JP7146837B2 - 仮軌道および可撓性内視鏡を有する構成可能なロボット手術システム - Google Patents
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Description
本出願は、2014年9月30日に出願された米国特許仮出願第62/057,936号(ドケット番号41633-716.101)、2014年12月24日に出願された米国特許仮出願第62/096,825号(ドケット番号41663-717.101)および2015年8月28日に出願された米国特許仮出願第62/211,135号(ドケット番号41663-732.101)の恩典を主張する。これらの出願は参照により本明細書に組み入れられる。
本出願の分野は医療装置に関する。より具体的には、本発明の分野は、ロボット支援手術のためのカテーテルおよび内視鏡のための機械ツールおよび製造技術ならびにロボット支援管腔内手術または他の手術のためのシステムおよびツールに関する。
[本発明1001]
互いに対して所定の分離距離および配向にある第一のロボットアームおよび第二のロボットアームを含むロボットアームのシステムを提供する工程;
該第一のロボットアームに加えられた力を該第一のロボットアームによって検出する工程;
検出された力に応答して、該第一のロボットアームを第一の動きベクトルで自動的に動かす工程;ならびに
検出された力に応答して、該第一および第二のロボットアームの間の該所定の分離距離および配向が維持されるよう、該第二のロボットアームを第二の動きベクトルで自動的に動かす工程
を含む、ロボットアームのシステムを動かす方法。
[本発明1002]
第一および第二のロボットアームの間の所定の分離距離および配向が、該第一および第二のロボットアームの間の線形整列を含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
第一および第二のロボットアームの間の線形整列が、該第一および第二のロボットアームのインタフェース端部の間の線形整列を含む、本発明1001~1002のいずれかの方法。
[本発明1004]
第一のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第一のロボットアームのインタフェース端部を、該第一および第二のロボットアームによって形成される線上の点を中心に枢動させる工程を含み、該第二のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第二のロボットアームのインタフェース端部を、該第一および第二のロボットアームによって形成される線上の点を中心に枢動させる工程を含む、本発明1001~1003のいずれかの方法。
[本発明1005]
線上の点が第一および第二のロボットアームのインタフェース端部の間にある、本発明1001~1004のいずれかの方法。
[本発明1006]
線上の点が第一および第二のロボットアームのインタフェース端部を越える、本発明1001~1005のいずれかの方法。
[本発明1007]
検出された力に応答して、第一および第二のロボットアームの間の所定の分離距離および配向が維持されるよう、該第二のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第一および第二のロボットアームをX軸、Y軸またはZ軸の一つまたは複数に沿って一斉に平行移動させる工程を含む、本発明1001~1006のいずれかの方法。
[本発明1008]
第一の動きベクトルと第二の動きベクトルとが同じである、本発明1001~1007のいずれかの方法。
[本発明1009]
第一の動きベクトルと第二の動きベクトルとが異なる、本発明1001~1008のいずれかの方法。
[本発明1010]
ロボットアームのシステムがさらに第三のロボットアームを含み、第一、第二および第三のロボットアームが互いに対して所定の分離距離および配向にある、本発明1001~1009のいずれかの方法。
[本発明1011]
検出された力に応答して、第一、第二および第三のロボットアームの間の所定の分離距離および配向が維持されるよう、該第三のロボットアームを第三の動きベクトルで自動的に動かす工程をさらに含む、本発明1001~1010のいずれかの方法。
[本発明1012]
第一、第二および第三のロボットアームの間の所定の分離距離および配向が、該第一、第二および第三のロボットアームの間の線形整列を含む、本発明1001~1011のいずれかの方法。
[本発明1013]
第一、第二および第三のロボットアームの間の線形整列が、該第一、第二および第三のロボットアームのインタフェース端部の間の線形整列を含む、本発明1001~1012のいずれかの方法。
[本発明1014]
第一のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第一のロボットアームのインタフェース端部を、該第一、第二および第三のロボットアームによって形成される線上の点を中心に枢動させる工程を含み、該第二のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第二のロボットアームのインタフェース端部を、該第一、第二および第三のロボットアームによって形成される線上の前記点を中心に枢動させる工程を含み、該第三のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第三のロボットアームのインタフェース端部を、該第一、第二および第三のロボットアームによって形成される線上の前記点を中心に枢動させる工程を含む、本発明1001~1013のいずれかの方法。
[本発明1015]
前記線上の点が第一、第二または第三のロボットアームのインタフェース端部の二つ以上の間にある、本発明1001~1014のいずれかの方法。
[本発明1016]
前記線上の点が第一、第二または第三のロボットアームのインタフェース端部の二つ以上を越える、本発明1001~1015のいずれかの方法。
[本発明1017]
検出された力に応答して、第一、第二および第三のロボットアームの間の所定の距離および配向が維持されるよう、該第三のロボットアームを自動的に動かす工程が、該第一、第二および第三のロボットアームをX軸、Y軸またはZ軸の一つまたは複数に沿って一斉に平行移動させる工程を含む、本発明1001~1016のいずれかの方法。
[本発明1018]
第一の動きベクトル、第二の動きベクトルおよび第三の動きベクトルの二つ以上が同じである、本発明1001~1017のいずれかの方法。
[本発明1019]
第一の動きベクトル、第二の動きベクトルおよび第三の動きベクトルの二つ以上が異なる、本発明1001~1018のいずれかの方法。
[本発明1020]
第一のロボットアームに加えられた力を該第一のロボットアームによって検出する工程が、該第一のロボットアームのジョイントに加えられたトルクを検出する工程を含む、本発明1001~1019のいずれかの方法。
[本発明1021]
第一のロボットアームに加えられた力が患者の手術中に検出される、本発明1001~1020のいずれかの方法。
[本発明1022]
検出された力に応答して、ロボットアームのシステムの動きモードを動作可能にする工程をさらに含む、本発明1001~1021のいずれかの方法。
[本発明1023]
ロボットアームのシステムの動きモードがアドミタンスモードまたはインピーダンスモードの一つまたは複数を含む、本発明1001~1022のいずれかの方法。
[本発明1024]
第一および第二のロボットアームが動いたのち、システムの動きモードを動作不可とする工程をさらに含む、本発明1001~1023のいずれかの方法。
[本発明1025]
互いに対して所定の分離距離および所定の配向にある第一のロボットアームおよび第二のロボットアームを含むロボットアームのシステムを提供する工程;
該第一のロボットアームに対する検出された力に応答して、該第一のロボットアームを第一の動きベクトルで自動的に動かす工程;ならびに
検出された力に応答して、該第一および第二のロボットアームの間の所定の配向が維持されるよう、また、任意で、該第一および第二のロボットアームの間の所定の分離距離が維持されるよう、該第二のロボットアームを第二の動きベクトルで自動的に動かす工程
を含む、ロボットアームのシステムを動かす方法。
[本発明1026]
第一のロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサを含む第一のロボットアーム;
第二のロボットアームであって、該第一および第二のロボットアームは互いに対して所定の分離距離および配向にある、第二のロボットアーム;ならびに
該第一および第二のロボットアームに結合された制御装置であって、該第一および第二のロボットアームの間の所定の分離距離および配向が維持されるよう、(i)検出された力に応答して該第一のロボットアームを第一の動きベクトルで自動的に動かし、(ii)該検出された力に応答して該第二のロボットアームを第二の動きベクトルで自動的に動かすように構成された制御装置
を含む、ロボットアームのシステム。
[本発明1027]
第一および第二のロボットアームの間の所定の距離および配向が該第一および第二のロボットアームの間の線形整列を含む、本発明1026のシステム。
[本発明1028]
第一および第二のロボットアームの間の線形整列が該第一および第二のロボットアームのインタフェース端部の間の線形整列を含む、本発明1026~1027のいずれかのシステム。
[本発明1029]
制御装置が、第一および第二のロボットアームのインタフェース端部を、該第一および第二のロボットアームによって形成される線上の点を中心に枢動させるように構成されている、本発明1026~1028のいずれかのシステム。
[本発明1030]
前記線上の点が第一および第二のロボットアームのインタフェース端部の間にある、本発明1026~1029のいずれかのシステム。
[本発明1031]
前記線上の点が第一および第二のロボットアームのインタフェース端部を越える、本発明1026~1030のいずれかのシステム。
[本発明1032]
制御装置が、第一および第二のロボットアームをX軸、Y軸またはZ軸の一つまたは複数に沿って一斉に平行移動させるように構成されている、本発明1026~1031のいずれかのシステム。
[本発明1033]
第一の動きベクトルと第二の動きベクトルとが同じである、本発明1026~1032のいずれかのシステム。
[本発明1034]
第一の動きベクトルと第二の動きベクトルとが異なる、本発明1026~1033のいずれかのシステム。
[本発明1035]
第三のロボットアームをさらに含み、第一、第二および第三のロボットアームが互いに対して所定の分離距離および配向にある、本発明1026~1034のいずれかのシステム。
[本発明1036]
制御装置が、検出された力に応答して、第一、第二および第三のロボットアームの間の所定の分離距離および配向が維持されるよう、第三のロボットアームを第三の動きベクトルで自動的に動かすように構成されている、本発明1026~1035のいずれかのシステム。
[本発明1037]
第一、第二および第三のロボットアームの間の所定の距離および配向が該第一、第二および第三のロボットアームの間の線形整列を含む、本発明1026~1036のいずれかのシステム。
[本発明1038]
第一、第二および第三のロボットアームの間の線形整列が該第一、第二および第三のロボットアームのインタフェース端部の間の線形整列を含む、本発明1026~1037のいずれかのシステム。
[本発明1039]
制御装置が、第一、第二および第三のロボットアームのインタフェース端部を、該第一、第二および第三のロボットアームによって形成される線上の点を中心に枢動させるように構成されている、本発明1026~1038のいずれかのシステム。
[本発明1040]
前記線上の点が第一、第二または第三のロボットアームのインタフェース端部の二つ以上の間にある、本発明1026~1039のいずれかのシステム。
[本発明1041]
前記線上の点が第一、第二または第三のロボットアームのインタフェース端部の二つ以上を越える、本発明1026~1040のいずれかのシステム。
[本発明1042]
制御装置が、第一、第二および第三のロボットアームをX軸、Y軸またはZ軸の一つまたは複数に沿って一斉に平行移動させるように構成されている、本発明1026~1041のいずれかのシステム。
[本発明1043]
第一の動きベクトル、第二の動きベクトルおよび第三の動きベクトルの二つ以上が同じである、本発明1026~1042のいずれかのシステム。
[本発明1044]
第一の動きベクトル、第二の動きベクトルおよび第三の動きベクトルの二つ以上が異なる、本発明1026~1043のいずれかのシステム。
[本発明1045]
第一のロボットアームが少なくとも一つのジョイントおよび少なくとも一つのリンクを含み、該第一のロボットアームの力センサが、該少なくとも一つのジョイントに結合されたトルクセンサを含む、本発明1026~1044のいずれかのシステム。
[本発明1046]
第一のロボットアームが少なくとも一つのジョイントおよび少なくとも一つのリンクを含み、該第一のロボットアームの力センサが、該少なくとも一つのリンクに結合された触覚センサを含む、本発明1026~1045のいずれかのシステム。
[本発明1047]
制御装置が、検出された力に応答してロボットアームのシステムの動きモードを動作可能にするように構成されている、本発明1026~1046のいずれかのシステム。
[本発明1048]
ロボットアームのシステムの動きモードがアドミタンスモードまたはインピーダンスモードの一つまたは複数を含む、本発明1026~1047のいずれかのシステム。
[本発明1049]
制御装置が、第一および第二のロボットアームが動いたのち、システムの動きモードを動作不可とするように構成されている、本発明1026~1048のいずれかのシステム。
[本発明1050]
第一のロボットアーム;
第二のロボットアームであって、該第一および第二のロボットアームは互いに対して所定の分離距離および配向にある、第二のロボットアーム;ならびに
該第一および第二のロボットアームに結合された制御装置であって、該第一および第二のロボットアームの間の該所定の配向が維持されるよう、また、任意で、該第一および第二のロボットアームの間の該所定の分離距離が維持されるよう、(i)該第一のロボットアームに対する検出された力に応答して該第一のロボットアームを第一の動きベクトルで自動的に動かし、(ii)該検出された力に応答して該第二のロボットアームを第二の動きベクトルで自動的に動かすように構成された制御装置
を含む、ロボットアームのシステム。
[本発明1051]
本発明1026~1050のいずれかのロボットアームのシステムを提供する工程を含む方法。
[本発明1052]
力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出する工程;
検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定する工程;ならびに
決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かす工程
を含む、ロボットアームを動かす方法。
[本発明1053]
ロボットアームに加えられた力を検出する工程が、該力が該ロボットアームのジョイントに加えられたのか、リンクに加えられたのか、インタフェース端部に加えられたのかを検出する工程を含む、本発明1052の方法。
[本発明1054]
ロボットアームに加えられた力を検出する工程が、該ロボットアームのジョイントに結合されたトルクセンサによって該力を検出する工程または該ロボットアームのリンクに結合された触覚センサによって該力を検出する工程の一つまたは複数を含む、本発明1052~1053のいずれかの方法。
[本発明1055]
ユーザ意図を決定する工程が、加えられた力が、ロボットアームの少なくとも一部分をつかむこと、押すこと、引くこと、たたくこと、複数回たたくこと、回すことまたは振ることの一つまたは複数であるかどうかを決定する工程を含む、本発明1052~1054のいずれかの方法。
[本発明1056]
ロボットアームを自動的に動かす前に該ロボットアームの動きモードを動作可能にする工程をさらに含む、本発明1052~1055のいずれかの方法。
[本発明1057]
ロボットアームを自動的に動かしたのち、該ロボットアームの動きモードを動作不可とする工程をさらに含む、本発明1052~1056のいずれかの方法。
[本発明1058]
動きモードを動作可能にする工程が、ロボットアームと連絡したフットペダル、該ロボットアームと連絡したジョイスティック、音声コマンド、検出された光または該ロボットアームと連絡したコンピューティング装置から命令を受ける工程を含む、本発明1052~1057のいずれかの方法。
[本発明1059]
動きモードがインピーダンスモードまたはアドミタンスモードの一つまたは複数を含む、本発明1052~1058のいずれかの方法。
[本発明1060]
ユーザ意図を決定する工程が、ロボットアームに加えられた力が該ロボットアームのジョイントに対する少なくとも一回たたくことを含むと決定する工程を含み、該ロボットアームを自動的に動かす工程が、該少なくとも一回たたくことに応答して、該アームの少なくとも一つの他のジョイントまたはインタフェース端部の位置を維持しながら該ロボットアームの該ジョイントを自動的に動かす工程を含む、本発明1052~1059のいずれかの方法。
[本発明1061]
ユーザ意図を決定する工程が、ロボットアームに加えられた力が、該ロボットアームのジョイントの位置が維持されるとき該ロボットアームのインタフェース端部に対する引くことを含むと決定する工程を含み、該ロボットアームを自動的に動かす工程が、該ロボットアームの該インタフェース端部を回転させる工程を含む、本発明1052~1060のいずれかの方法。
[本発明1062]
ユーザ意図を決定する工程が、ロボットアームに加えられた力が該ロボットアームのインタフェース端部に対する押すことまたは引くことを含むと決定する工程を含み、該ロボットアームを自動的に動かす工程が、該インタフェース端部に対する該押すことまたは引くことに応答して該ロボットアームの該インタフェース端部を自動的に動かし、該ロボットアーム全体を自動的に動かして該インタフェース端部の動きを追わせる工程を含む、本発明1052~1061のいずれかの方法。
[本発明1063]
ロボットアームを動かす前に該ロボットアームの初期位置を記憶する工程をさらに含む、本発明1052~1062のいずれかの方法。
[本発明1064]
決定されたユーザ意図に応答してロボットアームを動かしたのち、該ロボットアームを初期位置に戻す工程をさらに含む、本発明1052~1063のいずれかの方法。
[本発明1065]
ロボットアームに加えられた検出された力に基づいてユーザ意図を決定する工程;および
決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かす工程
を含む、ロボットアームを動かす方法。
[本発明1066]
力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かすように構成された制御装置
を含むロボットアームシステム。
[本発明1067]
力センサが、力がロボットアームのジョイントに加えられたのか、リンクに加えられたのか、インタフェース端部に加えられたのかを検出するように構成されている、本発明1066のシステム。
[本発明1068]
力センサが、ロボットアームのジョイントに結合されたトルクセンサまたは該ロボットアームのリンクに結合された触覚センサの一つまたは複数を含む、本発明1066~1067のいずれかのシステム。
[本発明1069]
制御装置が、加えられた力がロボットアームの少なくとも一部分をつかむこと、押すこと、引くこと、たたくこと、複数回たたくこと、回すことまたは振ることの一つまたは複数であるかどうかを決定することにより、ユーザ意図を決定するように構成されている、本発明1066~1068のいずれかのシステム。
[本発明1070]
制御装置が、ロボットアームを自動的に動かす前に該ロボットアームの動きモードを動作可能にするように構成されている、本発明1066~1069のいずれかのシステム。
[本発明1071]
制御装置が、ロボットアームを自動的に動かしたのち、該ロボットアームの動きモードを動作不可とするように構成されている、本発明1066~1070のいずれかのシステム。
[本発明1072]
動きモードを動作可能にするために、制御装置と連絡した外部制御ユニットをさらに含む、本発明1066~1071のいずれかのシステム。
[本発明1073]
外部制御ユニットが、フットペダル、ジョイスティック、マイクロホン、光検出器またはコンピューティング装置の一つまたは複数を含む、本発明1066~1072のいずれかのシステム。
[本発明1074]
動きモードがインピーダンスモードまたはアドミタンスモードの一つまたは複数を含む、本発明1066~1073のいずれかのシステム。
[本発明1075]
ロボットアームがジョイント、リンクおよびインタフェース端部を含む、本発明1066~1074のいずれかのシステム。
[本発明1076]
制御装置が、ロボットアームに加えられた力がジョイントに対する少なくとも一回たたくことを含むと決定することによってユーザ意図を決定し、該少なくとも一回たたくことに応答して、該アームの少なくとも一つの他のジョイントまたはインタフェース端部の位置を維持しながら該ロボットアームの該ジョイントを自動的に動かすことによって該ロボットアームを自動的に動かすように構成されている、本発明1066~1075のいずれかのシステム。
[本発明1077]
制御装置が、ロボットアームに加えられた力が、該ロボットアームのジョイントの位置が維持されるとき該ロボットアームのインタフェース端部に対する引くことを含むと決定することによってユーザ意図を決定し、該ロボットアームの該インタフェース端部を回転させることによって該ロボットアームを自動的に動かすように構成されている、本発明1066~1076のいずれかのシステム。
[本発明1078]
制御装置が、ロボットアームに加えられた力が該ロボットアームのインタフェース端部に対する押すことまたは引くことを含むと決定することによってユーザ意図を決定し、該インタフェース端部に対する該押すことまたは引くことに応答して該ロボットアームの該インタフェース端部を自動的に動かし、該ロボットアーム全体を自動的に動かして該インタフェース端部の該動きを追わせることによって該ロボットアームを自動的に動かすように構成されている、本発明1066~1077のいずれかのシステム。
[本発明1079]
制御装置が、ロボットアームを動かす前に該ロボットアームの初期位置を記憶するように構成されている、本発明1066~1078のいずれかのシステム。
[本発明1080]
制御装置が、決定されたユーザ意図に応答してロボットアームを動かしたのち、該ロボットアームを初期位置に戻すように構成されている、本発明1066~1079のいずれかのシステム。
[本発明1081]
本発明1066~1080のいずれかのロボットアームシステムを提供する工程を含む方法。
特定の好ましい態様および例が以下に開示されるが、本発明の主題は、具体的に開示される態様を超えて他の代替態様および/または使用ならびにそれらの変形および均等物に及ぶ。したがって、明細書に付随する特許請求の範囲は、以下に記す特定の態様のいずれによっても限定されない。たとえば、本明細書に開示される任意の方法またはプロセスにおいて、方法またはプロセスの行為または動作は、任意の適当な順序で実施され得、必ずしも、開示される任意の特定の順序に限定されない。他方、特定の態様の理解に役立ち得るようなやり方で様々な動作が複数の別々の動作として記載されることもあるが、記載の順序は、それらの動作が順序依存性であることを暗示するものと解釈されるべきではない。加えて、本明細書に記載される構造、システムおよび/または装置は、統合された部品として具現化されてもよいし、または別々の部品として具現化されてもよい。
管腔内外科手術ロボットシステムは、やっかいな腕の動きおよび位置を要することなく、エルゴノミクス的な位置に着座し、ロボット内視鏡ツールを患者内の所望の解剖学的位置に制御する能力を外科医に提供する。
図1は、本発明の態様のロボット内視鏡システムである。図1に示すように、ロボットシステム100は、少なくとも一つのメカニカルアーム、たとえばアーム102を有するシステムカート101を含み得る。システムカート101は、遠隔に位置するコマンドコンソール(図示せず)と通信状態にあり得る。実際、システムカート101は、医師がコマンドコンソールから快適にシステム100を制御し得る間、患者へのアクセスを提供するように配置され得る。いくつかの態様において、システム100は、安定性および患者へのアクセスのために、手術台またはベッドに統合されてもよい。
アーム102の基端はカート101に固く取付けまたは結合され得る。メカニカルアーム102は、アーム一つあたり少なくとも一つのジョイント、たとえばジョイント111によって接続された複数のリンケージ110を含む。メカニカルアーム102がロボットアームであるならば、ジョイント111は、少なくとも1の自由度の動きに作用するために、一つまたは複数のアクチュエータを含み得る。アーム102は、全体として、好ましくは、3よりも多い自由度を有する。ワイヤおよび回路の組み合わせを通して、各アームはまた、パワーおよび制御信号をシステムカート101からアームの末端に位置する器具へと運び得る。
システム100中のアーム102は、多様な処置に使用するために多様な姿勢に配置され得る。たとえば、システム100のアーム102は、少なくとも一つのロボットアームを有する別のロボットシステムと組み合わせて、末端側に取り付けられたIDMを整合させ、内視鏡ツール118の挿入および操作を容易にする「仮軌道」を形成するように配置され得る。他の処置の場合、アームは異なるふうに配置され得る。したがって、システム100中のアームの使用は、特定の医療処置と直に結び付く設計を有するロボットシステムには見られない融通性を提供する。システム100のアームは、潜在的にはるかに大きい行程および積荷能力を提供する。複数のアームが手術ベッド/台プラットフォームに連結される他の態様において、仮軌道配置の多重性を、多様な異なる処置のために構成しうる。
図1に戻ると、ロボット外科手術システム100は、たとえばIDM117およびツール118(エンドエフェクタとも知られる)を交換することによって複数の外科手術システム構成を提供するようなやり方で構成され得る。システムは、手術室中の様々な場所または好都合な近場に設置された一つまたは複数の可動ロボットプラットフォームを含み得る。各プラットフォームは、プラットフォームに結合されるロボットアームのためのパワー、空気圧、照明光源、データ通信ケーブルおよび制御電子部品のいくつかまたはすべてを提供し得、モジュールもまた、これらのユーティリティから供給を受け得る。または、システム100は、一つまたは複数の可動カート101に取り付けられた複数のアーム102を有してもよいし、またはアームは、複数の外科手術構成を提供するために、フロアに取り付けられてもよい。
好ましい態様において、図1のロボットシステム100は、多様な外科処置のためにカスタマイズされたツール、たとえばロボットカテーテル118を駆動し得る。図9は、本発明の態様の、図1のロボットシステム100とともに使用され得るロボットカテーテルの図である。ロボットカテーテル900は、「シース」および「リーダ」と呼ばれる、入れ子式に収容された縦方向に整合した管状ボディの周囲に配置され得る。外径が大きいほうの管状ツールであるシース901は、基端シース部分902、末端シース部分903および中央シースルーメン(図示せず)で構成され得る。シースベース904に受けられた信号により、末端シース部分903を術者の所望の方向に屈曲させ得る。シース901内には、外径が小さいほうのリーダ905が入れ子式に収容されている。リーダ905は、基端リーダ部分906および末端リーダ部分907および中央作業チャネルを含み得る。シースベース904と同様に、リーダベース908は、多くの場合、IDM(たとえば図1の117)からリーダベース908に送られる制御信号に基づいて末端リーダ部分907の屈曲を制御する。
図10A、10B、10C、11Aおよび11Bは、本発明の態様にしたがう、シース(上記シース210と同様の)および可撓性内視鏡(上記可撓性内視鏡212と同様の)の詳細を提供する。図10Aは、末端1001および基端1002ならびに二端の間に延びるルーメン1003を有するシース1000を示す。ルーメン1003は好ましくは、可撓性内視鏡(たとえば図11Aおよび11Bの内視鏡1100)をスライド式に受けるようにサイズ決めされる。シース1000は壁1004を有し、腱1005および1006がシース1000の壁1004の長手の内側で延びている。腱1005および1006は、壁1004中の導管1007および1008をスライド式に通過し、末端1001で終端する。いくつかの態様において、腱は鋼から形成され得る。腱1005の適切な引張りが末端1001を導管1007に向けて圧縮しながらも、らせん部分1010の曲げを最小限にする。同様に、腱1006の適切な引張りが末端1001を導管1008に向けて圧縮する。いくつかの態様において、ルーメン1003はシース1000と同心でなくてもよい。
図15Aは、本発明の態様の、ロボットカテーテルシステムのロボットカテーテルを示す。ロボットカテーテル1500は、支持ベース(図示せず)に近い可撓性シャフト部分1501と、末端1503に結合された可撓性屈曲部分1502とを含み得る。リーダ1505と同様に、ロボットカテーテル1500は、シャフト内の腱に引張り加重をかけることによって屈曲させ得る。
いくつかの態様において、機構交換インタフェースは、対応するIDMを固定するための簡単なねじであり得る。他の態様において、機構交換インタフェースは、電気コネクタを有するボルトプレートであり得る。
好ましい態様において、シースおよび内視鏡装置は、操舵可能なカテーテル構成技術を使用して構成される。旧来、操舵可能なカテーテルは、プルルーメンを組機、すなわち編組機に入れ、ポリマージャケットを編組ワイヤ上に適用した状態で、ワイヤまたは繊維、すなわち編組ワイヤをプロセスマンドレルの周囲に編組することによって製造されてきた。製造中、プロセスマンドレルは一般に、編組コーンサポートチューブおよび編組コーンホルダに結合された編組機のフィードチューブに挿入されるであろう。トレッドを有するプーラを使用して、プロセスマンドレルをフィードチューブの中に前進させるであろう。プロセスマンドレルが進むと、それは最終的にノーズコーン中のセンターホールを通って出るであろう。ノーズコーンは丸い滑らかな形状を提供し、編組プロセス中、その上を、包囲するホーンギヤからの編組ワイヤがマンドレルの周囲で容易にスライドし得る。ノーズコーンは一般に、編組コーンホルダにキー締めされた止めねじを使用して編組コーンホルダに対して軸方向かつ半径方向に固定された位置に保持された。プロセスマンドレルがノーズコーンを通して引かれるとき、ホーンギヤは平行移動し、マンドレルの周囲で回転して、編組ワイヤをマンドレルの周囲に所定のパターンおよび密度で編んでゆく。
本発明の態様において、解剖学的管腔中のロボットカテーテルのナビゲーションは、低線量コンピュータ断層撮影(CT)スキャンによって生成された二次元画像の収集に基づくコンピュータ生成三次元マップの使用を含み得る。術前処置中に患者の内部構造の断面をそれぞれが表す二次元CTスキャンを収集し得る。これらのスキャンを解析して、患者内の空洞および解剖学的空間、たとえば肺の気管支または尿道の経路を決定し得る。
図32Aは、本発明の態様の、解剖学的管腔内のロボットカテーテルの末端を示す。図32A中、シャフト3201を含むロボットカテーテル3200が、手術部位3203に向かって解剖学的管腔3202中をナビゲートしている状態で示されている。ナビゲーション中、シャフト3201は非屈曲状態であり得る。
図1のシステム100に関して説明したように、コマンドコンソールの態様が、術者、すなわち医師がロボットカテーテルシステムをエルゴノミクス的位置から遠隔制御することを可能にする。好ましい態様において、コマンドコンソールは、(i)術者がロボットカテーテルを制御することを可能にし、かつ(ii)エルゴノミクス的位置からナビゲーション環境を表示する、ユーザインタフェースを利用する。
図35Aは、本発明の態様のロボットカテーテルシステムの等角図を示す。図35Aに示すように、システム3500は、手術台3505に動作的に結合されている三つのメカニカルアーム(3502、3503および3504)を使用してカテーテル装置3501を送達する。システム3500は、患者3506の大腿動脈および血管系の残部にアクセスするために、メカニカルアーム3502、3503および3504を大腿動脈の挿入点3507に対して斜めに整列させながら、カテーテル装置3501を仮軌道へと構成し得る。大腿動脈の中から、可撓性カテーテル装置を屈曲させ、患者の血管系の残部に通してたとえば患者の心臓まで「駆動」し得る。
図41は、ロボット手術システムのアームを整列させる方法4100を示すフローチャートを示す。ロボット手術システムのアームは、患者に対する手術の前、最中または後で、方法4100にしたがって整列され得る。いくつかの態様において、アーム整列法は、カーブした経路またはつながれた経路(たとえばY字形)を含む構成を受け入れるためのオフセットの使用を組み入れ得る。
医師および助手が手術作業を実施する手術室中、一般には助手が医師のために器具を保持している。この器具(たとえばカメラまたはレトラクタ)は、多くの場合、定期的に再配置される必要があり、したがって、硬い固定具によって保持することはできない。ロボットの使用は人間の助手の必要性を減らすこともできるが、ジョイスティックまたはトグルボタンによる多くのロボットの制御は直感的ではない。同様に、新たな患者ごとのロボットシステムのセットアップは、一部にはロボットへの制御インタフェースの不都合のせいで、手間がかかる。本開示は、センサ、しぐさ認識およびアドミタンス/インピーダンス制御を使用して、直感的かつ容易である人-ロボット相互作用モードを形成するシステム、装置および方法を提供する。
Claims (15)
- 力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサ、及びツールを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自律的に動かすように構成された制御装置
を含むロボットアームシステム。 - 前記力センサが、力が、前記ロボットアームのジョイント、リンク、インタフェース端部の何れに加えられたのかを検出するように構成されている、請求項1記載のシステム。
- 前記力センサが、前記ロボットアームのジョイントに結合されたトルクセンサまたは該ロボットアームのリンクに結合された触覚センサの一つまたは複数を含む、請求項1~2のいずれか一項記載のシステム。
- 前記制御装置が、加えられた力が前記ロボットアームの少なくとも一部分をつかむこと、押すこと、引くこと、たたくこと、複数回たたくこと、回すことまたは振ることの一つまたは複数であるかどうかを決定することにより、前記ユーザ意図を決定するように構成されている、請求項1~3のいずれか一項記載のシステム。
- 前記制御装置が、前記ロボットアームを自律的に動かす前に該ロボットアームの動きモードを動作可能にするように構成されている、請求項1~4のいずれか一項記載のシステム。
- 前記制御装置が、前記ロボットアームを自律的に動かしたのち、該ロボットアームの動きモードを動作不可とするように構成されている、請求項1~5のいずれか一項記載のシステム。
- 動きモードを動作可能にするために、前記制御装置と連絡した外部制御ユニットをさらに含む、請求項1~6のいずれか一項記載のシステム。
- 前記外部制御ユニットが、フットペダル、ジョイスティック、マイクロホン、光検出器またはコンピューティング装置の一つまたは複数を含む、請求項7記載のシステム。
- 動きモードがインピーダンスモードまたはアドミタンスモードの一つまたは複数を含む、請求項1~8のいずれか一項記載のシステム。
- 前記ロボットアームがジョイント、リンクおよびインタフェース端部を含む、請求項1~9のいずれか一項記載のシステム。
- 力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサ、及びツールを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かすように構成された制御装置
を含み、
前記制御装置が、前記ロボットアームに加えられた力がジョイントに対する少なくとも一回たたくことを含むと決定することによって前記ユーザ意図を決定し、該少なくとも一回たたくことに応答して、該ロボットアームの少なくとも一つの他のジョイントまたはインタフェース端部の位置を維持しながら該ロボットアームの該ジョイントを自動的に動かすことによって該ロボットアームを自動的に動かすように構成されている、システム。 - 力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサ、及びツールを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かすように構成された制御装置
を含み、
前記制御装置が、前記ロボットアームに加えられた力が、該ロボットアームのジョイントの位置が維持されるとき該ロボットアームのインタフェース端部に対する引くことを含むと決定することによって前記ユーザ意図を決定し、該ロボットアームの該インタフェース端部を回転させることによって該ロボットアームを自動的に動かすように構成されている、システム。 - 力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサ、及びツールを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かすように構成された制御装置
を含み、
前記制御装置が、前記ロボットアームに加えられた力が該ロボットアームのインタフェース端部に対する押すことまたは引くことを含むと決定することによって前記ユーザ意図を決定し、該インタフェース端部に対する該押すことまたは引くことに応答して該ロボットアームの該インタフェース端部を自動的に動かし、該ロボットアーム全体を自動的に動かして該インタフェース端部の該動きを追わせることによって該ロボットアームを自動的に動かすように構成されている、システム。 - 力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサ、及びツールを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かすように構成された制御装置
を含み、
前記制御装置が、前記ロボットアームを動かす前に該ロボットアームの初期位置を記憶するように構成されている、システム。 - 力ベクトルおよびタイミング特性を含む、ロボットアームに加えられた力を検出するように構成された力センサ、及びツールを含むロボットアーム;ならびに
該ロボットアームに結合された制御装置であって、(i)検出された力の該力ベクトルおよびタイミング特性に基づいてユーザ意図を決定し、(ii)決定されたユーザ意図に応答して該ロボットアームを自動的に動かすように構成された制御装置
を含み、
前記制御装置が、決定された前記ユーザ意図に応答して前記ロボットアームを動かしたのち、該ロボットアームを初期位置に戻すように構成されている、システム。
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