(57)【要約】      （修正有）【課題】医療イメージングシステムを提供する。【解決手段】医療イメージングシステムは、遠隔操作アセンブリ１２及び１又は複数のプロセッサを含む処理ユニットを有する。処理ユニットは、遠隔操作アセンブリ１２に結合されるイメージング器具のためのロール位置インジケータを受信するように構成される。イメージング器具は、イメージング器具の光学軸に対して０°より大きい視野角（例えば、３０°）を有する。処理ユニットはさらに、第１のロール位置で遠隔操作アセンブリ１２に結合されたイメージング器具から第１の画像データを取得するように及び第２のロール位置で遠隔操作アセンブリ１２に結合されたイメージング器具から後の画像データを取得するように構成される。処理ユニットはさらに、第１と第２のロール位置との間のイメージング器具のロール運動を第１の画像データ及び後の画像データの提示の間の遷移と整合させるように構成される。【選択図】図１Ａ
2020018877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔操作アセンブリと；
１又は複数のプロセッサを含む処理ユニットと；を有し、
前記処理ユニットは：
イメージング器具の光学軸に対して０°以外の視野角を有する、前記遠隔操作アセンブリに結合される前記イメージング器具のためのロール位置インジケータを受信し、前記イメージング器具は、第１及び第２の画像ソースを含む立体イメージング器具であり；
第１のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第１の画像データを取得し；
第２のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から後の画像データを取得し；且つ
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の前記イメージング器具のロール運動に応答して、ユーザディスプレイ上で前記第１の画像データ及び前記後の画像データの提示の間を遷移させ、前記第１の画像データの前記提示と前記後の画像データの提示との間の前記遷移は、前記第１の画像ソース及び前記第２の画像ソースを交換することを含む；
ように構成される、
医療イメージングシステム。
【請求項２】
前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、連続的である、
請求項１に記載の医療イメージングシステム。
【請求項３】
前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、離散的である、
請求項１に記載の医療イメージングシステム。
【請求項４】
前記処理ユニットはさらに、前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データから回転された画像を生成するように構成される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項５】
前記回転された画像は、約１８０°だけ回転され、
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間のロール角度は、約１８０°である、
請求項４に記載の医療イメージングシステム。
【請求項６】
前記処理ユニットはさらに：
前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方からの回転された画像、及び
前記第１の画像データ又は前記後の画像データの他方からの回転されていない画像、
を含む一連の画像を生成するように構成される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項７】
前記処理ユニットはさらに、前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の第３のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第３の画像データを取得するように構成され、前記一連の画像は、前記第３の画像データから生成された画像を含む、
請求項６に記載の医療イメージングシステム。
【請求項８】
前記処理ユニットはさらに、前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データから回転動画を生成するように構成される、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の医療イメージングシステム。
【請求項９】
イメージングの方法であって：
遠隔操作アセンブリに結合されるイメージング器具のためのロール位置インジケータを受信するステップであって、前記イメージング器具は、前記イメージング器具の光学軸に対して０°より大きい視野角を有し、前記イメージング器具は、第１及び第２の画像ソースを含む立体イメージング器具である、ステップ；
第１のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第１の画像データを取得するステップ；
第２のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から後の画像データを取得するステップ；及び
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の前記イメージング器具のロール運動に応答して、ユーザディスプレイ上で前記第１の画像データ及び前記後の画像データの提示の間を遷移させるステップであって、前記第１の画像データの前記提示と前記後の画像データの提示との間の前記遷移は、前記第１の画像ソース及び前記第２の画像ソースを交換することを含む、ステップ；を含む、
方法。
【請求項１０】
前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データから回転された画像を生成するステップをさらに含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転された画像は、約１８０°だけ回転され、
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間のロール角度は、約１８０°である、
請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方からの回転された画像及び前記第１の画像データ又は前記後の画像データの他方からの回転されていない画像を含む一連の画像を生成するステップをさらに含む、
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の第３のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第３の画像データを取得するステップをさらに含み、前記一連の画像は、前記第３の画像データから生成された画像を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データから回転動画を生成するステップをさらに含む、
請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本特許出願は、"Systems  and  Methods  for  Control  of  Imaging  Instrument  Orientation"と題する、２０１４年３月１７日に出願された米国仮出願第61/954,338号の優先権及び出願日の利益を主張し、これはその全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、イメージング器具を制御するためのシステム及び方法を対象にし、より具体的には、イメージング器具の向きの遠隔制御並びにその向きに基づく論理的な画像提示のためのシステム及び方法を対象にする。
【背景技術】
【０００３】
低侵襲医療技術は、介入医療処置の間に損傷を受ける組織の量を減らすことを目的とし、それによって、患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を減少させる。そのような低侵襲技術は、患者の解剖学的構造における自然開口部を介して、又は、１又は複数の外科的切開部を介して行われる場合がある。これらの自然開口部又は切開部を介して、臨床医は、標的組織位置に達するように医療ツールを挿入する場合がある。低侵襲医療ツールは、治療器具、診断器具、及び手術器具のような器具を含む。低侵襲医療ツールはまた、内視鏡器具のようなイメージング器具も含む場合がある。イメージング器具は、イメージング器具の中心軸と軸方向に整列される視野（field  of  view）の画像を取り込む軸像器具（axis  view  instruments）及びイメージング器具の中心軸に対して傾斜した視野の画像を取り込む軸外像器具（off-axis  view  instruments）を含む。幾つかの低侵襲医療器具は、遠隔操作される又は別の方法でコンピュータ支援される場合がある。伝統的に、遠隔操作される処置でさえ、イメージング器具、特に軸外像器具は、視野の向きを変えるために器具の中心軸周りに手動で回転される。低侵襲医療器具の向きを遠隔操作式に制御するための及び回転した器具により取り込まれた画像をユーザに論理的に提示するためのシステム及び方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の様々な実施形態が、以下に続く請求項によって要約される。
【０００５】
１つの実施形態では、医療イメージングシステムが、遠隔操作アセンブリ及び１又は複数のプロセッサを含む処理ユニットを有する。処理ユニットは、遠隔操作アセンブリに結合されるイメージング器具のためのロール位置インジケータ（roll  position  indicator）を受信するように構成される。イメージング器具は、イメージング器具の光学軸に対して０°より大きい視野角（例えば、３０°）を有する。処理ユニットはさらに、第１のロール位置で遠隔操作アセンブリに結合されたイメージング器具から第１の画像データを取得するように及び第２のロール位置で遠隔操作アセンブリに結合されたイメージング器具から後の画像データを取得するように構成される。処理ユニットはさらに、第１と第２のロール位置との間のイメージング器具のロール運動を第１の画像データ及び後の画像データの提示（presentation）の間の遷移（transition）と整合させる（coordinate）ように構成される。
【０００６】
他の実施形態では、イメージング方法が、遠隔操作アセンブリに結合されるイメージング器具のためのロール位置インジケータを受けることを含む。イメージング器具は、イメージング器具の光学軸に対して０°より大きい視野角（例えば、３０°）を有する。方法はさらに、第１のロール位置で遠隔操作アセンブリに結合されたイメージング器具から第１の画像データを取得すること及び第２のロール位置で遠隔操作アセンブリに結合されたイメージング器具から後の画像データを取得することを含む。方法はさらに、第１と第２のロール位置との間のイメージング器具のロール運動を第１の画像データ及び後の画像データの提示の間の遷移と調整することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の態様は、添付の図面と併せて読むとき、以下の詳細な説明から最も良く理解される。この業界での標準的な慣例に従って、様々な特徴は一定の縮尺で描かれていないことを強調しておく。実際、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために適宜拡大又は縮小される場合がある。また、本開示は、様々な例において参照数字及び／又は文字を繰り返して使用する場合がある。この繰返しは、簡略化と明瞭化を目的として行われており、論じられる様々な実施形態及び／又は構成の間の関係をそれ自体で規定するものではない。
【図１Ａ】本開示の実施形態による、遠隔操作医療システムの概略図である。
【図１Ｂ】多くの実施形態による、遠隔操作医療システム用外科医制御コンソールの斜視図である。
【図１Ｃ】多くの実施形態による、遠隔医療システムエレクトロニクスカートの斜視図である。
【図１Ｄ】本明細書に記載された原理の１つの例による、患者側カートの斜視図である。
【図２Ａ】第１の向きにおける軸外内視鏡イメージング器具を示す。
【図２Ｂ】第２の向きにおける図２Ａの軸外内視鏡イメージング器具を示す。
【図２Ｃ】図２Ａの軸外内視鏡イメージング器具の遠位端部を示す。
【図２Ｄ】図２Ａの軸外内視鏡イメージング器具のためのハンドルとアダプタの結合を示す。
【図２Ｅ】アダプタをより詳細に示す。
【図２Ｆ】内視鏡角度設定間の遷移の方法を示す。
【図２Ｇ】ユーザ入力タッチパッドを示す。
【図３】内視鏡イメージング器具のロール位置を変える方法を示す。
【図４Ａ】患者の解剖学的構造の第１の視野を伴う第１の向きにおける図２Ａの軸外内視鏡イメージング器具を示す。
【図４Ｂ】患者の解剖学的構造の第２の視野を伴う第２の向きにおける図２Ａの軸外内視鏡イメージング器具を示す。
【図５Ａ】第１の向きの内視鏡イメージング器具での第１の視野からの立体視画像対（stereoscopic  pair  of  images）を示す。
【図５Ｂ】第２の向きの内視鏡イメージング器具での第２の視野からの立体視画像対を示す。
【図５Ｃ】軸外内視鏡イメージング器具の第２の向きと同じ回転角度に回転された立体視画像対の画像のそれぞれを示す。
【図５Ｄ】図５Ｃと比べて交換された位置の立体視画像対の画像のそれぞれを示す。
【図６】本開示の１つの実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に集められた画像の提示を変える方法を示す。
【図７Ａ】図６の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図７Ｂ】図６の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図７Ｃ】図６の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図８】本開示の他の実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に取り込まれた画像を提示する方法を示す。
【図９Ａ】図８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図９Ｂ】図８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図９Ｃ】図８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図９Ｄ】図８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図９Ｅ】図８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１０】本開示の他の実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に取り込まれた画像を提示する方法を示す。
【図１１Ａ】図１０の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１１Ｂ】図１０の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１１Ｃ】図１０の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１１Ｄ】図１０の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１１Ｅ】図１０の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１１Ｆ】図１０の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１２】本開示の他の実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に取り込まれた画像を提示する方法を示す。
【図１３Ａ】図１２の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１３Ｂ】図１２の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１３Ｃ】図１２の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１３Ｄ】図１２の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１３Ｅ】図１２の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１４】本開示の他の実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に取り込まれた画像を提示する方法を示す。
【図１５Ａ】図１４の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１５Ｂ】図１４の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１５Ｃ】図１４の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１５Ｄ】図１４の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１５Ｅ】図１４の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１５Ｆ】図１４の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１６】本開示の他の実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に取り込まれた画像を提示する方法を示す。
【図１７Ａ】図１６の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１７Ｂ】図１６の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１７Ｃ】図１６の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１８】本開示の他の実施形態による、内視鏡イメージング器具の向きを変更する間に取り込まれた画像を提示する方法を示す。
【図１９Ａ】図１８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１９Ｂ】図１８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１９Ｃ】図１８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【図１９Ｄ】図１８の方法に関連した一連の提示された画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の原理の理解を促進する目的のために、図面で例示される実施形態をここで参照し、特定の言語を、これを説明するために使用する。それにもかかわらず、本開示の範囲の限定は意図されないことが理解されるであろう。本発明の態様の以下の詳細な説明では、開示された実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細について説明する。しかしながら、本開示の実施形態は、これら特定の詳細がなくても実施できることは当業者には明らかであろう。他の例では、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細に説明していない。
【０００９】
説明される装置、器具、方法、及び本開示の原理の任意のさらなる適用に対する任意の変更及びさらなる改変は、本開示が関連する分野の当業者が通常想起し得るように完全に企図される。具体的には、１つの実施形態について説明される特徴、構成要素、及び／又はステップは、本開示の他の実施形態について説明される特徴、構成要素、及び／又はステップと組み合わせることができることが完全に企図される。加えて、本明細書で提供される寸法は特定の例に関するものであり、異なるサイズ、寸法、及び／又は比が、本開示の概念を実現するために用いられてよいことが企図される。説明の不要な重複を避けるために、１つの例示的な実施形態にしたがって記載された１又は複数の構成要素又は動作は、他の例示的な実施形態に必要に応じて使用することができる又は他の例示的な実施形態から必要に応じて省略され得る。簡潔にするために、これらの組み合わせの多くの反復は、別に説明しない。単純にするために、いくつかの場合、同じ参照番号が、同じ又は同様の部分を言及するために図面全体を通して使用される。
【００１０】
以下の実施形態は、３次元空間内の状態の観点から、様々な器具及び器具の部分について説明する。本明細書で使用される場合に、用語「位置」は、３次元空間（例えば、デカルトＸ，Ｙ，Ｚ座標に沿った並進３自由度）における対象物又は対象物の一部の場所を示す。本明細書で使用される場合に、用語「向き」は、対象物又は対象物の一部の回転配置（回転３自由度−例えば、ロール、ピッチ、及びヨー）を示す。本明細書で使用される場合に、用語「姿勢」は、並進自由度の少なくとも１つの自由度における対象物又は対象物の一部の位置、及び回転自由度の少なくとも１つの自由度における対象物又は対象物の一部の向き（合計６つの自由度まで）を示す。本明細書で使用される場合に、用語「形状」は、対象物に沿って測定された姿勢、位置、又は向きのセットを示す。
【００１１】
図面の図１Ａを参照すると、例えば、診断、治療、又は外科処置を含む医療処置で用いる遠隔操作医療システムが、参照数字１０によって概して示されている。遠隔操作医療システムは、例えば、ロボット手術システムであってよい。記載されるように、本開示の遠隔操作医療システムは、外科医の遠隔操作の制御下にある。代替実施形態では、遠隔操作医療システムは、処置又は下位処置（sub-procedure）を実行するようにプログラムされたコンピュータの部分的な制御下にあってよい。さらに他の代替実施形態では、処置又は下位処置を実行するようにプログラムされたコンピュータの完全な制御下の、完全に自動化された医療システムが、処置又は下位処置を実行するために使用されてよい。図１Ａに示されるように、遠隔操作医療システム１０は、概して、患者Ｐが位置する手術台Ｏに又は手術台Ｏの近くに取り付けられた遠隔操作アセンブリ１２を含む。遠隔操作アセンブリ１２は、患者側カートと称されてもよい。医療器具システム１４及び内視鏡イメージングシステム１５が、遠隔操作アセンブリ１２に動作可能に結合されている。オペレータ入力システム１６は、外科医又は他の種類の臨床医Ｓが手術部位の画像又は手術部位の表示を見ること及び医療器具システム１４及び／又は内視鏡イメージングシステム１５の動作を制御することを可能にする。
【００１２】
オペレータ入力システム１６は、外科医コンソールに位置することができ、この外科医コンソールは、通常、手術台Ｏと同じ部屋に位置する。しかし、外科医Ｓは、患者Ｐとは異なる部屋又は完全に異なる建物に位置し得ることが理解されるべきである。オペレータ入力システム１６は、一般的に、医療器具システム１４を制御するための１又は複数の制御装置を含む。制御装置（複数可）は、ハンドグリップ、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガーガン、手動操作制御装置、音声認識装置、タッチスクリーン、身体動き又は存在センサのような、任意の数の様々な入力装置の１又は複数を含んでもよい。幾つかの実施形態では、制御装置（複数可）は、テレプレゼンス、手術部位にいるかのように外科医が器具を直接的に制御する強い感覚を有するよう制御装置（複数可）が器具と一体化されるような知覚を外科医に提供するために、遠隔操作アセンブリの医療器具と同じ自由度を備える。他の実施形態では、制御装置（複数可）は、関連する医療器具より多い又は少ない自由度を有し得るとともに、依然としてテレプレゼンスを外科医に提供し得る。幾つかの実施形態では、制御装置（複数可）は、６自由度で動く手動入力装置であり、この手動入力装置は、（例えば、把持ジョーを閉じる、電位を電極に印加する、薬物療法を送達する等のための）器具を作動させるための作動可能ハンドルも含み得る。
【００１３】
遠隔操作アセンブリ１２は、外科医Ｓがコンソール１６を通じて手術部位を見る間に、医療器具システム１４を支持するとともに操作する。手術部位の画像は、内視鏡１５を方向合わせする（orient）ために遠隔操作アセンブリ１２によって操作されることができる、立体内視鏡のような、内視鏡イメージングシステム１５によって、得ることができる。エレクトロニクスカート１８が、外科医のコンソール１６を通じた外科医Ｓへの次の表示のために手術部位の画像を処理するために使用されることができる。一度に使用される医療器具システムの数は、一般的に、診断又は外科処置及び特に手術室内の空間的制約に依存するであろう。遠隔操作アセンブリ１２は、１又は複数の非サーボ制御リンク（例えば、一般的にセットアップ構造と呼ばれる、所定の位置に手動で位置決めされ且つロックされ得る１又は複数のリンク）及び遠隔操作マニピュレータの運動学的構造を含み得る。遠隔操作アセンブリ１２は、医療器具１４の入力部を駆動する複数のモータを含む。これらのモータは、医療器具システム１４に結合されるとき、自然の又は外科的に作られた解剖学的構造の開口部（anatomical  orifice）の中に医療器具を前進させ得る駆動システムを含む。他のモータ駆動システムは、医療器具の遠位端部を多自由度で動かすことができ、この多自由度は、３自由度の直線運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚデカルト座標軸に沿った直線運動）及び３自由度の回転運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚデカルト座標軸回りの回転）を含み得る。さらに、モータは、生検装置等のジョーで組織を把持するための器具の関節動作可能なエンドエフェクタを作動させるために使用されることができる。
【００１４】
遠隔操作医療システム１０はまた、制御システム２０も含む。制御システム２０は、医療器具システム１４、オペレータ入力システム１６、及びエレクトロニクスシステム１８の間で制御を行うための、少なくとも１つのメモリ及び少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）、典型的には複数のプロセッサを含む。制御システム２０はまた、本明細書に開示される態様に従う方法の幾つか又は全てを実装するプログラムされた指令（例えば、指令を格納するコンピュータ可読媒体）も含む。制御システム２０が、図１Ａの簡略化した概略図に単一のブロックとして示されているが、このシステムは、処理の一部が、必要に応じて、遠隔操作アセンブリ１２で又はこれに隣接して実行され、処理の他の部分が、オペレータ入力システム１６等で実行される、２以上のデータ処理回路を含んでもよい。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかが用いられてもよい。同様に、プログラムされた指令は、多数の別々のプログラム又はサブルーチンとして実装されてもよい、又はそれらは、本明細書に記載される遠隔操作システムの多数の他の態様に組み込まれてもよい。１つの実施形態では、制御システム２０は、ブルートゥース（登録商標）、ＩｒＤＡ、ホームＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及び無線テレメトリのような無線通信プロトコルをサポートする。
【００１５】
幾つかの実施形態では、制御システム２０は、医療器具システム１４から力フィードバック及び／又はトルクフィードバックを受ける１又は複数のサーボコントローラを含み得る。フィードバックに応じて、サーボコントローラは、オペレータ入力システム１６に信号を送信する。サーボコントローラ（複数可）はまた、患者の身体の開口部を介してこの身体内の内部手術部位内に延びる医療器具システム（複数可）１４及び／又は内視鏡イメージングシステム１５を移動させるように遠隔操作アセンブリ１２に命令する信号を送信し得る。任意の適切な従来の又は専用のサーボコントローラが使用され得る。サーボコントローラは、遠隔操作アセンブリ１２から分離され得る、又は遠隔操作アセンブリ１２と一体にされ得る。幾つかの実施形態では、サーボコントローラ及び遠隔操作アセンブリは、患者の身体に隣接して位置決めされる遠隔操作アームカートの一部として設けられる。
【００１６】
遠隔操作医療システム１０は、照明システム、操向（steering）制御システム、洗浄システム、及び／又は吸引システムのようなオプションの動作及びサポートシステム（図示せず）をさらに含み得る。代替実施形態では、遠隔操作システムは、１より多い遠隔操作アセンブリ及び／又は１より多いオペレータ入力システムを含み得る。マニピュレータアセンブリの正確な数は、他の要因の中でもとりわけ、外科処置及び手術室内の空間的制約に依存する。オペレータ入力システムが併置されてもよく、或いはそれらは別々の位置に配置されてもよい。複数のオペレータ入力システムは、１より多いオペレータが１又は複数のマニピュレータアセンブリを種々の組合せで制御することを可能にする。
【００１７】
図１Ｂは、外科医用コンソール１６の斜視図である。外科医用コンソール１６は、奥行き知覚を可能にする手術部位の調整された立体視を外科医Ｓに提示するための左目ディスプレイ３２及び右目ディスプレイ３４を含む。コンソール１６はさらに、１又は複数の入力制御デバイス３６を含み、この入力制御デバイス３６は遠隔操作アセンブリ１２に１又は複数の器具又は内視鏡イメージングシステムを操作させる。入力制御デバイス３６は、外科医Ｓにテレプレゼンスを、又は外科医が器具１４を直接的に制御しているという強い感覚を持つように、入力制御デバイス３６が器具１４と一体であるという知覚を提供するように、それらに関連付けられた器具１４と同じ自由度を提供することができる。この目的を達成するために、位置、力、及び触覚フィードバックセンサ（図示せず）が、器具１４から入力制御デバイス３６を通じて外科医の手に戻って位置、力、及び触覚の感覚を伝達するために用いられ得る。
【００１８】
図１Ｃは、エレクトロニクスカート１８の斜視図である。エレクトロニクスカート１８は、内視鏡１５に結合されることができるとともに、外科医コンソールの外科医に、或いは局所的に及び／又は遠隔に配置されたディスプレイに等、後の表示のために取り込まれた画像を処理するためのプロセッサを含むことができる。例えば、立体内視鏡が使用される場合、エレクトロニクスカート１８は、外科医に手術部位の調整された立体画像を提示するように取り込まれた画像を処理することができる。このような調整は、対照させる画像の間のアライメントを含むことができるとともに。他の例として、画像処理は、光学収差のような、画像キャプチャ装置の結像誤差を補償するために以前に決定されたカメラ較正パラメータの使用を含むことができる。エレクトロニクスカート１８はまた、ディスプレイモニタ及び制御システム２０の構成要素も含むことができる。
【００１９】
図１Ｄは、患者側カートと称され得る遠隔操作アセンブリ１２の１つの実施形態の斜視図である。図示された患者側カート１２は、３つの手術ツール２６（例えば、器具システム１４）及び手術部位の画像の取り込みのために使用される立体内視鏡のようなイメージングデバイス２８の操作を提供する。イメージングデバイス２８は、ケーブル５６でエレクトロニクスカート１８に信号を送信し得る。操作は、幾つかのジョイントを有する遠隔操作機構によって提供される。イメージングデバイス２８及び手術ツール２６は、運動学的遠隔中心（kinematic  remote  center）が、切開部のサイズを最小化するために切開部で維持されるように、患者の切開部を通って、位置決めされるとともに操作されることができる。手術部位の画像は、手術ツール２６がイメージングデバイス２８の視野内に位置決めされるときに、手術ツール２６の遠位端の画像を含むことができる。
【００２０】
患者側カート１２は、駆動可能なベース５８を含む。駆動可能なベース５８は、伸縮コラム５７に接続され、この伸縮コラムは、アーム５４の高さの調節を可能にする。アーム５４は、回転及び上下動の両方をする回転ジョイント５５を含み得る。アーム５４のそれぞれは、配向プラットフォーム（orienting  device）５３に接続され得る。配向プラットフォーム５３は、３６０°の回転が可能であってよい。患者側カート１２はまた、配向プラットフォーム５３を水平方向に動かすための伸縮水平片持ち梁５２も含み得る。
【００２１】
本例では、アーム５４のそれぞれは、マニピュレータアーム５１に接続している。マニピュレータアーム５１は、医療器具２６に直接接続し得る。マニピュレータアーム５１は、遠隔操作可能であり得る。幾つかの例では、配向プラットフォームに接続しているアーム５４は遠隔操作可能ではない。むしろ、このようなアーム５４は、外科医Ｓが遠隔操作構成要素で手術を始める前に、要望通りに位置決めされる。
【００２２】
内視鏡イメージングシステム（例えば、システム１５、２８）は、硬性又は軟性内視鏡を含む様々な形態で提供され得る。硬性内視鏡は、内視鏡の近位端部に遠位端部から画像を伝送するためのリレーレンズシステムを収容する硬質チューブを含み、そこで画像はその後イメージセンサ（又は、立体内視鏡の場合、複数のセンサ）によって典型的には取り込まれる。現在の硬性内視鏡はまた、内視鏡自体のシャフトの内部に光学系及びカメラを入れることができ、よりコンパクト、計量、且つ、概して高性能な画像取得システムを作る。
【００２３】
他の分類の内視鏡、軟性内視鏡は、１又は複数の可撓性光学ガラスファイバ内部の画像を近位のカメラ又は複数のカメラに伝送する。現在の軟性内視鏡はまた、手術部位近くの、内視鏡の遠位端部に直接配置された小さいカメラモジュールを備えて構成されることもできる。このカメラは、可撓性ジョイント（又は複数のジョイント）を備える内視鏡シャフトに取り付けられた小さいハウジングの中に位置し、この可撓性ジョイント（又は複数のジョイント）は、内視鏡シャフトの主軸に対して視線方向（viewing  direction）を動的に変えるために、制御リンケージ（例えば、スチールケーブル）により操縦されることができる。
【００２４】
人体内部のより多くを見る能力を提供するために、硬性内視鏡は、前方軸方向視のための０°の視野角を含む、異なる先端視野角、又は斜視（oblique  viewing）のための０°から９０°の間の固定視野角を持つユニットを備え得る。内視鏡シャフトの主長手方向軸から測定される、３０°の視野角は、医療用内視鏡に関して非常に一般的である。これは、「のみ先端（chisel-tip）」又は「くさび形先端」のように見える先端を持つ内視鏡を作る。
【００２５】
デジタル画像ベースの内視鏡は、１又は複数の電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスのような遠位デジタルセンサが画像データを取得する「先端上のチップ」（ＣＯＴ）設計を有する。これらのイメージングチップは、撮像素子（imager）（複数可）の遠位の内視鏡シャフトの内部に取り付けられる小さいレンズアセンブリとともに使用される。
【００２６】
内視鏡イメージングシステムは、２又は３次元画像をビューア（viewer）に提供し得る。２次元（２Ｄ）画像は、シングルカメラを含み得るとともに限られた奥行き知覚（depth  perception）を提供し得る。３次元（３Ｄ）立体内視鏡画像は、より正確な奥行き知覚をビューアに提供し得る。立体内視鏡器具は典型的には、患者の解剖学的構造の立体画像を取り込むために、物理的に小さい距離離間された、２つのカメラを用いる。２つの僅かに異なる場所から取られた、この２つの画像は、光学視差情報を含む。この視差情報は、適切に設計された立体ビューアに表示されるとき、それぞれの眼への手術部位の僅かに異なる視界を伴ってビューアに提示され、これは、２つのカメラによって見られている手術部位の３次元性を再現する。
【００２７】
図２Ａは、ハンドル１０２及びハンドルに強固に結合されたシャフト１０４を含む硬性軸外立体内視鏡イメージング器具１００を示す。ロールアダプタ１０６が、シャフト１０４及び／又はハンドル１０２に回転可能に結合される。シャフトは、遠位端部１０８及び近位端部１１０を含む。遠位端部１０８は、遠位イメージングデバイス、レンズ系、光ファイバ、又は他の立体画像取込及び伝送構成要素（図示せず）を収容する。遠位端部１０８は、光学要素の後に取り付けられた立体画像センサ対及びシールされたサファイヤ窓を含み得る。代替的には、ハンドル１０２は、イメージングデバイスを含み、画像は、レンズの系又は光ファイバ（複数可）を経由して光学的にシャフト１０４に沿って中継される。シャフト１０４は、挿入軸ＩＡに沿って延びる。ケーブル１０７が、ハンドルから延びるとともにエレクトロニクスカート１８と内視鏡１００との間のインタフェースである。ケーブル１０７は、照明光ファイバ束（複数可）及びエレクトロニクスカート１８からハンドル１０２への通信線を含み得る。図２Ｃに示されるように、器具１００は、画角１１２及び１１４のような断面で示される光学視野（optical  field  of  view）を有する。この実施形態では、画角は約３０°であるが、挿入軸ＩＡに対する斜め角度視に適する任意の角度であってよい。手動又は遠隔操作制御に反応して、遠隔操作アセンブリ（例えば、アセンブリ１２）は、挿入軸ＩＡ周りに、器具ボディ１０２及びシャフト１０４を含む、イメージング器具１００を回転させるように動作され得る。図２Ａは、挿入軸ＩＡに対して−３０°又は下向きの角度を持つイメージング器具１００を示す。ロールアダプタ１０６は、一定の向き及び位置に留まっている。図２Ｂは、挿入軸ＩＡに対して＋３０°又は上向きの角度を持つ１８０°回転されたイメージング器具１００を示す。ロールアダプタ１０６は、一定の向き及び位置に留まっている。シャフト１０４内の光学伝達系及び遠位デジタルセンサ（複数可）は、技術分野で知られている様々な方法で、入れられ得る。イメージング器具１００が挿入軸ＩＡ周りに回転されるとき、シャフト１０４内の光学構成要素及び遠位デジタルセンサ（複数可）はシャフトと一緒に回転する。用語「上」、「下」、「上向き」、及び「下向き」は、概して反対方向を示すための説明目的のみに使用され、限定することを意図するものではない。
【００２８】
図２Ｄは、器具ハンドル１０２及びロールアダプタ１０６の結合を示す。アダプタ１０６は、内視鏡を遠隔操作システムのマニピュレータに取り付けるためのインタフェース並びにアームに取り付けられている間に内視鏡のロールを制御するための機構を提供する。ハンドル１０２は、そこにロールアダプタ１０６が結合されるキー付きカラー（keyed  collar）を含む。キー付きカラー１０１は、ハンドル１０２に対するアダプタ１０６の回転を可能にする。図２Ｅに示されるように、アダプタ１０６は、マニピュレータアームによって使用されるディスク１０９間の歯車伝達装置１０５を提供するとともにキー付きカラー１０１と結合するキー付きローラ１０３を提供する。内視鏡ハンドルは、アダプタ１０６に取り付けられた２つの永久磁石の極性を検出することができる磁気センサを有する。これは、内視鏡が、０°及び１８０°アライメントに近い（near  0°  and  180°  alignment）アダプタの２つの離散ロール位置（two  discrete  roll  positions）を検知することを可能にする。３０°下構成は、０°ロール位置のアダプタ１０６に対応する。３０°上構成は、１８０°ロール位置のアダプタに対応する。アダプタ１０６のディスク１０９は、マニピュレータアーム５１の器具キャリッジに結合する器具無菌アダプタに結合する。器具キャリッジは、器具無菌アダプタの対応するディスクを駆動する独立したモータのセット（例えば、２以上のモータ）を含む。ロールアダプタ１０６のディスク１０９は、アダプタ１０６を適切な位置及び向きに強固に拘束するように、器具無菌アダプタの２つのロールディスクと結合する。アダプタのディスク１０９と係合される無菌アダプタのロールディスクは、遠隔操作システムが、内視鏡のロール角度を検知するとともに制御することを可能にする。
【００２９】
図２Ｆは、内視鏡角度設定間の遷移のための方法３２０を示す。プロセス３２２において、ユーザ入力指令が、内視鏡角度を（例えば、３０°上から３０°下に又はその逆に）反転させるために受信される。ユーザ選択は、図２Ｇに示されるようにコンソールタッチパッド３４０により提供され得る。コンソールタッチパッド３４０は、オペレータ入力システム１６の構成要素であり得る。コンソールタッチパッド３４０は、ユーザの選択を制御システム２０に送るタッチスクリーンボタン３４２を含む。代替実施形態では、ユーザ入力は、検出されたユーザの動作、制御デバイス３６のスイッチ、オペレータ入力システム１６の専用スイッチ、ユーザの体の一部によって操作される遠隔操作システム１０内のいずれかのスイッチ、言語命令（verbal  command）、視線命令（eye  gaze  command）、又はユーザ制御される器具（例えば、マウス）によって提供され得る。
【００３０】
プロセス３２４において、遷移後に器具先端が内視鏡の視野の外側になる可能性があるので、制御システム２０は、一時的に、手術器具制御を無効にする。プロセス３２６において、現在のロール位置が、取得される。
【００３１】
プロセス３２８において、１８０°ロール向きゴールが計算される。ユーザが頭を傾ける、すなわち、足を見下ろすことから空を見上げることへ遷移するかのようなアイディアである。傾斜内視鏡（angled  endoscope）を用いて、例えば３０°下から３０°上の間（又はその逆）の、遷移が、現在の向きから新しい向きへ１８０度の軸ＩＡ周りに内視鏡を回転させることによって達成される。
【００３２】
内視鏡及びキャリッジの自由度は、無限のロール運動ができる。これは、内視鏡が、任意の現在の角度位置から任意の新しい角度位置に時計回り方向又は反時計回り方向のいずれかで回転できることを意味する。しかし、一般的に、内視鏡ケーブルの連続的な巻きは回避されるべきである。したがって、制御システムは、内視鏡がいずれかの方向に１回転より多く回転することを防ぐために、ソフトウェアベースの制限を課し得る。内視鏡角度変更を実行するときのロール運動の方向は、最も近いロール制限から離れる方向に回転する。これは、内視鏡に取り付けられたケーブルに引き起こされるねじれを最小にする。
【００３３】
プロセス３３０において、ロール軌跡（roll  trajectory）が、ロール位置及び速度の滑らか且つ連続的な運動を生成するように命じられる。例えば、コンソールタッチパッド３４０から命じられる場合、ロールは、ユーザの頭がビューアに戻るときに遷移が完了するように、迅速に（例えば、０．５秒未満で）実行され得る。プロセス３３２において、先端向きパラメータが更新される。内視鏡先端座標系（endoscope  tip  frame  of  reference）の向きを制御する運動学的パラメータは、新しいロール位置を組み入れるように調整される。これは、先端座標系の局所的なｚ軸周りに１８０°回転オフセットを適用することによって達成され得る。
【００３４】
プロセス３３４において、全ての内視鏡参照変換（endoscope  referenced  transforms）が更新される。全ての器具アームは、それらの運動を内視鏡先端座標空間にマッピングする（map）。この更新は、器具制御を再び有効にする前に実行される。プロセス３３６において、画像は、１８０°回転され、左及び右目映像源が交換される。ディスプレイシステムに表示された立体画像は、結果として内視鏡の物理的なロールを考慮するように変換され、そうでなければ、全てが逆さまに現れる。この変換は、個々の画像フレームバッファを１８０°だけ回転させることによって達成される。加えて、左及び右目画像源が交換される。プロセス３３８において、器具制御は、ロール変換が完了した後に再び有効にされる。
【００３５】
上述のように、内視鏡ハンドルはまた、２つの形態−０°及び１８０°位置（例えば、３０°傾斜内視鏡の３０°上及び３０°下位置に対応する）の個別的な検知のためのセンサも含む。この特徴は、内視鏡が外科医又は手術室助手によって手で持たれているときに使用される。遠隔操作手術マニピュレータに結合されるとき、いったん内視鏡が設置され、正しく遠隔操作アーム器具キャリッジに係合されると、内視鏡のロール位置がロールアダプタキャリッジ駆動ディスクの角度によって直接的に決定され得るので、このセンサは無効にされる。
【００３６】
図３は、内視鏡イメージング器具１００のロール位置を変える方法を示す。方法は、ビューアの方向感覚の喪失を最小にするために選択された画像の提示と器具ロール位置の調整を提供する。方法は、ロールセンサ（複数可）からロール位置インジケータ（すなわち、どのロール位置に内視鏡器具が現在あるかの表示）を受信するプロセス１２２を含む。代替実施形態では、ロール位置インジケータは、器具１００それ自体によって又は器具のロール位置を認識するように構成された他の種類のセンサシステムから提供され得る。ロール位置インジケータは、例えば、器具１００の３０度視野角が上向き位置又は上向き位置から１８０°回転された下向き位置に向けられていることを示し得る。方法１２０は、位置インジケータによって示される第１のロール位置（例えば、３０°上向き）で器具１００から第１の画像データを取得するためのプロセス１２４を含む。方法は、器具１００を第２のロール位置に位置決めするように器具１００のロール角度を変えるために外科医コンソール（例えば、コンソール１６）から入力を受信するプロセス１２６を含む。入力は、入力制御デバイス（例えば、デバイス３６）又は外科医コンソールに位置する他のアクチュエータ（又は外科医コンソールの小さいタッチスクリーン部分のような入力デバイス）から受信され得る。ロール角度を変える指令は、制御システム（例えば、制御システム２０）によって受信される。プロセス１２８では、制御システムは、そこに器具が器具１００を所望のロール角度に回転させるようにモータを駆動させるために取り付けられるマニピュレータアーム（例えば、アーム５１）を通じて信号を提供する。器具はしたがって、第２のロール位置に位置決めされる。プロセス１３０では、変更されたロール位置インジケータが、アダプタ１０６又は他のロールセンサから受信される。プロセス１３２では、その次の画像データが、第２のロール位置に位置決めされた器具１００から取得される。例えば、画像データが連続的に受信されるビデオデータである場合、その次の画像データは、第１の画像データの直後のビデオのフレームに対するデータであり得る又はビデオの第１の画像データフレームの後の２つ又はより多くの幾つかのフレームであるビデオのフレームに対するデータであり得る。
【００３７】
プロセス１３４では、回転している器具の運動と整合された、画像が、ディスプレイに提供される。器具が初期角度位置と選択された角度位置との間で回転されるとき、ビューアに提示される画像は、患者の解剖学的構造の変化する視界を論理的に描くとともにビューアに対する方向感覚の喪失を最小にするように選択され得る。生成された画像は、ロール位置インジケータに基づく第１の又は後の画像データのいずれかからの回転された画像を含み得る。言い換えると、ロール位置インジケータは、以下により詳細に説明されるように、器具１００によって取り込まれた画像の１又は複数が、ビューアの方向感覚の喪失を最小にするように回転されるべきであることを示し得る。このプロセスはまた、内視鏡の物理的なロールを考慮するとともに内視鏡先端の直立の向き（upright  orientation）を維持するように運動学的パラメータを補償することを含む。内視鏡が３０°上から３０°下の形態まで回転されるとき、先端座標系は、Ｘｓ軸回りに６０°だけ効果的に回転される。この表示変化を実際に実現するために、内視鏡は、その現在のロール位置から１８０°物理的にロールされ、１８０°ロールオフセットが、内視鏡先端座標系のＺＳ軸に沿って適用される。このロールオフセットは、上下関係が正しい又は逆さまであるシステム及びビューアの感覚を訂正する。システムが１８０°だけ内視鏡をロールさせるとき、それは、どの方向に回転するかも決定する。方向は、内視鏡のソフトウェアロール制限の中に留まるように選択される。内視鏡及びマニピュレータキャリッジ自由度は無限のロールをサポートすることができるが、ロール制限が、内視鏡ケーブル巻き上げを防ぐために課され得る。
【００３８】
図４Ａは、患者Ｐの解剖学的構造の初期領域１３８に向けられた視野１１４を伴う初期の向きの図２Ａの軸外内視鏡イメージング器具１００のシャフト１０４の遠位端部１０８を示す。図４Ｂは、患者Ｐの解剖学的構造の最終的な領域１３９に向けられた視野１１４を伴う最終的な向きの軸外内視鏡イメージング器具１００のシャフト１０４の遠位端部１０８を示す。
【００３９】
図５Ａは、図４Ａのような患者Ｐの解剖学的構造の初期領域１３８に向けられた器具１００の視野１１４での立体画像対１４０、１４２を示す。画像１４０、１４２は、立体画像を生成するように重なる（示された重なりの量は、実施形態をより明確に示すために小さい）。図５Ｂは、１８０°回転されるとともに図４Ｂのような患者Ｐの解剖学的構造の最終的な領域１３９に向けられた器具１００の視野１１４を持つ立体重なり画像対１４４、１４６を示す。対の画像１４４、１４６は、逆さまであるように見え、したがって、ビューアに方向感覚を失わせ得るとともに領域１３９で介入処置を効率的に行うビューアの能力を制限し得る。ユーザの方向感覚並びに適切な立体視差を維持するために、ビューアの左及び右目に提示されるとき、画像１４４、１４６は、１８０°回転され得るとともに交換され得る。例えば、図５Ｃに示されるように、画像１４４、１４６それぞれによって描かれる左及び右目映像源は、１８０°回転され得る。加えて、図５Ｄに示されるように、左及び右目映像源は、ユーザの左及び右目への立体マッピングを維持するために交換され得る。ビューアの方向感覚の喪失を最小化するために、図５Ａと図５Ｄとの間の画像変化は、画像と空間的な向きの連続性を維持するために様々な異なる方法で整合され得る。したがって、ユーザが「上」を見る要求に続いて、システムは、単純に、器具を１８０°ロールさせること、左及び右目への画像を交換すること、及び画像を１８０°だけ回転させることによってこれを達成することができる。
【００４０】
図６及び７Ａ−７Ｃは、本開示の１つの実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する１つの方法を示す。この実装は、下向きの視野から上向きの視野の連続的な遷移を提供する一方、画像及び空間的な向きの連続性を維持する。固定３０°視野角内視鏡を使用するよりむしろ、この実装は、内視鏡器具が、回転ピッチ運動ができる遠位端部を有する場合（例えば、「固定角度」内視鏡とは対照的な可撓性内視鏡）、軸方向回転なしに内視鏡器具を使用して達成され得る。図６に示されるように、プロセス１５２は、（器具シャフトの軸に対する）ピッチ下げ３０°の向きの内視鏡イメージング器具の遠位端部で、患者の解剖学的構造の画像１５８（図７Ａ）のような、立体画像を取得することを含む。プロセス１５４は、患者の解剖学的構造の画像を取り込みながら、ピッチ上げ運動で内視鏡イメージング器具の遠位端部を動かすことを含む。ピッチ上げ運動の間、画像１６０は、（器具シャフトの軸に対して）約０°の向きで取り込まれる。プロセス１５６は、（器具シャフトの軸に対する）ピッチ上げ３０°の向きの内視鏡イメージング器具の遠位端部で、患者の解剖学的構造の画像１６２（図７Ｃ）のような、立体画像を取得することを含む。ピボット（pivoting）遠位端部器具を使用する、方法１５０は、上向きと下向き視野との間の理想的な連続的な遷移の例を提供する。器具の挿入軸周りに回転する硬性軸外内視鏡器具（例えば、器具１００）を用いる画像提示実装は、画像１５８−１６２に示された例示の遷移に近づけるように整合され得る。
【００４１】
図８及び９Ａ−９Ｅは、本開示の１つの実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する方法１７０を示す。この実装は、例えば、器具１００のような固定軸外内視鏡イメージング器具を用いる。図８に示されるように、プロセス１７２は、（図４Ａに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する−３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像１７８（図９Ａ）のような、立体画像を取得することを含む。プロセス１７４は、患者の解剖学的構造の画像を取り込みながら、挿入軸ＩＡ周りに１８０°（例えば、上述の方法１２０を使用して）イメージング器具の遠位先端を回転させることを含む。例えば、画像１８０、１８２、１８４は、器具が−３０°視野角（画像１７８）から＋３０°視野角（画像１８４）に挿入軸ＩＡ周りに１８０°回転されるときに取り込まれる一連の画像である。画像１８４は逆さまであるようにビューアに現れるので、画像１８４は、プロセス１７６でユーザへの提示のためにひっくり返される。画像が、画像を１８０°回転させることによってひっくり返され、中間回転段階のいずれかを表示することを必須とせずに完全に回転された画像を表示する。画像１８６は、ひっくり返された画像１８４を描く。この実装は、動かない画像の使用を最小にし得るが、器具の回転の間の画像を表示することはあるビューアに方向感覚を喪失させ得る。
【００４２】
図１０及び１１Ａ−１１Ｆは、本開示の他の実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する方法１９０を示す。この実装は、例えば、器具１００のような固定軸外内視鏡イメージング器具を用いる。図１０に示されるように、プロセス１９２は、（図４Ａに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する−３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２００（１つの目が示され、他の目の表示は図を簡略にするために省略されている）（図１１Ａ）のような、立体画像を取得することを含む。プロセス１９４は、患者の解剖学的構造の画像を取り込みながら、挿入軸ＩＡ周りに９０°（例えば、上述の方法１２０を使用して）イメージング器具の遠位先端を回転させることを含む。例えば、画像２０２、２０４は、器具が挿入軸ＩＡ周りに９０°回転されるときに取り込まれる一連の画像である。画像２０４は、プロセス１９６でユーザへの提示のためにひっくり返される。画像が、画像を１８０°回転させることによってひっくり返され、中間回転段階のいずれかを表示することを必須とせずに完全に回転された画像を表示する。画像２０６は、ひっくり返された画像２０４を描く。プロセス１９８は、患者の解剖学的構造の画像を取り込みながら、（プロセス１９４と同じ回転方向に）挿入軸ＩＡ周りに９０°イメージング器具の遠位先端をさらに回転させることを含む。例えば、画像２０８及び２１０は、器具が挿入軸ＩＡ周りに９０°さらに回転されるときに取り込まれる一連の画像である。この実装は、動かない画像の使用を最小にし得るとともにビューアに逆さまに見える画像のいかなる提示も避け得る。しかし、ひっくり返し遷移（flip  transition）は、あるビューアに混乱を起こさせ得る。
【００４３】
図１２及び１３Ａ−１３Ｆは、本開示の他の実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する方法２２０を示す。この実装は、例えば、器具１００と同様であるが、立体イメージングではなく、単眼イメージングの固定軸外内視鏡イメージング器具を用いる。図１２に示されるように、プロセス２２２は、（図４Ａに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する−３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２２８（図１３Ａ）のような、画像を取得することを含む。プロセス２２４は、患者の解剖学的構造の画像を取り込みながら、挿入軸ＩＡ周りに１８０°（例えば、上述の方法１２０を使用して）イメージング器具の遠位先端を回転させることを含む。例えば、画像２３０、２３２は、器具が挿入軸ＩＡ周りに１８０°回転されるときに取り込まれる一連の画像である。画像２３２は、中間画像２３４のような、回転の動画中間画像を表示することによってプロセス２２６でユーザへの提示のために回転される。画像２３６は、画像２３２の１８０°回転の最終段階を描く。この実装は、動かない画像及び潜在的に混乱させる画像のひっくり返しの使用を回避し得る。この実装では、動画回転は、あるビューアに方向感覚を喪失させ得るとともに立体画像の使用は不可能にされ得る。
【００４４】
図１４及び１５Ａ−１５Ｆは、本開示の他の実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する方法２４０を示す。この実装は、例えば、器具１００と同様であるが、立体イメージングではなく、単眼イメージングの固定軸外内視鏡イメージング器具を用いる。図１４に示されるように、プロセス２４２は、（図４Ａに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する−３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２４６（図１５Ａ）のような、画像を取得することを含む。プロセス２４４は、患者の解剖学的構造の画像を取り込みながら、挿入軸ＩＡ周りに１８０°（例えば、上述の方法１２０を使用して）イメージング器具の遠位先端を回転させることを含む。器具が回転していることと同時に、取り込まれた画像は動画ビデオ画像回転で１８０°逆回転される。例えば、画像２４８−２５６は、器具が挿入軸ＩＡ周りに１８０°回転される及び１８０°逆回転されるときに取り込まれる一連の画像である。画像２５６は、１８０°器具回転及び画像逆回転の最終段階を描く。この実装は、動かない画像の使用を回避し得、空間的な向きを維持し得、上述の方法１５０の理想的な遷移に密に近似させ得る。この実装では、センサが、内視鏡ロールを検知するために設けられ得る。ロールを検知することは、動画ビデオ画像との同期を可能にし得る。この実装では、立体イメージングは排除され得る。加えて、この実装は、遠隔操作システムのための制御システムが、内視鏡のロール及び提示画像の論理的なロールの両方を制御するので、器具１００が遠隔操作システムに結合されるとき使用され得る。器具１００が、遠隔操作システムへの取り付けなしの手動使用の場合、同様の実装が、代替センサでロールを検知することによって達成され得る。例えば、器具のセンサが、ハンドルに対するアダプタ１０６のロールを検知し得る又は加速度計が、重力に対する内視鏡ボディのロール角度を検知するために使用され得る。
【００４５】
図１６及び１７Ａ−１７Ｃは、本開示の他の実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する方法２６０を示す。この実装は、例えば、器具１００のような固定軸外内視鏡イメージング器具を用いる。図１６に示されるように、プロセス２６２は、（図４Ａに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する−３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２７２（図１７Ａ）のような、画像を取得することを含む。プロセス２６４は、取得した画像２７２を動かなくすることを含む。プロセス２６６は、挿入軸ＩＡ周りに１８０°（例えば、上述の方法１２０を使用して）イメージング器具の遠位先端を回転させることを含む。プロセス２６８は、（図４Ｂに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する＋３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２７６（図１７Ｃ）のような、画像を取得することを含む。プロセス２７０は、画像２７４に示されるように画像２７２、２７６の間の３次元遷移動画を生成することを含む。この遷移動画は、回転するボックスの面にマッピングされた上向き及び下向き画像を提示する。この実装は、上述の理想的な遷移方法１５０に密に近似し得るとともビューアの空間的な向きを維持し得る。この実装は、３次元ビデオ遷移効果（three-dimensional  video  transition  effect）を用い得る。
【００４６】
図１８及び１９Ａ−１９Ｄは、本開示の他の実施形態による内視鏡器具の視野の方向を変える間に取り込まれた画像を提示する方法２８０を示す。この実装は、例えば、器具１００のような固定軸外内視鏡イメージング器具を用いる。図１８に示されるように、プロセス２８２は、（図４Ａに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する−３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２９２（図１９Ａ）のような、画像を取得することを含む。プロセス２８４は、取得した画像２９２を動かなくすることを含む。プロセス２８６は、挿入軸ＩＡ周りに１８０°（例えば、上述の方法１２０を使用して）イメージング器具の遠位先端を回転させることを含む。プロセス２８８は、（図４Ｂに示されるように）器具シャフトの挿入軸ＩＡに対する＋３０°視野角のイメージング器具の遠位端で、患者の解剖学的構造の画像２９８（図１９Ｄ）のような、画像を取得することを含む。プロセス２９０は、画像２９４及び２９６に示されるように画像２９２、２９８の間のワイプ遷移動画（wipe  transition  animation）を生成することを含む。ワイプ遷移の指向性（directionality  of  the  wipe  transition）は、視野角の変化に対応する（すなわち、３０°上から３０°下に変化するとき上部から底部をワイプする又は３０°下から３０°上に変化するとき底部から上部をワイプする）。この実装は、立体画像の使用を可能にする。この実装は、ビデオワイプ遷移効果を用い得るが、代替実施形態では、他の動画遷移効果を使用し得る。
【００４７】
代替実施形態では、視野の方向の変える間に取り込まれる画像を提示するための他の技法が使用され得る。例えば、イメージング器具の物理的なロール手順の間に、非手術画像が表示され得る。例えば、非手術画像は、空白の単色枠（blank  mono-color  pane）、グラフィック（graphic）、ロゴ（logo）、英数字メッセージであり得る。代替的には、イメージング器具の物理的なロール手順の間に、手術画像の動かないフレームが表示され得る。
【００４８】
本発明の実施形態における１つ又は複数の要素は、制御処理システムのようなコンピュータシステムのプロセッサ上で実行するソフトウェアに実装され得る。ソフトウェアに実装されるとき、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを行うコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、プロセッサ可読記憶媒体又は装置に記憶することができ、伝送媒体又は通信リンクにわたる搬送波で具現化されるコンピュータデータ信号としてダウンロードされ得る。プロセッサ可読記憶装置は、光媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む、情報を記憶することができる任意の媒体を含み得る。プロセッサ可読記憶装置の例は、電子回路、半導体デバイス、半導体メモリデバイス、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置を含む。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のコンピュータネットワークを介してダウンロードされ得る。
【００４９】
画像フリップ及び回転が、ハードウェア又はソフトウェアによってビデオ処理パイプラインで実行され得る。代替的には、画像フリップ及び回転は、追加的な遅延を避ける利点を有する水平及び／又は垂直ラスタ方向を変えることによってディスプレイ装置上の画像の向きを変えることによってもたらされることができ、これは、制御レジスタをプログラム的に更新することによって、いくつかのＬＣＤコントローラで達成されることができる。
【００５０】
提示された処理及び表示は、いかなる特定のコンピュータ又は他の装置にも本質的には関連しないということに留意されたい。種々の汎用システムが、本明細書における教示によるプログラムと共に使用され得る、又は、記載された動作を行うためにより専用化された装置を構築することが便利であると証明し得る。種々のこれらのシステムに対する要求される構成は、特許請求の範囲における要素として明らかになるであろう。加えて、本発明の実施形態は、いかなる特定のプログラム言語を参照しても記載されていない。種々のプログラム言語が本明細書に記載された本発明の教示を実装するために使用され得ることが理解されるであろう。
【００５１】
本発明の特定の例証的な実施形態が記載されるとともに添付の図面に示されているが、そのような実施形態は単に広範囲の発明の例示であって、その広範囲の発明を限定するものではなく、本発明の実施形態は、種々の他の修正形態が当業者に対して生じ得るため、図示され且つ記載された特定の構造及び配置に限定されないことが理解されるべきである。
【００５２】
次の付記を記す。
（付記１）  遠隔操作アセンブリと、
１又は複数のプロセッサを含む処理ユニットと、を有し、
前記処理ユニットは、
前記遠隔操作アセンブリに結合されるイメージング器具であって、前記イメージング器具の光学軸に対して０°より大きい視野角を有する、前記イメージング器具のためのロール位置インジケータを受信するように；
第１のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第１の画像データを取得するように；
第２のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から後の画像データを取得するように；及び
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の前記イメージング器具のロール運動を前記第１の画像データ及び前記後の画像データの提示の間の遷移と整合させるように；構成される、
医療イメージングシステム。
（付記２）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、連続的である、
付記１に記載の医療イメージングシステム。
（付記３）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、離散的である、
付記１に記載の医療イメージングシステム。
（付記４）  前記処理ユニットはさらに、前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方から回転された画像を生成するように構成される、
付記１に記載の医療イメージングシステム。
（付記５）  前記回転された画像は、約１８０°回転されている、
付記４に記載の医療イメージングシステム。
（付記６）  前記処理ユニットはさらに、前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間で前記イメージング器具を回転させる指令を受信するように構成される、
付記３に記載の医療イメージングシステム。
（付記７）  前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間のロール角度は、約１８０°である、
付記６に記載の医療イメージングシステム。
（付記８）  前記イメージング器具は、約３０°の視野角を有する、
付記３に記載の医療イメージングシステム。
（付記９）  前記イメージング器具は、第１及び第２の画像ソースを含む立体イメージング器具である、
付記３に記載の医療イメージングシステム。
（付記１０）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、前記第１の画像ソース及び前記第２の画像ソースを交換することを含む、
付記９に記載の医療イメージングシステム。
（付記１１）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移はさらに、前記第１の画像データから生成される第１の画像を１８０°回転すること及び前記後の画像データから生成される第２の画像を１８０°回転することを含む、
付記１０に記載の医療イメージングシステム。
（付記１２）  前記処理ユニットはさらに、前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方からの回転された画像及び前記第１の画像データ又は前記後の画像データの他方からの回転されていない画像を含む一連の画像を生成するように構成される、
付記１に記載の医療イメージングシステム。
（付記１３）  前記処理ユニットはさらに、前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の第３のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第３の画像データを取得するように構成され、前記一連の画像は、前記第３の画像データから生成された画像を含む、
付記１２に記載の医療イメージングシステム。
（付記１４）  前記処理ユニットはさらに、前記第３の画像データから生成された前記画像を回転するように構成される、
付記１３に記載の医療イメージングシステム。
（付記１５）  前記一連の画像は、３次元遷移動画を含む、
付記１２に記載の医療イメージングシステム。
（付記１６）  前記一連の画像は、ワイプ遷移動画を含む、
付記１２に記載の医療イメージングシステム。
（付記１７）  前記処理ユニットはさらに、前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方から回転動画を生成するように構成される、
付記１に記載の医療イメージングシステム。
（付記１８）  前記イメージング器具をさらに有する、
付記１に記載の医療イメージングシステム。
（付記１９）  前記イメージング器具に結合されるセンサをさらに有し、前記センサは、前記ロール位置インジケータを提供するように構成される、
付記１８に記載の医療イメージングシステム。
（付記２０）  イメージングの方法であって：
遠隔操作アセンブリに結合されるイメージング器具であって、前記イメージング器具の光学軸に対して０°より大きい視野角を有する、前記イメージング器具のためのロール位置インジケータを受信するステップ；
第１のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第１の画像データを取得するステップ；
第２のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から後の画像データを取得するステップ；及び
前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の前記イメージング器具のロール運動を前記第１の画像データ及び前記後の画像データの提示の間の遷移と整合させるステップ；を含む、
方法。
（付記２１）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、連続的である、
付記２０に記載の方法。
（付記２２）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、離散的である、
付記２０に記載の方法。
（付記２３）  前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方から回転された画像を生成するステップをさらに含む、
付記２０に記載の方法。
（付記２４）  前記回転された画像は、約１８０°回転されている、
付記２３に記載の方法。
（付記２５）  前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間で前記イメージング器具を回転させる指令を受信するステップをさらに含む、
付記２０に記載の方法。
（付記２６）  前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間のロール角度は、約１８０°である、
付記２０に記載の方法。
（付記２７）  前記イメージング器具は、約３０°の視野角を有する、
付記２０に記載の方法。
（付記２８）  前記イメージング器具は、第１及び第２の画像ソースを含む立体イメージング器具である、
付記２０に記載の方法。
（付記２９）  前記第１の画像データ及び前記後の画像データの前記提示の間の前記遷移は、前記第１の画像ソース及び前記第２の画像ソースを交換することを含む、
付記２０に記載の方法。
（付記３０）  前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方からの回転された画像及び前記第１の画像データ又は前記後の画像データの他方からの回転されていない画像を含む一連の画像を生成するステップをさらに含む、
付記２０に記載の方法。
（付記３１）  前記第１のロール位置と前記第２のロール位置との間の第３のロール位置で前記遠隔操作アセンブリに結合された前記イメージング器具から第３の画像データを取得するステップをさらに含み、前記一連の画像は、前記第３の画像データから生成された画像を含む、
付記３０に記載の方法。
（付記３２）  前記第３の画像データから生成された前記画像を回転するステップをさらに含む、
付記３１に記載の方法。
（付記３３）  前記一連の画像は、３次元遷移動画を含む、
付記３０に記載の方法。
（付記３４）  前記一連の画像は、ワイプ遷移動画を含む、
付記３０に記載の方法。
（付記３５）  前記ロール位置インジケータに基づいて前記第１の画像データ又は前記後の画像データの一方から回転動画を生成するステップをさらに含む、
付記２０に記載の方法。
（付記３６）  前記ロール位置インジケータを受信するステップは、前記イメージング器具に結合されるセンサから前記ロール位置インジケータを受信するステップを含む、
付記２０に記載の方法。
【図１Ａ】
2020018877.tif 000003
【図１Ｂ】
2020018877.tif 000004
【図１Ｃ】
2020018877.tif 000005
【図１Ｄ】
2020018877.tif 000006
【図２Ａ】
2020018877.tif 000007
【図２Ｂ】
2020018877.tif 000008
【図２Ｃ】
2020018877.tif 000009
【図２Ｄ】
2020018877.tif 000010
【図２Ｅ】
2020018877.tif 000011
【図２Ｆ】
2020018877.tif 000012
【図２Ｇ】
2020018877.tif 000013
【図３】
2020018877.tif 000014
【図４Ａ】
2020018877.tif 000015
【図４Ｂ】
2020018877.tif 000016
【図５Ａ】
2020018877.tif 000017
【図５Ｂ】
2020018877.tif 000018
【図５Ｃ】
2020018877.tif 000019
【図５Ｄ】
2020018877.tif 000020
【図６】
2020018877.tif 000021
【図７Ａ】
2020018877.tif 000022
【図７Ｂ】
2020018877.tif 000023
【図７Ｃ】
2020018877.tif 000024
【図８】
2020018877.tif 000025
【図９Ａ】
2020018877.tif 000026
【図９Ｂ】
2020018877.tif 000027
【図９Ｃ】
2020018877.tif 000028
【図９Ｄ】
2020018877.tif 000029
【図９Ｅ】
2020018877.tif 000030
【図１０】
2020018877.tif 000031
【図１１Ａ】
2020018877.tif 000032
【図１１Ｂ】
2020018877.tif 000033
【図１１Ｃ】
2020018877.tif 000034
【図１１Ｄ】
2020018877.tif 000035
【図１１Ｅ】
2020018877.tif 000036
【図１１Ｆ】
2020018877.tif 000037
【図１２】
2020018877.tif 000038
【図１３Ａ】
2020018877.tif 000039
【図１３Ｂ】
2020018877.tif 000040
【図１３Ｃ】
2020018877.tif 000041
【図１３Ｄ】
2020018877.tif 000042
【図１３Ｅ】
2020018877.tif 000043
【図１４】
2020018877.tif 000044
【図１５Ａ】
2020018877.tif 000045
【図１５Ｂ】
2020018877.tif 000046
【図１５Ｃ】
2020018877.tif 000047
【図１５Ｄ】
2020018877.tif 000048
【図１５Ｅ】
2020018877.tif 000049
【図１５Ｆ】
2020018877.tif 000050
【図１６】
2020018877.tif 000051
【図１７Ａ】
2020018877.tif 000052
【図１７Ｂ】
2020018877.tif 000053
【図１７Ｃ】
2020018877.tif 000054
【図１８】
2020018877.tif 000055
【図１９Ａ】
2020018877.tif 000056
【図１９Ｂ】
2020018877.tif 000057
【図１９Ｃ】
2020018877.tif 000058
【図１９Ｄ】
2020018877.tif 000059
【外国語明細書】
2020018877000001.pdf