JP2023501480A - 外科手術ロボットを制御する方法 - Google Patents

Abstract

第一の位置（Ｅ）から中間位置（Ｅ’）への外科手術内視鏡の先端の移動を制御する方法であって、内視鏡の先端からの視野が、内視鏡の長手方向シャフトに対して角度（α）であり、方法は、第一の位置から第一の方向に移動するコマンドを受信することと、第一の位置で内視鏡の先端から名目上の視点（Ｎ）を特定することと、受信したコマンド、特定された名目上の視点および角度（α）に基づいて、第一の位置から先端の移動経路を計算することと、中間位置を決定することと、先端を中間位置に移動させることであって、中間位置が、名目上の視点が先端からの視野内に留まるような位置である、移動させることとを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、ロボット、特に外科手術ロボットの動きを制御すること、より詳細には、典型的には術野内の二つの位置間の外科手術内視鏡の移動を制御することに関する。

典型的なロボットマニピュレータ（すなわち、ロボット）は、ジョイントによって一緒に結合された一連の剛直な要素を含む。要素は、アームを形成するように直列に連結され得る。ジョイントは、剛直な要素の相対運動を引き起こすように駆動され得る。剛直な要素は、基部から始まり、エンドエフェクタで終端し得る。したがって、ジョイントの運動を使用して、所望の場所にエンドエフェクタを位置付けることができる。各ジョイントは、回転運動または直線運動を提供し得る。ジョイントは、任意の好適な手段、例えば、電気モータまたは油圧アクチュエータによって駆動され得る。

動作中、ロボットは、エンドエフェクタを所望の位置まで移動させる用に要求される。例えば、ロボットは、エンドエフェクタを使用して、物体を拾い上げる必要がある場合がある。これは、物体がある所までエンドエフェクタを移動する必要がある。これを達成するために、ジョイントのいくつかの運動の組み合わせが必要である。これらの動きの計算は、ロボットの制御システムの役割である。

図１は、共通のワークスペースで動作する複数のロボット１０１、１０２、１０３を示している。この実施例では、ロボットは、人１０４上で動作を実施するために使用される外科手術ロボットである。各ロボットは、可撓性アームを介して外科手術器具に接続された基部を含む。ロボットは、この場合外科医によって遠隔制御される。外科医は、図２に示される外科医コンソール２００に位置する。外科医は、ハンドコントローラ２０１、２０２を操作する。制御システムは、ハンドコントローラの動きを制御信号に変換して、外科用ロボットのアームジョイントおよび／または器具エンドエフェクタを移動させる。複数のロボットが同時に移動し得る。

内視鏡は、直線または角度の付いた光学系を有してもよい。一部の内視鏡は、直線および角度の付いた構成の両方を可能にする関節式先端を有し得る。角度の付いた内視鏡は、異なる配向でカメラヘッドに取り付けられてもよく、典型的には、直線、すなわち、内視鏡の長手方向シャフトに沿う（０°）、内視鏡の長手方向シャフトに対して、３０°上向きまたは３０°下向き、の三つの視野角が可能である。これらの例示的な構成は、図７ａ～７ｃに見ることができる。図７ａは、視野の中点７０１が器具４０４の長手方向軸に対して０°にあるように、先端Ｅからの視野７０２である０°視野角を示す。図７ｂは、３０°上向き構成を示し、図７ｃは、３０°下向き構成を示す。３０°が言及されているが、これは好ましい角度であるため、４５°または６０°上向きまたは下向きなどの他の角度も可能である。

図７ａ～ｃでは、剛性アーム部材７０６は、ジョイント７００によって取り付け部４０３に接続されるが、これは実施例であり、示されるのはロボットの８つのジョイントであり、それゆえ、下付き文字“８”を使用する。ジョイント７００は、軸ｚ_８の周りで、アーム部材７０６に対して取り付け部４０３が回転することを許容する。取り付け部４０３は、ジョイント７００とは反対の端に、この場合の内視鏡では、外科手術器具４０４を有する。内視鏡はその遠位端に視認チップＥを有する。内視鏡の先端は、内視鏡が患者に挿入されると外科医が術野を見ることができるいくつかの光学系を含む。光学系は、典型的には外科手術器具を貫通し、この場合、光パイプ７１０を介して退出する。光学系は、直線的に構成されてもよく、すなわち、図７ａに示すように、主視軸（Ｙ_Ｅ）が器具４０４の長手方向軸に沿って、または少なくとも平行である。別の方法として、図７ｂおよび図７ｃに示すように、光学系は、器具４０４の長手方向軸に対して角度を付けられてもよい。図７ｂは、３０°上向きの配置を示し、図７ｃは、３０°下向きの構成を示す。

多くの場合、外科医は、術野の適切な縮尺の画像を得るために、術野のズームインまたはズームアウトをするように、内視鏡の先端の位置を変更する必要がある。これには、術野内の内視鏡の先端の深さの変化が必要である。

外科手術ロボットに取り付けられた内視鏡は、開口部を通して手術される患者内に入り、典型的には、小さな開口部は内視鏡の左右移動が制限されたかまたは許容されない。したがって、この開口部は、内視鏡が入らなければならない仮想ピボット点（ＶＰＰ）を画定する。代替的に、物理的ピボット点は、例えば、内視鏡が入る構造要素によって作成することができ、またはピボット点は、ロボットアーム上の一つ以上のジョイントのロックによって画定され得る。このようにして、機械的ピボット点が作成される。特に明記されていない限り、ピボット点の作成に関するすべての選択肢を、“仮想ピボット点”、“機械的ピボット点”、または“ピボット点”に対する任意の言及で網羅することが意図されている。内視鏡は、内視鏡の先端から離れて位置する名目上の視点（Ｎ）を有する。は、外科医が見たい内視鏡先端から術野への期待距離として推定され得る。

直線型内視鏡、すなわち、カメラからの視線が内視鏡シャフトに沿って、または少なくとも平行である内視鏡を使用する場合、このような深さの変化は比較的単純である。外科医が内視鏡の先端の深さの変化を指示する時、外科手術ロボットに関連付けられた制御ユニットは、必要なロボットアームの移動を計算する。

角度付き内視鏡（すなわち、ゼロ以外の視野角を有する）については、動きの問題はより複雑である。主観的な視野内または主観的な視野外、すなわち、名目視野点に向かって、または名目上の視点から離れて、正確に移動するための簡単な方法はない。なぜなら、先端の任意の動きは、本質的に、視野を傾け、それゆえに、視野の中への方向が変化するからである。角度の付いた内視鏡を内視鏡のシャフト線に沿って移動させるだけで、内視鏡の先端のピッチ制御を使用して動作線を補正する必要があるため、ワークスペースの内外に移動するのが困難になる。

したがって、外科手術内視鏡を制御する改善された方法を提供することが有益であろう。

本発明によれば、第一の位置（Ｅ）から中間位置（Ｅ’）への外科手術内視鏡の先端の移動を制御する方法が提供され、内視鏡の先端からの視野が、内視鏡の長手方向シャフトに対して角度（α）であり、方法は、第一の位置から第一の方向に移動するコマンドを受信することと、第一の位置で内視鏡の先端から名目上の視点（Ｎ）を特定すると、受信したコマンド、特定された名目上の視点および角度（α）に基づいて、第一の位置から先端の移動経路を計算することと、中間位置を決定することと、先端を、名目上の視点が先端からの視野内に留まるような中間位置に移動させることと、を含む。

計算するステップは、先端の移動経路の湾曲経路を計算することを含み得る。湾曲経路は楕円形であってもよい。湾曲経路は、ピボット点（Ｖ）、第一の位置（Ｅ）および名目上の視点（Ｎ）を通過する円であってもよい。

計算するステップは、Ｅで湾曲経路の接線を計算することを含み得る。正接は、Ｖ、ＥおよびＮを含む平面にあってもよい。中間位置は、正接に沿っていてもよい。

先端の移動は、先端の移動経路に沿ってもよい。先端の中間位置への移動は、接線に沿ってもよい。

先端が中間位置内に入ると、本方法は、（ｉ）中間位置から先端の移動経路を再計算すること、（ｉｉ）新しい中間位置を決定すること、および（ｉｉｉ）先端を新しい中間位置に移動させることをさらに含み得る。

ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）は、一回以上繰り返されてもよい。ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）は、中間位置が最終位置になるまで繰り返されてもよい。

繰り返し計算の周波数は、５００Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚとすることができる。

名目上の視点（Ｎ）は、先端からの距離（ｎ）にあり得、ｎは固定される。

名目上の視点（Ｎ）は、先端からの距離（ｎ）にあり、ｎは可変である。

第一の方向は、ｎを変化させる運動の構成要素を含み得る。

コマンドは、名目上の視点に向かってズームインするコマンドを含んでもよい。

コマンドは、名目上の視点からズームアウトするコマンドを含んでもよい。

名目上の視点は、変更されない場合があり、すなわち、一つ以上の決定要因によって三次元空間に固定される。

角度（α）は、内視鏡の長手方向シャフトに対してプラスまたはマイナス３０度、４５度または６０度であってもよい。

移動させるステップの間、内視鏡は、それを通して内視鏡が通過しなければならないピボット点を通して軸方向に移動し得る。

第一の方向は、ｘ軸の運動、ｙ軸の運動、ｚ軸の運動、ピッチ、ロール、またはヨーのうちの一つ以上の構成要素を含んでもよい。

中間位置を計算するステップは、以下を使用して円の中心Ｏ_Ｗを決定することを含み得る：

式中、ｒは三角形の外接円の半径（Ｖ、Ｅ、Ｎ）であり、ｄは患者内の内視鏡の深さである。

半径（ｒ）は、以下を使用してＶからの内視鏡の深さ（ｄ）および所定の距離（ｎ）を使用して、決定され得る。

本発明はまた、外科手術内視鏡が取り付けられ得る制御可能なアームと、上述の方法を実施するように構成された制御ユニットとを有する外科手術ロボットを提供する。

ここで、添付図面を参照して、本開示を例として説明する。図は、以下の通りである。

図１は、三つの外科手術ロボットを含むロボットシステムによって手術されている人を例示する。 図２は、外科医コンソールを例示する。 図３は、ロボットシステムの概略図を例示する。 図４は、ロボットを例示する。 図５は、第一の位置から第二の位置に内視鏡の先端を移動するプロセスを示すフローチャートである。 図６ａは、術野（図６ａ）内への移動の概略図である。図６ｂは、術野（図６ｂ）からの移動の概略図である。 同上。 図７ａ～７ｃは、内視鏡先端の異なる視野構成を示す。

以下の説明は、複数のロボットと、制御ユニットとを備える、ロボットシステムに関する。制御ユニットは、ロボットを移動させる。ロボットアーム上の位置センサおよびトルクセンサは、感覚データを制御ユニットに中継する。制御ユニットは、この感覚データを使用して、ロボットアームに作用する外部力を検出する。

以下の実施例は、外科手術ロボットシステムに関する。図３を参照すると、外科手術ロボットシステム３００は、制御ユニット３０３によって駆動される二つの外科手術ロボット３０１、３０２を備える。制御ユニット３０３は、第一および第二のコントローラ３０５、３０６からの入力を含む、外科医のコンソール３０４から一つ以上の入力３０７を受信する。入力は、典型的には、外科手術ロボットのアーム（図４の４０２を参照）のうちの一つ以上の移動に関する、一つ以上の動き制御コマンドに対応する。制御ユニットは、外科医コンソールから、フットペダル（複数可）入力、ボタン入力、音声認識入力、ジェスチャ認識入力、視線認識入力などのような他の入力３０７を受信し得る。制御ユニット３０３はまた、外科手術ロボット３０１、３０２から入力３０８を受信する。これらの入力には、ロボットアームのジョイント上に位置する、位置センサおよびトルクセンサからのセンサデータが含まれる。制御ユニット３０３は、各ロボットから、力フィードバック、外科手術器具からのデータなどのような他の入力３０８を受信し得る。制御ユニット３０３は、ロボットおよび外科医コンソールから受信する入力に応答して、ロボット３０１、３０２を駆動する。制御ユニット３０３は、プロセッサ３０９およびメモリ３１０を備える。メモリは、プロセッサによって実行され得るソフトウェアコードを非一時的な方法で記憶して、プロセッサに、本明細書に記載の様式でドライバを制御させる。

各ロボット３０１、３０２は、図４に例示される形態４００である。ロボットは、外科手術手技が実施されるときに定位置に固定される基部４０１を備える。好適には、基部４０１は、シャーシに装着される。そのシャーシは、例えば、ロボットをベッドの高さに装着するためのベッドサイドカートなどのカートであってもよい。代替的に、シャーシは、天井に装着された装置、またはベッドに装着された装置であってもよい。

アーム４０２は、ロボットの基部４０１から外科手術器具４０４の取り付け部４０３まで延在する。アームは、可撓性である。アームは、その長さに沿って複数の可撓性ジョイント４０５によって関節式に連結される。ジョイント間にあるのは、剛性アーム部材４０６である。図４のアームは、七つのジョイントを有する。ジョイントは、一つ以上のロールジョイント（ジョイントのいずれかの側上のアーム部材の長手方向に沿った回転軸を有する）、一つ以上のピッチジョイント（前のアーム部材の長手方向に対して横方向の回転軸を有する）、および一つ以上のヨージョイント（また、前のアーム部材の長手方向に対して横方向であり、かつ同じ場所に位置するピッチジョイントの回転軸に対しても横方向の回転軸を有する）を含む。しかしながら、アームは、別様に接合され得る。例えば、アームは、より少ないかまたはより多いジョイントを有する場合がある。アームは、ジョイント、例えば、テレスコピックジョイントのそれぞれの側面の間の回転以外の動きを許容するジョイントを含み得る。ロボットは、ドライバ４０７のセットを含み、各ドライバ４０７は、ジョイント４０５のうちの一つ以上を駆動する。

取り付け部４０３は、外科手術器具４０４をアームの遠位端に取り外し可能に取り付けられることを可能にする。外科手術器具４０４は、直線状の剛直なシャフトおよびシャフトの遠位端にある作業チップを有する。作業チップは、医療手技に従事するためのエンドエフェクタを含む。外科手術器具は、アームの末端ジョイントの回転軸と直線的に平行に延在するように構成されてもよい。例えば、外科手術器具は、アームの末端ジョイントの回転軸と一致する軸に沿って延在してもよい。外科手術器具４０４は、例えば、切断、把持、焼灼、または撮像装置であってもよい。

ロボットアームは、一連のセンサ４０８、４０９を備える。これらのセンサは、ジョイントごとに、ジョイントの位置を検知するための位置センサ４０８、およびジョイントの回転軸の周りに加えられたトルクを検知するためのトルクセンサ４０９を備える。ジョイントの位置センサおよびトルクセンサのうちの一方または両方を、そのジョイントのモータと一体化させることができる。センサの出力は、それらがプロセッサ３０９への入力を形成する制御ユニット３０３に渡される。

図６ａは、角度の付いた内視鏡を３０°の下向きの方向に取り付けた、内向きの動きの幾何学的形状を示す。以下の考察は、３０°の下向きの配向を想定するが、計算内の角度に対する適切な変化を伴う他の角度構成に等しく適用可能である。この内向きの動きは、外科医が名目上の視点にズームインしたい場合に必要とされる。対照的に、図６ｂは、３０°上向きとして取り付けられた角度の付いた内視鏡を有する、外向きの動きの幾何学的形状を示す。この外向きの動きは、外科医が名目上の視点からズームアウトしたい場合に必要とされる。

この例では、固定距離であるが、例えば、患者の中の内視鏡先端の深さなどの別のパラメータに依存して、可変であってもよく、すなわち、ピボット点からの距離、またはおそらくＮは、内視鏡先端が動くにつれて本質的に変化しなければならない固定位置（例えば、術野の固定位置として外科医によって決定される）であってもよい。

角度ＶＰＰ－Ｏ－Ｎは６０°であり、これは、１８０°～１５０°＝３０°（共円四辺形定理から、すなわち、共円四辺形の対角は補角をなす）である、円の反対側上のＶＰＰ－Ｎによって範囲を定めた角度の二倍である。ＶＰＰ－Ｏ－Ｎは、辺ｒを有する正三角形である。

ここで、ｄ、ｎ、およびＶＰＰの観点から、最初にＯを見つけることによって、Ｅ’を見つける。

フレームＷのＯの座標は、（Ｗ、ＶＰＰ、ＯおよびＥの幾何学的形状から）以下によって与えられる：

符号±は、内視鏡が３０°下向き（＋）または３０°上向き（－）のどちらで取り付けられるかに依存する。後者のケースは図６ｂに示されており、これはまた、外向きの動きδ＜０の場合も示している。

ｄおよびｎの観点からｒを見つけるには、三角ＶＰＰ－Ｅ－Ｎで余弦法則を使用してもよい。

位置更新は高速（例えば、５００Ｈｚから１０ｋＨｚの間、好ましくは５ｋＨｚ）で行われるため、個々のタイムステップは典型的には非常に小さく、ＥＥ’はその後、Ｅで円に対してほぼ接線であり得る。したがって、弦ではなく接線を計算するより単純な近似を使用することが可能であり得る。そのため、弦ではなく接線を計算する、より単純な近似を用いることができる場合がある。ＥからＥ’までの距離が非常に小さいことを考えると、Ｅ’は典型的には中間位置である。何らかの段階では、Ｅ’は外科医が到達を望む最終的な位置となる。

単位ベクトルを半径ＯＥに沿って取得する。

次に、これをジョイント７００（図７ａ～ｃを参照）の回転軸に垂直な軸の周りでπ／２だけ回転させる。この軸は、３０°下向きの場合はｙ８と呼ばれてもよく、または３０°上向きの場合は－π／２と呼ばれてもよく、±は上付きの平方根と同じである。ｚ８軸は、エンドエフェクタシャフト軸４０４と一致してもよく、すなわち同一であってもよく、またはその軸に平行であってもよい。一致した場合、ｚ８軸はまた、直線型内視鏡の視軸（ｙ_Ｅ）と同じである。ｙ８軸は、ｚ８軸に対して垂直であり、図６ａによれば、Ｅで“ページ内”である。

次に、内視鏡アーム手首の姿勢、すなわち内視鏡の位置および配向を、Ｅ’およびＶＰＰから計算することができる。

先端がＥ’に移動すると、Ｅ’は新しいＥとなり、システムは、新しい開始位置Ｅの周りに基づいて新しいＥ’を再計算することができる。Ｅ’が、外科医が先端の配置を望む最終位置となるまで、再計算を続けることができ、その場合、さらなる再計算は不要である。この再計算は通常、Ｅ’が計算された経路上になく、むしろ上述したようにＥからの接線に沿っているときに必要となる。この場合、先端の実際の移動は、計算された経路に追従しない。先端は、円形、楕円、または渦巻きなどのより複雑な曲線である経路を追跡してもよい。追跡された経路は、計算された経路と同じであってもよいが、異なってもよい。先端によって追跡された経路は、一連の直線運動であってもよく、その短さ（上記δを参照）により、曲線に近似し得る。

別の方法として、経路が計算されると、計算された経路に従うように先端の移動を制御することができてもよく、その場合、再計算は必要とされない場合がある。

視距離パラメータは、３０°のケースとして好ましくは調整されるが、この視距離パラメータｎには「完全」な値はない。ｎ→０の場合の限界では、半径ｒ→ｄおよび接線ＥＥ’は視線ＥＮと同じになる。これは、望遠鏡の光学系の法線に沿って出入りするのに対応する。これは理論的には魅力的ですが、中に移動させるときには「下に傾ける」傾向にあり、より大きなｎ値ほど効果的には「まっすぐ入り」移動させるという錯覚は維持されない。

ｎ→∞の場合の限界では、接線ＥＥ’が内視鏡軸となり、この方法が内視鏡軸に沿って移動することを減少させるが、通常、上述のように３０°などの角度の付いた内視鏡については回避している。

値は経験的に調整され、ｎ＝０．１メートルが最も適切な値として特定された。先端の角度などの固定変数（すなわち、ｎが様々な先端の角度に対して異なる）に依存して、または、例えば、身体内で内視鏡の深さを変化させる、すなわち深さが変化すると、深さとの何らかの関係でｎが変化するなど、より連続的な変数に依存して、変動し得るｎに対する値を有することができ得る。

先端がピボット点に非常に近い場合、どちらの側でも、この３０°の運動モデルは、ロボットアームの一つ以上のジョイントにおいて望ましくないほど高い速度を引き起こす可能性がある。さらに、視覚はポート自体である傾向があるため、視界内の仮想物体の移動はあまり有用ではない。したがって、深さが閾値よりも小さい場合、制御ユニットは、直線型内視鏡の場合のように、シャフト線に沿った動きに戻り得る（すなわち、ｎ→∞）。

図５は、本発明の方法の最も単純な形態を示すフローチャートである。内視鏡が通過する任意の適切なポートまたは他の品目の取り付けを含む外科手術内視鏡の挿入のための適切な開口部が、患者に作成されたら、この開口部は仮想ピボット点を画定する（ステップ５０１）。外科医が手術する患者の中の位置が特定され、内視鏡が、典型的には、第一の位置で内視鏡の先端から所定の距離ｎで名目上の視点が特定されるように、視距離パラメータで位置付けられる（ステップ５０２）。しかしながら、名目上の視点は、ＶＰＰを特定する前に、例えば、関心部位を特定するために手術される患者の撮像後に、システムが所望の視点を設定する場合に、特定されてもよい。次に、ステップ５０３で、システムは、典型的には外科医からの一つ以上の動き入力のために、内視鏡を移動させるコマンドを受信し、次いで、上述の実施例に沿って、仮想ピボット点、名目上の視点、および第一の位置Ｅを通過する円形経路上の内視鏡の先端に対する中間位置Ｅ’を計算する。この中間位置は、必要なズームインまたはズームアウトかどうか、およびそのズームの範囲であるかどうかに関する外科医からの情報に依存する。ステップ５０４で、内視鏡の先端は中間位置に向かって移動され、中間位置は、名目上の視点が先端からの視野内であるような位置である。単語「向かって（ｔｏｗａｒｄｓ）」は、第二の位置に向かう直線で意味するものではなく、内視鏡の先端位置Ｅと名目上の視点Ｎとの間の距離を減少する任意の動きを包含する。上述のように、この動きは、計算された円形経路に沿っていてもよく、または一つ以上の接線方向の段差の形態を取ってもよく、段差は円形経路に対して接線方向である。方法はまた、ステップ５０６でのように、先端の比較的小さな移動の後、または所与の持続時間の後、改訂されたまたは代替的な円形経路の計算も含む場合がある。これはまた、先端が所望の最終位置、すなわち、外科医が移動することを望む位置に到達したかどうかに関する決定（ステップ５０５）を含んでもよい。さらなる計算の理由は、Ｎが変化した場合、または変化したときに、および／または患者の中の先端の深さが変化し、当初計算された円形経路は、内視鏡の先端の新しい位置Ｅ’および／またはＮの新しい位置などの他の変動因子に対して、もはや正確ではない。したがって、新しい円形経路を画定する新しい「ｒ」が計算され、内視鏡の先端が、新しい経路、または一連の一つ以上の接線方向の段差に沿って、名目上の視点に向かって移動することを意味する。計算のこの更新は、５００ｈｚ～１０ｋＨｚの間の周波数で、または内視鏡の先端が直線距離または弓状距離のいずれかで特定の距離を移動した後に行われてもよい。したがって、内視鏡の先端に続く実際の経路は、中間位置の初期計算と一致する円形であってもよく、または楕円もしくは他の幾何学的形状に従ってもよい。先端が所望の位置に到達したら、すなわちＥ’が所望の位置にあると、移動は停止する（ステップ５０７）。所望の位置は、典型的には、外科医が制御を解除した時にのみ決定され、すなわち、内視鏡の移動にそれ以上影響を与える入力は提供されない。

本明細書によって、本出願人は、本明細書に説明される各個々の特徴および二つ以上のかかる特徴の任意の組み合わせを、かかる特徴または組み合わせが、当業者に共通する一般知識に照らして、全体として本明細書に基づいて行うことができるような程度まで、かかる特徴または特徴の組み合わせが、本明細書に開示する任意の問題を解決するかにかかわらず、かつ特許請求の範囲を限定することなく、分離して開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のかかる個々の特徴または特徴の組み合わせからなり得ることを示している。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。

本明細書によって、本出願人は、本明細書に説明される各個々の特徴および二つ以上のかかる特徴の任意の組み合わせを、かかる特徴または組み合わせが、当業者に共通する一般知識に照らして、全体として本明細書に基づいて行うことができるような程度まで、かかる特徴または特徴の組み合わせが、本明細書に開示する任意の問題を解決するかにかかわらず、かつ特許請求の範囲を限定することなく、分離して開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のかかる個々の特徴または特徴の組み合わせからなり得ることを示している。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
第一の位置（Ｅ）から中間位置（Ｅ’）への外科手術内視鏡の先端の移動を制御する方法であって、前記内視鏡の前記先端からの視野が、前記内視鏡の長手方向シャフトに対して角度（α）にあり、前記方法が：
前記第一の位置から第一の方向に移動するコマンドを受信すること；
前記第一の位置で前記内視鏡の前記先端から名目上の視点（Ｎ）を特定すること；
前記受信したコマンド、前記特定された名目上の視点、および前記角度（α）に基づいて、前記第一の位置から前記先端の移動経路を計算すること；
前記中間位置を決定すること；および
前記先端を前記中間位置に移動させることであって、前記中間位置が、前記名目上の視点が前記先端からの視野内に留まるような位置である、移動させること、を含む、方法。
［態様２］
前記計算するステップが、前記先端の移動経路の湾曲経路を計算することを含む、態様１に記載の方法。
［態様３］
前記湾曲経路が楕円形である、態様２に記載の方法。
［態様４］
前記湾曲経路が、ピボット点（Ｖ）、前記第一の位置（Ｅ）、および前記名目上の視点（Ｎ）を通過する円である、態様２に記載の方法。
［態様５］
前記計算するステップが、Ｅで前記湾曲経路の接線を計算することを含む、態様２～４のいずれかに記載の方法。
［態様６］
前記接線が、Ｖ、ＥおよびＮを含む平面内にある、態様３に従属するときに、態様５に記載の方法。
［態様７］
前記中間位置が、前記接線に沿っている、態様５または態様６に記載の方法。
［態様８］
前記先端の移動が、前記先端の移動経路に沿う、態様１～７のいずれか一項に記載の方法。
［態様９］
前記先端の前記中間位置への移動が、前記接線に沿う、態様５～８のいずれかに記載の方法。
［態様１０］
前記先端が前記中間位置にあると、前記方法が、（ｉ）前記中間位置からの前記先端の移動経路を再計算すること、（ｉｉ）新しい中間位置を決定すること、および（ｉｉｉ）前記先端を前記新しい中間位置に移動させること、をさらに含む、態様１～９のいずれかに記載の方法。
［態様１１］
ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）が一回以上繰り返される、態様１０に記載の方法。
［態様１２］
ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）が、前記中間位置が最終位置になるまで繰り返される、態様１１に記載の方法。
［態様１３］
前記反復計算の周波数が、５００Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚである、態様１１に記載の方法。
［態様１４］
前記名目上の視点（Ｎ）が、前記先端からの距離（ｎ）にあり、ｎが固定されている、態様１～１３のいずれか一項に記載の方法。
［態様１５］
前記名目上の視点（Ｎ）が、前記先端からの距離（ｎ）にあり、ｎが可変である、態様１～１４のいずれか一項に記載の方法。
［態様１６］
前記第一の方向が、ｎを変化させる運動の構成要素を含む、態様１５に記載の方法。
［態様１７］
前記コマンドが、前記名目上の視点に向かってズームインするコマンドを含む、態様１～１６のいずれかに記載の方法。
［態様１８］
前記コマンドが、前記名目上の視点からズームアウトするコマンドを含む、態様１～１７のいずれかに記載の方法。
［態様１９］
前記名目上の視点が変化しない、態様１～１８のいずれか一項に記載の方法。
［態様２０］
前記角度（α）が、前記内視鏡の前記長手方向シャフトに対してプラスまたはマイナス３０度、４５度、または６０度である、態様１～１９のいずれか一項に記載の方法。
［態様２１］
前記移動させるステップの間、前記内視鏡が、前記内視鏡が通過しなければならないピボット点を介して軸方向に移動する、態様１～２０のいずれかに記載の方法。
［態様２２］
前記第一の方向が、ｘ軸の運動；ｙ軸の運動；ｚ軸の運動；ピッチ；ロール；またはヨーのうちの一つ以上の構成要素を含む、態様１～２１のいずれかに記載の方法。
［態様２３］
前記中間位置を計算するステップが、下記を使用して円の中心Ｏ _Ｗ を決定することを含み：

式中、ｒは三角形（Ｖ、Ｅ、Ｎ）の外接円の半径であり、ｄは患者内の前記内視鏡の深さである、態様４に従属するときに態様１～２２のいずれかに記載の方法。
［態様２４］
前記半径（ｒ）が、前記Ｖからの前記内視鏡の前記深さ（ｄ）および下記を使用した前記所定の距離（ｎ）を使用して決定される、態様１～２３のいずれか一項に記載の方法。

［態様２５］
外科手術内視鏡がその上に取り付けられ得る制御可能なアーム、および態様１～２４のいずれかに記載の方法を実施するように構成された制御ユニットを有する、外科手術ロボット。

Claims (25)

1. 第一の位置（Ｅ）から中間位置（Ｅ’）への外科手術内視鏡の先端の移動を制御する方法であって、前記内視鏡の前記先端からの視野が、前記内視鏡の長手方向シャフトに対して角度（α）にあり、前記方法が：
   前記第一の位置から第一の方向に移動するコマンドを受信すること；
   前記第一の位置で前記内視鏡の前記先端から名目上の視点（Ｎ）を特定すること；
   前記受信したコマンド、前記特定された名目上の視点、および前記角度（α）に基づいて、前記第一の位置から前記先端の移動経路を計算すること；
   前記中間位置を決定すること；および
   前記先端を前記中間位置に移動させることであって、前記中間位置が、前記名目上の視点が前記先端からの視野内に留まるような位置である、移動させること、を含む、方法。
2. 前記計算するステップが、前記先端の移動経路の湾曲経路を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記湾曲経路が楕円形である、請求項２に記載の方法。
4. 前記湾曲経路が、ピボット点（Ｖ）、前記第一の位置（Ｅ）、および前記名目上の視点（Ｎ）を通過する円である、請求項２に記載の方法。
5. 前記計算するステップが、Ｅで前記湾曲経路の接線を計算することを含む、請求項２～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記接線が、Ｖ、ＥおよびＮを含む平面内にある、請求項３に従属するときに、請求項５に記載の方法。
7. 前記中間位置が、前記接線に沿っている、請求項５または請求項６に記載の方法。
8. 前記先端の移動が、前記先端の移動経路に沿う、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記先端の前記中間位置への移動が、前記接線に沿う、請求項５～８のいずれかに記載の方法。
10. 前記先端が前記中間位置にあると、前記方法が、（ｉ）前記中間位置からの前記先端の移動経路を再計算すること、（ｉｉ）新しい中間位置を決定すること、および（ｉｉｉ）前記先端を前記新しい中間位置に移動させること、をさらに含む、請求項１～９のいずれかに記載の方法。
11. ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）が一回以上繰り返される、請求項１０に記載の方法。
12. ステップ（ｉ）～（ｉｉｉ）が、前記中間位置が最終位置になるまで繰り返される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記反復計算の周波数が、５００Ｈｚ～１０ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚである、請求項１１に記載の方法。
14. 前記名目上の視点（Ｎ）が、前記先端からの距離（ｎ）にあり、ｎが固定されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記名目上の視点（Ｎ）が、前記先端からの距離（ｎ）にあり、ｎが可変である、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記第一の方向が、ｎを変化させる運動の構成要素を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記コマンドが、前記名目上の視点に向かってズームインするコマンドを含む、請求項１～１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記コマンドが、前記名目上の視点からズームアウトするコマンドを含む、請求項１～１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記名目上の視点が変化しない、請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記角度（α）が、前記内視鏡の前記長手方向シャフトに対してプラスまたはマイナス３０度、４５度、または６０度である、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記移動させるステップの間、前記内視鏡が、前記内視鏡が通過しなければならないピボット点を介して軸方向に移動する、請求項１～２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記第一の方向が、ｘ軸の運動；ｙ軸の運動；ｚ軸の運動；ピッチ；ロール；またはヨーのうちの一つ以上の構成要素を含む、請求項１～２１のいずれかに記載の方法。
23. 前記中間位置を計算するステップが、下記を使用して円の中心Ｏ_Ｗを決定することを含み：
    

    

    式中、ｒは三角形（Ｖ、Ｅ、Ｎ）の外接円の半径であり、ｄは患者内の前記内視鏡の深さである、請求項４に従属するときに請求項１～２２のいずれかに記載の方法。
24. 前記半径（ｒ）が、前記Ｖからの前記内視鏡の前記深さ（ｄ）および下記を使用した前記所定の距離（ｎ）を使用して決定される、請求項１～２３のいずれか一項に記載の方法。
    

    
25. 外科手術内視鏡がその上に取り付けられ得る制御可能なアーム、および請求項１～２４のいずれかに記載の方法を実施するように構成された制御ユニットを有する、外科手術ロボット。

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