JP7334499B2 - 手術支援システム、制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
1.手術システムの構成例
2.支持アーム装置の構成例
3.手術支援システム
3-1.手術支援システムの構成
3-2.手術用マニピュレータ
3-3.制御装置
4.制御装置の処理
4-1.第1の処理
4-2.第2の処理
4-2-1.カメラの場合の処理
4-2-2.メスの場合の処理
4-2-3.持針器の場合の処理
4-2-4.リトラクターの場合の処理
4-3.第3の処理
4-4.第4の処理
4-5.第5の処理
4-6.第6の処理
4-7.第7の処理
4-8.第8の処理
4-9.第9の処理
5.ハードウェア構成
図1は、本開示に係る技術が適用され得る手術室システム5100の全体構成を概略的に示す図である。図1を参照すると、手術室システム5100は、手術室内に設置される装置群が視聴覚コントローラ(AV Controller)5107及び手術室制御装置5109を介して互いに連携可能に接続されることにより構成される。
支持アーム装置5141は、ベース部5143から延伸するアーム部5145を備える。図示する例では、アーム部5145は、関節部5147a、5147b、5147c、及びリンク5149a、5149bから構成されており、アーム制御装置5159からの制御により駆動される。アーム部5145によって内視鏡5115が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡5115の安定的な位置の固定が実現され得る。
内視鏡5115は、先端から所定の長さの領域が患者5185の体腔内に挿入される鏡筒5117と、鏡筒5117の基端に接続されるカメラヘッド5119と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒5117を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡5115を図示しているが、内視鏡5115は、軟性の鏡筒5117を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
CCU5153は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡5115及び表示装置5155の動作を統括的に制御する。具体的には、CCU5153は、カメラヘッド5119から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。CCU5153は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置5155に提供する。また、CCU5153には、図1に示す視聴覚コントローラ5107が接続される。CCU5153は、画像処理を施した画像信号を視聴覚コントローラ5107にも提供する。また、CCU5153は、カメラヘッド5119に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。当該撮像条件に関する情報は、入力装置5161を介して入力されてもよいし、上述した集中操作パネル5111を介して入力されてもよい。
支持アーム装置5141は、基台であるベース部5143と、ベース部5143から延伸するアーム部5145と、を備える。図示する例では、アーム部5145は、複数の関節部5147a、5147b、5147cと、関節部5147bによって連結される複数のリンク5149a、5149bと、から構成されているが、図3では、簡単のため、アーム部5145の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部5145が所望の自由度を有するように、関節部5147a~5147c及びリンク5149a、5149bの形状、数及び配置、並びに関節部5147a~5147cの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部5145は、好適に、6自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部5145の可動範囲内において内視鏡5115を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡5115の鏡筒5117を患者5185の体腔内に挿入することが可能になる。
光源装置5157は、内視鏡5115に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置5157は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置5157において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド5119の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
図4を参照して、内視鏡5115のカメラヘッド5119及びCCU5153の機能についてより詳細に説明する。図4は、図3に示すカメラヘッド5119及びCCU5153の機能構成の一例を示すブロック図である。
次に、本開示に係る技術が適用され得る支持アーム装置の構成の一例について以下に説明する。以下に説明する支持アーム装置は、アーム部の先端に内視鏡を支持する支持アーム装置として構成された例であるが、本実施形態は係る例に限定されない。また、本開示の一実施形態に係る支持アーム装置が医療分野に適用された場合には、当該支持アーム装置は、医療用支持アーム装置として機能し得る。
(3-1.手術システムの構成)
図8を用いて、手術用マニピュレータの構成の一例について説明する。図8は、手術用マニピュレータの構成の一例を示す図である。
図9を用いて、制御装置100の構成について説明する。図9は、制御装置100の構成の一例を示すブロック図である。
(4-1.第1の処理)
図10を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第1の処理について説明する。図10は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第1の処理の流れを示すフローチャートである。
図11を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第2の処理について説明する。図11は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第2の処理の流れを示すフローチャートである。
図12を用いて、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具が内視鏡や顕微鏡などのカメラである場合の切り替え処理について説明する。図12は、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具がカメラである場合の切り替え処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図13を用いて、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具がメスである場合の切り替え処理について説明する。図13は、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具がメスである場合の切り替え処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図14を用いて、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具が持針器である場合の切り替え処理について説明する。図14は、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具が持針器である場合の切り替え処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図15を用いて、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具がリトラクターである場合の切り替え処理について説明する。図15は、手術用マニピュレータ300に装着されている医療用器具がリトラクターである場合の切り替え処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図16を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第3の処理について説明する。図16は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第3の処理の流れを示すフローチャートである。
図17を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第4の処理について説明する。図17は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第4の処理の流れを示すフローチャートである。
図18を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第5の処理について説明する。図18は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第5の処理の流れを示すフローチャートである。
図19を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第6の処理について説明する。図19は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第6の処理の流れを示すフローチャートである。
図20を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第7の処理について説明する。図20は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第7の処理の流れを示すフローチャートである。
図21を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第8の処理について説明する。図21は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第8の処理の流れを示すフローチャートである。
図22を用いて、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第9の処理について説明する。図22は、本開示の実施形態に係る制御装置100の制御部130の第9の処理の流れを示すフローチャートである。
上述してきた制御装置100等の情報機器は、例えば図23に示すような構成のコンピュータ1000によって実現される。図23は、制御装置100等の情報処理装置の機能を実現するコンピュータ1000の一例を示すハードウェア構成図である。以下、実施形態に係る制御装置100を例に挙げて説明する。コンピュータ1000は、CPU1100、RAM1200、ROM(Read Only Memory)1300、HDD(Hard Disk Drive)1400、通信インターフェイス1500、及び入出力インターフェイス1600を有する。コンピュータ1000の各部は、バス1050によって接続される。
手術支援システム1は、手術用マニピュレータ300と、手術用マニピュレータ300の自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知する検知部132と、検知部132によって切り替え操作が検知された場合に、手術用マニピュレータ300が配置された手術室の状況を判定する判定部133と、判定部133によって判定された状況に応じた切り替えシーケンスを選択する選択部134と、を備える。
(1)
手術用マニピュレータと、
前記手術用マニピュレータの自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知する検知部と、
前記検知部によって切り替え操作が検知された場合に、前記手術用マニピュレータが配置された手術室の状況を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された状況に応じた切り替えシーケンスを選択する選択部と、
を備える、手術支援システム。
(2)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータの状態を判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータの状態に応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)に記載の手術支援システム。
(3)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであるか、手動操作モードであるかを判定する、
前記(1)または(2)に記載の手術支援システム。
(4)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータに装着された医療用器具を判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータに装着された医療用器具に応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)または(2)に記載の手術支援システム。
(5)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであるか、手動操作モードであるかを判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータに装着された医療器具と、自律駆動モードまたは手動操作モードであるかに応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(4)に記載の手術支援システム。
(6)
前記医療器具がカメラまたはメスであると判定された場合、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードである場合には、手動操作モードに段階的に切り替える切り替えシーケンスを選択する、
前記(5)に記載の手術支援システム。
(7)
前記医療器具が持針器であると判定された場合、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであり、かつ前記持針器が把持する針が患部に挿入されている場合には、手動操作モードに段階的に切り替える切り替えシーケンスを選択する、
前記(5)に記載の手術支援システム。
(8)
前記医療器具がリトラクターであると判定された場合、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであり、かつ前記リトラクターが臓器を保持している場合には、前記手術用マニピュレータに疑似的な重さを発生させる切り替えシーケンスを選択する、
前記(5)に記載の手術支援システム。
(9)
前記選択部は、前記手術用マニピュレータに疑似的な重さを発生させた後、所定の動作を受け付けた場合に手動操作モードに切り替える切り替えシーケンスを選択する、
前記(8)に記載の手術支援システム。
(10)
前記手術用マニピュレータは、少なくとも一部が屈曲可能に構成され、かつ前記医療用器具を支持可能に構成されたアーム部を有する、
前記(1)~(9)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(11)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータに対して切り替え操作を実行した操作者の状態を判定し、
前記選択部は、前記操作者の状態に応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)~(10)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(12)
前記判定部は、前記操作者の属性を判定し、
前記選択部は、前記操作者の属性に応じて切り替えシーケンスを選択する、
前記(11)に記載の手術支援システム。
(13)
前記判定部は、前記操作者が医師であるか否かを判定し、
前記選択部は、前記操作者が医師であるか否かに応じて切り替えシーケンスを選択する、
前記(11)または(12)に記載の手術支援システム。
(14)
前記判定部は、前記操作者の生体情報の記録を判定し、
前記選択部は、前記操作者の生体情報の記録に応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(11)~(13)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(15)
前記判定部は、前記手術室で行われている手術の状況を判定し、
前記選択部は、前記手術室で行われている手術の状況に応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)~(14)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(16)
前記判定部は、前記手術室で行われている手術の進行具合を判定し、
前記選択部は、前記手術室で行われている手術の進行具合に応じた切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)~(15)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(17)
前記選択部は、前記手術室で行われている手術の進行具合に応じて、遷移時間の異なる切り替えシーケンスを選択する、
前記(16)に記載の手術支援システム。
(18)
前記判定部は、術野における出血の有無を判定し、
前記選択部は、前記術野における出血の有無に応じて切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)~(17)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(19)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータの周囲に医師がいるか否かを判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータの周囲に医師がいるか否かに応じて切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)~(18)に記載の手術支援システム。
(20)
前記選択部は、前記手術用マニピュレータの周囲に医師がいないと判定され、かつ前記手術用マニピュレータが自律駆動モードである場合には、前記手術用マニピュレータに前記術野の出血を止血させる切り替えシーケンスを選択する、
前記(19)に記載の手術支援システム。
(21)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータに加えられた外力が予め定められた閾値を超えているか否かを判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータに加えられた外力が予め定められた閾値を超えているか否かに応じて切り替えシーケンスを選択する、
前記(1)~(20)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(22)
前記判定部は、前記手術室で行われている手術の状況を判定し、かつ前記手術の状況に応じて前記閾値を変更する、
前記(21)に記載の手術支援システム。
(23)
前記判定部は、前記手術用マニピュレータの動作を修正するための外力が加えられているか否かを判定し、
前記選択部は、前記判定部によって前記手術用マニピュレータの自律駆動モードにおける動作を修正するための外力が加えられていると判定された場合に、前記手術用マニピュレータの動作を修正するための半自律駆動モードを選択する、
前記(1)~(22)のいずれか1つに記載の手術支援システム。
(24)
手術用マニピュレータに対する自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知する検知部と、
前記検知部によって切り替え操作が検知された場合、前記手術用マニピュレータが配置された手術室の状況を判定する判定部と、
前記判定部によって判定された状況に応じた切り替えシーケンスを選択する選択部と、
を備える、
制御装置。
(25)
手術用マニピュレータに対する自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知し、
前記手術用マニピュレータに対する切り替え操作が検知された場合、前記手術用マニピュレータが配置された手術室の状況を判定し、
判定された状況に応じた切り替えシーケンスを選択する、
制御方法。
100 制御装置
110 通信部
120 記憶部
130 制御部
131 取得部
132 検知部
133 判定部
134 選択部
135 マニピュレータ制御部
136 通信制御部
Claims (21)
- 手術用マニピュレータと、
前記手術用マニピュレータの自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知する検知部と、
前記検知部によって切り替え操作が検知された場合に、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであるか、手動操作モードであるかを判定し、前記自律駆動モードであると判定した場合、前記手術用マニピュレータが配置された手術室の状況として、当該手術室で行われている手術の進行具合、術野における出血の有無、又は前記手術用マニピュレータの周囲の人物が医師であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記状況に応じて、前記手術用マニピュレータの自律駆動モードと手動操作モードとを切り替えるための切り替えシーケンスを選択する選択部と、
を備える、手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術用マニピュレータに装着された医療用器具を判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータに装着された医療用器具に応じた切り替えシーケンスを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - 前記選択部は、前記手術用マニピュレータに装着された医療用器具と、自律駆動モードまたは手動操作モードであるかに応じた切り替えシーケンスを選択する、
請求項2に記載の手術支援システム。 - 前記医療用器具がカメラまたはメスであると判定された場合、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードである場合には、手動操作モードに段階的に切り替える切り替えシーケンスを選択する、
請求項3に記載の手術支援システム。 - 前記医療用器具が持針器であると判定された場合、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであり、かつ前記持針器が把持する針が患部に挿入されている場合には、手動操作モードに段階的に切り替える切り替えシーケンスを選択する、
請求項3に記載の手術支援システム。 - 前記医療用器具がリトラクターであると判定された場合、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであり、かつ前記リトラクターが臓器を保持している場合には、前記手術用マニピュレータに当該手術用マニピュレータが手動操作モードに切り替わった際に感じる荷重に相当する疑似的な重さを発生させる切り替えシーケンスを選択する、
請求項3に記載の手術支援システム。 - 前記選択部は、前記手術用マニピュレータに前記疑似的な重さを発生させた後、前記手術用マニピュレータに対する操作者の所定の操作に関する操作情報に基づいて、前記所定の操作が前記疑似的な重さを発生させた前記手術用マニピュレータを支えられている適切な操作であると判定した場合に手動操作モードに切り替える切り替えシーケンスを選択する、
請求項6に記載の手術支援システム。 - 前記手術用マニピュレータは、少なくとも一部が屈曲可能に構成され、かつ前記医療用器具を支持可能に構成されたアーム部を有する、
請求項2に記載の手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術用マニピュレータに対して切り替え操作を実行した操作者の属性を判定し、
前記選択部は、前記操作者の属性に応じて切り替えシーケンスを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術用マニピュレータに対して切り替え操作を実行した操作者が医師であるか否かを判定し、
前記選択部は、前記操作者が医師であるか否かに応じて切り替えシーケンスを選択する、
請求項9に記載の手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術用マニピュレータに対して切り替え操作を実行した操作者の指紋情報の記録を判定し、
前記選択部は、前記操作者の指紋情報の記録に応じた切り替えシーケンスを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - 前記選択部は、前記手術室で行われている手術の進行具合に応じた切り替えシーケンスを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - 前記選択部は、前記手術室で行われている手術の進行具合に応じて、自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える遷移時間の異なる複数の遷移モードから遷移モードを選択することにより、前記切り替えシーケンスを変更する、
請求項12に記載の手術支援システム。 - 前記選択部は、前記術野における出血の有無に応じて切り替えシーケンスを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - ユーザを識別するために使用する各種の情報であって、ユーザを識別するための各ユーザの顔の画像データおよび音声データを含む情報を記憶するユーザ情報記憶部をさらに有し、
前記判定部は、前記ユーザ情報記憶部に記憶されている情報に基づいて、前記手術用マニピュレータの周囲の人物が医師であるか否かを判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータの周囲の人物が医師であるか否かに応じて切り替えシーケンスを選択する、
請求項14に記載の手術支援システム。 - 前記選択部は、前記手術用マニピュレータの周囲の人物が医師ではないと判定され、かつ前記手術用マニピュレータが自律駆動モードである場合には、前記手術用マニピュレータに前記術野の出血を止血させる切り替えシーケンスを選択する、
請求項14に記載の手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術用マニピュレータに加えられた外力が予め定められた閾値を超えているか否かを判定し、
前記選択部は、前記手術用マニピュレータに加えられた外力が予め定められた閾値を超えているか否かに応じて切り替えシーケンスを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術室で行われている手術の進行具合、術野における出血の有無、又は前記手術用マニピュレータの周囲に医師がいるか否かを判定し、かつ前記判定の結果に応じて前記閾値を変更する、
請求項17に記載の手術支援システム。 - 前記判定部は、前記手術用マニピュレータの動作を修正するための外力が加えられているか否かを判定し、
前記選択部は、前記判定部によって前記手術用マニピュレータの自律駆動モードにおける動作を修正するための外力が加えられていると判定された場合に、前記手術用マニピュレータの動作を修正するための半自律駆動モードを選択する、
請求項1に記載の手術支援システム。 - 手術用マニピュレータに対する自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知する検知部と、
前記検知部によって切り替え操作が検知された場合に、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであるか、手動操作モードであるかを判定し、前記自律駆動モードであると判定した場合、前記手術用マニピュレータが配置された手術室の状況として、当該手術室で行われている手術の進行具合、術野における出血の有無、又は前記手術用マニピュレータの周囲の人物が医師であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって判定された前記状況に応じて、前記手術用マニピュレータの自律駆動モードと手動操作モードとを切り替えるための切り替えシーケンスを選択する選択部と、
を備える、
制御装置。 - コンピュータが、
手術用マニピュレータに対する自律駆動モードと手動操作モードとを切り替える切り替え操作を検知し、
前記切り替え操作が検知された場合に、前記手術用マニピュレータが自律駆動モードであるか、手動操作モードであるかを判定し、前記自律駆動モードであると判定した場合、前記手術用マニピュレータが配置された手術室の状況として、当該手術室で行われている手術の進行具合、術野における出血の有無、又は前記手術用マニピュレータの周囲の人物が医師であるか否かを判定し、
判定された前記状況に応じて、前記手術用マニピュレータの自律駆動モードと手動操作モードとを切り替えるための切り替えシーケンスを選択する、
制御方法。
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