(57)【要約】【課題】  関節式アームを有する装置と一体型手術台との間の位置合せを決定すること。【解決手段】  手術台及びコンピュータ支援装置を位置合わせするシステム及び方法は、関節式アームと、この関節式アームに結合される制御ユニットとを含む。関節式アームは、身体開口部で患者の体内に挿入されるように構成された先端側取付け器具を有する。制御ユニットは、通信接続部を介して手術台の第１の動作を検出するように構成される。手術台の第１の動作は、関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせる。制御ユニットは、手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定し、コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定し、第１の角度方向及び第２の角度方向に基づいて、手術台とコンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定するようにさらに構成される。【選択図】図５
2020171681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ支援システムであって、当該システムは、
コンピュータ支援装置と、
制御ユニットと、を有しており、
該制御ユニットは、
通信接続部を介して前記制御ユニットに結合されたテーブルのテーブル動作を検出することであって、前記テーブルの前記テーブル動作によって、前記コンピュータ支援装置の装置動作を１つ又は複数の位置で生じさせ、各位置は、前記コンピュータ支援装置の一部が前記テーブル上の患者のそれぞれの身体開口部内に挿入される位置に対応する、検出することと、
前記テーブルに関連付けられたテーブル座標フレームにおいて前記テーブル動作の第１の角度方向を決定することと、
コンピュータ支援装置の座標フレームにおいて前記コンピュータ支援装置の前記装置動作の第２の角度方向を決定することと、
前記第１の角度方向と前記第２の角度方向との間の差に基づいて、前記テーブルと前記コンピュータ支援装置との間の第１の角度関係を決定することと、
該第１の角度関係を合成角度関係に集約することと、を行うように構成されており、
前記第２の角度方向は、
前記コンピュータ支援装置の第１の関節式アームの第１のアーム動作の方向であって、前記テーブルの前記テーブル動作によって生じる前記コンピュータ支援装置の前記装置動作には、前記第１のアーム動作が含まれる、第１のアーム動作の方向、又は
複数の角度方向の集約であって、前記コンピュータ支援装置の前記装置動作には、複数の関節式アームの複数のアーム動作が含まれ、各関節式アームの各アーム動作には、前記複数の角度方向のうちの角度方向が含まれる、複数の角度方向の集約を含む、
システム。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記テーブル動作の開始時に記録された第１のテーブル変換と、前記テーブル動作の終了時に存在する第２のテーブル変換とに基づいて、前記第１の角度方向を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の角度方向には、前記第１のアーム動作の方向が含まれ、前記制御ユニットは、第１の位置及び第２の位置に基づいて前記第１のアーム動作の方向を決定するようにさらに構成され、前記第１の位置は、前記第１のアーム動作の開始時の前記第１の関節式アームに関連する点の位置であり、前記第２の位置は、前記第１のアーム動作の終了時の前記点の位置である、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記合成角度関係が収束するまで、追加の第１の角度関係を前記合成角度関係に集約し続けるようにさらに構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記合成角度関係に基づいて、テーブル対コンピュータ支援装置の変換を生成するようにさらに構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記テーブルに指示して前記テーブル動作を実行するようにさらに構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の角度方向には、前記第１のアーム動作の方向が含まれ、
前記制御ユニットは、前記第２の角度方向を決定する前に、前記第１のアーム動作の長さが所定の閾値より大きいかどうかを判定するようにさらに構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の角度方向には、前記第１のアーム動作の方向が含まれ、
第１のアーム動作には、一連の増分動作が含まれ、
前記制御ユニットは、
前記第１のアーム動作の大きさを決定し、
各増分動作の大きさの合計を決定し、及び
前記第１のアーム動作の大きさと各増分動作の大きさの合計との比が、所定の閾値よりも大きいことを決定するようにさらに構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御ユニットは、
前記テーブルの第２のテーブル動作を検出することであって、前記テーブルの前記第２のテーブル動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含み、前記テーブルの前記第２のテーブル動作は、前記第１の関節式アームの第２の装置動作を生じさせる、検出することと、
前記テーブルの第３のテーブル動作を検出することであって、前記テーブルの前記第３のテーブル動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含み、前記テーブルの前記第３のテーブル動作は、前記第１の関節式アームの第３の装置動作を生じさせ、前記第２の軸線は前記第１の軸線とは異なる、検出することと、
前記第１の回転及び前記第２の装置動作に基づいて、前記第１の関節式アームに関連付けられた点と前記第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定することと、
前記第２の回転及び前記第３の装置動作に基づいて、前記点と前記第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定することと、
前記点の位置と前記第１及び第２の垂直距離とに基づいて、前記コンピュータ支援装置と前記テーブルとの間のＸＹ位置合せを決定することと、
該ＸＹ位置合せを合成ＸＹ位置合せに集約して、該合成ＸＹ位置合せを更新することと、を行うようにさらに構成される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コンピュータ支援装置と前記テーブルとの間の前記合成ＸＹ位置合せは、前記コンピュータ支援装置の座標フレームにおける前記テーブルの回転点の位置に対応する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
テーブルとコンピュータ支援装置を位置合わせする方法であって、当該方法は、
前記テーブルのテーブル動作を検出するステップであって、前記テーブルの前記テーブル動作によって、前記コンピュータ支援装置の装置動作を１つ又は複数の位置で生じさせ、各位置は、前記コンピュータ支援装置の一部が前記テーブル上の患者のそれぞれの身体開口部内に挿入される位置に対応する、検出するステップと、
前記テーブルに関連付けられたテーブル座標フレームにおいて前記テーブル動作の第１の角度方向を決定するステップと、
コンピュータ支援装置の座標フレームにおいて前記コンピュータ支援装置の前記装置動作の第２の角度方向を決定するステップと、
前記第１の角度方向と前記第２の角度方向との間の差に基づいて、前記テーブルと前記コンピュータ支援装置との間の第１の角度関係を決定するステップと、
該第１の角度関係を合成角度関係に集約して、該合成角度関係を更新するステップと、を含んでおり、
前記第２の角度方向は、
前記コンピュータ支援装置の第１の関節式アームの第１のアーム動作の方向であって、前記テーブルの前記テーブル動作によって生じる前記コンピュータ支援装置の前記装置動作には、前記第１のアーム動作が含まれる、第１のアーム動作の方向、又は
複数の角度方向の集約であって、前記コンピュータ支援装置の前記装置動作には、複数の関節式アームの複数のアーム動作が含まれ、各関節式アームの各アーム動作には、前記複数の角度方向のうちの角度方向が含まれる、複数の角度方向の集約を含む、
方法。
【請求項１２】
前記テーブル動作の開始時に記録された第１のテーブル変換と、前記テーブル動作の終了時に存在する第２のテーブル変換とに基づいて、前記第１の角度方向を決定するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の角度方向には、前記装置動作の方向が含まれ、当該方法は、第１の位置及び第２の位置に基づいて前記装置動作の方向を決定するステップをさらに含み、前記第１の位置は、前記装置動作の開始時の前記第１の関節式アームに関連する点の位置であり、前記第２の位置は、前記装置動作の終了時の点の位置である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記合成角度関係に基づいて、テーブル対コンピュータ支援装置の変換を生成するステップをさらに含む、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記テーブルの第２のテーブル動作を検出するステップであって、前記テーブルの前記第２のテーブル動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含み、前記テーブルの前記第２のテーブル動作は、前記第１の関節式アームの第２の装置動作を生じさせる、検出するステップと、
前記テーブルの第３のテーブル動作を検出するステップであって、前記テーブルの前記第３のテーブル動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含み、前記テーブルの前記第３のテーブル動作は、前記第１の関節式アームの第３の装置動作を生じさせ、前記第２の軸線は前記第１の軸線とは異なる、検出するステップと、
前記第１の回転及び前記第２の装置動作に基づいて、前記第１の関節式アームに関連付けられた点と前記第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定するステップと、
前記第２の回転及び前記第３の装置動作に基づいて、前記点と前記第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定するステップと、
前記点の位置と前記第１及び第２の垂直距離とに基づいて、前記コンピュータ支援装置と前記テーブルとの間のＸＹ位置合せを決定するステップと、
該ＸＹ位置合せを合成ＸＹ位置合せに集約して、該合成ＸＹ位置合せを更新するステップと、をさらに含む、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本開示は、２０１４年１０月２７日に出願された、”System  and  Method  for  Integrated  Operating  Table”という標題の米国仮特許出願第６２／０６９，２４５号、及び２０１５年３月１７日に出願された、”System  and  Method  for  Registering  to  a  Surgical  Table”という標題の米国仮特許出願第６２／１３４，２９６号について優先権を主張するものであり、これら両文献は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、関節式アームを有する装置の操作に関し、より具体的には、関節式アームを有する装置と一体型手術台との間の位置合せを決定することに関する。
【背景技術】
【０００３】
益々多くの装置が、自律的な及び半自律的な電子装置に置き換えられている。これは、自律的な及び半自律的な電子装置の大型アレイが、手術室、介入処置室、集中治療室、救急処置室等で見受けられるような、今日の病院に特に当てはまる。例えば、ガラス体温計や水銀体温計が、電子体温計に置き換えられ、点滴ラインには、現在、電子監視装置や流れ調整器が含まれ、従来のハンドヘルド式手術用器具は、コンピュータ支援医療装置に置き換えられている。益々多くの自律的な及び半自律的な装置が使用されるにつれて、２つ以上の装置が協働して共通の目標を達成する機会が拡がる。
【０００４】
例えば、１つ又は複数の関節式アームを有するコンピュータ支援手術装置を用いて、手術台の上部を動かすことができる関節式構造を有する手術台上に位置する患者に対して処置を行う際の、手術室又は介入処置室でのシナリオについて検討する。外科医及び／又は手術室の他のスタッフが、手術台を用いて患者を再調整及び／又は移動させたい場合に、この移動は、コンピュータ支援手術装置の関節式アームに対して生じる。患者への損傷、コンピュータ支援装置への損害、及び／又は手術台への損害を回避するために、コンピュータ支援手術装置が手術台の動きを検出し、それに応じて関節式アームを調整することが望ましい。これを効果的に行うために、大抵の場合、手術台とコンピュータ支援手術装置との間の幾何学的及び／又は運動学的関係を知ることは有用である。この問題に対する１つの解決策は、手術室のスタッフに位置及び向きを手動で入力させることである。実際には、これは面倒で、実際的ではなく、及び／又はエラーを起こしやすい手順となり得る。他の解決策は、コンピュータ支援手術装置を手術台にボルト止めすることによって、及び／又はコンピュータ支援手術装置と手術台との間の関節式構造を用いること等によって、コンピュータ支援手術装置を手術台に対して既知の位置及び向きに配置することを含み、関節式構造は、コンピュータ支援手術装置及び手術台の位置及び向きを決定するために使用することができる。これらの両方のアプローチは、コンピュータ支援手術装置の可能な位置及び向きを不当に制限し、様々なサイズの患者に及び／又は異なるタイプの処置に対してコンピュータ支援手術装置を効果的に使用することを困難にし得る。加えて、これらのアプローチは、コンピュータ支援手術装置及び／又は手術台を移動させたときに、行わなければならない追加のステップを導入し得る。
【０００５】
従って、コンピュータ支援手術装置及び手術台の位置及び向き（すなわち、位置合せ）を決定する改良されたシステム及び方法を有することは、有益となるだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いくつかの実施形態と一致して、コンピュータ支援医療装置は、関節式アームと、この関節式アームに結合される制御ユニットとを含む。関節式アームは、身体開口部で患者の体内に挿入されるように構成された先端側取付け器具を有する。制御ユニットは、通信接続部を介して制御ユニットに結合された手術台の第１の動作を検出するように構成される。手術台の第１の動作は、関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせる。制御ユニットは、手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定し、コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定し、及び第１の角度方向及び第２の角度方向に基づいて、手術台とコンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定する、ようにさらに構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、制御ユニットは、手術台の第３の動作を検出するようにさらに構成される。手術台の第３の動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含む。手術台の第３の動作は、制御点の対応する第４の動作を生じさせる。制御ユニットは、手術台の第５の動作を検出するようにさらに構成される。手術台の第５の動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含む。手術台の第５の動作は、制御点の対応する第６の動作を生じさせる。第２の軸線は、第１の軸線とは異なる。制御ユニットは、第１の回転及び制御点の第４の動作に基づいて、制御点と第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定し、第２の回転及び制御点の第６の動作に基づいて、制御点と第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定し、制御点の位置と第１及び第２の垂直距離とに基づいて、装置と手術台との間のＸＹ位置合せを決定する、ようにさらに構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態と一致して、手術台及びコンピュータ支援医療装置を位置合わせする方法は、手術台の第１の動作を検出するステップを含む。第１の動作は、コンピュータ支援医療装置の関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせる。コンピュータ支援医療装置は、通信接続部を介して手術台に結合される。この方法は、手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定するステップと、コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定するステップと、第１及び第２の角度方向に基づいて、手術台とコンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定するステップと、をさらに含む。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、この方法は、手術台の第３の動作を検出するステップをさらに含む。手術台の第３の動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含む。手術台の第３の動作は、制御点の対応する第４の動作を生じさせる。この方法は、手術台の第５の動作を検出するステップをさらに含む。手術台の第５の動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含む。手術台の第５の動作は、制御点の対応する第６の動作を生じさせる。第２の軸線は、第１の軸線とは異なる。この方法は、第１の回転及び制御点の第４の動作に基づいて、制御点と第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定するステップと、第２の回転及び制御点の第６の動作に基づいて、制御点と第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定するステップと、制御点の位置と第１及び第２の垂直距離とに基づいて、装置と手術台との間のＸＹ位置合せを決定するステップと、をさらに含む。
【００１０】
いくつかの実施形態と一致して、非一時的な機械可読媒体は、複数の機械可読命令を含み、この命令がコンピュータ支援医療装置に関連する１つ又は複数のプロセッサによって実行されると、１つ又は複数のプロセッサに、以下の段階を実行させる。この段階は、手術台の第１の動作を検出することを含む。第１の動作は、コンピュータ支援医療装置の関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせる。コンピュータ支援医療装置は、通信接続部を介して手術台に結合される。この段階は、手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定することと、コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定することと、第１及び第２の角度方向に基づいて、手術台とコンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定することと、をさらに含む。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、この段階は、手術台の第３の動作を検出することをさらに含む。手術台の第３の動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含む。手術台の第３の動作は、制御点の対応する第４の動作を生じさせる。この段階は、手術台の第５の動作を検出することをさらに含む。手術台の第５の動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含む。手術台の第５の動作は、制御点の対応する第６の動作を生じさせる。第２の軸線は、第１の軸線とは異なる。この段階は、第１の回転及び制御点の第４の動作に基づいて、制御点と第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定することと、第２の回転及び制御点の第６の動作に基づいて、制御点と第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定することと、制御点の位置と第１及び第２の垂直距離とに基づいて、装置と手術台との間のＸＹ位置合せを決定することと、をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】いくつかの実施形態によるコンピュータ支援システムの簡略図である。
【図２】いくつかの実施形態によるコンピュータ支援システムを示す簡略図である。
【図３】いくつかの実施形態によるコンピュータ支援医療システムの運動学的モデルの簡略図である。
【図４Ａ】いくつかの実施形態による、手術台とコンピュータ支援装置との間の関係の簡略図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による、手術台とコンピュータ支援装置との間の関係の簡略図である。
【図５】いくつかの実施形態による、手術台をコンピュータ支援装置とθＺ位置合わせする方法の簡略図である。
【図６】いくつかの実施形態による、装置ベースの座標フレームとテーブルベースの座標フレームとの間の関係の簡略図である。
【図７】いくつかの実施形態による、手術台をコンピュータ支援装置とＸＹ位置合わせする方法の簡略図である。
【図８Ａ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【図８Ｂ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【図８Ｃ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【図８Ｄ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【図８Ｅ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【図８Ｆ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【図８Ｇ】本明細書に記載の統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面において、同一の記号表示を有する要素は、同一又は同様の機能を有する。
以下の詳細な説明では、本開示に一致するいくつかの実施形態を説明する具体的な詳細について記載する。しかしながら、いくつかの実施形態は、これらの特定の詳細の一部又は全てを用いずに実施できることは、当業者には明らかであろう。本明細書に開示された特定の実施形態は、例示することを意図しており、限定するものではない。当業者は、ここでは特に説明しない、本開示の範囲及び精神の範囲内にある他の要素を実現し得る。また、不必要な繰返しを避けるために、一実施形態に関連して図示し且つ説明した１つ又は複数の特徴は、他に特に明記しない限り或いは１つ又は複数の特徴が実施形態を機能しないものにしない限り、他の実施形態に組み込むことができる。用語「〜を含む、有する(including)」は、目的語となるものを含むが、その含むもの自体に限定されるものではないことを意味し、含まれる１つ又は複数の個々のアイテムのそれぞれは、特に断りのない限り、オプションであるとみなすべきである。同様に、用語「〜してもよい、〜ことができる、〜する可能性がある（し得る）（may）」は、アイテムがオプションであることを示す。
【００１４】
図１は、いくつかの実施形態によるコンピュータ支援システム１００の簡略図である。図１に示されるように、コンピュータ支援システム１００は、１つ又は複数の可動式又は関節式アーム１２０を有する装置１１０を含む。１つ又は複数の関節式アーム１２０のそれぞれは、１つ又は複数のエンドエフェクタを支持する。いくつかの例では、装置１１０は、コンピュータ支援手術用装置と一致してもよい。１つ又は複数の関節式アーム１２０は、それぞれ、関節式アーム１２０のうちの少なくとも１つの先端部に取り付けられた１つ又は複数の器具、手術用器具、撮像装置等の支持を提供する。装置１１０をオペレータワークステーション（図示せず）にさらに結合してもよく、このワークステーションは、装置１１０、１つ又は複数の関節式アーム１２０、及び／又はエンドエフェクタを動作させるための１つ又は複数のマスター制御部を含むことができる。いくつかの実施形態では、装置１１０及びオペレータワークステーションは、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive  Surgical,  Inc.によって市販されているda  Vinci（登録商標）手術システムに対応してもよい。いくつかの実施形態では、オプションで、他の構成、より少ない又はより多い関節式アーム等を含むコンピュータ支援手術用装置を、コンピュータ支援システム１００と共に使用してもよい。
【００１５】
装置１１０は、インターフェイスを介して制御ユニット１３０に結合される。インターフェイスは、１つ又は複数の無線リンク、ケーブル、コネクタ、及び／又はバスを含んでもよく、且つ１つ又は複数のネットワーク・スイッチング及び／又はルーティング装置を含む１つ又は複数のネットワークをさらに含んでもよい。制御ユニット１３０は、メモリ１５０に結合されたプロセッサ１４０を含む。制御ユニット１３０の動作は、プロセッサ１４０によって制御される。１つのみのプロセッサ１４０を含む制御ユニット１３０が示されているが、プロセッサ１４０は、制御ユニット１３０内の１つ又は複数の中央処理装置、マルチコアプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブル・ゲートアレイ（FPGA）、特定用途向け集積回路（ASIC）等であってもよいことが理解される。制御ユニット１３０は、コンピュータ装置に追加されたスタンドアロン型のサブシステム及び／又はボード、或いは仮想マシンとして実現してもよい。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、オペレータワークステーションの一部として含まれてもよく、及び／又はオペレータワークステーションとは別個に動作してもよいが、オペレータワークステーションと協調して動作することができる。
【００１６】
メモリ１５０は、制御ユニット１３０によって実行されるソフトウェア及び／又は制御ユニット１３０の動作中に使用される１つ又は複数のデータ構造を格納するために使用される。メモリ１５０は、１つ又は複数のタイプの機械可読媒体を含んでもよい。機械可読媒体のいくつかの一般的な形態は、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、他の光媒体、パンチカード、紙テープ、ホール（holes）パターンを含む他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、他のメモリチップ又はカートリッジ、及び／又はプロセッサ又はコンピュータが読み取るように適合された他の媒体を含むことができる。
【００１７】
図示されるように、メモリ１５０は、装置１１０の自律的な及び／又は半自律的な制御をサポートする動作制御アプリケーション１６０を含む。動作制御アプリケーション１６０は、装置１１０から位置、動作、及び／又は他のセンサ情報を受信し、位置、動作、及び／又は衝突回避情報を手術台及び／又は撮像装置等の他の装置に関する他の制御ユニットと交換し、及び／又は、装置１１０、装置１１０の関節式アーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５の動作を計画し及び／又はこの計画を支援するための１つ又は複数のアプリケーション・プログラミング・インターフェイス（API）を含むことができる。動作制御アプリケーション１６０が、ソフトウエア・アプリケーションとして示されているが、動作制御アプリケーション１６０は、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェアとソフトウェアとの組合せを用いて実現してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、コンピュータ支援システム１００は、手術室及び／又は介入処置室内に見出すことができる。コンピュータ支援システム１００は、２つの関節式アーム１２０を有する１つの装置１１０のみを含むが、当業者であれば、コンピュータ支援システム１００は、装置１００と同様の及び／又は装置１００とは異なる関節式アーム及び／又はエンドエフェクタを有する任意数の装置を含むことができることを理解するだろう。いくつかの例では、各装置は、これより少ない又はより多い関節式アーム及び／又はエンドエフェクタを含んでもよい。
【００１９】
コンピュータ支援システム１００は、手術台１７０をさらに含む。１つ又は複数の関節式アーム１２０と同様に、手術台１７０は、手術台１７０のベースに対するテーブル面(table  top)１８０の関節運動をサポートする。いくつかの例では、テーブル面１８０の関節運動は、テーブル面１８０の高さ、傾斜、スライド、トレンデレンブルグ(Trendelenburg)向き等を変更するためのサポートを含むことができる。図示されていないが、手術台１７０は、テーブル面１８０の位置及び／又は向きを制御する手術台命令ユニット等の１つ又は複数の制御入力部を含んでもよい。いくつかの実施形態では、手術台１７０は、ドイツのTrumpf  Medical  Systems  GmbHによって市販されている１つ又は複数の手術台に対応してもよい。
【００２０】
手術台１７０は、対応するインターフェイスを介して制御ユニット１３０にも結合される。インターフェイスは、１つ又は複数の無線リンク、ケーブル、コネクタ、及び／又はバスを含んでもよく、且つ１つ又は複数のネットワーク・スイッチング及び／又はルーティング装置を含む１つ又は複数のネットワークをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、手術台１７０は、制御ユニット１３０とは異なる制御ユニットに結合してもよい。いくつかの例では、動作制御アプリケーション１６０は、手術台１７０及び／又はテーブル面１８０に関連する位置、動作、及び／又は他のセンサ情報を受信するための１つ又は複数のアプリケーション・プログラミング・インターフェイス（API）を含むことができる。いくつかの例では、動作制御アプリケーション１６０は、手術台１７０及び／又はテーブル面１８０の動きを計画し及び／又はこの計画を支援することができる。いくつかの例では、動作制御アプリケーション１６０は、衝突回避に関連する動作計画に関与することができ、関節及びリンクの可動域の制限、関節式アーム、器具、エンドエフェクタ、手術台構成要素の運動に適応及び／又は回避して関節式アーム、器具、エンドエフェクタ、手術台構成要素等の他の動作を補償し、内視鏡等の表示装置を調整して関心領域及び／又は１つ又は複数の器具又はエンドエフェクタを表示装置の視野内に維持及び／又は配置する。いくつかの例では、動作制御アプリケーション１６０は、手術台命令ユニットの使用によって手術台１７０及び／又はテーブル面１８０の動きを阻止する等して、手術台１７０及び／又はテーブル面１８０の動作を阻止することができる。いくつかの例では、動作制御アプリケーション１６０は、装置１１０と手術台１７０との間の幾何学的関係が分かるように、装置１１０を手術台１７０に位置合わせするのを補助することができる。いくつかの例では、幾何学的関係は、装置１１０及び手術台１７０に対して維持される座標フレーム(coordinate  frame)同士間の並進及び／又は１つ又は複数の回転を含むことができる。
【００２１】
図２は、いくつかの実施形態によるコンピュータ支援システム２００を示す簡略図である。例えば、コンピュータ支援システム２００は、コンピュータ支援システム１００と一致してもよい。図２に示されるように、コンピュータ支援システム２００は、１つ又は複数の関節式アームを有するコンピュータ支援装置２１０と手術台２８０とを含む。図２には示されていないが、コンピュータ支援装置２１０及び手術台２８０は、１つ又は複数のインターフェイス及び１つ又は複数の制御ユニットを用いて一緒に結合され、それによって手術台２８０に関する少なくとも運動学的情報を、動作制御アプリケーションが知り、その情報を使用して、コンピュータ支援装置２１０の関節式アームの動作を実行する。
【００２２】
コンピュータ支援装置２１０は、様々なリンク及び関節を含む。図２の実施形態では、コンピュータ支援装置は、一般的に、３つの異なるセットのリンク及び関節に分割される。基端部側の移動カート２１５又は患者側カート２１５で始まるのは、セットアップ構造２２０である。セットアップ構造の先端部には、関節式アームを形成する一連のリンク及びセットアップ関節２４０が結合される。マルチ関節式マニピュレータ２６０が、セットアップ関節２４０の先端部に結合される。いくつかの例では、一連のセットアップ関節２４０及びマニピュレータ２６０は、関節式アーム１２０のうちの１つに対応することができる。１つの一連のセットアップ関節２４０及び対応するマニピュレータ２６０のみを有するコンピュータ支援装置が示されているが、当業者は、コンピュータ支援装置が、複数の一連のセットアップ関節２４０及び対応するマニピュレータ２６０を含むことができ、コンピュータ支援装置に複数の関節式アームが装備されることを理解するであろう。
【００２３】
図示されるように、コンピュータ支援装置２１０は、移動カート２１５に取り付けられる。移動カート２１５によって、コンピュータ支援装置を手術台２８０に近接してより良く位置付けするために、コンピュータ支援装置２１０を手術室同士の間で又は手術室内等のある位置から別の位置へ移すことを可能にする。セットアップ構造２２０は、移動カート２１５に取り付けられる。図２に示されるように、セットアップ構造２２０は、カラム(column)リンク２２１及び２２２を含む２つの部分から構成されるカラムを含む。カラムリンク２２２の上端又は先端部には、肩関節２２３が結合される。肩関節２２３には、ブームリンク２２４及び２２５を含む２つの部分から構成されるブームが結合される。ブームリンク２２５の先端部には、手首関節２２６があり、この手首関節２２６には、アーム取付けプラットフォーム２２７が結合される。
【００２４】
セットアップ構造２２０のリンク及び関節は、アーム取付けプラットフォーム２２７の位置及び向き（すなわち、姿勢）を変更するための様々な自由度を含む。例えば、２つの部分から構成されるカラムは、肩関節２２３を軸線２３２に沿って上下に動かすことにより、アーム取付けプラットフォーム２２７の高さを調整するために使用される。アーム取付けプラットフォーム２２７は、肩関節２２３を用いて移動カート２１５、２つの部分から構成されるカラム、及び軸線２３２の周りでさらに回転される。アーム取付けプラットフォーム２２７の水平位置は、２つの部分から構成されるブームを用いて軸線２３４に沿って調整される。また、アーム取付けプラットフォーム２２７の向きは、手首関節２２６を用いてアーム取付けプラットフォームの向き軸線２３６の周りに回転させることによって調整してもよい。こうして、セットアップ構造２２０内のリンク及び関節の動作制限に応じて、アーム取付けプラットフォーム２２７の位置は、２つの部分から構成されるカラムを用いて、移動カート２１５の上で垂直方向に調整することができる。アーム取付けプラットフォーム２２７の位置は、２つの部分から構成されるブーム及び肩関節２２３をそれぞれ用いて、移動カート２１５の周りに半径方向及び角度方向に調整することもできる。また、アーム取付けプラットフォーム２２７の角度姿勢は、手首関節２２６を用いて変更することもできる。
【００２５】
アーム取付けプラットフォーム２２７は、１つ又は複数の関節式アームの取付け点として使用される。アーム取付けプラットフォーム２２７の移動カート２１５の周りでの高さ、水平位置、及び向きを調整する能力は、手術又は処置が行われる、移動カート２１５の近くに位置する作業スペースの周りに１つ又は複数の関節式アームを位置付け及び向き合せするためのフレキシブルなセットアップ構造を提供する。例えば、様々な関節式アーム及びこれらの対応するマニピュレータ及び器具が外科的処置を患者に行うのに十分な可動域を有するように、アーム取付けプラットフォーム２２７を患者の上に位置付けすることができる。図２は、第１のセットアップ関節２４２を用いてアーム取付けプラットフォーム２２７に結合された単一の関節式アームを示す。１つの関節式アームのみが示されているが、当業者であれば、追加の第１のセットアップ関節を用いて、複数の関節式アームをアーム取付けプラットフォームに結合してもよいことを理解するだろう。
【００２６】
第１のセットアップ関節２４２は、関節式アームのセットアップ関節２４０のセクションの最も基端側部分を形成する。セットアップ関節２４０は、一連の関節及びリンクをさらに含むことができる。図２に示されるように、セットアップ関節２４０は、１つ又は複数の関節（明示的には図示せず）を介して結合された少なくともリンク２４４及び２４６を含む。セットアップ関節２４０の関節及びリンクは、第１のセットアップ関節２４２を用いて、アーム取付けプラットフォーム２２７に対してセットアップ関節２４０を軸線２５２の周りに回転させ、第１のセットアップ関節２４２とリンク２４６との間の半径方向及び水平方向の距離を調整し、リンク２４６の先端部におけるアーム取付けプラットフォーム２２７に対するマニピュレータ取付け部２６２の高さを軸線２５４に沿って調整し、マニピュレータ取付け部２６２を軸線２５４の周りに回転させる能力を含む。いくつかの例では、セットアップ関節２４０は、アーム取付けプラットフォーム２２７に対するマニピュレータ取付け部２６２の姿勢を変更するために、追加の自由度を可能にする追加の関節、リンク、及び軸をさらに含むことができる。
【００２７】
マニピュレータ２６０は、マニピュレータ取付け部２６２を介してセットアップ関節２４０の先端部に結合される。マニピュレータ２６０は、マニピュレータ２６０の先端部に取り付けられた器具キャリッジ２６８を有する追加の関節２６４及びリンク２６６を含む。器具２７０が、器具キャリッジ２６８に取り付けられる。器具２７０は、挿入軸線に沿って整列されたシャフト２７２を含む。シャフト２７２は、典型的には、マニピュレータ２６０に関連する遠隔の運動中心２７４を通過するように整列される。遠隔の運動中心２７４の位置は、典型的には、マニピュレータ取付け部２６２に対して固定された並進関係に維持され、マニピュレータ２６０内の関節２６４の動作は、遠隔の運動中心２７４の周りでシャフト２７２の回転を生じさせる。実施形態に応じて、マニピュレータ取付け部２６２に対する遠隔の運動中心２７４の固定された並進関係は、マニピュレータ２６０の関節２６４及びリンク２６６の物理的な制約を用いて、関節２６４に許容される動作に行われるソフトウェア制約、及び／又はこれら両方の組合せを用いて、維持される。関節及びリンクの物理的な制約を用いて維持された遠隔の運動中心を使用するコンピュータ支援手術装置の代表的な実施形態は、２０１３年５月１３日に出願された、”Redundant  Axis  and  Degree  of  Freedom  for  Hardware-Constrained  Remote  Center  Robotic  Manipulator”という標題の米国特許出願第１３／９０６，８８８号に記載されており、及びソフトウェア制約によって維持された遠隔の運動中心を使用するコンピュータ支援手術装置の代表的な実施形態は、２００５年５月１９日に出願された、”Software  Center  and  Highly  Configurable  Robotic  Systems  for  Surgery  and  Other  Uses”という標題の米国特許第８，００４，２２９号に記載されており、これらの明細書はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの例では、遠隔の運動中心２７４は、シャフト２７２が患者２７８の体内に挿入される、患者２７８の切開部位又は身体オリフィス等の身体開口部の位置に対応してもよい。遠位の運動中心２７４が身体開口部に対応しているので、器具２７０が使用されるとき、遠隔の運動中心２７４は患者２７８に対して静止したままであり、遠隔の運動中心２７４での患者２７８の解剖学的構造へのストレスを制限する。いくつかの例では、シャフト２７２は、オプションで、身体開口部に位置するカニューレ（図示せず）を通過してもよい。いくつかの例では、比較的大きなシャフト又はガイドチューブの外径（例えば、４〜５ｍｍ以上）を有する器具は、カニューレを用いて身体開口部を通過させてもよいが、カニューレは、オプションで、比較的小さなシャフト及びガイドチューブの外径（例えば、２〜３ｍｍ以下）を有する器具では省略してもよい。
【００２８】
シャフト２７２の先端部には、エンドエフェクタ２７６がある。関節２６４及びリンク２６６によるマニピュレータ２６０の自由度によって、マニピュレータ取付け部２６２に対するシャフト２７２及び／又はエンドエフェクタ２７６の少なくともロール、ピッチ、及びヨーの制御を可能にする。いくつかの例では、マニピュレータ２６０の自由度は、器具キャリッジ２６８を用いてシャフト２７２を前進及び／又は後退させる能力をさらに含むことができ、それによってエンドエフェクタ２７６を、挿入軸線に沿って且つ遠隔の運動中心２７４に対して前進及び／又は後退させることができる。いくつかの例では、マニピュレータ２６０は、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive  Surgical,  Inc.によって市販されているda  Vinci（登録商標）手術システムと共に使用するためのマニピュレータと一致してもよい。いくつかの例では、器具２７０は、内視鏡等の撮像装置、把持器、焼灼器具又は手術用メス等の手術用器具であってもよい。いくつかの例では、エンドエフェクタ２７６は、ロール、ピッチ、ヨー、把持等の追加の自由度を含むことができ、この追加の自由度によって、シャフト２７２の先端部に対するエンドエフェクタ２７６の部分の更なる局所的な操作を可能にする。
【００２９】
手術又は他の医療処置中に、患者２７８は、通常、手術台２８０上に配置される。手術台２８０は、テーブルベース２８２及びテーブル面２８４を含み、テーブルベース２８２が移動カート２１５に近接して位置する状態で、器具２７０及び／又はエンドエフェクタ２７６がコンピュータ支援装置２１０によって操作される一方、器具２７０のシャフト２７２が身体開口部で患者２７８の体内に挿入される。手術台２８０は、テーブルベース２８２とテーブル面２８４との間に１つ又は複数の関節又はリンクを含む関節式構造２９０をさらに含み、それによってテーブルベース２８２に対するテーブル面２８４、つまり患者２７８の相対位置が制御される。いくつかの例では、関節式構造２９０は、テーブル面２８４が、テーブル面２８４の上の点に位置し得る仮想的に規定されるテーブル動作のアイソセンタ２８６に対して制御されるように構成してもよい。いくつかの例では、アイソセンタ２８６は、患者２７８の内部に位置してもよい。いくつかの例では、アイソセンタ２８６は、遠隔の運動中心２７４に対応する身体開口部位等の身体開口部のうちの１つで又はこの近くで、患者の身体壁と共に配置してもよい。
【００３０】
図２に示されるように、関節式構造２９０は、テーブル面２８４がテーブルベース２８２に対して上昇及び／又は下降できるように高さ調整関節２９２を含む。関節式構造２９０は、アイソセンタ２８６に対するテーブル面２８４の傾斜２９４とトレンデレンブルグ(Trendelenburg)姿勢２９６との両方を変更させる関節及びリンクをさらに含む。傾斜２９４によって、テーブル面２８４が左右に傾いて、患者２７８の右側又は左側のいずれかが、患者２７８の他方の側に対して上方に回転する（すなわち、テーブル面２８４の長手方向又は頭部からつま先（頭蓋から尾骨）の軸線の周りに回転する）。トレンデレンブルグ２９６によって、患者２７８の足を持ち上げる（トレンデレンブルグ）か、又は患者２７８の頭部を持ち上げる（逆トレンデレンブルグ）ようにテーブル面２８４を回転させる。いくつかの例では、傾斜２９４及び／又はトレンデレンブルグ回転２９６のいずれかを調整して、アイソセンタ２８６の周りの回転を生じさせることができる。関節式構造２９０は、図２に示されるような概ね左及び／又は右の動作でテーブルベース２８２に対してテーブル面２８４を長手方向（頭蓋から尾骨）の軸線に沿って摺動させる追加のリンク及び関節２９８をさらに含む。
【００３１】
図８Ａ〜図８Ｇは、本明細書に記載される統合型コンピュータ支援装置及び可動式手術台の特徴を組み込んだ様々なコンピュータ支援装置システムアーキテクチャを示す簡略化された概略図である。様々な図示されるシステム構成要素は、本明細書に記載される原理に従う。これらの図では、明瞭化のために構成要素が簡略化されており、個々のリンク、関節、マニピュレータ、器具、エンドエフェクタ等の様々な詳細が示されていないが、これら様々な詳細は、図示された様々な構成要素に組み込まれていると理解すべきである。
【００３２】
これらのアーキテクチャでは、１つ又は複数の手術用器具又は器具のクラスタに関連するカニューレは示されていないが、カニューレ及び他の器具ガイド装置は、比較的大きなシャフト又はガイドチューブの外径（例えば、４〜５ｍｍ以上）を有する器具又は器具クラスタに使用することができるが、オプションとして、比較的小さいシャフト又はガイドチューブの外径（例えば、２〜３ｍｍ以下）を有する器具では省略してもよい。
【００３３】
これらのアーキテクチャにおいても、遠隔操作可能なマニピュレータは、手術中に、ハードウェア制約（例えば、交差して固定した器具のピッチ、ヨー、及びロールの軸線）又はソフトウェア制約（例えば、ソフトウェアによって制約された交差する器具のピッチ、ヨー、及びロール軸線）を用いて遠隔の運動中心を規定するマニピュレータを含むと理解すべきである。そのような器具の回転軸線のハイブリッド（例えば、ハードウェア制約によるロール軸線及びソフトウェア制約によるピッチ及びヨー軸線）を規定することもできる。さらに、いくつかのマニピュレータは、処置中に手術用器具の回転軸線を規定し且つ制約しない場合があり、いくつかのマニピュレータは、処置中に器具の１つ又は２つの回転軸線のみを規定し且つ拘束する場合がある。
【００３４】
図８Ａは、可動式手術台１１０及び単一の器具コンピュータ支援装置１１０１ａを示している。手術台１１００は、可動式テーブル面１１０２と、このテーブル面１１０２を先端部で支持するために、機械的に接地されたテーブルベース１１０４から延びるテーブル支持構造１１０３とを含む。いくつかの例では、手術台１１００は、手術台１７０及び／又は２８０と一致してもよい。コンピュータ支援装置１１０１ａは、遠隔操作可能なマニピュレータ及び単一の器具アセンブリ１１０５ａを含む。コンピュータ支援装置１１０１ａは、基端側ベース１１０７ａに機械的に接地され、且つマニピュレータ及び器具アセンブリ１１０５ａを先端部で支持するように延びる支持構造１１０６ａも含む。支持構造１１０６ａは、アセンブリ１１０５ａが手術台１１００に対して移動し且つ手術台１１００に対して様々な固定姿勢で保持されることを可能にするように構成される。ベース１１０７ａは、オプションで、手術台１１００に対して恒久的に固定される又は移動可能である。手術台１１００及びコンピュータ支援装置１１０１ａは、本明細書に記載されるように一緒に動作する。
【００３５】
図８Ａは、２つ、３つ、４つ、５つ、又はそれ以上の個々のコンピュータ支援装置を含み得ることを示すオプションの第２のコンピュータ支援装置１１０１ｂをさらに示しており、各装置が、対応する支持構造１１０６ｂによって支持された対応する個々の遠隔操作可能なマニピュレータ及び単一の器具アセンブリ（複数可）１１０５ｂを含む。コンピュータ支援装置１１０１ｂは、機械的に接地され、アセンブリ１１０５ｂは、コンピュータ支援装置１１０１ａと同様の姿勢を取る。手術台１１００及びコンピュータ支援装置１１０１ａ及び１１０１ｂは、マルチ器具手術システムを一緒に構成し、且つ本明細書に記載されるように一緒に動作する。いくつかの例では、コンピュータ支援装置１１０１ａ及び／又は１１０１ｂは、コンピュータ支援装置１１０及び／又は２１０と一致してもよい。
【００３６】
図８Ｂに示されるように、別の可動式手術台１１００及びコンピュータ支援装置１１１１が示される。コンピュータ支援装置１１１１は、代表的なマニピュレータ及び器具アセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂによって示されるように、２つ、３つ、４つ、５つ又はそれ以上の個々の遠隔操作可能なマニピュレータ及び単一の器具アセンブリを含むマルチ器具装置である。コンピュータ支援装置１１１１のアセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂは、アセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂが手術台１１００に対してアセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂをグループとして一緒に移動させ且つ姿勢を取らせることを可能にする組合せ支持構造１１１２によって支持される。コンピュータ支援装置１１１１のアセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂは、対応する個々の支持構造１１１３ａ及び１１１３ｂによってそれぞれ支持されており、これら支持構造によって、各アセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂが、手術台１１００に対して及び１つ又は複数の他のアセンブリ１１０５ａ及び１１０５ｂに対して個別に移動され且つ姿勢を取ることを可能にする。このようなマルチ器具手術システムアーキテクチャの例は、Intuitive  Surgical,  Inc.によって市販されているda  Vinci  Si（登録商標）手術システム及びda  Vinci  Xi（登録商標）手術システムである。手術台１１００及び例示的なコンピュータ支援装置１１１１を含む手術マニピュレータシステムは、本明細書に記載されるように一緒に動作する。いくつかの例では、コンピュータ支援装置１１１１は、コンピュータ支援装置１１０及び／又は２１０と一致する。
【００３７】
図８Ａ及び図８Ｂのコンピュータ支援装置は、それぞれ、床に機械的に接地された状態で示されている。しかし、１つ又は複数のこのようなコンピュータ支援装置は、オプションで、壁又は天井に機械的に接地され、そのような壁又は天井の接地部に対して恒久的に固定又は移動可能である。いくつかの例では、コンピュータ支援装置は、コンピュータ支援システムの支持ベースを手術台に対して移動させることが可能なトラック又はグリッドシステムを用いて、壁又は天井に取り付けることができる。いくつかの例では、１つ又は複数の固定又は着脱可能な取付けクランプを用いて、それぞれの支持ベースをトラック又はグリッドシステムに取り付けることができる。図８Ｃに示されるように、コンピュータ支援装置１１２１ａは、壁に機械的に接地され、コンピュータ支援装置１１２１ｂは、天井に機械的に接地される。
【００３８】
さらに、コンピュータ支援装置は、可動式手術台１１００を介して間接的に機械的に接地してもよい。図８Ｄに示されるように、コンピュータ支援装置１１３１ａは、手術台１１００のテーブル面１１０２に結合される。コンピュータ支援装置１１３１ａは、図８Ｄに示される破線の構造によって表されるように、オプションで、テーブル支持構造１１０３又はテーブルベース１１０４等の手術台１１００の他の部分に結合してもよい。テーブル面１１０２がテーブル支持構造１１０３又はテーブルベース１１０４に対して移動すると、コンピュータ支援装置１１３１ａも同様にテーブル支持構造１１０３又はテーブルベース１１０４に対して移動する。しかしながら、コンピュータ支援装置１１３１ａがテーブル支持構造１１０３又はテーブルベース１１０４に結合される場合に、コンピュータ支援装置１１３１ａのベースは、テーブル面１１０２が移動する際に、地面に対して固定したままである。テーブルの動作が発生すると、患者の身体が動いてテーブル面１１０２に対する身体開口部の位置を変化させるため、器具が患者の体内に挿入される身体開口部も同様に動き得る。従って、コンピュータ支援装置１１３１ａがテーブル面１１０２に結合される実施形態について、テーブル面１１０２は、局所的な機械的接地として機能し、身体開口部は、テーブル面１１０２に対して移動し、それによって、コンピュータ支援装置１１３１ａに対して同様に移動する。図８Ｄは、第２のコンピュータ支援装置１１３１ｂがオプションで追加され、コンピュータ支援装置１１３１ａと同様に構成され、マルチ器具システムを形成することも示す。手術台に結合された１つ又は複数のコンピュータ支援装置を含むシステムは、本明細書に開示されるように動作する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、同じ又はハイブリッドの機械的接地部を含むコンピュータ支援装置の他の組合せも可能である。例えば、システムは、床に機械的に接地された１つのコンピュータ支援装置と、手術台を介して床に機械的に接地された第２のコンピュータ支援装置とを含むことができる。このようなハイブリッドの機械的接地システムは、本明細書で開示されるように動作する。
【００４０】
本発明の態様は、２つ以上の手術用器具が単一の身体開口部を介して身体に入る単一の身体開口システムを含む。このようなシステムの例は、２０１０年８月１２日に出願された、”Surgical  System  Instrument  Mounting”という標題の米国特許第８，８５２，２０８号、及び２００７年６月１３日に出願された、”Minimally  Invasive  Surgical  System”という標題の米国特許第９，０６０，６７８号に示されており、これら両文献は参照により組み込まれる。図８Ｅは、上述したような手術台１１００と一緒の遠隔操作可能なマルチ器具コンピュータ支援装置１１４１を示す。２つ以上の器具１１４２が、それぞれ対応するマニピュレータ１１４３に結合され、器具１１４２のクラスタ及び器具マニピュレータ１１４３がシステムマニピュレータ１１４４によって一緒に移動される。システムマニピュレータ１１４４は、システムマニピュレータ１１４４を移動させ様々な姿勢に固定することが可能な支持アセンブリ１１４５によって支持される。支持アセンブリ１１４５は、上記の説明と一致するベース１１４６に機械的に接地される。２つ以上の器具１１４２は、単一の身体開口部で患者の体内に挿入される。オプションで、器具１１４２は、単一のガイドチューブを通って一緒に延びており、このガイドチューブは、上記で引用した参考文献に記載されているように、カニューレを通って延びる。コンピュータ支援装置１１４１及び手術台１１００は、本明細書に記載されるように一緒に動作する。
【００４１】
図８Ｆは、オプションで、テーブル面１１０２、テーブル支持構造１１０３、又はテーブルベース１１０４に結合されることによって、手術台１１００を介して機械的に接地された別のマルチ器具の単一の身体開口コンピュータ支援装置１１５１を示す。図８Ｄを参照して上述した説明は、図８Ｆに示される機械的な接地オプションにも適用される。コンピュータ支援装置１１５１及び手術台１１００は、本明細書に記載されるように一緒に動作する。
【００４２】
図８Ｇは、１つ又は複数の遠隔操作可能なマルチ器具、単一の身体開口コンピュータ支援装置１１６１、及び１つ又は複数の遠隔操作可能な単一の器具コンピュータ支援装置１１６２を組み合わせて、本明細書に記載されるように手術台１１００と一緒に動作させてもよいことを示す。コンピュータ支援装置１１６１及び１１６２の各々は、上述したように様々な方法で、直接的に又は別の構造を介して機械的に接地してもよい。
【００４３】
図３は、いくつかの実施形態によるコンピュータ支援医療システムの運動学的モデル３００の簡略図である。図３に示されるように、運動学的モデル３００は、多くのソース及び／又は装置に関連する運動学的情報を含むことができる。運動学的情報は、コンピュータ支援医療装置及び手術台のリンク及び関節についての既知の運動学的モデルに基づくものである。運動学的情報は、コンピュータ支援医療装置及び手術台の関節の位置及び／又は向きに関連する情報にさらに基づくものである。いくつかの例では、関節の位置及び／又は向きに関連する情報は、直動関節(prismatic  joints)の直線位置及びレボリュート関節(revolute  joint)の回転位置を測定するエンコーダ等の１つ又は複数のセンサから導出することができる。
【００４４】
運動学的モデル３００は、いくつかの座標フレーム又は座標系、及び１つの座標フレームから別の座標フレームに位置及び／又は向きを変換するための同次変換(homogeneous  transforms)等の変換を含む。いくつかの例では、図３に含まれる変換リンケージによって示される順方向及び／又は逆方向／反対方向の変換を合成することによって、１つの座標フレームの位置及び／又は向きを他の座標フレームに順方向マッピング及び／又は逆方向マッピングを可能にするために、運動学的モデル３００を使用することができる。いくつかの例では、変換が行列形式の同次変換としてモデル化される場合に、合成は、行列乗算を用いて達成される。いくつかの実施形態では、図２のコンピュータ支援装置２１０と手術台２８０との運動学的関係をモデル化するために、運動学的モデル３００を使用することができる。
【００４５】
運動学的モデル３００は、手術台１７０及び／又は手術台２８０等の手術台の位置及び／又は向きをモデル化するために使用されるテーブルベースの座標フレーム３０５を含む。いくつかの例では、テーブルベースの座標フレーム３０５を用いて、手術台に関連する基準点及び／又は向きに対する手術台上の他の点をモデル化することができる。いくつかの例では、基準点及び／又は向きは、テーブルベース２８２等の手術台のテーブルベースに関連付けてもよい。いくつかの例では、テーブルベースの座標フレーム３０５は、コンピュータ支援システムのワールド(world)座標フレームとして使用するのに適している。
【００４６】
運動学的モデル３００は、テーブル面２８４等の、手術台のテーブル面を表す座標フレーム内の位置及び／又は向きをモデル化するために使用されるテーブル面の座標フレーム３１０をさらに含む。いくつかの例では、テーブル面の座標フレーム３１０は、アイソセンタ２８６等の、テーブル面の回転中心又はアイソセンタを中心にしてセンタリングしてもよい。いくつかの例では、テーブル面の座標フレーム３１０のｚ軸は、手術台が配置される床又は表面に対して垂直方向に及び／又はテーブル面の表面に直交して向き合せしてもよい。いくつかの例では、テーブル面の座標フレーム３１０のｘ軸及びｙ軸は、テーブル面の長手方向（頭からつま先方向）及び横方向（左右方向）の主軸を取り込むように向き合せしてもよい。いくつかの例では、テーブルベース対テーブル面の座標変換３１５を用いて、テーブル面の座標フレーム３１０とテーブルベースの座標フレーム３０５との間の位置及び／又は向きをマッピングする。いくつかの例では、過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、関節式構造２９０等の、手術台の関節式構造の１つ又は複数の運動学的モデルを用いて、テーブルベース対テーブル面の座標変換３１５を決定する。図２の実施形態と一致するいくつかの例では、テーブルベース対テーブル面の座標変換３１５は、手術台に関連する高さ、傾斜、トレンデレンブルグ、及び／又はスライド設定の複合効果をモデル化する。
【００４７】
運動学的モデル３００は、コンピュータ支援装置１１０及び／又はコンピュータ支援装置２１０等のコンピュータ支援装置の位置及び／又は向きをモデル化するために使用される装置ベースの座標フレームをさらに含む。いくつかの例では、装置ベースの座標フレーム３２０を用いて、コンピュータ支援装置に関連する基準点及び／又は向きに対して、コンピュータ支援装置上の他の点をモデル化することができる。いくつかの例では、基準点及び／又は向きは、移動カート２１５等の、コンピュータ支援装置の装置ベースに関連付けてもよい。いくつかの例では、装置ベースの座標フレーム３２０は、コンピュータ支援システムのワールド座標フレームとして使用するのに適している。
【００４８】
手術台とコンピュータ支援装置との間の位置及び／又は向きの関係を追跡するために、大抵の場合、手術台とコンピュータ支援装置との間の位置合わせを行うことが望ましい。図３に示されるように、この位置合わせを用いて、テーブル面の座標フレーム３１０と装置ベースの座標フレーム３２０との間の位置合せ変換３２５を決定することができる。いくつかの実施形態では、位置合せ変換３２５は、テーブル面の座標フレーム３１０と装置ベースの座標フレーム３２０との間の部分的な又は完全な変換となり得る。位置合せ変換３２５は、手術台とコンピュータ支援装置との間のアーキテクチャ配置に基づいて決定される。
【００４９】
コンピュータ支援装置がテーブル面１１０２に取り付けられる図８Ｄ及び図８Ｆの例では、位置合せ変換３２５が、テーブルベース対テーブル面の座標変換３１５から決定され、コンピュータ支援装置がテーブル面１１２のどの箇所に取り付けられる位置を分かっている。
【００５０】
コンピュータ支援装置が床に配置される、或いは壁又は天井に取り付けられる図８Ａ〜図８Ｃ、図８Ｅ、及び図８Ｆの例では、位置合せ変換３２５の決定は、装置ベースの座標フレーム３２０とテーブルベースの座標フレーム３０５とにいくつかの制約を与えることによって簡略化される。いくつかの例では、これらの制約は、装置ベースの座標フレーム３２０とテーブルベースの座標フレーム３０５との両方が同じ垂直上向き又はｚ軸上で一致することを含む。手術台が水平な床に配置されると仮定して、部屋の壁（例えば、床に対して垂直）と天井（例えば、床に対して平行）との相対的な向きは既知であり、共通の垂直上向き又はｚ軸（又は適切な向き変換）が、装置ベースの座標フレーム３２０とテーブルベースの座標フレーム３０５との両方又は適切な向き変換について維持されることが可能である。いくつかの例では、共通のｚ軸のため、位置合せ変換３２５は、オプションで、テーブルベースの座標フレーム３０５のｚ軸の周りの、テーブルベースに対する装置ベースの回転関係（例えば、θＺ位置合せ）を単にモデル化することができる。いくつかの例では、位置合せ変換３２５は、オプションで、テーブルベースの座標フレーム３０５と装置ベースの座標フレーム３２０との間の水平オフセット（例えば、ＸＹ位置合せ）をモデル化することもできる。これは、コンピュータ支援装置と手術台との間の垂直（ｚ）方向関係が分かっているために可能である。従って、テーブルベース対テーブル面の座標変換３１５におけるテーブルの高さの変化は、テーブルベースの座標フレーム３０５及び装置ベースの座標フレーム３２０の垂直方向軸線が同じ又はほぼ同じであり、テーブルベースの座標フレーム３０５と装置ベースの座標フレーム３２０との間の高さの変化が互いの妥当な許容誤差（公差）内にあるため、装置ベースの座標フレーム３２０の垂直方向調整に類似している。いくつかの例では、テーブルベース対テーブル面の座標変換３１５における傾斜及びトレンデレンブルグの調整は、テーブル面の高さ（又はそのアイソセンタ）及びθＺ及び／又はＸＹ位置合せが分かっているので、装置ベースの座標フレーム３２０にマッピングすることができる。いくつかの例では、位置合せ変換３２５及びテーブルベース対テーブル面の座標変換３１５を用いて、たとえそのコンピュータ支援装置が構造的にそうでない場合でもテーブル面に取り付けられているかのように、コンピュータ支援手術用装置をモデル化することができる。
【００５１】
運動学的モデル３００は、コンピュータ支援装置の関節式アーム上の最も基端側の点に関連する共有座標フレームの適切なモデルとして使用されるアーム取付けプラットフォームの座標フレーム３３０をさらに含む。いくつかの実施形態では、アーム取付けプラットフォームの座標フレーム３３０は、アーム取付けプラットフォーム２２７等のアーム取付けプラットフォーム上の好都合な点に関連付けられ且つこの点に対して向き合せされる。いくつかの例では、アーム取付けプラットフォームの座標フレーム３３０の中心点は、アーム取付けプラットフォームの方向軸線２３６上に配置され、アーム取付けプラットフォームの座標フレーム３３０のｚ軸は、アーム取付けプラットフォームの方向軸線２３６と整列される。いくつかの例では、装置ベース対アーム取付けプラットフォームの座標変換３３５を用いて、装置ベースの座標フレーム３２０とアーム取付けプラットフォームの座標フレーム３３０との間の位置及び／又は向きをマッピングする。いくつかの例では、過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、装置ベースとセットアップ構造２２０等のアーム取付けプラットフォームとの間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルを用いて、装置ベース対アーム取付けプラットフォームの座標変換３３５を決定する。図２の実施形態と一致するいくつかの例では、装置ベース対アーム取付けプラットフォームの座標変換３３５は、コンピュータ支援装置の２つの部分から構成されるカラム、肩関節、２つの部分から構成されるブーム、及びセットアップ構造部分の手首関節の複合効果をモデル化することができる。
【００５２】
運動学的モデル３００は、コンピュータ支援装置の各関節式アームに関連する一連の座標フレーム及び変換をさらに含む。図３に示されるように、運動学的モデル３００は、３つの関節式アームについての座標フレーム及び変換を含むが、当業者は、異なるコンピュータ支援装置が、より少ない及び／又はより多い（例えば、１、２、４、５つ、又はそれ以上）関節式アーム含んでもよいことを理解するだろう。図２のコンピュータ支援装置２１０のリンク及び関節の構成と一致して、関節式アームの各々は、関節式アームの先端部に取り付けられた器具のタイプに依存して、マニピュレータ取付けの座標フレーム、遠隔の運動中心の座標フレーム、及び器具又はカメラの座標フレームを用いてモデル化される。
【００５３】
運動学的モデル３００では、関節式アームのうちの第１の関節式アームの運動学的関係が、マニピュレータ取付けの座標フレーム３４１、遠隔の運動中心の座標フレーム３４２、器具の座標フレーム３４３、アーム取付けプラットフォーム対マニピュレータ取付けの変換３４４、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３４５、及び遠隔の運動中心対器具の変換３４６を用いて、取り込まれる。マニピュレータ取付けの座標フレーム３４１は、マニピュレータ２６０等のマニピュレータに関連する位置及び／又は向きを表すのに適したモデルを表す。マニピュレータ取付けの座標フレーム３４１は、対応する関節式アームのマニピュレータ取付け部２６２等のマニピュレータ取付け部に関連付けられる。次に、アーム取付けプラットフォーム対マニピュレータ取付けの変換３４４は、対応するセットアップ関節２４０の過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、アーム取付けプラットフォームと、対応するセットアップ関節２４０等の対応するマニピュレータ取付け部との間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。
【００５４】
遠隔の運動中心の座標フレーム３４２は、対応するマニピュレータ２６０の対応する遠隔の運動中心２７４等の、マニピュレータに取り付けられた器具の遠隔の運動中心に関連付けられる。次に、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３４５は、対応する関節２６４の過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、対応するマニピュレータ取付け部と、対応するマニピュレータ２６０の対応する関節２６４、対応するリンク２６６、及び対応するキャリッジ２６８等の対応する遠隔の運動中心との間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。対応する遠隔の運動中心が、図２の実施形態のように、対応するマニピュレータ取付け部に対して固定した位置関係で維持される場合に、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３４５は、マニピュレータ及び器具が操作される際に変化しない本質的に静的な並進要素と、マニピュレータ及び器具が操作される際に変化する動的な回転要素とを含む。
【００５５】
器具の座標フレーム３４３は、対応するエンドエフェクタ２７６等の、器具の先端部に位置するエンドエフェクタに関連付けられる。次に、遠隔の運動中心対器具の変換３４６は、過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、対応する器具、エンドエフェクタ、及び遠隔の運動中心を移動及び／又は向き合せする、コンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。いくつかの例では、遠隔の運動中心対器具の変換３４６は、対応するシャフト２７２等のシャフトが遠隔の運動中心を通過する向きと、このシャフトが遠隔の運動中心に対して前進及び／又は後退する距離とを説明する。いくつかの例では、遠隔の運動中心対器具の変換３４６は、器具のシャフトの挿入軸線が遠隔の運動中心を通過するように制約してもよく、このシャフトによって規定される軸線の周りのシャフト及びエンドエフェクタの回転を説明する。
【００５６】
運動学的モデル３００では、関節式アームのうちの第２の関節式アームの運動学的関係が、マニピュレータ取付けの座標フレーム３５１、遠隔の運動中心の座標フレーム３５２、器具の座標フレーム３５３、アーム取付けプラットフォーム対マニピュレータ取付けの変換３５４、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３５５、及び遠隔の運動中心対器具の変換３５６を用いて、取り込まれる。マニピュレータ取付けの座標フレーム３５１は、マニピュレータ２６０等のマニピュレータに関連する位置及び／又は向きを表すのに適したモデルを表す。マニピュレータ取付けの座標フレーム３５１は、対応する関節式アームのマニピュレータ取付け部２６２等のマニピュレータ取付け部に関連付けられる。次に、アーム取付けプラットフォーム対マニピュレータ取付けの変換３５４は、対応するセットアップ関節２４０の過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、アーム取付けプラットフォームと、対応するセットアップ関節２４０等の対応するマニピュレータ取付け部との間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。
【００５７】
遠隔の運動中心の座標フレーム３５２は、対応するマニピュレータ２６０の対応する遠隔の運動中心２７４等の、関節式アームに取り付けられたマニピュレータの遠隔の運動中心に関連付けられる。次に、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３５５は、対応する関節２６４の過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、対応するマニピュレータ取付け部と、対応するマニピュレータ２６０の対応する関節２６４、対応するリンク２６６、及び対応するキャリッジ等の対応する遠隔の運動中心との間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。対応する遠隔の運動中心が、図２の実施形態に示されるように、対応するマニピュレータ取付け部に対して固定した位置関係で維持される場合に、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３５５は、マニピュレータ及び器具が操作される際に変化しない本質的に静的な並進要素と、マニピュレータ及び器具が操作される際に変化する動的な回転要素とを含む。
【００５８】
器具の座標フレーム３５３は、対応する器具２７０及び／又はエンドエフェクタ２７６等の、器具の先端部に位置するエンドエフェクタに関連付けられる。次に、遠隔の運動中心対器具の変換３５６は、過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、対応する器具、エンドエフェクタ、及び遠隔の運動中心を移動及び／又は向き合せする、コンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。いくつかの例では、遠隔の運動中心対器具の変換３５６は、対応するシャフト２７２等のシャフトが遠隔の運動中心を通過する向きと、このシャフトが遠隔の運動中心に対して前進及び／又は後退する距離とを説明する。いくつかの例では、遠隔の運動中心対器具の変換３５６は、器具のシャフトの挿入軸線が遠隔の運動中心を通過するように制約してもよく、このシャフトによって規定される挿入軸線の周りのシャフト及びエンドエフェクタの回転を説明する。
【００５９】
運動学的モデル３００では、関節式アームのうちの第３の関節式アームの運動学的関係が、マニピュレータ取付けの座標フレーム３６１、遠隔の運動中心の座標フレーム３６２、カメラの座標フレーム３６３、アーム取付けプラットフォーム対マニピュレータ取付けの変換３６４、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３６５、及び遠隔の運動中心対カメラの変換３６６を用いて、取り込まれる。マニピュレータ取付けの座標フレーム３６１は、マニピュレータ２６０等のマニピュレータに関連する位置及び／又は向きを表すのに適したモデルを表す。マニピュレータ取付けの座標フレーム３６１は、対応する関節式アームのマニピュレータ取付け部２６２等のマニピュレータ取付け部に関連付けられる。次に、アーム取付けプラットフォーム対マニピュレータ取付けの変換３６４は、対応するセットアップ関節２４０の過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、アーム取付けプラットフォームと、対応するセットアップ関節２４０等の対応するマニピュレータ取付け部との間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。
【００６０】
遠隔の運動中心の座標フレーム３６２は、対応するマニピュレータ２６０の対応する遠隔の運動中心２７４等の、関節式アームに取り付けられたマニピュレータの遠隔の運動中心に関連付けられる。次に、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３６５は、対応する関節２６４の過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、対応するマニピュレータ取付け部と、対応するマニピュレータ２６０の対応する関節２６４、対応するリンク２６６、及び対応するキャリッジ２６８等の対応する遠隔の運動中心との間のコンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。対応する遠隔の運動中心が、図２の実施形態に示されるように、対応するマニピュレータ取付け部に固定した位置関係で維持される場合に、マニピュレータ取付け対遠隔の運動中心の変換３６５は、マニピュレータ及び器具が操作される際に変化しない本質的に静的な並進要素と、マニピュレータ及び器具が操作される際に変化する動的な回転要素とを含む。
【００６１】
カメラの座標フレーム３６３は、関節式アームに取り付けられた内視鏡等の撮像装置に関連付けられる。次に、遠隔の運動中心対カメラの変換３６６は、過去及び／又は現在の関節センサの読取値と一緒に、撮像装置及び対応する遠隔の運動中心を移動及び／又は向き合せさせる、コンピュータ支援装置のリンク及び関節の１つ又は複数の運動学的モデルに基づくものである。いくつかの例では、遠隔の運動中心対カメラの変換３６６は、対応するシャフト２７２等のシャフトが遠隔の運動中心を通過する向きと、このシャフトが遠隔の運動中心に対して前進及び／又は後退する距離とを説明する。いくつかの例では、遠隔の運動中心対カメラの変換３６６は、撮像装置のシャフトの挿入軸線が遠隔の運動中心を通過するように制約してもよく、このシャフトによって規定される軸線の周りの撮像装置の回転を説明する。
【００６２】
上で議論され、ここでさらに強調するように、図３は、単なる例に過ぎず、特許請求の範囲を過度に制限すべきでない。当業者であれば、多くの変形形態、代替形態、及び修正形態を認識するだろう。いくつかの実施形態によれば、手術台とコンピュータ支援装置との間の位置合せは、代替の位置合せ変換を用いてテーブル面の座標フレーム３１０と装置ベースの座標フレーム３２０との間で決定してもよい。代替の位置合せ変換が使用される場合に、位置合せ変換３２５は、テーブルベース対テーブル面の変換３１５の逆／反対を用いて代替の位置合せ変換を合成することによって決定される。いくつかの実施形態によれば、コンピュータ支援装置をモデル化するために使用される座標フレーム及び／又は変換は、コンピュータ支援装置のリンク及び関節、その関節式アーム、そのエンドエフェクタ、そのマニピュレータ、及び／又はその器具の特定の構成に応じて異なるように構成してもよい。いくつかの実施形態によれば、運動学的モデル３００の座標フレーム及び変換を用いて、１つ又は複数の仮想器具及び／又は仮想カメラに関連する座標フレーム及び変換をモデル化することができる。いくつかの例では、仮想器具及び／又はカメラは、以前に格納及び／又はラッチされた器具の位置、動作による器具及び／又はカメラの投影、外科医及び／又は他の従事者等によって規定された基準点等に関連付けられる。
【００６３】
前述したように、コンピュータ支援システム１００及び／又は２００等のコンピュータ支援システムが動作する際に、手術台１７０及び／又は２８０等の手術台の動作が許容される間であって、器具が患者の身体開口部内に挿入される間に、器具及び／又はエンドエフェクタの継続的な制御が可能になることが望ましいだろう。手術台の動作中に外科的処置を積極的に継続することを可能にするシステムの例は、２０１５年３月１７日に出願された、”System  and  Method  for  Integrated  Surgical  Table”という標題の米国仮特許出願第６２／１３４，２０７号、及び同時に出願された、”System  and  Method  for  Integrated  Surgical  Table”という標題のＰＣＴ特許出願（代理人整理番号ISRG006930PCT/70228.498WO01）に示されており、これら両文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの例では、これは、まず、マニピュレータによって制御される手術用器具を患者から取り出して、患者の体内に挿入された状態のカニューレからマニピュレータをドッキング解除することなく、手術台の動作が生じ得るので、時間のかかる処置を少なくすることができる。いくつかの例では、これにより、外科医及び／又は他の医療従事者が、手術台のより最適な姿勢を得るために手術台の動作が生じている間に、器官の移動を監視することができる。いくつかの例では、これは、手術台の動作中に外科的処置を積極的に続けることも可能にする。
【００６４】
いくつかの実施形態によれば、手術台とコンピュータ支援装置との間の位置合せ変換３２５を知ることは有用であり、それによって、手術台の上部の動きによって生じる患者の動きを、コンピュータ支援装置が知り、その動きがコンピュータ支援装置によって補償される。図４Ａ及び図４Ｂは、いくつかの実施形態による手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の関係の簡略図である。いくつかの例では、手術台４１０は、手術台１７０及び／又は２８０と一致してもよく、コンピュータ支援装置は、コンピュータ支援装置１１０、２１０、及び／又は図８Ａ〜図８Ｇのコンピュータ支援装置のいずれかと一致してもよい。図４Ａに示されるように、患者４３０が手術台４１０上に置かれる。患者４３０が手術台４１０に確実に固定されており、遠隔の運動中心２７４に対応する身体開口部等の患者４３０の解剖学的構造の１つ又は複数の部分が、手術台４１０の上部に対して固定されたままであるという想定の下で、手術台４１０の動きは、患者４３０の解剖学的構造の１つ又は複数の部分に対応する動きを生じさせる。そして、この想定は、幾分不正確であるが、以下でさらに詳細に説明するように、手術台の座標フレームにおける手術台４１０の上部の動き及びコンピュータ支援装置の座標フレームにおける患者４３０の解剖学的構造の動きを監視することによって、手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の幾何学的関係の近似推定値を決定することを可能にする。
【００６５】
テーブルベースの座標フレーム４４０（座標軸ＸＴ及びＹＴを用いて代表的に示される）及び装置ベースの座標フレーム４５０（座標軸ＸＤ及びＹＤを用いて代表的に示される）が、共通の垂直上向き又はｚ軸を有しており、コンピュータ支援装置のベースの高さが、手術台のベースに対して既知であるという想定で、手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の幾何学的関係は、手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の水平方向オフセット及び垂直上向き及びｚ軸の周りの角度回転を決定するように特徴付けられる。これは、テーブルベースの座標フレーム４４０及び装置ベースの座標フレーム４５０がｚ軸上で一致しており、テーブルベースの座標フレーム４４０と装置ベースの座標フレーム４５０との間のｚ座標値の差が既に分かっているので、可能である。
【００６６】
いくつかの例では、テーブルベースの座標フレーム４４０は、テーブルベースの座標フレーム３５０に対応してもよく、及び／又は装置ベースの座標フレーム４５０は、装置ベースの座標フレーム３３０に対応してもよい。さらに、テーブルベースの座標フレーム４４０のＸＹ平面と装置ベースの座標フレーム４５０のＸＹ平面とが、平行である。こうして、手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の完全な位置合せは、テーブルベースの座標フレーム４４０と装置ベースの座標フレーム４５０との間の水平方向オフセットΔＸＹと、テーブルベースの座標フレーム４４０と装置ベースの座標フレーム４５０との間のｚ軸周りの回転θＺとを決定することを含む。しかしながら、実際には、テーブルベースの座標フレーム４４０内の並進は、θＺを用いて装置ベースの座標フレーム４５０内の並進にマッピングすることができるので、手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の相対的な動きを含む操作について、手術台４１０とコンピュータ支援装置４２０との間の完全な位置合せは必要とされない場合がある。さらに、テーブルベースの座標フレーム４４０に対する手術台４１０の上部の回転は、θＺを用いて、装置ベースの座標フレーム４５０内の回転にマッピングすることができる。こうして、θＺを決定する部分的な位置合せは、大抵の場合、殆どの目的について十分である。
【００６７】
図４Ｂは、テーブルベースの座標フレーム４４０における手術台４１０の上部の動きΔＴ及び装置ベースの座標フレーム４５０における遠隔の運動中心２７４等の、コンピュータ支援装置４２０の制御点の動きΔＤを監視することによって、θＺがどのように決定されるかを示す。図４Ｂに示されるように、手術台４１０の動きとコンピュータ支援装置４２０の動きとの間の並進運動の差は、これら両方の動きの間の角度差θＺに影響を与えないので、除去される。いくつかの例では、動きΔＴは、手術台４１０の傾斜、トレンデレンブルク、及び／又はスライド調整の結果として生じ得る。図４Ｂが示すように、テーブルベースの座標フレーム４４０及び装置ベースの座標フレーム４５０のそれぞれのＸＹ平面におけるΔＴ及びΔＤの相対的な向きが既知であるので、ΔＴの大きさ及びΔＤの大きさは、重要ではない。図示されるように、手術台４１０の上部の動きΔＴが生じると、テーブルベース対テーブル面の変換３１５等のテーブルベース対テーブル面の変換を用いて、ＸＴ軸に対する動きΔＴの角度方向θＴを決定する。さらに、図３に示されるようなコンピュータ支援装置４２０の１つ又は複数の運動学的モデルを用いて、ＸＤ軸に対する遠隔の運動中心等の制御点の動きΔＤの角度方向θＤを決定する。θＤとθＴとの間の差は、テーブルベースの座標フレーム４４０と装置ベースの座標フレーム４５０との間のθＺを表し、このθＺは、位置合せ変換の基準となる。
【００６８】
図５は、いくつかの実施形態による、手術台をコンピュータ支援装置とθＺ位置合わせする方法５００の簡略図である。方法５００のプロセス５１０〜５８０の１つ又は複数は、非一時的な、有形の機械可読媒体に記憶された実行可能コードの形態で少なくとも部分的に実装され、このコードが１つ又は複数のプロセッサ（例えば、制御ユニット１３０内のプロセッサ１４０）によって実行されると、１つ又は複数のプロセッサにプロセス５１０〜５８０の１つ又は複数を実行させることができる。いくつかの実施形態では、方法５００は、手術台１７０、２８０及び／又は４１０等の手術台と、コンピュータ支援装置１１０、２１０、４２０等のコンピュータ支援装置及び／又は図８Ａ〜図８Ｇのコンピュータ支援装置のいずれかとの間の部分的な位置合せを行うために使用される。部分的な位置合せによって、テーブルベースの座標フレーム３０５及び／又は４４０等のテーブルベースの座標フレームと、装置ベースの座標フレーム３３０及び／又は４５０等の装置ベースの座標フレームとの間のθＺを決定することができる。いくつかの実施形態では、プロセス５１０、５７０、及び／又は５８０の１つ又は複数は、オプションであり、省略してもよい。
【００６９】
オプションのプロセス５１０では、手術台のアイソセンタが下げられる。アイソセンタ２８６等の手術台のアイソセンタが、少なくともトレンデレンブルク回転が発生するような人為的に規定された点を表すので、そのアイソセンタは、方法５００の間に使用される、コンピュータ支援の１つ又は複数の制御点を超える高さに設定することも可能である。制御点が手術台のアイソセンタの下に位置する場合に、制御点の動きは、テーブル面の動きと反対方向にあり、プロセス５３０中に決定されるような手術台の上部の動きの角度方向に１８０°の位相シフトを生じさせる。この問題を回避するために、手術台のアイソセンタは、方法５００の位置合せの少なくとも初期段階の間に下げることができる。いくつかの例では、手術台のアイソセンタは、オプションで、手術台の傾斜軸線の回転中心と一致するように、手術台の上部の又はこの下の点まで下げることができる。いくつかの例では、下降前の手術台のアイソセンタの位置は、プロセス５８０中に使用するために保存される。いくつかの例では、手術台のアイソセンタを下げることによって、テーブルの上部の改善した水平移動も生じ、位置合せプロセスが収束する速度を向上させる。
【００７０】
プロセス５２０では、手術台の（条件を満たす）適格動作(qualifying  motion)が検出される。コンピュータ支援装置の遠隔の運動中心等の制御点の全ての動きが、方法５００の位置合せ中の使用に適しているわけではない。いくつかの例では、水平移動を生じない手術台の垂直移動は、方法５００の間に使用するのに適した情報を提供しない。いくつかの例では、手術台の移動の結果として生じない、制御点の水平移動における小さな振動が存在し得る。いくつかの例では、これらの小さな振動は、患者の自律的な運動（例えば、呼吸、心拍等）、コンピュータ支援装置の関節式アーム及び／又はマニピュレータにおける振動及び／又は揺動、吹送(insufflation)中の変化等の結果として発生し得る。これらの振動やセンサエラー等の他の誤差が位置合せに導入される影響を減少させるために、位置合せを、適格動作に限定してもよい。いくつかの例では、適格動作は、発生する可能性のある振動に基づいて決定された閾値を超えるような制御点における正味の水平移動である。いくつかの例では、閾値は、約８〜１０ミリメートル（ｍｍ）程度である。いくつかの例では、適格動作は、制御点の初期水平位置をラッチ及び／又は記憶し、次に制御点の実際の水平位置を定期的に監視し、そして制御点の実際の水平位置と初期水平位置との間の差が閾値を超えるまで待つことによって、検出される。適格動作が検出されると、それは位置合せ推測の基準として使用される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、正味の水平移動が適格動作であるかどうかを判断するために、コヒーレンス（干渉）チェックを使用することもできる。いくつかの例では、プロセス５２０によって、制御点の実際の水平位置を定期的に監視するので、制御点の実際の水平位置が監視される連続的なインスタンス同士の間の制御点の実際の水平位置における増分(incremental)変化を示す増分動作又はベクトルのシーケンスを記録することができる。いくつかの例では、各増分動作は、１ｍｍ等の所定の長さより長くてもよい。いくつかの例では、各増分動作は、所定時間（例えば、１０ｍｓ）に亘る制御点の正味の動作であってもよい。いくつかの例では、正味の水平移動を増分動作によって表される動作経路と比較して、正味の水平移動が増分動作の正確な近似であるかどうかが判定される。いくつかの例では、増分動作の角度成分を正味の水平移動の角度成分と比較して、一貫した動作方向であるかどうかを判定する。いくつかの例では、この経路の長さを正味の水平移動の大きさと比較して、一貫した動作パターンであるかどうかを判定する。いくつかの例では、記録したベクトルのベクトル和の大きさ（すなわち、正味の水平移動の大きさ）を、記録した各ベクトルの大きさの和と比較する。いくつかの例では、記録したベクトルのベクトル和の大きさと各ベクトルの大きさの和が、９０％等の互いに構成可能な割合内にある場合に、正味の水平移動は適格動作である。いくつかの例では、式１を用いて、コヒーレンス・テストを行い、ここで、
【数１】
2020171681.tif 000003
は、記録したベクトルのそれぞれのインスタンスを表す。
【００７２】
【数２】
2020171681.tif 000004
【００７３】
いくつかの例では、手術台の動きに関する情報が、手術台とコンピュータ支援装置との間で交換される。いくつかの例では、手術台の動きは、テーブルベース対テーブル面の変換３１５等のテーブルベース対テーブル面の変換を用いて特徴付けられる。いくつかの例では、手術台は、現在のテーブルベース対テーブル面の変換をコンピュータ支援装置に提供する。いくつかの例では、手術台は、テーブルベース対テーブル面の変換が最後に提供されたときから現在のテーブルベース対テーブル面の変換の間の差（つまり、デルタ（Δ））を提供する。いくつかの例では、手術台は、手術台の関節式構造内の関節の現在の位置及び／又は速度を提供するので、コンピュータ支援装置は、手術台の関節式構造の１つ又は複数の運動学的モデルを用いて、現在のテーブルベース対テーブル面の変換を決定することができる。いくつかの例では、手術台は、１つ又は複数のメッセージをコンピュータ支援装置に送って、テーブルベース対テーブル面の変換、テーブルベース対テーブル面の変換のデルタ（Δ）、現在の関節位置及び／又は現在の関節速度を交換する。
【００７４】
プロセス５３０では、手術台の座標フレームにおいて、手術台の動きの角度方向θＴが決定される。いくつかの例では、手術台の座標フレームにおいて、テーブルベース対テーブル面の変換を監視することによって、手術台の動きの角度方向θＴが決定される。いくつかの例では、テーブルベース対テーブル面の変換の２つのバージョンが使用され、これらのバージョンの一方は、プロセス５２０中に検出された適格動作の開始時に取得されたラッチ及び／又は保存されたバージョンであり、他方は、プロセス５２０中に検出された適格動作の終了時に取得されたラッチ及び／又は保存されたバージョンである。いくつかの例では、２つのテーブルベース対テーブル面の変換の間の差を用いて、角度方向θＴを決定する。いくつかの例では、２つのテーブルベース対テーブル面の変換を用いて、任意点の開始及び終了水平位置を決定し、ここでその開始及び終了水平位置の間の差が、三角法を用いて角度方向θＴを決定するために使用される。
【００７５】
プロセス５４０では、コンピュータ支援装置の座標フレームにおいて、制御点の動きの角度方向θＤが決定される。いくつかの例では、制御点の動きの角度方向θＤは、コンピュータ支援装置の座標フレームにおいて、コンピュータ支援装置の座標フレーム内の制御点の動きを監視することによって決定される。いくつかの例では、プロセス５２０中に検出された適格動作の開始時及び終了時に取得された制御点の２つの水平位置は、三角法を用いて角度方向θＤを決定するために使用することができる。
【００７６】
プロセス５５０では、θＺ位置合せが決定される。いくつかの例では、θＺ位置合せは、プロセス５４０中に決定された制御点の角度方向θＤと、プロセス５３０中に決定された手術台の角度方向θＴとの間の角度差を取ることによって決定される。
【００７７】
プロセス５６０では、θＺの位置合せが集約(aggregate)される。プロセス５２０に関して上述したように、振動及び／又は他の誤差によって、プロセス５５０中のθＺ位置合せに不正確性が導入される可能性がある。これらの不正確性を減少させるのを補助するために、θＺ位置合せは、他のθＺ位置合せ値と集約され、合成θＺ位置合せ値を決定する。いくつかの例では、他のθＺ位置合せ値は、オプションで、他の遠隔の運動中心等の、コンピュータ支援装置の他の制御点に関連付けてもよい。いくつかの例では、他のθＺ位置合せ値は、オプションで、同じ制御点及び／又は他の制御点についての適格動作のシーケンスと関連付けてもよい。このようにして、合成θＺ位置合せは、時間の経過と共に絶えず更新される。いくつかの例では、平均化関数を用いて、θＺ位置合せを集約してもよい。いくつかの例では、θＺ位置合せは、後で得られるθＺ位置合せ値をより重視するために、指数平滑化を用いて集約してもよい。いくつかの例では、オプションで、カルマンフィルタ処理及び／又は他の最小二乗推定等のランダム減少プロセスを用いて、θＺ位置合せ値を集約してもよい。
【００７８】
オプションのプロセス５７０では、合成θＺ位置合せが収束したかどうかが判定される。合成θＺ位置合せがプロセス５６０中に集約されると、合成θＺ位置合せが妥当な安定値に収束するかどうかを判定するためにその合成θＺ位置合せが監視される。いくつかの例では、新しいθＺ位置合せ値が決定される際に、合成θＺ位置合せに対する増分変化が１°〜１０°（例えば、２°）等の閾値未満である場合に、合成θＺ位置合せが収束したとみなされる。合成θＺ位置合せが収束していない場合に、プロセス５２０〜５６０を繰り返すことにより、追加のθＺ位置合せ値が決定される。合成θＺ位置合せが収束すると、プロセス５８０を用いてアイソセンタを復帰させる。
【００７９】
オプションのプロセス５８０では、手術台のアイソセンタを復帰させる。プロセス５１０中に保存したアイソセンタの位置に手術台のアイソセンタの位置を復帰させる。アイソセンタの位置を復帰させた後に、プロセス５２０〜５６０が繰り返されて、合成θＺ位置合せがさらに洗練される。しかしながら、いくつかの例では、手術台のアイソセンタを復帰させた後に、プロセス５２０は、トレンデレンブルク調整に関連する動作がもはや適格動作ではないので、変更され得る。このようにして、合成θＺ位置合わせの初期値を決定するために依然としてトレンデレンブルク調整を使用しながら、１８０°位相シフトに関連する問題を回避することができる。
【００８０】
図６は、いくつかの実施形態による、装置ベースの座標フレーム４５０とテーブルベースの座標フレーム４４０との間の関係の簡略図である。図６に示されるように、装置ベースの座標フレーム４５０とテーブルベースの座標フレーム４４０との間の関係は、装置ベースの座標フレーム４５０に対して再向き合せされ、且つＸＹ平面内に投影される。図６は、手術台における傾斜及び／又はトレレンレンブルグ運動、及びドッキングされた関節式アームのうちの１つの遠隔の運動中心等の制御点の得られた動きを観察することによって、どのようにΔＸＹが決定されるかをさらに示している。遠隔の運動中心等の、関節式アーム上の適切に選択された制御点が、手術台の上部に対して固定位置に配置されると想定（遠隔の運動中心が患者の身体開口部で解剖学的構造に固定された場合を十分に想定する）して、傾斜回転及び／又はトレンデレンブルク回転による制御点への動きを、既知の点を中心とした回転としてモデル化することができる。いくつかの例では、既知の点は、手術台の傾斜の旋回中心及び／又は手術台のアイソセンタに対応してもよい。いくつかの例では、既知の点は、テーブルベースの座標フレーム４５０のＸＹ中心に位置する。式２に示されるように、傾斜回転及び／又はトレンデレンブルク回転の角速度の変化が、
【数３】
2020171681.tif 000005
であり、既知の点と制御点との間のＸＹ平面における幾何学的関係を
【数４】
2020171681.tif 000006
とすると、制御点の位置の速度／変化は、ベクトルの外積によって
【数５】
2020171681.tif 000007
としてモデル化することができる。
【００８１】
【数６】
2020171681.tif 000008
【００８２】
いくつかの例では、コンピュータ支援装置が、制御点に関連付けられた関節式アーム及び／又はマニピュレータの運動学的モデルを用いて、制御点の位置及び動きを知っており、回転の角速度が、手術台から既知である。これは、式２において未知数として
【数７】
2020171681.tif 000009
が残る。残念ながら、式２の外積は可逆ではないので、式３に示されるように、制御点と回転軸線との間の最短距離又はオフセットを決定することによって、
【数８】
2020171681.tif 000010
の部分的な決定を推測することができる。
【００８３】
【数９】
2020171681.tif 000011
【００８４】
図４に示された手術台の向きに基づいて、傾斜回転がＸＴ軸の周りに発生し、トレンデレンブルグ回転の水平投影がＹＴ軸の周りに発生する。こうして、制御点のＹＴ方向への動きを生じさせる傾斜回転を用いて、固定点に対する制御点のＹＴオフセットを決定することができ、制御点のＸＴ方向の動きを生じさせるトレンデレンブルグ回転を用いて、固定点に対する制御点のＸＴオフセットを決定することができる。方法５００によるθＺの以前の知見と組み合わせたこのオフセットを用いて、ＸＴ軸及びｙ軸に沿ってＸ軸及びＹ軸オフセットを制御点の既知の位置に対して投影して、テーブルベースの座標フレーム４４０のＸＹ中心、従ってΔＸＹを決定する。いくつかの例では、式３の計算は、様々なベクトルをＸＹ平面に投影する作業によって単純化することができる。
【００８５】
図７は、いくつかの実施形態による、手術台をコンピュータ支援装置とＸＹ位置合わせする方法７００の簡略図である。方法７００のプロセス７１０〜７９０の１つ又は複数は、非一時的で、有形の機械可読媒体に記憶された実行可能コードの形態で少なくとも部分的に実装してもよく、このコードが１つ又は複数のプロセッサ（例えば、制御ユニット１３０内のプロセッサ１４０）によって実行されると、１つ又は複数のプロセッサにプロセス７１０〜７９０の１つ又は複数を実行させることができる。いくつかの実施形態では、方法７００は、手術台１７０、２８０及び／又は４１０等の手術台と、コンピュータ支援装置１１０、２１０、４２０等のコンピュータ支援装置及び／又は図８Ａ〜図８Ｇのコンピュータ支援装置のいずれかとの間の部分的な位置合せを行うために使用することができる。部分的な位置合せは、テーブルベースの座標フレーム３０５及び／又は４４０等のテーブルベースの座標フレームと、装置ベースの座標フレーム３３０及び／又は４５０等の装置ベースの座標フレームとの間の差ΔＸＹを決定することができる。
【００８６】
プロセス７１０では、手術台の適格動作が検出される。コンピュータ支援装置の遠隔の運動中心等の制御点の全ての動きが、方法７００の位置合わせ中に使用するのに適しているわけではない。いくつかの例では、適格動作は、傾斜回転による制御点の水平移動、又はトレンデレンブルク回転による制御点の水平移動となり得る。いくつかの例では、適格動作は、正味の水平移動
【数１０】
2020171681.tif 000012
として、又は制御点の速度として決定してもよい。いくつかの実施形態では、正味の水平移動又は速度は、手術台の動き以外の動作源に起因する制御点の振動等の影響を減少させるためにローパスフィルタ処理してもよい。いくつかの例では、プロセス５２０中に行われるのと同様の、動き長さ閾値及び／又はコヒーレンスチェックを用いて、正味の水平移動が適格動作であるかどうかを判定することもできる。
【００８７】
プロセス７２０では、手術台の第１の動作の第１の角速度及び第１の回転軸が決定される。いくつかの例では、第１の角速度及び第１の回転軸は、第１の回転ベクトル
【数１１】
2020171681.tif 000013
を規定する。いくつかの例では、第１の角速度及び第１の回転軸は、手術台とコンピュータ支援手術装置との間で交換される１つ又は複数のメッセージから決定され、このメッセージは、手術台の第１の動作が、傾斜回転又はトレンデレンブルグ回転か、及び傾斜回転及び／又はトレンデレンブルク回転の量を表す。いくつかの例では、図６の例に示されるように、手術台の第１の動作が傾斜回転である場合に、第１の回転軸はＸＴ軸であり、手術台の第１の動作がトレンデレンブルク回転である場合に、第１の回転軸はＹＴ軸である。
【００８８】
プロセス７３０では、手術台の第１の位置による制御点の第１の動作が決定される。制御点の速度及び／又は制御点の位置の変化を監視することによって、制御点の第１の動作
【数１２】
2020171681.tif 000014
が決定される。いくつかの例では、対応する関節式アーム及び／又はマニピュレータの運動学的モデルを関節センサの読取値と一緒に使用して、制御点の第１の動作
【数１３】
2020171681.tif 000015
を決定する。
【００８９】
プロセス７４０では、手術台の第２の動作の第２の角速度及び第２の回転軸が決定される。第２の回転軸は、第１の回転軸とは異なる。いくつかの例では、第２の角速度及び第２の回転軸は、第２の回転ベクトル
【数１４】
2020171681.tif 000016
を規定する。いくつかの例では、第２の角速度及び第２の回転軸は、手術台とコンピュータ支援手術装置との間で交換される１つ又は複数のメッセージから決定され、このメッセージは、手術台の第２の動作が、傾斜回転又はトレンデレンブルグ回転か、及び傾斜回転及び／又はトレンデレンブルク回転の量を表す。いくつかの例では、図６の例に示されるように、手術台の第２の動作が傾斜回転である場合に、第２の回転軸はＸＴ軸であり、手術台の第２の動作がトレンデレンブルク回転である場合に、第２の回転軸はＹＴ軸である。
【００９０】
プロセス７５０では、手術台の第２の位置による制御点の第２の動作が決定される。制御点の速度及び／又は制御点の位置の変化を監視することによって、制御点の第２の動作
【数１５】
2020171681.tif 000017
が決定される。いくつかの例では、対応する関節式アーム及び／又はマニピュレータの運動学的モデルを関節センサの読取値と一緒に使用して、制御点の第２の動作
【数１６】
2020171681.tif 000018
を決定する。
【００９１】
プロセス７６０では、ＸＹ位置合せが決定される。いくつかの例では、まず、プロセス７２０及び７３０中に決定された第１の回転ベクトル
【数１７】
2020171681.tif 000019
及び制御点の第１の動作
【数１８】
2020171681.tif 000020
を用いて式３を適用して、第１のオフセットを決定し、次に、プロセス７４０及び７５０中に決定された第２の回転ベクトル
【数１９】
2020171681.tif 000021
及び制御点の第２の動作
【数２０】
2020171681.tif 000022
を用いて式３を適用して、第２のオフセットを決定することによりＸＹ位置合せを決定する。第１及び第２の回転軸が異なるので、第１及び第２のオフセットは、それぞれの回転軸に対して垂直方向に投影され、且つ制御点の位置に対して投影され、ΔＸＹの型式のＸＹ位置合せを決定する。いくつかの例では、第１及び第２のオフセットを制御点の位置に対して投影するための方向は、方法５００のθＺ位置合わせに基づいて決定される。図６の例では、第１及び第２の回転軸がそれぞれＸＴ軸及びＹＴ軸に対応する場合に、第１及び第２のオフセットは、それぞれＸＴ及びＹＴオフセットに対応する。いくつかの例では、ＹＴ及びＸＴオフセットは、それぞれＹＴ軸及びＸＴ軸に沿って投影される。いくつかの例では、ＹＴ及びＸＴ軸の向きは、θＺ位置合せのために装置座標フレーム４５０に対して既知である。いくつかの例では、ＸＹ平面内の
【数２１】
2020171681.tif 000023
及び
【数２２】
2020171681.tif 000024
の投影を、オプションで、使用してもよい。
【００９２】
プロセス７７０では、ＸＹ位置合せが集約される。ＸＹ位置合せの不正確性を減少させるのを補助し及び／又はＸＹ位置合せを改善するために、ＸＹ位置合せは、他のＸＹ位置合せ値と集約され、合成ＸＹ位置合せ値を決定する。いくつかの例では、他のＸＹ位置合せ値は、オプションで、他の遠隔の運動中心等の、コンピュータ支援装置の他の制御点に関連付けてもよい。いくつかの例では、他のＸＹ位置合せ値は、オプションで、同じ制御点及び／又は他の制御点についての第１及び／又は第２の動作のシーケンスと関連付けてもよい。このようにして、合成ＸＹ位置合せは、時間の経過と共に絶えず更新される。いくつかの例では、平均化関数を用いて、ＸＹ位置合せを集約してもよい。いくつかの例では、後で得られるＸＹ位置合せ値をより重視するために、指数平滑化を用いてＸＹ位置合せを集約してもよい。いくつかの例では、オプションで、カルマンフィルタ処理及び／又は他の最小二乗推定等のランダム減少プロセスを用いて、ＸＹ位置合せ値を集約してもよい。
【００９３】
オプションのプロセス７８０では、合成ＸＹ位置合せが収束したかどうかが判定される。合成ＸＹ位置合せがプロセス７７０中に集約されると、合成ＸＹ位置合せが妥当な安定値に収束するかどうかを判定するためにその合成ＸＹ位置合せが監視される。いくつかの例では、新しいＸＹ位置合せ値が決定される際に、合成ＸＹ位置合せに対する増分変化が２０〜４０ｍｍ（例えば、３０ｍｍ）等の閾値未満である場合に、合成ＸＹ位置合せが収束したとみなされる。合成ＸＹ位置合せが収束していない場合に、プロセス７１０〜７７０を繰り返すことにより、追加のＸＹ位置合せ値が決定される。合成ＸＹ位置合せが収束すると、プロセス７９０を用いてＸＹ位置合せが完了し、ＸＹ位置合せは、コンピュータ支援装置の他の制御アルゴリズムに利用可能となる。
【００９４】
上で議論され、ここでさらに強調するように、図５及び図７は、単なる例に過ぎず、特許請求の範囲を過度に制限すべきでない。当業者であれば、多くの変形形態、代替形態、及び修正形態を認識するであろう。いくつかの実施形態によれば、それぞれのプロセス５１０及び５８０中に手術台のアイソセンタを下げる及び復帰させるのではなく、オプションで、制御点及びアイソセンタに関する追加情報を用いて、手術台の角度方向θＴを決定する際の可能な１８０°位相シフトを説明する。いくつかの例では、テーブルベースの座標フレームにおけるアイソセンタの高さが、装置ベースの座標フレームにおける制御点の高さと比較され、制御点の高さがアイソセンタの高さよりも低い場合に、θＴの値が１８０°だけ補正される。いくつかの例では、手術台の動作の回転中心が制御点の上に位置する場合はいつでも、１８０°補正が適用される。
【００９５】
いくつかの実施形態によれば、異なる関節式アームの制御点の正味の動作の集約は、オプションで、プロセス５２０、７３０、及び／又は７５０中に決定された正味の動作として使用してもよい。いくつかの例では、複数の関節式アームが患者に対してドッキングされた場合に、各関節式アームの１つ又は複数の制御点の正味の動作が集約されて、方法５００及び／又は７００の他のプロセスで使用される正味の動作を決定する。いくつかの例では、異なる関節式アームの制御点同士の間の幾何学的関係は、患者の解剖学的構造によって互いに殆ど固定されているため、手術台の適格動作は各制御点に同様に影響を与える。いくつかの例では、制御点の正味の動作の集約を用いて、プロセス５２０及び／又は７２０中に手術台の適格動作がいつ行われるかを決定する。いくつかの例では、制御点からの正味の動作の集約を用いて、プロセス５４０中に制御点の総角度方向(aggregate  angular  direction)θＤを決定し、次にこの総角度方向θＤを用いて、プロセス５６０中にθＺを決定する。いくつかの例では、制御点からの正味の動作の集約を用いて、プロセス７３０及び／又は７５０中に制御点の総第１及び／第２の動作を決定し、次にこの総第１及び／第２の動作を用いて、プロセス７７０中にＸＹ位置合せを決定する。
【００９６】
いくつかの例では、集約は、オプションで、平均化関数、指数平滑化、カルマンフィルタ処理、最小二乗推定等を用いて決定してもよい。いくつかの例では、複数の制御点に基づく集約が方法５００及び／又は７００の初期に発生する場合に、これは、プロセス５６０及び／又は５７０中に実行される集約を単純化することができる。いくつかの例では、複数の制御点の正味の動作の集約が、個々の制御点の正味の各動作と一致する場合に、オプションで、プロセス５７０及び／又は７８０の収束テストを省略してもよい。いくつかの例では、個々の制御点の正味の各動作と正味の動作の集約との間の閾値差がわずかである場合に、個々の制御点の正味の動作は、正味の動作の集約と一致し得る。いくつかの例では、閾値差は、１０％以下である。
【００９７】
いくつかの実施形態によれば、位置合せを行うために方法５００及び／又は７００の間に使用される適格化された動作は、異なる方法で生成してもよい。いくつかの例では、適格化された動作は、例えばコンピュータ支援装置によって要求される、手術台の１つ又は複数のテスト及び／又は位置合せ動作のシーケンスの結果として生じ得る。いくつかの例では、テスト動作のシーケンスは、θＺ及び／又はΔＸＹの決定において迅速な収束を達成するように選択される。いくつかの例では、適格化された動作は、処置中に手術台及び／又は患者を位置付けするために医療従事者によって選択された手術台の動作を監視した結果として生じる。
【００９８】
いくつかの実施形態によれば、第１及び第２の回転軸の変動は、オプションで、方法７００に使用してもよい。いくつかの例では、第１及び第２の回転軸は、ＸＴ軸及びＹＴ軸以外であってもよい。いくつかの例では、第１及び第２の回転軸が少なくとも適切な角度距離（例えば３０°）離れており、且つ第１及び第２の軸線と装置ベースの座標フレームとの間の向きが既知である限り、方法７００を用いてＸＹ位置合せを決定する。いくつかの例では、手術台の第１及び第２の動作が生じる順序はフレキシブルである。いくつかの例では、トレンデレンブルク回転の前に、傾斜回転を使用してもよく、及び／又は傾斜回転の前に、トレンデレンブルク回転を使用してもよい。
【００９９】
いくつかの実施形態によれば、傾斜位置合せ又はトレンデレンブルク位置合せのいずれかに対処する部分的なＸＹ位置合せを行うために、方法７００を使用してもよい。いくつかの例では、傾斜回転から導出されるオフセット及びトレンデレンブルク回転から導出されるオフセットを別個に決定及び／又は集約するように、方法７００を修正してもよい。いくつかの例では、傾斜回転及びトレンデレンブルク回転から導出された別々のオフセットを結合して、全体的なＸＹ位置合せを決定する。いくつかの例では、オプションで、傾斜回転及びトレンデレンブルク回転から導出されたオフセットの一方又は両方が独立して収束するかどうかを判定するために、状態変数を使用してもよい。
【０１００】
いくつかの実施形態によれば、方法５００及び／又は７００の間に決定された位置合せは、手術台のベース及びコンピュータ支援装置のベースが互いに固定されたままである限り、有効な状態のままである。いくつかの例では、１つ又は複数の脚部、車輪、及び／又は取付けクランプがロック解除されたときに発生するような、手術台のベース及び／又はコンピュータ支援装置のベースが動くときはいつでも、方法５００及び／又は７００は、位置合せを再確立するために繰り返される。いくつかの例では、手術台のベース及び／又はコンピュータ支援装置のベースのいずれかの動きは、各脚部、車輪、及び取付けクランプが係合及び／又は係合解除される回数を追跡するシーケンス番号を監視することによって決定することができ、ここで各ホイールに関連する回転エンコーダ及び／又は回転カウンタは、車輪のいずれか１つの回転を追跡することができる。いずれかのシーケンス番号の変化は、手術台のベース及び／又はコンピュータ支援装置のベースの動きが生じたか又は生じていることを示す。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、方法５００及び／又は７００の間に決定された位置合せは、手術台とコンピュータ支援装置との間の通信の遮断、手術台及び／又はコンピュータ支援装置における電源の喪失、手術台及び／又はコンピュータ支援装置におけるリセット等が行われない限り、有効な状態のままである。
いくつかの実施形態によれば、プロセス５８０が完了した後に、方法５００は終了し、位置合せが完了したとみなされる。
【０１０２】
制御ユニット１３０等の制御ユニットのいくつかの例は、実行可能なコードを含む非一時的な、有形の機械可読媒体を含み、このコードが１つ又は複数のプロセッサ（例えば、プロセッサ１４０）によって実行されると、１つ又は複数のプロセッサに方法５００及び／又は７００のプロセスを実行させることができる。方法５００及び／又は７００のプロセスを含み得る機械可読媒体のいくつかの一般的な形態は、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、他の光媒体、パンチカード、紙テープ、ホールパターンを含む他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、他のメモリチップ又はカートリッジ、及び／又はプロセッサ又はコンピュータが読み取るように適合される他の媒体である。
【０１０３】
例示的な実施形態について図示し且つ説明してきたが、広範な修正、変更、及び置換が、前述した開示において企図されており、いくつかの例では、実施形態のいくつかの特徴は、他の特徴の対応する使用なしに用いることができる。当業者は、多くの変形形態、代替形態、及び修正形態を認識するだろう。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定され、特許請求の範囲は、本明細書に開示された実施形態の範囲と一致する態様で及び広範に解釈することが適切である。
【０１０４】
以下、出願当初の特許請求の範囲の内容を実施例として記載しておく。
［実施例１］
コンピュータ支援医療装置であって、当該装置は、
身体開口部で患者の体内に挿入されるように構成された先端側取付け器具を有する関節式アームと、
該関節式アームに結合される制御ユニットと、を備えており、
前記制御ユニットは、
通信接続部を介して前記制御ユニットに結合された手術台の第１の動作を検出することであって、前記手術台の第１の動作は、前記関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせる、検出し、
手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定し、
コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定し、
第１及び第２の角度方向に基づいて、前記手術台と前記コンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定するように構成される、
装置。
［実施例２］
第１及び第２の動作は、水平面内の投影である、実施例１に記載の装置。
［実施例３］
前記制御点は、前記身体開口部に関連する前記関節式アームの遠隔の運動中心に対応する、実施例１に記載の装置。
［実施例４］
前記制御ユニットは、第１の動作の開始時に記録された手術台の第１の変換と第１の動作の終了時に記録された手術台の第２の変換とに基づいて、第１の角度方向を決定するようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例５］
前記制御ユニットは、第２の動作の開始時における前記制御点の第１の位置と第２の動作の終了時における前記制御点の第２の位置とに基づいて、第２の角度方向を決定するようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例６］
第２の動作の長さが、所定の閾値よりも大きい、実施例１に記載の装置。
［実施例７］
前記所定の閾値は、８ミリメートル（ｍｍ）である、実施例６に記載の装置。
［実施例８］
第２の動作は、一連の増分動作を含む、実施例１に記載の装置。
［実施例９］
前記増分動作のそれぞれは、所定の距離よりも長い、実施例８に記載の装置。
［実施例１０］
前記所定の距離は、１ｍｍである、実施例９に記載の装置。
［実施例１１］
前記増分動作のそれぞれは、所定時間に亘った前記制御点の正味の動作である、実施例８に記載の装置。
［実施例１２］
前記所定時間は、１０ミリ秒（ｍｓ）である、実施例１１に記載の装置。
［実施例１３］
前記制御ユニットは、第２の動作を前記増分動作によって表される経路と比較するようにさらに構成される、実施例８に記載の装置。
［実施例１４］
前記制御ユニットは、
第２の動作の大きさを決定し、
各増分動作の大きさの合計を決定し、
第２の動作の大きさと各増分動作の大きさの合計との比が、所定の閾値よりも大きいことを判定する、ようにさらに構成される、
実施例８に記載の装置。
［実施例１５］
前記所定の閾値は、０．９である、実施例１４に記載の装置。
［実施例１６］
前記手術台の座標フレーム及び前記コンピュータ支援医療装置の座標フレームは、共通の垂直基準フレームと、第３の角度関係によって互いに対して回転されるｘ軸及びｙ軸を有する、実施例１に記載の装置。
［実施例１７］
第２の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の複数の関節式アームに関連する制御点の集約に基づくものである、実施例１に記載の装置。
［実施例１８］
前記制御ユニットは、第３の角度関係を他の角度関係と集約して、合成角度関係を形成するようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例１９］
前記他の角度関係は、手術台の追加の動作に起因する前記手術台と前記コンピュータ支援医療装置との間の角度関係に対応する、実施例１７に記載の装置。
［実施例２０］
前記他の角度関係は、前記手術台と、前記コンピュータ支援医療装置の他の制御点を用いて決定された前記コンピュータ支援医療装置との間の角度関係に対応する、実施例１７に記載の装置。
［実施例２１］
前記制御ユニットは、平均化、指数平滑化、及び最小二乗推定から構成されるグループから選択される１つ又は複数の集約を用いて、前記合成角度関係を決定するようにさらに構成される、実施例１７に記載の装置。
［実施例２２］
前記制御ユニットは、前記合成角度関係が収束するまで、第３の角度関係を前記他の角度関係と集約し続けるようにさらに構成される、実施例１７に記載の装置。
［実施例２３］
前記制御ユニットは、第３の角度関係が前記他の角度関係と集約された場合であって、合成変換が閾値未満だけ変化するときに、前記合成角度関係が収束すると判定するようにさらに構成される、実施例２２に記載の装置。
［実施例２４］
前記閾値は、２°である、実施例２３に記載の装置。
［実施例２５］
前記制御ユニットは、前記合成角度関係が収束するまで、前記手術台のアイソセンタを下げるようにさらに構成される、実施例２３に記載の装置。
［実施例２６］
前記制御ユニットは、前記合成角度関係が収束した後に、前記アイソセンタを復帰させるようにさらに構成される、実施例２５に記載の装置。
［実施例２７］
前記アイソセンタが復帰した後に、トレンデレンブルク調整を第１の動作から除外する、実施例２６に記載の装置。
［実施例２８］
第１の動作は、スライド調整、傾き調整、及びトレンデレンブルク調整から構成されるグループから選択される１つ又は複数の動作である、実施例１に記載の装置。
［実施例２９］
前記制御ユニットは、第３の角度関係に基づいて、手術台対コンピュータ支援医療装置の変換を生成するようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例３０］
前記制御ユニットは、第１及び第２の動作を検出する前に、前記手術台のアイソセンタを下げる、実施例１に記載の装置。
［実施例３１］
前記制御ユニットは、第１の角度関係と第２の角度関係との間の差に基づいて、第３の角度関係を決定するようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例３２］
第１の動作の回転中心が前記制御点よりも上の高さに位置するときに、前記制御ユニットは、第１の角度関係を１８０°だけ調整する、実施例１に記載の装置。
［実施例３３］
第１の動作の前記回転中心は、前記手術台のアイソセンタに対応する、実施例３２に記載の装置。
［実施例３４］
第１の動作は、トレンデレンブルク調整に対応する、実施例３３に記載の装置。
［実施例３５］
前記制御ユニットは、前記手術台に指示して第１の動作を実行するようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例３６］
第１の動作は、前記手術台の手術台命令ユニットを用いて要求された手術台動作の結果として生じる、実施例１に記載の装置。
［実施例３７］
前記制御ユニットは、
前記手術台の第３の動作を検出することであって、前記手術台の第３の動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含み、前記手術台の第３の動作は、前記制御点の対応する第４の動作を生じさせる、検出し、
前記手術台の第５の動作を検出することであって、前記手術台の第５の動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含み、前記手術台の第５の動作は、前記制御点の対応する第６の動作を生じさせ、第２の軸線は、第１の軸線とは異なる、検出し、
第１の回転及び前記制御点の第４の動作に基づいて、前記制御点と第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定し、
第２の回転及び前記制御点の第６の動作に基づいて、前記制御点と第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定し、
前記制御点の位置と第１及び第２の垂直距離とに基づいて、前記装置と前記手術台との間のＸＹ位置合せを決定する、ようにさらに構成される、実施例１に記載の装置。
［実施例３８］
前記装置と前記手術台との間のＸＹ位置合せは、前記コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける前記手術台の回転点の位置に対応する、実施例３７に記載の装置。
［実施例３９］
前記装置と前記手術台との間のＸＹ位置合せを決定するために、前記制御ユニットは、
前記制御点の位置を決定し、
第１の軸線に対して垂直な第１の方向に沿って第１の垂直距離を投影し、
第２の軸線に対して垂直な第２の方向に沿って第２の垂直距離を投影する、ようにさらに構成される、実施例３７に記載の装置。
［実施例４０］
第１の軸線及び第２の軸線は、少なくとも３０°の角度間隔を有する、実施例３７に記載の装置。
［実施例４１］
第１及び第２の軸線は、垂直である、実施例４０に記載の装置。
［実施例４２］
第１の軸線は、傾斜回転軸線であり、第２の軸線は、トレンデレンブルク回転軸線である、実施例３７に記載の装置。
［実施例４３］
第１の動作及び第３の動作は、同じ動作である、実施例３７に記載の装置。
［実施例４４］
前記制御ユニットは、ＸＹ平面における前記制御点の第４の動作及び第６の動作の投影を用いて、前記ＸＹ位置合せを決定するようにさらに構成される、実施例３７に記載の装置。
［実施例４５］
第４の動作及び第６の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の複数の関節式アームに関連する制御点の集約に基づくものである、実施例３７に記載の装置。
［実施例４６］
前記制御ユニットは、前記ＸＹ位置合せを他のＸＹ位置合せと集約して、合成ＸＹ位置合せを形成するようにさらに構成される、実施例３７に記載の装置。
［実施例４７］
前記他のＸＹ位置合せは、手術台の追加の動作に起因する前記手術台と前記コンピュータ支援医療装置との間のＸＹ位置合せに対応する、実施例４６に記載の装置。
［実施例４８］
前記他のＸＹ位置合せは、前記手術台と、前記コンピュータ支援医療装置の他の制御点を用いて決定された前記コンピュータ支援医療装置との間のＸＹ位置合せに対応する、実施例４６に記載の装置。
［実施例４９］
前記制御ユニットは、平均化、指数平滑化、及び最小二乗推定から構成されるグループから選択される１つ又は複数の集約を用いて、前記合成ＸＹ位置合せを決定するようにさらに構成される、実施例４６に記載の装置。
［実施例５０］
前記制御ユニットは、前記合成ＸＹ位置合せが収束するまで、前記ＸＹ位置合せを前記他のＸＹ位置合せと集約し続けるようにさらに構成される、実施例４６に記載の装置。
［実施例５１］
前記制御ユニットは、前記ＸＹ位置合せが前記他のＸＹ位置合せと集約される場合であって、前記合成ＸＹ位置合せが閾値よりも小さく変化した場合に、前記合成ＸＹ位置合せが収束すると判定するようにさらに構成される、実施例４６に記載の装置。
［実施例５２］
前記閾値は、３０ｍｍである、実施例５１に記載の装置。
［実施例５３］
第３の動作は傾き調整であり、第５の動作はトレンデレンブルク調整である、実施例３７に記載の装置。
［実施例５４］
前記制御ユニットは、前記ＸＹ位置合せに基づいて、手術台対コンピュータ支援医療装置の変換を生成するようにさらに構成される、実施例３７に記載の装置。
［実施例５５］
前記制御ユニットは、
第１の垂直距離に基づいてＸＹ位置合せの第１の成分を集約し、
第２の垂直距離に基づいてＸＹ位置合せの第２の成分を集約し、
前記ＸＹ位置合せの第１の成分と前記ＸＹ位置合せの第２の成分とを結合することによって合成ＸＹ位置合せを決定する、ようにさらに構成される、実施例３７に記載の装置。
［実施例５６］
前記制御ユニットは、
ＸＹ位置合せの第１の成分が収束しているかどうかに基づいて第１の状態変数を設定し、
ＸＹ位置合せの第２の成分が収束しているかどうかに基づいて第２の状態変数を設定する、ようにさらに構成される、実施例５５に記載の装置。
［実施例５７］
前記制御ユニットは、第４の動作及び第６の動作をローパスフィルタ処理するようにさらに構成される、実施例３７に記載の装置。
［実施例５８］
手術台及びコンピュータ支援医療装置を位置合わせする方法であって、当該方法は、
前記手術台の第１の動作を検出するステップであって、第１の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせ、前記コンピュータ支援医療装置は、通信接続部を介して前記手術台に結合される、検出するステップと、
手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定するステップと、
コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定するステップと、
第１及び第２の角度方向に基づいて、前記手術台と前記コンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定するステップと、を含む、
方法。
［実施例５９］
前記制御点は、前記関節式アームの遠隔の運動中心に対応する、実施例５８に記載の方法。
［実施例６０］
第１の角度方向を決定するステップは、第１の動作の開始時に記録された手術台の第１の変換と、第１の動作の終了時に記録された手術台の第２の変換とに基づくものであり、
第２の角度方向を決定するステップは、第２の動作の開始時における前記制御点の第１の位置と、第２の動作の終了時における前記制御点の第２の位置とに基づくものである、実施例５８に記載の方法。
［実施例６１］
第２の動作は、一連の増分動作を含む、実施例５８に記載の方法。
［実施例６２］
第２の動作を、前記増分動作によって表された経路と比較するステップをさらに含む、実施例６１に記載の方法。
［実施例６３］
第２の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の複数の関節式アームに関連する制御点の集約に基づくものである、実施例５８に記載の方法。
［実施例６４］
第３の角度関係を他の角度関係と集約して、合成角度関係を形成するステップをさらに含む、実施例５８に記載の方法。
［実施例６５］
第１の動作は、スライド調整、傾き調整、及びトレンデレンブルク調整から構成されるグループから選択される１つ又は複数の動作である、実施例５８に記載の方法。
［実施例６６］
前記手術台の第３の動作を検出するステップであって、前記手術台の第３の動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含み、前記手術台の第３の動作は、前記制御点の対応する第４の動作を生じさせる、検出するステップと、
前記手術台の第５の動作を検出するステップであって、前記手術台の第５の動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含み、前記手術台の第５の動作は、前記制御点の対応する第６の動作を生じさせ、第２の軸線は第１の軸線とは異なる、検出するステップと、
第１の回転及び前記制御点の第４の動作に基づいて、前記制御点と第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定するステップと、
第２の回転及び前記制御点の第６の動作に基づいて、前記制御点と第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定するステップと、
前記制御点の位置と第１及び第２の垂直距離とに基づいて、前記装置と前記手術台との間のＸＹ位置合せを決定するステップと、をさらに含む、実施例５８に記載の方法。
［実施例６７］
前記装置と前記手術台との間のＸＹ位置合せは、前記コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける前記手術台の回転点の位置に対応する、実施例６６に記載の方法。
［実施例６８］
前記装置と前記手術台との間の前記ＸＹ位置合せを決定するステップは、
前記制御点の位置を決定するステップと、
第１の軸線に対して垂直な第１の方向に沿って第１の垂直距離を投影するステップと、
第２の軸線に対して垂直な第２の方向に沿って第２の垂直距離を投影するステップと、を含む、実施例６６に記載の方法。
［実施例６９］
第１の軸線は、傾斜回転軸線であり、第２の軸線は、トレンデレンブルク回転軸線である、実施例６６に記載の方法。
［実施例７０］
第４の動作及び第６の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の複数の関節式アームに関連する制御点の集約に基づくものである、実施例６６に記載の方法。
［実施例７１］
前記ＸＹ位置合せを他のＸＹ位置合せと集約して、合成ＸＹ位置合せを形成するステップをさらに含む、実施例６６に記載の方法。
［実施例７２］
複数の機械可読命令を含む非一時的な機械可読媒体であって、前記命令がコンピュータ支援医療装置に関連する１つ又は複数のプロセッサによって実行されると、前記１つ又は複数のプロセッサに、
手術台の第１の動作を検出することであって、第１の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の関節式アームの制御点の対応する第２の動作を生じさせ、前記コンピュータ支援医療装置は、通信接続部を介して前記手術台に結合される、検出することと、
手術台の座標フレームにおける第１の動作の第１の角度方向を決定することと、
コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける第２の動作の第２の角度方向を決定することと、
第１及び第２の角度方向に基づいて、前記手術台と前記コンピュータ支援医療装置との間の第３の角度関係を決定することと、を含む段階を実行させるように構成される、
非一時的な機械可読媒体。
［実施例７３］
前記制御点は、前記関節式アームの遠隔の運動中心に対応する、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例７４］
第１の角度方向を決定することは、第１の動作の開始時に記録された手術台の第１の変換と、第１の動作の終了時に記録された手術台の第２の変換とに基づくものであり、
第２の角度方向を決定することは、第２の動作の開始時における前記制御点の第１の位置と、第２の動作の終了時における前記制御点の第２の位置とに基づくものである、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例７５］
第２の動作は、一連の増分動作を含む、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例７６］
前記段階は、第２の動作を前記増分動作によって表される経路と比較することをさらに含む、実施例７５に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例７７］
第２の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の複数の関節式アームに関連する制御点の集約に基づくものである、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例７８］
前記段階は、第３の角度関係を他の角度関係と集約して、合成角度関係を形成することをさらに含む、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例７９］
第１の動作は、スライド調整、傾き調整、及びトレンデレンブルク調整から構成されるグループから選択される１つ又は複数の動作である、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例８０］
前記段階は、
前記手術台の第３の動作を検出することであって、前記手術台の第３の動作は、第１の軸線を中心とする第１の回転を含み、前記手術台の第３の動作は、前記制御点の対応する第４の動作を生じさせる、検出することと、
前記手術台の第５の動作を検出することであって、前記手術台の第５の動作は、第２の軸線を中心とする第２の回転を含み、前記手術台の第５の動作は、前記制御点の対応する第６の動作を生じさせ、第２の軸線は第１の軸線とは異なる、検出することと、
第１の回転及び前記制御点の第４の動作に基づいて、前記制御点と第１の軸線との間の第１の垂直距離を決定することと、
第２の回転及び前記制御点の第６の動作に基づいて、前記制御点と第２の軸線との間の第２の垂直距離を決定することと、
前記制御点の位置と第１及び第２の垂直距離とに基づいて、前記装置と前記手術台との間のＸＹ位置合せを決定することと、をさらに含む、実施例７２に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例８１］
前記装置と前記手術台との間の前記ＸＹ位置合せは、前記コンピュータ支援医療装置の座標フレームにおける前記手術台の回転点の位置に対応する、実施例８０に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例８２］
前記装置と前記手術台との間の前記ＸＹ位置合せを決定することは、
前記制御点の位置を決定することと、
第１の軸線に対して垂直な第１の方向に沿って第１の垂直距離を投影することと、
第２の軸線に対して垂直な第２の方向に沿って第２の垂直距離を投影することと、を含む、実施例８０に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例８３］
第１の軸線は、傾斜回転軸線であり、第２の軸線は、トレンデレンブルク回転軸線である、実施例８０に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例８４］
第４の動作及び第６の動作は、前記コンピュータ支援医療装置の複数の関節式アームに関連する制御点の集約に基づくものである、実施例８０に記載の非一時的な機械可読媒体。
［実施例８５］
前記段階は、前記ＸＹ位置合せを他のＸＹ位置合せと集約して、合成ＸＹ位置合せを形成すことをさらに含む、実施例８０に記載の非一時的な機械可読媒体。
【図１】
2020171681.tif 000025
【図２】
2020171681.tif 000026
【図３】
2020171681.tif 000027
【図４Ａ】
2020171681.tif 000028
【図４Ｂ】
2020171681.tif 000029
【図５】
2020171681.tif 000030
【図６】
2020171681.tif 000031
【図７】
2020171681.tif 000032
【図８Ａ】
2020171681.tif 000033
【図８Ｂ】
2020171681.tif 000034
【図８Ｃ】
2020171681.tif 000035
【図８Ｄ】
2020171681.tif 000036
【図８Ｅ】
2020171681.tif 000037
【図８Ｆ】
2020171681.tif 000038
【図８Ｇ】
2020171681.tif 000039
【外国語明細書】
2020171681000001.pdf