(57)【要約】  Ｎの運動自由度を可能にするリストを有する外科用器具を含むロボットシステムが提供される。自由度Ｎは、Ｎ＋１つのケーブルセグメントによって制御することができる。リストは、第１の軸を中心にして回転するように構成された第１の滑車セットと、第２の軸を中心にして回転するように構成された第２の滑車セットとを含むことができる。リストは、ケーブルセグメントのうちの２つに係合するように構成された１つ以上の滑車を更に備えることができ、その滑車のうちの少なくとも１つは、第１のケーブルセグメント及び第２のケーブルセグメントによって共有される。滑車を共有する第１のケーブルセグメントと第２のケーブルセグメントは、互いに独立していてもよい。状況によっては、外科用器具は、Ｎ＋１つのケーブルセグメントのうちの少なくとも２つを前進又は後退させることによって、Ｎ＋１の運動度で作動させることができる。
2021529018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用器具であって、
複数の運動度を有する外科用エフェクタと、
前記外科用エフェクタに連結されたリストであって、少なくとも第１の滑車を含むリストと、
前記外科用エフェクタを前記複数の運動度で作動させるために、前記リストを通って前記外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントであって、前記第１の滑車の両側に係合し、かつ互いに独立している少なくとも２つのケーブルセグメントと、
を備える外科用器具。
【請求項２】
前記第１の滑車の両側に係合する前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、同じケーブルの一部ではない、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項３】
前記第１の滑車の両側に係合する前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立して移動可能である、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項４】
前記第１の滑車の両側に係合する前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立して作動可能である、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項５】
前記外科用エフェクタの前記複数の運動度は、ピッチ軸を中心にした回転を含み、前記第１の滑車も前記ピッチ軸を中心にして回転する、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項６】
前記外科用エフェクタは、前記リストを通って前記外科用エフェクタまで延びるＮ＋１つのケーブルセグメントによって制御される、少なくともＮの運動自由度を有する、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項７】
前記外科用エフェクタは少なくとも３の運動度を有し、前記外科用システムは少なくとも４つのケーブルセグメントを含む、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項８】
前記３の運動度は、前記外科用エフェクタの第１のヨー角、第２のヨー角、及びピッチ角を含む、請求項７に記載の外科用器具。
【請求項９】
前記リストは、前記外科用エフェクタのピッチ軸に沿って位置合わせされた少なくとも２つの滑車を含む、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの滑車は、互いに隣接して位置付けされている、請求項９に記載の外科用器具。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの滑車は、互いに離間しており、前記リストの中心軸からオフセットされている、請求項９に記載の外科用器具。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの滑車は、前記ピッチ軸と位置合わせされた前記リスト内の唯一の滑車である、請求項９に記載の外科用器具。
【請求項１３】
前記第１の滑車は、近位の滑車セットの一部である、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項１４】
前記外科用器具は、前記近位の滑車セットに対して遠位の滑車セットを更に備える、請求項１３に記載の外科用器具。
【請求項１５】
１つ以上の方向転換面が、前記近位の滑車セットと前記遠位の滑車セットとの間に形成されている、請求項１３に記載の外科用器具。
【請求項１６】
前記１つ以上の方向転換面は静止している、請求項１５に記載の外科用器具。
【請求項１７】
外科用器具であって、
１つ以上の滑車を含むリストと、
Ｎの運動度を有する外科用エフェクタであって、前記Ｎの運動度のうちの少なくとも１は、前記リストを通って延びるピッチ軸を中心にした回転を含む、外科用エフェクタと、を備え、
少なくともＮ＋１つのケーブルセグメントは、前記リストを通って延びて、前記外科用エフェクタを前記Ｎの運動度で作動させ、
前記Ｎ＋１つのケーブルセグメントのうちの少なくとも２つが、前記リスト内の前記滑車のうちの１つを共有する、
外科用器具。
【請求項１８】
前記外科用エフェクタは少なくとも２の運動度を有し、前記外科用エフェクタは、第１の滑車と係合する少なくとも第１のケーブルセグメント及び第２のケーブルセグメントを備え、前記第１のケーブルセグメント及び前記第２のケーブルセグメントは互いに独立している、請求項１７に記載の外科用器具。
【請求項１９】
前記リストは遠位クレビス及び近位クレビスを含む、請求項１７に記載の外科用器具。
【請求項２０】
前記１つ以上の滑車は、第１の滑車セットの一部であり、前記リストは、前記第１の滑車セットの遠位に位置付けされた第２の滑車セットを含む、請求項１７に記載の外科用器具。
【請求項２１】
前記リストの前記遠位クレビスは、前記第１の滑車セットと前記第２の滑車セットとの間に方向転換面を含む、請求項１９に記載の外科用器具。
【請求項２２】
前記方向転換面は静止面である、請求項２１に記載の外科用器具。
【請求項２３】
外科用システムであって、
外科用器具であって、
外科用エフェクタと、
前記外科用エフェクタに連結されたリストであって、前記リストは近位クレビス及び遠位クレビスを備え、前記遠位クレビスは１つ以上の静止方向転換面を備える、リストと、
前記外科用エフェクタを作動させるために、前記リストを通って前記外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントであって、前記遠位クレビス内の前記１つ以上の静止方向転換面に係合する少なくとも２つのケーブルセグメントと、
を備える外科用器具、
を備える外科用システム。
【請求項２４】
前記外科用エフェクタはロボットアームに連結されており、複数の運動度を有し、
前記リストは、少なくとも第１の滑車を備え、
前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立しており、前記第１の滑車の両側に係合するように構成されている、
請求項２３に記載の外科用システム。
【請求項２５】
前記外科用器具は、前記近位クレビス内の１つ以上の滑車と、前記遠位クレビス内の１つ以上の滑車とを更に備える、請求項２３に記載の外科用システム。
【請求項２６】
前記静止方向転換面は、前記近位クレビス内の前記１つ以上の滑車と前記遠位クレビス内の前記１つ以上の滑車との間に位置付けされている、請求項２４に記載の外科用システム。
【請求項２７】
前記遠位クレビス内の前記１つ以上の静止方向転換面は、スロットの外周を形成する１つ以上の表面の一部である、請求項２３に記載の外科用システム。
【請求項２８】
前記外科用器具は、前記近位クレビス内に１つ以上の静止方向転換面を更に備える、請求項２３に記載の外科用システム。
【請求項２９】
複数の運動度で外科用エフェクタを作動させる方法であって、
前記外科用エフェクタに連結されたリスト内の第１の滑車の第１の側の周りに延びる第１のケーブルセグメントを前進又は後退させて、前記外科用エフェクタを第１の運動度で作動させることと、
前記第１の滑車の第２の側の周りに延びる第２のケーブルセグメントを前進又は後退させて、前記外科用エフェクタを第２の運動度で作動させることと、
を含む方法。
【請求項３０】
前記第１のケーブルセグメントを前進又は後退させることによって、かつ前記第２の滑車セグメントを前進又は後退させることによって、前記第１の滑車の軸を通って延びるピッチ軸を中心にして前記外科用エフェクタを回転させることを更に含む、請求項２９に記載の方法。
【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、２０１８年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／６９１３７４号の利益を主張するものであり、当該仮特許出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本明細書に開示されるシステム及び方法は、ロボット医療システムに関し、具体的には、改善されたリスト構成を有するロボット医療システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
腹腔鏡検査などの医療処置は、患者の内部領域にアクセスし、それを可視化することを伴う場合がある。腹腔鏡処置では、腹腔鏡アクセスポートを通して医療器具を内部領域に挿入することができる。
【０００４】
特定の処置においては、ロボット制御可能な医療システムを使用して、器具及びエンドエフェクタの挿入及び／又は操作を制御することができる。ロボット制御可能な医療システムは、ロボットアーム又は任意の他の器具位置付けデバイスを含んでもよい。ロボット制御可能な医療システムは、処置中の器具の位置付けを制御するために使用されるコントローラも含んでもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様では、外科用器具は、複数の運動度を有する外科用エフェクタと、外科用エフェクタに連結されたリストであって、少なくとも第１の滑車を含むリストと、外科用エフェクタを複数の運動度で作動させるために、リストを通って外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントであって、少なくとも２つのケーブルセグメントは、第１の滑車の両側に係合する、少なくとも２つのケーブルセグメントと、を備える。少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立している。
【０００６】
外科用器具は、以下の機構の１つ以上を任意の組み合わせで更に含むことができる：（ａ）外科用エフェクタの複数の運動度が、ピッチ軸を中心にした回転を含み、第１の滑車もピッチ軸を中心にして回転する、
（ｂ）外科用エフェクタは、リストを通って外科用エフェクタまで延びるＮ＋１つのケーブルセグメントによって制御される、少なくともＮの運動自由度を有する、（ｃ）外科用エフェクタは少なくとも３の運動度を有し、外科用システムは少なくとも４つのケーブルセグメントを含む、（ｄ）３の運動度は、外科用エフェクタの第１のヨー角、第２のヨー角、及びピッチ角を含む、（ｅ）リストは、外科用エフェクタのピッチ軸に沿って位置合わせされた少なくとも２つの滑車を含む、（ｆ）少なくとも２つの滑車は、互いに隣接して位置付けされる、（ｇ）少なくとも２つの滑車は、互いに離間しており、リストの中心軸からオフセットされている、（ｈ）少なくとも２つの滑車は、ピッチ軸と位置合わせされたリスト内の唯一の滑車である、（ｉ）第１の滑車は、近位の滑車セットの一部である、（ｊ）外科用器具は、近位の滑車セットに対して遠位の滑車セットを更に備える、（ｋ）１つ以上の方向転換面は、近位の滑車セットと遠位の滑車セットとの間に形成される、（ｌ）第１の滑車の両側に係合する少なくとも２つのケーブルセグメントは、同じケーブルの一部ではない、（ｍ）第１の滑車の両側に係合する少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立して運動可能である、（ｎ）第１の滑車の両側に係合する少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立して作動可能であり、及び／又は（ｏ）１つ以上の方向転換面は静止している。
【０００７】
別の態様では、外科用器具は、ピッチ軸を中心にして回転する第１の滑車と、少なくとも２の運動自由度を有する外科用エフェクタと、ピッチ軸を中心にした回転を含む運動度のうちの１つと、少なくとも２の運動自由度で外科用エフェクタを作動させるためにリストを通って延びる少なくとも第１のケーブルセグメント及び第２のケーブルセグメントであって、第１のケーブルセグメント及び第２のケーブルセグメントは両方とも第１の滑車に係合する、第１のケーブルセグメント及び第２のケーブルセグメントと、を備えるリストを備える。第１のケーブル及び第２のケーブルは、互いに独立している。
【０００８】
１つ以上の滑車を含むリストと、Ｎの運動度を有する外科用エフェクタであって、Ｎの運動度のうちの少なくとも１つは、リストを通って延びるピッチ軸を中心にした回転を含む、外科用エフェクタと、を備え、少なくともＮ＋１つのケーブルセグメントは、リストを通って延びて、外科用エフェクタをＮの運動度で作動させ、Ｎ＋１つのケーブルセグメントのうちの少なくとも２つは、リスト内の滑車のうちの１つを共有する。
【０００９】
外科用器具は、任意の組み合わせで以下の機構のうちの１つ以上を更に含んでもよい：（ａ）リストは遠位クレビス及び近位クレビスを含む、（ｂ）１つ以上の滑車は、第１の滑車セットの一部であり、リストは、第１の滑車セットの遠位に配置された第２の滑車セットを含む、（ｃ）リストの遠位クレビスは、第１の滑車セットと第２の滑車セットとの間に方向転換面を含み、及び／又は（ｄ）方向転換面は静止面である。
【００１０】
別の態様では、外科用システムは、ロボットアームと、ロボットアームに連結された外科用エフェクタと、複数の運動度を有する外科用エフェクタと、外科用エフェクタとロボットアームとの間に位置付けられたリストと、を備え、リストは、少なくとも第１の滑車と、リストを通って外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントと、を含み、少なくとも２つのケーブルセグメントは、第１の滑車の両側に係合する。少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立している。
【００１１】
別の態様では、外科用システムは、外科用エフェクタと、外科用エフェクタに連結されたリストであって、リストは近位クレビス及び遠位クレビスを備え、遠位クレビスは１つ以上の静止方向転換面を備える、リストと、外科用エフェクタを作動させるために、リストを通って外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントであって、遠位クレビス内の１つ以上の静止方向転換面に係合する少なくとも２つのケーブルセグメントと、を備える外科用器具、を備える。
【００１２】
外科用システムは、任意の組み合わせで以下の機構のうちの１つ以上を更に含んでもよい：（ａ）外科用器具は、近位クレビス内の１つ以上の滑車と、遠位クレビス内の１つ以上の滑車を更に備える、（ｂ）静止方向転換面は、近位クレビス内の１つ以上の滑車と遠位クレビス内の１つ以上の滑車との間に位置付けされる、（ｃ）遠位クレビス内の１つ以上の静止方向転換面は、スロットの外周を形成する１つ以上の表面の一部であり、及び／又は（ｄ）外科用器具は、近位クレビス内に１つ以上の静止方向転換面を更に備える。
【００１３】
別の態様では、複数の運動度で外科用エフェクタを作動させる方法であって、その方法は、（ｉ）外科用エフェクタに連結されたリスト内の第１の滑車の第１の側の周りに延びる第１のケーブルセグメントを前進又は後退させて、外科用エフェクタを第１の運動度で作動させることと、（ｉｉ）第１の滑車の第２の側の周りに延びる第２のケーブルセグメントを前進又は後退させて、外科用エフェクタを第２の運動度で作動させることと、を含む。
【００１４】
その方法は、第１のケーブルセグメントを前進又は後退させることによって、かつ第２の滑車セグメントを前進又は後退させることによって、第１の滑車の軸を通って延びるピッチ軸を中心にして外科用エフェクタを回転させることを更に含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
開示される態様は、以下、添付の図面と併せて説明され、開示された態様を例示するが、限定するものではなく、同様の指定は同様の要素を示す。
【図１】診断及び／又は治療用気管支鏡検査処置（複数可）のために配置されたカートベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図２】図１のロボットシステムの更なる態様を描写する。
【図３】尿管鏡検査のために配置された図１のロボットシステムの実施形態を示す。
【図４】血管処置のために配置された図１のロボットシステムの実施形態を示す。
【図５】気管支鏡検査処置のために配置されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図６】図５のロボットシステムの代替的な図である。
【図７】ロボットアーム（複数可）を格納するように構成された例示的なシステムを示す。
【図８】尿管鏡検査処置のために構成されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図９】腹腔鏡処置のために構成されたテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図１０】ピッチ又は傾斜調節を備えた図５〜図９のテーブルベースのロボットシステムの実施形態を示す。
【図１１】図５〜図１０のテーブルベースのロボットシステムのテーブルとカラムとの間のインターフェースの詳細な例示を提供する。
【図１２】テーブルベースのロボットシステムの代替的実施形態を示す。
【図１３】図１２のテーブルベースのロボットシステムの端面図を示す。
【図１４】ロボットアームが取り付けられた、テーブルベースのロボットシステムの端面図を示す。
【図１５】例示的な器具ドライバを示す。
【図１６】対の器具ドライバを備えた例示的な医療器具を示す。
【図１７】駆動ユニットの軸が器具の細長いシャフトの軸に対して平行である、器具ドライバ及び器具の代替的な設計を示す。
【図１８】器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具を示す。
【図１９】例示的なコントローラを示す。
【図２０】例示的な実施形態による、図１６〜図１８の器具の位置など、図１〜図１０のロボットシステムの１つ以上の要素の位置を推定する位置特定システムを示すブロック図である。
【図２１】外科器具の側面図を示す。
【図２２】外科用器具の一態様の斜視図を示す。
【図２３Ａ】図２２に示した外科用器具の外科用リストの斜視図を示す。
【図２３Ｂ】図２２に示した外科用器具の外科用リストの別の斜視図である。
【図２３Ｃ】ヨー軸を中心にした２つの鉗子半体の回転を示す、図２２の外科用器具の斜視図を示す。
【図２３Ｄ】ピッチ軸を中心にした外科用エフェクタの回転を示す、図２２の外科用器具の斜視図を示す。
【図２４Ａ】ケーブルセグメントと近位及び遠位滑車との間の相互作用を示す、Ｎ＋１のリストを共有する滑車の実施形態の側面図を示す。
【図２４Ｂ】ケーブルセグメントと近位及び遠位クレビスとの間の相互作用を示す、Ｎ＋１のリストを共有する滑車の実施形態の側面図を示す。
【図２５Ａ】Ｎ＋１のリストを共有する滑車の遠位クレビスの上面斜視図を示す。
【図２５Ｂ】複数のケーブルセグメントが貫通して延びる、図２５Ａの遠位クレビスの上面図を示す。
【図２５Ｃ】複数のケーブルセグメントが貫通して延びる、図２５Ａの遠位クレビスの上面斜視図を示す。
【図２６Ａ】Ｎ＋１のリストを共有する滑車の近位クレビスの上面図を示す。
【図２６Ｂ】近位クレビスを通って延びる複数のケーブルセグメントを有する、図２６Ａの近位クレビスの上面図を示す。
【図２６Ｃ】図２６Ａの近位クレビスの側面図、及びＮ＋１のリストを共有する滑車の実施形態の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．概論
本開示の態様は、腹腔鏡などの低侵襲性、及び内視鏡などの非侵襲性の両方の処置を含む、様々な医療処置を行うことができるロボット制御可能な医療システムに統合され得る。内視鏡処置のうち、システムは、気管支鏡検査、尿管鏡検査、胃鏡検査などを行うことができる。
【００１７】
幅広い処置を実行することに加えて、システムは、医師を支援するための強調された撮像及び誘導などの追加の利益を提供することができる。更に、システムは、厄介なアーム運動及び位置付けを必要とせずに、人間工学的位置付けから処置を行う能力を医師に提供することができる。また更に、システムは、システムの器具のうちの１つ以上が単一のユーザによって制御され得るように、改善された使いやすさで処置を行う能力を医師に提供することができる。
【００１８】
以下、説明を目的として、図面と併せて、様々な実施形態を説明する。開示された概念の多くの他の実施態様が可能であり、開示された実施態様で様々な利点が達成され得ることを理解されたい。見出しが、参照のために本明細書に含まれ、様々なセクションの位置を特定する支援となる。これらの見出しは、それに関して説明される概念の範囲を限定することを意図するものではない。そのような概念は、本明細書全体にわたって適用可能性を有することができる。
【００１９】
Ａ．ロボットシステム−カート
ロボット制御可能な医療システムは、特定の処置に応じて様々な方法で構成され得る。図１は、診断及び／又は治療用気管支鏡検査処置のために配置されたカートベースのロボット制御可能なシステム１０の実施形態を示す。気管支鏡検査中、システム１０は、気管支鏡検査のための処置特有の気管支鏡であり得る操縦可能な内視鏡１３などの医療器具を、診断及び／又は治療用具を送達するための自然オリフィスアクセスポイント（すなわち、本実施例ではテーブル上に位置付けられた患者の口）に送達するための１つ以上のロボットアーム１２を有するカート１１を備えることができる。図示のように、カート１１は、アクセスポイントへのアクセスを提供するために、患者の上部胴体に近接して位置付けることができる。同様に、ロボットアーム１２は、アクセスポイントに対して気管支鏡を位置付けるために作動させてもよい。図１の配置は、胃腸管（ＧＩ）処置を、ＧＩ処置のための特殊な内視鏡である胃鏡を用いて実行するときにも利用してもよい。図２は、カートの例示的な実施形態をより詳細に描画する。
【００２０】
図１を引き続き参照すると、一旦カート１１が適切に位置付けられると、ロボットアーム１２は、操縦可能な内視鏡１３をロボットで、手動で、又はそれらの組み合わせで患者内に挿入することができる。図示のように、操縦可能な内視鏡１３は、内側リーダ部分及び外側シース部分などの少なくとも２つの入れ子式部品を備えてもよく、各部分は、器具ドライバのセット２８から別個の器具ドライバに連結され、各器具ドライバは、個々のロボットアームの遠位端部に連結されている。リーダ部分をシース部分と同軸上に整列させるのを容易にする器具ドライバ２８のこの直線配置は、１つ以上のロボットアーム１２を異なる角度及び／又は位置に操作することによって空間内に再位置付けされ得る「仮想レール」２９を作成する。本明細書に記載される仮想レールは、破線を使用して図に示されており、したがって破線は、システムの物理的構造を示さない。仮想レール２９に沿った器具ドライバ２８の並進は、外側シース部分に対して内側リーダ部分を入れ子にするか、又は内視鏡１３を患者から前進又は後退させる。仮想レール２９の角度は、臨床用途又は医師の好みに基づいて調節、並進、及び枢動させられてもよい。例えば、気管支鏡検査では、図示の仮想レール２９の角度及び位置は、内視鏡１３を患者の口内に曲げ入れることによる摩擦を最小限に抑えながら内視鏡１３への医師のアクセスを提供する妥協案を表す。
【００２１】
内視鏡１３は、対象の目的地又は手術部位に到達するまで、ロボットシステムからの正確なコマンドを使用して挿入後に患者の気管及び肺の下方に指向されてもよい。患者の肺網を通したナビゲーションを高め、及び／又は所望の標的に到達するために、内視鏡１３を操縦して、内側リーダ部分を外側シース部分から入れ子状に延ばして、高められた関節運動及びより大きな曲げ半径を得てもよい。別個の器具ドライバ２８の使用により、リーダ部分及びシース部分が互いに独立して駆動することも可能になる。
【００２２】
例えば、内視鏡１３は、例えば、患者の肺内の病変又は小結節などの標的に生検針を送達するように指向させされてもよい。針は、内視鏡の長さにわたる作業チャネルの下方に配置して、病理医によって分析される組織サンプルを得てもよい。病理の結果に応じて、追加の生検のために追加のツールが内視鏡の作業チャネルの下方に配置されてもよい。小結節を悪性と特定した後、内視鏡１３は、潜在的な癌組織を切除するために器具を内視鏡的に送達してもよい。場合によっては、診断及び治療的処置は、別々の手順で提供することができる。これらの状況において、内視鏡１３は、標的小結節の位置を「マーク」するために基準を送達するためにも使用されてもよい。他の例では、診断及び治療的処置は、同じ処置中に送達されてもよい。
【００２３】
システム１０は、カート１１に支持ケーブルを介して接続されて、カート１１への制御、電子機器、流体工学、光学系、センサ、及び／又は電力のためのサポートを提供し得る移動可能なタワー３０も含んでもよい。タワー３０内にそのような機能を置くことにより、動作を行う医師及びそのスタッフがより容易に調節及び／又は再位置付けすることができるより小さいフォームファクタのカート１１が可能となる。更に、カート／テーブルと支持タワー３０との間の機能の分割は、手術室の乱雑さを低減し、臨床ワークフローの改善を促進する。カート１１は患者に近接して位置付けされてもよいが、タワー３０は、処置中に邪魔にならないように遠隔位置に格納されてもよい。
【００２４】
上述のロボットシステムのサポートにおいて、タワー３０は、例えば、永続的な磁気記憶ドライブ、ソリッドステートドライブなどの非一時的コンピュータ可読記憶媒体内にコンピュータプログラム命令を記憶するコンピュータベースの制御システムの構成要素（複数可）を含んでもよい。これらの命令の実行は、実行がタワー３０内で行われるのか又はカート１１で行われるのかにかかわらず、そのシステム又はサブシステム（複数可）全体を制御してもよい。例えば、コンピュータシステムのプロセッサによって実行されるときに、命令は、ロボットシステムの構成要素に、関連するキャリッジ及びアームマウントを作動させ、ロボットアームを作動させ、医療器具を制御させてもよい。例えば、制御信号を受信したことに応答して、ロボットアームの関節内のモータは、アームを特定の姿勢に位置付けしてもよい。
【００２５】
タワー３０は、内視鏡１３を通して配置することができるシステムに、制御された灌注及び吸引機能を提供するために、ポンプ、流量計、弁制御、及び／又は流体アクセスも含むことができる。これらの構成要素は、タワー３０のコンピュータシステムも使用して制御されてもよい。いくつかの実施形態では、灌注及び吸引能力は、別個のケーブル（複数可）を通して内視鏡１３に直接送達されてもよい。
【００２６】
タワー３０は、フィルタリングされ、保護された電力をカート１１に提供するように設計された電圧及びサージ保護具を含んでもよく、それによって、カート１１内に電力変圧器及び他の補助電力構成要素を配置することが回避され、カート１１はより小さく、より移動可能になる。
【００２７】
タワー３０は、ロボットシステム１０全体に配置されたセンサのための支持機器も含んでもよい。例えば、タワー３０は、ロボットシステム１０を通して光センサ又はカメラから受信したデータを検出、受信、及び処理するためのオプトエレクトロニクス機器を含んでもよい。制御システムと組み合わせて、そのようなオプトエレクトロニクス機器は、タワー３０内を含むシステム全体に配置された任意の数のコンソール内に表示するためのリアルタイム画像を生成するように使用されてもよい。同様に、タワー３０は、配置された電磁（ＥＭ）センサから受信した信号を受信及び処理するための電子サブシステムも含んでもよい。タワー３０は、医療器具内又は医療器具上のＥＭセンサによる検出のためにＥＭ場発生器を収容し、位置付けするためにも使用されてもよい。
【００２８】
タワー３０は、システムの残りの部分で利用可能な他のコンソール、例えば、カートの上部に装着されたコンソールに追加して、コンソール３１も含んでもよい。コンソール３１は、医師オペレータのためのユーザインターフェース及びタッチスクリーンなどの表示画面を含んでもよい。システム１０内のコンソールは、一般に、ロボット制御、並びに内視鏡１３のナビゲーション情報及び位置特定情報などの処置の術前及びリアルタイム情報の両方を提供するように設計される。コンソール３１が医師に利用可能な唯一のコンソールではない場合、コンソール３１は、看護師などの第２のオペレータによって使用されて、患者の健康又は生命及びシステムの動作を監視し、並びにナビゲーション及び位置特定情報などの処置固有のデータを提供することができる。その他の実施形態では、コンソール３０は、タワー３０とは別個の本体内に収容される。
【００２９】
タワー３０は、１つ以上のケーブル又は接続（図示せず）を介してカート１１及び内視鏡１３に連結されてもよい。いくつかの実施形態では、タワー３０からの支持機能は、単一ケーブルを通してカート１１に提供されることにより、手術室を簡略化し、整理整頓することができる。他の実施形態では、特定の機能は、別個のケーブリング及び接続で連結されてもよい。例えば、単一の電力ケーブルを通してカートに電力が供給されてもよい一方、制御、光学、流体工学、及び／又はナビゲーションのためのサポートは、別個のケーブルを通して提供されてもよい。
【００３０】
図２は、図１に示されるカートベースのロボット制御可能なシステムからのカートの実施形態の詳細な図を提供する。カート１１は、概して、細長い支持構造１４（「カラム」と呼ばれることが多い）、カートべース１５、及びカラム１４の頂部にあるコンソール１６を含む。カラム１４は、１つ以上のロボットアーム１２（図２には３つ示されている）の配置を支持するためのキャリッジ１７（代替的に「アーム支持体」）などの１つ以上のキャリッジを含んでもよい。キャリッジ１７は、患者に対してより良好に位置付けするために垂直軸に沿って回転させてロボットアーム１２のベースを調節する、個別に構成可能なアームマウントを含んでもよい。キャリッジ１７は、キャリッジ１７がカラム１４に沿って垂直方向に並進することを可能にするキャリッジインターフェース１９も含む。
【００３１】
キャリッジインターフェース１９は、キャリッジ１７の垂直方向の並進を案内するためにカラム１４の両側に位置付けされたスロット２０などのスロットを通してカラム１４に接続されている。スロット２０は、カートベース１５に対して様々な垂直方向の高さでキャリッジを位置付け及び保持するための垂直方向の並進インターフェースを含む。キャリッジ１７の垂直方向の並進により、カート１１は、様々なテーブルの高さ、患者のサイズ、及び医師の好みを満たすようにロボットアーム１２のリーチを調節することが可能となる。同様に、キャリッジ１７上の個別に構成可能なアームマウントにより、ロボットアーム１２のロボットアームベース２１を様々な構成で角度付けすることが可能となる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、キャリッジ１７が垂直方向に並進する際にカラム１４の内部チャンバ及び垂直方向の並進インターフェース内に汚れ及び流体が侵入するのを防止するために、スロット２０には、スロット表面と同一平面及び平行であるスロットカバーが追加されてもよい。スロットカバーは、スロット２０の垂直方向の頂部及び底部付近に位置付けされたばねスプールの対を通じて配置されてもよい。カバーは、スプール内でコイル巻きにされており、キャリッジ１７が垂直方向に上下に並進して初めて配置して、それらのコイル状態から延伸及び後退する。スプールのばね荷重は、キャリッジ１７がスプールに向かって並進するときにカバーをスプール内に後退させるための力を提供する一方で、キャリッジ１７がスプールから離れるように並進するときに密封も維持する。カバーは、キャリッジ１７が並進する際にカバーが適切に延伸及び後退するのを確実にするために、例えば、キャリッジインターフェース１９内のブラケットを使用してキャリッジ１７に接続されてもよい。
【００３３】
カラム１４は、例えば、コンソール１６からの入力などのユーザ入力に応答して生成された制御信号に応答してキャリッジ１７を機械的に並進させるために垂直方向に整列した主ねじを使用するように設計された、歯車及びモータなどの機構を内部に含んでもよい。
【００３４】
ロボットアーム１２は、一般に、一連の関節２４によって接続されている一連の連結部２３によって分離されたロボットアームベース２１及びエンドエフェクタ２２を備えてもよく、各関節は独立したアクチュエータを備え、各アクチュエータは、独立して制御可能なモータを備える。それぞれ独立して制御可能な関節は、ロボットアームが利用可能な独立した自由度を表す。アーム１２の各々は、７つの関節を有し、したがって、７つの自由度を提供する。多数の関節は、多数の自由度をもたらし、「冗長」自由度を可能にする。冗長自由度は、ロボットアーム１２が、異なる連結位置及び関節角度を使用して空間内の特定の位置、向き、及び軌道で、それらのそれぞれのエンドエフェクタ２２を位置付けすることを可能にする。これにより、システムが空間内の所望のポイントから医療器具を位置付け及び指向させることが可能になると同時に、医師がアーム関節を患者から離れる臨床的に有利な位置へと移動させて、アームの衝突を回避しながらよりよいアクセスを生み出すことを可能にする。
【００３５】
カートベース１５は、床の上のカラム１４、キャリッジ１７、及びアーム１２の重量の釣り合いをとる。したがって、カートベース１５は、電子機器、モータ、電源、並びにカートの移動及び／又は固定化のいずれかを可能にする構成要素などの、より重い部品を収容する。例えば、カートベース１５は、処置前にカートが部屋中をあちこちに容易に移動することを可能にする、転動可能なホイール形状のキャスタ２５を含む。適切な位置に到達した後、キャスタ２５は、処置中にカート１１を定位置に保持するためのホイールロックを使用して静止させられてもよい。
【００３６】
カラム１４の垂直方向の端部に位置付けされたコンソール１６は、ユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース及び表示画面（又は、例えば、タッチスクリーン２６などの二重目的デバイス）の両方を可能にして、術前データ及び術中データの両方を医師であるユーザに提供する。タッチスクリーン２６上の潜在的な術前データは、術前計画、術前コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンから導出されたナビゲーション及びマッピングデータ、及び／又は術前の患者への問診からのメモを含んでもよい。ディスプレイ上の術中データは、ツールから提供される光学情報、センサからのセンサ及び座標情報、及び呼吸、心拍数、及び／又はパルスなどの不可欠な患者統計を含んでもよい。コンソール１６は、医師が、キャリッジ１７の反対側のカラム１４側からコンソールにアクセスすることを可能にするように位置付けされ、傾斜がつけられてもよい。この位置から、医師は、コンソール１６をカート１１の背後から操作しながら、コンソール１６、ロボットアーム１２、及び患者を見ることができる。図示のように、コンソール１６は、カート１１の操作及び安定化を支援するハンドル２７も含む。
【００３７】
図３は、尿管鏡検査のために配置されたロボット制御可能なシステム１０の一実施形態を示す。尿管鏡検査処置では、カート１１は、患者の尿道及び尿管を横断するように設計された処置専用内視鏡である尿管鏡３２を患者の下腹部領域に送達するように位置付けされてもよい。尿管鏡検査では、尿管鏡３２が患者の尿道と直接整列して、領域内の敏感な解剖学的構造に対する摩擦及び力を低減することが望ましいことがある。図示のように、カート１１は、テーブルの脚部に位置合わせして、ロボットアーム１２が、尿管鏡３２を、患者の尿道に直接直線状にアクセスするように位置付けすることができる。テーブルの脚部から、ロボットアーム１２は、尿道を通して患者の下腹部に直接、仮想レール３３に沿って尿管鏡３２を挿入してもよい。
【００３８】
気管支鏡検査におけるのと同様の制御技法を使用して尿道に挿入した後、尿管鏡３２は、診断及び／又は治療用途のために、膀胱、尿管、及び／又は腎臓にナビゲートされてもよい。例えば、尿管鏡３２を尿管や腎臓に向けて、尿管鏡３２の作動チャンネルの下方に配置されたレーザ又は超音波結石破砕デバイスを用いて、腎臓結石の蓄積を破砕することができる。結石破砕術が完了した後、得られた結石片は、尿管鏡３２の下方に配置されたバスケットを使用して除去されてもよい。
【００３９】
図４は、血管処置のために同様に配されたロボット制御可能なシステムの一実施形態を示す。血管処置において、システム１０は、カート１１が、操縦可能なカテーテルなどの医療器具３４を、患者の脚内の大腿動脈内のアクセスポイントに送達することができるように構成され得る。大腿動脈は、ナビゲーションのためのより大きな直径と、ナビゲーションを簡素化する、患者の心臓への、遠回りが比較的少ない曲がりくねった経路の両方を示す。尿管鏡処置のように、カート１１は、患者の脚及び下腹部に向けて位置付けして、ロボットアーム１２が患者の大腿／腰領域内の大腿動脈アクセスポイントへの直接的な線形アクセスで仮想レール３５を提供することを可能にしてもよい。動脈内への挿入後、器具ドライバ２８を並進させることによって医療器具３４が指向され、挿入されてもよい。代替的には、カートは、例えば、肩及び手首付近の頚動脈及び腕動脈などの代替的な血管アクセスポイントに到達するために、患者の上腹部の周囲に位置付けされてもよい。
【００４０】
Ｂ．ロボットシステム−テーブル
ロボット制御可能な医療システムの実施形態は、患者テーブルも組み込んでもよい。テーブルの組み込みは、カートを除去することによって手術室内の資本設備の量を低減し、患者へのより大きなアクセスを可能にする。図５は、気管支鏡検査処置のために配置されたこうしたロボット制御可能なシステムの一実施形態を示す。システム３６は、床の上にプラットフォーム３８（「テーブル」又は「ベッド」として図示）を支持するための支持構造体又はカラム３７を含む。カートベースのシステムと同様に、システム３６のロボットアーム３９のエンドエフェクタは、器具ドライバ４２の線形整列から形成された仮想レール４１を通して、又はそれに沿って、図５の気管支鏡４０などの細長い医療器具を操縦するように設計された器具ドライバ４２を備える。実際には、Ｘ線透視撮像を提供するためのＣアームは、放射器及び検出器をテーブル３８の周囲に置くことによって、患者の上部腹部領域の上方に位置付けされてもよい。
【００４１】
図６は、説明を目的として、患者及び医療器具なしのシステム３６の代替的な図を提供する。図示のように、カラム３７は、１つ以上のロボットアーム３９のベースとなり得る、システム３６内でリング形状として図示される１つ以上のキャリッジ４３を含んでもよい。キャリッジ４３は、カラム３７の長さにわたる垂直方向のカラムインターフェース４４に沿って並進して、ロボットアーム３９が患者に到達するように位置付けされ得る異なるバンテージポイントを提供してもよい。キャリッジ（複数可）４３は、カラム３７内に位置付けされた機械的モータを使用してカラム３７の周りを回転して、ロボットアーム３９が、例えば、患者の両側などのテーブル３８の複数の側面へのアクセスを有することを可能にしてもよい。複数のキャリッジを有する実施形態では、キャリッジはカラム上に個別に位置付けされてもよく、他のキャリッジとは独立して並進及び／又は回転してもよい。キャリッジ４３はカラム３７を取り囲む必要はなく、又は更には円形である必要はないが、図示されるようなリング形状は、構造的バランスを維持しながらカラム３７の周りでのキャリッジ４３の回転を容易にする。キャリッジ４３の回転及び並進により、システムは、内視鏡及び腹腔鏡などの医療器具を患者の異なるアクセスポイントに位置合わせさせることができる。その他の実施形態（図示せず）では、システム３６は、並行して延びるバー又はレールの形態の調節可能なアーム支持体を有する患者テーブル又はベッドを含んでもよい。１つ以上のロボットアーム３９を、（例えば、肘関節を有する肩部を介して）垂直方向に調節することができる調節可能なアーム支持体に取り付けることができる。垂直方向の調節を提供することによって、ロボットアーム３９は、有利なことに、患者テーブル又はベッドの下にコンパクトに格納されることができ、その後、処置中に引き上げられてもよい。
【００４２】
アーム３９は、ロボットアーム３９に追加の構成可能性を提供するために個別に回転及び／又は入れ子式に延び得る一連の関節を備えるアームマウント４５のセットを介してキャリッジに装着されてもよい。更に、アームマウント４５は、キャリッジ４３が適切に回転されると、アームマウント４５がテーブル３８の同じ側（図６に示すように）、テーブル３８の両側（図９に示すように）、又はテーブル３８の隣接する側部（図示せず）のいずれかに位置付けすることができるように、キャリッジ４３上に位置付けしてもよい。
【００４３】
カラム３７は、テーブル３８の支持及びキャリッジの垂直方向の並進のための経路を構造的に提供する。内部に、カラム３７は、キャリッジの垂直方向の並進を案内するための主ねじ、及び主ねじに基づく当該キャリッジの並進を機械化するためのモータが備えられてもよい。カラム３７は、キャリッジ４３及びその上に装着されたロボットアーム３９に電力及び制御信号も伝達してもよい。
【００４４】
テーブルベース４６は、図２に示すカート１１のカートベース１５と同様の機能を果たし、テーブル／ベッド３８、カラム３７、キャリッジ４３、及びロボットアーム３９の釣り合いをとるためにより重い構成要素を収容する。テーブルベース４６は、処置中に安定性を提供するために剛性キャスタも組み込んでもよい。テーブルベース４６の底部から配置されるキャスタは、ベース４６の両側で反対方向に延び、システム３６を移動させる必要があるときに後退してもよい。
【００４５】
引き続き図６によれば、システム３６は、テーブルとタワーとの間でシステム３６の機能を分割して、テーブルのフォームファクタ及びバルクを低減するタワー（図示せず）も含んでもよい。先に開示された実施形態と同様に、タワーは、処理、計算、及び制御能力、電力、流体工学、並びに／又は光学及びセンサ処理などの様々な支持機能をテーブルに提供してもよい。タワーは、医師のアクセスを改善し、手術室を整理整頓するために、患者から離れて位置付けされるようにも移動可能であってもよい。更に、タワー内に構成要素を位置付けすることにより、ロボットアームの潜在的な収納のために、テーブルベース内により多くの格納空間を可能にする。タワーは、キーボード及び／又はペンダントなどのユーザ入力のためのユーザインターフェース、並びにリアルタイム撮像、ナビゲーション、及び追跡情報などの術前及び術中情報のための表示画面（又はタッチスクリーン）の両方を提供するマスターコントローラ又はコンソールも含んでもよい。いくつかの実施形態では、タワーは、送気のために使用されるガスタンク用のホルダも含んでもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、テーブルベースは、使用されていないときにロボットアームを収容して格納してもよい。図７は、テーブルベースのシステムの一実施形態におけるロボットアームを格納するシステム４７を示す。システム４７では、キャリッジ４８は、ロボットアーム５０、アームマウント５１、及びキャリッジ４８をベース４９内に格納するために、ベース４９内へと垂直方向に並進させられてもよい。ベースカバー５２は、並進及び後退して、キャリッジ４８、アームマウント５１、及びアーム５０をカラム５３の周りに配置させるように開き、使用されていないときにそれらを収容して保護するように閉じられてもよい。ベースカバー５２は、閉じたときに汚れ及び流体の侵入を防止するために、その開口部の縁部に沿って膜５４で封止されてもよい。
【００４７】
図８は、尿管鏡検査処置のために構成されたロボット制御可能なテーブルベースのシステムの一実施形態を示す。尿管鏡検査では、テーブル３８は、患者をカラム３７及びテーブルベース４６からオフアングルに位置付けするためのスイベル部分５５を含んでもよい。スイベル部分５５は、スイベル部分５５の底部をカラム３７から離すように位置付けするために、枢動点（例えば、患者の頭部の下に位置する）を中心に回転又は枢動してもよい。例えば、スイベル部分５５の枢動により、Ｃアーム（図示せず）が、テーブル３８の下のカラム（図示せず）と空間を奪い合うことなく、患者の下部腹部の上方に位置付けされることを可能にする。カラム３７の周りにキャリッジ３５（図示せず）を回転させることにより、ロボットアーム３９は、尿道に到達するように、仮想レール５７に沿って、患者の鼠径部領域に直接尿管鏡５６を挿入してもよい。尿管鏡検査では、処置中に患者の脚の位置を支持し、患者の鼠径部領域への明確なアクセスを可能にするために、テーブル３８のスイベル部分５５にあぶみ５８が固定されてもよい。
【００４８】
腹腔鏡処置では、患者の腹壁内の小さな切開部（複数可）を通して、低侵襲性器具を患者の解剖学的構造に挿入してもよい。いくつかの実施形態では、低侵襲性器具は、患者内の解剖学的構造にアクセスするために使用されるシャフトなどの細長い剛性部材を備える。患者の腹腔の膨張後、器具は、把持、切断、アブレーション、縫合などの外科的又は医療的タスクを実施するように方向付けられてもよい。いくつかの実施形態では、器具は、腹腔鏡などのスコープを備えることができる。図９は、腹腔鏡処置のために構成されたロボット制御可能なテーブルベースのシステムの一実施形態を示す。図９に示すように、システム３６のキャリッジ４３を回転させ、垂直方向に調節して、ロボットアーム３９の対をテーブル３８の両側に位置付けしてもよく、それにより器具５９は、アームマウント４５を使用して位置付けされて、患者の両側の最小切開部を通過して患者の腹腔に到達することができる。
【００４９】
腹腔鏡処置に対応するために、ロボット制御可能なテーブルシステムは、プラットフォームを所望の角度にも傾斜させてもよい。図１０は、ピッチ又は傾斜調節を有するロボット制御可能な医療システムの実施形態を示す。図１０に示すように、システム３６は、テーブル３８の傾斜に適応して、テーブルの一方の部分を他方の部分より床から離れた距離に位置付けすることができる。加えて、アームマウント４５は、アーム３９がテーブル３８と同じ平面関係を維持するように、傾斜に一致するように回転させてもよい。急角度に適応するために、カラム３７は、テーブル３８が床に接触するか又はベース４６と衝突するのを防ぐためにカラム３７が垂直方向に延びるのを可能にする入れ子部分６０も含んでもよい。
【００５０】
図１１は、テーブル３８とカラム３７との間のインターフェースの詳細な図示を提供する。ピッチ回転機構６１は、カラム３７に対するテーブル３８のピッチ角を複数の自由度で変更するように構成され得る。ピッチ回転機構６１は、カラム−テーブルインターフェースにおける直交軸１、２の位置付けによって有効にされてもよく、各軸は、電気ピッチ角コマンドに応答して別個のモータ３、４によって作動させられる。一方のねじ５に沿った回転は、一方の軸１における傾斜調節を可能にし、他方のねじ６に沿った回転は、他方の軸２に沿った傾斜調節を可能にする。いくつかの実施形態では、カラム３７に対するテーブル３８のピッチ角を複数の自由度で変更するために、玉継ぎ手をしようすることができる。
【００５１】
例えば、ピッチ調節は、テーブルをトレンデレンブルグ体位に位置付けしようとするときに、すなわち下腹部手術のために患者の下腹部よりも床からより高い位置に患者の下腹部を位置付けしようとするときに、特に有用である。トレンデレンブルグ体位は、重力によって患者の内臓を患者の上腹部に向けてスライドさせ、腹腔鏡下前立腺全摘除術など、下腹部の外科的又は医学的処置を開始し実行するための低侵襲ツールのために、腹腔を空にする。
【００５２】
図１２及び図１３は、テーブルベースの外科用ロボットシステム１００の別の実施形態の等角図及び端面図を示す。外科用ロボットシステム１００は、テーブル１０１に対して１つ以上のロボットアームを支持するように構成され得る１つ以上の調節可能なアーム支持体１０５（例えば、図１４参照）を含む。図示の実施形態では、単一の調節可能なアーム支持体１０５が示されているが、テーブル１０１の反対側に追加のアーム支持体を設けることができる。調節可能アームサポート１０５は、テーブル１０１に対して移動して、調節可能アームサポート１０５及び／又はテーブル１０１に対してそれに取り付けられた任意のロボットアームの位置を調節及び／又は変更できるように構成され得る。例えば、調節可能なアーム支持体１０５は、テーブル１０１に対して１つ以上の自由度で調節することができる。調節可能なアーム支持体１０５は、１つ以上の調節可能なアーム支持体１０５及びそれに取り付けられた任意のロボットアームをテーブル１０１の下に容易に収容する能力を含む、システム１００への高い汎用性を提供する。調節可能なアーム支持体１０５は、収容位置からテーブル１０１の上面の下の位置まで上昇させることができる。他の実施形態では、調節可能なアーム支持体１０５は、収容位置からテーブル１０１の上面の上方の位置まで上昇させることができる。
【００５３】
調節可能なアーム支持体１０５は、リフト、横方向並進、傾斜などを含む、いくつかの自由度を提供することができる。図１２及び図１３の図示の実施形態では、アーム支持体１０５は、４自由度で構成され、図１２に矢印で示されている。第１の自由度は、ｚ方向（「Ｚリフト」）における調節可能なアーム支持体１０５の調節を可能にする。例えば、調節可能なアーム支持体１０５は、テーブル１０１を支持するカラム１０２に沿って、又はそれに対して上下に動くことができるように構成されたキャリッジ１０９を含むことができる。第２の自由度は、調節可能なアーム支持体１０５が傾くことを可能にすることができる。例えば、調節可能なアーム支持体１０５は、回転接合部を含むことができ、それは、例えば、調節可能なアーム支持体１０５を、トレンデレンブルク位置のベッドと位置合わせすることを可能にする。第３の自由度は、調節可能なアーム支持体１０５は「上方枢動する」ことを可能にすることができ、それを使用して、テーブル１０１の側面と調節可能なアーム支持体１０５との間の距離を調節することができる。第４の自由度は、テーブルの長手方向の長さに沿って調節可能なアーム支持体１０５の並進を可能にすることができる。
【００５４】
図１２及び図１３の外科用ロボットシステム１００は、ベース１０３に取り付けられたカラム１０２によって支持されるテーブルを備えることができる。したがって、ベース１０３及びカラム１０２は、支持面に対してテーブル１０１を支持する。床軸１３１及び支持軸１３３は、図１３に示される。
【００５５】
調節可能なアーム支持体１０５は、カラム１０２に取り付けることができる。他の実施形態では、調節可能なアーム支持体１０５は、テーブル１０１又はベース１０３に取り付けることができる。調節可能なアーム支持体１０５は、キャリッジ１０９、バー又はレールコネクタ１１１、及びバー又はレール１０７を含むことができる。いくつかの実施形態では、レール１０７に取り付けられた１つ以上のロボットアームは、互いに対して並進及び運動することができる。
【００５６】
キャリッジ１０９は、第１の接合部１１３によってカラム１０２に取り付けられてもよく、それにより、キャリッジ１０９がカラム１０２に対して運動することが可能になる（例えば、第１又は垂直軸１２３の上下など）。第１の接合部１１３は、調節可能なアーム支持体１０５に第１の自由度（「Ｚリフト」）を提供することができる。調節可能なアーム支持体１０５は、調節可能なアーム支持体１０５の第２の自由度（傾斜）を提供する第２の接合部１１５を含むことができる。調節可能なアーム支持体１０５は、第３の自由度（「上方枢動」）を調節可能なアーム支持体１０５に提供することができる第３の接合部１１７を含むことができる。レールコネクタ１１１が第３の軸１２７を中心にして回転させられるときにレール１０７の方向を維持するように第３の接合部１１７を機械的に拘束する、追加の接合部１１９（図１３に示す）を設けることができる。調節可能なアーム支持体１０５は、第４の軸１２９に沿って調節可能なアーム支持体１０５に対して第４の自由度（並進）を提供することができる第４の接合部１２１を含むことができる。
【００５７】
図１４は、テーブル１０１の判値側に取り付けられた２つの調節可能なアーム支持体１０５Ａ、１０５Ｂを有する、外科用ロボットシステム１４０Ａの端面図を示す。第１のロボットアーム１４２Ａは、第１の調節可能なアーム支持体１０５Ｂのバー又はレール１０７Ａに取り付けられる。第１のロボットアーム１４２Ａは、レール１０７Ａに取り付けられたベース１４４Ａを含む。第１のロボットアーム１４２Ａの遠位端部は、１つ以上のロボット医療器具又はツールに取り付けることができる器具駆動機構１４６Ａを含む。同様に、第２のロボットアーム１４２Ｂは、レール１０７Ｂに取り付けられたベース１４４Ｂを含む。第２のロボットアーム１４２Ｂの遠位端部は、器具駆動機構１４６Ｂを含む。器具駆動機構１４６Ｂは、１つ以上のロボット医療器具又はツールに取り付けるように構成され得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、ロボットアーム１４２Ａ、１４２Ｂのうちの１つ以上は、７つ以上の自由度を有するアームを備える。いくつかの実施形態では、ロボットアーム１４２Ａ、１４２Ｂのうちの１つ以上は、挿入軸（挿入を含む１自由度）、リスト（リストピッチ、ヨー及びロールを含む３自由度）、エルボ（エルボピッチを含む１自由度）、ショルダ（ショルダピッチ及びヨーを含む２自由度）、及びベース１４４Ａ、１４４Ｂ（並進を含む１自由度）、を含む８自由度を含むことができる。いくつかの実施形態では、挿入自由度は、ロボットアーム１４２ａ、１４２ｂによって提供することができるが、他の実施形態では、器具自体は、器具ベースの挿入アーキテクチャを介して挿入を提供する。
【００５９】
Ｃ．器具ドライバ及びインターフェース
システムのロボットアームのエンドエフェクタは、（ｉ）医療器具を作動させるための電気機械的手段を組み込む器具ドライバ（代替的には、「器具駆動機構」又は「器具デバイスマニピュレータ」と呼ばれる）と、（ｉｉ）モータなどの任意の電気機械的構成要素を欠いていてもよい除去可能な又は取り外し可能な医療用器具と、を備える。この二分法は、医療処置に使用される医療器具を滅菌する必要性、及びそれらの複雑な機械的アセンブリ及び敏感な電子機器により、高価な資本設備を十分に滅菌することができないことに起因している可能性がある。したがって、医療器具は、医師又は医師のスタッフによる個々の滅菌又は廃棄のために、器具ドライバ（したがってそのシステム）から取り外し、除去、及び交換されるように設計することができる。対照的に、器具ドライバは交換又は滅菌される必要がなく、保護のために掛け布をすることができる。
【００６０】
図１５は、例示的な器具ドライバを示す。ロボットアームの遠位端部に位置付けされた器具ドライバ６２は、駆動シャフト６４を介して医療器具に制御トルクを提供するために平行軸を伴って配された１つ以上の駆動ユニット６３を備える。各駆動ユニット６３は、器具と相互作用するための個々の駆動シャフト６４と、モータシャフトの回転を所望のトルクに変換するためのギヤヘッド６５と、駆動トルクを生成するためのモータ６６と、モータシャフトの速度を測定し、制御回路にフィードバックを提供するエンコーダ６７と、制御信号を受信し、駆動ユニットを作動させるための制御回路６８と、を備える。各駆動ユニット６３は独立して制御され電動化され、器具ドライバ６２は、複数（図１５に示すように４つ）の独立した駆動出力を医療器具に提供することができる。動作中、制御回路６８は、制御信号を受信し、モータ６６にモータ信号を送信し、エンコーダ６７によって測定された得られたモータ速度を所望の速度と比較し、モータ信号を変調して所望のトルクを生成する。
【００６１】
無菌環境を必要とする処置のために、ロボットシステムは、器具ドライバと医療器具との間に位置する、無菌ドレープに接続された無菌アダプタなどの駆動インターフェースを組み込んでもよい。無菌アダプタの主な目的は、器具ドライバの駆動シャフトから器具の駆動入力に角度運動を伝達する一方で、駆動シャフトと駆動入力との間の物理的分離、したがって無菌性を維持することである。したがって、例示的な無菌アダプタは、器具ドライバの駆動シャフトと嵌合されることが意図された一連の回転入力部及び出力部と、器具に対する駆動入力部から構成することができる。無菌アダプタに接続される無菌ドレープは、透明又は半透明プラスチックなどの薄い可撓性材料から構成され、器具ドライバ、ロボットアーム、及び（カートベースのシステムにおける）カート又は（テーブルベースのシステムにおける）テーブルなどの資本設備を覆うように設計される。ドレープの使用により、資本設備を、滅菌を必要としない領域（すなわち、非滅菌野）に依然として位置している間に、患者に近接して位置付けすることが可能となる。滅菌ドレープの反対側では、医療器具は、滅菌（すなわち、滅菌野）を必要とする領域において患者とインターフェースしてもよい。
【００６２】
Ｄ．医療器具
図１６は、対の器具ドライバを備えた例示的な医療器具を示す。ロボットシステムと共に使用するために設計された他の器具と同様に、医療器具７０は、細長いシャフト７１（又は細長い本体）及び器具ベース７２を備える。医師による手動相互作用が意図されているその設計により「器具ハンドル」とも呼ばれる器具ベース７２は、概して、ロボットアーム７６の遠位端部において器具ドライバ７５上の駆動インターフェースを通って延びる駆動出力部７４と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力部７３、例えば、レセプタクル、プーリ、又はスプールを備えてもよい。物理的に接続、ラッチ、及び／又は連結されるときに、器具ベース７２の嵌合された駆動入力部７３は、器具ドライバ７５における駆動出力部７４と回転軸線を共有して、駆動出力部７４から駆動入力部７３へのトルクの伝達を可能することができる。いくつかの実施形態では、駆動出力部７４は、駆動入力部７３上のレセプタクルと嵌合するように設計されたスプラインを備えてもよい。
【００６３】
細長いシャフト７１は、例えば、内視鏡におけるような解剖学的開口部若しくは管腔、又は腹腔鏡検査におけるような低侵襲性切開部のいずれかを通して送達されるように設計されている。細長いシャフト７１は、可撓性（例えば、内視鏡と同様の特性を有する）若しくは剛性（例えば、腹腔鏡と同様の特性を有する）のいずれかであってもよく、又は可撓性部分及び剛性部分の両方のカスタマイズされた組み合わせを含んでもよい。腹腔鏡のために設計される場合、剛性の細長いシャフトの遠位端部は、少なくとも１つの自由度を有するクレビスから形成された接合されたリストから延びるエンドエフェクタ、及び駆動入力部が器具ドライバ７５の駆動出力部７４から受け取ったトルクに応答して回転する際に、腱からの力に基づいて作動させられ得る、例えば、把持具又ははさみなどの手術ツール又は医療器具に接続することができる。内視鏡検査のために設計される場合、可撓性の細長いシャフトの遠位端部は、器具ドライバ７５の駆動出力部７４から受信したトルクに基づいて関節運動及び屈曲され得る操縦可能又は制御可能な屈曲部を含んでもよい。
【００６４】
器具ドライバ７５からのトルクは、シャフト７１に沿った腱を使用して細長いシャフト７１の下流に伝達される。プルワイヤなどのこれらの個々の腱は、器具ハンドル７２内の個々の駆動入力部７３に個別に固定されてもよい。ハンドル７２から、腱は、細長いシャフト７１に沿って１つ以上のプルルーメン（pull lumen）の下方に向けられ、細長いシャフト７１の遠位部分、又は細長いシャフトの遠位部分のリスト内に固定される。腹腔鏡、内視鏡、又はハイブリッド処置などの外科処置中、これらの腱は、リスト、把持具、又ははさみなどの遠位に取り付けられたエンドエフェクタに連結されてもよい。そのような構成の下で、駆動入力部７３に及ぼされるトルクは、腱に張力を伝達し、それによってエンドエフェクタを何らかの方法で作動させる。いくつかの実施形態では、外科処置中に、腱は、関節を軸の周りで回転させ、それによってエンドエフェクタを一方向又は別の方向に運動させることができる。代替的に、腱は、細長いシャフト７１の遠位端部で把持具の１つ以上のジョーに接続されてもよく、腱からの張力によって把持具が閉鎖される。
【００６５】
内視鏡検査では、腱は、接着剤、制御リング、又は他の機械的固定を介して、細長いシャフト７１に沿って（例えば、遠位端部に）位置付けされた屈曲部又は関節運動部に連結されてもよい。屈曲部の遠位端部に固定的に取り付けられる場合、駆動入力部７３に及ぼされるトルクは、腱の下流に伝達され、より軟質の屈曲部（関節運動可能部又は領域と呼ばれることがある）を屈曲又は関節運動させる。非屈曲部分に沿って、個々の腱を内視鏡シャフトの壁に沿って（又は内側に）指向する個々のプルルーメンを螺旋状又は渦巻状にして、プルワイヤにおける張力からもたらされる半径方向の力の釣り合いをとることが有利であり得る。これらの間の螺旋及び／又は間隔の角度は、特定の目的のために変更又は設計されてもよく、より狭い螺旋は負荷力下でより小さいシャフト圧縮を呈する一方で、より少ない量の螺旋は負荷力下でより大きなシャフト圧縮をもたらすが、屈曲制限も示す。スペクトルのもう一方の端部では、プルルーメンは、細長いシャフト７１の長手方向軸に平行に指向されて、所望の屈曲部又は関節運動可能部における制御された関節運動を可能にしてもよい。
【００６６】
内視鏡検査では、細長いシャフト７１は、ロボット処置を支援するいくつかの構成要素を収容する。シャフトは、シャフト７１の遠位端部における手術領域に対して手術ツール（又は医療器具）を配置する、灌注する、及び／又は吸引するための作業チャネルを備えてもよい。シャフト７１は、光学カメラを含んでもよい遠位先端部の光学アセンブリとの間で信号の授受を行うために、ワイヤ及び／又は光ファイバも収容してもよい。シャフト７１は、発光ダイオードなどの近位に位置する光源からシャフトの遠位端部に光を搬送するための光ファイバも収容してもよい。
【００６７】
器具７０の遠位端部では、遠位先端部は、診断及び／又は治療、灌注、及び吸引のためにツールを手術部位に送達するための作業チャネルの開口部も備えてもよい。遠位先端部は、内部解剖学的空間の画像を捕捉するために、繊維スコープ又はデジタルカメラなどのカメラのためのポートも含んでもよい。関連して、遠位先端部は、カメラを使用するときに解剖学的空間を照明するための光源用のポートも含んでもよい。
【００６８】
図１６の実施例では、駆動シャフト軸、したがって駆動入力軸は、細長いシャフトの軸に直交する。しかしながら、この配置は、細長いシャフト７１のロール能力を複雑にする。駆動入力部７３を静止させながら、細長いシャフト７１をその軸に沿ってロールさせることにより、腱が駆動入力部７３から延出し、細長いシャフト７１内のプルルーメンに入る際に、腱の望ましくないもつれをもたらす。結果として生じるそのような腱のもつれは、内視鏡処置中に可撓性の細長いシャフトの移動を予測することが意図される任意の制御アルゴリズムを妨害することがある。
【００６９】
図１７は、駆動ユニットの軸が器具の細長いシャフトの軸に対して平行である、器具ドライバ及び器具の代替的な設計を示す。図示のように、円形の器具ドライバ８０は、ロボットアーム８２の端部において平行に位置合わせされた駆動出力部８１を有する４つの駆動ユニットを備える。駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力部８１は、アセンブリ８３内の駆動ユニットのうちの１つによって駆動される器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３内に収容される。回転駆動ユニットによって提供されるトルクに応答して、回転アセンブリ８３は、回転アセンブリ８３を器具ドライバの非回転部分８４に接続する円形ベアリングに沿って回転する。電力及び制御信号は、電気接点を通して器具ドライバ８０の非回転部分８４から回転アセンブリ８３に伝達されてもよく、ブラシ付きスリップリング接続（図示せず）による回転を通して維持されてもよい。他の実施形態では、回転アセンブリ８３は、非回転可能部分８４に一体化され、したがって他の駆動ユニットと平行ではない別個の駆動ユニットに応答してもよい。回転機構８３は、器具ドライバ８０が、器具ドライバ軸８５周りの単一ユニットとして、駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力部８１を回転させることを可能にする。
【００７０】
先に開示した実施形態と同様に、器具８６は、細長いシャフト部分８８と、器具ドライバ８０内の駆動出力部８１を受容するように構成された複数の駆動入力部８９（レセプタクル、プーリ、及びスプールなど）を備える器具ベース８７（説明目的のために透明な外部スキンで示される）とを備えてもよい。先に開示された実施形態とは異なり、器具シャフト８８は、図１６の設計のように直交するのではなく、駆動入力８９の軸に実質的に平行な軸を有する器具ベース８７の中心から延びる。
【００７１】
器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３に連結されると、器具ベース８７及び器具シャフト８８を備える医療器具８６は、器具ドライバ軸８５を中心にして回転アセンブリ８３と一緒に回転する。器具シャフト８８は器具ベース８７の中心に位置付けされているため、器具シャフト８８は、取り付けられたときに器具ドライバ軸８５と同軸である。したがって、回転アセンブリ８３の回転により、器具シャフト８８は、それ自体の長手方向軸を中心にして回転する。更に、器具ベース８７が器具シャフト８８と共に回転すると、器具ベース８７内の駆動入力部８９に接続された任意の腱は、回転中にもつれない。したがって、駆動出力部８１、駆動入力部８９、及び器具シャフト８８の軸の平行性は、任意の制御腱をもつれることなくシャフト回転を可能にする。
【００７２】
図１８は、いくつかの実施形態に係る、器具ベースの挿入アーキテクチャを有する器具を示す。器具１５０は、上述の器具ドライバのいずれかに連結することができる。器具１５０は、細長いシャフト１５２と、シャフト１５２に接続されたエンドエフェクタ１６２と、シャフト１５２に連結されたハンドル１７０とを備える。細長いシャフト１５２は、近位部分１５４及び遠位部分１５６を有する管状部材を備える。細長いシャフト１５２は、その外側表面に沿った１つ以上のチャネル又は溝１５８を備える。溝１５８は、１つ以上のワイヤ又はケーブル１８０をそれを通して受容するように構成されている。したがって、１つ以上のケーブル１８０は、細長いシャフト１５２の外側表面に沿って延びる。他の実施形態では、ケーブル１８０は、細長いシャフト１５２を通って延びることもできる。いくつかの実施形態では、これらのケーブル１８０のうちの１つ以上の操作（例えば、器具ドライバを介して）により、エンドエフェクタ１６２の作動がもたらされる。
【００７３】
器具ベースとも称され得る器具ハンドル１７０は、一般に、器具ドライバの取り付け面上で１つ以上のトルカプラと往復嵌合するように設計された１つ以上の機械的入力１７４、例えばレセプタクル、滑車又はスプールを有する取り付けインターフェース１７２を備えることができる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、器具１５０は、細長いシャフト１５２がハンドル１７０に対して並進することを可能にする一連の滑車又はケーブルを備える。換言すれば、器具１５０自体は器具の挿入を収容する器具ベースの挿入構造を備え、それによって器具１５０の挿入を提供するためにロボットアームへの依存を最小化する。他の実施形態では、ロボットアームは、器具の挿入に大きく関与することができる。
【００７５】
Ｅ．コントローラ
本明細書に記載の任意のロボットシステムは、ロボットアームに取り付けられた器具を操作するための入力デバイス又はコントローラを含むことができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、器具と連結（例えば、通信的に、電子的に、電気的に、無線的に、及び／又は機械的に）することができ、それによりコントローラの操作は、例えば、マスタースレーブ制御を介して、器具の対応する操作を引き起こす。
【００７６】
図１９は、コントローラ１８２の実施形態の斜視図である。本実施形態では、コントローラ１８２は、インピーダンス制御及びアドミタンス制御の両方を有することができるハイブリッドコントローラを備える。他の実施形態では、コントローラ１８２は、インピーダンス又は受動的制御だけ利用することができる。他の実施形態では、コントローラ１８２は、アドミッタンス制御だけ利用することができる。ハイブリッドコントローラであることにより、コントローラ１８２は、有利には、使用中、より低い知覚慣性を有することができる。
【００７７】
図示の実施形態では、コントローラ１８２は、２つの医療用器具の操作を可能にするように構成され、２つのハンドル１８４を含む。ハンドル１８４の各々は、ジンバル１８６に接続されている。各ジンバル１８６は位置付けプラットフォーム１８８に接続されている。
【００７８】
図１９に示すように、各位置付けプラットフォーム１８８は、プリズム接合部１９６によってカラム１９４に連結されたＳＣＡＲＡアーム（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｒｏｂｏｔ  ａｒｍ）１９８を含む。プリズム接合部１９６は、（例えば、レール１９７に沿って）カラム１９４に沿って並進するように構成され、ハンドル１８４のそれぞれがｚ方向に並進され、第１の自由度を提供するように構成されている。ＳＣＡＲＡアーム１９８は、ｘ−ｙ平面におけるハンドル１８４の運動を可能にし、２つの更なる自由度を提供するように構成されている。
【００７９】
いくつかの実施形態では、１つ以上のロードセルがコントローラ内に位置付けされる。例えば、いくつかの実施形態では、ロードセル（図示せず）は、ジンバル１８６の各々の本体内に位置付けされる。ロードセルを設けることによって、コントローラ１８２の一部分は、アドミタンス制御下で動作することができ、それによって、使用中にコントローラの知覚慣性を有利に低減する。いくつかの実施形態では、位置付けプラットフォーム１８８はアドミタンス制御用に構成され、一方、ジンバル１８６はインピーダンス制御用に構成されている。他の実施形態では、ジンバル１８６はアドミタンス制御用に構成され、位置付けプラットフォーム１８８はインピーダンス制御用に構成されている。したがって、いくつかの実施形態では、位置付けプラットフォーム１８８の並進又は位置自由度は、アドミタンス制御に依存することができ、一方、ジンバル１８６の回転自由度はインピーダンス制御に依存する。
【００８０】
Ｆ．ナビゲーション及び制御
従来の内視鏡検査は、オペレータ医師に腔内誘導を提供するために、蛍光透視法（例えば、Ｃアームを通して送達され得るような）、及び他の形態の放射線ベースの撮像モダリティの使用を伴うことがある。対照的に、本開示によって企図されるロボットシステムは、放射線への医師の曝露を低減し、手術室内の機器の量を低減するために、非放射線ベースのナビゲーション及び位置特定手段を提供することができる。本明細書で使用するとき、用語「位置特定」は、基準座標系内のオブジェクトの位置を判定及び／又は監視することを指すことがある。術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイムＥＭ追跡、及びロボットコマンドデータなどの技術は、放射線を含まない動作環境を達成するために個別に又は組み合わせて使用されてもよい。放射線ベースの撮像モダリティが依然として使用されるその他の場合、術前マッピング、コンピュータビジョン、リアルタイムＥＭ追跡、及びロボットコマンドデータは、放射線ベースの撮像モダリティによってのみ取得される情報を改善するために、個別に又は組み合わせて使用されてもよい。
【００８１】
図２０は、例示的な実施形態に係る、器具の位置など、ロボットシステムの１つ以上の要素の位置を推定する位置特定システム９０を示すブロック図である。位置特定システム９０は、１つ以上の命令を実行するように構成されている１つ以上のコンピュータデバイスのセットであってもよい。コンピュータデバイスは、上述の１つ以上の構成要素内のプロセッサ（又は複数のプロセッサ）及びコンピュータ可読メモリによって具現化されてもよい。例として、限定するものではないが、コンピュータデバイスは、図１に示すタワー３０、図１〜図４に示すカート、図５〜図１４に示すベッド、などの中にあってよい。
【００８２】
図２０に示すように、位置特定システム９０は、入力データ９１〜９４を処理して医療器具の遠位先端部の位置データ９６を生成する位置特定モジュール９５を含んでもよい。位置データ９６は、基準系に対する器具の遠位端部の位置及び／又は向きを表すデータ又は論理であってもよい。基準系は、患者の解剖学的構造、又はＥＭ場発生器（ＥＭ場発生器についての以下の説明を参照）などの既知のオブジェクトに対する基準系とすることができる。
【００８３】
ここで、様々な入力データ９１〜９４についてより詳細に説明する。術前マッピングは、低用量ＣＴスキャンの収集を利用して達成され得る。術前ＣＴスキャンは、例えば、患者の内部解剖学的構造の断面図の「スライス」として可視化される３次元画像へと再構成される。全体として分析される場合、患者の肺網などの患者の解剖学的構造の解剖学的空腔、空間、及び構造のための画像ベースのモデルを生成することができる。中心線形状（center-line geometry）などの技法を判定し、ＣＴ画像から概算して、モデルデータ９１と称される（術前ＣＴスキャンのみを用いて生成した場合は「術前モデルデータ」とも称される）患者の解剖学的構造の３次元体積を生成することができる。中心線幾何学形状の使用は、米国特許出願第１４／５２３，７６０号に述べられており、その内容は、その全体が本明細書に組み込まれる。ネットワーク位相モデルは、ＣＴ画像からも導出されてもよく、気管支鏡検査に特に適している。
【００８４】
いくつかの実施形態では、器具はカメラを装備して、視覚データ９２を提供してもよい。位置特定モジュール９５は、視覚データを処理して、１つ以上の視覚ベースの位置追跡を可能にしてもよい。例えば、術前モデルデータは、医療器具（例えば、内視鏡又は内視鏡の作業チャネルを通って前進する器具）のコンピュータビジョンベースの追跡を可能にするために、視覚データ９２と共に使用されてもよい。例えば、術前モデルデータ９１を使用して、ロボットシステムは、内視鏡の予想される移動経路に基づいてモデルから予測される内視鏡画像のライブラリを生成することができ、各画像はモデル内の位置にリンクされる。手術中に、このライブラリは、カメラ（例えば、内視鏡の遠位端部でのカメラ）で捕捉されたリアルタイム画像を画像ライブラリ内のものと比較して、位置特定を支援するために、ロボットシステムによって参照することができる。
【００８５】
他のコンピュータビジョンベースの追跡技法は、カメラの動き、したがって内視鏡を判定するための特徴追跡を使用する。位置特定モジュール９５のいくつかの特徴は、解剖学的管腔に対応する術前モデルデータ９１内の円形幾何学形状を特定し、それらの幾何学的形状の変化を追跡して、どの解剖学的管腔が選択されたか、並びにカメラの相対的な回転及び／又は並進運動を判定することができる。位相マップの使用は、視覚ベースのアルゴリズム又は技法を更に向上させることができる。
【００８６】
光学フロー、別のコンピュータビジョンベースの技法は、カメラの動きを推測するために、視覚データ９２内のビデオシーケンス内の画像ピクセルの変位及び並進を分析してもよい。光学フロー技術の例としては、動き検出、オブジェクトセグメンテーション計算、輝度、動き補償符号化、立体視差測定などを挙げることができる。複数の反復にわたり複数のフレームを比較することにより、カメラ（したがって内視鏡）の動き及び位置を判定することができる。
【００８７】
位置特定モジュール９５は、リアルタイムＥＭ追跡を使用して、術前モデルによって表される患者の解剖学的構造に位置合わせされ得るグローバル座標系内で内視鏡のリアルタイム位置を生成することができる。ＥＭ追跡では、医療器具（例えば、内視鏡器具）内の１つ以上の位置及び向きに埋め込まれた１つ以上のセンサコイルを備えるＥＭセンサ（又はトラッカー）は、既知の位置に位置付けされた１つ以上の静的ＥＭ場発生器によって生成されるＥＭ場の変動を測定する。ＥＭセンサによって検出された位置情報は、ＥＭデータ９３として記憶される。ＥＭ場発生器（又は送信機）は、埋め込まれたセンサが検出し得る低強度磁場を生成するために、患者に近接して配置してもよい。磁場はＥＭセンサのセンサコイル内に小さな電流を誘導し、ＥＭセンサとＥＭ場発生器との間の距離及び角度を判定するためにこの電流が分析され得る。これらの距離及び向きは、患者の解剖学的構造の術前モデル内の位置と座標系内の単一の位置を位置合わせする幾何学的変換を判定するために、患者の解剖学的構造（例えば、術前モデル）に術中「登録」することができる。一旦登録されると、医療器具の１つ以上の位置（例えば、内視鏡の遠位先端部）に埋め込まれたＥＭトラッカーは、患者の解剖学的構造を通じた医療器具の進行のリアルタイム表示を提供することができる。
【００８８】
ロボットコマンド及び運動学データ９４は、ロボットシステムのための位置特定データ９６を提供するために、位置特定モジュール９５によっても使用されてもよい。関節運動コマンドから生じるデバイスピッチ及びヨーは、術前較正中に判定することができる。術中、これらの較正測定値は、既知の挿入深度情報と組み合わせて使用されて、器具の位置を推定することができる。あるいは、これらの計算は、ネットワーク内の医療器具の位置を推定するために、ＥＭ、視覚、及び／又は位相モデリングと組み合わせて分析することができる。
【００８９】
図１７が示すように、多くの他の入力データを位置特定モジュール９５によって使用することができる。例えば、図１７には示されていないが、形状検知ファイバを利用する器具は、位置特定モジュール９５が器具の位置及び形状を判定するために使用することができる形状データを提供することができる。
【００９０】
位置特定モジュール９５は、入力データ９１〜９４を組み合わせて（複数可）使用することができる。場合によっては、そのような組み合わせは、位置特定モジュール９５が入力データ９１〜９４の各々から判定された位置に信頼重みを割り当てる確率的アプローチを使用してもよい。したがって、ＥＭデータが信頼できるとはいえないことがある場合（ＥＭ干渉が存在する場合など）、ＥＭデータ９３によって判定された位置の信頼性を低下させることができ、位置特定モジュール９５は、視覚データ９２並びに／又はロボットコマンド及び運動学データ９４により重く依存してもよい。
【００９１】
上述のように、本明細書で論じられるロボットシステムは、上記の技術のうちの１つ以上の組み合わせを組み込むように設計してもよい。タワー、ベッド、及び／又はカートに基づいて、ロボットシステムのコンピュータベースの制御システムは、例えば、永続的な磁気記憶ドライブ、ソリッドステートドライブなどの非一時的コンピュータ可読記憶媒体内に、コンピュータプログラム命令を記憶してもよく、コンピュータプログラム命令は、実行されると、システムに、センサデータ及びユーザコマンドを受信及び分析させ、システム全体の制御信号を生成させ、グローバル座標系内の器具の位置、解剖学的マップなどのナビゲーション及び位置特定データを表示させる。
【００９２】
２．滑車共用リストの概要
図２１は、外科用器具２００の実施形態の側面図を示す。手術用器具２００は、細長いシャフト２０２、ハンドル２０４、リスト２０６及びハンドルエフェクタ２０８を備えることができる。図２２は、図２１の外科用器具２００などの、外科用器具の例示的な外科用エフェクタの拡大図であり、特定の構成要素は透明であるように示されている。
【００９３】
既存の外科用器具は、器具のリスト内に１つ以上の滑車を含んでおり、その滑車の各々は、単一のケーブルセグメントによって係合されている。その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，９６２，２２８号は、１つ以上の滑車を有するリストを備えたそのような外科用器具を開示しており、各滑車は、単一のケーブルセグメントによって係合されている。
【００９４】
対照的に、本開示の以下の実施形態は、少なくとも２つのケーブルセグメントによって共有される１つ以上の滑車を備える新規な外科用器具に関する。滑車上で少なくとも２つのケーブルセグメントを共有することにより、外科用器具上の滑車の数を省くことによって、外科用器具のサイズを低減することができる。例えば、特定の実施形態では、外科用器具の外径は、５ｍｍ〜６ｍｍなど、６ｍｍ未満、に低減することができる。他の実施形態では、外科用器具上の滑車の数を省くことによって、器具の直径を増加させることなく、追加の構成要素を外科用器具に加えることができる。例えば、本明細書に記載の滑車共有構成の結果として取り除かれた滑車によって以前に占有されていたスペース内の外科用器具に、作業ルーメンを加えることができる。特定の状況では、ケーブルセグメントに滑車を共有させることにより、摩擦の増加がもたらされる可能性がある。しかしながら、本明細書に記載の実施形態の装填状況では、大部分の張力下にあるケーブルセグメントは、別個の滑車上にあることが見出されている。したがって、摩擦の増加は、上述のサイズ低減の利点を達成しながら管理することができる。滑車の数の低減と共に、本明細書に記載の外科用器具は、外科用器具を通してケーブルセグメントを方向付けるための方向転換面を含むこともできる。これらの方向転換面は、滑車の代わりに使用することができ、外科用器具のサイズを更に低減することができる。いくつかの実施形態では、方向転換面は静止していてもよい。いくつかの実施形態では、方向転換面は、器具の遠位クレビス内に見出すことができ、これも、以下に記載されるように、新規である。
【００９５】
図２２に示すように、外科用器具２００は、リスト２０６及び外科用エフェクタ２０８、細長いシャフト２０２、近位クレビス２５０、遠位クレビス２６０、近位滑車２２０及び遠位滑車２２２を備えることができる。リスト２０６は、外科用エフェクタ２０８に機械的に連結することができる。遠位クレビス２６０は、近位クレビス２５０に対して遠位に位置することができる。同様に、遠位滑車２２２は、近位滑車２２０に対して遠位に位置することができる。外科用エフェクタ２０８は、ロボットアームに連結することができ、複数の運動度で作動することができる。例示される実施形態では、外科用エフェクタ２０８は、以下により詳細に記載されるように、ピッチ軸２９０及びヨー軸２９２を中心にした運動度を有する。いくつかの実施形態では、外科用エフェクタ２０８は、Ｎ＋１つのケーブルセグメント及びＮの運動自由度を有することができる。例えば、外科用エフェクタ２０８は、ピッチ軸２９０及びヨー軸２９２の周りに枢動可能な２自由度リストであることができる。いくつかの実施形態では、図２２に示すように、外科用エフェクタ２０８は、例えば、ピッチ、ヨー、及びグリップなどの少なくとも３つの自由度を制御するために、少なくとも４つのケーブルセグメントを備えることができる。いくつかの実施形態では、互いに独立した少なくとも２つのケーブルセグメントは、近位滑車２２０又は遠位滑車２２２の少なくとも１つの滑車の両側に係合することができる。
【００９６】
図２３Ａ及び図２３Ｂは、ハウジングが取り外された外科用リスト２０６の図を示す。図２３Ａにより詳細に示されるように、リスト２０６は、第１のケーブルセグメント２３０、第２のケーブルセグメント２３２、第３のケーブルセグメント２３４、及び第４のケーブルセグメント２３６を含む４つのケーブルセグメントを備えることができる。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、同じケーブルの一部分であることができる。例えば、第１のケーブルセグメント２３０と第２のケーブルセグメント２３２は、同じケーブルの一部分であることができる。同様に、いくつかの実施形態では、第３のケーブルセグメント２３４と第４のケーブルセグメント２３６は、同じケーブルの一部分であることができる。いくつかの実施形態では、第１のケーブルセグメント２３０と第２のケーブルセグメント２３２は、内側クリンプによって分離することができる。同様に、いくつかの実施形態では、第３のケーブルセグメント２３４と第４のケーブルセグメント２３６は、内側クリンプによって分離され得る。ケーブルセグメントは、細長いシャフト２０２を通って延びることができ、近位クレビス２５０を通って延びることができる。次いで、ケーブルセグメントは、近位滑車２２０の少なくとも一部分と係合することができ、遠位クレビス２６０に向かって延びることができる。次いで、ケーブルセグメントは、遠位滑車２２２の少なくとも一部分と係合することができる。ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６の各々は、図２４Ｂに示すように近位方向転換面２５２及び遠位方向転換面２６２と係合することができ、近位滑車２２０と遠位滑車２２２は、図２４Ａに示すように係合することができる。図２３Ｂに示すように、近位滑車２２０は、２つのケーブルセグメントによって各々共有される２つの滑車２２０ａ、２２０ｂを備えることができる。
【００９７】
図２２に示すように、近位クレビス２５０は、細長いシャフト２０２の遠位端部に機械的に取り付けることができる。近位クレビス２５０は、ケーブルセグメントを近位滑車２２０に向けて方向転換する、図２６Ａに示すような近位方向転換面２５２を備えることができる。近位クレビス２５０の近位方向転換面２５２は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６のもつれ若しくは剪断を低減するか、又は場合によっては防止することができる。近位方向転換面２５２は、ケーブルセグメントと近位クレビス２５０との間の摩擦量を低減することができる。遠位クレビス２６０は、近位滑車２２０と遠位滑車２２２との間に部分的に配置され得る。いくつかの実施形態では、遠位クレビス２６０は、近位滑車２２０と遠位滑車２２２の両方に機械的に連結することができる。
【００９８】
図２４Ａは、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６と近位滑車２２０と遠位滑車２２２との間の相互作用の追加の詳細を示すリスト２０６の側面図を示す。図２４Ｂは、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６と近位クレビス２５０と遠位クレビス２６０との間の相互作用を示す、リスト２０６の別の側面図を示す。本実施形態では、近位滑車２２０と遠位滑車２２２は各々、２つの滑車を備えることができる。他の実施形態では、近位滑車２２０と遠位滑車２２２は各々、２つ以上の滑車（３つ、４つ、５つ、又は６つなど）を備える。いくつかの実施形態では、近位滑車２２０の２つの滑車２２０ａ、２２０ｂは、互いに隣接し、ピッチ軸２９０に沿って位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、近位滑車２２０の２つの滑車２２０ａと２２０ｂの各々は、リスト２０６の中心軸２９４からオフセットすることができ、それにより作業ルーメンは滑車の間に位置付けされる。作業ルーメンは、例えば、１つ以上の電気ケーブル、吸引潅注管、又は他の管状部材を収容することができる。いくつかの実施形態では、作業ルーメンは、．５〜４．５ｍｍであることができる。いくつかの実施形態では、遠位滑車２２２の２つの滑車２２２ａ、２２２ｂは、互いに隣接し、ヨー軸２９２に沿って位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、遠位滑車２２２の２つの滑車２２２ａ、２２２ｂの各々は、リスト２０６の中心軸２９４からオフセットすることができ、それにより作業ルーメンは滑車の間に位置付けされる。
【００９９】
図２３Ｂ及び図２４Ａに示すように、近位滑車２２０の各滑車は、２つのケーブルセグメントによって共有され得る。例えば、図２３Ａに示すように、第１のケーブルセグメント２３０及び第２のケーブルセグメント２３２は、近位滑車２２０の第１の側に経路付けすることができ、第３のケーブルセグメント２３４及び第４のケーブルセグメント２３６は、近位滑車２２０の第２の側に経路付けすることができる。そのような構成では、第１のケーブルセグメント２３０及び第３のケーブルセグメント２３４は、有利には近位滑車２２０の第１の滑車２２０ａと係合し、一方、第２のケーブルセグメント２３２及び第４のケーブルセグメント２３６は、有利には、近位滑車２２０の第２の滑車２２０ｂと係合する。言い換えると、第一の滑車２２０ａは、第１のケーブルセグメント２３０及び第３のケーブルセグメント２３４（同じケーブルの一部としては考慮されない）によって共有され、一方、第２の滑車２２０ｂは、第２のケーブルセグメント２３２及び第４のケーブルセグメント２３６（同じケーブルの一部としては考慮されない）によって共有される。第１のケーブルセグメント２３０及び第３のケーブルセグメント２３４は、同じケーブルの一部としては考慮されず、第２のケーブルセグメント２３２及び第４のケーブルセグメント２３６は、同じケーブルの一部としては考慮されないため、本明細書に記載の特定の実施形態の新規な態様の態様は、別個の、独立した、及び／又は独立して第２のケーブルセグメント又はケーブルから作動させられる、第１のケーブルセグメント又はケーブルによって共有される滑車を含むことに、留意されたい。いくつかの実施形態では、用語「独立して作動させられる」は、ケーブルセグメント（例えば、第１のケーブルセグメント２３０及び第３のケーブルセグメント２３４）は、互いに独立して及び／又は異なる速度で動き得ることを意味することができる。いくつかの実施形態では、独立したケーブルセグメントは、遠位滑車及び／又は近位滑車を中心にして、等しいが両側のマウントで動く。いくつかの実施形態では、近位滑車の周りで共有されるケーブル又はケーブルセグメントのいずれも、互いに係合も、交差もしない。いくつかの実施形態では、近位滑車の周りで共有されるケーブル又はケーブルセグメントのいずれも、クリンプを介してなど互いに直接接続されていない。そのような滑車共有構成は、リスト２０６が同程度の運動自由度に対してより少ないプーリを有することを可能にし、それは、リスト２０６及び細長いシャフト２０２がより小さな外径（例えば、特定の実施形態では６ｍｍ未満であり、特定の実施形態では６ｍｍと５ｍｍの間である）を有し、並びに／又は、例えば、遠位滑車２２２ａ、２２２ｂ及び／若しくは近位滑車２２０ａ、２２０ｂの間に延びることができる作業ルーメンなどの、取り除かれた滑車の代わりに、追加の構成要素を外科用器具に追加することを可能にする。
【０１００】
ケーブルセグメントは、ケーブルセグメントを後退又は前進させることが、外科用エフェクタ２０８を作動させて第１の運動度で動かすことができるように更に構成することができる。図２３Ａ、図２３Ｂ、図２３Ｃ及び図２３Ｄに示す一実施形態では、外科用エフェクタ２０８は、それぞれピッチ軸２９０及びヨー軸２９２を中心にした近位滑車２２０及び遠位滑車２２２の回転によって作り出される３つの運動度を有することができる。図示の実施形態の外科用エフェクタ２０８は、遠位滑車２２２の第１の滑車２２２ａ及び第２の滑車２２２ｂにそれぞれ動作可能に接続された第１の鉗子半体２０８ａ及び第２の鉗子半体２０８ｂを含む。したがって、ヨー軸２９２を中心にした遠位滑車２２２の第１の滑車２２２ａの回転は、ヨー軸２９２を中心にした第１の鉗子半体２０８ａの回転を引き起こすことができる。同様に、ヨー軸２９２を中心にした遠位滑車２２２の第２の滑車２２２ｂの回転は、ヨー軸２９２を中心にした第２の鉗子半体２０８ｂの回転を引き起こすことができる。いくつかの実施形態では、外科用エフェクタ２０８のピッチ運動は、ケーブルセグメント２３０、２３２の更なる短縮と一致したケーブルセグメント２３４、２３６の更なる延長などの、ケーブルセグメントの作動の組み合わせによって作動させることができ、それにより、遠位クレビスはピッチ軸２９０を中心にして回転することができる。他の実施形態では、外科用エフェクタ２０８は、近位滑車２２０がピッチ軸２９０を中心にして回転するときに、ピッチ軸２９０を中心にして作動することができる。
【０１０１】
図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、及び２３Ｄに示す実施形態では、近位滑車２２０及び遠位滑車２２２の回転は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６を後退又は前進させることによって引き起こされる。特定の実施形態では、入力コントローラは、４つのケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６の各々に連結され得る。そのような構成では、第１の入力コントローラは、第１のケーブルセグメント２３０を前進／後退させることができる。第２の入力コントローラは、第２のケーブルセグメント２３２を前進／後退させることができる。第３の入力コントローラは、第３のケーブルセグメント２３４を前進／後退させることができ、第４の入力コントローラは第４のケーブルセグメント２３６を前進／後退させることができる。第１のケーブルセグメント２３０及び第３のケーブルセグメント２３４は、近位滑車２２０の第１の滑車２２０ａを共有することができ、第２のケーブルセグメント２３２及び第４のケーブルセグメント２３６は、近位滑車２２０の第２の滑車２２０ｂを共有することができる。この構成により、前述のように、外科用エフェクタ２０８及び外科用リスト２０６の外径を低減することができ、特定の実施形態では、例えば５〜６ｍｍなど、６ｍｍ未満の直径に低減することができる。
【０１０２】
図２３Ａ及び２３Ｂは、例示的な「ニュートラル」状態における外科用エフェクタ２０８示しており、すなわち、第１のヨー角２７２、第２のヨー角２７４、及びピッチ角２７０は中心軸２９４からオフセットされておらず、ケーブルセグメントは前進又は後退させられていない。第１のヨー角２７２は、第１のケーブルセグメント２３０を前進／後退させ、第２のケーブルセグメント２３２を後退／前進させることによって操作することができる。
【０１０３】
図２３Ｃは、ヨー軸２９２を中心にして第１のヨー角２７２及び第２のヨー角２７４で回転した外科用エフェクタ２０８の２つの鉗子反対２０８ａ、２０８ｂを示す。図２３Ｃ及び図２３Ｄは、いくつかの実施形態に係る、外科用エフェクタ２０８の潜在的なヨー及びピッチの動きを示す。図２３Ｃに示すように、第１のケーブル２３０を前進させ、及び／又は第２のケーブル２３２を後退させることにより、遠位滑車２２０の第１の滑車２２０ａ及び第１の鉗子半体２０８ａを、ヨー軸２９２を中心にして回転させ、それにより第１のヨー角２７２は増加する。一方、第１のケーブルセグメント２３０を後退させ、及び／又は第２のケーブルセグメント２３２を前進させることにより、遠位滑車２２０の第１の滑車２２０ａ及び第１の鉗子半体２０８ａを、ヨー軸２９２を中心にして回転させ、それにより第１のヨー角２７２は減少する。同様に、第２のヨー角２７４は、第３のケーブル２３４を前進／後退させ、第４のケーブル２３６を後退／前進させることによって操作することができる。第３のケーブル２３４を前進させ、及び／又は第４のケーブル２３６を後退させることにより、遠位滑車２２０の第２の滑車２２０ｂ及び第２の鉗子半体２０８ｂを、ヨー軸２９２を中心にして回転させ、それにより第２のヨー角２７４は増加する。一方、第３のケーブル２３４を後退させ、及び／又は第４のケーブル２３６を前進させることにより、遠位滑車２２０の第２の滑車２２０ｂ及び第２の鉗子半体２０８ｂを、ヨー軸２９２を中心にして回転させ、それにより第２のヨー角２７４は減少する。
【０１０４】
図２３Ｄは、ピッチ軸２９０を中心にしてピッチ角２７０で回転させた外科用エフェクタ２０８を示す。図２３Ｄに示すように、外科用エフェクタ２０８のピッチ角２７０は、第１のケーブルセグメント２３０及び第２のケーブルセグメント２３２を後退／前進させ、第３のケーブルセグメント２３４及び第４のケーブルセグメント２３６を前進／後退させることによって操作することができる。一方、第１のケーブルセグメント２３０及び第２のケーブルセグメント２３２の両方を前進させ、第３のケーブルセグメント２３４及び第４のケーブルセグメント２３６の両方を後退させることにより、近位滑車２２０をヨー軸を中心にして回転させることができ、それによりピッチ角２７０は減少する。
【０１０５】
上記の記載は、各運動は非同期的であり、独立して制御され得る自由度を制御する構成である。しかしながら、特定のロボット外科手術では、自由度を同時に変更され得る。当業者は、制御可能な３つの自由度についての同時運動が、４つのケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６を前進及び後退させるためのより複雑な制御スキームによって達成され得ることに留意するであろう。いくつかの実施形態では、４つのケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は金属から形成されており、他の実施形態では、４つのケーブルセグメントは非金属から形成されている。一実施形態では、この制御スキームは、ユーザの運動を手術部位における手術エフェクタ２０８の対応する動作に翻訳するように構成されたマスタデバイスのコンピュータプログラム命令を記憶するコンピュータベースの制御システムを含む。コンピュータプログラムは、入力コントローラを回転させてケーブルセグメントの長さ及び／又は運動を計算するために必要な電気負荷を測定するように構成され得る。コンピュータプログラムは、ケーブルセグメントの長さを変化させるために入力コントローラに必要とされる回転量を増加／減少させることによって、ケーブルがポリマーである場合など、ケーブルセグメントの弾性の変化を補償するように更に構成することができる。張力は、全ての入力コントローラの回転を協調的に増加又は減少させることによって調節することができる。同時に回転を増加させることによって張力を増加させることができ、同時に回転を減少させることによって張力を減少させることができる。コンピュータプログラムは、ケーブル内の最小レベルの張力を維持するように更に構成することができる。任意のケーブルにおける張力が最小張力閾値を下回って降下していると感知された場合、コンピュータプログラムは、全てのケーブルにおけるケーブル張力が最低張力閾値を上回るまで、協調して全ての入力コントローラの回転を増加させることができる。全てのケーブルにおける張力が、上限張力閾値を超えて上昇していると感知された場合、コンピュータプログラムは、任意のケーブルにおけるケーブル張力が上限張力閾値を下回るまで、協調して全ての入力コントローラの回転を減少させることができる。コンピュータプログラムは、具体的には作業部材が物体を保持している、又は一緒に押されている状況において、ケーブルセグメントに連結された入力コントローラを作動させるモータの負荷に基づいて、オペレータの把持強度を認識するように更に構成することができる。より一般的には、コンピュータプログラムは、ロボットアームを介した外科用器具の並進及び回転を更に制御するように更に構成することができ、特定の実施形態では、図１６を参照して上述したように、駆動出力７４を備えた器具ドライバ７５を含むことができる。器具ドライバ７５の駆動出力７４から受信したトルクは、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６を別々に及び／又は独立して作動させるために使用することができる。特定の実施形態では、駆動出力７４の各々を使用して、単一のケーブルセグメントを作動させることができる。
【０１０６】
図２５Ａは、遠位クレビス２６０の実施形態の上面斜視図を示す。遠位クレビス２６０は、２つのアーム２６４及び遠位方向転換面２６２を備えることができる。遠位クレビス２６０及び遠位方向転換面２６２は、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように、近位滑車２２０と遠位滑車２２２との間に形成されるように構成され得る。任意選択で、遠位クレビス２６０の遠位方向転換面２６２は、第１の滑車セット（例えば、近位滑車２２０）と第２の滑車セット（例えば、遠位滑車２２２）との間に配置することができる。２つのアーム２６４は、遠位クレビス２６０の側部分から外科用エフェクタ２０８（図示せず）に向かって遠位に延びることができる。２つのアーム２６４の各々は、２つのアーム２６４の幅を通って延びる開口部２６６を備えるように構成され得る。開口部２６６は、図２３Ｂ及び図２４Ｂに示すように、細長いロッド２８２が開口部２６６及び遠位滑車２２２内に挿入され得るように位置付け及び構成され得る。細長いロッド２８２及び開口部２６６は、遠位滑車２２２の回転軸を画定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、遠位クレビス２６０及び遠位滑車２２２と関連付けられた回転軸は、図２２に示すようなヨー軸２９２であることができる。
【０１０７】
遠位方向転換面２６２は、図２５Ａに示すように、遠位クレビス２６０の底部を通って延びるスロット、凹部、又は開口部２６８の周り又は周囲に延びる１つ以上の表面を備えることができる。いくつかの実施形態では、遠位方向転換面２６２は、遠位クレビス２６０の１つ以上の開口部２６８の外周を形成する１つ以上の表面の一部である。遠位方向転換面２６２は、角度をつけ、湾曲させ、又は傾斜させることができ、それにより上述のようにケーブルセグメントを後退又は前進させて、外科用エフェクタ２０８を作動させるとき、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６と遠位クレビス２６０との間の摩擦を低減することができる。いくつかの実施形態では、遠位方向転換面は、曲率半径を最大化することによってケーブル寿命を増加させるように構成される。遠位方向転換面２６２は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６がもつれるか、又は捩れるのを防止するようにも構成され得る。いくつかの実施形態では、遠位方向転換面２６２は静止していることができる。いくつかの実施形態では、遠位方向転換面２６２は非静止であることができる。いくつかの実施形態では、遠位方向転換面２６２は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６と係合するように構成された、回転可能なボール又は表面などの少なくとも１つの可動構成要素を備えることができる。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、遠位リダイレクト面２６２の少なくとも一部と係合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、遠位方向転換面２６２の全体部分と係合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、遠位クレビス２６０の遠位方向転換面２６２は、遠位方向転換面２５４とケーブルセグメントとの間の摩擦を低減するための材料でコーティングされてもよい。
【０１０８】
図２５Ｂに示すように、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、遠位クレビス２６０を通って遠位滑車２２２（図示せず）に向かって延びる。図２６Ｃは、遠位クレビス２６０及び遠位方向転換面２６２を通って延びた後のケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６の実施形態を示す。ケーブルセグメントは、遠位方向転換面２６２を通って延びたる後、遠位滑車２２２の周りに延びる。いくつかの実施形態では、図２３Ｂに示すように、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、遠位滑車２２２の複数の溝（図示せず）の少なくとも一部分に能動的に係合する。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、遠位滑車２２２の複数の溝の全体部分に能動的に係合する。図２３Ｂ及び２４Ａに示すように、遠位滑車２２２の複数の溝の各々は、２つのケーブルセグメントを係合させるように構成され得る。例えば、図２４Ａ及び図２５Ｃに示す実施形態では、第１のケーブルセグメント２３０及び第２のケーブルセグメント２３２は、遠位滑車２２２の第１の滑車２２２ａと係合し、第３のケーブルセグメント２３４及び第４のケーブルセグメント２３６は、遠位滑車２２２の第２の滑車２２２ｂと係合する。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、互いに交差しないように構成され得る。ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、外科用エフェクタ２０８に動作可能に連結された遠位滑車２２２の第１の滑車の第１の側の周りに延びるケーブルセグメントを後退又は前進させることが、外科用エフェクタ２０８を第１の運動度で作動させ、遠位滑車２２２の第１の滑車の第２の側の周りに延びる第２のケーブルセグメントを前進又は後退させることが、外科用エフェクタ２０８を第２の運動度で作動させるように更に構成することができる。
【０１０９】
図２６Ａは、近位クレビス２５０の実施形態の上面図を示す。近位クレビス２５０は、２つのアーム２５４及び近位方向転換面２５２を備えることができる。近位クレビス２５０及び近位方向転換面２５２は、細長いシャフト２０２（図示せず）と近位滑車２２０（図示せず）との間に形成されるように構成され得る。２つのアーム２５４は、図２３Ａに示すように、近位クレビス２５０の側部分から外科用エフェクタ２０８に向かって遠位に延びることができる。２つのアーム２５４の及びは、図２６Ｃに示すように、２つのアーム２５４の幅を通って延びる開口部２５６を有するように構成され得る。開口部２５６は、図２３Ｂ及び図２６Ｃに示すように、第１の細長いロッド２８０が開口部２５６及び近位滑車２２０内に挿入され得るように位置付け及び構成され得る。第１の細長いロッド２８０及び開口部２５６は、遠位滑車２２２の回転軸を画定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、近位クレビス２５０及び近位滑車２２０に関連する回転軸は、図２２に示すようにピッチ軸２９０であることができる。
【０１１０】
近位方向転換面２５２は、スロット、近位クレビス２５０の底部を通って延びるスロット、凹部、又は開口部２５８の周り若しくは周囲に延びる１つ以上の表面を備えることができる。いくつかの実施形態では、近位方向転換面２５２は、近位クレビス２５０の１つ以上の開口部２６８の外周を形成する１つ以上の表面の一部であることができる。近位方向転換面２５２は、角度をつけ、湾曲させ、又は傾斜させることができ、それにより上述のようにケーブルセグメントを後退又は前進させて、外科用エフェクタ２０８を作動させるとき、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６と近位クレビス２５０との間の摩擦を低減することができる。近位方向転換面２５２は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６がもつれるか、又は捩れるのを防止するようにも構成され得る。いくつかの実施形態では、近位方向転換面２５２は静止していることができる。いくつかの実施形態では、近位方向転換面２５２は非静止であることができる。例えば、近位方向転換面２５２は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６と係合するように構成された、回転可能なボール又は表面などの少なくとも１つの可動構成要素を備えることができる。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、近位方向転換面２５２の少なくとも一部分と係合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、近位方向転換面２５２の全体部分に係合するように構成され得る。
【０１１１】
図２６Ｂに示すように、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、近位クレビス２５０を通って近位滑車２２０（図２６Ｂには示されていない）に向かって延びるように構成され得る。図２３Ｂ、図２４Ａ及び図２４Ｂは、近位クレビス２５０及び近位方向転換面２５２を通って延びた後のケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６の構成の実施形態を示す。ケーブルセグメントは、近位方向転換面２５２を通って延びた後、近位滑車２２０の周りに延びるように構成され得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、近位滑車２２０の複数の溝の少なくとも一部分と能動的に係合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、近位滑車２２０の複数の溝の全体部分に能動的に係合するように構成され得る。図２６Ｃに示すように、近位滑車２２０の複数の溝の各々は、２つのケーブルセグメントに係合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、互いに交差しないように構成され得る。ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６は、外科用エフェクタ２０８に動作可能に連結された近位滑車２２０の第１の滑車の第１の側の周りに延びるケーブルセグメントを後退又は前進させることが、外科用エフェクタ３０８を第１の運動度で作動させ、遠位滑車２２２の第１の滑車の第２の側の周りに延びる第２のケーブルセグメントを前進又は後退させることが、外科用エフェクタ２０８を第２の運動度で作動させるように更に構成され得る。
【０１１２】
図２６Ｃは、近位クレビス２５０の側面図を示す。近位クレビスは、近位方向転換面２５２を備える。近位方向転換面２５２は、ケーブルセグメント２３０、２３２、２３４、２３６を、近位クレビス２５０及び細長いシャフト２０２（図示せず）の実質的に中央付近から近位滑車２２０の溝に方向転換するように構成され得る。いくつかの実施形態では、近位クレビス２５０の近位方向転換面２５２は、１つ以上の可動面を備えることができる。いくつかの実施形態では、近位クレビス２５０の近位方向転換面２５２は、近位方向転換面２５２とケーブルセグメントとの間の摩擦を低減するための材料でコーティングされ得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、近位方向転換面２５２の少なくとも一部分と係合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ケーブルセグメントは、近位方向転換面２５２の全体部分に係合するように構成され得る。
【０１１３】
３．実施システム及び用語
本明細書に開示された実施形態は、ロボット制御可能な医療システムのためのシステム、方法、及び装置を提供する。本明細書に記載された様々な実施形態は、ケーブルセグメントによって共有された１つ以上の滑車を備えるリストを有するロボット制御可能な医療システムを含む。
【０１１４】
本明細書で使用するとき、用語「連結する」、「連結している」、「連結された」、又は単語連結の他の変形は、間接的接続又は直接的接続のいずれかを示し得ることに留意されたい。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素に「連結される」場合、第１の構成要素は、別の構成要素を介して第２の構成要素に間接的に接続されるか、又は第２の構成要素に直接的に接続されてもよい。
【０１１５】
本明細書に記載のロボット動作作動機能は、プロセッサ可読媒体又はコンピュータ可読媒体上に１つ以上の命令として記憶することができる。用語「コンピュータ可読媒体」は、コンピュータ又はプロセッサによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体を指す。実施例として、限定するものではないが、そのような媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、若しくは他の磁気記憶デバイス、又は命令若しくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含んでもよい。コンピュータ可読媒体は、有形であり、非一時的であってもよいことに留意されたい。本明細書で使用するとき、用語「コード」は、コンピューティングデバイス又はプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コード、又はデータを指してもよい。
【０１１６】
本明細書に開示される方法は、記載される方法を達成するための１つ以上の工程又は行為を含む。方法工程及び／又は行為は、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに交換されてもよい。換言すれば、記載されている方法の適切な動作のために特定の順序の工程又は行為が必要とされない限り、特許請求の範囲から逸脱することなく、特定の工程及び／又は行為の順序及び／又は使用を修正してもよい。
【０１１７】
本明細書で使用するとき、用語「複数」は、２つ以上を示す。例えば、複数の構成要素は、２つ以上の構成要素を示す。用語「判定する」は、多種多様な行為を包含し、したがって、「判定する」は、計算する、演算する、処理する、導出する、調査する、ルックアップする（例えば、テーブル、データベース又は別のデータ構造を見ること）、確認することなどを含むことができる。また、「判定する」は、受け取る（例えば、情報を受信すること）、アクセスする（例えば、メモリ内のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「判定する」は、解決する、選択する、選出する、確立するなどを含むことができる。
【０１１８】
語句「基づく」は、別途明示的に指定されない限り、「のみに基づく」ことを意味しない。換言すれば、語句「基づく」は、「のみに基づく」及び「少なくとも基づく」の両方を記載する。
【０１１９】
開示される実施形態の前述の説明は、任意の当業者が本発明を製造すること、又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施態様に対する種々の修正は、当業者には容易に明らかになり、かつ、本明細書で規定される一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施態様に適用することができる。例えば、当業者であれば、締結、装着、結合、又は係合ツール構成要素の均等の方法、特定の作動運動を生み出すための均等の機構、及び電気エネルギーを送達するための均等の機構など、多くの対応する代替的かつ均等の構造的詳細を使用することができると理解されるであろう。したがって、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原則及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるものである。
【０１２０】
〔実施の態様〕
（１）  外科用器具であって、
複数の運動度を有する外科用エフェクタと、
前記外科用エフェクタに連結されたリストであって、少なくとも第１の滑車を含むリストと、
前記外科用エフェクタを前記複数の運動度で作動させるために、前記リストを通って前記外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントであって、前記第１の滑車の両側に係合し、かつ互いに独立している少なくとも２つのケーブルセグメントと、
を備える外科用器具。
（２）  前記第１の滑車の両側に係合する前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、同じケーブルの一部ではない、実施態様１に記載の外科用器具。
（３）  前記第１の滑車の両側に係合する前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立して移動可能である、実施態様１に記載の外科用器具。
（４）  前記第１の滑車の両側に係合する前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立して作動可能である、実施態様１に記載の外科用器具。
（５）  前記外科用エフェクタの前記複数の運動度は、ピッチ軸を中心にした回転を含み、前記第１の滑車も前記ピッチ軸を中心にして回転する、実施態様１に記載の外科用器具。
【０１２１】
（６）  前記外科用エフェクタは、前記リストを通って前記外科用エフェクタまで延びるＮ＋１つのケーブルセグメントによって制御される、少なくともＮの運動自由度を有する、実施態様１に記載の外科用器具。
（７）  前記外科用エフェクタは少なくとも３の運動度を有し、前記外科用システムは少なくとも４つのケーブルセグメントを含む、実施態様１に記載の外科用器具。
（８）  前記３の運動度は、前記外科用エフェクタの第１のヨー角、第２のヨー角、及びピッチ角を含む、実施態様７に記載の外科用器具。
（９）  前記リストは、前記外科用エフェクタのピッチ軸に沿って位置合わせされた少なくとも２つの滑車を含む、実施態様１に記載の外科用器具。
（１０）  前記少なくとも２つの滑車は、互いに隣接して位置付けされている、実施態様９に記載の外科用器具。
【０１２２】
（１１）  前記少なくとも２つの滑車は、互いに離間しており、前記リストの中心軸からオフセットされている、実施態様９に記載の外科用器具。
（１２）  前記少なくとも２つの滑車は、前記ピッチ軸と位置合わせされた前記リスト内の唯一の滑車である、実施態様９に記載の外科用器具。
（１３）  前記第１の滑車は、近位の滑車セットの一部である、実施態様１に記載の外科用器具。
（１４）  前記外科用器具は、前記近位の滑車セットに対して遠位の滑車セットを更に備える、実施態様１３に記載の外科用器具。
（１５）  １つ以上の方向転換面が、前記近位の滑車セットと前記遠位の滑車セットとの間に形成されている、実施態様１３に記載の外科用器具。
【０１２３】
（１６）  前記１つ以上の方向転換面は静止している、実施態様１５に記載の外科用器具。
（１７）  外科用器具であって、
１つ以上の滑車を含むリストと、
Ｎの運動度を有する外科用エフェクタであって、前記Ｎの運動度のうちの少なくとも１は、前記リストを通って延びるピッチ軸を中心にした回転を含む、外科用エフェクタと、を備え、
少なくともＮ＋１つのケーブルセグメントは、前記リストを通って延びて、前記外科用エフェクタを前記Ｎの運動度で作動させ、
前記Ｎ＋１つのケーブルセグメントのうちの少なくとも２つが、前記リスト内の前記滑車のうちの１つを共有する、
外科用器具。
（１８）  前記外科用エフェクタは少なくとも２の運動度を有し、前記外科用エフェクタは、第１の滑車と係合する少なくとも第１のケーブルセグメント及び第２のケーブルセグメントを備え、前記第１のケーブルセグメント及び前記第２のケーブルセグメントは互いに独立している、実施態様１７に記載の外科用器具。
（１９）  前記リストは遠位クレビス及び近位クレビスを含む、実施態様１７に記載の外科用器具。
（２０）  前記１つ以上の滑車は、第１の滑車セットの一部であり、前記リストは、前記第１の滑車セットの遠位に位置付けされた第２の滑車セットを含む、実施態様１７に記載の外科用器具。
【０１２４】
（２１）  前記リストの前記遠位クレビスは、前記第１の滑車セットと前記第２の滑車セットとの間に方向転換面を含む、実施態様１９に記載の外科用器具。
（２２）  前記方向転換面は静止面である、実施態様２１に記載の外科用器具。
（２３）  外科用システムであって、
外科用器具であって、
外科用エフェクタと、
前記外科用エフェクタに連結されたリストであって、前記リストは近位クレビス及び遠位クレビスを備え、前記遠位クレビスは１つ以上の静止方向転換面を備える、リストと、
前記外科用エフェクタを作動させるために、前記リストを通って前記外科用エフェクタまで延びる少なくとも２つのケーブルセグメントであって、前記遠位クレビス内の前記１つ以上の静止方向転換面に係合する少なくとも２つのケーブルセグメントと、
を備える外科用器具、
を備える外科用システム。
（２４）  前記外科用エフェクタはロボットアームに連結されており、複数の運動度を有し、
前記リストは、少なくとも第１の滑車を備え、
前記少なくとも２つのケーブルセグメントは、互いに独立しており、前記第１の滑車の両側に係合するように構成されている、
実施態様２３に記載の外科用システム。
（２５）  前記外科用器具は、前記近位クレビス内の１つ以上の滑車と、前記遠位クレビス内の１つ以上の滑車とを更に備える、実施態様２３に記載の外科用システム。
【０１２５】
（２６）  前記静止方向転換面は、前記近位クレビス内の前記１つ以上の滑車と前記遠位クレビス内の前記１つ以上の滑車との間に位置付けされている、実施態様２４に記載の外科用システム。
（２７）  前記遠位クレビス内の前記１つ以上の静止方向転換面は、スロットの外周を形成する１つ以上の表面の一部である、実施態様２３に記載の外科用システム。
（２８）  前記外科用器具は、前記近位クレビス内に１つ以上の静止方向転換面を更に備える、実施態様２３に記載の外科用システム。
（２９）  複数の運動度で外科用エフェクタを作動させる方法であって、
前記外科用エフェクタに連結されたリスト内の第１の滑車の第１の側の周りに延びる第１のケーブルセグメントを前進又は後退させて、前記外科用エフェクタを第１の運動度で作動させることと、
前記第１の滑車の第２の側の周りに延びる第２のケーブルセグメントを前進又は後退させて、前記外科用エフェクタを第２の運動度で作動させることと、
を含む方法。
（３０）  前記第１のケーブルセグメントを前進又は後退させることによって、かつ前記第２の滑車セグメントを前進又は後退させることによって、前記第１の滑車の軸を通って延びるピッチ軸を中心にして前記外科用エフェクタを回転させることを更に含む、実施態様２９に記載の方法。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【国際調査報告】
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