(57)【要約】手術用ロボットシステムで使用する患者イントロデューサが開示されている。一態様では、患者イントロデューサは、（ｉ）ポートに接続可能な遠位端と（ｉｉ）手術器具を受け入れるように構成された近位端との間に延びるイントロデューサチューブを含んでもよい。イントロデューサチューブは、手術器具をポートにガイドするように構成されてもよい。また、患者イントロデューサは、イントロデューサチューブに接続され、第１の形状および第１のアライメントマーキングを含むアライメント部材を含んでもよい。アライメント部材は、ロボットシステムのマニピュレータアセンブリと結合するように構成されてもよい。マニピュレータアセンブリは、第２の形状および第２のアライメントマーキングを含んでもよく、第１の形状は第２の形状と相補的である。アライメント部材の第１のアライメントマーキングは、アライメント部材とマニピュレータアセンブリとの回転アライメントを容易にし得る。
2020512882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者イントロデューサが、
（ｉ）ポートに接続可能な遠位端と（ｉｉ）手術器具を受け入れるように構成された近位端との間で延びるイントロデューサチューブであって、前記手術器具を前記ポートにガイドするように構成されている、イントロデューサチューブと、
前記イントロデューサチューブに接続され、第１の形状および第１のアライメントマーキングを含むアライメント部材であって、前記アライメント部材はロボットシステムのマニピュレータアセンブリと結合するように構成され、前記マニピュレータアセンブリは第２の形状および第２のアライメントマーキングを含み、前記第１の形状は前記第２の形状と相補的である、アライメント部材と、
を備え、
前記アライメント部材の前記第１のアライメントマーキングは、前記アライメント部材と前記マニピュレータアセンブリとの回転アライメントを容易にする、
患者イントロデューサ。
【請求項２】
前記マニピュレータアセンブリが、前記ロボットシステムの第１のアームの遠位部分に接続された機器デバイスマニピュレータ（ＩＤＭ）を備える、請求項１に記載の患者イントロデューサ。
【請求項３】
前記マニピュレータアセンブリが、滅菌アダプタをさらに備え、
前記第２のアライメントマーキングは、前記滅菌アダプタに配置されている、
請求項２に記載の患者イントロデューサ。
【請求項４】
前記アライメント部材が、
前記ＩＤＭの第２の曲面を補完する第１の曲面と、
前記ＩＤＭの上面を補完する細長い突起と
を備え、
前記第１の曲面および前記細長い突起は、少なくとも１つの次元での前記ＩＤＭの移動を制限するように構成される、
請求項２に記載の患者イントロデューサ。
【請求項５】
前記第１のアライメントマーキングが、前記アライメント部材に配置された複数の第１のアライメントマーカを含み、
前記第２のアライメントマーキングが、前記ＩＤＭ上に配置された複数の第２のアライメントマーカを含み、
前記第１のアライメントマーカのそれぞれは、対応する前記第２のアライメントマーカの１つと位置合わせされるように構成され、
前記第１のアライメントマーカは、複数の有利な地点のうちの１つから見たときに、使用中に前記第１のアライメントマーカの少なくとも１つが前記ＩＤＭによって視界から遮られないように前記アライメント部材に配置される、
請求項４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項６】
前記第１のアライメントマーキングが、前記アライメント部材の前記細長い突起の上面に配置された第１のバンドを含み、
前記第２のアライメントマーキングが、前記ＩＤＭの上面に形成されたバンドを含み、
前記バンドは、前記第２のバンドの幅より大きい幅を有し、前記第１のバンドの幅は、前記ＩＤＭと前記アライメント部材との回転アライメントの許容範囲に対応する、
請求項４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項７】
前記アライメント部材が、前記ＩＤＭに接続された滅菌アダプタと結合するようにさらに構成され、前記滅菌アダプタは第３のアライメントマーキングを含み、
前記アライメント部材の前記第１のアライメントマーキングと前記滅菌アダプタの前記第３のアライメントマーキングとのアライメントは、使用中に、前記アライメント部材と前記滅菌アダプタとの回転アライメントを容易にする、
請求項２に記載の患者イントロデューサ。
【請求項８】
前記アライメント部材の前記第１のアライメントマーキングと前記ＩＤＭの前記第２のアライメントマーキングとのアライメントが、使用中に、前記アライメント部材に対する前記ＩＤＭの初期位置を６自由度で画定する、請求項２に記載の患者イントロデューサ。
【請求項９】
前記アライメント部材が無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグを備え、
前記マニピュレータアセンブリがＲＦＩＤリーダを備え、
前記ＲＦＩＤリーダと前記ＲＦＩＤタグとの間のＲＦＩＤ信号に基づく、使用中の前記アライメント部材および前記マニピュレータアセンブリの位置決めは、前記アライメント部材と前記マニピュレータアセンブリとの回転アライメントを容易にする、
請求項１に記載の患者イントロデューサ。
【請求項１０】
患者イントロデューサと手術用ロボットシステムのロボットアームを位置決めする方法であって、前記方法は、
患者イントロデューサをポートに位置合わせするステップであって、前記患者イントロデューサは、
（ｉ）前記ポートに接続可能な遠位端と（ｉｉ）前記ロボットアームから手術器具を受け入れるように構成された近位端との間で延びるイントロデューサチューブであって、前記手術器具を前記ポートにガイドするように構成されている、イントロデューサチューブと、
前記イントロデューサチューブに接続され、第１の形状および第１のアライメントマーキングを含むアライメント部材と、
を備える、ステップと、
前記ロボットアームをアライメント位置に配置するステップであって、マニピュレータアセンブリは前記ロボットアームの遠位部分に接続され、前記マニピュレータアセンブリは第２の形状および第２のアライメントマーキングを含み、前記第２の形状は前記第１の形状と相補的である、ステップと、
前記マニピュレータアセンブリの前記第２のアライメントマーキングを前記アライメント部材の前記第１のアライメントマーキングと位置合わせすることに基づいて、前記マニピュレータアセンブリと前記アライメント部材とを回転的に位置合わせするステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記アライメント部材が、
機器デバイスマニピュレータ（ＩＤＭ）の第２の表面を補完する第１の表面と、
前記ＩＤＭの上面を補完する細長い突起と
を備え、
前記第１の表面および前記細長い突起は、少なくとも１つの次元での前記ＩＤＭの移動を制限するように構成される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＩＤＭと前記アライメント部材とを位置合わせするステップが、
前記ＩＤＭの前記第２の表面が前記アライメント部材の前記第１の表面と接触するように前記ＩＤＭを移動させるステップと、
前記ＩＤＭの上面が前記細長い突起に接触するまで、前記ＩＤＭを前記アライメント部
材の前記第１の表面に沿って移動させるステップと、
前記ＩＤＭ上の前記第２のアライメントマーキングが前記アライメント部材の前記第１のアライメントマーキングと位置合わせされるまで、前記アライメント部材に対して前記ＩＤＭを移動させるステップと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記手術用ロボットシステムが、追加のＩＤＭが接続された追加のロボットアームを備え、
前記ＩＤＭと前記追加のＩＤＭは、使用中に仮想レールを形成するように軸に沿って位置決め可能であり、前記仮想レールは、前記手術器具の操作中に前記ＩＤＭと前記追加のＩＤＭが配置される空間内のボリュームを画定し、
前記方法は、前記仮想レールによって画定された前記ボリューム内での前記ＩＤＭおよび前記追加のＩＤＭのうちの少なくとも一方の動きに基づいて前記手術器具を操作するステップをさらに含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
手術器具を受け入れて前記手術器具を患者にガイドするように構成されたイントロデューサチューブと、
前記イントロデューサチューブに接続されたアライメント部材であって、前記アライメント部材は手術用ロボットシステムのマニピュレータアセンブリと結合し、前記マニピュレータアセンブリとの回転アライメントを容易にするように構成される、アライメント部材と
を備える、患者イントロデューサ。
【請求項１５】
前記患者イントロデューサが、
患者ベッドに接続可能な取り付け部材であって、前記取り付け部材は前記患者ベッドに対する前記患者イントロデューサの位置を画定する、取り付け部材
をさらに備え、
前記マニピュレータアセンブリは電磁（ＥＭ）センサを備え、前記ＥＭセンサは、ＥＭ発生器に対する前記ＥＭセンサの位置決めに基づいて、前記患者ベッド上または前記患者ベッドに隣接して配置された前記ＥＭ発生器によって生成されたＥＭ場を感知するように構成される、
請求項１４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項１６】
前記アライメント部材が音響反射器を備え、前記音響反射器は、音響エミッタに対する前記音響反射器の位置決めに基づいて、前記マニピュレータアセンブリ内の前記音響エミッタから受信した音波を反射するように構成される、請求項１４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項１７】
前記アライメント部材が磁石を備え、前記磁石は、前記マニピュレータアセンブリ内の磁場センサに対する前記磁石の位置決めに基づいて磁場を生成するように構成される、請求項１４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項１８】
前記アライメント部材が、
前記マニピュレータアセンブリの第２の表面に相補的な第１の表面と、
前記マニピュレータアセンブリの上面を補完する細長い突起と、
前記マニピュレータアセンブリ上の少なくとも１つの第２のマーキングとの回転アライメントを容易にするために、前記アライメント部材に配置された少なくとも１つの第１のマーキングと
を備える、請求項１４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項１９】
前記アライメント部材が、少なくとも３つの突起を有する表面を備え、前記少なくとも３つの突起は、前記マニピュレータアセンブリの少なくとも３つの対応する特徴に挿入されるように構成される、請求項１４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項２０】
前記マニピュレータアセンブリが、前記アライメント部材の前記少なくとも３つの突起の遠位端に対応する少なくとも３つのマーキングをさらに備え、
前記少なくとも３つの突起と前記少なくとも３つの特徴とのアライメントは、前記アライメント部材の各突起が前記マニピュレータアセンブリ上の対応するマーキングと接触するときに生じる、
請求項１９に記載の患者イントロデューサ。
【請求項２１】
前記アライメント部材が、前記マニピュレータアセンブリの突起に相補的な形状を有する中空キャビティを画定し、
使用中に前記マニピュレータアセンブリの前記突起が前記キャビティに完全に挿入されると、前記アライメント部材と前記マニピュレータアセンブリとの回転アライメントが発生する、
請求項１４に記載の患者イントロデューサ。
【請求項２２】
手術用ロボットシステムが、
ロボットアームと、
前記ロボットアームの遠位部分に取り付けられたマニピュレータアセンブリであって、患者イントロデューサに挿入するための手術器具を制御するように構成されている、マニピュレータアセンブリと、
を備え、
前記マニピュレータアセンブリは、前記患者イントロデューサのアライメント部材と結合し、前記患者イントロデューサとの回転アライメントを容易にするように構成される、
手術用ロボットシステム。
【請求項２３】
前記マニピュレータアセンブリが、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダを備え、前記ＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤタグに対する前記ＲＦＩＤリーダの位置決めに基づいて前記患者イントロデューサの前記ＲＦＩＤタグからＲＦＩＤ信号を受信するように構成される、請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項２４】
前記ＲＦＩＤ信号の強度のピークは、前記マニピュレータアセンブリが前記患者イントロデューサと位置合わせされていることを示す、請求項２３に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項２５】
前記マニピュレータアセンブリが、レーザエミッタおよびレーザセンサを備え、前記レーザセンサは、前記レーザエミッタから放射され、レーザ反射器に対する前記レーザエミッタの位置決めに基づいて前記患者イントロデューサの前記レーザ反射器によって反射されたレーザ光を感知するように構成される、請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項２６】
前記マニピュレータアセンブリが、レーザエミッタを備え、前記レーザエミッタは、アライメントマーキングに対する前記レーザエミッタの位置決めに基づいて、前記アライメント部材上の前記アライメントマーキング上にレーザ光のビームを放出するように構成される、請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項２７】
前記マニピュレータアセンブリが、磁場センサを備え、前記磁場センサは、磁石に対す
る前記磁場センサの位置決めに基づいて、前記患者イントロデューサ内の前記磁石によって生成される磁場を感知するように構成される、請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項２８】
前記手術用ロボットシステムが、
入力コマンドを受信して前記マニピュレータアセンブリと前記患者イントロデューサとのアライメントを開始するように構成された入力デバイス
をさらに備え、
前記マニピュレータアセンブリは、前記入力コマンドを受信する前記入力デバイスに応答して、アライメント位置に配置されるように構成される、
請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項２９】
プロセッサと、
前記プロセッサによって実行されると、前記マニピュレータアセンブリが前記患者イントロデューサと位置合わせされるのに応答して、前記プロセッサに前記ロボットアームのアライメント位置を保存させる命令を保存するメモリと
をさらに備える、請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【請求項３０】
前記手術用ロボットシステムが、
追加のマニピュレータアセンブリが接続された追加のロボットアーム
をさらに備え、
前記マニピュレータアセンブリと前記追加のマニピュレータアセンブリはシステムカートに接続され、使用中に仮想レールを形成するように軸に沿って位置決め可能であり、前記仮想レールは、前記手術器具の操作中に前記マニピュレータアセンブリと前記追加のマニピュレータアセンブリが配置される空間内のボリュームを画定し
前記マニピュレータアセンブリと前記患者イントロデューサとのアライメントは、使用中、前記手術器具の操作中に前記マニピュレータアセンブリと前記追加のマニピュレータアセンブリの前記仮想レール内での動きが制限されないように、前記ロボットアームと前記追加のロボットアームを位置決めする、
請求項２２に記載の手術用ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
この出願は、２０１７年４月７日に出願された米国仮出願第６２／４８３，２７９号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、アライメントデバイスに関し、より具体的には、患者イントロデューサをロボットシステムのマニピュレータアセンブリと位置合わせするためのアライメント部材を含む患者イントロデューサに関する。
【背景技術】
【０００３】
内視鏡検査（例えば、気管支鏡検査）などの医療処置では、診断および／または治療目的で患者の管腔ネットワーク（例えば、気道）の内部にアクセスして視覚化する必要がある。手術用ロボットシステムを使用して、例えば内視鏡処置中の内視鏡などの手術器具の挿入および／または操作を制御することができる。手術用ロボットシステムは、処置中に手術器具の位置決めを制御するために使用されるマニピュレータアセンブリを含む少なくとも１つのロボットアームを備えてもよい。手術器具を、患者イントロデューサを介して患者の管腔ネットワークに導入することができ、患者イントロデューサはマニピュレータアセンブリから患者の管腔ネットワークに手術器具を受け入れてガイドすることができる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれいくつかの革新的な態様を有し、そのうちの単一の態様が本明細書に開示された望ましい属性に単独で責任を負うものではない。
【０００５】
一態様では、（ｉ）ポートに接続可能な遠位端と（ｉｉ）手術器具を受け入れるように構成された近位端との間で延びるイントロデューサチューブであって、手術器具をポートにガイドするように構成されている、イントロデューサチューブと、イントロデューサチューブに接続され、第１の形状および第１のアライメントマーキングを含むアライメント部材であって、ロボットシステムのマニピュレータアセンブリと結合するように構成されたアライメント部材と、を含む患者イントロデューサが提供される。マニピュレータアセンブリは、第２の形状と第２のアライメントマーキングを含むことができ、第１の形状は第２の形状と相補的であり、アライメント部材の第１のアライメントマーキングは、アライメント部材とマニピュレータアセンブリとの回転アライメントを容易にする。
【０００６】
別の態様では、手術用ロボットシステムの患者イントロデューサとロボットアームを位置決めする方法が提供される。この方法には、患者イントロデューサをポートに位置合わせするステップが含まれ、患者イントロデューサは、（ｉ）ポートに接続可能な遠位端と（ｉｉ）ロボットアームから手術器具を受け入れるように構成された近位端との間に延びるイントロデューサチューブであって、手術器具をポートにガイドするように構成されている、イントロデューサチューブと、イントロデューサチューブに接続され、第１の形状および第１のアライメントマーキングを含むアライメント部材と、を含む。この方法は、ロボットアームをアライメント位置に配置するステップを含んでもよく、マニピュレータアセンブリはロボットアームの遠位部分に接続され、マニピュレータアセンブリは第２の形状および第２のアライメントマーキングを含み、第２の形状は第１の形状と相補的である。この方法は、マニピュレータアセンブリの第２のアライメントマーキングをアライメント部材の第１のアライメントマーキングと位置合わせすることに基づいて、マニピュレ
ータアセンブリとアライメント部材とを回転的に位置合わせするステップをさらに含んでもよい。
【０００７】
さらに別の態様では、手術器具を受け入れて手術器具を患者にガイドするように構成されたイントロデューサチューブを含む患者イントロデューサが提供され、アライメント部材は、イントロデューサチューブに接続され、手術用ロボットシステムのマニピュレータアセンブリと結合し、マニピュレータアセンブリとの回転アライメントを容易にするように構成される。
【０００８】
さらに別の態様では、ロボットアームと、ロボットアームの遠位部分に取り付けられたマニピュレータアセンブリとを含む手術用ロボットシステムが提供され、マニピュレータアセンブリは患者イントロデューサへの挿入のために手術器具を制御するように構成される。マニピュレータアセンブリは、患者イントロデューサのアライメント部材と結合し、患者イントロデューサとの回転アライメントを容易にするように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
開示された態様は、限定されるものではないが開示された態様を例示するために提供される添付の図面および付録と併せて以下に説明され、図面において、同様の符号は同様の要素を表す。
【００１０】
【図１Ａ】本開示の態様による例示的な手術用ロボットシステムを含む例示的な動作環境を示す図である。
【００１１】
【図１Ｂ】図１Ａの動作環境でナビゲートできる例示的な管腔ネットワークを示す図である。
【００１２】
【図１Ｃ】図１Ｂの管腔ネットワークを通して手術器具の動きをガイドするためのロボット手術システムの例示的なロボットアームを示す図である。
【００１３】
【図２】図１Ａの例示的な動作環境で使用できる例示的なコマンドコンソールを示す図である。
【００１４】
【図３Ａ】本開示の１つまたは複数の態様による例示的な患者イントロデューサを示す図である。
【００１５】
【図３Ｂ】本開示の態様による手術用ロボットシステムカートを患者イントロデューサと位置合わせするシステムおよびアプローチの実施形態を示す図である。
【００１６】
【図４Ａ】本開示の態様によるアライメント手順中に使用するアライメント部材の実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本開示の態様によるアライメント手順中に使用するアライメント部材の実施形態を示す別の図である。
【００１７】
【図５Ａ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示す別の図である。
【図５Ｃ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示すさらに別の図である。
【図５Ｄ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示すさらに別の図である。
【図５Ｅ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示すさらに別の図である。
【図５Ｆ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示すさらに別の図である。
【図５Ｇ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示すさらに別の図である。
【図５Ｈ】本開示の態様による、マニピュレータアセンブリとアライメント部材との回転アライメントを支援するために使用され得るアライメントマーキングの実施形態を示すさらに別の図である。
【００１８】
【図６】本開示の態様による手術用ロボットシステムカートを患者イントロデューサと位置合わせする例示的な方法論を示すフローチャートである。
【００１９】
【図７】図６のアライメント方法の別の態様の例を示すフローチャートである。
【図８】図６のアライメント方法のさらに別の態様の例を示すフローチャートである。
【図９】図６のアライメント方法のさらに別の態様の例を示すフローチャートである。
【図１０】図６のアライメント方法のさらに別の態様の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本開示の実施形態は、患者イントロデューサと手術用ロボットシステムとのアライメントを容易にするシステムおよび技術に関する。患者イントロデューサは、手術器具（例えば、内視鏡器具）のガイドとして機能することができ、手術器具をポート（例えば、気管内チューブ）にガイドして、内視鏡器具を患者に導入することができる。本明細書で使用される場合、「ポート」は、患者の管腔内に部分的に挿入可能なデバイスを指し、手術器具を手術部位にガイドするように構成される。ポートの追加の例には、気管内チューブ、胃腸管、カニューレ、膀胱鏡検査シースなどが含まれるが、これらに限定されない。患者イントロデューサの特定の実施形態は、湾曲経路に沿って手術器具をガイドすることができ、患者イントロデューサの入口点および出口点は、直線に沿ってではなく、湾曲経路に沿って形成される。患者イントロデューサのこの湾曲により、手術用ロボットのアームをポートから延びる直線の外側に配置でき、ロボットアームが取り付けられている手術用ロボットシステムカートのより実用的かつ／または便利な配置が可能になる。すなわち、患者イントロデューサによって提供される湾曲したエントリなしで、手術器具を適切に制御するために手術用ロボットシステムのアームをポートの軸と実質的に位置合わせする必要があり、これは特定の状況では実用的ではない場合がある。
【００２１】
本明細書で使用される場合、「およそ」という用語は、長さ、厚さ、量、期間、または他の測定可能な値の測定範囲を指す。そのような測定範囲は、開示されたデバイス、システム、および技術で機能するためにそのような変動が適切である限り、指定された値の±１０％以下、好ましくは±５％以下、より好ましくは±１％以下、さらにより好ましくは
±０．１％以下の変動を含む。
【００２２】
例示の目的で、図面と併せて様々な実施形態を以下に説明する。開示された概念の他の多くの実装形態が可能であり、開示された実装形態で様々な利点を達成できることを理解されたい。見出しは、参照および様々なセクションの検索を支援するために本明細書に含まれている。これらの見出しは、それに関して説明される概念の範囲を制限することを意図したものではない。そのような概念は、明細書全体を通して適用可能である。
【００２３】
手術用ロボットシステムの例の概要
本明細書で論じられる実施形態は、気管支鏡検査の実施形態に関連して説明されるが、心臓病学、泌尿器科、胃腸病学、腹腔鏡検査、および／または他の関連するもしくは類似の外科的処置など、手術用ロボットシステムによって実行され得る他のタイプの医学的または外科的処置もカバーすることができ、外科的処置では、例えば、患者の身体に設置されたおよび／または患者の身体に部分的に挿入されたポートを介して手術器具が患者の身体に導入される。
【００２４】
図１Ａは、開示された手術用ロボットシステムおよび技術の１つまたは複数の態様を実装する例示的な動作環境を示している。動作環境１００は、患者１０１、患者１０１を支持するプラットフォーム１０２（台またはベッドとも呼ばれる）、手術器具１１５（例えば、単に内視鏡１１５とも呼ばれる内視鏡器具）の動きをガイドする手術用ロボットシステム１１０（単にロボットシステムとも呼ばれる）、および手術用ロボットシステム１１０の動作を制御するためのコマンドセンタ１０５を含む。図１Ａは、図１Ｂにより詳細に示される、患者１０１内の管腔ネットワーク１４０の領域の概要も示している。
【００２５】
手術用ロボットシステム１１０は、患者１０１の管腔ネットワーク１４０を通して内視鏡１１５を位置決めして動きをガイドするための１つまたは複数のロボットアームを含むことができる。コマンドセンタ１０５は、位置データを受信し、および／またはユーザから制御信号を提供するために、手術用ロボットシステム１１０に通信可能に結合され得る。本明細書で使用する「通信可能に結合される」とは、限定されないが、ワイヤレスワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）（例えば、１つまたは複数のセルラネットワーク）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）などの１つまたは複数の規格用に構成）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、データ転送ケーブルなどを含む、有線および／または無線のデータ転送媒体を指す。手術用ロボットシステム１１０は、図１Ｃに関してより詳細に議論され、コマンドセンタ１０５は、図２に関してより詳細に議論される。
【００２６】
内視鏡１１５は、例えば、使用中に患者の解剖学的構造に挿入されて解剖学的構造（例えば、身体組織）の画像を取り込み、他の医療機器の標的組織部位への挿入のための作業チャネルを提供する管状および可撓性の手術機器であり得る。いくつかの実装形態では、内視鏡１１５は気管支鏡とすることができる。内視鏡１１５は、その遠位端に１つまたは複数の撮像デバイス（例えば、カメラまたは他のタイプの光学センサ）を含むことができる。撮像デバイスは、光ファイバ、ファイバアレイ、感光性基板、および／またはレンズなどの１つまたは複数の光学部品を含んでもよい。光学部品は、内視鏡１１５の先端とともに移動し、その結果、内視鏡１１５の先端の移動は、撮像デバイスによってキャプチャされた画像の視野に対応する変化をもたらす。
【００２７】
図１Ｂは、図１Ａの動作環境でナビゲートできる例示的な管腔ネットワークを示している。管腔ネットワーク１４０は、患者１０１の気道１５０の分岐構造と、診断および／または治療のために本明細書に記載されるようにアクセスできる病変１５５とを含む。図示のように、病変１５５は気道１５０の周辺に位置する。内視鏡１１５は第１の直径を有し
、したがって、その遠位端は、病変１５５の周りのより小さな直径の気道を通して位置決めすることができない。したがって、操縦可能なカテーテル１４５は、内視鏡１１５の作業チャネルから病変１５５までの残りの距離だけ延びる。操縦可能なカテーテル１４５は、機器、例えば生検針、細胞診ブラシ、および／または組織サンプリング鉗子を病変１５５の標的組織部位に通すことができる管腔を有してもよい。そのような実装形態では、内視鏡１１５の遠位端と操縦可能なカテーテル１４５の遠位端の両方に、気道１５０内の位置を追跡するための電磁（ＥＭ）センサを設けることができる。他の実施形態では、内視鏡１１５の全体の直径は、操縦可能なカテーテル１５５なしで周囲に到達するのに十分小さくてもよく、または操縦不能のカテーテルを通して医療機器を展開するために周囲に近づける（例えば２．５〜３ｃｍ以内）のに十分小さくてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の３Ｄ管腔ネットワークモデルの２Ｄディスプレイ、または３Ｄモデルの断面は、図１Ｂに類似していてもよい。
【００２９】
図１Ｃは、図１Ｂの管腔ネットワークを通して手術器具の動きをガイドするための手術用ロボットシステムの例示的なロボットアームを示している。手術用ロボットシステム１１０は、例えば、１つまたは複数のロボットアーム、例えばロボットアーム１７５（単にアームとも呼ばれる）に結合された手術用ロボットシステムカート１８０（単にカートまたはベースとも呼ばれる）を含んでもよい。本明細書で説明する実施形態は、カートアプローチの特定の実施形態に関して説明されているが（例えば、ロボットアーム１７５は手術用ロボットシステムカート１８０に配置される）、本開示の他の実施形態は、他のアプローチ、例えば、患者１０１がテーブル（例えば、プラットフォーム１０２）上に横たわり、ロボットアーム１７５もテーブルに取り付けられるテーブルアプローチにも関連し得る。ロボットアーム１７５は、ジョイント１６５で結合された複数のアームセグメント１７０を含み、これは、ロボットアーム１７５に複数の自由度を提供する。一例として、ロボットアーム１７５の一実装形態は、７つのアームセグメントに対応する７つの自由度を有することができる。いくつかの実施形態では、ロボットアーム１７５は、ロボットアーム１７５の位置を維持するためにブレーキとカウンタバランスの組み合わせを使用するセットアップジョイントを含む。カウンタバランスには、ガススプリングまたはコイルスプリングが含まれてもよい。ブレーキ、例えば、フェールセーフブレーキは、機械的および／または電気的コンポーネントを含んでもよい。さらに、ロボットアーム１７５は、重力支援受動支持型ロボットアームであってもよい。
【００３０】
ロボットアーム１７５は、メカニズムチェンジャインタフェース（ＭＣＩ）１６０を使用して、マニピュレータアセンブリ（例えば、機器デバイスマニピュレータ（ＩＤＭ）１９０）に結合され得る。本明細書で使用する「マニピュレータアセンブリ」は、ＩＤＭ１９０、およびＩＤＭ１９０に接続または統合された他の機器を指す場合がある。例えば、滅菌アダプタは、マニピュレータアセンブリに無菌性が必要な特定の外科的処置のためにＩＤＭ１９０に接続されてもよい。滅菌アダプタは、例えば、手術用ロボットシステムの１つまたは複数の滅菌コンポーネントを覆う滅菌ドレープの一部であってもよく、ＩＤＭ１９０とロボットアーム１７５または手術器具１１５の１つまたは複数のコンポーネントとの間の滅菌インタフェースの維持を容易にすることができ、それにより、ロボットシステムの非滅菌コンポーネントと滅菌手術ゾーンもしくは滅菌領域との間に障壁を提供する。滅菌アダプタは、ＩＤＭ１９０上の特定のマーキングを覆うことができ、したがって、いくつかの実施形態では、滅菌アダプタはその上に形成されたマーキングを含んでもよい。滅菌アダプタのマーキングは、ＩＤＭ１９０のマーキングに対応する位置に配置され得る。ＩＤＭ１９０を取り外して、異なるタイプのＩＤＭ、例えば、内視鏡を操作するように構成された第１のタイプのＩＤＭ、または腹腔鏡を操作するように構成された第２のタイプのＩＤＭと交換できる。ＭＣＩ１６０は、空気圧、電力、電気信号、および／または光信号をロボットアーム１７５からＩＤＭ１９０に伝達するためのコネクタを含む。ＭＣ
Ｉ１６０は、止めネジまたはベースプレートコネクタであってもよい。ＩＤＭ１９０は、直接駆動、ハーモニック駆動、ギア駆動、ベルトおよびプーリー、磁気駆動などを含む技術を使用して、手術器具または機器、例えば内視鏡１１５を操作することができる。特定の実装形態では、ＭＣＩ１６０は、ＩＤＭ１９０のタイプに基づいて交換可能であり、特定のタイプの外科的処置に合わせてカスタマイズすることができる。ロボットアーム１７５は、ジョイントレベルのトルク感知および遠位端に手首を含むことができる。
【００３１】
手術用ロボットシステム１１０のロボットアーム１７５は、細長い移動部材を使用して内視鏡１１５を操作することができる。細長い移動部材は、プルもしくはプッシュワイヤとも呼ばれるプルワイヤ、ケーブル、繊維、または可撓性シャフトを含んでもよい。例えば、ロボットアーム１７５は、内視鏡１１５に結合された複数のプルワイヤを作動させて、内視鏡１１５の先端を偏向させることができる。プルワイヤは、例えば、ステンレス鋼、ケブラ、タングステン、炭素繊維などの金属材料と非金属材料の両方を含んでもよい。内視鏡１１５は、細長い移動部材によって加えられる力に応じて非線形挙動を示し得る。非線形挙動は、内視鏡１１５の剛性および圧縮性、ならびに異なる細長い移動部材間のたるみまたは剛性の変動性に基づいてもよい。
【００３２】
ベース１８０は、ロボットアーム１７５が患者に外科的処置を実行または支援するためのアクセスを有し、医師などのユーザがコマンドコンソール１０５から快適に手術用ロボットシステム１１０を制御できるように配置され得る。いくつかの実施形態では、ベース１８０は、患者１０１を支持するための外科手術台またはベッドに結合されてもよい。ベース１８０は、図１Ａに示されるコマンドコンソール１０５に通信可能に結合され得る。
【００３３】
ベース１８０は、電源１８２、空気圧１８６、ならびに制御およびセンサ電子機器１８４を含むことができ、制御およびセンサ電子機器１８４には、例えば中央処理装置（単にプロセッサとも呼ばれる）、データバス、制御回路、および／またはメモリなどのコンポーネント、ならびにロボットアーム１７５を動かすモータなどの関連アクチュエータが含まれる。電子機器１８４は、ナビゲーション制御技術、安全モード、および／またはデータフィルタリング技術を実装することができる。ベース１８０の電子機器１８４はまた、コマンドコンソール１０５から通信された制御信号を処理および送信してもよい。いくつかの実施形態では、ベース１８０は、手術用ロボットシステム１１０を輸送する車輪１８８と、車輪１８８用の車輪ロック／ブレーキ（図示せず）とを含む。手術用ロボットシステム１１０の可動性は、手術室の空間の制約に対応するのに役立ち、ベース１８０および／またはＩＤＭ１９０を患者と位置合わせするための手術用機器の適切な位置決めおよび移動を容易にする。さらに、可動性により、ロボットアーム１７５が患者１０１および／またはプラットフォーム１０２と位置合わせされ、ロボットアーム１７５が処置中に患者、医師、麻酔科医、または他の機器に干渉しない。ユーザは、様々な手順を実行するために、例えばコマンドコンソールなどの制御デバイスを使用してロボットアーム１７５を制御できる。
【００３４】
図２は、例えば、例示的な動作環境１００のコマンドコンソール１０５として使用できる例示的なコマンドコンソール２００を示している。コマンドコンソール２００は、コンソールベース２０１、ディスプレイモジュール２０２、例えばモニタ、および制御モジュールまたは入力デバイス、例えばキーボード２０３および／またはジョイスティック２０４を含む。いくつかの実施形態では、コマンドコンソール２００機能のうちの１つまたは複数は、手術用ロボットシステム１１０または手術用ロボットシステム１１０に通信可能に結合された別のシステムのベース１８０に統合され得る。ユーザ２０５、例えば医師は、コマンドコンソール２００を使用して、人間工学的位置から手術用ロボットシステム１００を遠隔制御することができる。
【００３５】
コンソールベース２０１は、中央処理ユニット、メモリユニット、データバス、および関連データ通信ポートを含んでもよく、これらは、カメラ画像などの信号の解釈および処理を担当し、例えば、図１Ａから図１Ｃに示す内視鏡１１５からのセンサデータを追跡する。いくつかの実施形態では、コンソールベース２０１とベース１８０の両方が、負荷分散のための信号処理を実行する。コンソールベース２０１はまた、制御モジュール２０３および２０４を介してユーザ２０５によって提供されるコマンドおよび命令を処理することができる。図２に示されるキーボード２０３およびジョイスティック２０４に加えて、制御モジュールは、他のデバイス、例えば、コンピュータマウス、トラックパッド、トラックボール、制御パッド、ビデオゲームコントローラ、および手のジェスチャと指のジェスチャをキャプチャするセンサ（例えば、モーションセンサまたはカメラ）を含み得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ユーザ２０５は、速度モードまたは位置制御モードでコマンドコンソール２００を使用して、内視鏡１１５などの手術機器を制御することができる。速度モードでは、ユーザ２０５は、制御モジュールを使用した直接的な手動制御に基づいて、内視鏡１１５の遠位端のピッチおよびヨーの動きを直接制御する。例えば、ジョイスティック２０４の動きは、内視鏡１１５の遠位端のヨーおよびピッチの動きにマッピングされ得る。ジョイスティック２０４は、ユーザ２０５に触覚フィードバックを提供できる。例えば、ジョイスティック２０４は振動して、内視鏡１１５が特定の方向にさらに並進または回転できないことを示すことができる。コマンドコンソール２００はまた、視覚フィードバック（例えば、ポップアップメッセージ）および／または音声フィードバック（例えば、ビープ音または他の可聴アラート）を提供して、内視鏡１１５が最大並進または回転に達したことを示すことができる。以下により詳細に説明するように、患者の呼気中にシステムが安全モードで動作するため、触覚および／または視覚フィードバックも提供することができる。
【００３７】
位置制御モードでは、コマンドコンソール２００は、患者の管腔ネットワークの３次元（３Ｄ）マップと、ここで説明するナビゲーションセンサからの入力を使用して、内視鏡１１５などの手術器具または機器を制御する。コマンドコンソール２００は、手術用ロボットシステム１１０のロボットアーム１７５に制御信号を提供して、内視鏡１１５を標的位置に操作する。３Ｄマップに依存しているため、位置制御モードでは、患者１０１の解剖学的構造の正確なマッピングが必要になる場合がある。
【００３８】
いくつかの実施形態では、ユーザ２０５は、コマンドコンソール２００を使用することなく、手術用ロボットシステム１１０のロボットアーム１７５を手動で操作することができる。例えば、ＩＤＭ１９０、ロボットアーム、および／または手術用ロボットシステム１１０の別の部分は、ユーザが１つまたは複数のロボットアーム１７５の手動制御を開始するために押すことができるアドミタンスボタン４１０（図４Ｂの例に示される）を含み得る。一実施形態では、ユーザがアドミタンスボタン４１０を連続的に押している間、対応するロボットアーム１７５により、ユーザ２０５がＩＤＭ１９０および／またはロボットアーム１７５に物理的な力を加えて、ＩＤＭ１９０を手動で位置決めすることができる。上述のように、ロボットアーム１７５は、ロボットアーム１７５の位置および／または向きを維持するために使用されるブレーキおよび／またはカウンタバランスを含み得る。特定の実施形態では、アドミタンスボタン４１０は、ユーザによって作動されると（例えば、ユーザからの入力を受け取ると）、加えられた外力に応じてロボットアーム１７５の動きを可能にするためにブレーキを少なくとも部分的に解除することができる。いくつかの実施形態では、ロボットアーム１７５は、ロボットアーム１７５にトルクを加えてロボットアーム１７５の空間的位置決めおよび向きを維持するように構成されたアクチュエータを含み得る。ロボットアーム１７５は、加えられた外力に応じてロボットアーム１７５の動きを可能にするために、ユーザから入力を受け取るアドミタンスボタン４１０に応答して、アクチュエータによってロボットアーム１７５に加えられるトルクを低減するよう
に構成され得る。
【００３９】
外科手術室でのセットアップ中に、ユーザ２０５は、ロボットアーム１０２、内視鏡１１５、および他の手術用機器を動かして、患者にアクセスすることができる。セットアップは、以下で詳細に説明するように、手術用ロボットシステム１１０の部分を患者１０１、プラットフォーム１０２、および／または患者イントロデューサと位置合わせするステップを含んでもよい。手術用ロボットシステム１１０は、ユーザ２０５からの力フィードバックおよび慣性制御に依存して、ロボットアーム１７５および機器の適切な構成を決定することができる。
【００４０】
ディスプレイ２０２は、１つまたは複数の電子モニタ（例えば、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、タッチセンシティブディスプレイ）、仮想現実表示デバイス、例えば、ゴーグルまたは眼鏡、および／または他のディスプレイデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイモジュール２０２は、例えば、タッチスクリーンを備えたタブレットデバイスとして、制御モジュールと統合される。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２０２の一方は、患者の管腔ネットワークの３Ｄモデルおよび仮想ナビゲーション情報（例えば、ＥＭセンサ位置に基づくモデル内の内視鏡の端部の仮想表現）を表示することができ、ディスプレイ２０２の他方は、内視鏡１１５の端部にあるカメラまたは別の検知デバイスから受信した画像情報を表示することができる。いくつかの実装形態では、ユーザ２０５は、統合されたディスプレイ２０２および制御モジュールを使用して、データを表示し、手術用ロボットシステム１１０にコマンドを入力することができる。ディスプレイ２０２は、立体デバイス、例えばバイザまたはゴーグルを使用して、３Ｄ画像の２Ｄレンダリングおよび／または３Ｄ画像を表示することができる。３Ｄ画像は、患者の解剖学的構造を示すコンピュータ３Ｄモデルである「内視鏡ビュー」を提供する。「内視鏡ビュー」は、患者の内部の仮想環境と、患者の体内の内視鏡１１５の予想位置を提供する。ユーザ２０５は、「内視鏡ビュー」モデルをカメラによってキャプチャされた実際の画像と比較して、知的に方向づけて内視鏡１１５が患者内の正しい（またはほぼ正しい）位置にあることを確認するのを助ける。「内視鏡ビュー」は、内視鏡１１５の遠位端の周りの解剖学的構造、例えば気道、循環血管、または患者の腸もしくは結腸の形状に関する情報を提供する。ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１５の遠位端の周りの解剖学的構造の３ＤモデルおよびＣＴスキャンを同時に表示することができる。さらに、ディスプレイモジュール２０２は、３Ｄモデルおよび／またはＣＴスキャン上に内視鏡１１５の既に決定されたナビゲーション経路を重ねることができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、内視鏡１１５のモデルが３Ｄモデルとともに表示されて、外科的処置の状態を示すのに役立つ。例えば、ＣＴスキャンは、生体組織検査で生検が必要な病変を識別する。動作中、ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１５の現在の位置に対応する内視鏡１１５によってキャプチャされた参照画像を示してもよい。ディスプレイモジュール２０２は、ユーザ設定および特定の外科的処置に応じて、内視鏡１１５のモデルの異なるビューを自動的に表示してもよい。例えば、ディスプレイモジュール２０２は、内視鏡１１５が患者の手術領域に近づくにつれて、ナビゲーションステップ中に内視鏡１１５の頭上透視検査のビューを示す。
【００４２】
患者イントロデューサの例の概要
図３Ａは、本開示の１つまたは複数の態様による例示的な患者イントロデューサ３０１を示している。図３Ａの例では、患者イントロデューサ３０１は、ポート３２０を介して患者１０１に取り付けられている。図３Ａに示される実施形態では、ポート３２０は手術用チューブであり得る。患者イントロデューサ３０１は、患者イントロデューサホルダ３２５を介してプラットフォーム１０２に固定されてもよい。患者イントロデューサホルダ３２５は、プラットフォーム１０２に対する患者イントロデューサ３０１の位置を固定す
ることができ、患者イントロデューサ３０１の重量の少なくとも一部を支持することにより、患者イントロデューサ３０１によって患者１０１に加えられる力を低減することもできる。患者イントロデューサホルダ３２５は、患者イントロデューサ３０１のようにプラットフォーム１０２の同じ側にあるように示されているが、いくつかの実施形態では、患者イントロデューサホルダ３２５は、プラットフォーム１０２の反対側に配置されてもよく、プラットフォーム１０２の頭部または患者の上に吊るされた別のプラットフォームからなど、他の適切な場所に配置されてもよい。特定の手順の間、患者イントロデューサ３０１に対してプラットフォーム１０２の反対側に患者イントロデューサホルダ３２５を配置することが望ましい場合があり、なぜなら、この配置はロボットアーム１７５の動きに対する制限をより少なくするからである。例えば、ロボットアーム１７５は、患者イントロデューサホルダ３２５が図３Ａに示されるように配置されるとき、患者イントロデューサホルダ３２５によって占有される空間への移動を制限され得る。ただし、患者イントロデューサホルダ３２５の説明および図示された配置は単なる例示であり、患者イントロデューサホルダ３２５は、患者イントロデューサ３０１が患者イントロデューサホルダ３２５によって少なくとも部分的に支持される任意の位置に配置され得る。
【００４３】
患者イントロデューサ３０１は、近位端３０３および遠位端３０５、ならびにそれらの間のイントロデューサチューブ３０７を含み得る。患者イントロデューサ３０１の近位端３０３は、手術器具１１５（例えば、内視鏡器具）を受け入れるように構成され得る第１の開口部（オリフィスとも呼ばれる）を形成し、患者イントロデューサ３０５の遠位端３０５は、手術器具１１５をポート３２０にガイドするように構成され得る第２の開口部を形成する。イントロデューサチューブ３０７は、患者イントロデューサ３０１の近位端３０３および遠位端３０５を接続し、手術器具１１５を患者イントロデューサ３０１の近位端３０３から遠位端３０５までガイドする。
【００４４】
患者イントロデューサ３０１の近位端３０３に形成された第１の開口部と患者イントロデューサ３０１の遠位端３０５に形成された第２の開口部との間で、イントロデューサチューブ３０７は、手術器具１１５がイントロデューサチューブ３０７の近位端３０３から遠位端３０５まで前進するとき、イントロデューサチューブ３０７に沿って、手術器具１１５の遠位端をガイドするために画定された湾曲を有してもよい。これにより、手術用ロボットシステム１１０は、ポート３２０と直接軸方向に位置合わせしていない位置から手術器具１１５を操作することができ、それにより、手術用ロボットシステム１１０のカート１８０の部屋内の配置の柔軟性を高めることができる。すなわち、イントロデューサチューブ３０７の湾曲なしで、ロボットアームは、患者の頭上の手術器具の主軸と実質的に位置合わせされる必要があり得る。さらに、イントロデューサチューブ３０７の湾曲により、手術用ロボットシステム１１０のロボットアーム１７５を患者イントロデューサ３０１と実質的に水平に位置合わせすることができ、必要に応じてロボットアーム１７５の手動移動を容易にすることができる。
【００４５】
図３Ｂは、本開示の態様による手術用ロボットシステムカート１８０を患者イントロデューサ３０１と位置合わせするシステムおよびアプローチの例示的な実施形態を示している。この実施形態では、患者イントロデューサ３０１は、ロボットシステムカート１８０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントを支援し得るアライメント部材３０９をさらに含む。手術用ロボットシステム１１０のロボットアーム１７５は、図３Ｂに破線の矢印で概念的に示される仮想レール３３０を形成するために位置合わせするように構成されてもよい。仮想レール３００は、患者イントロデューサ３０１の近位端３０３の第１の開口部と位置合わせすることができる主軸を有することができる（図３Ａを参照）。加えて、仮想レールは、マニピュレータアセンブリ（例えば、ＩＤＭ１９０）が手術器具１１５の操作中（例えば、外科的処置中）に配置されるように構成される空間内の容積を画定し得る。したがって、ＩＤＭ１９０によって画定される仮想レール３３０と患者イントロ
デューサ３０１とのアライメントは、上記で規定された外科的処置中の手術器具１１５の動作制御を改善することができる。
【００４６】
その様々な実施形態に関連して説明されるように、アライメント部材３０９は、アライメント部材３０９を含まない患者イントロデューサよりも多くの利点を患者イントロデューサ３０１に提供する。例えば、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９との物理的アライメントは、他のアライメント手法と比較して精度の向上およびアライメントの促進を容易にし得る。アライメント部材３０９の使用による患者イントロデューサ３０１とＩＤＭ１９０との適切なアライメントは、例えば、摩擦のレベルの上昇または外科的処置中に手動の支援を必要とする状況など、外科的処置中に生じ得る問題を防止し得る。防止できるミスアライメントの別の考えられる結果は、ロボットアーム１７５のストローク長が制限される可能性があることであり、これにより、手術用ロボットシステム１１０が所望の運動範囲全体にわたって手術器具１１５の遠位端を制御する能力を制限することができる。全範囲の運動がなければ、手術器具１１５は、管腔ネットワーク１４０内の標的位置にアクセスすることを妨げられる可能性があり、これは、外科的処置を再度実行する前に手術用ロボットシステムカート１８０と患者イントロデューサ３０１との再アライメントを必要とする可能性がある。
【００４７】
さらに、上述のように、患者イントロデューサ３０１のアライメント部材３０９は、手術用ロボットシステム１１０のコンポーネントと患者イントロデューサ３０１とのアライメントを支援するように構成されてもよい。少なくとも１つの実施形態では、アライメント部材３０９は、ＩＤＭ１９０の１つに物理的に接触するように構成されてもよく、かつ／またはアライメントを容易にするために少なくとも１つのＩＤＭ１９０に相補的なマーキングが形成され得るマーキング（マーカとも呼ばれる）を含んでもよい。
【００４８】
アライメント部材３０９の使用によるＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントは、三次元空間内の身体の６自由度の動きによって幾何学的に画定され得る。すなわち、患者イントロデューサ３０１が空間内の固定点であると見なされる場合、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントは、患者イントロデューサ３０１に関してＩＤＭ１９０の６自由度の動きの値を提供することにより指定され得る。これらの自由度には、位置（例えば、図３Ｂに示すように前方／後方（Ｘ軸）、左／右（Ｙ軸）、上下（Ｚ軸））および／またはＩＤＭ１９０の方向（例えば、ピッチ（Ｙ軸周りの回転）、ヨー（Ｚ軸周りの回転）、およびロール（Ｘ軸周りの回転））が含まれてもよい。位置軸（Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸）を、様々な異なる方法で定義、配置、および／または方向づけすることができるが、本開示は、本開示を通して図３Ｂに示すこれらの軸を指す。本開示の態様は、ＩＤＭ１９０を患者イントロデューサ３０１に対してアライメント位置／向きに配置して、ＩＤＭ１９０を患者イントロデューサ３０１と位置合わせする方法および技術に関する。手術用ロボットシステム１１０が外科的処置中に患者イントロデューサ３０１の空間位置および／または向きを認識するように、手術用ロボットシステム１１０は、アライメント中にＩＤＭ１９０の空間位置および／または向きを記録してもよい。
【００４９】
ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントは、ＩＤＭ１９０の１つまたは複数の軸と患者イントロデューサ３０１の１つまたは複数の軸とのアライメントによって画定されてもよい。例えば、患者イントロデューサ３０１は、患者イントロデューサ３０１が手術器具１１５を受け入れるように構成される軸（本明細書では受け入れ軸と呼ぶ場合がある）を画定してもよい。同様に、ＩＤＭ１９０は、仮想レール３３０（上記で議論された）によって画定された軸を有してもよい。特定の実施形態では、患者イントロデューサ３０１の受け入れ軸がＩＤＭ１９０の仮想レール３３０と実質的に位置合わせされるときに、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントを画定して
もよい。
【００５０】
アライメント部材の実装例
図４Ａ〜図４Ｂおよび図５Ａ〜図５Ｈは、本開示の態様によるアライメント部材３０９およびＩＤＭ１９０の異なる実施形態を示している。図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、アライメント部材３０９自体の実施形態、およびアライメント手順中にＩＤＭ１９０と接触するアライメント部材３０９を示している。
【００５１】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、患者イントロデューサ３０１は、患者イントロデューサ３０１の本体または支持構造に取り付けられたアライメント部材３０９を含む。アライメント部材３０９は、イントロデューサチューブ３０７の近位端３０３の近位に配置されてもよい。アライメント部材３０９のこの位置は、アライメント部材３０９とＩＤＭ１９０との間の物理的接触を介して、近位端３０３に画定された開口部とＩＤＭ１９０とのアライメントを容易にし得る。ただし、他の実施形態では、アライメント部材３０９は、他の位置で患者イントロデューサ３０１に取り付けられてもよく、または患者イントロデューサホルダ３２５に取り付けられてもよい。例えば、アライメント部材３０９とイントロデューサチューブ３０７の近位端３０３に画定された開口部との間の距離が既知である場合、手術用ロボットシステム１１０は、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９とのアライメントに応答して、患者イントロデューサ３０１の近位端３０３によって画定される開口部に対するＩＤＭ１９０の位置決めを正確に計算することができる。
【００５２】
アライメント部材３０９は、ＩＤＭ１９０とのアライメントを支援するための物理的特徴、マーキング、および／または他のアライメントコンポーネントを含んでもよい。一実装形態では、アライメント部材３０９は、第１の曲面３１１と細長い突起３１３を含んでもよい。第１の曲面３１１および細長い突起３１３によって画定される形状は、ＩＤＭ１９０の外面に対して相補的な形状を形成することができる。したがって、図４Ｂに示すように、ＩＤＭ１９０をアライメント部材３０９と物理的に密接（例えば、結合）させることにより、ＩＤＭ１９０をアライメント部材３０９と少なくとも部分的に位置合わせすることができる。例えば、ＩＤＭ１９０の外部曲面が第１の曲面３１１に接触し、ＩＤＭ１９０の上面が細長い突起３１３に接触した後、アライメント部材３０９に対する空間内のＩＤＭ１９０の位置決めは、ＩＤＭ１９０が第１の曲面３１１および細長い突起３１３を通過するのをさらに制限することにより画定され得る。さらに、図４Ｂに示されるように、細長い突起３１３と接触するＩＤＭ１９０の上面は、ＩＤＭ１９０によって画定される最高の表面でなくてもよく、凹部によって画定されてもよい。他の実施形態では、細長い突起３１３と接触するＩＤＭ１９０の上面は、ＩＤＭ１９０の上面の突起によって画定されてもよく、または上面の残りの部分と同一平面であってもよい。同様に、第１の曲面３１１に接触するＩＤＭ１９０の外部曲面は、ＩＤＭの外面と同一平面にあるか、凹部として形成されるか、または突起として形成されてもよい。追加の例示的な実施形態を以下で詳細に説明する。
【００５３】
アライメント部材３０９の第１の曲面３１１がＩＤＭ１９０の外部曲面と接触したままである間（例えば、第１の曲面３１１の大部分は外部曲面と接触または密接している）、アライメント部材３０９とＩＤＭ１９０とのアライメントは、４自由度（例えば、Ｘ軸およびＹ軸、ならびにピッチおよびロール方向）で制限される。細長い突起３１３は、Ｚ軸自由度においてＩＤＭ１９０とのアライメント部材３０９の向きを制限するために使用されてもよい。
【００５４】
ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９との間の物理的接触は、アライメント部材３０９に対するＩＤＭ１９０の空間的位置決めを画定するのに十分であり得るが、いくつかの実施形態では、物理的接触は、各回転自由度（例えば、ヨー方向）で両者間の完全な回転
アライメントに十分ではない場合がある。例えば、図４Ｂの実施形態では、ＩＤＭ１９０は、アライメント部材３０９との接触を維持しながら、Ｚ軸の周りを自由に回転してもよい。したがって、いくつかの実施形態では、アライメント部材３０９および／またはＩＤＭ１９０は、アライメントマーキングをさらに備えて、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９との回転アライメントを画定してもよい。
【００５５】
図５Ａ〜図５Ｈは、マニピュレータアセンブリ（例えば、ＩＤＭ１９０）とアライメント部材３０９との回転アライメントを支援するために使用することができるアライメントマーキングのいくつかの実施形態を示している。図５Ａおよび図５Ｂの実施形態では、アライメント部材３０９は第１セットのアライメントマーキング５０５を含み、ＩＤＭ１９０は第１セットのアライメントマーキング５０５に対応する第２セットのアライメントマーキング５１０を含む。アライメント部材３０９がＩＤＭ１９０と接触した後（図５Ｂのように）、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９は、第１セットのアライメントマーキング５０５および第２セットのアライメントマーキング５１０を位置合わせすることにより、Ｚ軸（例えば、ＩＤＭ１９０のヨー）の周りの回転に関して回転的に位置合わせされ得る。図５Ａおよび図５Ｂの実施形態では、第１セットのアライメントマーキング５０５および第２セットのアライメントマーキング５１０は、バンドとして形成されてもよい。アライメントバンドは、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９とのヨー方向のアライメントを支援するために、様々な異なる形状、サイズ、寸法、公差などによって実現され得る。バンドの特定の実施形態は、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｅ〜図５Ｈに示されているが、バンドの設計はそれに限定されず、バンドは、ヨー方向のアライメントのための任意の形状、サイズ、寸法、公差などを有し得る。
【００５６】
図５Ｃおよび図５Ｄの実施形態では、第１セットのアライメントマーキング５０５および第２セットのアライメントマーキング５１０は、対向する三角形として形成されてもよい。この実施形態では、三角形の点を一致させて、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９との間の回転アライメントが完了したことを確認することができる。図５Ｃおよび図５Ｄに示されるように、アライメントマーキング５０５は、細長い突起３１３に形成されてもよい。
【００５７】
別の実施形態は、図５Ｅおよび図５Ｆに示されるように、単一の第１のアライメントマーキング５０５および単一の第２のアライメントマーキング５１０を含む。この実施形態では、第１および第２のアライメントマーキング５０５および５１０は、図５Ａおよび図５Ｂの実施形態よりも広いバンドを形成する。ここで、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９との間の回転アライメントは、バンドの端部が互いに実質的に位置合わせされるときに達成され得る。さらに別の実施形態では、図５Ｇおよび図５Ｈに示すように、第１のアライメントマーキング５０５は、第２のアライメントマーキング５１０よりも広くてもよい。この実施形態では、第２のアライメントマーキング５１０が第１のアライメントマーキングのバンドによって画定される幅内にあるとき、ＩＤＭ１９０はアライメント部材３０９と回転方向に位置合わせされ得る。ここで、第１および第２のアライメントマーキング５０５および５１０の間の幅の差は、Ｚ軸周りの回転に関する回転アライメントの許容範囲に対応し得る。アライメントマーキング５０５および５１０の幅によって規定される許容範囲は、手術用ロボットシステムが許容範囲内で画定される任意の位置で手術器具を完全に操作できることを保証し得る。加えて、他の実施形態では、ＩＤＭ１９０上に形成された第２のアライメントマーキング５１０は、第１のアライメントマーキング５０５よりも広くてもよい。許容範囲が、アライメント部材３０９上のアライメントマーキング５０５の幅によって規定される実施形態に関連して議論されてきたが、許容範囲の表示は、異なる実施形態およびマーク間で異なっていてもよい。例えば、許容範囲は、アライメント部材３０９上の第１のアライメントマーキング５０５、ＩＤＭ１９０上の第２のアライメントマーキング５１０、および／またはそれらの組み合わせなどによって画定され得
る。さらに、許容範囲の表示は、患者イントロデューサ３０１、ＩＤＭ１９０、滅菌アダプタなどに配置されてもよい。
【００５８】
第１のアライメントマーキング５０５および第２のアライメントマーキング５１０は、ロボット手術システムのユーザが複数の異なる有利な地点からの回転アライメントを視覚的に確認できる位置でアライメント部材３０９およびＩＤＭ１９０上に配置されてもよい。例えば、図４Ｂに示されるように、ＩＤＭ１９０は、ＩＤＭ１９０の上面から突出するいくつかのコンポーネントを有してもよい。これらの突起、および／または患者イントロデューサ自体などの他の物体は、ユーザが立っている場所に応じて、第１および第２のアライメントマーキング５０５および５１０の１つまたは複数の視野を遮ることがある。したがって、第１および第２のアライメントマーキング５０５および５１０は、アライメント部材３０９およびＩＤＭ１９０の異なる位置に配置され、第１および第２のアライメントマーキング５０５および５１０のそれぞれの少なくとも１つが、複数の有利な地点の１つから見たときにユーザによって見えるようにすることができる。これにより、ユーザは、第１および第２のアライメントマーキング５０５および５１０を見るために移動する必要なく、ＩＤＭ１９０とアライメント部材３０９との回転アライメントを視覚的に確認することができる。
【００５９】
さらに、マニピュレータアセンブリが滅菌アダプタなどのＩＤＭ１９０に取り付けられた追加のコンポーネントを含む場合、追加のコンポーネントをアライメント部材と位置合わせできるように、追加のコンポーネントに第３セットのアライメントマーキング（図示せず）が形成されてもよい。第３のマーキングは、図５Ａ〜図５Ｈに示される第２のマーキング５１０と同様の方法で追加のコンポーネント上に形成されてもよい。これらの実施形態では、滅菌アダプタは、アライメント部材３０９の形状を補完する表面を備えた少なくとも一部を含んでもよい。滅菌アダプタは、ＩＤＭ１９０とロボットアーム１７５との間のインタフェースが滅菌されることを必要とする外科的処置のためにＩＤＭ１９０に物理的に取り付けられるように構成されたアダプタであり得る。特定の実施形態では、滅菌アダプタは、ＩＤＭ１９０と手術器具１１５との間のインタフェースと実質的に同一または類似の外面および／または手術器具インタフェースを有してもよい。
【００６０】
追加のアライメント手法
本開示の特定の態様では、図４および図５に関連して説明した物理的アライメントの実施形態の代わりに、またはそれに加えて、追加のアライメント手法を使用することができる。これらの手法は、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との手動または自動アライメントを支援することができる。
【００６１】
一例では、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダとＲＦＩＤタグを使用して、アライメントを支援することができる。患者イントロデューサ３０１は、アライメント部材３０９または患者イントロデューサ３０１上の別の位置に配置されたＲＦＩＤタグを含んでもよい。ＩＤＭ１９０は、ＲＦＩＤタグから送信された無線信号を読み取るように構成されたＲＦＩＤリーダを含んでもよい。他の実施形態では、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダの位置を交換してもよい。
【００６２】
ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤリーダから放出されたエネルギーを収集する受動デバイスであってもよく、ＲＦＩＤリーダから収集された電力を使用してＲＦＩＤ信号を送信してもよい。ＲＦＩＤタグから送信された信号を検出することにより、ＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤタグに対するＲＦＩＤリーダの位置を決定することができる場合がある。さらに、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグに近づくにつれて、ＲＦＩＤリーダで検出される信号が強くなる場合がある。したがって、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグから受信した信号の強度の最大値（またはピーク）を見つけると、ＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤリー
ダに可能な限り近い位置にあると推測することができる。ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との手動アライメントを支援するために、受信されたＲＦＩＤ信号の強度は、例えばディスプレイモジュール２０２を介してユーザに表示されてもよい。あるいは、ＲＦＩＤ信号は、ＩＤＭ１９０を患者イントロデューサ３０１と自動的に位置合わせするための手術用ロボットシステムのプロセッサによる入力として使用されてもよい。
【００６３】
別の例では、手術用ロボットシステム１１０は、アライメントを支援するためにレーザ追跡システムを含んでもよい。例えば、ＩＤＭ１９０は、レーザエミッタ（単にレーザとも呼ばれる）およびレーザ光センサを含んでもよく、レーザ反射器は、患者イントロデューサ３０１上（例えば、アライメント部材３０９上）に配置される。レーザ、レーザ反射器、およびレーザ光センサは、ＩＤＭ１９０が患者イントロデューサ３０１と適切に位置合わせされたときにレーザ光がセンサに反射されるように配置されてもよい。そのため、レーザ反射器に対するレーザおよびレーザ光センサの配置により、手術用ロボットシステム１１０は、ＩＤＭ１９０が患者イントロデューサ３０１と位置合わせされたことを決定することができる。
【００６４】
代替の実施形態では、ＩＤＭ１９０は少なくとも１つのレーザを含み、患者イントロデューサ３０１またはアライメント部材３０９は、レーザに対応する少なくとも１つのアライメントマーキングを含む。次に、手術用ロボットシステム１１０のユーザは、レーザ光が少なくとも１つのアライメントマーキングに当たることを視覚的に確認することにより、ＩＤＭ１９０が患者イントロデューサ３０１と位置合わせされていると決定することができる。これらの実施形態では、レーザ、レーザ反射器、レーザ光センサ、および少なくとも１つのマーキングの配置は、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との間で交換されてもよい。特定の実施形態では、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との間のアライメントがあらゆる自由度で画定されることを保証するために、少なくとも３つのレーザおよび３つのマーキング／センサがあってもよい。特定の実施形態では、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との間のアライメントがあらゆる自由度で画定されることを保証するために、少なくとも１つのレーザおよび少なくとも１つのマーキング／センサがあってもよい。
【００６５】
別の例では、アライメント部材３０１は、ＩＤＭ１９０上に配置されたフォトダイオードに対するＬＥＤの位置決めに基づいて光を放射するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。例えば、ＩＤＭ１９０上のフォトダイオード配置は、アライメント部材３０１に対するＩＤＭ１９０のアライメントを決定するために、ＬＥＤから放出された光を感知することができる場合がある。さらに、特定の実施形態では、アライメント部材３０１は、ＩＤＭ１９０上に配置された複数のフォトダイオードにそれぞれ対応する複数のＬＥＤを含んでもよい。フォトダイオードがそれぞれのＬＥＤから受け取った光を検出すると、ＩＤＭ１９０は、ＩＤＭ１９０がアライメント部材と位置合わせされたと決定することができる場合がある。さらに、ＬＥＤは異なる色を有してもよく、フォトダイオードは対応するカラーフィルタを有してもよい。したがって、ＬＥＤの対応する１つからの光のみがフォトダイオードによって検出され得る。
【００６６】
別の例では、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントは、音響反射の使用を含んでもよい。例えば、ＩＤＭ１９０は、音響エミッタおよび音響センサを含んでもよく、患者イントロデューサ３０１および／またはアライメント部材３０９は、音響反射器を含む。次いで、ＩＤＭ１９０は、音響センサによって検出された信号に基づいて位置決めされてもよく、測定された信号の最大値は、ＩＤＭ１９０が患者イントロデューサ３０１と位置合わせされていることを示す。
【００６７】
別の例では、患者イントロデューサ３０１および／またはアライメント部材３０９上に
磁石が配置された状態で、磁場センサがＩＤＭ１９０上に配置されてもよい。磁気センサによって測定された信号は、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサとの位置アライメントを決定するために使用され得る。これらの要素の配置は、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との間で交換されてもよい。
【００６８】
一実装形態では、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３１０とのアライメントは、ＥＭ発生器および１つまたは複数のＥＭセンサの使用をさらに含んでもよい。例えば、マニピュレータアセンブリは、ＥＭセンサを含んでもよく、ＥＭ発生器は、プラットフォーム１０２上またはプラットフォーム１０２に隣接して配置されてもよい。手術用ロボットシステム１１０は、ＥＭセンサによって検出された信号を使用して、ＥＭ発生器に対するＩＤＭ１９０の位置を決定してもよい。
【００６９】
さらに別の実施形態では、アライメント部材３０９およびＩＤＭ１９０の物理的形状は、図４および図５に関連して説明した実施形態から変更されてもよい。例えば、患者イントロデューサ３０１上の３つの点とＩＤＭ１９０上の３つの対応する点とのアライメントは、それらの間のアライメントを画定するのに十分であり得る。したがって、一例では、患者イントロデューサ３０１は３つの細長い突起を含んでもよく、ＩＤＭ１９０はそれに対応する３つのマーキングを含んでもよい。細長い突起がＩＤＭ１９０上の対応するマーキングと接触しているとき、患者イントロデューサ３０１はＩＤＭ１９０と位置合わせされてもよい。あるいは、患者イントロデューサ３０１上にマーキングを付けて、ＩＤＭ１９０に細長い突起が形成されてもよく、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサのそれぞれが、対向する要素の対応する突起と空間で会うように構成された３つの突起を含んでもよい。
【００７０】
ユーザがＩＤＭ１９０を患者イントロデューサ３０１と位置合わせすること、および／または手術用ロボットシステム１１０によって実行されるＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１との自動アライメントを支援するために使用できる異なるセンサのいくつかの例が示されているが、本明細書に記載のセンサに加えて、またはその代わりに、他のタイプのセンサを使用してもよい。例えば、光学センサ（例えば、カメラ）、超音波センサ、加速度計、容量結合センサなどを使用した視覚形状マッチングを含むがそれらに限定されない、その他のセンサモダリティを使用してアライメントを実行してもよい。
【００７１】
患者イントロデューサ３０１とＩＤＭ１９０との間の物理的アライメントのための別の方法は、突起および中空キャビティの使用であってもよい。したがって、突起が中空キャビティに挿入されると、患者イントロデューサ３０１とＩＤＭ１９０が位置合わせされ得る。単純な円筒状の突起と中空キャビティは突起の主軸に沿った回転アライメントを画定しない場合があるため、突起／中空キャビティは、それらの間の１つの回転アライメントのみが突起をキャビティに挿入できるように調整され得る。
【００７２】
アライメントのための例示的な方法
ここで、手術用ロボットシステムカートを患者イントロデューサと位置合わせするための例示的な方法を、図６〜図１０に関連して説明する。図６は、システムカートと患者イントロデューサとのアライメントの概要を示している。以下に開示する方法のそれぞれの態様、例えば方法６００〜１０００は、ＩＤＭ１９０または手術用ロボットシステムの他のコンポーネントを手動で操作する人間のオペレータによって実施することができ、手術用ロボットシステム自体（上記のシステム１１０など）は、人間のオペレータの指示に従って、または自律的に、またはそれらの組み合わせで、ＩＤＭ１９０を機械的に操作する。
【００７３】
方法６００はブロック６０１で始まる。ブロック６０５で、患者イントロデューサ３０
１はポート３２０に取り付けられる。ポート３２０は、医療スタッフによって患者１０１に事前に配置されていてもよい。ブロック６１０で、ロボットアーム１７５は、アライメントポーズにされる。これは、ユーザからの入力コマンドに応じて手術用ロボットシステム１１０によって自動的に実行されてもよく、またはユーザはロボットアーム１７５をアライメントポーズに手動でガイドしてもよい。ユーザによってガイドされると、手術用ロボットシステムは、ロボットアーム１７５がアライメント位置の閾値距離内にあることを示すフィードバックをユーザに提供してもよい。
【００７４】
ブロック６１５で、ユーザは、ロボットアーム１７５が患者イントロデューサ３０１に隣接するように、（システムカートを利用する実施形態では）システムカート１８０を任意に移動することができる。このステップは、システムカート１８０と患者イントロデューサとの大まかなアライメントと見なすことができる。ロボットアーム１７５の運動範囲は限られているため、システムカート１８０がアライメント前に患者イントロデューサに十分近くに配置されていない場合、ロボットアーム１７５はアライメントのために患者イントロデューサに到達できない場合がある。ブロック６２０は、ロボットアーム１７５のマニピュレータアセンブリ（例えば、ＩＤＭ１９０）を患者イントロデューサ３０１のアライメント部材３０９と（空間的および／または回転的に）位置合わせすることを含む。このステップは、ユーザが手動で、手術用ロボットシステム１１０により自動的に、または手動手順と自動手順の組み合わせにより行われてもよい。手術用ロボットシステム１１０は、ＩＤＭ１９０が患者イントロデューサ３０１と位置合わせされるのに応じて、ＩＤＭ１９０の位置（例えば、アライメント位置）を保存してもよい。ＩＤＭ１９０のアライメント位置の保存は、ＩＤＭ１９０が患者イントロデューサ３０１と位置合わせされているという確認を手術用ロボットシステム１１０がユーザから受信するのに応答して実行されてもよい。
【００７５】
特定の実施形態では、患者イントロデューサ３０１は、ＩＤＭ１９０と位置合わせするように移動されてもよい。例えば、患者１０１を支持するプラットフォーム１０２は、ＩＤＭ１９０とのアライメントを容易にするために、可動であってもよく（例えば、ロック可能／ロック解除可能な車輪を有する）および／または動作環境１００内で調整可能であってもよい。したがって、プラットフォーム１０２は、患者イントロデューサ３０１がＩＤＭ１９０と位置合わせされるような位置に移動することができる。いくつかの実施形態では、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１とのアライメントは、ＩＤＭ１９０と患者イントロデューサ３０１の両方を動かすことを伴い得る。マニピュレータアセンブリ１９０が患者イントロデューサ３０１と位置合わせされると、ブロック６２５で、ユーザは、手術用ロボットシステムカート１８０を任意選択で動かなくすることができる。あるいは、手術用ロボットシステムカート１８０がカート１８０を動かす自動ブレーキおよび／またはアクチュエータを含む場合、手術用ロボットシステム１１０はシステムカート１８０を自動的に動かなくすることができる。ロボットアーム１７５がシステムカート１８０上に配置されていない場合（例えば、ロボットアーム１７５がテーブル上に配置されている場合）などのいくつかの実施形態では、ブロック６１５および６２５は実行されない場合がある。方法６００はブロック６３０で終了する。
【００７６】
図７は、図６のブロック６０５に関連する追加の態様を提供する方法７００を示すフローチャートを提供する。方法７００はブロック７０１で始まる。ブロック７０５で、ポート３２０が患者に設置する。ブロック７０５は、手術用ロボットシステム１１０により／手術用ロボットシステム１１０を使用して実行される外科的処置の準備において医療スタッフにより実行され得る。ブロック７１０で、医療スタッフは、患者イントロデューサホルダ３２５をベッドレールまたはプラットフォーム１０２の他の固定部分に取り付けおよび／または固定してもよい。患者イントロデューサホルダ３２５が取り付けられ得るプラットフォーム１０２の固定部分の例には、ベッドフレーム、支柱、患者１０１の下に置か
れたパッドなどが含まれる。これにより、患者イントロデューサ３０１を固定し、患者イントロデューサ３０１がアライメントまたは外科的処置中に位置からずれたり、移動したりする機会を減らすことができる。ブロック７１５で、医療スタッフは、患者イントロデューサ３０１を患者イントロデューサホルダ３２５に接続する。他の実施形態では、患者イントロデューサ３０１は、ポート３２５に直接接続されることなくポート３２５と位置合わせされてもよく、例えば、患者イントロデューサ３０１は、ポート３２５に隣接して位置合わせして固定されてもよい。
【００７７】
ブロック７２０で、医療スタッフは患者イントロデューサ３０１をポート３２０に取り付ける。このステップは、ブロック７１５と同時に実行されてもよく、例えば、固定された患者イントロデューサホルダ３２５の最終位置は、患者イントロデューサ３０１がポート３２０に接続されるまで設定されない場合がある。方法７００はブロック７２５で終了する。
【００７８】
図８は、図６のブロック６１０に関連する追加の態様を提供する方法８００を示すフローチャートである。方法８００はブロック８０１で始まる。ブロック８０５で、ユーザはアンビリカルケーブルを手術用ロボットシステムカート１８０に接続する。アンビリカルケーブルは、手術用ロボットシステムカート１８０に通信および／または電力を提供し得る。ブロック８１０で、ユーザはロボット手術システムカート１８０の電源を入れる。ブロック８１５で、ユーザは、患者イントロデューサ３０１とのアライメントに使用されるロボット手術システムカート１８０の複数のロボットアーム１７５のうちの１つを選択することができる。選択されたロボットアーム１７５は、患者１０１および／またはベッド１０２に最も近いアーム１７５であってもよい。ブロック８２０で、ユーザは、選択されたロボットアーム１７５をアライメントポーズにする。他の実施形態では、ユーザは、手術用ロボットシステム１１０にコマンドを入力して、手術用ロボットシステム１１０にロボットアーム１７５をアライメントポーズに自動的に配置させてもよい。方法８００はブロック８２５で終了する。
【００７９】
図９は、図６のブロック６２０に関連する追加の態様を提供する方法９００のフローチャートを提供する。方法９００はブロック９０１で始まる。ブロック９０５で、ユーザおよび／または手術用ロボットシステム１１０は、手術用ロボットシステムカート１８０のＺリフトを調整する。これは、システムカート１８０の高さをプラットフォーム１０２の高さに適したレベルに調整することを含み得る。ブロック９１０で、手動の実施形態では、ユーザは、選択されたロボットアーム１７５のマニピュレータアセンブリ（例えば、ＩＤＭ１９０）を患者イントロデューサ３０１のアライメント部材３０９と接触させる。ユーザは、ロボットアーム１７５の手動操作を可能にするために、アドミタンスボタンを押す必要があり得る。
【００８０】
実施形態に応じて、ブロック９１０は、アライメント中のフィードバックのための入力として１つまたは複数のセンサを使用して、手術用ロボットシステム１１０によって自動的に実行され得る。いくつかの実施形態では、マニピュレータアセンブリと患者イントロデューサ３０１とのアライメントは、それらの間の物理的接触を伴わなくてもよい。例えば、ＩＤＭ１９０がレーザおよびレーザ光センサを含む実施形態では、手術用ロボットシステム１１０は、ＩＤＭ１９０がアライメント部材３０９と位置合わせされているかどうかを自動的に決定する際に、レーザから放出され、アライメント部材３０９で反射され、レーザ光センサで検出されるレーザ光の検出を使用してもよい。ＬＥＤの使用を含む実施形態では、ロボット手術システムは、ＩＤＭ１９０に配置されたフォトダイオードがＬＥＤから受け取った光を検出したときに、ＩＤＭ１９０がアライメント部材３０９と位置合わせされていると決定することができる。さらに、上述のアライメント機構および／またはセンサのいずれも、手術用ロボットシステム１１０によるＩＤＭ１９０と患者イントロ
デューサ３０１との自動アライメントに使用されてもよい。
【００８１】
ブロック９１５で、ユーザ／手術用ロボットシステムは、マニピュレータアセンブリ上のマーキングをアライメント部材上のマーキングと位置合わせする。図５Ａ〜図５Ｈの実施形態では、これは、マーキングが位置合わせされるまで、マニピュレータアセンブリ１９０をＺ軸に対して回転させることを伴い得る。いくつかの実施形態では、マニピュレータアセンブリ上のマーキングとアライメント部材３０９上のマーキングとのアライメントは、マニピュレータアセンブリのアライメントマーキングがアライメント部材３０９のアライメントマーキングと位置合わせされるまで、マニピュレータアセンブリをアライメント部材３０９に対して動かすことを伴い得る。ブロック９２０で、ユーザ／手術用ロボットシステムは、マニピュレータアセンブリの上部をアライメント部材３０９の細長い突起３１３と位置合わせする。特定の実施形態では、ブロック９２０は、ブロック９１５の前に、またはブロック９１５と同時に実行されてもよい。
【００８２】
ブロック９２５で、手術用ロボットシステム１１０は、アライメントプロセスが完了したという確認をユーザから受け取る。他の実施形態では、手術用ロボットシステム１１０は、アライメントが完了したことを自動的に確認することができ、したがって、ユーザからのユーザ入力を必要としない、または手術用ロボットシステム１１０は、アライメントを確認または実行するためのユーザ入力を必要とせずに、自動的にアライメントを実行することができる。ブロック９３０で、手術用ロボットシステム１１０は、ＩＤＭ１９０のアライメント位置および向き（例えば、アライメント手順後のＩＤＭ１９０の最終位置を画定する６自由度）をメモリに保存する。保存されたアライメント位置は、手術用ロボットシステム１１０によって使用されて、次の外科的処置中にＩＤＭ１９０の制御および／または移動を較正することができる。方法９００はブロック９２５で終了する。
【００８３】
図１０は、ブロック６２５に関連する追加の態様を提供する方法１０００のフローチャートを提供する。方法１０００は、ブロック１００１で始まる。ブロック１００５で、ユーザは、患者イントロデューサ３０１の位置をさらに固定するように患者イントロデューサ３０１を調整し、アライメント手順後に患者イントロデューサがずれるのを防ぐ。例えば、患者イントロデューサ３０１は、患者イントロデューサホルダ３２５上のクランプ（図示せず）を締めることにより固定されてもよい。ブロック１０１０で、ユーザはロボットアーム１７５を機器搭載位置に移動させる。ブロック１０１０はまた、手術用ロボットシステム１１０によって自動的に実行されてもよい。ブロック１０１５で、ユーザは、外科的処置中に使用される機器をロボットアーム１７５に搭載する。ブロック１０２０で、ユーザは外科的処置を継続する。方法１０００はブロック１０２５で終了する。
【００８４】
実装システムと用語
本明細書で開示される実装形態は、手術用ロボットシステムカートを患者イントロデューサと位置合わせするためのシステム、方法、および装置を提供する。
【００８５】
本明細書で使用される用語「結合（「ｃｏｕｐｌｅ」、「ｃｏｕｐｌｉｎｇ」、「ｃｏｕｐｌｅｄ」）」、または単語結合の他の変形は、間接接続または直接接続のいずれかを示し得ることに留意されたい。例えば、第１のコンポーネントが第２のコンポーネントに「結合」される場合、第１のコンポーネントは、別のコンポーネントを介して第２のコンポーネントに間接的に接続されるか、第２のコンポーネントに直接接続され得る。
【００８６】
本明細書で説明されるロボット運動作動機能は、プロセッサ可読媒体またはコンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の命令として格納され得る。「コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータまたはプロセッサがアクセスできる任意の利用可能な媒体を指す。限定ではなく例として、そのような媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッ
シュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または命令もしくはデータ構造の形式で目的のプログラムコードを保存し、コンピュータからアクセスできる任意の他の媒体を含み得る。コンピュータ可読媒体は、有形かつ非一時的であってもよいことに留意されたい。本明細書で使用される「コード」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行可能なソフトウェア、命令、コード、またはデータを指してもよい。
【００８７】
本明細書で開示される方法は、説明される方法を達成するための１つまたは複数のステップまたはアクションを含む。方法のステップおよび／またはアクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく交換され得る。言い換えれば、説明されている方法の適切な動作に特定の順序のステップまたはアクションが必要でない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は、特許請求の範囲から逸脱することなく修正され得る。
【００８８】
本明細書で使用される「複数」という用語は、２つ以上を意味する。例えば、複数のコンポーネントは、２つ以上のコンポーネントを示す。「決定（「ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ」）」という用語には、様々なアクションが含まれ、したがって、「決定」は、計算、コンピュータ計算、処理、導出、調査、検索（例えば、テーブル、データベース、または別のデータ構造の検索）、確認などを含むことができる。また、「決定」は、受信（例えば、情報の受信）、アクセス（例えば、メモリ内のデータへのアクセス）などを含むことができる。また、「決定」は、解決、選択、確立などを含むことができる。
【００８９】
「〜に基づいて」という語句は、特に明記されていない限り、「〜のみに基づいて」という意味ではない。つまり、「〜に基づいて」というフレーズは、「〜のみに基づいて」と「少なくとも〜に基づいて」の両方を表す。
【００９０】
開示された実装形態の前述の説明は、当業者が本発明を作成または使用できるようにするために提供される。これらの実装形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。例えば、当業者は、ツールコンポーネントの固定、取り付け、結合、または係合の同等の方法、特定作動運動の生成のための同等のメカニズム、および電気エネルギーを供給するための同等のメカニズムなど、多くの対応する代替および同等の構造詳細を使用できることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に示される実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【図１Ａ】
2020512882.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
2020512882.tif 000015
【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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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】
2020512882.tif 000024