JP2024502808A - ロボット器具駆動制御 - Google Patents
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Abstract
ロボットシステムは、アクセスシース内に少なくとも部分的に配設されるように寸法決めされた細長いシャフトと、細長いシャフトをアクセスシース内で少なくとも部分的に後退させ、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の位置を判定し、かつアクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の判定された位置に基づいて、細長いシャフトの後退の速度を修正するように構成されている制御回路と、を備える医療器具を含む。
Description
（関連出願の相互参照）
本出願は、「ＰＯＳＩＴＩＯＮ－ＢＡＳＥＤ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＥＥＤＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する、２０２０年１２月３１日出願の米国仮出願第６３／１３２，７７１号、及び「ＰＯＳＩＴＩＯＮ－ＢＡＳＥＤ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＥＥＤＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する、２０２１年２月１７日出願の米国仮出願第６３／１５０，２７７号の優先権を主張するものであり、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、「ＰＯＳＩＴＩＯＮ－ＢＡＳＥＤ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＥＥＤＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する、２０２０年１２月３１日出願の米国仮出願第６３／１３２，７７１号、及び「ＰＯＳＩＴＩＯＮ－ＢＡＳＥＤ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ ＦＥＥＤＥＲ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する、２０２１年２月１７日出願の米国仮出願第６３／１５０，２７７号の優先権を主張するものであり、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、ロボット医療システムに関する。特定のロボット医療処置は、内視鏡のようなシャフト型器具の使用を伴う可能性があり、これらは、孔（例えば、自然孔）を通して患者内に挿入され、標的解剖学的部位まで前進させられ得る。医療器具は、患者の解剖学的構造の内外でのナビゲーションを容易にするために、制御可能かつ関節運動可能であることができる。器具フィーダデバイス及びシステムは、医療処置中にシャフト型医療器具の軸方向移動を制御することができる。
様々な実施形態が、例解目的のために添付の図面に描写され、決して本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。加えて、異なる開示した実施形態の様々な特徴を組み合わせて、本開示の一部である更なる実施形態を形成することができる。図面の全体を通して、参照番号を、参照要素間の対応関係を示すために再使用する場合がある。
１つ又は２つ以上の実施形態による、ロボットアームインターフェースを介して制御可能な器具フィーダデバイスを含むロボット医療システムの実施形態を示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、診断及び／又は治療的気管支鏡検査のために配置されるロボットシステムを示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、台ベースのロボットシステムを示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、図１～図３の医療システムのうちのいずれかに実装され得る医療システム構成要素を示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、図１～図３の医療システムのうちのいずれかに実装され得る医療システム構成要素を示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、患者の泌尿器系の部分内に配設され、器具フィーダと駆動係合するその作業チャネル内にバスケットデバイスを含む尿管鏡を示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、患者の泌尿器系の部分内に配設され、器具フィーダと駆動係合するその作業チャネル内にバスケットデバイスを含む尿管鏡を示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、ロボットアームに関連付けられた器具マニピュレータアセンブリの分解図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ結合される内視鏡及び器具フィーダデバイスを有するロボットアームの斜視図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の細長いシャフトの軸方向運動を駆動するように構成された器具フィーダの上面図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ位置判定画像認識アーキテクチャを示す図である。
本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、結石断片を捕捉し、後退させ、収集するためのプロセスを例解するフロー図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の軸方向駆動速度を自動的に修正するためのプロセスを例解するフロー図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の軸方向駆動速度を自動的に修正するためのプロセスを例解するフロー図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の軸方向駆動速度を自動的に修正するためのプロセスを例解するフロー図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具の軸方向駆動速度を自動的に修正するためのプロセスを例解するフロー図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ図１３－１、図１３－２、図１３－３、及び図１３－４のプロセスに関連付けられた様々なブロック、状態、及び／又は動作に対応する特定の画像である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ図１３－１、図１３－２、図１３－３、及び図１３－４のプロセスに関連付けられた様々なブロック、状態、及び／又は動作に対応する特定の画像である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ図１３－１、図１３－２、図１３－３、及び図１３－４のプロセスに関連付けられた様々なブロック、状態、及び／又は動作に対応する特定の画像である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ図１３－１、図１３－２、図１３－３、及び図１３－４のプロセスに関連付けられた様々なブロック、状態、及び／又は動作に対応する特定の画像である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれのロボットエンドエフェクタに取り付けられた器具及び器具ドライバ／フィーダを含むロボットシステムを示す図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、器具ドライバ／フィーダデバイスとアクセスシースアセンブリとのアセンブリを示す図であり、特定の速度ゾーンが識別される。
１つ又は２つ以上の実施形態による、器具ドライバ／フィーダデバイスとアクセスシースアセンブリとのアセンブリを示す図であり、特定の速度ゾーンが識別される。
本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、シース位置を確認するためのプロセスを例解するフロー図である。
本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、器具を挿入するためのプロセスを例解するフロー図である。
本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、器具を後退させるためのプロセスを例解するフロー図である。
横方向スコープ基部並進を使用して標本を除去するためのプロセスを例解するフロー図である。
本開示の態様による、それぞれ、器具後退を実施するために特定のゾーン内で並進されるように構成された１つ又は２つ以上のロボットエンドエフェクタを含むロボットシステムの俯瞰図及び側面図である。
本開示の態様による、それぞれ、器具後退を実施するために特定のゾーン内で並進されるように構成された１つ又は２つ以上のロボットエンドエフェクタを含むロボットシステムの俯瞰図及び側面図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転の状態におけるスコープ基部／ハンドルの俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転の状態におけるスコープ基部／ハンドルの俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転の状態におけるスコープ基部／ハンドルの俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転及び横方向並進の状態におけるスコープ基部／ハンドルの俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転及び横方向並進の状態におけるスコープ基部／ハンドルの俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転及び横方向並進の状態におけるスコープ基部／ハンドルの俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、器具後退及び／又は挿入に関連する様々な定量及び並進の状態における器具基部の俯瞰図である。
１つ又は２つ以上の実施形態による、器具後退及び／又は挿入に関連する様々な定量及び並進の状態における器具基部の俯瞰図である。
本明細書で提供される見出しは、単に便宜上のものであり、特許請求される発明の範囲又は意味に必ずしも影響を及ぼさない。特定の好ましい実施形態及び実施例が以下に開示されるが、発明の主題は、具体的に開示された実施形態を超えて他の代替実施形態及び／又は用途まで、並びにそれらの修正及び均等物まで拡張する。したがって、本明細書から生じ得る特許請求の範囲は、以下に記載される特定の実施形態のうちのいずれかによって限定されない。例えば、本明細書で開示した任意の方法又はプロセスにおいて、方法又はプロセスの行為又は動作は、任意の好適な順序で行ってもよく、必ずしも何らかの特定の開示した順序に限定されない。様々な動作を、特定の実施形態を理解することに役立ち得る方法で、複数の別個の動作として順々に説明する場合がある。しかしながら、説明の順序は、これらの動作が順序に依存することを意味すると解釈してはならない。更に、本明細書に記載の構造、システム、及び／又はデバイスは、統合されたコンポーネント又は別個のコンポーネントとして具体化され得る。様々な実施形態を比較する目的で、これらの実施形態の特定の態様及び利点について説明する。必ずしもこのような態様又は利点が全て、何らかの特定の実施形態によって実現されるわけではない。したがって、例えば、様々な実施形態を、本明細書で教示されるような１つの利点又は利点の群の実現又は最適化を、やはり本明細書で教示又は示唆され得る他の態様又は利点を必ずしも実現することなく行う方法で実行し得る。
特定の空間的に相対的な語、例えば「外側」、「内側」、「上側」、「下側」、「下方」、「上方」、「垂直」、「水平」、「頂部」「底部」、及び同様の用語は、本明細書では、あるデバイス／要素又は解剖学的構造の別のデバイス／要素又は解剖学的構造に対する空間的関係を説明するために用いられるが、これらの用語は、本明細書では、図面の例解された向きに関してなど、要素／構造間の位置関係を説明するために説明を簡単にするために使用されることを理解されたい。空間的に相対的な語は、図面に示す向きに加えて、使用又は動作時に、要素／構造の異なる向きを包含することが意図されていることを理解されたい。例えば、要素／構造が別の要素／構造の「上方」にあると説明される場合、対象患者又は要素／構造の代替的な向きに対してそのような他の要素／構造の下方又は脇にある位置を表すことがあり、逆もまた同様である。上に列挙されたものを含む空間的に相対的な用語は、参照される図のそれぞれの例解された向きに対して理解され得ることを理解されたい。
特定の参照番号は、１つ又は２つ以上の点で類似し得る特徴を有するデバイス、構成要素、システム、特徴、及び／又はモジュールの便宜上、本開示の図セットのうちの異なる図にわたって再使用される。しかしながら、本明細書に開示される実施形態のうちのいずれかに関して、図面における共通の参照番号の再使用は、そのような特徴、デバイス、構成要素、又はモジュールが同一又は類似であることを必ずしも示さない。むしろ、当業者は、共通の参照番号の使用が、参照される主題間の類似性を暗示することができる程度に関して、文脈によって情報を得る場合がある。特定の図の説明の文脈における特定の参照番号の使用は、その特定の図における識別されたデバイス、構成要素、態様、特徴、モジュール、又はシステムに関連すると理解することができ、必ずしも別の図において同じ参照番号によって識別される任意のデバイス、構成要素、態様、特徴、モジュール、又はシステムに関連しないと理解することができる。更に、共通の参照番号で識別される別個の図の態様は、特性を共有するように、又は互いに完全に独立しているように解釈することができる。
本開示は、器具フィーダを使用してシャフト型器具の軸方向の移動に関して自動一時停止、減速、及び／又は他の速度制御／修正を実施するためのシステム、デバイス、及び方法を提供し、そのような速度制御／修正は、器具フィーダによって係合又は駆動される器具及び／又はその構成要素若しくは部分の位置の判定に少なくとも部分的に基づく。例えば、いくつかの実装形態は、関連する処置部位へのアクセスを提供する体腔又は導入器／アクセスシースから関連する器具が出たときに、器具フィーダアクチュエータ機構を自動一時停止、減速、又は加速させる実装形態に関する。本開示に関連する器具フィーダデバイス及び他の医療デバイスに関して、「デバイス」という用語は、その広義かつ通常の意味に従って使用され、任意のタイプのツール、器具、アセンブリ、システム、サブシステム、装置、構成要素、又は同等物を指し得る。本明細書のいくつかの文脈では、「器具」という用語は、「デバイス」という用語と実質的に互換的に使用され得る。
本開示の特定の態様は、腎臓結石の除去／治療処置など腎臓、泌尿器、及び／又は腎臓病学的な処置という文脈で本明細書に詳述するが、かかる文脈は、便宜上及び明確性のために提供され、本明細書に開示される軸方向駆動制御、器具位置判定／検出、及び検体収集の概念は、ロボット気管支鏡検査などの任意の好適な医療処置に適用可能であることが理解されるべきである。しかしながら、述べられるように、腎臓／泌尿器系の解剖学的構造並びに関連する医療問題及び処置の説明が、本明細書に開示される発明の概念の説明を補助するために以下に提示される。
尿管鏡検査処置などの特定の医療処置では、アクセスシースを通して処置部位にアクセスする細長い医療器具を利用して、腎臓結石及び結石断片又は他の廃物若しくは汚染物質などの破片を処置部位から除去し得る。腎臓結石疾患は、尿路結石症としても知られているが、尿路において、「腎臓結石」、「尿路結石」、「腎結石」、「腎臓結石症」、又は「腎結石症」と称される物質の固体片が形成されることを含む医学的状態である。尿路結石は、腎臓、尿管、及び膀胱内で形成及び／又は見出される場合がある（「膀胱結石」と称される）。このような尿路結石は、尿液中のミネラルが濃縮した結果として形成される可能性があり、このような結石が、尿管又は尿道を通る尿流を妨げるのに十分なサイズに達すると、著しい腹痛を引き起こす可能性がある。尿路結石は、カルシウム、マグネシウム、アンモニア、尿酸、シスチン、及び／若しくは他の化合物、又はそれらの組み合わせから形成され得る。
腎臓結石を伴う患者を治療するために、観察、医学的処置（排出療法など）、非侵襲的治療（体外衝撃波結石破砕術（extracorporeal shock wave lithotripsy、ＥＳＷＬ）など）、低侵襲又は外科的治療（尿管鏡検査及び経皮的腎結石摘出術（percutaneous nephrolithotomy、「ＰＣＮＬ」）など）など、いくつかの方法を使用することができる。いくつかのアプローチ（例えば、尿管鏡検査及びＰＣＮＬ）では、医師は、結石にアクセスし、結石は、より小さい破片又は断片に破砕され、比較的小さい結石断片／粒子は、バスケットデバイス及び／又は吸引を使用して腎臓から摘出される。
いくつかの処置では、外科医は、内視鏡（例えば、尿管鏡）を尿道を通って尿路内に挿入して、膀胱及び尿管から尿路結石を除去し得る。典型的には、尿管鏡は、その遠位端に尿路の可視化を可能にするように構成されたカメラを含む。尿管鏡はまた、尿路結石を捕捉又は破砕するように構成された砕石デバイスを含むか、又は砕石デバイスを尿管鏡の作業チャネル内に置くことを許容することができる。尿管鏡処置中に、１人の医師／技師が、尿管鏡の位置を制御し得る一方で、別の医師／技師は、砕石デバイスを制御し得る。
比較的大きな結石を除去する処置などのいくつかの処置では、医師は、結石を破砕及び／又は除去するために処置部位にアクセスできるようにするために、皮膚（すなわち、経皮的に）及び介在する組織を通して腎盂尿管鏡を挿入することを伴う経皮的腎結石摘出術（「ＰＣＮＬ」）技法を使用し得る。標的解剖学的部位へのアクセスチャネルを提供するために使用される経皮的アクセスデバイス（例えば、腎盂尿管鏡、シース、シースアセンブリ、及び／又はカテーテル）（及び／又は直接進入内視鏡）は、標的部位に灌注流体流を提供するため、並びに／又は（例えば、受動的流出及び／若しくは能動的吸引を通して）標的部位から流体を吸引するための、１つ又は２つ以上の流体チャネルを含み得る。
尿管鏡処置の場合、医師は、比較的大きな腎臓結石を比較的小さな断片に破壊してその摘出を容易にする処置を実施し得る。例えば、特定の器具を利用して、例えばレーザ照射によって、又は腎臓結石への他の劈開力の適用によって、結石をより小さな断片に破砕し得る。いくつかの処置によれば、バスケットデバイス／システムを使用して、比較的小さい結石断片を捕捉し、それらを治療部位から患者の外へ摘出し得る。一般に、結石が捕捉されると、外科医は、結石を検体収集構造又は領域内に堆積／落下させるようにバスケットを開く前に尿管アクセスシースを通して結石を迅速に摘出することを望む場合があり、その後、残っている結石又は結石断片があればそれを摘出する目的で、バスケットを閉じてアクセスシースを通して（例えば、内視鏡／尿管鏡の作業チャネル内に）再挿入し得る。
ロボット支援型尿管鏡処置は、腎臓結石除去処置など様々な医療処置に関連して実施することができ、ロボットツールは、医師／泌尿器科医が内視鏡標的アクセス並びに経皮的アクセス／治療を実行することを可能にすることができる。有利なことに、本開示の態様は、内視鏡／尿管鏡の軸方向挿入及び／又は後退をロボット制御して、処置効率及び有効性を改善するためのシステム、デバイス、及び方法に関する。いくつかの尿管鏡処置に関して、３０個まで又はそれを上回る結石断片を捕捉及び摘出することが必要であり得、各々、前進、捕捉、及び後退シーケンス／トリップが必要とされる。アクセスシースを通してバスケット及びスコープを後退させ、捕捉された結石断片を落下／堆積させ、アクセスシース内に及びアクセスシースを通してスコープ／バスケットを再挿入するプロセスは、理想的には、効率的な様式で反復可能であり得る。しかしながら、そのようなプロセスは、結石断片及びバスケットがアクセスシース外に摘出されるように、スコープがアクセスシースの近位開口部をクリアするときを確認するために、医師が後退中にスコープカメラ画像／視野を監視することを必要とし得る。次いで、捕捉された結石断片を落下／堆積させるためにバスケットをいつ開閉すべきかを確認するために、別の技術者と連携することが必要な又は望ましい場合がある。その後、スコープ／バスケットをアクセスシース内に挿入する際には、スコープがアクセスシースの外側に高速で前進し、患者の生理機能及び／又は外科的構造／デバイスに傷害又は損傷がもたらされることを防止するために、慎重な動作が必要となる可能性がある。
本明細書に説明される実施例のうちのいくつかでは、物体除去処置は、腎臓から結石を除去するためのロボットシステム及び医療器具／デバイスの使用に関する。しかしながら、本開示は、腎臓結石処置のみに限定されない。例えば、以下の説明は、例えば、胆嚢結石除去、肺臓（肺／経胸腔的）腫瘍生検、又は白内障除去などの、内視鏡的及び／又は経皮的アクセスを介して治療部位又は患者の体腔（例えば、食道、尿管、腸、眼など）若しくは他の解剖学的部位から除去することができる任意の物体を含む、患者からの物体の除去に関係する処置のような、診断又は治療のための他の外科手術又は医療手術にも適用可能である。本開示の特定の実施形態は、スコープの後退速度及び／又は後退が停止／一時停止される位置に関して、器具フィーダを使用するスコープ又は他の細長いシャフトの後退に関連付けられた問題を有利に未然に防ぐ。
医療システム
図１に、本開示の態様による様々な医療処置を行うための医療システム例１００を例示する。医療システム１００は、例えば、内視鏡（例えば、尿管鏡）処置に使用され得る。上記で言及し、説明したように、特定の尿管鏡処置は、腎臓結石の治療／除去を伴う。いくつかの実装形態では、腎臓結石治療は、特定のロボット技術／デバイスの支援から利益を享受することができる。ロボット医療ソリューションは、厳密に手動の処置と比較して、特定の器具に対して相対的に高い精度、優れた制御、及び／又は優れた手と眼との協調を提供することができる。例えば、いくつかの処置による、腎臓へのロボット支援尿管鏡のアクセスは、有利に、泌尿器科医が内視鏡制御及びバスケット制御の両方を個々に実行することを可能にする。
図１に、本開示の態様による様々な医療処置を行うための医療システム例１００を例示する。医療システム１００は、例えば、内視鏡（例えば、尿管鏡）処置に使用され得る。上記で言及し、説明したように、特定の尿管鏡処置は、腎臓結石の治療／除去を伴う。いくつかの実装形態では、腎臓結石治療は、特定のロボット技術／デバイスの支援から利益を享受することができる。ロボット医療ソリューションは、厳密に手動の処置と比較して、特定の器具に対して相対的に高い精度、優れた制御、及び／又は優れた手と眼との協調を提供することができる。例えば、いくつかの処置による、腎臓へのロボット支援尿管鏡のアクセスは、有利に、泌尿器科医が内視鏡制御及びバスケット制御の両方を個々に実行することを可能にする。
図１のシステム１００は、尿管鏡処置の観点から提示されるが、本明細書に開示される原理は、任意のタイプの内視鏡処置において実施され得ることを理解されたい。更に、本明細書で説明される例のうちのいくつかは、腎臓からの腎臓結石の除去を含む物体除去処置に関する。しかしながら、本開示は、腎結石除去のみに限定されない。例えば、以下の説明は、経皮的及び／又は内視鏡的アクセスを介して治療部位又は患者腔（例えば、食道、尿管、腸、眼など）から除去することができる任意の物体を含む、患者からの物体の除去に関する他の外科手術若しくは医療手術又は医療処置、例えば、胆嚢結石除去、肺（肺疾患／経胸腔）腫瘍生検、又は白内障摘出などにも適用可能である。
医療システム１００は、医療器具４０（例えば、尿管鏡）と係合し、かつ／又はそれを制御し、患者７に対して直接進入処置を実行するように構成されたロボットシステム１０（例えば、移動式ロボットカート）を含む。「直接進入」という用語は、本明細書では、その広義かつ通常の意味に従って使用され、患者の身体の天然又は人工開口部を通した器具類の任意の進入を指し得る。例えば、図１を参照すると、患者７の尿路内へのスコープ４０の直接進入は、尿道６５を介して行われ得る。
直接進入器具４０は、内視鏡（尿管鏡など）、カテーテル（操縦可能又は非操縦可能カテーテルなど）、腎盂尿管鏡、腹腔鏡、又は他のタイプの医療器具を含む、任意のタイプの医療器具であり得ることを理解されたい。尿管アクセスシース（例えば、尿管アクセスシース９０）を通して腎臓結石を除去するための尿管鏡処置に関連する本開示の実施形態はまた、経皮アクセスシースを通すなど、経皮的アクセスを介して物体を除去するためのソリューションに適用可能である。例えば、器具は、腎臓結石を捕捉して除去するために、例えば経皮アクセスシースを通して経皮的に腎臓にアクセスし得、そのような器具の挿入及び後退速度を、本開示の態様による器具位置に基づいて修正／制御することができる。「経皮アクセス」という用語は、本明細書では、その広く通常の意味に従って使用され、患者の皮膚、及び処置と関連付けられた標的の解剖学的な場所（例えば、腎臓７０の腎杯網）に到達するために必要な任意の他の身体層を通した器具の穿刺及び／又は小切開などによる進入を指し得る。
医療システム１００は、ロボットシステム１０と連動し、処置に関する情報を提供し、かつ／又は種々の他の動作を実行するように構成された制御システム５０を含む。例えば、制御システム５０は、医師５及び／又は他の技師若しくは個人を支援するために特定の情報を提示するように構成された１つ又は２つ以上のディスプレイ５６を含むことができる。医療システム１００は、患者７を保持するように構成された台１５を含むことができる。システム１００は、ロボットシステム１０のロボットアーム１２のうちの１つ又は２つ以上によって保持され得るか、又は独立型デバイスであり得る、電磁（electromagnetic、ＥＭ）場発生器１８を更に含み得る。様々なロボットアームが様々な位置で示され、様々なツール／デバイスに結合されているが、そのような構成は、便宜上及び例解目的で図示されており、そのようなロボットアームは、経時的に、かつ／又は医療処置中の異なる時点で異なる構成を有し得ることを理解されたい。更に、ロボットアーム１２は、図１に示されるものとは異なるデバイス／器具に結合され得、いくつかの場合又は期間において、アームのうちの１つ又は２つ以上は、利用されない又は医療器具（例えば、器具マニピュレータ／カップリング）に結合されない場合がある。
例示的な使用例では、患者７が腎臓７０に位置する腎臓結石（又は結石断片）８０を有する場合、医師は、尿管（６３、６０、６５）を通して結石８０を除去するための処置を実行し得る。いくつかの実施形態では、医師５は、制御システム５０及び／又はロボットシステム１０と相互作用して、ロボットシステム１０に、尿道６５から、膀胱６０を通って、尿管６３の上方へと、かつ石８０が位置する腎盂７１及び／又は腎臓７０の杯網内へと医療器具４０（例えば、スコープ）を前進させ、ナビゲートすることができる／ロボットシステム１０をそのように制御することができる。医師５は更に、制御システム５０及び／又はロボットシステム１０と相互作用して、器具４０の作業チャネルを通したバスケットデバイス３０の前進を引き起こす／制御することができ、バスケットデバイス３０は、腎臓結石の捕捉及び除去を容易にするように構成されている。制御システム５０は、医師５がそのような器具をナビゲート／制御するのを支援するために、医療器具４０と関連付けられた情報（例えば、医療器具４０で捕捉されたリアルタイムの内視鏡画像）及び／又はシステム１００の他の器具と関連付けられた情報を、ディスプレイ５６を介して提供し得る。
腎解剖学的構造は、本発明の概念の態様に関連する特定の医療処置に関して参考のために本明細書に記載されている。図１の典型的な解剖学的位置に大まかに示された腎臓７０は、概して、後腹膜腔内でそれぞれ左側及び右側に位置する２つの豆形状の器官を含む。成人のヒトでは、腎臓は、概して、高さ／長さが約１１ｃｍである。腎臓は、対の腎動脈６９から血液を受け取り、血液は、対の腎静脈６７を介して腎臓から出る。各腎臓７０は、腎臓７０から膀胱６０に排出された尿を運ぶ管を一般的に含む、それぞれの尿管６３と流体結合している。
腎臓７０は、典型的には、腹腔内で相対的に高い場所に位置しており、わずかに斜めの角度で後腹膜位置にある。概して肝臓の位置によって生じる腹腔内の非対称性により、（図１に詳細に示すように）典型的には、右腎臓が左よりわずかに低く、かつ小さくなり、左腎臓よりもわずかに中央に配置される。各腎臓の上部には、副腎（図示せず）がある。腎臓７０の上部は、第１１肋骨及び第１２肋骨（図示せず）によって部分的に保護される。その副腎を伴う各腎臓は、脂肪の２つの層、すなわち、腎筋膜と腎被膜との間に存在する腎周囲脂肪、及び腎筋膜の上方にある腎傍脂肪によって概して囲繞される。
腎臓７０は、様々な体液区画の体積、流体浸透圧、酸塩基平衡、様々な電解質濃度、及び毒素の除去の制御に関与する。腎臓７０は、特定の物質を分泌し、他の物質を再吸収することによって、濾過機能を提供する。尿中に分泌される物質の例は、水素、アンモニウム、カリウム、及び尿酸である。加えて、腎臓はまた、ホルモン合成などの他の様々な機能を行う。
腎臓７０の凹状境界上の陥凹領域は、腎動脈６９（腎臓７０の詳細図には図示せず）が腎臓７０に進入し、腎静脈６７（詳細図には図示せず）及び尿管６３が退出する、腎門８１である。腎臓７０は、頑丈な線維組織である腎被膜７４によって囲繞され、これは、それ自体が腎周囲脂肪、腎筋膜、及び腎傍脂肪によって囲繞される。これらの組織の前（正）面は腹膜であり、一方で後（裏）面は横筋筋膜である。
腎臓７０の機能基質又は実質は、２つの主要な構造、すなわち、外側腎皮質７７及び内側腎髄質８７に分割される。これらの構造は、各々、腎錐体７２と呼ばれる髄質の一部を囲繞する腎皮質を含有する、複数の略円錐形の腎葉の形状を採る。腎錐体７２の間には、腎柱７３と呼ばれる皮質の突起がある。腎臓の尿産生機能構造である、ネフロン（図１に詳細に図示せず）は、皮質７７及び髄質８７にまたがる。ネフロンの初期フィルタリング部分は、皮質に位置する腎小体であり、皮質から髄様ピラミッドの奥へと入る腎管が続く。腎皮質の一部である髄線は、単一の集合管の中に排出する尿細管の集合である。
各腎錐体の先端部／頂部、又は乳頭７９は、尿をそれぞれの小腎杯７５に出し、小腎杯７５は、大腎杯７６の中に出し、大腎杯７６は、尿管６３に移行する腎盂７１の中に出す。小腎杯及び大腎杯のマニホールド型の集合は、本明細書では、腎臓の「腎杯網」と称され得る。腎門８１では、尿管６３及び腎静脈６７が腎臓から出て、腎動脈６９が入る。腎門部脂肪及びリンパ節を伴うリンパ組織は、これらの構造を囲んでいる。腎門部脂肪は、腎洞と言われる脂肪で充填された体腔に隣接する。腎洞は、腎盂７１及び杯７５、７６を集合的に含有し、これらの構造を腎髄組織から分離する。杯に関連する漏斗状／管状解剖学的構造は、漏斗と称され得る。すなわち、漏斗は概して、乳頭が杯内で曝露される杯の終端部をもたらす。
医療システム１００を更に参照すると、医療器具４０（例えば、スコープ、直接進入器具など）は、尿路を通して腎臓７０の中に前進させることができる。具体的には、尿管アクセスシース９０は、尿路内の腎臓７０の近くの領域に配設され得る。示されるように、腎臓７０の内部解剖学的構造へアクセスするために、医療器具４０を尿管アクセスシース９０に通過させ得る。腎臓結石８０の部位に（例えば、石８０にアクセス可能である腎臓７０の標的杯７５内に）来ると、医療器具４０を使用して、バスケットデバイス３０を標的場所に導く／方向付けることができる。石８０がバスケットデバイス３０の遠位バスケット部分３５内に捕捉されると、利用された尿管アクセス経路を使用して、腎臓結石８０を患者７から摘出し得る。
システム１００のスコープ４０などの本明細書に開示される様々なスコープタイプの器具は、ヒトの解剖学的構造の自然口又は管腔内など、ヒトの解剖学的構造内を移動するように構成することができる。「スコープ」及び「内視鏡」という用語は、それらの広義かつ通常の意味に従って本明細書で使用され、画像生成、視認、及び／又は捕捉機能を有し、かつ身体の任意のタイプの器官、体腔、管腔、小室、又は空間内に導入されるように構成されている任意のタイプの細長い医療器具を指し得る。スコープは、例えば、（例えば、尿路にアクセスするための）尿管鏡、腹腔鏡、（例えば、腎臓にアクセスするための）腎盂尿管鏡、（例えば、気管支などの気道にアクセスするための）気管支鏡、（例えば、結腸にアクセスするための）結腸鏡、（例えば、関節にアクセスするための）関節鏡、（例えば、膀胱にアクセスするための）膀胱鏡、（例えば、結腸及び／又は直腸にアクセスするための）結腸鏡、ボアスコープなどを含むことができる。スコープ／内視鏡は、いくつかの事例では、少なくとも部分的に剛性及び／又は可撓性チューブを備え得、外側シース、カテーテル、導入器、若しくは他の管腔型デバイス内を通過させられるように定寸され得るか、又はそのようなデバイスを用いることなく使用され得る。
システム１００は、有利には、本明細書に詳細に開示されるように、判定／検出されたスコープ位置に基づいて、特定のスコープ後退速度制御／修正を実施するように構成され得る。そのようなスコープ速度制御は、有利には、効率的な結石除去、並びにスコープ挿入及び後退中の組織及び／又は器具類の損傷の防止又はリスクの低減を提供し得る。
図２は、１つ又は２つ以上の実施形態による、診断及び／又は治療的気管支鏡検査のために配置されたカートベースのロボットシステム１０１を例解する。気管支鏡検査の間、ロボットシステム１０のアーム１２は、気管支鏡検査用の処置専用気管支鏡であり得る、操縦可能な内視鏡５２などの医療器具を、自然孔アクセスポイント（例えば、本実施例では、台１５上に位置決めされた患者７の口）を通して駆動し、診断及び／又は治療ツールを送達するように構成され得る。示すとおり、ロボットシステム１０（例えば、カート）は、アクセスポイントへのアクセスを提供するために、患者の上部胴体に近接して位置決めされ得る。同様に、ロボットアーム１２は、アクセスポイントに対して気管支鏡５２を位置決めするように作動させ得る。また、消化管（Gastro-Intestinal、ＧＩ）処置を、ＧＩ処置に特化した内視鏡である胃鏡を用いて行うときにも図２の配置を利用し得る。
ロボットシステム１０が適切に位置決めされると、ロボットアーム１２は、操縦可能な内視鏡５２をロボットで、手動で、又はそれらの組み合わせで患者内に挿入することができる。操縦可能な内視鏡５２は、内側リーダ部分及び外側シース部分などの少なくとも２つの伸縮式部品を備え得、各部分は、器具フィーダ１１のセットから別個の器具ドライバに結合され、各器具フィーダは、それぞれのロボットアーム１２の遠位端に結合されている。器具フィーダ１１のこの線形配置は、１つ又は２つ以上のロボットアーム１２を異なる角度及び／又は位置内に操作することによって空間内で再位置決めされ得る「仮想レール」１０３を作り出す。本明細書に記載の仮想レール／経路は、概ね、システムのいかなる物理的構造も描写しない破線を使用して図に描写されている。仮想レール１０３に沿った器具フィーダ１９のうちの１つ又は２つ以上の並進は、内視鏡５２を患者７から前進又は後退させることができる。追加的又は代替的に、器具フィーダ１１のうちの１つ又は２つ以上の１つ又は２つ以上の軸方向駆動アクチュエータの実装形態は、スコープ５２の軸方向の移動を引き起こすことができる。
内視鏡５２は、標的の手術部位に到達するまで、ロボットシステム１０からの正確なコマンドを使用して、挿入後に患者の気管及び肺の下流に向けられ得る。別個の器具フィーダ１９の使用は、内視鏡／アセンブリ５２の別個の部分の独立した駆動を可能にすることができる。例えば、患者の肺内の病巣又は小結節などの標的に生検針を送達するために、内視鏡５２を方向付ける場合がある。病理医によって分析される組織試料を得るために、内視鏡の長さにわたって延びるワーキングチャネルの下方に生検針を展開させることができる。病理の結果に応じて、更なる生検のために、更なるツールを内視鏡のワーキングチャネルの下方に展開させることができる。例えば、小結節を悪性であると見極めた後、内視鏡５２は、ツールを内視鏡下で送達し、潜在的な癌組織を切除し得る。場合によっては、診断処置及び治療的処置を別の処置で果たすことができる。これらの状況において、基準を送達して、標的となる小結節の場所を「マーク」するのにも、内視鏡５２を使用する場合がある。他の例では、診断的処置及び治療的処置を同じ処置中に果たすことができる。
システム１０１では、患者導入器１０２は、ポート（図示せず、例えば、外科用チューブ）を介して患者７に取り付けられる。導入器１０２の湾曲は、ロボットシステム１０が、患者アクセスポートと直接軸方向に位置合わせしていない位置から器具５２を操作することを可能にし得、それによって、室内でのロボットシステム１０の設置でのより大きな柔軟性を可能にする。更に、導入器１０２の湾曲は、ロボットシステム１０のロボットアーム１２が患者導入器１０２と実質的に水平に位置合わせされることを可能にし得、これは、必要に応じてロボットアーム１２の手動での移動を容易にし得る。制御システム５０及び／又はロボットカート１０は、本明細書に開示される発明概念に従って、スコープ５２又はその一部分の現在位置に基づいてスコープ速度制御／修正を実施するように構成された制御回路を含むことができる。
図３は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、台ベースのロボットシステム１０４を例解する。システム１０４は、台１４７を有するロボット構成要素１０５を組み込み、それによって、いくつかのカートベースのロボットシステムと比較して、手術室内の資本設備の量の低減を可能にし、それは、いくつかの事例では、患者７へのより多くのアクセスを可能にすることができる。カートベースのシステムと同様に、システム１０４のロボットアーム２１２と関連付けられた器具デバイスマニピュレータアセンブリは、概して、仮想レール又は経路に沿って、カテーテル又は同等物などの細長い医療器具を操作するように設計されている、器具及び／又は器具フィーダを備え得る。
図示のように、ロボット対応台システム１０４は、１つ又は２つ以上のキャリッジ１４１（例えば、リング形状の可動構造）に結合されたコラム１４４を含むことができ、そこから１つ又は２つ以上のロボットアーム２１２が出てくる場合がある。キャリッジ１４１は、カラム１４４の長さの少なくとも一部分を通る垂直カラム接合部に沿って並進して、そこからロボットアーム２１２を患者７に達するように位置決めし得る種々の視座を提供し得る。キャリッジ１４１は、カラム１４４内に位置決めされた機械式モータを使用して、いくつかの実施形態のカラム１４４を中心として回転し、これによりロボットアーム２１２は、例えば、台１０４の複数の側面へアクセスすることが可能となり得る。キャリッジ１４１の回転及び／又は並進により、システム１０４が、内視鏡及び腹腔鏡などの医療器具を、患者上の異なるアクセスポイントと位置合わせさせることが可能となり得る。垂直方向の調節を提供することによって、ロボットアーム２１２は、有利には、台システム１０４のプラットフォーム１４７の下にコンパクトに収納され、その後、処置中に上昇されるように構成されることができる。
ロボットアーム２１２は、ロボットアーム２１２に追加の構成可能性を提供するために個別に回転し得る、かつ／又は伸縮式に延び得る一連の関節を含み得る１つ又は２つ以上のアームマウント１４５を介してキャリッジ１４１上に搭載され得る。カラム１４４は、台プラットフォーム１４７の支持及びキャリッジ１４１の垂直方向の並進のための経路を構造的に提供する。カラム１４４はまた、キャリッジ１４１及び／又はその上に搭載されたロボットアーム２１２に電力及び制御信号を伝達し得る。システム１０４は、アーム２１２のうちの１つのエンドエフェクタに結合され得る器具フィーダ２１１を使用して器具１４８の軸方向駆動を制御するように構成された特定の制御回路を含むことができ、器具フィーダ２１１は、器具１４８の遠位端の判定された位置に基づいて、細長い器具（例えば、内視鏡）１４８に対する軸方向駆動速度を自動的に修正するように制御される。例えば、器具１４８の遠位端が所定の自動一時停止場所に位置決めされると、器具フィーダ２１１は、本明細書で詳細に説明されるように、検体収集を可能にするために軸方向後退を自動的に一時停止／停止するように制御／駆動されることができる。
「エンドエフェクタ」という用語は、本明細書では、その広義かつ通常の意味に従って使用され、任意のタイプのロボットマニピュレータデバイス、構成要素、及び／又はアセンブリを指し得る。滅菌アダプタなどのアダプタがロボットエンドエフェクタ又は他のロボットマニピュレータに結合される場合、「エンドエフェクタ」という用語は、アダプタ（例えば、滅菌アダプタ）、又はエンドエフェクタに関連付けられ、かつ／若しくは結合された任意の他のロボットマニピュレータデバイス、構成要素、若しくはアセンブリを指し得る。いくつかの文脈では、ロボットエンドエフェクタとアダプタとの組み合わせは、器具マニピュレータアセンブリと称され得、そのようなアセンブリはまた、アダプタ及び／又はエンドエフェクタに物理的に結合される医療器具（又は器具ハンドル／基部）を含む場合も、又は含まない場合もある。「ロボットマニピュレータ」及び「ロボットマニピュレータアセンブリ」という用語は、それらの広義及び通常の意味に従って使用され、ロボットエンドエフェクタ及び／又はエンドエフェクタに結合された滅菌アダプタ若しくは他のアダプタ構成要素を集合的に又は個別に指し得る。例えば、「ロボットマニピュレータ」又は「ロボットマニピュレータアセンブリ」は、ロボットエンドエフェクタ、滅菌アダプタ、及び／又は他の構成要素において具現化されるかどうかにかかわらず、１つ又は２つ以上の駆動出力を含む器具デバイスマニピュレータ（instrument device manipulator、ＩＤＭ）を指し得る。「ロボットマニピュレータ」及び「ロボットマニピュレータアセンブリ」という用語は、エンドエフェクタに関連付けられたロボットアーム又は他のロボットトランスレータを更に指すことができる。本明細書で使用される「エンドエフェクタ」という用語は、任意のタイプのロボットマニピュレータを指すと理解することができる。
図１～図３、及び図１～図３のうちのいずれかの制御システムの例示的な実施形態を示す図４を参照すると、関連する制御システム５０は、様々な機能を提供して医療処置の実施時に支援するように構成することができる。いくつかの実施形態では、制御システム５０は、ロボットシステム１０に結合され、ロボットシステム１０と協働して動作して、患者７に医療処置を実施することができる。例えば、制御システム５０は、（例えば、ロボットシステム１０を制御するために）無線又は有線接続を介してロボットシステム１０と通信することができる。更に、いくつかの実施形態では、制御システム５０は、ロボットシステム１０と通信して、そこからスコープ４０、アクセスシース９０、又はバスケットデバイス３０の遠位端の位置に関する位置データを受信することができる。スコープ４０、アクセスシース９０、又はバスケットデバイス３０の位置に関するそのような位置データは、それぞれの構成要素に関連付けられた１つ又は２つ以上の電磁センサ、スコープ画像処理機能を使用して、かつ／又はロボットシステムデータ（例えば、アーム位置データ、様々なシステム構成要素の既知のパラメータ／寸法など）に少なくとも部分的に基づいて導出され得る。更に、いくつかの実施形態では、制御システム５０は、台１５と通信して、台１５を特定の向きに位置決めするか、又は別様に台１５を制御することができる。いくつかの実施形態では、制御システム５０は、ＥＭ場発生器１８と通信して、患者７の周囲及び／又は器具フィーダ１１の周囲の領域内のＥＭ場の生成を制御することができる。
図４は、図１～図３のいずれかのロボットシステムの例示的な実施形態を更に示す。ロボットシステム１０は、医療処置の実行を少なくとも部分的に容易にするように構成することができる。ロボットシステム１０は、個別の処置に応じて種々の方法で配置することができる。ロボットシステム１０は、例えば、スコープ４０及び／又はバスケットシステム３０と係合して及び／又はこれを制御して、処置の１つ又は２つ以上の態様を実行するように構成された１つ又は２つ以上のロボットアーム１２を含むことができる。図示するように、各ロボットアーム１２は、複数の移動度／自由度を提供し得る、関節２４に結合された複数のアームセグメント２３を含み得る。図１の例では、ロボットシステム１０は、患者の脚に近接して位置決めされ、ロボットアーム１２は、患者７の尿道６５などアクセス開口内へのアクセスのために、スコープ４０と係合し、それを位置決めするように作動される。ロボットシステム１０が適切に位置決めされると、スコープ４０は、ロボットアーム１２を使用してロボット制御で、医師５によって手動で、又はそれらの組み合わせで、患者７に挿入されることができる。スコープ－ドライバ器具カップリング１１（すなわち、器具デバイスマニピュレータ（ＩＤＭ））は、アーム１２ｂのうちの１つの遠位エンドエフェクタ２２に取り付けられて、スコープ４０のロボット制御／前進を容易にすることができる。アームのうちの別のもの１２ａは、バスケットデバイス３０の前進及び動作を容易にするように構成されている器具カップリング／マニピュレータ１９を関連付けさせ得る。器具カップリング１９は、スコープ４０のためのハンドル３１を更に提供し得、スコープ４０は、スコープ４０の近位端においてハンドル３１に物理的に連結される。スコープ４０は、１つ又は２つ以上の作業チャネルを含み得、この作業チャネルを通して、砕石器、バスケットデバイス、鉗子などの更なるツールを治療部位に導入することができる。
ロボットシステム１０は、制御システム５０、台１５、ＥＭ場発生器１８、スコープ４０、バスケットシステム３０、及び／又は任意のタイプの経皮的アクセス器具（例えば、針、カテーテル、腎盂尿管鏡など）など、医療システム１００の任意の構成要素に結合させることができる。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１０は、制御システム５０に通信可能に結合されている。例えば、ロボットシステム１０は、制御システム５０から制御信号を受信して、特定の様式でロボットアーム１２のうちの１つ又は２つ以上を位置決めする、スコープ４０を操作する、バスケットシステム３０を操作するなど、特手の動作を実行するように構成され得る。それに応答して、ロボットシステム１０は、ロボットシステム１０の特定の制御回路２１１、アクチュエータ２１７、及び／又は他の構成要素を使用して、ロボットシステム１０の構成要素を制御して、動作を実施することができる。例えば、制御回路２１１は、器具フィーダ１１に結合されたエンドエフェクタ２２の駆動出力部４０２を作動させることによって、スコープ４０の軸方向運動を制御し得る。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１０及び／又は制御システム５０は、患者７の内部解剖学的構造及び／又はアクセスシース若しくは他のデバイス構成要素の一部分を表す画像及び／又は画像データをスコープ４０から受信するように構成されている。
ロボットシステム１０は、概して、細長い支持構造１４（「カラム」とも称される）、ロボットシステム基部２５、及びカラム１４の上部にあるコンソール１３を含む。カラム１４は、１つ又は２つ以上のロボットアーム１２（図１には３つが示されている）の展開を支持するための１つ又は２つ以上のアーム支持体１７（「キャリッジ」とも称される）を含み得る。アーム支持体１７は、患者に対するより所望の位置決めのために、垂直軸に沿って回転してロボットアーム１２の基部を調整する、個別に構成可能なアームマウントを含み得る。
アーム支持体１７は、カラム１４に沿って垂直に並進するように構成され得る。いくつかの実施形態では、アーム支持体１７は、アーム支持体１７の垂直方向の並進を誘導するためにカラム１４の両側に位置決めされているスロット２０を介してカラム１４に接続することができる。スロット２０は、ロボットシステム基部２５に対して様々な垂直方向の高さにおいてアーム支持体１７を位置決めし、保持するための垂直方向の並進インターフェースを含有する。アーム支持体１７の垂直方向の並進は、ロボットシステム１０が、種々の台の高さ、患者のサイズ、及び医師の選好を満たすようにロボットアーム１２の到達範囲を調整することを可能にする。同様に、アーム支持体１７上の個別に構成可能なアームマウントは、ロボットアーム１２のロボットアーム基部２１が種々の構成で角度付けられることを可能にすることができる。
ロボットアーム１２は、概して、各関節が１つ又は２つ以上の独立したアクチュエータ２１７を備える、一連の関節２４によって接続される一連の連結アームセグメント２３によって分離されたロボットアーム基部２１及びエンドエフェクタ２２を備え得る。各アクチュエータは、独立して制御可能なモータを備え得る。各独立して制御可能な関節２４は、ロボットアームに利用可能な独立した自由度を提供するか、又は表すことができる。いくつかの実施形態では、アーム１２の各々は、７つの関節を有し、したがって、「冗長」自由度を含む７つの自由度を提供する。冗長自由度により、ロボットアーム１２が、様々なリンケージ位置と関節角度を使用して、空間において特定の位置、向き、及び軌道で、そのそれぞれのエンドエフェクタ２２を位置付けることが可能になる。これにより、システムが空間において望ましい個所から医療器具を位置付けし、方向付けることが可能になる一方、医師がアーム関節を患者から離れる臨床上都合の良い位置に移動させて、アームの衝突を回避しながらアクセスを良くするのを可能にする。
ロボットシステム基部２５は、床の上のカラム１４、アーム支持体１７、及びアーム１２の重量の平衡を保つ。したがって、ロボットシステム基部２５は、電子機器、モータ、電源、並びにロボットシステムの移動を選択的に可能にする又は固定化する構成要素などの、特定の相対的により重い構成要素を収容し得る。例えば、ロボットシステム基部２５は、処置前にロボットシステムが手術室中をあちこちに容易に移動することを可能にする、ホイール形状のキャスタ２８を含むことができる。適切な位置に到達した後、キャスタ２８は、処置中にロボットシステム１０を適所に保持するためのホイールロックを使用して、固定化され得る。
カラム１４の上端に位置決めされると、コンソール１３は、ユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース並びに術前及び術中データの両方を医師／ユーザに提供するためのディスプレイ画面１６（又は、例えば、タッチスクリーンなどの二重目的デバイス）の両方を提供することができる。コンソール／ディスプレイ１６又はディスプレイ５６上の潜在的な術前データは、術前計画、術前コンピュータ断層撮影（computerized tomography、ＣＴ）スキャンから導出されたナビゲーション及びマッピングデータ、並びに／又は術前の患者への問診からのメモを含み得る。ディスプレイ上の術中データが、ツールから提供される光学情報、センサからのセンサ情報及び座標情報とともに、呼吸、心拍数、及び／又はパルスなどの不可欠な患者統計も含むことがある。コンソール１３は、医師がアーム支持体１７の反対側のカラム１４側からコンソールにアクセスすることを可能にするように位置決めされ、傾転され得る。この位置から、医師は、コンソール１３をロボットシステム１０の背後から動作させながら、コンソール１３、ロボットアーム１２、及び患者を視認し得る。示すように、コンソール１３はまた、ロボットシステム１０の操縦及び安定化を支援するためのハンドル２７を含むことができる。
ロボットアーム１２の各々のエンドエフェクタ２２は、器具デバイスマニピュレータ（ＩＤＭ）２９を備え得るか、又はそれに結合されるように構成され得、この器具デバイスマニピュレータは、いくつかの事例では無菌アダプタ構成要素を使用して取り付けられ得る。エンドエフェクタ２２及び関連するＩＤＭ、並びに任意の介在する機構又はカップリング（例えば、滅菌アダプタ）の組み合わせは、マニピュレータアセンブリ１１１と称されることができる。いくつかの実施形態では、ＩＤＭ２９は、除去され、異なるタイプのＩＤＭと交換することができ、例えば、第１のタイプ１１のＩＤＭは、内視鏡を操作するように構成され得、第２のタイプ１９のＩＤＭは、バスケットデバイスを操作し、かつ／又は内視鏡の近位端を支持し得る。別のタイプのＩＤＭは、電磁場発生器１８を保持するように構成され得る。ＩＤＭは、電力及び制御インターフェースを提供することができる。例えば、インターフェースは、空気圧、電力、電気信号、及び／又は光信号をロボットアーム１２からＩＤＭに伝達するためのコネクタを含むことができる。ＩＤＭ２９は、例えば、直接駆動、高調波駆動、ギア駆動、ベルト及びプーリ、磁気駆動、及び同等物を含む技法を使用して、スコープ４０などの医療器具（例えば、外科用ツール／器具）を操作するように構成され得る。いくつかの実施形態では、デバイスマニピュレータ２９は、ロボットアーム１２のそれぞれに取り付けることができ、ロボットアーム１２は、それぞれの結合された医療器具を治療部位の中に挿入するか又は治療部位から後退させるように構成されている。
上で言及されるように、システム１００は、ロボットシステム１０の制御回路２１１及び制御システム５０の制御回路２５１を含む、本明細書に記載の特定の機能を実行するように構成された、特定の制御回路を含むことができる。つまり、システム１００、１０１、１０４の制御回路は、ロボットシステム１０、制御システム５０、又はそのいくつかの組み合わせの一部であり得る。したがって、本明細書における制御回路への全ての言及は、ロボットシステム、制御システム、又は図１～図３にそれぞれ示す医療システム１００、１０１、及び１０４など医療システムの任意の他の構成要素内に具現化された回路を指し得る。「制御回路」という用語は、その広義かつ通常の意味に従って本明細書で使用され、プロセッサ、処理回路、処理モジュール／ユニット、チップ、ダイ（例えば、１つ又は２つ以上の能動及び／若しくは受動デバイス並びに／又は接続性回路を含む、半導体ダイ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理ユニット、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブル論理デバイス、状態機械（例えば、ハードウェア状態機械）、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は回路のハードコーディング及び／又は動作命令に基づいて信号（アナログ及び／又はデジタル）を操作する任意のデバイスの任意の集合を指し得る。本明細書で言及される制御回路は、１つ若しくは２つ以上の回路基板（例えば、プリント回路基板）、導電性トレース及びビア、及び／若しくは搭載パッド、コネクタ、並びに／又は構成要素を更に含み得る。本明細書で言及される制御回路は、単一のメモリデバイス、複数のメモリデバイス、及び／又はデバイスの埋め込まれた回路内で具現化され得る、１つ又は２つ以上の記憶デバイスを更に備え得る。そのようなデータ記憶装置は、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、データ記憶レジスタ、及び／又はデジタル情報を記憶する任意のデバイスを備え得る。制御回路が、ハードウェア及び／又はソフトウェア状態機械、アナログ回路、デジタル回路、並びに／若しくは論理回路を備える、実施形態では、任意の関連動作命令を記憶するデータ記憶デバイス／レジスタは、状態機械、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は論理回路を備える回路内に埋め込まれるか、又はその外部にあり得ることに留意されたい。
制御回路２１１、２５１は、本図のうちの１つ又は２つ以上に例解され、かつ／又は本明細書に記載されたステップ及び／又は機能のうちの少なくともいくつかに対応する、ハードコードされた命令及び／又は動作命令を記憶する、及び／又はそれらを記憶するように構成されたコンピュータ可読媒体を備え得る。そのようなコンピュータ可読媒体は、いくつかの事例では、製造物品に含めることができる。制御回路２１１／２５１は、完全にローカルに維持／配設され得るか、又は少なくとも部分的に遠隔に位置し得る（例えば、ローカルエリアネットワーク及び／又は広域ネットワークを介して間接的に通信可能に結合されている）。制御回路２１１、２５１のうちのいずれかは、以下に説明されるように、図１２及び図１３に示されるプロセスを含む、本明細書に開示される様々なプロセスの任意の態様を実行するように構成され得る。
ロボットシステム１０に関して、制御回路２１１の少なくとも一部分は、ロボットシステム１０の基部２５、カラム１４、及び／若しくはコンソール１３、並びに／又はロボットシステム１０に通信可能に結合された別のシステムと統合され得る。制御システム５０に関して、制御回路２５１の少なくとも一部分は、制御システム５０のコンソール基部５１及び／又はディスプレイユニット５６と統合され得る。機能的制御回路又は関連機能の本明細書におけるいかなる説明も、ロボットシステム１０、制御システム５０、若しくはその任意の組み合わせで、かつ／又は少なくとも部分的に１つ又は２つ以上の他のローカル若しくは遠隔システム／デバイスで具現化されると理解され得ることを理解されたい。
図４を更に参照すると、制御システム５０は、医療処置の実行時に医師５又は他者を支援するように構成された様々なＩ／Ｏ構成要素２５８を含むことができる。例えば、入力／出力（input/output、Ｉ／Ｏ）構成要素２５８は、ユーザ入力が、患者７内でスコープ４０及び／又はバスケットシステムを制御／ナビゲートすることを可能にするように構成することができる。いくつかの実施形態では、例えば、医師５は、制御システム５０及び／又はロボットシステム１０に入力を提供することができ、そのような入力に応答して、制御信号をロボットシステム１０に送信して、スコープ４０及び／又はカテーテルバスケットシステム３０を操作することができる。制御システム５０は、処置に関する様々な情報を提供するために１つ又は２つ以上のディスプレイデバイス５６を含み得る。例えば、ディスプレイ５６は、スコープ４０及び／又はバスケットシステム３０に関する情報を提供し得る。例えば、制御システム５０は、スコープ４０によって捕捉されたリアルタイム画像を受信し、ディスプレイ５６を介してリアルタイム画像を表示することができる。追加的又は代替的に、制御システム５０は、患者７と関連付けられた医療モニタ及び／又はセンサから信号（例えば、アナログ、デジタル、電気、音響／音波、空気圧、触覚、油圧など）を受信することができ、ディスプレイ５６は、患者７の健康又は環境に関する情報を提示することができる。かかる情報は、例えば、心拍数（例えば、ＥＣＧ、ＨＲＶなど）、血圧／血流速度、筋肉生体信号（例えば、ＥＭＧ）、体温、血液酸素飽和度（例えば、ＳｐＯ２）、ＣＯ２、脳波（例えば、ＥＥＧ）、環境及び／又は局所若しくは中核体温に関する情報などの、医療モニタを介して表示される情報を含み得る。
制御システム５０の機能を促進するために、制御システムは、様々な構成要素（「サブシステム」と称されることもある）を含むことができる。例えば、制御システム５０は、制御電子機器／回路２５１、並びに１つ若しくは２つ以上の電源／電源インターフェース２５９、空気圧デバイス、光源、アクチュエータ、データ記憶デバイス、及び／又は通信インターフェース２５４を含み得る。いくつかの実施形態では、制御システム５０は可動である一方、他の実施形態では、制御システム５０は、実質的に静止したシステムである。様々な機能及び構成要素は、制御システム５０によって実装されるものとして考察されているが、かかる機能及び／又は構成要素のうちのいずれも、例えば、ロボットシステム１０、バスケットシステム３０、台１５、及び／又は他のものなど他のシステム及び／又はデバイスに統合され、かつ／又はそれによって実施されることができる。
更に図１を参照すると、医療システム１００は、処置の実行時に医師を支援するために誘導（例えば、器具追跡、器具整合情報など）を提供すること、医師がぎこちないアーム運動及び／又は位置を必要とすることなく人間工学的位置から処置を実行することを可能にすること、１人の医師が１つ又は２つ以上の医療器具を用いて処置を実行することを可能にすること、（例えば、蛍光透視技法と関連する）放射線曝露を回避すること、処置が単一動作設定で実行されることを可能にすること、連続吸引を提供し、より効率的に物体を除去する（例えば、腎臓結石を除去する）ことなどの種々の利益を提供することができる。例えば、医療システム１００によって、出血及び／又は解剖学的構造（例えば、決定臓器、血管など）への損傷を最小限にしながら、医師が様々な医療機器を用いて標的解剖学的特徴にアクセスするのを支援するための誘導情報が得られる。更に、医療システム１００は、医師及び患者の放射線への曝露を低減し、かつ／又は手術室内の機器の量を低減するための、非放射線ベースのナビゲーション技法及び／若しくは位置特定技法を提供することができる。更に、医療システム１００は、制御システム５０と、独立して可動であり得るロボットシステム１０との間で分配される機能を提供することができる。機能及び／又は移動性のかかる分配は、制御システム５０及び／又はロボットシステム１０が、特定の医療処置にとって最適である場所に配置されることを可能にすることができ、これにより、患者７の周囲の作業領域を最大化し、かつ／又は医師５が処置を実行するための最適化された場所を提供することができる。
システム１００の様々な構成要素は、ネットワーク上で相互に通信可能に結合することができ、これは、無線及び／又は有線ネットワークを含むことができる。例示的なネットワークは、１つ又は２つ以上のパーソナルエリアネットワーク（personal area network、ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）、インターネットエリアネットワーク（Internet area network、ＩＡＮ）、セルラネットワーク、インターネット、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ボディエリアネットワーク（body area network、ＢＡＮ）などを含む。例えば、図４のシステムの様々な通信インターフェースは、無線及び／又は有線ネットワーク接続上などで、１つ又は２つ以上のデバイス／センサ／システムと通信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、様々な通信インターフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ－Ｆｉ、近距離無線通信（near field communication、ＮＦＣ）、又は同等物などの無線技術を実装することができる。更に、いくつかの実施形態では、システム１００の様々な構成要素は、１つ又は２つ以上の支持ケーブル、管などを介して、データ通信、流体交換、電力交換などのために接続することができる。
制御システム５０、バスケットシステム３０（図５参照）、及び／又はロボットシステム１０は、１つ又は２つ以上のボタン、キー、ジョイスティック、ハンドヘルドコントローラ（例えば、ビデオゲーム型コントローラ）、コンピュータマウス、トラックパッド、トラックボール、制御パッド、並びに／又は手のジェスチャ及び指のジェスチャを捕捉するセンサ（例えば、モーションセンサ若しくはカメラ）など任意のタイプのユーザ入力（及び／又は出力）デバイス若しくはデバイスインターフェース、タッチスクリーン、並びに／又はそのためのインターフェース／コネクタを備え得る、特定のユーザ制御部（例えば、制御部５５）を含むことができる。そのようなユーザ制御部は、それぞれの制御回路に通信可能に及び／又は物理的に結合される。
いくつかの実施形態では、ユーザは、電子ユーザ制御部を使用することなく、ロボットシステム１０のロボットアーム１２を手動で操作することができる。例えば、外科手術室内の設定中に、ユーザは、ロボットアーム１２及び／又は任意の他の医療器具を動かして、患者への所望のアクセスを提供し得る。ロボットシステム１０は、ユーザからの力フィードバック及び慣性制御に依拠して、ロボットアーム１２及び関連器具類の適切な構成を判定し得る。
図５は、１つ又は２つ以上の実施形態による、図１～図３の医療システムのうちのいずれかにおいて実装され得る、スコープ及び／又はバスケットアセンブリ５１９並びに器具フィーダアセンブリ５１１を含む、医療システム構成要素を例解する。スコープ／バスケットシステム５１９は、様々なハードウェア及び制御構成要素を備える。いくつかの実施形態では、スコープ／バスケットシステム５１９は、内視鏡４０に結合されたハンドル３１を含む。例えば、内視鏡（すなわち、スコープ）は、１つ又は２つ以上のライト４９及び１つ又は２つ以上のカメラ又は他の撮像デバイス４８を含む、細長いシャフトを含むことができる。スコープ４０は、スコープ４０の長さにわたって延び得る、１つ又は２つ以上の作業チャネル４４を更に含むことができる。いくつかの実施形態では、そのようなチャネルは、スコープ４０を通して細長いバスケットワイヤ／タインのためのアクセスを提供するために利用され得る。
スコープ／バスケットシステム５１９は、１つ又は２つ以上のワイヤタイン３６から形成されたバスケット３５を備えることができる。例えば、バスケットシステム３０は、バスケットシース３７内にその長さにわたって配設された４つのワイヤタインを備え得、タインはシース３７の遠位端から突出してバスケット形状３５を形成する。タイン３６は、シース３７の近位端から更に延在する。タイン３６は、ある程度の摩擦抵抗を受けて、バスケットシース３７内で摺動可能であるように構成され得る。タイン３６及びシース３７は、バスケットカートリッジ構成要素３２のそれぞれのアクチュエータ７５に結合することができる。バスケットカートリッジ３２は、スコープ／バスケットシステム５１９のハンドル部分／構成要素３１に物理的にかつ／又は通信可能に結合され得る。ハンドル構成要素３１は、手動で、又はロボット制御を通してバスケット制御及び／又はスコープ制御を支援するために使用されるように構成することができる。
スコープ／バスケットシステム５１９は、電力インターフェース７９を通して電力供給され得、かつ／又は制御インターフェース７８によって制御され得、それらの各々又は両方は、ロボットシステム１０のロボットアーム／構成要素と連動し得る。スコープ／バスケットシステム５１９は、圧力及び／又は他の力読み取りセンサなど、１つ又は２つ以上のセンサ７２を更に備え得、センサ７２は、アクチュエータ７５及び／又はスコープ／バスケットシステム５１９の他のカップリングのうちの１つ又は２つ以上において／によって経験される力を示す信号を生成するように構成され得る。そのようなセンサ読み取り値は、本明細書で詳細に説明されるように、固着バスケット状況を判定するために使用され得る。
図５は、器具フィーダ／ドライバ１１と、器具フィーダ１１に物理的に結合され得るアクセスシースアセンブリ９２と、を含む器具フィーダ／ドライバアセンブリ５１１を更に例解する。「フィーダ」及び「ドライバ」という用語は、本明細書のいくつかの文脈において、実質的に互換的に使用される。したがって、本明細書におけるスコープ又は器具フィーダへの言及は、任意のタイプのスコープ又は器具ドライバを指すと理解することができ、逆もまた同様であり、そのようなデバイス／システムは、シャフト型器具を軸方向次元で作動させるか、又はその作動を引き起こすように構成されている。器具フィーダアセンブリ５１１は、内視鏡又は同等物などのシャフト型器具の少なくとも一部分を中に位置付けるように寸法決めされ、かつ／又は構成されたチャネル３９を含むことができる。例えば、器具フィーダ１１がスコープ又は同等物を軸方向に駆動することを許容するためにそのような器具を位置付けるとき、器具は、チャネル３９内に少なくとも部分的に入れ子式にされ得る。チャネル３９とともに例解されているが、いくつかの実施形態では、本開示の態様による器具フィーダデバイス及びアセンブリは、そのようなチャネルを含まない場合がある。
アクチュエータ３８は、いくつかの実施形態ではフィードローラを備え得る。本明細書で使用される場合、「フィードローラ」という用語は、それと係合されたシャフトの軸方向の移動をもたらすように構成された任意の数のローラ／ホイールを含み得る。「フィードローラ」は、シャフトチャネル３９、並びに直接的又は間接的にローラ／ホイールの移動を引き起こす、器具フィーダ１１に関連付けられた任意の入力又は出力駆動部を更に含み得る。
いくつかの実施形態では、アクセスシース９２は、器具フィーダ１１にドッキングされず、むしろロボットアーム、スタンド、又は他の構造に結合される。本明細書に記載される特定の実施形態は、ポート／導入器構造及びシース構成要素を含むアクセスシースアセンブリに言及するが、本開示の実施形態は、一体化されたポート及びシース構成要素を有するアクセスシースを実装し得ることが理解されるべきである。したがって、本明細書における「アクセスシース」又は単に「シース」への言及は、アクセスシース／アセンブリのシース部分、ポート部分、又は両方を指す場合がある。すなわち、本明細書におけるアクセスシースアセンブリの任意の構成要素又は部分への言及は、シース部分／構成要素、ポート／導入器部分／構成要素、又はその両方を指すと理解することができる。更に、本明細書に説明されるアクセスシースアセンブリは、別個の構成要素のアセンブリではなく、単一のデバイス、形態、又は構造であり得る。
器具フィーダアセンブリ５１１は、軸方向アクチュエータ手段又は機構３８を更に含み、これは、１つ又は２つ以上のシャフト係合ホイール、コンベヤベルト、歯車、トラック、又は他のアクチュエータを備え得る。アクチュエータ３８は、それと係合して位置するシャフト型器具を器具の軸に対して移動させるように構成されている。アクチュエータ３８は、１つ又は２つ以上の駆動入力８３と係合することによって制御されることができ、これにより、アクチュエータ手段／機構３８を作動させ、かつ／又はアクチュエータ手段／機構３８を直接作動させ得る、器具フィーダ１１の機械構成要素との物理的係合が可能となり得る。
器具フィーダアセンブリ５１１は、シースクリップ４７を更に含み、シースクリップ４７は、器具フィーダ１１に関連付けられ、アクセスシースアセンブリ９２の少なくとも一部分を定位置に固定又は保持するように構成され得る。例えば、クリップ４７は、示されるように、アクセスシースアセンブリ９２の漏斗ポート構造９１の少なくとも一部分を、又はそれを覆って締め付けるように構成され得る。アクセスシースアセンブリ９２は、アクセスシース管又は導管９０を含み、アクセスシース管又は導管９０は、その近位端において漏斗ポート構造９１に物理的に結合され得、漏斗ポート構造９１は、アクセスシース９０内への少なくとも部分的に円錐形の導入器開口部を提供し得、ポート９１の近位開口部は、アクセスシース９０の断面積又は直径超である面積又は直径を有する。クリップ４７は、１つ又は２つ以上のクリップ支持アーム９４によって支持され得る。
いくつかの実施形態では、器具フィーダアセンブリ５１１は、器具フィーダアセンブリ５１１及び／又は器具フィーダ１１の１つ又は２つ以上の構成要素に少なくとも部分的に固定され得る、検体コレクタ構造８５を含む。検体コレクタ８５は、アクセスシースアセンブリ９２を通して後退させられた腎臓結石又は他の検体若しくは破片がその中に位置するか又は落下することを許容するように構成された、カップ様構造又は他の構造を備え得る。いくつかの実施形態では、検体コレクタ８５は、チャネル３９の遠位開口部と漏斗ポート構造９１との間に配設され、器具は、結石／検体が検体コレクタ８５内に落下又は位置し得るように、検体コレクタの上の位置に後退させられ得る。
スコープ／フィーダ制御
図６は、１つ又は２つ以上の実施形態による、その作業チャネル内にバスケットデバイス３０を含む、患者の泌尿器系の部分に配設された尿管鏡４０を例解する。上で言及されたように、尿管鏡処置は、ヒトの尿管内の異常を調査し、かつ／又は同異常を治療するために実装することができる。例えば、尿管鏡処置は、腎臓結石を治療及び／又は除去するために実施することができる。そのような処置は、少なくとも部分的に手動で実施され得、かつ／又は少なくとも部分的にロボット技術を使用して実行され得る。例えば、特定の内視鏡処置のためのロボットデバイス及び／又はシステムの使用は、厳密に手動の処置と比較して、相対的に高い精度、制御、及び／又は協調を提供することができる。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、バスケットデバイス３０（例えば、バスケット構成要素３５）をスコープの遠位端における動作領域に展開するための作業チャネル４４を含む。
図６は、１つ又は２つ以上の実施形態による、その作業チャネル内にバスケットデバイス３０を含む、患者の泌尿器系の部分に配設された尿管鏡４０を例解する。上で言及されたように、尿管鏡処置は、ヒトの尿管内の異常を調査し、かつ／又は同異常を治療するために実装することができる。例えば、尿管鏡処置は、腎臓結石を治療及び／又は除去するために実施することができる。そのような処置は、少なくとも部分的に手動で実施され得、かつ／又は少なくとも部分的にロボット技術を使用して実行され得る。例えば、特定の内視鏡処置のためのロボットデバイス及び／又はシステムの使用は、厳密に手動の処置と比較して、相対的に高い精度、制御、及び／又は協調を提供することができる。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、バスケットデバイス３０（例えば、バスケット構成要素３５）をスコープの遠位端における動作領域に展開するための作業チャネル４４を含む。
標的解剖学的構造にアクセスするためにスコープ４０が通されるアクセスシース９０は、有利に、物体／石のサイズが大きすぎないときにはバスケット３５内に捕捉された物体に加えて、スコープ４０を通すのに十分な直径を有することができる。アクセスシース９０は、尿管６３を通して、腎盂７１及び／又は腎盂尿管移行部７１付近の位置まで前進され得る。アクセスシース９０の遠位端は、尿管６３及び／又は腎盂７１内の位置に留置され得、そのような留置位置は、少なくとも部分的に解剖学的構造に依存し得る。すなわち、アクセスシース９０は、その特定の部分内で多少蛇行し得る尿路経路によって許容される範囲で、可能な限り腎臓の解剖学的構造内の奥に配置され得る。概して、アクセスシース９０は、スコープ４０が関節運動できる程度には関節運動可能でない場合があり、したがって、アクセスシース９０を腎臓内にナビゲート／駆動することは実用的でない場合がある。
スコープをヒトの解剖学的構造内で操縦することができるように、スコープ４０は、例えばスコープの少なくとも遠位部分に対して関節運動可能であり得る。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、例えば、ＸＹＺ座標移動、並びにピッチ及びヨーを含む、５自由度で関節運動されるように構成されている。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、ＸＹＺ座標移動、並びにピッチ、ヨー、及びロールを含む、６自由度で関節運動可能である。スコープ４０の特定の位置センサ（例えば、電磁センサ）は、同様に、実装された場合、それらが生成／提供する位置情報に関して同様の自由度を有し得る。本明細書に開示される位置センサデータは、細長いシャフトの遠位端に位置決めされる電磁位置センサ、又は細長いシャフトの少なくとも一部分の中に配設される光ファイバ形状センサによって／を使用して生成されるデータを含むことができる。
ロボット実装形態のために、ロボットシステムのロボットアームは、スコープ４０を操作するように構成することができる／構成可能とすることができる。例えば、器具デバイスマニピュレータは、ロボットアームのエンドエフェクタに結合されることができ、細長い移動部材を使用してスコープ４０を操作することができる。細長い移動部材は、１つ又は２つ以上のプルワイヤ（例えば、プル若しくはプッシュワイヤ）、ケーブル、ファイバ、及び／又は可撓性シャフを含み得る。例えば、ロボットアームは、スコープ４０に結合された複数のプルワイヤ（図示せず）を作動させて、スコープ４０の先端部４２を偏向させるように構成され得る。プルワイヤは、ステンレス鋼、ケブラー、タングステン、炭素繊維、及び同等物などの金属及び非金属材料などの任意の好適な又は望ましい材料を含み得る。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、細長い移動部材によって印加された力に応答して、非線形挙動を呈するように構成されている。非直線的挙動は、スコープの剛性及び圧縮性、並びに異なる細長い移動部材間の緩み又は剛性の変動性に基づき得る。
図６のような内視鏡型器具１９（例えば、ハンドル３１及び細長いシャフト４０を含む）を含む実施形態では、バスケット３５は、器具１９の遠位端とみなすことができる。例えば、本明細書におけるスコープ器具の遠位端への言及は、スコープシャフトの遠位端、スコープシャフトの遠位端から突出するバスケット又はバスケット器具の遠位端、組み合わせられたスコープシャフト及びバスケット器具の遠位端、又はスコープ／シャフトと関連付けられ、かつ／又はそこから突出し、かつ／又はその作業チャネル内に配設される任意の他のタイプの器具又はツールの遠位端を指すことができる。
スコープ（例えば、内視鏡／尿管鏡）４０は、解剖学的構造の画像を捕捉するために患者の解剖学的構造に挿入されるように、かつその１つ又は２つ以上の作業チャネルを使用して特定のタスクを実行するように構成されている、管状かつ可撓性の医療シャフト／器具を備え得る。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、光学カメラなど撮像デバイス４８を含むことができる光学アセンブリ及びスコープ４０の遠位端４２へ／から信号を伝達するためのワイヤ及び／又は光ファイバを収容することができる。スコープ４０は、ＬＥＤ又は光ファイバ光源／レンズなどの光源４９を更に含むことができる。
カメラ／撮像デバイス４８を使用して、腎臓７０の標的杯などの内部解剖学的空間の画像を捕捉することができる。スコープ４０は、発光ダイオードなど近位に位置する光源からスコープの遠位端４２に光を運ぶための光ファイバを収容するように更に構成され得る。スコープ４０の遠位端４２は、カメラ／撮像デバイスを使用するときに解剖学的空間を照明するための光源用のポートを含むことができる。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、１つ又は２つ以上の点で図１、図２、及び図３にそれぞれ示すロボットシステム１００、１０１、及び１０４と同様のロボットシステムによって制御されるように構成されている。撮像デバイス４８は、光ファイバ、ファイバアレイ、及び／又はレンズを備え得る。光学構成要素は、スコープの先端部の移動が撮像デバイス４８によって捕捉された画像に変化をもたらすように、スコープ４０の先端部とともに移動する。
いくつかの実施形態では、医療器具（例えば、スコープ）４０は、センサ位置データを生成し、かつ／又は別のデバイスに送信し、又は電磁場に検出可能な歪み又はシグネチャを生成するように構成されているセンサを含む。センサ位置データは、医療器具４０（例えば、その遠位端４２）の位置及び／若しくは向きを示すことができ、かつ／又は医療器具の位置／向きを判定／推定するために使用することができる。例えば、センサ（「位置センサ」と称されることもある）は、導電性材料のコイルを有する電磁（ＥＭ）センサ、又はアンテナの他の形態／実施形態を含むことができる。いくつかの実施形態では、スコープ４０は、スコープ４０の遠位端４２に埋め込まれている電磁センサを備える。電磁センサ（図示せず）は、電磁場の存在下で電流を誘導するように構成された、ワイヤの終端又は他の導電性要素を備え得る。更に、医療器具／スコープ４０及び／又はバスケットデバイス３０は、形状感知ファイバ、加速度計、ジャイロスコープ、無線周波トランシーバなど他のタイプのセンサを含むことができる。いくつかの実施形態では、医療器具上のセンサは、センサデータを制御システムに提供することができ、これは、次いで、医療器具の位置及び／又は向きを判定するために使用される。スコープ４０又はバスケットデバイス３０に関連付けられた１つ又は２つ以上の位置センサを使用して導出された位置データは、スコープ及び／又はバスケット３５が、本開示の態様による自動スコープ一時停止場所及び／又は自動スコープ挿入又は後退速度修正に関連付けられた別の位置の閾／エリア内又はその付近にあるときを判定するために使用することができる。
本開示の実施形態は、器具フィーダデバイス／システムを使用する器具／スコープの軸方向駆動速度の修正／変更の実施に関し、これは、１つ又は２つ以上の他の構造、解剖学的構造、又はデバイスに対する器具の現在位置に少なくとも部分的に基づき得る。例えば、本開示の態様によるロボット器具フィーダは、器具フィーダ、ロボットシステム、及び／又は他の構成要素、デバイス、若しくはシステムに関連付けられた制御回路によって判定される器具の位置に基づいて、器具の駆動速度を増加又は減少させるように動作するように構成され得る。図７は、患者の泌尿器系の部分に配設された尿管鏡４０を例解しており、スコープ４０は、１つ又は２つ以上の実施形態に従って、異なるゾーン／エリアを通って、かつ／又はスコープ位置に基づいて種々の速度で後退及び／又は前進するように制御される。
図６と同様に、図７の例解されたシステム７００は、アクセスシース９０を含み、これは、患者の尿路解剖学的構造内に挿入されており、医療器具１９（例えば、内視鏡器具マニピュレータ／ハンドル）のシャフト４０を通して挿入することができる導管を提供する。医療器具１９は、シャフト４０（例えば、内視鏡）の近位部分に結合されている器具基部／ハンドル３１を含む。シャフト４０は、基部／ハンドル３１から延在し得、又はそこを通って延在することができる。いくつかの実施形態によれば、器具１９は、複数の医療器具を支持することができ、駆動デバイス１１は、複数の医療器具のうちの任意の１つ又は２つ以上の動きを駆動するように構成することができる。例えば、器具１９は、内視鏡又はカテーテルなど、作業チャネルを有する第１の医療器具と、生検ツール、バスケットツール、レーザファイバツール、切除ツール、又は患者の解剖学的構造内の標的を操作するか又はそれと相互作用するように構成されている他の器具など、作業チャネル内に延在する作業チャネル器具であることができる第２の医療器具と、を支持することができる。
器具基部／ハンドル３１は、ロボットアーム（図示せず）に取り付ける、装着する、若しくは別様に接続又は結合するように構成することができる。ロボットアームは、器具駆動機構を含むことができ、器具基部／ハンドル３１を器具駆動機構に取り付けることができる。器具駆動機構は、医療器具１９を操作するために、器具基部／ハンドル３１上の対応する駆動入力部と係合して作動させるように構成された駆動出力部を含むことができる。また、ロボットアームは、空間内の器具基部／ハンドル３１の位置を操作するために移動するように構成することもできる。
シャフト４０は、駆動デバイス１１と係合することができる。例解した実施形態では、駆動デバイス１１は、シャフト４０と係合又は接触することのできるローラ３８を含む。いくつかの実施形態では、ローラ３８は、ローラ３８とシャフト４０との間にグリップ、摩擦、牽引力又は圧力を提供する変形可能な材料を備えるか、又は含むことができる。いくつかの実施形態では、変形可能な材料は、シリコーンゴムを含む。例解した実施形態では、ローラ３８が回転すると、シャフト４０は、駆動デバイス１１を通って軸方向に引っ張られる、押される、又は別様に駆動されることができる。ローラ３８を第１の方向に回転させると、（例えば患者に向かう遠位方向への）シャフト４０の挿入を引き起こすことができ、ローラ３８を反対の第２の方向に回転させると、（例えば患者から離れる近位方向への）シャフト４０の後退を引き起こすことができる。ここで、ローラ４０の方向とは、シャフト４０と係合しているローラ８又は他の軸方向アクチュエータ手段／機構の部分の方向を指す。例えば、シャフト４０を挿入するための第１の方向への回転は、ローラ３８の係合部分が遠位方向に回転することを指し、後退させるための回転は、ローラ３８の係合部分が近位方向に回転することを指す。図７に見られるようなローラ３８の図に関して、これは、ローラ３８を遠位方向に回転させるために、左ローラ７０１が反時計回りに回転する一方で、右ローラ７０２が時計回りに回転し、ローラ３８を近位方向に回転させるために、その逆も同様となることを意味する。上述したように、ローラ３８の代わりに、又はそれに加えて、他のアクチュエータ手段／機構を使用することができる。
シャフト４０は、駆動デバイス１１のチャネル３９の中を通ることができる。チャネル３９は、閉鎖チャネル又は開放チャネルを備える。開放チャネルを使用することにより、図７に示すように、医療器具１９のシャフト４０を駆動デバイス１１内に装填することを容易にすることができ、これにより、デバイスの使用を簡略化し、動作時間を短縮することができる。例えば、開放チャネルは、術中又は医療処置中に医療器具１９の装填及び／又は装填解除を容易にし、患者内からシャフト４０を完全に後退させる必要なしに、ユーザが医療器具１９を手動で調整することを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、駆動デバイス１１は、必要に応じて、駆動デバイスにシャフトを装填したり駆動デバイス上にシャフトを保持したりすることを容易にするために、チャネル３９を選択的に開閉することを可能にするロボット作動式カバーを含むことができる。
駆動デバイス１１は、第２のロボットアームに取り付ける、装着する、又は別様に接続若しくは結合することができる。第２のロボットアームは、駆動デバイス１１を作動又は動作させるために、駆動デバイスの対応する駆動入力部（例えば、図８の駆動入力部３３４、３３８を参照）に係合して作動させるように構成された駆動出力部を含む器具駆動機構を含むことができる。また、ロボットアームは、空間内の駆動デバイス１１の位置を操作するために移動するように構成することもできる。図７に示されるように、いくつかの実施形態では、駆動デバイス１１は、（例えば、クリップ４７を使用して）アクセスシースアセンブリ９２に取り付けられるように構成することができる。駆動デバイス３００をアクセスシースアセンブリ９２に取り付けることにより、駆動デバイス１１又は関連付けられたロボットアーム２０４の移動又は再位置決めを介して、所望に応じて、アクセスシースの移動又は再位置決めを容易にすることができる。
アクセスシースアセンブリ９２のアクセスシース９０の部分は、シャフト４０を挿通することのできる管又は他の構造を備え得る。いくつかの実施形態では、アクセスシース９０は、解剖学的管腔に挿入されるように構成された細長い可撓性アクセスシースを備え得る。いくつかの実施形態では、アクセスシースは使用されず、医療器具１９の細長いシャフト４０を、患者に直接（例えば、患者の自然孔又は他の外科的アクセスポート若しくは切開部を通じて）挿入することができる。
図７はまた、駆動デバイス１１がコレクタ構造８５を含み得ることを例解している。医療器具１９を使用して患者から除去された物体を、コレクタ８５の中に堆積させることができる。例えば、尿管鏡検査の場合、医療器具１９は、患者内から結石又は結石断片を捕捉して回収するように構成されたバスケットデバイス３０を含むことができる。結石断片が捕捉されると、シャフト４０を、遠位端４２がコレクタ８５の上に位置決めされるまで後退させることができる。次いでバスケット３５を開いて、結石をコレクタ８５内に落下させることができる。コレクタ８５は、駆動デバイス上に位置決めされる必要はない。
医療器具１９のシャフト４０は、器具基部／ハンドル３１と駆動デバイス１１との間に直接延在することができる。そのような構成では、駆動デバイス１１が細長いシャフトの軸方向運動を駆動すると、基部／ハンドル３１を支持するロボットアームは、シャフト４０の軸方向運動の速度に対応する速度及び方向で基部／ハンドル３１を移動させることができる。したがって、シャフト４０の挿入速度は、基部／ハンドル３１に結合されたロボットアームが移動することができる速度に制限することができる。これは、比較的遅い速度の場合に好適であり得る。
いくつかの構成では、医療器具１９の細長いシャフト４０は、医療器具１９と器具フィーダ１４との間、及び／又は関連するロボットアーム間にサービスループ４９を形成するように配置される。サービスループ４９は、器具基部／ハンドル３１と駆動デバイス１１との間のシャフト４０の長さを含み得る。シャフト４０の長さが器具基部／ハンドル３１と駆動デバイス１１との間の距離を超えると、シャフト４０が下方に（及び／又は側方に）垂れる場合があり、器具基部／ハンドル３１と駆動デバイス１１との間にサービスループ４９が形成される。サービスループ４９は、より速い挿入及び／又は後退を可能にするために使用することのできるシャフト４０のたるみを提供することができる。例えば、挿入中に、サービスループ４９のたるみを取る（サービスループ４９を短縮又は収縮させる）ことができる。後退中に、サービスループ４９を生成することができる（長さの増加又は拡大）。本明細書で使用される場合、サービスループ４９を拡大又は収縮させることは、可撓性シャフトに軸方向の自由度を提供するためにサービスループ４９で利用可能な余分な長さの量を増加又は減少させることを伴い得る。実施例として、サービスループ４９を用いて、駆動デバイス１１は、器具１９に結合されたロボットアームが移動できる速度よりも速い速度で挿入を駆動することができる。
いくつかの実施形態では、サービスループ４９の使用により、器具フィーダ１１は、毎秒約１００～３００ｍｍの速度（例えば毎秒１３０～１９０ｍｍの速度）で、シャフト４０を比較的高速で挿入及び／又は後退させるように構成されることが可能となり得る。これらの範囲外の、比較的高速な挿入又は後退のための他の速度も可能である。このタイプの高速な挿入又は後退は、例えば、アクセスシース９０が患者の周辺組織を保護できるため、シャフト４０の遠位先端部４２が、アクセスシース９０内に位置決めされている場合に好適である可能性がある。いくつかの実施形態では、シャフト４０の遠位先端部４２がアクセスシース９０を越えて／アクセスシース９０の外側に延在するとき、器具フィーダ１１の動作を制御する関連する制御回路は、比較的遅い挿入又は後退速度に自動的に移行することができる。例えば、本開示の態様による比較的遅い挿入及び／又は後退速度は、毎秒約５～８０ｍｍの速度（例えば毎秒２０～５０ｍｍ）であることができる。これらの範囲外の、遅い挿入又は後退のための他の速度も可能であり、ここでは、遅い挿入／後退速度は、比較的高速な挿入／後退速度よりも遅い。より遅い挿入／後退速度は、例えば、図１２及び図１３に関して以下で説明されるように動作することができる。
後退中に、シャフト４０の遠位先端部が、スコープ位置７０５として示されるようにアクセスシースを越えて位置決めされるとき、駆動デバイス１１は、比較的遅い速度でスコープ４０の後退を駆動することができる。シャフト２２０の先端部４２が、スコープ位置７０６に対してなど、アクセスシース９０に入ると、器具フィーダ１１は、より速い速度でスコープを後退させることに自動的に移行することができる。駆動デバイス１１の協調動作と、器具１９に結合されたロボットアームの低速での移動は、シャフト４０の軸方向運動がロボットアームの運動のみで実行された場合に、不正確な駆動応答につながり得るシャフトの座屈を緩和するのに役立ち得る。
ロボット尿管鏡処置に関して、概して、手術医が尿管鏡ハンドル１９を保持し、スコープ４０を患者から引き抜くために手動でスコープ４０を後退させる必要はない場合がある。しかしながら、いくつかの解決策によれば、スコープ４０の後退をもたらす／開始するために、特定のユーザ制御部を連動させることができる。例えば、いくつかの実装形態では、器具ハンドル１９を近位に移動させるため、かつ／又は器具フィーダ１１の軸方向アクチュエータ手段３８（例えば、シャフト係合ホイール／ローラ）によるスコープ４０の近位軸方向作動を引き起こすために、（例えば、図７に示すように）下方又は他の方向に引くこと及び／又は保持することなどによって、垂下後退ジョイスティック５９を特定の方法で係合させ得る。
スコープ４０の後退をロボット的に引き起こす間、医師がスコープカメラ画像を監視して、スコープ４０がアクセスシース９０を通して比較的高速で後退させられることを可能にする一方で、スコープ４０があまりに遠くに後退させられることを防止することが必要で又は望ましくあり得る。例えば、スコープ４０の遠位端４２から突出するバスケット３５などのスコープ４０の遠位端４２が、軸方向アクチュエータ機構／手段３８（例えば、ホイール／ローラ）内に引き込まれるのを防止することが望ましい場合がある。例えば、スコープ４０の遠位端４２及び／又はバスケット３５が、ドライバスコープチャネル３９の開口部／閾３３に到達すること、更にはチャネル３９内の軸方向アクチュエータ手段３８に到達することを防止することが望ましい場合がある。しかしながら、医師が過度に慎重にスコープ４０を後退させると、スコープ４０の後退を理想的な時期よりも早く止めてしまう場合があり、又はスコープ４０の遠位端４２がアクセスシース９０内にある間にスコープの後退が不所望に遅くなったりする可能性があり、それによって、処置時間全体が長くなってしまう。更に、医師が後退に十分な注意を払っていなかったり、又は後退プロセス中に注意をそらされた場合、スコープ４０が後退されすぎたり、かつ／又は結石／バスケットが駆動チャネル３９内で詰まってしまう可能性があり、それによって、器具が損傷する及び／又は処置時間が長引いてしまう可能性がある。
本開示の実施形態は、有利には、尿管鏡又は他のデバイスなど、細長いシャフトの駆動に関して器具フィーダによって実施されるような自動後退（及び／又は挿入）速度修正の実施を可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、本開示は、スコープ／カテーテルをそこを通って後退させるアクセスシースアセンブリからの退出時に、スコープ／カテーテルの後退の自動的なロボットによる一時停止を提供する。そのような一時停止は、関連する医療処置に関連して捕捉された検体（例えば、腎臓から摘出された腎臓結石断片）の落下／堆積など、処置動作の実行に便利なスコープ／カテーテルの位置を提供する、関連するアクセスシースの外側の領域におけるソフトストップとして実装され得る。本明細書において、スコープ後退速度の修正への言及は、別段の記載がない限り、スコープ前進速度の修正に関するものと理解され得ることを理解されたい。
細長い器具の後退速度の自動的な一時停止及び／又は他の修正は、関連するロボットシステムに関連付けられた特定の条件及び／又は情報に少なくとも部分的に基づき得る。例えば、器具フィーダ１１及び器具１９がロボットシステムのロボットアームのそれぞれのエンドエフェクタに動作可能に結合される実施形態では、システム（例えば、ロボットカート及び／又は通信可能に結合されたタワー）は、スコープ位置判定の基礎を提供することができる特定のロボットシステムパラメータを決定及び／又は生成するように構成することができ、これは、スコープ後退／挿入速度をいつ、どのように変更するかを決定するために使用され得る。例えば、そのようなパラメータには、おそらくとりわけ、現在のスコープ挿入位置、現在のスコープ及び／又は器具フィーダの寸法、及びアクセスシースの長さが含まれ得る。
図７の腎臓の解剖学的構造の詳細な画像に示されるように、スコープバスケット３５は、最初に、アクセスシース９０の遠位開口部９３内に後退させられ得る。アクセスシース９０内への後退に関連して、アクセスシース９０内のスコープ４０及び／又はバスケット３０の遠位端４２の位置又は存在を確認するために、確認プロセス又はサブプロセスが実施され得る。例えば、ユーザインターフェースは、スコープ４０及び／又はバスケット３５がアクセスシース９０内にあることの確認をユーザから求めるために、ユーザに警告を発し得る。ユーザは、カメラ画像及び／又は利用可能な他の位置情報に基づいて、スコープ４０及び／又はその遠位端４２の位置を判定し得る。
アクセスシース９０内のスコープ４０の位置が確認されると、ロボット器具フィーダシステム（例えば、ロボットカート、コントロールタワー／システム、及び／又は器具フィーダ１１）に関連付けられた制御回路は、高速後退モードを可能にするように構成され得る。いくつかの実装形態では、ペンダントジョイスティック５９又は同様のものなどの特定のユーザ制御部５５を、後退コマンドを示すように（例えば、ジョイスティック５９を引き下げることによって）ユーザが係合させることによって、スコープが所定の自動一時停止位置１０１に達したと判断されるまで、比較的速い速度でシースを通してスコープを自動的に後退させることが実施され得、その時点で、関連する制御回路は、スコープ４０の軸方向の移動／後退の自動一時停止／停止を実施し得る。
いくつかの実装形態では、自動一時停止が実行されると、医師／ユーザは、ユーザ制御部の後退信号伝達ジョイスティックを解放し、カメラ視野を通して、又はアクセスシースアセンブリ９２及び／若しくは器具フィーダ１１の近位端を直接見て、スコープ４０が結石断片収集のための所望の位置にあるかどうかを確認又は判定するようにチェックし得る。もしそうであれば、ユーザは、特定のユーザ制御部を作動させて、バスケット３５を、その中に捕獲された結石断片をバスケットから落下させるために開くように命令し得る。いくつかの実装形態では、ユーザが後退ジョイスティックを解放すると、ユーザが所望の結石収集位置に到達するようにスコープの位置の微調整を実施し得るように、自動一時停止機能が非アクティブ化され得る。スコープのそのような微細な位置調整は、ペンダント挿入ジョイスティック操作を使用して実施され得る。
図８は、１つ又は２つ以上の実施形態による、ロボットアーム１２に関連付けられた器具デバイスマニピュレータアセンブリ１５０の分解図を示す。器具デバイスマニピュレータアセンブリ１５０は、ロボットアーム１２の遠位端に関連付けられたエンドエフェクタ６を含む。器具マニピュレータアセンブリ１５０は、器具フィーダ１１を更に含む。器具フィーダ１１は、内視鏡又は他のシャフト型器具などの器具４０を作動させるための電気機械的手段を組み込むことができる。本明細書における上向き及び下向きの表面、プレート、面、構成要素、及び／又は他の特徴若しくは構造の説明は、図８に示される器具デバイスマニピュレータアセンブリ１５０の特定の向きを参照して理解され得る。すなわち、エンドエフェクタ６は、概して、ある範囲の方向及び向きに面し、かつ／又は方向付けられるように構成可能であり得るが、便宜上、本明細書におけるそのような構成要素の説明は、図１０に示されるエンドエフェクタ６の概ね垂直に面する向きとの関連においてなされ得る。
いくつかの実施形態では、器具デバイスマニピュレータアセンブリ１５０は、エンドエフェクタ６と器具フィーダ１１との間にドライバインターフェースを提供するように構成されたアダプタ構成要素８を更に含む。アダプタ８及び／又は器具フィーダ１１は、ロボットアーム１２から除去可能又は取り外し可能であり得、いくつかの実施形態では、モータなどの任意の電気機械構成要素を欠いている場合がある。この二分は、医療処置において使用される医療器具を滅菌する必要性と、医療器具の複雑な機械アセンブリと敏感な電子機器とに起因して高価な資本設備を十分に滅菌することができないことと、によって引き起こされ得る。したがって、器具フィーダ１１及び／又はアダプタ８は、個々の滅菌又は廃棄のためにエンドエフェクタ６（したがってシステム）から取り外され、除去され、交換されるように設計され得る。対照的に、エンドエフェクタ６は、いくつかの場合において交換又は滅菌される必要はなく、保護のために（例えば、ドレープ３０１を使用して）ゆるやかに覆われる場合がある。
アダプタ８は、空気圧、電力、電気信号、及び／又は光信号を、ロボットアーム１２及び／又はエンドエフェクタ６から器具ドライバ１１に伝達するためのコネクタを含むことができる。ロボットアーム１２は、結合された器具フィーダ１１を治療部位の内外に前進／挿入又は後退させることができる。いくつかの実施形態では、器具フィーダ１１を除去して、異なるタイプの器具で置き換えることができる。ロボットアーム１２のエンドエフェクタ６は、アダプタ８、器具フィーダ１１、アクセスシースアセンブリ９２、及び／又は器具４０の構成要素に接続し、かつ／又はこれらと位置合わせするように構成された様々な構成要素／要素を含むことができる。例えば、エンドエフェクタ６は、医療器具を制御／関節運動させるための駆動出力部３０２（例えば、係合特徴部を有する駆動スプライン、歯車、又は回転可能ディスク）、医療器具からデータを読み出すためのリーダ３０４（例えば、医療器具からシリアル番号を読み出すための無線自動識別（radio-frequency identification、ＲＦＩＤ）リーダ、器具フィーダ１１及び／又はアダプタ８を器具フィーダ６に取り付けるための１つ又は２つ以上の締結具３０６、患者に手動で取り付けられる器具（例えば、アクセスシース９０）と位置合わせするため、かつ／又はデバイスマニピュレータアセンブリ１５０の前面を画定するためのマーカ３０８を含むことができる。いくつかの実施形態では、アダプタ８の一部分（例えば、プレート）３１５は、エンドエフェクタ６に結合されたときに、アダプタ８及び／又はエンドエフェクタ６の１つ又は２つ以上の他の構成要素とは独立して回転／スピンするように構成されることができる。
いくつかの構成では、ロボットアーム１２と器具フィーダ１１との間に滅菌バリアを提供するために、プラスチックシートなどの滅菌ドレープ３０１がエンドエフェクタ６とアダプタ８との間に配設され得る。例えば、ドレープ３０１は、エンドエフェクタ６からアダプタ８への機械的トルクの伝達を可能にするように、アダプタ８に結合され得る。アダプタ８は、概して、アダプタ８自体が滅菌バリアを提供するように、その作動構成要素の周囲にシールを維持するように構成され得る。アダプタ８及び／又はデバイスマニピュレータアセンブリ１９のより多くの他の構成要素に結合されるドレープ３０１を使用することにより、ロボットアーム１２と術野との間に滅菌バリアが提供され得、それによって、滅菌術野におけるアーム１２と関連付けられたロボットカートの使用が許容される。エンドエフェクタ６は、ロボットアーム１２のエンドエフェクタ６上に装填され得、かつ／又はそこから除去され得る、様々なタイプの滅菌アダプタに結合されるように構成され得る。アーム１２がプラスチックで覆われた状態で、医師及び／又は他の技術者は、処置中にアーム１２及び／又はロボットカートの他の構成要素（例えば、スクリーン）と相互作用し得る。ドレーピングは、機器のバイオハザード汚染から更に保護し、かつ／又は処置後の清浄化を最小限にし得る。
器具フィーダ１１は、器具フィーダ１１のハウジングの下面３３６上に複数の駆動入力部３３４、３３８を含むことができる。例解した実施形態では、器具フィーダ１１は、３つの駆動入力部３３４、３３８を含むが、他の実施形態では、他の数の駆動入力部を含むことができる。駆動入力部は、器具フィーダ１１の下側嵌合面３３６に沿った離間した固定位置にあることができ、これにより、駆動入力部３３４、３３８を、モジュール式に使用して多様な他の器具を取り付けるように設計されている、対応する嵌合面に沿って離間した固定位置にあり得る、エンドエフェクタ６の対応する駆動出力部３０２に結合することが容易になる。
器具フィーダ１１内の機械的アセンブリは、駆動入力部３３４、３３８を使用して、医療器具のシャフトの軸方向運動のために対向するローラ又は他のアクチュエータ手段／機構の回転を駆動することのみならず、シャフトの装填又は他の用途を可能にするために対向するローラの位置の変化を可能にすることができる。図示した実施形態では、３つの駆動入力部は、２つのローラ駆動入力部３３４及び開／閉駆動入力部３３８を備えている。駆動入力部３３４、３３８の各々は、ロボットアーム１２上の対応する駆動出力部３０２と係合するように構成することができる。例えば、各駆動入力部は、スプラインとして構成されている駆動出力部と嵌合するように構成されたレセプタクルを備えることができる。駆動入力部及び駆動出力部は、これらの間で運動を伝達するために係合するように構成することができる。したがって、駆動出力部を回転させて、駆動入力部３３４、３３８の対応する回転を引き起こし、器具フィーダ１１の様々な機能を制御することができる。
本明細書における「器具デバイスマニピュレータアセンブリ」、「器具マニピュレータアセンブリ」、「マニピュレータ」、「マニピュレータアセンブリ」、並びにそれらの他の変形例への言及は、ロボットアーム、ロボットアームのエンドエフェクタ、ロボットエンドエフェクタに結合されるように構成されたアダプタ、エンドエフェクタ及び／又はアダプタに結合されるように構成された器具フィーダ、器具フィーダのアクチュエータ（例えば、フィードローラ、シャフトチャネル、及び／又は器具フィーダに関連付けられた他のアクチュエータ構成要素、手段、及び／又は機構）を含む、図８に示されるアセンブリ１５０の構成要素の任意のサブセットを指すことができる。更に、本明細書における「アクチュエータ」への言及は、直接的にせよ間接的にせよ、機器フィーダに係合された、結合された、又は別様に機器フィーダによって作動可能な器具の移動に影響を与えるか、又はその移動を引き起こす、図８に示すアセンブリ１５０の任意の構成要素を指すことができることを理解されたい。例えば、本明細書に開示される実施形態によると、「アクチュエータ」は、次のデバイス又は構成要素の任意のセット又はサブセットを備え得る：フィードローラ、シャフト作動ホイール／ローラ、フィードローラチャネル、器具フィーダ駆動入力部、アダプタ駆動出力部、アダプタ駆動入力部、エンドエフェクタ駆動出力部、及び／又はそれらの作動を引き起こすように構成された制御回路。
図９は、１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ、結合される内視鏡及び器具フィーダデバイスを有するロボットアームの斜視図である。本明細書に詳細に説明されるように、図１～図８を参照して上述されるものなどのロボット医療システムは、腎臓結石断片除去など、患者から物体、検体、又はサンプルを除去することを伴う、ロボット医療処置のために使用されることができる。ロボット腎臓結石回収処置の間、医師は、コントローラ及び／又は特定の制御回路を使用して、様々なロボット医療器具（例えば、上述の内視鏡及び腹腔鏡など）を動作させることができる。医師は、システムを制御して、内視鏡の作業チャネル内に配設されたバスケットデバイスで腎臓結石を捕捉することができる。腎結石断片が捕捉されると、ロボット尿管鏡を後退させて、腎臓結石を患者から除去することができる。患者の身体の外側に位置付けたら、結石を解放するためにバスケットデバイスを開くことができる。次いで、ロボット尿管鏡を身体に再挿入して、必要に応じて更なる結石を取り出すことができる。
検体コレクタ８５は、ロボット医療用システムがロボットでその中に検体を堆積できるように構成することができ、これにより手動又は物理的な相互作用を最小限に抑えることができる。検体コレクタ８５は、ロボット制御の医療器具が迅速かつ効率的に検体を堆積することができる位置で、器具フィーダ１１などのロボット医療システムの構成要素と一体化され、かつ／又はそれによって支持されるように構成することができる。検体／結石は、アクセスシース導入器９１の開口部と軸方向アクチュエータ３８との間の位置１０１、例えば、導入器９１又はシース９０の開口部と軸方向アクチュエータ３８に関連付けられた器具送りチャネルの遠位端４３との間のほぼ中間の位置に堆積させることができる。いくつかの実施形態では、検体コレクタ８５は、システムの様々なロボット構成要素を被覆するように構成された滅菌ドレープ９０１と統合されることができる。検体コレクタは、バスケットデバイスが患者及び／又はアクセスシース導入器９１から後退されたときに、ロボット制御バスケットデバイスの真下にある場所に位置決めすることができる。そのような位置において、バスケットデバイスは単に開いて、回収した物体を検体コレクタ８５内に落下させることができる。検体コレクタ８５は、その中に堆積された物体を保持しつつ、流体をそこを通って排出することを可能にする少なくとも１つの多孔質部分で構成することができる。
図９のシステム９００は、器具ベース／ハンドル３１及び細長いシャフト４０を含む医療器具１９を含む。例解した実施形態では、細長いシャフト４０の近位端は、器具基部３１から延在している。いくつかの実施形態では、細長いシャフト４０は、可撓性シャフト及び／又は関節運動シャフトを含む。細長いシャフト４０の遠位端は、アクセスシース導入器９１に挿入されるように構成されている。本開示の他の図と同様に、器具フィーダ１１は、細長いシャフト４０の遠位端が、アクセスシース９０に挿入され、そこから後退することができるように、細長いシャフト４０の挿入及び／又は後退を駆動するように構成されている。例解した実施形態では、器具１９は、細長いシャフト４０の遠位端がアクセスシース９０から後退された位置で例示されている。本明細書に記載の実施例は、腎臓結石の除去に関するが、医療器具１９は、患者内の他のタイプの物体、検体、又はサンプルを収集及び回収するように構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、医療器具１９は、患者の解剖学的構造から生検サンプルを採るように構成されている。
器具フィーダ１１は、医療器具１９の細長いシャフト４０と係合し、細長いシャフト４０の遠位先端部のアクセスシース９０の内外への軸方向運動（例えば、挿入及び／又は後退）を駆動するように構成されている。例えば、図９に示すように、器具フィーダ１１は、細長いシャフト４０と係合するか、又は接触することができるローラ３８又は他の軸方向アクチュエータ手段／機構を含む。いくつかの実施形態では、ローラ３８は、ローラ３８と細長いシャフト４０との間に把持を提供する変形可能な材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、材料は、シリコーンゴムを含む。例解した実施形態では、ローラ３８が回転すると、細長いシャフト４０は、器具フィーダ１１を通って軸方向に引っ張られる、押される、又は別様に駆動されることができる。ローラ３８を第１の方向に回転させることにより、細長いシャフト４０の挿入を引き起こし、ローラ３８を第２の反対方向に回転させることにより、細長いシャフト４０の後退を引き起こすことができる。いくつかの実施形態では、ローラ３８の代わりに又はそれらに加えて、他の駆動手段／機構を使用することができる。例解した実施形態では、細長いシャフト４０は、器具フィーダ１１のチャネル３９の中を通る。チャネル３９は、閉鎖及び／又は開放チャネルを備える。例解した実施形態では、滅菌アダプタ８ａ、８ｂは、ロボットアーム１２ａ、１２ｂと、それぞれの結合された器具／デバイス１９、１１との間に位置決めされる。
システム９００の例解された実施形態は、医療器具２０４の細長いシャフト４０の軸方向運動を駆動するための器具フィーダ１１を含み、他のタイプのロボットマニピュレータを使用して、他の実施形態で軸方向運動を駆動することができる。例えば、いくつかの実施形態では、軸方向運動は、医療器具１９の基部／ハンドル３１が取り付けられているロボットアーム１２ａを移動させることによって駆動される。したがって、器具位置に基づく器具後退／挿入速度修正の本明細書における説明は、器具に直接又は間接的に結合されたロボットアームの空間内の移動の速度の修正に関連し得る。
検体コレクタ８５は、検体を堆積させることができるレセプタクル、コンテナ、ベッセル、又はリポジトリを提供する。検体コレクタ８５は、プラスチックシートなどの可撓性材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、コレクタ８５は、可撓性バッグを備える。検体コレクタ８５を、滅菌野内に位置決めさせることができる。コレクタ８５は、滅菌アダプタ８ｂに、アクセスシースイントロデューサー９１に、又は器具フィーダ１１に取り付けることができる。例解した実施形態では、検体コレクタ８５は、遠位先端部４２がアクセスシース９１から引き抜かれるときに、医療器具１９の細長いシャフト４０の遠位先端部４２の下方（例えば、直下）にある場所に位置決めされている。この位置では、検体をコレクタ８５内に堆積させることは、検体を解放し（例えば、バスケットデバイスを開く）、検体を重力によってコレクタ８５内に落下させることを可能にすることによって達成することができる。検体コレクタ８５のこの位置はまた、細長いシャフト４０とアクセスシース９０との間の位置合わせを維持することができ、それにより、検体がコレクタ８５内に堆積された後、細長いシャフト４０の遠位先端部４２を、アクセスシース９０に迅速に再挿入して、処置を継続することができる。これは、処置の全体的な長さを短縮し、患者の転帰を改善することができる。
例解した実施形態では、所定の自動スコープ一時停止／停止位置が、検体コレクタ８５の真上の位置に設定されている。例えば、そのような自動一時停止／停止位置１０１は、器具フィーダ１１及び／又は軸方向アクチュエータ３８の遠位（すなわち、患者に面する）側４３に位置決めさせることができる。この位置は、シャフト４０の遠位先端部４２を検体コレクタ８５の上に位置決めするのに必要な移動の量を有益に最小限に抑えることができる。この場合も、処置の全体的な長さを短縮することができる。シャフト４０の移動軸に沿った空間内の識別可能な位置であり得る、検体コレクタ８５及び自動一時停止／停止位置は、アクセスシース９０及び／又はアクセスシース導入器９１のすぐ近位に位置決めされている。
図１０は、図９に示される器具フィーダ１１の実施形態の上面図であり、器具フィーダは、医療器具の細長いシャフトの軸方向運動を駆動するように構成されている。図１０は、器具フィーダ１１及びアクセスシース９０を示し、本明細書に記載されるような自動後退速度及び／又は一時停止機能のための基礎を提供し得る特定のパラメータ特徴を識別する。図９及び図１０は、アクセスシース導入器９１の近位開口部と、それに関連付けられた軸方向アクチュエータ３８及び／又は駆動チャネル３９との間の自動一時停止場所１０１に一時停止されたスコープ４０の遠位先端部４２を示す。図１０は、自動一時停止／停止場所１０１の概ね下方に位置決めされたコレクタ８５を示す。いくつかの実施形態では、コレクタ８５は、取り付けタブ８９に結合されている。取り付けタブ８９は、検体コレクタ８５を支持する器具フィーダ１１及び／又はシステム９００の構成要素に取り付けるように構成することができる。
図１０は、本明細書に開示されるようなスコープ後退／挿入速度修正によるスコープ位置判定のための基礎としての役割を果たし得る、様々な次元を例解する。例えば、スコープチャネル３９に対する開口部４３と、アクセスシースアセンブリ９２の近位開口部／漏斗構成要素９１を所定の位置に保持し固定するように構成されている器具フィーダ１１に関連付けられたクリップ構成要素４７の近位端又は中心と、の間の距離に対応し得る第１の次元ｄ１が挙げられる。いくつかの実装形態では、所望の自動一時停止位置１０１は、図１０に示されるように、クリップ４７の近位端とチャネル４３の開口部との間の中間の位置として判定され得る。すなわち、本開示の実施形態は、アクセスシースクリップとスコープチャネル及び／又は軸方向アクチュエータ機構／手段との間の後退したスコープの軸方向の移動に関して、自動一時停止実行を提供する。自動一時停止及び／又は他の速度修正機能のためのスコープ位置を判定する際に、スコープ４０の遠位端４２に対するスコープ４０の位置は、特定の位置判定／計算の基礎としての役割を果たし得る。例えば、図１０は、スコープチャネル３９への開口部４３とアクセスシース９０の遠位端９３との間の距離を表す寸法ｄ３を示し、この寸法は、スコープの位置を計算するために使用され得る。いくつかの実装形態では、チャネル開口部４３とクリップ４７との間の距離ｄ１は、少なくとも部分的に、アクセスシース先端部９３におけるスコープ挿入長を表す寸法ｄ３から既知又は選択されたアクセスシース長ｄ２を減算することによって、判定され得る。いくつかのシステムでは、距離ｄ１は、器具フィーダ１１の機械的寸法から直接導出することができる。一時停止位置１０１は更に、クリップ４７とチャネル４３の開口部との間の距離ｄ１の半分を減算することによって判定され得る。例えば、自動スコープ一時停止位置／場所１０１は、以下に列挙される式（１）に従って判定され得る。
一時停止場所＝シース先端部－ｄ２－０．５＊ｄ１ （１）
「一時停止場所」が自動スコープ一時停止／ストープ場所１０１を表す場合、「シース先端部」は、スコープ４０の先端部４２がアクセスシース９０の先端部９３にあるときのスコープ挿入構成を表し、ｄ１及びｄ２は、図１０に示されるそのようなパラメータの可能な寸法のいずれかを表す。「シース先端部」は、スコープ４０の先端部４２がアクセスシース９０の遠位先端部９３に位置決めされるとき、スコープのローラ作動及び／又はスコープサービス長さを考慮して、スコープハンドル１９の相対的挿入／位置を示すことができる。いくつかの実装形態では、上記の式（１）は、自動一時停止場所について例解されるように位置１０１を判定するために、寸法ｄ１及びｄ２がどのように定義されるかに応じて、等式の右辺の寸法ｄ４の減算を更に含む。
一時停止場所＝シース先端部－ｄ２－０．５＊ｄ１ （１）
「一時停止場所」が自動スコープ一時停止／ストープ場所１０１を表す場合、「シース先端部」は、スコープ４０の先端部４２がアクセスシース９０の先端部９３にあるときのスコープ挿入構成を表し、ｄ１及びｄ２は、図１０に示されるそのようなパラメータの可能な寸法のいずれかを表す。「シース先端部」は、スコープ４０の先端部４２がアクセスシース９０の遠位先端部９３に位置決めされるとき、スコープのローラ作動及び／又はスコープサービス長さを考慮して、スコープハンドル１９の相対的挿入／位置を示すことができる。いくつかの実装形態では、上記の式（１）は、自動一時停止場所について例解されるように位置１０１を判定するために、寸法ｄ１及びｄ２がどのように定義されるかに応じて、等式の右辺の寸法ｄ４の減算を更に含む。
本開示の態様による自動挿入又は後退速度修正は、アクセスシース、検体コレクタ、及び／又は他の構成要素などの１つ又は２つ以上の他のシステム構成要素に対するスコープ位置を示す、任意のタイプのロボットシステムデータに基づき得る。例えば、スコープの現在のスコープ挿入を示すデータは、スコープ又はその構成要素の現在位置を判定／検出するために使用され得る。現在のスコープ挿入データは、スコープが特定の較正された位置から並進される程度を示すことができる。例えば、（例えば、スコープに関連付けられたＲＦＩＤ識別に基づいて）スコープ長が既知である場合、現在のスコープ挿入は、器具フィーダ１１及びスコープハンドル１９にそれぞれ結合されたロボットアームのエンドエフェクタ間の距離に基づいて判定され得る。例えば、図１、図７、及び図９は、２つのロボットアームのエンドエフェクタの中心点間の距離を表す寸法コールアウトＤａを含み、ロボットアームのうちの１つは、スコープ基部／ハンドル１９に固定される。したがって、自動スコープ挿入若しくは後退速度修正又は停止／一時停止をトリガすることは、関連する医療処置において使用される２つ又は３つ以上のロボットアーム間の既知の相対距離に少なくとも部分的に基づくことができる。
いくつかの実施形態では、自動スコープ後退／挿入速度修正は、ローラ／ホイール３８の中心とシースクリップ４７の中心との間の所定の距離に少なくとも部分的に基づき得、そのような距離は、図１０の距離ｄ１の変形として示される。更に、クリップ４７の中心とシース９０の近位端との間の距離は、予め決定されてもよく、そのような距離は、図１０において距離ｄ４として示される。そのようなデータ点は、例えば、アクセスシース９０の既知の長さｄ２とともに、器具フィーダ１１に対するシース９０の遠位端９３の位置を決定するために使用され得、そのような位置情報は、本開示の態様に従って自動速度修正をトリガする目的でスコープ４０の位置を判定するための基礎としての役割を果たし得る。概して、スコープ４０の位置の判定は、器具フィーダ１１を支持するそれぞれのロボットアームとスコープ１９との間の現在の距離ＤＡに更に基づき得る。
いくつかの実施形態では、スコープ位置の判定／検出は、アクセスシース長ｄ２に少なくとも部分的に基づき、そのような長さは、概して、アクセスシース９０の遠位先端部９３と、シース９０の近位端、クリップ４７の中心、又は漏斗ポート／導入器構造９１の近位端との間の長さであると理解され得る。いくつかの実施形態では、シース９０は、約５５ｃｍの長さを有し、一方、漏斗ポート／導入器構造９１は、約２ｃｍの長さを有する。しかしながら、任意の長さのシース、スコープ、ポート、又はシステムの他の構成要素が、本開示の態様に従って利用され得ることを理解されたい。
場合によっては、アクセスシース９０の長さｄ２が、更に既知であり得る。例えば、そのような長さデータ点は、関連する較正又は初期化プロセス中のある時点で医師／ユーザによって入力され得る。いくつかの実施形態では、アクセスシース９０の長さｄ２は、磁気タグ又はセンサ、若しくは同等物など、それに関連付けられた１つ又は２つ以上のセンサによって示され得る。図６、図７、及び図１０のように、器具フィーダ１１がアクセスシースアセンブリ９２に物理的に結合されている場合、アクセスシース９０の遠位端９３の位置は、器具フィーダ１１に結合されたロボットアーム及びアクセスシース長ｄ２に関する位置データ、並びにシースクリップ４７及び／又は漏斗ポート構造９１の位置及び／又は次元に関する情報から判定／導出することができ、これらの各々は、本開示の態様による自動後退又は挿入速度修正のための基礎としての役割を果たし得る。
いくつかの実装形態では、スコープ４０の先端部４２の現在位置は、ロボットアームのうちの１つ又は２つ以上の位置及びスコープ先端部４２の位置を最初に較正することによって判定され、ロボットアームの後続の相対的又は絶対的な移動は、ロボットアームの初期位置からの偏差及び／又はローラ３８の作動の量／程度に基づいて、スコープ先端部４２の現在位置を示すことができる。具体的に言えば、器具ドライバに結合されたアーム１２ｂは、概ね、尿管アクセスシース９０にクリップされた状態で静止している場合があるので、スコープに接続されたロボットアーム１２ａの移動を監視して、スコープの位置を判定し得る。アクセスシースアセンブリ９２を器具フィーダ１１にクリップ留めすることで、断裂、又はアクセスシース９０と隣接する解剖学的構造との間の他の摩擦若しくは鈍い接触による患者への傷害のリスクを有利に低減することができる。
いくつかの実装形態では、漏斗ポート構造９１の近位端における閾に関連付けられた点１５３は、スコープ４０の先端部４２に対する較正プロセス中に登録させることができる。いくつかの実施形態では、一時停止位置１０１は、スコープ１９を保持するロボットアーム１２ａの位置に対して登録され得、スコープ４０の遠位先端部４２が自動一時停止／停止エリア１０１内にある位置におけるスコープ１９の位置は、視覚的確認及び／又は他の手段若しくは機構によって判定され得る。そのような登録／較正の後、スコープの位置の判定は、登録位置情報に少なくとも部分的に基づき得る。
器具フィーダアセンブリ／デバイスによる自動後退又は挿入速度修正をトリガする目的で、スコープの少なくとも一部分の位置を判定／検出するためにロボットシステムデータを使用することに加えて、又はその代替として、本明細書において詳細に記載されるような自動後退一時停止／停止を含む、速度修正をトリガする目的でスコープ及び／又はバスケットの位置を判定するために、他の機構を実装し得る。例えば、いくつかの実装形態では、１つ又は２つ以上の位置センサによって生成される信号は、スコープ、バスケット、及び／又はスコープアセンブリの他の構成要素が特定の位置に到達するときを検出するために使用され得、本開示の態様による速度修正は、そのような判定／検出された位置によってトリガされる。例えば、関連するシステム（例えば、図１に示されるシステム１００の実施形態）は、現時点におけるスコープの遠位先端部の位置、アクセスシースの進入及び／又は退出位置、又は同等物を示すデータを生成するように構成される、１つ又は２つ以上のセンサ（例えば、電磁位置センサ、又は同等物）を含み得、システムの制御回路は、位置検出／判定に応答して、速度修正（例えば、後退一時停止）を実施するように構成されている。いくつかの実装形態では、検出／判定された位置は、アクセスシース又はアクセスシースアセンブリの１つ又は２つ以上の構成要素又は部分に対するスコープの１つ又は２つ以上の構成要素又は部分の相対位置を示すデータに基づき得る。
本開示の様々な実施形態に関連して説明されるように、本開示の態様による器具フィーダデバイス／ツールによるスコープの後退及び／又は挿入速度の修正は、本明細書で詳細に説明されるように、デバイス／ツールによって駆動されているスコープの部分の位置の判定に基づき得る。例えば、そのような位置判定は、スコープの遠位端がアクセスシースの近位開口部から近位に引き抜かれたことを判定することを伴うことができる。そのような判定／検出は、スコープの遠位端及び／又はスコープの遠位端から突出するバスケットデバイスが、アクセスシースシャフト内の開口部及び／又はシースアセンブリの近位端と関連付けられた漏斗ポート構造の近位開口部をクリアしたときを判定することを伴い得る。
いくつかの実装形態では、スコープ又は他のシャフト型器具の軸方向駆動速度の修正は、スコープ及び／又はバスケットデバイス／アセンブリの構成要素又は部分がアクセスシースアセンブリの中へ前進させられたという判定／検出に基づき得、その時点で、高速挿入モードがトリガされ得、スコープの遠位端は、比較的高い速度率でアクセスシースを通して前進させられ得る。そのような判定／検出は、このスコープの遠位端及び／又はそこから突出するバスケットデバイスが、アクセスシースアセンブリに関連付けられた漏斗ポート構造、又は漏斗ポート構造に物理的に結合されたアクセスシースの近位開口部に入ったことを判定又は検出することを伴い得る。
図１６は、器具フィーダ１１と、それにクリップ留めされた関連するアクセスシースアセンブリ９２とを示し、アクセスシースアセンブリ９２及び器具フィーダ１１に関連付けられた異なるスコープ挿入／後退速度ゾーンＺ０～Ｚ３が識別される。様々なゾーンは、シース９０及び／又はシースアセンブリ９２の内部及び／又は外部のエリアであり、本開示の態様に従って、後退及び／又は挿入の異なる速度が自動的に実施／トリガされ得る。器具フィーダ１１によって駆動されるスコープデバイス（図示せず）の先端部がシース９０の高速後退ゾーンＺ２内にあるとき、スコープは比較的高速で後退するように構成され得る。例えば、そのような高速後退は、ユーザがスコープを後退させるために関連ユーザ入力デバイスの制御ジョイスティックを押し下げている間に実施され得、後退の速度は、スコープ先端部が高速後退ゾーンＺ２内にあるという判定に応答して増加し得る。
いくつかの実装形態では、高速後退モード中、システムの１つ又は２つ以上の構成要素の制御回路は、現在のスコープ挿入／位置を判定された自動一時停止位置１０１と比較して、スコープ後退の自動一時停止／停止を開始するかどうかを判定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、一時停止場所１０１で一時停止／停止する前に、アクセスシース９０から近位側に出るときにスコープの後退が最初に遅くなるように、低速後退ゾーンＺ３が、アクセスシースアセンブリ９２の近位部分に関連付けられ得る。いくつかの実装形態では、現在のスコープ場所と一時停止場所１０１との間の比較が一致するか、又は十分に近接している場合を除いて、高速後退が自動的に継続され得る。スコープ先端部が一時停止位置１０１又はその近傍にあると判定されると、関連する制御回路は、駆動機構の制御を通して、その場所におけるスコープの自動一時停止／停止を有利に開始／実行することができる。
図１６を更に参照すると、いくつかの実装形態では、低速後退ゾーンＺ３が実施され得、このゾーンでは、スコープの遠位端及び／又はそこから突出したバスケットが、シース９０の近位端、クリップ４７の中心点、又は漏斗ポート構造９１の近位端、又は他の位置に位置決めされ得る、シース進入位置１５１に到達したことが判定／検出されると、スコープの後退の速度が減速される。すなわち、いくつかの実装形態では、スコープの後退は、自動一時停止／停止エリア又は位置１０１に到達したときに完全に停止／一時停止される前に、まず、低速後退ゾーンＺ３にあるときに最初に減速され得る。いくつかの実施形態では、スコープ及び／又はバスケットが、シース９０の近位端のすぐ遠位のエリアにおいてアクセスシース９０内に依然としてある間に、ゆっくりとした後退が自動的にトリガされ得る。スコープ又はその構成要素の位置の判定／検出の本明細書におけるいかなる参照又は説明も、スコープの遠位端から突出するバスケット形態／デバイスの位置の判定／検出を示すことができることを理解されたい。
スコープ４０をシース９０を通して遠位側に前進させる／挿入するとき、スコープ（及び／又は関連するバスケット）がシース９０の遠位エリアの位置１５２に到達したことを判定／検出すると、そのようなスコープ速度を減速させるために、軸方向挿入／前進の速度修正がトリガされ得る。例えば、挿入／前進速度は、閾１５２を過ぎて自動的に減少され、シース９０から出たときに組織が損傷するリスクを低減し得る。いくつかの実装形態では、そのような速度低下は、所定の閾挿入力超である挿入力の判定によってトリガされ得る。そのような力は、器具フィーダ１１のアクチュエータ又は他の構成要素に関連付けられた１つ又は２つ以上のトルクセンサ上の読み取り値によって示され得る。いくつかの実施形態では、位置１５２は、アクセスシース９０の軸方向端部９３から約２０ｍｍ以下である。
アクセスシース９０内へのスコープ４０の挿入中、高速挿入モードは、スコープ先端部４２及び／又はバスケットが閾点１５１、又はシース９０の近位エリア内の別の点を通過するときに、自動的にトリガ及び開始され得る。いくつかの実施形態では、スコープ先端部及び／又はバスケットが高速挿入／後退ゾーンＺ２に入ったという判定は、そこから突出したスコープ及び／又はバスケットの遠位端４２が、アクセスシースアセンブリ９２を器具フィーダ１１に固定するクリップ４７を通過したという判定に基づき得る。例えば、アクセスシース９０及び／又は高速挿入／後退ゾーンＺ２内への進入の判定は、漏斗ポート／導入器構造９１の軸方向長さを示す情報及び／又は漏斗ポート構造９１の遠位端の既知の距離に基づくことができる。例えば、スコープ及び／又はバスケットの先端部がアクセスシースアセンブリ９２の管状構造９０内への閾を越えるまで、スコープ及び／又はバスケットが漏斗ポート構造９１の内部チャネル内にある間は、遅い挿入速度を維持することが有利であり得る。
図１の例解されたシステム１００に関しても、本明細書に開示された他のシステムと同様に、実装された電磁場発生器１８が、器具フィーダ１１が配設されたエリアをカバーする電磁場をブロードキャストするように構成されている場合、そのような電磁場は、本明細書に記載されたような電磁位置決めに基づいてスコープ４０の先端部４２の位置を判定するために依拠され得る。いくつかの実装形態では、電磁位置センサは、アクセスシース９０の先端部９３におけるスコープ先端部４５の位置を判定するために使用され得、シースアセンブリ及び／又は器具フィーダ１１に関連する所定のデータ点のうちの１つ又は２つ以上は、上記で詳細に説明されるように、自動一時停止／停止位置１０１に対するスコープ４０の遠位先端部４２の位置を判定するために使用され得る。すなわち、電磁位置センサ情報は、シースアセンブリ９２及び／又は器具フィーダ１１に対するスコープの先端部４２の位置を較正するために使用され得、そのような較正は、スコープアセンブリ１９に結合されたアクチュエータ３８及び／又はロボットアーム１２ａの較正後の移動に基づいて、自動停止／一時停止位置１０１に対するスコープの位置を決定するために使用され得る。そのような較正は更に、図１６に示されるように、スコープ位置が他の速度閾点を越えるときのスコープ位置を判定するために利用される場合がある。いくつかの実施形態では、スコープ４０の先端部４２は、そのような目的のために使用され得る、電磁センサを含むことができる。
いくつかの実装形態では、器具フィーダデバイス／アセンブリによるスコープの軸方向駆動の修正は、スコープ（例えば、スコープの遠位端）及び／又はそこから突出するバスケットが、検体収集ゾーン、エリア、位置などに到達したという判定／検出に応答して、スコープの軸方向の移動を停止又は一時停止することを伴っていた。例えば、そのような位置は、アクセスシース及び／又は関連する漏斗ポート構造の近位開口部と、スコープの駆動軸に対する遠位開口部又はスコープチャネル及び／又は器具フィーダデバイス／アセンブリに関連付けられた軸方向アクチュエータ（例えば、ローラ）とのインターフェースとの間のほぼ中間点に位置するエリア又は位置１０１であり得る。図７、図１０、及び図１５に示される例解された自動一時停止／停止エリア／位置１０１は、例示的位置を表し、そのような位置におけるスコープ及び／又は関連するバスケットの部分の検出は、本開示の実施形態に関連して、自動後退一時停止をトリガし得る。スコープ位置を判定するために、電気的、光学的、又は他のタイプのセンサを含む任意のタイプのセンサを使用し得る。更に、いくつかの実施形態では、複数のセンサを使用して、位置判定／検出の精度の上昇を提供し得る。センサ情報は、本明細書に説明される位置判定に影響を及ぼし得る、スコープ４０とドライバアクチュエータ３８との間の相対的滑りなどの予期せぬ問題を考慮するために依拠され得る。
図１０を更に参照すると、器具フィーダ１１は、医療器具のシャフトの軸方向運動を駆動するように構成されているローラ３８又は他の軸方向アクチュエータ手段を含むことができる。上述したように、ローラ３８は、シャフト４０が器具フィーダ１１に装填されたときに、医療器具１９のシャフト４０の両側に位置決めされるように、チャネル３９の両側に位置決めすることができる。したがってローラ３８は、対向するローラとみなすことができる。ローラ３８は、医療器具のシャフトの挿入を駆動するために第１の方向に回転することができ、医療器具のシャフトの後退を駆動するために第２の方向に回転することができる。
いくつかの実施形態では、器具フィーダ１１は、ローラ３８が細長いシャフト４０と係合する閉鎖位置に向かってローラ３８を付勢するように構成されているばね８８を含む。ばね８８は、ローラ３８をチャネル３９に向けて内向きに付勢することに加えて、ローラ３８を医療器具のシャフト４０と係合させるのに必要な圧力又は摩擦力を提供するように構成することもできる。例えば、ばね８８は、ローラ３８が医療器具のシャフト４０にどれ程の強さで圧力をかけるのかを判定する。ばね８８の力は、医療器具のシャフト４０に対して所望の圧力又は摩擦が提供されるように選択することができる。いくつかの実施形態では、挿入及び後退中に医療器具のシャフトが患者の解剖学的構造に加え得る圧力又は力を、ばね８８のばね力を使用して制御又は制限することができる。これは、所定の負荷においてローラ３８が医療器具のシャフト上を滑り始めるように、ローラ３８の摩擦駆動力に対応する、ばね力を選択又は設定することによって達成できる。この駆動力を調整することにより、システムは、患者にとって許容可能又は安全であると判断又は定義される、加わる力のレベルを維持することができる。いくつかの実施形態では、システムの制御回路は、スコープ位置を判定する目的で、ローラ３８とシャフト４０との間の滑りがいつ発生したかを判定するように構成されている。
視覚ベースのスコープ位置判定
全体を通して参照されるように、スコープ挿入及び／又は後退のための自動速度修正は、挿入又は後退プロセス中の現在のスコープ位置の判定又は検出によってトリガされ得る。いくつかの実装形態では、現在のスコープ位置の判定（例えば、遠位先端部位置検出／判定）は、スコープの１つ又は２つ以上のカメラによって、及び／又はそれを使用して生成されるカメラデータに基づき得る。例えば、システムの制御回路は、アクセスシース並びに／又はアクセスシースアセンブリ及び／若しくは器具フィーダの他の構成要素に対するスコープの環境を認識するための画像処理機能を実装するように構成され得る。いくつかの実施形態では、後退又は挿入中にスコープカメラによって捕捉されたカメラ画像は、互いに、かつ／又は特定の参照画像と比較され、スコープがアクセスシース内にあるか否か、かつ／又はアクセスシースのどの部分の中又は近くにスコープが位置決めされるかに関して、スコープの位置を分類／判定し得る。そのような位置決定は、本開示の態様による自動速度修正又は停止／一時停止をトリガするための基礎としての役割を果たすことができる。
全体を通して参照されるように、スコープ挿入及び／又は後退のための自動速度修正は、挿入又は後退プロセス中の現在のスコープ位置の判定又は検出によってトリガされ得る。いくつかの実装形態では、現在のスコープ位置の判定（例えば、遠位先端部位置検出／判定）は、スコープの１つ又は２つ以上のカメラによって、及び／又はそれを使用して生成されるカメラデータに基づき得る。例えば、システムの制御回路は、アクセスシース並びに／又はアクセスシースアセンブリ及び／若しくは器具フィーダの他の構成要素に対するスコープの環境を認識するための画像処理機能を実装するように構成され得る。いくつかの実施形態では、後退又は挿入中にスコープカメラによって捕捉されたカメラ画像は、互いに、かつ／又は特定の参照画像と比較され、スコープがアクセスシース内にあるか否か、かつ／又はアクセスシースのどの部分の中又は近くにスコープが位置決めされるかに関して、スコープの位置を分類／判定し得る。そのような位置決定は、本開示の態様による自動速度修正又は停止／一時停止をトリガするための基礎としての役割を果たすことができる。
いくつかの実施形態では、システムの制御回路によって実装される画像認識機能を使用して識別可能であるアクセスシースの様々な表面又は部分／構成要素上に、特定のマーキングが適用及び／又は形成され得る。例えば、アクセスシース又はシステムの他の構成要素の特定の構造及び／又は部分／構成要素に関連付けられ得る、そのような色分けされた特徴の識別に基づいて、スコープの位置をシステム制御回路に示すために、特定の色分けが実施され得る。例えば、視覚的マーキングは、器具フィーダ１１の漏斗ポート構造９１及び／又は支持アーム／構造９６の内側に適用され、かつ／又は存在し得る。
いくつかの実施形態では、位置判定／検出は、システムの制御回路によって実装されるニューラルネットワークフレームワークからの出力に少なくとも部分的に基づき得る画像認識機能に基づき得る。例えば、内視鏡カメラ画像は、スコープ位置判定のための基礎を提供することができる。そのような視覚ベースのスコープ位置判定機能は、特定の画像処理技法を使用して、医療システムの制御回路によって実装され得る。
図１１は、１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ位置判定画像認識アーキテクチャ１１００を例解する。アーキテクチャ１１００は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態に従って、カメラ画像の特性に基づいて、スコープ位置を動的に決定するために、内視鏡カメラ画像内の１つ又は２つ以上の器具及び／又は解剖学的特徴を識別するためのフレームワークを提供する。フレームワーク１１００は、１つ又は２つ以上のプロセッサ、データ記憶デバイス、接続性特徴、基板、受動及び／又は能動ハードウェア回路デバイス、チップ／ダイ、並びに／若しくは同等物を含む、特定の制御回路で具現化され得る。例えば、フレームワーク１１００は、図４に示され、上記に記載される制御回路２５１及び／又は制御回路２１１で少なくとも部分的に具現化され得る。フレームワーク１１００は、機械学習機能を採用して、例えば、内部腎臓解剖学的構造の尿管鏡画像、アクセスシース構成要素の内部、及び／又は同等物に対して自動スコープ位置判定／検出を実行し得る。
フレームワーク１１００は、１つ又は２つ以上の医療処置、及び／又はそのような処置で使用される器具構成要素と関連付けられた治療部位の少なくとも一部分を表す画像データなど、特定の画像タイプのデータ構造上で動作するように構成され得る。そのような入力データ／データ構造は、フレームワーク１１００の画像処理部分に関連付けられた特定の変換回路１１２０によって、ある様式で動作し得る。変換回路１１２０は、任意の好適な又は望ましい人工ニューラルネットワークアーキテクチャなどの任意の好適な若しくは望ましい変換及び／又は分類アーキテクチャを備え得る。
変換回路１１２０は、既知の画像データに従ってトレーニングされ得る。例えば、画像データは、入力／出力対としてそれぞれの画像１１１２に対応する医療器具構成要素及び標的ラベル１１３２の表現を包含し得、変換／分類フレームワーク１１２０は、既知の入力及び出力画像データを相関させるために、それに関連付けられた１つ又は２つ以上のパラメータ若しくは重みを調整するように構成されている。例えば、変換回路１１２０（例えば、畳み込みニューラルネットワーク）は、ラベル付けされたデータセット及び／又は機械学習を使用してトレーニングされ得る。機械学習フレームワークは、任意の好適な又は望ましい様式で学習／トレーニングを実行するように構成され得る。
既知の標的ラベル１１３２は、少なくとも部分的には、特定のスコープ位置に関連付けられているものとして画像を手動でラベル付けすることによって生成され得る。例えば、手動ラベルは、既知のスコープ画像／データにおいて、例えば、スコープの遠位端がアクセスシースアセンブリと相対する場所にラベル付けするために、関連する医療専門家又は他の技術者によって判定及び／又は適用され得る。既知の入力／出力対は、変換回路１１２０のパラメータを示すことができ、これは、いくつかの実施形態では動的に更新可能であり得る。
フレームワーク１１００は、変換回路１１２０のトレーニングされたバージョンを使用して、リアルタイムスコープ画像１１１５と関連付けられたリアルタイム標的ラベル１１３５を生成するように更に構成され得る。例えば、医療処置中の医療器具（例えば、スコープ）の後退中に、医療器具を示すリアルタイムのスコープ画像を、変換回路１１２０を使用して処理して、リアルタイム画像が捕捉されたときのスコープの位置を示すリアルタイム標的ラベル１１３５を生成し得る。例えば、いくつかの実装形態では、尿管鏡画像は、スコープ位置を識別するために、変換回路１１２０によって処理され得る。スコープ位置のユーザ通知は、リアルタイムスコープ位置ラベル判定１１３５に応答して提供され得る。いくつかの実装形態では、フレームワーク１１００からの出力は、器具フィーダによるスコープの後退又は挿入速度の変化をトリガすることができ、器具フィーダは、出力に少なくとも部分的に基づいて、速度を修正するか、若しくは後退又は挿入を一時停止／停止するように構成され得る。いくつかの実施形態では、フレームワーク１１００は、スコープが自動一時停止／停止位置に位置決めされているか否かを特定の画像が示すかどうかをバイナリ方式で示すようなやり方で、リアルタイム標的ラベル１１３５を生成するように構成され得る。
変換フレームワーク１１２０は、畳み込みニューラルネットワークなどの人工ニューラルネットワークを備え得る。例えば、フレームワーク１１２０は、入力画像を取り込み、画像内の様々な態様／物体に学習可能な重み／偏りを割り当てて、一方を他方から区別する深層学習アーキテクチャを実装し得る。フレームワーク１１２０のフィルタ／特性は、手作業で設計され得るか、又は機械学習によって学習され得る。
フレームワーク１１２０は、入力画像の視覚エリアをカバーする入力画像の重複領域に対応する複数のニューロン１１２５（例えば、図１１に示されるようなニューロンの層）を含み得る。フレームワーク１１２０は、ある様式で入力画像又はその一部を平坦化するように更に動作し得る。フレームワーク１１２０は、特定のフィルタの適用を通して、入力画像１１１５内の空間的及び／又は時間的依存性を捕捉するように構成され得る。そのようなフィルタは、所望の出力データを達成するように様々な畳み込み演算で実行され得る。そのような畳み込み演算は、エッジ、輪郭、及び同等物などの特徴を抽出するために使用され得る。フレームワーク１１２０は、任意の数の畳み込み層を含み得、より多くの層が、より高いレベルの特徴の識別を提供し得る。フレームワーク１１２０は、畳み込みされた特徴の空間サイズを低減するように構成され得る、１つ又は２つ以上のプーリング層を更に含み得、これは、特定の解剖学的特徴と同様に、回転及び／又は位置不変である特徴を抽出するために有用であり得る。平坦化、プーリング、及び／又は他のプロセスを通して作成されると、画像データは、マルチレベルパーセプトロン及び／又はフィードフォワードニューラルネットワークによって処理され得る。更に、逆伝搬が、訓練の各反復に適用され得る。フレームワークは、入力画像内の支配的特徴と特定の低レベル特徴とを区別し、任意の好適な又は望ましい技法を使用してそれらを分類することが可能であり得る。いくつかの実施形態では、ニューラルネットワークアーキテクチャは、次の既知の畳み込みニューラルネットワークアーキテクチャ、すなわち、ＬｅＮｅｔ、ＡｌｅｘＮｅｔ、ＶＧＧＮｅｔ、ＧｏｏｇＬｅＮｅｔ、ＲｅｓＮｅｔ、又はＺＦＮｅｔのいずれかを備える。
フレームワーク１１００は、内視鏡画像データのような十分な量の駆動データでトレーニングされ得、真理値表は、スコープ位置条件の既知のラベルに基づいて生成され得る。動作中、リアルタイム画像１１１５及び／又は他の駆動情報は、システム１１２０への入力として使用されて、リアルタイムスコープ位置判定結果を出力１１３５として提供し得る。
結石回収プロセス
図１２は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、尿管鏡検査処置に関連して結石断片を捕捉し、後退させ、収集するためのプロセス１２００を例解するフロー図である。ブロック１２０２において、プロセス１２００は、腎臓の内部腎杯ネットワーク又は他の解剖学的構造内など、腎臓結石が存在する内部解剖学的部位に結石断片化ツールを前進させることを含む。例えば、断片化ツールは、砕石術ツール、又は比較的大きい結石若しくは他の物体を断片化するために使用されるように構成された他のツールを含み得る。断片化ツールは、本明細書に記載されている尿道アクセスシースなどのアクセスシースを通して前進させ得る。断片化ツールは、カテーテル、内視鏡、又は同等物などの細長いシャフト型器具と関連付けられ得、断片化ツールは、そのような器具の遠位端と関連付けられ得、かつ／又はその作業チャネル内に配設され得る。
図１２は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、尿管鏡検査処置に関連して結石断片を捕捉し、後退させ、収集するためのプロセス１２００を例解するフロー図である。ブロック１２０２において、プロセス１２００は、腎臓の内部腎杯ネットワーク又は他の解剖学的構造内など、腎臓結石が存在する内部解剖学的部位に結石断片化ツールを前進させることを含む。例えば、断片化ツールは、砕石術ツール、又は比較的大きい結石若しくは他の物体を断片化するために使用されるように構成された他のツールを含み得る。断片化ツールは、本明細書に記載されている尿道アクセスシースなどのアクセスシースを通して前進させ得る。断片化ツールは、カテーテル、内視鏡、又は同等物などの細長いシャフト型器具と関連付けられ得、断片化ツールは、そのような器具の遠位端と関連付けられ得、かつ／又はその作業チャネル内に配設され得る。
ブロック１２０２において、プロセス１２００は、断片化ツールを使用して結石を２つ又は３つ以上のより小さい結石断片に破砕することを含む。例えば、プロセス１２００は、結石をレーザで破壊するか、結石に穿孔するか、若しくは別様に結石を劈開又は損傷させて、そこから比較的小さな断片を生成することを含み得る。ブロック４０６において、プロセス１２００は、結石捕捉デバイスを腎臓に挿入し、結石断片のうちの１つ又は２つ以上が位置するエリアに挿入することを含む。いくつかの実装形態では、バスケットは、内視鏡（例えば、尿管鏡）の作業チャネルを通して捕捉部位に挿入され得、バスケットは、本明細書に詳細に説明されるように、拡張及び収縮するように構成されたワイヤ形態バスケットなどの、その中に結石断片を捕捉するための手段を備える。ブロック１２０８において、プロセス１２００は、バスケットを用いて標的結石断片を捕捉することを伴う。バスケットは、スコープの遠位先端部／端部から突出され、バスケットが標的結石断片の上に置かれることができるように拡張され得、バスケットの収縮は、バスケット内の結石断片を固定し、バスケット内のその除去を可能にすることができる。
ブロック１２１０において、プロセス１２００は、バスケット及びスコープの遠位端をアクセスシースの中に後退させることを伴い、アクセスシースは、いくつかの実装形態では、腎盂尿管移行部に又はその近傍に位置決め／配設され得る。本開示のいくつかの実施形態は、アクセスシースの遠位端に対して遠位のエリアにおける自動低速後退を提供する。すなわち、関連システムの制御回路は、アクセスシースに入る前にスコープ及びバスケットの後退速度を制限するように構成され得る。
ブロック１２１２において、プロセス１２００は、バスケット及びスコープをアクセスシースを通して後退させることを伴う。例えば、いくつかの実装形態によれば、比較的速い後退速度は、スコープ及び／又はバスケットの遠位端がアクセスシース内に入った、又はアクセスシース内に閾距離だけ挿入／後退されたという判定又は検出に応答して、自動的にトリガされ、実施され得る。
ブロック１２１４において、プロセス１２００は、アクセスシースの近位開口部を通してスコープ及び／又はバスケットの遠位端を引き出す／後退させることを伴う。いくつかの実施形態によれば、スコープ及び／又はバスケットの遠位端が、アクセスシースアセンブリの近位開口部／端部に関連付けられた閾点を越えたという判定又は検出は、スコープ／バスケットの後退速度の減速をトリガし得る。そのような閾位置／点は、アクセスシースの近位端、アクセスシースに結合された漏斗ポート構造の近位端、漏斗ポート構造の中点、又はアクセスシースの近位端に近いアクセスシース内の何らかの点に関連付けられることができる。
ブロック１２１６において、プロセス１２００は、捕捉された結石断片をコレクタ構造内に収集することを含む。例えば、コレクタは、スコープを後退させるために使用される器具フィーダデバイス／アセンブリの一部分の下に何らかの様式で配設され得、バスケットの開放により、捕捉された結石断片をコレクタ内に落下させる。決定ブロック１２１８において、プロセス１２００は、治療部位から除去されるべき追加の結石断片が残っているかどうかを判定することを含む。そうである場合、プロセスはブロック１２０６にループバックし、そこでスコープ及び／又はバスケットは、追加の結石断片を捕捉し、除去するために腎臓内の処置部位に再び挿入される。
図１３－１、図１３－２、図１３－３、図１３－４、及び図１３－５は、１つ又は２つ以上の実施形態による、医療器具を位置合わせするためのプロセスを例解するフロー図を示す。図１４－１、図１４－２、図１４－３、図１４－４、及び図１４－５は、１つ又は２つ以上の実施形態による、それぞれ図１３－１、図１３－２、図１３－３、図１３－４、及び図１３－５のプロセスに関連付けられた様々なブロック、状態、及び／又は動作に対応する特定の画像を示す。
ブロック１３０２において、プロセス１３００は、図１４－１の画像１４０１に例解されるように、バスケットデバイス３０のバスケット３５で結石断片８０を捕捉することを含む。例えば、バスケットデバイス３０は、本明細書に詳細に説明されるように、内視鏡４０の作業チャネルを通して標的治療部位にアクセスし得る。標的結石断片８０は、本明細書に記載されるように、尿道６５、膀胱６０、尿管６３、及び腎盂尿管移行部７８を介してアクセスされる患者の腎臓の解剖学的構造内に配設され得る。アクセスシース９０は、スコープ４０に治療部位へのアクセスを提供するために、最初に尿路解剖学的構造内に配置される場合があり、スコープ４０はアクセスシース９０を通して挿入及び後退される。アクセスシース９０の遠位端９３は、示されるように、腎盂尿管移行部内に配設され得る。
ブロック１３０４において、プロセス１３００は、スコープ４０をアクセスシース９０の遠位端／開口部９３まで後退させることを含む。いくつかの実装形態では、スコープが腎盂尿管移行部内及び／又はアクセスシース９０の開口部９３の遠位にあるという判定は、自動速度調節又は修正を引き起こして、アクセスシース９０への進入前の後退速度が、機器及び／又は解剖学的構造への傷害又は損傷を防止するために何らかの方法で制限又は低減されることを確実にし得る。
ブロック１３０６において、プロセス１３００は、アクセスシース９０の遠位端９３におけるスコープ４０及び／又はバスケット３５の位置を確認することを含む。例えば、そのような確認は、スコープ及び／又はバスケット３５の遠位端４２が、アクセスシース９０の遠位端９３のすぐ外側に、アクセスシースの遠位端９３に、又はアクセスシース９０の遠位端９３内に配設されていることを示し得る。確認は、ユーザ入力を通して提供され得、医師／ユーザは、スコープ４０に関連付けられたカメラによって生成されるスコープ画像を通して、又はＣＴ若しくは同等物などの他の撮像技術／モダリティを通して、スコープ４０及び／又はバスケットの場所を視覚的に確認し得る。代替的に、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５の位置は、本明細書に記載される位置判定／検出プロセス又は機構のいずれかに従って、実質的に自動的に判定／検出され得る。
スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５がアクセスシース９０内又はそれに近接するエリアに配設されているという判定／検出は、スコープの後退速度の修正を自動的にトリガし得る。例えば、いくつかの実装形態では、スコープ及び／又はバスケットがアクセスシース内に配設されているという判定は、比較的高い後退速度の有効化をトリガし得る。ブロック１３０８において、プロセス１３００は、スコープ及び／又はバスケットの位置の確認によって可能になるように、アクセスシースを通してスコープ４０を高速で後退させることを伴う。いくつかの実装形態では、ユーザは、スコープがアクセスシースの外側にあるとき、後退制御機構を係合させ、後退コマンドを提供し得、そのようなコマンドに応答して、関連するシステム制御回路は、スコープ４０がアクセスシースに進入したことが判定／検出されるまで、器具フィーダに第１の比較的遅い速度でスコープ４０を後退させるように構成され、その時点で、制御回路は、シース９０を通した高速後退のために速度を増加させるように後退の速度を修正し得る。すなわち、いくつかの実装形態では、ユーザによる後退制御機構の単一係合（例えば、ジョイスティックを引き下げること）が、後退を開始することができ、後退の速度は、後退経路に沿った位置判定に従って修正される。代替的に、アクセスシース９０内の高速後退は、ユーザによる後退制御入力機構の別個の係合を介して開始され得る。すなわち、スコープ及び／又はバスケットの位置を確認した後、ユーザは、続いて、後退制御機構を係合させて、アクセスシースとともに後退させるコマンドを送信し得、後退の速度は、アクセスシース内の確認された場所に基づいて、比較的高い速度率に有効化され得る。
スコープの後退は、本明細書に詳述されるように、ドライバデバイス１１の軸方向アクチュエータ機構３８（例えば、１つ又は２つ以上のホイール）によって制御され得る。後退中、プロセス１３００は、判定ブロック１３１０に示されるように、スコープ及び／又はバスケットが現在所定の一時停止／停止位置１０１にあるかどうかを判定するために、判定／検出された現在のスコープ位置を所定の収集一時停止／停止場所１０１と比較することを伴い得る。例えば、所定の一時停止場所／位置１０１（図１４－２の画像１４０７参照）は、アクセスシースアセンブリの開口部（例えば、アクセスシース９０及び／又は漏斗ポート構造９１の開口部）とスコープ作動機構３８及び／又はチャネル３９との間の点であり得る。現在のスコープ位置は、本明細書に開示される位置判定／検出手段、機構、及び／又はプロセスのいずれかに従って判定され得る。
スコープがまだ所定の一時停止場所１０１にない場合、プロセス１３００は、ブロック１３０８に関連して、アクセスシースを通してスコープを高速後退させ続けることと、更に、ブロック１３１０に関連して、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５が一時停止場所１０１にあるかどうかを判定するために、現在の場所を判定し、所定の一時停止場所と比較することと、を含む。いくつかの実装形態では、所定の一時停止場所１０１に到達する前に、システム制御回路は、後退速度修正を実施し、所定の一時停止場所１０１に到達する前に、高速後退速度からより遅い速度に後退の速度を低減させるように構成され得る。例えば、そのような修正速度は、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５がアクセスシースアセンブリの近位部分に関連付けられた閾を越えたという判定によって自動的にトリガされ得る。例えば、閾は、アクセスシース９０の近位部分、漏斗ポート構造９１の内部、又は漏斗ポート構造９１の近位端の近位のエリアと関連付けられ得る。このような実装形態では、ブロック１３１０における位置比較ステップは、現在のスコープ場所が、スコープ及び／又はバスケットが後退減速閾を越えたことを示すか否かを判定することを伴い得る。
スコープが現在所定の一時停止場所１０１にあると判定された場合、プロセス１３００は、図１４－２の画像１４０９に示されるように、ブロック１３１２に関連して、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５が一時停止場所／エリア１０１内／上にある状態で、自動的に後退を一時停止／停止することを含む。例えば、システム制御回路は、位置判定／検出に応答して、アクチュエータ３８に自動的に後退を停止させ得る。自動一時停止／停止場所又はエリア１０１は、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５が、自動一時停止場所１０１に位置決めされているときに、バスケット３５を開放することによって、捕捉された結石断片がコレクタ８５内に落下し得るように、検体コレクタ構造８５の上に位置決めされ得る。
いくつかの実装形態では、スコープが自動一時停止場所１０１において一時停止された後、プロセス１３００は、ブロック１３１３に示されるように、ユーザが後退制御機構（例えば、ジョイスティック）を解放することを伴い得る。すなわち、システム制御回路は、後退制御／コマンドの係合解除又は解放を示す信号を受信（又は信号の損失を検出）し得る。後退制御機構の解放は、ユーザによるスコープの微調整／位置決めを可能にし得る。いくつかの実装形態では、新しい後退コマンドは、ブロック１３０８に関連付けられた後退コマンドの最初の停止後に受信され得る。これに応答して、関連する制御回路は、スコープの後退を再開するように構成することができる。
決定ブロック１３１４において、プロセス１３００は、現在のスコープ位置が結石収集に好適であるかどうかを判定することを含む。例えば、ユーザは、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５が結石断片収集のために適切な位置にあるかどうかを視覚的に確認し得る。現在のスコープ位置が好適でない場合、プロセス１３００は、ブロック１３１５において、視覚監視／確認に基づき得る、ユーザによるスコープ位置への微調整を実施することを含む。（例えば、ブロック１３１５における調整後）スコープ及び／又はバスケットの位置が好適である場合、プロセス１３００は、ブロック１３１６に進み、図１４－３の画像１４１３に示されるように、バスケット内に捕捉された結石断片が検体コレクタ８５内に収集される。
結石断片８０をコレクタ８５内に堆積させた後、決定ブロック１３１８で判定されるように、追加の結石断片が収集されずに残っている場合、プロセス１３００はブロック１３１９に進み、そこでスコープがアクセスシース９０内に比較的ゆっくりと挿入される。例えば、プロセス１３００は、アクセスシース９０及び／又は漏斗ポート構造９１内のスコープの位置が判定又は検出されるまで、スコープ４０の挿入速度を自動的に制限することを伴い得、そのような判定／検出は、挿入速度の自動増加をトリガし得る。例えば、プロセス１３００のブロック１３２０に示されるように、アクセスシース９０において、スコープは、プロセス１３００の効率的な実行を可能にするために比較的速く挿入され得る。スコープ４０をアクセスシース９０内へ、それを通して挿入するときに、バスケット３５は、図示のように、スコープ４０の遠位先端部４２から突出し得、スコープの作業チャネル内に引き込まれ得る。
更なる自動挿入速度修正は、スコープ先端部４２及び／又はバスケット３５が、アクセスシース９０の遠位端部分に関連付けられた閾を越えたという判定又は検出によってトリガされ得る。例えば、そのような閾は、アクセスシース９０の遠位部分におけるアクセスシース９０の内側の位置と関連付けられ得、アクセスシース９０のすぐ遠位で外側のエリアと関連付けられ得る。閾を越えると、システム制御回路は、器具及び／又は解剖学的構造への傷害又は損傷を回避するために、挿入の速度を比較的遅い速度に自動的に低減及び／又は制限し得る。
スコープ位置の判定に応答して、自動スコープ後退及び／又は挿入速度の修正を提供することにより、本開示の態様は、有利なことに、スコープの検体落下位置を判定するためのユーザ／医師の認知的負荷を、有利に比較的少なくすることができる。例えば、本開示の実施形態は、スコープの後退及び／又は挿入を開始するためにユーザが後退／挿入の入力制御を維持することを可能にする全自動及び／又は半自動ソリューションを提供し、そのような後退／挿入の速度の修正は、機器及び／若しくは患者の解剖学的構造への損傷を防止するために、並びに／又は特定の処置の効率性を向上させるために、ユーザからの更なる入力を必要とせずに自動的に実施され得る。いくつかの実施形態は、有利には、処置を実施するロボットシステムの１つ又は２つ以上の構成要素に対してスコープが所定の位置に到達したときに、スコープの挿入又は後退の自動停止／一時停止を提供する。いくつかの実施形態は、ユーザが、自動速度修正（例えば、自動一時停止／停止）後にスコープ位置を微調整して、自動停止／一時停止位置に対して位置を調整する柔軟性をユーザに提供することが更に可能である。医療処置に関連してスコープの後退及び／又は挿入を実施するときに医師に対してより少ない認知的負荷を要求することによって、医師は、例えば、腎臓結石捕捉及び／又は他のプロセスに関連する比較的より複雑なタスクに集中することが可能となり得る。更に、本開示の実施形態は、医療処置中のスコープ移動の減速、停止、及び／又は加速に関するユーザエラーを低減することができる。
上述したように、尿管鏡検査では、医師は比較的大きな結石を、例えば、レーザ照射又は他の手段によって比較的小さな断片に砕き、その後、バスケットデバイス／システムを使用して、各小断片を捕捉し、患者の体外に摘出し得る。腎臓結石断片が捕捉された後、医師は、尿管アクセスシースを通して結石／断片を比較的迅速に摘出し、バスケットを開いて結石を収集構造内に落下させることを望む場合がある。収集後、バスケットを閉じることができ、スコープをアクセスシース内に再挿入して、より多くの結石／断片を摘出することができる。概して、結石摘出プロセス中にかかる時間の大部分は、結石捕捉と関連し得、スコープ先端部が、結石のサイズに起因してアクセスシース開口部で詰まるという問題なしに、アクセスシースの遠位端内に安全に後退させられると、アクセスシースを通した後退プロセスは、ほぼ瞬時に実施することができる。
特定のロボット尿管鏡検査処置では、スコープ／シャフトフィーダと、スコープが取り付けられたロボットエンドエフェクタ（例えば、ロボットアームの遠位端）との両方を使用して、スコープ／シャフトを並進させることができる。図１５は、第１のロボットアーム１２ａに関連付けられた細長いシャフト４０を含む第１の医療器具１９（例えば、内視鏡／尿管鏡、又は同等物）を含むロボットシステム１５００を示す。図１５の説明では、本明細書に開示される任意の他の実施形態と同様に、ロボットアームが便宜上説明されているが、ロボットアーム及びロボットアームの遠位端に関連付けられたエンドエフェクタの説明は、挿入／後退経路／レールに沿うなど、空間内で並進可能な任意のタイプのロボットマニピュレータ（例えば、エンドエフェクタ）である可能性があることを理解されたい。したがって、本明細書におけるロボットアームへの言及は、任意のタイプのロボット挿入機構、リニアアクチュエータ／トランスレータ、レール駆動部、又は同等物などの任意のタイプのロボットマニピュレータを指すと理解することができる。
器具１９は、ロボットアーム１２ａに関連付けられたエンドエフェクタ６ａ及び／又はアダプタ構成要素８ａに取り付けられ得る、又は装着され得る、ハンドル３１を含み得る。システム１５００は、図１５に示されるように構成されているとき、器具１９の細長いシャフト４０を軸方向に後退及び／又は挿入するように構成された、器具フィーダデバイス１１を更に含む。器具フィーダ１１は、第２のロボットアーム１２ｂと関連付けられている。例えば、器具フィーダ１１は、本開示で説明及び例解されるように、ロボットアーム１２ｂに関連付けられたエンドエフェクタ６ｂ及び／又はアダプタ構成要素８ｂに取り付けられるか、又は装着され得る。
システム１５００は、アクセスシースアセンブリ９２のシース９０を通して、及び／又は少なくとも部分的にその中に、細長いシャフト４０を後退させる及び挿入するように構成されることができる。アクセスシースアセンブリ９２は、クリップ４７又は器具フィーダ１１の他の特徴に固定され得る、導入器ポート９１を含み得る。そのような挿入及び／又は後退を行うために、器具フィーダ１１のアクチュエータ手段／機構３８（例えば、フィードローラホイール、トラック、ベルト、又は同等物）は、細長いシャフト４０をフィーダデバイス１１に対して軸方向に移動させることができる。更に、挿入及び／又は後退は、図１５に示されるように、シース９０の軸１５０１及び／又は細長いシャフト４０の少なくとも一部分と平行な方向におけるロボットアーム１２ａ及び／又はエンドエフェクタ６ａの移動によって容易にすることができる。例えば、細長いシャフト４０を後退させるとき、フィーダデバイス１１の軸方向アクチュエータ手段／機構３８は、シャフト４０を近位方向に後退させ得る。加えて、又は代替として、ロボットアーム１２ａは、シャフト４０の少なくとも一部分を近位に引き出すために、軸／レール１５０１に沿って近位方向にエンドエフェクタ６ａを移動させるように作動され得、それによって、フィーダ１１がロボットアーム１２ａと１２ｂとの間の距離Ｄａを増加させることなく、シャフト４０を後退させる場合に別様に形成され得るフィーダ１１とハンドル３１との間のシャフト４０内のサービスループ４９の量を減少させる。更に、挿入中、ロボットアーム１２ａ、１２ｂ間の距離Ｄａを増加させることなく挿入が器具フィーダによって実施される場合に生じる場合があるように、器具フィーダ１１がシャフト４０を挿入するときにサービスループ４９の緩みがなくなるのを回避するために、ロボットアーム１２ａがフィーダ１１に向かって遠位側に移動されることが必要な又は望ましい場合がある。サービスループ４９の緩みが挿入中に完全になくなり、距離Ｄａがそれに応じて減少しない場合、緩みがないことにより、シャフト４０を更に挿入するフィーダデバイス１１の能力が制限され得る。更に、器具フィーダ１１と器具ハンドル３１との間のシャフト４０にいかなる利用可能な緩みもない状態で更なる挿入が試みられると、シャフト４０、アクチュエータ手段／機構３８、器具１９、ロボットアーム１２ａ／１２ｂ、及び／又は他の器具類に損傷が生じ得る。
器具フィーダ１１（例えば、スコープドライバ）及び器具エンドエフェクタ６ａが、結石挿入又は後退プロセスを通して同じ速度で動作される場合、プロセスは、フィーダのシャフトアクチュエータの動作速度に対してエンドエフェクタを並進させる動作速度が比較的制限されているために、望ましくないほど遅くなり得る。そのような並進速度の制限は、患者及び／又は器具類に関する安全性及び／又は損傷の懸念に起因する可能性があるか、又は他の物理的及び／又は環境的制約に基づき得、（例えば、器具アーム１２ａのための）高速なロボットエンドエフェクタの移動は、比較的危険であると知覚され、他の物体との衝突を引き起こす可能性がある。同時に、大きな後退距離／長さは、アーム／エンドエフェクタ運動のために比較的大きな作業空間を必要とする可能性があり、これは達成することが困難である可能性がある。そのような考慮事項を考慮して、挿入又は後退プロセスの１つ又は２つ以上の段階の間、フィーダアクチュエータ及びスコープ／器具エンドエフェクタ６ａを異なる速度で駆動することは、有利なことに、手順をより効率的、安全、及び／又は維持可能なものにすることができる。結石摘出／後退プロセスに関して、結石摘出中にフィーダアクチュエータ３８を比較的高速で駆動することにより、効率を向上させることができる。しかしながら、エンドエフェクタ６ａ（及び／又はエンドエフェクタ６ｂ）を空間内で並進させることによるロボットアーム間の距離Ｄａを相応に増加させなければ、器具／スコープフィーダ１１と器具エンドエフェクタ６ａとの間のサービスループ４９に比較的大きな曲率が形成される可能性があり、これがスコープの損傷を引き起こす可能性がある。したがって、結石摘出（例えば、挿入及び／又は後退）中の（例えば、ロボットエンドエフェクタ６ａの並進を介した）フィーダ動作と器具ハンドル並進との間の協調は、本明細書に開示される様々な実施形態に関連して、効率を改善し、器具への損傷を回避するために重要である可能性がある。
いくつかのシステムでは、作業空間制限に基づいて、ロボットアーム１２ａ及び／又はエンドエフェクタ６ａの移動／並進の近位又は遠位速度及び／又は距離を制限することが必要又は望ましい場合がある。例えば、アーム１２ａは、ロボットシステムの物理的パラメータ内で限られた運動域を有し得る。すなわち、アーム１２ａ及び／又はエンドエフェクタ６ａは、レール１５０１に沿った限られた範囲の移動のみを許容し得、このレールは、シャフト４０を実質的に軸方向に保つように、かつ／又はフィーダデバイス１１及び／又はアクセスシース９０のチャネル３９と直列になるように保つようにエンドエフェクタ６ａが作動されるように構成されている仮想レールであり得る。更に、ロボットアーム１２ａの移動の速度は、機械的制約によって、かつ／又はロボットシステムの安全動作を維持する手段として制限され得る。例えば、ロボットアーム１２ａ及び／又はエンドエフェクタ６ａが高すぎる速度で並進される場合、移動及び／又は位置の正確性が損なわれ得る。
概ね、器具ドライバ１１の軸方向アクチュエータ手段／機構３８は、ロボットアーム１２ａ、エンドエフェクタ６ａ、及び／又は器具ハンドル３１の最大遠位及び／又は近位並進速度超である速度で細長いシャフト４０を軸方向に移動させる（例えば、挿入及び／又は後退させる）ように構成され得る。処置の実行のための望ましい及び／又は改善された効率を提供するために、後退及び／又は挿入プロセスの特定の部分の間、そのような比較的高速でシャフト４０を挿入及び／又は後退させることが望ましい場合がある。すなわち、器具フィーダ１１によるシャフト４０の軸方向作動を、器具ハンドル３１に関連付けられたロボットアーム１２ａの最大後退及び／又は挿入速度に制限することは、望ましくない場合がある。したがって、本明細書に開示されるプロセスは、細長いシャフト４０を迅速に挿入及び／又は後退させるために器具フィーダ１１の比較的高い後退／挿入速度が利用されることを可能にする手段として、挿入及び／又は後退中に特定のサービスループ構成及び／又は条件を維持及び／又は利用することを伴い得る。
特定の医療／外科用器具の細長いシャフトの挿入及び／又は後退に関して、特定の実施形態が本明細書に開示され、そのような挿入／後退は、器具フィーダデバイス及び／又はそのアクチュエータ構成要素を使用して実施される。しかしながら、細長いシャフト又は他の器具の挿入又は後退の本明細書における任意の説明は、図１５の例示的な実装形態に示されるように、器具フィーダ作動及び／又はロボットアーム／エンドエフェクタ並進を使用して達成／実行され得ることを理解されたい。更に、図１５及び本開示の他の図は、ロボットアームの遠位端に関連付けられたエンドエフェクタに取り付けられた器具ハンドル及びドライバ／フィーダを示しているが、器具挿入及び／又は後退プロセス／機能に関連するロボットエンドエフェクタ並進は、ロボットアームに関連付けられているか否かにかかわらず、任意のタイプのエンドエフェクタを使用して実施され得ることを理解されたい。例えば、いくつかのシステムは、軌道又は他の構造上に配設されるロボットエンドエフェクタを含み得、そのようなエンドエフェクタの並進は、軌道又は他の構造に沿って摺動／走行することによって達成されることができる。
本開示の様々な実施形態に関連して安全性及び効率を促進する手段として、器具シャフト４０は、有利には、本明細書に開示される位置判定手段／機構のいずれかによるシャフト４０の遠位端の現在位置の判定に応じて異なる速度で後退又は挿入され得る。例えば、アクセスシース９０の先端部９３及び／又は自動一時停止場所１０１（図１５には図示せず）に対するシャフト先端部４２の位置を使用して、フィーダアクチュエータ３８及び／又はエンドエフェクタ６ａの並進の動作の速度を管理し得る。いくつかの実施形態では、位置判定及び／又は後退／挿入速度制御は、ユーザによって何らかの方法でシステムに入力され得る、特定のシステムデータに基づく。例えば、スコープ長さｄ４、シース長さｄ２、スコープアームエンドエフェクタ６ａとスコープフィーダエンドエフェクタ６ｂとの間の距離Ｄａに関するデータは、システムから取得され、かつ／又はユーザによって入力されることができる。そのような情報を使用して、シャフト４０の遠位端の位置に対するシース９０の遠位端９３の位置を判定／計算することができる。収集位置（例えば、自動一時停止場所）が、アクセスシースアセンブリ９２の近位端の外側にあるように設定される場合（例えば、ある量の緩衝とともに）、アクセスシースの位置が判定されると、収集位置は、そのような情報に少なくとも部分的に基づいて計算されることができる。
（例えば、内視鏡などの医療器具と関連付けられたエンドエフェクタのための）エンドエフェクタ並進は、概して、フィーダチャネル及び／又はシース軸と直列であるレールに沿っているものとして本明細書で開示されるが、そのような並進は、そのようなレールに沿っている必要はなく、むしろ、そのような基準線に対して角度を付けられた経路に沿っている場合がある。更に、エンドエフェクタ／器具間の所望の距離を達成するために、本明細書に開示される様々なプロセスに関連して、上下並進を実施し得る。加えて、エンドエフェクタ又はエンドエフェクタアダプタのプレート又は他の構成要素は、シャフトサービスループのための所望の距離を提供するように、かつ／又はそのようなサービスループ内に存在する曲率を低減させるように、回転させられ得る。
図１６は、１つ又は２つ以上の実施形態による、器具ドライバ／フィーダデバイス１１とアクセスシースアセンブリ９２とのアセンブリを示し、特定のスコープ後退速度ゾーンが識別される。挿入に続いて結石断片が回収された後に実施され得るような、スコープ４０をアクセスシースアセンブリ９２内へ、かつそれを通して後退させるプロセスに関しては、挿入及び後退プロセスは、有利なことに、単一の外科手術設定で複数回繰り返すことができる。アクセスシースアセンブリ９２のシース９０内へのスコープ４０の後退は、シースの遠位端９３の外側への過度に積極的な後退によって生じ得る患者、スコープアセンブリ９２、及び／又は他の器具類への損傷を回避する目的で、医師が細心の注意を払い、かつ／又は比較的低速で後退を動作させることを必要とする可能性がある。
本開示のいくつかの位置ベースの後退速度制御方式によれば、関連する器具シャフト４０の遠位端の全移動経路は、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の異なるゾーンに分割することができ、後退の速度は、シャフト先端部が現在どのゾーンにあるかに基づいて、異なって実行／判定され得る。例えば、そのようなゾーンは、低速後退ゾーンＺ１、Ｚ３、通常／高速後退緩衝ゾーンＺＢ１、ＺＢ２、高速後退ゾーンＺ２、及び／又は一時停止／停止ゾーン／場所１０１のうちの１つ又は２つ以上を含み得、それぞれのゾーンにおいて実施される後退速度は、自動的に実施されてもよい。
最初に、スコープ又は他の細長いシャフト器具４０の遠位端をアクセスシース９０内に後退させるとき、後退は、スコープの遠位端４２をアクセスシース９０の遠位開口部９３の中に入れることを伴う。図１６の方式によれば、アクセスシース９０のすぐ遠位側の領域は、低速後退ゾーンＺ１内にあり得る。システム制御回路は、アクセスシース９０の遠位端９３内へのシャフト４０の遠位端４２の後退を可能にするために、比較的遅い速度でシャフト４０の後退速度を制御し、シャフトの遠位端４２及び／又はバスケット３５又はそれと関連付けられた他の作業器具の進入の成功を確認する確認入力を提供するように構成され得る。いくつかの実装形態によれば、シース進入確認ゾーンＺ０は、シース９０の遠位端９３の遠位にあり、シース９０の遠位部分も覆う領域を表し、この領域では、操作者／技術者は、シャフト４０の遠位先端部４２のアクセスシース９０への進入が成功すると、アクセスシース９０内への進入が成功したことを確認する表示を提供し得る。シャフト４０が確認ゾーンＺ０にある間、アクセスシース９０の遠位端９３の位置を確認するために、ポップアップウィンドウ又は他のグラフィカルインターフェースが生成される及び／又は操作者／技術者に提示され得る。例えば、安全性を確保するために、高速後退モードは、ユーザがシース先端部９３の位置（例えば、器具カメラのカメラ画像上で可視である）を確認した後にのみ有効化／許可され得る。シース９０の先端部９３の位置及び／又はシース９０内へのシャフト４０の進入の成功が確認されるまで、シャフト４０の後退は、比較的低い速度（例えば、「通常」速度）で実施され得る。システムの任意の制御回路を使用して実施されるシャフト４０の後退速度の制御は、図１６（及び以下で説明される図１７）に示される様々なゾーンのいずれか内のシャフト４０の先端部４２の存在／位置判定に基づき得る。
スコープ先端部４２がシース先端部９３の中に後退させられた後、スコープ先端部４２は、「通常」又は「緩衝」後退ゾーンに進入し得る（ＺＢ１及び／又はＺＢ２、いくつかの文脈では、便宜上及び／又は明確にするために、「高速後退緩衝ゾーン」とも称される）。高速後退緩衝ゾーンは、シャフト４０から突出するバスケット先端部３５（又は他の作業器具）もまた、動かなくなることなくシース９０内に安全に後退させられることを確実にするように実施されることができる。追加の考慮事項として、器具ハンドルに関連付けられたロボットエンドエフェクタ（例えば、ロボットアームエンドエフェクタ）と器具フィーダ１１に関連付けられたエンドエフェクタとの間の距離はまた、シャフトのサービスループに関連付けられた曲率がきつすぎない（きついと器具シャフト４０に損傷を引き起こす可能性がある）ことを確実にするために、高速後退が開始されるときに特定の閾距離超となる必要がある場合がある。結果として、アクセスシース９０の長さｄ２に応じて、シャフト先端部４２が高速後退ゾーンＺ２の遠位境界に関連付けられた閾１５２を通過すると、高速後退が開始され得る。いくつかの実装形態では、追加の高速後退緩衝ゾーンＺＢ２が、初期高速後退緩衝ゾーンＺＢ１と高速後退ゾーンＺ２との間に存在し得、シャフト後退速度は、高速後退を開始するために必要とされる最小距離を満たすまで、フィーダと器具ハンドルとの間の距離を増加させるために、第１の緩衝ゾーンＺＢ１よりも比較的高速であるが、高速後退ゾーンよりも低速で駆動される。スコープ先端部４２が高速後退ゾーン（Ｚ２）内に後退した後、器具フィーダアクチュエータは、最大動作速度まで加速されることができる。いくつかの実施形態では、高速後退が一旦開始されると、器具シャフトは、自動一時停止位置１０１に到達するまで、高速後退速度で後退させられ得る。後退プロセス中、器具ハンドルエンドエフェクタが後退作業空間限界に達する場合、器具エンドエフェクタの後退並進は、後退が器具フィーダ１１によるシャフト４０の軸方向作動のみによって達成されるように、一時停止され得る。
いくつかの実装形態では、シース進入確認ゾーンＺ０は、低速後退ゾーンＺ１と重複し得、低速後退ゾーンは、アクセスシース９０の遠位領域並びにアクセスシース９０の遠位部分に及び得る。いくつかの実装形態では、低速後退ゾーンＺ１は、アクセスシース９０の遠位端９３に対して遠位の領域のみを含むが、アクセスシース９０の遠位端９３は、別のより近位のゾーンへの閾移行を表す。低速後退ゾーンＺ１内では、後退速度は、およそ５ｍｍ／ｓなどの比較的遅い速度、又は図１６及び／若しくは本開示の任意の他の実施形態と関連付けられた後退方式に関連して実施される他の後退速度と比較して比較的遅い他の速度に制限され得る。
いくつかの後退（及び／又は挿入）方式によれば、後退（又は挿入）の制御は、例えば、遅い挿入／後退速度が関連する後退／挿入方式の最も遅い速度又は速度制限を表す場合を含む、複数の速度に関連して実施され得る。本開示の態様による「遅い」挿入又は後退速度は、５～１０ｍｍ／ｓ、約５ｍｍ／ｓ、３～５ｍｍ／ｓ、又は３ｍｍ／ｓ未満の速度など、１０ｍｍ／ｓ以下の速度であり得る。「通常の」挿入／後退速度は、低速超である後退／挿入の速度を表す場合があり、デフォルトの後退／挿入速度、又は挿入若しくは後退プロセスの特定の処置段階の典型的な他の速度を表し得る。通常の挿入／後退速度は、２０～３０ｍｍ／ｓ又は１０～２０ｍｍ／ｓの速度など、およそ１０～３０ｍｍ／ｓであり得る。例えば、いくつかの実装形態では、後退／挿入の通常速度は、約１１ｍｍ／ｓであり得る。「中間」速度（「中高速」とも称される）は、通常速度超である後退／挿入の速度を表し得る。中間挿入／後退速度は、５０～１００ｍｍ／ｓ又は３０～５０ｍｍ／ｓの速度など、およそ３０～１００ｍｍ／ｓであり得る。例えば、いくつかの実装形態では、後退／挿入の中間速度は、約３０ｍｍ／ｓであり得る。いくつかの実装形態では、後退／挿入の中間速度は、上述のように、ロボットアーム並進速度などの最大の望ましい又は許容可能なロボットエンドエフェクタ並進速度に対応し得る。「高速」挿入／後退速度は、中間速度超である後退／アサーションの速度を表す場合があり、最大可能又は許容可能後退／挿入速度を表す場合がある。例えば、そのような高速後退／挿入速度は、器具類及び／又は患者生体構造への損傷を回避するために、アクセスシース内で厳密に実施され得る。高速挿入／後退速度は、例えば１００～１５０ｍｍ／ｓ又は１５０～２００ｍｍ／ｓの速度など、およそ１００～２００ｍｍ／ｓであり得る。例えば、いくつかの実装形態では、後退／挿入の高速は、約１７０ｍｍ／ｓであり得る。
図１６の後退速度ゾーン方式によれば、低速後退ゾーンＺ１の部分は、アクセスシース９０内の高速後退緩衝ゾーンＺＢ１とみなされ得る。例えば、アクセスシース９０の遠位端９３と、アクセスシースの遠位端９３から特定の距離の閾１５５との間のシャフト４０の遠位端４２の位置判定は、シャフト４０がアクセスシース９０内にあるが、シャフト４０に関連付けられたバスケット３５又は他の作業器具もアクセスシース９０内にある状態に至らせることを確実にするのに十分なだけ、アクセスシース９０内の遠い距離にあるわけではないことを示し得る。いくつかの実施形態では、高速後退緩衝ゾーンＺＢ１の近位境界に関連付けられた閾１５５は、低速後退ゾーンＺ１の近位端に関連付けられた閾１５２に対応し得る。いくつかの実装形態では、低速後退ゾーンＺ１及び／又は高速後退緩衝ゾーンＺＢ１内の後退速度は、通常後退速度（例えば、約１１ｍｍ／ｓの速度）に限定され得る。
低速後退ゾーンＺ１及び／又は高速後退緩衝ゾーンＺＢ１ワンの近位にあるシース９０内の領域は、高速後退ゾーンＺ２とみなされ得、後退速度は、システムの最大後退速度を表し得る、約１７０ｍｍ／ｓ又は他の速度などの比較的速い速度に上昇され得る。いくつかの実施形態では、ゾーンＺＢ２は、低速後退ゾーンＺ１の近位閾１５２と高速後退ゾーンＺ２の遠位閾との間に存在し得る。そのような実施形態では、ゾーンＺＢ２における後退は、通常速度よりも速いが高速後退速度よりも遅い中間速度で実施され得る。例えば、中間（中高とも称される）速度は、約３０ｍｍ／ｓであり得、いくつかの実施形態では、後退させられる器具のハンドル又は基部に取り付けられたロボットエンドエフェクタに関連付けられた最大ロボット並進速度に対応し得る。
いくつかの実施形態では、高速後退ゾーンＺ２は、シース９０の近位端及び／又はアクセスシース９２の導入器構成要素９１を越えて近位に延在し得る。例えば、高速後退ゾーンＺ２は、本明細書に詳細に説明されるように、自動一時停止／停止位置１０１まで延在し得る。例えば、システム制御回路は、アクセスシースアセンブリ９２の近位端を通して高速後退を実施し、場所１０１で自動的に停止／一時停止するように構成され得る。いくつかの実施形態では、低速後退ゾーンＺ３は、アクセスシースアセンブリ９２の近位部分と自動一時停止場所１０１との間に実装され得、それによって、スコープの後退は、高速後退ゾーンＺ２を通して最大速度で進行し得るが、自動一時停止場所１０１で最終的に停止／一時停止する前に、比較的遅い速度（例えば、上記で定義されるように、中間、通常、又は低速）まで減速し得る。
図１７は、１つ又は２つ以上の実施形態による、器具フィーダデバイス１１とアクセスシースアセンブリ９２とのアセンブリを示し、特定のスコープ挿入速度ゾーンが識別される。後退に続いて結石断片が堆積された後に実施され得るような、スコープ４０をアクセスシースアセンブリ９２内へ、かつそれを通して挿入させるプロセスに関しては、挿入及び後退プロセスは、有利なことに、単一の外科手術設定で複数回繰り返すことができる。シース９０へのスコープ４０の再挿入は、シースの遠位端９３の外側に過度に積極的に挿入した結果生じる可能性がある組織損傷を回避するために、アクセスシース９０の遠位出口９３にアクセスするときに、スコープ挿入を減速するように医師を誘導する目的で、医師がスコープカメラビューに細心の注意を払うことを要求することができる。
医師／操作者が、ペンダントジョイスティック又は他のユーザ入力制御を使用してスコープ／シャフト４０を挿入するロボットシステムに関して、医師は、アクセスシース９０を通した高速挿入を実施するために、制御を挿入位置／係合に保持し得る。医師が慎重になりすぎると、アクセスシース９０の内部であまりに早く速度を落とす場合があり、それによって処置全体の時間が長くなる。医師が挿入プロセス中に細心の注意を払わなかったり、注意散漫になったりすると、過剰挿入のリスクがあり、組織損傷を引き起こす可能性がある。速い挿入速度／モードから比較的遅い挿入速度／モードへ移行するために正しいタイミングをつかむ必要に加えて、医師は、スコープ先端部において／スコープ先端部上に比較的高い挿入力があること／あるときを示すフィードバックから利益を得ることができる。スコープからの手動フィードバックが医師に提供されないシステム、例えば、スコープが医師の手によって保持される代わりに、器具フィーダローラを通して挿入される特定のロボットソリューションに関しては、システムが、駆動ローラから大きな力が感知されたときを示す指示を医師に提供することが有利であり得、これは、スコープ／シャフトが突出にぶつかっており、先端部に大きな力がかかっていることを示している場合がある。
操作者／医師が自動一時停止位置１０１の近くで検体（例えば、結石断片）を収集した後、操作者は、シャフト４０をシース９０内に再挿入することによって進み得る。シースの入り口は概ね比較的狭いので、高速挿入の開始が早すぎると、操作者が入り口を見落とす可能性があり、場合によっては器具及び／又は解剖学的構造を損傷させてしまう。したがって、シース９０に近接した（及び／又はシース９０内の近位部分を覆う）ゾーンＺ４では、シャフト４０を通常の挿入速度で駆動することが望ましい場合がある。シャフト先端部４２が、シース９０の近位端１６１を過ぎて挿入されると、高速挿入ゾーンＺ５に入り、そこでスコープはその最大速度まで加速する。
概して、アクセスシース９０の支持により、シャフトの関節運動セクション（例えば、シャフト４０の遠位部分）は、アクセスシース９０の遠位端９３のすぐ遠位の領域において完全に露出されない場合がある。すなわち、シャフト４０は、比較的剛性であることができ、シャフト４０の遠位端４２がアクセスシース９０の端部９３から外に前進させられるときに座屈する可能性が低い。したがって、アクセスシース９０の端部９３のすぐ遠位側の領域は、尿管裂離を引き起こすリスクの高い領域であると考えることができ、したがって、高挿入速度は望ましくないリスクをもたらす可能性がある。スコープ挿入力を制限し、患者への危害を防止するため、医師は、概ね、高速でアクセスシース９０の遠位端９３を過ぎて挿入しないように注意すべきである。本開示の態様によるスコープ位置判定／検出によってトリガされる自動速度修正を通して可能になるように、シース９０の遠位出口９３を通して比較的遅い速度でシャフト４０を駆動／挿入することは、裂離を回避するために駆動からの何らかの突出を感知したときに、医師がちょうどよい時に挿入を停止するのに役立つ可能性がある。
シャフト４０がシース９０から高速で挿入されるのを防止するために、低速挿入ゾーンＺ６に移行する閾１６２が、シース９０の遠位端９３に又はその付近に設定される。低速挿入ゾーンＺ６への移行は、低速挿入のための緩衝を提供し、器具エンドエフェクタとフィーダエンドエフェクタとの間の距離が縮まりすぎて、シャフトサービスループの湾曲がきつくなりすぎるのを防止するのに役立つことができる。高速挿入中、シャフト先端部４２と器具エンドエフェクタ位置の両方を監視することができ、器具４０の基部／ハンドルに関連付けられたエンドエフェクタの並進は、シャフト４０の先端部４２が高速挿入ゾーンＺ５の遠位境界に達したときに、サービスループがそれ以上（又は閾量）残らなくなるまで自動的に一時停止され得る。いくつかの実装形態では、フィーダ１１と器具基部／ハンドル（図１７には図示せず、図１５を参照）との間のシャフト４０内にサービスループがもはや残っていないとき、高速挿入が自動的に終了し、動作が低速挿入速度（例えば、低速挿入ゾーンＺ６）に移行し得る。すなわち、高速挿入ゾーンＺ５の遠位境界は、サービスループがいつ使い切られるか（又は使い切られると予測されるか）に基づいて動的に変化することができる。シース９０の長さｄ２に応じて、高速挿入ゾーンＺ５の終端１６２ｂと低速挿入ゾーンＺ６の始端１６２ａとの間に挿入するために、比較的高い挿入速度ゾーンが実装され得る。シャフト先端部４０がシース遠位先端部９３近傍の低速挿入ゾーンＺ６に入ると、挿入速度が低下するので、操作者がシャフト４０を比較的ゆっくりと安全に駆動して、シース先端部９３から送り出すことができるようになり、その間、組織の損傷を防ぐために挿入力を監視し得る。
現在のシャフト位置を判定するための本明細書に提示される様々なソリューションは、シャフト先端部４２が低速挿入ゾーンＺ６に入るときを判定するように実施され得る。例えば、シャフト４０の遠位先端部４２の位置を判定するためにロボットデータを使用すること以外に、他のソリューションは、シャフト４０がアクセスシース９０の遠位先端部９３に到達するときを検出するための他のセンサの使用を含むことができる。シャフトが低速挿入ゾーンＺ６に入るときを判定するための任意の機構が実装され得る。本明細書に詳細に開示されるように、いくつかの実施形態では、器具４０のカメラを活用して、シャフト４０の先端部４２の位置を検出することができる。例えば、コンピュータビジョンアルゴリズムを利用して、シース９０の先端部９３付近の環境を認識することができる。いくつかの実施形態では、電磁センサは、シャフト４０の遠位先端部４２が電磁センサを含み、電磁場発生器によって生成される電磁場の中に位置決めされる、システムにおいて使用されることができる。例えば、シャフト挿入中、システムの制御回路は、アクセスシース９０の先端部９３の位置（例えば、電磁センサ判定位置）に対して電磁センサ位置データを比較し、低速挿入ゾーンＺ６に入るときに比較的低速の挿入速度への移行を自動的に開始するように構成することができる。いくつかの実施形態では、複数のセンサからの信号／データを組み合わせ／利用して、スコープ位置決定を提供することができる。
低速挿入ゾーンＺ６における挿入速度制御に関して、本開示のいくつかの実施形態は、１つ又は２つ以上のパラメータに基づいて動的速度調整を提供する。例えば、低速挿入ゾーンＺ６を通して駆動している間に固定速度を実施するのではなく、システムの制御回路は、器具フィーダ１１の軸方向アクチュエータ（例えば、ローラ）上で、又はそれに対して感知／判定された力の量に基づいて、挿入（又は後退）速度を調節するように構成することができる。いくつかの実施形態では、シャフト４０は、最初に、比較的速い挿入速度から比較的遅い挿入速度に移行し、そのような比較的遅い速度は、駆動アクチュエータローラ上の力が所定の閾未満のままであれば、アクセスシース９０の端部９３を通して維持され得る。駆動アクチュエータローラ上の力が所定の閾を超えて増加する場合、挿入（又は後退）速度は、自動的に更に低減され、潜在的な高い力を検出してそれに反応することにより多くの時間を当てて、力の比較的突然のピークを回避することができる。
いくつかの実施形態では、シャフト４０の先端部４２は、力センサを含むか、又は力センサに関連付けられ得る。そのような実施形態では、シャフト４０が特定の挿入機構（例えば、アクセスシースアセンブリ９２）を通して挿入される場合、挿入機構における力感知を使用して、先端力センサからの信号によって示される、比較的高い先端部４２挿入力に起因する力プロファイルの変化を検出することができる。いくつかの実装形態では、形状感知は、比較的高い挿入力を検出するように実施されることができる。例えば、シャフト４０の関節部分の少なくとも一部分がアクセスシース９０の遠位端９３の遠位側に配設されている状況では、シャフト４０は、比較的大きな力に遭遇したときに座屈する傾向を有し得る。そのような座屈は、座屈したスコープ部分の形状感知を通して捕捉することができる。形状感知は、スコープカメラ画像、又はコンピュータ断層撮影（computed tomography、ＣＴ）、超音波、電磁位置感知、又は同等物などの任意のタイプの撮像若しくは位置検出モダリティを使用して実施することができる。
いくつかの実装形態では、器具フィーダ１１は、シャフト先端部４２がアクセスシース９０から出るときに、又はシャフト先端部４２がシース９０の遠位端９３から出るときなど、シース９０の出口／開口部に近づくと、シャフト挿入速度を自動的に減速するように構成されている。減速挿入／後退ゾーンＺ６は、その近位閾１６２がシース９０の遠位部分の内側の特定の距離であるように設定することができる。減速挿入／後退ゾーンＺ６の遠位閾１６３は、シース端部９３の遠位外側の距離であることができる。本開示の実施形態による自動スコープ速度修正の基礎としての役割を果たすことができる、図１６及び図１７に示される様々な閾は、いくつかの実装形態によると、それぞれ、挿入又は後退のいずれか一方に対してのみ機能することができるか、又は速度修正トリガとしての役割を果たすことができるが、両方ではない。挿入のために、低速挿入ゾーンＺ６の入り口／閾１５２は、高速挿入から低速挿入に移行するときに、医師がスコープカメラ画像上でシース９０の先端部９３を視覚的に見ることができる位置に設定されることができる。低速挿入ゾーンＺ６の出口は、シャフト４０の関節部分の少なくとも一部分を覆う位置に設定することができる。挿入中に低速挿入ゾーンＺ６を出た後、スコープの関節運動部分は、完全にシース９０の外側にあり得る。そのような位置では、シャフト４０は、もはやアクセスシース９０によって実質的に支持されない場合があり、したがって、シャフト４０の露出部分は、スコープ関節部分がほとんどシース９０内に配設されているときよりも比較的に可撓性が高くなり得、先端部４２において高い挿入力が生じにくくなる可能性がある。したがって、閾１６３の遠位側では、器具フィーダ１１は、スコープの挿入速度を、通常の挿入速度モードなどに自動的に上昇させるように構成され得る。
ユーザが、スコープ挿入コマンドを送信するために挿入制御部を作動させると（例えば、ジョイスティック又は他の制御部を上／前方向に動かす）、器具フィーダ１１は、シャフト４０をアクセスシース９０を通して挿入するように構成され得、システム制御回路は、挿入中にシャフト先端部４２の位置を監視するように構成されている。アクセスシース先端部９３に対するシャフト先端部４２の位置は、器具フィーダの挿入距離、アクセスシース長さ、スコープ／シャフト長さ、及び／又は器具接続ロボットアームと器具フィーダ接続ロボットアームとの間の距離など、特定の既知のパラメータを使用してシステムから判定することができ、そのようなパラメータ／次元は、図１０及び他の図に関して上記で詳細に説明されている。シャフト先端部４２の位置が低速挿入ゾーンＺ６内にあると判定されると、システム制御回路及び／又は器具フィーダ１１は、挿入速度をスコープの通常の駆動速度よりも低い速度に自動的に低下させるように構成することができる。
いくつかの実施形態では、器具フィーダ軸方向アクチュエータ（例えば、ローラ）上のトルクも、挿入中に監視することができる。例えば、シャフト４０がフィーダ１１のアクチュエータローラを通って駆動されるとき、シャフト先端部４２においてシャフト４０が経験する力が比較的大きい場合、その先端の力の一部は、器具フィーダ１１の軸方向アクチュエータ機構の駆動軸に検出可能／逆変換される場合がある。いくつかの実施形態では、そのような力は、器具フィーダ１１の駆動軸に関連付けられた１つ又は２つ以上のトルクセンサを使用して検出することができる。比較的遅い駆動速度では、シャフト４０の先端部４２にかかる力は、力のスパイクとして提示されるのではなく、比較的徐々に増加し得るものであり、これは、力が問題となるほど高くなる前に、高い挿入力を検出して反応するための比較的多くの時間をシステムに提供することができる。器具フィーダ１１の軸方向アクチュエータ／ドライバ手段が２つのローラを備える実施形態では、本明細書で詳細に説明されるように、２つの駆動ローラ上の力の合計は、シャフト４０の挿入中に連続的に、周期的に、又は散発的に判定することができる。駆動ローラ／ホイール力の合計が所定の力閾を超える場合、システム制御回路及び／又は器具フィーダ１１は、シャフト４０を停止又は減速させることができる。そのような場合、高挿入力の障害が投ぜられて、検出された高い先端力についてユーザに通知し得る。そのような実装形態は、有利なことに、特定の手動処置中にユーザに対してスコープシャフト上のテキスタイル感知と比較して代替的なフィードバック機構を提供することができる。
本開示の実施形態は、他のスコープ挿入及び／又は後退ソリューションを上回る特定の利点を提供することができる。例えば、本明細書に開示されるシステム、デバイス、及び方法は、スコープ及び他のシャフト型器具をアクセスシースを通して挿入し、そこから後退させるための比較的効率的で快適かつ安全な手段を提供することができる。更に、本明細書で提示される器具挿入／後退速度修正ソリューションの自動的な性質は、アクセスシース及び／又はアクセスシースアセンブリの遠位端及び／又は近位端／開口部において、いつ速度を落とすべきかを判定するために必要とされる使用者の認知的負荷を比較的少なくすることができる。本開示の態様による、比較的速い挿入／後退速度から比較的遅い挿入／後退速度への自動移行は、アクセスシースの主要部分を通して駆動するとき、最大／高い挿入／後退速度を実施することを可能にし得、また、アクセスシースの外側でスコープを挿入／後退させるときに減速し、注意して駆動することについての手動処置と概ね関連付けられた自然なユーザの挙動をシミュレートすることもできる。
本開示の実施形態によって提供される安全上の利点に関して、例えば、尿管剥離の比較的高いリスクを伴う領域に関連付けられた所定の検出されたゾーンにおいて比較的低速でスコープを駆動することにより、駆動されるシャフトの部分に関連する比較的高い力信号の存在を検出／判定し、あらゆる潜在的な損傷を防止するために十分に迅速に反応するための、より多くの／十分な時間を関連するロボットシステムに提供することができる。更に、関連するユーザ／医師は、例えば、ロボットシステムインターフェースを介したペンダントジョイスティック制御を通して、挿入／後退プロセスを制御することが可能であり得る。これにより、比較的長時間スコープを手動で保持することによって引き起こされる疲労を軽減し、処置に関連付けられた他のタスクに医師が集中すること容易にすることができる。更に、本開示の実施形態は、医師／ユーザが、スコープ先端部上に存在する比較的高い挿入力を確認するためのフィードバックを経験することを可能にすることができる。例えば、本開示のロボットシステムは、ユーザ／医師が、１つ又は２つ以上の点において、特定の手動処置に類似する様式でスコープ器具を保持し、手動で取り扱う目的で、スコープ器具をドッキング解除することを可能にし得る。
図１８は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、シース位置を確認するためのプロセス１８００を例解するフロー図である。例えば、シース位置確認は、本開示の態様による、結石断片回収サイクルのための高速後退及び／又は挿入速度を可能にするための手段として実施され得る。プロセス１８００は、関連するシステムの制御回路によって、並びに／又は医師及び／若しくは他のユーザ／技術者によって、少なくとも部分的に実行され得る。
プロセス１８００は、少なくとも最初にユーザが、外科的処置に関連してアクセスシース内に器具を後退させるときに実施され得る。本明細書で説明するように、アクセスシースに対する器具の判定された位置に応答して、様々な器具挿入／後退速度修正を実施することができる。そのような位置判定は、特定のシステム／ロボットデータに基づくことができる。実際のシース長／寸法の潜在的な変動に起因して、ユーザがアクセスシースの遠位端（及び／又は他の部分）の位置を（例えば、視覚的に）確認することが必要又は望ましい可能性がある。そのような確認は、ユーザ入力／出力機構（例えば、電子ディスプレイとの連動／相互作用）を通して取得され得る。
ブロック１８０２において、プロセス１８００は、長さ、ブランド、及び／又は他の特性など、関連するアクセスシースに関連付けられた１つ又は２つ以上のパラメータを示すことを伴う。例えば、ユーザインターフェースは、そのようなパラメータを示すユーザ入力を可能にするように実施され得る。実施例として、図１に示される医療システム１００の制御システム５０は、ブロック１８０２に関連してシースパラメータ登録のための関連するユーザ入力／出力を実施するために使用され得る。ブロック１８０２に関連付けられた動作は、シャフト型器具及び／又は器具フィーダをそれぞれのロボットエンドエフェクタに接続する前に実行され得る。
ブロック１８０４において、プロセス１８００は、関連する医療処置において利用される特定の器具を装填及び／又は構成することを伴う。例えば、そのような器具は、本明細書に詳細に説明されるように、内視鏡又は同等物など細長いシャフトを含む医療器具、及び器具フィーダデバイス、又は同等物を含み得る。そのような装填は、本明細書に説明されるように、器具をそれぞれのロボットエンドエフェクタに取り付けることを伴い得る。いくつかの実施形態では、ブロック１８０４と関連付けられた動作は、バスケットカートリッジ／システムをロボットエンドエフェクタに取り付けることと、その１つ又は２つ以上の構成要素を医療器具シャフトの作業チャネル内に装填することと、を伴い得る。ブロック１８０４は更に、本明細書に詳細に説明されるように、医療器具の細長いシャフトを器具フィーダデバイスの作動チャネル内に装填することを伴い得る。
ブロック１８０６において、プロセス１８００は、アクセスシースに対する医療器具（例えば、シャフト先端部）の特定の相対位置に対応し得る、１つ又は２つ以上の器具速度修正閾を示すことを更に伴い得る。例えば、１つ又は２つ以上の閾は、高速後退／挿入ゾーンの近位及び／又は遠位境界と関連付けられて示され得る。
ブロック１８０８において、プロセスは、アクセスシースを少なくとも部分的に通して医療器具（例えば、シャフト）を挿入することを伴う。例えば、腎臓結石除去処置などの医療処置に関連して、内視鏡などの細長いシャフトをシースを通して挿入し得る。そのような器具挿入プロセスの態様は、図１９に関連して以下に説明される特徴を含み得る。
ブロック１８１０において、プロセス１８００は、腎臓結石又は腎臓結石断片などの、アクセスシースを通して摘出される生物学的検体を捕捉することを伴う。そのような捕捉は、シャフトの遠位端から突出し、その作業チャネル内に少なくとも部分的に配設される、バスケットデバイスを使用して達成され得る。ブロック１８１２において、プロセス１８００は、捕捉された検体を有するアクセスシースの遠位端に向かって医療器具シャフトを後退させることを伴う。例えば、アクセスシースの遠位端は、患者の尿管、膀胱、尿道、及び／又は腎盂尿管移行部などの内部導管、血管、腔、又は他の解剖学的領域内に位置決めされ得る。アクセスシースに向かうそのような後退は、アクセスシース及び／又は周囲の解剖学的構造への損傷を回避するために、比較的遅い速度で有利に実施され得る。
ブロック１８１４において、プロセス１８００は、アクセスシースの遠位端内の医療器具シャフトの遠位端の位置が、判定又は確認されたかどうかを判定することを伴う。例えば、そのような位置の確認は、シャフトの遠位端が、例えば、図１６に示されるゾーンＺ０などの確認ゾーン内にある間に実行され得る。決定ブロック１８１６から生じる流路によって示されるように、シャフトの遠位端が確認ゾーン内にあるとき、ブロック１８２４に示されるように、操作者からの確認指示を求めるためにユーザ出力が提示され得る。アクセスシース内のシャフトの遠位端の位置を確認するための任意の他の好適又は望ましい手段又は機構が、プロセス１８００に関連して実装され得る。ユーザ確認出力は、電子ディスプレイ上に提示されるポップアップウィンドウを含むことができる。ユーザは、シースの長さを確認するために確認入力特徴（例えば、ボタン）と係合し得る。
アクセスシースの遠位端内のシャフトの遠位端の位置が確認されると、ブロック１８２２に示されるように、高速後退速度が有効にされ得る。例えば、いくつかの実装形態では、アクセスシースの遠位端／開口部におけるシャフトの位置の確認は、アクセスシースの遠位端の位置を示し得、アクセスシースの遠位端のそのような判定された位置は、器具シャフト遠位端がアクセスシース内にあるという判定に少なくとも部分的に基づいて、後退及び／又は挿入速度の後続制御において使用され得る。
高速後退速度が有効になると、プロセス１８００は、器具をアクセスシースを通して引き込み、アクセスシースアセンブリの近位の検体収集領域まで後退させるためのサブプロセス１８２０に進み得る。そのような後退プロセスの態様を、図２０に関連して以下に記載する。シース長／位置が確認されておらず、器具シャフトの遠位端が確認ゾーンの外側にある場合、ブロック１８１８に示すように、高速後退速度は無効にされ得、又は無効のままであり得る。そのような場合、プロセス１８００は、ブロック１８１２に戻る場合があり、又は器具は、アクセスシースの遠位開口部に向かって後退し続ける場合がある。
プロセス１８００は、ユーザが長さなどのシース情報のユーザ入力を通じてシース情報を取得するための手段／機構を提供し、更に、シャフトがシース内に位置決めされたときにユーザがシース長を確認することを可能にする。いくつかの実装形態では、システム制御回路は、ユーザがシースの先端部において後退を停止することを要求する出力をユーザに提供し、シースの遠位端の位置をマークするための確認入力（例えば、ボタン又は他のユーザインターフェース特徴の係合）を提供することができる。いくつかの実装形態では、システム制御回路は、カメラ画像に基づいて、シース先端部を識別するために、コンピュータビジョンアルゴリズムを実施することによって、シース位置を自動的に確認するように構成されている。
図１９は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、器具を挿入するためのプロセス１９００を例解するフロー図である。プロセス１９００は、関連するシステムの制御回路によって、並びに／又は医師及び／若しくは他のユーザ／技術者によって、少なくとも部分的に実行され得る。プロセス１９００は、ブロック１９０２に示すように、アクセスシースの近位開口部又は端部の近位に配設又は位置決めされた医療器具のシャフトの遠位端から開始し得る。
ブロック１９０４において、プロセス１９００は、器具シャフトの遠位端を、通常速度でアクセスシースの近位端／開口部内に挿入することを伴う。例えば、通常速度は、低速挿入速度（例えば、約５ｍｍ／ｓ以下）超であるが、最大／高速挿入速度（例えば、１５０ｍｍ／ｓ超、約１７０ｍｍ／ｓ）未満の速度であり得る。例えば、通常の挿入速度は、いくつかの実装形態では約１１ｍｍ／ｓであり得る。図１９（及び図２０）に関連して説明される様々な速度は、上記の相対的挿入及び／又は後退速度の説明に従って解釈され得る。シャフトを通常速度で挿入するために、プロセス１９００は、器具フィーダデバイスの軸方向アクチュエータ機構／手段を通常速度で動作させることを伴い得る。加えて、医療器具の基部／ハンドルが取り付けられるロボットエンドエフェクタは、通常速度で遠位方向に更に動作／並進され得る。例えば、エンドエフェクタは、ロボットアームの遠位端構成要素、又は任意の他のタイプのロボットエンドエフェクタであり得る。
決定ブロック１９０６において、プロセス１９００は、シャフトの遠位端が高速挿入ゾーン内にあるかどうかを判定することを伴い得る。例えば、ブロック１９０６に関連付けられた判定は、本明細書で説明されるか又は当業者に知られている任意の位置判定プロセス又は機能を伴い得る。更に、高速挿入ゾーンは、図１７に示され、上記で説明されるように、アクセスシースと関連付けられた領域又は空間に対応し得る（例えば、高速挿入ゾーンは、アクセスシースの内側の一部分であり得る）。
器具シャフトが高速挿入ゾーン内にある場合、プロセス１９００は、ブロック１９０８に進み得、プロセス１９００は、器具シャフトを高速で挿入することを伴う。そのような高速挿入を実行するために、器具フィーダは、その軸方向アクチュエータ機構／手段が高速でシャフトを前進／挿入するように動作され得、これは、いくつかの実施形態では、フィーダ及び／又は軸方向アクチュエータの最大動作速度であり得る。概して、高速挿入速度は、通常の挿入速度超であり得る。いくつかの実装形態では、高速挿入速度は、約１７０ｍｍ／ｓなど、約１５０ｍｍ／ｓ超であり得る。更に、高速での挿入のための十分な緩みを提供するために、器具ベース／ハンドルに結合されたエンドエフェクタは、通常速度超である中間速度で並進／前進され得る。例えば、中間速度は、通常速度と高速との間の速度であり得、いくつかの実施形態では、エンドエフェクタの最大並進速度に対応し得る。いくつかの実施形態では、中間速度は、約３０ｍｍ／ｓである。プロセス１９００の他の部分と同様に、エンドエフェクタ並進の動作は、エンドエフェクタの並進が作業空間限界及び／又は他の制約に起因して一時停止されていない場合にのみ実施され得る。
決定ブロック１９０６において、器具シャフトが高速挿入ゾーン内にないと判定された場合、プロセスは、器具基部／ハンドルに関連付けられたロボットアーム又はエンドエフェクタが一時停止位置に位置決めされているかどうか、かつ（／又は）シャフトのサービスループが器具フィーダとロボットエンドエフェクタとの間に存在するかどうかを判定することを伴い得る。サービスループが存在するかどうかの判定に関して、ブロック１９１０に関連付けられた決定は、特定の長さ又は量／程度のサービスループが存在するかどうかを判定することを伴い得る。すなわち、器具シャフト内にある程度のサービスループが存在しても、ブロック１９１０において必ずしも肯定的な判定がなされ得るとは限らず、むしろ、挿入の速度及び／又は他の考慮事項に関して閾量のサービスループが存在するという判定のみがなされる。ブロック１９１０に関連付けられた判定が肯定である場合、プロセス１９００は、ロボットエンドエフェクタの更なる挿入並進が無効にされるように、ロボットエンドエフェクタ並進を一時停止すること（例えば、器具基部／ハンドルが結合されているロボットアームを一時停止すること）を伴い得る。例えば、特定の所定の閾長さ又は程度超のサービスループが存在する場合、シャフトの挿入を容易にするためにエンドエフェクタを並進させる必要がない場合がある。更に、エンドエフェクタが器具フィーダに比較的近接している場合、ある量のサービスループが存在するときに、ロボットエンドエフェクタを器具フィーダに近接させすぎることによって生じる可能性のある、器具フィーダとの衝突及び／又は器具シャフトへの望ましくないねじれ若しくは他の損傷を回避するために、エンドエフェクタの並進を一時停止することが望ましいか、又は必要であり得る。エンドエフェクタの並進を一時停止することで、高速挿入が停止した時点でも、シャフト先端部がシースの内側に留まることを更に促進又は確実にすることができる。
決定ブロック１９１０は、図１９のフロー図の特定の時点で示されているが、エンドエフェクタの並進を一時停止するかどうか及び／又はいつ一時停止するかの判定は、プロセス１９００の任意の時点で行うことができることを理解されたい。例えば、そのような判定は、挿入の任意の開始及び／又は挿入速度の変更の前に行われ得る。
決定ブロック１９１４において、プロセス１９００は、器具シャフトが低速挿入ゾーン内にあるかどうかを判定することを伴う。例えば、低速挿入ゾーンは、アクセスシースの遠位端における、及び／又はそれに遠位の領域など、高速挿入ゾーンの遠位にあり得る。
シャフトが低速挿入ゾーン内にあると判定されない場合、プロセス１９００は、通常速度と速い速度との間であり得る、中間速度で器具を挿入することを伴い得る。いくつかの文脈では、中間速度は、速度が通常の挿入速度よりも速いため、中高速度と称される場合がある。いくつかの実施形態では、中間速度は、約３０ｍｍ／ｓであり得、ロボットエンドエフェクタの最大並進速度に対応してもしなくてもよい。器具シャフトを中間速度で挿入するとき、器具フィーダは、シャフトを中間速度で作動させるように構成され得、エンドエフェクタは、同様に、エンドエフェクタが一時停止されないと仮定して、中間速度で並進するように構成され得、この場合、エンドエフェクタの並進は実施されなくてもよい。
ブロック１９１４において、器具シャフトが低速挿入ゾーン内にあると判定された場合、プロセス１９００は、ブロック１９１８に進み得、器具シャフトは、通常速度よりも遅い低速で挿入され得る。例えば、低速は、約１０ｍｍ未満であり得る。低速は、アクセスシースの遠位端より遠位の器具類及び／又は解剖学的構造に対する傷害又は損傷のリスクを低減するために実施され得る。器具シャフトを低速で挿入するとき、器具フィーダは、軸アクチュエータ手段／機構を実装して、シャフトを低速で前進させ得、ロボットエンドエフェクタは、ブロック１９１２に関連して以前に一時停止されていない場合、同様に低速で並進し得る。いくつかの実装形態では、使用者がシース遠位管の中にゆっくりと挿入するために、シース端部間にある量の緩衝が存在し得る。
ブロック１９２０において、プロセス１９００は、患者の腎臓の腎杯網内にある腎臓結石又は結石断片などの検体を捕捉することを伴い得る。器具シャフトの作業チャネル内に少なくとも部分的に配設されたバスケットデバイスを使用するなどによって、検体が捕捉された後、プロセス１９００は、器具後退サブプロセス１９２２に進み得、これは、図２０に示され、以下に説明される後退プロセス２０００に関連付けられた１つ又は２つ以上のアクションを伴い得る。
図２０は、本開示の１つ又は２つ以上の実施形態による、器具を後退させるためのプロセス２０００を例解するフロー図である。プロセス２０００は、関連するシステムの制御回路によって、並びに／又は医師及び／若しくは他のユーザ／技術者によって、少なくとも部分的に実行され得る。プロセス２０００は、患者の腎臓内など、患者の解剖学的構造の内室、血管、又は領域内から検体を捕捉した後に実施され得る。例えば、プロセス２０００は、上記で説明した、図１９のプロセス２０００の１つ又は２つ以上の態様の実装形態に続いて実施され得る。プロセス２０００は、器具シャフトの遠位端が、患者の解剖学的構造（例えば、患者の解剖学的構造の尿道、膀胱、尿管、骨盤接合部の尿管）内に位置決め及び／又は固定されたアクセスシースの遠位端内に後退された状態で始まる。
ブロック２００４において、プロセス２０００は、シャフトに関連付けられた医療器具の基部又はハンドルに結合されたロボットエンドエフェクタが並進限界にあるかどうかを判定することを伴う。例えば、そのような限界は、ロボットシステムに関連付けられた操作可能な作業空間及び／又はロボットシステムのリーチ若しくは他の境界によって確定され得る。例えば、ロボットエンドエフェクタの限界は、後退経路／レールに沿ったロボットアームの移動の物理的限界であり得る。ロボットエンドエフェクタが作業空間限界にある場合、プロセス２０００は、ロボットエンドエフェクタの並進を一時停止及び／又は無効にすることを伴い得る。
ロボットエンドエフェクタが作業空間限界にない場合、プロセス２０００は、決定ブロック２００８において、器具シャフトの遠位端が通常後退ゾーン内にあるかどうかを判定することを伴い得、これは、いくつかの文脈において便宜上又は明確にするために、本明細書では「緩衝ゾーン」、「緩衝後退ゾーン」、又は「高速後退緩衝ゾーン」と称され得る。例えば、通常後退ゾーン（すなわち、「高速後退緩衝ゾーン」）は、図１６を参照して理解され得る。更に、図２０に示され、関連する書面の説明に記載された他の後退速度ゾーンは、図１６に例解され、上記で詳細に説明された方式を参照して理解され得る。いくつかの実施形態では、通常後退／高速後退緩衝ゾーンは、アクセスシースの遠位端に対して遠位の領域、及び／又はアクセスシースの遠位部分内の領域を覆い得る。
器具シャフトが通常後退ゾーン内にある場合、プロセス２０００は、本明細書における後退挿入速度の関連する説明に従って理解され得る、通常速度において器具を後退させることを伴い得る。例えば、通常速度は、約１１ｍｍ／ｓであり得る。器具シャフトを通常速度で後退させることは、器具フィーダのアクチュエータ手段／機構を通常速度で動作させ、それによって器具フィーダを通して通常速度でシャフトを後退させることを伴い得る。加えて、エンドエフェクタの並進が一時停止されていない場合、器具シャフトを通常速度で後退させることは、ロボットエンドエフェクタを同様に通常速度で並進させることを伴い得る。
器具シャフトが通常後退ゾーン内にない場合、プロセス２０００は、決定ブロック２０１２において、器具シャフトが通常後退ゾーン（例えば、通常後退ゾーンの近位）と高速後退ゾーンとの間にあるかどうかを判定することを伴い得、通常後退ゾーン（すなわち、高速後退緩衝ゾーン）と高速後退ゾーンとの間のそのような中間ゾーンは、本明細書のいくつかの文脈において、「中間後退ゾーン」と称され得る。すなわち、ブロック２０１２において、プロセス２０００は、器具シャフトの遠位端が通常後退ゾーンに対して近位であるが、高速後退ゾーンに対して遠位であるかどうかを判定することを伴い得、そのような条件下で、プロセスはブロック２０１４に進み得、器具シャフトは中間速度で後退される。いくつかの実装形態では、中間速度は、通常速度より速いが、最大エンドエフェクタ並進速度を超えない場合がある。シャフトを中間速度で後退させるとき、器具フィーダは、シャフトを中間速度で軸方向に作動させるように動作し得る。更に、以前に一時停止されていない場合、エンドエフェクタは、同様に中間速度で並進され得る。中間後退ゾーンは、任意のバスケット又は他の作業器具が、高速後退される前に完全にシースの内側にあることを確実にするのに役立ち得る。
決定ブロック２０１２において器具シャフトが中間後退ゾーン内にあると判定されない場合、プロセス２０００は、決定ブロック２０１６に示されるように、器具シャフトが現在高速後退ゾーン内に配設されているかどうかを判定することを伴い得る。そうである場合、プロセス２０００は、ブロック２０１８に進み得、器具シャフトの後退は、通常速度及び中間速度より速い場合がある、高速後退速度で実行され得る。例えば、高速後退速度は、１５０ｍｍ／ｓ超（例えば約１７０ｍｍ／ｓなど）であり得る。高速後退を実施するために、器具フィーダは、高速で軸方向アクチュエータ手段／機構を動作させ得る。逆に、ロボットエンドエフェクタは、一時停止されない場合、中間速度で近位に後退し得、これは、物理的能力及び／又は傷害／損傷防止に関する制約に従って、エンドエフェクタの最大並進速度を表し得る。フィーダの高速後退速度は、フィーダの近位のシャフト内にサービスループを構築し得る。器具ハンドルに関連付けられたエンドエフェクタの並進は、サービスループの蓄積量を低減するのに役立ち得る。器具エンドエフェクタとフィーダエンドエフェクタとの間に十分な距離があることを確実にして、サービスループの曲率が大きすぎないようにすることが望ましい可能性がある。曲率が大きすぎると、高速後退があまりに早く開始される場合に器具シャフトに損傷を引き起こす可能性がある。２つのエンドエフェクタ／アームの間に十分な安全クリアランスがあると、高速後退が可能になる。
プロセス２０００は、決定ブロック２０１６の結果が否定になり、器具シャフトの遠位端が高速後退ゾーンの近位閾に到達したことを示すまで、器具シャフトを高速で後退し続けることを伴い得る。そのような時点で、プロセス２０００は、ブロック２０２０に進み得、器具シャフトの後退が減速又は一時停止され得る。例えば、自動一時停止は、上記で詳細に説明されるように、高速後退ゾーンを出るときに実施され得る。いくつかの実施形態では、高速後退ゾーンの近位閾は、アクセスシースアセンブリの近位開口部と、器具シャフトがフィーダ内で軸方向に作動されるチャネルの遠位開口部との間の点にあってもよく、そのような位置は、上記で詳細に説明されるように、自動一時停止／停止位置とみなされ得る。追加的又は代替的に、ブロック２０２０において、検体収集場所への最終的な後退のために、かつ／又は収集のための器具シャフトの位置決めの微調整を実施するために、後退速度を５ｍｍ／ｓ以下（例えば３ｍｍ／ｓ）などの低速に減速し得る。
ブロック２０２２において、プロセス２０００は、捕捉された検体をコレクタ構造又は他のデバイス若しくは構造内に収集することを伴う。収集後、追加の検体（例えば、結石断片）が収集されずに残っている場合、プロセス２０００は、ブロック２０２６の器具挿入サブプロセスに進み得、これは、図１９のプロセス１９００と１つ又は２つ以上の点で同様であり得る。収集されるべき更なる検体が残っていない場合、プロセス２０００は終了し得る。
本開示の実施形態は、有利なことに、ロボットによる結石摘出プロセスを比較的安全かつ効率的にすることができる。例えば、シース遠位先端部から結石落下位置までの動作可能領域の複数のサブ領域への分割は、少なくとも部分的に臨床的必要性に基づくことができ、安全な器具駆動を確実にすることができる。更に、システム及び／又はユーザから取得した情報を利用して、スコープ先端部がどの領域にあるかを識別し、器具エンドエフェクタと器具フィーダを異なる速度で駆動するように調整することで、速い後退速度と挿入速度をちょうどよい時にアクティブ化及び非アクティブ化させることができ、患者又は器具類の損傷を防止することができる。本明細書に開示されるシャフト作動速度修正のいずれも、自動的に実施され得る。いくつかの実施形態では、ユーザは結石摘出ボタンを押すことで、追加入力なしにシステムが自動的に高速後退、結石落下、及び／又は高速挿入プロセスを実施するようにし得る。
横方向器具基部並進を使用した器具応力低減
上記で詳細に説明した図１５に戻って参照すると、スコープ又は他の器具の高速後退のいくつかの実装形態は、アクセスシース９０、器具／スコープフィーダチャネル３９の軸と位置合わせされた仮想レール１５０１に概ね平行な方向及び／又はそれと直列な方向における、スコープハンドル／ベース３１に結合されたロボットエンドエフェクタ６ａ（例えば、ロボットアームの遠位エンドエフェクタ）の並進、及び／又はエンドエフェクタ６ａとスコープドライバ／フィーダ１１に関連付けられたエンドエフェクタ８ｂとの間の位置合わせを伴う。すなわち、アーム１２ａ及び／又はエンドエフェクタ６ａのロボット移動／並進は、概して、スコープ４０の高速後退及び／又は挿入の間、方向／次元１５０２（基準座標系において「ｘ」次元としても識別される）であり得、そのような移動は、有利には、比較的高速の後退／挿入を促進し、かつ／又はスコープ４０内に形成されるサービスループ４９のサイズ及び／又はサービスループ４９に関連付けられたスコープ４０内に形成される屈曲の半径を低減し得る。
上記で詳細に説明した図１５に戻って参照すると、スコープ又は他の器具の高速後退のいくつかの実装形態は、アクセスシース９０、器具／スコープフィーダチャネル３９の軸と位置合わせされた仮想レール１５０１に概ね平行な方向及び／又はそれと直列な方向における、スコープハンドル／ベース３１に結合されたロボットエンドエフェクタ６ａ（例えば、ロボットアームの遠位エンドエフェクタ）の並進、及び／又はエンドエフェクタ６ａとスコープドライバ／フィーダ１１に関連付けられたエンドエフェクタ８ｂとの間の位置合わせを伴う。すなわち、アーム１２ａ及び／又はエンドエフェクタ６ａのロボット移動／並進は、概して、スコープ４０の高速後退及び／又は挿入の間、方向／次元１５０２（基準座標系において「ｘ」次元としても識別される）であり得、そのような移動は、有利には、比較的高速の後退／挿入を促進し、かつ／又はスコープ４０内に形成されるサービスループ４９のサイズ及び／又はサービスループ４９に関連付けられたスコープ４０内に形成される屈曲の半径を低減し得る。
スコープ後退中の近位方向へのエンドエフェクタ６ａの並進は、スコープドライバ／フィーダ１１とスコープ基部３１との間の距離Ｄｂを有利に増加させることができ、それによって、近位スコープハンドル／基部並進が起こらない実装形態に対して、サービスループ４９を形成するために束になるように傾斜しているスコープの長さを減少させる。エンドエフェクタ６ａの近位並進が、本明細書では便宜上いくつかの文脈において「ｘ」次元と称される、線形位置合わせ／次元１５０２／１５０１に制約される場合、エンドエフェクタ６ａの並進から生じるスコープドライバ１１とスコープ４０の基部３１との間の距離Ｄｂの増加は、概して、「ｘ」／線形次元における並進距離に等しい場合がある。「ｘ」／直線次元におけるそのような並進は、エンドエフェクタ６ａ及び／又は関連付けられたロボットアーム／システムの機械的制約によって制限され得る。したがって、図１５に示されるようなスコープハンドル３１の線形（すなわち、ｘ次元）並進によって提供される張力緩和の量もまた、そのような機械的制約によって制限され得る。
上述したように、サービスループ４９は、スコープドライバ／フィーダ１１とスコープハンドル／基部３１との間に配設されたスコープ４０の長さが、スコープエンドエフェクタ６ａの後退並進速度超である速度でのスコープドライバ１１の後退によって増加するときに生じ得る。示されるように、サービスループ４９は、頂点屈曲部９９ｂの両側に基部屈曲部９９ａ、９９ｃを含むＵ字型の形態として生じるように傾斜され得る。概して、サービスループ４９を形成するスコープの長さが長いほど、サービスループ４９の横方向の撓みｄｔが大きくなる。サービスループ４９の撓みｄｔが増加するにつれて、概して、スコープ内に形成される屈曲部９９の曲率半径は減少し、それによって、スコープシャフト４０内に比較的より鋭い／よりきつい屈曲部がもたらされる。
本明細書で詳細に説明されるように、機械的応力によるスコープへの損傷を回避するために、スコープ４０における比較的きつい／鋭い屈曲の形成を回避することが望ましい場合がある。図１５は、スコープドライバ／フィーダ１１とサービスループ４９の頂点１５０４との間の第１の屈曲部９９ａを含む、３つの屈曲部９９を形成するサービスループ４９を示し、そのような屈曲部９０ａは、スコープエンドエフェクタ６ａの近位後退に対するフィードローラ後退速度が望ましくないほど高いいくつかの実装形態において、望ましくないほど短くなり得る曲率半径ｒ１を有するものとして例解されている。頂点屈曲部９９ｂは、ｒ２とラベル付けされた曲率半径を有するものとして示されているが、スコープ４０の基部６２とサービスループ４９の頂点１５０４との間の第３の屈曲部は、ｒ３とラベル付けされた曲率半径を有する。本開示の実施形態は、有利なことに、スコープドライバ後退中の横方向及び／又は近位スコープ基部並進の結果として、そのような屈曲部の曲率半径を低減することができる。
本明細書でより詳細に説明されるように、後退プロセスの期間中のスコープドライバ（例えば、フィードローラ）１１による後退速度実装は、１５０ｍｍ／ｓ超（例えば約１７０ｍｍ／ｓなど）であり得る。一方、仮想レール経路１５０１に沿ったスコープエンドエフェクタ６ａの線形並進は、そのような期間中、約３０ｍｍ／ｓ未満（例えば約２０ｍｍ／ｓ又は１０ｍｍ／ｓなど）であり得る。概して、スコープドライバ１１の後退速度と仮想レール１５０１に沿ったエンドエフェクタ６ａの線形並進速度との間の差は、スコープ４０にサービスループ４９を形成させることができ、サービスループ４９の様々な屈曲部によって課される機械的応力／歪みの重大度は、スコープドライバ１１の後退送りの間に横断される近位並進距離に少なくとも部分的に依存し得る。
概して、サービスループ４９の一部としてスコープ内に形成される屈曲部の曲げ半径を最大化するスコープ後退ソリューションを実施することが望ましい場合があり、そのような曲げ半径の最大化は、ロボットシステム／構成に関連付けられた特定の作業空間制約及び後退速度を考慮して達成される。いくつかの実施形態では、スコープ／器具の特定の実施形態について、スコープサービスループに関連付けられた屈曲部の曲げ半径が７０ｍｍを下回ることを防止することが望ましい場合がある。いくつかの実装形態では、スコープに損傷をもたらすことなく、かつ／又は器具の歪み限界を超えることなく、５０ｍｍ未満（例えば約４５ｍｍなど）の曲げ半径に適応することができるスコープ器具が利用され得る。
図１５は、仮想レール１５０１に沿った「ｘ」次元における線形スコープ並進を示すが、いくつかの実装形態では、本開示に関連付けられたスコープ後退ソリューションは、仮想レール１５０１に対して横方向／角度をなす方向／次元におけるスコープエンドエフェクタ並進を伴うことができる。例えば、例解された「ｙ」及び／又は「ｚ」次元におけるスコープ基部の並進により、別々に、又は互いに組み合わせて、かつ／又は「ｘ」次元における並進と組み合わせて、スコープ基部３１とスコープドライバ１１との間の距離Ｄｂ（図１５及び図２５－１に示す）を増加させることができ、かつ／又はサービスループに関連付けられた１つ又は２つ以上の領域における曲げ曲率半径を低減するスコープ４０の様々な部分の角度／方向位置を作り出すことができる。
図２１は、横方向スコープ基部並進を使用して、患者の標的解剖学的構造から検体を除去するためのプロセス２１００を例解する、フロー図である。例えば、プロセス２１００は、そのような目的のためのスコープの後退及び／又は挿入の間に、結石破片又は同等物などの検体を除去するときに実施され得る。本明細書で使用されるように、「横方向」並進は、スコープドライバ（例えば、フィードローラ）及び／又はスコープが駆動されるアクセスシース／導入器を通して送られるスコープ部分の仮想レール及び／又は軸から離れる方向に偏向される方向／角度での並進として理解され得る。例えば、図１５の例解された座標基準に対する横方向の並進は、排他的に「ｘ」次元１５０２ではなく、少なくとも部分的に「ｙ」及び／又は「ｚ」次元に投影するベクトルに関連付けられ得る。
ブロック２１０２において、プロセス２１００は、本明細書に説明されるように、患者の腎臓の腎杯網内など、患者の標的解剖学的領域内の結石及び／又はその断片を捕捉することを伴い得る。結石／断片の捕捉は、バスケットツールの使用によってなど、本明細書に開示される任意の実施形態に従って実施され得、そのようなバスケットツールは、いくつかの実装形態においてロボット制御され得る。本明細書で説明されるように、バスケットツールのバスケットは、内視鏡（例えば、尿管鏡）の遠位端から展開され得、捕捉すると、結石及びバスケットは、スコープの遠位端に向かって近位に引き寄せられ、後退のためにそこに隣接して保持され得る。
ブロック２１０４において、プロセス２１００は、本明細書に詳細に説明されるように、バスケット及び捕捉された結石を有するスコープをアクセスシースの遠位開口部に後退させることを伴う。そのような後退は、外科医／技術者によって手動で実行され得、かつ／又は本開示の態様による自動ロボット後退を使用して実施され得る。
ブロック２１０６において、プロセス２１００は、本明細書に説明されるように、高速後退を実施して、スコープ、バスケット、及び捕捉された検体を、患者の尿路又は他の解剖学的構造にわたり得るアクセスシースの少なくとも一部分を通して、アクセスシースの近位開口部まで、比較的迅速に後退させることを伴う。検体収集に関連付けられた全体的な往復時間を短縮するために、アクセスシースを通した高速後退が望ましい場合がある。そのような後退速度は、フィードローラアクチュエータを比較的高速で駆動して、高速後退を行うことによって達成し得る。しかしながら、上記で参照されるように、フィードローラ（又は他のスコープ駆動機構）後退速度が、スコープの基部に関連付けられたロボットエンドエフェクタの並進速度を上回る場合、サービスループ屈曲部は、スコープ基部とドライバ／フィードローラチャネルとの間のスコープの部分において、そのような領域に配設されたスコープの長さに対するスコープハンドル／基部とスコープドライバとの間の距離の減少に起因して、形成され得る。サービスループを形成するスコープの長さ、及び／又はスコープドライバとスコープハンドル／基部の相対的な位置及び／又は向きが、スコープに比較的鋭い屈曲及び／又は剪断応力が存在しないように管理されない場合、スコープ及び／又は他の器具類に望ましくない損傷のリスクが生じ得る。
スコープベース及び／又は関連付けられたロボットエンドエフェクタを線形仮想レールに沿って単に並進させるのではなく、スコープハンドル／基部とスコープドライバとの間の相対距離及び向きを管理して、サービスループ形成の領域内のスコープに対する剪断応力を低減するために、プロセス２１００のブロック２１０６に関連付けられた動作は、線形仮想レール（例えば、図１５の線形仮想レール１５０１を参照）に対して角度を付けられた（例えば、直交する）１つ又は２つ以上の次元における横方向の並進を実施することを伴い得る。例えば、そのような横方向並進は、仮想レールと同じ垂直平面内（例えば、地面と平行な平面内）、かつロボットアーム／エンドエフェクタがそこから出ているロボットカートに向かってなど、仮想レールから離れる方向であり得、そのような面内偏向（例えば、直交）並進は、少なくとも部分的に「ｙ」方向／次元（例えば、図１５の例解された座標フレームの「ｙ」次元を参照）であると考えられ得、「ｙ」方向／次元は、仮想レールによって画定され、かつ／又は仮想レールと平行な「ｘ」方向／次元と直交する。追加的又は代替的に、スコープハンドル／基部の横方向並進は、仮想レールの垂直平面の上方に垂直に上昇する形態であり得、そのような垂直並進は、本明細書では、「ｚ」方向／次元であるものとして説明され得る。
いくつかの実装形態では、プロセス２１００は、ブロック２１０６に関連付けられた横方向並進と同時に、エンドエフェクタ（ブロック２１０７参照）、したがってスコープに関連付けられたハンドル／基部を垂直軸を中心に（すなわち、図１５の例解された向きに対して紙面から出る）回転させることを伴い、そのような回転は、スコープ／サービスループ内の１つ又は２つ以上の応力点／屈曲部における歪を低減する役割を果たし得る。例えば、そのような回転は、概して、「ｙ」方向／次元における横方向の並進方向に対して反対方向であり得る。例えば、図１５の例解された斜視図に関して、左への横方向並進は、エンドエフェクタの時計回りの回転と結合され得るのに対して、右への横方向並進は、反時計回りの回転と結合され得る。
ブロック２１０８において、プロセス２１００は、捕捉された結石／検体をバスケットデバイスからコレクタ又は他の構造内に解放することを伴う。ブロック２１１０で、プロセス２１００は、スコープ及び／又はバスケットを追加的な結石／断片収集のために標的解剖学的構造に戻すために、アクセスシースを通してスコープを高速で挿入し直すことを伴う。いくつかの実装形態では、ブロック２１１０と関連付けられる高速挿入動作は、ブロック２１０６及び／又は２１０７と関連して実施されるスコープハンドル／基部の並進及び／又は回転を効果的に逆転させ、それによって、スコープ及び関連付けられたエンドエフェクタを、仮想レールに沿ったスコープドライバ（例えば、フィードローラ）と直列構成に戻すことを伴い得る。
ブロック２１１２において、プロセス２１００は、スコープ及び／又はバスケットを標的解剖学的領域に再挿入することを伴い得、プロセス２１００は、標的解剖学的構造から所望の数の結石／断片の回収／除去を成功させるために、任意の回数繰り返され得る。
図２２Ａ及び図２２Ｂは、本開示の態様による、器具後退を実施するために、特定のゾーン内で並進されるように構成された１つ又は２つ以上のロボットエンドエフェクタを含むロボットシステムの俯瞰図及び側面図をそれぞれ示す。具体的には、図２２Ａは、本開示の態様による高速スコープ後退を実施するように構成された複数のロボットアーム１２を示す。図２２Ａの画像は、システムの機械的属性がスコープハンドル／基部３１に関連付けられたエンドエフェクタ６ａの並進／移動を可能にし得る領域に対応し得る、特定の運動学的作業空間領域２２０１及び２２０３を示す。具体的には、運動学的作業空間領域２２０１は、ロボットエンドエフェクタ６ａが、アクセスシース９０の近位部分、フィードローラチャネル３９内のスコープの部分、及び／又は図２２Ａに示される構成においてエンドエフェクタ６ａ、６ｂが位置合わせされる位置合わせ軸のうちの少なくとも１つと概ね同軸である仮想レール１５０１に沿って並進され得る領域を表す。すなわち、スコープベースの並進が、図２２Ａの画像のラベル付けされた座標フレームに対して「ｘ」方向／次元に制限されるスコープ後退の実装形態では、スコープ後退中のエンドエフェクタ６ａの並進は、作業空間２２０１内の領域に制限され得る。「ｘ」次元における作業空間領域２２０１の境界は、ロボットシステムに関連付けられた関連するロボット特異性及び／又は臨床作業空間限界に基づき得る。例えば、ロボットシステムの例解された作業空間の限界は、その外側にロボットアーム構成要素間及び／又はロボットアームとカート１０との間の望ましくない衝突のリスクがある領域を表し得る。そのような制限は、関連するロボットアームの物理的長さに更に基づき得る。
上述したように、スコープベース並進が仮想レール次元１５０１に制限される場合、比較的高速のスコープドライバ後退中のサービスループの形成４９は、スコープドライバ１１（例えば、フィードローラ）とスコープ基部／ハンドル３１との間のスコープシャフトに形成される屈曲部をもたらす可能性がある。したがって、そのような実装形態では、スコープドライバ後退速度は、スコープ機械シャフト設計の関連する曲げ半径適合性によって制限され得る。そのようなスコープドライバの速度限界を高めるために、本開示の実施形態では、非直線的／横方向的なスコープ基部並進を許容する。例えば、そのような並進は、ロボットシステム／カート１０に向かって「ｙ」次元／方向に延在する運動学的作業空間２２０３内であり得る。概して、図２２Ａに示される横方向作業空間２２０３は、線形作業空間２２０１と共通の垂直平面内にあり得る。
本開示の態様による横方向のスコープ基部／エンドエフェクタの並進は、いくつかの実装形態では、垂直／「ｚ」次元内であり得る。例えば、図２２Ｂは、ロボットカート１０の側面図であり、本明細書に記載されるように、高速後退スコープシャフトの応力緩和を目的として、スコープエンドエフェクタ６ａが垂直方向に並進され得る運動学的作業空間２２０５の表現を含む。図２２Ａ、及び本明細書の他の図の例解された座標フレームによる「ｚ」次元は、いくつかの文脈では垂直次元として記載されるが、そのような用語は便宜上使用され、かつ他のロボットシステムでは、そのような次元は真の垂直次元ではない場合があることを理解されたい。すなわち、本明細書における垂直次元への言及は、示されるように、線形運動学的作業空間２２０１に概ね直交する次元を指すと理解されたい。
横方向／非線形スコープ基部／ハンドル並進についての本明細書における任意の説明は、「ｙ」次元及び／又は「ｚ」次元内であり得ることを理解されたい。概して、垂直／「ｚ」次元のスコープ基部の並進は、スコープエンドエフェクタ６ａが上昇する（すなわち、図２２Ｂの例解された向きに対して上方に移動する）ような方法で実施され得、スコープ基部／ハンドル及び／又はエンドエフェクタ６ａの下降は、機械的制約によって制約され、かつ／又は動作環境内に存在し得る滅菌バリアとの干渉を防止するために回避され得る。例えば、無菌バリアは、患者が配置されるベッド／プラットフォームの高さ程度に存在し得、エンドエフェクタ６ａがそのようなレベルより下に下降することは望ましくないか、又は受け入れがたい場合がある。
垂直／「ｚ」次元のスコープハンドル／基部の並進が、高速スコープ後退中に実施される実装形態では、スコープハンドル／基部３１が仮想レール１５０１の平面より高くなるにつれて、スコープ４０の曲げ応力を低減するために、エンドエフェクタ６ａの平面Ｐ１がスコープドライバ１１に向かって下方に傾斜するように、エンドエフェクタ６ａを協働して傾斜させる場合がある。そのような傾斜は、エンドエフェクタが仮想レール１５０１の平面より上に上昇するにつれて、徐々に実施され得る。
図２２Ｂに図示されるように、スコープシャフト４０のサービスループ４９は、例解される座標フレームに対して「ｚ」次元及び／又は「ｙ」次元などの任意の次元において形成され得る及び／又は突出し得る。すなわち、サービスループ４９は、任意の角度において、かつ／又は任意の次元／ベクトルで仮想レール／軸１５０１から概ね離れるように突出する頂点を有するＵ字型の形態を備え得る。
図２３－１、図２３－２、及び図２３－３は、１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転の状態におけるスコープ基部／ハンドル３１の俯瞰図を示す。スコープ基部／ハンドル３１は、ロボットアーム１２ａのエンドエフェクタ６ａに結合され、基部／ハンドル３１は、スコープドライバ１１を通して送られるスコープシャフト４０の近位端に結合される。スコープドライバ１１は、ロボットアーム１２ｂのエンドエフェクタ６ｂに結合されている。上述したように、スコープの後退中、線形／直列及び／又は横方向の次元におけるスコープ基部の並進に加えて、又はそれに代えて、スコープ基部の回転を実施して、スコープの歪み緩和を提供し得る。例えば、図２３－１～図２３－３は、仮想レール１５０１に対して横方向である軸Ａ１を中心としたスコープハンドル／基部３１の連続的な回転の状態を例解する。スコープドライバ／フィーダ１１がスコープ４０を近位方向に後退させる際に、基部／ハンドル３１が回転され得る。いくつかの実装形態では、９０°回転θｂは、スコープ後退中に徐々に実施され得る。例えば、図２３－３は、図２３－１に示されるスコープ基部の開始位置に対して９０°回転したスコープハンドル３１の最終回転状態を示す。図２３－１～図２３－３に実施される特定の回転方式は、スコープ４０の基部６２がロボットアーム１２ａ及び／又は関連付けられたロボットシステム／カートから離れるように回転されるようなスコープ基部３１の回転を示すが、回転は、任意の方向（例えば、例解される向きに対して反時計回り又は時計回り）であり得ることを理解されたい。
図２３－１～図２３－３による、かつ／又は開示される実施形態のうちのいずれかと関連するスコープ基部３１の回転は、有利には、そのような回転が実施されない場合に別様に存在し得るよりも大きい曲率半径ｒａ、ｒｂを後退プロセス中に作り出し得る。したがって、横方向軸Ａ１を中心としたスコープ基部／ハンドル３１の回転は、高速後退中のスコープ４０への損傷のリスクを低減することができる。
図２４－１、図２４－２、及び図２４－３は、１つ又は２つ以上の実施形態による、スコープ後退に関連する様々な回転及び横方向並進の状態におけるスコープ基部／ハンドル３１の俯瞰図を示す。スコープ基部／ハンドル３１は、ロボットアーム１２ａのエンドエフェクタ６ａに結合され、基部／ハンドル３１は、ロボットアーム１２ｂのエンドエフェクタ６ｂに結合されたスコープドライバ１１を通して送られるスコープ４０の近位端に結合される。図２４－１～図２４－３に例解される実装形態では、横方向軸Ａ１を中心としたスコープ基部／ハンドル３１の回転は、図２３－１～図２３－３に関連して図示及び説明されるものと同様の様式で実行される。加えて、２４－１～２４－３に示される実装形態は、スコープ基部３１を回転させながら、エンドエフェクタ６ａを同時に横方向に並進させることを伴う。
スコープ回転と横方向並進とを組み合わせると、有利には、高速後退中のスコープの曲率半径ｒｃを、スコープ基部回転又は横方向並進もない場合よりも大きくすることをもたらすことができる。エンドエフェクタ６ａの横方向並進は、概して、本明細書に詳細に説明されるように、ロボットシステムの特定の機械的制約を考慮して画定される運動学的作業空間２２０３の境界内であり得る。横方向並進２４０１は、図２４－１～図２４－３に関連付けられた図面シート上で識別される具体的な座標フレームに従って「ｙ」次元であるとみなされ得、スコープドライバ／フィードローラ１１を通したスコープの後退は、概して、「ｙ」方向に実質的に直交する軸次元／方向である。
「ｙ」方向への横方向並進を伴うものとして示されているが、例解された横方向並進は、追加的に又は代わりに、少なくとも部分的に、「ｚ」方向において実施され得、「ｚ」方向は、例解された向きに関して紙面から出る方向を表し、そのような次元が、例解された基準フレームにおいて識別されるように、「ｘ」及び「ｙ」次元に直交することを理解されたい。すなわち、スコープハンドル／基部３１を回転させながら、スコープエンドエフェクタ６ａを水平面２２０３の上方に垂直に上昇させ得る。そのような「ｚ」次元の並進は、いくつかの実施形態では、「ｙ」次元の並進と同時に実施され得る。更に、いくつかの実施形態では、「ｘ」次元の並進は、ある量の「ｙ」次元及び／又は「ｚ」次元の並進と組み合わせて実施され得る。すなわち、スコープエンドエフェクタの並進は、スコープの後退中に、方向の任意の組み合わせで、かつ／又は運動学的作業空間の任意の組み合わせ内で実施され得る。
図２５－１及び図２５－２は、１つ又は２つ以上の実施形態による、器具の後退及び／又は挿入に関連する回転及び並進の様々な状態における器具基部３１の俯瞰図を示す。図２５－１は、本明細書の様々な実施形態に関連して説明されるような高速後退プロセスに従って並進されているスコープ基部３１のアニメーションを例解する。具体的に、図２５－１は、スコープ／器具のベース３１に結合されたエンドエフェクタ６ａが、ロボットシステムに関連付けられた運動学的作業空間２５０３内で距離Ｄｙだけ横方向次元「ｙ」（及び／又はいくつかの実装形態では「ｚ」）に並進される連続的な時間期間に対応する並進／後退プロセスの４つの段階を示す。エンドエフェクタ６ａ及び／又は器具ベース３１の横方向の並進に加えて、エンドエフェクタ６ａの軸Ａ１を中心とするエンドエフェクタ６ａ及び／又はベース３１の回転が、横方向の並進及び／又は直列（例えば、仮想レールライン１５０１に沿って）の並進と同期して実施され得る。
本明細書に説明されるように、高速後退スコープ基部並進は、直列「ｘ」及び横方向（「ｙ」及び／又は「ｚ」）次元／方向の両方であり得る。したがって、そのような並進は、仮想レール１５０１及び／又は「ｘ」次元に対して角度の付いた並進経路２５０５をもたらし得る。例えば、例解される実装形態では、並進経路２５０５は、並進の「ｘ」ベクトルＤｘ並びに並進の「ｙ」ベクトルＤｙを有するように経路をたどる。すなわち、初期状態／位置２５０１ａと最終状態／位置２５０１ｄとの間の並進は、「ｘ」次元の距離Ｄｘ及び横方向／「ｙ」次元の距離Ｄｙの両方に及び得る。そのような並進ベクトルは、仮想レール１５０１に対して偏向角θ１を有する経路２５０５をもたらし得る。例示的な実装形態として、並進経路２５０５の偏向角θ１は、およそ１５°（又はそれ未満）、３５°、４５°、６０°、７５°、９０°（この場合、「ｘ」次元の並進は実施されない）、又は列挙された数の任意の対の間の任意の偏向角値であり得る。図２５－１の特定の例解された実装形態では、並進距離Ｄｘ及びＤｙが類似及び／又は同一となるように、並進経路２５０５の偏向角θ１はおよそ４５°である。
直線並進経路２５０５が示されており、「ｘ」次元及び「ｙ」次元の両方における進行／並進の相対速度は、初期位置２５０１ａから最終位置２５０１ｄへの並進を通して比例するが、いくつかの実施形態では、一定でない／直線の並進経路が実施されてもよいことを理解されたい。例えば、図２５－１は、「ｙ」次元に対する「ｘ」次元における並進速度が、並進の初期期間においてより大きく、並進が最終状態２５０１ｄに近づくにつれて減少する経路を表す、第１の湾曲並進経路２５０６を示す。代替的に、別の例示的な一定でない／直線の並進経路２５０７が示されており、「ｙ」次元に対する「ｘ」次元の相対並進速度は、並進の初期期間において比較的小さく、並進が最終位置／構成２５０１ｄに近づくにつれて増加する。本明細書における並進の初期期間への言及は、初期状態２５と１つ又は２つ以上の後続状態２５０１ｂ及び／又は２５０１３との間の並進を指し得る。初期並進期間は、いくつかの文脈において、初期状態２５０１ａからの並進の開始に続く即時の瞬間を参照すると理解され得る。
角度付き並進経路２５０５は、「ｘ」次元での並進距離Ｄｘ超である長さを有することができ、それによって、スコープの近位端６２とスコープドライバ１１（及び／又はドライバチャネル３９）との間の距離Ｄｂを増加させる。距離Ｄｂは、横方向並進２５０５とスコープのロールを伴わない、スコープベース３１の回転によって更に大きくなり、スコープの近位端６２とスコープドライバ１１との間の距離Ｄｂは、組み合わされた距離Ｄ０及びＤｘにほぼ等しくなり、これは、図２５－１に示される距離Ｄｂ未満である。
後退プロセスのために選択される偏向の特定の角度θ１は、横方向（「ｙ」又は「ｚ」）次元での並進距離及び／又はエンドエフェクタ６ａの利用可能な並進速度についての機械的制約又は制限に基づき得る。例えば、横方向並進距離Ｄｙが特定の機械的制約によって制限される場合、偏向角θ１は、エンドエフェクタ６ａの最大の所望の／維持可能な並進速度がスコープドライバ１１の後退の休止と同時に限界「ｙ」に達することを可能にし、それによってスコープ４０の比較的均一な並進及び後退を提供することに基づき得るか、かつ／又はそのために選択され得る。いくつかの実施形態では、例えば、「ｙ」次元限界Ｄｙは、約３インチ（約７～８ｃｍ）、５インチ（約１２～１３ｃｍ）、７インチ（約１７～１８ｃｍ）、又はそのような量の間若しくはそのような量超の他の距離であり得る。
いくつかの実装形態では、エンドエフェクタ６ａの回転は、並進経路（例えば、経路２５０５）を横断して一定の回転速度で実施され得る。そのような実装形態では、エンドエフェクタ６ａが並進経路の距離のちょうど半分を横断した時点の状態／位置（例えば、位置２５０１ｃ）は、初期位置／状態２５０１ａと最終位置／状態２５０１ｄとの間で実施される全回転角度の約半分を表すエンドエフェクタ６ａの回転に関連付けられ得る。すなわち、図２５－１に示されるような９０°回転に関して、並進経路２５０５の中間点における回転角度θｃは、およそ４５°であり得る。
いくつかの実装形態では、代替的に、回転の速度は非一定であり得、最初に、並進経路の前半の少なくとも一部分において、並進期間の後半の少なくとも一部分よりも大きくなり得る。例えば、図２５－１に示される特定の実装形態では、回転速度は、並進経路２５０５に沿った距離の約３分の１において角度回転θｂがおよそ４５°であるようなものであり得る一方で、状態２５０１ｃによって表されるように、並進距離に沿った約半分において、角度回転はおよそ６０°であり得、初期状態２５０１ａと最終状態２５０１ｄとの間で合計９０°の回転が実施される。並進の初期期間でのそのような比較的高い回転速度は、後退中にスコープシャフト４０内に形成される１つ又は２つ以上の屈曲部の曲率半径を小さくすることによって、スコープシャフト４０上の剪断を減少させるために望ましい場合がある。９０°を超える回転がスコープの近位端６２の領域においてスコープシャフト４０内に比較的鋭い角度／剪断応力を導入し得るので、エンドエフェクタ／スコープ基部の回転を９０°以下のある角度に制限することは、有益であり得る。更に、いくつかの実装形態では、比較的より厳しいサービスループ曲げ半径が、スコープドライバ／フィーダ１１の高速後退の開始／初期期間に形成され得る。したがって、回転速度及び／又は横方向並進速度は、有利には、並進プロセス／距離の初期において比較的高い速度で実施され得る。いくつかの実装形態では、後退時間の合計期間は、約３秒であり得、そのような期間中のスコープドライバ／フィーダ後退速度は、約５０ｍｍ／ｓであり得る。更に、スコープドライバ１１のチャネル３９内でスコープシャフト４０の望ましくない滑りを生じさせることのない速度に、回転の速度を制限することが望ましい場合がある。
エンドエフェクタ／基部の横方向並進及び回転が図２５－１に示されているが、本開示の態様による後退プロセスは、いくつかの実装形態では、横方向並進又は回転のいずれかを含み得るが、両方は含まないことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、スコープ基部／ハンドルは、基部／ハンドルの質量中心がエンドエフェクタの軸中心からオフセットされるように、ロボットアームの器具マニピュレータなどのロボットエンドエフェクタに結合され得る。例えば、図２５－１に示すように、スコープ４０の基部６２においてスコープシャフト４０と直列である、仮想レール１５０１は、エンドエフェクタ６ａの中心Ａ１の一方の側に距離ｄ０だけオフセットされる。したがって、スコープハンドル／基部を最終回転状態２５０１ｄにおいて９０°回転まで反時計回りに回転させるとき、スコープオフセットｄ０は、「ｘ」次元に対してスコープドライバ１１の側にあり得る。図２５－２は、高速後退スコープ基部横方向並進プロセスの代替実装形態を示す。具体的には、図２５－２において、スコープ基部３１の回転（図示の時計回り）により、スコープのオフセット位置ｄ０は、軸心Ａ１に対してスコープドライバ１１から離れ、これにより、スコープ基部６２とスコープドライバ１１との間の距離が有利に増加し得、それによって、スコープシャフト４０の曲げ曲線半径及び／又は剪断応力が潜在的に減少する。
概して、スコープ基部／ハンドル３１に対して実施される望ましい回転方向は、スコープ基部／ハンドルの横方向並進が実施されるとき、スコープ４０の基部６２が仮想レール１５０１に向かって移動し、かつ／又は仮想レール１５０１に向かっているエンドエフェクタ６ａの側に位置決めされているような方向であり得、これにより、スコープシャフト４０に加わる剪断が有利に低減され得る。例えば、図２５－１及び図２５－２の例解される向き／斜視図に関して、右への横方向並進は、スコープの反時計回りの回転と関連付けられ得る一方で、（図２５－２におけるように）左への並進は、時計回りの回転と関連付けられ得る。時計回り又は反時計回りの回転が、「ｘ」次元におけるエンドエフェクタ６ａの軸方向中心Ａ１に対してスコープのオフセット位置合わせ１５０１をスコープドライバ１１に向かって、又はそこから遠ざかるように位置決めするかは、概して、スコープベース３１が初期位置２５０１ａ、２５０２ａにおいてエンドエフェクタ６ａに機械的に結合されている中心Ａ１のどちらの側にあるかによって決まり得る。図２５－１及び図２５－２を考慮すると、スコープの回転は、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向で実施され得、更に、本開示の任意の実施形態に関連付けられたスコープ基部／ハンドルは、エンドエフェクタの中心に対して任意の側又は向きでオフセット構成でそれぞれのロボットエンドエフェクタに装着され得ることを理解されたい。
追加の実施形態及び説明
本明細書では、特定の医療処置に関連して器具フィーダデバイス／システムの制御を通じてシャフト型医療器具の効率的かつ安全な軸方向駆動を容易にするシステム、デバイス、及び方法が説明される。具体的には、本開示の１つ又は２つ以上の態様によるシステム、デバイス、及び方法は、器具位置判定／検出に応答して自動軸方向速度修正及び／又は一時停止／停止を実施するための器具フィーダ制御を容易にすることができ、これは、有利には、患者の解剖学的構造及び／又は医療機器への損傷のリスクを低減し、処置効率を改善し得る。
本明細書では、特定の医療処置に関連して器具フィーダデバイス／システムの制御を通じてシャフト型医療器具の効率的かつ安全な軸方向駆動を容易にするシステム、デバイス、及び方法が説明される。具体的には、本開示の１つ又は２つ以上の態様によるシステム、デバイス、及び方法は、器具位置判定／検出に応答して自動軸方向速度修正及び／又は一時停止／停止を実施するための器具フィーダ制御を容易にすることができ、これは、有利には、患者の解剖学的構造及び／又は医療機器への損傷のリスクを低減し、処置効率を改善し得る。
いくつかの実装形態において、本開示は、アクセスシース内に少なくとも部分的に配設されるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、制御回路と、を備えるロボットシステムに関する。制御回路は、細長いシャフトをアクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の判定された位置に基づいて、細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている。
制御回路は、細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに細長いシャフトを後退させ、医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータをアクセスシースから離れるように移動させることによって、少なくとも部分的に細長いシャフトを後退させるように構成することができる。例えば、制御回路は更に、ロボットマニピュレータの位置を判定し、かつロボットマニピュレータの判定された位置に少なくとも部分的に基づいて、ロボットマニピュレータの移動を一時停止させるように構成することができる。
いくつかの実施形態では、細長いシャフトの遠位端の位置は、アクセスシースの遠位緩衝部分内にあり、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、ロボットマニピュレータを第１の速度で移動させることと、を伴う。いくつかの実施形態では、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの遠位緩衝部分の近位にあるアクセスシースの高速後退部分内にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに、第１の速度超である第２の速度で細長いシャフトを後退させることと、ロボットマニピュレータを、第１の速度超であるが第２の速度未満である第３の速度で移動させることと、を伴う。例えば、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの高速後退部分と遠位緩衝部分との間にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに細長いシャフトを第３の速度で後退させることと、ロボットマニピュレータを第３の速度で移動させることと、を伴うことができる。いくつかの実施形態では、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの近位端に対して近位であるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに細長いシャフトの後退を停止させることを伴う。例えば、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの近位端に対して近位であるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、ロボットマニピュレータの移動を停止することを更に伴うことができる。
細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、ロボットマニピュレータを第２の速度未満である第２の速度で移動させることと、を伴うことができる。
いくつかの実施形態では、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、細長いシャフトの後退の速度を第１の速度まで上げることを伴い得る。例えば、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの遠位緩衝部分の近位にあるアクセスシースの高速後退部分内にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに、第１の速度超である第２の速度で細長いシャフトを後退させることを伴い得る。例えば、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの高速後退部分と遠位緩衝部分との間にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに、第１の速度超であるが第２の速度未満である第３の速度で細長いシャフトを後退させることを伴い得る。
いくつかの実装形態において、本開示は、アクセスシース内で前進するように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、制御回路と、を備えるロボットシステムに関する。制御回路は、細長いシャフトをアクセスシース内に少なくとも部分的に挿入させることと、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の判定された位置に基づいて、細長いシャフトの挿入の速度を修正することと、を行うように構成されている。
制御回路は、細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに細長いシャフトを挿入させ、医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータをアクセスシースに向かって移動させることによって、少なくとも部分的に細長いシャフトを挿入させるように構成することができる。
制御回路は更に、ロボットマニピュレータの位置を判定することと、ロボットマニピュレータの判定された位置に少なくとも部分的に基づいて、ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように構成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、制御回路は、ロボットマニピュレータの位置に少なくとも部分的に基づいて、サービスループが細長いシャフト内に存在することを判定するように更に構成され、ロボットマニピュレータの移動を一時停止することは、サービスループが存在するという判定に少なくとも部分的に基づく。
いくつかの実施形態では、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの一部分に関連付けられた高速挿入ゾーン内にあるとき、細長いシャフトの挿入の速度を修正することは、アクチュエータに細長いシャフトを第１の速度で挿入させることと、ロボットマニピュレータを第１の速度よりも遅い第２の速度で移動させることと、を伴う。例えば、細長いシャフトの遠位端の位置が、アクセスシースの遠位端を含む遠位低速挿入ゾーン内にあるとき、細長いシャフトの挿入の速度を修正することは、アクチュエータに、第１の速度及び第２の速度の両方よりも遅い第３の速度で細長いシャフトを挿入させることと、ロボットマニピュレータを第３の速度で移動させることと、を伴い得る。細長いシャフトの遠位端の位置が、高速挿入ゾーンと低速挿入ゾーンとの間にあるとき、細長いシャフトの後退の速度を修正することは、アクチュエータに細長いシャフトを第２の速度で後退させることと、ロボットマニピュレータを第２の速度で移動させることと、を伴うことができる。
いくつかの実装形態では、本開示は、ロボットシステムであって、医療器具のハンドルに物理的に結合された医療器具並進手段と、医療器具の細長いシャフトを軸方向に作動させるように構成されたアクチュエータ手段と、制御手段と、を備え、制御手段は、アクチュエータ手段に細長いシャフトをアクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、アクセスシースに対する細長いシャフトの遠位端の判定された位置に基づいて、細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステムに関する。
本開示を要約する目的のために、ある特定の態様、利点、及び新規のフィーチャーが記載されている。必ずしもこのような利点が全て、何らかの特定の実施形態により実現され得るわけではないことを理解されたい。したがって、開示した実施形態は、本明細書で教示される１つの利点又は利点の群の実現又は最適化を、本明細書で教示又は示唆され得るような他の利点を必ずしも実現することなく行う方法で実行し得る。
実施形態に応じて、本明細書に記載のアルゴリズム又はプロセスのうちのいずれかの特定の行為、事象、又は機能は、異なる順序で行うことができ、追加し、マージし、又は完全に除外してもよい。したがって、ある実施形態では、説明した行為又は事象の全てがプロセスの実行にとって必要なわけではない。
とりわけ、「することができる（can）」、「することができる（could）」、「し得る（might）」、「し得る（may）」、「例えば（e.g.）」、及び同等物などの本明細書で使用される条件的文言は、別途具体的に記述されない限り、又は使用される文脈内で別途理解されない限り、その通常の意味で意図され、全般的に、ある特定の実施形態が、ある特定の特徴、要素、及び／又はステップを含むが、他の実施形態が含まないことを伝達することを意図している。したがって、そのような条件的文言は、一般的に、特徴、要素、及び／又はステップが、１つ若しくは２つ以上の実施形態のために任意の方法で必要とされること、又は１つ若しくは２つ以上の実施形態が、オーサ入力若しくはプロンプティングの有無を問わず、これらの特徴、要素、及び／若しくはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、又は実施されるかどうかを決定するための論理を必ず含むことを示唆することを意図しない。「備える（comprising）」、「含む（including）」、「有する（having）」、及び同等物などの用語は、それらの通常の意味で使用され、非限定的な様式で包括的に使用され、更なる要素、特徴、行為、動作などを除外しない。また、「又は」という用語は、使用される場合、例えば、要素の列挙を接続するために、「又は」という用語は、列挙された要素のうちの１つ、いくつか、又は全てを意味するように、その包含的な意味で（かつその排他的な意味ではなく）使用される。別途具体的に記述されない限り、「Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも１つ」という句などの接続的文言は、アイテム、用語、要素などがＸ、Ｙ、又はＺのいずれかであり得ることを伝えるために、一般的に使用されるような文脈で理解される。したがって、そのような接続的文言は、一般に、特定の実施形態が、Ｘのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、及びＺのうちの少なくとも１つが、各々存在することを要求することを示唆することを意図しない。
実施形態の上記の説明では、様々な特徴は、時として、本開示を合理化し、様々な発明の態様のうちの１つ又は２つ以上の理解を補助する目的で、単一の実施形態、図、又はその説明においてともにグループ化されることを理解されたい。しかしながら、本開示の方法は、任意の請求項がその請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。更に、本明細書の特定の実施形態に例解及び／又は記載される任意のコンポーネント、特徴、又はステップは、任意の他の実施形態に適用されるか、又はそれとともに使用することができる。更に、いずれのコンポーネント、特徴、ステップ、又はコンポーネント、特徴、若しくはステップの群も、各実施形態のために必要又は不可欠ではない。したがって、本明細書に開示さて、以下に特許請求される本発明の範囲は、上記の特定の実施形態によって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ判定されるべきであることが意図される。
特定の序数用語（例えば、「第１」又は「第２」）が参照を容易にするために提供される場合があり、必ずしも物理的特性又は順序付けを示唆するわけではないことを理解されたい。したがって、本明細書で使用される場合、構造、コンポーネント、動作などの要素を修正するために使用される序数用語（例えば、「第１」、「第２」、「第３」など）は、必ずしも任意の他の要素に対する要素の優先順位又は順序を示すわけではなく、むしろ、全般的に、要素を（序数用語の使用を別として）同様又は同一の名称を有する別の要素と区別し得る。更に、本明細書で使用される場合、不定冠詞（「ａ」及び「ａｎ」）は、「１つ」ではなく「１つ又は２つ以上」を示し得る。更に、条件又は事象に「基づいて」実施される動作はまた、明示的に列挙されていない１つ又は２つ以上の他の条件又は事象に基づいて実施され得る。
別途定義されない限り、本明細書で使用されている全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、実施形態例が属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有している。一般的に使用される辞書で定義されているものなどの用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想的な意味又は過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことを更に理解されたい。
「外側」、「内側」、「上側」、「下側」、「下方」、「上方」、「垂直」、「水平」という空間的に相対的な用語、及び同様の用語は、図面に例解されるような１つの要素又はコンポーネントと別の要素又はコンポーネントとの間の関係を説明するための説明を容易にするために、本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語は、図面に描写される向きに加えて、使用又は動作時のデバイスの異なる向きを包含することを意図していると理解されたい。例えば、図面に示されるデバイスが反転される場合、別のデバイスの「下方」又は「下に」位置決めされたデバイスは、別のデバイスに「上方」に配置され得る。したがって、「下方」という例解的用語は、下側及び上側位置の両方を含み得る。デバイスはまた、他の方向に配向される場合があり、したがって、空間的に相対的な用語は、向きに応じて異なって解釈され得る。
別途明記されない限り、「より少ない」、「より多い」、「より大きい」などの比較及び／又は定量的用語は、平等の概念を包含することを意図している。例えば、「より少ない」は、厳密な数学的意味での「より少ない」だけでなく、「以下」も意味することができる。
〔実施の態様〕
（１） ロボットシステムであって、
アクセスシース内に少なくとも部分的に配設されるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、
制御回路と、を備え、前記制御回路は、
前記細長いシャフトを、前記アクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。
（２） 前記制御回路が、
前記細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに、前記細長いシャフトを後退させることと、
前記医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータを、前記アクセスシースから離れるように移動させることと、によって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に後退させるように構成されている、実施態様１に記載のロボットシステム。
（３） 前記制御回路が、前記アクチュエータによる前記細長いシャフトの前記軸方向の移動の軸に対して横方向に前記ロボットマニピュレータを移動させることによって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に後退させるように更に構成されている、実施態様２に記載のロボットシステム。
（４） 前記横方向が、前記ロボットシステムのロボットカートに向かう方向にあり、前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットカートに関連付けられている、実施態様３に記載のロボットシステム。
（５） 前記横方向が、垂直方向にある、実施態様３に記載のロボットシステム。
（１） ロボットシステムであって、
アクセスシース内に少なくとも部分的に配設されるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、
制御回路と、を備え、前記制御回路は、
前記細長いシャフトを、前記アクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。
（２） 前記制御回路が、
前記細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに、前記細長いシャフトを後退させることと、
前記医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータを、前記アクセスシースから離れるように移動させることと、によって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に後退させるように構成されている、実施態様１に記載のロボットシステム。
（３） 前記制御回路が、前記アクチュエータによる前記細長いシャフトの前記軸方向の移動の軸に対して横方向に前記ロボットマニピュレータを移動させることによって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に後退させるように更に構成されている、実施態様２に記載のロボットシステム。
（４） 前記横方向が、前記ロボットシステムのロボットカートに向かう方向にあり、前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットカートに関連付けられている、実施態様３に記載のロボットシステム。
（５） 前記横方向が、垂直方向にある、実施態様３に記載のロボットシステム。
（６） 前記制御回路が、
前記ロボットマニピュレータの位置を判定することと、
前記ロボットマニピュレータの判定された前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように更に構成されている、実施態様２に記載のロボットシステム。
（７） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２に記載のロボットシステム。
（８） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記遠位緩衝部分の近位にある前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記第１の速度超である第２の速度で前記細長いシャフトを後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度超であるが前記第２の速度未満である第３の速度で移動させることと、を伴う、実施態様７に記載のロボットシステム。
（９） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記高速後退部分と前記遠位緩衝部分との間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを前記第３の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第３の速度で移動させることと、を伴う、実施態様８に記載のロボットシステム。
（１０） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの近位端に対して近位であるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記アクチュエータに前記細長いシャフトの後退を停止させることを伴う、実施態様８に記載のロボットシステム。
前記ロボットマニピュレータの位置を判定することと、
前記ロボットマニピュレータの判定された前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように更に構成されている、実施態様２に記載のロボットシステム。
（７） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２に記載のロボットシステム。
（８） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記遠位緩衝部分の近位にある前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記第１の速度超である第２の速度で前記細長いシャフトを後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度超であるが前記第２の速度未満である第３の速度で移動させることと、を伴う、実施態様７に記載のロボットシステム。
（９） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記高速後退部分と前記遠位緩衝部分との間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを前記第３の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第３の速度で移動させることと、を伴う、実施態様８に記載のロボットシステム。
（１０） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの近位端に対して近位であるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記アクチュエータに前記細長いシャフトの後退を停止させることを伴う、実施態様８に記載のロボットシステム。
（１１） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記近位端に対して近位であるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記ロボットマニピュレータの移動を停止することを更に伴う、実施態様１０に記載のロボットシステム。
（１２） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第２の速度未満である第２の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２に記載のロボットシステム。
（１３） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記細長いシャフトの前記後退の速度を第１の速度まで上げることを伴う、実施態様１に記載のロボットシステム。
（１４） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記遠位緩衝部分の近位にある前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記細長いシャフトを前記第１の速度超である第２の速度で後退させることを伴う、実施態様１３に記載のロボットシステム。
（１５） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記高速後退部分と前記遠位緩衝部分との間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記アクチュエータに、前記第１の速度超であるが前記第２の速度未満である第３の速度で前記細長いシャフトを後退させることを伴う、実施態様１４に記載のロボットシステム。
（１２） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第２の速度未満である第２の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２に記載のロボットシステム。
（１３） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記細長いシャフトの前記後退の速度を第１の速度まで上げることを伴う、実施態様１に記載のロボットシステム。
（１４） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記遠位緩衝部分の近位にある前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記細長いシャフトを前記第１の速度超である第２の速度で後退させることを伴う、実施態様１３に記載のロボットシステム。
（１５） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記高速後退部分と前記遠位緩衝部分との間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記アクチュエータに、前記第１の速度超であるが前記第２の速度未満である第３の速度で前記細長いシャフトを後退させることを伴う、実施態様１４に記載のロボットシステム。
（１６） ロボットシステムであって、
アクセスシース内で前進させられるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、
制御回路と、を備え、前記制御回路は、
前記細長いシャフトを、前記アクセスシース内に少なくとも部分的に挿入させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの挿入の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。
（１７） 前記制御回路が、
前記細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに、前記細長いシャフトを挿入させることと、
前記医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータを、前記アクセスシースに向かって移動させることと、によって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に挿入させるように構成されている、実施態様１６に記載のロボットシステム。
（１８） 前記制御回路が、
前記ロボットマニピュレータの位置を判定することと、
前記ロボットマニピュレータの判定された前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように更に構成されている、実施態様１７に記載のロボットシステム。
（１９） 前記制御回路が、前記ロボットマニピュレータの前記位置に少なくとも部分的に基づいて、サービスループが前記細長いシャフト内に存在することを判定するように更に構成されており、
前記ロボットマニピュレータの移動を前記一時停止することが、前記サービスループが存在するという前記判定に少なくとも部分的に基づく、実施態様１８に記載のロボットシステム。
（２０） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの一部分に関連付けられた高速挿入ゾーン内にあるとき、前記細長いシャフトの前記挿入の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で挿入させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で移動させることと、を伴う、実施態様１７に記載のロボットシステム。
アクセスシース内で前進させられるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、
制御回路と、を備え、前記制御回路は、
前記細長いシャフトを、前記アクセスシース内に少なくとも部分的に挿入させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの挿入の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。
（１７） 前記制御回路が、
前記細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに、前記細長いシャフトを挿入させることと、
前記医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータを、前記アクセスシースに向かって移動させることと、によって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に挿入させるように構成されている、実施態様１６に記載のロボットシステム。
（１８） 前記制御回路が、
前記ロボットマニピュレータの位置を判定することと、
前記ロボットマニピュレータの判定された前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように更に構成されている、実施態様１７に記載のロボットシステム。
（１９） 前記制御回路が、前記ロボットマニピュレータの前記位置に少なくとも部分的に基づいて、サービスループが前記細長いシャフト内に存在することを判定するように更に構成されており、
前記ロボットマニピュレータの移動を前記一時停止することが、前記サービスループが存在するという前記判定に少なくとも部分的に基づく、実施態様１８に記載のロボットシステム。
（２０） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの一部分に関連付けられた高速挿入ゾーン内にあるとき、前記細長いシャフトの前記挿入の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で挿入させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で移動させることと、を伴う、実施態様１７に記載のロボットシステム。
（２１） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位端を含む遠位低速挿入ゾーン内にあるとき、前記細長いシャフトの前記挿入の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記第１の速度及び前記第２の速度の両方よりも遅い第３の速度で前記細長いシャフトを挿入させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第３の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２０に記載のロボットシステム。
（２２） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記高速挿入ゾーンと前記低速挿入ゾーンとの間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを前記第２の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第２の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２１に記載のロボットシステム。
（２３） ロボットシステムであって、
医療器具のハンドルに物理的に結合された医療器具並進手段と、
前記医療器具の細長いシャフトを軸方向に作動させるように構成されたアクチュエータ手段と、
制御手段と、を備え、前記制御手段は、
前記アクチュエータ手段に、前記細長いシャフトをアクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。
（２４） ロボットシステムであって、
医療器具の基部に結合されるように構成されたロボットエンドエフェクタであって、前記医療器具が、第１の次元においてドライバデバイスによって軸方向に駆動されるように構成されたシャフトを備える、ロボットエンドエフェクタと、
制御回路と、を備え、前記制御回路が、前記ドライバデバイスが前記第１の次元において前記医療器具の前記シャフトを後退させている間に、
前記ロボットエンドエフェクタを、前記第１の次元に対して横方向である第２の次元において並進させるように構成されている、ロボットシステム。
（２５） 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、前記ドライバデバイスから離れるように前記第１の次元において並進させるように更に構成されている、実施態様２４に記載のロボットシステム。
前記アクチュエータに、前記第１の速度及び前記第２の速度の両方よりも遅い第３の速度で前記細長いシャフトを挿入させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第３の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２０に記載のロボットシステム。
（２２） 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記高速挿入ゾーンと前記低速挿入ゾーンとの間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを前記第２の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第２の速度で移動させることと、を伴う、実施態様２１に記載のロボットシステム。
（２３） ロボットシステムであって、
医療器具のハンドルに物理的に結合された医療器具並進手段と、
前記医療器具の細長いシャフトを軸方向に作動させるように構成されたアクチュエータ手段と、
制御手段と、を備え、前記制御手段は、
前記アクチュエータ手段に、前記細長いシャフトをアクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。
（２４） ロボットシステムであって、
医療器具の基部に結合されるように構成されたロボットエンドエフェクタであって、前記医療器具が、第１の次元においてドライバデバイスによって軸方向に駆動されるように構成されたシャフトを備える、ロボットエンドエフェクタと、
制御回路と、を備え、前記制御回路が、前記ドライバデバイスが前記第１の次元において前記医療器具の前記シャフトを後退させている間に、
前記ロボットエンドエフェクタを、前記第１の次元に対して横方向である第２の次元において並進させるように構成されている、ロボットシステム。
（２５） 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、前記ドライバデバイスから離れるように前記第１の次元において並進させるように更に構成されている、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（２６） 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、前記第１の次元及び前記第２の次元の両方に直交する第３の次元において並進させるように更に構成されている、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（２７） 前記第２の次元が、前記第１の次元と共通の垂直面内にある、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（２８） 前記第２の次元が、垂直次元である、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（２９） 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、軸の周りに回転させるように更に構成されている、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（３０） 前記軸が、前記第１の次元に対して横方向である、実施態様２９に記載のロボットシステム。
（２７） 前記第２の次元が、前記第１の次元と共通の垂直面内にある、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（２８） 前記第２の次元が、垂直次元である、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（２９） 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、軸の周りに回転させるように更に構成されている、実施態様２４に記載のロボットシステム。
（３０） 前記軸が、前記第１の次元に対して横方向である、実施態様２９に記載のロボットシステム。
（３１） 前記軸が、垂直軸である、実施態様２９に記載のロボットシステム。
（３２） 前記ロボットエンドエフェクタを前記回転させることが、前記医療器具の前記シャフトの近位端を、前記第１の次元において前記ドライバデバイスと位置合わせされた仮想レールに向かって移動させるような方向におけるものである、実施態様２９に記載のロボットシステム。
（３３） 前記ロボットエンドエフェクタの並進が、前記仮想レールに対して３０～６０°の角度をなす、実施態様３２に記載のロボットシステム。
（３２） 前記ロボットエンドエフェクタを前記回転させることが、前記医療器具の前記シャフトの近位端を、前記第１の次元において前記ドライバデバイスと位置合わせされた仮想レールに向かって移動させるような方向におけるものである、実施態様２９に記載のロボットシステム。
（３３） 前記ロボットエンドエフェクタの並進が、前記仮想レールに対して３０～６０°の角度をなす、実施態様３２に記載のロボットシステム。
Claims (33)
- ロボットシステムであって、
アクセスシース内に少なくとも部分的に配設されるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、
制御回路と、を備え、前記制御回路は、
前記細長いシャフトを、前記アクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。 - 前記制御回路が、
前記細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに、前記細長いシャフトを後退させることと、
前記医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータを、前記アクセスシースから離れるように移動させることと、によって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に後退させるように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。 - 前記制御回路が、前記アクチュエータによる前記細長いシャフトの前記軸方向の移動の軸に対して横方向に前記ロボットマニピュレータを移動させることによって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に後退させるように更に構成されている、請求項２に記載のロボットシステム。
- 前記横方向が、前記ロボットシステムのロボットカートに向かう方向にあり、前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットカートに関連付けられている、請求項３に記載のロボットシステム。
- 前記横方向が、垂直方向にある、請求項３に記載のロボットシステム。
- 前記制御回路が、
前記ロボットマニピュレータの位置を判定することと、
前記ロボットマニピュレータの判定された前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように更に構成されている、請求項２に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度で移動させることと、を伴う、請求項２に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記遠位緩衝部分の近位にある前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記第１の速度超である第２の速度で前記細長いシャフトを後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度超であるが前記第２の速度未満である第３の速度で移動させることと、を伴う、請求項７に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記高速後退部分と前記遠位緩衝部分との間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを前記第３の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第３の速度で移動させることと、を伴う、請求項８に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの近位端に対して近位であるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記アクチュエータに前記細長いシャフトの後退を停止させることを伴う、請求項８に記載のロボットシステム。
- 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記近位端に対して近位であるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記ロボットマニピュレータの移動を停止することを更に伴う、請求項１０に記載のロボットシステム。
- 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第２の速度未満である第２の速度で移動させることと、を伴う、請求項２に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位緩衝部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記細長いシャフトの前記後退の速度を第１の速度まで上げることを伴う、請求項１に記載のロボットシステム。
- 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記遠位緩衝部分の近位にある前記アクセスシースの高速後退部分内にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記細長いシャフトを前記第１の速度超である第２の速度で後退させることを伴う、請求項１３に記載のロボットシステム。
- 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの前記高速後退部分と前記遠位緩衝部分との間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、前記アクチュエータに、前記第１の速度超であるが前記第２の速度未満である第３の速度で前記細長いシャフトを後退させることを伴う、請求項１４に記載のロボットシステム。
- ロボットシステムであって、
アクセスシース内で前進させられるように寸法決めされた細長いシャフトを備える医療器具と、
制御回路と、を備え、前記制御回路は、
前記細長いシャフトを、前記アクセスシース内に少なくとも部分的に挿入させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの挿入の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。 - 前記制御回路が、
前記細長いシャフトを軸方向に移動させるように構成されたアクチュエータに、前記細長いシャフトを挿入させることと、
前記医療器具が取り付けられたロボットマニピュレータを、前記アクセスシースに向かって移動させることと、によって、前記細長いシャフトを少なくとも部分的に挿入させるように構成されている、請求項１６に記載のロボットシステム。 - 前記制御回路が、
前記ロボットマニピュレータの位置を判定することと、
前記ロボットマニピュレータの判定された前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボットマニピュレータの移動を一時停止させることと、を行うように更に構成されている、請求項１７に記載のロボットシステム。 - 前記制御回路が、前記ロボットマニピュレータの前記位置に少なくとも部分的に基づいて、サービスループが前記細長いシャフト内に存在することを判定するように更に構成されており、
前記ロボットマニピュレータの移動を前記一時停止することが、前記サービスループが存在するという前記判定に少なくとも部分的に基づく、請求項１８に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの一部分に関連付けられた高速挿入ゾーン内にあるとき、前記細長いシャフトの前記挿入の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを第１の速度で挿入させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で移動させることと、を伴う、請求項１７に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記アクセスシースの遠位端を含む遠位低速挿入ゾーン内にあるとき、前記細長いシャフトの前記挿入の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記第１の速度及び前記第２の速度の両方よりも遅い第３の速度で前記細長いシャフトを挿入させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第３の速度で移動させることと、を伴う、請求項２０に記載のロボットシステム。 - 前記細長いシャフトの前記遠位端の前記位置が、前記高速挿入ゾーンと前記低速挿入ゾーンとの間にあるとき、前記細長いシャフトの前記後退の速度を前記修正することが、
前記アクチュエータに、前記細長いシャフトを前記第２の速度で後退させることと、
前記ロボットマニピュレータを、前記第２の速度で移動させることと、を伴う、請求項２１に記載のロボットシステム。 - ロボットシステムであって、
医療器具のハンドルに物理的に結合された医療器具並進手段と、
前記医療器具の細長いシャフトを軸方向に作動させるように構成されたアクチュエータ手段と、
制御手段と、を備え、前記制御手段は、
前記アクチュエータ手段に、前記細長いシャフトをアクセスシース内で少なくとも部分的に後退させることと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの遠位端の位置を判定することと、
前記アクセスシースに対する前記細長いシャフトの前記遠位端の判定された前記位置に基づいて、前記細長いシャフトの後退の速度を修正することと、を行うように構成されている、ロボットシステム。 - ロボットシステムであって、
医療器具の基部に結合されるように構成されたロボットエンドエフェクタであって、前記医療器具が、第１の次元においてドライバデバイスによって軸方向に駆動されるように構成されたシャフトを備える、ロボットエンドエフェクタと、
制御回路と、を備え、前記制御回路が、前記ドライバデバイスが前記第１の次元において前記医療器具の前記シャフトを後退させている間に、
前記ロボットエンドエフェクタを、前記第１の次元に対して横方向である第２の次元において並進させるように構成されている、ロボットシステム。 - 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、前記ドライバデバイスから離れるように前記第１の次元において並進させるように更に構成されている、請求項２４に記載のロボットシステム。
- 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、前記第１の次元及び前記第２の次元の両方に直交する第３の次元において並進させるように更に構成されている、請求項２４に記載のロボットシステム。
- 前記第２の次元が、前記第１の次元と共通の垂直面内にある、請求項２４に記載のロボットシステム。
- 前記第２の次元が、垂直次元である、請求項２４に記載のロボットシステム。
- 前記制御回路が、前記ロボットエンドエフェクタが、前記第２の次元において並進される間に、前記ロボットエンドエフェクタを、軸の周りに回転させるように更に構成されている、請求項２４に記載のロボットシステム。
- 前記軸が、前記第１の次元に対して横方向である、請求項２９に記載のロボットシステム。
- 前記軸が、垂直軸である、請求項２９に記載のロボットシステム。
- 前記ロボットエンドエフェクタを前記回転させることが、前記医療器具の前記シャフトの近位端を、前記第１の次元において前記ドライバデバイスと位置合わせされた仮想レールに向かって移動させるような方向におけるものである、請求項２９に記載のロボットシステム。
- 前記ロボットエンドエフェクタの並進が、前記仮想レールに対して３０～６０°の角度をなす、請求項３２に記載のロボットシステム。
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