JP2023541787A - 副ロボットコントローラに制御を移行するための外科用ロボットシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、外科医が低侵襲手術(MIS)を行うように設計されたソフトウェア制御の電気機械システムであるロボット支援手術システムが開示される。外科用ロボットシステムは、3つの主要なサブシステム、すなわち、外科医サブシステムであるユーザコンソール(外科医コンソール又は外科医ブリッジ)、中央制御サブシステムである制御タワー、並びに患者サブシステムであるテーブル及びロボットアームから構成され得る。ユーザコンソールの外科医席に着座した外科医は、マスタユーザ入力デバイス(UID)及びフットペダルを使用して、互換性のある器具の動きを制御し得る。外科医は、高解像度オープンステレオディスプレイ上で三次元(3D)内視鏡画像を見ることができ、その画像は、アイコン、アプリ、及び他のユーザインターフェース特徴と共に、患者の解剖学的構造及び器具類のビューを外科医に提供する。ユーザコンソールはまた、外科医シートの後部から引き出すことができる潜望鏡を使用して没入型ディスプレイのためのオプションを提供してもよい。
図2は、主題技術の態様による、外科用ロボットシステム600の例示的なハードウェア構成要素を示すブロック図である。例示的な外科用ロボットシステム600は、ユーザコンソール110、外科用ロボット120、及び制御タワー130を含み得る。外科用ロボットシステム600は、他の又は追加のハードウェア構成要素を含み得るため、図は、一例として提供されるものであり、このシステムアーキテクチャーへの限定ではない。
一実施形態では、制御タワー、台コントローラ、及びロボットアームは、リングネットワークなどのネットワークを介して互いに通信するが、他のタイプのネットワークを使用することもできる。図3は、一実施形態のネットワークトポロジの図である。図3に示すように、制御タワーの制御コンピュータ631は、コントローラRingNetインターフェース(controller RingNet interface、CRI)638を使用して、本明細書でRingNet-Cと呼ばれるプロトコルを使用して台のコンピュータ(ここでは、本明細書で「ベースコントローラ」とも呼ばれる台のアダプタコントローラ(table adapter controller、TAC)700)と通信し、「C」は「コントローラRingNetインターフェース」を指す。TAC700は、本明細書でRingNet-Aとして指定された異なるプロトコルを使用してロボットアーム622と通信し、「A」は「アーム」を指す。図3に示すように、TAC700は、台624の構成要素のクラスタ(本明細書では「TACクラスタ」と呼ばれることもある)と通信することもできる。例えば、この実施形態では、台624は関節式に連結され、台の旋回コントローラ(table pivot controller、TPC)710によって制御される駆動モータを有して、台上面の傾斜、移動などを行う。また、図3に示すように、台の配電ボード(table power distribution board、TPD)720、台のベースコントローラボード(TBC)730、及び台のスピーカボード(table speaker board、TSB)735は、コントローラエリアネットワーク(controller area network、CAN)を介してTAC700と通信する。もちろん、現在存在するか又は将来開発される他の構成要素及びネットワークプロトコルを使用することができる。TACクラスタ内の様々な台の構成要素は、台のエンドポイントと呼ばれることもある。
ユーザコンソールとTACとの間の通信チャネルに故障が発生する可能性があり、その結果、外科医がユーザコンソールのユーザ入力デバイスを用いてロボットアームを移動させることができなくなる可能性がある。これが発生する場合、ロボットアームは、おそらく患者の内部で、適所で作動停止させることができる。これは、患者がロボットアームによって捕らえられる危険な状況を招く可能性がある。以下の実施形態を使用して、主コンピュータの損失による患者の捕捉を軽減するために、そのような故障を検出し、制御タワー内の故障した主コンピュータからTAC内の副コンピュータ(及び必要に応じて1つ以上のバックアップ)への制御の移行をトリガする/容易にすることができる。
(1) 外科用ロボットであって、
ユーザコンソールと、
前記ユーザコンソールからの第1の入力に応答して前記外科用ロボットを制御するように構成された主コントローラと、
前記ユーザコンソールから遠隔の第2の入力に応答して前記外科用ロボットを制御するように構成された副コントローラと、を備え、
前記副コントローラは、前記主コントローラから通信を受信するように構成されており、
前記外科用ロボットの制御が、前記主コントローラからの通信の失敗に応答して前記主コントローラから前記副コントローラに移行される、外科用ロボット。
(2) 前記主コントローラが第1のメディエータを含み、前記副コントローラが第2のメディエータを含む、実施態様1に記載の外科用ロボット。
(3) 前記主コントローラからの前記通信が、所定のレートで前記第1のメディエータによって送信される心拍メッセージを含む、実施態様2に記載の外科用ロボット。
(4) 前記主コントローラからの通信の前記失敗が、前記第2のメディエータが1つ以上の心拍メッセージを受信できないときに検出される、実施態様3に記載の外科用ロボット。
(5) 前記主コントローラが、前記主コントローラが機能状態にあるかどうかを前記第1のメディエータに通知するように構成されたスーパーバイザプロセスを更に備え、前記第1のメディエータが、前記主コントローラが前記機能状態にあるときのみ、前記心拍メッセージを前記第2のメディエータに送信するように構成されている、実施態様3に記載の外科用ロボット。
(7) 前記外科用ロボットの前記制御を前記副コントローラに移行することが、前記外科用ロボットを制御するための前記第1の複数のプロセスの前記休止状態にされたコピーをアクティブ化することを含む、実施態様6に記載の外科用ロボット。
(8) 前記主コントローラが、前記外科用ロボットを制御するとき、前記外科用ロボットから状態情報を受信するように更に構成されている、実施態様1に記載の外科用ロボット。
(9) 前記外科用ロボットの前記制御を前記副コントローラに移行することが、前記状態情報を前記外科用ロボットから前記副コントローラにルーティングすることを含む、実施態様8に記載の外科用ロボット。
(10) 前記副コントローラが前記外科用ロボットを制御しているとき、前記副コントローラから所定のレートで心拍メッセージを受信するように構成されたバックアップコントローラを更に備え、
前記外科用ロボットの前記制御が、1つ以上の心拍メッセージの欠落に応答して、前記副コントローラから前記バックアップコントローラに移行される、実施態様1に記載の外科用ロボット。
前記バックアップコントローラが、前記第2の複数のプロセスの休止状態にされたコピーを含み、
前記外科用ロボットの前記制御を前記バックアップコントローラに移行することが、前記外科用ロボットを制御するための前記第2の複数のプロセスの前記休止状態にされたコピーをアクティブ化することを含む、実施態様10に記載の外科用ロボット。
(12) 前記副コントローラが、前記外科用ロボットを制御するとき、前記外科用ロボットから状態情報を受信するように構成されており、前記外科用ロボットの前記制御を前記バックアップコントローラに移行することが、前記外科用ロボットから前記バックアップコントローラに前記状態情報をルーティングすることを含む、実施態様10に記載の外科用ロボット。
(13) 前記バックアップコントローラが、前記副コントローラへの電力をオフにするように配電構成要素に命令するように更に構成されている、実施態様10に記載の外科用ロボット。
(14) ロボット方法であって、
第1の入力デバイスからの入力に基づいて主ロボットコントローラによって外科用ロボットの動きを制御することと、
前記主ロボットコントローラが前記外科用ロボットを制御している間、副ロボットコントローラによって前記主ロボットコントローラから心拍メッセージを受信することと、
1つ以上の心拍メッセージの受信に失敗したことに応答して、前記外科用ロボットの制御を前記副ロボットコントローラに移行することと、
前記第1の入力デバイスとは異なる第2の入力デバイスからの入力に基づいて、前記副ロボットコントローラによって前記外科用ロボットの動きを制御することと、を含む、ロボット方法。
(15) 前記主ロボットコントローラからの前記心拍メッセージの受信に失敗することが、前記主ロボットコントローラにおける電源の故障、ハードウェアの故障、ソフトウェアの故障、及び通信の故障のうちの少なくとも1つによって引き起こされる、実施態様14に記載のロボット方法。
(17) 前記外科用ロボットの制御を移行することが、前記外科用ロボットからの通信を前記主ロボットコントローラではなく前記副ロボットコントローラにルーティングすることを含む、実施態様14に記載のロボット方法。
(18) 前記副ロボットコントローラが前記外科用ロボットの動きを制御することができないという判定に応答して、前記外科用ロボットの制御を、前記副入力デバイスに結合されたバックアップロボットコントローラに移行することを更に含む、実施態様14に記載のロボット方法。
(19) 前記外科用ロボットの制御をバックアップロボットコントローラに移行することが、前記バックアップロボットコントローラ内のプロセスを休止状態から解除することと、前記外科用ロボットからの前記通信を前記副ロボットコントローラの代わりに前記バックアップコントローラにルーティングすることとを含む、実施態様18に記載のロボット方法。
(20) 外科用ロボットシステムであって、
手術台に取り付けられた1つ以上のロボットアームと、
前記手術台の遠隔にある第1のユーザインターフェースデバイスを含むユーザコンソールと、
前記ユーザコンソールにおいて前記第1のユーザインターフェースデバイスから受信された入力に応答して前記1つ以上のロボットアームを制御するように構成された主コントローラと、
前記主コントローラの故障に応答して、前記主コントローラから前記手術台内に位置付けられた副コントローラに前記1つ以上のロボットアームの制御を移行するための手段であって、前記副コントローラが、前記1つ以上のロボットアーム及び前記副コントローラに結合された第2のユーザインターフェースデバイスから受信された入力に応答して前記1つ以上のロボットアームを操縦するように構成されている、手段と、を備える、外科用ロボットシステム。
Claims (20)
- 外科用ロボットであって、
ユーザコンソールと、
前記ユーザコンソールからの第1の入力に応答して前記外科用ロボットを制御するように構成された主コントローラと、
前記ユーザコンソールから遠隔の第2の入力に応答して前記外科用ロボットを制御するように構成された副コントローラと、を備え、
前記副コントローラは、前記主コントローラから通信を受信するように構成されており、
前記外科用ロボットの制御が、前記主コントローラからの通信の失敗に応答して前記主コントローラから前記副コントローラに移行される、外科用ロボット。 - 前記主コントローラが第1のメディエータを含み、前記副コントローラが第2のメディエータを含む、請求項1に記載の外科用ロボット。
- 前記主コントローラからの前記通信が、所定のレートで前記第1のメディエータによって送信される心拍メッセージを含む、請求項2に記載の外科用ロボット。
- 前記主コントローラからの通信の前記失敗が、前記第2のメディエータが1つ以上の心拍メッセージを受信できないときに検出される、請求項3に記載の外科用ロボット。
- 前記主コントローラが、前記主コントローラが機能状態にあるかどうかを前記第1のメディエータに通知するように構成されたスーパーバイザプロセスを更に備え、前記第1のメディエータが、前記主コントローラが前記機能状態にあるときのみ、前記心拍メッセージを前記第2のメディエータに送信するように構成されている、請求項3に記載の外科用ロボット。
- 前記主コントローラが、前記外科用ロボットを制御するための第1の複数のプロセスを備え、前記副コントローラが、前記第1の複数のプロセスの休止状態にされたコピーを備える、請求項1に記載の外科用ロボット。
- 前記外科用ロボットの前記制御を前記副コントローラに移行することが、前記外科用ロボットを制御するための前記第1の複数のプロセスの前記休止状態にされたコピーをアクティブ化することを含む、請求項6に記載の外科用ロボット。
- 前記主コントローラが、前記外科用ロボットを制御するとき、前記外科用ロボットから状態情報を受信するように更に構成されている、請求項1に記載の外科用ロボット。
- 前記外科用ロボットの前記制御を前記副コントローラに移行することが、前記状態情報を前記外科用ロボットから前記副コントローラにルーティングすることを含む、請求項8に記載の外科用ロボット。
- 前記副コントローラが前記外科用ロボットを制御しているとき、前記副コントローラから所定のレートで心拍メッセージを受信するように構成されたバックアップコントローラを更に備え、
前記外科用ロボットの前記制御が、1つ以上の心拍メッセージの欠落に応答して、前記副コントローラから前記バックアップコントローラに移行される、請求項1に記載の外科用ロボット。 - 前記副コントローラが、前記外科用ロボットを制御するための第2の複数のプロセスを含み、
前記バックアップコントローラが、前記第2の複数のプロセスの休止状態にされたコピーを含み、
前記外科用ロボットの前記制御を前記バックアップコントローラに移行することが、前記外科用ロボットを制御するための前記第2の複数のプロセスの前記休止状態にされたコピーをアクティブ化することを含む、請求項10に記載の外科用ロボット。 - 前記副コントローラが、前記外科用ロボットを制御するとき、前記外科用ロボットから状態情報を受信するように構成されており、前記外科用ロボットの前記制御を前記バックアップコントローラに移行することが、前記外科用ロボットから前記バックアップコントローラに前記状態情報をルーティングすることを含む、請求項10に記載の外科用ロボット。
- 前記バックアップコントローラが、前記副コントローラへの電力をオフにするように配電構成要素に命令するように更に構成されている、請求項10に記載の外科用ロボット。
- ロボット方法であって、
第1の入力デバイスからの入力に基づいて主ロボットコントローラによって外科用ロボットの動きを制御することと、
前記主ロボットコントローラが前記外科用ロボットを制御している間、副ロボットコントローラによって前記主ロボットコントローラから心拍メッセージを受信することと、
1つ以上の心拍メッセージの受信に失敗したことに応答して、前記外科用ロボットの制御を前記副ロボットコントローラに移行することと、
前記第1の入力デバイスとは異なる第2の入力デバイスからの入力に基づいて、前記副ロボットコントローラによって前記外科用ロボットの動きを制御することと、を含む、ロボット方法。 - 前記主ロボットコントローラからの前記心拍メッセージの受信に失敗することが、前記主ロボットコントローラにおける電源の故障、ハードウェアの故障、ソフトウェアの故障、及び通信の故障のうちの少なくとも1つによって引き起こされる、請求項14に記載のロボット方法。
- 前記外科用ロボットの制御を移行することが、前記副ロボットコントローラ内のプロセスを休止状態から解除することを含み、前記副ロボットコントローラ内の前記プロセスが、前記外科用ロボットを制御するための前記主ロボットコントローラ内のプロセスのコピーである、請求項14に記載のロボット方法。
- 前記外科用ロボットの制御を移行することが、前記外科用ロボットからの通信を前記主ロボットコントローラではなく前記副ロボットコントローラにルーティングすることを含む、請求項14に記載のロボット方法。
- 前記副ロボットコントローラが前記外科用ロボットの動きを制御することができないという判定に応答して、前記外科用ロボットの制御を、前記副入力デバイスに結合されたバックアップロボットコントローラに移行することを更に含む、請求項14に記載のロボット方法。
- 前記外科用ロボットの制御をバックアップロボットコントローラに移行することが、前記バックアップロボットコントローラ内のプロセスを休止状態から解除することと、前記外科用ロボットからの前記通信を前記副ロボットコントローラの代わりに前記バックアップコントローラにルーティングすることとを含む、請求項18に記載のロボット方法。
- 外科用ロボットシステムであって、
手術台に取り付けられた1つ以上のロボットアームと、
前記手術台の遠隔にある第1のユーザインターフェースデバイスを含むユーザコンソールと、
前記ユーザコンソールにおいて前記第1のユーザインターフェースデバイスから受信された入力に応答して前記1つ以上のロボットアームを制御するように構成された主コントローラと、
前記主コントローラの故障に応答して、前記主コントローラから前記手術台内に位置付けられた副コントローラに前記1つ以上のロボットアームの制御を移行するための手段であって、前記副コントローラが、前記1つ以上のロボットアーム及び前記副コントローラに結合された第2のユーザインターフェースデバイスから受信された入力に応答して前記1つ以上のロボットアームを操縦するように構成されている、手段と、を備える、外科用ロボットシステム。
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