(57)【要約】ロボット外科システムは、少なくとも１つのロボットアームと、少なくとも１つの器具と、少なくとも１つのロボットアームおよび少なくとも１つの器具を駆動するように構成された複数の駆動モータと、を含む。システムはまた、複数の基準点を有する腹腔鏡ポートと、複数の基準点を検出するように構成されたセンサと、複数の駆動モータを制御するように構成されたコントローラと、を含む。コントローラは、複数の基準点中の各基準点間の現在の距離を判定し、各基準点間の距離に基づいて腹腔鏡ポートの位置を判定し、腹腔鏡ポートの位置に対する少なくとも１つのロボットアームおよび少なくとも１つの器具の位置を判定し、複数の駆動モータを制御して、少なくとも１つのロボットアームまたは少なくとも１つの器具を腹腔鏡ポートと位置合わせする、プロセッサを含む。【選択図】図３Ａ
2020520745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット外科システムであって、
少なくとも１つのロボットアームと、
前記ロボットアームに結合された少なくとも１つの器具と、
前記少なくとも１つのロボットアームを駆動するように構成された複数の駆動モータと、
腹腔鏡ポートと、
複数の基準点と、
前記複数の基準点を検出するように構成された複数のセンサと、
前記複数の駆動モータを制御するように構成されたコントローラと、を備え、前記コントローラは、
前記複数のセンサの各センサと前記複数の基準点の各基準点との間の現在の距離を判定することと、
前記各センサと各基準点との間の前記距離に基づいて、ポート面を判定することと、
前記各センサと各基準点との間の前記距離に基づいて、前記腹腔鏡ポートの中心を通過する前記ポート面の法線ベクトルを判定することと、
前記ベクトルに対する前記少なくとも１つのロボットアームおよび前記少なくとも１つの器具の位置を判定することと、
前記複数の駆動モータを制御して、前記少なくとも１つのロボットアームまたは前記少なくとも１つの器具を前記ベクトルと位置合わせすることと、を行うように構成されたプロセッサを含む、ロボット外科システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、
前記複数の基準点中の各基準点間の所定の距離を取得することと、
各基準点と前記腹腔鏡ポートの前記中心との間の所定の距離を取得することと、を行うようにも構成されている、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記複数の基準点中の各基準点間の前記現在の距離、前記複数の基準点中の各基準点間の前記所定の距離、および各基準点と前記腹腔鏡ポートの前記中心との間の前記所定の距離に基づいて、前記ポート面を判定する、請求項２に記載のロボット外科システム。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの器具の長さを取得するように構成されている、請求項３に記載のロボット外科システム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記少なくとも１つのロボットアームの形状を取得するように構成されている、請求項４に記載のロボット外科システム。
【請求項６】
前記複数の駆動モータを制御することは、前記ベクトルに対する前記少なくとも１つのロボットアームおよび前記少なくとも１つの器具の前記位置、前記少なくとも１つの器具の前記長さ、ならびに前記少なくとも１つのロボットアームの前記形状に基づく、請求項５に記載のロボット外科システム。
【請求項７】
前記複数の基準点は、アクティブな発光ダイオードである、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項８】
前記複数のセンサは、前記ロボットアーム上に配置されている、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項９】
前記複数の基準点は、前記腹腔鏡ポート上に配置されている、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項１０】
前記複数の基準点は、前記ロボットアーム上に配置されている、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項１１】
前記複数のセンサは、前記腹腔鏡ポート上に配置されている、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項１２】
前記複数の駆動モータは、前記少なくとも１つの器具を駆動するように構成されている、請求項１に記載のロボット外科システム。
【請求項１３】
腹腔鏡ポートに向けてロボットアームおよび／または器具を誘導するための方法であって、
前記腹腔鏡ポートの周囲に配置された複数の基準点中の各基準点の位置を判定することと、
各基準点の前記位置に基づいて、前記腹腔鏡ポートのポート面を判定することと、
各基準点の前記位置に基づいて、前記腹腔鏡ポートの中心を通過する前記ポート面の法線ベクトルを判定することと、
前記ベクトルに対する前記ロボットアームおよび前記器具の位置を判定することと、
前記ロボットアームおよび前記器具に関連付けられた複数の駆動モータを制御して、前記ロボットアームまたは前記器具を前記ベクトルと位置合わせすることと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記複数の基準点中の各基準点間の所定の距離を取得することと、
各基準点と前記腹腔鏡ポートの前記中心との間の所定の距離を取得することと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の基準点中の各基準点の前記位置、前記複数の基準点中の各基準点間の前記所定の距離、および各基準点と前記腹腔鏡ポートの中心との間の前記所定の距離に基づいて、前記ベクトルを判定することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記器具の長さを取得することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ロボットアームの長さを取得することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の駆動モータを制御することは、前記ベクトルに対する前記ロボットアームおよび前記器具の前記位置、前記器具の前記長さ、ならびに前記ロボットアームの前記長さに基づく、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
複数の基準点中の各基準点の前記位置を判定することは、複数のセンサの各センサと前記複数の基準点の各基準点との間の距離を判定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
遠隔手術システムなどのロボット外科システムは、より少ない痛み、より短い入院期間、通常の活動へのより迅速な復帰、瘢痕の最小化、回復時間の低減、および組織へのより少ない損傷を含む、従来の観血的外科技術に勝る多くの利点を提供する低侵襲外科手技を実行するために使用される。
【０００２】
ロボット外科システムは、手術部位の画像捕捉デバイスによって捕捉された画像を視認する外科医による入力デバイスの動きに応答して、画像捕捉デバイス、ステープラ、電気外科器具などの、取り付けられた器具またはツールを動かす、複数のロボットアームを有することができる。外科手技中、ツールの各々は、開口部、例えば、腹腔鏡ポートを通して患者に挿入され、手術部位の組織を操作するように位置付けられ得る。開口部は、外科器具が、協働して外科手技を行うために使用され得、かつ画像捕捉デバイスが、手術部位を視認し得るように、患者の身体の周りに配置される。
【０００３】
外科手技中、ツールは、臨床医によって複数の自由度で操作される。腹腔鏡ポートを通してツールを操作するために、臨床医は、ツールの挿入および／または除去を容易にするためにロボットアームを正しく位置付ける必要がある。しかしながら、正しい位置を取得することは、比較的時間がかかるステップであり得る。さらに、臨床医によるロボットアームの手動的な位置付けは、外科手技のこのステップにさらに時間および複雑さを追加する。
【０００４】
したがって、外科手技の複雑さおよび持続期間を低減するとともに、外科手技の転帰および／または結果を増加させるために、ロボット外科システムのロボットアームを誘導する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、概して、ロボット外科システムの誘導に関し、特に、開口または腹腔鏡ポートを通してツールを自動的に挿入および／または除去するようにロボット外科システムのロボットアームを誘導することに関する。
【０００６】
本開示の一態様では、ロボット外科システムが提供される。このシステムは、少なくとも１つのロボットアーム、ロボットアームに結合された少なくとも１つの器具、および少なくとも１つのロボットアームと少なくとも１つの器具を駆動するように構成された複数の駆動モータを含む。このシステムはまた、複数の基準点を有する腹腔鏡ポートと、複数の基準点を検出するように構成されたセンサとを含む。複数の駆動モータを制御するように構成されたコントローラは、複数の基準点中の各基準点間の現在の距離を判定することと、各基準点間の距離に基づいて腹腔鏡ポートの位置を判定することと、腹腔鏡ポートの位置に対する少なくとも１つのロボットアームおよび少なくとも１つの器具の位置を判定することと、複数の駆動モータを制御して、少なくとも１つのロボットアームまたは少なくとも１つの器具を腹腔鏡ポートと位置合わせすることと、を行うように構成されたプロセッサを含む。
【０００７】
実施形態では、プロセッサは、複数の基準点中の各基準点間の所定の距離を取得することと、各基準点と腹腔鏡ポートとの間の所定の距離を取得することとを行うようにも構成されている。プロセッサは、複数の基準点中の各基準点間の現在の距離、複数の基準点中の各基準点間の所定の距離、および各基準点と腹腔鏡ポートとの間の所定の距離に基づいて、腹腔鏡ポートの位置を判定してもよい。
【０００８】
実施形態では、プロセッサは、少なくとも１つの器具の長さおよび少なくとも１つのロボットアームの長さを取得するように構成されている。複数の駆動モータを制御することは、腹腔鏡ポートの位置に対する少なくとも１つのロボットアームおよび少なくとも１つの器具の位置、少なくとも１つの器具の長さ、ならびに少なくとも１つのロボットアームの長さに基づいてもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、複数の基準点はアクティブな発光ダイオードである。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ロボット外科システムは、複数の基準点に向けられた光を発するように構成されている光源を含む。複数の基準点は反射材料を含むことができ、光源から発せられた光は複数の基準点によって反射され、センサによって検出されることがある。
【００１１】
本開示の別の態様では、腹腔鏡ポートに向けてロボットアームおよび／または器具を誘導する方法が提供される。この方法は、腹腔鏡ポートの周りに配置された複数の基準点中の各基準点間の現在の距離を判定することと、各基準点間の距離に基づいて腹腔鏡ポートの位置を判定することとを含む。この方法はまた、腹腔鏡ポートの位置に対するロボットアームおよび器具の位置を判定することと、ロボットアームおよび器具に関連付けられた複数の駆動モータを制御して、ロボットアームまたは器具を腹腔鏡ポートと位置合わせすることとを含む。
【００１２】
実施形態では、方法は、複数の基準点中の各基準点間の所定の距離を取得することと、各基準点と腹腔鏡ポートとの間の所定の距離を取得することとを含む。この方法は、複数の基準点中の各基準点間の現在の距離、複数の基準点中の各基準点間の所定の距離、および各基準点と腹腔鏡ポートとの間の所定の距離に基づいて、腹腔鏡ポートの位置を判定することも含む。
【００１３】
実施形態では、方法は、器具の長さを取得することと、ロボットアームの長さを取得することとを含む。複数の駆動モータを制御することは、腹腔鏡ポートの位置に対するロボットアームおよび器具の位置、器具の長さ、ならびにロボットアームの長さに基づく。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示の様々な態様を、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する図面を参照して本明細書において以下に記載する。
【００１５】
【図１】本開示によるロボット外科システムのユーザーインターフェースおよびロボットシステムの概略図である。
【図２Ａ】本開示による腹腔鏡ポートの上面図である。
【図２Ｂ】図１のロボットシステムのロボットアームの一部の斜視図であり、ロボットアームに外科器具が取り付けられている。
【図３Ａ】本開示による例示的なアウトサイドルッキングイン（ｏｕｔｓｉｄｅ−ｌｏｏｋｉｎｇ−ｉｎ）光学システムの斜視図である。
【図３Ｂ】本開示による例示的なインサイドルッキングアウト（ｉｎｓｉｄｅ−ｌｏｏｋｉｎｇ−ｏｕｔ）光学システムの斜視図である。
【図３Ｃ】手術室の周りに配置されたセンサを含む、本開示による例示的な光学システムの斜視図である。
【図４】図３Ａ、３Ｂ、または３Ｃの光学システムを含む本開示の自動誘導システムの動作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】
【００１６】
本開示は、外科手技中に補足された画像を利用して、ロボット外科システムにおける１つ以上のロボットアームを誘導するシステムおよび方法に関する。外科手技中に補足された画像データを分析して、デバイスまたはツールが連結されたロボットアームを誘導して、腹腔鏡ポートからツールを挿入および／または除去することができる。本明細書に記載のシステムでは、１つ以上の腹腔鏡ポートは３つの基準点、例えば、基準点間の既知の距離および基準点と腹腔鏡ポートの中心との間の既知の距離を有するアクティブな赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。各基準点の位置は、モーション分析技術を使用して分析し、基準点によって定義される平面を確立し、ロボットアームを所定の位置に移動するために必要なステップを確立する。３つの基準点に対する腹腔鏡ポートの中心の位置は、ツールを挿入および／または削除する場所、ならびにツールの方向角度を判定する。
【００１７】
本明細書に記載のシステムでは、腹腔鏡ポートを通してツールを挿入および／または除去するためにロボットアームを位置合わせおよび方向付けることは、１つ以上の変数に依存する。変数は、３つ以上の基準点間の距離、基準点と腹腔鏡ポートの中心との間の距離、基準点によって定義されたポート平面、ならびに／または交換可能なツールおよびロボットアームの長さを含むことができるが、これらに限定されない。
【００１８】
本明細書に記載のシステムは、腹腔鏡ポートへのロボット機器のより迅速な設置、外科手技中の臨床医側の介入の減少、および／または潜在的に腹腔鏡ポート部位との衝突事故の低減を可能にする。
【００１９】
図１を参照すると、ロボット外科システム１００は、手術室に隣接するか、または遠隔場所に位置する１つ以上のコンソール１０２と共に使用することができる。この場合、臨床医または看護師の１つのチームが患者の手術準備を行い、１つ以上のツール１０４でロボット外科システム１００を構成し、かつ別の臨床医（または臨床医のグループ）がロボット外科システムを介して機器を遠隔制御する。理解され得るように、高度に熟練した臨床医は、自身の遠隔コンソールを離れることなく、複数の場所で複数の動作を行うことができ、これは、経済的に有益であり、患者または一連の患者にとっての利益となり得る。
【００２０】
外科システム１００のロボットアーム１０６は、典型的には、コントローラ１１０によって一対のマスターハンドル１０８に結合される。コントローラ１１０は、コンソール１０２と統合されてもよく、または手術室内のスタンドアロンデバイスとして提供されてもよい。ハンドル１０６は、ロボットアーム１０６に取り付けられた任意のタイプのツール１０４（例えば、プローブ、機械的または電気外科的エンドエフェクタ、把持器、ナイフ、はさみなど）の作業端の対応する動きを生み出すために臨床医によって動かされ得る。例えば、ツール１０４は、画像補足デバイスを含むプローブであり得る。
【００２１】
コンソール１０２は、二次元または三次元画像を表示するように構成された表示デバイス１１２を含む。表示デバイス１１２は、手術部位の画像を表示し、これは、アーム１０６の端部１１４に位置付けられたツール１０４によって補足されたデータを含んでもよく、および／または手術室の周りに位置付けられた撮像デバイス（例えば、手術部位内に位置付けられた撮像デバイス、患者に隣接して位置付けられた撮像デバイス、撮像アームの遠位端に位置付けられた撮像デバイス）によって補足されたデータを含んでもよい。撮像デバイスは、手術部位の視覚画像、赤外線画像、超音波画像、Ｘ線画像、熱画像、および／または他の既知のリアルタイム画像を補足してもよい。撮像デバイスは、補足された画像データをコントローラ１１０に送信し、コントローラ１１０は、撮像データから手術部位の画像をリアルタイムで作成し、表示のために表示デバイス１１２に画像を送信する。
【００２２】
マスターハンドル１０８の動きは、臨床医の操作手によって実行される動きとは異なる、小さいまたは大きい、対応する動きを作業端が有するようにスケーリングされてもよい。操作者が外科器具１０４の作業端の分解能を制御できるように、倍率またはギア比は調整可能であってもよい。
【００２３】
外科システム１００の動作中、マスターハンドル１０８は臨床医によって操作され、ロボットアーム１０６および／または外科器具１０４の対応する動きを生成する。マスターハンドル１０８は、信号をコントローラ１１０に提供し、コントローラ１１０は、対応する信号を１つ以上の駆動モータ１１４に提供する。１つ以上の駆動モータ１１４は、ロボットアーム１０６および／または外科器具１０４を動かすためにロボットアーム１０６に連結される。
【００２４】
マスターハンドル１０８は、様々な組織パラメータまたは条件、例えば、操作、切断または他の手技による組織抵抗、器具による組織への圧力、組織温度、組織インピーダンスなどに関するフィードバックを臨床医に提供するための様々なハプティック１１６を含み得る。理解できるように、そのようなハプティック１１６は、実際の動作状態をシミュレートする強化された触覚フィードバックを臨床医に提供する。ハプティック１１６は、振動モータ、電気活性ポリマー、圧電デバイス、静電デバイス、亜音速音波表面作動デバイス、逆電気振動、またはユーザーに触覚フィードバックを提供できる他のデバイスを含んでもよい。マスターハンドル１０８はまた、実際の動作条件を模倣する臨床医の能力をさらに高める繊細な組織操作または治療のための様々な異なるアクチュエータ（図示せず）を含むことができる。
【００２５】
コントローラ１１０は、トランシーバ１１８およびプロセッサ１２０を含む。トランシーバ１１８は、赤外線センサ１２２から信号を受信するが、これについては以下でより詳細に記載する。赤外線センサからの信号は、任意の従来の有線または無線方法を介してトランシーバ１１８に送信されてもよい。トランシーバ１１８は、プロセッサ１２０内の運動分析ユニット１２４に信号を提供し、プロセッサ１２０は、１つ以上の駆動モータ１１４を制御してロボットアーム１０６および／または外科器具１０４を正しい位置および／または方向に移動させるために信号の運動分析を実行する。メモリ１２６は、運動分析を実行するために使用されるアルゴリズムを格納してもよい。いくつかの実施形態では、メモリ１２６は、器具１０４、ロボットアーム１０６、および以下で議論される腹腔鏡ポートに関する情報を含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）を格納し得る。
【００２６】
以下で詳細に記載するように、赤外線センサは赤外線光源から光を受光する。赤外線センサは、ロボットアーム１０６、外科器具１０４、腹腔鏡ポート１３０に配置されてもよく、または手術環境のどこに配置されてもよい。赤外線光源は、ロボットアーム１０６、外科器具１０４、腹腔鏡ポート１３０に組み込まれてもよく、または手術環境のどこに配置されてもよい。
【００２７】
図２Ａを参照すると、腹腔鏡ポート１３０は、腹腔鏡ポート１３０のポート開口１３１の周りのポート面に位置付けられた少なくとも３つのポート基準点１３２ａ〜ｃを有する。ポート面は、腹腔鏡ポート１３０の外面１３３（図３Ａ）によって定義されてもよい。ポート基準点１３２ａ〜ｃは、ポート基準点１３２ａ〜ｃ間の距離Ｄ１〜３、およびポート基準点１３２ａ〜ｃと既知のポート開口１３１の中心「Ｘ」との間の距離Ｐ１〜３で、ポート開口１３１の周りに位置付けられる。
【００２８】
図２Ｂを参照すると、ロボットアーム１０６は、ロボットアーム１０６の縦軸に直交するアーム平面に位置付けられた少なくとも３つのアーム基準点１０７ａ〜ｃを有する。アーム平面は、ロボットアーム１０６の遠位面１０３によって定義されてもよい。ポート基準点１３２ａ〜ｃと同様に、アーム基準点１０７ａ〜ｃ間の距離、およびアーム基準点１０７ａ〜ｃのそれぞれとロボットアーム１０６の縦軸との間の距離は既知である。
【００２９】
図３Ａを参照すると、ロボットアーム１０６および腹腔鏡ポート１３０を含む本開示の一実施形態によるアウトサイドルッキングイン光学システムが示されている。そのような実施形態では、腹腔鏡ポート１３０のポート基準点１３２ａ〜ｃは、それぞれ特有の特性（例えば、波長、位相）を有する赤外光ＩＬ１〜３を放出する赤外光源（例えば、アクティブな赤外発光ダイオード（ＬＥＤ））であり、アーム基準点１０７ａ〜ｃは、トランシーバ１１８（図１）と通信する赤外線センサ（例えば、赤外線カメラ）である。アーム基準点１０７ａ〜ｃは、ポート基準点１３２ａ〜ｃからの赤外光（例えば、ＩＬ１〜３）がそれぞれのアーム基準点１０７ａ〜ｃに到達するのにかかる時間を判定し、運動分析ユニット１２４への時間を示す信号を提供する。
【００３０】
図３Ｂを参照すると、ロボットアーム１０６および腹腔鏡ポート１３０を含む本開示の一実施形態によるインサイドルッキングアウト光学システムが示されている。少なくとも３つのアーム基準点１０７ａ〜ｃは、それぞれ特有の特性（例えば、波長、位相）を有する赤外光ＥＬ１〜３を放出する赤外光源（例えば、アクティブな赤外発光ダイオード（ＬＥＤ））であり、腹腔鏡ポート１３０の少なくとも３つは、トランシーバ１１８（図１）と通信する赤外線センサ（例えば、赤外線カメラ）である。ポート基準点１３２ａ〜ｃは、アーム基準点１０７ａ〜ｃからの赤外光（例えば、ＥＬ１〜３）がそれぞれのポート基準点１３２ａ〜ｃに到達するのにかかる時間を判定し、運動分析ユニット１２４を示す信号を提供する。
【００３１】
図３Ｃを参照すると、ロボットアーム１０６および腹腔鏡ポート１３０を含む本開示の実施形態による固定光学システムが示されている。そのような実施形態では、少なくとも３つの赤外線センサ１９２ａ〜ｃ（例えば、赤外線カメラ）は、手術室の周りに位置付けられ、トランシーバ１１８（図１）と通信する。腹腔鏡ポート１３０のポート基準点１３２ａ〜ｃは、それぞれ特有の特性（例えば、波長、位相）を有する赤外光ＩＬ１〜３を放出する赤外光源（例えば、アクティブな赤外発光ダイオード（ＬＥＤ））およびアーム基準点１０７ａ〜ｃであり、アーム基準点１０７ａ〜ｃは、それぞれ特有の特性（例えば、波長、位相）を有する赤外光ＥＬ１〜３を放出する赤外光源（例えば、アクティブな赤外発光ダイオード（ＬＥＤ））である。手術室内の赤外線センサ１９２ａ〜ｃの位置は、赤外線センサ１９２ａ〜ｃに対するアーム基準点１０７ａ〜ｃおよびポート基準点１３２ａ〜ｃの位置が以下に詳述するように判定できるように知られている。赤外線センサ１９２ａ〜ｃは、アーム基準点１０７ａ〜ｃおよびポート基準点１３２ａ〜ｃからの赤外光（例えば、ＩＬ１〜３またはＥＬ１〜３）がそれぞれの赤外線センサ１９２ａ〜ｃに到達するのにかかる時間を判定し、運動分析ユニット１２４に時間を示す信号を提供する。
【００３２】
図４を参照して以下で詳述するように、運動分析ユニット１２４（図１）は、基準点１０７ａ〜ｃ、１３２ａ〜ｃからの信号に基づいて、腹腔鏡ポート１３０に対するロボットアーム１０６の位置を判定する。図１〜３Ａを参照しながら図４を記載する。図４に示すように、ユーザーはステップｓ２０２で腹腔鏡ポート識別番号を入力する。腹腔鏡ポート識別番号に基づいて、動作分析ユニットは、ステップｓ２０４でメモリ１２６に問い合わせて、ポート基準点１３２ａ〜ｃ間の距離（図２Ａに示されるＤ１、Ｄ２、およびＤ３）、および各ポート基準点１３２ａ〜ｃと腹腔鏡ポート１３０に対応するポート開口１３１のポート中心「Ｘ」（図２Ａに示されるようにＰ１、Ｐ２およびＰ３）との間の距離を取得する。ステップｓ２０６では、機器識別番号が取得される。ロボットアーム１０６に結合された器具１０４の器具識別番号は、ユーザー入力を介して取得されてもよく、または器具１０４に含まれる集積回路（ＩＣ）から取得されてもよい。ステップｓ２０８において、機器１０４の長さは、メモリ１２４または機器１０４に含まれるＩＣのいずれかから機器識別番号に基づいて取得される。ステップｓ２１０では、ロボットアーム識別番号が取得される。ロボットアーム識別番号は、ユーザー入力を介して取得されてもよく、またはロボットアーム１０６に含まれるＩＣから取得されてもよい。ステップｓ２１２において、ロボットアーム１０６の形状は、メモリ１２４またはロボットアーム１０６に含まれるＩＣのいずれかから、ロボットアーム識別番号に基づいて取得される。
【００３３】
ステップｓ２１４において、運動分析ユニット１２４は、それぞれのポート基準点１３２ａ〜ｃからのそれぞれの赤外光（例えば、ＩＬ１〜３）がそれぞれのアーム基準点１０７ａ〜ｃに到達した時間を表すアーム基準点１０７ａ〜ｃから信号を受信する。アーム基準点１０７ａ〜ｃからの信号に基づいて、運動分析ユニット１２４は、ステップｓ２１６において、ポート基準点１３２ａ〜ｃのそれぞれとアーム基準点１０７ａ〜ｃのそれぞれとの間の距離を判定するために、３次元球面三辺測量を使用する。
【００３４】
３次元の点の位置を判定するために使用される３次元球面三辺測量の詳細な議論については、その全内容は参照により本明細書に組み込まれるＭｕｒｐｈｙ  Ｊｒ．、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｓ  ＆  Ｈｅｒｅｍａｎ、Ｗｉｌｌｙ、Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｔｒｉｌａｔｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ  Ｄｉｓｔａｎｃｅｓ、１９９９年１１月２８日、ｈｔｔｐ：／／ｉｎｓｉｄｅ．ｍｉｎｅｓ．ｅｄｕ／〜ｗｈｅｒｅｍａｎ／ｐａｐｅｒｓ／Ｍｕｒｐｈｙ−Ｈｅｒｅｍａｎ−Ｔｒｉｌａｔｅｒａｔｉｏｎ−１９９５．ｐｄｆを参照することができる。
【００３５】
ステップｓ２１８において、各アーム基準点１０７ａ〜ｃに対する各ポート基準点１３２ａ〜ｃ間の距離、ポート基準点１３２ａ〜ｃにより定義されるポート面は、アーム基準点１０７ａ〜ｃに対して判定される。
【００３６】
少なくとも３つのポート基準点（例えば、ポート基準点１３２ａ〜ｃ）は、次のように判定することができるアーム基準点１０７ａ〜ｃに対してポート面を定義するために必要であることが理解されるであろう。
１．次のように、１３２ａ、１３２ｂからのベクトルと１３２ａ、１３２ｃからのベクトルを解く。
【数１】
2020520745.tif 000003
２．次のように法線ベクトルを判定する。
【数２】
2020520745.tif 000004
３．次のように、法線ベクトルから平面の方程式を判定する。
【数３】
2020520745.tif 000005
４．平面上の既知の点を使用して、ｄを解く。
【００３７】
上記で詳述したように、アーム基準点１０７ａ〜ｃはセンサであり、ポート基準点１３２ａ〜ｃは光源である。あるいは、アーム基準点１０７ａ〜ｃは光源であり得、ポート基準点１３２ａ〜ｃは運動分析ユニット１２４と通信するセンサであり得る。加えて、上記で詳述したように、アーム基準点１０７ａ〜ｃおよびポート基準点１３２ａ〜ｃは光源であり得、センサ１９２ａ〜ｃは運動分析ユニット１２４と通信するセンサであり得る。
【００３８】
加えて、ステップｓ２１８の間、運動分析ユニット１２４は、３つのアーム基準点１０７ａ〜ｃの位置からポート面上のポート中心「Ｘ」を判定する。ポート中心「Ｘ」を判定するために、運動分析ユニット１２４は以下の方程式系を解く。
（Ｘｘ−ＸＡ）２＋（Ｙｘ−ＹＡ）２＋（Ｚｘ−ＺＡ）２＝ＲＡ２
（Ｘｘ−ＸＢ）２＋（Ｙｘ−ＹＢ）２＋（Ｚｘ−ＺＢ）２＝ＲＢ２
（Ｘｘ−ＸＣ）２＋（Ｙｘ−ＹＣ）２＋（Ｚｘ−ＺＣ）２＝ＲＣ２
ここで、ＲＡ〜Ｃは、各ポート基準点１３２ａ〜ｃがアーム基準点１０７ａ〜ｃのいずれかからの距離である。
【００３９】
ステップｓ２２０では、ポート基準点１３２ａ〜ｃの位置およびポート中心「Ｘ」から、ポート基準点１３２ａ〜ｃによって定義されポート中心「Ｘ」を通過するポート平面に垂直なベクトル「Ｖ」は、アーム基準点１０７ａ〜ｃに対するポート開口１３１の方向が提供される。
【００４０】
ステップｓ２２２において、運動分析ユニット１２４は、腹腔鏡ポート１３０に対するロボットアーム１０６および器具１０４の現在の位置を判定する。器具１０４の現在の位置を判定するために、運動分析ユニット１２４は、ロボットアーム１０６、器具１０４のリンクの既知の形状、およびロボットアーム１０６のリンク間の測定角度に基づく逆運動学を使用することができる。
【００４１】
ステップｓ２２４では、ステップｓ２０８で取得された器具１０４の長さ、ステップｓ２１２で取得されたロボットアーム１０６の形状、ステップｓ２２０で判定された腹腔鏡ポート１３０の位置、およびステップｓ２２２で判定されたロボットアーム１０６の現在の位置（例えば、リンク間の角度）および器具１０４を使用して、ロボットアーム１０６および／または器具１０４が腹腔鏡ポート１３０に挿入および／または除去されきるように、器具１０４をベクトル「Ｖ」と位置合わせさせるために駆動モータ１１４を制御する方法を判定する。アーム基準点１０７ａ〜ｃに対するベクトル「Ｖ」を判定することにより、ロボットアーム１０６、したがって器具１０４の動きがポート基準点１３２ａ〜ｃに対するものであることが理解されよう。ステップｓ２２６において、駆動モータ１１４は、器具１０４の挿入および／または除去を実行するように制御される。
【００４２】
本明細書で開示される実施形態は、本開示の実施例であり、様々な形態で具現化され得る。本明細書において開示される特定の構造的および機能的な詳細は、限定的であると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲の根拠として、かつ当業者に教示して本開示を実質的に任意の適切に詳細な構造として様々に用いるための代表的な根拠として解釈されるべきである。同様の参照番号は、図面の記載を通して類似または同一の要素を指す場合がある。
【００４３】
フレーズ「一実施形態において」、「実施形態において」、「いくつかの実施形態において」、または「他の実施形態において」は、それぞれ、本開示による同じまたは異なる実施形態の１つ以上を指し得る。「ＡまたはＢ」という形式のフレーズは、「（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡおよびＢ）」を意味する。「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つ」という形式のフレーズは、「（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）、または（Ａ、Ｂ、Ｃ）」を意味する。臨床医は、外科医または医療手技を行う医師、看護師、技術者、医療助手などの医療専門家を指す場合がある。
【００４４】
本明細書で記載されたシステムはまた、１つ以上のコントローラを利用して、さまざまな情報を受信し、受信した情報を変換して出力を生成することができる。コントローラは、メモリに格納された一連の命令を実行できる任意のタイプのコンピューティングデバイス、計算回路、もしくは任意のタイプのプロセッサまたは処理回路を含むことができる。コントローラは、複数のプロセッサおよび／またはマルチコア中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラなどの任意のタイプのプロセッサを含むことができる。コントローラはまた、一連の命令を実行するためのデータおよび／またはアルゴリズムを格納するメモリを含んでもよい。
【００４５】
本明細書で説明されるシステムは、光学的または視覚的な動き追跡技術を利用する。しかしながら、加速度センサ、ジャイロスコープ、超音波、磁気、無線周波数、またはその他の光ベースの（ただし、これらに限定されない）上記の詳細な光学式モーショントラッキングテクノロジーの代わりに、またはそれと組み合わせて、他のモーショントラッキングテクノロジーを使用できることが想定されている（例えば、レーザー）モーショントラッキング技術。
【００４６】
本明細書に記載の方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれも、プログラミング言語またはコンピュータープログラムに変換するか、もしくはプログラミング言語またはコンピュータープログラムで表現することができる。「プログラミング言語」および「コンピュータープログラム」には、コンピュータへの指示を指定するために使用されるすべての言語が含まれ、これらの言語とその派生物（アセンブラー、ベーシック（Ｂａｓｉｃ）、バッチファイル、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、フォートラン（Ｆｏｒｔｒａｎ）、ジャバ（Ｊａｖａ（登録商標））、ジャバスクリプト（ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標））、マシンコード、オペレーティングシステムコマンド言語、Ｐａｓｃａｌ、Ｐｅｒｌ、ＰＬ１、スクリプト言語、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、プログラム自体を指定するメタ言語、およびすべての第１、第２、第３、第４、第５世代のコンピュータ言語が含まれる（が限定はされない）。また、データベースおよびその他のデータスキーマ、ならびにその他のメタ言語も含まれる。解釈、コンパイル、またはコンパイルと解釈の両方のアプローチを使用する言語を区別しない。プログラムのコンパイル済みバージョンとソースバージョンも区別されない。したがって、プログラミング言語が複数の状態（ソース、コンパイル済み、オブジェクト、またはリンクなど）で存在する可能性があるプログラムへの参照は、そのような状態のすべてへの参照である。プログラムへの参照には、実際の指示および／またはそれらの指示の意図が含まれる場合がある。
【００４７】
本明細書で記載された方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれも、１つ以上の機械可読媒体またはメモリに含まれ得る。「メモリ」という用語は、プロセッサ、コンピュータ、またはデジタル処理デバイスなどの機械によって読み取り可能な形式で情報を提供する（例えば、格納および／または送信する）メカニズムを含むことができる。たとえば、メモリには、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージメディア、光学ストレージメディア、フラッシュメモリデバイス、またはその他の揮発性または不揮発性メモリストレージデバイスが含まれる。その上に含まれるコードまたは命令は、搬送波信号、赤外線信号、デジタル信号、および他の同様の信号によって表すことができる。
【００４８】
上記の説明が単に本開示の例示的なものであることが理解されるべきである。様々な代替例および変更例が本開示から逸脱することなく当業者によって想到され得る。例えば、本明細書に記載された増強画像のいずれかを組み合わせて、臨床医に表示される単一の増強画像にすることができる。したがって、本開示は、全てのこのような代替例、変更例および差異を包含するように意図される。添付された図面を参照して説明された実施形態は、本開示の一定の例を説明するためにのみ提示される。上記および／または添付の請求項に説明されたものとは実質的ではない部分で異なる他の要素、ステップ、方法および技術はまた、本開示の範囲内にあるように意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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