(57)【要約】ロボット外科手術システムを制御する方法が提供され、ロボット外科手術システムは、ジョーを備える器具を有するアームと、各々がアームに連結されたアクセスポートとを含む。本方法は、器具の位置を検出することと、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて、器具のジョーを開放することとを含む。器具のジョーの開放は、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が増加しているという決定に応じて、器具のジョー間の距離を増加させることを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科手術システムのアームに連結された外科手術器具のジョーを操作する方法であって、
器具アクセスポートに対する前記器具の位置を検出することと、
前記器具と前記アクセスポートとの間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて、前記ジョーを電気機械的に開放することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記器具の前記ジョーの前記開放は、
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの前記位置との間の前記距離が増加しているという決定に応じて、前記器具の前記ジョー間の距離を増加させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記器具の前記ジョーの前記開放は、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離が増加するにつれて、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離の補間に基づいて比例的に、前記ジョー間の前記距離を徐々に増加させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの前記位置との間の前記距離が前記所定距離未満であるという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを閉鎖することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記器具の前記ジョーの前記閉鎖は、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離が減少するにつれて、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離の補間に基づいて比例的に、前記ジョー間の前記距離を徐々に減少させることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記器具は、前記アクセスポートと同軸の方向に移動可能であり、
前記器具の前記ジョーの前記開放は、前記アクセスポートの前記位置に対する前記アクセスポートと同軸の前記方向に沿った前記器具の高さの補間に基づいて、前記ジョー間の距離を増加させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記所定距離は、距離の範囲を含み、前記器具の前記位置と前記アクセスポートの位置との間の前記距離が前記距離の範囲内であるという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを閉鎖位置に維持する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
アームと、
前記アームに連結された細長い取り付け具であって、近位端及び遠位端を有する細長い取り付け具と、
前記細長い取り付け具に連結され、かつ前記近位端と前記遠位端との間で移動可能である器具であって、開放位置と閉鎖位置との間で移動可能なジョーを含む、器具と、
前記アーム、前記細長い取り付け具、及び前記器具と通信するプロセッサと、
前記プロセッサに連結されたメモリであって、前記プロセッサにより実行されるときに、前記処理ユニットに、
前記器具が通過する器具アクセスポートに対する前記器具の位置を検出させ、かつ
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの位置との間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを開放させる、命令を含む、メモリと、を含む、ロボット外科手術システム。
【請求項９】
前記メモリは、前記プロセッサにより実行されるときに、前記プロセッサに、
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの前記位置との間の前記距離が増加しているという決定に応じて、前記器具の前記ジョー間の距離を増加させる、命令をさらに含む、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１０】
前記メモリは、前記プロセッサにより実行されるときに、前記プロセッサに、
前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離が増加するにつれて、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離の補間に基づいて比例的に、前記ジョー間の前記距離を徐々に増加させる、命令をさらに含む、請求項９に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１１】
前記メモリは、前記プロセッサにより実行されるときに、前記プロセッサに、
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの前記位置との間の前記距離が前記所定距離未満であるという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを閉鎖させる、命令をさらに含む、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１２】
前記メモリは、前記プロセッサにより実行されるときに、前記プロセッサに、
前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離が減少するにつれて、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離の補間に基づいて比例的に、前記ジョー間の前記距離を徐々に減少させる、命令をさらに含む、請求項１１に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１３】
前記メモリは、前記プロセッサにより実行されるときに、前記プロセッサに、
前記アクセスポートの前記位置に対する前記細長い取り付け具に沿った前記器具の位置の補間に基づいて、前記ジョー間の距離を増加させることによって、前記器具の前記ジョーを開放させる、命令をさらに含む、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１４】
前記所定距離は、距離の範囲を含み、前記器具の前記位置と前記アクセスポートの位置との間の前記距離が前記距離の範囲内であるという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを閉鎖位置に維持する、請求項８に記載のロボット外科手術システム。
【請求項１５】
ロボット外科手術システムを制御するための命令を含むコンピュータプログラム製品を格納する、非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記ロボット外科手術システムが、ジョーを備える器具を有するアームと、前記アームに各々が連結されたアクセスポートとを含み、前記命令が、プロセッサにより実行されるときに、
前記器具の位置を検出し、かつ
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの位置との間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを開放する、ように動作可能である、非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
前記命令は、前記プロセッサにより実行されるときに、
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの前記位置との間の前記距離が増加しているという決定に応じて、前記器具の前記ジョー間の距離の増加をさらに引き起こす、請求項１５に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記命令は、前記プロセッサにより実行されるときに、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離が増加するにつれて、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離の補間に基づいて比例的に、前記ジョー間の前記距離を徐々に増加させることをさらに引き起こす、請求項１６に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記命令は、前記プロセッサにより実行されるときに、
前記器具の前記位置と前記アクセスポートの前記位置との間の前記距離が前記所定距離未満であるという決定に応じて、前記器具の前記ジョーの閉鎖をさらに引き起こす、請求項１５に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記器具の前記ジョーの前記閉鎖は、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離が減少するにつれて、前記アクセスポートの前記位置に対する前記器具の前記位置との間の前記距離の補間に基づいて比例的に、前記ジョー間の前記距離を徐々に減少させることを含む、請求項１８に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記器具は、前記アクセスポートと同軸の方向に移動可能であり、
前記器具の前記ジョーの前記開放は、前記アクセスポートの前記位置に対する前記アクセスポートと同軸の前記方向における前記器具の高さの補間に基づいて、前記ジョー間の距離を増加させることを含む、請求項１５に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
前記所定距離は、距離の範囲を含み、前記器具の前記位置と前記アクセスポートの位置との間の前記距離が前記距離の範囲内であるという決定に応じて、前記器具の前記ジョーを閉鎖位置に維持する、請求項１５に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
ロボット外科手術システムのアームに連結された外科手術器具のエンドエフェクタを操作する方法であって、
器具アクセスポートに対する前記エンドエフェクタの位置を検出することと、
前記アクセスポートの開口部を通る前記エンドエフェクタの前記検出された位置に応じて、前記アクセスポートの開口部を通らない位置まで前記エンドエフェクタを電気機械的に操作することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年９月１１日に出願された、米国仮特許出願第６２／２１７，４９２号の利益及びこれに対する優先権を主張し、その全体の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
ロボット外科手術システムを使用して最小侵襲性医療処置を行うことが増えている。典型的には、このような医療処置中、患者は、ロボットシステムに隣接したプラットフォーム上に置かれ、臨床医は、ロボット外科手術システムから離れたコンソールに位置する。臨床医は、入力コントローラまたはハンドル等のユーザインターフェースに入力を提供して、患者に作用するロボットシステムのアーム、例えば、エンドエフェクタに連結されたツールを操作する。
【０００３】
ロボット外科手術システムは、ロボットアームを支持するタワーと、リストアセンブリを介してロボットアームに取り付けられた鉗子または把持具等の少なくとも１つのエンドエフェクタとを含み得る。このような構成において、医療処置中、エンドエフェクタ及びリストアセンブリは、小さな切開内（カニューレを介して）または患者の固有の開口に挿入され、エンドエフェクタを患者の体内の手術部位に位置付ける。
【０００４】
多くの場合、患者の体内の手術部位からツールが除去されるとき、ツールは、その上に体液及び／または体内組織を含む。器具性能を最適化するために、体液及び／または体内組織は、好ましくは、患者内への再挿入の前にツールから除去される。外科技術師は、典型的には、ベッドの横に位置し、かつツールの洗浄の任務を負うが、技術師は、保護手袋または他の被服を着用していることが多く、これは必要とされるが、手術中に非効率性を招く場合がある。特に、ツールは、手術の精度を改善するように設計されることが増えているため、実装されているエンドエフェクタが、ますますより小さい寸法になり、特に保護手袋の着用中に外科技術師が操作することがより難しくなっている。ツールを患者から除去する前に、ツールのエンドエフェクタは、典型的にはアクセスポートを通過する。これらのツールのエンドエフェクタは、典型的には、ツールをアクセスポートから除去するために、アクセスポートの開口部と整合されなければならなかった。例えば、対のジョーエンドエフェクタは、多くの場合、ジョーがポートの開口部に適合するように閉鎖位置に移動しなければならなかった。閉鎖されたジョーによって、ツールを患者内に再挿入する前にジョーを洗浄するのが難しくなっていた。手術中の最小侵襲性外科手術ツールのより簡単なアクセス性及び洗浄の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ロボット外科手術システムのアームに連結された外科手術器具のエンドエフェクタは、器具が比較的狭いアクセスポートの開口部を通って患者から迅速かつ容易に除去される一方で、依然として器具及びそのエンドエフェクタが患者内への再挿入の前に迅速に洗浄されることを可能し得るように操作されてもよい。一対のジョー等の器具エンドエフェクタの位置を含み得る器具の位置は、ロボットシステムにおける位置センサ、存在検出センサ、または他のセンサを使用して、器具アクセスポートに対して検出されてもよい。ジョーは、器具とアクセスポートとの間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて電気機械的に開放されてもよい。
【０００６】
器具のジョー間の距離は、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が増加しているという決定に応じて、さらに増加されてもよい。
【０００７】
ジョー間の距離は、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離が増加するにつれて、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離の補間に基づいて比例的に、増加されてもよい。
【０００８】
器具のジョーは、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が所定距離未満であるという決定に応じて、閉鎖されてもよい。
【０００９】
ジョー間の距離は、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離が減少するにつれて、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離の補間に基づいて比例的に、減少されてもよい。
【００１０】
器具がアクセスポートと同軸の方向に移動される場合、器具のジョーの開放は、アクセスポートの位置に対するアクセスポートと同軸の方向に沿った器具の高さにおける変化の補間に基づいてジョー間の距離を増加させることを含んでもよい。
【００１１】
所定距離は、距離の範囲を含んでもよく、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が距離の範囲内であるという決定に応じて、器具のジョーは、閉鎖位置に維持されてもよい。
【００１２】
ロボット外科手術システムは、アーム、アームに連結された細長い取り付け具、器具、プロセッサ、及びメモリを含んでもよい。細長い取り付け具は、近位端及び遠位端を有してもよく、器具は、細長い取り付け具に取り外し可能に連結され、かつ近位端と遠位端との間で摺動可能であってもよい。器具は、開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であるジョー等のエンドエフェクタを含んでもよい。アクセスポートは、いくつかの事例において、細長い取り付け具の遠位端に近位のアーム上に配置されてもよい。プロセッサは、アーム、細長い取り付け具、及び器具に通信可能に連結されてもよい。メモリは、プロセッサに通信可能に連結され、かつプロセッサによって実行されるときに、プロセッサに、器具の位置を検出させ、かつ器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて、器具のジョーを開放させる命令を含んでもよい。
【００１３】
メモリは、プロセッサにより実行されるときに、プロセッサに、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が増加しているという決定に応じて、器具のジョー間の距離を増加させる命令をさらに含んでもよい。
【００１４】
メモリは、プロセッサにより実行されるときに、プロセッサに、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離が増加するにつれて、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離の補間に基づいて比例的に、ジョー間の距離を徐々に増加させる命令をさらに含んでもよい。
【００１５】
メモリは、プロセッサにより実行されるときに、プロセッサに、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が所定距離未満であるという決定に応じて、器具のジョーを閉鎖させる命令をさらに含んでもよい。
【００１６】
メモリは、プロセッサにより実行されるときに、プロセッサに、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離が減少するにつれて、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離の補間に基づいて比例的に、ジョー間の距離を徐々に減少させる命令をさらに含み得る。
【００１７】
メモリは、プロセッサにより実行されるときに、プロセッサに、アクセスポートの位置に対する細長い取り付け具に沿った器具の位置の補間に基づいて、ジョー間の距離を増加することによって、器具のジョーを開放させる命令をさらに含んでもよい。
【００１８】
所定距離は、距離の範囲を含んでもよく、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が距離の範囲内であるという決定に応じて、器具のジョーを閉鎖位置に維持してもよい。
【００１９】
非一過性コンピュータ可読媒体は、プロセッサにより実行されるときに、器具の位置を検出し、かつ器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が所定距離を上回るという決定に応じて、器具のジョーを開放する、ように動作可能である、器具を有するアームと、各々がアームに連結されたアクセスポートとを含むロボット外科手術システムを制御するための命令を含むコンピュータプログラム製品を格納してもよい。
【００２０】
非一過性コンピュータ可読は、プロセッサにより実行されるときに、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が増加しているという決定に応じて、器具のジョー間の距離の増加をさらに引き起こす命令をさらに含んでもよい。
【００２１】
非一過性コンピュータ可読は、プロセッサにより実行されるときに、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離が増加するにつれて、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離の補間に基づいて比例的に、ジョー間の距離を徐々に増加させることをさらに引き起こす命令をさらに含んでもよい。
【００２２】
非一過性コンピュータ可読は、プロセッサにより実行されるときに、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が所定距離未満であるという決定に応じて、器具のジョーの閉鎖をさらに引き起こす命令をさらに含んでもよい。
【００２３】
非一過性コンピュータ可読は、器具のジョーの閉鎖が、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離が減少するにつれて、アクセスポートの位置に対する器具の位置との間の距離の補間に基づいて比例的に、ジョー間の距離を徐々に減少させることを含む、命令をさらに含んでもよい。
【００２４】
器具は、アクセスポートと同軸の方向に移動可能であってもよく、非一過性コンピュータ可読は、プロセッサにより実行されるときに、アクセスポートの位置に対するアクセスポートと同軸の方向における器具の高さの補間に基づいて、ジョー間の距離を増加させることを含む、器具のジョーの開放をさらに引き起こす命令をさらに含んでもよい。
【００２５】
所定距離は、距離の範囲を含んでもよく、器具の位置とアクセスポートの位置との間の距離が距離の範囲内であるという決定に応じて、器具のジョーを閉鎖位置に維持してもよい。
【００２６】
ロボット外科手術システムのアームに連結された外科手術器具のエンドエフェクタも、位置センサ、存在検出センサ、または他のセンサを使用して、器具アクセスポートに対するエンドエフェクタの位置を検出することによって操作されてもよい。エンドエフェクタは、アクセスポートの開口部を通るエンドエフェクタの検出された位置に応じて、アクセスポートの開口部を通らない位置まで電気機械的に存在し得る。
【００２７】
本開示の例示的実施形態のさらなる詳細及び態様について、添付の図面を参照して以下により詳細に記載する。
【００２８】
本開示の種々の態様が、図面を参照して本明細書の以下に記載され、図面は、本明細書に組み込まれ、かつその一部を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本開示に従うロボット外科手術システムの略図である。
【図２】開放位置における図１のロボット外科手術システムに含まれ得るアームの側面図である。
【図３Ａ】図２のアームと実装され得る、閉鎖位置及び開放位置それぞれにおけるジョーアセンブリを含むエンドエフェクタの斜視図である。
【図３Ｂ】図２のアームと実装され得る、閉鎖位置及び開放位置それぞれにおけるジョーアセンブリを含むエンドエフェクタの斜視図である。
【図４】図１のロボット外科手術システムを制御するための、本開示の制御コンポーネントのブロック図である。
【図５】図１のロボット外科手術システムを制御するためのプロセスのフロー図である。
【図６】閉鎖位置における図１のロボット外科手術システムに含まれ得るアームの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ロボット外科手術システム及び外科手術アセンブリの実施形態が、図面を参照して詳細に記載されており、同様の参照数字は、いくつかの図の各々において同一または対応する要素を特定する。本明細書で使用される、用語「遠位」は、患者により近い外科手術アセンブリの部分を指し、一方、用語「近位」は、患者からより遠い外科手術アセンブリの部分を指す。
【００３１】
図１を参照すると、ロボット外科手術システム１は、複数のロボットアーム２、３、制御デバイス４、及び制御デバイス４に連結されたコンソール５を含む。図１に示すように、外科手術システム１は、最小侵襲性外科手術を行うために、患者テーブル１２上に横たわる患者１３上で使用するために構成される。コンソール５は、表示デバイス６及び入力デバイス７、８を含む。表示デバイス６は、３次元画像を表示するために設定され、手動入力デバイス７、８は、臨床医がロボットアーム２、３を遠隔操作することを可能にするように構成される。
【００３２】
ロボットアーム２、３の各々は、接合部を通して接続された複数の部材から構成され、対応するロボットアーム２、３の遠位端に接続された外科手術アセンブリ１０を含む。ある実施形態では、外科手術アセンブリ１０は、エンドエフェクタ２３を支持する外科手術器具２０を含む。２つのロボットアーム２、３が示されるが、外科手術システム１は、３つ以上のロボットアーム２、３を含んでもよい。この点に関し、追加のロボットアーム（図示せず）は、制御デバイス４に同様に接続され、コンソール５を介して遠隔操作される。したがって、１つ以上の追加の外科手術アセンブリ１０及び／または外科手術器具２０も、追加のロボットアームに装着されてもよい。
【００３３】
ロボットアーム２、３は、制御デバイス４に接続された電気駆動部（図示せず）によって駆動されてもよい。ある実施形態によると、制御デバイス４は、例えば、コンピュータプログラムを介して、駆動部を作動させるように構成され、ロボットアーム２、３ならびにロボットアーム２、３に対応する外科手術アセンブリ１０及び／または外科手術器具２０が、手動入力デバイス７、８を通して受信した所望の移動を実行するようにする。制御デバイス４も、ロボットアーム２、３及び／または駆動部の移動を調節するように構成されてもよい。
【００３４】
制御デバイス４は、複数のモータ（例えば、モータ１…ｎ）を制御してもよく、各モータは、外科手術器具２０のエンドエフェクタ２３に連結されたケーブル（図示せず）等の、１つ以上のケーブルの押出または引張を駆動するように構成される。使用時、これらのケーブルが押出及び／または引張されるとき、１つ以上のケーブルは、エンドエフェクタ２３の動作及び／または移動に影響を及ぼす。制御デバイス４は、１つ以上のエンドエフェクタ２３の動作及び／または移動を調整するために、１つ以上のケーブルの押出または引張運動を調整するように、種々のモータの作動を調整する。ある実施形態では、各モータは、１つ以上のケーブルに加えて、またその代わりに、エンドエフェクタ２３の動作及び／または移動に影響を及ぼすように、駆動ロッドまたはレバーアームを作動させるように構成される。
【００３５】
制御デバイス４は、計算を実行するように、及び／または一連の命令に従って動作するように適合された任意の適切な論理制御回路を含む。制御デバイス４は、無線接続（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＬＴＥ等）及び／または有線接続のいずれかを介して、遠隔システム「ＲＳ」と通信するように構成され得る。遠隔システム「ＲＳ」は、ワークステーション１の種々のコンポーネント、アルゴリズム、及び／または動作に関連するデータ、命令、及び／または情報を含み得る。遠隔システム「ＲＳ」は、任意の適切な電子サービス、データベース、プラットフォーム、クラウド「Ｃ」（図１参照）等を含み得る。制御デバイス４は、動作可能にメモリに接続された中央処理装置を含んでもよい。メモリは、一過性メモリ（例えば、ＲＡＭ）及び／または非一過性メモリ（例えば、フラッシュ媒体、ディスク媒体等）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、メモリは、遠隔システム「ＲＳ」の一部であり、及び／またそれに動作可能に連結される。
【００３６】
制御デバイス４は、駆動回路等を通して、ワークステーション１のコンポーネントとインターフェースをとるための複数の入力及び出力を含み得る。制御デバイス４は、入力信号を受信し、及び／または出力信号を生成して、ワークステーション１の種々のコンポーネント（例えば、１つ以上のモータ）のうちの１つ以上を制御するように構成され得る。出力信号は、ユーザによりあらかじめプログラムされた及び／または入力され得るアルゴリズム命令を含み得、及び／またはそれに基づき得る。制御デバイス４は、複数のユーザ入力を、遠隔システム「ＲＳ」に連結され得るユーザインターフェース（例えば、コンソール５を動作するスイッチ、ボタン、タッチスクリーン等）から受け入れるように構成され得る。
【００３７】
メモリ１４は、制御デバイス４に直接的及び／または間接的に連結され、人間及び／または解剖アトラスからの術前データを含む命令及び／またはデータベースを格納し得る。メモリ１４は、遠隔システム「ＲＳ」の一部であり得、及び／またはそれに動作可能なように連結され得る。
【００３８】
ある実施形態によると、各ロボットアーム２、３の遠位端は、エンドエフェクタ２３（または他の外科手術ツール）をその中に解放可能に固定するように構成され、例えば、トロカールまたは開創器等の任意の数の外科手術ツールまたは器具を受容するように構成されてもよい。
【００３９】
次に図２を参照すると、外科手術ツールをロボットアームに固定するための取り付けアセンブリ２１０を含むロボットアーム２００（ロボットアーム２、３に類似する）の側面図が提供される。ロボットアーム２００は、接合部を介して接続された３つの部材から構成される。取り付けアセンブリ２１０は、アーム２００の遠位端２２０に連結され、取り付けデバイス２３０及び長手方向に延在する支持部２４０を含む。取り付けデバイス２３０は、締め付け及び解放アセンブリ２３４を支持する筐体２３２から構成され、多種多様の外科手術ツールをその中に選択的に固定し、そうすることで外科手術ツールをロボットアームに固定するように構成される。取り付けデバイス２３０は、多種多様の外科手術ツールを受容するように適合されてもよいが、取り付けデバイス２３０は、ある実施形態では、本明細書において詳細に論じられるように、トロカール２５０を受容する。トロカール２５０は、締め付けアセンブリ２３４の開放構成と閉鎖構成との間の移行によって、取り付けデバイス２３０内に解放可能に固定される。トロカール２５０は、患者内の手術部位への経路を提供するように構成されたカニューレ２５２を含み、患者に外科手術を実行し得る器具２６０のエンドエフェクタ２６５を受容するためのアクセスポート２５４を有する。ある例では、エンドエフェクタ２６５は、ジョーアセンブリ２６６を含む。
【００４０】
長手方向に延在する支持部２４０は、取り付けデバイス２３０の筐体２３２に対して実質的に垂直に延在し、垂直レール２４２を支持する。垂直レール２４２は、支持部２４０に連結され、支持部２４０の長さに沿って延在する。垂直レール２４２は、器具２６０がそこに摺動可能に連結され、かつトロカール２５０と整合され得るように構成される。具体的には、器具２６０のロッドまたはシャフト２６２から延在するジョーアセンブリ２６６は、トロカール２５０のアクセスポート２５４内への挿入またはそこからの取り外しができるように、トロカール２５０に実質的に整合される。ある実施形態によると、垂直レール２４２は、少なくとも器具２６０のジョーアセンブリ２６６を、アクセスポート２５４内への入口の直前にある位置Ｐ１と、アクセスポート２５４からある距離にある位置Ｐ２との間に位置付けるために構成される。
【００４１】
器具２６０のジョーアセンブリ２６６は、カニューレ２５２内の配置のための少なくとも位置Ｐ１における閉鎖位置と、少なくとも位置Ｐ２及び／またはカニューレ２５２の外側の位置にあるときの開放位置との間で移動可能であるように構成される。図３Ａ及び図３Ｂは、閉鎖位置及び開放位置それぞれにおけるジョーアセンブリ３６６を含むエンドエフェクタ３６５の斜視図である。ジョーアセンブリ３６６に加えて、エンドエフェクタ３６５は、ジョーアセンブリ３６６が枢動可能に接続されるリストアセンブリ３１０を含む。ジョーアセンブリ３６６は、ジョー３６８、３７０の開放及び閉鎖のためのプーリー３７４に連結されるケーブル３７２を使用して操作可能である一対のジョー３６８、３７０を含む。他の実施形態では、器具２６０は、鉗子、はさみ切断ツール、プライヤ、ステープラ、電気手術鉗子、またはジョーもしくは把持するための同様のコンポーネントを含む他のツールであってもよい。
【００４２】
ロボット外科手術システム１０のシステムアーキテクチャ４００の簡略化された機能ブロック図が図４に含まれる。システムアーキテクチャ４００は、コアモジュール４２０、外科医マスターモジュール４３０、ロボットアームモジュール４４０、及び器具モジュール４５０を含む。コアモジュール４２０は、ロボット外科手術システム１の中央制御装置としての役割を果たし、他のモジュール４３０、４４０、４５０の全ての動作を調整する。例えば、コアモジュール４２０は、制御デバイスをアーム２、３、２００にマッピングし、現状を判断し、全ての運動学及びフレーム変換を実行し、結果として生じた移動コマンドをリレーする。この点に関し、コアモジュール４２０は、ロボット外科手術システム１内の実行のための命令またはコマンドを他のモジュール４３０、４４０、４５０に提供するために、他のモジュール４３０、４４０、４５０の各々からのデータを受信及び分析する。別々のモジュールとして示されるが、モジュール４２０、４３０、４４０、及び４５０のうちの１つ以上は、他の実施形態において単一のコンポーネントである。
【００４３】
コアモジュール４２０は、モデル４２２、観測部４２４、コリジョン管理部４２６、制御部４２８、及びスケルトン４２９を含む。モデル４２２は、モータ（例えば、モータ１…ｎ）及び／またはアーム２、３、２００等の制御されたコンポーネントのために、抽象表現（基底クラス）を提供するユニットを含む。観測部４２４は、他のモジュール４３０、４４０、４５０から受信した入力信号及び出力信号に基づいて状態推定を作成する。コリジョン管理部４２６は、システム１０内に登録されているコンポーネント間のコリジョンを防止する。スケルトン４２９は、運動学的及び動力学的観点からシステム１０を追跡する。例えば、運動学項目は、ある実施形態では、順運動学または逆運動学のいずれかとして実装されてもよい。動力学的項目は、システムのコンポーネントの動力学をモデル化するために使用されるアルゴリズムとして実装されてもよい。
【００４４】
外科医マスターモジュール４３０は、コンソール５において外科医制御デバイスと通信し、コンソール５から受信した入力をコアモジュール４２０にリレーする。ある実施形態によると、外科医マスターモジュール４３０は、ボタン状態及び制御デバイス位置をコアモジュール４２０に通信し、状態／モード管理部４３４、フェイルオーバ制御部４３６、及びＮ自由度（「ＤＯＦ」）作動部４３８を含むノード制御部４３２を含む。
【００４５】
ロボットアームモジュール４４０は、対応するアーム２、３、２００の移動を制御するために、ロボットアームサブシステム、アームカートサブシステム、設定アーム、及び器具サブシステムの動作を調整する。単一のロボットアームモジュール４４０が含まれるが、ロボットアームモジュール４４０が単一のアームに対応し、かつそれを制御することを理解されたい。したがって、追加のロボットアームモジュール４４０は、システム１０が多数のアーム２、３、２００を含む構成に含まれる。ロボットアームモジュール４４０は、ノード制御部４４２、状態／モード管理部４４４、フェイルオーバ制御部４４６、及びＮ自由度（「ＤＯＦ」）作動部３４８を含む。
【００４６】
器具モジュール４５０は、アーム２、３、２００に装着された器具２６０（図２に示す）の移動を制御する。器具モジュール４５０は、単一の器具に対応し、かつそれを制御するように構成される。したがって、多数の器具が含まれる構成では、追加の器具モジュール４５０が同様に含まれる。ある実施形態では、器具モジュール４５０は、エンドエフェクタまたはジョーアセンブリ２６６の位置（ジョーのピッチ及びヨー角を含んでもよい）、ジョー３６８、３７０間の幅または角度、及びアクセスポート２５４の位置に関連するデータを入手及び通信する。器具モジュール４５０は、ノード制御部４５２、状態／モード管理部４５４、フェイルオーバ制御部４５６、及びＮ自由度（「ＤＯＦ」）作動部４５８を有する。
【００４７】
器具モジュール４５０により収集された位置データは、コアモジュール４２０によって使用され、器具２６０が手術部位内、カニューレ２５２内、アクセスポート２５４に隣接して、または自由空間のアクセスポート２５４の上にあるときを決定する。コアモジュール４２０は、器具２６０の位置決めに基づいて器具２６０のジョーを開放または閉鎖するための命令を提供するか否かを決定する。例えば、器具２６０の位置によって、器具２６０がカニューレ２５２内にあることが示されるとき、命令は、ジョーアセンブリ２６６を閉鎖位置に維持するように提供される。器具２６０の位置によって、器具２６０がアクセスポート２５４の外部にあると示されるとき（具体的には、ジョーアセンブリ２６６）、命令は、ジョーアセンブリ２６６を開放するように提供される。
【００４８】
図５は、ある実施形態に従う、ロボット外科手術システム１０、具体的には、対応するアーム２００に連結された器具２６０を制御する方法４００のフロー図である。図２をさらに参照すると、システム初期化時、例えば、システムの起動、リセット、または再起動時、またはその間、アーム２００及び器具２６０は、ステップ５１０において、初期位置に維持される。ある実施形態では、初期位置は、アーム２００の遠位端が患者テーブル１２（図１）の上の所定の高さにあること、及び制御される器具２６０が患者テーブル１２から近位の位置にあることを含む。具体的には、器具２６０は、垂直レール２４２に沿って位置付けられ、器具２６０のジョーアセンブリ２６６がカニューレ２５２の外部にあるようにする。例えば、図２に示すように、ジョーアセンブリ２６６は、アクセスポート２５４の位置Ｐ１から距離Ｄ離れた位置Ｐ２にあってもよい。Ｐ２が、他の実施形態において、図２に示す場所とは違う場所に位置してもよいこと、及び距離ＤがＰ１とＰ２との間の任意の距離に対応することを理解されたい。加えて、概してＰ１とＰ２との間の距離として本明細書に参照されるが、距離Ｄは、別の実施形態において、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の垂直距離である。別の実施形態によると、距離Ｄは、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の水平距離である。
【００４９】
ジョーアセンブリ２６６のジョー３６８、３７０は、いずれかが開放位置に移動するか、または開放位置に維持される。ジョーアセンブリ２６６がヒンジ接合部として構成されるある実施形態によると、開放位置は、約０〜約１０度を上回る角度をその間に有するジョー３６８、３７０を含む。別の実施形態では、ジョー３６８、３７０間の最大角度は、約４５度である。ジョーアセンブリ２６６がクランプとして構成されるある実施形態では、ジョー３６８、３７０は、開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、ジョー３６８、３７０間の最大所定幅は、ある実施形態において、約４ミリメートル（ｍｍ）〜約２５ｍｍの間の範囲である。さらに別の実施形態では、ジョー３６８、３７０は、相互に対して２つの平行面において移動する（例えば、相互により近く及び相互からより遠く）ように構成されてもよい。代替として、ジョー３６８、３７０間の所定幅は、上述の範囲を上回るまたはそれ未満である。
【００５０】
次に、ステップ５０４において、アクセスポートと同軸の方向の器具２６０の移動を示す入力がシステム１０によって受信される。器具２６０の位置の決定は、例えば、Ｚスライドエンコーダによって、垂直レール２４２及び器具２６０の端部に配置されたセンサ間の距離を検出することによって、近接スイッチ等の接触センサによって、器具２６０により中断されるレーザービーム等の非接触構成等によって、決定されてもよい。アクセスポートと同軸の方向に沿った器具２６０の移動を示すシステム１０により受信された入力に応答して、５０６において、Ｐ１におけるアクセスポート２５４の位置に対するＰ２における器具２６０のジョーアセンブリ２６６との位置の間の距離Ｄが所定距離Ｄ１を上回るか否かについて決定が行われる。所定距離Ｄ１は、ジョー３６８、３７０が開放または閉鎖する閾値である。ある実施形態では、所定距離Ｄ１は、約１０ｍｍ〜約２５ｍｍの間の範囲の値である。別の実施形態では、所定距離Ｄ１は、上述の範囲を上回るまたはそれ未満の値である。所定距離Ｄ１は、器具の種類及び／またはエンドエフェクタによってカスタマイズされ、メモリ１４に格納されてもよく、その一部分は、アーム２００または器具２６０に関連付けられるか、またはそれに位置してもよい。
【００５１】
入力は、コンソール５から受信される。例えば、臨床医は、コンソール５においてタッチスクリーン上の物理的ボタンまたは仮想ボタンを押してもよい。別の実施形態では、入力は、アーム２００で受信される。例えば、患者テーブル１２の近くの技術師は、垂直レール２４２をアクセスポート２５４に近づけて引張すること、または垂直レール２４２をアクセスポート２５４から離して押出することのいずれかによって、垂直レール２４２を操作する。
【００５２】
Ｐ１におけるアクセスポート２５４の位置に対するＰ２における器具２６０のジョーアセンブリ２６６の位置との間の距離Ｄが、図５に示すように、所定距離「Ｄ１」を上回らないという決定が行われる場合、ステップ５０８において、ジョー３６８、３７０を閉鎖位置に向かって移動するように、命令が器具モジュール４５０に提供される。Ｐ１におけるアクセスポート２５４の位置に対するＰ２における器具２６０のジョーアセンブリ２６６の位置との間の距離Ｄが所定の距離「Ｄ１」を上回るという決定が行われる場合、ステップ５１０において、器具２６０のジョー３６８、３７０を開放位置に向かって移動するように、命令が器具モジュール４５０に提供される。
【００５３】
ある実施形態によると、ジョー３６８、３７０の閉鎖の程度は、アクセスポート２５４からのジョーアセンブリ２６６の距離Ｄに部分的に基づく。ある実施形態では、Ｐ２におけるジョーアセンブリ２６６の位置がＰ１にあるか、またはＰ１に隣接してあるとき、ジョー３６８、３７０は、実質的に閉鎖される（例えば、ジョー３６８、３７０がアクセスポート２５４の直径未満の幅を有するように位置付けられる）。別の実施形態では、ジョー３６８、３７０は、カニューレ２５２の外部の空間において緩衝帯を画定するために、アクセスポート２５４の所定の距離の範囲内にある間、実質的に閉鎖位置のままである。
【００５４】
ジョーアセンブリ２６６がアクセスポート２５４からさらに離れて、または緩衝帯の外部に移動すると、ジョー３６８、３７０は、最大幅が得られるまで徐々に幅が広くなる。ある実施形態では、コアモジュール４２０は、アクセスポート２５４からのまたは緩衝帯の外部のからのジョーアセンブリ２６６の距離に基づく、実質的に閉鎖位置から最大開放位置までのジョー幅の値の補間のためのルックアップテーブルまたはアルゴリズムを含み、命令を器具モジュール４５０に提供して、ジョー３６８、３７０を所望の幅に開放する。ある実施形態によると、ジョー幅は、アクセスポート２５４からのまたは緩衝帯の外部のからのジョーアセンブリ２６６の距離に正比例する。別の実施形態では、ジョー幅は、アクセスポート２５４または緩衝帯に最も近いときに比較的小さく、ジョー幅の増加の割合は、ジョーアセンブリ２６６が位置付けられるアクセスポート２５４または緩衝帯から離れるほど大きくなる。さらに別の実施形態では、コアモジュール４２０は、アクセスポート２５４からのまたは緩衝帯の外部のからのジョーアセンブリ２６６の距離に基づく、実質的に閉鎖位置から最大開放位置までのジョー角度の値の補間のためのルックアップテーブルまたはアルゴリズムを含み、命令を器具モジュール４５０に提供して、ジョー３６８、３７０を所望の角度に開放する。いずれの場合も、ジョー３６８、３７０がその間の最大幅または最大角度を得るとき、ジョー３６８、３７０は、ジョーアセンブリ２６６が、最大幅または最大角度がトリガされる位置を超える位置にあり、ひいてはアクセスポート２５４からの最大距離を上回る距離にある限り、最大幅または最大角度に維持される。
【００５５】
ジョー３６８、３７０の閉鎖は、上に詳述した開放順序と同様の方式で動作する。例えば、ジョー３６８、３７０間の距離は、最小幅（または実質的な閉鎖）が得られるまで徐々により狭くなる。ある実施形態では、コアモジュール４２０は、アクセスポート２５４からのまたは緩衝帯の外部のからのジョーアセンブリ２６６の距離に基づく、最大開放位置から実質的に閉鎖位置までのジョー幅の値の補間のためのルックアップテーブルまたはアルゴリズムを使用し、命令を器具モジュール４５０に提供して、ジョー３６８、３７０を所望の幅に閉鎖する。ある実施形態によると、ジョー幅は、アクセスポート２５４からのまたは緩衝帯の外部のからのジョーアセンブリ２６６の距離に正比例する。別の実施形態では、コアモジュール４２０は、アクセスポート２５４からのまたは緩衝帯の外部のからのジョーアセンブリ２６６の距離に基づく、最大開放位置から実質的に閉鎖位置までのジョー角度の値の補間のためのルックアップテーブルまたはアルゴリズムを含み、命令を器具モジュール４５０に提供して、ジョー３６８、３７０を所望の角度に閉鎖する。例えば、最大幅においてジョー３６８、３７０が４５度の角度にある構成において、ジョーアセンブリ２６６が位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の中間にある場合、ジョー３６８、３７０は、２２．５度の角度に開放し得る。別の実施形態では、ジョー幅は、アクセスポート２５４または緩衝帯に最も近いときに比較的小さく、ジョー幅の増加の割合は、ジョーアセンブリ２６６が位置付けられるアクセスポート２５４または緩衝帯から離れるほど大きくなる。したがって、ある実施形態では、ジョー３６８、３７０の幅は、アクセスポート２５４または緩衝帯から遠くなるほどより急速に減少する。ジョー３６８、３７０がその間の最小幅または最小角度を得るとき、ジョー３６８、３７０は、最小幅または最小角度がトリガされる位置にあり、ひいてはアクセスポート２５４から最小距離にある限り、最小幅に維持される（または実質的に閉鎖される）。さらに別の実施形態では、ジョー３６８、３７０を徐々にではなく所望の幅に閉鎖するために、ジョー３６８、３７０は、アクセスポート２５４からまたは緩衝帯の外部からのジョーアセンブリ２６６の距離に基づいて直ちに閉鎖し、そうするための命令は器具モジュール４５０に含まれる。
【００５６】
いずれの場合も、ジョーアセンブリ２６６の位置（Ｐ２）がアクセスポート２５４の位置（Ｐ１）に対して変更したか否かに関する決定が、ステップ５１２において行われる。例えば、コアモジュール４２０は、命令を器具モジュール４５０に提供して、アクセスポート２５４に対するジョーアセンブリ２６６の位置変更を検出する。ジョーアセンブリ２６６の位置変更が検出される場合、本方法は、ステップ５０６で繰り返す。検出されない場合、ジョー３６８、３７０は、前の幅または角度に維持される。
【００５７】
簡潔に上述したように、アクセスポート２５４に対してジョーアセンブリ２６６を再位置付けするためのシステム１０への入力は、ベッドの横の技術師によって受信されてもよい。上述のプロセスを実装することによって、技術師は、垂直レール２４２に沿ってジョーアセンブリ２６６の位置を手動で移動することによって、ジョー３６８、３７０を開放または閉鎖することができる。手動の移動は、垂直レール２４２を位置付けるように構成された作動システムを作動させるように、長手方向に延在する支持部に沿って垂直レール２４２を物理的に押出または引張することによって、またはボタン（物理的または仮想）を使用することによって生じてもよい。
【００５８】
ある実施形態では、システム１０の使用中の安全性を改善するために、コアモジュール４２０は、コンソール５から受信した入力について、器具２６０において受信した入力（例えば、垂直レール２４２の再位置付け、ジョー３６８、３７０を手動で操作することによる、またはジョー３６８、３７０を開放もしくは閉鎖するための物理的または仮想ボタンを押すことによるジョー３６８、３７０の手動開放または閉鎖）の優先順位を付けるように構成される。
【００５９】
別の実施形態によると、垂直レール２４２を含むように記載されているが、他のロボットアーム設計は、垂直レール２４２を省略し、代わりに、器具２６０をｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に平行移動させ、最終的に器具２６０をアクセスポート２５４と同心に整合するための追加のコンポーネントを含む。このような構成では、外科医による制御運動中に他の接合部（人間の腕に類似する）の調整によって、ロボットアーム及び対応する器具に命令してアクセスポートと同心に平行移動させるソフトウェア強制運動学が、ロボットアームモジュール４４０に実装される。また、技術師による手動の移動に応答するための命令も含まれ、その命令は、システムによって、技術師がｚ方向（または他の方向）に沿ってアームを平行移動させることを可能にする一方で、アームに関連付けられたモータが、ｘ方向、ｙ方向、またはｚ方向のうちの１つ以上から偏位する運動に抵抗するモードを作動させる。
【００６０】
本明細書に記載するシステムは、種々の情報を受信し、かつ受信した情報を変換して出力を生成するために、１つ以上の制御器も利用してもよい。制御器は、任意の種類の計算デバイス、計算回路、またはメモリに格納されている一連の命令を実行することが可能である任意の種類のプロセッサもしくは処理回路を含んでもよい。制御器は、多数のプロセッサ及び／またはマルチコア中央処理装置（ＣＰＵ）を含んでもよく、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ等の任意の種類のプロセッサを含んでもよい。また、制御器は、一連の命令を実行するために、データ及び／またはアルゴリズムを格納するメモリも含んでもよい。
【００６１】
本明細書に記載の方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれもが、プログラミング言語またはコンピュータプログラムに変換されてもよく、またはそれで表現されてもよい。「プログラミング言語」及び「コンピュータプログラム」は、命令をコンピュータに規定するために使用される任意の言語を含み、Ａｓｓｅｍｂｌｅｒ、Ｂａｓｉｃ、Ｂａｔｃｈｆｉｌｅｓ、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｍａｃｈｉｎｅ  ｃｏｄｅ、オペレーティングシステムコマンド言語、Ｐａｓｃａｌ、Ｐｅｒｌ、ＰＬ１、スクリプト言語、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、それ自体がプログラムを規定するメタ言語、ならびに全ての第１、第２、第３、第４、及び第５世代のコンピュータ言語の言語と、それらの派生語とを含む（がこれらの限定されない）。また、データベース及び他のデータスキーマ、ならびに任意の他のメタ言語も含まれる。解釈、コンパイル、またはコンパイル及び解釈された手法を使用する言語間に区別はない。コンパイルされたプログラムとソースバージョンのプログラムとの間にも区別はない。したがって、２つ以上の状態（ソース、コンパイルされた、オブジェクト、またはリンクされた等）でプログラミング言語が存在し得るプログラムの参照は、このようなあらゆる状態の参照である。プログラムの参照は、実際の命令及び／またはこれらの命令の意図を包含してもよい。
【００６２】
本明細書に記載の方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれもが、１つ以上の機械可読媒体またはメモリ上に含まれてもよい。用語「メモリ」は、プロセッサ、コンピュータ、またはデジタル処理デバイス等の機械により可読である形式で情報を提供する（例えば、格納及び／または伝送する）機構を含んでもよい。例えば、メモリは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、または任意の他の揮発性もしくは不揮発性メモリ記憶デバイスを含んでもよい。メモリ上に含まれるコードまたは命令は、搬送波信号、赤外線信号、デジタル信号、及び他の同様の信号によって表されることができる。
【００６３】
本開示のいくつかの実施形態が図面に示されているが、本開示がそれらに限定されることは意図されず、本開示が、当技術分野によって可能になる範囲において広義であること、及び本明細書が同様に読まれることが意図される。上記実施形態の任意の組み合わせも想定され、添付の請求項の範囲内にある。ゆえに、上記記載は、限定的であると解釈されるべきではなく、単に、特定の実施形態の例証として解釈される。当業者は、本明細書に添付の請求項の範囲内において他の修正を想定する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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