特許 6567558 外科手術ロボットシステムにおいてカメラ位置を制御するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6567558

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28日

(54)【発明の名称】外科手術ロボットシステムにおいてカメラ位置を制御するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20190819BHJP

   A61B 1/00 20060101ALN20190819BHJP

【ＦＩ】

   A61B34/35

   !A61B1/00 650

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-567614(P2016-567614)

(86)(22)【出願日】2015年5月6日

(65)【公表番号】特表2017-525401(P2017-525401A)

(43)【公表日】2017年9月7日

(86)【国際出願番号】US2015029427

(87)【国際公開番号】WO2015175278

(87)【国際公開日】20151119

【審査請求日】2018年3月13日

(31)【優先権主張番号】61/993,379

(32)【優先日】2014年5月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512269650

【氏名又は名称】コヴィディエン リミテッド パートナーシップ

(74)【代理人】

【識別番号】100107489

【弁理士】

【氏名又は名称】大塩 竹志

(72)【発明者】

【氏名】パイネ， ウィリアム

【審査官】 吉川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００５９３９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５１３８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１６１１２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０５０８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３１０８４７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３４／３５

Ａ６１Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボット外科手術システムであって、
少なくとも１つのロボットアームと、
カメラと、
コンソールと
を備え、
前記コンソールは、
第１のハンドルと、
第２のハンドルと、
ロボット制御モードとカメラ制御モードとの間で選択するように構成されているセレクタスイッチと、
前記ロボット外科手術システムの動作を制御するように構成されているコントローラと
を含み、
前記第１のハンドルまたは前記第２のハンドルは、前記ロボット制御モードにおいて、前記少なくとも１つのロボットアームを制御し、前記第１のハンドルおよび前記第２のハンドルは、前記カメラ制御モードにおいて、前記カメラを制御し、
前記カメラ制御モードが選択されると、前記コントローラは、前記第１のハンドルのための第１の設定点および前記第２のハンドルのための第２の設定点を記録し、
前記コントローラは、前記第１の設定点の周囲に第１の不感帯を生成し、前記第２の設定点の周囲に第２の不感帯を生成し、
前記第１のハンドルが前記第１の不感帯を越えて移動させられ、かつ、前記第２のハンドルが前記第２の不感帯を越えて移動させられると、カメラ機能が前記カメラによって実行され、
前記カメラ機能は、前記カメラの移動であり、前記カメラの移動速度は、（ｉ）第１のハンドル位置と前記第１の設定点との間の距離、および、（ｉｉ）第２のハンドル位置と前記第２の設定点との間の距離に基づく、ロボット外科手術システム。

【請求項2】

前記コンソールからの信号に基づいて前記少なくとも１つのロボットアームを制御するように構成されている制御ユニットをさらに備えている、請求項１に記載のロボット外科手術システム。

【請求項3】

前記コンソールは、
前記第１のハンドルを制御するように構成されている第１のモータと、
前記第２のハンドルを制御するように構成されている第２のモータと
を含む、請求項１に記載のロボット外科手術システム。

【請求項4】

前記カメラ制御モードを起動すると、前記第１のハンドルおよび前記第２のハンドルは、位置制御状態に入り、前記位置制御状態において、前記第１のモータが前記第１のハンドルの設定位置を維持し、前記第２のモータが前記第２のハンドルの設定位置を維持する、請求項３に記載のロボット外科手術システム。

【請求項5】

前記第１のハンドルがユーザによって移動させられた後、前記第１のモータは、前記第１のハンドルを前記第１のハンドルの設定位置に戻す、請求項４に記載のロボット外科手術システム。

【請求項6】

前記第２のハンドルがユーザによって移動させられた後、前記第２のモータは、前記第２のハンドルを前記第２のハンドルの設定位置に戻す、請求項５に記載のロボット外科手術システム。

【請求項7】

ロボット外科手術システムにおいてカメラを制御する方法であって、前記ロボット外科手術システムは、第１のハンドルと、第２のハンドルと、セレクタスイッチと、コントローラと、記憶媒体とを有するコンソールを有し、前記記憶媒体は、命令を含み、前記命令は、前記コントローラによって実行されると、前記方法を実行することを前記ロボット外科手術システムに行わせ、前記方法は、
前記セレクタスイッチの起動に基づいて、前記コントローラが、前記ロボット外科手術システムをロボット制御モードからカメラ制御モードに遷移させることと、
前記コントローラが、前記第１のハンドルのための第１の設定点および前記第１の設定点の周囲の第１の不感帯を設定することと、
前記コントローラが、前記第２のハンドルのための第２の設定点および前記第２の設定点の周囲の第２の不感帯を設定することと、
前記第１のハンドルが前記第１の不感帯を越えて移動させられ、かつ、前記第２のハンドルが前記第２の不感帯を越えて移動させられると、前記カメラが、カメラ機能を実行することと
を含み、
前記カメラ機能は、前記カメラの移動であり、前記カメラの移動速度は、前記第１のハンドルが前記第１の設定点を越えて移動させられた距離および前記第２のハンドルが前記第２の設定点を越えて移動させられた距離に基づく、方法。

【請求項8】

前記外科手術システムは、第１のモータをさらに含み、前記方法は、力が前記第１のハンドルに加えられていないとき、前記第１のモータが、前記第１のハンドルを前記第１の設定点に維持することをさらに含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記外科手術システムは、第２のモータをさらに含み、前記方法は、力が前記第２のハンドルに加えられていないとき、前記第２のモータが、前記第２のハンドルを前記第２の設定点に維持することをさらに含む、請求項８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６１／９９３，３７９号（２０１４年５月１５日出願、名称「ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＣＡＭＥＲＡ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＲＯＢＯＴＩＣ ＳＹＳＴＥＭ」）に対する優先権を主張し、上記出願の内容は、参照により本明細書に引用される。

【背景技術】

【0002】

外科手術ロボットシステムは、外科医が低侵襲的外科手術を行うことをより容易にし、かつ疲れ難くする。従来の腹腔鏡下外科手術中、外科医は、外科手術中、外科手術器具を患者内で手動で方向づけ、移動させ、作動させていた。外科医は、長時間、扱いにくい位置において、外科手術器具を操縦し、保持し、起動させる必要があり、これは、不快感および疲労を生じさせていた。外科手術ロボットシステムは、不快感および疲労を低減させるために、外科医が外科手術器具のモータ式移動および作動を命令するために操作することを可能にする別個のコンソールおよび入力デバイスを有し得る。

【0003】

外科手術手技中、外科医は、患者の中に外科手術ポートを通して挿入される内視鏡カメラまたは腹腔鏡カメラを通して、手術部位の視覚的フィードバックを受信し得る。カメラ運動の制御は、音声制御（「左にパン」、「下にパン」、「ズームイン」等）、外科医がディスプレイ画面上の内視鏡画像を見るときの外科医の眼の追跡等の方法を使用して、または３次元マウスに類似した多軸力センサ等の別個の入力コントローラの使用（パンするために左、右、上、または下に押すこと、およびズームするために押し引きすること）によって遂行されている。

【0004】

前述に照らして、ユーザが、外科手術手技中、迅速かつ単純にカメラを移動させること、および／または視角を変更することを可能にするカメラ運動制御スキームの必要性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

ロボット外科手術システムが、本開示の側面において提供される。ロボット外科手術システムは、少なくとも１つのロボットアームと、カメラと、コンソールとを含む。コンソールは、第１のハンドルと、第２のハンドルと、ロボット制御モードとカメラ制御モードとの間で選択するように構成されているセレクタスイッチとを含む。システムにおいて、第１のハンドルまたは第２のハンドルは、ロボット制御モードにおいて、少なくとも１つのロボットアームを制御し、第１のハンドルおよび第２のハンドルは、カメラ制御モードにおいて、カメラを制御する。

【0006】

実施形態では、ロボット外科手術システムはまた、コンソールからの信号に基づいて少なくとも１つのロボットアームを制御するように構成されている制御ユニットを含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、コンソールは、第１のハンドルを制御するように構成されている第１のモータと、第２のハンドルを制御するように構成されている第２のモータとを含む。カメラ制御モードを起動すると、第１のハンドルおよび第２のハンドルは、第１のモータが第１のハンドルの設定位置を維持し、第２のモータが第２のハンドルの設定位置を維持する、位置制御状態に入る。第１のハンドルがユーザによって移動させられた後、第１のモータは、第１のハンドルを第１のハンドルの設定位置に戻し、第２のハンドルがユーザによって移動させられた後、第２のモータは、第２のハンドルを第２のハンドルの設定位置に戻す。

【0008】

他の実施形態では、コンソールは、ロボット外科手術システムの動作を制御するように構成されているコントローラを含む。カメラ制御モードが選択されると、コントローラは、第１のハンドルのための第１の設定点および第２のハンドルのための第２の設定点を記録する。コントローラはまた、第１の設定点の周囲に第１の不感帯および第２の設定点の周囲に第２の不感帯を生成する。カメラ機能は、第１のハンドルが第１の不感帯を越えて移動させられ、かつ第２のハンドルが第２の不感帯を越えて移動させられると、カメラによって行われる。カメラ機能は、カメラの移動であり得、カメラ移動の速度は、（ｉ）第１のハンドル位置と第１の設定点との間の距離、および、（ｉｉ）第２のハンドル位置と第２の設定点との間の距離に基づく。カメラ機能は、パン、フォーカス、機械的ズーム、デジタルズーム、または視認モード間の切り替えのうちの１つを含み得る。

【0009】

第１のハンドルと、第２のハンドルと、セレクタスイッチとを伴うコンソールを有するロボット外科手術システムにおいてカメラを制御する方法もまた、本開示の側面において提供される。方法は、セレクタスイッチを起動し、ロボット外科手術システムをロボット制御モードからカメラ制御モードに遷移させることを含む。方法はまた、第１のハンドルのための第１の設定点および第１の設定点の周囲の第１の不感帯を設定することと、第２のハンドルのための第２の設定点および第２の設定点の周囲の第２の不感帯を設定することとを含む。カメラ機能は、第１のハンドルが第１の不感帯を越えて移動させられ、かつ第２のハンドルが第２の不感帯を越えて移動させられると、行われる。

【0010】

いくつかの実施形態では、カメラ機能は、パン、フォーカス、機械的ズーム、デジタルズーム、または視認モード間の切り替えのうちの１つを含む。カメラ機能は、カメラの移動であり得、カメラ移動の速度は、第１のハンドルが第１の設定点を越えて移動させられた距離および第２のハンドルが第２の設定点を越えて移動させられた距離に基づく。

【0011】

他の実施形態では、方法は、力が第１のハンドルに加えられていないとき、第１のハンドルを第１の設定点に維持することと、力が第２のハンドルに加えられていないとき、第２のハンドルを第２の設定点に維持することとを含む。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
ロボット外科手術システムであって、
少なくとも１つのロボットアームと、
カメラと、
コンソールと
を備え、
前記コンソールは、
第１のハンドルと、
第２のハンドルと、
ロボット制御モードとカメラ制御モードとの間で選択するように構成されているセレクタスイッチと
を含み、
前記第１のハンドルまたは前記第２のハンドルは、前記ロボット制御モードにおいて、前記少なくとも１つのロボットアームを制御し、前記第１のハンドルおよび前記第２のハンドルは、前記カメラ制御モードにおいて、前記カメラを制御する、ロボット外科手術システム。
（項目２）
前記コンソールからの信号に基づいて前記少なくとも１つのロボットアームを制御するように構成されている制御ユニットをさらに備えている、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目３）
前記コンソールは、
前記第１のハンドルを制御するように構成されている第１のモータと、
前記第２のハンドルを制御するように構成されている第２のモータと
を含む、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目４）
前記カメラ制御モードを起動すると、前記第１のハンドルおよび前記第２のハンドルは、位置制御状態に入り、前記位置制御状態において、前記第１のモータが前記第１のハンドルの設定位置を維持し、前記第２のモータが前記第２のハンドルの設定位置を維持する、項目３に記載のロボット外科手術システム。
（項目５）
前記第１のハンドルがユーザによって移動させられた後、前記第１のモータは、前記第１のハンドルを前記第１のハンドルの設定位置に戻す、項目４に記載のロボット外科手術システム。
（項目６）
前記第２のハンドルがユーザによって移動させられた後、前記第２のモータは、前記第２のハンドルを前記第２のハンドルの設定位置に戻す、項目５に記載のロボット外科手術システム。
（項目７）
前記コンソールは、前記ロボット外科手術システムの動作を制御するように構成されているコントローラを含む、項目１に記載のロボット外科手術システム。
（項目８）
前記カメラ制御モードが選択されると、前記コントローラは、前記第１のハンドルのための第１の設定点および前記第２のハンドルのための第２の設定点を記録する、項目７に記載のロボット外科手術システム。
（項目９）
前記コントローラは、前記第１の設定点の周囲に第１の不感帯および前記第２の設定点の周囲に第２の不感帯を生成する、項目８に記載のロボット外科手術システム。
（項目１０）
カメラ機能は、前記第１のハンドルが前記第１の不感帯を越えて移動させられ、かつ前記第２のハンドルが前記第２の不感帯を越えて移動させられると、前記カメラによって行われる、項目９に記載のロボット外科手術システム。
（項目１１）
前記カメラ機能は、前記カメラの移動であり、前記カメラ移動の速度は、（ｉ）第１のハンドル位置と前記第１の設定点との間の距離、および、（ｉｉ）第２のハンドル位置と前記第２の設定点との間の距離に基づく、項目１０に記載のロボット外科手術システム。
（項目１２）
前記カメラ機能は、パン、フォーカス、機械的ズーム、デジタルズーム、または視認モード間の切り替えを含む、項目１０に記載のロボット外科手術システム。
（項目１３）
ロボット外科手術システムにおいてカメラを制御する方法であって、前記ロボット外科手術システムは、第１のハンドルと、第２のハンドルと、セレクタスイッチとを伴うコンソールを有し、前記方法は、
前記セレクタスイッチを起動し、前記ロボット外科手術システムをロボット制御モードからカメラ制御モードに遷移させることと、
前記第１のハンドルのための第１の設定点および前記第１の設定点の周囲の第１の不感帯を設定することと、
前記第２のハンドルのための第２の設定点および前記第２の設定点の周囲の第２の不感帯を設定することと、
前記第１のハンドルが前記第１の不感帯を越えて移動させられ、かつ前記第２のハンドルが前記第２の不感帯を越えて移動させられると、カメラ機能を行うことと
を含む、方法。
（項目１４）
前記カメラ機能は、パン、フォーカス、機械的ズーム、デジタルズーム、または視認モード間の切り替えを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記カメラ機能は、前記カメラの移動であり、前記カメラ移動の速度は、前記第１のハンドルが前記第１の設定点を越えて移動させられた距離および前記第２のハンドルが前記第２の設定点を越えて移動させられた距離に基づく、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
力が前記第１のハンドルに加えられていないとき、前記第１のハンドルを前記第１の設定点に維持することをさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
力が前記第２のハンドルに加えられていないとき、前記第２のハンドルを前記第２の設定点に維持することをさらに含む、項目１６に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本開示の前述および他の側面、特徴、ならびに利点は、付随の図面と関連して検討されることによって、以下の発明を実施するための形態に照らしてより明白になるであろう。

【図1】図１は、本開示のある実施形態による、ロボット外科手術システムのシステムブロック図である。

【図2】図２は、図１のコンソールのシステムブロック図である。

【図3A】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3B】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3C】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3D】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3E】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3F】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3G】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3H】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3I】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3J】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3K】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【図3L】図３Ａ−３Ｌは、図１の内視鏡カメラを制御するために使用される運動を描写する。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書に開示される種々の実施形態は、ロボット外科手術システムと協働するようにも構成され得、これは、一般に、「遠隔外科手術」と称される。そのようなシステムは、種々のロボット要素を用いることにより、外科医を補助し、外科手術器具類の遠隔動作（または部分的遠隔動作）を可能にする。種々のロボットアーム、ギヤ、カム、プーリ、電気的および機械的モータ等が、この目的のために用いられ得、手術または治療の過程中、外科医を補助するように、ロボット外科手術システムとともに設計され得る。そのようなロボットシステムは、遠隔操向可能システム、自動フレキシブル外科手術システム、遠隔フレキシブル外科手術システム、遠隔関節運動外科手術システム、ワイヤレス外科手術システム、モジュール式または選択的に構成可能な遠隔で動作させられる外科手術システム等を含み得る。

【0014】

ロボット外科手術システムは、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とともに用いられ得る。この事例では、外科医または看護士の１チームが、外科手術のために患者を準備し、ロボット外科手術システムを本明細書に開示される器具のうちの１つ以上のもので構成し、別の外科医（または外科医群）が、ロボット外科手術システムを介して、器具を遠隔で制御し得る。理解され得るように、高度な技術を持つ外科医は、その遠隔コンソールから離れずに、複数の場所における複数の手術を行い得、これは、患者または患者群に経済的に有利かつ有益であり得る。

【0015】

外科手術システムのロボットアームは、典型的には、コントローラによって、一対のマスタハンドルに結合される。ハンドルは、外科医によって移動させられ、本明細書に説明される実施形態のうちの１つ以上のものの使用を補完し得る任意のタイプの外科手術器具（例えば、エンドエフェクタ、把持装置、メス、剪刀等）の作業端の対応する移動をもたらすことができる。マスタハンドルの移動は、スケーリングされ得、作業端は、外科医の操作を行う手によって行われる移動と異なる、それより小さい、またはそれより大きい対応する移動を有する。スケーリング係数またはギヤ比は、オペレータが外科手術器具の作業端の分解能を制御し得るように調節可能であり得る。

【0016】

マスタハンドルは、種々の触知センサを含み、触知センサは、種々の組織パラメータまたは条件（例えば、操作、切断、または別様に治療することに起因する組織抵抗、組織上への器具による圧力、組織温度、組織インピーダンス等）に関連するフィードバックを外科医に提供し得る。理解され得るように、そのようなセンサは、外科医に、実際の動作条件をシミュレートする向上した触覚フィードバックを提供する。マスタハンドルは、繊細な組織操作または治療のための種々の異なるアクチュエータも含み、実際の動作条件を模倣するための外科医の能力をさらに向上させ得る。

【0017】

外科手術システムは、いくつかの事例では、外科手術ポートを通して患者の中（腹腔または胸腔であり得る）に挿入される内視鏡カメラまたは腹腔鏡カメラも用い得る。マスタハンドルは、パンおよびズーム等のカメラ機能を制御するために、外科医によって使用され得る。

【0018】

最初に、図１を参照すると、外科手術ロボットシステムが、概して、システム１０として示され、概して、複数のロボットアーム１２、１４と、制御デバイス１６と、制御デバイス１６と結合されるオペレーティングコンソール１８とを含み得る。オペレーティングコンソール１８は、特に、２次元（２Ｄ）画像または３次元（３Ｄ）画像を表示するように設定され得るディスプレイデバイス２０と、マスタハンドル２２、２４とを含み得、人（図示せず）、例えば、外科医は、マスタハンドルを用いて、第１の動作モードにおいてロボットアーム１２、１４を遠隔操作可能であり得る。

【0019】

ロボットアーム１２、１４の各々は、関節を通して接続される複数の部材と、取り付けデバイス２６、２８とを含み得、例えば、以下により詳細に説明されるように、本明細書に開示されるいくつかの実施形態のうちの任意の１つによるエンドエフェクタ３０を支持する外科手術ツール「ＳＴ」が、取り付けデバイスに取り付けられ得る。

【0020】

ロボットアーム１２、１４は、制御デバイス１６に接続される電気駆動部（図示せず）によって駆動され得る。制御デバイス１６（例えば、コンピュータ）は、特に、コンピュータプログラムによって駆動部を起動させるように設定され得、それによって、ロボットアーム１２、１４、それらの取り付けデバイス２６、２８、したがって、外科手術ツール（エンドエフェクタ３０を含む）は、マスタハンドル２２、２４を用いて定義された移動に従って、所望の移動を実行する。制御デバイス１６は、それがロボットアーム１２、１４および／または駆動部の移動を調整するようにも設定され得る。

【0021】

システム１０は、エンドエフェクタ３０を用いて低侵襲的様式で治療されるべき患者台３４上に横たわる患者３２に対する使用のために構成され得る。システム１０は、３つ以上のロボットアーム１２、１４も含み得、追加のロボットアームは、同様に、制御デバイス１６に接続され、オペレーティングコンソール１８を用いて遠隔操作可能である。医療器具または外科手術ツール（エンドエフェクタ３０を含む）はまた、追加のロボットアームに取り付けられ得る。システム１０は、特に、制御デバイス１６に結合されたデータベース３６を含み得、例えば、患者／生物３２からの術前データおよび／または解剖学的図表が、データベースに記憶され得る。

【0022】

コンソール１８は、コンソールをロボット制御モードからカメラ制御モードに切り替えるためのセレクタスイッチ３８を含み得る。ロボット制御モードにおいて、マスタハンドル２２、２４は、ロボットアーム１２、１４および／またはエンドエフェクタ３０の動作を制御する。セレクタスイッチ３８の起動に応じて、コンソールは、カメラ制御モードに切り替わり、マスタハンドル２２、２４は、カメラ４０を制御するために使用され得る。本開示の実施形態とともに使用され得る例示的カメラとして、限定ではないが、２０１２年４月９日出願の米国特許出願第１３／４４２，００９号「ＴＷＩＮ ＣＡＭＥＲＡ ＥＮＤＯＳＣＯＰＥ」に記載のものが挙げられる。セレクタスイッチ３８は、マスタハンドル２２、２４上のボタンまたはボタンの組み合わせ、フットペダル、認識される音声コマンドを判別可能な音声認識システム、またはユーザによるアクションを認識し、カメラ制御モードに入るための信号をコンソール１８に提供することが可能な任意の他のデバイスであり得る。

【0023】

図２は、図１のコンソール１８のシステムブロック図である。前述のように、コンソール１８は、ディスプレイ２０と、マスタハンドル、２２、２４と、セレクタスイッチ３８とを含む。コンソール１８は、コントローラ４２と、メモリ４４とをさらに含む。コントローラ４２は、種々の入力信号を制御デバイス１６、マスタハンドル２２、２４、データベース３６、セレクタスイッチ３８、およびカメラ４０から受信する。コントローラ４２は、メモリ４４内に記憶されたアルゴリズムに従って入力信号を処理し、出力信号を制御デバイス１６、ディスプレイ２０、カメラ４０、およびモータ４６、４８に提供する。

【0024】

カメラ制御モードの動作は、図１および２と併せて図３Ａ−３Ｌを参照しながら論じられる。カメラ制御モードに入ると、マスタハンドル２２、２４のうちの１つ以上のものは、トルク制御状態等の非位置制御状態から位置制御状態に入り得る。位置制御状態入ることは、電力をモータ４６、４８のうちの１つ以上のものに印加し、ユーザがセレクタスイッチ３８を起動しカメラ制御モードに入ったときに観察された角度にそれぞれのマスタハンドル２２、２４の関節の全部または一部の位置を維持することをもたらし得る。位置制御状態に入ることは、マスタハンドル２２、２４またはマスタハンドル２２、２４の特定の運動軸が定位置に「固定」されることをもたらし得る。コントローラ４２は、各マスタハンドル２２、２４に対する固定設定点５０ａ、５０ｂを記録する。マスタハンドル２２、２４は、少なくとも所定の最小力が加えられると、「固定」設定点５０ａ、５０ｂから押しのけられ得るが、マスタハンドル２２、２４は、加えられた力が低減させられると、「固定」設定点位置に戻り得る。マスタハンドル２２、２４は、したがって、ＸＹＺ方向（図示せず）における仮想ばね５２（図３Ａ）およびロール、ピッチ、およびヨー（ＲＰＹ）における仮想ねじりばねによって設定点に結び付けられているかのように行動し得る。

【0025】

各ロボットアーム１２、１４およびエンドエフェクタ３０は、位置制御状態に入ると、各マスタハンドル２２、２４に接続されたままであり得るが、平行移動および／または向きに対する運動スケーリング係数は、より大きい値（例えば、３：１〜５：１の代わりに、１００：１〜１０００：１）に設定され得る。カメラ制御モードに切り替えられた１つ以上のマスタハンドル２２、２４の運動は、依然として、ロボット制御モードにおけるように、それぞれのマスタハンドル２２、２４に関連付けられた外科手術器具を移動させ得るが、外科手術器具の運動は、カメラ制御モードに切り替えられると、スケーリング係数変化に起因して、ロボット制御モードにおけるものよりマスタハンドル２２、２４に対して小さくあり得る。いくつかの事例では、異なる軸は、そのスケーリング係数を不変のままにされるか、または異なる量だけ調節され得る。例えば、ハンドルの向きの軸およびグリッパ軸が、１：１スケーリングのままである場合、外科医は、依然として、カメラ制御モードにある間、器具の微細な運動およびジョーの把持力を制御可能であろう。

【0026】

カメラ位置を制御するために、外科医は、カメラ制御モードに切り替えられたマスタハンドル２２、２４のうちの１つ以上のものを固定設定点５０ａ、５０ｂから離れるようにＸＹＺ方向に変位させ、各関節の位置制御によって生じさせられる仮想ばね５２に対して押し得る。カメラは、次いで、外科医が１つ以上のマスタハンドル２２、２４を押す方向にパンし得る。マスタハンドル２２、２４の２つが、カメラ制御モードに切り替えられる場合、外科医は、カメラをパンさせるために、マスタハンドル２２、２４の両方を同一方向に押すように要求され得る。例えば、外科医が、両マスタハンドル２２、２４を上に押す場合、カメラは、上にパンする。３つ以上のマスタハンドルが、カメラ制御モードに切り替えられる場合、外科医は、カメラをパンさせるために、所定の数のハンドルを同一方向に押すように要求され得る。

【0027】

図３Ｂ−３Ｌに関して本明細書に説明される実施例は、２つのハンドルを伴う入力デバイスが、両ハンドルをカメラ制御モードに切り替えられる状況に関するが、他の状況では、入力デバイスは、同一または異なる数の入力デバイスハンドルを有し得、同一または異なる数のその入力デバイスハンドルをカメラ制御モードに切り替えられ得る。カメラ制御モード中、コントローラ４２は、各マスタハンドル２２、２４に対して固定設定点５０ａ、５０ｂの周囲に仮想「不感帯」５４ａ、５４ｂを生成する（図３Ｂ参照）。外科医は、カメラを移動させるために、ハンドルをこの不感帯を越えて変位させる必要があるであろう。例えば、図３Ｃに示されるように、左手および右手の両方が、マスタハンドル２２、２４を不感帯５４ａ、５４ｂ内で変位させると、カメラの移動をもたらさない。図３Ｄでは、左手は、マスタハンドルのうちの１つを不感帯５４ａ内で移動させる一方、右手は、他方のマスタハンドルを不感帯５４ｂを越えて移動させる。そのようなアクションは、両マスタハンドル２２、２４が不感帯５４ａ、５４ｂを越えて移動させられていないため、依然として、カメラの移動４０をもたらさない。これは、雑音またはわずかなオフセットに起因する偶発的運動および低速ドリフトを最小化し得る。

【0028】

両マスタハンドル２２、２４が、不感帯５４ａ、５４ｂを越えて移動させられると、カメラ４０は、マスタハンドル２２、２４が移動させられる方向にパンする。例えば、図３Ｅおよび３Ｆでは、カメラ４０は、上向きにパンする。パン運動のスピードは、外科医がマスタハンドル２２、２４を押した設定点５０ａ、５０ｂからの距離に関連し得る。図３Ｅに示されるように、マスタハンドル２２、２４は、設定点５０ａ、５０ｂから比較的に短い距離に押されており、カメラ４０の比較的に低速のパン動作をもたらす。図３Ｆでは、マスタハンドル２２、２４は、設定点５０ａ、５０ｂから比較的に長い距離に押されており、カメラ４０の比較的に高速パン動作をもたらす。外科医が、マスタハンドル２２、２４を下に押す場合、カメラは、図３Ｇに示されるように、下にパンし得る。いくつかの事例では、運動は、外科医が（外科医の手の各々を用いてハンドルを１つずつ）マスタハンドル２２および２４を下に移動させることを要求し、制御をよりロバストにし、一方のハンドルだけの不注意による移動に対して影響を受けにくくし得る。同様に、マスタハンドル２２および２４を右に変位させると、カメラ４０を右にパンさせ得（図３Ｈ参照）、マスタハンドル２２および２４を左に移動させると、カメラ４０を左にパンさせ得（図３Ｉ参照）、マスタハンドル２２および２４を斜めに移動させると、カメラ４０を斜めにパンさせ得る（図３Ｊ参照）。

【0029】

外科医は、マスタハンドル２２および２４をコンソール１８に向かって、もしくはその中に押すか、またはマスタハンドル２２および２４をコンソール１８から離れるように引くことによって、カメラ４０をズーム可能であり得る。カメラ４０のズームは、組織等の物体により近づくように、またはそこから離れるように、カメラ４０を移動させることによって遂行され得るが、カメラ上のモータ式レンズを使用しても行われ得る。カメラ４０の回転は、マスタハンドル２２、２４を上と下とに異なるように移動させることによって制御され得る。画像を時計回りに回転させるために、外科医は、マスタハンドル２２を下に、マスタハンドル２４を上に押し得る。反時計回り回転は、マスタハンドル２２を上に、マスタハンドル２４を下に移動させることによって、遂行され得る。カメラ４０の回転はまた、マスタハンドル２２、２４の回転自由度のうちの１つを使用して遂行され得る。例えば、カメラ４０画像を時計回りに回転させるために、外科医は、ジンバルの最後の関節の周りに少なくとも１つまたは両方のマスタハンドル２２、２４を時計回りに回転させ得る。反時計回り回転は、少なくとも１つまたは両方のマスタハンドル２２、２４を反時計回りに回転させることによって、行われ得る。２つの代わりに、１つのハンドルを回転させること、またはカメラを回転させるように他の方法でハンドルのうちの１つ以上のものを操作すること等、他の回転スキームもまた、可能であり得る。マスタハンドル２２、２４の回転は、さらにまたは代わりに、レンズを使用して、カメラのフォーカスまたは機械的ズームを制御し得る。

【0030】

外科医が、セレクタスイッチ３８を起動し、いくつかの事例では、カメラボタンまたはフットペダルを解放すること等によって、カメラ制御モードから切り替えると、運動スケーリング係数は、所定の値（例えば、３：１）またはカメラ制御モードに切り替えられる前に設定されていた値に戻り得る。コンソール１８は、重力補償および外科医によるロボットアームの容易な操作のために、トルク制御状態等の非位置制御状態に戻り得る。

【0031】

他の構成もまた、可能であり得る。例えば、いくつかの事例では、ハンドル向き変更は、カメラビューをパンし得る。入力デバイスにおける任意の余分なまたは未使用の自由度が、カメラ４０の１つ以上の側面を制御するために使用され得る。これらの側面は、限定ではないが、フォーカス、機械的ズーム、デジタルズーム、または画像をフィルタ処理し、隠された構造をハイライトする視認モード間の切り替えを含み得る。

【0032】

本明細書に説明されるような外科手術ロボットシステム１０のカメラ４０の制御は、外科手術手技の効率を改善し得る。効率は、例えば、カメラ制御モードに入り、カメラ４０を移動させ、次いで、前のモードにおけるアクティビティを再開する（外科手術器具操作モードにおける外科手術器具の操作の再開等）ために必要とされる時間を短縮することによって、改善され得る。現在の外科手術ロボットシステムは、位置ベースのアプローチを使用してカメラ制御モードを行っている。これは、外科医がインターフェースハンドルを移動させるにつれて、カメラがハンドルの位置変化に追従することを意味する。ハンドルは、したがって、カメラを移動させるために、その元の位置からさらに変位される必要がある。入力デバイスハンドルは、次いで、外科医がカメラ制御モードから切り替えるとき、この変位された位置に留まる。その結果、外科医は、多くの場合、触知インターフェースのハンドルがインターフェース機構の作業空間内に再位置付けおよび／または再心合わせされ得るように、システムをクラッチ操作するように要求され、これは、追加の時間消費ステップを要求する。本明細書に説明されるカメラ制御スキームは、速度制御モードを使用して、カメラ４０を移動させる。この速度制御モードでは、マスタハンドル２２、２４は、外科医がカメラ制御モードに入ったときにあった元の位置に留まる。マスタハンドル２２、２４は、外科医がカメラ制御モードを終了させるまで、元の位置に留まり続け、その時点で、外科医は、外科医がカメラ制御モードに入ったときと同一位置から前のモードにおける同一アクティビティを再開し得る。これは、カメラ制御モードを終了させた後、マスタハンドル２２、２４をクラッチ操作または再位置付けする必要性を排除し得る
カメラ移動のために使用される速度ベースの制御モードは、他のカメラシステムの制御スキームから容易に学習可能である、より直感的インターフェースも提供する。その結果、外科医がカメラ制御モードを用いて学習し、快適であると感じるために必要とされる時間は、短縮され得る。外科医はまた、カメラ移動スピードが、マスタハンドル２２、２４が設定点から変位される距離によって制御され得るので、カメラ４０の位置を慎重に制御することが可能であり得る。速度ベースの制御はまた、外科医がマスタハンドル２２、２４を再位置付けまたはクラッチ操作することを要求せずに、マスタハンドル２２、２４を設定点からより遠くに移動させ、保持することによって、外科医がカメラ４０を迅速に長距離移動させることをより容易にし得る。これは、外科医の手が速度ベースの制御モードにおいてわずかに移動することしか必要としないので、疲労を低減させ得る。

【0033】

本明細書に説明されるカメラ制御スキームでは、触知マスタハンドル２２、２４は、カメラ制御モードに切り替わる場合、外科手術器具の制御から係合解除される必要がない。器具制御から係合解除されないことによって、マスタハンドル２２、２４が、器具制御から係合解除され、次いで、器具制御に再係合される場合に生じ得る運動不連続を回避することが可能であり得る。さらに、向きおよび／またはグリッパ軸が、１：１スケーリングで有効なままである場合、外科医は、カメラ移動の間、器具の微細な制御を維持する能力を有する。外科手術手技に応じて、これは、外科医が、より効率的であり、手術時間を短縮させることを可能にし得る。外科医は、制御可能なままであり、組織が器具のジョーから滑落し始める場合、迅速に反応することができる。

【0034】

前述の実施形態は、カメラを特定の方向に特定の速度で移動させるために、両ハンドルが移動させられることを要求するが、他の実施形態では、マスタハンドルのうちの１つが、大まかな移動のために使用され得る一方、他方のマスタハンドルは、微細な移動のために使用され得る。

【0035】

本明細書に開示される実施形態は、本開示の実施例であり、種々の形態で具現化され得る。本明細書に開示される具体的構造および機能詳細は、限定としてではなく、請求項の基礎として、かつ事実上任意の適切に詳述される構造において本開示を種々に採用することを当業者に教示するための代表的基礎として解釈されるべきである。類似参照番号は、図の説明全体を通して、類似または同じ要素を指し得る。

【0036】

語句「ある実施形態では」、「実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、または「他の実施形態では」は、それぞれ、本開示による同一または異なる実施形態のうちの１つ以上のものを指し得る。「ＡまたはＢ」の形態における語句は、「（Ａ）、（Ｂ）、または（ＡおよびＢ）」を意味する。「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」の形態における語句は、「（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（ＡおよびＢ）、（ＡおよびＣ）、（ＢおよびＣ）、または（Ａ、Ｂ、およびＣ）」を意味する。

【0037】

本明細書に説明されるシステムはまた、１つ以上のコントローラを利用して、種々の情報を受信し、受信された情報を変換し、出力を生成し得る。コントローラは、任意のタイプのコンピューティングデバイス、算出回路、またはメモリ内に記憶される一連の命令を実行可能である任意のタイプのプロセッサもしくは処理回路を含み得る。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ユニット（ＣＰＵ）を含み得、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、または同等物等の任意のタイプのプロセッサを含み得る。コントローラはまた、メモリを含み、データおよび／またはアルゴリズムを記憶し、一連の命令を行い得る。

【0038】

本明細書に説明される方法、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プログラムに変換される、もしくはそれで表され得る。「プログラミング言語」および「コンピュータプログラム」は、コンピュータへの命令を規定するために使用される任意の言語を含み、（限定ではないが）これらの言語およびその派生物、すなわち、Ａｓｓｅｍｂｌｅｒ、Ｂａｓｉｃ、バッチファイル、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）Ｓｃｒｉｐｔ、機械コード、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、それ自体がプログラムを規定するメタ言語、ならびにあらゆる第１、第２、第３、第４、および第５世代コンピュータ言語を含む。また、データベースおよび他のデータスキーマならびに任意の他のメタ言語も含まれる。解釈されるもの、コンパイルされるもの、またはコンパイルおよび解釈アプローチの両方を使用するものの言語間の区別は行わない。プログラムのコンパイルバージョンとソースバージョンとの間の区別もまた行わない。したがって、プログラムについての言及は、プログラミング言語が２つ以上の状態（ソース、コンパイル、オブジェクト、またはリンク等）で存在し得る場合、あらゆるそのような状態の言及である。プログラムについて言及は、実際の命令および／またはそれらの命令の意図も包含し得る。

【0039】

本明細書で説明される方法、プログラム、アルゴリズム、またはコードのいずれも、１つ以上の機械読み取り可能な媒体もしくはメモリ上に含まれ得る。用語「メモリ」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等の機械によって読み取り可能な形態で情報を提供（例えば、記憶および／または伝送）する、機構を含み得る。例えば、メモリは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、または任意の他の揮発性もしくは不揮発性メモリ記憶デバイスを含み得る。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されることができる。

【0040】

前述の説明は、本開示の例証にすぎないことを理解されたい。種々の代替および修正が、本開示から逸脱することなく、当業者によって考案されることができる。例えば、本明細書に説明される拡張画像のいずれかは、臨床医に表示されるべき単一拡張画像に組み合わせられることができる。故に、本開示は、あらゆるそのような代替、修正、および変形例を包含することが意図される。添付の図面を参照して説明される実施形態は、本開示のある実施例を実証するためだけに提示される。前述および／または添付の請求項におけるものと実質的に異ならない、他の要素、ステップ、方法、および技法もまた、本開示の範囲内であることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図3J】

【図3K】

【図3L】