JP2006508736A - 顕微手術システム用の改良された足踏みコントローラ - Google Patents

Abstract

顕微手術システムの改良された足踏みコントローラ、および、該足踏みコントローラを操作する方法が開示される。本方法は、コンピュータを用い、足踏みコントローラのデテントの開始時点から該デテントの終了時点までデテントを該変調する段階を有する。

Description

本発明は概して、顕微手術システムの操作に使用される足踏みコントローラに関する。より詳細には本発明は、斯かる足踏みコントローラに対して医師により定義され得る改良されたデテント(detent)に関する。

顕微手術システム、特に眼科用顕微手術システムを制御するために種々の足踏みコントローラが用いられる。眼科手術の間において医師は、作動する顕微鏡を通して患者の眼球を視認する。手術処置の種々の段階の間において顕微手術システムおよび関連するハンドピースを制御すべく医師は、手術システム上のマシン設定を如何に変更するかを看護師に対して指示するか、または、斯かる設定を変更すべく足踏みコントローラを使用せねばならない。可能な場合に多くの医師は、足踏みコントローラを使用することで手術システム上のマシン設定を変更し、手術処置の間における看護師との対話の必要性を排除もしくは減少することを好む。

習用の多くの足踏みコントローラは、手術システムもしくは関連するハンドピースの機能の線形制御を提供する足踏みペダルと、斯かる機能の二者択一的な制御を提供する一連のスィッチもしくはボタンとを有する。眼科用顕微手術システムに対する代表的な足踏みコントローラは、国際公開公報第WO 00/12037号、国際公開公報第WO 99/14648号、国際公開公報第WO 98/08442号、国際公開公報第WO 96/13845号、米国特許第5,983,749号明細書、米国特許第5,580,347号明細書、米国特許第4,837,857号明細書、米国特許第4,983,901号明細書、米国特許第5,091,056号明細書、米国特許第5,268,624号明細書、米国特許第5,554,894号明細書に開示されているが、それらの全ては言及したことにより本明細書中に援用される。

斯かる足踏みコントローラは典型的に、医師により所定の動作範囲内で移動され得る足踏みペダルを有する。この動作範囲は典型的には、各々が異なる手術モードを制御するという幾つかの領域に分離される。たとえば足踏みペダルを第1領域へと移動すると、水晶体乳化用ハンドピースに対する固定量の潅流が提供され得る。また足踏みペダルを第2領域へと移動すると、ハンドピースに対し、固定潅流と、吸引流の線形制御とが提供され得る。足踏みペダルを第3領域へと移動するとハンドピースに対し、固定潅流と、吸引流の線形制御と、超音波パワーの線形制御とが提供され得る。これらの領域の各々は、比較的に小さな範囲の足踏みペダル行程(および／または短い時間)により分離され、其処で医師は自身の足がペダルを押圧するときに足に対して大きな抵抗を感じる。足踏みペダルの行程に対するこれらの小さな範囲は典型的に、デテントと称される。足踏みペダルがデテントを通過するときに医師の足により感じられる大きな抵抗は典型的に、足踏みペダルに対する医師の足の力に対抗して足踏みコントローラのデテント用モータにより生成されるトルクの増大により提供される。医師がデテントを通りペダルを移動したなら、医師の足により感じられる抵抗は減少する。それらの全ては言及したことにより本明細書中に援用されるという米国特許第4,983,901号明細書、米国特許第4,168,707号明細書、米国特許第5,091,656号明細書、米国特許第6,179,829号明細書および欧州特許第0 789 929 B1号明細書は、斯かるデテントの例を開示している。

しかし習用の足踏みコントローラでは、デテントを克服して次の手術モードに移動するために力が必要とされる結果、医師は足踏みペダルに対して幾分か固い感触を有するという不都合がある。また、斯かる固さを減少するために、デテントを克服するために必要な力の大きさが減少されたとすると、医師はデテントを検出することが困難となる。故に依然として、顕微手術システムの操作に使用される足踏みコントローラにおいて改良されたデテントに対する要望が存在する。

ひとつの見地において本発明は、顕微手術システムの足踏みコントローラを操作する改良された方法に在る。コンピュータと、該コンピュータに作用的に連結された足踏みコントローラとを有する顕微手術システムが配備される。足踏みコントローラは、所定動作範囲を備えた足踏みペダルを有する。該動作範囲は、顕微手術システムの第1手術モードを表す第1領域と顕微手術システムの第2手術モードを表す第2領域とを有する。第1および第2領域はデテントにより分離される。コンピュータは、ユーザの足が足踏みペダルを押圧するにつれてユーザの足により感じられる抵抗を変化させることによりデテントを変調すべく用いられる。抵抗を変化させる段階は、デテントの開始時点から該デテントの終了時点まで所定周波数にて行われ得る。

本発明の更に完全な理解のために、且つ、本発明の更なる目的および利点に関し、添付図面に関して以下の記述を参照されたい。

本発明の好適実施形態およびその利点は図１から図８を参照することで最適に理解されるが、種々の図の同一の対応する部材に対しては同一の参照番号が使用される。

図１から図２は、本発明の好適実施形態に係る顕微手術システム10を示している。図１に示された如く、顕微手術システム10は眼科用顕微手術システムである。但し顕微手術システム10は、耳、鼻、喉または他の部分の手術を実施するシステムなどの任意の顕微手術システムとされ得る。システム10は、前眼部に対する眼科手術処置において超音波ハンドピースに対し超音波パワー、潅流用流体および吸引用減圧を提供し得る。システム10はまた、硝子体切除用プローブに対しては駆動用空気圧と吸引用減圧とを提供し、且つ、後眼部に対する眼科手術処置においては注入カニューレに対して潅流用流体も提供し得る。システム10は好適には、タッチスクリーン機能を備えた液晶ディスプレイ(“LCD”)16を有するグラフィック・ユーザ・インタフェース12と、システム10の本体19内に配設された足踏みスィッチ・インタフェース・コントローラ18と、本体19内に配設された作用力フィードバック・ドライバ20と、足踏みコントローラ26とを有する。コントローラ18はコンピュータであり、好適にはマイクロコントローラである。ドライバ20は好適には、可変電流源ドライバである。システム10に対してはカセット受容領域27を介して手術用カセットが作用的に連結され、習用様式でシステム10の流体挙動が管理される。上述された如くシステム10に対しては眼科手術の間において、典型的には当該手術用カセットに流体的に連結された習用の可撓プラスチック管材を介して且つ／又は一つ以上のポート29に作用的に連結された電子的ケーブルを介して、一連のハンドピースおよび／またはその手術用カセットが作用的に連結される。前眼部に対する眼科手術において利用される代表的なハンドピースとしては、潅流用ハンドピース、潅流／吸引用ハンドピース、超音波ハンドピースおよび／またはジアテルミ・ハンドピース(diathermy handpiece)が挙げられる。好適な超音波ハンドピースは、水晶体乳化用ハンドピースである。また後眼部に対する眼科手術において利用される代表的なハンドピースとしては、眼内排液ハンドピース、注入カニューレ、硝子体切除用プローブ、顕微手術用剪刀および／またはジアテルミ・ハンドピースが挙げられる。

図３から図５に最適に示される如く足踏みコントローラ26は、手術室の床部上に該足踏みコントローラ26を支持する基部50を備えた本体48を有する。本体48は好適には、足踏みペダルすなわち踏み板52、ヒール・カップ54、および、側部スィッチすなわち翼板スィッチ56を有するが、それらの全てはステンレス鋼、チタンまたはプラスチックなどの任意の適切な材料で製造され得る。基部50はまた、比較的に柔軟な弾性材料から作成される保護バンパ58も有し得る。足踏みコントローラ26の構造は、2002年10月16日に出願されると共にその開示内容は言及したことにより本明細書中に援用されるという同時係属の米国特許出願第10/271,505号明細書に更に完全に記述される。

足踏みペダル52およびヒール・カップ54は、足踏みコントローラ26のシャフト66にて本体48に回動的に連結される。足踏みペダル52は医師の足の上部を用いて踏込まれることで、図３から図４に示された完全な踏込み解除位置から、図５に示された完全な踏込み位置まで移動され得る。足62の踝(くるぶし)の回動軸心60は好適には、シャフト66の背後に配置される。図３から図５にては不図示であるが、所望であれば足踏みコントローラ26は、ヒール・カップ54ではなく足踏みペダル52のみがシャフト66の回りで回動する様に設計され得る。足踏みペダル52は医師により使用されることで、顕微手術システム10の幾つかの機能に対して比例的制御を提供する。一例として、システム10の操作モードに依存して足踏みペダル52は、硝子体切除用プローブの切除速度、硝子体切除用プローブの吸引用減圧、超音波ハンドピースのパワー、または、超音波ハンドピースの吸引流量の比例的制御を提供すべく使用され得る。

図２に最適に示される如く足踏みコントローラ26は好適には、作用力フィードバック・モータ30およびエンコーダ32も有する。モータ30は(不図示の)習用のギヤ・アセンブリを介してシャフト66に機械的に連結される。モータ30は、作用力フィードバック・ドライバ20により生成される信号であって足踏みスィッチ・インタフェース・コントローラ18により制御される信号により駆動される。エンコーダ32は好適には、光学的エンコーダである。エンコーダ32は、モータ30のシャフトの回転数を監視する。エンコーダ32は、モータ30のシャフトの回転数を足踏みペダル52の回動変位へと変換し得る位置検出論理回路33を有する。シャフト66に対しては、一つ以上の足踏みペダル戻しスプリング34も連結される。スプリング34およびモータ30は協働して、医師の足による足踏みペダル52の作動に抵抗するトルクもしくは作用力を提供する。スィッチ36、38および40は夫々、スプリング34の障害時、基部50から足踏みコントローラ26が傾斜離間したとき、および、足踏みペダル52が完全な踏込み解除位置に在ることを検出し、コントローラ18に対して信号通知を行う。足踏みコントローラ26は、習用の技術を用いて製造され得る。足踏みコントローラ26は、電子ケーブル28を介して顕微手術システム10に対して電気的に連結される。

図６は概略的に、顕微手術システム10の操作の間において種々の手術パラメータを制御するために医師が自身の足で足踏みペダル52を押圧するときに医師の足により感じられる抵抗力を、足踏みペダルの回動変位の関数として示している。図６の好適実施形態において示された如く足踏みコントローラ26は、足踏みペダル52が完全な踏込み解除位置に在るという第1位置と、足踏みペダル52が完全な踏込み位置に在るという第2位置との間の動作範囲を有する。この動作範囲は好適には複数の下位範囲もしくは下位領域へと分割され、その各々はシステム10の手術モードを表している。システム10に対して作用的に連結された代表的な水晶体乳化用ハンドピースに対し、好適な領域は：0(手術解除モード)；1(ハンドピースに対する固定量の潅流の提供)；2(ハンドピースに対する固定量の潅流の提供＋ハンドピースに対する吸引流の比例的(0〜100％)制御の提供)；および、3(ハンドピースに対する固定量の潅流の提供＋ハンドピースに対する吸引流の比例的(0〜100％)制御の提供＋ハンドピースに対する超音波パワーの比例的(0〜100％)制御の提供)；である。勿論、システム10以外の異なる顕微手術システムおよび／またはシステム10に作用的に連結された異なるハンドピースに対し、異なる個数の領域ならびに異なる手術モードが割当てられ得る。図６に示された如く足踏みコントローラ26は好適には、足踏みペダル52が下方向に移動されるときの２つのデテント100および102と、足踏みペダル52が上方向に移動されるときの２つのデテント104および106とを有する。勿論、所望であれば、更に多数もしくは少数のデテント、または、異なるデテント箇所が利用され得る。

図７から図８に示された如く、一つ以上のデテント100から106は変調デテント(modulating detent)とされ得る。より詳細には、医師の足が足踏みペダル52を押圧するときに医師が足に感じる抵抗もしくは抵抗力もしくはトルクは好適には、デテントの全体に亙り所望の周波数にて、デテントの開始時点D₀における第1振幅値F₀から、第2振幅値F₁と第3振幅値F₂との間の振幅値へと変化する。デテントの終了時点D₁にて抵抗は好適には、第1振幅値F₀に戻る。この変調デテントは、医師が足踏みコントローラの足踏みペダルをデテントの開始時点から終了時点まで移動し続けるときに自身の足に対して一定の大きな抵抗を感じるという習用の足踏みスィッチ用デテントと相当に異なるものである。本発明の変調デテントは好適には、足踏みペダル52がデテントの開始時点D₀とデテントの終了時点D₁との間に在る間にシャフト66に対して提供される対抗トルクが変化する様に、作用力フィードバック・モータ30に対する電気信号を変化させるべく作用力フィードバック・ドライバ20を使用して達成される。勿論、エンコーダ32および位置検出論理回路33は、足踏みスィッチ・コントローラ18に対して足踏みペダル52の現在の回動変位を提供し、且つ、コントローラ18はドライバ20に対し、モータ30に対する電気信号を如何にして適切に変化させるかを指示する。

医師もしくは看護師は、システム10のタッチスクリーン・ディスプレイ16を用い、デテント100から106の感触をカスタマイズする。たとえば、医師はボタン108にタッチすることで全てのデテント100から106の変調を作動し得ると共に、医師はボタン110にタッチすることで全てのデテント100から106の変調を作動解除し得る。別の例として、医師は上方スクロール矢印112にタッチすることで全てのデテント100から106の変調の周波数を増大し得ると共に、医師は下方スクロール矢印114にタッチすることで全てのデテント100から106の変調の周波数を減少し得る。各デテントの変調の周波数が変更されるにつれ、現在周波数はバー・ディスプレイ118内のスクロール・バー116の位置により質的に表示される。これに加えて医師もしくは看護師は、ユーザ・インタフェース12に接続されたマウスを用いてバー・ディスプレイ118内でスクロール・バー116を“クリックおよびドラッグ”することでも、デテント100から106の変調の周波数を変更し得る。医師の足により感じられる抵抗の振幅F₁およびF₂の差の絶対値、ならびに、各デテントの変調の周波数に対する最小値および最大値は好適には、足踏みスィッチ・コントローラ18内にハードコード(hard coded)される。変調の周波数に対する斯かる最小値および最大値の好適な値は、約30Hzから約150Hzである。代替的にこれらの値は、タッチスクリーン・ディスプレイ16を用いて医師もしくは看護師によりカスタマイズされ得る。これに加え、医師が自身の足に感じる抵抗は、所望であればF₀とF₁との間で、F₀とF₂との間で、または、他の一定の変化パターンを以て変調され得る。好適には変調のパターンは、足踏みスィッチ・コントローラ18内にハードコードされる。代替的に医師もしくは看護師はタッチスクリーン・ディスプレイ16を用いて、複数の変調パターンから選択し得るか、または、変調パターンをカスタマイズし得る。デテント100から106の各々の持続時間は好適には約100ミリ秒である。

上記からは、本発明によれば、顕微手術システムの操作において使用される足踏みコントローラにおける改良されたデテントが医師に対して提供されることが理解され得る。本発明によれば、医師が習用のデテントにより足踏みコントローラの足踏みペダルを移動するときに医師が感じる固さが排除される。

本発明は本明細書中で例示的に示されたが、当業者によれば種々の改変が為され得よう。たとえばグラフィック・ユーザ・インタフェース12は、足踏みコントローラ26の異なるデテントに対して異なる変調の周波数を設定すべく使用され得る。これに加え、本発明の変調デテントは上記において略鉛直の動作範囲を有する足踏みペダル52に関して記述されたが、本発明の変調デテントは、略水平な動作範囲、または、鉛直および水平以外の異なる配向を備えた動作範囲を有する足踏みペダルに対して適用可能である。

本発明の作用および構造は、上記記述から明らかであると確信される。また上記に示されもしくは記述された装置および方法は好適なものであるとして特徴付けられたが、添付の各請求項に定義された発明の精神および有効範囲から逸脱せずに種々の変形および変更が為され得る。

本発明の好適実施形態に係る顕微手術システムの斜視図である。 本発明の好適実施形態に係る図１の顕微手術システムの幾つかの部分および該システムに関連する足踏みコントローラのブロック図である。 図１から図２の足踏みコントローラの好適実施形態の斜視図である。 完全な踏込み解除位置に在る図３の足踏みコントローラの部分的側断面図である。 完全な踏込み位置に在る図３の足踏みコントローラの側面図である。 本発明の好適実施形態に従い図３の足踏みコントローラの足踏みペダルを医師の足が押圧するときに足により感じられる抵抗力を該足踏みペダルの回動変位の関数として概略的に示す図である。 本発明の好適実施形態に従う図３の足踏みコントローラの変調デテントを概略的に示す図である。 図５の変調デテントをカスタマイズすべく使用される図１の顕微手術システムのタッチスクリーン・ディスプレイの好適実施形態を示す図である。

Claims (10)

1. 顕微手術システムを配備する段階であって、
   該顕微手術システムは、
   コンピュータと、
   前記コンピュータに作用的に連結された足踏みコントローラであって、該足踏みコントローラは所定動作範囲を備えた足踏みペダルを有し、前記動作範囲は、前記顕微手術システムの第1手術モードを表す第1領域と前記顕微手術システムの第2手術モードを表す第2領域とを有し、前記第1および第2領域はデテントにより分離されるという足踏みコントローラと、を備える、
   という顕微手術システムを配備する段階と、
   前記コンピュータを用い、ユーザの足が前記足踏みペダルを押圧するにつれてユーザの足により感じられる抵抗を変化させることにより前記デテントを変調する段階と、
   を有する、顕微手術システムの足踏みコントローラを操作する方法。
2. 前記抵抗を変化させる前記段階は、前記デテントの開始時点から該デテントの終了時点まで所定周波数にて行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記周波数は、前記ユーザにより選択される、請求項２に記載の方法。
4. 前記抵抗を変化させる前記段階は、前記デテント内において、前記抵抗を一回目に増大させる段階と、前記抵抗を減少させる段階と、前記抵抗を二回目に増大させる段階とを有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記抵抗を変化させる前記段階は、前記デテント内において、前記抵抗を一回目に減少させる段階と、前記抵抗を増大させる段階と、前記抵抗を二回目に減少させる段階とを有する、請求項１に記載の方法。
6. 顕微手術システムを配備する段階であって、
   該顕微手術システムは、
   コンピュータと、
   前記コンピュータに作用的に連結された足踏みコントローラであって、該足踏みコントローラは所定動作範囲を備えた足踏みペダルと回転軸心を画成するシャフトとを有し、前記動作範囲は、前記顕微手術システムの第1手術モードを表す第1領域と前記顕微手術システムの第2手術モードを表す第2領域とを有し、前記第1および第2領域はデテントにより分離されるという足踏みコントローラと、
   前記シャフトに対して機械的に連結された作用力フィードバック・モータと、を備える、
   という顕微手術システムを配備する段階と、
   前記作用力フィードバック・モータを用い、ユーザの足が前記足踏みペダルを押圧するにつれてユーザの足により前記シャフトに対して付与される第2トルクに対抗する第1トルクを前記シャフトに対して付与する段階と、
   前記コンピュータを用いて前記第1トルクを変化させることで前記デテントを変調する段階と、
   を有する、顕微手術システムの足踏みコントローラを操作する方法。
7. 前記第1トルクを変化させる前記段階は、前記デテントの開始時点から該デテントの終了時点まで所定周波数にて行われる、請求項６に記載の方法。
8. 前記周波数は、前記ユーザにより選択される、請求項７に記載の方法。
9. 前記第1トルクを変化させる前記段階は、前記第1トルクを一回目に増大させる段階と、前記第1トルクを減少させる段階と、前記第1トルクを二回目に増大させる段階と、を有する、請求項６に記載の方法。
10. 前記第一トルクを変化させる前記段階は、前記第一トルクを一回目に減少させる段階と、前記第一トルクを増大させる段階と、前記第一トルクを二回目に減少させる段階と、を有する、請求項６に記載の方法。

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