(57)【要約】【課題】医療処置中にロボットを制御すること。【解決手段】身体部位に挿入される医療器具と、器具によって身体部位に印加された力を検出する力センサと、器具に取り付けられたロボットアームと、身体部位内の器具の器具位置を追跡するための第１の位置センサと、身体部位の身体位置を追跡するための第２の位置センサと、器具位置及び身体位置に応じて身体部位に対する器具の位置を計算するためのコントローラと、を備えるロボットアーム制御システムは、器具によって印加された検出された力を、計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較し、器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるように、ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又はロボットアームの電力を切断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の身体部位に可逆的に挿入されるように構成された医療器具と、
前記医療器具によって前記身体部位に印加された力を検出するように構成された力センサと、
前記医療器具に取り付けられたロボットアームであって、前記ロボットアームの動きを制御し、前記医療器具を操作するように構成された複数のロボット関節を含む、ロボットアームと、
前記身体部位における前記医療器具の器具位置を追跡するように構成された第１の位置センサと、
前記生体上に配置され、前記身体部位内への前記医療器具の前記挿入中に前記身体部位の身体位置を追跡するように構成された第２の位置センサと、
コントローラであって、
前記器具位置及び前記身体位置に応じて、前記身体部位に対する前記医療器具の位置を計算することと、
前記医療器具によって印加された前記検出された力を、前記計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較することと、
前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、前記複数のロボット関節の少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、前記ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又は前記ロボットアームの電力を切断することと、を行うように構成されている、コントローラと、
を備える、ロボットアーム制御システム。
【請求項２】
前記力センサが、前記医療器具上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラが、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、
前記身体部位の少なくとも１つの所与の位置に対して医療スキャンを位置合わせすることであって、前記医療スキャンが前記解剖学的特徴部の画像を含む、ことと、
前記医療スキャンの前記位置合わせ及び前記器具位置に基づいて、前記解剖学的特徴部が前記医療器具の前記計算された位置にあることを識別することと、を行うように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記解剖学的特徴部の識別に基づいて、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記解剖学的特徴部の前記画像が放射線濃度を有し、
前記コントローラが、前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づいて、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定するように構成されている、
請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、
前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づいて、前記解剖学的特徴部の組織タイプを識別することと、
前記解剖学的特徴部の前記組織タイプに基づいて、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定することと、を行うように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記ロボットアームに制御コマンドを送信して、前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて前記医療器具を落下させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
生体の身体部位に可逆的に挿入される医療器具に取り付けられたロボットアームの動きを制御することと、
前記医療器具によって前記身体部位に印加された力を検出することと、
前記身体部位内の前記医療器具の器具位置を追跡することと、
前記身体部位内への前記医療器具の前記挿入中に前記身体部位の身体位置を追跡することと、
前記器具位置及び前記身体位置に応じて、前記身体部位に対する前記医療器具の位置を計算することと、
前記医療器具によって印加された前記検出された力を、前記計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較することと、
前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、前記ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、前記ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又は前記ロボットアームの電力を切断することと、
を含む、ロボットアーム制御方法。
【請求項１０】
前記力を前記検出することが、前記医療器具上に配置された力センサによって実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記身体部位の少なくとも１つの所与の位置に対して医療スキャンを位置合わせすることであって、前記医療スキャンが前記解剖学的特徴部の画像を含む、ことと、
前記医療スキャンの前記位置合わせ及び前記器具位置に基づいて、前記解剖学的特徴部が前記医療器具の前記計算された位置にあることを識別することと、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを前記設定することが、前記解剖学的特徴部の識別に基づく、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記解剖学的特徴部の前記画像が放射線濃度を有し、
前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを前記設定することが、前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づく、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づいて前記解剖学的特徴部の組織タイプを識別することを更に含み、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを前記設定することが、前記解剖学的特徴部の前記組織タイプに基づく、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記送信することは、制御コマンドを前記ロボットアームに送信して、前記計算された位置で前記医療用器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、前記医療器具を落下させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
プログラム命令が記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体を備えたソフトウェア製品であって、前記命令が、中央処理装置（ＣＰＵ）によって読み取られると、前記ＣＰＵに、
生体の身体部位に可逆的に挿入される医療器具に取り付けられたロボットアームの動きを制御させ、
前記医療器具によって前記身体部位に印加された検出された力を記憶させ、
前記身体部位内の前記医療器具の器具位置を記憶させ、
前記身体部位への前記医療器具の前記挿入中に前記身体部位の身体位置を記憶させ、
前記器具位置及び前記身体位置に応じて、前記身体部位に対する前記医療器具の位置を計算させ、
前記医療器具によって印加された前記検出された力を、前記計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較させ、
前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、前記ロボットアームに制御コマンドを送信させるか、又は前記ロボットアームの電力を切断させる、ソフトウェア製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ロボットの制御に関し、具体的には、排他的にではなく、医療処置中のロボットの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
前置きとして、医療器具は、他の用途の中でも特に、脳手術又は副鼻腔拡張に使用することができる。副鼻腔拡張では、医療器具は、様々な副鼻腔を通して鼻腔を介して挿入することができる。脳手術では、頭蓋骨を開けて腫瘍を除去する代わりに、鼻腔及び副鼻腔を介して医療ツールを挿入することができる。ロボットアームは、医療器具を保持するためにそのような用途において有用であり得る。
【０００３】
Ｃｏｏｐｅｒによる米国特許第６，１３２，３６８号は、患者にロボット支援外科手術を行うためのシステム及び方法を記載している。具体的には、非滅菌駆動及び制御構成要素、滅菌可能なエンドエフェクタ又は外科用ツール、並びに、外科用ツールを駆動及び制御構成要素と連結し、それらの間で運動及び電気信号を伝達するための機械的要素を含む中間コネクタ構成要素を含む、３構成要素外科用システムが提供される。駆動及び制御構成要素は、滅菌手術部位から遮蔽され、外科用ツールは滅菌可能で使い捨て可能であり、中間コネクタは滅菌可能で再利用可能である。このようにして、中間コネクタは、ロボットシステムの駆動及び制御構成要素内のモータ又は電気的接続を損傷することなく、外科処置後に滅菌することができる。
【０００４】
Ｏｒｂａｎらの米国特許出願公開第２００６／０１６１１３８号は、統合滅菌アダプタ、電気ロボット外科システムを備えた滅菌ドレープを記載しており、滅菌手術野と非滅菌ロボットシステムとの間の滅菌バリアを維持するために、電気ロボット外科システムの一部をドレープするための使用方法が提供され、機械的及び電気的エネルギ及び信号を伝達するためのインターフェースも提供される。
【０００５】
Ｃｕｌｐらの米国特許出願公開第２００８／０１１４３８８号は、発電ユニットを有するハンドピース、及び電力生成ユニットに通電信号を供給するための制御コンソールを含む外科用ツールシステムを記載している。ハンドピースに関連付けられたメモリ内のデータに基づいて、制御コンソールは、モータ駆動モード又は直接駆動モードのいずれかで、ハンドピース電力生成ユニットに通電信号を供給する。モータ駆動モードでは、信号は、発電ユニットの部品であるロ−タの位置に基づいて、電力生成ユニットと一体化された巻線に供給される。直接駆動モードでは、通電信号は、ロータ位置とは無関係に、発電ユニットに供給される。
【０００６】
Ｓｈｅｌｔｏｎらの米国特許出願公開第２０１５／００５３７４９号は、外科用器具及びエンドエフェクタを備えた外科用器具システムを記載しており、エンドエフェクタは遠位端部、エンドエフェクタを外科用器具に取り付けるように構成された近位接続部、第１のジョー、及び第１のジョーに対して移動可能な第２のジョーを備え、第２のジョーは、開いた向きと、部分的に閉じた向きと、閉じた向きとの間で移動可能である。エンドエフェクタは、第２のジョーの方向を検出するように構成された少なくとも１つのセンサ、及び第２のジョーの方向をシミュレートするように構成されたインジケータのアレイを更に備えることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の実施形態によれば、生体の身体部位に可逆的に挿入されるように構成された医療器具と、医療器具によって身体部位に印加された力を検出するように構成された力センサと、医療器具に取り付けられたロボットアームであって、ロボットアームの動きを制御し、医療器具を操作するように構成された複数のロボット関節を含む、ロボットアームと、身体部位における医療器具の器具位置を追跡するように構成された第１の位置センサと、生体上に配置され、身体部位内への医療器具の挿入中に身体部位の身体位置を追跡するように構成された第２の位置センサと、コントローラであって、器具位置及び身体位置に応じて、身体部位に対する医療器具の位置を計算することと、医療器具によって印加された検出された力を、計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較することと、計算された位置で医療器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、複数のロボット関節の少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又はロボットアームの電力を切断することと、を行うように構成されている、コントローラと、を備える、ロボットアーム制御システムが提供される。
【０００８】
更に、本開示の実施形態によれば、力センサは医療器具上に配置されている。
【０００９】
更に、本開示の実施形態によれば、コントローラは、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定するように構成されている。
【００１０】
更に、本開示の実施形態によれば、コントローラは、身体部位の少なくとも１つの所与の位置に対して医療スキャンを位置合わせすることであって、医療スキャンが解剖学的特徴部の画像を含む、ことと、医療スキャンの位置合わせ及び器具位置に基づいて、解剖学的特徴部が医療器具の計算された位置にあることを識別することと、を行うように構成されている。
【００１１】
更に、本開示の実施形態によれば、コントローラは、解剖学的特徴部の識別に基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定するように構成されている。
【００１２】
更に、本開示の実施形態によれば、解剖学的特徴部の画像は放射線濃度を有し、コントローラは、解剖学的特徴部の画像の放射線濃度に基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定するように構成されている。
【００１３】
また更に、本開示の実施形態によれば、コントローラは、解剖学的特徴部の画像の放射線濃度に基づいて、解剖学的特徴部の組織タイプを識別することと、解剖学的特徴部の組織タイプに基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定することと、を行うように構成されている。
【００１４】
更に、本開示の実施形態によれば、コントローラは、制御コマンドをロボットアームに送信して、計算された位置で医療器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、医療器具を落下させるように構成されている。
【００１５】
本開示の更に別の実施形態によれば、生体の身体部位に可逆的に挿入される医療器具に取り付けられたロボットアームの動きを制御することと、医療器具によって身体部位に印加された力を検出することと、身体部位内の医療器具の器具位置を追跡することと、身体部位内への医療器具の挿入中に身体部位の身体位置を追跡することと、器具位置及び身体位置に応じて、身体部位に対する医療器具の位置を計算することと、医療器具によって印加された検出された力を、計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較することと、計算された位置で医療器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又はロボットアームの電力を切断することと、を含む、ロボットアーム制御方法が提供される。
【００１６】
更に、本開示の実施形態によれば、力を検出することは、医療器具上に配置された力センサによって実行される。
【００１７】
更に、本開示の実施形態によれば、本方法は、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定することを含む。
【００１８】
また更に、本開示の実施形態によれば、本方法は、身体部位の少なくとも１つの所与の位置に対して医療スキャンを位置合わせすることあって、医療スキャンが解剖学的特徴部の画像を含む、ことと、医療スキャンの位置合わせ及び器具位置に基づいて、解剖学的特徴部が医療器具の計算された位置にあることを識別することと、を含む。
【００１９】
更に、本開示の実施形態によれば、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定することは、解剖学的特徴部の識別に基づく。
【００２０】
更に、本開示の実施形態によれば、解剖学的特徴部の画像は放射線濃度を有し、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定することは、解剖学的特徴部の画像の放射線濃度に基づく。
【００２１】
更に、本開示の実施形態によれば、本方法は、解剖学的特徴部の画像の放射線濃度に基づいて解剖学的特徴部の組織タイプを識別することを含み、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定することは、解剖学的特徴部の組織タイプに基づく。
【００２２】
また更に、本開示の実施形態によれば、送信することは、制御コマンドをロボットアームに送信して、計算された位置で医療用器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、医療器具を落下させることを含む。
【００２３】
本開示の更に別の実施形態によれば、プログラム命令が記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体を備えたソフトウェア製品であって、命令が、中央処理装置（ＣＰＵ）によって読み取られると、ＣＰＵに、生体の身体部位に可逆的に挿入される医療器具に取り付けられたロボットアームの動きを制御させ、医療器具によって身体部位に印加された検出された力を記憶させ、身体部位内の医療器具の器具位置を記憶させ、身体部位への医療器具の挿入中に身体部位の身体位置を記憶させ、器具位置及び身体位置に応じて、身体部位に対する医療器具の位置を計算させ、医療器具によって印加された検出された力を、計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較させ、計算された位置で医療器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、ロボットアームに制御コマンドを送信させるか、又はロボットアームの電力を切断させる、ソフトウェア製品、も提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明は、添付の図面と併せると、以下の詳細な説明から理解されよう。
【図１】本発明の実施形態に係る、ロボット医療処置システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、ロボット医療処置システムで使用される磁場放射アセンブリの概略図である。
【図３Ａ】例示的な医療器具の概略断面側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂの医療器具の概略断面正面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に係る、図３Ａ及び図３Ｂの医療器具に関するベクトルを示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、図１のロボット医療処置システムの動作において実施される例示的なステップを含むフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係る、フローチャートの実施中に使用されるスクリーンのフロー図である。
【図６】図１のロボット医療処置システムで使用する方法における例示的なステップを含むフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
概説
前置きとして、医療器具は、医療処置中に医師によって慎重に操作される必要があり得る。医師は、他の外科的作業のために両手を自由にする必要がある場合がある。いくつかの状況では、医師は、助手に、医療器具を保持して案内するように依頼してもよい。器具を保持及び案内する作業は、正確かつ迅速に実行することが困難であり得る。ロボットは、医療器具を把持し、必要に応じて適所に保持することによってこの作業を容易にすることができ、それによって、取り扱いがやや容易になる。しかしながら、ロボットが動作するパラメータがロボットの仕様外にある場合、ロボットは、特定の状況において危険を引き起こす場合もある。例えば、患者内に既に配置された医療器具を保持するためにロボットアームを使用する耳鼻咽喉（ＥＮＴ）処置中に、ロボットアームは、患者の大きな後続の動きに正確に対処することができない場合がある。そのような場合、ロボットアームは、医療器具の位置を調節するように試みることができるが、調節は不正確な場合があり、患者に外傷を引き起こす場合がある。
【００２６】
本発明の実施形態では、システムは、ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、医療器具を保持するロボットアームに制御コマンドを送信するコントローラを含む。制御コマンドは、医療器具によって身体部位に印加された力が、医療器具の位置で身体部位の解剖学的特徴部に加えられる許容力レベルよりも大きいことを検出することに応じて、送信される。いくつかの実施形態では、ロボットアームへの電力は、過度の力を検出した際に切断されてもよい。
【００２７】
「緩い」モードとして知られる場合がある、ロボットアームの剛性を緩めることは、医師が医療器具を手動で移動又は除去することを可能にする。更に、ロボットが「緩い」モードになっているときに患者が移動する場合、医療器具は、典型的には、患者に外傷を引き起こすことなく、又はより少ない外傷で、患者と共に移動する。
【００２８】
例えば、医療器具が副鼻腔口に挿入される場合、医療器具は、患者が頭部を移動させたときに視神経の近くにある可能性がある。そのような瞬間において、システムは、医療器具によって印加された力が視神経の領域内で過剰であることを感知し、したがってロボットアームを「緩い」モードにする制御コマンドを送信する。
【００２９】
解剖学的特徴部の識別は、システムと位置合わせされたＣＴスキャン又は他のスキャンデータなどの医療スキャンを使用して実行してもよい。医療スキャンは、骨、軟組織、血液、器官、神経などの様々な解剖学的特徴部の表示を提供することができる。ほんの一例として、様々な解剖学的特徴部の表示は、スキャンにおけるＨｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニット（ＨＵ）などの様々な放射線濃度値に基づいてもよい。加えて、又は代替的に、視神経又は脳などの解剖学的特徴部は、画像分析を使用して自動で、又は専門オペレータ又は放射線専門医によって手動で、医療スキャンにおいて識別されることができる。次いで、識別された解剖学的特徴部をシステムと位置合わせすることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、システムは、身体部位及び医療器具の位置を感知するのに適した位置センサ、並びに医療器具によって患者の身体部位に印加された力を検出するための、医療器具上に配置された少なくとも１つの力センサを含む。コントローラは、身体部位及び医療器具の検知された位置に基づいて、身体部位に対する医療器具の相対位置を計算する。
【００３１】
コントローラは、医療スキャンの位置合わせ及び器具位置に基づいて、解剖学的特徴部が医療器具の計算された位置にあることを識別することができる。コントローラは、医療スキャンにおける解剖学的特徴部の画像の放射線濃度に基づいて、解剖学的特徴部の組織タイプ（例えば、骨、軟組織、脂肪、又は血液）を識別することができる。本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語「計算された位置にある」は、任意の適切な測定ユニットで測定された計算された位置の所与の距離内の解剖学的特徴部を含むと定義される。例えば、患者の頭部内で動作するとき、多くの微細な、敏感な解剖学的構造部が存在する場合、医療スキャン内の解剖学的特徴部の位置が医療用器具の計算された位置の１ｍｍ以内、又は場合によっては３ｍｍなどのより大きな距離内にある場合、解剖学的特徴部は「計算された位置にある」と見なされてもよい。身体の他の部位では、許容誤差はより大きくなり得る。
【００３２】
コントローラは、解剖学的特徴部の識別された組織タイプ又は識別（例えば、視神経又は脳）に基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定する。例えば、骨に対しては、軟組織又は視神経に対するよりも、より大きな力が許容される。
【００３３】
コントローラは、医療器具によって印加された検出された力を、計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較し、計算された位置で医療器具によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいとき、ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるように、ロボットアームに制御コマンド（これは、ロボットアームへの電力を切断することを含んでもよい）を送信する。緩いモードは、ロボットが医療器具を落下させることにつながり得るが、この不都合は、外傷のリスクと比較して一般的により許容可能である。
【００３４】
以下に記載の実施形態では、力センサは、一般に、医療器具上に配置され、ロボットアーム上には配置されない。ロボットアーム上に配置された力センサは、ロボットアームの重量のために、正確な力読取りを提供しない場合がある。吸引ツールなどの別の医療器具が使用される場合、吸引ツールは、力センサがロボットアーム上に配置されたときに医療器具によって印加される力の不正確な誤った力読取りを生じさせ得る。しかしながら、場合によっては、力センサは、医療器具上の代わりに、又はそれに加えてロボットアーム上に配置されてもよい。
【００３５】
以下に記載の実施形態は、患者の鼻腔及び副鼻腔内で実施される処置を具体的に参照するが、本発明の原理は同様に、他の種類のロボット手術において、頭部内及び身体の他の部分内の両方で、必要な変更を加えて適用することができる。全てのそのような代替的な実施形態は、本発明の範囲内であると考えられる。
【００３６】
システムの説明
参照により本明細書に援用される文書は本出願の一体部分と見なされるべきであり、いずれかの用語が、それらの援用された文書内で、本明細書で明示的又は暗示的に行われる定義と相反するように定義される場合を除き、本明細書における定義のみが考慮されるべきである。
【００３７】
ここで図面に目を向けて、本発明の実施形態に係る、ロボット医療処置システム２０の概略図である図１、及びシステム２０で使用される磁場放射アセンブリ２４の概略図である図２を参照する。ロボット医療処置システム２０は、典型的には、患者２２の副鼻腔又は別の身体部位（脳など）の侵襲的及び／又は調査処置中に使用される。
【００３８】
処置のために、磁場放射アセンブリ２４は、例えば、患者が座っている（又は横たわっている）椅子２５（又はベッド）にアセンブリ２４を固定することによって、患者２２の頭部の後ろ及び／又は周りに配置されてもよい。描かれている例の磁場放射アセンブリ２４は、馬蹄形のフレームに固定された５つの磁場放射器２６を備え、フレームは磁場放射器２６が患者２２の頭部を囲むように患者２２の下又は周りに配置される。あるいは、より少数の又はより多数の放射器２６が、様々な異なる構成で使用されてもよい。磁場放射器２６は、磁場放射アセンブリ２４に近接し、患者２２の頭部を含む領域３０にそれぞれの周波数で交流磁場を放射するように構成される。交流磁場は、位置センサ３２及び位置センサ３６内に信号を誘導する。位置センサ３２は、医療器具２８の位置を追跡するために医療器具２８上に配置されて示されている。ほんの一例として、医療器具２８は、身体部位に挿入するためのプローブ、内視鏡、及び／又はＥＮＴツール、吸引ツール、マイクロデブリーダ、又はシェーバなどの外科用ツールのうちの任意の１つ以上を含んでもよい。
【００３９】
医療器具２８は、医療器具２８を操作するように構成されたロボットアーム４０に取り付けられて保持されている。ロボットアーム４０は、ロボットアーム４０の動きを制御し、医療器具２８を操作するように構成された複数のロボット関節を含む。
【００４０】
位置センサ３６は、患者２２の位置を追跡するために（例えば、患者２２の頭部を追跡するために）患者２２上に（例えば、患者２２の額又は任意の他の適切な身体部位上）に配置して示されている。
【００４１】
各位置センサ３２、３６は通常、３つの直交コイルのセットを含み、磁場放射アセンブリ２４に対する位置センサ３２、３６の位置と向きを導出するために、コントローラ３８によって信号を分析することができる。位置センサ３２、３６の位置及び向きは、領域３０内の位置センサの実質的に任意の配置に対して決定され得ることが理解されよう。位置センサ３２、３６は本明細書では磁気位置センサとして記載されているが、医療器具２８及び患者２２の位置は、任意の適切な位置検知技術、例えば電気、超音波、光学、慣性、又は当技術分野で知られている他の適切なタイプを使用して、計算することができる。
【００４２】
以下により詳細に記載されるように、位置センサ３２は医療器具２８に取り付けられ、位置センサ３２の位置及び向きの決定により、患者２２の身体部分（生体）に可逆的に挿入することができる医療器具２８の遠位端部３４（又は他の位置）の位置及び向きを追跡することが可能になる。医療器具２８が剛性医療器具である場合、位置センサ３２は一般に、医療器具２８の任意の適切な部分（例えば、医療器具２８の遠位端部３４又は近位端部５２）、及び／又は医療器具２８を保持しているロボットアーム４０上に配置されてもよい。医療器具２８の遠位端部３４が可撓性である場合、医療器具２８の遠位端部３４の位置を正確に追跡するために、位置センサ３２は一般に医療器具２８の遠位端部３４に配置される。
【００４３】
同様に、位置センサ３６の位置及び向きの決定により、患者２２の身体部分（例えば、頭部）の位置及び向きを追跡することが可能になる。位置センサ３６は、患者２２の額に配置されるものとして図１に示されている。位置センサ３６は、患者２２の位置／動きを追跡するために、患者２２の他の適切な身体部位に配置されてもよい。
【００４４】
放射器２６などの磁場放射器を用いたシステムは、患者に挿入されたエンティティの追跡を目的としたものであり、参照により本明細書中に組み込まれているＧｏｖａｒｉらの米国特許出願公開第２０１６／０００７８４２号に記載されている。更に、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  ｏｆ  ３３  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｒｉｖｅ，Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ  ９２６１８  ＵＳＡ製のＣａｒｔｏ（登録商標）システムは、磁場によって照射される領域内のコイルの位置及び向きを見つけるために、本明細書に記載されるのと同様のシステムを使用する。
【００４５】
ロボットアーム４０は、一般に、それ自体のロボット座標系を有する。ロボット座標系は磁場放射器２６の磁気座標系と位置合わせされ、及び／又はその逆であってもよい。ロボット座標系と磁気座標系との位置合わせは、例えば、ロボットアーム４０、又はロボットアーム４０に取り付けられた医療器具２８を、磁場放射器２６に既知の１つ以上の位置に、例えば、磁場放射アセンブリ２４上の位置に、又は位置センサ３６に、又は患者２２上の１つ以上の他の既知の位置に、移動させることによって実行することができる。ロボット座標系と磁気座標系との位置合わせが実行されると、ロボットアーム４０を正しく操作するために、磁気座標系の位置をロボット座標系に変換することができる。
【００４６】
放射器２６を含むシステム２０の要素は、１つ以上のメモリと通信する処理ユニットを含むコントローラ３８により制御することができる。典型的には、これらの要素はケーブルを介してプロセッサ３８に接続されてよく、例えば、放射器２６はケーブル５８を介してプロセッサ３８に接続されてもよい。あるいは、又は更に、これらの要素は、プロセッサ３８に無線で連結されてもよい。プロセッサ３８は、キーパッド、及び／又はマウス若しくはトラックボールなどのポインティングデバイスを典型的に含む動作制御装置５１を備えるコンソール５０内に取り付けられてもよい。コンソール５０は、医療器具２８の近位端部５２などのロボット医療処置システム２０の他の要素にも接続する。医師５４は、動作制御装置５１を使用して、手順を実行しながらコントローラ３８と相互作用し、コントローラ３８は、システム２０によって生成された結果を表示画面５６上に提示することができる。図１では、表示画面５６は、医師５４が身体部位内の医療器具２８を案内するための補助として使用できる以前のＣＴスキャン（又は他の適切なスキャン）の様々なビュー５９を表示している。表示画面５６は、医療器具２８によって捕捉された画像６１も示す。
【００４７】
実際には、コントローラ３８のこれらの機能の一部又は全てを単一の物理的構成要素に組み合わせるか、あるいは複数の物理的構成要素を使用して実装することができる。これらの物理的構成要素は、ハードワイヤード装置又はプログラマブル装置、あるいはこれら２つの組み合わせを備えてもよい。いくつかの実施形態では、処理回路の機能の少なくともいくつかは、適切なソフトウェアの制御下でプログラム可能なプロセッサによって実行されてもよい。このソフトウェアは、例えばネットワークを介して電子的形態で装置にダウンロードされてもよい。加えて又は代わりに、このソフトウェアは、光学的メモリ、磁気的メモリ、又は電子的メモリなどの有形の非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されていてもよい。
【００４８】
ロボット医療処置システム２０は、内視鏡が医療器具２８に含まれるときに内視鏡のレンズを洗浄するように構成されたレンズ洗浄デバイス６３を任意選択で含むことができる。レンズ洗浄デバイス６３は、レンズに水を噴霧するためのウォータジェット噴霧器、又は、適切な材料、例えば、限定するものではないが、一片のガーゼでレンズを拭くためのワイパを含んでもよい。レンズ洗浄デバイス６３は、ロボットアーム４０に配置されてもよい。あるいは又は更に、レンズ洗浄デバイス６３は、医療器具２８が身体部位から取り外されたときに作動することができる、例えばジェットスプレーを備えた医療器具２８の一部として実装されてもよい。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｃ、図４、図５は、医療器具２８を剛性医療器具として、位置センサ３２を可動位置センサとして説明する。可動位置センサは、医療器具２８の任意の適切な部分に固定することができるので、位置センサ３２の位置は、適切な較正が実行されるまで、最初は医療器具２８の遠位端部３４を示さない。いくつかの実施形態では、ロボット医療処置システム２０は、位置センサ３２が医療器具２８と一体化される場合、及び／又は医療器具２８の遠位端部３４に対する位置センサ３２の位置が既知である場合に、実装され得る。他の実施形態では、位置センサ３２はロボットアーム４０に配置されてもよく、そのような場合、位置センサ３２の位置は、適切な較正が実行されるまで、最初は医療器具２８の遠位端部３４を示さない。
【００５０】
本発明の実施形態によれば、図３Ａは医療器具２８の概略断面側面図であり、図３Ｂは医療器具２８の概略断面正面図であり、図３Ｃは医療器具２８に関連するベクトルを示す概略図である。以下の医療器具２８の記載において、医療器具２８は、長手方向対称軸６２を有する剛性シリンダ６０を含むと仮定される。図３Ａ及び図３Ｂでは、医療器具２８は、ｘｙｚ直交軸のセット上に描かれており、長手方向対称軸６２がｚ軸を画定している。明確にするために、図３Ａ及び図３Ｂでは、医療器具２８のｘｙｚ軸は、シリンダ６０から変位して描かれている。
【００５１】
位置センサ３２は、位置センサ３２を完全に封入するように典型的にはプラスチックから形成されるセンサホルダ６４によってシリンダ６０に固定される。本明細書で説明するように、位置センサ３２と相互作用する磁場に応じて生成される位置センサ３２からの信号は、位置センサ３２の位置及び向きを決定するために使用される。位置センサ３２からの信号を伝える導線は、医療器具２８の近位端部５２に接続され、そこからコンソール５０に接続されてもよい。導線は、図３Ａ及び図３Ｂには示されていない。
【００５２】
位置センサ３２は、典型的には位置センサ３２の内部対称軸の方向であるが、必ずしもそうでなくてよい、センサ方向７０を有すると仮定され、本明細書で言及される向きは、磁場放射器２６（図２）によって画定される基準フレームに対するセンサ方向の向きを示す。位置センサ３２のセンサ方向７０は、矢印として図３Ａ及び図３Ｃに概略的に示されている。
【００５３】
センサホルダ６４は、シリンダ６０の直径と実質的に同じ直径を有するが、ホルダ６４とシリンダ６０との間に滑り嵌めが存在するように十分に異なる直径を有するように形成された穴６８を有するように製造される。ホルダ６４が製造されるとき、穴６８の中心は、位置センサ３２から既知の距離Ａになるように作製される。Ａの典型的な値は０．５ｃｍであるが、Ａはこの値よりも小さくても大きくてもよい。異なる直径を有する医療器具に寸法決めされた穴を有する、一連のセンサホルダを構築することができる。更に、ホルダ６４に含まれることにより、穴６８の中心は、センサ方向７０に対して既知の向きθを有する。したがって、図３Ｃに示すように、位置センサ３２から穴６８の中心までの、本明細書ではベクトルＶとも呼ばれる既知の変位ベクトル（Ａ，θ）が存在する。
【００５４】
穴６８は、典型的にはベクトルＶに直交する対称軸６９を有し、穴６８は、ホルダ６４が製造されるときに形成されるため、ベクトルＶに対して既知の方向φを有する（図３Ｃ）。
【００５５】
以下にも記載のように、システム２０の操作中、センサホルダ６４の穴６８はシリンダ６０上にスライドし、ホルダ６４が近位端部５２に接近すると、ホルダ６４はシリンダ６０に固定される。穴６８内でシリンダ６０をスライドさせる際、軸６９及び６２は一致し、方向φとも一致することが理解されよう。ホルダ６４は、ヘッドを有する止めねじ７２を備え、ヘッドは医師５４（図１）によって把持され得る。ヘッドを使用して、医師５４は、止めねじを手で締めて、シリンダ６０に沿った所望の位置にホルダ６４を固定することができる。位置センサ３２の中心から遠位端３４までの距離は、距離Ｂと仮定される。距離Ａとは異なり、センサホルダ６４がシリンダ６０に固定されるときに距離Ｂは既知ではないが、システム２０の動作において以下に記載のように、コントローラ３８は距離Ｂを計算することができる。
【００５６】
図３Ａは、医療器具２８上に配置された、又は医療器具２８内に埋め込まれた力センサ３５も示している。力センサ３５は、医療器具２８によって身体部位に印加される力を示す信号を提供するように構成される。複数の力センサ３５を医療器具２８に沿った異なる横方向位置に配置して、医療器具２８の異なる位置で力の読み取り値を提供することができる。開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２００７／０１００３３２号及び同第２００９／００９３８０６号は、カテーテルに埋め込まれた力センサを使用してカテーテルの遠位先端部と体腔内組織との間の接触圧力を感知する方法を記載している。更に、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  ｏｆ  ３３  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｒｉｖｅ，Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ  ９２６１８  ＵＳＡによって製造されるＣａｒｔｏ（登録商標）ＳｍａｒｔＴｏｕｃｈ（商標）システムは、ロボット医療処置システム２０に適した力センサを含む。
【００５７】
図４は、ロボット医療処置システム２０の動作で実施される例示的なステップを含むフローチャートであり、図５は、本発明の実施形態に係る、フローチャートの実施中の表示画面５６の概略図である。フローチャートのステップは、図１、図２、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃによっても示されている。
【００５８】
最初のステップ１００では、患者２２の頭部は、本明細書では例として透視ＣＴであると仮定される、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）によってスキャンされ、スキャンからのＣＴデータはコントローラ３８によって取得される。患者２２のＣＴスキャンは、医療処置に対応するフローチャートの残りのステップの実施とは独立して実行することができる。典型的には、ステップ１００は、医療処置の次のステップの数日前に実行してもよい。いくつかの実施形態では、任意の他の適切な医療スキャンが、ＣＴスキャンを補足する又はＣＴスキャンに取って代わることができる。
【００５９】
第１の処置ステップ１０２では、放射線アセンブリ２４が患者２２の頭部の下又は後ろに取り付けられる。次いで、放射器２６が作動され、位置合わせステップ１０４で、放射器２６の基準フレームが被験者の頭部の基準フレームと位置合わせされる。位置合わせは、典型的には、当技術分野で知られている任意の手段によって、例えば、位置センサ３６などの磁場センサコイル、又はそのようなコイルのグループを、患者２２の外部特徴に対し、及び放射器２６を保持する磁場放射アセンブリ２４と共に、１つ以上の既知の位置及び向きに配置することによって、行われる。一般に、このステップでは、コントローラ３８は、身体部位の少なくとも１つの所与の位置（例えば、患者２２の外部特徴）に対してＣＴデータ（又は他の医療スキャン）を位置合わせするように構成される。
【００６０】
初期表示ステップ１０６において、コントローラ３８は、ステップ１００で受信されたＣＴデータを使用して、患者２２の外部特徴の表現１５０（本明細書では画像１５０とも呼ばれる）を生成する。ＣＴデータは、Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニット（ＨＵ）を有するボクセルの形態であり、患者２２の外部特徴の画像１５０は、ボクセル値及びそれらのＨＵ値から生成される。画像１５０は、典型的にはグレースケール画像である。グレースケールの値は、黒色から白色まで、対応するボクセルのＨｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニット（ＨＵ）と相関させることができる。
【００６１】
ＨＵ値は放射線濃度値であり、当技術分野で知られているように、それぞれ−１０００と０である空気と水の値は別として、高密度骨などの任意の他の物質又は種のＨｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニットの値は、とりわけ、本明細書で言及されるＣＴスキャンを生成するために使用される放射Ｘ線のスペクトルに依存する。次に、Ｘ線のスペクトルは、Ｘ線発生器に印加されるｋＶの電位、及び発生器のアノードの組成を含む多数の要因に依存する。本開示を明確にするために、特定の物質又は種のＨｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニットの値は、以下の表Ｉに示すとおりであると仮定される。
【００６２】
【表１】
2020065936.tif 000003
【００６３】
しかしながら、表Ｉに示される特定の種（空気及び水以外）に対するＨＵの数値は、純粋に例示的であると理解されるべきであり、当業者は、本明細書で参照されるＣＴ画像を生成するために使用される種及びＸ線マシンに従って、過度の実験を行うことなく、これらの例示的な値を修正することができよう。典型的には、ＨＵ値とグレースケール値との間の変換は、所与のＣＴマシンからのＣＴスキャン出力であるＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）ファイルにエンコードされる。
【００６４】
コントローラ３８は、表示画面５６上に画像１５０を表示し、図５は、表示画面５６上に表示される画像１５０を概略的に示す。
【００６５】
ＨＵ値は、ＣＴ画像内の異なる位置における異なる組織タイプ（例えば、骨、軟組織、脂肪、血液）の表示も提供する。ＣＴスキャンとロボット医療処置システム２０との位置合わせにより、医療器具２８に隣接する解剖学的特徴部を、医療器具２８の位置におけるボクセルのＨＵ値に基づいて識別することが可能になり得る。例えば、軟組織は、遠位端部３４の位置におけるＣＴスキャンにおけるＨＵ値に基づいて、医療器具２８の遠位端部３４にあるものとして識別することができる。あるいは、高密度骨は、遠位端部３４付近のＨＵ値に基づいてＣＴスキャンで識別されてもよい。他の解剖学的特徴部は、ＣＴスキャンの分析から、自動的に（画像解析技術を使用して）又は手動で（訓練されたオペレータ又は放射線専門医によって）のいずれかで、識別することができる。次に、識別された解剖学的特徴部は、医療処置中に使用するために、ロボット医療処置システム２０と位置合わせすることができる。したがって、異なる解剖学的特徴部は、医療器具２８が身体部分に挿入されたときに、遠位端部３４又は医療器具２８の別の位置に近いものとして識別され得る。医療器具２８は、解剖学的特徴部の感度に基づいて、解剖学的特徴部に過度な力を加えることを回避するように制御することができる。例えば、視神経は、ＣＴスキャンにおいて自動的に、又は放射線専門医によって識別され、次いで医療処置中に使用するためにロボット医療処置システム２０と位置合わせすることができる。医療器具２８は、医療器具２８が視神経の位置にあるときに視神経に過度な力を加えることを回避するように制御することができる。これらの機能については、図６を参照してより詳細に説明する。
【００６６】
操作ステップ１０８では、医師はセンサホルダ６４の穴６８を医療器具２８の剛性シリンダ６０上にスライドさせ、次いで医師５４は止めネジ７２を使用してセンサホルダを医療器具２８の近位端部５２の近くの所定の位置にロックする。ホルダ６４が所定の位置にロックされると、ロボットアーム４０は、医師５４によるロボットアーム４０の手動移動を可能にする緩いモードに設定される。医師５４は、医療器具２８の遠位端部３４を患者２２の外部特徴の選択された領域、例えば患者の鼻の側面の領域と接触させる。
【００６７】
遠位端部３４の位置決めは、センサホルダ６４及びその封入された位置センサ３２を領域３０にも移動させ、その結果、コントローラ３８は位置センサ３２の位置及び向きを計算することができる。コントローラ３８がこの計算を実行すると、典型的には、センサ方向７０を表すアイコン１５２が、表示画面５６上の画像１５０の近傍に導入される。アイコン１５２は、画像１５０及び磁場放射器２６の共通の基準フレーム内で、センサ信号から決定される位置センサ３２の位置及び向きに従って、表示画面５６上に配置され、方向付けられる。
【００６８】
医師５４が医療器具２８を操作しているという事実により、医師５４は位置センサ３２の実際の位置及び向きを認識している。アイコン１５２の位置及び向きと位置センサ３２の実際の位置及び向きとの比較は、ロボット医療処置システム２０の正しい動作の確認を医師５４に提供する。
【００６９】
較正ステップ１１０において、医師５４は、典型的には、制御５１を使用することにより、医療器具２８の遠位端部３４が患者２２の外部特徴と接触していることをコントローラ３８に通知する。通知を受信すると、コントローラ３８は、位置センサ３２の既知の位置に対して２つの移動を実行する。第１の移動はベクトルＶ（Ａ，θ）（図３Ｃ）に対応し、コントローラ３８は、θによって画定される方向に沿って値Ａだけ軸６２上の点Ｐ（図３Ａ）に位置センサ３２の位置を移動させる。点Ｐに対応する点Ｐ’は図５に描かれ、最初の移動の終了を示す。通常、点Ｐ’は画面５６に描かれない。
【００７０】
点Ｐから、コントローラ３８は、方向φに対応する方向に第２の移動を実行する。軸６９と軸６２は一致しているため、第２の移動は、軸６２に沿った移動に対応する方向にある。コントローラ３８は、画像１５０のデータを使用して、軸６９に沿った方向φに動く点Ｐが患者２２の外面と接触する位置を画像データから決定することにより、第２の移動の実際の長さを決定する。外部表面との接触は、画像内で測定される放射線濃度の少なくとも所定の変化、例えば、画像データのＨｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニットの値の変化があるときに生じる。変化の適切な値は、２００〜５００Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄユニットである。接触は、軸６２の点Ｑにあると仮定される。点Ｑは、点Ｐからここでは既知の距離Ｂにあり、したがって、第２の移動は、本明細書ではベクトルＷとも呼ばれる、図３Ｃに示されるベクトル（Ｂ，φ）に対応する。
【００７１】
点Ｑの位置の計算はＣＴ画像データを使用するが、画像１５０は患者２２の実際の外部特徴部と位置合わせされるため、点Ｑは患者２２の実際の外部点に対応することが理解されよう。
【００７２】
較正ステップの終了時に、コントローラ３８は画面５６からアイコン１５２を削除し、アイコン１５４を点Ｑに対応する画像１５０上の位置に配置する。アイコン１５４の位置及び向きと実際の位置及び遠位端部３４の向きとの比較により、較正ステップの正しい完了の確認が医師５４に提供される。
【００７３】
較正ステップの２つの移動の合計、Ｖ＋Ｗは、コントローラ３８によって記憶されるベクトルである。
【００７４】
継続追跡ステップ１１２では、コントローラ３８は、遠位端部３４の位置を決定するために、ステップ１１０で記憶されたベクトルを位置センサ３２の位置に追加する。遠位端部３４の向きは方向φに対応し、それは、位置センサ３２を追跡する際にコントローラ３８によっても決定される。したがって、コントローラ３８は、位置センサ３２の位置及び向きを計算することによって、遠位端３４の位置及び向きを計算することができる。コントローラ３８は、表示画面５６上の遠位端部３４の位置及び向きに対応するアイコンを配置することができる。いくつかの実施形態では、遠位端部３４が患者２２内にある場合、アイコンを不明瞭にし得る画像１５０の外部特徴部は、少なくとも部分的に透明にされる。患者２２の解剖学的特徴部に対する遠位端部３４の位置は、位置合わせされた画像上の座標に対する遠位端部３４の計算された位置に基づいて導出することができる。上記の方法で、捕捉されたＣＴ又は他の画像のアイコンの動きを観察することにより、医療器具２８の遠位端部３４を患者２２の身体部分の所望の位置に誘導することができる。
【００７５】
いくつかの実施形態では、医療器具２８の遠位端部３４は、適切な経路探索アルゴリズムに基づいてロボットアーム４０によって身体部分に自動的に誘導されてもよい。例示的なアルゴリズムは、参照により本明細書に組み込まれる、Ｇｌｉｎｅｒらの米国特許出願公開第２０１７／００５６１１２（Ａ１）号を参照して記述される。
【００７６】
ここで、図１のロボット医療処置システム２０で使用する方法における例示的なステップを含むフローチャート２００である、図６を参照する。図１も参照する。
【００７７】
図４を参照して上述したように、ＣＴスキャンのＨＵ値は、ＣＴ画像内の異なる位置の異なる組織タイプ（例えば、骨、軟組織、脂肪、血液）又は他の物質（例えば、水）の表示を提供する。ＣＴスキャンとロボット医療処置システム２０との位置合わせにより、医療器具２８に隣接する解剖学的特徴部を、医療器具２８の位置におけるボクセルのＨＵ値に基づいて識別することが可能になり得る。例えば、軟組織は、遠位端部３４の位置におけるＣＴスキャンにおけるＨＵ値に基づいて、医療器具２８の遠位端部３４にあるものとして識別することができる。あるいは、高密度骨は、遠位端部３４付近のＨＵ値に基づいてＣＴスキャンで識別されてもよい。他の解剖学的特徴部は、ＣＴスキャンの分析から、自動的に（画像解析技術を使用して）又は手動で（訓練されたオペレータ又は放射線専門医によって）のいずれかで、識別することができる。次に、識別された解剖学的特徴部は、医療処置中に使用するために、ロボット医療処置システム２０と位置合わせすることができる。例えば、視神経は、ＣＴスキャンにおいて自動的に又は放射線専門医によって識別され、次いでロボット医療処置システム２０と位置合わせされてもよい。医療器具２８は、医療器具２８が視神経の位置にあるときに視神経に過度な力を加えることを回避するように制御することができる。
【００７８】
位置センサ３２は、身体部位内の医療器具２８の器具位置を追跡する（ブロック２０２）ように構成される。位置センサ３６は、身体部位への医療器具２８の挿入中に身体部位の身体位置を追跡する（ブロック２０４）ように構成される。力センサ３５（図３Ａ）は、医療器具２８によって身体部位に印加された力を検出する（ブロック２０６）ように構成される。
【００７９】
コントローラ３８は、器具位置及び身体位置に応じて、身体部位に対する医療器具２８の位置を計算する（ブロック２０８）ように構成される。
【００８０】
コントローラ３８は、医療スキャンの位置合わせ及び器具位置に基づいて、解剖学的特徴部が医療器具２８の計算された位置にあることを識別する（ブロック２１０）ように構成される。例えば、コントローラ３８は、医療用器具２８の計算された位置に対応するＣＴスキャン内の位置を識別する。ＣＴスキャンの位置は、解剖学的特徴部を含み得る。解剖学的特徴部は、以下の工程２１２で識別される組織タイプであってもよい。加えて、又は代替的に、解剖学的特徴部は、ＣＴスキャン内で自動的に（例えば、画像解析を使用して）、又は放射線専門医によって識別された器官又は神経又は他の特徴部であってもよく、次いで医療処置の前にロボット医療処置システム２０と位置合わせされてもよい。
【００８１】
コントローラ３８は、解剖学的特徴部の画像の放射線濃度（例えば、ＨＵ値）に基づいて、解剖学的特徴部の組織タイプ（例えば、骨、軟組織、血液、脂肪）を識別する（ブロック２１２）ように構成される。加えて、又は代替的に、コントローラ３８は、医療処置の前にロボット医療処置システム２０と位置合わせされた解剖学的特徴部の識別に基づいて、解剖学的特徴部（例えば、視神経又は脳）の識別を識別する（ブロック２１２）ように構成される。
【００８２】
コントローラ３８は、解剖学的特徴部に印加するための許容される力レベルを設定する（ブロック２１４）ように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラ３８は、解剖学的特徴部の既知の又は推定された感度及び／又は重要性に基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定するように構成される。例えば、視神経は、別の神経よりも重要であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラ３８は、解剖学的特徴部の組織タイプの感度及び／又は重要性に基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定するように構成される。例えば、軟組織は硬骨よりも敏感である。いくつかの実施形態では、コントローラ３８は、解剖学的特徴部の画像の放射線濃度（例えば、ＨＵ値）に基づいて、解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルを設定するように構成される。ほんの一例として、許容力レベルは、眼窩周囲の組織では２グラム力（ｇｍｆ）、視神経では１ｇｍｆ未満、鼻骨では３０ｇｍｆに設定でき、ここで１ｇｍｆは標準重力での質量１グラムの重量に等しい。
【００８３】
コントローラ３８は、医療器具２８によって印加された検出された力を、計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較する（ブロック２１６）ように構成される。医療器具２８が複数の力センサ３５を含む場合、力センサ３５からの読み取り値は平均化され得る。加えて、又は代替的に、異なる力センサ３５からの読み取り値は、コントローラ３８によって個別に処理されてもよく、コントローラ３８は、各それぞれの力センサ３５の位置で検出された力を、各力センサ３５のそれぞれに隣接する解剖学的特徴部の許容力レベルと比較する。
【００８４】
コントローラ３８は、計算された位置にある医療器具２８によって印加される検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、ロボットアーム４０の複数のロボット関節の少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるように、ロボットアーム４０に制御コマンドを送信する（ブロック２１８）か、又はロボットアーム４０の電力を切断するように構成される。緩いモードでは、ロボットアーム４０が医療器具２８を落下させることもあるが、ロボットアーム４０のアクチュエータへのフィードバックがまだある場合、これは外傷のリスクと比較して許容可能である。いくつかの実施形態では、コントローラ３８は、制御コマンドをロボットアーム４０に送信して、計算された位置で医療器具２８によって印加された検出された力が許容力レベルよりも大きいことに応じて、医療器具２８を落下させるように構成される。
【００８５】
本発明の様々に異なる特徴が、明確性のために複数の別個の実施形態として記載されているが、これらが単一の実施形態中に組み合わせて提示されてもよい。逆に、説明を簡単にするために単一の実施形態として記載されている本発明の様々に異なる特徴が、別々に又は任意の適切な部分的組み合わせとして提示されてもよい。
【００８６】
上述の実施形態は、例として引用されており、本発明は、上述に特に示され、記載されたものによって限定されない。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせ及び副組み合わせの両方、並びに前述の記載を読むと当業者が思い付くであろう先行技術に開示されていないその変形及び修正、を含む。
【００８７】
〔実施の態様〕
（１）  生体の身体部位に可逆的に挿入されるように構成された医療器具と、
前記医療器具によって前記身体部位に印加された力を検出するように構成された力センサと、
前記医療器具に取り付けられたロボットアームであって、前記ロボットアームの動きを制御し、前記医療器具を操作するように構成された複数のロボット関節を含む、ロボットアームと、
前記身体部位における前記医療器具の器具位置を追跡するように構成された第１の位置センサと、
前記生体上に配置され、前記身体部位内への前記医療器具の前記挿入中に前記身体部位の身体位置を追跡するように構成された第２の位置センサと、
コントローラであって、
前記器具位置及び前記身体位置に応じて、前記身体部位に対する前記医療器具の位置を計算することと、
前記医療器具によって印加された前記検出された力を、前記計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較することと、
前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、前記複数のロボット関節の少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、前記ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又は前記ロボットアームの電力を切断することと、を行うように構成されている、コントローラと、
を備える、ロボットアーム制御システム。
（２）  前記力センサが、前記医療器具上に配置されている、実施態様１に記載のシステム。
（３）  前記コントローラが、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定するように構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（４）  前記コントローラが、
前記身体部位の少なくとも１つの所与の位置に対して医療スキャンを位置合わせすることであって、前記医療スキャンが前記解剖学的特徴部の画像を含む、ことと、
前記医療スキャンの前記位置合わせ及び前記器具位置に基づいて、前記解剖学的特徴部が前記医療器具の前記計算された位置にあることを識別することと、を行うように構成されている、実施態様３に記載のシステム。
（５）  前記コントローラが、前記解剖学的特徴部の識別に基づいて、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定するように構成されている、実施態様４に記載のシステム。
【００８８】
（６）  前記解剖学的特徴部の前記画像が放射線濃度を有し、
前記コントローラが、前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づいて、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定するように構成されている、
実施態様４に記載のシステム。
（７）  前記コントローラが、
前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づいて、前記解剖学的特徴部の組織タイプを識別することと、
前記解剖学的特徴部の前記組織タイプに基づいて、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定することと、を行うように構成されている、実施態様６に記載のシステム。
（８）  前記コントローラは、前記ロボットアームに制御コマンドを送信して、前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて前記医療器具を落下させるように構成されている、実施態様１に記載のシステム。
（９）  生体の身体部位に可逆的に挿入される医療器具に取り付けられたロボットアームの動きを制御することと、
前記医療器具によって前記身体部位に印加された力を検出することと、
前記身体部位内の前記医療器具の器具位置を追跡することと、
前記身体部位内への前記医療器具の前記挿入中に前記身体部位の身体位置を追跡することと、
前記器具位置及び前記身体位置に応じて、前記身体部位に対する前記医療器具の位置を計算することと、
前記医療器具によって印加された前記検出された力を、前記計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較することと、
前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、前記ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、前記ロボットアームに制御コマンドを送信するか、又は前記ロボットアームの電力を切断することと、
を含む、ロボットアーム制御方法。
（１０）  前記力を前記検出することが、前記医療器具上に配置された力センサによって実行される、実施態様９に記載の方法。
【００８９】
（１１）  前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを設定することを更に含む、実施態様９に記載の方法。
（１２）  前記身体部位の少なくとも１つの所与の位置に対して医療スキャンを位置合わせすることであって、前記医療スキャンが前記解剖学的特徴部の画像を含む、ことと、
前記医療スキャンの前記位置合わせ及び前記器具位置に基づいて、前記解剖学的特徴部が前記医療器具の前記計算された位置にあることを識別することと、
を更に含む、実施態様１１に記載の方法。
（１３）  前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを前記設定することが、前記解剖学的特徴部の識別に基づく、実施態様１２に記載の方法。
（１４）  前記解剖学的特徴部の前記画像が放射線濃度を有し、
前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを前記設定することが、前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づく、
実施態様１２に記載の方法。
（１５）  前記解剖学的特徴部の前記画像の前記放射線濃度に基づいて前記解剖学的特徴部の組織タイプを識別することを更に含み、前記解剖学的特徴部に印加するための前記許容力レベルを前記設定することが、前記解剖学的特徴部の前記組織タイプに基づく、実施態様１４に記載の方法。
【００９０】
（１６）  前記送信することは、制御コマンドを前記ロボットアームに送信して、前記計算された位置で前記医療用器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、前記医療器具を落下させることを含む、実施態様９に記載の方法。
（１７）  プログラム命令が記憶された非一時的なコンピュータ可読媒体を備えたソフトウェア製品であって、前記命令が、中央処理装置（ＣＰＵ）によって読み取られると、前記ＣＰＵに、
生体の身体部位に可逆的に挿入される医療器具に取り付けられたロボットアームの動きを制御させ、
前記医療器具によって前記身体部位に印加された検出された力を記憶させ、
前記身体部位内の前記医療器具の器具位置を記憶させ、
前記身体部位への前記医療器具の前記挿入中に前記身体部位の身体位置を記憶させ、
前記器具位置及び前記身体位置に応じて、前記身体部位に対する前記医療器具の位置を計算させ、
前記医療器具によって印加された前記検出された力を、前記計算された位置で解剖学的特徴部に印加するための許容力レベルと比較させ、
前記計算された位置で前記医療器具によって印加された前記検出された力が前記許容力レベルよりも大きいことに応じて、ロボットアームの少なくとも１つのロボット関節の剛性を緩めるために、前記ロボットアームに制御コマンドを送信させるか、又は前記ロボットアームの電力を切断させる、ソフトウェア製品。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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