(57)【要約】  特定の態様は、医療器具をドッキングするためのシステム及び技術に関する。例えば、医療システムは、ロボット医療器具上の対応する駆動入力を回転させこれに係合する駆動出力と、駆動出力を回転させるように構成されたモータと、駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を含むことができる。ロボット医療器具は、駆動入力によって作動される予め張力をかけられたプルワイヤを含むことができる。システムは、駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、駆動出力を駆動入力と整合させるために、駆動出力に関連付けられたトルクセンサからのトルク信号に応答して駆動出力を回転させることができる。
2022502171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット医療用システムであって、
器具駆動機構であって、
ロボット医療器具のハンドル上の対応する駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力によって作動された予め張力をかけられたプルワイヤを備える、駆動出力と、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力を回転させるように構成されたモータと、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を備える、器具駆動機構と、
少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力に関連付けられた前記トルクセンサからのトルク信号に応答して前記駆動出力を回転させる、コンピュータ実行可能命令を記憶している、少なくとも１つのコンピュータ可読メモリと、を含む、システム。
【請求項２】
前記命令が、前記駆動出力を前記対応する駆動出力と整合させるために、前記プロセッサに前記駆動出力を回転させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記命令が、前記プロセッサに、前記トルク信号が閾値を超えることに応答して前記モータを起動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記命令が、前記プロセッサに、前記閾値を下回る前記トルク信号に応答して前記モータを停止させる、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記トルク信号が、前記駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、前記命令が、前記プロセッサに、前記モータを起動させて、付与された前記トルクの前記方向と同じ方向に前記モータを回転させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記モータの回転速度が、前記トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記モータの回転速度が一定である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記駆動出力がギヤであり、前記駆動入力がソケットである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記駆動出力がソケットであり、前記駆動入力がギヤである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記命令が、前記システムが負荷器具状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力を回転させるために、前記プロセッサに、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記トルクセンサは、ひずみゲージを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ひずみゲージが、前記器具駆動機構のハウジングと前記モータとの間に位置付けられている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トルクセンサは、双方向である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
コンピュータ可読媒体であって、
少なくとも１つのプロセッサに、
器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサからトルク信号を受信させ、
前記トルクセンサからの前記トルク信号が閾値を超えたことに応答して、前記駆動出力を回転させるために、前記駆動出力に関連付けられたモータを起動させ、
前記トルクセンサからの前記トルク信号が前記閾値を下回ったことに応じて、前記モータに前記駆動出力を回転させることを停止させるように、前記モータを停止させるように構成される命令を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
前記命令は、少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力を回転させて、前記駆動出力を駆動入力又はロボット医療器具と整合させるように構成され、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力に関連付けられた少なくとも１つの予め張力をかけられたプルワイヤを含む、請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
前記トルク信号が、前記駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、前記命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに前記モータを起動させて、付与された前記トルクの前記方向と同じ方向に前記モータを回転させる、請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記命令が、前記モータに、前記トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する回転速度で前記駆動出力を回転させるように構成されている、請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記命令が、前記モータに、一定の回転速度で前記駆動出力を回転させるように構成されている、請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記命令が、前記システムが負荷器具状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力を回転させるために、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させる、請求項１４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
ロボット医療器具の駆動入力と器具駆動機構の駆動出力を整合させるための方法であって、
前記器具駆動機構の前記駆動出力に関連付けられたトルクセンサからトルク信号を受信することであって、前記トルク信号が、前記駆動出力に付与されたトルクを示す、トルク信号を受信することと、
前記トルク信号を閾値と比較することと、
前記駆動出力に関連付けられた前記器具駆動機構のモータを起動させて、前記閾値を超える前記トルク信号に応答して前記駆動出力を回転させることと、
前記トルクセンサからの前記トルク信号が前記閾値を下回ったことに応答して、前記モータに前記駆動出力を回転させることを停止させるように、前記モータを停止させることと、を含む、方法。
【請求項２１】
前記駆動出力が回転されて、前記駆動出力を前記ロボット医療器具の前記駆動入力と整合させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ロボット医療器具が、前記駆動入力に関連付けられた少なくとも１つの予め張力をかけられたプルワイヤを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記トルク信号が、前記駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、前記方法が、前記モータを起動させて、付与された前記トルクの前記方向と同じ方向に前記モータを回転させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記モータの回転速度が、前記トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記モータの回転速度が一定である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記駆動出力がギヤであり、前記駆動入力がソケットである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記駆動出力がソケットであり、前記駆動入力がギヤである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記起動工程及び前記停止工程が、負荷器具状態にあるときに生じる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
ロボット医療用システムであって、
器具駆動機構であって、
ロボット医療器具のハンドル上の駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力に関連付けられたプルワイヤを備える、駆動出力と、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力を回転させるように構成されたモータと、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を備える、器具駆動機構と、
少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、前記メモリは、前記少なくとも１つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力に関連付けられた前記トルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、前記駆動出力を第１の方向に回転させ、
前記トルクセンサによって測定された前記トルク信号が前記閾値を超える第２の回転位置まで、前記モータに前記駆動出力を第２の方向に回転させ、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間の回転距離を決定させる、少なくとも１つのコンピュータ可読メモリと、を含む、システム。
【請求項３０】
前記回転距離が、前記駆動出力と前記駆動入力との間の間隙を示す、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記閾値を超える前記トルク信号が、前記駆動入力に接触する前記駆動出力を示す、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力を回転させて前記医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、前記回転が、決定された前記回転距離の少なくとも一部に基づく、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記駆動出力がギヤであり、前記駆動入力がソケットである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
前記駆動出力がソケットであり、前記駆動入力がギヤである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３５】
前記命令は、前記プロセッサに、前記システムがホーミング状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力を前記駆動入力と整合させるために、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させ、前記駆動出力を回転させる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３６】
前記システムが、前記医療器具が前記器具駆動機構にドッキングされた後、前記ホーミング状態に入る、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記トルクセンサは、ひずみゲージを含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
前記ひずみゲージが、前記器具駆動機構のハウジングと前記モータとの間に位置付けられている、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記トルクセンサは、双方向である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４０】
コンピュータ可読媒体であって、
少なくとも１つのプロセッサに、
器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、前記駆動出力を第１の方向に回転させるために、前記駆動出力に関連付けられたモータを起動させ、
前記トルクセンサによって測定された前記トルク信号が前記閾値を超える第２の回転位置まで、前記モータに前記駆動出力を第２の方向に回転させ、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間の回転距離を決定させるように構成される命令を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項４１】
前記回転距離が、前記駆動出力と前記器具駆動機構にドッキングされたロボット医療器具の駆動入力との間の間隙を示す、請求項４０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４２】
前記閾値を超える前記トルク信号が、前記駆動入力に接触する前記駆動出力を示す、請求項４０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４３】
前記命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力を回転させて前記医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、前記回転が、決定された前記回転距離の少なくとも一部に基づく、請求項４０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４４】
前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記システムがホーミング状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力を前記駆動入力と整合させるために前記駆動出力を回転させる、請求項４０に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４５】
前記医療器具が前記器具駆動機構にドッキングされた後、前記システムが前記ホーミング状態に入る、請求項４４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４６】
方法であって、
器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、前記駆動出力を第１の方向に回転させるために、前記駆動出力に関連付けられたモータを起動させることと、
前記トルクセンサによって測定された前記トルク信号が前記閾値を超える第２の回転位置まで、前記モータに前記駆動出力を第２の方向に回転させることと、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間の回転距離を決定することと、を含む、方法。
【請求項４７】
前記回転距離が、前記駆動出力と前記器具駆動機構にドッキングされたロボット医療器具の駆動入力との間の間隙を示す、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記閾値を超える前記トルク信号が、前記駆動入力に接触する前記駆動出力を示す、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記駆動出力を回転させて前記医療器具の細長いシャフトを関節運動させることを更に含み、前記回転が、決定された前記回転距離の少なくとも一部に基づく、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
ロボット医療用システムであって、
器具駆動機構であって、
ロボット医療器具のハンドル上の対応する駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力によって作動された予め張力をかけられたプルワイヤを備える、駆動出力と、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力を回転させるように構成されたモータと、
前記ロボット医療器具の前記ハンドルが前記器具駆動機構からの閾値負荷距離内にあるときを検出するように構成されたセンサと、を備える、器具駆動機構と、
少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、前記メモリは、前記少なくとも１つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボット医療器具が、前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあると判定させ、
前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力を振動させて、前記駆動出力及び前記対応する駆動入力の整合を促進させる、コンピュータ可読メモリと、を含む、システム。
【請求項５１】
前記命令が、前記モータを、前記ロボット医療器具が前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあるアドミッタンスモードに置くように前記プロセッサを更に構成する、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記センサは、近接センサである、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記センサは、磁気センサである、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５４】
前記センサは、ＲＦＩＤ読み取り機である、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５５】
前記駆動出力の振動が、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記駆動出力の振動が、３０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５７】
前記命令は、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボット医療器具が、前記器具駆動機構にドッキングされたと判定し、
前記ロボット医療器具がドッキングされたときに、前記駆動出力の振動を引き起こさせることを停止するように、前記プロセッサを更に構成する、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５８】
前記閾値負荷距離が、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍである、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５９】
前記閾値負荷距離が、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である、請求項５０に記載のシステム。
【請求項６０】
方法であって、
器具駆動機構上のセンサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、前記器具駆動機構の閾値負荷距離内にあると判定することと、
前記器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、前記ロボット医療器具が前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあるときに、前記駆動出力及び前記対応する駆動入力の整合を容易にするよう前記駆動出力を振動させることと、を含む、方法。
【請求項６１】
前記モータを、前記ロボット医療器具が前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあるアドミッタンスモードに置くことを更に含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記センサは、近接センサである、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記センサは、磁気センサである、請求項６０に記載の方法。
【請求項６４】
前記センサが、ＲＦＩＤ読み取り機である、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
前記駆動出力の振動が、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
前記駆動出力の振動が、６０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
前記センサの出力に基づいて、前記ロボット医療器具が、前記器具駆動機構にドッキングしていると判定することと、
前記ロボット医療器具がドッキングされたときに前記駆動出力の振動を停止することと、を更に含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６８】
前記閾値負荷距離が、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍである、請求項６０に記載の方法。
【請求項６９】
前記閾値負荷距離が、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である、請求項６０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先出願）
本出願は、２０１８年９月２８日出願の米国特許仮出願第６２／７３８，４８３号の優先権を主張し、参照によりその開示の全体が本書に組み込まれる。
【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、医療器具をドッキングすることを目的とし、より具体的には、予め張力をかけられたプルワイヤを含むことができるロボット医療器具を対応する器具駆動機構にドッキングするためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボット制御可能な医療システムは、内視鏡法、腹腔鏡法、及びその他を含む、多種多様な医療処置において使用することができる。これらの処置のいくつかでは、ロボット制御式医療器具をロボットアームなどの器具位置付け装置にドッキングさせることができる。一旦ドッキングされると、器具位置付け装置は、医療器具を操作して処置を行うことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示のシステム、方法及び装置はそれぞれ、いくつかの革新的な態様を有し、そのうちの１つも、本明細書に開示される望ましい属性を単独で司るものではない。
【０００５】
第１の態様では、ロボット医療システムは、ロボット医療器具のハンドル上の対応する駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、ロボット医療器具が、駆動入力によって作動される予め張力をかけられたプルワイヤを含む、駆動出力と、駆動出力と関連付けられ、駆動出力を回転させるように構成されたモータと、駆動出力に関連付けられ、駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を含む、器具駆動機構と、少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、少なくとも１つのプロセッサに、駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、駆動出力に関連付けられたトルクセンサからのトルク信号に応答して駆動出力を回転させる、そこに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有する、コンピュータ可読メモリと、を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、ロボット医療システムは、次の機能の１つ以上を任意の組み合わせで含めることができ、（ａ）命令が駆動出力を回転させて、駆動出力を対応する駆動出力と整合させ、（ｂ）命令が、トルク信号が閾値を超えたことに応答して、プロセッサにモータを起動させ、（ｃ）命令が、閾値を下回るトルク信号に応答して、プロセッサにモータを停止させ、（ｄ）トルク信号が、駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、命令が、プロセッサに、モータを起動させて、付与されたトルクの方向と同じ方向にモータを回転させ、（ｅ）モータの回転速度が、トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例し、（ｆ）モータの回転速度が一定であり、（ｇ）駆動出力がギヤであり、駆動入力がソケットであり、（ｈ）駆動出力がソケットであり、駆動入力がギヤであり、（ｉ）命令は、プロセッサに、システムが負荷器具状態にあるとき、駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、トルク信号に応答して駆動出力を回転させ、（ｊ）トルクセンサはひずみゲージを含み、（ｋ）ひずみゲージが、器具駆動機構のハウジングとモータとの間に位置付けられ、及び／又は（ｌ）トルクセンサが双方向である。
【０００７】
別の態様では、コンピュータ可読媒体は、少なくとも１つのプロセッサに、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサからトルク信号を受信させ、トルクセンサからのトルク信号が閾値を超えることに応答して、駆動出力を回転させるために、駆動出力に関連付けられたモータを起動させ、モータを停止させて、トルクセンサからのトルク信号が閾値を下回ったことに応答して、モータを停止させるように構成された命令を含むことができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、以下の特徴のうちの１つ以上を任意の組み合わせで更に含んでもよく、（ａ）命令が、少なくとも１つのプロセッサに、駆動出力を回転させて、駆動出力を駆動入力又はロボット医療器具と整合させるように構成され、ロボット医療器具が、駆動入力に関連付けられた少なくとも１つの予め張力をかけられたプルワイヤを含み、（ｂ）トルク信号が、駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、命令が、少なくとも１つのプロセッサに、モータを起動させて、付与されたトルクの方向と同じ方向にモータを回転させ、（ｃ）命令は、モータに、トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する回転速度で駆動出力を回転させるように構成され、（ｄ）命令は、モータに、一定の回転速度で駆動出力を回転させるように構成されており、及び／又は（ｅ）命令は、システムが負荷器具状態にあるときに、トルク信号に応答して、少なくとも１つのプロセッサに駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、駆動出力を回転させる。
【０００９】
別の態様では、ロボット医療器具の駆動入力と器具駆動機構の駆動出力とを整合させるための方法は、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサからトルク信号を受信することを含み、トルク信号は、駆動出力に付与されたトルクを示し、トルク信号を閾値と比較することと、駆動出力に関連付けられた器具駆動機構のモータを起動させて、閾値を超えるトルク信号に応答して駆動出力を回転させることと、モータを停止させて、トルクセンサからのトルク信号が閾値を下回ったことに応答して、モータを停止させることと、を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、方法は、任意の組み合わせにおける以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができ（ａ）駆動出力が、駆動出力をロボット医療器具の駆動入力と整合させるために回転され、（ｂ）ロボット医療器具が、駆動入力に関連付けられた少なくとも１つの予め張力をかけられたプルワイヤを含み、（ｃ）トルク信号が、駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、方法が、モータを起動させて、付与されたトルクの方向と同じ方向にモータを回転させることを含み、（ｄ）モータの回転速度が、トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例し、（ｅ）モータの回転速度が一定であり、（ｆ）駆動出力がギヤであり、駆動入力がソケットであり、（ｇ）駆動出力がソケットであり、駆動入力がギヤである、及び／又は（ｈ）起動工程及び停止工程が、負荷器具状態にあるときに発生する。
【００１１】
別の態様では、ロボット医療システムは、ロボット医療器具のハンドル上の駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、ロボット医療器具は、駆動入力に関連付けられたプルワイヤを含む、駆動出力と、駆動出力に関連付けられ、駆動出力を回転させるように構成されたモータと、駆動出力に関連付けられ、駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を備える、器具駆動機構と、少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、メモリは、少なくとも１つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、少なくとも１つのプロセッサに、駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、駆動出力を第１の方向に回転させ、トルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える、第２の回転位置が閾値を超えるまで、モータに駆動出力を第２の方向に回転させ、第１の回転位置と第２の回転位置との間の回転距離を決定させる、メモリと、を備える。
【００１２】
いくつかの実施形態では、システムは、任意の組み合わせにおける以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよく、（ａ）回転距離が、駆動出力と駆動入力との間の間隙を示し、（ｂ）閾値を超えるトルク信号が、駆動入力に接触する駆動出力を示し、（ｃ）命令は、少なくとも１つのプロセッサに、駆動出力を回転させて医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、回転が、決定された回転距離の少なくとも一部に基づいており、（ｄ）駆動出力がギヤであり、駆動入力がソケットであり、（ｅ）駆動出力がソケットであり、駆動入力がギヤであり、（ｆ）命令は、プロセッサに、システムがホーミング状態にあるときにトルク信号に応答して駆動出力を駆動入力と整合させるために、駆動出力に関連付けられたモータを起動させ駆動出力を回転させ、（ｇ）医療器具が器具駆動機構にドッキングされた後、システムがホーミング状態に入り、（ｈ）トルクセンサがひずみゲージを含み、（ｉ）ひずみゲージが、器具駆動機構のハウジングとモータとの間に位置付けられ、及び／又は（ｊ）トルクセンサが双方向である。
【００１３】
別の態様では、コンピュータ可読媒体は、少なくとも１つのプロセッサに、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、駆動出力を第１の方向に回転させるために、駆動出力に関連付けられたモータを起動させ、トルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第２の回転位置が閾値を超えるまで、モータに駆動出力を第２の方向に回転させ、第１の回転位置と第２の回転位置との間の回転距離を決定するように構成される命令を含む方法。
【００１４】
いくつかの実施形態では、コンピュータ可読命令は、任意の組み合わせにおける以下の特徴のうちの１つ以上を更に含んでもよく、（ａ）回転距離が、駆動出力と器具駆動機構にドッキングされたロボット医療器具の駆動入力との間の間隙を示し、（ｂ）閾値を超えるトルク信号が、駆動入力に接触する駆動出力を示し、（ｃ）命令は、少なくとも１つのプロセッサに、駆動出力を回転させて医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、回転が、決定された回転距離の少なくとも一部に基づいており、（ｄ）命令は、少なくとも１つのプロセッサに、駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、システムがホーミング状態にあるとき、トルク信号に応答して駆動出力を駆動入力と整合させるように駆動出力を回転させ、及び／又は（ｅ）医療器具が機器駆動機構にドッキングされた後、システムはホーミング状態になる。
【００１５】
別の態様では、方法は、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、駆動出力を第１の方向に回転させるために、駆動出力に関連付けられたモータを起動させることと、トルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第２の回転位置まで、モータに駆動出力を第２の方向に回転させることと、第１の回転位置と第２の回転位置との間の回転距離を決定することと、を含む。
【００１６】
この方法は、任意の組み合わせにおける以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよく、（ａ）回転距離が、駆動出力と器具駆動機構にドッキングされたロボット医療器具の駆動入力との間の間隙を示し、（ｂ）閾値を超えるトルク信号は、駆動入力に接触する駆動出力を示す、及び／又は（ｃ）駆動出力を回転させて医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、回転が、決定された回転距離の少なくとも一部に基づく。
【００１７】
別の態様では、ロボット医療システムは、ロボット医療器具のハンドル上の対応する駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、ロボット医療器具は、駆動入力によって作動される予め張力をかけられたプルワイヤを備える駆動出力と、駆動出力に関連付けられ、駆動出力を回転させるように構成されたモータと、ロボット医療器具のハンドルが器具駆動機構からの閾値負荷距離内にあるときを検出するように構成されたセンサと、を備える、器具駆動機構を含む。システムはまた、少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリを含み、メモリは、少なくとも１つのプロセッサに、センサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、器具駆動機構の閾値負荷距離内にあると判定させるコンピュータ実行可能命令を記憶し、駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、駆動出力を振動させて、駆動出力及び対応する駆動入力の整合を容易にする。
【００１８】
システムは、任意の組み合わせで以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができ、（ａ）命令は、モータをアドミッタンスモードにするようにプロセッサを更に構成し、ロボット医療器具は器具駆動機構の閾値負荷距離内にあり、（ｂ）センサが近接センサであり、（ｃ）センサが磁気センサであり、（ｄ）センサは、ＲＦＩＤ読み取り機であり、（ｅ）駆動出力の振動が、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の駆動出力の回転を含み、（ｆ）駆動出力の振動が、３０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の駆動出力の回転を含み、（ｇ）命令は、センサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、器具駆動機構にドッキングされたと判定し、ロボット医療器具がドッキングされたときに、駆動出力の振動を引き起こさせることを停止するように、プロセッサを更に構成し、（ｈ）閾値負荷距離は、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍであり、及び／又は（ｉ）閾値負荷距離は、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である。
【００１９】
別の態様では、方法は、器具駆動機構上のセンサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、器具駆動機構の閾値負荷距離内にあると判定することと、ロボット医療器具が器具駆動機構の閾値負荷距離内にあるときに駆動出力及び対応する駆動入力の整合を容易にするために、駆動出力を振動させるために、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたモータを起動させることと、を含む。
【００２０】
本方法は、任意の組み合わせで以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができ、（ａ）モータを、ロボット医療器具が器具駆動機構の閾値負荷距離内にあるアドミッタンスモードに置くことと、（ｂ）センサが近接センサであり、（ｃ）センサが磁気センサであり、（ｄ）センサは、ＲＦＩＤ読み取り機であり、（ｅ）駆動出力の振動が、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の駆動出力の回転を含み、（ｆ）駆動出力の振動が、７０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の駆動出力の回転を含み、（ｇ）センサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、器具駆動機構にドッキングされたと判定し、ロボット医療器具がドッキングされたときに、駆動出力の振動を停止することと、を含み、（ｈ）閾値負荷距離は、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍであり、及び／又は（ｉ）閾値負荷距離は、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
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）を収容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】ピッチ又は傾斜調整を備えた図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である。
【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図示を提供する。
【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】ペア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】図１〜図１０のロボットシステムの１つ以上の要素の位置（例えば図１６〜図１８の器具の位置など）を推定する、例示的な実施形態に係る位置特定システムを示すブロック図である。
【図２１Ａ】医療器具の対応する複数の駆動入力に係合するように構成された複数の駆動出力を含む器具駆動機構の実施形態の等角図及び端面図をそれぞれ示す。
【図２１Ｂ】医療器具の対応する複数の駆動入力に係合するように構成された複数の駆動出力を含む器具駆動機構の実施形態の等角図及び端面図をそれぞれ示す。
【図２２Ａ】器具駆動機構の対応する複数の駆動出力に係合するように構成された複数の駆動入力を含む医療器具の器具ハンドルの実施形態の等角図及び端面図をそれぞれ示す。
【図２２Ｂ】器具駆動機構の対応する複数の駆動出力に係合するように構成された複数の駆動入力を含む医療器具の器具ハンドルの実施形態の等角図及び端面図をそれぞれ示す。
【図２３】器具駆動機構への医療器具のドッキング中に器具駆動出力に係合する器具駆動出力の斜視図を示す。
【図２４】駆動入力の一実施形態と整合された駆動出力の実施形態を示す。
【図２５Ａ】駆動入力による駆動出力の整合を示す。第１の位置ずれ位置にある駆動出力及び駆動入力を示す。
【図２５Ｂ】駆動入力による駆動出力の整合を示す。第２の位置ずれ位置にある駆動出力及び駆動入力を示す。
【図２５Ｃ】駆動入力による駆動出力の整合を示す。整合位置にある駆動入力及び駆動出力を示す。
【図２５Ｄ】駆動入力による駆動出力の整合を示す。図２５Ａ〜図２５Ｃに示される整合プロセス中の駆動出力に関連付けられたトルクセンサの出力の例示的なグラフを示す。
【図２６】医療器具の駆動入力と器具駆動機構の駆動出力を整合させるように構成された医療システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２７】器具駆動機構の駆動出力を医療器具の駆動入力と整合させるための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図２８Ａ】駆動出力及び駆動入力を使用する例示的なホーミングプロセスを示す。駆動入力と係合された駆動出力を示す。
【図２８Ｂ】駆動出力及び駆動入力を使用する例示的なホーミングプロセスを示す。第１の方向に第１の回転位置に回転された駆動出力を示す。
【図２８Ｃ】駆動出力及び駆動入力を使用する例示的なホーミングプロセスを示す。第２の回転位置に第２の方向に回転された駆動出力を示す。
【図２８Ｄ】駆動出力及び駆動入力を使用する例示的なホーミングプロセスを示す。図２８Ａ〜図２８Ｃに示されるホーミング処理中の駆動出力に関連付けられたトルクセンサの出力のグラフを示す。
【図２９】医療システムの例示的なホーミング方法を示すフローチャートである。
【図３０】器具駆動機構への医療器具のドッキング中のロボット医療システムの一例を示す。
【図３１】ロボット医療システムのための例示的な整合方法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】
【００２２】
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で使用可能な医療用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。
【００２３】
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。加えて、システムは、厄介なアーム運動及び位置を必要とせずに、人間工学的位置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。
【００２４】
以下、説明を目的として、図面と併せて、様々な実施形態が説明される。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し得る。
【００２５】
Ａ．ロボットシステム−カート
ロボットで使用可能な医療用システムは、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で使用可能なシステム１０の実施形態を示す。気管支鏡検査の間、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開口部アクセスポイント（すなわち、本実施例ではテーブル上に位置付けられている患者の口）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。示されるように、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することができる。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するために作動させることができる。図１の配置はまた、胃腸管（gastro-intestinal、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利用することができる。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。
【００２６】
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。示されるように、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結合され、各器具ドライバは、個々のロボットアームの遠位端に結合されている。リーダ部分をシース部分と同軸上に整合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整、並進、及び旋回させられてもよい。例えば、気管支鏡検査では、示されるような仮想レール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を表す。
【００２７】
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を操作して、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、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されることも可能にする。
【００２８】
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展開されて、病理医によって分析される組織試料を得てもよい。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展開されてもよい。小結節を悪性と識別した後、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はまた、標的小結節の場所を「マーク」するために基準を送達するために使用されてもよい。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。
【００２９】
システム１０はまた、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／又は電力のための支持を提供し得る移動可能なタワー３０を含んでもよい。タワー３０内にこ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整及び／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。追加的に、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。
【００３０】
上述のロボットシステムの支持において、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、アームをある特定の姿勢に位置付けしてもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、こ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展開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ために使用されてもよい。同様に、タワー３０は、展開された電磁（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。
【００３４】
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、カートの上部上に取り付けられ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、医師操作者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の操作者によって使用されて、患者の健康又は生命及びシステム１０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してもよい。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。
【００３５】
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に結合されてもよい。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、別個の配線及び接続で結合されてもよい。例えば、単一の電力ケーブルを通してカート１１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支持は、別個のケーブルを通して提供されてもよい。
【００３６】
図２は、図１に示されるカートベースのロボットで使用可能なシステムからのカート１１の実施形態の詳細な図を提供する。カート１１は、一般に、細長い支持構造１４（「カラム」と呼ばれることが多い）、カート基部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）の展開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してロボットアーム１２の基部を調整する、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はまた、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を含む。
【００３７】
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の両側に位置付けられているスロット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、カート基部１５に対して様々な垂直方向の高さでキャリッジ１７を位置付けし、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のリーチを調整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のロボットアーム基部２１を様々な構成で角度付けすることが可能となる。
【００３８】
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られているばねスプールの対を通じて展開されてもよい。カバーは、キャリッジ１７が上下方向に垂直方向に並進するのにつれてコイル状から伸縮するように展開されるまで、スプール内でコイル巻きされている。スプールのバネ荷重は、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に後退する力を提供し、一方、キャリッジ１７がスプールから離れて並進するときにはタイトなシールも維持する。カバーは、キャリッジ１７が並進する際にカバーが適切に伸縮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。
【００３９】
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合された主ねじを使用するように設計された、ギヤ及びモータなどの機構を内部に備えてもよい。
【００４０】
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リンク２３によって分離されたロボットアーム基部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１２が利用可能な独立した自由度を表す。ロボットアーム１２の各々は、７つの関節を有してもよく、したがって、７つの自由度を提供することが可能である。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。冗長自由度を有することにより、ロボットアーム１２は、異なるリンク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が可能となる。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し、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。
【００４１】
カート基部１５は、床の上のカラム１４、キャリッジ１７、及びロボットアーム１２の重量の釣り合いをとる。したがって、カート基部１５は、電子機器、モータ、電源、並びにカート１１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、カート基部１５は、処置前にカート１１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を所定の場所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。
【００４２】
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、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ことを可能にする。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（computerized tomography、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１６にアクセスすることを可能にするように位置付けされ、傾斜が付けられてもよい。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。示されるように、コンソール１６はまた、カート１１の操作及び安定化を支援するハンドル２７を含む。
【００４３】
図３は、尿管鏡検査のために配置されたロボットで使用可能なシステム１０の実施形態を示す。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られてもよい。尿管鏡検査では、尿管鏡３２が患者の尿道と直接整合して、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。示されるように、カート１１は、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ために位置付けすることを可能にするように、テーブルの脚部に整合されてもよい。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。
【００４４】
気管支鏡検査におけるのと同様の制御技術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。砕石術が完了した後、得られた結石片は、尿管鏡３２の下方に展開されたバスケットを使用して除去されてもよい。
【００４５】
図４は、血管処置のために同様に配置されたロボットで使用可能なシステム１０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、遠回り曲がりくねりが比較的少ない経路の両方を示す。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かって位置付けられて、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、肩及び手首付近の頸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られてもよい。
【００４６】
Ｂ．ロボットシステム−テーブル
ロボットで使用可能な医療用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そのようなロボットで使用可能なシステムの実施形態を示す。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の線形整合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作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、蛍光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られてもよい。
【００４７】
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。示されるように、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ら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内に位置付けられている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の多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られてもよく、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３６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整合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整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むことができる。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）垂直方向に調整することができる調整可能なアーム支持体に取り付けることができる。垂直方向の調整を提供することによって、ロボットアーム３９は、有利には、患者テーブル又はベッドの下にコンパクトに収容されることが可能であり、その後、処置中に引き上げられることが可能である。
【００４８】
ロボットアーム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含むアームマウント４５のセットを介してキャリッジ４３に取り付けられてもよい。加えて、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られ得るように、キャリッジ４３上に位置付けられ得る。
【００４９】
カラム３７は、テーブル３８の支持及びキャリッジ４３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キャリッジ４３の並進を機械化するためのモータを備えていてもよい。カラム３７はまた、キャリッジ４３及びその上に取り付けられたロボットアーム３９に電力及び制御信号を伝達してもよい。
【００５０】
テーブル基部４６は、図２に示すカート１１のカート基部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。テーブル基部４６はまた、処置中に安定性を提供するために剛性キャスタを組み込んでもよい。テーブル基部４６の底部から展開されるキャスタは、基部４６の両側で反対方向に延ばし、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。
【００５１】
引き続き図６を参照すると、システム３６はまた、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）を含んでもよい。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られるように移動可能でもあってもよい。加えて、タワー内に構成要素を配置することにより、ロボットアーム３９の潜在的な収容のために、テーブル基部４６内により多くの保管空間を可能にする。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、タワーはまた、送気のために使用されるガスタンク用のホルダを含んでもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、テーブル基部は、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実施形態におけるロボットアームを収容するシステム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を基部４９内に収容するために、基部４９内へと垂直方向に並進させられてもよい。基部カバー５２は、並進及び後退して、キャリッジ４８、アームマウント５１、及びロボットアーム５０をカラム５３の周りに展開させるように開き、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。基部カバー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。
【００５３】
図８は、尿管鏡処置のために構成されたロボットで使用可能なテーブルベースシステムの実施形態を示す。尿管鏡検査では、テーブル３８は、患者をカラム３７及びテーブル基部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、旋回点（例えば、患者の頭部の下方に配置）を中心に回転又は旋回してもよい。例えば、スイベル部分５５の旋回により、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ら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。
【００５４】
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含む。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、腹腔鏡検査処置のために構成されたロボットで使用可能なテーブルベースのシステムの実施形態を示す。図９に図示されるように、システム３６のキャリッジ４３は回転し、垂直方向に調整されて、器具５９が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ようにアームマウント４５を使用して位置付けられ得るように、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い。
【００５５】
腹腔鏡処置に対応するために、ロボットで使用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傾斜もさせてもよい。図１０は、ピッチ又は傾斜調整を有するロボットで使用可能な医療用システムの実施形態を示す。図１０に示されるように、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、ロボットアーム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してもよい。急角度に適応するために、カラム３７はまた、テーブル３８が床に接触するか又はテーブル基部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を含んでもよい。
【００５６】
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のピッチ角を多数の自由度で変更するように構成されてもよい。ピッチ回転機構６１は、カラム−テーブルインターフェースでの直交軸１、２の位置付けによって可能にされてもよく、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。一方のネジ５に沿った回転は、一方の軸１における傾斜調整を可能にし、一方、他方のネジ６に沿った回転は、他方の軸２に沿った傾斜調整を可能にする。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、玉継ぎ手が用いられてもよい。
【００５７】
例えば、ピッチ調整は、テーブルをトレンデレンブルグ位置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上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位置は、重力によって患者の内臓を患者の上腹部に向かってスライドさせ、低侵襲性ツールが入って腹腔鏡前立腺切除術などの下腹部の外科又は医療処置を実施するために、腹腔を空にする。
【００５８】
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つ以上の調整可能なアーム支持体１０５（例えば、図１４参照）を含む。図示される実施形態では、単一の調整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。調整可能アーム支持体１０５は、テーブル１０１に対して移動して、調整可能アーム支持体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整及び／又は変更できるように構成され得る。例えば、調整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整することができる。調整可能なアーム支持体１０５は、１つ以上の調整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。調整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、調整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。
【００５９】
調整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、第４の自由度で構成され、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」）における調整可能なアーム支持体１０５の調整を可能にする。例えば、調整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、調整可能なアーム支持体１０５が傾くことを可能にできる。例えば、調整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、調整可能なアーム支持体１０５を、トレンデレンブルグ位置のベッドと整合することを可能にする。第３の自由度は、調整可能なアーム支持体１０５は「上方旋回する」ことを可能にでき、それを使用して、テーブル１０１の側面と調整可能なアーム支持体１０５との間の距離を調整することができる。第４の自由度は、テーブルの長手方向の長さに沿って調整可能なアーム支持体１０５の並進を可能にできる。
【００６０】
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、基部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。
【００６１】
調整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、調整可能なアーム支持体１０５は、テーブル１０１又は基部１０３に取り付けることができる。調整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。
【００６２】
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、調整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。調整可能なアーム支持体１０５は、調整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。調整可能なアーム支持体１０５は、第３の自由度（「上方旋回」）を調整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。調整可能なアーム支持体１０５は、第４の軸１２９に沿って調整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。
【００６３】
図１４は、テーブル１０１の両側に取り付けられた２つの調整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の調整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に取り付けられた基部１４４Ａを含む。第１のロボットアーム１４２Ａの遠位端は、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に取り付けられた基部１４４Ｂを含む。第２のロボットアーム１４２Ｂの遠位端は、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。
【００６４】
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）、及び基部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。
【００６５】
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器具と、を含み得る。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、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推進される可能性がある。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。
【００６６】
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に配置される器具ドライバ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置された１つ以上の駆動ユニット６３を含む。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。
【００６７】
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、滅菌ドレープに接続された滅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。滅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、例示的な滅菌アダプタは、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及び出力と、器具に対する駆動入力とを含み得る。滅菌アダプタに接続される滅菌ドレープは、透明又は半透明プラスチックなどの薄い可撓性材料で構成され、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、滅菌を必要としない領域（すなわち、非滅菌野）に依然として位置付けられている間に、資本設備を患者に近接して配置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。
【００６８】
Ｄ．医療器具
図１６は、ペア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）及び器具基部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」とも呼ばれる器具基部７２は、一般に、ロボットアーム７６の遠位端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７４と嵌合するように設計された、回転可能な駆動入力７３、例えば、レセプタクル、プーリー、又はスプールを備えてもよい。物理的に接続、ラッチ、及び／又は結合されるときに、器具基部７２の嵌合された駆動入力７３は、器具ドライバ７５における駆動出力７４と回転軸線を共有して、駆動出力７４から駆動入力７３へのトルクの伝達を可能とすることができる。いくつかの実施形態では、駆動出力７４は、駆動入力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。
【００６９】
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、例えば、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、及び駆動入力が器具ドライバ７５の駆動出力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れ得る、例えば、把持具又ははさみである、手術用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は、器具ドライバ７５の駆動出力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。
【００７０】
器具ドライバ７５からのトルクは、細長いシャフト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）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。このような構成の下で、駆動入力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ることができ、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移動させる。代替的には、腱は、細長いシャフト７１の遠位端で把持具の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は閉鎖される。
【００７１】
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、遠位端に）位置付けられている屈曲部又は関節運動部に結合されてもよい。屈曲部の遠位端に固定的に取り付けられる場合、駆動入力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。螺旋の角度及び／又はそれらの間の間隔は、特定の目的のために変更又は設計することができ、よりきつい螺旋は負荷力の下でより少ないシャフト圧縮を示し、一方、より少ない量の螺旋は負荷力の下でより大きなシャフト圧縮をもたらすが、屈曲を制限する。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。
【００７２】
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７１は、シャフト７１の遠位端における手術領域に対して手術ツール（又は医療器具）を展開する、灌注する、及び／又は吸引するための作業チャネルを含んでもよい。シャフト７１は、遠位先端部の光学アセンブリに／光学アセンブリから信号を伝送するためのワイヤ及び／又は光ファイバも収容してもよく、これは光学カメラを含んでもよい。シャフト７１はまた、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７１の遠位端に光を搬送するための光ファイバを収容してもよい。
【００７３】
器具７０の遠位端では、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を備えてもよい。遠位先端部はまた、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を含んでもよい。関連して、遠位先端部はまた、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を含んでもよい。
【００７４】
図１６の例では、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７１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７３から延び、細長いシャフト７１内のプルルーメンに入る際に、腱の望ましくない絡まりをもたらす。そのような腱の結果としての絡まりは、内視鏡処置中の可撓性の細長いシャフト７１の動きを予測することを意図した制御アルゴリズムを混乱させる可能性がある。
【００７５】
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。示されるように、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整合された駆動出力８１を備える４つの駆動ユニットを含む。駆動ユニット及びそれらのそれぞれの駆動出力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８０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、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得る電気接点を介して、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８１を回転させることを可能にする。
【００７６】
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８１を受容するように構成された複数の駆動入力８９（レセプタクル、プーリー、及びスプールなど）を備えた器具基部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。先の開示された実施形態とは異なり、器具シャフト８８は、器具基部８７の中心から延び、軸は、図１６の設計にある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である。
【００７７】
器具ドライバ８０の回転アセンブリ８３に結合されると、器具基部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は器具基部８７の中心に位置付けられているため、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回転する。更に、器具基部８７が器具シャフト８８と共に回転すると、器具基部８７内の駆動入力８９に接続された任意の腱は、回転中に絡まらない。したがって、駆動出力８１、駆動入力８９、及び器具シャフト８８の軸の平行性は、制御腱を絡めることなくシャフト回転を可能にする。
【００７８】
図１８は、いくつかの実施形態による、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。
【００７９】
器具基部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、プーリー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。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プーリー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アーキテクチャを備え、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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
図示される実施形態では、コントローラ１８２は、２つの医療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。
【００８３】
図１９に示されるように、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。
【００８４】
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られる。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られる。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。
【００８５】
Ｆ．ナビゲーション及び制御
従来の内視鏡検査は、操作者である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、放射線への医師の暴露を低減し、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。
【００８６】
図２０は、例示的な実施形態にかかる、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、上で考察された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に示されるタワー３０、図１〜図４に示されるカート１１、図５〜図１４に示されるベッドなどの形態であってよい。
【００８７】
図２０に示されるように、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の場所及び／又は配向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考察を参照）などの既知の物体に対する基準系とすることができる。
【００８８】
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することができる。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が生成され得る。中心線形状（center-line geometry）などの手法をＣＴ画像から決定及び近似して、モデルデータ９１（術前ＣＴスキャンのみを使用して生成された場合は「術前モデルデータ」とも称される）と称される患者の解剖学的構造の３次元ボリュームを作成することができる。中心線形状の使用は、米国特許出願第１４／５２３，７６０号で考察されており、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もまた、ＣＴ画像から導出されてもよく、気管支鏡検査に特に適している。
【００８９】
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（又は画像データ）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９２を処理して、１つ以上の視覚ベースの（又は画像ベースの）位置追跡モジュール又は機能を有効にしてもよい。例えば、術前モデルデータ９１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。
【００９０】
他のコンピュータビジョンベースの追跡技術は、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、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ために、それらの幾何学的形状の変化を追跡してもよい。位相マップの使用は、視覚ベースのアルゴリズム又は技術を更に向上させることがある。
【００９１】
光学フロー、別のコンピュータビジョンベースの技術は、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多数のフレームを比較することにより、カメラ（及びしたがって内視鏡）の移動及び位置を判定することができる。
【００９２】
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整合され得るグローバル座標系内に、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含む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することができる。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整合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」され得る。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トラッカは、患者の解剖学的構造を通る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。
【００９３】
ロボットコマンド及び運動学データ９４はまた、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、術前較正中に判定され得る。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、器具の位置を推定し得る。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。
【００９４】
図２０が示すように、いくつかの他の入力データは、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２０には示されていないが、形状検知繊維を利用する器具は、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。
【００９５】
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、こ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得る。したがって、ＥＭデータが信頼でき得ない場合（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。
【００９６】
上で考察されるように、本明細書で考察さ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することができる。タワー、ベッド、及び／又はカートに基づいている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。
【００９７】
２．医療器具のドッキング
本開示の実施形態は、医療器具をドッキングするための装置、システム、及び技術に関する。いくつかのロボット制御可能な医療器具は、ロボット医療システムの追加の構成要素とドッキングすることができる基部又はハンドルを含む。一例として、ロボット制御可能な内視鏡は、ロボットアーム上の器具駆動機構（ＩＤＭ）とドッキングされるように構成された基部又はハンドルを含み得る。器具駆動機構は、医療器具の対応する駆動入力と係合して、医療器具の制御を容易にかつ有効にする駆動出力を含むことができる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるシステム及び技術は、器具駆動機構の駆動出力と医療器具の駆動入力との間の整合を容易にするように構成される。駆動出力を駆動入力と整合させることにより、医療器具を器具駆動機構にドッキングすることを容易にすることができる。例えば、駆動出力及び駆動入力を整合させることにより、医療器具を器具駆動機構にすばやく容易にドッキングすることができる。本明細書に記載されるシステム及び技術は、例えば、図１〜図２０を参照して上述したもの並びに以下に記載されるもの及び他のロボットシステムなどのロボット制御可能な医療システムと共に使用することができる。例示的な医療器具及び器具駆動機構は、例えば、図１５〜図１８を参照して上述及び以下に記載されている。
【００９８】
ロボット医療処置中に図１６に示されるように、医療器具７０は、ロボットアーム７６上に位置付けられ得る器具駆動機構７５にドッキングされ得る。医療器具７０は、器具駆動機構７５と係合するように構成された器具ベース又はハンドル７２を含み得る。図示のように、器具ハンドル７２は、器具駆動機構７５上の対応する駆動出力７４と係合するように構成された複数の駆動入力７３を含むことができる。駆動入力及び駆動出力の詳細な例示的実施形態を以下に記載される図２１Ａ〜図２３に示す。上述したように、駆動出力７４は、器具駆動機構７５内のモータによって駆動され得る（図１５を参照）。駆動出力７４は、モータの回転（又は他の運動）を駆動入力７５に伝達して、医療器具７０の細長いシャフト７１の関節運動、又は細長いシャフト７１の遠位端に位置付けられたツールの作動など、医療器具７０の様々な機能を制御することができる。器具ハンドル７２は、処置中に使用するために医療器具７０を保持するために器具駆動機構７５にラッチすることができる。
【００９９】
医療器具７０を器具駆動機構７５にドッキングしようとするとき、器具ハンドル７２の駆動入力７３及び器具駆動機構７５の駆動出力７４は整合されなくてもよい。駆動入力７３及び駆動出力７４の位置ずれは、医療器具７０を器具駆動機構７５にドッキングすることが困難又は不可能であり得る。医療器具７０が器具駆動機構７５にドッキングするために、駆動出力７４又は駆動入力７３は、適切に整合されるまで回転される必要があり得る。
【０１００】
駆動出力７４及び駆動入力７３を整合させることができるいくつかの方法がある。例えば、いくつかの実施形態では、器具駆動機構７５は、モータが駆動可能に戻るように構成されてもよい。このような実施形態では、医療器具７０を器具駆動機構７５にドッキングする力は、駆動出力７４が駆動入力７３と適切に整合するまで駆動出力７４を回転させるのに十分であり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、これは、モータのいずれの抵抗も、それらが後方駆動されるときに克服されなければならないため、著しい力を必要とする場合がある。同様に、いくつかの実施形態では、器具駆動機構７５内のモータは、駆動出力７４が駆動入力７３と整合するまで回転することを可能にするために、ドッキング中にオフにされてもよい。これらの実施形態によって提供される性能は、調整可能であってもよい。例えば、駆動出力７４を回転させるのに必要なトルクは、調整可能であってもよい。
【０１０１】
別の例として、いくつかの実施形態では、ドッキング中に印加される力は、器具駆動機構７５の駆動出力７４と適切に整合するまで、医療器具７０上の駆動入力７３を回転させることができる。医療器具７０のいくつかの実施形態は、予め張力をかけられていない駆動入力７３によって作動されるプルワイヤを含んでもよい。予め張力をかけられたプルワイヤを含まない医療器具７０では、駆動入力７３は、自由運動に対するいくらかの許容差を有し得る。すなわち、予め張力をかけられたプルワイヤを含まない医療器具７０では、プルワイヤを作動させることなく、駆動入力７３（少なくともある程度の回転）を回転させることが可能であり得る。したがって、いくつかの実施形態では、駆動入力７３が駆動出力７４とずれているとき、駆動入力７３は、ドッキング中にこの許容範囲内でそれ自体を調整するように回転し得る。
【０１０２】
医療器具７０の他の実施形態は、予め張力をかけられたプルワイヤを含んでもよい。これらの器具のいくつかの実施形態（予め張力をかけられたプルワイヤを含む）では、駆動入力７３の任意の回転は、プルワイヤの対応する作動を引き起こすことができる。例えば、張力をかけられたプルワイヤが器具７０の細長いシャフト７１の関節運動を引き起こすように構成されている場合、駆動入力７３の任意の回転は、細長いシャフト７１の関節運動を引き起こすことになる。これらの実施形態では、駆動入力７３を自由に回転させて、ドッキング中の整合を容易にすることが望ましくない場合がある。例えば、この回転によって細長いシャフト７１を関節運動させ得るため、駆動入力７３がドッキング中に自由に回転することを可能にすることは望ましくない場合があり、これは、医療器具７０の細長いシャフト７１がドッキング中に真っ直ぐに維持されることが望ましい場合があるため許容できない。したがって、駆動出力７４を自動的に調整して駆動入力７５と整合させる方法が望ましい場合がある。そのような方法の実施例が、以下でより詳しく述べられる。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、器具駆動機構７５は、駆動出力７４に印加されるトルク又は力を感知するように構成されたセンサを含むことができる。駆動出力７４及び駆動入力７３がずれている場合、医療器具７０のドッキング中、駆動入力７３は、医療器具７０及び器具駆動機構７５が一緒になったときに、駆動出力７４に接触して押し当ててもよい。ずれ中に経験される駆動出力７４と駆動入力７３との間のこの接触は、センサの出力に基づいて決定することができる。例えば、ずれは、センサによって測定され得る駆動入力７３によって駆動出力７４にトルクを付与させることができる。測定されたトルクは、駆動出力７４及び駆動入力７３がずれているという指示を提供することができる。いくつかの実施形態では、システムは、駆動出力７４に関連付けられたモータを起動させて、駆動出力７４を回転させることができる。駆動出力７４は、駆動入力７３と整合するまで回転することができる。いくつかの実施形態では、システムは、駆動出力７４に付与された測定されたトルクがゼロに減少又は低下するときに、駆動出力７４が駆動入力７３と整合されると判定する。これが発生すると、システムは駆動出力７４の回転を停止することができる。
【０１０４】
したがって、いくつかの実施形態では、システムは、駆動出力７４に関連付けられたセンサによって測定されたトルク又は力に応答して、駆動出力７４を駆動入力７３と自動的に整合させるように構成されてもよく、トルクは、駆動出力７４と駆動入力７３との位置ずれによって引き起こされる。これは、医療器具７０の器具駆動機構７５へのドッキングを有利に促進することができる。いくつかの実施形態では、これは、駆動出力７４に関連付けられたモータを後方駆動する必要なく、駆動入力７３との駆動出力７４の整合を有利に可能にする。更に、いくつかの実施形態では、駆動入力７３の回転を必要とせずに、駆動出力７４と駆動入力７３との整合を有利に可能にする。したがって、いくつかの実施形態では、本明細書に記載される自動整合システムは、予め張力をかけられたプルワイヤを含む医療器具と共に有利に使用され得る。
【０１０５】
開示されるシステム及び方法のこれら及び他の特徴及び利点は、図２１Ａ〜図２９に示される実施例及び実施形態を参照して以下でより詳細に説明する。これらの実施例及び実施形態は、例示として提供され、本開示を限定することを意図するものではない。
【０１０６】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、医療器具の対応する複数の駆動入力に係合するように構成された複数の駆動出力２０８を含む器具駆動機構２００の実施形態の等角図及び端面図をそれぞれ示す。図示されるように、器具駆動機構２００は、ハウジング２０２を含むことができる。ハウジング２０２は、医療器具にドッキングするように構成された取り付け面２０４を含むことができる。器具駆動機構２００は、ドッキングされたときに医療器具を器具駆動機構２００に固定するラッチ機構２０６を含むことができる。
【０１０７】
図２１Ａ〜図２１Ｂに示されるように、器具駆動機構２００は、駆動出力２０８を含むことができる。駆動出力２０８は、例えば、ハウジング内に位置付けされたモータによって駆動されるように構成された回転可能な要素であってもよい。図示した実施形態では、駆動出力２０８は、取り付け面２０４から突出するスプライン又はギヤとして構成されているが、駆動出力２０８の他の構成も可能である。例えば、駆動出力２０８は、取り付け面２０４内に凹部として形成されたレセプタクル又はソケットを備えることができる。駆動出力２０８は、医療器具上の対応する駆動入力と結合し、これに係合するように構成されている。駆動出力２０８は、器具駆動機構２０８内のモータから医療器具の駆動入力に回転運動（又は実施形態に応じた他の運動）を伝達することにより、処置中にモータを使用して医療器具を制御することができる。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、器具駆動機構２００は、通信モジュール２１０などの追加の機構を含み得る。通信モジュール２１０は、器具駆動機構２００にドッキングされた医療器具から情報を読み取るように構成され得る。いくつかの実施形態では、通信モジュール２１０（又は器具駆動機構２００のいくつかの他の部分）は、１つ以上の近接センサを備える。近接センサは、医療器具が器具駆動機構であるか、又は器具駆動機構にドッキングされているかを判定するように構成されてもよい。近接センサは、例えば、１つ以上の磁気近接センサを備えてもよい。
【０１０９】
図２２Ａ及び図２２Ｂは、器具駆動機構２００の対応する複数の駆動出力２０８に係合するように構成された複数の駆動入力２２８を含む医療器具の器具ハンドル２２０の実施形態の等角図及び端面図をそれぞれ示す。示されるように、器具ハンドル２２０はハウジング２２２を含むことができる。ハウジング２２２は、器具駆動機構２００の取り付け面２０４にドッキングするように構成された取り付け面２２４を含むことができる。器具ハンドル２２０は、ドッキングされたときに器具ハンドル２２０を器具駆動機構２００に固定するラッチ機構２２６を含むことができる。
【０１１０】
図２２Ａ〜図２２Ｂに示されるように、器具ハンドル２２０は駆動入力２２８を含むことができる。駆動入力２２８は、器具駆動機構２００の駆動出力２０８によって駆動されるように構成された回転可能要素であってもよい。図示した実施形態では、駆動入力２２８は、取り付け面２２４内に凹んでいるレセプタクル又はソケットとして構成されているが、駆動入力２２８のための他の構成も可能である。例えば、駆動入力２２８は、取り付け面２２４から延びる突出スプライン又はギヤを備えることができる。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、器具ハンドル２２０は、器具駆動機構２００の通信モジュール２１０に情報を送信するように構成され得る通信モジュール２３０などの追加の機構を含むことができる。いくつかの実施形態では、通信モジュール２３０（又は器具ハンドル２２０のいくつかの他の部分）は、１つ以上の近接センサを備える。近接センサは、医療器具が器具駆動機構２００であるか又は器具駆動機構２００にドッキングされているかどうかを判定するように構成されてもよい。近接センサは、１つ以上の磁気近接センサを備えてもよい。
【０１１２】
図２３は、器具ハンドル２２０の器具駆動機構２００へのドッキング中に駆動入力２２８に係合する器具駆動出力２０８の実施形態の斜視図を示す。図示のように、駆動出力２０８は、駆動入力２２９の対応する溝２２９内に受容されるように構成された歯２０９（例えば、隆起部、突出部、切欠き部、窪みなど）を備えてもよい。図示された例では、歯２０９及び溝２２９は相互作用して回転運動を伝達する。
【０１１３】
以下に説明する実施例の多くでは、駆動出力２０８は歯２０９を含むギヤとして示され、駆動入力２２８は、溝２２９を含むソケットとして構成される。しかしながら、これは、全ての実施形態に当てはまる必要はなく、駆動出力２０８と駆動入力２２８との間で回転運動を伝達するための多くの他の構造的構成が可能である。例えば、いくつかの実施形態では、駆動出力２０８はソケットを備えてもよく、駆動入力２２８は、ソケット内に受容されるように構成されたギヤを備えることができる。別の例として、いくつかの実施形態では、駆動出力２０８及び駆動入力２２８の両方は、互いに噛み合うように構成されたギヤとして構成され得る。説明を容易にするために、以下の実施例は、ギヤとしての駆動出力２０８及び駆動入力２２８をソケットとして説明及び例示し続けるが、これは例示として行われ、特定の例示された構造的配置に本開示を限定することを意図するものではないことを理解する。他の実施形態では、駆動出力２０８及び駆動入力２２８は、直線運動などの他の種類の運動を伝達するように構成され得る。
【０１１４】
図２４は、駆動出力２０８が駆動入力２２８と整合されている例の図を示す。図示のように、整合されると、駆動出力２０８の歯２０９は、駆動入力２２８の溝２２９内に受容されてもよい。いくつかの実施形態では、歯２０９が溝２２９内で整合されるため、駆動入力２２８は、駆動出力２０８にいかなるトルク又は力も付与しないか、又はその逆である。これは、駆動入力２２８と駆動出力２０８との間の所望の整合を表すことができる。図示された整合はまた、整合されると、駆動出力２０８が駆動入力２２８内に容易に受容され得るため、器具駆動機構への医療器具のドッキングを容易にし得る。
【０１１５】
図２５Ａ〜図２５Ｄは、医療器具の器具駆動機構へのドッキング中に駆動出力２０８を駆動入力２２８と整合させるために使用され得る例示的な整合プロセスを示す。図２５Ａ〜図２５Ｃは、プロセス中の様々な段階における駆動出力２０８及び駆動入力２２８の例示的な図を示し、図２５Ｄは、プロセス中の駆動出力２０８に関連付けられたトルクセンサの出力を示す例示的なグラフを示す。
【０１１６】
図２５Ａに示されるように、多くの場合、医療器具を器具駆動機構にドッキングしようとするとき、器具駆動機構の１つ以上の駆動出力２０８、及び医療器具の１つ以上の駆動入力２２８は、適切に整合されない。例えば、駆動出力２０８の歯２０９は、図２５Ａに示すように、駆動入力２２８の溝２２９とずれてもよい。これが発生すると、医療器具及び器具駆動機構が完全に合体されるのを防ぐことができるため、医療器具を器具駆動機構に完全にドッキングすることは困難であり得る。したがって、駆動出力２０８及び駆動入力２２８を整合させることが望ましい場合がある。
【０１１７】
ずれているとき、駆動入力２２８は、図示のようにトルクτを作り出す力を駆動出力２０８に付与することができる。トルクτは、医療器具が器具駆動機構に向かってもたらされる際に、溝２２９の壁が歯２０９の壁に接触して押圧されることによって引き起こされてもよい。このことは、医療器具が予め張力をかけられたプルワイヤを含む実施形態において、特に当てはまる可能性があり、そのような医療器具では、駆動入力２２８は自由に回転することができない場合があるためである。また、いくつかの実施形態では、駆動出力２０８に関連付けられたモータは、駆動出力２０８が自由に回転することを可能にしなくてもよく、したがって、ずれた駆動出力２０８と駆動入力２２８との間の接触は、示されるようにトルクτを発生させることができる。トルクτを示す信号は、駆動出力２０８に関連付けられたセンサ（トルク又は力センサなど）によって感知又は測定することができる。図２５Ａでは、トルクτは時計回りの方向を有するように示されているが、これは全ての実施形態ではケースである必要はない。例えば、トルクτは、駆動出力２０８及び駆動入力２２８がどのようにずれているかに応じて反時計回り方向を有し得る。
【０１１８】
トルクτに基づいて図２５Ｂに示すように、駆動出力２０８は、駆動出力２０８を駆動入力２２８と整合させるように、トルクτの方向と同じ回転方向Ｒに回転され得る。図２５Ｂに示す段階では、駆動出力２０８は時計回り方向に回転されている。図２５Ｂに示すように、駆動出力２０８は依然として駆動入力２２８とずれている。しかしながら、回転Ｒにより、（図２５Ａと比較して）ずれが減少する。回転Ｒは、本出願全体を通して論じられるように、測定されたトルクτに応答して、駆動出力２０８に関連付けられたモータによって駆動され得る。
【０１１９】
図２５Ｃに示すように、駆動出力２０８の回転Ｒは、駆動出力２０８が駆動入力２２８と整合するまで継続することができる。この段階では、図２５Ｃに示すように、駆動出力２０８と駆動入力２２８とが整合されるため、トルクτは駆動出力２０８に付与されなくなる。図示のように、整合されると、駆動出力２０８の歯２０９は、駆動入力２２８の溝２２９と整合され得る。駆動出力２０８の歯２０９は、駆動入力２２８の溝２２９と整合されているため、駆動入力２２８はトルクτを付与しなくてもよい。これは、駆動出力２０８の回転を停止するようにモータをトリガすることができる。駆動出力２０８及び駆動入力２２８が整合されると、医療器具の器具駆動機構へのドッキングが促進され得る。
【０１２０】
図２５Ｄは、図２５Ａ〜図２５Ｃに示されるドッキング及び整合プロセス中の、駆動出力２０８に関連付けられたトルク又は力センサの出力の例示的なグラフを示す。図示した実施形態では、グラフは、測定されたトルクを示しているが、これは全ての実施形態ではそうである必要はない。例えば、グラフは、測定された力若しくはトルク、又はトルク若しくは力を示すセンサの出力を表すことができる。
【０１２１】
図２５Ｄに示すように、最初に、測定されたトルクτは実質的にゼロである。これは、医療器具が器具駆動機構に接触していない状態を表すことができる。この状態では、駆動出力２０８に関連付けられたトルクセンサがトルクを測定しないように、駆動出力２０８に接触していない。図示されるように、測定されたトルクは、ずれた駆動出力２０８が駆動入力２２８に接触し始めることができるため、測定トルクは、ドッキング中に器具駆動機構と接触すると、上昇し始めることができる。
【０１２２】
図２５Ａに示す状態を表すことができる図２５Ｄに示す時間ｔａでは、トルクτは上昇しているが、閾値τｔｈｒｅｓｈ未満である。いくつかの実施形態では、測定されたトルクτは閾値τｔｈｒｅｓｈ未満のままであるが、駆動出力２０８の回転はトリガされない。閾値τｔｈｒｅｓｈは、ノイズを考慮し、システムの感度を調整するように選択されてもよい。
【０１２３】
時間ｔａから、測定されたトルクτは閾値τｔｈｒｅｓｈを超えて増加し続けることができる。測定されたトルクτが閾値τｔｈｒｅｓｈを超えると、駆動出力２０８の回転Ｒがトリガされ得る。例えば、時間ｔｂは、図２５Ｂに示される段階を示し得、上述のように、駆動出力２０８が依然として駆動入力２２８とずれており、測定されたトルクτが依然として存在し、駆動出力２０８が駆動出力２０８を駆動入力２２８と整合させるように回転Ｒを受けている。
【０１２４】
図２５Ｄに時間ｔｂから示されるように、測定されたトルクτは、測定されたトルクτが閾値τｔｈｒｅｓｈを下回るまで減少し続ける。測定されたトルクτが閾値τｔｈｒｅｓｈを下回るとき、駆動出力２０８及び駆動入力２２８は、ここで、時間ｔｃを示すことができる図２５Ｃに示されるように整合されるので、回転Ｒは停止し得る。時間ｔｃは、例えば、図２５Ｃに示すような適切な整合に対応することができる。
【０１２５】
図２６は、医療器具３１４の駆動入力３１８と器具駆動機構３０６の駆動出力３１２を整合させるように構成された医療システム３００の実施形態を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、整合は、図２５Ａ〜図２５Ｄを参照して説明され、図２７を参照して以下でより詳細に説明したものと同様の方法で、駆動出力３１２に関連付けられたトルク又は力センサ３０８の出力に基づいて自動的に発生してもよい。
【０１２６】
図２６に示すように、システム３００は、プロセッサ３０２と通信する１つ以上のプロセッサ３０２及び１つ以上のコンピュータ可読媒体又はメモリ３０４を含み得る。メモリ３０４は、様々な特徴を実行するようにプロセッサ３０２を構成される命令を備えて構成されてもよい。例えば、メモリ３０４は、プロセッサ３０２に、出願全体にわたって記載された自動整合及びドッキング機構を実行させる命令で構成することができる。
【０１２７】
システム３００はまた、器具駆動機構３０６を含む。例示的な器具駆動機構は、例えば、図１５、図１６、図２１Ａ及び図２１Ｂを参照して上述されている。いくつかの実施形態では、器具駆動機構３０６は、ロボットアーム又は他の器具位置付け装置の遠位端上に位置付けられる。器具駆動機構３０６は、医療器具３１４とドッキングするように構成され得る。図示した実施形態では、器具駆動機構３０６は、トルクセンサ３０８、モータ３１０及び駆動出力３１２を含む。器具駆動機構３０６はまた、図２６に図示されていない追加の機構（例えば、近接センサ、通信モジュールなど）を含んでもよい。
【０１２８】
前述したように、駆動出力３１２は、医療器具３１４上の対応する駆動入力３１８と係合するように構成され得る。駆動出力３１２は、モータ３１０によって駆動され得る。モータ３１０は、駆動出力３１２を、例えば、時計回り及び反時計回りの方向に回転させるように構成され得る。駆動出力３１２は、モータ３１０の回転運動を医療器具３１４の駆動入力３１８に伝達するように構成され得る。そのため、駆動出力３１２は、例えばギヤ及びソケットなどの回転運動を伝達するのに好適な任意の構造を含むことができる。
【０１２９】
図２６に示すように、器具駆動機構３０６はまた、図示されたトルクセンサ３０８などのセンサ３０８を含むことができる。前述したように、力センサなどの他の種類のセンサも使用されてもよい。トルクセンサ３０８は、駆動出力３１２と関連付けることができる。例えば、トルクセンサ３０８は、駆動出力３１２に付与されたトルク又は力を示す出力信号を提供してもよい。いくつかの実施形態では、トルクセンサ３０８は、１つ以上のひずみゲージを含み得る。トルクセンサは、器具駆動機構３０６のハウジングとモータ３１０との間に位置付けするがでこときる。いくつかの実施形態では、トルクセンサ３０８は双方向である。つまり、いくつかの実施形態では、トルクセンサ３０８は、時計回り及び反時計方向の両方でトルクを測定するように構成されてもよい。トルクセンサ３０８の出力信号は、駆動出力３１２に付与されたトルクの方向を示すことができる。
【０１３０】
図示のように、トルクセンサ３０８及びモータ３１０は、プロセッサ３０２に通信可能に連結され得る。これにより、例えば、トルクセンサ３０８の出力信号がプロセッサ３０２によって使用されることを可能にし、プロセッサ３０２がモータ３１０を制御することを更に可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３０２は、トルクセンサ３０８の出力信号に基づいてモータ３１０を制御して、本明細書に記載される自動整合及びドッキング機構を実装する。
【０１３１】
図２６は、システム３００が医療器具３１４も含み得ることを示す。例示的な医療器具３１４は、例えば、図１、図３〜図５、図８、図９、図１６〜図１８、図２２Ａ及び図２２Ｂを参照して上述されている。医療器具３１４は、器具基部又はハンドル３１６、及び細長いシャフト３２０を含み得る。器具ハンドル３１６は、器具駆動機構３０６にドッキングするように構成され得る。細長いシャフト３２０は、器具ハンドル３１６から延びることができる。いくつかの実施形態では、細長いシャフト３２０は、医療処置中に患者の身体（例えば腹腔鏡下又は内視鏡）に挿入するように構成され得る。
【０１３２】
器具ハンドル３１６は、器具駆動機構３０６の駆動出力３１２と係合するように構成された駆動入力３１８を含むことができる。いくつかの実施形態では、駆動入力３１８は、医療器具３１４と様々な機能を実行することができる１つ以上のプルワイヤ３２２と関連付けられる。例えば、いくつかの実施形態では、プルワイヤ３２２を作動させることは、細長いシャフト３２０を関節運動させるか、又は細長いシャフト３２０の遠位端に位置付けられたツールを動作させる。いくつかの実施形態では、プルワイヤ３２２は、駆動入力３１８を回転させることによって作動される。上述したように、駆動入力３１８は、駆動出力３１２と係合するように構成されてもよく、それにより、モータ３１０からの回転運動が駆動出力３１２を通って駆動入力３１８に伝達され、プルワイヤ３２２を作動させ得る。いくつかの実施形態では、プルワイヤ３２２は予め張力をかけられてもよい。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、医療器具３１４は、予め張力をかけられたプルワイヤを備える。すなわち、いくつかの実施形態では、駆動入力３１８の任意の回転は、プルワイヤの作動を引き起こす。このような実施形態では、そのような回転が医療器具の不注意な又は意図しない関節運動を引き起こし得るため、駆動入力３１８の不注意な又は意図しない回転は望ましくない場合がある。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、システム３００は、ドッキングを容易にするために駆動出力３１２及び駆動入力３１８を自動的に整合させるための整合プロセスを実施するように構成される。
【０１３５】
図２７は、医療器具の駆動入力を伴う器具駆動機構の駆動出力の整合の例示的な方法４００を示すフローチャートである。いくつかの実施形態では、方法４００は、図２６のシステム３００、並びに本明細書に記載される他の医療システム上に実装することができる。
【０１３６】
方法４００は、ブロック４０２において開始し、トルク信号は、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサから受信される。いくつかの実施形態では、トルク信号は、駆動出力に付与されるトルクの方向を示すことができる。トルクは、いくつかの実施形態では、上述のように、駆動出力と駆動入力との間のずれによって引き起こされてもよい。いくつかの実施形態では、方法４００は、トルクではなく、力を示す信号を使用してもよい。
【０１３７】
次に、方法４００は、駆動出力に関連付けられたモータが起動されて、閾値を超えるトルク信号（ブロック４０２で受信される）に応答して駆動出力を回転させるブロック４０４に移動する。閾値は、システムの感度及び／又は信号内のノイズのアカウントを調整するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、閾値は、医療器具に基づいて構成されてもよい。例えば、より硬い医療器具は、より可撓性の医療器具よりも高い閾値を含んでもよい。いくつかの実施形態では、閾値情報は、各器具（いくつかの実施形態では、器具自体に）記憶され、方法４００で使用するために読み取られる。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、回転は、駆動出力を駆動入力と整合させるように構成される。いくつかの実施形態では、駆動出力は、駆動出力に付与されたトルクと同じ方向に回転される。例えば、トルクが時計回り方向にある場合、駆動入力は時計回り方向に回転されてもよい。いくつかの実施形態では、駆動出力は、トルクの方向と反対の方向に回転するように構成される。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、回転速度は、ブロック４０２で測定されたトルクの大きさに比例し得る。例えば、トルクが大きいほど、回転速度が大きくなる。トルクは位置ずれの程度に関連し得るため、駆動出力及び駆動入力が著しくずれているとき、回転はより速くなり得、駆動出力及び駆動入力が整合するように回転するにつれて回転が遅くなり得る。他の実施形態では、回転速度は一定であってもよい。
【０１４０】
次いで、方法４００は、ブロック４０６に移動し、モータが停止されて、モータが閾値を下回るトルク信号に応答して駆動出力の回転を停止させる。閾値を下回るトルク信号は、駆動出力と駆動入力との間の適切な整合を示し得る。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、方法４００は、器具ドッキング又は器具負荷状態の間に実行される。例えば、方法４００は、いくつかの実施形態では、医療器具を器具駆動機構にドッキングしている間に実行されてもよい。いくつかの実施形態では、システムが、例えば、器具駆動機構及び医療器具内の近接センサに基づいて自動であるか、又はユーザ入力に基づいて手動であり得るかを判定する。いくつかの実施形態では、ドッキングが完了すると、システムは器具負荷状態を出て、方法４００をもはや実行しない。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、方法４００は、器具駆動機構の各駆動出力に対して実行されてもよく、したがって、複数の駆動出力を複数の駆動入力と整合させるために使用されてもよい。
【０１４３】
図２８Ａ〜図２８Ｄは、上述の駆動出力２０８及び駆動入力２２８を使用する例示的なホーミングプロセスを示す。いくつかの実施形態では、ホーミングプロセスは、医療器具が器具駆動機構にドッキングされた後に完了する。ホーミング処理は、駆動出力２０８の歯２０９と駆動入力２２８の溝２２９との間の間隙ｇの大きさを推定又は決定するために使用されてもよい。間隙ｇは、駆動出力２０８と駆動入力２２８との間のクリアランス又は許容差を表し得る。以下に記載されるように、ロボット医療器具を制御しながら、間隙ｇを考慮することができるように、間隙ｇのサイズを計算することが望ましい場合がある。
【０１４４】
図２８Ａは、駆動入力２２８と係合された駆動出力２０８を示す。図示のように、駆動出力２０８の歯２０９は、駆動入力２２８の溝２２９内に受容される。許容差及びクリアランスの理由のために、歯２０９と溝２２９との間に間隙ｇが存在してもよい。間隙ｇは、駆動出力２０８と駆動入力２２８との間のドッキング及び嵌合を容易にし得る。図示のように、間隙ｇは、歯２０９の片側又は両側に存在し得る。例えば、間隙ｇ全体が第１の側面上に存在してもよく、間隙ｇ全体が第２の側面に存在してもよく、又は間隙ｇの一部が第１の側面に存在してもよく、間隙ｇの別の部分が歯２０９の第２の側面に存在し得る。間隙ｇのため、駆動出力２０８の対応する回転を引き起こすことなく駆動出力２０８を回転させることが可能であり得る。例えば、駆動出力２０８は、駆動出力２０８が回転し始める前に、歯２０９の壁が溝２２９の壁に接触するまで回転しなければならない。したがって、この距離を考慮することができるように、間隙ｇのサイズを決定又は推定することが望ましい場合がある。間隙は、バックラッシュと称されてもよい。回転方向を切り替える際のバックラッシュを考慮することが望ましい場合がある。例えば、時計回り方向に回転させた後、反時計回りの回転が医療器具の作動を引き起こす前に、間隙ｇの距離を通って反時計回りに回転する必要がある。
【０１４５】
図２８Ｂは、間隙ｇのサイズを決定するホーミングプロセスの一部として、駆動出力２０８を第１の方向に第１の回転位置に回転させることができることを示す。図示の例では、駆動出力２０８は、回転Ｒと同じ方向にトルクτが測定されるまで反時計回り方向に回転Ｒで回転される。トルクτは、歯２０９が溝２２９に接触することによって引き起こされ得る。このようにして、プロセスは、第１の方向に回転させたときに歯２０９が溝２２９に接触する回転位置を決定することができる。
【０１４６】
図２８Ｃに示すように、駆動出力２０８はその後、第２の方向に第２の回転位置に回転され得る。図示の例では、駆動出力２０８は、次いで、トルクτが、回転Ｒと同じ方向にトルクτが測定されるまで、回転Ｒを時計回り方向に回転させる。再び、トルクτは、歯２０９が溝２２９に接触することによって引き起こされ得る。このようにして、プロセスは、第２の方向に回転させたときに歯２０９が溝２２９に接触する回転位置を決定することができる。
【０１４７】
次に、第１の回転位置（図２８Ｂに示す）と第２の回転位置（図２８Ｃに示す）との間の回転距離を決定し、間隙ｇとして使用することができる。これは、駆動出力２０８が駆動入力２２８の溝２２９の各側壁を位置付けすることによってホーミングされているためである。回転距離は、次いで、回転方向を変えるときにシステム内のバックラッシュを考慮するために使用することができる。
【０１４８】
図２８Ｄは、図２８Ａ〜図２８Ｃに示されるホーミング処理中の駆動出力に関連付けられたトルクセンサの出力の例示的なグラフを示す。前述のように、グラフは、力又は力又はトルクを示す出力信号を表し得る。図示のように、時間ｔａ（図２８Ａの状態を表す）では、駆動出力２０８及び駆動入力２２８が整合されるため、トルクτは実質的にゼロである。時間ｔｂ（図２８Ｂの状態を表す）では、トルクτは、駆動出力２０８との接触を示すトルク閾値＋τｔｈｒｅｓｈを上回って増加している。時間ｔｃ（図２８Ｃの状態を表す）において、トルクτは、駆動入力２２８との反対方向の接触を示す閾値−τｔｈｒｅｓｈまで減少している。グラフでは、正及び負のトルク閾値τｔｈｒｅｓｈは、反対の回転方向の限界を示す。
【０１４９】
図２９は、医療システムのための例示的なホーミング方法５００を示すフローチャートである。医療システムは、例えば、図２６の医療システム３００、並びに本明細書に記載される他の医療システムであり得る。ホーミング方法５００は、図２８Ａを参照して説明したように、駆動入力と駆動出力との間の間隙を決定又は推定するために使用することができ、これにより、医療システムの更なる使用中に間隙を考慮することができる。
【０１５０】
方法５００は、ブロック５０２において開始し、このブロック５０２において、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたモータが起動されて、駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超えるまで、駆動出力を第１の方向に回転させる。いくつかの実施形態では、閾値を超えるトルク信号は、例えば、図２８Ｂに示すように、駆動入力に接触する駆動出力を示すことができる。
【０１５１】
次に、方法５００は、トルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第２の回転位置まで、モータが駆動出力を第２の方向に回転させるブロック５０４に移動する。いくつかの実施形態では、閾値を超えるトルク信号は、例えば、図２８Ｃに示すように、駆動入力と反対方向に接触する駆動出力を示すことができる。
【０１５２】
最後に、ブロック５０６において、方法５００は、第１の回転位置（図２８Ｂ）と第２の回転位置（図２８Ｃ）との間の回転距離を決定する。回転距離は、駆動出力と駆動入力との間の間隙又はクリアランスを表すことができる。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、方法５００が間隙を決定すると、間隙は、今後の命令された運動のために考慮される。例えば、駆動出力の回転は、医療器具を制御するために使用される。しかしながら、駆動出力の回転が方向を変化させると、駆動出力は、駆動入力と反対方向に接触する前に、間隙距離を通って回転して戻さなければならない。
【０１５４】
図３０は、器具駆動機構への医療器具のドッキング中のロボット医療システム６００の例を示す。図示した実施形態では、システム６００は、器具駆動機構６０２及びロボット医療器具６１０を含む。ロボット医療器具６１０は、器具基部又はハンドル６１２と、細長いシャフト６１４と、を含む。細長いシャフト６１４は、関節運動するように構成され得る。いくつかの実施形態では、細長いシャフトは、細長いシャフト６１４の関節運動を引き起こすように作動可能な１つ以上のプルワイヤを含む。いくつかの実施形態では、プルワイヤは、予め張力をかけられたプルワイヤである。
【０１５５】
ロボット医療器具６１０は、器具駆動機構６０２がロボット医療器具６１０を駆動することができるように器具駆動機構６０２にドッキングするように構成され得る。図示されるように、器具駆動機構６０２は器具駆動出力６０４を含む。器具駆動出力６０４は、ロボット医療器具６１０の基部又はハンドル６１２上の対応する器具駆動入力６１６と係合するように構成され得る。上述のように、駆動出力６０４と駆動入力６１０との間の整合は、ドッキングを容易にすることができる。
【０１５６】
図３０の例示的な実施例では、器具駆動機構６００はセンサ６０６を含む。センサ６０６は、ロボット医療器具６１０が器具駆動機構６０２の閾値負荷距離Ｄ内にあるときを判定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、センサ６０６は、近接センサ、磁気センサ、ＲＦＩＤ読み取り機、又はロボット医療器具が器具駆動機構６０２の距離Ｄ内にあるときを判定するための任意の他の種類の好適なセンサである。いくつかの実施形態では、器具駆動機構は、器具駆動機構６０２のセンサ６０６によって読み取ることができる対応するセンサ６１８を含む。例えば、センサ６１８は、距離Ｄ内にあるときにセンサ６０６によって読み取ることができる磁石又はＲＦＩＤタグであってもよい。いくつかの実施形態では、距離Ｄは、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍである。いくつかの実施形態では、距離Ｄは、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である。
【０１５７】
図示した実施形態では、ロボット医療器具６１０が、器具駆動機構６０２の距離Ｄ内にもたらされるとき、器具駆動機構６０２のモータは、駆動出力６０４の振動を駆動し始めることができる。例えば、駆動出力の振動は、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲を介して、（矢印で図３０に例示されるように）時計回り及び反時計回りの方向の前後の駆動出力の回転を含むことができる。いくつかの実施形態では、振動は、３０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲である。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、器具駆動機構６０２がロボット医療器具の閾値ドッキング距離Ｄ内にあるとき、駆動出力を駆動するモータをアドミッタンスモードに置くことができる。例えば、モータは、駆動出力６０４が振動している間、アドミッタンスモードにあってもよい。
【０１５９】
駆動出力６０４の振動は、駆動出力と駆動入力６１６との間の整合を容易にすることができ、これにより、医療器具６１０が器具駆動機構６０２にドッキングすることを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、システムは、センサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、器具駆動機構にドッキングされたことを判定し、ロボット医療器具がドッキングされたときに、駆動出力の振動を引き起こさせることを停止することができる。
【０１６０】
図３１は、ロボット医療システムのための例示的な整合方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、ブロック７０２で開始してもよい。ブロック７０２において、方法７００は、器具駆動機構上のセンサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、器具駆動機構の閾値負荷距離内にあると判定することを含む。これは、上記のようなセンサで行うことができる。ブロック７０４において、方法７００は、駆動入力に関連付けられたモータをアドミッタンスモードに置くことを含む。ブロック７０６において、方法７００は、器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、ロボット医療器具が器具駆動機構の閾値負荷距離内にあるときに駆動出力及び対応する駆動入力の整合を容易にするように駆動出力を振動させることを含む。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、上述の医療器具ドッキングのためのシステム及び技術は、駆動ギヤとソケットとの間の位置ずれから生じる入力力／トルクを有する器具駆動機構の接合部のアドミッタンス制御と見なすことができる。
【０１６２】
３．実施システム及び用語。
本明細書に開示される実施態様は、医療器具をドッキングするためのシステム、方法、及び装置を提供し、いくつかの実施形態では、１つ以上の予め張力をかけられたプルワイヤ含むことができるロボット医療器具を器具駆動機構にドッキングする。システム、方法、及び装置は、医療器具上の駆動入力を有する器具駆動機構上の駆動出力の整合を容易にし得る。
【０１６３】
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」、又は単語結合の他の変形は、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、又は第２の構成要素に直接的に接続される、のいずれかであってもよい。
【０１６４】
本明細書に記載される特定のコンピュータ実装プロセス及び機能を指す語句は、プロセッサ可読媒体又はコンピュータ可読媒体上の１つ以上の命令として記憶されてもよい。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。一例として、限定するものではないが、このような媒体は、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され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装置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。
【０１６５】
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つ以上のステップ又は行為を含む。方法ステップ及び／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ステップ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、特定のステップ及び／又は行為の順序及び／又は使用を修正してもよい。
【０１６６】
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、算出する、調査する、見る（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、受信する（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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
開示される実装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。これらの実装形態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、他の実装形様に適用され得る。例えば、当業者であれば、締結、取り付け、連結、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装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。
【０１６９】
〔実施の態様〕
（１）  ロボット医療用システムであって、
器具駆動機構であって、
ロボット医療器具のハンドル上の対応する駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力によって作動された予め張力をかけられたプルワイヤを備える、駆動出力と、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力を回転させるように構成されたモータと、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を備える、器具駆動機構と、
少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力に関連付けられた前記トルクセンサからのトルク信号に応答して前記駆動出力を回転させる、コンピュータ実行可能命令を記憶している、少なくとも１つのコンピュータ可読メモリと、を含む、システム。
（２）  前記命令が、前記駆動出力を前記対応する駆動出力と整合させるために、前記プロセッサに前記駆動出力を回転させる、実施態様１に記載のシステム。
（３）  前記命令が、前記プロセッサに、前記トルク信号が閾値を超えることに応答して前記モータを起動させる、実施態様１に記載のシステム。
（４）  前記命令が、前記プロセッサに、前記閾値を下回る前記トルク信号に応答して前記モータを停止させる、実施態様３に記載のシステム。
（５）  前記トルク信号が、前記駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、前記命令が、前記プロセッサに、前記モータを起動させて、付与された前記トルクの前記方向と同じ方向に前記モータを回転させる、実施態様１に記載のシステム。
【０１７０】
（６）  前記モータの回転速度が、前記トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する、実施態様１に記載のシステム。
（７）  前記モータの回転速度が一定である、実施態様１に記載のシステム。
（８）  前記駆動出力がギヤであり、前記駆動入力がソケットである、実施態様１に記載のシステム。
（９）  前記駆動出力がソケットであり、前記駆動入力がギヤである、実施態様１に記載のシステム。
（１０）  前記命令が、前記システムが負荷器具状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力を回転させるために、前記プロセッサに、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させる、実施態様１に記載のシステム。
【０１７１】
（１１）  前記トルクセンサは、ひずみゲージを含む、実施態様１に記載のシステム。
（１２）  前記ひずみゲージが、前記器具駆動機構のハウジングと前記モータとの間に位置付けられている、実施態様１１に記載のシステム。
（１３）  前記トルクセンサは、双方向である、実施態様１に記載のシステム。
（１４）  コンピュータ可読媒体であって、
少なくとも１つのプロセッサに、
器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサからトルク信号を受信させ、
前記トルクセンサからの前記トルク信号が閾値を超えたことに応答して、前記駆動出力を回転させるために、前記駆動出力に関連付けられたモータを起動させ、
前記トルクセンサからの前記トルク信号が前記閾値を下回ったことに応じて、前記モータに前記駆動出力を回転させることを停止させるように、前記モータを停止させるように構成される命令を含む、コンピュータ可読媒体。
（１５）  前記命令は、少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力を回転させて、前記駆動出力を駆動入力又はロボット医療器具と整合させるように構成され、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力に関連付けられた少なくとも１つの予め張力をかけられたプルワイヤを含む、実施態様１４に記載のコンピュータ可読媒体。
【０１７２】
（１６）  前記トルク信号が、前記駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、前記命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに前記モータを起動させて、付与された前記トルクの前記方向と同じ方向に前記モータを回転させる、実施態様１４に記載のコンピュータ可読媒体。
（１７）  前記命令が、前記モータに、前記トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する回転速度で前記駆動出力を回転させるように構成されている、実施態様１４に記載のコンピュータ可読媒体。
（１８）  前記命令が、前記モータに、一定の回転速度で前記駆動出力を回転させるように構成されている、実施態様１４に記載のコンピュータ可読媒体。
（１９）  前記命令が、前記システムが負荷器具状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力を回転させるために、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させる、実施態様１４に記載のコンピュータ可読媒体。
（２０）  ロボット医療器具の駆動入力と器具駆動機構の駆動出力を整合させるための方法であって、
前記器具駆動機構の前記駆動出力に関連付けられたトルクセンサからトルク信号を受信することであって、前記トルク信号が、前記駆動出力に付与されたトルクを示す、トルク信号を受信することと、
前記トルク信号を閾値と比較することと、
前記駆動出力に関連付けられた前記器具駆動機構のモータを起動させて、前記閾値を超える前記トルク信号に応答して前記駆動出力を回転させることと、
前記トルクセンサからの前記トルク信号が前記閾値を下回ったことに応答して、前記モータに前記駆動出力を回転させることを停止させるように、前記モータを停止させることと、を含む、方法。
【０１７３】
（２１）  前記駆動出力が回転されて、前記駆動出力を前記ロボット医療器具の前記駆動入力と整合させる、実施態様２０に記載の方法。
（２２）  前記ロボット医療器具が、前記駆動入力に関連付けられた少なくとも１つの予め張力をかけられたプルワイヤを含む、実施態様２１に記載の方法。
（２３）  前記トルク信号が、前記駆動出力上に付与されたトルクの方向を示し、前記方法が、前記モータを起動させて、付与された前記トルクの前記方向と同じ方向に前記モータを回転させることを含む、実施態様２０に記載の方法。
（２４）  前記モータの回転速度が、前記トルク信号に基づいて決定された測定トルクに比例する、実施態様２０に記載の方法。
（２５）  前記モータの回転速度が一定である、実施態様２０に記載の方法。
【０１７４】
（２６）  前記駆動出力がギヤであり、前記駆動入力がソケットである、実施態様２０に記載の方法。
（２７）  前記駆動出力がソケットであり、前記駆動入力がギヤである、実施態様２０に記載の方法。
（２８）  前記起動工程及び前記停止工程が、負荷器具状態にあるときに生じる、実施態様２０に記載の方法。
（２９）  ロボット医療用システムであって、
器具駆動機構であって、
ロボット医療器具のハンドル上の駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力に関連付けられたプルワイヤを備える、駆動出力と、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力を回転させるように構成されたモータと、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力に付与されたトルクを測定するように構成されたトルクセンサと、を備える、器具駆動機構と、
少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、前記メモリは、前記少なくとも１つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力に関連付けられた前記トルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、前記駆動出力を第１の方向に回転させ、
前記トルクセンサによって測定された前記トルク信号が前記閾値を超える第２の回転位置まで、前記モータに前記駆動出力を第２の方向に回転させ、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間の回転距離を決定させる、少なくとも１つのコンピュータ可読メモリと、を含む、システム。
（３０）  前記回転距離が、前記駆動出力と前記駆動入力との間の間隙を示す、実施態様２９に記載のシステム。
【０１７５】
（３１）  前記閾値を超える前記トルク信号が、前記駆動入力に接触する前記駆動出力を示す、実施態様２９に記載のシステム。
（３２）  前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力を回転させて前記医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、前記回転が、決定された前記回転距離の少なくとも一部に基づく、実施態様２９に記載のシステム。
（３３）  前記駆動出力がギヤであり、前記駆動入力がソケットである、実施態様２９に記載のシステム。
（３４）  前記駆動出力がソケットであり、前記駆動入力がギヤである、実施態様２９に記載のシステム。
（３５）  前記命令は、前記プロセッサに、前記システムがホーミング状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力を前記駆動入力と整合させるために、前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させ、前記駆動出力を回転させる、実施態様２９に記載のシステム。
【０１７６】
（３６）  前記システムが、前記医療器具が前記器具駆動機構にドッキングされた後、前記ホーミング状態に入る、実施態様３５に記載のシステム。
（３７）  前記トルクセンサは、ひずみゲージを含む、実施態様２９に記載のシステム。
（３８）  前記ひずみゲージが、前記器具駆動機構のハウジングと前記モータとの間に位置付けられている、実施態様３７に記載のシステム。
（３９）  前記トルクセンサは、双方向である、実施態様２９に記載のシステム。
（４０）  コンピュータ可読媒体であって、
少なくとも１つのプロセッサに、
器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、前記駆動出力を第１の方向に回転させるために、前記駆動出力に関連付けられたモータを起動させ、
前記トルクセンサによって測定された前記トルク信号が前記閾値を超える第２の回転位置まで、前記モータに前記駆動出力を第２の方向に回転させ、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間の回転距離を決定させるように構成される命令を含む、コンピュータ可読媒体。
【０１７７】
（４１）  前記回転距離が、前記駆動出力と前記器具駆動機構にドッキングされたロボット医療器具の駆動入力との間の間隙を示す、実施態様４０に記載のコンピュータ可読媒体。
（４２）  前記閾値を超える前記トルク信号が、前記駆動入力に接触する前記駆動出力を示す、実施態様４０に記載のコンピュータ可読媒体。
（４３）  前記命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記駆動出力を回転させて前記医療器具の細長いシャフトを関節運動させ、前記回転が、決定された前記回転距離の少なくとも一部に基づく、実施態様４０に記載のコンピュータ可読媒体。
（４４）  前記命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記システムがホーミング状態にあるとき、前記トルク信号に応答して前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力を前記駆動入力と整合させるために前記駆動出力を回転させる、実施態様４０に記載のコンピュータ可読媒体。
（４５）  前記医療器具が前記器具駆動機構にドッキングされた後、前記システムが前記ホーミング状態に入る、実施態様４４に記載のコンピュータ可読媒体。
【０１７８】
（４６）  方法であって、
器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたトルクセンサによって測定されたトルク信号が閾値を超える第１の回転位置まで、前記駆動出力を第１の方向に回転させるために、前記駆動出力に関連付けられたモータを起動させることと、
前記トルクセンサによって測定された前記トルク信号が前記閾値を超える第２の回転位置まで、前記モータに前記駆動出力を第２の方向に回転させることと、
前記第１の回転位置と前記第２の回転位置との間の回転距離を決定することと、を含む、方法。
（４７）  前記回転距離が、前記駆動出力と前記器具駆動機構にドッキングされたロボット医療器具の駆動入力との間の間隙を示す、実施態様４６に記載の方法。
（４８）  前記閾値を超える前記トルク信号が、前記駆動入力に接触する前記駆動出力を示す、実施態様４７に記載の方法。
（４９）  前記駆動出力を回転させて前記医療器具の細長いシャフトを関節運動させることを更に含み、前記回転が、決定された前記回転距離の少なくとも一部に基づく、実施態様４８に記載の方法。
（５０）  ロボット医療用システムであって、
器具駆動機構であって、
ロボット医療器具のハンドル上の対応する駆動入力を回転させこれに係合するように構成された駆動出力であって、前記ロボット医療器具が、前記駆動入力によって作動された予め張力をかけられたプルワイヤを備える、駆動出力と、
前記駆動出力に関連付けられ、前記駆動出力を回転させるように構成されたモータと、
前記ロボット医療器具の前記ハンドルが前記器具駆動機構からの閾値負荷距離内にあるときを検出するように構成されたセンサと、を備える、器具駆動機構と、
少なくとも１つのプロセッサと通信する少なくとも１つのコンピュータ可読メモリであって、前記メモリは、前記少なくとも１つのコンピュータ可読メモリに記憶されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記コンピュータ実行可能命令が、前記少なくとも１つのプロセッサに、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボット医療器具が、前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあると判定させ、
前記駆動出力に関連付けられた前記モータを起動させて、前記駆動出力を振動させて、前記駆動出力及び前記対応する駆動入力の整合を促進させる、コンピュータ可読メモリと、を含む、システム。
【０１７９】
（５１）  前記命令が、前記モータを、前記ロボット医療器具が前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあるアドミッタンスモードに置くように前記プロセッサを更に構成する、実施態様５０に記載のシステム。
（５２）  前記センサは、近接センサである、実施態様５０に記載のシステム。
（５３）  前記センサは、磁気センサである、実施態様５０に記載のシステム。
（５４）  前記センサは、ＲＦＩＤ読み取り機である、実施態様５０に記載のシステム。
（５５）  前記駆動出力の振動が、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、実施態様５０に記載のシステム。
【０１８０】
（５６）  前記駆動出力の振動が、３０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、実施態様５０に記載のシステム。
（５７）  前記命令は、
前記センサの出力に基づいて、前記ロボット医療器具が、前記器具駆動機構にドッキングされたと判定し、
前記ロボット医療器具がドッキングされたときに、前記駆動出力の振動を引き起こさせることを停止するように、前記プロセッサを更に構成する、実施態様５０に記載のシステム。
（５８）  前記閾値負荷距離が、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍである、実施態様５０に記載のシステム。
（５９）  前記閾値負荷距離が、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である、実施態様５０に記載のシステム。
（６０）  方法であって、
器具駆動機構上のセンサの出力に基づいて、ロボット医療器具が、前記器具駆動機構の閾値負荷距離内にあると判定することと、
前記器具駆動機構の駆動出力に関連付けられたモータを起動させて、前記ロボット医療器具が前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあるときに、前記駆動出力及び前記対応する駆動入力の整合を容易にするよう前記駆動出力を振動させることと、を含む、方法。
【０１８１】
（６１）  前記モータを、前記ロボット医療器具が前記器具駆動機構の前記閾値負荷距離内にあるアドミッタンスモードに置くことを更に含む、実施態様６０に記載の方法。
（６２）  前記センサは、近接センサである、実施態様６０に記載の方法。
（６３）  前記センサは、磁気センサである、実施態様６０に記載の方法。
（６４）  前記センサが、ＲＦＩＤ読み取り機である、実施態様６０に記載の方法。
（６５）  前記駆動出力の振動が、少なくとも３０度、少なくとも２０度、少なくとも１５度、少なくとも１０度、少なくとも５度、少なくとも３度、又は少なくとも１度の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、実施態様６０に記載の方法。
【０１８２】
（６６）  前記駆動出力の振動が、６０度以下、２０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、又は１度以下の回転範囲にわたって、時計回り及び反時計回りの方向の前後の前記駆動出力の回転を含む、実施態様６０に記載の方法。
（６７）  前記センサの出力に基づいて、前記ロボット医療器具が、前記器具駆動機構にドッキングしていると判定することと、
前記ロボット医療器具がドッキングされたときに前記駆動出力の振動を停止することと、を更に含む、実施態様６０に記載の方法。
（６８）  前記閾値負荷距離が、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも１５ｃｍ、少なくとも１０ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも１ｃｍである、実施態様６０に記載の方法。
（６９）  前記閾値負荷距離が、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、５ｃｍ以下、又は１ｃｍ以下である、実施態様６０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】
2022502171.tif 000007
【図６】
2022502171.tif 000008
【図７】
2022502171.tif 000009
【図８】
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【図９】
2022502171.tif 000011
【図１０】
2022502171.tif 000012
【図１１】
2022502171.tif 000013
【図１２】
2022502171.tif 000014
【図１３】
2022502171.tif 000015
【図１４】
2022502171.tif 000016
【図１５】
2022502171.tif 000017
【図１６】
2022502171.tif 000018
【図１７】
2022502171.tif 000019
【図１８】
2022502171.tif 000020
【図１９】
2022502171.tif 000021
【図２０】
2022502171.tif 000022
【図２１Ａ】
2022502171.tif 000023
【図２１Ｂ】
2022502171.tif 000024
【図２２Ａ】
2022502171.tif 000025
【図２２Ｂ】
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【図２３】
2022502171.tif 000027
【図２４】
2022502171.tif 000028
【図２５Ａ】
2022502171.tif 000029
【図２５Ｂ】
2022502171.tif 000030
【図２５Ｃ】
2022502171.tif 000031
【図２５Ｄ】
2022502171.tif 000032
【図２６】
2022502171.tif 000033
【図２７】
2022502171.tif 000034
【図２８Ａ】
2022502171.tif 000035
【図２８Ｂ】
2022502171.tif 000036
【図２８Ｃ】
2022502171.tif 000037
【図２８Ｄ】
2022502171.tif 000038
【図２９】
2022502171.tif 000039
【図３０】
2022502171.tif 000040
【図３１】
2022502171.tif 000041
【国際調査報告】
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