特表 2024-507787 医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステム及び関連するロボットシステムのマスター装置の完全性を検証するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-21

(54)【発明の名称】医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステム及び関連するロボットシステムのマスター装置の完全性を検証するための方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20240214BHJP

   B25J 3/00 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

B25J3/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023548905

(86)(22)【出願日】2022-02-14

(85)【翻訳文提出日】2023-10-12

(86)【国際出願番号】 IB2022051286

(87)【国際公開番号】W WO2022175800

(87)【国際公開日】2022-08-25

(31)【優先権主張番号】102021000003488

(32)【優先日】2021-02-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518132307

【氏名又は名称】メディカル・マイクロインストゥルメンツ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＤＩＣＡＬ ＭＩＣＲＯＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100113170

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 和久

(74)【代理人】

【識別番号】100230640

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 望

(72)【発明者】

【氏名】ルッファルディ，エマヌエーレ

(72)【発明者】

【氏名】シミ，マッシミリアーノ

【テーマコード（参考）】

3C707

4C130

【Ｆターム（参考）】

3C707AS35

3C707JT04

3C707JU12

3C707JU14

4C130AB02

4C130BA02

4C130DA10

(57)【要約】

医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用される、手持ち式で拘束されないマスター装置の機能的／構造的完全性を検証するための方法が記載され、そのようなマスター装置は、共通の軸に対して相対的に回転又は並進するように拘束される２つの剛性部分を備える本体を備える。本方法は、それぞれがマスター装置の前述の２つの剛性部分のそれぞれの１つに属する少なくとも２つの点の位置ベクトルを測定及び／又は検出するとともに、前記少なくとも２つの位置ベクトルの経時的変化を測定及び／又は検出するステップを含む。次いで、本方法は、前記少なくとも２つの点のそれぞれの方向（３つの数のそれぞれのセットとして表わされる）を測定及び／又は検出するとともに、前記方向の経時的変化を測定及び／又は検出するステップを含む。次いで、マスター装置の状態を規定するのに必要な自由度の数と検出された情報項目の数との間の差から導出する、マスター装置の構成的又は構造的特徴によって課される１つ以上の拘束が規定され、各拘束は、マスター装置の完全性の場合に順守されなければならない数学的関係と関連付けられる。次いで、本方法は、前述の検出及び／又は測定された位置ベクトル及び方向並びにそれぞれの経時的変化に基づいて、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係を計算するステップと、マスター装置の状態を決定するのに必要な情報に関して冗長である自由度に関連する検出された情報を利用して、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係が順守されるか否かの検証に基づき、マスター装置の機能的／構造的完全性又は非完全性の状態を最終的に決定するステップとを含む。上記の方法を実行するために装備された医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムも記載される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用される、手持ち式で拘束されないマスター装置（１１０；１１１０；１２１０，１２２０；１３１０；１４１０；１５１０；１６１０）の構造的及び／又は機能的完全性を検証するための方法であって、前記マスター装置は、共通の軸（ＺＯＪ；Ｘ－Ｘ）に対して相対的に回転及び／又は並進するように拘束される２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１１８０，１１９０；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）を備える本体を備え、
前記方法は、
－それぞれが前記マスター装置の前記２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１１８０，１１９０；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）のうちの１つのそれぞれに属する少なくとも２つの点の位置ベクトル（Ｐ１、Ｐ２）を測定及び／又は検出し、前記少なくとも２つの位置ベクトルの経時的変化を測定及び／又は検出するステップと、
－前記少なくとも２つの点のそれぞれの方向を測定及び／又は検出するステップであって、各方向が３つの数のそれぞれのセットとして表わされ、前記方向の経時的変化を測定及び／又は検出するステップと、
－前記マスター装置の状態を規定するのに必要な自由度の数と検出された情報項目の数との間の差から導出する、前記マスター装置の構成的又は構造的特徴によって課される１つ以上の拘束を規定するステップであって、各拘束が、前記マスター装置の完全性の場合に順守されなければならない数学的関係と関連付けられる、ステップと、
－前記検出及び／又は測定された位置ベクトル及び方向、並びにそれぞれの経時的変化に基づいて、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係を計算するステップと、
－前記マスター装置の状態を決定するために必要な情報に関して冗長である自由度に関連する検出された情報を利用して、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係が順守されているか否かの検証に基づき、前記マスター装置の構造的及び／又は機能的完全性又は非完全性の状態を決定するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

医療又は外科遠隔操作のための前記ロボットシステムは、
－機械的に接地されず、手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、前記外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される前記マスター装置（１１０；１１１０；１２１０，１２２０；１３１０；１４１０；１５１０；１６１０）と、
－前記マスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成される少なくとも１つのスレーブ外科用器具（１２６０，１２７０）を備える、少なくとも１つのスレーブ装置（１２４０）又はスレーブロボットアセンブリと、
－前記少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるために、前記マスター装置から前記第１の電気コマンド信号を受信し、該第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、前記第２の電気コマンド信号を前記スレーブロボットアセンブリに供給するように構成される、コンピュータを備えた制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記検出及び／又は測定するステップを実行するように構成される１つ以上のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）に動作可能に接続され、
前記制御ユニットは、前記検出及び／又は測定された位置ベクトル及び関連する経時的変化を表わす第３の電気制御信号を受信及び処理するように構成され、
前記計算及び決定するステップは、前記１つ以上の拘束及びそれぞれの数学的関係が記憶される前記制御ユニットによって実行される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記測定及び／又は検出するステップは、
－外科又は医療遠隔操作のための前記ロボットシステムと関連付けられ、予め設定された点に所定の軸及び原点を有する第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に関して、前記位置ベクトル及び方向、並びに関連する経時的変化を測定及び／又は検出するステップ、
を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

外科又は医療遠隔操作のための前記ロボットシステムは、所定の追跡ボリューム内の前記マスター装置の入力位置及び方向を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備え、それにより、前記スレーブ外科用器具の作動は、前記マスター装置によって前記外科医により与えられる前記手動コマンド及び／又は前記マスター装置の位置及び方向に依存する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記測定及び／又は検出するステップは、２つ以上の磁気センサによって実行され、前記磁気センサのそれぞれは、前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも２つの点のうちのそれぞれの１つに配置されるとともに、外科又は医療遠隔操作のために前記ロボットシステムの一部に拘束される磁場発生器によって発生された磁場のそれぞれの局所値を検出するように構成され、
前記第１の基準座標系は、前記磁気エミッタに原点を有するとともに、３つの直交軸（ｘ、ｙ、ｚ）を含み、
好ましくは、前記磁場発生器が前記追跡システムに属する、請求項３又は４に記載の方法。

【請求項6】

前記測定及び／又は検出するステップは、遠隔操作外科手術のための前記ロボットシステムと関連付けられる及び／又は前記ロボットシステムに拘束される少なくとも１つの光学センサ又はカメラによって実行され、
前記第１の基準座標系が前記光学センサ又はカメラの内部基準座標系であり、
好ましくは、前記光学センサ又はカメラが前記追跡システムに属する、請求項３又は４に記載の方法。

【請求項7】

－前記マスター装置の前記少なくとも２つの点と関連付けられる第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）をそれぞれ規定するステップ
を更に含み、
前記第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び前記第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）のそれぞれは、
－それぞれの点に対応するそれぞれの原点と、
－それぞれの点が関連付けられる前記マスター装置のそれぞれの前記剛性部分と位置合わせされるそれぞれの第１の軸（ｘ１；ｘ２）と、
－前記マスター装置の前記２つの剛性部分の回転軸と平行な又は前記マスター装置の一方の剛性部分の他方の剛性部分に対する並進軸に垂直なそれぞれの第２の軸（ｚ１、ｚ２）と、
－３つの軸の左旋性セットを形成するように前記第１の軸及び前記第２の軸の両方に直交するそれぞれの第３の軸（ｙ１；ｙ２）と、
を備え、
－前記位置ベクトル及び関連する経時的変化を測定及び／又は検出する前記ステップは、前記第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対する前記第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び前記第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の原点の位置及び関連する経時的変化を測定及び／又は検出するステップを含み、
－方向及び関連する経時的変化を測定及び／又は検出する前記ステップは、前記第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対する前記第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び前記第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の方向及び関連する経時的変化を測定及び／又は検出するステップを含む、請求項３から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも２つの点は、
－前記マスター装置の第１の剛性部分又は剛性バー又は剛性アームのチップ又は自由端と、
－前記マスター装置の第２の剛性部分又は剛性バー又は剛性アームのチップ又は自由端と、
を備え、
前記剛性部分又はバー又はアームは、互いに関節結合される又は共通の軸を中心に回転又は並進するように拘束される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記マスター装置は、共通の軸に対して相対的に回転するように拘束される２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）を備える本体を備え、前記外科医によって与えられる前記コマンドは、前記２つの剛性部分間の開角の変化に対応し、
前記方法は、前記検出されたベクトルに基づいて、基準点の３つの数の位置セット及び３つの数の回転セット並びに前記マスター装置の開角を計算する更なるステップを含み、
前記基準点は、以下の点、すなわち、
－２つのチップ間の中間点、及び／又は
－前記マスター装置の重心、及び／又は
－前記マスター装置の関節、
のうちの１つを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記マスター装置は、前記マスター装置本体の長手方向延在部と一致する方向で互いに対して並進するように拘束される２つの剛性部分（１１８０；１１９０）を備え、前記２つの剛性部分は、前記マスター装置本体の前記長手方向延在部を中心とする回転において互いに一体であり、前記外科医によって与えられる前記コマンドは、一方の剛性部分の他方に対する並進に対応し、
前記方法は、前記検出されたベクトルに基づいて、前記第１の剛性部分上の第１の基準点と関連付けられる第１のセンサと、前記第２の剛性部分上の第２の基準点と関連付けられる第２のセンサとの３つの数の位置セット及び３つの数の回転セットを計算する更なるステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

完全性の状態を決定する前記ステップは、
－全ての規定された拘束が順守される場合に、所定の許容限界内で前記完全性の状態を確認するステップと、
－所定の許容限界を考慮した後であっても、規定された拘束のうちの少なくとも１つが順守されない場合、非完全性の状態を同定するステップと、
を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）が、共平面度許容限界内で、同じ平面上になければならない、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記共平面度許容限界は、各点と他方によって規定される平面との間の距離が０．５ｍｍ以下であることを与える、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記マスター装置が回転関節を備え、前記拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）は、前記２つの点を通過する、前記関節軸と平行な法線軸（ｚ１、ｚ２）によって規定される直交平面上に常に同じ所定の態様で投影しなければならず、すなわち、回転関節と２つの点とをそれぞれ結合する前記２つのベクトル（ｘ１、ｘ２）間の前記ベクトル積は、前記法線軸（ｚ１）のうちの１つと関連付けられるベクトルと常に一致又は不一致でなければならず、一致又は不一致条件は、前記マスター装置の構成的特徴に基づいて予め決定される、
ことを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記マスター装置が角柱関節を備え、前記拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）は、前記マスター装置と同一平面上にあって２つの剛性部分によって規定される方向に垂直な軸（ｙ１、ｙ２）によって規定される直交平面上に常に同じ所定の態様で投影しなければならない、
ことを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点を通過する、前記関節軸に平行な法線軸（ｚ１、ｚ２）は、平行度合否限界内で平行且つ一致しなければならない、
ことを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記平行度合否限界は、前記軸（ｚ１、ｚ２）によって規定される角度の８°の最大合否限界によって規定される、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記拘束は、
－２つの点のそれぞれと、点を関節に結合するそれぞれの軸とから成る対（Ｐ１、ｘ１）、（Ｐ２、ｘ２）を考慮するとともに、線形メトリック量（Ｌ）によって対応する軸に沿って各点を並進させると、２つのそれぞれの並進点（Ｐ１’、Ｐ２’）が得られ、並進点（Ｐ１’、Ｐ２’）が並進点間の最大許容距離未満の距離を有する必要がある、
ことを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記最大許容距離は、回転関節を有するマスター装置については１ｃｍであり、角柱関節を有するマスター装置については、前記２点間の距離から０．５ｃｍのマージンを引いたものに等しい、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）間の距離は、前記少なくとも２つの点が前記マスター装置の最大開放条件下にある前記距離を超えることができず、適用可能である場合、そのような距離は、前記マスター装置の最小開放で測定された最小距離よりも小さくすることができない、
ことを含み、
前記マスター装置の前記最大開放及び前記マスター装置の最小開放は、前記マスター装置の構成的特徴に応じて、所定のパラメータである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記拘束の全ての量は、そのうちの５つが冗長である１２の自由度を与える実行された測定によってリアルタイムで検出又は計算され、前記拘束が順守されているか否かがリアルタイムで検証され、前記拘束のうちの少なくとも１つが順守されない場合、前記異常がリアルタイムで検出される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

全ての前記拘束が完全性検証のために考慮される、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

検出された量に基づいて、以下のパラメータ、すなわち、
－度単位で測定された、軸Ｚ１，Ｚ２間の平面度
－前記センサ間の最大距離（ｄ）
－前記センサの基準座標系の原点（ＭＦ＃１又はＭＦ＃２）と他方のセンサの平面との間の距離
－前記マスター装置アームの２つの線間の距離
を計算するステップを更に含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記検証されるべき拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）が同じ平面に属し、
－前記法線軸（Ｚ１、Ｚ２）が平行でなければならず、
－前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）をそれぞれアーム上で既知の長さだけ後方に移動させることによって得られる更なる点（Ｐ１’、Ｐ２’）は、両方とも、マスターフレーム関節（ＭＦＪ）基準座標系の関節及び原点に対応する点（ＯＪ）と一致しなければならず、
－前記マスター装置の開角が最大値より小さくなければならず、
－前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）間の最大距離が最大値より小さくなければならない、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

前記マスター装置の前記構造的完全性が検証される、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記マスター装置の機能的完全性を検証するステップは、瞬間位置ベクトルの検出に関連するノイズを検出／定量化して、外部磁場による摂動があるかどうかを理解するステップ、及び／又は瞬間合否閾値を規定するステップを更に含むことによって実行される、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

請求項１から２５のいずれか一項に記載の構造的完全性を検証するための方法を実行することを含む、マスター装置の異常を管理するための方法であって、
前記拘束を順守しないことは、前記遠隔操作及び前記スレーブ装置に関連する前記外科用器具の動きの即時中断を含む、方法。

【請求項28】

前記ロボットシステムの制御システムに検証の結果に関する情報を与えるステップ、及び／又は
取得した情報を、前記ロボットシステム状態機械、及び／又はユーザインタフェース及び／又は前記スレーブ側のエンドポイントに通信するステップ、
を更に含む、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムであって、
－機械的に接地されずに外科手術中に外科医により手で保持されるのに適しているとともに、前記外科医の手動コマンドを検出してそれぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成されるマスター装置（１１０；１１１０；１２１０，１２２０；１３１０；１４１０；１５１０；１６１０）であって、共通の軸（ＺＯＪ；Ｘ－Ｘ）に対して相対的に回転及び／又は並進するように拘束される２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１１８０，１１９０；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）を備える本体を備える、マスター装置と、
－前記マスター装置によって制御される態様で、患者の解剖学的構造に作用するように構成される少なくとも１つのスレーブ外科用器具（１２６０，１２７０）を備える、少なくとも１つのスレーブ装置（１２４０）又はスレーブロボットアセンブリと、
－前記少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるために、前記マスター装置から前記第１の電気コマンド信号を受信し、前記第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、前記第２の電気コマンド信号を前記スレーブロボットアセンブリに供給するように構成される、コンピュータを備える制御ユニットと、
を備え、
前記システムは、以下の動作、すなわち、
－それぞれが前記マスター装置の前記２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１１８０，１１９０；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）のうちの１つのそれぞれに属する少なくとも２つの点の位置ベクトル（Ｐ１、Ｐ２）を測定及び／又は検出するとともに、前記少なくとも２つの位置ベクトルの経時的変化を測定及び／又は検出する動作と、
－前記少なくとも２つの点のそれぞれの方向を測定及び／又は検出する動作であって、各方向が３つの数のそれぞれのセットとして表わされ、前記方向の経時的変化を測定及び／又は検出する動作と、
－１つ以上の拘束を規定する又は１つ以上の所定の拘束を記憶する動作であって、前記拘束が、前記マスター装置の状態を規定するのに必要な自由度の数と検出された情報項目の数との間の差から導出する、前記マスター装置の構成的又は構造的特徴によって課され、各拘束が、前記マスター装置の完全性の場合に順守されなければならない数学的関係と関連付けられる、動作と、
－前記検出及び／又は測定された位置ベクトル及び方向、並びにそれぞれの経時的変化に基づいて、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係を計算する動作と、
－前記マスター装置の状態を決定するために必要な情報に関して冗長である自由度に関連する検出された情報を利用して、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係が順守されるか否かの検証に基づき、前記マスター装置の構造的及び／又は機能的完全性又は非完全性の状態を決定する動作と、
を実行するように構成される、ロボットシステム。

【請求項30】

前記制御ユニットは、前記検出及び／又は測定するステップを実行するように構成される１つ以上のセンサ（Ｓ１，Ｓ２）に動作可能に接続され、
前記制御ユニットは、前記検出及び／又は測定された位置ベクトル及び関連する経時的変化を表わす第３の電気制御信号を受信及び処理するように更に構成され、
前記１つ以上の拘束及び前記それぞれの数学的関係が前記制御ユニットに記憶され、前記制御ユニットは、前記計算及び決定するステップを実行するように更に構成される、請求項２９に記載のロボットシステム。

【請求項31】

前記測定及び／又は検出するステップは、外科又は医療遠隔操作のための前記ロボットシステムと関連付けられ、予め設定された点に所定の軸及び原点を有する第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に関して、前記位置ベクトル及び方向、並びに関連する経時的変化を測定及び／又は検出するステップを含む、請求項２９又は３０に記載のロボットシステム。

【請求項32】

所定の追跡ボリューム内の前記マスター装置の入力位置及び方向を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備え、前記スレーブ外科用器具の作動は、前記マスター装置によって前記外科医により与えられる前記手動コマンド及び／又は前記マスター装置の位置及び方向に依存する、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記測定及び／又は検出するステップは、２つ以上の磁気センサによって実行され、前記磁気センサのそれぞれは、前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも２つの点のうちのそれぞれの１つに配置されるとともに、前記システムの一部に拘束される磁場発生器によって発生された磁場のそれぞれの局所値を検出するように構成され、前記第１の基準座標系は、前記磁気エミッタに原点があるとともに、３つの直交軸（ｘ、ｙ、ｚ）を含み、好ましくは、前記磁場発生器が前記追跡システムに属する、請求項３１又は３２に記載のロボットシステム。

【請求項34】

遠隔操作外科手術のための前記ロボットシステムに関連付けられる及び／又は前記ロボットシステムに拘束される少なくとも１つの光学センサ又はカメラを更に備え、前記測定及び／又は検出するステップは、前記少なくとも１つの光学センサ又はカメラによって実行され、前記第１の基準座標系は、前記光学センサ又はカメラの内部基準座標系であり、好ましくは、前記光学センサ又はカメラが前記追跡システムに属する、請求項３１又は３２に記載のロボットシステム。

【請求項35】

前記マスター装置に属する又は前記マスター装置と一体の前記少なくとも２つの点は、
－前記マスター装置の第１の剛性部分又は剛性バー又は剛性アームのチップ又は自由端と、
－前記マスター装置の第２の剛性部分又は剛性バー又は剛性アームのチップ又は自由端と、
を備え、
前記剛性部分又はバー又はアームは、互いに関節結合される又は共通の軸を中心に回転又は並進するように拘束される、請求項２９から３４のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項36】

前記マスター装置は、共通の軸に対して相対的に回転するように拘束される２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）を備える本体を備え、前記外科医によって与えられる前記コマンドは、前記２つの剛性部分間の開角の変化に対応し、
前記システムは、前記検出されたベクトルに基づいて、基準点の３つの数の位置セット及び３つの数の回転セット並びに前記マスター装置の開角を計算する更なるステップを含み、
前記基準点は、以下の点、すなわち、
－２つのチップ間の中間点、及び／又は
－前記マスター装置の重心、及び／又は
－前記マスター装置の関節、
のうちの１つを備える、請求項２９から３５のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項37】

前記マスター装置は、前記マスター装置本体の長手方向延在部と一致する方向で互いに対して並進するように拘束される２つの剛性部分（１１８０；１１９０）を備え、前記２つの剛性部分は、前記マスター装置本体の前記長手方向延在部を中心とする回転において互いに一体であり、前記外科医によって与えられる前記コマンドは、一方の剛性部分の他方に対する並進に対応し、
前記システムは、前記検出されたベクトルに基づいて、前記第１の剛性部分上の第１の基準点と関連付けられる第１のセンサと、前記第２の剛性部分上の第２の基準点と関連付けられる第２のセンサとの３つの数の位置セット及び３つの数の回転セットを計算する更なるステップを実行するように構成される、請求項２９から３５のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項38】

完全性の状態を決定する前記ステップは、
－全ての規定された拘束が順守される場合に、所定の許容限界内で前記完全性の状態を確認するステップと、
－所定の許容限界を考慮した後であっても、規定された拘束のうちの少なくとも１つが順守されない場合、非完全性の状態を同定するステップと、
を含む、請求項２９から３７のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項39】

前記拘束は、前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）が、同一平面上で、共平面度許容限界内に存在しなければならないことを含み、
及び／又は、前記マスター装置が回転関節を備え、前記拘束は、前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）が、前記２つの点を通過する、前記関節軸と平行な法線軸（ｚ１、ｚ２）によって規定される前記直交平面上に常に同じ所定の態様で投影しなければならないこと、すなわち、前記回転関節と前記２つの点とをそれぞれ結合する前記２つのベクトル（ｘ１、ｘ２）間のベクトル積が、前記法線軸（ｚ１）のうちの１つと関連付けられたベクトルと常に一致又は不一致でなければならないことを含み、一致又は不一致条件が、前記マスター装置の構成的特徴に基づいて予め決定され、
及び／又は、前記マスター装置が角柱関節を備え、前記拘束は、前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）が、前記マスター装置と同一平面上にあって前記２つの剛性部分によって規定される方向に垂直な、前記軸（ｙ１、ｙ２）によって規定される直交平面上に常に同じ所定の態様で投影しなければならないことを含み、
及び／又は、前記拘束は、前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点を通過する、関節軸と平行な法線軸（ｚ１、ｚ２）が、平行度合否限界内で平行且つ一致しなければならないことを含み、
及び／又は、前記拘束は、前記２つの点のそれぞれと前記点を前記関節に結合するそれぞれの軸とから成る対（Ｐ１、ｘ１）、（Ｐ２、ｘ２）を考慮するとともに、線形メトリック量（Ｌ）によって対応する軸に沿って各点を並進させると、２つのそれぞれの並進点（Ｐ１’、Ｐ２’）が得られ、前記並進点が、並進点間の最大許容距離未満の距離だけ離れていなければならないことを含み、
及び／又は、前記拘束は、前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）間の距離が、前記少なくとも２つの点が前記マスター装置の最大開放条件下にある距離を超えることができず、適用可能な場合には、そのような距離が、前記マスター装置の最小開放で測定された最小距離未満になることができず、前記マスター装置の前記最大開放及び前記マスター装置の最小開放が、前記マスター装置の構造的特性に応じて、所定のパラメータであることを含み、
及び／又は、前記拘束の全ての量は、そのうちの５つが冗長である１２の自由度を与える実行された測定によってリアルタイムで検出又は計算され、前記拘束が順守されているか否かがリアルタイムで検証され、前記拘束のうちの少なくとも１つが順守されない場合、異常がリアルタイムで検出される、請求項２９から３８のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項40】

検出された量に基づいて、以下のパラメータ、すなわち、
－度単位で測定された、軸Ｚ１，Ｚ２間の平面度
－前記センサ間の最大距離（ｄ）
－前記センサの基準座標系の原点（ＭＦ＃１又はＭＦ＃２）と他方のセンサの平面との間の距離
－前記マスター装置アームの２つの線間の距離
を計算するステップを実行するように更に構成され、
及び／又は、検証されるべき拘束は、
－前記位置ベクトルが測定又は検出される前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）が同じ平面に属し、
－前記法線軸（Ｚ１、Ｚ２）が平行でなければならず、
－前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）をそれぞれアーム上で既知の長さだけ後方に移動させることによって得られる更なる点（Ｐ１’、Ｐ２’）は、両方とも、マスターフレーム関節（ＭＦＪ）基準座標系の関節及び原点に対応する点（ＯＪ）と一致しなければならず、
－前記マスター装置の開角が最大値より小さくなければならず、
－前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）間の最大距離が最大値より小さくなければならない、請求項２９から３９のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項41】

前記拘束のうちの１つ以上に基づいて前記マスター装置の前記構造的完全性を検証するように構成される、請求項２９から４０のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項42】

前記マスター装置の機能的完全性を検証するステップは、瞬間位置ベクトルの検出に関連するノイズを検出／定量化して、外部磁場による摂動があるかどうかを理解するステップ、及び／又は瞬間合否閾値を規定するステップを更に含むことによって実行される、請求項４１に記載のロボットシステム。

【請求項43】

前記追跡システムによって生成される電磁追跡磁場の外乱及び／又は歪みを検出するように更に構成される、請求項３２及び請求項４１又は４２のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項44】

請求項１から２６のいずれか一項に記載のマスター装置の構造的完全性を検証するための方法を実行するように構成される、請求項２９から４３のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項45】

請求項２７又は２８に記載の異常を管理するための方法を実行することを含む、マスター装置の異常を管理するように更に構成される、請求項２９から４３のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムのマスター装置の構造的及び／又は機能的完全性を検証するための方法、並びに前述の方法を実行するように装備された医療又は外科遠隔操作のための対応するマスター－スレーブロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ロボット遠隔操作外科手術との関連で、医療又は外科遠隔操作のためのマスタースレーブロボットシステムに関して、マスター装置が良好に機能しているか又は構造的に無傷であるかどうかを評価し、スレーブ装置を制御するために使用される位置、方向、及び開閉測定が一貫しているかどうかを検証することが非常に重要である。

【0003】

この必要性は、磁気的に、光学的に、又は他の追跡方法で検出される拘束されないマスター装置との関連で特に感じられるが、外乱又は不良検出は確実に排除することはできず、この必要性は、機械的に拘束されたインタフェースを有するマスター装置との関連でも出現し得る。ロボットシステムコンソールに対して機械的に拘束されないマスター装置、すなわち、拘束されないマスター装置、又は「接地されない」又は「飛行する」マスター装置の幾つかの例は、例えば、同じ出願人の国際公開第２０１９－０２０４０７号、国際公開第２０１９－０２０４０８号、国際公開第２０１９－０２０４０９号の文献、また例えば米国特許第８５２１３３１号明細書の文献に示される。

【0004】

特に、光学及び／又は磁気追跡システムによって検出された拘束されないマスター装置の場合、マスター位置及び／又は方向を読み取る際の異常、並びに外乱がグローバル基準トリプルと局所基準トリプルとの間の関係を損なう可能性を同定する必要性が感じられる。

【0005】

更に、全てのタイプのマスター装置に関して、マスター装置関節の構造的完全性を監視する必要性が感じられる。

【0006】

医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムは、特に拘束されないマスター装置の任意の構造的又は機能的異常が、患者に作用することを意図したスレーブ装置及びそれに関連する外科用器具の動作における結果として生じる異常を、起こり得るリスクを伴って決定できるという事実から導出する非常に厳しい安全要件を考慮して、前述のニーズに対して十分に満足のいく解決策を提供しない。

【0007】

したがって、これに関連して、そのような用途によって要求される厳しい安全要件を満たすために、効率的で信頼性の高い、医療又は外科遠隔操作のためのロボットの制御システムによって自動的に行なわれるマスター装置の機能的完全性を検証するための手順を適用する必要性が強く感じられる。

【発明の概要】

【0008】

本発明の目的は、医療又は外科遠隔操作のためのマスター－スレーブロボットシステムのマスター装置の構造的及び／又は機能的完全性を検証するための方法であって、先行技術に関連して前述した欠点を少なくとも部分的に克服することを可能にし、考慮される技術分野において特に感じられる前述の必要性に応答する方法を提供することである。そのような目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。

【0009】

そのような方法の更なる実施形態が請求項２～２６によって規定される。

【0010】

本発明の別の目的は、マスター装置の完全性を検証するための前述の方法を実行することを含む、マスター装置の異常を管理するための方法を提供することである。そのような方法は、請求項２７、２８によって規定される。

【0011】

また、本発明の目的は、前述の制御方法を実行するべく装備される医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを提供することでもある。そのような目的は、請求項２９に記載のシステムによって達成される。

【0012】

そのようなシステムの更なる実施形態が請求項３０～４５によって規定される。

【0013】

本発明に係るシステム及び方法の更なる特徴及び利点は、添付図面に関連して例示的で非限定的な例として与えられる好ましい実施形態の以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図2】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図3】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図4】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図5】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図6】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図7】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図8】本発明の方法の幾つかの実施形態によって提供される、マスター装置の幾つかの実施形態の幾つかの構造的完全性チェックに使用される主要な幾何学的及び物理的パラメータを示す。

【図9】本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。

【図10】本方法の一実施形態で採用される基準座標系のマップを概略的に示す。

【図11】本発明の方法及びシステムの一実施形態が参照するマスター装置の一例を示す。

【図12】一実施形態に係る、外科遠隔操作のためのロボットシステムを概略的に示す。

【図13】本方法の一実施形態に係るマスター装置の幾つかの完全性チェックを概略的に示す。

【図14】本方法の一実施形態に係るマスター装置の幾つかの完全性チェックを概略的に示す。

【図15】図１１の実施形態に係るマスター装置の完全性検証の例を概略的に示す。

【図16】本方法の一実施形態に係るマスター装置の幾つかの完全性チェックを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１～図１６を参照すると、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムを制御するために使用される手持ち式で拘束されないマスター装置の構造的及び／又は機能的完全性を検証するための方法が記載されており、そのようなマスター装置は、共通の軸に対して相対的に回転及び／又は並進するように拘束された２つの剛性部分を含む本体を備える。例えば、そのような２つの剛性部分は、関節軸の周りを回転するように回転関節内で拘束されてもよく、又は、そのような２つの剛性部分は、関節軸に沿って並進するように角柱関節内で拘束されてもよく、又は回転－並進関係にあってもよい。

【0016】

本方法は、それぞれがマスター装置の前述の２つの剛性部分のそれぞれの１つに属する少なくとも２つの点（以下では、基準座標系又は座標系を前提として、そのような２つの点及びそれらを一意的に表わす位置ベクトルをＰ１及びＰ２と呼ぶ）の位置ベクトルを測定及び／又は検出するステップと、前記少なくとも２つの位置ベクトルの経時的変化を測定及び／又は検出するステップとを含む。

【0017】

本方法は、前記少なくとも２つの点のそれぞれの方向を測定及び／又は検出するステップであって、各方向が３つの数のそれぞれのセットとして表される、ステップと、前記方向の経時的変化を測定及び／又は検出するステップとを更に含む。

【0018】

次いで、本方法は、マスター装置の構成的又は構造的特徴によって課される１つ以上の拘束を規定するステップと、マスター装置の状態を規定するのに必要な自由度の数と検出された情報項目の数との間の差から導出するステップとを含み、各拘束は、マスター装置の完全性の場合に順守されなければならない数学的関係に関連付けられる。

【0019】

次いで、本方法は、前述の検出及び／又は測定された位置ベクトル及び方向並びにそれぞれの経時的変化に基づいて、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係を計算するステップと、マスター装置の状態を決定するのに必要な情報に関して冗長である自由度に関連する検出された情報を利用して、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係が守られているかどうかの検証に基づき、マスター装置の構造的及び／又は機能的完全性又は非完全性の状態を最終的に決定するステップとを含む。

【0020】

一実施形態によれば、本方法は、マスター装置の構造的完全性を検証するステップを含む。

【0021】

そのような実施形態の実装オプションによれば、マスター装置の機能的完全性に関する、すなわち動作の正確さ及び妥当性に関する情報又は結論は、構造的完全性検証から導出される。

【0022】

一実施形態によれば、本方法は、前述のマスター装置と、少なくとも１つのスレーブ装置と、制御ユニットとを備える医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムに適用される。

【0023】

マスター装置は、機械的に接地されず、手術中に外科医によって手で保持されるようになっているとともに、外科医の手動コマンドを検出し、それぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される。

【0024】

少なくとも１つのスレーブ装置、又はスレーブロボットアセンブリは、マスター装置によって制御される方法で患者の解剖学的構造に作用するように構成された少なくとも１つのスレーブ外科用器具を備える。

【0025】

コンピュータを備えた制御ユニットは、マスター装置から前述の第１の電気コマンド信号を受信し、第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、第２の電気コマンド信号をスレーブロボットアセンブリに供給して、少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるように構成される。

【0026】

制御ユニットは、前述の検出及び／又は測定するステップを実行するように構成された１つ以上のセンサＳ１、Ｓ２（例えば、前述の点Ｐ１及びＰ２にそれぞれ位置する）に動作可能に接続される。

【0027】

更に、制御ユニットは、前述の検出及び／又は測定された位置ベクトル及び関連する経時的変化を表わす第３の電気制御信号を受信及び処理するように構成される。

【0028】

前述の計算及び決定ステップは、制御ユニットによって実行され、前記１つ以上の拘束及びそれぞれの数学的関係が記憶される。

【0029】

方法の一実施形態によれば、前述の測定及び／又は検出するステップは、遠隔操作のためのロボットシステムに関連付けられ、予め設定された点に所定の軸及び原点を有する、以下「一般的マスター基準」ＭＦＯとも呼ばれる第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に関して、前述の位置ベクトル及び前述の方向、並びに関連する経時的変化を測定及び／又は検出することを含む。

【0030】

方法が操作コンソールを含む遠隔操作用のロボットシステムで実行される実装オプションによれば、前述の第１の基準座標系（又は座標系）は、ロボットシステムコンソールと一体である。

【0031】

一実施形態では、前述の操作コンソールは、前記第１の座標系が一体である少なくとも１つの手術用椅子を備える。

【0032】

方法の一実施形態によれば、前述の測定及び／又は検出するステップは、２つ以上の磁気センサによって実行される。磁気センサのそれぞれは、マスター装置に属するか又はマスター装置と一体である前述の少なくとも２つの点のそれぞれ１つに配置されるとともに、外科又は医療遠隔操作のためにロボットシステムの一部に拘束された磁場発生器によって発生された磁場のそれぞれの局所値を検出するように構成される。

【0033】

そのような場合、前述の第１の基準座標系又は一般的基準系ＭＦＯは、磁気エミッタにその原点を有し、３つの直交軸ｘ、ｙ、ｚを含む。

【0034】

そのような実施形態の実装オプションによれば、外科又は医療遠隔操作のための前記ロボットシステムは、所定の追跡ボリューム内のマスター装置の入力位置及び方向を検出するのに適した少なくとも１つの追跡システムを更に備え、それにより、スレーブ外科用器具の作動は、マスター装置によって外科医によって与えられる手動コマンド及び／又はマスター装置の位置及び方向に依存する。そのような場合、磁場発生器は前述の追跡システムに属する。

【0035】

方法の別の実施形態によれば、前述の測定及び／又は検出するステップは、遠隔操作のためのロボットシステムに関連付けられた及び／又はロボットシステムに拘束された少なくとも１つの光学センサ又はカメラによって実行される。そのような場合、前記第１の基準座標系ＭＦＯは、光学センサ又はカメラの内部基準座標系又は座標系である。

【0036】

そのような実施形態の可能な実装オプションによれば、前述の少なくとも１つの光学センサ又はカメラは、外科用椅子に拘束され、及び／又は一体化され、及び／又は外科医と一体になるように外科医によって着用可能な支持体に取り付けられる。

【0037】

一実施形態によれば、本方法は、マスター装置の前記少なくとも２つの点にそれぞれ関連付けられた第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）又はＭＦ＃１及び第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）又はＭＦ＃２を規定するステップを更に含む。

【0038】

前記第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）のそれぞれは、それぞれの点に対応するそれぞれの原点、それぞれの点が関連付けられたマスター装置のそれぞれの剛性部分と位置合わせされたそれぞれの第１の軸（ｘ１；ｘ２）、マスター装置の２つの剛性部分の回転軸と平行な又は他方の剛性部分に対するマスター装置の剛性部分の並進軸に垂直なそれぞれの第２の軸（ｚ１，ｚ２）、３つの軸の左旋性セットを形成するように第１の軸及び第２の軸の両方に直交するそれぞれの第３の軸（ｙ１；ｙ２）に対応する。

【0039】

そのような場合、位置ベクトル及び関連する経時的変化を測定及び／又は検出する前述のステップは、第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対する第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の原点の位置及び関連する経時的変化を測定及び／又は検出するステップ、及び第１の基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に対する第２の基準座標系（ｘ１，ｙ１，ｚ１）及び第３の基準座標系（ｘ２，ｙ２，ｚ２）の方向及び／又は関連する経時的変化を測定及び／又は検出する前述のステップを含む。

【0040】

本方法の一実施形態によれば、マスター装置に属する又はマスター装置と一体の前記少なくとも２つの点は、マスター装置の第１の剛性部分又は剛性バー又は剛性アームのチップ又は自由端（又はチップ又は自由端の近くの部分）、及びマスター装置の第２の剛性部分又は剛性バー又は剛性アームのチップ又は自由端（又はチップ又は自由端の近くの部分）を含む。

【0041】

前述の剛性部分又はバー又はアームは、互いに関節結合されるか、或いは共通の軸を中心に回転及び／又は並進するように拘束される。

【0042】

マスター装置が、共通の軸に対して相対的に回転するように拘束された２つの剛性部分を備える本体を備え、外科医によって与えられたコマンドが、前記２つの剛性部分間の開角の変化に対応する、方法の一実施形態によれば、本方法は、前述の検出されたベクトルに基づいて、基準点の３つの数の位置セット及び３つの数の回転セット並びにマスター装置の開角を計算する更なるステップを含む。

【0043】

幾つかの可能な実施オプションによれば、前述の基準点は、以下の点のうちの１つを含む。
－２つのチップの中間点；及び／又は
－マスター装置の重心；及び／又は
－マスター装置の関節。

【0044】

マスター装置が、マスター装置本体の長手方向延在部と一致する方向で互いに対して並進するように拘束された２つの剛性部分（又は並進／角柱関節）を備える「ペン」本体を備え、前記２つの剛性部分が、マスター装置本体の長手方向延在部を中心とした回転において互いに一体であり、外科医によって与えられるコマンドが、剛性部分の他方に対する並進に対応する、方法の別の実施形態によれば、本方法は、前記検出されたベクトルに基づいて、第１の剛性部分上の第１の基準点に関連付けられた第１のセンサと、第２の剛性部分上の第２の基準点に関連付けられた第２のセンサとの３つの数の位置セット及び３つの数の回転セットを計算する更なるステップを含む。そのような実施形態は、図１１及び図１５に概略的に示されている。

【0045】

実装オプションによれば、この場合、センサは同一線上に配置される。したがって、この場合、幾何学的完全性拘束は、センサが同一直線上にあり、ゼロ位置に対して相対的に回転していないことを検証する。

【0046】

実装オプションによれば、センサを受け入れる「ペン」マスター装置本体の座部は、センサを反復可能且つ予め決定可能な方法で位置決めするために適切に方向付けられた当接面を有する。

【0047】

本方法の一実施形態によれば、２つの剛性部分又はアームは、共通の軸を中心に回転並進関係にあり、例えば、カムを形成する。

【0048】

弾性要素は、マスター装置の２つの剛性部分の間に設けられてもよい。

【0049】

本方法の一実施形態によれば、完全性の状態を決定するステップは、所定の許容限界内で、全ての規定された拘束が順守される場合に完全性の状態を確認するステップと、所定の許容限界を考慮した後であっても、規定された拘束のうちの少なくとも１つが順守されない場合、非完全性の状態を同定するステップとを含む。

【0050】

本方法の異なる実施形態による、完全性の状態を認識するために満たされなければならない拘束の更なる詳細を、例として以下に提供する。

【0051】

本方法の一実施形態によれば、前述の拘束は、以下の拘束、すなわち、前述の少なくとも２つの点（その位置ベクトルが測定又は検出される）に対応する検出点が、把持軸の可動性にかかわらず、共平面度許容限界内で、同じ平面上になければならないことを含む。

【0052】

一実装オプションによれば、前記共平面度許容限界は、各点と他方によって規定される平面との間の距離が０．５ｍｍ以下であることを提供する。

【0053】

マスター装置が回転関節を備える方法の別の実施形態によれば、前記拘束は、以下の拘束、すなわち、
－前述した少なくとも２つの点に対応する検出された点（Ｐ１、Ｐ２）は、２つの点（Ｐ１、Ｐ２）を通過する、関節軸と平行な法線軸（ｚ１、ｚ２）によって規定される直交平面上に常に同じ所定の態様で投影しなければならず、すなわち、回転関節と２つの点とをそれぞれ結合する２つのベクトル（ｘ１、ｘ２）間のベクトル積は、前記法線軸（ｚ１）のうちの１つと関連付けられるベクトルと常に一致又は不一致でなければならず、一致又は不一致条件は、マスター装置の構成的特徴に基づいて予め決定される、
ことを含む。

【0054】

マスター装置が角柱関節を備える方法の別の実施形態によれば、前記拘束は、以下の拘束、すなわち、
－前述の少なくとも２つの点に対応する測定点（Ｐ１、Ｐ２）は、マスター装置と同一平面上にあり、２つの剛性部分によって規定される方向に垂直な、軸（ｙ１、ｙ２）によって規定される直交平面上に常に同じ所定の態様で投影しなければならない、
ことを含む。

【0055】

これは、点Ｐ２が、点ｐ０を通過し、法線軸として軸ｙ２を有する平面の正の半空間内になければならず、Ｐ１及びｙ１についてはその逆でなければならないことを意味する。

【0056】

本方法の別の実施形態によれば、前記拘束は、以下の拘束、すなわち、前記少なくとも２つの点（Ｐ１、Ｐ２）を通過する、関節軸と平行な法線軸（ｚ１、ｚ２）は、平行度合否限界内で平行且つ一致しなければならないことを含む。

【0057】

一実装オプションによれば、前記平行度合否限界は、前記軸（ｚ１、ｚ２）によって規定される角度の８°の最大合否限界によって規定される。

【0058】

本方法の別の実施形態によれば、前述の拘束は、以下の拘束、すなわち、２つの点のそれぞれと点を関節に結合するそれぞれの軸とから成る対（Ｐ１、ｘ１）、（Ｐ２、ｘ２）を考慮し、線形メトリック量（Ｌ）によって対応する軸に沿って各点を並進すると、２つのそれぞれの並進点（Ｐ１’、Ｐ２’）が得られ、並進点は、並進点間の最大許容距離未満の距離だけ離れなければならないことを含む。

【0059】

実装オプションによれば、前述の許容される最大距離は、回転関節を有するマスター装置については１ｃｍであり、角柱関節を有するマスター装置については、０．５ｃｍ未満のマージンで２点間の距離（Ｐ１、Ｐ２）に等しい。

【0060】

前述の実施形態を参照すると、既知の長さであり、点ＯＪでヒンジ結合されたアームの構成は、アームの既知の長さ（軸ｘ１）に等しい長さについて、第１のアームを表す線に沿って前述の第１の点Ｐ１を移動させる場合、関節ＯＪに対応する点に到達しなければならないことを必要とすることに留意すべきであり、同様に、アームの既知の長さに等しい長さに対して、第２のアームを表す線（軸ｘ２）に沿って前述の第２の点ｐ２を移動させる場合、同じ関節ＯＪに対応する点に到達しなければならない。

【0061】

本方法の別の実施形態によれば、前記拘束は、以下の拘束、すなわち、少なくとも２つの点（その位置ベクトルが検出又は測定される）間の距離ｄは、マスター装置の最大開放条件下で前述の少なくとも２つの点がある距離を超えることはできず、適用可能な場合、そのような距離は、マスター装置の最小開放で測定された最小距離より小さくすることはできないことを含む。

【0062】

前述のマスター装置の最大開放及びマスター装置の最小開放は、マスター装置の構成的特徴に応じて、所定のパラメータであることに留意すべきである。

【0063】

本方法の一実施形態によれば、５つが冗長である１２の自由度を与える実行された測定によって、前述の拘束に関連する全ての量がリアルタイムで検出（例えば、２つのチップの位置）又は計算（例えば、平面、線、距離）される。

【0064】

前記拘束が順守されているか否かの検証は、リアルタイムで実行される。

【0065】

少なくとも１つの拘束が順守されない場合、異常はリアルタイムで検出される。

【0066】

本方法の一実施形態によれば、前述の拘束の全てが検証のために考慮される。

【0067】

本方法の一実施形態によれば、マスター装置の構造的完全性は、前述の拘束のうちの１つ以上の検証に基づいて検証される。

【0068】

実施オプションによれば、本方法は、前述の拘束のうちの１つ以上の検証に基づいて、追跡フィールド（すなわち、例えば、前述の追跡システムによって生成される電磁場）の外乱及び／又は歪みを検出するステップを更に含む。

【0069】

そのような場合、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係が順守されるか否かの検証に基づいてマスター装置の完全性又は非完全性の状態を決定するステップのおかげで、センサ間の異常な数学的関係の検出は、マスター装置の実際の構造的破壊ではなく、追跡フィールドを歪める外乱に起因し得るため、追跡フィールドを歪める外乱の存在を同定することが可能である。言い換えれば、この場合、センサ間の数学的拘束は、追跡フィールドの望ましくない外乱に起因する非完全性の機能的異常のために破られる。

【0070】

本方法の一実施形態によれば、マスター装置の機能的完全性を検証するステップは、瞬間合否閾値を規定するために瞬間位置ベクトルの検出に関連するノイズを検出／定量化するステップを更に提供することによって実行される。

【0071】

例えば、瞬間位置ベクトルの検出に関連するノイズを磁気追跡システムで検出／定量化することによって、外部磁場からの可能な摂動に関する情報が提供される。

【0072】

また、本発明には、前述の実施形態のいずれかに従って、構造的完全性を検証するための方法を実行することを含む、マスター装置の異常を管理するための方法が含まれる。

【0073】

そのような方法では、拘束を順守しないことは、遠隔操作及びスレーブ装置に関連する外科用器具の動きの即時中断を含む。

【0074】

実装オプションによれば、前述の方法は、検証の結果に関する情報をロボットシステム制御システムに提供するステップ、及び／又は取得した情報をロボットシステム状態機械、及び／又はユーザインタフェース及び／又はスレーブ側エンドポイントに供給するステップを更に含む。

【0075】

ここで、マスター装置と、少なくとも１つのスレーブ装置と、制御ユニットとを備える医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムについて説明する。

【0076】

マスター装置は、拘束されておらず、すなわち機械的に接地されておらず、手術中に外科医によって手で保持されるようになっており、外科医の手動コマンドを検出し、それぞれの第１の電気コマンド信号を生成するように構成される。マスター装置は、共通の軸（ＺＯＪ；Ｘ－Ｘ）に対して相対的に回転及び／又は並進するように拘束された２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１１８０，１１９０；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）を備える本体を備える。

【0077】

少なくとも１つのスレーブ装置、又はスレーブロボットアセンブリは、マスター装置によって制御される方法で患者の解剖学的構造に作用するように構成された少なくとも１つのスレーブ外科用器具を備える。

【0078】

コンピュータを備えた制御ユニットは、マスター装置から前述の第１の電気コマンド信号を受信し、第１の電気コマンド信号に基づいて第２の電気コマンド信号を生成し、第２の電気コマンド信号をスレーブロボットアセンブリに供給して、少なくとも１つのスレーブ外科用器具を作動させるように構成される。

【0079】

システムは、以下の動作、すなわち、
－それぞれがマスター装置の前述の２つの剛性部分（Ｂ１，Ｂ２；１１８０，１１９０；１３８０，１３９０；１４８０，１４９０；１５８０，１５９０；１６８０，１６９０）のそれぞれの１つに属する少なくとも２つの点の位置ベクトル（Ｐ１、Ｐ２）を測定及び／又は検出するとともに、前記少なくとも２つの位置ベクトルの経時的変化を測定及び／又は検出する動作と、
－前記の少なくとも２つの点のそれぞれの方向を測定及び／又は検出する動作であって、各方向が３つの数のそれぞれのセットとして表わされ、そのような方向の経時的変化を測定及び／又は検出する動作と、
－１つ以上の拘束を規定する又は１つ以上の所定の拘束を記憶する動作であって、そのような拘束が、マスター装置の状態を規定するのに必要な自由度の数と検出された情報項目の数との間の差から導出する、マスター装置の構成的又は構造的特徴によって課され、各拘束が、マスター装置の完全性の場合に順守されなければならない数学的関係と関連付けられる、動作と、
－検出及び／又は測定された位置ベクトル及び方向に基づいて、並びにそれぞれの経時的変化に基づいて、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係を計算する動作と、
－マスター装置の状態を決定するために必要とされる情報に関して冗長である自由度に関連する検出された情報を利用して、規定された拘束のそれぞれに関連する数学的関係が守られているか否かの検証に基づき、マスター装置の構造的及び／又は機能的完全性又は非完全性の状態を決定する動作と、
を実行するように構成される。

【0080】

システムの一実施形態によれば、前述の制御ユニットは、前述の検出及び／又は測定ステップを実行するように構成された１つ以上のセンサＳ１、Ｓ２に動作可能に接続される。

【0081】

一実装オプションによれば、制御ユニットは、前述の検出及び／又は測定された位置ベクトル及び関連する経時的変化を表す第３の電気制御信号を受信及び処理するように更に構成される。

【0082】

実装オプションによれば、前述の１つ以上の拘束及びそれぞれの数学的関係は制御ユニットに記憶され、制御ユニットは、前述の計算及び決定ステップを実行するように更に構成される。

【0083】

異なる実施形態によれば、システムは、本明細書に開示された実施形態のいずれかによるマスター装置の構造的完全性を検証するための方法を実行するように構成される。

【0084】

システムの一実施形態によれば、マスター装置本体は使い捨て可能であり、したがって典型的にはプラスチック製である。関節を形成する部品は、使い捨てプラスチックで作ることができる。

【0085】

実装オプションによれば、マスター装置本体は、それぞれのセンサを受け入れるための座部を規定し、そのような座部は、センサの相互の方向を検出する目的で、マスター装置本体に対するセンサの位置決めが予め決定可能かつ再現可能であるように適切に方向されたセンサ当接面を備える。

【0086】

幾つかの可能な実施オプション（上記で既に開示された方法の実施オプションに対応する）によれば、マスター装置本体の関節が回転関節（例えば、ヒンジ）である場合、幾何学的拘束は回転軸に基づくが、関節が平面内での並進を可能にするようなタイプのものである場合、幾何学的拘束は平面への所属に基づく。

【0087】

一実施形態によれば、医療又は外科遠隔操作のためのロボットシステムは、前述の実施形態のいずれかに従って、マスター装置の異常を管理するための方法を実行するように構成される（次いで、構造的完全性を検証するための方法を実行することを含む）。

【0088】

図１～図１６を参照して、先により一般的な用語で規定された方法の幾つかの実施形態を、非限定的な例として以下で更に詳述する。

【0089】

前述したように、本方法は、位置及び方向の冗長測定を特徴とする、ロボット外科遠隔操作システム用の広範なクラスのマスター装置インタフェースに関する。

【0090】

特に、例えば、ヒンジ又はヒンジ継手で閉じることができる２つの部分又はチップを有するマスター装置が考えられる。各部分は、直接測定又は差し引かれる位置測定値に関連付けられる。

【0091】

スレーブ装置、特にそれに関連する外科用器具（又は「エンドエフェクタ」）を制御するために、マスター基準座標系（又はマスター基準座標系又は「マスターフレーム」、ＭＦＭ）を規定し、マスター測定座標系（又は「一般的マスターフレーム」、又は「マスターフレーム原点」、又はｘ、ｙ、ｚ、又はＭＦＯ）に対して表わすことができる。

【0092】

マスター装置の１つ以上の基準点の位置は、任意の時点において、前述のマスター基準座標系（ＭＦＭ）の座標に対して規定される。

【0093】

既に述べたように、幾つかの実施形態では、マスター基準座標系ＭＦＭ、及びマスター装置の関連位置は、例えばマスター装置に配置された光学マーカを使用して、適切に選択された点で直接測定される。この場合、「グリッパ」マスター装置の把持角は、別の技術、例えば磁気エンコーダで測定される。

【0094】

他の実施形態では、マスター装置が依然として「グリッパ」タイプであり、２つの部分が関節にヒンジ止めされている場合、方法は、マスター装置の前述の２つの部分（又はそれぞれのチップ）のそれぞれの位置を測定することを含む。そのような場合、マスター装置の２つの部分のそれぞれは、その基準座標系、すなわち、前述の一般的マスターフレームＭＦＯの原点に関して表わされるその基準座標系（ここではそれぞれＭＦ＃１及びＭＦ＃２として示される）に関連付けられる。

【0095】

マスターフレームＭＦＭと一般的マスターフレームＭＦＯとの間の座標変換は、位置及び方向を平均化することによって、マスター装置の部分のマスターフレームＭＦ＃１及びＭＦ＃２から始まる既知の座標変換技術によって表わすことができる。幾つかの評価では、マスターフレームＭＦＭのような追加のマスターフレーム関節ＭＦＪ基準座標系を導入し、マスター装置の関節ＯＪに配置することも有用であり得る（図１０参照）。

【0096】

前述の様々な実施形態によって共有される原理は、マスター装置の２つの部分に対して実行される測定が１２の自由度を提供することである。検出された１２自由度は、一般的マスターフレームに対するマスター装置の第１の部分における３つの位置、一般的マスターフレームに対するマスター装置の第２の部分における３つの位置、一般的マスターフレームＭＦＯに対する第１のマスター装置座標系ＭＦ＃１の回転を表わす３つの値、一般的マスターフレームＭＦＯに対する第２のマスター装置座標系ＭＦ＃２の回転を表わす３つの値である。

【0097】

一方、測定された１２自由度と比較して、マスター装置の機械的構造は７自由度のみを有し、これは機械的拘束に関連する５自由度を与え、したがって原理的には５つの異なる数学的関係（そのような拘束を表わす）を与え、これは順守されなければならず、そのため、マスター装置は構造的に無傷であると結論付けることができる。

【0098】

したがって、その異なる実施形態の方法によって実行されるそのような数学的拘束関係の検証は、マスター装置の構造的完全性を検証した結果を達成することを可能にする。

【0099】

試験される拘束の例は、既に前述されており、それらがどのように測定されるか、及びそれらがマスター装置の完全性の検証にどのように変換されるかに関して以下により詳細に開示される。

【0100】

図１～図８、図１３～図１４及び図１６に示す例は、「グリッパ」タイプのマスター装置１１０、１３１０、１４１０（又は「マスター把持コントローラ」）を参照し、これは、ヒンジ継手ＯＪとグリッパの２つのアームＢ１、Ｂ２のチップＴ１、Ｔ２との間のほぼ中間で、把持ハンドの指による力の印加をもたらす（数回言及されたマスター装置の「２つの部分」に対応する）。このタイプのマスター装置は、３つの方向、３つの位置、及びグリッパアーム間の開放の合計７つの自由度を特徴とする。既に示したように、グリッパアームの位置を検出するために、光学及び／又は磁気技術を使用することができる。

【0101】

以下に示す例では、センサが配置されているアームの基準点の位置のみが絶対基準座標系で考慮される。

【0102】

図１及び図２は、「グリッパ」本体のアームＢ１、Ｂ２のチップＴ１、Ｔ２の近くに配置された２つのセンサＳ１、Ｓ２を有するマスター装置１１０を概略的に示す。

【0103】

図１の例では、ヒンジ関節ＯＪは、マスターフレーム関節ＭＦＪの左側にあり、２つのアームＢ１、Ｂ２の２つの軸Ｚ１、Ｚ２と平行な軸ＺＯＪを有するアームＢ１及びＢ２の回転（アームＢ１とＢ２との間の角度ａが示される）を可能にする。軸Ｘ１、Ｘ２は、アームＢ１，Ｂ２の方向であり、関節ＯＪから離れる方向である。

【0104】

２つのセンサＳ１、Ｓ２のそれぞれの位置及び回転測定値は、３次元位置ベクトル（したがって、Ｐ１及びＰ２として示す２つのベクトルを取得する）及び各アームの回転行列（したがって、２つの回転行列を取得する）によって表すことができる。したがって、各センサＳ１、Ｓ２は、それぞれの位置及び回転情報に関連付けられる。

【0105】

好ましくは、回転は３次元直交サブグループＳＯ（３）に関連付けることができ、したがって、この図示の例における自由度の数は常に３である（表現のタイプにかかわらず、それが本明細書に例示されるような９つの数を有する回転行列に基づくか、３つのオイラー角に基づくか、又は４つの値を有する四元数に基づくかにかかわらず）ことに留意されたい。

【0106】

アームＢ１、Ｂ２の基準点Ｓ’１、Ｓ’２（又はチップＴ１、Ｔ２の）の配置（すなわち、位置及び回転）は、例えば、センサＳ１、Ｓ２の２つの位置Ｐ１、Ｐ２の平均ＰＭ及び回転を回転の平均として算出される位置により、マスター装置１１０全体の姿勢又は配置（すなわち、位置及び回転）を算出することを可能にする。「グリッパ」の開角ａは、チップＴ１、Ｔ２とマスター装置１１０のアームＢ１、Ｂ２の既知の長さとの間の距離、すなわち、関節ＯＪとセンサＳ１、Ｓ２を搭載した各基準点Ｓ’１、Ｓ’２との間の既知の距離（センサが関節ＯＪから等距離の点に配置されていると仮定すると、前述の２つの距離は等しくなる）を用いて算出することができる。

【0107】

関節－センサ間距離の既知の値並びに測定された平均値（位置の平均、回転の平均）及び角度ａに基づいて、検証されるべき拘束を正確に規定するために、ここに示される例では、以下のパラメータが計算される。
・パラメータ１：度単位で測定された、軸Ｚ１とＺ２との間の平面度（例えば、図３に示すように、角度α３は、軸Ｚ１間の角度、又はＰ２とＺ２に変換されたその画像Ｚ１’である）；
・パラメータ２：ｍｍで測定された、センサ間の最大距離（ｄ）（例えば、図５は、軸Ｚ１及びＺ２の相対的な方向に基づいて前記最大距離ｄを計算するための様々な方針を概略的に示す）；
・パラメータ３：センサの基準座標系原点（Ｓ１：ＭＦ＃１又はＳ２：ＭＦ＃２）と他方のセンサの平面との間の距離であって、ｍｍ単位で測定される、距離；
・パラメータ４：ｍｍで測定される、マスター装置のアームの２つの線間の距離。

【0108】

これに基づいて、例えば、以下の原理拘束を以下のように規定する。
１．点Ｐ１と点Ｐ２は同一平面に属する；特に、点Ｐ１と軸Ｚ１とで規定される平面π１は点Ｐ２を含み、点Ｐ２と軸Ｚ２とで規定される平面は点Ｐ１を含む。
２．法線軸Ｚ１及びＺ２は平行でなければならない。
３．点Ｐ１及びＰ２をアーム上で既知の長さだけ後方に移動させることによって得られる更なる点Ｐ１’及びＰ２’は、両方とも、マスターフレーム関節ＭＦＪ基準座標系の関節及び原点に対応する点ＯＪと一致しなければならない。
４．「グリッパ」の開放は、最大値、並びに２つの点Ｐ１とＰ２との間の最大距離を下回らなければならない。

【0109】

実際には、前述の理論的拘束は、構成上の欠陥及び測定誤差に起因して、公差を考慮して緩和されなければならず、例えば図８ａ～図８ｄに示すように、以下のそれぞれの実際的な基準につながる。
１．（図８－ａ）平面（π１：Ｐ１，ｘ１）は、Ｐ２と平面（π１：Ｐ１，Ｚ１）との間の絶対距離ｑが所与の閾値ｑ１を下回ることを検証することによって表される、特定の許容差内に点Ｐ２を含まなければならない。同様に、平面（Ｐ２、ｚ２）に対する点Ｐ１について、；
２．（図８－ｂ）ｚ１とｚ２とのスカラー積は、所定の最大方向差角に対応する最小値を有さなければならない。
３．（図８－ｃ）更なる点Ｐ１’とＰ２’との間の距離（上で規定したとおり）は、所与の閾値ｄ３未満でなければならない。
４．（図８－ｄ）点Ｐ１とＰ２との間の距離ｄ４は、物理的限界＋特定の閾値未満でなければならない。

【0110】

様々な拘束と関連付けられた前述の基準のそれぞれは、リアルタイムで検出可能なパラメータと、マスター装置の構造的完全性に関するリアルタイム推定に使用されるリアルタイムで計算可能な関係とに関連付けられる。

【0111】

異常が検出された場合、異常のタイプを認識することも可能である。

【0112】

図４～図７は、例として、幾つかの検出可能な異常に対応する状況、すなわち、それぞれ、超えてはならない最大距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（図４に示す例では、距離Ｌ１：休止構成にあるセンサ間の予想距離、Ｌ２：休止構成にあるセンサ間で許容される最大距離、Ｌ３：構造的損傷を示すセンサ間の閾値距離）、軸Ｚ１とＺ２との間の角度（図５ａ～図５ｃ）、２つのアームの交差部（図６）、右アームと左アームとの間の反転（図７）を示す。

【0113】

実装オプションによれば、測定システムがエラーを受ける可能性があり、マスター装置の完全性の任意の構造的問題が経時的に持続することを考慮すると、同定システムから受信した情報の経時的な評価を導入することが有用であり得る。

【0114】

このような経時的な評価は、第１の非一時的レベルの下流に入力することができる。例えば、フローティングウィンドウ評価は、認識閾値（例えば、１００ｍｓの窓にわたって６０％の構造誤差）と共に使用することができる。

【0115】

一実施形態によれば、同定アルゴリズムと経時的な評価との組み合わせは、図９に示すフローチャートに示されている。経時的なそのような評価に関与するパラメータの選択は、特定の遠隔操作システムの安全性の考慮に基づくことができ、スレーブ装置の外科用器具の無効な動きに対する最大許容時間を評価する。

【0116】

図１２に示す実施形態では、割り当てられた作業空間４１５、４２５を有する少なくとも１つの拘束されないマスター装置４１０、４２０（図示の例では、２つの拘束されないマスター装置１２１０、１２２０が外科医１２５０によって保持されて概略的に示されている）と、ここではコンソール１２５５に属するものとして示されている制御ユニットと、スレーブ装置１２４０（図示の例では、２つのスレーブ外科用器具１２６０、１２７０が示されている）とを備える遠隔操作ロボット手術システム１２００が示される。

【0117】

図１３は、それに割り当てられた作業空間１３１５内の拘束されないマスター装置１３１０の一実施形態を示し、マスター装置１３１０の本体は、共通の軸ＺＯＪを中心に回転するように拘束された２つの剛性部分１３８０、１３９０によって形成され、完全性を検証することは、２つのセンサＳ１及びＳ２の共平面度、すなわち、両方のセンサＳ１、Ｓ２が平面ｐ上にあるかどうかを検証することを含む（図示の例では、センサＳ１、Ｓ２は非同一平面上に示されており、異常状態を示している）。

【0118】

図１４は、それに割り当てられた作業空間１４１５内の拘束されていないマスター装置１４１０の一実施形態を示し、マスター装置１４１０の本体は、共通の軸ＺＯＪを中心に回転するように拘束された２つの剛性部分１４８０、１４９０によって形成され、完全性の検証は、２つのセンサＳ１、Ｓ２の平行度状態の検証を含む（図示の例では、剛性部分１４８０はその長手方向軸Ｘ１を中心に角度ｂだけ回転され、したがってセンサＳ１及びＳ２は互いに平行ではなく、異常状態を示している）。

【0119】

図１６は、共通の軸ＺＯＪの周りを回転するように拘束された２つの剛性部分１６８０、１６９０によって形成された本体を有する拘束されていないマスター装置１６１０を概略的に示し、完全性を検証することは、（ａ）２つの剛性部分１６８０、１６９０が平面πにあること、（ｂ）２つの剛性部分１６８０、１６９０によって、好ましくはそれに関連するセンサＳ１、Ｓ２によって同定される平面π１、π２が互いに平行であり、関節ＯＪの軸ＺＯＪに入射すること、（ｃ）センサＳ１、Ｓ２が所定の相互構成にあること、（ｄ）２つのセンサＳ１、Ｓ２によって規定された開閉軌道が曲線１６８９によって概略的に示された所定の軌道に対応することを検証することを含む。

【0120】

図１１は、マスター装置１１１０が、前述のように、共通の軸Ｘ－Ｘに沿って同一直線上に並進するように拘束された２つの剛性部分１１８０、１１９０を含むペン状の本体を有する実施形態を示す。

【0121】

図１５は、それに割り当てられた作業空間１５１５内の拘束されていないマスター装置１５１０の一実施形態を示し、マスター装置１５１０の本体は、共通の軸Ｘ－Ｘに沿って同一直線上に並進するように拘束された２つの剛性部分１５８０、１５９０によって形成され、完全性を検証することは、２つのセンサＳ１、Ｓ２の平行度を検証することを含む（図示の例では、剛性部分１５８０は、その長手方向軸Ｘ１を中心に角度ｙだけ回転し、したがってセンサＳ１及びＳ２は互いに平行ではなく、異常状態を示している）。

【0122】

図から分かるように、先に示した本発明の目的は、詳細に上記に開示した特徴により、上記の方法によって完全に達成される。

【0123】

実際、記載された方法及びシステムは、マスター装置の機能的及び構造的完全性の効果的かつリアルタイムの検証を可能にし、したがってリアルタイムで異常を検出し、異常のタイプを認識することも可能にする。

【0124】

上記で開示されたように、上記の様々な実施形態に共通する原理は、測定された自由度の数が装置に許容される自由度の数よりも大きいことである。

【0125】

例えば、マスター装置の２つの部分に対して実行される測定は、１２の自由度（マスター装置の第１の部分に対して３つの位置、マスター装置の第２の部分に対して３つの位置、第１の点に関連する第１のマスター装置座標系の回転を表す３つの値、第２の点に関連する第２のマスター装置座標系の回転を表す３つの値）を提供する。

【0126】

一方、測定された１２自由度と比較して、マスター装置の機械的構造は７自由度のみを有し、これは機械的拘束に関連する５自由度を与え、したがって原理的には５つの異なる数学的関係（そのような拘束を表わす）を与え、これは順守されなければならず、そのため、マスター装置は構造的に無傷であると結論付けることができる。

【0127】

したがって、その異なる実施形態の方法によって実行されるそのような数学的拘束関係の検証は、マスター装置の構造的完全性を検証した結果を達成することを可能にする。

【0128】

したがって、本開示の方法及びシステムは、マスター装置の機能的完全性を自動的かつリアルタイムで検証するための効果的かつ信頼性の高い手順を動作させる必要性を満たす。

【0129】

マスター装置の構造的又は機能的異常が同定されると、遠隔操作を直ちに迅速に中断することができ、したがって、そのような異常が、患者に作用するように意図されたスレーブ装置及びそれに関連する外科用器具の動作の結果として生じる異常に反映されることを回避し、患者自体に重大な結果をもたらす可能性がある。

【0130】

それにより、患者の安全性を改善するという目的が達成され、考慮される動作環境において順守されなければならない非常に厳しい安全要件を満たす。

【0131】

偶発的なニーズを満たすために、当業者は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、前述の方法の実施形態に変更及び適合を行うことができ、又は機能的に等価な他の要素と要素を置き換えることができる。可能な実施形態に属するものとして前述された全ての特徴は、説明された他の実施形態に関係なく実装されてもよい。

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3】

【図4】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図5(c)】

【図6】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図8(c)】

【図8(d)】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16(a)】

【図16(b)】

【図16(c)】

【図16(d)】

【国際調査報告】