中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法を提供する。中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法を本明細書に説明する。一部の実施形態では、眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを含み、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御される少なくとも２つのマスタースレーブインタフェースを有し、スレーブ混成ロボットは、患者の頭部に取外し可能に取り付けられるフレームに取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを有し、少なくとも２つのロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを有し、直列ロボットは、カニューレを収容するチューブを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００６年９月１９日に出願した米国特許仮出願第６０／８４５、６８８号及び２００７年３月３０日に出願した第６０／９２０、８４８号の恩典を請求するものであり、それによってこれらの特許の内容全体を本明細書に引用により組み込むものとする。
【０００２】
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
中空の解剖学的に懸吊された器官の最小限侵襲手術（例えば、眼科顕微鏡手術）は、医療専門家に独特な課題を呈している。眼科顕微鏡手術に焦点を絞ると、これらの課題は、眼球が中空で移動可能の器官であり、眼球の中においては極めて精密かつ繊細な外科的作業を行う必要があるという事実から生じている。眼科手術中に、医療専門家は、顕微鏡を使用し、拡張した虹彩を覗くことによって網膜を視覚化する。医療専門家によって現在使用されているツールは、眼球内の機敏性を欠いており、最小限の自由度に制約されている。従って、複雑な眼科手術を実施することは極めて困難である可能性がある。更に、医療専門家はまた、極めて高い精度で複数のツールを操作しながら、眼球の周辺の領域に近づきかつそれらの領域を視覚化することを可能にするために、顕微鏡の下で眼球を回転させる必要にせまられる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／８４５、６８８号
【特許文献２】米国特許仮出願第６０／９２０、８４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
顕微鏡手術の課題は、顕微鏡を使用して視覚化する時のツールの眼球内機敏性の欠如、制限された力のフィードバック、及び奥行き知覚の欠如を含む。眼科顕微鏡手術はまた、他の手術分野においては一般的でない精度及び両手の機敏性のレベルを必要とする（例えば、５〜１０ミクロンの位置決め精度を必要とする可能性がある）。これらの困難かつ精密な両手の作業は、ロボット支援の潜在的な恩典及びその必要性を明らかにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一部の実施形態では、眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを有し、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御される少なくとも２つのマスタースレーブインタフェースを有し、スレーブ混成ロボットは、患者の頭部に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを有し、少なくとも２つのロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを有する。
【０００７】
一部の実施形態では、眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、フレーム、第１のロボットアーム、第２のロボットアーム、及び遠隔ロボットマスターを有し、フレームは、患者の頭部に取外し可能に取り付けられ、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを有し、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御されるマスタースレーブインタフェースを有し、直列ロボットは、チューブ及びカニューレを有する。
【０００８】
一部の実施形態では、中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを有し、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御される少なくとも１つのマスタースレーブインタフェースを有し、スレーブ混成ロボットは、患者に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも１つのロボットアームを有し、少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを有する。
【０００９】
一部の実施形態では、中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのスレーブ混成ロボットは、患者に取外し可能に取付け可能なフレーム及びフレームに取外し可能に取り付けられた少なくとも１つのロボットアームを有し、少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを有し、直列ロボットは、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを送出するためのチューブを有し、チューブ及び予め曲げられたＮｉＴｉカニューレの少なくとも一方は、その縦軸線の周りに回転することができ、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレは、チューブから延びる時に曲がることができる。
【００１０】
開示する内容の上記及び他の目的、並びに利点は、全体を通して同じ参照文字が同じ部分を指す添付の図面と併せて以下の詳細説明を考慮することにより明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】開示する内容の一部の実施形態により遠隔ロボット顕微鏡手術システムを使用する方法を図式的に示す図である。
【図１Ｂ】開示する内容の一部の実施形態により眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術のための全体的な手術構成を図式的に示す図である。
【図２】開示する内容の一部の実施形態により患者の頭部上に位置決めされたスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図３】開示する内容の一部の実施形態により遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを含む眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムを図式的に示す図である。
【図４Ａ】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボット及び並列ロボットを含むスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図４Ｂ】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボットに含まれるシリアルコネクタを図式的に示す図である。
【図４Ｃ】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボットに含まれるシリアルコネクタを図式的に示す図である。
【図５】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボットに含まれる直列連接器を図式的に示す図である。
【図６Ａ】開示する内容の一部の実施形態によりカニューレを送出するためのチューブを図式的に示す図である。
【図６Ｂ】開示する内容の一部の実施形態によりカニューレを送出するためのチューブを図式的に示す図である。
【図７】開示する内容の一部の実施形態により並列ロボットの脚部を示すスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図８】開示する内容の一部の実施形態により眼球及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図９】開示する内容の一部の実施形態により眼球及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図１０Ａ】開示する内容の一部の実施形態により器官及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図１０Ｂ】開示する内容の一部の実施形態により器官及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
開示する内容に従って、中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法を開示する。
【００１３】
一部の実施形態では、遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、少なくとも２つのロボットアーム（各ロボットアームは、並列ロボットに取り付けられた直列ロボットを有する）を有するスレーブ混成ロボットと、少なくとも２つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）を有する遠隔ロボットマスターとを含むことができる。更に、各ロボットアームにおける直列ロボットは、内部にある時は実質的に直線状になっている予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを収容するチューブを有することができる。ユーザ制御式マスタースレーブインタフェースの各々を使用して、ユーザは、各ロボットアームにおける並列ロボット及び直列ロボットを制御することにより、少なくとも２つのロボットアームの移動を制御することができる。すなわち、ユーザは、マスタースレーブインタフェースによって各アームにおける直列ロボット及び並列ロボットの組み合わせた移動を制御することができる。
【００１４】
図１Ｂを参照すると、眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術における全体的な手術構成を示している。一部の実施形態では、眼科手術に関する一般的な手術構成１００は、手術台１１０、手術のための顕微鏡１２０、スレーブ混成ロボット１２５、及び遠隔ロボットマスター（図示せず）を含む。患者は、頭部１１５を図示のような位置にして手術台１１０上に横たわる。眼科手術中に、手術台１１０上に位置決めされた患者は、その頭部にフレーム１３０が取外し可能に取り付けられ、スレーブ混成ロボットがフレーム１３０に取外し可能に取り付けられる。更に、医療専門家は、手術のための顕微鏡１２０を通して患者の眼球を覗くことができ、スレーブ混成ロボット１２５と通信している遠隔ロボットマスターにより、薬剤供給、吸引、及び光供給、並びにマイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフの少なくとも１つの供給を制御することができる。
【００１５】
図１Ａを参照すると、遠隔ロボット顕微鏡手術システムを使用する方法を図式的に示している。初期設定（図１Ａの１０１）において、スレーブ混成ロボットは、器官上に位置決めすることができる（例えば、患者の頭部に連結されたフレームに取り付けて）。例えば、第１のロボットアーム（第１の並列ロボット及び第１の直列ロボットを有する）及び第２のロボットアーム（第２の並列ロボット及び第２の直列ロボットを有する）を有するスレーブ混成ロボットは、器官に進入するのに必要な移動量を最小限にする位置に両アームを置くことができる。器官進入（図１Ａの１０２）において、第１のロボットアームを制御するために第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第１の並列ロボットを移動させることにより、第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを収容する第１のチューブを患者の器官内に挿入することができる。同様に、第２のロボットアームを制御するために第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第２の並列ロボットを移動させることにより、第２のチューブを患者の器官内に挿入することができる。
【００１６】
器官内で、ユーザは、器官操作（図１Ａの１０５）及び器官内手術（図１Ａの１０４）のような外科的作業（図１Ａの１０３）を実施することができる。器官操作（図１Ａの１０５）及び器官内手術（図１Ａの１０４）は、連続して（例えば、器官内手術の次に器官操作、器官操作の次に器官内手術など）又は並行して（例えば、器官内手術及び器官操作を実質的に同時に）行うことができる。
【００１７】
例えば、器官内手術（図１Ａの１０４）及び器官操作（図１Ａの１０５）を連続して実施することを以下に示す。器官内手術（図１Ａの１０４）を実施する時、第１のロボットアームを制御するために第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第１の直列ロボットを制御し、第１のチューブから第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを延ばすことができ、カニューレは、第１のチューブを出る時に曲がる。この曲げは、以下に示すように直列ロボットに関して１つの自由度を表している。更に、第１のロボットアームを制御するために第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレ及び第１のチューブの少なくとも一方をそれらの縦軸線の周りに回転させる（従って、ＮｉＴｉカニューレを器官内に位置決めする）ために第１の直列ロボットを使用することができる。縦軸線の周りのこの回転は、直列ロボットに関して第２の自由度を表している。同様に、第２のロボットアームを制御するために第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第２の直列ロボットを使用し、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを第２のチューブから外に移動させることができる。第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレは、第２のチューブを出る時に曲がる。また同様に、ユーザは、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレ及び第２のチューブの少なくとも一方をそれらの縦軸線の周りに回転させることができる。一部の事例では、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレをチューブから送出することは必要ではない。例えば、第２のチューブは、光を器官内に送出するのに使用することができる。更に、例えば、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレをチューブの外側に送出し、内蔵された光ファイバを通して光の供給量を制御することができる。更に、例えば、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレをチューブの外側に送出し、執刀医に側面視野をもたらすことによってツールと網膜の間の距離を視覚化するような用途に対する制御可能な眼球内視覚化のための光ファイバ束の制御された送出を提供することができる。
【００１８】
更に、器官内手術（図１Ａの１０４）を実施する時、ユーザは、薬剤送達、吸引、及び光供給、並びにマイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフの少なくとも１つの器官内への送出のために、第１及び第２のＮｉＴｉカニューレ及び第１及び第２のチューブの少なくとも１つを利用することができる。ユーザは、患者の器官内で両チューブにより、器官を操作して器官を位置決めする（図１Ａの１０５）ことができる。例えば、第１及び第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースの両方を使用して、ユーザは、両並列ロボットを共に移動し（従って、器官内でチューブを移動させる）、器官を操作することができる。更に、器官を操作した後、ユーザは、器官内で付加的な手術を実施することができる（図１Ａの１０４）。
【００１９】
器官を出る時に（図１Ａの１０６）、すなわち、器官から手術器具を取り除くために、ユーザは、第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して第１のロボットアームを制御する。ユーザは、第１の直列ロボットを使用して第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを第１のチューブ内に引っ込める。例えば、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを送出した位置で、ユーザは、同様に直列ロボットを使用して第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを第２のチューブ内に引っ込めることができる。第１及び第２のロボットアームをそれぞれ制御するために、第１及び第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを両方使用して、ユーザは、第１及び第２の並列ロボットの両方を移動し、第１及び第２のチューブの両方を器官から引っ込めることができる。緊急の場合には、直列ロボットは、直列ロボットを並列ロボットに連結している高速クランプ機構を解除し、次に２つの並列ロボットを有するフレームを除去することにより、眼球から除去することができる。
【００２０】
開示する内容は、体内のあらゆる中空の解剖学的に懸吊された器官の手術に使用することができることは明らかであろう。例えば、開示する内容は、眼球、心臓、肝臓、腎臓、膀胱、又は適切と思われる他のあらゆる実質的に中空の解剖学的に懸吊された器官に使用することができる。本明細書に示す内容を理解するのを容易にするために、以下の説明は、眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術に焦点を絞っている。
【００２１】
図２を参照すると、患者の頭部上に位置決めされたスレーブ混成ロボット１２５を示している。一部の実施形態では、スレーブ混成ロボット１２５は、フレーム２１０に取り付けることができ、フレームは、次に、患者の頭部２１５に取り付けられる。更に、スレーブ混成ロボット１２５は、フレーム２１０に取り付けることができる第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５を含み、更に、顕微鏡／視野円錐２３０を含むことができる。更に、一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、並列ロボット２３５（例えば、Ｓｔｅｗａｒｔプラットホーム、Ｓｔｅｗａｒｔ／Ｇｏｕｇｈプラットホーム、デルタロボットなど）及び直列ロボット２４０（例えば、継手に連結しているいくつかの剛性リンクから成るロボット）を含むことができる。第１及び第２のロボットアームの一部の部品は、フレームに恒久的に取り付けることができるが、他の部品は、フレームに取外し可能に取り付けることができる。更に、直列ロボットは、並列ロボットに取外し可能に取り付けることができる。例えば、並列ロボット及び直列ロボットを含むロボットアームにおいて、並列ロボットは、フレームに恒久的に取り付けることができ、直列ロボットは、並列ロボットに取外し可能に取り付けることができる。一部の実施形態では、直列ロボットは、例えば、ロック可能調節可能チャックにより、並列ロボットに取外し可能に取り付けることができる。
【００２２】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、フレームに取外し可能に取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを含む。例えば、ロボットアームは、調節可能ロック可能リンク、摩擦嵌め、クランプ嵌合、螺合、又は適切と思われる他のあらゆる機械的方法及び器具によってフレームに取り付けることができる。更に、ロボットアームは、フレームに恒久的に取り付けることができる。例えば、ロボットアームは、溶接、接着剤、又は適切と思われる他のあらゆる機構によって取り付けることができる。
【００２３】
一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、システムの初期設定において（例えば、手術の開始において）所定の位置に調節することができる。これは、例えば、ロボットアームを眼球と合わせるために実施することができる。更に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、直列ロボット及び並列ロボットを有することができ、直列ロボット又は並列ロボットの一方だけをシステムの初期設定において所定の位置に調節することができる。
【００２４】
一部の実施形態では、フレーム２１０は、バイトプレート２４５（例えば、患者が噛みしめる患者の口に置かれる品目）及び手術用ストラップ２５０により、患者の頭部に取り付けることができる。フレーム２１０は、取り付けられる時、患者に外傷が最小限の量になるように設計することができる。例えば、フレーム２１０は、冠状ストラップ（例えば、患者の頭部の周りに置かれるストラップ）及び係止バイトプレート（例えば、患者の口の上に固定することができ、上歯上で係止バイトプレートされるバイトプレート）によって患者の頭部に取り付けることができる。フレームを患者の頭部に取り付けるあらゆる機構を使用することができる。例えば、フレームは、バイトプレート、手術用ストラップ、又は締結ネジにより、患者の頭部に取り付けることができる。更に、フレーム２１０は、患者の頭蓋骨に直接螺合することができる。
【００２５】
更に、バイトプレート２４５は、空気及び吸引入口（図示せず）を含むことができる。例えば、緊急の時に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、フレームから解除することができ、患者は、バイトプレート入口内のチューブ（図示せず）を通して空気及び吸引を受けることができる。
【００２６】
フレーム２１０は、中空の中心を有する実質的に円形に作られた実質的に単体の材料を使用して作ることができる。更に、フレーム２１０の形状は、患者の顔の曲線に合うように設計することができる。例えば、フレーム２１０は、実質的に円形、楕円形、又は適切と思われる他のあらゆる形状とすることができる。フレーム材料は、完全にオートクレーブ処理されるように選択することができる。例えば、フレーム材料は、金属、プラスチック、混合材料、又はオートクレーブに適切と思われる他のあらゆる材料を含むことができる。更に、フレーム２１０は、完全にオートクレーブ処理されないように選択される材料を含むことができる。すなわち、フレームは、１回使用型とすることができる。
【００２７】
一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、混成ロボットを含むことができる。混成ロボットとは、ロボットアームの各々上で使用するために組み合わされた１つより多いロボットのあらゆる組合せを指すことを理解すべきである。例えば、一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、２自由度直列ロボット（例えば、眼球内機動ロボット）に取り付けられた６自由度並列ロボット（例えば、Ｓｔｅｗａｒｔプラットホーム、Ｓｔｅｗａｒｔ／Ｇｏｕｇｈプラットホーム、デルタロボットなど）を含み、これらのロボットは、組み合わされると、システム内に１６自由度を発生させる。混成ロボットは、あらゆる数の自由度を有する並列ロボットを含むことができる。更に、２自由度直列ロボット（例えば、眼球内機動ロボット）は、眼球内機敏性をもたらすことができるが、並列ロボットは、眼内で眼球及びあらゆる手術ツールの広域にわたる高精度位置決めをもたらすことができる。更に、混成ロボットは、直列ロボット、並列ロボット、スネークロボット、電子機械ロボット、又は適切と思われる他のあらゆるロボットを含むロボットのあらゆる組合せを含むことができる。
【００２８】
第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、実質的に同一とすることができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５の両方が、並列ロボット及び直列ロボットを含むことができる。更に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、大きく異なることができる。例えば、第１のロボットアーム２２０は、第２の直列ロボットに取り付けられた第１の並列ロボットを含むことができるが、第２のロボットアーム２２５は、第２の並列ロボットに取り付けられた第１の並列ロボットを含むことができる。
【００２９】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボット１２５は、２つのロボットアームのみを含む。２つのロボットアームを使用することにより、ユーザの両手の機敏性が増大する。例えば、２つのロボットアームは、２つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェース（例えば、各手と接触する１つのコントローラ）を使用して医療専門家によって制御することができる。更に、２つより多いロボットアームをスレーブ混成ロボット１２５内で使用することができる。例えば、４つのロボットアームをスレーブ混成ロボット１２５内で使用することができる。あらゆる適切な数のロボットアームをスレーブ混成ロボット１２５内で使用することができる。
【００３０】
ロボットアームは、将来の手術で再使用するように構成することができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、オートクレーブ内に置かれるように設計することができる。更に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、１回使用のために設計することができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、使い捨て１回使用製品として設計することができる。更に、ロボットアームの部品が１回使用のために設計することができる一方、他の部品は、将来の手術で使用するように設計することができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、１回使用することができる使い捨てカニューレ及び再使用可能な並列ロボットを含むことができる。
【００３１】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、各電気部品に２４ボルト及び０．８アンペアより小さいものを使用するように設計することができる。２４ボルト及び０．８アンペアより小さいものを使用することにより、患者に対する安全性の懸念を最小限にすることができる。更に、一部の実施形態では、並列ロボット及び直列ロボットの両方は、無菌カーテン及びフレーム支持を可能にし、並列ロボット及び直列ロボットがオートクレーブ処理されるように設計することができる。
【００３２】
図３を参照すると、一部の実施形態では、眼科手術３００のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター３０５及びスレーブ混成ロボット３２５を含む。一部の実施形態では、遠隔ロボットロボットマスター３０５は、コントローラ３１０及びユーザ制御式マスタースレーブインタフェース３１５（例えば、２つの力フィードバックジョイスティック）を含む。一部の実施形態では、コントローラ３１０は、機敏性最適化ツール、力フィードバックシステム、及び振動フィルタリングシステムの少なくとも１つを含む。
【００３３】
力フィードバックシステムは、ロボットアームによって及ぼされる力（例えば、眼内のカニューレ上の力）の量を医療専門家３２５に示すディスプレイ３２０を含むことができる。更に、力フィードバックシステムは、医療専門家がロボットアームに力を加えると、ユーザ制御式マスタースレーブインタフェース３１５に抵抗をもたらす段階を含むことができる。更に、ロボットアームの少なくとも１つは、手術中にアームにかかる力及びトルクの量を測定するための力センサ及びトルクセンサを含むことができる。例えば、ロボットアームの少なくとも１つは、力フィードバックのための６軸力センサを含むことができる。これらのセンサは、医療専門家に力フィードバックをもたらすために使用することができる。ロボットアームにかかる力は、患者を傷つけるのを防ぐために測定することができる。
【００３４】
振動減衰システムをロボットマスター３０５に含むことができる。例えば、振動減衰は、運動指令を送出する前に遠隔ロボットマスター側の外科医の震えをフィルタリングすることによって達成することができる。例えば、マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）の移動は、スレーブ混成ロボットのＰＩＤ（比例、積分、及び微分）コントローラに関する設定値としてコントローラによってフィルタリングし、かつ送出することができる。この例において、マスタージョイスティックの２つの傾斜角は、ｘ方向及びｙ方向の軸線方向並進運動に関連付けることができる。マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）の方向は、ｘ−ｙ平面内のスレーブの移動方向に関連付けることができるが、マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）の傾斜のマグニチュードは、ｘ−ｙ平面内のロボットスレーブの移動速度の大きさに関連付けることができる。別の実施形態では、ユーザは、直列ロボット内に含まれるチューブ（以下に説明する）に力を直接加えることにより、スレーブ混成ロボットを制御することができる。更に、直列ロボットは、ユーザが加える力を読み取って信号をコントローラ３１０に送出することができる６軸の力及びモーメントセンサを通して、並列ロボットに接続することができ、コントローラは、外科医の手の震えをフィルタリングしながらこれらの指令を運動指令に変換する。振動減衰のためのあらゆる適切な方法を遠隔ロボットマスター３０５に含むことができる。例えば、振動減衰のためのあらゆる適切な協働操作方法を使用することができる。
【００３５】
一部の実施形態では、機敏性最適化ツールは、ユーザの機敏性を増加するためのあらゆる機構を含むことができる。例えば、機敏性最適化ツールは、眼内に進入するための予め計画した経路を利用することができる。一部の実施形態では、機敏性最適化ツールは、予め計画した経路を使用することによって眼内へのチューブを送出する。
【００３６】
遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットは、高速専用「イーサネット（登録商標）」接続を通じて通信することができる。遠隔ロボットマスターとスレーブ混成ロボットの間の適切と思われるあらゆる通信機構を使用することができる。更に、医療専門家及び遠隔ロボットマスターは、スレーブ混成ロボット及び患者とは大きく異なる位置に存在することができる。
【００３７】
図４Ａを参照すると、一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、直列ロボット４０５及び並列ロボット４１０を含むことができる。更に、一部の実施形態では、直列ロボット４０５は、プラットホーム４１５（例えば、並列ロボットプラットホーム）及び直列連接器４０７を接続するためのシリアルコネクタ４０６を含むことができる。並列ロボットプラットホーム及び直列連接器４０７を接続するために、あらゆる機械的接続を使用することができる。プラットホーム４１５は、基部４２５に取り付けられた脚部４２０に接続することができる。
【００３８】
図４Ｂを参照すると、シリアルコネクタ４０６を含む直列ロボット４０５を図式的に示している。シリアルコネクタは、それをより鮮明に見るために拡大することができる。図４Ｃを参照すると、シリアルコネクタ４０６の考えられる構成をより鮮明にみるために、コネクタの分解組立図がある。シリアルコネクタ４０６のあらゆる適切な構成を使用することができる。例えば、シリアルコネクタ４０６は、直列連接器４０７（図４Ａ）を並列ロボット４１０（図４Ａ）と接続することができる。図４Ｃを参照すると、プラットホーム４１５（例えば、並列ロボット移動プラットホーム）は、第１の電気モータ４３５及び第２の電気モータ４３７を支持することができる中空アーム４３０を支持することができる。第１の電気モータ４３５及び第２の電気モータ４３７は、バックラッシュ防止傘歯車４４５を作動させる第１のワイヤドライブと、バックラッシュ防止傘歯車４４７を作動させる第２のワイヤドライブとを通じて、第１のキャプスタン４４０及び第２のキャプスタン４４３を作動させることができ、これらのワイヤドライブは、第３の傘歯車４６５をその軸の周りで差動させ、かつ支持ブラケット４５５を傾斜させることができる。第１の電気モータ４３５及び第２の電気モータ４３７を差動的に駆動させて、ブラケット４５５の傾き及び高速クランプ４６０のカニューレ軸周りの回転を制御することができる。
【００３９】
更に、図４Ｃを参照すると、高速クランプ４６０の考えられる構成をより鮮明にみるために、高速クランプの分解組立図がある。シリアルコネクタ４０６に含まれる高速クランプ４６０は、クランプを通して挿入される器具を固定するために使用することができる。高速クランプ４６０のためのあらゆる適切な構成を使用することができる。例えば、高速クランプ４６０は、コレットハウジング４５０、連結ネジ４７０、及び可撓性コレット４７５を含むことができる。連結ネジ４７０は、コレットハウジング４５０を第３の傘歯車４５０に接続することができる。コレットハウジング４５０は、テーパ付き内腔を有することができ、可撓性コレット４７５がコレットハウジング４５０内の適合するネジ穴内に螺挿される時に、可撓性チップ（可撓性コレット４７５内に含まれている）は、テーパ付き内腔の軸に沿って軸線方向に駆動され、従って、可撓性コレット４７５の直径を低減することができる。これは、例えば、高速クランプ４６０を通して挿入される器具を固定するために行うことができる。器具を固定するための他のあらゆる適切な機構を使用することができる。
【００４０】
図５を参照すると、一部の実施形態では、直列ロボットは、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方を眼内に送出するための直列連接器４０７を含む。一部の実施形態では、例えば、直列ロボット連接器４０７は、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方の送出を制御するサーボモータ５１０及び高精度ボールネジ５１５を含む。高精度ボールネジ５１５に連結されたサーボモータ５１０は、チューブ５０５に対するカニューレ５２０の位置を制御するために使用することができるシステムに自由度を付加することができる。例えば、サーボモータ５１０は、回転する時にナット（図示せず）を軸線方向に駆動する中空リードネジ（図示せず）に連結することができる。更に、例えば、カニューレ５２０は、前記ナットに接続され、サーボモータ５１０がリードネジ（図示せず）を回転させる時、上／下に動くことができる。チューブ５０５及びカニューレ５２０の送出を制御するあらゆる適切な機構を使用することができる。更に、一部の実施形態では、チューブ５０５は、カニューレ５２０を収容する。
【００４１】
図６Ａ〜図６Ｂを参照すると、一部の実施形態では、カニューレ５２０は、チューブ５０５を通して眼内に送出することができる。図６Ａは、チューブ５０５内に収容されている間に直線状の姿勢になっているカニューレ５２０を図式的に示している。図６Ｂは、カニューレ５２０がチューブ５０５を出た（従って、カニューレはその予め曲げられた形状に戻った）時の曲がった姿勢のカニューレ５２０を図式的に示している。カニューレ５２０の予め曲げられた形状は、いずれかの形状記憶合金（例えば、ＮｉＴｉ）を使用して形状を決めることによって形成することができ、カニューレは、所定の温度（例えば、体温、室温など）において曲がった姿勢に戻る。更に、カニューレ５２０は、特定の予め曲げられた形状を有するように説明したが、適切と思われるあらゆる形状（例えば、ｓ形、曲線など）を使用することができる。チューブ５０５は、近接端６１０及び遠位端６１５を含むことができる。更に、カニューレ５２０は、チューブ５０５の遠位端６１５を出ることができる。一部の実施形態では、カニューレ５２０は、チューブ５０５を出る時に曲がる予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを含むことができる。チューブ５０５及びカニューレ５２０は、プラスチック（例えば、テフロン（登録商標）、ナイロンなど）、金属（例えば、ステンレス鋼、ＮｉＴｉなど）、又は他のあらゆる適切な材料のような異なる適切な材料から構成することができる。更に、一部の実施形態では、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方は、縦軸線６２０の周りに回転することができる。
【００４２】
一部の実施形態では、カニューレ５２０又はチューブ５０５は、薬剤送達、吸引、及び光供給の少なくとも１つのために、かつマイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフの少なくとも１つを送出するために使用することができる。例えば、眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術中に、医療専門家は、チューブ５０５からカニューレ５２０を眼窩内まで延ばすことができる。眼窩内にある間は、医療専門家は、カニューレ５２０を通してマイクロナイフを送出し、網膜上の組織を除去することができる。
【００４３】
更に、一部の実施形態では、カニューレ５２０は、高精度の機敏な操作を提供するためのバックラッシュのない超弾性ＮｉＴｉカニューレを含むことができる。バックラッシュのない超弾性ＮｉＴｉカニューレを使用することは、カニューレの望ましくない移動（例えば、バックラッシュ）を除去することにより、眼窩内への送出の制御を増大させる。更に、チューブ５０５を出た時のカニューレ５２０の曲がりは、眼科手術の位置決め性能を増大させることができる。
【００４４】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、眼球を操作するように設計することができる。例えば、一部の実施形態では、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方は、眼球に力を加え、従って、眼球の位置を移動させる。一部の実施形態では、眼球を操作するために眼球内にカニューレ５２０による力を加えることができる。チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方による目に対する力は、チューブ及びカニューレの少なくとも一方の位置を制御する並列ロボットを移動させることにより発生させることができる。
【００４５】
図７を参照すると、並列ロボットは、複数の独立作動式脚部７０５を含むことができる。独立作動式脚部の長さを変化させると、プラットホーム４１５の位置及び方向が変化する。脚部７０５は、ユニバーサルジョイント７１０、高精度ボールネジ７１５、バックラッシュ防止歯車対７２０、及び玉継手７２５を含むことができる。並列ロボットは、あらゆる数の脚部７０５を含むことができる。例えば、並列ロボットは、３つから６つの脚部を含むことができる。
【００４６】
一部の実施形態では、統一運動学モデルは、スレーブ混成ロボットの２つのロボットアームの関節速度（例えば、並列ロボット及び直列ロボットの移動中の部品が並進運動及び回転を行う速度）と、眼球及び眼球内の手術ツールの捩れの間の関係とを説明する。捩れは、直線速度及び角速度の６次元ベクトルに関連しており、直線速度が角速度の前に置かれることは理解されるであろう。捩れは、以下に示すように（図９の９２０）、エンドエフェクタの移動を示すことが必要である可能性がある。更に、この定義は、角速度が直線速度の前に置かれる（そのベクトル表記において）標準的な命名法とは異なる可能性がある。
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
一部の実施形態では、システムの運動学的モデル化は、眼球内の切り込み点による運動学的制約及び眼球の限られた自由度を含む。以下では、眼球を伴う２つのアームを有するロボットの運動学を説明しながら、網膜上の目標点に対する直列ロボットエンドエフェクタの相対的運動学を説明する。
【００５１】
【００５２】
混成ロボット内の最終的な直列フレーム｛Ｇ｝まで続けると、直線速度及び角速度は、次式のように書くことができる。
【００５３】
【００５４】
ロボットエンドエフェクタのフレーム｛Ｇi｝の運動学を表現するために、ｉ番目の混成ロボットシステムの関節パラメータの関数として、以上に展開した直列関係を組み合わせることができる。フレーム｛Ｇi｝の捩れと｛Ｎi｝の捩れの間の関係で開始して、その中に｛Ｎi｝と｛Ｑi｝の間の関係を挿入し、次式を得る。
【００５５】
【００５６】
｛Ｑi｝と｛Ｐi｝の間の関係及びＳｔｅｗａｒｔのヤコビアン方程式（１）の逆行列を挿入し、項を凝集させることにより、ｉ番目の混成ロボットに関する最終的なヤコビアンを以下のように得る。
【００５７】
【００５８】
エンドエフェクタの眼球に対する運動学もモデル化することができる。例えば、別々に特徴付けられた眼球及びｉ番目の混成ロボットシステムの運動学により、眼球及びｉ番目の混成ロボットの運動学的構造を定めるために定式化を組み合わせることができる。この関係は、眼球及び望ましい眼球の角速度に対するエンドエフェクタの望ましい速度に基づいて、ロボット関節パラメータの表現を可能にすることができる。この関係を得るために、網膜表面上の任意の目標点ｔiを選択することができる。眼球の角速度は、点ｔiにおける速度を与える。
【００５９】
【００６０】
方程式（１３）及び方程式（１５）を方程式（１６）に挿入することにより、ロボット関節速度及び望ましい眼球速度の関数としてエンドエフェクタの直線速度を得る。
【００６１】
【００６２】
更に、線形方程式（１７）及び角方程式（１９）の速度を組み合わせることにより、点ｔiに対するエンドエフェクタの捩れを得る。
【００６３】
【００６４】
ロボットシステムは、挿入点を裂くことによって組織を傷付けることなく眼球を制御するために混成ロボットが協調的に動く（例えば、実質的に一緒に動く）ように制約することができる。この運動は、各挿入アームが挿入点においては眼球表面に等しい速度でのみ動き、挿入針に沿ってはあらゆる速度で動くことを可能にすることにより達成することができる。この組み合わせた運動は、組織を損傷することなく挿入針を挿入点に制約する。
【００６５】
【００６６】
方程式（２８）及び方程式（２９）を方程式（２４）及び方程式（２５）に代入すると、眼球−ロボットシステムの剛体運動に関して与えられる最終的な制約方程式を以下のように得る。
【００６７】
【００６８】
これらの制約を指標１及び２に関して混成システムの捩れと組み合わせると、混成ロボット関節パラメータを望ましいエンドエフェクタ捩れ及び望ましい眼球速度に関連付ける総合的な眼球−ロボットシステムの望ましい表現を以下のように得る。
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
一部の実施形態では、システムの運動学的モデル化は、中空器官上の切り込み点の運動学的制約を含むことができる。以下に、器官を伴う３つのアームを有するロボットの運動学を説明し、器官上の目標点に対する直列ロボット（例えば、眼球内機敏性ロボット）エンドエフェクタの相対的運動学を説明する。
【００７３】
【００７４】
一部の実施形態では、モデル化は、器官の弾性及び周辺の組織を考慮することによって達成することができる。更に、一部の実施形態では、以下の分析は、器官弾性を含んでいない。更に、６次元捩れベクトルは、以下のパラメータ化を使用して器官の運動を説明するのに使用することができる。
【００７５】
【００７６】
一部の実施形態では、直列ロボット（例えば、眼球内機敏性ロボット）エンドエフェクタの器官に対する運動学をモデル化することができる。更に、一部の実施形態では、このモデルは、エンドエフェクタの器官に対する望ましい速度及び器官自体の望ましい速度を表現することができ、器官の内面上の任意の目標点ｔiを選択することができる。エンドエフェクタフレームの目標点に対する直線速度及び角速度は、次のように書くことができる。
【００７７】
【００７８】
更に、方程式３６及び方程式３７を組み合わせることにより、点ｔiに対するエンドエフェクタの捩れを以下のように得る。
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【００８２】
ロボットヤコビ行列の特性を分析することにより、ロボットの静力学的性能を評価することができる。更に、ヤコビアンの特異値を計算する時、ヤコビアンの正規化が必要である可能性がある。これらの特異値は、ヤコビアンの個々のセルの単位に依存する可能性がある。ヤコビアンの単位の不均一性は、エンドエフェクタ捩れの単位の不均一性及び結合空間における単位の不均一性（例えば、直線又は角度のように全ての結合が同じタイプのものであるわけではない場合など）から生じる可能性がある。ヤコビ行列の正規化には、正規化のためにヤコビアンを乗算することにより、結合及びタスク空間変数の範囲に対応するスケーリング行列が必要である。更に、長さの単位を有するヤコビアンの部分を正規化するために特性長さを使用し、正規化されたヤコビアンの最小特異値と最大特異値の比として定められる運動学的調節指数を使用して性能を評価することができる。更に、ヤコビアンスケーリング行列は、変換後の捩れの単位を均一化すると考えられるエンドエフェクタ捩れの物理学的に意味のある変換を使用することによって見つけることができる。設計者は、ヤコビアンの調節指数の計算の前にヤコビアンのスケーリング／正規化係数を判断する必要がある可能性がある。使用される方法論は、各ロボットアームの直列部分及び並列部分における個々の特性長さの使用に依存する。
【００８３】
【００８４】
【００８５】
【００８６】
一部の実施形態では、器官内操作及び器官の固定化、制約された器官内移動を伴った器官操作（例えば、眼球内の目標点に対する眼球内の装置の相対位置を維持した状態での眼球の操作）、制約のない器官内移動を伴った器官操作（例えば、眼球内の装置と眼球の間の相対運動に無関係の眼球操作）、並びに器官操作と器官内手術の同時進行の少なくとも４つの手術モードを手術のためのロボットシステムによって実施することができる。
【００８７】
更に、上述の４つのモードの各々は、機敏性評価を与えるために使用することができる。例えば、器官固定化を伴った器官内手術は、眼球内機敏性、つまり、このシステムがその２つのアームの一方によって眼球内で特定の手術作業をいかに良く実施できたかの程度を分析するために使用することができる。更に、例えば、制約された器官内移動を伴った器官操作は、軌道上の機敏性、つまり、２つのアームが切り込み点における運動学的制約を順守して網膜に対するグリッパのゼロの速度を維持しながら眼球の回転位置をいかに良く大きく操作できたかの程度を評価するために使用することができる。更に、例えば、制約のない器官内移動を伴った器官操作は、網膜に対するグリッパのゼロの速度の制約がない状態での軌道上の機敏性を評価するために使用することができる。更に、例えば、器官操作と器官内手術の同時進行は、眼球の回転と眼球内手術作業とを同時に行いながら、眼球内及び軌道上の機敏性を評価するために使用することができる。
【００８８】
【００８９】
器官固定化を伴った器官内手術に対しては、２つのモジュール構成を考慮することができる。第１の構成において、ロボットアームは、遠位機敏性がない標準的眼科のための器具（例えば、それ自体の縦軸線の周りに回転することができる直線状カニューレ）を使用することができる。これは、７自由度ロボットアームをもたらす。７自由度ロボットアームに関するヤコビ行列は、方程式５６及び方程式５７において
とすることができる。第２の構成において、ロボットアームは直列ロボットを使用し、従って、運動学モデルを方程式３４によって表すことができる。眼球内機敏性評価は、これらの両構成（例えば、直列ロボットを含むか含まないか）におけるシステムの性能を比較するために使用することができる。
【００９０】
【００９１】
制約された器官内移動を伴った器官操作は、眼球を回転させるために両アームを同時に使用する時の軌道機敏性を評価するために使用することができる。この評価は、医療専門家が網膜の周辺領域の視界を得るために顕微鏡の下で眼球を回転させる必要性を扱うように計画することができる。
【００９２】
２つのアームは、網膜上のターゲット点に近づくために予め判断することができる。ロボットエンドエフェクタのターゲット点に対する相対位置及び方向は、一定に保たれる。網膜上のターゲット点は、眼球及び所属する座標系｛Ｅ｝において定められた
になるように選択することができる。フレーム｛Ｅ｝は、器官座標系｛Ｏ｝と同様に定めることができ、｛Ｗ｝に対する眼球の相対回転を表すことができる。それにより、ターゲット点は、操作の間に眼球と共に回転することができるようになる。
【００９３】
導出の精度を検証するために、１０°／ｓｅｃのｙ軸の周りの眼球の望ましい回転速度を指定することができ、入力関節作動速度は、ヤコビ行列の逆行列によって計算することができる。エンドエフェクタをターゲット点に固定することによって眼球を回転させるために、２つの直列ロボット（例えば、眼球内機敏性ロボット）及び眼球は、その間の相対運動を可能にしない剛体を形成する。直列ロボット関節の速度は、ゼロであるように予想することができる。
【００９４】
【００９５】
器官操作と器官内手術の同時進行において、両アームは、眼球を操作するために連動する。更に、一方のアームはまた、眼球内で指定された経路に沿って作動する。この組合せ運動を利用するロボットの全体的な機敏性を評価することができる。眼球がｙ軸の周りに１０°だけ回転することができると仮定すると、ロボットシステムの一方のアームは、独立して網膜を走査することができ、これは、このアームと眼球の間に指定された相対運動が存在することができることを意味していることは理解されるであろう。ポート
を通して挿入されたアームが、眼球に対する適切な位置及び方向に固定されたままであると仮定すると、ポート
を通して挿入されたアームは、上述のアームと連動して、眼球をｙ軸の周りに１０°回転させることができるが、このアームはまた、許容域円θ＝５π／６に沿って６０°だけ網膜を走査する。
【００９６】
直線速度及び角速度を並列ロボットプラットホーム中心からフレーム｛Ｑi｝に変換することにより、次式に帰結する。
【００９７】
【００９８】
【００９９】
【０１００】
【０１０１】
以上に呈示した考えの他の実施形態、拡張、及び変更も含まれており、本発明の開示を精査すると当業者の理解の範囲内にあるはずである。従って、開示した内容のその様々な態様における範囲は、上述の実施例によって限定されるべきではない。開示した内容の個々の態様及び開示した内容の全体は、本発明の開示の範囲内でそのような設計変更及び将来の発展を考慮するように見なされるべきである。開示した内容は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１ 初期設定
１０２ 器官進入
１０４ 器官内手術
１０５ 器官操作
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００６年９月１９日に出願した米国特許仮出願第６０／８４５、６８８号及び２００７年３月３０日に出願した第６０／９２０、８４８号の恩典を請求するものであり、それによってこれらの特許の内容全体を本明細書に引用により組み込むものとする。
【０００２】
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
中空の解剖学的に懸吊された器官の最小限侵襲手術（例えば、眼科顕微鏡手術）は、医療専門家に独特な課題を呈している。眼科顕微鏡手術に焦点を絞ると、これらの課題は、眼球が中空で移動可能の器官であり、眼球の中においては極めて精密かつ繊細な外科的作業を行う必要があるという事実から生じている。眼科手術中に、医療専門家は、顕微鏡を使用し、拡張した虹彩を覗くことによって網膜を視覚化する。医療専門家によって現在使用されているツールは、眼球内の機敏性を欠いており、最小限の自由度に制約されている。従って、複雑な眼科手術を実施することは極めて困難である可能性がある。更に、医療専門家はまた、極めて高い精度で複数のツールを操作しながら、眼球の周辺の領域に近づきかつそれらの領域を視覚化することを可能にするために、顕微鏡の下で眼球を回転させる必要にせまられる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／８４５、６８８号
【特許文献２】米国特許仮出願第６０／９２０、８４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
顕微鏡手術の課題は、顕微鏡を使用して視覚化する時のツールの眼球内機敏性の欠如、制限された力のフィードバック、及び奥行き知覚の欠如を含む。眼科顕微鏡手術はまた、他の手術分野においては一般的でない精度及び両手の機敏性のレベルを必要とする（例えば、５〜１０ミクロンの位置決め精度を必要とする可能性がある）。これらの困難かつ精密な両手の作業は、ロボット支援の潜在的な恩典及びその必要性を明らかにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一部の実施形態では、眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを有し、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御される少なくとも２つのマスタースレーブインタフェースを有し、スレーブ混成ロボットは、患者の頭部に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを有し、少なくとも２つのロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを有する。
【０００７】
一部の実施形態では、眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、フレーム、第１のロボットアーム、第２のロボットアーム、及び遠隔ロボットマスターを有し、フレームは、患者の頭部に取外し可能に取り付けられ、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを有し、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御されるマスタースレーブインタフェースを有し、直列ロボットは、チューブ及びカニューレを有する。
【０００８】
一部の実施形態では、中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを有し、遠隔ロボットマスターは、医療専門家によって制御される少なくとも１つのマスタースレーブインタフェースを有し、スレーブ混成ロボットは、患者に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも１つのロボットアームを有し、少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを有する。
【０００９】
一部の実施形態では、中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのスレーブ混成ロボットは、患者に取外し可能に取付け可能なフレーム及びフレームに取外し可能に取り付けられた少なくとも１つのロボットアームを有し、少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを有し、直列ロボットは、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを送出するためのチューブを有し、チューブ及び予め曲げられたＮｉＴｉカニューレの少なくとも一方は、その縦軸線の周りに回転することができ、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレは、チューブから延びる時に曲がることができる。
【００１０】
開示する内容の上記及び他の目的、並びに利点は、全体を通して同じ参照文字が同じ部分を指す添付の図面と併せて以下の詳細説明を考慮することにより明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】開示する内容の一部の実施形態により遠隔ロボット顕微鏡手術システムを使用する方法を図式的に示す図である。
【図１Ｂ】開示する内容の一部の実施形態により眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術のための全体的な手術構成を図式的に示す図である。
【図２】開示する内容の一部の実施形態により患者の頭部上に位置決めされたスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図３】開示する内容の一部の実施形態により遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットを含む眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムを図式的に示す図である。
【図４Ａ】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボット及び並列ロボットを含むスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図４Ｂ】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボットに含まれるシリアルコネクタを図式的に示す図である。
【図４Ｃ】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボットに含まれるシリアルコネクタを図式的に示す図である。
【図５】開示する内容の一部の実施形態により直列ロボットに含まれる直列連接器を図式的に示す図である。
【図６Ａ】開示する内容の一部の実施形態によりカニューレを送出するためのチューブを図式的に示す図である。
【図６Ｂ】開示する内容の一部の実施形態によりカニューレを送出するためのチューブを図式的に示す図である。
【図７】開示する内容の一部の実施形態により並列ロボットの脚部を示すスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図８】開示する内容の一部の実施形態により眼球及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図９】開示する内容の一部の実施形態により眼球及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図１０Ａ】開示する内容の一部の実施形態により器官及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【図１０Ｂ】開示する内容の一部の実施形態により器官及びｉ番目のスレーブ混成ロボットを図式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
開示する内容に従って、中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのシステム、装置、及び方法を開示する。
【００１３】
一部の実施形態では、遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、少なくとも２つのロボットアーム（各ロボットアームは、並列ロボットに取り付けられた直列ロボットを有する）を有するスレーブ混成ロボットと、少なくとも２つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）を有する遠隔ロボットマスターとを含むことができる。更に、各ロボットアームにおける直列ロボットは、内部にある時は実質的に直線状になっている予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを収容するチューブを有することができる。ユーザ制御式マスタースレーブインタフェースの各々を使用して、ユーザは、各ロボットアームにおける並列ロボット及び直列ロボットを制御することにより、少なくとも２つのロボットアームの移動を制御することができる。すなわち、ユーザは、マスタースレーブインタフェースによって各アームにおける直列ロボット及び並列ロボットの組み合わせた移動を制御することができる。
【００１４】
図１Ｂを参照すると、眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術における全体的な手術構成を示している。一部の実施形態では、眼科手術に関する一般的な手術構成１００は、手術台１１０、手術のための顕微鏡１２０、スレーブ混成ロボット１２５、及び遠隔ロボットマスター（図示せず）を含む。患者は、頭部１１５を図示のような位置にして手術台１１０上に横たわる。眼科手術中に、手術台１１０上に位置決めされた患者は、その頭部にフレーム１３０が取外し可能に取り付けられ、スレーブ混成ロボットがフレーム１３０に取外し可能に取り付けられる。更に、医療専門家は、手術のための顕微鏡１２０を通して患者の眼球を覗くことができ、スレーブ混成ロボット１２５と通信している遠隔ロボットマスターにより、薬剤供給、吸引、及び光供給、並びにマイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフの少なくとも１つの供給を制御することができる。
【００１５】
図１Ａを参照すると、遠隔ロボット顕微鏡手術システムを使用する方法を図式的に示している。初期設定（図１Ａの１０１）において、スレーブ混成ロボットは、器官上に位置決めすることができる（例えば、患者の頭部に連結されたフレームに取り付けて）。例えば、第１のロボットアーム（第１の並列ロボット及び第１の直列ロボットを有する）及び第２のロボットアーム（第２の並列ロボット及び第２の直列ロボットを有する）を有するスレーブ混成ロボットは、器官に進入するのに必要な移動量を最小限にする位置に両アームを置くことができる。器官進入（図１Ａの１０２）において、第１のロボットアームを制御するために第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第１の並列ロボットを移動させることにより、第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを収容する第１のチューブを患者の器官内に挿入することができる。同様に、第２のロボットアームを制御するために第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第２の並列ロボットを移動させることにより、第２のチューブを患者の器官内に挿入することができる。
【００１６】
器官内で、ユーザは、器官操作（図１Ａの１０５）及び器官内手術（図１Ａの１０４）のような外科的作業（図１Ａの１０３）を実施することができる。器官操作（図１Ａの１０５）及び器官内手術（図１Ａの１０４）は、連続して（例えば、器官内手術の次に器官操作、器官操作の次に器官内手術など）又は並行して（例えば、器官内手術及び器官操作を実質的に同時に）行うことができる。
【００１７】
例えば、器官内手術（図１Ａの１０４）及び器官操作（図１Ａの１０５）を連続して実施することを以下に示す。器官内手術（図１Ａの１０４）を実施する時、第１のロボットアームを制御するために第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第１の直列ロボットを制御し、第１のチューブから第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを延ばすことができ、カニューレは、第１のチューブを出る時に曲がる。この曲げは、以下に示すように直列ロボットに関して１つの自由度を表している。更に、第１のロボットアームを制御するために第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレ及び第１のチューブの少なくとも一方をそれらの縦軸線の周りに回転させる（従って、ＮｉＴｉカニューレを器官内に位置決めする）ために第１の直列ロボットを使用することができる。縦軸線の周りのこの回転は、直列ロボットに関して第２の自由度を表している。同様に、第２のロボットアームを制御するために第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して、ユーザは、第２の直列ロボットを使用し、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを第２のチューブから外に移動させることができる。第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレは、第２のチューブを出る時に曲がる。また同様に、ユーザは、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレ及び第２のチューブの少なくとも一方をそれらの縦軸線の周りに回転させることができる。一部の事例では、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレをチューブから送出することは必要ではない。例えば、第２のチューブは、光を器官内に送出するのに使用することができる。更に、例えば、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレをチューブの外側に送出し、内蔵された光ファイバを通して光の供給量を制御することができる。更に、例えば、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレをチューブの外側に送出し、執刀医に側面視野をもたらすことによってツールと網膜の間の距離を視覚化するような用途に対する制御可能な眼球内視覚化のための光ファイバ束の制御された送出を提供することができる。
【００１８】
更に、器官内手術（図１Ａの１０４）を実施する時、ユーザは、薬剤送達、吸引、及び光供給、並びにマイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフの少なくとも１つの器官内への送出のために、第１及び第２のＮｉＴｉカニューレ及び第１及び第２のチューブの少なくとも１つを利用することができる。ユーザは、患者の器官内で両チューブにより、器官を操作して器官を位置決めする（図１Ａの１０５）ことができる。例えば、第１及び第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースの両方を使用して、ユーザは、両並列ロボットを共に移動し（従って、器官内でチューブを移動させる）、器官を操作することができる。更に、器官を操作した後、ユーザは、器官内で付加的な手術を実施することができる（図１Ａの１０４）。
【００１９】
器官を出る時に（図１Ａの１０６）、すなわち、器官から手術器具を取り除くために、ユーザは、第１のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを使用して第１のロボットアームを制御する。ユーザは、第１の直列ロボットを使用して第１の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを第１のチューブ内に引っ込める。例えば、第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを送出した位置で、ユーザは、同様に直列ロボットを使用して第２の予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを第２のチューブ内に引っ込めることができる。第１及び第２のロボットアームをそれぞれ制御するために、第１及び第２のユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを両方使用して、ユーザは、第１及び第２の並列ロボットの両方を移動し、第１及び第２のチューブの両方を器官から引っ込めることができる。緊急の場合には、直列ロボットは、直列ロボットを並列ロボットに連結している高速クランプ機構を解除し、次に２つの並列ロボットを有するフレームを除去することにより、眼球から除去することができる。
【００２０】
開示する内容は、体内のあらゆる中空の解剖学的に懸吊された器官の手術に使用することができることは明らかであろう。例えば、開示する内容は、眼球、心臓、肝臓、腎臓、膀胱、又は適切と思われる他のあらゆる実質的に中空の解剖学的に懸吊された器官に使用することができる。本明細書に示す内容を理解するのを容易にするために、以下の説明は、眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術に焦点を絞っている。
【００２１】
図２を参照すると、患者の頭部上に位置決めされたスレーブ混成ロボット１２５を示している。一部の実施形態では、スレーブ混成ロボット１２５は、フレーム２１０に取り付けることができ、フレームは、次に、患者の頭部２１５に取り付けられる。更に、スレーブ混成ロボット１２５は、フレーム２１０に取り付けることができる第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５を含み、更に、顕微鏡／視野円錐２３０を含むことができる。更に、一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、並列ロボット２３５（例えば、Ｓｔｅｗａｒｔプラットホーム、Ｓｔｅｗａｒｔ／Ｇｏｕｇｈプラットホーム、デルタロボットなど）及び直列ロボット２４０（例えば、継手に連結しているいくつかの剛性リンクから成るロボット）を含むことができる。第１及び第２のロボットアームの一部の部品は、フレームに恒久的に取り付けることができるが、他の部品は、フレームに取外し可能に取り付けることができる。更に、直列ロボットは、並列ロボットに取外し可能に取り付けることができる。例えば、並列ロボット及び直列ロボットを含むロボットアームにおいて、並列ロボットは、フレームに恒久的に取り付けることができ、直列ロボットは、並列ロボットに取外し可能に取り付けることができる。一部の実施形態では、直列ロボットは、例えば、ロック可能調節可能チャックにより、並列ロボットに取外し可能に取り付けることができる。
【００２２】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、フレームに取外し可能に取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを含む。例えば、ロボットアームは、調節可能ロック可能リンク、摩擦嵌め、クランプ嵌合、螺合、又は適切と思われる他のあらゆる機械的方法及び器具によってフレームに取り付けることができる。更に、ロボットアームは、フレームに恒久的に取り付けることができる。例えば、ロボットアームは、溶接、接着剤、又は適切と思われる他のあらゆる機構によって取り付けることができる。
【００２３】
一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、システムの初期設定において（例えば、手術の開始において）所定の位置に調節することができる。これは、例えば、ロボットアームを眼球と合わせるために実施することができる。更に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、直列ロボット及び並列ロボットを有することができ、直列ロボット又は並列ロボットの一方だけをシステムの初期設定において所定の位置に調節することができる。
【００２４】
一部の実施形態では、フレーム２１０は、バイトプレート２４５（例えば、患者が噛みしめる患者の口に置かれる品目）及び手術用ストラップ２５０により、患者の頭部に取り付けることができる。フレーム２１０は、取り付けられる時、患者に外傷が最小限の量になるように設計することができる。例えば、フレーム２１０は、冠状ストラップ（例えば、患者の頭部の周りに置かれるストラップ）及び係止バイトプレート（例えば、患者の口の上に固定することができ、上歯上で係止バイトプレートされるバイトプレート）によって患者の頭部に取り付けることができる。フレームを患者の頭部に取り付けるあらゆる機構を使用することができる。例えば、フレームは、バイトプレート、手術用ストラップ、又は締結ネジにより、患者の頭部に取り付けることができる。更に、フレーム２１０は、患者の頭蓋骨に直接螺合することができる。
【００２５】
更に、バイトプレート２４５は、空気及び吸引入口（図示せず）を含むことができる。例えば、緊急の時に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、フレームから解除することができ、患者は、バイトプレート入口内のチューブ（図示せず）を通して空気及び吸引を受けることができる。
【００２６】
フレーム２１０は、中空の中心を有する実質的に円形に作られた実質的に単体の材料を使用して作ることができる。更に、フレーム２１０の形状は、患者の顔の曲線に合うように設計することができる。例えば、フレーム２１０は、実質的に円形、楕円形、又は適切と思われる他のあらゆる形状とすることができる。フレーム材料は、完全にオートクレーブ処理されるように選択することができる。例えば、フレーム材料は、金属、プラスチック、混合材料、又はオートクレーブに適切と思われる他のあらゆる材料を含むことができる。更に、フレーム２１０は、完全にオートクレーブ処理されないように選択される材料を含むことができる。すなわち、フレームは、１回使用型とすることができる。
【００２７】
一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、混成ロボットを含むことができる。混成ロボットとは、ロボットアームの各々上で使用するために組み合わされた１つより多いロボットのあらゆる組合せを指すことを理解すべきである。例えば、一部の実施形態では、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、２自由度直列ロボット（例えば、眼球内機動ロボット）に取り付けられた６自由度並列ロボット（例えば、Ｓｔｅｗａｒｔプラットホーム、Ｓｔｅｗａｒｔ／Ｇｏｕｇｈプラットホーム、デルタロボットなど）を含み、これらのロボットは、組み合わされると、システム内に１６自由度を発生させる。混成ロボットは、あらゆる数の自由度を有する並列ロボットを含むことができる。更に、２自由度直列ロボット（例えば、眼球内機動ロボット）は、眼球内機敏性をもたらすことができるが、並列ロボットは、眼内で眼球及びあらゆる手術ツールの広域にわたる高精度位置決めをもたらすことができる。更に、混成ロボットは、直列ロボット、並列ロボット、スネークロボット、電子機械ロボット、又は適切と思われる他のあらゆるロボットを含むロボットのあらゆる組合せを含むことができる。
【００２８】
第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、実質的に同一とすることができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５の両方が、並列ロボット及び直列ロボットを含むことができる。更に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、大きく異なることができる。例えば、第１のロボットアーム２２０は、第２の直列ロボットに取り付けられた第１の並列ロボットを含むことができるが、第２のロボットアーム２２５は、第２の並列ロボットに取り付けられた第１の並列ロボットを含むことができる。
【００２９】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボット１２５は、２つのロボットアームのみを含む。２つのロボットアームを使用することにより、ユーザの両手の機敏性が増大する。例えば、２つのロボットアームは、２つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェース（例えば、各手と接触する１つのコントローラ）を使用して医療専門家によって制御することができる。更に、２つより多いロボットアームをスレーブ混成ロボット１２５内で使用することができる。例えば、４つのロボットアームをスレーブ混成ロボット１２５内で使用することができる。あらゆる適切な数のロボットアームをスレーブ混成ロボット１２５内で使用することができる。
【００３０】
ロボットアームは、将来の手術で再使用するように構成することができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、オートクレーブ内に置かれるように設計することができる。更に、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、１回使用のために設計することができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、使い捨て１回使用製品として設計することができる。更に、ロボットアームの部品が１回使用のために設計することができる一方、他の部品は、将来の手術で使用するように設計することができる。例えば、第１のロボットアーム２２０及び第２のロボットアーム２２５は、１回使用することができる使い捨てカニューレ及び再使用可能な並列ロボットを含むことができる。
【００３１】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、各電気部品に２４ボルト及び０．８アンペアより小さいものを使用するように設計することができる。２４ボルト及び０．８アンペアより小さいものを使用することにより、患者に対する安全性の懸念を最小限にすることができる。更に、一部の実施形態では、並列ロボット及び直列ロボットの両方は、無菌カーテン及びフレーム支持を可能にし、並列ロボット及び直列ロボットがオートクレーブ処理されるように設計することができる。
【００３２】
図３を参照すると、一部の実施形態では、眼科手術３００のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムは、遠隔ロボットマスター３０５及びスレーブ混成ロボット３２５を含む。一部の実施形態では、遠隔ロボットロボットマスター３０５は、コントローラ３１０及びユーザ制御式マスタースレーブインタフェース３１５（例えば、２つの力フィードバックジョイスティック）を含む。一部の実施形態では、コントローラ３１０は、機敏性最適化ツール、力フィードバックシステム、及び振動フィルタリングシステムの少なくとも１つを含む。
【００３３】
力フィードバックシステムは、ロボットアームによって及ぼされる力（例えば、眼内のカニューレ上の力）の量を医療専門家３２５に示すディスプレイ３２０を含むことができる。更に、力フィードバックシステムは、医療専門家がロボットアームに力を加えると、ユーザ制御式マスタースレーブインタフェース３１５に抵抗をもたらす段階を含むことができる。更に、ロボットアームの少なくとも１つは、手術中にアームにかかる力及びトルクの量を測定するための力センサ及びトルクセンサを含むことができる。例えば、ロボットアームの少なくとも１つは、力フィードバックのための６軸力センサを含むことができる。これらのセンサは、医療専門家に力フィードバックをもたらすために使用することができる。ロボットアームにかかる力は、患者を傷つけるのを防ぐために測定することができる。
【００３４】
振動減衰システムをロボットマスター３０５に含むことができる。例えば、振動減衰は、運動指令を送出する前に遠隔ロボットマスター側の外科医の震えをフィルタリングすることによって達成することができる。例えば、マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）の移動は、スレーブ混成ロボットのＰＩＤ（比例、積分、及び微分）コントローラに関する設定値としてコントローラによってフィルタリングし、かつ送出することができる。この例において、マスタージョイスティックの２つの傾斜角は、ｘ方向及びｙ方向の軸線方向並進運動に関連付けることができる。マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）の方向は、ｘ−ｙ平面内のスレーブの移動方向に関連付けることができるが、マスタースレーブインタフェース（例えば、ジョイスティック）の傾斜のマグニチュードは、ｘ−ｙ平面内のロボットスレーブの移動速度の大きさに関連付けることができる。別の実施形態では、ユーザは、直列ロボット内に含まれるチューブ（以下に説明する）に力を直接加えることにより、スレーブ混成ロボットを制御することができる。更に、直列ロボットは、ユーザが加える力を読み取って信号をコントローラ３１０に送出することができる６軸の力及びモーメントセンサを通して、並列ロボットに接続することができ、コントローラは、外科医の手の震えをフィルタリングしながらこれらの指令を運動指令に変換する。振動減衰のためのあらゆる適切な方法を遠隔ロボットマスター３０５に含むことができる。例えば、振動減衰のためのあらゆる適切な協働操作方法を使用することができる。
【００３５】
一部の実施形態では、機敏性最適化ツールは、ユーザの機敏性を増加するためのあらゆる機構を含むことができる。例えば、機敏性最適化ツールは、眼内に進入するための予め計画した経路を利用することができる。一部の実施形態では、機敏性最適化ツールは、予め計画した経路を使用することによって眼内へのチューブを送出する。
【００３６】
遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボットは、高速専用「イーサネット（登録商標）」接続を通じて通信することができる。遠隔ロボットマスターとスレーブ混成ロボットの間の適切と思われるあらゆる通信機構を使用することができる。更に、医療専門家及び遠隔ロボットマスターは、スレーブ混成ロボット及び患者とは大きく異なる位置に存在することができる。
【００３７】
図４Ａを参照すると、一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、直列ロボット４０５及び並列ロボット４１０を含むことができる。更に、一部の実施形態では、直列ロボット４０５は、プラットホーム４１５（例えば、並列ロボットプラットホーム）及び直列連接器４０７を接続するためのシリアルコネクタ４０６を含むことができる。並列ロボットプラットホーム及び直列連接器４０７を接続するために、あらゆる機械的接続を使用することができる。プラットホーム４１５は、基部４２５に取り付けられた脚部４２０に接続することができる。
【００３８】
図４Ｂを参照すると、シリアルコネクタ４０６を含む直列ロボット４０５を図式的に示している。シリアルコネクタは、それをより鮮明に見るために拡大することができる。図４Ｃを参照すると、シリアルコネクタ４０６の考えられる構成をより鮮明にみるために、コネクタの分解組立図がある。シリアルコネクタ４０６のあらゆる適切な構成を使用することができる。例えば、シリアルコネクタ４０６は、直列連接器４０７（図４Ａ）を並列ロボット４１０（図４Ａ）と接続することができる。図４Ｃを参照すると、プラットホーム４１５（例えば、並列ロボット移動プラットホーム）は、第１の電気モータ４３５及び第２の電気モータ４３７を支持することができる中空アーム４３０を支持することができる。第１の電気モータ４３５及び第２の電気モータ４３７は、バックラッシュ防止傘歯車４４５を作動させる第１のワイヤドライブと、バックラッシュ防止傘歯車４４７を作動させる第２のワイヤドライブとを通じて、第１のキャプスタン４４０及び第２のキャプスタン４４３を作動させることができ、これらのワイヤドライブは、第３の傘歯車４６５をその軸の周りで差動させ、かつ支持ブラケット４５５を傾斜させることができる。第１の電気モータ４３５及び第２の電気モータ４３７を差動的に駆動させて、ブラケット４５５の傾き及び高速クランプ４６０のカニューレ軸周りの回転を制御することができる。
【００３９】
更に、図４Ｃを参照すると、高速クランプ４６０の考えられる構成をより鮮明にみるために、高速クランプの分解組立図がある。シリアルコネクタ４０６に含まれる高速クランプ４６０は、クランプを通して挿入される器具を固定するために使用することができる。高速クランプ４６０のためのあらゆる適切な構成を使用することができる。例えば、高速クランプ４６０は、コレットハウジング４５０、連結ネジ４７０、及び可撓性コレット４７５を含むことができる。連結ネジ４７０は、コレットハウジング４５０を第３の傘歯車４５０に接続することができる。コレットハウジング４５０は、テーパ付き内腔を有することができ、可撓性コレット４７５がコレットハウジング４５０内の適合するネジ穴内に螺挿される時に、可撓性チップ（可撓性コレット４７５内に含まれている）は、テーパ付き内腔の軸に沿って軸線方向に駆動され、従って、可撓性コレット４７５の直径を低減することができる。これは、例えば、高速クランプ４６０を通して挿入される器具を固定するために行うことができる。器具を固定するための他のあらゆる適切な機構を使用することができる。
【００４０】
図５を参照すると、一部の実施形態では、直列ロボットは、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方を眼内に送出するための直列連接器４０７を含む。一部の実施形態では、例えば、直列ロボット連接器４０７は、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方の送出を制御するサーボモータ５１０及び高精度ボールネジ５１５を含む。高精度ボールネジ５１５に連結されたサーボモータ５１０は、チューブ５０５に対するカニューレ５２０の位置を制御するために使用することができるシステムに自由度を付加することができる。例えば、サーボモータ５１０は、回転する時にナット（図示せず）を軸線方向に駆動する中空リードネジ（図示せず）に連結することができる。更に、例えば、カニューレ５２０は、前記ナットに接続され、サーボモータ５１０がリードネジ（図示せず）を回転させる時、上／下に動くことができる。チューブ５０５及びカニューレ５２０の送出を制御するあらゆる適切な機構を使用することができる。更に、一部の実施形態では、チューブ５０５は、カニューレ５２０を収容する。
【００４１】
図６Ａ〜図６Ｂを参照すると、一部の実施形態では、カニューレ５２０は、チューブ５０５を通して眼内に送出することができる。図６Ａは、チューブ５０５内に収容されている間に直線状の姿勢になっているカニューレ５２０を図式的に示している。図６Ｂは、カニューレ５２０がチューブ５０５を出た（従って、カニューレはその予め曲げられた形状に戻った）時の曲がった姿勢のカニューレ５２０を図式的に示している。カニューレ５２０の予め曲げられた形状は、いずれかの形状記憶合金（例えば、ＮｉＴｉ）を使用して形状を決めることによって形成することができ、カニューレは、所定の温度（例えば、体温、室温など）において曲がった姿勢に戻る。更に、カニューレ５２０は、特定の予め曲げられた形状を有するように説明したが、適切と思われるあらゆる形状（例えば、ｓ形、曲線など）を使用することができる。チューブ５０５は、近接端６１０及び遠位端６１５を含むことができる。更に、カニューレ５２０は、チューブ５０５の遠位端６１５を出ることができる。一部の実施形態では、カニューレ５２０は、チューブ５０５を出る時に曲がる予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを含むことができる。チューブ５０５及びカニューレ５２０は、プラスチック（例えば、テフロン（登録商標）、ナイロンなど）、金属（例えば、ステンレス鋼、ＮｉＴｉなど）、又は他のあらゆる適切な材料のような異なる適切な材料から構成することができる。更に、一部の実施形態では、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方は、縦軸線６２０の周りに回転することができる。
【００４２】
一部の実施形態では、カニューレ５２０又はチューブ５０５は、薬剤送達、吸引、及び光供給の少なくとも１つのために、かつマイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフの少なくとも１つを送出するために使用することができる。例えば、眼球の遠隔ロボット顕微鏡手術中に、医療専門家は、チューブ５０５からカニューレ５２０を眼窩内まで延ばすことができる。眼窩内にある間は、医療専門家は、カニューレ５２０を通してマイクロナイフを送出し、網膜上の組織を除去することができる。
【００４３】
更に、一部の実施形態では、カニューレ５２０は、高精度の機敏な操作を提供するためのバックラッシュのない超弾性ＮｉＴｉカニューレを含むことができる。バックラッシュのない超弾性ＮｉＴｉカニューレを使用することは、カニューレの望ましくない移動（例えば、バックラッシュ）を除去することにより、眼窩内への送出の制御を増大させる。更に、チューブ５０５を出た時のカニューレ５２０の曲がりは、眼科手術の位置決め性能を増大させることができる。
【００４４】
一部の実施形態では、スレーブ混成ロボットは、眼球を操作するように設計することができる。例えば、一部の実施形態では、チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方は、眼球に力を加え、従って、眼球の位置を移動させる。一部の実施形態では、眼球を操作するために眼球内にカニューレ５２０による力を加えることができる。チューブ５０５及びカニューレ５２０の少なくとも一方による目に対する力は、チューブ及びカニューレの少なくとも一方の位置を制御する並列ロボットを移動させることにより発生させることができる。
【００４５】
図７を参照すると、並列ロボットは、複数の独立作動式脚部７０５を含むことができる。独立作動式脚部の長さを変化させると、プラットホーム４１５の位置及び方向が変化する。脚部７０５は、ユニバーサルジョイント７１０、高精度ボールネジ７１５、バックラッシュ防止歯車対７２０、及び玉継手７２５を含むことができる。並列ロボットは、あらゆる数の脚部７０５を含むことができる。例えば、並列ロボットは、３つから６つの脚部を含むことができる。
【００４６】
一部の実施形態では、統一運動学モデルは、スレーブ混成ロボットの２つのロボットアームの関節速度（例えば、並列ロボット及び直列ロボットの移動中の部品が並進運動及び回転を行う速度）と、眼球及び眼球内の手術ツールの捩れの間の関係とを説明する。捩れは、直線速度及び角速度の６次元ベクトルに関連しており、直線速度が角速度の前に置かれることは理解されるであろう。捩れは、以下に示すように（図９の９２０）、エンドエフェクタの移動を示すことが必要である可能性がある。更に、この定義は、角速度が直線速度の前に置かれる（そのベクトル表記において）標準的な命名法とは異なる可能性がある。
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
一部の実施形態では、システムの運動学的モデル化は、眼球内の切り込み点による運動学的制約及び眼球の限られた自由度を含む。以下では、眼球を伴う２つのアームを有するロボットの運動学を説明しながら、網膜上の目標点に対する直列ロボットエンドエフェクタの相対的運動学を説明する。
【００５１】
【００５２】
混成ロボット内の最終的な直列フレーム｛Ｇ｝まで続けると、直線速度及び角速度は、次式のように書くことができる。
【００５３】
【００５４】
ロボットエンドエフェクタのフレーム｛Ｇi｝の運動学を表現するために、ｉ番目の混成ロボットシステムの関節パラメータの関数として、以上に展開した直列関係を組み合わせることができる。フレーム｛Ｇi｝の捩れと｛Ｎi｝の捩れの間の関係で開始して、その中に｛Ｎi｝と｛Ｑi｝の間の関係を挿入し、次式を得る。
【００５５】
【００５６】
｛Ｑi｝と｛Ｐi｝の間の関係及びＳｔｅｗａｒｔのヤコビアン方程式（１）の逆行列を挿入し、項を凝集させることにより、ｉ番目の混成ロボットに関する最終的なヤコビアンを以下のように得る。
【００５７】
【００５８】
エンドエフェクタの眼球に対する運動学もモデル化することができる。例えば、別々に特徴付けられた眼球及びｉ番目の混成ロボットシステムの運動学により、眼球及びｉ番目の混成ロボットの運動学的構造を定めるために定式化を組み合わせることができる。この関係は、眼球及び望ましい眼球の角速度に対するエンドエフェクタの望ましい速度に基づいて、ロボット関節パラメータの表現を可能にすることができる。この関係を得るために、網膜表面上の任意の目標点ｔiを選択することができる。眼球の角速度は、点ｔiにおける速度を与える。
【００５９】
【００６０】
方程式（１３）及び方程式（１５）を方程式（１６）に挿入することにより、ロボット関節速度及び望ましい眼球速度の関数としてエンドエフェクタの直線速度を得る。
【００６１】
【００６２】
更に、線形方程式（１７）及び角方程式（１９）の速度を組み合わせることにより、点ｔiに対するエンドエフェクタの捩れを得る。
【００６３】
【００６４】
ロボットシステムは、挿入点を裂くことによって組織を傷付けることなく眼球を制御するために混成ロボットが協調的に動く（例えば、実質的に一緒に動く）ように制約することができる。この運動は、各挿入アームが挿入点においては眼球表面に等しい速度でのみ動き、挿入針に沿ってはあらゆる速度で動くことを可能にすることにより達成することができる。この組み合わせた運動は、組織を損傷することなく挿入針を挿入点に制約する。
【００６５】
【００６６】
方程式（２８）及び方程式（２９）を方程式（２４）及び方程式（２５）に代入すると、眼球−ロボットシステムの剛体運動に関して与えられる最終的な制約方程式を以下のように得る。
【００６７】
【００６８】
これらの制約を指標１及び２に関して混成システムの捩れと組み合わせると、混成ロボット関節パラメータを望ましいエンドエフェクタ捩れ及び望ましい眼球速度に関連付ける総合的な眼球−ロボットシステムの望ましい表現を以下のように得る。
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
一部の実施形態では、システムの運動学的モデル化は、中空器官上の切り込み点の運動学的制約を含むことができる。以下に、器官を伴う３つのアームを有するロボットの運動学を説明し、器官上の目標点に対する直列ロボット（例えば、眼球内機敏性ロボット）エンドエフェクタの相対的運動学を説明する。
【００７３】
【００７４】
一部の実施形態では、モデル化は、器官の弾性及び周辺の組織を考慮することによって達成することができる。更に、一部の実施形態では、以下の分析は、器官弾性を含んでいない。更に、６次元捩れベクトルは、以下のパラメータ化を使用して器官の運動を説明するのに使用することができる。
【００７５】
【００７６】
一部の実施形態では、直列ロボット（例えば、眼球内機敏性ロボット）エンドエフェクタの器官に対する運動学をモデル化することができる。更に、一部の実施形態では、このモデルは、エンドエフェクタの器官に対する望ましい速度及び器官自体の望ましい速度を表現することができ、器官の内面上の任意の目標点ｔiを選択することができる。エンドエフェクタフレームの目標点に対する直線速度及び角速度は、次のように書くことができる。
【００７７】
【００７８】
更に、方程式３６及び方程式３７を組み合わせることにより、点ｔiに対するエンドエフェクタの捩れを以下のように得る。
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【００８２】
ロボットヤコビ行列の特性を分析することにより、ロボットの静力学的性能を評価することができる。更に、ヤコビアンの特異値を計算する時、ヤコビアンの正規化が必要である可能性がある。これらの特異値は、ヤコビアンの個々のセルの単位に依存する可能性がある。ヤコビアンの単位の不均一性は、エンドエフェクタ捩れの単位の不均一性及び結合空間における単位の不均一性（例えば、直線又は角度のように全ての結合が同じタイプのものであるわけではない場合など）から生じる可能性がある。ヤコビ行列の正規化には、正規化のためにヤコビアンを乗算することにより、結合及びタスク空間変数の範囲に対応するスケーリング行列が必要である。更に、長さの単位を有するヤコビアンの部分を正規化するために特性長さを使用し、正規化されたヤコビアンの最小特異値と最大特異値の比として定められる運動学的調節指数を使用して性能を評価することができる。更に、ヤコビアンスケーリング行列は、変換後の捩れの単位を均一化すると考えられるエンドエフェクタ捩れの物理学的に意味のある変換を使用することによって見つけることができる。設計者は、ヤコビアンの調節指数の計算の前にヤコビアンのスケーリング／正規化係数を判断する必要がある可能性がある。使用される方法論は、各ロボットアームの直列部分及び並列部分における個々の特性長さの使用に依存する。
【００８３】
【００８４】
【００８５】
【００８６】
一部の実施形態では、器官内操作及び器官の固定化、制約された器官内移動を伴った器官操作（例えば、眼球内の目標点に対する眼球内の装置の相対位置を維持した状態での眼球の操作）、制約のない器官内移動を伴った器官操作（例えば、眼球内の装置と眼球の間の相対運動に無関係の眼球操作）、並びに器官操作と器官内手術の同時進行の少なくとも４つの手術モードを手術のためのロボットシステムによって実施することができる。
【００８７】
更に、上述の４つのモードの各々は、機敏性評価を与えるために使用することができる。例えば、器官固定化を伴った器官内手術は、眼球内機敏性、つまり、このシステムがその２つのアームの一方によって眼球内で特定の手術作業をいかに良く実施できたかの程度を分析するために使用することができる。更に、例えば、制約された器官内移動を伴った器官操作は、軌道上の機敏性、つまり、２つのアームが切り込み点における運動学的制約を順守して網膜に対するグリッパのゼロの速度を維持しながら眼球の回転位置をいかに良く大きく操作できたかの程度を評価するために使用することができる。更に、例えば、制約のない器官内移動を伴った器官操作は、網膜に対するグリッパのゼロの速度の制約がない状態での軌道上の機敏性を評価するために使用することができる。更に、例えば、器官操作と器官内手術の同時進行は、眼球の回転と眼球内手術作業とを同時に行いながら、眼球内及び軌道上の機敏性を評価するために使用することができる。
【００８８】
【００８９】
器官固定化を伴った器官内手術に対しては、２つのモジュール構成を考慮することができる。第１の構成において、ロボットアームは、遠位機敏性がない標準的眼科のための器具（例えば、それ自体の縦軸線の周りに回転することができる直線状カニューレ）を使用することができる。これは、７自由度ロボットアームをもたらす。７自由度ロボットアームに関するヤコビ行列は、方程式５６及び方程式５７において
とすることができる。第２の構成において、ロボットアームは直列ロボットを使用し、従って、運動学モデルを方程式３４によって表すことができる。眼球内機敏性評価は、これらの両構成（例えば、直列ロボットを含むか含まないか）におけるシステムの性能を比較するために使用することができる。
【００９０】
【００９１】
制約された器官内移動を伴った器官操作は、眼球を回転させるために両アームを同時に使用する時の軌道機敏性を評価するために使用することができる。この評価は、医療専門家が網膜の周辺領域の視界を得るために顕微鏡の下で眼球を回転させる必要性を扱うように計画することができる。
【００９２】
２つのアームは、網膜上のターゲット点に近づくために予め判断することができる。ロボットエンドエフェクタのターゲット点に対する相対位置及び方向は、一定に保たれる。網膜上のターゲット点は、眼球及び所属する座標系｛Ｅ｝において定められた
になるように選択することができる。フレーム｛Ｅ｝は、器官座標系｛Ｏ｝と同様に定めることができ、｛Ｗ｝に対する眼球の相対回転を表すことができる。それにより、ターゲット点は、操作の間に眼球と共に回転することができるようになる。
【００９３】
導出の精度を検証するために、１０°／ｓｅｃのｙ軸の周りの眼球の望ましい回転速度を指定することができ、入力関節作動速度は、ヤコビ行列の逆行列によって計算することができる。エンドエフェクタをターゲット点に固定することによって眼球を回転させるために、２つの直列ロボット（例えば、眼球内機敏性ロボット）及び眼球は、その間の相対運動を可能にしない剛体を形成する。直列ロボット関節の速度は、ゼロであるように予想することができる。
【００９４】
【００９５】
器官操作と器官内手術の同時進行において、両アームは、眼球を操作するために連動する。更に、一方のアームはまた、眼球内で指定された経路に沿って作動する。この組合せ運動を利用するロボットの全体的な機敏性を評価することができる。眼球がｙ軸の周りに１０°だけ回転することができると仮定すると、ロボットシステムの一方のアームは、独立して網膜を走査することができ、これは、このアームと眼球の間に指定された相対運動が存在することができることを意味していることは理解されるであろう。ポート
を通して挿入されたアームが、眼球に対する適切な位置及び方向に固定されたままであると仮定すると、ポート
を通して挿入されたアームは、上述のアームと連動して、眼球をｙ軸の周りに１０°回転させることができるが、このアームはまた、許容域円θ＝５π／６に沿って６０°だけ網膜を走査する。
【００９６】
直線速度及び角速度を並列ロボットプラットホーム中心からフレーム｛Ｑi｝に変換することにより、次式に帰結する。
【００９７】
【００９８】
【００９９】
【０１００】
【０１０１】
以上に呈示した考えの他の実施形態、拡張、及び変更も含まれており、本発明の開示を精査すると当業者の理解の範囲内にあるはずである。従って、開示した内容のその様々な態様における範囲は、上述の実施例によって限定されるべきではない。開示した内容の個々の態様及び開示した内容の全体は、本発明の開示の範囲内でそのような設計変更及び将来の発展を考慮するように見なされるべきである。開示した内容は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１ 初期設定
１０２ 器官進入
１０４ 器官内手術
１０５ 器官操作
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムであって、
遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボット、
を含み、
前記遠隔ロボットマスターは、少なくとも２つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを有し、
前記スレーブ混成ロボットは、患者の頭部に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを有し、
前記少なくとも２つのロボットアームの各々は、並列ロボットに連結された直列ロボットを有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記並列ロボットは、６自由度を有し、前記直列ロボットは、２自由度を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記直列ロボットは、その縦軸線の周りの１回転自由度、及びエンドエフェクタを曲げる１自由度を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記エンドエフェクタは、カニューレ及びチューブを含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記カニューレは、前記チューブの外側で移動する時に１自由度で曲がるＮｉＴｉカニューレであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記カニューレは、眼球の内側の操作をもたらすためのバックラッシュのない超弾性ＮｉＴｉカニューレであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＮｉＴｉカニューレは、薬剤送達と、吸引と、光供給と、マイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフのうちの少なくとも１つの送出とのうちの少なくとも１つのための構造的設計を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記直列ロボットは、前記ロボットアームの各々が実質的に一緒に移動しながら、眼球を操作して固定化することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記スレーブ混成ロボットは、ツール交換、眼球の内側の制御可能な視覚化、制御可能な光源、薬剤送達、及び吸引のうちの少なくとも１つを有する構造的構成を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
眼球内機敏性、眼球の内側の双アーム機敏操作、力のフィードバック、制御可能な照明、吸引及び薬剤送達、並びに眼球の固定化及び操作のうちの少なくとも１つのための構造を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フレームは、係止バイトプレート及び冠状ストラップの少なくとも一方に取外し可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記直列ロボットは、前記並列ロボットに取外し可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも２つのロボットアームは、眼球の固定化及び操作のうちの少なくとも一方を行うように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも２つのロボットアームは、システムの初期設定の位置に調節するための調節可能な構造を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムであって、
フレーム、
第１のロボットアーム、
第２のロボットアーム、及び
遠隔ロボットマスター、
を含み、
前記フレームは、手術される対象物に取外し可能に取り付けることができ、
前記第１のロボットアーム及び第２のロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを含み、
前記遠隔ロボットマスターは、マスタースレーブユーザ制御式インタフェースを含み、
前記直列ロボットは、チューブ及びカニューレを含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記チューブ及びカニューレの少なくとも一方は、眼球の固定化、位置決め、及び操作のうちの少なくとも１つを行うために眼球に力を加えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記カニューレは、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを含み、該カニューレは、チューブから延びていることを特徴とする請求項１６に記載のチューブ。
【請求項１８】
薬剤送達と、吸引と、光供給と、マイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフのうちの少なくとも１つの送出とのうちの少なくとも１つに対して設計されていることを特徴とする請求項１７に記載のカニューレ。
【請求項１９】
前記チューブ及び前記予め曲げられたＮｉＴｉカニューレのうちの少なくとも一方は、それらの縦軸線の周りに回転することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムであって、
遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボット、
を含み、
前記遠隔ロボットマスターは、少なくとも１つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを含み、
前記スレーブ混成ロボットは、患者に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも１つのロボットアームを含み、
前記少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記並列ロボットは、６自由度を有するロボットを含み、前記直列ロボットは、２自由度を有するロボットを含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
チューブと、該チューブの外側で移動する時に１自由度で曲がるＮｉＴｉカニューレとを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の直列ロボット。
【請求項２３】
前記チューブ及びカニューレの少なくとも一方は、それらの縦軸線の周りに回転することを特徴とする請求項２２に記載の直列ロボット。
【請求項２４】
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのスレーブ混成ロボットであって、
患者に取外し可能に取り付けることができ、かつ少なくとも１つのロボットアームが取外し可能に取り付けられたフレーム、
を含み、
前記少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを含み、
前記直列ロボットは、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを送出するためのチューブを含み、
前記チューブ及び前記予め曲げられたＮｉＴｉカニューレのうちの少なくとも一方は、それらの縦軸線の周りに回転することができ、
前記予め曲げられたＮｉＴｉカニューレは、前記チューブから延ばされる時に曲がる、
ことを特徴とするスレーブ混成ロボット。
【請求項１】
眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムであって、
遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボット、
を含み、
前記遠隔ロボットマスターは、少なくとも２つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを有し、
前記スレーブ混成ロボットは、患者の頭部に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも２つのロボットアームを有し、
前記少なくとも２つのロボットアームの各々は、並列ロボットに連結された直列ロボットを有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記並列ロボットは、６自由度を有し、前記直列ロボットは、２自由度を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記直列ロボットは、その縦軸線の周りの１回転自由度、及びエンドエフェクタを曲げる１自由度を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記エンドエフェクタは、カニューレ及びチューブを含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記カニューレは、前記チューブの外側で移動する時に１自由度で曲がるＮｉＴｉカニューレであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記カニューレは、眼球の内側の操作をもたらすためのバックラッシュのない超弾性ＮｉＴｉカニューレであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＮｉＴｉカニューレは、薬剤送達と、吸引と、光供給と、マイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフのうちの少なくとも１つの送出とのうちの少なくとも１つのための構造的設計を有することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記直列ロボットは、前記ロボットアームの各々が実質的に一緒に移動しながら、眼球を操作して固定化することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記スレーブ混成ロボットは、ツール交換、眼球の内側の制御可能な視覚化、制御可能な光源、薬剤送達、及び吸引のうちの少なくとも１つを有する構造的構成を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
眼球内機敏性、眼球の内側の双アーム機敏操作、力のフィードバック、制御可能な照明、吸引及び薬剤送達、並びに眼球の固定化及び操作のうちの少なくとも１つのための構造を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フレームは、係止バイトプレート及び冠状ストラップの少なくとも一方に取外し可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記直列ロボットは、前記並列ロボットに取外し可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも２つのロボットアームは、眼球の固定化及び操作のうちの少なくとも一方を行うように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも２つのロボットアームは、システムの初期設定の位置に調節するための調節可能な構造を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
眼科手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムであって、
フレーム、
第１のロボットアーム、
第２のロボットアーム、及び
遠隔ロボットマスター、
を含み、
前記フレームは、手術される対象物に取外し可能に取り付けることができ、
前記第１のロボットアーム及び第２のロボットアームの各々は、並列ロボット及び直列ロボットを含み、
前記遠隔ロボットマスターは、マスタースレーブユーザ制御式インタフェースを含み、
前記直列ロボットは、チューブ及びカニューレを含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記チューブ及びカニューレの少なくとも一方は、眼球の固定化、位置決め、及び操作のうちの少なくとも１つを行うために眼球に力を加えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記カニューレは、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを含み、該カニューレは、チューブから延びていることを特徴とする請求項１６に記載のチューブ。
【請求項１８】
薬剤送達と、吸引と、光供給と、マイクログリッパ、ピック、及びマイクロナイフのうちの少なくとも１つの送出とのうちの少なくとも１つに対して設計されていることを特徴とする請求項１７に記載のカニューレ。
【請求項１９】
前記チューブ及び前記予め曲げられたＮｉＴｉカニューレのうちの少なくとも一方は、それらの縦軸線の周りに回転することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のための遠隔ロボット顕微鏡手術システムであって、
遠隔ロボットマスター及びスレーブ混成ロボット、
を含み、
前記遠隔ロボットマスターは、少なくとも１つのユーザ制御式マスタースレーブインタフェースを含み、
前記スレーブ混成ロボットは、患者に取外し可能に取付け可能なフレームに取り付けられた少なくとも１つのロボットアームを含み、
前記少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記並列ロボットは、６自由度を有するロボットを含み、前記直列ロボットは、２自由度を有するロボットを含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
チューブと、該チューブの外側で移動する時に１自由度で曲がるＮｉＴｉカニューレとを更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の直列ロボット。
【請求項２３】
前記チューブ及びカニューレの少なくとも一方は、それらの縦軸線の周りに回転することを特徴とする請求項２２に記載の直列ロボット。
【請求項２４】
中空の解剖学的に懸吊された器官の手術のためのスレーブ混成ロボットであって、
患者に取外し可能に取り付けることができ、かつ少なくとも１つのロボットアームが取外し可能に取り付けられたフレーム、
を含み、
前記少なくとも１つのロボットアームは、並列ロボット及び直列ロボットを含み、
前記直列ロボットは、予め曲げられたＮｉＴｉカニューレを送出するためのチューブを含み、
前記チューブ及び前記予め曲げられたＮｉＴｉカニューレのうちの少なくとも一方は、それらの縦軸線の周りに回転することができ、
前記予め曲げられたＮｉＴｉカニューレは、前記チューブから延ばされる時に曲がる、
ことを特徴とするスレーブ混成ロボット。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５０４１５１（Ｐ２０１０−５０４１５１Ａ）
【公表日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２９２２０（Ｐ２００９−５２９２２０）
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２０２８１
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３６３０４
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（５０６１１８５２６）ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク (25)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２０２８１
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０３６３０４
【国際公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（５０６１１８５２６）ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク (25)
【Ｆターム（参考）】
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