JP7241061B2 - 装置の安全な操作のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、2017年7月31日に出願された米国仮出願第62/539,368号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、入力制御コンソールを使用して、ステアリング可能な細長い医療装置（steerable elongate medical device）などの装置を安全に操作するためのシステムおよび方法に関する。

低侵襲医療技術は、医療処置中に損傷を受ける組織の量を減らし、それによって患者の回復時間、不快感、有害な副作用を減らすことを意図している。このような低侵襲技術は、患者の解剖学的構造における自然開口部を通して、または１つまたは複数の手術切開部を通して実行されることがある。これらの自然開口部または切開部を通って、臨床医は、標的組織位置に到達するために、低侵襲医療器具（手術用器具、診断用器具、治療用器具、または生検用器具を含む）を挿入することができる。１つのそのような低侵襲技術は、解剖学的通路に挿入され、患者の解剖学的構造内の関心領域に向かってナビゲートすることができる、カテーテルなどの可撓性および／またはステアリング可能な細長い装置を使用することである。医療従事者によるそのような細長い装置の制御は、少なくとも、細長い装置の挿入および後退（retraction）の管理、ならびにマスタアセンブリを用いた遠隔操作方法での装置のステアリング（steering）を含む、いくつかの自由度の管理を含むことができる。加えて、異なる動作のモードもまたサポートされることがある。

患者の体内の可撓性および／またはステアリング可能な細長い装置などの医療装置の動作は、マスタアセンブリが不注意にまたは偶発的に作動されるときにマスタアセンブリを使用するとき患者にリスクを与える。

従って、装置の動作を指令するときに、患者の組織などの対象の材料に対する望ましくない損傷を制限するのを助けるシステムおよび方法を提供することが有利であろう。

本発明の実施形態は、明細書に続く特許請求の範囲によって最もよく要約される。

いくつかの実施形態と一致して、装置の制御システムは、メモリと、メモリに結合されたプロセッサとを含む。プロセッサは、１つまたは複数のセンサを使用して、システムに結合された入力制御コンソールの第１の入力制御部とのオペレータの接触を決定するように構成され得る。また、プロセッサは、第１の入力制御部において装置の指令された動作を表す入力を受信し、オペレータが第１の入力制御部と接触していることをプロセッサが決定するときに指令された動作を実行し、オペレータが第１の入力制御部と接触していないことをプロセッサが決定するときに指令された動作に影響を与える（affect）ように構成され得る。

いくつかの実施形態と一致して、装置を作動させる方法は、１つまたは複数のセンサを使用する制御ユニットによって、オペレータが入力制御コンソールの第１の入力制御部と接触しているかどうかを決定するステップを含む。また、この方法は、第１の入力制御部において装置の指令された動作を表す入力を受信するステップを含む。この方法はまた、オペレータが第１の入力制御部と接触していると制御ユニットが判断するときに指令された動作を実行するステップ、およびオペレータが第１の入力制御部と接触していないと制御ユニットが判断するときに指令された動作に影響を与えるステップを含む。

いくつかの実施形態と一致して、非一時的機械可読媒体は、装置に関連付けられた１つまたは複数のプロセッサによって実行されるときに、１つまたは複数のプロセッサに方法を実行させるように構成された複数の機械可読命令を含む。この方法は、１つまたは複数のセンサを使用する制御ユニットによって、オペレータが入力制御コンソールの第１の入力制御部と接触しているかどうかを決定することを含む。また、この方法は、第１の入力制御部において装置の指令された動作を表す入力を受信することを含む。また、この方法は、オペレータが第１の入力制御部と接触しているとプロセッサが決定したときに指令された動作を実行し、オペレータが第１の入力制御部と接触していないと決定したときに指令された動作に影響を与えることを含む。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、本質的に例示的かつ説明的なものであり、本開示の範囲を限定することなく、本開示の理解を提供することが意図されていることが理解されるべきである。この点に関して、本開示のさらなる態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかであろう。

いくつかの実施形態による遠隔操作医療システムの簡略図である。 いくつかの実施形態に係る医療器具システムの簡略図である。 いくつかの実施形態に従った、延ばされた医療ツールを備えた医療器具の簡略図である。 いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面視の簡略図である。 いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面視の簡略図である。 いくつかの実施形態による入力制御コンソールの簡略斜視図である。 いくつかの実施形態による入力制御コンソールの簡略斜視図である。 いくつかの実施形態による制御システムの簡略図である。 いくつかの実施形態による、安全機能の支配下にある被制御装置を作動する方法の簡略図である。

本開示の実施形態およびそれらの利点は、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。同様の参照番号は、１つまたは複数の図面に示されている同様の要素を識別するために使用され、その中の表示は、本開示の実施形態を説明するためのものであり、それを限定するためのものではないことが理解されるべきである。

以下の説明では、本開示と一致するいくつかの実施形態を記載する特定の詳細が記載される。実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかし、いくつかの実施形態が、これらの特定の詳細の一部または全部なしに実施され得ることは、当業者には明らかであろう。本明細書に開示される特定の実施形態は、例示的であるが、限定するものではないことを意味する。当業者は、本明細書に具体的に記載されていないが、本開示の範囲および精神内にある他の要素を認識することができる。さらに、不必要な繰り返しを避けるために、１つの実施形態に関連して示され説明された１つまたは複数の特徴は、他に特に説明されないかまたは１つもしくは複数の特徴が実施形態を非機能的にする場合を除いて、他の実施形態に組み込むことができる。

いくつかの例では、良く知られた方法、手順、構成要素、および回路は、実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないように詳細には説明されていない。

この開示は、三次元空間におけるそれらの状態に関して、種々の器具及び器具の部分を記載する。本明細書で使用する場合、用語「位置」は、三次元空間内の物体または物体の一部の場所を指す（例えば、デカルト座標ｘ、ｙ、およびｚ座標に沿った並進３自由度）。本明細書で使用される場合、用語「向き（orientation）」は、物体または物体の一部の回転配置（回転３自由度‐例えば、ロール、ピッチ、およびヨー）を指す。本明細書で使用される場合、用語「姿勢（pose）」は、少なくとも１つの並進自由度における物体または物体の一部の位置および少なくとも１つの回転自由度における物体または物体の一部の向きを指す（最大６つのトータルの自由度）。本明細書で使用される場合、「形状（shape）」という用語は、物体に沿って測定された姿勢、位置、または向きのセットを指す。

図１は、いくつかの実施形態による遠隔操作医療システム１００の簡略図である。いくつかの実施形態では、遠隔操作医療システム１００は、例えば、手術、診断、治療、または生検処置における使用に適し得る。図１に示すように、医療システム１００は、概して、患者Ｐに種々の処置を行う医療器具１０４を操作するマニピュレータアセンブリ１０２を含む。マニピュレータアセンブリ１０２は、手術台Ｔにまたはその近傍に取り付けられている。マスタアセンブリ１０６が、オペレータＯ（例えば、外科医、臨床医、医師、および／または他のヘルスケアプロバイダ）が介入部位を観察し、マニピュレータアセンブリ１０２を制御することを可能にする。

マスタアセンブリ１０６は、患者Ｐが位置する手術台の側部など、通常は手術台Ｔと同じ部屋に位置する医師のコンソールに配置され得る。しかし、オペレータＯは、患者Ｐとは異なる部屋または全く異なる建物に位置することができることが理解されるべきである。マスタアセンブリ１０６は、概して、マニピュレータアセンブリ１０２を制御するための１つまたは複数の制御装置を含む。制御装置は、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガーガン、手で操作するコントローラ、音声認識装置、身体運動または存在センサなど、任意の数の種々の入力装置を含み得る。オペレータＯに器具１０４を直接制御している強い感覚を提供するために、制御装置は、関連付けられる医療器具１０４と同じ自由度を備え得る。この方法では、制御装置は、テレプレゼンス又は制御装置が医療器具１０４と一体的であるという認識をオペレータＯに与える。

いくつかの実施形態では、制御装置は、関連付けられる医療器具１０４よりも多いまたは少ない自由度を有してもよいが、依然として、オペレータＯにテレプレゼンスを提供する。いくつかの実施形態では、制御装置は、オプションで、６自由度で動作する手動入力装置であってもよく、これはまた、器具を作動させるための（例えば、把持ジョー部を閉じるための、電極に電位を印加するための、薬物治療を提供するための、および／または同様のものを行うための）作動可能なハンドルを含み得る。

マニピュレータアセンブリ１０２は、医療器具１０４を支持し、１つまたは複数の非サーボ制御リンク（例えば、手動で配置され、所定位置にロックされ得る１つまたは複数のリンク、一般に、セットアップ構造と称される）およびマニピュレータの運動学的構造を含み得る。マニピュレータアセンブリ１０２は、制御システム（例えば、制御システム１１２）からのコマンドに応答して医療器具１０４への入力を駆動する複数のアクチュエータまたはモータをオプションで含み得る。アクチュエータは、オプションで、医療器具１０４に結合されたときに、医療器具１０４を自然のまたは外科的に形成された解剖学的開口部に前進させることができる駆動システムを含み得る。他の駆動システムは、医療器具１０４の遠位端部を複数の自由度で動かすことができ、これは、３自由度の直線運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸に沿った直線運動）および３自由度の回転運動（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚデカルト軸周りの回転）を含み得る。加えて、アクチュエータを使用して、生検装置等のジョー部において組織を把持するための医療器具１０４の関節動作可能な（articulable）エンドエフェクタを作動させることができる。レゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、および他の機構などのアクチュエータ位置センサは、モータシャフトの回転および向きを記述するセンサデータを医療システム１００に提供し得る。この位置センサデータは、アクチュエータによって操作される物体の運動を決定するために使用され得る。

遠隔操作医療システム１００はまた、制御システム１１２を含み得る。制御システム１１２は、少なくとも１つのメモリと、医療器具１０４、マスタアセンブリ１０６、センサシステム１０８、および表示システム１１０間の制御を行うための少なくとも１つのコンピュータプロセッサ（図示せず）とを含む。制御システム１１２はまた、表示システム１１０に情報を提供するための命令を含む、本明細書に開示された態様に従って説明される方法のいくつかまたは全てを実施するためのプログラムされた命令（例えば、命令を記憶する非一時的機械可読媒体）を含む。制御システム１１２は、図１の簡略化された概略図において単一ブロックとして示されているが、システムは、２つ以上のデータ処理回路を含むことができ、処理の１つの部分は、オプションで、マニピュレータアセンブリ１０２上でまたはそれに隣接して実行され、処理の別の部分は、マスタアセンブリ１０６で実行される、などである。制御システム１１２のプロセッサは、本明細書に開示され、以下により詳細に説明されるプロセスに対応する命令を含む命令を実行し得る。広範な種類の集中型または分散型データ処理アーキテクチャのいずれかが使用され得る。同様に、プログラムされた命令は、いくつかの別個のプログラムまたはサブルーチンとして実装され得る、または、それらは、本明細書に記載される遠隔操作システムのいくつかの他の態様に統合され得る。一実施形態では、制御システム１１２は、Bluetooth(登録商標)、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT、および無線テレメトリなどの無線通信プロトコルをサポートする。

いくつかの実施形態では、制御システム１１２は、医療器具１０４から力および／またはトルクのフィードバックを受け得る。フィードバックに応答して、制御システム１１２は、マスタアセンブリ１０６に信号を送信し得る。いくつかの例では、制御システム１１２は、マニピュレータアセンブリ１０２の１つまたは複数のアクチュエータに医療器具１０４を動かすように指示する信号を送信し得る。医療器具１０４は、患者Ｐの体の開口部を経由して、患者Ｐの体内の内部手術部位内に延び得る。任意の適切な従来のおよび／または専用のアクチュエータが使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数のアクチュエータは、マニピュレータアセンブリ１０２から分離され得る、またはマニピュレータアセンブリ１０２と一体化され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアクチュエータおよびマニピュレータアセンブリ１０２は、患者Ｐおよび手術台Ｔに隣接して位置決めされた遠隔操作カートの一部として提供される。

いくつかの実施形態では、遠隔操作医療システム１００は、１つより多いマニピュレータアセンブリおよび／または１つより多いマスタアセンブリを含み得る。マニピュレータアセンブリの正確な数は、とりわけ、手術処置および手術室内の空間的制約に依存する。マスタアセンブリ１０６は、併置され（collocated）得る、または別の場所に位置し得る。複数のマスタアセンブリは、１人より多いオペレータが１つまたは複数のマニピュレータアセンブリを種々の組み合わせで制御することを可能にする。
図２Ａは、いくつかの実施形態による医療器具システム２００の簡略図である。医療器具システム２００は、駆動ユニット２０４に結合された可撓性カテーテルなどの細長い装置２０２を含む。細長い装置２０２は、近位端部２１７および遠位端部または先端部分２１８を有する可撓性ボディ２１６を含む。可撓性のボディ２１６は、医療器具２２６を受け入れるようにサイズ決めされ且つ成形されたチャネル２２１を含む。
図２Ｂは、いくつかの実施形態に従って延ばされた医療器具２２６を備えた可撓性ボディ２１６の簡略図である。いくつかの実施形態では、医療器具２２６は、手術、生検、アブレーション、照明、洗浄、または吸引などの処置に使用され得る。医療器具２２６は、可撓性ボディ２１６のチャネル２２１を通って展開され、解剖学的構造内のターゲット位置で使用されることができる。医療器具２２６は、例えば、画像キャプチャプローブ、生検器具、レーザアブレーションファイバ、および／または他の手術、診断、または治療的ツールを含み得る。医療ツールは、メス、ブラント（blunt）ブレード、光ファイバ、電極などのような単一の作業部材を有するエンドエフェクタを含み得る。他のエンドエフェクタは、例えば、鉗子、把持器、はさみ、クリップアプライヤなどを含み得る。他のエンドエフェクタは、電気手術用電極、トランスデューサ、センサなどのような電気的に活性化されるエンドエフェクタをさらに含み得る。様々な実施形態では、医療器具２２６は、生検器具であり、これは、ターゲットの解剖学的位置から細胞をサンプリングするまたはサンプル組織を除去するために使用され得る。医療器具２２６は、処置を行うためにチャネル２２１の開口部から前進され、処置が完了したときにチャネル内に後退され得る。医療器具２２６は、可撓性ボディ２１６の近位端部２１７から、または可撓性ボディ２１６に沿った別のオプションの器具ポート（図示せず）から取り外され得る。

医療器具２２６は、近位端部と遠位端部との間に延びて医療器具２２６の遠位端部を制御可能に曲げるケーブル、リンケージ、または他の作動制御装置（図示せず）をさらに収容し得る。ステアリング可能な器具は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第7,316,681号（“Articulated
Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced
Dexterity and Sensitivity”を開示）および米国特許第9,259,274号（“Passive Preload and
Capstan Drive for Surgical Instruments”を開示）に詳細に記載されている。

可撓性ボディ２１６はまた、例えば、遠位端部２１８の破線描写２１９によって示されるように、遠位端部２１８を制御可能に曲げるために、駆動ユニット２０４と遠位端部２１８との間に延在するケーブル、リンク、または他のステアリング制御部（steering controls）（図示せず）を収容し得る。いくつかの例では、少なくとも４つのケーブルが、遠位端部２１８のピッチを制御するための独立した「上下」ステアリングと、遠位端部２１８のヨーを制御するための「左右」ステアリングとを提供するために使用される。ステアリング可能な細長い装置は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第9,452,276号（“Catheter with Removable Vision Probe”を開示）に詳細に記載されている。医療器具システム２００が遠隔操作アセンブリによって作動される実施形態では、駆動ユニット２０４は、遠隔操作アセンブリのアクチュエータなどの駆動要素に取り外し可能に結合し、その駆動要素から電力を受け取る駆動入力部を含み得る。いくつかの実施形態では、医療器具システム２００は、把持機構、手動アクチュエータ、または医療器具システム２００の動作を手動で制御するための他の構成要素を含み得る。細長い装置２０２は、ステアリング可能であり得る、または、代替的には、システムは、遠位端部２１８の曲げのオペレータ制御のための一体化された機構を備えずにステアリング不能であり得る。いくつかの例では、医療器具が展開され、ターゲット手術位置で使用され得る１つまたは複数の管腔が、可撓性ボディ２１６の壁内に画定される。

いくつかの例では、医療器具システム２００は、図１の医療システム１００内で遠隔操作され得る。いくつかの実施形態では、図１のマニピュレータアセンブリ１０２は、直接オペレータ制御によって置き換えられ得る。
図３Ａおよび３Ｂは、いくつかの実施形態による挿入アセンブリに取り付けられた医療器具を含む患者座標空間の側面視の簡略図である。図３Ａおよび３Ｂに示すように、手術環境３００は、患者Ｐがプラットフォーム３０２上に位置決めされることを含む。器具キャリッジ３０６は、手術環境３００内に固定された挿入ステージ３０８に取り付けられる。代替的に、挿入ステージ３０８は、可動であり得るが、手術環境３００内の既知の位置（例えば、トラッキングセンサまたは他のトラッキングデバイスを介して）を有し得る。器具キャリッジ３０６は、挿入運動（すなわち、Ａ軸に沿った運動）および、オプションで、ヨー、ピッチ、およびロールを含む多方向における細長い装置３１０の遠位端部３１８の運動を制御するためにポイント収集器具（point gathering instrument）３０４に結合するマニピュレータアセンブリ（例えば、マニピュレータアセンブリ１０２）の構成要素であり得る。器具キャリッジ３０６または挿入ステージ３０８は、挿入ステージ３０８に沿った器具キャリッジ３０６の運動を制御するサーボモータ（図示せず）などのアクチュエータを含み得る。細長い装置３１０は、器具ボディ３１２に結合されている。器具ボディ３１２は、器具キャリッジ３０６に対して結合および固定される。位置測定装置３２０が、挿入軸Ａに沿って挿入ステージ３０８上を移動するときの器具ボディ３１２の位置に関する情報を提供する。位置測定装置３２０は、器具キャリッジ３０６の運動を制御し、その結果器具ボディ３１２の運動を制御するアクチュエータの回転および／または向きを決定するレゾルバ、エンコーダ、ポテンショメータ、および／または他のセンサを含み得る。いくつかの実施態様では、挿入ステージ３０８は、直線状である。いくつかの実施形態では、挿入ステージ３０８は、湾曲し得る、または湾曲セクションと線形セクションとの組み合わせを有し得る。

図３Ａは、挿入ステージ３０８に沿った後退位置にある器具ボディ３１２および器具キャリッジ３０６を示す。器具ボディ３１２および器具キャリッジ３０６のこの後退位置にある状態で、細長い装置３１０の遠位端部３１８は、患者Ｐの入口オリフィスのすぐ内側に位置決めされ得る。図３Ｂにおいて、器具ボディ３１２および器具キャリッジ３０６は、挿入ステージ３０８の直線軌道に沿って進み、細長い装置３１０の遠位端部３１８は、患者Ｐ内に進んでいる。

可撓性ボディ２１６有する可撓性装置２０２、細長い装置３１０、および／または可撓性カテーテルなどの可撓性装置の制御は、しばしば、複数の自由度の同時制御を含む。いくつかの例では、細長い装置の挿入および／または後退並びにそれに対応して細長い装置の遠位端部、例えば遠位端部２１８および／または３１８などの挿入深さを制御するために、挿入ステージ３０８に沿った器具キャリッジ３０６の位置を制御する１つまたは複数のアクチュエータなどの１つまたは複数のアクチュエータが使用される。１つまたは複数のアクチュエータへのコマンドは、レバー、ジョイスティック、および／または類似物などの単一自由度の入力制御部を使用して、オペレータＯから受け取られ得る。いくつかの例では、遠位端部のステアリングを制御するために、駆動ユニット２０４などの遠位端部のためのステアリングユニットは、ピッチ及びヨーの両方の命令を備え得る。ピッチ及びヨー命令は、ジョイスティックなどの２自由度の入力制御部を用いてオペレータＯから受け取られ得る。細長い装置の制御は、典型的には、ステアリング命令と共に挿入及び／又は後退命令を同時に提供することを含むので、挿入及び／又は後退並びにステアリングのための入力制御部は、典型的には、互いに分離されている。

特定の処置に関して、図２Ａ、図３Ａ、及び／又は図３Ｂの細長い装置のための入力制御部としてのレバー及び／又はジョイスティックの使用は、理想に満たないことがある。これは、レバーおよびジョイスティックが、有限の移動の長さを有する入力制御部であり、しばしば、挿入移動の長さおよび／または特定の解剖学的構造にアクセスするのに必要なステアリングの範囲に比べて不釣合いに短いからである。従って、制限された挿入深さ、ピッチ設定、及び／又はヨー設定を提供する位置入力装置としてのレバー及び／又はジョイスティックの使用は、不適切である可能性がある。有限の移動の長さを伴う入力制御部は、典型的には、入力制御部の動きが、スイッチ型入力制御部に対して３つの速度設定（反転、アイドル、および前進）をまたは比例型入力制御部に対して可変速度設定のいずれかを指定する速度入力装置として使用される。しかし、遠位端部の速度の制御は一般に、遠隔操作低侵襲医療処置に典型的に必要とされる、挿入深さ、ピッチ設定、および／またはヨー設定において小さくて高精度の変更を行いたいという要望と直感的には一致しないので、挿入深さ、ピッチ設定、および／またはヨー設定の速度ベースの制御は、細長い装置の高精度の操作にはしばしば不満足である。

代替的には、無限の移動の長さを提供する入力制御部が、特定の解剖学的構造にアクセスするときの細長い装置の入力制御部として使用されることができる。無限の移動の長さを有する入力制御部は、機械的停止部（mechanical stop）などの停止部がさらなる移動を制限しない、特定の方向への入力制御部の継続的な移動を可能にする入力制御部に対応する。無限の移動の長さを有する１自由度の入力制御部の一例は、スクロールホイール（scroll wheel）であり、これは、どちらの方向にも果てしなく回転され得る。無限の移動の長さを有する多自由度入力制御部の一例は、トラックボールであり、これは、任意の数の軸周りに果てしなく回転され、実際には、左右の回転、前後の回転、および所定位置でのスピン回転（a spin in place rotation）の組み合わせに分解され得る。見掛けの無限の移動の長さをサポートする入力制御部の他の例は、入力制御部の移動なしの指向性スワイプ（swipes）をサポートする入力制御部である。指向性スワイプ入力制御部の例は、タッチパッド、タッチスクリーン、および／または類似のものである。

図４Ａおよび４Ｂは、いくつかの実施形態による別の入力制御コンソール４００の簡略斜視図である。図４Ａは入力制御コンソール４００の上面視を示し、図４Ｂは入力制御コンソール４００の底面視を示す。入力制御コンソール４００の上面は、さらに、カメラクリーニングボタン４３０、挿入／後退制御部４４０、受動制御ボタン（passive control button）４５０、およびステアリング制御部（steering control）４６０を含む種々の入力制御部を含む。図４Ａおよび４Ｂは、細長い装置のための種々の入力制御部の構成を示すが、入力制御コンソール４００は、あらゆる種々の器具および装置を制御することができ、種々の入力制御部の正確な配置、向き、相対位置、および／または類似のものは、単に例示的なものであることが理解されるべきである。入力制御部の他の構成、異なる数の入力制御部、および／または類似の構成が可能であることが理解される。いくつかの実施形態では、入力制御コンソール４００は、細長い装置のための患者側入力制御ユニットとして使用するのに適しており、例えば、挿入ステージ３０８に近接して取り付けられ得る。

図４Ａおよび図４Ｂには示されていないが、入力制御コンソール４００は、オプションで、入力制御コンソール４００のための電力、信号調整、インターフェース、および／または他の回路を提供するために使用可能な１つまたは複数の回路基板、ロジックボード、および／または類似のものを含み得る。いくつかの例では、１つまたは複数の回路基板、ロジックボード、および／または類似のものは、入力制御コンソール４００およびその種々の入力制御部を、細長い装置のための制御ユニットにインターフェース接続するために使用可能である。いくつかの例では、細長い装置の制御ユニットは、マスタアセンブリ１０６、制御システム１１２、および／または類似のものの制御装置に対応する。いくつかの例では、１つまたは複数の回路基板、ロジックボード、および／または類似のものは、メモリおよび１つまたは複数のプロセッサ、マルチコアプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または類似のものを含み得る。いくつかの例では、メモリは、１つまたは複数のタイプの機械可読媒体を含み得る。機械可読媒体のいくつかの一般的な形態は、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、CD-ROM、任意の他の光媒体、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、および／またはプロセッサまたはコンピュータがそれから読むように適合される任意の他の媒体を含み得る。

いくつかの例では、挿入／後退制御部４４０は、細長い装置の遠位端部の挿入深さを制御するためにオペレータが使用可能な第１の軸に沿った無限の移動の長さを提供する単一自由度の無限の移動の長さの入力制御部である。挿入／後退制御部４４０はスクロールホイールとして示されているが、無限でない移動の長さの入力制御部を含む他のタイプの入力制御部が可能である。いくつかの例では、スクロールホイールをオペレータから離れて前方にスクロールさせると、細長い装置の遠位端部の挿入深さが増加し、スクロールホイールをオペレータに向かって後方にスクロールさせると、細長い装置の遠位端部の挿入深さが減少する（後退）。いくつかの例では、挿入／後退制御部４４０は、遠位端部３１８の挿入深さを制御するために、挿入ステージ３０８に沿って器具キャリッジ３０６を内外に移動させるために、オペレータによって使用可能である。

挿入／後退制御部４４０が無限の移動の長さの入力制御部である場合、位置特定モードで挿入／後退制御部４４０を操作することは、オペレータが、細長い装置の移動の全長にわたって細長い装置の遠位端部の正確な挿入深度制御を行うことを可能にする。いくつかの例では、挿入／後退制御部４４０の動きは、１つまたは複数のエンコーダ、レゾルバ、光学センサ、ホール効果センサ、および／または類似のもの（図示せず）を使用して、入力制御コンソール４００の１つまたは複数の回路基板、ロジックボード、および／または類似のものによって検出され得る。いくつかの例では、１つまたは複数の電磁アクチュエータ、および／または類似のものを介して適用されるフィードバックは、オプションで、触覚フィードバックを挿入／後退制御部４４０に適用するために用いられ得る。いくつかの例では、挿入／後退制御部４４０の移動量と、細長い装置による挿入および／または後退の移動量との間のスケールファクタ（scale factor）は、オペレータおよび／または細長い装置の制御ソフトウェアによって調整可能であり、これにより、挿入／後退制御部の角速度に対する細長い装置の挿入／後退速度が、有利であるときの高速の挿入および後退ならびにより高い制御精度が望まれる場合のより遅くより正確な挿入およびが後退の両方を可能にするように調整可能である。いくつかの実施形態では、挿入／後退制御部４４０は、オプションで、入力制御コンソール４００が、オペレータによる挿入／後退制御部４４０の意図された動きと、偶発的な接触による不注意な動き、入力制御コンソール４００の落下、および／または類似のものとを区別することができるように、接触感知式（例えば、容量性タッチ検出による）であり得るおよび／または圧力感度を有し得る。いくつかの例では、ステアリング制御部４６０は、実際には、左右の回転、前後の回転、および所定位置でのスピン回転の組み合わせに分解され得る、任意の数の軸に関する無限の移動の長さを提供する多自由度の無限の移動の長さの入力制御部である。ステアリング制御部４６０はトラックボールとして示されているが、無限でない移動の長さの入力制御部を含む他のタイプの入力制御部が可能である。ステアリング制御部４６０は、細長い装置の遠位端部のピッチ及びヨーの両方を同時に制御するためにオペレータによって使用可能である。いくつかの例では、トラックボールの前後方向の回転成分は、細長い装置の遠位端部のピッチを制御するために使用され得、トラックボールの左右方向の回転成分は、細長い装置の遠位端部のヨーを制御するために使用され得る。いくつかの例では、トラックボールの他の回転構成要素が、ピッチ及び／又はヨーを制御するために使用されることができ、オペレータは、回転方向がステアリングに適用される方向に対して垂直であるか及び／又は反転しているかどうかをオプションで制御することができる（例えば、ピッチダウンするように前方に回転しかつピッチアップするように後方に回転することに対してピッチダウンするように後方に回転しかつピッチアップするように前方に回転する）。いくつかの例では、ステアリング制御部４６０は、細長い装置の近位端部と遠位端部との間に延在するケーブルの各々が押される及び／または引かれる距離を操作するようにオペレータによって使用可能である。

ステアリング制御部４６０が無限の移動の長さの入力制御部である場合、位置特定モードでステアリング制御部４６０を操作することは、オペレータが、遠位端部の向きに対する正確な制御を達成するために、細長い装置の遠位端部のピッチ及びヨーの両方における同時の正確なステアリングを行うことを可能にする。いくつかの例では、ステアリング制御部４６０の動きは、１つまたは複数のエンコーダ、レゾルバ、光学センサ、ホール効果センサ、および／または類似のもの（図示せず）を使用して、入力制御コンソール４００の１つまたは複数の回路基板、ロジックボード、および／または類似のものによって検出されてもよい。いくつかの例では、１つまたは複数の電磁アクチュエータおよび／または類似のものなどに適用されるフィードバックが、オプションで、触覚フィードバックをステアリング制御部４６０に適用するために使用され得る。いくつかの例では、ステアリング制御部４６０の移動量と細長い装置の遠位端部に付与されるピッチ及び／又はヨーの量との間のスケールファクタは、オペレータおよび／または細長い装置の制御ソフトウェアによって調整可能である。いくつかの実施形態では、ステアリング制御部４６０は、オペレータによるステアリング制御部４６０の意図された動きを、偶発的な接触による不注意な動き、入力制御コンソール４００の落下、および／または類似のものと区別することができるように、オプションで接触感知式（例えば、容量性タッチ検出による）であり得るおよび／または圧力感度を有し得る。

いくつかの実施形態では、入力制御コンソール４００は、動作のロックモードをオプションでサポートし得る。動作のロックモードでは、入力制御コンソール４００が、挿入／後退制御部４４０および／またはステアリング制御部４６０の容量性接触または感圧機能を介してなど、挿入／後退制御部４４０および／またはステアリング制御部４６０とのオペレータによる積極的接触（affirmative contact）の喪失を検出するとき、細長い装置の剛性が増大し得る、および／または、挿入および／または後退が防止され得る。ロックモードでは、細長い装置の遠位端部の位置および／または向きは、積極的接触の喪失が検出される前に検出された位置および／または向きに維持される。

入力制御コンソール４００は、図１～図３Ｂの細長い装置などのコンピュータ支援医療装置のための可能な入力制御コンソールの代表例として提供される。入力制御コンソールの追加のバリエーションおよび／または構成は、2017年6月28日に出願され、“Systems and Methods of
Steerable Elongate Device,”と題する国際特許出願第PCT/US2017/039808号、ならびに同時に出願され、代理人整理番号ISRG10860PROV/US（“Systems and Methods of
Steerable Elongate Device”を開示）の共同所有されている米国特許仮出願に見出すことができ、それらの全体は参照により本明細書に組み込まれる。

図５は、いくつかの実施形態に係る制御システム５００の簡略図である。いくつかの実施形態では、制御システム５００は、図１のセンサシステム１０８、表示システム１１０、および／または制御システム１１２の１つまたは複数の部分に対応し得る。図５に示すように、制御システム５００は、制御ユニット５１０を含む。制御ユニット５１０は、メモリ５３０に結合されたプロセッサ５２０を含む。制御ユニット５１０の動作はプロセッサ５２０によって制御される。また、制御ユニット５１０は、１つのプロセッサ５２０のみで示されるが、プロセッサ５２０は、制御ユニット５１０内の１つまたは複数の中央処理ユニット、マルチコアプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＣＩＳ）、および／または類似のものを表すことが理解される。制御ユニット５１０は、オプションで、コンピューティングデバイスに追加されたスタンドアロンのサブシステムおよび／またはボードとして、または仮想マシンとして実装され得る。いくつかの実施形態では、制御ユニット５１０は、オプションで、オペレータワークステーション（図示せず）の一部として含まれ得る、および／または、オペレータワークステーションとは別個であるがオペレータワークステーションと協調して動作し得る。

メモリ５３０は、制御ユニット５１０によって実行されるソフトウェアおよび／または制御ユニット５１０の動作中に使用される１つまたは複数のデータ構造を記憶するために使用される。メモリ５３０は、１つまたは複数のタイプの機械可読媒体を含む。機械可読媒体のいくつかの一般的な形態は、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、CD-ROM、任意の他の光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、および／またはプロセッサまたはコンピュータが読むように適合された任意の他の媒体を含み得る。

図示のように、メモリ５３０は、制御ユニット５１０に結合された被制御装置５５０の自律、半自律、および／または遠隔操作制御をサポートする制御アプリケーション５４０を含む。いくつかの例では、被制御装置５５０は、図１～３Ａの細長い装置などのコンピュータ支援医療装置である。制御アプリケーション５４０は、例えば、被制御装置５５０の挿入深さを制御するように、被制御装置５５０をステアリングするように、被制御装置５５０の遠位端部において器具を作動させるようになど、被制御装置５５０の駆動ユニットおよび／またはアクチュエータを制御するための１つまたは複数の制御モジュールを含む。制御アプリケーション５４０はまた、被制御装置５５０から位置、動き、および／または他のセンサ情報を受信するための１つまたは複数のモジュールおよび／またはアプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）を含み得る。いくつかの実施形態では、被制御装置５５０上に取り付けられた１つまたは複数の位置合わせマーカ、基準マーカ、および／または類似のものが、イメージング装置、形状センサ、および／または類似のものなどの１つまたは複数のトラッキングセンサを使用してトラッキングされ得る。

制御アプリケーション５４０は、オペレータＯなどのオペレータによって操作される入力制御コンソール５６０とインターフェース接続するための１つまたは複数のモジュールをさらに含む。いくつかの例では、入力制御コンソール５６０は、入力制御コンソール４００と一致する。制御アプリケーション５４０は、カメラクリーニングボタン４３０、挿入／後退制御部４４０、受動制御ボタン４５０、ステアリング制御部４６０、非常停止ボタン４７０、および／または類似のもののうちの１つまたは複数を含み得る１つまたは複数の入力制御部５７０から制御入力を受け取る。制御アプリケーション５４０は、さらに、ステータス情報、画像、触覚フィードバック、および／または類似のものを入力制御コンソール５６０に送信するための１つまたは複数のモジュールを含む。いくつかの例では、状態情報、画像、および／または類似のものは、スクリーン４２０などの統合表示スクリーンに表示するために、入力制御コンソール５６０に送られ得る。

制御アプリケーション５４０は、入力制御コンソール５６０の１つまたは複数のセンサ５８０とインターフェース接続するための１つまたは複数のモジュールをさらに含む。いくつかの例では、１つまたは複数のセンサ５８０は、挿入、後退、および／またはステアリングコマンドなどの１つまたは複数の入力制御部５７０からのコマンドが、１つまたは複数の入力制御部５７０を使用するオペレータによる積極的制御を介して、または、不注意な接触、入力制御コンソール５６０の落下、入力制御コンソール５６０の転倒（tipping over）、および／または類似のものなどの１つまたは複数の入力制御部５７０の不注意な動きから受信されているかどうかを検出するための１つまたは複数の方法を含み得る。

制御ユニット５１０は、１つまたは複数のドライバ、信号コンディショナ、受信機、ポート、および／または類似のものを含み得る入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース（図示せず）を介して被制御装置５５０および入力制御コンソール５６０に結合される。Ｉ／Ｏインターフェースは、オプションで、１つまたは複数のケーブル、コネクタ、ポート、および／またはバスを含み得、さらにオプションで、１つまたは複数のネットワークスイッチングおよび／またはルーティングデバイスを有する１つまたは複数のネットワークを含み得る。いくつかの例では、Ｉ／Ｏインターフェースは、オプションで無線インターフェースを含み得る。

そして、制御アプリケーション５４０は、ソフトウェアアプリケーションとして示されているが、制御アプリケーション５４０は、ハードウェア、ソフトウェア、および／または、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを使用して実装され得る。

被制御装置５５０の動作は、被制御装置５５０および／または被制御装置５５０によって操作される患者の組織などの材料に対する安全性に関するいくつかの安全上の懸念を引き起こす。いくつかの例では、制御ユニット５１０および入力制御コンソール５６０を使用するなどして、被制御装置５５０がロボット式におよび／または遠隔で制御される場合、および／または入力制御コンソール４００のような入力制御コンソールのスクロールホイールおよび／またはトラックボールなどの１つまたは複数の無限の移動の長さの入力制御部によって制御されるとき、これらの安全上の懸念は増大し得る。いくつかの例では、これらの安全上の懸念は、オペレータに触覚フィードバックを提供すること、ライブ画像を表示すること、および／またはオペレータにデータを追跡させること（例えば、スクリーン４２０を使用すること）などによって適切に緩和され得る。しかし、これらのタイプのフィードバックの使用は、概して、オペレータが、入力制御コンソール５６０と能動的に関与し、入力制御コンソール５６０を使用する場合に限定されるが、入力制御コンソールを使用して指令される動作が、１つまたは複数の入力制御部５７０との偶発的な接触、入力制御コンソール５６０の落下および／または転倒、および／または類似のものによる１つまたは複数の入力制御部５７０の不注意な動きに起因する場合には、効果が限定される。従って、被制御装置５５０の動作における改善された安全性は、オペレータによる１つまたは複数の入力制御部５７０の積極的且つ所望の制御と、他の原因による不注意な制御とを区別するように１つまたは複数のセンサ５８０を使用することによって得られる。

この改善された安全性を提供するアプローチは、被制御装置５５０が図１～３Ａの細長い装置などの細長い装置であり、入力制御コンソール５６０は入力制御コンソール４００と同様であり、挿入／後退制御部４４０などの挿入／後退制御装置と、ステアリング制御部４６０などのステアリング制御装置とを含む状況において説明される。しかし、改善された安全機能は、複数の入力制御部を有する同一の制御コンソール又は複数の入力制御部を有する複数の制御コンソールを使用して、挿入／後退、ステアリング、ロール、エンドエフェクタ作動、及び／又は同様のものにおける複数の装置の制御を含む、類似の及び／又は異なる入力制御部を有する他の被制御装置および／または制御コンソールに容易に適合させることができることが理解される。

いくつかの実施形態では、細長い装置の動作の制御は、３つのタイプの動作：細長い装置の遠位端部が材料または通路に（近位から遠位方向に）さらに前進する挿入動作、細長い装置の遠位端部が細長い装置ボディの経路に沿って（遠位から近位方向に）後退する後退動作、および細長い装置の遠位端部がピッチまたはヨーで曲げられるステアリング動作を含み得る。いくつかの例では、挿入及び後退は、組み合わされた挿入／後退制御部を使用して制御され得、ステアリングは、別個のステアリング制御部によって制御され得る。一例では、挿入／後退制御部との積極的接触の検出は挿入／後退制御を可能にすることができ、一方、ステアリング制御部との積極的接触の検出はステアリング制御を可能にすることができる。３つのタイプの運動のうち、挿入運動は、実施されることになる処置のタイプおよび／または処置が行われる解剖学的構造に応じて、より厳密な安全手順の対象であり得るが、解剖学的構造および処置のタイプに基づいて、後退またはステアリングにも安全手順が必要であり得る。いくつかの例では、これらのより厳格な安全手順は、さらなる挿入動作を許容する前にオペレータによる挿入／後退制御部及びステアリング制御部の両方との積極的接触を検出することを含み得るが、後退を許容する前に単に挿入／後退制御部との積極的接触を検出し、ステアリングを許容する前に単にステアリング制御部との積極的接触を検出することを含む。

いくつかの実施形態では、細長い装置の動作を制御することは、１つまたは複数の追加のタイプの動作を含み得る。いくつかの例では、１つまたは複数の追加のタイプの動作は、ロール、細長い装置の遠位端部の回転、挿入および／またはステアリング制御とは独立した細長い装置の遠位端部の関節動作、細長い装置の遠位端部におけるエンドエフェクタの作動、および／または類似のもののうちの１つまたは複数を含み得る。いくつかの例では、１つまたは複数の追加のタイプの動作は、１つまたは複数の追加の入力制御部を使用して制御され得る。いくつかの例では、制御コンソールは、本明細書に記載される安全機能の対象である３つ以上の入力制御部を含み得る。

オペレータによる挿入／後退制御部および／またはステアリング制御部との積極的接触を検出するために、いくつかの技術が利用可能である。いくつかの例では、挿入／後退制御部および／またはステアリング制御部に関連付けられる１つまたは複数のセンサが、挿入／後退制御部および／またはステアリング制御部との実際のオペレータの接触を検出するために使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数のセンサは、例えば、スクロールホイールおよび／またはトラックボールに関連付けられる容量性タッチセンサであり得、これは、オペレータの指による接触と、床、器具、装置、ツールなどを含む異物との接触とを区別することができる。いくつかの例では、１つまたは複数のセンサは、スクロールホイールおよび／またはトラックボールと、スクロールホイールおよび／またはトラックボールが座るモールディングとの間、モールディングと入力制御コンソールのボディとの間の、コンタクトスイッチ、ひずみゲージ、および／または同様のものなどの圧力センサであり得る。オペレータの指などによる、スクロールホイールおよび／またはトラックボールに対する十分な下向きの圧力が検出されるとき、積極的接触が検出され得る。

いくつかの実施形態では、他のタイプのオペレータ検出センサが使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数の近接センサが、入力制御部の上方および／または近傍の指および／または手の存在を検出するために、および／または入力制御コンソールの上面の上または近傍の指、手、手首、および／または前腕を検出するために使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数の近接センサは、１つまたは複数の超音波センサ、１つまたは複数の視覚センサ、１つまたは複数の光壁（light walls）、および／または類似のものを含み得る。いくつかの例では、近接センサからのデータは、入力制御コンソールの近傍の他の異物とオペレータを区別するために、１つまたは複数のパターンおよび／または画像処理技術を用いて評価され得る。いくつかの例では、各入力制御部の前の手首レストに位置する１つまたは複数の圧力センサおよび／またはタッチセンサは、１つまたは複数の入力制御装置の近傍の手首および対応する手の存在を検出するために使用され得る。いくつかの例では、入力制御コンソールは、オプションで、入力制御コンソールの最近の突然の動きが発生したか否か、入力制御コンソールが十分に直立した向き（例えば、入力制御コンソール４００の１つまたは複数のパドルレバー４９０によって許容される向き）に向けられていないか否かなどを決定するために、１つまたは複数の加速度計を含み得る。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の積極的接触活動（affirmative contact activities）は、１つまたは複数の入力制御部とのオペレータの積極的接触を検出するために使用され得る。いくつかの例では、入力制御装置に関連付けられる１つまたは複数の圧力センサは、対応する入力制御部のダブルプレス／ダブルクリック、対応する入力制御部の最短継続時間のプレスおよび保持などのようなウェイクアップ活動（wake-up activity）を検出するために使用され得る。いくつかの例では、ウェイクアップ活動は、対応する入力制御部によって示される動作が被制御装置に引き渡されることを可能にする前の前兆動作（precursor action）として使用され得る。いくつかの例では、他のウェイクアップ様前兆動作は、対応する入力制御部の使用を許容する前の、最小の積極的接触期間（例えば、０．０５～０．５秒以上、及び／又は、オペレータが積極的接触を行った後に制御装置の制御を開始することができるオペレータに不当な遅延を生じさせない他の期間）、閾値を超える対応する入力制御部の動きなしの最小の積極的接触期間（例えば、０．０５～０．５秒以上、及び／又は、オペレータが積極的接触を行った後に制御装置の制御を開始することができるオペレータに不当な遅延を生じさせない他の期間）、対応する入力制御部における小刻みな動き（wiggle）または他の指定されたパターン、二次制御部（例えば、フットペダル）などの関与（engagement）などのうちの１つまたは複数を含み得る。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の安全作動制限（safety operational limits）が、オペレータによる積極的接触の検出における誤検出（false positives）からさらに保護するために使用され得る。いくつかの例では、被制御装置の運動の許容速度の上限が実装される。いくつかの例では、安全作動制限は、対応する入力制御部との不注意な接触による被制御装置のかなりの（significant）動きを回避するために、対応する入力制御部の動作から生じる動きの量が最初に低減されるように、対応する入力制御部が最初に使用されるときのスケールアップ期間（例えば、０．２～２秒以上）を含み得る。いくつかの例では、スケールは、対応する入力制御部の動作量と制御装置の動作量との間の比のスケーリング、被制御装置の動作の最大許容速度のスケーリング、および／または類似のものを含み得る。

いくつかの実施形態によれば、前述の安全オプションの１つまたは複数の組み合わせは、オペレータによる１つまたは複数の入力制御部との積極的接触を検出するために使用され得る。いくつかの例では、この組み合わせは、利用可能な方法の各々による積極的接触の検出、利用可能な方法の各々を用いて決定された積極的接触の可能性の重み付けされた組み合わせ、投票メカニズム、および／または類似のものを含み得る。しかし、多くの可能な例のいくつかと同様に、入力制御コンソールの向きを検出する加速度計は、１つまたは複数の入力制御部に関連付けられた１つまたは複数の容量性タッチセンサと併せて使用することができ、１つまたは複数の入力制御部に関連付けられた１つまたは複数の容量性タッチセンサを１つまたは複数の手首検出センサと併せて使用することができ、１つまたは複数の入力制御部に関連付けられた１つまたは複数の容量性タッチセンサを、積極的接触活動のうちの１つと併せて使用することができ、１つまたは複数の入力制御部に関連付けられた１つまたは複数の容量性タッチセンサを、安全作動制限のうちの１つと併せて使用することができる。

いくつかの実施形態では、最小持続時間、接触期間、スケーリング期間、上限値、スケーリング比、最大許容速度などの各々が設定可能である。いくつかの例では、それらの値は、スクリーン４２０などの表示スクリーンを介してインタラクトすることによって設定され得る。いくつかの例では、それらの値は、データポート４８０などのデータポートを使用してそれらをインポートすることによって設定され得る。いくつかの例では、それらの値は、オペレータ、患者、処置、および／または類似のものに基づいて設定され得る。

図６は、いくつかの実施形態による、安全機能の対象となる被制御装置を作動する方法６００の簡略図である。方法６００のプロセス６１０～６５０のうちの１つまたは複数は、少なくとも部分的に、１つまたは複数のプロセッサ（例えば、制御ユニット５１０内のプロセッサ５２０）によって実行されると、１つまたは複数のプロセッサにプロセス６１０～６５０のうちの１つまたは複数を実行させ得る、非一時的、有形、機械可読媒体に記憶された実行可能コードの形態で実装され得る。いくつかの実施形態によれば、プロセス６１０～６５０が実行される順序は、オプションで、図６の図に示される順序から変化し得る。いくつかの例では、プロセス６１０は、プロセス６２０～６４０と並列に動作して、被制御装置の動作を停止し、さらなる指令された動作を完了する前にプロセス６５０に移動してもよい。いくつかの例では、プロセス６２０～６４０は、オプションで、同時または任意の順序で実行されてもよい。いくつかの例では、プロセス６３０はオプションであり、省略されてもよい。いくつかの例では、方法６００は、プロセス６１０～６５０の前、それらの間、および／またはそれらと同時に生じ得る１つまたは複数の追加のプロセスを含んでもよい。説明の目的で、方法６００は、挿入／後退制御部およびステアリング制御部を有する入力制御コンソール４００などの入力制御コンソールを用いて、被制御装置が、図１～３Ｂの細長い装置などのコンピュータ支援医療装置である状況で説明される。

プロセス６１０において、人間のオペレータによる１つまたは複数の入力制御装置との積極的接触が検出される。いくつかの例では、挿入／後退制御部および／またはステアリング制御部に関連付けられる１つまたは複数のセンサが、挿入／後退制御部および／またはステアリング制御部との実際の人間のオペレータの接触を検出するために使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数のセンサは、容量性タッチセンサ、圧力センサ（例えば、接触スイッチ、ひずみゲージなど）、および／または類似のものであり得る。いくつかの例では、１つまたは複数の近接センサ（例えば、１つまたは複数の超音波センサ、視覚センサ、光壁など）が、オペレータが入力制御部に近接していることを検出するために使用され得る。いくつかの例では、手首レスト内の１つまたは複数の手首検出センサ（例えば、容量性タッチ、圧力、および／または類似のセンサ）が、入力制御部にオペレータが近接していることを検出するために使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数の加速度計が、入力コンソールの向きが動作制限内にあるか否か、突然の新しい動きが生じたか否かなどを検出するために使用され得る。いくつかの例では、１つまたは複数の積極的接触活動（例えば、二重プレス、最小持続時間の間のプレスおよび保持、最小持続時間の間の持続されたオペレータの接触、最小持続時間の間の最小動作でのオペレータ接触、二次制御部の関与（engagement）など）が、オペレータによる積極的接触の検出を確認する前の前兆（precursor）として使用され得る。いくつかの例では、これらのアプローチの１つまたは複数の組み合わせが、オペレータによる積極的接触が生じたか否かを決定するために使用され得る。いくつかの例では、この組み合わせは、利用可能な方法の各々による積極的接触の検出、利用可能な方法の各々を用いて決定された積極的接触の可能性の重み付けされた組み合わせ、投票メカニズム、および／または類似のものを含み得る。

積極的接触は、いくつかの異なる方法またはパターンのいずれかによって決定され得る。いくつかの例では、積極的接触は、予め設定された期間にわたり、持続的または継続中の検出された接触を必要とし得る。例えば、予め設定された期間が０．５秒である場合、制御システムは、検出された接触が少なくとも０．５秒間持続または継続している場合にのみ、６１０において積極的接触を検出する。予め設定された期間は、任意の適切な値に設定することができ、いくつかの例では、約０．２～１．５秒の範囲であるが、他のプリセット時間が考えられる。別の例では、積極的接触は、少なくとも２つの入力制御部の同時接触を必要とし得る。例えば、オペレータがスクロールホイール入力制御部とトラックボール入力制御部の両方に同時に触れたときに、積極的接触が決定され得る。幾つかの実装形態では、少なくとも２つの入力制御部の同時接触は、少なくとも２つの入力制御部がタッチされなければならない予め設定された期間としての時間閾値をなお含み得る。一例では、予め設定された期間は、単一の入力制御部に積極的に接触するための予め設定された期間より短くてもよい。さらに別の例では、制御システムが一定期間にわたって繰り返されるタップを検出するときに、積極的接触が決定され得る。これは、例えば、入力制御部が、約０．５～２．５秒の範囲内の期間として確立され得るが、より長い及びより短い期間が考えられる、一定の期間にわたって少なくとも３回、タッチされかつタッチされない場合に、積極的接触を決定することを含み得る。さらに別の例では、制御システムが入力制御部上の繰り返される素早いタップまたはダブルタップを検出するときに、積極的接触が決定され得る。さらに他の例では、制御システムが入力制御部上の指「トレース（trace）」を認識するときに、積極的接触が決定され得る。これは、接触の領域または形状の検出、および接触の領域または形状を、接触のあらかじめ記憶された領域または形状とマッチングさせることを含み得る。予め記憶された接触の領域または形状は、例えば、指先の曲線の一部のものに対応し得る。従って、積極的接触は、制御システムが、偶発的または不注意な接触の結果として典型的に起こり得るものより大きいまたは異なる形状であり得る指トレースを認識するときに決定され得る。さらに別の例では、最近のユーザのタッチパターンに基づいて積極的接触を見つけ得る。例えば、ユーザが入力制御部と自発的に短い接触を繰り返している場合、積極的接触は、短期間の持続的な接触に基づいて見出され得る一方、ユーザが入力制御部と自発的に短い接触を繰り返していない場合、積極的接触は、より長い期間の持続的な接触に基づいて見出され得る。従って、この実施形態では、積極的接触は、最近の履歴タッチパターンに基づいて見出され得る。さらに、積極的接触を決定する他の方法が考えられる。

いくつかの実施形態では、オペレータによる積極的接触の検出は、オプションで、プロセス６４０に関して以下でさらに説明されるように、被制御装置によって実行される動作のタイプに依存し得る。いくつかの例では、オペレータによる積極的接触があると決定する前に、入力制御部（例えば、挿入／後退制御部およびステアリング制御部の両方）の各々との積極的接触が検出されるべきである。いくつかの例では、入力制御部の各々との積極的接触は、挿入動作を許容するためにオペレータによるの積極的接触があることを決定する前に検出されるべきであるが、単に対応する入力制御部との積極的接触が、後退動作および／またはステアリング動作を許容するために、オペレータによる積極的接触があることを決定する前に、検出されるべきである。

オペレータによる積極的接触が検出されると、プロセス６２０から始まる、１つまたは複数の入力制御部を使用した動作が許可される。オペレータによる積極的接触が検出されない場合、１つまたは複数の入力制御部を使用する動作は、プロセス６５０を使用してブロックされる。プロセス６２０において、指令された動作が決定される。いくつかの例では、１つまたは複数の入力制御部（例えば、挿入／後退制御部および／またはステアリング制御部）のオペレータ起動が決定される。いくつかの例では、１つまたは複数の入力制御部の対応する移動量／位置が決定され、および／または１つまたは複数の入力制御部の対応する速度が決定される。対応する移動量／位置および／または速度は、被制御装置において指令されることになる動作のための適切な指令された設定点（例えば、位置および／または速度）を決定するために使用される。

オプションのプロセス６３０では、プロセス６２０の間に決定された指令された動作に１つまたは複数の安全制限が適用される。いくつかの例では、１つまたは複数の安全制限は、指令された動作の最大量が許される場合に、所定の期間（例えば、０．２～２秒以上）を含み得る。いくつかの例では、指令された動作の最大量（例えば、最大速度制限）は、所定の持続時間の間にスケールアップされ得る。いくつかの例では、１つまたは複数の安全制限は、入力制御動作の量と被制御装置の動作の量との間のスケーリングに対する制限を含み得る。いくつかの例では、スケーリングは、所定の期間（例えば、０．２～２秒以上）にわたって増加され得る。

最大速度制限は、制御システムが指令された動作を受信するときに被制御装置の速度を制限する速度キャップ（velocity cap）であり得る。このような速度キャップは、オペレータの手による不注意な接触または入力の衝撃を緩和するのに役立つ。例えば、オペレータが不注意に自分の手で入力装置に当たるまたはかする場合、制御システムセンサは、たとえ入力が不注意であったとしても、オペレータを検出することがある。速度キャップは、入力装置との接触が検出されない場合、ゼロ速度のような低い値に設定され得る。次いで、初期接触が行われ、オペレータがプロセス６１０で検出されると、速度キャップが増加され得る。検出された接触が継続すると、速度キャップは、それが所望の作業速度（working velocity）以上のレベルに対応し得る最大閾値に達するまで、増加し続け得る。一旦入力制御部との接触が中断されると、速度キャップは、ゼロであり得る初期低値にリセットされ得る。従って、入力制御装置が操作者の手又は皮膚に誤って接触された場合、指令された動作は非常に低い速度で適用され、その結果、患者の解剖学的構造に対するリスクが最小になる。ユーザが入力制御部を能動的に作動させるように接触が意図的であれば、得られる動きは、最初は低速度キャップによって制限され、作業速度まで増加し得る。これは、オペレータにとって比較的シームレスに見えるかもしれない。

幾つかの実装形態では、速度キャップは、所定の期間（例えば、０．２～２秒以上）低レベルに維持され、次いで、速度キャップは、所定のレート（rate）で最大閾値に向かって増加し得る。例えば、限定されるものではないが、プロセス６１０においてオペレータ入力を検出し、６２０において指令された動作を決定すると、システムは、プロセス６３０において速度キャップを安全制限として適用し得る。例えば、制限速度は、ゼロ速度から所定の期間中に約２ｃｍ／秒の範囲になるように増加し、その後、所定の期間の後に徐々に増加して、最大速度閾値まで増加し得る。最大速度閾値は、例えば、限定されるものではないが、約４ｃｍ～２０ｃｍ／秒の範囲であり得る。本明細書中に提示された値は、理解を助けるための例示的な値であり、本開示において企図される値に限定することを意図するものではない。すなわち、より大きく、より小さいキャップおよび制限が考えられる。速度キャップの増加は、線形、指数関数的、階段状、これらのタイプの何らかの組み合わせ、または他のタイプの増加であってもよい。幾つかの速度キャップの実装形態は、ゼロから予め設定された制限までの所定の期間の間に増加し得、他の速度キャップの実装形態では、０から最大速度閾値まで増加し得る。いくつかの実施形態では、所定の継続時間および速度キャップは、挿入指令動作のみに適用されてもよく、後退指令動作には適用されなくてもよい。いくつかの代替の実施形態では、速度制限は、自由度または方向に関係なく、任意の指令された動作に適用することができる。

プロセス６４０において、被制御装置は、プロセス６２０の間に決定された指令された動作に基づいて、およびオプションでプロセス６３０の間に制限されるように動作する。いくつかの例では、指令された動作は、例えば、挿入／後退制御部から受信した挿入および／または後退指令に応答して、器具キャリッジ３０６などのアクチュエータの位置を制御することによってのように、細長い装置の挿入深さを制御することを含み得る。いくつかの例では、指令された動作は、例えば細長い装置内の１つまたは複数のステアリングケーブルの張力を制御することによってのように、細長い装置の遠位端部を制御することを含み得る。いくつかの例では、指令された動作は、そのタイプに応じて制限され得る。いくつかの例では、指令された動作を非制御装置に適用する前に、入力制御部の各々（例えば、挿入／後退制御部とステアリング制御部の両方）との積極的接触を検出すべきである。いくつかの例では、指令された挿入動作を適用する前に、各入力制御部との積極的接触を検出すべきであるが、指令された後退動作および／またはステアリング動作を適用する前に、単に対応する入力制御部との積極的接触を検出すべきである。

指令された動作を適用した後、方法６００はプロセス６１０に戻って、オペレータによる１つまたは複数の入力制御部との積極的接触がまだ確立されているかどうかを判断し得る。

プロセス６５０において、被制御装置の動作がブロックされる。いくつかの例では、入力制御部の１つまたは複数について積極的なオペレータ接触がもはや検出されない場合、被制御装置はロックモードに移行され得る。ロックモードでは、挿入または後退を防止することができ（例えば、器具キャリッジ３０６などの器具キャリッジのさらなる動きを停止させることによって）、および／または細長い装置の剛性を増大させて（例えば、１つまたは複数のステアリングケーブルの張力を増大させることによって）、細長い装置の遠位端部の屈曲の変化および／またはさらなる挿入を防止することができる。いくつかの例では、剛性は、遠位端部の継続的な曲げ運動が検出されるか否かに応じて、様々な量で増加され得る。さらに他の例では、ロックモードは、挿入および／または後退および／または他の動作がロックされそれによって防止されていても、細長い装置が可撓性の後退可能な状態にあるように、細長い装置の剛性を（例えば、１つまたは複数のステアリングケーブルの張力を減少させることによって）低下させ得る。

幾つかの実装形態では、制御システムは、異なるタイプの指令された動作（例えば、挿入、後退、およびステアリング）に異なる制御プロファイルを適用し得る。例えば、装置の挿入は、患者の解剖学的構造に対する穿刺または損傷のリスクを増大させる可能性があるため、挿入の指令された動作は、後退の指令された動作とは異なるように制御され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ロックモードは、特定のタイプの指令された動作のみに適用され得る。すなわち、いくつかの例では、ロックモードは、各タイプの指令された動作（例えば、挿入、後退、およびステアリング）に適用され得る一方、他の例では、ロックモードは、入力制御部の一方または両方との積極的接触が検出されない場合でさえ、１つまたは複数の指令された動作にのみ適用され得るが、他の指令された動作には適用しない。図６の破線は、制御システムが異なるタイプの指令された動作に対する異なる動作許可を含む、１つのそのような例示的な実装を教示している。破線の図６の例では、制御システムは後退動作を許容するが、オペレータが検出されない場合には挿入動作を阻止する。図６を参照すると、プロセス６１０においてオペレータが検出されない場合、制御システムは、プロセス６４５において、指令された動作が挿入指令として指示されているかどうかを決定し得る。プロセス６４５において、指令された動作が挿入指令である場合、制御システムは、本明細書で議論されるように、プロセス６５０において制御装置の動作をブロックし得る。しかし、プロセス６４５において、指令された動作が挿入入力でない場合、制御システムは、指令された動作が被制御装置によって実行されることを可能にし得る。この例では、指令された動作が後退動作である場合、制御システムは、細長い装置を後退させることによって、指令された動作を実行する。このようなシステムは、たとえ不注意であっても、一部の実施形態では、後退動作が、患者に限定された安全上のリスクを提供するまたは安全上のリスクが無いことを提供し得ると判断された場合に確立され得る。図６の例は、挿入動作が阻止されることを示しているが、他の実装形態は、依然として他の指令された動作を許容しながらも、後退またはステアリングのような他の動作が阻止され得る。

幾つかの実装形態は、異なるタイプの指令された動作にさらに他の異なる制御プロファイルを適用する。いくつかの実装では、これらの制御は、入力制御部のタイプに基づき得る。本明細書に記載されているように、いくつかの入力制御部は、他の装置の中でも、トラックボールおよびスクロールホイールなどの無限の移動の長さの装置である。これらのタイプの移動の装置に対する動作許可は、指令された動作のタイプごとに異なり得る。例えば、いくつかのスクロールホイール、トラックボール、または類似の装置は、入力制御部に加えられる力が、ユーザが入力制御部を解放した後に入力制御部に動作を継続させるのに十分な慣性を提供し得るように、十分な質量で構成され得るおよび／または最小限の摩擦で支持され得る。指令された動作に対する（および図６のプロセス６３０を参照した）安全制限は、指令された動作が挿入指令、後退指令、または他のコマンドのいずれであるかによって異なり得る。例えば、挿入指令の間に、入力制御部（例えば、トラックホイール）との接触が検出されない場合、制御システムは、接触がなくなったときに、指令された動作を直ちに停止し得る。対照的に、後退指令の間に、入力制御部（例えば、トラックホイール）との接触が検出されない場合には、指令された動作を継続することができる。

いくつかの実施形態では、ロックモードへ入るとき、１つまたは複数の警告がオペレータに提供され得る。いくつかの例では、１つまたは複数の警告は、スクリーン４２０などの表示スクリーンにステータスメッセージを送信することを含み得る。いくつかの例では、１つまたは複数の警告は、表示スクリーン上の色および／または形状を変更すること、および／または表示スクリーン上に表示された１つまたは複数のアイテムを点滅させることを含み得る。いくつかの例では、１つまたは複数の警告は、警告トーン（alert tone）を起動すること、音声メッセージを出力すること、および／または類似のものを含み得る。いくつかの例では、１つまたは複数の警告は、入力制御コンソールを振動させることなどの物理的フィードバックを提供することを含み得る。

一旦プロセス６５０でロックモードに入ると、方法６００はプロセス６１０に戻って、オペレータによる１つまたは複数の入力制御部との積極的接触が再確立され、さらに指令された動作が許可されるべきかどうかを決定し得る。

本発明の実施形態における１つまたは複数の要素（例えば、入力制御部および／または細長い装置の制御部から受信した信号の処理）は、制御システム１１２などのコンピュータシステムのプロセッサ上で実行するためにソフトウェアで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、本発明の実施形態の要素は、本質的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。プログラムまたはコードセグメントは、光学媒体、半導体媒体、および磁気媒体を含む情報を記憶することができる任意の媒体を含む、非一時的機械可読記憶媒体に記憶することができる。機械可読記憶媒体の例は、電子回路、半導体デバイス、半導体メモリデバイス、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、フロッピーディスケット、CD-ROM、光ディスク、ハードディスク、または他の記憶装置を含む。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のようなコンピュータネットワークを経由してダウンロードされ得る。本明細書に記載されているように、アクセス、検出、開始、登録、表示、受信、生成、決定、データポイントを移動する、セグメンテーション、マッチングなどの動作は、少なくとも部分的に、制御システム１１２またはそれらのプロセッサによって行われ得る。

提示されるプロセスおよびディスプレイは、本質的に特定のコンピュータまたは他の装置に関連しないことに留意されたい。様々なこれらのシステムに必要な構造は、請求項の要素として現れる。加えて、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して記載されていない。本明細書に記述されるように、本発明の教示を実装するために、様々なプログラミング言語が使用され得ることが理解される。

本発明の特定の例示的な実施形態が説明されるとともに添付の図面に示されているが、このような実施形態は、広範な本発明を単に例示するものであり、限定するものではないこと、および本発明の実施形態は、図示および説明された特定の構成および配置に限定されないことが理解されるべきである。なぜなら、当業者には、様々な他の変更が生じ得るからである。

Claims (20)

1. 装置の制御システムであって：
   メモリと；
   前記メモリに結合されたプロセッサと；を有し、前記プロセッサは：
   １つまたは複数のセンサを使用して、オペレータが前記システムに結合された入力制御コンソールの入力制御部と接触しているかどうかを決定し；
   前記入力制御部において前記装置の指令された動作を表す入力を受信し；
   前記オペレータが前記入力制御部と接触していることを前記プロセッサが決定するときに前記指令された動作を実行するとともに前記指令された動作に安全制限を適用し、前記オペレータが前記入力制御部と接触していないことを前記プロセッサが決定するときに前記指令された動作に影響を与える；
   ように構成される、
   システム。
2. 前記指令された動作に影響を与えることは、前記オペレータが前記入力制御部と接触していないと決定することに応じて前記装置の前記指令された動作を制限することを含む、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記指令された動作を制限するために、前記プロセッサは、前記装置を、前記装置の動作を阻止するロックモードにするように構成される、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記装置は、細長い装置であり、
   制限される前記指令された動作は、前記細長い装置の挿入動作、前記細長い装置の後退動作、または前記細長い装置の遠位端部のステアリング動作である、
   請求項２に記載のシステム。
5. 前記安全制限は最大速度を含む、
   請求項１に記載のシステム。
6. 前記安全制限は、前記入力制御部の動きと前記指令された動作との間のスケールファクタを増加させることを含む、
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記１つまたは複数のセンサは、１つまたは複数の容量性タッチセンサ、１つまたは複数の圧力センサ、前記オペレータの前記入力制御コンソールへの近接を検出する１つまたは複数の近接センサ、１つまたは複数の超音波センサ、１つまたは複数の視覚センサ、１つまたは複数の光壁、或いは、前記入力制御コンソールの１つまたは複数の加速度計を含む、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記オペレータが前記入力制御部と接触しているかどうかを決定するために、前記プロセッサはさらに、前記オペレータによる前記入力制御部との少なくとも第１の閾値期間の接触、移動閾値を超える前記入力制御部の動作なしの前記オペレータによる前記入力制御部との少なくとも第２の閾値期間の接触、特定のパターンの前記入力制御部の操作、少なくとも第３の閾値期間の前記入力制御部のプレスおよび保持、または前記入力制御部のダブルプレスを検出するように構成される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記１つまたは複数のセンサは、前記入力制御コンソールの１つまたは複数の加速度計を含み、前記プロセッサはさらに、前記１つまたは複数の加速度計を使用して、前記入力制御コンソールが直立しているかどうかを決定するように構成される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記入力制御部は、無限の移動の長さの入力制御部である、
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記プロセッサはさらに：
    前記１つまたは複数のセンサを使用して、前記オペレータが前記入力制御コンソールの第２の入力制御部と接触しているかどうかを決定し；
    前記オペレータが前記第２の入力制御部と接触していると前記プロセッサが決定するときに前記指令された動作を実行し、前記オペレータが前記第２の入力制御部と接触していないと前記プロセッサが決定するときに前記指令された動作に影響を与える；
    ように構成される、
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記装置の前記指令された動作に影響を与えることは、前記オペレータが前記入力制御部および前記第２の入力制御部の両方と接触していないことを決定することに応じて、前記入力制御部および前記第２の入力制御部の少なくとも１つを使用する前記装置の前記指令された動作を制限することを含む、
    請求項１１に記載のシステム。
13. 前記装置は、細長い装置であり、
    前記入力制御部は、挿入および後退制御部であり、
    前記第２の入力制御部は、ステアリング制御部である、
    請求項１１に記載のシステム。
14. 影響を与えられる前記指令された動作は、前記細長い装置の挿入動作、前記細長い装置の後退動作、または前記細長い装置の遠位端部のステアリング動作である、
    請求項１３に記載のシステム。
15. 装置を作動させる方法であって：
    制御ユニットが、オペレータが入力制御コンソールの入力制御部と接触しているかどうかを、前記入力制御コンソールの１つまたは複数のセンサによって受信された入力に基づいて決定するステップと；
    前記入力制御部が、前記入力制御部において前記装置の指令された動作を表す入力を受信するステップと；
    前記オペレータが前記入力制御部と接触していることを前記制御ユニットが決定することに応じて、前記制御ユニットが、前記指令された動作を実行するとともに前記指令された動作に安全制限を適用するステップと；を含む、
    方法。
16. 前記制御ユニットが、前記入力制御部において前記装置の第２の指令された動作を表す第２の入力を受信するステップと；
    前記オペレータが前記入力制御部と接触していないことを前記制御ユニットが決定することに応じて、前記制御ユニットが、前記装置の前記指令された動作を制限することによって前記第２の指令された動作に影響を与えるステップと；をさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記装置は、細長い装置であり、
    制限される前記指令された動作は、前記細長い装置の挿入動作、前記細長い装置の後退動作、または前記細長い装置の遠位端部のステアリング動作である、
    請求項１６に記載の方法。
18. 複数の機械可読命令を含む非一時的機械可読媒体であって、前記複数の機械可読命令は、装置に関連付けられた１つまたは複数のプロセッサによって実行されるときに、前記１つまたは複数のプロセッサに：
    １つまたは複数のセンサを使用して、オペレータが入力制御コンソールの入力制御部と接触しているかどうかを決定させ；
    前記入力制御部において前記装置の指令された動作を表す入力を受信させ；
    前記オペレータが前記入力制御部と接触していると前記１つまたは複数のプロセッサが決定するときに前記指令された動作を実行させるとともに前記指令された動作に安全制限を適用させ、前記オペレータが前記入力制御部と接触していないと前記１つまたは複数のプロセッサが決定するときに前記指令された動作に影響を与えさせる；ように構成される、
    非一時的機械可読媒体。
19. 前記指令された動作に影響を与えることは、前記オペレータが前記入力制御部と接触していないと決定することに応じて前記装置の前記指令された動作を制限することを含む、
    請求項１８に記載の非一時的機械可読媒体。
20. 前記装置は、細長い装置であり、
    制限される前記指令された動作は、前記細長い装置の挿入動作、前記細長い装置の後退動作、または前記細長い装置の遠位端部のステアリング動作である、
    請求項１９に記載の非一時的機械可読媒体。

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