(57)【要約】  スマート外科用ドレープの複数の実施形態が開示される。外科用ドレープは、絶縁材料、及びその絶縁材料上に取り付けられた一つ以上のセンサを含み、その一つ以上のセンサは外科用ドレープとデバイスとの間の近接を検出する。スマート外科用ドレープの複数の実施形態は、潜在的な衝突を検出するために手術ロボット上又は手術領域内の他の装置上で利用されてもよい。
2016502435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用ドレープであって、
ドレープ材料、及び
絶縁材料上に取り付けられた一つ以上の近接センサであり、当該一つ以上の近接センサは、前記ドレープ材料とデバイスとの間の近接を検出するように構成されている、近接センサ、
を有する、外科用ドレープ。
【請求項２】
前記一つ以上の近接センサは、単一の導電層を有する、請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項３】
前記一つ以上の近接センサは、複数の導電層の配列を有する、請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項４】
前記単一の導電層への電気的接続は、前記ドレープ材料内の一つ以上のクリップを通じて提供される、請求項２記載の外科用ドレープ。
【請求項５】
前記複数の導電層の配列への電気的接続は、前記ドレープ材料内の一つ以上のクリップを通じて提供される、請求項２記載の外科用ドレープ。
【請求項６】
前記一つ以上の近接センサは、少なくとも一つの導電層を有し、
静電容量は、前記少なくとも一つの導電層と前記デバイスとの間で測定される、
請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項７】
前記一つ以上の近接センサは、導電層をそれぞれ有し、
静電容量は、前記導電層のそれぞれと前記デバイスとの間で測定される、
請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項８】
前記一つ以上の近接センサは、コイルを含む、請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項９】
前記一つ以上の近接センサは、駆動されており、
前記デバイスの近接の測定は、誘導電流を利用して実行される、
請求項８記載の外科用ドレープ。
【請求項１０】
前記一つ以上の近接センサは、前記デバイスによって生成された電磁場を検出する、請求項８記載の外科用ドレープ。
【請求項１１】
前記一つ以上の近接センサは、送信器及び受信器をそれぞれ有する、請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項１２】
前記送信器は、音響学的送信器であり、
前記受信器は、前記デバイスから反射された音響エネルギーを検出する、
請求項１１記載の外科用ドレープ。
【請求項１３】
前記送信器は、光学的送信器であり、
前記受信器は、前記デバイスから反射された光エネルギーを検出する、
請求項１１記載の外科用ドレープ。
【請求項１４】
前記一つ以上の近接センサは、圧力センサを備えたクッションを有し、
前記圧力センサは、前記クッション内の感知するように構成され、
前記一つ以上の近接センサは、前記デバイスとの接触を検出する、
請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項１５】
前記一つ以上の近接センサは、無線周波数認識装置を有する、請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項１６】
前記一つ以上の近接センサは、形状感知光ファイバを有する、請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項１７】
標本化ユニットを更に有し、
前記標本化ユニットは、衝突が起こりそうな位置の決定に基づいて、前記一つ以上の近接センサのうちの少なくとも一つの近接センサを低周波で標本化する、
請求項１記載の外科用ドレープ。
【請求項１８】
ロボットを操作する方法であって、
前記ロボットを作動させるステップであり、前記ロボットの少なくとも一部分はドレープによって覆われており、前記ドレープは一つ以上の近接センサを有する、ステップ、
前記一つ以上の近接センサを使用して、前記少なくとも一つのドレープとのデバイスの近接を決定するステップ、及び
前記近接が閾値に達する場合に信号を送信するステップ、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記一つ以上の近接センサは、導体を有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記一つ以上の近接センサは、静電容量型近接感知を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記一つ以上の近接センサは、誘導型近接センサを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記一つ以上の近接センサは、音響学的近接センサを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記一つ以上の近接センサは、光学的近接センサを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記一つ以上の近接センサは、形状感知光ファイバを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
前記一つ以上の近接センサのうちのいずれが衝突の領域内にある可能性が高いかを予測するステップ、及び
衝突の領域内にある可能性が比較的低いセンサを、衝突の領域内にある可能性が高いセンサよりも低い周波数で標本化するか、又は、比較的低い衝突の可能性を有するセンサの動作を停止する、ステップ
を含む、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、２０１２年１１月１４日に出願された米国仮出願第６１／７２６，４３０号及び２０１３年１１月１３日に出願された米国非仮出願（正規出願）第１４／０７９，２２７号に対する優先権を主張する。それらの出願は、それらの全体について参照により本明細書に取り込まれる。
【０００２】
本発明の複数の実施形態は、外科用ドレープ、特に、衝突防止のためのスマートドレープに関する。
【背景技術】
【０００３】
外科的処置は、手術ロボットを通じて、低侵襲な方法で実行されることができる。低侵襲手術の利点はよく知られており、従来の切開手術と比較した場合のより小さな患者外傷、より少ない血液喪失及びより速やかな回復期間を含む。加えて、カリフォルニア州サニーベールのIntuitive  Surgical（登録商標）,  Inc.によって市販されるDA  VINCI（登録商標）手術システムのような、ロボット手術システム（例えば、テレプレゼンスをもたらす遠隔操作ロボットシステム）の使用が知られている。そのようなロボット手術システムは、外科医が、直感的な制御及び手作業の低侵襲手術と比較した場合に、さらに高い正確さで手術をすることを可能にすることができる。
【０００４】
低侵襲手術システムにおいて、処置は、ロボットを制御する外科医によって実行される。ロボットは一つ以上の器具を含み、その器具はマニピュレータアームに結合させられる。器具は、患者の皮膚の小さな切開部を通じて、又は患者の自然な開口部を通じて手術領域にアクセスする。いくつかの状況において、複数のロボットが利用されてもよい。そのような場合において、それらの複数のロボットの間での衝突を回避するように注意が払われる必要がある。衝突は、両方のロボット及び処置を受けているかも知れない患者を傷つける恐れがある。
【０００５】
衝突防止のための提案は、手術室内のロボットの登録を含んできた。この提案は、長期に渡る部屋の分析を要求し、考慮すべき多大な時間を要する。さらに、そのような分析は、エラーが発生しないことを確かにするために更新を要求するかも知れず、部屋が再構成される度毎に実行される必要がある。その他の提案される解決策は、ＭＲＩ撮像装置の使用のために特別に設計され、衝突を検出するためにＭＲＩボア上の変形可能な覆いの中に埋め込まれた光ファイバを伴う。しかしながら、この解決策は実施するために複雑かつ高価である。
【０００６】
それ故に、より良く機能する手術環境における複数のロボットシステム間の衝突回避を開発する必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の複数の態様によれば、外科用ドレープは、絶縁材料、及びその絶縁材料上に取り付けられた一つ以上のセンサを含み、その一つ以上のセンサは外科用ドレープとデバイスとの間の近接を検出する。
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態による、衝突回避をもたらす方法は、ロボットの少なくとも一部分を覆う少なくとも一つのドレープを提供するステップであり、ドレープは一つ以上のセンサを有する、ステップ；少なくとも一つのドレープとのデバイスの近接又は接触に基づいて、デバイスとの衝突が起こりそう（probable）であるかどうかを決定するステップ；及び、衝突が起こりそうであると決定された場合に信号を送信するステップ、を含む。
【０００９】
これら及び他の複数の実施形態は、以下の図面に関連して更に後述される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】二体のロボットを含む手術環境の一例を示す。
【図２】本発明のいくつかの実施形態によるスマートドレープの使用例を示す。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態によるスマートドレープを示す。
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態によるスマートドレープを示す。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、多数の近接検出器を備えたスマートドレープを示す。
【図４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、多数の近接検出器を備えたスマートドレープを示す。
【図４Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、多数の近接検出器を備えたスマートドレープを示す。
【図４Ｄ】本発明のいくつかの実施形態による、多数の近接検出器を備えたスマートドレープを示す。
【図５】本発明のいくつかの実施形態による、多数の静電容量検出器を備えた、静電容量に基づくスマートドレープの動作を示す。
【図６Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、誘導に基づく近接検出器を示す。
【図６Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、誘導に基づく近接検出器を示す。
【図７】本発明のいくつかの実施形態による、送信器／検出器型の近接検出器を利用するセンサの一つの実施形態を示す。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による、圧力検出器を利用するセンサの一つの実施形態を示す。
【図９】本発明のいくつかの実施形態による、ＲＦＩＤ技術を利用するセンサの一つの実施形態を示す。
【図１０】本発明のいくつかの実施形態による、光ファイバを利用するスマートドレープを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の記述において、本発明のいくつかの実施形態を記述しつつ具体的な詳細が説明される。しかしながら、いくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細のうちのいくつか又は全てを伴わずに実践され得ることが、当業者にとって明らかであろう。本明細書において開示される具体的な複数の実施形態は、説明的であるように意図されており、限定的なものではない。当業者は、本明細書に具体的に記述されていなくとも、他の複数の要素が本開示の範囲及び精神に包含されることを完全に理解することができる。
【００１２】
発明の態様及び実施形態を示す本記述及び添付の図面は、限定的に取られるべきではない‐‐請求の範囲が保護される発明を規定する。様々な機械的、組成に関する、構造上の及び動作上の変更が、本記述及び請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、成され得る。いくつかの場合において、本発明を曖昧にしないために、周知の構造及び技術が詳細に図示又は記述されていない。
【００１３】
加えて、図面は一定の縮尺ではない。複数のコンポーネントの相対的な寸法は、説明的な目的のみのためであり、本発明の如何なる実際の実施形態においても、生じ得る実際の寸法を反映したものではない。二つ以上の図における同様の数字は、同一又は類似の要素を表す。
【００１４】
さらに、本記述の用語法は、本発明を限定するように意図されていない。例えば、“〜の（すぐ）下（beneath）”、“（〜よりも）下（below）”、“（比較的）下方（lower）”、“（〜よりも）上（above）”、“（比較的）上方（upper）”等のような空間的に相対的な用語は、図に示されるような、一つの要素または特徴の別の要素または特徴に対する関係を記述するために使用され得る。これらの空間的に相対的な用語は、使用中のデバイスの異なる複数の配置（すなわち、位置）及び方向付け（すなわち、回転位置）を包含するように、又は、図に示される配置及び方向付けに加えて動作を包含するように意図される。例えば、図のデバイスが反転させられたとすると、他の要素又は特徴“よりも下”又は他の要素又は特徴“のすぐ下”のように記述された要素は、そのときは他の要素又は特徴“よりも上”又は他の要素又は特徴“を覆う（over）”ことになる。このように、例示的な用語“（〜よりも）下（below）”は、上及び下の両方の配置及び方向付けを包含することができる。デバイスは、他の方法で方向付けられてもよく（９０度回転されるか又はその他の方向付け）、本明細書において使用される空間的に相対的な記述語は、それに応じて解釈される。同様に、様々な軸に沿う運動及び様々な軸の回りの運動の記述は、様々な空間的なデバイス配置及び方向付けを含む。加えて、単数形の“一つ”、ある”、“前記の”は、文脈が異なる指示をしない限り、複数形も同様に含むように意図される。また、用語“有する”、“備えている”、“含む”等は、述べられた特徴、ステップ、動作、要素及び／又はコンポーネントの存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はグループの存在又は追加を排除しない。結合されているものとして記述された複数のコンポーネントは、電気的又は機械的に直接的に結合されてもよく、又は、それらは、一つ以上の中間コンポーネントを介して間接的に結合されてもよい。
【００１５】
一つの実施形態を参照して詳細に記述された要素及びそれらの関連する態様は、実用的である場合はいつでも、それらが具体的に図示又は記述されていない他の複数の実施形態に含まれることができる。例えば、ある要素が、一つの実施形態を参照して詳細に記述され、第二の実施形態を参照して記述されていない場合には、その要素は、やはり第二の実施形態に含まれているものとして請求され得る。
【００１６】
図１は、手術環境１００を示す。手術環境１００は、手術ロボット１１０及び撮像装置１２０を含む。図１に示されるように、手術ロボット１１０は、手術器具１１４に取り付けられた関節式アーム１１２を有する。手術器具１１４は、例えば複数ポートロボットシステムにおける単一のマニピュレータ器具であってもよく、又は例えば単一ポートロボットシステムのための複数マニピュレータ器具を有してもよい。手術ロボット１１０は、制御装置１１６によって制御されてもよい。制御装置１１６は、自律制御下又は外科医からの入力に従うかのいずれか一方で、関節式アーム１１２及び手術器具１１４を操作してもよい。代替的に、関節式アーム１１２は、処置中又は処置セットアップ中に手動で動かされてもよい。
【００１７】
手術ロボット１１０に加えて、手術環境１００は、撮像装置１２０を含んでもよい。撮像装置１２０は、例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影撮像装置（ＣＴ撮像装置）又はその他の撮像技術であってもよい。いくつかの実施形態において、撮像装置１２０は、第二の手術ロボットを含んでもよい。概して、撮像装置１２０は、制御装置１３０、複数の支持アーム１２２及び１２４、線源１２６及び検出器１２８を含んでもよい。線源１２６及び検出器１２８は、支持アーム１２２及び１２４に、それぞれ図示されるように取り付けられてもよく、又は使用され得るその他の配列が使用されてもよい。撮像装置１２０は、手術領域の画像をコンパイルするために、制御装置１３０へ十分なデータを撮像装置１２０が提供することができるように、複数のアーム１２２及び１２４を手術台１３０の回りで回転させてもよい。いくつかの実施形態において、複数のアーム１２２及び１２４の回転速度はかなり大きくてもよい（例えば、撮像ロボット１２０は例えば３秒間毎に１回転又はそれよりも速く回転してもよい）。
【００１８】
手術ロボット１１０のアーム１２２との複数のアーム１２２及び１２４の衝突は、手術ロボット１１０及び撮像ロボット１２０の両方にとって損害を与えるものであり得る。加えて、手術器具１１４が患者（図示なし）体内に挿入されるという起こり得る事象において、そのとき患者に対する傷害もまた結果として起こり得る。
【００１９】
図２は、本発明のいくつかの実施形態による手術環境２００を示す。手術環境２００は、手術環境１００と同じように、手術ロボット１１０及び撮像装置１２０を含む。しかしながら、手術環境２００において、ドレープ２１０が手術ロボット１１０の作動部分を覆っており、ドレープ２２０が撮像装置１２０の作動部分を覆っている。ドレープ２１０及びドレープ２２０は、滅菌ドレープ（sterile  drapes）であってもよい。利用され得る滅菌ドレープのいくつかの例は、例えば、２０１２年６月１９日に発行された米国特許第８，２０２，２７８号及び２０１２年６月２６日に発行された米国特許第８，２０６，４０６号において説明されている。それらの米国特許の両方は、それらの全体について参照により本明細書に取り込まれる。その他の滅菌ドレープも利用され得る。概して、ドレープ２１０及びドレープ２２０は、手術ロボット１１０の関節式アーム１１２及び撮像ロボット１２０の回転する複数のアーム１２２及び１２４をそれぞれ覆うように配置される、ブランケットのような器具である。図２において両方のドレープ２１０及びドレープ２２０が示されるが、手術環境２００のいくつかの実施形態は、ドレープ２１０及びドレープ２２０の両方ではなく、一方を含んでもよい。
【００２０】
概して、本発明によるドレープは、ロボットが配置されている領域の任意の部分と共に利用されることができる。ドレープは、器具、患者及び他の人員又は領域の任意の他の部分を覆うために利用されることができる。
【００２１】
図２に示されるように、外科用ドレープ２１０及び２２０の一方又は両方がスマートドレープである。そのため、図２の実施例において、外科用ドレープ２１０は制御装置２１２に結合させられ、外科用ドレープ２２０は制御装置２２２に結合させられている。外科用ドレープ２１０及び外科用ドレープ２２０は、別個に又は一緒に機能して、近接感知又は接触感知を含む。そのため、制御装置２１２及び２２２は、手術ロボット１１０と撮像ロボット１２０との間の近接又は接触を感知することができ、今にも起ころうとしている（imminent）衝突又は現実の衝突の場合には、その衝突事象を制御装置１１６及び１３０の一方又は両方へ伝えることができる。衝突事象は、例えば、外科用ドレープ２１０及び２２０のうちの一方が、対象物又は外科用ドレープ２１０及び２２０のうちの他方が閾値距離内にあることを感知する場合に、感知されることができる。閾値距離は、予め定められることができ、物理的な接触であってもよく又はドレープに覆われたロボットの既知の予測される運動に依存してもよい。衝突事象の感知によって予め定められたような今にも起ころうとしている衝突又は現実の衝突の場合には、ロボット１１０及びロボット１２０の運動は、停止されてもよい。そのため、現実の衝突が防止されることができ、又は、現実の接触の場合には損傷が防止又は低減されることができる。
【００２２】
更に後述されるように、ドレープ２１０及び２２０の一方又は両方は、近接感知又は接触感知を提供する。そのような感知は、静電容量型、導電型、誘導型、音響学的、圧力、光学的、無線周波数認識（ＲＦＩＤ）、形状、又はいくつかの他の、距離若しくは現実の接触（actual  contact）の決定を可能にする感知機構を含んでもよい。ドレープ２１０及び２２０は、独立した制御装置２１２及び２２２と通信してもよく、又は制御装置２１２及び２２２の両方を統合する単一の制御装置と通信してもよい。いくつかの感知技術において、二つのスマートドレープが利用され、いくつかの技術において、単一のスマートドレープのみが利用される。いくつかの環境において、複数のドレープは、異なる複数のコンポーネント上に置かれてもよい。その配置は手術台及び患者の体を含むが、これに限定されない。
【００２３】
ひとたび接触が測定されるか又は潜在的な若しくは現実化する可能性がある（potential）衝突が検出されると、次いで制御装置１１６及び１３０は、運動を停止させるように動作させられてもよい。いくつかの実施形態において、スマートドレープ例えばドレープ２１０が特定の閾値差異（threshold  difference）内の他の目的物への距離を測定する場合に、ロボット１１０及び１２０は停止される。いくつかの場合において、特定の距離は、現実の接触であってもよい。近接感知ドレープ又は接触感知ドレープの数個の実施例が後述される。
【００２４】
ドレープ２１０及び２２０は、他の外科用ドレープと同様に、ロボット１１０及び１２０に適用されることができる。ドレープ２１０及び２２０は、ロボット１１０及び１２０にそれらを取り付けるためにストラップ又はその他の手段を有してもよい。如何なる取り付け手段であっても、ドレープ２１０及び２２０をロボット１１０及び１２０上にそれぞれ固定するために利用されることができ、例えばロボット上に埋め込まれたスナップ、ベルクロ（登録商標）、バックル又は他の手段が利用されることができる。
【００２５】
ドレープ２１０と制御装置２１２との間又はドレープ２２０と制御装置２２２との間の電気的接続は、多くの方法で達成されることができ、標準的な電気的接続、ワイヤレス通信及びデジタル通信方法の使用を通じたもの含む。ドレープ２１０及び２２０は、例えば従来の方法で滅菌されてもよく、使い捨てであってもよい。ドレープ２１０及び２２０は、衝突検出の機能を提供することに加えて、手術領域のために無菌環境をもたらす機能を更に提供してもよい。そのようにして、いくつかの実施形態において、マニピュレータ１１４に関連付けられる手術器具は、外科的処置の間に装着可能（loadable）である。いくつかの実施形態において、ドレープ２１０及び２２０は、関節式アーム１１２の回り又は撮像ロボット１２０上に適合する比較的小さなカフ（袖口状部、cuffs）であってもよく、また、最も衝突の可能性が高い位置に配置されてもよい。いくつかの用途において、スマートドレープと組み合わせて従来のドレープが利用されてもよい。
【００２６】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるスマートドレープ３００を示す。図３Ａ及び３Ｂに示されるように、スマートドレープ３００は、絶縁材料３０２上に固定された導電材料３０４を含む。絶縁材料３０２は、手術部位からロボット（例えば手術ロボット１１０又は撮像ロボット１２０）を効果的に遮蔽（シールド）するように構成された材料で形成されてもよい。そのため、手術ロボットのコンポーネントの大部分は、外科的処置に先立ち又は外科的処置に続いて、滅菌されなくてもよい。絶縁材料３０２は、多層構造にされてもよく、従来の滅菌ドレープに類似していてもよい。
【００２７】
図３Ａに示されるように、導電材料３０４は、ドレープ３００が手術ロボット１１０又は撮像ロボット１２０のような機器に適用されることができるように、絶縁材料３０２に取り付けられてもよい。図のように、導電材料３０４は、ドレープ３００が必要に応じて機器を覆うように形成されることができるように、固定されてもよい。
【００２８】
動作中に、導電層３０４は近接センサとして利用されることができる。例えば、導電層３０４は電荷を与えられて、その電圧が監視されてもよい。導電層３０４が他の接地された導体に接触した場合には、その結果その接地は、導体３０４上の電圧によって感知されることができる。例えば、図２において、ドレープ２１０が図３に示されるドレープ３００であると仮定すると、その結果、アーム１２２及び１２４が接地されている撮像ロボット１２０との接触は制御装置２１２によって感知され、その情報は制御装置１１６又は制御装置１３０のいずれかにおいて運動を停止させるために利用されることになる。ドレープ２２０が利用され、それもまたドレープ３００のように構成される場合は、その結果、ドレープ２２０の導電層３０４が接地されてもよい。
【００２９】
他の動作において、ドレープ２１０及びドレープ２２０の両方がドレープ３００のように構成されている場合は、その結果、ドレープ２１０の導電層３０４とドレープ２２０の導電層３０４との間の静電容量が監視されてもよい。いくつかの実施形態において、電圧（直流電流又は交流電流のいずれか一方）が、ドレープ２１０とドレープ２２０との間に加えられてもよい。静電容量は、ドレープ２１０とドレープ２２０との間の距離に応じて変化することになる。したがって、潜在的な衝突は、手術ロボット１１０と撮像ロボット１２０との間の現実の接触に先立って制御装置２１２及び２２２によって感知されることができる。
【００３０】
図３Ｂに更に示されるように、金属製クリップ３０６は、絶縁体３０２を貫通して形成されてもよい。クリップ３０６は、機器上に配置された類似の装置と結合して、電気的接続を提供することができる。クリップ３０６はスナップファスナの一部であってもよく、そのスナップファスナはドレープ３００を適切な位置に保つことを助けることができる。スナップファスナの雌部は、機器の残部から絶縁していてもよく、図２に示されるような制御装置への配線を有してもよい。いくつかの実施形態において、導体３０４が接地されるように、スナップファスナの雌部は接地されていてもよい。他の接続部も同様に利用され得る。
【００３１】
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ及び４Ｄは、図２に示されるようなドレープ２１０又はドレープ２２０として利用され得るドレープ４００を示す。図４Ａに示されるように、ドレープ４００は、複数のセンサ４０４を有する。複数のセンサ４０４は、絶縁体３０２上のセンサ４０４のアレイとして配列される。複数のセンサ４０４は、図４Ａにおいて四角形として示されているが、如何なる形状及び寸法であってもよい。加えて、二次元のアレイとして配列されたものとして示されているが、複数のセンサ４０４は一次元のアレイの複数の細長い片（strips）であってもよい。さらに、複数のセンサ４０４は、如何なる種類の近接センサであってもよい。図４Ａに示されるような複数のセンサ４０４のアレイを有することは、ドレープ４００上のどこで衝突が起こり得るかのより正確な決定を可能にする。その決定される位置は、機器上のどこで衝突が起こり得るかに関連する。
【００３２】
いくつかの実施形態において、絶縁層３０２を貫通して複数のセンサ４０４へ電気的接触を提供するために、一つ以上のクリップ３０６が複数のセンサ４０４のそれぞれと共に利用されてもよい。図４Ｂは、配線４０６が複数のセンサ４０４の間に配列されている他の実施形態を示す。図４Ｂに示されるように、配線４０６は、複数のセンサ４０４の横列（rows）又は縦列（columns）の間に設けられてもよい。配線４０６は、複数のセンサ４０４のそれぞれへの電気的接続を提供する。配線４０６は、複数のセンサ４０４からの信号の受信だけでなく、複数のセンサ４０４への電力及び駆動信号を提供してもよい。図４Ａに示されるドレープ４００は複数のセンサ４０４のアレイを示すが、複数のセンサ４０４は送信器及び受信器の両方を含んでもよい。例えば、センサ４０４は、光学的な感知のための光学的送信器及び光学的受信機の両方を含んでもよく、又は音響学的な（例えば超音波）感知のための音響学的送信器及び音響学的受信機を含んでもよい。その上、複数のセンサ４０４のそれぞれは、どこで接触が行われたか又は衝突が起ころうとしているかを視覚的に示すために、光インジケータを有してもよい（例えばＯＬＥＤ又は他のそのような装置で被覆されてもよい）。
【００３３】
図４Ｃは、制御装置４０８を示す。制御装置４０８は、配線４０６を通じて複数のセンサ４０４のそれぞれと電気的に結合させられてもよい。いくつかの実施形態において、制御装置４０８は、例えばアナログ−デジタル変換及び単一データ流へのシリアル化を提供することによって複数のセンサ４０４からの信号を処理し、コネクタ４１０を通じてその信号を伝達することができる。コネクタ４１０は、標準的な電気的又は光学的コネクタのうちの如何なるものであってもよい。いくつかの実施形態において、制御装置４０８はワイヤレス（無線）で信号を送信してもよい。したがって制御装置４０８は、複数のセンサ４０４からドレープ制御装置へ信号を送信する。例えば、制御装置４０８がドレープ１１０である場合に、その結果ドレープ制御装置は制御装置２１２である。その結果、ドレープ制御装置（例えば図２に示される制御装置２１２又は制御装置２２２）は、信号を処理して、衝突があるかどうかを決定することができる。
【００３４】
図４Ｄは、ドレープ４００のいくつかの実施形態の断面を示す。図４Ｄに示されるように、配線４０６は、二つのセンサ４０４の間の間隔内に配置されている。配線４０６は、個別のシールド線として含まれてもよく、又は絶縁体３０２に取り付けられた導電性の複数の細長い片であってもよい。配線４０６は、複数のセンサ４０４のうちの個別の一つ一つに接続され、図４Ｃに示されるように制御装置４０８に接続される。
【００３５】
ドレープ４００のいくつかの実施形態において、複数のセンサ４０４のうちの個別の一つ一つは、選択的に作動させられてもよい。図２を参照すると、制御装置１１６又は制御装置１３０と通信している制御装置２１２は、衝突の比較的高い可能性が存在する領域を予測してそれらの領域に対応する個別のセンサ４０４を作動させるために、手術ロボット１１０又は撮像ロボット１２０からの運動学的な情報をそれぞれ利用してもよい。複数のセンサ４０４のうちの他のものは、作動していなくてもよい。いくつかの実施形態において、衝突の可能性が比較的低い領域内のセンサの動作を停止することの代わりに、衝突の可能性が比較的高い領域内のセンサが、衝突の可能性が比較的低い領域内のセンサよりも高い頻度で標本化され（sampled）てもよい。そのようなアレンジは、結果としてより少ない処理及びそれ故に接触又は潜在的な衝突状況に対するより速い反応時間をもたらすことができる。
【００３６】
図５は、二つのドレープ４００が互いに極めて近接した状態にあり、複数のセンサ４０４が導体である、一つの実施形態を示す。その場合には、ドレープ４００−１上の各センサ４０４とドレープ４００−２上の一つ以上のセンサ４０４とが相互作用する。ドレープ４００−１上の各センサ４０４とドレープ４００−２上のセンサ４０４との間で測定される静電容量（capacitance）は、ドレープ４００−１とドレープ４００−２との間の距離の指標を提供する。それ故に、ドレープ４００−１のセンサ４０４とドレープ４００−２のセンサ４０４との間の静電容量を監視するように結合された制御装置は、ドレープ４００−１とドレープ４００−２との間で衝突が今にも起ころうとしているか否かを決定することができる。
【００３７】
図６Ａは、センサ４０４の一つの実施形態を示す。図６Ａに示されるセンサ４０４の実施形態は、コイル６０２を有する。コイル６０２は、例えば渦電流式近接センサで利用されることができる。渦電流式近接センサにおいて、コイル６０２は交流（ＡＣ）信号で駆動される。交流信号は、センサ４０４に近接して置かれた金属面内に電流を誘導する。その誘導電流によって生み出される磁場は、コイル６０２で測定されることができ、センサ４０４と金属面との間の距離の指標に導く。図６Ｂはこの構想を示す。コイル６０２を備えたセンサ４０４は、材料６０４に向かい合って置かれる。本実施例において、材料６０４は導体である。材料６０４は、例えば、金属ハウジングを備えた手術ロボットを代表してもよく、又はそれは図３Ａに示されるようなドレープを代表してもよい。
【００３８】
他の実施例において、コイル６０２は、交流信号によって駆動される向かい合うコイルによって生み出される磁場を誘導的に（inductively）測定するために利用されてもよい。本実施例において、材料６０４は、図４Ａ及び６Ａに示されるような、コイル６０２を有するセンサ４０４を備えたドレープを含む。材料６０４のコイル６０２は既知の方法で駆動される。材料６０４のコイル６０２によって生み出された電磁場は、次いでドレープ４００内のセンサ４０４のコイル６０２によって検出される。それ故に、ドレープ４００と材料６０４との間の距離が、測定された場の強さによって決定されることができる。上述したように、ドレープ４００はタイルのように敷かれているため、ドレープ４００への材料６０４の最も近接する位置も決定されることができる。
【００３９】
図７は、送信器７０２と検出器７０４の両方を有するセンサ４０４を示す。図７に示されるセンサ４０４の実施例は本質的に、例えば音響学的なものであってもよく又は光学的なものであってもよい。例えば、送信器７０２はＬＥＤであってもよく、一方で検出器７０４は、ＬＥＤ検出器７０４によって、放射された反射光を検出してもよい。その場合に、センサ４０４と反射面との間の距離が測定されることができる。同様に、送信器７０２は圧電材料のような音響学的送信器であってもよく、検出器７０４は音響学的センサであってもよい。いくつかの実施形態において、送信器７０２及び検出器７０４は統合されてもよく、例えば単一の圧電音響学的検出器が送信及び検出のために利用されてもよい。いずれの場合においても、音響学的信号を反射する対象物への距離は、音響学的信号を発信すること及びその反射された信号を監視することによって決定されることができる。図７に示されるように、配線４０６は、検出器７０４から信号を受信する信号線だけでなく、送信器７０２に駆動電圧を供給する駆動ワイヤを含んでもよい。
【００４０】
図８は、圧力センサであるセンサ４０４を示す。センサ４０４は、圧力センサ８０４を備えたクッション８０２を含む。圧力センサ８０４は、例えば圧電材料であってもよい。圧電材料は、クッション８０２内の圧力に関する電気信号をもたらす。クッション８０２は、例えば空洞であってもよく又はゲルで満たされてもよい。ドレープ４００と対象物との間の現実の接触の検出に加えて、クッション８０２は、そのような衝突の重大性をそらすことを助けることができる。
【００４１】
図９は、複数のＲＦＩＤ装置９０２のアレイを有するドレープ９００を示す。複数のＲＦＩＤ装置９０２は、絶縁層３０２上に取り付けられてもよく又は絶縁層３０２内に埋め込まれてもよい。この場合も同様に、複数のＲＦＩＤ装置９０２は、機器上のＲＦＩＤリーダと通信して、ＲＦＩＤリーダ９０４に対するドレープ９００の位置及び方向を決定することができる。ＲＦＩＤリーダ９０４は、他のドレープ９００上のＲＦＩＤ装置９０２であってもよく、又は他のロボット機器上若しくは手術室内の他の場所に取り付けられたリーダであってもよい。
【００４２】
図１０は、形状感知光ファイバ１００２を有するドレープ１０００を示す。形状感知光ファイバ１００２は、例えば、1  Riverside  Circle,  Suite  400,  Roanoke,  VA,  24016のLuna  Innovations  Incorporatedから入手可能である。形状感知光ファイバ１００２は、その全長に沿って光ファイバ１００２の形状を高水準の精度で決定するために利用されることができる。結果として、ベースライン形状からのドレープ１０００の如何なる歪みであっても、光ファイバ１００２によって検出されることができる。如何なる数の光ファイバ１００２が存在してもよく、それらは、ドレープ１０００が攪乱されたときを最もよく決定することができるように、如何なる方法でも方向付けられてもよい。その結果は、対象物がドレープ１０００と接触し、それにより衝突を示した時を示す。
【００４３】
以上の詳細な記述は、本発明の具体的な複数の実施形態を説明するために提供され、限定的であるように意図されていない。本発明の範囲内で、多数の変形及び変更が可能である。本発明は、続く請求の範囲において明記される。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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