(57)【要約】  ロボット制御システムは、医療器具に取り付け可能であり、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されるトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置（１２０）を含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタが、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。ディスプレイ（１１８）が、コントローラ装置のポイント信号に応答して、カーソルが撮像又は移動されることになる位置を示すようディスプレイ上で動かされることを可能にする。ロボットシステム（１４４）が、クリック信号に応答して、撮像される又は動かされることになる位置にしたがって直接ロボット又はロボットにより保持される器具を動かすように構成される。
2018532527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療器具に取り付け可能なコントローラ装置であって、前記コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成される前記トラックパッドを持ち、前記電子信号はポイント信号及びクリック信号を含む、ハウジングと、前記ハウジングに形成されるとともに前記コントローラ装置を前記医療器具に取り外し可能に接続するように構成されるアダプタとを含む、コントローラ装置；
ディスプレイであって、前記コントローラ装置の前記ポイント信号に応答して、撮像されることになる又は動かされることになる位置を示すようカーソルが前記ディスプレイ上で動かされることを可能にするディスプレイ；並びに
前記クリック信号に応答して、前記の撮像されることになる又は動かされることになる位置にしたがって、直接ロボットを又は前記ロボットによって保持される器具を動かすように構成されるロボットシステム；を有する、
ロボット制御システム。
【請求項２】
前記トラックパッドは、前記コントローラ装置に中央に配置されるとともに、前記医療器具に取り付けられるときに遠位に沿う方を向く、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トラックパッドは、前記医療器具に取り付けられるとき、前記コントローラ装置に横に配置されるとともに前記医療器具の長手方向軸に垂直な方向に向く、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記トラックパッドは、ポイント機構及びクリック機構であって、前記ポイント機構が、前記カーソルを前記ディスプレイ上で動かし、前記クリック機構が、前記ロボット又は前記ロボットによって保持される前記器具をカーソル位置に動かすように前記ロボットシステムを作動させる、ポイント機構及びクリック機構を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ロボットによって保持される前記器具はイメージング装置を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記アダプタは、前記医療器具に付けるためのチャネル、クリップ又は磁石のうちの１つを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラ装置は、ワークステーションと無線で通信して、前記ポイント信号にしたがって前記カーソルを動かすとともに前記クリック信号により前記ロボットシステムを作動させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラ装置とワークステーションとの間の有線接続を提供して、前記ポイント信号にしたがって前記カーソルを動かすとともに前記クリック信号により前記ロボットシステムを作動させるように構成されるインタフェースアダプタをさらに有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記トラックパッドは、前記カーソルを前記ディスプレイ上で制御し、カーソル位置はカーソル追跡プログラムによってロボット座標系の位置に変換される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ハンドヘルド医療器具；
前記医療器具に取り付け可能なコントローラ装置であって、前記コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成される前記トラックパッドを持ち、前記電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む、ハウジングと、前記ハウジングに形成されるとともに前記コントローラ装置を前記医療器具に取り外し可能に接続するように構成されるアダプタとを含み、前記コントローラ装置は、前記医療器具を使用しながらユーザの手による前記トラックパッドへのアクセスを可能にするように構成される、コントローラ装置；
ディスプレイであって、前記コントローラ装置の前記ポイント信号に応答して、前記ディスプレイ上に視聴コンテンツを提供するイメージング装置によって撮像される又は動かされることになる位置を示すようカーソルが前記ディスプレイ上で動かされることを可能にする、ディスプレイ；並びに
ロボットシステムであって、前記ロボットシステムが前記医療器具を使用する前記手で前記ユーザによって制御されるように、前記クリック信号に応答して、前記撮像される又は動かされることになる位置にしたがってロボットによって保持される前記イメージング装置を動かすように構成される、ロボットシステム；を有する、
ロボット制御システム。
【請求項１１】
前記トラックパッドは、前記コントローラ装置に中央に配置されるとともに、前記医療器具に取り付けられるときに遠位に沿う方を向く、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記トラックパッドは、前記医療器具に取り付けられるとき、前記コントローラ装置に横に配置されるとともに前記医療器具の長手方向軸に垂直な方向に向く、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トラックパッドは、ポイント機構及びクリック機構であって、前記ポイント機構が、前記カーソルを前記ディスプレイ上で動かし、前記クリック機構が、前記ロボットシステムをカーソル位置にしたがって調整するように作動させる、ポイント機構及びクリック機構を含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アダプタは、前記医療器具に付けるためのチャネル、クリップ又は磁石のうちの１つを含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラ装置は、ワークステーションと無線で通信して、前記ポイント信号にしたがって前記カーソルを動かすとともに前記クリック信号により前記ロボットシステムを作動させる、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラ装置とワークステーションとの間の有線接続を提供して、前記ポイント信号にしたがって前記カーソルを動かすとともに前記クリック信号により前記ロボットシステムを作動させるように構成されるインタフェースアダプタをさらに有する、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記トラックパッドは、前記カーソルを前記ディスプレイ上で制御し、カーソル位置はカーソル追跡プログラムによってロボット座標系の位置に変換される、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
ロボットの遠隔制御のための方法であって：
医療器具にコントローラ装置を接続するステップであって、前記コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成される前記トラックパッドを持ち、前記電子信号はポイント信号及びクリック信号を含む、ハウジングと、前記ハウジングに形成されるとともに前記医療器具に前記コントローラ装置を取り外し可能に接続するように構成されるアダプタと、を含む、ステップと；
前記クリック信号に応答して、前記ロボット又は前記ロボットによって保持される器具を前記ポイント信号にしたがう位置に動かすようにロボットシステムを位置決めするステップと；を含む、
方法。
【請求項１９】
前記トラックパッドは、ポイント及びクリック機構を含み、前記方法は、カーソルをディスプレイ上の位置に合わせるステップと、前記ロボットシステムを作動させて前記ロボット又は前記ロボットによって保持される前記器具をカーソル位置に動かすようにクリックするステップと、をさらに含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロボットによって保持される前記器具は、イメージング装置を含み、前記方法は、前記イメージング装置とともに前記ロボットを動かすことによってディスプレイ画像を前記カーソル上にセンタリングするステップをさらに含む、
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療器具、より具体的には、外科医にさらなる自由さを提供するように医療器具に取り付けられるロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲手術は、小さなポートを通って患者の体内に挿入された細長い器具を用いて行われる。これらの処置中の視覚化は、内視鏡の使用を含むことがある。ロボット誘導低侵襲手術では、器具の１つ又は複数がロボット装置によって保持され且つ制御される。
【０００３】
内視鏡を保持するロボットアームは、手術チームのメンバーによって制御されるとともに操作される必要がある。しばしば、外科医は頻繁に両手が器具を持って塞がれているので、外科医以外のチームの異なるメンバーが、ロボット操作を実行する必要がある。これは、外科医が他のチームメンバーに彼／彼女がどのようにロボットを動かしたいかを説明する必要があり、他のチームメンバーは受け取った指示を実行する必要があるため、手術ワークフローに劇的に影響を与える可能性がある。これが引き起こす時間遅延とは別に、ミスコミュニケーションもまた、手術をさらに遅くする可能性がある。
【発明の概要】
【０００４】
本原理によれば、コントローラ装置は、プリント回路基板を支持するように構成されるベースと、プリント回路基板上に配置されるボタン支持部とを含む。トラックパッドが、ボタン支持部によって支持され、トラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するようプリント回路基板と相互作用するように構成される。医療機器に取り付けられるとき、コントローラ装置がトラックパッドを使用して少なくとも１つの他の器具の動作を遠隔制御するように、アダプタが医療機器に着脱可能に接続するように構成される。
【０００５】
ロボット制御システムは、医療器具に取り付け可能であり、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されたトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置を含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタは、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。ロボットシステムは、生成されたクリック信号に応答して、ポイント信号に従ってロボット又はロボットによって保持された器具を動かすように構成される。
【０００６】
別のロボット制御システムは、中のプリント回路基板と相互作用して医療器具に取り付け可能であるとともにトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されたトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置を含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタは、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。ディスプレイは、コントローラ装置のポイント信号に応答して、カーソルが撮像又は移動されることになる位置を示すようディスプレイ上で動かされることを可能にする。ロボットシステムは、クリック信号に応答して、撮像される又は動かされることになる位置にしたがって直接ロボット又はロボットにより保持される器具を動かすように構成される。
【０００７】
さらに別のロボット制御システムは、ハンドヘルド医療器具と、医療器具に取り付け可能であるとともに中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されるトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置とを含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタは、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。コントローラ装置は、医療器具を使用しながらユーザの手によるトラックパッドへのアクセスを可能にするように構成される。ディスプレイは、コントローラ装置のポイント信号に応答して、ディスプレイ上に視聴コンテンツを提供するイメージング装置によって撮像される又は動かされることになる位置を示すようカーソルがディスプレイ上で動かされることを可能にする。ロボットシステムは、クリック信号に応答して、ロボットシステムが医療器具を使用する手でユーザによって制御されるように撮像される又は動かされることになる位置にしたがってロボットに保持されるイメージング装置を動かすように構成される。
【０００８】
ロボットの遠隔制御のための方法は、医療器具にコントローラ装置を接続するステップ（５０２）であって、コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されるトラックパッドを持ち、電子信号はポイント信号及びクリック信号を含むハウジングと、ハウジング上に形成されるとともに医療器具にコントローラ装置を取り外し可能に接続するように構成されるアダプタと、を含む、ステップと；クリック信号に応答して、ロボット又はロボットによって保持される器具をポイント信号にしたがう位置に動かすようにロボットシステムを位置決めするステップと；を含む。
【０００９】
本開示のこれら及び他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面と関連して読まれることになるその例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示は、以下の図を参照して、好ましい実施形態の以下の説明を詳細に提示する。
【００１１】
【図１】一実施形態によるロボット位置を制御するためにコントローラ装置を用いる、コントローラシステムを示すブロック／フロー図である。
【図２】一実施形態による医療器具に取り付けられた前方を向くコントローラ装置を示す斜視図である。
【図３】一実施形態による医療器具に取り付けるためのコントローラ装置の後面を示す後面図である。
【図４】一実施形態によるコントローラ装置の側面上のインタフェースアダプタを示す側面斜視図である。
【図５】一実施形態によるコントローラ装置の内部部分を示す分解斜視図である。
【図６】一実施形態による医療器具に取り付けられた側方を向くコントローラ装置を示す斜視図である。
【図７】例示的な実施形態によるロボットの遠隔制御の方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本原理によれば、外科医が両手の完全な器用さと完全な使用を維持しながらロボットアームの個人的な制御を維持することを可能にする装置及び方法が提供される。一実施形態では、ロボットアームは、例えば、内視鏡を保持し得る。外科医が保持する器具（例えば、腹腔鏡器具）に取り付けられるコントローラ装置が提供される。トラックパッド又はジョイスティックが、外科医が内視鏡ビデオスクリーン上で仮想ポインタを動かすことを可能にするように、コントローラ装置上に設けられる。ポインタがスクリーン上で強調表示されるとき、デバイス上のボタンが押されることができ、ロボットはそのポイントに向かって移動する。一実施形態では、選択されたポイントは、内視鏡視野の中心に向かって移動する。
【００１３】
本発明は医療器具の観点から記載されることを理解されたい。しかし、本発明の教示は、より広範であり、医学的又はその他の任意の装置に適用可能である。いくつかの実施形態では、本原理は、処置を実行する際に、又は複雑な生物学的又は機械的システムを分析する際に使用される。特に、本原理は、肺、胃腸管、排泄器官、血管等のような身体の全ての領域の生物学的システムにおける処置に適用可能である。本原理は、処置又は他の用途のためにユーザを訓練するための装置に適用可能である。図に描かれた要素は、ハードウェアとソフトウェアとの様々な組み合わせで実施され得るとともに、単一の要素又は複数の要素に組み合わされ得る機能を提供し得る。
【００１４】
図面に示された様々な要素の機能は、専用のハードウェア並びに適切なソフトウェアと共同してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて提供されることができる。プロセッサによって提供されるとき、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は、それらのうちのいくつかが共有することができる、複数の個別プロセッサによって提供されることができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、黙示的に、限定なしに、デジタルシグナルプロセッサ（“ＤＳＰ”）ハードウェア、ソフトウェア格納するための（“ＲＯＭ”）、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、不揮発性記憶装置等を含むことができる。
【００１５】
さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその具体的な例を記載する本明細書におけるすべての記述は、その構造的及び機能的均等物の両方を包含するように意図される。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物並びに将来開発される均等物（すなわち、構造にかかわらず同じ機能を実行する開発された任意の要素）の両方を含むことが意図される。したがって、例えば、本明細書に提示されるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことが、当業者には理解されるであろう。同様に、任意のフローチャート、フロー図などは、コンピュータ可読記憶媒体に実質的に表され、そのようなコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、コンピュータ又はプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを表すことが理解されるであろう。
【００１６】
さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる使用のための又はコンピュータ若しくは任意の命令実行システムに関連するプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによる使用のための又は命令実行システム、装置、若しくはデバイスに関連するプログラムを含むか、格納するか、通信するか、伝播するか、又は移送し得る任意の装置であることができる。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝播媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスクリード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（商標）及びＤＶＤを含む。
【００１７】
本原理の「一実施形態」又は「実施形態」並びにその他の変形への明細書における参照は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、特性などが本原理の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な場所に現れる、「一実施形態では」又は「実施形態で」という語句、並びにその他の変形の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指しているわけではない。
【００１８】
例えば「Ａ／Ｂ」、「Ａ及び／又はＢ」並びに「Ａ及びＢの少なくとも１つ」の場合における、以下の「／」、「及び／又は」、並びに「の少なくとも１つ」のうちのいずれかの使用は、第１にリストされたオプション（Ａ）のみの選択、又は第２にリストされたオプション（Ｂ）のみの選択、又は両方のオプション（Ａ及びＢ）の選択、を包含することが意図される。さらなる例として、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」並びに「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」の場合、そのような表現は、第１にリストされたオプション（Ａ）のみの選択、又は第２にリストされたオプション（Ｂ）のみの選択、又は第３にリストされたオプション（Ｃ）のみの選択、又は第１及び第２にリストされたオプション（Ａ及びＢ）のみの選択、又は第１及び第３にリストされたオプション（Ａ及びＣ）のみの選択、又は第２及び第３にリストされたオプション（Ｂ及びＣ）のみの選択、又は３つのオプション全て（Ａ及びＢ及びＣ）の選択、を包含することが意図される。これは、多くのアイテムが列挙されている場合に対して、この技術及び関連技術の当業者によって容易に明らかであるように、拡張され得る。
【００１９】
ある要素が他の要素の「上にある（（on）又は（over））」と言及されるとき、それは他の要素の上に直接存在することができ、又は介在要素が存在してもよいこともまた理解されるであろう。対照的に、ある要素が他の要素の「直接上にある（（directly  on）又は（directly  over））」と言及されるとき、介在要素は存在しない。ある要素が他の要素に「接続されている」又は「結合されている」と言及される場合、それは他の要素に直接接続若しくは結合されることができ、又は介在要素が存在してもよいことも理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続されている」又は「直接結合されている」と言及される場合、介在要素は存在しない。
【００２０】
ここで同様の番号が同じ又は類似の要素を表す図面を参照し、初めに図１を参照すると、器具に取り付けられたコントローラを使用してロボットを制御するためのシステム１００が、一実施形態に従って例示的に示されている。システム１００は、そこから処置が監督及び／又は管理されるワークステーション又はコンソール１１２を含み得る。ワークステーション１１２は、好ましくは、１つ又は複数のプロセッサ１１４並びにプログラム及びアプリケーションを格納するためのメモリ１１６を含む。
【００２１】
医療器具１０２は、腹腔鏡器具又は処置中に有用な任意の他の器具、例えば鉗子、クランプ、アブレーション電極（ablation  electrodes）、カテーテルなどを含み得る。医療器具１０２は、イメージングシステム１３６と組み合わせて使用され得る。イメージングシステム又は装置１３６は、関心領域又は操作可能領域（operable  area）の画像１５２を提供するように構成される内視鏡又は他のスコープを含み得る。医療器具１０２は、その上に取り付けられたコントローラ又はコントローラ装置１２０を含む。コントローラ１２０は、ディスプレイ１１８上のカーソル位置又は画像パースペクティブ（image  perspective）をリセットするようにポインティング・デバイス及びクリック・デバイスとして機能する。
【００２２】
メモリ１１６は、カーソル追跡プログラム１１５を格納し得る。カーソル追跡プログラム１１５は、ディスプレイ１１８上のカーソル位置をリセットするようにコントローラ１２０からの入力を受け取る。一実施形態では、カーソル位置は、コントローラ１２０を動かすことがカーソルを移動させるように、コントローラ１２０の位置を追跡する。別の実施形態では、カーソル位置はコントローラ１２０を使用して変更され、イメージングシステム１３６はディスプレイ１１８上のカーソルに従って動かされる。新しいカーソル位置がコントローラ１２０を使用して設定されるとき、カーソル追跡プログラム１１５は、新しい座標を識別し、イメージング装置１３６（例えば、内視鏡）を保持するロボット１４４の位置をディスプレイ１１８上のカーソル位置と相関させるようにこの情報をロボット１４４に中継する。カーソル位置は、好ましくは、ワークフローを促進するためにディスプレイ１１８上の中心に維持される。カーソル位置は、必要に応じて、ディスプレイ１１８上の他の位置（中心以外）に設定され得る。
【００２３】
基準位置に対するロボット１４４の全てのポイントに関する位置及び向き（orientation）情報は既知であり、例えばエンコーダ又は他の測定システムを用いて提供されることができる。ロボット１４４の位置及び向き情報は、ロボット座標系１５０に関して定義され得る。ロボット１４４は、コントローラ１２０とロボット１４４との間の協調（coordination）を可能にするように、ワークステーション１１２と結び付けられたロボット誘導／制御システム１５４と対話し（interact）得る。ロボット１４４とディスプレイ１１８との間の関係が関連付けられている。コントローラ１２０上のトラックパッド又は他の制御装置の移動は、カーソルを移動させる。カーソルが適切に配置されると、コントローラ１２０が作動（activated）（クリック）される。カーソル位置は、ロボット制御システム１５４の座標を変換するカーソル追跡プログラム１１５に提供される。ロボット制御システム１５４は、カーソル位置に従ってイメージングシステム１３６を再配置するようロボット１４４を制御するためのコマンドを送信する。１つ又は複数の変換が、カーソル位置をロボット制御コマンドに伝えるために使用され得る。
【００２４】
ワークステーション１１２は、他の目的、例えば、対象（患者）１３２の画像（術前画像コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）など、リアルタイムＸ線画像などを含む）を見ること、のためのディスプレイ１１８も含む。画像は、他の画像上のオーバーレイとしての画像（例えば、Ｘ線画像、ＣＴ画像などの上の内視鏡画像）を含み得る。ディスプレイ１１８はまた、ユーザが、ワークステーション１１２及びそのコンポーネント及び機能、又はシステム１００内の任意の他の要素と対話することを可能にし得る。これは、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、ワークステーション１１２からのユーザのフィードバック及びワークステーション１１２との対話を可能にする任意の他の周辺機器又は制御装置を含み得るインタフェース１３０によってさらに容易にされる。
【００２５】
本原理に従って、ユーザ又は外科医は、正確な動作が要望通りに実行されるように、イメージング装置１３６（例えば、内視鏡）を保持するロボット１４４を個人的に制御する。加えて、ロボット１４４の様々な関節の動きは、外科医が真に望む動作、例えば、内視鏡カメラ視野の動きに直接的且つ直観的に関係する。外科医は、コントローラ１２０を使用して撮像視点が所望される位置にディスプレイ１１８のスクリーン上の点を単に選択することができ、それによって外科医の意識的なワークフローから複雑な運動を除去することができる。
【００２６】
別の実施形態では、ロボット１４４は、イメージング装置１３６内視鏡の代わりに、別の器具１０３（例えば、腹腔鏡器具）を保持するために用いられる。ユーザが画面上のポイントを選択するとき、ロボット１４４がそのポイントに向かって移動する代わりに、ロボット１４４は器具１０３をそのポイントに移動させる。これは、事実上外科医に「三番目の手」を与え、一度に３つの器具を操作することを可能にする。
【００２７】
図２を参照すると、例えば内視鏡を、両手の完全な器用さと完全な使用を維持しながら、保持するロボットアームの個人制御を外科医が保持することを可能にする器具２０２が例示的に示されている。コントローラ装置２２０（例えば、図１のコントローラ１２０）は、一実施形態では腹腔鏡器具を含み得る、器具２０２に取り付けられる。外科医は、一方の手で器具２０２を持つ。外科医が内視鏡ビデオスクリーン（例えば、図１のディスプレイ１１８）上で仮想ポインタを動かすことを可能にするように、トラックパッド又はジョイスティック２０６がコントローラ２２０に設けられる。
【００２８】
一実施形態では、器具２０２は、前方又は前方を向くコントローラ装置２２０を含む。中央トラックパッド２０６は、ユーザが内視鏡ビデオフィード上のポインタ（カーソル）を移動させ、中央トラックパッド２０６上で押し下げる（クリックする）ことによってそこに向かって動くポイントを選択することを可能にする。２つのボタン２０８は、表示制御装置などの追加の機能を提供する。外科医が望むポイントが画面上で強調表示されるとき、コントローラ２２０上の制御機構（例えば、トラックパッド２０６の上又は下のクリックボタン）が作動され、選択されたポイントが、例えば、内視鏡視野の中心に向かって移動するように、ロボット（１４４）がポイントに向かって移動する。
【００２９】
コントローラ２２０は、中央に配置された位置にトラックパッド２０６を含む。一実施形態では、コントローラ２２０は、腹腔鏡器具の長さに沿って面している（図２）。これにより、コントローラにほぼ「トリガのような」感触を与え、外科医の人差し指を、コントローラ２２０の周りに巻き付けるとともにトラックパッド２０６上に快適に置くことを可能にする。外科医は、依然として、腹腔鏡器具２０２を操作するために他の指を普通に使用することができる。
【００３０】
別の実施形態では、コントローラ２２０は、２つのモードを切り替えることができる。例えば、第１のモードは、内視鏡ビデオフィード上でポイントを選択することを含み、第２のモードは、ロボット関節の直接的な操作を提供することができる。ボタン（例えば、ボタン２０８）が、２つのモードを切り替えるために押されることができる。別の実施形態では、小型の「親指」ジョイスティックがトラックパッド２０６の代わりにされ得る。ジョイスティックは、画面上のポイントの選択の代わりにロボット関節の直接操作が望まれる場合に、より使いやすいことがある。
【００３１】
図３を参照すると、コントローラ２２０の背面図が例示的に示されている。コントローラ２２０は、器具インタフェース３０４を含む。器具インタフェース３０４は、異なる装置又は器具用に構成されることができるように取り外し可能であり得る。図示した実施形態では、インタフェース３０４は、器具（例えば、腹腔鏡器具）を受けるための固定位置を提供するためにチャネル３０２を形成する。チャネル３０２は、器具を固定するのを助ける他の材料又は構造を含み得る。
【００３２】
コントローラ２２０は、限定するものではないが、腹腔鏡器具を含む異なる器具への取り付けを可能にする交換可能なアダプタ／インタフェース３０４を有することができる。他の実施形態では、磁気アダプタ３０５が、コントローラ２２０を器具にさらに固定するために用いられ得る。一実施形態では、磁気アダプタ３０５は、金属腹腔鏡器具ハンドルに付くネオジム磁石を含み得る。このアダプタ３０５は、ハンドルにしっかりと取り付けられたまま、迅速なハンドルへの配置及びハンドルの配置解除を可能にする。別の実施形態では、コントローラは、腹腔鏡ハンドル自体の一部として製造されることができる。
【００３３】
図４を参照すると、コントローラ２２０の側面斜視図は、コントローラ２２０の例示的な機能を示す。コントローラ２２０は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）又は他のインタフェースアダプタポートに接続するためのアダプタインタフェース３０６を含み得る。インタフェース３０６は、コマンドを記録することを可能にするために、上述のようにコマンドをロボット動作に又は表示パースペクティブの変化に変換するために、トラックパッド２０６及び／又はボタン２０８からワークステーション１１２にデータを提供し得る。一実施形態では、コントローラ２２０とワークステーション１１２との間の通信は無線で実行される。各デバイスは、アンテナを含む、又はアンテナを備えたプリント回路基板を含み、既知の通信プロトコル、例えばＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）などを使用して通信し得る。
【００３４】
トラックパッド２０６は、（無線又は有線シグナリングによって）内視鏡ビデオフィード上で仮想ポインタ又はカーソルを操作するために用いられることができる。所望のポイントが選択されるとき、ユーザは、ボタンプレスとして機能するトラックパッド２０６を押し下げ、それによってロボット動作を開始させる。次に、ロボットは、内視鏡ビデオフィードにおいて選択されたポイントをセンタリングする（center）ように動く。ユーザが任意の時点でロボットを停止させたい場合、ユーザは、動きが開始した後任意の時点でトラックパッドボタン（２０６）を押すことができる。追加ボタン２０８は他の機能、例えば、ロール又はズームがボタン２０８を用いて制御されることができる（例えば、１つのボタンがズームインとして使用され、他のボタンがズームアウトとして使用されることができる）ような、例えば、動きの追加の度合いを追加することができる。
【００３５】
図５を参照すると、コントローラ２２０の分解斜視図が示されている。分解図は、コントローラ２２０の内部特徴を露出させるためにカバー４０８が取り外されて示されている。カバー４０８は、ボタン２０８、トラックパッド２０６及びインタフェースアダプタ３０６へのアクセスを可能にする開口部４１２を含む。コントローラ２２０は、電子部品用支持部として機能する、ベース４０２を含む。ベース４０２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）４０４を支持し、無線の実施形態のための電池又は電池（複数）を格納するために用いられ得る。ボタン支持部４０６が、ボタン２０８及びトラックパッド２０６を支持するように、ベース４０２に接続される。ボタン２０８及びトラックパッド２０６は、トラックパッド２０６からの位置コマンド、ボタンとしてのトラックパッドの押下、及びボタン２０８の押下に対応する電子信号を生成するように、ＰＣＢ４０４とインタフェース接続する。
【００３６】
後部カバー４１０は、ベース４０２に係合し、ネジ４１４又は他の機械的装置によってカバー４０８に固定される。交換可能なアダプタ／インタフェース３０４は、後部カバー４１０に結合される。
【００３７】
特に有用な実施形態では、コントローラ２２０は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）（又は他の無線プロトコル）を使用して制御コンピュータ／ワークステーションと無線通信する。これは、ユーザにより広い運動範囲と全体的な自由度を与える。無線通信は、コントローラ２２０内に、例えばホルダ４０２内に収容されたバッテリを用いる。無線プロトコルが使用される場合、コントローラ２２０は、インタフェースアダプタ３０６を通じたバッテリの充電を提供し得る。別の実施形態では、運動の全体的な範囲を減少させるが、一定の信頼できる電源を保証する有線接続が用いられる。有線接続を使用することはまた、バッテリが不要なので、コントローラ２２０の全体的なサイズも減少させる。コントローラ２２０は、有線及び無線の両方の動作のための能力を含み得る。
【００３８】
図６を参照すると、別の実施形態では、コントローラ４２０は、トラックパッド２０６が器具４２２（例えば、腹腔鏡器具）の長さに大体直角に向くような横向きを含む。図示の実施形態は、右利きユーザのために構成されている。前方を向くコントローラは、全てのユーザに対してより普遍的に構成されていますが、横向きは、一部のユーザにとって使いやすい場合がある。クリップ又はクリップ（複数）４２４は、コントローラ２２０を器具４２２に取り付けるために用いられる。磁石を含む他の接続機構も考えられる。
【００３９】
本原理は、外科医に、彼／彼女の手を解放しながら、ロボットアームの直接個人制御を与えるのに有用である。アイトラッキング又は口述ディクテーションシステムは、ロボットを確実に誘導するのに十分なほどロバストではなく、フットペダルは、追加的な器用さ及び手術の最中の体重の移動を必要とする。本原理は、腹腔鏡手術に特に有用であるが、本原理は様々な処置で用いられ得る。ロボット誘導低侵襲処置のための用途は、心臓手術（例えば、心房中隔欠損閉鎖、弁修復／置換など）；腹腔鏡手術（例えば、子宮摘出、前立腺切除など）；胆嚢手術；経管腔的手術（ＮＯＴＥＳ）；単孔式腹腔鏡下手術（ＳＩＬＳ）；肺／気管支鏡手術；低侵襲診断介入（例えば、関節鏡検査）；等を含み得る。
【００４０】
図７を参照すると、例示的な実施形態による、ロボットの遠隔制御のための方法が示されている。ブロック５０２において、コントローラ装置が提供される。コントローラ装置は、トラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するようプリント回路基板と相互作用するように構成されたトラックパッド（又はジョイスティック）を備えるハウジングを含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。コントローラ装置は、医療器具に取り付けられるように構成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成されたアダプタを使用して医療器具に設置される又は取り付けられる。アダプタは、磁石、クリップ、チャネル等のような取り付け機構を使用して、器具から取り外し可能に取り外されるように構成され得る。ブロック５０４において、ロボットシステムは、ロボット又はロボットによって保持された器具を、ポイント信号に従ってある位置に移動させるように、クリック信号に応答して位置決めされる。
【００４１】
ブロック５０６において、トラックパッドは、ポイント及びクリック機構（例えば、トラックパッド及びボタン）を含み得る。カーソル位置は、トラックパッドでカーソルをポイントする（合わせる）（（pointing）ことによって制御され得る。カーソルの位置はディスプレイ上に提供される。トラックパッドのボタンをクリックすることによって、カーソル位置がロボット座標に変換され、ロボット及び／又はロボットが保持している器具が、対応するカーソル位置に動かされる。
【００４２】
ブロック５０８において、ロボットによって保持される器具は、イメージング装置（例えば、内視鏡）を含み得る。表示画像は、カーソルの移動に伴ってロボットをイメージング装置と共に移動させることによって（カーソルが動かされるとき）カーソル上にセンタリングされ得る（中心を置かれ得る）。
【００４３】
ブロック５１０において、ロボットは、コントローラを使用して制御され得る、及び／又はロボットによって保持される器具は、コントローラ装置を使用して制御され得る。
【００４４】
添付の特許請求の範囲を解釈する際には、以下が理解されるべきである：
ａ）「有する、含む（comprising）」の語は、所与の請求項に列挙されたもの以外の要素又は行為の存在を排除しない；
ｂ）要素に先行する単語“ａ”又は“ａｎ”は、複数のそのような要素の存在を排除しない；
ｃ）請求項中のいかなる参照符号もその範囲を限定するものではない；
ｄ）いくつかの「手段」は、同一のアイテム又はハードウェア又はソフトウェアによって実装される構造若しくは機能によって表され得る；並びに
ｅ）具体的な示されない限り、行為の特定の順序は必要とされないことが意図される。
【００４５】
ロボット支援低侵襲手術のための器具コントローラの好ましい実施形態を説明したが（これらは例示であって限定することを意図するものではない）、上述の教示に照らして当業者によって変更及び変形が成され得ることに留意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲に要点を述べたように本明細書に開示された実施形態の範囲内にある開示された開示の特定の実施形態において変更がなされ得ることが理解されるべきである。特許法によって要求される詳細及び特殊性をこのように記載したので、特許請求の範囲に記載され且つ特許証によって保護が望まれるものは添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図１】
2018532527.tif 000003
【図２】
2018532527.tif 000004
【図３】
2018532527.tif 000005
【図４】
2018532527.tif 000006
【図５】
2018532527.tif 000007
【図６】
2018532527.tif 000008
【図７】
2018532527.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月29日(2018.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療器具に取り付け可能なコントローラ装置であって、前記コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成される前記トラックパッドを持ち、前記電子信号はポイント信号及びクリック信号を含む、ハウジングと、前記ハウジングに形成されるとともに前記コントローラ装置を前記医療器具に取り外し可能に接続するように構成されるアダプタとを含む、コントローラ装置；
ディスプレイであって、前記コントローラ装置の前記ポイント信号に応答して、撮像されることになる又は動かされることになる位置を示すようカーソルが前記ディスプレイ上で動かされることを可能にするディスプレイ；並びに
前記クリック信号に応答して、前記の撮像されることになる又は動かされることになる位置にしたがって、直接ロボットを又は前記ロボットによって保持される器具を動かすように構成されるロボットシステム；を有する、
ロボット制御システム。
【請求項２】
前記トラックパッドは、前記コントローラ装置に中央に配置されるとともに、前記医療器具に取り付けられるときに遠位に沿う方を向く、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トラックパッドは、前記医療器具に取り付けられるとき、前記コントローラ装置に横に配置されるとともに前記医療器具の長手方向軸に垂直な方向に向く、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記トラックパッドは、ポイント機構及びクリック機構であって、前記ポイント機構が、前記カーソルを前記ディスプレイ上で動かし、前記クリック機構が、前記ロボット又は前記ロボットによって保持される前記器具をカーソル位置に動かすように前記ロボットシステムを作動させる、ポイント機構及びクリック機構を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ロボットによって保持される前記器具はイメージング装置を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記アダプタは、前記医療器具に付けるためのチャネル、クリップ又は磁石のうちの１つを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラ装置は、ワークステーションと無線で通信して、前記ポイント信号にしたがって前記カーソルを動かすとともに前記クリック信号により前記ロボットシステムを作動させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラ装置とワークステーションとの間の有線接続を提供して、前記ポイント信号にしたがって前記カーソルを動かすとともに前記クリック信号により前記ロボットシステムを作動させるように構成されるインタフェースアダプタをさらに有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記トラックパッドは、前記カーソルを前記ディスプレイ上で制御し、カーソル位置はカーソル追跡プログラムによってロボット座標系の位置に変換される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ハンドヘルド医療器具；
前記医療器具に取り付け可能なコントローラ装置であって、前記コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成される前記トラックパッドを持ち、前記電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む、ハウジングと、前記ハウジングに形成されるとともに前記コントローラ装置を前記医療器具に取り外し可能に接続するように構成されるアダプタとを含み、前記コントローラ装置は、前記医療器具を使用しながらユーザの手による前記トラックパッドへのアクセスを可能にするように構成される、コントローラ装置；
ディスプレイであって、前記コントローラ装置の前記ポイント信号に応答して、前記ディスプレイ上に視聴コンテンツを提供するイメージング装置によって撮像される又は動かされることになる位置を示すようカーソルが前記ディスプレイ上で動かされることを可能にする、ディスプレイ；並びに
ロボットシステムであって、前記ロボットシステムが前記医療器具を使用する前記手で前記ユーザによって制御されるように、前記クリック信号に応答して、前記撮像される又は動かされることになる位置にしたがってロボットによって保持される前記イメージング装置を動かすように構成される、ロボットシステム；を有する、
ロボット制御システム。
【請求項１１】
前記トラックパッドは、前記コントローラ装置に中央に配置されるとともに、前記医療器具に取り付けられるときに遠位に沿う方を向く、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記トラックパッドは、前記医療器具に取り付けられるとき、前記コントローラ装置に横に配置されるとともに前記医療器具の長手方向軸に垂直な方向に向く、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トラックパッドは、ポイント機構及びクリック機構であって、前記ポイント機構が、前記カーソルを前記ディスプレイ上で動かし、前記クリック機構が、前記ロボットシステムをカーソル位置にしたがって調整するように作動させる、ポイント機構及びクリック機構を含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アダプタは、前記医療器具に付けるためのチャネル、クリップ又は磁石のうちの１つを含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
ロボットの遠隔制御のための方法であって：
医療器具にコントローラ装置を接続するステップであって、前記コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成される前記トラックパッドを持ち、前記電子信号はポイント信号及びクリック信号を含む、ハウジングと、前記ハウジングに形成されるとともに前記医療器具に前記コントローラ装置を取り外し可能に接続するように構成されるアダプタと、を含む、ステップと；
前記クリック信号に応答して、前記ロボット又は前記ロボットによって保持される器具を前記ポイント信号にしたがう位置に動かすようにロボットシステムを位置決めするステップと；を含む、
方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療器具、より具体的には、外科医にさらなる自由さを提供するように医療器具に取り付けられるロボット制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲手術は、小さなポートを通って患者の体内に挿入された細長い器具を用いて行われる。これらの処置中の視覚化は、内視鏡の使用を含むことがある。ロボット誘導低侵襲手術では、器具の１つ又は複数がロボット装置によって保持され且つ制御される。
【０００３】
内視鏡を保持するロボットアームは、手術チームのメンバーによって制御されるとともに操作される必要がある。しばしば、外科医は頻繁に両手が器具を持って塞がれているので、外科医以外のチームの異なるメンバーが、ロボット操作を実行する必要がある。これは、外科医が他のチームメンバーに彼／彼女がどのようにロボットを動かしたいかを説明する必要があり、他のチームメンバーは受け取った指示を実行する必要があるため、手術ワークフローに劇的に影響を与える可能性がある。これが引き起こす時間遅延とは別に、ミスコミュニケーションもまた、手術をさらに遅くする可能性がある。
【０００４】
特許文献１乃至５は、制御装置を有する医療システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０３１９５３号
【特許文献２】欧州特許出願公開第２２４５９８１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５／０１２０１０号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１３／１２３８０４号
【特許文献５】国際公開第２０１３／０２７２０３号
【発明の概要】
【０００６】
本原理によれば、コントローラ装置は、プリント回路基板を支持するように構成されるベースと、プリント回路基板上に配置されるボタン支持部とを含む。トラックパッドが、ボタン支持部によって支持され、トラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するようプリント回路基板と相互作用するように構成される。医療機器に取り付けられるとき、コントローラ装置がトラックパッドを使用して少なくとも１つの他の器具の動作を遠隔制御するように、アダプタが医療機器に着脱可能に接続するように構成される。
【０００７】
ロボット制御システムは、医療器具に取り付け可能であり、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されたトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置を含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタは、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。ロボットシステムは、生成されたクリック信号に応答して、ポイント信号に従ってロボット又はロボットによって保持された器具を動かすように構成される。
【０００８】
別のロボット制御システムは、中のプリント回路基板と相互作用して医療器具に取り付け可能であるとともにトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されたトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置を含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタは、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。ディスプレイは、コントローラ装置のポイント信号に応答して、カーソルが撮像又は移動されることになる位置を示すようディスプレイ上で動かされることを可能にする。ロボットシステムは、クリック信号に応答して、撮像される又は動かされることになる位置にしたがって直接ロボット又はロボットにより保持される器具を動かすように構成される。
【０００９】
さらに別のロボット制御システムは、ハンドヘルド医療器具と、医療器具に取り付け可能であるとともに中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されるトラックパッドを持つハウジングを含むコントローラ装置とを含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。アダプタは、ハウジング上に形成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成される。コントローラ装置は、医療器具を使用しながらユーザの手によるトラックパッドへのアクセスを可能にするように構成される。ディスプレイは、コントローラ装置のポイント信号に応答して、ディスプレイ上に視聴コンテンツを提供するイメージング装置によって撮像される又は動かされることになる位置を示すようカーソルがディスプレイ上で動かされることを可能にする。ロボットシステムは、クリック信号に応答して、ロボットシステムが医療器具を使用する手でユーザによって制御されるように撮像される又は動かされることになる位置にしたがってロボットに保持されるイメージング装置を動かすように構成される。
【００１０】
ロボットの遠隔制御のための方法は、医療器具にコントローラ装置を接続するステップ（５０２）であって、コントローラ装置は、中のプリント回路基板と相互作用してトラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するように構成されるトラックパッドを持ち、電子信号はポイント信号及びクリック信号を含むハウジングと、ハウジング上に形成されるとともに医療器具にコントローラ装置を取り外し可能に接続するように構成されるアダプタと、を含む、ステップと；クリック信号に応答して、ロボット又はロボットによって保持される器具をポイント信号にしたがう位置に動かすようにロボットシステムを位置決めするステップと；を含む。
【００１１】
本開示のこれら及び他の目的、特徴並びに利点は、添付の図面と関連して読まれることになるその例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示は、以下の図を参照して、好ましい実施形態の以下の説明を詳細に提示する。
【００１３】
【図１】一実施形態によるロボット位置を制御するためにコントローラ装置を用いる、コントローラシステムを示すブロック／フロー図である。
【図２】一実施形態による医療器具に取り付けられた前方を向くコントローラ装置を示す斜視図である。
【図３】一実施形態による医療器具に取り付けるためのコントローラ装置の後面を示す後面図である。
【図４】一実施形態によるコントローラ装置の側面上のインタフェースアダプタを示す側面斜視図である。
【図５】一実施形態によるコントローラ装置の内部部分を示す分解斜視図である。
【図６】一実施形態による医療器具に取り付けられた側方を向くコントローラ装置を示す斜視図である。
【図７】例示的な実施形態によるロボットの遠隔制御の方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本原理によれば、外科医が両手の完全な器用さと完全な使用を維持しながらロボットアームの個人的な制御を維持することを可能にする装置及び方法が提供される。一実施形態では、ロボットアームは、例えば、内視鏡を保持し得る。外科医が保持する器具（例えば、腹腔鏡器具）に取り付けられるコントローラ装置が提供される。トラックパッド又はジョイスティックが、外科医が内視鏡ビデオスクリーン上で仮想ポインタを動かすことを可能にするように、コントローラ装置上に設けられる。ポインタがスクリーン上で強調表示されるとき、デバイス上のボタンが押されることができ、ロボットはそのポイントに向かって移動する。一実施形態では、選択されたポイントは、内視鏡視野の中心に向かって移動する。
【００１５】
本発明は医療器具の観点から記載されることを理解されたい。しかし、本発明の教示は、より広範であり、医学的又はその他の任意の装置に適用可能である。いくつかの実施形態では、本原理は、処置を実行する際に、又は複雑な生物学的又は機械的システムを分析する際に使用される。特に、本原理は、肺、胃腸管、排泄器官、血管等のような身体の全ての領域の生物学的システムにおける処置に適用可能である。本原理は、処置又は他の用途のためにユーザを訓練するための装置に適用可能である。図に描かれた要素は、ハードウェアとソフトウェアとの様々な組み合わせで実施され得るとともに、単一の要素又は複数の要素に組み合わされ得る機能を提供し得る。
【００１６】
図面に示された様々な要素の機能は、専用のハードウェア並びに適切なソフトウェアと共同してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて提供されることができる。プロセッサによって提供されるとき、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は、それらのうちのいくつかが共有することができる、複数の個別プロセッサによって提供されることができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、黙示的に、限定なしに、デジタルシグナルプロセッサ（“ＤＳＰ”）ハードウェア、ソフトウェア格納するための（“ＲＯＭ”）、ランダムアクセスメモリ（“ＲＡＭ”）、不揮発性記憶装置等を含むことができる。
【００１７】
さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態、並びにその具体的な例を記載する本明細書におけるすべての記述は、その構造的及び機能的均等物の両方を包含するように意図される。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物並びに将来開発される均等物（すなわち、構造にかかわらず同じ機能を実行する開発された任意の要素）の両方を含むことが意図される。したがって、例えば、本明細書に提示されるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことが、当業者には理解されるであろう。同様に、任意のフローチャート、フロー図などは、コンピュータ可読記憶媒体に実質的に表され、そのようなコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているか否かに関わらず、コンピュータ又はプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを表すことが理解されるであろう。
【００１８】
さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる使用のための又はコンピュータ若しくは任意の命令実行システムに関連するプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによる使用のための又は命令実行システム、装置、若しくはデバイスに関連するプログラムを含むか、格納するか、通信するか、伝播するか、又は移送し得る任意の装置であることができる。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝播媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスクリード／ライト（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ（商標）及びＤＶＤを含む。
【００１９】
本原理の「一実施形態」又は「実施形態」並びにその他の変形への明細書における参照は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、特性などが本原理の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な場所に現れる、「一実施形態では」又は「実施形態で」という語句、並びにその他の変形の出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指しているわけではない。
【００２０】
例えば「Ａ／Ｂ」、「Ａ及び／又はＢ」並びに「Ａ及びＢの少なくとも１つ」の場合における、以下の「／」、「及び／又は」、並びに「の少なくとも１つ」のうちのいずれかの使用は、第１にリストされたオプション（Ａ）のみの選択、又は第２にリストされたオプション（Ｂ）のみの選択、又は両方のオプション（Ａ及びＢ）の選択、を包含することが意図される。さらなる例として、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」並びに「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」の場合、そのような表現は、第１にリストされたオプション（Ａ）のみの選択、又は第２にリストされたオプション（Ｂ）のみの選択、又は第３にリストされたオプション（Ｃ）のみの選択、又は第１及び第２にリストされたオプション（Ａ及びＢ）のみの選択、又は第１及び第３にリストされたオプション（Ａ及びＣ）のみの選択、又は第２及び第３にリストされたオプション（Ｂ及びＣ）のみの選択、又は３つのオプション全て（Ａ及びＢ及びＣ）の選択、を包含することが意図される。これは、多くのアイテムが列挙されている場合に対して、この技術及び関連技術の当業者によって容易に明らかであるように、拡張され得る。
【００２１】
ある要素が他の要素の「上にある（（on）又は（over））」と言及されるとき、それは他の要素の上に直接存在することができ、又は介在要素が存在してもよいこともまた理解されるであろう。対照的に、ある要素が他の要素の「直接上にある（（directly  on）又は（directly  over））」と言及されるとき、介在要素は存在しない。ある要素が他の要素に「接続されている」又は「結合されている」と言及される場合、それは他の要素に直接接続若しくは結合されることができ、又は介在要素が存在してもよいことも理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続されている」又は「直接結合されている」と言及される場合、介在要素は存在しない。
【００２２】
ここで同様の番号が同じ又は類似の要素を表す図面を参照し、初めに図１を参照すると、器具に取り付けられたコントローラを使用してロボットを制御するためのシステム１００が、一実施形態に従って例示的に示されている。システム１００は、そこから処置が監督及び／又は管理されるワークステーション又はコンソール１１２を含み得る。ワークステーション１１２は、好ましくは、１つ又は複数のプロセッサ１１４並びにプログラム及びアプリケーションを格納するためのメモリ１１６を含む。
【００２３】
医療器具１０２は、腹腔鏡器具又は処置中に有用な任意の他の器具、例えば鉗子、クランプ、アブレーション電極（ablation  electrodes）、カテーテルなどを含み得る。医療器具１０２は、イメージングシステム１３６と組み合わせて使用され得る。イメージングシステム又は装置１３６は、関心領域又は操作可能領域（operable  area）の画像１５２を提供するように構成される内視鏡又は他のスコープを含み得る。医療器具１０２は、その上に取り付けられたコントローラ又はコントローラ装置１２０を含む。コントローラ１２０は、ディスプレイ１１８上のカーソル位置又は画像パースペクティブ（image  perspective）をリセットするようにポインティング・デバイス及びクリック・デバイスとして機能する。
【００２４】
メモリ１１６は、カーソル追跡プログラム１１５を格納し得る。カーソル追跡プログラム１１５は、ディスプレイ１１８上のカーソル位置をリセットするようにコントローラ１２０からの入力を受け取る。一実施形態では、カーソル位置は、コントローラ１２０を動かすことがカーソルを移動させるように、コントローラ１２０の位置を追跡する。別の実施形態では、カーソル位置はコントローラ１２０を使用して変更され、イメージングシステム１３６はディスプレイ１１８上のカーソルに従って動かされる。新しいカーソル位置がコントローラ１２０を使用して設定されるとき、カーソル追跡プログラム１１５は、新しい座標を識別し、イメージング装置１３６（例えば、内視鏡）を保持するロボット１４４の位置をディスプレイ１１８上のカーソル位置と相関させるようにこの情報をロボット１４４に中継する。カーソル位置は、好ましくは、ワークフローを促進するためにディスプレイ１１８上の中心に維持される。カーソル位置は、必要に応じて、ディスプレイ１１８上の他の位置（中心以外）に設定され得る。
【００２５】
基準位置に対するロボット１４４の全てのポイントに関する位置及び向き（orientation）情報は既知であり、例えばエンコーダ又は他の測定システムを用いて提供されることができる。ロボット１４４の位置及び向き情報は、ロボット座標系１５０に関して定義され得る。ロボット１４４は、コントローラ１２０とロボット１４４との間の協調（coordination）を可能にするように、ワークステーション１１２と結び付けられたロボット誘導／制御システム１５４と対話し（interact）得る。ロボット１４４とディスプレイ１１８との間の関係が関連付けられている。コントローラ１２０上のトラックパッド又は他の制御装置の移動は、カーソルを移動させる。カーソルが適切に配置されると、コントローラ１２０が作動（activated）（クリック）される。カーソル位置は、ロボット制御システム１５４の座標を変換するカーソル追跡プログラム１１５に提供される。ロボット制御システム１５４は、カーソル位置に従ってイメージングシステム１３６を再配置するようロボット１４４を制御するためのコマンドを送信する。１つ又は複数の変換が、カーソル位置をロボット制御コマンドに伝えるために使用され得る。
【００２６】
ワークステーション１１２は、他の目的、例えば、対象（患者）１３２の画像（術前画像コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）など、リアルタイムＸ線画像などを含む）を見ること、のためのディスプレイ１１８も含む。画像は、他の画像上のオーバーレイとしての画像（例えば、Ｘ線画像、ＣＴ画像などの上の内視鏡画像）を含み得る。ディスプレイ１１８はまた、ユーザが、ワークステーション１１２及びそのコンポーネント及び機能、又はシステム１００内の任意の他の要素と対話することを可能にし得る。これは、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、ワークステーション１１２からのユーザのフィードバック及びワークステーション１１２との対話を可能にする任意の他の周辺機器又は制御装置を含み得るインタフェース１３０によってさらに容易にされる。
【００２７】
本原理に従って、ユーザ又は外科医は、正確な動作が要望通りに実行されるように、イメージング装置１３６（例えば、内視鏡）を保持するロボット１４４を個人的に制御する。加えて、ロボット１４４の様々な関節の動きは、外科医が真に望む動作、例えば、内視鏡カメラ視野の動きに直接的且つ直観的に関係する。外科医は、コントローラ１２０を使用して撮像視点が所望される位置にディスプレイ１１８のスクリーン上の点を単に選択することができ、それによって外科医の意識的なワークフローから複雑な運動を除去することができる。
【００２８】
別の実施形態では、ロボット１４４は、イメージング装置１３６内視鏡の代わりに、別の器具１０３（例えば、腹腔鏡器具）を保持するために用いられる。ユーザが画面上のポイントを選択するとき、ロボット１４４がそのポイントに向かって移動する代わりに、ロボット１４４は器具１０３をそのポイントに移動させる。これは、事実上外科医に「三番目の手」を与え、一度に３つの器具を操作することを可能にする。
【００２９】
図２を参照すると、例えば内視鏡を、両手の完全な器用さと完全な使用を維持しながら、保持するロボットアームの個人制御を外科医が保持することを可能にする器具２０２が例示的に示されている。コントローラ装置２２０（例えば、図１のコントローラ１２０）は、一実施形態では腹腔鏡器具を含み得る、器具２０２に取り付けられる。外科医は、一方の手で器具２０２を持つ。外科医が内視鏡ビデオスクリーン（例えば、図１のディスプレイ１１８）上で仮想ポインタを動かすことを可能にするように、トラックパッド又はジョイスティック２０６がコントローラ２２０に設けられる。
【００３０】
一実施形態では、器具２０２は、前方又は前方を向くコントローラ装置２２０を含む。中央トラックパッド２０６は、ユーザが内視鏡ビデオフィード上のポインタ（カーソル）を移動させ、中央トラックパッド２０６上で押し下げる（クリックする）ことによってそこに向かって動くポイントを選択することを可能にする。２つのボタン２０８は、表示制御装置などの追加の機能を提供する。外科医が望むポイントが画面上で強調表示されるとき、コントローラ２２０上の制御機構（例えば、トラックパッド２０６の上又は下のクリックボタン）が作動され、選択されたポイントが、例えば、内視鏡視野の中心に向かって移動するように、ロボット（１４４）がポイントに向かって移動する。
【００３１】
コントローラ２２０は、中央に配置された位置にトラックパッド２０６を含む。一実施形態では、コントローラ２２０は、腹腔鏡器具の長さに沿って面している（図２）。これにより、コントローラにほぼ「トリガのような」感触を与え、外科医の人差し指を、コントローラ２２０の周りに巻き付けるとともにトラックパッド２０６上に快適に置くことを可能にする。外科医は、依然として、腹腔鏡器具２０２を操作するために他の指を普通に使用することができる。
【００３２】
別の実施形態では、コントローラ２２０は、２つのモードを切り替えることができる。例えば、第１のモードは、内視鏡ビデオフィード上でポイントを選択することを含み、第２のモードは、ロボット関節の直接的な操作を提供することができる。ボタン（例えば、ボタン２０８）が、２つのモードを切り替えるために押されることができる。別の実施形態では、小型の「親指」ジョイスティックがトラックパッド２０６の代わりにされ得る。ジョイスティックは、画面上のポイントの選択の代わりにロボット関節の直接操作が望まれる場合に、より使いやすいことがある。
【００３３】
図３を参照すると、コントローラ２２０の背面図が例示的に示されている。コントローラ２２０は、器具インタフェース３０４を含む。器具インタフェース３０４は、異なる装置又は器具用に構成されることができるように取り外し可能であり得る。図示した実施形態では、インタフェース３０４は、器具（例えば、腹腔鏡器具）を受けるための固定位置を提供するためにチャネル３０２を形成する。チャネル３０２は、器具を固定するのを助ける他の材料又は構造を含み得る。
【００３４】
コントローラ２２０は、限定するものではないが、腹腔鏡器具を含む異なる器具への取り付けを可能にする交換可能なアダプタ／インタフェース３０４を有することができる。他の実施形態では、磁気アダプタ３０５が、コントローラ２２０を器具にさらに固定するために用いられ得る。一実施形態では、磁気アダプタ３０５は、金属腹腔鏡器具ハンドルに付くネオジム磁石を含み得る。このアダプタ３０５は、ハンドルにしっかりと取り付けられたまま、迅速なハンドルへの配置及びハンドルの配置解除を可能にする。別の実施形態では、コントローラは、腹腔鏡ハンドル自体の一部として製造されることができる。
【００３５】
図４を参照すると、コントローラ２２０の側面斜視図は、コントローラ２２０の例示的な機能を示す。コントローラ２２０は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）又は他のインタフェースアダプタポートに接続するためのアダプタインタフェース３０６を含み得る。インタフェース３０６は、コマンドを記録することを可能にするために、上述のようにコマンドをロボット動作に又は表示パースペクティブの変化に変換するために、トラックパッド２０６及び／又はボタン２０８からワークステーション１１２にデータを提供し得る。一実施形態では、コントローラ２２０とワークステーション１１２との間の通信は無線で実行される。各デバイスは、アンテナを含む、又はアンテナを備えたプリント回路基板を含み、既知の通信プロトコル、例えばＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）などを使用して通信し得る。
【００３６】
トラックパッド２０６は、（無線又は有線シグナリングによって）内視鏡ビデオフィード上で仮想ポインタ又はカーソルを操作するために用いられることができる。所望のポイントが選択されるとき、ユーザは、ボタンプレスとして機能するトラックパッド２０６を押し下げ、それによってロボット動作を開始させる。次に、ロボットは、内視鏡ビデオフィードにおいて選択されたポイントをセンタリングする（center）ように動く。ユーザが任意の時点でロボットを停止させたい場合、ユーザは、動きが開始した後任意の時点でトラックパッドボタン（２０６）を押すことができる。追加ボタン２０８は他の機能、例えば、ロール又はズームがボタン２０８を用いて制御されることができる（例えば、１つのボタンがズームインとして使用され、他のボタンがズームアウトとして使用されることができる）ような、例えば、動きの追加の度合いを追加することができる。
【００３７】
図５を参照すると、コントローラ２２０の分解斜視図が示されている。分解図は、コントローラ２２０の内部特徴を露出させるためにカバー４０８が取り外されて示されている。カバー４０８は、ボタン２０８、トラックパッド２０６及びインタフェースアダプタ３０６へのアクセスを可能にする開口部４１２を含む。コントローラ２２０は、電子部品用支持部として機能する、ベース４０２を含む。ベース４０２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）４０４を支持し、無線の実施形態のための電池又は電池（複数）を格納するために用いられ得る。ボタン支持部４０６が、ボタン２０８及びトラックパッド２０６を支持するように、ベース４０２に接続される。ボタン２０８及びトラックパッド２０６は、トラックパッド２０６からの位置コマンド、ボタンとしてのトラックパッドの押下、及びボタン２０８の押下に対応する電子信号を生成するように、ＰＣＢ４０４とインタフェース接続する。
【００３８】
後部カバー４１０は、ベース４０２に係合し、ネジ４１４又は他の機械的装置によってカバー４０８に固定される。交換可能なアダプタ／インタフェース３０４は、後部カバー４１０に結合される。
【００３９】
特に有用な実施形態では、コントローラ２２０は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）（又は他の無線プロトコル）を使用して制御コンピュータ／ワークステーションと無線通信する。これは、ユーザにより広い運動範囲と全体的な自由度を与える。無線通信は、コントローラ２２０内に、例えばホルダ４０２内に収容されたバッテリを用いる。無線プロトコルが使用される場合、コントローラ２２０は、インタフェースアダプタ３０６を通じたバッテリの充電を提供し得る。別の実施形態では、運動の全体的な範囲を減少させるが、一定の信頼できる電源を保証する有線接続が用いられる。有線接続を使用することはまた、バッテリが不要なので、コントローラ２２０の全体的なサイズも減少させる。コントローラ２２０は、有線及び無線の両方の動作のための能力を含み得る。
【００４０】
図６を参照すると、別の実施形態では、コントローラ４２０は、トラックパッド２０６が器具４２２（例えば、腹腔鏡器具）の長さに大体直角に向くような横向きを含む。図示の実施形態は、右利きユーザのために構成されている。前方を向くコントローラは、全てのユーザに対してより普遍的に構成されていますが、横向きは、一部のユーザにとって使いやすい場合がある。クリップ又はクリップ（複数）４２４は、コントローラ２２０を器具４２２に取り付けるために用いられる。磁石を含む他の接続機構も考えられる。
【００４１】
本原理は、外科医に、彼／彼女の手を解放しながら、ロボットアームの直接個人制御を与えるのに有用である。アイトラッキング又は口述ディクテーションシステムは、ロボットを確実に誘導するのに十分なほどロバストではなく、フットペダルは、追加的な器用さ及び手術の最中の体重の移動を必要とする。本原理は、腹腔鏡手術に特に有用であるが、本原理は様々な処置で用いられ得る。ロボット誘導低侵襲処置のための用途は、心臓手術（例えば、心房中隔欠損閉鎖、弁修復／置換など）；腹腔鏡手術（例えば、子宮摘出、前立腺切除など）；胆嚢手術；経管腔的手術（ＮＯＴＥＳ）；単孔式腹腔鏡下手術（ＳＩＬＳ）；肺／気管支鏡手術；低侵襲診断介入（例えば、関節鏡検査）；等を含み得る。
【００４２】
図７を参照すると、例示的な実施形態による、ロボットの遠隔制御のための方法が示されている。ブロック５０２において、コントローラ装置が提供される。コントローラ装置は、トラックパッドの動きに対応する電子信号を生成するようプリント回路基板と相互作用するように構成されたトラックパッド（又はジョイスティック）を備えるハウジングを含む。電子信号は、ポイント信号及びクリック信号を含む。コントローラ装置は、医療器具に取り付けられるように構成され、コントローラ装置を医療器具に取り外し可能に接続するように構成されたアダプタを使用して医療器具に設置される又は取り付けられる。アダプタは、磁石、クリップ、チャネル等のような取り付け機構を使用して、器具から取り外し可能に取り外されるように構成され得る。ブロック５０４において、ロボットシステムは、ロボット又はロボットによって保持された器具を、ポイント信号に従ってある位置に移動させるように、クリック信号に応答して位置決めされる。
【００４３】
ブロック５０６において、トラックパッドは、ポイント及びクリック機構（例えば、トラックパッド及びボタン）を含み得る。カーソル位置は、トラックパッドでカーソルをポイントする（合わせる）（（pointing）ことによって制御され得る。カーソルの位置はディスプレイ上に提供される。トラックパッドのボタンをクリックすることによって、カーソル位置がロボット座標に変換され、ロボット及び／又はロボットが保持している器具が、対応するカーソル位置に動かされる。
【００４４】
ブロック５０８において、ロボットによって保持される器具は、イメージング装置（例えば、内視鏡）を含み得る。表示画像は、カーソルの移動に伴ってロボットをイメージング装置と共に移動させることによって（カーソルが動かされるとき）カーソル上にセンタリングされ得る（中心を置かれ得る）。
【００４５】
ブロック５１０において、ロボットは、コントローラを使用して制御され得る、及び／又はロボットによって保持される器具は、コントローラ装置を使用して制御され得る。
【００４６】
添付の特許請求の範囲を解釈する際には、以下が理解されるべきである：
ａ）「有する、含む（comprising）」の語は、所与の請求項に列挙されたもの以外の要素又は行為の存在を排除しない；
ｂ）要素に先行する単語“ａ”又は“ａｎ”は、複数のそのような要素の存在を排除しない；
ｃ）請求項中のいかなる参照符号もその範囲を限定するものではない；
ｄ）いくつかの「手段」は、同一のアイテム又はハードウェア又はソフトウェアによって実装される構造若しくは機能によって表され得る；並びに
ｅ）具体的な示されない限り、行為の特定の順序は必要とされないことが意図される。
【００４７】
ロボット支援低侵襲手術のための器具コントローラの好ましい実施形態を説明したが（これらは例示であって限定することを意図するものではない）、上述の教示に照らして当業者によって変更及び変形が成され得ることに留意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲に要点を述べたように本明細書に開示された実施形態の範囲内にある開示された開示の特定の実施形態において変更がなされ得ることが理解されるべきである。特許法によって要求される詳細及び特殊性をこのように記載したので、特許請求の範囲に記載され且つ特許証によって保護が望まれるものは添付の特許請求の範囲に記載されている。
【国際調査報告】
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