JP2020511178A - ロボット外科用システムで使用するための無菌アダプタ制御システム及び通信インターフェース - Google Patents
ロボット外科用システムで使用するための無菌アダプタ制御システム及び通信インターフェース Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2016年12月20日に出願された米国特許出願第62/436,957号、2016年12月20日に出願された米国特許出願第62/436,965号、2016年12月20日に出願された米国特許出願第62/436,974号、及び2016年12月20日に出願された米国特許出願第62/436,981号に対する優先権を主張し、それぞれの内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、概して、ロボット外科用システムの一部の周囲に無菌バリアを生成するための無菌アダプタを含むが、これらに限定されないロボット外科用システムに関する。
本明細書では、本明細書に記載されるシステム及び装置を使用して、ロボット外科用システムを制御するための方法が記載される。一般に、本明細書に記載される方法は、外科用ツール、無菌アダプタ、及びツールドライバ間の取り付け状態を生成するために、1つ以上のセンサを使用することを含む。取り付け状態に応答して、コントローラは、ツールドライバの動作を制御し、取り付け状態を操作者に出力(例えば、通知)してもよい。例えば、本明細書に記載される方法は、無菌アダプタのツールドライバへの部分的な取り付けを決定することと、続いて、ツールドライバの出力ドライブを作動させて、無菌アダプタをツールドライバに完全に取り付けることと、を含んでもよい。システムは、音声出力、視覚出力、及び触覚出力のうちの1つ以上を使用して、取り付け状態(例えば、部分的な取り付け、完全な取り付け、部分的な取り外し、完全な取り外し、不適切な取り付け)を操作者に通知することができる。本明細書に記載される装置及びシステムのいずれも、本明細書で論じられる方法を実行するために使用されてもよい。例えば、システムは、無菌アダプタを介して外科用ツールに取り付けるように構成されたツールドライバを含んでもよい。ツールドライバは、少なくとも1つの無菌アダプタセンサ及び/又は少なくとも1つの外科用ツールセンサを備えてもよい。これらのセンサは、システムの取り付け状態を生成するために使用される少なくとも1つのセンサ信号を生成するように構成されてもよい(例えば、無菌アダプタセンサは、ツールドライバと無菌アダプタとの間の取り付け状態に対応するセンサ信号を生成するように構成されてもよく、及び/又は外科用ツールセンサは、外科用ツール/無菌アダプタとツールドライバとの間の取り付け状態に対応するセンサ信号を生成するように構成されてもよい)。プロセッサ及びメモリを備えるコントローラは、ツールドライバに結合され、ツールドライバの作動を制御するために使用されてもよい。
無菌アダプタ準備状態
操作者は、ツールドライバに無菌アダプタを少なくとも部分的に取り付けることができる。これに応答して、コントローラは、システムが無菌アダプタ準備状態(202)から、無菌アダプタのツールドライバへの部分的な取り付けに対応する無菌アダプタ係合状態(204)に移行したことを決定することができる。いくつかの変形例では、無菌アダプタのツールドライバへの部分的な取り付けは、無菌アダプタの少なくとも一部分がツールドライバに取り付けられ得るが、無菌アダプタの少なくとも別の部分が、ツールドライバから取り外されても、又は係合解除されてもよいことを意味し得る。
無菌アダプタ係合状態(204)から、コントローラは、システムの外科用ツール装填準備状態(206)への移行を決定し得る。例えば、コントローラは、ツールドライバの回転可能な出力ドライブを、1つ以上の方向(例えば、時計回り、反時計回り)に所定の回転数で回転させて、無菌アダプタをツールドライバに完全に取り付けることができる。ツールドライバ及び無菌アダプタは、無菌アダプタの回転可能なカプラがツールドライバのそれらの対応する回転可能な出力ドライブと完全に物理的に係合されたときに、ツール装填準備状態(206)にあってもよい。完全に取り付けられると、出力ドライブによって生成されたトルクは、無菌アダプタのカプラに伝達され得る。いくつかの変形例では、回転可能な出力ドライブは、1つ以上のトルクセンサ及び回転エンコーダを使用して、出力ドライブ内でトルクの変化が検出されるまで回転してもよい。トルクの変化は、回転可能なカプラがツールドライバの対応する出力ドライブと物理的に係合していることを示す、回転可能なカプラからの付加抵抗に対応し得る。
無菌アダプタがツールドライバに完全に取り付けられると、操作者は、外科用ツールを無菌アダプタに部分的に取り付けることができる。これに応答して、コントローラは、システムが外科用ツール装填準備状態(206)から、外科用ツールの無菌アダプタへの部分的な取り付けに対応する外科用ツール係合状態(208)に移行したことを決定することができる(228)。いくつかの変形例では、外科用ツールの無菌アダプタへの部分的な取り付けは、外科用ツールの少なくとも一部分が無菌アダプタに取り付けられてもよく、一方で、外科用ツールの別の部分が、無菌アダプタから取り外されても、又は係合解除されてもよいことを意味し得る。例えば、外科用ツールのハウジングは、ツールドライバに対する無菌アダプタのフレームに取り付けられてもよいが、外科用ツールの入力ドライブは、無菌アダプタの対応する回転可能なカプラと動作可能に結合されなくてもよい。次いで、システムは、準備状態(206)から、1つ以上の外科用ツールセンサによって生成される外科用ツールと無菌アダプタとの間の部分的な取り付けに対応するセンサ信号のツール係合状態(208)に移行してもよい(228)。ツールドライバの1つ以上の突起部(例えば、付勢ペグ)(例えば、図4B〜図4E及び本明細書の添付の説明を参照)は、(操作者が外科用ツールを無菌アダプタの表面の上で長手方向に押すのに従って、)瞬間的にツールドライバの表面に向かって下方に押されている突起部に対応するセンサ信号を生成することができる。次いで、突起部は、(外科用ツールが無菌アダプタのプレートアセンブリ内に着座する際に)ツールドライバの表面から離れるように付勢することができる。例えば、無菌アダプタの表面は、不均一な表面を形成し、無菌アダプタ上の対応する嵌合機構(例えば、凹部)と嵌合するように構成された、嵌合機構(例えば、突起部)を備えてもよい。操作者が外科用ツールを無菌アダプタ上で摺動させると、突起部は、プレートアセンブリを瞬間的に下方に押すように、プレートアセンブリの表面上を不均一に摺動し得る。突起部が対応する凹部に嵌合すると、プレートアセンブリは、上向きに付勢されてもよい。
外科用ツール準備状態
本明細書に記載される方法はまた、外科用ツール及び/又は無菌アダプタを、ツールドライバから操作者が解放することに応答して、ツールドライバを制御してもよい。一般に、操作者は、ツールドライバからの外科用ツール及び/又は無菌アダプタの部分的な取り外し(例えば、外科用ツール解放機構を作動させることによる)、又は完全な取り外し(例えば、持ち上げ及び/又は引っ張りによる物理的取り外し)を通じて、外科用ツール及び/又は無菌アダプタのうちの1つ以上をツールドライバから取り外すことができる。部分的な取り外しは、部分的な取り付けと類似していてもよい。例えば、操作者は、ツール係合状態(208)又はツール準備状態(210)のいずれかから、外科用ツール解放状態(212)に移行するために、ツールドライバから無菌アダプタ(部分的に、又は完全にそこに取り付けられた外科用ツールを有する)を取り外す(232)ことができる。外科用ツール解放状態(212)内の無菌アダプタは、ツールドライバに位置するように部分的に取り外されてもよいが、ツールドライバによって伝達されるトルクを出力しない。次いで、操作者は、外科用ツール解放状態(212)から外科用ツール取り除き状態(214)に移行するために、外科用ツール及び無菌アダプタをツールドライバから完全に取り除くことができる。
操作者は、外科用ツール及び/又は無菌アダプタをツールドライバから完全に取り外すことができる。これに応答して、コントローラは、システムが外科用ツール解放状態(212)から、ツールドライバからの外科用ツールの完全な取り外しに対応する外科用ツール取り除き状態(214)に移行したことを決定することができる(236)。ツール解放状態(212)からツール取り除き状態(214)への移行は、ツールドライバからの外科用ツールの取り外しに対応する1つ以上の外科用ツールセンサからのセンサ信号の生成に基づいてもよい(236)。例えば、ツールドライバの1つ以上の付勢された突起部は、ツールドライバの突起部との接触から引き抜かれる外科用ツールに対応するセンサ信号を生成することができる。更に、ツールドライバの遠位端上に配置された第2の外科用ツールセンサは、外科用ツールの磁気突起部が検出されないときに、外科用ツールの不存在に対応するセンサ信号を出力してもよい。これらの外科用ツールセンサ信号の組み合わせは、システムをツール取り除き状態(214)に移行させるために、コントローラによって使用され得る。いくつかの変形例では、ツールドライバ及び外科用ツールの電子通信装置は、取り除き状態(214)において互いの範囲外に移動し得る。
ロボット外科用システムは、本明細書に記載される装置を使用して、ロボット手術を実行するために必要な構成要素のうちの1つ以上を含んでもよい。一般に、ロボット外科用システムで使用するための本明細書に記載される装置は、ツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールのうちの1つ以上を含み得る。ツールドライバは、無菌アダプタを通じて外科用ツールにトルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの回転可能な出力ドライブを含み得る。無菌アダプタは、ツールドライバと外科用ツールとの間に介挿されるように構成されたフレームを含み得る。プレートアセンブリは、フレームに結合されてもよく、少なくとも1つの回転可能なカプラは、プレートアセンブリによって支持され、ツールドライバの出力ドライブから外科用ツールにトルクを伝達するように構成されてもよい。外科用ツールは、ツールドライバから伝達されるトルクを受容するように構成された、少なくとも1つの入力ドライブを含み得る。外科用ツールは、入力ドライブに動作可能に結合されたエンドエフェクタを更に含み得る。
本明細書に記載されるようなツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールは、取り付け状態、システム又は装置状態、及び他の情報(例えば、患者データ、手技データなど)などの情報を、操作者に伝達するように構成された1つ以上の出力装置を含んでもよい。情報は、ツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールのうちの1つ以上によって視覚的に伝達され、効率的なツール切り替え及び無菌バリア形成を促進するために、外科用システムの取り付け状態の直感的な指示を提供することができる。例えば、ツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールのうちの1つ以上は、システムによって生成された取り付け状態情報を操作者が可視化することを可能にするための、光導波路(例えば、光パイプ、光分配ガイドなど)を含んでもよい。1つ以上の光導波路は、光出力パラメータ(例えば、波長、周波数、強度、パターン、持続時間)の所定の組み合わせを使用して、光源(例えば、ツールドライバの照明源)からの光を受容して、無菌バリア及び/又はロボット外科用システムの形成状態を確認することができる。
図3Aは、出力された光を使用して、システムの取り付け状態をユーザー(例えば、操作者)に伝達するための第1の光導波路(320)を備える、ツールドライバ(310)の斜視図である。図3Aに示す変形例に示されるように、ツールドライバ(310)は、第1のハウジング(312)と、一組の外科用ツールセンサ(314)と、一組の回転可能な出力ドライブ(316)とを備えてもよい。一組の出力ドライブ(316)は、第1のハウジング(312)によって支持されてもよく、無菌アダプタ(図3B及び図3Cに示される)を介して、外科用ツールにトルクを伝達するように構成されてもよい。ツールドライバ(310)は、例えば、ロボットアーム(図示せず)の遠位端に結合されてもよい。第1のハウジング(312)は、第1の光導波路(320)を備えてもよい。光導波路は、受信された電磁波を受動的に伝搬及び分配させるための、可視光スペクトル波などの電磁波を誘導する物理的構造を指し得る。光導波路の非限定的な実施例としては、光ファイバー、矩形導波路、光チューブ、光パイプ、これらの組み合わせなどが挙げられる。例えば、光パイプは、全内反射を通して光を伝搬するように構成された反射性のライニング又は透明な固体を有する、中空構造体を含んでもよい。本明細書に記載される光導波路は、任意の好適な材料又は材料の組み合わせで作製することができる。例えば、いくつかの変形例では、光導波路は、光学等級のポリカーボネートから作製されてもよい。いくつかの変形例では、本明細書に記載されるようなハウジング及びフレームは、光導波路を形成するために共射出成形されてもよい。他の変形例では、光導波路は、別個に形成され、それぞれのハウジング又はフレームに結合されてもよい。
図3Bは、ツールドライバ(310)に結合された無菌アダプタ(330)の斜視図である。いくつかの変形例では、無菌アダプタ(330)は、出力された光を使用して、操作者などのユーザーにシステム(例えば、無菌アダプタ)の取り付け状態を伝達するための第2の光導波路(340)を備えてもよい。図3Bに示すように、無菌アダプタ(330)は、フレーム(332)と、フレーム(332)に結合されたプレートアセンブリ(334)と、プレートアセンブリ(334)によって支持される少なくとも1つの回転可能なカプラ(336)と、を備えてもよい。プレートアセンブリ(334)は、所定の運動範囲内でフレーム(332)に対して上下に移動するように構成されてもよく、回転可能なカプラ(336)は、プレートアセンブリ(334)に対して上下に回転及び移動するように同様に構成されてもよい。無菌アダプタ(330)は、外科用ツールセンサ(314)及び出力ドライブ(316)の上に配置されてもよい。例えば、無菌アダプタ(330)がツールドライバ(310)及び外科用ツール(350)(図3Cに示すような)に取り付けられるとき、フレーム(332)は、ツールドライバ(310)と外科用ツール(350)との間に介挿されるように構成されてもよい。回転可能なカプラ(336)は、ツールドライバ(310)の出力ドライブ(316)によって生成されたトルクを外科用ツール(350)に伝達するように構成されてもよい。
図3Cは、無菌アダプタ(330)及びツールドライバ(310)に結合された外科用ツール(350)の斜視図である。いくつかの変形例では、外科用ツール(350)は、取り付け状態を操作者に伝達するための第3の光導波路(360)を備えてもよい。図3Cに示すように、外科用ツール(350)は、無菌アダプタ(330)に結合するように構成された第2のハウジング(352)を備えてもよい。外科用ツール(350)は、第2のハウジング(352)によって支持され、ツールドライバ(310)の出力ドライブから伝達されるトルクを受容するように構成された、少なくとも1つの入力ドライブ(図示せず)を備えてもよい。外科用ツール(350)は、第2のハウジング(352)から延在し、少なくとも1つの入力ドライブに動作可能に結合され得る、エンドエフェクタ(図示せず)を更に備えてもよい。
本明細書に記載されるツールドライバは、ツールドライバと外科用ツールとの間の取り付け状態(例えば、部分的な取り付け、完全な取り付け、部分的な取り外し、完全な取り外し、不適切な取り付け)に対応するセンサ信号を生成するように構成された、1つ以上の外科用ツールセンサを含んでもよい。本明細書に記載される外科用ツールセンサは、ツールドライバに対する外科用ツールの近接性を直接的、又は間接的に決定するために使用され得る。取り付け状態は、ツールドライバを制御するために使用されてもよく、及び/又は操作者に通知されてもよい。外科用ツールセンサは、例えば、ツールドライバに対する外科用ツールの位置を決定するために使用され得る、近接センサであってもよい。例えば、外科用ツールセンサは、ツールドライバハウジングの表面から離れて、かつ外科用ツールに向かって付勢するように構成された、1つ以上の突起部(例えば、円筒状ペグ)内に配置されてもよい。無菌アダプタが取り付けのためにツールドライバに結合されると、突起部は、プレートアセンブリをツールドライバから上方及び離れる方向に付勢するために、無菌アダプタに接触するように構成されてもよい。外科用ツールが無菌アダプタに取り付けられると、外科用ツールは、プレートアセンブリをツールドライバに向かって付勢し、突起高さを低減する。突起部のうちの1つ以上内に外科用ツールセンサを置くことによって、突起部の高さの変化、及びツールドライバと外科用ツールとの間の取り付け状態に対応する、センサ信号を生成することができる。
いくつかの変形例では、ツールドライバは、無菌アダプタがツールドライバに完全に取り付けられたときにセンサ信号を生成するように構成された、少なくとも1つの無菌アダプタセンサを含んでもよい。例えば、無菌アダプタセンサは、無菌アダプタがツールドライバの遠位部分上に物理的にラッチされたときに、センサ信号を生成し得る。センサ信号は、ツールドライバと無菌アダプタとの間の取り付け状態(例えば、完全な取り付け、完全な取り外し)に対応し得る。ツールドライバ及び無菌アダプタはそれぞれ、無菌アダプタとツールドライバとの間の一方向の係合のみを可能にするように構成されてもよい。すなわち、無菌アダプタの遠位端は、無菌アダプタ及びツールドライバの近位端が互いに嵌合していない限り、ツールドライバと係合する(例えば、ラッチする)ことがない。取り付け状態は、ツールドライバを制御するために、及び/又はシステムの取り付け状態を操作者に通知するために使用されてもよい。無菌アダプタセンサは、例えば、無菌アダプタと物理的に接触すると、センサ信号を生成するように構成されたスイッチセンサであってもよい。
いくつかの変形例では、ツールドライバ及び外科用ツールのうちの少なくとも1つは、データを互いに送信するように構成された1つ以上の電子通信装置を含んでもよい。一般に、ツールドライバ及び外科用ツールは、外科用ツールが無菌アダプタ及びツールドライバに取り付けられたときに、互いにごく近接するそれぞれの通信装置を含み得る。通信性能は、ツールドライバ及び外科用ツール内の通信装置の配置に少なくとも部分的に依存し得る。例えば、電子通信装置間の距離を最小化することにより、信号対雑音比(SNR)及び電力効率のうちの1つ以上を改善することができる。いくつかの変形例では、電子装置は、無線電力伝達システムを備え得る。
いくつかの変形例では、ツールドライバは、外科用ツールの対応する電子通信装置と無線通信するように構成された、電子通信装置を備えてもよい。これにより、システムが外科用ツールと共に多数の機能を実行することを可能にし得る。例えば、ツールドライバは、外科用ツールと通信して、外科用ツールを識別及び認証すること、適合性を決定すること、ツール使用情報(例えば、ログデータ)をダウンロードすること、外科用ツールの設定を構成すること、較正データを通信すること等を行い得る。図8は、無菌アダプタ(840)を介して、外科用ツール(850)に結合されたツールドライバ(810)の変形例の断面側面図である。図8に示すように、ツールドライバ(810)は、無菌アダプタ(840)を介して、外科用ツール(850)に取り付けるように構成された第1のハウジング(812)を備えてもよい。ツールドライバ(810)は、第1のハウジング(812)によってそれぞれ支持された対応する回転可能な出力ドライブディスク(820)に結合される、少なくとも1つの出力ドライブ(822)を更に備え得る。出力ドライブ(822)は、無菌アダプタ(840)を介して、外科用ツール(850)の入力ドライブ(図示せず)にトルクを伝達するように構成されてもよい。第1のハウジング(812)は、出力ドライブディスク(820)の平面内に実質的に配置された、第1の電子通信装置(830)を備えてもよい。第1の電子通信装置(830)は、外科用ツール(850)と無線通信するように構成されてもよい。
いくつかの変形例では、無菌アダプタは、ツールドライバと外科用ツールとの間に介挿され、それらの対応する電子通信装置間の距離を最小化するような様式で形成されるように構成されてもよい。図8に示すように、無菌アダプタ(840)は、ツールドライバ(810)と外科用ツール(850)との間に介挿されるように構成された、フレーム(842)を備えてもよい。フレーム(842)は、プレートアセンブリ(図8に示されない)に結合されてもよい。無菌アダプタ(840)のフレーム(842)は、外科用ツール(850)の突起部(854)を支持するように構成された通信部分(846)を備えてもよい。突起部(854)は、外科用ツール(850)が無菌アダプタ(840)に取り付けられ、プレートアセンブリがツールドライバ(810)に向かって付勢されるときに、プレートアセンブリの平面内に実質的に存在し得る。したがって、第2の電子通信装置(832)が突起部(854)内に配置されると、第2の電子通信装置(832)は、実質的にプレートアセンブリの平面内にあってもよい。少なくとも1つの回転可能なカプラ(844)は、プレートアセンブリによって支持され、ツールドライバ(810)の出力ドライブ(822)から、外科用ツール(850)の入力ドライブにトルクを伝達するように構成されてもよい。
いくつかの変形例では、外科用ツールは、ツールドライバの対応する電子通信装置と無線通信するように構成された、電子通信装置を備えてもよい。これにより、外科用ツールが多数の機能を実行することを可能にし得る。例えば、外科用ツールは、ツールドライバと通信して、それにより、ツールドライバ及び/又は外科用システムを識別及び認証すること、適合性を決定すること、較正データを通信すること等を行うことができる。図8に示すように、外科用ツール(850)は、無菌アダプタ(840)に結合するように構成された第2のハウジング(852)を備えてもよい。第2のハウジング(852)は、突起部を備えてもよい。いくつかの変形例では、エンドエフェクタ(図示せず)は、第2のハウジング(852)から延在し、外科用ツール(850)の入力ドライブに動作可能に結合されてもよい。入力ドライブは、第2のハウジング(852)によって支持されてもよく、無菌アダプタ(840)を介してツールドライバ(810)の出力ドライブ(822)から伝達されたトルクを受容するように構成されてもよい。第2のハウジング(852)は、ツールドライバ(810)と無線通信するように構成された第2の通信装置(832)を備えてもよい。第2の通信装置(832)は、突起部(854)内に配置されてもよい。第2の通信装置(832)は、本明細書に記載される第1の通信装置(830)と同じ又は異なる構成であってもよい。
一般に、本明細書に記載されるロボット外科用システムは、ロボットアームと、ツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールに結合された対応する制御システムと、を含んでもよい。いくつかの変形例では、ツールドライバは、センサ信号を生成するように構成された1つ以上のセンサを備えてもよい。これらの信号は、コントローラによって受信され、ツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールの間の取り付け状態に対応する取り付けデータを生成するために使用されてもよい。したがって、制御システムは、取り付けデータを使用して、ロボットアーム及びツールドライバのうちの1つ以上を制御することができる。本明細書でより詳細に記載されるように、コントローラは、ネットワークインターフェースを使用して1つ以上のネットワークに結合されてもよい。コントローラは、ユーザーインターフェースを備える通信インターフェースに結合された、プロセッサ及びメモリを含んでもよい。コントローラは、無菌バリア形成プロセスの1つ以上の工程を自動的に実行し、したがって、無菌アダプタ及び外科用ツールをツールドライバに係合するための適切な取り付けシーケンスに従うことによって、外科用ツールの切り替えプロセスを改善し、操作者のエラーを低減することができる。
本明細書に記載されるツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールは、1つ以上の制御システム(例えば、コンピュータシステム)、及び/又はネットワークに結合することができる。図9Bは、制御システム(920)のブロック図である。制御システム(920)は、プロセッサ(924)とメモリ(926)とを備えるコントローラ(922)を備え得る。いくつかの変形例では、制御システム(920)は、通信インターフェース(930)のうちの1つ以上を更に備えてもよい。コントローラ(922)は、通信インターフェース(930)に結合されて、操作者が制御システム(920)、ロボットアーム(910)、ツールドライバ(912)、外科用ツール(916)、センサ、及びシステム(900)の任意の他の構成要素を遠隔制御することを可能にし得る。通信インターフェース(930)は、制御システム(920)を、有線及び/又は無線ネットワーク上で別のシステム(例えば、インターネット、リモートサーバ、データベース)に接続するように構成された、ネットワークインターフェース(932)を備えてもよい。通信インターフェース(930)は、操作者が制御システム(920)を直接制御することを可能にするように構成された、ユーザーインターフェース(934)を更に備えてもよい。
図9Bに示されるような制御システム(920)は、ロボット外科用システム(900)(例えば、ロボットアーム(910)、ツールドライバ(912)、外科用ツール(916))と通信するコントローラ(922)を備えてもよい。コントローラ(920)は、1つ以上のプロセッサ(924)と、1つ以上のプロセッサ(924)と通信する1つ以上の機械可読メモリ(926)とを備えてもよい。プロセッサ(924)は、メモリ(926)から受信したデータ、及びシステム(900)を制御するための操作者入力を組み込んでもよい。メモリ(926)は、プロセッサ(924)に、システム(900)に関連付けられたモジュール、プロセス、及び/又は機能を実行させる命令を更に記憶してもよい。コントローラ(922)は、有線及び/又は無線通信チャネルによって、ロボットアーム(910)、ツールドライバ(912)、及び外科用ツール(916)のうちの1つ以上に接続されてもよい。コントローラ(922)は、例えば、ロボットアーム(910)、ツールドライバ(912)、外科用ツール(916)、通信インターフェース(930)などのシステム(900)の1つ以上の構成要素を制御するように構成されてもよい。
プロセッサ(924)は、一組の命令又はコードを動作させる、及び/又は実行するように構成された任意の好適な処理装置であってもよく、1つ以上のデータプロセッサ、画像プロセッサ、グラフィックス処理ユニット、物理学処理ユニット、デジタル信号プロセッサ、及び/又は中央処理ユニットを含んでもよい。プロセッサ(924)は、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array、FPGA)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit、ASIC)などであってもよい。プロセッサ(924)は、アプリケーションプロセス及び/又は他のモジュール、システム及び/又はそれに関連するネットワークに関連するプロセス及び/又は機能を実行及び/又は実行するように構成され得る。根底となるデバイス技術は、様々な相補的な金属酸化物半導体(Complementary Metal−Oxide Semiconductor、CMOS)のような金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(Metal−Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor、MOSFET)技術、エミッタ結合論理(Emitter−Coupled Logic、ECL)のようなバイポーラ技術、ポリマー技術(例えば、ケイ素共役ポリマー及び金属共役ポリマー−金属構造)、混合アナログ及びデジタル、これらの組み合わせなどを含む様々な構成要素タイプで提供され得る。
いくつかの変形例では、メモリ(926)は、データベース(図示せず)を含んでもよく、例えば、ランダムアクセスメモリ(Random Access Memory、RAM)、メモリバッファ、ハードドライブ、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ(Erasable Programmable Read−Only Memory、EPROM)、電気的消去可能読み出し専用メモリ(Electrically Erasable Read−Only Memory、EEPROM)、読み出し専用メモリ(Read−Only Memory、ROM)、フラッシュメモリ、これらの組み合わせなどであってもよい。本明細書で使用するとき、データベースは、データ記憶リソースを指す。メモリ(926)は、プロセッサ(924)に、無菌バリア形成、通知、ロボットアーム制御、ツールドライバ制御、外科用ツール制御、センサ制御、センサ信号処理、通信、認証、又はユーザー設定などの制御システム(920)に関連付けられたモジュール、プロセス、及び/又は機能を実行させる命令を記憶してもよい。いくつかの変形例では、ストレージは、ネットワークベースであり、1人以上の認可されたユーザーにとってアクセス可能であってもよい。ネットワークベースのストレージは、リモートデータストレージ又はクラウドデータストレージと称され得る。クラウドデータストレージ(例えば、データベース)内に記憶されたセンサ信号及び取り付けデータは、インターネットなどのネットワークを介して、それぞれのユーザーにアクセス可能であり得る。いくつかの変形例では、データベース(940)は、クラウドベースのFPGAであってもよい。
通信インターフェース(930)は、操作者がシステム(900)と直接及び/又は遠隔で相互作用する及び/又は制御することを可能にし得る。例えば、システム(900)のユーザーインターフェース(934)は、操作者がコマンドを入力するための入力装置と、操作者及び/又は他のユーザー(例えば、技術者)がシステム(900)の動作に関する出力(例えば、ディスプレイ装置上の患者データの閲覧)を受信するための出力装置と、を含むことができる。いくつかの変形例では、ネットワークインターフェース(932)は、制御システム(920)が、本明細書でより詳細に説明されるように、ネットワーク(970)(例えば、インターネット)、リモートサーバ(950)及びデータベース(940)のうちの1つ以上と通信することを可能にし得る。
ユーザーインターフェース(934)は、ユーザー(例えば、操作者)と制御システム(920)との間の通信インターフェースとして機能し得る。いくつかの変形例では、ユーザーインターフェース(934)は、入力装置及び出力装置(例えば、タッチスクリーン及びディスプレイ)を備えてもよく、1つ以上のセンサ、入力装置、出力装置、ネットワーク(970)、データベース(940)、及びサーバ(950)から入力データ及び/又は出力データを受信するように構成されてもよい。例えば、無菌アダプタセンサ及び外科用ツールセンサによって生成されたセンサ信号は、プロセッサ(924)及びメモリ(926)によって処理され、1つ以上の出力装置(例えば、光導波路)によって視覚的に出力されてもよい。センサ信号及び/又は取り付けデータは、ユーザーインターフェース(934)によって受信され、1つ以上の出力装置を通じて、視覚的、聴覚的、及び/又は触覚フィードバックによって出力されてもよい。別の実施例として、入力装置(例えば、ジョイスティック、キーボード、タッチスクリーン)の操作者制御は、ユーザーインターフェース(934)によって受信され、次いで、ユーザーインターフェース(934)用のプロセッサ(924)及びメモリ(926)によって処理されて、ロボットアーム(910)、ツールドライバ(912)、及び外科用ツール(916)のうちの1つ以上に制御信号を出力することができる。いくつかの変形例では、ユーザーインターフェース(934)は、入力及び出力装置の両方(例えば、制御信号を生成しながら、触覚フィードバックも操作者に提供するように構成されたハンドヘルドコントローラ)として機能し得る。
ユーザーインターフェース(934)の出力装置は、患者及び/又はシステム(900)に対応するセンサデータを出力することができ、光導波路、表示装置、音声装置、及び触覚装置のうちの1つ以上を備えてもよい。表示装置は、グラフィカルユーザーインターフェース(Graphical User Interface、GUI)を表示するように構成されてもよい。ユーザーコンソール(960)は、インターネット又はネットワークを介してアクセス可能なリモートディスプレイを含む1つ以上の一般的なディスプレイに出力するように接続され得る、一体型ディスプレイ及び/又はビデオ出力を含んでもよい。ビデオ出力又はビデオフィードは、プライバシーを確保するために暗号化されてもよく、ビデオ出力の全て又は一部が、サーバ又は電子健康管理記録システムに保存されてもよい。表示装置は、操作者が、手技データ、取り付けデータ、システムデータ、ツールデータ、患者データ、及び/又はコントローラ(922)によって処理された他のデータを見ることを可能にし得る。いくつかの変形例では、出力装置は、発光ダイオード(Light Emitting Diode、LED)、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display、LCD)、エレクトロルミネセントディスプレイ(Electroluminescent Display、ELD)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel、PDP)、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、TFT)、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode、OLED)、電子ペーパー/電子インクディスプレイ、レーザーディスプレイ、及び/又はホログラフィックディスプレイのうちの少なくとも1つを含む表示装置を備えてもよい。
入力装置のいくつかの変形例は、制御信号を生成するように構成された少なくとも1つのスイッチを備えてもよい。いくつかの変形例では、入力装置は、制御信号をコントローラ(922)の有線及び/又は無線受信機に送信するように構成された、有線及び/又は無線送信機を備えてもよい。例えば、入力装置は、制御信号に対応する入力(例えば、タッチ面への指接触)を提供するための操作者用のタッチ面を備えてもよい。タッチ面を備える入力装置は、容量性、抵抗性、赤外線、光学イメージング、分散信号、音響パルス認識、及び表面音響波技術を含む複数のタッチ感度技術のうちのいずれかを使用して、タッチ面上の接触及び移動を検出するように構成されてもよい。少なくとも1つのスイッチを備える入力装置の変形例では、スイッチは、例えば、ボタン(例えば、ハードキー、ソフトキー)、タッチ面、キーボード、アナログスティック(例えば、ジョイスティック)、指向性パッド、ポインティング装置(例えば、マウス)、トラックボール、ジョグダイヤル、ステップスイッチ、ロッカスイッチ、ポインタ装置(例えば、スタイラス)、モーションセンサ、画像センサ、及びマイクロフォンのうちの少なくとも1つを含んでもよい。モーションセンサは、光学センサから操作者の動きデータを受信し、操作者のジェスチャを制御信号として分類することができる。マイクロフォンは、音声を受信し、制御信号として操作者の声を認識することができる。
図9Aに示すように、本明細書に記載される制御システム(920)は、ネットワークインターフェース(932)を介して、1つ以上のネットワーク(970)及びコンピュータシステム(950)と通信してもよい。いくつかの変形例では、制御システム(920)は、1つ以上の有線及び/又は無線ネットワークを介して他の装置と通信してもよい。ネットワークインターフェース(932)は、他の装置に直接的に、又はネットワーク(例えば、インターネット、無線LAN)を介して間接的に結合するように構成された、1つ以上の外部ポート(例えば、ユニバーサルシリアルバス(Universal Serial Bus、USB)、マルチピンコネクタ)を介して他の装置との通信を容易にすることができる。
Claims (41)
- ロボット外科用システムで使用するためのシステムであって、
無菌アダプタを介して、外科用ツールに取り付けられるように構成されたツールドライバであって、前記ツールドライバと前記無菌アダプタとの間の第1の取り付け状態に対応する第1のセンサ信号を生成するように構成された、少なくとも1つの無菌アダプタセンサ、及び前記ツールドライバと前記外科用ツールとの間の第2の取り付け状態に対応する第2のセンサ信号を生成するように構成された、少なくとも1つの外科用ツールセンサを備える、ツールドライバと、
前記ツールドライバに結合されたコントローラであって、前記コントローラが、プロセッサ及びメモリを備え、前記コントローラが、
前記第1及び第2のセンサ信号のうちの少なくとも1つを、前記センサのうちの少なくとも1つから受信すること、
前記第1及び第2のセンサ信号のうちの少なくとも1つを使用して、取り付けデータを生成することであって、前記取り付けデータが、前記ツールドライバ、前記無菌アダプタ、及び前記外科用ツールの間の少なくとも1つの取り付け状態を含む、生成すること、並びに
前記取り付けデータを使用して、前記ツールドライバを制御すること、を行うように構成される、コントローラと、を備える、システム。 - 前記コントローラは、前記取り付け状態が、前記無菌アダプタと前記ツールドライバとの間、又は前記外科用ツールと前記無菌アダプタとの間の部分的な取り付けを含むときに、前記ツールドライバの出力ドライブを作動させるように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記取り付け状態が、前記外科用ツールの前記無菌アダプタ及び前記ツールドライバへの完全な取り付けを含むときに、前記ツールドライバの出力ドライブを作動させて、前記外科用ツールを作動させるように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記取り付け状態が、前記ツールドライバ、前記無菌アダプタ、及び前記外科用ツールの間の取り外し及び不適切な取り付けのうちの1つを含むときに、前記ツールドライバの出力ドライブを阻害するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記無菌アダプタセンサが、近接センサ、トルクセンサ、及び回転エンコーダのうちの少なくとも1つを含み、前記外科用ツールセンサが、近接センサを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラが、前記取り付けデータを操作者に出力するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- ロボット外科用システムを動作させる方法であって、
ツールドライバと無菌アダプタとの間の第1の取り付け状態に対応する第1のセンサ信号を生成するように構成された、無菌アダプタセンサ、及び前記ツールドライバと外科用ツールとの間の第2の取り付け状態に対応する第2のセンサ信号を生成するように構成された、外科用ツールセンサのうちの少なくとも1つによって生成された少なくとも1つのセンサ信号を受信することと、
前記第1及び第2のセンサ信号のうちの少なくとも1つを使用して、取り付けデータを生成することであって、前記取り付けデータが、ツールドライバ、無菌アダプタ、及び外科用ツールの間の少なくとも1つの取り付け状態を含む、生成することと、
前記取り付けデータを使用して、前記ツールドライバを制御することと、を含む、方法。 - 前記ツールドライバを制御することが、前記ツールドライバの出力ドライブを作動させること、及び前記取り付け状態を操作者に通知することのうちの1つ以上を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ツールドライバを制御することは、前記取り付け状態が、前記無菌アダプタと前記ツールドライバとの間、又は前記外科用ツールと前記無菌アダプタとの間の部分的な取り付けを含むときに、前記ツールドライバの出力ドライブを作動させることを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ツールドライバを制御することは、前記取り付け状態が、前記外科用ツールの前記無菌アダプタ及び前記ツールドライバへの完全な取り付けを含むときに、前記ツールドライバの出力ドライブを作動させて、前記外科用ツールを作動させることを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ツールドライバを制御することは、前記取り付け状態が、前記ツールドライバ、前記無菌アダプタ、及び前記外科用ツールの間の取り外し及び不適切な取り付けのうちの1つを含むときに、前記ツールドライバの出力ドライブを阻害することを含む、請求項7に記載の方法。
- ロボット外科用システムであって、
無菌アダプタを介して、外科用ツールに取り付けられるように構成されたツールドライバを備え、前記ツールドライバが、
第1の光導波路を備える第1のハウジングと、
前記第1の光導波路に結合され、光を放射するように構成された照明源であって、前記第1の光導波路が、前記光を前記無菌アダプタに伝搬するように構成された、照明源と、
前記第1のハウジングによって支持され、前記無菌アダプタを介して前記外科用ツールにトルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの回転可能な出力ドライブと、を備える、システム。 - 前記無菌アダプタが、
前記ツールドライバと前記外科用ツールとの間に介挿されるように構成されたフレームであって、前記第1の光導波路から前記光を受容し、前記受容された光を伝搬するように構成された、第2の光導波路を備える、フレームと、
前記フレームに結合されたプレートアセンブリと、
前記プレートアセンブリによって支持され、前記ツールドライバの前記出力ドライブから、前記外科用ツールに前記トルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの回転可能なカプラと、を備える、請求項12に記載のシステム。 - 前記外科用ツールが、
前記無菌アダプタに結合するように構成された第2のハウジングであって、前記第2の光導波路から前記光を受容するように構成された、第3の光導波路を備える、第2のハウジングと、
前記第2のハウジングによって支持され、前記無菌アダプタを介して、前記ツールドライバの前記出力ドライブから伝達された前記トルクを受容するように構成された、少なくとも1つの入力ドライブと、
前記第2のハウジングから延在し、前記少なくとも1つの入力ドライブに動作可能に結合された、エンドエフェクタと、を備える、請求項13に記載のシステム。 - 前記光の特性が、前記ツールドライバ、前記無菌アダプタ、及び前記外科用ツールのうちの少なくとも2つの間の取り付け状態に対応する、請求項12に記載のシステム。
- 前記第2の光導波路が、前記無菌アダプタの前記ツールドライバへの取り付けに伴って、前記ツールドライバから前記光を受容するように構成される、請求項13に記載のシステム。
- 前記第3の光導波路が、前記外科用ツールの前記無菌アダプタへの取り付け、及び前記無菌アダプタの前記ツールドライバへの取り付けの両方に伴って、前記無菌アダプタから前記光を受容するように構成される、請求項14に記載のシステム。
- 前記第1の光導波路が、前記第1のハウジングの外面に沿って配置される、請求項12に記載のシステム。
- 前記第2の光導波路が、前記フレームの外面に沿って配置される、請求項13に記載のシステム。
- 前記第3の光導波路が、前記第2のハウジングの外面に沿って配置される、請求項14に記載のシステム。
- ロボット外科用システムであって、
ツールドライバであって、
無菌アダプタを介して、外科用ツールに取り付けるように構成された第1のハウジングであって、前記第1のハウジングが、前記第1のハウジングの表面から延在し、前記表面から離れる方向に付勢するように構成された、少なくとも1つの突起部を備え、前記突起部が、前記ツールドライバと前記外科用ツールとの間に少なくとも1つの取り付け状態を含むセンサ信号を生成するように構成された、少なくとも1つの第1の外科用ツールセンサを備える、第1のハウジングと、
前記第1のハウジングによって支持され、前記無菌アダプタを介して、前記外科用ツールの入力ドライブにトルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの回転可能な出力ドライブと、を備える、ツールドライバを備える、システム。 - 前記第1の外科用ツールセンサが、前記突起部の第1の端部に結合された磁石と、前記突起部の第2の端部に結合された磁場変換器と、を備える、近接センサを備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記突起部が、一対の前記回転可能な出力ドライブの間に配置される、請求項21に記載のシステム。
- 前記第1のハウジングが、左右対称な配設で配設された複数の前記突起部を備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記突起部が、適合性材料を備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記突起部が、コイルばね及び板ばねのうちの少なくとも1つを備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記第1のハウジングの遠位端に配置された第2の外科用ツールセンサを更に備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記第2の外科用ツールセンサが、磁場変換器を備える近接センサを備える、請求項27に記載のシステム。
- 外科用ツールであって、
前記無菌アダプタに取り付けられるように構成された第2のハウジングであって、磁気突起部を備える無菌アダプタ係合機構を備える、第2のハウジングと、
前記第2のハウジングによって支持され、前記無菌アダプタを介して、前記ツールドライバの出力ドライブから伝達された前記トルクを受容するように構成された、少なくとも1つの入力ドライブと、
前記第2のハウジングから延在し、前記入力ドライブに動作可能に結合されたエンドエフェクタと、を備える、外科用ツールを更に備える、請求項21に記載のシステム。 - 前記磁気突起部が、第1のテーパ面と、前記第1のテーパ面とは反対側の第2のテーパ面と、を備える、請求項29に記載のシステム。
- 前記外科用ツールの遠位端が、前記無菌アダプタ係合機構を備える、請求項30に記載のシステム。
- ロボット外科用システムで使用するためのツールドライバであって、
無菌アダプタに結合するように構成されたハウジングであって、前記無菌アダプタ上の対応するツールドライバ係合機構と嵌合可能な無菌アダプタ係合機構、及び前記ツールドライバ係合機構がその対応する無菌アダプタ係合機構と嵌合するときに、センサ信号を生成するように構成された無菌アダプタセンサを備える、ハウジングと、
前記ハウジングによって支持され、前記無菌アダプタを介して、外科用ツールの入力ドライブにトルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの回転可能な出力ドライブと、を備える、ツールドライバ。 - 前記ハウジングの遠位端が、前記無菌アダプタ係合機構及び前記無菌アダプタセンサを備える、請求項32に記載のツールドライバ。
- 前記無菌アダプタ係合機構が、凹部及び突起部のうちの1つ以上を備える、請求項32に記載のツールドライバ。
- 前記無菌アダプタセンサは、前記ツールドライバ係合機構が前記無菌アダプタセンサに接触するときに、前記センサ信号を生成するように構成される、請求項32に記載のツールドライバ。
- ロボット外科用システムであって、
ツールドライバであって、
無菌アダプタを介して、外科用ツールに取り付けられるように構成された第1のハウジングと、
前記第1のハウジングによってそれぞれ支持された、対応する回転可能な出力ドライブディスクに結合された少なくとも1つの出力ドライブであって、前記出力ドライブが、前記無菌アダプタを介して、前記外科用ツールの入力ドライブにトルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの出力ドライブと、
前記外科用ツールと無線通信し、前記出力ドライブディスクの平面内に実質的に配置されるように構成された、第1の電子通信装置と、を備える、ツールドライバを備える、システム。 - 前記外科用ツールが、
前記無菌アダプタに結合するように構成された第2のハウジングであって、前記第2のハウジングが、突起部、及び前記ツールドライバと無線通信するように構成された第2の電子通信装置を備え、前記第2の電子通信装置が、前記突起部内に配置される、第2のハウジングと、
前記第2のハウジングから延在し、前記入力ドライブに動作可能に結合されたエンドエフェクタであって、前記入力ドライブが、前記第2のハウジングによって支持され、前記無菌アダプタを通じて、前記ツールドライバの前記出力ドライブから伝達されたトルクを受容するように構成される、エンドエフェクタと、を備える、請求項36に記載のシステム。 - 前記無菌アダプタが、
前記ツールドライバと前記外科用ツールとの間に介挿されるように構成された、フレームと、
前記フレームに結合されたプレートアセンブリであって、前記フレームが、前記外科用ツールが前記無菌アダプタに取り付けられ、前記プレートアセンブリが前記ツールドライバに向かって付勢されるときに、実質的に前記プレートアセンブリの平面内に、前記外科用ツールの前記突起部を支持するように構成された、通信部分を備える、プレートアセンブリと、
前記プレートアセンブリによって支持され、前記ツールドライバの前記出力ドライブから、前記外科用ツールの前記入力ドライブにトルクを伝達するように構成された、少なくとも1つの回転可能なカプラと、を備える、請求項37に記載のシステム。 - 前記第1のハウジングの近位端が、前記第1の電子通信装置を支持するように構成される、請求項36に記載のシステム。
- 前記外科用ツールの近位端が、前記突起部を備える、請求項37に記載のシステム。
- 前記フレームの近位端が、前記通信部分を備える、請求項38に記載のシステム。
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