(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術器具と、
ロボットと、
ロボットコントローラとを含み、
前記ロボットは、前記ロボットの座標系において解剖学的領域に対して前記手術器具を操縦するように動作的に構成され、
前記ロボットコントローラは、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への開口の物理的な場所に基づき、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の球状回転についての遠隔運動中心を定義するように動作的に構成され、
前記ロボットコントローラは、前記手術器具を前記解剖学的領域内への前記開口に対して球状に回転させるために、前記ロボットに命令して、前記手術器具の前記遠隔運動中心を前記解剖学的領域内への前記開口と整列させるように更に動作的に構成される、
ロボット手術システム。
【請求項２】
前記手術器具は、内視鏡である、請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項３】
前記遠隔運動中心の前記定義は、前記ロボットの前記座標系における前記ロボットのエンドエフェクタの較正された場所から、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記解剖学的領域内への前記開口との前記手術器具の前記遠隔運動中心の前記整列は、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項４】
前記遠隔運動中心の前記定義は、前記ロボットの前記座標系におけるポテンシオメータの較正された場所から、前記ロボットのエンドエフェクタへの並びに前記手術器具への前記ポテンシオメータの取付けによって構築される、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記解剖学的領域内への前記開口との前記手術器具の前記遠隔運動中心の前記整列は、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項５】
前記ポテンシオメータは、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所が、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致するのに先立ち、前記仮想的な支点に隣接して前記手術器具に取り付けられる、弦を含む、請求項４に記載のロボット手術システム。
【請求項６】
前記ポテンシオメータは、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所が、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致するのに続いて、前記仮想的な支点に隣接して前記手術器具に取り付けられる、弦を含む、請求項４に記載のロボット手術システム。
【請求項７】
前記遠隔運動中心の前記定義は、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の遠位先端の較正された場所から前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記解剖学的領域内への開口との前記手術器具の前記遠隔運動中心の前記整列は、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項８】
前記遠隔運動中心の前記定義は、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記遠位先端の前記較正された場所を更に含む、請求項７に記載のロボット手術システム。
【請求項９】
前記解剖学的領域内への開口との前記手術器具の前記遠隔運動中心の前記整列は、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記遠位先端の前記較正された場所から前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所までの前記計算された距離に基づき前記ロボットコントローラによって命令されるような、前記ロボットの前記座標系における前記ロボットによる前記手術器具の操縦を含む、請求項７に記載のロボット手術システム。
【請求項１０】
前記遠隔運動中心の前記定義は、前記ロボットの前記座標系における光ファイバの較正された場所から、前記ロボットのエンドエフェクタへの並びに前記手術器具への前記光ファイバの取付けによって構築される、前記手術器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記解剖学的領域内への開口との前記手術器具の前記遠隔運動中心の前記整列は、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項１１】
前記光ファイバは、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所が、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致するのに先立ち、前記仮想的な支点に隣接して前記手術器具に取り付けられる、請求項１０に記載のロボット手術システム。
【請求項１２】
前記光ファイバは、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所が、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口への前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致するのに続いて、前記仮想的な支点に隣接して前記手術器具に取り付けられる、請求項１０に記載のロボット手術システム。
【請求項１３】
前記遠隔運動中心の前記定義は、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の仮想的な支点の物理的な場所を決定する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の遠位先端の複数の較正された位置までの前記手術器具の前記仮想的な支点の等距離の計算を含み、
前記解剖学的領域内への開口との前記手術器具の前記遠隔運動中心の前記整列は、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記仮想的な支点の物理的な場所を含む、
請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項１４】
前記遠隔運動中心の前記定義は、
前記手術器具の前記遠位先端を前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記遠位先端の前記較正された場所の各々に移動させる、前記ロボットの前記座標系における前記解剖学的領域内への前記開口の前記物理的な場所に対する前記手術器具の手動回転を更に含む、
請求項１３に記載のロボット手術システム。
【請求項１５】
前記遠隔運動中心の前記定義は、
前記仮想的な支点を前記手術器具の前記遠位先端の前記較正された位置からの等距離として決定する、前記ロボットの前記座標系における前記手術器具の前記遠位先端の前記較正された位置の誤差最小化の実行を更に含む、
請求項１３に記載のロボット手術システム。
【請求項１６】
ロボットコントローラが、ロボットの座標系における物体の領域内への開口の物理的な場所に基づき、ロボットの座標系における器具の球状回転についての遠隔運動中心を定義すること、及び
前記ロボットコントローラが、前記領域内への前記開口に対して前記器具を球状に回転させるために、前記器具の前記遠隔運動中心を前記領域内への前記開口と整列させることを含む、
ロボット方法。
【請求項１７】
前記遠隔運動中心を定義することは、前記ロボットの前記座標系におけるポテンシオメータの較正された場所から、前記ロボットのエンドエフェクタへの並びに前記器具への前記ポテンシオメータの取付けによって構築される、前記ロボットの前記座標系における前記器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記器具の前記遠隔運動中心を前記領域内への開口と整列させることは、前記ロボットの前記座標系における前記領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１６に記載のロボット方法。
【請求項１８】
前記遠隔運動中心を定義することは、前記ロボットの前記座標系における前記器具の遠位先端の較正された場所から前記ロボットの前記座標系における前記器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記器具の前記遠隔運動中心を前記領域内への開口と整列させることは、前記ロボットの前記座標系における前記領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１６に記載のロボット方法。
【請求項１９】
前記遠隔運動中心を定義することは、前記ロボットの前記座標系における光ファイバの較正された場所から、前記ロボットのエンドエフェクタへの並びに前記器具への前記光ファイバの取付けによって構築される、前記ロボットの前記座標系における前記器具の仮想的な支点の物理的な場所までの距離の計算を含み、
前記器具の前記遠隔運動中心を前記領域内への開口と整列させることは、前記ロボットの前記座標系における前記領域内への前記開口の前記場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記器具の前記仮想的な支点の前記物理的な場所を含む、
請求項１６に記載のロボット方法。
【請求項２０】
前記遠隔運動中心を定義することは、前記ロボットの前記座標系における前記器具の仮想的な支点の物理的な場所を決定する、前記ロボットの前記座標系における前記器具の遠位先端の複数の較正された位置までの前記器具の仮想的な支点の等距離の計算を含み、
前記器具の前記遠隔運動中心を前記領域内への開口と整列させることは、前記ロボットの前記座標系における前記領域内への前記開口の前記物理的な場所と少なくとも部分的に一致する、前記ロボットの前記座標系における前記器具の前記仮想的な支点の物理的な場所を含む、
請求項１６に記載のロボット方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、最小侵襲的手術中の解剖学的開口に対する支点についての手術器具の球状回転のロボット制御に関する。本発明は、具体的には、最小侵襲的手術中の解剖学的開口での手術器具のための遠隔運動中心のロボットコントローラによる定義に関する。
【背景技術】
【０００２】
小さな開口を通じて患者の体内に挿入される１つ又はそれよりも多くの細長い手術器具を用いて最小侵襲的手術が行われる。特に重要な事として、最小侵襲的手術のための主要な視覚化方法は、小さな開口の１つを通じて患者の体内に挿入される内視鏡である。
【０００３】
ロボット案内最小侵襲的手術では、手術器具が小さな開口を通じて挿入されると、手術器具のうちの１つ又はそれよりも多くの器具がロボット装置によって保持され且つ制御される。より具体的には、患者の体の上に配置される小さな開口は、患者の内側にアクセスするために手術器具が通過し得る唯一の切開地点である。よって、手術器具はこれらの支点の周りで回転し得るが、手術器具は開口に対して並進力を加え得ない。何故ならば、これは患者に損傷及び危害をもたらすからである。これはロボット案内手術にとって特に重要である。何故ならば、ロボットは開口に対して大きな並進力を加える可能性を有するからである。
【０００４】
一部のロボットは、手術器具の機械的支点で遠隔運動中心（ＲＣＭ）として既知のものを実施し、それにより、ロボットは小さな開口で回転力を実施し、小さな開口での全ての並進力は排除される。当該技術分野において既知であるように、ロボットの座標系内の特定の場所で手術器具のための一定のＲＣＭを有するロボットの機械的設計を実施することによって、手術器具のためのＲＣＭを達成し得る。例えば、図１は内視鏡２０を保持するエンドエフェクタ３１を有するロボット３０を例示している。ロボット３０の、特にエンドエフェクタの、機械的設計は、内視鏡２０のために一定なＲＣＭ３２をもたらす。最小侵襲的手術中、ＭＣＭ３２は、図１に示されるようなロボット３０の座標枠３３内で、患者の解剖学的領域１０の小さい開口と整列させられる。この整列は、小さな開口に対して加えられる如何なる並進力も伴わずに、ＲＣＭ３２についての内視鏡２０の球状回転を促進する。
【０００５】
機械的設計において固有の遠隔運動中心を有さないロボット装置のために、ロボットコントローラがロボット装置の座標枠内の空間内に配置される仮想的な遠隔運動中心を定める能力を有さなければならず、解剖学的開口と一致する方法においてＲＣＭを位置付けながら空間内のその地点での如何なる並進力の行使をも回避するために、ロボット４０の所要の運動を計算する能力を有さなければならない。例えば、図２に示されるように、ロボット４０は内視鏡２０を保持するエンドエフェクタ４１を有する。ロボット４０は機械的ＲＣＭを有さない。従って、内視鏡２０のための仮想的なＲＣＭ２１が内視鏡２０のために定められなければならず、内視鏡２０はロボット４０によって操縦され、それによって、仮想的なＲＣＭ２１が解剖学的領域１０内への開口と一致する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この目的を達成するために、本発明は、容易且つ非破壊的な方法においてロボットの座標枠内に仮想的なＲＣＭを定めるための並びに仮想的なＲＣＭを解剖学的開口と整列させるためのロボット手術システム、ロボットコントローラ、及びロボット手術方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの形態は、ロボット手術システムが、手術器具と、ロボットの座標系内の解剖学的領域に対して手術器具を操縦するためのロボットと、解剖学的領域内への開口のロボットの座標系内の物理的な場所に基づき、ロボットの座標系内の手術器具の球状回転のための遠隔運動中心を定義するためのロボットコントローラとを利用する。遠隔回転中心の定義は、解剖学的領域内への開口に対して手術器具を球状に回転させるために、ロボットに命令して手術器具の遠隔運動中心を解剖学的領域への開口と整列させるよう、ロボットコントローラによって用いられる。
【０００８】
ロボット手術システムの様々の実施態様において、ロボットコントローラは、ロボットエンドエフェクタに取り付けられる弦ポテンシオメータを用いることによって、エンドエフェクタ先端を開口場所に位置付けることによって、ロボットエンドエフェクタに取り付けられる形状感知光ファイバを用いることによって、或いは遠隔運動中心の算数的な抽出及びロボットのコンプライアンス制御を用いることによって、遠隔運動中心を定め得る。
【０００９】
本発明の第２の形態は、解剖学的領域内への開口のロボットの座標系内の物理的な場所に基づくロボットの座標系内の手術器具の球状回転のための遠隔運動中心の定義を包含する、ロボット手術方法を含む。方法は、解剖学的領域内への開口に対して手術器具を球状に回転させるための解剖学的領域内への開口との手術器具の遠隔運動中心の整列を更に包含する。
【００１０】
本発明の前記形態及び他の形態並びに本発明の様々の機能及び利点は、添付の図面と共に判読されるならば、本発明の様々の実施態様の以下の詳細な記載から更に明らかになるであろう。詳細な記載及び図面は限定的であるというよりもむしろ本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲は付属の請求項及びそれらの均等物によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術において既知の機械的な遠隔運動中心の例示的な実施態様を示す図である。
【図２】本発明に従った仮想的な遠隔運動中心の例示的な実施態様を示す図である。
【図３】本発明に従ったロボット手術システムの例示的な実施態様を示す図である。
【図４】本発明に従ったロボット手術方法の例示的な実施態様を示すフローチャートである。
【図５】本発明に従ったロボット手術方法の例示的な実施態様を示すフローチャートである。
【図６】本発明に従ったロボット手術方法の例示的な実施態様を示すフローチャートである。
【図７】本発明に従ったロボット手術方法の例示的な実施態様を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図３に示されるように、本発明のロボット手術システムは、ロボット４０と、内視鏡２０の形態における手術器具と、最小侵襲的心臓手術（例えば、冠動脈バイパス術又は僧帽弁置換術）、最小侵襲的腹部手術（腹腔鏡検査法）（例えば、前立腺切除術又は胆嚢摘出術）、及び自然開口部越経管腔的内視鏡手術を非限定的に含む、あらゆる種類の医療処置のための、ロボットコントローラ４３とを利用する。
【００１３】
ロボット４０は、ここでは、特定の医療処置のためにエンドエフェクタ４１を所望に操縦するための１つ又はそれよりも多くの継手の電動制御を備えて構造的に構成される、あらゆるロボット装置として広義に定められる。実際には、ロボット４０は、エンドエフェクタ並進、エンドエフェクタ軸回転、及び継手の３つの回転自由度を含む、最低５つの自由度を有し得る。
【００１４】
内視鏡２０は、ここでは、解剖学的領域１０内を撮像するための視野を有する任意の装置として広義に定められる。本発明の目的のための内視鏡２０の実施例は、可撓な又は剛的な、あらゆる種類の顕微鏡（例えば、内視鏡、関節鏡、気管支鏡、総胆管鏡、結腸鏡、膀胱鏡、十二指腸鏡、胃鏡、子宮鏡、腹腔鏡、咽頭鏡、神経鏡、耳鏡、プッシュ腸鏡、鼻咽頭鏡、Ｓ状結腸鏡、空洞鏡、胸鏡等）、及び画像システム（例えば、撮像を伴う入れ子式カニューレ）を備える顕微鏡に類似するあらゆる装置を含むが、これらに限定されない。撮像は局所的であり、光ファイバ、レンズ、小型（例えば、ＣＣＤに基づく）撮像システムを用いて、表面画像を光学的に取得し得る。
【００１５】
実際には、内視鏡２０はロボット４０のエンドエフェクタ４１に取り付けられる。ロボット４０のエンドエフェクタ４１の姿勢は、ロボット４０の座標系４２内のエンドエフェクタ４１の位置及び向きである。内視鏡２０が解剖学的領域１０内に挿入された状態で、解剖学的領域１０内の内視鏡の視野の所与の姿勢は、ロボット座標系４２内のエンドエフェクタ４１の別個の姿勢に対応する。結果的に、解剖学的領域１０内で内視鏡２０によって生成される各個別の内視鏡画像を解剖学的領域１０内の内視鏡２０の対応する姿勢にリンクさせ得る。
【００１６】
ロボットコントローラ４３は、ここでは、解剖学的領域１０の開口１２を通じて内視鏡２０を操縦するために並びに開口１２と部分的に又は完全に一致する方法における仮想的な支点２１の位置決め後に仮想的な支点２１について内視鏡２０を球状に回転させるために、ロボット４０のエンドエフェクタ４１の姿勢を所望に制御するためにロボット４０に命令（図示せず）を提供するように構造的に構成される、あらゆるコントローラとして広義に定められる。本発明の目的のために、仮想的な支点２１についての内視鏡２０の球状回転は、開口１２に対する内視鏡２０の如何なる有意な揺れも伴わない、ロボット座標系４２の固定的な場所における仮想的な支点２１についての内視鏡２０のあらゆる回転運動として広義に定められる。
【００１７】
動作中、ロボットコントローラ４３は、本発明の様々のロボット手術方法を実行して、解剖学的開口１２のロボット座標系４２内の物理的な場所に基づきロボット座標系４２内で球状に回転する内視鏡２０のための仮想的な遠隔運動中心を定め、解剖学的開口１２に対して球状に回転する内視鏡２０のために内視鏡２０の遠隔運動中心を解剖学的開口１２と整列させる。次に、ロボットコントローラ４３の動作の理解を促進させるために、図４−７によって示されるフローチャートによって提示される様々の方法の記載をここに記載する。
【００１８】
図４に示されるフローチャート５０は、内視鏡２０のためのＲＣＭを定めるポテンシオメータの使用に向けられた本発明のロボット手術方法の代表である。図４を参照すると、フローチャート５０の段階Ｓ５１は、内視鏡４０のエンドエフェクタ４１に取り付けられる弦ポテンシオメータ(string  potentiometer)の較正を包含する。ポテンシオメータ６０は、スプール６１と、回転センサ６２と、捻りバネ６３と、可撓ケーブル６４と、距離Ｄに亘る可撓ケーブル６４の伸張に比例する電圧を提供するための従来技術において既知のカプラ６５とを利用する。エンドエフェクタ４１へ取り付けられた後、ポテンシオメータ６０は従来技術において既知であるようにロボット座標系４２内に正しく合わされ、それにより、内視鏡２０がロボット座標系４２内でロボット２０を介して操縦されるときに、ロボット座標系４２内に較正された場所を有する。
【００１９】
フローチャート５０の段階Ｓ５２が、内視鏡２０の仮想的な支点２１の決定を容易化するために可撓ケーブル６４が伸張させられる距離Ｄを計算するロボットコントローラ４３を包含する。段階Ｓ５２の１つの実施態様において、ケーブル６４は引っ張られ、カプラ６５を介して内視鏡２０に沿う仮想的な支点２１の所望の場所に取り付けられ、それにより、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の正確な物理的な場所を定めるために、ロボット４０の目下の継手位置と共に距離Ｄが、ロボットコントローラ４３によってロボット運動学と共に用いられる。然る後、ロボットコントローラ４３は、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の物理的な場所がロボット座標系４２内の解剖学的開口１２（図３）の物理的な場所と部分的に又は完全に一致するよう、ロボット４０に命令して内視鏡２０を操縦させる。
【００２０】
段階Ｓ５２の代替的な実施態様において、ロボットコントローラ４３は、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の所望の場所が解剖学的開口１２と部分的に又は完全に一致するよう、ロボット４０に命令して内視鏡２０を操縦させる。然る後、ケーブル６４は引っ張られ、カプラ６５を介して内視鏡２０に沿う仮想的な支点２１の所望の場所に取り付けられ、それにより、距離Ｄが、ロボット４０の目下の継手位置と共に、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の正確な物理的な場所を定めるために、ロボットコントローラ４３によってロボット運動学と共に用いられる。
【００２１】
図５に示されるようなフローチャート７０が、解剖学的開口１２の物理的な場所での内視鏡２０の位置決め遠位先端２２（図３）の使用に向けられた、本発明のロボット手術方法の代表である。図５を参照すると、フローチャート７０の段階Ｓ７１が、従来技術において既知であるように解剖学的開口１２に内視鏡２０の遠位先端２２を操縦するようロボット４０に命令するロボットコントローラ４３を包含し、それにより、ロボット座標系４２内の解剖学的開口１２の正確な物理的な場所を定めるために、ロボット４０の目下の継手位置が、ロボットコントローラ４３によってロボット運動学と共に用いられる。
【００２２】
フローチャート７０の段階Ｓ７２は、解剖学的開口１２から内視鏡２０上の所望の仮想的な支点までの距離を計算するロボットコントローラ４３を包含する。実際には、距離Ｄは、所望の仮想的な支点が解剖学的開口１２の物理的な場所と一致するようなゼロから、内視鏡２０の遠位先端とロボット４０のエンドエフェクタとの間の最大距離まで及ぶ。解剖学的開口１２から内視鏡２０上の所望の仮想的な支点までの距離Ｄに基づき、ロボット４０の目下の継手位置は、解剖学的開口１２での内視鏡２０の遠位先端と共に、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の正確な物理的な場所を定めるために、ロボットコントローラ４３によってロボット運動学と共に用いられる。よって、ロボットコントローラ４３は、仮想的な支点が解剖学的開口１２と部分的に又は完全に一致するよう、解剖学的開口１２に対する内視鏡２０に、ロボット４０に命令する。
【００２３】
図６のフローチャート８０は、内視鏡２０のためのＲＣＭを定める形状感知光ファイバの使用に向けられた、本発明のロボット手術方法の代表である。図６を参照すると、フローチャート８０の段階Ｓ８１が、ロボット４０のエンドエフェクタ４１に取り付けられた形状感知光ファイバ９０の較正を包含する。形状感知光ファイバ９０は、ロボット座標系４２内の光ファイバ９０の形状を示す光信号を提供するために、従来技術において既知であるようにファイバコア９１内でファイバブラッググレーティング９２(Fiber  Bragg  Grating)又は他の光学的な形状感知能力を利用する。近位端をエンドエフェクタ４１に取り付けさせた後、形状感知光ファイバ９０が、従来技術において既知であるようにロボット座標系４２内で正しく合わせられ、それにより、内視鏡２０がロボット座標系４２内でロボット４０を介して操縦されるときに、ロボット座標系４２内に較正された場所を有する。
【００２４】
フローチャート８０の段階Ｓ８２は、内視鏡２０の仮想的な支点２１の決定を容易化するために、光ファイバ９０の被取付け近位端と光ファイバ９０の遠位端との間の距離を計算するロボットコントローラ４３を包含する。段階Ｓ８２の１つの実施態様において、光ファイバ９０の遠位端は内視鏡２０に沿う仮想的な支点２１の所望の場所に結合され、それにより、従来技術において既知であるような光ファイバ９０の被感知形状が距離Ｄを提供し、距離Ｄは、ロボット４０の目下の継手位置と共に、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の正確な物理的な場所を定めるために、ロボットコントローラ４３によってロボット運動学と共に用いられる。然る後、ロボットコントローラ４３は、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の物理的な場所がロボット座標系４２内の解剖学的開口１２（図３）の物理的な場所と部分的に又は完全に一致するよう、ロボット４０に命令して内視鏡２０を操縦させる。
【００２５】
段階Ｓ８２の代替的な実施態様において、ロボットコントローラ４３は、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の所望の場所が解剖学的開口１２（図５）と部分的に又は完全に一致するよう、ロボット４０に命じて内視鏡２０を操縦させる。然る後、光ファイバ９０の遠位端は、内視鏡２０に沿う仮想的な支点２１の所望の場所に結合され、それにより、距離Ｄ（図４）は、ロボット４０の目下の継手位置と共に、ロボット座標系４２内の仮想的な支点２１の正確な物理的な場所を定めるために、ロボットコントローラ４３によってロボット運動学と共に用いられる。
【００２６】
図７に示されるフローチャート１００は、遠隔運動中心の機械的抽出及びロボットのコンプライアンス制御を利用するために、内視鏡２０の遠位先端２２を解剖学的領域１０内の所望の深さに位置決めることに向けられた、本発明のロボット手術方法の代表である。具体的には、ロボット４０上に配置される力センサ及びトルクセンサ（図示せず）が、努力を殆ど要せずに或いは全く要せずに、ロボット４０が手動で移動させられることを可能にする。コンプライアンス制御は、使用者がロボット４０に対して加える力を感知する力センサ及びトルクセンサを用いることによって、並びにそれらの力及びトルクを継手での加速度に変換し、それにより、ロボット４０を移動させるよう、ロボット４０の動的モデルを用いることによって作用する。
【００２７】
図７を参照すると、フローチャート１００の段階Ｓ１０１は、ロボット４０に命じて、解剖学的開口１１を通じて従来技術において既知であるような所望の深さまで内視鏡２０の遠位先端２２を操縦させる、ロボットコントローラ４３を包含する。その深さに達するや否や、使用者は、内視鏡２０を図７において例示的に示されるような解剖学的開口の周りで旋回させる方法において、ロボットをゆっくり移動させる。内視鏡２０の遠位先端２２の継手運動及び被較正位置２２ａ−２２ｃを取得し且つこの運動中に前方運動学を用いることによって、ロボットコントローラ４３は、フローチャート１００の段階Ｓ１０２の間に仮想的な支点２１を算数的に計算する。段階Ｓ１０２の１つの実施態様において、ロボット運動学によって与えられるような時間ｔ０〜ｔ３の内視鏡２０の遠位先端２２の較正された場所２２ａ−２２ｃが記憶させられ、それらの較正された位置が、全ての較正された地点２２ａ−２２ｃから等距離にある位置２１を見出す誤差最小化問題を解決するために用いられる。
【００２８】
実際には、本発明のロボット手術方法を実施において、図４及び６に示される実施態様の代替として、光ファイバ及びポテンシオメータの実施態様を利用し得る。
【００２９】
再び、実際には、本発明のロボット手術方法、具体的には、図４−７に示される方法を実行するために、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの如何なる組み合わせによっても、ロボットコントローラ４３を実施し得る。
【００３０】
また、実際には、所望の仮想的な支点のあらゆる選択は、例えば、手術タスクを遂行する目的のための解剖学的領域内への手術器具の所要深さ及び患者の解剖学的構造に対する手術器具の構造的な構成のような、多くの要因に依存する。
【００３１】
ここにおける図１−７の記載から、当業者は、機械的ＲＣＭを具備して或いは具備せずに設計されるロボットのエンドエフェクタに取り付けられる手術器具（例えば、内視鏡）のための仮想的なＭＲＣを定め得るロボットコントローラを非限定的に含む、本発明の数多くの利点を理解するであろう。
【００３２】
例示的な特徴、機能、及び実施を参照して本発明を記載したが、開示のシステム及び方法は、そのような例示的な特徴、機能、及び／又は実施に限定されない。むしろ、ここに提供される記載から当業者に明らかであるように、開示のシステム及び方法は、本発明の精神又は範囲から逸脱せずに、変形、変更、及び強化が可能である。従って、本発明は、その範囲内のそのような変形、変更、及び強化を明示的に包含する。
【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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