(57)【要約】  ロボットシステムは、インターベンショナル処置を実行するためのロボット装置とロボットコントローラ２０とを採用する。ロボット装置は、ロボットマニピュレータ３０と、ロボットマニピュレータ３０に取り付けられたインターベンションロボット４０とを備え、インターベンションロボット４０の構造上の構成が遠隔運動中心を定める。ロボットコントローラ２０は、画像空間内の遠隔運動中心の空間配置の描写から導出されたロボットマニピュレータ３０の運動学的空間内のインターベンションロボット４０の空間配置に向けられたロボットマニピュレータ３０の並進運動及び／又は回転運動の手動作動を制御する。ロボットコントローラ２０は、画像空間内の遠隔運動中心の空間配向の描写から導出されたインターベンションロボット４０の運動学的空間内のエンドエフェクタの空間配向に向けられたインターベンションロボット４０の縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動の信号作動を更に制御する。
2019525787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターベンショナル処置を実行するためのロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、
ロボットマニピュレータと、
前記ロボットマニピュレータに取り付けられたインターベンションロボットと
を備えるロボット装置であって、前記インターベンションロボットがエンドエフェクタを備え、前記インターベンションロボットの構造上の構成が遠隔運動中心を定める、
ロボット装置と、
ロボットコントローラとを備え、
前記ロボットコントローラが、画像空間内の前記遠隔運動中心の空間配置の描写から導出された前記ロボットマニピュレータの運動学的空間内の前記インターベンションロボットの空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの少なくとも並進運動と回転運動との手動作動を制御し、
前記ロボットコントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の空間配向の描写から導出された前記インターベンションロボットの運動学的空間内の前記エンドエフェクタの空間配向に向けられた前記インターベンションロボットの縦揺れ運動と横揺れ運動とのうちの少なくとも一方の信号作動を制御する、
ロボットシステム。
【請求項２】
前記ロボットコントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写とを制御する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
画像コントローラを更に備え、
前記画像コントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写との、前記ロボットコントローラへの通信を制御する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記画像コントローラから前記ロボットコントローラへの配置通信が、
前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写とを示す画像データと、
前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写との情報を与える座標データとのうちの少なくとも一方を含む、請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ロボットマニピュレータの少なくとも前記並進運動と前記回転運動との手動作動の前記ロボットコントローラによる制御が、
前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置を示すテキスト表示と、可聴ブロードキャストと、グラフィカル画像と
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの空間位置を監視するためのリニアエンコーダとロータリエンコーダとのうちの少なくとも一方を備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置を監視するための線形測定器と角度測定器とのうちの少なくとも一方を備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの前記並進運動の手動作動のために手動で並進可能な少なくとも１つの直動関節を備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記ロボットマニピュレータが、前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの前記回転運動の手動作動のために手動で回転可能な少なくとも１つの回転関節を備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記ロボットマニピュレータが、
前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの前記並進運動の手動作動のために手動で並進可能な少なくとも２つの直動関節と、
前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの前記回転運動の手動作動のために手動で回転可能な少なくとも１つの回転関節とを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記インターベンションロボットが少なくとも１つの回転関節を備え、
前記ロボットコントローラが、前記インターベンションロボットの前記縦揺れ運動と前記横揺れ運動とのうちの前記少なくとも一方を駆動するために前記少なくとも１つの回転関節に動作可能に接続される、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記インターベンションロボットが、少なくとも２つの回転関節と、エンドエフェクタとを備え、
前記遠隔運動中心が、前記少なくとも２つの回転関節の各々の軸と、前記エンドエフェクタの軸との交差部と一致する点であり、
前記ロボットコントローラが、前記インターベンションロボットの前記縦揺れ運動と前記横揺れ運動とのうちの前記少なくとも一方を駆動するために前記少なくとも２つの回転関節に動作可能に接続される、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
ロボットマニピュレータに取り付けられたインターベンションロボットを備えるロボット装置を制御するためのコントローラネットワークであって、前記インターベンションロボットの構造上の構成が遠隔運動中心を定め、前記コントローラネットワークは、ロボットコントローラと画像コントローラとを備え、
前記ロボットコントローラが、画像空間内の前記遠隔運動中心の空間配置の描写から導出された前記ロボットマニピュレータの運動学的空間内の前記インターベンションロボットの空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの少なくとも並進運動と回転運動との手動作動を制御し、
前記ロボットコントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の空間配向の描写から導出された前記インターベンションロボットの運動学的空間内のエンドエフェクタの空間配向に向けられた前記インターベンションロボットの縦揺れ運動と横揺れ運動とのうちの少なくとも一方の信号作動を制御し、
前記画像コントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写との、前記ロボットコントローラへの測位通信を制御する、
コントローラネットワーク。
【請求項１４】
前記画像コントローラから前記ロボットコントローラへの前記配置通信が、
前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写とを示す画像データと、
前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写との情報を与える座標データとのうちの少なくとも一方を含む、請求項１３に記載のコントローラネットワーク。
【請求項１５】
前記ロボットコントローラと前記画像コントローラとが、同じワークステーション内に設置される、請求項１３に記載のコントローラネットワーク。
【請求項１６】
ロボットマニピュレータに取り付けられたインターベンションロボットを備えるロボット装置を制御するための方法であって、前記インターベンションロボットの構造上の構成が遠隔運動中心を定めていて、前記方法は、
ロボットコントローラが、画像空間内の前記遠隔運動中心の空間配置の描写から導出された前記ロボットマニピュレータの運動学的空間内の前記インターベンションロボットの空間配置に向けられた前記ロボットマニピュレータの少なくとも並進運動と回転運動との手動作動を制御するステップと、
前記ロボットコントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の空間配向の描写から導出された前記インターベンションロボットの運動学的空間内のエンドエフェクタの空間配向に向けられた前記インターベンションロボットの縦揺れ運動と横揺れ運動とのうちの少なくとも一方の信号作動を制御するステップとを有する、方法。
【請求項１７】
前記ロボットコントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写とを制御するステップを更に有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
画像コントローラが、前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写との、前記ロボットコントローラへの配置通信を制御するステップを更に有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記画像コントローラから前記ロボットコントローラへの前記配置通信が、
前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の描写と前記空間配向の描写とを示す画像データと、
前記画像空間内の前記遠隔運動中心の前記空間配置の前記描写と前記空間配向の前記描写との情報を与える座標データとのうちの少なくとも一方を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロボットマニピュレータの少なくとも前記並進運動と前記回転運動との手動作動の前記ロボットコントローラによる制御が、
前記ロボットマニピュレータの前記運動学的空間内の前記インターベンションロボットの前記空間配置を示すテキスト表示と、可聴ブロードキャストと、グラフィカル画像とのうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、様々なインターベンショナル処置（たとえば、腹腔鏡手術、神経手術、脊椎手術、経管腔的内視鏡手術、肺／気管支鏡手術、生検、アブレーション、及び診断のインターベンション）中に利用されるロボットに関する。本開示は、詳細には、インターベンションロボットの分離された空間配置及び空間配向制御の画像誘導に関する。
【背景技術】
【０００２】
最小侵襲手術は、小さいポートを通して患者の体の中に挿入される細長い器具を使用して実行される。より詳細には、患者の体の上に置かれる小さいポートは、器具が患者の内部に入るために通る唯一の切開点である。したがって、器具は、これらの支点の周りで回転するように操作されるが、器具は、患者に対する潜在的損傷及び危害を防ぐために、ポートに並進力をかけるように操作されるべきでない。これは、ロボット誘導手術にとって特に重要である。
【０００３】
その目的で、いくつかの知られているロボットは、支点において、遠隔運動中心（ＲＣＭ）として知られているものを実施し、ＲＣＭによって、器具の回転のみがポートにおいて実行され得、そのポートにおける器具のすべての並進力が除去されるという操作原理をロボットが実行する。これは、空間中の特定のロケーションにおいてＲＣＭを有する機械的設計を実施することと、次いで、空間中のその点をポートと整合させることとによって達成され得る。代替的に、ＲＣＭは、ＲＣＭの制約が満たされ得ることを保証するのに十分な自由度が存在するという条件で、ロボットシステムのソフトウェア内で仮想的に実施され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＣＭロボットなどの制約ロボットは、制御することが難しい。そのようなロボットは、通常少なくとも５つの関節を実装し、そのうちの３つの関節は、ＲＣＭを配置するために使用され、少なくとも２つの関節は、ＲＣＭを配向するために使用される。運動学的制約により、関節と空間自由度との間のマッピングは、直観的でない。更に、器具が患者の体の中に挿入された後にユーザがＲＣＭを誤って移動した場合、これらのそのようなロボットの安全は損なわれることがある。そのようなロボットのための計算量的制約システムは、それらの制約がより直観的でないので、操作するのに更に困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、ロボットマニピュレータとインターベンションロボットとを採用するロボット装置の制御を提供し、それによって、制御は、インターベンションロボットの空間配置と空間配向とのために、それぞれ、ロボットマニピュレータとインターベンションロボットとを独立して制御するために画像誘導を利用する。たとえば、外科的インターベンション中に、ロボット装置は、ロボットマニピュレータの手動作動について、基準面の働きをする手術台によって支持される体の中への挿入点と一致するように、インターベンションロボットを独立して空間的に配置するように、画像誘導によって制御され、インターベンションの信号作動について、同じく基準面の働きをする手術台の直観的なビュー中でインターベンションロボットによって支持されるインターベンション器具を配向するために、インターベンションロボットのエンドエフェクタを独立して空間的に配向するように、画像誘導によって制御される。
【０００６】
本開示の本発明の１つの形態は、インターベンショナル処置を実行するためのロボット装置とロボットコントローラとを採用するロボットシステムである。
【０００７】
ロボット装置は、ロボットマニピュレータに取り付けられたインターベンションロボットを備える。インターベンションロボットの構造上の構成は、遠隔運動中心（ＲＣＭ）を定める。
【０００８】
インターベンションロボットの空間配置の場合、ロボットコントローラは、画像空間内の遠隔運動中心の空間配置の描写（線引き、delineation）から導出されたロボットマニピュレータの運動学的空間内のインターベンションロボットの空間配置に向けられたロボットマニピュレータの並進運動及び／又は回転運動の手動作動を制御する。
【０００９】
インターベンションロボットのエンドエフェクタの空間配向の場合、ロボットコントローラは、画像空間内の遠隔運動中心の空間配向の描写から導出されたインターベンションロボットの運動学的空間内のインターベンションロボットのエンドエフェクタの空間配向に向けられたインターベンションロボットの縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動の信号作動を制御する。
【００１０】
本開示の発明の第２の形態は、ロボットコントローラを備え、画像空間内の遠隔運動中心の空間配置の描写と空間配向の描写との、ロボットコントローラへの通信を制御する画像コントローラを更に備える制御ネットワークである。
【００１１】
本開示の発明の第３の形態は、ロボット装置のロボットマニピュレータとインターベンションロボットとを制御するための方法である。
【００１２】
インターベンションロボットの空間配置の場合、本方法は、ロボットコントローラが、画像空間内の遠隔運動中心の空間配置の描写から導出されたロボットマニピュレータの運動学的空間内のインターベンションロボットの空間配置に向けられたロボットマニピュレータの並進運動及び／又は回転運動の手動作動を制御するステップを伴う。
【００１３】
インターベンションロボットのエンドエフェクタの空間配向の場合、本方法は、ロボットコントローラが、画像空間内の遠隔運動中心の空間配向の描写から導出されたインターベンションロボットの運動学的空間内のインターベンションロボットのエンドエフェクタの空間配向に向けられたインターベンションロボットの縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動の信号作動を制御するステップを更に伴う。
【００１４】
本開示では、
（１）「ロボットマニピュレータ」という用語は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明される構造上の構成、すなわち、１つ又は複数の自由度でセグメント及び／又はリンクの並進運動及び／又は回転運動の手動作動が可能な１つ又は複数の連接された関節（たとえば、直動関節及び／又は回転関節）を有する任意の機械デバイスを広く包含する。
（２）「手動作動」という用語は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、１つ又は複数の自由度でセグメント及び／又はリンクの並進運動及び／又は回転運動を作動させるために、手、（１つ又は複数の）機械デバイスなどを利用する、ロボットマニピュレータの操作者を広く包含する。
（３）「ロボットマニピュレータの運動学的空間」という句は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、ロボットマニピュレータの並進運動の範囲及び／又は回転運動の範囲にわたってインターベンションロボットによって横断可能な空間エリアを広く包含する。
（４）「インターベンションロボット」という用語は、２つ又はそれ以上の回転関節とエンドエフェクタとを備える、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明される構造上の構成であって、それにより、回転関節の軸とエンドエフェクタとの交差が、空間中の支点における遠隔運動中心を定め、それにより、エンドエフェクタによって保持される器具が、遠隔運動中心において縦揺れ、横揺れ、及び／又は回転される、構造上の構成を有する任意のロボットを広く包含する。
（５）「信号作動」という用語は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、インターベンションロボットの縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動の作動をそれによって駆動するためのインターベンションロボットの回転関節への信号の印加を広く包含する。
（６）「インターベンションロボットの運動学的空間」という句は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、インターベンションロボットの縦揺れ運動の範囲及び／又は横揺れ運動の範囲を囲む空間エリアを広く包含する。
（７）「画像空間内の遠隔運動中心の空間配置の描写」という句は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、診断画像内の遠隔運動中心の位置のユーザの描写であって、それにより、ユーザの描写が、診断画像に示された患者への所望の挿入点に対応する、ユーザの描写を広く包含する。
（８）「画像空間内の遠隔運動中心の空間配向の描写」という句は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、診断画像内の遠隔運動中心の配向のユーザの描写であって、それにより、ユーザの描写が、診断画像に示された患者への所望の挿入点に対する、インターベンションロボットのエンドエフェクタの所望の軸配向に対応するか、又はそれにより、ユーザの描写が、診断画像に示された患者への所望の挿入点に対する、インターベンションロボットのエンドエフェクタによって支持されるインターベンションツールの所望の軸配向に対応する、ユーザの描写を広く包含する。
（９）「画像空間」という用語は、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、撮像モダリティによって画像化された空間エリアを広く包含する。
（１０）「コントローラ」という用語は、本明細書で後で説明される本開示の様々な発明の原理の適用を制御するための特定用途向けメインボード又は特定用途向け集積回路の、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明される、すべての構造上の構成を広く包含する。コントローラの構造上の構成は、限定はしないが、（１つ又は複数の）プロセッサ、（１つ又は複数の）コンピュータ使用可能／コンピュータ可読記憶媒体、オペレーティングシステム、（１つ又は複数の）アプリケーションモジュール、（１つ又は複数の）周辺デバイスコントローラ、（１つ又は複数の）スロット、及び（１つ又は複数の）ポートを含む。コントローラは、ワークステーションに格納又は接続される。「ワークステーション」の例としては、限定はしないが、スタンドアロンコンピューティングシステム、クライアントコンピュータ、デスクトップ、又はタブレットの形態の、１つ又は複数のコンピューティングデバイス、ディスプレイ／モニタ、及び１つ又は複数の入力デバイス（たとえば、キーボード、ジョイスティック及びマウス）のアセンブリがある。
（１１）本明細書の「コントローラ」という用語のための記述ラベルは、「コントローラ」という用語への追加の限定を指定又は暗示することなしに本明細書で説明及びクレームされるコントローラ間の区別を容易にする。
（１２）「モジュール」という用語は、特定のアプリケーションを実行するための電子回路及び／又は実行可能プログラム（たとえば、（１つ又は複数の）非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された実行可能ソフトウェア及び／又はファームウェア）からなるコントローラ内に組み込まれるか、又はコントローラによってアクセス可能なモジュールを広く包含する。
（１３）本明細書での「モジュール」という用語のための記述ラベルは、「モジュール」という用語への追加の限定を指定又は暗示することなしに本明細書で説明及びクレームされるモジュール間の区別を容易にする。
（１４）「信号」及び「データ」という用語は、本明細書で後で説明される本開示の様々な発明の原理を適用することをサポートする情報を送信するための、本開示の技術分野で理解され、本明細書で例示的に説明されるように、検出可能な物理量又は推進力のすべての形態（たとえば、電圧、電流、又は磁界強度）を広く包含する。
（１５）本明細書での「信号」という用語のための記述ラベルは、「信号」という用語への追加の限定を指定又は暗示することなしに本明細書で説明及びクレームされる信号間の区別を容易にする。
（１６）本明細書での「データ」という用語のための記述ラベルは、「データ」という用語への追加の限定を指定又は暗示することなしに本明細書で説明及びクレームされるデータ間の区別を容易にする。
【００１５】
本開示の発明の上記の形態及び他の形態、並びに本開示の様々な特徴及び利点は、添付の図面とともに読み取られる本開示の様々な実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかになる。詳細な説明及び図面は、限定的ではなく、本開示の例示にすぎず、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲とその均等物とによって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本開示の発明の原理による、ロボットシステムの例示的な実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、本開示の発明の原理による、画像コントローラとロボットコントローラとの第１の例示的な実施形態のブロック図である。
【図３】図３は、本開示の発明の原理による、画像コントローラとロボットコントローラとの第２の例示的な実施形態のブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の発明の原理による、ロボットマニピュレータの例示的な実施形態の概略図の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の発明の原理による、ロボットマニピュレータの例示的な実施形態の概略図の平面図である。
【図５】図５Ａ乃至図５Ｄは、本開示の発明の原理による、様々な位置インジケータの例示的な実施形態を示す図である。
【図６】図６は、当技術分野で知られているインターベンションロボットの例示的な実施形態を示す図である。
【図７】図７は、本開示の発明の原理による、例示的なインターベンショナル処置を示す図である。
【図８】図８は、本開示の発明の原理による、ロボット装置制御方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本開示の発明の原理による、ロボットマニピュレータ制御方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本開示の発明の原理による、インターベンションロボット制御方法の例示的な実施形態を表すフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示の理解を容易にするために、図１の以下の説明は、ロボットマニピュレータとインターベンションロボットとを採用するロボット装置と、ユーザが画像空間内で描写したような、インターベンションロボットの所望の空間配置のためにロボットマニピュレータの手動作動を独立して制御し、ユーザが画像空間内で描写したような、インターベンションロボットのエンドエフェクタの所望の空間配向、特にインターベンションロボットのエンドエフェクタツールの所望の空間配向、又はエンドエフェクタによって支持されるインターベンションツールの所望の空間配向のために、インターベンションロボットの信号作動を更に制御するために画像誘導を実施するロボット制御方法との基本的な発明の原理を教示する。この説明から、当業者は、本開示の発明の原理を多数の及び様々なタイプのインターベンショナル処置にどのように適用すべきかを了解されよう。
【００１８】
図１を参照すると、本開示のロボットシステムは、ロボットコントローラ２０と、ロボットマニピュレータ３０に着脱可能に又は永続的に取り付けられたインターベンションロボット４０を含むロボット装置とを採用する。
【００１９】
ロボットコントローラ２０は、診断画像１２内に遠隔運動中心ＲＣＭの位置のユーザの描写を示す／その情報を与える入力１３を受信し、それにより、ユーザの描写は、診断画像１２に示された患者１０への所望の挿入点に対応する。入力１３は、診断画像１２内に遠隔運動中心ＲＣＭの配向のユーザの描写を更に示す／その情報を与えるものであり、それにより、ユーザの描写は、診断画像１２に示された患者Ｐへの所望の挿入点に対する、インターベンションロボット４０のエンドエフェクタの所望の軸配向に対応するか、又はそれにより、ユーザの描写は、診断画像１２に示された患者Ｐへの所望の挿入点に対する、インターベンションロボット４０のエンドエフェクタによって支持されるインターベンションツールの所望の軸配向に対応する。
【００２０】
実際には、診断画像１２を生成するために、インターベンショナル処置に好適な、当技術分野で知られている任意のタイプの撮像モダリティ（たとえば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）モダリティ、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）モダリティ、Ｘ線モダリティ、超音波（ＵＳ）モダリティなど）が利用される。また実際には、入力１３は、限定はしないが、診断画像１２に対応する画像データ、又はロボットマニピュレータ３０の運動学的空間５０にレジストレーションされる診断画像１２の画像空間内の遠隔運動中心ＲＣＭの空間配置と空間配向との情報を与える座標データを含む、診断画像１２の画像空間内で描写されるインターベンションロボット４０の空間配置と空間配向とを通信することに好適な任意の形態を有する。
【００２１】
ロボットコントローラ２０は、本明細書で更に説明されるように、入力１３を処理して、（１つ又は複数の）関節位置コマンドＪＰＣを介してロボットマニピュレータ３０の手動作動を独立して制御するか、又は本明細書で更に説明されるようにインターベンショナル駆動信号ＩＤＳを介してインターベンションロボット４０の信号作動を独立して制御する。
【００２２】
実際には、ロボットコントローラ２０は、撮像モダリティにワイヤード又はワイヤレス接続されたワークステーション内に格納されるか又はワークステーションにリンクされるか、或いは撮像モダリティのワークステーション内に格納される。
【００２３】
ロボットマニピュレータ３０は、（１つ又は複数の）関節位置コマンドＪＰＣに従ってロボットマニピュレータ３０の操作者によって手動作動されたような、ロボットマニピュレータ３０のセグメント／リンク及びエンドエフェクタ（図示せず）の並進運動及び／又は回転運動のための１つ又は複数の自由度を与える１つ又は複数の連接された関節（図示せず）（たとえば、（１つ又は複数の）直動関節及び／又は（１つ又は複数の）回転関節）を含む。セグメント／リンク及びエンドエフェクタの並進運動の範囲及び／又は回転運動の範囲は、本明細書で更に説明されるように、ロボットマニピュレータ３０の運動学的空間を定める。
【００２４】
ロボットマニピュレータ３０の一実施形態では、１つ又は複数の連接された関節は、ロボットマニピュレータ３０上にインターベンションロボット４０を取り付けるためにベースセグメント／リンクとエンドエフェクタとの間に延在する。この実施形態の場合、ロボットマニピュレータ３０のセグメント／リンク及びエンドエフェクタの並進運動及び／又は回転運動は、ロボットマニピュレータ３０の運動学的空間の原点の働きをするベースセグメント／リンクに基づく。
【００２５】
インターベンションロボット４０は、本明細書で更に説明されるように遠隔運動中心ＲＣＭを定めるインターベンションロボット４０の運動学的空間内の支点において交差するアクチュエータの回転軸を有する構造上の構成において２つ又はそれ以上のアクチュエータ（図示せず）を支持する１つ又は複数のアーム及び／又はアーク（図示せず）を含む。インターベンションロボット４０は、インターベンション器具を保持するためのエンドエフェクタ（図示せず）を更に含み、それにより、遠隔運動中心ＲＣＭは、インターベンション器具の動きによって定められる作業空間を確立するために、エンドエフェクタの軸及び／又はインターベンション器具の軸に沿って配置される。
【００２６】
たとえば、インターベンションロボット４０のエンドエフェクタはインターベンション器具６０を保持し、それにより、遠隔運動中心ＲＣＭは、作業空間６１を有するインターベンション器具６０の縦軸に沿って配置される。実際には、インターベンション器具の指定された実施形態は、ロボットシステムによって実行される特定のインターベンショナル処置に依存する。インターベンション器具の例としては、限定はしないが、外科用器具及び観察／撮像器具（たとえば、内視鏡）がある。
【００２７】
まだ図１を参照すると、空間配置操作は、概して、ロボットコントローラ２０が、診断画像１２の画像空間内の座標点におけるインターベンションロボット４０の遠隔運動中心ＲＣＭの描写された空間位置に対応するロボットマニピュレータ３０の運動学的空間内の座標点におけるインターベンションロボット４０の空間配置の手動作動を制御することを伴う。インターベンションロボット４０は、ロボットマニピュレータ３０の操作者による手動作動と調和して移動するように、好適な様式で着脱可能に又は永続的にロボットマニピュレータ３０に取り付けられる。向けられた座標点に達すると、空間配向操作は、概して、ロボットコントローラ２０が、診断画像１２の画像空間内の座標点を中心とするインターベンションロボット４０の遠隔運動中心ＲＣＭの空間配向にレジストレーションされたインターベンションロボット４０の運動学的空間内の配向においてインターベンションロボット４０のエンドエフェクタを空間的に配向するために、必要に応じてインターベンションロボット４０の信号作動を制御することを伴う。
【００２８】
たとえば、ロボットシステムの例示的な操作が、図１に示されている。ロボットマニピュレータ３０に取り付けられたインターベンションロボット４０は、ロボットシステムの例示的な空間配置操作と例示的な空間配向操作との説明において視覚的に明快にするために図示されないことに留意されたい。とはいえ、遠隔運動中心ＲＣＭが例示的な操作の目的でロボットマニピュレータ３０とインターベンションロボット４０との象徴であることを、当業者は了解されよう。
【００２９】
本例では、原点５１を有する座標系ＸＭＲ−ＹＭＲ−ＺＭＲによって象徴されるロボットマニピュレータ３０の運動学的空間５０内の座標点に配置されるインターベンションロボット４０の操作者による空間配置は、
（１）ロボットコントローラ２０が、入力１３を処理して、診断画像１２の画像空間内の座標点におけるインターベンションロボット４０の遠隔運動中心ＲＣＭの描写された空間位置に対応するロボットマニピュレータ３０の運動学的空間５０内の座標点ＲＣＭＰを識別することと、
（２）ロボットコントローラ２０が、それにより座標点ＲＣＭＰにおいてインターベンションロボット４０の遠隔運動中心ＲＣＭを空間的に配置するために必要な（１つ又は複数の）連接された関節の並進運動及び／又は回転運動の手動作動のためにロボットマニピュレータ３０の１つ又は複数の連接された関節の位置設定の情報を与える（１つ又は複数の）関節位置コマンドＪＰＣを通信することと
を伴う。
【００３０】
実際には、関節位置コマンドＪＰＣは、本明細書で更に説明されるように、限定はしないが、関節位置設定のテキスト表示、関節位置設定の可聴ブロードキャスト、及び関節位置設定のグラフィカル画像を含む、ロボットマニピュレータ３０の１つ又は複数の連接された関節の位置設定を通信するための好適な形態のものである。
【００３１】
また例として図１に示されているように、座標系ＸＹＡＷ軸と、ＹＰＩＴＣＨ軸とＺＲＯＬＬ軸とによって象徴されるインターベンションロボット４０の運動学的システム内の座標点ＲＣＭＰを中心とする配向におけるインターベンションロボット４０のエンドエフェクタの空間配向は、
（１）ロボットコントローラ２０が、入力１３を処理して、診断画像１２の画像空間内の座標点におけるインターベンションロボット４０の遠隔運動中心ＲＣＭの描写された空間配向に対応する、座標点ＲＣＭＰを中心とする、インターベンションロボット４０のエンドエフェクタ又はエンドエフェクタによって支持されるインターベンション器具の配向を識別することと、
（２）ロボットコントローラ２０が、インターベンションロボット４０の運動学的空間内の座標点ＲＣＭＰを中心とする配向ＲＣＭＯにおいてインターベンションロボット４０のエンドエフェクタを空間的に配向するために、インターベンションロボット４０のアーム／アークの縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動の信号作動のためのインターベンショナル駆動信号ＩＤＳをインターベンションロボット４０に送信することと
を伴う。
【００３２】
本開示の理解を更に容易にするために、図２〜図６の以下の説明は、図１の基本的な発明の原理を実施するための、画像コントローラ（図１に図示せず）と、ロボットコントローラ２０と、ロボットマニピュレータ３０と、インターベンションロボット４０との例示的な実施形態について説明する。この説明から、当業者は、ユーザ入力デバイス１０と、ロボットコントローラ２０と、ロボットマニピュレータ３０と、インターベンションロボット４０との多数の及び様々な実施形態に本発明の発明の原理をどのように適用すべきかを了解されよう。
【００３３】
図２を参照すると、ロボットコントローラ２０（図１）の実施形態１２０ａは、診断画像１２に対応する画像データ、又はロボットマニピュレータ３０の運動学的空間５０にレジストレーションされたような、診断画像１２の画像空間内のインターベンションロボット４０の遠隔運動中心ＲＣＭの空間配置と空間配向との情報を与える座標データを処理するために、描写モジュール１２１と、レジストレーションモジュール１２２と、マッピングモジュール１２３と、空間配置モジュール１２５と、空間配向モジュール１２６とを採用する。
【００３４】
詳細には、画像コントローラ１１０ａは、撮像モダリティ（たとえば、ＣＴ、コーンビームＣＴ、ＭＲＩ、Ｘ線、ＵＳなど）によって生成された患者１０の診断画像１１内のインターベンション器具の挿入点及び挿入角度におけるプランニングのために、当技術分野の知られているプランニング技法を実施するプランニングモジュール１１１を採用して、それにより診断画像１２を生成する。
【００３５】
画像コントローラ１１０ａは、ロボットコントローラ１２０ａに診断画像１２のライブバージョン又は記憶されたバージョンを通信し、それにより描写モジュール１２１は、ロボットマニピュレータ３０とインターベンションロボット４０とのそれぞれの運動学的空間内のインターベンションロボット４０の空間配置と空間配向との情報を与える、レジストレーションされたロボットデータＲＲＤを生成する。より詳細には、レジストレーションモジュール１２２は、診断画像１１の撮像モダリティへの単一のロボット装置として、ロボットマニピュレータ３０とインターベンションロボット４０との知られている技法によるレジストレーションに基づいて変換行列Ｔを生成し、描写モジュール１２１は、診断画像１２に変換行列Ｔを適用することによって、レジストレーションされたロボットデータＲＲＤを生成する。
【００３６】
マッピングモジュール１２３は、レジストレーションされたロボットデータＲＲＤの空間位置情報を処理して、それにより、ロボットマニピュレータ３０の運動学的空間内にインターベンションロボット４０を空間的に配置するためのロボットマニピュレータ５０の各連接された関節の位置の情報を与える関節位置設定ＪＰＳを生成するための空間配置マップ１２４を含む。それに応答して、空間配置モジュール１２６は、本明細書で更に説明されるように、ロボットマニピュレータ１３０（図５）の並進運動及び／又は回転運動の必要な手動作動のための（１つ又は複数の）関節位置コマンドＪＰＣ（たとえば、テキスト表示、可聴ブロードキャスト及び／又はグラフィカル画像）を生成する。
【００３７】
マッピングモジュール１２３は、本明細書で更に説明されるように、レジストレーションされたロボットデータＲＲＤの空間配向情報を処理して、それにより空間配向情報の必要な角度ベクトル変換として空間配向信号ＳＯＳを生成するための空間配向マップ１２５を更に含む。それに応答して、空間配向モジュール１２７は、本明細書で更に説明されるように、インターベンションロボット１４０（図６）の縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動を駆動するためのインターベンショナル駆動信号ＩＤＳを生成する。
【００３８】
実際には、画像コントローラ１１０ａ及びロボットコントローラ１２０ａは、同じワークステーション又は異なるワークステーションに格納又はリンクされた別個のコントローラであるか、或いは同じワークステーションに格納又はリンクされた単一のマスタコントローラに組み込まれる。たとえば、画像コントローラ１１０ａは撮像モダリティのワークステーション内に格納され、ロボットコントローラ１２０ａはロボット装置のワークステーション内に格納される。
【００３９】
図３を参照すると、ロボットコントローラ２０（図１）の実施形態１２０ｂは、図２について前に説明されたように、レジストレーションされたロボットデータＲＲＤを処理するために、マッピングモジュール１２３と、空間配置モジュール１２５と、空間配向モジュール１２６とを採用する。ロボットコントローラ１２０ｂの場合、画像コントローラ１１０は、図２について前に説明されたように、レジストレーションされたロボットデータＲＤを生成するために、プランニングモジュール１１１と、レジストレーションモジュール１１２と、描写モジュール１１３とを採用する。
【００４０】
実際には、画像コントローラ１１０ｂ及びロボットコントローラ１２０ｂは、同じワークステーション又は異なるワークステーションに格納又はリンクされた別個のコントローラであるか、或いは同じワークステーションに格納又はリンクされた単一のマスタコントローラに組み込まれる。たとえば、画像コントローラ１１０ｂは撮像モダリティのワークステーション内に格納され、ロボットコントローラ１２０ｂはロボット装置のワークステーション内に格納される。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ロボットマニピュレータ３０（図１）の実施形態１３０は、剛性リンク１３４ａ及び１３４ｂを接続する直動関節１３１ａと、剛性リンク１３４ｂ及び１３４ｃを接続する回転関節１３２と、剛性リンク１３４ｃ及び１３４ｄを接続する直動関節１３１ｂと、その上にインターベンションロボット１４０（図５）を着脱可能に又は永続的に取り付けるためのエンドエフェクタ１３５とを採用する。
【００４２】
操作において、リンク１３４ａは、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間１５０の原点のためのベースリンクの働きをする。ロボットマニピュレータ１３０の操作者によって手動作動されるときに、直動関節１３１ａは、図４Ａに最も良く示されているように、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間１５０のＺ軸に沿って調和してリンク１３４ｂ、１３４ｃ及び１３４ｄとエンドエフェクタ１３５とを並進的に移動する。
【００４３】
ロボットマニピュレータ１３０の操作者によって手動作動されるときに、回転関節１３２は、図４Ｂに最も良く示されているように、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間１５０のＺ軸を中心として調和してリンク１３４ｃ及び１３４ｄとエンドエフェクタ１３５とを回転的に移動する。
【００４４】
ロボットマニピュレータ１３０の操作者によって手動作動されるときに、直動関節１３１ｂは、図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間１５０のＸ軸及び／又はＹ軸に沿って調和してリンク１３４ｄとエンドエフェクタ１３５とを並進的に移動する。
【００４５】
図５Ａを参照すると、空間配置モジュール１２６は、直動関節１３１ａ及び１３１ｂと回転関節１３２とのターゲット関節位置のテキスト表示７０を制御する。
【００４６】
テキスト表示７０から、直動関節１３１ａは、図５Ｂに示されているように、直動関節１３１ａの現在の関節位置のテキスト指示７１ａのためにリニアエンコーダを採用し、それにより、ロボットマニピュレータ１３０の操作者は、直動関節１３１ａのターゲット関節位置に達するために直動関節１３１ａの必要な並進運動を確認する。
【００４７】
同様に、回転関節１３２は、図５Ｂに示されているように、回転関節１３２の現在の関節位置のテキスト指示７１ｂのためにロータリエンコーダを採用し、それにより、ロボットマニピュレータ１３０の操作者は、回転関節１３２のターゲット関節位置に達するために回転関節１３２の必要な回転運動を確認する。
【００４８】
同様に、直動関節１３１ｂは、図５Ｂに示されているように、直動関節１３１ｂの現在の関節位置のテキスト表示７１ｃのためにリニアエンコーダを採用し、それにより、ロボットマニピュレータ１３０の操作者は、直動関節１３１ｂのターゲット関節位置に達するために直動関節１３１ｂの必要な並進運動を確認する。
【００４９】
代替的に、テキスト表示７０から、直動関節１３１ａは、図５Ｃに示されているように、直動関節１３１ａの現在の関節位置のテキスト指示７２ａのために測定スケールを採用し、それにより、ロボットマニピュレータ１３０の操作者は、直動関節１３１ａのターゲット関節位置に達するために直動関節１３１ａの必要な並進運動を確認する。
【００５０】
同様に、回転関節１３２は、図５Ｃに示されているように、回転関節１３２の現在の関節位置のテキスト指示７２ｂのために測定スケールを採用し、それにより、ロボットマニピュレータ１３０の操作者は、回転関節１３２のターゲット関節位置に達するために回転関節１３２の必要な回転運動を確認する。
【００５１】
同様に、直動関節１３１ｂは、図５Ｃに示されているように、直動関節１３１ｂの現在の関節位置のテキスト表示７２ｃのために測定マーカーを採用し、それにより、ロボットマニピュレータ１３０の操作者は、直動関節１３１ｂのターゲット関節位置に達するために直動関節１３１ｂの必要な並進運動を確認する。
【００５２】
図５Ｄを参照すると、テキスト表示７０の代替として、グラフィカル画像７３ａが、直動関節１３１ａの現在の関節位置とターゲット関節位置１３４ｂ’との間の相対距離の視覚的指示として表示され、グラフィカル画像７３ｂが、回転関節１３２の現在の関節位置とターゲット関節位置１３４ｃ’との間の相対距離の視覚的指示として表示され、グラフィカル画像７３ｃが、直動関節１３１ｂの現在の関節位置とターゲット関節位置１３４ｄ’との間の相対距離の視覚的指示として表示される。グラフィカル画像は、関節がターゲット位置に達するように移動されるにつれて更新される。
【００５３】
図６を参照すると、インターベンションロボット４０（図１）の実施形態１４０は、１次軸ＰＡ２を有する回転関節１４１と、２次軸ＳＡ２を有する回転関節１４２と、支持アーク１４３と、縦軸ＬＡ２を有する内視鏡１６０を保持するためのエンドエフェクタ１４５を含む器具アーク１４４とを採用する。支持アーク１４３は、回転関節１４１と回転関節１４２とに同心円状に接続され、器具アーク１４４は、回転関節１４２に同心円状に接続される。重要であるのは、
（１）  回転軸ＰＡ２、ＲＡＤ及びＬＡ２が、遠隔運動中心１４６において交差し、
（２）  支持アーク１４３のθＢのベースアーチ長さが、回転軸ＰＡ２と回転軸ＳＡ２との間に及び、
（３）  器具アーク１４４ａの拡張アーク長さθＥ３が、回転軸ＰＡ２と回転軸ＬＡ２との間に及び、
（４）  遠隔運動中心１４６を中心とするエンドエフェクタ１４５の縦揺れ運動の範囲及び横揺れ運動の範囲が、インターベンションロボット１４０の運動学的空間を定め、
（５）  遠隔運動中心１４６に対する作業空間１６１は、支持アーク１４３のθＢ３のベースアーチ長さと、器具アーク１４４ａの拡張アーク長さθＥ３とから導出された表面及びベースの次元を有し、
（６）  回転関節１４１は、作業空間１６１内の内視鏡１６０の遠位先端１６０ｄの広い移動を制御するために、所望のφ１度のために１次軸ＰＡ２を中心としてアーク１４３及び１４４ａを共回転させるように、当技術分野で知られているようなロボットコントローラによって駆動され、
（７）  回転関節１４２は、作業空間１６１内の内視鏡１６０の遠位先端１６０ｄのターゲット移動を制御するために、所望のφ２度のために２次軸ＳＡ２を中心として器具アーク１４４を回転させるように、当技術分野で知られているようなロボットコントローラによって駆動され、
（８）  エンドエフェクタ１４５は、手動で、又はロボットコントローラによって制御される、それの縦軸ＬＡ２を中心として内視鏡１６０を回転させる能力を有する。
【００５４】
本開示の発明の原理の更なる理解を容易にするために、外科的環境内の画像コントローラ１１０（図２及び図３）、ロボットコントローラ１２０（図２及び図３）、ロボットマニピュレータ１３０（図４）、及びインターベンションロボット１４０（図６）は、次に、図７〜図９に関して本明細書で説明される。その説明から、当業者は、本開示の発明の原理による任意のタイプの操作環境内の画像コントローラ、ロボットコントローラ、ロボットマニピュレータ及びインターベンションロボットの多数の及び様々な実施形態をどのように操作すべきかを了解されよう。
【００５５】
図７を参照すると、外科的環境は、本明細書で前に説明されたように、画像コントローラ１１０と、ロボットコントローラ１２０と、ロボットマニピュレータ１３０と、インターベンションロボット１４０とを含み、インターベンショナルＸ線イメージャ１００と、インターベンションツール１６０（たとえば、外科用器具）と、モニタ９１、キーボード９２、及びコンピュータ９３を採用するワークステーション９０とを更に含む。
【００５６】
当技術分野で知られているように、インターベンショナルＸ線イメージャ８０は、概して、Ｘ線源８１と、画像検出器８２と、インターベンショナルＸ線イメージャ８０を回転させるためのカラー８３とを含む。当技術分野で知られているような操作中に、Ｘ線コントローラ８４は、患者１０１の解剖学的物体のコーンビームＣＴ画像を示す撮像データ８５の、インターベンショナルＸ線イメージャ８０による生成を制御する。
【００５７】
実際には、Ｘ線コントローラ８４は、Ｘ線撮像ワークステーション（図示せず）内に設置されるか、又は代替的にワークステーション９０内に設置される。
【００５８】
また実際には、インターベンショナルＸ線イメージャ８０は更に、カメラ座標系とＣアームとの間の知られている変換とともに、Ｃアームにしっかりと取り付けられたカメラ８６を採用する。外科的処置は、基準面１０３の働きをする手術台１００の表面をもつ手術台１００に載っている患者１０１の挿入ポート１０２と一致するような、インターベンションロボット１４０の遠隔運動中心１４６の空間配置及び空間配向を伴う。この目的で、様々な制御９４が、コンピュータ９３、特に画像コントローラ１１０及びロボットコントローラ１２０上に設置され、撮像データ１１０は、ロボットマニピュレータ１３０とインターベンションロボット１４０との画像誘導を与えるために画像コントローラ１１０に通信される。
【００５９】
概して、患者１０１が手術台１００に載る前に、ロボットマニピュレータ１３０は、手術台１００に固定され、インターベンションロボット１４０は、患者１０１が手術台１００に載ることを可能にするために、手術台１００から離間される。
【００６０】
更に、ロボット装置は、以下で更に説明されるように、インターベンショナルＸ線イメージャ８０にレジストレーションされ、ワイヤード又はワイヤレスの通信９６は、ワークステーション９０とロボット１３０及び１４０との間に確立される。
【００６１】
概して、患者１０１が手術台１００に載り、患者１０１の挿入点１０２がロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間内にあるとき、インターベンションロボット１４０は、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間内の開始座標位置に配置される。更に、患者１０１の手術中の画像が、ロボット装置にレジストレーションされる。
【００６２】
図８は、画像コントローラ１１０とロボットコントローラ１２０とによって実施されるロボット制御方法を表すフローチャート１７０を示す。
【００６３】
図８を参照すると、フローチャート１７０の段階Ｓ１７２は、画像コントローラ１１０が、インターベンショナルＸ線イメージャ８０によって生成され、モニタ９１上に表示されるような、患者１０１のコーンビームＣＴ画像内で制御することと、ワークステーション９０の操作者が、当技術分野で知られているように患者１０１の計画された挿入ポートを描写し、更に、当技術分野で知られているようにインターベンションツール１６０の計画された挿入角度を描写することとを包含する。
【００６４】
フローチャート１７０の段階Ｓ１７４は、画像コントローラ１１０又はロボットコントローラ１２０が、コーンビームＣＴ画像に対するロボット装置のレジストレーションを制御することを包含する。
【００６５】
台１００へのロボット装置の取付けの後のコーンビームＣＴ画像収集を伴う段階Ｓ１７４の実施形態の場合、当技術分野で知られているような自動レジストレーションが、コーンビームＣＴ画像内の取り付けられたロボット装置のイラストレーションの検出に基づいて実行される。
【００６６】
ロボット／イメージャ衝突及び／又は画像アーテファクトを回避するために台１００へのロボット装置の取付けより前のコーンビームＣＴ画像収集を伴う段階Ｓ１７４の実施形態の場合、コーン−ビーンＣＴ画像は、透視イメージャ８０の座標フレームにおけるロボット装置の位置を示すために利用され、それにより、示された位置は、エンコーダ又は他の位置インジケータを介してロボット装置の知られている位置に相関させられ、相関させられた位置は、Ｃアームジオメトリを通してコーンビームＣＴ画像に暗黙的にレジストレーションされる。
【００６７】
代替的に、カメラ８６を更に伴う段階Ｓ７１４の実施形態の場合、カメラ８６によって生成されたビデオ画像が利用されて、ロボットの２つ又はそれ以上のカメラ画像を利用することと、ロボット座標フレームとの知られている関係をもつロボット装置の画像ベースマーカー（たとえば、画像パターン）の位置を三角測量することとによって、コーンビームＣＴ画像にロボット装置をレジストレーションし、又はロボット装置が画像ベースマーカーを装備していない場合、カメラ８６のビデオ画像を利用することによって、透視イメージャ８０の座標フレームにおけるロボット装置の位置を示し、それにより、示された位置は、エンコーダ又は他の位置インジケータを介してロボット装置の既知の位置に相関させられ、相関させられた位置は、Ｃアームジオメトリを通してコーンビームＣＴ画像に暗黙的にレジストレーションされる。
【００６８】
フローチャート１７０の段階Ｓ１７６は、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間内にインターベンションロボット１４０を空間的に配置するための、患者１０１の挿入点１０２の方向において必要に応じてロボットマニピュレータ１３０の並進運動及び／又は回転運動の、ロボットマニピュレータ１３０のワークステーション９０の操作者による手動作動を包含する。この目的で、図９Ａに示されているように、ロボットコントローラ１２０は、本開示の発明のロボットマニピュレータ制御方法を表すフローチャート１８０を実行するために操作される。
【００６９】
図９Ａを参照すると、フローチャート１８０の段階Ｓ１８２は、ロボットコントローラ１２０のマッピングモジュール１２３が、ロボット装置にレジストレーションされるような、コーンビームＣＴ画像内の挿入点１０２において遠隔運動中心ＲＣＭの空間配置を示す、レジストレーションされたロボットロケーションＲＲＬを処理することを包含する。処理は、ロボットマニピュレータ１３０の運動学的空間１５０内のレジストレーションされたロボットロケーションＲＲＬのマッピングモジュール１２３によるマッピング１２４に従う関節位置設定ＪＰＳの計算と、空間配置モジュール１２６への関節位置設定ＪＰＳの通信とを伴う。
【００７０】
フローチャート１８０の段階Ｓ１８４は、空間配置モジュール１２６が、関節位置コマンドＪＰＣを実行して、それにより、基準面１０３に固定されるようなロボットマニピュレータ１５０の必要に応じて並進及び／又は回転運動の手動作動を容易にすることを包含する。関節位置コマンドＪＰＣの例としては、限定はしないが、本明細書で前に説明されたようなテキスト表示７０及び／又はグラフィカル画像７３がある。
【００７１】
再び図８を参照すると、段階Ｓ１７６の完了時に、フローチャート１７０の段階Ｓ１７８は、インターベンションロボット１４０（図６）の運動学的空間内にエンドエフェクタ１４５（図６）を空間的に配向するために、患者１０１の挿入点１０２を中心として必要に応じてインターベンションロボット１４０の縦揺れ運動及び／又は横揺れ運動の、ロボットマニピュレータ１３０による信号作動を包含する。この目的で、図９Ｂに示されているように、ロボットコントローラ１２０は、本開示の発明のインターベンションロボット制御方法を表すフローチャート１９０を実行するために操作される。
【００７２】
図９Ｂを参照すると、フローチャート１９０の段階Ｓ１９２は、ロボットコントローラ１２０のマッピングモジュール１２３が、ロボット装置にレジストレーションされるような、コーンビームＣＴ画像内の挿入点１０２を中心とする遠隔運動中心ＲＣＭの空間配向を示す、レジストレーションされたロボット配向ＲＲＯを処理することを包含する。処理は、インターベンションロボット１４０の運動学的空間１５０内のレジストレーションされたロボット配向ＲＲＯのマッピングモジュール１２３によるマッピング１２５に従う空間配向信号ＳＯＳの生成と、空間配向モジュール１２７への空間配向信号ＳＯＳの通信とを伴う。
【００７３】
フローチャート１９０の段階Ｓ１９４は、空間配向モジュール１２７が、インターベンションロボット１４０の（１つ又は複数の）アクチュエータにインターベンション駆動信号ＩＤＳを送信して、それにより、必要に応じてインターベンションロボット１４０を縦揺れ及び／又は横揺れさせることを包含する。
【００７４】
フローチャート１７０は、段階Ｓ１９４の完了時に終了される。
【００７５】
図１〜図９を参照すると、当業者は、限定はしないが、ロボット装置の制御の精度及び直観を含む多くの利点を提供する、挿入点及び挿入角度の独立した制御を与える分離された運動学、並びにロボット装置の制御の精度及び直観を更に提供する、診断画像からの挿入点及び挿入角度の操作者選択を可能にする画像誘導を含む、本開示の多数の利益を了解されよう。
【００７６】
更に、本明細書で提供される教示に鑑みて当業者が了解するように、本開示／明細書で説明される、及び／又は図に描写される特徴、要素、構成要素などは、電子的構成要素／回路、ハードウェア、実行可能ソフトウェア及び実行可能ファームウェアの様々な組合せで実施され、単一の要素又は複数の要素において組み合わせられる機能を与える。たとえば、図に示され／例示され／描写される様々な特徴、要素、構成要素などの機能は、専用ハードウェア、並びに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することが可能なハードウェアの使用によって与えられ得る。プロセッサによって与えられるときに、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はそのうちのいくつかが共有及び／又は多重化され得る複数の個々のプロセッサによって与えられ得る。その上、「プロセッサ」という用語の明示的使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきでなく、限定はしないが、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、メモリ（たとえば、ソフトウェアを記憶するための読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性記憶装置など）、並びにプロセスを実行及び／又は制御することが可能（及び／又はそのように構成可能）である（ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、回路、それらの組合せなどを含む）ほぼすべての手段及び／又は機械を暗黙的に含むことができる。
【００７７】
その上、本発明の原理、態様及び実施形態、並びにそれの特定の例を具陳する本明細書でのすべての記述は、それの構造上の等価物と機能的等価物の両方を包含するものとする。更に、そのような等価物は、現在知られている等価物、並びに将来において開発される等価物（たとえば、構造にかかわらず、同じ又は実質的に同様の機能を実行することができる、開発される任意の要素）の両方を含むものとする。したがって、たとえば、本明細書で提供される教示に鑑みて、本明細書で提示されるブロック図が、本発明の原理を具現する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念ビューを表すことができることは、当業者によって了解されよう。同様に、当業者は、本明細書で提供される教示に鑑みて、フローチャート、流れ図などが、コンピュータ可読記憶媒体で実質的に表され、コンピュータ、プロセッサ又は処理能力をもつ他のデバイスによって、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているか否かにかかわらず、そのように実行され得る様々なプロセスを表すことができることを了解されたい。
【００７８】
更に、本開示の例示的な実施形態は、たとえば、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれとともに使用するためのプログラムコード及び／又は命令を与える、コンピュータ使用可能及び／又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品又はアプリケーションモジュールの形態をとることができる。本開示によれば、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、命令実行システム、装置又はデバイスによって、又はそれとともに使用するためのプログラムを含むか、記憶するか、通信するか、伝搬するか又はトランスポートすることができる任意の装置であり得る。そのような例示的な媒体は、たとえば、電子、磁気、光、電磁、赤外又は半導体システム（又は装置又はデバイス）或いは伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例としては、たとえば、半導体又はソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ（ドライブ）、剛性磁気ディスク、及び光ディスクがある。光ディスクの現在の例としては、コンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク読取り／書込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤがある。更に、今後開発される任意の新しいコンピュータ可読媒体も、本開示の例示的な実施形態及び開示に従って使用又は言及されるようなコンピュータ可読媒体と見なされることを理解されたい。
【００７９】
ロボットシステムの新規及び発明的画像誘導の好ましく、例示的な（例示的なものであり、限定するものでない）実施形態について説明したが、修正及び変形が、図１〜図９を含む、本明細書で提供される教示に照らして当業者によって行われ得ることに留意されたい。したがって、本明細書で開示される実施形態の範囲内にある、本開示の好ましく、例示的な実施形態において／それらに対して変更が行われ得ることを理解されたい。
【００８０】
その上、デバイスを組み込む及び／又は実装する、或いは本開示によるデバイス中で使用／実装されるなどの、対応する及び／又は関係するシステムも、本開示の範囲内に入ると企図され、見なされる。更に、本開示によるデバイス及び／又はシステムを製造及び／又は使用するための対応する及び／又は関係する方法も、本開示の範囲内に入ると企図され、見なされる。
【図１】
2019525787.tif 000003
【図２】
2019525787.tif 000004
【図３】
2019525787.tif 000005
【図４Ａ】
2019525787.tif 000006
【図４Ｂ】
2019525787.tif 000007
【図５Ａ】
2019525787.tif 000008
【図５Ｂ】
2019525787.tif 000009
【図５Ｃ】
2019525787.tif 000010
【図５Ｄ】
2019525787.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
2019525787.tif 000014
【図９Ａ】
2019525787.tif 000015
【図９Ｂ】
2019525787.tif 000016
【国際調査報告】
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