JP6908526B2

JP6908526B2 - ロボット外科用システムのための入力デバイスアセンブリ

Info

Publication number: JP6908526B2
Application number: JP2017545711A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムペイン，
Original assignee: コヴィディエンリミテッドパートナーシップ
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2036-03-22
Also published as: WO2016154173A1; US20220346899A1; US20180078324A1; US10582979B2; CA2977582A1; AU2020256468B2; US11413105B2; CN107666878B; AU2020256468A1; AU2016235358A1; CN107666878A; JP2018509210A; EP3273896A4; EP3273896A1; US20200179071A1; AU2016235358B2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年３月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／１３８，４３２号の利益及びそれに対する優先権を主張し、その開示全体が、本明細書に参照によって組み込まれる。

ロボット外科用システムは、最小侵襲医療手技に使用されている。かかる医療手技の間に、ロボット外科用システムは、外科医がユーザインターフェースとインターフェースを取ること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、外科医がより精密にエンドエフェクタを患者の内側に移動させ得るように、典型的には、スケーリング因子を使用して外科医の手の動きを縮小し、患者内のエンドエフェクタの所望位置を判断する。入力デバイスハンドルは、動きの固定範囲を有するので、より大きなスケーリング因子の場合、外科医は、入力ハンドルの動きの範囲の終りに達し得ることがより多い。次いで、外科医が、動きの範囲の終りから離れてユーザインターフェースの作業空間内の新しい位置にハンドルを移動し得、一方で、器具は静止したままであるように、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る。一旦、入力ハンドルが動きの範囲の終りから十分に離れて移動したら、外科医は、入力ハンドルをエンドエフェクタと「再びクラッチ」して、入力ハンドルの動きをエンドエフェクタの動きに再び連結して、エンドエフェクタの所望の移動を完了する。典型的には、フットペダルが、入力ハンドルを「クラッチ」するように使用される。エンドエフェクタからの入力ハンドルの動きの間のこの伝達の切り離しは、適切に管理されない場合、伝達の切り離しが発生するときに「クラッチする」窓の間に安全性問題を引き起こし得る。追加的に、一部の手技の間に、エンドエフェクタが静止したままでないように、及び入力デバイスハンドルが再位置決めされる間に他の移動している本体部分または器具との衝突をより受けやすいように、ハンドルの再位置決めの間にエンドエフェクタの微細な移動を可能にすることが望ましい可能性がある。

ロボット外科用システムが、エンドエフェクタを静止に保つ及び／または再位置決めの間に入力デバイスから伝達的に切り離される伝統的な「クラッチング」を要求せずに、簡単に再位置決めされ得る入力デバイスハンドルを有する必要性が存在する。

本開示のある態様では、ロボットシステムのツールを制御する方法が、入力アームの入力シャフトに連結された入力デバイスの移動距離を表わす信号を受信することと、入力デバイスの再位置決め制御の状態を判断することと、再位置決め制御の状態に従って再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて移動距離をスケーリングすることと、スケーリングされた移動距離に基づいてロボットシステムのツールを移動することと、を含む。ツールは、移動距離が動作スケーリング因子の代わりに再位置決めスケーリング因子に基づいてスケーリングされるときに、少なくともゼロではない桁が１つ低い距離だけ移動する。方法は、再位置決め制御がアクティブ状態にあるときに再位置決めスケーリング因子に基づいて移動距離をスケーリングすることと、再位置決め制御が非アクティブ状態にあるときに動作スケーリング因子に基づいて移動距離をスケーリングすることと、を含んでもよい。

態様では、再位置決め制御が、入力デバイスの本体の周りに配置されたリングを含む。方法は、リングが入力デバイスの本体の長手方向軸に沿って中立位置から離れて摺動されるときに、リングがアクティブ状態にあることを判断することと、リングが中立位置にあるときに、リングが非アクティブ状態にあることを判断することと、を含んでもよい。リングは、本体の長手方向軸に沿って遠位に摺動される。

一部の態様では、方法は、リングが、入力デバイスの本体の長手方向軸の周りに中立位置から離れて回転されるときに、リングがアクティブ状態にあることを判断することと、リングが中立位置にあるときに、リングが非アクティブ状態にあることを判断することと、を含む。

一定の態様では、入力デバイスの再位置決め制御が、本体から放射状に延在する花弁状部を含む。方法は、花弁状部が中立位置から離れて移動されるときに、花弁状部がアクティブ状態にあることを判断することと、リングが中立位置にあるときに、リングが非アクティブ状態にあることを判断することと、を含んでもよい。入力デバイスの花弁状部を係合することが、花弁状部を近位に枢動することを含んでもよい。花弁状部は、中立位置から離れて枢動されるときに、中立位置から離れて移動されてもよい。

特定の態様では、再位置決めスケーリング因子が、１０００より少ない。再位置決めスケーリング因子は、動作スケーリング因子が１〜５であるときに、少なくとも５０であり得る。再位置決めスケーリング因子は、１００〜５００であってもよく、かつ動作スケーリング因子は、１０を超えない。再位置決めスケーリング因子は、少なくとも５０であってもよく、かつ動作スケーリング因子は、複数の値の間で選択可能である。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムが、処理ユニット、ロボットシステム、及びユーザインターフェースを含む。ロボットシステムは、ロボットベース、連動機構、及びツールを含む。連動機構は、ロボットベースから延在し、処理ユニットからのスケーリングされた信号に応答して移動するように構成された複数の部材を有する。ツールは、連動機構の端部において支持される。ユーザインターフェースは、入力シャフトを有する入力アームを含む。ユーザインターフェースはまた、入力シャフトに連結された入力デバイスを含む。入力デバイスは、処理ユニットと通信してツールの移動に対する入力シャフトの移動のスケーリング因子を選択的に変動させる再位置決め制御を含む。

態様では、再位置決め制御が、入力シャフトの移動が、ツールの移動に対して第１のスケーリング因子によってスケーリングされるようなアクティブ位置、及び入力シャフトの移動が、ツールの移動に対して第２のスケーリング因子によってスケーリングされるような非アクティブ位置を有する。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る。再位置決め制御は、入力デバイスの本体の周りに配置されたリングを含み得る。再位置決め制御のリングは、アクティブ位置と非アクティブ位置の間で本体の長手方向軸に沿って摺動可能であってもよいし、またはその軸の周りに回転可能であってもよい。

一部の態様では、再位置決め制御が、入力デバイスの本体から放射状に延在する花弁状部を含む。花弁状部は、非アクティブ位置からアクティブ位置へと近位または遠位に枢動可能であってもよい。

本開示の別の態様では、ロボット外科用システムのための入力デバイスが、本体、再位置決め制御、及びコントローラを含む。本体は、入力アームの入力シャフトに連結するように構成される。再位置決め制御は、本体上に配置され、アクティブ位置と非アクティブ位置の間で移動可能である。コントローラは、信号を処理ユニットに伝送して、ロボット外科用システムのツールの移動に対して本体の移動のスケーリング因子を選択的に変動させるように構成される。再位置決め制御は、本体の長手方向軸に沿って摺動可能なリング、または本体から放射状に延在する枢動可能な花弁状部であってもよい。

本開示の例示的な実施形態の更なる詳細及び態様は、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、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
ロボットシステムのツールを制御する方法であって、
入力アームの入力シャフトに連結された入力デバイスの移動距離を表わす信号を受信することと、
入力デバイス再位置決め制御の状態を判断することと、
前記再位置決め制御の前記状態に従って再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動距離をスケーリングすることと、
前記スケーリングされた移動距離に基づいて前記ロボットシステムの前記ツールを移動することであって、前記移動距離が、前記動作スケーリング因子の代わりに前記再位置決めスケーリング因子に基づいてスケーリングされるとき、前記ツールを、少なくともゼロではない桁が１つ低い距離だけ移動することと、を含む、方法。
（項目２）
前記再位置決め制御がアクティブ状態にあるときに前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、前記再位置決め制御が非アクティブ状態にあるときに前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、を更に含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記再位置決め制御が、前記入力デバイスの本体の周りに配置されたリングを含む、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記リングが前記入力デバイスの前記本体の長手方向軸に沿って中立位置から離れて摺動されるときに前記リングが前記アクティブ状態にあることを判断することと、前記リングが前記中立位置にあるときに前記リングが前記非アクティブ状態にあることを判断することと、を更に含む、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記リングが、前記本体の前記長手方向軸に沿って遠位に摺動される、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記リングが前記入力デバイスの前記本体の長手方向軸の周りに中立位置から離れて回転されるときに前記リングが前記アクティブ状態にあることを判断することと、前記リングが前記中立位置にあるときに前記リングが前記非アクティブ状態にあることを判断することと、を更に含む、項目３に記載の方法。
（項目７）
前記入力デバイスの前記再位置決め制御が、前記本体から放射状に延在する花弁状部を含む、項目２に記載の方法。
（項目８）
前記花弁状部が中立位置から離れて移動されるときに前記花弁状部が前記アクティブ状態にあることを判断することと、前記リングが前記中立位置にあるときに前記リングが前記非アクティブ状態にあることを判断することと、を更に含み、前記入力デバイスの前記花弁状部を係合することが、前記花弁状部を近位に枢動することを含む、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記花弁状部が、前記中立位置から離れて枢動されるときに前記中立位置から離れて移動される、項目７に記載の方法。
（項目１０）
前記再位置決めスケーリング因子及び前記動作スケーリング因子が、１０〜２００倍異なる、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記再位置決めスケーリング因子が、１０００より少ない、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記再位置決めスケーリング因子は、前記動作スケーリング因子が１〜５であるときに、少なくとも５０である、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記再位置決めスケーリング因子が、１００〜５００であり、前記動作スケーリング因子が、１０を超えない、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記再位置決めスケーリング因子が、少なくとも５０であり、前記動作スケーリング因子が、複数の値の間で選択可能である、項目１に記載の方法。
（項目１５）
処理ユニットと、
ロボットシステムであって、
ロボットベースと、
前記ロボットベースから延在し、複数の部材を含む連動機構であって、前記複数の部材が、前記処理ユニットからのスケーリングされた信号に応答して移動するように構成される、連動機構と、
前記連動機構の端部において支持されたツールと、を含む、ロボットシステムと、
ユーザインターフェースであって、
入力シャフトを有する入力アームと、
前記入力シャフトに連結され、再位置決め制御を含む入力デバイスであって、前記再位置決め制御が、前記処理ユニットと通信して、前記ツールの移動に対する前記入力シャフトの移動のスケーリング因子を選択的に変動させる、入力デバイスと、を含む、ユーザインターフェースと、を備える、ロボット外科用システム。
（項目１６）
前記再位置決め制御は、前記入力シャフトの移動が前記ツールの移動に対して第１のスケーリング因子によってスケーリングされるアクティブ位置と、前記入力シャフトの移動が前記ツールの移動に対して第２のスケーリング因子によってスケーリングされる非アクティブ位置と、を有し、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とは異なる、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記再位置決め制御が、前記入力デバイスの本体の周りに配置されたリングを含む、項目１５に記載のシステム。
（項目１８）
前記リングが、アクティブ及び非アクティブ位置の間で、前記本体の長手方向軸に沿って摺動可能である、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記リングが、アクティブ及び非アクティブ位置の間で、前記本体の長手方向軸の周りに回転可能である、項目１７に記載のシステム。
（項目２０）
前記再位置決め制御が、前記入力デバイスの本体から放射状に延在する花弁状部を含む、項目１５に記載のシステム。
（項目２１）
前記花弁状部が、非アクティブ位置からアクティブ位置へと近位に枢動可能である、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
前記花弁状部が、非アクティブ位置からアクティブ位置へと遠位に枢動可能である、項目２０に記載のシステム。
（項目２３）
ロボット外科用システムのための入力デバイスであって、
入力アームの入力シャフトに連結するように構成された本体と、
前記本体上に配置され、アクティブ位置と非アクティブ位置の間を移動可能な再位置決め制御と、
信号を処理ユニットに伝送し、前記ロボット外科用システムのツールの移動に対する前記本体の移動のスケーリング因子を選択的に変動させるように構成されたコントローラと、を備える、入力デバイス。
（項目２４）
前記再位置決め制御が、前記本体の長手方向軸に沿って摺動可能なリングである、項目２３に記載のデバイス。
（項目２５）
前記再位置決め制御が、前記本体から放射状に延在する花弁状部である、項目２３に記載のデバイス。

本開示の様々な態様は、図面を参照して下記に説明され、それらの図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。

ユーザインターフェース及びロボットシステムを含む本開示に従うロボット外科用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。本開示に従って提供された入力デバイスの側面図である。本開示に従って提供された別の入力デバイスの側面図である。図４の入力デバイスの端面図である。本開示に従って図１のロボット外科用システムの移動を制御するための方法の概略図である。

次に、本開示の実施形態が、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れの構成要素の部分のことを言い、用語「遠位」は、臨床家から最も遠いデバイスまたはそれの構成要素の部分のことを言う。

一部の実施形態は、再位置決めスケーリング因子を入力デバイスの移動に適用するための制御を含み、入力デバイスが移動されるときにロボットアーム連動機構に連結されたツールの少ない移動を結果としてもたらす。より少ない移動は、入力デバイスが、ツールに対して再位置決めされる一方で、入力デバイスが、依然としてツールに動作的に連結されたままにすることを可能にする。入力デバイスが再位置決めされると、再位置決めスケーリング因子が変更され得、外科手技の間に使用された動作スケーリング因子に戻され、ロボットアーム連動機構に連結されたツールのより大きな移動を結果としてもたらす。このより大きな移動は、臨床家が、入力デバイスを動作させて、効果的な様態において外科手技を完了することを可能にする。動作スケーリング因子はまた、外科手技の間に臨床家によって変更されてもよく、入力デバイスに連結されたツールのより微細なまたは粗い移動を可能にする。

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、一般に、ロボットシステム１０、処理ユニット３０、及びユーザインターフェース４０として示される。ロボットシステム１０は、一般に、連動機構１２及びロボットベース１８を含む。連動機構１２は、エンドエフェクタまたはツール２０を移動可能に支持し、それは、組織に作用するように構成される。連動機構１２は、組織に作用するように構成されたエンドエフェクタまたはツール２０を支持する端部１４をそれぞれ有するアームの形態であってもよい。加えて、連動機構１２の端部１４は、手術部位「Ｓ」を画像化するために画像化デバイス１６を含んでもよい。ユーザインターフェース４０は、処理ユニット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、手術部位「Ｓ」の３次元画像を表示し、それは、連動機構１２の端部１４上に位置決めされた画像化デバイス１６によって捕捉されたデータを含み得る及び／または外科手術室の周りに位置決めされた画像化デバイス（例えば、手術部位「Ｓ」内に位置決めされた画像化デバイス、患者「Ｐ」に隣接して位置決めされた画像化デバイス、画像化アーム５２のデータ遠位端において位置決めされた画像化デバイス５６）によって捕捉されたデータを含み得る。画像化デバイス（例えば、画像化デバイス１６、５６）は、手術部位「Ｓ」の視覚画像、赤外画像、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捕捉してもよい。画像化デバイスは、捕捉された画像化データを処理ユニット３０に伝送し、その処理ユニットは、画像化データから実時間に手術部位「Ｓ」の３次元画像を生成し、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（例えば、連動機構１２、連動機構１２の端部１４、及び／またはツール２０を移動させる）ことを可能にする入力アームまたはハンドル４２を含む。入力ハンドル４２のそれぞれは、処理ユニット３０と通信して、制御信号をその処理ユニットに伝送し、フィードバック信号をその処理ユニットから受信する。入力ハンドル４２のそれぞれは、入力デバイス（例えば、入力デバイス６０（図３）または入力デバイス７０（図４））を含み得、それは、外科医が、連動機構１２の端部１４において支持されたツール２０を操作すること（例えば、つかむ、把持する、焼く、開く、閉じる、回転する、突く、薄く切ること等）を可能にする。

更に図２に関して、入力デバイス（例えば、入力デバイス６０及び７０）は、所定の作業空間「Ｗ」を通して移動可能であり、手術部位「Ｓ」内に連動機構１２の端部１４を移動させるか、または連動機構１２の端部１４上に支持されたツール２０を移動させる。作業空間「Ｗ」は、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、表示デバイス４４上に見られる際に、入力デバイスの移動が連動機構１２の端部１４を移動させるように配向される。表示デバイス上の３次元画像の配向が、患者「Ｐ」の上方からの眺めへと鏡像化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次元画像のサイズは、手術部位の実際の構造より大きいまたは小さいようにスケーリングされてもよいことが認識され得、外科医が、手術部位「Ｓ」内の構造をより良く見ることを可能にする。入力デバイスが移動される際、ツール２０は、以下に詳述されるように、手術部位「Ｓ」内に移動される。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を支持する連動機構１２の端部１４による移動を含み得る。

ロボット外科用システム１の構築及び動作の詳細な記述のために、参照が、「医療ワークステーション」と題された米国特許公開第２０１２／０１１６４１６号になされ得る。

ツール２０の移動は、入力デバイス（例えば、入力デバイス６０及び７０）の移動に対してスケーリングされる。処理ユニット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。処理ユニット３０は、入力_距離（例えば、入力デバイス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、スケーリングされた出力_距離（例えば、端部１４の一方が移動される距離）に到達する。一部の事例では、外科手技の間に動作中に使用される１つ以上のスケーリング因子「Ｓ_Ｆ」が、約１〜約１０（例えば、３）の範囲にあってもよい。このスケーリングは、以下の式によって表わされ得る。
出力_距離＝入力_距離／Ｓ_Ｆ
スケーリング因子「Ｓ_Ｆ」が大きくなればなるほど、入力デバイス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。それゆえ、入力デバイスによって駆動される外科用ツール２０に対する入力デバイスの再位置決めを容易にするために、ツール２０が、入力デバイスよりもはるかに少なく移動するように、より大きなスケーリング因子「Ｓ_Ｆ」が、代わりに使用されてもよい。一部の事例では、この再位置決めスケーリング因子が、少なくとも約１００またはそれ以上であってもよい。

スケーリング因子が１より少ない（例えば、動作スケーリング因子が約０．５であり、再位置決めスケーリング因子が０．００５である）事例では、スケーリング因子は、入力距離を掛けられ得、ツールが移動される出力距離を計算する。

入力デバイス（例えば、入力デバイス６０及び７０）は、図３〜５に示されるように、信号を処理ユニット３０に送信する再位置決め制御（例えば、再位置決め制御６４及び７４）を含み得、外科手技の間に使用される動作スケーリング因子「ＯＳ_Ｆ」と、入力デバイス６０及び／または７０の再位置決めを容易にする再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」の間でスケーリング因子「Ｓ_Ｆ」を切り換える。動作スケーリング因子「ＯＳ_Ｆ」は、スケーリング因子の両方が１より大きいときに再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」よりもかなり小さくてもよく、スケーリング因子の両方が１より少ないときには大きくてもよい。一部の事例では、動作スケーリング因子「ＯＳ_Ｆ」が、約１．０〜約１０．０（例えば、３．０）の範囲にあってもよく、再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」が、約１００．０〜約１０００．０の範囲（例えば、５００．０）にあってもよい。２つのスケーリング因子は、臨床家が、動作スケーリング因子「ＯＳ_Ｆ」を使用して外科手技を行うことを可能にし、次いで、入力デバイスが、依然として外科用ツールに十分に連結されることを保ちながら、入力デバイスが所定の作業空間「Ｗ」の移動の縁または限界に接近するときに、再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」を使用して入力デバイスを再位置決めすることを可能にする。それ故、臨床家は、再位置決め制御をアクティブ位置「Ａ」へとトグルで切り換えて、再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」に切り換えて、次いで、入力デバイスがツール２０に動作的に連結されることを保ちながら、入力デバイスを（中心「Ｃ」に隣接した）所定の作業空間「Ｗ」内の所望の位置に移動させてもよい。一旦、入力デバイスが、所定の作業空間「Ｗ」内の所望の位置にあると、臨床家は、次いで、再位置決め制御を非アクティブ位置へとトグルで切り換えて、所望された動作スケーリング因子「ＯＳ_Ｆ」に戻し切り換えて、外科手技を続けてもよい。

ツール２０から入力デバイス６０、９０を「クラッチすること」は、少なくとも１つの所定の方向における入力デバイス６０、９０の移動が、必ずしもツールの対応する移動２０を結果としてもたらさないように、入力デバイス６０、９０からツール２０を動作的に切り離し得る。しかしながら、再位置決めの間に、入力デバイス６０、９０は、所定の方向における入力デバイス６０、９０の移動が、外科手技の間に使用される「動作」スケーリング因子量の代わりに「再位置決め」スケーリング因子量によって少なくされるツールの対応する移動２０を結果としてもたらすように、ツール２０に動作的に連結されたままである。入力ハンドル４２の移動に応答したロボットシステム１０の連動機構１２の移動のクラッチング及びスケーリングのより詳細な記述のために、参照が、２０１５年２月１９日に出願された米国特許出願通し番号第６２／１１８，１２３号に対してなされてもよい。

図３に関して、入力デバイス６０は、入力ハンドル４２の入力シャフト４３に連結される。入力デバイス６０は、入力シャフト４３の周りに回転可能であり、入力シャフト４３によって定義された長手方向軸に沿って移動可能であってもよい。入力デバイス６０は、本体６２、コントローラ６３、再位置決め制御６４、及び入力インターフェース（例えば、レバー６６）を含む。本体６２は、臨床家の手による係合のために人間工学的に成形される。本体６２は、臨床家に、外科用器具を保持することに類似した触感を提供し得る。本体６２はまた、触感フィードバック（例えば、触角フィードバック）を臨床家に提供し得る。コントローラ６３は、処理ユニット３０と通信して、入力デバイス６０からの信号を処理ユニット３０に送信して、本体６２、再位置決め制御６４、及び入力デバイス６０の入力インターフェースの操作に応答してロボットシステム１０のツール２０（図１）の操作を制御する。コントローラ６３は、有線または無線様態で制御信号を処理ユニット３０に送信してもよいことが考えられる。

入力インターフェースは、連動機構１２の端部１４において支持されるそれぞれのツール２０に特有のものであってもよい。例えば、入力デバイス６０の入力インターフェースまたはレバー６６は、ツール２０のジョー（図示せず）を移動させるためのものであってもよい。追加的または代替的に、レバー６６は、ツール２０を用いて電気外科的エネルギーを組織に加えるためのものであってもよい。

引き続き図３を参照すると、再位置決め制御６４は、入力デバイス６０の本体６２の周りに位置決めされる。上記で詳述したように、再位置決め制御６４は、入力デバイス６０及び／またはツール２０との入力インターフェースの操作を選択的に「再位置決めする」ように機能する。再位置決め制御６４は、入力デバイス６０の本体６２の周りに位置決めされたリングであってもよい。図示されるように、再位置決め制御６４は、入力シャフト４３に係合する本体６２の端部とレバー６６の間に位置付けられる。再位置決め制御６４は、本体６２の他端の周りに位置付けられてもよいことが考えられる。そのように構成される際、再位置決め制御６４は、入力デバイス６０の周りの任意の放射状方向の場所においてアクティブにされてもよい。

再位置決め制御６４は、非アクティブ位置「Ｄ」とアクティブ位置「Ａ」の間で摺動可能であってもよい。再位置決め制御６４は、臨床家によって係合可能であってもよく、非アクティブ位置「Ｄ」に向かって付勢され得る。再位置決め制御６４の付勢は、較正され得、臨床家の指の係合を可能にして、再位置決め制御６４をアクティブ位置「Ａ」まで移動させる。図示されるように、再位置決め制御６４をアクティブ位置「Ａ」まで移動させるために、再位置決め制御６４は、遠位にまたは入力シャフト４３に向かって移動されてもよい。しかしながら、近位移動または入力シャフト４３から離れた移動が、再位置決め制御６４をアクティブ位置「Ａ」の方へ移動させるように、再位置決め制御６４の配向は逆にされてもよいことが考えられる。また、再位置決め制御６４を本体６２の軸の周りに回転して、再位置決め制御６４をアクティブ位置「Ａ」の方へ移動させてもよいことも考えられる。

再位置決め制御６４の非アクティブ位置「Ｄ」では、処理ユニット３０が、入力デバイス６０及び入力インターフェースの操作に応答して、入力デバイス６０がツール２０を操作することを可能にする。再位置決め制御６４のアクティブ位置「Ａ」では、ツール２０が、上記で詳述したようにかなり少なく移動するように、処理ユニット３０が、入力デバイス移動に適用されるスケーリング因子を変更してもよい。

他の事例では、再位置決め制御６４のアクティブ位置「Ａ」及び非アクティブ位置「Ｄ」の一方が、伝統的な「クラッチング」モードに入るために使用され得、そのモードにおいて、ツール２０は、入力デバイス６０から動作的に切り離され、それゆえ、入力デバイス６０が移動されるとき、ツール２０は移動しない。再位置決め制御６４のアクティブ位置「Ａ」及び非アクティブ位置「Ｄ」の他方は、入力デバイス７０が移動される際にツール２０が移動するように、「クラッチング」モードを出るために使用され得、入力デバイス７０をツール２０に再連結する。

図４及び５に関して、別の入力デバイス７０が、本開示に従って提供される。入力デバイス７０は、類似の様態において名付けられた同じ要素を用いる上記で詳述した入力デバイス６０に類似し、しかるがゆえに、違いのみが本明細書に詳述される。入力デバイス７０は、本体７２、コントローラ７３、及び複数の花弁状部７４、７６を含む。本体７２は、ツール２０（図１）のジョー（図示せず）の移動を制御するように圧搾可能であってもよい。複数の花弁状部７４、７６のそれぞれが、選択的に係合可能であり得るように、複数の花弁状部７４、７６のそれぞれは、本体７２から離れて延在し、かつ互いから離間されている。複数の花弁状部７４、７６は、再位置決め花弁状部７４及び入力インターフェース花弁状部７６を含む。再位置決め花弁状部７４は、近位アクティブ位置「Ａ_Ｐ」と非アクティブ位置「Ｄ」の間を移動可能であってもよい。再位置決め花弁状部７４はまた、遠位アクティブ位置「Ａ_Ｄ」を有してもよい。再位置決め花弁状部７４の近位アクティブ位置「Ａ_Ｐ」及び遠位アクティブ位置「Ａ_Ｄ」は、上記で詳述した再位置決め制御６４のアクティブ位置「Ａ」及び非アクティブ位置に実質的に類似し得る。追加的または代替的に、再位置決め花弁状部７４のアクティブ位置「Ａ_Ｐ」、「Ａ_Ｄ」の一方は、上記で詳述したように、外科手技の間に使用された動作スケーリング「ＯＳ_Ｆ」から適用されたスケーリング因子を再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」に変更してもよく、再位置決め花弁状部のアクティブ位置「Ａ_Ｐ」、「Ａ_Ｄ」の他方が、スケーリング因子を前のスケーリング因子に戻してもよい。

他の事例では、再位置決め花弁状部７４のアクティブ位置「Ａ_Ｐ」及び非アクティブ位置「Ａ_Ｄ」の一方が、伝統的な「クラッチング」モードに入るために使用され得、そのモードにおいて、ツール２０は、入力デバイス７０から動作的に切り離され、それゆえ、入力デバイス７０が移動されると、ツール２０は移動しない。再位置決め花弁状部７４のアクティブ位置「Ａ_Ｐ」及び非アクティブ位置「Ａ_Ｄ」の他方は、入力デバイス７０が移動される際にツール２０が移動するように、「クラッチング」モードを出るために使用され得、入力デバイス７０をツール２０に再連結する。

図６に関して、入力デバイス６０の移動に応答して処理ユニット３０を用いてロボットシステム１０のツール２０を制御する方法１００が、本開示に従って開示される。方法１００は、種々の他の入力デバイス（例えば、入力デバイス７０）と共に使用され得ることが認識されるであろう。

処理ユニット３０は、ロボット外科用システム１０の入力アーム４２の入力シャフト４３に連結された入力デバイスの移動を示す信号を受信する（ステップ１１０）。信号は、入力デバイス６０のコントローラ６３からまたはユーザインターフェース４０の別の構成要素からのものであってもよい。処理ユニット３０は、コントローラ６３からの信号を、連動機構１２の端部１４に取り付けられたツール２０に特有の識別情報と比較して、入力デバイス６０がツール２０と互換性があることを検証する（ステップ１２０）。処理ユニット３０は、ツール２０からの特性信号をコントローラ６３からの信号と比較することによって、入力デバイス６０がツール２０と互換性があることを検証してもよい。処理ユニット３０が、入力デバイス６０がツール２０と互換性があることを検証する場合、処理ユニット３０は、以下に詳述されるように、再位置決め制御６４の位置を判断する。処理ユニットが、入力デバイス６０がツール２０と互換性がないことを判断する場合、処理ユニット３０は、コントローラ６３からの信号に応答してツール２０の位置を維持する（ステップ１５５）。追加的に、ツール２０が、入力デバイス６０と互換性があるまたは互換性がない場合、処理ユニット３０は、指示を臨床家に提供してもよい。例えば、処理ユニット３０は、視覚指示を表示デバイス４４上に提供してもよいし（図１）、または本体６２を別個の色で照明してもよい。また、処理ユニット３０が、可聴指示を臨床家に提供してもよいことも考えられる。

次に、処理ユニット３０は、再位置決め制御６４の位置を判断する（ステップ１３０）。コントローラ６３からの信号は、再位置決め制御６４の位置を含むデータを含み得ることが認識されるであろう。追加的または代替的に、コントローラ６３は、別個の再位置決め制御信号を処理ユニット３０に送信して、再位置決め制御６４の位置を提供してもよい。

再位置決め制御６４が非アクティブ位置にあるとき、処理ユニット３０は、第１のスケーリング因子（例えば、スケーリング因子「Ｓ_Ｆ１」または動作スケーリング因子「ＯＳ_Ｆ」）によって入力デバイス６０からの信号をスケーリングする（ステップ１４２）。次いで、処理ユニット３０は、スケーリングされた信号に応答してツール２０を操作する（ステップ１５０）。

再位置決め制御６４がアクティブ位置にあるとき、処理ユニット３０は、第２のスケーリング因子（例えば、スケーリング因子「Ｓ_Ｆ２」または再位置決めスケーリング因子「ＲＳ_Ｆ」）によって入力デバイス６０からの信号をスケーリングする（ステップ１４４）。次いで、処理ユニット３０は、スケーリングされた信号に応答してツール２０を操作する（ステップ１５０）。

一部の事例では、スケーリング因子の１つがゼロであるように選択される場合には、処理ユニット３０は、スケーリング因子が非ゼロの値に変更されるまで、ツール２０が入力デバイス６０から伝達的に切り離されるように、ツール２０の位置を維持してもよい。

本明細書に詳述される（例えば、コントローラ６３と処理ユニット３０の間の）無線接続は、無線周波数、光学式、ＷＩＦＩ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（固定及び移動式デバイスから（短い長さの電波を使用する）短距離上でデータを交換するためのオープン無線プロトコルであって、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）を生成するプロトコル）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）（無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）用のＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３標準に基づいて、小さな、低電力デジタル無線を使用する一連の高レベル通信プロトコルのための規格）等を介してもよい。

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も同様に読み取られることが意図されるように、本開示がそれに限定されることを意図されない。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て、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を動作させる方法であって、前記ロボット外科用システムは、ツールと処理ユニットとを備え、前記方法は、
前記処理ユニットが、入力アームの入力シャフトに結合された入力デバイスの移動距離を表わす信号を受信することと、
前記処理ユニットが、リングの位置を決定することであって、前記リングは、前記入力デバイスの本体の周りに配置されており、前記リングは、アクティブ位置と非アクティブ位置との間で前記入力デバイスの前記本体の長手方向軸に沿って摺動可能である、ことと、
前記処理ユニットが、再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動距離をスケーリングすることと、
前記処理ユニットが、前記スケーリングされた移動距離に基づいて前記ロボット外科用システムの前記ツールを移動させることと
を含み、
前記移動距離をスケーリングすることは、
前記リングが前記アクティブ位置にあると決定された場合には、前記処理ユニットが、前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、
前記リングが前記非アクティブ位置にあると決定された場合には、前記処理ユニットが、前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと
を含む、方法。
前記処理ユニットが、前記リングが前記入力デバイスの前記本体の前記長手方向軸に沿って中立位置から離れて摺動されるときに前記リングがアクティブ状態にあることを決定することと、
前記処理ユニットが、前記リングが前記中立位置にあるときに前記リングが非アクティブ状態にあることを決定することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記リングは、前記本体の前記長手方向軸に沿って遠位に摺動される、請求項２に記載の方法。
ロボット外科用システムを動作させる方法であって、前記ロボット外科用システムは、ツールと処理ユニットとを備え、前記方法は、
前記処理ユニットが、入力アームの入力シャフトに結合された入力デバイスの移動距離を表わす信号を受信することと、
前記処理ユニットが、花弁状部の位置を決定することであって、前記花弁状部は、前記入力デバイスの本体から放射状に延在し、前記花弁状部は、アクティブ位置と非アクティブ位置との間で移動可能である、ことと、
前記処理ユニットが、再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動距離をスケーリングすることと、
前記処理ユニットが、前記スケーリングされた移動距離に基づいて前記ロボット外科用システムの前記ツールを移動させることと
を含み、
前記移動距離をスケーリングすることは、
前記花弁状部が前記アクティブ位置にあると決定された場合には、前記処理ユニットが、前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、
前記花弁状部が前記非アクティブ位置にあると決定された場合には、前記処理ユニットが、前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと
を含む、方法。
前記処理ユニットが、前記花弁状部が中立位置から離れて移動されるときに前記花弁状部がアクティブ状態にあることを決定することと、
前記処理ユニットが、前記花弁状部が前記中立位置にあるときに前記花弁状部が非アクティブ状態にあることを決定することと
をさらに含み、
前記入力デバイスの前記花弁状部を係合することは、前記花弁状部を近位に枢動することを含む、請求項４に記載の方法。
前記花弁状部は、前記中立位置から離れて枢動されるときに前記中立位置から離れて移動される、請求項５に記載の方法。
前記再位置決めスケーリング因子と前記動作スケーリング因子とは、１０倍〜２００倍異なる、請求項１、４のいずれか一項に記載の方法。
前記再位置決めスケーリング因子は、１０００より少ない、請求項７に記載の方法。
前記再位置決めスケーリング因子は、前記動作スケーリング因子が１〜５であるときに、少なくとも５０である、請求項１、４のいずれか一項に記載の方法。
前記再位置決めスケーリング因子は、１００〜５００であり、前記動作スケーリング因子は、１０を超えない、請求項１、４のいずれか一項に記載の方法。
前記再位置決めスケーリング因子は、少なくとも５０であり、前記動作スケーリング因子は、複数の値の間で選択可能である、請求項１、４のいずれか一項に記載の方法。
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、処理ユニットとロボットシステムとユーザインターフェースとを備え、
前記ロボットシステムは、
ロボットベースと、
前記ロボットベースから延在する連動機構であって、前記連動機構は、複数の部材を含み、前記複数の部材は、前記処理ユニットからのスケーリングされた信号に応答して移動するように構成されている、連動機構と、
前記連動機構の端部において支持されたツールと
を含み、
前記ユーザインターフェースは、
入力シャフトを有する入力アームと、
前記入力シャフトに結合された入力デバイスであって、前記入力デバイスは、リングを含み、前記リングは、前記入力デバイスの本体の周りに配置されており、前記リングは、アクティブ位置と非アクティブ位置との間で前記入力デバイスの前記本体の長手方向軸に沿って摺動可能である、入力デバイスと
を含み、
前記処理ユニットは、
（ａ）前記入力デバイスの移動距離を表わす信号を受信することと、
（ｂ）前記リングの位置を決定することと、
（ｃ）再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動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、
前記処理ユニットは、
前記リングが前記アクティブ位置にあると決定された場合には、前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、
前記リングが前記非アクティブ位置にあると決定された場合には、前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと
を行うことによって、前記移動距離をスケーリングする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、処理ユニットとロボットシステムとユーザインターフェースとを備え、
前記ロボットシステムは、
ロボットベースと、
前記ロボットベースから延在する連動機構であって、前記連動機構は、複数の部材を含み、前記複数の部材は、前記処理ユニットからのスケーリングされた信号に応答して移動するように構成されている、連動機構と、
前記連動機構の端部において支持されたツールと
を含み、
前記ユーザインターフェースは、
入力シャフトを有する入力アームと、
前記入力シャフトに結合された入力デバイスであって、前記入力デバイスは、花弁状部を含み、前記花弁状部は、前記入力デバイスの本体から放射状に延在し、前記花弁状部は、アクティブ位置と非アクティブ位置との間で移動可能である、入力デバイスと
を含み、
前記処理ユニットは、
（ａ）前記入力デバイスの移動距離を表わす信号を受信することと、
（ｂ）前記花弁状部の位置を決定することと、
（ｃ）再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動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、
前記処理ユニットは、
前記花弁状部が前記アクティブ位置にあると決定された場合には、前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、
前記花弁状部が前記非アクティブ位置にあると決定された場合には、前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと
を行うことによって、前記移動距離をスケーリングするように構成されている、ロボット外科用システム。
前記花弁状部は、前記非アクティブ位置から前記アクティブ位置まで近位に枢動可能である、請求項１３に記載のシステム。
前記花弁状部は、前記非アクティブ位置から前記アクティブ位置まで遠位に枢動可能である、請求項１３に記載のシステム。
ロボット外科用システムのための入力デバイスであって、
入力アームの入力シャフトに結合するように構成された本体と、
前記本体の周りに配置されたリングであって、前記リングは、前記本体の長手方向軸に沿ってアクティブ位置と非アクティブ位置との間で摺動可能である、リングと、
前記入力デバイスの移動距離を表わす信号を処理ユニットに伝送するように構成されたコントローラと
を備え、
前記処理ユニットは、
（ａ）前記入力デバイスの前記移動距離を表わす前記信号を受信することと、
（ｂ）前記リングの位置を決定することと、
（ｃ）再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動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、
前記処理ユニットは、
前記リングが前記アクティブ位置にあると決定された場合には、前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、
前記リングが前記非アクティブ位置にあると決定された場合には、前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと
を行うことによって、前記移動距離をスケーリングするように構成されている、入力デバイス。
ロボット外科用システムのための入力デバイスであって、
入力アームの入力シャフトに結合するように構成された本体と、
前記本体から放射状に延在する花弁状部であって、前記花弁状部は、アクティブ位置と非アクティブ位置との間で移動可能である、花弁状部と、
前記入力デバイスの移動距離を表わす信号を処理ユニットに伝送するように構成されたコントローラと
を備え、
前記処理ユニットは、
（ａ）前記入力デバイスの前記移動距離を表わす前記信号を受信することと、
（ｂ）前記花弁状部の位置を決定することと、
（ｃ）再位置決めスケーリング因子または動作スケーリング因子に基づいて、前記移動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、
前記処理ユニットは、
前記花弁状部が前記アクティブ位置にあると決定された場合には、前記再位置決めスケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと、
前記花弁状部が前記非アクティブ位置にあると決定された場合には、前記動作スケーリング因子に基づいて前記移動距離をスケーリングすることと
を行うことによって、前記移動距離をスケーリングするように構成されている、入力デバイス。