JP2010099461A - 外科手術用機械装置制御システム - Google Patents

外科手術用機械装置制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】外科医の頭の方位を検出しそして外科手術用機械装置を制御するためその情報を使用する方位検出配置を含む外科手術用機械装置制御システムを提供する。
【解決手段】単一ビームのみを放射する構造でそして外科医に取り付けられる様に適合するビームエミッタユニット;ビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射するビームが検出されるとき相応する制御信号を出力するためにそれぞれ適合する第1の一対の別々のビーム検出器;およびビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニットから構成される。
【選択図】図1

Description

本発明は外科手術用機械装置制御システムに関する。特に、本発明の実施態様は外科医の頭の方位を検出しそして外科手術用機械装置を制御するためにその情報を使用する方位検出配置を含んでいる。本発明の実施態様は外科手術用機械装置制御システムおよび外科手術用腹腔鏡位置決め配置を含んでいる。
最小限に健康的な組織を冒す外科手術は改善された回復時間そして低減された感染の危険のため伝統的な外科手術方法を超えて望まれている。内視鏡外科手術は最小限に健康的な組織を冒す外科手術の形式でありそして腹腔鏡外科手術は腹部の内視鏡外科手術に特に関連する内視鏡外科手術の副区分である。
内視鏡手術中、外科医の助手は、外科医が外科手術を実施するために1つあるいはそれ以上の内視鏡外科手術用器具を使用する間、内視鏡を希望する位置に保持することを通常要求される。内視鏡の先端(すなわち患者の内部そして実質的に外科手術位置に配置される内視鏡の端部)から捉えられる画像は手術室のモニタに外科医の使用のため表示される。内視鏡外科手術は数時間かかりそして外科手術助手は手術中外科医によって希望される位置(外科医からの指示でどのような位置の調整もする)に内視鏡を保持しなければならない。
ごく最近、希望する位置に内視鏡を保持しそして自動的に外科医からの指示に従って内視鏡の位置を動かすことができる外科手術用機械装置そしてロボットが開発されてきている。
外科医は内視鏡外科手術用器具を制御するために彼の両手をしばしば使用し、そしてとにかく外科医は彼の両手を無菌に保たなければならない(そしてそれ故無菌でない制御機械装置にも触れることができない)ので外科手術用機械装置あるいはロボットを直接動かすことは外科医の指示に対して困難である。
方位検出配置は例えば、US6,239,874に提案されている。この配置は頭用ユニットから放射される4つの分岐するビームを使用する。使用者の頭の動作でビームの1つは検出器を横切る。検出器を横切るビームの同一性が決められそして使用者の頭の方位がこの情報に基づいて決められる(この情報の結果として制御される内視鏡とともに)。しかしながら、開発される代替の配置に対する必要性が起きている。
他の配置が、例えば、航空機パイロットに表示される情報がそれに従って変えられるようにパイロットの頭の方位を検出するために開発されてきた。配置はまた使用者の頭の検出される方位に基づく仮想の実在世界で使用者に提供される眺めを制御するために存在する。しかしながら、これらの配置は外科手術環境における使用に適していない。例えば、ある場合にはこれらの配置は大型でそして高価である;一般的に無菌化、無菌環境の維持、過剰な費用、手術室の限られた空間、外科手術で使用される器械に対する完全な安全規制の合致をともなう知りうる困難性のために外科手術用機械装置あるいはロボットに関する使用に対してこのような配置(非外科手術的応用のために開発されてきた)を適用することに対する技術に偏見がある。
先行技術に関連するいくつかの問題点を改善するために探すことが本発明の目的である。
従って、本発明の1つの観点は次からなる外科手術用機械装置制御システムを備える:単一ビームのみを放射するための構造でそして外科医に取り付けられるに適合するビームエミッタユニット;ビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射ビームが検出されたとき相応する制御信号を出力するためにそれぞれ適合する第1の一対の別々のビーム検出器;およびビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
望ましくは、システムはビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射ビームが検出されるとき相応する制御信号を出力するためにそれぞれ適合する第2の一対の別々のビーム検出器からさらになる。
本発明の他の観点は次からなる外科手術用機械装置制御システムを備える:外科医に取り付けられるために適合しそして画像枠を捉えるための構造のカメラユニット;カメラによって捉えられる画像枠内で検出可能な少なくとも1つの標識;カメラによって捉えられる画像枠の標識あるいは各標識の位置を検出しそして捉えられる画像枠内の検出される標識の位置に応じる制御信号を出力するための構造の処理ユニット;および処理ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
本発明の他の観点は次からなる外科手術用機械装置制御システムを備える:
外科医に取り付けられるために適合しそして画像枠を捉えるための構造のカメラユニット;カメラによって捉えられる画像枠内で検出可能な少なくとも1つの標識;カメラによって捉えられる画像枠の標識あるいは各標識の同一性を検出しそして捉えられる画像枠内の検出される標識の同一性に応じる制御信号を出力するための構造の処理ユニット;および処理ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
望ましくは、標識あるいは各標識は身体の標識である。
優位に、ビデオ信号に標識を重ね合わすための構造のビデオオーバーレイユニットからさらになる。
望ましくは、複数の標識が備えられ、各標識は実質的に独自に同一のものと確認できる。
本発明の他の観点は次からなる外科手術用内視鏡器具位置決め配置を備える:腹腔鏡を収容するために適合する腹腔鏡収容モジュール;腹腔鏡収容モジュールに結合されそして操作されるとき腹腔鏡収容モジュールを動かすための構造の少なくとも1つのモータ;予め決められる周波数の電磁放射線を反射するための構造でそして外科医に取り付けられるために適合する反射体;反射体によって反射される電磁放射線を感知することによって反射体の動作を監視するために適合する検出器ユニット;および検出器ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って腹腔鏡収容モジュールの動作を制御するようにモータあるいは各モータの操作を制御するための構造の制御ユニット。
望ましくは、配置はそれぞれの実質的に独立の予め決められる周波数の電磁放射線を反射するために適合しそして外科医に取り付けられるために適合する2つの追加的反射体からさらになり、ここで検出器ユニットは反射体によって反射される電磁放射線の周波数を検知するために適合しそしてこの情報を反射体の動作を監視することを補助するために使用する。
本発明の他の観点は次からなる外科手術用機械装置制御システムを備える:2つあるいはそれ以上の平行ビームを放射する構造のビームエミッタユニットであって、各ビームは実質的に独自に同一のものと確認でき、外科医に取り付けられるために適合するビームエミッタユニット;ビームエミッタユニットによって放射される2つあるいはそれ以上の投射されるビームを検出しそして2つあるいはそれ以上の独自に同一のものと確認できる投射ビームの予め決められる数が検出されるとき相応する制御信号を出力するために適合する第1ビーム検出器;およびビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
本発明の他の観点は次からなる外科手術用機械装置制御システムを提供する:2つの分岐するビームのみを放射するための構造でそして外科医に取り付けるために適合するビームエミッタユニット;ビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射ビームが検出されるとき相応する制御信号を出力するために適合するそれぞれの第1の一対の別々の長いビーム検出器;そしてビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
本発明の他の観点は次からなる外科手術箇所検出システムを備える:外科医に取り付け可能な2つあるいはそれ以上の外科医標識;2つあるいはそれ以上の外科医標識の検出される位置に基づく外科医の少なくとも部分の動作を検出しそして検出される動作に基づく1つあるいはそれ以上の制御信号を出力するために適合する立体的検出器;および立体的検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
望ましくは、システムはさらに次からなる:複数の患者標識であって、ここで立体的検出器は患者標識の位置を検出しそして患者標識の検出される位置を使用してシステムの参照の枠内で患者の位置を決めるための構造である。
本発明の他の観点は次からなる外科医の動作を監視しそして制御信号を備える方法を提供する:外科医に取り付け可能な2つあるいはそれ以上の外科医標識を備えること;2つあるいはそれ以上の外科医標識を外科医に取り付けること;2つあるいはそれ以上の外科医標識の検出される位置に基づく外科医の少なくとも部分の動作を検出しそして検出される動作に基づく1つあるいはそれ以上の制御信号を出力するために適合する立体的検出器を備えること;および
立体的検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニットを備えること。
本発明の他の観点は次からなる外科手術用機械装置制御システムを備える:ユニットの加速度そして方位の1つを検知することに応答して1つあるいはそれ以上の制御信号を出力するための構造の加速度あるいは方位検出ユニットであって、ユニットは外科医に取り付けられるために適合する;およびユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
本発明の実施態様は付帯する図面を参照して実施例の方法によってここに記述される。
内視鏡および患者を示す。 外科手術用内視鏡位置決め配置を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。 本発明の実施態様に従う制御器を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。 本発明の実施態様に従うモニタを示す。 本発明の実施態様に従う制御器を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。 本発明の実施態様の部品を示す。
患者1(無菌の覆いを掛けられている)が図1に示される。この図はまた患者1の切開を通過する内視鏡(この場合には腹腔鏡)を示す。内視鏡2は軸2aおよびカメラ2bからなる。カメラ2bは、例えば、内視鏡2の軸2aの先端(これは患者の内部そして通常外科手術箇所にある内視鏡の端)までの全長に亘る光ファイバー(図示されない)に接続される。レンズ(示されない)は光ファイバーの端を通常覆う内視鏡2の先端に備えられる。照明手段がまた内視鏡2の先端に備えられる。内視鏡2の先端の外科手術箇所の画像はカメラ2bによって光ファイバーを通して受信される。画像はカメラ2bから外科医によって使用されるための画像を表示するモニタ4へ伝送される。
外科手術箇所のいかなる適切な部分の画像も内視鏡2の先端が希望する位置にあるように内視鏡2を動かすことによって得られる。3自由度の内視鏡2の動作(切開3に中心があるかあるいは交わる)が切開3の危険な過剰な歪み(患者に傷害を起こす)なしに可能な内視鏡2の位置の実質的に完全な範囲を備えることが分かってきた。これらの動作の3自由度は図1の両端矢印5a、5b、5cによって示される。
動作5aの第1の自由度は通常内視鏡2の縦方向軸と平行の方向にある。これは遠近(ズーム)動作である。動作5bの第2の自由度は傾斜(ティルト)動作でありそして動作5cの第3の自由度はパン動作(pan movement)である(傾斜およびパン動作は切開上に中心がある)。
外科手術用内視鏡位置決め配置6は図2に示される。配置6は上述した方法(これは3自由度の動作)で配置6に取り付けられる内視鏡2の動作を制御することができ、外科医によって制御でき、使用に容易でありそして正確でありそして機能的である。配置6は接続ユニット6aで配置6に取り付けられる固定腕(示されない)によって通常保持される−この固定腕は明確するために図2から省略されている)。
上述で議論したようにUS6,239,874で開示された方位の配置は図2に示される配置を制御するために適している。US6,239,84に開示される配置は動作の3自由度全てで動作の制御を達成するために操作のモードを変えるため足踏みペダルの使用に適合する。図2に示される配置のような外科手術配置を制御するために適当である代わりの方位検出配置に対する要求がある。
以下に記述する説明から理解されるように、本発明の実施態様の目的は外科手術用機械装置の動作を制御するための制御信号(望ましくは6つの制御信号)を発生できるシステムを備えるために探すことである。制御信号は少なくとも外科医の身体の部分の動作を検出することによって望ましくは発生される。これは外科医に、例えば、内視鏡の位置を同時に制御する一方内視鏡の器具を位置に保持し続けるようにする。
本発明の実施態様の部品は図3に示される。部品は頭用ユニット7aそして使用者の頭(この場合には使用者の額)に頭用モジュール7を確保するための接続配置7b(この場合には革帯)からなる頭用モジュール7を含む。部品はまたモニタ8eの周囲に配置される(そして取り付けられる)4つの検出ユニット8a、8b、8c、8dそして基礎部分9aそして推進部材9bをもつ足踏みペダル9を含む。
検出ユニット8a、8b、8c、8dは、検出ユニット8a、8b、8c、8dが検出器の2つの対8a、8bそして8c、8dからなり、検出ユニット8a、8b、8c、8dはモニタ8eの周囲に配置され、そして検出ユニット8a、8b、8c、8dは、2つ対8a、8bと8c、8dの検出器からなり、2つの検出器からなる各対は互いにモニタ8eの反対側になるように配置されている。検出器8a、8b、8c、8dは別々の検出器である−例えば、検出器は単一CCDの2つの異なる部分からならないし、また単一センサを形成するCCDsの配列からもならない。
頭用ユニット7aはビームを頭用ユニット7aから放射するために通常配置される単一ビームエミッタのみを含む。エミッタ7cは望ましくは電磁ビームエミッタである(光エミッタのような)が、しかしどのような検出可能な形式のビームを放射してもよい。
各検出器ユニット8a、8b、8c、8dはビームがそれぞれの検出器8a、8b、8c、8dを横切るとき頭用ユニット7aの単一ビームエミッタ7cによって放射されるビームを検出するための構造のビーム検出器8fを含む。
検出器ユニット8a、8b、8c、8dそれぞれはユニット8a、8b、8c、8dのビーム検出器が頭用ユニット7aから放射されるビームを検出するときオフモードとオンモードの間を推進するスイッチ配置8gを含む。オンモードへのスイッチユニット8gの推進は相応する制御信号を伝達されるようにする。本実施態様において制御信号は制御器10(図4参照)へ伝送される。
使用者(例えば、外科医)がスイッチユニット8gの不注意な推進を防ぐために、足踏みペダル9が使用される(以下に記述する)。足踏みペダルからの出力(オン/オフ)信号は制御器10に接続される。
コントローラ10は入力10aを受信し(例えば、検出器8a、8b、8c、8dから)、もし制御器10へ足踏みペダルからの入力10aがまた検出されるならば入力10aに従って出力10bを伝送する(例えば、足踏みペダル推進部材9bが足踏みペダル9の基礎底部分9aに関して押し下げられるため)。出力10bは外科手術用内視鏡位置決め配置6の部分のための推進信号である(図2参照)。推進信号は上述したような動作の3自由度の1つで取り付けられる内視鏡2の動作を駆動する外科用内視鏡位置決め配置6内のモータ(図示されない)に電源を備える。実施態様において制御器10は検出器8a、8b、8c、8dによって伝送される制御信号および外科用内視鏡位置決め配置6のモータのための電源回路を閉じるように足踏みペダル9からの出力信号によって制御される1つあるいはそれ以上の電気リレーからなる(2つの電源回路が3つのモータのそれぞれに備えられる−各動作の自由度に対し1つ)。制御器10はどのような計算も行わない制御ユニットである。
代わりに、足踏みペダル9は足踏みペダル9が推進されるときビームエミッタ7cのみビームを放射するような頭用ユニット7aに接続される。これは足踏みペダル9が制御器10に接続される必要がなくそしてこれはシステムを単純化する能力をもつことを意味している。
4つの検出器8a、8b、8c、8dは4つの制御信号を備える。もしも、例えば、動作の3自由度の外科手術用内視鏡位置決め配置6の動作を制御することが希望されるならば(これは全部で6つの制御信号を要求することである−動作の各自由度の動作の各方向に対して1つ)、そうすれば足踏みペダル9は操作の第2モードを決めるために使用される。例えば、足踏みペダル9の速い叩きは制御器10へ伝送される1つあるいはそれ以上の制御信号を制御器10の異なる部分(例えば、異なるリレー)に向け直す操作の第2のモードを推進する。このように同じ制御信号あるいは複数の信号は制御器10から外科手術用内視鏡位置決め配置6の異なるモータあるいは電源回路を制御するために使用される。
図3の実施態様の部品は外科手術用内視鏡位置決め配置6を制御するための従来の技術配置よりも組立に容易でそして高価でない簡単な制御機械装置を備える。例えば、上述の頭用ユニット7aは正確な単一ビームを使用する(4つのビームに対比して)。モニタ8eの周囲に配置される検出器ユニット8a、8b、8c、8dは頭用ユニットよりも損害に対して少ない傾向がありそしてそれ故より永い操作寿命をもつ;このように正確に1つを使用するシステムと比較するとき4つの検出器の備えはこの場合には全体として配置の経費そして信頼性の損失はない。頭用ユニット7aはいくつかの先行技術のシステムの頭用ユニット7aよりも軽い(単一エミッタ7cのみの使用により)。事実、この実施態様に従う頭用ユニット7aの費用は頭用ユニット7aが単一使用項目として備えられるに十分に低い−このように頭用ユニット7aの高価な殺菌を避ける。
頭用ユニット7aは実質的に封をされた水封で備えられる(示されない)。接続配置7bはまた水封で備えられるかあるいは別々に備えられそして頭用ユニット7aのクリップの手段(示されない)によって頭用ユニット7aに確保される。
本発明の実施態様の部品部分は図5に示される。部品部分の多くは図3に示されるものに類似でありそして図3に関して記述された交換可能な特徴はまた図5に示される実施態様に適用することが理解される。ここに記述される本発明の実施態様間の類似性の読者の正しい理解を助けるために同じ参照の数字が種々の記述実施態様において相応する特徴に対して使用される。
この実施態様において、頭用ユニット7aはカメラ7dを含む。カメラ7dは望ましくは電荷結合素子(CCD)に基づくデジタルカメラである。
4つの検出器8a、8b、8c、8dの代わりに、1つあるいはそれ以上の標識8h、8i、8j、8kが備えられそしてモニタ8eに関して配置される。
図5の部品形式に示される実施態様は上述の図3の実施態様と同様な方法で通常操作する。しかしながら、この実施態様において、投射ビームを検出する検出器8a、8b、8c、8dの代わりに、頭用ユニット7aのカメラ7dはモニタ8eに関して配置される1つあるいはそれ以上の標識8h、8i、8j、8kを検出する(あるいは少なくとも画像を捉える)ための構造である。頭用ユニット7aのカメラ7dによって捉えられる画像枠内の1つあるいはそれ以上の標識8h、8i、8j、8kの位置は頭用ユニット7aを頭用ユニット7aの適切な方位を決めあるいはモニタ8eに関して頭用ユニット7aに結合する制御ユニット10(そしてそれ故使用者の頭)を決める。
単一標識8h、8i、8j、8kはモニタ8eに関して頭用ユニット7aの適切な方位を検出するためにこのシステムで使用される。しかしながら、実施態様において、4つの標識8h、8i、8j、8kはモニタ8eの周囲に備えられる。1つあるいはそれ以上のこれらの標識8h、8i、8j、8kは足踏みペダル9が推進されるとき頭用ユニット7aのカメラ7dの画像枠内に捉えられる。もしも単一標識が使用されるならばそうすればカメラ7dによって捉えられる画像枠は処理配置(示されない)によって複数の部分に分離される。配置はどの複数の部分が標識を含むかを検出しそして従って制御信号が出力される。もしも1つの標識よりも多く使用されるならば、そうすれば配置は標識をそれぞれ含む予め決められる組の2つあるいはそれ以上の部分を検出しそして従って制御信号を発する。
代わりとして、分離標識8h、8i、8j、8kの代わりに1つあるいはそれ以上の記号がモニタ8eそれ自身に表示される。この実施態様の実施例は図6に示される。この実施例で、モニタ8eはそれぞれの内視鏡器具の部分に沿って外科手術箇所の画像を表示するため配置される。これは外科医によって使用のため内視鏡2によって捉えられる画像である。4つの記号8hh、8ii、8jj、8kkは画像に重ねられる。これは望ましくは内視鏡2からモニタ8eに伝送される信号を変更することによって電気的に達成される。標識8h、8i、8j、8kを検出する代わりに頭用ユニット7aのカメラ7dは1つあるいはそれ以上の記号8hh、8ii、8jj、8kkを検出する。制御信号は頭用ユニット7aのカメラ7dによって捉えられる画像枠内にこれらの記号8hh、8ii、8jj、8kkの1つの位置に基づいて発生される(上述のように)。4つのこのような記号8hh、8ii、8jj、8kkが備えられる;各記号は他の記号と比較されるとき独自に同一のものと確認される実質的に独自である。カメラ7dによって捉えられる画像枠は単一の記号8hh、8ii、8jj、8kkのみを捉えるように十分に小さい。頭用ユニット7aはどの4つの記号8hh、8ii、8jj、8kkが枠内で捉えられているかを決めそしてそれ故外科医の頭の方位を決めることができそして従って制御信号を推進する。
実施態様において、頭用のユニット7aは下記の処理段階の全てを実行する。実施態様において、制御器10は下記の処理段階のいくつかあるいは全てを実行する。頭用のユニット7aのカメラ7dは画像を簡単に捉えそして、例えば、どの記号が捉えられたか決めるために捉えられる画像を処理する制御器10にこの画像を送る(図7に示される)。勿論、この方法で制御器10の使用は図5および6に関連して記述される他の実施態様に適用される。
この方法でカメラ7dの使用は先行システムを越すいくつかの優位性がある。例えば、カメラ7dで捉えられる画像は、例えば、さらに外科医を訓練しあるいは手術の間の事故原因の調査において後での使用のため別に蓄えられる。さらにシステムは上記の実施態様あるいは先行システムのいくつかにおいて使用される検出器は使用されない。これは大変手術の段取りを簡素化する。事実、実施態様において記号はモニタ8eに表示される画像に重ね合わされるので追加的な装置はモニタ8eの周囲に段取りされる必要はない。勿論、この実施態様においてユニット(示されない)は1つの記号あるいは複数の記号の画像を重ね合わせるように内視鏡2そしてモニタ8eの間を接続されねばならない。
さらなる実施態様のための部品は図8に示される。この実施態様において手術室において外科医12によって通常着用される外科手術用マスク11あるいは他の衣類品が多くの反射性部分、反射性標識あるいは反射体11a、11bを含む。これらの反射性部分11a、11bは使用されるとき外科医12の顔に通常中央に取り付けるマスク11の部分の周囲にまとめられる。代わりにあるいは追加的に、1つあるいはそれ以上のマスク11の周辺の部分が反射体11aを含む。
上述の実施態様のように、内視鏡2によって捉えられる画像を表示するモニタ8eが備えられる。この実施態様において、検出器8aはモニタ8eに関して備えられそして配置される。検出器8aは単一検出器8lを含む。単一検知器8lは望ましくは電磁放射の特定周波数(あるいは特別な周波数の光ような)に感度が高い。検出器8aは反射体11a、11bが反射において特に十分である電磁スペクトルの部分と一致する電磁放射線の周波数に望ましくは感度が高い(すなわち検知可能な周波数である)。
1つあるいはそれ以上のエミッタはモニタ8eに関して備えられそして検出器8aの検出可能な周波数に通常関連する周波数範囲の電磁放射線を放射するための構造である。
検出器8aそして特に検出器8aの単一検出器8lは反射性部分11a、11bを含む外科医12の画像を捉える。
外科医12が内視鏡2の動作を制御することを望むとき、外科医12はモニタ8eを直接視て(そしてそれ故検出器8a)そして足踏みペダル9の推進部材9bを押しつける;外科医12はそれから彼の頭を左へあるいは右へ、上へあるいは下へ回転する。反射性部分11a、11bの動作は検出器8aによってあるいは捉えられる画像の基づく検出器8aに結合する制御器10によって検出される;相応する制御信号は検出される動作に従って外科手術用内視鏡位置決め配置6に発せられる。
実施態様において、反射対11bの中央の群の部分でない反射体11aは電磁放射線のより広い範囲、異なる周波数に反射するために適用される。かくしてもしもこれらの中央にない少なくともいずれかの1つが外科医の顔のいずれかの側(あるいはもし適当であれば身体の他の部分)に置かれ(使用するとき)−すなわち反射体11aがマスク11の対面する端にある−そしてこれらの反射体11aが広い範囲で電磁放射線の異なる(電位的に関係のない)周波数を反射するならば、そうすれば検出器8aは制御信号を発することを決めあるいは確認するために反射体11aから放射線の検出される周波数を使用することができる。
この配置の優位性は明らかである。例えば、外科医12によって着用される外科手術用マスク11は全く廃棄可能でそして生産に比較的安価である。さらに、外科用マスク11は手術の間外科医12によって既に着用されている着衣の一部である。それ故、システムを使用するために外科医12によって着用されねばならない追加的な着衣あるいは装置ではない。
外科医は外科医の選択に依存して外科手術用マスク11の代わりに反射性部分11a、11bを取り付ける頭の覆い12a(あるいは記述のシステムの使用と関係のない手術の他の部分に関係して外科医によって着用される)を着用するために選ぶ。
実施態様において、システムによって使用される電磁放射線の周波数は可視光の範囲内でなくそしてそれ故手術室の何れの部分を見るためにも外科医の能力に影響はない。
上述の図3に関連して記述される頭用モジュール7に通常同様な頭用モジュール7が図9に示される。この頭用モジュール7は平行なビームを放射する2つのビームエミッタを含む。2つのビームはそれぞれ独自に同一のものと確認できる(例えば、これらは特別なパルスコードでそれぞれ伝送される)。
この頭用モジュール7は図3に関連して記述されるように同様のモニタ8eそして組になった検出器8a、8b、8c、8dに関連して使用される。しかしながら、この実施態様において、各検出器8a、8b、8c、8dはもしも頭用ユニット7aの2つのビームエミッタによって放射される2つのビームの両方が検出されるならばそのそれぞれのスイッチユニット8gのみを推進する。
この方式における2つの平行ビームの使用は付加的な程度の安全性そして安心性を備えそして確かな妨害問題に打ち勝つために使用される。
この実施態様の他の形式において、一対の平行ビームは上述と同じ優位性でUS6,239,874に記述されるように実質的に方位検出配置に関して同じ方式で使用できる。
2つより多くの独自に同一のものと確認できる平行ビームはもしも必要であれば使用できる−例えば、3つあるいはそれ以上の平行ビームが使用できる。配置は予め決める数の平行ビームが検出されたときスイッチユニット8gが推進されるようになっている。予め決める数は平行ビームの特別な群の全てのビームではない(かくしてある程度の無故障を備える)。
他の実施態様の部品は図10に示される。この実施態様において、頭用ユニット7aは発散性のビームを放射するための構造である2つのビームエミッタ7cを含んでいる。
この長い検出器8a、8bは1つの検出器8aがモニタ8eの上部に隣接し他の検出器8bがモニタ8eの底部に隣接するようにモニタ8eに関して備えられそして配置される。
検出器8a、8bはそれぞれの長さに沿っていずれの点でも投射ビームを検出する長いビーム検出器8fからなりそして2つのスイッチユニット8gとともに備えられる。第1スイッチユニット8gは投射ビームが検出器8fの第1端の方向に検出されるとき推進され;第2スイッチユニット8gは投射ビームが検出器8fの第2端(第1端に対向する)の方向に検出されるとき推進される;もしも投射ビームがビーム検出器8fの中央部の方向に検出されるならば両方のスイッチユニット8gが推進される。
外科医(頭用ユニット7aを着用している)が直接モニタ8e視るとき、検出器8a、8bおよびビームエミッタ7cはエミッタ7cによって放射されるビームがビーム検出器8fのそれぞれ1つの中央部分をともなってそれぞれ投射するように配置される。全ての4つのスイッチユニット8g(それぞれの検出器8a、8bに対して2つ)は推進されそして制御信号は制御器10に送信される。この制御信号は外科手術用内視鏡位置決め配置6の動作の結果とはならない中立の制御信号であるが、しかし、例えば、配置の動力上昇あるいは昇温過程を開始するために使用される。
外科医が左あるいは右を視るとき検出器8a、8bのそれぞれの1つのスイッチユニット8gが推進され(ビームがそれぞれのビーム検出器8fの1端とともに投射されるので)そして適切な制御信号が伝送される(これは関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の相応する動作となる)。
外科医が上あるいは下を視るとき、それから検出器8a、8bの1つの両方のスイッチユニット8gは推進し(ビームの1つのみが検出器8a、8bとともに投射するため)そして適切な制御信号が伝送される(これは関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の相応する動作となる)。
頭用ユニット7aによって放射されるビームは、各検出器8a、8bが2つのいずれかのビームが検出されそしてそれに従って制御信号を発しているかを決めるように実質的に独自に同一のものと確認できる。これはビームエミッタ7cの1つを停止させる特別の程度の安全性を付け加える(これはさもなければ検出器8a、8bの1つの両方のスイッチユニット8gの推進を起こしそして関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の相応する望まない動作を起こすため)。
実施態様において(図示されない)、単一検出器がモニタに関して備えられる。この実施態様において、2つの分散するビームエミッタをもつ頭用ユニットが備えられる。頭用ユニットおよび検出器は外科医(頭用ユニットを着用している)が直接モニタを視ているとき、2つの分散ビームのいずれも検出器とともに投射しない)ように配置される。
頭用ユニットのエミッタによって放射される2つのビームは実質的に独自に同一のものと確認できる。
頭用ユニット(そしてそれ故外科医の頭)が一対の反対方向の1つに動くとき(例えば、上および下あるいは左および右)そうすればそれぞれのビームが検出されそして検出器の第1スイッチユニットが起動される(そして相応する制御信号が伝送される)。頭用ユニットがこの方向と反対方向に動かされるときそうすれば他のビームが検出されそして検出器の第2スイッチユニットが推進される(そして相応する制御信号が伝送される)。かくして、関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の制御が可能である。異なる検出器(下記参照)は動作の第2自由度で制御を達成するために使用される。足踏みペダルは動作の第3自由度(上述で議論したように)あるいは検出器のみでもって動作の第2および第3自由度で制御を達成するために使用される。
図11に示されるように、手術室13は患者1の上の1つあるいは1つ以上の標識の位置を検出するための構造の配置13aを含んでいる。例えば、1つあるいはそれ以上の信用のある標識1aが患者1に確保されそして手術室の患者1の現在の位置で事前に要求される患者1の画像(MRあるいはCT画像のような)を登録するために利用される(これは手術室での参照枠−外科手術用ロボットの参照枠である)。
本発明のこの実施態様において、患者1に取り付けられる標識の位置を検出するために使用される同じ配置13aおよび手術室の参照枠内で患者1の事前に要求される画像の登録は、例えば、外科医12の頭に取り付けられる2つあるいはそれ以上の標識12bの位置を検出するためにまた使用される。
モニタ8eは上述のように備えられる。外科医12は最初に外科医の身体の部分(彼の頭のような)に取り付けられる少なくとも2つの標識12bの位置を登録するために配置13aを使用する。同時に、手術の間、少なくとも2つの標識12bの動作が検出されそしてこれらの動作は関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の制御信号に変換される(図11に示されない)。
このように、配置13aは2つの機能を実行する:手術室の参照枠で患者の事前の手術画像の登録および外科手術用内視鏡位置決め配置6へ制御信号を備えること。
標識12bが取り付けられる外科医12の部分の正確な位置および方位は必要でない;代わりに、外科医12のその部分の独自の動作は正しい制御信号が発せられるように検出されることで十分である。他の実施態様のように、制御信号の発生(そして外科医12の動作の検出)は足踏みペダル9上の推進のみ検出される。
2つ以上の標識12bが外科医12の部分に取り付けられる−例えば、3つあるいは4つの標識が使用されることは価値がある。配置13aは使用者の特別な動作が関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6のために制御信号を発するために使用されるように使用者によるプログラミングを許容するための構造である。このように外科医12は配置13aに蓄えられる使用者の輪郭をもちそして何らかの予め定義した動作が関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6に対してどのような制御信号を発するかを含む情報をもつ。この配置を使用することによって特別な配置を使用する各外科医12は関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の相応する動作を起こす彼自身の予め決める一連の動作をもつことができる。
外科医12は各システムの使用前に補正段階を行うこと−例えば、各制御信号を発するために要求される動作を繰り返すことそして希望する信号が各動作の結果として発せられていることを確認することを要求される。
頭用ユニット7aは1つあるいはそれ以上の加速度感知器14を含む(図12参照)。加速度感知器あるいは各加速度感知器14は関連するスイッチユニット14aの推進を起こす。加速度感知器14はピエゾ電気感知器である。望ましくは、加速度感知器あるいは各加速度感知器14は特定方向の加速度を検出するための構造である。単一信号感知器14は一対の反対の方向の加速度を検出するために使用される。
このように、頭用ユニット7aは外科医によって着用されそして特定方向(例えば、上、下、左あるいは右)の外科医の頭の加速度が検出されそしてスイッチユニット14aが従って推進される。スイッチユニット14aの推進は関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6が頭用ユニット7aの検出される動作に従って制御されるように制御信号を制御器10に伝送されるようにする。
望ましくは、4つの加速度感知器14が備えられる(上方向の加速度を検出するための1つ、下方向の加速度を検出するための1つ、右方向の加速度を検出するための1つそして左方向の加速度を検出するための1つ)。既に記述したように2つの加速度感知器14はその代わりに使用される。
足踏みペダル9は他の実施態様に関連して記述されるようにこの実施態様に関連して使用される。
特定方向の検出される加速度はそれぞれの制御信号を伝送されるようにする。この制御信号は関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6を特定方向の第2加速度が検出されそしてさらなる制御信号が伝送されるまで特定方向に動かす。代わりに、頭用ユニット7aの各検出される加速度は関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の段階動作を予め決める距離にする。
加速度感知器14は望ましくは関連する閾値加速度をもつ。閾値以下の加速度は関連するスイッチユニット14aの推進をさせないがしかし閾値以上の加速度は関連するスイッチユニット14aの推進をさせる。このように、使用者は速い頭の動作を使用する第1制御信号の伝送をさせ(第1方向の関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の動作を制御するために)そして彼らの頭を第2制御信号の推進をさせることなく最初の位置に戻すことができる(例えば、第1方向の反対である第2方向の関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の動作を制御するために)。閾値の使用は頭の動作そして足踏みペダル9(もしも1つが使用されるならば)の推進間の注意深い調和のための必要性をまた減らす。
システムは使用者の目の動作を追うために開発されてきた。本発明の実施態様は上述の配置と同様な方式であるがしかし外科医の目の検出される動作に基づく関連する外科手術用内視鏡位置決め配置6の動作を制御するためのシステムとして使用する。
図に示されない実施態様において、頭用ユニットは方位検出器を含む。このような検出器は振り子が位置する空間室からなる。振り子は空間室に自由にぶら下がる。頭用ユニット7aを着用している外科医が彼の頭を動かすとき、空間室は振り子に関して動く。空間室の静止に対し振り子の相対的方位が検出される−例えば、振り子の自由端に導体を確保することによって、電気回路を形成するために空間室の内部壁の周囲に配置される導電性レールの列と接触する構造である。導電性レールが振り子の導体と電気的連結をすることを検出することによって空間室内の振り子の相対的位置を決めることが可能である(もしも導電性レールの位置が知られているならば)。
同様に方位検出器が部分的に導電性流体で満たされた空間室からなることができる。空間室内の液体の上側表面によって決められる水平の方位が決められるような空間室の内部表面の周囲に導電性レールの列が配置される。このように、外科医は彼の頭を後方そして前方、左、右に傾斜し導電性流体を使用する4つあるいはそれ以上の異なる回路の1つを完成することによって頭用ユニットの4つのスイッチユニットのそれぞれの推進をさせる。
いくつかの実施態様に関して特に記述される足踏みペダル9が、実際に、上述の実施態様全てに関して使用されることは上述から明白である。足踏みペダル9の推進は、例えば、1つあるいは2つの制御信号をさもなくば発することのみできる配置が1つ以上の動作の自由度である外科手術用内視鏡位置決め配置6の動作を制御できるような操作のモード間を切替するために使用される。
足踏みペダル9は外科医による不注意な動作が配置6の相応する動作を起こさないようにオンおよびオフの状態あるいはモードを起動するためにまた使用される。
制御器10は特別な実施態様および全体としてシステムの要求に依存する制御信号の処理で広くあるいはより狭い範囲を演じることができることが理解されるであろう。
本発明の種々の実施態様は組み合わせの動作を許す。言い換えれば。ここに記述される種々の配置およびシステムは外科手術用内視鏡位置決め配置6において1つのモータあるいは電源回路よりも多くの推進を起こす制御信号を発するために使用される。このように、本発明の実施態様はどのような一時においても(これは同時に)配置の動作の自由度の1つ以上の動作を起こす。これは与えられた期間の間に創られる1つ以上の制御信号を許すことによってあるいは予めプログラムされる動作の図書の準備によって達成される。正しいプログラムされる動作は上述で議論された配置およびシステムによって検出される動作の特別な組み合わせの使用者の動きによって選択される。
ここに記述される配置およびシステムの種々な異なる組み合わせがまた可能であることが理解される。例えば、2つの異なるシステムおよび方法が2つの異なる動作の自由度の外科手術用内視鏡位置決め配置の動作を起こすため同じ配置で使用される。
用語“頭用ユニット”および同様な用語は上述でしばしば使用されたけれども、ユニットは外科医の身体の異なる部分に取り付けられることは明らかである。
本発明で実施するシステムあるいは配置は上述のような部品の特徴の如何なる組み合わせおも使用される。
この明細書および特許請求範囲で使用されるとき、用語“からなる(comprises)”および“からなっている(comprising)”およびその変形は明細化された特徴、段階あるいは完全体が含まれることを意味している。用語は他の特徴、段階あるいは構成要素の存在を排除することを意図されない。
特別の形式あるいは開示された機能を実施するための手段、あるいは開示された結果を適切に、かもしれない(may)、個別に得るための方法あるいは過程、あるいはこのような特徴の組み合わせで記載された前記明細書、次の特許請求範囲あるいは付帯する図面に開示された特徴は種々な形式で発明を実現するために利用される。
1 患者
2 内視鏡
2a 軸
2b カメラ
3 切開
4 モニタ
5a、5b、5c 動作
6 配置
6a 接続ユニット
7 頭用モジュール
7a 頭用ユニット
7b 接続配置
7c、8m エミッタ
7d カメラ、ビームエミッタ
8a、8b、8c、8d 検出ユニット
8e モニタ
8f ビーム検出器
8g スイッチユニット
8h、8i、8j、8k 標識
8l 検出器
9 足踏みペダル
9a 基礎部分
9b 推進部材
10 制御器、コントローラ
10a 入力
10b 出力
11 外科手術用マスク
11a、11b 反射性部分、反射体
12 外科医
12a 頭の覆い
12b 標識
13 手術室
13a 配置
14 加速度感知器、単一信号感知器
14a スイッチユニット

Claims (15)

  1. 次からなる外科手術用機械装置制御システム:
    単一ビームのみを放射するための構造でそして外科医に取り付けられるに適合するビームエミッタユニット;
    ビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射ビームが検出されたとき相応する制御信号を出力するためにそれぞれ適合する第1の一対の別々のビーム検出器;および
    ビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
  2. ビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射ビームが検出されるとき相応する制御信号を出力するためにそれぞれ適合する第2の一対の別々のビーム検出器からさらになる請求項1に従うシステム。
  3. 次からなる外科手術用機械装置制御システム:
    外科医に取り付けられるために適合しそして画像枠を捉えるための構造のカメラユニット;
    カメラによって捉えられる画像枠内で検出可能な少なくとも1つの標識;
    カメラによって捉えられる画像枠の標識あるいは各標識の位置を検出しそして捉えられる画像枠内の検出される標識の位置に応じる制御信号を出力するための構造の処理ユニット;および
    処理ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
  4. 次からなる外科手術用機械装置制御システム:
    外科医に取り付けられるために適合しそして画像枠を捉えるための構造のカメラユニット;
    カメラによって捉えられる画像枠内で検出可能な少なくとも1つの標識;
    カメラによって捉えられる画像枠の標識あるいは各標識の同一性を検出しそして捉えられる画像枠内の検出される標識の同一性に応じる制御信号を出力するための構造の処理ユニット;および
    処理ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
  5. 標識あるいは各標識は身体の標識である請求項3あるいは4に従うシステム。
  6. ビデオ信号に標識を重ね合わすための構造のビデオオーバーレイユニットからさらになる請求項3あるいは4に従うシステム。
  7. 複数の標識が備えられ、各標識は実質的に独自に同一のものと確認できる請求項3から6のいずれか1つに従うシステム。
  8. 次からなる外科手術用内視鏡器具位置決め配置:
    腹腔鏡を収容するために適合する腹腔鏡収容モジュール;
    腹腔鏡収容モジュールに結合されそして操作されるとき腹腔鏡収容モジュールを動かすための構造の少なくとも1つのモータ;
    予め決められる周波数の電磁放射線を反射するための構造でそして外科医に取り付けられるために適合する反射体;
    反射体によって反射される電磁放射線を感知することによって反射体の動作を監視するために適合する検出器ユニット;および
    検出器ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って腹腔鏡収容モジュールの動作を制御するようにモータあるいは各モータの操作を制御するための構造の制御ユニット。
  9. それぞれの実質的に独立の予め決められる周波数の電磁放射線を反射するために適合しそして外科医に取り付けられるために適合する2つの追加的反射体からさらになり、ここで検出器ユニットは反射体によって反射される電磁放射線の周波数を検知するために適合しそしてこの情報を反射体の動作を監視することを補助するために使用する請求項8に従う配置。
  10. 次からなる外科手術用機械装置制御制御システム:
    2つあるいはそれ以上の平行ビームを放射する構造のビームエミッタユニットであって、各ビームは実質的に独自に同一のものと確認でき、外科医に取り付けられるために適合するビームエミッタユニット;
    ビームエミッタユニットによって放射される2つあるいはそれ以上の投射されるビームを検出しそして2つあるいはそれ以上の独自に同一のものと確認できる投射ビームの予め決められる数が検出されるとき相応する制御信号を出力するために適合する第1ビーム検出器;および
    ビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
  11. 次からなる外科手術用機械装置制御制御システム:
    2つの分岐するビームのみを放射するための構造でそして外科医に取り付けるために適合するビームエミッタユニット;
    ビームエミッタユニットによって放射される投射ビームを検出しそして投射ビームが検出されるとき相応する制御信号を出力するために適合するそれぞれの第1の一対の別々の長いビーム検出器;そして
    ビーム検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
  12. 次からなる外科手術箇所検出システム:
    外科医に取り付け可能な2つあるいはそれ以上の外科医標識;
    2つあるいはそれ以上の外科医標識の検出される位置に基づく外科医の少なくとも部分の動作を検出しそして検出される動作に基づく1つあるいはそれ以上の制御信号を出力するために適合する立体的検出器;および
    立体的検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
  13. さらに次からなる請求項11に従うシステム:
    複数の患者標識であって、ここで立体的検出器は患者標識の位置を検出しそして患者標識の検出される位置を使用してシステムの参照の枠内で患者の位置を決めるための構造である。
  14. 次からなる外科医の動作を監視しそして制御信号を備える方法:
    外科医に取り付け可能な2つあるいはそれ以上の外科医標識を備えること;
    2つあるいはそれ以上の外科医標識を外科医に取り付けること;
    2つあるいはそれ以上の外科医標識の検出される位置に基づく外科医の少なくとも部分の動作を検出しそして検出される動作に基づく1つあるいはそれ以上の制御信号を出力するために適合する立体的検出器を備えること;および
    立体的検出器によって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニットを備えること。
  15. 次からなる外科手術用機械装置制御システム:
    ユニットの加速度そして方位の1つを検知することに応答して1つあるいはそれ以上の制御信号を出力するための構造の加速度あるいは方位検出ユニットであって、ユニットは外科医に取り付けられるために適合する;および
    ユニットによって1つあるいはそれ以上の制御信号出力を受信しそして
    1つあるいはそれ以上の制御信号に従って外科手術用機械装置を制御するための構造の制御ユニット。
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