. Having a vertical axis defining
Receiving a command to move the surgical tool; and sending a signal (s) to move the surgical tool along the single axis of movement;
A computer readable medium comprising machine readable instructions for performing
少なくとも以下の機能:
手術に使用されるように構成されたロボットアームに保持されるか、またはそれと一体化された機器の移動を、一軸に沿って制限する指令を受け取る;
入力装置の位置および方位を受け取る、但し、前記入力装置はマスター・スレーブ関係でロボットアームに連結されており、前記入力装置の位置および方位と、前記入力装置の以前の位置および方位との差が、前記機器の所望の移動と一致している;および
所望の移動に応じて前記機器の移動を発生させる信号(単数または複数)を送付する、但し、この移動は一軸に沿っており、該一軸と異なるいかなる軸に沿った移動をも含まない、
を実行するように構成された、コンピュータシステム。
At least the following functions:
Receiving a command to limit movement of an instrument held or integrated with a robotic arm configured for use in surgery along one axis;
Receiving the position and orientation of the input device, provided that the input device is connected to a robot arm in a master-slave relationship, and the difference between the position and orientation of the input device and the previous position and orientation of the input device is Consistent with the desired movement of the device; and sending signal (s) that cause movement of the device in response to the desired movement, provided that this movement is along one axis, Does not include any movement along any axis different from
A computer system configured to run.
ロボットアームが6自由度を有する、請求項6に記載のコンピュータシステム。   The computer system of claim 6, wherein the robot arm has six degrees of freedom. 少なくとも以下の機能:
入力装置の位置および方位を受け取る、但し、前記入力装置はマスター・スレーブ関係でロボットアームに連結されており、前記入力装置の位置および方位と、前記入力装置の以前の位置および方位との差が、前記ロボットアームによって保持された手術用ツールの所望の移動と一致している;および
前記所望の移動に応じて前記手術用ツールの移動を発生させる信号(単数または複数)を送付すること、但し、この移動は一軸に沿っており、入力装置の位置および方位と前記入力装置の以前の位置および方位との差のために、他の移動が指令されている場合でも、該一軸と異なるいずれかの軸に沿った、そのような他のどの移動をも含まない、
を実行するように構成された、コンピュータシステム。
At least the following functions:
Receiving the position and orientation of the input device, provided that the input device is connected to a robot arm in a master-slave relationship, and the difference between the position and orientation of the input device and the previous position and orientation of the input device is Consistent with a desired movement of the surgical tool held by the robotic arm; and sending a signal or signals that cause movement of the surgical tool in response to the desired movement, This movement is along one axis, and due to the difference between the position and orientation of the input device and the previous position and orientation of the input device, even if another movement is commanded, either Does not include any other such movement along the axis of
A computer system configured to run.
ロボットアームが6自由度を有する、請求項8に記載のコンピュータシステム。   The computer system of claim 8, wherein the robot arm has six degrees of freedom. 少なくとも以下のこと:
手術に使用されるように構成されたロボットアームに保持されるか、またはそれと一体化された手術用ツールの移動を、単一の移動軸に沿って制限する指令を受け取ること;
前記手術用ツールの一部分の位置と前記手術用ツールの方位の決定を可能にするのに十分なデータを受け取ること、但し、前記手術用ツールは、前記方位に基づいて、前記単一の移動軸を定義する縦軸を有する;
前記手術用ツールを移動させる指令を受け取ること;および
前記単一の移動軸に沿って前記手術用ツールを移動させる信号(単数または複数)を送付すること、
を実行するように構成された、コンピュータシステム。
At least the following:
Receiving a command to limit movement of a surgical tool held by or integrated with a robotic arm configured for use in surgery along a single axis of movement;
Receiving sufficient data to allow determination of a position of a portion of the surgical tool and an orientation of the surgical tool, provided that the surgical tool is based on the orientation and the single axis of movement. Having a vertical axis defining
Receiving a command to move the surgical tool; and sending a signal (s) to move the surgical tool along the single axis of movement;
A computer system configured to run.
自動化手術処置をシミュレート、計画および/または実行するのに有用なコンピュータシステムであって、
少なくとも以下の機能:
医療用ロボットによって保持されたツールに対する目標場所を指定するデータを受け取る;
自動移動の間に、前記ツールが前記目標場所に向かってそこから移動する、前記ツールの第2の場所を指定するデータを受け取る;および
自動移動を開始するユーザ指令に応答して、前記第2の場所と前記目標場所によって定義される一軸に沿って前記ツールが移動するように、前記医療用ロボットを移動させる、
を実施するように構成されている、前記コンピュータシステム。
A computer system useful for simulating, planning and / or executing automated surgical procedures,
At least the following functions:
Receive data specifying the target location for the tool held by the medical robot;
Receiving data specifying a second location of the tool from which the tool moves toward the target location during automatic movement; and in response to a user command to initiate automatic movement, the second Moving the medical robot so that the tool moves along an axis defined by the location of the target and the target location;
The computer system configured to implement
ユーザが、医療用ロボットにマスター・スレーブの関係で連結されたハンドコントローラを有効化したことを示すデータが受け取られた場合にだけ、移動が行われる、請求項11に記載のコンピュータシステム。   The computer system of claim 11, wherein the movement is performed only when data is received indicating that the user has activated a hand controller coupled to the medical robot in a master-slave relationship. 少なくとも以下の追加の機能:
目標場所においてツールの操作を行わせる、
を実行するようにさらに構成された、請求項11および12のいずれかに記載のコンピュータシステム。
At least the following additional features:
Let the tool operate at the target location,
13. A computer system according to any of claims 11 and 12, further configured to execute:
少なくとも以下の追加の機能:
第2の場所を指定するデータを受け取る前に、目標場所からツールの先端まで延びる軌跡計画ラインを、被験者の一部分を表わす3次元表現の上に重畳させて表示する、および
ツールのシミュレーションによる表示バージョンに連結されたハンドコントローラからのユーザ入力に応答して、軌跡計画ラインを移動させる、
を実行するように構成された、請求項11〜13のいずれかに記載のコンピュータシステム。
At least the following additional features:
Before receiving data specifying the second location, a trajectory plan line extending from the target location to the tip of the tool is displayed superimposed on a three-dimensional representation representing a portion of the subject, and a display version by simulation of the tool In response to a user input from a hand controller connected to, the trajectory plan line is moved.
14. A computer system according to any of claims 11 to 13 configured to execute:
少なくとも以下の機能:
患者の一部の範囲内に、医療用ロボットアームによって保持されるか、またはそれと一体化された手術用ツールの対する、目標場所を指定する指令を受け取る;
前記手術用ツールに対して第2の場所を指定する指令を受け取る、但し、前記第2の場所は、前記手術用ツールが前記目標場所に向かってそこから移動する場所である、
前記第2の場所および前記目標場所によって定義される一軸に沿って前記手術用ツールの自動移動を開始する、ユーザからの指令を受け取る;
前記医療用ロボットアームに前記自動移動を達成させるのに十分な指令(単数または複数)を送付して、それによって前記手術用ツールを少なくとも前記第2の場所から前記目標場所まで移動させる、但し、自動移動は、所定の速度で、ユーザによる入力装置の操作に対してリアルタイム応答ではなく行われる、および
前記自動移動が完了する前に、前記自動移動を停止する指令を受け取る、
を実行するように構成されたコンピュータシステム。
At least the following functions:
Receiving a command specifying a target location for a surgical tool held by or integrated with a medical robotic arm within a portion of the patient;
Receiving a command to designate a second location for the surgical tool, wherein the second location is a location from which the surgical tool moves toward the target location;
Receiving a command from a user to initiate automatic movement of the surgical tool along an axis defined by the second location and the target location;
Sending sufficient instruction (s) to cause the medical robotic arm to achieve the automatic movement, thereby moving the surgical tool from at least the second location to the target location; Automatic movement is performed at a predetermined speed, rather than a real-time response to operation of the input device by a user, and receives an instruction to stop the automatic movement before the automatic movement is completed.
A computer system configured to run.
以下の追加の機能:
第2の場所から目標場所への経路を示す指標を含む、手術用ツールのシミュレーションによる視界を表示する、
を実行するようにさらに構成された、請求項15に記載のコンピュータシステム。
The following additional features:
Display a field of view from a simulation of the surgical tool, including an indicator of the path from the second location to the target location;
The computer system of claim 15, further configured to perform:
自動化手術処置をシミュレート、計画および/または実行するのに有用なコンピュータシステムであって、
少なくとも以下の機能:
ユーザ入力に応答して、2つのアームを有する医療用ロボットシステムの一方または両方のアーム画像を表示する、
シミュレーションモードにおいて動作する指令を受け取る;
ユーザ入力に応答して、被験者の一部分の2次元画像を表示する;
ユーザ入力に応答して、2D画像上に重畳された目標場所指標を表示する;
ユーザ入力に応答して、目標場所指標を移動させる;
ユーザ入力に応答して、被験者の一部分の異なる2D画像を表示する;
ユーザ入力に応答して、被験者の一部分の3次元表現上に重畳された、ツールを表わす画像を表示する、但し、前記ツールは、前記目標場所指標と同じ相対的場所に示されている、ツール先端または前記ツールから延びるラインを有する、
ユーザ入力に応答して、前記ツール先端または前記ラインを移動させる、および
ユーザ入力に応答して、前記3D表現を変更する、
を実行するように構成された、コンピュータシステム。
A computer system useful for simulating, planning and / or executing automated surgical procedures,
At least the following functions:
In response to user input, displaying an image of one or both arms of a medical robot system having two arms;
Receive commands to operate in simulation mode;
In response to user input, displaying a two-dimensional image of a portion of the subject;
In response to user input, display a target location index superimposed on the 2D image;
Move the target location indicator in response to user input;
In response to user input, display a different 2D image of a portion of the subject;
In response to user input, an image representing a tool superimposed on a three-dimensional representation of a portion of the subject is displayed, wherein the tool is shown at the same relative location as the target location indicator Having a tip or a line extending from the tool,
Moving the tool tip or the line in response to user input, and changing the 3D representation in response to user input;
A computer system configured to run.
少なくとも以下の追加の機能:
ツールに対する目標場所を指定する指令を受け取る;
自動移動の間に、前記ツールが目標場所に向かってそこから移動する、ツールに対する第2の場所を指定する指令を受け取る;
前記ツールが、前記第2の場所および前記目標場所によって定義される一軸に沿って移動するように、前記自動移動を開始させるユーザ指令に応答して、医療用ロボットを移動させる、
を実行するように構成された、請求項17に記載のコンピュータシステム。
At least the following additional features:
Receive a directive specifying the target location for the tool;
Receiving a command specifying a second location for the tool from which the tool moves toward a target location during automatic movement;
Moving the medical robot in response to a user command to initiate the automatic movement so that the tool moves along one axis defined by the second location and the target location;
The computer system of claim 17, wherein the computer system is configured to execute.
一軸に沿って移動するツールは、医療用ロボットシステムのアームの1つによって保持されており、移動は、そのアームにマスター・スレーブ関係で連結されているハンドコントローラをユーザが有効化したことを示すデータが受け取られた場合にだけ行われる、請求項18に記載のコンピュータシステム。   The tool moving along one axis is held by one of the arms of the medical robot system, and the movement indicates that the user has activated a hand controller coupled to that arm in a master / slave relationship. The computer system of claim 18, wherein the computer system is performed only when data is received. 少なくとも以下の追加の機能:
目標場所においてツールの操作を行わせる、
を実行するように構成された、請求項18および19のいずれかに記載のコンピュータシステム。
At least the following additional features:
Let the tool operate at the target location,
20. A computer system according to any of claims 18 and 19, configured to execute
少なくとも、請求項11〜20のいずれかの機能を実行するためのマシン可読命令を含む、コンピュータ可読媒体。   A computer readable medium comprising machine readable instructions for performing at least the functions of any of claims 11-20.
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