(57)【要約】  カニューレ要素を通して医療器具を挿入するときの挿入力を制御するためのシステム及び方法が提供される。そのようなシステムは、マニピュレータと、マニピュレータと通信する制御システムとを含むことができる。マニピュレータは、医療器具に動作可能に結合されるように構成される。マニピュレータは、カニューレ要素を通して医療器具を移動させるように適合される。制御システムは、医療器具及びカニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定するように動作可能である。そして、制御システムは、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入する間に、挿入力を制御して医療器具の動きに影響を及ぼすように構成される。
2019511287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔操作式手術システムであって、当該遠隔操作式手術システムは、
医療器具に動作可能に結合されるように構成されたマニピュレータであって、カニューレ要素を通して前記医療器具を移動させるように適合された、マニピュレータと、
前記マニピュレータに通信可能に結合された制御システムであって、該制御システムは、前記医療器具及び前記カニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定するように動作可能であり、前記制御システムは、前記カニューレ要素を通して前記医療器具を手動で挿入する間に、前記挿入プロファイルに従って挿入力を制御し且つ前記医療器具の動きに影響を及ぼすように構成される、制御システムと、を有する、
遠隔操作式手術システム。
【請求項２】
前記挿入プロファイルは、前記カニューレ要素を通して前記医療器具を手動で挿入する間に前記医療器具の動きを補助するように構成された第１の部分と、前記カニューレ要素を通して前記医療器具を手動で挿入する間に前記医療器具の動きを妨げるように構成された第２の部分とを含む、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項３】
前記医療器具は、基端部、先端部、及び前記基端部と前記先端部との間の可撓性部分を含み、
前記カニューレ要素は、湾曲したカニューレであり、
前記カニューレ要素を通して前記医療器具を手動で挿入することは、前記先端部及び前記可撓性部分の少なくとも一部を前記湾曲したカニューレ内へ手動で動かすことを含み、
前記挿入プロファイルは、前記カニューレ要素を通して前記医療器具を手動で挿入するために及ぼされる手動挿入力の空間的均一性を高めるように構成される、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項４】
前記医療器具は、基端部、先端部、及び前記基端部と前記先端部との間の可撓性部分を含む可撓性医療器具であり、
前記カニューレ要素は、湾曲したカニューレであり、
前記挿入プロファイルは、前記湾曲したカニューレを介して前記可撓性医療器具を手動で挿入する間に前記医療器具の動きを妨げるように構成された減衰プロファイルである、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項５】
前記制御システムは、前記カニューレ要素を識別し、且つ少なくとも前記カニューレ要素に関連する前記挿入プロファイルを決定することによって、前記医療器具及び前記カニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する前記挿入プロファイルを決定するように動作可能である、請求項４に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項６】
前記カニューレ要素はカニューレであり、前記制御システムは、前記カニューレの磁気バイナリパターンを感知することによって前記カニューレを識別するように構成される、請求項５に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項７】
メモリが、前記カニューレのタイプを表す幾何学的情報を記憶し、前記メモリは、前記制御システム又は前記マニピュレータにある、請求項６に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項８】
前記制御システムは、前記医療器具を識別し、且つ少なくとも前記医療器具に関連する前記挿入プロファイルを決定することによって、前記医療器具及び前記カニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する前記挿入プロファイルを決定するように動作可能である、請求項４に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項９】
前記マニピュレータは、該マニピュレータ上に配置されたアダプタを介して前記医療器具に動作可能に結合されるように構成され、前記アダプタは、前記医療器具を識別するために前記制御システムと通信するように構成される、請求項８に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項１０】
前記制御システムは、前記医療器具を識別し、前記カニューレ要素を識別し、且つ前記医療器具及び前記カニューレ要素に関連する前記挿入プロファイルを決定することによって、前記医療器具及び前記カニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する前記挿入プロファイルを決定するように動作可能である、請求項４に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項１１】
前記医療器具は、前記カニューレ要素を通して手動で挿入されるように構成された、第１及び第２のシャフト部分を有するシャフトを有しており、前記第１のシャフト部分は、前記カニューレ要素に対して第１の摩擦応答を有し、前記第２のシャフト部分は、前記カニューレ要素に対して、前記第１の摩擦応答とは異なる第２の摩擦応答を有し、前記挿入プロファイルは、前記第１及び第２のシャフト部分が前記カニューレ要素を通して手動で挿入されるときに、手動挿入力の空間的均一性を高めるように構成される、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項１２】
前記カニューレ要素はカニューレシールを含み、
前記制御システムは、前記医療器具の直径に基づく前記医療器具に関連する前記挿入プロファイルを決定することによって、前記医療器具及び前記カニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する前記挿入プロファイルを決定するように動作可能である、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項１３】
前記カニューレ要素は湾曲したカニューレであり、前記挿入プロファイルは、前記カニューレに関連する減衰プロファイルであり、且つ前記カニューレに沿った位置に関連する複数の減衰レベルを含む、請求項１に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項１４】
前記マニピュレータは、該マニピュレータによって規定される軸線に沿って移動するキャリッジの位置を符号化するエンコーダを有しており、前記挿入プロファイルは、前記軸線に沿った前記医療器具の速度に関連する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項１５】
制御システムであって、当該制御システムは、
複数の減衰プロファイル及び実行可能命令を記憶するメモリと、
該メモリに記憶された前記実行可能命令を実行してプロセッサに以下の動作を実行させるように構成された、プロセッサと、を有しており、
その動作は、
医療器具が挿入されるカニューレを、該カニューレのタイプに関連付けて識別することと、
前記カニューレを通して挿入される医療器具の位置を決定することと、
前記医療器具が前記カニューレを通して挿入されるときに、前記複数の減衰プロファイルから対応する減衰プロファイルを適用して、前記医療器具の動きを妨げることと、を含む、
制御システム。
【請求項１６】
前記動作は、
前記医療器具を識別することと、
前記カニューレ及び前記医療器具に対して減衰プロファイルが有効であるかどうかを判定することと、をさらに含む、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】
前記動作は、
前記医療器具の速度を決定することと、
前記医療器具の速度に基づいて、前記減衰プロファイルを適用して前記医療器具の動きを妨げることと、をさらに含む、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記複数の減衰プロファイルの各減衰プロファイルは、特定のタイプのカニューレに関連付けられ、前記特定のタイプのカニューレに沿った位置に関連する減衰係数を含む、請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１９】
前記動作は、前記医療器具のタイプを識別することと、前記メモリから前記医療器具のタイプに関連する器具プロファイルにアクセスすることと、をさらに含む、請求項１５又は１７に記載の制御システム。
【請求項２０】
前記カニューレを通して挿入される前記医療器具の位置を決定することは、前記医療器具に動作可能に結合されたマニピュレータのエンコーダから情報を受信することを含む、請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項２１】
カニューレ要素を通して医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する方法であって、当該方法は、
少なくとも１つの要素タイプを識別するステップであって、前記要素タイプは、前記医療器具の器具タイプ又は前記カニューレ要素のカニューレ要素タイプである、識別するステップと、
前記少なくとも１つの要素タイプに関連する挿入プロファイルをメモリから検索するステップと、
前記カニューレ要素に対する前記医療器具の位置を決定するステップと、
前記医療器具が前記カニューレ要素を通して挿入されるときに、前記挿入プロファイルに基づいて前記医療器具に妨害力又は補助力を加えるステップと、を含む、
方法。
【請求項２２】
前記挿入プロファイルは、前記カニューレ要素を通して手動で挿入する間に前記医療器具の動きを補助するように構成された第１の部分と、前記カニューレ要素を通して手動で挿入する間に前記医療器具の動きを妨げるように構成された第２の部分とを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記カニューレ要素に対する前記医療器具の位置を決定するステップは、前記カニューレ要素に対する前記医療器具の先端チップの位置を決定するステップを含み、
前記少なくとも１つの要素タイプは、前記カニューレ要素タイプを含み、
前記医療器具は、基端部、先端部、及び前記基端部と前記先端部の間の可撓性部分を含む可撓性医療器具であり、
カニューレ要素は、湾曲したカニューレであり、
前記挿入プロファイルは、少なくとも前記カニューレ要素タイプに関連付けられ、且つ前記医療器具が前記カニューレ要素を通して挿入されるときに、前記医療器具の動きを妨げるように構成された減衰プロファイルである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの要素タイプは、前記カニューレ要素タイプを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの要素タイプは、前記器具タイプを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの要素タイプは、前記器具タイプ及び前記カニューレ要素タイプを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記医療器具の挿入速度を監視するステップをさらに含み、前記医療器具に前記妨害力又は補助力を加えるステップは、前記医療器具の挿入速度が挿入速度閾値を超えるかどうかを判定するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの要素タイプを識別するステップは、カニューレに埋め込まれた磁石バイナリパターンを読み取ることによって前記カニューレのカニューレタイプを識別するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの要素タイプは前記カニューレ要素タイプを含み、前記カニューレ要素はカニューレであり、前記挿入プロファイルは、前記カニューレの第１の部分に関連する第１の減衰係数と、前記カニューレの第２の部分に関連する第２の減衰係数とを含む減衰プロファイルである、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記カニューレの前記第１の部分は直線部分であり、前記カニューレの前記第２の部分は湾曲部分である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記カニューレ要素に対する前記医療器具の前記位置を決定するステップは、前記カニューレ要素に対する前記医療器具の先端チップの位置を決定するステップを含み、前記妨害力又は補助力を加えるステップは、
前記先端チップの位置が前記カニューレの前記第１の部分に関連しているときに前記第１の減衰係数を適用するステップと、
前記先端チップの位置が前記カニューレの前記第２の部分に関連しているときに前記第２の減衰係数を適用するステップと、を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の減衰係数は、前記第２の減衰係数よりも前記カニューレを通した前記医療器具の挿入を妨げるように構成される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの要素タイプは、前記カニューレ要素タイプを含み、前記カニューレ要素はカニューレであり、前記挿入プロファイルは、前記カニューレの第１の部分に関連する第１の速度閾値と、前記カニューレの第２の部分に関連する第２の速度閾値とを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記挿入プロファイルは、前記要素タイプに関連する少なくとも３つの力レベルを含む挿入力プロファイルである、請求項２１乃至３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
遠隔操作式手術システムであって、当該遠隔操作式手術システムは、
可撓性医療器具に動作可能に結合されるように構成されたマニピュレータであって、該マニピュレータは、カニューレを通して前記医療器具を動かすように適合され、前記可撓性医療器具は、該医療器具が前記カニューレを通して移動された後に、前記カニューレから基端方向に延びるように構成された基端部と、前記医療器具が前記カニューレを通して移動した後に、前記カニューレから先端方向に延びるように構成された先端部と、前記基端部と前記先端部との間の可撓性部分と、を含む、マニピュレータと、
該マニピュレータに通信可能に結合された制御システムであって、該制御システムは、前記カニューレに関連する減衰プロファイルを決定するように動作可能であり、前記制御システムは、前記カニューレを通して前記医療器具を手動で挿入する間に、前記減衰プロファイルに従って抵抗力を調節し、且つ前記医療器具の動きを妨げるように構成される、制御システムと、を有する、
遠隔操作式手術システム。
【請求項３６】
前記マニピュレータは、該マニピュレータ上に配置されたアダプタを介して前記医療器具に動作可能に結合されるように構成され、前記アダプタは、前記医療器具を識別するために前記制御システムと通信するように構成される、請求項３５に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項３７】
前記制御システムは、前記医療器具を識別し、前記カニューレを識別し、且つ前記医療器具及び前記カニューレに関連する前記減衰プロファイルを決定することによって、前記カニューレに関連する前記減衰プロファイルを決定するように動作可能である、請求項３５に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項３８】
前記減衰プロファイルは、前記カニューレに沿った位置に関連する複数の減衰レベルを含む、請求項３５乃至３７のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項３９】
前記マニピュレータは、該マニピュレータによって規定された軸線に沿って移動するキャリッジの位置を符号化するエンコーダを有しており、前記減衰プロファイルは、前記軸線に沿った前記医療器具の速度に関連する、請求項３５乃至３７のいずれか一項に記載の遠隔操作式手術システム。
【請求項４０】
湾曲したカニューレを通して可撓性医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する方法であって、当該方法は、
湾曲したカニューレのカニューレタイプを識別するステップと、
該カニューレタイプに関連する減衰プロファイルをメモリから検索するステップと、
前記カニューレに対する前記医療器具の位置を決定するステップと、
前記医療器具が前記カニューレを通して挿入されるときに、前記減衰プロファイルに基づいて前記医療器具に妨害力を加えるステップと、を含む、
方法。
【請求項４１】
前記医療器具の挿入速度を監視するステップをさらに含み、前記医療器具に前記妨害力を加えるステップは、前記医療器具の挿入速度が挿入速度閾値を超えるかどうかを判定するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記カニューレに対する前記医療器具の位置を決定するステップは、前記カニューレに対する前記医療器具の先端チップの位置を決定するステップを含み、前記妨害力を加えるステップは、
前記先端チップの位置が前記カニューレの第１の部分に関連しているときに第１の減衰係数を適用するステップと、
前記先端チップの位置が前記カニューレの第２の部分に関連しているときに第２の減衰係数を適用するステップと、を含む、請求項４０又は４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１の減衰係数は、前記第２の減衰係数よりも前記カニューレを通した前記医療器具の挿入を妨げるように構成される、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、２０１６年３月１７日に出願された、”SYSTEMS AND METHODS FORINSERTION RESISTANCE MODULATION DURING
INSTRUMENT INSERTION”とう表題の米国仮特許出願第６２／３０９，６０９号について優先権及びその出願日の利益を主張するものであり、この文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、手術システム等の医療システム、及び最小侵襲性手術及び遠隔操作手術を含む医療動作での使用方法に関する。本開示は、器具の手動挿入に関連する挿入力を調節する（modulating）又は他に制御するためのシステム及び方法を論じる。
【背景技術】
【０００３】
最小侵襲性医療技術は、診断又は外科的処置中に損傷を受ける無関係な組織の量を減少させ、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を低減することを意図している。外科医の手先の器用さを高め、且つ従来の最小侵襲性技術に関する制限のいくつかを回避するために、最小侵襲性の遠隔手術システムが開発されている。遠隔手術では、外科医は、器具を手で直接的に持って動かすのではなく、いくつかの形態の遠隔制御装置、例えばサーボ機構等を使用して、手術器具の動きを操縦する。ロボット支援遠隔手術では、外科医は、典型的には、患者から離れ得る位置（例えば、手術室の向こう側の位置、異なる部屋、又は患者とは完全に異なる建物）から手術部位における手術器具の動きを制御するために、マスター制御装置を操作する。遠隔手術の開始前に、（内視鏡を含む）手術器具が、手術用マニピュレータに設置され、次に医師の手動制御の下で開口手術部位に、又はより典型的にはカニューレを通して体腔内に導入される。このプロセスの間に、手術用マニピュレータは、医師による手動の器具のスムーズ且つ安全な導入を容易にし、且つ補助するように設計された制御モードに入る。このモードは、マスター制御装置を介して選択してもよく、所定のワークフローの一部として自動的に選択してもよい。
【０００４】
最小侵襲性の外科的処置のために、手術用マニピュレータによって制御される手術器具は、挿入される器具及び行われる処置のタイプに依存して、カニューレを含む様々なタイプのカニューレ要素を通して体腔内に導入され得る。特定のカニューレ要素を通して特定の手術器具を挿入するために必要とされる力は、カニューレ要素の材料及び幾何学形状等の特性に依存し得る。例えば、直線状であるが屈曲可能な手術器具を湾曲したカニューレを通して挿入することは、同じ手術器具を直線状のカニューレを通して挿入することと比較して、著しく大きな量の力を必要とすることがある。さらに、単一のカニューレは、大抵の場合、その長さに沿って様々な幾何学的特性を含む可能性があり、直線部分及び湾曲部分、又は直線部分及び非直線部分の様々な組合せを含む可能性がある。
【０００５】
このような湾曲したカニューレを通して器具（可撓性器具等）を挿入するには、不均一な量の力が必要となり、ユーザ（外科医又は手術室の他のスタッフ等）が器具の挿入プロセスをスムーズに管理することを困難にさせる可能性がある。また、カニューレシールを含むカニューレ要素を通して異なる直径を有する異なる器具を挿入するには、異なる量の挿入力が必要となり、潜在的に、オペレータが様々な器具に亘って器具挿入プロセスを管理することを当惑させるほど困難にさせる可能性がある。プロセスをスムーズに管理できないと、速度が急激に変化し、カニューレ要素の損傷（例えば、内部スクレーピング（scraping））、器具の座屈、器具が所望の器具チップ位置を行き過ぎること、ユーザの不満等を引き起こす可能性がある。様々なカニューレを通した挿入中にこれらの手術器具を取り付けて制御し、ユーザにより均一な感触を与えるために、改良されたシステム及び方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、以下に続く特許請求の範囲によって要約される。
【０００７】
一実施形態では、遠隔操作式手術システムは、マニピュレータと、このマニピュレータに通信可能に結合された制御システムとを有する。マニピュレータは、医療器具に動作可能に結合されるように構成される。マニピュレータはまた、カニューレ要素を通して医療器具を移動させるように適合される。制御システムは、医療器具及びカニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定するように動作する。制御システムは、挿入プロファイルに従って挿入力を制御し、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入する間に医療器具の動きに影響を及ぼすように構成される。
【０００８】
一実施形態では、制御システムが提供される。制御システムは、複数の減衰プロファイル及び実行可能命令を記憶するメモリと、このメモリに記憶された実行可能命令を実行するように構成されたプロセッサとを含むことができる。命令を実行することにより、プロセッサに、医療器具が挿入されるカニューレを、カニューレのタイプに関連付けて識別させ、カニューレを通して挿入される医療器具の位置を決定させ、医療器具がカニューレを通して挿入されるときに、複数の減衰プロファイルから対応する減衰プロファイルを適用して、医療器具の動きを妨げさせる。
【０００９】
別の実施形態では、カニューレ要素を通して医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する方法が提供される。この方法は、少なくとも１つの要素タイプを識別するステップと、少なくとも１つの要素タイプに関連する挿入プロファイルをメモリから検索するステップと、カニューレ要素に対する医療器具の位置を決定するステップと、医療器具がカニューレ要素を通して挿入されるときに、挿入プロファイルに基づいて医療器具に妨害力又は補助力を加えるステップとを含む。要素タイプは、医療器具の器具タイプ、又はカニューレ要素のカニューレ要素タイプである。
【００１０】
さらに別の実施形態では、医療器具の挿入中に遠隔操作式手術システムを制御する方法が提供される。このような方法は、医療器具が挿入されるカニューレのカニューレタイプを識別するステップと、カニューレのカニューレタイプに関連するプロファイルを検索するステップと、カニューレに対する医療器具の先端チップの位置を決定するステップと、カニューレのカニューレタイプに関連するプロファイルに基づいて医療器具に力を加えるステップとを含む。
【００１１】
一実施形態では、カニューレを通して医療器具を挿入するときの挿入抵抗力（「挿入抵抗力」又は「抵抗力」とも呼ばれる）を調節することができるシステムが提供される。そのようなシステムは、可動入力装置に通信可能に結合された制御システムと、可撓性医療器具に動作可能に結合されるように構成されたマニピュレータとを含むことができる。可撓性医療器具は、基端部、先端部、及び基端部と先端部との間の可撓性部分を含む。マニピュレータは、カニューレを通して可撓性医療器具を移動させるように適合される。制御システムは、カニューレを識別し、カニューレに関連する減衰プロファイルを決定するように動作する。また、制御システムは、カニューレを通して手動で挿入する間に、抵抗性挿入力を調節して医療器具の動きを妨げるために、減衰プロファイルを適用するように構成される。
【００１２】
これらの実施形態及び他の実施形態は、添付図面及び詳細な説明を参照することにより、より良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態による遠隔操作式手術システムの概略図である。
【図２】本開示の一実施形態による、３つの患者側マニピュレータ及び１つの内視鏡マニピュレータを含む患者側カートの正面図である。
【図３】本開示の一実施形態による遠隔操作式手術システムにおける外科医コンソールの正面図である。
【図４】本開示の一実施形態による、手術器具を取り付けた状態の患者側マニピュレータアームの斜視図である。
【図５】様々なカニューレ構成を通って延びる器具シャフトを示す概略図である。
【図６】様々なカニューレ構成を通って延びる器具シャフトを示す概略図である。
【図７Ａ】図５のカニューレ構成を通って延びる器具シャフトを示す一連の概略図である。
【図７Ｂ】図５のカニューレ構成を通って延びる器具シャフトを示す一連の概略図である。
【図７Ｃ】図５のカニューレ構成を通って延びる器具シャフトを示す一連の概略図である。
【図８Ａ】様々なカニューレ構成の挿入長さに対する挿入力を関連付けるプロットである。
【図８Ｂ】様々なカニューレ構成の挿入長さに対する挿入力を関連付けるプロットである。
【図９】いくつかの実施形態に一致するコンピュータ装置を示す図である。
【図１０Ａ】様々なカニューレ構成に沿った長さに対する減衰係数を関連付けるプロットである。
【図１０Ｂ】様々なカニューレ構成に沿った長さに対する減衰係数を関連付けるプロットである。
【図１１】いくつかの実施形態に一致する、カニューレを通して医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する方法のフローチャートである。
【図１２】いくつかの実施形態に一致する、カニューレを通して医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する別の方法のフローチャートである。
【図１３】いくつかの実施形態に一致する例示的なカニューレアセンブリの平面図である。
【図１４】いくつかの実施形態に一致する例示的な医療器具１４００の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
これらの図は、以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解され得る。
本開示の態様は、添付図面と併せて読むときに、以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的な慣例に従って、様々な特徴を一定の縮尺で描いていないことが強調される。実際に、種々の特徴の寸法は、議論を明瞭化するために適宜増減され得る。さらに、本開示は、様々な例において参照符号及び／又は文字を繰り返し得る。この繰返しは、簡潔さ及び明瞭さを目的とするものであり、それ自体が議論された様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を規定するものではない。
【００１５】
本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、開示される実施形態の完全な理解を与えるために、多数の特定の詳細について記載している。しかしながら、当業者には、本開示の実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施し得ることは明らかであろう。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、周知の方法、手順、構成要素、及び回路について詳細に説明していない。
【００１６】
この詳細な説明は、様々なカニューレ又は他のカニューレ要素（又は様々なカニューレ及びカニューレ要素の組合せ）を通した挿入中に手術器具を制御し、器具を挿入する外科医又は他のオペレータに一様な感触を与えるシステム及び方法を開示する。器具挿入に関連する挿入力を調節する（modulating）か、又は他の方法で制御することによって、システム及び方法は、器具の挿入を容易にし、外科医又は他のオペレータが挿入をスムーズに管理できるようにする。これは、カニューレ、他のカニューレ要素、器具、組織、又はこれらの組合せを損傷させる可能性を低下させる。
【００１７】
図面の図１を参照すると、例示的な遠隔操作式手術システム１００が示されている。遠隔操作式手術システム１００は、マスターマニピュレータシステム１０２を含み、マスターマニピュレータシステム１０２は、マスターマニピュレータがこのようなコンソール（図３参照）内に含まれる場合に、マスターコンソール１０２又は外科医コンソール１０２とも呼ばれる。マスターマニピュレータシステム１０２は、外科的処置及びスレーブマニピュレータシステム１０４に入力を与えるように構成される。スレーブマニピュレータシステム１０４は、患者内の手術部位で手術器具を遠隔操作するための患者側マニピュレータ（PSM）システムとも呼ばれる。本明細書では、「手術器具」が、診断処置及び外科的処置等の医療処置中にカニューレを通して挿入され得る医療器具を示すために使用される。こうして、手術器具のタイプは、切開、ステープル留め、焼灼、把持、及び組織操作の他の形態又は組合せのために設計された様々な組織操作ツールを含む。他の例示的なタイプの器具は、光、超音波、ＲＦ、蛍光透視、又は他のイメージング、標本の取出し等に使用される様々な器具タイプ等の、組織操作以外の機能のために設計された器具を含む。器具は、幾何学的形状、材料特性、又は可撓性等の機械的特性を変化させてもよい。例えば、いくつかの器具は、可撓性を有するように設計され、湾曲したカニューレによって提供されるような湾曲した挿入チャネルに適合するように容易に曲げられる。別の例として、いくつかの器具は、剛性を有するように設計されており、湾曲した挿入チャネルに容易に曲げられたり、適合したりしない。
【００１８】
遠隔操作式手術システム１００は、最小侵襲性の遠隔操作手術を行うために使用される。本開示に記載されるシステム及び技術を実装するために使用され得る遠隔操作式手術システムの一例は、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive Surgical, Inc.によって製造されるda Vinci（登録商標）手術システムである。一実施形態では、スレーブマニピュレータシステム１０４は自立式（free-standing）であってもよい（図２参照）。代替実施形態では、スレーブマニピュレータシステム１０４は、例えば手術ベッドを含む手術アリーナ（arena）内の他の機器に取り付けてもよい。さらに別の代替実施形態では、スレーブマニピュレータシステム１０４は、自立式要素とベッド取付け要素との両方を含んでもよい。
【００１９】
遠隔操作式手術システム１００は、内視鏡等の画像取込み装置と、関連する画像処理ハードウェア及びソフトウェアとを含む画像取込みシステム１０６も含む。遠隔操作式手術システム１００はまた、センサ、モータ、アクチュエータ、及びマスターマニピュレータシステム１０２，１０４の他のコンポーネント、並びに画像取込みシステム１０６に動作可能にリンクされた制御システム１０８を含む。いくつかの実施形態では、制御システム１０８は、マスターマニピュレータシステム１０２及び１０４のうちの一方に統合してもよい。他の実施形態では、制御システム１０８は、別個のハウジングに設けられ、１つ又は複数の通信リンクを介してマスターマニピュレータシステム１０２及び１０４に結合してもよい。制御システム１０８のより詳細な実施形態が、図９を参照することによって理解され得る。
【００２０】
手術システム１００は、患者に対して最小侵襲性の外科的処置を行うシステムオペレータ、一般的には外科医によって使用される。システムオペレータは、画像取込みシステム１０６によって取り込まれ、マスターコンソール１０２において視るために提示される画像を見る。外科医の入力コマンドに応答して、制御システム１０８は、遠隔操作式スレーブマニピュレータシステム１０４に結合された手術器具のサーボ機械による動作を行う。
【００２１】
制御システム１０８は、マスターマニピュレータシステム１０２と、スレーブマニピュレータシステム１０４と、画像取込みシステム１０６との間で制御を行うために少なくとも１つのプロセッサ及び典型的には複数のプロセッサを含む。制御システム１０８は、本明細書に記載の方法の一部又は全部を実施するためのソフトウェアプログラミング命令も含む。制御システム１０８が図１の簡略図において単一のブロックとして示されているが、システムは、（例えば、外科医コンソール１０２及び／又はスレーブマニピュレータシステム１０４上に）多数のデータ処理回路を有してもよく、処理の少なくとも一部は、オプションで入力装置に隣接して実行され、一部はマニピュレータに隣接して実行等される。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかを採用してもよい。同様に、プログラミングコードは、多数の別個のプログラム又はサブルーチンとして実装してもよく、又は本明細書に記載される遠隔操作式システムの多数の他の態様に統合してもよい。
【００２２】
図２は、遠隔操作式手術システム１００の一実施形態による患者側マニピュレータ１０４の正面図である。患者側マニピュレータ１０４は、床の上に置かれるベース１２０と、ベースに取り付けられた支持タワー１２２と、（画像取込みシステム１０６の一部を含む）手術ツールを支持するいくつかのアームとを含む。図２に示されるように、アーム１２４ａ，１２４ｂは、組織を操作するために使用される手術器具を支持及び移動させる器具アームであり、アーム１２６は、内視鏡を支持及び移動させるカメラアームである。図２は、支持タワー１２２の背面で支持され、且つ外科的処置を行うのに必要に応じて患者側マニピュレータの左側又は右側のいずれかに位置付けすることができるオプションの第３の器具アーム１２４ｃも示す。図２は、器具アーム１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃにそれぞれ取り付けられた交換可能な手術器具１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃをさらに示しており、カメラアーム１２６に取り付けられた内視鏡１３０を示す。知識のある人は、器具及びカメラを支持するアームが、天井又は壁に、又は場合によっては手術室の機器の他の部分（例えば、手術台）に取り付けられたベースプラットフォーム（固定式又は可動式）によっても支持され得ることを理解するだろう。同様に、知識のある人は、２つ以上の別個のベース（例えば、各アームを支持するのに１つのベース）を使用してもよいことを理解するだろう。手術器具１２８ａ，１２８ｂは、それぞれエンドエフェクタ１２９ａ，１２９ｂを含む。
【００２３】
図３は、遠隔操作式手術システム１００の一実施形態によるマスターコンソール１０２要素の正面図である。マスターコンソール１０２には、左右の多自由度（DOF）のマスタツールマニピュレータ（MTM）１３２ａ，１３２ｂが装備されており、これらマスタツールマニピュレータは、手術用ツール（内視鏡及び様々なカニューレを含む）を制御するために使用される運動学的連鎖である。ＭＴＭ１３２は、単に「マスター」と呼ばれ得、それらの関連するアーム１２４及び手術器具１２８は、単に「スレーブ」と呼ばれ得る。外科医は、典型的には親指及び人差し指で各ＭＴＭ１３２上の摘み（pincher）アセンブリ１３４ａ，１３４ｂを把持し、摘みアセンブリを様々な位置及び向きに動かすことができる。各ＭＴＭ１３２ａ，１３２ｂによって、一般に、複数の自由度、典型的には６自由度（３回転自由度及び３並進自由度）を有するマスター作業空間内での移動が可能になる。
【００２４】
ツール制御モードが選択されると、各ＭＴＭ１３２は、患者側マニピュレータ１０４の対応する器具アーム１２４を制御するために結合される。例えば、器具アーム１２４ａ及び器具１２８ａを制御するために左側ＭＴＭ１３２ａを結合してもよく、器具アーム１２４ｂ及び器具１２８ｂを制御するために右側ＭＴＭ１３２ｂを結合してもよい。第３の器具アーム１２４ｃが外科的処置中に使用され、且つ左側に位置付けされる場合に、左側ＭＴＭ１３２ａは、制御アーム１２４ａ及び器具１２８ａを制御アーム１２４ｃ及び器具１２８ｃに切り替えることができる。同様に、第３の器具アーム１２４ｃが外科的処置中に使用され、且つ右側に位置付けされる場合に、右側ＭＴＭ１３２ａは、制御アーム１２４ｂ及び器具１２８ｂを制御アーム１２４ｃ及び器具１２８ｃに切り替えることができる。代替実施形態では、第３の器具アームは、手術の利便性に適応させるために、左側又は右側ＭＴＭのいずれかによって制御してもよい。場合によっては、ＭＴＭ１３２ａ，１３２ｂと、アーム１２４ａ／器具１２８ａの組合せと、アーム１２４ｂ／器具１２８ｂの組合せとの間の制御割当を交換してもよい。これは、例えば、内視鏡が１８０度回転した場合に行われ、それによって内視鏡の視野内を移動する器具は、外科医が動かしているＭＴＭと同じ側にあるように見える。
【００２５】
外科医コンソール１０２は、立体画像表示システム１３６も含む。立体内視鏡１３０によって取り込まれた左側画像及び右側画像は、対応する左右ディスプレイに出力され、外科医は、ディスプレイシステム１３６上で三次元画像として知覚する。１つの構成では、ＭＴＭ１３２は、ディスプレイシステム１３６の下に位置付けされ、それによってディスプレイに示された手術用ツールの画像が、ディスプレイの下の外科医の手と同一位置にあるように見える。この特徴により、外科医は、手を直接的に見ているかのように、３次元ディスプレイ内の様々な手術ツールを直感的に制御することができる。従って、関連する器具アーム及び器具のＭＴＭサーボ制御は、内視鏡画像基準フレームに基づいている。
【００２６】
内視鏡画像基準フレームは、ＭＴＭがカメラ制御モードに切り替えられる場合にも使用される。例えば、カメラ制御モードが選択される場合に、外科医は、ＭＴＭの一方又は両方を一緒に動かすことによって内視鏡の先端部を移動させることができる（２つのＭＴＭの部分は、２つのＭＴＭ部分がユニットとして一緒に移動するように見えるように、サーボ機械によって結合され得る）。次に、外科医は、画像を手の中に保持しているかのようにＭＴＭを動かすことによって、表示された立体画像を直感的に移動（例えば、パン、チルト、ズーム）することができる。
【００２７】
外科医コンソール１０２は、典型的には、患者側マニピュレータ１０４と同じ手術室内に配置されるが、コンソールを操作する外科医が滅菌場の外側にいるように位置付けされる。１人又は複数のアシスタントが、典型的には、滅菌手術場内で作業する（例えば、患者側カート上のツールを交換する、手動で後退させる等）ことによって、外科医を補助する。従って、外科医は滅菌場から離れて操作するので、コンソールは手術室とは別の部屋又は建物に位置してもよい。いくつかの実装形態では、２つの外科医コンソール１０２（互いに同じ位置にあるか、又は互いに離れている）を一緒にネットワーク接続して、２人の外科医が手術部位でツールを同時に見て制御することができる。
【００２８】
図４は、手術器具１２８ｃが取り付けられた状態の制御アーム１２４ｃのマニピュレータ部分１４０の斜視図である。手術中に通常使用される滅菌ドレープ及び関連機構が、明瞭化のために省略されている。マニピュレータ１４０は、ヨー・サーボアクチュエータ１４２、ピッチ・サーボアクチュエータ１４４、及び挿入及び引抜き（I/O）アクチュエータ１４６を含む。手術器具１２８ｃは、取付けキャリッジ１４９を含む器具スパー（spar）１４８に取り付けられた状態で示されている。例示的な直線状のカニューレ１５０が、カニューレ取付け部１５２に取り付けられた状態で示されている。以下でより詳細に説明するように、他のタイプのカニューレを使用してもよい。器具１２８ｃのシャフト１５４が、カニューレ１５０を通って延びる。マニピュレータ１４０は、器具シャフトに沿って配置された静止した遠隔運動中心１５６（「遠隔中心１５６」とも呼ばれる）の周りに器具１２８ｃを動かすように機械的に拘束される。ヨー・アクチュエータ１４２は、遠隔中心１５６の周りにヨー運動１５８を提供し、ピッチ・アクチュエータ１４４は、遠隔中心１５６の周りにピッチ運動１６０を提供し、Ｉ／Ｏアクチュエータ１４６は、遠隔中心１５６を通した挿入及び引抜き運動１６２を提供する。マニピュレータ１４０は、Ｉ／Ｏアクチュエータ１４６の挿入軸線に沿った位置及び速度を追跡するためのエンコーダを含むことができる。典型的には、遠隔中心１５６は、手術中に患者の体壁の切開部に係止され、意図する外科的タスクを実施するのに十分なヨー運動及びピッチ運動を可能にする。あるいはまた、遠隔運動中心は、患者に接触することなくより大きな可動域を可能にするために、体の外側に位置してもよい。知識のある人は、遠隔運動中心の周りの動きは、ソフトウェアの使用によって、又は機械的アセンブリによって規定される物理的制約によって制約され得ることを理解するだろう。
【００２９】
取付けキャリッジ１４９及び器具力伝達アセンブリ１６４における力伝達ディスクを一致させることによって、マニピュレータ１４０内のアクチュエータからの作動力が、器具１２８ｃの様々な部分を移動させるために結合し、湾曲したシャフト１５４の先端部に取り付けられた組織プローブ１６６を位置付け及び向き合せする。このような作動力は、典型的には、器具シャフト１５４を回転させる（こうして、遠隔中心１５６を通る別のＤＯＦを与える）。力伝達アセンブリの実施形態は、米国特許第６，３３１，１９１号（１９９９年１０月１５日に出願され、”Surgical Robotic Tools, Data Architecture, and Use”を開示する）、及び米国特許第６，４９１，７０１号（２００１年１月１２日に出願され、”Mechanical Actuator Interface System for Robotic Surgical Tools”を開示する）に提供されており、これら文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。代替実施形態では、器具１２８ｃは、シャフトの先端部に、追加のヨー及びピッチＤＯＦｓを与える手首を含むことができる。組織プローブ１６６は、例えば、一般的な組織マニピュレータ、組織エレベータ、又は組織リトラクタ（retractor）であってもよい。代替実施形態では、器具１２８ｃは、撮像要素を含んでもよい。
【００３０】
図５は、湾曲したカニューレと受動的な可撓性手術器具との組合せを支持し、且つ移動させる例示的な患者側ロボットマニピュレータの一部の概略図である。図５に示されるように、遠隔ロボット操作式手術器具５０２は、力伝達機構５０４と、可撓性器具シャフト５０６と、エンドエフェクタ５０８とを含む。この例では、力伝達機構５０４は、医療器具がカニューレを通って移動した後に、カニューレから基端方向に延びるように構成される医療器具の基端部に配置され、エンドエフェクタ５０８は、医療器具がカニューレを通って移動した後に、カニューレから先端方向に延びるように構成された医療器具の先端部に配置され、可撓性器具シャフト５０６は、基端部と先端部との間の可撓性部分である。器具５０２は、外科的処置のために設計された医療器具の一例である。他の例示的な医療器具には、医療処置中にカニューレを通して挿入され得る様々な撮像装置及び他のツールが含まれる。器具５０２は、（図４のマニピュレータ１４０のような）マニピュレータ５１２の（図４のキャリッジ１４９のような）器具キャリッジ５１０に取り付けられる。前に説明した構成要素は、明瞭にするために概略的に示されている。インターフェイスディスク５１４は、マニピュレータ５１２内のサーボアクチュエータからの作動力を、器具５０２要素を移動させるために結合する。エンドエフェクタ５０８は、例示的に、単一のＤＯＦ（例えば、顎部を閉じる）で動作する。１つ又は複数のエンドエフェクタＤＯＦ（例えば、ピッチ、ヨー）を与える手首（米国特許第６，８１７，９７４号（２００２年６月２８日出願され、”Surgical tool having positively positionable tendon-actuated
multi-disk wrist joint”を開示する）参照（この文献は参照により本明細書に組み込まれる））は、オプションであり、示されていない。多くの器具の実装には、このような手首は含まれていない。手首を省略すると、マニピュレータ５１２と器具５０２との間の作動力のインターフェイスの数が簡素化され、この省略は、基端側力伝達機構５０４と先端側作動部品との間に必要となる力伝達要素の数を減少させる。
【００３１】
図５は、基端部５２２、先端部５２４、及び基端部５２２と先端部５２４との間に延びる中央チャネル５２６を有する湾曲したカニューレ５２０をさらに示す。湾曲したカニューレ５２０は、例示的なカニューレ要素である。カニューレ要素は、医療処置中に医療器具を挿入することができるチャネルを物理的に形成する構成要素を含む。カニューレ要素の他のタイプの例には、物理的シールを提供するためにカニューレに近接して配置され得る様々な幾何学的形状、材料、及びサイズのカニューレシール、医療器具に利用可能なチャネルの内径を減少させるためにカニューレに挿入され得る様々な幾何学的形状、材料、及びサイズのカニューレリデューサ（reducer）が含まれる。
【００３２】
湾曲したカニューレ５２０はまた、直線部分及び湾曲（非直線）部分を含む例示的なカニューレタイプである。他のカニューレタイプの例には、直線状カニューレ、複数の非平行直線部分を含むカニューレ、異なる曲率を有する複数の湾曲部分を含むカニューレ、直線部分及び非直線部分の他の組合せを含むカニューレ、異なる内径又は外径を有するカニューレ、異なる材料を有するカニューレ、医療処置等のために組み立てられたマルチピースカニューレが含まれる。
【００３３】
湾曲したカニューレ５２０は、一実施形態では、剛性の単一部品のカニューレである。図５に示されるように、湾曲したカニューレ５２０の基端部５２２は、マニピュレータ５１２のカニューレ取付け部５１６に取り付けられる。器具の初期展開中に、ユーザは、挿入軸線に沿ってマニピュレータ５１２のキャリッジ５１０に力を手動で加えることによって、湾曲したカニューレ５２０を通して器具を前進させる。力は、キャリッジ５１０又は器具５０２に直接的に加えることができる。器具５０２の可撓性シャフト５０６は、可撓性シャフト５０６及びエンドエフェクタ５０８の先端部分が、手術部位５３０に到達するために、カニューレ５２０の先端部５２４を越えて延びるように、湾曲したカニューレ５２０の中央チャネル５２６を通過する。遠隔手術の間に、キャリッジ５１０によって提供されるマニピュレータ５１２のＩ／Ｏ作動は、カニューレ５２０を通して器具５０２の可撓性シャフト５０６を挿入して引き出し、エンドエフェクタ５０８を出し入れする。
【００３４】
上述した実施形態では、カニューレ及び器具シャフトは、ステンレス鋼又はガラスエポキシ複合材料等の剛性材料で形成してもよい。あるいはまた、これらカニューレ及び器具シャフトは、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ガラス又はカーボン充填ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、又はガラス繊維エポキシ又は炭素繊維エポキシ複合構造のような高弾性率のプラスチック等の可撓性材料で形成してもよい。シャフト又はカニューレの内径及び外径並びに物理的構造は、使用中に身体に加えることができる力の大きさを制限するために、又は構造体が使用中に器具又はカニューレ内の湾曲したガイド経路に追従して十分に曲がることを可能にするために、各材料選択に固有に（uniquely）選択される。材料組成及び可撓性に関する情報を含む、カニューレ及び器具シャフトに関する追加の情報は、米国特許出願第１２／６１８，６０８号（２００９年１１月１３日に出願され、”Curved Cannula Instrument”を開示する）に詳細に提供されており、この文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、タグ５３２が、基端部５２２の取付けフィッティング（fitting）に固定されるか、又は取り付けフィッティング内に埋め込まれ得る。タグ５３２は、無線周波数識別（RFID）タグであり得る。他の実施形態は、バイナリパターンを有する磁気タグ等の別の機械可読タグを含んでもよい。機械可読タグ５３２は、無線通信を介して読み取ることができ、又は手術前にスキャンし得るＱＲコード（登録商標）又はバーコード等の可視機械可読タグであってもよい。タグ５３２を読み取ることによって、手術システム１００は、カニューレデータベースからカニューレ５２０のタイプを識別することができる。カニューレ５２０のタイプを識別することは、カニューレ５２０を特徴付ける幾何学的情報をメモリから検索することができる。例えば、カニューレ５２０のタイプを識別することによって、第１の部分５２８ａ及び第２の部分５２８ｂの長さ及び直径が、制御システム１０８の処理装置によってアクセスされ得る。いくつかの実施形態では、手術システム１００のオペレータは、その処置を開始する前に、処置中に使用されるカニューレのタイプを手動で選択することができる。
【００３６】
手術システム１００と共に使用し得る器具及びカニューレの可撓性、幾何学的形状、及び材料の相違に起因して、所与のカニューレを通して所与の器具を移動させるためにユーザが必要とする力は、異なるカニューレを通して異なる器具を移動させるか、又は異なるカニューレを通して同じ器具を移動させるのに必要な力とは実質的に異なり得る。さらに、所与のカニューレを通して所与の器具を移動させるためにユーザが必要とする力は、器具がカニューレを通して挿入される間に、実質的に変化し得る。カニューレ５２０は、直線状の第１部分５２８ａと、湾曲した第２部分５２８ｂとを含む。可撓性シャフト５０６の先端チップがユーザによって第１の部分５２８ａを通して押し込まれるが、第１の量の力が、先端チップを所望の速度で動かすために必要とされ得る。可撓性シャフト５０６の先端チップが第２の部分５２８ｂを通過するとき、可撓性シャフト５０６の先端チップは、第２の部分５２８ｂの内壁と相互作用して、それによって第２の量の力が、先端チップを所望の速度で動かすために必要とされ得る。第２の量の力は、第１の量の力よりも大きくてもよい。そのため、ユーザは、器具を第１の部分５２８ａ内でより速く挿入し、部分５２８ａから５２８ｂに移行する際に（潜在的にカニューレの内壁に損傷を与え、器具の座屈も引き起こす可能性がある）急速に減速させ得る。器具がカニューレに存在し、部分５２８ｂから５２８ｃに移行するときに、ユーザは部分５２８ｂよりも速く器具を挿入する傾向があり、潜在的に標的チップ位置を通り越し、意図せずに組織を突き刺す可能性がある。本明細書で提供されるように、制御システム１０８は、キャリッジ５１０を介してマニピュレータ５１２によって提供される抵抗力（すなわち、減衰力）を補償する量を調整する（adjust）ように構成することができ、それによって手動挿入プロセス全体を通じて、カニューレ５２０の先端チップの速度は、可撓性シャフト５０６の先端チップがカニューレ５２０を出るときに、カニューレ５２０の長さに沿って一定のままである。本明細書に提供されるように、制御システム１０８は、キャリッジ５１０を介してマニピュレータ５１２によって提供される補助力（すなわち、負の減衰力又は補助力）を補償する量を調整して、同じ結果を達成することができる。こうして、制御システム１０８の様々な実施形態は、挿入プロファイルに従って挿入力を制御して、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入するために加えられる手動挿入力の空間的均一性を高めるように構成することができる。挿入力の制御は、抵抗力の補償量の調節、補助力の補償量の調節、又は抵抗力の補償量と補助力の補償量との両方を調節することによって達成することができる。例えば、制御システム１０８は、カニューレ要素に対する第１の器具の位置に抵抗力を与え、カニューレ要素に対する、異なる器具の位置である第２の器具の位置に補助力を与えるように構成され得る。
【００３７】
手術システム１００と共に使用され得る器具及びカニューレ要素（カニューレを含む）のタイプの材料、直径、及び長さは、制御システム１０８の１つ又は複数のデータベースに記憶することができる。例えば、第１の部分５２８ａの長さＬ１及び第２の部分５２８ｂの長さＬ２を、湾曲部分５２８ｂの曲率を特徴付ける情報等の他の情報と共にデータベースに記憶してもよい。この情報から、制御システム１０８は、カニューレ又は医療器具への損傷を防止し且つ器具の突然の動きを防止するために手動の器具挿入中のユーザの速度に応じて、異なるカニューレの異なる部分を通して異なる可撓性器具を移動させるために必要とされる異なる量の力、及び異なるカニューレの異なる部分を通して異なる可撓性器具の動きに抵抗するために加えるべき力の異なる調節量又は補償量を計算することができる。
【００３８】
図６は、湾曲したカニューレの別の実施形態と受動的な可撓性手術器具との組合せを支持して移動させる例示的な患者側ロボットマニピュレータの一部の概略図である。図５と同様に、図６は、力伝達機構５０４、可撓性器具シャフト５０６、及びエンドエフェクタ５０８を含む遠隔ロボット操作式手術器具５０２を示す。器具５０２は、（図４のマニピュレータ１４０のような）マニピュレータ５１２の（図４のキャリッジ１４９のような）器具キャリッジ５１０に取り付けられる。
【００３９】
可撓性器具５０６は、その先端チップがカニューレ６２０から出ているように示されている。カニューレ６２０は、複数の湾曲部を含む。カニューレ６２０の長さは、長さＬ３を有する第１の直線部分６２２ａ、長さＬ４を有する第１の湾曲部分６２２ｂ、長さＬ５を有する第２の直線部分６２２ｃ、及び長さＬ６を有する第２の湾曲部分６２２ｄの４つの部分に分けることができる。チャネル６２６を通して可撓性シャフト５０６の先端チップを移動させながら、キャリッジ５１０を介してマニピュレータ５１２によって加えられる有効な力がない初期手動挿入の間に、第１の量の抵抗力は、先端チップが第１の部分６２２ａ内にある間にユーザによって知覚され得、第２の量の抵抗力は、先端チップが第２の部分６２２ｂ内にある間にユーザによって知覚され得、第３の量の抵抗力は、先端チップが第３の部分６２２ｃ内にある間にユーザによって知覚され得、第４の量の抵抗力は、先端チップが第４の部分６２２ｄ内にある間にユーザによって知覚され得る。さらに、第５の量の抵抗力は、先端チップが第４の部分６２２ｄを超えた後にユーザによって知覚され得る。第１、第２、第３、第４、及び第５の量の抵抗力は、互いに異なってもよく、ユーザがキャリッジ５１０を沿って移動させる速度にも依存してもよい。これらの量の力は、挿入力プロファイルを規定することができ、カニューレ６２０を識別するカニューレタイプに関連する抵抗力調節方法で使用することができる。
【００４０】
図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、図５のカニューレ構成を通って延びる器具シャフトを示す一連の概略図である。図７Ａは、カニューレ５２０の第１の部分５２８ａ内に存在する可撓性器具シャフトの先端チップを示す。図７Ｂは、カニューレ５２０の第２の部分５２８ｂ内に存在する可撓性器具シャフトの先端チップを示す。第２の部分５２８ｂが湾曲しているので、ユーザは、直線部分５２８ａの長さＬ１に沿って先端チップを押すのに必要とされるよりも大きな量の力を、可撓性器具シャフトの先端チップを湾曲部分５２８ｂの長さＬ２に沿って所与の速度で押し得る。図７Ｃは、カニューレ５２０を出たときの可撓性器具シャフトの先端チップを示す。カニューレ５２０を出ると、カニューレ５２０を通して可撓性器具シャフトを押すのに必要な力が減少し得る。
【００４１】
図８Ａ及び図８Ｂは、カニューレ５２０及びカニューレ６２０にそれぞれ関連する挿入力プロファイルを示す。図８Ａに示されるように、可撓性シャフト５０６の先端チップのような器具の先端チップを移動させるのに必要な挿入力は、図７Ａ〜図７Ｃに関連して上述したように、カニューレ５２０の長さに沿って変化する。先端チップが第１の部分５２８ａ内に位置している間に（長さＬ１に関連し、図７Ａに示される）、要求される力は第１のレベルにある。可撓性シャフトの先端チップが（図７Ｂに示されるように）湾曲部分５２８ｂ内に入ると、必要な力のレベルが増大する。先端チップが（図７Ｃに示されるように）湾曲部分５２８ｂを越えた後に、一定速度で移動させるのに必要な力のレベルは減少する。先端チップが湾曲部分５２８ｂを越えた後に一定速度のために必要な力のレベルは、先端チップを第１部分５２８ａに沿って動かすのに必要な力のレベルよりも高くなり得る。いくつかの実施形態では、可撓性シャフト５０６の先端チップが所与の部分内に位置付けされるときに必要とされる力のレベルは、低、中、及び高力レベル等のカテゴリに割り当てられ得る。
【００４２】
図８Ｂは、カニューレ６２０に関連する挿入力プロファイルを示す。カニューレ６２０が複数の湾曲部を含むので、カニューレ６２０に関連する挿入力プロファイルは、図８Ａに示されるように、カニューレ５２０の挿入力プロファイルよりも複雑となり得る。図８Ｂに示されるように、可撓性シャフト５０６の先端チップをカニューレ６２０のチャネル６２６に沿って移動させるために必要な挿入力は、可撓性シャフト５０６の先端チップが長さ軸線に沿ってＬ３とＬ４との間、Ｌ５とＬ６との間に規定される湾曲部、部分６２２ｂ及び部分６２２ｄ内にある場合に、より大きくなり得る。一般に、可撓性シャフトの先端チップを移動させるのに必要な挿入力は、湾曲部分の数及び湾曲の程度とともに増大する。
【００４３】
図８Ａ及び図８Ｂの挿入力プロファイルが簡略化された形態で示されており、可撓性器具のシャフトの先端チップを一定速度で移動させるためにユーザによって加えられる力が、カニューレの所与の部分内で略一定である。これは、挿入力プロファイルを提示する際に明確化のために行われる。いくつかの実装形態では、挿入力プロファイルは、力のバンド（幅）によって表してもよい。例えば、図８Ａのｘ軸線に沿って０からＡまでの範囲は、「低い」挿入力が必要であることを示し得る。ＡとＢとの間の範囲は、「中間」レベルの挿入力が必要であることを示し得る。Ｂより高い力は「高い」挿入力であるとみなされ得る。これらのレベル又はバンドは、手動で加えられた挿入力を調節する際に使用するための適切な減衰力プロファイルを決定する際に使用され得る。いくつかの挿入力プロファイルにおいて、より多くの又はより少ないレベルを含んでもよい。
【００４４】
図９は、いくつかの実施形態に一致する、図１の制御システム１０８に対応し得るコンピュータシステム９００を示す図である。コンピュータシステム９００のコンポーネントは、マスターマニピュレータシステム１０２及び／又はスレーブマニピュレータシステム１０４に含めてもよい。さらに、コンピュータシステム９００は、制御システム１０８を提供するために、ネットワーク又は通信リンクを介してマスターマニピュレータシステム１０２及び／又はスレーブマニピュレータシステム１０４と通信するように構成された複数のサーバのうちのサーバ又は１つのサーバであってもよい。図９に示されるように、コンピュータシステム９００は、有線接続又は無線接続を表し得るネットワーク通信リンク９０４を介してネットワークと通信するように構成されたネットワークインターフェイスコントローラ（NIC）９０２を含む。いくつかの実施形態と一致して、ＮＩＣ９０２は、無線ブロードバンドコンポーネント、無線衛星コンポーネント、又はネットワークを介して他の装置と通信するように構成された無線周波数（RF）、マイクロ波周波数（MWF）、及び／又は赤外線（IR）コンポーネントを含む様々な他のタイプの無線通信コンポーネント等の無線通信コンポーネントを含む。ＮＩＣ９０２は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇ、ＨＤＳＰＡ、ＬＴＥ、ＲＦ、ＮＦＣ、ＩｒＤＡ、ＨｏｍｅＲＦ、ＤＥＣＴ、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｔｅｌｅｍｅｔｏｒｙ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｂ，ｇ，ｎ，ａｃ，又はａｄ、Ｂｌｕｅｔｈｏｏｔｈ（登録商標）、ＢＬＥ、ＷｉＭＡＸ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）等の１つ又は複数の無線ネットワークプロトコルに従って情報を送受信することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態と一致して、コンピュータシステム９００は、コンピュータシステム９００内の様々なコンポーネントを相互接続し、且つ様々なコンポーネント同士の間で情報を通信するためのシステムバス９０３を含む。そのようなコンポーネントは、１つ又は複数のプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィックス処理装置（GPU）又はデジタル信号プロセッサ（DSP）であり得る処理装置９０６と、ランダムアクセスメモリ（RAM）、内部メモリ要素、読出し専用メモリ（ROM）、又は外部又はスタティック光、磁気、又は固体メモリに対応し得るデータ記憶又はメモリ要素９０８とを含む。いくつかの実施形態と一致して、コンピュータシステム９００は、コンピュータシステム９００のユーザ１０１に情報を表示するためのディスプレイ要素９１０をさらに含む。ディスプレイ要素９１０は、図３の立体画像ディスプレイシステム１３６であってもよい。ディスプレイ要素９１０は、追加のディスプレイであってもよい。コンピュータシステム９００は、入力要素９１２も含み、ユーザ１０１等のコンピュータシステム９００のユーザがコンピュータシステム９００に情報を入力することを可能にする。そのような情報は、器具選択命令及び器具移動命令を含むことができる。入力要素９１２は、物理的又は仮想的なキーボード又はキーパッド、マウス、タッチスクリーン、マイクロホン、視線追跡システム、及びこれらの組合せ等の複数のコンポーネントを含むことができる。
【００４６】
コンピュータシステム９００は、ユーザがマニピュレータアーム１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ及び／又は器具１２８ａ，１２８ｂ、及び１２８ｃの動きを指示できるように構成されたナビゲーション制御コンポーネント９１４をさらに含むことができる。いくつかの実施形態と一致して、ナビゲーション制御コンポーネント９１４は、マウス、トラックボール、又は他のそのような装置であってもよい。ナビゲーション制御コンポーネント９１４は、図３のマスタツールマニピュレータ（MTM）１３２ａ及び１３２ｂであってもよい。
【００４７】
コンピュータシステム９００は、センサ要素９１８も含むことができる。センサ要素９１８は、センサ機能を提供し、手術システム１００又は制御システム１０８に結合されたセンサ周辺装置に組み込まれたセンサに対応し得る。センサ要素９１８は、スレーブマニピュレータシステム１０４及びマスターマニピュレータシステム１０２の物理的構成及び運動に関する情報を取り込む感知装置を含んでもよい。センサ要素９１８は、カメラ及び撮像要素、加速度計、リニアエンコーダ、角度エンコーダ、生体測定読取機、モーションキャプチャ装置、及びスレーブマニピュレータシステム１０４に関する情報を提供可能な他の装置を含んでもよい。
【００４８】
コンピュータシステム９００は、メモリ要素９０８に含まれる命令の１つ又は複数の一連の命令を実行する処理装置９０６によって特定の動作を実行することができる。他の実施形態では、本開示を実施するために、ハードウェア回路を、ソフトウェア命令の代わりに、又はソフトウェア命令と組み合わせて使用してもよい。ロジックは、コンピュータ可読媒体又は機械可読媒体で符号化してもよく、これら媒体は、実行のためにメモリ要素９０８を含む処理装置９０６に命令を与えることに関与する任意の媒体を指し得る。いくつかの実施形態に一致して、コンピュータ可読媒体は、有形で且つ非一時的である。
【００４９】
図９に示されるように、メモリ要素９０８は、図８Ａ及び図８Ｂの挿入力プロファイルのような、挿入力プロファイル９２０を記憶することができる。メモリ要素９０８は、減衰プロファイル９２２、医療器具データベース９２４、及びカニューレデータベース９２６をさらに記憶することができる。挿入力プロファイル９２０は、挿入力対器具の可撓性シャフトの先端チップを所望の速度で動かすために必要な挿入力を表す数値のアレイとして記憶してもよい。メモリ要素９０８は、多くの異なる挿入力プロファイル９２０を記憶することができる。例えば、図８Ａの挿入力プロファイルは、特定の医療器具及び特定のカニューレに関連する挿入力プロファイルを表すことができる。図８Ａの挿入力プロファイルは、特定の所望の速度についてこの情報を含むことができ、同じ医療器具及びカニューレについての異なる所望の速度が固有の挿入力プロファイルを有し得る。
【００５０】
処理装置９０６は、挿入力プロファイルを受け取り、カニューレを通る器具の動き及び運動の速度に従って、図５及び図６のキャリッジ５１０に含まれるアクチュエータによって加えられた減衰係数のアレイを計算することができる。
【００５１】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれカニューレ５２０及び６２０に関連する減衰係数プロファイルを形成する例示的な減衰係数の図を示す。図１０Ａに示されるように、可撓性シャフト５０６の先端チップがカニューレ５２０の第１の部分５２８ａ内にある間に、より高い減衰係数を適用してもよい。可撓性シャフト５０６の先端チップがカニューレ５２０の第２の部分５２８ｂ内にある間に、相対的に低い減衰係数を適用してもよい。所与の速度で動くのに必要とされる力がより小さい場合に、より高い減衰係数を適用することは、第１の部分５２８ａを通る可撓性シャフト５０６の先端チップの進行を効果的に遅らせることができる。第２の部分５２８ｂの湾曲のために第２の部分５２８ｂで力要件が上がると、適用される減衰係数をより小さくしなければならない。より低い力が必要な場合にはより高い減衰係数を適用し、より大きい力が必要な場合にはより低い減衰係数を適用することによって、制御システム１０８は、カニューレ５２０の全長に沿って、さらにカニューレ５２０を超えて延びても均一な速度を与えることができる。減衰係数の適用無しに、カニューレ５２０及び６２０内の湾曲部によって引き起こされる力要件の変化は、手動の器具導入中に速度の変化を引き起こす可能性がある。いくつかの実施形態では、減衰係数は、減衰力のカテゴリレベルで扱われる（bracketed）か、又は他に減衰力のカテゴリレベルに関連付けられ得る。ｘ軸線に沿ったＡより下の範囲の減衰力又は減衰力係数は、「低」力のカテゴリとしてみなされ又はこれに割り当てられ得る。ＡとＢとの間の範囲は、「中」力のカテゴリに割り当てられ得る。Ｂを超える範囲は、「高」減衰力カテゴリに割り当てられ得る。従って、いくつかの減衰プロファイルは、長さ及び関連するカテゴリ又はレベルを記憶することができる。他の実施形態では、より多い又は少ない減衰力レベル又は関連する減衰力係数を提供することができる。
【００５２】
図１１は、カニューレを通して医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する方法１１００のフローチャートである。方法１１００は、複数の列挙されたステップ又は動作として示されている。追加の動作を、列挙された動作の前、後、間に、又は列挙された動作の一部として実行してもよい。さらに、方法１１００のいくつかの実施形態は、１つ又は複数の列挙された動作を省略してもよい。方法１１００の動作は、図１の手術システム１００の制御システム１０８によって実行してもよい。
【００５３】
図１１に示されるように、方法１１００は、カニューレが特定のタイプのカニューレに関連付けられて識別されるステップ１１０２から開始することができる。一例として、制御システム１０８（図１）は、カニューレ５２０上に配置されたタグ５３２を読み取ることによって、カニューレ５２０（図５）を識別することができる。タグ５３２は、カニューレデータベース９２６（図９）に存在する識別子を含むことができる。カニューレデータベース９２６は、第１の部分５２８ａの長さＬ１及び第２の部分５２８ｂの長さＬ２等、カニューレ５２０に関する幾何学的情報を含むことができる。幾何学的情報には、第２の部分５２８ｂの曲率も含まれ得る。いくつかの実施形態では、材料情報もカニューレデータベース９２６に含まれ得る。さらに、タグ５３２は、挿入力プロファイル９２０からの挿入力プロファイル又は減衰プロファイル９２２からの減衰プロファイル（図９）を選択するために使用され得る。
【００５４】
ステップ１１０４において、カニューレを通して挿入される医療器具の位置が決定され得る。例えば、制御システム１０８は、マニピュレータ１４０及びキャリッジ５１０に関連する１つ又は複数のエンコーダにアクセスして、キャリッジ５１０の位置を決定することができる。医療器具データベース９２４内の医療器具に関する情報にアクセスすることによって、医療器具の長さ等の情報を、データベース９２４に記憶された器具プロファイルから取得することができる。キャリッジ５１０の位置及び医療器具の長さは、制御システム１０８によって、医療器具の先端チップの位置又は配置を決定するために使用され得る。さらに、医療器具の先端チップの位置を決定する際に、カニューレデータベース９２６からの情報も使用され得る。いくつかの実施形態では、医療器具は、医療器具の可撓性シャフトの先端チップにおける追跡装置又は先端チップに近接した追跡装置を含むことができる。例えば、医療器具の先端チップは、電磁場追跡器、又は手術現場における医療器具の先端チップの配置を決定するために使用される他の適切な装置を含むことができる。
【００５５】
ステップ１１０６において、複数の減衰プロファイルのうちの１つは、医療器具がカニューレを通して挿入されるときに、医療器具の動きに抵抗するように適用される。例えば、ユーザは、医療器具を設置し、その医療器具をある速度で押し通すことによって手動でカニューレ５２０に挿入することができる。制御システム１０８は、識別可能な挿入長さに関連する複数の減衰係数を有する減衰プロファイルを適用することができる。従って、制御システム１０８は、本明細書に記載されるように、カニューレの湾曲部分の間に、カニューレの直線部分の間に加えられる減衰係数よりも低い減衰係数を適用することができる。このようにして、制御システム１０８は、カニューレ内の異なる位置で異なる量の力を必要とする（減衰プロファイルを介した）挿入抵抗を調節することができ、ユーザが医療器具をより一貫した速度でカニューレを通して動かすことを可能にする。
【００５６】
いくつかの実装形態では、複数の減衰係数を有する減衰プロファイルは、挿入力プロファイルに基づいて計算することができる。挿入力プロファイルは、特定のカニューレ及び特定の医療器具に関連付けることができる。挿入力プロファイルは、医療器具がスレーブマニピュレータシステム１０４に適切に接続された後に、及びカニューレが制御システム１０８に識別された後に、図９のメモリ要素９０８のようなメモリ要素から取得することができる。
【００５７】
図１２は、カニューレを通して医療器具を挿入する間に遠隔操作式手術システムを制御する方法１２００のフローチャートである。方法１２００は、複数の列挙されたステップ又は動作として示されており、列挙された動作の前、後、間に、又は列挙された動作の一部として他の動作を含むことができる。方法１１００の動作は、図１の手術システム１００の制御システム１０８によって実行してもよい。
【００５８】
方法１２００の実施形態は、医療器具が挿入されるカニューレのカニューレタイプが識別されるステップ１２０２において開始され得る。識別は、コンピュータシステム９００（図９）のメモリ要素９０８に記憶されたカニューレデータベース９２６に照会することを含み得る。ステップ１２０４において、カニューレに関連するプロファイルがメモリから検索され得る。例えば、カニューレデータベース９２６から取得したカニューレのタイプ又は識別子を使用して、挿入力プロファイルを挿入力プロファイル９２０から得ることができ、及び／又は減衰プロファイルを減衰プロファイル９２２から得ることができる。
【００５９】
ステップ１２０６において、カニューレを通して挿入される医療器具の先端チップの位置を決定することができる。その位置は、カニューレ自体に対して決定してもよい。例えば、制御システム１０８は、医療器具５０２の可撓性シャフト５０６の先端チップがカニューレ６２０の部分６２２ｃ内に位置付けされていると判断することができる。検索された減衰プロファイル又は検索された挿入力プロファイルを参照することによって、カニューレ６２０の部分６２２ｃに関連する減衰力係数を決定することができる。例えば、減衰力係数は、減衰力係数のアレイに含めてもよく、アレイの各値は、カニューレ６２０に沿った又はカニューレ６２０の一部の特定の位置に関連付けられる。
【００６０】
ステップ１２０８において、減衰係数を適用して、現在の挿入速度に対する減衰力を与えることができる。挿入速度は、一定期間に亘るキャリッジ５１０の位置の微分に基づいて制御システム１０８によって決定してもよい。減衰係数の適用は、これら直線部分６２２ａ及び６２２ｃのうちの１つに沿った挿入速度の減少を生じさせ得る。湾曲部６２２ｂ、６２２ｄ内で医療器具の挿入速度が自然に低下し得るため、減衰係数は、挿入速度の減少や僅かな低下を生じさせない。減衰係数の適用及び大きさは、カニューレに沿った位置によって変化し得るので、挿入速度をより均一にすることができ、これは、器具が直線状部分から形態６２２ａ〜６２２ｂ等の湾曲部分に移行するときに、カニューレの内壁を損傷させる可能性を低減させるだけでなく、器具を座屈させる可能性を低減させることができる。
【００６１】
方法１２００の実施形態は、医療器具の挿入速度を監視するステップをさらに含むことができる。医療器具の挿入速度に減衰係数を適用することによって、医療器具の挿入速度が速度閾値を超えるかどうかを判定することができる。例えば、カニューレの湾曲部にかかわらず、低挿入速度を一貫してより容易に維持することができる。そのような場合に、減衰係数を適用すると、ユーザに大きな利益を与えることなく処置を遅くさせる可能性がある。速度閾値は、カニューレ及びカニューレを通して挿入される医療器具に依存し得る。例えば、カニューレ５２０の第１の部分５２８ａに異なる速度閾値を適用し、次にカニューレ５２０の第２の部分５２８ｂに速度閾値を適用してもよい。さらに、医療器具の挿入速度に減衰係数を適用することは、医療器具がカニューレを通過するときに、カニューレタイプの第１の部分に関連する第１の減衰係数を適用し、次にカニューレタイプの第２の部分に関連する第２の減衰係数を適用することを含み得る。
【００６２】
前述の議論の多くは、可撓性医療器具及び湾曲したカニューレに関連している。しかしながら、説明した技術は、剛性医療器具、直線状カニューレ、他のカニューレ要素等と共に使用することもできる。図１３は、実施形態に一致する例示的なカニューレアセンブリ１３００を示す。カニューレアセンブリ１３００は、２つのカニューレ要素、すなわち、直線状カニューレ１３２０及びカニューレシール１３１０を有する。カニューレシール１３１０は、基端側開口部１３１２及び基端側開口部１３１２よりも直径が小さい先端側開口部１３１４を含む。医療処置中に、医療器具（手術器具５０２又は剛性手術器具等）をカニューレシール１３１０を通して挿入することができる。器具がシールを通して挿入され、シールと相互作用するときに、異なる抵抗力がカニューレシールによって与えられ得る。上述の技術は、器具がシールを通して挿入されるときに必要とされる手動挿入力の均一性を高めるために使用することもできる。例えば、上述の技術は、より多くの器具がシール１３１０を通してカニューレアセンブリ１３００に挿入されるときに必要とされる手動挿入力の変化を減少させるために使用することができる。均一性の増大、必要とされる手動挿入力の変化の減少は、適切な基準を満たすのに十分であり得る。いくつかの例示的な基準には、必要な手動挿入力の変化が、平均的な人間のオペレータには認識されず、平均的な人間のオペレータに医療器具を誤挿入させるのに十分ではなく、１０％以内であり、又は他の適切な基準が含まれる。
【００６３】
図１４は、実施形態に一致する例示的な医療器具１４００の一部を示す。医療器具１４００は、手首１４２０を介してエンドエフェクタ１４１０に結合されたシャフト１４０５を含む。エンドエフェクタ１４１０と手首１４２０との幾何学的形状は異なるが、エンドエフェクタ１４１０及び手首１４２０は、略同じ直径ｄ１を有する。器具１４００はまた、シース１４４０によって覆われる第１の部分１４３０と、第２の部分１４５０とを含む。シース１４４０が断面図で示されているので、シース１４４０によって覆い隠される医療器具１４００の部分が図１４に確認される。第１の部分１４３０及び第２の部分１４５０は異なる直径を有するが、シース１４４０は、第１の部分１４３０における器具の直径を、第２の部分１４５０の直径ｄ２と同じになるように増大させる。直径ｄ２は直径ｄ１より大きい。こうして、器具１４００がカニューレアセンブリ（カニューレアセンブリ１３００等）に挿入され、カニューレシール１３１０を横切るときに、器具１４００は、先端側開口部１３１４を異なる量だけ撓ませ、先端側開口部１３１４を異なる材料と接触させる。具体的には、直径ｄ２を有する器具１４００の部分が先端側開口部１３１４に接触して移動するときに、その直径ｄ２を有する器具１４００の部分が、直径ｄ１を有する器具１４００の部分よりもカニューレシール１３１０をより大きく変形させる。直径ｄ２を有する器具１４００の部分によるカニューレシール１３１０のより大きな変形は、器具１４００とカニューレシール１３１０との間の変形による、より大きな接触力をもたらす。これらのより大きい接触力は、カニューレシール１３１０によって与えられる抵抗力を、カニューレアセンブリ１３００を通した器具の挿入に対して増大させることができる。同じ直径を有する器具１４００の部分（例えば、直径ｄ２を有する、シース１４４０を有する第１の部分１４３０及び第２の部分１４５０）が、不変の速度でカニューレシール１３１０を貫通して挿入される場合であっても、カニューレシール１３１０から生じる抵抗力が変化し得る。例えば、シース１４４０は、カニューレシール１３１０に対して第１の摩擦応答を有し得、第２の部分１４５０は、カニューレシール１３１０に対して第１の摩擦応答とは異なる第２の摩擦応答を有し得る。こうして、器具１４００の挿入に対してカニューレシール１３１０によって与えられる抵抗力の摩擦成分が変化する可能性がある。
【００６４】
本明細書に記載の技術を使用して、器具１４００を支持するマニピュレータに通信可能に結合された制御システム（制御システム１０８等）を提供することができる。この制御システムは、器具１４００及びカニューレシール１３１０のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定し、挿入プロファイルに従って挿入力を制御し、且つカニューレシール１３１０を通して医療器具を手動で挿入する間に器具１４００の動きに影響を及ぼすように動作し得る。挿入力の制御は、器具１４００、カニューレシール１３１０、又は両方の特性に影響を及ぼす直径、材料、及び他の力の差を説明するために使用され得る。
【００６５】
本システム及び方法の実施形態は、１つ又は複数の湾曲部分を有する湾曲したカニューレを通して可撓性器具等のカニューレ要素を通して医療器具を挿入するときに、より均一な挿入力又は速度を提供することができる。システム及び方法は、必要とされる挿入力の差を補償することができる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、遠隔操作式手術システムは、マニピュレータ及び制御システムを有する。マニピュレータは、医療器具に動作可能に結合されるように構成される。マニピュレータは、カニューレ要素を通して医療器具を移動させるように適合される。制御システムはマニピュレータに通信可能に結合される。制御システムは、医療器具及びカニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定するように動作する。制御システムは、挿入プロファイルに従って挿入力を制御し、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入する間に医療器具の動きに影響を及ぼすように構成される。
【００６７】
この遠隔操作式手術システムのいくつかの実施形態では、挿入プロファイルは、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入する間に医療器具の動きを補助するように構成された第１の部分と、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入する間に、医療器具の動きを妨げるように構成された第２の部分とを含む。
【００６８】
この遠隔操作式手術システムのいくつかの実施形態では、医療器具は、基端部、先端部、及び基端部と先端部との間の可撓性部分を含み、カニューレ要素が湾曲したカニューレであり、カニューレ要素を通した医療器具の手動挿入は、先端部及び可撓性部分の少なくとも一部を湾曲したカニューレ内に手動で移動させることを含み、挿入プロファイルは、カニューレ要素を通して医療器具を手動で挿入するために及ぼされる手動挿入力の空間的均一性を高めるように構成される。
【００６９】
この遠隔操作式手術システムのいくつかの実施形態では、医療器具は、カニューレ要素を通して手動で挿入されるように構成された第１及び第２のシャフト部分を有するシャフトを有する。第１のシャフト部分は、カニューレ要素に対して第１の摩擦応答を有し、第２のシャフト部分は、カニューレ要素に対して第１の摩擦応答とは異なる第２の摩擦応答を有する。挿入プロファイルは、第１及び第２のシャフト部分がカニューレ要素を通して手動で挿入されるときに、手動挿入力の空間的均一性を高めるように構成される。
【００７０】
この遠隔操作式手術システムのいくつかの実施形態では、カニューレ要素は、カニューレシールを含む。制御システムは、医療器具に関連する、医療器具の直径に基づく挿入プロファイルを決定することによって、医療器具及びカニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定するように動作する。
【００７１】
この遠隔操作手術システムのいくつかの実施形態では、医療器具は、基端部、先端部、及び基端部と先端部との間の可撓性部分を含む可撓性医療器具である。カニューレ要素は湾曲したカニューレであり、挿入プロファイルは、湾曲したカニューレを通して可撓性医療器具を手動で挿入する間に医療器具の動きを妨げるように構成された減衰プロファイルである。制御システムは、カニューレ要素（又は医療器具、又はカニューレ要素及び医療器具）を識別し、少なくともカニューレ要素（又は少なくとも医療装置、又はカニューレ要素と医療装置との両方）に関連する挿入プロファイルを決定することによって、医療器具及びカニューレ要素のうちの少なくとも１つに関連する挿入プロファイルを決定するように動作することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、遠隔操作式手術システムを制御する方法が、カニューレ要素を通した医療器具の挿入中に使用される。この方法は、少なくとも１つの要素タイプを識別するステップと、メモリから挿入プロファイルを検索するステップとを含む。要素タイプは、医療器具の器具タイプ、又はカニューレ要素のカニューレ要素タイプである。挿入プロファイルは、少なくとも１つの要素タイプに関連付けられる。この方法は、カニューレ要素に対する医療器具の位置を決定するステップと、医療器具がカニューレ要素を通して挿入されるときに、挿入プロファイルに基づいて医療器具に妨害力又は補助力を加えるステップとをさらに含む。
【００７３】
この方法のいくつかの実施形態では、挿入プロファイルは、カニューレ要素を通して手動で挿入する間に医療器具の動きを補助するように構成された第１の部分と、カニューレ要素を通して手動で挿入する間に医療器具の動きを妨げるように構成される第２の部分とを含む。
【００７４】
この方法のいくつかの実施形態では、カニューレ要素に対して医療器具の位置を決定するステップは、カニューレ要素に対して医療器具の先端チップの位置を決定するステップを含む。少なくとも１つの要素タイプは、カニューレ要素タイプを含む。医療器具は、基端部、先端部、及び基端部と先端部との間の可撓性部分を含む可撓性医療器具である。カニューレ要素は、湾曲したカニューレである。挿入プロファイルは、少なくともカニューレ要素タイプに関連付けられ、医療器具がカニューレ要素を通して挿入されるときに、医療器具の動きを妨げるように構成された減衰プロファイルである。
【００７５】
この方法の様々な実施形態において、少なくとも１つの要素タイプは、カニューレ要素タイプを含み、器具タイプを含み、又は器具タイプとカニューレ要素タイプとの両方を含む。
【００７６】
本発明の実施形態における１つ又は複数の要素は、ソフトウェアで実装して、制御システム１０８等のコンピュータシステムのプロセッサ上で実行してもよい。ソフトウェアで実装される場合に、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、プロセッサ可読記憶媒体又は装置に記憶することができ、伝送媒体又は通信リンクを介して搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によってダウンロードされ得る。プロセッサ可読記憶装置は、光媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む情報を記憶することができる任意の媒体を含み得る。プロセッサ可読記憶装置の例には、電子回路；半導体装置、半導体メモリ装置、読出し専用メモリ（ROM）、フラッシュメモリ、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（EPROM）：フロッピー（登録商標）ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置が含まれる。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のコンピュータネットワークを介してダウンロードすることができる。
【００７７】
提示されたプロセス及び表示は、本質的に、特定のコンピュータ又は他の装置に関連しなくてもよいことに留意されたい。様々な汎用システムが、本明細書の教示に従ってプログラムと共に使用され得、又は説明した動作を実行するより専門化された装置を構築することが好都合であると分かるかもしれない。様々なこれらのシステムに必要な構造は、特許請求の範囲内の要素として現れる。さらに、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して説明していない。本明細書に記載される本発明の教示を実施するために様々なプログラミング言語を使用してもよいことが理解されるであろう。本発明の特定の例示的な実施形態について説明し添付図面に示したが、そのような実施形態は、単に広範な発明を説明するものであって、広範な発明を制限するものではなく、本発明の実施形態は、当業者には他の様々な変更が想起されるため、図示し説明した特定の構造、構成に限定されるものではない。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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2019511287.tif 000022