JP7513591B2 - 自動位置決め手段を備えた医療ロボット - Google Patents

Description

本発明は、医療的処置の間に施術者を支援することを目的とした医療ロボットの分野に属する。特に、本発明は、処置室における自動位置決めのための手段を含む医療ロボットに、並びに医療ロボットを自動位置決めするための方法に関する。

多くの医療的処置は、患者の対象の解剖学的構造に対して、医療ツールを非常に正確に位置決め又は移動する必要がある。

例えば、いくつかの医療的処置は、腫瘍を破壊するために、高密度焦点式超音波発生器を患者の皮膚に接触させるか、又は患者の内部に配置する必要がある。

別の例によれば、脳神経外科では、いくつかの医療的処置は、様々な病状を診断又は治療するために、カテーテル、針、又は電極を標的領域に導入することを必要とする。

さらに別の例によれば、整形外科手術では、施術者は、骨折を修復し、変形を矯正し、又は骨の変性を軽減する目的で、骨表面を修正するためにドリル、切削デバイス又は他の器具を位置決めしなければならないことが多い。

上記のいくつかの処置については、現在、施術者が医療ツールを配置、保持、又は案内することを可能にする医療ロボットが存在する。

このような種類の医療ロボットは、一般に、患者の対象の解剖学的構造に対して実行される１つ又は複数の行為を含む処置計画を実行する。

一般に、このような処置計画は、医療的処置に先立って計画段階の間に決定され、その後、医療ロボットに伝達され、医療ロボットはそれを、例えば、医療ロボットに一体化され且つ医療ロボットを制御するように構成された制御ユニットのメモリに格納する。

計画段階は、スキャナ、断層デンシトメトリ、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、ポジトロン放射断層撮影法（ＰＥＴ）、超音波、Ｘ線、その他の種類の医用画像に基づくことができる。次いで施術者は１つ又は複数の医用画像において患者の対象の解剖学的構造に対する医療ツールの位置又は軌道を選択することができる。

場合によっては、計画段階は、非医用画像取得システムによって、又は対象の解剖学的構造上に集められた点又は表面に基づく前記対象の解剖学的構造の幾何学的モデルの構築によって取得された対象の解剖学的構造の３Ｄ（３次元）表現に基づく。

医療ロボットは、医療ロボットが処置計画の１つ又は複数の行為を実行できるように、処置室の特定の場所に、医療的処置が意図されている患者が配置されている台の脇に位置決めする必要がある。医療ロボットは、関節式アームの一端に取り付けられた医療機器ガイド又は医療機器などのツールを支持し、医療ロボットの位置は、処置計画で意図されているすべての位置又は軌道に従って関節式アームがツールを位置決め又は移動できるようなものでなければならない。実際、そうでない場合は、すべてのオペレータと機器が無菌状態である必要があるときに処置室内で患者又はロボットを再位置決めすることは、特に労働集約的であることを証明し、かなりの時間の無駄を伴う可能性がある。

したがって、処置計画の行為を正確に実行できるように、医療ロボットの位置決めは特に重要である。

ほとんどの場合、医療ロボットの位置決めは、オペレータのトレーニングと経験に依存する手作業であり、これは医療ロボットの位置決めエラー又は次善の位置決めにつながる可能性がある。

場合によっては、医療ロボットは処置計画を実行するのに最適な位置に自動的に位置決めされる。特に、国際特許出願の国際公開第２０１７／１４７５９６号では、処置室の要素及び医療ロボット上に配置されたマーカの位置を検出するように構成された光学検出器を含む外部追跡システムの支援により、医療ロボットを最適な位置に位置決めすることができる。次に、これらのマーカを基準にして医療ロボットの位置を確定することができる。追跡システムは、例えば、手術灯、可動支持体、処置室の壁又は天井に配置される。次に、医療ロボットの最適な位置の正確な決定は、追跡システムと様々なマーカを正しく位置決めすることによって調整される。追跡システム及び様々なマーカはオペレータが設置するため、医療ロボットの最適な位置に誤差が生じる恐れがある。また、処置室のマッピングは、医療ロボットを方向付けるために追跡システムによって使用され、処置室の構成がこのマッピングに準拠し続けていること、又は処置室の構成が変更された場合にマッピングを更新することを確認する必要がある。さらに、医療ロボットは、追跡システムが医療ロボットを制御できるように特別に準備及びマッピングされた処置室でのみ使用することができる。

したがって、医療ロボットが患者の対象の解剖学的構造上で処置計画の様々な行為を正確に実行できるようにするために、医療ロボットを処置室の最適な位置に位置決めするための、設置及び保守が容易な信頼性が高いシステムの必要性が、存在し続けている。

本発明の目的は、医療ロボットが任意の処置室の台の上に載せられた患者に対して処置計画からの様々な行為を実行できるように前記処置室において医療ロボットが最適な位置に自律的に位置決めされることを可能にする解決策を提案することによって、先行技術の欠点の一部又は全部、特に上記の欠点を改善することである。「任意の処置室」とは、前記処置室が医療ロボットがその処置室で機能するように特別に準備されていないこと、及び処置室内で医療ロボットを位置決めするプロセスを開始する前に医療ロボットが処置室の事前マッピングも処置室の構成に関する情報も持っていないことを意味する。

この目的のために、そして第１の態様によれば、本発明は、患者に医療的処置を実行するために医療ロボットを自動的に位置決めするための方法を提案する。医療ロボットは、医療ロボットの移動を可能にする電動化された可動ベース部と、前記患者の対象の解剖学的構造に対して実行される少なくとも１つの行為を含む処置計画を記憶する制御ユニットとを含む。位置決め方法は、医療ロボットによって自律的に実行される次のステップを含む：
－医療ロボットの位置に対する患者の対象の解剖学的構造の位置の検出、
－患者の対象の解剖学的構造の位置と処置計画とに基づく、医療ロボットが処置計画からの前記少なくとも１つの行為をそこで実行することができる、医療ロボットの可動ベース部の少なくとも１つの好ましい位置の特定、
－特定された１つ又は複数の好ましい位置から選択された最適な位置への医療ロボットの可動ベース部の移動。

本出願において、「医療」という用語は、広い意味で理解されるべきであり、非外科的状況及び外科的状況の両方によく関連し得る。

このような医療ロボットは、例えば、複数の自由度を有する関節式アームを含み得、その端部に、ツール、例えば、医療器具用のガイド、又は超音波発生器、カテーテルガイド、針、電極、プローブ、メス、ドリル、その他などの医療器具を取り付けることができる。

別の例によれば、このような医療ロボットは、例えば、医用画像（スキャナ、ＭＲＩ、Ｘ線、その他）を作成するために使用することができる。そのような場合、医療ロボットは、例えば、支持体に取り付けられた医用画像撮像装置を含み得る。

ツール（医療器具ガイド、医療器具、又は医用画像撮像装置）が取り付けられているアーム又は支持体は、医療ロボットの電動化された可動ベース部に結合される。

医療ロボットは、医療ロボットが処置計画からの各行為をそこで実行できる、医療ロボットの可動ベース部の少なくとも１つの好ましい位置を自律的に特定するように構成される。

医療ロボットの可動ベース部の好ましい位置は、患者の対象の解剖学的構造の位置、処置計画、及び場合によっては患者が載せられる処置室の台の位置に応じて決定される。

医療ロボット、台、患者の対象の解剖学的構造、及び場合によっては処置室の他の要素の位置は、同じ空間基準フレーム内で確定される。これらの位置は、例えば、ビデオカメラ、距離計、慣性、光学又は走行距離センサ、その他などの空間位置特定手段によって医療ロボットによって検出される。これらの空間位置特定手段は、医療ロボットによって支持される、すなわち、医療ロボットの可動ベース部に結合される。

先行技術では、対象の解剖学的構造の位置は、時に処置室の基準フレームに関して先験的に知られていることに留意されたい。医療ロボットの基準フレームにおけるこの既知の位置からの基準フレームの単純な変更は、本発明の意味の範囲内で対象となる位置の「検出」ではない。本発明では、患者の対象の解剖学的構造の位置は先験的に知られていない。それは、本発明の方法中に医療ロボットによって完全に検出される。

患者の「対象の解剖学的構造」とは、処置計画が処置を提供する患者の人体の少なくとも一部を意味する。

処置計画は、患者の対象の解剖学的構造に対して実行される１つ又は複数の行為を含む。処置計画からの１つの行為は、例えば、所定の体積内でツールを操作できること、処置ツールを所定の位置に配置できること、又は患者の対象の解剖学的構造に対して所定の軌道に従ってこのツールを動かすことができることに対応する。別の例によれば、処置計画からの１つの行為はまた、例えば、超音波発生器の始動又は超音波放射の強度の変更又は医用画像のキャプチャのトリガーなど、ツールに特定の動作を実行させるものであり得る。これらの例は網羅的なものではなく、他のタイプの行為を明らかに想定することができる。処置計画からの１つの行為は、医療ロボットを最適な位置に自動的に位置決めするプロセスに続いて、処置中に医療ロボットが実行する必要のある行為である。したがって、処置計画からの行為の実行は、医療ロボットの自動位置決め方法の一部ではない。

医療ロボットを位置決めする方法のステップは、それが医療ロボットによって実行されるときに医療ロボットによって、他の装置及び人間のオペレータからの助けなしにそれ自体によって自律的に実行されることが理解される。これは、特に、好ましい１つ又は複数の位置を特定するために使用されるセンサからの情報が、医療ロボットによって支持されるセンサによって排他的に提供されることを意味する。

位置決め方法を実行するために、医療ロボットは、位置決めプロセスの開始前に、処置室のマッピングも、処置室のレイアウトに関する特定の情報も持つ必要はない。

すべてのこれらの特徴により、処置されるべき対象の解剖学的構造に対して医療ロボットを自動的且つ正確に位置決めできるため、医療的処置は可能な限り最良に進行する。したがって、医療ロボットの自動位置決め方法は容易になり、信頼性が向上する。

特に、例えばロボットの制御と位置決めを支援する追跡システムなどの追加のデバイスを使用する必要もなければ保守する必要もないため、自動位置決めは容易になる。

特に、本発明による医療ロボットの自動位置決めの方法は、例えば、人間のオペレータによる介入又は医療ロボットを制御するために必要な追加のデバイスの導入に関連するエラーのリスクを制限するので、自動位置決めはより信頼性が高くなる。

医療ロボットの最適な位置は、医療ロボットの可動ベース部に結合されたセンサからの情報の助けを借りて決定され、医療ロボットの外部のセンサからの情報の助けを借りて決定されることはない。したがって、センサの較正が容易になり、信頼性が高くなる。

医療ロボットの可動ベース部の最適な位置は、医療ロボットによる対象の解剖学的構造の最も適切な処置を可能にする位置である。医療ロボットの最適な位置は、常に事前に確定できるとは限らない。それというのも、処置時の患者の実際の位置が、処置の計画段階の間にモデル化された又は計画された位置に必ずしも対応していないからである。したがって、ロボットが、処置のまさにその瞬間に、すなわち、患者が処置台に載せられて、処置計画で提供された処置を受ける準備ができているときに、患者の対象の解剖学的構造の位置に応じて自動的に位置決めされることができることが有利である。

本発明による自動位置決め方法はまた、医療ロボットが任意の処置室で機能することができ、医療ロボットがそこで機能できるように特別に処置室を準備する必要がないので、有利である。実際、医療ロボットは、処置室に関する特定の情報を知る必要はなく、特に、位置決めプロセスの開始前に処置室のマッピングを記憶する必要はない。

医療ロボットに処置室のマッピングを提供する必要がないため、そのようなマッピングを保持する必要はない。特に、処置室の構成が変更された場合、このようなマッピングを更新する必要はない。したがって、これにより、医療ロボットによって支援される医療的処置に関連する保守作業が削減される。これにより、例えば、マッピングされた処置室の特定の要素（例えばマーカ）の不注意な移動に関連するエラーのリスクを制限することも可能になり、その位置は医療ロボットに提供されたマッピングによって示された位置にもはや正確に対応しない。

また、本発明による自動位置決め方法により、同じ医療ロボットが任意の処置室で機能し得る。これにより、医療ロボットを各処置室に関連付けたり、医療ロボットがそこで機能するように処置室を特別に準備したりする必要がないため、ロボットにより支援される医療的処置に関連するコストが制限される。

特定の実施形態では、本発明はさらに、以下の特徴のうちの１つ又は複数を、単独で、又はすべての技術的に可能な組み合わせで有し得る。

特定の実施形態では、患者は処置室の台に載せられ、方法は、台の位置の検出を含む。医療ロボットの可動ベース部の少なくとも１つの好ましい位置の特定が、台の位置に基づいてさらに実行される。

特定の実施形態では、台の位置の検出及び患者の対象の解剖学的構造の検出は、医療ロボットによって支持される空間位置特定センサからの情報に基づいて実行される。

このような台は、実際には、例えば医療ロボットの制御ユニットによって実行される形状認識アルゴリズムを使用することによって、医療ロボットによって特定できる要素である。

特定の実施形態では、ロボットは最初に処置室のマッピングを持たない。

特定の実施形態では、方法は、医療ロボットによって自律的に実行される以下のステップをさらに含む：
－医療ロボットの位置、台の位置、患者の対象の解剖学的構造の位置、及び最適な位置が表される処置室のマッピングの作成、
－マッピングに基づく、前記最適な位置に到達するための医療ロボットの経路の決定。

特定の実施形態において：
－医療ロボットは、関節式アームと、前記アームの一端に取り付けられたツールとを含み、前記アームの１つ又は複数の関節は、アームを１つの可能な構成に従って位置決めするために、医療ロボットの制御ユニットによって制御される、
－好ましい位置は、処置計画からの各行為について、行為を実行することを可能にする関節式アームの少なくとも１つの可能な構成がそこで存在する、医療ロボットの可動ベース部の位置に対応する、
－方法は、処置計画からの各行為について、及び特定された各好ましい位置について、医療ロボットの可動ベース部が前記好ましい位置に位置決めされたときに行為を実行するための関節式アームのいくつかの可能な構成に応じたアクセシビリティパラメータの計算を含む、
－最適な位置は、特定された好ましい位置のアクセシビリティパラメータに応じて選択される。

その場合、例えば、行為計画からの特定の行為のアクセシビリティパラメータが最大の値を有する位置として最適な位置を選択することが可能である。

特定の実施形態では、アクセシビリティパラメータは、アームの前記可能な構成のそれぞれについて、アームの関節の利用可能な相対運動に応じてさらに計算される。

特定の実施形態において：
－方法は、特定された各好ましい位置について、処置計画のアクセシビリティの全体的なレベルの計算をさらに含み、アクセシビリティの前記全体的なレベルは、医療ロボットの可動ベース部が前記好ましい位置に位置決めされたときの処置計画からの各行為のアクセシビリティパラメータの関数として計算される、
－最適な位置は、特定された好ましい位置について計算されたアクセシビリティの全体的なレベルに応じて選択される。

次に、医療ロボットの可動ベース部の最適な位置を、特定された様々な好ましい位置の中でアクセシビリティの全体的なレベルの最大の値を有する位置として定義することが可能である。

特定された好ましい位置のアクセシビリティの全体的なレベルは、例えば、医療ロボットの可動ベース部が前記好ましい位置に位置決めされたときの処置計画からの各行為のアクセシビリティパラメータの合計として定義することができる。アクセシビリティの全体的なレベルはまた、処置計画からの他の行為と比較したある行為の重要性に応じて重み付けされたアクセシビリティパラメータによって確定することもできる。

このような特徴により、処置の間のより優れた柔軟性が可能になる。実際、施術者は、ロボットが最適な位置に位置決めされると、処置の間に、そのようなもの、つまり処置計画からのそのような行為を実行するためのいくつかの可能な構成から潜在的に選択することができる。１つの特定の構成が別の構成よりも優先されるかどうかは、処置の進行具合に依存し得る。

特定の実施形態において、処置計画からの１つの行為は、患者の対象の解剖学的構造に対して所定の体積内でツールを動かすことを可能にすることに対応する。

特定の実施形態において、処置計画からの１つの行為は、患者の対象の解剖学的構造に対して所定の経路に沿ってツールを動かすことを可能にすることに対応する。

特定の実施形態において、処置計画からの１つの行為は、患者の対象の解剖学的構造に対して所定の位置にツールを配置することに対応する。

特定の実施形態において、少なくとも２つの異なる好ましい位置が特定され、方法は以下のステップを含む：
－選択された最適な位置において医療ロボットの可動ベース部の安定性基準を検証するステップ、
－前記検証が肯定的である場合、医療ロボットの可動ベース部を前記最適な位置において不動化するステップ、
－検証が否定的である場合、医療ロボットの可動ベース部を、好ましい位置の中から選択された別の位置に移動するステップ。

特定の実施形態において、医療ロボットは、医療ロボットの可動ベース部を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、各足は、前記足に面する床の平坦性の局所的な欠陥を測定することを可能にするセンサを備え、安定性基準の検証は、各足について、前記足の床の平坦性の局所的な欠陥の測定値と所定の閾値との比較を含む。

特定の実施形態において、医療ロボットは、医療ロボットの可動ベース部を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、各足は、足によって支えられる重量を測定することを可能にするセンサを備え、安定性基準の検証は、各足について、足によって支えられた重量の測定値と所定の閾値との比較を含む。

特定の実施形態において、最適な位置は、制御ユニットに記憶されたオペレータの好みに応じて選択される。

そのような特徴は、医療ロボットの位置を、処置の特定の要件に、又は、例えば台上の患者の意図される姿勢（腹臥位、仰臥位、又は側臥位）などのオペレータの好みに、台の片側にロボットを設置する好みに、施術者の側の好み（施術者が右利きか左利きかに依存する）に、その他に適合させることを可能にする。

特定の実施形態において、最適な位置は、既存の医療的処置のデータベースから抽出された情報に応じて自動学習アルゴリズムによって選択される。

特定の実施形態において、前記自動学習アルゴリズムは、多層ニューラルネットワークを使用する。

既に適用された処置の現実を考慮しない理論モデルから構築された処置計画に基づいて決定された最適な位置は、過去の処置の間に観察された要素を考慮して決定された最適な位置とは大幅に異なる可能性があり、特に処置計画の理論的モデリングが複雑な場合、既に実行された処置に関連する情報を考慮に入れて自動学習アルゴリズムを使用することは有利である。

特定の実施形態において、医療ロボットはユーザインターフェースを含み、特定された１つ又は複数の好ましい位置は、前記ユーザインターフェースを介してオペレータに提案され、最適な位置は、前記オペレータによって選択される。

第２の態様によれば、本発明は、電動化された可動ベース部、空間位置特定センサ、及び患者の対象の解剖学的構造に対して実行される少なくとも１つの行為を含む処置計画を記憶する制御ユニットを含む医療ロボットに関する。制御ユニットは、
－空間位置特定センサからの情報に基づいて、医療ロボットに対する患者の対象の解剖学的構造の位置を検出し、
－患者の対象の解剖学的構造の位置及び処置計画に基づいて、医療ロボットが処置計画からの前記少なくとも１つの行為をそこで実行することができる、医療ロボットの可動ベース部の少なくとも１つの好ましい位置を特定し、
－医療ロボットの可動ベース部を、特定された１つ又は複数の好ましい位置から選択された最適な位置に移動する
ように構成される。

特定の実施形態において、本発明は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を、単独で、又は技術的に可能なすべての組み合わせでさらに含み得る。

特定の実施形態において、制御ユニットはまた、空間位置特定センサからの情報に基づいて、患者が載せられている処置室の台の位置を検出し、台の位置に応じて前記好ましい１つ又は複数の位置を特定するように構成される。

特定の実施形態において、制御ユニットはまた、
－医療ロボットの位置、台の位置、患者の対象の解剖学的構造の位置、及び最適な位置が表される処置室のマッピングを作成し、
－前記マッピングに基づいて、前記最適な位置に到達するための医療ロボットの経路を決定する
ように構成される。

特定の実施形態において、医療ロボットは、対象の解剖学的構造上に位置決めされたマーカと協同して患者の対象の解剖学的構造の検出を支援するセンサをさらに含む。

そのようなマーカは、例えば、光又は電磁信号を生成することができ、特定のセンサが医療ロボットと対象の解剖学的構造との間の距離を推定することを可能にする。

特定の実施形態において、制御ユニットは、排他的に処置計画及び医療ロボットによって支持されるセンサからの情報に基づいて、前記少なくとも１つの好ましい位置を特定する。

特定の実施形態において、医療ロボットは、関節式アームと、アームの一端に取り付けられたツールとを備える。前記アームの１つ又は複数の関節は、アームを１つの可能な構成に従って位置決めするために、医療ロボットの制御ユニットによって制御される。好ましい位置は、処置計画からの各行為について、行為を実行するための関節式アームの少なくとも１つの可能な構成がそこで存在する、医療ロボットの可動ベース部の位置に対応する。制御ユニットは、
－処置計画からの各行為について、及び特定された各好ましい位置について、医療ロボットの可動ベース部が前記好ましい位置に配置されたときに前記行為を実行するための関節式アームのいくつかの可能な構成に応じてアクセシビリティパラメータを計算し、
－特定された好ましい位置のアクセシビリティパラメータに応じて最適な位置を選択する
ようにさらに構成される。

特定の実施形態において、制御ユニットは、
－選択された最適な位置における医療ロボットの可動ベース部の安定性基準を検証し、
－前記検証が肯定的である場合、前記最適な位置における医療ロボットの可動ベース部の不動化をトリガーし、
－前記検証が否定的である場合、医療ロボットの可動ベース部を、好ましい位置の中から選択された別の位置に移動する
ようにさらに構成される。

特定の実施形態において、医療ロボットは、医療ロボットの可動ベース部を不動化するために下げられることを意図された後退可能な足を備え、各足は、前記足に面する床の平坦性の局所的な欠陥を測定することを可能にするセンサを備え、安定性基準を検証するために、制御ユニットは、各足について、前記足の床の平坦性の局所的な欠陥の測定値を所定の閾値と比較する。

特定の実施形態において、医療ロボットは、医療ロボットの可動ベース部を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、各足は、前記足によって支えられる重量を測定することを可能にするセンサを備え、安定性基準を検証するために、制御ユニットは、各足について、前記足によって支えられている重量の測定値を所定の閾値と比較する。

本発明は、非限定的な例として与えられ、以下を表す図１から５を参照する以下の記載を読むことにより、より深く理解されるであろう。

患者が載せられている台を含む処置室内の医療ロボットの概略図。 本発明による医療ロボットの詳細な概略図。 医療ロボットによって作成された処置室のマッピングと、患者を処置するための最適な位置に到達するために辿られる経路の概略図。 医療ロボットの自動位置決めのための本発明による方法の特定の実施形態の主要なステップ。 いくつかの好ましい位置の中から医療ロボットの最適な位置を選択する特定の方法の主要なステップ。

これらの図において、ある図から別の図への同一の参照符号は、同一又は類似の要素を示す。分かり易くするために、特に明記されていない限り、表されている要素は必ずしも同じ縮尺であるとは限らない。

図１は、処置室５０内の本発明による医療ロボット１０を概略的に示している。処置室５０は、患者３０が配置される台４０を従来どおりに備える。

医療ロボット１０は、医療ロボット１０が動くことを可能にする電動可動ベース部１３を有する。検討される、図１の例によって示される例では、医療ロボット１０の可動ベース部１３は、ホイール１１を備えている。他の例示的な実施形態によれば、医療ロボット１０の可動ベース部１３は、例えばキャタピラなどの他の駆動手段を備え得る。好ましくは、可動ベース部１３は全方向性であり、すなわち、医療ロボット１０が並進及び／又は回転運動によって全方向に床上を移動することを可能にする。

検討される図１に示される例では、医療ロボット１０は、その端部にツール１５を取り付けることができる関節式アーム１４を含む。次に、このような医療ロボット１０は、施術者がツール１５を位置決め、保持、又は誘導するのを支援するために使用することができる。

関節式アーム１４は、好ましくは、空間内でツール１５を位置決め及び／又は移動できるように、少なくとも６つの自由度を有する。しかしながら、アームが異なる数の自由度を示すことを妨げるものは何もない。

例えば、ツール１５は、腫瘍を破壊するために患者３０の皮膚又は内部と接触して位置決めする必要がある高密度焦点式超音波発生器であり得る。

別の例によれば、ツール１５は、患者３０の標的領域にカテーテル、電極、又は針などの器具を挿入するためのガイドであり得る。

いくつかの低侵襲的又は経皮的処置の場合、ツール１５は、患者３０の解剖学的構造の一部の生検、切除又はアブレーションを可能にするために標的臓器に非常に正確に導入する必要がある医療器具、プローブ又は電極であり得る。

さらなる例によれば、ツール１５は、医用画像取得装置であり得る。特定の実施形態では、このような装置は、関節式アーム１４の端部ではなく、医療ロボット１０の可動ベース部１３に結合された支持体に取り付けることができる。

非限定的な例によって、本記載の残りの部分では、ツール１５が、医療ロボット１０の関節式アーム１４の端部に取り付けられている。

医療ロボット１０のアーム１４は、ツール１５を所定の位置に可能な限り正確に位置決めできること、又はツール１５を所定の空間内で又は所定の経路に沿って可能な限り正確に移動できることが重要である。この目的のために、医療ロボット１０の関節式アーム１４が処置中に必要な動きを実行することができる、医療ロボット１０の可動ベース部１３の最適な位置を特定することが必要である。

可動ベース部１３は、医療ロボット１０を不動化するための機構を有利に一体化し得る。次に、医療ロボット１０が患者３０の位置に対して最適な位置に位置決めされると、医療ロボット１０の可動ベース部１３を前記最適な位置に不動化するために、医療的処置を実行する前にこの不動化機構を起動するための準備が存在する。これにより、特に、処置中のアーム１４の移動中に医療ロボット１０を安定させることが可能になる。

医療ロボット１０の安定化の品質は、医療的処置中に医療ロボット１０によって実行される行為の正確さと効率のための重要な要素である。しかしながら、これは、医療ロボット１０の位置決めにとって必須の要素ではない。

不動化機構はいくつかの形態をとり得る。例えば、図２に示されるように、ブレーキ１２を可動ベース部１３の各ホイール１１に関連付けることができる。各ブレーキ１２は、例えば、空気圧、油圧、又は電気手段によって従来式に制御することができる。

特定の実施形態では、床と接触するようにそれらを下げるための油圧又は電気シリンダに関連付けられた後退可能な足の形態をとる安定化装置が、医療ロボット１０の重量の全部又は一部を支えるために提供される。

医療ロボット１０は、意図された処置行為を医療ロボット１０がそこで実行することができる、医療ロボット１０の可動ベース部１３の少なくとも１つの好ましい位置を、患者３０の対象の解剖学的構造の位置及び処置計画に応じて、自律的に特定するように構成される。

患者の「対象の解剖学的構造」とは、医療的処置を行う必要がある患者３０の人体の少なくとも一部を意味する。

次に、処置のための医療ロボット１０の可動ベース部１３の最適な位置が、特定された１つ又は複数の好ましい位置から選択される。医療ロボット１０は、自律的に前記最適な位置に移動するように構成される。

医療ロボット１０が台４０の位置を検出し、台４０の位置に応じて好ましい１つ又は複数の位置を特定することは有利であり得る。処置台は、実際には、形状認識アルゴリズムによって認識され得る物体である。さらに、患者が台４０の上に配置されているとき（これは患者が医療的処置を受ける必要があるほとんどの状況において当てはまる）、医療ロボット１０の可動ベース部１３の好ましい位置の決定は、台４０の全体サイズを考慮しなければならない。

しかしながら、処置台の位置を特定することは、医療ロボットを位置決めするために必須ではないことに注意する必要がある。実際、場合によっては、例えば処置室内で立っている患者の医用画像を作成するために医療ロボットが使用される場合のように、患者は必ずしも処置台に配置されるとは限らない。

医療ロボット１０が台４０の位置を検出し、この情報を使用して可動ベース部１３の好ましい位置を特定することは、本記載の残りの部分において非限定的な例として検討される。

図２に示されるように、医療ロボット１０は、可動ベース部１３に結合された空間位置特定センサ１７を含む。

これらの空間位置特定センサ１７は、ビデオカメラ、例えば、基本的なビデオカメラ、立体ビデオカメラ、パノラマビデオカメラ、伸縮ブームに取り付けられたビデオカメラ、３６０°回転を実行するビデオカメラ、飛行時間（ＴｏＦ）原理に従って動作するビデオカメラ、いわゆるＲＧＢ－Ｄ深度ビデオカメラ（カラー画像と、画像で見られる物体の距離を特徴付ける深度マップとを同時に提供する）、その他であり得る。もちろん、これらのカメラの異なる特徴は、技術的に可能な場合は互いに組み合わせることができる（例えば、伸縮ブームに取り付けられ、３６０°回転を実行するように適合されたＲＧＢ－Ｄカメラ）。

これらの空間位置特定センサ１７はまた、環境の様々な要素までの距離を測定するための距離計：超音波距離計、赤外線距離計、レーザ距離計、その他であり得る。

それらはまた、可動ベース部１３の移動を測定することを可能にする自己受容性センサ：光学式エンコーダでホイールの移動を測定する走行距離センサ、床に対する相対運動を測定する光学センサ、加速度計及びレートジャイロを使用する慣性システム、その他であり得る。

これらの空間位置特定センサ１７は、当業者に知られている。それらは、一方では、例えば形状認識方法によって、空間内の物体を見つけることを可能にする。他方、それらは、異なる物体間の距離を推定することを可能にする。それらはまた、医療ロボット１０がその位置を推定すること、並びに医療ロボット１０が移動する場合移動した距離を推定することを可能にする。

医療ロボット１０が処置室５０に導入されると、様々な空間位置特定センサ１７によって提供されるデータが、特に、処置台４０及び前記台に設置された患者３０を検出し、医療ロボット１０に対する台４０及び患者３０の対象の解剖学的構造の位置を推定することを可能にする。台４０、患者３０及び医療ロボット１０の位置は、同じ基準空間フレーム、例えば三次元基準フレーム内で確定することができる。

特に、患者３０の対象の解剖学的構造を正確に検出して、その場所を見つけるために、ＲＧＢ－Ｄビデオカメラからの画像を表面マッチングによって医用画像と関連付けることが可能である。ＲＧＢ－Ｄビデオカメラからの画像と医療ロボット１０の基準フレームとの間の対応を確立するために、少なくとも２つの既知の技術がある。第１の技術は、例えば、ＲＧＢ－Ｄビデオカメラによる撮像が、医療ロボット１０と患者３０の対象の解剖学的構造の両方の場所を見つけるために、医療ロボット１０のアーム１４の特徴的な幾何学的要素がＲＧＢ－Ｄビデオカメラの画像上に存在するようなものであることを保証するものである。第２の技術は、医療ロボット１０上のＲＧＢ－Ｄビデオカメラの位置を最初に較正するものである。

特定の実施形態では、１つ又は複数のマーカ１９を、患者３０の対象の解剖学的構造に位置決めすることができる。これらのマーカ１９は、患者３０の対象の解剖学的構造の位置の検出及び特定を支援するために、医療ロボット１０のセンサ２０と協働する。例えば、受動的な光反射マーカ１９又は発光ダイオードを含む能動的なマーカ１９は、特定のセンサ２０によって検出されることができる。別の例によれば、電磁マーカ１９は、医療ロボット１０に搭載されたセンサ２０によってピックアップされることができる無線信号を発することができる。無線信号又はセンサ２０によって発せられてマーカ１９によって返される光信号によって取られる時間は、例えば、マーカ１９とセンサ２０との間の距離を決定して、それから患者３０の対象の解剖学的構造の位置及び／又は向きを推定することを可能にする。センサ２０は、医療ロボット１０によって支持される、すなわち、それらは医療ロボット１０の可動ベース部１３に結合される。

次に、空間位置特定センサ１７及び患者３０の対象の解剖学的構造の検出を支援するためのセンサ２０によって提供されるデータは、同じ基準空間フレーム内で互いに関して確定された医療ロボット１０の位置、台４０の位置、及び患者３０の対象の解剖学的構造の位置の検出を可能にする。

このデータは、医療ロボット１０の制御ユニット１６に伝達される。制御ユニット１６は、例えば、１つ又は複数のプロセッサ及びメモリ１８（磁気ハードディスク、電子メモリ、光ディスク、その他）を含み、メモリ１８に格納されるのは、処置室５０内に医療ロボット１０を自動的に位置決めするための方法の様々なステップを実施するために実行されるプログラムコード命令のセットの形態のコンピュータプログラム製品である。或いは、又はさらに、制御装置は、前記位置決め方法の前記ステップの全部又は一部を実施するように適合された、１つ又は複数のプログラム可能な論理回路（ＦＰＧＡ、ＰＬＤ、その他）、及び／又は１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又はディスクリート型電子部品、その他を含む。

医療ロボットのセンサ１７、２０からのデータは、従来の方法で、電気ワイヤを含むコンピュータバスによって、又は無線通信システムによって制御ユニット１６に伝えることができる。

制御ユニット１６は、医療ロボット１０のセンサ１７、２０からのデータを利用するアルゴリズムの助けを借りて、医療ロボット１０の位置に対する台４０の位置及び患者３０の対象の解剖学的構造の位置を検出するように構成され、次に、これらの位置の助けを借りて、医療ロボット１０が処置計画を実行することができる医療ロボット１０の可動ベース部１３の少なくとも１つの好ましい位置を特定するように構成される。

次に、医療ロボット１０の可動ベース部１３の最適な位置が、すべての特定された好ましい位置の中から選択される。

制御ユニット１６はまた、医療ロボット１０の電動可動ベース部１３を制御するように構成される。次に、制御ユニット１６は、医療ロボット１０を選択された最適な位置に移動させることができる。

医療ロボット１０の可動ベース部１３が前記最適な位置に到達すると、制御ユニット１６は、処置中に医療ロボット１０を確実に安定させるために可動ベース部１３を不動化するための機構をトリガーすることができる。

特定の実施形態では、制御ユニット１６は、安定性基準が確かめられた場合にのみ、選択された最適な位置で医療ロボット１０の可動ベース部１３の不動化をトリガーするようにさらに構成される。確かめられない場合、制御ユニット１６は、医療ロボットの可動ベース部を好ましい位置から選択された別の位置に移動するように構成することができる。これらのステップは、安定性基準が確かめられる好ましい位置が選択されるまで繰り返すことができる。特定された好ましい位置の中に、安定性基準が確かめられる位置がない場合、医療ロボット１０のユーザインターフェース２１を介して警告メッセージを送信することができる。

医療ロボットは、例えば、医療ロボットの可動ベース部を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備える。例えば、各足は、医療ロボット１０の可動ベース部１３から懸垂される部分と、懸垂部分とスライド関係にある支持部分とを備える。支持部分は、足が支持位置にあるときに床の表面に載ることを意図された足のベース部を備える。医療ロボット１０が不動化されていない場合、足は後退位置を占め、床の表面と接触しない。

第１の例によれば、各足は、前記足に面する床の平坦性の局所的な欠陥を測定することを可能にするセンサを備える。次に、安定性基準を検証するために、制御ユニット１６は、各足について、前記足の床の局所的な平坦性の欠陥の測定値を所定の閾値と比較することができる。足の１つの床の局所的な平坦性の欠陥が閾値よりも大きい場合、安定性の基準は満たされない。床の局所的な平坦性の欠陥を測定するためのセンサは、床の事前に定められた理論的位置と、各足に面する床の位置との間に隔たりがあるかどうかを決定するように適合される。この隔たりは、床の平坦性の局所的な欠陥に対応する。測定センサは例えば超音波センサであり得、その動作自体は当業者に知られている。各超音波センサは、医療ロボット１０の足のベース部に固定され、前記ベース部とそれが面する床の表面との間の距離を測定するように方向付けることができる。測定は、足のベース部と床の表面との間の距離が、床の平坦性に局所的な欠陥がないという理論的なケースにおいて分かっている後退位置にあるときに実行される。

第２の例によれば、各足で、圧縮コイルばねが、支持部分に対する懸垂部分のスライドと組み合わせて使用され、その結果、前記足は、医療ロボット１０が不動化されている場合、医療ロボット１０の重量の一部のみを支持する。支持部分及びコイルばねに対する懸垂部分の可動性のおかげで、各足は、くぼみ又は隆起タイプの床の平坦性の局所的な欠陥を局所的に補償し、その結果、医療ロボット１０の可動ベース部１３は、実質的に水平に支持され、潜在的な平坦性の局所的な欠陥にもかかわらず、すべての足が床に載る。これにより、医療ロボット１０の安定性が確保される。換言すると、各足について、くぼみを補償しなければならないか、隆起を補償しなければならないかに応じて、支持部分は懸垂部分の長さに沿ってより多く又は少なくスライドし、コイルばねはより多く又は少なく圧縮される。各足は、前記足によって支えられる重量を測定することを可能にするセンサを含む。これは、例えば、コイルばねの圧縮を測定することを可能にする力センサである。次に、安定性基準を検証するために、制御ユニット１６は、各足について、前記足によって支えられた重量の測定値を所定の閾値と比較することができる。足の１つで支えられる重量が、各足によって支えることができる最大重量に対応するしきい値よりも大きい（又は各足によって支えられなければならない最小重量に対応するしきい値よりも小さい）場合、安定性基準は満たされていない。医療ロボット１０の可動ベース部１３の好ましい位置は、医療ロボット１０の移動の１つ又は複数の中間ステップ後に特定できることに留意されたい。例えば、医療ロボット１０は、処置のための可動ベース部１３の好ましい位置を特定する前に、患者３０の対象の解剖学的構造の位置をより正確に特定するために、最初に台４０に向かって移動し得る。

処置のための医療ロボット１０の可動ベース部１３の好ましい位置は、台４０の位置及び患者３０の対象の解剖学的構造の位置に基づいてだけでなく、制御ユニット１６のメモリ１８に格納された処置計画にも基づいて特定される。

処置計画は、患者３０の対象の解剖学的構造に対して実行される１つ又は複数の行為を含む。処置計画の１つの行為は、例えば、ツール１５を所定の空間で取り扱うことができること、ツール１５を所定の位置に配置できること、又はツール１５を、患者３０の対象の解剖学的構造に対して所定の軌道に沿って移動できることに対応する。別の例によれば、処置計画の１つの行為はまた、例えば、超音波発生器を起動するか、超音波放射の強度を変更するか、或いは医用画像のキャプチャをトリガーするなど、ツール１５に特定の動作を実行させるものである。

処置計画は、医療的処置に先立つ計画段階で作成される。この計画段階の間に、施術者は、医療ロボット１０が実行しなければならない様々な行為を定める。

処置計画は、例えば、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）スキャナ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、超音波、Ｘ線、その他の種類の医用画像の助けを借りて作成することができる。オペレータ、一般に医療ロボット１０の助けを借りて処置を実行する施術者は、ツール１５のパラメータ（例えば、長さ、直径、３Ｄ形状、供給されるパワー、電流、処置時間、その他）を選択する。腫瘍を破壊するために実行される処置の種類に応じて、１つ又は複数の軌道を計画することができる。計画は、完全に手動である、対話型である、又はセグメンテーションと計画アルゴリズムの助けを借りて完全に自動化することができる。これらの意思決定支援アルゴリズムは、例えば、エキスパートシステム（事実と既知のルールに基づいて推論することによって施術者の認知メカニズムを再現できるシステム）又はインテリジェントな自動学習メカニズム（例えばコンボリュート型ニューラルネットワーク）に基づくことができる。

或いは、又はそれに加えて、処置計画は、処置される対象の解剖学的構造の３次元表現のおかげで医用画像なしで計画することができる。この３次元表現は、非医用画像取得システムによって、又は解剖学的表面又はマーカを収集し、これらのマーカ又は表面の統計モデル又は生体力学的モデルを補間することによって取得することができる。このタイプの計画は、例えば、関節（膝、股関節、肩、その他）などの骨構造の処置に特に効果的である。

処置計画の行為は、例えば、制御ユニット１６によって認識されている命令の形態でコンピュータファイル内に符号化される。処置計画に対応するコンピュータファイルは、例えば、医療ロボット１０とは別のコンピュータ上で生成することができる。次に、ファイルは医療ロボット１０に伝送され、制御ユニット１６のメモリ１８に格納される。コンピュータファイルのこの伝送は、例えばＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）キーによる、又は無線通信によるファイル伝送など、様々な従来の形態をとり得る。

処置計画の行為は、例えば、患者３０の対象の解剖学的構造に対するツール１５の様々な位置又は様々な動きを説明する。制御ユニット１６はさらに、関節式アーム１４及びツール１５の幾何学的モデルを認識している。例えば、アーム１４は、その軸のそれぞれの角度位置を知ることを可能にし、そして計算によりツール１５の位置を知ることを可能にするエンコーダを備えている。次に、制御ユニット１６は、医療ロボット１０が処置計画によって提供されるジェスチャを実行することができる移動ベース１３の１つ又は複数の好ましい位置を決定することができる。

処置計画の行為は、医療ロボットの自動位置決めプロセスの後、処置の間に医療ロボットが実行しなければならない行為である。したがって、このような行為の実行は、医療ロボットの自動位置決めのための本発明による方法の一部ではない。

１つの特定の実施形態では、好ましい位置を特定するためのアルゴリズムは、例えば、患者３０の対象の解剖学的構造に対する医療ロボット１０の可能な位置の空間を離散化すること、及び、医療ロボット１０の可動ベース部１３が所与の位置に位置決めされたときに処置計画の行為を実行することを可能にする関節式アーム１４の多数の可能な構成を表すアクセシビリティパラメータを定めることである。関節式アーム１４は、制御ユニット１６によって制御される１つ又は複数の関節を含む。関節式アームの１つの可能な構成は、アームの１つ又は複数の関節によって取られるパラメータ値（例えば、回転角、並進距離、その他）のセットに対応する。

「可能な位置」とは、関節式アーム１４が患者の対象の解剖学的構造に到達することができる、医療ロボット１０の可動ベース部１３の位置を意味する。したがって、可能な位置のセットは、患者の対象の解剖学的構造が関節式アーム１４の手の届く範囲にある作業スペースに対応する。

計画された行為を実行するために必要な自由度を超える自由度を有する医療ロボット１０の関節式アーム１４の場合、アーム１４の複数の構成を考慮することができる。例えば、６つの自由度を有する擬人化された医療ロボット１０の関節式アーム１４は、一般に、それらの軸の複数の異なる構成に従って所定のエントリーポイントを通過する直線方向に針ガイドを位置決めすることができる。１つの構成のみが可能な場合、アクセシビリティパラメータは２つの異なる構成が可能な場合よりも低い値になる。

ここで考慮される例において、好ましい位置は、処置計画の各行為について、前記行為を実行することを可能にする関節式アーム１４の少なくとも１つの構成が存在する、医療ロボット１０の可動ベース部１３の位置に対応する。

「可能な位置」と「好ましい位置」との違いに注意する必要がある。対象の解剖学的構造が可動ベース部１３の所与の位置で関節式アーム１４によってアクセス可能である場合、これは、可動ベース部１３がこの位置に位置決めされると、処置計画の各行為を実行するための関節式アーム１４の構成が存在することを必ずしも意味しない。

アクセシビリティパラメータは、処置計画の行為を所与の好ましい位置で実行することを可能にするアーム１４の様々な可能な構成について、アーム１４の関節の利用可能な相対運動を表す値の関数として定義することもできる。関節の相対運動は、例えば、１つ又は複数の当接部によって制限される。関節の「利用可能な相対運動」は、例えば、所与の構成の関節のセグメントの位置と最も近い当接部との間の角度など、前記関節によって許容される運動の振幅を表すパラメータを意味する。

次に、特定された好ましい位置ごとに、処置計画のすべての行為のアクセシビリティパラメータの関数として、アクセシビリティの全体的なレベルを計算することができる。例えば、特定された好ましい位置のアクセシビリティの全体的なレベルは、医療ロボット１０の可動ベース部１３が前記好ましい位置に位置決めされたときの処置計画のすべての行為のアクセシビリティパラメータの合計に対応し得る。もちろん、アクセシビリティの全体レベルを計算する方法は他にもある。例えば、処置計画の他の行為と比較した行為の重要性に応じて重み付けを適用することができる。

次に、制御ユニット１６は、様々な特定された好ましい位置について計算されたアクセシビリティパラメータ又はアクセシビリティの全体的なレベルに応じて、特定された好ましい位置のすべての中から最適な位置を選択するように構成することができる。例えば、最適な位置は、処置計画の特定の行為のアクセシビリティパラメータが最大の値を有する好ましい位置に対応し得る。別の例によれば、最適な位置は、アクセシビリティの全体的なレベルが最大の値を有する好ましい位置に対応し得る。

このような特徴により処置の間の柔軟性が高められる。実際、施術者は、ロボットが最適な位置に位置決めされると、処置の間に、そのようなもの、つまり処置計画からのそのような行為を実行するための複数の可能な構成から選択することができる。１つの特定の構成が別の構成よりも優先されるかどうかは、処置の進捗に依存し得る。

特定の実施形態では、制御ユニット１６は、既に実行された医療的処置のデータベースからの情報：患者３０の対象の解剖学的構造に対する医療ロボット１０の実際の位置、計画され実行された行為のアクセシビリティパラメータ、処置中にアクセスできないツール１５の位置及び動き、その他を考慮に入れて最適な位置を計算するアルゴリズムを使用する。

これらのアルゴリズムは、既知の自動学習方法（ニューラルネットワークによる学習、監督あり自動学習、幾分監督あり又は監督なし自動学習、その他）に基づくことができる。これらのアルゴリズムは有利である。それというのも、理論的な最適な位置を提案する代わりに、既に実行された処置の現実を考慮して最適な位置を提案でき、後者の位置は、患者３０の対象の解剖学的構造に対して可動ベース部１３を位置決めする問題の理論的モデリングの複雑さに応じて、前者の位置と大幅に異なる可能性があるからである。制御ユニット１６は、医療的処置中に、患者３０の対象の解剖学的構造に対する医療ロボット１０の位置及びアクセシビリティパラメータに関する情報を記憶するように構成することができ、その結果、このデータは、将来の処置中に医療ロボット１０の位置を最適化するために、人工知能アルゴリズムによって後に再利用されることができる。

患者３０に対するツール１５の位置を必要とする計画された行為など、既に実行された処置、処置の間の患者３０に対する医療ロボット１０の可動ベース部１３の実際の位置、到達した位置、アクセスできない位置、利用可能な相対運動及び他の運動に関連する情報に対応するトレーニングデータが、例えば、制御ユニット１６のメモリ１８に記憶される。次に、制御ユニット１６のプロセッサは、トレーニングデータに基づいて多層ニューラルネットワークのディープモデルを作成することができる。このモデルは、制御ユニット１６のメモリ１８に記憶される。新しい処置中に、学習されたニューラルネットワークモデルは、計画された行為に適用され、処置計画を実行するための最適な位置の決定に関与する。

特定の実施形態では、施術者の好みが制御ユニット１６のメモリ１８に記憶され、医療ロボット１０の最適な位置を選択するときにそれを考慮に入れることができる。好みは、例えば、処置室５０の台４０上の患者３０の意図される姿勢（仰臥位、腹臥位、側臥位）、施術者は右利きか左利きか、ロボットを設置するのに好ましい台４０の側、その他を考慮し得る。

特定の実施形態では、医療ロボット１０は、医療ロボット１０が施術者に情報を提示し、医療ロボット１０に命令を与えることを可能にするユーザインターフェース２１を含む。このユーザインターフェース２１は、例えば、スクリーン、キーボード、マウス、ボタン、ジョイスティック、タッチスクリーン、音声又はジェスチャ認識システム、又は医療ロボット１０が施術者に情報を提示し、施術者から既知の命令に関連する信号を受信することを可能にする任意の他の手段を含む。例えば、医療ロボット１０は、自律的に最適な位置を選択するのではなく、スクリーン上に特定された好ましい位置のすべてを提示し、施術者にこれらすべての好ましい位置の中から最適な位置を選択させることができる。別の例によれば、処置中に、関節式アーム１４の複数の構成が処置計画の行為を実行することが可能である場合、施術者が好ましい構成を選択できるように、これらの異なる構成をスクリーンに提示することができる。

特定の実施形態では、ユーザインターフェース２１は、医療ロボット１０が最適な位置に到達したことを施術者に示し、施術者はこの位置を検証し、前記最適な位置での可動ベース部１３の不動化をトリガーすることができる。

変形例では、制御ユニット１６は、医療ロボット１０が最適な位置に到達したときに、可動ベース部１３の不動化を自律的にトリガーする。

特定の実施形態では、医療ロボット１０は、到達するべき最適な位置を決定するために、処置室５０のマッピングを生成する。

図３は、処置室５０のマッピング７０及び患者３０を処置するための最適な位置７３に到達するための医療ロボット１０の経路７６を概略的に示す。

図３は、上から見た２次元マッピング７０を概略的に示しているが、前記マッピング７０を３次元で作成することを妨げるものは何もないことに留意されたい。３次元マッピングは、有利には、処置室４０に存在する様々な要素の全体サイズをより深く考慮することを可能にする。

医療ロボット１０の自動位置決めプロセス中に、患者３０が処置室５０に置かれると、マッピング７０は、例えば、医療ロボット１０の制御ユニット１６によって作成される。マッピング７０は、例えば、可動ベース部１３に固定された伸縮ブームに取り付けられたＲＧＢ－Ｄビデオカメラタイプの空間位置特定センサ１７の助けを借りて、及び形状認識アルゴリズムの助けを借りて作成される。次に、制御ユニット１６は、マッピング７０上で、ロボットの位置７１、台４０の位置７２、処置される対象の解剖学的構造の位置７５、及び医療ロボット１０の動きを妨げる可能性がある障害物の位置７４を決定する。

制御ユニット１６は、医療ロボット１０の位置７１、台４０の位置７２、患者３０の対象の解剖学的構造の位置７５、及び記憶された処置計画に応じて、医療ロボット１０によって処置計画を実行することができる少なくとも１つの好ましい位置を特定するように構成される。次に、最適な位置７３が選択され、医療ロボット１０が障害物を回避するために障害物の位置７４を考慮しながら最適な位置７３に到達できるように経路７６が制御ユニット１６によって決定される。

最適な位置７３を正確に決定する前に、例えば、台４０に近づくために、医療ロボット１０によって中間の動きを実行できることに留意されたい。

可動ベース部１３は、衝突時のダメージを最小限に抑えるためにショックアブソーバを組み込み得る。これらのショックアブソーバは、障害物と接触した場合に可動ベース部１３の動きを自動的に停止することを可能にする接触センサと組み合わせることができる。或いは又はさらに、医療ロボット１０の動きは、例えば緊急ボタンを用いて手動で停止することができる。

可動ベース部１３の電動支援及び医療ロボット１０の空間位置特定センサ１７はまた、医療ロボット１０を医療ロボット１０の保管領域から処置室５０へ及びその逆に移送する方法の状況において使用することができる。医療ロボット１０を移送するためのそのような方法は、医療ロボットを自動的に位置決めする前及び／又は後に実行される。

医療ロボット１０は、医療ロボット１０によって自律的に、又はオペレータの助けを借りて、その保管領域から処置室５０へ移送することができる。

医療ロボット１０がその保管領域にあるとき、空間位置特定センサ１７及び制御ユニット１６によって実行される制御手段（オペレータの相対位置を検出するためのモジュール、移動設定モジュール、誘導モジュール、障害物検出モジュール、その他）の助けを借りて、可動ベース部１３の前方又は後方に位置するオペレータを追従することによって、処置室５０に行くことができる。

移動ベース１３はまた、前面及び側面に１つ又は複数のビデオカメラを組み込むことができ、それにより、医療ロボット１０の周囲の環境の画像をスクリーンに伝送し、移動ベース１３の後方にいるオペレータがより良く位置付けられることを可能にし、廊下での移動、ドアの通過、又は障害物の回避を容易にする。

移動ベース１３がその保管領域にあるとき、移動ベース１３が配置される建物の様々な部屋が事前にマッピングされている場合、移動ベース１３は完全に独立して処置室５０に行くことができる。この場合、先行するステップの間に、保管領域の位置及び処置室５０の位置に関する情報が医療ロボット１０に示される。これらの様々な領域へのアクセスドアは、例えば、医療ロボット１０が前記アクセスドアを検出して、前記アクセスドアが医療ロボット１０の通過を認めることを可能にするセンサ又はＱＲ（クイックレスポンス）コードを取り付けられる。

医療ロボット１０が処置室５０に入ると、医療ロボット１０は、処置のための最適な位置７３に自動的に位置決めされることができる。

図４は、図１から３を参照して記載した、本発明による医療ロボット１０の自動位置決めのための方法１００の主なステップを概略的に示している。

自動位置決め方法１００は、医療ロボット１０の制御ユニット１６によって実施される。

医療ロボット１０を自動的に位置決めするための方法１００は、医療的処置の開始時に医療ロボット１０が処置室５０に入ると始まる。次に、患者３０は、処置室５０の台４０の上に置かれる。

方法１００は、医療ロボット１０の位置７１に対する患者３０の対象の解剖学的構造の位置７５を検出するステップ１０１を含む。考慮される例では、台４０の位置７２もまた、このステップで検出される。このステップは、医療ロボット１０によって自律的に実行される。

方法１００はまた、患者３０の対象の解剖学的構造の位置７５及び処置計画から、医療ロボット１０が処置計画の行為を実行することができる、医療ロボット１０の可動ベース部１３の少なくとも１つの好ましい位置を特定するステップ１０２を含む。検討中の例では、この特定ステップ１０２はさらに、台４０の位置７２に基づく。このステップは、医療ロボット１０によって自律的に実行される。

次に、すべての好ましい位置の中から最適な位置７３が選択される１０３。上で説明したように、最適な位置７３の選択１０３は、アクセシビリティパラメータの関数として、又は、格納された好みに応じて各好ましい位置について計算されたアクセシビリティの全体的なレベルに応じて、及び／又は既に実行された医療的処置のデータベースから抽出された情報の助けを借りて、実行することができる。この選択１０３は、様々な有利な位置がユーザインターフェース２１上に示される施術者によって実行することができる。

位置決め方法１００は、医療ロボット１０の位置７１、台４０の位置７２、患者３０の対象の解剖学的構造の位置７５、及び到達すべき最適な位置７３が示される、処置室５０のマッピング７０の作成１０４と、前記マッピング７０に基づく、前記最適な位置７３に到達するための医療ロボット１０の経路７６の決定１０５とを任意選択的に含み得る。

方法１００は、医療ロボット１０が最適な位置７３に移動するステップ１０６を含む。この移動１０６は、医療ロボット１０によって自律的に実行される。

上記のステップの順序は必ずしも固定されていないことに留意されたい。また、医療ロボット１０が患者３０の対象の解剖学的構造を検出し、処置を実行するのに好ましい位置を特定する位置に存在する前に、台４０の方向に医療ロボット１０が移動する１つ又は複数の中間ステップが行われることもある。

医療ロボット１０にマッピングが提供されなくてもよいことに留意することも重要である。したがって、医療ロボット１０は、自動位置決めプロセス１００の開始時に処置室５０のマッピングを最初に欠いていることもある。

医療ロボット１０の自動位置決め方法は、有利には、最適な位置７３に達したときに可動ベース部１３を不動化するステップ１０７を含み得る。この不動化ステップ１０７は、医療ロボット１０によって自律的に、或いはオペレータの関与を得て実行することができる。例えば、不動化ステップ１０７は、ユーザインターフェース２１上で達せられた最適な位置の検証後に、施術者からの命令によってトリガーすることができる。

上で説明したように、最適な位置における医療ロボットの可動ベース部の不動化は、医療ロボットの可動ベース部の安定性基準が確認された場合にのみトリガーすることができる。確認されない場合、本発明による自動位置決め方法は、医療ロボットの可動ベース部を、好ましい位置の中から選択された別の位置に移動する追加のステップを含み得る。

考慮される例では、医療ロボット１０は、関節式アーム１４と、前記アーム１４の一端に取り付けられたツール１５とを含む。アーム１４は、医療ロボット１０の制御ユニット１６によって、処置計画からの行為を実行するように構成される。図５に示すように、最適な位置７３の選択１０３は、次のことを含み得る；
－医療ロボット１０の可動ベース部１３が前記好ましい位置に位置決めされた場合に前記行為を実行するための関節式アーム１４のいくつかの可能な構成に応じた、処置計画からの行為ごとの、及び特定された好ましい位置ごとのアクセシビリティパラメータの計算１０８、
－処置計画のアクセシビリティの全体的なレベルの、特定された好ましい位置ごとの計算１０９。アクセシビリティの前記全体的なレベルは、医療ロボット１０の可動ベース部１３が前記好ましい位置に位置決めされた場合の処置計画からのすべての行為のアクセシビリティパラメータの関数として計算される。

アクセシビリティパラメータの計算１０８はまた、処置計画からの行為を所与の好ましい位置において実行することを可能にするアーム１４の様々な可能な構成について、アーム１４の関節の利用可能な相対運動を表す値の関数として行うことができることに留意されたい。

上記の記載は、その様々な特性及びそれらの利点により、本発明が設定された目的を達成することを明確に示している。特に、それは、処置室５０における医療ロボット１０の自動位置決めを容易にし、且つより信頼性の高いものにするための解決策を提示する。

本発明による位置決め方法１００のステップは、医療ロボット１０によって自律的に主に実施され、これは、オペレータ又はロボットを制御するために使用される追加のデバイスの介入に関連する位置決めエラーを排除する。さらに、医療ロボット１０とは別の追加のデバイスがないため、ロボットベースの医療的処置支援システムの保守作業は制限される。

さらに、本発明による医療ロボット１０は、処置時の患者３０の対象の解剖学的構造の実際の位置に適応することができ、後者の解剖学的構造は、計画段階の間にモデル化された解剖学的構造と著しく異なる可能性がある。

さらに、医療ロボット１０は、医療ロボット１０の自動位置決め方法の開始前に、医療ロボット１０が処置室５０のレイアウトに関するマッピングも特定の情報も有していなくても、任意の処置室５０において自動的に位置決めすることができる。これにより、医療ロボットによって支援される医療的処置に関連する保守コスト及び作業が制限される。

Claims (24)

1. 患者（３０）に対して医療的処置を実行するために医療ロボットを自動的に位置決めするための方法（１００）であって、前記医療ロボット（１０）は、前記医療ロボット（１０）の移動を可能にする電動化された可動ベース部（１３）と、前記患者（３０）の対象の解剖学的構造に対して実行される少なくとも１つの行為を含む処置計画を記憶する制御ユニット（１６）とを含み、前記位置決め方法（１００）は、前記医療ロボット（１０）によって自律的に実行される以下のステップ：
   前記医療ロボット（１０）の位置に対する前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の位置の検出（１０１）、
   前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の位置と前記処置計画とに基づく、前記医療ロボット（１０）が前記処置計画からの前記少なくとも１つの行為を実行することができる、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の少なくとも二つの異なる好ましい位置の特定（１０２）、
   前記特定された１つ又は複数の好ましい位置から選択された最適な位置への前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の移動（１０６）、
   前記選択された最適な位置において前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の安定性基準を検証するステップ、
   前記検証が肯定的である場合、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を前記最適な位置において不動化するステップ、
   前記検証が否定的である場合、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を、前記好ましい位置の中から選択された別の位置に移動するステップ、
   を含み、
   前記医療ロボット（１０）は、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、
   各足は、前記足に面する床の平坦性の局所的な欠陥を測定することを可能にするセンサを備え、安定性基準の前記検証は、各足について、前記足の前記床の平坦性の局所的な欠陥の測定値と所定の閾値との比較を含み、
   各足は、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）から懸垂される懸垂部分と、前記懸垂部分とスライド関係にある支持部分とを備え、
   各足で、圧縮コイルばねが、前記支持部分に対する前記懸垂部分のスライドと組み合わせて使用され、その結果、前記足は、前記医療ロボット（１０）が不動化されている場合、前記医療ロボット（１０）の重量の一部のみを支持し、各足について、くぼみを補償しなければならないか又は隆起を補償しなければならないかに応じて、前記支持部分は、前記懸垂部分の長さに沿って、より多く又は少なくスライドし、前記圧縮コイルばねは、より多く又は少なく圧縮されることを特徴とする、方法（１００）。
2. 前記患者（３０）が処置室（５０）の台（４０）に載せられ、前記方法（１００）が、前記台（４０）の位置の検出を含み、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の少なくとも１つの好ましい位置の特定（１０２）が、前記台（４０）の位置に基づいてさらに実行される、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 前記台（４０）の位置の検出及び前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の検出が、前記医療ロボット（１０）によって支持される空間位置特定センサ（１７）からの情報に基づいて実行される、請求項２に記載の方法（１００）。
4. 前記ロボットが最初に前記処置室（５０）のマッピングを持たない、請求項３に記載の方法（１００）。
5. 前記医療ロボット（１０）によって自律的に実行される以下のステップ：
   前記医療ロボット（１０）の位置（７１）、前記台（４０）の位置（７２）、前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の位置（７５）、及び前記最適な位置（７３）が表される前記処置室（５０）のマッピング（７０）の作成（１０４）、
   前記マッピング（７０）に基づく、前記最適な位置（７３）に到達するための前記医療ロボット（１０）の経路（７６）の決定（１０５）、
   をさらに含む、請求項４に記載の方法（１００）。
6. 前記医療ロボット（１０）が、関節式アーム（１４）と、前記アーム（１４）の一端に取り付けられたツール（１５）とを含み、前記アーム（１４）の１つ又は複数の関節は、前記アーム（１４）を１つの可能な構成に従って位置決めするために、前記医療ロボット（１０）の前記制御ユニット（１６）によって制御され、
   好ましい位置は、前記処置計画からの各行為について、前記行為を実行することを可能にする前記関節式アーム（１４）の少なくとも１つの可能な構成がそこで存在する、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の位置に対応し、
   前記方法（１００）は、前記処置計画からの各行為について、及び特定された各好ましい位置について、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）が前記好ましい位置に位置決めされたときに前記行為を実行するための前記関節式アーム（１４）のいくつかの可能な構成に応じたアクセシビリティパラメータの計算（１０８）を含み、
   前記最適な位置（７３）は、前記特定された好ましい位置の前記アクセシビリティパラメータに応じて選択される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
7. 前記アクセシビリティパラメータが、前記アーム（１４）の前記可能な構成のそれぞれについて、前記アーム（１４）の前記関節の利用可能な相対運動に応じてさらに計算される、請求項６に記載の方法（１００）。
8. 前記方法（１００）が、特定された各好ましい位置について、前記処置計画のアクセシビリティの全体的なレベルの計算（１０９）をさらに含み、アクセシビリティの前記全体的なレベルは、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）が前記好ましい位置に位置決めされたときの前記処置計画からの各行為のアクセシビリティパラメータの関数として計算され、
   前記最適な位置（７３）は、前記特定された好ましい位置について計算されたアクセシビリティの前記全体的なレベルに応じて選択される、請求項６又は７に記載の方法（１００）。
9. 前記処置計画からの１つの行為が、前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造に対して所定の体積内で前記ツール（１５）を動かすことを可能にすることに対応する、請求項６～８のいずれか一項に記載の方法（１００）。
10. 前記処置計画からの１つの行為が、前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造に対して所定の経路に沿って前記ツール（１５）を動かすことを可能にすることに対応する、請求項６～８のいずれか一項に記載の方法（１００）。
11. 前記処置計画からの１つの行為が、前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造に対して所定の位置に前記ツール（１５）を配置することに対応する、請求項６～８のいずれか一項に記載の方法（１００）。
12. 前記医療ロボット（１０）が、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、各足は、前記足によって支えられる重量を測定することを可能にするセンサを備え、安定性基準の前記検証は、各足について、前記足によって支えられた重量の測定値と所定の閾値との比較を含む、請求項１に記載の方法（１００）。
13. 前記最適な位置（７３）が、前記制御ユニット（１６）に記憶されたオペレータの好みに応じて選択される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法（１００）。
14. 前記最適な位置（７３）が、既存の医療的処置のデータベースから抽出された情報に応じて自動学習アルゴリズムによって選択される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
15. 前記自動学習アルゴリズムが、多層ニューラルネットワークを使用する、請求項１４に記載の方法（１００）。
16. 前記医療ロボット（１０）がユーザインターフェース（２１）を含み、前記特定された好ましい位置が、前記ユーザインターフェース（２１）を介してオペレータに提案され、前記最適な位置（７３）が、前記オペレータによって選択される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法（１００）。
17. １つ又は複数のプロセッサによって実行されると、医療ロボットの自動位置決めのための請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法（１００）を実行するように前記１つ又は複数のプロセッサを構成するプログラムコード命令のセットを含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
18. 電動化された可動ベース部（１３）、前記可動ベース部（１３）に結合された空間位置特定センサ（１７）、及び患者（３０）の対象の解剖学的構造に対して実行される少なくとも１つの行為を含む処置計画を記憶する制御ユニット（１６）を含む医療ロボット（１０）であって、前記制御ユニット（１６）が、
    前記空間位置特定センサ（１７）からの情報に基づいて、前記医療ロボット（１０）に対する前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の位置を検出し、
    前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の位置及び前記処置計画に基づいて、前記医療ロボット（１０）が前記処置計画からの前記少なくとも１つの行為を実行することができる、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の少なくとも二つの異なる好ましい位置を特定し、
    前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を、前記特定された１つ又は複数の好ましい位置から選択された最適な位置に移動し、
    前記選択された最適な位置における前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の安定性基準を検証し、
    前記検証が肯定的である場合、前記最適な位置における前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部の不動化をトリガーし、
    前記検証が否定的である場合、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を、前記好ましい位置の中から選択された別の位置に移動する
    ように構成され、
    前記医療ロボット（１０）は、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、
    各足は、前記足に面する床の平坦性の局所的な欠陥を測定することを可能にするセンサを備え、前記安定性基準を検証するために、前記制御ユニット（１６）は、各足について、前記足の前記床の平坦性の局所的な欠陥の測定値を所定の閾値と比較し、
    各足は、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）から懸垂される懸垂部分と、前記懸垂部分とスライド関係にある支持部分とを備え、
    各足で、圧縮コイルばねが、前記支持部分に対する前記懸垂部分のスライドと組み合わせて使用され、その結果、前記足は、前記医療ロボット（１０）が不動化されている場合、前記医療ロボット（１０）の重量の一部のみを支持し、各足について、くぼみを補償しなければならないか又は隆起を補償しなければならないかに応じて、前記支持部分は、前記懸垂部分の長さに沿って、より多く又は少なくスライドし、前記圧縮コイルばねは、より多く又は少なく圧縮されることを特徴とする医療ロボット（１０）。
19. 前記制御ユニット（１６）がまた、前記空間位置特定センサ（１７）からの情報に基づいて、前記患者（３０）が載せられている処置室（５０）の台（４０）の位置を検出し、前記台（４０）の位置に応じて前記少なくとも１つの好ましい位置を特定するように構成される、請求項１８に記載の医療ロボット（１０）。
20. 前記制御ユニット（１６）がまた、
    前記医療ロボット（１０）の位置（７１）、前記台（４０）の位置（７２）、前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の位置（７５）、及び前記最適な位置（７３）が表される前記処置室（５０）のマッピング（７０）を作成し、
    前記マッピング（７０）に基づいて、前記最適な位置（７３）に到達するための前記医療ロボット（１０）の経路（７６）を決定する
    ように構成される、請求項１９に記載の医療ロボット（１０）。
21. 前記医療ロボット（１０）が、前記対象の解剖学的構造上に位置決めされたマーカ（１９）と協同して前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の検出を補助するセンサ（２０）をさらに含み、前記患者（３０）の前記対象の解剖学的構造の検出を支援する前記センサ（２０）は前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）に結合される、請求項１８～２０のいずれか一項に記載の医療ロボット（１０）。
22. 前記好ましい１つ又は複数の位置を特定するために使用されるセンサからの前記情報は、前記医療ロボットによって支持されるセンサによって排他的に与えられる、請求項１８～２１のいずれか一項に記載の医療ロボット（１０）。
23. 関節式アーム（１４）と、前記アーム（１４）の一端に取り付けられたツール（１５）とを含み、前記アーム（１４）の１つ又は複数の関節は、前記アーム（１４）を１つの可能な構成に従って位置決めするために、前記医療ロボット（１０）の前記制御ユニット（１６）によって制御され、好ましい位置は、前記処置計画からの各行為について、前記行為を実行することを可能にする前記関節式アーム（１４）の少なくとも１つの可能な構成が存在する、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）の位置に対応し、前記制御ユニット（１６）が、
    前記処置計画からの各行為について、及び特定された各好ましい位置について、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）が前記好ましい位置に位置決めされたときに前記行為を実行するための前記関節式アーム（１４）のいくつかの可能な構成を表すアクセシビリティパラメータを計算し、
    前記特定された好ましい位置の前記アクセシビリティパラメータに応じて最適な位置を選択する
    ようにさらに構成される、請求項２０～２２のいずれか一項に記載の医療ロボット（１０）。
24. 前記医療ロボット（１０）が、前記医療ロボット（１０）の前記可動ベース部（１３）を不動化するために下げられるように意図された後退可能な足を備え、各足は、前記足によって支えられる重量を測定することを可能にするセンサを備え、前記安定性基準を検証するために、前記制御ユニット（１６）は、各足について、前記足によって支えられている重量の測定値を所定の閾値と比較する、請求項１８に記載の医療ロボット（１０）。

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