JP7271774B2 - 医療器具の圧縮の補償のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
前記測定された関節動作の角度は、前記電磁センサからの信号に基づいて特定される;(e)前記細長いシャフト上に形状感知ファイバをさらに有し、前記測定された関節動作の角度は、前記形状感知ファイバに基づいて特定される;(f)前記プルワイヤに接続された少なくとも1つの張力センサをさらに有する;(g)前記圧縮補償パラメータは、前記張力センサによって測定された前記プルワイヤの張力を前記細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付ける;(h)前記圧縮補償パラメータは、前記プルワイヤの変位を前記細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付ける;(i)前記駆動入力部は、プーリを有し、前記圧縮補償パラメータは、前記プーリの回転を前記細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付ける;(j)前記駆動入力部は、レバー、止め金、クランク、カムの少なくとも1つを有する;(k)前記駆動入力部は、線形駆動入力部を有し、前記圧縮補償パラメータは、前記線形駆動入力部の一部の直線変位を前記細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付ける;(l)前記圧縮補償パラメータは、前記医療器具の較正工程時に特定される;(m)前記非一時的なコンピュータ可読媒体は、無線自動識別(RFID)タグを含む;(n)前記RFIDタグは、前記器具基部に配置されている;(o)前記RFIDタグは、前記ロボットアームのRFIDリーダによって作動されると、前記圧縮補償パラメータを伝送する;(p)前記細長いシャフトは内視鏡を含む;(q)前記細長いシャフトはシースを有し、前記シースは前記シースを通って形成されたチャネルを有し、前記チャネルは前記シースの軸に沿って延伸する;および/または(r)1つまたは複数の追加のプルワイヤをさらに有する。
本件開示の側面は、腹腔鏡検査などの低侵襲の手技や内視鏡検査などの非侵襲の手技を含む種々の医療手技を実行可能なロボット対応医療システムに組み込むことができる。内視鏡検査の手技においては、本システムは、気管支鏡検査、尿管鏡検査、消化器病検査などを実行することができる。
ロボット対応医療システムは、特定手技に応じてさまざまに構成することができる。図1は、気管支鏡検査の診断手技および/または治療樹技用に配置されたカートベースのロボット対応システム10の一実施形態を示す。気管支検査時に、システム10は、気管支鏡検査用の手技に特化した気管支鏡を自然開口部のアクセスポイント(この例ではテーブルに配置された患者の口など)に操作可能な内視鏡13などの医療器具を搬送して診断用の道具および/または治療用の道具を搬送するための、1つまたは複数のロボットアーム12を有するカート11を備える。図に示すように、カート11は、当該アクセスポイントにアクセスするために、患者の上半身に近い位置に配置されている。同様に、ロボットアーム12は、当該アクセスポイントに対して気管支鏡を配置するように作動可能である。図1に示す配置は、胃腸に関する(GI;gastro-intestinal)手技用の特別な内視鏡である胃鏡を用いた胃腸に関する手技を行うときにも使用できる。図2は、カートの一例である実施形態をより詳細に示す。
ロボット対応医療システムの実施形態はまた、患者のテーブルを組み込んでもよい。テーブルを組み込むことにより、カートを取り外すことによって手術室内の資本設備の量が減少し、患者へのアクセスがより大きくなる。図5は、気管支鏡検査手順のために配置されたそのようなロボット使用可能システムの実施形態を示す。システム36は、床の上にプラットフォーム38(「テーブル」または「ベッド」として示される)を支持するための支持構造または支柱37を含む。カートベースのシステムと同様に、システム36のロボットアーム39のエンドエフェクタは、図5の気管支鏡40などの細長い医療器具を、器具ドライバ42の直線的な位置合わせから形成された仮想レール41を通して、またはそれに沿って操作するように設計された器具ドライバ42を備える。実際には、X線透視画像を提供するためのCアームがテーブル38の周りにエミッタおよび検出器を配置することによって、患者の上腹部領域の上に配置され得る。
システムのロボットアームのエンドエフェクタは、(1)医療器具を作動させるための電気機械的手段を組み込む器具ドライバ(あるいは「器具駆動機構」または「器具装置マニピュレータ」と呼ばれる)と、(2)モータなどの任意の電気機械的構成要素を削除できる取り外し可能または取り外し可能な医療器具とを備える。この二分法は、医療処置に使用される医療器具を滅菌する必要性、およびそれらの複雑な機械的アセンブリおよび繊細な電子機器のために高価な資本設備を適切に滅菌することができないことが起因となりうる。したがって、医療器具は医師または医師のスタッフによる個々の滅菌または廃棄のために、器具ドライバ(したがってシステム)から取り外し、取り外し、および交換されるように設計されてもよい。対照的に、器具ドライバは、交換または滅菌される必要はなく、保護のためにドレープで覆われてもよい。
図13は、組になった器具ドライバを有する例示的な医療器具を示す。ロボットシステムと共に使用するように設計された他の器具と同様に、医療器具70は、細長いシャフト71(または細長い本体)および器具基部72を備える。医師による手動操作向けの設計として「器具ハンドル」とも呼ばれる器具基部72は、全体として、ロボットアーム76の遠位端で器具ドライバ75上の駆動インタフェースを通って延びる駆動出力74と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力73、例えば、レセプタクル、プーリ、またはスプールを備えてもよい。物理的に接続され、ラッチされ、および/または連結されると、器具基部72の嵌合された駆動入力73は器具ドライバ75内の駆動出力74と回転軸を共有し、駆動出力74から駆動入力73へのトルクの伝達が可能になる。いくつかの実施形態では、駆動出力74が駆動入力73上のレセプタクルと嵌合するように設計されたスプラインを備えてもよい。
従来の内視鏡検査には、X線透視法(例えば、Cアームを介して送達され得るよう)および他の形態の放射線ベースの画像化モダリティの使用が含まれ、操作者の医師に管腔内ガイダンスが提供される。一方、本件開示によって実現されるロボットシステムは、放射線に対する医師の曝露を低減し、手術室内の機器の量を低減するために、非放射線ベースのナビゲーションおよび位置決め手段を提供する。本明細書で使用されるように、用語「位置決め」は、基準座標系における物体の位置を特定および/または監視することを指すことができる。術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイム電磁追跡、およびロボットコマンドデータなどの技術は放射線を用いない運用環境を達成するために、個別に、または組み合わせて使用されてもよい。放射線ベースの画像モダリティが依然として使用される他の場合には、術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイム電磁追跡、およびロボットコマンドデータは放射線ベースの画像モダリティによってのみ得られる情報を改善するために、個別に、または組み合わせて使用されてもよい。
本件開示の実施形態は、医療器具の圧縮を補償するためのシステムおよび方法に関する。医療器具は、関節動作する際に圧縮する細長いシャフトを有する。本明細書で説明するように、医療器具は、この圧縮を補償するために医療器具を移動させる器具位置決め装置に取り付けることができる。例えば、器具位置決め装置は、医療器具の細長いシャフトにおける圧縮を補償するために医療器具を前進させることができる。いくつかの実施形態では、圧縮量は、1つまたは複数の圧縮補償パラメータを使用して決定される。1つまたは複数の圧縮補償パラメータは、医療器具の較正中に決定することができる。
医療器具100の細長いシャフト101の圧縮は、連結された器具位置決め装置115(例えば、ロボットアーム)と共に医療器具100を動かす(例えば、前進または後退)することによって補償できる。例えば、(例えば、長手方向の軸に沿った)圧縮の範囲または量(例えば、長さ)を計算、特定、または推定することで、器具位置決め装置115が細長いシャフト101の遠位部分103を所望の位置に留まるように、医療器具100を所定長さ前進させることもできる。すなわち、器具位置決め装置115は、遠位部分103の軸圧縮がない場合の遠位部分103の位置に対応する位置となるように、圧縮量に対応する分だけ医療器具100を前進させることができる。
細長いシャフト101の圧縮は、1つまたは複数の圧縮補償パラメータを使用して特定、計算、または推定することができる。圧縮補償パラメータは、医療器具100の較正中に決定することができる。圧縮補償パラメータを決定することができる較正方法および工程の例は、以下のセクション2.Fで説明する。
上記の記述は主として単一の医療器具に焦点を当ててきたが、ここで説明する圧縮補償の方法およびシステムは、例えば、第1の医療器具のワーキングチャネル内に遠隔操作医療器具を含むシステムのように遠隔操作医療器具を含むシステムに適用することができる。システムおよび方法はまた、3つ以上(例えば、3つ、4つ、5つ、またはそれ以上)の入れ子式医療器具を含むシステムに適用されてもよい。
図20は、軸圧縮を補償するように構成された医療器具100の実施形態を示す。図示の実施形態では、医療器具100が例えば、上記の通り構成され、遠位部分103と近位部分105との間に延在する細長いシャフト101を有する。細長いシャフト101は、細長いシャフトを関節動作させるための1つまたは複数のプルワイヤを有してもよい。細長いシャフト101は、器具基部111に接続されている。器具デバイス111は、器具位置決め装置115の器具ドライバ113に連結するように構成される。器具位置決め装置115は、医療器具100を移動させて、患者内で細長いシャフト101を前進または後退させるように構成することができる。
圧縮補償パラメータは、医療器具100の較正処理中に決定することができる。較正処理は、プルワイヤベースの動きで医療器具を第1の位置に関節動作させるステップと、医療器具の圧縮を決定するステップと、プルワイヤベースの動きの特性を決定された圧縮に関連付けて、圧縮補償パラメータを決定するステップとを含むことができる。
本明細書に開示される実施形態は、医療器具の細長いシャフトにおける圧縮を補償するためのシステム、方法、および装置を提供する。圧縮は場合によっては医療器具の較正中に決定された圧縮補償パラメータを使用して決定することができ、医療器具に結合された器具位置決め装置を用いて医療器具を移動させることによって補償することができる。
Claims (14)
- ロボットシステムであって、
患者の管腔内に挿入されて使用される第1の医療器具であって、軟性または屈曲可能な材料から形成された第1の細長いシャフトと、前記第1の細長いシャフトのプルワイヤベースの動きを生じさせるように作動する第1のプルワイヤと、前記第1のプルワイヤを作動させる第1の駆動入力部を有する第1の器具基部と、を有する第1の医療器具と、
前記第1の器具基部に取り付けられ、前記第1の医療器具を前記患者の前記管腔内を前進または後退させるように動作する第1の器具位置決め装置と、
実行可能な命令を記憶する少なくとも1つの非一時的なコンピュータ可読媒体と、
前記少なくとも1つの非一時的なコンピュータ可読媒体と通信する少なくとも1つのプロセッサであって、前記命令を実行して前記ロボットシステムに、少なくとも、
前記第1の細長いシャフトの長手方向軸に沿って測定された、前記第1の細長いシャフトの曲げによって生じる、前記第1の細長いシャフトの軸圧縮を特定することと、
前記特定された前記第1の細長いシャフトの軸圧縮を補償するように前記第1の器具位置決め装置を動作させる長手方向の距離を特定することと、
前記患者の前記管腔内において前記第1の医療器具の前記第1の細長いシャフトを前記特定された距離だけ長手方向に前進または後退させるように前記第1の器具位置決め装置を動作させることと、
を実行させるプロセッサと、
を有することを特徴とするロボットシステム。 - 前記第1の医療器具は、前記第1の細長いシャフトの動きを前記第1の細長いシャフトの軸圧縮と関連付ける圧縮補償パラメータを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を含み、前記第1の細長いシャフトの動きは、前記第1の細長いシャフトの関節動作を含み、前記圧縮補償パラメータは前記第1の細長いシャフトの関節動作の角度を前記第1の細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付けることを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記関節動作の角度は、コマンド化された関節動作の角度を含むことを特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記関節動作の角度は、測定された関節動作の角度を含むことを特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記第1の細長いシャフトに配置された少なくとも1つの電磁センサをさらに有し、
前記測定された関節動作の角度は、前記電磁センサからの信号に基づいて特定される、ことを特徴とする請求項4に記載のロボットシステム。 - 前記第1の細長いシャフト上に形状感知ファイバをさらに有し、
前記測定された関節動作の角度は、前記形状感知ファイバに基づいて特定される、
ことを特徴とする請求項4に記載のロボットシステム。 - 前記圧縮補償パラメータは、張力センサによって測定された前記第1のプルワイヤの張力を前記第1の細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付けることを特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記圧縮補償パラメータは、前記第1の細長いシャフトの変位を前記第1の細長いシャフトの圧縮の軸長さと関連付けることを特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記圧縮補償パラメータは、前記第1の医療器具の較正工程時に特定されることを特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記命令は、前記少なくとも1つのプロセッサに、前記第1の細長いシャフトのプルワイヤベースの動きを前記第1の細長いシャフトの軸圧縮に関連付ける圧縮補償パラメータを使用して、前記第1の細長いシャフトの前記軸圧縮を特定することを実行させることを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記第1の医療器具上のRFIDタグであって、前記圧縮補償パラメータを記憶するRFIDタグと、
前記少なくとも1つのプロセッサに接続されたRFIDリーダと、
をさらに有することを特徴とする請求項10に記載のロボットシステム。 - 前記RFIDタグは、前記第1の器具基部に配置され、
前記RFIDリーダは、前記第1の器具位置決め装置に配置されている
ことを特徴とする請求項11に記載のロボットシステム。 - 前記第1の医療器具は内視鏡を含むことを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記第1の医療器具はシースを含むことを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
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