WO2015129834A1

WO2015129834A1 - 手術システムおよび医療器具の干渉回避方法

Info

Publication number: WO2015129834A1
Application number: PCT/JP2015/055724
Authority: WO
Inventors: 昌夫二梃木; 悟菊池
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2015-09-03
Also published as: CN106028999A; JP2015159955A; EP3111878A4; EP3111878A1; US20160354164A1; CN106028999B

Abstract

手術システム（１００）は、医療器具（１）と、体腔内の臓器（Ｄ）の３次元位置を測定する臓器測定手段（７）と、臓器（Ｄ）の３次元位置に基づいて体腔内の空間のうち臓器（Ｄ）を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定部（１０）と、体腔内における医療器具（１）の３次元位置を検出する医療器具検出手段（８）と、医療器具（１）の３次元位置に基づいて医療器具（１）の体腔内における医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算部（１１）と、非干渉領域と医療器具占有領域との位置関係に基づいて、医療器具（１）と臓器（Ｄ）との干渉を予測する干渉予測部（１２）と、該干渉予測部（１２）によって干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起部（１３）とを備える。

Description

手術システムおよび医療器具の干渉回避方法

　本発明は、手術システムおよび医療器具の干渉回避方法に関するものである。

　従来、腹腔鏡下手術において、患者の体壁に形成した別々の孔から内視鏡と鉗子等の処置具とを腹腔内に同時に挿入し、内視鏡と処置具の両方を用いて処置を行う手法が用いられている。腹腔内に挿入された内視鏡と処置具とは互いに独立に操作されるため、内視鏡と処置具との干渉が発生して手術の妨げとなることがある。そこで、処置具との干渉を回避する機能を備える内視鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、内視鏡の挿入部に処置具または周辺臓器との干渉を感知する干渉センサを設け、該干渉センサの感知に基づいて、挿入部が処置具と干渉しない屈曲形状となるように挿入部に設けられた関節の角度を制御している。

特開２００４－８１２７７号公報

　しかしながら、特許文献１の内視鏡は、挿入部と処置具または周辺臓器との干渉を感知した後に関節の角度を調節するものであり、挿入部と処置具または周辺臓器との干渉を未然に回避することはできない。また、特許文献１では、干渉を未然に回避する手段については何ら述べられていない。さらに、特許文献１の内視鏡は、干渉センサとして、ジャイロセンサ、歪ゲージまたは圧電センサを用いているが、このような干渉センサを用いたのでは特に柔らかい臓器との干渉を感度良く安定的に感知することが技術的に難しく、周辺臓器との干渉を回避するための手段としては不十分であるという問題がある。

　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、体腔内における医療器具の周辺臓器との干渉の発生を確実に未然に防ぐことができる手術システムおよび医療器具の干渉回避方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の第１の態様は、生体の体腔内に挿入可能な医療器具と、前記体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定手段と、該臓器測定手段によって測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定部と、前記体腔内における前記医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出手段と、該医療器具検出手段によって検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算部と、前記非干渉領域設定部によって設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算部によって算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測部と、該干渉予測部によって前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起部とを備える手術システムである。

　本発明の第１の態様によれば、医療器具の体腔内における３次元位置が医療器具検出手段によって検出され、検出された３次元位置に基づいて、医療器具占有領域が医療器具占有領域計算部によって算出される。これと同時に、体腔内の臓器の３次元位置が臓器測定手段によって測定され、測定された３次元位置に基づいて、体腔内のうち臓器が存在しない非干渉領域が非干渉領域設定部によって設定される。

　そして、医療器具占有領域と非干渉領域との位置関係に基づいて、医療器具の、非干渉領域の外側に位置する周辺臓器との干渉が干渉予測部によって予測されたときに、注意喚起部によって操作者に注意喚起がなされる。これにより、操作者は、医療器具が周辺臓器に干渉する前に、医療器具の操作をより慎重に行ったり、干渉しそうな周辺臓器から医療器具を離間させたりするなどの回避行動を取ることができ、体腔内における医療器具の周辺臓器との干渉の発生を確実に未然に防ぐことができる。

　本発明の第２の態様は、生体の体腔内に挿入可能な医療器具と、前記体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定手段と、該臓器測定手段によって測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定部と、前記体腔内における前記医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出手段と、該医療器具検出手段によって検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算部と、前記非干渉領域設定部によって設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算部によって算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測部と、該干渉予測部によって前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、前記医療器具の動作に制限を加える医療器具制御部とを備える手術システムである。

　本発明の第２の態様によれば、医療器具の周辺臓器との干渉が干渉予測部によって予測されたときに、医療器具制御部によって医療器具の動作が制限されることによって、体腔内における医療器具の周辺臓器との干渉の発生を確実に未然に防ぐことができる。
　上記第２の態様においては、前記干渉予測部によって前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起部をさらに備えていてもよい。

　上記第１および第２の態様においては、前記注意喚起部は、前記操作者の視覚、聴覚および触覚のうち少なくとも１つに訴える報知信号を出力してもよい。
　このようにすることで、簡易な方法で操作者に対して注意喚起を行うことができる。

　上記第１および第２の態様においては、前記生体の体表に形成された孔を介して前記体腔内に挿入され、前記医療器具が挿入可能な筒状のトロッカを備え、前記臓器測定手段が、前記トロッカの先端部に設けられ、該トロッカの先端前方の視野を互いに異なる２つの視点から撮影して一対の視点画像を取得する立体カメラと、該立体カメラの前記体腔内における位置および姿勢を検出する視点位置検出部と、前記立体カメラによって取得された一対の視点画像と前記視点位置検出部によって検出された前記立体カメラの位置および姿勢とから、前記体腔内の臓器の３次元位置を計算によって取得する演算部とを備えていてもよい。

　このようにすることで、立体カメラによって取得された一対の視点画像にはトロッカの先端部から周辺臓器表面の各位置までの距離の情報が含まれている。演算部は、一対の視点画像から算出したこの距離の情報と、視点位置検出部によって検出された立体カメラの位置および姿勢とから、周辺臓器の表面の３次元位置を取得することができる。また、ＣＴ画像等の術前に取得された画像とは異なり、手術の最中の体腔内を観察した視点画像からは周辺臓器の３次元位置をリアルタイムに取得することができる。

　上記第１および第２の態様においては、前記体腔内に挿入可能なもう１つの医療器具を備え、前記臓器測定手段が、前記体腔内における前記もう１つの医療器具の先端の３次元位置を検出する指定位置検出部と、前記操作者によって操作される指示部とを備え、前記非干渉領域設定部が、前記指示部が操作されたときに前記指定位置検出部によって検出された前記３次元位置を記憶し、記憶された３次元位置を含む面を前記非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定してもよい。
　このようにすることで、操作者がもう１つの医療器具を体腔内で移動させながら指示部の操作を繰り返すことによって、自身が指定した位置を境界面とする非干渉領域を設定することができる。

　上記第１および第２の態様においては、前記臓器測定手段が、前記医療器具の先端に該医療器具の長手方向の軸線回りに回転可能に設けられ、前記長手方向に交差する１次元方向に測定光を走査する光波距離計を備えていてもよい。
　このようにすることで、光波距離計を回転させながら測定光を周辺臓器に対して照射することによって、測定光を周辺臓器表面において２次元走査して周辺臓器表面の各位置までの距離を測定し、周辺臓器表面の各位置の３次元位置を測定することができる。また、周辺臓器の凸凹した場所や体腔内の深い場所においても、周辺臓器の３次元位置を正確に測定することができる。

　上記第１および第２の態様においては、前記非干渉領域設定部が、前記臓器の寸法を、前記臓器測定手段によって測定された３次元位置から求められる寸法よりも大きな寸法に仮定し、仮定された寸法の前記臓器の輪郭を前記非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定してもよい。
　上記第１および第２の態様においては、前記医療器具占有領域計算部が、前記医療器具の寸法を、実際の前記医療器具の寸法よりも大きな寸法に仮定し、仮定された寸法の前記医療器具の輪郭を前記医療器具占有領域の境界面として該医療器具占有領域を設定してもよい。
　このようにすることで、医療器具と周辺臓器との間隔が所定値未満になったときに医療器具と周辺臓器との干渉が予測されるので、医療器具と周辺臓器との干渉をさらに確実に防ぐことができる。

　上記第１および第２の態様においては、複数の前記医療器具を備え、前記医療器具検出手段が、前記複数の医療器具の各々の３次元位置を検出し、前記医療器具占有領域計算部が、前記複数の医療器具の各々について前記医療器具占有領域を計算し、前記干渉予測部が、前記医療器具占有領域によって算出された複数の医療器具占有領域同士の位置関係に基づいて、前記複数の医療器具同士の干渉をさらに予測してもよい。
　このようにすることで、医療器具と周辺臓器との干渉のみならず、体腔内における医療器具同士の干渉も防ぐことができる。
　上記第１および第２の態様においては、前記医療器具が、内視鏡または処置具であってもよい。

　本発明の第３の態様は、生体の体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定ステップと、該臓器測定ステップにおいて測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定ステップと、前記体腔内に挿入された医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出ステップと、該医療器具検出ステップにおいて検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算ステップと、前記非干渉領域設定ステップにおいて設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算ステップにおいて算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測ステップと、該干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起ステップとを含む医療器具の干渉回避方法である。

　本発明の第４の態様は、生体の体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定ステップと、該臓器測定ステップにおいて測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定ステップと、前記体腔内に挿入された医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出ステップと、該医療器具検出ステップにおいて検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算ステップと、前記非干渉領域設定ステップにおいて設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算ステップにおいて算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測ステップと、該干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、前記医療器具の動作に制限を加える医療器具制限ステップとを含む医療器具の干渉回避方法である。

　本発明によれば、体腔内における医療器具の周辺臓器との干渉の発生を確実に未然に防ぐことができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る手術システムの全体構成図である。図１の手術システムによる内視鏡の干渉回避方法を説明するフローチャートである。図１の手術システムにおいて表示部に表示される警告表示の一例を示す図である。図１の手術システムによる内視鏡の干渉回避方法の変形例を説明するフローチャートである。図１の手術システムの変形例を示す全体構成図である。本発明の第２の実施形態に係る手術システムの全体構成図である。本発明の第３の実施形態に係る手術システムの全体構成図である。

（第１の実施形態）
　以下に、本発明の第１の実施形態に係る手術システム１００について図１から図５を参照して説明する。
　本実施形態に係る手術システム１００は、図１に示されるように、体壁Ａに形成された孔Ｂを介して腹腔（体腔）Ｃ内に挿入可能な内視鏡（医療器具）１と、該内視鏡１の基端部分を体外において保持する体外アーム２と、内視鏡１を孔Ｂ内に挿入状態に支持するトロッカ３と、術者（操作者）によって操作される操作入力部４と、内視鏡１の湾曲部１ｂ（後述）および体外アーム２の関節部２ａ（後述）を駆動する駆動部５と、操作入力部４に入力された操作に基づいて駆動部５を制御する制御部６とを備えている。

　内視鏡１は、腹腔Ｃ内に挿入される細長い挿入部１ａと、該挿入部１ａの先端部分に設けられた湾曲可能な湾曲部１ｂと、挿入部１ａの基端側に設けられた把持部１ｃとを備えている。
　体外アーム２は、複数の関節からなる関節部２ａを備え、その先端に保持している内視鏡１を関節部２ａの駆動によって移動可能になっている。

　操作入力部４は、湾曲部１ｂに対する操作と、関節部２ａに対する操作とを入力可能になっている。操作入力部４は、術者によって操作が入力されると、その操作に対応する信号を制御部６へ送信する。制御部６は、操作入力部４から受信した信号に基づいて駆動部５を制御することによって、操作入力部４に入力された操作に対応する動作を湾曲部１ｂおよび関節部２ａに実行させるようになっている。

　トロッカ３は、挿入部１ａを挿入可能な貫通孔を有する筒状の部材であり、孔Ｂを介して腹腔Ｃ内へ挿入される。このトロッカ３内に挿入部１ａを挿入することによって、挿入部１ａを腹腔Ｃ内に挿入した状態に保持することができる。また、トロッカ３は、体壁Ａによって支持されている位置を支点Ｐとして揺動可能であり、トロッカ３の腹腔Ｃ内への挿入角度を変更することによって、挿入部１ａを腹腔Ｃ内においてその長手方向に交差する方向へ移動させることができる。

　さらに、本実施形態に係る手術システム１００は、トロッカ３に設けられた立体カメラ（臓器測定手段）７およびセンサ群（医療器具検出手段、臓器測定手段、視点位置検出部）８と、立体カメラ７によって取得された腹腔Ｃ内の視差画像から挿入部１ａの周囲に位置する周辺臓器Ｄの３次元位置を取得する演算部（臓器測定手段）９と、該演算部９によって取得された周辺臓器Ｄの３次元位置に基づいて非干渉領域を設定する非干渉領域設定部１０と、センサ群８の検出値に基づいて腹腔Ｃ内において挿入部１ａが占有している内視鏡占有領域を計算する内視鏡占有領域計算部１１と、非干渉領域設定部１０によって設定された非干渉領域と内視鏡占有領域計算部１１によって算出された内視鏡占有領域とに基づいて挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉を予測する干渉予測部１２と、該干渉予測部１２によって挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉が予測されたときに、術者に対して注意喚起を行う注意喚起部１３とを備えている。

　立体カメラ７は、トロッカ３の先端部分に設けられており、トロッカ３の先端前方の視野を互いに異なる２つの視点から撮影することによって、視差画像を構成する一対の視点画像を取得する。視差画像は、被写体の立体視に用いられる画像であり、被写体の３次元の位置情報を含んでいる。立体カメラ７は、取得した視差画像を演算部９へ送信する。

　センサ群８は、トロッカ３の姿勢を検出する姿勢センサと、挿入部１ａのトロッカ３内への挿入量を検出する挿入量センサと、挿入部１ａの周方向の回転量を検出する角度センサとを少なくとも含んでいる。これら３種類のセンサによって、腹腔Ｃにおける立体カメラ７の位置および姿勢と、腹腔Ｃ内における挿入部１ａの３次元位置とを検出することができる。各センサは、検出値をそれぞれ演算部９および内視鏡占有領域計算部１１へ送信する。

　演算部９は、立体カメラ７から受信した視差画像から、該視差画像に含まれている、立体カメラ７から周辺臓器Ｄの表面の各位置までの距離を計算によって取得する。そして、演算部９は、取得した距離を、センサ群８から受信した検出値を用いて支点Ｐを原点する３次元座標系に変換することによって、周辺臓器Ｄの表面の各位置の３次元位置座標を得る。演算部９は、得られた３次元位置座標を、非干渉領域設定部１０へ送信する。

　非干渉領域設定部１０は、演算部９から受信した３次元位置座標によって画定される面（すなわち周辺臓器Ｄの表面）よりも、支点Ｐに対して遠くに位置する領域を、腹腔Ｃ内において周辺臓器Ｄが占有している臓器占有領域として設定する。次に、非干渉領域設定部１０は、臓器占有領域を所定値だけ各方向に拡大した領域を干渉領域に設定し、さらに、腹腔Ｃ内の空間のうち干渉領域を除く空間を非干渉領域に設定する。すなわち、非干渉領域は、周辺臓器Ｄの表面から所定値だけ離れた面を境界面とする、周辺臓器Ｄの存在しない空間である。

　内視鏡占有領域計算部１１は、センサ群８から検出値を受信し、制御部６から湾曲部１ｂの湾曲方向および湾曲角度を取得する。そして、内視鏡占有領域計算部１１は、センサ群８および制御部６から取得した情報と、予め記憶している挿入部１ａの寸法とから、腹腔Ｃ内において挿入部１ａが占有している領域であって前述した３次元座標系での内視鏡占有領域を計算し、算出した内視鏡占有領域を干渉予測部１２へ送信する。

　干渉予測部１２は、内視鏡占有領域を非干渉領域と比較し、内視鏡占有領域の少なくとも一部分が非干渉領域の境界面よりも外側に位置している場合には、すなわち、挿入部１ａのうち周辺臓器Ｄとの間隔が所定値未満である部分が存在する場合には、挿入部１ａが周辺臓器Ｄと干渉する可能性があると予測し、注意喚起部１３へ注意信号を送信する。

　注意喚起部１３は、干渉予測部１２から注意信号を受信したときに、報知信号の出力によって術者に対して注意喚起を行う。報知信号は、術者の視覚、聴覚および触覚のうち少なくとも１つに訴えるものであればよい。例えば、注意喚起部１３は、挿入部１ａの周辺臓器Ｄとの干渉の可能性を知らせる警告表示を表示部１４に表示したり、ランプを点灯させたりしてもよく、スピーカ１５から警告音を出力させてもよい。あるいは、注意喚起部１３は、術者によって把持されている把持部１ｃを振動させてもよい。

　次に、このように構成された手術システム１００の作用について説明する。
　本実施形態に係る手術システム１００を用いて腹腔Ｃ内の患部Ｅを処置するためには、孔Ｂ内にトロッカ３を挿入し、該トロッカ３内を介して挿入部１ａを腹腔Ｃ内へ挿入する。この後、術者は、操作入力部４を用いて体外アーム２の関節部２ａを操作することによって内視鏡１全体を移動させることができる。また、術者は、操作入力部４を用いて内視鏡１の湾曲部１ｂを操作することによって内視鏡１の先端を移動させることができる。

　図２は、手術システム１００による内視鏡の干渉回避方法を説明するフローチャートである。上述のように腹腔Ｃ内において挿入部１ａおよび湾曲部１ｂが操作されている間、以下の処理が実行される。
　すなわち、腹腔Ｃ内に配置されている立体カメラ７によって腹腔Ｃ内の視差画像が取得され（臓器測定ステップＳ１）、視差画像から、腹腔Ｃ内に存在する周辺臓器Ｄの表面の３次元位置が取得され（臓器測定ステップＳ２）、腹腔Ｃの、周辺臓器Ｄよりも手前に位置する領域が非干渉領域に設定される（非干渉領域設定ステップＳ３）。以上のステップＳ１からＳ３と並行して、センサ群８によって腹腔Ｃ内における挿入部１ａの３次元位置が検出され（医療器具検出ステップＳ４）、検出された挿入部１ａの３次元位置と湾曲部１ｂの湾曲方向および湾曲角度とに基づいて内視鏡占有領域が算出される（医療器具占有領域計算ステップＳ５）。

　そして、内視鏡占有領域の全体が非干渉領域内に位置しているか否かが干渉予測部１２によって監視され（干渉予測ステップＳ６）、内視鏡占有領域の少なくとも一部分が非干渉領域の外側にはみ出したときに（ステップＳ６のＹＥＳ）、干渉予測部１２から報知信号が出力される（注意喚起ステップＳ７）。報知信号によって、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉を回避するための行動が術者に促され、術者は、例えば、挿入部１ａの操作をより慎重に行ったり、挿入部１ａを周辺臓器Ｄから離間させる方向へ移動させたりする等、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉を未然に回避するための行動を取ることができる。

　このように、本実施形態によれば、腹腔Ｃ内の視差画像を用いることによって周辺臓器Ｄの正確な３次元位置が測定され、挿入部１ａが周辺臓器Ｄに干渉することなく動作可能な非干渉領域が正確に設定される。そして、計算によって求めた腹腔Ｃ内の挿入部１ａの位置と、非干渉領域との位置関係から、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉が正確に予測される。これにより、術者に対して、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉が発生する前に当該干渉の発生の可能性が高いことを報知し、術者に適切な回避行動を取らせることができるという利点がある。

　また、ＣＴ画像等の術前に撮影した画像を用いた場合とは異なり、立体カメラ７を用いることによって、周辺臓器Ｄの現在の３次元位置を取得することができるという利点がある。また、従来、挿入部１ａの体壁Ａに近い部分は画像で観察することができないために周辺臓器Ｄとの干渉を確認することが困難であったが、本実施形態によれば、挿入部１ａの体壁Ａに近い部分についても周辺臓器Ｄとの干渉を予測して回避することができるという利点がある。

　本実施形態においては、実際の周辺臓器Ｄよりも大きな干渉領域を設定し、該干渉領域を除く領域を非干渉領域に設定することとしたが、これに代えて、またはこれに加えて、内視鏡占有領域計算部１１が、実際の挿入部１ａの寸法よりも大きな寸法を、内視鏡占有領域の計算に使用してもよい。このようにしても、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとが干渉する前に当該干渉を確実に予測して回避することができる。

　本実施形態においては、挿入部１ａの周辺臓器Ｄとの干渉が予測されるときに、当該干渉を回避するために術者が移動させるべき挿入部１ａの方向を報知信号によって術者に報知してもよい。例えば、図３に示されるように、挿入部１ａをさらに右へ移動させると干渉が発生する場合には、表示部１４の向かって右側に警告表示１４ａを表示してもよい。このようにすることで、術者は、干渉を回避するために挿入部１ａをいずれの方向へ移動させればよいのかを容易に認識することができる。

　本実施形態においては、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉が予測されるときに、術者に対して注意喚起を行うこととしたが、これに代えて、またはこれに加えて、図４に示されるように、制御部（医療器具制御部）６が、操作入力部４への入力に関わらず、少なくとも周辺臓器Ｄにさらに近接する方向への挿入部１ａの動作を禁止する等、挿入部１ａの動作に制限を加えてもよい（医療器具制限ステップＳ８）。このようにすることで、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉をさらに確実に防ぐことができる。

　本実施形態においては、図５に示されるように、孔Ｂとは別の位置に形成された孔Ｂ’を介して腹腔Ｃ内に挿入可能な処置具１６を備え、腹腔Ｃ内における挿入部１ａと処置具１６との干渉も予測する構成としてもよい。
　具体的には、図５の手術システム１００は、もう１つの体外アーム１７と、もう１つのトロッカ１８と、処置具占有領域計算部１９とをさらに備える。

　体外アーム１７は、体外アーム２と同様に構成され、関節部１７ａを有している。
　トロッカ１８は、トロッカ３と同様に構成され、トロッカ１８の姿勢を検出する姿勢センサと、処置具１６のトロッカ１８内への挿入量を検出する挿入量センサと、処置具１６の周方向の回転量を検出する角度センサとを少なくとも含むセンサ群（医療器具検出手段）２０が設けられている。これら３種類のセンサによって腹腔Ｃ内における処置具１６の３次元位置を検出することができる。

　処置具占有領域計算部１９は、内視鏡占有領域計算部１１が内視鏡占有領域を計算するのと同様の方法で、センサ群２０から受信した検出値と、予め記憶している処置具１６の寸法とから、腹腔Ｃ内において処置具１６が占有している領域であって前述した３次元座標系での処置具占有領域を計算し、算出した処置具占有領域を干渉予測部１２へ送信する。

　干渉予測部１２は、内視鏡占有領域と処置具占有領域とを比較し、例えば、これら２つの占有領域の距離が所定値よりも小さい場合に、挿入部１ａと処置具１６との干渉を予測し、注意喚起部１３へ注意信号を送信する。
　このようにすることで、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉のみならず、腹腔Ｃ内において同時に使用される挿入部１ａと処置具１６との干渉をも予測して未然に回避することができ、挿入部１ａおよび処置具１６を円滑に操作することができる。本変形例のように複数のトロッカ３，１８を備える場合には、立体カメラ７はいずれのトロッカ３，１８に設けられていてもよい。また、立体カメラ７に代えて立体観察可能な内視鏡１を使用し、周辺臓器Ｄの３次元位置の測定に、内視鏡１によって取得された視差画像を利用してもよい。

（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係る手術システム２００について図６を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態に係る手術システム２００は、非干渉領域の設定に関する構成が第１の実施形態と主に異なる。
　具体的には、手術システム２００は、図６に示されるように、処置具１６と、該処置具１６の基端部分を体外において保持するもう１つの体外アーム１７と、処置具１６を腹腔Ｃ内に挿入状態に支持するもう１つのトロッカ１８とをさらに備えている。

　処置具１６は、その基端に設けられた把持部１６ａに、術者によって操作されるボタンのような指示部２１を備えている。指示部２１は、術者によって操作されると、その旨を示す信号を非干渉領域設定部１０へ送信する。

　非干渉領域設定部１０は、トロッカ１８に設けられたセンサ群（指定位置検出部）２０から検出値を受信し、受信した検出値と、予め記憶している処置具１６の寸法とから、腹腔Ｃ内における処置具１６の先端の３次元位置を計算する。非干渉領域設定部１０は、指示部２１から信号を受信したときに、処置具１６の先端の３次元位置を記憶する。そして、非干渉領域設定部１０は、蓄積した３次元位置同士を接続する面を非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定する。

　次に、このように構成された手術システム２００の作用について説明する。
　本実施形態に係る手術システム２００を用いて腹腔Ｃ内の患部Ｅを処置するためには、孔Ｂ内にトロッカ３を挿入し、該トロッカ３内を介して挿入部１ａを腹腔Ｃ内へ挿入する。また、孔Ｂ’内にトロッカ１８を挿入し、該トロッカ１８内を介して処置具１６を腹腔Ｃ内へ挿入する。この後、術者は、操作入力部４を用いて体外アーム２，１７の関節部２ａ，１７ａを操作することによって内視鏡１全体または処置具１６全体を移動させることができる。また、術者は、操作入力部４を用いて内視鏡１の湾曲部１ｂを操作することによって内視鏡１の先端を移動させることができる。

　ここで、本実施形態においては、前述したステップＳ１からＳ３に代えて、以下の手順を術者が行うことによって非干渉領域を設定する。すなわち、術者は、処置具１６を操作し、処置具１６の先端を周辺臓器Ｄの表面近傍に配置した状態で指示部２１を操作する（臓器測定ステップ）。この作業を、処置具１６の先端を周辺臓器Ｄの表面に沿って腹腔Ｃ内の奥へ移動させながら繰り返す。これにより、非干渉領域設定部１０には、周辺臓器Ｄの表面近傍に沿って並ぶ３次元位置が記憶され、周辺臓器Ｄの表面近傍を境界面とする非干渉領域が設定される（非干渉領域設定ステップ）。他の手順は、第１の実施形態において説明したステップＳ４からＳ７と同じであるので、説明を省略する。

　このように、本実施形態によれば、処置具１６を用いて術者自身が手動で非干渉領域の境界を設定することによって、立体カメラ７では観察することが困難な、凸凹した場所や腹腔Ｃ内の深い場所においても、周辺臓器Ｄの形状に正確に沿った非干渉領域の境界面を設定することができる。したがって、特に狭く湾曲した部分に湾曲部１ｂを湾曲させながら挿入部１ａを挿入して処置する場合に、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉をさらに確実に回避することができるという利点がある。

（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係る手術システム３００について図７を参照して説明する。
　本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態に係る手術システム３００は、非干渉領域の設定に関する構成が第１の実施形態と主に異なる。
　具体的には、手術システム３００は、図７に示されるように、立体カメラ７に代えて、挿入部１ａの先端に設けられた光波距離計（臓器測定手段）２２を備えている。光波距離計２２は、レーザ光のような測定光を挿入部１ａの長手方向に交差する１次元方向に走査しながら出射し、周辺臓器Ｄからの反射光を受信し、受信した反射光の位相や反射光の受信時間に基づいて周辺臓器Ｄまでの距離を算出する。光波距離計２２は、算出した距離を非干渉領域設定部１０へ送信する。

　また、挿入部１ａの先端部には、挿入部１ａの長手方向の軸線回りに回転可能な回転部（図示略）が設けられている。光波距離計２２は、回転部と一体的に回転するように設けられており、回転部の回転によって、光波距離計２２の測定光の走査方向を挿入部１ａの長手方向の軸線回りに３６０°回転させ、測定光を２次元的に走査することができるようになっている。

　非干渉領域設定部１０は、センサ群８から検出値を受信し、また、制御部６から湾曲部１ｂの湾曲方向および湾曲角度を取得し、光波距離計２２から距離を受信する。そして、非干渉領域設定部１０は、受信したこれらの情報と、予め記憶している挿入部１ａの寸法とから、腹腔Ｃ内における挿入部１ａの先端の３次元位置を算出する。さらに、非干渉領域設定部１０は、挿入部１ａの先端の３次元位置と光波距離計２２によって測定された距離とから周辺臓器Ｄの表面の各位置の３次元位置を算出し、得られた周辺臓器Ｄの表面の３次元位置によって画定される面を非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定する。

　次に、このように構成された手術システム３００の作用について説明する。
　本実施形態においては、前述したステップＳ１からＳ３に代えて、以下の手順によって非干渉領域が設定される。すなわち、術者は、挿入部１ａを操作し、挿入部１ａの先端に設けられた光波距離計２２から測定光を２次元走査させながら周辺臓器Ｄの表面に照射する（臓器測定ステップ）。これにより、挿入部１ａの先端から周辺臓器Ｄの表面の各位置までの距離が測定され、測定された距離に基づいて周辺臓器Ｄの表面の各位置の３次元位置が取得され、得られた周辺臓器Ｄの３次元位置に基づいて非干渉領域が設定される。光波距離計２２による距離の測定と非干渉領域の設定とは、挿入部１ａの腹腔Ｃ内での移動に伴って行われる。他の手順は、第１の実施形態において説明したステップＳ４からＳ７と同じであるので、説明を省略する。

　このように、本実施形態によれば、光波距離計２２を用いて挿入部１ａの先端から周辺臓器Ｄまでの距離を測定し、得られた距離に基づいて非干渉領域の境界を設定することによって、立体カメラ７では観察することが困難な、凸凹した場所や腹腔Ｃ内の深い場所においても、周辺臓器Ｄの形状に正確に沿った非干渉領域の境界面を設定することができる。したがって、特に狭く湾曲した部分に湾曲部１ｂを湾曲させながら挿入部１ａを挿入して処置する場合に、挿入部１ａと周辺臓器Ｄとの干渉をさらに確実に回避することができるという利点がある。
　本実施形態においては、光波距離計２２に代えて立体観察可能な内視鏡１を使用し、該内視鏡１によって取得された視差画像を用いて挿入部１ａの先端から周辺臓器Ｄまでの距離を測定してもよい。

　第１から第３の実施形態においては、医療器具として内視鏡１について主に説明したが、内視鏡１に代えて鉗子等の処置具を使用し、処置具と周辺臓器Ｄとの干渉を予測してもよい。

　上述した第１から第３の実施形態から、以下の付記項に係る医療器具の干渉回避方法の発明が導かれる。
（付記項１）
　生体の体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定ステップと、
　該臓器測定ステップにおいて測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定ステップと、
　前記体腔内に挿入された医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出ステップと、
　該医療器具検出ステップにおいて検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算ステップと、
　前記非干渉領域設定ステップにおいて設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算ステップにおいて算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測ステップと、
　該干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起ステップとを含む医療器具の干渉回避方法。

（付記項２）
　生体の体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定ステップと、
　該臓器測定ステップにおいて測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定ステップと、
　前記体腔内に挿入された医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出ステップと、
　該医療器具検出ステップにおいて検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算ステップと、
　前記非干渉領域設定ステップにおいて設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算ステップにおいて算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測ステップと、
　該干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、前記医療器具の動作に制限を加える医療器具制限ステップとを含む医療器具の干渉回避方法。

（付記項３）
　前記干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起ステップをさらに含む付記項２に記載の医療器具の干渉回避方法。
（付記項４）
　前記注意喚起ステップが、前記操作者の視覚、聴覚および触覚のうち少なくとも１つに訴える報知信号を出力する付記項１または付記項３に記載の医療器具の干渉回避方法。

（付記項５）
　前記臓器測定ステップが、互いに異なる２つの視点から前記体腔内を撮影して一対の視点画像を取得し、取得された一対の視点画像から前記体腔内の臓器の３次元位置を計算によって取得する付記項１から付記項４のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。

（付記項６）
　前記臓器測定ステップが、前記体腔内におけるもう１つの医療器具の先端の３次元位置を、操作者によって指示されたときに検出し、
　前記非干渉領域設定ステップが、前記臓器測定ステップにおいて検出された前記３次元位置を記憶し、記憶された３次元位置を含む面を前記非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定する付記項１から付記項４のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。

（付記項７）
　前記臓器測定ステップが、前記医療器具の先端に該医療器具の長手方向の軸線回りに回転可能に設けられ、前記長手方向に交差する１次元方向に測定光を走査する光波距離計を使用する付記項１から付記項４のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。

（付記項８）
　前記非干渉領域設定ステップが、前記臓器の寸法を、前記臓器測定ステップによって測定された３次元位置から求められる寸法よりも大きな寸法に仮定し、仮定された寸法の前記臓器の輪郭を前記非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定する付記項１から付記項７のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。

（付記項９）
　前記医療器具占有領域計算ステップが、前記医療器具の寸法を、実際の前記医療器具の寸法よりも大きな寸法に仮定し、仮定された寸法の前記医療器具の輪郭を前記医療器具占有領域の境界面として該医療器具占有領域を設定する付記項１から付記項７のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。

（付記項１０）
　前記医療器具検出ステップが、複数の医療器具の各々の３次元位置を検出し、
　前記医療器具占有領域計算ステップが、前記複数の医療器具の各々について前記医療器具占有領域を計算し、
　前記干渉予測ステップが、前記医療器具占有領域によって算出された複数の医療器具占有領域同士の位置関係に基づいて、前記複数の医療器具同士の干渉をさらに予測する付記項１から付記項９のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。
（付記項１１）
　前記医療器具が、内視鏡または処置具である付記項１から付記項１０のいずれかに記載の医療器具の干渉回避方法。

１　内視鏡（医療器具）
１ａ　挿入部
１ｂ　湾曲部
１ｃ　把持部
２，１７　体外アーム
２ａ，１７ａ　関節部
３，１８　トロッカ
４　操作入力部
５　駆動部
６　制御部（医療器具制御部）
７　立体カメラ（臓器測定手段）
８　センサ群（医療器具検出手段、臓器測定手段、視点位置検出部）
９　演算部（臓器測定手段）
１０　非干渉領域設定部
１１　内視鏡占有領域計算部（医療器具占有領域計算部）
１２　干渉予測部
１３　注意喚起部
１４　表示部
１５　スピーカ
１６　処置具（医療器具）
１９　処置具占有領域計算部（医療器具占有領域計算部）
２０　センサ群（医療器具検出手段、指定位置検出部）
２１　指示部
２２　光波距離計（臓器測定手段）
１００　手術システム
Ａ　体壁
Ｂ　孔
Ｃ　腹腔（体腔）
Ｄ　周辺臓器
Ｅ　患部
Ｓ１，Ｓ２　臓器測定ステップ
Ｓ３　非干渉領域設定ステップ
Ｓ４　医療器具検出ステップ
Ｓ５　医療器具占有領域計算ステップ
Ｓ６　干渉予測ステップ
Ｓ７　注意喚起ステップ
Ｓ８　医療器具制限ステップ

Claims

　生体の体腔内に挿入可能な医療器具と、
　前記体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定手段と、
　該臓器測定手段によって測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定部と、
　前記体腔内における前記医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出手段と、
　該医療器具検出手段によって検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算部と、
　前記非干渉領域設定部によって設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算部によって算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測部と、
　該干渉予測部によって前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起部とを備える手術システム。
　生体の体腔内に挿入可能な医療器具と、
　前記体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定手段と、
　該臓器測定手段によって測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定部と、
　前記体腔内における前記医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出手段と、
　該医療器具検出手段によって検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算部と、
　前記非干渉領域設定部によって設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算部によって算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測部と、
　該干渉予測部によって前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、前記医療器具の動作に制限を加える医療器具制御部とを備える手術システム。
　前記干渉予測部によって前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起部をさらに備える請求項２に記載の手術システム。
　前記注意喚起部は、前記操作者の視覚、聴覚および触覚のうち少なくとも１つに訴える報知信号を出力する請求項１または請求項３に記載の手術システム。
　前記生体の体表に形成された孔を介して前記体腔内に挿入され、前記医療器具が挿入可能な筒状のトロッカを備え、
　前記臓器測定手段が、
　前記トロッカの先端部に設けられ、該トロッカの先端前方の視野を互いに異なる２つの視点から撮影して一対の視点画像を取得する立体カメラと、
　該立体カメラの前記体腔内における位置および姿勢を検出する視点位置検出部と、
　前記立体カメラによって取得された一対の視点画像と前記視点位置検出部によって検出された前記立体カメラの位置および姿勢とから、前記体腔内の臓器の３次元位置を計算によって取得する演算部とを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の手術システム。
　前記体腔内に挿入可能なもう１つの医療器具を備え、
　前記臓器測定手段が、
　前記体腔内における前記もう１つの医療器具の先端の３次元位置を検出する指定位置検出部と、
　前記操作者によって操作される指示部とを備え、
　前記非干渉領域設定部が、前記指示部が操作されたときに前記指定位置検出部によって検出された前記３次元位置を記憶し、記憶された３次元位置を含む面を前記非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定する請求項１から請求項４のいずれかに記載の手術システム。
　前記臓器測定手段が、前記医療器具の先端に該医療器具の長手方向の軸線回りに回転可能に設けられ、前記長手方向に交差する１次元方向に測定光を走査する光波距離計を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の手術システム。
　前記非干渉領域設定部が、前記臓器の寸法を、前記臓器測定手段によって測定された３次元位置から求められる寸法よりも大きな寸法に仮定し、仮定された寸法の前記臓器の輪郭を前記非干渉領域の境界面として該非干渉領域を設定する請求項１から請求項７のいずれかに記載の手術システム。
　前記医療器具占有領域計算部が、前記医療器具の寸法を、実際の前記医療器具の寸法よりも大きな寸法に仮定し、仮定された寸法の前記医療器具の輪郭を前記医療器具占有領域の境界面として該医療器具占有領域を設定する請求項１から請求項７のいずれかに記載の手術システム。
　複数の前記医療器具を備え、
　前記医療器具検出手段が、前記複数の医療器具の各々の３次元位置を検出し、
　前記医療器具占有領域計算部が、前記複数の医療器具の各々について前記医療器具占有領域を計算し、
　前記干渉予測部が、前記医療器具占有領域によって算出された複数の医療器具占有領域同士の位置関係に基づいて、前記複数の医療器具同士の干渉をさらに予測する請求項１から請求項９のいずれかに記載の手術システム。
　前記医療器具が、内視鏡または処置具である請求項１から請求項１０のいずれかに記載の手術システム。
　生体の体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定ステップと、
　該臓器測定ステップにおいて測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定ステップと、
　前記体腔内に挿入された医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出ステップと、
　該医療器具検出ステップにおいて検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算ステップと、
　前記非干渉領域設定ステップにおいて設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算ステップにおいて算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測ステップと、
　該干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、操作者に対して注意喚起を行う注意喚起ステップとを含む医療器具の干渉回避方法。
　生体の体腔内の臓器の３次元位置を測定する臓器測定ステップと、
　該臓器測定ステップにおいて測定された前記臓器の３次元位置に基づいて、前記体腔内の空間のうち前記臓器を除く非干渉領域を設定する非干渉領域設定ステップと、
　前記体腔内に挿入された医療器具の３次元位置を検出する医療器具検出ステップと、
　該医療器具検出ステップにおいて検出された医療器具の３次元位置に基づいて、前記医療器具が前記体腔内において占有している医療器具占有領域を計算する医療器具占有領域計算ステップと、
　前記非干渉領域設定ステップにおいて設定された非干渉領域と、前記医療器具占有領域計算ステップにおいて算出された前記医療器具占有領域との位置関係に基づいて、前記医療器具と前記臓器との干渉を予測する干渉予測ステップと、
　該干渉予測ステップにおいて前記医療器具と前記臓器との干渉が予測されたときに、前記医療器具の動作に制限を加える医療器具制限ステップとを含む医療器具の干渉回避方法。