(57)【要約】  医療機器の動きを制御するハンドル。この医療機器は、制御装置に連結されるロボット・アームに結合することができる。この医療機器は、手首固定、動きを大きくしたり小さくする割合の設定などの、複数の機能を有することができる。機能の１つを、エンド・ユーザによって操作される画像ユーザ・インターフェースによって選択することができる。このハンドルは、複数のボタンを有することができる。これらのボタンの１つは、エンド・ユーザが、選択された機能を制御することを可能にすることができる。例えば、手首固定／固定解除が選択されると、ボタンを押圧することによって、医療機器の手首を、固定された状態と固定解除された状態の間で切り替えることができる。
2005511334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用ロボット・システムのハンドルであって：
ハンドル・ハウジングと；
前記ハンドル・ハウジングに取り付けられた第１ボタンと；
前記ハンドル・ハウジングに取り付けられた第２ボタンとを備えるハンドル。
【請求項２】
前記ハンドル・ハウジングに取り付けられた第３ボタンをさらに備える請求項１に記載のハンドル。
【請求項３】
前記ハンドル・ハウジングに結合された把持器をさらに備える請求項１に記載のハンドル。
【請求項４】
前記把持器がスイッチを含む請求項３に記載のハンドル。
【請求項５】
前記ハンドル・ハウジングが溝を含み、前記把持器が一対の溝を含む請求項３に記載のハンドル。
【請求項６】
医療用ロボット・システムであって、
複数の機能を有する医療機器と；
前記医療機器に結合された制御装置と；
前記制御装置に結合され、機能の１つを選択することを可能にする入力デバイスと；
前記制御装置に結合されたハンドルであって、前記ハンドルが、選択された機能を制御するボタンを有するハンドルとを備えるシステム。
【請求項７】
前記ハンドルが、ハンドル・ハウジングに結合された把持器を含む請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記把持器が一対の溝を含み、前記ハンドル・ハウジングが溝を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記把持器がスイッチを含む請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記医療機器が手首を含み、機能の１つが、前記手首を固定し、固定解除することである請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
機能の１つが、前記医療機器の動きの拡大縮小の割合設定である請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記入力デバイスが、機能の選択を可能にする画像ユーザ・インターフェースを表示する画面を含む請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
医療用ロボット・システムであって、
複数の機能を有する医療機器と；
前記医療機器に結合された制御装置と；
機能の１つを選択する入力手段と；
選択された機能を制御するハンドル手段とを備えるシステム。
【請求項１４】
前記ハンドル手段が、ハンドル・ハウジングに結合された把持器を含む請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記把持器が一対の溝を含み、前記ハンドル・ハウジングが溝を含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記把持器がスイッチを含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記医療機器が手首を含み、機能の１つが、前記手首を固定し、固定解除することである請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
機能の１つが、前記医療機器の動きの拡大縮小の割合設定である請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記入力デバイスが、機能の選択を可能にする画像ユーザ・インターフェースを表示する画面を含む請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
ロボットによって制御される、複数の機能を有する医療機器を制御する方法であって：
機能の１つを選択することと；
ハンドルを動かして、ロボットによって制御される医療機器を動かすことと；
ハンドルのボタンを押圧して、機能を制御することを含む方法。
【請求項２１】
機能を、画像ユーザ・インターフェースから選択する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
機能が、医療機器の手首を固定し、固定解除することである請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
機能が、医療機器の動きの拡大縮小の割合の設定である請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットによって制御される医療用機器を制御するのに使用するハンドルの多機能ボタンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、手術は、患者に大きな切開部を設けて、手術箇所へアクセスすることによって実施されている。患者の小さな切開部から、外科医が処置することができる機器も開発されている。こうした機器は内視鏡を含む。内視鏡は、小さな切開部から外科医が患者の内部器官を診るためのカメラを有する。このような処置は、従来の外科処置よりも患者に対して与える外傷が少なく、回復にかかる期間が短い。内視鏡機器は、低侵襲的心臓手術を実行するのにも使用されている。冠状動脈の閉塞は、心臓から、生命維持に必要な血液と酸素を奪う。この閉塞は、薬物治療または血管形成術によって取り除くことができる。重度の閉塞に対しては、動脈の閉塞域にバイパスを設けるために、冠状動脈バイパス移植（ＣＡＢＧ）を実行する。ＣＡＢＧ処置は、一般的に、胸骨を割り、胸腔を引き開けて、心臓へアクセスすることによって実行される。閉塞域に隣接する動脈に切開部が設けられる。次いで、内胸動脈が分断され、切開点で動脈に取り付けられる。内胸動脈は、動脈の閉鎖域を迂回して心臓に再び完全な血流を与える。胸骨を割り、胸腔を開けることは、患者に非常に大きな外傷を与えることになる。さらに、胸骨の割れは、患者の回復にかかる期間を引き延ばす。
【０００３】
カリフォルニア州Ｇｏｌｅｔａの、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｏｔｉｏｎ社は、ＺＥＵＳという登録商標で、外科医が、ＣＡＢＧ処置を含む低侵襲的手術を実行できるシステムを提供している。この処置は、患者の胸部内の小さな切開部から挿入する機器を用いて実行される。この機器はロボット・アームによって制御される。ロボット・アームの動きと機器のエンド・エフェクタの作動が電子制御装置に結合された一対のハンドルを用いて外科医によって制御される。外科医は、患者の内部器官を診るのに使用する内視鏡の動きを、ボイス・コマンドや音声認識ソフトウェアによって制御することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各医療用機器は、それぞれ、動きを大きくしたり小さくする割合の設定、把持器の作動など、複数の機能を有している。各機能を果たさせるにはそれぞれエンド・ユーザからの個別の入力を必要とする。例えば、動きを大きくしたり小さくする割合の設定には、ユーザは、システムの対応する画像ユーザ・インターフェースをプルアップし、所望の拡大縮小割合を選択することが必要である。この拡大縮小割合を変更するには、外科医は、ハンドルを放し、そのデバイスおよび／または画面へと移動しなければならない。ハンドルを放すと、医療機器の望ましくない動きが生じる場合がある。さらに、ハンドルを放し、拡大縮小割合を選択しなければならないと、処置を行う時間が増大する。外科医が、ハンドルを放さずに、機能を制御できるようになることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
医療用ロボット・システム用のハンドルは、ハンドル・ハウジングに取り付けられた一対のボタンを含む。このボタンの一方が医療機器の選択された機能を制御するのに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ここに開示するのは、医療用機器の動きを制御するのに使用するハンドルである。医療用機器は制御装置に連結されたロボット・アームに結合される。医療機器は、手首を固定することや動きを大きくしたり小さくする割合の設定などの複数の機能を持っている。エンド・ユーザが操作できる画像ユーザ・インターフェースによって、それらの機能のうちの１つを選択することができる。ハンドルは複数のボタンを備えている。これらのボタンのうちの１つはエンド・ユーザが選択された機能を制御ためのものである。例えば、手首の固定／固定解除が選択されると、ボタンを押圧することによって、この医療機器の手首を、固定された状態と固定解除された状態の間で切り替えることができる。
【０００７】
参照番号によってより詳しく図面を参照する。図１はロボット・システム１０を示す。システム１０は、テーブル１４に隣接して位置する複数のロボット・アーム１２を持っている。ロボット・アーム１２のうちの２本は、（図示しない）対応する医療機器の動きを制御することができる。第３のロボット・アーム１２は、（図示しない）内視鏡の動きを制御することができる。ロボット制御される機器と内視鏡は、テーブル１４に横たわった患者に低侵襲的治療処置を実行するのに使用される。
【０００８】
ロボット・アーム１２と付随機器は、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｏｔｉｏｎ社が、登録商標ＡＥＳＯＰおよびＺＥＵＳで販売するロボット製品と同一であり、またはそれに類似のものでよい。３本のロボット・アーム１２をここに示し、それについて述べるが、言うまでもなく、システム１０はそれとは異なる数のアーム１２を有することができる。
【０００９】
ロボット・アーム１２は、「外科医」域１６によって制御される。外科医域１６は、テーブル１４の近くに位置することができる。別法として、外科医にシステム１０に遠隔入力を行わせるためにテレコミュニケーション・リンクによって外科医域１６をロボット・アーム１２に結合させるようにしてもよい。
【００１０】
図２は、外科医域１６を示す。外科医域１６には、外科医用椅子２０に隣接して位置する一対のハンドル・アセンブリ１８を含む。ハンドル・アセンブリ１８は制御装置２２に結合されている。この装置もロボット・アーム１２や医療機器に結合されている。制御装置２２は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、メモリ・デバイス、ドライバ等を含むことができるが、それらは、ハンドル・アセンブリ１８からの入力情報を出力制御信号に変換する。出力制御信号がロボット・アームを動かし、かつ／または医療機器を作動させる。
【００１１】
外科医用椅子２０とハンドル・アセンブリ１８がビデオ・コンソール２４の正面にある。患者のビデオ画像を提供するようにビデオ・コンソール２４を内視鏡に接続する。外科医域１６には、制御装置２２に結合されたコンピュータ画面２６も含まれている。画面２６は、画像ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を表示し、これによって、外科医が、システム１０の様々な機能や変数を制御することが可能になる。
【００１２】
各ハンドル・アセンブリ１８はそれぞれ、ハンドル／手首アセンブリ３０を含むことができる。ハンドル／手首アセンブリ３０は、手首３４に結合されたハンドル３２を有する。手首３４は、スライド・バー３８に沿って滑動する前腕連係部３６に連結される。スライド・バー３８は、旋回可能にエルボ継手４０に連結される。エルボ継手４０は、制御装置２２に取り付けられたショルダ継手４２に旋回可能に連結される。
【００１３】
図３は、医療機器５０に連結されているハンドル・アセンブリ３０を示す。機器５０は、機器の軸５４に取り付けられたエンド・エフェクタ５２を含む。軸５４は患者５８の切開部から挿入されたカニューレ５６を通って延びる。この切開部が医療機器５０のピボット点Ｐを決める。
【００１４】
ショルダ継手４２は、ショルダ軸６０の周りのハンドルの動きに対してフィードバックを提供する（図示しない）センサを含む。このセンサは、機械エンコーダ、光学エンコーダなど、あるいは、ショルダ軸６０の周りのハンドル３２の位置に対応する出力信号を提供する他のデバイスでよい。ショルダ・センサの出力は制御装置２２に与えられる。制御装置２２は、一連の計算を実行して、医療機器５０の対応する動きを決定する。この計算には１つまたは複数の変換や運動学的な同一視が含まれる。制御装置２２は、対応するロボット・アーム１２に出力信号を与え、矢印６２によって示すように機器５０を動かす。
【００１５】
エルボ継手４０は、エルボ軸６４の周りのアセンブリの位置に対して、位置のフィードバックを提供する（図示しない）センサを含む。制御装置２２は、この位置のフィードバックを利用して、ロボット・アームを駆動して、矢印６６によって示す方向に機器を動かす。
【００１６】
前腕連係部３６とスライド・バー３８は並進器６８を構成しているが、これは、連係部３６の、並進軸７０に沿った直線的な動きを可能にする。並進軸７０は、軸６０、６４と交差する。並進器６８は、ロボット・アームを駆動し、矢印７２によって示す方向に機器５０を移動させるために用いるフィードバック情報を提供するセンサ（図示しない）を有している。
【００１７】
ハンドル３２の動きを機器５０の動きに変換する時、制御装置２２は、軸６０、６４、７０の交点を機器のピボット点Ｐと同じものとして扱う。このように、軸６０、６４、７０の交点を機器のピボット点Ｐと同一視することによって、機器５０を実際に動かしているように外科医が「感じる」ような運動学的関係が実現される。さらに、前腕連係部の長さとハンドルの位置は、機器の遠位端を保持して動かしているような感覚を外科医に与えるようにされている。こうした関係は、ハンドル・アセンブリの人間工学と、全体としてのロボット・システムの使い易さを向上させる。この変換と運動学的な同一視は、ＡＥＳＯＰやＺＥＵＳの製品で使用する同一視と類似しており、エルボ軸６４が、外科医の後ろになあることを考慮して、記号（＋／−）を反対にする。
【００１８】
ハンドル・アセンブリ１８は、５の自由度しか有さない；ハンドルの回転、手首、並進器、エルボ、およびショルダである。５の自由度しか有さないことによって、システム１０の複雑さが縮小する。したがって、医療機器５０は、１の自由度しかない手首しか必要なく、それによって、機器の複雑さ、大きさ、および対応するコストが縮小される。ハンドル・アセンブリのこの構成によって、外科医は、５の自由度しか用いずに、機器の任意の動きを実行することが可能になる。
【００１９】
図４、５は、手首／ハンドル・アセンブリ３０を示す。手首３４は、ロール・ベアリング７６によって前腕連係部３６に結合された継手軸７４を含む。ロール・ベアリング７６は、ハンドル３２がロール軸７８の周りを回転できるようにする。手首３４は、制御装置２２に位置のフィードバックを与えるセンサ８０をさらに含んでいる。ハンドル３２のロール軸７８の周りの動きによって、機器のエンド・エフェクタ５２が図３の矢印８２によって示す方向へ対応して回転する。
【００２０】
ハンドル３２は、ハンドル・ハウジング８６に結合された把持器８４を含む。ハウジング８６と把持器８４は、ユーザが手でハンドル３４をより容易に握ることができるように、楕円形として形成されることが好ましい。ハウジング８６は、ユーザの親指を受ける親指用溝８８を有している。把持器８４は、ユーザの人差し指と中指をそれぞれ受ける一対の溝９０、９２を設けている。
【００２１】
ハンドル３２は、手首の軸９４の周りに回転することができる。手首／ハンドル・アセンブリ３０の人間工学を向上させるために、手首の軸９４は、ユーザの手の親指９８、人差指１００、中指１０２の間に位置する重心９６でロール軸７８と交差することが好ましい。このような構成が、人間工学的により正確な、ハンドル３２の感触と、手首／ハンドル・アセンブリ３０の動きとを作り出すことが判明している。
【００２２】
手首３４は、制御装置２２に対して位置のフィードバックを提供するセンサ１０４を含むことができる。センサ１０４は、位置のフィードバック情報を制御装置２２に提供するが、これを使用して、図３の矢印８２によって示す通りに医療機器５０を回転させる。
【００２３】
把持器８４は、ユーザが押圧することができる。把持器８４は、フィードバック情報を制御装置２２に提供するセンサ１１２に結合されている。フィードバック情報は、制御装置２２によって使用されて、図３に示すエンド・エフェクタ５２を作動させる。一例として、把持器８４を押圧すると、エンド・エフェクタ５２を閉じることができる。把持器８４は、ユーザが、対応する医療機器のエンド・エフェクタ５２と把持器８４との位置を固定するスイッチ１１４を含むことができる。
【００２４】
ハンドル３２は、複数のボタン１１６、１１８、１２０を有し、ユーザはこれらを押圧することができる。一例として、ボタン１１６を使用して、焼灼用エンド・エフェクタの切断モードを作動させることができる。ボタン１１８を用いて、凝固医療機器（coagulating medical instrument）を始動させてもよい。
【００２５】
ボタン１２０を使用して、システムの様々な機能を変化させることができる。ボタン１２０によって制御される機能は、エンド・ユーザによって、入力デバイスから予め選択される。この入力デバイスは、コンピュータ画面２６によって表示される画像ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）である。ここでは画像ユーザ・インターフェースを示し、それについて記述するが、言うまでもなく、音声認識インターフェース、キーパッド等の、他の入力デバイスを使用して、ボタン１２０によって制御する機能を選択することができる。
【００２６】
図６は、ボタン１２０によって制御する機能を選択するのに使用する画像ユーザ・インターフェース１３０を示す。この例では、２つの異なった機能を選択することができる；即ち手首（固定／固定解除）１３２と動作反応１３４である。手首（固定／固定解除）１３２は、外科医がボタン１２０を押圧することによって、医療機器の手首の継手が固定され、固定解除される。動作反応１３４は、外科医が、システムの動きを大きくしたり小さくする割合の設定を変化させることを可能にする。動きを大きくしたり小さくする割合の設定は、ハンドルと医療機器の対応する動きを変化させる。例えば、ハンドルを漸進的に動かすと、その漸進的なハンドルの動きの半分だけ（即ち、１：０．５の割合で）対応して医療機器が動くように、拡大縮小の割合を設定することができる。
【００２７】
画像ユーザ・インターフェース１３０によって、エンド・ユーザが機能の１つを選択することができる。画像ユーザ・インターフェース１３０上のＮｏｎｅ１３６を選択することによって、各ハンドルそれぞれの多機能ボタン１２０を非活動に駆動させることができる。機能入力は、キーボード、マウス、音声認識、またはこのシステムやＧＵＩ  １３０用の他の任意の入力デバイスによってもたらすことができる。
【００２８】
機能が選択されると、各ハンドルそれぞれのボタン１２０が、対応する医療機器のその機能を制御する。例えば、手首（固定／固定解除）１３２を選択して右手のハンドルのボタン１２０を押圧すると、対応する医療機器の手首が固定される。ボタン１２０を再度押圧すると、手首が固定解除される。同様に、左手のハンドル・ボタン１２０を押圧すると、他の医療機器の手首が固定される。多機能ボタン１２０は、外科医が、ハンドルから手を動かさずに、手首を固定／固定解除することを可能にする。これは、システムを使用して治療処置を実行する時間と複雑さの双方を縮小する特徴である。
【００２９】
動作反応１３４の機能を選択すると、多機能ボタン１２０で、外科医がシステムの動きを大きくしたり小さくする割合の設定を変化させることができる。例えば、一方または両方の多機能ボタン１２０を押圧すると、動きを大きくしたり小さくするの割合を、「低」から「中」に変更することができる。ボタン１２０を再度押圧すると、「中」から「高」に拡大縮小の割合を変更することができる。さらに、ボタン１２０の操作によって、「高」から「低」に拡大縮小の割合を変更することができる。多機能ボタンは、ここでも、外科医が、ハンドルから手を外さずに、システムの機能を制御することを可能にする。
【００３０】
ある種の例示的な実施形態を以上に記述し、添付図に示したが、言うまでもなく、そのような実施形態は、例示的なものにすぎず、広範囲の本発明を限定するものではなく、また、他の様々な修正形態を、当業者が考え及ぶ場合があるので、本発明は、ここに示し、記述した特定の構造および構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ロボット・システムの一実例の上面図である。
【図２】ロボット・システムの外科医用制御域の斜視図である。
【図３】医療用機器を制御するのに使用するロボット・システムのハンドル・アセンブリの斜視図である。
【図４】ユーザの手によって制御されるロボット・システムの手首アセンブリの拡大斜視図である。
【図５】ハンドル／手首アセンブリの部分斜視図である。
【図６】システム・ハンドルの多機能ボタンの機器機能を選択するのに使用する、画像ユーザ・インターフェースの正面図である。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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