JP5154961B2

JP5154961B2 - 手術システム

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Publication number: JP5154961B2
Application number: JP2008017707A
Authority: JP
Inventors: 繁大森
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2013-02-27
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Description

本発明は、少なくともマニピュレータと体内画像撮影手段とを用いて患者に所望の処置を施すための手術システムに関する。

腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡（例えば、硬性鏡）、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。

マニピュレータシステムは、例えば特許文献１及び２に記載されているように、マニピュレータ本体と、該マニピュレータ本体を制御する制御装置とから構成される。マニピュレータ本体は、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。

作業部は長い連結シャフトと、該連結シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の作業部を駆動するモータが操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。制御装置は、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを循環駆動する。

一方、医療用マニピュレータをロボットアームにより駆動する手術システム（医療用ロボットシステム）が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このような医療用ロボットシステムでは、マスターアームによる遠隔操作が可能であると共に、プログラム制御により様々な動作が可能となる。

医療用ロボットシステムでは、複数のロボットアームが設けられており、手技に応じてこれらのロボットアームを使い分けることができる。ロボットアームのうち１台には内視鏡が設けられ、体腔内を所定のモニタで確認することができる。

特開２００２−１０２２４８号公報特開２００３−６１９６９号公報米国特許第６３３１１８１号明細書

腹腔鏡下手術においては、術者が的確に且つ迅速にその処置判断を行うことを可能とするために、体内画像撮影手段、例えば、内視鏡で得られる体内画像と同時に、マニピュレータの動作状態や各種診断装置の診断画像等を的確に視認及び判断できることが望ましい。

一方、手術室では、通常、実際に処置を施す医師だけでなく、看護師や各種器具の技師等、複数人が当該手術に携わることになるため、各人が各器具やその配線等に邪魔されることなく自由に移動することができ、しかも全員で処置の現状を適切に共有することができることが望ましい。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、術者が体内画像撮影手段で得られる体内画像と同時に、他の器具等の情報や各種診断画像等を的確に把握することができ、しかも複数の器具が用いられる手術室内での術者の移動が容易となり的確且つ迅速に手術を行うことを可能とする手術システムを提供することを目的とする。

本発明に係る手術システムは、少なくともマニピュレータと体内画像撮影手段とを用いて患者に外科処置を施すための手術システムであって、前記体内画像撮影手段で得られる体内画像を含む複数の情報を同時に表示可能な表示手段と、前記表示手段に情報を送信可能に設けられ、該表示手段に表示される前記複数の情報を処理する情報処理手段とを備え、前記体内画像に係る情報は、前記体内画像撮影手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されることを特徴とする。

このような構成によれば、表示手段において内視鏡やＭＲＩや超音波診断装置等の体内画像撮影手段で得られる体内画像と同時に他の器具の情報を同時に表示可能である。このため、術者である医師等は現在の状況を的確に視認し把握することができ、患者に対する外科処置に係る処置判断を一層適切に行うことが可能となる。また、表示手段と体内画像撮影手段等との間の情報の送受信の少なくとも一部が無線でなされることにより、手術室内の配線を大幅に減らすことができるため、各手術スタッフの手術室内での移動が容易となる。さらに、手術中に一時的に用いられる器具であっても、その画像情報やシステムデータ等を配線の制約を回避して即座に体内画像と並べて表示させることが可能となり、医師は一層適切に処置判断を行うことが可能となる。

また、本発明に係る手術システムは、前記マニピュレータが設けられ、該マニピュレータを移動自在なロボットアームと、前記マニピュレータ及び前記ロボットアームを操作する操作手段と、前記操作手段からの入力に基づき、前記マニピュレータ及び前記ロボットアームの動作を制御する動作制御手段とを有する医療用ロボットシステムを備えて構成してもよい。この場合、通常の人手による手術の場合に比べて配線数等が増加する傾向にあるが、前記無線通信により配線数を有効に低減することができる。

さらに、前記マニピュレータ及び前記ロボットアームの動作状態を示す動作情報は、前記動作制御手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されると共に、前記表示手段は、前記動作情報を前記体内画像と同時に表示可能であってもよい。

さらにまた、予め前記患者の患部を撮影した患部画像に係る情報を記憶したデータサーバを備え、前記患部画像に係る情報は、前記データサーバから前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されると共に、前記表示手段は、前記患部画像を前記体内画像と同時に表示可能であってもよい。

またさらに、前記患者の患部の超音波画像を取得する超音波診断手段を備え、前記超音波画像に係る情報は、前記超音波診断手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されると共に、前記表示手段は、前記超音波画像を前記体内画像と同時に表示可能であってもよい。

このように各種器具からの画像等の情報を表示手段で表示する場合であっても、各情報は無線を介して表示手段側へと送信されるため、手術室内の配線が乱雑になることがない。しかも、例えば、超音波診断手段のように手術の一場面で一時的に用いられ、使用頻度の少ない装置であっても、その画像情報を配線の制約なく即座に体内画像と同時に並べて表示させることができ、一層適切な処置判断を行うことが可能となると共に、その準備等の移動も容易である。

さらに、前記動作制御手段は、前記データサーバに記憶された前記患部画像に係る情報を取り込み、該患部画像上での前記患部の位置座標を設定することにより、該位置座標に基づき前記マニピュレータの前記患部への移動動作を誘導可能であり、前記情報処理手段又は動作制御手段では、前記位置座標に基づく患部位置に係る情報を、前記体内画像に係る情報と相関して処理可能であると共に、前記表示手段では、前記体内画像に前記患部位置に係る情報を重畳して表示可能に構成してもよい。

また、前記表示手段で表示される前記複数の情報を選択及び切換可能な操作スイッチを備え、前記操作スイッチは、前記表示手段の表示画面上にタッチパネル式で設けられるか、又は、前記表示手段若しくは前記情報処理手段に設けられていると、表示手段で表示される情報を容易に変更することが可能となる。

ここで、前記情報処理手段は、前記複数の情報を前記表示手段に同時に表示させるように複数のウインドウを設定して編集するマルチウインドウプロセッサを有すると表示手段での複数情報の同時表示を即座に実行することが可能となる。

この場合、前記情報処理手段は、前記体内画像に係る情報を処理して前記マルチウインドウプロセッサをバイパスして前記表示手段に表示させるバイパス表示手段を有すると、いわゆる二重化システムとなり、一層適切に手術を継続することが可能となる。

従って、このような手術システムによれば、少なくともマニピュレータと体内画像撮影手段とを用いて患者に外科処置を施すための手術方法であって、前記体内画像に係る情報を、前記体内画像撮影手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信すると共に、前記体内画像を含む複数の情報を表示手段で同時に表示することを特徴とする手術方法を行うことができる。この場合、前記マニピュレータを移動自在なロボットアームに設けると共に、前記マニピュレータ及び前記ロボットアームを操作手段によって操作するように構成することもできる。

本発明によれば、表示手段において体内画像撮影手段で得られる体内画像と同時に他の器具の情報を同時に表示可能であるため、術者である医師等は現在の状況を的確に視認し把握することができ、患者に対する外科処置に係る処置判断を一層適切に行うことが可能となる。また、表示手段と体内画像撮影手段等との間の情報の送受信が無線でなされることにより、手術室内の配線を大幅に減らすことができるため、各手術スタッフの手術内での移動が容易となる。さらに、手術中に一時的に用いられる器具であっても、その画像情報やシステムデータ等を配線の制約を回避して即座に体内画像と並べて表示させることが可能となり、医師は一層適切に処置判断を行うことが可能となる。

以下、本発明に係る手術システムについて実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る手術システム１０は、マニピュレータ１２ａ、１２ｂや体内画像撮影手段である内視鏡１４等を使用して、患者１６に所望の外科処置（例えば、腹腔鏡下手術）を行うものである。

手術システム１０は、手術室１８内に設置された手術台２０の近傍に設けられたステーション２２と、該ステーション２２に設けられた４台のロボットアーム２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄと、これらの全体的な制御を行うコンソール（動作制御手段）２６とを有した手術ロボット２８を備える。さらに、手術システム１０は、患者１６の患部を予め撮影したＸ線ＣＴやＭＲＩ等の診断画像（患部画像）に係る情報等を記憶したデータサーバ３０と、ロボットアーム２４ｄの先端に設けられた探触子（超音波診断プローブ）３２により患部の超音波画像を取得する超音波診断装置（超音波診断手段）３４と、内視鏡１４で得られる内視鏡画像や超音波診断装置３４で得られる超音波画像等を同時に表示可能なディスプレイ（表示手段）３６とを備える。手術システム１０は、患者１６への外科処置をロボットアーム２４ａ〜２４ｄの駆動操作によって実施可能な医療用ロボットシステムを備えて構成されている。

このような手術システム１０では、内視鏡１４で得られる患者１６の体内画像（映像）、コンソール２６から出力される手術ロボット２８の動作状態を示す動作情報、データサーバ３０から出力されるＸ線ＣＴやＭＲＩ等の診断画像（患部画像）、及び、探触子３２により得られる信号を受けてエコー画像を生成する超音波診断装置３４からの画像（超音波画像）等の各種信号が、例えば、手術室１８の天井中央付近に設けられたワイヤレス画像プロセッサ（情報処理手段、アクセスポイント）３５へと無線通信によって送受信されてディスプレイ３６に表示される。すなわち、当該手術システム１０での手術に携わる医師や技師等、複数の手術スタッフ３７の全員が各種情報や画像等を共有しながら行動することができる。手術システム１０における無線通信は、各情報の送受信の少なくとも一部が無線を介して送受信されるものであればよく、例えば、各装置から有線で延ばしたアンテナ部（アクセスポイント）を設置することもできる。

コンソール２６はロボットアーム２４ａ〜２４ｄとの間で、有線、無線、ネットワーク又はこれらを組み合わせた通信手段によって情報を送受信可能である。コンソール２６は、手術ロボット２８の全ての制御を負担している必要はなく、例えば、ロボットアーム２４ａ〜２４ｄのフィードバック制御は、それぞれのロボット側に設けられていてもよい。ロボットアーム２４ａ及び２４ｂは、コンソール２６の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール２６に設けられたジョイスティック（操作手段）３８ａ及び３８ｂに倣った動作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。

図２に示すように、ロボットアーム２４ａ、２４ｂは、各先端にマニピュレータ１２ａ、１２ｂを有し、ロボットアーム２４ｃの先端には内視鏡１４が設けられ、ロボットアーム２４ｄの先端には探触子３２が設けられている。マニピュレータ１２ａ、１２ｂ、内視鏡１４及び探触子３２は、それぞれトラカール４０を介して体腔４２内に挿入される。ステーション２２は複数台であってもよい。マニピュレータ１２ａ、１２ｂ、内視鏡１４及び探触子３２は、ロボットアーム２４ａ〜２４ｄに対して着脱可能に構成されている。

ロボットアーム２４ａ〜２４ｄは、多関節機構（例えば、独立的な６軸機構）を有し、コンソール２６によって制御され、マニピュレータ１２ａ、１２ｂ、内視鏡１４及び探触子３２を動作範囲内における任意の位置で任意の姿勢に設定可能である。ロボットアーム２４ａ〜２４ｄは、先端の軸に沿ってマニピュレータ１２ａ、１２ｂを進退させるスライド機構４４と、ステーション２２に沿って移動する昇降機構４６とを有する。内視鏡１４及び探触子３２についても、マニピュレータ１２ａ、１２ｂと同様にスライド機構４４を設けてもよい。ロボットアーム２４ａ〜２４ｄは全て同じ構成であってもよいし、マニピュレータ１２ａ、１２ｂ、内視鏡１４及び探触子３２の種類に応じて異なる構成であってもよい。

ロボットアーム２４ａ及び２４ｂに設けられたマニピュレータ１２ａ及び１２ｂは、主に患部に対して直接的な手技を施すためのものであり、先端作業部には、例えばグリッパ、鋏及び電気メス等が設けられ、又は体腔４２の臓器等を所定の場所に退避させて広い術野を確保するためのリトラクタを設けることもできる。

次に、マニピュレータ１２ａ及び１２ｂと、これらマニピュレータ１２ａ及び１２ｂとロボットアーム２４ａ及び２４ｂの接続部の構成とについて説明をする。

図３及び図４に示すように、マニピュレータ１２ａについて、幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト５４の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。なお、本実施形態の場合、マニピュレータ１２ａ及び１２ｂは、略同一構成からなるため、以下ではマニピュレータ１２ａの構成と、該マニピュレータ１２ａとロボットアーム２４ａの接続部の構成とについて説明し、マニピュレータ１２ｂについてはその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、マニピュレータ１２ａは、ロボットアーム２４ａの先端におけるスライダ５０に対して着脱自在な構成になっている。スライダ５０は、スライド機構４４によってＺ方向にスライド可能である。スライダ５０には、３つのモータ５８ａ〜５８ｃがＺ方向に並列している。

マニピュレータ１２ａは、スライダ５０に対する接続ブロック５２と、該接続ブロック５２からＺ１方向に延在する中空の連結シャフト５４と、該連結シャフト５４の先端に設けられた先端動作部５６とを有する。

接続ブロック５２は、所定の着脱機構によりスライダ５０に対して着脱及び交換が可能である。接続ブロック５２は、モータ５８ａ〜５８ｃに係合するプーリ６０ａ〜６０ｃがＺ方向にこの順に並列している。モータ５８ａ〜５８ｃとプーリ６０ａ〜６０ｃは、一方に非円形の凸部があり、他方に該凸部に係合する凹部が設けられており、モータ５８ａ〜５８ｃの回転がプーリ６０ａ〜６０ｃに伝達される。

プーリ６０ａ〜６０ｃには、ワイヤ６２ａ〜６２ｃが巻き掛けられている。可撓性部材からなるワイヤ６２ａ〜６２ｃは環状であって、滑り止めのため一部がプーリ６０ａ〜６０ｃに固定され、例えば１．５回転巻き掛けられて、連結シャフト５４内をＺ１方向に延在しており、プーリ６０ａ〜６０ｃが回転することにより、左右から延在する２本のうち一方が巻き取られ、他方が巻き出される。ワイヤ６２ａ〜６２ｃは、Ｙ方向にずれて配置されており、相互の干渉がない。

連結シャフト５４は、接続ブロック５２からＺ１方向に延在し、先端に先端動作部５６が設けられている。連結シャフト５４の途中には、図示しない関節部を設けて屈曲可能に構成してもよい。そうすると、体腔４２内における手技で、マニピュレータ１２ａをリトラクタとして一層好適に作用させることができる。他のマニピュレータ１２ｃや臓器等を有効に回避しながら所望の臓器を押すことができるからである。

図４に示すように、先端動作部５６は、連結シャフト５４の先端に設けられており、少なくとも、ワイヤ６２ａが巻き掛けられたプーリ（回転体）、ワイヤ６２ｂが巻き掛けられたプーリ、及びワイヤ６２ｃが巻き掛けられたプーリを有する。ワイヤ６２ａ〜６２ｃが、接続ブロック５２のプーリ６０ａ〜６０ｃの回転動作よって進退することにより、先端動作部５６の各プーリが従動的に回転し、該先端動作部５６は３軸動作が可能である。この動作は、例えば、ピッチ軸（先端関節）６４及びヨー軸（先端関節）６６を中心とした傾動動作と、グリッパ６８の開閉動作である。先端動作部５６には、これら各軸による動作と共に又は該動作に代えて連結シャフト５４の軸線方向に延びたロール軸を中心とした回転動作を設けてもよい。グリッパ６８は、片開き式又は両開き式のいずれでもよい。この先端動作部５６は、例えば、前記特許文献２記載の医療マニピュレータにおける先端の作業部と同機構にすればよい。

ピッチ軸６４、ヨー軸６６及びグリッパ６８は、相互に動作干渉を発生しうることから、コンソール２６では、干渉量を演算して補償するように各ワイヤ６２ａ〜６２ｃを進退させる制御を行う。つまり、所定箇所を動作させたときに、他の箇所が動作干渉による無駄な動きをしないように制御をする。

図５に示すように、コンソール２６には、人による操作手段（操作部）としての２つのジョイスティック３８ａ、３８ｂと、モニタ７０とが設けられる。モニタ７０には、内視鏡１４の画像や手術ロボット２８の動作状態等の情報が表示されるが、手術システム１０ではディスプレイ３６を備えているためモニタ７０を省略することもできる。

ジョイスティック３８ａ、３８ｂの操作により、ロボットアーム２４ａ、２４ｂを個別に操作が可能である。ロボットアーム２４ｃ、２４ｄは、図示しない別の入力手段により操作することもでき、また、ジョイスティック３８ａ、３８ｂを切り換えて使用するか又は同様なものを増設してもよい。ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、両手で操作しやすい左右位置に設けられている。ジョイスティック３８ａ、３８ｂはマスターアームであってもよい。

ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、上下動作、捻り動作、及び全方向への傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム２４ａ、２４ｂを動かすことができる。ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、手を離すと図５に示す直立の基準状態に復帰する。ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、基本的に同構造であり、人手によって握るハンドルグリップ７２と、主に人差し指、中指によって押し引き操作されるトリガレバー７４と、主に親指によって操作される複合入力部７６とを有する。トリガレバー７４を操作することにより、グリッパ６８を開閉させることができる。複合入力部７６は、中央に設けられた十字状のシーソー型スイッチ７６ａを有する。シーソー型スイッチ７６ａを操作することにより、ピッチ軸６４及びヨー軸６６の傾動動作が可能になる。

さらに、コンソール２６には、ワイヤレス画像プロセッサ３５との間での無線による情報の送受信を行うアンテナ７８ａと、例えば、超音波診断装置３４からの画像データ（超音波画像情報）や制御信号等を送受信するためのアンテナ７８ｂとが接続された送受信機７８と、該無線による通信等を制御するコントローラ７９とが設けられている（図７参照）。

内視鏡１４は、ロボットアーム２４ｃに接続される基端側の本体部８４内に、得られた内視鏡画像に係る情報をワイヤレス画像プロセッサ３５へと無線で送信するための送信機（アンテナ）８０と、該無線による通信等の制御を行うコントローラ（内視鏡制御手段）８２とを内蔵している（図２及び図７参照）。

内視鏡１４では、ロボットアーム２４ｃの先端側にカメラ部と略一体的に設けられる本体部８４に代えて、送信機８０やコントローラ８２を内蔵する本体部８４ａを別体に構成し、ロボットアーム２４ｃに設けられる部分の構成を簡素化することもできる（図９参照）。本体部８４ａには、得られる内視鏡画像を表示可能なモニタ８５を設けておくこともできる。前記の本体部８４を用いた場合においても、モニタ８５を設けた本体部８４ａのようなコンソールを別途設けてもよい。

超音波診断装置３４は、ロボットアーム２４ｄの先端に設けられたプローブである探触子３２によって得られる信号を受けてエコー画像（超音波画像）を生成するものであり、基本的には一般に用いられているものである。本実施形態の場合、探触子３２から有線や無線等によって信号を送信可能に構成された本体部８６には、得られた超音波画像に係る情報をワイヤレス画像プロセッサ３５へと無線で送信するための送信機（アンテナ）８８と、該無線による通信等の制御を行うコントローラ９０とを内蔵している（図１及び図７参照）。本体部８６には、得られる超音波画像を表示可能なモニタ９２を設けておくこともできる。当然、超音波診断装置３４においても、内視鏡１４と同様に、送信機８８等をロボットアーム２４ｄ側に設けてもよい。通常、超音波診断装置３４は、手術中、エコー画像の取得が必要とされた際に一時的に用いられるものである。

データサーバ３０は、例えば、院内のネットワークに接続され、手術システム１０による手術に先立って撮影された患者１６の患部等のＣＴ画像やＭＲＩ画像等を、前記ネットワークやメモリカード等の記憶媒体を介して取り込むと共に、メモリ（患部画像情報記憶部）９４に記憶している。データサーバ３０の本体部９６には、前記メモリ９４と、メモリ９４に記憶された患者１６の患部画像に係る情報（ＣＴ画像やＭＲＩ画像のデータ）をワイヤレス画像プロセッサ３５及びコンソール２６へと無線で送信するための送信機（アンテナ）９８と、該無線による通信等の制御を行うコントローラ１００とを内蔵している（図１及び図７参照）。

このようなロボットアーム２４ａ〜２４ｄ及びコンソール２６を備える手術ロボット２８では、マニピュレータ１２ａ、１２ｂの先端位置、例えば、先端動作部５６を構成するグリッパ位置を３次元座標系における所定の座標点として常時計測及び制御可能であり、該計測される座標位置に基づき当該座標系上で正確且つ迅速に移動動作を行うことができる。

そこで、手術システム１０での手術に先立ち、データサーバ３０から患者１６の３次元患部画像情報（ＣＴ画像情報やＭＲＩ画像情報）を送信機９８からコンソール２６のアンテナ７８ｂへと無線によって取り込む（図７参照）。なお、患者１６の３次元患部画像情報は、有線や記録メディア等によってもコンソール２６に取り込んでもよい。この際、図６に示すように、データサーバ３０では、患部画像上で患部（癌細胞等）Ａの３次元座標（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）と、３点以上、例えば４点のマーカＭ１〜Ｍ４の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）とを設定しておく。

従って、コンソール２６では、データサーバ３０から取り込んだ診断画像座標系に係る患部Ａの座標（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）及びマーカＭ１〜Ｍ４の座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）のボリュームデータを、手術ロボット２８の実座標系（ロボット座標系）に合わせて変換処理することにより、手術中、上記のように設定された患部Ａ及びマーカＭ１〜Ｍ４の座標点に係る情報に基づき、マニピュレータ１２ａ、１２ｂの先端位置を容易且つ確実に誘導（ナビゲード、補助）することができる。このようなマニピュレータ１２ａ、１２ｂの誘導処理、いわゆる手術ナビゲーションに係る各情報は、コンソール２６からワイヤレス画像プロセッサ３５へと無線送信されることにより、ディスプレイ３６やモニタ７０で表示させることができる。

例えば、図８に示すように、患者１６の患部Ａの周辺部における前記各マーカＭの各座標位置に対応した位置に、所定のマニピュレータ位置設定部材Ｐ１〜Ｐ４を配置しておき、手技を開始する際に各マニピュレータ１２ａ、１２ｂの先端を各マニピュレータ位置設定部材Ｐ１〜Ｐ４に順に当接させて該位置を記憶し、コンソール２６の制御下に、前記マーカＭ１〜Ｍ４の位置座標（すなわち、診断画像座標系）と実際のマニピュレータ１２ａ、１２ｂの先端位置座標（すなわち、実座標系）とが関連付けられ、当該マニピュレータ１２ａ、１２ｂの先端を患部Ａへと適切に誘導可能である。以上のように、手術システム１０は、事前に撮影した患者１６の患部画像（ＣＴ画像等）に基づき、マニピュレータ１２ａ、１２ｂ等の動作を誘導する手術ナビゲーション機能を有する。

図７は、手術システム１０の回路構成ブロック図である。

ワイヤレス画像プロセッサ３５は、内視鏡１４、超音波診断装置３４、コンソール２６及びデータサーバ３０との間で画像情報や動作情報等を無線により送受信する送受信機（アンテナ）１０２と、送受信機１０２を制御すると共に、該送受信機１０２で受信した情報又は送受信機１０２から送信する情報に所定の処理を施す処理部１０４と、該処理部１０４をその一機能として含みディスプレイ３６での表示画像の制御等を行うマルチウインドウプロセッサ（演算部、情報処理手段）１０６とを備える。

マルチウインドウプロセッサ１０６は、内視鏡１４や超音波診断装置３４等からの複数の画像やコンソール２６からのシステムデータ等、複数の情報の入力を受け付けることができ、これら各情報を画像処理し、所定の信号でディスプレイ３６へと出力することができる。さらに、ディスプレイ３６の表示画面の分割や合成等、各種ウインドウ表示等、多彩な画像表示を制御することができる。

なお、ワイヤレス画像プロセッサ３５（マルチウインドウプロセッサ１０６）に、コンソール２６のように手術ナビゲーションに係る情報を処理する機能等を付与することも可能である。

手術システム１０における各情報の無線通信は、送受信される画像情報等のデータ容量に十分対応可能であり、且つ、内視鏡１４等で得られる動画を遅延なくディスプレイ３６に表示できる程度の仕様であればよく、一般に用いられている無線ＬＡＮやＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ：超広帯域無線）等の高速通信性に優れたものが好適である。例えば、無線ＬＡＮの規格としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ等の高速通信性が高いものが好ましい。

ディスプレイ３６は、マルチウインドウプロセッサ１０６の制御下に、内視鏡１４、超音波診断装置３４、コンソール２６及びデータサーバ３０からの送信された画像や手術ロボット２８の動作情報等、複数の情報を同時に表示可能な大型のマルチディスプレイであり、例えば、タッチパネル式のスイッチを備えた液晶ディスプレイからなる。ディスプレイ３６は、プラズマ方式やＥＬ方式等であってもよい。本実施形態では、ディスプレイ３６上にタッチパネル式の操作スイッチ１０８が表示されることで、オペレータである手術スタッフ３７からの入力がワイヤレス画像プロセッサ３５に設けられた制御インターフェイス１１０を介してマルチウインドウプロセッサ１０６へと伝達され、ディスプレイ３６上に所望の画像を所望の位置及び大きさで表示することができる（図７及び図８参照）。

ディスプレイ３６は、複数台設置してもよい。

ディスプレイ３６は、例えば、手術室１８の天井から延びた自在アーム１０１によって所望の位置に所望の角度で配置可能であるが、床置きや壁掛けによって設置してもよい。

図８に示すように、例えば、ディスプレイ３６の表示画面（スクリーン）上を大小４領域に分割し、最も大きな領域（ウインドウ）Ｒ１に内視鏡１４からの内視鏡画像を表示し、上部のやや小さな領域（ウインドウ）Ｒ２にデータサーバ３０からのＸ線ＣＴ画像を表示し、領域Ｒ２の下部の領域（ウインドウ）Ｒ３にコンソール２６からのシステムデータを表示し、下部の幅広な領域（ウインドウ）Ｒ４にタッチパネル式の操作スイッチ１０８を表示することができる。例えば、領域Ｒ３について、前記システムデータに代えて、超音波診断装置３４からのエコー画像（超音波画像）を表示することもできる（図１２参照）。コンソール２６からのシステムデータとしては、現在ロボットアーム２４ａ〜２４ｄに装着されているマニピュレータ等の種類、先端動作部５６の種類（グリッパ、鋏及び電気メスや各仕様等）、使用履歴、可動状態（ＯＮ又はＯＦＦ等）、エラー情報、警告の有無とその内容等、患部Ａに対するマニピュレータ１２ａ（１２ｂ）の先端の相対位置座標、先端動作部５６の角度情報（グリッパ６８の開度、ピッチ軸６４やヨー軸６６の傾動角度やロール軸の回転角度等）、及び、ロボットアーム２４ａ等の動作情報（位置情報）等が挙げられる。このように、マルチウインドウプロセッサ１０６は、内視鏡画像や超音波画像、システムデータ等に係る各情報を処理し、ディスプレイ３６に同時に表示させるように複数のウインドウ（領域）を設定して編集する機能を有する。

ディスプレイ３６では、マルチウインドウプロセッサ１０６での処理・制御下に、例えば、領域Ｒ１において、内視鏡１４からの内視鏡画像に対して、コンソール２６からのナビゲーションデータ（患部Ａの座標情報等）を重畳表示して（図８参照）、一層適切な手術ナビゲーションを行うことができる。つまり、当該ナビゲーションデータについて、先ず、診断画像データをデータサーバ３０からコンソール２６へと送信機９８及びアンテナ７８ｂを介して無線送信される。次いで、例えば、送信機８０から送受信機１０２を介してコンソール２６へと送信された内視鏡画像に係る情報と、前記診断画像データによる患部Ａの位置情報とを当該コンソール２６を構成するコントローラ７９や他のプロセッサ等によって相関処理（重畳処理）し、この重畳データがアンテナ７８ａを介してワイヤレス画像プロセッサ３５へと送信される。これにより、内視鏡画像とナビゲーションデータ（患部Ａの座標情報等）とをディスプレイ３６上で迅速に重畳表示することができる（図８参照）。なお、このような重畳処理は、コンソール２６ではなく、ワイヤレス画像プロセッサ３５側で行ってもよい。

このようなディスプレイ３６上での各画像等の表示位置（領域）やその大きさ、同時表示数等は、マルチウインドウプロセッサ１０６の制御下に、操作スイッチ１０８を介して手術スタッフ３７が適宜設定変更することができる。例えば、領域Ｒ３について、データサーバ３０からのシステムデータと超音波診断装置３４からのエコー画像とを所定時間毎に自動で切換表示するように設定することもできる。また、患者１６の容態（血圧や心拍数等）を図示しない器具から取り込み表示することもできる。

なお、ワイヤレス画像プロセッサ３５の各機能の全部又は一部をディスプレイ３６に内蔵することもでき、また、ワイヤレス画像プロセッサ３５はディスプレイ３６と別体だけでなく一体に構成することもできる。

次に、このように構成される手術システム１０の作用について説明する。

先ず、患者１６の患部周辺にガスを入れて体腔４２を確保し、トラカール４０からマニピュレータ１２ａ、１２ｂの先端動作部５６及び連結シャフト５４を挿入する。体腔４２内の状態は予め体腔４２内に挿入しておいた内視鏡１４の画像をディスプレイ３６やモニタ７０によって確認する。

次いで、ジョイスティック３８ａ、３８ｂを操作する手術スタッフ３７（医師）は、内視鏡１４によって得られる体腔４２内の状態を確実に確認しながら、ロボットアーム２４ａ、２４ｂの先端に設けられたマニピュレータ１２ａ、１２ｂにより所望の手技を行うことになる。

この際、ディスプレイ３６には、内視鏡１４の画像に対して、コンソール２６からのナビゲーションデータが重畳して表示されるため（図８中の領域Ｒ１）、マニピュレータ１２ａ、１２ｂを扱う手術スタッフ３７は一層適切に手技を行うことができる。

上記のように、本実施の形態に係る手術システム１０によれば、内視鏡１４、超音波診断装置３４、コンソール２６及びデータサーバ３０と、マルチウインドウプロセッサ１０６との間での情報の送受信に無線通信手段を用いている。従って、壁面や天井面を含む手術室１８内の任意の場所に設置されるディスプレイ３６に対して、ほとんど配線を敷設することなく複数の情報を同時に表示可能である。このため、例えば、超音波診断装置３４のように手術の一場面で一時的に用いられ、使用頻度の少ない装置であっても、その画像情報を配線等の制約なく即座に内視鏡画像と同時に表示させることができ、手術スタッフ３７は、一層適切な処置判断を行うことが可能となる。当然、超音波診断装置３４以外の器具であっても、無線通信用の送信機を装備しておくことにより、必要に応じてディスプレイ３６にその情報を表示することができ、患者１６への外科処置を一層迅速に且つ正確に行うことが可能となる。また手術システム１０では、各器具間を接続する配線を大幅に減らすことができるため、各器具、例えば、コンソール２６や超音波診断装置３４等の設置自由度も向上する。

ディスプレイ３６は、当該手術システム１０を用いた手術に携わる医師や技師等、手術スタッフ３７の全員が視認し易い位置に容易に設置・移動可能である。このため、当該手術スタッフ３７の全員が各種画像情報や手術ロボット２８の動作情報、さらには患者１６の容態（血圧や心拍数等）等をも容易に共有することができる。しかも、無線通信により、手術室１８内では、ディスプレイ３６（ワイヤレス画像プロセッサ３５）と、各器具との間の配線がほとんど露呈しないことから、各手術スタッフ３７は極めて容易に手術室１８内を移動することができ、また、必要な器具を迅速に準備することができる。

なお、本実施の形態に係る手術システム１０では、ディスプレイ３６上にタッチパネル式に設けられる操作スイッチ１０８に代えて、操作スイッチ１０８ａを設けたワイヤレス画像プロセッサ３５ａを備えることもできる（図１０参照）。

すなわち、ワイヤレス画像プロセッサ３５ａに設けた操作スイッチ１０８ａをオペレータである手術スタッフ３７が適宜操作することにより、ディスプレイ３６での表示を設定・変更可能である。そこで、ワイヤレス画像プロセッサ３５ａには、操作スイッチ１０８ａからの入力を受けて、その操作情報を制御インターフェイス１１０に送信する入力部１１２が設けられる（図１１参照）。ワイヤレス画像プロセッサ３５ａは、操作スイッチ１０８ａの操作性等を考慮して、例えば、手術室１８の壁面等、操作が容易で且つ手術室１８内で邪魔にならない位置に設定しておくことが好ましい。

これにより、ディスプレイ３６の表示画面上には、タッチパネル式の操作スイッチ１０８を表示する必要がなく、一層多くの画像情報等を同時に表示することができる。すなわち、ディスプレイ３６では、例えば、領域Ｒ１に内視鏡１４からの内視鏡画像を表示し、領域Ｒ２にデータサーバ３０からのＸ線ＣＴ画像を表示し、領域Ｒ３に超音波診断装置３４からのエコー画像を表示し、領域Ｒ４にコンソール２６からのシステムデータを表示することができる（図１２参照）。

操作スイッチ１０８ａは、図１０中の破線で示すように、ディスプレイ３６の外枠上に設置することもできる。操作スイッチ１０８ａは光学スイッチや音声認識によるスイッチ等の非接触式スイッチであることが望ましい。そうすると、実際に手術を行う医師自身が必要に応じてディスプレイ３６の表示を切り換えることが可能となる。

ところで、本実施の形態に係る手術システム１０では、不測の事態に備えて、少なくとも内視鏡１４の画像を確実に表示できるように二重化システムとして構成することができる。

つまり、図１３に示すように、手術システム１０では、ワイヤレス画像プロセッサ３５に代えて、マルチウインドウプロセッサ１０６の動作を監視するサブプロセッサ１１４と、スイッチ部１１６を内蔵したワイヤレス画像プロセッサ３５ｂを用いることもできる。サブプロセッサ１１４には、内視鏡１４から送信された内視鏡画像に係る情報を処理部１０４と同様に処理してディスプレイ３６に表示しうる機能が設けられ、ワイヤレス画像プロセッサ３５を構成するマルチウインドウプロセッサ１０６と同様、ディスプレイ３６に表示する情報を処理する情報処理手段である。

サブプロセッサ１１４は、送受信機１０２とマルチウインドウプロセッサ１０６（処理部１０４）との間に設けられた複数の信号線のうち、内視鏡１４の画像に係る情報を送信する信号線を分岐した信号線とスイッチ部１１６との間を接続し、常時マルチウインドウプロセッサ１０６の動作をその電圧等の変動を介して監視している。通常時、スイッチ部１１６はマルチウインドウプロセッサ１０６の処理部１０４とディスプレイ３６とを接続する位置とされている。

このようなサブプロセッサ１１４は、不測の事態により内視鏡画像がディスプレイ３６に表示されなくなると、即座にスイッチ部１１６を当該サブプロセッサ１１４とディスプレイ３６とを接続する位置に切り換え、マルチウインドウプロセッサ１０６をバイパスして内視鏡画像をディスプレイ３６に表示させるバイパス表示手段として機能する。これにより、ディスプレイ３６の表示画面上に内視鏡１４の画像を確実に表示することができるため、手術スタッフ３７は、マニピュレータ１２ａ、１２ｂ等を用いた手技を中断せずに継続可能である。

図１４に示すように、前記のワイヤレス画像プロセッサ３５ｂは、スイッチ部１１６を省略したワイヤレス画像プロセッサ３５ｃとすることもできる。この場合、内視鏡１４からの画像情報はマルチウインドウプロセッサ１０６及びサブプロセッサ１１４から常時ディスプレイ３６へと供給されている。通常時、ディスプレイ３６又はサブプロセッサ１１４に設けられた図示しないコントローラや処理部１０４の制御により、ディスプレイ３６ではマルチウインドウプロセッサ１０６からの信号に基づき内視鏡画像を表示する一方、マルチウインドウプロセッサ１０６の誤動作時にはサブプロセッサ１１４からの信号に基づき内視鏡画像を表示することができる。

図１５に示すように、サブプロセッサ１１４をワイヤレス画像プロセッサ３５ｂ等ではなく、ディスプレイ側に設けたディスプレイ３６ａとすることもできる。この場合、ディスプレイ３６ａには、内視鏡１４からの画像に係る情報を無線により受信可能な送受信機（アンテナ）１１８を設け、当該ディスプレイ３６側からマルチウインドウプロセッサ１０６の動作を監視することができる。ここで、サブプロセッサ１１４はマルチウインドウプロセッサ１０６で置き換えてもよい。

なお、上記実施の形態に係る手術システム１０では、マニピュレータ１２ａ、１２ｂ、内視鏡１４及び探触子３２を手術ロボット２８のロボットアーム２４ａ〜２４ｄによって動作させるものとしたが、これらを各手術スタッフ３７が手で把持して動作させると共に、ジョイスティック３８ａ、３８ｂを省略したコンソール２６ａを備えた手術システム１０ａとすることもできる（図１６参照）。

手術システム１０ａでは、医師である手術スタッフ３７がマニピュレータ１２ｃ、１２ｄを手で把持して手技を行うと共に、内視鏡１４ａ及び探触子３２ａをそれぞれ他の手術スタッフ３７が操作する。マニピュレータ１２ｃ、１２ｄ、内視鏡１４ａ及び探触子３２ａの全部又は一部をロボットアームによって動作させてもよい。

図１７に示すように、マニピュレータ１２ｃ（１２ｄ）は、先端動作部５６を設けた連結シャフト５４の基端側が連結された接続ブロック５２がアクチュエータブロック１２０に対し、所定の操作で着脱自在に構成されている。アクチュエータブロック１２０のＺ２側にはブリッジ１２２を介してグリップハンドル１２４が設けられる。グリップハンドル１２４は、ブリッジ１２２の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さである。ブリッジ１２２のＹ２側にはトリガレバー７４が設けられ、グリップハンドル１２４のＹ１側の傾斜面には複合入力部７６が設けられている。

このような手術システム１０ａにおいても、医師であるマニピュレータ１２ｃ、１２ｄによる手技を行う手術スタッフ３７や他の手術スタッフ３７が、現在の手術の状況をディスプレイ３６によって共有することができるため、適切な外科処置が可能となる。

なお、上記したワイヤレス画像プロセッサ３５、３５ａ〜３５ｃには、内視鏡１４の画像等、ディスプレイ３６、３６ａに表示される画像等の各情報を記録（録画）可能な記録部１２６を設けることもできる（図７中の破線参照）。記録部１２６は、ワイヤレス画像プロセッサ３５等に一体又は別体に接続してもよく、ディスプレイ３６等に一体又は別体に接続することもできる。これにより、手術の様子を記憶してその後の処置等に利用することができると共に、必要に応じて手術中にディスプレイ３６等の表示画面上に直前の様子を再生することもできる。

また、体内画像撮影手段としては、内視鏡以外にも、例えば、ＭＲＩや超音波診断装置等を用いることもでき、要は、患者の所望の体内画像をリアルタイムに取得することができる装置であればよい。

本発明に係る手術システムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る手術システムを設置した手術室の説明図である。手術ロボットを拡大した説明図である。手術ロボットに設けられるマニピュレータの一部断面側面図である。先端動作部の概略斜視図である。コンソールの概略斜視図である。Ｘ線ＣＴによる患部画像に患部の位置座標を設定した状態を示す説明図である。本実施の形態に係る手術システムの回路構成ブロック図である。ディスプレイに各情報を表示した状態を示す説明図である。第１の変形例に係る手術システムを設置した手術室の説明図である。第２の変形例に係る手術システムを設置した手術室の説明図である。第２の変形例に係る手術システムの回路構成ブロック図である。ディスプレイに別の情報を表示した状態を示す説明図である。第３の変形例に係る手術システムの回路構成ブロック図である。第４の変形例に係る手術システムの回路構成ブロック図である。第５の変形例に係る手術システムの回路構成ブロック図である。第６の変形例に係る手術システムを設置した手術室の説明図である。図１６に示す手術システムに用いられるマニピュレータの斜視図である。

符号の説明

１０、１０ａ…手術システム１２ａ〜１２ｄ…マニピュレータ
１４、１４ａ…内視鏡１８…手術室
２４ａ〜２４ｄ…ロボットアーム２６、２６ａ…コンソール
２８…手術ロボット３０…データサーバ
３２、３２ａ…探触子３４…超音波診断装置
３５、３５ａ〜３５ｃ…ワイヤレス画像プロセッサ
３６、３６ａ…ディスプレイ３８ａ、３８ｂ…ジョイスティック
７９、８２、９０、１００…コントローラ
１０４…処理部１０６…マルチウインドウプロセッサ
１０８、１０８ａ…操作スイッチ１１０…制御インターフェイス
１１２…入力部１１４…サブプロセッサ
１１６…スイッチ部１２６…記録部

Claims

少なくともマニピュレータと体内画像撮影手段とを用いて患者に外科処置を施すための手術システムであって、
前記体内画像撮影手段で得られる体内画像を含む複数の情報を同時に表示可能な表示手段と、
前記表示手段に情報を送信可能に設けられ、該表示手段に表示される前記複数の情報を処理する情報処理手段と、
予め前記患者の患部を撮影した患部画像に係る３次元患部画像情報を記憶したデータサーバと、
医療用ロボットシステムと、
を備え、
前記医療用ロボットシステムは、
前記マニピュレータが設けられ、該マニピュレータを移動自在なロボットアームと、
前記マニピュレータ及び前記ロボットアームを操作する操作手段と、
前記操作手段からの入力に基づき、前記マニピュレータ及び前記ロボットアームの動作を制御する動作制御手段とを有し、
前記体内画像に係る情報は、前記体内画像撮影手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信され、
前記３次元患部画像情報は、前記データサーバから前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されると共に、
前記３次元患部画像情報には、前記患部の位置座標が設定されており、
前記動作制御手段は、前記データサーバに記憶された前記３次元患部画像情報を取り込み、該３次元患部画像情報に係る診断画像座標系と、前記医療用ロボットシステムに係るロボット座標系との関連付けを行い、前記３次元患部画像情報に設定された前記患部の位置座標に基づき前記マニピュレータの前記患部への移動動作を誘導可能であり、
前記情報処理手段又は動作制御手段では、前記位置座標に基づく患部位置に係る情報を、前記体内画像に係る情報と相関して処理可能であると共に、
前記表示手段では、前記体内画像撮影手段により得られた前記体内画像に、前記３次元患部画像情報に基づく前記患部位置に係る情報を重畳して表示可能であることを特徴とする手術システム。
請求項１記載の手術システムにおいて、
前記３次元患部画像情報には、３点以上のマーカ座標が設定されており、
前記患者の患部の周辺部における前記マーカ座標に対応した位置にそれぞれ配置された複数のマニピュレータ位置設定部材に、前記各マニピュレータが当接させられることにより該位置を記憶し、前記動作制御手段の作用下に、前記診断画像座標系と前記ロボット座標系との関連付けを行うことを特徴とする手術システム。
請求項１記載の手術システムにおいて、
前記マニピュレータ及び前記ロボットアームの動作状態を示す動作情報は、前記動作制御手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されると共に、
前記表示手段は、前記動作情報を前記体内画像と同時に表示可能であることを特徴とする手術システム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の手術システムにおいて、
前記患者の患部の超音波画像を取得する超音波診断手段を備え、
前記超音波画像に係る情報は、前記超音波診断手段から前記情報処理手段へ少なくとも一部に無線を介して送信されると共に、
前記表示手段は、前記超音波画像を前記体内画像と同時に表示可能であることを特徴とする手術システム。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の手術システムにおいて、
前記表示手段で表示される前記複数の情報を選択及び切換可能な操作スイッチを備え、
前記操作スイッチは、前記表示手段の表示画面上にタッチパネル式で設けられるか、又は、前記表示手段若しくは前記情報処理手段に設けられていることを特徴とする手術システム。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の手術システムにおいて、
前記情報処理手段は、前記複数の情報を前記表示手段に同時に表示させるように複数のウインドウを設定して編集するマルチウインドウプロセッサを有することを特徴とする手術システム。
請求項６記載の手術システムにおいて、
前記情報処理手段は、前記体内画像に係る情報を処理して前記マルチウインドウプロセッサをバイパスして前記表示手段に表示させるバイパス表示手段を有することを特徴とする手術システム。