(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、手術器具およびパターン生成部材を備えた最小侵襲手術用の相関セット、手術システム、トレーニングキット、最小侵襲手術のトレーニングおよび実施のための方法を提供する。【解決手段】手術器具１は、把持部２、手術ツール４、および把持部を手術ツールに接続する本体部３を備える。パターン生成部材５は、パターン光源６および光パターンを投射する投射器８を備える。投射器は、前記手術ツールの移動が前記投射器の相関移動となるように、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定されるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小侵襲手術を行うトレーニング方法であり、手術器具の取り扱いのトレーニングを含む、トレーニング方法であって、
手術器具アセンブリを用意する工程であり、前記手術器具アセンブリが、手術器具およびパターン生成部材を備え、前記手術器具が、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、前記把持部を前記手術ツールに接続する本体部とを備え、
前記パターン生成部材が、パターン光源および投射器を備えており、前記パターン光源が、前記投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射し、前記パターン生成部材の少なくとも前記投射器が、前記手術ツールの移動が前記投射器の相関移動となるように、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定された工程と、
複数のトレーニングステップを行う工程であり、各ステップが、前記遠位端がトレーニング表面を指す状態で前記手術器具を配置することと、前記トレーニング表面から光パターンが反射されるように、前記投射器から光パターンを放出することと、前記手術器具を移動させることと、前記光パターンの対応する変化を観察することを含む工程を備える、トレーニング方法。
【請求項２】
前記把持部が、ロボットに接続されたアクチュエータによって制御されるように構成されている、請求項１に記載のトレーニング方法。
【請求項３】
前記トレーニング表面が、手術対象部位および人工的な手術部位から選択される、請求項１または２に記載のトレーニング方法。
【請求項４】
前記トレーニング方法が、前記光パターンの形状、位置、サイズ、色、およびその変化の少なくとも１つに関するデータを取得する工程を備え、コンピュータが前記データを受信しかつ前記手術ツールの位置を決定するようにプログラムされている、請求項１〜３のいずれか何れか一項に記載のトレーニング方法。
【請求項５】
決定された前記手術ツールの位置が、前記手術ツールと前記トレーニング表面との間の距離の情報を有する、請求項４に記載のトレーニング方法。
【請求項６】
前記トレーニング方法が、前記手術ツールの位置および光の変化の少なくとも１つのデータを取得する工程と、前記データをコンピュータに転送する工程とを備え、前記コンピュータが、前記光パターンの位置および光パターンの変化の少なくとも一方のデータの評価に基づいて、前記手術器具のオペレータの能力を決定するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のトレーニング方法。
【請求項７】
時間の関数として前記光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つを監視するとともに、これに基づいて、前記手術ツールの一連の動きを決定し、トレーニング者の能力を評価することによって、前記能力を評価する工程をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトレーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小侵襲手術での使用および取り扱い、あるいは使用または取り扱いのトレーニングに適した手術器具を備えたセットのほか、手術システム、トレーニングキット、最小侵襲手術のトレーニングおよび実施のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年、従来の観血的手術と比較した場合の便益により、最小侵襲手術がますます利用されている。患者組織の外傷を抑えられ、残る傷跡が小さく、術後の痛みを最小限に抑えられ、患者のより早い回復が可能なためである。
【０００３】
たとえば、腹腔鏡手術（最小侵襲手術の一形態）において、外科医は、一連の小切開部を介して、腹腔または骨盤腔等の体腔にアクセスする。腹腔鏡は、切開部を介して挿入し、従来はモニタに接続することによって、外科医が腹腔または骨盤腔の内側を確認可能である。外科手術を行うには、切開部を介して手術器具を挿入する。また、流体、好ましくは二酸化炭素等のガスで手術部位周りの体腔を膨らませることにより、体腔内に「空気」の空間を形成して、外科医が手術部位を視認するとともに腹腔鏡手術器具を動かせるようにする。
【０００４】
従来の観血的手術において、外科医は、通常の視覚運動関係を使用可能であり、運動制御が視覚に基づくため、視認に基づいて手術器具の所望の動きを実行可能である。言い換えると、従来の観血的手術においては、視覚と運動系との間の通常の関連性が保たれる。ただし、最小侵襲手術を行う場合、外科医は、手術野を間接視するため、外科医の視覚と運動系に解離が生じる。その結果、外科医は、新たな技能を獲得することにより、最小侵襲手術において、自身の視覚と運動系との正しい結び付け（視覚と手の協調）を図る必要がある。
【０００５】
視覚は、目によって得られた情報を処理することにより、周囲環境を捉える能力であり、この場合は、周囲環境として、腹腔または骨盤腔等の体腔の内側が可能である。
人間の運動系は、数ある中でも、随意運動の制御によって、手および指等の身体部分を外科医が動かすことにより、体腔の内側の手術器具の移動を制御可能な複雑系である。
【０００６】
さらに、手術野の遠隔視は通常、２次元でモニタ上に表示されるが、手術器具は３次元で操作される。これにより、空間および奥行き知覚が乏しくなるため、外科医が遠隔視の視覚（２次元）と手術ツールを動かす運動系（３次元）とを結び付ける新たな技能を獲得することは、さらに困難となる。
【０００７】
また、手術ツールが手術ロボットによって制御される場合、外科医の通常の３次元運動行為は、ロボットによって処理および変更されるため、最小侵襲手術において、外科医が自身の視覚と運動系とを正しく結び付けることは、より困難となる。
【０００８】
最小侵襲手術のトレーニングは通常、基本的な手術トレーニングの後に行われ、経験を積んだ外科医が指導する直接的な臨床外科において技能を取得する実習に基づいている。このトレーニング法は、多大なリスクを患者に課すとともに、経験を積んだ外科医の相当な時間を要する。
【０００９】
したがって、経験の浅い外科医が臨床外科の開始前に基本的な技能を学習するには、たとえば腹腔鏡シミュレータ等のシミュレータの使用が好ましい。習得が求められる最も重要な技能には、間接視により受け取った情報を３次元的に理解する能力がある。
【００１０】
奥行き知覚を改善する手法としては、さまざまなものが提供されており、たとえば特許文献１には、最小侵襲手術において使用する照明器具が記載されている。照明器具は、細長管状部材と、細長管状部材に搭載された計測システムとを具備する。計測システムは、マスク、ズームレンズアセンブリ、および照明要素を具備し、照明要素がマスクおよびズームレンズアセンブリに光線を伝搬させて、マスクのパターンを関心手術部位に投射することにより、外科医が測定に使用する基準としてのマーキングを提供するように配置されている。
【００１１】
特許文献２は、内視鏡的な寸法測定結果を決定する装置であって、実際の寸法測定結果および基準を有する形状を含む光パターンを手術部位に投射する光源と、投射光パターンの実際の寸法測定結果を手術部位と比較することにより、手術部位上の投射光パターンを解析する手段とを具備した装置を記載している。
【００１２】
特許文献３は、手術野にパターンを構成する非可視光を用いることにより、手術野の構造のサイズまたは構造間の距離を外科医が測定するのに使用可能な画像を生成するシステムを記載している。
【００１３】
上記システムは、第１のカメラと、第２のカメラと、人間の目に見えない周波数の光を発する光源と、非可視光源から所定の光パターンを投射する分散ユニットと、所定の非可視光パターンを対象領域に投射する器具と、可視光を第１のカメラに案内するとともに所定の非可視光パターンを第２のカメラに案内する帯域通過フィルタとを備え、第２のカメラが、対象領域および所定の非可視光パターンを撮像して、３次元画像を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】欧州特許第２６３０９１５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０２９６７１２号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１３／１６３３９１号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１３／００３８８３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、最小侵襲手術での使用および取り扱い、あるいは使用または取り扱いのトレーニングに適した手術器具を備えたツールであって、手術の実施に際して手術器具を取り扱うための良好な視覚、好ましくは、改善された視覚を外科医に与えると同時に、使用が比較的簡単であり、適切なコストで製造可能なツールを提供することである。
【００１６】
また、最小侵襲手術およびそのトレーニング、あるいは最小侵襲手術またはそのトレーニングを行う方法であって、良好な視覚を外科医に与える方法を提供することを目的とする。
【００１７】
上記および他の目的は、特許請求の範囲に規定するとともに本明細書において後述する本発明またはその実施形態が解決している。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明およびその実施形態には、以下の説明によって当業者に明らかとなる多くの利点が他にもあることが分かっている。
上記ツールは、後述の通り組み立てることによって手術器具アセンブリを構成可能な手術器具およびパターン生成部材を備えた最小侵襲手術用の相関セットの形態で提供される。
【００１９】
本発明の一実施形態において、最小侵襲手術で使用する手術器具アセンブリは、外科医が最小侵襲手術中に自身の視覚と運動系とを結び付けられるように、外科医の視覚を改善するため、遠隔視に基づいて手術器具の意図する動きを実行可能である。
【００２０】
最小侵襲手術用の相関セットは、手術器具およびパターン生成部材を備える。手術器具は、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、把持部を手術ツールに接続する本体部とを備える。パターン生成部材は、パターン光源および投射器を備える。パターン光源は、投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射する。パターン生成部材の少なくとも投射器は、手術ツールの移動が投射器の相関移動となるように、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定されるように構成されている。
【００２１】
これにより、ツールが移動した場合は、投射器が相関的に移動することになり、これに応じて、遠位配置された表面上に見られる投射パターンが変化することになる。この外科医のツール移動に応じた投射パターンの変化によって、外科医には、手術ツールが移動する３Ｄ空間の非常に良好な視覚が与えられるため、外科医は、高精度な手術ツールの取り扱いがより簡単になる。さらに、外科医が３Ｄ空間での適応に要する時間が短くなるため、外科手術を比較的迅速に行うことも可能である。
【００２２】
遠位および近位という用語は、手術器具の配向との関連で解釈するものとする。
「遠位方向」という表現は、ベクトルが手術器具の近位端から遠位端を向く方向を意味する。
【００２３】
「近位方向」という表現は、ベクトルが手術器具の遠位端から近位端を向く方向を意味する。
遠位および近位方向は、手術器具の本体部が直線位置にある場合に決まる。
【００２４】
遠位および近位方向に対する如何なる平面および角度もすべて、手術器具の本体部が直線位置にある場合に十分決まる。
手術器具の本体部は、直線位置において決まる長手軸を有しており、この長手軸は、遠位および近位方向に平行である。
【００２５】
「遠位に」という表現は、「遠位方向のある位置に配置された」ことを意味する。「遠位配置された」という表現は、手術器具の遠位端の遠位に配置されたことを意味する。
「手術器具アセンブリ」という用語は、手術器具およびパターン生成部材を備えたアセンブリを意味する。
【００２６】
本明細書において、用語「実質的に」は、通常の製品差異および公差が含まれることを意味する場合に採用するものとする。
用語「およそ」は一般的に、測定不確実性の範囲内が含まれるように使用する。本明細書において、範囲として使用する場合の用語「およそ」は、測定不確実性の範囲内が当該範囲に含まれることを意味する場合に採用するものとする。
【００２７】
本明細書において使用する場合の用語「備える」は、非限定用語として解釈すべきであることを強調する。すなわち、要素、ユニット、整数、ステップ、構成要素、およびこれらの組み合わせ等の具体的に規定された特徴の存在を指定する場合に採用するものとするが、１つまたは複数の別途規定された特徴の存在または追加を除外するものではない。
【００２８】
本明細書および特許請求の範囲の全体にわたって、特別の定めまたは文脈による必要性がない限り、単数形は複数形を包含する。
一実施形態において、外科医が手術野の間接視にて体腔内の外科手術を行う最小侵襲手術で使用する手術器具は、器具を操作するための把持部と、把持部から延びて手術ツールを含む本体部とを備え、本体部は、身体の切開部を介して体腔に挿入されるように構成されている。パターン生成部材は、本体部に固定されており、本体部が体腔に挿入された場合、手術野の領域に光パターンを投射するため、外科医が光パターンの間接視に基づいて手術野の輪郭および器具の位置を推定できるようになっている。
【００２９】
このため、外科医は、光パターンを基準として用いることにより、遠隔視を手術ツールの動きと結び付けることができる。光パターンは、手術器具の位置および手術野の輪郭を外科医が決定可能な単眼基準として捉えることができる。その結果、本発明によれば、外科医は、最小侵襲手術における自身の視覚と運動系との結び付けの困難を克服することができる。
【００３０】
一実施形態において、手術野の間接視は、身体の切開部に挿通された内視鏡によって得られる。内視鏡は、手術野を２次元画像として表示するモニタに接続されているのが好都合である。
【００３１】
把持部は、外科医が握って手術器具を直接制御する実際のハンドルを備え得る。別の実施形態において、把持部は、外科医が手術器具を間接的に制御できるように、制御機構に接続されたアクチュエータ（たとえば、手術ロボット）を用いて制御される。
【００３２】
また、本発明は、組み立て状態の相関セットすなわち手術器具アセンブリを含む。
上述の手術器具アセンブリは、最小侵襲手術における外科医のトレーニングおよび実際の外科手術の両方で使用可能である。これにより、トレーニング中の使用の場合は、最小侵襲外科医がライブ手術を行うのに十分熟練するまでのトレーニング時間が短くなる。
【００３３】
光パターンとしては、たとえばパターンを生成する格子または複数の光ドットが可能である。一実施形態において、光パターンは、正方形等の幾何学的形状を構成する１つまたは複数の光円錐を含む。そして、外科医は、幾何学的形状の縁部により規定された曲線を用いて、手術器具の位置および手術野の輪郭を決定することができる。
【００３４】
これにより、実際の外科手術中の使用の場合は、外科医の間違いのリスクを最小限に抑えるのに役立つとともに、より滑らかな外科手術が保証される。
パターン生成部材の投射器は、手術ツールの少なくとも任意の非回転移動が投射器の相関移動となるように、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定されるように構成されているのが好都合である。
【００３５】
「手術ツールの回転移動」という表現は、手術器具の本体部が直線状の場合に、手術ツールの本体部の軸と一致する回転軸に関して専ら回転する移動である。手術ツールのその他如何なる移動も、非回転移動である。
【００３６】
特定の状況において、手術ツールの単なる回転移動が投射器ひいては投射パターンの相関移動となる場合には、注意散漫となる外科医もいることが分かっている。
一実施形態においては、手術ツールの単なる回転移動が投射器ひいては投射パターンの相関移動とならないように、投射器またはパターンの形状が構成されている。
【００３７】
一実施形態において、パターン生成部材の投射器は、手術ツールの任意の非回転移動が投射器の相関移動となるように、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定されるように構成されている。これにより、大幅に改善された３Ｄの視覚が得られ、外科医は、手術器具アセンブリを高精度に取り扱うことができる。パターン生成部材の固定は、外科医により制御可能に構成され、手術器具の回転移動に応答して、生成パターンの移動を外科医がオン／オフ切り替えできるようになっているのが好都合である。一実施形態において、パターン生成部材の少なくとも投射器は、当該投射器の少なくとも部分的な回転を可能とするターンテーブルまたは回転ディスク等の回転要素を備えた固定要素を用いることにより、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定されるように構成されており、固定要素は、回転要素の回転を阻止するスイッチを備えるのが好ましい。
【００３８】
パターン生成部材の投射器またはパターン生成部材全体は、手術器具の本体部に対して一時的または完全に固定されるように構成されている。「一時的に固定」という表現は、使用後（たとえば、洗浄して再利用するため）に、投射器またはパターン生成部材全体を手術器具から分解可能であることを意味する場合に使用する。
【００３９】
たとえばユーザが組み立てる別個のユニットとして手術器具および投射器を備えたパターン生成部材を有することにより、ユーザは、たとえば、選定すべき複数の異なるパターン生成部材を備えた相関セットを有することができるため、外科医は、特定の手術に使用したいパターン生成部材を選択することができる。
【００４０】
さらに、相関セットの手術器具およびパターン生成部材は、別個に製造および販売するようにしてもよいため、製造がより簡単になる。
一実施形態において、パターン生成部材は、本体部に対して取り外し可能に取り付けられている。そして、外科医は、必要に応じてパターン生成部材を取り外すことができる。また、パターン生成部材は、既存の手術器具に取り付けて、手術器具アセンブリを得ることもできる。
【００４１】
投射器またはパターン生成部材全体は、十分に安全な取り付けを可能とする任意適当な手段によって、手術器具の本体部に取り付け可能である。投射器またはパターン生成部材全体は、たとえばクリックロック、スリーブロック、スクリューロック、ターンロック、ウェッジロック、またはこれらの組み合わせにより、手術器具に対して一時的または完全に固定されていてもよい。
【００４２】
パターン生成部材を取り外し可能なユニットとして設けることにより、パターン生成部
材またはパターン生成部材の投射器等は、必要に応じていつでも交換可能である。さらに、パターン生成部材またはその部品がない状態で、再利用のために手術器具を洗浄するのがより簡単であることが分かっている。一実施形態において、パターン生成部材は、使い捨てのユニットである。一実施形態において、投射器は、使い捨てのユニットである。
【００４３】
パターン生成部材は、特定の手術の場合に外科医が選択するようにしてもよい。すなわち、異なるパターン形状、異なるパターンサイズ、および／または異なる波長等、異なる手術には異なるパターンが好ましい場合がある。
【００４４】
一実施形態において、パターン生成部材の少なくとも投射器は、手術器具の少なくとも対応する長さ部分において本体部を囲むスリーブにより、手術器具の本体部に対して一時的に固定されている。スリーブは同時に、光ファイバを保持および保護していてもよい。原理上、スリーブは、任意の材料で構成されていてもよい。手術器具アセンブリがトレーニング用である場合、スリーブ材料に対する具体的な要件はない。ただし、一般的には、スリーブが比較的軽い材料（たとえば、およそ０．９７ｇ／ｃｍ３以下等、１ｇ／ｃｍ３を下回る密度）で構成されているのが望ましい。スリーブは、ポリマー材料または複合材料で構成されているのが好ましい。手術に適用する場合、スリーブ材料は、オレフィンポリマー、ポリウレタン、またはシリコーンであるのが好ましい。また、スリーブは、低摩擦の外表面を有することにより、手術中の組織との摩擦を低減するのが好ましい。一実施形態において、スリープは、たとえばＰＴＦＥまたは親水性材料の低摩擦被膜（たとえば、ヒドロゲル（たとえば、メタクリル酸アルキルに基づく）および／またはポリビニルピリジンを含む被膜）を備える。
【００４５】
スリーブは、本体に隙間なく嵌着するように構成されているのが好ましい。すなわち、スリープの内径は、本体と略同一であるか、または本体よりもわずかに大きい。
本体を囲むスリーブ材料（ここでは、スリーブ壁と称する）の厚さは、特に切開部およびトレーニングキットのカバーの孔に挿通されるように構成されたスリーブの部分のうちの一方または両方において、手術器具アセンブリが嵩張り過ぎないように考慮された任意の厚さであってもよい。スリーブ壁の厚さは、本体の長さおよび／または本体周りの環状もしくは半環状延長部に沿って変化するものであってもよい。適当なスリーブ壁厚さの例は、およそ２〜５ｍｍ等、およそ０．１〜およそ１０ｍｍである。
【００４６】
一実施形態において、スリーブは、同一または異なる材料の２つ以上の層を備える。
一実施形態において、スリーブは、本体用の第１の細長貫通孔および光ファイバ用の別個の細長孔を備えることにより、搭載時のハンドルおよび投射器に最も近いスリーブの端部から、光ファイバ用の保護カバーを提供するようになっている。スリーブは、たとえば別の部品（たとえば、パターン生成部材のすべての部品）を手術器具（たとえば、手術器具の本体）に固定できるように、たとえばパターン生成部材の他の要素用の付加的な貫通孔およびポケット、あるいは貫通孔またはポケットを備えていてもよい。これによって、パターン生成部材の搭載がさらに簡単となる。
【００４７】
スリーブ、特に、切開部に挿通されるように構成されたスリーブの部分の外径は、およそ１０ｍｍ以下等、およそ１５ｍｍ以下であるのが好都合である。特定の用途においては、これより大きな外径であってもよい。
【００４８】
一実施形態において、パターン生成部材の投射器は、ハンドルのすぐ隣に配置された固定要素を含むスリーブにより、手術器具の本体部に対して一時的に固定されている。固定要素は、上述のような回転要素を備えるのが好都合である。
【００４９】
パターン光源のみが手術器具に固定されていないか、または固定されるように構成され
ていない実施形態においては、手術中に外科医を煩わせることのないように、外科医が選択するハンドルの両側に、たとえば固定位置にて、光を投射器に導く光ファイバを配置可能であるのが望ましい。
【００５０】
一実施形態において、パターン生成部材の少なくとも投射器およびパターン光源は、スリーブにより、手術器具の本体部に対して一時的に固定されている。
一実施形態において、パターン生成部材のすべての要素は、スリーブにより、手術器具の本体部に対して一時的に固定されている。パターン生成部材の要素には、投射器およびパターン光源と、任意選択としての電源および／または後述のパターン光源制御ユニット等の１つ、もしくは複数の制御要素とを含む。
【００５１】
一実施形態において、パターン生成部材の少なくとも投射器は、手術器具に対して完全に固定されており、パターン生成部材は、手術器具との一体化によって、統合手術器具アセンブリを構成しているのが好ましい。
【００５２】
一実施形態において、パターン光源および任意選択としてのバッテリを具備したパターン生成部材は、手術器具の本体に組み込まれている。
手術ツールと投射器との間の相関移動は、手術ツールの所与の移動が投射器の所与かつ所定の移動となるようにするのが好都合である。
【００５３】
原理上、手術器具としては、最小侵襲手術用の任意の種類の手術器具が可能である。本明細書において、用語「手術器具」は、照明または画像取得用の器具および類似の非侵襲器具に対して、実際の侵襲動作を行うための器具を表す場合に使用する。
【００５４】
一実施形態において、手術器具は、腹腔鏡手術器具、関節鏡手術器具および／または胸腔鏡手術器具、胃内視鏡手術器具、結腸内視鏡手術器具、喉頭鏡手術器具、気管支鏡手術器具、膀胱鏡手術器具、またはこれらの組み合わせである。
【００５５】
一実施形態において、手術器具は、剛性の本体部を有しており、手術器具の本体部は、把持部と手術ツールとの間に剛性の相互接続を提供するのが好都合である。たとえば、本体部は剛性であり、把持部から手術ツールまで延びた長さを有するのが好ましい。本体部は、その長さに沿って直線状であるのが好ましい。このような実質的に剛性の手術器具は、腹腔鏡手術器具、関節鏡手術器具、および／または胸腔鏡手術器具であるのが好都合である。
【００５６】
腹腔鏡手術器具は通例、腹部の最小侵襲手術に適用される。関節鏡手術器具は通例、関節またはその内側の最小侵襲手術に適用される。胸腔鏡手術器具は通例、胸部（心臓、肺、大血管）の最小侵襲手術に適用される。
【００５７】
一実施形態において、手術器具は、内視鏡と併せて使用する内視鏡手術器具であり、外科手術において、内視鏡のチャンネル中に配置される。このような手術器具は、胃検査、結腸検査、喉頭検査、気管支検査、および膀胱検査に特に適しており、柔軟性の本体部を有するのが好都合である。一実施形態において、手術器具の本体部は、把持部と手術ツールとの間に柔軟性の相互接続を提供する。
【００５８】
一般的に、最小侵襲手術用の手術器具は相対的に類似であるが、それぞれの目的、すなわち、腹腔鏡手術器具、関節鏡手術器具、および／または胸腔鏡手術器具のいずれであるかに関連して、サイズが異なる場合が多い。さらに、上記説明の通り、手術器具の本体部は、剛性であってもよいし、柔軟性であってもよい。
【００５９】
原理上、手術器具の本体部は、たとえば５ｃｍ等の数センチメートルからおよそ５０ｃｍ、ひいては最大およそ２００ｃｍまで、実施する手術に応じて如何なる長さも可能である。一般的に、柔軟性の手術器具は、剛性の手術器具よりも本体部が長くなる。本体部の長さは、把持部から手術ツールまでで決まる。一実施形態において、本体部の長さは、およそ３５ｃｍ〜およそ４０ｃｍである。
【００６０】
手術ツールは、手術対象部位において、外科的処置を行うように構成されているのが好都合である。一実施形態において、手術ツールは、グラスパ、縫合糸グラスパ、ステープラ、鉗子、解剖器具、ハサミ、吸引器具、クランプ器具、電極、キュレット、アブレータ、外科用メス、持針器、生検・開創器具、またはこれらの組み合わせから選択される。
【００６１】
このような手術ツールはすべて、当業者に良く知られているため、詳しい説明は行わない。手術ツールは、組織と直接接触して動作するように構成されているのが好都合である。このような器具は、非常に高い精度で制御する必要があるため、本発明は、近位方向の手術器具の制御および動作の改善に対して非常に有益に寄与することによって、高精度の最小侵襲手術を可能にしている。
【００６２】
原理上、パターン光源としては、所望のパターンを提供できる任意の種類の光源が可能である。光源は、コヒーレント光源であってもよいし、非コヒーレント光源であってもよい。
【００６３】
本明細書において、用語「コヒーレント光」は、レーザ光を表す場合に使用する。一方、「非コヒーレント光」には、そのコヒーレンス度に関わらず、任意の非レーザ光を含む。非コヒーレント光には、相対的に高いコヒーレンス度が好ましい場合が多い（部分的コヒーレント光と称する場合がある）。非コヒーレント光が十分に明るいパターンを提供する一方、非コヒーレント光源は一般的に、コヒーレント光よりもはるかに低いコストで得られるためである。
【００６４】
一実施形態において、パターン光源は、レーザダイオードおよび／またはＶＣＳＥＬ光源といった半導体光源等のコヒーレント光源である。
一実施形態において、パターン光源は、非コヒーレント光源であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体光源であるのが好ましい。
【００６５】
光パターンは、少なくとも１つのレーザおよびＬＥＤ、あるいはレーザまたはＬＥＤにより生成されるのが好都合である。レーザおよびＬＥＤ（発光ダイオード）は、はっきりとした光パターンを生成可能であり、パターンが遠隔視で増強されるように波長、ひいては色を選定可能であることから都合が良い。たとえば、光パターンは、モニタ上で明確に視認できるとともに増強されるようにする。
【００６６】
パターン光源は、相対的に狭い帯域幅を有することにより、狭帯域幅の明るい光を提供すると同時に、相対的に低い光エネルギーを放出するのが好都合である。これは、手術対象部位の望ましくない加熱を回避すると同時に、外科医の目が眩むリスクを低減するのに都合が良い。
【００６７】
一実施形態において、パターン光源は、１ｎｍ〜およそ４０ｎｍ等、最大およそ５０ｎｍの帯域幅（半値全幅−ＦＷＨＭ）を有する。パターン光源の狭帯域幅は、およそ１０ｎｍ以下等、およそ２５ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００６８】
一実施形態において、パターン光源は、およそ５３２ｎｍ等、およそ４５０ｎｍ〜およそ６００ｎｍの中心波長を有する。
一実施形態において、パターン光源は、６１０ｎｍ＜λ＜７６０ｎｍの範囲の赤色中心波長を有する。
【００６９】
一実施形態において、パターン光源は、５９０ｎｍ＜λ＜６１０ｎｍの範囲の橙色中心波長を有する。
一実施形態において、パターン光源は、５７０ｎｍ＜λ＜５９０ｎｍの範囲の黄色中心波長を有する。
【００７０】
一実施形態において、パターン光源は、５００ｎｍ＜λ＜５７０ｎｍの範囲の緑色中心波長を有する。
一実施形態において、パターン光源は、４５０ｎｍ＜λ＜５００ｎｍの範囲の青色中心波長を有する。
【００７１】
原理上、パターン光源は、可視光または非可視光の波長等、任意の波長を含み得る。非可視光の場合、光パターンは、問題の光波長を検出可能な検出器によって読み取られるように構成されている。検出器は、たとえばパターンを表示するモニタに接続されたコンピュータの一部および以下に詳述するロボットの一部のうちの一方または両方であってもよい。
【００７２】
一実施形態において、パターン光源は、およそ４００ｎｍ〜およそ９００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ４５０ｎｍ〜およそ７００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ５００ｎｍ〜およそ６５０ｎｍの範囲の波長を有する可視光を含む帯域幅を有する。
【００７３】
一実施形態において、パターン光源は、およそ９００ｎｍ超および／またはおよそ４５０ｎｍ未満の波長を有する光等の非可視光を含む帯域幅を有する。
一実施形態において、パターン生成部材は、等しい帯域幅または異なる帯域幅を有する２つ以上のパターン光源を備え、これら２つ以上のパターン光源は、投射器に対して動作可能に接続されているのが好ましい。
【００７４】
２つ以上のパターン光源は、互いに独立して動作可能である。すなわち、たとえば非手持ちユニットまたは手術器具のハンドルに組み込まれたユニットにより、独立してオン／オフ切り替え可能である。
【００７５】
一実施形態において、２つ以上のパターン光源は、別個の投射器に接続可能である。
一般的には、（１つまたは複数の）パターン光源がオン／オフ切り替え可能であり、任意選択として、パターン光源制御ユニットを用いることにより、波長および強度、あるいは波長または強度を修正可能であるのが望ましい。一実施形態において、パターン光源制御ユニットは、ペダルまたは音声作動式制御ユニット等の非手持ちユニットであるため、外科医は、光パターンを容易に制御可能である。一実施形態において、パターン光源制御ユニットは、外科医が容易に取り扱えるように、手術器具のハンドルに組み込まれている。
【００７６】
パターン光源は、視認可能なパターンを生成するのに十分でありながら、望ましくない量の加熱が生じるほどには高くないパターン出力パワーを与えるように構成されているのが好都合である。パターン光源は、およそ０．１〜およそ４ｍＷ、およそ０．５〜およそ１．５ｍＷ等、最大およそ５ｍＷのパターン出力パワーを与えるように構成されているのが好ましい。パターン出力パワーは、調整可能であるのが好ましい。また、パターン出力パワーは、投射器の出力パワーとして決まる。
【００７７】
パターン生成部材の投射器は、パターンを投射するように構成されている。パターン生
成部材の投射器は、位相光学素子、空間光変調器、高次回折レンズ、ホログラフィックレンズ、フレネルレンズ、および／またはコンピュータ制御光学素子を備えるのが好都合である。
【００７８】
位相光学素子は、回折光学素子（ＤＯＥ）であっても好都合である。
一実施形態において、位相光学素子は、周期的な強度分布を有する画像を生成可能である。
【００７９】
回折光学素子は、当技術分野においてよく知られており、たとえば、その光学的機能のための複雑なマイクロ構造を備えた表面を利用するようにしてもよい。マイクロ構造表面の起伏プロファイルは、２つ以上の表面レベルを有する。表面構造は、溶融石英等のガラス種のエッチングまたは種々ポリマー材料のエンボス加工による。また、回折光学素子は、レンズ、プリズム、または非球面等の屈折光学素子とほぼ同じ光学的機能を実現可能であるが、これらよりはるかに小さくて軽い。ＤＯＥは、レーザ用途に限定されない。ＬＥＤ等の光源からの部分的コヒーレント光は、変調も可能である。
【００８０】
一実施形態において、ＤＯＥは、特許文献４に記載されているようなものである（たとえば、特許文献４の図１の図示および段落［０１５］の説明のうちの一方または両方）。
一実施形態において、回折光学素子には、レンズの屈折力が光の波長に正比例する単一の回折次数を利用した従来の回折光学レンズ等の「高次回折」レンズを含む。
【００８１】
投射器には、所望のパターンを提供する任意の種類のビーム操作素子（たとえば、レンズ、ミラー、スプリッタ、フィルタ、および／またはコリメータ）を含んでいてもよい。
一実施形態において、投射器は、空間光変調器を備える。空間光変調器は、たとえばコンピュータ変調によって、パターンカバーの透明度を変調することにより、光パターンを変調するように構成されている。一実施形態において、空間光変調器は、パターン光源からの光の強度および位相の変調のうちの一方または両方によって、放出光パターンを変調するように構成されている。
【００８２】
所望の小切開部によって最小侵襲手術を行えるようにするため、一般的には、手術器具の本体部に取り付けるパターン生成部材の部分を相対的に小さくするのが望ましい。
パターン生成部材の投射器は、パターン生成部材が手術器具の本体部に固定され、本体部が直線位置にある場合の近位方向に垂直な最大拡張面積を有し、この最大拡張面積は、最大およそ２ｃｍ２、およそ０．０１〜およそ１ｃｍ２、およそ０．１〜およそ０．５ｃｍ２等、最大およそ４ｃｍ２であるのが好都合である。
【００８３】
手術器具の本体部にパターン生成部材全体を固定する場合、パターン生成部材全体は、パターン生成部材が手術器具の本体部に固定され、本体部が直線位置にある場合の近位方向に垂直な最大拡張面積を有し、この最大拡張面積は、最大およそ２ｃｍ２、およそ０．０１〜およそ１ｃｍ２、およそ０．１〜およそ０．５ｃｍ２等、最大およそ４ｃｍ２であるのが望ましい。
【００８４】
パターン光源は、投射器に対して動作可能に接続されて光を投射器に伝達する。原理上、この動作可能とする接続は、光ファイバ、１つもしくは複数のレンズ、ミラー、スプリッタ、コリメータ、増幅器、またはその他任意の適当な光学素子等、任意の種類の１つまたは複数の導波素子が可能である。
【００８５】
一実施形態においては、光源が体腔に挿入されるようには意図されておらず、動作可能とする接続（たとえば、少なくとも１つの光導波路）は、パターン光源から身体の切開部を通って投射器まで光を導くように構成されている。このように、光を体腔の外側で生成
し、光導波路を介して体腔に導いて手術野の領域に投射することができるため、体腔に挿入されるパターン生成部材の投射器は、相対的に小さくすることができる。パターン光源は、少なくとも１つの光導波路から取り外し可能であるのが好都合である。これにより、パターン光源が体腔に入らない場合は殺菌の必要がないため、手術器具の殺菌プロセスが簡略化される。一例においては、１つのパターン光源が１つの光導波路または複数の光導波路に接続されている。別の例においては、２つ以上のパターン光源が存在する。
【００８６】
一実施形態において、パターン光源は、たとえば使用に際して切開部に挿通する必要がないように、投射器に対してある距離で配置されるように構成されている。一実施形態において、パターン光源は、手術器具に対してある距離で位置決めされるように構成されたパターン光源ハウジングに組み込まれ、光ファイバを含む接続手段を介して投射器に接続されているのが好都合である。光ファイバは、ポリマーカバーにより保護されているのが好ましい。
【００８７】
一実施形態において、パターン光源は、手術器具のハンドルに接続または内蔵されている（または、そのように構成されている）。本実施形態においては、上述のパターン光源制御ユニットも、手術器具のハンドルに接続または内蔵されている（または、そのように構成されている）のが好都合である。
【００８８】
パターン生成部材は、電源に接続されているか、または接続されるように構成されている。一実施形態において、電源はバッテリである。
一実施形態において、パターン光源および任意選択としてのバッテリのうちの一方または両方が、手術器具の本体に内蔵または固定されている。パターン光源は、手術器具のハンドルに固定または内蔵され、バッテリは、手術器具の本体に内蔵または固定されているのが好都合であり、たとえば手術ツールよりもハンドルに近い手術器具の近位端の近傍であるのが好ましい。
【００８９】
一実施形態において、パターン光源およびバッテリは、手術時に外部（たとえば、上述の手術器具のハンドル中）に配置されるように構成されたパターン光源ハウジングに組み込まれている。
【００９０】
パターン光源およびバッテリがパターン光源ハウジングに組み込まれた一実施形態において、パターン光源ハウジングは、手術器具の本体に内蔵または固定され、たとえば手術ツールよりもハンドルに近い手術器具の近位端の近傍であるのが好ましい。
【００９１】
一実施形態において、パターン光源およびバッテリは、投射器とともにパターン光源ハウジングに組み込まれて、手術器具の本体部に取り付けられるように構成されたパターン生成部材を構成する。
【００９２】
一実施形態において、パターン光源および任意選択としてのパターン光源制御ユニットは、手術器具のハンドルに接続もしくは内蔵されるように構成されているか、または接続もしくは内蔵されており、パターン光源は、手術器具からある距離に配置された外部バッテリに接続されている。
【００９３】
一実施形態において、パターン光源および／または電源もしくは電力入力コネクタは、上述のようなスリーブを用いて、手術器具の本体に固定されている。本実施形態においては、投射器および任意選択としての制御ユニット等の他の要素についても、スリーブを用いて手術器具の本体に固定されているのが好ましい。
【００９４】
一実施形態において、上述の投射器パターン光源、１つまたは複数のバッテリの形態の
電源または電力入力コネクタ、投射器、および制御ユニットは、スリーブを用いて、手術器具の本体に固定されている。パターン光源、電源、投射器、および制御ユニットのうちの１つまたは複数（たとえば、すべて）は、手術器具の本体に対するスリーブの取り付けに先立って、当該スリーブに固定（一時的または完全に固定）することにより、要素を非常に簡単に組み立てて、使える状態の組み立て手術器具を提供するのが好都合である。パターン光源、電源、投射器、および／または制御ユニットは、たとえばスリーブのポケットに配置され、別の要素（スリーブに取り付けられた別の部品等）への接続による取り付けにより固定等がなされて、スリーブに対する機械的な取り付けによるスリーブの層間への配置により、スリーブの材料に全体または一部が組み込まれてスリーブに固定されているのが好ましい。一実施形態において、パターン光源、電源、投射器、および／または制御ユニットのうちの１つまたは複数の部品は、接着剤、溶接、ネジ、リベット、またはその他任意の適当な手段により、スリーブに対して機械的に取り付けられている。
【００９５】
一実施形態において、パターン光源およびバッテリは、投射器とともにパターン光源ハウジングに組み込まれてパターン生成部材を構成するとともに、パターン生成部材は、手術器具の本体に対するスリーブの取り付けに先立って、当該スリーブに固定（一時的または完全に固定）される。
【００９６】
一実施形態において、パターン生成部材は、両側９０°、好ましくは６０°を網羅する本体部の前の領域に光パターンを投射する。本体部の前は、本体部の長手軸に沿って把持部から（遠位方向に）離れており、好ましくは手術ツールの前として理解すべきである。
【００９７】
一実施形態において、パターン生成部材の投射器は、手術器具の本体部に固定された場合に、およそ１０°〜およそ６０°、およそ１５°〜およそ５０°等、長手軸に対しておよそ５°〜およそ８５°（ひいては最大９０°）の角度を有する複数の投射方向を含むパターンを放出するように構成されている。
【００９８】
パターン生成部材の投射器は、手術器具の本体部に固定された場合に、手術ツールの移動がパターンの相関変化となるように、当該パターンを放出するように構成されている。
パターンは、任意所望の形状を有していてもよい。パターンが１つまたは複数の同軸円から成る場合は、手術ツールの任意の非回転移動がパターンの相関変化となるのが好都合である。
【００９９】
パターンの変化は、たとえば形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つの変化であってもよい。
一実施形態において、投射器は、手術器具の本体部の長手軸を中心とする円周方向移動を手術器具が専ら行う場合にパターンが実質的に静止状態を維持するように、手術器具の本体部に固定されているか、または固定されるように構成されている。
【０１００】
一実施形態において、手術器具の本体部に固定された場合の投射器は、遠位方向に垂直な表面に投射された場合に最大１０回の回転対称であり、好ましくは最大８回の回転対称であるパターンを放出するように構成されている。
【０１０１】
完全な回転対称ではないが、最大１０回の回転対称であるこのようなパターンは、手術器具、特に、手術ツールの位置に関するより良い視覚情報をユーザに与える。たとえば、ユーザは、手術ツールの任意の捻れおよび各運動を高精度に視認可能である。
【０１０２】
一実施形態において、光パターンは、格子である。このため、光パターンは、手術器具の使用時に手術野の領域に投射される光格子である。たとえば、格子線の変化を用いることにより、投射表面等の体腔の輪郭および手術野の輪郭、あるいは投射表面等の体腔の輪
郭または手術野の輪郭を推定することができる。たとえば、手術器具が移動した場合の交差および／または平行格子線間の角度および距離の変化を用いることにより、手術器具の配向を決定することができる。
【０１０３】
本明細書において、「手術野」、「手術部位」、および「手術対象部位」という表現は、区別なく使用している。特定の状況においては、以下に説明する通り、手術部位が人工的な手術部位である。
【０１０４】
一実施形態において、光パターンは、複数の光ドットを含む。手術器具を移動させた場合、ドットの位置およびドット間の距離、あるいはドットの位置またはドット間の距離が変化するため、手術器具の位置および手術野の領域輪郭を推定する外科医の能力がさらに増強される。
【０１０５】
一実施形態において、手術器具の本体部に固定された投射器は、手術器具の本体部の長手軸に垂直な表面に投射された場合に複数の傾斜線を含むパターンを放出するように構成されている。このパターンは、１つまたは複数の組の平行線を含む格子等、格子状の線を含むのが好都合である。
【０１０６】
遠位方向に垂直な表面に投射された場合にパターンが傾斜線を有する場合は、たとえばこのような傾斜線の変化（線のうちの１つまたは複数の変形、線の角度の変化、および／または線間の距離の変化）によって、手術器具の傾斜を観察可能である。
【０１０７】
パターンは、手術中に手術ツールが組織と接触している場合であっても、手術ツールおよびその移動の良好な視覚を保証するのに十分な大きさであるのが好都合である。
一実施形態において、搭載状態の（すなわち、手術器具の本体部に固定された）投射器は、手術ツールのすぐ遠位かつ手術器具の本体部の長手軸に垂直な投射表面に投射された場合に、最大およそ６０ｃｍ、好ましくはおよそ１ｃｍ〜およそ２５ｃｍ等、少なくともおよそ０．５ｃｍのパターン彫刻円の直径として決定されたパターンビームサイズを有するパターンを放出するように構成されている。これにより、手術ツールが組織に接近、あるいは接触している場合であっても、パターンおよびパターンの変形によってユーザを導くことができる。
【０１０８】
投射表面までの距離が長いほど、投射表面に投射されたパターンが大きくなるのが好都合である。一実施形態においては、手術器具が手術ツールと投射表面との間の距離まで移動した場合に、パターンビームサイズが投射表面上で比例的に大きくなる。パターンビームサイズは、１ｃｍの距離にて、距離ゼロの場合よりも少なくともおよそ５％大きくなるのが好都合である。一実施形態において、パターンビームサイズは、１ｃｍの距離にて、最大２００％等、距離ゼロの場合よりも少なくともおよそ１０％大きくなる。
【０１０９】
また、本発明は、最小侵襲手術の実施または最小侵襲手術を行うトレーニングに適した手術システムを含む。
手術システムは、手術対象部位を照らす照明光源を備えた照明要素と、手術対象部位の画像を取得するカメラ要素と、取得した画像を表示するモニタと、少なくとも１つの手術器具アセンブリとを備える。
【０１１０】
手術器具アセンブリは、手術器具およびパターン生成部材を備える。手術器具は、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、把持部を手術ツールに接続する本体部とを備える。パターン生成部材は、パターン光源および投射器を備えており、パターン光源は、投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射する。パターン生成部材の少なくとも投射器は、手術ツールの移動が投射器の相関移動と
なるように、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定されている。
【０１１１】
一実施形態において、手術ツールの少なくとも任意の非回転移動は、投射器の相関移動となる。
手術器具アセンブリは、上述のような組み立て相関セットであるのが好都合である。
【０１１２】
カメラ要素としては、手術対象部位の画像を取得可能な任意の要素が可能である。一実施形態において、カメラ要素は、硬性内視鏡または軟性内視鏡等の内視鏡の形態である。このような硬性および軟性内視鏡は、当技術分野において良く知られており、従来技術のこのような任意の内視鏡が手術システムのカメラ要素を構成していてもよい。
【０１１３】
カメラ要素は、任意選択としてコンピュータおよびインターネット、あるいはコンピュータまたはインターネットを介して、たとえば無線または有線により、モニタに対して動作可能に接続されている。カメラ要素は、たとえば対物レンズと、対物レンズからの像をモニタに送るレンズ系であり、通常、硬性内視鏡の場合は中継レンズ系または軟性内視鏡（ファイバスコープ）の場合は一束の光ファイバとを備えていてもよい。
【０１１４】
照明要素としては、独立した照明要素も可能であるし、たとえば内視鏡のカメラ要素への組み込みも可能である。
一実施形態において、手術システムは、照明要素およびカメラ要素の両方を含む内視鏡を備える。内視鏡が照明要素（または、照明器具）およびカメラ要素の両方を含む場合、これらの部品は、内視鏡に組み込まれているのが好都合である。一実施形態において、内視鏡は、照明要素用のチャンネルを備えていてもよい。
【０１１５】
照明光源は通常、本体の外側であり、照明光は通常、光ファイバシステムを介して案内される。
一実施形態において、カメラ要素は、手術器具アセンブリ用のチャンネルを備えた内視鏡である。
【０１１６】
一実施形態において、照明要素は、照明器具と、当該照明器具に対して動作可能に接続された照明光源とを備え、照明光源は、照明器具に対してある距離で位置決めされるように構成されているのが好ましく、光ファイバを介して、照明器具に対して動作可能に接続されているのが好ましい。
【０１１７】
照明器具は、手術器具の手術ツールの位置に応じて位置を変えるように、手術器具に対して動作可能に接続されてはいない。
照明器具は、照明が放出される要素である。照明要素は、上述の通り、位相光学素子、空間光変調器、高次回折レンズ、ホログラフィックレンズ、フレネルレンズ、および／またはコンピュータ制御光学素子を備えた投射器等、照明光の投射器であってもよい。
【０１１８】
照明光としては、任意の種類の光（たとえば、従来技術の照明要素に用いられる照明光）が可能である。照明光源は、コヒーレント光源であってもよいし、非コヒーレント光源であってもよい。一実施形態において、照明光源は、ハロゲン光源、アーク光源、および／またはＬＥＤ光源である。
【０１１９】
一実施形態において、照明光源は、照明用キセノン源等のアーク光源である。
一実施形態において、照明光源は、ＶＣＳＥＬ光源およびスーパーコンティニウム光源から選択される。
【０１２０】
優れた照明光源は、高演色、高輝度、および可能な限り弱い紫外線および赤外線放射を
組み合わせたものである。
一般的に、照明光源は、良好な照明を提供するため、相対的に大きな帯域幅を有するのが望ましい。照明光源は、およそ４００ｎｍ〜およそ９００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ４５０ｎｍ〜およそ７００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ５００ｎｍ〜およそ６５０ｎｍの範囲の波長を有する可視光を含む帯域幅を有するのが好都合である。後述の通り、照明要素は、狭帯域幅の光で照らされた特定の組織を外科医が観察したい場合に、フィルタ（たとえば、オン／オフフィルタまたは調節可能なフィルタ）を備えていてもよい。
【０１２１】
照明光源は、およそ６０ｎｍ〜およそ８００ｎｍ以上等、少なくともおよそ５０ｎｍの帯域幅（半値全幅−ＦＷＨＭ）を有するのが好ましい。
照明光源およびパターン光源は、外科医またはコンピュータが光パターンの反射光を照明の反射光から区別できるように、互いに異なるのが好ましい。パターン光源は、照明光源の帯域幅よりも狭い帯域幅を有するのが好ましい。一実施形態において、パターン光源は、照明光源の帯域幅のおよそ半分以下の帯域幅を有する。一実施形態において、パターン光源は、照明光源の帯域幅の１／１０以下の帯域幅を有する。
【０１２２】
一実施形態において、パターン光源は、照明光の帯域幅より高パワーの波長を帯域幅に含むことにより、外科医またはコンピュータが光パターンの反射光を照明の反射光から区別できる。
【０１２３】
一実施形態において、パターン光源は、照明光源の帯域幅に含まれない波長を帯域幅に含む。パターン光源が５５０ｎｍを下回る波長を含み、照明光源が５５０ｎｍを下回る波長を含まないのが好ましい。
【０１２４】
一実施形態において、照明光源および照明器具、あるいは照明光源または照明器具は、調節可能な光学フィルタおよびオン／オフフィルタ等の光学フィルタのうちの一方または両方を備える。これにより、ユーザは、手術対象部位に放出された広帯域照明から狭帯域照明への切り替えによって、たとえば特定の光で特定の組織を観察することにより、欠陥を明らかにすることができる。
【０１２５】
一実施形態においては、光照射または光パターンの反射光の波長のデータが得られ、システムがこのデータを受信して、手術部位の組織の特性を決定するように構成されていてもよい。反射光を解析することにより、組織の特定の特性が決定されるようになっていてもよい。これは、たとえば組織の酸素レベルおよびその変化、ならびに組織の種類が可能である。たとえば、反射光を用いることにより、組織が一部を成す臓器の種類を決定して、外科医に臓器を示すとともに、これにより、関心領域に対して外科医を支援することができる。
【０１２６】
一実施形態において、手術システムは、マーキング器具およびマーキング光源を備えたマーキング要素をさらに備える。マーキング要素は、たとえばマーキング光パターン（たとえば、ドット状パターンまたは格子）による手術対象部位のマーキングに適用される。このようなマーキングパターンは、手術ツールの位置とは無関係であり、手術器具または手術器具の手術ツールの移動に対して相関的に変化するものではない。マーキングパターンは、手術中、実質的に静止状態に保たれる（または、単にオン／オフ切り替えできる）のが好ましい。マーキング器具は、たとえばマーキング光の投射器であり、たとえば内視鏡上に配置されている。
【０１２７】
マーキング光源は、パターン光源および照明光源とは異なるのが好都合であり、１ｎｍ〜およそ２０ｎｍ等、最大およそ５０ｎｍの帯域幅（半値全幅−ＦＷＨＭ）を有するのが好ましい。
【０１２８】
一実施形態において、マーキング光源は、特許文献３に記載の非可視光源のようなものである。
一実施形態において、マーキング光源は、可視光を含む。
【０１２９】
一実施形態において、マーキング要素は、特許文献２に記載の計測システムの投射器アセンブリのようなものである。
また、本発明は、最小侵襲手術を行うトレーニングに適したトレーニングキットを含む。
【０１３０】
このトレーニングキットは、上述のような手術システムと、人工的な手術部位と、当該人工的な手術部位のカバーとを備え、カバーが、手術器具アセンブリ用の１つまたは複数の貫通孔を備える。カバーは、たとえばスクリーン、プレート、カーテン、湾曲シールド、またはこれらの任意の組み合わせとして成形されていてもよい。
【０１３１】
カメラ要素は、人工的な手術部位の画像を取得するように構成されており、たとえば上述のようなものであってもよい。一実施形態において、カメラ要素は、人工的な手術部位に対向するカバーの面に固定されている。一実施形態において、カメラ要素は、１つまたは複数の貫通孔に挿通されるように構成されている。
【０１３２】
照明要素は、人工的な手術部位に向かって光を放出するように構成されており、たとえば上述のようなものであってもよい。一実施形態において、照明要素は、人工的な手術部位に対向するカバーの面に固定されている。一実施形態において、照明要素は、１つまたは複数の貫通孔に挿通されるように構成されている。
【０１３３】
任意選択として組み合わせ照明要素／カメラ要素の形態の上記照明要素およびカメラ要素は、カバーに固定されているのが好都合である。一実施形態において、任意選択として組み合わせ照明要素／カメラ要素の形態の上記照明要素およびカメラ要素は、近位端および遠位端を有しており、カメラ要素および照明要素は、その遠位端にカメラレンズおよび照明放出体を持ち、１つまたは複数の貫通孔は、手術器具およびカメラ要素／照明要素の遠位端を挿通可能なように構成されている。
【０１３４】
カメラ要素は、手術器具の手術ツールの動きを監視するようにプログラムされたコンピュータと（無線または有線により）データ接続されているのが好都合である。コンピュータは、時間の関数として光パターンの形状およびサイズを監視するとともに、これに基づいて、手術ツールの動きを決定するようにプログラムされているのが好ましい。さらに、コンピュータは、ユーザの能力を評価するようにプログラムされているのが好都合である。
【０１３５】
用語「コンピュータ」は、任意の種類のコンピュータまたはコンピュータシステムを意味する場合に使用する。コンピュータは、たとえば単一のコンピュータであってもよいし、データ接続した２つ以上のコンピュータであってもよい。
【０１３６】
たとえば狭帯域ＵＶまたはＩＲを放出するマーキング要素も手術システムが備える場合、この生成されたマーキングパターンは、たとえばコンピュータが手術ツールの位置および動きを決定するための基準格子を提供するようにしてもよい。
【０１３７】
また、本発明は、最小侵襲手術を行うトレーニング方法であり、最小侵襲手術用の手術器具の取り扱いのトレーニングを含む。
このトレーニング方法は、
手術器具アセンブリを用意する工程であり、手術器具アセンブリが、手術器具およびパターン生成部材を備え、手術器具が、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、把持部を手術ツールに接続する本体部とを備え、パターン生成部材が、パターン光源および投射器を備えており、パターン光源が、投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射し、パターン生成部材の少なくとも投射器が、手術ツールの移動が投射器の相関移動となるように、手術器具の本体部に対して少なくとも一時的に固定された工程と、
複数のトレーニングステップを行う工程であり、各ステップが、遠位端が手術対象部位または人工的な手術部位等のトレーニング表面を指す状態で手術器具を配置することと、トレーニング表面から光パターンが反射されるように、投射器から光パターンを放出することと、手術器具を移動させることと、光パターンの対応する変化を観察することを含む工程とを含む。
【０１３８】
一実施形態において、投射光パターンは、形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つのを変化可能に構成されている。そして、外科医は、光パターンが手術領域上で最適な形状、長さ、および／または位置を有することにより、間接視に基づいて手術器具の動きを調整する能力をさらに増強させることが確実にできる。一例において、光パターンの色は、手術野の特定の物体が手術野の他の物体との関連で、より鮮明な出現およびより高いコントラスト、あるいはより鮮明な出現またはより高いコントラストでの出現となるように選定される。これにより、手術野の物体（たとえば、外科手術の対象である臓器）を強調することができる。
【０１３９】
一実施形態において、このトレーニング方法は、空洞を用意する工程と、空洞の領域を間接視するシステムを用意する工程と、手術器具アセンブリの手術ツールおよび本体部の少なくとも一部を空洞に挿入する工程と、間接視用システムにより視認可能な光パターンを空洞の壁に投射する工程と、器具を移動させる工程と、間接視用システムによって、光パターンの相関変化を観察する工程を含む。
【０１４０】
一実施形態においては、光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つ、および／またはこれらの変化に関するデータが得られ、コンピュータがこのデータを受信して、手術ツールの位置を決定するようにプログラムされている。ツールの位置は、外科医に転送されるのが好都合である。手術ツールの位置は、たとえば手術ツールと手術対象部位または人工的な手術部位等のトレーニング表面との間の距離の情報を含み得る。この距離は、たとえば距離（ｍｍ）として、遠隔視用のモニタ上に提示可能である。この距離は、手術ツールと体腔中の別の物体との間の任意の距離に付与可能である。
【０１４１】
これにより、空洞内の手術器具の一部の遠隔視に基づいて、手術器具アセンブリの取り扱いをトレーニング可能である。このトレーニング方法を用いることにより、手術器具アセンブリの取り扱いによって、間接視により得られた情報を器具の位置および空洞の内部輪郭の空間的理解に変換する能力が増強されることになる。こうして、遠隔視による観察の場合の視覚と運動系との正しい結び付け（視覚と手の協調）を図る能力がトレーニングされることになる。
【０１４２】
一実施形態において、この方法は、手術ツールの位置および光パターンの変化、あるいは手術ツールの位置または光パターンの変化のデータが取得されてコンピュータに転送されるように構成されており、コンピュータは、位置および光パターンの変化、あるいは位置または光パターンの変化のデータの評価に基づいて、手術器具のオペレータの能力を決定するように構成されている。
【０１４３】
トレーニングしている外科医は、トレーニング中に手術器具アセンブリを移動させて、
与えられたタスクを実行するのが好都合である。遠隔視と（たとえば、腹腔鏡を介して）結び付られたコンピュータによって、光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つ、および／またはこれらの変化が記録された場合は、手術器具アセンブリを取り扱う外科医の能力を決定可能である。たとえば、光パターンが繰り返し変化する場合は、手術器具の同じ動きをオペレータが複数回行っていることを示しており、このため、特定のタスク（たとえば、器具の整列によって人工的な手術部位の特定のアイテムをつかむこと）を行うのが困難となり得る。このように、コンピュータは言わば、光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つ、および／またはこれらの変化のデータに基づいて、トレーニング期間の外科医の能力を評価することができる。上述の特徴は、外科手術中の外科医の能力を評価するライブ手術においても使用可能であることが了解されるものとする。
【０１４４】
一実施形態において、このトレーニング方法は、手術ツールをトレーニング表面に対して前後に移動させるとともに、光パターンの対応する変化を観察する少なくとも１つのトレーニングステップを含む。
【０１４５】
一実施形態において、このトレーニング方法は、トレーニング表面に対する捻りおよび傾斜、あるいは捻りまたは傾斜によって手術ツールを移動させるとともに、光パターンの対応する変化を観察する少なくとも１つのトレーニングステップを含む。
【０１４６】
手術器具アセンブリは、上述のような手術システムの一部およびトレーニングキットの一部、あるいは上述のような手術システムの一部またはトレーニングキットの一部であるのが好都合である。
【０１４７】
一実施形態において、このトレーニング方法は、人工的な手術部位に向かって、カメラ要素および照明要素の遠位端をカバーの１つまたは複数の孔に挿通する工程と、照明要素によって人工的な手術部位を照らす工程と、カメラ要素によって人工的な手術部位の画像を取得するとともに、取得した画像をモニタに送信して表示する工程と、手術器具の手術ツールをカバーの孔に挿通するとともに、人工的な手術部位に向かって光パターンを放出する工程と、手術対象部位または人工的な手術部位等のトレーニング表面に対して手術器具を移動させるとともに、モニタ上に画像化された光パターンおよび手術器具の各移動に対応する変化を観察する工程を含む。
【０１４８】
一実施形態において、この方法は、時間の関数として光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つ、および／またはこれらの変化を監視するとともに、これに基づいて、手術ツールの一連の動きを決定し、トレーニング者の能力を評価することによって、当該能力を評価する工程をさらに含む。この能力は、予め設定された一連の動きに対する手術器具の動きのベンチマーキングによって評価されるのが好都合である。
【０１４９】
また、本発明は、患者の皮膚領域下側の内部身体構造における手術対象部位の最小侵襲手術を行う方法を含む。この手術方法は、皮膚領域を通る切開部の提供を含む手術対象部位へのアクセスを行う工程と、手術対象部位を照らす照明要素、手術対象部位の画像を取得するカメラ要素、および少なくとも１つの手術器具アセンブリを切開部に挿通する工程を含む。カメラ要素は、取得した画像を表示するモニタに対して動作可能に結合されている。腹腔鏡手術器具アセンブリは、手術ツールを有する手術器具と、パターン光源および光パターンを投射する投射器を有するパターン生成部材とを備えており、投射器は、手術ツールの移動がパターン光源のパターンの変化となるように、手術ツールと相関があり、この方法は、モニタ上の取得画像による光パターンの視覚化に少なくとも部分的に基づいて、手術器具を取り扱う工程を含む。
【０１５０】
手術器具アセンブリは、上述のような手術システムの一部およびトレーニングキットの一部、あるいは上述のような手術システムの一部またはトレーニングキットの一部であるのが好都合である。
【０１５１】
範囲および好ましい範囲を含む本発明のすべての特徴は、このような特徴を組み合わせるべきではないという具体的な理由がなければ、本発明の範囲において、種々組み合わせ可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】組み立てられた一式の手術器具およびパターン生成部材を備えた手術器具アセンブリの一実施形態の模式図である。
【図２】組み立てられた一式の手術器具およびパターン生成部材を備えた手術器具アセンブリの一実施形態の本体部の模式図である。
【図３】組み立てられた一式の手術器具およびパターン生成部材を備えた手術器具アセンブリの一実施形態の本体部の模式図である。
【図４】組み立てられた一式の手術器具およびパターン生成部材を備えた手術器具アセンブリの一実施形態により生成された光パターンの模式図である。
【図５】組み立てられた一式の手術器具およびパターン生成部材を備えた手術器具アセンブリの一実施形態により生成された光パターンの模式図である。
【図６】手術器具アセンブリの一実施形態による投射光パターンの模式図である。
【図７】手術器具と、投射器からある距離に配置されたパターン生成部材とを備えた本発明の一実施形態の相関セットを示した図である。
【図８】手術システムと、人工的な手術部位と、当該人工的な手術部位のカバーとを備えた本発明の一実施形態のトレーニングキットを示した図である。
【図９】最小侵襲手術において使用している手術システムを示した図である。
【図１０】手術器具およびパターン生成部材を備えた本発明の一実施形態の別の相関セットを示した図である。
【図１１】手術器具およびパターン生成部材を備えた本発明の一実施形態のさらに別の相関セットを示した図である。図面は、模式的であり、縮尺通りには描写していない。図１は、手術器具アセンブリ１（この場合は、腹腔鏡手術器具）を開示している。手術器具アセンブリ１は、把持部２および手術ツール４（この場合は、鉗子）を備えた本体部３を有する手術器具を備える。本体部は、手術器具の近位端に配置された把持部２と手術器具の遠位端に配置された手術ツール４とを相互接続している。また、本体部は、遠位／近位方向に配置されている。
【発明を実施するための形態】
【０１５３】
以下、好適な一実施形態に関連して、図面を参照しつつ、本発明をより詳しく説明する。
別の実施形態において、手術ツール４としては、たとえばハサミまたは上述のような別の手術ツールも可能である。外科医は、把持部２を保持して、このように手術器具アセンブリを制御可能であり、把持部の押圧または操作によって、鉗子を制御可能である。
【０１５４】
手術器具アセンブリ１は、パターン光源６および光を投射器８（発光部）に導く光ファイバ７を含むパターン生成部材５をさらに備え、投射器８においては、光ファイバ７が終端するとともに、光が所望のパターンで投射される。パターン光源６は、手術器具の把持部２に配置または内蔵されているため、手術中に体腔に挿入されることはない。一実施形態において、パターン光源６は、同じく把持部２に配置または内蔵されたバッテリに接続されている。一実施形態において、パターン光源６は、手術器具アセンブリからある距離に配置された外部バッテリであるバッテリ等の外部電源に接続されている。
【０１５５】
投射器８は、球状の外面形状を有するのが好都合であり、複数の傾斜線および平行線、あるいは複数の傾斜線または平行線を含む光パターンを放出するように構成されている。一実施形態において、投射器８は、たとえば球状の形状を有しており、球状の外面を有する光パターンを放出するように成形され、この光パターンは、ミラーボールにより生成された光パターンに似た光パターンを形成する。また、このミラーボールに似たパターンは、たとえば３６０°のパターンではなく、好ましくはパターンの９０°の部分のみおよび／または本体部３の軸に対して３〜８５°の角度等、通常のミラーボールパターンの一部のみであるのが好ましいことが理解される。
【０１５６】
この光パターンによって、手術器具アセンブリ１のユーザは、表面（たとえば、光パターンを投射する手術部位）に対する手術器具アセンブリ１ひいては手術ツール４の位置および動きを推定可能である。
【０１５７】
光源６において生成される光は、上記説明の通り、１つもしくは複数のＬＥＤおよびレーザ、あるいはＬＥＤもしくはレーザまたはこれらの組み合わせにより生成されるようになっていてもよい。
【０１５８】
一部（すなわち、図１に示す手術器具アセンブリ１の本体部３の遠位端）は、小切開部を介して、患者の体腔に挿入されるように構成されている。そして、外科医は、把持部２を自身の手でつかんで、外科手術を行う。また、外科手術を行う手術野を外科医が視認できるように、図示しない内視鏡（たとえば、腹腔鏡）が体腔に挿入されるようになっていてもよい。内視鏡は、外科医が手術中にモニタを介して手術野および手術ツール４を視認できるように、照明器具およびカメラ要素（たとえば、ビデオカメラ）を備え得る。パターン生成部材５の投射器８は、手術ツール４と併せて体腔に挿入される。そして、投射器８は、光パターンを手術野に投射することになる。光パターンは、手術野の位置および輪郭を外科医が捉えるのに役立つ。光パターンは、モニタの観察に基づく手術領域の視覚（２次元）と体腔内を移動する手術ツールの制御に用いられる運動系（３次元）とを外科医が結び付けるのに役立つ。
【０１５９】
パターン生成部材５またはその部品は、任意選択として取り外し可能なクリップ式の機器としての構成および本体部３への完全な取り付けのうちの一方または両方が可能である。一実施形態において、パターン生成部材５は、全体が本体部３に取り付けられ、体腔に挿入されるように構成されている。
【０１６０】
図２は、手術器具アセンブリ１１の本体部１３を示している。本体部１３は、手術器具アセンブリ１１の図示しないハンドルにより操作可能な鉗子の形態の手術ツール１４を有する。本体部１３上には、手術器具１の前に点線で示す角度で光を放出する１つまたは複数の投射器１６を備えたパターン生成部材１５が見られる。本実施形態において、パターン生成部材１５は、ドット状の光パターンを生成する光線を放出する複数の投射器６を有する。投射器１６は、パターン生成部材１５の１つまたは複数のパターン光源に対して光学的に接続されていてもよい。１つまたは複数の投射器を所望の角度で配置することにより、手術器具の移動と投射パターンの変化との相関を制御可能である。
【０１６１】
図３は、手術器具２１の本体部２３に搭載されたパターン生成部材２５の別の実施形態を示している。パターン生成部材２５は、円筒形状を有し、光パターンを形成する光線を放出する複数の発光領域２６を備えた投射器２８を備える。発光領域２６は、何列にも配置され、投射器２８上で一様に分布している。投射器２８の発光領域２６は、図示しない同じパターン光源または異なるパターン光源から光を放出するようにしてもよい。発光領域２６からの光線は、手術ツール２４に最も近い光線が手術ツール２４から離れた光線よりも小さな角度で投射されるように、本体部２３の軸に対して傾斜している。このように
、光パターンは、所望の大面積を網羅することができる。
【０１６２】
光源は、光の衝突による視認の阻害を防止するため、腹腔鏡の方向に光が実質的に投射されないように構成されていてもよい。これは、たとえば内視鏡に対向する光のオフまたはブロックによって実現可能である。また、腹腔鏡に光が対向しないように手術器具を構成することによっても実現可能である。
【０１６３】
図４は、本発明に係る、手術器具およびパターン生成要素の相関セットから組み立てた手術器具アセンブリ３１の一実施形態により生成された光パターン３９を示した図であって、手術器具アセンブリ３１は、模式的に示している。光パターン３９は、説明を目的として、左上隅部に隆起部３０を有するボード３７上に投射された状態の格子を形成している。格子によって、隆起部の輪郭が目立つため、視認性が向上していることが分かる。このように、光パターンを手術野に投射するパターン生成部材を備えた手術器具３１を用いることによって、手術野の３次元輪郭の視覚を改善可能である。言い換えると、オペレータは、手術野の２次元視に基づいて、手術野の３次元輪郭を推定することができる。
【０１６４】
図５は、ボード４７上の光パターン４０の模式図であって、パターン４９は、手術器具アセンブリ４１により生成されたものである。光パターン４０は、手術器具アセンブリ４１の投射器４８から投射された複数のドットを含む。図４に示す光パターンの場合と同様に、オペレータは、投射表面の変動として光パターンの変動を捉えること、およびパターン４０の相関変化として手術器具アセンブリ４１の移動を捉えることのうちの一方または両方が可能である。
【０１６５】
光パターン４０（または、図４に例示の３０）は、手術器具の位置に応じて形状が変化することになる。たとえば、図４において、手術器具アセンブリ３１を回転させると、パターン３０の線が平行ではなくなる。また、線間の距離は、手術器具をボード３７に近づけると短くなり、手術器具をボード３７から遠ざけると長くなる。このように、オペレータは、幾何学的な光パターンに基づいて、表面（たとえば、光パターンを投射する手術部位）に関する手術ツールの位置および配向を推定することができる。
【０１６６】
図６は、手術ツール５４およびパターン生成部材５５を備えた手術器具アセンブリ５１の一実施形態の本体部５３を示している。この図は、一実施形態において、本体部５３の軸に対して３０°〜６５°の角度で光パターンを投射可能な投射器５８をパターン生成部材５５が有することを示している。本体部５３の軸に対して、角度αが３０°、角度βが６５°である。光パターンは、手術器具の前に投射され、パターンを投射する表面に対して遠位方向が垂直な状態で器具が保持された場合、器具の直前の実質的に円形の領域を投射光パターンが網羅するように、円筒形状とすることができる。光パターンの角度としては、任意の角度が可能であり、手術器具の特定の用途に依存することが了解されるものとする。
【０１６７】
図７に示す手術器具アセンブリは、手術器具およびパターン生成部材を含む相関セットを備える。手術器具は、その近位端に把持部６２と、その遠位端に手術ツール６４と、把持部６２を手術ツール６４に接続する本体部６３とを備える。パターン生成部材は、パターン光源６６および投射器６８を備える。パターン光源６６は、パターン光源制御ユニット６９により、投射器６８に対して動作可能に接続されている。パターン光源６６は、たとえばパターン光源６６を調整する１つまたは複数のボタン６６’を備える。図示の実施形態において、パターン光源制御ユニット６９は、たとえば床上の手術器具からある距離において、外科医が操作可能な操作ボタン６９’を備えたペダルの形態で配置されている。パターン光源６６は、光ファイバ６７ｂを介してパターン光源制御ユニット６９に接続されており、パターン光源制御ユニット６９は、光ファイバ６７ａを介して投射器６８に
接続されている。投射器６８は、手術ツール６４の移動が投射器６８の相関移動となるように、手術器具の本体部６３に対して少なくとも一時的に固定されている。また、投射器６８は、上述の通り、光パターンＰを放出している。投射器６８は、手術器具の本体部６３を囲むスリーブ６３ａにより、手術器具の本体部６３に固定されている。スリーブは同時に、光ファイバ６７ａを保持および保護している。
【０１６８】
別の実施形態において、パターン光源制御ユニット６９は、ハンドル６２に搭載または一体化されている。
図８に示すトレーニングキットは、手術システムと、人工的な手術部位７３と、当該人工的な手術部位のカバー７６とを備える。カバー７６は、後面７５と、人工的な手術部位７３に対向する図示しない反対側の前面とを有する。手術システムは、カバー７６の前面に配置されて人工的な手術部位を照らす図示しない照明要素と、同じくカバー７６の前面に配置されて人工的な手術部位７３の画像を取得する図示しないカメラ要素とを備える。手術システムは、取得した画像を表示するモニタ７７と、たとえば図７に示すような少なくとも１つの手術器具アセンブリ７１とをさらに備える。モニタ７７は、ワイヤ７７ａを介してカメラ要素に接続されている。カバー７６は、手術器具アセンブリ７１用の貫通孔７５ａを備える。貫通孔７５ａは、手術器具アセンブリ７１を弾性的に封止する弾性材料の外周縁７５ｃを含む。カバー７６は、手術システムの別の手術器具７２用の別の貫通孔７５ｂを備える。貫通孔７５ｂも同様に、手術器具アセンブリ７２を弾性的に封止する弾性材料の外周縁７５ｄを含む。
【０１６９】
照明要素は、広帯域幅の光で人工的な手術部位を照らしている。手術システムは、たとえば照明要素と一体化された図示しないマーキング要素をさらに備える。マーキング要素は、静止して手術部位のマーキングに用いられるとともに、たとえば基準パターンとして用いられるマーキングパターン７９を生成する。マーキングパターンは、たとえば人間の目に見えない狭帯域幅の光パターンであるのが好ましい。マーキングパターンは、外科医がオン／オフ切り替えできるのが好都合である。
【０１７０】
上述の通り、投射器６８は、手術器具アセンブリ７１の場合に変化するパターン７０を生成する。
カメラ要素は、たとえばモニタ７７と一体化されたコンピュータに接続されており、コンピュータは、手術器具アセンブリ７１の手術ツール６４の動きを監視するようにプログラムされているのが好都合である。
【０１７１】
図９に示す手術システムは、内視鏡８８に組み込まれた照明要素およびカメラ要素を備える。内視鏡は、マーキング要素をさらに備えていてもよい。また、内視鏡８８は、手術対象部位８３を照らす照明光源を備える。照明光源は、たとえば内視鏡に組み込まれていてもよいし、内視鏡８８の外部に配置されていてもよい。内視鏡８８のカメラ要素は、手術対象部位８３の画像を取得するように構成されている。
【０１７２】
手術システムは、ワイヤ８７ａによって内視鏡に接続されたモニタ８７をさらに備える。あるいは、モニタ８７と内視鏡とは、無線接続されている。モニタ８７は、内視鏡８８が取得した画像を表示するように構成されている。モニタは、画像を解析するコンピュータをさらに備えていてもよい。手術システムは、たとえば図７に示すような手術器具アセンブリ８１をさらに備える。内視鏡８８および手術器具アセンブリ８１は、それぞれの遠位端が患者の皮膚８６の切開部に挿通された状態で配置されている。患者の皮膚８６の下側には、たとえば腸Ｉを含む手術対象部位８３となる内部身体構造が形成されている。手術器具アセンブリ８１は、投射器６８が光パターン８０を手術対象部位８３に生成することによって、手術ツール６４の移動が投射器６８の相関移動になるとともに、これによって、パターンが相関的に変化するように構成されている。外科医は、モニタ８７上のパターン８０の変化を観察することにより、最小侵襲手術中に手術器具アセンブリ８１を取り扱うための非常に良好な空間的視覚を得ることができる。
【０１７３】
図１０に示す手術器具アセンブリは、図７の手術器具アセンブリの変形例であって、手術器具およびパターン生成部材を含む相関セットを備える。手術器具は、その近位端に把持部６２と、その遠位端に手術ツール６４と、把持部６２を手術ツール６４に接続する本体部６３とを備える。パターン生成部材は、ハウジング９０に組み込まれたパターン光源を備える。ハウジング９０は、直接または手術器具の本体部６３を囲むスリーブ６３ａへの取り付けによって、本体部６３に搭載されている。投射器６８は、スリーブ６３ａによって、手術器具の本体部６３に固定されている。また、投射器６８は、上述の通り、たとえばスリーブに取り付けられている。スリーブは同時に、パターン生成部材を投射器６８に接続して光を供給する図示しない光ファイバを保持および保護している。また、投射器６８は、上述の通り、光パターンＰを放出している。
【０１７４】
ハウジング９０のパターン光源は、プラグ９０ａを介して電源に接続されている。図示の実施形態において、電源はバッテリケーシング９１の形態であり、電力を供給する導電ワイヤ９７ａを介して、パターン光源に接続されている。バッテリケーシング９１は、オン／オフボタン９１’を備える。外科医は、手術器具アセンブリの使用中（トレーニングまたは手術中）にこのオン／オフボタン９１’を使用するようにしてもよいが、安全およびバッテリケーシング９１の保護のため、オン／オフボタン９１’は、手術の開始時および終了時にのみ使用するのが好ましい。したがって、手術器具アセンブリは、たとえば床上の手術器具からある距離において、使用時に外科医が操作して電力ひいては光パターンのオン／オフ切り替えを行える操作ボタン９２’を備えたペダルの形態で配置された付加的な制御電源制御ユニット９２を備える。この付加的な制御電源制御ユニット９２は、たとえば図示のように、ワイヤ９７ｂを介してバッテリケーシング９１に接続されることにより、任意の方法で電源に対して動作可能に接続されて、これを制御することができる。ハウジング９０は、たとえば強度、波長等に関してパターン光源を調整する図示しない付加的な手段を備えていても好ましい。
【０１７５】
図１１に示す手術器具アセンブリは、図１０の手術器具アセンブリの変形例であり、ハウジング９０に関する記述と同様に本体６３に搭載されたハウジング９９に対して、電源および好ましくは制御ユニットとともにパターン生成部材が組み込まれている点において、図１０の実施形態とは異なる。本実施形態においては、図示しないオン／オフボタンが配置されて、使用中に手動で操作されるのが望ましい。  
【０１７６】
（実施態様１）手術器具およびパターン生成部材を備えた最小侵襲手術用の相関セットであり、前記手術器具が、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、前記把持部を前記手術ツールに接続する本体部とを備え、前記パターン生成部材が、パターン光源および投射器を備えた、相関セットであって、前記パターン光源が、前記投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射し、前記パターン生成部材の少なくとも前記投射器が、前記手術ツールの移動が前記投射器の相関移動となるように、好ましくは、前記手術ツールの任意の非回転移動が前記投射器の相関移動となるように、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定されるように構成された、相関セット。
（実施態様２）前記パターン生成部材が、前記手術器具から取り外し可能であり、好ましくは、前記パターン生成部材の少なくとも前記投射器が、クリックロック、スリーブロック、スクリューロック、ターンロック、ウェッジロック、またはこれらの組み合わせにより、前記手術器具に対して一時的に固定されるように構成された、実施態様１に記載の相関セット。
（実施態様３）前記パターン生成部材の少なくとも前記投射器が、前記手術器具に対して完全に固定されており、好ましくは、前記パターン生成部材が、前記手術器具と一体化されて、統合手術器具アセンブリを構成した、実施態様１に記載の相関セット。
（実施態様４）前記手術器具が、腹腔鏡手術器具、関節鏡手術器具、胸腔鏡手術器具、胃内視鏡手術器具、結腸内視鏡手術器具、喉頭鏡手術器具、気管支鏡手術器具、膀胱鏡手術器具、またはこれらの組み合わせである、実施態様１〜３のいずれか一項に記載の相関セット。
【０１７７】
（実施態様５）前記手術器具の前記本体部が、前記把持部と前記手術ツールとの間に剛性の相互接続を提供しており、好ましくは、前記本体部が剛性であり、前記本体部が、好ましくは前記把持部から前記手術ツールまで延びた長さを有し、前記本体部が、好ましくはその長さに沿って直線状である、実施態様１〜４のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様６）前記手術器具の前記本体部が、前記把持部と前記手術ツールとの間に柔軟性の相互接続を提供しており、好ましくは、前記本体部が柔軟性であり、前記本体部が、好ましくは前記把持部から前記手術ツールまで延びた最大およそ２００ｃｍの長さを有する、実施態様１〜５のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様７）前記手術ツールが、手術対象部位の外科的処置を行うように構成されており、前記手術ツールが、好ましくはグラスパ、縫合糸グラスパ、ステープラ、鉗子、解剖器具、ハサミ、吸引器具、クランプ器具、電極、キュレット、アブレータ、外科用メス、生検・開創器具、またはこれらの組み合わせから選択される、実施態様１〜６のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様８）前記パターン光源が、コヒーレント光源であり、好ましくは、前記パターン光源が、レーザダイオードおよびＶＣＳＥＬ光源等、あるいはレーザダイオードまたはＶＣＳＥＬ光源等の半導体光源である、実施態様１〜７のいずれか一項に記載の相関セット。
【０１７８】
（実施態様９）前記パターン光源が、非コヒーレント光源であり、好ましくは、前記パターン光源が、発光ダイオード等の半導体光源である、実施態様１〜８のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１０）前記パターン光源が、およそ４００ｎｍ〜およそ９００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ４５０ｎｍ〜およそ７００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ５００ｎｍ〜およそ６５０ｎｍの範囲の波長を有する可視光を含む帯域幅を有する、実施態様１〜９のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１１）前記パターン光源が、およそ９００ｎｍ超および／またはおよそ４５０ｎｍ未満の波長を有する光等の非可視光を含む帯域幅を有する、実施態様１〜１０のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１２）前記パターン光源が、１ｎｍ〜およそ４０ｎｍ等、最大およそ５０ｎｍの帯域幅（半値全幅−ＦＷＨＭ）を有する、実施態様１〜１１のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１３）パターン生成部材が、等しい帯域幅または異なる帯域幅を有する２つ以上のパターン光源を備え、前記２つ以上のパターン光源が、好ましくは前記投射器に対して動作可能に接続された、実施態様１〜１２のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１４）前記パターン生成部材の前記投射器が、位相光学素子、空間光変調器、高次回折レンズ、ホログラフィックレンズ、フレネルレンズ、および／またはコンピュータ制御光学素子を備えた、実施態様１〜１３のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１５）前記パターン生成部材の前記投射器が、前記パターン生成部材が前記手術器具の前記本体部に固定され、前記本体部が直線位置にある場合の近位方向に垂直な最大拡張面積を有し、前記最大拡張面積が、最大およそ２ｃｍ２、およそ０．０１〜およそ１ｃｍ２、およそ０．１〜およそ０．５ｃｍ２等、最大およそ４ｃｍ２である、実施態様１〜１４のいずれか一項に記載の相関セット。
【０１７９】
（実施態様１６）前記パターン光源が、前記投射器に対して動作可能に接続されて光を前記投射器に伝達し、前記動作可能とする接続が、少なくとも１つの光ファイバを含む、実施態様１〜１５のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１７）前記パターン光源が、前記投射器に対してある距離で配置されるように構成されており、前記パターン光源が、好ましくは前記手術器具に対してある距離で位置決めされるように構成されたパターン光源ハウジングに組み込まれ、有利には光ファイバを含む接続手段を介して前記投射器に接続されており、好ましくは、前記光ファイバが、ポリマーカバーにより保護された、実施態様１〜１６のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１８）前記パターン生成部材が、前記パターン光源用のバッテリを備えた、実施態様１〜１７のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様１９）前記パターン生成部材の前記投射器が、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定されるとともに、およそ１０°〜およそ６０°、およそ１５°〜およそ５０°等、遠位方向に対しておよそ５°〜およそ８５°の角度を有する複数の投射方向を含むパターンを放出するように構成された、実施態様１〜１８のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様２０）前記パターン生成部材の前記投射器が、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定されるとともに、前記手術ツールの移動が相関変化となるパターンを放出するように構成された、実施態様１〜１９のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様２１）前記パターン生成部材の前記投射器が、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定されるとともに、前記手術ツールの任意の非回転移動が相関変化となるパターンを放出するように構成された、実施態様１〜２０のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様２２）前記パターン生成部材の前記投射器が、遠位方向に垂直な表面に投射された場合に最大１０回の回転対称であり、好ましくは最大８回の回転対称であるパターンを放出するように構成された、実施態様１〜２１のいずれか一項に記載の相関セット。
【０１８０】
（実施態様２３）前記パターン生成部材の前記投射器が、遠位方向に垂直な表面に投射された場合に複数の傾斜線を含んでおり、好ましくは任意選択として実質的に平行な線を含む格子状の線を含むパターンを放出するように構成された、実施態様１〜２２のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様２４）搭載状態の前記投射器が、前記手術ツールのすぐ遠位かつ遠位方向に垂直な表面に投射された場合に、最大およそ６０ｃｍ、好ましくはおよそ１ｃｍ〜およそ２５ｃｍ等、少なくともおよそ０．５ｃｍのパターン彫刻円の直径として決定されたパターンビームサイズを有するパターンを放出するように構成された、実施態様１〜２３のいずれか一項に記載の相関セット。
（実施態様２５）前記手術器具が前記手術ツールと投射表面との間の距離まで移動した場合、好ましくは１ｃｍの距離にて、距離ゼロの場合よりも、前記パターンビームサイズが少なくともおよそ５％大きくなるように、前記パターンビームサイズが比例的に大きくなる、実施態様２４に記載の相関セット。
（実施態様２６）最小侵襲手術を行う手術システムであり、手術対象部位を照らす照明光源を備えた照明要素と、前記手術対象部位の画像を取得するカメラ要素と、前記取得した画像を表示するモニタと、少なくとも１つの手術器具アセンブリとを備えた、手術システムであって、前記手術器具アセンブリが、手術器具およびパターン生成部材を備え、前記手術器具が、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、前記把持部を前記手術ツールに接続する本体部とを備え、前記パターン生成部材が、パターン光源および投射器を備えており、前記パターン光源が、前記投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射し、前記パターン生成部材の少なくとも前記投射器が、前記手術ツールの移動が前記投射器の相関移動となるように、好ましくは、前記手術ツールの任意の非回転移動が前記投射器の相関移動となるように、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定された、手術システム。
（実施態様２７）手術器具アセンブリが、実施態様１〜２５のいずれか一項に記載の組み立て相関セットである、実施態様２６に記載の手術システム。
（実施態様２８）カメラ要素が、硬性内視鏡または軟性内視鏡等の内視鏡である、実施態様２６または２７に記載の手術システム。
（実施態様２９）照明要素が、カメラ要素に組み込まれているか、または別個の要素であり、好ましくは手術システムが、前記照明要素および前記カメラ要素の両方を含む内視鏡を備えた、実施態様２５〜２８のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３０）カメラ要素が、手術器具アセンブリ用のチャンネルを備えた内視鏡である、実施態様２５〜２９のいずれか一項に記載の手術システム。
【０１８１】
（実施態様３１）カメラ要素が、任意選択としてコンピュータおよびインターネット、あるいはコンピュータまたはインターネットを介して、モニタに対して動作可能に接続された、実施態様２５〜３０のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３２）照明要素が、照明器具と、前記照明器具に対して動作可能に接続された照明光源とを備え、前記照明光源が、好ましくは前記照明器具に対してある距離で位置決めされるように構成されるとともに、好ましくは光ファイバを介して、前記照明器具に対して動作可能に接続された、実施態様２５〜３１のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３３）照明光源が、コヒーレントまたは非コヒーレント光源であり、好ましくは前記照明光源が、ハロゲン灯、アーク灯、およびＬＥＤ灯等のコヒーレントまたは非コヒーレント光源である、実施態様２５〜３２のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３４）照明光源が、およそ４００ｎｍ〜およそ９００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ４５０ｎｍ〜およそ７００ｎｍの範囲、好ましくはおよそ５００ｎｍ〜およそ６５０ｎｍの範囲の波長を有する可視光を含む帯域幅を有する、請求項２５〜３３のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３５）照明光源が、およそ６０ｎｍ〜およそ８００ｎｍ等、少なくともおよそ５０ｎｍの帯域幅（半値全幅−ＦＷＨＭ）を有する、請求項２５〜３４のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３６）照明光源および前記パターン光源が互いに異なり、好ましくは前記パターン光源が、前記照明光源の帯域幅の１／１０以下の帯域幅を有する場合等、前記パターン光源が、前記照明光源の帯域幅のおよそ半分以下の帯域幅を有するように、前記パターン光源が、前記照明光源の帯域幅よりも狭い帯域幅を有する、請求項２５〜３５のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３７）前記パターン光源が、照明光源の帯域幅よりも強度が高い波長を帯域幅に含む、請求項２５〜３６のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３８）前記パターン光源が、照明光源の帯域幅に含まれない波長を帯域幅に含んでおり、好ましくは前記パターン光源が、５５０ｎｍを下回る波長を含み、前記照明光源が、５５０ｎｍを下回る波長を含まない、請求項２５〜３７のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様３９）照明光源が、波長可変光学フィルタ等の光学フィルタを備えた、請求項２５〜３８のいずれか一項に記載の手術システム。
【０１８２】
（実施態様４０）マーキング器具およびマーキング光源を備えたマーキング要素をさらに備え、前記マーキング光源が、前記パターン光源および照明光源とは異なり、好ましくは前記マーキング光源が、１ｎｍ〜およそ２０ｎｍ等、最大およそ５０ｎｍの帯域幅（半値全幅−ＦＷＨＭ）を有する、請求項２５〜３９のいずれか一項に記載の手術システム。
（実施態様４１）最小侵襲手術を行うトレーニング用のトレーニングキットであり、請求項２５〜４０のいずれか一項に記載の手術システムと、人工的な手術部位と、前記人工的な手術部位のカバーとを備えた、トレーニングキットであって、前記カバーが、手術器具アセンブリ用の１つまたは複数の貫通孔を備えた、トレーニングキット。
（実施態様４２）カメラ要素が、前記人工的な手術部位の画像を取得するように構成されており、任意選択として、前記カメラ要素が、前記カバーに固定されているか、または前記１つまたは複数の貫通孔に挿通されるように構成された、請求項４１に記載のトレーニングキット。
（実施態様４３）照明要素が、前記人工的な手術部位に向かって光を放出するように構成されており、任意選択として、前記照明要素が、前記カバーに固定されているか、または前記１つまたは複数の貫通孔に挿通されるように構成されている、請求項４１または４２に記載のトレーニングキット。
（実施態様４４）任意選択として組み合わせ照明要素／カメラ要素の形態の照明要素およびカメラ要素が、近位端および遠位端を有しており、前記カメラ要素および照明要素が、その遠位端にカメラレンズおよび照明放出体を持ち、前記１つまたは複数の貫通孔が、前記手術器具および照明要素／カメラ要素の遠位端を挿通可能なように構成されている、請求項４１〜４３のいずれか一項に記載のトレーニングキット。
（実施態様４５）カメラ要素が、前記手術器具の前記手術ツールの動きを監視するようにプログラムされたコンピュータに接続されており、好ましくは前記コンピュータが、時間の関数として光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つを監視するとともに、これに基づいて、前記手術ツールの動きを決定するようにプログラムされ、有利には前記コンピュータがさらに、ユーザの能力を評価するようにプログラムされている、請求項４１または４２に記載のトレーニングキット。
【０１８３】
（実施態様４６）最小侵襲手術を行うトレーニング方法であり、手術器具の取り扱いのトレーニングを含む、トレーニング方法であって、
手術器具アセンブリを用意する工程であり、前記手術器具アセンブリが、手術器具およびパターン生成部材を備え、前記手術器具が、遠位端および近位端を有し、その近位端に把持部と、その遠位端に手術ツールと、前記把持部を前記手術ツールに接続する本体部とを備え、前記パターン生成部材が、パターン光源および投射器を備えており、前記パターン光源が、前記投射器に対して動作可能に接続されて光パターンを投射し、前記パターン生成部材の少なくとも前記投射器が、前記手術ツールの移動が前記投射器の相関移動となるように、前記手術器具の前記本体部に対して少なくとも一時的に固定された工程と、
複数のトレーニングステップを行う工程であり、各ステップが、遠位端がトレーニング表面を指す状態で前記手術器具を配置することと、前記トレーニング表面から光パターンが反射されるように、前記投射器から光パターンを放出することと、前記手術器具を移動させることと、前記光パターンの対応する変化を観察することを含む工程を備える、トレーニング方法。
（実施態様４７）少なくとも１つのトレーニングステップが、前記手術ツールを前記トレーニング表面に対して前後に移動させることと、前記光パターンの対応する変化を観察することを含む、実施態様４６に記載のトレーニング方法。
（実施態様４８）少なくとも１つのトレーニングステップが、前記トレーニング表面に対する捻りおよび傾斜、あるいは捻りまたは傾斜によって前記手術ツールを移動させることと、前記光パターンの対応する変化を観察することを含む、実施態様４６または４７に記載のトレーニング方法。
（実施態様４９）手術器具アセンブリが、実施態様２６〜４４のいずれか一項に記載の手術システムの一部であり、トレーニング方法が、前記手術システムを用いて少なくとも１つのトレーニングステップを行う工程を備える、実施態様４６〜４８のいずれか一項に記載のトレーニング方法。
【０１８４】
（実施態様５０）前記手術器具アセンブリが、実施態様４１〜４５のいずれか一項に記載のトレーニングキットの一部であり、トレーニング方法が、前記トレーニングキットを用いて少なくとも１つのトレーニングステップを行う工程を備える、実施態様４６〜４９のいずれか一項に記載のトレーニング方法。
（実施態様５１）人工的な手術部位に向かって、カメラ要素および照明要素の遠位端をカバーの１つまたは複数の孔に挿通する工程と、前記照明要素によって前記人工的な手術部位を照らす工程と、前記カメラ要素によって前記人工的な手術部位の画像を取得するとともに、前記取得した画像をモニタに送信して前記取得した画像を表示する工程と、前記手術器具の前記手術ツールを前記カバーの孔に挿通するとともに、前記人工的な手術部位に向かって光パターンを放出する工程と、前記人工的な手術部位に対して前記手術器具を移動させるとともに、前記モニタ上に画像化された前記光パターンおよび前記手術器具の前記各移動に対応する変化を観察する工程を備える、実施態様４６〜５０のいずれか一項に記載のトレーニング方法。
（実施態様５２）時間の関数として前記光パターンの形状、位置、サイズ、および色の少なくとも１つを監視するとともに、これに基づいて、前記手術ツールの一連の動きを決定し、トレーニング者の能力を評価することによって、前記能力を評価する工程であり、前記能力が有利には、予め設定された一連の動きに対する前記手術器具の動きのベンチマーキングによって評価される工程をさらに備える、実施態様４６〜５１のいずれか一項に記載のトレーニング方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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