(57)【要約】管腔などの身体部位に作業器具（３０）の遠位端部（３４）を配置する装置であって、ガイド機器（４）と、当該ガイド機器（４）の管腔（８）内に配置された作業器具（３０）を具える。往復運動型ディザー装置（５０）が、前記作業器具（３０）と前記ガイド機器（４）の近位領域（３５）とに機械的に連結され、前記ガイド機器（４）に対して前記作業器具（３０）を動かすよう構成される。この装置は、前記作業器具（３０）の遠位端部（３４）にかかる力を測定するよう構成されたフォースセンサ（２０４）を有する１以上のロードセル（２００）を具える。プロセッサ（１１８）が、負荷ゼロまたは無負荷状況における前記１以上のロードセル（２００）のフォースセンサ（２０４）の出力と、負荷状況のフォースセンサ（２０４）の出力との比較に少なくとも一部基づいて、作業器具（３０）の遠位端部（３４）において推定される力を算出する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体管腔内に作業器具（３０）の遠位端部（３４）を配置する装置において：
近位領域（３５）と、遠位端部（３４）と、内部を通る管腔（８）とを有する伸長部材を具えるガイド機器（４）と；
前記管腔（８）内に配置される作業器具（３０）と；
前記作業器具（３０）と前記ガイド機器（４）の近位領域（３５）とに機械的に連結され、前記ガイド機器（４）に対して前記作業器具（３０）を動かすよう構成された往復運動型ディザー装置（５０）と；
前記作業器具（３０）の遠位端部（３４）にかかる力を測定するよう構成されたフォースセンサ（２０４）を具える１以上のロードセル（２００）と；
無負荷状況における前記１以上のロードセル（２００）のフォースセンサ（２０４）の出力と、負荷状況のフォースセンサ（２０４）の出力との比較に少なくとも一部基づいて、作業器具（３０）の遠位端部（３４）において推定される力を算出するプロセッサ（１１８）とを具えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記往復運動が一般に縦方向であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１の装置において、前記往復運動が一般に回転方向であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項の装置において、前記作業器具（３０）が細長い医療機器を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項の装置において、前記作業器具（３０）が実質的に硬質であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項の装置において、前記作業器具（３０）が柔軟であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至４、又は６のいずれか１項の装置において、前記作業器具（３０）が操縦可能であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７の装置において、前記作業器具（３０）がロボット操縦可能（robotically steerable）であることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項の装置において、前記ガイド機器（４）がロボット機器ドライバ（４００）に連結されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項の装置において、さらに、前記推定された力を表示するディスプレイ（９０）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項の装置において、前記往復運動型ディザー装置（５０）は、前記作業器具（３０）にシール（４０）を介して機械的に連結されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１の装置において、前記シール（４０）は、ガイド機器（４）にフレキシブルベロー（６０）を介して連結されていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１の装置において、前記シール（４０）は、トーヒシール（Touhy seal）を含むことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項の装置において、前記装置は２つのロードセル（２００）を具え、各ロードセル（２００）がフォースセンサ（２０４）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項の装置において、さらに、前記ガイド機器（４）の周囲に同軸配置されたシース機器（６）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項の装置において、前記往復運動型ディザー装置（５０）は、回動支持部材（１９０）を有する往復運動型キャリッジ（１８０）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６の装置において、前記キャリッジ（１８０）は、プーリ（２４６）に偏心して搭載されたベアリング（２４４）に一方の端部が機能的に連結された往復運動型レバーアーム（２３２）に連結されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１の装置において、前記ガイド機器（４）が、ガイドスプレイヤ（１４）を具えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１の装置において、前記１以上のフォースセンサ（２０４）が、圧縮フォースセンサを含むことを特徴とする装置。
【請求項２０】
ロボットカテーテルシステム（２）であって：
近位領域（３５）と、遠位端部（３４）と、内部を通る管腔（８）を具えるロボット操作ガイド機器（４）と；
前記管腔（８）内に配置される作業器具（３０）と；
前記作業器具（３０）と前記ガイド機器（４）の近位領域（３５）とに機械的に連結され、前記作業器具（３０）と前記ガイド機器（４）の一方または双方を互いに対して動かすよう構成された振動ディザー装置（５０）と；
前記振動ディザー装置（５０）により前記作業器具（３０）の遠位端部（３４）にかけられた力を測定するよう構成されたフォースセンサ（２０４）とを具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２１】
請求項２０のロボットカテーテルシステム（２）において、さらに、無負荷状況における前記１以上のロードセル（２００）のフォースセンサ（２０４）の出力と、負荷状況のフォースセンサ（２０４）の出力との比較に少なくとも一部基づいて、作業器具（３０）の遠位端部（３４）において推定される力を算出するプロセッサ（１１８）を具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２２】
請求項２０または２１のロボットカテーテルシステム（２）において、前記振動動作が縦方向であることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２３】
請求項２０または２１のロボットカテーテルシステム（２）において、前記振動動作が回転方向であることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２４】
請求項２０乃至２３のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記作業器具（３０）が細長い医療機器を含むことを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２５】
請求項２０乃至２４のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記作業器具（３０）が実質的に硬質であることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２６】
請求項２０乃至２４のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記作業器具（３０）が柔軟であることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２７】
請求項２０乃至２４、又は２６のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記作業器具（３０）が操縦可能であることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２８】
請求項２７のロボットカテーテルシステム（２）において、前記作業器具（３０）がロボット操縦可能（robotically steerable）であることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項２９】
請求項２０乃至２８のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、さらに、前記推定された力を表示するディスプレイ（９０）を具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３０】
請求項２０乃至２９のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記振動ディザー装置（５０）は、前記作業器具（３０）にシール（４０）を介して機械的に連結されていることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３１】
請求項３０のロボットカテーテルシステム（２）において、前記シール（４０）は、ガイド機器（４）にフレキシブルベロー（６０）を介して連結されていることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３２】
請求項３０のロボットカテーテルシステム（２）において、前記シール（４０）は、トーヒシール（Touhy seal）を含むことを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３３】
請求項２０乃至３２のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記システムは２つのロードセル（２００）を具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３４】
請求項３３のロボットカテーテルシステム（２）において、各フォースセンサ（２０４）はそれぞれ、前記作業器具（３０）に連結されたロードセル（２００）に設けられることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３５】
請求項２０乃至３４のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、さらに、前記ガイド機器（４）の周囲に同軸配置されたシース機器（６）を具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３６】
請求項２０乃至３５のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記振動ディザー装置（５０）は、回動支持部材（１９０）を有する往復運動型キャリッジ（１８０）を具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３７】
請求項３６のロボットカテーテルシステム（２）において、前記キャリッジ（１８０）は、プーリ（２４６）に偏心して搭載されたベアリング（２４４）に一方の端部が機能的に連結された往復運動型レバーアーム（２３２）に連結されていることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３８】
請求項２０乃至３７のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記ガイド機器（４）が、ガイドスプレイヤ（１４）を具えることを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【請求項３９】
請求項２０乃至３８のいずれか１項のロボットカテーテルシステム（２）において、前記１以上のフォースセンサ（２０４）が、圧縮フォースセンサを含むことを特徴とするロボットカテーテルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、例えば手作業または自動装置で操縦可能なカテーテルシステムなどの侵襲性を最小限とした器具およびシステムに関し、より具体的には侵襲性を最小限とした診断および治療処置を実行する操縦可能なカテーテルシステムに関する。さらに具体的には、本発明は、組織構造などの周辺物に接触したときに医療器具にかかる力を測定または検知しうるシステムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在知られている心臓や他の疾病状態を治療するための侵襲性を最低限とした処置は、手作業または自動装置で作動する器具も用い、胸部や腹膜などの体内空間に、経皮的または皮膚を通して欠陥などの管腔へ入れるか、口および／または上部消化管などの生来の穴および／または管腔を通して、経皮的に挿入する。例えば、多くの従来の低侵襲性の心臓診断および／または介入性の技術は、カテーテルまたはカテーテルシステムで下大動脈から心臓の経費的に右の心房に入ることを含む。これらのアプリケーションのいずれかにおいて、カテーテルなどの長細い器具を制御する際に、施術者はカテーテルの近位端部を押して、遠位端部が適切な組織構造に接触したかの感知を試みる。熟練の施術者は、組織構造や他の物体等との接触により、挿入されたカテーテルの近位端部を指および／または手で感じることにより、カテーテルの遠位端部にかかるおよその力を決定または判断することができる。しかしながら、多くの低侵襲性器具の一般に柔軟な特性、摩擦の負荷の作用、近くの組織構造に対する器具の動的な位置決め、その他の要因により、このような推測は極めてチャレンジングかつときに不明確であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
操縦可能なカテーテルなどの、マニュアルや自動装置式で案内される介入システムおよび装置は、様々な低侵襲性の処置を実行するのによく適している。マニュアル案内されるカテーテルは一般に、近位端部から延在する１またはそれ以上のハンドルを具え、これでオペレータが適切な器具を操縦する。自動装置式で案内されるカテーテルは、コンピュータの自動コマンド、主入力装置へのオペレータによるコマンド入力、またはこれらの組み合わせ等に応答して、器具の長細い部分の操作をもたらすよう構成された、例えば１またはそれ以上のモータを有するテーテルドライバに接続する近位インタフェースを具える。診断または介入器具の駆動機構がマニュアルか電機機械式かに拘わらず、処置を実行するオペレータは作業器具の遠位部分にかかる力に関する正確でタイムリーな情報を求めている。したがって、低侵襲性の介入処置の実行を容易にする改良型の圧力検出技術が望まれていた。これは、対象とする医療機器または装置へ、またはここから近くの組織や他の物体にかかる負荷を正確にモニタする機能を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施例では、作業器具の遠位端部を体内の管腔内または部位で位置決めする装置が、近位領域と遠位端部とその間を通って延在する管腔とを有する伸長部材を有する案内機器を具える。作業器具は、ガイド機器の管腔内に配置される。この装置は、作業器具およびガイド機器に機械的に連結され、作業器具をガイド機器に対して動かすよう構成された往復ディザー機器を具える。この装置は、作業器具の遠位端部にかかる力を測定するよう構成されたフォースセンサを有する１以上のロードセルを具える。この装置は、負荷ゼロまたは無負荷状態（ベースライン状態）における１以上のフォースセンサ型ロードセルの出力と、負荷状態（作業器具の遠位端部に力が加わった状態）のフォースセンサの出力との比較に少なくとも部分的に基づいて、作業器具の遠位端部の推定される力を算出するよう構成されたコンピュータまたはプロセッサを具える。
【０００５】
別の実施例では、自動装置型カテーテルシステムが、近位領域または端部と、内部に管腔が通る遠位端部とを有する自動操作型ガイド機器を具える。このシステムは、管腔内に配置された作業器具を具える。このシステムはさらに、作業器具およびガイド機器の近位領域に機能的に連結され作業器具とガイドカテーテルの一方または双方を互いに動かす振動型ディザー装置を具える。このシステムは、振動型ディザー装置により作業器具に加わる力を測定するよう構成された１以上のフォースセンサを具える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１Ａは、一実施例にかかるロボット機器システム２の最上位の図である。図１Ｂ−１Ｆは、機械的ディザー装置５０または本書に記載する他のディザー機構または装置を用いるシステム２の様々な別の実施例を示す図である。例えば、図１Ｂはマニュアル操作型の、ディザー装置５０を有するベース２４を介して搭載された操縦可能なガイドカテーテル５００を示す。このディザー装置５０は、ガイドカテーテル５００に対し前後にディザーされる作業器具３０に連結されている。この作業器具３０は、一般に医療診断または治療処置で用いられる、様々な数の実質的に細長い部材を具える。例えば、説明目的であって限定ではなく、作業器具３０は、カテーテルと、ガイドワイヤと、画像素子と、レーザファイバまたはファイバ束と、ツールと、その他の機器を具えてもよい。
【０００７】
図１Ｃは、例えばトロカール６００などの比較的硬い伸長部材とともに用いるディザー装置５０を示す図である。このディザー装置５０は、トロカール６００が有する管腔（図示せず）を通り往復運動方式でディザーされる作業器具３０に連結されている。前の実施例と同様に、ベース２４を用いて、トロカール６００に対してディザー装置５０を固定している。
【０００８】
図１Ｄは、さらに別の実施例であり、ディザー装置５０が、作業器具３０を受けるよう構成された１以上の管腔を有する硬質または半硬質のシャフトを具えるツール７００を通る作業器具３０に連結されている。このツール７００は、ツール７００を機械的かつ電気的にロボット制御型マニピュレータに接続するハウジング７０２に接続されてもよい。例えば、ツール７００は、例えば、カリフォルニア州サニーヴェイルのIntutive Surgical社が販売するダヴィンチ手術システムなどのロボット制御機器に接続されてもよい。
【０００９】
図１Ｅは、例えばディザー装置に連結された内視鏡などの作業器具３０の実施例を示す図である。この作業器具３０はしたがって、NeoGuide Systems, Inc.社が開発した種類のセグメント型フレキシブルスコープ８００などの外側フレキシブル部材に対して動かすことができる。図１Ｆは、さらなる別の実施例を示し、例えば、内視鏡９００などの視覚化ツールとともに用いられる。本実施例では、ディザー装置３０は、内視鏡９００に対して前後にディザーされるガイドワイヤなどの作業器具３０に接続されている。内視鏡９００は硬質であっても、柔軟であっても、半硬質であってもよい。
【００１０】
図１Ａに戻ると、バリエーションが例えば２００６年１２月１４日出願の米国特許出願番号１１／６４０，０９９、２００６年１２月１１日出願の１１／６３７，９５１、２００６年７月３日出願の１１／４８１，４３３により詳細に記載されているロボット機器システム２が、ロボット操縦可能なガイド機器４と、これもロボット操縦可能なシース機器６とを具える。説明のために、フレキシブルロボットガイド機器４とフレキシブルロボットシース機器６とを具えるシステムは、上述した出願において両者ともに操縦可能な「カテーテル」のバリエーションと称されるものが示されており、バリエーションはフレキシブルロボットガイド機器４のみまたはフレキシブルロボットシース機器６のみを具える場合であっても、後述するようにフレキシブル作業器具３０を具えることが望ましい。さらに、本書に記載のディザリング型力検出技術は、非操縦型および／または非フレキシブルまたはセミフレキシブルの機器のセット構造（例えば、作業器具がNeoGuide Systems, Inc.、Stereotaxis Inc.、およびintutive Surgical, Inc.などから入手可能なロボット機器のような振動方式で動く作業管腔を規定する、直線的、屈曲、硬質、フレキシブル、セミフレキシブルの操縦可能、または操縦不能のトロカール、あるいは他の直線的、屈曲、硬質、フレキシブル、セミフレキシブル、操縦可能、操縦不能な低侵襲性機器を通って進む作業器具の遠位端部の力を感知するもの）に用いてもよい。さらに、本書に記載のディザリング型力検出技術は、作業器具が振動方式で移動して後述するように検出される管腔を規定する限りにおいて、細長くない、または低侵襲性でない機器における他の応用例に用いることもできる。
【００１１】
図１Ａに示す実施例では、ロボット操縦型の動作が、ロボット機器ドライバ４００によって図示された実施例におけるガイド機器に提供される。ガイド機器４とシース機器６の双方が、それぞれ管腔８、１０を規定し、図に示す実施例では、シース機器６は同軸上でガイド機器４の一部を取り囲む。ロボット操縦型ガイド機器４およびシース機器６は、図２の断面図に示すように多数の制御部材１２を具え、これらを用いてロボット機器ドライバ４００からの発動を用いてガイド機器４および／またはシース器具４が操縦される。
【００１２】
制御部材１２は、互いに、および機器ドライバ４００の外側構造体に対して、および／または動作テーブルに対して独立的にスプレイヤ１４，１６を挿入し退去させるよう構成された機器ドライバ４００内のモータを介してガイド機器４またはシース機器６により規定される近位管腔の長軸に沿って挿入または抜去を可能とするロボット機器ドライバ４００と接続するよう構成された近位の機器部分または「スプレイヤ」１４，１６に各々選択的に引っ張られるワイヤまたは類似物を具える。例えば、ガイドスプレイヤ１４とシーススプレイヤ１６は、複数のモータ駆動式の回転スプールまたはドラム（図示せず）を具え、これらが選択的に対象機器の制御部材１２を引っ張ったり開放したりして、ガイド機器４および／またはシース機器６の操縦制御を行う。上述したように、これらのスプレイヤ１４、１６はまた、ロボット機器ドライバ４００の主構造体に対して図１Ａの矢印「Ａ」に示すように縦方向に動く（「挿入」または「抜去」）。
【００１３】
図１Ａの実施例に示すように、ガイド機器１４はシース機器６の管腔１０を通り、それ故これに対して可動である。図１Ａにより詳細を示すように、ガイド機器４の遠位端部１８は、シース機器６の遠位端部に対して遠位に突出している。もちろん、別の態様では、ガイド機器４は近位に引き戻され、その遠位端部１８がシース機器６の遠位端部２０とほぼ同一面上であってもよく、あるいはこの遠位端部１８がシース機器の遠位端部２０の中に隠れるように近位に引き戻されてもよい。ガイド機器４と外側シース機器６の接触面は、例えばＰＴＦＥなどのつるつるしたコーティングで覆われ、これらの間の摩擦力を低減している。
【００１４】
さらに、以下により詳細に説明するように、オプションでガイド機器４と外側シース機器６の間にフラッシング液を圧送するか強制的に流してもよい。このフラッシング液は潤滑液として作用し、さらに血液や他の生体物質がガイド機器４と外側シース機器６の間の空間に逆流しないようにする。
【００１５】
図１Ａに示すように、作業器具３０が、ロボット機器ドライバ４００に固定されている。この作業器具３０は、様々な数の種類の機器を具えてもよく、例えば限定しないが、ガイドワイヤ、プローブ、レーザファイバ、注射器具、手術具、および、電気生理学カテーテルやアブレーションカテーテルなどのカテーテルを含む。図１Ａは、作業器具３０としてのアブレーションカテーテルが示されており、アブレーションカテーテルの遠位端部３４に電極３２が配置されている。作業器具３０またはここでは「作業カテーテル」は、ロボット機器システム２での利用のためにカスタム設計されてもよく、あるいは作業器具３０または作業カテーテルは、従来施術者によりマニュアル操縦式で用いられているような既製のカテーテルを具えてもよい。作業器具３０は、シール４０を通り遠位端部３４に通すことによりロボット機器システム２内に取り付けられる。シール４０は、作業器具が通る小さな開口を有する「トーヒ（Ｔｏｕｈｙ）」を具える。このトーヒシール４０は、近位のエンドキャップ４４（例えば図１３，１４，１６，１７参照）または類似物を有する伸長または硬質の本体を具え、トーヒ４０と作業器具３０の間に滑らない液密のシールが生成される。
【００１６】
図１Ａに示すように、このトーヒシール４０は、クランプ５４を介して機械的な「ディザー装置（ditherer）」に固定されている。機械的ディザー装置５０は、矢印Ｂの方向に往復運動または振動運動で動く機械的なサブシステムであり、例えば作業器具など他の構造体と結合されてこれら他の構造体に振動、往復運動、または「ディザー（dithering）」運動をもたらしてもよい。この機械的ディザー装置５０は、ロボット機器ドライバ４００に積載配置されたモータ（図１Ａには示さず）により駆動され、該モータは別の実施例では別個のディザー動作のサブシステムとしてロボット機器ドライバ４００以外の場所にあってもよい。図示するバリエーションでは、機械的ディザー装置５０は、ガイド機器４およびシース機器６に対して作業器具３０をディザーまたは往復軸運動を生じさせる。例えば、図１Ａは作業器具３０の遠位端部３４が矢印「Ｃ」の方向に前後に出し入れされることを示している。このディザーの長さまたはストロークは、手術の特性により調整することができるが、通常は数ミリメートル以下である。いくつかの実施例では、ディザーのストロークは約１．５ｍｍ以下である。
【００１７】
この機械的ディザー装置５０は、作業器具３０の近位部分にかかる力または負荷の検出に用いられる１以上のセンサ（図１Ａには示さず）を具える。このフォースセンサは、機械的ディザー装置５０を介して作業器具３０にかかる力を測定することができる。１またはそれ以上のディザーサイクルにおいて、これらの力プロファイルまたは波形を、作業器具３０の遠位端部３４の接触圧力を正確に測定するのに利用することができる。例えば、図１Ａでは、遠位端部３４が例えば心臓組織などを含む解剖学上の面に近接している。もちろん、例えば医療機器など、遠位端部３４の近くにある他の物体からも接触圧力が生じることはある。
【００１８】
図１を参照すると、フレキシブルベロー６０がトーヒシール４０の遠位端部をガイド機器４の近位端部に連結している。このため、フレキシブルベローは、作業器具３０がガイド機器４およびシース機器６に対して出し入れされるのに伴って圧縮・拡張する。このフレキシブルベロー６０は、加圧塩水などのソースに接続された流体ライン６４に連結されてもよい。ロボット機器システム２の使用中、加圧塩水は作業器具３０の外側とガイド機器４の内側に圧送され、もしガイド機器に逆戻りした場合にガイド機器４内の作業器具３０の出し入れを阻害してしまう血液や他の体液の逆流を防ぐ。さらなる流体ライン６６，６８がそれぞれ、ガイド機器スプレイヤ１４とシース機器スプレイヤ１６に連結され、ガイド機器４とシース機器６の間の潤滑を提供している。
【００１９】
図１Ａでは機械的ディザー装置５０がトーヒシール４０に連結されているが、この機械的ディザー装置５０はまた、作業器具３０の近位領域に直接連結されてもよいと理解されたい。図１Ａはまた、作業器具３０のハンドル３６をロボット機器ドライバ４００に固定するのに用いる第２のクランプ５８も示している。このため、ハンドル３６の不用意な動きが機械的ディザー装置５０の感知能力に影響することがない。このハンドル３６は、機械的ディザー装置５０の負荷検出から隔離されるか押しつけられ（grounded）ており、これは以降により詳細に説明する。
【００２０】
作業器具３０をガイド機器４に対して「ディザー」すると、反復的な周期的動作を用いて、面に接触したときに、近位の領域から作業器具３０の遠位端部の負荷を測定を一般に複雑化する摩擦抵抗（frictional challenges）に打ち勝つことができる。一実施例では、図１Ａに示すように、ディザー動作は作業器具３０の近位領域であって軸負荷が測定される場所の近くに与えられる。すなわち、例えば、利用者が作業器具３０を配置しようとする場合、、ガイド機器４の管腔８を下にすると作業器具３０の遠位端部３４がガイド機器４の遠位端部１８を僅かに越えて突出し、ガイド機器４と作業器具３０は大腿部位の血管から心臓心房に通されると、付随するガイド機器４のの物理的関係に複雑度のために作業器具３０の遠位端部に加わる接触および圧力を検知するのが困難となる。特に、作業器具３０とガイド機器３の間に相対的な軸動作または回転動作がないかごく僅かである定常状態では、性摩擦係数が適用可能であり、作業器具３０をガイド機器４の近くの場所に保持する比較的大きな摩擦力が存在する（これら２つの相対動作は移動はない）。
【００２１】
この比較的タイトな結合を開放し、作業器具３０の遠位端部３４にかかる力を近位で測定するには、ディザー動作を用いてこの摩擦結合を効果的に破るようにする。例えば図１Ａに示すような一実施例では、ディザー動作が作業器具３０の近位領域に適用される。別の実施例では（図示せず）、ガイド機器４を静止したまたは実質的に静止した作業器具３０に対して出し入れしてもよい。さらなる別の実施例では、ガイド機器４および作業器具３０の送付が互いに対して振動してもよい。
【００２２】
図１Ａでは、作業器具３０がガイド機器４に対して縦にディザリングする。代替実施例では、作業器具３０をガイド機器４に対して半径方向にディザーさせてもよい。あるいは、ガイド機器４を作業器具３０に対して半径方向にディザーさせてもよい。さらなる別の実施例では、ガイド機器４と作業器具３０の双方を同時に半径方向にディザーさせてもよい。
【００２３】
図１Ａに示すディザリングの実施例は、組み込み型の遠位配置されるセンサを有するカスタムメイドの作業器具を用いることの複雑性を回避し、代わりに標準的な既製の作業器具３０の使用を可能とする。したがって、作業器具３０を交換することなく、直接的またはシール４０を介して作業器具３０の近位領域をディザーさせ、作業器具３０のフォースセンサを近位領域に配置することで、作業器具３０の遠位端部３４にかかるおよその力を測定することができる。作業器具３０をディザーさせることで、ほぼ常に同じ動作となり、測定された力の増分が加えられた力として現れ、これによりデータ処理を実行した後に静止摩擦の影響が実質的に排除される。これは以降により詳細に説明する。
【００２４】
図１Ａに示すように、ロボット機器システム２は、押下するとロボット機器ドライバの動作を遮断するのに用いるオールストップボタン７４を具えてもよい。このボタン７４は安全構造として作用し、ユーザによるマニュアル介入が必要な装置の１またはそれ以上の態様である。
【００２５】
図１Ａはまた、ロボット機器ドライバ４００と器具のセットに機能的に連結されたユーザインタフェース８０を示している。施術者や他のユーザは、このユーザインタフェース８０に相互作用して、ケーブルその他の介してロボット機器ドライバ４００およびこれに付随するガイド機器４および／またはシース機器６を操作する。代替的に、ユーザインタフェース８０は地理的に離れた場所に設置され、少なくとも一部がインターネットなどの広域ネットワークで通信が確立される。もちろんこのユーザインタフェース８０は、地理的に遠隔地でないローカルエリアネットワークやワイヤレスネットワークを介してロボット機器ドライバ４００に接続されてもよい。
【００２６】
図１Ａはまた、ロボット機器システム２の様々な態様を表示するのに用いるディスプレイ９０を示している。例えば、ガイド機器４、シース機器６、および作業器具３０の画像がディスプレイ９０にリアルタイムで表示され、例えば体内管腔または対象領域内における様々な器具の現在の向きを施術者に提供してもよい。図１Ａではまた、ディスプレイ９０が作業器具３０の遠位端部３４にかかる推定される力のリードアウトを含むことを示している。例えば、このリードアウトは、力が変化すると上昇または下降する移動型矢印９４とともにメモリ付スケール９２を含んでもよい。ディスプレイ９０はまた、推定される力に関連するエラーの量を示すビジュアルキュー９６を含んでもよい。このビジュアルキュー９６は、図１Ａに示すようにエラーバーを含んでもよい。代替的に、ビジュアルキュー９６は、測定される力におけるエラーをリアルタイムで示すスケールまたはグラフを別個に具えてもよい。ビジュアルキュー９６はまた、矢印９４の色彩変更を含んでもよい。さらなる代替例では、ビジュアルキューまたは画像要素９６は警告インジケータまたはテキストメッセージを含んでもよい。
【００２７】
さらに、ディスプレイ９０は、エラーが予め定められた閾値（例えば＋／−２０％または＋／−２０単位）を越えたら現れるビジュアルキューまたはシグナルを具えてもよい。作業器具３０の遠位端部３４で測定された推定の力は、予め定められた閾値と比較されてもよい。例えば、遠位端部３４に過度の圧力が加わった場合、音声の警告シグナルを発してもよい。代替的に、画像要素９８などの可視シグナルがディスプレイ９０に表示されてもよい。さらなる別の態様では、例えばユーザが検知可能な振動シグナルなどの触覚シグナルをユーザに返してもよい。
【００２８】
図３は、可動支持アームアセンブリ８６を有する作業テーブル８４から遠隔配置されたオペレータ制御ステーションに設けられたユーザインタフェースを示す。この支持アセンブリ８６は、ガイド機器４、シース機器６、および作業器具３０（図３には示さず）を位置決めするために、ロボット機器ドライバ４００を作業テーブル８４の上に可動に支持するよう構成されている。通信リンク８６が、オペレータ制御ステーション８２とロボット機器ドライバ４００との間で信号を伝送する。
【００２９】
図４を参照すると、オペレータ操作ステーション８２の悦のバリエーションが示され、これは３つのディスプレイ９０と、タッチスクリーンユーザインタフェース１００と、制御ボタンコンソール１０２とを具える。制御ボタンコンソール１０２は、力検出機能をオンまたはオフに切り替えるのに用いるボタン１０３ａを具える。さらに、制御ボタンコンソール１０２は、ロボット機器ドライバ４００または付随する機器セットをベースラインにするのに用いる専用ボタン１０３ｂを具える。もちろん、これらの昨日はタッチスクリーンユーザインタフェース１００を介さずに実装されてもよい。オペレータ制御ステーション８２は、施術者によって操作されロボット機器ドライバ４００および付随する機器に動作を伝達する主入力デバイス１０４を具える。図４はまた、機器の動作を一時的に無力化する機器ディセーブルスイッチ１０６を示している。図４に示すカート１０８は、オペレーティングルームまたはカテーテル手術室で容易に動かせるよう構成され、オペレータ制御ステーション８２を放射線源から離すことの利点の一つとして、オペレータへの放射線量を減らせることがある。
【００３０】
図５−１１は、ディザー技術を用いて作業器具３０の遠位端部３４における力の見積もり実現する様々な方法の概略図である。図５は、作業器具３０が実質的に静止したガイド機器４に対してディザーする実施例を示す。作業器具３０を前後（縦）にディザーさせるには、機械的ディザー装置５０が、ガイド機器４の内外への挿入および退去に必要な直接的な力を測定するフォースセンサ１１０を通して作業器具３０を駆動する。このディザー装置５０は、ガイド機器４の近位領域３５に（機械的リンク装置５２を介して）機械的に押しつけられており、したがってガイド機器４に対して静止しているが、フォースセンサ１１０と作業器具３０はガイド機器４に対して一緒に動く。フォースセンサ１１０の読みは調節電子機器（conditioning electronics）１１４に感知され、コンピュータ１１８で処理され、最終的にディスプレイ１２２に送られる。
【００３１】
図６は、ディザー装置５０とフォースセンサ１１０が、例えばトーヒシールなどのシール４０に機械的にリンク接続された代替実施例を示す。このトーヒシール４０は、フォースセンサ１１０からの正確な読みに有害に作用しうる作業機器３０の出入りする往復運動的への有意かつ不安定な引きづり（drag）を加える流体シールとして作用する。図６の実施例は、トーヒシール４０を作業器具３０へ機械的に固定またはロックすることによりこの作用を無くしており、これら２つは一緒にディザーする。さらに、図６は、一端がガイド機器の近位端部に接続され、他端がトーヒシール４０に固定されたフレキシブルベロー６０を示している。このベロー６０は本書に記載するように加圧塩水を供給するのに用いるフラッシュライン６４を具える。このベロー６０は、ディザー動作に伴ってアコーディオンのように拡大・縮小する。ベロー６０は有利なことに、ディザー動作中に作業器具３０に与えるドラッグ力が非常に低く、これは作業器具３０がトーヒシール４０を介してディザーされる場合にかかる高いドラッグ力と対称的である。
【００３２】
図７は、作業器具３０のハンドル３６をさらに固定または押しつけるさらなる別の実施例を示す。通常、Boston Scientific や Biosense Websterなどのサプライヤから「Blazer」TMや「NaviStar」TMの商標名で入手可能な例えば切除カテーテルなどの使い捨ての作業器具３０は、近位端部にハンドル３６を設けて製造される。固定されていないと、このハンドル３６はトーヒシール４０および／または作業器具３０に力をかけてしまい、これが作業器具３０の遠位端部３４に力が加わったとフォースセンサ１１０により誤って判断されてしまう。このため、図７に示す実施例では、ハンドル３６はトーヒシール４０とフォースセンサ１１０から隔離またはガードされている。この「ガード」は、機器のハンドル３６を図１Ａに示すようなクランプ５８などのホルダ内に固定することにより実現できる。
【００３３】
ハンドル３６は、多数ある方法のいずれかで設置する（ground）することができる。バリエーションの一つは、図７に示すようにハンドル３６をガイド機器４に物理的に着地させることである。この場合、ハンドル３６はガイド機器４に対して動かない。他の代替例では、ハンドル３６は、ガイド機器１４とシース機器１６が搭載されるのと共通のキャリッジまたはマウントプレートに設置されてもよい。この構成では、ハンドル３６は共通のキャリッジまたはマウントプレートを介して間接的でも、ガイド機器４に対してさらに設置されている。
【００３４】
図８は別の実施例であり、ハンドル３６がクランプなどの固定具を介して機械的ディザー装置５０に固定されている。本実施例では、ハンドル３６は、トーヒシール４０および作業具３０に沿ってディザーする。ここで、ハンドル３６を前後にディザーするのに用いられる力はフォースセンサ１１０を通らず、このためハンドル３６を動かすのに必要な力（またはハンドル３６に偶発的にかかる力）はフォースセンサ１１０には現れない。その結果、本例では、ハンドル３６はシステム内で完全にガードされ、周期的なオフセット力は発生しない。
【００３５】
一実施例では、ドレープ１３０を用いて、滅菌されていない器具を滅菌された手術環境から隔離してもよい。この観点から、ドレープ１３０はディザー装置５０をカバーする。ドレープ１３０がフォースセンサ１１０に取り付けられた場合に人や器具にひっかかると、フォースセンサ１１０を引っ張り、望まない力が測定される（例えば、人為の）。このため、ドレープ１３０におけるフォースセンサ１１０に近い部分は、この例では金属やポリマでなりフォースセンサ１１０とトーヒシール４０を取り囲む硬質リング１３２に取り付けることにより、ガードされていることが望ましい。このガードリング１３２は多数の方法でシステムに取り付けられてもよい。
【００３６】
図９に示すように、リング１３２は、ドレープ１３０が作業器具３０とともにディザーする箇所に取り付けられる。したがって、ドレープ１３０への偶発的な引っ張り（ドレープガード１３２の外側）が、実質的にフォースセンサ１１０に伝達することはなく（ただしディザー装置５０には伝わる）、好適に力の測定エラーとならない。別のバリエーションが図１０に示されており、ドレープガードリング１３２がガイド機器４に固定されている。その結果、偶発的にドレープ１３０が引っ張られても（ドレープガードリング１３２の外側）、それは好適に静止したガイド機器４に伝達され、フォースセンサ１１０には送られない。本実施例では、トーヒシール４０および／またはフォースセンサ１１０（ディザーしている）と静止ガードリング１３２との間には少量の動きがあってもよく、これがガードリング内のドレープ１３０を弛ませ引っ張ってもよい。ドレープ１３０は好適には非常にコンプライアント（compliant）であり、この異なる動きが挿抜時でほぼ同じ小振幅の周期的力を生じ、これにより以降の力検出処理において差分される。
【００３７】
図１１は、ロボット機器ドライバ４００に搭載されたドレープ１３０の一実施例を示す。このドレープ１３０は、スプレイヤ１４，１６を搭載するのに用いられる一連の穴をカバーするプラットフォームカバー１３４を具える。また、ガイド機器スプレイヤ１４用のプラットフォームカバー１３４の近位には、反硬質材料でなるリング１３３により取り囲まれた非常に緩んだラバーまたは重合材料でなるフレキシブルブーツ１３６がある。リング１３３は、引っ張り、牽引、または他の力がドレープ１３０を通ってロボット機器ドライバ４００に伝達されるが、フレキシブルブーツ１３６には伝達されないように、ロボット機器ドライバ４００に固定されている。例えば、半硬質リング１３３は、設置されたドレープリング１３２に固定されてもよい。これにより、ブーツ１３６とリング１３３は、ドレープ１３０の力がフォースセンサ１１０を用いて得られる力の測定に影響しないように隔離している。作業器具３０は、フレキシブルブーツ１３６を通りディザー装置５０に固定可能である。
【００３８】
上述したように、ディザリングの異なるバリエーションは、縦または軸方向へのディザーとは対称的に作業器具３０を回転方向にディザーさせることを含む。図１２に示すように、フォースセンサ１１０はもう機械的ディザー装置５０と連続的でない。むしろ、ディザー装置５０はこの場合回転し、その直交動作のために（作業器具３０にかかる遠位端部の力による出し入れ動作に対して）、直交する力がベアリング４８を用いて次から次へ分離され、これによりフォースセンサ１１１０が遠位端部３４にかかる力を回転ディザー動作による力から分離された力として測定可能となる。
【００３９】
ディザー動作が回転方向か縦方向かに拘わらず、フレキシブルベロー６０の構造はディザーフォース測定システムの動作を容易にする。例えば、縦方向の実施例では、ベロー６０は縦方向のディザリングから少ない力を提供し、ディザリングプロセスにおいてベロー６０内のフラッシュ量を変更可能とすべく容量的に柔軟である。回転方向にディザリングする実施例では、ベロー６０は、フォースセンサ１１０にオフセットする縦方向の有意な力を生成することなく、ベロー６０の端部が回転可能に構成される。
【００４０】
図１３は、本発明の一実施例にかかるロボット機器システム２の斜視図である。このロボット機器システム２は、図１３において部分的に露出されているハウジング１５０を具える。ロボット機器システム２は通常、ガイド機器スプレイヤ１４に結合されるかこれを含む構造体と接続するよう構成されたキャリッジと、シース機器スプレイヤ１６に結合されるかこれを含む構造体と接続するよう構成されたキャリッジとを具える。ロボット機器ドライバ４００の外側ハウジング１５０で規定される縦のスロット１５４は、キャリッジおよび付随するスプレイヤ１４，１６がロボット機器ドライバ４００の外側ハウジング１５０に対して縦方向に動くのを容易にすべく構成されている。
【００４１】
図１４は、ロボット機器システム２の遠位部分の拡大図である。ガイド機器４とシース機器６は明確にする目的のため図示されていない。図１４に示すように、トーヒシール４０用のクランプ５４が、トーヒシール４０を摩擦で保持するのに用いる回転ハンドルを具える。例えば、クランプ５４は、ディザー装置５０の支持面に設けられた下側シート１５６と、ハンドル１４０に固定された場合にトーヒシール４０をサンドイッチ構造で摩擦により固定する上側クランプ部材１５８とを具える。このハンドル１４０は、フラッシュラインなどを一時的に固定するのに利用可能な溝またはノッチ１４２を具えてもよい。
【００４２】
図１４はまた、作業器具３０のハンドル５６用のクランプ５８を示しており、これもまた作業器具３０のハンドル３６を正しい位置に摩擦で固定するための回転ハンドル１４４を具える。クランプ５８は、キャリッジ（またはキャリッジに固定された支持部材）に堅く固定された下側シート１６０と、ハンドル１４４を介して固定されたときに近位のハンドル３６をサンドイッチ構造で摩擦で固定する上側クランプ部材１６２を具える。回転ハンドル１４４は、フラッシュラインなどを一時的に固定するのに利用できる溝またはノッチ１４６を具える。
【００４３】
図１５は、機械的に結合された機械的ディザー装置５０とともにガイド機器スプレイヤ１４を示す組み合わせの図である。作業器具３０が、トーヒシール４０の近位端部に挿入されて示されている。作業器具３０の遠位端部３４は、図１５には示されていない。図１５のトーヒシール４０は、例えば図１３，１４，１５（ネジ４２を示す）に示されたキャップ４４が搭載された一連のネジ４２を具える。キャップ４４はネジ４２に固定されて、シール４０と作業器具３０の間に液体が逃げるのを防止する液体シールを形成する。図１５はまた、トーヒシール４０の内部に連結された導管６５を具える。この導管６５は、例えば加圧塩水などの加圧フラッシュ溶剤７６のソースに連結されている。圧力レギュレータ７８または類似物を、加圧フラッシュ溶剤７６とトーヒシール４０の間の導管６５に挿入して、流体の圧力が一定になるようにしてもよい。もちろん、別の実施例では、導管６５はフレキシブルベロー６０に液体結合してもよい。
【００４４】
図１６、１７は、作業器具３０がトーヒシール４０に挿入されたロボット器具システム２の斜視図である。この作業器具３０は、ガイド器具４の管腔８と、シース器具６の管腔１０を通る。作業器具３０のハンドル３６は、クランプ５８を介してロボット器具ドライバ４００に固定されている。図１６、１７はまた、ハンドル１４４の溝１４６内に保持されたフラッシュラインまたは導管６５を示している。図１６、１７を参照すると、作業器具３０は特定の実施例において、ハンドル３６に配置された操縦部材３１を有する既製の操縦可能または操縦不能なカテーテルを具えてもよい。この場合、操縦部材３１は好適に、ロボット機器ドライバ４００による操縦を可能とすべくニュートラルポジションに位置づけられる。
【００４５】
図１８Ａ−Ｃは、一実施例にかかる機械的ディザー装置５０の様々な態様を示す図である。図１８Ａは、（図１８Ｂ、１８Ｃに示す）可動のディザーキャリッジ１８０に搭載されたガードリングまたはケージ１７０を示している。このガードリング１７０は、ネジ、ボルト、その他（図示せず）を通す穴を有するマウントパッド１７２を介して固定されている。ガードリング１７０は、上面に例えばドレープ１３０を搭載するためのさらなる穴１７６を具えてもよい。これにより、ドレープ１３０は作業器具３０と一緒にディザーする。ドレープ１３０への偶発的に引っ張りはロードセルに伝達されず、フォース測定が誤ることがない。、
【００４６】
図１８Ｂは、機械的ディザー装置５０の支持部材１９０を示す。この支持部材１９０は，ディザーキャリッジに回動可能に搭載されている。支持部材１９０は、逆さにした振り子のように回動点１９２の周りを回動する。回動点１９２は、シャフト１９４と、ピンと、支持部材１９０がディザーキャリッジ１８０の周りでディザー動作するのを実現するベアリングとを具える。このディザー動作により、ディザーキャリッジ１８０とこれに取り付けられた支持部材１９０が、図１８Ｂの矢印Ａの方向に移動する。ロードセル２００（一つを図１８Ｂに示す）は、支持部材１９０の両側に配置され、それぞれフォースセンサ２０４を具える。図１９は、ディザーキャリッジ１８０の斜視図であり、それぞれフォースセンサ２０４を搭載したロード押せる２００を具えている。図１８Ｂ、１８Ｃに最もよく示すように、支持部材１９０はディザーキャリッジ１８９に回動点１９２を介して堅く固定されており、ディザー動作中にこれに沿ってともに移動する。
【００４７】
２つのフォースセンサ２０４は、圧縮力を測定する。特に、２つのフォースセンサ２０４は、与えられた力に比例または相関する低い電圧を出力する。支持部材１９０は、トーヒシール４０（あるいは別の実施例では作業器具３０）が上に載置されたシート１５６をを具える。ディザーキャリッジ１８０は前後に往復運動するため、作業器具３０（またはトーヒシール４０）の近位端部にかかる力は、２つのフォースセンサ２０４の出力信号を介して測定される。支持部材１９０は、振り子嬢に前後にスイングし、交互に反対側のフォースセンサ２０４に接触する。支持部材１９０がフォースセンサ２０４に接触しない場合、フォースセンサ２０４はベースラインまたはゼロ（すなわち電圧なし）を出力する。
【００４８】
各フォースセンサ２０４からのアナログ電圧信号は、増幅器（図示せず）を介して増幅される。増幅された信号はロボット機器ドライバ４００構造体のフレックス回路に通され、キャリッジまたはシャーシに搭載された１またはそれ以上の回路ボード（図示せず）に送られる。アナログ信号はその後、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を介してデジタル信号に変換される。デジタル信号はその後、例えばオペレータ制御ステーション８２に配置されたオフボードコンピュータに送られる。オペレータ制御ステーション８２はその後デジタルデータを、例えば以下に詳述する単一サイクル減算アルゴリズムを用いて利用可能な形式に変換する。ロードセル２００は、ロードセル２００間に比較的小さな隙間ができるように分離して配置され、支持部材１９０は、支持部材１９０が対向するフォースセンサ２０４のいずれにも触れないときに小さなデッドバンドが生成される。
【００４９】
図１８Ｂ、１８Ｃを参照すると、ディザーキャリッジ１８０は、２つのＣ形チャネル１８４に固定されている。これらのチャネル１８４は、ディザーキャリッジ１８０が図１８Ｂの矢印Ａの方向に前後に動くことができるように、対応する形状のレール（図示せず）に係合している。
【００５０】
図２０は、フォースセンサ２０４を保持する対向するロードセル２０２の間の回動点１９２の周りを移動する支持部材１９０を示す概略図である。この回動点１９２は、対向するロードセル２０２に対して設けられる静止シャフト１９４を具える。例えば図１９に示すように、シャフト１９４は、双方のロードセル２０２を通って駆動される。支持部材１９０は２つのロードセル２０２に挟まれ、支持部材１９０がシャフト１９４の周りを回動できるようにベアリング１９６を介してシャフト１９４に保持されている。回動点１９２が終局的に作業器具３０を保持するため、作業機器３０が感じる力は支持部材１９０を回動点１９２の周りで回転させ、フォースセンサ２０４のいずれかを圧迫（すなわち圧縮）する。フォースセンサ２０４はこの回転力を測定し、ここから機器のフォースフィードバックを算出することができる。
【００５１】
機械的ディザー装置５０は、ロードセル２００を前後にディザーさせる（線形転位方式でピーク間が約１．５ｍｍ）。もちろん、他のストローク長を用いてもよい。機械的ディザー装置５０が方向を変えると、支持部材１９０がほんの僅かに回転して一方のフォースセンサ２０６から他方のフォースセンサ２０６に力を切り替え、ディザーキャリッジ１８０の線形動作が続行することにより指示部材１９０が線形動作となりこれが作業器具３０を押しやり引き抜く。支持部材１９０は、静的レバーアームとして動作する。２つのフォースセンサ２０４を用いることにより、それぞれ他方のフォースセンサ２０４が正しく動いているかを確かめることができる。例えば、支持部材１９０がいずれのフォースセンサ２０４にも触れないデッドバンド領域がディザーサイクル毎に生じ、これがフォースセンサが「無負荷」状況でありフォースセンサが正しく動作するかをテストするのに用いられる。
【００５２】
フォースセンサ２０４では非常に大きな力は検知できないが、これはフォースセンサ２０４を保護すべく直接ロードセルマウント２００に伝達される。このロードセルマウント２００は、フォースセンサ２０４を支持部材１９０からの過度の力から保護する（フォースセンサ２０４に過度の力がかかると恒常的なダメージとなり力の測定が不正確となる）。この保護を達成するために、ロードセルマウント２００は、フォースセンサ２０４が座する精密グランドカップを具える。このカップの深さは、そこに座するフォースセンサ２０４の高さより僅かに小さく、これにより支持部材１９０がフォースセンサ２０４へ回転するとロードセルマウント２００が最初にフォースセンサ２０４を押すことになる。さらなる力が支持部材１９０に加わると、（ほんの僅かなコンプライアンス量の）フォースセンサ２０４は、支持部材１９０がロードセルマウント２００に当たるまで低くなる。したがって、ロードセルマウント２００の精密グランドカップの深さを管理し、フォースセンサ２０４の圧縮コンプライアンスを知ることにより、フォースセンサ２０４への最大圧力を設定でき、これによりフォースセンサ２０４を過度の圧力から保護することができる。フォースセンサ２０４を保護する他の方法を、フォースセンサ２０４へかかる力を逸らすシムや精密ピッチのネジを用いて実現することができる。フォースセンサ２０４それ自体が５ｌｂｓレートの双方向圧縮型のフォースセンサ（ときにロードセルとして参照される）であってもよい（例えばオハイオ洲のHoneywell Sensotec-Lebowから入手可能）。
【００５３】
図２１Ａ、２１Ｂは、単一のディザーサイクルのいてフォースセンサ２０４を用いて測定または観測される力の波形の例を示す。この単一のディザーサイクルは、単一の挿入ストロークの後の単一の引き戻しストロークを含む。挿入時には正の力が観測され、引き戻し時には負の力が測定される。上述の実施例では、一方のフォースセンサ２０４は挿入時の力を測定し、他方のフォースセンサ２０４は引き戻す力を測定する。図２１Ａに示すように、かかる力は安定するまで線形で増加する。力が最初に安定する時点は、作業器具３０がガイド機器４に対して軸方向にディザーを開始する時点である。ある期間一定またはほぼ一定の力となった後、力はほぼ線形で減少を開始する。その後作業器具３０がガイド機器４から引き戻されて力は「マイナス」となる。力は元に戻る前にマイナスの値で安定する。
【００５４】
図２１Ａは、作業器具３０の遠位端部に何の力もかかっていない状態を示す。図２１Ａは、このような２つの波形（実線２１０と波線２１２）を示している。双方の波形は、振幅は違うものの実質的に対称的である。力は本質的に対称的であるためこの特徴は特に利点となり、得られる波形は挿入時と引き戻し時で等しい力を示す。結果として、フォースセンサ２０４からの力の測定データを処理するにあたり、波形の１のサイクルの平均をとるとほぼ対象のオフセットが除去されて、力の切り替えの差が残る。この力の切り替えの差が、作業器具３０の遠位端部３４にかかる力である。その結果、作業器具３０の近位領域３５で測定または観測される力は、正確かつ無矛盾に作業器具３０の遠位端部３４にかかる力の推定に用いることができる。
【００５５】
図２１Ｂは、作業器具３０の遠位端部３４に何の力もかからない場合の第１または「ベースライン」の波形２１６（実線）を示す。図２１Ｂはまた、作業器具３０の遠位端部３４に力が加わったときの波形２１８（波線）も示す。図２１Ｂに示すように、屈曲全体が上方向にシフトしている。図２１Ｂを参照すると、振幅ｄ１は振幅ｄ２より大きい。ベースラインの測定値と力が加わったときに得られる測定値との差を、作業器具３０の遠位端部３４にかかった力として定量化することができる。
【００５６】
図２２は、ベースライン波形２１６（波線）とともに、作業器具３０の遠位端部３４に力が加わった場合に得られる波形２１８（実線）を重ねて示す。一実施例によれば、ベースライン波形２１６と力と接触した波形２１８双方の安定領域の部分２２０が、一定の増率でサンプルされている。例えば、センサ２０４で読まれる力はサイクル全体で１ミリ秒の増率でサンプルされる。波形全体をサンプルしてもよく、別の実施例ではサンプルした波形の一部を無視するよう選択してもよい。例えば、一実施例では、安定部の部分２２０のみを保存または力のアルゴリズムに用いて、残りのリードアウトは無視または削除される。波形の安定部分２２０は、図２２に示すように終点を除去した波形の部分セグメントを含んでもよい。
【００５７】
アルゴリズムに関し、作業器具３０の遠位端部３４に力がかかっていない場合の挿入ストロークと引き戻しストロークの双方の安定領域２２０のベースラインサンプリング箇所でベースラインの力の測定値を得る。次に挿入と引き戻しストロークの両方のベースラインデータの対の一組の平均の力の測定値を得る。ベースラインの数字を生成するために、安定領域内の力の平均測定値を複数のサイクル、例えば３サイクルにわたり平均化する。図２２に示すように、サンプルされた力の測定値は、作業器具３０の遠位端部３４に力が加わった場合の安定領域２２０にわたり取得される。対の挿入期間で取得された力の測定値は平均化され、上述の平均ベースラインの力と差分され、ＵｐｄａｔｅＡ値が生成される。このＵｐｄａｔｅＡ値は、力がかかった場合の挿入ストロークと力がかからない（ベースラインの）挿入ストロークにおける作業器具３０から得られる平均の力の差に相当する。同様に、対の引き戻し期間から得られる測定値が平均化され、上述したベースラインの引き戻しの力と差分されてＵｐｄａｔｅＢ値が生成される。
【００５８】
作業器具３０の遠位端部３４に見積もられる力は、以下の式で算出することができる：
ForceEst=(Update A+Update B)/2          （１）
【００５９】
このアルゴリズムでは、ＵｐｄａｔｅＡはストロークの挿入部分の完了により特定され、ＵｐｄａｔｅＢはストロークの引き戻し部分の完了により特定される。例えば、２Ｈｚのディザリングレートでは、これらの値（ＵｐｄａｔｅＡとＵｐｄａｔｅＢ）は１／４秒ごとに更新される。したがって、時間が経つごとにＵｐｄａｔｅＡ、次はＵｐｄａｔｅＢ、次はＵｐｄａｔｅＡというように更新される。更新ごとに力の値は再計算される。ディザーレートは必要に応じて変更されることを理解されたい。例えば、特定の実施例ではディザーレートは０Ｈｚから約１０Ｈｚまで変化する。
【００６０】
上記アルゴリズムは、接触状態と非接触状態で得られる波形の選択した部分の単一サイクルの平均差分を用いるが、他の方法で同様の情報を得るようにしてもよい。例えば、平均値は１以上のサイクルで取得されてもよい。さらに、推定される力は、作業器具が接触状態（力がかかった状態）の測定波形と、ベースライン状態（力がない状態）で得られる測定波形のプロファイルを比較して得るようにしてもよい。例えば、他の実施例では、システム内の機械的強度を示す波形スロープを、波形のどの部分が有用なデータ（すなわち信号）で波形のどの部分が不必要（すなわちノイズ）かを示すものとして考慮してもよい。
【００６１】
図２３は、ガイドスプレイヤ１４（図示せず）が搭載されるシャーシの斜視図である。図２３はさらに、ディザーキャリッジ１８０に機械的に連結される回動レバーアームを示す。図２３、２４に最もよく示すように、レバーアーム２３２はプーリ２３８の面（例えば上面）に設けられるベアリング２３６を受ける穴２３４を具える。ディザー動作中は、レバーアーム１３２は、ベアリング２３６の回転軸である回動点２４０を中心に回動する。レバーアーム２３２はさらに、レバーアーム２３２の長さの一部を横切るスロット２４２を具える。このスロット２４２は、プーリ２４６に偏心させて搭載されるベアリング２４４を受ける形状である。図２４に最もよく示すように、ベアリング２４４は、例えばネジ２５０によりプーリ２４６の上側面に固定されたカム２４８を用いて偏心またはオフセットさせて搭載される。このカムは、「Ｔ字型」であり、ベアリング２４４が取り付けられるピンまたはシャフト２４９を具える。プーリ２４６の回転中心からピン２４９までの距離が異なる別のカム２４８を用いて、偏心の度合いを変更してもよい。これにより、機械的ディザー装置５０のストローク距離が変更される。
【００６２】
また図２３、２４を参照すると、レバーアーム２３２は、レバーアーム２３２の中央領域に別のスロット部分２５２を具える。このスロット部分２５２は、一般にレバーアーム２３２の長さ方向に沿って縦に配向している。このスロット部分２５２はベアリング２５４を受ける寸法に構成され、回転可能にディザーキャリッジ１８０に取り付けられる。ベアリング２５４は、ディザーキャリッジ１８０の一部を支持するマウント２５６上に配置される。
【００６３】
図２３に示すように、ディザーキャリッジ１８０は、２つの交差ローラスライド２５８を用いてシャーシ２３０に搭載されている。この交差ローラスライド２５８は、シャーシ２３０に堅く固定されたベース２６０と、ディザーキャリッジ１８０に結合されたスライド式キャリッジ２６２とを具える。一連のベアリングや筒状スチールローラ（図示せず）が、キャリッジ２６２をベース２６０上でほぼ摩擦なく滑らせる。例えば、交差ローラスライド２５８は、Ｄｅｌ−Ｔｒｏｎ  Ｉｎｃ．, 5 Trowbridge Drive, Bethel, CT06801 （モデル番号ＲＤ−１）から入手可能である。
【００６４】
レバーアーム２３２に用いるプーリ２３８、２４６は、駆動ケーブル２７０（図２５参照）を固定するのに用いられる。駆動ケーブル２７０は、例えばタングステンでなる多数の小さなワイヤで形成される。一例として、駆動ケーブル２７０は、直径０．００８インチの１５２のワイヤで形成された８×１９構成でなり、結果として駆動ケーブル２７０の全体直径は約０．１８インチとなる。プーリ２３８、２４６はまた、溝２６６内に形成され、駆動ケーブル２７０の長さに沿って配置される等間隔クリンプボールに合致する複数の凹部２６８を有する。クリンプボール２７２とこれに合致する凹部２６８を用いることにより、ディザー動作中に駆動ケーブル２７０とプーリ２３８、２４６の間のすべりがなくなる。
【００６５】
図２６、２７は、レバーアーム２３２とディザー装置５０の主要な平面図であり、レバーアーム２３２が引き戻しおよび挿入ストロークにおいて前後に回動する様子を示す。図２６は、約「６時」の位置に偏心オフセットされたベアリング２４４を示し、レバーアーム２３２は近位方向に最大限またはほぼ最大限転位している。図２６のレバーアーム２３２は、したがって、挿入ストロークの開始時あるいは引き戻しストロークの終了時にある。これと反対に、図２７ではベアリング２４４が約「１２時」の位置に偏心オフセットしており、レバーアーム２３２は遠位方向に最大限またはほぼ最大限転位している。図２７のレバーアーム２３２は、したがって、引き戻しストロークの開始時あるいは挿入ストロークの終了時である。
【００６６】
図２８、２９を参照すると、モータ駆動式プーリシステム２８０を用いてレバーアーム２３２を前後に回動させており、これにより機械的ディザー装置５０が往復運動を行う。図２９に最もよく示すように、駆動ケーブル２７０が、駆動プーリ２８４を上に搭載するモータ２８２に固定されている。この駆動プーリ２８４は、クランプ２８７を用いてシャフト２８３に固定されている。モータ２８２は、例えばロボット機器ドライバ４００のシャーシ２８５に固定される。モータ２８２は、レバーアーム２３２を保持するシャーシ２３０に対して静止するように搭載されている。図２９に示すように、エンコーダ２８１がモータ２８２の後側に固定され、様々な時点におけるシャフト２８３の位置を正確に判定するのに用いられる。
【００６７】
図２８、２９に示すように、駆動ケーブル２７０はその後近位に配置されたプーリ２８６を通る。プーリシステム２８０はまた、例えばスプリング２９０などを介して付勢力を生じるテンションプーリ２８８を具え、駆動ケーブル２７０が確実に緊張するようにしている。このテンションプール２８８は、例えばガイドスプレイヤ１４が縦に動かされるときに駆動ケーブル２７０にテンションを与えるのに用いられる。図２８、２９に示すように、駆動ケーブル２７０の長さに沿って配置されたクリンプボール２７２が、ケーブル２７０と多種のプーリ間の正しい位置決め（registration）を確実にする。
【００６８】
図３０Ａ−３０Ｇは、機械的ディザー装置３００の他の実施例を示す図である。本実施例では、回転駆動カム３０２（図３０Ｅ、３０Ｇに最もよく示す）を用いて、ガイド機器３０および／またはトーヒシール４０に固定された回動ホルダ３０４を駆動する。図３０Ａ、３０Ｂは、回動ホルダ３０４に接合するのに用いる２つのタブまたは移動止め３０６を有するトーヒシール４０を示す。図３０Ｃは、一方の端部に機械的ディザー装置３００の動作中に回動点として用いられる穴３０７を有する回動ホルダ３０４を示す。このホルダは、タブまたは移動止め３０６用の凹部３１０に沿ってトーヒシール４０用の開口３０９を有する主本体セクション３０８を具える。凹部３１０は、トーヒシール４０を回動ホルダ３０４内に正しく配向または収めるよう作用する。この回動ホルダ３０４はさらに、図３０Ｅ、３０Ｆに示すように、回転駆動カム３０２内に設けられた対応する溝３１４に接合するのに用いられるピン３１２または他の突起を具える。溝３１４は、カム３０２の円筒形状の主本体内へと螺旋状に切り込まれている。ディザー装置３００のストロークを調整するために、ピッチの度合いを変化させた溝３１４を有する異なるカム３０２を用いてもよい。
【００６９】
図３０Ｇは，ディザー支持ブロック３１６に含まれる回動ホルダ３０４とカム３０２を示す。回動ホルダ３０４は、回動点の周りで回動可能なように、穴３０７を介してディザー支持ブロック３１６にピン留めされてもよい。カム３０２は、シャフト、軸、または類似物を介してディザー支持ブロック３１６上のサポート３１８に取り付けられる。図３０Ｇはさらに、回動ホルダ３０４内に配置されたトーヒシール４０を通過する作業器具３０の一部を示す図である。
【００７０】
図３１は、ガイド機器スプレイヤ１４に統合されたディザー装置３００の主要図である。図３１に示すように、トーヒシール４０がフレキシブルベロー６０の遠位端部に固定されている。ベロー６０の他端はガイド機器４に取り付けられている。図３１はまた、駆動ケーブル３２０を示している。駆動ケーブル３２０の近位端部がモータ、サーボまたは類似物（図示せず）に接続され、ディザー装置３００に動力を供給する。このモータまたはサーボは、ロボット機器ドライバ４００のオンボードまたはオフボードに配置されてもよい。駆動ケーブル３２０は、例えば、前後に回転駆動される自転車ケーブルを具えてもよい。駆動ケーブル３２０の回転動作はカム３０２に伝達され、これが回動ホルダ３０４を前後に回動させる。一態様において、回動ホルダ３０４を前後移動させるようにカム３０２が端方向に回転するように溝３１４が切り込まれている（例えば正弦波）。挿入と引き戻しの力を測定するために、回動ホルダ３０４にひずみ計を搭載してここのストレスを測定し、これにより例えば本書に記載の方法で作業器具３０の遠位端部３４の力が測定される。
【００７１】
図３２Ｂは、力を測定する他の実施例を示す。本実施例では、フォースセンサ２０４がディザー支持ブロック３１６のサポート３１８の両側に配置されている。これらのフォースセンサ２０４は、本書に記載の一方口フォースセンサである。図３２Ｂに示す実施例では、回動ホルダ３０４がいずれのフォースセンサ２０４にも接触しないデッドバンド領域がある。回動ホルダ３０４の転位は、フォースセンサ２０４間の距離とともにこのデッドバンド領域を最小限とするよう設計される。
【００７２】
図３３Ａ−３３Ｇは、機械的ディザー装置３３０の別の実施例である。本実施例では、ディザーアセンブリ３３６が、カム３３４を直接駆動する電気モータまたはサーボを具える。この直接駆動型モータ３３２はベース３５０に搭載される。電気モータ３３２は、図３３Ｃ、３３Ｅに示すようなハート型に加工されたスロット３３８を有するカム３３４に直接噛み合っている。駆動リンク装置３４０が、カムスロット３３８を通るピン３４２を介してカム３３４に接続している（図３３Ｅに最もよく示す）。駆動リンク装置３４０の反対側の端部は、トーヒシール４０に固定された回動ホルダ３４６に係合するピン３４４を具える。本実施例では、電気モータ３３２が回転すると、モータはカム３３４を駆動し、回動ホルダ３４６がピン３４８の周りを回動し（図３３Ｂ）、前後に移動してディザー動作を実現する。図３３Ｇは、ディザーアセンブリ３３６の様々な要素を支持するのに用いられるベース３５０を示している。力の測定は、前の実施例で説明したように、ひずみ計または１以上のフォースセンサを用いて実現される。
【００７３】
図３４Ａ−３４Ｄは、作業器具３０の近位端部３４で見積もられる力が施術者またはユーザにどのように表示されるかを示す様々な実施例である。一態様では、力の目盛り４００が、例えばオペレータ制御ステーション８２に付属するディスプレイ９０（例えば図３，４）に表示される。この力の目盛り４００は、等間隔で配置された複数の段階を具える。例えば図３４Ａでは、０グラムから１００グラムまで２５グラム毎の段階で示される。一態様では、オペレータ制御ステーション８２のボタン、スイッチ、メニューなどを介してユーザが力の目盛りの縮尺を制御してもよい。図３４Ａに示すように、作業器具３０の遠位端部３４において見積もられる力の大きさは、どの特定の時点でも、バー４０２を介して表示される。このバー４０２は、力が動的に変更するのに合わせて上昇または下降する。有利なことに、バー４０２は、上述したアルゴリズムが更新するごとにリアルタイムまたはほぼリアルタイムで表示される。図３４Ａを参照すると、測定された力における推定されるエラーを示すビジュアルキュー４０４が推定の力の傍に表示される。図３４Ａにおいて、ビジュアルキュー４０４は、その力のスケール４０６の傍に表示されたエラーバーを具え、その測定に関連するエラー量を示す。図３４Ａｎｉ示すように、エラーバー４０４は、単一の力のスケール４０６における合計エラーとベースラインのエラーを組み合わせている。ビジュアルキュー４０４は、アルゴリズムが更新される毎にリアルタイムまたはほぼリアルタイムで更新される。このシステムは、ベースラインのエラーが予め定められた閾値を越えると、ユーザに装置を再びベースラインにするよう表示する。
【００７４】
図３４Ｂは、図３４Ａと似た実施例であり、エラーのビジュアルキュー４０４に関連する力のスケール４０６に隣接したエラーバー４０４に合計エラーのみが表示される点で異なる。図３４Ｃは、ベースラインのエラーと合計エラーが個別のエラーバー４００４ａ、４０４ｂとして表示される別の実施例である。図３４Ｄは、例えば矢印または類似物の形式のポインタ４０８が推定される力を表示するのに用いられる実施例を示す。このポインタ４０８は、作業器具３０の遠位端部３４に力がかかると動的に上下に移動する。一態様では、力が増加するとポインタ４０８が大きくなり、逆に力が減少すると小さくなる。また、ポインタ４０８は力が動的に変化すると色が変化してもよい。例えば、ポインタ４０８は、見積もられる力が比較的高い場合に「ホットな」色（例えば赤）を表示する。逆に、作業器具３０による力が少ないかまったくない場合、この色は「クールな」色となる（例えば青）。中間レベルの力は中間色で示され、例えば黄色などである。この観点から、作業器具３０による力によって施術者にさらなるビジュアルキューを示してもよい。図３４Ｄもまた、力の測定において見積もられるエラーを表示するポインタ４１０を示す。力測定ポインタ４０８と同様に、エラーポインタ４１０はエラーの変化に伴い動的に移動する。エラーポインタ４１０はまた、エラーの度合いによって色彩が変化してもよい。見積もられるエラーは力量（例えばグラム）として表示してもよいし、パーセンテージまたは偏差度合いで表示されてもよい。
【００７５】
施術者に表示される見積られたエラーは、経験則で決定されるパラメータの数に基づく。例えば、見積もられるエラーは、シース６の角度、間接の角度、間接角度の変更レート、ピーク間フォース、とともに作業器具３０の遠位端部３４にかかる力の強さに基づいてもよい。見積もられるエラーはまた、使用される作業器具３０の種類やモデルのファンクションであってもよい。この情報は集められ、オペレータ制御ステーション８２を介して入力されてもよい。作業器具３０の種類を含む情報は、経験的なデータとともに、見積もられるエラーを出力するために測定された力の値と比較されるメモリまたはルックアップテーブルに保存される。
【００７６】
力を表示する他の方法は、測定される力に応じてトーン、ピッチ、またはボリュームが変化する音声を用いてもよい。さらに、力の読み（または一連の読み）が予め定められた危険なレベルに達したときに可聴の警告音が鳴ってもよい。力が危険なレベルに達した場合に、警告光、他の画像要素９６（例えば図１に示すような）または警告文など他の種類の警報が表示されてもよい。触覚フィードバックで力の増大を示してもよく、したがって力の読みが増大すると、オペレータ制御ステーション８２の主コントローラ１０４で比例した力が感じられる。主コントローラ１０４を介して振動警告を発してもおく、これにより力のレベルが危険となった場合に施術者は振動を感じることができる。
【００７７】
図３５を参照すると、装置の通常の使用において、ロボット機器ドライバ４００は最初に、例えば図１１に示すようなドレープ１３０とともに取り付けられる（ステップ１０００）。ガイド機器１４とシース機器１６がロボット機器ドライバ４００に搭載され、ステップ１１００に示されるように初期化される。本方法の一態様として、図３５のステップ１２００に示すように、作業器具３０がロボット機器システム２に搭載され、患者の身体領域（例えば血管）に挿入および／または全身される前にガイド機器４とシース機器６がディザー装置５０に結合される。代替的に、図３５のステップ１３００に示すように、ガイド機器４とシース機器６を最初に対称とする身体領域に挿入し、ガイド機器４の遠位端部を対称とする領域または部位の近くまたは隣接する位置に配置する。図３５のステップ１５００に示すように、作業器具３０はその後シール４０を通してガイド機器４内へとバックロードされ、遠位端部３４がガイド機器４の遠位端部から少なくとも部分的に突出される。加圧塩水などのフラッシュ液が作業器具３０とガイド機器４の間に圧送され、摩擦を軽減するとともに装置内の逆流を防止する。同様のフラッシング液がガイド機器４とシース機器６の間に供給されてもよい。
【００７８】
ロボット機器システム２の力測定構造を利用するには、施術者またはユーザは、例えばボタン１０３ａ（図４）の押下やオペレータ制御ステーション８２に設けられたグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を用いて、この機能を利用可能とする。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）は、タッチスクリーン１００や、例えばマウス、キーボード、ペンシル、ポインタ、その他の別の入力デバイスを含む。力測定構造を始動させると、例えば、機械的ディザー装置５０が上述したように前後に動く。最初に、初期化シーケンスが実行されベースラインが確立する。このプロセスが図３５、３６のステップ１６００で示されている。このシステムは、施術者またはユーザに、作業器具３０の遠位端部３４がいかなる物体（例えば、組織や他の器具など）にも触れていないことを表示してもよい（例えば、図３６のステップ２０００）。例えば、オペレータ制御ステーション８２に付属のディスプレイ９０にメッセージが表示される。
【００７９】
本書に開示するシステムを用いる一態様では、ガイド機器４／シース機器６と作業器具３０は、診断または治療処置で用いられる間接に非常に近い関節位置で、ベースラインプロセスにかけられる。例えば、ガイド機器４と作業器具３０は、作業器具３０の遠位端部がある面に接触する位置に連接される。次にガイド機器４および／またはシース機器６が近位側に引き戻され、作業器具３０の遠位端部３４が組織や他の物体から確実に離れるようにする。選択的に、ＥＣＧまたは他の診断様式を用いて、作業器具３０の遠位端部３４が確実に組織から離れていることを確認してもよい。遠位端部３４が組織または他の物体と触れていないことを施術者が確認できたら、施術者は例えばボタン１０３ｂ（図４）の押下またはオペレータ制御ステーション８２に設けられたグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を用いてシステムをベースライン化する。図３６のステップ２１００に示すように、本書に詳細に説明するアルゴリズムによって以降に処理されるべく、このベースライン化は執行され保存される。
【００８０】
ベースライン測定が容認できない場合、例えば、面や物体に接触していことを示す力をシステムが検出した場合、現在のベースラインの確認を要求する警告が施術者に表示される。例えば、「組織への接触が検出されています。本当に進めますか？」なる警告がディスプレイ９０で施術者に表示される。施術者はシステムを再びベースライン化し、あるいは、現在のベースラインを許容する。許容しうるベースラインが施術者により確認された場合、ガイド機器４および／またはシース６および作業器具３０が施術者により操作され（図３５ステップ１７００）、作業器具３０の遠位端部３４にかかる見積もられる力が好適に施術者に表示される（図３５ステップ１８００）。さらに、見積もられるエラーのビジュアルキュー４０４またはポインタ４１０もまた、図３４Ａ−３４Ｄで説明したように表示される。
【００８１】
施術者は、作業器具３０の遠位端部３４で検知される見積もられた接触力のリアルタイムまたはほぼリアルタイムの表示を見ながら施術を続行する。例えばこの施術は、作業器具３０としてマッピングカテーテルを用いる心臓細胞のマッピングである。あるいはこの施術は、作業器具３０としてアブレーションカテーテルを用いる組織の切除である。ここでは特定の２つの処置について説明するが、本システムは作業器具３０によるこれらの診断または治療処置に限定されるものではないことを理解されたい。
【００８２】
処置中は、コンピュータ１１８またはロボット機器システム２に機能的に接続された他のプロセッサは、ガイド機器４、シース機器６、および作業器具３０の位置および／または向きを追跡し、これによりガイド機器４および／またはシース機器６の動きによって関節が所定の閾値に達するか越えた場合に、施術者に再びベースライン化するよう表示してもよい。図１Ａで説明したように、ガイド機器４、シース機器６、および作業器具３０の関節角度は、ディスプレイ９０で施術者に示してもよい。基礎となる関節データが選択的に同様に表示されてもよい。同様に、図３６のステップ２２００に示すように、特定の力の測定値が大きすぎる（例えば、所定の閾値を超えた）場合のエラーでは、システムは施術者にシステムを再びベースライン化するよう指示または提案する（ステップ２３００）。例えば、エラーが過大となった場合にディスプレイ９０にメッセージを表示したり、可聴音またはアラームを鳴らすようにする。一態様では、エラーの上限または限界を超えた場合に、システムは自動的にガイド機器４、シース機器６、および作業器具３０を引き戻す。この処理により施術者に再びベースライン化させることができる。もちろん、図３６に示すように、施術者への指示または提案は助言であって、施術者はシステムによる提案を無視または破棄して、作業器具３０、ガイド機器４、および／またはシース機器６への操作を続行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１Ａ】図１Ａは、ロボット機器システムに操作される作業器具の遠位端部における力を測定するシステムを示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、マニュアル操作型の、操縦可能なガイドカテーテルと作業器具を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、トロカールや作業器具などの硬質部材に連結されたディザー装置である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、作業器具の遠位端部にかかる力を決定するために作業器具を往復させるディザー装置を具える、ロボット操作式の硬質または半硬質ツールを具える。
【図１Ｅ】図１Ｅは、作業器具を外側柔軟スコープまたは伸長部材内で前後に移動させるのに利用するディザー装置を示す図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、内視鏡などの伸長画像器具内に配置される、ガイドワイヤなどの作業器具を動かすのに用いるディザー装置を示す図である。
【図２】図２は、図１ＡのＡ−Ａ’線に沿ってとったガイド機器、シース、および作業器具の断面図である。
【図３】図３は、本発明の一態様にかかるロボット機器システムに機能的に接続されたオペレータ制御ステーションに配置された施術者等を示す図である。
【図４】図４は、オペレータ制御ステーションおよび付随するカートの斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例における、ガイド機器に対して作業器具をディザーする方法およびシステムを表す概略図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施例における、ガイド機器に対して作業器具をディザーする方法およびシステムを表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例にかかる、ガイド機器に対して作業器具を出し入れする方法およびシステムを表す概略図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例にかかる、ガイド機器に対して作業器具を出し入れする方法およびシステムを表す概略図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例にかかる、ガイド機器に対して作業器具を出し入れする方法およびシステムを表す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例にかかる、ガイド機器に対して作業器具を出し入れする方法およびシステムを表す概略図である。
【図１１】図１１は、ロボット機器システムの上に配置されるドレープを示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例にかかる、ガイド機器に対して作業器具を出し入れする方法およびシステムを表す概略図である。本実施例では、ディザー動作は縦ではなく回転である。
【図１３】図１３は、作業器具を除いたロボット機器システムの斜視図である。
【図１４】図１４は、作業器具を取り外したロボット機器システムの遠位端部の斜視図である。ガイド機器と外側シースも取り除かれている。
【図１５】図１５は、２つのクランプでシールに固定される作業器具を示す図である。このシールはガイドスプレイヤと接続するフレキシブルベロ−と接続している。ガイド機器と作業器具の間の領域を洗い流すのに用いる流体源（例えば加圧塩水）も示されている。
【図１６】図１６は、作業器具が搭載されたロボット機器システムの斜視図である。
【図１７】図１７は、作業器具が搭載されたロボット機器システムの別の斜視図である。
【図１８】図１８Ａは、ディザー装置のロードベアリング部材の周囲に設けられたガードリングを示す図である。図１８Ｂは、それぞれが圧縮力を測定するフォースセンサを具える対向するロードセルの間の回動点に設けられたロードベアリングを示す図である。図１８Ｃは、図１８の構造をロードベアリング部材の周りに設けられたガードリングとともに示す図である。
【図１９】図１９は、対向するロードセルを保持するディザキャリッジの斜視図である。
【図２０】図２０は、ディザー装置のロードベアリング部材に機能的に結合された作業器具の斜視図である。対向するロードセルに設けられるフォースセンサも示されている。
【図２１】図２１Ａ−２１Ｂは、１の挿入および抜去サイクルでフォースセンサから得られる力プロファイルの波形を示す図である。
【図２２】図２２は、ベースラインの波形または力プロファイルを、作業器具の遠位端部に外力がかかった場合に得られる波形または力プロファイルに重ねた図である。点線はベースライン（遠位端部に力がかからない）を示し、実践は作業器具の遠位端部に力がかけられた場合に得られる測定値を示す。
【図２３】図２３は、ケーブル駆動プーリ（ケーブルは図示せず）に応答してディザキャリッジを前後に動かす回動レバーアームを保持するロボット機器システムのシャーシの斜視図である。
【図２４】図２４は、本発明の一態様にかかる、ディザキャリッジと、このディザキャリッジを前後に出し入れするのに用いるレバーアーム部品の分解図である。
【図２５】図２５は、一実施例にかかる、ディザー装置を駆動するのに用いるクリンプボール付きケーブルを示す図である。
【図２６】図２６は、ディザキャリッジ搭載のレバーアームと機械的ディザー装置の最上位の平面図である。レバーアームは６時近傍の位置にあり、機械的ディザー装置はガイド機器に対して抜去の最終段階か挿入の初期段階である。
【図２７】図２７は、ディザキャリッジ搭載のレバーアームと機械的ディザー装置の最上位の平面図である。レバーアームは１２時近傍の位置にあり、機械的ディザー装置はガイド機器に対して挿入の最終段階か抜去の初期段階である。
【図２８】図２８は、ディザー装置の往復運動を生じさせるべくレバーアームを前後に回動する複数のプーリを用いるモータ型駆動システムの斜視図である。
【図２９】図２９は、図２８に示す駆動システムの別の斜視図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは、内部に作業器具が配置されたＴｏｕｈｙシールを示す。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、Ｔｏｕｈｙシールの別の図面である。
【図３０Ｃ】図３０Ｃは、一実施例にかかる機械的ディザー装置の一部として用いる回動式ホルダの斜視図である。
【図３０Ｄ】図３０Ｄは、Ｔｏｈｙが図３０Ｃの回動ホルダに挿入された状態を示す。
【図３０Ｅ】図３０Ｅは、溝を有するカムの斜視図である。
【図３０Ｆ】図３０Ｆは、図３０Ｅのカムが図３０Ｃの回動ホルダと係合した状態を示す。
【図３０Ｇ】図３０Ｇは、カムと回動ホルダを保持するディザ支持ブロックを示す図である。Ｔｏｕｈｙシールに作業器具を通した状態も示されている。
【図３１】図３１は、図３０Ａ−３０Ｇに示す機械的ディザー装置の実施例に沿った最上位のガイドスプレイヤの平面図である。駆動ケーブルがカムに連結されている。Ｔｏｕｈｙシールに連結されてフレキシブルベロ−も示されている。
【図３２Ａ】図３２Ａは、図３０Ａ−３０Ｇおよび図３１に示す機械的ディザー装置の最上位の平面図である。回動ホルダの上に歪みゲージが設けられている。
【図３２Ｂ】図３２Ｂは、図３０Ａ−３０Ｇおよび図３１に示す機械的ディザー装置の最上位の平面図である。本実施例では、２つの対向するフォースセンサが回動部材の両側の支持部に固定されている。
【図３３Ａ】図３３Ａは、別の実施例にかかる機械的ディザー装置の斜視図である。
【図３３Ｂ】図３３Ｂは、別の実施例にかかる機械的ディザー装置の斜視図である。
【図３３Ｃ】図３３Ｃは、スロット付きのカムを示す図である。
【図３３Ｄ】図３３Ｄは、両端部にピンを有するリンク装置を示す図である。
【図３３Ｅ】図３３Ｅは、図３３Ｄのリンク機構が図３３Ｃのカムに合致した状態を示す。
【図３３Ｆ】図３３Ｆは、図３３Ｅのリンク機構に連結された回動ホルダを示す図である。
【図３３Ｇ】図３３Ｇは、図３３Ａ、３３Ｂに示すディザー装置の部品を保持するのに用いるベースを示す図である。
【図３４】図３４Ａ−３４Ｄは、モニタ、ディスプレイなどから施術者に表示される、見積もられる力および見積もられるエラーの様々な実施例を示す図である。
【図３５】図３５は、一実施例にかかるロボット機器システムの操作プロセスのフロー図である。
【図３６】図３６は、別の実施例にかかるロボット機器システムの操作プロセスのフロー図である。
【図１Ａ】
2009527344.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2009527344.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３０Ｅ】
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【図３０Ｆ】
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【図３０Ｇ】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３３Ｄ】
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【図３３Ｅ】
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【図３３Ｆ】
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【図３３Ｇ】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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