JP2018518218A - 外科手術システムを制御するための手術器具のトラッキング - Google Patents

Abstract

外科手術システムは、制御入力として手術器具を使用する。トラッキングユニットが、手術器具の動きをトラッキングし、処理ユニットが、手術器具の動きを処理してこの手術器具の時空間的情報を得る。制御ユニットは、多数の制御コマンドを含む制御入力ユニットを更に含む。制御入力ユニットは、手術器具の時空間的情報を対応する制御コマンドに関連付ける。

Description

本発明は、外科手術システムに関し、より詳細には制御入力として外科手術制御器具を用いる外科手術システムに関する。

正確な外科手術設定は、外科手術の成功にとって極めて重要である。従って、外科手術中に外科手術の条件が変わる場合、外科手術設定を調整する能力は、特に繊細な眼科手術では非常に望ましい。現代の外科手術コンソールは、それぞれの特定の作業に合わせられる異なる動作モード及び設定を有するように設計されている。例えば、硝子体網膜外科手術コンソールは、ＣＯＲＥ、ＳＨＡＶＥ、及び５０／５０を含め、硝子体切除術用の３つの異なるモードを備え得る。硝子体切除術が開始されると、コンソールは、殆どの硝子体皮質を効率的に除去できるようにＣＯＲＥモードに構成される。その後、コンソールは、周辺にある硝子体基部を安全に削ぐためにＳＨＡＶＥモードに手動で構成する必要がある。更に、たとえ同じ外科手術モード内であっても、外科医は、様々な外科手術条件に基づいて設定の一部を変更したくなることがあり得る。例えば、硝子体切除術中に網膜出血が起きた場合は、外科医は、出血を止めようとして眼圧（ＩＯＰ）を即座に上昇させる。

現行の眼科手術の実施では、外科手術設定の制御は、外科医から数フィート離れたタッチスクリーンを使って助手によって、又はフットペダルを使って外科医によって行われる。眼科手術設定の制御が助手によって行われる場合、外科医は、最初に口頭で助手と連絡を取らなければならず、次いで、助手が常に外科医の要求を正確に理解すると仮定して、助手が作業を終えるまで待つ。また、これは、所与の外科手術に必要な人員を増やしてしまう。他方、眼科手術設定の制御が、フットペダルを使って外科医によって行われる場合は、この眼科手術設定の制御は、上述の複雑さを一切伴わない。しかしながら、フットペダルは、限られた数の制御コマンドにしか対応できない物理的装置である。

従って、助手を必要としない外科手術を潜在的に実現する、現行の外科手術コンソールの複雑さを増大させずに外科手術設定の完全な制御を外科医が行うことができる外科手術システムが要望されている。

本発明は、接眼レンズ、外科用顕微鏡、制御ユニット、手術器具、手術器具の動きをトラッキングするためのトラッキングユニット、及び手術器具の時空間的情報を得るために手術器具の動きを処理する処理ユニットを備える外科手術システムを開示する。制御ユニットは、多数の制御コマンドを備える制御入力ユニットを更に含む。制御ユニットは、制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定し、対応する制御コマンドを外科システムに適用する。

トラッキングユニットは、ソフトウェアベースの器具トラッキングユニットとすることができる。例えば、このトラッキングユニットは、手術器具及び手術部位の少なくとも１つの画像をキャプチャする画像化ユニットとすることができる。この画像化ユニットは、光学カメラ、干渉計、赤外線カメラなどとすることができる。このトラッキングユニットは、ハードウェアベースの器具トラッキングユニットとすることもできる。例えば、このトラッキングユニットは、１つ以上のトラッキングセンサー、例えば、ジャイロスコープ、磁気センサー、光学センサー、加速度計などを含み得る。

制御入力ユニットは、多数の制御コマンドを備える。各制御コマンドはそれぞれ、運動パターン／ジェスチャーに関連付けられる又はコードすることができる。各制御コマンドはそれぞれ、ボタン／アイコンとして設計することもできる。ボタン／アイコンは、様々な外科手術設定のパラメーターの表示及び／又は更新をすることができる。

手術器具の時空間的情報は、運動プロフィール、運動パターン／ジェスチャー、位置、回転方向、器具の角度、手術部位からの先端部の近接度、速度、向き、長さ、数のような手術器具の情報を備える。手術器具の時空間的情報は、手術器具の遠位端部、手術器具の任意の部分、又は手術器具全体の情報を含み得る。

本開示は、本発明のいくつかの例を更に開示する。本発明の一例では、トラッキングユニットは、画像化ユニット、及び使用者と情報交換するために外科用顕微鏡に構成されたヘッドアップ表示装置を備える。画像化ユニットは、手術器具及び手術部位の少なくとも１つの画像をキャプチャすることができ、制御コマンドは、様々な運動パターン／ジェスチャーに関連付けられる又はコードされる。

本発明の別の例では、制御入力ユニットは、外科用顕微鏡に構成された仮想グラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）を更に含み得る。仮想ＧＵＩは、ヘッドアップ表示装置によって表示することができ、制御コマンドのそれぞれは、仮想ＧＵＩ内のボタン又はアイコンとして設計される。制御コマンドは、様々な適用例に合わせて設計することができる。仮想ＧＵＩは、手術部位から一定距離の仮想平面又は手術部位の周辺に表示することができ、制御コマンドは、仮想ＧＵＩの中心又は仮想ＧＵＩの周辺に設計することができる。

本発明の別の例では、外科手術システムは、手術部位の立体視を達成できるように２つのトラッキングユニット（例えば、画像化ユニット）を備える。３Ｄ器具トラッキングは、３Ｄ運動を抽出するために行うことができる。このような外科手術システムでは、手術器具の時空間的情報は、３Ｄ情報を含み得る。

本発明の別の例では、外科手術システムのトラッキングユニットは、手術器具に接続された１つ以上のトラッキングセンサーを備える。トラッキングユニットは、３Ｄ運動を更に生成することができる。このような外科手術システムでは、手術器具の時空間的情報は、３Ｄ情報を含み得る。１つ以上のトラッキングセンサーを手術器具に取り付けることができる。

別の例では、このシステムは、使用者と情報交換するための出力ユニットを備える。出力ユニットは、外科手術システムが、手術器具を組織から離すように使用者に警告する、又は対応する制御コマンドが適用される前に制御動作が特定されたことを使用者に知らせることができるようにスピーカー（及びマイクロホン）とすることができる。出力ユニットは、仮想ＧＵＩが、外科手術システムの状況を更新する／使用者に知らせることができ、かつ／又は使用者が対応する制御コマンドを確認することができるように仮想ＧＵＩを表示するヘッドアップ表示装置とすることもできる。

別の例では、このシステムは、ソフトウェアの中断又はハードウェアの中断によって使用者が手術器具のトラッキングをいつでも再開又はキャンセルできるような中断ユニットを備える。

本発明の更に別の例では、外科手術システムを制御するための方法が開示される。この方法は、手術器具制御モードを開始するステップ、この手術器具をトラッキングして手術器具の動きを得るステップ；手術器具の動きを処理して、手術器具の時空間的情報を得るステップ、制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定するステップ、別法として、使用者と通信して外科手術システムの最新の状況を知らせ、かつ／又は使用者が対応する制御コマンドを確認できるようにするステップ、及び対応する制御コマンドを外科手術システムに適用するステップを含む。

上記の方法では、制御動作を特定するステップは、制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報との関連付けが失敗した場合は、手術器具をトラッキングするステップに進めることができる。対応する制御コマンドを確認するステップは、対応する制御コマンドが確認されなかった場合は、手術器具をトラッキングするステップに進められる。手術器具のトラッキングモードの再開又はキャンセルは、いつでも行うことができる。

本発明の更に別の例では、仮想ＧＵＩを表示するステップは、手術器具の制御を開始するステップと手術器具をトラッキングするステップとの間に行われる。詳細な方法は、手術器具制御モードを開始するステップ、仮想ＧＵＩを表示するステップ、手術器具をトラッキングしてこの手術器具の動きを得るステップ、手術器具の動きを処理して、この手術器具の時空間的情報を得るステップ、制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定するステップ、別法として、使用者と通信して外科手術システムの最新の状況を知らせ、かつ／又は使用者が対応する制御コマンドを確認できるようにするステップ、及び対応する制御コマンドを外科手術システムに適用するステップを含む。

上記の方法では、制御動作を特定するステップは、制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報との関連付けが失敗した場合は、手術器具をトラッキングするステップに進められる。対応する制御コマンドを確認するステップは、対応する制御コマンドが確認されなかった場合は、手術器具をトラッキングするステップに進められる。手術器具のトラッキングモードの再開又はキャンセルは、いつでも行うことができる。

本明細書に包含され、その一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を例示し、説明と合わせると、本発明の原理の説明に役立つ。

眼科手術コンソールの一実施形態の概略表現である。 外科手術システムの一実施形態の表現である。 制御コマンドとしての例示的な運動パターン／ジェスチャーの概略図である。 ３Ｄトラッキングを備えた外科手術システムの一実施形態の表現である。 トラッキングセンサーを備えた外科手術システムの一実施形態の表現である。 仮想グラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）も手術器具も存在しない手術部位の視野、仮想グラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）のみが存在する手術部位の視野、及び仮想グラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）と手術器具が存在する手術部位の視野の概略図である。 使用者の焦点が異なる使用者の視野の概略図である。 外科手術システム制御方法の一実施形態の表現である。 ２つの制御モードの表現である。 ２つの制御モードの表現である。 仮想ＧＵＩを用いる外科手術システム制御方法の別の実施形態の表現である。 仮想ＧＵＩを用いる２つの制御方法の表現である。 仮想ＧＵＩを用いる２つの制御方法の表現である。

ここで、例が添付の図面に例示されている本発明の例示的な実施形態について詳細に述べる。同じ部品又は類似の部品を指す際には、全ての図面を通して、可能な限り同じ参照番号が使用される。

図１は、眼科手術コンソール１００の一実施形態の概略表現である。外科手術コンソール１００は、タッチスクリーン１１５を有するスイベルモニター１１０を備えることができる。スイベルモニター１１０は、タッチスクリーン１１５を見る必要がある人のために様々な向きに配置することができる。スイベルモニター１１０は、左右に振れるだけではなく、回転及び傾斜もさせることができる。タッチスクリーン１１５は、使用者がコンソール１００と情報交換することを可能にするグラフィックユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）を提供する。

外科手術コンソール１００はまた、様々な器具及び消耗品を外科手術コンソール１００に接続するために使用される接続パネル１２０も備える。接続パネル１２０は、例えば、凝固コネクター、平衡塩類溶液受器、様々なハンドピース用のコネクター、及び液体管理システム（ＦＭＳ）又はカセットレシーバー１２５を備えることができる。外科手術コンソール１００はまた、様々な使用者に優しい機構、例えば、フットペダル制御ユニット（例えば、パネル１３０の後側に格納される）及び他の機構も備えることができる。動作中は、使用中の移動を最小限にするために、カセット（不図示）をカセットレシーバー１２５に入れて所定の位置にクランプで保持することができる。

図２は、外科手術システムの一実施形態の表現である。一般性を喪失することなく、以降は、一例として硝子体網膜システムを選択した。他の外科手術システム、例えば、白内障手術システムも、本明細書に記載のシステム及び方法を利用することができる。

図２の例、硝子体網膜手術において制御入力として手術器具を利用可能にするために使用される１つの例示的なシステムは、ソフトウェアトラッキングに基づいている。外科手術システムは、接眼レンズ２１０、顕微鏡２１１、外科用顕微鏡２１１で構成されるヘッドアップ表示装置２１２、制御ユニット２１７、手術器具２１３、手術器具２１３の動きをトラッキングしてこの手術器具２１３及び手術部位の少なくとも１つの画像をキャプチャする画像化ユニット２１４、並びに手術器具２１３の動きを処理してこの手術器具２１３の時空間的情報を得るための処理ユニット２１５を含む。制御ユニット２１７は、制御入力ユニット２１６と手術器具２１３の時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定し、そして対応する制御コマンドをヘッドアップ表示装置２１２によって表示するように、様々な運動パターン／ジェスチャーに関連付けられる又はコードされる多数の制御コマンドを有する制御入力ユニット２１６を更に含む。手術器具２１３は、手術中に眼２２１の前部及び／又は後部に配置することができる。画像化ユニットは、手術器具２１３の全体、手術器具２１３の一部、又は手術器具２１３の遠位端部の動きをトラッキングするように設計することができることを理解されたい。対物レンズ２１８は、この対物レンズ２１８が手術器具２１３又は手術部位で使用者の焦点を調整できるように顕微鏡２１１で構成することができる。照明器２２０を、光源として眼２２１内に留置することができる。更に、外科用レンズ２１９を、直接手段又は間接手段で眼２２１に結合することができる。

手術部位は、顕微鏡２１１を用いて接眼レンズ２１０によって見ることができる。手術中に、画像化ユニット２１４（例えば、ビデオカメラ）が、手術器具２１３及び手術部位の少なくとも１つの画像及び／又はビデオをキャプチャすることによって手術器具２１３の動きをトラッキングする。処理ユニット２１５が、画像及び／又は映像を受信し、この画像及び／又は映像を向上させして処理し、手術器具２１３の時空間的情報を得るために手術器具２１３の動きを抽出する。制御入力ユニットの制御コマンドは、様々な運動パターン／ジェスチャーに関連付けられる又はコードされる。従って、時空間的情報に含まれる特定された運動パターン／ジェスチャーに基づいて、制御ユニット２１５は、制御入力ユニット２１６の関連付けられた又はコードされた制御コマンドで特定された運動パターン／ジェスチャーを制御コマンドに関連付け、そして特定された運動パターン／ジェスチャーが制御動作であるかどうかを確認する。特定された運動パターン／ジェスチャーが制御動作である場合は、制御ユニット２１７が、制御動作に関連した対応する制御コマンドを後に抽出し、次いで、別法として、使用者の確認のためにヘッドアップ表示装置２１２によって対応する制御コマンドを表示する。使用者が制御コマンドを確認したら、対応する制御コマンドが外科手術システムに適用される。別法では、更新されたシステム状況を、使用者の情報用の仮想ＧＵＩに表示することができる。

図３ａ〜図３ｈは、制御コマンドとしての例示的な運動パターン／ジェスチャーの概略図である。図３ａ〜図３ｆは、制御コマンドとすることができる手術器具の遠位端部の例示的な運動パターン／ジェスチャーの一部を示している。図３ａは、手術器具２１３の複数の線形並進運動の運動パターンを示している。運動プロフィールの反復する線の数、向き、長さ、速度などを使用して、制御コマンドをコードすることができる。図３ｂは、手術器具２１３の時計回り及び反時計回りの回動の運動パターンを示している。この方向、回動速度を使用して制御コマンドをコードすることができる。例えば、時計回りの回動は、眼圧（ＩＯＰ）を上昇させるコマンドに関連付けることができ、反時計回りの回動は、ＩＯＰを低下させるコマンドに関連付けることができる。図３ｃは、円形／楕円形の運動パターンを示している。この方向、直径、回転速度を、運動制御コマンドとして使用することができる。図３ｄは、三角形の運動パターンを示し、この運動パターンは、多角形の運動パターンの群を代表している。図３ｅは、連続的に描くことができるあらゆる任意に設計された運動パターンを表す数字の８の形状のパターンを示している。図３ｆは、２つの手術器具、例えば、互いに交差している照明器２２０と手術器具２１３とによって形成されたジェスチャーを示し、このジェスチャーは、様々な制御コマンドをコードするために使用することができる多数のジェスチャーの群を代表している。これらのパターン／ジェスチャーは、実際は例示である。また、運動パターン及びジェスチャーを組み合わせて、１つ又は複数の器具を用いたより進歩した外科的管理を達成することができる。図３ｇは、手術部位、手術器具、及び対応する運動プロフィールを含む使用者の視野を例示している。図３ｇと同様に、図３ｈは、運動パターン／ジェスチャーだけではなく、運動パターン／ジェスチャーの位置も示している。この例では、運動パターン／ジェスチャーの位置を制御コマンドに関連付けることができる。この方式では、眼の中の器具の運動自体及び位置の両方を、制御コマンドに関連付けることができる。

図４は、３Ｄトラッキングを備える外科手術システムの別の実施形態の表現である。図４の例では、第２の画像化ユニット２１４’が、手術器具及び手術部位の運動の立体視を達成するために利用される。次いで、３Ｄ器具トラッキングを行って３Ｄ運動パターン／ジェスチャーを抽出することができ、使用者により自由な制御を提供する。この例では、手術器具２１３の時空間的情報は、３Ｄ情報を含む。制御入力ユニット２１６の制御コマンドは、様々な３Ｄ運動プロフィール、例えば、３Ｄ運動パターン／ジェスチャーに相応に関連付ける又はコードすることができる。３Ｄ情報の使用は、制御コマンドに関連付けることができるパターン／ジェスチャーの潜在的な範囲を広げる。別の例では、３Ｄ情報をパターン／ジェスチャーの位置と組み合わせることができ、この両方を制御コマンドに関連付けることができる。ジェスチャーの位置は、コマンドが行われるべき位置を示し得る。

図５は、トラッキングセンサーを備えた外科手術システムの一実施形態の表現である。図５の例では、このシステムは、外科手術システムの制御入力ユニットとして手術器具を有効にするハードウェアトラッキングに基づいて設計されている。１つ又は複数のトラッキングセンサー２２２（例えば、ジャイロスコープ、磁気センサー、光学センサー、加速度計など）が、手術器具に取り付けられている。これらのトラッキングセンサーからの測定値を使用して、手術器具の２Ｄ及び／又は３Ｄ運動パターン／ジェスチャーを抽出することができる。対応する制御コマンドを、既に記載されたように手術器具の２Ｄ及び／又は３Ｄ運動パターン／ジェスチャーに関連付けることができる。

図６ａ〜図６ｃは、仮想ＧＵＩがなく手術器具のみがある手術部位の視野、及び仮想ＧＵＩと手術器具のある手術部位の視野の概略図である。図６ａは、仮想ＧＵＩも手術器具も存在しない手術部位の使用者の視野の画像を示している。図６ｂは、仮想ＧＵＩが存在する手術部位の使用者の視野の画像を示している。図６ｃは、仮想ＧＵＩ及び手術器具が存在する手術部位の使用者の視野の画像を示している。器具の制御が有効にされると、仮想ＧＵＩが、図６ｂに示されているように、ヘッドアップ表示装置によって使用者に表示される。

この例では、硝子体切除術用に使用されるいくつかの一般的な設定が表示されている。例えば、制御コマンド／設定、例えば、ＩＯＰ、照明、真空、カッター速度、デューティーサイクルなどがＧＵＩに表示され、対応するパタメーター、例えば、ＩＯＰの圧力、照明の割合、真空の程度、切断速度、デューティーサイクルの数などを徐々に調整することができる。制御コマンドのそれぞれは、仮想ＧＵＩ上のボタン又はアイコンとして設計され、手術器具の制御コマンド及び時空間的情報を位置によって関連付けることができる。使用者が手術器具を用いて設定の変更を開始すると、使用者の視野が図６ｃに変化する。図６ｃでは、手術器具は、硝子体カッターの切断速度を低下させるためにボタンの上に置かれている。制御入力ユニットとして手術器具を用いて対応する制御コマンドを適用すると、硝子体カッターの切断速度が、７５，０００ｃｐｍから５０，０００ｃｐｍに低下する。

図７ａ〜図７ｃは、使用者の焦点が異なる使用者の視野の概略図である。仮想ＧＵＩを、手術部位から一定距離の仮想平面及び／又は手術部位の周辺に表示することができる。図７ａは、仮想ＧＵＩも手術器具２１３も存在しない手術部位の使用者の視野の画像を示している。使用者の焦点は手術部位にある。図７ｂは、仮想ＧＵＩ及び手術器具２１３が存在す手術部位の使用者の視野の画像を示している。使用者の焦点は、手術器具２１３にあり、従って、手術部位は、僅かに焦点がずれている。図７ｂの制御コマンド／設定は、ボタン及びアイコンとして設計され、仮想ＧＵＩの中心に表示され、そしてこの制御コマンド／設定は、様々な適用例に合わせて設計することができる。図７ｃは、仮想ＧＵＩ及び手術器具２１３が存在する手術部位の使用者の視野の画像を示している。使用者の焦点は、手術器具２１３にあり、手術部位は、僅かに焦点がずれている。図７ｃの制御コマンド／設定は、ボタン及びアイコンとして設計され、仮想ＧＵＩの周辺に表示され、そしてこの制御コマンド／設定は、様々な適用例に合わせて設計することもできる。

図８は、手術方法の一実施形態の表現である。外科手術システムを制御するための方法は：手術器具制御モードを開始するステップ８０１、リアルタイムで手術器具をトラッキングして８０２、手術器具の動きを得るステップ８０３、手術器具の動きを処理して８０４、手術器具の時空間的情報（例えば、運動パターン／ジェスチャー、位置、回転方向、器具の角度、手術部位からの先端部の近接度、速度、向き、長さ、繰り返しの回数など）を得るステップ８０５、制御コマンドが様々な運動パターン／ジェスチャーに関連付けられる又はコードされる制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定するステップ８０６、別法として、使用者と通信して外科手術システムの最新の状況を知らせ、かつ／又は使用者が対応する制御コマンドを確認できるようにするステップ８０７、並びにこの対応する制御コマンドを外科手術システムに適用するステップ８０８を含む。

選択的に、手術器具制御モードの再開又はキャンセルをいつでも行うことができる８００。手術器具を組織／手術部位から離すようにするための使用者への想起又は警告を、手術器具制御モードが開始されてから（音、音声、フットペダル、手術器具のセンサーなどによって）行うことができる。適用している対応する制御コマンドが完了していることの使用者への連絡は、対応する制御コマンドが適用されてから、（音、音声、フットペダル、手術器具のセンサーなどによって）行うことができる。

図９ａは、外科手術システムを制御するための単一制御モードを表す流れ図を示している。図８の方法に基づいて、単一制御モードは、追加ステップを含む：対応する制御コマンドの外科手術システムへの適用が行われてから、手術器具制御モードを出るステップ８０９。図９ｂは、外科手術システムを制御する連続制御モードの流れ図を示している。図８の方法に基づいて、連続制御モードは追加ステップを含む：対応する制御コマンドを外科手術システムに適用してから、手術器具をトラッキングするステップに戻るステップ。

より具体的には、制御動作が特定されていない又は対応する制御コマンドが確認されていない場合は、手術器具をトラッキングするステップに戻るステップを任意の回数行うことができる。

図１０は、手術方法の一実施形態の表現である。図１０の例では、仮想ＧＵＩ及び手術器具を外科手術システムの制御入力ユニットとして使用する方法が示されている。外科手術システムを制御するための方法は：手術器具制御モードを開始するステップ１００１、仮想ＧＵＩを使用者に表示するステップ１００２、リアルタイムで手術器具をトラッキングして１００３、手術器具の動きを得るステップ１００４、手術器具の動きを処理して１００５、手術器具の時空間的情報（例えば、運動パターン／ジェスチャー、位置、回転方向、器具の角度、手術部位からの先端部の近接度、速度、向き、長さ、繰り返しの回数など）を得るステップ１００６、制御コマンドが様々なボタン／アイコンに関連付けられる又はコードされる制御入力ユニットと手術器具の時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定するステップ１００７、別法として、使用者と通信して外科手術システムの最新の状況を知らせ、かつ／又は使用者が（仮想ＧＵＩによって）対応する制御コマンドを確認できるようにするステップ１００８、並びにこの対応する制御コマンドを外科手術システムに適用するステップ１００９を含む。

選択的に、手術器具制御モードの再開又はキャンセルをいつでも行うことができる１０００。手術器具を組織／手術部位から離すようにするための使用者への想起又は警告を、仮想ＧＵＩが表示されてから（音、音声、フットペダル、手術器具のセンサー、仮想ＧＵＩなどによって）行うことができる。適用している対応する制御コマンドが完了していることの使用者への連絡は、対応する制御コマンドが適用されてから、（音、音声、フットペダル、手術器具のセンサー、仮想ＧＵＩなどによって）行うことができる。

制御動作を特定できない場合は、手術器具の動きを再びトラッキングするために手術器具をトラッキングするステップに戻される。対応する制御コマンドが使用者によって確認されていない場合は、制御モードを出るステップが、手術制御モードから出るか否かを使用者が更に確認できるように進められる。使用者が、手術制御モードを出たことを確認した場合は、手術制御モードが終了され；使用者が、手術制御モードを出ていないことを確認した場合は、システムは、使用者への仮想ＧＵＩの表示を開始し、手術器具の動きをトラッキングする。

図１１ａは、外科手術システムを制御する単一制御モードについての流れ図を示している。図１０の方法に基づいて、単一制御モードは、１つの追加ステップを含む：適用している対応する制御コマンドの外科手術システムへの適用が行われてから、手術器具制御モードを出るステップ１０１０。図１１ｂは、外科手術システムを制御する連続制御モードの流れ図を示している。図１０の方法に基づいて、連続制御モードは、１つの追加ステップを含む：対応する制御コマンドを外科手術システムに適用してから、仮想ＧＵＩを使用者に表示するために戻るステップ。

より具体的には、制御動作が特定されていない又は対応する制御コマンドが確認されていない場合は、手術器具をトラッキングするステップに戻るステップを任意の回数行うことができる。

上記から、本発明が、現在の外科手術コンソールを更に複雑にすることなく外科医が外科手術設定を完全に制御できるようにするために、手術器具を制御入力として使用する外科手術システムを提供することを理解できよう。

当業者であれば、本明細書に開示された本明細書及び本発明の実施を考えれば、本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。本明細書及び例は単なる例示と見なされ、本発明の真の範囲及び精神は、以下の特許請求の範囲によって示されるものとする。

Claims (22)

1. 外科手術システムであって、
   顕微鏡と、
   制御ユニットと、
   手術器具と、
   前記手術器具の動きをトラッキングするためのトラッキングユニットと、
   前記手術器具の時空間的情報を得るために前記手術器具の前記動きを処理するための処理ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットが、多数の制御コマンドを含む制御入力ユニットを更に備え、前記制御ユニットが、前記制御入力ユニットと前記手術器具の前記時空間的情報とを関連付けて、対応する制御コマンドを前記外科手術システムに適用することによって制御動作を特定する、外科手術システム。
2. 前記顕微鏡に構成されたヘッドアップ表示装置を更に備え、前記ヘッドアップ表示装置が、使用者にシステム状況を知らせる、又は前記使用者が前記対応する制御コマンドを確認できるようにする、請求項１に記載の外科手術システム。
3. 前記トラッキングユニットが、前記手術器具及び手術部位の少なくとも１つの画像をキャプチャする画像化ユニットを含む、請求項２に記載の外科手術システム。
4. 前記制御コマンドのそれぞれが、運動パターンに関連し、前記手術器具の前記時空間的情報が、前記手術器具の遠位端部の運動パターンを備える、請求項３に記載の外科手術システム。
5. 前記制御入力ユニットが、前記ヘッドアップ表示装置によって表示される仮想グラフィックユーザーインターフェイスを更に備え、前記制御コマンドのそれぞれが、前記仮想グラフィックユーザーインターフェイスにアイコンとして表示される、請求項２に記載の外科手術システム。
6. 前記手術器具の前記時空間的情報が、前記手術器具の遠位端部の運動パターンを備える、請求項５に記載の外科手術システム。
7. 前記仮想グラフィックユーザーインターフェイスが、前記手術部位から一定距離の仮想平面に表示される、請求項５に記載の外科手術システム。
8. 前記制御コマンドが、前記仮想グラフィックユーザーインターフェイスの中心又は周辺に配置される、請求項５に記載の外科手術システム。
9. 第２の画像化ユニットを更に備える、請求項３に記載の外科手術システム。
10. 前記手術器具の前記時空間的情報が３次元の情報を備える、請求項９に記載の外科手術システム。
11. 前記トラッキングユニットが、前記手術器具に取り付けられた１つ以上のトラッキングセンサーを備える、請求項１に記載の外科手術システム。
12. 前記トラッキングユニットが、３次元運動パターンを生成する、請求項１１に記載の外科手術システム。
13. 第２の手術器具を更に備える、請求項１に記載の外科手術システム。
14. 制御システムが、使用者が前記手術器具の運動のトラッキングを再開又はキャンセルすることができるようなリセットユニットを更に備える、請求項１に記載の外科手術システム。
15. 外科手術システムを制御するための方法であって、
    手術器具制御モードを開始するステップと、
    手術器具をトラッキングして前記手術器具の動きを得るステップと、
    前記手術器具の動きを処理して、前記手術器具の時空間的情報を得るステップと、
    制御入力ユニットと前記手術器具の前記時空間的情報とを関連付けることによって制御動作を特定するステップと、
    対応する制御コマンドを前記外科手術システムに適用するステップと、を含む、方法。
16. 前記手術器具制御モードをリセット又はキャンセルするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記手術器具を組織から離すための命令を出すステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
18. 対応する制御コマンドが実行されたという表示を提供するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
19. 外科手術システムの状況を知らせるステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記対応する制御コマンドを前記外科手術システムに適用してから、前記手術器具を更にトラッキングするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
21. 前記対応する制御コマンドが確認されなかった場合に前記手術器具を更にトラッキングするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
22. 前記手術器具が組織に近接しているという表示を仮想グラフィックユーザーインターフェイスに表示するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。

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