(57)【要約】      （修正有）【課題】外科用器具等の器具が、移動される際に、高度の的確さをもって追跡できるようにするために、ロボットの場所が精密であることを確保し、かつ、動作室環境の周囲の、ロボットシステムまたは他の医療用機器の移動を制御することができる外科用システムツールを提供する。【解決手段】外科用ロボットシステム１００は、ロボット基部１０６、ロボット基部に連結されたロボットアーム１０４、及びロボットアームに連結されたエンドエフェクタ１１２を有する、ロボット１０２を含んでもよい。ロボットは、ロボット基部に取り付けられ、ロボットの多軸移動を可能にする複数の全方向性車輪を含んでもよい。ロボットは、ロボット基部の所望の移動を検出するためのセンサ２００、及び複数の全方向性車輪のうちの２つ以上を作動させることによってロボットの多軸移動を制御するために、複数のセンサに応答する制御システムを更に含んでもよい。【選択図】図１
2017221660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット基部、前記ロボット基部に連結されたロボットアーム、及び前記ロボットアームに連結されたエンドエフェクタを有するロボットであって、前記エンドエフェクタが、少なくとも１つのカメラによって検出可能な複数の追跡マーカを含む、ロボットと、
前記ロボット基部に取り付けられ、前記ロボットの多軸移動を可能にする複数の全方向性車輪と、
前記ロボット基部の所望の移動を検出するための複数のセンサと、
前記複数の全方向性車輪のうちの２つ以上を作動させることによって前記ロボットの前記多軸移動を制御するために、前記複数のセンサに応答する制御システムと、を備える、外科用ロボットシステム。
【請求項２】
前記複数の全方向性車輪のそれぞれが、中心ハブを含み、複数のローラが、前記中心ハブに装着されている、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項３】
前記複数のローラが、前記中心ハブの中心軸に対して角度を付けて装着される、請求項２に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項４】
前記多軸移動が、平面内における移動と、２Ｄ座標系における移動と、前後方向における３軸移動、側方向における移動、ならびに前記前後及び側方向に垂直な定義された軸の周囲の回転と、から成る群から選択される、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項５】
前記所望の移動を検出するための複数のセンサが、ひずみゲージ、力感知抵抗器、ピエゾ電気センサ、ピエゾ容量圧力センサ、ピエゾ抵抗器、及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）微小規模ひずみゲージから成る群から選択される、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項６】
前記所望の移動を検出するための複数のセンサが、前記ロボット基部の左及び右ハンドルに装着される、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項７】
前記所望の移動を検出するための複数のセンサが、前記ロボット基部のジョイスティックに装着され、前記所望の移動が、前記ジョイスティックの移動によって指示される、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項８】
前記複数のセンサが、前／後方向における所望の前方左車輪力、前記前／後方向における所望の後方左車輪力、側方向における所望の後方左車輪力、前／後方向における所望の前方右車輪力、側方向における後方右車輪力、及び後／前方向における後方右車輪力を感知するように動作可能である、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項９】
前記複数のセンサが、略円形アレイ、略楕円形アレイ、略矩形アレイ、及び略正方形アレイから成る群から選択される平面構成で装着されたセンサアレイを含む、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１０】
前記複数の全方向性車輪のそれぞれに電力を供給するために前記制御システムの制御下にある少なくとも１つのモータを更に備える、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１１】
前記エンドエフェクタにおける前記複数の追跡マーカが、アクティブ状態及び非アクティブ状態を有するアクティブマーカであって、前記アクティブ状態は、前記少なくとも１つのカメラによって検出される赤外信号を発出し、前記非アクティブ状態は、前記複数の追跡マーカが前記少なくとも１つのカメラによって検出されないように、前記赤外信号を発出しない、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１２】
前記ロボットシステムによって追跡されるべき１つ以上の追跡マーカを有する外科用器具を更に備え、前記外科用器具が、外科手技のための所与の軌道に沿って前記外科用器具を整合するために、前記エンドエフェクタ内に位置付けられるように構成される、請求項１に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１３】
ロボット基部、前記ロボット基部に連結されたロボットアーム、及び前記ロボットアームに連結されたエンドエフェクタを有するロボットであって、前記エンドエフェクタが、少なくとも１つの器具を受け入れるための誘導管を含む、ロボットと、
前記ロボット基部に取設され、平面の全般的領域における前記ロボットの３軸移動を可能にする複数の全方向性車輪と、
前記ロボット基部の所望の移動を検出するための複数のセンサと、
前記複数の全方向性車輪のうちの２つ以上を作動させることによって前記ロボット基部の前記３軸移動を制御するために、前記複数のセンサに応答する制御システムと、を備える、外科用ロボットシステム。
【請求項１４】
前記複数の全方向性車輪のそれぞれが、中心ハブを含み、複数のローラが、前記中心ハブに装着される、請求項１３に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１５】
前記所望の移動を検出するための複数のセンサが、ひずみゲージ、力感知抵抗器、ピエゾ電気センサ、ピエゾ容量圧力センサ、ピエゾ抵抗器、及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）微小規模ひずみゲージから成る群から選択される、請求項１３に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１６】
複数のモータを更に備え、１つのモータが、前記複数の全方向性車輪のそれぞれのためのものであり、各モータが、前記複数の全方向性車輪のうちの１つを独立して給電するために前記制御システムによって制御される、請求項１３に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１７】
前記複数のセンサが、前／後方向における所望の前方左車輪力、前記前／後方向における所望の後方左車輪力、側方向における所望の後方左車輪力、前／後方向における所望の前方右車輪力、側方向における後方右車輪力、及び後／前方向における後方右車輪力を感知するように動作可能である、請求項１３に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１８】
前記複数のセンサが、略円形アレイ、略楕円形アレイ、略矩形アレイ、及び略正方形アレイから成る群から選択される平面構成で装着されたセンサアレイを含む、請求項１３に記載の外科用ロボットシステム。
【請求項１９】
ロボット基部、前記ロボット基部に連結されたロボットアーム、及び前記ロボットアームに連結されたエンドエフェクタを有するロボットであって、前記エンドエフェクタが、少なくとも１つのカメラによって検出可能な複数の追跡マーカを含む、ロボットと、
前記ロボット基部に取り付けられ、前記ロボットの多軸移動を可能にする複数の全方向性車輪であって、前記複数の全方向性車輪のそれぞれが、中心ハブを含み、複数のローラが前記中心ハブに装着される、複数の全方向性車輪と、を備える、外科用ロボットシステム。
【請求項２０】
前記複数のローラが、前記中心ハブの中心軸に対して角度を付けて装着される、請求項１９に記載の外科用ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年４月１１日に出願された米国特許出願第１５／０９５，８８３号の一部継続であり、その米国特許出願は、２０１３年１０月２４日に出願された米国特許出願第１４／０６２，７０７号の一部継続であり、その米国特許出願は、２０１３年６月２１日に出願された米国特許出願第１３／９２４，５０５号の一部継続出願であり、その米国特許出願は、２０１２年６月２１日に出願された仮出願第６１／６６２，７０２号に対する優先権を主張し、及び２０１３年３月１５日に出願された仮出願第６１／８００，５２７号に対する優先権を主張し、それらの全ては、全ての目的のためにその全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本開示は、医療用ロボットシステム、より詳細には、ロボットシステムまたはその構成要素の制御された移動に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
位置認識システムは、３次元（３Ｄ）における特定の物体の位置を判定するために及びその物体を追跡するために使用される。ロボット支援手術において、例えば、ある物体、例えば、外科用器具等は、その器具が、例えば、ロボットまたは医師によって位置付けられ、移動される際に、高度の的確さをもって追跡される必要がある。
【０００４】
赤外信号に基づく位置認識システムは、物体の追跡のためにパッシブ及び／もしくはアクティブセンサまたはマーカを使用してもよい。パッシブセンサまたはマーカにおいて、追跡されるべき物体は、パッシブセンサ、例えば、反射性球体ボール等を含んでもよく、それらは、追跡されるべき物体上の効果的な場所に位置付けられる。赤外伝送器は信号を伝送し、反射性球体ボールは信号を反射して、３Ｄにおける物体の位置の判定を助ける。アクティブセンサまたはマーカにおいて、追跡されるべき物体は、アクティブ赤外伝送器、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を含み、このため、３Ｄ検出のためにそれら自体の赤外信号を発生する。
【０００５】
アクティブまたはパッシブ追跡センサのいずれかを用いて、システムは、次いで、赤外カメラ、デジタル信号、アクティブもしくはパッシブセンサの既知の場所、距離、それが応答信号を受信するためにかかった時間、他の既知の変数、またはこれらの組み合わせのうちの１つ以上からの情報あるいはそれに関する情報に基づいて、アクティブ及び／またはパッシブセンサの３次元位置を幾何学的に解明する。
【０００６】
１つの問題は、ロボットの場所が精密であることを確保し、かつ、例えば、動作室環境の周囲の、ロボットシステムまたは他の医療用機器の移動を制御することである。
【０００７】
〔発明の概要〕
この及び他のニーズを満たすために、例えば、全方向性車輪を用いる、ロボット支援手術の移動を制御するためのデバイス、システム、及び方法が提供される。
【０００８】
一実施形態によれば、外科用ロボットシステムは、ロボット基部、ロボット基部に連結されたロボットアーム、及びロボットアームに連結されたエンドエフェクタであって、少なくとも１つのカメラによって検出可能な複数の追跡マーカを含むエンドエフェクタを有するロボットと、ロボット基部に取り付けられ、ロボットの多軸移動を可能にする複数の全方向性車輪と、ロボット基部の所望の移動を検出するための複数のセンサと、複数の全方向性車輪のうちの２つ以上を作動させることによってロボットの多軸移動を制御するための複数のセンサに応答する制御システムと、を含む。
【０００９】
別の実施形態によれば、外科用ロボットシステムは、ロボット基部、ロボット基部に連結されたロボットアーム、及びロボットアームに連結されたエンドエフェクタであって、少なくとも１つの器具を受け入れるための誘導管を含むエンドエフェクタを有するロボットと、ロボット基部に取設され、平面の全般的領域におけるロボットの３軸移動を可能にする複数の全方向性車輪と、ロボット基部の所望の移動を検出するための複数のセンサと、複数の全方向性車輪のうちの２つ以上を作動させることによって、ロボット基部の３軸移動を制御するための複数のセンサに応答する制御システムと、を含む。
【００１０】
更に別の実施形態によれば、外科用ロボットシステムは、ロボット基部、ロボット基部に連結されたロボットアーム、及びロボットアームに連結されたエンドエフェクタであって、少なくとも１つのカメラによって検出可能な複数の追跡マーカを含むエンドエフェクタを有するロボットと、ロボット基部に取り付けられ、ロボットの多軸移動を可能にする複数の全方向性車輪であって、複数の全方向性車輪のそれぞれが、複数のローラが装着された中心ハブを含む、複数の全方向性車輪と、を備える、外科用ロボットシステムを含む。
【００１１】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、外科手技の間のロボットシステム、患者、外科医、及び他の医療要員の場所についての潜在的配設の頭上図である。
【００１２】
図２は、一実施形態係る患者に対する外科用ロボット及びカメラの位置付けを含むロボットシステムを例解する。
【００１３】
図３は、例示的な実施形態に従って外科用ロボットシステムを例解する。
【００１４】
図４は、例示的な実施形態に従って外科用ロボットの一部分を例解する。
【００１５】
図５は、例示的な実施形態に従って外科用ロボットのブロック図を例解する。
【００１６】
図６は、例示的な実施形態に従って外科用ロボットを例解する。
【００１７】
図７Ａ〜７Ｃは、例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタを例解する。
【００１８】
図８は、一実施形態に係るエンドエフェクタの誘導管への外科用器具の挿入前及び後の、外科用器具及びエンドエフェクタを例解する。
【００１９】
図９Ａ〜９Ｃは、例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタ及びロボットアームの一部分を例解する。
【００２０】
図１０は、例示的な実施形態に従う動的参照アレイ、画像化アレイ、及び他の構成要素を例解する。
【００２１】
図１１は、例示的な実施形態に従って登録の方法を例解する。
【００２２】
図１２Ａ〜１２Ｂは、例示的な実施形態に係る画像化デバイスの実施形態を例解する。
【００２３】
図１３は、本開示の制御システム及び全方向性車輪（「全車輪」）が装備されたロボットデバイスの上面図であり、センサのアレイの第１の実施例を描写する。
【００２４】
図１４Ａ〜１４Ｄは、ロボットの移動に有用なセンサのアレイを描写する。
【００２５】
図１５Ａ及び１５Ｂは、電力をロボットの全車輪に加えるための構成を描写する。
【００２６】
図１６は、本開示に係る画像化システムにおいて有用な第１の種類の全方向性車輪（「全車輪」）の実施例の斜視図である。
【００２７】
図１７は、本開示において有用な第２の種類の全車輪の実施例の斜視図である。
【００２８】
図１８は、本開示において有用な第３の種類の全車輪の実施例の斜視図である。
【００２９】
図１９は、本開示において有用な第４の種類の全車輪の実施例の立面図である。
【００３０】
〔発明を実施するための形態〕
本開示は、その用途において、本明細書における説明に記載される、または図面において例解される、構成要素の構築及び配設の詳細に制限されないことが理解されるものとする。本開示の教示は、他の実施形態において使用及び実践されてもよいし、種々の方法において実践または実行されてもよい。また、本明細書において使用される専門表現及び専門用語が、説明目的のためであり、制限として見なされるべきではないことが理解されるものとする。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、及びこれらの変化形の使用は、その後に列記される項目、及びそれらの同等物、ならびに追加の項目を包含することが意味される。別途指定または制限されない限り、「装着された（ｍｏｕｎｔｅｄ）」、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「支持された（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ）」、及び「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語、ならびにこれらの変化形は、広義に使用され、直接的及び間接的双方の装着、接続、支持、及び連結を包含する。更に、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」及び「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、物理的もしくは機械的接続または連結に制限されない。
【００３１】
以下の考察は、当業者が本開示の実施形態を作製及び使用することを可能にするために提示される。例解される実施形態への種々の修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書における原理は、本開示の実施形態から逸脱することなく、他の実施形態及び用途に適用され得る。このため、実施形態は、示される実施形態に制限されることを意図しないが、本明細書において開示される原理及び特性と一致する最も広い範囲が与えられるものとする。以下の発明を実施するための形態は、異なる図面における同様の要素が同様の参照番号を有する図面を参照して読まれるものとする。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、選択された実施形態を描写し、実施形態の範囲を制限することを意図しない。当業者は、本明細書において提供される実施例が、多くの有用な代替物を有し、実施形態の範囲内にあることを認識するであろう。
【００３２】
ここで、図面を参照すると、図１及び２は、例示的な実施形態に従って外科用ロボットシステム１００を例解する。外科用ロボットシステム１００は、例えば、外科用ロボット１０２、１つ以上のロボットアーム１０４、基部１０６、表示器１１０、例えば、誘導管１１４を含む、エンドエフェクタ１１２、及び１つ以上の追跡マーカ１１８を含んでもよい。外科用ロボットシステム１００は、患者追跡デバイス１１６を含んでもよく、また、患者追跡デバイス１１６は、１つ以上の追跡マーカ１１８を含み、それは、患者２１０に（例えば、患者２１０の骨に）直接固定されるように適合される。外科用ロボットシステム１００はまた、例えば、カメラスタンド２０２上に位置付けられた、カメラ２００を利用してもよい。カメラスタンド２０２は、カメラ２００を所望の位置に移動、配向、及び支持するために、任意の適切な構成を有することができる。カメラ２００は、任意の適切なカメラまたは複数のカメラ、例えば、カメラ２００の視点から見ることができる所与の測定量においてアクティブ及びパッシブ追跡マーカ１１８を識別することができる、例えば、１つ以上の赤外カメラ（例えば、２焦点または立体写真測量カメラ）等を含んでもよい。カメラ２００は、所与の測定量をスキャンしてもよく、３次元におけるマーカ１１８の位置を識別及び判定するために、マーカ１１８から来る光を検出してもよい。例えば、アクティブマーカ１１８は、電気信号（例えば、赤外発光ダイオード（ＬＥＤ））によって作動される赤外発光マーカを含んでもよく、パッシブマーカ１１８は、例えば、カメラ２００または他の適切なデバイス上の照明器によって発出される赤外光を反射するレトロな反射性マーカ（例えば、それらは、入射光の方向に入射するＩＲ放射を反射する）を含んでもよい。
【００３３】
図１及び２は、動作室環境における外科用ロボットシステム１００の配置のための潜在的な構成を例解する。例えば、ロボット１０２は、患者２１０の近くまたは次に位置付けられてもよい。患者２１０の頭部の近くが描写されるが、ロボット１０２は、手術を受けている患者２１０の領域に応じて、患者２１０の近くの任意の適切な場所に位置付けることができることが理解されるであろう。カメラ２００は、ロボットシステム１００から分離されてもよいし、患者２１０の足に位置付けられてもよい。この場所は、カメラ２００が、手術野２０８への直接的な視線を有することを可能にする。再度、カメラ２００は、手術野２０８への見通し線を有する任意の適切な位置に位置してもよいことが意図される。示される構成において、外科医１２０は、ロボット１０２の向かいに位置付けられてもよいが、依然として、エンドエフェクタ１１２及び表示器１１０を操作することができる。外科助手１２６は、さらにまた、エンドエフェクタ１１２及び表示器１１０の双方にアクセス可能に、外科医１２０の向かいに位置付けられてもよい。所望される場合、外科医１２０及び助手１２６の場所は、逆にされてもよい。麻酔医１２２及び看護師または洗浄技師１２４のための伝統的な領域は、ロボット１０２及びカメラ２００の場所によって邪魔されないままである。
【００３４】
ロボット１０２の他の構成要素に関して、表示器１１０は、外科用ロボット１０２に取設することができ、他の例示的な実施形態において、表示器１１０は、外科用ロボット１０２を伴う手術室内、または遠隔の場所のいずれかにおいて、外科用ロボット１０２から取り外すことができる。エンドエフェクタ１１２は、ロボットアーム１０４に連結されてもよく、少なくとも１つのモータによって制御されてもよい。例示的な実施形態において、エンドエフェクタ１１２は、患者２１０上で手術を実施するために使用される（本明細書において更に説明される）外科用器具６０８を受け入れる及び配向させることができる、誘導管１１４を備えることができる。本明細書において使用される際、「エンドエフェクタ」という用語は、「エンドイフェクチュエータ」及び「イフェクチュエータ要素」という用語と同義的に使用される。誘導管１１４を用いて一般的に示されるが、エンドエフェクタ１１２は、手術中の使用に適した任意の適切な器具類と置き換えてもよいことが理解されるであろう。一部の実施形態において、エンドエフェクタ１１２は、所望の様態における外科用器具６０８の移動をもたらすために任意の既知の構造を備えることができる。
【００３５】
外科用ロボット１０２は、エンドエフェクタ１１２の並進及び配向を制御することができる。ロボット１０２は、例えば、ｘ、ｙ、及びｚ軸に沿って、エンドエフェクタ１１２を移動させることができる。エンドエフェクタ１１２は、（エンドエフェクタ１１２と関連付けられるオイラー角（例えば、ロール、ピッチ、及び／またはヨー）のうちの１つ以上を選択的に制御することができるように）ｘ、ｙ、及びｚ軸、ならびにＺフレーム軸のうちの１つ以上の周囲の選択的回転のために構成することができる。一部の例示的な実施形態において、エンドエフェクタ１１２の並進及び配向の選択的制御は、例えば、回転軸のみを備える６自由度のロボットアームを利用する従来のロボットと比較して、有意に改善された精密性でもって医療手技の実施を可能にすることができる。例えば、外科用ロボットシステム１００は、患者２１０上で動作させるために使用されてもよく、ロボットアーム１０４は、患者２１０の身体の上に位置付けることができ、エンドエフェクタ１１２は、患者２１０の身体に向かってｚ軸に対して選択的に角度付けられる。
【００３６】
一部の例示的な実施形態において、外科用器具６０８の位置は、外科用ロボット１０２が、手技中、常に外科用器具６０８の場所を認識することができるように、動的に更新することができる。結果として、一部の例示的な実施形態において、外科用ロボット１０２は、医師からのいかなる更なる支援も伴わずに（医師がそのように所望しない限り）素早く所望の位置に外科用器具６０８を移動させることができる。一部の更なる実施形態において、外科用ロボット１０２は、外科用器具６０８が、選択された、事前に計画された軌道から外れた場合、外科用器具６０８の経路を補正するように構成することができる。一部の例示的な実施形態において、外科用ロボット１０２は、エンドエフェクタ１１２及び／または外科用器具６０８の移動の停止、修正、及び／または手動制御を可能にするように構成することができる。このため、使用中、例示的な実施形態において、医師または他のユーザは、システム１００を動作させることができ、エンドエフェクタ１１２及び／または外科用器具６０８の自主的な移動を停止、修正、または手動で制御するオプションを有する。外科用ロボット１０２による外科用器具６０８の制御及び移動を含む、外科用ロボットシステム１００の更なる詳細は、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、同時係属米国特許出願通し番号第１３／９２４，５０５号において見出すことができる。
【００３７】
ロボット外科用システム１００は、３次元においてロボットアーム１０４、エンドエフェクタ１１２、患者２１０、及び／または外科用器具６０８の移動を追跡するように構成された１つ以上の追跡マーカ１１８を備えることができる。例示的な実施形態において、複数の追跡マーカ１１８は、例えば、制限することなく、ロボット１０２の基部１０６上、ロボットアーム１０４上、またはエンドエフェクタ１１２上等の、ロボット１０２の外表面に装着（またはそうでなければ固定）することができる。例示的な実施形態において、複数の追跡マーカ１１８のうちの少なくとも１つの追跡マーカ１１８は、エンドエフェクタ１１２に装着またはそうではければ固定することができる。１つ以上の追跡マーカ１１８は、更に患者２１０に装着（またはそうではければ固定）することができる。例示的な実施形態において、複数の追跡マーカ１１８は、外科医、外科用ツール、またはロボット１０２の他のパーツによって遮られる可能性を低減するように、手術野２０８から離間して、患者２１０上に位置付けることができる。更に、１つ以上の追跡マーカ１１８は、外科用ツール６０８（例えば、スクリュードライバ、拡張器、インプラント挿入器、または同様のもの）に更に装着（またはそうではければ固定）することができる。このため、追跡マーカ１１８は、マークされた物体（例えば、エンドエフェクタ１１２、患者２１０、及び外科用ツール６０８）のそれぞれが、ロボット１０２によって追跡されることを可能にする。例示的な実施形態において、システム１００は、例えば、エンドエフェクタ１１２、（例えば、エンドエフェクタ１１２の管１１４内に位置付けられた）外科用器具６０８の、配向及び場所、ならびに患者２１０の相対位置を計算するために、マークされた物体のそれぞれから収集された追跡情報を使用することができる。
【００３８】
例示的な実施形態において、マーカ１１８のうちの１つ以上は、光学マーカであってもよい。一部の実施形態において、エンドエフェクタ１１２上の１つ以上の追跡マーカ１１８の位置付けは、エンドエフェクタ１１２の位置をチェックまたは検証する役割を果たすことによって、位置測定値の精密性を最大化することができる。外科用ロボット１０２及び外科用器具６０８の制御、移動、ならびに追跡を含む、外科用ロボットシステム１００の更なる詳細は、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、同時係属米国特許出願通し番号第１３／９２４，５０５号において見出すことができる。
【００３９】
例示的な実施形態は、外科用器具６０８に連結された１つ以上のマーカ１１８を含む。例示的な実施形態において、例えば、患者２１０及び外科用器具６０８に連結される、これらのマーカ１１８、ならびにロボット１０２のエンドエフェクタ１１２に連結されるマーカ１１８は、従来の赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）または、例えば、Ｏｐｔｏｔｒａｋ（登録商標）等の商業的に入手可能な赤外光追跡システムを使用して追跡されることが可能なＯｐｔｏｔｒａｋ（登録商標）ダイオードを備えることができる。Ｏｐｔｏｔｒａｋ（登録商標）は、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｃ．，Ｗａｔｅｒｌｏｏ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａの登録商標である。他の実施形態において、マーカ１１８は、Ｐｏｌａｒｉｓ  Ｓｐｅｃｔｒａ等の商業的に入手可能な光学追跡システムを使用して追跡されることが可能な従来の反射性球体を備えることができる。Ｐｏｌａｒｉｓ  Ｓｐｅｃｔｒａはまた、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｃ．の登録商標である。例示的な実施形態において、エンドエフェクタ１１２に連結されたマーカ１１８は、オン及びオフにされ得る赤外発光ダイオードを備えるアクティブマーカであり、患者２１０及び外科用器具６０８に連結されるマーカ１１８は、パッシブ反射性球体を備える。
【００４０】
例示的な実施形態において、マーカ１１８から発出された及び／またはマーカ１１８によって反射された光は、カメラ２００によって検出することができ、マークされた物体の場所及び移動を監視するために使用することができる。代替の実施形態において、マーカ１１８は、無線周波数及び／もしくは電磁リフレクタまたはトランシーバを備えることができ、カメラ２００は、無線周波数及び／もしくは電磁トランシーバを含むか、またはそれによって置き換えることができる。
【００４１】
外科用ロボットシステム１００と同様に、図３は、本開示の例示的な実施形態と一致するドッキング型構成における、外科用ロボットシステム３００及びカメラスタンド３０２を例解する。外科用ロボットシステム３００は、表示器３０４、上部アーム３０６、下部アーム３０８、エンドエフェクタ３１０、垂直カラム３１２、キャスタ３１４、キャビネット３１６、タブレット引出し３１８、コネクタパネル３２０、制御パネル３２２、及び情報のリング部３２４を含む、ロボット３０１を備えてもよい。カメラスタンド３０２は、カメラ３２６を備えてもよい。これらの構成要素は、図５に関してより多く説明される。図３は、カメラスタンド３０２が、例えば、使用中でないときに、ロボット３０１と入れ子にされる、ドッキング型構成における外科用ロボットシステム３００を例解する。カメラ３２６及びロボット３０１は、例えば、図１及び２に示されるように、外科手技中に、互いに分離してもよいし、任意の適切な場所に位置付けてもよいことが、当業者によって理解されるであろう。
【００４２】
図４は、本開示の例示的な実施形態と一致する基部４００を例解する。基部４００は、外科用ロボットシステム３００の一部分であってもよく、キャビネット３１６を備えてもよい。キャビネット３１６は、限定されるものではないが、バッテリ４０２、配電モジュール４０４、プラットホームインターフェースボードモジュール４０６、コンピュータ４０８、ハンドル４１２、及びタブレット引出し４１４を含む、外科用ロボットシステム３００のある構成要素を収容してもよい。これらの構成要素間の接続及び関係は、図５に関してより詳細に説明される。
【００４３】
図５は、外科用ロボットシステム３００の例示的な実施形態のある構成要素のブロック図を例解する。外科用ロボットシステム３００は、プラットホームサブシステム５０２、コンピュータサブシステム５０４、動き制御サブシステム５０６、及び追跡サブシステム５３２を備えてもよい。プラットホームサブシステム５０２は、バッテリ４０２、配電モジュール４０４、プラットホームインターフェースボードモジュール４０６、及びタブレット充電ステーション５３４を更に備えてもよい。コンピュータサブシステム５０４は、コンピュータ４０８、表示器３０４、及びスピーカ５３６を更に備えてもよい。動き制御サブシステム５０６は、駆動回路５０８、モータ５１０、５１２、５１４、５１６、５１８、安定器５２０、５２２、５２４、５２６、エンドエフェクタ３１０、及びコントローラ５３８を更に備えてもよい。追跡サブシステム５３２は、位置センサ５４０及びカメラ変換器５４２を更に備えてもよい。システム３００はまた、フットペダル５４４及びタブレット５４６を備えてもよい。
【００４４】
入力電力は、電源５４８を介してシステム３００に供給され、それは、配電モジュール４０４に提供されてもよい。配電モジュール４０４は、入力電力を受け取り、システム３００の他のモジュール、構成要素、及びサブシステムに提供される異なる電力供給電圧を発生するように構成される。配電モジュール４０４は、異なる電圧供給をプラットホームインターフェースモジュール４０６に提供するように構成されてもよく、それは、例えば、コンピュータ４０８、表示器３０４、スピーカ５３６、ドライバ５０８等の他の構成要素に、例えば、電力モータ５１２、５１４、５１６、５１８及びエンドエフェクタ３１０、モータ５１０、リング部３２４、カメラ変換器５４２、ならびにシステム３００のための他の構成要素、例えば、キャビネット３１６内の電気構成要素を冷却するための送風機に提供されてもよい。
【００４５】
配電モジュール４０４はまた、電力を他の構成要素、例えば、タブレット引出し３１８内に位置し得るタブレット充電ステーション５３４等に提供してもよい。タブレット充電ステーション５３４は、テーブル５４６を充電するためにタブレット５４６と無線または有線通信してもよい。タブレット５４６は、本開示と一致する及び本明細書に説明される外科医によって使用されてもよい。
【００４６】
配電モジュール４０４はまた、バッテリ４０２に接続されてもよく、そのバッテリは、万一配電モジュール４０４が入力電力５４８からの電力を受信しない場合において、一時的な電源としての役割を果たす。他の時には、配電モジュール４０４は、必要な場合、バッテリ４０２を充電する役割を果たしてもよい。
【００４７】
プラットホームサブシステム５０２の他の構成要素はまた、コネクタパネル３２０、制御パネル３２２、及びリング部３２４を含んでもよい。コネクタパネル３２０は、異なるデバイス及び構成要素をシステム３００及び／または関連付けられた構成要素ならびにモジュールに接続する役割を果たしてもよい。コネクタパネル３２０は、異なる構成要素からの線路または接続を受け入れる１つ以上のポートを含んでもよい。例えば、コネクタパネル３２０は、システム３００を他の機器に接地し得る接地端子ポート、フットペダル５４４をシステム３００に接続するためのポート、位置センサ５４０、カメラ変換器５４２、及びカメラスタンド３０２と関連付けられたカメラ３２６を備え得る追跡サブシステム５３２に接続するためのポートを有してもよい。コネクタパネル３２０はまた、他の構成要素、例えば、コンピュータ４０８等へのＵＳＢ、イーサネット（登録商標）、ＨＤＭＩ（登録商標）通信を可能にするために、他のポートを含んでもよい。
【００４８】
制御パネル３２２は、システム３００の動作を制御する種々のボタンもしくは指示器を提供してもよいし、及び／またはシステム３００に関する情報を提供してもよい。例えば、制御パネル３２２は、システム３００の電源をオンまたはオフにするためのボタン、垂直カラム３１２を上げるまたは下げるためのボタン、及びシステム３００が物理的に移動することを係止するようにキャスタ３１４に係合するように設計され得る安定器５２０〜５２６を上げるまたは下げるためのボタンを含んでもよい。万一緊急の場合には、他のボタンがシステム３００を停止してもよく、それは、全てのモータ電力をなくし得、全ての動きの発生を停止するために機械的制動を加え得る。制御パネル３２２はまた、ユーザにあるシステム状況を通知する指示器、例えば、線路電力指示器等、またはバッテリ４０２用の充電の状態を通知する指示器を有してもよい。
【００４９】
リング部３２４は、システム３００のユーザに、システム３００が不十分に動作している異なるモード及び該ユーザへのある警告を通知するための視覚的指示器であってもよい。
【００５０】
コンピュータサブシステム５０４は、コンピュータ４０８、表示器３０４、及びスピーカ５３６を含む。コンピュータ５０４は、システム３００を動作させるためのオペレーティングシステム及びソフトウェアを含む。コンピュータ５０４は、情報をユーザに表示するために、他の構成要素（例えば、追跡サブシステム５３２、プラットホームサブシステム５０２、及び／または動き制御サブシステム５０６）からの情報を受信及び処理してもよい。更に、コンピュータサブシステム５０４はまた、音声をユーザに提供するためにスピーカ５３６を含んでもよい。
【００５１】
追跡サブシステム５３２は、位置センサ５０４及び変換器５４２を含んでもよい。追跡サブシステム５３２は、図３に関して説明されたようなカメラ３２６を含むカメラスタンド３０２に対応してもよい。位置センサ５０４は、カメラ３２６であってもよい。追跡サブシステムは、外科手技中にユーザによって使用されるシステム３００及び／または器具の異なる構成要素上に位置するあるマーカの場所を追跡してもよい。この追跡は、それぞれ、アクティブまたはパッシブ要素、例えば、ＬＥＤまたは反射性マーカ等の場所を追跡する赤外技術の使用を含む、本開示と一致する様態で行われてもよい。これらの種類のマーカを有する構造の場所、配向、及び位置は、表示器３０４上でユーザに表示され得るコンピュータ４０８に提供されてもよい。例えば、これらの種類のマーカを有し、（ナビゲーション空間として呼ばれ得る）この様態で追跡される外科用器具６０８が、患者の解剖学的構造の３次元画像に関連してユーザに示されてもよい。
【００５２】
動き制御サブシステム５０６は、垂直カラム３１２、上部アーム３０６、下部アーム３０８を物理的に移動させる、またはエンドエフェクタ３１０を回転させるように構成されてもよい。物理的移動は、１つ以上のモータ５１０〜５１８の使用を通じて行われてもよい。例えば、モータ５１０は、垂直カラム３１２を垂直に上げるまたは下げるように構成されてもよい。モータ５１２は、図３に示されるように垂直カラム３１２との係合点の周囲に、上部アーム３０８を横に移動させるように構成されてもよい。モータ５１４は、図３に示されるように上部アーム３０８との係合点の周囲に、下部アーム３０８を横に移動させるように構成されてもよい。モータ５１６及び５１８は、一方がロールを制御し得、かつもう一方が傾きを制御し得るような様態で、エンドエフェクタ３１０を移動させるように構成されてもよく、それによって、エンドエフェクタ３１０が移動され得る複数の角度を提供する。これらの移動は、コントローラ５３８によって達成されてもよく、そのコントローラは、エンドエフェクタ３１０上に配置されたロードセルを通してこれらの移動を制御し得、ユーザが、これらのロードセルを係合することによって作動され得、所望の様態においてシステム３００を移動させる。
【００５３】
更に、システム３００は、ユーザが、（タッチスクリーン入力デバイスであってもよい）表示器３０４上に、表示器３０４上の患者の解剖組織の３次元画像上に外科用器具または構成要素の場所を指示することを通じて、垂直カラム３１２、上部アーム３０６、及び下部アーム３０８の自動移動を提供してもよい。ユーザは、フットペダル５４４を踏むことまたはいくらかの他の入力手段によって、この自動移動を開始してもよい。
【００５４】
図６は、例示的な実施形態と一致する外科用ロボットシステム６００を例解する。外科用ロボットシステム６００は、エンドエフェクタ６０２、ロボットアーム６０４、誘導管６０６、器具６０８、及びロボット基部６１０を備えてもよい。器具ツール６０８は、１つ以上の追跡マーカ（例えば、マーカ１１８等）を含む追跡アレイ６１２に取設してもよく、関連付けられた軌道６１４を有してもよい。軌道６１４は、器具ツール６０８が、一度それが誘導管６０６を通して位置付けられるまたは誘導管６０６内に固定されると進むように構成される移動の経路、例えば、患者への器具ツール６０８の挿入の経路を表現してもよい。例示的な動作において、ロボット基部６１０は、外科用ロボットシステム６００が、患者２１０上で動作している際に、ユーザ（例えば、外科医）を支援してもよいように、ロボットアーム６０４及びエンドエフェクタ６０２と電子通信するように構成されてもよい。外科用ロボットシステム６００は、前に説明した外科用ロボットシステム１００及び３００と一致してもよい。
【００５５】
追跡アレイ６１２は、器具ツール６０８の場所及び配向を監視するために、器具６０８上に装着されてもよい。追跡アレイ６１２は、器具６０８に取設されてもよく、追跡マーカ８０４を備えてもよい。図８に最も良く見られるように、追跡マーカ８０４は、例えば、発光ダイオード及び／または他の種類の反射性マーカ（例えば、本明細書における他の箇所に説明されるようなマーカ１１８）であってもよい。追跡デバイスは、外科用ロボットシステムと関連付けられた１つ以上の見通し線デバイスであってもよい。例として、追跡デバイスは、外科用ロボットシステム１００、３００と関連付けられた１つ以上のカメラ２００、３２６であってもよいし、また、ロボットアーム６０４、ロボット基部６１０、エンドエフェクタ６０２、及び／または患者２１０に対する器具６０８の定義された領域または相対的配向について追跡アレイ６１２を追跡してもよい。追跡デバイスは、カメラスタンド３０２及び追跡サブシステム５３２と併せて説明された構造のものと一致してもよい。
【００５６】
図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃは、例示的な実施形態と一致するエンドエフェクタ６０２のそれぞれ、上面図、正面図、及び側面図を例解する。エンドエフェクタ６０２は、１つ以上の追跡マーカ７０２を備えてもよい。追跡マーカ７０２は、発光ダイオードまたは他の種類のアクティブ及びパッシブマーカ、例えば、前に説明した追跡マーカ１１８等であってもよい。例示的な実施形態において、追跡マーカ７０２は、電気信号によって作動されるアクティブ赤外発光マーカ（例えば、赤外発光ダイオード（ＬＥＤ））である。このため、追跡マーカ７０２は、赤外マーカ７０２がカメラ２００、３２６に認識できるように作動させてもよいし、または赤外マーカ７０２がカメラ２００、３２６に認識できないように非作動にしてもよい。このため、マーカ７０２がアクティブであるとき、エンドエフェクタ６０２は、システム１００、３００、６００によって制御されてもよいし、マーカ７０２が非作動にされるとき、エンドエフェクタ６０２は、適切な位置に係止され、システム１００、３００、６００によって移動されることができなくてもよい。
【００５７】
マーカ７０２は、マーカ７０２が、外科用ロボットシステム１００、３００、６００と関連付けられた１つ以上のカメラ２００、３２６または他の追跡デバイスによって認識されることができるような様態で、エンドエフェクタ６０２上または内に配置してもよい。カメラ２００、３２６または他の追跡デバイスは、追跡マーカ７０２の移動を追うことによって、エンドエフェクタ６０２を、それが異なる位置及び視野角に移動する際に、追跡してもよい。マーカ７０２及び／またはエンドエフェクタ６０２の場所は、外科用ロボットシステム１００、３００、６００と関連付けられた表示器１１０、３０４、例えば、図２に示されるような表示器１１０及び／または図３に示される表示器３０４上に示されてもよい。この表示器１１０、３０４は、ユーザが、エンドエフェクタ６０２が、ロボットアーム６０４、ロボット基部６１０、患者２１０、及び／またはユーザに対する望ましい位置にあることを確保することを可能にし得る。
【００５８】
例えば、図７Ａに示されるように、マーカ７０２は、追跡デバイスが、手術野２０８から離れて配置され、ロボット１０２、３０１の方に向くように、かつ、カメラ２００、３２６が、追跡デバイス１００、３００、６００に対するエンドエフェクタ６０２の共通配向の範囲を通してマーカ７０２のうちの少なくとも３つを見ることができるように、エンドエフェクタ６０２の表面の周囲に配置されてもよい。例えば、マーカ７０２の分配は、このようにして、エンドエフェクタ６０２が手術野２０８において並進及び回転されるときに、エンドエフェクタ６０２が追跡デバイスによって監視されることを可能にする。
【００５９】
加えて、例示的な実施形態において、エンドエフェクタ６０２は、外部カメラ２００、３２６がマーカ７０２を読み取る準備ができたときを検出することができる赤外（ＩＲ）受信機を装備してもよい。この検出の直後、エンドエフェクタ６０２は、次いで、マーカ７０２を照明してもよい。外部カメラ２００、３２６がマーカ７０２を読み取る準備ができているというＩＲ受信機による検出は、外部カメラ２００、３２６に、発光ダイオードであり得るマーカ７０２のデューティーサイクルを同期させる必要性を信号で伝えてもよい。これはまた、全体としてロボットシステムによる低電力消費を可能にし得、それによって、マーカ７０２が、連続的に照明される代わりに、適時にのみ照明されるであろう。更に、例示的な実施形態において、マーカ７０２は、他のナビゲーションツール、例えば、異なる種類の外科用器具６０８等との干渉を防ぐために、電源をオフにしてもよい。
【００６０】
図８は、追跡アレイ６１２及び追跡マーカ８０４を含む１つの種類の外科用器具６０８を描写する。追跡マーカ８０４は、限定されるものでないが、発光ダイオードまたは反射性球体を含む、本明細書に説明される任意の種類のものであってもよい。マーカ８０４は、外科用ロボットシステム１００、３００、６００と関連付けられた追跡デバイスによって監視され、カメラ２００、３２６の見通し線のうちの１つ以上であってもよい。カメラ２００、３２６は、追跡アレイ６１２及びマーカ８０４の位置ならびに配向に基づいて、器具６０８の場所を追跡してもよい。ユーザ、例えば、外科医１２０等は、追跡アレイ６１２及びマーカ８０４が、追跡デバイスまたはカメラ２００、３２６によって十分に認識され、器具６０８及びマーカ８０４を、例えば、例示的な外科用ロボットシステムの表示器１１０上に表示させるような様態で、器具６０８を配向させてもよい。
【００６１】
外科医１２０が、器具６０８をエンドエフェクタ６０２の誘導管６０６の中に配置し得、器具６０８を調節し得る様態が、図８において明らかである。エンドエフェクタ１１２、３１０、６０２の中空管または誘導管１１４、６０６は、外科用器具６０８の少なくとも一部分を受け入れるようにサイズ決定及び構成される。誘導管１１４、６０６は、外科用器具６０８のための挿入及び軌道が、患者２１０の身体内またはその上で所望の解剖学的対象に到達することができるように、ロボットアーム１０４によって配向されるように構成される。外科用器具６０８は、略円筒形器具の少なくとも一部分を含んでもよい。スクリュードライバが外科用ツール６０８として例示されるが、任意の適切な外科用ツール６０８がエンドエフェクタ６０２によって位置付けられてもよいことが理解されるであろう。例として、外科用器具６０８は、誘導ワイヤ、カニューレ、レトラクタ、掘削器、リーマ、スクリュードライバ、挿入ツール、除去ツール、または同様のもののうちの１つ以上を含んでもよい。中空管１１４、６０６は円筒形構成を有するように一般的に示されるが、誘導管１１４、６０６は、外科用器具６０８に適応するために及び手術位置にアクセスするために所望された任意の適切な形状、サイズ、及び構成を有してもよいことが当業者によって理解されるであろう。
【００６２】
図９Ａ〜９Ｃは、例示的な実施形態と一致するエンドエフェクタ６０２及びロボットアーム６０４の一部分を例解する。エンドエフェクタ６０２は、本体１２０２及びクランプ１２０４を更に備えてもよい。クランプ１２０４は、ハンドル１２０６、ボール１２０８、バネ１２１０、及びリップ部１２１２を備えてもよい。ロボットアーム６０４は、凹部１２１４、装着プレート１２１６、リップ部１２１８、及び磁石１２２０を更に備えてもよい。
【００６３】
エンドエフェクタ６０２は、１つ以上の連結を通して外科用ロボットシステム及びロボットアーム６０４と機械的にインターフェースを取ってもよいし、及び／または係合してもよい。例えば、エンドエフェクタ６０２は、位置決め連結及び／または補強連結を通してロボットアーム６０４と係合してもよい。これらの連結を通して、エンドエフェクタ６０２は、可撓性及び無菌バリアの外側のロボットアーム６０４と締結してもよい。例示的な実施形態において、位置決め連結は、磁気運動学的装着であってもよく、補強連結は、５つの棒状オーバーセンタクランピングリンク機構であってもよい。
【００６４】
位置決め連結に関して、ロボットアーム６０４は、装着プレート１２１６を備えてもよく、それは、非磁気材料、１つ以上の凹部１２１４、リップ部１２１８、及び磁石１２２０であってもよい。磁石１２２０は、凹部１２１４のそれぞれの下に装着される。クランプ１２０４の部分は、磁気材料を備えてもよく、１つ以上の磁石１２２０によって吸引されてもよい。クランプ１２０４及びロボットアーム６０４の磁気吸引を通して、ボール１２０８は、それぞれの凹部１２１４の中に着座されることになる。例えば、図９Ｂに示されるようなボール１２０８は、図９Ａに示されるような凹部１２１４内に着座される。この着座は、磁気的に支援される運動学的連結と考えられ得る。磁石１２２０は、エンドエフェクタ６０２の配向に関わらず、エンドエフェクタ６０２の全重量を支持するのに十分強いように構成されてもよい。位置決め連結は、６自由度を固有に抑制する任意の様式の運動学的装着であってもよい。
【００６５】
補強連結に関して、クランプ１２０４の一部分は、固定接地リンクであるように構成されてもよく、そのように、クランプ１２０４は、５つの棒リンク機構としての役割を果たしてもよい。クランプハンドル１２０６を閉じることは、リップ部１２１２及びリップ部１２１８が、エンドエフェクタ６０２及びロボットアーム６０４を固定するような様態でクランプ１２０４に係合する際に、エンドエフェクタ６０２をロボットアーム６０４に締結し得る。クランプハンドル１２０６が閉じられると、バネ１２１０は、クランプ１２０４が係止位置にある間に伸長または加圧され得る。係止位置は、中心を過ぎたリンク機構を提供する位置であり得る。中心を過ぎた閉じた位置の理由で、リンク機構は、クランプ１２０４を解放するためにクランプハンドル１２０６に加えられる力がなければ開かない。このため、係止位置において、エンドエフェクタ６０２は、ロボットアーム６０４に強固に固定され得る。
【００６６】
バネ１２１０は、張力における曲がり梁であってもよい。バネ１２１０は、高剛性及び高降伏ひずみを呈する材料、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）バージン材等から成ってもよい。エンドエフェクタ６０２及びロボットアーム６０４間のリンク機構は、エンドエフェクタ６０２及びロボットアーム６０４間に、２つの連結の締結を妨害せずに、無菌バリアを提供し得る。
【００６７】
補強連結は、複数のバネ部材を用いるリンク機構であってもよい。補強連結は、カムまたは摩擦に基づく機構を用いて掛止めしてもよい。補強連結はまた、ロボットアーム６０４へのエンドエフェクタ１０２の締結を支持する十分に強力な電磁石であってもよい。補強連結は、エンドエフェクタ６０２及びロボットアーム６０４間の界面上を滑り、かつスクリュー機構、オーバーセンタリンク機構、またはカム機構を用いて締め付ける、エンドエフェクタ６０２及び／またはロボットアーム６０４のいずれかから完全に分離したマルチピースカラーであってもよい。
【００６８】
図１０及び１１を参照すると、外科手技の前または間に、ある登録手技が、ナビゲーション空間及び画像空間の両方において、物体及び患者２１０の対象の解剖学的構造を追跡するために行われてもよい。かかる登録を行うために、登録システム１４００は、図１０に例解されるように使用されてもよい。
【００６９】
患者２１０の位置を追跡するために、患者追跡デバイス１１６は、患者２１０の硬い解剖学的構造に固定されるべき患者固定器具１４０２を含んでもよく、動的参照基部（ＤＲＢ）１４０４は、患者固定器具１４０２に確実に取設されてもよい。例えば、患者固定器具１４０２は、動的参照基部１４０４の開口部１４０６に挿入されてもよい。動的参照基部１４０４は、追跡デバイス、例えば、追跡サブシステム５３２等が認識できるマーカ１４０８を含んでもよい。これらのマーカ１４０８は、本明細書に前に考察されたように、光学マーカまたは反射性球体、例えば、追跡マーカ１１８等であってもよい。
【００７０】
患者固定器具１４０２は、患者２１０の硬い解剖組織に取設され、外科手技全体を通して取設されたままであってもよい。例示的な実施形態において、患者固定器具１４０２は、患者２１０の硬い領域、例えば、外科手技を受ける対象の解剖学的構造から離れて位置する骨に取設される。対象の解剖学的構造を追跡するために、動的参照基部１４０４は、対象の解剖学的構造の場所を用いて動的参照基部１４０４を登録するために、対象の解剖学的構造上またはその近くに一時的に配置される登録固定具の使用を通して対象の解剖学的構造と関連付けられる。
【００７１】
登録固定具１４１０は、枢動アーム１４１２の使用を通じて、患者固定器具１４０２に取設される。枢動アーム１４１２は、登録固定具１４１０の開口部１４１４を通して患者固定器具１４０２を挿入することによって、患者固定器具１４０２に取設される。枢動アーム１４１２は、例えば、枢動アーム１４１２の開口部１４１８を通してノブ１４１６を挿入することによって、登録固定具１４１０に取設される。
【００７２】
枢動アーム１４１２を使用して、登録固定具１４１０は、対象の解剖学的構造の上に配置されてもよく、その場所は、登録固定具１４１０上の追跡マーカ１４２０及び／または基準１４２２を使用して、画像空間及びナビゲーション空間において判定されてもよい。登録固定具１４１０は、ナビゲーション空間において認識できるマーカ１４２０の集合物を含んでもよい（例えば、マーカ１４２０は、追跡サブシステム５３２によって検出可能であってもよい）。追跡マーカ１４２０は、本明細書において前に説明されるように、赤外光において認識できる光学マーカであってもよい。登録固定具１４１０はまた、画像化空間（例えば、３次元ＣＴ画像）において認識できる基準１４２２、例えば、軸受ボール等の集合物を含んでもよい。図１１に関してより詳細に説明されるように、登録固定具１４１０を使用して、対象の解剖学的構造は、動的参照基部１４０４と関連付けられてもよく、それによって、ナビゲーション空間における物体の描写が、解剖学的構造の画像上に重ね合わされることを可能にする。対象の解剖学的構造から離れた位置に位置する動的参照基部１４０４は、参照点になり得、それによって、外科用領域からの登録固定具１４１０及び／または枢動アーム１４１２の取外しを可能にする。
【００７３】
図１１は、本開示と一致する登録のための例示的な方法１５００を提供する。方法１５００は、ステップ１５０２において始まり、そのステップにおいて、対象の解剖学的構造のグラフィカル表現（または画像（複数可））が、システム１００、３００  ６００、例えば、コンピュータ４０８にインポートされてもよい。グラフィカル表現は、登録固定具１４１０及び基準１４２０の検出可能な画像化パターンを含む、患者２１０の対象の解剖学的構造の３次元ＣＴまたは蛍光透視スキャンであってもよい。
【００７４】
ステップ１５０４において、基準１４２０の画像化パターンが、画像化空間において検出及び登録され、コンピュータ４０８内に記憶される。任意選択的に、この時に、ステップ１５０６において、登録固定具１４１０のグラフィカル表現が、対象の解剖学的構造の画像上に重ね合わされてもよい。
【００７５】
ステップ１５０８において、登録固定具１４１０のナビゲーションパターンが、マーカ１４２０を認識することによって検出及び登録される。マーカ１４２０は、位置センサ５４０を介して追跡サブシステム５３２によって赤外光を通してナビゲーション空間において認識される光学マーカであってもよい。このため、対象の解剖学的構造の場所、配向、及び他の情報は、ナビゲーション空間において登録される。したがって、登録固定具１４１０は、基準１４２２の使用による画像空間とマーカ１４２０の使用によるナビゲーション空間の両方において認識されてもよい。ステップ１５１０において、画像空間内の登録固定具１４１０の登録が、ナビゲーション空間に転移される。この転移は、例えば、マーカ１４２０のナビゲーションパターンの位置と比較して、基準１４２２の画像化パターンの相対位置を使用することによって、行われる。
【００７６】
ステップ１５１２において、（画像空間を用いて登録された）登録固定具１４１０のナビゲーション空間の登録が、患者固定器具１４０２に取設された動的登録アレイ１４０４のナビゲーション空間に更に転移される。このため、登録固定具１４１０は、取り外されてもよく、動的参照基部１４０４は、ナビゲーション空間が画像空間と関連付けられるので、ナビゲーション及び画像空間の両方において、対象の解剖学的構造を追跡するために使用されてもよい。
【００７７】
ステップ１５１４及び１５１６において、ナビゲーション空間は、ナビゲーション空間において認識できるマーカ（例えば、光学マーカ８０４を用いる外科用器具６０８）を用いて、画像空間及び物体上に重ね合わせてもよい。物体は、対象の解剖学的構造の画像上の外科用器具６０８のグラフィカル表現を通して追跡されてもよい。
【００７８】
図１２Ａ〜１２Ｂは、患者２１０の手術前、手術中、手術後、及び／またはリアルタイムの画像データを取得するためにロボットシステム１００、３００、６００と併せて使用され得る画像化デバイス１３０４を例解する。任意の適切な主題が、画像化システム１３０４を使用して任意の適切な手技のために画像化されてもよい。画像化システム１３０４は、任意の画像化デバイス、例えば、画像化デバイス１３０６及び／またはＣアーム１３０８デバイス等であってもよい。Ｘ線システムにおいて要求され得る患者２１０の頻繁な手動の再位置付けを必要とせずに、いくらかの異なる位置から患者２１０のＸ線写真を取ることが望ましいであろう。図１２Ａに例解されるように、画像化システム１３０４は、「Ｃ」形状の両遠位端１３１２において終端する細長いＣ形状部材を含むＣアーム１３０８の形態にあってもよい。Ｃ形状部材１１３０は、Ｘ線源１３１４及び画像受信器１３１６を更に備えてもよい。アームのＣアーム１３０８内の空間は、Ｘ線支持構造１３１８からの実質的な干渉なしで患者を診療するための余地を医師に提供し得る。図１２Ｂに例解されるように、画像化システムは、支持構造画像化デバイス支持構造１３２８、例えば、車輪１３３２を有する車輪付可動カート１３３０等に取設されるガントリー筐体１３２４を有する画像化デバイス１３０６を含んでもよく、それは、例解されない、画像捕捉部分を取り囲んでもよい。画像捕捉部分は、Ｘ線源及び／または発出部分ならびにＸ線受信及び／または画像受信部分を含んでもよく、それらは、互いから約１８０度に配置されてもよいし、画像捕捉部分の軌道に対してロータ（例解されない）上に装着されてもよい。画像捕捉部分は、画像取得の間に３６０度回転するように動作可能であってもよい。画像捕捉部分は、中心点及び／または軸の周囲に回転してもよく、患者２１０の画像データが、多方向からまたは複数の平面において取得されることを可能にする。ある画像化システム１３０４が本明細書に例示されるが、任意の適切な画像化システムが、当業者によって選択されてもよいことが理解されるであろう。
【００７９】
次に、図１３〜１９を参照して、ロボットシステムのセンサ制御式及び／または全方向性移動を説明する。特に、種々の実施形態は、例えば、全方向性車輪６２、６４を使用して、任意のｚ軸の周囲のＷａｇ回転を伴って、任意のＸＹ方向において、システムの制御された移動を提供してもよい。
【００８０】
図１３を参照して、ロボットシステムのセンサ制御式移動のための制御システム２０の一実施形態が示される。先で説明したように、制御システム２０は、コンピュータサブシステム５０４、動き制御サブシステム５０６を含んでもよい。入力デバイスは、タッチスクリーン機能を有する表示器１１０、ファンクションキー１２を有するキーボード、ハンドル１７、１９、ジョイスティック１４、または同様のものを含んでもよい。これらの入力デバイスのうちのいずれかは、動き制御部分５０６及びコンピュータサブシステム５０４のいずれかまたは両方を制御してもよい。動き制御モード及びロボット制御モードの間の切り換えは、ファンクションキー、表示デバイスのうちの１つからのタッチスクリーン命令、または他の所望の方法によって達成されてもよい。ロボットシステムはまた、動き制御部分５０６及び／またはコンピュータサブシステム５０４の一部分として、患者またはロボットシステムの位置に関する情報を通信するために有用であり得るスマートホンもしくは携帯電話リンクまたは全地球測位システム（ＧＰＳ）を含んでもよい。
【００８１】
図１３の制御システム２０は、ロボットシステムの平面図として描写され、外科用ロボット１０２及びロボットアーム１０４の上面図を描写する。全車輪６２、６４は、前方部分全車輪６２の左及び右、ならびに後方部分全車輪６４の同様に左及び右に分離される。図１３はまた、システムの全車輪の３自由度の動きのための３つの軸を描写する。図に描写されるように、これらは、ｙ軸に沿って左または右に移動するための自由、ｘ軸に沿って前及び後に移動するための自由、ならびにｘ及びｙ軸によって形成される平面に垂直である回転軸Ｗａｇ、すなわち、垂直軸に沿う回転の自由を含む。このため、図１３における垂直軸Ｗａｇは、図面の平面に垂直である。
【００８２】
図１３はまた、本開示に使用されるセンサの考察のために有用な参照を提供し得る。左センサ２１、２５は、左ハンドル１７上に装着され、一方で、右センサ２３及び２７は、右ハンドル１９上に装着される。第１の実施形態は、示されるように、これらの４つのセンサ２１、２３、２５、２７を含んでもよい。ロボットシステム１００を動作させる人物、例えば、健康管理専門家等は、ハンドル１７、１９及び動き制御部分５０４を使用することによって、デバイスを位置付けてもよい。
【００８３】
一実施形態において、動き制御は、２つのモード、移送モード及び微調整モードを有してもよい。例えば、ロボットシステム１００が、医療または他の健康管理施設のある翼部から移送される場合、速度は、微調整される位置付けよりも更に高い値にされてもよい。このため、システム１００の後方部分ハンドル１７、１９を押すことが、移送モードを作動させてもよい。２つのハンドル１７、１９のいずれかを押すことが、微調整モードを作動させてもよく、それにおいて、全車輪６２、６４のあらゆる移動は、より遅く、よりゆっくりである。これらのモード間の切り換えはまた、ユーザが、をファンクションキー、命令、タッチスクリーン入力、及びその他によって切り換えることを可能にする適切なプログラミングによって達成されてもよい。
【００８４】
微調整モードにおいて、動き制御５０４は、ロボットシステム１００を設定位置に戻すために、例えば、所定位置に再設定するために使用されてもよい。例えば、図３を参照して、外科手技が終了した場合、ユーザは、ロボットシステム１００を事前設定された構成に移動することを望み得る。位置は、動き制御５０４にプログラムされてもよい。これは、操作者に利用可能なキーボードまたはファンクションボタン１２、表示デバイス１１０のタッチスクリーン、ジョイスティック１４、またはハンドル１７、１９に加えられた所定の力及び方向を使用して達成されてもよい。キーボード、ファンクションボタン、及びタッチスクリーン表示デバイスはまた、全方向性車輪６２、６４の移動を含む、ロボット機能及び動き制御部分を制御するために使用されてもよい。
【００８５】
全車輪６２、６４の機能はまた、システムが指定された軸の周囲に移動するように使用されてもよい。これは、任意の便利な軸、例えば、ロボット１００の幾何学的中心、ロボットシステム１００もしくはその基部１０６の特定の特性または一部分、ロボットの特性、例えば、それに装着されるエンドエフェクタ１１２等、及びその他等であってもよい。全車輪６２、６４によって加えられる動きはまた、センサ（複数可）２１、２３、２５、２７に加えられる力（複数可）に比例し得る。軽い力は、より遅く、よりゆっくりした速度をもたらし得、一方で、大きな力または重い接触は、全車輪６２、６４によって加えられる高速度をもたらし得る。加えて、力が加えられる方向は、ロボットシステム１００の移動の所望の方向を指示し得る。センサ（複数可）２１、２３、２５、２７に加えられる力は、所望の動きを提供するために、必要に応じて、前方車輪６２及び後方車輪６４のそれぞれを駆動するために使用される合成ベクトル及びモーメントに動き制御５０４によって分解されてもよい。
【００８６】
次に、図１３を使用して移動の実施例を考察する。一実施例において、左ハンドル１７を前に押すことは、デバイスを前に進めさせ、デバイスを右にターンさせるように動作するであろう。別の実施例において、左ハンドル１７を押すことは、センサ２１、２５を作動させ、前移動を要求する。センサ（複数可）２１、２３、２５、２７は、センサ２１、２５のための特定の方向において前に加えられるものとして、ただし、力をセンサ２３、２７に加えずに、力を解釈するひずみゲージであってもよい。力が右ハンドル１９及びそのセンサ２３、２７に加えられないので、動き制御５０４は、センサ２３、２７からの信号を、わずかな前方への動きのみを伴う右ターンのための呼出しとして解釈する。このため、ロボット１００は、全車輪６２、６４による最小の前移動を伴って右に小回りにターンさせる。実施形態において、４つの車輪６２、６４の全てが、この実施例において、わずかな右向きターン移動を達成するために移動してもよい。車輪６２、６４は、それらの移動がロボット基部１０６の所望の移動を達成するように、個々に制御されてもよい。上で考察したように、これは、微調整モードにおける移動の実施例である。他の実施形態において、左車輪６２、６４のみ、または右車輪６２、６４のみが、所望の移動に応じて作動されてもよい。
【００８７】
別の実施例において、左ハンドル１７を右に押すことは、力をセンサ２１、２５に加え、右横向きまたは側方移動を呼出す。前または後向きの力がセンサ２１、２５に加えられず、かつ力が右センサ２３、２７に加えられない場合、動き制御５０４は、信号を、依然として、微調整モードにおいて、前または後向きの動きを伴わない右横向き移動を呼出すものとして解釈する。それに応じて、４つの全車輪６２、６４の全てが、指示される方向に、すなわち、数ｍｍまたは数インチ右に、小さく移動させてもよい。別の実施例において、所定の位置において左ターンまたは回転を達成するために、前方車輪６２は、前及び左向き方向にターンしてもよく、一方、後方車輪６４は、後及び右にターンする。別の実施例において、ハンドル１７、１９の両方を左に押すことは、微細移動モードではなくて、移送モードをもたらす。これは、ロボット１００を左向き位置へと左に移動させ得る。同じことが、ハンドル１７、１９の両方を前に押すことに言うことができ、今度は、微調整モードではなくて移送モードにおいて、ｘ軸方向において、基部１０６を前に移動させる。力を特定のハンドル１７、１９及びセンサ２１、２３、２５、２７に加えることに関して説明したが、より多くのもしくは少ないハンドル及び／またはセンサが、システムと共に採用されてもよいことが理解されるであろう。加えて、異なる力及び／または移動が、微調整及び／もしくは移送モードを採用するために、ならびに／または動作室の付近にロボットシステム１００を移動させるために、いくらかの異なる構成において生じてもよい。これらの種類のセンサ、全車輪、及び移動制御は、カメラスタンド２０２、カート、画像化デバイス、または他の重い機械類もしくは動作室機器を含む、動作室環境における他の機器に適用されてもよいこともまた想像される。
【００８８】
本開示の実施形態に使用されるセンサ２１、２３、２５、２７は、１つ以上の力センサを含んでもよい。これらは、ひずみゲージ、力感知抵抗器、ピエゾ電気センサ、ピエゾ容量圧力センサ、ピエゾ抵抗器、及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）微小規模ひずみゲージを含む。典型的には、力センサは、ユーザがセンサに力を加えるときに変化される電気特性を持つ。その特性は、圧力が加えられるときに、予測可能な様態で増加または減少する電気伝導性、抵抗、または容量であり得る。ピエゾ型センサは、圧力が加えられるときに、小さな微小電圧を発生し得る。センサは、かかる変化を検出するための電気回路の一部分、例えば、ホイートストンブリッジであってもよい。ひずみゲージまたはセンサのアレイあるいは複数のひずみゲージまたはセンサを使用することによって、ユーザは、全車輪に加えられるべき所望の力の方向を微調整してもよい。
【００８９】
図１３及び以下の実施例に使用されるセンサ２１、２３、２５、２７は、ロボットシステム１００の車輪６２、６４を制御するために使用されてもよい。かかる技法の実施例は、図１５Ａ及び１５Ｂに描写される。図１５Ａにおいて、ロボットシステム１００の基部１０６は、前方車輪６２及び後方車輪６４と共に描写され、それらは、同じであってもよいし、または異なってもよい。この実施形態において、動き制御５０４の指図下でモータ１１００は、所望の通りに、電力を車輪６２、６４のそれぞれに伝送する。車輪６２、６４に供給される電力は、手動動作、自動動作、またはその両方の組み合わせを含んでもよい。モータ１１００は、全車輪６２、６４を個々に給電するように電力を車軸１１０２、１１０４、１１０６、１１０８に供給するために、２つ以上のシャフトを有してもよい。これは、基部１０６及びその上に装着されるロボット機器の的確な配置のための各車輪６２、６４の微細制御を可能にする。一実施形態において、モータ１１００及び各シャフトまたは車軸１１０２、１１０４、１１０６、１１０８は、ロータリエンコーダまたは位置フィードバックを動き制御モジュールに提供するための他のフィードバック機構を更に備えてもよい。
【００９０】
代替的に、図１５Ｂに描写されるように、基部１０６は、全車輪６２、６４のそれぞれに対する独立した車軸１１２４、１１２６、１１２８、１１３０を給電する別個のモータ１１２２を介して電力を割り当てるためにローカルコントローラ１１２０を含んでもよい。動き制御５０４が、全車輪６２、６４のそれぞれの別個の制御を、それ自体のモータを介して維持することはより単純であろう。この実施形態において、各モータ１１２２は、位置フィードバックのためのそれ自体のエンコーダを含んでもよく、また、車軸１１２４、１１２６、１１２８、１１３０上にエンコーダまたは他のフィードバック機構を含んでもよい。電力を車輪６２、６４に供給するための他の方法が、使用されてもよい。ローカルコントローラまたは動き制御モジュールは、センサの読取りを、モータ１１２２及び車軸１１２４、１１２６、１１２８、１１３０のそれぞれに対する命令に分解するコンピュータプログラムを含んでもよい。この技法を用いて、全方向性車輪６２、６４が、提供されるセンサによって非常に精密な移動のために個々に制御される。動きからの、例えば、車軸１１２４、１１２６、１１２８、１１３０上のロータリエンコーダ等からの、また他のデバイスによるフィードバックは、基部１０６を所望の場所に戻す際の後の使用のための所与の位置を記憶するために使用することができる。
【００９１】
ロボット１００の所望の方向を感知するために使用されるセンサ２１、２３、２５、２７は、上で開示したように、ハンドル１７、１９内に装着されてもよい。代替的に、センサ２１、２３、２５、２７は、図１４Ａ〜１４Ｄに開示されるように、ジョイスティックまたは他の種類のハンドル内に装着されてもよい。第１の代替の実施形態は、図１４Ａに開示される。この制御システム１６１０において、複数の力センサ１６１２、６個のセンサが、円形配設で装着される。ユーザは、制御システムの表面を押して、ロボットシステム１００を適切な方向に誘導するためにセンサ１６１２を作動させる。方向は、作動されるセンサ１６１２によって、及びユーザにより加えられる力または圧力の量によって決定される。これは、ロボット１００のハンドル１７、１９の上記実施例に使用されたものと同じ原理である。円形制御配設は、平面内での、全ｘｙ方向におけるデバイスの誘導のために有用である。所定の軸の周囲の回転はまた、ジョイスティックを押し上げるもしくは下げることによって、またはキーボードもしくはファンクションボタン入力への命令によって達成されてもよい。例えば、ジョイスティックを数秒間下に押すことは、システムに軸の周囲に時計回りに回転することを命令し得、一方、数秒間上向きに引くことは、反時計回りの回転を命令し得る。
【００９２】
類似の動作モードを用いる他の実施例が、図１４Ｂ〜１４Ｄに描写される。図１４Ｂにおいて、８個のセンサ１６２２が、側方ハンドルであるように、前後移動、ｘ方向をより示唆する制御システム１６２０のために楕円形に配設される。より多くのセンサ１６２２が、操作者によって所望される方向への更なる感度のために使用されてもよい。図１４Ｃにおいて、制御システム１６３０は、示されるように正方形パターンに装着された６個の力センサ１６３２を含み、２個のセンサ１６３２が前／後移動用であり、また、残りの４個のセンサ１６３２の４隅の分配でもって左／右または横方向のための更なる感度を有する。図１４Ｄは、矩形配設にある複数のセンサ１６４２を用いて構成された制御システム１６４０の実施例を描写する。この配設は、側面毎に３個のセンサ１６４２を含み、ロボットの横方向移動の微細調整を可能にする。他の構成が、ロボットシステム１００及びその全方向性車輪６２、６４を誘導するために使用されてもよい。
【００９３】
本開示の実施形態、例えば、図１６〜１９に描写されるもの等に有用な多くの種類の全車輪６２、６４が存在する。デバイスが一方向（例えば、前及び後）のみに移動することを可能にする伝統的な車輪とは異なり、全方向性車輪は、ロボットが、あらゆる方向（例えば、前、後、左、右、斜め、円弧状、または同様の方向）に移動されることを可能にする。このため、全方向車輪６２、６４は、ロボットが任意の方向に移動されることを可能にする。全方向性車輪６２、６４またはメカナム型の車輪は、一般的に、その円周上に複数のより小さな車輪またはローラを伴う中心ハブを有する。より小さな車輪は、ハブの中心軸に対して、例えば、４５度または９０度等の角度を付けて装着される。図１６は、全方向性車輪１３０を描写する。この車輪１３０は、中心軸Ａの周囲に中心ハブ１３２を含み、複数のローラまたは車輪１３４が、中心軸に対して約４５度の角度において２つの非同軸列１３６、１３８に装着される。これらの車輪またはローラ１３４は、交代で地面上にあり、ターンをより容易にさせる。これらの種類の車輪１３０は、米国特許出願２０１０／０１８７７７９に説明され、その米国特許出願は、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００９４】
本開示において有用な別の種類の全方向性車輪６２、６４が、図１７に描写される。メカナム車輪１４０は、中心軸Ａを伴う中心ハブ１４２を有する。複数のローラ１４４が、中心ハブ１４２の周縁部上のフランジ１４６上に装着される。この実施例において、フランジ１４６は、約４５度の角度に曲げられ、このため、ローラ１４４はまた、中心軸Ａに対して約４５度の角度に装着される。他の角度が、使用されてもよい。各車輪６２、６４は、ロボットを所望の方向に誘導するために、個々に給電されてもよい。これらの種類の車輪１４０は、米国特許出願２０１３／０２９２９１８に説明され、その米国特許出願は、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００９５】
図１８は、本開示において有用な、別の種類の全方向性車輪６２、６４、メカナム車輪１５０を描写する。車輪１５０は、中心ハブ軸Ａを有する中心ハブ１５２及び複数の平坦な円周表面（図示しない）を含む。各表面は、突出スポーク１５４を装着し、それは、次いで、円周ローラ１５６を装着するために使用される。この車輪１５０において、ローラ１５６のうちの１つまたは２つのみが、一度に床面または表面上にあり、ターンを容易にさせる。これらの種類の車輪１５０は、米国特許８，０１１，７３５に説明され、その米国特許は、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００９６】
更に別の種類の全方向性車輪６２、６４、車輪１６０が、図１９に開示される。車輪１６０は、中心ハブ１６２を含み、それは、２つの一連のスポークまたはマウント１６４、１６６を装着する。第１の一連のスポーク１６４のそれぞれは、車輪１６５を装着し、その回転の軸は、車輪１６０及び中心ハブ１６２の回転の方向に対して９０度反対である。第２の一連のスポーク１６６のそれぞれは、車輪１６７を装着し、その回転の軸もまた、車輪１６０の回転の方向に対して９０度反対である。第２の一連の車輪１６７は、第１の一連の車輪１６４よりもわずかに大きな直径を有する。車輪１６０は、その中心ハブ１６２に垂直な軸（図示しない）の周囲に回転することができる。ローラ１６５、１６７は、車輪１６０が方向を容易に変更することを可能にし、このため、これを適切な全車輪６２、６４にさせる。これらの種類の車輪１６０は、米国特許出願２０１５／０１３０２６０に説明され、その米国特許出願は、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる。他の種類のメカナムまたは全方向性車輪６２、６４はまた、本開示の実施形態に使用されてもよい。
【００９７】
一度ロボット１００の場所が動作室内に置かれると、基部１０６は、適切な位置に係止されてもよい。例えば、全方向性車輪６２、６４は、それらが移動することができないように係止されてもよい。代替案において、キックスタンドまたは他の係止機構が、基部１０６の移動を防止するために採用されてもよい。一度係止機構が解放されると、基部１０６は、再び、本明細書に説明されるように任意の方向に自由に移動する。
【００９８】
本開示の利点は、上で説明される３軸、３自由度の機能を使用して、任意の所望の位置または方向において、大型機器を精密に位置付ける能力を含む。搭載型ＧＰＳシステムがまた、機器の位置を追跡するために、ならびに機器が使用されている位置を記憶する及び呼び戻すために使用されてもよい。全車輪６２、６４の固有の３軸動き機能は、回転軸を含み、それは、所望に応じて選ばれてもよい。動き制御及びロボット制御の両方を使用することによって、操作者または診断する人物は、患者を伴うシステムの位置を調整することができる。動き制御システム、エンコーダ、及び全車輪６２、６４によって可能となる的確な位置付けは、システム１００が、固定された非可動システムの制御及び的確さを有することを可能にする。
【００９９】
動き制御システム、センサ、エンコーダ、及びシステムメモリは、システムが、スマートシステムとしての役割を果たすことを可能にする。センサは、センサ及びメモリを使用して、所望通り、システムを位置付けることを可能にする。システムは、患者用の特定の手技のための的確で小さな移動、ならびに、例えば、別の患者または別の部屋に移動するための移送モードのための機能を含む。これは、ユーザが、システムをより便利な場所に止めておくこと、次いで、所望されるときに、システムを的確な場所に呼び戻すことを可能にする。システムのメモリは、ユーザに、基部１０６を特定の位置に、それが後で必要とされるときに、素早く及び精密に呼び戻す能力を与える。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態を、前述の明細書において開示してきたが、本発明が関連し、前述の説明及び関連する図面において提示される教示の利益を有する、本発明の多くの修正及び他の実施形態が着想されようことが理解される。このため、本発明が上で開示される具体的な実施形態に制限されないこと、ならびに多くの修正及び他の実施形態が、添付の請求項の範囲内に含まれることが意図されることが、理解される。一実施形態からの特性が、本明細書に説明される異なる実施形態からの特性と組み合わされてもよいまたは使用されてもよいことが更に想像される。更に、本明細書、ならびに以下の請求項において、具体的な用語が採用されるが、それらは、一般的かつ説明的意味においてのみ使用され、説明される発明も、以下の請求項も制限する目的で使用されない。本明細書において引用される各特許及び公開物の開示全体は、各かかる特許または公開物が本明細書において参照することにより個々に組み込まれるかのように、参照することにより組み込まれる。本発明の種々の特性及び利点は、以下の請求項において記載される。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】外科手技の間のロボットシステム、患者、外科医、及び他の医療要員の場所についての潜在的配設の頭上図である。
【図２】一実施形態係る患者に対する外科用ロボット及びカメラの位置付けを含むロボットシステムを例解する。
【図３】例示的な実施形態に従って外科用ロボットシステムを例解する。
【図４】例示的な実施形態に従って外科用ロボットの一部分を例解する。
【図５】例示的な実施形態に従って外科用ロボットのブロック図を例解する。
【図６】例示的な実施形態に従って外科用ロボットを例解する。
【図７Ａ】例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタを例解する。
【図７Ｂ】例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタを例解する。
【図７Ｃ】例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタを例解する。
【図８】一実施形態に係るエンドエフェクタの誘導管への外科用器具の挿入前及び後の、外科用器具及びエンドエフェクタを例解する。
【図９Ａ】例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタ及びロボットアームの一部分を例解する。
【図９Ｂ】例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタ及びロボットアームの一部分を例解する。
【図９Ｃ】例示的な実施形態に従ってエンドエフェクタ及びロボットアームの一部分を例解する。
【図１０】例示的な実施形態に従う動的参照アレイ、画像化アレイ、及び他の構成要素を例解する。
【図１１】例示的な実施形態に従って登録の方法を例解する。
【図１２Ａ】例示的な実施形態に係る画像化デバイスの実施形態を例解する。
【図１２Ｂ】例示的な実施形態に係る画像化デバイスの実施形態を例解する。
【図１３】本開示の制御システム及び全方向性車輪（「全車輪」）が装備されたロボットデバイスの上面図であり、センサのアレイの第１の実施例を描写する。
【図１４Ａ】ロボットの移動に有用なセンサのアレイを描写する。
【図１４Ｂ】ロボットの移動に有用なセンサのアレイを描写する。
【図１４Ｃ】ロボットの移動に有用なセンサのアレイを描写する。
【図１４Ｄ】ロボットの移動に有用なセンサのアレイを描写する。
【図１５Ａ】電力をロボットの全車輪に加えるための構成を描写する。
【図１５Ｂ】電力をロボットの全車輪に加えるための構成を描写する。
【図１６】本開示に係る画像化システムにおいて有用な第１の種類の全方向性車輪（「全車輪」）の実施例の斜視図である。
【図１７】本開示において有用な第２の種類の全車輪の実施例の斜視図である。
【図１８】本開示において有用な第３の種類の全車輪の実施例の斜視図である。
【図１９】本開示において有用な第４の種類の全車輪の実施例の立面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
2017221660000001.pdf