JP2007229510A - 多機能外科用制御システムおよびスイッチング・インターフェース - Google Patents

Abstract

【課題】外科医が単一の入力装置から複数の外科用装置を選択し制御できる外科用システムを提供する。
【解決手段】入力装置と、入力チャンネル、複数の出力チャンネル、選択チャンネルを備えるスイッチング・インターフェースと、第１の外科用装置と、第２の外科用装置と、第３の外科用装置と、前記選択チャンネルに連結された音声インターフェースと、ＣＰＵとを備え、前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第１の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第１の外科用装置を制御し、前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第２の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第２の外科用装置を制御し、前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第３の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第３の外科用装置を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的に言って制御システムに関わる。より詳細には、複数の外科用装置をフット・ペダルのような単一の入力装置から制御するためのインターフェースに関わる。

多くの外科処置は複数の器具を用いて行われる。たとえば、腹腔鏡処置の中には、カリフォルニア州ＧｏｌｅｔａにあるＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｔｉｏｎ社によって製造されたロボット・アーム・システムを用いて内視鏡を保持し移動させて行うものがある。また、外科医はレーザを用いて組織を切断したり、電気焼灼器を用いて組織を焼灼する場合もある。装置を操作するために各器具には独自の操作盤またはフット・ペダルが付いている。したがって、外科医はフット・ペダルを踏んでロボット・アームと内視鏡を動かし、別のフット・ペダルを踏んで電気焼灼器を作動させ、さらに入力装置を操作してレーザを起動させなければならない。複数の入力装置を操作することは、外科医の注意をそらし、したがって、処置の能率と安全性を低下させる。したがって、外科医にとって単一の入力装置から複数の外科用装置を選択し制御できるようなインターフェースがあれば望ましいであろう。さらに、単一の入力装置から複数の外科用装置を相互排他的に選択し制御できるようなインターフェースの提供が望ましい。

本発明は入力装置を第１の外科用装置および第２の外科用装置に連結するためのインターフェースを提供するものであり、前記のインターフェースは下記のものを備えている。
（ａ）入力装置に連結された第１の入力チャネル
（ｂ）第１の外科用装置に連結された第１の出力チャネル
（ｃ）第２の外科用装置に連結された第２の出力チャネル
（ｄ）前記第１の出力チャネルと前記第２の出力チャネルの間で前記第１の入力チャネルを切り換えるように設定された選択チャネル

前記インターフェースにより、外科医は単一の入力装置から複数の外科用装置を操作することができる。入力装置としては、数台の異なる外科用装置を起動させるための出力信号を出すフット・ペダルが考えられる。外科用装置としては、ロボット・アーム・システム、レーザ、電気焼灼器、または手術台が考えられる。インターフェースは、入力装置に連結された入力チャネルおよび外科用装置に連結された複数の出力チャネルを持っている。また、インターフェースは選択チャネルも持っており、これは入力コマンドを受け取り、それに応じて出力チャネル間で入力チャネルを切り換えることができる。選択チャネルは、外科医が音声コマンドによって外科用装置の１つを選択できるように、音声インターフェースに接続することができる。続いて外科医は、入力コマンドないしは切換コマンドを出すことにより入力チャネルの接続を目的の出力チャネルに切り換え、それによって入力装置を目的の外科用装置に接続した後に、特定の装置を操作することができる。

参照番号にしたがって図面について詳細に説明する。図１は本発明による外科用システム１０を示す。このシステム１０により外科医は単一の入力装置２０から多数の外科用装置１２、１４、１６、１８を操作することができる。単一の入力装置を提供することにより、様々な装置を操作する際の複雑さが軽減し、外科医の行う外科処置の能率が向上する。

外科用装置１２としては、外科用器具を保持し移動させることができるロボット・アームが考えられる。アーム１２としては、カリフォルニア州ＧｏｌｅｔａのＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｔｉｏｎ社がＡＥＳＯＰという商標のもとに販売している装置がある。アーム１２は、一般に患者の体内で内視鏡を保持し移動させるために用いられる。本発明のシステムを用いることにより、外科医は入力装置２０を介してロボット・アーム１２の動作を制御することができる。

外科用装置１４としては、電気焼灼器が考えられる。電気焼灼器には一般に双極端が付いており、そこには組織を加熱し変性するための電流が通っている。通例この装置は、それを起動させ組織を加熱するためにオン／オフ・スイッチに連結されている。電気焼灼器は、出力を変化させるための制御信号を受信することもできる。本発明によるシステム１０では、外科医は入力装置２０を介して電気焼灼器の動作を制御することができる。

外科用装置１６としては、レーザが考えられる。レーザはオン／オフ・スイッチによって起動させることができる。さらに、制御信号によってレーザ１６の出力を制御することができる。本発明によるシステム１０では、外科医は入力装置２０を介してレーザの動作を制御することができる。

装置１８としては、手術台が考えられる。手術台１８は、モータと位置調整機構を収納することができる。本発明により、外科医は入力装置２０を介して手術台１８の位置を制御することができる。４つの外科用装置１２、１４、１６、１８について説明したが、入力装置２０を介し手術室内の他の機能も制御できるものと理解する必要がある。一例として、システム１０では外科医は入力装置２０を介して手術室の照明と温度を制御することができる。

入力装置２０は、外科医が操作できる複数のボタン２２、２４、２６、２８、３０を持つフット・ペダルでもよい。各ボタンは一般に外科用装置に対する特定の制御コマンドに関連付けられている。たとえば、入力装置２０がロボット・アーム１２を制御している場合には、ボタン２２を押せばアームが一方向に動き、ボタン２６を押せばアームが反対方向に動くようにすることができる。同様に、入力装置２０に電気焼灼器１４またはレーザ１６が連結されている場合には、ボタン３０を押せば装置が起動するなどといったことが可能となる。フット・ペダルを図示して説明したが、入力装置２０はハンド・コントローラ、外科医の音声コマンドを受け取る音声インターフェース、片持ペダル、または外科用装置制御の技術において既知である他の入力装置でもかまわないことを理解する必要がある。

システム１０は、入力装置２０を外科用装置１２、１４、１６、１８に連結するスイッチング・インターフェース４０を有している。インターフェース４０は、入力チャネル４２を有し、それがバス４４を介して入力装置２０に接続されている。インターフェース４０は、複数の出力チャネル４６、４８、５０、５２も有し、それらがバス５４、５６、５８、６０、９４、９６、９８を介して外科用装置に連結されている。出力チャネルは、外科用装置間または外科用装置との電気通信に対応するように配置されたアダプタまたはコントローラを備えることもある。このようなアダプタやコントローラについては、以下で詳しく説明する。

正しく動作するために各装置１２、１４、１６、１８は特異的に構成された制御信号を必要とする場合があるので、アダプタ９０、９２、またはコントローラ８８を特定の出力チャネルと特定の外科用装置の間に、それらと電気通信を行うように配することがある。ロボット・アーム・システム１２の場合、アダプタは必要なく、そのままでロボット・アーム・システム１３を特定の出力チャネルと直接接続することができる。インターフェース４０は、入力チャネル４２を出力チャネル４６、４８、５０、５２の１つに連結する。

入力装置２０が任意の外科用装置を制御できるように、インターフェース４０は、入力チャネル４２の接続を出力チャネル４６、４８、５０、または５２に切り換えるための選択チャネルを有している。インターフェース４０は、集積回路として製作しＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）に実装したマルチプレクサ回路でもよいし、論理回路によって選択チャネルに連結した複数の電磁式継電器でもよい。インターフェース４０は、選択チャネル６２上の入力信号ないしは切換信号に応じて特定の出力チャネルに接続を切り換える。

図１に示すように、選択チャネル６２に対しては幾つかの入力が考えられる。このような入力の起源は、フット・ペダル２０、音声インターフェース７０、およびＣＰＵ７２である。インターフェース４０は、選択チャネル６２において一度に単一の切換信号のみが受信されるように多重化装置を持つことができ、そうすれば実質的なハードウェアの競合を避けることができる。フット・ペダルが最優先され、音声インターフェース、ＣＰＵの順に続くように、入力装置に優先順位を設定することができる。最も能率的なシステムが得られるので、この優先順位を予定している。他の優先順位を設定することも可能である。選択チャネル６２は、切換信号を受け取るたびに入力チャネルを順番に出力チャネルの１つに接続する。代わりに、選択チャネル６２にアドレスが提供されるたびにインターフェース４０が入力チャネルを特定の出力チャネルに接続するように、選択チャネル６２をアドレス可能にすることもできる。電気的スイッチの分野において、このようなアドレス指定は既知の技術である。

選択チャネル６２は、電線路６４によってフット・ペダル２０上の専用ボタン６６に接続することができる。外科医はボタン６６を押すことによって外科用装置を切り換えることができる。代わりに、選択チャネル６２を電線路６８によって音声インターフェース７０に連結すれば、外科医は音声コマンドによって外科用装置を切り換えることができる。

システム１０は、インターフェース４０とバス５５を介して入力装置２０から入力信号を受信する中央処理装置（ＣＰＵ）７２を持つことができる。ＣＰＵ７２は入力信号を受信する一方で、不適切なコマンドがコントローラのところで入力されないような措置を講じることができる。不適切なコマンドが入力された場合には、ＣＰＵ７２は、異なる切換信号を選択チャネル６２に送るか、またはモニタ・テレビもしくはスピーカを介して外科医に警告することにより、しかるべく反応する。

ＣＰＵ７２はバス７６を介して選択チャネル６２に出力コマンドを送り、同じ双方向バス７６を介して音声インターフェース７０から入力コマンドを受け取ることができる。それぞれバス８４および８６を介してＣＰＵ７２をモニタ８０および／またはスピーカ８２に連結することも可能である。モニタ８０は、入力装置２０に連結されている外科用装置を視覚的に表示することができる。外科医が音声インターフェース７０またはボタン６６を介して選択できるように、モニタにコマンドのメニューを表示させることも可能である。代わりに、グラフィカル・ユーザ・インターフェースを用いてコマンドを選択することによって外科用装置を切り換えるようにもできる。モニタ８０は、特定の外科用装置１２、１４、１６、１８に送られＣＰＵ７２によって認識された不適切な制御信号に関する情報を表示することもできる。各装置１２、１４、１６、１８にはそれぞれ特有の動作範囲があり、これは当業者ならよく知っている。したがって、入力装置から要求された動作が不適切である場合には認識し、外科医に対してモニタ８０を介して視覚的にまたはスピーカ８２を介して聴覚的に警告するようにＣＰＵ７２をプログラムすることが可能である。スピーカは、どの外科用装置が入力装置２０に連結されているか聴覚的に示すこともできる。

システム１０には、入力装置２０から入力信号を受信し対応する出力信号を出して手術台１８を制御するためのコントローラ８８を組み込むことができる。同様に、システムは、入力装置２０とそれに接続された特定の外科用器具との間のインターフェースとして、アダプタ９０および９２を持つこともできる。

動作時に、インターフェース４０は、まず入力装置２０を外科用装置の１つに連結する。入力コマンドを発行すれば、それが選択チャネル６２に送られ、外科医は別の外科用装置を制御することができる。入力コマンドは、入力装置２０が別の出力チャネルおよび対応の外科用装置またはアダプタに連結されるようにインターフェース４０を切り換える。このように、インターフェース４０によって外科医は共通の入力装置２０を介して複数の異なる外科用装置を選択し、操作し、制御することができる。

例示的な実施形態について説明し、添付図面に示したが、当業者であれば様々な修正形態を思いつくと考えられるので、このような実施形態は広範な本発明を例示するものであって限定するものではなく、本発明が本明細書に記載した特定の構造および配置に限定されるものでないことを理解されたい。

本発明による制御システムおよびインターフェースの略図である。

符号の説明

１０：外科用システム、１２：ロボット・システム、１４：電気焼灼器、１６：レーザ、１８：手術台、２０：入力装置

Claims (9)

1. 外科医が共通の入力装置を介して複数の異なる外科用装置を選択、操作および制御することを可能にする外科用制御システムであって、
   入力装置と、
   入力チャンネル、複数の出力チャンネル、選択チャンネルを備えるスイッチング・インターフェースと、
   第１の外科用装置と、
   第２の外科用装置と、
   第３の外科用装置と、
   前記選択チャンネルに連結された音声インターフェースと、
   ＣＰＵと、
   を備え、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第１の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第１の外科用装置を制御し、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第２の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第２の外科用装置を制御し、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第３の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第３の外科用装置を制御し、
   前記スイッチング・インターフェースは、前記選択チャンネルへの第１の入力の受信に応答して、前記入力チャンネルを、前記第１の出力チャンネルから前記第２の出力チャンネルに切り換え、
   前記スイッチング・インターフェースは、前記選択チャンネルへの第２の入力の受信に応答して、前記入力チャンネルを、前記第２の出力チャンネルから前記第３の出力チャンネルに切り換え、
   前記選択チャンネルへの第１の入力は、前記選択チャンネルへの第２の入力よりも優先度が高い入力であることを特徴とする、外科用制御システム。
2. 前記選択チャンネルへの第１の入力は前記入力装置からであり、前記選択チャンネルへの第２の入力は前記音声インターフェースからである請求項１に記載のシステム。
3. 前記選択チャンネルへの第１の入力は前記音声インターフェースからであり、前記選択チャンネルへの第２の入力は前記ＣＰＵからである請求項１に記載のシステム。
4. 前記スイッチング・インターフェースは、前記入力チャンネルを前記複数の出力チャンネルに特定の順序で切り換える請求項１に記載のシステム。
5. 前記スイッチング・インターフェースは、前記特定の出力チャンネルのアドレスの受信に応答して、前記入力チャンネルを特定の出力チャンネルに切り換える請求項１に記載のシステム。
6. 前記ＣＰＵが、不適切なコマンドである前記入力装置からの信号を受信した場合、前記ＣＰＵは前記選択チャンネルに対し切り換え信号を送信する請求項１に記載のシステム。
7. 前記ＣＰＵは、前記入力装置からの操作が、選択された外科用器具に関して不適切な場合、外科医に対し聴覚的または視覚的に警告するようにプログラムされている請求項１に記載のシステム。
8. 外科医が共通の入力装置を介して複数の異なる外科用装置を選択、操作、および制御することを可能にする外科用システムであって、
   入力装置と、
   入力チャンネル、複数の出力チャンネル、選択チャンネルを備えるスイッチング・インターフェースと、
   第１の外科用装置と、
   第２の外科用装置と、
   前記選択チャンネルに連結された音声インターフェースと、
   ＣＰＵと、
   を備え、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第１の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第１の外科用装置を制御し、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第２の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第２の外科用装置を制御し、
   前記スイッチング・インターフェースは、前記選択チャンネルへの音声インターフェースからの入力の受信に応答して、前記入力チャンネルを、前記第１の出力チャンネルから前記第２の出力チャンネルに切り換え、
   前記ＣＰＵは、前記入力装置からの操作が、選択された外科用器具に関して不適切な場合、外科医に対し聴覚的または視覚的に警告するようにプログラムされていることを特徴とする、外科用制御システム。
9. 外科医が共通の入力装置を介して複数の異なる外科用装置を選択、操作、および制御することを可能にする外科用制御システムであって、
   入力装置と、
   入力チャンネル、複数の出力チャンネル、選択チャンネルを備えるスイッチング・インターフェースと、
   第１の外科用装置と、
   第２の外科用装置と、
   前記選択チャンネルに連結された音声インターフェースと、
   ＣＰＵと、
   を備え、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第１の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第１の外科用装置を制御し、
   前記入力装置は、前記スイッチング・インターフェースが前記入力チャンネルを前記第２の出力チャンネルに切り換えた場合、前記第２の外科用装置を制御し、
   前記スイッチング・インターフェースは、前記選択チャンネルへの前記音声インターフェースからの入力の受信に応答して、前記入力チャンネルを、前記第１の出力チャンネルから前記第２の出力チャンネルに切り換え、
   選択された外科用器具に関して不適切なコマンドである前記入力装置からの信号を、前記ＣＰＵが受け取った場合、前記ＣＰＵは、前記選択チャンネルに対し切り換え信号を送信することを特徴とする、外科用制御システム。

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