JP2017515524A - 遠隔操作医療システムのための構造調節システム及び方法 - Google Patents

Abstract

手術野内で医療処置を行うための遠隔操作医療システムが、外科処置を支援するように構成される複数の電動式の手術アームを有する遠隔操作アセンブリを含む。電動式の手術アームは、手術アームが患者に取り付けられるときに、手術アームが通り越し得ない境界を定める運動限界を有する。遠隔操作医療システムは、手術閾限界を内部に格納させる制御システムも含む。手術閾限界は、外科処置を適切に行うために手術アームが潜在的に進む境界の縁である。制御システムは、運動限界を前記手術閾限界と比較し、且つ、手術閾限界が運動限界によって境界付けられる運動の範囲の外側にあるときを、出力デバイスを介して操作者に通知するように、構成される。

Description

本開示は、遠隔操作医療システムを制御するシステム及び方法に向けられており、より具体的には、外科処置のために遠隔操作医療システムの構造的な構成を改良するシステム及び方法に関する。

最小侵襲的な方法において遠隔操作医療システムを用いて外科処置を行い得る。最小侵襲手術の利益は周知であり、従来的な観血切開術と比べて、より少ない患者外傷、より少ない血液損失、より素早い回復時間を含む。加えて、Sunnyvale, CaliforniaのIntuitive Surgical, Inc.によって商品化されているDA VINCI（登録商標）Surgical Systemのような、遠隔操作医療システムの使用が知られている。そのような遠隔操作医療システムは、手動の最小侵襲手術と比べて、外科医が直観的な制御及び知覚の増大を伴って手術することを可能にする。

遠隔操作医療システムは、１つ又はそれよりも多くのロボットアームに連結される１つ又はそれよりも多くの器具を含むことがある。システムが最小侵襲手術を行うために用いられるならば、器具は、小さな切開部、又は、例えば、口、尿道、又は肛門のような、自然の開口部のような、患者の１つ又はそれよりも多くの小さな開口を通じて、手術領域にアクセスすることがある。幾つかの場合には、（複数の）器具を（複数の）開口を通じて直接的に挿入させるよりもむしろ、カニューレ又は他の誘導要素を各開口に挿入することができ、カニューレを通じて器具を挿入して手術領域にアクセスすることができる。内視鏡のような撮像ツールを用いて手術領域を見ることができ、外科医が手術中に見るように、撮像ツールによってキャプチャされる（取り込まれる）画像を画像ディスプレイに表示することができる。

手術中にいつでも安全に調節し得る直接的な方法において器具の届く距離(reach)及び患者の隙間(patient clearance)をトレードオフ（妥協）するよう、使用者に柔軟性(flexibility)をもたらす、遠隔操作医療システムを提供することが望ましい。ここにおいて開示するシステム及び方法は、従来技術の欠陥の１つ又はそれよりも多くを克服する。

例示的な特徴において、本開示は、手術野内で医療処置を行うための遠隔操作医療システムに向けられている。遠隔操作医療システムは、外科処置を支援するように構成される複数の電動式の手術アームを有する遠隔操作アセンブリを含む。電動式の手術アームは、手術アームが患者に取り付けられるときに、手術アームが通り越し得ない境界を定める運動限界を有する。遠隔操作医療システムは、内部に格納される手術閾限界を有する制御システムも含む。手術閾限界は、外科処置を適切に行うために手術アームが潜在的に進む境界の縁である。制御システムは、運動限界を手術閾限界と比較し、且つ、出力デバイスを介して、手術閾限界が運動限界によって境界付けられる運動の範囲の外側にあるときを操作者に通知するように、構成される。

ある特徴において、手術閾限界は、制御システムに事前格納され、且つ、手術の種類、体内の手術の場所、患者の身体構成、及び患者アプローチのうちの少なくとも１つに基づき、運動限界との比較のためにアクセスされる。ある特徴において、出力デバイスは、視覚的ディスプレイ及び可聴音のうちの１つを含む。ある特徴において、遠隔操作アセンブリは、アームピッチを修正し且つ手術閾限界に対して運動限界を変更するよう、調節可能な関節を含む。ある特徴において、調節可能な関節は、手術アームの近位部分に配置される。ある特徴において、遠隔操作医療システムは、手術アームの構成を修正し且つ運動限界を変更するよう、調節可能な関節を調節するために、モータをアクティブ化するように構成される、入力デバイスを更に含む。ある特徴において、制御システムは、出力デバイス上の視覚的通知を介して、閾限界が運動限界によって境界付けられる運動の範囲の外側にあるときを操作者に通知するように構成され、制御システムは、運動限界が、手術アームが手術閾限界に向かって動くのをもはや妨げないときに、通知を自動的に取り除くように構成される。ある特徴において、運動限界は、電子的運動限界である。ある特徴において、運動限界は、運動限界を超える動きを防止する手術アームの物理的構造又は手術アームの物理的能力によって定められる。

他の例示的な特徴において、本開示は、外科処置を支援するように構成される複数の電動式の手術アームを有する遠隔操作アセンブリを含む、手術野内で医療処置を行うための遠隔操作医療システムに向けられている。電動式の手術アームは、手術アームが患者に取り付けられるときに手術アームを再構成しなければ手術アームが取り越し得ない境界を定める、運動限界を有する。遠隔操作医療システムは、内部に格納される手術閾限界を有する制御システムも含む。手術閾限界は、外科処置を適切に行うために手術アームが潜在的に進む境界の縁であり、制御システムは、運動限界を手術閾限界と比較し、且つ、出力デバイスを介して、運動限界が手術閾限界の事前設定される許容値(許容度)(tolerance)内にあるときを操作者に通知するように、構成される。

ある特徴において、制御システムが、運動限界が手術閾限界の第１の側の１０度内にあるとき又は運動限界が手術閾の第２の側でゼロ度より大きいときを操作者に通知するよう、事前設定される許容値は、手術閾限界の第１の側での１０度未満の許容値範囲と、手術閾の第２の側でのゼロよりも大きい許容値範囲とを含む。ある特徴において、制御システムが、運動限界が手術閾限界の１０度内にあるときを操作者に通知するよう、事前設定される許容値は、１０度未満の許容値範囲を含む。ある特徴において、制御システムは、ディスプレイ及びスピーカのうちの１つを含む出力デバイスを含み、制御システムは、前記出力デバイスを介して、運動限界が手術閾限界の事前設定される許容値内にあるときを操作者に通知するように構成される。ある特徴において、制御システムは、複数の事前格納される手術閾限界を含み、複数の事前格納される手術閾限界の各々は、特定の種類の手術と関連付けられ、制御システムは、行われるべき手術の種類に基づき運動限界との比較のために複数の事前格納される手術閾限界のうちの１つを選択する。ある特徴において、遠隔操作アセンブリは、手術アームの構成を修正し且つ手術閾限界に対して運動限界を変更するよう、調節可能な関節を含む。ある特徴において、調節可能な関節は、手術アームの近位部分に配置される。ある特徴において、遠隔操作医療システムは、手術アームの前記構成を修正し且つ運動限界を変更するよう、調節可能な関節を調節するために、モータをアクティブ化するように構成される、入力デバイスを更に含む。

更に他の例示的な特徴において、本開示は、遠隔操作医療システムを作動させる方法に向けられている。方法は、格納される手術閾限界を運動限界と比較するステップを含み、格納される手術閾限界は、外科処置を適切に行うために手術アームが潜在的に進む境界である。運動限界は、手術アームが患者に取り付けられるときに手術アームが通り越し得ない境界である。方法は、運動限界が、手術アームが手術閾限界に向かって進むのを抑制することがあるときを、出力デバイスを介して、操作者に通知するステップも含む。

ある特徴において、運動限界が、手術アームが手術閾限界に向かって動くのを潜在的に抑制することがあるときを、操作者に通知するステップは、手術閾限界が、運動限界の１０度内にあることを、操作者に通知するステップを含む。ある特徴において、方法は、手術の種類、体内の手術の場所、患者の身体構成、及び患者アプローチのうちの少なくとも１つに基づき、複数の事前格納される閾限界から前記手術閾限界をアクセスするステップも含む。ある特徴において、所望の方向における利用可能な運動の範囲があるときにのみ、運動限界が、手術アームが動くのを抑制することがあるときを、出力デバイスを介して、操作者に通知する。

これらの及び他の実施態様を後続の図面に関して以下に更に議論する。

本開示の特徴は、添付の図面と共に判読されるときに、後続の詳細な記述から最良に理解される。業界の標準的な慣行に従って、様々な構成は原寸通りに描写されていないことを強調する。実際には、様々な構成の寸法は、議論の明瞭性のために、任意に増大させられ或いは減少させられることがある。加えて、本開示は、様々な実施例において参照番号及び／又は参照文字を反復することがある。この反復は単純性及び明瞭性の目的のためであり、それ自体は議論する様々な実施態様及び／又は構成の間の関係を決定しない。

本開示の１つの実施態様に従った例示的な遠隔操作医療システムを例示している。 本開示の様々な実施態様に従った遠隔操作医療システムの例示的な構成部品を例示しており、具体的には、本開示の１つの実施態様に従った例示的な遠隔操作アセンブリの正面図を例示している。 本開示の様々な実施態様に従った遠隔操作医療システムの例示的な構成部品を例示しており、具体的には、本開示の１つの実施態様に従った遠隔操作アセンブリの例示的なアームの側面図を例示している。 本開示の様々な実施態様に従った遠隔操作医療システムの例示的な構成部品を例示しており、具体的には、本開示の１つの実施態様に従った遠隔操作アセンブリの例示的なアームの部分を例示している。 本開示の様々な実施態様に従った遠隔操作医療システムの例示的な構成部品を例示しており、具体的には、本開示の１つの実施態様に従った例示的な操作者入力システムの正面図を例示している。 本開示の様々な実施態様に従った遠隔操作医療システムの例示的な構成部品を例示しており、具体的には、本開示の１つの実施態様に従った例示的なビジョンカート構成部品の正面図を例示している。 本開示の実施態様に従ったより浅いピッチを有する向きにおける図１Ｃの例示的なアームを例示している。 本開示の実施態様に従ったより急なピッチを有する向きにおける図１Ｃの例示的なアームを例示している。 本開示の１つの実施態様に従って図１Ｃの例示的なアームの調節可能な部分を例示している。 本開示の特徴に従った方法を行うための例示的な方法を例示している。

本開示の原理の理解を促進させる目的のために、図面中に例示する実施態様を今や参照し、特定の言語を用いて実施態様を記載する。それにも拘わらず、本開示の範囲の限定は意図されていないことが理解されるであろう。以下の詳細な記述では、開示する実施態様の網羅的な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細を示す。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくてもこの開示の実施態様が実施されることがあることが当業者に明らかであろう。他の場合には、本開示の実施態様の特徴を不要に曖昧にしないよう、周知の方法、手順、構成部品（コンポーネント）、及び回路を詳細に記載しない。

記載するデバイス、器具、方法に対するあらゆる代替及び更なる修正、並びに本開示の原理のあらゆる更なる用途が、本開示が関連する当業者の心に通常思い浮かぶように、完全に想定される。具体的には、１つの実施態様に関して記載する構成、構成部品、及び／又はステップは、本開示の他の実施態様に関して記載する構成、構成部品、及び／又はステップと組み合わせられてよいことが、完全に想定される。これらの組み合わせの多数の繰返しを別個に記載しない。加えて、ここにおいて提供する寸法は特定の実施例のためであり、異なる大きさ、寸法、及び／又は比率を利用して本開示の着想を実施してよいことが想定される。不要な記述的な反復を避けるために、１つの例示的な実施態様に従って記載する１つ又はそれよりも多くの構成部品又は行為を、他の例示的な実施態様から適用可能であるものとして用い且つ省略し得る。単純性のために、幾つかの場合には、同一又は同等の部品を示すために、同じ参照番号が図面を通じて用いられる。

本開示は、遠隔操作医療システムの１つ又はそれよりも多くの電動手術アームを操作して、使用者がそれらの動きの有効距離(effective range)を利用するのを可能にする構成にするのを促す、調節システムに概ね関する。調節システムは、電動手術アームの元来の構成(arrangement)が、手術能力に影響を及ぼすことがある、その構成に基づく運動限界を有するか否かを決定する。運動限界が手術能力に影響を及ぼすことがあるならば、調節システムは、その運動限界をより望ましい状態に変えるために、その構成に対する調節を行うことを使用者に促す。

様々な実施態様によれば、調節システムは、最小侵襲的な医療処置のための器具給送及び動作を誘導する遠隔操作システムの一部を構成する。図面の図１Ａは、例えば、診断処置、治療処置、又は外科処置を含む、医療処置における使用のための遠隔操作医療システムを示している。それは参照番号１０によって概ね示されている。記載するように、この開示の遠隔操作医療システムは、外科医の遠隔操作制御の下にある。代替的な実施態様では、遠隔操作医療システムは、処置(procedure)又は下位処置(sub-procedure)を行うようにプログラムされるコンピュータの部分的な制御の下にあってよい。更に他の代替的な実施態様では、処置又は下位処置を行うようにプログラムされるコンピュータの完全制御の下で、完全自動医療システムを用いて処置又は下位処置を行ってよい。図１Ａに示すように、遠隔操作医療システム１０は、患者Ｐを位置付ける手術台Ｏ付近にある或いは手術台Ｏに取り付けられる、遠隔操作アセンブリ１２を概ね含む。遠隔操作アセンブリ１２を患者側マニピュレータ（ＰＳＭ）と呼ぶことがある。医療器具システム１４は、遠隔操作アセンブリ１２に動作可能に連結され、遠隔操作アセンブリ１２の一部を形成する。操作者入力システム１６は、外科医又は他の種類の臨床医Ｓが、手術部位の又は手術部位を表す図面を見て、医療器具システム１４の動作を制御するのを可能にする。操作者入力システム１６を外科医コンソールと呼ぶことがある。この開示中に記載するシステム及び技法を実施するために用い得る遠隔操作医療システムの一例は、Sunnyvale, CaliforniaのIntuitive Surgical, Inc.によって製造されているda Vinci（登録商標）Surgical Systemである。

遠隔操作アセンブリ１２及びその医療器具システム１４は、１つ又はそれよりも多くの非サーボ制御リンク（例えば、手動で位置付けられ且つ所定の場所に係止されてよい、セットアップ構造と一般的に呼ぶ、１つ又はそれよりも多くのリンク）、及びアームのような遠隔操作マニピュレータの、運動学的構造を含んでよい。（例えば、図１Ｃを参照）。遠隔操作アセンブリ１２は、医療器具システム１４にある入力を駆動させる、複数のモータを含む。これらのモータは、制御システム２２からの命令に応答して動く。制御システムの大部分が、遠隔操作アセンブリ１２内を含む、遠隔操作医療システム１０の多数の構成部品のいずれかの構成部品内に或いはいずれかの構成部品の部分内に、存してよいことは、注目に値する。これは、構成の多くが、他のシステム構成部品に接続されていないときに、セットアップ又は輸送中に支持されるのを可能にする。モータは、医療器具システム１４に連結されるときに、医療器具を自然の又は外科的に創られる解剖学的な開口部内に前進させることがある、駆動システムを含む。他の電動駆動システムが、医療器具の遠位端を多数の自由度において動かしてよく、多数の自由度は、３つの程度の線形運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚデカルト軸に沿う線形運動）及び３つの程度の回転運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚデカルト軸についての回転）を含んでよい。加えて、モータを用いて器具の関節作動可能なエンドエフェクタを作動させてよい。遠隔操作アセンブリ１２は、各モータ及び／又は各アームの位置を感知するように、例えば、検出し、計算し、或いはその他の方法で決定するように、構成され且つ配置されてよい。遠隔操作アセンブリ１２は、使用者から情報を受け取り且つ使用者に情報を伝達するように構成される、ユーザーインターフェースを含む。幾つかの実施態様において、ユーザーインターフェースは、手術プロセスの少なくとも一部の間に使用者に情報を提示することがある、タッチパッドインターフェースである。遠隔操作アセンブリ１２は、センサ、スイッチ、エンコーダ、及び／又は遠隔操作アセンブリの構成部品の構成を感知するその他の構成部品のような、要素２６を含む。その構成は、以下の実施例において提供されるような構成部品の存在又は不存在を含んでよく、構成部品の物理的な相対位置を含んでよい。制御システム２２は、タッチパッド、センサ、モータ、アクチュエータ、エンコーダ、液圧フローシステム、及び遠隔操作アセンブリ１２の他の構成部品に、操作者入力システム１６に、並びに画像キャプチャシステム１８に動作的に連結されてよい。画像キャプチャシステム１８は、遠隔操作アセンブリ１２の医療器具システム１４に支持される内視鏡のような画像キャプチャデバイスと、関連する画像処理ハードウェア及びソフトウェアとを含む。

操作者入力システム１６は、外科医コンソールに配置されてよく、外科医コンソールは、普通、手術台Ｏと同じ部屋内に配置される。しかしながら、外科医Ｓは、患者Ｐと異なる部屋又は完全に異なる建物内に位置し得る。操作者入力システム１６は、医療器具システム１４を制御するための１つ又はそれよりも多くの制御デバイスを概ね含む。より具体的には、外科医の入力命令に応答して、制御システム２２は、医療器具システム１４のサーボ機構を用いる動きに影響を与える。（複数の）制御デバイスは、取っ手(hand grips)、ジョイスティック(joysticks)、トラックボール(trackballs)、データグローブ(data gloves)、トリガーガン(trigger-guns)、手動コントローラ(hand-operated controllers)、足踏みコントローラ(foot-operated controllers)、音声認識デバイス(voice recognition devices)、タッチスクリーン(touchscreens)、体の動き(body motion)又は存在(presence)センサ(sensors)、及び同等物のような、任意の数の様々な入力デバイスのうちの１つ又はそれよりも多くを含んでよい。幾つかの実施態様において、（複数の）制御デバイスは、遠隔操作アセンブリの医療器具と同じ自由度を備えて、外科医にテレプレゼンス、即ち、外科医が恰も手術部位に存在するかのように器具を直接的に制御する強い感覚を有するよう、（複数の）制御デバイスが器具と一体であるという知覚、をもたらす。他の実施態様において、（複数の）制御デバイスは、関連付けられる医療器具よりも多い又は少ない自由度を有して、外科医にテレプレゼンスを依然としてもたらすことがある。幾つかの実施態様において、（複数の）制御デバイスは、６つの自由度で動く手動入力デバイスであり、手動入力デバイスは、器具を作動させるための、（例えば、把持ジョーを閉じるための、電極に電位を印可するための、医療処置を施すための、及び同等のことのための）作動可能なハンドルを含んでもよい。

システム操作者は、操作者入力システム１６に動作的に連結される或いは操作者入力システム１６に組み込まれるディスプレイシステム２０で見るために提示される、画像キャプチャシステム１８によってキャプチャされる（取り込まれる）、画像を見る。ディスプレイシステム２０は、画像キャプチャシステム１８のサブシステムによって生成されるような、手術部位及び（複数の）器具システム１４の画像又は描写(representation)を表示する。ディスプレイシステム２０及び操作者入力システム１６は、操作者がテレプレゼンスの知覚を伴って医療器具システム１４及び操作者入力システム１６を制御し得るよう、方向付けられてよい。ディスプレイシステム２０は、操作者の各々の眼に別個の画像を提示することにより、操作者が立体画像を見るのを可能にする、別個の右側ディスプレイ及び左側ディスプレイのような、多数のディスプレイを含んでよい。

代替的に又は追加的に、ディスプレイシステム２０は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、蛍光透視法、サーモグラフィ、超音波、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、熱映像法、インピーダンス映像法、レーザ映像法、ナノチューブＸ線映像法、及び同等物のような、撮像技法を用いて、術前に又は術中に記録され且つ／或いは撮像される手術部位の画像を提示してよい。提示する術前又は術中画像は、二次元、三次元、又は（例えば、時間ベースの又は速度ベースの情報を含む）四次元画像と、画像を再現するための関連付けられる画像データセットとを含んでよい。

制御システム２２は、少なくとも１つのメモリと、少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）とを含み、典型的には、遠隔操作システム１２、医療器具システム１４、操作者入力システム１６、画像キャプチャシステム１８、及びディスプレイシステム２０の間の制御をもたらすための、複数のプロセッサを含む。制御システム２２は、ここに開示する特徴に従って記載する方法の一部又は全部を実施するよう、プログラムされる指令（例えば、それらの指令を格納するコンピュータ可読媒体）も含む。制御システム２２は、図１に単一の含有要素として示されているが、制御システム２２は、２つ又はそれよりも多くのデータ処理回路を含んでよく、処理の１つの部分は遠隔操作アセンブリ１２で又は遠隔操作アセンブリ１２に隣接して任意的に遂行され、処理の他の部分は操作者入力システム１６で遂行され、且つ同等のことが遂行される。多種多様な集中型又は分散型のデータ処理アーキテクチャのうちのいずれかが利用されてよい。同様に、プログラムされる指令は、多数の別個のプログラム又はサブルーチンとして実施されてよく、或いは、プログラムされる指令は、ここに記載する遠隔操作システムの多数の他の特徴に統合されてよい。１つの実施態様において、制御システム２２は、Bluetooth、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT、及びWireless Telemetryのような、無線通信プロトコルをサポートする。

制御システム２２は、使用者から情報を受け取り且つ使用者に情報を伝達するように構成される、ユーザーインターフェースも含む。ここに記載する実施態様において、ユーザーインターフェースは、警告、プロンプト(prompts)、提案、及び手術プロセス中の状態更新のような、通知を提示することがある、タッチスクリーンモニタである。幾つかの実施態様において、タッチスクリーンモニタは、使用者が遠隔操作アセンブリ１２を設定し或いは遠隔操作アセンブリ１２を使って作業するときにタッチスクリーンモニタを容易に見ることができる、手術室内の位置に配置される。これはシステムの無菌ゾーン内にあってよい。対照的に、遠隔操作アセンブリ１２にあるタッチパッドは、無菌ゾーンの外側の場所に配置されてよく、殺菌されていない人物によってアクセスされてよい。他の実施態様では、タッチパッド及びタッチスクリーンの両方が無菌ゾーン内にあってよい。タッチスクリーンモニタとして記載するが、他の実施態様は、１つ又はそれよりも多くのモニタ又はディスプレイスクリーン、キーボード、コンピュータマウス、ローラ、ボタン、ノブ、及び他のユーザーインターフェースを含む、他のユーザーインターフェースを含む。

ここに開示する調節システムは、遠隔操作アセンブリ１２を使用するときにアーム又はアームの構成部品の運動限界が手術プロセスと干渉することがあるか否かを決定するために、制御システム２２で実行される１つ又はそれよりも多くのコンピュータプログラムであってよい。幾つかの実施態様において、調節システムは、多種多様な集中型又は分散型のデータ処理アーキテクチャのうちのいずれかで実行される。それは多数の別個のプログラム又はサブルーチンとして実施されてもよく、あるいはここに記載する遠隔操作システムの多数の他の特徴に組み込まれてよい。

幾つかの実施態様において、制御システム２２は、遠隔操作アセンブリ１２から力及び／又はトルクフィードバックを受け取る、１つ又はそれよりも多くのサーボコントローラを含んでよい。フィードバックに応答して、サーボコントローラは、操作者入力システム１６に信号を送信する。（複数の）サーボコントローラは、患者の体の開口を介して体内の内部手術部位に延びる（複数の）医療器具アセンブリ１４を動かすよう遠隔操作アセンブリ１２に指令する、信号を送信してもよい。あらゆる適切な従来的な又は専用のサーボコントローラが用いられてよい。サーボコントローラは、遠隔操作アセンブリ１２と別個であってよく、或いは遠隔操作アセンブリ１２と一体的であってよい。幾つかの実施態様において、サーボコントローラ及び遠隔操作アセンブリは、患者の体に隣接して位置付けられる、遠隔操作アームカートの部分として提供される。

遠隔操作医療システム１０は、照明システム、操縦制御システム、眼追跡システム、洗浄システムのような流体管理システム、吸引システムのような、任意的な動作及びサポートシステム（図示せず）を更に含んでよい。代替的な実施態様において、遠隔操作システムは、１つよりも多くの遠隔操作アセンブリ及び／又は１つよりも多くの操作者入力システムを含んでよい。マニピュレータアセンブリの正確な数は、数ある要因の中でも、外科処置及び手術室内の空間的制約に依存する。操作者入力システムは並置されてよく、或いはそれらは別個の場所に位置付けられてよい。多数の操作者入力システムは、１つよりも多くの操作者が様々な組み合わせにおいて１つ又はそれよりも多くのマニピュレータアセンブリを制御するのを可能にする。

図１Ｂは、１つの実施態様に従った例示的な遠隔操作アセンブリ１００（例えば、図１Ａに示す遠隔操作アセンブリ１２）を示している。アセンブリ１００は、フロア（床）の上に位置するベース１０２と、ベース１０２に取り付けられた入れ子式の支持コラム１０４と、支持コラム１０４から延びる入れ子式のブーム１０５と、支持ビーム１０９を備える配向プラットフォーム１０７のようなプラットフォーム部分と、（画像キャプチャシステム１０８の部分を含む）手術ツールを支持する幾つかのアーム１０６とを含む。図１Ｂに示すように、アーム１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄは、組織を操作するために用いられる手術器具を支持し且つ動かす器具アームである。これらのアームのうちの１つは、内視鏡を支持し且つ動かすカメラアームとして指定されてよい。

図１Ｃは、アーム１０６のうちの１つを示しており、交換可能な手術器具１１０がその上に取り付けられている。実施態様に依存して、手術器具１１０は、器具キャリッジ１５０と、カニューレ１５４を通じて延びる器具シャフト１５２とを含む。器具シャフト１５２は、外科処置中に患者とインターフェース接続することが意図される、あらゆる器具種類を形成してよい。幾つかの実施態様において、手術器具１１０は、アーム１０６に取り付けられるカメラのような内視鏡を含む。内視鏡は、手術部位の立体画像をキャプチャして別個の立体画像をディスプレイシステム２０に提供する、立体内視鏡であってよい。精通した人は、器具及びカメラを支持するアームが、天井又は壁に、幾つかの場合には、手術室内の機器の他の部分（例えば、手術台）に、（固定的に又は可動に）取り付けられる、ベースプラットフォームによって支持されてもよいことを理解するであろう。同様に、精通した人は、２つ又はそれよりも多くの別個のベース（例えば、各アームを支持する１つのベース）が用いられてよいことを理解するであろう。

器具キャリッジ１５０は、カニューレ１５４を通じて器具シャフト１５２を前進させ且つ後退させてよい。幾つかの実施態様において、カニューレ１５４は、カニューレ１５４に対して手術器具１１０を固定するアーム１０６の部分に付く。幾つかの実施態様では、器具を患者に対して位置付けるために、各々の器具アーム１０６の部分は、手術室内の人員によって調節可能であり得る。アーム１０６の他の部分は、（図１Ｅに示すような）操作者入力システム１２０で操作者によって作動させられてよく、制御されてよい。各アーム１０６と関連付けられる手術器具１１０も、操作者入力システム１２０で操作者によって制御されてよい。

説明だけのために、取り付けられる器具１１０を有する端をアーム１０６の遠位端と呼び、垂直構成(vertical setup)を有する反対側の端を近位端と呼ぶ。より詳細には、アーム１０６は、セットアップ関節１６２を介して最遠位のセットアップリンク１６４に接続される垂直構成１６０(vertical setup)を含む。回転的な関節１６５が、最遠位セットアップリンク１６２を垂直構成１６０に接続する。ヨー関節１６６が、最遠位セットアップリンク１６２を平行四辺形ピッチ機構１６８に接続する。平行四辺形ピッチ機構１６４は、ピッチ支柱１７１ａ，１７１ｂ，１７１ｃによって接続される複数のピッチ関節１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃを含み、それが動くのを可能にする。スパー１７２(spar)が、スパー関節１７４で平行四辺形ピッチ機構１６４に繋がる。セットアップ関節１６２、ヨー関節１６６、ピッチ関節１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ、及びスパー関節１７４の各々は、ここではセットアップ関節モータ、ヨー関節モータ、ピッチ関節モータ、及びスパー関節モータと呼ぶ、モータによって制御される。従って、アーム１０６は、完全に電動式に動くように構成される。この実施態様において、モータは、制御システム２２の制御の下にあり、他のアームのモータと協働して作動させられて、とりわけ、無菌布で覆うこと(draping)、患者の上に前進させること、手術器具への結合、又は保管(storage)を支援することがある、所望の姿勢を取ってよい。加えて、各モータと関連付けられるエンコーダ及びセンサは、制御システムがアーム１０６の位置、状態、セットアップを感知し或いは検出するよう、制御システム２２にフィードバックを提供する。幾つかの実施態様において、スパー１７２又は器具キャリッジ１５０は、アーム１０６での外科ドレープの存在を検出するセンサを含む。アーム１０６の他の要素は、外科ドレープの存在を検出するセンサを含んでもよい。

図１Ｄは、スパー１７２の部分を示している。それは遠位側１８０及び近位側１８２を含む。この実施態様において、手術器具１１０の器具キャリッジ１５０は、遠位側１８０に付着している。近位側１８２は、クラッチボタン１８４及び隙間ボタン１８６としてここに示す、入力デバイスを含む。隙間ボタン１８６は、この実施態様では、アームが急な角度で位置付けられるか或いは浅い角度で位置付けられるかを制御することによって、使用者がアーム１０６のピッチセットアップ角度を手動で調節するのを可能にするように配置されている。ここに開示する実施態様において、隙間ボタン１８６は、「上方」ボタン１８６ａ及び「下方」ボタン１８６ｂを形成するロッカースイッチ(rocker switch)である。これらのボタン１８６は、最遠位セットアップリンク１６４を垂直構成１６０に対して回転させるモータをアクティブ化する。そうすることで、アーム１０６のピッチセットアップ角度は、上方又は下方に調節されることがある。セットアップ関節１６２の軸は、マニピュレータの遠隔中心と交差する。よって、遠隔中心を並進させずにアーム１０６のピッチセットアップ角度を調節することができ、それにより、接続されるカニューレとのピッチセットアップ角度の安全な術中調節を可能にする。

図１Ｂに戻ると、遠隔操作アセンブリ１００は、セットアップ及び動作を制御するためのユーザーインターフェースを備える支持コラム１０４にあるヘルム(helm)も含む。幾つかの実施態様において、ユーザーインターフェースは、使用者入力を受け入れ、且つ、グラフィックフィードバック、テキストフィードバック、可聴フィードバック、又は他のフィードバックを提供し得る、タッチパッド１５４である。タッチパッド１５４は、無菌布で覆うこと、結合すること、又は使用者がそれによってＯＲ中に占められる空間を最小にするのを助けるよう格納することの準備のような、遠隔操作アセンブリ１００活動のための構成を提供する。タッチパッド１５４は、システム故障通知及び回復のための手段も提供する。幾つかの実施態様において、タッチパッド１５４は、支持コラム１０４に沿って配置され、手術室内で使用者によって見られるように構成される。他の実施態様において、タッチパッド又は他のユーザーインターフェースは、その他の場所に配置される。タッチパッド１５４は、この実施態様において、遠隔操作アセンブリ１００の状態に関する情報データ、特定の外科処置に関する情報、及び遠隔操作医療システム１０全体に関する情報を表示するように構成される。幾つかの実施態様において、タッチパッド１５４は、情報を提示し且つ使用者入力を受け入れるタッチパッドディスプレイインターフェースである。よって、使用者は、タッチパッドで、セットアップ指令を含む制御指令を入力してよい。

図１Ｅは、操作者入力システム１２０（例えば、図１Ａに示す操作者入力システム１６）の正面図である。操作者入力システム１２０は、内視鏡を含む手術器具１１０を制御するために用いられる運動学的連鎖(kinematic chain)である、左右の多自由度（ＤＯＦ）制御インターフェース１２２ａ及び１２２ｂを具備するコンソール１２１を含む。外科医は、典型的には、親指及び人差し指を用いて、制御インターフェース１２２の各々にある摘みアセンブリ１２４ａ，１２４ｂ(pincher assembly)を握り、摘みアセンブリを様々な位置及び向きに動かし得る。ツール制御モードが選択されるとき、制御インターフェース１２２の各々は、対応する手術器具及び器具アーム１０６を制御するように構成される。例えば、左制御インターフェース１２２ａが制御器具アーム１０６ａ及びその関連付けられる手術器具１１０に連結されてよく、右制御インターフェース１２２ｂが制御器具アーム１０６ｂ及びその関連付けられる手術器具１１０に連結されてよい。第３の器具アーム１０６ｃが外科処置中に用いられ、左側に位置付けられるならば、左制御インターフェース１２２ａは、アーム１０６ａ及びその関連付けられる手術器具１１０を制御することから、アーム１０６ｃ及びその関連付けられる手術器具１１０を制御することに切り換えられ得る。同様に、第３の器具アーム１０６ｃが外科処置中に用いられ、右側に位置付けられるならば、右制御インターフェース１２２ｂは、アーム１０６ｂ及びその関連付けられる手術器具１１０を制御することから、アーム１０６ｃ及びその関連付けられる手術器具１１０を制御することに切り換えられ得る。幾つかの場合には、制御インターフェース１２２ａ，１２２ｂとアーム１０６ａ／手術器具の組み合わせ及びアーム１０６ｂ／手術器具の組み合わせとの間の制御割当ても切り換えられてよい。これは、例えば、内視鏡の視野内を動く器具が、外科医が動かしている制御インターフェースと同じ側にあるように見えるよう、内視鏡が１８０度ロール運動させられるならば、行われてよい。この摘みアセンブリは、典型的には、手術器具１１０の遠位端にあるジョー付き手術エンドエフェクタ（例えば、鋏(scissors)、把持開創器(grasping retractors)、及び同等物）を作動させるために用いられる。

追加的な制御がフットペダル１２８を用いて提供される。フットペダル１２８の各々は、器具１１０のうちの選択されるもので特定の機能性をアクティブ化させ得る。例えば、フットペダル１２８は、ドリル又は焼灼ツールをアクティブ化することができ、或いは、洗浄、吸引、又は他の機能を行ってよい。ペダル１２８のうちの多数のものを押し下げることによって、多数の器具をアクティブ化し得る。器具１１０の特定の機能性が、他の制御装置によってアクティブ化されてよい。

外科医コンソール１２０は、立体画像ビューアシステム１２６（例えば、図１Ａに示すディスプレイシステム２０）も含む。立体画像ビューアシステム１２６は、外科医が立体画像ビューアシステム１２６の内側で外科医の左眼及び右眼をそれぞれ用いて左立体画像及び右立体画像を見てよいように、左接眼レンズ１２５ａ右接眼レンズ１２５ｂを含む。内視鏡によってキャプチャされる左側画像及び右側画像は、対応する左画像ディスプレイ及び右画像ディスプレイに出力され、外科医はそれらをディスプレイシステム（例えば、図１Ａに示すディスプレイシステム２０）上で三次元画像として知覚する。有利な構成において、制御インターフェース１２２は、ディスプレイ内に示される手術ツールの画像がディスプレイの下の外科医の両手付近に位置するように見えるように、立体画像ビューアシステム１２６の下に位置付けられる。この構成は外科医が恰も両手を直接的に見ているかのように様々な手術器具を三次元ディスプレイ内で直観的に制御するのを可能にする。従って、関連付けられる器具アーム及び器具のサーボ制御は、内視鏡画像基準系(reference frame)に基づく。

内視鏡画像基準系は、制御インターフェース１２２がカメラ制御モードに切り換えられる場合にも用いられる。幾つかの場合において、カメラ制御モードが選択されるならば、外科医は制御インターフェース１２２の一方又は両方を一緒に動かすことによって内視鏡の遠位端を動かしてよい。その場合には、外科医は、恰も彼の又は彼女の両手で画像を保持しているかのように制御インターフェース１２２を動かすことによって、表示される立体視画像を直観的に動かしてよい（例えば、パンしてよく、傾斜させてよく、拡大させてよい）。

図１Ｅに更に示すように、ヘッドレスト１３０が、立体画像ビューアシステム１２６の上に位置付けられる。外科医は立体画像ビューアシステム１２６を通じて見ているとき、外科医の額がヘッドレスト１３０に対して位置付けられる。本開示の幾つかの実施態様において、内視鏡又は他の手術器具の操作は、制御インターフェース１２２の利用の代わりにヘッドレスト１３０の操作を通じて達成され得る。

図１Ｆは、医療システムのビジョンカート構成部品１４０の正面図である。例えば、１つの実施態様において、ビジョンカート構成部品１４０は、図１Ａに示す医療システム１０の部分である。ビジョンカート１４０は、医療システムの中央電子データ処理装置１４２（例えば、図１Ａに示す制御システム２２の全部又は部分）及びビジョン機器１４４（例えば、図１Ａに示す画像キャプチャシステム１８の部分）を収容し得る。中央電子データ処理装置１４２は、医療システムを作動させるために用いられるデータ処理の大部分を含む。しかしながら、様々な実施態様において、電子データ処理は、外科医コンソール１２０及び遠隔操作アセンブリ１００内に分散されてよい。ビジョン機器１４４は、内視鏡の左右の画像キャプチャ機能のためのカメラ制御装置を含んでよい。ビジョン機器１４４は、手術部位を撮像するための照明をもたらす照明機器（例えば、キセノンランプ）を含んでもよい。図１Ｆに示すように、ビジョンカート１４０は、任意的なタッチスクリーンモニタ１４６（例えば、２４インチモニタ）を含み、それは、アセンブリ１００の上又は患者側カートの上のような、その他の場所に取り付けられてよい、スピーカが患者側カートに又は遠隔操作医療システムの周りの他の場所に取り付けられてもよい。ビジョンカート１４０は、電気手術器(electrosurgical units)、吸入器(insufflators)、吸引洗浄器具、又は第三者焼灼機器(third-party cautery equipment)のような、任意的な補助手術機器のための空間１４８を更に含む。遠隔操作アセンブリ１００及び外科医コンソール１２０は、３つの構成部品が外科医のための直観的なテレプレゼンスをもたらす単一の遠隔操作される最小侵襲的な医療システムとして一緒に作用するよう、例えば、光ファイバ通信リンクを介して、ビジョンカート１４０に連結される。

タッチスクリーン１４６は、警告、プロンプト、及び手術プロセス中の状況のような通知を提供する、ユーザーインターフェースを形成してよい。タッチスクリーンモニタが示されているが、タッチパッド１５４を参照して上述したものを含む、他の種類のユーザーインターフェースが用いられてよいことは、注目に値する。幾つかの実施態様において、ユーザーインターフェースは、使用者入力を受け取らないディスプレイであるに過ぎない。

幾つかの実施態様では、遠隔操作医療システムのアセンブリ１００の一部又は全部は、仮想（模擬）環境において実施され得るのに対し、外科医コンソール１２０で外科医によって見られる画像の一部又は全部は、器具及び／又は解剖学的構造の合成画像であり得る。幾つかの実施態様において、そのような合成像(synthetic imagery)は、ビジョンカート構成部品１４０によって提供され且つ／或いは（例えば、シミュレーションモジュールを介して）外科医コンソール１２０で直接的に生成され得る。

図２Ａ及び２Ｂは、腹臥している患者Ｐの上に延びる異なるピッチを有する構成におけるアーム１０６を示している。アーム１０６のピッチは、比較的垂直な平面において測定されるアーム１０６の角度である。ピッチは、図２Ａ及び２Ｂに示すように、ヨー関節１６６を通じて測定され得るし、或いは、その他の場所で測定されてよい。例えば、それは特定の関節又はリンケージを通じる代わりにアーム１０６の一般的な全体的な角度に沿って測定されてよい。アーム１０６の角度に依存して、ピッチは、図２Ｂにおけるように、より急であるか或いはより高くあってよく、或いは、図２Ａにおけるように、より低いか或いはより浅くてよい。図２Ａは、ヨー関節１６６を通じて延びる、基準線２０２によって表されるような、浅い角度にあるアーム１０６を示している。図２Ａ中の線２０８は、患者Ｐの解剖学的開口部２１０についてのアーム１０６の運動限界２０８を表している。運動限界２０８の間の角度Ａ１は、患者からアームを取り外さずにアーム１０６によって取られることがある範囲又は運動を定める。見ることができるように、図２Ｂに示す浅い角度の構成において、運動限界２０８は、遠位方向及び近位方向の両方において垂直から約２０度の角度にほぼあり、約４０度の角度Ａ１によって表される運動の全範囲を提供する。運動限界２０８は、典型的には、各リンクの機械的な限界、各関節にあるモータ、又は他の物理的な限界によって構築される。しかしながら、幾つかの実施態様において、運動限界２０８は、電子制御装置又は他の手段を介して構築される。４０度の運動の範囲は、運動範囲の一例であるに過ぎず、実際の運動範囲は、より高いか或いはより低くてよく、アーム及び／又は電子限界の物理的な構成(makeup)によって決定されることがある。

図２Ａを依然として参照すると、図２Ａ中の破線は、患者Ｐに対する解剖学的開口部２１０についての手術閾限界２１２を表している。手術閾限界２１２は、外科処置を適切に行い得るアクセス範囲を定める角度限界である。即ち、それらは外科処置中に標的組織に適切にアクセスして治療し得る境界線を定める。図２Ａ中の例示的な手術閾限界２１２は、遠位方向における約５度から遠位方向における約３０度の垂直からの角度を有するものとして示されている。これらの手術閾限界２１２の間の角度Ａ２は、外科器具１１０を操作して外科処置を適切に実施することがある閾手術範囲を定める。手術閾限界２１２は、手術の種類、体内の手術の場所に依存することがあり、隣接する器官、組織、又は他の患者の身体構成によって影響を受けることがある。それは患者のアプローチ又は遠隔操作アセンブリ１００の構造に関連する他の要因によって影響を受けることもある。

図２Ｂは、基準線２０４によって表されるような急な角度又は高いピッチに配置されるアーム１０６を示している。ここでは、患者Ｐは依然として仰向けに腹臥しているので、手術閾限界２１２は不変である。しかしながら、運動限界２０８も、図２Ａにおけるより浅い角度又はより低いピッチと比べるときの、より急な角度又はより大きなピッチの故に、不変である。ここでは、運動限界２０８は、垂直から近位方向における約１０度及び遠位方向における約３０度であるように測定されてよい。幾つかのアーム実施態様は、＋／−７５度の運動のピッチ角度を有する。ピッチ最遠位セットアップリンク１６２は、ベース１０２に対するアーム１０６のピッチ角度を決定し、アーム作業空間を約＋／−１５度回転させ得る。

幾つかのシナリオにおいて、運動限界２０８及び閾限界２１２は一致することがあるのに対し、他のシナリオにおいて、それらは一致しない。図２Ａに見ることができるように、より遠位の閾限界２１２は、運動限界２０８の範囲の外側にある。従って、外科処置が図２Ａにおける構成で起こらなければならないならば、図示する例示的な手術閾限界及び図示する例示的な運動限界を用いることで、運動限界が外科処置を行うアームの能力に悪影響を及ぼすことが可能である。何故ならば、アームは手術閾限界２１２のために利用可能な運動の全範囲内で動き得ないからである。しかしながら、図２Ｂは、運動限界２０８によって定められる運動の範囲Ａ１内に完全に含められる手術閾限界２１２を示している。従って、アーム１０６は、アーム１０６の動作能力によって限定されずに外科処置を完全に行い得る。従って、外科処置に依存して並びに患者の高さ及び大きさに依存して、運動限界は制限されない外科処置を実施する能力に影響を及ぼすことがある。

アーム運動限界はアームのピッチ（例えば、アームが浅い角度にあるか或いは急な角度にあるか）によって影響を受けるので、遠隔操作医療システム１０は、アームピッチが、運動限界によって特定の手術又は患者についての手術能力が影響を受けることがある角度に設定されるときを認識するように、構成される。同時に、アーム１０６が、アームが患者又は患者と関連付けられるあらゆるカニューレ又は他の器具類に影響を与えないで患者の上に導かれる程に十分に高くあることが可能である方法において位置付けられることが、重要である。

従って、調節システムは、外科処置と干渉しない程に十分であるピッチ運動限界の必要と手術を行うために患者の上への容易なセットアップを許容するよう患者の上で十分に高くアーム１０６を有する必要とを均衡させてよい。ここに開示する遠隔操作医療システム１０は範囲外の状態を特定し、手術閾をアームの運動範囲内に置くためにアーム１０６に対する調節が行われることがあるように、使用者にその状態を警告する。

図３は、最遠位セットアップリンク１６２と、垂直構成１６０の部分とを示している。上で説明したように、垂直構成１６０に対して最遠位セットアップリンク１６２を回転させることは、アーム１０６のピッチを変更する。最遠位セットアップリンク１６２が１つの方向において回転すると、アームピッチ角度は減少し或いはより浅くなる。これは最遠位セットアップリンク１６２と垂直構成１６０との間の回転関節１６５に配置されるデカル(decal)によって表される。デカル１６３は、最遠位セットアップリンク１６２が１つの方向に回転すると、患者の隙間が増大し、器具の届く距離が減少することを示す。同時に、このピッチの変化は、患者に対する或いは世界座標系に対する運動限界の位置を変える。同様に、最遠位セットアップリンク１６２が反対方向に回転すると、アームピッチは増大し或いは急になる。よって、結果として得られる患者の隙間は減少し、器具の届く距離は増大する。これもピッチを変える。従って、最遠位セットアップリンクを単に回転させることによって、アームピッチは変わり、それはアームの運動限界に直接的に影響を及ぼす。

幾つかの実施態様において、最遠位セットアップリンク１６２の回転角度は、図１Ｄに示すような、スパー１７２にある隙間ボタン１６８を押すことによって制御される。ボタンはスパー１７２に配置されるので、ボタンを押す使用者も、典型的にはアーム１０６に直ぐ隣接して立っており、アーム１０６が患者又は手術のためのあらゆる他の重要な要素と接触しないことを保証するために、変化するピッチの効果を視覚的にモニタリング（監視）し得る。

幾つかの実施態様において、外科処置中に、調節システムが、運動範囲がアーム１０６の手術能力に対して影響を有することがあることを決定するならば、調節システムは、アーム１０６のピッチを調節するよう使用者に通知する。幾つかの実施態様において、通知は、ビジョンカート１４０のタッチスクリーンモニタ１４６にプロンプト又はメッセージとして表示されてよい。幾つかの実施態様において、通知は、スピーカからの警報又は可聴信号、アーム又は遠隔操作医療システム１０の周りのその他の場所にある警告光の形態であってよい。

図４のフローチャートを参照して、ピッチを特定して警告を使用者に提供する例示的な方法を記載する。図４は、４０２で、医療システムの中央電子データ処理装置１４２に外科処置についての閾限界を格納するステップで開始する。幾つかの実施態様において、閾限界は、外科処置に依存してよい。例えば、患者の胸郭領域にアクセスする外科処置は、骨盤領域にアクセスする外科処置と異なる一連の閾限界を必要とすることがある。他の例として、患者内への単一のアクセス部位を有する外科処置は、患者内への多数のアクセス部位を有する外科処置と異なる一連の閾限界を有することがある。幾つかの実施態様は、患者に対するアプローチ、例えば、遠隔操作アセンブリ１００が患者の右側、左側、又は脚に配置されているかも考慮する。幾つかの実施例において、閾限界は、例えば、外科処置、解剖学的アクセス、又はカニューレ若しくは器具の限界によって定められる。他の実施態様において、閾限界は、全ての処置について推奨される閾限界として概ね決定されてよい。他の要因又は考察を用いて閾限界を決定してもよい。閾限界は、遠隔操作医療システム１０の製造中に事前格納されてよく、或いは手術部位で入力されてよく、或いは一群の外科医のうちの特定の外科医のためにカスタマイズされてよい。

４０４で、手術部位の場所がアーム１０６の構成に対して特定される。これは器具を挿入する前に遠隔操作アセンブリ１００が十分に中心化され且つ手術部位と適切に整列させられることを保証する標的化プロセスと考えられてよい。幾つかの実施態様において、このプロセスは、関心の解剖学的構造の方向に内視鏡を向けること、及び内視鏡本体に配置される標的化ボタンを押し且つ保持することを含む。応答して、遠隔操作アセンブリ１００は、（プロセスを通じてアームに器具を装着し或いはアームから器具を取り外す間に、使用者が器具を備えるブームを触れる可能性を最小にするために）ブームの高さを調節して、アーム１０６及び患者Ｐの上に隙間をもたらす。それはブームも回転させるので、主要作動方向は、標的化を行うために用いられているアームと整列させられる。

図２Ａ及び２Ｂを参照して議論したように、ブーム及びアームの構成は、ピッチ角度に、従って、各アームの運動限界の位置に影響を及ぼす。患者のために或いはあぶみ(stirrups)等のような他のＯＲ機器のためにアームの下により多くの空間を作ることが有利であるときには、急な角度又は高いピッチが概ね好ましいのに対し、十分すぎる患者の隙間があり、アームのために最大の運動の動作範囲を達成するのが重要であるときには、浅い角度が概ねより良好である。よって、アーム１０６の運動限界は、アームを再配置することによって調節されてよいが、患者についての手術閾限界は、患者を再配置するのを避けるために、所定の場所に比較的一定に維持される。もちろん、患者が動かされるならば、閾限界は患者と共に動く。

４０６で、中央電子データ処理装置１４２は、特定のピッチ角度でのアーム１０６の運動限界を事前格納された閾限界と比較する。運動限界は、アーム１０６の物理的構造によって構築されてよく、或いは構造構成部品の機械的停止装置(mechanical stops)が互いに当接し合うのを避けるために構築される電子限界であってよい。幾つかの実施態様において、アームが閾限界に動くのを防止する可能性(chance)を生むよう、閾限界が運動限界に十分に近いならば、閾限界は運動限界の範囲の外側にあると考えられる。従って、幾つかの実施態様は、閾限界の周りに許容値レベルを有し、運動限界が閾限界の周りの許容値内にあるならば、限界の外側にないとしても、調節システムは、恰も閾限界が運動限界の境界を越えているかのように応答する。幾つかの実施例において、運動限界が閾限界の１０度内にあるならば、閾限界は運動限界の外側にあると考えられる。他の実施態様において、運動限界が閾限界の５度内にあるならば、閾限界は運動限界の外側にあると考えられる。幾つかの実施態様において、許容値は、手術閾限界の一方の側で１０度であり、手術閾の他方の側でゼロよりも大きいいずれかの角度である。幾つかの実施態様において、許容値は、手術閾限界の一方の側で５度であり、手術閾の他方の側でゼロよりも大きいいずれかの角度である。幾つかの実施態様は、１度の許容値を用いる。そのような小さい許容値は、それらが作業空間の境界で正しくなるまで、使用者がプロンプトによって気を散らされないようにする。使用者は、この到達不能な作業空間内に押し込むことを試みるときに、外科医コンソールで力フィードバックを感じてもよい。実施態様に依存して、アームがそのピッチ軸限界のこの許容値内にある間に、セットアップピッチ角度を調節することを促し続ける。

４０６で、事前格納される閾限界が運動限界内にあるならば、外科処置は運動限界に達せずに行われ得るはずであり、修正は不要である。しかしながら、５０８で、事前格納される閾限界が運動限界の外側にあるならば、アーム１０６が外科処置の少なくとも一部を行うことが防止され或いは抑止される可能性がある。従って、中央電子データ処理装置１４２は、使用者通知をアクティブ化させる。この通知は、例えば、非限定的に、視覚的又は可聴であってよい警報である。幾つかの実施態様において、中央電子データ処理装置１４２は、タッチスクリーンモニタ１４６に通知を表示し、且つ／或いは警告音に音声指令を発せさせる。通知は、運動限界が閾限界とより十分に整列するように、最遠位セットアップリンクを調節するよう使用者に指令してよい。他の実施態様において、通知は使用者を単に警告してよい。通知は可聴であってもよい。例えば、スピーカからの記録された音が、アームピッチが調節されなければならないことを使用者に警告し或いは指令してよい。幾つかの実施態様において、通知は、使用者を警告する一回限りの警報であるのに対し、他の実施態様において、通知は、使用者が最遠位セットアップリンクを用いてアームのピッチ角度を調節するまで続く、持続性の警報であってよい。

４１０で、通知がアクティブ化された後に、中央電子データ処理装置１４２は、隙間ボタン１８６で入力を受け取って、４１２で、最遠位セットアップリンク１６２を回転させ、アームピッチを変えてよい。幾つかの実施態様において、使用者は、例えば、ボタンを押すことによって、入力を入力して、最遠位セットアップリンク１６２を回転させる。図１Ｄにおける実施例において、使用者は、２つのボタンのうちの１つを押してよく、一方のボタン１８６ａは、最遠位セットアップリンク１６２を１つの方向において回転させ、他方のボタン１８６ｂは、最遠位セットアップリンク１６２を他の方向において回転させる。例えば、「上方」ボタンが押され且つ保持されるときに、遠隔操作アセンブリ１００は、アーム１０６をより急な角度に動かして、より多くの患者の隙間をもたらす。逆に、「下方」ボタンが押され且つ保持されるときに、遠隔操作アセンブリ１００は、アーム１０６をより浅い角度に動かして、より大きな器具の届く距離をもたらす。好適実施態様において、患者の隙間設定の調節は、器具が装着されているならば、器具先端の位置に影響を与えない。これはセットアップピッチ角度の向きの変化を補償するアーム１０６の関節を用いることによって達成される。アーム１０６は、器具先端の零空間内で回転すると考えられる。

中央電子データ処理装置１４２は、運動限界を格納閾限界と比較し続ける。４１４で、中央電子データ処理装置１４２が、閾限界が手術のための運動限界内にあると決定するとき、中央電子データ処理装置１４２は、通知を自動的に消し或いはリセット（再設定）する。他の実施態様において、使用者は、通知警報を消し或いはリセットする命令を入力する。

プロセスは単一のアームのみについて記載されるが、プロセスは外科処置において用いられる各アームに起こることが理解されなければならない。幾つかの実施態様において、プロセスは、各アームが手術のために適切に位置付けられていることを確認するよう、各アームについて順々に繰り返される。他の実施態様では、通知を全てのアームについて提示して調節プロセスをより効率的にするように、プロセスは平行に行われる。他の方法及び構成も想定される。

幾つかの実施態様は、利用可能な運動の範囲が所望の方向においてあるならば、システムがセットアップピッチ角度を調節することを使用者に促すだけであるように、構成される。例えば、セットアップピッチ角度が既に最低限まで来ているならば、使用者はマニピュレータピッチがより低い閾に接近するか否かを促されない。同様に、セットアップピッチ角度が既にその上方限界にあり、マニピュレータピッチが上方限界の許容値内にあるならば、使用者はもはやセットアップピッチ角度を上げることを促されない。

幾つかの実施態様において、ピッチ閾限界は、患者と共に動き得る空間内に定められる。他の実施例において、システムは、使用者がアーム１０６を最小の許容可能な患者の隙間まで下げることによってピッチ閾を定めてよいように、構成される。その場合、アームは、必要に応じてピッチセットアップ角度を動的に動かして、増大されたピッチ作業空間を提供する。これはアームが極端なピッチ前進(pitch forward)及びピッチ戻り姿勢(pitch back poses)の間で作動するよう用いられるならば有益である。幾つかの特徴において、ピッチ閾限界は、手術台制御装置を介して患者を再配置するときに動的に調節されてよい。例えば、幾つかの実施態様において、患者をより急なトレンデレンブルグ姿勢に置くことはピッチ閾を上昇させ、適切な患者の隙間のためにアームを調節することを使用者に思い起こさせる。その上、システムはピッチセットアップ角度を動的に調節して、アーム１０６を移動する閾限界より上に維持する。

ある範囲及び２つの境界を図２Ａ及び２Ｂに示しているが、１つの境界が用いられてもよい。例えば、幾つかの実施態様は、手術デバイスの本質が１つの方向における実際的な手術目的のために限定されるので、２つの境界を考慮する必要がない。従って、調節システムは、ここにおいて議論する方法において、単一の運動限界を単一の閾限界と比較してよい。加えて、当業者は図２Ａ及び２Ｂを参照して示し且つ議論した角度及び範囲は例示的であるに過ぎないことを理解するであろう。実際の運動限界はアーム１０６の構造に依存し、あらゆる具体的な手術についての実際の閾限界は数多くの要因に依存することがある。

例示的な実施態様を示し且つ記載したが、広範な修正、変更、及び置換が、上述の開示中に想定され、幾つかの場合には、実施態様の幾つかの構成は、他の構成の対応する使用を伴わずに利用されてよい。当業者は多くの変形、代替、及び修正を認識するであろう。よって、本開示の範囲は、後続の請求項によってのみ限定されるべきであり、請求項はここに開示する実施態様の範囲と一致する方法において広く解釈されるべきことが理解される。

Claims (21)

1. 手術野内で医療処置を行うための遠隔操作医療システムであって、
   外科処置を支援するように構成される複数の電動式の手術アームを有する遠隔操作アセンブリと、
   内部に格納される手術閾限界を有する制御システムとを含み、
   前記手術アームは、前記手術アームが患者に取り付けられるときに、前記手術アームが通り越し得ない境界を定める、運動限界を有し、
   前記手術閾限界は、外科処置を適切に行うために前記手術アームが潜在的に進む境界の縁であり、前記制御システムは、前記運動限界を前記手術閾限界と比較し、且つ、出力デバイスを介して、前記手術閾限界が前記運動限界によって境界付けられる運動の範囲の外側にあるときを操作者に通知するように、構成される、
   遠隔操作医療システム。
2. 前記手術閾限界は、前記制御システムに事前格納され、且つ、手術の種類、体内の手術の場所、患者の身体構成、及び患者アプローチのうちの少なくとも１つに基づき、前記運動限界との比較のためにアクセスされる、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
3. 前記出力デバイスは、視覚的ディスプレイ及び可聴音のうちの１つを含む、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
4. 前記遠隔操作アセンブリは、アームピッチを修正し且つ前記手術閾限界に対して前記運動限界を変更するよう、調節可能な関節を含む、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
5. 前記調節可能な関節は、前記手術アームの近位部分に配置される、請求項４に記載の遠隔操作医療システム。
6. 前記手術アームの前記構成を修正し且つ前記運動限界を変更するよう、前記調節可能な関節を調節するために、モータをアクティブ化するように構成される、入力デバイスを更に含む、請求項４に記載の遠隔操作医療システム。
7. 前記制御システムは、前記出力デバイス上の視覚的通知を介して、前記閾限界が前記運動限界によって境界付けられる運動の範囲の外側にあるときを操作者に通知するように構成され、前記制御システムは、前記運動限界が、前記手術アームが前記手術閾限界に向かって動くのをもはや妨げないときに、前記通知を自動的に取り除くように構成される、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
8. 前記運動限界は、電子的運動限界である、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
9. 前記運動限界は、前記運動限界を超える動きを防止する前記手術アームの物理的構造又は前記手術アームの物理的能力によって定められる、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
10. 手術野内で医療処置を行うための遠隔操作医療システムであって、
    外科処置を支援するように構成される複数の電動式の手術アームを有する遠隔操作アセンブリと、
    内部に格納される手術閾限界を有する制御システムとを含み、
    前記手術アームは、前記手術アームが患者に取り付けられるときに前記手術アームを再構成しなければ前記手術アームが取り越し得ない境界を定める、運動限界を有し、
    前記手術閾限界は、外科処置を適切に行うために前記手術アームが潜在的に進む境界の縁であり、前記制御システムは、前記運動限界を前記手術閾限界と比較し、且つ、前記出力デバイスを介して、前記運動限界が前記手術閾限界の事前設定される許容値内にあるときを操作者に通知するように、構成される、
    遠隔操作医療システム。
11. 前記制御システムが、前記運動限界が前記手術閾限界の第１の側の１０度内にあるとき又は前記運動限界が前記手術閾の第２の側でゼロ度より大きいときを操作者に通知するよう、前記事前設定される許容値は、前記手術閾限界の前記第１の側での１０度未満の許容値範囲と、前記手術閾の前記第２の側でのゼロよりも大きい許容値範囲とを含む、請求項１０に記載の遠隔操作医療システム。
12. 前記制御システムが、前記運動限界が前記手術閾限界の１０度内にあるときを操作者に通知するよう、前記事前設定される許容値は、１０度未満の許容値範囲を含む、請求項１０に記載の遠隔操作医療システム。
13. 前記制御システムは、ディスプレイ及びスピーカのうちの１つを含む出力デバイスを含み、前記制御システムは、前記出力デバイスを介して、前記運動限界が前記手術閾限界の前記事前設定される許容値内にあるときを操作者に通知するように構成される、請求項１０に記載の遠隔操作医療システム。
14. 前記制御システムは、複数の事前格納される手術閾限界を含み、該複数の事前格納される手術閾限界の各々は、特定の種類の手術と関連付けられ、前記制御システムは、行われるべき手術の種類に基づき前記運動限界との比較のために前記複数の事前格納される手術閾限界のうちの１つを選択する、請求項１に記載の遠隔操作医療システム。
15. 前記遠隔操作アセンブリは、前記手術アームの前記構成を修正し且つ前記手術閾限界に対して前記運動限界を変更するよう、調節可能な関節を含む、請求項１０に記載の遠隔操作医療システム。
16. 前記調節可能な関節は、前記手術アームの近位部分に配置される、請求項１５に記載の遠隔操作医療システム。
17. 前記手術アームの前記構成を修正し且つ前記運動限界を変更するよう、前記調節可能な関節を調節するために、モータをアクティブ化するように構成される、入力デバイスを更に含む、請求項１５に記載の遠隔操作医療システム。
18. 遠隔操作医療システムを作動させる方法であって、
    格納される手術閾限界を運動限界と比較するステップと、
    前記運動限界が、前記手術アームが前記手術閾限界に向かって進むのを抑制することがあるときを、前記出力デバイスを介して、操作者に通知するステップとを含み、
    前記格納される手術閾限界は、外科処置を適切に行うために手術アームが潜在的に進む境界であり、前記運動限界は、前記手術アームが患者に取り付けられるときに前記手術アームが通り越し得ない境界である、
    方法。
19. 前記運動限界が、前記手術アームが前記手術閾限界に向かって動くのを潜在的に抑制することがあるときを、操作者に通知するステップは、
    前記手術閾限界が前記運動限界の１０度内にあるときを、操作者に通知するステップを含む、
    請求項１８に記載の方法。
20. 手術の種類、体内の手術の場所、患者の身体構成、及び患者アプローチのうちの少なくとも１つに基づき、複数の事前格納される閾限界から前記手術閾限界にアクセスするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 所望の方向における利用可能な運動の範囲があるときにのみ、前記運動限界が、前記手術アームが動くのを抑制することがあるときを、前記出力デバイスを介して、操作者に通知する、請求項１８に記載の方法。

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