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特表2024-520455内部体腔内で外科手術ロボット組立品を制御するためのシステム及び方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-05-24

(54)【発明の名称】内部体腔内で外科手術ロボット組立品を制御するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

A61B 34/30 20160101AFI20240517BHJP

【ＦＩ】

A61B34/30

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023572915

(86)(22)【出願日】2022-05-26

(85)【翻訳文提出日】2024-01-24

(86)【国際出願番号】 US2022031225

(87)【国際公開番号】W WO2022251559

(87)【国際公開日】2022-12-01

(31)【優先権主張番号】63/193,296

(32)【優先日】2021-05-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522440603

【氏名又は名称】ヴィカリアス・サージカル・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部達彦

(72)【発明者】

【氏名】セオドア・アロンソン

(72)【発明者】

【氏名】ザカリー・デオケディス－スミス

(72)【発明者】

【氏名】サミー・カリファ

(72)【発明者】

【氏名】アダム・サックス

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・キャッタフェ

【テーマコード（参考）】

4C130

【Ｆターム（参考）】

4C130AA04

4C130AA13

4C130AA22

4C130AA32

4C130AB01

4C130AC05

4C130AD02

4C130AD05

4C130AD07

4C130BA02

(57)【要約】

対象の内部空洞内で外科手術を実施するための方法及びシステムが本明細書に提供される。外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するための例示的な方法は、ロボット組立品の少なくとも一部分が対象の内部空洞内に配置されている間に、オペレータから第１の制御モード選択入力を受信し、かつ第１の制御モード選択入力に応答して、外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを第１の制御モードに変更することと、外科手術ロボットシステムが第１の制御モードにある間に、ハンドコントローラから第１の制御入力を受信することと、第１の制御入力の受信に応答して、ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、カメラ組立品の少なくとも一部分、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向を変更することと、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するための方法であって、前記外科手術ロボットシステムが、画像ディスプレイと、オペレータの手の移動を感知するように構成されたハンドコントローラと、を備え、前記ロボット組立品が、カメラ組立品と、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームを含むロボットアーム組立品と、を含み、前記方法が、
前記ロボット組立品の少なくとも一部分が対象の内部空洞内に配置されている間に、前記オペレータから第１の制御モード選択入力を受信し、かつ前記第１の制御モード選択入力に応答して、前記外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを第１の制御モードに変更することと、
前記外科手術ロボットシステムが前記第１の制御モードにある間に、ハンドコントローラから第１の制御入力を受信することと、
前記第１の制御入力の受信に応答して、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、前記カメラ組立品の少なくとも一部分、前記ロボットアーム組立品の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向を変更することと、を含む、方法。

【請求項2】

前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームが、前記ロボット組立品の仮想胸部を画定し、前記仮想胸部が、前記第１のロボットアームの最近位ジョイントの第１の旋回点と、前記第２のロボットアームの最近位ジョイントの第２の旋回点と、前記カメラ組立品のカメラ撮像中心点との間に延在する胸部平面によって画定され、
前記仮想胸部の旋回中心が、前記第１のロボットアームの前記第１の旋回点と前記第２のロボットアームの前記第２の旋回点とを接続する前記胸部平面内の線セグメントに沿って中間に位置する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の制御モードが、走行アーム制御モード又はカメラ制御モードであり、
前記第１の制御モードが、カメラ制御モードである場合、前記第１の制御入力の受信に応答して、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品を静止させたままにしながら、現在の視方向に対して前記カメラ組立品の少なくとも１つのカメラの配向及び／又は位置を変更し、
前記第１の制御モードが、走行アーム制御モードである場合、前記第１の制御入力の受信に応答して、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心の場所及び／又は前記現在の視方向に対する前記仮想胸部の配向を変更する、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の制御モードが、走行ジェスチャアーム制御モードであり、
前記第１の制御入力が、複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つ、又は複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応し、
前記第１の制御入力が、前記複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つに対応する場合、前記外科手術ロボットシステムが、前記第１の制御入力に応答して、前記エンドエフェクタの前記器具先端の前記静止位置を維持しながら、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を変更し、
前記第１の制御入力が、前記複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する場合、前記外科手術ロボットシステムが、前記エンドエフェクタの前記器具先端の前記静止位置を維持しながら、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記現在の視方向に対する前記仮想胸部の前記配向を変更する、請求項２又は３に記載の方法。

【請求項5】

前記複数のジェスチャ並進移動入力が、
引き戻し入力であって、前記ハンドコントローラの感知された前記移動が、前記オペレータの手が前記オペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記引き戻し入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を前記現在の視方向に前方に移動させる、引き戻し入力と、
前方押し出し入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が前記オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記前方押し出し入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を前記現在の視方向から離れる方向に後方へ移動させる、前方押し出し入力と、を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記複数のジェスチャ並進移動入力が、
水平入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、オペレータの手が前記オペレータの身体に対して水平方向に移動することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して対応する水平方向に、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を移動させ、前記対応する水平方向が、前記水平入力に応答して表示された前記現在の画像の前記現在の視野に対して左の水平方向又は右の水平方向である、水平入力を含むか、又は更に含む、請求項４又は５に記載の方法。

【請求項7】

前記複数のジェスチャ並進移動入力が、
垂直入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、オペレータの手が前記オペレータの身体に対して垂直方向に移動することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して対応する垂直方向に、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を移動させ、前記対応する垂直方向が、前記垂直入力に応答して表示された前記現在の画像の前記現在の視野に対して、垂直上方向又は垂直下方向である、垂直入力を含むか、又は更に含む、請求項４～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
右ヨー入力であって、左手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの左手が前記オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの右手が前記オペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記右ヨー入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心の周りで前記胸部平面の配向を右にヨーイングする、右ヨー入力と、
左ヨー入力であって、前記左手コントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が前記オペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、かつ前記右手コントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの右手が前記オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記左ヨー入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心の周りで前記胸部平面の配向を左にヨーイングする、左ヨー入力と、を含む、請求項４～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
ピッチダウン入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が前方に傾斜することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ピッチダウン入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心の周りで前記胸部平面の前記配向を下方にピッチングする、ピッチダウン入力と、
ピッチアップ入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動及び前記オペレータの手の感知された前記移動が、前記オペレータの手が後方に傾斜することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ピッチアップ入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心の周りで前記胸部平面の前記配向を上方にピッチングする、ピッチアップ入力と、を含むか、又は更に含む、請求項４～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
時計回りのロール入力であって、左手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に上方へ移動することに対応し、かつ前記右手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの右手が垂直に下方へ移動するに対応し、前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記時計回りのロール入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心を通過する前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで前記ロボットアーム組立品を時計回りに回転させる、時計回りのロール入力と、
反時計回りのロール入力であって、前記左手コントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に下方に移動することに対応し、かつ前記右手コントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの右手が垂直に上方に移動することに対応し、前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記反時計回りのロール入力に応答して前記現在の視野に対して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心を通過する前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで前記ロボットアーム組立品を反時計回りに回転させる、反時計回りのロール入力と、を含むか、又は更に含む、請求項４～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の制御モードが、身体活動アーム制御モードであり、前記身体活動アーム制御モードにおいて、前記ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の大きさと、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分の前記並進運動の方向と、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分の回転の大きさと、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分の回転軸と、のうちの１つ以上が、少なくとも部分的に、前記ハンドコントローラの前記感知された移動の大きさと、前記ハンドコントローラ間の間隔の感知された変化の大きさと、前記ハンドコントローラ間の横方向の間隔における感知された変化の大きさと、前記ハンドコントローラの移動の方向と、前記第１の制御入力で前記ハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化と、のうちの１つ以上に依存し、
前記第１の制御入力が、複数の異なるタイプの身体活動制御入力のうちの１つに対応する、請求項２に記載の方法。

【請求項12】

前記複数の異なるタイプの身体活動入力が、
感知された前記移動ハンドコントローラが前記ハンドコントローラ間の横方向の間隔における変化に対応する、ズーム入力を含み、
前記ハンドコントローラ間の前記横方向の間隔が増加する場合に、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の変位の大きさが前記ズーム入力に応答して横方向の間隔における前記変化の大きさに依存する状態で、前記現在の視方向において前記仮想胸部旋回中心の前記場所を前方に移動させ、
前記ハンドコントローラ間の前記横方向の間隔が減少する場合に、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回の変位の前記大きさが前記ズーム入力に応答して横方向の間隔における前記変化の前記大きさに依存する状態で、前記現在の視方向に対して前記仮想胸部旋回中心の前記場所を後方に移動させる、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記複数の異なるタイプの身体活動入力が、
前記ハンドコントローラの前記感知された移動が前記ハンドコントローラを垂直平面に接続する線の配向における角度変化に対応する、ホイール入力を含むか、又は更に含み、
前記配向における変化が時計回りの回転に対応する場合に、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記ホイール入力に応答して、前記仮想胸部の前記角度回転の大きさが前記線の前記配向における前記角度変化の大きさに依存する状態で、表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記仮想胸部の前記配向を右に回転させ、
前記配向における変化が反時計回りの回転に対応する場合に、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記ホイール入力に応答して、前記仮想胸部の前記角度回転の前記大きさが前記線の前記配向における前記角度変化の前記大きさに依存する状態で、前記現在の視野に対して、前記仮想胸部の前記配向を左に回転させる、請求項１１又は１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の制御モードが、ジェスチャカメラ制御モードであり、
前記第１の制御入力が、複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する、請求項２又は３に記載の方法。

【請求項15】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
右ヨー入力であって、左手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの左手が前記オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの右手が前記オペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、
前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記右ヨー入力に応答して表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、前記カメラ組立品のヨー回転軸の周りで前記カメラ組立品の１つ以上のカメラの視野方向の配向を右にヨーイングする、右ヨー入力と、
左ヨー入力であって、前記オペレータの左手の前記感知された移動が、前記オペレータの身体に向かって後方に移動する前記オペレータの左手に対応し、かつ前記オペレータの右手の前記感知された移動が、前記オペレータの身体から前方に離れる前記オペレータの右手に対応し、
前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記左ヨー入力に応答して表示された前記現在の画像の前記現在の視野に対して、前記カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、前記カメラ組立品のヨー回転軸の周りで前記１つ以上のカメラの視野方向の配向を左にヨーイングする、左ヨー入力と、を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
ピッチダウン入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前方に傾斜する前記オペレータの手に対応し、かつ
前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ピッチダウン入力に応答して、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記カメラ組立品の前記１つ以上のカメラの前記視野方向の配向を下方にピッチングする、ピッチダウン入力と、
ピッチアップ入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が後方に傾斜することに対応し、かつ前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記ピッチアップ入力に応答して前記カメラ組立品の前記ピッチ軸の周りで前記１つ以上のカメラの前記視野方向の配向をピッチングする、ピッチアップ入力と、を含むか、又は更に含む、請求項１４又は１５に記載の方法。

【請求項17】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
時計回りのロール入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に上方に移動し、かつ前記オペレータの右手が垂直に下方に移動することに対応し、前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記時計回りのロール入力に応答して前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで１つ以上のカメラを時計回りに回転させる、時計回りのロール入力と、
反時計回りのロール入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に下方に移動し、かつ前記オペレータの右手が垂直に上方に移動することに対応し、前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記反時計回りのロール入力に応答して前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで前記１つ以上のカメラを反時計回りに回転させる、反時計回りのロール入力と、を含むか、又は更に含む、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記第１の制御モード選択入力が、前記ハンドコントローラの一方又は両方の入力機構を介して受信される、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の制御モード選択入力が、オペレータコンソール上の制御を介して受信される、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の制御モード選択入力が、フットペダルを介して受信される、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

第２のモード選択入力を受信することと、前記外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを第２の制御モードに変更することと、を更に含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記第１の制御モードが、走行アーム制御モードであり、前記第２の制御モードが、カメラ制御モードである、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記第１の制御モードが、走行アーム制御モードであり、前記第２の制御モードが、異なる走行アーム制御モードである、請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

前記第１の制御モードが、カメラ制御モードであり、前記第２の制御モードが、アーム制御モードである、請求項２１に記載の方法。

【請求項25】

前記第２の制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ハンドコントローラの移動に関係なく、前記ロボット組立品を静止位置及び静止構成に維持する、請求項２１に記載の方法。

【請求項26】

前記第２の制御モードが、デフォルト制御モードである、請求項２１又は２２に記載の方法。

【請求項27】

前記第２のモード選択入力が、前記オペレータが前記第１の制御入力を生成するために、前記オペレータによって作動及び保持又は押下された少なくとも１つのオペレータ制御を解放することに対応する、請求項２１に記載の方法。

【請求項28】

前記第２のモード選択入力が、前記第１の制御入力を生成するために、前記オペレータによって作動されたものと同じオペレータ制御を前記オペレータが作動させることに対応する、請求項２１に記載の方法。

【請求項29】

前記第１のモード選択入力が、前記オペレータが第１のオペレータ制御を作動させることに対応し、かつ前記第２のモード選択入力が、前記オペレータが異なる第２のオペレータ制御を作動させることに対応する、請求項２１に記載の方法。

【請求項30】

第３のモード選択入力を受信することと、それに応答して、現在の制御モードを第３の制御モードに変更することと、を更に含む、請求項２１～２９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項31】

前記第３の制御モードが、前記第２の制御モードと同じである、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

前記第３の制御モードが、前記第１の制御モード及び前記第２の制御モードとは異なる、請求項３０に記載の方法。

【請求項33】

前記ロボット外科手術システムが、タッチスクリーンディスプレイを更に備え、
前記第３の制御モードが、モデル操作制御モードであり、前記方法が、前記第３のモード選択入力の受信に応答して、前記ロボット組立品の表現を表示することと、
前記表示されたロボット組立品の少なくとも一部分を選択する第１のタッチスクリーンオペレータ入力を検出することと、
前記オペレータが前記ロボット組立品の前記選択された少なくとも前記一部分の前記表現をドラッグして、前記タッチスクリーン上に表示される前記表現の前記ロボット組立品の前記選択された少なくとも前記一部分の位置及び／又は配向を変更することに対応する、第２のタッチスクリーンオペレータ入力を検出することと、
前記検出された第２のタッチスクリーンオペレータ入力に応答して、前記エンドエフェクタの前記器具先端の静止位置を維持しながら、前記選択された少なくとも１つの構成要素に対応する前記ロボット組立品の１つ以上の構成要素を移動させることと、を更に含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

対象の内部空洞内で外科手術を実施するための外科手術ロボットシステムであって、前記外科手術ロボットシステムが、
前記外科手術ロボットシステムを操作するように動作するハンドコントローラと、
計算ユニットであって、
前記ハンドコントローラからオペレータ生成移動データを受信し、かつ前記外科手術ロボットシステムの現在の制御モードに基づいて応答して制御信号を生成することと、
前記外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを、前記外科手術ロボットシステムの複数の制御モードのうちの選択された１つに応答して変更するための制御モード選択入力を受信することと、を行うように構成されている、計算ユニットと、
カメラ組立品と、
使用中に前記内部空洞内に挿入されるように構成されたロボットアーム組立品であって、前記ロボットアーム組立品が、
前記第１のロボットアームの遠位端部に配置された第１のエンドエフェクタを含む、第１のロボットアームと、
前記第２のロボットアームの遠位端部に配置された第２のエンドエフェクタを含む、第２のロボットアームと、を含む、ロボットアーム組立品と、
前記カメラ組立品から画像を出力するための画像ディスプレイと、を備える、外科手術ロボットシステム。

【請求項35】

前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームが、ロボット組立品の仮想胸部を画定し、前記仮想胸部が、前記第１のロボットアームの最近位ジョイントの第１の旋回点と、前記第２のロボットアームの最近位ジョイントの第２の旋回点と、前記カメラ組立品のカメラ撮像中心点との間に延在する胸部平面によって画定され、
前記仮想胸部の旋回中心が、前記第１のロボットアームの前記第１の旋回点と前記第２のロボットアームの前記第２の旋回点とを接続する前記胸部平面内の線セグメントに沿って中間に位置し、
前記計算ユニットが、コンピュータ可読命令を実行して、前記外科手術ロボットシステムの前記複数の制御モードを提供するように構成された１つ以上のプロセッサを含み、
前記複数の制御モードが、走行アーム制御モード及び／又はカメラ制御モードを含み、
前記外科手術ロボットシステムが、カメラ制御モードにあり、第１の制御入力が、前記第１の制御入力に応答して、前記オペレータの手の感知された移動に関して、ハンドコントローラから受信され、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、前記ロボットアーム組立品を静止させたままにしながら、現在の視方向に対して前記カメラ組立品の少なくとも１つのカメラの配向及び／又は位置を変更し、
前記外科手術ロボットシステムが、走行アーム制御モードにあり、前記第１の制御入力が、前記第１の制御入力の受信に応答して、前記オペレータの手の前記感知された移動に関して、ハンドコントローラから受信され、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、前記ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、前記現在の視方向に対して仮想胸部旋回中心の場所及び／又は前記仮想胸部の配向を変更する、請求項３４に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項36】

前記複数の制御モードが、走行ジェスチャアーム制御モードを含み、第１の制御入力が、複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つ又は複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応し、
前記第１の制御入力が、前記複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つに対応する場合、前記外科手術ロボットシステムが、前記第１の制御入力に応答して、前記エンドエフェクタの前記器具先端の前記静止位置を維持しながら、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を変更し、
前記第１の制御入力が、前記複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する場合、前記外科手術ロボットシステムが、前記エンドエフェクタの前記器具先端の前記静止位置を維持しながら、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記現在の視方向に対する前記仮想胸部の前記配向を変更する、請求項３５に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項37】

前記複数のジェスチャ並進移動入力が、
引き戻し入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が前記オペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記引き戻し入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を前記現在の視方向に前方に移動させる、引き戻し入力と、
前方押し出し入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が前記オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記前方押し出し入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の前記場所を前記現在の視方向から離れる方向に後方へ移動させる、前方押し出し入力と、を含む、請求項３６に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項38】

【請求項39】

【請求項40】

【請求項41】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
ピッチダウン入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が前方に傾斜することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ピッチダウン入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心の周りで前記胸部平面の前記配向を下方にピッチングする、ピッチダウン入力と、
ピッチアップ入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動及び前記オペレータの手の前記感知された移動が、前記オペレータの手が後方に傾斜することに対応し、かつ前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ピッチアップ入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心の周りで前記胸部平面の前記配向を上方にピッチングする、ピッチアップ入力と、を含むか、又は更に含む、請求項３２～４０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項42】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
時計回りのロール入力であって、左手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に上方へ移動するに対応し、かつ前記右手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの右手が垂直に下方へ移動するに対応し、前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記時計回りのロール入力に応答して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記仮想胸部旋回中心を通過する前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで前記ロボットアーム組立品を時計回りに回転させる、時計回りのロール入力と、
反時計回りのロール入力であって、前記左手コントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に下方に移動することに対応し、かつ前記右手コントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの右手が垂直に上方に移動することに対応し、前記ジェスチャアーム制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記反時計回りのロール入力に応答して前記現在の視野に対して、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心を通過する前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで前記ロボットアーム組立品を反時計回りに回転させる、反時計回りのロール入力と、を含むか、又は更に含む、請求項３６～４１のいずれか一項に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項43】

前記複数の制御モードが、身体活動アーム制御モードであり、前記身体活動アーム制御モードにおいて、前記ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の大きさと、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分の前記並進運動の方向と、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分の回転の大きさと、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分の回転軸と、のうちの１つ以上が、少なくとも部分的に、前記ハンドコントローラの前記感知された移動の大きさと、前記ハンドコントローラ間の間隔の感知された変化の大きさと、前記ハンドコントローラ間の横方向の間隔における感知された変化の大きさと、前記ハンドコントローラの移動の方向と、前記第１の制御入力で前記ハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化と、のうちの１つ以上に依存し、
前記第１の制御入力が、複数の異なるタイプの身体活動制御入力のうちの１つに対応する、請求項３５に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項44】

前記複数の異なるタイプの身体活動入力が、
感知された前記移動ハンドコントローラが前記ハンドコントローラ間の横方向の間隔における変化に対応する、ズーム入力を含み、
前記ハンドコントローラ間の前記横方向の間隔が増加する場合に、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回中心の変位の大きさが前記ズーム入力に応答して前記横方向の間隔における前記変化の大きさに依存する状態で、前記現在の視方向において前記仮想胸部旋回中心の前記場所を前方に移動させ、
前記ハンドコントローラ間の前記横方向の間隔が減少する場合に、前記外科手術ロボットシステムが、前記ロボットアーム組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記仮想胸部旋回の変位の前記大きさが前記ズーム入力に応答して横方向の間隔における前記変化の前記大きさに依存する状態で、前記現在の視方向に対して前記仮想胸部旋回中心の前記場所を後方に移動させる、請求項４３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項45】

【請求項46】

前記複数の制御モードが、ジェスチャカメラ制御モードを含み、
前記第１の制御入力が、複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する、請求項３５に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項47】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
右ヨー入力であって、左手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの左手が前記オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、前記オペレータの右手が前記オペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、
前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記右ヨー入力に応答して表示された現在の画像の現在の視野に対して、前記カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、前記カメラ組立品のヨー回転軸の周りで前記カメラ組立品の１つ以上のカメラの視野方向の配向を右にヨーイングする、右ヨー入力と、
左ヨー入力であって、前記オペレータの左手の前記感知された移動が、前記オペレータの身体に向かって後方に移動する前記オペレータの左手に対応し、かつ前記オペレータの右手の前記感知された移動が、前記オペレータの身体から前方に離れる前記オペレータの右手に対応し、
前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記左ヨー入力に応答して表示された前記現在の画像の前記現在の視野に対して、前記カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、前記カメラ組立品のヨー回転軸の周りで前記１つ以上のカメラの視野方向の配向を左にヨーイングする、左ヨー入力と、を含むか、又は更に含む、請求項４６に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項48】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
ピッチダウン入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前方に傾斜する前記オペレータの手に対応し、かつ
前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記ピッチダウン入力に応答して前記カメラ組立品の前記１つ以上のカメラの前記視野方向の配向を下方にピッチングする、ピッチダウン入力と、
ピッチアップ入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの手が後方に傾斜することに対応し、かつ前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記ピッチアップ入力に応答して前記カメラ組立品の前記ピッチ軸の周りで前記１つ以上のカメラの前記視野方向の配向をピッチングする、ピッチアップ入力と、を含むか、又は更に含む、請求項４６又は４７に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項49】

前記複数のジェスチャ回転入力が、
時計回りのロール入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に上方に移動し、かつ前記オペレータの右手が垂直に下方に移動することに対応し、前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記時計回りのロール入力に応答して前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで１つ以上のカメラを時計回りに回転させる、時計回りのロール入力と、
反時計回りのロール入力であって、前記ハンドコントローラの前記感知された移動が、前記オペレータの左手が垂直に下方に移動し、かつ前記オペレータの右手が垂直に上方に移動することに対応し、前記ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記カメラ組立品の少なくとも前記一部分を移動させて、前記反時計回りのロール入力に応答して前記現在の視方向に対して平行な軸の周りで前記１つ以上のカメラを反時計回りに回転させる、反時計回りのロール入力と、を含むか、又は更に含む、請求項４６～４８のいずれか一項に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項50】

前記第１の制御モード選択入力が、前記ハンドコントローラの一方又は両方の入力機構を介して受信される、請求項３４～４９のいずれか一項に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項51】

前記第１の制御モード選択入力が、オペレータコンソール上の制御を介して受信される、請求項３４～４９のいずれか一項に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項52】

前記第１の制御モード選択入力が、フットペダルを介して受信される、請求項５１に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項53】

前記選択された制御モードが、第１の制御モードであり、前記計算ユニットが、
第２のモード選択入力を受信することと、前記外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを、前記複数の制御モードのうちの第２の制御モードに変更することと、を更に行うように構成されている、請求項３４～５２のいずれか一項に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項54】

前記第１の制御モードが、走行アーム制御モードであり、前記第２の制御モードが、異なる走行アーム制御モードである、請求項５３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項55】

【請求項56】

前記第１の制御モードが、カメラ制御モードであり、前記第２の制御モードが、アーム制御モードである、請求項５３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項57】

前記第２の制御モードにあるときに、前記外科手術ロボットシステムが、前記ハンドコントローラの移動に関係なく、前記ロボット組立品を静止位置及び静止構成に維持する、請求項５３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項58】

前記第２の制御モードが、デフォルト制御モードである、請求項５３又は５４に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項59】

前記第２のモード選択入力が、前記オペレータが前記第１の制御入力を生成するために、前記オペレータによって作動及び保持又は押下された少なくとも１つのオペレータ制御を解放することに対応する、請求項５３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項60】

前記第２のモード選択入力が、前記第１の制御入力を生成するために、前記オペレータによって作動されたものと同じオペレータ制御を前記オペレータが作動させることに対応する、請求項５３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項61】

前記第１のモード選択入力が、前記オペレータが第１のオペレータ制御を作動させることに対応し、かつ前記第２のモード選択入力が、前記オペレータが異なる第２のオペレータ制御を作動させることに対応する、請求項５３に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項62】

前記計算ユニットが、第３のモード選択入力を受信し、それに応答して、現在の制御モードを前記複数の制御モードのうちの第３の制御モードに変更するように更に構成されている、請求項５３～６１のいずれか一項に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項63】

前記第３の制御モードが、前記第２の制御モードと同じである、請求項６２に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項64】

前記第３の制御モードが、前記第１の制御モード及び前記第２の制御モードとは異なる、請求項６２に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項65】

前記画像ディスプレイが、タッチスクリーンディスプレイであり、
前記第３の制御モードが、モデル操作制御モードであり、前記タッチスクリーンディスプレイが、前記第３のモード選択入力の受信に応答して、前記ロボット組立品の表現を表示し、
前記計算ユニットが、
前記タッチスクリーンディスプレイを介して、前記表示されたロボット組立品の少なくとも一部分を選択する第１のタッチスクリーンオペレータ入力を検出することと、
前記タッチスクリーンディスプレイを介して、前記オペレータが前記ロボット組立品の前記選択された少なくとも前記一部分の前記表現をドラッグして、前記タッチスクリーン上に表示される前記表現の前記ロボット組立品の前記選択された少なくとも前記一部分の位置及び／又は配向を変更することに対応する、第２のタッチスクリーンオペレータ入力を検出することと、
前記検出された第２のタッチスクリーンオペレータ入力に応答して、前記外科手術ロボットシステムを制御して、前記エンドエフェクタの前記器具先端の静止位置を維持しながら、前記選択された少なくとも１つの構成要素に対応する前記ロボット組立品の１つ以上の構成要素を移動させることと、を行うように更に構成されている、請求項６４に記載の外科手術ロボットシステム。

【請求項66】

プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに請求項１～３３のいずれか一項に記載のステップを実施させる、外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するための命令を記憶する、非一時的コンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、２０２１年５月２６日に出願された米国仮特許出願第６３／１９３，２９６号に対する優先権を主張するものであり、その内容全体は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

低侵襲外科手術の分野は、１９９０年代初頭の登場以来、急速に拡大している。低侵襲外科手術が患者の転帰を大幅に改善するものの、この改善は、外科医の正確かつ容易な手術能力を犠牲にして得られるものである。従来の腹腔鏡手術では、外科医は通常、患者の腹壁にある複数の小さな切開を通して腹腔鏡器具を挿入する。ツールを、腹壁を通して挿入する特性により、器具が腹壁への損傷なしには左右に移動できないため、腹腔鏡器具の動きに制約がかかる。標準的な腹腔鏡器具の動きも制限されており、通常は４つの運動軸に限定される。これらの４つの運動軸は、トロカール内外での器具の動き（軸１）、トロカール内の器具の回転（軸２）、及びトロカールが腹腔に進入する旋回点を維持しながら、２つの平面におけるトロカールの角度移動（軸３及び４）である。低侵襲外科手術の大半は、二十年以上にわたって、これら４つの運動自由度のみを用いて行われてきた。更に、手術が腹腔内の複数の異なる場所に対処する必要がある場合、従来のシステムは複数の切開を必要とする。

【0003】

既存のロボット外科手術デバイスは、これら問題の多くの解決を試みた。一部の既存のロボット外科手術デバイスは、器具の端部に追加の自由度を有する、非ロボット腹腔鏡外科手術を再現する。しかしながら、外科手術処置に費用のかかる多くの変更があっても、既存のロボット外科手術デバイスは、使用される処置の大部分において、患者転帰の改善を提供することができなかった。追加的に、既存のロボットデバイスでは、外科医と外科手術エンドエフェクタとの間で生成される分離が増加する。この増加した分離により、外科医の動きへの思い違い及びロボットデバイスが加える力に起因する傷害が発生し得る。多くの既存のロボットデバイスの自由度が、ヒトのオペレータには不慣れであるため、外科医は、不注意により傷害を起こす可能性を最小限に抑えるために、患者の手術前に、ロボットシミュレータに関する広範囲にわたる訓練が必要である。

【0004】

既存のロボットデバイスを制御するために、外科医は通常コンソールに座り、手及び／又は足でマニピュレータを制御する。追加的に、ロボットカメラは半固定された位置に留まり、外科医からの足及び手の組み合わされた動きによって移動される。これらの半固定カメラは視野が限定されており、結果として、手術視野の可視化をしばしば困難にする。

【0005】

他のロボットデバイスは、単一切開を通して挿入された２つのロボットマニピュレータを有する。これらのデバイスは、多くの場合、へそに１回の切開に必要な切開の数を低減する。しかしながら、既存の単一切開ロボットデバイスは、そのアクチュエータ設計に由来する大きな欠点を有する。既存の単一切開ロボットデバイスは、サーボモータ、エンコーダ、ギアボックス、及びインビボロボット内の他全ての作動デバイスを含み、その結果、患者の体内に挿入される比較的大きなロボットユニットが必要になる。このサイズは、移動及び様々な処置を実施する能力の観点から、ロボットユニットを著しく制約する。更に、こうした大きなロボットは、典型的には、多くの場合、開放処置のサイズに近い大きな切開部位を通して挿入される必要があり、したがって、感染、疼痛、及び一般的な罹患率のリスクを増加させる。

【0006】

従来のロボットデバイスの更なる欠点は、それらの限られた移動の自由度である。したがって、外科手術処置が複数の異なる場所での外科手術を必要とする場合、ロボットユニットを異なる動作場所に挿入することができるように、複数の切開点を作る必要がある。これにより、患者が感染する可能性が高まる。

【発明の概要】

【0007】

本開示は、ロボット組立品の少なくとも一部分が対象の内部空洞内に配置されているときに、外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するための方法を提供する。ロボット組立品は、カメラ組立品と、ロボットアーム組立品の仮想胸部を画定する第１のロボットアーム及び第２のロボットアームを含む、ロボットアーム組立品と、を含む。一部の方法は、外科手術ロボットシステムの制御モードを、現在の制御モードから、ロボットアームのエンドエフェクタが静止したままである間に、ロボットアーム組立品の仮想胸部の位置及び／又は配向がハンドコントローラの動きを使用して変更される制御モードに変更することを含む。一部の方法は、外科手術ロボットシステムの制御モードを、現在の制御モードから、アーム組立品のロボットアームのエンドエフェクタの器具先端が静止したままである間に、ハンドコントローラを使用してカメラ組立品の視野方向が変更される制御モードに変更することを含む。本開示はまた、本明細書に記載される前述の制御モード及び／又は他の制御モードのうちの１つ以上を含む、複数の制御モードを提供する外科手術ロボットシステムを提供する。本開示はまた、外科手術ロボットシステムの計算ユニットの１つ以上のプロセッサ上で実行されるときに、本明細書に記載される１つ以上の制御モードを提供し、かつ／又は本明細書に記載される方法のうちのいずれかを実行する、コンピュータ可読媒体を提供する。

【0008】

第１の態様では、本発明は、外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するための方法を提供する。外科手術ロボットシステムは、画像ディスプレイと、オペレータの手の移動を感知するように構成されたハンドコントローラと、ロボット組立品と、を含む。ロボット組立品は、カメラ組立品と、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームを含む、ロボットアーム組立品と、を含む。方法は、ロボット組立品の少なくとも一部分が対象の内部空洞内に配置されている間に、オペレータから第１の制御モード選択入力を受信し、かつ第１の制御モード選択入力に応答して、外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを第１の制御モードに変更することを含む。方法は、外科手術ロボットシステムが第１の制御モードにある間に、ハンドコントローラから第１の制御入力を受信することを更に含む。方法は、第１の制御入力の受信に応答して、ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、カメラ組立品の少なくとも一部分、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向を変更することを更に含む。

【0009】

【0010】

一実施形態では、第１の制御モードは、走行アーム制御モード又はカメラ制御モードである。第１の制御モードがカメラ制御モードである場合、第１の制御入力の受信に応答して、外科手術ロボットシステムは、ロボットアーム組立品を静止させたままにしながら、現在の視方向に対してカメラ組立品の少なくとも１つのカメラの配向及び／又は位置を変更する。第１の制御モードが走行アーム制御モードである場合、第１の制御入力の受信に応答して、外科手術ロボットシステムは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心の場所及び／又は現在の視方向に対する仮想胸部の配向を変更する。

【0011】

一実施形態では、第１の制御モードは、走行ジェスチャアーム制御モードである。第１の制御入力は、複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つ、又は複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する。第１の制御入力が複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つに対応する場合、外科手術ロボットシステムは、第１の制御入力に応答して、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心の場所を変更する。第１の制御入力が複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する場合、外科手術ロボットシステムは、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視方向に対する仮想胸部の配向を変更する。

【0012】

一実施形態では、複数のジェスチャ並進移動入力は、引き戻し入力であって、ハンドコントローラの感知された移動が、オペレータの手がオペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、かつジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、引き戻し入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心の場所を現在の視方向に前方に移動させる、引き戻し入力を含む。複数のジェスチャ並進移動入力は、前方押し出し入力であって、ハンドコントローラの感知された移動が、オペレータの手がオペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、前方押し出し入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心の場所を現在の視方向から離れる方向に後方へ移動させる、前方押し出し入力を更に含む。

【0013】

一実施形態では、複数のジェスチャ並進移動入力は、水平入力であって、ハンドコントローラの感知された移動が、オペレータの手がオペレータの身体に対して水平方向に移動することに対応し、かつジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して対応する水平方向に、仮想胸部旋回中心の場所を移動させ、対応する水平方向が、水平入力に応答して表示された現在の画像の現在の視野に対して左の水平方向又は右の水平方向である、水平入力を含むか、又は更に含む。

【0014】

一実施形態では、複数のジェスチャ並進移動入力は、垂直入力であって、ハンドコントローラの感知された移動が、オペレータの手がオペレータの身体に対して垂直方向に移動することに対応し、かつジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して対応する垂直方向に、仮想胸部旋回中心の場所を移動させ、対応する垂直方向が、垂直入力に応答して表示された現在の画像の現在の視野に対して、垂直上方向又は垂直下方向である、垂直入力を含むか、又は更に含む。

【0015】

一実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、右ヨー入力であって、左手コントローラの感知された移動が、オペレータの左手がオペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、オペレータの右手がオペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、右ヨー入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、仮想胸部旋回中心の周りで胸部平面の配向を右にヨーイングする、右ヨー入力と、左ヨー入力であって、左手コントローラの感知された移動が、オペレータの左手がオペレータの身体に向かって後方に移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、オペレータの右手がオペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応し、ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、左ヨー入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視野に対して、仮想胸部旋回中心の周りで胸部平面の配向を左にヨーイングする、左ヨー入力と、を含む。

【0016】

一実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、ピッチダウン入力であって、ハンドコントローラの感知された移動が、オペレータの手が前方に傾斜することに対応し、かつジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、ピッチダウン入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、仮想胸部旋回中心の周りで胸部平面の配向を下方にピッチングする、ピッチダウン入力と、ピッチアップ入力であって、ハンドコントローラの感知された移動及びオペレータの手の感知された移動が、オペレータの手が後方に傾斜することに対応し、かつジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、ピッチアップ入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視野に対して、仮想胸部旋回中心の周りで胸部平面の配向を上方にピッチングする、ピッチアップ入力と、を含むか、又は更に含む。

【0017】

一実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、時計回りのロール入力であって、左手コントローラの感知された移動が、オペレータの左手が垂直に上方へ移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、オペレータの右手が垂直に下方へ移動するに対応し、ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、時計回りのロール入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、表示された現在の画像の現在の視野に対して、仮想胸部旋回中心を通過する現在の視方向に対して平行な軸の周りでロボットアーム組立品を時計回りに回転させる、時計回りのロール入力と、反時計回りのロール入力であって、左手コントローラの感知された移動が、オペレータの左手が垂直に下方へ移動することに対応し、かつ右手コントローラの感知された移動が、オペレータの右手が垂直に上方へ移動することに対応し、ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムが、反時計回りのロール入力に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視野に対して、仮想胸部旋回中心を通過する現在の視方向に対して平行な軸の周りでロボットアーム組立品を反時計回りに回転させる、反時計回りのロール入力と、を含むか、又は更に含む。

【0018】

一実施形態では、第１の制御モードは、身体活動アーム制御モードであり、身体活動アーム制御モードにおいて、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の方向と、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転軸と、のうちの１つ以上は、少なくとも部分的に、ハンドコントローラの感知された移動の大きさと、ハンドコントローラ間の間隔の感知された変化の大きさと、ハンドコントローラ間の横方向分離における感知された変化の大きさと、ハンドコントローラの移動の方向と、第１の制御入力でハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化と、のうちの１つ以上に依存する。第１の制御入力は、複数の異なるタイプの身体活動入力のうちの１つに対応する。

【0019】

一実施形態では、複数の異なるタイプの身体活動入力は、感知された移動ハンドコントローラがハンドコントローラ間の横方向の間隔における変化に対応する、ズーム入力を含む。ハンドコントローラ間の横方向の間隔が増加する場合に、外科手術ロボットシステムは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回の変位の大きさが第１の制御入力に応答して横方向分離における変化の大きさに依存する状態で、現在の視方向において仮想胸部旋回中心の場所を前方に移動させる。ハンドコントローラ間の横方向の間隔が減少する場合に、外科手術ロボットシステムは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回の変位の大きさが第１の制御入力に応答して横方向の間隔における変化の大きさに依存する状態で、現在の視方向に対して仮想胸部旋回中心の場所を後方に移動させる。

【0020】

一実施形態では、複数の異なるタイプの身体活動入力は、ハンドコントローラの感知された移動がハンドコントローラを垂直平面に接続する線の配向における角度変化に対応する、ホイール入力を含むか、又は更に含む。配向における変化が時計回りの回転に対応する場合に、外科手術ロボットシステムは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、第１の制御入力に応答して、仮想胸部の角度回転の大きさが線の配向における角度変化の大きさに依存する状態で、表示された現在の画像の現在の視野に対して、仮想胸部の配向を右に回転させる。配向における変化が反時計回りの回転に対応する場合に、外科手術ロボットシステムは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、第１の制御入力に応答して、仮想胸部の角度回転の大きさが線の配向における角度変化の大きさに依存する状態で、現在の視野に対して、仮想胸部の配向を左に回転させる。

【0021】

一実施形態では、第１の制御モードは、ジェスチャカメラ制御モードである。第１の制御入力は、複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する。

【0022】

一実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、右ヨー入力及び左ヨー入力を含むか、又は更に含む。右ヨー入力における左手コントローラの感知された移動は、オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動するオペレータの左手に対応し、かつ右手コントローラの感知された移動は、オペレータの身体に向かって後方に移動するオペレータの右手に対応し、ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、右ヨー入力に応答して表示された現在の画像の現在の視野に対して、カメラ組立品のヨー回転軸の周りでカメラ組立品の１つ以上のカメラの視野方向の配向を右にヨーイングする。左のヨー入力におけるオペレータの左手の感知された移動は、オペレータの身体に向かって後方に移動するオペレータの左手に対応し、かつオペレータの右手の感知された移動は、オペレータの身体から前方に離れるオペレータの右手に対応し、ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、左ヨー入力に応答して表示された現在の画像の現在の視野に対して、カメラ組立品のヨー回転軸の周りで１つ以上のカメラの視野方向の配向を左にヨーイングする。

【0023】

一実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、ピッチダウン入力及びピッチアップ入力を含むか、又は更に含む。ピッチダウン入力におけるハンドコントローラの感知された移動は、前方に傾斜するオペレータの手に対応し、ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、ピッチダウン入力に応答してカメラ組立品の１つ以上のカメラの視野方向の配向を下方にピッチングする。ピッチアップ入力におけるハンドコントローラの感知された移動は、オペレータの手が後方に傾斜することに対応し、ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、ピッチアップ入力に応答してカメラ組立品のピッチ軸の周りで１つ以上のカメラの視野方向の配向をピッチングする。

【0024】

一実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、時計回りのロール入力及び反時計回りのロール入力を含むか、又は更に含む。時計回りのロール入力におけるハンドコントローラの感知された移動は、オペレータの左手が垂直に上方に移動し、かつオペレータの右手が垂直に下方に移動することに対応し、ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、時計回りのロール入力に応答して現在の視方向に対して平行な軸の周りで１つ以上のカメラを時計回りに回転させる。反時計回りのロール入力におけるハンドコントローラの感知された移動は、オペレータの左手が垂直に下方に移動し、かつオペレータの右手が垂直に上方に移動することに対応し、ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、反時計回りのロール入力に応答して現在の視方向に対して平行な軸の周りで１つ以上のカメラを反時計回りに回転させる。

【0025】

一実施形態では、第１の制御モード選択入力は、ハンドコントローラの一方又は両方の入力機構を介して受信される。

【0026】

一実施形態では、第１の制御モード選択入力は、オペレータコンソール上の制御を介して受信される。

【0027】

一実施形態では、第１の制御モード選択入力は、フットペダルを介して受信される。

【0028】

一実施形態では、方法は、第２のモード選択入力を受信することと、外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを第２の制御モードに変更することと、を更に含む。

【0029】

一実施形態では、第１の制御モードは、走行アーム制御モードであり、第２の制御モードは、カメラ制御モードである。

【0030】

一実施形態では、第１の制御モードは、走行アーム制御モードであり、第２の制御モードは、異なる走行アーム制御モードである。

【0031】

一実施形態では、第１の制御モードは、カメラ制御モードであり、第２の制御モードは、アーム制御モードである。

【0032】

一実施形態では、第２の制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステムは、ハンドコントローラの移動に関係なく、ロボット組立品を静止位置及び静止構成に維持する。

【0033】

一実施形態では、第２の制御モードは、デフォルト制御モードである。

【0034】

一実施形態では、第２のモード選択入力は、オペレータが第１の制御入力を生成するために、オペレータによって作動及び保持又は押下された少なくとも１つのオペレータ制御を解放することに対応する。

【0035】

一実施形態では、第２のモード選択入力は、第１の制御入力を生成するために、オペレータによって作動された同じオペレータ制御をオペレータが作動させることに対応する。

【0036】

一実施形態では、第１のモード選択入力は、オペレータが第１のオペレータ制御を作動させることに対応し、かつ第２のモード選択入力は、オペレータが異なる第２のオペレータ制御を作動させることに対応する。

【0037】

一実施形態では、方法は、第３のモード選択入力を受信することと、それに応答して、現在の制御モードを第３の制御モードに変更することと、を更に含む。

【0038】

一実施形態では、第３の制御モードは、第２の制御モードと同じである。

【0039】

一実施形態では、第３の制御モードは、第１の制御モード及び第２の制御モードとは異なる。

【0040】

一実施形態では、ロボット外科手術システムは、タッチスクリーンディスプレイを更に備える。第３の制御モードは、モデル操作制御モードである。方法は、第３のモード選択入力の受信に応答して、ロボット組立品の表現を表示することと、表示されたロボット組立品の少なくとも一部分を選択する第１のタッチスクリーンオペレータ入力を検出することと、オペレータがロボット組立品の選択された少なくとも一部分の表現をドラッグして、タッチスクリーン上に表示される表現のロボット組立品の選択された少なくとも一部分の位置及び／又は配向を変更することに対応する、第２のタッチスクリーンオペレータ入力を検出することと、検出された第２のタッチスクリーンオペレータ入力に応答して、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、選択された少なくとも１つの構成要素に対応するロボット組立品の１つ以上の構成要素を移動させることと、を更に含む。

【0041】

第２の態様では、本開示は、対象の内部空洞内で外科手術を実施するための外科手術ロボットシステムを提供する。外科手術ロボットシステムは、外科手術ロボットシステムを操作するように動作するハンドコントローラと、計算ユニットであって、ハンドコントローラからオペレータ生成移動データを受信し、かつ外科手術ロボットシステムの現在の制御モードに基づいて応答して制御信号を生成することと、外科手術ロボットシステムの現在の制御モードを、外科手術ロボットシステムの複数の制御モードのうちの選択された１つに応答して変更するための制御モード選択入力を受信することと、を行うように構成されている、計算ユニットと、カメラ組立品と、使用中に内部空洞内に挿入されるように構成されたロボットアーム組立品であって、ロボットアーム組立品が、第１のロボットアームの遠位端部に配置された第１のエンドエフェクタを含む、第１のロボットアームと、第２のロボットアームの遠位端部に配置された第２のエンドエフェクタを含む、第２のロボットアームと、を含む、ロボットアーム組立品と、カメラ組立品から画像を出力するための画像ディスプレイと、を備える。

【0042】

一実施形態では、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームは、ロボット組立品の仮想胸部を画定し、仮想胸部は、第１のロボットアームの最近位ジョイントの第１の旋回点と、第２のロボットアームの最近位ジョイントの第２の旋回点と、カメラ組立品のカメラ撮像中心点との間に延在する胸部平面によって画定される。仮想胸部の旋回中心は、第１のロボットアームの第１の旋回点と第２のロボットアームの第２の旋回点とを接続する胸部平面内の線セグメントに沿って中間に位置する。計算ユニットは、コンピュータ可読命令を実行して、外科手術ロボットシステムの複数の制御モードを提供するように構成された１つ以上のプロセッサを含む。複数の制御モードは、走行アーム制御モード及び／又はカメラ制御モードを含む。外科手術ロボットシステムがカメラ制御モードにある場合に、第１の制御入力は、第１の制御入力に応答して、オペレータの手の感知された移動に関して、ハンドコントローラから受信され、外科手術ロボットシステムは、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、ロボットアーム組立品を静止させたままにしながら、現在の視方向に対してカメラ組立品の少なくとも１つのカメラの配向及び／又は位置を変更する。外科手術ロボットシステムが走行アーム制御モードにある場合に、第１の制御入力は、第１の制御入力の受信に応答して、オペレータの手の感知された移動に関して、ハンドコントローラから受信され、外科手術ロボットシステムは、ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止を維持しながら、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視方向に対して仮想胸部旋回中心の場所及び／又は仮想胸部の配向を変更する。

【0043】

第３の態様では、本開示は、外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するために記憶された命令を有する、非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。命令がプロセッサによって実行されると、命令は、プロセッサに、外科手術ロボットシステムを制御させて、本明細書に記載の方法及び実施形態を実施させる。

【0044】

本明細書において言及される全ての刊行物、特許、及び特許出願は、各個々の刊行物、特許、又は特許出願が、参照により組み込まれることが具体的かつ個々に示されているかのように、同じ程度に参照により本明細書に組み込まれる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、同様の参照符号が様々な図を通して同様の要素を指す、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって、より完全に理解されるであろう。

【0046】

【図1】一部の実施形態による、外科手術ロボットシステムを概略的に示す。

【図2A】一部の実施形態による、外科手術ロボットシステムのロボットサブシステムに連結されたロボット支持システムを含む患者カートの斜視図である。

【図2B】一部の実施形態による、本開示の外科手術ロボットシステムの例示的なオペレータコンソールの斜視図である。

【図3A】一部の実施形態による、対象の内部空洞内で外科手術を実施する外科手術ロボットシステムの側面図を概略的に示す。

【図3B】一部の実施形態による、図３Ａの対象の内部空洞内で外科手術を実施する外科手術ロボットシステムの上面図を概略的に示す。

【図4A】一部の実施形態による、単一のロボットアームサブシステムの斜視図である。

【図4B】一部の実施形態による、図４Ａの単一のロボットアームサブシステムの単一のロボットアームの側面斜視図である。

【図5】一部の実施形態による、カメラ組立品及びロボットアーム組立品の正面斜視図である。

【図6】一部の実施形態による、外科手術ロボットシステムによって実施されるロボット組立品を制御するためのステップを示すフローチャートである。

【図7A】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおける引き戻し入力及び前方押し出し入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図7B】一部の実施形態による、図７Ａの引き戻し入力及び前方押し出し入力に応答するロボットアーム組立品の移動の上面図を概略的に示す。

【図8A】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおける水平入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図8B】一部の実施形態による、図８Ａの水平入力に応答するロボットアーム組立品の上面図を概略的に示す。

【図9A】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおける垂直入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図9B】一部の実施形態による、図９Ｂの垂直入力に応答するロボットアーム組立品の移動を概略的に示す。

【図10A】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおける右ヨー入力及び左ヨー入力の手のジェスチャを概略的に示す。

【図10B】一部の実施形態による、図１０Ａの右ヨー入力及び左ヨー入力に応答するロボットアーム組立品の移動を概略的に示す。

【図11A】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおけるピッチダウン入力及びピッチアップ入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図11B】一部の実施形態による、図１１Ａのピッチダウン入力及びピッチアップ入力に応答するロボットアーム組立品の移動を概略的に示す。

【図12A】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおける時計回りのロール入力及び反時計回りのロール入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図12B】一部の実施形態による、時計回りのロール入力及び反時計回りのロール入力に応答するロボットアーム組立品の移動を概略的に示す。

【図13A】一部の実施形態による、ジェスチャカメラ制御モードにおける右ヨー入力及び左ヨー入力の手のジェスチャを概略的に示す。

【図13B】一部の実施形態による、図１３Ａの右ヨー入力及び左ヨー入力に応答するカメラ組立品の移動を概略的に示す。

【図13C】一部の実施形態による、ジェスチャカメラ制御モードにおけるピッチダウン入力及びピッチアップ入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図13D】一部の実施形態による、図１３Ｃのピッチダウン入力及びピッチアップ入力に応答するカメラ組立品の移動を概略的に示す。

【図13E】一部の実施形態による、ジェスチャアーム制御モードにおける時計回りのロール入力及び反時計回りのロール入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図13F】一部の実施形態による、図１３Ｅの時計回りのロール入力及び反時計回りのロール入力に応答するカメラ組立品の移動を概略的に示す。

【図14A-14D】一部の実施形態による、例えば、身体活動制御モードにおけるズーム入力、及びズーム入力に応答するロボットアーム組立品の移動のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図15A-15D】一部の実施形態による、身体活動モードにおける時計回りの回転、及びホイール入力に応答するロボットアーム組立品の移動に対応するホイール入力のための手のジェスチャを概略的に示す。

【図16A】一部の実施形態による、ロボット組立品が対象に対して下位方向に延在する状態である、対象の腹腔内のロボット組立品の上面図を示す。

【図16B】一部の実施形態よる、表示された現在の画像の視野に対して、ロボット組立品が仮想胸部の配向を右に変化させた状態である、腹腔内の図１６Ａのロボット組立品の上面図を示す。

【図16C】一部の実施形態による、ロボット組立品が、図１６Ｂの方向に対して仮想胸部の配向を右に更に変化させた状態である、腹腔内の図１６Ｂのロボット組立品の上面図を示す。

【図17A】一部の実施形態による、ロボット組立品が対象に対してより横方向に延在する状態である、腹腔内の図１６Ａのロボット組立品の上面図を示す。

【図17B】一部の実施形態による、ロボット組立品がエンドエフェクタにより近くカメラ組立品を再位置決めした状態である、腹腔内の図１７Ａのロボット組立品の上面図を示す。

【図17C】一部の実施形態による、ロボット組立品がエンドエフェクタを対象に対して前方方向に再位置決めした状態である、腹腔内の図１７Ｂのロボット組立品の上面図を示す。

【図17D】一部の実施形態による、ロボット組立品がエンドエフェクタにより近くカメラ組立品を再位置決めした状態である、腹腔内の図１８Ｃのロボット組立品の上面図を示す。

【図18A】一部の実施形態による、前向きのカメラ組立品を有するロボット組立品の上面図を示す。

【図18B】一部の実施形態による、左向きのカメラ組立品を有するロボット組立品の上面図を示す。

【図18C】一部の実施形態による、右向きのカメラ組立品を有するロボット組立品の上面図を示す。

【図19A】一部の実施形態による、後向きのカメラ組立品を有するロボット組立品の上面図を示す。

【図19B】一部の実施形態による、ロボット組立品が仮想胸部の配向を変化させた状態である、図１９Ａのロボット組立品の上面図を示す。

【図20】一部の実施形態による、本開示の外科手術ロボットシステムによって実行されるモデル操作制御モードを実施するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0047】

本発明の様々な実施形態が本明細書に示され、かつ記述されてきたが、こうした実施形態は、単に例として提供されることが当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、及び置換が当業者に生じ得る。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する様々な代替物が用いられてもよいことが理解され得る。

【0048】

本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、及び「ｔｈｅ（その）」は、内容が別途明確に指示されない限り、複数の指示対象を含む。

【0049】

本明細書に開示される一部の実施形態は、少なくとも３つの関節運動自由度と、各々が少なくとも６つの関節運動自由度、及び関連付けられたエンドエフェクタ（例えば、把持器、マニピュレータなど）の移動に対応する追加の自由度を有する、２つ以上のロボットアームとを有する、カメラ組立品を含む、外科手術ロボットシステム上に実装されるか、それを採用するか、又はそれに組み込まれる。一部の実施形態では、対象（例えば、患者）内に装着されたときのカメラ組立品は、カメラ組立品が挿入部位に向かって後方を見ることができるように、ピッチ又はヨー方向に約１８０度移動又は回転することができる。このように、カメラ組立品及びロボットアームは、挿入部位に向かって後方を見るために、上向き又は下向き方向、並びに後方方向に、前方（例えば、挿入部位から遠ざかる）の各側を見て器用に動作することができる。ロボットアーム及びカメラ組立品はまた、ロール、ピッチ、及びヨー方向に移動することができる。

【0050】

本明細書に記載される制御モードは、従来のシステムよりも操作性が高い外科手術ロボットシステムにおいて特に有利である。例えば、２つのロボットアーム及びアーム当たりの自由度がより少ないアームを有する多くの従来の外科手術ロボットシステムは、ロボットアームのエンドエフェクタの器具先端を静止させたまま、ロボットアームの仮想胸部の位置又は配向を変更することができない場合がある。別の実施例として、多くの従来の外科手術ロボットシステムのカメラは、トロカールを通って延在するカメラに対する支持体の移動と関連付けられた自由度のみを有してもよく、支持体に対する移動の独立した自由度を有しなくてもよい。

【0051】

本明細書に記載の外科手術ロボットシステムにおけるこの多数の自由度は、一部の従来の外科手術ロボットシステムと比較して、ロボットアーム組立品の移動、及び一部の従来の外科手術ロボットアームでは不可能であるロボットアーム組立品の配向を可能にし、かつ一部の従来のロボット外科手術システムのためのカメラでは不可能であるロボットカメラ組立品のカメラの移動を可能にする。

【0052】

本明細書に記載される一部の外科手術ロボットシステムは、左手コントローラの移動が、左側のロボットアームの遠位端部の対応するスケールダウン移動を引き起こし、右手コントローラの移動が、右側のロボットアームの遠位端部の対応するスケールダウン移動を引き起こす、制御を採用する。この制御は、本明細書ではスケールダウンアーム制御と呼ばれる。このタイプの制御を使用するハンドコントローラの移動は、ロボットアームの遠位端部におけるエンドエフェクタの器具先端の位置も変更することなく、ロボットアームの胸部の位置及び／又は配向を変更することはできない。更に、このタイプの制御では、ロボットアームの胸部の配向のいくつかのタイプの変化がある。このタイプの制御では、カメラの視野方向又は配向は、アームコントローラの移動によって制御されない場合があり、代わりに別のオペレータ入力によって制御される場合がある。

【0053】

本開示は、ロボット組立品の少なくとも一部分が対象の内部空洞内に配置されているときに、外科手術ロボットシステムのロボット組立品を制御するためのシステム及び方法を提供する。ロボット組立品は、カメラ組立品と、ロボットアーム組立品の仮想胸部を画定する第１のロボットアーム及び第２のロボットアームを含む、ロボットアーム組立品と、を含む。本明細書で使用される場合、ロボットアームの遠位端部は、ロボットアーム組立品の仮想胸部から離れて延在する。本明細書に記載の一部の方法及びシステムは、外科手術ロボットシステムの複数の異なる制御モードを提供又は採用し、各制御モードは、ロボットアーム組立品及び／又はカメラ組立品を制御するために、ハンドコントローラの感知された移動を使用し、オペレータ入力に基づいて、現在の制御モードから異なる選択された制御モードに変化する。一部の方法及びシステムでは、複数の制御モードとして記載され得る複数の異なる制御モードは、ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、カメラ組立品の少なくとも一部分、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向が、ハンドコントローラの移動に応答して変更される、少なくとも１つの制御モードを含む。一部のシステム及び方法では、複数の異なる制御モードは、少なくとも１つの走行アーム制御モード、少なくとも１つのカメラ制御モード、又はその両方を含む。走行アーム制御モードでは、外科手術ロボットシステムは、ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、ハンドコントローラの移動に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視方向又は現在の視野に対して、ロボットアーム組立品の仮想胸部旋回中心の場所及び／又は仮想胸部の配向を変更する。カメラモード制御モードでは、外科手術ロボットシステムは、ロボットアームの器具先端の静止位置を維持するハンドコントローラの移動に応答して、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、視野方向の配向を変更する。

【0054】

一部の方法及びシステムでは、１つ以上の走行アーム制御モードは、走行ジェスチャアーム制御モード及び身体活動アーム制御モードのうちの一方又は両方を含む。走行ジェスチャアーム制御モードでは、複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つに対応するアームコントローラの移動により、外科手術ロボットシステムが、第１の制御入力に応答して、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心の場所を変更させ、複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応するアームコントローラの移動により、外科手術ロボットシステムが、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視方向に対する仮想胸部の配向を変更させる。一部の実施形態では、複数のジェスチャ並進移動入力は、引き戻し入力、前方押し出し入力、水平入力、垂直入力、又は前述の任意の組み合わせを含む。一部の実施形態では、複数のジェスチャ並進移動入力は、右ヨー入力、左ヨー入力、ピッチダウン入力、ピッチアップ入力、時計回りのロール入力、反時計回りのロール入力、又は前述の任意の組み合わせを含む。

【0055】

身体活動アーム制御モードでは、複数の異なるタイプの身体活動アーム制御入力のうちの１つに対応するハンドコントローラの移動により、外科手術ロボットシステムが、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、ハンドコントローラの移動に応答して、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分を移動させて、現在の視方向又は現在の視野に対して、ロボットアーム組立品の仮想胸部旋回中心の場所及び／又は仮想胸部の配向を変更する。身体活動モードでは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の方向と、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転軸と、のうちの１つ以上は、少なくとも部分的に、ハンドコントローラの感知された移動の大きさと、ハンドコントローラ間の間隔の感知された変化の大きさと、ハンドコントローラ間の横方向の間隔における感知された変化の大きさと、ハンドコントローラの移動の方向と、第１の制御入力でハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化と、のうちの１つ以上に依存する。一部の実施形態では、複数のタイプの身体活動制御入力は、ズーム入力、ヨーのホイール入力、方向上の引っ張る入力、方向押し出し入力、又は前述の任意の組み合わせを含む。

【0056】

一部の実施形態では、身体活動アーム制御モードの態様は、ジェスチャ並進走行アーム制御モードに組み込まれてもよく、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の方向と、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転軸と、のうちの１つ以上は、少なくとも部分的に、ハンドコントローラの感知された移動の大きさと、ハンドコントローラ間の間隔の感知された変化の大きさと、ハンドコントローラ間の横方向の間隔における感知された変化の大きさと、ハンドコントローラの移動の方向と、第１の制御入力でハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化と、のうちの１つ以上に依存する。

【0057】

ジェスチャカメラ制御モードでは、複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応するハンドコントローラの移動により、外科手術ロボットシステムが、ロボットアーム組立品を静止したままにしながら、現在の視方向に対してカメラ組立品の配向及び／又は少なくとも１つのカメラを変更させる。一部の実施形態では、複数のジェスチャ回転入力は、ピッチアップ入力、ピッチダウン入力、ヨー左入力、ヨー右入力、時計回りのロール入力、反時計回りのロール入力、又は前述の任意の組み合わせのうちの１つ以上を含む。一部の実施形態では、身体活動アーム制御モードの選択された態様は、歩行カメラ制御モードに組み込まれてもよく、カメラの回転の大きさ若しくは配向における変化、及び／又はカメラの配向における変化のための回転軸は、少なくとも部分的に、ハンドコントローラの感知された移動の大きさ、ハンドコントローラの移動の方向（複数可）、及びハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化のうちの１つ以上に依存する。

【0058】

本明細書に記載の一部の方法及びシステムは、ロボット組立品の表現がタッチスクリーン上に表示されるモデル操作モードとして本明細書で言及される、外科手術ロボットシステムの制御モードを提供するか、又は採用する。モデル操作モードでは、ロボット組立品の表現の少なくとも一部分のタッチ選択の検出、及びロボット組立品の表現の選択された部分をドラッグすることは、タッチスクリーン上に表示される表現におけるロボット組立品の選択された少なくとも一部分の位置及び／又は配向を変更させることと、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、選択された少なくとも１つの構成要素に対応するロボット組立品の１つ以上の構成要素を移動させることと、を引き起こす。

【0059】

一部の実施形態では、システム及び方法は、本明細書に開示される制御モードのいずれか又は全て、及びオペレータが制御モードを切り替えるための機構を組み込み得る。

【0060】

ハンドコントローラを用いて複数の異なる制御モードを提供することにより、オペレータは、ハンドコントローラの移動を使用して、異なる制御モードで異なる機能を実施することができる。カメラ組立品の独立した制御などのこれらの機能の一部は、オペレータが、これらの他の機能を達成するために、別個のスイッチ、別個のジョイスティック、又は別個のボタンなどのハンドコントローラと関連付けられてもよく、又は関連付けられなくてもよい、他のオペレータ制御を使用する必要がある。ハンドコントローラの動きから他のオペレータ制御へ切り替えること、及び様々な機能を達成するために戻ることは、処置を遅らせる可能性があり、オペレータが他のコオペレータ制御にアクセスするために自身の手をハンドコントローラから取り外すことを必要とし得る。更に、ハンドコントローラの動きから他のオペレータ制御への切り替えは、外科手術処置中の作業の流れを中断してもよく、システムの使用の複雑さを増加させ得る。したがって、切り替え制御モードを介した手制御の移動と関連付けられた追加の機能を可能にすることは、より合理化されたオペレータ体験及びオペレータ効率の増加を提供し得る。

【0061】

アーム組立品の仮想胸部平面の配向及び／又は胸部旋回中心の位置を変更しながら器具先端位置を維持することは、一部の実施形態では、アーム組立品を再構成又は再配向する間に、器具先端が不注意に患者への損傷を引き起こすことがないことを確実にし得る。一部の実施形態では、ユーザは、本明細書ではスケールダウンアーム制御モードと呼ばれ得るスケールダウンアーム制御を用いて、走行アーム制御モードと制御モードとの間で切り替えてもよい。走行アーム制御モードとスケールダウンアーム制御モードとの間で切り替えることによって、オペレータは、ロボットアームを延在させて、エンドエフェクタを所望に応じて「到達」させかつ位置決めし、次いで、走行アーム制御モードに切り替えて、エンドエフェクタに対して基部を再位置決め及び／又は再配向するように「引っ張る」ことができる。オペレータは、カメラモードに切り替えて、異なる方向の視界を得る、かつ／又はスケールダウンアーム制御モードに再び入って、エンドエフェクタを新しい場所に再位置決めし得る。モード間のこの切り替えを通して、オペレータは、内部空洞を横断し、アーム組立品の配向及び構成を制御することができる。

【0062】

走行制御モードは、内部空洞内のアーム組立品の再配向及び再構成を可能にする一方で、再配向及び再構成中のエンドエフェクタの器具先端の動きが体腔を損傷するリスクを低減又は排除する。

【0063】

図６～図２０に関して制御モードに詳細に対処する前に、本明細書に記載の実施形態を実装するための例示的な外科手術ロボットシステム及びロボット組立品の説明が提供される

【0064】

外科手術ロボットシステム
図面を参照すると、図１は、本開示の一部の実施形態による外科手術ロボットシステム１０の概略図である。外科手術ロボットシステム１０は、オペレータコンソール１１及びロボット組立品２０を含む。

【0065】

オペレータコンソール１１は、表示デバイス又はユニット１２と、仮想現実（ＶＲ）計算ユニットであり得る画像計算ユニット１４と、感知及び追跡ユニット１６を有するハンドコントローラ１７と、計算ユニット１８と、モード選択コントローラ１９と、を含む。

【0066】

ディスプレイユニット１２は、画像計算ユニット１４、計算ユニット１８、及び／又はロボット組立品２０によって生成される情報、画像又はビデオを表示するための任意の選択されたタイプのディスプレイとすることができる。ディスプレイユニット１２は、例えば、頭部マウントディスプレイ（ＨＭＤ）、拡張現実（ＡＲ）ディスプレイ（例えば、ＡＲディスプレイ、又はスクリーン若しくはディスプレイと組み合わせたＡＲガラス）、スクリーン又はディスプレイ、二次元（２Ｄ）スクリーン又はディスプレイ、三次元（３Ｄ）スクリーン又はディスプレイなどを含むか、又はその一部を形成することができる。ディスプレイユニット１２はまた、任意選択の感知及び追跡ユニット１６Ａを含み得る。一部の実施形態では、ディスプレイユニット１２は、ロボット組立品２０のカメラ組立品４４から画像を出力するための画像ディスプレイを含み得る。

【0067】

一部の実施形態では、ディスプレイユニット１２が、ＨＭＤデバイス、頭部位置を感知するＡＲデバイス、又は関連付けられた感知及び追跡ユニット１６Ａを用いる別のデバイスを含む場合、ＨＭＤデバイス又は頭部追跡デバイスは、画像計算ユニット１４によって受信及び処理される追跡及び位置データ３４Ａを生成する。一部の実施形態では、ＨＭＤ、ＡＲデバイス、又は他の頭部追跡デバイスは、オペレータ（例えば、外科医、看護師、又は他の好適な医療専門家）に、オペレータの頭部に少なくとも部分的に連結又は装着されたディスプレイ、ディスプレイの焦点を合わせた視界を可能にするレンズ、及びオペレータの頭部の位置及び配向追跡を提供するための感知及び追跡ユニット１６Ａを提供することができる。感知及び追跡ユニット１６Ａは、例えば、加速度計、ジャイロスコープ、磁気計、モーションプロセッサ、赤外線追跡、アイトラッキング、コンピュータビジョン、交互磁界の放射及び感知、並びに位置及び配向の少なくとも１つを追跡する任意の他の方法、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。一部の実施形態では、ＨＭＤ又はＡＲデバイスは、カメラ組立品４４からオペレータの右目及び左目へ画像データを提供することができる。一部の実施形態では、オペレータの仮想現実体験を維持するために、感知及び追跡ユニット１６Ａは、オペレータの頭部の位置及び配向を追跡し、追跡及び位置データ３４Ａを生成し、その後、追跡及び位置データ３４Ａを画像計算ユニット１４及び／又は計算ユニット１８に直接的に、又は画像計算ユニット１４を介してリレーすることができる。

【0068】

ハンドコントローラ１７は、外科手術ロボットシステム１０を操作するために、オペレータの手及び／又は腕の移動を感知するように構成されている。ハンドコントローラ１７は、感知及び追跡ユニット１６、回路、及び／又は他のハードウェアを含み得る。感知及び追跡ユニット１６は、オペレータの手の移動を感知する１つ以上のセンサ又は検出器を含み得る。一部の実施形態では、オペレータの手の移動を感知する１つ以上のセンサ又は検出器は、オペレータの手によって把持されるか、又は手によって係合される一対のハンドコントローラ内に配置される。一部の実施形態では、オペレータの手の移動を感知する１つ以上のセンサ又は検出器は、オペレータの手及び／又は腕に連結される。例えば、感知及び追跡ユニット１６のセンサは、指、手首領域、肘領域、及び／又は肩領域などの手及び／又は腕の領域に連結され得る。ＨＭＤが使用されない場合、一部の実施形態では、追加のセンサを、オペレータの頭部及び／又は頸部領域にも連結することができる。オペレータがＨＭＤを用いる場合、目、頭部及び／又は頸部センサ及び関連する追跡技術は、そのＨＭＤデバイス内に組み込まれているか、又は用いられ得、上述のように、それゆえ任意選択のセンサ及び追跡ユニット１６Ａの一部を形成することができる。一部の実施形態では、感知及び追跡ユニット１６は、外部であってもよく、電気部品及び／又は装着ハードウェアを介してハンドコントローラ１７に連結されてもよい。

【0069】

一部の実施形態では、感知及び追跡ユニット１６は、オペレータの胴体又は任意の他の身体部分に連結されたセンサを用いることができる。一部の実施形態では、感知及び追跡ユニット１６は、センサに加えて、例えば、加速度計、ジャイロスコープ、磁気計、及びモーションプロセッサを有する慣性運動量ユニット（ＩＭＵ）を用いることができる。磁気計の追加は、垂直軸の周りのセンサドリフトを低減することができる。一部の実施形態では、感知及び追跡ユニット１６はまた、手袋、外科手術スクラブ、又は外科手術ガウンなどの外科手術材料内に置かれたセンサを含む。センサは、再利用可能又は使い捨てであってもよい。一部の実施形態では、センサは、手術室などの部屋の固定された場所など、オペレータの外部に配設され得る。外部センサは、計算ユニット１８によって処理され、したがって外科手術ロボットシステム１０によって用いられ得る外部データ３６を生成することができる。

【0070】

センサは、オペレータの手及び／又は腕の位置及び／又は配向を示す位置及び／又は配向データを生成する。感知及び追跡ユニット１６及び／又は１６Ａは、カメラ組立品４４及びロボット組立品２０のロボットアーム組立品４２の移動（例えば、位置及び／又は配向の変化）を制御するために利用され得る。感知及び追跡ユニット１６によって生成される追跡及び位置データ３４は、プロセッサ２２によって処理するために計算ユニット１８に伝達され得る。

【0071】

計算ユニット１８は、追跡及び位置データ３４及び３４Ａから、オペレータの手又は腕の位置及び／又は配向、並びにオペレータの頭部の一部の実施形態では、同様に決定又は計算し、追跡及び位置データ３４及び３４Ａをロボット組立品２０に伝達することができる。追跡及び位置データ３４、３４Ａは、プロセッサ２２によって処理され得、例えば、記憶ユニット２４に記憶され得る。追跡及び位置データ３４Ａはまた、制御ユニット２６によって使用され得、この制御ユニットは、それに応答して、ロボットアーム組立品４２及び／又はカメラ組立品４４の移動を制御するための制御信号を生成することができる。例えば、制御ユニット２６は、カメラ組立品４４の少なくとも一部分、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向を変更し得る。一部の実施形態では、制御ユニット２６はまた、カメラ組立品４４のパン及び傾斜を調整して、オペレータの頭部の移動に追従することができる。

【0072】

モード選択コントローラ１９は、複数の制御モードから制御モデルを選択するために使用される。制御モードの実施例としては、走行アーム制御モード、カメラ制御モード、身体活動制御モデル、モデル操作制御モード、及びデフォルトモードを含めることができる。一部の実施形態では、モード選択コントローラ１９は、ハンドコントローラ１７と通信して、制御モード選択入力を決定することができる。一部の実施形態では、モデル選択コントローラ１９は、１つ以上のフットペダルから入力を取得することができる。オペレータは、特定のフットペダルを押下及び保持して、特定の制御モードに入るか、又は特定のフットペダルをタップして、特定の制御モードに出入りすることができる。一部の実施形態では、モデル選択コントローラ１９はまた、又は代替的に、ハンドコントローラ１７内又はハンドコントローラ１７上に含まれ得る１つ又は複数のボタン、トグル、及び／又はスイッチから入力を取得することができる。計算ユニット１８は、モード選択コントローラ１９から第１の制御モード選択入力を受信し、第１の制御モード選択入力に応答して、外科手術ロボットシステム１０の現在の制御モードを、第１の制御モード（例えば、走行アーム制御モード、カメラ制御モード、身体活動モード、モデル操作制御モード、デフォルトモードなど）に変更することができる。計算ユニット１８は、ハンドコントローラ１７から第１の制御入力を受信することができる。計算ユニット１８は、ロボットアーム組立品４２のロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、カメラ組立品４４の少なくとも一部分、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向を変更し得る。実施例は、図２Ｂ、及び図６～図１３に関して更に説明される。

【0073】

ロボット組立品２０は、モータユニット４０及びトロカール５０を有するロボット支持システム（ＲＳＳ）４６と、ロボットアーム組立品４２と、カメラ組立品４４とを含み得る。ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４は、米国特許第１０，２８５，７６５号に開示及び説明されるような単一の支持軸ロボットユニットの一部を形成することができるか、又はＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０３９２０３号に開示及び説明されるような分割アーム（ＳＡ）アーキテクチャロボットシステムの一部を形成することができる。

【0074】

ロボット組立品２０は、異なる又は別個の軸に沿って配備可能な複数の異なるロボットアームを用いることができる。一部の実施形態では、複数の異なるカメラ要素を用いることができるカメラ組立品４４はまた、共通の別個の軸に沿って配備され得る。したがって、外科手術ロボットシステム１０は、異なる軸に沿って配備可能な一対の別個のロボットアーム及びカメラ組立品４４などの複数の異なる構成要素を用いることができる。一部の実施形態では、ロボットアーム４２及びカメラ組立品４４は、別個に操作可能であり、操縦可能であり、かつ移動可能である。ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４を含むロボット組立品２０は、別個の操作可能な軸に沿って使い捨て可能であり、本明細書ではＳＡアーキテクチャと呼ばれる。ＳＡアーキテクチャは、単一の挿入点又は部位における単一のトロカールを通したロボット外科手術器具の挿入を単純化し、効率を高めると同時に、外科手術器具の外科手術準備完了状態への配備、並びに以下に更に説明するように、トロカール５０を通した外科手術器具のその後の除去を補助するように設計される。

【0075】

ＲＳＳ４６は、モータユニット４０及びトロカール５０を含み得る。ＲＳＳ４６は、その遠位端部に連結されたモータユニット４０を支持する支持部材を更に含むことができる。モータユニット４０は、カメラ組立品４４及びロボットアーム組立品４２の各々に連結され得る。支持部材は、ロボット組立品２０の１つ以上の構成要素を直線的に、又は任意の他の選択された方向若しくは配向で動作させるように構成及び制御され得る。一部の実施形態では、ＲＳＳ４６は、直立していてもよい。一部の実施形態では、ＲＳＳ４６は、一端部においてロボット組立品２０に連結され、かつ対向端部において調整可能な支持部材又は要素に連結されるモータユニット４０を含むことができる。

【0076】

モータユニット４０は、制御ユニット２６によって生成される制御信号を受信することができる。モータユニット４０は、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４に個別に又は一緒に給電及び駆動するための、歯車、１つ以上のモータ、ドライブトレイン、電子機器などを含むことができる。モータユニット４０はまた、ロボットアーム組立品４２、カメラ組立品４４、並びに／又はＲＳＳ４６及びロボット組立品２０の他の構成要素に、機械的な電力、電力、機械的な通信、及び電気的な通信を提供することができる。モータユニット４０は、計算ユニット１８によって制御され得る。したがって、モータユニット４０は、例えば、各ロボットアームの各関節運動するジョイントの位置及び配向、並びにカメラ組立品４４を含む、ロボットアーム組立品４２を制御及び駆動できる１つ以上のモータを制御するための信号を生成することができる。モータユニット４０は、トロカール５０を通してロボット組立品２０の各構成要素を挿入及び除去するために最初に利用される並進又は直線の自由度を更に提供することができる。モータユニット４０はまた、トロカール５０を通して患者１００に挿入されるときに、各ロボットアーム組立品４２の挿入深さを調整するために用いられ得る。

【0077】

トロカール５０は、爪（金属又はプラスチックの鋭利又はブレードなしの先端であってもよい）、カニューレ（本質的に中空管）、及びシールからなり得る医療デバイスである。トロカールは、ロボット組立品２０の少なくとも一部分を、対象（例えば、患者）の内部空洞内に置くために使用され得、体腔からガス及び／又は流体を引き出すことができる。ロボット組立品２０をトロカールを通して挿入して、患者の体腔内にアクセスし、インビボで手術を行うことができる。ロボット組立品２０は、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４が、単一位置又は複数の異なる位置に患者内で操縦され得るように、複数の自由度でトロカールによって支持され得る。

【0078】

一部の実施形態では、ＲＳＳ４６は、システム構成要素（例えば、ディスプレイ１２、感知及び追跡ユニット１６、ロボットアーム組立品４２、カメラ組立品４４など）のうちの１つ以上からの入力データを処理するための、及びそれに応答して制御信号を生成するための任意選択のコントローラを更に含み得る。モータユニット４０はまた、データを記憶するための記憶要素を含むことができる。

【0079】

ロボットアーム組立品４２は、本明細書ではスケールダウンアーム制御モードと称される、関連付けられたセンサによって感知されるような、オペレータの腕及び／又は手のスケールダウン移動又は動きに従うように制御され得る。ロボットアーム組立品４２は、第１のロボットアームの遠位端部に配置された器具先端を有する第１のエンドエフェクタを含む第１のロボットアームと、第２のロボットアームの遠位端部に配置された器具先端を有する第２のエンドエフェクタを含む第２のロボットアームと、を含む。一部の実施形態では、ロボットアーム組立品４２は、肩関節、肘関節、及び手首関節並びにオペレータの指と関連付けられ得る移動と関連付けられ得る、部分又は領域を有することができる。例えば、ロボット肘関節は、ヒトの肘の位置及び配向に追従し得、ロボット手首関節は、ヒトの手首の位置及び配向に追従し得る。ロボットアーム組立品４２はまた、それと関連付けられる末端領域を有し得、これは、一部の実施形態では、例えば、ユーザが人差し指及び親指を一緒に挟む際に、人差し指など、オペレータの１つ以上の指の移動に追従するエンドエフェクタで終端し得る。一部の実施形態では、ロボットアーム組立品４２のロボットアームは、一部の制御モード（例えば、スケールダウンアーム制御モード）でオペレータのアームの移動に追従するが、ロボットショルダは、こうした制御モードで所定位置に固定される。一部の実施形態では、オペレータの胴体の位置及び配向は、オペレータの腕及び／又は手の位置及び配向から差し引かれる。この差し引きにより、オペレータは、ロボットアームが動くことなく、胴体を移動させることが可能である。

【0080】

カメラ組立品４４は、オペレータに、例えば、手術又は手術部位のライブビデオフィードなどの画像データ４８を提供するだけでなく、オペレータがカメラ組立品４４の一部を形成するカメラを作動及び制御することを可能にするように構成される。一部の実施形態では、カメラ組立品４４は、１つ以上のカメラ（例えば、一対のカメラ）を含み得、その光学軸は、選択された距離だけ軸方向に離間し、これは、カメラ間距離として知られ、外科手術部位の立体視又は画像を提供する。一部の実施形態では、オペレータは、オペレータの手に連結されたセンサを介して、又はオペレータの手によって把持若しくは保持されたハンドコントローラを介して、手の移動を介してカメラの移動を制御することができ、したがって、オペレータは、直感的かつ自然な様式で手術部位の所望の視界を得ることができる。一部の実施形態では、オペレータは、オペレータの頭部の移動を介して、カメラの移動を追加的に制御することができる。カメラ組立品４４は、視野方向に関して、例えば、ヨー方向、ピッチ方向及びロール方向を含む、複数の方向に移動可能である。一部の実施形態では、ステレオスコピックカメラの構成要素は、自然で快適なユーザ体験を提供するように構成され得る。一部の実施形態では、カメラ間の軸間距離は、オペレータによって知覚される手術部位の深さを調整するように修正され得る。

【0081】

カメラ組立品４４によって生成される画像又はビデオデータ４８は、ディスプレイユニット１２上に表示され得る。実施形態では、ディスプレイユニット１２がＨＭＤを含む場合、ディスプレイは、ＨＭＤのヨー方向、ピッチ方向及びロール方向の未加工の配向データ、並びにＨＭＤのデカルト空間（ｘ、ｙ、ｚ）内の位置データを取得する、組み込み式感知及び追跡ユニット１６Ａを含むことができる。一部の実施形態では、オペレータの頭部に関する位置及び配向データは、別個の頭部追跡ユニットを介して提供され得る。一部の実施形態では、感知及び追跡ユニット１６Ａを使用し得、ＨＭＤの組み込み式追跡システムの代わりに、又はそれに加えて、ディスプレイの補足的な位置及び配向追跡データを提供する。一部の実施形態では、オペレータの頭部追跡は使用又は採用されない。

【0082】

カメラ組立品４４によって生成される画像データ４８は、ＶＲ計算ユニットであってもよい撮像計算ユニット１４に伝達され得、一部の実施形態では、ＶＲ画像レンダリングユニットであり得る画像計算ユニット又は画像レンダリングユニット３０によって処理され得る。画像データ４８は、一部の実施形態では、静止写真又は画像データ並びにビデオデータを含むことができる。画像レンダリングユニット３０は、画像データを処理し、次いで、ディスプレイユニット１２によって表示するための画像データをレンダリングするための好適なハードウェア及びソフトウェアを含むことができる。更に、レンダリングユニット３０は、カメラ組立品４４から受信した画像データを、カメラ組立品内のカメラの位置及び配向と関連付けられた情報、並びにオペレータの頭部を追跡する実施形態では、オペレータの頭部の位置及び配向と関連付けられた情報と組み合わせることができる。この情報で、画像レンダリングユニット３０は、出力ビデオ又は画像レンダリング信号を生成し、この信号をディスプレイユニット１２に送信することができる。すなわち、画像レンダリングユニット３０は、ディスプレイユニット１２に表示するために、ハンドコントローラ１７の位置及び配向の読み取り値、並びにオペレータ頭部位置を追跡する実施形態に対するオペレータの頭部位置をレンダリングする。

【0083】

画像計算ユニット１４がＶＲ計算ユニットである一部の実施形態では、画像計算ユニット１４はまた、仮想世界において１つ以上の仮想カメラを生成することができ、外科手術ロボットシステム１０によって採用されて、ＨＭＤのために画像をレンダリングすることができる、ＶＲカメラユニット３８を含み得る。これにより、ＶＲカメラユニット３８は、ＨＭＤを着用しているオペレータがキューブマップに見るのと同一の表示を常に描画する。一部の実施形態では、単一のＶＲカメラを使用することができ、別の実施形態では、別個の左目及び右目ＶＲカメラを用いて、ディスプレイ内の別個の左目及び右目のキューブマップ上にレンダリングして、ステレオビューを提供することができる。ＶＲカメラの視野（ＦＯＶ）設定は、カメラ組立品４４によって公開されたＦＯＶに対して自己構成することができる。ライブカメラビュー又は画像データのコンテキスト背景を提供することに加えて、キューブマップを使用して、仮想オブジェクト上に動的反射を生成することができる。この効果により、仮想物体上の反射面は、キューブマップから反射を捕捉し、これらの物体が、現実世界の環境を実際に反映しているかのようにユーザには映る。

【0084】

図２Ａは、一部の実施形態による、モバイル患者カートに組み込まれた、又はモバイル患者カート上に装着された、本開示の外科手術ロボットシステム１０の例示的なロボット組立品２０を示す。一部の実施形態では、ロボット組立品２０は、ＲＳＳ４６を含み、次に、ＲＳＳ４６は、モータユニット４０を含み、ロボットアーム組立品４２は、エンドエフェクタ４５を有し、カメラ組立品４４は、１つ以上のカメラ４７を有し、トロカール５０をまた含み得る。

【0085】

図２Ｂは、一部の実施形態による、本開示の外科手術ロボットシステム１０のオペレータコンソール１１の実施例を示す。オペレータコンソール１１は、ディスプレイユニット１２、ハンドコントローラ１７、及び制御モードを選択するためのモード選択コントローラ１９を含む。一部の実施形態では、少なくともいくつかのモード選択コントローラが、ハンドコントローラに組み込まれる。

【0086】

図３Ａは、一部の実施形態による、及び一部の外科手術処置のための、対象１００の内部空洞１０４内の外科手術を実施する外科手術ロボットシステム１０の側面図を概略的に示す。図３Ｂは、対象１００の内部空洞１０４内で外科手術を実施する外科手術ロボットシステム１０の斜視上面図を示す。対象１００（例えば、患者）は、手術テーブル１０２（例えば、外科手術テーブル１０２）上に置かれる。一部の実施形態では、及び一部の外科手術処置のために、患者１００に切開が行われ、内部空洞１０４へのアクセスが得られる。次に、トロカール５０は、選択された場所で患者１００内に挿入されて、内部空洞１０４又は手術部位へのアクセスを提供する。次いで、ＲＳＳ４６は、患者１００及びトロカール５０上の位置に操作され得る。ロボット組立品２０は、モータユニット４０に連結され得、ロボット組立品の少なくとも一部分は、トロカール５０内に、したがって、患者１００の内部空洞１０４内に挿入され得る。例えば、カメラ組立品４４及びロボットアーム組立品４２は、トロカール５０を通して患者１００内に個別にかつ順次挿入され得る。カメラ組立品及びロボットアーム組立品は、使用時に対象の身体の外部に留まるいくつかの部分を含み得るが、ロボットアーム組立品４２及び／又はカメラ組立品を対象の内部空洞内に挿入すること、並びにロボットアーム組立品４２及び／又はカメラ組立品４４を対象の内部空洞内に配置することへの言及は、使用中に対象の内部空洞内にあることが意図されるロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４の部分を指す。順次挿入方法は、より小さなトロカールを支持する利点を有し、それゆえに、患者１００においてより小さな切開を行うことができ、それゆえ、患者１００が経験する外傷を低減する。一部の実施形態では、カメラ組立品４４及びロボットアーム組立品４２は、任意の順序又は特定の順序で挿入され得る。一部の実施形態では、カメラ組立品４４の後に、ロボットアーム組立品４２の第１のロボットアームが続き、その後に、ロボットアーム組立品４２の第２のロボットアームが続き、その全てが、トロカール５０内、ひいては、内部空洞１０４内に挿入され得る。患者１００に挿入されると、ＲＳＳ４６は、図６～図１３に関して更に説明されるように、異なる制御モード（例えば、走行アーム制御モード、カメラ制御モード、モデル操作制御モードなど）を介して、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４を、オペレータコンソール１１によって手動で又は自動的に制御される手術部位に移動させることができる。

【0087】

ロボットアーム組立品の個々のアームの移動の更なる開示制御は、国際特許出願公開第２０２２／０９４０００（Ａ１）号及び同第２０２１／２３１４０２（Ａ１）号に提供され、その各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0088】

ロボット組立品制御
図４Ａは、一部の実施形態による、ロボットアームサブ組立品２１の斜視図である。ロボットアームサブ組立品２１は、ロボットアーム４２Ａと、器具先端１２０（例えば、単極はさみ、針ドライバ／ホルダー、双極把持器、又は任意の他の適切なツール）を有するエンドエフェクタ４５と、ロボットアーム４２Ａを支持するシャフト１２２とを含む。シャフト１２２の遠位端部は、ロボットアーム４２Ａに連結されており、シャフト１２２の近位端部は、（図１及び図２Ａに示すように）モータユニット４０のハウジング１２４に連結される。シャフト１２２の少なくとも一部分は、（図３Ａ及び図３Ｂに示すように）内部空洞１０４の外部にあり得る。シャフト１２２の少なくとも一部分は、（図３Ａ及び図３Ｂに示すように）内部空洞１０の中に挿入され得る。

【0089】

図４Ｂは、ロボットアーム組立品４２の側面図である。ロボットアーム組立品４２は、仮想ショルダ１２６、容量近接センサ１３２を有する仮想エルボ１２８、仮想手首部１３０、及びエンドエフェクタ４５を含む。仮想ショルダ１２６、仮想エルボ１２８、仮想手首部１３０は、一連のヒンジ及び回転ジョイントを含んで、エンドエフェクタ４５に対する追加の１つの把持自由度とともに、各アームに位置決め可能な７自由度を提供することができる。

【0090】

図５は、ロボット組立品２０の内部部分の斜視正面図を示す。ロボット組立品２０は、第１のロボットアーム４２Ａ及び第２のロボットアーム４２Ｂを含む。２つのロボットアーム４２Ａ及び４２Ｂは、ロボット組立品２０の仮想胸部１４０を画定し得る。仮想胸部１４０は、第１のロボットアーム４２Ａの最近位ジョイントの第１の旋回点１４２Ａと、第２のロボットアーム４２Ｂの最近位ジョイントの第２の旋回点１４２Ｂと、カメラ４７のカメラ撮像中心点１４４との間に延在する、胸部平面によって画定され得る。仮想胸部１４０の旋回中心１４６は、第１のロボットアーム４２Ａの第１の旋回点１４４と第２のロボットアーム４２Ｂの第２の旋回点１４２Ｂとを接続する胸部平面内の線セグメントに沿って中間に位置する。

【0091】

図６は、本開示の外科手術ロボットシステム１００によって実行されるロボット組立品を制御するためのステップ２００を示すフローチャートである。ステップ２０２から開始して、ロボット組立品の少なくとも一部分が対象の内部空洞内に配置されている間に、外科手術ロボットシステム１０は、オペレータから第１の制御モード選択入力を受信し、かつ第１の制御モード選択入力に応答して、外科手術ロボットシステム１０の現在の制御モードを第１の制御モードに変更する。例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ロボット組立品の内部部分と称され得るロボット組立品２０の少なくとも一部分は、対象１００（例えば、患者）の内部空洞１０４に挿入される。ロボット組立品２０の内部部分は、対象１００の内部空洞１０４内に配置されるが、外科手術ロボットシステム１０は、ハンドコントローラ１７及び／又は１つ以上のモード選択コントローラ１９（例えば、フットペダル）のうちの一方又は両方を介してなど、オペレータコンソール１１上の制御を介して、オペレータ（例えば、外科医）から制御モード選択入力を受信し得る。例えば、オペレータは、カメラ制御フットペダル１９Ａを利用して、カメラ制御モードに入ることができ、オペレータは、走行制御フットペダル１９Ｂを利用して、走行アーム制御モードに入ることができる。一部の実施形態では、モード選択制御はまた、又は代替的に、ハンドコントローラ１７の上又はその中に配置され得る。

【0092】

ステップ２０４では、外科手術ロボットシステム１０が第１の制御モードにある間に、外科手術ロボットシステム１０は、ハンドコントローラ１７から第１の制御入力を受信する。

【0093】

走行アーム制御モードでは、制御入力は、複数のジェスチャ並進移動入力（例えば、引き戻し入力、前方押し出し入力、水平入力、垂直入力、右ヨー入力、及び／又は左ヨー入力）のうちの１つ、又は複数のジェスチャ回転入力（例えば、ピッチダウン入力、ピッチアップ入力、時計回りのロール入力、及び／又は反時計回りのロール入力）のうちの１つに対応し得る。図５に関して、制御入力が複数のジェスチャ並進移動入力のうちの１つに対応する場合、外科手術ロボットシステム１０は、制御入力に応答して、エンドエフェクタ４５の器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の場所を変更する。制御入力が複数のジェスチャ回転入力のうちの１つに対応する場合、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタ４５の器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、カメラ４７の現在の視方向に対する仮想胸部１４０の配向を変更する。実施例は、図７～図１２及び図１６～図１９に関して更に説明される。

【0094】

カメラ制御モードでは、制御入力は、図１３Ａ～図１３Ｆに関して更に説明されるように、複数のジェスチャ回転入力（例えば、右ヨー入力、左ヨー入力、ピッチダウン入力、ピッチアップ入力、時計回りのロール入力、及び／又は反時計回りのロール入力）のうちの１つに対応し得る。

【0095】

身体活動アーム制御モードでは、制御入力は、図１４及び図１５に関して更に説明されるように、複数の異なるタイプの身体活動入力（例えば、ズーム入力及び／又はホイール入力）のうちの１つに対応し得る。

【0096】

モデル操作制御モードでは、制御入力は、図２０に関して更に説明されるように、タッチスクリーンオペレータ入力に対応し得る。

【0097】

ステップ２０６では、第１の制御入力の受信に応答して、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアームの遠位端部に配置されたエンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、カメラ組立品の少なくとも一部分、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分、又はその両方の位置及び／若しくは配向を変更する。外科手術ロボットシステム１０は、例えば、走行アーム制御モード、カメラ制御モード、身体活動アーム制御モード、モデル操作制御モードなどの複数の制御モードを含み得る。

【0098】

走行アーム制御モードでは、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４を直線的に再位置決めすること、並びに／又はロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４をヨーイングすること、ピッチングすること、及び／若しくは回転させることなどの、カメラの現在の視方向に対して、仮想胸部旋回中心の場所及び／又は仮想胸部の配向を変更することができる。実施例は、図７～図１２及び図１６～図１９に関して更に説明される。カメラ制御モードでは、外科手術ロボットシステム１０は、現在の視方向（例えば、カメラの視方向）に対して、カメラの視野をヨーイングすること、ピッチングすること、及び／若しくは回転させることなどで、ロボットアーム組立品４２を静止させたまま、現在の視方向に対してカメラ組立品４４の少なくとも１つのカメラの配向及び／又は位置を変更し得る。実施例は、図１３Ａ～図１３Ｆに関して説明される。

【0099】

身体活動アーム制御モードでは、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の並進運動の方向と、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転の大きさと、ロボットアーム組立品の少なくとも一部分の回転軸と、のうちの１つ以上は、少なくとも部分的に、ハンドコントローラの感知された移動の大きさと、ハンドコントローラ間の間隔の感知された変化の大きさと、ハンドコントローラ間の横方向の間隔における感知された変化の大きさと、ハンドコントローラの移動の方向と、第１の制御入力でハンドコントローラを接続する線の配向の感知された変化と、のうちの１つ以上に依存する。実施例は、図１４及び図１５に関して説明される。

【0100】

モデル操作制御モードでは、外科手術ロボットシステム１０は、図２０に関して更に説明されるように、タッチスクリーンオペレータ入力に応答して、ロボットアーム組立品４２及び／又はカメラ組立品４４を移動させ得る。

【0101】

ジェスチャアーム制御モード
図７Ａは、ジェスチャアーム制御モードにおける引き戻し入力３０２及び前方押し出し入力３０４のための手のジェスチャ３００を示す。図７Ｂは、引き戻し入力３０２及び前方押し出し入力３０４に応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。引き戻し入力３０２は、オペレータの手３０６がオペレータの身体に向かって後方に移動することに対応する、ハンドコントローラ１７の感知された移動（例えば、図１及び図２Ｂに示すような）に対応する。ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタ４５の器具先端の静止位置を維持しながら、引き戻し入力３０２に応答して、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の場所を現在の視方向４００で前方４０２に移動させる。前方押し出し入力３０４は、オペレータの手３０６がオペレータの身体から離れる方向に前方へ移動することに対応する、ハンドコントローラ１７の感知された移動（例えば、図１及び図２Ｂに示すような）に対応する。ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタの器具先端１２０の静止位置を維持しながら、前方押し出し入力３０４に応答して、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の場所を現在の視方向４００から離れる方向に後方４０４へ移動させる。

【0102】

図８Ａは、ジェスチャアーム制御モードにおける水平入力３１２の手のジェスチャ３１０を示す。図８Ｂは、水平入力３１２に応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。水平入力３１２は、オペレータの身体に対してオペレータの手３０６が水平方向４１２に移動することに対応する、ハンドコントローラ１７の感知された移動（例えば、図１及び図２Ｂに示すような）に対応する。ジェスチャアーム制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、カメラ４７の現在の視野４１０又は表示される現在の画像に対して、仮想胸部旋回中心１４６の場所を対応する水平方向に移動させる。対応する水平方向は、エンドエフェクタの器具先端１２０の静止位置を維持しながら、それぞれ水平入力３１２Ｂ又は３１２Ａに応答して表示された現在の画像の現在の視方向４００又は現在の視野４１０に対する左の水平方向４１２Ｂ又は右の水平方向４１２Ａである。視野は、図に示され、かつマークされた線４１０によって示されるよりも広くても、又は著しく広くてもよいことに留意されたい。視野４１０の図に示された線は、単に例示目的のためのものであり、代表的なカメラ組立品の実際の視野を反映することを意図するものではない。

【0103】

図９Ａは、ジェスチャアーム制御モードにおける垂直入力３２２のための手のジェスチャ３２０を示す。図９Ｂは、垂直入力３２２に応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。垂直入力４２２は、オペレータの身体に対してオペレータの手３０６が垂直方向に移動することに対応する、ハンドコントローラ１７の感知された移動（例えば、図１及び図２Ｂに示すような）に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、現在の視方向４００又は現在の視野４１０に対して対応する垂直方向４２２に、仮想胸部旋回中心４１６の場所を移動させ、ここで、対応する垂直方向は、エンドエフェクタの器具先端１２０の静止位置を維持しながら、それぞれ垂直入力３２２Ａ又は３２２Ｂに応答して表示された現在の画像の現在の視野４１０に対する垂直上方向４２２Ａ又は垂直下方向４２２Ｂである。

【0104】

図１０Ａは、ジェスチャアーム制御モードにおける右ヨー入力３３２及び左ヨー入力３３４の手のジェスチャ３３０を示す。図１０Ｂは、右ヨー入力３３２及び左ヨー入力３３４に応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。右ヨー入力３３２は、オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動する３３２Ａオペレータの左手３０６Ａに対応する左手コントローラの感知された移動、及びオペレータの身体に向かって後方に移動する３３２Ｂオペレータの右手３０６Ｂに対応する右手コントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタ４５の器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、右ヨー入力３３２に応答して表示された現在の画像の現在の視方向又は現在の視野４１０に対して、仮想胸部旋回中心４１６の周りで右４３２に胸部平面の配向をヨーイングする。

【0105】

左ヨー入力３３４は、オペレータの身体に向かって後方に移動する３３４Ａオペレータの左手３０６Ａに対応する左手コントローラの感知された移動、及びオペレータの身体から離れる方向に前方へ移動する３３４Ｂオペレータの右手３０６Ｂに対応する右手コントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタ４５の器具先端の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、左ヨー入力３３４に応答する現在の視方向４００又は現在の視野４１０に対して、仮想胸部旋回中心４１６の周りで左４３４に胸部平面の配向をヨーイングする。

【0106】

図１１Ａは、ジェスチャアーム制御モードにおけるピッチダウン入力３４２及びピッチアップ入力３４４の手のジェスチャ３４０を示す。図１１Ｂは、ピッチダウン入力３４２及びピッチアップ入力３４２に応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。ピッチダウン入力３４２は、前方に傾斜するオペレータの手３４２に対応するハンドコントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタの器具先端１２０の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、ピッチダウン入力３４２に応答して表示された現在の画像の現在の視方向４００又は現在の視野４１０に対して、仮想胸部旋回中心４１６の周りで下方４４２に胸部平面の配向をピッチングする。

【0107】

ピッチアップ入力３４４は、ハンドコントローラの感知された移動に対応し、オペレータの手３０６の感知された移動は、オペレータの手が後方に傾くこと３４４に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステムは、エンドエフェクタの器具先端１２０の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、ピッチアップ入力３４４に応答する現在の画像の現在の視方向４００又は現在の視野４１０に対して、仮想胸部旋回中心４１６の周りで上向き４４４に胸部平面の配向をピッチングする。

【0108】

図１２Ａは、ジェスチャアーム制御モードにおける時計回りのロール入力３５２及び反時計回りのロール入力３５４の手のジェスチャ３５０を示す。図１２Ｂは、時計回りのロール入力３５２及び反時計回りのロール入力３５４に応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。時計回りのロール入力３５２は、垂直に上方に移動する３５２Ａオペレータの左手３０６Ａに対応する左手コントローラの感知された移動、及び垂直に下方に移動する３５２Ｂオペレータの右手３０６Ｂに対応する右手コントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタの器具先端１２０の静止位置を維持しながら、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、時計回りのロール入力３５２に応答して表示された現在の画像の現在の視方向４００又は現在の視野４１０に対して、仮想胸部旋回中心４１６を通過する現在の視方向４００に対して平行な軸４５６の周りで時計回りに４５２、ロボットアーム組立品４２を回転させる。

【0109】

反時計回りのロール入力３５４は、オペレータの左手３０６Ａが垂直に下向きに移動する３５４Ａことに対応する左手コントローラの感知された移動、及びオペレータの右手３０６Ｂが垂直に上向きに移動する３５４Ｂことに対応する右手コントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャアーム制御モードにある場合に、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタ４５の器具先端の静止位置を維持しながら、反時計回りのロール入力３５４に応答する現在の視野４１０に対して、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心４１６を通過する現在の視方向４００に対して平行な軸４５６の周りで反時計回りに４５４、ロボットアーム組立品４２を回転させる。

【0110】

ジェスチャカメラ制御モード
図１３Ａは、ジェスチャカメラ制御モードにおける右ヨー入力３６２及び左ヨー入力３６４の手のジェスチャ３６０を示す。図１３Ｂは、右ヨー入力３６２及び左ヨー入力３６４に応答する、カメラ組立品４４の移動を示す。右ヨー入力３６２は、オペレータの身体から離れる方向に前方へ移動する３６２Ａオペレータの左手３０６Ａに対応する左手コントローラの感知された移動、及びオペレータの身体に向かって後方に移動する３６２Ｂオペレータの右手３０６Ｂに対応する右手コントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、カメラ組立品４４の少なくとも一部分を移動させて、右ヨー入力３６２に応答して表示された現在の画像の現在の視野５１０に対して、カメラ組立品４４のヨー回転軸５００の周りでカメラ組立品４４のカメラ４７の視野方向の配向を右に５０２ヨーイングする。

【0111】

左ヨー入力３６４は、オペレータの身体に向かって後方に移動する３６４Ａオペレータの左手３０６Ａに対応するオペレータの左手の感知された移動、及びオペレータの身体から前方に離れるオペレータの右手３０６Ｂに対応するオペレータの右手の感知された移動に対応する。ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、カメラ組立品４４の少なくとも一部分を移動させて、左ヨー入力３６４に応答して表示された現在の画像の現在の視野５１０に対して、カメラ組立品のヨー回転軸５００の周りでカメラ４７の視野方向の配向を左に５０４ヨーイングする。

【0112】

図１３Ｃは、ジェスチャカメラ制御モードにおけるピッチダウン入力３７２及びピッチアップ入力３７４のための手のジェスチャ３７０を示す。図１３Ｄは、ピッチダウン入力３７２及びピッチアップ入力３７４に応答する、カメラ組立品４４の移動を示す。ピッチダウン入力３７２は、前方に傾斜するオペレータの手に対応するハンドコントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、カメラ組立品４４の少なくとも一部分を移動させて、ピッチダウン入力３７２に応答して、カメラ組立品４４のピッチ軸５０６の周りでカメラ４７の視野方向の配向を下方５０２にピッチングする。

【0113】

ピッチアップ入力３７４は、後方に傾斜するオペレータの手に対応するハンドコントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、カメラ組立品４４の少なくとも一部分を移動させて、ピッチアップ入力３７４に応答して、カメラ組立品４４のピッチ軸５０６の周りでカメラ４７の視野方向の配向を上方５０４にピッチングする。

【0114】

図１３Ｅは、ジェスチャカメラ制御モードにおける時計回りのロール入力３８２及び反時計回りのロール入力３８４の手のジェスチャ３８０を示す。図１３Ｆは、時計回りのロール入力３８２及び反時計回りのロール入力３８４に応答する、カメラ組立品４４の移動を示す。時計回りのロール入力３８２は、垂直に上方に移動する３８２Ａオペレータの左手３０６Ａ及び垂直に下方に移動する３８２Ｂオペレータの右手３０６Ｂに対応する、ハンドコントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、カメラ組立品４４の少なくとも一部分を移動させて、時計回りのロール入力３８２に応答して現在の視方向に対して平行な軸５１６の周りでカメラ４４を時計回り５１２に回転させる。

【0115】

反時計回りのロール入力３８４は、垂直に下方に移動する３８４Ａオペレータの左手３０６Ａ及び垂直に上方に移動する３８４Ｂオペレータの右手３０６Ｂに対応する、ハンドコントローラの感知された移動に対応する。ジェスチャカメラ制御モードにあるときに、外科手術ロボットシステム１０は、カメラ組立品の少なくとも一部分を移動させて、反時計回りのロール入力３８４に応答して現在の視方向に対して平行な軸５１６の周りでカメラ４７を反時計回り５１４に回転させる。

【0116】

身体活動モード
図１４Ａは、身体活動制御モードにおけるズーム入力６１０Ａのための手のジェスチャ６００Ａ、及びズーム入力６１０Ａに応答するロボットアーム組立品４２の移動を示す。時間Ｔ０で、オペレータの手３０６は、初期の間隔Ｓ０を有する初期場所に位置する。時間Ｔ１で、オペレータの手３０６は、横方向の間隔Ｓ１を有して横方向に分離される。ズーム入力６１０Ａは、横方向の間隔における変化（ΔＳ１＝Ｓ１－Ｓ０）に対応するハンドコントローラ１７（図１及び図２Ｂに示すような）の感知された移動に対応する。横方向の間隔は、Ｔ０でのＳ０からＴ１でのＳ１まで増加し、それに応答して、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の場所Ｌ０を現在の視方向４００で場所Ｌ１まで前方に移動させる。Ｌ０とＬ１との間の変位は、Ｄ１である。仮想胸部旋回中心１４６がＬ０にあるときに表示される画像は、仮想胸部旋回中心１４６の位置の変化に起因して、仮想胸部旋回中心１４６がＬ０からＬ１へと移動するときに、ズームインされる場合があり、又はズームインされるように見える。

【0117】

図１４Ｂは、身体活動制御モードにおける別のズーム入力６１０Ｂのための手のジェスチャ６００Ｂ、及びズーム入力６１０Ｂに応答するロボットアーム組立品４２の移動を示す。時間Ｔ２で、オペレータの手３０６は、横方向の間隔Ｓ２を有して横方向に分離される。ズーム入力６１０Ｂは、横方向の間隔における変化（ΔＳ２＝Ｓ２－Ｓ０）に対応するハンドコントローラ１７（図１及び図２Ｂに示すような）の感知された移動に対応する。横方向の間隔は、Ｔ０でのＳ０からＴ２でのＳ２まで増加し、それに応答して、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の場所Ｌ０を現在の視方向４００で場所Ｌ２まで前方に移動させる。Ｌ０とＬ２との間の変位は、Ｄ２である。仮想胸部旋回中心１４６がＬ０にあるときに表示される画像は、仮想胸部旋回中心１４６の位置の変化に起因して、仮想胸部旋回中心１４６がＬ０からＬ２へと移動するときに、ズームインされる場合があり、又はズームインされるように見える。

【0118】

ΔＳ２はΔＳ１よりも大きいため、Ｄ２はＤ１よりも大きい。仮想胸部旋回中心の変位の大きさは、ズーム入力６１０Ａ又は６１０Ｂに応答する横方向の間隔における変化の大きさに依存する。仮想胸部旋回中心１４６がＬ２にあるときに表示される画像は、仮想胸部旋回中心１４６がＬ１にあるときに表示される画像よりも大きく、又は大きく見える場合がある。

【0119】

図１４Ｃは、身体活動制御モードにおける別のズーム入力６１０Ｃのための手のジェスチャ６００Ｃ、及びズーム入力６１０Ｃに応答するロボットアーム組立品４２の移動を示す。時間Ｔ０で、オペレータの手３０６は、初期の間隔Ｓ０’を有する初期場所に位置する。時間Ｔ１で、オペレータの手３０６は、横方向の間隔Ｓ１’を有するように近づく。ズーム入力６１０Ｃは、横方向の間隔における変化（ΔＳ１’＝｜Ｓ１’－Ｓ０’｜）に対応するハンドコントローラ１７（図１及び図２Ｂに示すような）の感知された移動に対応する。横方向の間隔は、Ｔ０でのＳ０’からＴ１でのＳ１’まで減少し、それに応答して、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の場所Ｌ０を現在の視方向４００に対して位置Ｌ１’まで後方に移動させる。Ｌ０とＬ１’との間の変位は、Ｄ１’である。仮想胸部旋回中心１４６がＬ０にあるときに表示される画像は、仮想胸部旋回中心１４６の位置の変化に起因して、仮想胸部旋回中心１４６がＬ０からＬ１’へと移動するときに、ズームインされる場合があり、又はズームインされて見える場合がある。

【0120】

図１４Ｄは、身体活動制御モードにおける別のズーム入力６１０Ｄのための手のジェスチャ６００Ｄ、及びズーム入力６１０Ｄに応答するロボットアーム組立品４２の移動を示す。時間Ｔ２で、オペレータの手３０６は、横方向の間隔Ｓ２’を有するように近づく。ズーム入力６１０Ｄは、横方向の間隔における変化（ΔＳ２’＝｜Ｓ２’－Ｓ０’｜）に対応するハンドコントローラ１７（図１及び図２Ｂに示す）の感知された移動に対応する。横方向の間隔は、Ｔ０でのＳ０’からＴ２でのＳ２’まで減少し、それに応答して、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、仮想胸部旋回中心１４６の位置Ｌ０を現在の視方向４００に対して位置Ｌ２’まで後方に移動させる。Ｌ０とＬ２’との間の変位は、Ｄ２’である。仮想胸部旋回中心１４６がＬ０にあるときに表示される画像は、仮想胸部旋回中心１４６の位置の変化に起因して、仮想胸部旋回中心１４６がＬ０からＬ２’へと移動するときに、ズームアウトされる場合があり、又はズームアウトされるように見える。

【0121】

ΔＳ１’はΔＳ２’よりも大きいため、Ｄ１’はＤ２’よりも大きい。仮想胸部旋回中心の変位の大きさは、ズーム入力６１０Ｃ又は６１０Ｄに応答する横方向の間隔における変化の大きさに依存する。仮想胸部旋回中心１４６がＬ１’にあるときに表示される画像は、仮想胸部旋回中心１４６がＬ２’にあるときに表示される画像よりも小さく、又は小さく見える場合がある。

【0122】

図１５Ａ及び図１５Ｃは、身体活動モードにおける時計回りの回転に対応するホイール入力７１０Ａ及び７１０Ｂのための手のジェスチャ７００Ａ、７００Ｂを示す。図１５Ｂ及び図１５Ｄは、ホイール入力７１０Ａ及び７１０Ｂに応答する、ロボットアーム組立品４２の移動を示す。

【0123】

ホイール入力７１０Ａは、垂直平面でハンドコントローラ１７（図１及び図２Ｂに示すような）を接続する線７２０の配向における角度変化Δθに対応する。配向における変化Δθが時計回りの回転に対応するときに、外科手術ロボットシステム１００は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、表示される現在の画像の現在の視野８１０及び／又は視方向８２０に対して角度βを有して右８００Ａに仮想胸部の配向を回転させる。同様に、ホイール入力７１０Ｂは、垂直平面でハンドコントローラ１７（図１及び図２Ｂに示すような）を接続する線７２０の配向における角度変化Δθ’に対応する。配向における変化Δθ’が時計回りの回転に対応するときに、外科手術ロボットシステム１００は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、表示される現在の画像の現在の視野８１０及び／又は視方向８２０に対して角度β’を有して右８００Ｂに仮想胸部の配向を回転させる。仮想胸部の角度回転の大きさは、ホイール入力７１０Ａに応答する線の配向の角度変化の大きさに依存する。例えば、ホイール入力７１０Ａの角度変化Δθは、ホイール入力７１０Ｂの角度変化Δθ’よりも小さい。ホイール入力７１０Ｂに応答して、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分は、ホイール入力７１０Ａによって引き起こされる角度βよりも大きい角度β’で回転する。

【0124】

時計回りの回転と同様に、ホイール入力が反時計回りの回転（図示せず）に対応する配向における変化を有するときに、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２の少なくとも一部分を移動させて、ホイール入力に応答して、仮想胸部の角度回転の大きさが線の配向における角度変化の大きさに依存する状態で、現在の視野に対して、仮想胸部の配向を左に回転させる。

【0125】

ロボットアームの配向における変化の例
図１６Ａ～図１６Ｃ、図１７Ａ～図１７Ｄ、図１８Ａ～図１８Ｃ、並びに図１９Ａ及び図１９Ｂの各セットは、エンドエフェクタ１２０の静止位置及びトロカール旋回中心５１の静止位置を維持しながら達成され得る、ロボットアーム組立品の仮想胸部１４０の異なる配向１４１及び位置を示す。

【0126】

モデル操作制御モード
図２０は、本開示の外科手術ロボットシステム１０によって実行されるモデル操作制御モードを実施するステップ９００を示すフローチャートである。ステップ９０２では、外科手術ロボットシステム１０は、モード選択入力の受信に応答して、ロボット組立品２０の表現を表示する。例えば、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂに関して、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４を対象１００の内部空洞１０４内に挿入した後に、外科手術ロボットシステム１０は、オペレータがモデル操作制御モードを選択することを示すモード選択コントローラ１９を介してモード選択入力を受信し得る。外科手術ロボットシステム１０は、現在の制御モードをモデル操作制御モードに変更することができる。外科手術ロボットシステム１０は、タッチスクリーンを有するディスプレイユニット１２を介してロボット組立品２０の表現を表示する。一部の実施形態では、外科手術ロボットシステム１０は、Ｘ－Ｙ平面及びＸ－Ｚ平面に対するロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４の表現を表示する。一部の実施形態では、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４を表す３Ｄモデルを表示することができる。

【0127】

ステップ９０４では、外科手術ロボットシステム１０は、表示されたロボット組立品の少なくとも一部分を選択する第１のタッチスクリーンオペレータ入力を検出する。例えば、図５に関して、オペレータは、仮想ショルダ１２６、仮想エルボ１２８、仮想手首部１３０、及び仮想胸部１４０のうちの１つ以上を選択し得る。

【0128】

ステップ９０６では、外科手術ロボットシステム１０は、オペレータがロボット組立品の選択された少なくとも一部分の表現をドラッグして、タッチスクリーン上に表示される表現のロボット組立品の選択された少なくとも一部分の位置及び／又は配向を変更することに対応する、第２のタッチスクリーンオペレータ入力を検出する。例えば、図７～図１５に関して、制御入力のための手のジェスチャを使用する代わりに、オペレータは、タッチスクリーンに触れて、図５に示す仮想胸部１４０又は他の領域の表現を選択し、かつ選択された仮想胸部１４０の表現をタッチスクリーン上に表示される表現の異なる場所にドラッグしてもよい。

【0129】

ステップ９０８では、検出された第２のタッチスクリーンオペレータ入力に応答して、外科手術ロボットシステム１０は、エンドエフェクタの器具先端の静止位置を維持しながら、選択された少なくとも１つの構成要素に対応するロボット組立品の１つ以上の構成要素を移動させる。例えば、外科手術ロボットシステム１０は、ロボットアーム組立品４２及びカメラ組立品４４を、タッチスクリーン上に表示される表現内の場所に対応する内部空洞内の場所に移動させる。

【0130】

本開示イオンの好ましい実施形態が本明細書に示され、かつ記述されてきたが、こうした実施形態は、単に例として提供されることが当業者には明らかであろう。ここで、本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、及び置換が当業者に生じるであろう。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する様々な代替物が用いられてもよいことが理解され得る。以下の特許請求の範囲は、本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造、並びにそれらの等価物は、それによって網羅されることが意図される。

【図1】