(57)【要約】  本発明は手術ロボットシステムを提供する。第一ツールアーム及び第一外科用器具はヒト組織器官を伸延するために用いられ、第二ツールアーム及び第二外科用器具はヒト組織器官に対して外科手術を行うために用いられ、制御ユニットは第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを取得し、また第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを既設の作用力値と比較して、第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、制御ユニットは既設の作用力値によって駆動装置が第一ツールアーム及び第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する第一外科用器具の伸延力作用力が既設の作用力値に達するようにして自主的伸延機能の効果を実現する。
2021519660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実行端を含み、前記実行端は第一外科用器具が取り付けられる第一ツールアーム、第二外科用器具が取り付けられる第二ツールアーム、第一ツールアーム、第一外科用器具、第二ツールアーム、及び第二外科用器具が運動するように駆動する駆動装置、及び前記駆動装置と通信可能に連結された制御ユニットを含み、
前記第一ツールアーム及び第一外科用器具はヒト組織器官を伸延するために用いられ、
前記第二ツールアーム及び第二外科用器具はヒト組織器官に対して外科手術を行うために用いられ、
前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを取得し、且つ前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを既設の作用力値と比較するために用いられ、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び前記第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにすることを特徴とする手術ロボットシステム。
【請求項２】
前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは既設の作用点が前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力の方向とし、また、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び前記第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにすることを特徴とする請求項１に記載の手術ロボットシステム。
【請求項３】
前記既設の作用点は前記第二外科用器具が初めてヒト組織器官に作用する位置であるか、または、
前記既設の作用点は前記第二外科用器具が前記制御ユニットで既設の作用点を取得する時にヒト組織器官に作用する位置であることを特徴とする請求項２に記載の手術ロボットシステム。
【請求項４】
前記実行端は第三外科用器具が取り付けられる第三ツールアームをさらに含み、前記第三ツールアーム及び第三外科用器具はヒト組織器官をクランプするために用いられ、前記既設の作用点は前記第三外科用器具がヒト組織器官に作用する位置であることを特徴とする請求項２に記載の手術ロボットシステム。
【請求項５】
前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された力センサーをさらに含み、前記力センサーは前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力を検出するために用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の手術ロボットシステム。
【請求項６】
前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めると、前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力を取得し、また、前記既設の作用力値と前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを比較するか、または、
前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力を取得し、前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めると、前記制御ユニットは前記既設の作用力値と前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを比較することを特徴とする請求項１に記載の手術ロボットシステム。
【請求項７】
前記制御ユニットは前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力を取得し、且つ前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力を力閾値と比較するためにさらに用いられ、前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力が前記力閾値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めたことと判断するか、または、
前記制御ユニットは前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力を取得し、且つ前後２回取得した前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力の差値を前記力閾値と比較するためにさらに用いられ、前後２回取得した前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力の差値が前記力閾値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めたことと判断することを特徴とする請求項６に記載の手術ロボットシステム。
【請求項８】
前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第一位置センサーをさらに含み、前記第一位置センサーは前記第一ツールアーム及び／または第一外科用器具の位置情報を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは前記第一位置センサーによって取得された位置情報によって前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の作用点位置を取得することを特徴とする請求項２に記載の手術ロボットシステム。
【請求項９】
前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第一位置センサーをさらに含み、前記第一位置センサーは前記第二ツールアーム及び／または第二外科用器具の位置情報を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは前記第一位置センサーによって取得された位置情報によって前記第二外科用器具がヒト組織器官に作用する位置を取得することを特徴とする請求項３に記載の手術ロボットシステム。
【請求項１０】
前記実行端は第三外科用器具が取り付けられる第三ツールアームをさらに含み、前記第三外科用器具及び第三ツールアームはヒト組織器官を伸延するために用いられ、
前記既設の作用点は第一既設の作用点と第二既設の作用点を含み、
前記制御ユニットは、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを前記既設の作用力値と比較して、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは前記第一既設の作用点が前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力の方向とし、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにし、
前記制御ユニットは前記第三外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを前記既設の作用力値と比較して、前記第三外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは前記第二既設の作用点が前記第三外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力の方向とし、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第三ツールアーム及び第三外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第三外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにし、
前記第一既設の作用点は前記第三外科用器具がヒト組織器官に作用する位置であり、前記第二既設の作用点は前記第一外科用器具がヒト組織器官に作用する位置であることを特徴とする請求項２に記載の手術ロボットシステム。
【請求項１１】
前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結されたトルクセンサーをさらに含み、前記第一ツールアームは複数の第一ツールアーム関節を含み、前記第一外科用器具は複数の第一外科用器具関節を含み、前記トルクセンサーは各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節に設けられて静的状態で変形により発生する各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受けるトルクを検出し、
前記制御ユニットは前記トルクセンサーから既設の作用力を確認する際に各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受ける初期トルクを取得するためにさらに用いられ、
前記制御ユニットは前記トルクセンサーから各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受ける現在トルクを取得するために用いられ、また、前記初期トルクによって各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のトルク増分を取得し、さらに各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のコマンドトルクを取得し、前記コマンドトルクで駆動装置が前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節を駆動するように制御してヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力の値に達するようにすることを特徴とする請求項１に記載の手術ロボットシステム。
【請求項１２】
前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第二位置センサーをさらに含み、前記第二位置センサーは各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の位置を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のトルク増分、及び各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の制御剛性によって各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の位置増分を取得し、さらに各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の現在位置によって各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のコマンド位置を取得してコマンド位置におけるヤコビ行列を取得し、
前記制御ユニットは前記コマンド位置におけるヤコビ行列、各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のコマンドトルクによって、コマンド位置におけるヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力を取得し、
前記制御ユニットは、コマンド位置におけるヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさと前記既設の作用力値を比較して、コマンド位置における前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさと前記既設の作用力値の大きさの差が許容値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第一ツールアーム関節と第一外科用器具関節のトルク増分を調整して、コマンド位置におけるヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさと既設の作用力値との差が前記許容値より小さくなるようにすることを特徴とする請求項１１に記載の手術ロボットシステム。
【請求項１３】
前記実行端は内視鏡が取り付けられた画像アームをさらに含み、前記既設の作用力値は前記画像アームによって伸延されたヒト組織器官の状態を観察することによって決められることを特徴とする請求項１に記載の手術ロボットシステム。
【請求項１４】
制御端をさらに含み、前記制御端はマスタマニピュレータを含み、前記マスタマニピュレータは前記第一ツールアーム及び第一外科用器具の運動を制御し、且つ前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力を受信するために用いられ、前記既設の作用力値は前記医者が前記マスタマニピュレータを通じて受信した前記ヒト組織器官が伸延された時に前記第一外科用器具に対するデカルト作用力によって設定されることを特徴とする請求項１に記載の手術ロボットシステム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１８年４月２７日に中国特許庁に提出された、中国出願番号２０１８１０３９５７４３．１、発明名称「手術ロボットシステム」の中国特許出願の優先権を主張し、その内容の全部が引用により本出願に組み入れられる。
【０００２】
本出願は医療機器の技術分野に関し、特に手術ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
手術ロボットシステムを用いて低侵襲外科手術を行うと、患者に対する外傷が少なく、手術後の回復が早く、創傷感染が少ないとともに、医師の操作難易度及び手術疲労度を軽減し、また医師の没入感が強くなる。
【０００４】
医師が一つの外科手術を行うことについて説明すれば、まず、外科手術時に、病変組織を正確に切断して縫合するなどの外科手術が要求される。次に、手術中に、医師は組織を除去したり裏返す時には、ツールを用いて組織を伸延することにより組織を滑らかにし、出血が少なく、明らかな火傷がないようにするので、手術後に患者が迅速に回復するようにすることが要求される。最後に、手術すべき組織を切除したり裏返して操作する時には、組織を伸延するためのツールをそれぞれ異なる手術の進行に応じて伸延力を調整することができる。
【０００５】
中国特許文献ＣＮ１０６０２８９９４Ａに係る手術ロボットシステムは４つの操作アームを備えて外科手術を行うものであり、前記システムの第四操作アームは組織の固定位置に対する伸延操作のみ実現することができる。そこで、手術の過程で、病変組織の外科手術を追跡することができないため、切断過程で、組織の切断面が粗くなり、出血が多く、明らかな焼け跡が生じ、それにより患者の組織の治癒時間が長くなり、患者の回復時間及び手術費用が増加されてしまう。
【０００６】
中国特許文献ＣＮ１０７４２７３２７Ａは、仮軌道及び可撓性内視鏡を有する構成可能なロボット外科手術システムに関し、ユーザーがロボットアームにおける一つのロボットアームを動かすと、その他のロボットアームは自動的に動いて仮軌道整列を維持する。これはロボットアームを便利に制御することのみを実現することができるのにすぎず、外科手術において、切断された組織を滑らかにし、出血が少なく、明らかな火傷がないようにすることには役に立たない。
【０００７】
中国特許文献ＣＮ１０８４７２０８７Ａは、可変速度外科用器具のためのシステム及び方法に関し、コンピュータ支援医療デバイスは、アクチュエータの速度設定点を初期速度に設定して、アクチュエータによって印加される力またはトルクをモニタリングするように構成され、印加される力またはトルクが力またはトルク限界より上である場合には、操作のための継続条件を充足するか否かを決め、継続条件を充足する場合には、操作を暫く休止させ、継続条件を充足しない場合には、前記アクチュエータの強制発射が行われるべきか否かを決めるが、これは外科手術において、切断された組織を滑らかにし、出血が少なく、明らかな火傷がないようにすることに役に立たない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本出願は手術ロボットシステムを提供するものであり、前記手術ロボットシステムは実行端を含み、前記実行端は第一外科用器具が取り付けられる第一ツールアーム、第二外科用器具が取り付けられる第二ツールアーム、第一ツールアーム、第一外科用器具、第二ツールアーム、及び第二外科用器具が運動するように駆動する駆動装置、及び前記駆動装置と通信可能に連結された制御ユニットを含み、
前記第一ツールアーム及び第一外科用器具はヒト組織器官を伸延するために用いられ、
前記第二ツールアーム及び第二外科用器具はヒト組織器官に対して外科手術を行うために用いられ、
前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを取得し、且つ前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを既設の作用力値と比較するために用いられ、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び前記第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは既設の作用点が前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力の方向とし、また、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び前記第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにする。
【００１０】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記既設の作用点は前記第二外科用器具が初めてヒト組織器官に作用する位置であるか、または、
前記既設の作用点は前記第二外科用器具が前記制御ユニットで既設の作用点を取得する時にヒト組織器官に作用する位置である。
【００１１】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は第三外科用器具が取り付けられる第三ツールアームをさらに含み、前記第三ツールアーム及び第三外科用器具はヒト組織器官をクランプするために用いられ、前記既設の作用点は前記第三外科用器具がヒト組織器官に作用する位置である。
【００１２】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された力センサーをさらに含み、前記力センサーは前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力を検出するために用いられる。
【００１３】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めると、前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力を取得し、また、前記既設の作用力値と前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを比較するか、または、
前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力を取得し、前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めると、前記制御ユニットは前記既設の作用力値と前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを比較する。
【００１４】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記制御ユニットは前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力を取得し、且つ前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力を力閾値と比較するためにさらに用いられ、前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力が前記力閾値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めたことと判断するか、または、
前記制御ユニットは前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力を取得し、且つ前後２回取得した前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力の差値を前記力閾値と比較するためにさらに用いられ、前後２回取得した前記第二外科用器具が受けるデカルト作用力の差値が前記力閾値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第二外科用器具がヒト組織器官に対して外科手術を始めたことと判断する。
【００１５】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第一位置センサーをさらに含み、前記第一位置センサーは前記第一ツールアーム及び／または第一外科用器具の位置情報を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは前記第一位置センサーによって取得された位置情報によって前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の作用点位置を取得する。
【００１６】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第一位置センサーをさらに含み、前記第一位置センサーは前記第二ツールアーム及び／または第二外科用器具の位置情報を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは前記第一位置センサーによって取得された位置情報によって前記第二外科用器具がヒト組織器官に作用する位置を取得する。
【００１７】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は第三外科用器具が取り付けられる第三ツールアームをさらに含み、前記第三外科用器具及び第三ツールアームはヒト組織器官を伸延するために用いられ、
前記既設の作用点は第一既設の作用点と第二既設の作用点を含み、
前記制御ユニットは、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを前記既設の作用力値と比較して、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは前記第一既設の作用点が前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力の方向とし、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにし、
前記制御ユニットは前記第三外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを前記既設の作用力値と比較して、前記第三外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは前記第二既設の作用点が前記第三外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力の方向とし、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第三ツールアーム及び第三外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第三外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにし、
前記第一既設の作用点は前記第三外科用器具がヒト組織器官に作用する位置であり、前記第二既設の作用点は前記第一外科用器具がヒト組織器官に作用する位置である。
【００１８】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結されたトルクセンサーをさらに含み、前記第一ツールアームは複数の第一ツールアーム関節を含み、前記第一外科用器具は複数の第一外科用器具関節を含み、前記トルクセンサーは各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節に設けられて静的状態で変形により発生する各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受けるトルクを検出し、
前記制御ユニットは前記トルクセンサーから既設の作用力を確認する際に各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受ける初期トルクを取得するためにさらに用いられ、
前記制御ユニットは前記トルクセンサーから各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受ける現在トルクを取得するために用いられ、また、前記初期トルクによって各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のトルク増分を取得し、さらに各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のコマンドトルクを取得し、前記コマンドトルクで駆動装置が前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節を駆動するように制御してヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力の値に達するようにする。
【００１９】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、 前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第二位置センサーをさらに含み、前記第二位置センサーは各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の位置を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のトルク増分、及び各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の制御剛性によって各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の位置増分を取得し、さらに各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節の現在位置によって各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のコマンド位置を取得してコマンド位置におけるヤコビ行列を取得し、
前記制御ユニットは前記コマンド位置におけるヤコビ行列、各前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節のコマンドトルクによって、コマンド位置におけるヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力を取得し、
前記制御ユニットは、コマンド位置におけるヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさと前記既設の作用力値を比較して、コマンド位置における前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさと前記既設の作用力値の大きさの差が許容値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第一ツールアーム関節と第一外科用器具関節のトルク増分を調整して、コマンド位置におけるヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさと既設の作用力値との差が前記許容値より小さくなるようにする。
【００２０】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記実行端は内視鏡が取り付けられた画像アームをさらに含み、前記既設の作用力値は前記画像アームによって伸延されたヒト組織器官の状態を観察することによって決められる。
【００２１】
選択的に、前記手術ロボットシステムにおいて、前記ロボットシステムは制御端をさらに含み、前記制御端はマスタマニピュレータを含み、前記マスタマニピュレータは前記第一ツールアーム及び第一外科用器具の運動を制御し、且つ前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力を受信するために用いられ、前記既設の作用力値は前記医者が前記マスタマニピュレータを通じて受信した前記ヒト組織器官が伸延された時に前記第一外科用器具に対するデカルト作用力によって設定される。
【００２２】
本出願による手術ロボットシステムにおいて、前記第一ツールアーム及び第一外科用器具はヒト組織器官を伸延するために用いられ、前記第二ツールアーム及び第二外科用器具は、ヒト組織器官に対して外科手術を行うために用いられ、前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを取得するために用いられ、また、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを既設の作用力値と比較して、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び前記第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにし、それにより、手術ロボットシステムの自主的伸延機能の効果を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本出願の実施例における手術ロボットシステムの構造を示す図である。
【図２】本出願の一実施例におけるツールアーム及び外科用器具が伸延動作中に力を受ける状態を示す図である。
【図３】本出願の一実施例におけるツールアーム及び外科用器具が伸延動作中に力を受ける状態を示す他の図である。
【図４】本出願のその他の実施例において２つのツールアーム及び外科用器具が伸延動作中に力を受ける状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面及び具体的な実施例を結合して本出願による手術ロボットシステムについてさらに詳しく説明する。以下の説明及び特許請求範囲に基づいて本出願の長所及び特徴はより明確になり得る。図面は、非常に簡易化した形式を採用し、且つ正確ではない比率を使用しており、本出願の実施例を容易且つ明確に説明することを補助するために用いられることに留意すべきである。その他に、図面に示した構造は実際構造の一部分である。特に、各図面で重点と示すものが異なることから、場合によって異なる縮尺で示される。
【００２５】
本出願は手術ロボットシステムを提供する。前記手術ロボットシステムは実行端を含み、前記実行端は、第一外科用器具が取り付けられる第一ツールアームと、第二外科用器具が取り付けられる第二ツールアームと、前記第一ツールアーム、第一外科用器具、第二ツールアーム、及び第二外科用器具を駆動して運動させる駆動装置と、前記駆動装置と通信可能に連結される制御ユニットとを含み、前記第一ツールアーム及び第一外科用器具はヒト組織器官を伸延するために用いられる。前記第二ツールアーム及び第二外科用器具はヒト組織器官に対して外科手術をするために用いられる。前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさを取得するために用いられ、また、前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさと既設の作用力値を比較して、前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力が前記既設の作用力値より小さい場合には、前記制御ユニットは、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び第一外科用器具を駆動するように制御して、前記第一外科用器具がヒト組織器官に対する伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにする。
【実施例１】
【００２６】
図１は、手術ロボットシステムの実施例の構造を示す図である。図１に示す実施例において、前記手術ロボットシステムは実行端及び制御端を含む。前記実行端は、画像カート１０、病床側カート１１、手術カート１２、及びツールカート１３を含むことができ、前記制御端は、医者コンソール２０を含む。前記手術ロボットシステムの主な用途は、前記手術カート１２上の患者に対して低侵襲手術治療を行うことである。
【００２７】
本実施例において、前記病床側カート１１は少なくとも１つの画像アーム１１０を含み、前記画像アーム１１０には３Ｄ腹腔鏡などの内視鏡１１１が取り付けられている。前記内視鏡１１１はヒト組織器官、外科用器具、及び手術環境情報を取得するために用いられる。
【００２８】
本実施例において、前記病床側カート１１は、３つのツールアーム１１２、即ち、第一ツールアーム１１２ａ、第二ツールアーム１１２ｂ及び第三ツールアーム１１２ｃをさらに含む。 各ツールアーム１１２にはそれぞれ外科用器具１１３が取り付けられており、即ち、第一ツールアーム１１２ａには第一外科用器具１１３ａが取り付けられ、第二ツールアーム１１２ｂには第二外科用器具１１３ｂが取り付けられ、第三ツールアーム１１２ｃには第三外科用器具１１３ｃが取り付けられる。内視鏡１１１及び外科用器具１１３は患者の体の傷口を通して患部位置に入る。
【００２９】
次に、図１によれば、本出願の実施例において、前記医者コンソール２０はマスタマニピュレータ（主手とも称する、図示しない）を含む。前記マスタマニピュレータは前記実行端のツールアーム１１２及び外科用器具１１３と主従制御関係を構成する。具体的には、前記ツールアーム１１２及び外科用器具１１３は手術中にマスタマニピュレータの運動によって運動し、即ち、医師の手の操作によって運動する。さらに、前記マスタマニピュレータは前記外科用器具に対するヒト組織器官の作用力の情報を受けて医師の手にフィードバックして、医師がより直感的に外科手術を感じることができるようにする。前記医者コンソール２０は表示装置２１をさらに含む。医者３０は医者コンソール２０の表示装置２１（二次元表示器または三次元表示器であってもよい）を通じて患者の内部状態及び外科用器具１１３の末端の運動状態を観察することができる。
【００３０】
本実施例において、前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａはヒト組織器官を伸延するために用いられ、前記第二ツールアーム１１２ｂ及び第二外科用器具１１３ｂは外科手術（組織の切断、縫合、剥離などを含む）をするために用いられ、前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃは前記ヒト組織器官をクランプするために用いられる。本技術分野における技術者は、前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａ、前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃも外科手術（組織の切断、縫合、剥離などを含む）をするために用いられることができ、前記第二ツールアーム１１２ｂ及び第二外科用器具１１３ｂもヒト組織器官を伸延またはクランプするために用いられることができ、前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃもヒト組織器官を伸延するために用いられることができることを理解すべきである。本出願における他の実施例において、前記病床側カート１１も２つのツールアーム１１２のみ含んでもよく、またはより多くのツールアーム１１２、例えば、４つのツールアーム１１２または５つのツールアーム１１２を含んでいてもよい。
【００３１】
本実施例において、前記第二ツールアーム１１２ｂ及び第二外科用器具１１３ｂはヒト組織器官４０に対して切断操作を行うことができ、前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａはヒト組織器官を伸延するために用いられる。第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａの存在により、図２の点線で示すように、ヒト組織器官４０が表面張力及び内部張力を比較的容易に生成することができるようにする。ヒト組織器官４０の表面張力は、前記第二外科用器具１１３ｂの作用点が手術中に常に「伸展」状態にあることを保証し、ヒト組織器官４０の内部張力は、組織の切断時の「継続的な張力」状態を保証するようにした。しかしながら、切断操作が行われることに伴って、前記ヒト組織器官４０に作用する前記第二外科用器具１１３ｂの作用点が変化し、前記第一外科用器具１１３ａに対する前記ヒト組織器官４０のデカルト作用力も変化する。第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａを調整しない場合には、ヒト組織器官４０に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値より小さくなり、さらに、前記ヒト組織器官４０が緊張状態になれない。
【００３２】
本出願の実施例において、前記制御ユニットは前記第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力を受信し、また、前記既設の作用力値によって前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａを調整する必要があるか否かを判断して、前記第一外科用器具113aのヒト組織器官40に対する伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにすることにより、前記ヒト組織器官４０が常に緊張状態におかれ、また、手術ロボットシステムの自主的な伸延功能を実現する効果を奏することができる。
【００３３】
具体的に、本出願の実施例において、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された力センサー（図示しない）をさらに含み、前記力センサーは、前記ヒト組織器官４０が前記第一外科用器具１１３ａに対するデカルト作用力を検出するために用いられる。本実施例において、前記力センサの設置位置に特に制限されないが、例えば、前記力センサは前記第一外科用器具１１３ａの末端に設けられる。
【００３４】
前記制御ユニットは力センサーから取得したデカルト作用力の大きさと前記既設の作用力値を比較し、前記既設の作用力値が前記デカルト作用力より大きい場合には、前記ヒト組織器官４０が緊張状態でないことを説明し、前記制御ユニットは、前記既設の作用点が前記第一外科用器具１１３ａに対する前記ヒト組織器官４０のデカルト作用力の作用点を指す方向を既設の作用力方向とすることができ、また、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａを駆動するように制御し、それにより、ヒト組織器官４０に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延作用力が前記既設の作用力に達するようにする。即ち、非緊張状態の前記ヒト組織器官４０が再び緊張状態になることにより、自主的伸延機能の効果を実現する。
【００３５】
本実施例で前記制御ユニットは前記駆動装置が前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａを駆動するように制御して、ヒト組織器官４０に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延作用力が前記既設の作用力に達することを実現する具体的な方法は特に制限されない。好ましい実施例において、前記第一ツールアーム１１２ａは、n個の第一ツールアーム関節（図示しない）を含み、前記駆動装置は各第一ツールアーム関節に作用する。前記第一外科用器具１１３ａはｍ個の第一外科用器具関節（図示しない）を含み、前記駆動装置は各第一外科用器具関節にも作用する。前記制御ユニットは以下の公式を通じて前記第一外科用器具１１３ａが受けると予想されるヒト組織器官４０のデカルト作用力ＦＢによって（大きさは既設の作用力の大きさと等しく、方向は既設の作用力の方向と反対である）、各第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節が受けるトルクを取得し、駆動装置が第一ツールアーム関節及び第一外科用器具関節を駆動するために出力すべきトルクを取得する。
2021519660.tif 000003
ここで、ＦＢは、第一外科用器具１１３ａがヒト組織器官４０のデカルト作用力を受けると予想されることを表し、ｎは第一ツールアーム１１２ａにおける第一ツールアーム関節の数を表し、τｉは第一ツールアーム１１２ａにおける第ｉ番目第一ツールアーム関節が受けるトルクを表し、ｍは第一外科用器具１１３ａの第一外科用器具関節の数を表し、τ’ｊは第一外科用器具１１３ａの第ｊ番目第一外科用器具関節が受けるトルクを表し、Ｊは第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａの現在位置の運動学的ヤコビ行列、即ち関節空間角度に対する外科用器具末端のデカルト空間位置関係の偏微分行列を表す。
【００３６】
本出願における他の実施例において、前記第二外科用器具１１３ｂ及び前記第三外科用器具１１３ｃの末端にも前記第二外科用器具１１３ｂ及び前記第三外科用器具１１３ｂがヒト組織器官４０を伸延する時には、前記ヒト組織器官４０が対応する前記外科用器具に対するデカルト作用力を検出するように前記力センサが設けられることができる。
【００３７】
好ましい一実施例において、第二外科用器具１１３ｂがヒト組織器官４０に対して外科手術を始めると、前記制御ユニットは前記第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力を受信するか、または前記制御ユニットは前記第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力を受信して、第二ツールアーム１１２ｂがヒト組織器官４０に対して外科手術を始めると、前記制御ユニットは前記第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力の大きさを前記既設の作用力値と比較する。本実施例で第二外科用器具１１３ｂがヒト組織器官４０に対して外科手術を始めるか否かを判断する方法に特に制限はない。好ましい一実施例において、前記第二外科用器具１１３ｂの末端に制御ユニットと通信可能に連結された力センサーが設けられており、前記制御ユニットは前記力センサーによって前記第二外科用器具１１３ｂが受けるデカルト作用力を取得する。第二外科用器具１１３ｂが受けるデカルト作用力が既設の力閾値を超える場合には、第二外科用器具１１３ｂはヒト組織器官４０に対して外科手術を始めたことと判断する。または、前記制御ユニットは前後２回取得した前記第二外科用器具１１３ｂが受けたデカルト作用力の差値を前記力閾値と比較し、前記第二外科用器具１１３ｂが前後２回受けたデカルト作用力の差値が前記力閾値より大きい場合には、前記制御ユニットは前記第二外科用器具１１３ｂがヒト組織器官に対して外科手術を始めたことと判断する。
【００３８】
図１及び図２によれば、本出願の実施例において、前記既設の作用点は、前記第二外科用器具１１３ｂが初めてヒト組織器官４０に作用する作用点である。ここで、本実施例は、前記第二外科用器具１１３ｂが初めてヒト組織器官４０に作用する作用点の位置、前記第一外科用器具１１３ａに対する前記ヒト組織器官４０のデカルト作用力の作用点の位置の取得方法については特に制限はない。一つの参照実施例において、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された第一位置センサーをさらに含み、前記第一位置センサーは、第一ツールアーム１１２ａ及び／または第一外科用器具１１３ａの位置情報を検出するために用いられる。好ましくは、前記第一位置センサーは光学ターゲットレンズシステムを含み、前記光学ターゲットレンズはツールアーム上に配置され、光学追跡装置を用いて光学ターゲットレンズの位置及びオイラー角度を測定して、基準座標における光学ターゲットレンズの位置状態を取得し、さらに、光学ターゲットレンズ座標系における外科用器具の位置状態によって、基準座標系における外科用器具の位置状態を取得する。詳細については、中国特許出願ＣＮ１０５２３２１５５Ａを参照し、その内容の全部が引用により本出願に組み入れられる。また他の参照実施例において、前記第一位置センサーは角度センサーを含み、前記角度センサーは前記第一ツールアーム１１２ａ、第二ツールアーム１１２ｂ、第一外科用器具１１３ａ、及び第二外科用器具１１３ｂの各関節の位置を検出することができ、順運動学（例えば、ＤＨ法）の計算により、空間における（基準座標下）それぞれ作用点（即ち第一外科用器具末端、第二外科用器具末端）のデカルト位置を取得する。（図２の点線部分は前記ヒト組織器官４０の現在の状態を表し、実線部分は前記ヒト組織器官４０の初期状態を表す。）図３に示すように、前記既設の作用点の位置は前記第二外科用器具１１３ｂが現在ヒト組織器官４０に作用する作用点の位置、即ち、前記第二外科用器具１１３ｂの末端の現在の位置によって決められる。ここで「現在」とは、前記制御ユニットが既設の作用点を取得するタイミングである。この時、既設の作用力の方向は前記第二外科用器具１１３ｂが前記ヒト組織器官４０に対して外科手術を行う現在の位置から前記第一外科用器具１１３ａが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点位置を指す。実行端がヒト組織器官をクランプするための第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃをさらに含む場合には、前記既設の作用点は前記第三外科用器具１１３ｃがヒト組織器官に作用する作用点であり得る。
【００３９】
本実施例において、前記既設の作用力値は前記内視鏡１１１を通じて伸延されたヒト組織器官の状態を観察することによって決められる。手術の操作前または手術中に、手術ロボットシステムが自主的伸延機能を作動しない場合には、医師はツールアーム及び外科用器具を通してヒト組織器官４０を伸延し、また伸延されたヒト組織器官の緊張状態を観察することにより前記既設の作用力値を決める。その他、前記既設の作用力値は、医者が手術の種類、組織器官の種類、及び患者の性別、年齢などの複数の手術要素によって総合的に判断して得られた経験値であり得る。
【００４０】
さらに、前記医者コンソール２０は自主的伸延ロックスイッチをさらに含んで、前記制御ユニットにロボットシステムの自主的伸延機能の開閉を知らせることができる。ここで、前記既設の作用力値を設定する前に、前記医者コンソール２０は、前記自主的伸延ロックスイッチを介して前記制御ユニットにロボットシステムの自主的伸延機能の開閉を知らせることができ、この時、前記制御ユニットは第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力を取得しないか、または第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力を取得するが、第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力と既設の作用力を比較しないか、または第一外科用器具１１３ａが受けるデカルト作用力と既設の作用力を比較するが、駆動装置の出力を制御しない。前記既設の作用力値を設定した後、前記医者コンソール２０は、前記自主的伸延ロックスイッチを通じて前記制御ユニットにロボットシステムの自主的伸延機を開くように知らせてヒト組織器官に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにすることができる。
【００４１】
従って、本実施例において、前記制御ユニットは前記第一外科用器具１１３ａのデカルト作用力を取得して、ヒト組織器官が一定かつ合理的な張力状態になるように保証し、また、病変組織の張力の持続可能性を保証する。第二外科用器具１１３ｂは外科手術をする際に非常に小さな操作動作で組織の外科手術を完成することができ、また、切開が滑らかな状態を呈することができる。同時に、切開に出血が比較的少なく、特に腎臓のような比較的厚い組織に対して外科手術をする時より容易になる。
【実施例２】
【００４２】
続いて、図１及び４によれば、上記の実施例に対して、本実施例において、前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃも前記ヒト組織器官４０を伸延するために用いられ、 前記制御ユニットも前記第三外科用器具１１３ｃに対するヒト組織器官４０のデカルト作用力の大きさと前記既設の作用力値を比較する点で区別される。前記既設の作用力値が前記第三外科用器具１１３ｃに対する前記ヒト組織器官４０のデカルト作用力の大きさより大きい場合には、前記制御ユニットは前記既設の作用点が前記第三外科用器具１１３ｃに対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力の作用点を指す方向を前記既設の作用力の方向とし、前記既設の作用力値によって前記駆動装置が前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃの各関節を駆動するように制御して、ヒト組織器官４０に対する前記第三外科用器具１１３ｃの伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにする。
【００４３】
２つのツールアーム及び外科用器具が前記ヒト組織器官４０の伸延に用いられる場合にはについて、前記第一外科用器具１１３ａ及び前記第三外科用器具１１３ｃの末端に力センサーを設けて、前記第一外科用器具１１３ａ及び前記第三外科用器具１１３ｃに対する前記ヒト組織器官４０のデカルト作用力をそれぞれ検出することにより、前記ヒト組織器官４０に対する前記第一外科用器具１１３ａ及び前記第三外科用器具１１３ｃの伸延力を得ることができる。
【００４４】
次に、前記制御ユニットは、それぞれ前記第一外科用器具１１３ａに対するヒト組織器官４０のデカルト作用力の大きさと前記既設の作用力値を比較し、前記第三外科用器具１１３ａに対するヒト組織器官４０のデカルト作用力の大きさと既設の作用力値を比較して、既設の作用力値が大きい場合には、前記駆動装置が前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａ、前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃを駆動するように制御して、ヒト組織器官４０に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延力の大きさ、及びヒト組織器官４０に対する前記第三外科用器具１１３ｃの伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにすることができる。
【００４５】
本実施例において、前記既設の作用力値は、医者がマスターマニピュレータによって加えられる作用力を感じることによって決められる。即ち、外科手術の前または手術中に、手術システムは伸延されていない状態にあり、医師は外科用器具を通じてヒト組織器官４０を伸延して緊張状態にし、この時、マスターマニピュレータは外科用器具に対するヒト組織器官４０のデカルト作用力を受けて、医者にフィードバックする。医師は受ける力によって前記既設の作用力値を決める。
【００４６】
前記外科用器具がヒト組織器官のデカルト作用力を受ける大きさが前記既設の作用力値より小さい場合には、前記ヒト組織器官４０が非緊張状態にあることを説明し、前記制御ユニットは前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａ、第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃを動かしてヒト組織器官４０に対する第一外科用器具１１３ａ及び第三外科用器具１１３ｃの作用力を調整するようにする。図４に示すように、本実施例において、第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａの場合には、前記既設の作用点の位置は前記第三ツールアーム１１２ｃに取り付けられた第三外科用器具１１３ｃの末端の位置によって決められる。即ち、既設の作用力Ｆ１Ｂの方向は前記第三外科用器具１１３ｃが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点の位置から前記第一外科用器具１１３ａが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点の位置を指す。第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃの場合には、前記既設の作用点の位置は前記第一ツールアーム１１２ａに取り付けられた第一外科用器具１１３ａの末端の位置によって決められる。即ち、既設の作用力Ｆ３Ｂの方向は、前記第一外科用器具１１３ａが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点の位置から前記第三外科用器具１１３ｃが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点の位置を指す。つまり、前記既設の作用点は第一既設の作用点及び第二既設の作用点を含み、前記第一既設の作用点は前記第三外科用器具１１３ｃがヒト組織器官に作用する位置であり、前記第二既設の作用点は前記第一外科用器具１１３ａがヒト組織器官に作用する位置である。図４の点線部分は前記ヒト組織器官４０の現在の状態を表し、実線部分は前記ヒト組織器官４０の初期状態を表す。上述の実施例と同様に、第三外科用器具１１３ｃが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点の位置、前記第一外科用器具１１３ａが前記ヒト組織器官４０を伸延する作用点の位置を取得する方法は制限されず、角度センサーによって検出された前記第一ツールアーム１１２ａ、第一外科用器具１１３ａ、第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃの各関節位置によって、さらに順運動学（例えば、ＤＨ法）の計算により、空間における（基本座標下）それぞれ作用点（第一外科用器具末端、第三外科用器具末端）のデカルト位置を取得する。
【００４７】
第一外科用器具１１３ａ、第三外科用器具１１３ｃに対する既設の作用力方向を取得した後、前記制御ユニットは前記既設の作用力値及び既設の作用力方向によって、上記のヤコビ行列によって駆動装置が各関節を駆動するのに出力すべきトルクを取得し、また前記駆動装置が前記第一ツールアーム関節及び第一外科用器具、第三ツールアーム関節及び第三外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官４０に対する第一外科用器具１１３ａ及び第三外科用器具１１３ｃの伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにする。即ち非緊張状態（非伸延状態）の前記ヒト組織器官４０が再び緊張状態（伸延状態）になるようにして、自主的伸延機能の効果が実現される。
【００４８】
本実施例において、前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａはヒト組織器官を伸延するために用いられ、前記第二ツールアーム１１２ｂ及び第二外科用器具１１３ｂは外科手術（組織切断、 縫合、剥離などを含む）を行うために用いられ、前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃも前記ヒト組織器官４０を伸延するために用いられる。本技術分野における技術者は前記第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａも外科手術（組織切断、縫合、剥離などを含む）を行うために用いられることができ、その他２つのツールアーム及び外科用器具はヒト組織器官の伸延に用いられることを理解すべきである。または 前記第三ツールアーム１１２ｃ及び第三外科用器具１１３ｃも外科手術（組織切断、縫合、剥離などを含む）を行うために用いられることができ、その他２つのツールアーム及び外科用器具はヒト組織器官の伸延に用いられることを理解すべきである。前記病床側カート１１は４つのツールアーム１１２または５つのツールアーム１１２などより多くのツールアーム１１２及び取り付けられた外科用器具１１３を含むことができる。
【実施例３】
【００４９】
実施例１に対して、本実施例において、前記実行端は前記制御ユニットと通信可能に連結された複数のトルクセンサ及び第二位置センサを含むことで区別される。前記第一ツールアーム１１２ａはｎ個の第一ツールアーム関節（図示しない）を含む。前記第一外科用器具はｍ個の第一外科用器具関節を含む（図示しない）。前記トルクセンサーは静的状態で変形によって発生する第一ツールアーム１１２ａの各第一ツールアーム関節、第一外科用器具関節が受けるトルクを検出するために用いられる。前記第二位置センサーは各第一ツールアーム関節、各第一外科用器具関節の位置を検出するために用いられる。
【００５０】
医師が組織が適切な緊張状態にあると判断する場合には、それにより既設の作用力Ｆｉｎｉを決め、また、各関節をロックし（第一ツールアーム関節、第一外科用器具関節はいずれも受けたトルク、位置情報を取得する必要があるため、簡便に説明するために関節と通称する）、第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａは静止を保持する。この時、各関節に取り付けられたトルクセンサーがデカルト作用力が関節に対する変形によるトルクを検出し、前記トルクはつまり初期トルクであり、第ｉ番目関節のトルクセンサーに対応する示度数τｉ＿ｉｎｉを有する。前記制御ユニットは各関節のトルクセンサーを介して各関節の初期トルクを取得する。
【００５１】
第二外科用器具１１３ｂが組織に対して切断操作を行うことにつれて、組織は必ず弛緩状態（非緊張状態）になる。この時、第ｉ番目関節のトルクセンサーで検出された現在トルクはτｉである。前記制御ユニットは、各関節のトルクセンサーを通じて各関節の現在トルクを取得し、それによって得られた第ｉ番目関節のトルク増分は△τｉ＝ｋｉ＊（τｉ＿ｉｎｉ−τｉ）
であり、ここで、０＜ｋｉ≦１である。
【００５２】
さらに、上記のトルク増分△τｉにより、前記制御ユニットは第ｉ番目関節のコマンドトルクτｉ＿ｃｍｄ＝−（△τｉ＋τｉ）を取得することができ、負号は方向が反対であることを表す。同時に、トルクの増分により、前記制御ユニットは第ｉ番目関節の位置増分△θｉ＝△τｉ／ｋｐｉを取得し、ここで、ｋｐｉは各関節の制御剛性を表す。前記制御ユニットは、前記第二位置センサーによって検出して得られた第ｉ番目関節の現在位置θｉによって第ｉ番目関節のコマンド位置θｉ＿ｃｍｄ＝θｉ＋△θｉを取得する。各関節のコマンド位置θｉ＿ｃｍｄによって、前記制御ユニットは運動計算により、第一ツールアーム１１２ａ及び第一外科用器具１１３ａのコマンド位置での運動学的ヤコビ行列ＪｃｍｄＴを取得し、さらに、コマンド位置でヒト組織器官に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延作用力Ｆｃｍｄを取得する。つまり
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さらに、前記制御ユニットは、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具１１３ａの伸延作用力Ｆｃｍｄのモジュラスを既設の作用力Ｆｉｎｉのモジュラスと比較して、両者の差の絶対値が一定の許容値より小さい場合には、前記制御ユニットは、各関節のコマンドトルクτｉ＿ｃｍｄを用いて各関節を調整するように駆動装置に通知する。許容値より大きい場合には、前記制御ユニットは係数ｋ’ｉ＝ｋｉ＋ｊ＊（１−ｋｉ）／ｓｔｅｐを再調整し、ここで、ｊ＝１，．．．，ｓｔｅｐであり、ｓｔｅｐはステップ長であり、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力Ｆｃｍｄのモジュラスと既設の作用力Ｆｉｎｉのモジュラスとの差が前記許容値より小さくなるまでトルク増分△τｉ＝ｋ’ｉ＊（τｉ＿ｉｎｉ−τｉ）を再取得し、さらに新しい伸延力を取得する。
【００５３】
上述したように、本出願の実施例による手術ロボットシステムにおいて、第一ツールアーム及び第一外科用器具はヒト組織器官を伸延するために用いられ、第二ツールアーム及び第二外科用器具はヒト組織器官に対して外科手術をするために用いられ、前記制御ユニットは既設の作用力値を含み、前記制御ユニットは前記第一外科用器具に対するヒト組織器官のデカルト作用力の大きさと前記既設の作用力値を比較して、前記既設の作用力値が前記第一外科用器具に対する前記ヒト組織器官のデカルト作用力より大きい場合には、前記制御ユニットは前記既設の作用力値によって、前記駆動装置が前記第一ツールアーム及び第一外科用器具を駆動するように制御して、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにする。それにより、前記制御ユニットが既設の作用力値によってヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさを調整することにより、ヒト組織器官に対する前記第一外科用器具の伸延作用力の大きさが前記既設の作用力値に達するようにして、手術ロボットシステムの自主的伸延機能の効果を実現する。
【００５４】
以上の説明は本出願の好ましい実施例に対する説明であるだけで、本発明の範囲を制限するのではない。本出願が属する技術分野において通常の知識を有する者は以上の開示内容に基づいて施す如何なる変更、修飾はいずれも特許請求範囲の保護範囲に属するとすべきである。
【符号の説明】
【００５５】
１０-画像カート、１１-病床側カート、１２-手術カート、１３-ツールカート、２０-医者コンソール、２１-立体表示装置、３０-医者、４０-ヒト組織器官、１１０−画像アーム、１１１-内視鏡、１１２-ツールアーム、１１２ａ-第一ツールアーム、１１２ｂ-第二ツールアーム、１１２ｃ-第三ツールアーム、１１３-外科用器具、１１３ａ-第一外科用器具、１１３ｂ-第二外科用器具、１１３ｃ-第三外科用器具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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