JP6902139B2

JP6902139B2 - ロボット外科用システムのための入力デバイスを再位置決めする方法

Info

Publication number: JP6902139B2
Application number: JP2020083039A
Authority: JP
Inventors: ペインウィリアム
Original assignee: コヴィディエンリミテッドパートナーシップ
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: WO2016133633A1; CN107249498B; EP3258874A1; US20220273385A1; AU2020201796A1; US11331158B2; CA2975907A1; EP3258874A4; AU2020227038A1; US20190374299A1; AU2020227038B2; US11925429B2; JP6718463B2; JP2018505739A; CA2975907C; EP3258874B1; US20180014897A1; CN114052918A; CN107249498A; US10695142B2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年２月１９日に出願された米国仮特許出願通し番号第６２／１１８，１２３号の利益及びそれに対する優先権を主張し、その内容は、その全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。

ロボット外科用システムは、最小侵襲医療手技において使用されている。医療手技の間、ロボット外科用システムは、ユーザインターフェースとインターフェースを取っている外科医によって制御される。ユーザインターフェースは、外科医が、患者に作用するエンドエフェクタを操作することを可能にする。ユーザインターフェースは、ロボット外科用システムを制御するために外科医によって移動可能な入力コントローラまたはハンドルを含む。

ロボット外科用システムは、典型的には、外科医が患者の内部でエンドエフェクタをより精密に移動させ得るように、外科医の手の動きを縮小するためのスケーリング因子を使用して、患者内のエンドエフェクタの所望の位置を決定していた。しかしながら、スケーリング因子が大きくなると、外科医は、入力デバイスハンドルをより遠くに移動させて、エンドエフェクタを同じ距離だけ移動させる必要があった。入力デバイスハンドルは、固定された動きの範囲を有するので、これはより大きなスケーリング因子の場合、外科医は、より頻繁に、入力ハンドルの動きの範囲の終りに達していた可能性があることを意味する。次いで、外科医は、ハンドルを動きの範囲の終りから離れたユーザインターフェースの作業空間内の新たな位置に移動させ得、一方で器具を静止したままにするように、外科医は、ハンドルを「クラッチ」して、エンドエフェクタから入力ハンドルの動きを切り離す必要があった。入力ハンドルが、一旦、動きの範囲の終りから十分に離れて移動されたら、外科医は、入力ハンドルをエンドエフェクタと「再クラッチ」させて、入力ハンドルの動きをエンドエフェクタの動きに再連結して、エンドエフェクタの所望の移動を完成させていた。このクラッチプロセスは、時間を浪費し、外科医を悩ませる。

外科医の入力ハンドル移動を縮小することができる一方で、また、外科医が、ロボット外科用手技の間に入力ハンドルをそれらの動きの範囲の終りから離してクラッチするもしくは移動させる必要性を減らすかまたは無くすロボット外科用システムの必要性が存在する。

本開示のある態様では、ロボット外科用システムは、連結部、入力ハンドル、及び処理装置を含む。連結部は、ベースに関連して外科用ツールを移動可能に支持する。入力ハンドルは、複数の方向に移動可能である。処理装置は、入力ハンドルと通信し、かつ入力ハンドルのスケーリングされた移動に基づいて外科用ツールを移動させるように連結部と動作可能に関連付けられる。スケーリングは、入力ハンドルが作業空間の中心に向けてまたは作業空間の中心から離れて移動されるかに応じて、変化する。作業空間は、入力ハンドルの移動範囲を表わす。

態様では、処理装置が、第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向けた入力ハンドルの第１の移動をスケーリングし、第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、作業空間の中心から離した入力ハンドルの第２の移動をスケーリングするように構成される。

一部の態様では、処理装置が、第１の移動の距離を第１のスケーリング因子で及び第２の移動の距離を第２のスケーリング因子で割ることによって、入力距離をスケーリングするように構成される。第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子は、約１．０〜約１０．０の範囲にあってもよく、第２のスケーリング因子は、第１のスケーリング因子よりも大きくてもよい。第１のスケーリング因子は、第２のスケーリング因子の０．７０〜１．４０倍の大きさであってもよい。

一定の態様では、処理装置が、作業空間の中心からの入力ハンドルの距離に基づいて、スケーリングを変化させるように構成される。処理装置は、作業空間の中心及び入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの入力ハンドルの距離に基づいて、入力距離を線形または指数的にスケーリングするように構成されてもよい。処理装置は、入力ハンドルの場所が作業空間の中心から遠いと、外科用ツールの移動を増大させるように構成されてもよい。処理装置は、入力ハンドルの場所が作業空間の中心から遠いと、外科用ツールの移動を減少させるように構成されてもよい。

特定の態様では、作業空間が、作業空間の中心から所定の距離に位置する第１の区分を含む。第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子は、入力ハンドルが第１の区分にあるときに一定であってもよく、第１のスケーリング因子または第２のスケーリング因子のうちの少なくとも１つは、入力ハンドルが第１の区分の外側にあるときに変化する。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムが、連結部、入力ハンドル、及び処理装置を含む。連結部は、ベースに関連して外科用ツールを移動可能に支持する。入力ハンドルは、第１の入力方向に第１の入力距離及び第１の入力方向とは反対の第２の入力方向に第２の入力距離を移動可能である。第２の入力距離は、第１の入力距離とは異なる。処理装置は、入力ハンドルと通信し、かつ外科用ツールを移動させるように連結部と動作可能に関連付けられる。処理装置は、第１の入力距離に応答して、外科用ツールを第１の出力方向に出力距離だけ移動させ、及び第２の入力距離に応答して、外科用ツールを第１の入力方向とは異なる第２の出力方向に同じ出力距離だけ移動させるように構成される。

本開示の別の態様では、外科用ロボットを動作させる方法が、複数の方向に移動可能である入力ハンドルの複数の移動を検出することと、第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることと、第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、作業空間の中心から離れる入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることと、スケーリングされた検出された移動に基づいて、連結部を作動させて、連結部によって移動可能に支持される外科用ツールを移動させることと、を含む。

態様では、方法が、作業空間の中心に向かう入力ハンドルの検出された移動の距離を第１のスケーリング因子で割ることと、作業空間の中心から離れる入力ハンドルの検出された移動の距離を第２のスケーリング因子で割ることと、を含む。

一部の態様では、方法は、作業空間の中心から入力ハンドルの距離に基づいて検出された移動のスケーリングを変化させることを含む。方法は、作業空間の中心及び入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの入力ハンドルの距離に基づいて、検出された移動のスケーリングを線形または指数的に変化させることを含んでもよい。

一定の態様では、方法が、連結部の作動を調節して、入力ハンドルの場所が作業空間の中心から遠いと、外科用ツールの移動を増大または減少させることを含んでもよい。方法は、入力ハンドルが、作業空間の中心の所定の距離内に位置する作業空間のある区分にあるときに、第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子を一定として設定することと、入力ハンドルがその区分の外側にあるときに、第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子のうちの少なくとも１つを変化させることと、を含んでもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムが、末端部を有するアーム、アームの末端部上に支持されたツール、入力ハンドル、及び処理装置を含む。入力ハンドルは、入力距離を移動可能であり、アクティブ及び非アクティブ状態を有する再位置決め制御を含む。処理装置は、入力ハンドルと通信し、かつツールを移動させるようにアームと動作可能に関連付けられる。処理装置は、再位置決め制御がアクティブ状態にあるときに、第１のスケーリング因子によって入力ハンドルの入力距離をスケーリングし、再位置決め制御が非アクティブ状態にあるときに、第２のスケーリング因子によって入力距離をセールするように構成される。第１のスケーリング因子は、第２のスケーリング因子よりも大きい。

態様では、第１のスケーリング因子は、約１００〜約１０００の範囲にあってもよく、第２のスケーリング因子は、約１〜約１０の範囲にあってもよい。処理装置は、再位置決め制御がアクティブ状態にあるときに、入力距離を第１のスケーリング因子で割ることによって、及び再位置決め制御が非アクティブ状態にあるときに、入力距離を第２のスケーリング因子で割ることによって、入力距離をスケーリングするように構成されてもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムの入力ハンドルを再位置決めする方法が、非アクティブ状態における入力ハンドルの再位置決め制御を用いて、入力距離分のロボット外科用システムの入力ハンドルの移動を検出することと、入力ハンドルの再位置決め制御がアクティブまたは非アクティブ状態にあるかを検出することと、再位置決め制御の状態に応じて、入力距離を第１の出力距離または異なる第２の出力距離にスケーリングすることと、それぞれのスケーリングされた第１または第２の出力距離だけ、ロボット外科用システムの移動可能なアームの末端部上に支持されたツールの移動を作動させることと、を含む。

態様では、方法が、第１の出力距離への入力距離のスケーリングの一部として、入力距離を１〜１０の範囲にある第１のスケーリング因子で割ることと、第２の出力距離への入力距離のスケーリングの一部として、入力距離を１００〜１０００の範囲にある第２のスケーリング因子で割ることと、を含む。方法は、入力ハンドルの検出された移動が、入力ハンドルの検出された配向変更を含むときに、移動を作動させることの一部として、ツールの配向を変更することを含んでもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムが、末端部を有するアーム、アームの末端部上に支持されたツール、入力距離を移動可能な入力ハンドル、画像化デバイス、及び処理装置を含む。画像化デバイスは、患者の外科部位内でのツールの画像を取り込むように構成される。処理装置は、入力ハンドルと通信する。処理装置はまた、ツールを移動させるようにアームと動作可能に関連付けられ、かつ画像化アームと通信する。処理装置は、患者の外科部位に対する画像化デバイスの位置に基づいて、入力ハンドルの入力距離を出力距離にスケーリングするように構成される。

態様では、システムが、画像化アームの末端部に画像化デバイスが位置付けられた画像化アームを含む。入力ハンドルは、移動の中心及び限界を有する作業空間内で移動可能であってもよい。入力距離は、移動の中心と限界の距離によって定義されてもよい。画像化デバイスは、入力ハンドルが移動の限界に接近する際に、取り込まれた画像からズームアウトするように構成されてもよい。処理装置は、画像化アームと動作可能に関連付けられてもよく、画像化デバイスを外科部位から離して移動させて、取り込まれた画像からズームアウトするように構成されてもよい。

一部の態様では、システムが、画像化デバイスから取り込まれた画像を表示するように構成された表示器を含む。処理装置は、表示器上のツールの移動が、入力距離に実質的に等しいように、入力距離を出力距離にスケーリングするように構成されてもよい。

一定の態様では、システムが、ツール及び画像化アーム間の入力ハンドルの関連付けを選択的に切り換えるように構成されたスイッチを含む。スイッチは、フットスイッチであってもよいし、または入力ハンドル上に配置されてもよい。

本開示の別の態様では、外科部位に対する画像化デバイスの位置に基づいて、アームの末端部上に支持されたツールの移動をスケーリングする方法が、処理装置を用いて外科部位に対する画像化デバイスの位置を判定することと、ロボット外科用システムの入力ハンドルを入力距離だけ移動させて、ツールを出力距離だけ移動させることと、を含む。ツールは、処理装置によって入力ハンドルに動作可能に関連付けられる。処理装置は、外科部位に対する画像化デバイスの位置に基づいて、入力距離を出力距離にスケーリングする。

態様では、入力ハンドルを移動させることが、入力ハンドルの移動の限界に向けて入力ハンドルを移動させることを含む。方法は、入力ハンドルが移動の限界に接近する際に、処理装置が、外科部位に対して画像化デバイスを移動させることを含んでもよい。方法は、画像化デバイスが、外科部位に対して移動される際に、処理装置が、スケーリング因子を変化させることを含んでもよい。処理装置は、スケーリング因子によって、入力距離を出力距離にスケーリングしてもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムが、末端部を有するアーム、アームの末端部上に支持されたツール、入力ハンドル、及び処理装置を含む。入力ハンドルは、第１の入力方向及び第１の入力方向とは反対の第２の入力方向における入力距離を移動可能である。処理装置は、入力ハンドルと通信し、かつツールを移動させるようにアームと動作可能に関連付けられる。処理装置は、入力ハンドルの入力距離を、第１の入力方向における入力ハンドルの移動に応答して、ツールの第１の出力距離に、及び第２の入力方向における入力ハンドルの移動に応答して、ツールの第２の出力距離にスケーリングするように構成され、第１の出力距離は、第２の出力距離とは異なる。

態様では、処理装置が、第１の方向における入力ハンドルの移動に応答して、第１のスケーリング因子によって入力ハンドルの入力距離をスケーリングし、及び第２の方向における入力ハンドルの移動に応答して、第２のスケーリング因子によって入力ハンドルの入力距離をスケーリングするように構成される。第２のスケーリング因子は、第１のスケーリング因子とは異なってもよい。処理装置は、入力距離を第１のスケーリング因子または第２のスケーリング因子のうちの一方で割ることによって、入力距離をスケーリングするように構成されてもよい。第１のスケーリング因子は、約１〜約１０の範囲にあってもよく、第２のスケーリング因子は、約１〜約１０の範囲にあってもよい。

一部の態様では、入力ハンドルが、移動の中心及び限界を有する作業空間内で移動可能である。第１の方向における入力ハンドルの移動は、移動の限界に向かってもよいし、第２の方向における入力ハンドルの移動は、中心に向かってもよい。処理装置は、移動の中心及び限界の間の入力ハンドルの場所に応答して、入力距離を更にスケーリングするように構成されてもよい。処理装置は、移動の中心及び限界の間の入力ハンドルの場所に応答して、入力距離を線形または指数的にスケーリングするように構成されてもよい。処理装置は、入力ハンドルの場所が中心からより遠いと、第１の出力距離を増大させるように構成されてもよい。処理装置は、入力ハンドルの場所が中心からより遠いと、第２の出力距離を減少させるように構成されてもよい。

一定の態様では、入力ハンドルが、第１の方向における入力ハンドルの移動に応答して、第１のスケーリング因子によって入力ハンドルの入力距離をスケーリングし、及び第２の方向における入力ハンドルの移動に応答して、第２のスケーリング因子によって入力ハンドルの入力距離をスケーリングするように構成される。第２のスケーリング因子は、第１のスケーリング因子とは異なってもよい。作業空間は、移動の中心及び限界間の第１の点を含んでもよく、第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子は、入力ハンドルが、中心及び第１の点の間にあるときに一定である。第１のスケーリング因子または第２のスケーリング因子の一方は、ハンドルの場所に基づいて、入力ハンドルが、第１の点及び移動の限界の間にあるときに、変化してもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムは、末端部を有するアーム、アームの末端部上に支持されたツール、入力ハンドル、及び処理装置を含む。入力ハンドルは、第１の入力方向に第１の入力距離及び第１の入力方向とは反対の第２の入力方向に第２の入力距離を移動可能であり、第２の入力距離が、第１の入力距離とは異なる。処理装置は、入力ハンドルと通信して、ツールを移動させるようにアームと動作可能に関連付けられる。処理装置は、第１の入力距離に応答して、ツールを第１の出力方向に出力距離だけ移動させ、及び第２の入力距離に応答して、ツールを第１の入力方向とは反対の第２の出力方向に出力距離だけ移動させるように構成される。

本開示の更に別の態様では、外科用ロボットの動作方法が、ロボット外科用システムの入力ハンドルを第１の入力方向における入力距離だけ移動させて、第１の入力方向における入力ハンドルの移動に応答して、ロボット外科用システムのアームの末端部上に支持されたツールを第１の出力距離だけ移動させることと、ロボット外科用システムの入力ハンドルを第１の入力方向とは反対の第２の入力方向に入力距離だけ移動させて、第２の入力方向における入力ハンドルの移動に応答して、ツールを第１の出力距離とは異なる第２の出力距離だけ移動させることと、を含む。

態様では、第１の入力方向にロボット外科用システムの入力ハンドルを移動させることが、作業空間の移動の限界に向けて入力ハンドルを移動させることを含む。第２の入力方向におけるロボット外科用システムの入力ハンドルを移動させることが、作業空間の中心に向けて入力ハンドルを移動させることを含んでもよい。

一部の態様では、第１の方向にロボット外科用システムの入力ハンドルを移動させることが、作業空間の中心に対する入力ハンドルの場所を含む入力信号をロボット外科用システムの処理装置に伝送することを含む。方法は、処理装置が、入力距離、第１の入力方向、及び作業空間の中心に対する入力ハンドルの場所に基づいて、第１の出力距離を制御することを含んでもよい。

一定の態様では、第２の入力方向にロボット外科用システムの入力ハンドルを移動させることが、作業空間の中心に対する入力ハンドルの場所を含む入力信号をロボット外科用システムの処理装置に伝送することを含む。方法は、処理装置が、入力距離、第２の入力方向、及び作業空間の中心に対する入力ハンドルの場所に基づいて、第２の出力距離を制御することを含んでもよい。

本開示の更に別の態様では、外科用ロボットを動作させる方法が、ロボット外科用システムの入力ハンドルを作業空間の中心から離れた第１の入力距離だけ移動させて、外科用ロボットのアームの末端部上に支持されたツールを第１の出力方向における出力距離だけ移動させることと、ロボット外科用システムの入力ハンドルを作業空間の中心に向けて第１の入力距離とは異なる第２の入力距離だけ移動させて、ツールを第１の出力方向とは反対の第２の出力方向における出力距離だけ移動させることと、を含む。

本開示の他の態様では、ロボット外科用システムが、末端部を有するアーム、アームの末端部上に支持されたツール、入力ハンドル、及び処理装置を含む。入力ハンドルは、入力距離を移動可能であり、かつアクティブ状態及び非アクティブ状態を有する再位置決め制御を含む。処理装置は、入力ハンドルと通信し、かつツールを移動させるようにアームと動作可能に関連付けられてもよい。処理装置は、再位置決め制御がアクティブ状態にあるときに、第１のスケーリング因子によって入力ハンドルの入力距離をスケーリングし、再位置決め制御が非アクティブ状態にあるときに、第２のスケーリング因子によって入力距離をスケーリングするように構成される。第１のスケーリング因子は、第２のスケーリング因子よりも大きい。

態様では、第１のスケーリング因子が、約１００〜約１０００の範囲にあり、第２のスケーリング因子が、約１〜約１０の範囲にある。処理装置は、再位置決め制御がアクティブ状態にあるときに入力距離を第１のスケーリング因子で割ることによって、及び再位置決め制御が非アクティブ状態にあるときに、入力距離を第２のスケーリング因子で割ることによって、入力距離をスケーリングするように構成されてもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムの入力ハンドルを再位置決めする方法が、非アクティブ状態にある入力ハンドルの再位置決め制御を用いて、ロボット外科用システムの入力ハンドルを入力距離だけ移動させて、ロボット外科用システムのアームの末端部上に支持されたツールを第１の出力距離だけ移動させることと、アクティブ状態にある入力ハンドルの再位置決め制御を用いて、ロボット外科用システムの入力ハンドルを入力距離だけ移動させて、ツールを第２の出力距離だけ移動させることと、を含む。入力ハンドルは、ロボット外科用システムのツールを入力ハンドルと動作可能に関連付けるための処理装置と通信する。処理装置は、入力ハンドルが非アクティブ状態にあるときに入力距離を第１の出力距離にスケーリングして、入力ハンドルがアクティブ状態にあるときに入力距離を第２の出力距離にスケーリングする。

態様では、入力距離を第１の出力距離にスケーリングすることが、入力距離を約１〜約１０の範囲にある第１のスケーリング因子で割ることを含み、入力距離を第２の出力距離にスケーリングすることが、入力距離を約１００〜約１０００の範囲にある第２のスケーリング因子で割ることを含む。アクティブ状態にある再位置決め制御を用いて入力ハンドルを入力距離だけ移動させることは、ツールの配向と動作可能に関連付けられた入力ハンドルの配向を含んでもよい。

本開示の例示的な実施形態の更なる詳細及び態様が、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。
例えば、本発明は、以下を提供する。
（項目１）
ベースに関連して外科用ツールを移動可能に支持する連結部と、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルと、
前記入力ハンドルと通信し、かつ前記入力ハンドルのスケーリングされた移動に基づいて前記外科用ツールを移動させるように前記連結部と動作可能に関連付けられた処理装置であって、前記スケーリングは、前記入力ハンドルが、作業空間の中心に向けて、または前記作業空間の前記中心から離れて移動されるかに応じて変化し、前記作業空間が、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、処理装置と、を備える、ロボット外科用システム。
（項目２）
前記処理装置が、第１のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心に向けて前記入力ハンドルの第１の移動をスケーリングし、前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れて前記入力ハンドルの第２の移動をスケーリングするように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記処理装置が、前記第１の移動の距離を前記第１のスケーリング因子で、及び前記第２の移動の距離を前記第２のスケーリング因子で割ることによって、前記入力距離をスケーリングするように構成される、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記第１及び前記第２のスケーリング因子が、１．０〜１０．０の範囲にあり、前記第２のスケーリング因子が、前記第１のスケーリング因子よりも大きい、項目２に記載のシステム。
（項目５）
前記第１のスケーリング因子が、前記第２のスケーリング因子の０．７０〜１．４０倍の大きさである、項目２に記載のシステム。
（項目６）
前記処理装置が、前記作業空間の前記中心からの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記スケーリングを更に変化させるように構成される、項目２に記載のシステム。
（項目７）
前記処理装置が、前記作業空間の前記中心及び前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記入力距離を線形にスケーリングするように構成される、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記処理装置が、前記作業空間の前記中心及び前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記入力距離を指数的にスケーリングするように構成される、項目６に記載のシステム。
（項目９）
前記処理装置が、前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心からより遠くなるに従い、前記外科用ツールの移動を増大させるように構成される、項目６に記載のシステム。
（項目１０）
前記処理装置が、前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心からより遠くなるに従い、前記外科用ツールの移動を減少させるように構成される、項目６に記載のシステム。
（項目１１）
前記作業空間が、前記作業空間の前記中心から所定の距離に位置する第１の区分を含み、前記第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子は、前記入力ハンドルが前記第１の区分にあるときに一定であり、前記第１のスケーリング因子または第２のスケーリング因子のうちの少なくとも１つは、前記入力ハンドルが前記第１の区分の外側にあるときに変化する、項目６に記載のシステム。
（項目１２）
ベースに関連して外科用ツールを移動可能に支持する連結部と、
第１の入力方向に第１の入力距離、及び前記第１の入力方向とは反対の第２の入力方向に第２の入力距離を移動可能な入力ハンドルであって、前記第２の入力距離が前記第１の入力距離とは異なる、入力ハンドルと、
前記入力ハンドルと通信し、かつ前記外科用ツールを移動させるように前記連結部と動作可能に関連付けられた処理装置であって、前記第１の入力距離に応答して第１の出力方向にある出力距離だけ前記外科用ツールを移動させ、かつ前記第２の入力距離に応答して前記第１の入力方向とは反対の第２の出力方向に同じ出力距離だけ前記外科用ツールを移動させるように構成された処理装置と、を備える、ロボット外科用システム。
（項目１３）
外科用ロボットを動作させる方法であって、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向けた前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間が前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、スケーリングすることと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させて、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、を含む、方法。
（項目１４）
前記作業空間の前記中心に向けた前記入力ハンドルの前記検出された移動の距離を前記第１のスケーリング因子で割ることと、
前記作業空間の前記中心から離れる前記入力ハンドルの前記検出された移動の距離を前記第２のスケーリング因子で割ることと、を更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記作業空間の前記中心からの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記検出された移動の前記スケーリングを変化させることを更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記作業空間の前記中心及び前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記検出された移動の前記スケーリングを線形に変化させることを更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
前記作業空間の前記中心及び前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記検出された移動の前記スケーリングを指数的に変化させることを更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目１８）
前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心からより遠くなるに従い、前記連結部の前記作動を調節して前記外科用ツールの移動を増大させることを更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目１９）
前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心からより遠くなるに従い、前記連結部の前記作動を調節して前記外科用ツールの移動を減少させることを更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目２０）
前記入力ハンドルが、前記作業空間の前記中心の所定の距離内に位置する前記作業空間のある区分にあるときに、前記第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子を一定として設定することと、
前記入力ハンドルが前記区分の外側にあるときに、前記第１及び前記第２のスケーリング因子のうちの少なくとも１つを変化させることと、を更に含む、項目１３に記載の方法。
（項目２１）
末端部を有するアームと、
前記アームの前記末端部上に支持されたツールと、
入力距離を移動可能な入力ハンドルであって、アクティブ状態及び非アクティブ状態を有する再位置決め制御を含む入力ハンドルと、
前記入力ハンドルと通信し、かつ前記ツールを移動させるように前記アームと動作可能に関連付けられた処理装置であって、前記処理装置は、前記再位置決め制御が前記アクティブ状態にあるときに、第１のスケーリング因子によって前記入力ハンドルの前記入力距離をスケーリングし、かつ前記再位置決め制御が前記非アクティブ状態にあるときに、第２のスケーリング因子によって前記入力距離をスケーリングするように構成され、前記第１のスケーリング因子が、前記第２のスケーリング因子よりも大きい、処理装置と、を備える、ロボット外科用システム。
（項目２２）
前記第１のスケーリング因子が、１００〜１０００の範囲にあり、前記第２のスケーリング因子が、１〜１０の範囲にある、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
前記処理装置は、前記再位置決め制御が前記アクティブ状態にあるときに、前記入力距離を前記第１のスケーリング因子で割ることによって、及び前記再位置決め制御が前記非アクティブ状態にあるときに、前記入力距離を前記第２のスケーリング因子で割ることによって、前記入力距離をスケーリングするように構成される、項目２１に記載のシステム。
（項目２４）
ロボット外科用システムの入力ハンドルを再位置決めする方法であって、
非アクティブ状態にある前記入力ハンドルの再位置決め制御を伴って、入力距離分の前記ロボット外科用システムの入力ハンドルの移動を検出することと、
前記入力ハンドルの再位置決め制御がアクティブまたは非アクティブ状態にあるかを検出することと、
前記再位置決め制御の前記状態に応じて、前記入力距離を第１の出力距離または異なる第２の出力距離にスケーリングすることと、
ロボット外科用システムの移動可能なアームの末端部上に支持されたツールの移動をそれぞれの前記スケーリングされた第１または第２の出力距離だけ作動させることと、を含む、方法。
（項目２５）
前記入力距離を前記第１の出力距離にスケーリングすることの一部として、前記入力距離を１．０〜１０．０の範囲にある第１のスケーリング因子で割ることと、
前記入力距離を前記第２の出力距離にスケーリングすることの一部として、前記入力距離を１００〜１０００の範囲にある第２のスケーリング因子で割ることと、を更に含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記入力ハンドルの前記検出された移動が、前記入力ハンドルの検出された配向変更を含むときに、前記移動を作動させることの一部として、前記ツールの配向を変更することを更に含む、項目２４に記載の方法。
（項目２７）
末端部を有するアームと、
前記アームの前記末端部上に支持されたツールと、
入力距離を移動可能な入力ハンドル入力ハンドルと、
患者の外科部位内で前記ツールの画像を取り込むように構成された画像化デバイスと、
前記入力ハンドルと通信し、前記ツールを移動させるように前記アームと動作可能に関連付けられ、かつ画像化アームと通信する処理装置であって、前記患者の前記外科部位に対する前記画像化デバイスの位置に基づいて、前記入力ハンドルの前記入力距離を出力距離にスケーリングするように構成された処理装置と、を備える、ロボット外科用システム。
（項目２８）
画像化アームを更に備え、前記画像化デバイスが、前記画像化アームの末端部に位置付けられる、項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
前記入力ハンドルが、移動の中心及び限界を有する作業空間内で移動可能であり、前記入力距離が、前記移動の前記中心及び限界の距離によって定義される、項目２８に記載のシステム。
（項目３０）
前記入力ハンドルが前記移動の限界に接近するに従い、前記画像化デバイスが、前記取り込まれた画像からズームアウトするように構成される、項目２９に記載のシステム。
（項目３１）
前記処理装置が、前記画像化アームと動作可能に関連付けられ、かつ、前記画像化デバイスを前記外科部位から離れて移動させ、前記取り込まれた画像からズームアウトするように構成される、項目３０に記載のシステム。
（項目３２）
前記画像化デバイスからの前記取り込まれた画像を表示するように構成された表示器を更に備える、項目２７に記載のシステム。
（項目３３）
前記処理装置は、前記表示器上の前記ツールの前記移動が前記入力距離に実質的に等しいように、前記入力距離を前記出力距離にスケーリングするように構成される、項目３２に記載のシステム。
（項目３４）
前記ツール及び前記画像化アーム間の前記入力ハンドルの前記関連付けを選択的に切り換えるように構成されたスイッチを更に備える、項目２７に記載のシステム。
（項目３５）
前記スイッチが、前記入力ハンドル上に配置される、項目３４に記載のシステム。
（項目３６）
外科部位に対する画像化デバイスの位置に基づいて、アームの末端部上に支持されたツールの移動をスケーリングする方法であって、
処理装置を用いて前記外科部位に対する前記画像化デバイスの前記位置を判定することと、
ロボット外科用システムの入力ハンドルを入力距離だけ移動させて、前記ロボット外科用システムの前記処理装置によって前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた外科用ロボットの前記ツールを出力距離だけ移動させることであって、前記処理装置が、前記外科部位に対する前記画像化デバイスの前記位置に基づいて、前記入力距離を前記出力距離にスケーリングする、移動させることと、を含む、方法。
（項目３７）
前記入力ハンドルを移動させることが、前記入力ハンドルの移動の限界に向けて前記入力ハンドルを移動させることを含む、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
前記入力ハンドルが前記移動の限界に接近するに従い、前記処理装置が、前記外科部位に対して前記画像化デバイスを移動させることを更に含む、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
前記画像化デバイスが前記外科部位に対して移動されるに従い、前記処理装置が、スケーリング因子を変化させることを更に含み、前記処理装置が、前記スケーリング因子によって前記入力距離を前記出力距離にスケーリングする、項目３８に記載の方法。

本開示の種々の態様は、図面を参照して本明細書において以下に説明され、該図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。

本開示に従うユーザインターフェース及びロボットシステムの概略図である。２次元作業空間内の図１のユーザインターフェースのアームの平面図である。図１のユーザインターフェースの作業空間の平面図である。本開示に従ってユーザインターフェースの移動をスケーリングするための方法の概略図である。

本開示の実施形態が、次に、図面を参照して詳細に説明され、図面中、同じ参照番号は、いくつかの図のそれぞれにおける同一または対応する要素を示す。本明細書に使用される際、用語「臨床家」は、医師、看護師、または任意の他の看護提供者のことを言い、支援要員を含み得る。この説明全体を通して、用語「近位」は、臨床家に最も近いデバイスまたはその構成要素の一部分のことを言い、用語「遠位」は、臨床家から最も遠いデバイスまたはその構成要素の一部分のことを言う。

図１を参照すると、本開示に従うロボット外科用システム１が、ロボットシステム１０、処理装置３０、及びユーザインターフェース４０として一般的に示されている。ロボットシステム１０は、一般的に、連結部１２及びロボットベース１８を含む。連結部１２は、組織に作用するように構成されたエンドエフェクタまたはツール２０を移動可能に支持する。連結部１２は、組織に作用するように構成されたエンドエフェクタまたはツール２０を支持する末端部１４をそれぞれ有するアームの形態にあってもよい。加えて、アーム１２の端部１４は、外科部位「Ｓ」を画像化するための画像化デバイス１６を含んでもよい。ユーザインターフェース４０は、処理装置３０を通してロボットベース１８と通信する。

ユーザインターフェース４０は、３次元画像を表示するように構成された表示デバイス４４を含む。表示デバイス４４は、アーム１２の末端部１４上に位置付けられた画像化デバイス１６によって取り込まれるデータを含み得、及び／または外科手術室の中に位置付けられた画像化デバイス（例えば、外科部位「Ｓ」内に位置付けられた画像化デバイス、患者「Ｐ」に隣接して位置付けられた画像化デバイス、画像化アーム５２の遠位端に位置付けられた画像化デバイス５６）によって取り込まれるデータを含み得る、外科部位「Ｓ」の３次元画像を表示する。画像化デバイス（例えば、画像化デバイス１６、５６）は、外科部位「Ｓ」の視覚画像、赤外線画像、超音波画像、Ｘ線画像、熱画像、及び／または任意の他の既知の実時間画像を取り込んでもよい。画像化デバイスは、取り込まれた画像化データを処理装置３０に伝送し、処理装置３０は、画像化データから実時間に外科部位「Ｓ」の３次元画像を生成して、その３次元画像を表示のために表示デバイス４４に伝送する。

ユーザインターフェース４０はまた、臨床家が、ロボットシステム１０を操作すること（例えば、アーム１２、アーム１２の末端部１４、及び／またはツール２０を移動すること）を可能にする入力ハンドル４２を含む。入力ハンドル４２のそれぞれは、処理装置３０と通信して、それに制御信号を伝送し、及びそこからフィードバック信号を受信する。それに加えてまたは代えて、入力ハンドル４２のそれぞれは、外科医が、アーム１２の末端部１４に支持されたツール２０を操作すること（例えば、締める、把持する、焼く、開く、閉じる、回転する、突く、スライスすること等）を可能にする制御インターフェース（図示せず）を含んでもよい。

図２を追加的に参照すると、入力ハンドル４２のそれぞれは、事前定義された作業空間「Ｗ」を通して移動可能であり、外科部位「Ｓ」内でアーム１２の末端部１４を移動させる。作業空間「Ｗ」が図２において２次元に示されるが、作業空間「Ｗ」は３次元作業空間であることが認識されるであろう。表示デバイス４４上の３次元画像は、入力ハンドル４２の移動が、表示デバイス４４上に見られるように、アーム１２の末端部１４を移動させるように配向される。表示デバイス上の３次元画像の配向は、患者「Ｐ」の上方からの見え方に対して鏡映を作ってもよいし、または回転されてもよいことが認識されるであろう。加えて、表示デバイス４４上の３次元画像のサイズが、外科部位の実際の構造よりも大きいまたは小さいようにスケーリングされてもよく、外科医が外科部位「Ｓ」内の構造をより良く見えることを可能にすることが、認識されるであろう。入力ハンドル４２が移動されると、ツール２０は、以下に詳述されるように、外科部位「Ｓ」内で移動される。本明細書に詳述されるように、ツール２０の移動はまた、ツール２０を支持するアーム１２の末端部１４の移動を含んでもよい。

ロボット外科用システム１の構造及び動作の詳述のために、「ＭｅｄｉｃａｌＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」と題された米国特許公開第２０１２／０１１６４１６号への参照がなされ得、その内容全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

ツール２０の移動は、入力ハンドル４２の移動に対してスケーリングされる。入力ハンドル４２が事前定義された作業空間「Ｗ」内で移動されるとき、入力ハンドル４２は、制御信号を処理装置３０に送信する。処理装置３０は、制御信号を分析して、制御信号に応答してツール２０を移動させる。処理装置３０は、スケーリングされた制御信号をロボットベース１８に伝送して、入力ハンドル４２の移動に応答してツール２０を移動させる。処理装置３０は、入力_距離（例えば、入力ハンドル４２のうちの一方によって移動された距離）をスケーリング因子Ｓ_Ｆで割ることによって制御信号をスケーリングして、スケーリングされた出力_距離（例えば、末端部１４の一方が移動される距離）に到達する。スケーリング因子Ｓ_Ｆは、約１〜約１０の範囲内（例えば、３）にある。このスケーリングは、以下の式によって表わされる。
出力_距離＝入力_距離／Ｓ_Ｆ
スケーリング因子Ｓ_ｆが大きくなると、入力ハンドル４２の移動に対するツール２０の移動が小さくなることが認識されるであろう。

外科手技の間、臨床家は、入力ハンドル４２の動きの事前定義された範囲の縁または限界に到達する場合、臨床家は、入力ハンドル４２を同じ方向に移動し続ける前に、入力ハンドル４２をクラッチして（すなわち、それぞれのアーム１２のツール２０の動きから入力ハンドル４２の動きを切り離して）入力ハンドル４２を事前定義された作業空間「Ｗ」内に戻して再位置決めする必要がある。スケーリング因子Ｓ_Ｆが増大されると、臨床家は、入力ハンドル４２をより頻繁にクラッチすることを要求され得、それは、外科手技の工程数、それゆえ、時間及び／または費用を増大させる。

加えて、入力ハンドル４２が、ツール２０からクラッチされるとき、ツール２０の配向（例えば、ロール、ピッチ、及びヨー）はまた、入力ハンドル４２の配向から切り離される。入力ハンドル４２がクラッチ解除されるまたは切り離されると、処理装置３０は、ツール２０の配向を入力ハンドル４２の配向と整合させるようにプログラムされてもよく、それは、入力ハンドル４２が再連結されるときにツール２０の意図しない移動を結果としてもたらし得る。あるいは、入力ハンドル４２が再クラッチまたは再連結されると、処理装置３０は、入力ハンドル４２の配向を、それが処理装置３０の現在の配向へと再連結されるときに再較正し得、それは、入力ハンドル４２の配向が、ツール２０によって誤って伝えられることを結果としてもたらし得る。

外科手技の間に臨床家が入力ハンドル４２をクラッチする必要性を減らすまたは無くすために、入力ハンドル４２のそれぞれは、スケーリング因子Ｓ_Ｆを手技上のスケーリング因子ＰＳ_Ｆ及び再位置決めスケーリング因子ＲＳ_Ｆ間で切り換えるために信号を処理装置３０に送信する再位置決め制御４３を含んでもよい。手技上のスケーリング因子ＰＳ_Ｆは、約１．０〜約１０．０（例えば、３．０）の範囲にあり、再位置決めスケーリング因子ＲＳ_Ｆは、かなり大きな約１００．０〜約１０００．０の範囲（例えば、５００．０）にある。２つのスケーリング因子は、臨床家が、手技上のスケーリング因子ＰＳ_Ｆを使用して外科手技を行うことを可能にし、入力ハンドル４２の一方が、事前定義された作業空間「Ｗ」の縁または移動の限界に接近するときに、臨床家は、再位置決め制御４３を作動させて、再位置決めスケーリング因子ＲＳ_Ｆに変更して、入力ハンドル４２をクラッチせずに、入力ハンドル４２を事前定義された作業空間「Ｗ」内の所望の位置に移動させる。一旦、入力ハンドル４２が事前定義された作業空間「Ｗ」内の所望の位置にあると、臨床家は、再位置決め制御４３を非アクティブにして、手技上のスケーリング因子ＰＳ_Ｆに戻し切り換えて、外科手技を続ける。再位置決め制御４３を作動及び非アクティブにして、入力ハンドル４２を事前定義された作業空間「Ｗ」内で再位置決めすることによって、入力ハンドル４２とアーム１２の末端部１４の配向関係が維持されることが認識されるであろう。各入力ハンドル４２上の再位置決め制御４３は、別の入力ハンドル４２上の再位置決め制御４３と独立して作動可能であることが考えられる。再位置決め制御４３はボタンとして表わされるが、再位置決め制御４３は、限定されるものではないが、スイッチ、レバー、トリガ、光学センサ、または音声コマンドによって操作されてもよいことが考えられる。

それに加えてまたは代えて、処理装置３０は、事前定義された作業空間「Ｗ」内での入力ハンドル４２の移動の方向に基づいてスケーリング因子Ｓ_Ｆを変化させ、入力ハンドル４２を事前定義された作業空間「Ｗ」内の実質的に中心に保持してもよい。図２〜４を参照して以下に詳述されるように、入力ハンドル４２の移動の方向に基づいてスケーリング因子Ｓ_Ｆを変化させる方法３００は、「Ｘ」軸に関して詳述される。しかしながら、本方法３００は、事前定義された作業空間「Ｗ」の「Ｘ」、「Ｙ」、及び「Ｚ」軸のそれぞれに適用されてもよいことが認識されるであろう。入力ハンドル４２が、事前定義された作業空間「Ｗ」の移動の限界に向かって、事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」から離れて移動されるとき（工程３３０）、処理装置３０は、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１を入力ハンドル４２の移動に割り当て、矢印「Ａ」によって表わされる移動の方向を記録し、作業空間「Ｗ」の境界によって表わされる移動限界を特定する。入力ハンドル４２が事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」に向かって移動されるとき（工程３３５）、処理装置３０は、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１よりも大きい第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２を入力ハンドル４２の移動に割り当て、矢印「Ｂ」によって表わされる移動方向を記録する。例えば、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、約３．０であってもよく、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、約４．５であってもよい。第１スケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２の約０．７０〜約１．４倍のサイズであってもよいことが考えられる。このようにしてスケーリング因子Ｓ_Ｆを変化させることは、臨床家が入力ハンドル４２を中心「Ｃ」から離して移動させ、ツール２０を各方向に同じ距離だけ移動させた距離と比較して、入力ハンドル４２を事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」に向けて移動させるときに、臨床家が入力ハンドル４２をより大きな距離だけ移動させることを要求することによって、入力ハンドル４２を実質的に中心に保持する。

したがって、事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」は、外科手技の間に外科部位「Ｓ」に対して絶えずシフトする（図１）。外科部位「Ｓ」に対する事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」のシフトは、臨床家に知覚不可能であり得ることが考えられる。特に図３を参照して、上記で詳述したように、矢印「Ａ」の方向は、点「Ｆ」に向かって中心「Ｃ」から離れる入力ハンドル４２の移動の方向を表わしている。しかしながら、入力ハンドル４２が、点「Ｈ」に向けて中心「Ｃ」から移動されるとき、矢印「Ｂ」は、中心「Ｃ」から離れる移動を表わしていることが認識されるであろう。実施形態では、第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２が、各軸（例えば、「Ｘ」、「Ｙ」、及び「Ｚ」軸）において同じである。一部の実施形態では、１つの軸（例えば、「Ｘ」軸）における第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２が、他の軸（例えば、「Ｙ」及び「Ｚ」軸）における第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２とは異なる。

図２〜４を引き続き参照すると、方法は、処理装置３０が、事前定義された作業空間「Ｗ」内の入力ハンドル４２の場所に基づいて、第１のスケーリング因子及び第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２を変化させることを含んでもよい（工程３５０、３５５）。以下に詳述されるように、入力ハンドル４２の場所に基づいてスケーリング因子Ｓ_Ｆを変化させる方法は、「Ｘ」軸に関して詳述される。しかしながら、この方法は、事前定義された作業空間「Ｗ」の「Ｘ」、「Ｙ」、及び「Ｚ」軸のそれぞれに適用されてもよいことが認識されるであろう。具体的には、スケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２の移動を微分してハンドル速度を計算することによって実用化される。このハンドル速度は、スケーリング因子（例えば、スケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２）を乗じられる。次いで、このスケーリングされた速度をツール２０の現在の位置で積分して、ツール２０の移動が滑らかであるように、ツール２０の新たな位置を決定する。スケーリングされた速度は、スケーリング因子が変化される場合でさえも、（例えば、スケーリング因子が、以下に詳述されるように滑らかにまたは慎重に変化されるときに）ツール２０の移動が滑らかであるように、連続的に積分される。

工程３４５及び３５５として表わされる本方法によれば、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２の場所が、事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」から離れて移動するにつれて増大し得る（例えば、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２が中心「Ｃ」にあるときよりも入力ハンドル４２が点「Ｄ」にあるときに大きくなり得、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２が点「Ｄ」にあるときよりも入力ハンドル４２が点「Ｅ」にあるときに大きくなり得、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２が点「Ｅ」にあるときよりも入力ハンドル４２が点「Ｆ」にあるときに大きくなり得る）。例えば、点「Ｆ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約４．５であり、点「Ｅ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が、約４．０であり、点「Ｄ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約３．５であり、かつ中心「Ｃ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約３．０であるように、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、中心「Ｃ」からの入力ハンドル４２の場所に基づいて線形に変化してもよい。

あるいは、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、中心「Ｃ」からの入力ハンドル４２の場所に応じて変化してもよい。例えば、点「Ｆ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約６．５であり、点「Ｅ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約４．５であり、点「Ｄ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約３．５であり、かつ中心「Ｃ」において第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が約３．０であるように、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、中心「Ｃ」からの入力ハンドル４２の場所に基づいて指数的に変化してもよい。

更に、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２が、中心「Ｃ」に近い第１の区分Ｓ_１内にある際に一定であってもよいし、入力ハンドル４２の場所が、中心「Ｃ」から離れて第１の区分Ｓ_１を越えて移動される際に線形または指数的に増大してもよいことが考えられる。

第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２は、入力ハンドル４２の場所が線形または指数式に基づいて中心「Ｃ」から離れる際に、比較的滑らかに増大してもよいこと、あるいは第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２が、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２において不連続性を生じる複数の点（例えば、点「Ｄ」、「Ｅ」、及び「Ｆ」）のそれぞれにおいて離散的に変化してもよいことは、本開示の範囲内にある。

上記で詳述したように、第２のスケーリング因子Ｓ_Ｆ２を増大することは、中心「Ｃ」から離れる入力ハンドル４２の場所が増大するにつれて、ツール２０をそれぞれの方向に等距離だけ移動させるための中心「Ｃ」から離れる入力ハンドル４２の移動と比較するときに、臨床家に入力ハンドル４２を中心「Ｃ」に向けてより大きな距離だけ移動させることを要求し、それは、外科部位「Ｓ」に対して中心「Ｃ」をシフトして、入力ハンドル４２をクラッチする必要性を減らすまたは無くす。

更に、工程３４０及び３５０に表わされるように、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、入力ハンドル４２の場所が、事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」から離れて移動するにつれて減少してもよい（例えば、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、入力ハンドル４２が点「Ｄ」にあるときに、入力ハンドル４２が中心「Ｃ」にあるときよりも小さくてもよく、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、入力ハンドル４２が点「Ｅ」にあるときに、入力ハンドル４２が点「Ｄ」にあるときよりも小さくてもよく、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、入力ハンドル４２が点「Ｆ」にあるときに、入力ハンドル４２が点「Ｅ」にあるときよりも小さくてもよい）。例えば、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、中心「Ｃ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約３．０であり、点「Ｄ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約２．７５であり、点「Ｅ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約２．５であり、かつ点「Ｆ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約２．２５であるように、中心「Ｃ」からの入力ハンドル４２の場所に基づいて線形に変化してもよい。

あるいは、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、中心「Ｃ」からの入力ハンドル４２の場所に応じて変化してもよい。例えば、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、中心「Ｃ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約３．０であり、点「Ｄ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約２．７５であり、点「Ｅ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約２．２５であり、かつ点「Ｆ」において第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１が約１．２５であるように、中心「Ｃ」からの入力ハンドル４２の場所に基づいて、指数的に変化してもよい。

更に、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、入力ハンドル４２が中心「Ｃ」の近くの場所にある際に一定であってもよい（例えば、入力ハンドルが点「Ｄ」及び点「Ｇ」の間にあるときに、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は一定である）こと、及び入力ハンドル４２の場所が点「Ｄ」または点「Ｇ」を越えて移動される際に線形または指数的に減少されてもよいことが考えられる。第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、入力ハンドル４２の場所が、線形または指数式に基づいて中心「Ｃ」から離れて移動する際に、比較的滑らかに増大してもよいこと、または第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１は、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１において不連続性を生じる複数の点のそれぞれ（例えば、点「Ｄ」、「Ｅ」、及び「Ｆ」）において離散的に変化してもよいことは、本開示の範囲内にある。

上記で詳述したように、第１のスケーリング因子Ｓ_Ｆ１を増大することは、中心「Ｃ」から離れる入力ハンドル４２の場所が増大され、ツール２０の同じ移動を結果としてもたらすように、臨床家が、入力ハンドル４２を中心「Ｃ」から離れてより小さな距離だけ移動させることを可能にし、それは、次いで、外科部位「Ｓ」に対して中心「Ｃ」をシフトして、入力ハンドル４２をクラッチする必要性を減らすまたは無くす。

各入力ハンドル４２は、それぞれのスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２を同様の手法で変化させてもよいし、または、それぞれのスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２を異なる手法で変化させてもよい（例えば、一方の入力ハンドル４２は、入力ハンドル４２の場所に基づいて、そのスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２を変化させてもよく、別の入力ハンドル４２は、中心「Ｃ」に対して別の入力ハンドルの移動方向に基づいて、そのスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２を変化させてもよく、各入力ハンドル４２は、異なる線形または指数式を使用して、そのスケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２を変化させてもよい）ことが考えられる。また、入力ハンドル４２は、スケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２の一方を変化させてもよく、スケーリング因子Ｓ_Ｆ１、Ｓ_Ｆ２の他方は、一定であってもよいことも考えられる。点「Ｆ」〜「Ｊ」は均等な間隔で離れて示されるが、点「Ｆ」〜「Ｊ」は、互いに異なる距離間隔で離れてもよいことが考えられる。例えば、それらの点が移動の限界に近づくにつれて互いに近くに間隔を置かれる。

図１を参照し戻すと、ロボット外科用システム１は、処理装置３０によって制御され、かつユーザインターフェース４０によって選択的に制御され得る画像化アーム５２を含む。画像化アーム５２は、その遠位端上に配置された画像化デバイス５６を含む。画像化デバイス５６は、外科部位「Ｓ」上または内に位置し、患者「Ｐ」の外科部位「Ｓ」内に作用するツール２０を取り込み、取り込まれた画像を表示器４４に伝送するように構成される。画像化デバイス５６は、３次元（３Ｄ）カメラであってもよく、表示器４４は、臨床家が３次元で外科部位「Ｓ」を見ることを可能にする３Ｄ表示器であってもよい。画像化デバイス５６は、６自由度で外科部位「Ｓ」に対してまたは外科部位「Ｓ」内を移動可能であり、入力ハンドル４２の一方によって選択的に移動されてもよい。外科システム１は、入力ハンドル４２がアーム１２の一方と関連付けられ、外科部位「Ｓ」内にツール２０を移動させる実行モードと、入力ハンドル４２が、画像化アーム５２と関連付けられ、外科部位「Ｓ」の周りに画像化デバイス５６を移動させるカメラモードとの間で、入力ハンドル４２の一方を切り換えるフットスイッチ（図示せず）を含んでもよい。また、入力ハンドル４２の一方が、入力ハンドル４２を画像化アーム５２と動作可能に関連付けるためにカメラボタン（図示せず）を含んでもよいことも考えられる。

処理装置３０は、外科部位「Ｓ」に対するまたは外科部位「Ｓ」内の画像化デバイス５６の場所を判定して、入力ハンドル４２の移動を外科部位「Ｓ」内のツール２０の移動に関連付けるために使用されるスケーリング因子Ｓ_Ｆを決定してもよい。本明細書に詳述されるように、処理装置３０は、「Ｚ」軸に沿う外科部位「Ｓ」に対する画像化デバイス５６の場所を判定して、スケーリング因子Ｓ_Ｆを決定する。しかしながら、処理装置３０は、「Ｘ」、「Ｙ」、及び「Ｚ」軸のそれぞれにおける外科部位「Ｓ」に対するまたは外科部位「Ｓ」内の画像化デバイス５６の場所に基づいて、スケーリング因子Ｓ_Ｆを決定してもよい。

図１を引き続き参照すると、画像化デバイス５６が第１の位置「Ｌ」にあるとき、スケーリング因子Ｓ_Ｆは、第１の値を有し、画像化デバイス５６が第２の位置「Ｍ」にあるとき、スケーリング因子Ｓ_Ｆは、第１の値よりも大きい第２の値を有する。例えば、画像化デバイス５６が第１の位置「Ｌ」にあるとき、第１の値は約「１」であってもよく、画像化デバイス５６が第２の位置「Ｍ」へと外科部位「Ｓ」の近くに移動される際、第２の値は、約「２」であってもよい。第３の場所「Ｎ」へと画像化デバイスを引き続き移動させることは、スケーリング因子Ｓ_Ｆを第３の値（例えば、約３）へと更に増大させ得る。スケーリング因子Ｓ_Ｆを増大することによって、画像化デバイス５６が外科部位「Ｓ」へとより近くに移動される際、事前定義された作業空間「Ｗ」内の入力ハンドル４２の移動に対する外科部位「Ｓ」内のツール２０の移動は、表示器４４上に示されるようなツール２０の移動が、事前定義された作業空間「Ｗ」内の入力ハンドル４２の移動について比較的一定であるように、減少されることが認識されるであろう。

スケーリング因子Ｓ_Ｆが増大または減少されると、処理装置３０が画像化デバイス５６をズームインし、及び外科部位「Ｓ」からズームアウトして、事前定義された作業空間「Ｗ」内の入力ハンドル４２の移動を、表示器４４上に臨床家によって見られるような外科部位「Ｓ」内のツール２０の移動に適合させるように、処理装置３０は、画像化アーム５２と動作可能に関連付けられてもよい。画像化デバイス５６のズームイン及びアウトは、画像化デバイス５６のレンズアセンブリ（明示的に図示せず）を操作することによって、または外科部位「Ｓ」に向けて及びその部位から離して画像化デバイス５６を移動させることによって達成されてもよい。処理装置３０は、入力ハンドル４２の一方が事前定義された作業空間「Ｗ」の限界または縁に接近するときに画像化デバイス５６をズームアウトして、ツール２０を画像化デバイス５６の視野内に保持してもよい。加えて、処理装置３０は、入力ハンドル４２の中心「Ｃ」（図２）が表示デバイス４４上に実質的に中心を置かれるように、画像化デバイス５６を再位置決めしてもよい。

スケーリング因子Ｓ_Ｆを変化させるまたは画像化デバイス５６を移動させる方法のいずれも、外科手技の前または間に臨床家がロボット外科用システム１を動作させることによって選択的にアクティブまたは非アクティブにされてもよいことが考えられる。

外科部位「Ｓ」に対する画像化デバイス５６の位置に基づいて処理装置３０によって決定されたスケーリング因子Ｓ_Ｆは、上記で詳述したように、事前定義された作業空間「Ｗ」の中心「Ｃ」に対する入力ハンドル４２の移動または場所に基づいて変化されてもよいことが認識されるであろう。

本開示のいくつかの実施形態が図面に示されているが、本開示は、当分野が認めるような広さの範囲にあること及び明細書が同様に読み取られることが意図されるように、本開示をそれらの実施形態に限定することは意図されない。上記実施形態の任意の組み合わせもまた、想定され、添付の特許請求の範囲内にある。したがって、上記説明は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に特定の実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に添付された特許請求の範囲内の他の修正を想定するであろう。

Claims

ロボット外科用システムであって、前記ロボット外科用システムは、
ベースに対して外科用ツールを移動可能に支持する連結部と、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルと、
前記入力ハンドルと通信する処理装置であって、前記処理装置は、前記入力ハンドルのスケーリングされた移動に基づいて前記外科用ツールを移動させるように前記連結部と動作可能に関連付けられており、前記スケーリングは、前記入力ハンドルが作業空間の中心に向かう第１の方向に移動されるか、または、前記入力ハンドルが前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向に移動されるかに応じて変化し、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わし、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、処理装置と
を備え、
前記処理装置は、
第１のスケーリング因子によって、前記入力ハンドルの前記第１の方向への第１の移動をスケーリングすることと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記入力ハンドルの前記第２の方向への第２の移動をスケーリングすることと、
前記第１の移動の距離を前記第１のスケーリング因子で割ることと前記第２の移動の距離を前記第２のスケーリング因子で割ることとによって、入力距離をスケーリングすることであって、前記第１のスケーリング因子は、前記第２のスケーリング因子の０．７０倍〜１．４０倍の大きさである、ことと
を行うように構成されている、ロボット外科用システム。
ロボット外科用システムであって、前記ロボット外科用システムは、
ベースに対して外科用ツールを移動可能に支持する連結部と、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルと、
前記入力ハンドルと通信する処理装置であって、前記処理装置は、前記入力ハンドルのスケーリングされた移動に基づいて前記外科用ツールを移動させるように前記連結部と動作可能に関連付けられており、前記スケーリングは、前記入力ハンドルが作業空間の中心に向かう第１の方向に移動されるか、または、前記入力ハンドルが前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向に移動されるかに応じて変化し、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わし、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、処理装置と
を備え、
前記処理装置は、
第１のスケーリング因子によって、前記入力ハンドルの前記第１の方向への第１の移動をスケーリングすることと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記入力ハンドルの前記第２の方向への第２の移動をスケーリングすることと、
前記第１の移動の距離を前記第１のスケーリング因子で割ることと前記第２の移動の距離を前記第２のスケーリング因子で割ることとによって、入力距離をスケーリングすることと
を行うように構成されており、
前記処理装置は、前記作業空間の前記中心からの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記スケーリングをさらに変化させるように構成されている、ロボット外科用システム。
前記処理装置は、前記作業空間の前記中心および前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記入力距離を線形にスケーリングするように構成されている、請求項２に記載のシステム。
前記処理装置は、前記作業空間の前記中心および前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記入力距離を指数的にスケーリングするように構成されている、請求項２に記載のシステム。
前記処理装置は、前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心から遠くなるにつれて、前記外科用ツールの移動を増大させるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
前記処理装置は、前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心から遠くなるにつれて、前記外科用ツールの移動を減少させるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
前記作業空間は、前記作業空間の前記中心から所定の距離に位置する第１の区分を含み、前記第１のスケーリング因子および前記第２のスケーリング因子は、前記入力ハンドルが前記第１の区分にあるときに一定であり、前記第１のスケーリング因子または前記第２のスケーリング因子のうちの少なくとも１つは、前記入力ハンドルが前記第１の区分の外側にあるときに変化する、請求項２に記載のシステム。
ロボット外科用システムであって、前記ロボット外科用システムは、
ベースに対して外科用ツールを移動可能に支持する連結部と、
作業空間の中心に向かう第１の入力方向に第１の入力距離を移動可能であり、かつ、前記作業空間の前記中心から離れる第２の入力方向に第２の入力距離を移動可能である入力ハンドルであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わし、前記第１の入力方向は、前記第２の入力方向とは反対であり、前記第２の入力距離は、前記第１の入力距離とは異なる、入力ハンドルと、
前記入力ハンドルと通信し、かつ、前記外科用ツールを移動させるように前記連結部と動作可能に関連付けられた処理装置であって、前記処理装置は、前記第１の入力距離に応答して第１の出力方向にある出力距離だけ前記外科用ツールを移動させることと、前記第２の入力距離に応答して前記第１の入力方向とは反対の第２の出力方向に同一の出力距離だけ前記外科用ツールを移動させることとを行うように構成されている、処理装置と
を備える、ロボット外科用システム。
外科用ロボットを動作させる方法であって、前記方法は、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう第１の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、ことと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、ことと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させることにより、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、
前記作業空間の前記中心からの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記検出された移動の前記スケーリングを変化させることと
を含む、方法。
前記第１の方向への前記入力ハンドルの前記検出された移動の距離を前記第１のスケーリング因子で割ることと、
前記第２の方向への前記入力ハンドルの前記検出された移動の距離を前記第２のスケーリング因子で割ることと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
外科用ロボットを動作させる方法であって、前記方法は、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう第１の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、ことと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、ことと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させることにより、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、
前記作業空間の前記中心および前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記検出された移動の前記スケーリングを線形に変化させること
を含む、方法。
外科用ロボットを動作させる方法であって、前記方法は、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう第１の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、ことと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、ことと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させることにより、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、
前記作業空間の前記中心および前記入力ハンドルの移動の限界のうちの少なくとも１つからの前記入力ハンドルの距離に基づいて、前記検出された移動の前記スケーリングを指数的に変化させることと
を含む、方法。
外科用ロボットを動作させる方法であって、前記方法は、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう第１の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、ことと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、ことと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させることにより、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、
前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心から遠くなるにつれて、前記連結部の作動を調節することにより、前記外科用ツールの移動を増大させることと
を含む、方法。
外科用ロボットを動作させる方法であって、前記方法は、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう第１の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、ことと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、ことと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させることにより、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、
前記入力ハンドルの場所が前記作業空間の前記中心から遠くなるにつれて、前記連結部の作動を調節することにより、前記外科用ツールの移動を減少させることと
を含む、方法。
外科用ロボットを動作させる方法であって、前記方法は、
複数の方向に移動可能な入力ハンドルの複数の移動を検出することと、
第１のスケーリング因子によって、作業空間の中心に向かう第１の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記作業空間は、前記入力ハンドルの移動範囲を表わす、ことと、
前記第１のスケーリング因子とは異なる第２のスケーリング因子によって、前記作業空間の前記中心から離れる第２の方向への前記入力ハンドルの検出された移動をスケーリングすることであって、前記第１の方向は、前記第２の方向とは反対である、ことと、
前記スケーリングされた検出された移動に基づいて、前記入力ハンドルと動作可能に関連付けられた連結部を作動させることにより、前記連結部によって移動可能に支持する外科用ツールを移動させることと、
前記入力ハンドルが、前記作業空間の前記中心の所定の距離内に位置する前記作業空間のある区分にあるときに、前記第１のスケーリング因子および第２のスケーリング因子を一定として設定することと、
前記入力ハンドルが前記区分の外側にあるときに、前記第１のスケーリング因子および前記第２のスケーリング因子のうちの少なくとも１つを変化させることと
を含む、方法。