JP2010057531A - Fluid jetting apparatus, method of controlling the same and surgical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体を噴射して対象部位を切断または切除可能な流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法および手術装置に関する。 The present invention relates to a fluid ejecting apparatus capable of cutting or excising a target site by ejecting fluid, a control method for the fluid ejecting apparatus, and a surgical apparatus.
従来、流体を噴射して生体組織を切開または切除する流体噴射装置が知られている。
例えば、特許文献1に記載された手術用メスは、流体を噴射するノズルと、流体の噴射によって破壊された組織片等を吸引する吸引管とを備えている。そして、ノズルと吸引管との配置関係を平行あるいは同軸することにより、噴射によって破砕された血栓片や組織片を他に飛散させることなく回収し、治療の効果安全性を向上させることを目的としている。
For example, a surgical knife described in
しかしながら、特許文献1記載の技術を含め、流体を噴射して対象部位を切断または切除可能な流体噴射装置においては、術者等の判断によって対象部位の切断または切除が行われているため、術者等の技量によっては、切断または切除の対象としない部分を切除等する可能性があった。
即ち、流体を噴射して対象物を切断または切除する際に、確実に高精度な切断または切除を行うことが困難であった。
本発明の課題は、流体を噴射して対象物を切断または切除する際に、より確実に高精度な切断または切除を行うことである。
However, in the fluid ejecting apparatus capable of cutting or excising the target site by ejecting fluid, including the technique described in
That is, it has been difficult to reliably perform cutting or excision with high precision when a fluid is ejected to cut or excise an object.
An object of the present invention is to perform highly accurate cutting or excision more reliably when a fluid is ejected to cut or excise an object.
以上の課題を解決するため、第1の発明は、
脈動を発生して流体を吐出させる脈動発生部(例えば、図1の脈動発生部100)と、前記脈動発生部における流体の吐出を制御する制御手段(例えば、図1の制御部30)と、流体の噴射対象部位の形状を示すデータを取得する形状データ取得手段(例えば、図1の3次元画像作成部801)と、前記形状データ取得手段によって取得された噴射対象部位の形状を示すデータを基に、噴射対象部位における噴射可能領域(例えば、図4の切除可能領域)および噴射禁止領域(例えば、図4の切除禁止領域)を設定する領域設定手段(例えば、図1の領域設定部802)と、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定する領域判定手段(例えば、図1の切除状態比較部807)と、前記領域判定手段によって、前記噴射禁止領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、前記脈動発生部における流体の吐出を抑制させる吐出抑制手段(例えば、図1の切除状態比較部807)とを備えることを特徴としている。
このような構成により、脈動発生部における噴射対象となっている領域が、噴射禁止領域である場合に、脈動発生部における流体の吐出が抑制されるため、術者が切除禁止領域に過って流体を噴射することを防止できる。
したがって、流体を噴射して対象物を切断または切除する際に、より確実に高精度な切断または切除を行うことが可能となる。
In order to solve the above problems, the first invention is
A pulsation generating unit (for example,
With such a configuration, when the region to be ejected in the pulsation generation unit is the injection prohibition region, the discharge of fluid in the pulsation generation unit is suppressed. It is possible to prevent the fluid from being ejected.
Therefore, when the fluid is ejected and the object is cut or excised, it is possible to perform cutting or excision with high accuracy more reliably.
また、第2の発明は、
前記脈動発生部に設置された磁石(例えば、図1の磁石213)と、前記脈動発生部に設置された磁石の磁気を検出する磁気検出手段(例えば、図1の磁気センサ600a〜600d)とを備え、前記領域判定手段は、前記磁気検出手段によって検出された磁気に基づいて前記脈動発生部の位置を検出し、検出した前記脈動部の位置に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴としている。
このような構成により、脈動発生部に磁石を設置することで、簡単に正確な位置を検出することができる。
In addition, the second invention,
Magnets installed in the pulsation generator (for example, the
With such a configuration, an accurate position can be easily detected by installing a magnet in the pulsation generating portion.
また、第3の発明は、
噴射対象部位を撮影する撮影手段(例えば、図1のカメラ700a〜700d)を備え、前記領域判定手段は、前記撮影手段によって撮影された噴射対象部位の画像に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴としている。
このような構成により、一般に用いられているデジタルカメラ等のカメラによって、脈動発生部による噴射対象領域を容易に判定することができる。
In addition, the third invention,
An imaging unit (e.g., the
With such a configuration, it is possible to easily determine the area to be ejected by the pulsation generator by using a commonly used camera such as a digital camera.
また、第4の発明は、
レーザを照射して物体の形状を検出する形状検出手段(例えば、図6の形状検出装置900)を備え、前記領域判定手段は、前記形状検出手段によって撮影された噴射対象部位の形状に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴としている。
このような構成により、簡単かつ正確に物体の形状を検出して、脈動発生部による噴射対象領域を判定することができる。
In addition, the fourth invention is
Shape detection means (for example, the
With such a configuration, the shape of the object can be detected easily and accurately, and the injection target region by the pulsation generating unit can be determined.
また、第5の発明は、
前記脈動発生部に設置され、前記脈動発生部の位置および姿勢を検出するジャイロセンサ(例えば、図6のジャイロセンサ100d)を備え、前記領域判定手段は、前記ジャイロセンサによって検出された前記脈動発生部の位置および姿勢に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴としている。
このような構成により、脈動発生部自体に位置および姿勢を検出する機能を備えることができるため、装置構成を簡単なものとすることができる。
In addition, the fifth invention,
A gyro sensor (for example, the gyro sensor 100d in FIG. 6) that is installed in the pulsation generation unit and detects the position and orientation of the pulsation generation unit is provided, and the region determination unit is configured to generate the pulsation detected by the gyro sensor. Based on the position and orientation of the part, it is determined which of the jettable region and the jet-prohibited region is the jetting target region by the pulsation generating unit.
With such a configuration, the pulsation generating unit itself can be provided with a function of detecting the position and orientation, so that the device configuration can be simplified.
また、第6の発明は、
音声あるいは光の少なくともいずれかによって報知を行う報知手段(例えば、図1の青色および赤色LED100a,100b)を備え、前記領域設定手段は、前記噴射可能領域のうち、前記噴射禁止領域近傍の領域を近傍領域に設定し、前記報知手段は、前記領域判定手段によって、前記近傍領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、音声あるいは光の少なくともいずれかによって報知を行うことを特徴としている。
このような構成により、噴射禁止領域近傍に流体が噴射されていることを術者に報知できるため、過って噴射禁止領域に流体が吐出されることをより確実に防止することができる。
In addition, the sixth invention,
Informing means (for example, the blue and
With such a configuration, it is possible to notify the surgeon that the fluid is being ejected in the vicinity of the ejection prohibited area, so that it is possible to more reliably prevent the fluid from being discharged to the ejection prohibited area.
また、第7の発明は、
脈動を発生して流体を吐出させる脈動発生部と、前記脈動発生部における流体の吐出を制御する制御手段とを備える流体噴射装置の制御方法であって、流体の噴射対象部位の形状を示すデータを取得する形状データ取得ステップと、前記形状データ取得ステップにおいて取得された噴射対象部位の形状を示すデータを基に、噴射対象部位における噴射可能領域および噴射禁止領域を設定する領域設定ステップと、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定する領域判定ステップと、前記領域判定ステップにおいて、前記噴射禁止領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、前記脈動発生部における流体の吐出を抑制させる吐出抑制ステップとを含むことを特徴としている。
これにより、脈動発生部における噴射対象となっている領域が、噴射禁止領域である場合に、脈動発生部における流体の吐出が抑制されるため、術者が切除禁止領域に過って流体を噴射することを防止できる。
したがって、流体を噴射して対象物を切断または切除する際に、より確実に高精度な切断または切除を行うことが可能となる。
In addition, the seventh invention,
A method for controlling a fluid ejection device, comprising: a pulsation generator that generates pulsation and discharges fluid; and a control unit that controls discharge of fluid in the pulsation generator. And a region setting step for setting an injectable region and an injection prohibited region in the injection target region based on the data indicating the shape of the injection target region acquired in the shape data acquisition step, An area determination step for determining which of the injection enabled area and the injection prohibited area is an injection target area by the pulsation generating unit; and in the area determination step, the injection prohibited area is an injection target area by the pulsation generating unit; A discharge suppression step for suppressing discharge of fluid in the pulsation generator when it is determined that It is characterized in Mukoto.
As a result, when the region targeted for injection in the pulsation generation unit is an injection prohibited region, the discharge of fluid in the pulsation generation unit is suppressed, so the surgeon injects fluid over the excision prohibited region. Can be prevented.
Therefore, when the fluid is ejected and the object is cut or excised, it is possible to perform cutting or excision with high accuracy more reliably.
また、第8の発明は、
脈動を発生して流体を吐出させる脈動発生部と、前記脈動発生部における流体の吐出を制御する制御手段と、流体の噴射対象部位の形状を示すデータを取得する形状データ取得手段と、前記形状データ取得手段によって取得された噴射対象部位の形状を示すデータを基に、噴射対象部位における噴射可能領域および噴射禁止領域を設定する領域設定手段と、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定する領域判定手段と、前記領域判定手段によって、前記噴射禁止領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、前記脈動発生部における流体の吐出を抑制させる吐出抑制手段とを備えることを特徴としている。
Further, the eighth invention is
A pulsation generating unit that generates pulsation and discharges fluid; a control unit that controls discharge of fluid in the pulsation generating unit; a shape data acquisition unit that acquires data indicating the shape of a fluid ejection target portion; and the shape Based on the data indicating the shape of the injection target portion acquired by the data acquisition means, region setting means for setting the injectable region and the injection prohibition region in the injection target portion, and any of the injectable region and the injection prohibition region is the When it is determined by the region determination unit that determines whether the injection target region is a pulsation generation unit and the region determination unit, the injection prohibition region is the injection target region of the pulsation generation unit, Discharge suppression means for suppressing the discharge of fluid in the pulsation generator is provided.
これにより、脈動発生部における噴射対象となっている領域が、噴射禁止領域である場合に、脈動発生部における流体の吐出が抑制されるため、術者が切除禁止領域に過って流体を噴射することを防止できる。
したがって、流体を噴射して対象物を切断または切除する際に、より確実に高精度な切断または切除を行うことが可能な手術装置を実現することができる。
このように、本発明によれば、流体を噴射して対象物を切断または切除する際に、より確実に高精度な切断または切除を行うことが可能となる。
As a result, when the region targeted for injection in the pulsation generation unit is an injection prohibited region, the discharge of fluid in the pulsation generation unit is suppressed, so the surgeon injects fluid over the excision prohibited region. Can be prevented.
Therefore, it is possible to realize a surgical apparatus capable of performing cutting or excision with higher accuracy when ejecting a fluid to cut or excise an object.
As described above, according to the present invention, when a target is cut or excised by ejecting a fluid, it is possible to perform cutting or excision with high accuracy more reliably.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、物体の切断や切除、手術用のウォーターパルスメス等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施の形態では、生体組織を切開または切除することに好適な手術装置としての流体噴射装置を例示して説明する。従って、実施の形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Since the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms. The drawings referred to in the following description are schematic views in which the vertical and horizontal scales of members or parts are different from actual ones for convenience of illustration.
In addition, the fluid ejecting apparatus according to the present invention can be used in various ways such as drawing with ink, washing fine objects and structures, cutting and excision of objects, and a water pulse knife for surgery. In the embodiment, a fluid ejecting apparatus as a surgical apparatus suitable for incising or excising a living tissue will be described as an example. Therefore, the fluid used in the embodiment is water, physiological saline, chemical solution, or the like.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る流体噴射装置1の概略構成を示す説明図である。図1において、流体噴射装置1は、基本構成として流体を収容する流体容器10と、一定の圧力を発生して脈動発生部100に流体を供給するポンプ20と、流体の噴射を制御する制御部30と、ポンプ20から供給される流体を脈動流動する脈動発生部100と、磁気センサ600a〜600dと、カメラ700a〜700dと、作業支援装置800とを備えている。なお、本実施形態において、制御部30とポンプ20とは一体のユニットとして構成され、制御部30と脈動発生部100、作業支援装置800と磁気センサ600a〜600d、カメラ700a〜700dおよび制御部30とは、各種信号を入出力するための信号線によって接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
(流体経路の構成)
初めに、流体噴射装置1の流体経路の構成について説明する。
本実施形態において、脈動発生部100は、圧電素子によって発生させた圧力によって流体を噴射する流体噴射ユニットを構成している。なお、流体噴射ユニットは、液体噴射装置1をウォーターパルスメスとして構成した場合、手術等において術者が把持して使用するハンドピースに相当する。
脈動発生部100には、細いパイプ状の接続流路管200が接続され、接続流路管200の先端部には流路が縮小されたノズル211が挿着されている。
そして、接続流路管200のノズル211近傍位置には、ノズル211の位置を検出するために用いる磁石213が設置されている。
また、脈動発生部100には、切除あるいは切開の状態の適否を報知するための青色および赤色のLED(Light Emitting Diode)100a,100bと、音声を出力するスピーカ100cとが内蔵されている。
(Configuration of fluid path)
First, the configuration of the fluid path of the
In the present embodiment, the
The
A
In addition, the
この流体噴射装置1における流体の流動を簡単に説明する。流体容器10に収容された流体は、接続チューブ15を介してポンプ20によって吸引され、一定の圧力で接続チューブ25を介して脈動発生部100に供給される。脈動発生部100には流体室501(図2、参照)と、この流体室501の容積変更手段とを備えており、容積変更手段を駆動して脈動を発生して、接続流路管200、ノズル211を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部100の詳しい説明については、図2、図3を参照して後述する。
The flow of fluid in the
なお、圧力発生部としてはポンプ20に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部100よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプ20は不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。
ポンプ20の吐出圧力は概ね3気圧(0.3MPa)以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生部100と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには0.1〜0.15気圧(0.01〜0.15MPa)程度になるように高度差を設定することが望ましい。
The pressure generating unit is not limited to the
The discharge pressure of the
なお、この流体噴射装置1を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部100である。従って、脈動発生部100までの接続チューブ25はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部100に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、接続チューブ25の切断等において高圧な流体が噴出することは避けなければならず、このことからも低圧にしておくことが要求される。
In addition, when performing an operation using the
In particular, when there is a possibility that a failure of the device may cause a serious accident as in the case of brain surgery, it is necessary to avoid a high-pressure fluid from being ejected when the
次に、本実施形態による脈動発生部100の構造について説明する。
図2は、本実施形態に係る脈動発生部100の構造を示す図であり、(a)は断面図、(b)は分解図である。なお、図2(a)は、後述する図3におけるA−A’断面図である。
図2において、脈動発生部100には、流体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、流体を吐出する流路としての接続流路201を有する接続流路管200が接続されている。
脈動発生部100は、上ケース500と下ケース301とをそれぞれ対向する面において接合され、4本の固定螺子(図示は省略)によって螺着されている。下ケース301は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板311で密閉されている。この下ケース301の内部空間に圧電素子401が配設される。
Next, the structure of the
2A and 2B are diagrams showing the structure of the
In FIG. 2, a
The
圧電素子401は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する。圧電素子401の一方の端部は上板411を介してダイアフラム400に、他方の端部は底板311の上面312に固着されている。
また、ダイアフラム400は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース301の凹部303内において周縁部が凹部303の底面に密着固着されている。圧電素子401に駆動信号を入力することで、圧電素子401の伸張、収縮に伴いダイアフラム400を介して流体室501の容積を変更する。
ダイアフラム400の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板410が積層配設される。
The
On the upper surface of the
上ケース500は、下ケース301と対向する面の中心部に凹部が形成され、この凹部とダイアフラム400とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室501である。つまり、流体室501は、上ケース500の凹部の封止面505と内周側壁501aとダイアフラム400によって囲まれた空間である。流体室501の略中央部には出口流路511が穿設されている。
出口流路511は、流体室501から上ケース500の一方の端面から突設された出口流路管510の端部まで貫通されている。出口流路511の流体室501の封止面505との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。
なお、以上説明した流体室501の形状は、本実施形態(図2、参照)では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよく限定されない。例えば、出口流路511と封止面505との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室501内の気泡を排出しやすくなる。
The
The
The shape of the
出口流路管510には接続流路管200が接続されている。接続流路管200には接続流路201が穿設されており、接続流路201の直径は出口流路511の直径より大きい。また、接続流路管200の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
接続流路管200の先端部には、ノズル211が挿着されている。このノズル211には流体噴射開口部212が穿設されている。流体噴射開口部212の直径は、接続流路201の直径より小さい。
A
A
なお、接続流路管200のノズル211近傍位置には、上述の通り、磁石213が設置されている。
上ケース500の側面には、ポンプ20から流体を供給する接続チューブ25を挿着する入口流路管502が突設されており、入口流路管502に入口流路側の接続流路504が穿たれている。接続流路504は入口流路503に連通されている。入口流路503は、流体室501の封止面505の周縁部に溝状に形成され、流体室501に連通している。
As described above, the
On the side surface of the
上ケース500と下ケース301との接合面において、ダイアフラム400の外周方向の離間した位置には、下ケース301側にパッキンボックス304、上ケース500側にパッキンボックス506が形成されており、パッキンボックス304,506にて形成される空間にリング状のパッキン450が装着されている。
ここで、上ケース500と下ケース301とを組立てたとき、ダイアフラム400の周縁部と補強板410の周縁部とは、上ケース500の封止面505の周縁部と下ケース301の凹部303の底面によって密接されている。この際、パッキン450は上ケース500と下ケース301によって押し圧されて、流体室501からの流体漏洩を防止している。
A
Here, when the
流体室501内は、流体吐出の際に30気圧(3MPa)以上の高圧状態となり、ダイアフラム400、補強板410、上ケース500、下ケース301それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン450によって漏洩を阻止している。
図2に示すようにパッキン450を配設すると、流体室501から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン450が圧縮され、パッキンボックス304,506内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室501内の高い圧力上昇を維持することができる。
The
When the packing 450 is disposed as shown in FIG. 2, the packing 450 is compressed by the pressure of the fluid leaking from the
続いて、上ケース500に形成される入口流路503について図面を参照してさらに詳しく説明する。
図3は、入口流路503の形態を示す平面図であり、上ケース500を下ケース301との接合面側から視認した状態を表している。
図3において、入口流路503は、上ケース500の封止面505の周縁部溝状に形成されている。
Next, the
FIG. 3 is a plan view showing the form of the
In FIG. 3, the
入口流路503は、一方の端部が流体室501に連通し、他方の端部が接続流路504に連通している。入口流路503と接続流路504との接続部には、流体溜り507が形成されている。そして、流体溜り507と入口流路503との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
また、入口流路503は、流体室501の内周側壁501aに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ20(図1、参照)から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁501aに沿って(図中、矢印で示す方向)流動して流体室501に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁501a側に押し付けられるとともに、流体室501内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
The
In addition, the
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路511から排除される。このことから、出口流路511は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。従って、本実施形態において、入口流路503は旋回流発生部である。図3では、入口流路503は平面形状が湾曲されている。入口流路503は、直線で流体室501に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路503の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
Then, the bubbles collected at the center are excluded from the
なお、図2に示したように、ダイアフラム400と入口流路503が形成されている封止面505の周縁部との間には、補強板410が配設されている。補強板410を設ける意味は、ダイアフラム400の耐久性を向上することである。入口流路503の流体室501との接続部には切欠き状の接続開口部509が形成されるので、ダイアフラム400が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部509近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板410を配設することで、ダイアフラム400に応力集中が発生しないようにしている。
In addition, as shown in FIG. 2, the
また、上ケース500の外周隅部には、4箇所の螺子孔500aが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース500と下ケース301とが螺合接合される。
なお、図示は省略するが、補強板410とダイアフラム400とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板410とダイアフラム400とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
Further, four
Although illustration is omitted, the reinforcing
(制御系統の機能構成)
続いて、流体噴射装置1の制御系統の機能構成について説明する。
図1において、磁気センサ600a〜600dは、磁気検出によって3次元位置測定を行う磁気センサであり、脈動発生部100のノズル211近傍に設置された磁石213の磁気を検出して、検出した磁気を示す情報(以下、「磁気検出値」と言う。)を作業支援装置800に出力する。
なお、磁気センサ600a〜600dは、手術が行われる際に、患者を囲むようにそれぞれ異なる位置に設置される。そして、手術の実施に先立ち、設置された磁気センサ600a〜600dの検出基準軸の設定、3次元位置測定の座標と患部の実際の位置との対応付けおよび磁石213を用いた検出値のキャリブレーションが行われる。
(Functional configuration of control system)
Next, the functional configuration of the control system of the
In FIG. 1, magnetic sensors 600 a to 600 d are magnetic sensors that measure a three-dimensional position by magnetic detection, detect the magnetism of a
The magnetic sensors 600a to 600d are installed at different positions so as to surround the patient when surgery is performed. Prior to the operation, the detection reference axes of the installed magnetic sensors 600a to 600d are set, the coordinates of the three-dimensional position measurement and the actual position of the affected area are correlated, and the detection value is calibrated using the
カメラ700a〜700dは、カラー画像撮影が可能なデジタルカメラであり、撮影した画像データを作業支援装置800に出力する。
なお、カメラ700a〜700dは、手術が行われる際に、患部を撮影可能なそれぞれ異なる位置に設置される。
作業支援装置800は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、ハードディスク等を備えるPC(Personal Computer)によって構成され、流体噴射装置1を用いて手術等が行われる際の作業を支援する作業支援処理(後述)を制御部30と連携しながら実行する。
具体的には、作業支援装置800は、3次元画像作成部801と、領域設定部802と、領域データ記憶部803と、A/D(Analog to Digital)変換部804と、ノズル位置検出部805と、切除領域検出部806と、切除状態比較部807とを備えている。
The
The
The
Specifically, the
3次元画像作成部801は、手術に先立ってMRI(Magnetic Resonance Imaging system)によって撮影された手術対象部位(例えば脳等)の形状を表す画像データを基に、手術対象部位の3次元画像を作成する。そして、3次元画像作成部801は、作成した3次元画像のデータを領域設定部802に出力する。
領域設定部802は、3次元画像作成部801から入力された3次元画像のデータに対し、手術において切除等する領域(以下、「切除可能領域」と言う。)と、切除可能領域以外の領域(以下、「切除禁止領域」と言う。)と、切除可能領域内であって、切除可能領域の外延から設定された閾値範囲内の領域(以下、「近傍領域」と言う。)とを設定する。
A three-dimensional
The
図4は、患部において切除可能領域、切除禁止領域および近傍領域が設定された状態を示す模式図である。
図4に示すように、患部において腫瘍等が存在する領域は切除可能領域として設定され、切除可能領域外は、切除を行うことが不適切な切除禁止領域として設定されている。また、切除可能領域内において、切除禁止領域との境界に接する一定の領域は近傍領域として設定されている。
これらの領域を設定する場合、3次元画像のデータをディスプレイに表示し、医師が手動入力によって各領域を特定することや、患部の色や形を基に、作業支援装置800が自動的に領域を設定し、医師がその領域設定を承認すること等が可能である。
そして、領域設定部802は、切除可能領域、禁止領域および近傍領域が設定された3次元画像のデータを領域データ記憶部803に出力する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state where a resectable region, a resection prohibited region, and a nearby region are set in an affected area.
As shown in FIG. 4, an area where a tumor or the like is present in the affected area is set as an excisable area, and an area other than the excisable area is set as an excision-prohibited area in which excision is inappropriate. In the excisable region, a certain region in contact with the boundary with the excision prohibited region is set as a neighborhood region.
When setting these areas, the data of the three-dimensional image is displayed on the display, and the
Then, the
領域データ記憶部803は、領域設定部802から入力された切除可能領域、禁止領域および近傍領域が設定された3次元画像のデータを記憶する。
A/D変換部804は、磁気センサ600a〜600dから入力された磁気検出値をデジタル値に変換し、変換したデジタル値をノズル位置検出部805に出力する。
ノズル位置検出部805は、磁気センサ600a〜600dの磁気検出値を示すデジタル値それぞれを基に、磁石213の3次元位置を算出する演算を行うことにより、ノズル211の位置を検出する。
The region
The A /
The nozzle
そして、ノズル位置検出部805は、検出したノズル211の位置を示す信号(以下、「ノズル位置信号」と言う。)を切除状態比較部807に出力する。
切除領域検出部806は、カメラ700a〜700dから入力された画像データを基に、手術によって切除あるいは切開された領域(以下、「切除領域」と言う。)を検出する。
例えば、切除領域検出部806は、手術前に撮影された各カメラ700a〜700dの画像において、エッジの抽出を行い、手術中に撮影された画像におけるエッジの変化を検出したり、エッジに囲まれた領域の色の変化を検出したりすることによって、切除あるいは切開された領域を検出することができる。
そして、切除領域検出部806は、検出した切除あるいは切開された領域を示すデータ(以下、「切除領域データ」と言う。)を切除状態比較部807に出力する。
Then, the nozzle
The excision
For example, the ablation
Then, the excision
切除状態比較部807は、切除領域検出部806から入力された切除領域データと、領域データ記憶部803に記憶された3次元画像のデータとを基に、手術における切除あるいは切開の状態を判定する。
具体的には、切除状態比較部807は、切除領域データが示す切除領域が、領域データ記憶部803に記憶された3次元画像のデータにおいて、切除可能領域、切除禁止領域あるいは近傍領域のいずれに該当するかを判定する。
そして、切除状態比較部807は、切除領域が切除可能領域に該当する場合、切除・切開の状態が適切であることを示す切除状態適切フラグを設定し、切除領域が切除禁止領域に該当する場合、切除・切開の状態が不適切であることを示す切除状態不適切フラグを設定する。また、切除領域が近傍領域に該当する場合、切除・切開の状態が注意すべき状態であることを示す切除状態注意フラグを設定する。
The excision
Specifically, the excision
When the excision region corresponds to the excisable region, the excision
なお、以下、切除領域データを基に判定した切除あるいは切開の状態を示すフラグを、画像判定フラグと言う。
また、切除状態比較部807は、ノズル位置検出部805から入力されたノズル位置信号と、領域データ記憶部803に記憶された3次元画像のデータとを基に、ノズル位置が切除可能領域、切除禁止領域あるいは近傍領域のいずれに該当するかを判定する。
そして、切除状態比較部807は、ノズル位置が切除可能領域に該当する場合、ノズル位置が適切であることを示すノズル位置適切フラグを設定し、ノズル位置が切除禁止領域に該当する場合、ノズル位置が不適切であることを示すノズル位置不適切フラグを設定する。また、ノズル位置が近傍領域に該当する場合、ノズル位置が注意すべき状態であることを示すノズル位置注意フラグを設定する。
Hereinafter, the flag indicating the state of excision or incision determined based on the excision region data is referred to as an image determination flag.
The excision
Then, when the nozzle position corresponds to the excisable region, the cutting
なお、以下、ノズル位置を基に判定したフラグを、ノズル位置判定フラグと言う。
さらに、切除状態比較部807は、画像判定フラグおよびノズル位置判定フラグを基に、手術の適切性を判定し、判定結果を示す信号を制御部30に出力する。
具体的には、切除状態比較部807は、画像判定フラグおよびノズル位置判定フラグを参照し、まず、切除状態不適切フラグあるいはノズル位置不適切フラグのいずれかが設定されている場合、制御部30に対して切除・切開の状態が不適切である旨を示す信号(以下、「切除禁止信号」と言う。)を出力する。
Hereinafter, the flag determined based on the nozzle position is referred to as a nozzle position determination flag.
Further, the excision
Specifically, the cutting
また、切除状態比較部807は、切除状態不適切フラグおよびノズル位置不適切フラグのいずれも設定されていない場合に、切除状態注意フラグあるいはノズル位置注意フラグのいずれかが設定されている場合、制御部30に対して切除・切開の状態が注意を高めるべき状態である旨を示す信号(以下、「切除注意信号」と言う。)を出力する。
さらに、切除状態比較部807は、切除状態不適切フラグおよびノズル位置不適切フラグのいずれも設定されておらず、かつ、切除状態注意フラグおよびノズル位置注意フラグのいずれも設定されていない場合に、切除状態適切フラグあるいはノズル位置適切フラグのいずれかが設定されている場合、制御部30に対して切除・切開の状態が適切である旨を示す信号(以下、「切除許可信号」と言う。)を出力する。
Further, the cutting
Further, the cutting
このように、切除状態比較部807は、いずれの領域が脈動発生部100の噴射対象領域となっているかを判定し、その判定結果に応じた信号を制御部30に出力する。
制御部30は、流体噴射装置1における脈動発生部100およびポンプ20の動作を制御する。
具体的には、制御部30は、不図示のフットスイッチ等から流体の吐出開始を指示する吐出開始信号が入力されると、ポンプ20を駆動して脈動発生部100に流体を供給し、圧電素子401に電圧パルス波形を印加してパルス状の流体をノズル211から吐出させる。
Thus, the excision
The
Specifically, when a discharge start signal instructing the start of fluid discharge is input from a foot switch (not shown) or the like, the
なお、吐出開始信号は、対象部位の切開等を行う際、流体噴射装置1から流体の噴射を開始させるために術者がスイッチを操作して入力する信号である。
また、制御部30は、流体の吐出を行う場合、作業支援装置800と連携しながら作業支援処理を実行し、作業支援装置800の切除状態比較部807から入力される手術の適切性を示す信号(切除禁止信号、切除注意信号あるいは切除許可信号)に対応して、圧電素子401への電圧パルス波形の印加、手術の状態を術者に報知する音声および青色・赤色のLED100a,100bの出力を制御する。
The discharge start signal is a signal that is input by an operator operating a switch in order to start fluid ejection from the
In addition, when discharging the fluid, the
即ち、制御部30は、作業支援装置800の切除状態比較部807から切除禁止信号が入力されている場合、圧電素子401への電圧パルス波形の印加を停止し、音声による警報および赤色のLED100bを発光させる。また、制御部30は、切除状態比較部807から切除注意信号が入力されている場合、圧電素子401への電圧パルス波形の印加を行い、音声による警報および青色のLED100aと赤色のLED100bの点滅発光を行う。さらに、制御部30は、切除状態比較部807から切除許可信号が入力されている場合、圧電素子401への電圧パルス波形の印加を行い、青色のLED100aの発光を行う。
That is, when the excision prohibition signal is input from the excision
(動作)
次に、本実施形態における動作について説明する。
(流体噴射装置1の制御動作)
図5は、作業支援装置800および制御部30が連携して実行する作業支援処理を示すフローチャートである。
作業支援処理は、手術等にあたり、オペレータが作業支援処理の起動を指示入力することによって開始される。
なお、作業支援処理の開始に先立ち、患部のMRI画像が撮影され、医師による手動入力等により、領域設定部802において3次元画像のデータに切除可能領域、切除禁止領域および近傍領域が設定されている。
(Operation)
Next, the operation in this embodiment will be described.
(Control operation of fluid ejecting apparatus 1)
FIG. 5 is a flowchart showing a work support process executed by the
The work support process is started when an operator inputs an instruction to start the work support process in a surgery or the like.
Prior to the start of the work support process, an MRI image of the affected part is taken, and the
図5において、作業支援処理が開始されると、作業支援装置800は、領域データ記憶部803に記憶されている3次元画像データを読み出す(ステップS1)。
次に、作業支援装置800は、ノズル位置検出部805によってノズル211の位置を検出し(ステップS2)、さらに、切除領域検出部806によって切除領域を検出する(ステップS3)。
そして、作業支援装置800は、切除状態比較部807によって、切除流域およびノズル211の位置それぞれが切除可能領域、切除禁止領域あるいは近傍領域のいずれに該当するかを判定し、判定結果に応じたフラグ(画像判定フラグおよびノズル位置フラグ)を設定する(ステップS4)。
In FIG. 5, when the work support process is started, the
Next, the
Then, the
次いで、作業支援装置800は、切除状態比較部807によって、画像判定フラグおよびノズル位置判定フラグを参照し、手術の適切性を示す信号を制御部30に出力する(ステップS5)。
このとき、切除状態比較部807は、初めに、切除状態不適切フラグあるいはノズル位置不適切フラグのいずれかが設定されているか否かを判定し、これらのいずれかが設定されている場合、制御部30に対して切除禁止信号を出力する。
次に、切除状態比較部807は、切除状態不適切フラグおよびノズル位置不適切フラグのいずれも設定されていなければ、切除状態注意フラグあるいはノズル位置注意フラグのいずれかが設定されているか否かを判定し、これらのいずれかが設定されている場合、制御部30に対して切除注意信号を出力する。
Next, the
At this time, the cutting
Next, if neither the cutting state inappropriate flag or the nozzle position inappropriate flag is set, the cutting
さらに、切除状態比較部807は、切除状態不適切フラグおよびノズル位置不適切フラグのいずれも設定されておらず、かつ、切除状態注意フラグおよびノズル位置注意フラグのいずれも設定されていなければ、切除状態適切フラグあるいはノズル位置適切フラグのいずれかが設定されているか否かを判定し、これらのいずれかが設定されている場合、制御部30に対して切除許可信号を出力する。
即ち、切除状態比較部807は、切除状態不適切フラグおよびノズル位置不適切フラグの設定の有無を最優先に判定し、次いで、切除状態注意フラグおよびノズル位置注意フラグの設定の有無を優先して判定し、次に、切除状態適切フラグあるいはノズル位置適切フラグの設定の有無を判定する。
Further, the cutting
That is, the cutting
すると、制御部30は、切除状態比較部807から入力された手術の適切性を示す信号が切除禁止信号であるか、切除注意信号であるか、あるいは、切除許可信号であるかの判定を行う(ステップS6)。
ステップS6において、入力された信号が切除許可信号であると判定した場合、制御部30は、青色のLED100aの発光を行う(ステップS7)。このとき、制御部30は、吐出開始信号が入力されている場合には、圧電素子401への電圧パルス波形の入力を継続する。
Then, the
If it is determined in step S6 that the input signal is an excision permission signal, the
また、ステップS6において、入力された信号が切除注意信号であると判定した場合、制御部30は、注意を促す音声の警報および青色のLED100aと赤色のLED100bの点滅発光を行う(ステップS8)。このとき、制御部30は、吐出開始信号が入力されている場合には、圧電素子401への電圧パルス波形の入力を継続する。
さらに、ステップS6において、入力された信号が切除禁止信号であると判定した場合、制御部30は、切除が禁止された旨の音声の警報および赤色のLED100bの発光を行う(ステップS9)。このとき、制御部30は、吐出開始信号が入力されてる場合には、圧電素子401への電圧パルス波形の入力を停止する。
If it is determined in step S6 that the input signal is an excision caution signal, the
Furthermore, when it is determined in step S6 that the input signal is an excision prohibition signal, the
そして、作業支援装置800は、作業支援処理の終了が指示入力されたか否かの判定を行い(ステップS10)、作業支援処理の終了が指示入力されていないと判定した場合、ステップS2の処理に移行する。
一方、ステップS10において、作業支援装置800は、作業支援処理の終了が指示入力されたと判定した場合、作業支援処理を終了する。
Then, the
On the other hand, if it is determined in step S10 that the instruction to end the work support process has been input, the
(脈動発生部100における流体の吐出動作)
本実施形態の脈動発生部100の流体吐出は、入口流路側のイナータンスL1(合成イナータンスL1と呼ぶことがある)と出口流路側のイナータンスL2(合成イナータンスL2と呼ぶことがある)の差によって行われる。
まず、イナータンスについて説明する。
イナータンスLは、流体の密度をρ、流路の断面積をS、流路の長さをhとしたとき、L=ρ×h/Sで表される。流路の圧力差をΔP、流路を流れる流体の流量をQとした場合に、イナータンスLを用いて流路内の運動方程式を変形することで、ΔP=L×dQ/dtという関係が導き出される。
(Discharge operation of fluid in pulsation generator 100)
The fluid discharge of the
First, inertance will be described.
The inertance L is expressed by L = ρ × h / S, where ρ is the density of the fluid, S is the cross-sectional area of the flow path, and h is the length of the flow path. When the pressure difference in the flow path is ΔP and the flow rate of the fluid flowing through the flow path is Q, the relationship of ΔP = L × dQ / dt is derived by modifying the equation of motion in the flow path using the inertance L. It is.
つまり、イナータンスLは、流量の時間変化に与える影響度合いを示しており、イナータンスLが大きいほど流量の時間変化が少なく、イナータンスLが小さいほど流量の時間変化が大きくなる。
また、複数の流路の並列接続や、複数の形状が異なる流路の直列接続に関する合成イナータンスは、個々の流路のイナータンスを電気回路におけるインダクタンスの並列接続、または直列接続と同様に合成して算出することができる。
That is, the inertance L indicates the degree of influence on the time change of the flow rate. The larger the inertance L, the less the time change of the flow rate, and the smaller the inertance L, the greater the time change of the flow rate.
In addition, the combined inertance related to the parallel connection of a plurality of flow paths and the series connection of a plurality of flow paths having different shapes is obtained by combining the inertance of individual flow paths in the same way as the parallel connection or series connection of inductances in an electric circuit. Can be calculated.
なお、入口流路側のイナータンスL1は、接続流路504が入口流路503に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスL1は、入口流路503の範囲において算出される。この際、ポンプ20と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスL1の算出から削除してもよい。
また、出口流路側のイナータンスL2は、接続流路201の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管200の管部(管壁)の厚さが薄いためイナータンスL2への影響は軽微である。従って、出口流路側のイナータンスL2は出口流路511のイナータンスに置き換えてもよい。
The inertance L1 on the inlet flow path side is calculated in the range of the
Further, the inertance L2 on the outlet flow channel side has a much larger diameter of the
なお、接続流路管200の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスL1が出口流路側のイナータンスL2よりも大きくなるように、入口流路503の流路長及び断面積、出口流路511の流路長及び断面積を設定する。
Note that the thickness of the pipe wall of the connection
In this embodiment, the flow path length and cross-sectional area of the
次に、脈動発生部100の動作について説明する。
ポンプ20によって入口流路503には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子401が動作を行わない場合、ポンプ20の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって流体は流体室501内に流動する。
そして、これらの電圧パルス波形が圧電素子401に入力され、急激に圧電素子401が伸張すると、流体室501内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンスL1,L2が十分な大きさを有していれば急速に上昇して数十気圧に達する。
Next, the operation of the
The fluid is always supplied to the
When these voltage pulse waveforms are input to the
この圧力は、入口流路503に加えられていたポンプ20による圧力よりはるかに大きいため、入口流路側から流体室501内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路511からの流出は増加する。従って、前述した特許文献1による流体噴射装置のような、入口流路側に設けられる逆止弁は必要ない。
しかし、入口流路503のイナータンスL1は、出口流路511のイナータンスL2よりも大きいため、入口流路503から流体が流体室501へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路201にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管200内を伝播して、先端のノズル211の流体噴射開口部212から流体が噴射される。
Since this pressure is much larger than the pressure by the
However, since the inertance L1 of the
ここで、ノズル211の流体噴射開口部212の直径は、出口流路511の直径よりも小さいので、流体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室501内は、入口流路503からの流体流入量の減少と出口流路511からの流体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。その結果、ポンプ20の圧力と、流体室501内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路503の流体は圧電素子401の動作前と同様な速度で流体室501内に向かう流れが復帰する。
Here, since the diameter of the fluid ejection opening 212 of the
On the other hand, the inside of the
入口流路503内の流体の流動が復帰した後、圧電素子401の伸張があれば、ノズル211からの脈動流を継続して噴射することができる。
続いて、流体室501内の気泡の排除動作について説明する。
上述した脈動発生部100の動作において、流体室501が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路503を備えていることと、出口流路511が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室501内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路511から外部に排出される。
After the fluid flow in the
Next, the operation for removing bubbles in the
In the operation of the
従って、圧電素子401による流体室501の微小な容積変化においても、気泡によって圧力変動が阻害されることなく、十分な圧力上昇が得られる。
従って、前述した第1実施形態によれば、ポンプ20により一定圧力で入口流路503に流体を供給するため、脈動発生部100の駆動を停止した状態においても入口流路503及び流体室501に流体を供給するため、呼び水動作をしなくても初期動作を開始することができる。
Therefore, even in a minute volume change of the
Therefore, according to the first embodiment described above, the fluid is supplied to the
また、出口流路511の直径よりも縮小された流体噴射開口部212から流体を噴出するため、液圧を出口流路511内よりも高めることから、高速の流体噴射を可能にする。
さらに、接続流路管200が、流体室501から流動される流体の脈動を流体噴射開口部212に伝達し得る剛性を有しているので、脈動発生部100からの流体の圧力伝播を妨げず、所望の脈動流を噴射することができるという効果を有する。
In addition, since the fluid is ejected from the fluid ejection opening 212 that is smaller than the diameter of the
Furthermore, since the connecting
また、入口流路503のイナータンスを、出口流路511のイナータンスよりも大きく設定していることから、入口流路503から流体室501への流体の流入量の減少よりも大きい流出量の増加が出口流路511に発生し、接続流路管200内にパルス状の流体吐出を行うことができる。従って、前述した特許文献1のように入口流路503側に逆止弁を設けなくてもよく、脈動発生部100の構造を簡素化できるとともに、内部の洗浄が容易になる他、逆止弁を用いることに起因する耐久性の不安を排除することができるという効果がある。
Further, since the inertance of the
なお、入口流路503及び出口流路511双方のイナータンスを十分大きく設定することにより、流体室501の容積を急激に縮小すれば、流体室501内の圧力を急激に上昇させることができる。
また、容積変更手段として圧電素子401とダイアフラム400とを採用する構造にすることにより構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室501の容積変化の最大周波数を1KHz以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適である。
If the volume of the
Further, by adopting a structure in which the
また、旋回流発生部により流体室501内の流体に旋回流を発生させることで、流体を遠心力により流体室の外周方向に押しやり、旋回流の中心部、つまり、略回転体形状の軸近傍に流体に含まれる気泡が集中し、略回転体形状の軸の近傍に設けられる出口流路511から気泡を排除することができる。このことから、流体室501内に気泡が滞留することによる圧力振幅の低下を防止することができ、脈動発生部100の安定した駆動を継続することができる。
Further, by generating a swirling flow in the fluid in the
さらに、旋回流発生部を入口流路503により形成していることから、専用の旋回流発生部を用いることなく旋回流を発生させることができる。
また、流体室501の封止面505の外周縁部に、溝形状の入口流路503を形成しているので、部品数を増やすことなく旋回流発生部としての入口流路503を形成することができる。
また、ダイアフラム400の上面に補強板410を備えていることにより、ダイアフラム400は補強板410の開口部外周を支点として駆動するため、応力集中が発生しにくく、ダイアフラム400の耐久性を向上させることができる。
Furthermore, since the swirl flow generating part is formed by the
In addition, since the groove-shaped
In addition, since the
なお、補強板410のダイアフラム400との接合面の角部を丸めておけば、一層、ダイアフラム400の応力集中を緩和することができる。
また、補強板410とダイアフラム400とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部100の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム400の外周縁部の補強効果もある。
また、ポンプ20から流体を供給する入口側の接続流路504と入口流路503との接続部に、流体を滞留する流体溜り507を設けているために、接続流路504のイナータンスが入口流路503に与える影響を抑制することができる。
If the corners of the joint surface of the reinforcing
Further, if the reinforcing
In addition, since the
さらに、上ケース500と下ケース301との接合面において、ダイアフラム400の外周方向離間した位置にリング状のパッキン450を備えているために、流体室501からの流体の漏洩を防止し、流体室501内の圧力低下を防止することができる。
以上のように、本実施形態に係る流体噴射装置1は、磁気センサ600a〜600dによって、ノズル211の近傍に設置された磁石213の磁気を基に、ノズル211の位置を検出する。また、流体噴射装置1は、カメラ700a〜700dによって、患部の画像を撮影し、切除あるいは切開された領域を判定する。
Furthermore, since the ring-shaped
As described above, the
そして、ノズル211の位置および切除領域が、手術に先立って撮影されたMRI画像における切除可能領域、禁止領域および近傍領域のいずれに該当するかを判定し、切除禁止領域である場合には、脈動発生部100における流体の吐出を停止すると共に、音声および赤色のLED100bによって、切除・切開の状態が不適切であることが術者に報知される。また、切除注意領域である場合には、音声および赤色・青色のLED100a,100bによって、切除・切開の状態が注意すべき状態であることが術者に報知される。
Then, it is determined whether the position of the
そのため、手術等を行う際に、対象部位において切除あるいは切開を行う領域を、流体噴射装置1が術者に報知することができる。
したがって、術者にのみ依存して切除あるいは切開を行う領域が判断されることがないため、より確実に高精度な切除または切開を行うことが可能となる。
即ち、本発明に係る流体噴射装置1によれば、流体を噴射して生体組織を切開または切除する際に、より確実に高精度な切除または切開を行うことが可能となる。
Therefore, when performing surgery or the like, the
Therefore, since the region to be excised or incised is not determined depending only on the operator, it is possible to perform excision or incision with higher accuracy more reliably.
That is, according to the
なお、本実施形態においては、磁気センサ600a〜600dおよびカメラ700a〜700dを備え、磁石213の磁気を検出することによってノズル211の位置を検出すると共に、画像を処理して切除領域を検出することとして説明した。しかしながら、磁気センサ600a〜600dあるいはカメラ700a〜700dのいずれかを備え、ノズル211の位置あるいは切除領域のいずれかを検出して、切除・切開の状態を術者に報知することも可能である。
この場合、流体噴射装置1を簡易な構成とすることができる。
In the present embodiment, the magnetic sensors 600a to 600d and the
In this case, the
(応用例1)
本実施形態において、切除領域およびノズル位置が切除禁止領域に該当する場合に、流体の吐出を停止するものとして説明したが、流体の吐出を停止させることの他、流体の吐出圧力を低下させる等、流体の吐出が抑制される制御を採用することができる。
(応用例2)
本実施形態において、切除・切開が行われる領域を判定するために、カメラ700a〜700dによって撮影した画像を処理して切除領域の位置を検出する場合、撮影された画像を処理してノズル211の姿勢を検出することも可能である。
この場合、ノズル211の向きが切除可能領域、禁止領域および近傍領域のいずれを向いているかを判定することによって、さらに確実に高精度な切除または切開を行うことが可能となる。
(Application 1)
In the present embodiment, it has been described that the discharge of the fluid is stopped when the excision region and the nozzle position correspond to the excision prohibition region. However, in addition to stopping the discharge of the fluid, the discharge pressure of the fluid is decreased, etc. In addition, it is possible to employ control that suppresses discharge of fluid.
(Application example 2)
In this embodiment, in order to determine the region where excision / incision is to be performed, when the image captured by the
In this case, by determining whether the
(応用例3)
本実施形態においては、切除・切開が行われる領域を判定するために、磁石213および磁気センサ600a〜600dを用いてノズル211の3次元位置を測定する場合、および、カメラ700a〜700dによって撮影した画像を処理して切除領域の位置を検出する場合を例に挙げて説明したが、他の方法を用いることも可能である。
(Application 3)
In this embodiment, in order to determine the region where excision / incision is performed, when the three-dimensional position of the
図6は、切除領域の位置を検出する他の構成例を示す図であり、図6(a)は、脈動発生部100がジャイロセンサ100dを備える場合、図6(b)は、レーザを用いた形状検出装置900を備える場合を示している。
図6(a)に示すように、例えば、脈動発生部100にジャイロセンサ100dを設置しておき、基準点および基準の姿勢を事前に設定した上で、手術中における脈動発生部100の位置および姿勢を検出することが可能である。そして、第1実施形態と同様に、検出した位置および姿勢を基に、切除状態比較部807が、切除・切開が行われようとしている領域が適切なものであるか否かを判定することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example for detecting the position of the ablation region. FIG. 6A illustrates a case where the
As shown in FIG. 6A, for example, a gyro sensor 100d is installed in the
あるいは、図6(b)に示すように、レーザを照射して対象物の形状を検出する形状検出装置900を設置し、レーザによって患部の形状および脈動発生部100の位置や姿勢を検出することも可能である。この場合にも、第1実施形態と同様に、検出した位置および姿勢を基に、切除状態比較部807が、切除・切開が行われようとしている領域が適切なものであるか否かを判定することができる。
Alternatively, as shown in FIG. 6B, a
1 流体噴射装置、10 流体容器、15,25 接続チューブ、20 ポンプ、30 制御部、100 脈動発生部、100a 青色LED、100b 赤色LED、100c スピーカ、100d ジャイロセンサ、200 接続流路管、201 接続流路、211 ノズル、212 流体噴射開口部、213 磁石、401 圧電素子、501 流体室、503 入口流路、511 出口流路、600a〜600d 磁気センサ、700a〜700d カメラ、800 作業支援装置、801 3次元画像作成部、802 領域設定部、803 領域データ記憶部、A/D変換部、805 ノズル位置検出部、806 切除領域検出部、807 切除状態比較部、900 形状検出装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記脈動発生部における流体の吐出を制御する制御手段と、
流体の噴射対象部位の形状を示すデータを取得する形状データ取得手段と、
前記形状データ取得手段によって取得された噴射対象部位の形状を示すデータを基に、噴射対象部位における噴射可能領域および噴射禁止領域を設定する領域設定手段と、
前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定する領域判定手段と、
前記領域判定手段によって、前記噴射禁止領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、前記脈動発生部における流体の吐出を抑制させる吐出抑制手段と、
を備えることを特徴とする流体噴射装置。 A pulsation generating section for generating fluid and discharging fluid;
Control means for controlling the discharge of fluid in the pulsation generator;
Shape data acquisition means for acquiring data indicating the shape of the fluid injection target site;
Based on the data indicating the shape of the injection target part acquired by the shape data acquisition means, area setting means for setting an injectable area and an injection prohibited area in the injection target part;
An area determination means for determining which of the injection possible area and the injection prohibited area is an injection target area by the pulsation generating unit;
A discharge suppressing unit that suppresses the discharge of fluid in the pulsation generation unit when the region determination unit determines that the injection prohibited region is an injection target region by the pulsation generation unit;
A fluid ejecting apparatus comprising:
前記脈動発生部に設置された磁石の磁気を検出する磁気検出手段とを備え、
前記領域判定手段は、前記磁気検出手段によって検出された磁気に基づいて前記脈動発生部の位置を検出し、検出した前記脈動部の位置に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。 A magnet installed in the pulsation generator;
Magnetic detection means for detecting the magnetism of the magnet installed in the pulsation generating unit,
The region determination means detects the position of the pulsation generating part based on the magnetism detected by the magnetic detection means, and based on the detected position of the pulsation part, which of the jettable area and the injection prohibited area is The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the fluid ejecting apparatus determines whether the region is an ejection target region by the pulsation generating unit.
前記領域判定手段は、前記撮影手段によって撮影された噴射対象部位の画像に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。 It has an imaging means for imaging the injection target part,
The region determination means determines which one of the jettable region and the injection prohibited region is an injection target region by the pulsation generation unit based on an image of the injection target region imaged by the imaging unit. The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein:
前記領域判定手段は、前記形状検出手段によって撮影された噴射対象部位の形状に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。 Equipped with a shape detection means for detecting the shape of an object by irradiating a laser;
The region determination means determines which of the jettable region and the injection prohibited region is an injection target region by the pulsation generating unit based on the shape of the injection target region imaged by the shape detection unit. The fluid ejecting apparatus according to claim 1.
前記領域判定手段は、前記ジャイロセンサによって検出された前記脈動発生部の位置および姿勢に基づいて、前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定することを特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。 A gyro sensor that is installed in the pulsation generator and detects the position and orientation of the pulsation generator;
The region determination means determines which of the injectable region and the injection prohibited region is an injection target region by the pulsation generation unit based on the position and orientation of the pulsation generation unit detected by the gyro sensor. The fluid ejecting apparatus according to claim 1.
前記領域設定手段は、前記噴射可能領域のうち、前記噴射禁止領域近傍の領域を近傍領域に設定し、
前記報知手段は、前記領域判定手段によって、前記近傍領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、音声あるいは光の少なくともいずれかによって報知を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の流体噴射装置。 Provided with a notification means for performing notification by at least one of sound and light,
The region setting means sets a region in the vicinity of the injection prohibited region among the jettable regions as a vicinity region,
The notification means performs notification by at least one of sound and light when the area determination means determines that the vicinity area is an injection target area by the pulsation generator. The fluid ejecting apparatus according to claim 1.
前記脈動発生部における流体の吐出を制御する制御手段と、
を備える流体噴射装置の制御方法であって、
流体の噴射対象部位の形状を示すデータを取得する形状データ取得ステップと、
前記形状データ取得ステップにおいて取得された噴射対象部位の形状を示すデータを基に、噴射対象部位における噴射可能領域および噴射禁止領域を設定する領域設定ステップと、
前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定する領域判定ステップと、
前記領域判定ステップにおいて、前記噴射禁止領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、前記脈動発生部における流体の吐出を抑制させる吐出抑制ステップと、
を含むことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。 A pulsation generating section for generating fluid and discharging fluid;
Control means for controlling the discharge of fluid in the pulsation generator;
A control method of a fluid ejection device comprising:
A shape data acquisition step for acquiring data indicating the shape of the fluid injection target site;
Based on the data indicating the shape of the injection target part acquired in the shape data acquisition step, an area setting step for setting an injection possible area and an injection prohibited area in the injection target part;
An area determination step for determining which of the injection possible area and the injection prohibited area is an injection target area by the pulsation generating unit;
In the region determination step, when it is determined that the injection prohibited region is an injection target region by the pulsation generation unit, a discharge suppression step of suppressing discharge of fluid in the pulsation generation unit;
A control method of a fluid ejecting apparatus comprising:
前記脈動発生部における流体の吐出を制御する制御手段と、
流体の噴射対象部位の形状を示すデータを取得する形状データ取得手段と、
前記形状データ取得手段によって取得された噴射対象部位の形状を示すデータを基に、噴射対象部位における噴射可能領域および噴射禁止領域を設定する領域設定手段と、
前記噴射可能領域および噴射禁止領域のいずれが前記脈動発生部による噴射対象領域となっているかを判定する領域判定手段と、
前記領域判定手段によって、前記噴射禁止領域が前記脈動発生部による噴射対象領域となっていると判定された場合に、前記脈動発生部における流体の吐出を抑制させる吐出抑制手段と、
を備えることを特徴とする手術装置。 A pulsation generating section for generating fluid and discharging fluid;
Control means for controlling the discharge of fluid in the pulsation generator;
Shape data acquisition means for acquiring data indicating the shape of the fluid injection target site;
Based on the data indicating the shape of the injection target part acquired by the shape data acquisition means, area setting means for setting an injectable area and an injection prohibited area in the injection target part;
An area determination means for determining which of the injection possible area and the injection prohibited area is an injection target area by the pulsation generating unit;
A discharge suppressing unit that suppresses the discharge of fluid in the pulsation generation unit when the region determination unit determines that the injection prohibited region is an injection target region by the pulsation generation unit;
A surgical apparatus comprising:
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