特許7405432追跡カメラ技術を有するロボット手術デバイスならびに関連する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】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】追跡カメラ技術を有するロボット手術デバイスならびに関連するシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20231219BHJP
A61B 1/00 20060101ALI20231219BHJP
B25J 3/00 20060101ALI20231219BHJP
B25J 19/04 20060101ALN20231219BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
A61B1/00 655
B25J3/00 Z
B25J19/04
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020517471
(86)(22)【出願日】2018-09-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-12-03
(86)【国際出願番号】 US2018053188
(87)【国際公開番号】W WO2019067763
(87)【国際公開日】2019-04-04
【審査請求日】2021-09-24
(31)【優先権主張番号】62/564,076
(32)【優先日】2017-09-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518408589
【氏名又は名称】バーチャル インシジョン コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＶＩＲＴＵＡＬ ＩＮＣＩＳＩＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ファリター、シェーン
(72)【発明者】
【氏名】オレイニコフ、ドミトリー
(72)【発明者】
【氏名】ウッド、ネイサン
(72)【発明者】
【氏名】ダンパート、ジェイソン
(72)【発明者】
【氏名】ライヘンバッハ、マーク
(72)【発明者】
【氏名】カブリッチ、ルー
【審査官】石川 薫
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５１３５５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０４０１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０３１７７７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／２０－３４／３７
Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２
Ａ６１Ｂ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット手術システムであって、ａ．切開部を通じて少なくとも部分的には患者の体腔内に位置決めされるように構築および構成されたデバイス本体であって、
ｉ．前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第１ロボット手術アームと、
ｉｉ．前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第２エンドエフェクタを備える、第２ロボット手術アームと、
ｉｉｉ．前記デバイス本体に形成されたカメラルーメンと、を備える、デバイス本体と、
ｂ．有関節チップを有し、前記体腔内における前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタの視界を提供するべく前記カメラルーメンから延びるように構築および構成された位置決め可能カメラと、
ｃ．前記位置決め可能カメラを位置決めするためのアルゴリズムを実行するように構築および構成されたプロセッサを備える手術コンソールと、を備え、
前記プロセッサは、ロボット参照フレームとカメラ参照フレームとを確立するように構築および構成されており、
前記ロボット参照フレームは、前記デバイス本体に対し確立され、直交単位ベクトルｘ Ｒ 、ｙ Ｒ およびｚ Ｒ により定義され、
前記カメラ参照フレームは、前記有関節チップに対し確立され、直交単位ベクトルｘ Ｃ 、ｙ Ｃ およびｚ Ｃ により定義され、
前記カメラ参照フレームは、前記カメラ参照フレームの直交単位ベクトルｘ Ｃ により定義される原点を有し、
前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタの位置ＰＬおよび前記第２エンドエフェクタの位置ＰＲを定義するように構成されており、
前記プロセッサは、前記位置ＰＬと前記位置ＰＲとの間の中点に中点ＰＬＰＲを確立するようにさらに構成されており、
前記アルゴリズムは、実行時、前記カメラ参照フレームの前記原点を前記中点ＰＬＰＲに位置整合させるように前記位置決め可能カメラを位置決めする、ロボット手術システム。
【請求項2】
前記位置決め可能カメラの前記有関節チップは、ピッチとヨーとの両方が可能であるように構築および構成されている、請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項3】
前記プロセッサは、前記第１ロボット手術アームおよび前記第２ロボット手術アームの位置決めのための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されている、請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項4】
前記プロセッサは、前記カメラ参照フレームを前記ロボット参照フレームに位置整合させ前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている、請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項5】
ロボット手術システムであって、ａ．ロボット手術デバイスであって、
ｉ．デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第１ロボット手術アームと、
ｉｉ．前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第２エンドエフェクタを備える、第２ロボット手術アームと、
ｉｉｉ．前記デバイス本体に形成されたカメラルーメンと、を備える、ロボット手術デバイスと、
ｂ．有関節チップを備えており、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタを観察するべく前記チップが配向するように、前記ロボット手術デバイスの前記カメラルーメンへと挿入されるよう構築および構成された、位置決め可能カメラと、
ｃ．前記位置決め可能カメラを位置決めするための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されたプロセッサと、を備え、
前記制御アルゴリズムは、
ａ．直交単位ベクトルｘＣ、ｙＣおよびｚＣにより定義される、カメラ参照フレームを確立することと、
ｂ．前記デバイス本体に対し確立されるとともに直交単位ベクトルｘＲ、ｙＲおよびｚＲにより定義されるロボット参照フレームを確立することと、
ｃ．前記ロボット参照フレームに対し前記カメラの前記有関節チップを位置決めすることと、を行うように構築および構成されており、
前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタについての位置ＰＬおよび前記第２エンドエフェクタについての位置ＰＲを定義するように構成されており、
前記プロセッサは、前記位置ＰＬと前記位置ＰＲとの間の中点に中点ＰＬＰＲを確立するように構成されており、
前記カメラ参照フレームは原点を有し、
前記プロセッサは、前記カメラ参照フレームの前記原点を前記中点ＰＬＰＲに位置整合させるべく前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている、ロボット手術システム。
【請求項6】
前記ロボット手術デバイスを回転可能に支持アームに対し結合するように構築および構成されたロボットクランプをさらに備える、請求項５に記載のロボット手術システム。
【請求項7】
前記ロボットクランプは、解放ボタンと洗濯ばさみ部材とをさらに備える、請求項６に記載のロボット手術システム。
【請求項8】
インタフェースポッドをさらに備える、請求項５に記載のロボット手術システム。
【請求項9】
インジケータ灯をさらに備える、請求項５に記載のロボット手術システム。
【請求項10】
前記位置決め可能カメラの運動を減衰させるように構成されている、請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項11】
前記プロセッサは、前記カメラ参照フレームの前記原点を前記中点ＰＬＰＲに位置整合させるとき、前記位置決め可能カメラの前記運動を減衰させるように構成されている、請求項１０に記載のロボット手術システム。
【請求項12】
前記プロセッサは、前記有関節チップの前記運動を前記有関節チップの速度に比例して減少させることによって前記位置決め可能カメラの前記運動を減衰させるように構成されている、請求項１１に記載のロボット手術システム。
【請求項13】
前記プロセッサは、前記第１ロボット手術アームおよび前記第２ロボット手術アームの位置決めのための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されており、前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタの移動平均位置および前記第２エンドエフェクタの移動平均位置を決定し、
前記位置決め可能カメラを位置決めするための前記アルゴリズムは、前記第１エンドエフェクタの前記移動平均位置および前記第２エンドエフェクタの前記移動平均位置を用いて前記有関節チップを位置整合させる、請求項１に記載のロボット手術システム。
【請求項14】
前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタの前記移動平均位置が閾値量を超えて変化することに基づいて、前記第１エンドエフェクタが移動しているか否かを判定し、前記プロセッサは、前記第２エンドエフェクタの前記移動平均位置が前記閾値量を超えて変化することに基づいて、前記第２エンドエフェクタが移動しているか否かを判定し、
前記位置決め可能カメラを位置決めするための前記アルゴリズムは、前記第１エンドエフェクタと前記第２エンドエフェクタとの一方または両方が移動しているとの判定時にのみ実行される、請求項１３に記載のロボット手術システム。
【請求項15】
前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタの前記移動平均位置が閾値量を超えて変化することに基づいて、前記第１エンドエフェクタが移動しているか否かを判定し、前記プロセッサは、前記第２エンドエフェクタの前記移動平均位置が前記閾値量を超えて変化することに基づいて、前記第２エンドエフェクタが移動しているか否かを判定し、
前記位置決め可能カメラを位置決めするための前記アルゴリズムは、前記第１エンドエフェクタも前記第２エンドエフェクタも移動していないとの判定時にのみ実行される、請求項１３に記載のロボット手術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される実装は、ロボットおよび／または生体内医療デバイスと関連部品とを含む、様々な医療デバイスおよび関連部品に関する。特定の実装は、体腔内に配置され孔または開口部を通じて体腔に配置された支持部品を用いて位置決めされるロボットデバイスを備え、支持部品により位置決めされロボットデバイスのアームまたはエンドエフェクタを追跡するように手動で操作されるかまたは自動で追跡することが可能なカメラをさらに備える、様々なロボット医療デバイスを備える。さらなる実装は、上記のデバイスを操作するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
侵襲性手術処置は、様々な病態に対処するために必須である。可能なときには、腹腔鏡検査法などの低侵襲処置が好ましい。
しかしながら、腹腔鏡検査法などの既知の低侵襲技術は、１）アクセスポートを通して挿入される剛性のツールを用いることにより生じる可動性制約と、２）限られた視覚フィードバックとに部分的に起因して、範囲が限られており、複雑である。ダヴィンチ（登録商標）手術システム（カリフォルニア州サニーベールに所在のインテュイティブサージカル社から入手可能）などの既知のロボットシステムも、アクセスポートによって制限され、また、非常に大型で非常に高価であり、大半の病院において利用できず、感覚性能および可動性能が限定されるといった、さらなる欠点を有する。
しかしながら、腹腔鏡検査法などの既知の低侵襲技術は、１）アクセスポートを通して挿入される剛性のツールを用いることにより生じる可動性制約と、２）限られた視覚フィードバックとに部分的に起因して、範囲が限られており、複雑である。ダヴィンチ（登録商標）手術システム（カリフォルニア州サニーベールに所在のインテュイティブサージカル社から入手可能）などの既知のロボットシステムも、アクセスポートによって制限され、また、非常に大型で非常に高価であり、大半の病院において利用できず、感覚性能および可動性能が限定されるといった、さらなる欠点を有する。
【0003】
この分野では、改良された手術方法、システムおよびデバイスの必要性が存在する。
【発明の概要】
【0004】
本明細書において説明されるものは、追跡カメラシステムを含む様々なカメラシステムを収容するように構築および構成されたカメラルーメンを有する特定のシステムを含む、様々なロボット手術システムである。さらなる実装は、患者の腔へと腔の送気を維持しながら様々な手術デバイスを挿入するように用いられるよう構築および構成された手術挿入デバイスに関する。
【0005】
様々な例では、１つまたは複数のコンピュータのシステムは、動作時にそのシステムに作用を実行させる、システムに取付けられたソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せを通じて、特定の動作または作用を行うように構成されることが可能である。１つまたは複数のコンピュータプログラムは、データ処理装置により実行された時に、その装置に作用を行わせる命令を含むことによって、特定の動作または作用を行うように構成されることが可能である。
【0006】
例１では、ロボット手術システムは、切開部を通じて少なくとも部分的には患者の体腔内に位置決めされるように構築および構成されたデバイス本体であって、前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第１ロボット手術アームと、前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第２ロボット手術アームと、前記デバイス本体に形成されたカメラルーメンと、を備える、デバイス本体と、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタの視界を提供するように構築および構成された位置決め可能カメラと、前記位置決め可能カメラを位置決めするためのアルゴリズムを実行するように構築および構成されたプロセッサを備える手術コンソールと、を備える。
【0007】
請求項１の例について、例２では、前記位置決め可能カメラは、ピッチとヨーとの両方が可能であるように構築および構成されたチップを備える。
請求項１の例について、例３では、前記プロセッサは、前記第１ロボット手術アームおよび前記第２ロボット手術アームの位置決めのための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されている。
請求項１の例について、例３では、前記プロセッサは、前記第１ロボット手術アームおよび前記第２ロボット手術アームの位置決めのための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されている。
【0008】
請求項３の例について、例４では、前記制御アルゴリズムは、カメラ参照フレームとロボット参照フレームとを確立するように構築および構成されている。
請求項４の例について、例５では、前記プロセッサは、前記カメラ参照フレームを前記ロボット参照フレームに位置整合し前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている。
請求項４の例について、例５では、前記プロセッサは、前記カメラ参照フレームを前記ロボット参照フレームに位置整合し前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている。
【0009】
請求項４の例について、例６では、前記ロボット座標フレームは、前記デバイス本体に対し確立され、直交単位ベクトルｘＲ、ｙＲおよびｚＲにより定義される。
請求項４の例について、例７では、前記カメラ座標フレームは、直交単位ベクトルｘＣ、ｙＣおよびｚＣにより定義される。
請求項４の例について、例７では、前記カメラ座標フレームは、直交単位ベクトルｘＣ、ｙＣおよびｚＣにより定義される。
【0010】
請求項４の例について、例８では、前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタについての位置であるＰＬおよびＰＲをそれぞれ定義するように構成されている。
【0011】
請求項８の例について、例９では、前記プロセッサは、ＰＬおよびＰＲにより、前記エンドエフェクタ同士の間の中点ＰＬＰＲを確立するように構成されている。
請求項９の例について、例１０では、前記カメラ参照フレームは原点を有し、前記プロセッサは、前記中点ＰＬＰＲを位置整合し前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている。
請求項９の例について、例１０では、前記カメラ参照フレームは原点を有し、前記プロセッサは、前記中点ＰＬＰＲを位置整合し前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている。
【0012】
例１１では、ロボット手術システムは、ロボット手術デバイスであって、前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第１ロボット手術アームと、前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第２ロボット手術アームと、前記デバイス本体に形成されたカメラルーメンと、を備える、ロボット手術デバイスと、有関節チップを備えており、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタを観察するべく前記チップが配向するように、前記ロボット手術デバイスへと挿入されるよう構築および構成された、位置決め可能カメラと、前記位置決め可能カメラを位置決めするための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されたプロセッサを備える手術コンソールと、を備え、前記制御アルゴリズムは、カメラ参照フレームを確立することと、ロボット参照フレームを確立することと、前記カメラ参照フレームまたは前記ロボット参照フレームに対し前記カメラチップを位置決めすることと、を行うように構築および構成されている。
【0013】
請求項１１の例について、例１２では、前記ロボット座標フレームは、前記デバイス本体に対し確立され、直交単位ベクトルｘＲ、ｙＲおよびｚＲにより定義される。
請求項１１の例について、例１３では、前記カメラ座標フレームは、直交単位ベクトルｘＣ、ｙＣおよびｚＣにより定義される。
請求項１１の例について、例１３では、前記カメラ座標フレームは、直交単位ベクトルｘＣ、ｙＣおよびｚＣにより定義される。
【0014】
請求項１１の例について、例１４では、前記プロセッサは、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタについての位置であるＰＬおよびＰＲをそれぞれ定義するように構成されている。
【0015】
請求項１４の例について、例１５では、前記プロセッサは、ＰＬおよびＰＲにより、前記エンドエフェクタ同士の間の中点ＰＬＰＲを確立するように構成されており、前記カメラ参照フレームは原点を有し、前記プロセッサは、前記中点ＰＬＰＲを位置整合し前記位置決め可能カメラを再配置するように構成されている。
【0016】
例１６では、ロボット手術システムは、ロボット手術デバイスであって、前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第１ロボット手術アームと、前記デバイス本体に対し動作可能に結合され、第１エンドエフェクタを備える、第２ロボット手術アームと、を備える、ロボット手術デバイスと、有関節チップを備えており、前記第１エンドエフェクタおよび前記第２エンドエフェクタを観察するべく前記チップが配向するように、前記ロボット手術デバイスへと挿入されるよう構築および構成された、位置決め可能カメラと、前記位置決め可能カメラを位置決めするための制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されたプロセッサと、を備え、前記制御アルゴリズムは、直交単位ベクトルｘＣ、ｙＣおよびｚＣにより定義される、カメラ参照フレームを確立することと、前記デバイス本体に対し確立されるロボット参照フレームを確立し、直交単位ベクトルｘＲ、ｙＲおよびｚＲにより定義されることと、前記カメラ参照フレームまたは前記ロボット参照フレームに対し前記カメラチップを位置決めすることと、を行うように構築および構成されている。
【0017】
請求項１６の例について、例１７では、前記ロボット手術デバイスを回転可能に支持アームに対し結合するように構築および構成されたロボットクランプをさらに備える。
請求項１６の例について、例１８では、前記ロボットクランプは、解放ボタンと洗濯ばさみ部材とをさらに備える。
請求項１６の例について、例１８では、前記ロボットクランプは、解放ボタンと洗濯ばさみ部材とをさらに備える。
【0018】
請求項１６の例について、例１９では、インタフェースポッドをさらに備える。
請求項１６の例について、例２０では、インジケータ灯をさらに備える。
これらの例の他の実装は、対応するコンピュータシステム、装置、および１つまたは複数のコンピュータ記憶デバイスに記録されたコンピュータプログラムを備え、各々は方法の作用を行うように構成されている。
請求項１６の例について、例２０では、インジケータ灯をさらに備える。
これらの例の他の実装は、対応するコンピュータシステム、装置、および１つまたは複数のコンピュータ記憶デバイスに記録されたコンピュータプログラムを備え、各々は方法の作用を行うように構成されている。
【0019】
複数の実装が開示されるが、本発明のさらなる他の実装が、本発明の例示的な実装を示し記載する以下の詳細な説明から、当業者に明らかとなる。理解されるように、本発明は、様々な自明な態様における修正を可能とする。実現されるように、本発明は、すべて本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な自明な態様の修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示であり、限定ではないとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】１つの実施形態に係る、ロボット手術システムの概略図の側面図。
【図1B】１つの実施形態に係る、連動可能な位置決め可能カメラを有するロボットデバイスを示す、ロボット手術システムの前面図。
【図2A】１つの実施形態に係る、連動可能な位置決め可能カメラを有するロボットデバイスのスリークォーター正面図。
【図3A】１つの実施形態に係る、連動可能な位置決め可能カメラを有するロボットデバイスの接写スリークォーター前面図。
【図3B】１つの実施形態に係る、アームの自由度を示す、連動可能な位置決め可能カメラを有するロボットデバイスの接写スリークォーター前面図。
【図4A】１つの実施形態に係る、一方のアームについての様々な作業空間を示す、手術デバイスの斜視図。
【図5】１つの実施形態に係る、アームについての様々な作業空間を示す、手術デバイスの斜視図。
【図7】１つの実施形態に係る、カメラハンドル上の部品を示す、カメラ動作システムの図において拡大された図。
【図8A】１つの実装に係る、カメラ視野を示す、手術ロボットデバイスおよび位置決め可能カメラのスリークォーター斜視図。
【図8B】１つの実施形態に係る、位置決め可能カメラを備えるロボット手術デバイスの切欠側面図であり、第１の自由度を示す図。
【図8C】１つの実施形態に係る、位置決め可能カメラを備えるロボット手術デバイスの切欠側面図であり、第２の自由度を示す図。
【図8D】１つの実施形態に係る、位置決め可能カメラを備えるロボット手術デバイスのスリークォーター斜視側面図であり、座標参照フレームを示す図。
【図8E】１つの実施形態に係る、ロボット手術デバイスへと挿入されている位置決め可能カメラの視点からの視界であり、その視野内のエンドエフェクタを示す図。
【図8F】１つの実施形態に係る、ロボット手術デバイスへと挿入されている位置決め可能カメラの視点からの視界であり、その視野内のエンドエフェクタの位置の特定と原点の生成とを示す図。
【図8G】１つの実施形態に係る、位置決め可能カメラを備えるロボット手術デバイスのスリークォーター斜視側面図であり、座標参照フレームと中点計算結果の生成とを示す図。
【図8H】１つの実施形態に係る、ロボット手術デバイスへと挿入されている位置決め可能カメラの視点からの視界であり、視野内のエンドエフェクタと中点とを示す図。
【図8I】１つの実施形態に係る、ロボット手術デバイスへと挿入されている位置決め可能カメラの視点からの視界であり、カメラの再配置を示す図。
【図9】１つの実施形態に係る、連動可能な位置決め可能カメラを有するロボットデバイスを示す、ロボット手術デバイスの前面図。
【図10A】１つの実装に係る、手術コンソールの斜視図。
【図10B】別の実装に係る、手術コンソールの斜視図。
【図11A】１つの実装に係る、部品間の概略的な接続マップを示す、ロボット、ポッドおよびコンソールの概略図。
【図11B】１つの実装に係る、支持カート上のインタフェースポッドの斜視ポップアウト図。
【図12】特定の実施形態に係る、いくつかの手術ツールの上面図。
【図13】１つの実装に係る、手術ツールのアームへの装着を示す斜視上面図。
【図14】１つの実装に係る、スリーブを示すロボットデバイスを示す斜視上面図。
【図15】１つの実装に係る、クランプによって支持アームに対し固定されたロボット手術デバイスの前面図。
【図16】１つの実装に係る、ロボットクランプの接写斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本明細書に開示される様々なシステムおよびデバイスは、医療処置に用いるためのデバイスおよびシステムに関する。より詳細には、様々な実装は、追跡カメラシステムを有するロボットデバイス、ならびに、いくつかの実装では、完全なシステムを提供するための制御コンソールおよび他のデバイスを含む関連する方法およびシステムを含む、様々な医療デバイスに関する。
【0022】
本明細書に開示されるロボットデバイスならびに関連する方法およびシステムの様々な実装は、任意の他の既知の医療デバイス、システムおよび方法に組み込まれるか、任意の他の既知の医療デバイス、システムおよび方法とともに用いられることが可能であることが理解される。例えば、本明細書に開示される様々な実装は、米国特許第７，４９２，１１６号明細書（２００７年１０月３１日に出願され、“Ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”と題される）、米国特許第７，７７２，７９６号明細書（２００７年４月３日に出願され、“Ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”と題される）、米国特許第８，１７９，０７３号明細書（２０１１年５月１５日に発行され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ Ａｇｅｎｔ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第８，３４３，１７１号明細書（２０１３年１月１日に発行され、“Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ”と題される）、米国特許第８，６７９，０９６号明細書（２０１４年３月２５日に発行され、“Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ”と題される）、米国特許第８，８３４，４８８号明細書（２０１４年９月１６日に発行され、“Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅａｂｌｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第８，８９４，６３３号明細書（２０１４年１１月２５日に発行され、“Ｍｏｄｕｌａｒ ａｎｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第８，９６８，２６７号明細書（２０１５年３月３日に発行され、“Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｈａｎｄｌｉｎｇ ｏｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｎａｔｕｒａｌ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｓｕｒｇｅｒｙ”と題される）、米国特許第８，９６８，３３２号明細書（２０１５年３月３日に発行され、“Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅａｂｌｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）米国特許第８，９７４，４４０号明細書（２０１５年３月１０日に発行され、“Ｍｏｄｕｌａｒ ａｎｄ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第９，０１０，２１４号明細書（２０１５年４月２１日、“Ｌｏｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第９，０６０，７８１号明細書（２０１５年６月２３日に発行され、“Ｍｅｔｈｏｄｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ”と題される）、米国特許第９，０８９，３５３号明細書（２０１５年７月２８日に発行され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第９，４９８，２９２号明細書（２０１６年１１月２２日に発行され、“Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｔｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許第９，５７９，０８８号明細書（２０１７年２月２８日に発行され、“Ｍｅｔｈｏｄｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ”と題される）、米国特許第９，７４３，９８７号明細書（２０１７年８月２９日、“Ｍｅｔｈｏｄｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ， ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ”と題される）、米国特許第９，７７０，３０５号明細書（２０１７年９月２６日に発行され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、および米国特許第９，８８８，９６６号明細書（２０１８年２月１３日に発行され、“Ｍｅｔｈｏｄｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ”と題される）において開示される医療デバイスおよびシステムのいずれにも組み込まれてよく、または、それらの医療デバイスおよびシステムのいずれとともに用いられてよく、これらは、すべて参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる。
【0023】
さらに、本明細書に開示される様々な実装は、同時係属の米国特許出願公開第２０１４／００４６３４０号明細書（２０１３年３月１５日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１４／００５８２０５号明細書（２０１３年１月１０日に出願され、“Ｍｅｔｈｏｄｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ”と題される）、米国特許出願公開第２０１４／０３０３４３４号明細書（２０１４年３月１４日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１５／００５１４４６号明細書（２０１４年７月１７日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１６／００７４１２０号明細書（２０１５年９月１４日に出願され、“Ｑｕｉｃｋ－Ｒｅｌｅａｓｅ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１６／０１３５８９８号明細書（２０１５年１１月１１日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１６／０１５７７０９号明細書（２０１６年２月８日に出願され、“Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｆｌａｔｉｏｎ， Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ， ａｎｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１７／００３５５２６号明細書（２０１６年８月３日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１７／０３５４４７０号明細書（２０１７年５月１８日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１８／００５５５８４号明細書（２０１７年８月３０日に出願され、“Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎ Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１８／００５６５２７号明細書（２０１７年８月２５日に出願され、“Ｑｕｉｃｋ－Ｒｅｌｅａｓｅ Ｅｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｏｒ Ｔｏｏｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”と題される）、米国特許出願公開第２０１８／０１４０３７７号明細書（２０１７年１１月２２日に出願され、“Ｇｒｏｓｓ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、米国特許出願公開第２０１８／０１４７０１９号明細書（２０１７年９月２９日に出願され、“Ｕｓｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ Ｕｓｅｒ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）、および米国特許出願公開第２０１８／０１６１１２２号明細書（２０１７年１２月１４日に出願され、“Ｒｅｌｅａｓａｂｌｅ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｏ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ”と題される）において開示される医療デバイスおよびシステムのいずれにも組み込まれてよく、または、それらの医療デバイスおよびシステムのいずれとともに用いられてよく、これらは、すべて参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる。これに加えて、本明細書に開示される様々な実装は、すべて参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる同時係属の米国出願第６２／６１４，１２７号明細書（２０１８年１月５日に出願された）において開示される医療デバイスおよびシステムのいずれにも組み込まれてよく、または、それらの医療デバイスおよびシステムのいずれとともに用いられてよい。
【0024】
上に掲げた特許および／または出願において開示される特定のデバイスおよびシステムの実装は、本明細書において開示されるものと同等の支持部品と組み合わせて、患者の体腔内に位置決めされることが可能である。本明細書において用いられる「生体内デバイス」は、患者の体腔内に位置決めされている間、ユーザが少なくとも部分的に位置決めする、操作する、または制御することが可能な任意のデバイスを意味し、「生体内デバイス」は、体腔の開口部または孔を通じて配置されたロッドまたは他のそうした部品などの支持部品に対し結合された任意のデバイスを含み、実質的に患者の体腔の壁に対してまたは隣接して位置決めされる任意のデバイスも含み、内部作動式の（原動力の外部源を有しない）任意のそうしたデバイスをさらに含み、これに加えて、手術処置中に腹腔鏡的または内視鏡的に用いられ得る任意のデバイスを含む。本明細書において用いられる用語「ロボット」および「ロボットデバイス」は、自動でまたはコマンドに応答してタスクを実行することが可能な任意のデバイスを参照するものとする。
【0025】
特定の実装は、腔の十分な送気を維持しながら腔への本発明の挿入を提供する。さらなる実装は、挿入処理中に外科医または外科ユーザの本発明との物理的接触を最小化する。他の実装は、患者についての挿入処理および本発明の安全性を高める。例えば、いくつかの実装は、本発明が患者の腔へと挿入されているときに本発明の可視化を提供し、システム／デバイスと患者との間に有害な接触が生じないことを確実にする。これに加えて、特定の実装は、切開部の大きさ／長さの最小化を可能とする。さらなる実装は、処置に必要なアクセス／挿入手順および／または工程の複雑さを低減する。他の実装は、取り扱いおよび使用の容易性を高めるように、最小の輪郭を有するか、最小の大きさを有するか、または機能および外観において一般に最小であるデバイスに関する。
【0026】
手動の腹腔鏡処置におけるものとして、既知の送気システムが、滅菌二酸化炭素（または他の気体）を患者の腹腔へと注入するように用いられることが可能である。これによって、腹壁を臓器から持ち上げ、ロボットのための空間を作り出す。特定の実装では、システムは送気システムとの直接のインタフェースを有しない。これに代えて、システムは、送気システムに対する直接のインタフェースを有することが可能である。
【0027】
特定の実装では、挿入ポートは、既知の、開腹部を封止および保護するように経腹的に配置される商業的に入手可能な可撓性膜である。この既成部品は、用手補助下腹腔鏡下手術（ＨＡＬＳ）について同一の手法により用いられる同一のデバイスである。違いは、外科医の手ではなくロボットの作動アームが挿入ポートを通じて腹腔へと挿入されることしかない。ロボット本体が、挿入ポートに対して封止することによって、送気圧を維持する。ポートは、単回使用であり使い捨てである。これに代えて、任意の既知のポートが用いられることが可能である。
【0028】
本明細書において開示される特定の実装は、多様な構成に組み立てることが可能な「組合せ」医療デバイスまたは「モジュール」医療デバイスに関する。本願の目的では、「組合せデバイス」と「モジュールデバイス」との両方は、多様な異なる構成および関連するシステムに配置されることが可能なモジュール部品または交換可能な部品を有する任意の医療デバイスを意味するものとする。本明細書において開示されるモジュール部品および組合せデバイスは、セグメント化された三角形状または四角形状の組合せデバイスも含む。接続されて三角形または四角形の構成を作り出すように接続されたモジュール部品（本明細書において「セグメント」とも呼ばれる）から作成されるこれらのデバイスは、使用時にレバレッジおよび／または安定性を提供することが可能であり、一方、より大きい部品またはより多くの動作部品に用いられることが可能なデバイス内において、実質的なペイロード空間も提供する。上に開示および説明した様々な組合せデバイスと同様に、１つの実装によれば、これらの三角形または四角形のデバイスは、上に説明および開示したそれらのデバイスと同一の手法により患者の体腔内に位置決めされることが可能である。
【0029】
本明細書において記載される様々なシステムの実装が、ロボット手術を行うように用いられる。さらに、本明細書において開示される様々な実装は、典型的には、既知の技術により「開口して」行われる多様な処置に対する低侵襲アプローチにより用いられることが可能であり、例えば結腸および他の既知の処置などの、例えば腹腔における一般的な手術用途を含む、臨床成果および医療費を改善する潜在性がある。さらに、本明細書において開示される様々な実装は、患者の外部から体内へと延びる既知のメインフレーム状の腹腔鏡手術ロボットに取って代わって用いられることが可能である。すなわち、本明細書において開示される実装に係る低侵襲性のロボットシステム、方法、およびデバイスは、患者の腹部における単一の切開部を通じてその全体が挿入される小型の自己内蔵型手術デバイスの特徴となる。外科医によく知られた既存のツールおよび技術を利用するように設計されるため、本明細書において開示されるデバイスは、専用手術室または特殊な構造基盤を必要とせず、そのデバイスの大きさがはるかに小さいことから、腹腔鏡手術用の既存のロボットの代替形態よりも大幅に高価でなくなることが予期される。これらの技術的利点により、本明細書における様々な実装は、今日切開手術において行われる処置に対する低侵襲アプローチを可能にすることができる。特定の実装では、本明細書において記載される様々なシステムは、腹腔の送気とツールを腹腔へと挿入するためのポートの使用とを含む、手動の腹腔鏡手術に用いられる技術に基づくおよび／またはその技術を利用する。
【0030】
以下にさらに詳細に記載されるように、本明細書において開示または想定される様々なシステムの実装の部品は、制御コンソールと追跡カメラシステムを有するロボットとを含む。ロボットの実装は、送気された腹腔へと挿入されるように構築および構成されている。追跡カメラシステムは、手術目標の視界を捕捉する一体のカメラシステムであることが可能であり、ロボットデバイスのアームおよび／またはエンドエフェクタの進行中の視界を追跡および捕捉するように、手動的または自動的に制御されることが可能である。外科医は、次いで、ディスプレイ上のその視界を用いてロボットの動きを制御するのに役立てることが可能である。特定の実装では、カメラは、取り外すことが可能であるように設計されているため、洗浄されることと他の用途に用いられることとが可能である。
【0031】
本明細書においてさらに詳細に説明される他の実装では、システムは、ロボットデバイスに位置するまたは取付けられている使い捨てまたは永久スリーブ、電気手術焼灼ジェネレータ、挿入ポート、支持アーム／構造、カメラ、リモート手術ディスプレイ、エンドエフェクタ（ツール）、インタフェースポッド、光源、および他のシステム部品を備えることが可能である。
【0032】
様々な実装が、いくつかの記述を含み得る添付の図面においてさらに詳細に開示される。
１つの実装によれば、ロボット補助手術デバイス（ＲＡＳＤ）システム１は、いくつかの部品を有する。１つのそうした実装では、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、手術ロボットデバイス１０であって、手術ロボットデバイス１０に配置されたロボット関節を有するカメラ１２と外部外科医制御コンソール１００とを有する手術ロボットデバイス１０が提供される。図１Ａの実装では、１つの実装に従って、ロボットデバイス１０およびカメラ１２は、ロボット支持アーム４を用いて手術台２に取付けられて示されている。システム１は、特定の実装では、外科医および１名の外科助手によって操作されることが可能である。
１つの実装によれば、ロボット補助手術デバイス（ＲＡＳＤ）システム１は、いくつかの部品を有する。１つのそうした実装では、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、手術ロボットデバイス１０であって、手術ロボットデバイス１０に配置されたロボット関節を有するカメラ１２と外部外科医制御コンソール１００とを有する手術ロボットデバイス１０が提供される。図１Ａの実装では、１つの実装に従って、ロボットデバイス１０およびカメラ１２は、ロボット支持アーム４を用いて手術台２に取付けられて示されている。システム１は、特定の実装では、外科医および１名の外科助手によって操作されることが可能である。
【0033】
図１Ｂおよび図２Ａは、先端１０Ｂおよび基端１０Ｃを有する本体１０Ａ（または胴体）を有し、前述した通りカメラ１２が本体１０Ａに配置されている、ロボットデバイス１０の例示的な実装を示す。簡潔には、ロボットデバイス１０は、ロボットデバイス１０に対し動作可能に結合されている２つのロボットアーム１４，１６と、その２つのアーム１４，１６間に配置されており２つのアーム１４，１６間において位置決め可能なカメラ部品または「カメラ」１２とを有する。すなわち、デバイス１０は、第１（または「右」）アーム１４と第２（または「左」）アーム１６とを有し、その両方は、以下にさらに詳細に説明するように、デバイス１０に対し動作可能に結合されている。デバイス１０は、示されるように、ケーシング（「カバー」または「筐体」とも呼ばれる）１１を有する。デバイス１０は、「デバイス本体」１０Ａとも呼ばれ、２つの回転可能な円筒状部品（「肩部」または「タレット」とも呼ばれる）、すなわち第１（または「右」）肩部１４Ａと、第２（または「左」）肩部１６Ａとを有する。各アーム１４、１６はまた、上アーム（本明細書において「内アーム」、「内アームアセンブリ」、「内リンク」、「内リンクアセンブリ」、「上アームアセンブリ」、「第１リンク」、または「第１リンクアセンブリ」とも呼ばれる）１４Ｂ、１６Ｂと、前アーム（本明細書において「外アーム」、「外アームアセンブリ」、「外リンク」、「外リンクアセンブリ」、「前アームアセンブリ」、「第２リンク」、または「第２のリンクアセンブリ」とも呼ばれる）１４Ｃ，１６Ｃとを有する。右上アーム１４Ｂは、右肩関節１４Ｄにおいて本体１０Ａの右肩部１４Ａに対し動作可能に結合されており、左上アーム１６Ｂは、左肩関節１６Ｄにおいて本体１０の左肩部１６Ａに対し動作可能に結合されている。さらに、各アーム１４、１６について、前アーム１４Ｃ，１６Ｃは、肘関節１４Ｅ，１６Ｅにおいて、回転可能に上アーム１４Ｂ，１６Ｂに対し結合されている。
【0034】
様々な実装では、デバイス１０およびアーム１４，１６のリンクの各々は、多様なアクチュエータまたはモータを備える。１つの実施形態では、本明細書において説明され示されるモータのいずれかは、ブラシモータまたはブラシレスモータであることが可能である。さらに、モータは、例えば、６ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍの直径のモータであることが可能である。これに代えて、医療デバイスへと組み込まれることが可能な任意の既知の大きさが用いられることが可能である。さらなる代替では、アクチュエータは、部品の動きまたは作用を作動させるように医療用デバイスに用いられる、任意の既知のアクチュエータであることが可能である。本明細書に記載されるモータに用いられることが可能なモータの例は、ＥＣ１０ＢＬＤＣ＋ＧＰ１０Ａプラネタリギアヘッド、ＥＣ８ＢＬＤＣ＋ＧＰ８Ａプラネタリギアヘッド、またはＥＣ６ＢＬＤＣ＋ＧＰ６Ａプラネタリギアヘッドを含み、これらは、すべてマサチューセッツ州のフォールリバーに所在のマクソンモータから商業的に入手可能である。これらの運動を作動させるための、ＤＣモータ、ＡＣモータ、永久磁石ＤＣモータ、ブラシレスモータ、空気圧、リモートモータのケーブル、油圧等を用いるなどの多くの手法がある。
【0035】
これらの実装では、ロボットデバイス１０およびカメラ１２は、両方ともケーブル、すなわちロボットケーブル８Ａおよびカメラケーブル８Ｂを用いて外科医コンソールに対し接続されている。これに代えて、任意の接続構成が用いられることが可能である。特定の実装では、システムは、電気手術ジェネレータ、挿入ポートおよび補助モニタなど、使用中に他のデバイスと対話することも可能である。
【0036】
図１Ｂに示されるように、カメラ１２は、カメララッチ３２と、挿入３４および収縮３６の制御部またはボタンとを備える。ロボットデバイス１０は、手術台（図１Ａの２に示される）に対しクランプされた支持アーム４によって支持される。これらの実装では、ロボットクランプ１５０は、支持アーム４をロボットハンドルまたは本体１０Ａ上の受容リング１１に対し接続するように用いられる。
【0037】
図１Ｂおよび図２Ａの実装によれば、アーム１４，１６は各々、能動自由度と、エンドエフェクタすなわちツール１８，２０を作動させるための追加の能動関節１４Ｆ，１６Ｆとを有する。より大きいまたは小さい自由度が含まれることが可能であることが理解される。この実装におけるデバイスは、電力信号、電気焼灼信号、および情報／通信信号を含む接続線８（「ピグテールケーブル」とも呼ばれる）（部分的に示される）を有する。特定の実装では、デバイスは、デバイス１０を制御するのに役立つ分散された制御電子機器およびソフトウェアを有する。いくつかのボタンが、腹腔へのおよび腹腔からのデバイスの挿入および抜去を補助するように備えられることが可能である。この実装では、一体のカメラ１２も、デバイス本体１０Ａに挿入されて示されている。本体１０Ａへと挿入されるとき、カメラ１２は、本体基端１０Ｃから基端に延びるハンドルまたは本体１２Ａと、本体先端１０Ｂから延びる可撓性カメラ撮像器１２Ｂとを有する。
【0038】
図２Ｂおよび図２Ｃは、１つの実装に係る、カメラアセンブリ１２を取り外したロボットデバイス１０を示す。これらの実装では、図２および図３～図４に示されるように、カメラ撮像器１２Ｂは、２つのアーム１４，１６間に位置決めされ、２つのアーム１４，１６間の視界を捕捉するように設計されている。これらの実装では、カメラ１２は、カメラ撮像器１２Ｂが本体とロボットアーム（「肩部」関節１４Ａ，１６Ａ）との間の関節付近から出るように、ロボット本体１０Ａを通じて延びる。カメラ１２は、ユーザが視界方向を調節することを可能にするように、可撓性の操作可能なチップ１２Ｃを有する。アーム１４，１６の先端にあるエンドエフェクタ１８，２０は、様々なツール１８，２０（はさみ、グラスパ、持針器など）を備えることが可能である。特定の実装では、ツール１８，２０は、エンドエフェクタをアーム１４，１６に対し結合するツールのつまみをわずかに回すことにより取り外し可能であるように設計される。
【0039】
図２Ｂおよび図２Ｃに示されるように、カメラアセンブリ１２は、ハンドル１２Ａと、先端チップ１２Ｃにカメラ撮像器１２Ｂを有する長いシャフト１２Ｄとを有する。様々な実装では、可撓性チップ１２Ｃ、したがってカメラ撮像器１２Ｂは、視界の方向を変化させるように、可撓性セクション１２Ｅ（シャフト上の黒のセクション）においてシャフト１２Ｄに対して操作可能であり、または、そうでなければ２つの独立した方向に運動することが可能である。特定の実装では、カメラ１２は、示されるように、いくつかの制御ボタン１２Ｆを有する。いくつかの実装では、カメラアセンブリ１２は、図２Ｃに示されるように、ロボットデバイス１０から独立して用いられることが可能である。
【0040】
これに代えて、アセンブリは、示されるように、ロボットデバイス１０の本体１０Ａを通じて形成されているルーメン１０Ｄを通じてロボットデバイス１０へと挿入されることが可能である。特定の実装では、ルーメン１０Ｄは、患者の腔が送気されたままとなる（図１Ｂに関連して示されるように）ことを確実にするシール／ポート１０Ｅを含む。１つの実装によれば、ロボットデバイス１０は、カメラがデバイス１０のカメラ用ルーメン１０Ｄ内に位置決めされているかを決定するためのセンサを有することが可能である。
【0041】
使用時、ロボットデバイス１０の先端部は、患者の体内に挿入される。その後、ロボットおよびカメラは両方、外科医により滅菌野外にある外科医コンソールを介して制御されることが可能である。外科医コンソールは、以下に詳細に記載されるように、外科医がロボットの運動を制御することを可能とするユーザ入力デバイス（すなわち、ジョイスティック）を有する。これらは、図１１Ａ～図１１Ｂに示されるように、制御デバイス１０が特定の実装において機能する、ペダル入力およびタッチスクリーンでもある。コンソールは、ロボットカメラを介して手術環境の画像を提供するメインディスプレイを有することが可能である。
【0042】
記載される実装では、図１Ｂ，図２Ａ，図２Ｂと，図３Ａおよび図３Ｂとに示されるように、ロボットデバイス１０は、中心の本体またはハンドル１０Ａに取付けられた１対の縮小化された人間に似たアーム１４，１６を有することが理解される。これに代えて、任意の生体内ロボットは、本明細書において開示または想定されるシステムの実装とともに利用されることが理解される。
【0043】
図１Ｂ～図３Ｂの実装におけるロボットハンドル１０Ａは、ルーメン１０Ｄ（図２Ｂに示される）と、腹部の送気を維持しながらカメラ１２が挿入されることと本体１０Ａから取り除かれることとを可能とするドッキングフィーチャとを有する。挿入時（図１Ｂおよび図２Ａに示される）、カメラ１２Ａは、光源を備えることが可能な有関節チップ１２Ｂを有し、外科医が手術ツール１４，１６，１８，２０および手術環境を観察することを可能とする。
【0044】
これらの実装では、カメラ１２は、カメラハンドル１２Ａ上または他の場所のラッチボタン３２を用いて定位置にロックされることが可能であり、また取り除かれることが可能である。これらの実装では、手術ロボットデバイスは、手術台２に対しクランプされた支持アーム４によって支持されている。図１５および図１６に関して記載されるように、ロボットクランプは、支持アームをロボットハンドル上の受容リングに対し接続するように用いられる。これに代えて、ロボットデバイス１０が、任意の既知の支持部品により支持されることが可能である。
【0045】
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、使用時、カメラ１２はロボット本体１０Ａへと挿入され、カメラ１２の先端は、ロボットにおけるルーメンを通過し、手術環境へと延びる。次いで、カメラ１２の先端１２Ｂは、手術ツールおよび手術目標の視界（ビュー）を提供するように作動することが可能である。カメラ１２は、任意の類似のロボットデバイスであってそれを通じて形成されるカメラルーメンを有するロボットデバイスとともに用いられることが可能であることが理解される。
【0046】
この実装における各ロボットアーム１４，１６は、図３Ｂに示されるように、ツールの開閉機能を含む６自由度を有する。ロボット肩部は、ほぼ人間の肩部に類似した球状関節である。肩部は、ヨー（Ｊ１）、ピッチ（Ｊ２）、および上アームセグメントの周りのロール（Ｊ３）を行うことが可能である。これらの第１の３つの回転軸は、ほぼ肩部関節において交差している。ロボットの肘（Ｊ４）は、上アームに対する前アームの回転を可能とする。最後に、ツールは、ツールの長軸の周りのロール（Ｊ５）を行うことが可能であり、いくつかのツールは、開閉作動機能を有する。対照的に、フック焼灼ツールは開閉しないことが理解される。
【0047】
【0048】
図４Ａ、図４Ｂおよび図５は、特定の実装に係る、作業空間３０全体と、ロボットデバイス１０のアーム１４，１６の各々の個々の到達可能な作業空間３０Ａ，３０Ｂとを概略的に示す。これらの実装では、「作業空間」３０は、アームおよび／またはエンドエフェクタ１８，２０が移動し、アクセスし、またその空間内においてその機能を行うことが可能なロボットデバイス１０の周りの空間３０を意味する。
【0049】
図５は、左アームと右アームとが到達することが可能な領域を示す。より詳細には、図５は、デバイス本体１０Ａの斜視図を示し、作業空間３０全体と第１アーム１４および第２アーム１６のそれぞれ個々の作業空間３０Ａ，３０Ｂとをさらに示す。各アーム１４，１６は、運動の範囲と、デバイスの前部２２からデバイス１０の後部２４に延びている対応する作業空間３０Ａ，３０Ｂとを有することに留意されたい。したがって、第１アーム１４は、各アーム１４，１６についてデバイス本体１０Ａの軸に対する空間の約１８０°を通じて、前部２２および後部２４に対して均等である。この作業空間３０は、本体１０Ａを再配置する必要なく、ロボットデバイスが前部２２および後部２４に対して等しく十分に作業することを可能とする。これらの体積の重複部分は、左右のアーム両方が到達可能な範囲を表し、両手ロボットの作業空間として定義される。外科医は、この両手の範囲において作業するとき、完全なロボットの巧妙性を有する。
【0050】
図６に最もよく示されるように、これらの実装における個々のアームについての運動の範囲の重複は、交差すなわち両手の作業空間３０Ｃ（図６Ａにも示される）も可能とする。これらの実装における交差する作業空間３０Ｃは、任意の個々のデバイス１０位置における両方のアーム１４，１６とエンドエフェクタ１８，２０とが到達可能な作業空間３０Ｃを包含することが理解される。また、これらの実装では、交差する作業空間３０Ｃは、デバイス本体１０Ａの軸に対する空間の約１８０°の範囲を含む。
【0051】
両手の作業空間３０Ｃは、肩部のピッチ関節（図３ＢにおけるＪ２）の周りに１８０度回転され図６に示される、楕円により近似される。１つの設計では、楕円は、おおよそ長軸において４．５インチ（１１．５ｃｍ）および短軸において３．２５インチ（８．２５ｃｍ）である。両手の作業空間３０は、ロボットデバイス１０の前方からロボットの下方まで広がり、ロボットの後部の後方にもある。ロボットアーム１４，１６のこの巧妙性は、外科医がこの両手の作業空間３０Ｃの内側の何処でも等しく十分に作業するようにアーム１４，１６を操作することを可能とする。
【0052】
これに加えて、この実装によれば、手術ロボットデバイス１０は、処置中に「全体的位置決め」により容易に再配置されることが可能であるため、腹腔の任意のエリアに到達することが可能である。すなわち、デバイス１０は、外部の支持アーム４およびロボットクランプ１５０を調節することによって素早く、数秒にて移動することが可能である。ロボットデバイス１０の全体的位置決めとロボットアーム１４，１６の巧妙性との組合せは、以下に説明するように、外科医がデバイス１０を配置することを可能とし、それによってデバイスが、与えられた処置について十分に三角測量されたアーム１４、１６を用いて腹腔における何処においても作業することが可能である。
【0053】
より詳細にデバイス１０およびカメラ１２の挿入を参照すると、図７は、特定の実装に係るハンドル１２Ａの詳細な図を示す。図７では、カメラ１２は、カメララッチ３２と挿入３４および収縮３６の制御部またはボタンとを有する。ロボットデバイス１０は、手術台（図１の２に示される）にクランプされた支持アーム４によって支持される。これらの実装では、ロボットクランプ１５０は、支持アーム４をロボットハンドルまたは本体１０Ａ上の受容リング１５４に対し接続するように用いられる。
【0054】
システム１の様々な実装では、デバイス１０は、一連の構成および／またはアームの位置決めを実行することによって、患者の腹部へと挿入される。特定の実装では、挿入３４および収縮３６の制御部またはボタンは、理解されるように、内科医またはユーザが挿入および／または収縮によりそれぞれの挿入および収縮工程／位置決めを実行することを可能とする。さらに、特定の実装では、カメララッチ３２は、デバイス１０の内部部品および／またはカメラ１２を「ロック」または「アンロック」位置へとトグルスイッチにより切り替え、それによって、理解されるように、カメラ１２をデバイス１０内に固定するか、カメラ１２がカメラルーメンから自由に取り除かれることを可能とする。
【0055】
これらの実装に係る手術ロボットデバイス１０の様々な実装は、デバイス１０の基端１０Ｃに配置されデバイスの任意の状態を示すように構築および構成された１つまたは複数のインジケータ灯３８を有し、任意の色か任意の強度、または変化する強度となることが可能である。特定の実装では、当業者により認識されるように、ＬＥＤライトまたは同様の照射部品が用いられることが可能である。
【0056】
様々な実装では、ロボット関節を有するカメラ１２は、カメラ１２の視点から視覚的なフィードバックを外科医に提供するためのシステム１の一部である。１つの特定の実装では、カメラは１０８０ｐ，６０Ｈｚのデジタルビデオを提供する。これに代えて、カメラは、任意の既知のビデオ品質を提供することが可能である。
【0057】
図８Ａの実装に示されるように、カメラ１２は、図１に示されるように、ロボット基部リンクにおけるルーメンへと挿入されるように構築および構成され、それによって、カメラのチップ１２Ｂは常に２つのロボットアーム１４，１６間に位置し、カメラ１２は視野（図８Ａにおいて参照文字Ｃにより示される）を有する。
【0058】
ロボットデバイス１０が手術中に再配置されるとき、カメラ１２およびロボットデバイス１０は、この構成においてともにまたは協調して移動することが理解される。これは、任意の構成、位置決め、およびデバイス１０の使用について、ロボットとツール１８，２０との間の協調した三角測量となる。
【0059】
特定の実装によれば、カメラ１２は、ロボットのツール１８，２０のすべての可能な位置を可視化するように設計される。したがって、カメラチップ１２Ｂは、視野（Ｃ）の再配置に関して、ロボット関節を有することが可能である。特定の実装では、外科医は、外科医コンソール１００（図１１Ａおよび図１１Ｂに関して詳細に記載される）を介してこの動きを制御することが理解される。
【0060】
図８Ｂおよび図８Ｃの実装において示されるように、カメラ１２は、ピッチ（スクリーン上下）および／またはヨー（スクリーン左右）においてそれぞれ移動することが可能であり、これらは、それぞれチルトおよびパンとも呼ばれ得る。特定の実装では、システムは、前述した通り、有関節カメラ１２を用いる。簡潔には、これらの実装では、カメラ１２は、外科医がロボットアーム１４，１６のすべての可能な位置と手術室の所望のエリアとを観察することが可能であることを確実にするように関節が動く。
【0061】
上述したように、カメラの与えられた位置についてのおおよそのカメラ視野（Ｃ）は、図８Ａの実装において示される。カメラ視野（Ｃ）は、矩形の断面の対角に沿って作り出される角度θ１によって範囲を定められるように、この実装において約１００度である。任意の他の既知の視野角度が用いられることが可能である。多くの他の角度が可能であることが認識される。これらの実装では、外科医／ユーザが、広範囲の作業する距離にわたってロボットのエンドエフェクタ１８，２０の両方を観察することができることが理解される。
【0062】
さらに、ロボットデバイス１０は、ロボットデバイスのアーム１４，１６（図５および図６に記載されるような）により大きい運動を行うとき、ロボットカメラチップ１２Ｂは、ロボットの作業空間全体を観察するように、大きいアームの動きと協調して能動関節を用いて移動することが可能である。特定の実装では、カメラの関節は、モータおよびセンサとプロセッサに実装された制御アルゴリズムとを用いて、能動的に制御される。
【0063】
特定の実装に係るシステム１は、そうした制御アルゴリズムを実行するように構築および構成されたプロセッサを有する。制御アルゴリズムは、当業者により認識されるように、随意では、オペレーティングシステム、メモリ、入出力インタフェースなどを有するプロセッサ上のコンピュータ可読媒体に対し提供されることが可能である。様々な実装におけるプロセッサは、当業者により認識されるように、カメラハンドル１２Ａ、デバイス本体１０Ａに、手術コンソール１００に、または他の場所に配置されることが可能である。実装の説明を目的として、容易に認識されるように、プロセッサは手術コンソール１００の内側に位置する。
【0064】
これらの実装では、制御アルゴリズムは、ロボットデバイス１０に対する、図８Ｂおよび図８Ｃに示されるピッチ（α）および／またはヨー（β）回転についてカメラ１２の自動化および／または半自動化した位置決めおよび再配置を可能とする。この２自由度（ＤＯＦ）システムは、ロボットデバイス１０が関節を動かすにつれてカメラチップ１２Ｂを平行移動させるように構築および構成されることも可能である。代替の設計が可能であることが理解される。
【0065】
図８Ｂおよび図８Ｃの実装では、システム１は、上述したようなアルゴリズムなどの制御アルゴリズムを実行する。これらの実装によれば、カメラ１２は、視野を変えるべくカメラ１２を様々な方向に方向付けるか「向ける」ように、ロボット本体１０Ａに対し回転可能である。この実装では、ロボット座標フレーム｛Ｒ｝は、ロボット本体１０Ａに対し固定され、直交単位ベクトルｘＲ，ｙＲおよびｚＲにより定義される。カメラ座標フレーム｛Ｃ｝は、カメラの撮像チップ１２Ｂの位置に対して定義される。この実装では、｛Ｃ｝フレームは、図８Ｂ～図８Ｄに示されるように、直交単位ベクトルｘＣ，ｙＣおよびｚＣにより定義される。
【0066】
この実装では、ｘＣ軸は、カメラ１２の長手方向の軸の延長として撮像チップ１２Ｂから外方に延びるように、したがってカメラ１２の視野を真っ直ぐ向くように位置する（図８ＡのＣに示されるように）。カメラ撮像器によって見られるとき、ｙＣ軸はカメラ画像の真っ直ぐ左を向き、ｚＣ軸は鉛直である。｛Ｃ｝フレームは、図８Ｅにおいてカメラの視点から示される。
【0067】
この実装では、ロボットフレーム｛Ｒ｝に対するカメラフレーム｛Ｃ｝の２ＤＯＦの回転を記述するように、２つの角度、すなわち第１の角度αおよび第２の角度βが形成される。多くの角度が用いられることが可能であるが、この代表的な実装では、固定された角度が用いられ、ｘＲおよびｙＲフレームの周りの回転によって記載される。
【0068】
第１の角度αは、図８Ｂに示されるように、ｙＲ軸の周りのｘＲ軸に対するカメラチップ１２Ｂの回転（ｘＣ軸）として定義される。第２の角度βは、図８Ｃに示されるように、ｘＲ軸の周りのｙＲに対するカメラチップ１２Ｂの回転（ｘＣ軸）として定義される。
【0069】
これらの実装では、システムは、カメラフレーム｛Ｃ｝および／またはロボットフレーム｛Ｒ｝のうちの一方から他方への（または任意の他の座標フレームへの）座標変換を得ることが可能である。
【0070】
図８Ｄ～図８Ｉの実装に示されるように、特定の実装に係るシステム１は、定義されたカメラフレーム｛Ｃ｝および／またはロボットフレーム｛Ｒ｝に応じて、制御アルゴリズムを実行しカメラ１２およびアーム１４，１６を移動させるように構築および構成されることが可能である。すなわち、特定の実装では、本明細書に記載されるように、外科医またはユーザが、カメラ１２により返された画像に基づいてロボットデバイス１０の運動を命令することと、システム１が様々な参照フレームおよび部品の位置を調節するように構築および構成されることとが理解される。
【0071】
これらの実装のうちのいくつかによれば、カメラフレーム｛Ｃ｝は、カメラチップ１２Ｂに対し固定され、それによって、カメラチップ１２Ｂは、外科医により提供される視界に対して移動しない。
【0072】
図８Ｅに示されるように、これらの実装に係るシステム１は、カメラフレーム｛Ｃ｝の原点（Ｘにて示される）をｘＣ，ｙＣおよびｚＣ軸の交差部分に確立する。同様に、ロボットフレーム｛Ｒ｝は、理解されるように、参照点または原点を、フレーム｛Ｃ｝，｛Ｒ｝間の座標化された平行移動についてのデバイス部品の位置に対して確立する。
【0073】
図８Ｅの実装について続けると、次いで、エンドエフェクタ１８，２０の位置ＰＬおよびＰＲは、カメラフレーム｛Ｃ｝内において特定されることが可能である。ロボットフレーム｛Ｒ｝におけるエンドエフェクタ１８，２０の位置は、そのように制御してロボットを操作するのであるから、既知である。次いで、カメラフレームにおけるエンドエフェクタ１８，２０の位置を定めるように、｛Ｒ｝フレームと｛Ｃ｝フレームとの間の座標変換が行われる。
【0074】
これらの実装に係るカメラ１２の位置決めは、いくつかのアプローチを用いて制御および／または計画されることが理解される。１つのアプローチは、ユーザが、コンソール１００に対し動作可能に結合されている入力デバイスを介して、また図１１Ａおよび１１Ｂに関して詳細に記載されるように、カメラ１２の位置を制御することを可能とすることである。入力デバイスのいくつかの限定されない例は、例えば、手または足により制御されるジョイスティックを含む。さらなる実装は、カメラの様々な運動（例えば、ピッチαおよびヨーβ）を制御する独立したジョイスティック状のデバイスを有する。さらなるアプローチは、ロボット手制御および／またはペダルのうちの一方の機能をトグルスイッチにより切り替えて、カメラ１２運動を命令するための手制御を一時的に用いることを含む。
【0075】
さらなる代替の実装では、カメラ１２とアーム１４，１６などの他の部品との位置に関する追加のデータは、カメラ１２の方向を選択するように、参照フレーム｛Ｒ｝，｛Ｃ｝を確立するように用いられることが可能である。これらの実装は、当業者により認識されるように、エンドエフェクタ１８，２０の位置および速度と、ツールの運動に関連付けられた多くの因子とを含む。
【0076】
特定の実装に係るさらなるアプローチは、エンドエフェクタ１８，２０に対し固定されるようにカメラ１２の動きを制御することである。これらの実装に係るカメラ視点Ｃから見られるとき、エンドエフェクタ１８，２０の位置は、ＰＬおよびＰＲとして定義され、ＰＬおよびＰＲは、それぞれの点の位置のｘ，ｙおよびｚ座標を含むベクトルである。これらはカメラ１２により検出され、その位置は、図８Ｄ，図８Ｅおよび図８Ｆに示されるように、カメラフレームにおいて確立されることが可能である。
【0077】
様々なこれらの実装では、したがって、カメラフレーム図８Ｅにおけるエンドエフェクタ同士の間の中点であるＭｉｄｐｏｉｎｔＰＬＰＲを計算することが可能である。これらの実装では、線は、図８Ｇに示されるように、左１６と右１８とのエンドエフェクタの位置ＰＬとＰＲとの間に作り出される。次いで、カメラ座標フレームにおける（または、既知の座標変換行列を用いて任意の他のフレームにおける）線ＣＰの中点位置を特定することが可能である。
【0078】
【数1】
【0079】
これらの参照フレームを用いて、カメラ１２がツール１８，２０の中心に置かれたままとなるのを確実にするように、座標変換により初期カメラ視界Ｃ１を第２のカメラ視界Ｃ２に再配置することが可能である。例えば、図８Ｈに示されるように、初期カメラ視界Ｃ１から見られるとき、｛Ｒ｝中点ＰＲＰＬは、カメラ座標フレーム｛Ｃ｝に対して観察されることが可能である。｛Ｃ｝参照フレームの原点ＸＣは、｛Ｒ｝参照フレームによって確立される中点ＰＲＰＬに位置整合されない。
【0080】
次いで、カメラ１２は、図８ＩのＸＣ１→ＸＣ２に示されるように、カメラの原点ＸＣを２つのツール１８，２０の中点ＰＲＰＬに対しゼロに合わせるように再配置されることが可能である。この運動は、減衰されることも可能である。これらの実装では、システム１は、理解されるように、カメラチップ１２Ｂの運動を、チップの速度に比例する項を有するそのチップの運動を減少させることによって、遅らせる。
【0081】
カメラ１２の制御を伴うさらなる実装は、右１８および左２０のエンドエフェクタの各々の計算された移動平均位置を利用する。これらの実装では、平均位置と実際の位置との間の差は、各アーム１４，１６について計算される。その差が閾値よりも大きいと、アームは移動していると考えられる。これらの実装では、カメラ作動出力は、目標位置と比較したカメラの運動学により計算される。一方のアームしか移動していないときは、目標位置は、移動しているアームのみの位置である。両方のアームが移動していると、２つのエンドエフェクタ位置間の中点は、理解されるように、目標位置として用いられる。
【0082】
これらの移動平均などの実装では、運動学制御は、以下のものなどの疑似コードを実行する。
アルゴリズム運動学は
入力：カメラが目指す地点，ｐｏｓ
出力：ｐｏｓにてカメラを向けるカメラ角度，シータ１，シータ２，．．．
カメラ運動学およびｐｏｓに基づいてシータ１，シータ２，．．．を設定
シータ１，シータ２，．．．を返す
アルゴリズムカメラ追跡は
入力：左右のエンドエフェクタの位置，ｐｏｓＬおよびｐｏｓＲ
出力：カメラ作動角度，シータ１，シータ２，．．．
固定サイズのＦＩＦＯ配列，配列ＬへとｐｏｓＬを加える
ａｖｇＬを配列Ｌの平均に設定
ｄｉｆｆＬをａｖｇＬとｐｏｓＬとの差に設定
固定サイズのＦＩＦＯ配列，配列ＲへとｐｏｓＲを加える
ａｖｇＲを配列Ｒの平均に設定
ｄｉｆｆＲをａｖｇＲとｐｏｓＲとの差に設定
ｄｉｆｆＬが動きの閾値よりも大きい場合
移動Ｌを真に設定
そうでない場合
移動Ｌを偽に設定
ｄｉｆｆＲが動きの閾値よりも大きい場合
移動Ｒを真に設定
そうでない場合
移動Ｒを偽に設定
移動Ｒが真かつ移動Ｌが偽の場合
運動学（ｐｏｓＲ）を返す
そうでなく 移動Ｌが真かつ移動Ｒが偽の場合
運動学（ｐｏｓＬ）を返す
そうでなく 移動Ｌが真かつ移動Ｒが真の場合
ｐｏｓＲおよびｐｏｓＬの平均にｍｉｄＰｏｓを設定
運動学（ｍｉｄＰｏｓ）を返す
これに代えて、他の臨床およびロボット因子がカメラの位置を決定するように用いられることが可能である。例えば、速度／位置および／または速度／位置の履歴が、命令されたカメラ位置において考えられることが可能である。システムの構築および構成において、素早く、度々もしくは絶えず移動するツールまたは他の因子が、カメラをそのツールに向かって「引く」ことが可能であることと、より静止したチップがカメラを近傍に保持しなくてよいこととが理解される。
アルゴリズム運動学は
入力：カメラが目指す地点，ｐｏｓ
出力：ｐｏｓにてカメラを向けるカメラ角度，シータ１，シータ２，．．．
カメラ運動学およびｐｏｓに基づいてシータ１，シータ２，．．．を設定
シータ１，シータ２，．．．を返す
アルゴリズムカメラ追跡は
入力：左右のエンドエフェクタの位置，ｐｏｓＬおよびｐｏｓＲ
出力：カメラ作動角度，シータ１，シータ２，．．．
固定サイズのＦＩＦＯ配列，配列ＬへとｐｏｓＬを加える
ａｖｇＬを配列Ｌの平均に設定
ｄｉｆｆＬをａｖｇＬとｐｏｓＬとの差に設定
固定サイズのＦＩＦＯ配列，配列ＲへとｐｏｓＲを加える
ａｖｇＲを配列Ｒの平均に設定
ｄｉｆｆＲをａｖｇＲとｐｏｓＲとの差に設定
ｄｉｆｆＬが動きの閾値よりも大きい場合
移動Ｌを真に設定
そうでない場合
移動Ｌを偽に設定
ｄｉｆｆＲが動きの閾値よりも大きい場合
移動Ｒを真に設定
そうでない場合
移動Ｒを偽に設定
移動Ｒが真かつ移動Ｌが偽の場合
運動学（ｐｏｓＲ）を返す
そうでなく 移動Ｌが真かつ移動Ｒが偽の場合
運動学（ｐｏｓＬ）を返す
そうでなく 移動Ｌが真かつ移動Ｒが真の場合
ｐｏｓＲおよびｐｏｓＬの平均にｍｉｄＰｏｓを設定
運動学（ｍｉｄＰｏｓ）を返す
これに代えて、他の臨床およびロボット因子がカメラの位置を決定するように用いられることが可能である。例えば、速度／位置および／または速度／位置の履歴が、命令されたカメラ位置において考えられることが可能である。システムの構築および構成において、素早く、度々もしくは絶えず移動するツールまたは他の因子が、カメラをそのツールに向かって「引く」ことが可能であることと、より静止したチップがカメラを近傍に保持しなくてよいこととが理解される。
【0083】
さらに、技術または他のアルゴリズムを学習する様々な機械が、カメラ１２の配向を決定するように用いられることが可能であることが十分に認識される。これは、ニューラルネットワーク、遺伝的アルゴリズム、またはこの分野において既知であり認識されたアルゴリズムを学習する多くの他の機械を含むことが可能である。
【0084】
これに代えて、外科医はカメラ１２をロボットデバイス１０から取り除き、カメラ１２を別のものに用いるように、図９に示されるように標準的な手動の腹腔鏡のような既知の腹腔鏡ポート８を選択することが可能である。この視点は、メインポート６を介した安全な挿入および抜去を確実にするように、ロボットデバイス１０を可視化するのに役立ち得る。これらの実装に係るカメラ１２は、ロボットデバイス１０から取り除かれることが可能であり、それによって光学機器が洗浄されることが可能である。
【0085】
特定の実装では、ロボットデバイスは、図１０Ａに示されるように、外科医コンソールから操縦される。外科医コンソールのこの例示的な実装は、ロボット制御機能とシステム監視を行うメインコンピュータ１０２を備える。これらの実装では、外科医は、高解像度リアルタイムディスプレイ上に示されるロボット関節を有するカメラの出力を用いて手術環境を観察する。コンソールおよびロボットのいくつかの機能は、タッチスクリーンインタフェース１０６を通じて制御される。タッチスクリーン１０６は、ロボットの状態に関するいくつかの情報を表示するようにも用いられる。これに代えて、任意の既知のコンソールが、本明細書において記載または想定されるシステムの様々な実装とともに用いられることが可能である。
【0086】
デバイス１０およびカメラ１２の運動は、この実装において、左右の手入力デバイス１０８を有する外科医コンソール１００を介して制御される。入力デバイス１０８は、外科医の手とインタフェースし、外科医の動きを監視する。前述した通り、入力デバイス１０８は、外科医の手が適切に連動していることを示すように、外科医存在センサを有する。デバイスは、組み込まれた参照においても記載されたように、作業空間の境界などのものを示すように、またロボットアーム同士の衝突を防止するように、外科医の手に対し押すことによって触覚的なフィードバックを提供する。これらの入力デバイス１０８はまた、ロボットの手術ツールの開閉機能を制御する。
【0087】
これらの実装に係る外科医コンソール１００は、把持、カメラの動き、および様々な電子焼灼機能を含む様々なロボット機能を制御するように用いられる足ペダル１１０を有することも可能である。これに代えて、コンソール上の他の入力デバイスがそれらの様々な機能を制御するように用いられることが可能である。
【0088】
これらの実装に係る外科医コンソール１００は、座位姿勢（インテュイティブのダヴィンチに類似）または立位姿勢（手動の腹腔鏡に類似）において用いられるように構築および構成される。コンソール１００は、キャスタおよび輸送ハンドル１１２を用いて手術室間を容易に輸送されるように設計される。
【0089】
外科医コンソール１００のさらなる実装は、図１０Ｂに示される。これらの実装では、追加の、代替の支持機器が提供され、ここでは、リモートディスプレイ１２０および付添カートである。手術中の患者の周りの空間は貴重であることと、特定の有線のまたは接続された部品が制限された範囲を有することとが理解される。
【0090】
これらの実装に係るリモートディスプレイ１２０は、他の部品に対し動作可能に結合され、また、有線または無線であることが可能である。このディスプレイ１２０は、ロボットカメラからの視界または任意の他のビデオを示すように用いられる。
【0091】
図１０Ｂの実装では、付添カート１２２も提供される。カート１２２は、ロボットインタフェースポッド１２４もしくは電気手術ジェネレータまたは他の機器を保持するように用いられることが可能である。
【0092】
特定の実装では、足ペダル１１０のうちの１つ１１０Ａまたは別の入力デバイスは、手入力デバイスの座標化された運動をロボットの運動から分離する把持部として用いられることが可能である。特定の実装では、足ペダル１１０は、ユーザが手入力デバイス１０８をユーザ自身の作業空間におけるより所望される位置に移動させることを可能とするように構成されることが可能である。次いで、座標化された運動は、再連動することが可能である。これに代えて、他の実装では、把持機能は手入力デバイスの座標化された運動をロボットの運動から分離してよく、次いで、手入力デバイスは自動的に所望される位置に移動してよい。次いで、座標化された運動は、再連動することが可能である。
【0093】
特定のシステム実装では、様々なケーブル１２６が、図１１Ａに示されるように、ロボット、カメラ、電気手術ジェネレータ、および手術コンソールを接続するように用いられる。
【0094】
１つの実装によれば、ケーブル１２６のシステム１部品へのおよびシステム１部品からのすべての接続は、図１０Ｂ，図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、接続ポッド１２４を通じて行われる。ケーブルおよびコネクタは、図１１Ａに概略的に示される。
【0095】
これらの実装では、ポッド１２４は、手術室内の外科医コンソールの配置において融通性を与える約２０フィート（６メートル）のケーブルを介して、外科医コンソール１００に対し永久的に接続される。他の長さが、当然ながら可能である。使用時、ポッド１２４およびケーブル１２６は、輸送のためコンソール１００の後部から吊るされることが可能である。使用時には、ポッド１２４は電気手術ジェネレータ付近および／または手術台付近に配置されることが可能である。
【0096】
様々な実装では、ロボットデバイス１０およびカメラ１２の両方は、ロボットおよびカメラに対し永久的に取付けられたピグテール１２６Ａ，１２６Ｂを有し、次いで、ポッドにコネクタを有する。ロボットピグテール１２６Ａは、電力および制御信号と信号焼灼エネルギーを搬送する。カメラピグテール１２６Ｂは、電力および制御信号とビデオ信号用のファイバ光学ケーブルとを搬送する。
【0097】
これらの実装に係るポッド１２４は、電気手術ジェネレータ（ＥＳＧ）１２８とインタフェースするように構築および構成される。外科医コンソール１００におけるユーザからのオン／オフ制御信号は、ＥＳＧ１２８制御入力に対し直接接続されている。モノポーラリターンパッド１３０は、まずポッド１２４に対し接続され、次いで焼灼エネルギーはＥＳＧ１２８から適切な手術ツールにポッド１２４を介して伝送される。様々な実装では、各接続は、接続が正しくなされているかを外科医コンソールが決定することを可能とするセンサを備える。このシステム１は安全性およびセットアップの単純性を確実にするように設計されている。
【0098】
１つのインタフェースポッド１２４設計は、図１１Ｂに示される。この実装では、付添カート１２２は、インタフェースポッド１２４およびＥＳＧ１２８を収容するように用いられる。インタフェースポッドは、外科医コンソールおよび電気手術ユニットに対し接続する。次いで、インタフェースポッド１２４は、ロボットデバイス１０用およびカメラ１２用の接続を有する。
【0099】
様々な実装では、既知の、商業的に入手可能なＥＳＧ１２８は、１つの実装に従って、システムとインタフェースすることが可能である。例えば、１つの特定の実装では、外科医コンソールは、ＥＳＧ１２８を作動および非作動にさせる電気回路を開閉する２つの（ＩＰＸ７）足ペダル１１０を有することが可能である。ペダル１１０は、ＥＳＧ１２８に対し直接接続されている。安全な測定のため、外科医コンソール１００はＥＳＧ１２８からペダルを非接続にすることが可能であるが、ＥＳＧ１２８を作動させることは不可能である。ＥＳＧ１２８の作動は、外科医がペダル１１０を押し下げることも必要とする。モノポーラ焼灼エネルギーは、ロボットの右アームに届けられ、バイポーラエネルギーは左アームに届けられる。電気焼灼エネルギーは、特別に設計された手術ツール（グラスパおよびはさみ、ならびにモノポーラエネルギー用のフードなど）を通じて、手術目標に届けられる。検証テスト（クリーページ、間隔、インピーダンスなど）が、電気手術ジェネレータとシステムとの間の適切な相互運用性機能を確実にするように行われている。
【0100】
これに代えて、ＥＳＧ１２８が、足ペダル以外の他の入力デバイスを通じてシステム１とインタフェースすることが可能である。これに代えて、システムは、ポッド１２４を有しない。これらの特定されたサブシステムに加えて、システムの特定の実装は、以下に記載するように、多くの標準的な一般手術システムおよび腹腔鏡システムの１つまたは複数と、一般に利用可能でありユーザにより提供される技術とを利用することが可能である。
【0101】
システム１のさらなる態様が、本明細書において記載される。
図１２は、様々な手術ツール（上にてエンドエフェクタ１８，２０とも呼ばれる）の図を示し、これらはシステムの「手」であり、一般に１３０にて示される。４つのツールが図１２に示され、バイポーラ焼灼が可能な有窓グラスパ１３２、モノポーラ焼灼を果たすはさみ１３４、モノポーラ焼灼を果たすフック１３６、および左右の持針器セット１３８を含む。これに代えて、他のエンドエフェクタが本明細書において開示または想定される実装とともに用いられることが可能である。
図１２は、様々な手術ツール（上にてエンドエフェクタ１８，２０とも呼ばれる）の図を示し、これらはシステムの「手」であり、一般に１３０にて示される。４つのツールが図１２に示され、バイポーラ焼灼が可能な有窓グラスパ１３２、モノポーラ焼灼を果たすはさみ１３４、モノポーラ焼灼を果たすフック１３６、および左右の持針器セット１３８を含む。これに代えて、他のエンドエフェクタが本明細書において開示または想定される実装とともに用いられることが可能である。
【0102】
特定の実装では、これらの手術器具１３０は、ロボットシステム１に対して単回使用の使い捨ての関連用品であるように設計される。その手術器具１３０は、指定の手術タスクについての臨床的な必要性に基づいて選択されることが可能である。
【0103】
ツール１３０は、ロボット前アーム１４，１６の先端へと挿入され、次いで、図１３に示されるように、１／４回転の銃剣式接続を用いて定位置にロックされる。ツール１３０は、処理を反転させることにより取り除かれる。ツール１３０が挿入されたとき、ツール１３０は、焼灼エネルギーをツールチップに届けるように、前アームの内側の接続と相互作用する。これに代えて、任意の結合機構が、エンドエフェクタのいずれをもロボットデバイスと結合するように用いられることが可能である。
【0104】
特定の実装によれば、手術ロボットデバイス１０は、再使用のために洗浄され滅菌される。ロボットデバイス１０は、ロボット基部リンクと前アームとの間のエリアを覆う、成形されたシリコン保護スリーブ（図示せず）を有する。これは、ロボットが洗浄され、滅菌処理中に完全に晒されることを可能とする。
【0105】
特定の実装では、保護スリーブおよび適合したスリーブが提供され、それらはロボットアーム１４，１６を覆うように仕立てられる。ロボットアーム１４，１６への装着前の１つのそうしたスリーブ１４０が、図１４に示される。スリーブ１４０は可撓性を有するため、スリーブ１４０は、ロボットアーム１４，１６の運動を制限せず、通常のロボット動作中の引き裂くことと刺すこととに対する耐久性を有する。スリーブ１４０は、ロボットへの流体の進入に対する障壁として機能する。スリーブ１４０は、生体適合性のある材料から作られ、システムにおけるすべての他の組織接触材料のように、ＩＳＯ１０９９３に従う。ロボットスリーブ１４０は、ファクトリーインストールドであることが可能であり、デバイス１０の有用な寿命にわたってロボット上にある。
【0106】
ロボットスリーブ１４０は、デバイスを手術後に容易に洗浄されるようにし、すべての患者接触面が滅菌処理中に適切に晒されることを確実にする。これに代えて、任意の既知のスリーブまたは保護部品が用いられることが可能である。
【0107】
特定の実装では、ロボットクランプ１５０は、処置中にデバイス１０を支持するように提供される。これらの実装では、既知の、商業的に入手可能な支持アーム４が、図１５に示されるように、デバイス１０を手術台２に対し固定支持するように用いられることが可能である。支持アーム４はいくつかの調節フィーチャを有し、それによって、支持アーム４が、ロボットの大きな再配置を可能としながら、安定性を提供することが可能である。特定の例では、支持アーム調節フィーチャは、１つの調節つまみ１４２を用いて制御される。
１つのクランプ１５０の実装が、図１６に示される。これらの実装に係るデバイス１０は、図１６に示されるように、ロボットクランプ１５０を通じて支持アーム４とインタフェースする。クランプ１５０は、デバイスをクランプするかクランプを外す前に押下される必要がある、安全解放ボタン１５２を有する。ロボット本体１０Ａには、クランプ１５０とデバイス１０との間のインタフェースを提供するように、ハウジング１１に形成されたロボットクランプインタフェースリング１５４を有する。解放ボタン１５２が押下された後、ロボットデバイス１０は、挿入されるか、解放レバー１５６を用いてクランプ１５０から取り除かれることが可能である。
１つのクランプ１５０の実装が、図１６に示される。これらの実装に係るデバイス１０は、図１６に示されるように、ロボットクランプ１５０を通じて支持アーム４とインタフェースする。クランプ１５０は、デバイスをクランプするかクランプを外す前に押下される必要がある、安全解放ボタン１５２を有する。ロボット本体１０Ａには、クランプ１５０とデバイス１０との間のインタフェースを提供するように、ハウジング１１に形成されたロボットクランプインタフェースリング１５４を有する。解放ボタン１５２が押下された後、ロボットデバイス１０は、挿入されるか、解放レバー１５６を用いてクランプ１５０から取り除かれることが可能である。
【0108】
これらなどの実装では、クランプ１５０は、随意ではＶ字溝である洗濯ばさみ部材１５８を有する。洗濯ばさみ部材１５８は、デバイス１０の円滑な制御された回転を可能とする。これらの実装では、洗濯ばさみ部材１６０が洗濯ばさみ部材１５８の反対側に配置され、認識されるように、洗濯ばさみ部材１５８は、デバイスをインタフェースリング１５４に固定するように内側に付勢される。
【0109】
様々な好ましい実装が記載されているが、当業者は、その趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に変更がなされ得ることを認識する。
本発明は好ましい実装を参照して記載されている、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に変更がなされ得ることを認識する。
本発明は好ましい実装を参照して記載されている、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に変更がなされ得ることを認識する。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【図8I】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
