(57)【要約】  ユーザインターフェース上に追跡されるツールの画像を表示するためのシステム及び方法が提供され、ツールの少なくとも一部は、手術中どの時点でもいずれの画像内にも視野から隠される。ツールは、材料をクランプするためのジョー及びクランプされた材料を切断するためのナイフを有する切断ツールを含み、切断中及び／又は切断後、ディスプレイにナイフ位置のインジケータを重ねる。ナイフ位置は、切断前、切断完了、切断未完了及び露出位置のいずれか又は全てを含む、ナイフの位置及び／又は姿勢を含み得る。開示されたシステム及び方法は、ナイフがユーザに見えない可能性がある応用において、ユーザがナイフの位置を見ることを可能にし、特に低侵襲手術におけるロボット手術システムでの体組織のクランプ及び切断に特に便利である。
2014512862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境中の移動可能な要素を追跡するステップであって、前記要素の少なくとも一部がユーザインターフェースに表示された環境の画像の視界から隠される、ステップと、
前記ユーザインターフェースに前記要素の位置のインジケータを表示するステップと、を有する、
方法。
【請求項２】
前記追跡するステップは、前記要素の位置及び／又は姿勢を決定するステップを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記追跡するステップは、前記要素に移動可能に連結されたツールに対する前記要素の位置を決定するステップを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記環境は、患者の体腔内を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記要素は、患者の体組織を切断するための切断刃を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記位置のインジケータは、前記要素の位置及び／又は姿勢を示す、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記要素を追跡するステップは、前記要素を動かす機構の変位を追跡するステップを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記機構はカムを有する、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記要素は、追跡中、第１の位置から第２の位置に動く、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記インジケータを表示するステップは、前記要素が前記第１と前記第２の位置との間を動くとき、前記インジケータが前記要素の位置にユーザが習慣的になるように、前記ユーザインターフェースに実質的に連続的に表示される、第１のモードで表示するステップを有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記インジケータを表示するステップは、前記インジケータがトリガ条件に応じて表示される第２のモードで表示するステップを有する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記トリガ条件は、第３の位置での前記要素の停止であり、前記第３の位置は、前記第１と前記第２の位置との間の中間位置を含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記画像は、前記要素が位置している体腔のビデオ画像である、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記インジケータは、前記ビデオ画像に重ねられる、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記要素を追跡するステップは、前記要素の又は前記要素の近くのセンサからの情報を受信するステップを有する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサは、電磁位置センサ又は感圧センサを有する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記要素を追跡するステップは、
前記要素の少なくとも一部の第１の画像を取得するステップであって、前記要素は第１のマーカを定める複数の特徴部を含み、前記特徴部は関連する所定の位置関係を有する、ステップと、
前記取得された第１の画像を処理することによって前記第１のマーカの位置を決定するステップと、を有する、
請求項３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ツールは、第２のマーカを定める少なくとも１つの特徴部を含み、
前記方法は、
前記取得された画像を処理することによって前記第１のマーカに対する前記第２のマーカの位置を決定するステップをさらに有する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ユーザインターフェースディスプレイに、材料をクランプするツールの画像を表示するステップであって、前記ツールは、前記材料を間にクランプするための第１及び第２のジョー、並びにクランプされた前記材料を切断するための切断要素を有する、ステップと、
前記ユーザインターフェースディスプレイに、前記切断要素の視覚インジケータを重ねるステップであって、前記切断要素は切断前位置及び切断完了位置を有する、ステップと、を有する、
方法。
【請求項２０】
前記方法は、本質的に非外科的であり
前記材料は、コンプライアント材料を有する、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記材料は、体組織を有し、前記切断要素はナイフを有する、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ツールはモータ駆動式であり、前記方法は、
前記ツールの前記第１と前記第２のジョーとの間に前記組織をクランプするステップ、
前記ツールのモータを、前記組織を切断するユーザの命令に応じて作動させるステップであって、前記モータは切断前ナイフ位置と切断完了ナイフ位置との間で前記ジョーに対して前記ナイフを動かように前記ナイフに動作可能に連結され、したがって前記組織を切断し、前記ツールの前記ジョーでの前記組織のクランプは前記画像内で動いている前記ナイフを見ることを妨げる、ステップ、をさらに有し、
前記ナイフ位置のインジケータは、前記ナイフの移動中及び／又は前記ナイフの移動後、前記ディスプレイに重ねられる、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナイフ位置のインジケータは、前記ナイフの合成の表現を有する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナイフの移動中、前記ツール上の前記ナイフの位置を示すように、前記ナイフの合成の表現を、前記ツールの画像の上に重ねるステップをさらに有する、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナイフ位置の前記視覚インジケータは、前記ナイフの移動が前記切断前位置と前記切断完了位置との間で立ち往生するとき、切断未完了ナイフ位置を示す、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記ユーザインターフェースディスプレイに、前記ナイフが前記切断前ナイフ位置と前記切断完了ナイフ位置との間で立ち往生するとき、組織を切断するように前記ナイフが露出しているという警告を重ねるステップをさらに有し、前記警告は前記ナイフ位置の視覚インジケータから分離する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記インジケータは、前記組織に対して動かされたとき前記ナイフが前記体組織を切断し得るような、前記ナイフの切断端部が前記体組織に対して露出されるとき、ナイフ露出位置を示す、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナイフを前記切断前位置と前記切断完了位置との間で動かすステップは、前記ジョーの長手方向軸に沿って前記ジョーに対して前記ナイフを動かすステップを有する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナイフを前記切断前位置と前記切断完了位置との間で動かすステップは、前記長手方向軸に沿って前記ジョー内にクランプされた前記組織を切断するように、前記ナイフを前記ジョーの前記長手方向軸に沿って前記ジョーの遠位部分から前記ジョーの近位部分に向かって、又はその逆に、動かすステップ、を有する、
請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナイフを前記切断未完了位置から前記切断前位置又は前記切断完了位置に、前記ディスプレイに前記ナイフ位置の表示を重ねるステップに応じて、動かすステップをさらに有し、前記表示は、前記切断未完了ナイフ位置を表示する、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記ディスプレイに前記切断未完了ナイフ位置の表示を重ねた後、ユーザからの命令に応じて、前記ナイフを、前記切断未完了位置から前記切断前位置又は前記切断完了位置に、動かすステップをさらに有する、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記ユーザインターフェースに表示された前記ジョーの前記画像に前記ジョーにおける前記ナイフの前記位置を表す視覚インジケータを重ねるステップをさらに有する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
ユーザの命令に応じて前記ナイフで前記体組織を切断する前に、前記ツールによってクランプされた前記体組織をステープルする及び／又はシールするステップをさらに有する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ツールの画像を表示するステップは、
画像取得装置によって提供された視界を表示するステップであって、前記視界は前記ツールの画像を含む、ステップをさらに有し、
前記ツールの表示された前記画像は、前記ディスプレイ内の前記ツールの合成の表現を有する、
請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
移動可能な要素と、
ユーザインターフェースディスプレイと、
前記要素を前記ユーザインターフェースディスプレイと連結するプロセッサであって、前記プロセッサは、前記ディスプレイに前記要素の位置の視覚インジケータを出力する、プロセッサと、を有する、
ロボットシステム。
【請求項３６】
前記要素は切断刃を有する、
請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記位置のインジケータは、前記要素の位置及び／又は姿勢を示す、
請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記要素の前記位置又は姿勢は、前記要素に移動可能に連結されたツールに対して測定される、
請求項３５に記載のシステム。
【請求項３９】
前記要素は、前記ツールの第１の位置と第２の位置との間で移動可能である、
請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記要素の環境のビデオ画像を取得するように位置決めされたビデオ画像取得装置をさらに有し、前記ビデオ装置は、前記ユーザインターフェースディスプレイに前記ビデオ画像を表示するように、前記ユーザインターフェースに連結される、
請求項３５に記載のシステム。
【請求項４１】
前記視覚インジケータは、前記ユーザインターフェースディスプレイの前記ビデオ画像に重ねられる、
請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記プロセッサは、前記要素の位置を検知するように適合されたセンサに連結される、
請求項３５に記載のシステム。
【請求項４３】
前記要素の動きを生じさせるように前記要素に連結された機構をさらに有し、前記機構は、前記プロセッサが前記機構の変位から前記要素の位置を決定できるように、前記プロセッサに連結される、
請求項３５に記載のシステム。
【請求項４４】
材料をクランプするためのジョー及び前記ジョーに連結された切断要素を有する手術ツールであって、前記切断要素は切断前位置と切断完了位置との間で前記ジョーに対して移動可能であり、前記ジョーは前記材料の切断中に前記切断要素を見ることを妨げる、手術ツールと、
ユーザインターフェースディスプレイと、
前記ジョーの画像を含む視界を取得するための画像取得装置であって、前記画像取得装置は前記視界を表示するために前記ディスプレイに連結される、画像取得装置と、
前記手術ツールを前記ディスプレイと連結するプロセッサであって、前記プロセッサは、前記切断要素の移動中及び／又は前記切断要素の移動後、前記ディスプレイに、前記切断要素の位置の視覚インジケータを重ねる、プロセッサと、を有する、
ロボットシステム。
【請求項４５】
前記システムは、非外科的であり、前記材料は、コンプライアント材料を有する、
請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記システムは、体組織を切断するためのロボット手術システムを有し、
前記材料は体組織を有するとともに前記切断要素はナイフを有する、
請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記ナイフは、前記切断前位置から前記切断完了位置に移動するとき、前記ジョー内にクランプされた前記体組織を切断するように、前記ジョーに位置する、
請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記ナイフの前記位置の表示は、前記ジョーに対する前記ナイフの位置をさらに示す、
請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
前記ナイフ位置の表示は、前記ナイフの合成の表現を有する、
請求項４６に記載のシステム。
【請求項５０】
前記ナイフの合成の表現は、前記ナイフ位置を示し、前記位置は、前記ナイフの位置及び姿勢のいずれか又は全てを含む、
請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記ナイフの前記合成の表現は、前記ジョーの画像に重ねられる、
請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記プロセッサは、前記ナイフが前記切断未完了位置にあるとき、前記ナイフが露出しているというユーザへの警告表示を表示し、前記警告表示は前記ナイフ位置の表示から分離する、
請求項４６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年２月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／４４３，１１５号の本出願であるとともに、同仮特許出願の優先権を主張し、この全内容は参照により本願に援用される。
【０００２】
本出願は、以下の出願：２０１０年２月１２日に出願された“Ｃｕｔ  ａｎｄ  Ｓｅａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ”という名称の米国特許出願第１２／７０５，４１８号（代理人整理番号ＩＳＲＧ  ０２１８０／ＵＳ）；２００９年３月３１日に出願された米国特許出願第１２／４１５，３３２号（代理人整理番号ＩＳＲＧ  ０１５１０／ＵＳ）；及び２００６年６月２９日に出願された米国特許出願第１１／４７８，５３１号（代理人整理番号ＩＳＲＧ  ００１０／ＵＳ）に関連し、これらの全内容は参照により本願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
ロボット手術システムにより行われる低侵襲手術が知られているとともに、臨床手術法で一般的に使用され、人間が手術を直接行わないことについて有利である。このようなシステムの１例は、“Ｃａｍｅｒａ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ａ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ”という名称の共同所有の特許文献１に記載された低侵襲ロボット手術システムである。
【０００４】
低侵襲手術の一般的な形態は内視鏡法である。低侵襲医療技術における内視鏡手術器具は一般的に、手術野を見るための内視鏡、及びエンドエフェクタを規定する作業ツールを含む。典型的な手術用エンドエフェクタは、例として、鉗子、把持装置、鋏み、組織カッタ、ステープラ、又は持針器を含む。作業ツールは、各ツールのエンドエフェクタが例えば、約１２インチ長さの延長チューブの端部に支持されていることを除いて、従来の（観血）手術で使用されるものと同様である。エンドエフェクタを操作するために、人間のオペレータ、典型的には外科医は、マスターマニピュレータを操作する又は別の方法で命令する。マスターマニピュレータからの命令は、適切に変換され、スレーブマニピュレータに送られる。スレーブマニピュレータは次にユーザの命令にしたがってエンドエフェクタを操作する。外科医はエンドエフェクタの動きからいくぶん隔てられているので、外科医は一般的に、患者の体内の手術用ツールの位置を決定するために、内視鏡イメージング等、フィードバック機構に頼る。一般的に、遠隔手術システムでは、外科医は“内部ユーザインターフェース”を提供される。この内部ユーザインターフェースは、手術中に外科医が見ることができるディスプレイを含む。
【０００５】
低侵襲手術で行われる手術法の間には、組織の切除があり、この組織の切除は体組織のクランプ、シール及び切断を含み得る。組織のシール及び切断手術では、エンドエフェクタは、組織をシールするための機構（例えば、無線周波エネルギ、縫合糸、ステープル等）及び切断部材（例えば、組織カッタ、刃、切除エネルギ）を有する。典型的には、シール及び切断手術は、組織をクランプするステップ、切断線の両側にクランプされた組織をシールするステップ、次に切断線に沿ってクランプされた組織を切断するステップを含む。何らかの理由で、切断プロセスが立ち往生する又は失敗する場合、これは、切断部材が暴露位置に留まるので危険を及ぼし得る。この位置における切断部材を持つエンドエフェクタの除去は、装置の近位の他の組織の意図しない切断をもたらし得る又は一端ツールが除去されると外科医又は他の手術スタッフに危険を及ぼし得る。切断の失敗は低い発生イベントであり、切断要素の外科医の視界はエンドエフェクタによって遮られ得るので、外科医は、どのように切断要素が位置しているか及び動かされたかの正確なメンタルモデルを保持することができない可能性があり、露出した切断要素によってもたらされる危険に気付いていない可能性がある。
【０００６】
手術中の組織カッタの姿勢及び位置を用いて、医者に可視化することを可能にし、より重要には、それらを習慣的にすることを可能にする表示及びイメージを提供するシステム及び方法が望まれている。このような方法は、医者が切断を容易にするとともに潜在的な組織の損傷を防ぐために、どのように組織カッタを操作するかに関する直感的な「感覚」を発展させることを可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，１５５，３１５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
エンドエフェクタのツールの位置を示すための改良されたシステム及び方法が提供される。請求項に係る方法及びシステムは、ユーザインターフェースに材料をクランプするモータ駆動ツールのイメージを表示するステップであって、ツールは材料をクランプするための第１及び第２のジョー及び材料を切断するための切断要素（例えば、ナイフ又は刃）を有する、ステップ、及びユーザインターフェースディスプレイに切断要素の位置の視覚インジケータを重ねるステップに関する。切断要素（例えば、ナイフ又は刃）は様々な位置を含み、位置は、切断要素の位置及び／又は姿勢を示す。多くの実施形態において、ツールは、第１及び第２のジョーを有するエンドエフェクタ、並びにナイフがジョーの長手方向軸に沿って切断前位置から切断完了位置に移動し、したがってジョーの間にクランプされた組織を切断するように、エンドエフェクタ内に収容されたナイフを有する。ナイフ位置は、切断前位置、切断完了位置、切断未完了位置、及び露出位置のいずれか又は全てを含み得る。記載された方法は、ナイフが材料又はエンドエフェクタのジョーによる妨げにより見えないかもしれない場合でさえ、ユーザがエンドエフェクタのナイフの位置及び／又は姿勢を可視化又は感知することを可能にし、これは特に低侵襲ロボット手術法において有益である。方法及びシステムは、それらが、切断中のナイフの動きに外科医が習慣的になることを可能にし、したがって外科医の手術の直観を向上させるので、有利である。これは特に、外科医が危険に気付かない場合に意図しない組織の損傷を潜在的にもたらし得る、ナイフの動きがナイフを「露出」又は「切断未完了」位置にしたまま立ち往生するまれな場合に、便利である。本明細書に開示された様々な実施形態は主として手術応用に関して記載されているが、これらの手術応用は単なる例示的な応用であり、開示されたエンドエフェクタ、ツール、及び方法は、他の適切な応用、人体の内側及び外側の両方、並びに非手術応用に使用され得る。
【０００９】
好適な実施形態では、ナイフ位置のインジケータは切断手術中及び／又は切断手術後、より好ましくは手術中常に、ディスプレイに重ねられる。表示は、ナイフの位置をユーザに伝達するのに十分な任意の視覚インジケータを含み得る。ナイフ位置はさらに、エンドエフェクタ上のナイフの場所及び／又はナイフの姿勢を含み得る。理想的には、ナイフ位置のインジケータは、エンドエフェクタ上の実際のナイフの場所及び姿勢に対応する場所においてエンドエフェクタのイメージに重ねられたナイフの合成の表現を含む。
【００１０】
実施形態では、方法は、環境下で移動可能な要素を追跡するステップを含み、少なくとも要素の一部は、手術中にユーザインターフェースに表示された周囲のイメージの中で表示から隠されるとともにユーザインターフェースに要素の位置のインジケータを表示する。表示から隠された要素の一部は、手術中、他のときは見ることができる。加えて、表示から隠された要素の一部は、要素が環境を通じて動かされる場合又は環境内で可視である組織又は他の構成要素が要素に対して動く場合のように、手術中、変化し得る。要素を追跡するステップは、しばしば要素に移動可能に連結されたツールに関連して決定される、要素の場所又は姿勢を決定するステップを含み得る。多くの実施形態では、要素は、低侵襲外科手術において等、患者の体腔内に挿入されたツールに連結された患者の体組織を切断するための切断刃を有する。要素を追跡するステップは、要素を動かす機構を追跡するステップ又は要素内に配置された位置マーカのイメージを処理するステップを含み得る。要素の位置のインジケータは、要素が複数の位置の間を動くときにユーザに位置を習慣的にするように、ユーザインターフェースに表示され得る。幾つかの実施形態では、位置のインジケータは、トリガ条件に応じた代替表示、例えば要素が第１と第２の位置との間で予想外に停止するときに要素が停止したことの表示等、を提供し得る。ユーザインターフェースにインジケータを表示するステップは、ディスプレイに要素の表現、例えば環境及び／又はツールのビデオ画像上の要素の合成の表現等、を表示するステップを含み得る。好ましくは、位置のインジケータは、インジケータが要素の動きに従い、ユーザが手術中に要素の動きを理解するとともに慣れるように、動的である。
【００１１】
多くの実施形態では、方法及びシステムは、ツールの第１と第２のジョーとの間に組織をクランプするステップ、及び組織をクランプするためにユーザの指令に応じてツールのモータを作動させるステップを含み、モータは、切断前ナイフ位置と切断完了ナイフ位置との間でジョーに対してナイフを動かし、したがって組織を切断するように、ナイフに動作可能に連結される。ナイフは典型的には少なくとも部分的にジョーの間に配置されるので、ツールのジョーは手術中、ツールのイメージにおいて、移動するナイフを見ることを妨げ得る。典型的には、クランプ及び切断は、クランプする又は切断するためのユーザの指令に応じて発生するが、切断はまた、クランプが成功した後に自動的にも発生し得る。典型的には、組織は、クランプされ、次に切断線に沿って切断する前に切断線の両側でシールされる。
【００１２】
実施形態では、方法及びシステムは、ナイフの動きが、ナイフを露出したまま立ち往生する場合等、切断手術中及び／又は切断手術後、ユーザインターフェースにナイフ位置の警告表示を重ねるステップを含み得る。警告は、切断での立ち往生又は失敗によってもたらされ得る危険な状況をユーザに知らせるために、上述のナイフ位置の表示から分離した表示であり得る。例えば、ディスプレイは、切断手術中のナイフの立ち往生に応じて、ナイフが立ち往生する又は露出されているときに光る警告ライトを含み得る。
【００１３】
実施形態では、システムは、移動可能な要素、ユーザインターフェースディスプレイ及びプロセッサがディスプレイに要素の位置の視覚インジケータを出力できるように要素をユーザインターフェースディスプレイに連結するプロセッサを含む。多くの実施形態では、システムはさらに、要素に移動可能に連結されたツール及びビデオカメラ等、画像取得装置を含む。プロセッサ及び／又は画像取得装置は、ツールに対する要素の場所及び姿勢又はその逆を測定するために使用され得る。要素はしばしばツールの複数の位置、好ましくは第１と第２の位置との間で移動可能である。多くの実施形態では、システムは、要素とツールの相対位置を決定するために、プロセッサによって得られた位置情報（例えば、画像取得装置からの画像）を処理する。プロセッサは、要素又はツールの位置が機構の変位からプロセッサによって決定され得るように、要素の動きを生じさせる機構に連結され得る。
【００１４】
多くの実施形態では、ツールは、材料をクランプするためのジョーを有するエンドエフェクタ及びクランプされた材料を切断するための切断要素（例えば、ナイフ又は刃）を含む。典型的には、ツールは、組織をクランプするためのジョー及びクランプされた組織を切断するためのナイフを有する手術用ツールである。ナイフは、切断前位置から切断完了位置にジョーの間で移動するように構成され、したがってジョーの間にクランプされた組織を切断する。切断前及び切断完了位置において、ナイフの先端は、隣接する組織を保護するために、エンドエフェクタ内に安全に配置される。ナイフは、切断前位置と切断完了位置との間に、限定されるものではないが、「ナイフ露出」位置及び「切断未完了」位置を含む、追加的なナイフ位置を含み得る。ナイフ位置はさらに、エンドエフェクタに対するナイフの位置及び／又は姿勢を含み得る。
【００１５】
多くの実施形態では、ユーザインターフェースディスプレイが、ツールのエンドエフェクタのイメージ及びナイフ位置の表示を表示するために、プロセッサ及び画像取得装置に連結される。何らかの理由でツールが見えない場合、ユーザは、ツールのイメージに重ねられたナイフの表現及び位置のインジケータを見ることができる。好適な実施形態では、ナイフ位置のインジケータは、エンドエフェクタの、実際の又は合成の、イメージに重ねられたナイフの合成の表現を含む。ディスプレイはまた、立ち往生した形態又はナイフの露出した先端等、ナイフが立ち往生して危険を示すナイフ位置の表示から分離した警告も示し得る。
【００１６】
本発明の性質及び利点のより完全な理解のために、後に続く詳細な説明及び添付の図面が参照されるべきである。本発明の他の態様、目的及び利点は、以下の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、多くの実施形態による、低侵襲遠隔手術システムを含む手術室の上面図を示す。
【図２】図２は、図１の低侵襲遠隔手術システムのための患者カートの正面図である。
【図３】図３は、図１の低侵襲遠隔手術システムの構成要素を示すブロック図である。
【図４】図４は、多くの実施形態による、切断及びシール手術ツールの概略図である。
【図５】図５は、多くの実施形態による、手術ツールの取外し可能な切断及びシールカートリッジの概略上面図である。
【図６】図６は、多くの実施形態による、複合式切断及びシール低侵襲手術器具の遠位端部の斜視図である。
【図７】図７は、多くの実施形態による、異なる位置のナイフを示す図６の実施形態の側面断面図である。
【図８】図８は、多くの実施形態による、手術ツールの概略図である。
【図９】図９は、多くの実施形態による、システムの概略図である。
【図１０】図１０は、多くの実施形態による、ナイフ位置のインジケータを持つツールの画像を示すユーザインターフェースディスプレイを示す。
【図１１】図１１は、多くの実施形態による、ツール追跡を使用する複合式組織切断及びシールシステムを示す概略図である。
【図１２】図１２は、多くの実施形態による、方法の図式的な表示である。
【図１３】図１３は、多くの実施形態による、方法の図式的な表示である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の説明では、本発明の様々な実施形態が説明される。説明の目的で、実施形態のより完全な理解を提供するために、具体的な構成及び詳細が記載される。しかし、本発明は具体的詳細なしで実施され得ることは、当業者にもまた明白となるであろう。さらに、説明されている実施形態を曖昧にしないために、周知の特徴は省略又は簡略化され得る。
【００１９】
切断手術中にツール上の切断要素の場所及び／又は姿勢を示すための改良されたシステム及び方法が提供される。請求項に係る方法及びシステムは、ユーザがツールに対する切断要素の位置又は姿勢を把握することを可能にするように、トラッキングの他の方法とともに使用され得る。これらの方法及びシステムは、ユーザが切断中に切断要素を見ることができないロボットシステムにおいて有用であり、モータ駆動エンドエフェクタを使用する低侵襲手術法で特に有用である。これらの方法は、外科医が、エンドエフェクタから離れて、手術中にツールに対してどのように切断部材が動くかの感覚を発達させることを可能にするので、有利である。ツールに対する切断部材の位置の感覚の表示を作り出すことによって、切断手術が失敗しても、外科医が切断部材によって及ぼされる潜在的な危険に気付き、危険を避けるために適切な行動を取ることができるように、方法は、外科医がツール上の切断部材の場所に慣れることを可能にする。本明細書に開示された様々な実施形態は主として手術応用に関して記載されているが、これらの手術応用は単なる例示的な応用であり、開示されたエンドエフェクタ、ツール、及び方法は、他の適切な応用、人体の内側及び外側の両方、並びに非手術応用に使用され得る。
【００２０】
ここで図面を参照すると、いくつかの図を通して同様の参照番号は同様の部分を表し、図１は、多くの実施形態による、オペレータステーション又は外科医用コンソール３を有する低侵襲遠隔手術システム１を示す。外科医用コンソール３は、手術野のイメージが外科医Ｓに表示されるディスプレイ１５を含む。知られているように、外科医Ｓが、２つのマスタ制御部を各手で一方を握りながら、彼又は彼女の前腕を置くことができる支持部（図示せず）が設けられる。より多くのエンドエフェクタが利用できる場合、より多くの制御部が設けられ得るが、典型的には、外科医は同時に２つの制御部のみ操作する。複数のエンドエフェクタが使用される場合、外科医は１つのエンドエフェクタをマスタ制御部から解放するとともにもう１つを同じマスタ制御部で握る。外科医用コンソール３を使用するとき、外科医Ｓは、典型的には、外科医用コンソールの前の椅子に座り、ディスプレイ１５の前に目を位置決めし、前腕を支持部に置きながら、マスタ制御部を、各手で一方を握る。
【００２１】
遠隔手術システム１の患者側カート５は、患者Ｐに隣接して配置される。使用中、患者側カート５は、手術を必要とする患者Ｐの近くに位置する。患者側カート５は、典型的には、外科手術中固定され、ロボット組立体５Ａ，５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを含む。外科医用コンソール３は、典型的には患者側カート５から離れて位置し、患者側カートから、かなりの距離、数マイル遠くにさえ離され得るが、典型的には、患者側カートと同じ手術室内で使用される。それぞれのロボットアーム組立体５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは、手術用器具又はツール７Ａ、７Ｂ及び７Ｃをそれぞれ含む。組立体５Ｄは、手術中、ディスプレイにツールを映すための内視鏡を含み得る。ロボットアーム組立体５Ａ、５Ｂ及び５Ｃのツール７Ａ、７Ｂ及び７Ｃは、エンドエフェクタ９Ａ、９Ｂ、９Ｃをそれぞれ含む。ツール７Ａ、７Ｂ及び７Ｃのシャフトの端部に対するエンドエフェクタ９Ａ、９Ｂ、９Ｃの動きもまた、外科医用コンソール３のマスタ制御部によって制御される。いずれのツール７Ａ、７Ｂ及び７Ｃも、組織切断及びシール器具を含み得る。このような器具は、組織をクランプするためのジョーを有するエンドエフェクタ、組織をシールするための部材（例えば、ステープリング又はＲＦ機構）、及びシール後に組織を切断するための部材（例えば、可動刃、ナイフ、又は任意の組織切断機構）を有し得る。このエンドエフェクタの例は図４−７に示される。図２は、患者側カート及び関連するロボットアーム組立体の正面図を示す。
【００２２】
遠隔手術システム１は、ビジョンカート１１を含む。実施形態では、ビジョンカート１１は、遠隔手術システム１を操作するためのコンピュータ機器又は他の制御部の大部分を含む。例として、外科医用コンソール３のマスタコントローラによって送られた信号は、ビジョンカート１１に送られ得る。このビジョンカートは次に信号を解釈し、エンドエフェクタ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ及び／又はロボットアーム組立体５Ａ、５Ｂ、５Ｃのために指令を生成し得る。加えて、画像取得装置５Ｄ、例えば内視鏡等からディスプレイ１５に送られる映像は、ビジョンカート１１によって処理され得る、又はビジョンカート１１によって単純に転送され得る。
【００２３】
図３は、遠隔手術システム１の図式的表示である。図に示すように、システムは、外科医用コンソール３、患者側カート５、及びビジョンカート１１を含む。加えて、実施形態によれば、追加的なコンピュータ１３及びディスプレイ１５が設けられる。これらの構成要素は、外科医用コンソール３、患者側カート５、及び／又はビジョンカート１１の１つ又は複数に組み込まれ得る。例えば、コンピュータ８２の機能は、ビジョンカート１１に組み込まれ得る。加えて、ディスプレイ１５の機能は、外科医用コンソール３、例えばディスプレイ５に組み込まれ得る、又は完全に独立したディスプレイ又は外科医用コンソールによって又は他の場所に提供され得る。さらに、実施形態によれば、コンピュータ１３は、ディスプレイ１５等、ディスプレイ無しに利用され得る情報を生成し得る。
【００２４】
図４は、本発明の一態様による例示的な切断及びシール手術器具２の概略図である。図４に示されるように、器具２は、近位端部（患者の外側）の力伝達機構４と、遠位端部（患者の内側；手術野の近く）の複合式切断及びシールエンドエフェクタ６とを含む。伝達機構４と切断及びシールエンドエフェクタ６とは器具シャフト８によって連結される。切断及びシールエンドエフェクタ６は任意選択で、手首機構１０を介して器具シャフト８に連結される。器具２は、典型的には、低侵襲手術を実行するために使用され、この手術中、エンドエフェクタ６及びシャフト８の遠位部分は、外科手術を行うために、小切開部又は自然開口部を介して、典型的にはカニューレを通して、患者内に挿入される。
【００２５】
図示された実施形態では、力伝達機構４はディスク１２を含む。このディスクは、例えば、手術ロボットシステムでの使用のために、器具２が取り付けられるとき、対応するサーボモータ（図示せず）に結合する。４つのディスク１２が示されるが、器具２のための所望の駆動される自由度に応じて、より多い又はより少ないものが使用され得る。サーボモータは、以下により詳細に記載されるように、マスタマニピュレータを動かす外科医によって制御される。さらに、１つ又は複数のサーボモータ１４、１６が、器具２の構成部品のための駆動力を提供するために器具２それ自体に取り付けられ得る。シャフト８は一般的に、そこを通って駆動ケーブルが伝達機構４から器具２の遠位端部の構成部品に延びる、中空チューブである。このようなケーブルは、器具構成部品を動かす様々な方法（例えば、ロッド、回転シャフト、及び同様のもの）の実例である。幾つかの実施形態では、シャフト８は、エンドエフェクタ６にロールを提供するために回転する。シャフト８、及びエンドエフェクタ６は、様々な外径（例えば、５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、等）を有し得る。シャフト８は剛体として描かれているが、それはまた、使用され得る様々な柔軟な実施形態の実例でもある。
【００２６】
図４に描かれた実施形態では、切断及びシールエンドエフェクタ６は、静止ジョー部材１８、可動ジョー部材２０、及び静止ジョー部材１８に取外し可能に連結される取外し可能切断及びシールカートリッジ２２を含む。組織は、切断及びシールのためにジョー１８と２０との間にクランプされる。切断及びシールカートリッジ２２は、可動ナイフ２４（例えば、鋭い刃又は組織カッタ）を含む。可動ジョー部材２０は、力伝達機構４を通じて伝達される力を介して駆動され得る、又は器具２に取り付けられたモータ１４、１６の１つによって駆動され得る。同様に、ナイフ２４は、力伝達機構４を通じて伝達される力を介して又はモータ１４、１６の１つによって駆動され得る。１つの態様では、単一のモータ１４又は１６が、ジョー２０及びナイフ２４の両方を駆動するために使用され得る。１つの代替の態様では、カートリッジ２２が器具動作中に動かされるように、ジョー１８は可動であるとともにジョー２０は固定され得る。他の代替の態様では、両方のジョー１８及び２０は可動である。
【００２７】
エンドエフェクタ６はまた、組織シール能力を含む。第１の組織シール電極２６は、カートリッジ２２の内表面に配置される。第２の組織シール電極２８は、電極２６に対向する、ジョー２０に配置される。電極２８、２６は、以下により詳細に記載される。組織シールのために電気的なエネルギが、器具２の近位端部における電気的カップリング３０を介して電極２６、２８に提供される。図４に描かれたような電気的カップリング３０は、それが器具上に配置され得る様々な位置の例示であり、電気的カップリング３０は、組織シールエネルギ源への手動連結を必要とし得る、又は器具２が外科手術用ロボットマニピュレータに取り付けられるときにエネルギ源に自動的に連結され得る。代替的には、組織シール能力は、エンドエフェクタによって行われ得る、ステープリング又は縫合によって等、他の手段によって提供され得る。
【００２８】
図５は、取外し可能切断及びシールカートリッジ２２の図式的な上面図である。電極２６は、そこを通ってナイフ２４が動くスロット３２を電極が囲むように、細長い“Ｕ”形状に描かれる。様々な他の電極形状又は構造が使用され得る。多くの態様では、組織が２つのシール部の間で切断される前に、切断組織（例えば、血管）の両方の自由端がシールされるように、電極２６は、スロット３２の両側に位置付けられる。図５はまた、ナイフ２４が、送りねじ３６が回転するにつれて移動するそり３４に取り付けられることも示す。送りねじ３６はカートリッジ２２の近位端部において機械的カップリング３８に取り付けられ、カートリッジ２２が器具２に設置されるとき、カップリング３８は駆動シャフトに結合する。カップリングの詳細は以下に記載される。ここに記載されるように、ナイフ２４は、組織を切断するために近位で移動する。しかし、ナイフ２４が同様のそり及び送りねじ作動機構を使用して切断動作を実行するために、遠位で移動し得ることも理解される。
【００２９】
図５はまた、幾つかの態様において、カートリッジ２２が、電子暗号化装置４２（例えば、データ記憶能力を持つ集積回路；実際には、これは「ダラスチップ（Ｄａｌｌａｓ  ｃｈｉｐ）」と呼ばれることもある）を含むことも示す。電子暗号化装置４２は、切断及びシール制御システム（下記参照）に、カートリッジタイプ、カートリッジが使用されたかどうか（１回限りの使用制限を強制するため）、又は使用のための利用可能な寿命の回数（複数回使用制限（例えば３回の使用）を管理するため）に関する情報を伝達するために使用され得る。電子暗号化装置４２はまた、適切に製造されたカートリッジが使用されていることを保証するために使用され得る。電気的カップリング４３は、電子暗号化装置４２のための接続点を提供する。図５はまた、２つのスナップ取付部４４を示す。このスナップ取付部は、器具２に取外し可能切断及びシールカートリッジ２２をしっかりとだが取外し可能につける様々な方法の実例である。
【００３０】
図６は、多くの実施形態による、エンドエフェクタ６として一般的に上述された、複合式切断及びシール低侵襲手術ツールの遠位端部の実施形態の斜視図である。図６は、器具シャフト５２（オプションの手首機構は明確にするために省略される）に連結された静止ジョー部材５０を示す。ジョー部材５０のチャンネル５４は、取外し可能切断及びシールカートリッジ５６を受ける。適合ガイドレール５７及び溝（図示せず）が、アライメントを向上させるとともに取付けを確実にするために、チャンネル５４内で、切断及びシールカートリッジ５６上で使用され得る。切断及びシールカートリッジ５６のための例示的な電気的カップリング５８が、チャンネル５４の近位端部に示される（この斜視図では、機械的及び他の電気的なカップリングは隠されている）。カートリッジ５６はチャンネル５４内の適所に固定されるので、必要な電気的及び機械的カップリングは自動的に作られる。
【００３１】
図６に示されるように、切断及びシールカートリッジ５６は、組織シールエネルギをチャンネル５４内の電気的カップリングを介して受ける組織シール電極６０を含む。電極６０のスロット６２は、ナイフ（図示せず）が電極６０の表面の上に上昇すること及びジョー部材の間にクランプされた組織を切断するために近位に（又は遠位に）動くことを可能にする。カートリッジ５６の近位端部の隆起タブ６４は、後述されるように、電気的接続のための追加的な接触領域、並びに、組織カッタのための安全位置を提供する。取付部６６（１つは隠されている）は、ジョー部材５０の対応する戻止部６８の適所でカートリッジ５６を保持する。代替的には、カートリッジ５６はまた、切断前に組織をシールするためのステープリング機構も含み得る。図６から理解され得るように、ナイフの動きは、クランプされたエンドエフェクタ内で動く場合に、内視鏡に又は外科医に見ることができない。可動ジョー部材７０はヒンジ７２で連結される。組織シール電極７４は、カートリッジがチャンネル５４内に固定されるとき切断及びシールカートリッジ電極６０に位置合わせされるように、成形されるとともにジョー部材７０に配置される。電極７４、及びジョー部材７０は、切断動作中、カートリッジ５６内の組織カッタがジョー部材７０内に延びることを可能にするスロット（図示せず）を含む。
【００３２】
図７は、切断及びシールカートリッジが静止ジョー部材内に確実に位置決めされている、図６に描かれたエンドエフェクタの実施形態の側部断面図である。図７に示された実施形態は、複合式切断及びシールエンドエフェクタの遠位端部の動作態様の実例である。図７に示されるように、第１送りねじ７８が可動ジョー部材７０を操作する。送りねじ７８が回転すると（例えば、モータ１４、１６の一方によって駆動される）、スライド部材が近位に動き、ジョー部材７０をジョー部材５０に向かってそれらの間に組織をクランプするように動かす。送りねじの使用は、有効な組織シール及び切断に十分な強力なクランプ力を提供する。組織が十分な力でクランプされるとき（クランプ力フィードバック又は他のフィードバックが使用され得る）、シール及び切断作業が始まり得る。シール中、電極６０及び７４は、クランプされた組織をシールするために、電気的シールエネルギを受け取る。シールが完了すると、組織切断が始まり得る。
【００３３】
切断及びシールカートリッジ５６内部の第２の送りねじ８２は、組織を切断するための切断端部８５を有するナイフ８４を操作する。ナイフ８４は、組織を切断するのに十分な切断端部を有する任意の部材を有し得る。送りねじ８２が回転すると、そり８６が、ジョー部材の間にクランプされた組織を切断するために、ナイフ８４（すなわち、鋭い刃）を近位に、位置Ａから位置Ｃに動かす。ナイフ８４が動き始めると、ナイフはタブ８８に掛かる（係合する）。このタブ８８は、ナイフ８４をヒンジ９０周りに回転させるとともに、電極６０及び７４のクランプ表面を越えて延ばす。組織切断刃を安全に保持するほかの方法は、例えば、使用しないときに小さな高くなったカバーで取り囲むことを含む。タブ６４は、ナイフ８４が位置Ｃの近位位置に移動した後のナイフ８４のための安全位置を提供する。幾つかの態様では、ナイフ８４が組織を切断した後、送りねじ８２は、ナイフ８４を遠位の、切断する準備ができている位置に戻すために、反対方向に回転され得る。このように、取外し可能な切断及びシールカートリッジ５６の切断機能は、切断及びシール動作の両方が、単一のカートリッジで一回より多く実行され得るように、再利用され得る。このような複数回の使用は、著しいコスト削減の利益をもたらす。
【００３４】
送りねじ８２は、機械的カップリング９２を介して、機械的な力を（例えば、モータ１４、１６（図１参照）の１つから）受けるように連結される。機械的カップリング９２は、カップリング９２を遠位に押しつけるバネ９４を含む。シールカートリッジ５６が最初に完全にジョー部材５０に挿入されるとき、カートリッジ及びジョー部材の接合する機械的カップリングは、位置合わせされていない可能性がある（例えば、スプライン又は様々な形状が位置合わせされていない可能性がある）。バネ９４によって提供される力は、適切なアライメントに回転するとすぐにカートリッジカップリングに完全に係合するように、器具側カップリングを動かす。
【００３５】
図７はまた、ナイフの３つの異なる位置、位置Ａ、位置Ｂ、及び位置Ｃも示す。現実施形態では、ナイフ８４は、ナイフが位置Ａから位置Ｃに（矢印によって示されるように）近位に動くとき、切断する。図示されるように、送りねじ８２は、エンドエフェクタの長手方向軸に沿ったナイフ８４の動作を作動させる。図７は位置Ａの経路の遠位端におけるナイフを描いているが、切断手術中、ナイフ８４は、位置Ｂ及びＣ(点線で示される)を含む、様々な他の位置を通って動く。位置Ａでは、ナイフ８４は、カートリッジの遠位部分内に安全に配置される。位置Ｂでは、ナイフはヒンジ９０周りに回転し、切断経路に沿った中ほどに進み、その切断端部８５は、経路内にクランプされた組織を切断するためにカートリッジを超えて延びる。位置Ｃでは、ナイフ８４は、その切断経路の近位端部にあるとともにエンドエフェクタの近位部分内に安全に配置され、その切断端部はタブ６４によって覆われる。組織カッタ８４は、ナイフ８４が、位置Ａから位置Ｃに移動するように駆動されるとき、クランプされた組織を切断するように、エンドエフェクタの近位端部に面する切断端部８５を有する。代替実施形態では、ナイフ８４が、位置Ｃから位置Ａに遠位に移動するように駆動されるとき、組織を切断するように、切断端部８５は、エンドエフェクタの遠位端部に面してナイフ８４に配置され得る。幾つかの実施形態では、ナイフ８４は、いずれの方向へのナイフ８４の移動もエンドエフェクタ内にクランプされた組織を切断するように、両方向に面する切断端部を含み得る。
【００３６】
多くの実施形態では、ナイフ８４は、いくつかの「位置」を含み、図７に記載されたもの以外の位置を含み得る。例えば、遠位に動くとき組織を切断するナイフ８４を有する実施形態では、ナイフは、位置Ｃの切断前位置及び位置Ａの切断完了位置を含み得る。ナイフ８４はまた、位置ＡとＣとの間の任意の中間位置（例えば、位置Ｂ）等、追加的な位置も含み得る。任意のこのような位置は、ナイフ８４が切断経路の一部のみに沿ってしか組織を切断しないので、「切断未完了位置」と呼ばれ得る。「ナイフ位置」はまたナイフの姿勢を含み得る。例えば、位置Ｂ、並びにＡとＣとの間の任意の位置は、ナイフ８４の切断端部８５が組織を切断するために露出されていることを示す、「ナイフ露出」位置と見なされ得る。
【００３７】
図７に見られ得るように、何らかの理由で、ナイフ８４が切断手術中に立ち往生する場合、ナイフは位置Ａと位置Ｃとの間の位置、例えば位置Ｂ等、に留まる。位置Ｂで立ち往生する場合、ナイフ８４の切断端部８５は露出されたままになり、ツールが引き抜かれるとき、ナイフ８４のその後の動きは、組織の意図しない切断を潜在的にもたらすかもしれない。加えて、いったんエンドエフェクタが取り外され、切断端部８５が露出していることに外科医が気付いていない場合、切断端部８５は外科医の手を切る可能性があり、外科医を生物学的危険に潜在的に曝す。しかし、このような危険は、特許請求の範囲に記載された方法及びシステムの使用を通じて、避けられる可能性がある。
【００３８】
多くの実施形態では、上述の組織切断及びシールシステムは、低侵襲手術ロボットシステム（例えば、ｄａ  Ｖｉｎｃｉ．ＲＴＭ．  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）に実装される。典型的には、手術を実行するために、外科医は、手術野の位置に手術器具のエンドエフェクタを最初に動かし、シール及び切断されることになる組織（例えば、血管）をクランプする。理想的には、有効な組織シールを実行するために、組織は、十分な力で（例えば、１００−１５０ｐｓｉの範囲の）手術器具の電極の間にクランプされるべきである。適切なクランプ力が達成されるとき（自動的に又は外科医の制御下で）、外科医は、電気シールユニットに信号を送ること又はステープルを発射するために力を加えることを含み得るシール作業を命令する。シールが完了すると、システムは、ツールに外科医からの別個の切断指令なしに切断作業を始めるように、自動的に信号を生成し得る。したがって、切断及びシールコントローラがエンドエフェクタの切断及びシール状況の両方を制御するので、複合式切断及びシールが外科医からの１つの指令で実行される。本発明の追加的な態様では、切断及びシールコントローラは、クランプ力を緩める又は解放するためにエンドエフェクタに信号を自動的に送信し得る又は別の複合式切断及びシール作動に備えてナイフをリセットするためにエンドエフェクタに信号を自動的に送信し得る。切断及びシールコントローラはまた、外科医からの１つの指令信号に応じて、これらの自動動作の様々な組合せ又は全てを命令し得る。さらに、切断及びシールコントローラは、上述のように使用制限を効果的に管理するために、器具内の電子暗号化装置に最新の情報を発し得る。
【００３９】
図８は、本発明の実施形態によるロボットツール１８０を概略的に示す。ロボットツール１８０は、第１の駆動部１９８を持つクランプマニピュレータ１９６、第２の駆動部１８４を持つナイフコントローラ１８２、プロセッサ１９１、ＰＳＭ１９３、及びエンドエフェクタ１８８を含む。エンドエフェクタ１８８は、器具シャフト１８６を通じて第１及び第２の駆動部と連結される。器具シャフトは、駆動されたとき、対置できるジョー１９４が組織をクランプするように、第１の駆動部１９８をエンドエフェクタ１８８の対置できるジョー１９４と動作可能に連結する第１の機構１９０を含む。器具シャフトはさらに、駆動されたとき、ナイフ１９５がクランプのジョーの長手方向軸に沿って動き、クランプされた組織を切断するように、第２の駆動部１８４をナイフ１９５と動作可能に連結する第２の機構１９２を含む。クランプマニピュレータ及びナイフはまた、プロセッサ１９１及び外科医用コンソールと連結される。プロセッサ１９１は、ＰＳＭ１９３によって（例えば、運動学的チェーンを追跡することによって）得られた位置情報から、エンドエフェクタ１８８、エンドエフェクタのジョー１９４及びナイフ１９５の位置を決定し得る。一端各構成要素に対する位置データが決定されると、プロセッサ１９１は、ツールのイメージの出力及びナイフの位置の視覚インジケータをディスプレイに送信し得る。上述のように、ナイフの位置は、エンドエフェクタ１８８に対するナイフ１９５の位置及び／又は姿勢の表示を含み得る。様々な位置は、限定されるものではないが、前述のように、切断前位置、切断完了位置、切断未完了位置、及び露出位置を含み得る。プロセッサ１９１はまた、第１若しくは第２機構１９０、１９２の変位又は第１駆動部１９８若しくは第２駆動部１８４のモータ変位から、ジョー１９４若しくはナイフ１９５の位置を決定し得る。
【００４０】
図９は、多くの実施形態による遠隔ロボット手術システムの概略図である。図９の例では、医者がシステムに組織をクランプする又は切断するために命令を入力する。ユーザの命令に応じて、システムは、機構２４０を用いて、ジョーを作動させることによってクランプすることを動作させるために又はナイフを動かすことによって組織の切断を動作させるために、モータ２１０を駆動し始める。機構２４０はクランピング又は切断を生じさせるので、プロセッサ２２０は、センサ２３０から位置情報（又はそれらの導関数）を受信する。位置情報は、前述のように、機構又はモータの変位から導き出され得る、又は、ジョー及び／又はナイフに配置された基準マーカの検出を通じて等、センサ２３０によって直接取得され得る。例えば、位置マーカは、画像取得装置等、センサがエンドエフェクタに対するナイフの運動を追跡できるように、エンドエフェクタのジョーに及びナイフに配置され得る。要素（例えば、ナイフ）の位置はまた、１つ又は複数の電磁位置センサ又は感圧センサによって等、要素に又は要素の近くに配置されたセンサ２３０によって追跡され得る。加えて、緑の光ファイバが、ファイバを通って放射される光の検出を通してナイフ位置の可視化を可能にするために、ナイフ機構に組み合わされ得る。本発明の多くの実施形態に使用され得る、基準マーカの使用に関する多くの情報は、２００９年４月２３日に出願された“Ｆｉｄｕｃｉａｌ  Ｍａｒｋｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｌｏｃａｔｉｎｇ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｉｍａｇｅｓ，”という名称の共同所有の米国特許出願第１２／４２８，６５７号（代理人整理番号ＩＳＲＧ  ０１４８０/ＵＳ）に見ることができ、その全体は参照により本願に援用される。いったん相対位置及び／又はナイフの配置（ナイフ位置としても知られる）が決定されると、プロセッサ２２０は、エンドエフェクタの画像とともにディスプレイ１５に重ねられることになるナイフ位置の視覚インジケータ２５０を出力する。典型的には、ディスプレイ１５は、エンドエフェクタの画像を含むとともに、外科医が切断プロセス中にナイフの位置及び動きに慣れる又は習慣的になるように、ナイフ位置の視覚インジケータは、切断中に、より好ましくは手術中常に、ディスプレイに重ねられる。
【００４１】
図１０は、ナイフがツールに沿って遠位に動くときに組織を切断する実施形態による、ナイフ位置をディスプレイ１５に示している視覚インジケータ２５０の３つの例を示す。ナイフ位置のインジケータは、ユーザインターフェースディスプレイ１５に重ねられる。このユーザインターフェースディスプレイはまた、切断手術中、手術ツールエンドエフェクタの画像及び／又は視覚表示も表示する。インジケータ２５０は、ユーザにナイフ位置を示すのに十分な任意のインジケータ（例えば、ライト、テキストメッセージ、ディスプレイ上の色の変化等）であり得る。インジケータ２５０は、ディスプレイ１５に示されたツールの合成の表現の上に又は実際の画像の上に重ねられたナイフの合成の表現２５２を含み得る。図１０は、フレーム１、ＩＩ及びＩＩＩの組織切断手術中のディスプレイ１５上のエンドエフェクタ１８９の３つの連続的な画像を示す。フレームＩでは、ナイフは、切断前位置にあり、エンドエフェクタ１８９の近位部分に安全に配置され、一方、インジケータ２５０は、ナイフ位置を「切断前」として示すとともにエンドエフェクタ上にナイフ２５２の合成の表現２５２を示す。フレームＩＩでは、ナイフは、遠位に動くときに組織を切断するように、ナイフの切断端部が露出してエンドエフェクタのジョーに沿って中ほどに動いた。インジケータ２５０は、「ナイフ露出！」としてのナイフ位置インジケータ及びツールに沿った中ほどに合成の表現２５２を示す。何らかの理由で、ナイフが切断前位置から切断完了位置に動くとき、ナイフが動かなくなる又は立ち往生する場合、オプションの警告がディスプレイ上に出力され得る。警告は、ナイフ位置を「切断未完了」、「露出」、「立ち往生」（図示せず）しているとして表示し得る。フレームＩＩＩでは、ナイフは、エンドエフェクタ１８９のジョーを切断完了位置に成功裏に移動し、エンドエフェクタ１８９の遠位部分内に安全に配置されるように回転されている。インジケータ２５０は、ナイフ位置を「切断完了」として、及びエンドエフェクタ１８９の最遠位位置でのナイフの位置及び姿勢を描く合成の表現２５２を示す。
【００４２】
（ツール追跡を伴うナイフ位置インジケータ）
幾つかの実施形態では、方法及びシステムは、ツール追跡を含み得る。ツール追跡では、位置構成要素がコンピュータに含まれる又は他の方法でコンピュータと関連付けられる。位置構成要素は、エンドエフェクタ１８９等のツール、又はナイフ等の要素の位置に関する情報を提供する。「位置」は、エンドエフェクタの位置及び／又は姿勢の少なくとも一方を指す。位置は、基準マーカ、形状マーカの使用を通じて、又は運動学的チェーンの追跡によって決定され得る。ツール追跡装置を考慮しようがしまいが、様々な異なる技術が、エンドエフェクタの位置に関する情報を提供するために使用され得る。単純な実施形態では、位置構成要素は、エンドエフェクタ及び／又はナイフの位置に関する情報を提供するために、画像取得装置からのビデオフィードを利用する。しかし、センサ情報、運動学的情報、又はそれらのイン意の組合せを含む、他の情報が、この画像情報の代わりに、又はこの画像情報に加えて、使用され得る。ツール追跡構成要素のために使用され得るシステムの例は、“Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  ３−Ｄ  Ｔｏｏｌ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｂｙ  Ｆｕｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｃａｍｅｒａ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  Ｄａｔａ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｍｉｎｉｍａｌｌｙ  Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｕｒｇｅｒｙ”という名称の米国特許出願公開第２００６／０２５８９３８号、“Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｓｓｉｓｔｉｎｇ  ａ  Ｓｕｒｇｅｏｎ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｓｕｒｇｅｒｙ”という名称の米国特許第５，９５０，６２９号、“Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ｃａｒｄｉａｃ  Ｓｕｒｇｅｒｙ  Ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｃａｒｄｉｏｐｌｅｇｉａ”という名称の米国特許第６，４６８，２６５号、及び“Ｔｏｏｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ  Ｄｉｓｐｌａｙｅｄ  ｉｎ  ａ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ａｒｅａ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｃｒｅｅｎ”という名称の米国特許出願公開第２００８／０００４６０３号に開示される。ツール追跡構成要素は、共同所有の“Ｆｉｄｕｃｉａｌ  Ｍａｒｋｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ａｎｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｌｏｃａｔｉｎｇ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ    Ｉｎ  Ｉｍａｇｅｓ”という名称の米国特許出願第１２／４２８，６５７号（代理人整理番号ＩＳＲＧ  ０１４８０／ＵＳ)及び“Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｍａｒｋｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ”という名称の米国特許出願第１２／４２８，６９１号（代理人整理番号ＩＳＲＧ  ０１９１０／ＵＳ)に開示されたシステム及び方法を利用し得る。一般的に、位置構成要素は、エンドエフェクタの実際の位置及び姿勢に関する情報を伝える。この情報は、情報が利用可能になるときに応じて更新され、例えば、非同期情報であり得る。
【００４３】
（エンドエフェクタの実際の位置における合成ナイフ画像）
他の実施形態によれば、合成ナイフ画像がナイフの実際の位置の上に表示され得る。これはシール及び切断器具のナイフによくあてはまるが、ナイフが見えない場所にあるときでさえ、例えば、ナイフが臓器の後ろにある又は血液で覆われているときでさえ、この機能は、外科医Ｓがナイフを追跡することを可能にする。ジョーが組織にクランプされるとき、ナイフはエンドエフェクタのジョーに沿って移動するが、ジョー及び／又はクランプされた組織によって隠されるので、ナイフは典型的には内視鏡で見ることができない。
【００４４】
実施形態によれば、ナイフの合成の表現は、ナイフの２又は３次元モデルであり得る、及びツールに対するナイフの実際の姿勢と一致するように向きを合わせられ得る。したがって、特許請求の範囲に記載されたシステム及び方法を使用することによって、外科医Ｓは、手術の間中、エンドエフェクタに対するナイフの位置を自覚している。これは特に手術が立ち往生又は失敗する場合に役立つ。
【００４５】
図１１は、多くの実施形態によるナイフの実際の位置における合成のナイフを表示するためのステップを示すフローチャートである。ステップ１１００で開始すると、ナイフ第１の位置にある。ステップ１１０２では、ナイフの合成の表現が、実際のツールの画像、これは、例えば、エンドエフェクタのライブビデオであり得る、の上に表示される。ステップ１１０４では、ナイフが位置Ｂに移動する。典型的には、ナイフは、最終位置Ｃ（切断完了位置として知られる）に行く途中で位置Ｂを通って移動する。運動学的な位置情報がステップ１１０６において受信され、オフセットのための調整がステップ１１０８において行われる。ステップ１１０９において、エンドエフェクタツール又はナイフが内視鏡から見えない場合、合成イメージを表示する。典型的には、エンドエフェクタツールは切断プロセス中に第１の位置に留まるが、何らかの理由でツールが動く場合、エンドエフェクタツールがもはや見えなくても、同様のツール追跡プロセスが、ツールの動きを追跡するために及びエンドエフェクタの合成の表現を表示するために使用され得る。通常の動作において、ナイフは、エンドエフェクタのジョーによって隠されるので、システムは、典型的にはナイフツールの合成の画像を表示する。したがって、ナイフの合成の画像は、どんなときでもエンドエフェクタが見えるかどうかに応じて、エンドエフェクタの実際の画像上に又はエンドエフェクタの合成の画像上に表示され得る。ステップ１１１０では、合成のナイフがツールの運動学的に調整された位置に表示される。したがって、上述の方法にしたがって、合成のナイフの画像が、エンドエフェクタの画像上に表示され、組織切断中、好ましくは組織の切断中常に、ナイフのナイフ位置を示す。
【００４６】
図１１の方法を使用して、合成のナイフの動きは実際のナイフの動きに一致する。好ましくは、合成のナイフの動きは、合成のナイフの動きが、ナイフの動きに従うよう実際のツールの動きに厳密に一致するように、リアルタイムで更新される。上述のように、運動学的位置情報は典型的には空間内のナイフの正確な位置を提供しないが、位置の変化は比較的正確である。したがって、図１１を参照して記載された合成のナイフを利用することによって、ナイフの位置は、ビデオ又はツールの他の位置情報が失われたときでも、かなり正確に追跡され得る。前の実施形態にように、図１１の方法の使用のためのこのナイフの合成の表現は、ナイフの３次元モデル、又はナイフの線画又はナイフの部分を表す破線、又はナイフの任意の他の表現であり得る。
【００４７】
図１２−１３は、多くの実施形態による方法を示す。図１２に示される、方法３００は、体組織をクランプするツールのユーザインターフェースディスプレイに画像を表示するステップ３０１、及びクランプされた組織をナイフで切断中及び／又は切断後にディスプレイにナイフ位置の視覚インジケータを重ねるステップ３０２を含む。図１３に示される方法３１０は、クランプせよというユーザの命令に応じてツールのジョーで組織をクランプするステップ３１２、組織をクランプしているツールの画像をユーザインターフェースディスプレイに表示するステップ３１４、組織を切断せよというユーザの命令に応じて、組織を切断するために切断前位置から切断完了位置にナイフを動かすように、モータを通電するステップ３１６、及びクランプされた組織の切断中及び／又は切断後、ナイフ位置のインジケータをユーザインターフェースディスプレイに重ねるステップ３１８を含む。
【００４８】
本発明を実施するために発明者に知られているベストモードを含む、本発明の好適な実施形態が、ここに記載されている。これらの好適な実施形態の変形形態は、前述の説明を読むことで当業者に明らかになるであろう。発明者は、発明者は、当業者がこのような変形形態を適切に用いることを予測し、発明者は、本発明が、本明細書に具体的に記載されたものとは違って実施されることを意図する。したがって、本発明は、準拠法に認められるように、本明細書に添付された特許請求の範囲において列挙される主題の全ての修正形態、代替構造及び均等物を含む。さらに、全ての可能な変形形態における上述の要素の任意の組み合わせは、別途本明細書に明示されない限り、または別途文脈によって明確に否定されない限り、本発明によって包含される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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