(57)【要約】  外科用ロボットは、ベースと、ベースに取り付けられた近位端から、関節によって点在された一連のリンクを介して外科用器具に取り付け可能な遠位端まで延びるアームと、を含む。アームは、受信機、近接センサ及びコントローラを含む。受信機は、短距離無線通信リンクを介して外科用器具からデータを受信するように構成されている。近接センサは、外科用器具が近くにあることを検出するように構成されている。コントローラは、受信機と外科用器具の送信機との間に短距離無線通信リンクを確立することによって、外科用器具が近くにあることを検出する近接センサに応答するように構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベースに取り付けられた近位端から、関節によって点在された一連のリンクを介して外科用器具に取り付け可能な遠位端まで延びるアームと、を含み、
該アームは、
短距離無線通信リンクを介して前記外科用器具からデータを受信するように構成された受信機と、
前記外科用器具が近くにあることを検出するように構成された近接センサと、
前記受信機と前記外科用器具の送信機との間に前記短距離無線通信リンクを確立することによって、前記外科用器具が近くにあることを検出する前記近接センサに応答するように構成されたコントローラ、
を含む、外科用ロボット。
【請求項２】
前記近接センサは、ホールセンサを含んでいる請求項1に記載の外科用ロボット。
【請求項３】
前記短距離無線通信リンクが、近距離通信リンクである請求項１又は２に記載の外科用ロボット。
【請求項４】
前記データが、前記器具の１つ又は複数のパラメータの値を示す請求項１〜３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項５】
前記パラメータが、外科用器具の種類、外科用器具の識別情報、外科用器具の使用データ、及び制御データを含む請求項４に記載の外科用ロボット。
【請求項６】
さらにデータストアを含み、
前記外科用器具の識別情報を示すデータを受信し、
前記データストアに前記外科用器具の識別情報を格納し、
続いて、外科用器具の識別情報及び他のパラメータデータを示すパラメータ更新を受信して、
前記パラメータ更新の前記外科用器具の識別情報が前記データストア内の前記外科用器具の識別情報と一致する場合に、前記パラメータ更新の前記他のパラメータデータを格納するのみに構成されている請求項１〜５の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項７】
前記受信機が、アームトランシーバ内に含まれており、前記送信機が、器具トランシーバ内に含まれている請求項１〜６の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項８】
前記コントローラが、確立された前記短距離無線通信リンクに応答して、前記データ用の前記短距離無線通信リンクを介して前記アームトランシーバを制御して前記器具トランシーバを照会するように構成されている請求項７に記載の外科用ロボット。
【請求項９】
前記アームトランシーバが、前記器具トランシーバに外科用器具の使用データを示すデータを定期的に送って、器具データストア内に格納するように構成されている請求項７又は８に記載の外科用ロボット。
【請求項１０】
外科用器具の使用データを示す前記データが、前記外科用器具の前記全作動時間、前記外科用器具の前記使用回数、及び前記外科用器具の前記残りの寿命のうちの少なくとも１つを示すデータを含む請求項９に記載の外科用ロボット。
【請求項１１】
前記近接センサが、前記外科用器具が前記アームから取り外されたことを検出するように構成され、前記コントローラが、前記アームトランシーバを制御して、外科用器具の使用データを示すデータを前記短距離無線通信リンクを介して前記器具トランシーバに送信することにより前記検出された取り外しに応答するように構成されている請求項７〜１０の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記外科用器具が前記アームから取り外されたことを示すコマンドを前記コントローラが受信しない場合には、外科用器具の使用データを示すデータを前記短距離無線通信リンクを介して前記器具トランシーバに送信するように前記アームトランシーバを制御することで、前記検出された取り外しに応答するのみに構成されている請求項１１に記載の外科用ロボット。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記受信したデータが前記器具の寿命が切れたことを示している場合、前記外科用器具の操作を止めるように構成されている請求項１〜１２の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１４】
前記アームが、前記外科用器具の外科用器具インターフェースと機械的にインターフェースで接続するためのロボットアームインターフェースを含み、前記近接センサが、前記ロボットアームインターフェースに隣接して配置されている請求項１〜１３の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１５】
さらに外科用器具を含み、前記外科用器具は、
前記短距離無線通信リンクを介して前記受信機にデータを送信するように構成された送信機と、
前記近接センサによって検出可能に構成された検出可能なタグと、
を含んでいる請求項１〜１４の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１６】
前記検出可能なタグが、ホールセンサによって検出可能とされている請求項１５に記載の外科用ロボット。
【請求項１７】
前記外科用器具が、前記アームトランシーバから受信した外科用器具の使用データを示すデータを格納するように構成されたデータストアをさらに含んでいる、請求項７に従属する時の請求項１５又は１６に記載の外科用ロボット。
【請求項１８】
前記外科用器具が、前記ロボットアームインターフェースと機械的にインターフェースで接続するための外科用器具インターフェースを含み、前記検出可能なタグが、前記外科用器具が前記アームに取り付けられている場合に、前記近接センサに近接する前記外科用器具インターフェースに隣接するように配置されている、請求項１４に従属する時の請求項１５〜１７の何れか１項に記載の外科用ロボット。
【請求項１９】
ベースと、
前記ベースに取り付けられた近位端から、関節によって点在された一連のリンクを介して外科用器具に取り付け可能な遠位端まで延びるアームと、を含み、
該アームは、
短距離無線通信リンクを介して前記外科用器具からデータを受信するように構成された受信機と、
前記外科用器具が近くにあることを検出するように構成された近接センサと、
前記短距離無線通信のプロトコルに従って動作する近接送信機を検出する前記受信機と、前記外科用器具が前記アームに適切に取り付けられていないという警報を発することによって前記外科用器具が近くにあることを検出しない前記近接センサと、に応答するように構成されたコントローラと、
を含んでいる、外科用ロボット。
【請求項２０】
前記コントローラがさらに、前記短距離無線通信のプロトコルに従って動作する近接送信機を検出する前記受信機と、前記外科用器具の操作を止めることにより前記外科用器具が近くにあることを検出しない前記近接センサと、に応答するように構成されている請求項１９に記載の外科用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
手術を支援して行うためにロボットを用いることが知られている。図１は、ベース１０８と、アーム１０２と、器具１０５とからなる代表的な外科用ロボット１００を示している。ベース１０８は外科用ロボット１００を支持して、それ自体は、例えば、手術室の床や手術室の天井あるいはトロリーに堅固に取り付けられている。アーム１０２は、ベース１０８と器具１０５との間に延在している。アーム１０２は、その長さに沿って複数の可撓性ジョイント１０３によって関節でつながれており、かかるジョイント１０３は、患者に対して所望の位置に外科用器具１０５を配置するために用いられている。外科用器具１０５は、ロボットアームの遠位端１０４に取り付けられている。外科用器具１０５は、手術部位にアクセスするために、ポート１０７で患者１０１の身体に刺さっている。その遠位端１０４において、器具１０５は、医療処置に携わるエンドエフェクタ１０６を備えている。
【０００２】
図２は、ロボット腹腔鏡手術を行うための代表的な外科用器具２００を示している。外科用器具２００は、外科用器具２００がロボットアームに接続するためのベース２０１を備えている。シャフト２０２は、ベース２０１と関節部２０３の間に延在している。関節部２０３は、エンドエフェクタ２０４で終端している。図２では、一対の鋸歯状の顎部がエンドエフェクタ２０４として例示されている。関節部２０３は、エンドエフェクタ２０４がシャフト２０２に対して動くことを可能にしている。関節部２０３によってエンドエフェクタ２０４の動きに少なくとも２つの自由度が与えられていることが望ましい。
【０００３】
外科医は、代表的な腹腔鏡手術の過程で多くの器具を利用する。このため、器具は、ロボットアームの端部に対して手術の途中で取り外し可能かつ取り付け可能であることが望ましい。ロボットアームのコントローラは、任意の時点でロボットアームにどの器具が取り付けられているかを知る必要がある。器具をロボットアームに電気的に接続し、器具がこの電気的接続を介してロボットアームにその識別情報を知らせることが知られている。器具は、ロボットアームのインターフェースとインターフェース接続するインターフェースを有している。この場合、器具インターフェースは、ロボットアームインターフェースの対応する電気接点に接続する電気接点を有している。このように、器具は、電気的インターフェースを介してロボットアームにその識別情報を伝える。
【０００４】
感染リスクを最小限に抑えるため、手術室は無菌環境である。外科用器具は、手術の間、殺菌されている。しかしながら、ロボットアームは殺菌されていない。ロボットアームを手術室で使用するためには、ロボットアームと手術室の残りの部分との間に無菌バリアを維持しなければならない。これを達成するために、ロボットアームは無菌ドレープで覆われている。外科用器具は、無菌ドレープ上のインターフェースを介してロボットアームに取り付けられている。無菌ドレープは、一回の手術の後に廃棄される使い捨て品である。従って、無菌ドレープのコストを最小限に抑えることが望ましい。このため、器具インターフェースの電気接点をロボットアームインターフェースの電気接点に接続するための電気的インターフェース装置をその上に組み込む必要性を排除することにより、無菌ドレープの複雑さを低減することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、外科用ロボットは、ベースと、前記ベースに取り付けられた近位端から、関節によって点在された一連のリンクを介して外科用器具に取り付け可能な遠位端まで延びるアームと、を含み、該アームは、短距離無線通信リンクを介して前記外科用器具からデータを受信するように構成された受信機と、前記外科用器具が近くにあることを検出するように構成された近接センサと、前記受信機と前記外科用器具の送信機との間に前記短距離無線通信リンクを確立することによって、前記外科用器具が近くにあることを検出する前記近接センサに応答するように構成されたコントローラ、を含む。
【０００６】
近接センサは、ホールセンサを含んでいてもよい。
【０００７】
短距離無線通信リンクは、近距離通信リンクであってもよい。
【０００８】
データは、外科用器具の１つ又は複数のパラメータの値を示していてもよい。これらのパラメータは、外科用器具の種類や外科用器具の識別情報や外科用器具の使用データ及び制御データを含んでいてもよい。
【０００９】
外科用ロボットはさらにデータストアを含んでいてもよいし、また外科用ロボットは外科用器具の識別情報を示すデータを受信して、データストアに外科用器具の識別情報を格納後、外科用器具の識別情報及び他のパラメータデータを示すパラメータ更新を受信して、パラメータ更新の外科用器具の識別情報がデータストア内の外科用器具の識別情報と一致する場合にのみ、パラメータ更新の他のパラメータデータを格納するように構成されていてもよい。
【００１０】
受信機がアームトランシーバ内に含まれていてもよいし、送信機が器具トランシーバ内に含まれていてもよい。
【００１１】
コントローラは、確立された短距離無線通信リンクに応答して、データ用の短距離無線通信リンクを介してアームトランシーバを制御して器具トランシーバに照会するようにしてもよい。
【００１２】
アームトランシーバは、器具トランシーバに外科用器具の使用データを示すデータを定期的に送って、器具データストア内に格納してもよい。
【００１３】
外科用器具の使用データを示すデータは、外科用器具の全作動時間、外科用器具の使用回数、及び外科用器具の残りの寿命のうちの少なくとも１つを示すデータを含んでいてもよい。
【００１４】
近接センサが、外科用器具がアームから取り外されたことを検出してもよいし、またコントローラは、アームトランシーバを制御して、外科用器具の使用データを示すデータを短距離無線通信リンクを介して器具トランシーバに送信することにより検出された取り外しに応答してもよい。
【００１５】
コントローラは、外科用器具がアームから取り外されたことを示すコマンドをコントローラが受信しない場合に、アームトランシーバを制御して、外科用器具の使用データを示すデータを短距離無線通信リンクを介して器具トランシーバに送信することにより検出された取り外しに応答するだけでもよい。
【００１６】
コントローラは、受信したデータが外科用器具の寿命が切れたことを示している場合、外科用器具の操作を止めるようになっていてもよい。
【００１７】
アームが、外科用器具の外科用器具インターフェースと機械的にインターフェースで接続するためのロボットアームインターフェースを含んでいてもよいし、近接センサが、ロボットアームインターフェースに隣接して配置されていてもよい。
【００１８】
外科用ロボットはさらに外科用器具を含んでいてもよく、かかる外科用器具は、短距離無線通信リンクを介して受信機にデータを送信するように構成された送信機と、近接センサによって検出可能に構成された検出可能なタグと、を含んでいる。
【００１９】
検出可能なタグは、ホールセンサによって検出可能であってもよい。
【００２０】
外科用器具は、アームトランシーバから受信した外科用器具の使用データを示すデータを格納するように構成されたデータストアをさらに含んでいてもよい。
【００２１】
外科用器具は、ロボットアームインターフェースと機械的にインターフェースで接続するための外科用器具インターフェースを含んでいてもよく、また検出可能なタグは、外科用器具がアームに取り付けられている場合に、近接センサに近接する外科用器具インターフェースに隣接するように配置されていてもよい。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、外科用ロボットは、ベースと、前記ベースに取り付けられた近位端から、関節によって点在された一連のリンクを介して外科用器具に取り付け可能な遠位端まで延びるアームと、を含み、該アームは、短距離無線通信リンクを介して前記外科用器具からデータを受信するように構成された受信機と、前記外科用器具が近くにあることを検出するように構成された近接センサと、前記短距離無線通信のプロトコルに従って動作する近接送信機を検出する前記受信機および、前記外科用器具が前記アームに適切に取り付けられていないという警報を発することによって前記外科用器具が近くにあることを検出しない前記近接センサ、に応答するように構成されたコントローラと、を含む。
【００２３】
コントローラはさらに、短距離無線通信のプロトコルに従って動作する近接送信機を検出する受信機と、外科用器具の操作を止めることにより外科用器具が近くにあることを検出しない近接センサと、に応答するように構成されていてもよい。
【００２４】
本発明を、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】外科的処置を実行する外科用ロボットを示す図。
【図２】既知の外科用器具を示す図。
【図３】外科用ロボットを示す図。
【図４】ロボットアームの回路を概略的に示す図。
【図５】外科用器具の回路を概略的に示す図。
【図６】外科用器具からデータを読み取る方法を示すフローチャート。
【図７】外科用器具からのデータを格納する方法を示すフローチャート。
【図８】センサの誤動作を検出する方法を示すフローチャート。
【図９ａ】外科用器具の使用データを記録するための制御方法を示すフローチャート。
【図９ｂ】外科用器具の使用データを記録するための制御方法を示すフローチャート。
【図９ｃ】外科用器具の使用データを記録するための制御方法を示すフローチャート。
【図９ｄ】外科用器具の使用データを記録するための制御方法を示すフローチャート。
【図１０】外科用器具にデータを書き込む方法を示す図。
【図１１】ロボットアームのモードを変更する方法を示す図。
【図１２】ロボットアームと係合する外科用器具を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図３は、ベース３０１に取り付けられた近位端から延びるアーム３００を有する外科用ロボットを示す。アームは、多数の剛性リンク３０２を備えている。これらのリンクは、回転ジョイント３０３によって連結されている。最も近位のリンク３０２ａは、ジョイント３０３ａによってベースに結合されている。リンク３０２ａ及び他のリンクは、さらにジョイント３０３によって直列に連結されている。好ましくは、リスト３０４は、４つの回転ジョイントで構成されていることが望ましい。リスト３０４は、一方のリンク（３０２ｂ）をアームの最も遠位のリンク（３０２ｃ）に連結している。最も遠位のリンク３０２ｃは、アームの遠位端にあり、外科用器具３０６用のアタッチメント３０５を携帯している。アームの各ジョイント３０３は、それぞれのジョイントに回転運動を生じさせるように動作させることができる１つ又は複数のモータ３０７と、そのジョイントの現在の構成及び／又は負荷に関する情報を提供する１つ又は複数の位置及び／又はトルクセンサ３０８を有している。好ましくは、モータは、重量配分を改善するために、駆動するジョイントの近くに配置されていることが望ましい。明確化のために、図３にはモータとセンサの一部のみを示している。アームは、我々の同時係属中の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１４／０５３５２３に記載されているようにされていてもよい。
【００２７】
アームは、器具３０６とインターフェースで接続するためにアタッチメント３０５で終端している。好ましくは、器具３０６は、図２に記載された形態をとることが望ましい。アタッチメント３０５は、器具の関節運動を駆動するための駆動アセンブリを備えている。駆動アセンブリインターフェースの可動インターフェースエレメントは、ロボットアームから器具に駆動を伝達するために、器具インターフェースの対応する可動インターフェースエレメントと機械的に係合している。代表的な手術の間に、器具は別の器具に数回交換される。従って、器具は、手術中にロボットアームに着脱可能となっている。駆動アセンブリインターフェースと器具インターフェースの特徴は、互いに係合する際にそれらの位置合わせを助け、その結果、それらがユーザによって位置合わせされる際に必要とされる精度を減ずる。
【００２８】
器具３０６は、手術を実行するエンドエフェクタを備えている。エンドエフェクタは、任意の適切な形態を取り得る。例えば、エンドエフェクタは、滑らかな顎部、鋸歯状の顎部、グリッパ、一対の鋏、縫合用の針、カメラ、レーザ、ナイフ、ステープラ、焼灼器、吸引器であってもよい。図２で説明したように、器具は、器具シャフトとエンドエフェクタ間に関節を備えている。関節は、エンドエフェクタが器具のシャフトに対して動くことを可能にするいくつかのジョイントを含んでいる。関節内のジョイントは、ケーブルなどの駆動エレメントによって駆動される。これらの駆動エレメントは、器具シャフトの他端で器具インターフェースのインターフェースエレメントに固定されている。それゆえ、ロボットアームは、以下のようにしてエンドエフェクタに駆動を伝達する。すなわち、駆動アセンブリインターフェースエレメントは、器具インターフェースエレメントを動かし、器具インターフェースエレメントは、駆動エレメントを動かし、駆動エレメントは、関節のジョイントを動かし、関節のジョイントは、エンドエフェクタを動かす。
【００２９】
モータ、トルクセンサ、エンコーダに対するコントローラは、ロボットアームに配備されている。コントローラは、通信バスを介して制御ユニット３０９に接続されている。制御ユニット３０９は、プロセッサ３１０とメモリ３１１を備えている。メモリ３１１は、プロセッサによって実行可能なソフトウェアを非一時的な方法で記憶しており、モータ３０７の動作を制御して、アーム３００を本明細書に記載の方法で動作させる。特に、ソフトウェアはプロセッサ３１０を制御して、センサ３０８からの入力及び外科医コマンドインターフェース３１２からの入力に応じて（例えば、分散コントローラを介して）モータを駆動させることができる。制御ユニット３０９は、ソフトウェアの実行により生成された出力に応じて駆動するモータ３０７に接続されている。制御ユニット３０９は、センサから検知された入力を受け取るためにセンサ３０８に接続され、そしてセンサからの入力を受け取るためにコマンドインターフェース３１２に接続されている。それぞれの接続は、例えば、それぞれ電気ケーブル又は光ケーブルであってもよいし、無線接続であってもよい。コマンドインターフェース３１２は、ユーザが所望の方法でエンドエフェクタの動きを要請できる１つ又は複数の入力デバイスを備えている。入力デバイスは、例えば、制御ハンドル又はジョイスティックなどの手動操作可能な機械的入力デバイスであってもよいし、光学ジェスチャセンサなどの非接触入力デバイスであってもよい。メモリ３１１に格納されたソフトウェアは、これらの入力に応じて、所定の制御手順に従って、アーム及び器具のジョイントを動かすように構成されている。制御手順は、コマンド入力に応じてアーム及び器具の動きを調整する安全機能を含んでいてもよい。従って、要約すると、コマンドインターフェース３１２において外科医は、所望の外科的処置を実行するように器具３０６を制御して動かすことができる。制御ユニット３０９及び／又はコマンドインターフェース３１２は、アーム３００から離れていてもよい。
【００３０】
図４は、器具３０６を検出し、器具３０６と通信するためのロボットアーム３００の回路４００の概略図を示す。図５は、ロボットアーム３００と通信するための器具３０６の回路５００の概略図を示す。
【００３１】
器具送信機５０１は、ロボットアーム３００にデータを送信するように構成されている。アーム受信機４０１は、器具３０６から送信されたデータを受信するように構成されている。このデータは、器具の１つ又は複数のパラメータの値を示している。これらのパラメータには、器具の種類や器具の識別情報や器具の使用データや制御データのうちの１つ又は複数又はすべてが含まれている。制御データは、器具が採用すべきロボットアーム駆動アセンブリのパラメータを含んでいてもよい。制御データは、ロボットアームが採用すべき器具のパラメータを含んでいてもよい。例えば、制御データは、駆動アセンブリインターフェースエレメントの機能や、器具インターフェースエレメントの機能や、最大及び最小移動を含む駆動アセンブリインターフェースエレメントの移動範囲や、最大及び最小移動を含む器具インターフェースエレメントの移動範囲や、駆動アセンブリインターフェースエレメントのニュートラル／レスト位置や、器具インターフェースエレメントのニュートラル／レスト位置や、最大及び最小移動を含む器具ジョイントの移動範囲や、器具ジョイントのニュートラル／レスト位置、の１つ又は複数又はすべてを含んでいてもよい。一例では、データはコードである。コードは数字コードであってもよい。器具のパラメータの１つ又は複数の値は、コード内に埋め込まれている。言い換えれば、器具の１つ又は複数のパラメータの値は、アルゴリズムを用いてコードを分析することによってコードから導出可能である。別の例では、データ自体は、器具の１つ又は複数のパラメータの値を含んでいる。いずれの例においても、データは暗号化されていてもよい。
【００３２】
器具送信機５０１及びアーム受信機４０１は、同じ短距離無線通信のプロトコルに従って動作する。例えば、それらは、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）プロトコルに従って動作してもよい。代表的な実施形態では、それらは、４ｃｍ以下の範囲を有するプロトコルに従って通信する。プロトコルは、２ｃｍ以下の範囲を有していてもよい。プロトコルは、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を使用してもよい。短距離ではない無線通信のプロトコルとは対照的な短距離無線通信のプロトコルを利用することは、器具・アーム間通信が手術室内の他の通信リンクと干渉する可能性を低減している。また、このことは、他の通信リンクが器具・アーム間通信を妨げる可能性を低減している。
【００３３】
器具送信機５０１は、器具受信機５０３も備えるトランシーバ５０２内に含まれていてもよい。アーム受信機４０１は、アーム送信機４０３も備えるトランシーバ４０２内に含まれていてもよい。アーム送信機４０３は、器具３０６にデータを送信し、器具受信機５０３は、このデータを受信する。アーム送信機４０３及び器具受信機５０３は、器具送信機５０１及びアーム受信機４０１と同じ短距離通信のプロトコルに従って動作する。
【００３４】
無線通信のプロトコルを使用することにより、器具３０６が、器具及びアームを介在する無菌ドレープ内に電気的インターフェース装置を組み込むことなく、ロボットアーム３００と通信することができる。
【００３５】
想定されているいくつかの手術では、２つ以上の外科用器具が互いに近接し、それゆえ２つ以上のアームが互いに近接するような使用が必要とされる外科用ロボットによって行われていてもよい。上記のような短距離通信のプロトコルを利用する場合には、１つのロボットアームは、別のロボットアームに取り付けられた、または別のロボットアームと取り付けられる器具の範囲内にあってもよいことが予想される。これにより、ロボットアームに、それに取り付けられていない器具の１つ又は複数のパラメータの値を示すデータを受信させてもよいし、及び／又は器具に、それが取り付けられていないロボットアームからそのようなデータを受信させてもよい。
【００３６】
図４に示すロボットアームの回路は、さらに近接センサ４０４を含んでいる。図５に示す器具の回路は、さらに検出可能なタグ５０４を含んでいる。検出可能なタグ５０４は、近接センサ４０４によって検出可能である。近接センサ４０４は、検出可能なタグ５０４が近くにあることを検出する。近接センサは、アーム受信機４０１と器具送信機５０１間の無線通信のプロトコルよりも短い範囲しか有さない。近接センサ４０４は、ホールセンサのような磁気センサ、リードスイッチ、音響センサ、容量センサ、誘導センサ、及び光学センサのうちの１つであってもよい。
【００３７】
近接センサがホールセンサである場合には、検出可能タグ５０４は、ホールセンサによって検出可能な磁気タグである。ホールセンサは、その近傍の磁場を感知する。ホールセンサは、センサ周囲の磁束密度が閾値を超えたときに、磁気タグが近くにあることを検出する。センサ周囲の磁束密度が閾値を超えると、ホールセンサは出力電圧を生成する。
【００３８】
ホールセンサの閾値及び／又は内部増幅が、ホールセンサの範囲及び感度を決定する。ホールセンサの閾値及び/又は内部増幅と磁気タグの強度は、（ロボットアーム上に位置する場合）ホールセンサがその用途に必要な範囲及び感度を有するように、予め決定されていてもよい。
【００３９】
例えば、ホールセンサの閾値及び／又は内部増幅と磁気タグの強度は、ホールセンサ（ロボットアーム上に位置する場合）がロボットアームに取り付けられた器具上の磁気タグを検出するが、隣接するロボットアームに取り付けられた器具上の磁気タグを検出しないように、予め決定されていてもよい。ホールセンサの閾値と磁気タグの強度は共に、ホールセンサ（ロボットアーム上に位置する場合）が、器具がロボットアームと係合している際に磁気タグを検出するだけのために、予め決定されていてもよい。この場合、器具インターフェースがロボットアームインターフェースとずれている、又はロボットアームインターフェースに正しく接続されていないと、ホールセンサは要求される閾値の磁束密度を検出せず、磁気タグが検出されたことを示す出力電圧を生成しない。
【００４０】
別の例では、ホールセンサの閾値及び／又は内部増幅と磁気タグの強度は、ホールセンサ（ロボットアーム上に位置する場合）が、近くにあるが必ずしもロボットアームに取り付けられている必要はない器具上の磁気タグを検出するように、予め決定されていてもよい。例えば、ホールセンサは、１０ｃｍ未満離れているときに磁気タグを検出してもよい。この検出に応答して、器具は、そのパラメータの１つ以上の値を示すデータを送信してもよい（詳細は後述する）。このデータは、これらのパラメータの値をユーザに出力する例えばコントローラによって処理される。このようにして、器具がロボットアーム上にドッキングされる前に、ユーザにパラメータの値が通知されていてもよい。このことは、パラメータの値のいずれかが操作に適切でないことを示す場合、例えば、それが間違った器具の種類である場合、又は手術を完了するのに十分な寿命がない場合、特定の器具をロボットアームに係合しない機会をユーザに与える。
【００４１】
ホールセンサの閾値と磁気タグの強度は、磁気タグがホールセンサから４ｃｍ未満、好ましくは１ｃｍ未満、最も好ましくは１ｍｍ未満であるときに、磁気タグがホールセンサによって検出されるようにすることが望ましい。
【００４２】
ホールセンサの閾値及び／又は内部増幅及び／又は磁気タグの強度は、ホールセンサ（ロボットアーム上に位置する場合）が、その用途に必要な範囲及び感度を有するように、ダイナミックに適応可能であってもよい。要求される範囲及び感度は、段階で異なっていてもよい。例えば、器具とロボットアームの係合に先立って、ホールセンサが、その距離が１０ｃｍ未満である場合に磁気タグを検出することが望ましくてもよいが、器具とロボットアームが係合した後に、ホールセンサが、その距離が１ｍｍ未満の場合にのみ磁気タグを検出することが望ましくてもよい。ホールセンサの閾値及び／又は内部増幅及び／又は磁気タグの強度は、手術の間これらの変化する要求に対して範囲及び感度を変化させるためにダイナミックに適応可能であってもよい。
【００４３】
ホールセンサ及び磁気タグの例に関して説明したが、範囲及び感度についての上記の説明は、近接センサ及び検出可能なタグの任意の組み合わせに適用される。
【００４４】
ロボットアーム上には２つの近接センサがあってもよく、第１の近接センサは、検出可能なタグを４ｃｍ未満の距離で検出し、第２の近接センサは、検出可能なタグを１ｍｍ未満の距離で検出する。この場合は、第１の近接センサは、器具がアームとの係合に近づいたことを検出し、第２の近接センサは、器具がアームに正しくドッキングされている時に検出する。第１の近接センサが検出可能なタグを検出するが第２の近接センサがタグを直ちに検出しない場合、器具がロボットアーム上のドッキング位置から１ｍｍから４ｃｍの間にあることを示す。換言すれば、器具がロボットアームに正しくドッキングされていないことを示す。例えば、器具がロボットアームと正しく位置合わせされていない可能性がある。コントローラは、警報信号を生成することによって、そのようなシナリオに対応してもよい。この警報信号は、例えば警報灯又は警報音としてロボットアームから出力されてもよい。あるいは、警報信号は、例えば警報灯又は警報音として出力するために外科医コンソールに送信されてもよい。２つの近接センサは各々、先に列挙したもののいずれかであってもよい。２つの近接センサは、例えば両方共ホールセンサであるような同じ種類であってもよい。あるいは、２つの近接センサは、例えば１つがホールセンサで１つが光センサであるような異なる種類のものであってもよい。
【００４５】
ロボットアームの回路はまたコントローラ４０５を備えていてもよい。コントローラ４０５は、近接センサ４０４の出力４０７を入力４０６として受け取る。それゆえ、上記の例では、コントローラはホールセンサの出力電圧信号を受け取る。コントローラはまた、受信機４０１の出力４０９を入力４０８として受信する。コントローラは、アーム受信機４０１及び／又はアーム送信機４０３に制御信号４１０を出力する。これにより、コントローラは、近接センサの出力４０７に応じてアーム受信機４０１及び／又はアーム送信機４０３の動作を制御する。
【００４６】
コントローラ４０５は、プロセッサ４１１、メモリ４１２、及びデータストア４１３を備えている。メモリ４１２は、アーム受信機４０１及び／又はアーム送信機４０３を本明細書に記載の方法で動作するように制御するために、プロセッサ４１１によって実行可能なソフトウェアを非一時的な方法で格納している。特に、ソフトウェアは、プロセッサ４１１を制御して、アーム受信機を作動又は非作動にする。ソフトウェアは、プロセッサ４１１を制御して、アーム送信機が器具の１つ又は複数のパラメータの値を示すデータを送信するようにしてもよい。例えば、ソフトウェアは、プロセッサ４１１を制御して、アーム送信機がコードを器具に送信するようにしてもよい。ソフトウェアは、プロセッサ４１１を制御して警報を生成し送信してもよい。これらの動作は、近接センサの出力４０７、及び／又はセンサ３０８及び／又は外科医コマンドインターフェース３１２からの入力に応じて制御されていてもよい。データストア４１３は、コントローラがアーム受信機４０１から受信したデータから得られた器具のパラメータの値を格納してもよい。データストア４１３は、近接センサの出力４０７から決定されるような、器具がアームにドッキングされているか否かのしるしを格納してもよい。データストア４１３は、メモリ４１２内に組み込まれていてもよい。この場合、メモリ４１２は、データストア４１３用のセクションと、プロセッサ４１１上での実行のための命令を格納するセクションとに論理的に区分されている。データストア４１３は、プロセッサ４１１内にレジスタとして組み込まれていてもよい。データストア４１３は、１つ以上のバッファであってもよい。
【００４７】
器具の回路も、データストア５０５を備えている。データストア５０５は、器具３０６の１つ又は複数のパラメータの値を示すデータを格納する。このデータは、前述したようなコードであってもよい。データストア５０５は、器具のパラメータの値を格納していてもよい。データは、データストア５０５から取り出されて、器具送信機５０１によって送信される。
【００４８】
以下に、図４及び図５に関して説明した回路を用いて実施することができるいくつかの代表的な制御方法を説明する。
【００４９】
図６は、第１の制御方法のフローチャートを示す。ステップ６０１に示すように、最初のうちはアーム３００と器具３０６との間には通信リンクが確立されていない。コントローラ４０５が、アーム受信機４０１又はアームトランシーバ４０２が短距離無線通信のプロトコルに従って通信することを無効にしていてもよい。
【００５０】
ステップ６０２において、近接センサ４０４は器具を検出し、検出信号をコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、器具がロボットアームにドッキングされているしるしをデータストア４１３に格納する。
【００５１】
ステップ６０３において、コントローラは、アーム受信機４０１又はアームトランシーバ４０２と、器具送信機５０１又は器具トランシーバ５０２間に、短距離無線通信リンクが確立されるように、制御信号をアーム受信機４０１又はアームトランシーバ４０２に送信することにより検出信号に応じる。例えば、制御信号がアーム受信機４０１の受信機能をオンに切り替え、これによりアーム受信機４０１が器具送信機５０１によって送信されたデータを受信することを可能にしてもよい。あるいは、又はさらに、制御信号が、アーム送信機４０３に器具受信機５０３との接続を要求させてもよい。この後、アームと器具との間に短距離無線通信リンクが確立される。
【００５２】
一旦通信リンクが確立されると、コントローラ４０５は、ステップ６０４において、アームトランシーバ４０２を制御して器具に照会を送信してもよい。照会は、器具に対するパラメータデータを提供せよという要求である。要求は、器具の識別情報又は器具の種類など、１つ又は複数の特定のデータパラメータに関するものであってもよい。要求は、器具によって格納されたすべてのパラメータデータの更新のためのものであってもよい。器具トランシーバ５０２は、アームトランシーバ４０２から要求を受信する。
【００５３】
要求に応じて、器具トランシーバ５０２は、要求されたパラメータの値を示すデータをデータストア５０５から取り出し、このデータをアームトランシーバ４０２に送信する。器具が、要求されたパラメータの値が導出可能なコードを格納している場合には、器具トランシーバは、データストア５０５からコードを取り出し、このコードをアームトランシーバに送信することによって、要求に応じる。好ましくは、複数の異なるパラメータの値が同じコード内に埋め込まれていることが望ましい。好ましくは、すべての要求されたパラメータの値が同じコード内に埋め込まれていることが望ましい。従って、器具は、同じコードを送信することによって、パラメータの値の任意の１つ又は任意の組み合わせに対する要求に応じる。あるいは、器具は、それぞれが異なるパラメータの値又はパラメータの値のセットが埋め込まれた、複数のコードを格納していてもよい。この場合、器具は、要求されたパラメータの値が埋め込まれたコードを送信することによって、パラメータの値又はパラメータの値の組み合わせに対する要求に応じる。あるいは、器具は、少なくとも１つに要求されたパラメータの値が埋め込まれている、データストアに格納されたすべてのコードを送信することによって、パラメータの値又はパラメータの値の組み合わせに対する任意の要求に応じてもよい。
【００５４】
器具によって格納されたデータがパラメータの値自体を含む場合には、器具トランシーバは、要求されたパラメータの値をデータストアから取り出し、これらのパラメータの値をアームトランシーバに送信することによって、要求に応じる。あるいは、器具トランシーバは、データストアに格納されたすべてのパラメータの値を取り出し、これらをアームトランシーバに送信することによって、要求に応じてもよい。
【００５５】
器具トランシーバは、データをアームトランシーバに送る前にデータを暗号化してもよい。あるいは、器具は、暗号化された形式でデータをデータストアに格納し、その後、暗号化されたデータを送信してもよい。いずれの場合でも、暗号キーはロボットアームコントローラ４０５に知られている。
【００５６】
ステップ６０５において、アームトランシーバ４０２は、器具から、要求されたパラメータの値を示すデータを受信する。ステップ６０６において、コントローラ４０５は、受信したデータから、要求されたパラメータの値を取り出す。コントローラ４０５は、受信したデータが暗号化されていればそれを復号化する。受信したデータが、パラメータの値が埋め込まれているコードである場合、コントローラは、パラメータの値を決定するためにアルゴリズムにコードを入力する。アルゴリズムは、コードに対して１つ以上の関数を実行する。各関数が、要求されたパラメータの値の１つ又は複数を決定してもよい。導出されたパラメータの値は、その後、ステップ６０７でデータストア４１３に格納される。受信したデータが要求されたパラメータの値である場合、これらの受信したパラメータの値はデータストア４１３に格納される。
【００５７】
コントローラが、アームトランシーバに、いつでもパラメータデータの更新のために器具に照会させていてもよい。器具は上記のように応じる。このことは、図６において、ステップ６０７からステップ６０４付近にループする制御方法によって示されている。
【００５８】
図７は、第２の制御方法のフローチャートを示す。通信リンクが、アーム３００と器具３０６との間に確立されている。器具送信機５０１は、データストア５０５から器具の識別情報を示すデータを取り出し、これをロボットアームに送信する。ステップ７０１において、アーム受信機４０１は、器具送信機５０１から器具の識別情報を示すデータを受信する。アーム受信機４０１は、受信した器具の識別情報を示すデータをコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、アーム受信機４０１から器具の識別情報を示すデータを受信する。コントローラは、図６に関連して説明した器具の識別情報を示すデータから器具の識別情報を取り出し、ステップ７０２で器具の識別情報をデータストア４１３に格納する。
【００５９】
続いて、ステップ７０３において、アーム受信機４０１はパラメータの値の更新を受信する。パラメータの値の更新は、器具の識別情報及び他のパラメータの値を示すデータを含んでいる。アーム受信機４０１は、受信したパラメータの値の更新をコントローラ４０５に出力する。プロセッサ４１１は、パラメータの値の更新を受信し、ステップ７０１と同様にパラメータの値の更新から器具の識別情報を取り出す。プロセッサ４１１は、格納された器具の識別情報をデータストア４１３から読み出す。プロセッサ４１１は、ステップ７０４において、パラメータの値の更新からの器具の識別情報と格納された器具の識別情報とを比較する。パラメータの値の更新からの器具の識別情報が格納された器具の識別情報と一致する場合、プロセッサは、ステップ７０５において、パラメータの値の更新から他のパラメータの値又はパラメータの値を取り出し、それらのパラメータの値をデータストア４１３に格納する。プロセッサはまた、パラメータの値を制御ユニット３０９に送ってもよい。制御ユニット３０９は、外科医コマンドインターフェース３１２にこれらのパラメータの値の１つ又は複数を送ってもよい。パラメータの値は外科医に表示してもよい。パラメータの値の更新による器具の識別情報が格納された器具の識別情報と一致しない場合、ステップ７０６で、プロセッサは、パラメータの値の更新におけるパラメータの値を破棄する。オプションで、ステップ７０７において、プロセッサは警報を生成する。この警報は、制御ユニット３０９に送信されてもよい。制御ユニット３０９が、外科医コマンドインターフェース３１２上に警報を生成してもよい。例えば、警報が外科医に表示されてもよい。ステップ７０５に続いてステップ７０３に戻り、そこでアームは別のパラメータの値の更新を受信する。ステップ７０６に続いてステップ７０３に戻り、そこでアームは別のパラメータの値の更新を受信する。
【００６０】
このように、一旦器具がステップ７０１及び７０２を介してロボットアームにその識別情報を登録すると、コントローラ４０５は、その器具の識別情報を有する器具から受信したパラメータの値のみを格納する。従って、アーム受信機４０１がアームに取り付けられていない他の器具の通信範囲内にあり、その他の器具からパラメータの値を受信したとしても、コントローラは、これらのパラメータの値に関連する器具の識別情報が、データストア４１３に格納された取り付けられた器具の識別情報と一致しないことから、これらのパラメータの値を格納しない。
【００６１】
図８は、第３の制御方法のフローチャートを示す。アーム受信機４０１は、短距離無線通信のプロトコルに従って接続要求及び公共放送を受信するように動作可能である。このようにして、アーム受信機４０１は、同じ短距離無線通信のプロトコルに従って動作する近接送信機を検出する。換言すれば、このようにして、アーム受信機４０１は、近くの器具を検出する。一方、近接センサ４０４は、器具がロボットアーム内に適切にドッキングされている場合にのみ器具を検出するモードで動作する。
【００６２】
ステップ８０１において、プロセッサ４１１は、アーム受信機４０１から出力された信号を分析して、アーム受信機４０１が近くの器具を検出したかどうかを判定する。アーム受信機４０１が近くの器具を検出したか否かにかかわらず、プロセッサ４１１は、ステップ８０２，８０３において、近接センサ４０４が器具を検出したかどうかを判定するため近接センサ４０４からの信号出力を解析する。あるいは、プロセッサ４１１は、アーム受信機からの出力を分析する前に近接センサからの出力を分析してもよい。言い換えれば、プロセッサ４１１は、ステップ８０１の前にステップ８０２／８０３を実行してもよい。
【００６３】
アーム受信機４０１が器具を検出し、近接センサ４０４もまた器具を検出したとプロセッサ４１１が判定した場合、プロセッサはステップ８０４で警報を生成しない。アーム受信機４０１が器具を検出しておらず、近接センサ４０４も器具を検出していないとプロセッサ４１１が判定した場合、プロセッサはステップ８０５で警報を生成しない。
【００６４】
アーム受信機４０１が器具を検出したが近接センサ４０４が器具を検出していないとプロセッサ４１１が判定した場合、プロセッサはステップ８０６で警報を生成する。アーム受信機４０１が器具を検出していないが近接センサ４０４が器具を検出したとプロセッサ４１１が判定した場合、プロセッサはステップ８０７で警報を生成する。両方の場合において、コントローラ４０５は警報を制御ユニット３０９に送り、制御ユニット３０９は外科医コマンドインターフェース３１２に警報を出してもよい。警報は誤動作かもしれない。この誤動作は、器具がロボットアームに正しくドッキングしていないことが原因かもしれない。あるいは、誤動作は、近接センサが故障したことが原因かもしれない。コントローラ４０５又は制御ユニット３０９はさらに、外科用器具の操作を止めることによって器具を検出するアーム受信機及び近接センサの一方のみに応答してもよい。コントローラ４０５又は制御ユニット３０９は、外科医コマンドインターフェース３１２による外科用器具のロボット制御を解除することによってこれを行ってもよい。
【００６５】
ホールセンサが故障すると、磁場が存在しない場合に出力電圧を生成するか、又は磁場の存在下で出力電圧を生成しないかもしれない。不正確なセンシングを避けるために、２つのホールセンサを使用してもよい。２つのホールセンサが異なって読み取る場合、それはそれらの１つが故障していることを示している。しかし、本方法ではアーム受信機４０１が近くの器具をも検出することから、アーム受信機４０１でホールセンサの故障を検出できるように、たった１つのホールセンサだけを用いる必要がある。
【００６６】
図９ａ、図９ｂ、図９ｃ及び図９ｄはすべて、外科用器具の使用データを記録するための制御方法のフローチャートを示している。外科用器具は、一般に、多目的器具である。それらは、手術の間殺菌され、再利用される。しかし、それらは、使用に適さない寿命を有している。それゆえ、外科用器具の使用を示すデータが器具に保存されていることは有用である。通信リンクが、アーム３００と器具３０６との間に確立されている。
【００６７】
図９ａにおいて、器具送信機５０１は、データストア５０５から外科用器具の全作動時間を示すデータを取り出し、これをロボットアームに送信する。ステップ９０１において、アーム受信機４０１は、器具送信機５０１から全作動時間を示すデータを受信する。アーム受信機４０１は、このデータをコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、このデータをアーム受信機４０１から受信する。コントローラ４０５は、図６に関して説明したように、全作動時間を示すデータから全作動時間を取り出す。次に、コントローラ４０５は、ステップ９０２で、データストア４１３に全作動時間を格納する。
【００６８】
コントローラ４０５はまた、タイマ４１４を備えている。タイマ４１４は、プロセッサ４１１の制御下で動作する。プロセッサ４１１は、タイマ４１４がステップ９０３でタイミングを開始するように制御することによって、アーム受信機４０１から全作動時間を示すデータを受信することに応じる。次に、コントローラは、制御ループを作動させる。コントローラは、ステップ９０４において器具が取り外されるというコマンドを受信したかどうかを判定する。そのようなコマンドを受信していない場合、ステップ９０５でタイマ４１４に照会して、タイマが開始されてから時間Ｔが経過したかどうかを調べる。照会の結果、時間Ｔが経過していないと判定された場合、制御ループはステップ９０４に戻り、コントローラは、器具が取り外されているかどうかを判定する。器具が取り外されている場合、プロセッサ４１１は、ステップ９０６において、タイマが開始されてからの経過時間を取り出す。器具を取り外すか、又は時間Ｔが経過すると、プロセッサは、ステップ９０７で、データストア４１３から格納された全作動時間を取り出す。ステップ９０８において、プロセッサは、全作動時間を決定する。全作動時間は、格納された全作動時間＋経過時間である。プロセッサは、この全作動時間をデータストア４１３に書き込む。プロセッサ４１１はまた、ステップ９０９において、全作動時間を示すデータを送信するようにアーム送信機４０３を制御してもよい。このデータは、全作動時間が埋め込まれたコードであってもよい。例えば、コードは数字コードであってもよい。あるいは、全作動時間を示すデータは、全作動時間を含んでいてもよい。データは、送信前に暗号化されていてもよい。アーム送信機４０３は、全作動時間を示すデータを送信する。器具受信機は、全作動時間を示すデータを受信し、これをデータストア５０５に格納する。
【００６９】
コントローラ４０５は、外科用器具のための所定の最大作動時間を格納していてもよい。プロセッサ４１１は、ステップ９０２で全作動時間を取り出し、全作動時間を最大作動時間と比較してもよい。全作動時間が最大作動時間を超える場合、プロセッサ４１１は警報を生成してもよい。全作動時間が最大作動時間の時間Ｔ’内である場合、プロセッサは警報を生成してもよい。どちらの場合でも、警報は制御ユニット３０９に送られる。制御ユニット３０９は、外科医コマンドインターフェース３１２に警報を出してもよい。警報に加えて、コントローラ４０５又は制御ユニット３０９のいずれかが、外科用器具の操作を止めてもよい。
【００７０】
図９ｂにおいて、器具送信機５０１は、データストア５０５から外科用器具の残りの寿命を示すデータを取り出し、これをロボットアームに送信する。ステップ９１１において、アーム受信機４０１は、器具送信機５０１から残りの寿命を示すデータを受信する。アーム受信機４０１は、このデータをコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、このデータをアーム受信機４０１から受信する。コントローラ４０５は、図６に関して説明したように、残りの寿命を示すデータから全作動時間を取り出す。そして、コントローラ４０５は、ステップ９１２において、データストア４１３に全作動時間を格納する。
【００７１】
プロセッサ４１１は、タイマ４１４がステップ９１３でタイミングを開始するように制御することによって、アーム受信機４０１からの残りの寿命を示すデータを受信することに応じる。次に、コントローラは制御ループを作動させる。コントローラは、ステップ９１４において器具が取り外されるコマンドを受信したかどうかを判定する。そのようなコマンドを受信していない場合、ステップ９１５でタイマ４１４に照会して、タイマが開始されてから時間Ｔが経過したかどうかを調べる。照会の結果、時間Ｔが経過していないと判定された場合、制御ループはステップ９１４に戻り、そこでコントローラは器具が取り外されているかどうかを判定する。器具が取り外されている場合、プロセッサ４１１は、ステップ９１６において、タイマが開始されてからの経過時間を取り出す。器具が取り外されるか、又は時間Ｔが経過すると、プロセッサは、ステップ９１７で、データストア４１３から格納された残存寿命を取り出す。ステップ９１８で、プロセッサは、残りの寿命を決定する。残りの寿命は、格納された残りの寿命から経過時間を引いたものである。プロセッサは、この残りの寿命をデータストア４１３に書き込む。プロセッサ４１１はまた、ステップ９１９において、アーム送信機４０３を制御して、残りの寿命を示すデータを送信してもよい。このデータは、残りの寿命が埋め込まれているコードであってもよい。例えば、コードは数字コードであってもよい。あるいは、残りの寿命を示すデータは、残りの寿命を含んでいてもよい。データは、送信前に暗号化されていてもよい。アーム送信機は、残りの寿命を示すデータを送信する。器具受信機は、残りの寿命を示すデータを受信し、これをデータストア５０５に格納する。
【００７２】
プロセッサ４１１は、ステップ９１２で残りの寿命を取り出し、残りの寿命を０と比較してもよい。残りの寿命がゼロ以下である場合、プロセッサ４１１は警報を生成してもよい。残りの寿命が０である時間Ｔ’以内である場合、プロセッサは警報を生成してもよい。いずれの場合でも、警報は制御ユニット３０９に送られる。制御ユニット３０９は、外科医コマンドインターフェース３１２に警報を出してもよい。警報に加えて、コントローラ４０５又は制御ユニット３０９のいずれかが外科用器具の操作を止めてもよい。
【００７３】
コントローラは、アーム送信機に、器具の使用データを示すデータを定期的に送信させてもよい。例えば、コントローラは、アーム送信機に、このデータを３０秒毎、又は１分毎、又は５分毎に送信させてもよい。コントローラはさらに、データがいつでも器具に送信されるようにしてもよい。例えば、コントローラは、制御ユニット３０９からそのようなコマンドを受信することに応じて、使用データを示すデータを器具に送信させてもよい。
【００７４】
図９ｃにおいて、器具送信機５０１は、データストア５０５から外科用器具の使用回数を示すデータを取り出し、これをロボットアームに送信する。ステップ９２１において、アーム受信機４０１は、器具送信機５０１から使用回数を示すデータを受信する。アーム受信機４０１は、このデータをコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、このデータをアーム受信機４０１から受信する。コントローラ４０５は、図６に関して説明した使用回数を示すデータから使用回数を取り出す。
【００７５】
プロセッサは、取り出された使用回数＋１になる使用回数を生成する。次に、プロセッサは、送信機４０３を制御して、器具の使用回数を示すデータを送信する。このデータは、使用回数が埋め込まれたコードであってもよい。例えば、コードは数字コードであってもよい。あるいは、使用回数を示すデータは、使用回数を含んでいてもよい。データは、送信前に暗号化されていてもよい。アーム送信機４０３は、使用回数を示すデータを送信する。器具受信機は、使用回数を示すデータを受信し、これをデータストア５０５に格納する。プロセッサ４１１はさらに、データストア４１３に使用回数を格納してもよい。
【００７６】
コントローラ４０５は、外科用器具のための所定の最大使用回数を記憶していてもよい。プロセッサ４１１は、ステップ９２２で使用回数を取り出し、使用回数を最大使用回数と比較してもよい。使用回数が最大使用回数以上であれば、プロセッサ４１１は警報を生成してもよい。警報は制御ユニット３０９に送られる。制御ユニット３０９は、外科医コマンドインターフェース３１２に警報を出してもよい。警報に加えて、コントローラ４０５又は制御ユニット３０９のいずれかが外科用器具の操作を止めてもよい。
【００７７】
図９ｄの場合、器具送信機５０１は、データストア５０５から外科用器具の残りの使用回数を示すデータを取り出し、これをロボットアームに送信する。ステップ９３１において、アーム受信機４０１は、器具送信機５０１から残りの使用回数を示すデータを受信する。アーム受信機４０１は、このデータをコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、このデータをアーム受信機４０１から受信する。コントローラ４０５は、図６に関して説明したように残りの使用回数を示すデータから残りの使用回数を取り出す。
【００７８】
プロセッサは、取り出された残りの使用回数から１を引いた残りの使用回数を生成する。次いで、プロセッサは、送信機４０３を制御して、器具の残された使用回数を示すデータを送信する。このデータは、残りの使用回数が埋め込まれたコードであってもよい。例えば、コードは数字コードであってもよい。あるいは、残りの使用回数を示すデータは、残りの使用回数を含んでいてもよい。データは、送信前に暗号化されていてもよい。アーム送信機４０３は、残りの使用回数を示すデータを送信する。器具受信機は、残りの使用回数を示すデータを受信し、これをデータストア５０５に格納する。プロセッサ４１１はさらに、データストア４１３に残りの使用回数を格納してもよい。
【００７９】
プロセッサ４１１は、ステップ９３２で残りの使用回数を取り出し、残りの使用回数を０と比較してもよい。残りの使用回数が０と同じか又は０より小さい場合、プロセッサ４１１は警報を生成してもよい。警報は制御ユニット３０９に送られる。制御ユニット３０９は、外科医コマンドインターフェース３１２に警報を出してもよい。警報に加えて、コントローラ４０５又は制御ユニット３０９のいずれかが外科用器具の操作を止めてもよい。
【００８０】
図９ａ，９ｂ，９ｃ及び９ｄに関して説明した制御方法は、任意の組み合わせで一緒に使用してもよい。アーム受信機４０１は、全作動時間、残りの寿命、使用回数、及び残りの使用回数を任意に組み合わせたデータを受信してもよい。例えば、アーム受信機４０１は、列挙された使用データのパラメータの値の組み合わせが埋め込まれたコードを受信してもよい。次に、コントローラ４０５は、それらの使用データのパラメータの値に対して図９に記載されたのと対応する方法を実行してもよい。例えば、コントローラは、外科用器具が残り１時間と残り２回の寿命を有していると判断してもよい。コントローラは、決定された使用データのパラメータの値のうちのいずれか１つがスケジュールされた動作の終了前に満了する場合、警報を発してもよい。上記の例では、外科用器具にまだ２回の使用が残っていても、操作が１時間以上かかるようにスケジュールされていた場合、コントローラは警報を出す。
【００８１】
ロボットアームは、器具がロボットアームに取り付けられる前に、器具の使用データをチェックしてもよい。オペレータは、器具をアームに装着することなく、ロボットアームに対する短距離通信のプロトコルの範囲内に器具を持って来てもよい。例えば、ロボットアームのベースの方に配置され、オペレータが範囲内に器具を持ち込めるアーム受信機を有していてもよい。この時点で、器具は殺菌包装されていてもよい。器具は、使用データを示すデータをロボットアームに送信する。ロボットアームは、送信されたデータを受信する。プロセッサは、上述のように使用データを取り出し、分析する。使用データが、器具の寿命が満了したことを示すか、又は動作のために残された寿命が不十分であることを示す場合、プロセッサは警報を発する。警報は、アーム上の表示器の形態であってもよい。例えば、アーム上の光又はノイズであってもよい。警報に加えて、コントローラはまた、器具がロボットアームに取り付けられないようにしてもよい。例えば、コントローラは、ロボットアームのインターフェースが、器具と係合可能な形態に配置されることを防止してもよい。
【００８２】
使用データは、前の段落で説明したように、ロボットアーム以外のデバイスによってチェックされてもよい。例えば、短距離通信のプロトコルに従って動作する受信機は、器具格納ラック上に配置されていてもよいし、携帯用リーダであってもよい。受信機は、使用データを読み取るために器具と接触する必要がないことから、受信機を備えた非殺菌リーダを使って、殺菌した器具から使用データを読み取ってもよい。例えば、技術者は、作業中、このようなリーダを使用して、ロボットアーム上で現在使用されている器具の種類を（本明細書に記載の方法を使用して）読み取ってから、器具格納ラックに移動し、（本明細書に記載の方法を使用して）操作に使用するために同じ器具の種類の別の器具を配置してもよい。短距離通信のプロトコルに従って動作する送信機も組み込んだこのようなリーダは、器具の製造プロセス中に用いられてもよい。一旦器具が製造されて殺菌包装に包装されれば、短距離通信のプロトコルに従って、器具の識別情報がリーダの送信機から無線で器具に書き込まれてもよい。
【００８３】
図１０は、さらなる制御方法のフローチャートを示す。最初に、アーム３００と器具３０６との間に通信リンクが確立される。ステップ１００１において、近接センサ４０４は、器具がロボットアームから取り外されたことを検出し、それに応じてコントローラ４０５に信号を出力する。プロセッサ４１１は、近接センサ４０４から、器具がロボットアームから取り外されたことを示す信号を受信する。プロセッサは、ステップ１００２において、データストア４１３から外科用器具の使用データを取り出すことによって応じる。プロセッサは、取り出された使用データを示すデータを生成する。プロセッサは、このデータを暗号化してもよい。プロセッサは、データをアーム送信機４０３に出力し、アーム送信機４０３を制御してデータを器具に送信する。アーム送信機４０３は、短距離無線通信リンクを介してステップ１００３で器具にデータを送信する。器具受信機５０３は、データを受信し、データストア５０５に書き込む。
【００８４】
ステップ１００１で器具が取り外されたことを検出した後、コントローラ４０５は、ロボットアームから取り外されることを指示するコマンドを受信したかどうかを判定してもよい。このコマンドが受信されている場合、コントローラは、コマンドに応答して器具の使用データを示すデータを送信するように、アーム送信機をすでに制御しているかどうかを判定してもよい。すでに使用データを示すデータを送信している場合には、コントローラは、図１０のステップ１００２及び１００３を実行しなくてもよい。
【００８５】
本方法は、警報なしに器具がロボットアームから取り外される場合でも、使用データを示すデータが器具に書き込まれることを保証する。アームトランシーバ４０２及び器具トランシーバ５０２は無線で通信するので、使用データを示すデータを器具に送信するためにロボットアームが器具に接触している必要はない。それゆえ、使用データを示すデータが、ロボットアームに知らされずに取り除かれることで器具に書き込まれることを不正に妨げる試みは、ロボットアームが使用データを示すデータを短距離無線通信リンクを用いて即座に器具に書き込むことにより失敗するであろう。
【００８６】
図１１は、ロボットアームのモードを変更するための制御方法を示す。ステップ１１０１において、ロボットアームは最初は準拠モードにある。準拠モードでは、ロボットアームは、ジョイントを力の方向に動かすためにモータを駆動することによって、いくつかの外力に応じる。それゆえ、例えば、ロボットアームは、肘ジョイントを押す方向に動かすことによって、ロボットアームの肘ジョイントを押す人に応じてもよい。非準拠モードでは、ロボットアームは、ロボットアームを動かすことで外力に応じない。
【００８７】
ステップ１１０２において、アーム受信機４０１は、前述したやり方で近くの器具を検出する。アーム受信機４０１は、この検出をコントローラ４０５に出力する。コントローラ４０５は、ステップ１１０３において、器具がロボットアームにドッキングされているかどうかを判定することで応じる。コントローラ４０５は、器具がデータストア４１３にドッキングされているかどうかのしるしを格納していてもよい。あるいは、コントローラは、制御ユニット３０９に照会して、器具がドッキングされているかどうかを判定してもよい。データストア４１３又は制御ユニット３０９のいずれかから、コントローラ４０５は、器具がロボットアームにドッキングされているかどうかのしるしを受信する。器具がロボットアーム内にドッキングされていない場合、コントローラ４０５は、ステップ１１０４において、ロボットアームの動作モードを非準拠モードに変更する。その後、ステップ１１０３に戻る。器具がドッキングされているとコントローラが一旦判定すれば、ステップ１１０５において、ロボットアームの動作モードを準拠モードに戻す。
【００８８】
本方法では、器具がロボットアームに接続されている間、ロボットアームを非準拠モードに変更する。それゆえ、ロボットアームは、ロボットアームに取り付けられている器具と同じ程度の剛性を有し、このことは人が正確に器具をドッキングするのをより容易にしている。
【００８９】
器具がロボットアームにドッキングされている間、アーム受信機４０１は別の器具を検出してもよい。器具がすでにアームにドッキングされていることから、コントローラは、ステップ１１０３で器具がすでにドッキングされていると判断し、それゆえロボットアームを準拠モードのままにする。従って、追加の器具を感知しても、コントローラはロボットアームを非準拠モードに変更しない。
【００９０】
２つの異なるロボットアームがステップ１１０２で同じ器具を検出してもよい。この場合、制御ユニット３０９は、どのロボットアームに器具がドッキングされているかを判定し、ステップ１１０４において、そのロボットアームのみを非準拠モードにする。制御ユニット３０９は、どのロボットアームが通信リンクを介して最も強い信号を受信しているかを判定し、そのロボットアームを非準拠モードとするように選ぶことによって、これを行ってもよい。
【００９１】
図６から図１１はすべて制御方法のフローチャートを示している。これらのステップは、示されたものとは異なる順序で実行されてもよいことは理解されるであろう。いくつかのステップは省略されてもよい。
【００９２】
図６〜１１の制御方法は、コントローラ４０５によって実施されるものとして記述されている。あるいは、制御ユニット３０９、又は制御ユニット３０９とコントローラ４０５との組み合わせが、これらの制御方法を実行してもよい。
【００９３】
図３に関して説明したように、好ましくは、ロボットアームは駆動アセンブリで終端していることが望ましい。駆動アセンブリインターフェースは、可動器具インターフェースエレメントを駆動する可動駆動アセンブリインターフェースエレメントを介して器具インターフェースと係合している。図１２は、ロボットアーム３００が器具３０６と係合する代表的な機構を示している。図１２において、器具３０６は、ロボットアーム３００と係合している。ロボットアーム３００は、駆動アセンブリインターフェース１２０２で終端している。器具３０６は、器具インターフェース１２０１で終端している。器具インターフェースエレメント１２０３，１２０４及び１２０５は、器具インターフェース１２０１内で移動可能である。器具インターフェースエレメントは、器具のシャフト内の駆動エレメントに接続されている。これらの駆動エレメントは、器具の遠位端でジョイントでつながれている。駆動アセンブリインターフェースエレメント１２０６，１２０７及び１２０８は、駆動アセンブリインターフェース１２０２内で移動可能である。駆動アセンブリインターフェースエレメント１２０６，１２０７及び１２０８は、ロボットアーム３００のアクチュエータによって駆動されている。各駆動アセンブリインターフェースエレメントは、それぞれの器具インターフェースエレメントと係合している。駆動アセンブリインターフェースエレメント１２０８は、器具インターフェースエレメント１２０５と係合している。駆動アセンブリインターフェースエレメント１２０６は、器具インターフェースエレメント１２０４と係合している。駆動アセンブリインターフェースエレメント１２０７は、器具インターフェースエレメント１２０３と係合している。
【００９４】
代表的な実施形態では、近接センサ４０４は、駆動アセンブリインターフェースに隣接して配置される。検出可能なタグ５０４は、外科用器具インターフェースに隣接して配置される。近接センサ４０４と検出可能タグ５０４との相対位置は、外科用器具がアーム上にドッキングされた際に、検出可能タグ５０４が近接センサ４０４に近接するように選択される。それゆえ、近接センサは、器具がアーム上にドッキングされた際に検出可能なタグを検出する。近接センサ及び検出可能タグの位置は、器具がアーム上に適切にドッキングされていない場合、近接センサが検出可能タグを検出しないように選択されていてもよい。
【００９５】
出願人はこれによって、ここに記載の分離した各個別の特徴および２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを開示しており、そのような特徴または特徴の組み合わせが当業者の共通の一般的な知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な程度に開示されている。なお、そのような特徴または特徴の組合せが本明細書に開示される任意の問題を解決するかどうかは関係がなく、またかかる具体的記載が特許請求の範囲を限定するものでもない。出願人は、本発明の態様は、このような個々の特徴または特徴の組み合わせから成ってもよいことを示している。以上の説明に鑑みて、種々の改変が本発明の範囲内でなされ得ることは当業者にとって明らかであろう。
【図１】
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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９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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