JP2020533066A - ロボット手術システム用高精度機器制御モード - Google Patents

Abstract

ロボット手術システム用フットペダルは、ベースプレートと、フットプレートと、第１の付勢部材と、第２の付勢部材とを含む。フットプレートは、ベースプレートに枢動可能に連結されており、非圧縮位置、部分的圧縮位置、および完全圧縮位置を有する。第１の付勢部材は、フットプレートが完全圧縮位置と非圧縮位置との間にあるとき、フットプレートを非圧縮位置に向かって付勢するように構成されている。第２の付勢部材は、フットプレートが完全圧縮位置と部分的圧縮位置との間にあるとき、フットプレートを非圧縮位置に向かって付勢するように構成されている。フットペダルを使用して手術ロボットのツールおよびカメラを制御するための方法も開示される。

Description

ロボット手術システムは、低侵襲医療処置で使用されている。医療処置中、ロボット手術システムは、ユーザインターフェースとインターフェースする外科医によって制御される。ユーザインターフェースは、外科医が、患者に作用する手術機器のエンドエフェクタを操作することを可能にする。ユーザインターフェースは、ロボット手術システムを制御するために外科医によって可動な入力コントローラまたはハンドルを含む。

ロボット手術システムは、通常、スケーリング係数を使用して、患者内でのエンドエフェクタの所望の位置を決定するための外科医の手の動きを縮小し、それによって、外科医は患者内でエンドエフェクタをより正確に動かすことができる。

外科手術中、患者内のエンドエフェクタの動きの精度を高めることが望ましい場合がある。通常、スケーリングを調整するため、またはエンドエフェクタの動きの精度を高めるために、外科医は入力ハンドルを放して、エンドエフェクタの動きのスケーリングを調整する必要がある。

外科医が外科手術中に入力ハンドルを放す必要なく、ロボット手術システムのスケーリングを調整して、エンドエフェクタの動きの精度を選択的に高めるための装置および方法が必要である。

本開示の一態様では、ロボット手術システム用フットペダルは、ベースプレートと、フットプレートと、第１の付勢部材と、第２の付勢部材とを含む。フットプレートは、ベースプレートに枢動可能に連結されており、非圧縮位置、部分的圧縮位置、および完全圧縮位置を有する。第１の付勢部材は、フットプレートが完全圧縮位置と非圧縮位置との間にあるとき、フットプレートを非圧縮位置に向かって付勢するように構成されている。第２の付勢部材は、フットプレートが完全圧縮位置と部分的圧縮位置との間にあるとき、フットプレートを非圧縮位置に向かって付勢するように構成されている。

態様において、第２の付勢部材は、第１の付勢部材からオフセットしている。第２の付勢部材は、ベースプレートに固定され得、フットプレートが部分的圧縮位置に到達するとフットプレートに係合し得る。

本開示の別の態様では、ロボット手術システムは、手術ロボットとユーザコンソールとを含む。手術ロボットは、ツールとカメラとを含む。ユーザコンソールは、手術ロボットと通信し、入力ハンドルとフットペダルとを含む。フットペダルは、ベースプレートと、ベースプレートに枢動可能に連結されたフットプレートとを含む。フットプレートは、入力ハンドルの動きがツールの動きに対して第１のスケーリング係数でスケーリングされる非圧縮位置と、入力ハンドルの動きがツールの動きに対して第１のスケーリング係数とは異なる第２のスケーリング係数でスケーリングされる第１の圧縮位置と、入力ハンドルの動きがカメラの動きに対してスケーリングされる完全圧縮位置とを有する。

態様において、フットペダルは、フットプレートが完全圧縮位置と非圧縮位置との間にあるとき、フットプレートを非圧縮位置に向かって付勢するように構成された第１の付勢部材を含む。フットペダルは、フットプレートが完全圧縮位置と部分的圧縮位置との間にあるとき、フットプレートを非圧縮位置に向かって付勢するように構成された第２の付勢部材を含み得る。

いくつかの態様では、フットペダルが非圧縮位置と第１の圧縮位置との間にあるとき、カメラは、入力ハンドルの動きに応答して静止したままである。第１の圧縮位置と完全圧縮位置との間で、入力ハンドルはホールドモードにあり得、ユーザコンソールは、入力ハンドルをホールドポーズに維持するかまたはそれに移行するかの少なくとも一方を行うための力を入力ハンドルに加える。ホールドポーズは、フットペダルが第１の圧縮位置まで圧縮されたときの入力ハンドルのポーズによって規定され得る。ホールドポーズは、フットペダルが第１の圧縮位置から非圧縮位置に向かって動かされ、そして第１の圧縮位置に戻されたときに再規定され得る。カメラは、フットペダルが完全圧縮位置にあるとき、入力ハンドルがホールドポーズから動かされた距離に基づいてスロットル操縦され得る。

特定の態様では、フットペダルは、第１の圧縮位置と完全圧縮位置との間に第２の圧縮位置を有する。フットペダルが第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるとき、入力ハンドルの動きにより、カメラを動かし得る。フットペダルが非圧縮位置と第２の圧縮位置との間にあるとき、カメラは、入力ハンドルの動きに応答して静止したままであり得る。入力ハンドルの動きは、フットペダルが第２の圧縮位置にあるとき、ツールの動きに対して第１および第２のスケーリング係数とは異なる第３のスケーリング係数でスケーリングされ得る。入力ハンドルの動きは、フットペダルが完全圧縮位置にあるとき、ツールの動きに対して第１、第２、および第３のスケーリング係数とは異なる第４のスケーリング係数でスケーリングされ得る。

特定の態様では、第１のスケーリング係数は約３であり、第２のスケーリング係数は約１０である。第３のスケーリング係数は、約１１〜約５００の範囲であり得、第４のスケーリング係数は、約１００〜約１０００の範囲であり得る。

本開示の別の態様では、手術ロボットをロボット手術システムの処理ユニットを用いて制御する方法は、ロボット手術システムのユーザコンソールのフットペダルの位置を受け取ることと、ユーザコンソールから入力信号を受信することと、入力信号を受信したことに応答して、手術ロボットに制御信号を送信して、手術ロボットのツールまたは手術ロボットのカメラの少なくとも一方を動かすこととを含む。入力信号は、ユーザコンソールの入力ハンドルの動きを含む。処理ユニットは、フットペダルが非圧縮位置にあるとき、入力信号をツールの動きに対して第１のスケーリング係数でスケーリングし、フットペダルが第１の圧縮位置にあるとき、入力信号をツールの動きに対して第１のスケーリング係数とは異なる第２のスケーリング係数でスケーリングし、フットペダルが完全圧縮位置にあるとき、入力信号をカメラの動きに対してスケーリングする。

態様において、処理ユニットは、フットペダルが、非圧縮位置と、第１の圧縮位置と完全圧縮位置との間にある第２の圧縮位置との間にあるとき、カメラの位置を維持する。手術ロボットに制御信号を送信することは、フットペダルが第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるときにカメラの動きをスロットル操縦する制御信号を送信することを含み得る。

本開示の例示的な実施形態のさらなる詳細および態様が、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。

本開示の様々な態様を、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する図面を参照して本明細書において以下に説明する。

本開示に従うロボット手術システムのユーザコンソールおよび手術ロボットの概略図である。 非圧縮位置にある図１のユーザコンソールのフットペダルの概略図である。 第１の圧縮位置にある図２のフットペダルの概略図である。 第２の圧縮位置にある図２のフットペダルの概略図である。 完全圧縮位置にある図２のフットペダルの概略図である。 図２のフットペダルの位置に基づいて、図１の手術ロボットのツールに対する図１のユーザコンソールの入力ハンドルのスケーリング係数と、図１の手術ロボットのカメラに対する入力ハンドルのスケーリング係数とを変える方法を示すグラフである。 図２のフットペダルの位置に基づいて、図１の手術ロボットのツールに対する図１のユーザコンソールの入力ハンドルのスケーリング係数と、図１の手術ロボットのカメラに対する入力ハンドルのスケーリング係数とを変える別の方法を示すグラフである。

ここで本開示の実施形態が図面を参照して詳細に記載され、図面の中で同様の参照番号は、いくつかの図の各々において同一のまたは対応する要素を示す。本明細書に使用される際、「臨床医」という用語は、医師、看護師、または任意の他の医療提供者を指し、医療支援従事者を含み得る。この説明の全体を通して、「近位」という用語は、臨床医に最も近い装置またはその構成要素の一部分を指し、「遠位」という用語は、臨床医から最も遠い装置またはその構成要素の一部分を指す。加えて、本明細書で使用される「ポーズ」という用語は、空間内の対象物の位置および配向を意味すると理解される。さらに、本明細書で使用される「ニュートラル」という用語は、スケーリングなしを意味すると理解される。

本開示は、概して、臨床医が手術ロボットのツールの動きに対するユーザコンソールの入力ハンドルの動きのスケーリングを変えることと、カメラの動きに対する入力ハンドルの動きのスケーリングを変えることとを可能にする、ロボット手術システムで使用するためのフットペダルに関する。フットペダルは、入力ハンドルの動きがツールの動きに対して第１のスケーリング係数でスケーリングされる非圧縮位置と、入力ハンドルの動きがツールの動きに対して第２のスケーリング係数でスケーリングされる第１の圧縮位置と、入力ハンドルの動きがカメラの動きをもたらす完全圧縮位置とを有する。

図１を参照すると、本開示に従うロボット手術システム１は、概して、手術ロボット１０、処理ユニット３０、およびユーザインターフェース４０として示されている。手術ロボット１０は、概して、リンク機構１２およびロボットベース１８を含む。リンク機構１２は、組織に作用するように構成されたエンドエフェクタまたはツール２０を可動に支持する。リンク機構１２は、各々が組織に作用するように構成されたエンドエフェクタまたはツール２０を支持する端部１４を有するアームの形態であり得る。さらに、リンク機構１２の端部１４は、手術部位「Ｓ」を撮像するための撮像装置１６を含むことができる。ユーザコンソール４０は、処理ユニット３０を介してロボットベース１８と通信する。

ユーザコンソール４０は、３次元画像を表示するように構成された表示装置４４を含む。表示装置４４は、手術部位「Ｓ」の３次元画像を表示し、これは、リンク機構１２の端部１４に配置された撮像装置１６によってキャプチャされたデータを含み、かつ／または手術現場の周りに配置された撮像装置（例えば、手術部位「Ｓ」内に配置された撮像装置、患者「Ｐ」に隣接して配置された撮像装置、撮像アーム５２の遠位端に配置された撮像装置５６）によってキャプチャされたデータを含み得る。撮像装置（例えば、撮像装置１６、５６）は、手術部位「Ｓ」の視覚画像、赤外線画像、超音波画像、Ｘ線画像、熱画像、および／または任意の他の既知のリアルタイム画像をキャプチャしてもよい。撮像装置は、キャプチャした撮像データを処理ユニット３０に送信し、処理ユニット３０は、撮像データからリアルタイムで手術部位「Ｓ」の３次元画像を作成し、その３次元画像を表示するために表示装置４４に送信する。

ユーザコンソール４０はまた、臨床医が手術ロボット１０を操作する（例えば、リンク機構１２、リンク機構１２の端部１４、および／またはツール２０を動かす）ことを可能にする制御アーム４３上に支持された入力ハンドル４２も含む。入力ハンドル４２の各々は、処理ユニット３０と通信し、そこに制御信号を送信し、そこからフィードバック信号を受信する。追加的または代替的に、入力ハンドル４２の各々は、外科医がリンク機構１２の端部１４に支持されたツール２０を操作すること（例えば、挟持する、把持する、発射する、開く、閉じる、回転させる、突き出す、スライスするなど）を可能にする入力装置（明示的には図示せず）を含み得る。

入力ハンドル４２の各々は、手術部位「Ｓ」内でリンク機構１２端部１４、例えば、ツール２０を動かすために、所定の作業空間を通して可動である。表示装置４４上の３次元画像は、入力ハンドル４２の動きにより、表示装置４４上で見られるようにリンク機構１２の端部１４を動かせるように向けられている。入力ハンドル４２の動きが、３次元画像内のリンク機構１２の端部１４の動きに合わせてスケーリングされている間、３次元画像は静止したままである。３次元画像の向きを維持するために、入力ハンドル４２の運動学的マッピングは、リンク機構１２の端部１４の向きに対するカメラの向きに基づいている。表示装置４４上の３次元画像の向きは、撮像装置１６、５６によってキャプチャされた視界に対して反映または回転され得る。加えて、表示装置４４上の３次元画像のサイズは、臨床医が手術部位「Ｓ」内の構造をよりよく見ることができるように、手術部位の実際の構造よりも大きくまたは小さくスケーリングされ得る。入力ハンドル４２が動かされると、ツール２０は、以下に詳述するように手術部位「Ｓ」内で動かされる。ツール２０の動きは、ツール２０を支持するリンク機構１２の端部１４の動きも含むことができる。

ロボット手術システム１の構成および動作の詳細な考察については、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，８２８，０２３号を参照することができる。

ユーザコンソール４０は、ロボット手術システム１の様々な態様を制御するために使用することができるフットペダル６０をさらに含む。例えば、フットペダル６０を、入力ハンドル、例えば、入力ハンドル４２に選択的に関連付けて、それぞれの入力ハンドルに関連付けられたツール２０を作動させることができる。追加的または代替的に、フットペダル６０をカメラ、例えば、カメラ５６に関連付けて、カメラを手術部位「Ｓ」の周りで動かすことができる。好適なフットペダルの詳細な考察については、２０１７年５月２４日に出願され「ＰＥＤＡＬ ＣＯＮＴＲＯＬ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴＩＣ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題された米国仮特許出願第６２／５１０，５０２号を参照することができ、この出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。

図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、フットペダル６０は、一平面を規定するベースプレート６２と、一平面を規定するフットプレート６４と、第１の付勢部材６６とを含む。フットプレート６４は、ピボット６３の周りで枢動可能にベースプレート６２に連結され、それぞれの平面間に角度θを画定する。フットプレート６４は、角度θが約９０°である初期位置または非圧縮位置（図２Ａ）と、角度θが約８０°である第１の押下位置（図２Ｂ）と、角度θが約７０°である第２の押下位置（図２Ｃ）と、角度θが約６５°である完全押下位置（図２Ｄ）との間で枢動可能である。上記位置の各々における角度θは、約３０°から約１１０°までに変わり得ることが想定される。

第１の付勢部材６６は、フットプレート６４を非圧縮位置に向かって付勢するように構成されている。第１の付勢部材６６は、非圧縮位置と完全圧縮位置の間でフットプレート６４およびベースプレート６２と実質的に接触し、第１の付勢力でフットプレート６４をベースプレート６２から遠ざける。第１の付勢部材６６は、フットプレート６４が圧縮されるときに、一定のばね力または漸進的ばね力を有し得る。図示したように、第１の付勢部材６６は、フットプレート６４とベースプレート６２との間に配置された圧縮ばねである。しかしながら、第１の付勢部材６６は、ピボット６３の周りに配置されたねじりばねであってもよい。

フットペダル６０はまた、フットプレート６４をベースプレート６２から遠ざけるように構成されている第２の付勢部材６８も有し得る。第２の付勢部材６８は、フットプレート６４が非圧縮位置と完全圧縮位置との間の所定の位置に到達すると、フットプレート６４に第２の付勢力を加えるように構成されている。図示したように、第２の付勢部材６８は、フットペダル６４が第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるときに第２の付勢力を加えるように配置されている。いくつかの実施形態では、第２の付勢部材６８は、非圧縮位置と第２の圧縮位置との間ではフットプレート６４と接触しない。加えて、第２の付勢部材６８は、ベースプレート６２と選択的に係合するようにフットプレート６４に取り付けられてもよい。図示したように、第２の付勢部材６８は、第１の付勢部材６６からオフセットされた圧縮ばねである。しかしながら、第２の付勢部材６８は、第１の付勢部材６６と同軸であって、第２の付勢部材６８が第１の付勢部材６６の内部または周囲に配置されるようにしてもよい。さらに、第２の付勢部材６８は、ピボット６３の周りに配置されたねじりばねであってもよい。第２の付勢部材６８は、第２の付勢部材６８が圧縮されるときに、一定のばね定数または漸進的ばね定数を有し得る。

いくつかの実施形態では、フットペダル６０は、以下により詳細に説明するように、フットペダル６０に係わる臨床医にフィードバックを提供する適度な力を提供する、第１および第２の付勢部材６６、６８と同様の追加付勢部材を含む。

図１〜図３を参照すると、フットペダル６０は、ツール２０に対する入力ハンドル４２のスケーリングを変えるように、かつ入力ハンドル４２の動きに応答してカメラ、例えばカメラ５６の位置を変えるように構成されている。特に図３を参照すると、フットペダル６０が非圧縮位置（図３に示す位置「Ａ」）にあるとき、入力ハンドル４２の動き対ツール２０の動きは比３：１に縮小され、入力ハンドル４２の３インチの動きはツール２０の１インチの動きをもたらし、フットペダル６０が非圧縮状態と第１の圧縮状態との間にあるとき、入力ハンドル４２の動きは、カメラ５６の動きに影響を及ぼさない。

フットペダル６０が第１の圧縮位置（図３に示す位置「Ｂ」）に向かって圧縮されると、入力ハンドル４２の動き対ツール２０の動きのスケーリングは、フットペダル６０が圧縮されるにつれて、位置「Ａ」での比３：１から位置「Ｂ」での比１０：１に変わる。スケーリングの比を変えることは、図３に示されるようになだらかでもよいし、適度に段階的でもよい。入力ハンドル４２の動き対ツール２０の動きを縮小することにより、臨床医は手術部位「Ｓ」内のツール２０の動きをより正確に制御することができ得る。

フットペダル６０が第１の圧縮位置、例えば位置「Ｂ」に到達すると、入力ハンドル４２は「ホールドモード」に入り得る。具体的には、フットペダルが第１の圧縮位置に到達すると、入力ハンドル４２は、フットペダル６０が第１の圧縮位置に最初に到達したときの入力ハンドル４２のポーズである「ホールドポーズ」を規定する。「ホールドポーズ」は、フットペダル６０が第１の圧縮位置と非圧縮位置との間のある位置に戻され、次いで第１の圧縮位置に戻されると、再規定される。ホールドモードでは、制御アーム４３および／または入力ハンドル４２は、入力ハンドル４２をホールドポーズに維持および／またはそれに戻す。例えば、制御アーム４３に関連付けられたモータ（図示せず）は、力フィードバックアルゴリズムを入力ハンドル４２および／または制御アーム４３に適用して、入力ハンドル４２をホールドポーズに維持および／またはそれに戻し得る。

フットペダル６０が第１の圧縮位置から完全圧縮位置まで枢動されると、入力ハンドル４２の動き対ツール２０の動きはさらに比１０：１から比１０００：１まで縮小され、入力ハンドル４２の動きは、ツール２０の非常に小さな動きをもたらす。加えて、フットペダル６０が第１の圧縮位置と第２の圧縮位置との間にあるとき、入力ハンドル４２の動きはカメラ５６の動きに影響を及ぼさない。

フットペダル６０が第２の圧縮位置（図３に示す位置「Ｃ」）に到達すると、入力ハンドル４２のホールド位置からの動きは、ツール２０の動きにほとんど影響を及ぼさず、カメラ５６を手術部位「Ｓ」内で動かして、ディスプレイ４４上の手術部位「Ｓ」の視界を調整する。具体的には、フットペダル６０が第２の圧縮位置に到達すると、入力ハンドル４２の動きにより、カメラ５６が手術部位「Ｓ」内で比１：１で動く。入力ハンドル４２の動きは、カメラ５６の動きに対してスケーリングされ得ることが考えられる。例えば、フットペダル６０が第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるとき、上記で詳述したようなツール２０の動きに対する入力ハンドル４２の動きと同様に、入力ハンドル４２の動きをカメラ５６の動きに対してスケーリングし得る。追加的または代替的に、入力ハンドル４２の動きをカメラ５６の動きに対してスロットル操縦し、入力ハンドル４２がホールドポーズから動かされると、カメラ５６が、同じ方向に、入力ハンドル４２がホールドポーズから動かされた距離に関連する速度で、入力ハンドル４２がホールドポーズに戻されるまで動くようにし得る。カメラ５６が動く速度は、入力ハンドル４２がホールドポーズから動かされる距離に対して、比例的、二次関数的、指数関数的、または高次多項式的であり得る。加えて、上記で詳述したように、フットペダル６０が第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるとき、入力ハンドル４２の動き対ツール２０の動きは、約１００：１〜約１０００：１の範囲の比であり、入力ハンドル４２のホールド位置からの動きはツール２０の位置にほとんど影響を及ぼさない。第２の圧縮位置において、入力ハンドル４２は、ペダル６０が第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるときにツール２０が静止したままであるように、ツール２０の動きから「クラッチ」することが考えられる。

フットペダル６０が非圧縮位置から完全圧縮位置まで圧縮されるとき、フットペダル６０は、第１の圧縮位置、第２の圧縮位置、および完全圧縮位置の各々に到達したときに、各位置での入力ハンドルの操作の変更を示すフィードバックを臨床医に提供し得る。例えば、フットペダル６０が非圧縮位置から第１の圧縮位置まで圧縮されるとき、フットペダル６０を圧縮し続けるための力の増大は、第１の付勢部材６６を圧縮するための第１の付勢力である。上記で詳述したように、第１の付勢部材のばね定数は一定でもよいし、漸進的でもよい。

フットペダル６０が第１の圧縮位置に到達すると、入力ハンドル４２は「ホールドモード」に入り、臨床医は、入力ハンドル４２を動かしたときに、第１の圧縮位置に到達したことを臨床医に示す力フィードバックを感じる。加えて、フットペダル６０は、第１の圧縮位置に到達したという触知性フィードバックをフットペダル６０を介して提供するために、第１の圧縮位置で係合される第３の付勢部材を有してもよい。

フットペダル６０が第１の圧縮位置から第２の圧縮位置まで圧縮されるとき、フットペダル６０を圧縮し続けるための力の増大は、第１の付勢部材６６を圧縮するための第１の付勢力である。第３の付勢部材を含む実施形態では、フットペダル６０を圧縮し続けるための力の増大は、第１の付勢力と第３の付勢部材を圧縮するための付勢力との合計である。第３の付勢部材に起因する力の増大は、フットペダル６０が第１の圧縮位置と第２の圧縮位置との間にあるという触知性フィードバックをフットペダル６０を介して提供し得る。

フットペダル６０が第２の圧縮位置に到達すると、第２の付勢部材６８が係合して、フットペダル６０に、第１の付勢部材６６によって加えられる第１の付勢力に加えて、第２の付勢力を加える。第２の付勢力の追加は、上記で詳述したように、第２の圧縮位置に到達したので、入力ハンドル４２のホールド位置からの動きがカメラ５６の動きに影響を及ぼすという触知性フィードバックをフットペダル６０を介して提供する。

フットペダル６０が第２の圧縮位置から完全圧縮位置まで圧縮されるとき、フットペダル６０を圧縮し続けるための力の増大は、第１および第２の付勢部材６６、６８をそれぞれ圧縮するための第１および第２の付勢力の合計である。第３の付勢部材を含む実施形態では、フットペダル６０を圧縮し続けるための力の増大は、第１および第２の付勢力と第３の付勢部材を圧縮するための付勢力との合計である。

フットペダル６０が完全圧縮位置に到達すると、フットプレート６４がベースプレート６２に接触して、フットプレート６４がさらに圧縮されるのを防ぎ得る。ベースプレート６２またはフットプレート６４は、それぞれのプレートの表面から対向するプレートに向かって延在し、完全圧縮位置において対向プレートに接触するストップ部材を含み得ると考えられる。

フットペダル６０が解放されたとき、非圧縮位置と完全圧縮位置との間の任意の位置にあるとき、フットペダル６０の付勢部材、例えば第１および第２の付勢部材６６、６８は、フットペダルを非圧縮位置まで動かすことが理解されよう。

図１〜図３を参照し、入力ハンドルおよびフットペダルを用いてツールおよびカメラを操作する方法を、図１のロボット手術システム１を利用し、本開示に従って説明する。まず、ツール２０を操作するために、臨床医は、フットペダル６０は非圧縮位置とし、入力ハンドル４２をワークスペース「Ｗ」の周りで動かす。臨床医がツール２０の動きにさらなる精度を必要とするとき、臨床医はフットペダル６０を完全圧縮位置に向かって圧縮して、入力ハンドル４２の動きに応答するツール２０の動きを縮小する。臨床医は、図２Ｂに示すようにフットペダル６０を第１の圧縮位置まで圧縮して、ツール２０の動きの精度を高め得ると考えられる。上記で詳述したように、フットペダル６０が第１の圧縮位置に到達すると、臨床医は、入力ハンドル４２がホールドモードに入り、フットペダル６０をさらに圧縮すると第２の圧縮位置に到達し、したがってカメラ５６の動きをもたらし得ることを示すフィードバックを感じ得る。さらなる精度がもはや必要でなくなると、臨床医はフットペダル６０を解放して、フットペダル６０が非圧縮位置に戻ることを可能にし、次いで、入力ハンドル４２を操作して手術部位「Ｓ」内でツール２０を動かし続ける。

外科手術中の任意の時点で、臨床医がカメラ５６を動かしたいとき、臨床医はフットペダル６０を第２の圧縮位置を超えて圧縮する。フットペダル６０が第２の圧縮位置を超えると、上記で詳述したように、入力ハンドル４２のホールドポーズからの動きにより、手術部位「Ｓ」内でカメラ５６が動く。上記で詳述したように、フットペダル６０が第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるとき、第２の付勢部材６８の圧縮からの第２の付勢力が、フットペダル６０が第２の圧縮位置と完全圧縮位置との間にあるというフィードバックを臨床医に提供する。さらなるカメラの動きがもはや必要でなくなると、臨床医はフットペダル６０を解放して、フットペダル６０が第２の圧縮位置と非圧縮位置との間のある位置に戻ることを可能にする。

上記で詳述した方法は、処理ユニット３０（図１）内のアルゴリズムとして実行され得る。例えば、入力ハンドル４２の動きに応答して、ユーザコンソール４０は入力信号を処理ユニット３０に送信し得る。処理ユニット３０は、入力信号を受信し、制御信号を生成し、それが手術ロボット１０に送信され、上記で詳述したようにツール２０および／またはカメラ５６を動かす。

上記で詳述したように、フットペダル６０は、臨床医が入力ハンドルを放したり、または外科手術から注意をそらす必要なしに、単一の入力ハンドル、例えば入力ハンドル４２が、手術ロボットのツール、例えばツール２０とカメラ、例えばカメラ５６との動きを制御することを可能にする。加えて、フットペダル６０はまた、臨床医がツールの動きに対する入力ハンドルの動きのスケーリングを変えることを可能にする。個々にまたは一緒に、これらの利点の各々により、臨床医は手術ロボットの認識と制御を高めることができ、外科手術の実行に必要な時間を短縮し、手術結果を改善し、回復時間を短縮し、外科手術のコストを削減し得る。

図４を参照し、フットペダル６０を使用して、ツール２０に対する入力ハンドル４２のスケーリングを変え、かつ入力ハンドル４２の動きに応答して、カメラ、例えばカメラ５６の位置を変える別の方法を、図１〜図２Ｄのロボット手術システム１０およびフットペダル６０を参照して開示する。まず、フットペダル６０が第１の圧縮位置、例えば位置「Ｂ」に向かって圧縮されると、入力ハンドル４２の動き対ツール２０の動きのスケーリングが、フットペダル６０が圧縮されるにつれて、位置「Ａ」での比３：１から、より大きい比、例えば１０００：１または無限大（∞）：１に変化し、入力ハンドル４２は、フットペダル６０が第１の圧縮位置になるかまたはそれを超えると、ツールの動きから「クラッチされる」または実質的に「クラッチされる」。また、これにより、フットペダル６０が第１の圧縮位置に近づくにつれて、高精度モードが可能になる。

フットペダル６０が第１の圧縮位置を超えて圧縮されると、フットペダル６０は第２の付勢部材６８と係合する。フットペダル６０が「Ｃ_１」で表された第１の圧縮位置と第２の圧縮位置との間で圧縮されているとき、入力ハンドル４２は、依然として自由に動き得る。フットペダル６０が第２の圧縮位置に到達すると、入力ハンドル４２は「ホールドモード」に入り、入力ハンドル４２の「ホールドポーズ」を規定する。入力ハンドル４２が「ホールドモード」にあるとき、制御アーム４３は、入力ハンドル４２および／または制御アーム４３に力フィードバックアルゴリズムを適用して、入力ハンドル４２をホールドポーズに維持および／またはそれに戻し得る。

フットペダル６０が第２の圧縮位置を超えて圧縮されると、入力ハンドル４２は、フットペダル６０が「Ｃ_２」で表された第３の圧縮位置に到達するまで、「ホールドモード」のままである。フットペダル６０が第３の圧縮位置に到達すると、入力ハンドル４２の動きはツール２０の動きにほとんどまたは全く影響を及ぼさないが、手術部位「Ｓ」内でカメラ２３を動かしてディスプレイ上での手術部位「Ｓ」の視界を調整する。フットペダル６０は、フットペダル６０が第３の圧縮位置にあるというフィードバックをユーザに提供するために、フットペダル６０が第３の圧縮位置に到達したときに係合する第３の付勢部材（図示せず）を含み得る。

上記で詳述したように、フットペダル６０は、クラッチ制御ペダルおよびカメラ制御ペダルの両方として使用することができる。クラッチ制御ペダルおよびカメラ制御ペダルの両方として作用する単一のフットペダルを提供することで、ロボット手術システムのユーザインターフェースを改善し得る。具体的には、ユーザインターフェースの直感性を高め、ペダルの数を減らし、かつ／またはユーザインターフェースに必要とされるスペースを縮小することにより、ユーザインターフェースを改善し得る。ユーザインターフェースを改善すると、ロボット外科手術の時間および／またはコストを削減し得る。

本開示のいくつかの実施形態が図面に示されているが、本開示は当該技術分野が許容する広い範囲として捉えられるべきであり、本明細書も同様に読み取られるべきと考えられるので、本開示はこれらの実施形態に限定されるものではないことが意図される。上記の実施形態の任意の組み合わせもまた想定され、これらは、添付の特許請求の範囲内である。したがって、上記の説明は、限定として解釈されるべきではなく、特定の実施形態の単なる例示として解釈されるべきである。当業者は本明細書に添付される特許請求の範囲内での他の修正を想定するであろう。

Claims (20)

1. ロボット手術システム用フットペダルであって、
   ベースプレートと、
   前記ベースプレートに枢動可能に連結されたフットプレートであって、非圧縮位置、部分的圧縮位置、および完全圧縮位置を有する前記フットプレートと、
   前記フットプレートが前記完全圧縮位置と前記非圧縮位置との間にあるとき、前記フットプレートを前記非圧縮位置に向かって付勢するように構成された第１の付勢部材と、
   前記フットプレートが前記完全圧縮位置と前記部分的圧縮位置との間にあるとき、前記フットプレートを前記非圧縮位置に向かって付勢するように構成された第２の付勢部材と、を備えるフットペダル。
2. 前記第２の付勢部材は、前記第１の付勢部材からオフセットされている、請求項１に記載のフットペダル。
3. 前記第２の付勢部材は、前記ベースプレートに固定され、前記フットプレートが前記部分的圧縮位置に到達すると、前記フットプレートと係合する、請求項１に記載のフットペダル。
4. ロボット手術システムであって、
   ツールおよびカメラを含む手術ロボットと、
   前記手術ロボットと通信するユーザコンソールとを備え、前記ユーザコンソールは、
   入力ハンドルと、
   フットペダルとを含み、前記フットペダルは、
   ベースプレート、および
   前記ベースプレートに枢動可能に連結されたフットプレートであって、前記入力ハンドルの動きが前記ツールの動きに対して第１のスケーリング係数でスケーリングされる非圧縮位置と、前記入力ハンドルの動きが前記ツールの動きに対して前記第１のスケーリング係数とは異なる第２のスケーリング係数でスケーリングされる第１の圧縮位置と、前記入力ハンドルの動きが前記カメラの動きに対してスケーリングされる完全圧縮位置とを有するフットプレートを含む、ロボット手術システム。
5. 前記フットペダルは、前記フットプレートが前記完全圧縮位置と前記非圧縮位置との間にあるとき、前記フットプレートを前記非圧縮位置に向かって付勢するように構成された第１の付勢部材を含む、請求項４に記載のロボット手術システム。
6. 前記フットペダルは、前記フットプレートが前記完全圧縮位置と前記部分的圧縮位置との間にあるとき、前記フットプレートを前記非圧縮位置に向かって付勢するように構成された第２の付勢部材を含む、請求項５に記載のロボット手術システム。
7. 前記フットペダルが前記非圧縮位置と前記第１の圧縮位置との間にあるとき、前記カメラは、前記入力ハンドルの動きに応答して静止したままである、請求項４に記載のロボット手術システム。
8. 前記第１の圧縮位置と前記完全圧縮位置との間で、前記入力ハンドルはホールドモードにあり、前記ユーザコンソールは、前記入力ハンドルをホールドポーズに維持するかまたはそれに移行するかの少なくとも一方を行うための力を前記入力ハンドルに加える、請求項４に記載のロボット手術システム。
9. 前記ホールドポーズは、前記フットペダルが前記第１の圧縮位置まで圧縮されたときの前記入力ハンドルのポーズによって規定される、請求項８に記載のロボット手術システム。
10. 前記ホールドポーズは、前記フットペダルが前記第１の圧縮位置から前記非圧縮位置に向かって動かされ、そして前記第１の圧縮位置に戻されたときに再規定される、請求項９に記載のロボット手術システム。
11. 前記カメラは、前記フットペダルが前記完全圧縮位置にあるとき、前記入力ハンドルが前記ホールドポーズから動かされた距離に基づいてスロットル操縦される、請求項８に記載のロボット手術システム。
12. 前記フットペダルは、前記第１の圧縮位置と前記完全圧縮位置との間に第２の圧縮位置を有し、前記フットペダルが前記第２の圧縮位置と前記完全圧縮位置との間にあるとき、前記入力ハンドルの動きが前記カメラを動かす、請求項４に記載のロボット手術システム。
13. 前記フットペダルが前記非圧縮位置と前記第２の圧縮位置との間にあるとき、前記カメラは、前記入力ハンドルの動きに応答して静止したままである、請求項１２に記載のロボット手術システム。
14. 前記入力ハンドルの動きは、前記フットペダルが前記第２の圧縮位置にあるとき、前記ツールの動きに対して前記第１および第２のスケーリング係数とは異なる第３のスケーリング係数でスケーリングされる、請求項１２に記載のロボット手術システム。
15. 前記入力ハンドルの動きは、前記フットペダルが前記完全圧縮位置にあるとき、前記ツールの動きに対して前記第１、第２、および第３のスケーリング係数とは異なる第４のスケーリング係数でスケーリングされる、請求項１４に記載のロボット手術システム。
16. 前記第１のスケーリング係数は３であり、前記第２のスケーリング係数は１０である、請求項１５に記載のロボット手術システム。
17. 前記第３のスケーリング係数は１１〜５００の範囲にあり、前記第４のスケーリング係数は１００〜１０００の範囲にある、請求項１５に記載のロボット手術システム。
18. 手術ロボットをロボット手術システムの処理ユニットを用いて制御する方法であって、
    前記ロボット手術システムのユーザコンソールのフットペダルの位置を受け取ることと、
    前記ユーザコンソールから入力信号を受信することであって、前記入力信号は、前記ユーザコンソールの入力ハンドルの動きを含む、受信することと、
    前記入力信号を受信したことに応答して、前記手術ロボットに制御信号を送信して、前記手術ロボットのツールまたは前記手術ロボットのカメラの少なくとも一方を動かすことと、を含み、
    前記処理ユニットは、前記フットペダルが非圧縮位置にあるとき、前記入力信号を前記ツールの動きに対して第１のスケーリング係数でスケーリングし、前記処理ユニットは、前記フットペダルが第１の圧縮位置にあるとき、前記入力信号を前記ツールの動きに対して前記第１のスケーリング係数とは異なる第２のスケーリング係数でスケーリングし、前記処理ユニットは、前記フットペダルが完全圧縮位置にあるとき、前記入力信号を前記カメラの動きに対してスケーリングする、方法。
19. 前記処理ユニットは、前記フットペダルが前記非圧縮位置と、前記第１の圧縮位置と前記完全圧縮位置との間の第２の圧縮位置との間にあるとき、前記カメラの位置を維持する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記手術ロボットに制御信号を送信することは、前記フットペダルが前記第２の圧縮位置と前記完全圧縮位置との間にあるときに前記カメラの動きをスロットル操縦する制御信号を送信することを含む、請求項１８に記載の方法。