(57)【要約】  医療デバイスにおける運動偏差の急速な停止及び回復のためのシステム及び方法が、１つ又はそれよりも多くの第１の再配置可能な要素を有する第１の再配置可能なアームと、１つ又はそれよりも多くの第２の再配置可能な要素を有する第２の再配置可能なアームと、第１及び第２の再配置可能なアームに通信可能に連結される制御ユニットとを有する、コンピュータ支援医療デバイスを含む。制御ユニットは、所望の動きに基づいて第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの動きを制御し、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの実際の動きをモニタリングし、実際の動きが所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定し、実際の動きが書も運お動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているときに、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの又は第２の再配置可能なアーム及び第２のエンドエフェクタの動きを停止させる、ように構成される。
2019508075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の再配置可能なアームと、
第２の再配置可能なアームと、
前記第１の再配置可能なアーム及び前記第２の再配置可能なアームに通信可能に連結される制御ユニットとを含み、
前記第１の再配置可能なアームは、第１のエンドエフェクタが前記第１の再配置可能なアームに取り付けられるときに、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタを位置付けるための、１つ又はそれよりも多くの第１の再配置可能な要素を有し、
前記第２の再配置可能なアームは、第２のエンドエフェクタが前記第２の再配置可能なアームに取り付けられるときに、前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタを位置付けるための、１つ又はそれよりも多くの第２の再配置可能な要素を有し、
前記制御ユニットは、
前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの実際の動きをモニタリングし、
前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの前記実際の動きが、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの所望の動きから、所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定し、
前記実際の動きが前記所望の動きから前記所定の閾値よりも多く逸脱していることに応答して、前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタの動きを停止させる、
ように構成される、
コンピュータ支援医療デバイス。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタの動きを停止させた後に、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタを動かすように更に構成される、請求項１に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項３】
前記制御ユニットは、
前記実際の動きが前記所望の動きから前記所定の閾値よりも多く逸脱していることに応答して、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの動きを停止させる、
ように更に構成される、
請求項１又は２に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項４】
前記制御ユニットは、
前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタが作動させられているモードに従って前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタの動きを停止させることによって、
前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタの動きを停止させるように構成される、
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項５】
前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの前記実際の動きをモニタリングするために、前記制御ユニットは、前記第１のエンドエフェクタと関連付けられる関心の地点の位置を決定する、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項６】
前記実際の動きが前記所望の動きから前記所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定するために、
前記制御ユニットは、
前記第１の再配置可能なアーム又は前記第１のエンドエフェクタと関連付けられる複数の運動学的な値における複合偏差を決定し、或いは、
前記第１の再配置可能なアーム又は前記第１のエンドエフェクタと関連付けられる複数の動力学的な値における複合偏差を決定し、或いは、
前記１つ又はそれよりも多くの第１の再配置可能な要素と関連付けられるいずれかの運動学的又は動力学的な値がそれぞれの閾値よりも上であるか否かを決定し、或いは、
複数の値の間の差の重み付けられた組み合わせを決定し、前記複数の値は、前記第１のエンドエフェクタと関連付けられる前記複数の運動学的な値及び前記第１のエンドエフェクタと関連付けられる前記複数の動力学的な値から成る群から選択される、
請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項７】
前記閾値は、動作モードに基づき、或いは、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタについての動きの種類に基づく、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項８】
前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの前記所望の動きは、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの動きがないことである、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項９】
前記制御ユニットは、前記動きの停止を引き起こす状態を除去するように更に構成される、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項１０】
前記制御ユニットは、
前記動きが停止させられたことを示す音声的又は視覚的な警報を提供し、或いは、
前記動きの停止を引き起こす状態をどのように除去するかについての音声的又は視覚的な警報を提供する、
ように更に構成される、
請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載のコンピュータ支援医療デバイス。
【請求項１１】
制御ユニットを有するコンピュータ支援医療デバイスの作動方法であって、
前記コンピュータ支援医療デバイスの前記制御ユニットによって、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの動きを制御するステップであって、前記第１の再配置可能なアームは、前記第１の再配置可能なアームを位置付けるための１つ又はそれよりも多くの第１の再配置可能な要素を含み、前記第１のエンドエフェクタは、前記第１の再配置可能なアームに取り付けられる、ステップと、
前記制御ユニットによって、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの実際の動きをモニタリングするステップと、
前記制御ユニットによって、前記実際の動きが前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定するステップと、
前記制御ユニットによって、前記実際の動きが前記所望の動きから前記所定の閾値よりも多く逸脱しているときに、第２の再配置可能なアーム及び第２のエンドエフェクタの動きを停止させるステップであって、前記第２の再配置可能なアームは、前記第２の再配置可能なアームを位置付けるための１つ又はそれよりも多くの第２の再配置可能な要素を含み、前記第２のエンドエフェクタは、前記第２の再配置可能なアームに取り付けられる、ステップとを含む、
作動方法。
【請求項１２】
前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタの前記動きを停止させた後に、前記第１の再配置可能なアーム及び前記第１のエンドエフェクタの動きを継続するステップを更に含む、請求項１１に記載の作動方法。
【請求項１３】
前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタの動きを停止させるステップは、前記第２の再配置可能なアーム及び前記第２のエンドエフェクタが作動させられているモードに更に依存する、請求項１１又は１２に記載の作動方法。
【請求項１４】
前記実際の動きが前記所望の動きから前記所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定するステップは、
前記第１の再配置可能なアーム又は前記第１のエンドエフェクタと関連付けられる複数の運動学的又は動力学的な値における複合偏差を決定するステップ、又は
前記１つ又はそれよりも多くの第１の再配置可能な要素と関連付けられるいずれかの運動学的又は動力学的な値がそれぞれの閾値よりも上にあるか否かを決定するステップを含む、
請求項１１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の作動方法。
【請求項１５】
コンピュータ支援医療デバイスと関連付けられる１つ又はそれよりも多くのプロセッサによって実行されるときに、該１つ又はそれよりも多くのプロセッサに請求項１１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の作動方法を実行させるように構成される、複数の機械可読指令を含む、非一時的な機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
この特許出願は、２０１６年１月２０日に出願された「SYSTEM  AND  METHOD  FOR  RAPID  HALT  AND  RECOVERY  OF  MOTION  DEVIATIONS  IN  MEDICAL  DEVICE  REPOSITIONABLE  ARMS」という名称の米国仮特許出願第６２／２８１，１４２の出願日の優先権及び利益を主張し、その全文を参照として本明細書中に援用する。
【０００２】
本開示は、一般的には、再配置可能なアームを備える医療デバイスの動作に関し、より具体的には、閾値を超える運動偏差(motion  deviations)が検出されるときの再配置可能なアームの急速な停止及び回復に関する。
【背景技術】
【０００３】
ますます多くのデバイスが自律型及び半自律型のデバイスに取って代わられている。これは、手術室、介入室、集中治療室、緊急治療室、及び／又は同等のものに見出される、自律型及び半自律型の医療デバイスの大規模なアレイを備える今日の病院に特に当て嵌まる。例えば、ガラス及び水銀温度計は電子体温計に取って代わられており、静脈内点滴ラインは今や電子モニタ及び流量調整器を含み、従来的な手持ち式の手術器具はコンピュータ支援医療デバイスに取って代わられている。
【０００４】
これらのコンピュータ支援医療デバイスは、それらを操作する従事者に利点及び挑戦の両方をもたらす。これらのコンピュータ支援医療装置の多くの利点の１つは、異なる手術及び処置をサポートするために使用される動作モードにおける柔軟性である。例えば、１以上（１つ又はそれよりも多く）の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを備えるコンピュータ支援医療デバイスは、しばしば、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの位置及び／又は向き（即ち、姿勢）を制御するために幾つかのモードをサポートする。１つの可能なモードにおいて、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタのうちの１以上は、再配置可能なアームの動作及び／又はエンドエフェクタの動き及び／又は作動を制御するために、操作者ワークステーション及び／又は再配置可能なアームにある１以上の入力制御装置を使用する遠隔操作を介して、作動させられる。他の可能なモードにおいて、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタのうちの１以上は、動作計画を実行するために、コンピュータ支援医療デバイスによって自律的に又は半自律的に作動させられる。幾つかの例において、動作計画は、任意的に、動きが起こらないよう、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの姿勢を保持することを含むことがある。これらの手術モードをサポートするコンピュータ支援医療デバイスの例は、Sunnyvale,  CaliforniaのIntuitive  Surgical,  Inc.によって商品化されているda  Vinci（登録商標）Surgical  Systemを含む。
【０００５】
コンピュータ支援医療装置の動作中、コンピュータ支援医療装置が再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタによって実行されている実際の動きをモニタリングして、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタのうちのいずれかが再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの予想される動きから合理的な閾値を超えて逸脱しているか否かを決定することが重要である。このモニタリングは、しばしば、患者の内部解剖学的構造に挿入されるエンドエフェクタのいずれの部分にとっても特に重要である。何故ならば、エンドエフェクタの動きの小さな偏差さえも、内部器官のような組織に損傷を与え得るからである。
【０００６】
幾つかの実施形態において、動きのモニタリングにおけるモニタリングの量及び／又は感度は、それぞれの再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの異なる制御モードの間で任意的に異なることがある。例えば、モーション偏差を観察し、入力制御装置を使用してそれらを矯正することができる医療従事者は、時折、操作者ワークステーションにある入力制御装置を使用する医療従事者によって及び／又は再配置可能なアームの入力制御装置を使用する医療従事者によって遠隔操作される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタをモニタリングすることができる。しかしながら、医療従事者によって遠隔操作される再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタの部分又は全部は、医療従事者によって十分にモニタリングされ得ないことがある。医療従事者は、手術中に再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの部分を観察していないことがあり、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタなどの動きを予測する十分な知識又は経験を欠いていること等がある。更に、自律的及び／又は半自律的に制御される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタは、所定の場所に保持される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを含めて、医療従事者によって観察されないか或いは医療従事者によって綿密に観察されないことが多いので、運動偏差が医療従事者によって検出され且つ／或いは補償される可能性は低い。結果的に、コンピュータ支援医療デバイスが自律的及び／又は半自律的に制御される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタにおける運動偏差を積極的にモニタリングすることは重要である。
【０００７】
再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタにおける運動偏差は、多くの可能性のある発生源から生じ得る。幾つかの例において、運動偏差は、２以上（２つ又はそれよりも多く）の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの間の衝突に起因して生じ得る。幾つかの例において、運動偏差は、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタとコンピュータ支援医療デバイスの外部にある他の物体又は構造との間の衝突に起因して生じ得る。これらの他の物体又は構造は、他の医療デバイス、手術台、医療従事者、患者の解剖学的構造、及び／又は同等物を含むことがある。幾つかの例において、運動偏差は、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの運動限界の範囲に起因して生じ得る。
【０００８】
運動偏差に対処する一般的な戦略は、例えば、システム全体に及ぶエラー状態を引き起こすことによって、コンピュータ支援医療装置を完全緊急停止モードに置くことである。完全緊急停止モードでは、全ての再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動作が停止され、医療従事者がしばしば長時間の回復手順を実行するまで更なる動作は再び許容されない。このアプローチは安全性を最大化する傾向があるが、それはしばしば望ましいよりも破壊的であることが多い。何故ならば、例えば、医療従事者は、しばしば、遠隔操作される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの運動偏差を補償することができ且つ／或いは完全停止モードが開始されるべきときを決定することができるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、自律的及び／又は半自律的に制御される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタにおける運動偏差に対するより正確な応答を提供するシステム及び方法を有することが有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
有利には、本発明の実施形態に従ったシステム及び方法は、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタにおける所望の閾値を超える（より上の）運動偏差(motion  deviation)が検出されるときに、急速な及び／又は調整された(measured)応答を可能にする。１つの態様では、所望の閾値を超える運動偏差が検出されるときに、所定の位置に保持されている各再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを含む、遠隔操作される、自律的に制御される、或いは半自律的に制御される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの各々の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動きは、停止され、１人以上（１人又はそれよりも多く）の医療従事者に停止が通知される。停止を引き起こす状態が１人以上の医療従事者によってひとたび除去されると、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの各々の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの遠隔操作される、自律的な、及び／又は半自律的な制御は、再開することが許容される。幾つかの態様において、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタを停止させるために使用される方法は、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタの再配置を許容するために使用されるそれぞれのアクチュエータの種類に基づいて異なる。例えば、ブレーキは、作動させられていない再配置可能な要素に適用され、ブレーキを備える作動させられる再配置可能な要素は、適用されるブレーキを有し、作動させられる再配置可能な要素のための制御アルゴリズムについての設定地点及び／又はフィードバック利得が変更される。幾つかの例では、位置、速度、トルク、及び／又は同等のものについての設定地点及び／又はフィードバック利得は、所望の停止挙動に依存して任意的に変更されてよい。幾つかの例では、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタにおける積極的な重力及び／又は慣性補償を維持するために、フィードフォワードトルクが任意的に適用されてよい。幾つかの態様において、コンピュータ支援医療デバイスは、任意的に、停止を引き起こす状態をどのように除去するかについて１人以上の医療従事者に指令を提供してよい。
【００１１】
幾つかの態様において、停止及び回復プロセスの使用は、任意的に、コンピュータ支援医療デバイス、再配置可能なアーム、及び／又はエンドエフェクタの特定の動作モードに限定されてよい。幾つかの例において、停止及び回復プロセスは、エンドエフェクタに近接する再配置可能なアームにおける冗長自由度が再配置可能なアームの部分を再配置するために操作されているとしても、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタが、エンドエフェクタの姿勢が変化することが予期されない、零空間モードにおいて作動させられているときに、任意的に使用される。幾つかの例において、停止及び回復プロセスは、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタが、エンドエフェクタが患者から取り外される及び／又はエンドエフェクタを患者に挿入するカニューレから切り離される、器具取外しモードにおいて作動させられているときに、使用されてよい。
【００１２】
幾つかの実施形態と一致して、コンピュータ支援医療デバイスが、第１の再配置可能アームを位置決めするための１以上の第１の再配置可能な要素を有する第１の再配置可能なアーム（及び第１のエンドエフェクタが第１の再配置可能なアームに取り付けられるときの第１のエンドエフェクタ）と、第２の再配置可能なアームを位置決めするための１以上の第２の再配置可能な要素を有する第２の再配置可能なアーム（及び第２のエンドエフェクタが第２の再配置可能なアームに取り付けられるときの第２のエンドエフェクタ）と、第１の再配置可能なアームと第２の再配置可能なアームとに通信可能に連結される制御ユニットとを含む。制御ユニットは、第１の再配置可能アーム及び第１のエンドエフェクタの動きを制御し、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの実際の動きをモニタリング（監視）し、実際の動きが第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの所望の動きから閾値よりも多く逸脱している否かを決定し、実際の動きが所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱するときに、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの動き並びに第２の再配置可能なアーム及び第２のエンドエフェクタの動きを停止させる、ように構成される。
【００１３】
幾つかの実施形態と一致して、コンピュータ支援医療デバイスを作動させる方法が、コンピュータ支援医療デバイスの制御ユニットによって、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの動きを制御することを含む。第１の再配置可能なアームは、第１の再配置可能なアームを位置決めするための１以上の第１の再配置可能な要素を含み、第１のエンドエフェクタは、第１の再配置可能なアームに取り付けられる。方法は、制御ユニットによって、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの実際の動きをモニタリングすること、制御ユニットによって、実際の動きが、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定すること、及び、実際の動きが所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているときに、制御ユニットによって、第２の再配置可能なアーム及び第２のエンドエフェクタの動きを停止させることを更に含む。第２の再配置可能なアームは、第２の再配置可能なアームを位置決めするための１以上の第２の再配置可能な要素を含み、第２のエンドエフェクタは、第２の再配置可能なアームに取り付けられる。
【００１４】
幾つかの実施形態と一致して、非一時的な機械可読媒体が、コンピュータ支援医療デバイスと関連付けられる１以上のプロセッサによって実行されるときに、１以上のプロセッサに方法を実行させるように構成される、複数の機械可読指令を含む。方法は、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの動きを制御することを含む。第１の再配置可能なアームは、第１の再配置可能なアームを位置決めするための１以上の第１の再配置可能な要素を含み、第１のエンドエフェクタは、第１の再配置可能なアームに取り付けられる。方法は、第１の再配置可能なアーム及び第１のエンドエフェクタの実際の動きをモニタリングすること、実際の動きが所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定すること、及び、実際の動きが所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているときに、第２の再配置可能なアーム及び第２のエンドエフェクタの動きを停止させることを更に含む。第２の再配置可能なアームは、第２の再配置可能なアームを位置決めするための１以上の第２の再配置可能な要素を含み、第２のエンドエフェクタは、第２の再配置可能なアームに取り付けられる。
【００１５】
幾つかの実施形態と一致して、コンピュータ支援医療デバイスは、再配置可能なアームと、入力デバイスと、制御ユニットとを含む。再配置可能なアームは、再配置可能なアーム及びエンドエフェクタを位置決めするための１以上の再配置可能な要素を有する。制御ユニットは、再配置可能なアーム及び入力デバイスに連結され、入力デバイスからの命令（コマンド）を受信するように構成され、命令は、再配置可能なアーム及びエンドエフェクタの所望の動きを示す。制御ユニットは、再配置可能なアーム及びエンドエフェクタの実際の動きをモニタリングし、実際の動きが再配置可能なアーム及びエンドエフェクタの所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱しているか否かを決定し、実際の動きが所望の動きから所定の閾値よりも多く逸脱していることに応答して、再配置可能なアーム及びエンドエフェクタの動きを停止させる、ように更に構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援システムの簡略図である。
【００１７】
【図２】幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援医療システムを示す簡略図である。
【００１８】
【図３】幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援医療デバイスのための急速停止及び回復の方法の簡略図である。
【００１９】
【図４】幾つかの実施形態に従った再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを停止する方法の簡略図である。
【００２０】
【図５】幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援医療システムを示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面において、同じ参照番号を有する要素は、同じ又は類似の機能を有する。
【００２２】
以下の記述では、本開示と一致する幾つかの実施形態を記載する特定の詳細を示す。しかしながら、幾つかの実施形態はこれらの特定の詳細の一部又は全部なしに実施されてよいことが当業者に明らかであろう。本明細書に開示する特定の実施形態は、例示的であることを意図し、限定的であることを意図しない。当業者は、本明細書に具体的に記載されていないが本開示の範囲及び精神の範囲内にある他の要素を実現することがある。加えて、不要な繰返しを避けるために、１つの実施形態に関連して示され且つ記載される１以上（１つ又はそれよりも多く）の構成は、特に他のことが記載されていない限り或いは１以上の構成によって実施形態が機能しなくならない限り、他の実施形態に組み込まれてよい。「含む」(“including”)という用語は、非限定的に含むことを意味し、含められる１以上の個々の品目の各々は、他のことが記載されていない限り、任意であると考えられるべきである。同様に、「〜ことがある／〜してよい」(“may”)という用語は、品目が任意的であることを示す。
【００２３】
図１は、幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援システム１００の簡略図である。図１に示すように、コンピュータ支援システム１００は、１以上の再配置可能（位置変更可能）なアーム１２０を備えるコンピュータ支援デバイス１１０（「患者側サポートシステム１１０」とも言う）を含む。幾つかの例において、１以上の再配置可能なアーム１２０の各々は、任意的に、１以上のリンクと、１以上のジョイント（関節）とを含み、１以上のジョイントは、１以上のリンクの関節作動(articulation)を可能にする。幾つかの例において、１以上の再配置可能なアーム１２０の各々は、任意的に、操縦可能なチューブのような、１以上のフレキシブル部材を含んでよい。１以上の再配置可能なアーム１２０の各々は、再配置可能なアーム１２０のそれぞれの再配置可能なアームの遠位端に任意的に取り付けられてよい１以上のエンドエフェクタ１２５を支持する。幾つかの例において、デバイス１１０は、遠隔操作される手術デバイスのような、コンピュータ支援医療デバイスと一致してよい。１以上のエンドエフェクタ１２５は、手術器具、撮像デバイス、及び／又は同等物を含む。幾つかの例において、手術器具は、クランプ、グリッパ、開創器、焼灼ツール、吸引ツール、縫合デバイス、及び／又は同等物を含む。幾つかの例において、撮像デバイスは、立体視及び平面視撮像デバイス、可視範囲及び赤外線範囲の撮像デバイス、操縦可能な内視鏡撮像デバイス、及び／又は同等物を含む。幾つかの例において、再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５の各々は、遠隔運動中心に近接する対応する再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５のリンク及び／又はジョイントが遠隔運動中心に対するエンドエフェクタ１２５の位置又は向きを変えるとしても、空間内で静止位置を維持する遠隔運動中心を備えて任意的に構成されてよい。幾つかの例において、遠隔運動中心は、任意的に、対応する再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５が患者の体壁を通じて挿入される地点に対応してよい。
【００２４】
コンピュータ支援デバイス１１０は、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１４０を介して制御ユニット１３０に連結される。Ｉ／Ｏインターフェース１４０は、任意的に、１以上のケーブル、コネクタ、ポート、及び／又はバスを含んでよく、Ｉ／Ｏインターフェース１４０は、任意的に、１以上のネットワーク切換えデバイス(network  switching  device)及び／又は経路制御デバイス(routing  device)を備える１以上のネットワークを更に含んでよい。幾つかの例において、Ｉ／Ｏインターフェース１４０は、任意的に、無線インターフェースを含んでよい。制御ユニット１３０は、メモリ１６０及びＩ／Ｏインターフェース１４０に連結される、プロセッサ１５０を含む。制御ユニット１３０の動作は、プロセッサ１５０によって制御される。制御ユニット１３０は１つのプロセッサ１５０のみで示されているが、プロセッサ１５０は、制御ユニット１３０内の１以上の中央処理装置、マルチコアプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又は同等物の代表であることが理解されるであろう。制御ユニット１３０は、任意的に、コンピューティングデバイスに追加されるボード及び／又はスタンドアローン（独立型）サブシステムとして或いは仮想マシンとして実装されてよい。幾つかの実施形態において、制御ユニットは、任意的に、操作者ワークステーション（図示せず）の部分として含められてよく、且つ／或いは、操作者ワークステーションとは別個であるが、操作者ワークステーションと協働して操作されてよい。幾つかの実施形態において、コンピュータ支援デバイス１１０及び制御ユニット１３０は、任意的に、Sunnyvale,  CaliforniaのIntuitive  Surgical,  Inc.によって商品化されているda  Vinci（登録商標）Surgical  Systemの部分に対応してよい。
【００２５】
メモリ１６０は、制御ユニット１３０によって実行されるソフトウェア及び／又は制御ユニット１３０の動作中に使用される１以上のデータ構造を格納するために使用される。メモリ１６０は、１以上の種類の機械可読媒体を含む。機械可読媒体の幾つかの一般的な形態は、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを備える任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、及び／又はプロセッサまたはコンピュータが読み出すように構成される任意の他の媒体を含んでよい。
【００２６】
図示のように、メモリ１６０は、コンピュータ支援デバイス１１０の自律的な、半自律的な、及び／又は遠隔操作された制御をサポートする、動作制御アプリケーション１７０(motion  control  application)を含む。動作制御アプリケーション１７０は、それぞれの再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５のために現在使用している自律的な、半自律的な、及び／又は遠隔操作された動作制御戦略に基づいて、再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５を所望の姿勢に駆動するよう、再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５を作動させる、１以上の制御モジュールを含む。動作制御アプリケーション１７０は、Ｉ／Ｏインターフェース１４０を介してコンピュータ支援デバイス１１０から位置、動作、及び／又は他のセンサ情報を受信し、位置、動作、及び／又は衝突回避情報を、手術台及び／又は撮像デバイスのような、他のデバイスに関する他の制御ユニットと交換し、且つ／或いは、コンピュータ支援デバイス１１０、再配置可能なアーム１２０、及び／又はコンピュータ支援デバイス１１０のエンドエフェクタ１２５に関する動きを計画し且つ／或いは計画するのを支援する、１以上のアプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）を任意的に含む。幾つかの実施形態では、撮像デバイスのような、１以上の追跡センサを使用して、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタ１２５に取り付けられる１以上の位置合せマーカ、基準マーカ、及び／又は同等物を代替的に追跡し、センサ入力を補足及び／又は置換して再配置可能なアーム１２０及び／又はエンドエフェクタ１２５のポストを決定してよい。任意的に、その全文を本明細書に参照として援用する「Fiber  Optic  Shape  Sensor」という名称の米国特許第７，７２０，３２２号に開示される光ファイバ形状センサのような、ファイバブラッググレーティング技術を使用する、光ファイバ形状センサのような、他の位置及び形状検知コンポーネントを追加的に及び／又は代替的に使用する。
【００２７】
動作制御アプリケーション１７０は、ソフトウェアアプリケーションとして示されているが、動作制御アプリケーション１７０は、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを使用して実装されてよい。
【００２８】
幾つかの実施形態において、コンピュータ支援システム１００は、手術室及び／又は介入室(interventional  suite)内で見出されることがある。コンピュータ支援システム１００は、２つの再配置可能なアーム１２０を備える１つのコンピュータ支援装置１１０のみを含むが、当業者は、コンピュータ支援システム１００が、任意の数の他のデバイスを含んでよいことを理解するであろう。他のデバイスの例は、コンピュータ支援デバイス１１０と類似の及び／又は異なる設計の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを備える追加的なコンピュータ支援デバイスを含む。幾つかの例において、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを備えるコンピュータ支援デバイスの各々は、より少ない又はより多い再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを含んでよい。
【００２９】
図２は、幾つかの実施形態に従ったコンピュータ支援医療システム２００を示す簡略図である。例えば、コンピュータ支援医療システム２００は、コンピュータ支援システム１００と一致してよい。図２に示すように、コンピュータ支援医療システム２００は、１以上の再配置可能なアームを備えるコンピュータ支援医療デバイス２１０を含む。コンピュータ支援医療システム２００は、手術台２８０と協働するように構成される。図２に示していないが、コンピュータ支援医療デバイス２１０に関する運動学的情報が、コンピュータ支援デバイス２１０の再配置可能なアームの動きを遂行するために用いられる、動作制御アプリケーション１７０のような、動作制御アプリケーションに知られるよう、コンピュータ支援医療デバイス２１０及び／又は手術台２８０は、Ｉ／Ｏインターフェース１４０のような、１以上のインターフェースと、制御ユニット１３０のような、１以上の制御ユニットとを使用して、互いに連結されてよい。幾つかの実施形態において、手術台２８０は、コンピュータ支援医療システム２００の部分である。他の実施形態において、手術台２８０は、コンピュータ支援医療システム２００の部分でない。
【００３０】
コンピュータ支援医療デバイス２１０は、様々なリンク及びジョイントを含む。図２の実施形態において、コンピュータ支援デバイス２１０は、概ね、３つの異なるセットのリンク及びジョイントに分割されている。近位端から開始して、モビール又は移動カート２１５は、コンピュータ支援デバイス２１０の機械的地面(mechanical  ground)として作用する。移動カート２１５は、コンピュータ支援医療デバイス２１０によって実行される異なる処置をサポートするために、手術台２８０について任意的に再配置及び／又は再配向されてよい。移動カート２１５に連結されているのは、セットアップ構造２２０である。セットアップ構造の遠位端に連結されているのは、再配置可能なアームの関節作動される変化を形成する、一連のリンク及びセットアップジョイント２４０である。そして、セットアップジョイント２４０の遠位端に連結されているのは、多関節マニピュレータ２６０である。幾つかの例において、一連のセットアップジョイント２４０及びマニピュレータ２６０は、再配置可能なアーム１２０のうちの１つに対応してよい。そして、コンピュータ支援デバイスは、１つの一連のセットアップジョイント２４０の対応するマニピュレータ２６０のみを備えて示されているが、当業者は、コンピュータ支援医療デバイス２１０が多数の再配置可能なアームを備えるように、コンピュータ支援医療デバイス２１０が、１つよりも多くの一連のセットアップジョイント２４０及び多数の対応するマニピュレータ２６０を任意的に含んでよいことを理解するであろう。
【００３１】
図示のように、コンピュータ支援医療デバイス２１０は、移動カート２１５に取り付けられる。コンピュータ支援デバイス２１０を手術台１８０に近接してより良く位置付けるために、移動カート２１５は、コンピュータ支援医療デバイス２１０が、手術室間又は手術室内のように、場所から場所に輸送されるのを可能にする。セットアップ構造２２０は、移動カート２１５に取り付けられる。図２に示すように、セットアップ構造２２０は、コラムリンク２２１及び２２２を含む二部コラム(two  part  column)を含む。コラムリンク２２２の上方端又は遠位端に連結されているのは、ショルダジョイント２２３（肩関節）である。ショルダジョイント２２３に連結されているのは、ブームリンク２２４及び２２５を含む二部ブーム(two-part  boom)である。ブームリンク２２５の遠位端にあるのは、リストジョイント２２６（手首関節）であり、リストジョイント２２６に連結されているのは、アーム取付けプラットフォーム２２７である。
【００３２】
セットアップ構造２２０のリンク及びジョイントは、アーム取付けプラットフォーム２２７の位置及び向き（即ち、姿勢）を変更するための様々な自由度を含む。例えば、二部コラムは、ショルダジョイント２２３を軸２３２に沿って上下に動かすことによって、アーム取付けプラットフォーム２２７の高さを調節するために用いられる。アーム取付けプラットフォーム２２７は、ショルダジョイント２２３を用いて、移動カート２１５、二部コラム、及び軸２３２について追加的に回転させられる。アーム取付けプラットフォーム２２７の水平位置は、二部ブームを用いて軸２３４に沿って調節される。そして、アーム取付けプラットフォーム２２７の向きは、リストジョイント２２６を用いたアーム取付けプラットフォーム配向軸２３６についての回転によって調節されてもよい。よって、セットアップ構造２２０におけるリンク及びジョイントの動作限界の支配の下で、アーム取付けプラットフォーム２２７の位置は、二部コラムを用いて移動カート２１５の上で垂直に調節されてよい。アーム取付けプラットフォーム２２７の位置は、二部ブーム及びショルダジョイント２２３をそれぞれ用いて移動カート２１５について径方向に及び角度的に任意に調整されてよい。そして、アーム取付けプラットフォーム２２７の角度向きは、リストジョイント２２６を用いて任意に変更されてよい。
【００３３】
アーム取付けプラットフォーム２２７は、１以上の再配置可能なアームのための取付地点として使用される。移動カート２１５についてアーム取付けプラットフォーム２２７の高さ、水平位置、及び向きを調節する能力は、手術又は処置が行われる移動カート２１５の近くに位置する作業空間の周りに１以上の再配置可能なアームを位置付け且つ方向付けるフレキシブルなセットアップ構造を提供する。例えば、アーム取付けプラットフォーム２２７は、様々な再配置可能なアーム並びにそれらの対応するマニピュレータ及び器具が患者に対して外科処置を実行するのに十分な動作範囲を有するよう、患者の上に位置付けられてよい。図２は、第１のセットアップジョイント２４２を使用してアーム取付けプラットフォーム２２７に連結された単一の再配置可能なアームを示している。１つの再配置可能なアームのみを示しているが、当業者は、２つ、３つ、４つ、又は更により多くの再配置可能なアームが、追加的な第１のセットアップジョイントを使用して、アーム取付けプラットフォーム２２７に連結されてよいことを理解する。
【００３４】
第１のセットアップジョイント２４２は、再配置可能なアームのセットアップジョイント２４０のセクションの最も近位の部分を形成する。セットアップジョイント２４０は、更に、一連のジョイント及びリンクを含んでよい。図２に示すように、セットアップジョイント２４０は、（明示的に図示しない）１以上のジョイントを介して連結された少なくともリンク２４４及び２４６を含む。セットアップジョイント２４０のジョイント及びリンクは、第１のセットアップジョイント２４２を用いて軸２５２の周りでアーム取付けプラットフォーム２２７に対してセットアップジョイント２４０を回転させ、第１のセットアップジョイント２４２とリンク２４６との間の径方向又は水平方向距離を調節し、軸２５４に沿ってアーム取付けプラットフォーム２２７に対するリンク２４６の遠位端でのマニピュレータマウント２６２の高さを調整し、且つマニピュレータマウント２６２を軸２５４の周りで回転させる能力を含む。幾つかの例において、セットアップジョイント２４０は、任意的にアーム取付けプラットフォーム２２７に対するマニピュレータマウント２６２の姿勢を変更するための追加的なの自由度を許容する、追加的なジョイント、リンク、及び軸を更に含んでよい。
【００３５】
マニピュレータ２６０は、マニピュレータマウント２６２を介してセットアップジョイント２４０の遠位端に連結されている。マニピュレータ２６０は、マニピュレータ２６０の遠位端に取り付けられる器具キャリッジ２６８を備える追加的なジョイント２６４及びリンク２６６を含む。器具２７０が器具キャリッジ２６８に取り付けられている。器具２７０は、挿入軸に沿って整列させられる（位置合わせされる）シャフト２７２を含む。シャフト２７２は、典型的には、シャフト２７２がマニピュレータ２６０と関連付けられる遠隔運動中心２７４を通過するように、整列させられる。遠隔運動中心２７４の場所は、典型的には、マニピュレータ２６０内のジョイント２６４が遠隔運動中心２７４の周りのシャフト２７２の回転をもたらすよう、マニピュレータマウント２６２に対して固定された並進関係に維持される。実施形態に依存して、マニピュレータマウント２６２に対する遠隔運動中心２７４の固定された並進関係は、マニピュレータ２６２のジョイント２６４及びリンク２６６における物理的な制約を用いて、ジョイント２６４に許容された動作に対して置かれたソフトウェア制約を用いて、及び／又は両方の組み合わせを用いて、維持される。ジョイント及びリンクにおける物理的制約を用いて維持される遠隔運動中心を用いるコンピュータ支援手術デバイスの代表的な実施形態は、２０１３年５月１３日に出願された「Redundant  Axis  and  Degree  of  Freedom  for  Hardware-Constrained  Remote  Center  Robotic  Manipulator」という名称の米国特許出願第１３／９０６，８８８号に記載されており、ソフトウェア制約によって維持される遠隔運動中心を用いるコンピュータ支援手術デバイスの代表的な実施形態は、２００５年５月１９日に出願された「Software  Center  and  Highly  Configurable  Robotic  Systems  for  Surgery  and  Other  Uses」という名称の米国特許第８，００４，２２９号に記載されており、それらの全文を本明細書中に参照として援用する。幾つかの例において、遠隔運動中心２７４は、シャフト２７２を患者２７８に挿入する、患者２７８の、切開部位(incision  site)又は身体開口部(body  orifice)のような、身体開口(body  opening)の場所に対応してよい。遠隔運動中心２７４は身体開口に対応するので、器具２７０が用いられるときに、遠隔運動中心２７４は、遠隔運動中心２７４での患者２７８の解剖学的構造に対する応力を制限するよう、患者２７８に対して静止的なままである。幾つかの例において、シャフト２７２は、任意的に、身体開口に配置されるカニューレ（図示せず）を通じて通されてよい。幾つかの例において、比較的より大きなシャフト又はガイドチューブ外径（例えば、４〜５ｍｍ以上）を有する器具が、カニューレを使用して身体開口を通じて通されてよく、カニューレは、任意的に、比較的より小さなシャフト又はガイドチューブ外径（例えば、２〜３ｍｍ以下）を有する器具について省かれてよい。
【００３６】
シャフト２７２の遠位端には、エンドエフェクタ２７６がある。マニピュレータ２６０の自由度は、ジョイント２６４及びリンク２６６の故に、少なくとも、マニピュレータマウント２６２に対するシャフト２７２及び／又はエンドエフェクタ２７６のロール、ピッチ及びヨーの制御を可能にすることがある。幾つかの例では、エンドエフェクタ２７６を遠隔運動中心２７４に対して挿入軸に沿って前進及び／又は後退させてよいように、マニピュレータ２６０の自由度は、器具キャリッジ２６８を用いてシャフト２７２を前進及び／又は後退させる能力を更に含んでよい。幾つかの例において、マニピュレータ２６０は、Sunnyvale,  CaliforniaのIntuitive  Surgical,  Inc.によって商品化されているda  Vinci（登録商標）Surgical  Systemで使用するためのマニピュレータと一致してよい。幾つかの例において、器具２７０は、手術器具、撮像デバイス、及び／又は同等物である。幾つかの例において、器具２７０と一致する可能な手術器具は、クランプ、グリッパ、開創器、焼灼ツール、吸引ツール、縫合デバイス、及び／又は同等物を含む。幾つかの例において、器具２７０と一致する可能な撮像デバイスは、立体視及び平面視の撮像デバイス、可視範囲及び赤外線範囲の撮像デバイス、操縦可能な内視鏡撮像デバイス、及び／又は同等物を含む。幾つかの例において、エンドエフェクタ２７６は、シャフト２７２の遠位端に対するエンドエフェクタ２７６の部分の追加的な局部的な操作を可能にする、ロール、ピッチ、ヨー、グリップ、及び／又は同等物のような、追加的な自由度を含んでよい。
【００３７】
手術又は他の医療処置の間、患者２７８は、典型的には、手術台２８０の上に配置される。手術台２８０は、典型的には、器具２７０のシャフト２７２が身体開口で患者２７８に挿入される間に、器具２７０及び／又はエンドエフェクタ２７６がコンピュータ支援医療デバイス２１０によって操作されてよいように、移動カート２１５に近接して配置される。手術台２８０は、移動カート２１５に対する患者２７８の相対的場所が更に制御可能であるよう、１以上のジョイント又はリンクを含む再配置可能な構造２９０を任意的に含んでよい。
【００３８】
上記で議論し、ここで更に強調するように、図２は、請求項の範囲を過度に制限すべきでない例であるに過ぎない。当業者は、多くの変形、代替及び修正を認識するであろう。コンピュータ支援医療システム２００は例示の目的のためにのみ示されていること並びにこの開示の様々な実施形態は異なる設計及び構成のコンピュータ支援システムに等しく適用可能であることが理解されなければならない。一例として、幾つかの実施形態において、コンピュータ支援医療デバイス２１０は、任意的に、移動カート２１５を介する以外の方法で機械的に接地されて(mechanically  grounded)よい。幾つかの例において、コンピュータ支援医療デバイス２１０は、任意的に、コンピュータ支援医療デバイス２１０を手術台２８０、手術室の壁、手術室の天井、及び／又はそれらの任意の組み合わせに取り付けることによって、機械的に接地されてよい。他の例として、幾つかの実施形態において、コンピュータ支援医療デバイス２１０は、任意の適切な数及び種類のジョイント、リンク、及びコンポーネント（構成部品）を含み、且つ異なるセットの自由度を有する、図２に示すものと異なる運動学的構造を有する。更に他の例として、様々な実施形態において、コンピュータ支援医療デバイス２１０は、単一の再配置可能なアーム、単一のベースに物理的に連結された多数の再配置可能なアーム、異なるベースに接地された多数の再配置可能なアーム等を含む。
【００３９】
エンドエフェクタ２７６及び／又はコンピュータ支援医療デバイス２１０の他の部分は、患者２７８に挿入されてよく、且つ／或いは患者２７８、手術台２８０のような他の医療デバイス及び／又は医療従事者に近接して操作されてよいので、コンピュータ支援医療システム２００がコンピュータ支援医療デバイス２１０及び／又はエンドエフェクタ２７６の現在の動きをモニタリング（監視）して、コンピュータ支援医療装置２１０及び／又はエンドエフェクタ２７６のいずれかの動きが予想される動きから合理的な閾値を超えて逸脱しているか否かを決定することが重要である。このモニタリングは、しばしば、患者２７８に挿入されるエンドエフェクタ２７６の任意の部分にとって特に重要である。何故ならば、動きにおける、よって、エンドエフェクタ２７６の姿勢における小さな偏差(deviations)さえも、患者２７８の内部器官のような組織に損傷を与え得るからである。幾つかの例では、動きにおける偏差を検出することは、コンピュータ支援医療デバイス２７０及び／又はエンドエフェクタ２７６と関連付けられる運動学的及び／又は動的値をモニタリングすることを含む。幾つかの例において、これは、任意的に、コンピュータ支援医療デバイス２１０の再配置可能な要素の実際の位置、コンピュータ支援医療デバイス２１０のアクチュエータ及び／又は再配置可能な要素の回転及び／又は速度、アクチュエータによって加えられる力及び／又はトルク、及び／又は同等のもののうちの１以上を含む。幾つかの例において、偏差を検出することは、コンピュータ支援医療デバイス２１０のための動作計画をモニタリングして、差し迫った衝突が起こる可能性が高いか否かを予測的に決定することがある。
【００４０】
幾つかの実施形態において、様々な運動学的及び／又は動的値のモニタリングにおけるモニタリング及び／又は感度の量は、コンピュータ支援医療デバイス２１０のそれぞれの再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの異なる制御モードの間で任意的に異なってよい。例えば、操作者ワークステーションで入力制御装置を用いて医療従事者によって及び／又はコンピュータ支援デバイス２１０の再配置可能なアームに対する入力制御装置を使用する医療従事者によって遠隔操作される再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタは、しばしば、運動偏差(motion  deviations)を観察し且つ入力制御装置を用いてそれらを矯正することができる医療従事者によってモニタリングされる。対照的に、静止的な姿勢で所定の場所に保持されている再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを含む、遠隔操作される、自律的に制御される、及び／又は半自律的に制御される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタは、医療従事者によって観察されないか或いは綿密に観察されないことが多いので、運動偏差が医療従事者によって検出及び／又は補償される可能性は低い。結果的に、コンピュータ支援医療システム２００が、遠隔操作される、自律的に制御される、及び／又は半自律的に制御されるコンピュータ支援医療装置２１０の再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタにおける運動偏差を積極的にモニタリングすることが重要である。
【００４１】
再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタにおける運動偏差は、多くの可能な発生源から生じ得る。幾つかの例では、コンピュータ支援医療デバイス２１０の２つの再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの間の衝突に起因して運動偏差が生じ得る。幾つかの例では、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタとコンピュータ支援医療デバイス２１０に近接して配置される他の物体又は構造との間の衝突に起因して運動偏差が生じ得る。これらの他の物体又は構造は、他の医療デバイス、手術台２８０、医療従事者、患者２７８の解剖学的構造、及び／又は同等物を含むことがある。幾つかの例において、運動偏差はコンピュータ支援医療デバイス２１０における動作限界の範囲に起因して生じ得る。幾つかの例では、偏差は、任意的に、差し迫った衝突の可能性を予測する衝突回避アプローチを用いて予測的に決定されてよい。
【００４２】
閾値を超える（より上の）運動偏差が、遠隔操作される、自律的に制御される、及び／又は半自律的に制御される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタ２７６において決定されると、コンピュータ支援医療システム２００は、コンピュータ支援医療デバイス２１０を、運動偏差の量が増加する可能性を最小限に抑えるモードに置くように構成されてよい。これは、患者２７８への損傷、コンピュータ支援医療デバイス２１０への損傷、手術台２８０への損傷、他の医療デバイスへの損傷、医療従事者への損傷、及び／又は同等のことを防止するのを助ける。
【００４３】
図５は、幾つか実施形態に従ったコンピュータ支援医療システム５００を示す簡略図である。例えば、コンピュータ支援医療システム５００は、コンピュータ支援システム１００と一致してよい。よって、コンピュータ支援医療システム１００，２００と関連する議論を含む従前の議論の多くは、コンピュータ支援システム５００の実施形態に適用可能である。
【００４４】
図５に示すように、コンピュータ支援医療システム５００は、２つの異なるベース５１０，５５０にそれぞれ取り付けられた２つの再配置可能なアーム５０１，５０２を含む、コンピュータ支援医療デバイスを含む。ベース５１０，５５０は、互いに対して移動可能であり、医療処置中に患者５９０を支持するように設計された手術台２８０に対して移動可能である。コンピュータ支援医療システムは、手術台２８０と協働するように構成される。２つの再配置可能なアーム５０１，５０２は、様々な実施形態において手術台２８０に通信可能に連結されてもされなくてもよい。
【００４５】
再配置可能なアーム５０１は、多数のリンク及びジョイント（６つのリンク５１１，５１３，５１５，５１７，５１９，５３０、５つの回転ジョイント５１２，５１４，５１６，５１８，５２０、及びプリズム状ジョイントなし）を備えて、概略図として示されている。入れ子式カニューレ取付けシステムが、再配置可能アーム５０１の端に配置されている。入れ子式カニューレ取付けシステムは、リンク５３０の遠位端５３２から延出させられることができ且つリンク５３０の遠位端５３２に置かれる(parked)ことができる、カニューレ取付け部分５３４を含む。カニューレをカニューレ取付けアーム１２５５に取り付けることができ、カニューレを通じてツール５４０を伸長させて操作を行うことができる。ツール５４０の例は、内視鏡のような撮像デバイスと、グラスパ及びステープラのような組織操作器具とを含む。
【００４６】
再配置可能なアーム５０２も、多数のリンク及びジョイント（６つのリンク５５１，５５６，５５８，５６０，５６２，５６４、６つの回転ジョイント５５３，５５５，５５７，５５９，５６１，５６３、及びプリズム状ジョイントなし）を備えて、概略図として示されている。撮像デバイス５７０は、リンク５６４の端に取り付けられて示されており、他の実施形態は、異なるツールを含んでよく、或いは、ツールは、操作中に交換されてよい。
【００４７】
コンピュータ支援医療システム２００は、例示的な目的のためにのみ示されており、請求項の範囲を過度に制限すべきでない例であるに過ぎない。当業者は、多くの変形、代替及び修正を認識するであろう。
【００４８】
図３は、いくつかの実施形態に従ったコンピュータ支援医療デバイスの急速な停止及び回復の方法３００の簡略図である。方法３００のプロセス３１０乃至３６０のうちの１以上は、少なくとも部分的に、１以上のプロセッサ（例えば、制御ユニット１３０内のプロセッサ１５０）によって実行されるときに、１以上のプロセッサにプロセス３１０乃至３６０のうちの１以上を実行させることがある、非一時的で有形の機械可読媒体に格納される、実行可能コードの形態において実装されてよい。幾つかの実施形態において、方法３００は、患者に対する損傷、医療従事者に対する損傷、コンピュータ支援医療デバイスへの損傷、他の機器に対する損傷、及び／又は同等のことの可能性を減少させるために、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタ２７６のようなエンドエフェクタのうちの１以上の動きにおける望ましくない偏差が素早く且つ効果的に検出され且つ管理されることを保証するのに役立つよう、コンピュータ支援医療デバイス２１０のようなコンピュータ支援医療デバイスをモニタリングするために任意的に用いられてよい。幾つかの例において、方法３００の使用は、１以上の遠隔操作された、自律的に制御された、及び／又は半自律的に制御された再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタを適切に停止しながら、コンピュータ支援医療デバイスの１以上の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの遠隔操作の積極的な継続を任意的に許容することもある。様々な実施形態において、コンピュータ支援医療デバイスは、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタのモードを自律的又は半自律モードに変更して、その動作を停止させ、或いはその動作を停止させた後にその動作を再開させてよい。
【００４９】
幾つかの実施形態によれば、プロセス３１０乃至３４０は、閾値よりも上である再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタのいずれかの動きにおける偏差がプロセス３５０及び３６０の停止及び回復を引き起こすよう、コンピュータ支援医療デバイスの再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタのそれぞれに同時に適用される。幾つかの例において、プロセス３１０乃至３４０の適用は、任意的に、プロセス３５０及び３６０の停止及び回復の対象となるモードで動作する再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタに任意的に限定されてよい。幾つかの実施形態によれば、プロセス３１０乃至３６０が実行される順序は、図３の図によって暗示される順序から任意に異なってよい。幾つかの例において、プロセス３１０乃至３３０は、任意的に、同時に実行されてよい。幾つかの例において、プロセス３５０及び３６０は、任意的に、同時に実行されてよい。幾つかの例において、プロセス３１０乃至３４０は、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタが継続的にコンピュータ支援医療システムによる制御及びモニタリングの下にあるよう、方法３００を通じて連続的に実行されてよい。
【００５０】
プロセス３１０で、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動作の制御を行う。一般的に、コンピュータ支援医療デバイスの再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタの各々は、常にあるレベルで積極的に制御されている。これは（所望の動作が、動きがないことである）固定的な姿勢で所定の場所に保持されている再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタさえも含む。これは、何故ならば、固定的な姿勢を保持することが、任意的に、対応する再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの１以上のブレーキをアクティブ化すること、及び／又は、重力に起因して対応する再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタに加えられる力に起因する対応する再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの姿勢の変化を防止する慣性及び／又は重力成分を適用することを含むことがあるからである。再配置可能なアーム及び対応するエンドエフェクタの動作の制御は、電圧、電流、パルス幅変調、及び／又は同等のことのような、１以上の信号を、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの１以上の再配置可能な要素を制御するために用いられる１以上のアクチュエータ、並びに再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動き、よって、姿勢を操作するために用いられる他の構造に送信することを含む。次に、１以上の信号は、所望の動作を達成する力及び／又はトルクに変換される。幾つかの例において、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタ並びに様々なアクチュエータの制御は、アクチュエータ及び／又はエンドエフェクタの１以上の再配置可能な要素についての位置、速度、力、トルク、及び／又は同等のものを管理する制御アルゴリズムを任意的に含んでよい。幾つかの例では、再配置可能アーム、エンドエフェクタ、及び／又はコンピュータ支援医療デバイスのための１以上の運動学的モデルを任意的に使用して、所望の動きをアクチュエータのそれぞれのための対応する制御信号に変換してよい。医療従事者による遠隔操作の下にある再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの場合、動作は、操作者コンソール、コンピュータ支援医療デバイス、及び／又は他の適切な場所に配置された１以上の入力制御を使用して、医療従事者によって任意的に命令される(directed)。自律的及び／又は半自律的な制御の下にある再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの場合、動作は、所望の自律的又は半自律的な動きに依存して任意に異なる再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動作計画によって、任意的に命令されてよい。遠隔操作の下にある再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの場合、人間の操作者によって使用される入力装置へのコマンドによって示されるような所望の動作に依存して、コンピュータ支援医療デバイスによって任意的に動作を調整する。
【００５１】
プロセス３２０で、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタの実際の運動学及び／又は動力学をモニタリングする。再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタがプロセス３１０を用いて制御されているときに、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタの実際の運動学及び／又は動力学をモニタリングして、再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタが期待される動きを行っていることを検証するのを助ける。幾つかの例では、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの１以上の再配置可能な要素及び／又はアクチュエータに連結される位置及び／又は回転フィードバックセンサをモニタリングする。幾つかの例において、これは、任意的に、再配置可能な要素の実際の位置、アクチュエータ及び／又は再配置可能な要素の回転及び／又は速度、アクチュエータによって加えられる力及び／又はトルク、及び／又は同等のことのうちの１以上をモニタリングすることを任意的に含む。幾つかの例では、様々な再配置可能な要素及び／又はアクチュエータセンサの読取りを再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの運動学的モデルに任意的に適用して、エンドエフェクタの実際の姿勢を決定してよい。幾つかの実施形態では、代替的に、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能アームに取り付けられる１以上の位置合わせマーカ、基準マーカ、及び／又は同様のものを撮像デバイスのような１以上のトラッキングセンサを使用して追跡して、再配置可能な要素の実際の位置及び／又はエンドエフェクタの姿勢を決定するためにセンサを補充し且つ／或いは交換してよい。任意的に、その全文を参照として本明細書に援用する「Fiber
Optic Shape Sensor」という名称の米国特許第７，７２０，３２２号に開示されている光ファイバ形状センサのような、ファイバブラッググレーティング技術を使用する光ファイバ形状センサのような、他の位置及び形状検知コンポーネントが追加的に及び／又は代替的に用いられる。
【００５２】
一般的には、エンドエフェクタに利用可能な様々な運動の自由度に基づいてエンドエフェクタの実際の姿勢を決定する。幾つかの例において、自由度は、エンドエフェクタのｘ、ｙ及び／又はｚ空間位置、エンドエフェクタのロール、ピッチ及び／又はヨーの向き、及び／又はジョーの開放角度、切断ブレードの位置、ステープル作動スレッドの位置及び／又は同等のもののような、１以上の作動自由度のうちの、１以上を任意的に含んでよい。幾つかの例において、姿勢は、自由度の一部又は全部の合成を任意的に含んでよい。例えば、実際の姿勢のモニタリングは、任意的に、ｘ、ｙ、ｚ位置自由度に限定され、向き及び／又は作動自由度は無視されてよい。
【００５３】
プロセス３３０で、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの所望の運動学及び／又は動力学からの再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの実際の運動学及び／又は動力学の偏差を決定する。プロセス３２０中に決定される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの実際の運動学並びにプロセス３１０によって再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動きを制御するために命令される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの所望の運動学及び／又は動力学を用いて、実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差を決定する。幾つかの例において、偏差は、任意的に、プロセス３２０中にモニタリングされているプロセス３２０中にモニタリングされる運動学的値及び／又は動力学的値（例えば、位置、回転、速度、力、トルク、及び／又は姿勢）の各々について別個に決定される。幾つかの例において、偏差は、実際の運動学的値及び動力学的値とそれらの対応する所望の値との間の二乗平均（ＲＭＳ）誤差のような複合偏差を測定することによって任意的に決定される。幾つかの例では、プロセス３２０のモニタリングがエンドエフェクタの実際の位置に限定されるとき、偏差はエンドエフェクタの実際の位置と所望の位置との間の物理的距離に対応する。幾つかの例において、プロセス３２０の間にモニタリングされる値の各々は、それらの値のうちの１以上に多かれ少なかれ強調を置くよう任意的に重み付けされてよい。幾つかの例では、任意的に、より高い重み、よって、より高い強調が、エンドエフェクタの向きよりも、エンドエフェクタの位置に置かれてよい。幾つかの例では、より高い重みが、任意的に、再配置可能なアームの運動学的チェーンでより近位に位置付けられる再配置可能な要素についての位置、回転、速度、力及び／又はトルク値に置かれてよい。何故ならば、それらはエンドエフェクタの姿勢に対してより高い影響を有する可能性が高いことがあるからである。幾つかの例では、任意的に、より高い重みが、速度、力及び／又はトルク値と比較して、位置及び／又は回転値に置かれてよい。
【００５４】
プロセス３４０で、偏差が閾値より上であるか否かを決定する。再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタの実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差は、エンドエフェクタの制御中に予想される。例えば、これは、動作を実行することの遅延、エンドエフェクタ及び／又はコンピュータ支援医療デバイスの較正エラー、センサエラー、異なるコンピュータ支援医療デバイス間の製造のばらつき、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの振動、呼吸に起因するような患者の動き、及び／又はこれら及び／又は他の要因のうちのいずれかの要員の組み合わせの結果として生じ得る。よって、閾値は、患者への損傷、医療従事者への傷害、エンドエフェクタへの損傷、コンピュータ支援医療デバイスへの損傷、及び／又はコンピュータ支援医療デバイスに近接する他のデバイス及び構造への損傷の不合理なリスクを創り出すほど未だ大きくないが、モニタリングされている実際の運動学的値及び／又は動力学的値を決定するときに予想される誤差よりも大きいように、任意的に選択される。幾つかの例において、運動学的値及び／又は動力学的値の各々についての偏差は、運動学的値及び／又は動力学的値のいずれか一方が閾値より上であるか否かを決定するために、閾値と別個に任意的に比較される。そのような場合、閾値は、運動学的値又は動力学的値の全てに適用可能な単一の値であってよく、或いは運動学的値及び／又は動力学的値に対応する閾値成分のベクトル又は行列を含んでよい。幾つかの例において、運動学的値及び／又は動力学的値の各々についての閾値（又は閾値成分）は、任意的に異なってよい。幾つかの例において、閾値は、エンドエフェクタの動作モード、コンピュータ支援医療デバイスの動作モード、プロセス３１０によって制御される動作の種類、及び／又は同等のものに基づいて、任意的に選択され且つ／或いは調節されてよい。幾つかの例において、閾値は、患者への損傷のリスクが高すぎると考えられる前に許容される許容可能な臨床偏差に基づいて任意的に選択されてよい。幾つかの例において、閾値は、偏差を決定するために使用される動力学的値及び／又は動力学的値の種類及び／又は数に基づいて設定される。幾つかの例において、閾値は、典型的には、エンドエフェクタが患者への損傷を引き起こす前に所望の姿勢から逸脱することがある合理的に安全な距離である、エンドエフェクタのポストにおける約６〜１２ｍｍの偏差に対応する範囲に設定される。実際の運動学的及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差が閾値より上でないとき、エンドエフェクタの動作の制御は、プロセス３１０乃至３４０を繰り返すことによって継続する。実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差が閾値より上であるときには、１以上の再配置可能なアームの停止及び回復プロセスがプロセス３５０で開始する。
【００５５】
プロセス３５０で、１以上の再配置可能なアームの動きを停止させる。幾つかの実施形態では、任意的に、閾値を超える姿勢における偏差が検出された後に、１以上の再配置可能なアームの動きを可能な限り素早く停止させる。幾つかの例において、閾値を超える偏差の検出及び停止プロセスの開始は、動作における偏差の更なる上昇を最小限に抑えるためにエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの動きを制御するよう、プロセス３１０によって使用される制御ループの単一サイクル内で起こる。幾つかの例において、閾値を超える偏差の検出及び停止プロセスの開始は、閾値を超える動作における偏差の検出の１ミリ秒内に起こる。幾つかの例において、閾値を超える偏差の検出及び停止プロセスの開始は、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの各々によって実行されている動作の種類及び／又は現在の動作モードに基づいて所定の時間期間内に起こる。
【００５６】
幾つかの実施形態によれば、再配置可能及び／又はエンドエフェクタについての実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学動力学との間の許容できない偏差がプロセス３４０によって検出されるとき、それは再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタを制御する能力の許容できない不存在を示すことがある。実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差は、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタと他の再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタとの間の衝突、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタと他の物体及び構造との間の衝突、再位置決め可能なアーム及び／又はエンドエフェクタと患者及び／又は他の医療従事者との衝突、再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの動作限界の範囲、及び／又は同等のことを示すことがある。これらの状況は、コンピュータ支援医療デバイスの再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの各々において容易に検出できないことがあるので、動作は、停止及び回復に晒される再配置可能なアーム及び／又はエンドエフェクタの各々において停止される。これは、何故ならば、その状況が他のエンドエフェクタにおいて偏差を生む前に、その状況が１つのエンドエフェクタの運動学及び／又は動力学における偏差をより素早く生むことがあるからである。多くの可能な例の１つに過ぎない例として、医療従事者による遠隔操作の制御下にあるエンドエフェクタ及びその対応する再配置可能なアームは、所定の場所に保持されているエンドエフェクタ及び再配置可能なアームと衝突し、それはエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームのいずれかにおいて最初に検出可能である閾値を超える実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差をもたらすことがある。更に、衝突は、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの両方において閾値を超える実際の運動学及び／又は動力学と所望の運動学及び／又は動力学との間の偏差をもたらさないことがある。多くの手術シナリオにおいて、いずれかのエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームについての運動学及び／又は動力学における許容できない偏差が検出されるときには、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの一方又は両方並びに場合によってはコンピュータ支援医療デバイスの他のエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの停止が望まれる。しばしば、これは、許容できない偏差が起こる或いは検出されるエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームのいずれに拘わらずに生じる。幾つかの実施形態では、閾値を超える運動学及び／又は動力学における偏差を示さない１以上のエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームが停止される。幾つかの実施形態では、閾値を超える運動学及び／又は動力学における偏差を示す１以上のエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームが停止される。幾つかの実施形態では、閾値を超える運動学及び／又は動力学における偏差を有するエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームのみが任意的に停止され、他のものは作動し続けることが許容される。
【００５７】
幾つかの実施形態において、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームのうちのどれを停止するかの選択は、任意的に、それぞれのエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの各々によって実行されている現在の動作モード及び／又は動作の種類に依存してよい。幾つかの例において、遠隔操作モード、自律モード、又は半自律モードで作動するいずれかのエンドエフェクタ及び／又は再配置可能アームは、閾値を超える姿勢における偏差が検出されるときに任意的に停止されてよい。動きのない所望の動きは、所望の静止的な姿勢と等しい。幾つかの例では、閾値を超える姿勢における偏差が検出されるときに、所定の場所にあるように命令されているエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームが停止される。幾つかの例では、閾値を超える運動学及び／又は動力学における偏差が検出されるときに、対応するエンドエフェクタに近接する対応する再配置可能なアームの冗長自由度が対応する再配置可能なアームの一部を再配置するよう操作されているとしても、対応するエンドエフェクタの姿勢が変化することが期待されない零空間モードにおいて作動させられているエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームは停止させられる。幾つかの例では、閾値を超える運動学及び／又は動力学における偏差が検出されたときに、対応するエンドエフェクタが患者から取り外されている且つ／或いは対応するエンドエフェクタを患者に挿入するカニューレから外されている器具取外しモードにおいて作動させられているエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームは停止させられる。
【００５８】
図４は、幾つかの実施形態に従った再配置可能アーム及び／又はエンドエフェクタにおける再配置可能な要素を停止させる方法４００の簡略図である。方法４００のプロセス４１０乃至４８０のうちの１以上は、少なくとも部分的に、１以上のプロセッサ（例えば、制御ユニット１３０内のプロセッサ１５０）によって実行されるときに、１以上のプロセッサにプロセス４１０乃至４８０のうちの１以上を実行させることがある、非一時的で有形の機械可読媒体に格納される実行可能コードの形態で実装されてもよい。幾つかの実施形態において、方法４００は、閾値を超える姿勢における検出される偏差の結果として停止させられるべきであるとプロセス３５０が決定する、１以上のエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの各々の、ジョイントのような、１以上の再配置可能な要素の各々を停止させるために、任意的に使用されてよい。幾つかの実施形態において、１以上の再配置可能な要素の各々の再配置可能な要素の停止は、再配置可能な要素の各々について同時に起こってよく、且つ／或いは、異なる再配置可能な要素の停止が異なる時に起こる互い違いの様式において起こってよい。幾つかの実施形態によれば、プロセス４１０乃至４８０が実行される順序は、図４の図によって暗示される順序と任意的に異なってよい。幾つかの例において、プロセス４０及び４５０及び／又は４６０及び４７０は、任意的に、同時に又は任意の順序で実行されてよい。幾つかの例において、プロセス４８０は、任意的に、プロセス４４０乃至４７０のうちのいずれかと同時に適用されてよい。幾つかの例において、プロセス４８０は任意的であり、省略されてよい。
【００５９】
プロセス４１０で、再配置可能な要素が作動されるか否かを決定する。関節作動される回転式及び／又はプリズム状ジョイントのような再配置可能な要素を停止させるために使用するアプローチは、再配置可能な要素が作動されるか否かに依存する。再配置可能な要素は、モータ、サーボ、ソレノイド、及び／又は同等物のような、１以上のアクチュエータが再配置可能な要素に力及び／又はトルクを加えてその位置及び／又は向きを変えるために使用可能であるときに、作動させられる。例えば、回転ジョイントの回転角度を変えるために駆動され得るモータ又はサーボに連結される回転ジョイントは、作動ジョイントである。対照的に、再配置可能な要素の動きを停止させるブレーキ又は類似の機構のみを備える再配置可能な要素は作動させられない。幾つかの例では、アクチュエータが再配置可能な要素に又はその付近に配置される必要がないよう、再配置可能要素を移動させるために用いられるアクチュエータは、任意的に、再配置可能要素に直接的に連結されてよく、且つ／或いは、１以上のケーブル、ロッド、ギヤ、はめ歯(cog)、及び／又は同等物を通じて間接的に連結されてよい。再配置可能な要素が作動させられないとき、再配置可能な要素の動きは、プロセス４２０を用いてブレーキを適用することによって停止される。再配置可能要素が作動させられるときには、プロセス４３０を用いて再配置可能要素がブレーキを含むか否かを決定する。
【００６０】
プロセス４２０で、作動させられていない再配置可能な要素のブレーキを適用する。作動させられていない再配置可能な要素における更なる動作を停止させ且つ／或いは有意に妨げるために、電圧、電流、パルス幅変調信号、及び／又は同等物のような、１以上の信号を、作動させられていない再配置可能な要素のブレーキに送信する。幾つかの例において、１以上の信号は、再配置可能な要素の１以上の表面に摩擦及び／又は停止力を加える電気的、磁気的、圧電的、液圧的、及び／又は空圧的ブレーキの作動を任意的に引き起こすことがある。幾つかの例において、１以上の信号は、電気的、磁気的、圧電的、液圧的、及び／又は空圧的機構の作動がなければ、ブレーキの適用を引き起こす１以上のバネを打ち消すために用いられる機構のような、ブレーキの適用を防げる電気的、液圧的、及び／又は空圧的機構の非アクティブ化を任意的に引き起こすことがある。再配置可能な要素に依存して、ブレーキは、任意的に、再配置可能な要素のために徐々に及び／又は一斉に適用されてよい。ブレーキが作動させられていない再配置可能な要素にひとたび適用されると、方法４００はその再配置可能な要素について終了する。
【００６１】
プロセス４３０で、作動させられている再配置可能な要素がブレーキを含むか否かを決定する。作動させられている再配置可能な要素におけるブレーキの適用は、再配置可能な要素が停止する可能性を増大させる。しかしながら、作動させられている再配置可能な要素におけるブレーキの使用は、再配置可能な要素についての動作モードに依存して任意的であってよい。作動させられている再配置可能な要素がブレーキを含むときには、プロセス４４０を用いてブレーキを適用する。作動させられている位置的な要素がブレーキを含まないとき、作動させられている再配置可能な要素の停止はプロセス４６０で継続する。
【００６２】
プロセス４４０で、作動させられていない再配置可能な要素についてのプロセス４２０と実質的に類似するプロセスを用いて、作動させられている再配置可能な要素のブレーキを適用する。
【００６３】
プロセス４５０で、作動させられている再配置可能な要素のフィードバックトルクをゼロに設定する。作動させられている再配置可能な要素が、プロセス４４０中に適用されるブレーキを押すのを防止するために、作動させられている再配置可能な要素をその命令されている位置まで駆動させるのを助けるよう作動させられている再配置可能な要素に提供されるフィードバックトルクを、ゼロに設定する。幾つかの例では、任意的に、１以上のフィードバック利得(feedback  gains)をゼロに設定することによってフィードバックトルクを直接的に及び／又は間接的にゼロに設定してよい。幾つかの例において、ゼロに設定されるフィードバック利得は、トルクフィードバック利得及び／又は位置フィードバック利得と速度フィードバック利得との組み合わせを含む。幾つかの例において、フィードバックトルク及び／又は１以上のフィードバック利得は、任意的に、直ちにゼロに設定されてよく、或いはランプ及び／又は離散的な段階（ステップ）のシーケンスを使用してゼロに設定されてよい。プロセス４５０によってフィードバックトルクをひとたび取り除くと、プロセス４８０を使用して重力及び／又は慣性補償を任意的に適用する。
【００６４】
プロセス４６０で、作動させられている再配置可能な要素のための命令された位置をロックする。幾つかの例では、作動させられている再配置可能な要素は動作計画及び／又は動作プロファイルに従うように駆動されているので、作動させられている再配置可能な要素の命令された位置をその現在の命令された値にロックすることは、作動させられている再配置可能な要素が動作計画及び／又は動作プロファイルに従い続けることを妨げる。これは、実際には、作動させられている再配置可能な要素の位置において起こり得るジャンプを防止しながら、停止が開始されたときに、作動させられている再配置可能な要素を現在の命令された位置に駆動させる。
【００６５】
プロセス４７０で、作動させられている再配置可能な要素のための命令された速度をゼロに設定する。プロセス４６０を用いて命令された位置をロックすること及び作動させられている再配置可能な要素の命令された速度をゼロに設定することは、作動させられている再配置可能な要素を作動させるために用いられる１以上のアクチュエータのための制御モジュールに、作動させられている再配置可能な要素の動作を停止させる。よって、作動させられている再配置可能な要素は、その現在の位置からの逸脱に抵抗する。幾つかの例において、命令された速度は、任意的に、直ちにゼロに設定されてよく、或いは、傾斜（ランプ）及び／又は一連の離散的な段階（ステップ）を使用してゼロに設定されてよい。幾つかの例では、命令された速度を直接的にゼロに設定する代わりに、作動させられている再配置可能な要素の速度フィードバック利得を任意的にゼロに設定してよい。
【００６６】
任意的なプロセス４８０で、作動させられている再配置可能な要素に重力及び／又は慣性補償を適用する。エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの有限質量に対する重力の影響を補償するために、作動させられている再配置可能な要素のための制御モジュールは、任意的に、作動させられている再配置可能な要素のための１以上のアクチュエータにフィードフォワード力及び／又はトルクを導入してよい。幾つかの例において、これらの注入される力及び／又はトルクは、作動させられている再配置可能な要素が停止させられている間に、作動させられている再配置可能な要素における潜在的なドリフトを補償する。作動させられている再配置可能な要素において慣性及び／又は重力補償を提供する制御モジュールの例は、「Control  System  for  Reducing  Internally  Generated  Frictional  and  Inertial  Resistance  to  Manual  Positioning  of  a  Surgical  Manipulator」という名称の米国特許第９，１９８，７３０号に更に詳細に記載されており、その全体を参照として本明細書に援用する。
【００６７】
上記で議論し、ここで更に強調するように、図４は、請求項の範囲を過度に制限すべきでない例であるに過ぎない。当業者は、多くの変形、代替、及び改変形態を認識するであろう。幾つかの実施形態では、ブレーキを備える作動させられている再配置可能な要素でのブレーキの使用は任意的であるので、ブレーキを備える作動させられている再配置可能な要素はプロセス４６０及び４７０を使用して任意に停止させられてよく、よって、プロセス４３０乃至４５０は省略されてよい。
【００６８】
再び図３を参照すると、プロセス３６０で、停止を解除する(cleared)。幾つかの実施形態では、閾値を超える動きにおける偏差を生じさせる状態を迅速に除去する(clear)ことが一般的に望ましい。幾つかの例において、閾値を超える動きにおける偏差を生じさせる状況を除去することは、任意的に、１以上の再配置可能な要素のための命令された位置を１以上の再配置可能な要素の現在の位置に設定することを含んでよい。幾つかの例において、閾値を超える動きにおける偏差を生じさせる状況を除去することは、任意的に、コンピュータ支援医療デバイスを操作する１以上の医療従事者の介入を含んでよい。幾つかの例において、コンピュータ支援医療デバイスは、任意的に、閾値を超える動きにおける偏差を引き起こす状態をどのように除去するかに関するフィードバック及び／又は指令を医療従事者に提供してよい。幾つかの例において、フィードバック及び／又は指令は、任意的に、コンピュータ支援医療デバイスが１以上の音声的及び／又は視覚的な警報（アラート）を１以上の医療従事者に提供することを含んでよい。幾つかの例において、警報は、任意的に、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームのうちの１以上がプロセス３５０中に停止させられたという警報、エンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームのうちのどれが停止させられたかの表示、停止を引き起こす状態をどのように除去するかについての１以上の指令、及び／又は同様のものを含んでよい。幾つかの例において、警報は、任意的に、指定された警報トーンのような１以上の音を作ること、停止警報を示す１以上の表示光を点灯させ且つ／或いは点滅させること、停止を引き起こす状態を除去する１以上の口頭の指令を発すること、停止を引き起こす状態を除去する１以上のメッセージ及び／又は指令を操作者コンソール内のディスプレイユニットのような状態及び／又は操作ディスプレイユニットに送信すること、及び／又は同等のことを含んでよい。幾つかの例において、警報は、任意的に、対応するエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームがプロセス３５０中に停止されるや否や又は停止された直後に発せられてよい。
【００６９】
幾つかの実施形態において、警報の形式及び／又は内容は、停止させられたエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの各々によって実行されている現在の動作モード及び／又は動作の種類に基づいて任意的に異なってよい。幾つかの例において、警報の内容は、対応するエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの停止を引き起こす状態を除去するためのモード特異な指令を提供するよう任意に変更されてよい。幾つかの例では、対応するエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームが零空間モードにおいて作動させられているときに、警報は、任意的に、１人以上（１人又はそれよりも多く）の医療従事者に指令して、零空間モードをアクティブ化させる且つ／或いは零空間モードに入らせるために使用される１以上の入力制御を非アクティブ化させること、対応するエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームを零空間モードに置く命令を取り消すこと、及び／又は同様のことを含んでよい。幾つかの例では、対応するエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームが器具取外しモードにおいて作動させられているときに、警報は、任意的に、１人以上の医療従事者に指令して、器具取外しモードをアクティブ化させる且つ／或いは器具取外しモードに入らせるために使用される１以上の入力制御装置を非アクティブ化させること、及び／又は器具及びエンドエフェクタを挿入するカニューレ及び／又は患者から器具を手作業で取り除くことを含んでよい。
【００７０】
停止させられたエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの各々についての停止を引き起こす状態が除去された後に、それらのそれぞれの現在の動作モード及び／又は動作の種類に基づくエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームの動きは、プロセス３１０戻ることによって再開する。
【００７１】
上記で議論し、ここで更に強調するように、図３は、請求項の範囲を過度に制限すべきでない例であるに過ぎない。当業者は、多くの変形、代替、及び修正を認識するであろう。幾つかの実施形態において、それぞれの動作モード、動作の種類、及び／又は他の要因の故に停止に晒されないエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームは、プロセス３５０及び３６０によって影響されず、プロセス３１０乃至３４０を通じるサイクルを継続して、コンピュータ支援医療デバイスの１以上の他のエンドエフェクタ及び／又は再配置可能なアームがプロセス３５０中に開始された停止状態に留まるとしてもそれらのそれぞれの動きが進行するのを可能にする。
【００７２】
制御ユニット１３０のような制御ユニットの幾つかの例は、１以上のプロセッサ（例えば、プロセッサ１５０）によって実行されるときに、１以上のプロセッサに方法３００及び／又は４００のプロセスを実行させることがある実行可能なコードを含む、非一時的な有形の機械可読媒体を含んでよい。方法３００及び／又は４００のプロセスを含んでよい機械可読媒体の幾つかの一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを備える任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、及び／又はプロセッサ若しくはコンピュータが読み出すように構成される任意の他の媒体である。
【００７３】
例示的な実施形態を示し且つ記載したが、広範な修正、変更、及び置換が前述の開示において想定され、幾つかの場合には、実施形態の幾つか構成は他の構成の対応する使用を伴わずに利用されてよい。当業者は、多くの変形、代替、及び修正を認識するであろう。よって、本発明の範囲は後続の請求項によってのみ限定されるべきであり、請求項は本明細書に開示された実施形態の範囲に一致する方法において広く解釈されることが適切である。
【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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【国際調査報告】
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