(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリヤシステム（１）に装着され、位置認識システムを具備する外科用顕微鏡（２）と、
中央制御装置と、
この中央制御装置により制御され且つ少なくとも３つの空間自由度で外科用顕微鏡（２）の位置決めを可能にする前記キャリヤシステム（１）と、
さらに、外科治療用器具及び／又は診断用器具を外科用顕微鏡（２）に取付けるためのステレオタクティック・アダプタ（３）を備え、
該アダプタ（３）は一定の視野を確保しつつ、外科治療用器具及び／又は診断用器具の再現性をもった、外科用顕微鏡（２）への取付けを保証することを特徴とする計算機利用の外科用装置。
【請求項２】
前記アダプタ（３）及び／又は外科用顕微鏡（２）は、使用する外科治療用器具及び／又は診断用器具のコードを識別し且つこの情報を中央制御装置へ送信するコード認識システムを有し、中央制御装置は、該器具及びその器具の幾何データを送信されて来たデータを使用して明確に識別することを特徴とする請求項１記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項３】
コード認識システムとして光学コード化システムが設けられている請求項２記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項４】
コード認識システムとして磁気コード化システムが設けられている請求項２記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項５】
中央制御装置は、使用する外科治療用器具及び／又は診断用器具の手動識別のための入力インタフェースを有する請求項１記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項６】
外科治療用器具及び／又は診断用器具として内視鏡が設けられている請求項１記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項７】
外科治療用器具及び／又は診断用器具として生検針が設けられている請求項１記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項８】
アダプタ（３）は取外し自在であるように外科用顕微鏡（２）のハウジング（２．１）に取付けられており且つ外科治療用器具及び／又は診断用器具を挿入できる円筒形管路を形成し、円筒形管路の軸は視野中心の方向を指している請求項１記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項９】
アダプタ（３）は、外科治療用器具及び／又は診断用器具を円筒形管路の中でアダプタの長手方向に規定の位置へのみ移動させることができる少なくとも１つの調整自在の機械式エンドストッパを有する請求項８記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項１０】
外科用顕微鏡（２）には位置認識システムとして光学方式又は音響方式を利用する位置認識システムが装備されている請求項１記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項１１】
キャリヤシステム（１）は、中央制御装置により制御される電動懸架システムである請求項１〜１０のいずれかの請求項に記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項１２】
外科治療用器具及び／又は診断用器具を外科用顕微鏡（２）に取付けるためのステレオタクティック・アダプタであって、外科用顕微鏡は一定の視野を確保しつつ、アダプタ（３）は外科用顕微鏡（２）で使用される外科治療用器具及び／又は診断用器具の再現性をもった取付けを保証する請求項１〜１１のいずれかの請求項に記載の計算機利用の外科用装置。
【請求項１３】
中央制御装置により制御され且つ少なくとも３つの自由度で外科用顕微鏡（２）の位置決めを可能にするキャリヤシステム（１）に装着されている外科用顕微鏡（２）に、外科治療用器具を再現性をもって取付けることができるステレオタクティック・アダプタ（３）の操作方法であって、
まず、外科治療用器具及び／又は診断用器具を中央制御装置によって識別し、
次に、患者の座標系と外科用顕微鏡（２）の座標系を外科用顕微鏡（２）に一体化されている位置認識システムを介して互いに相関させ、
続いて、使用する外科治療用器具に応じて中央制御装置により確定されるスタート位置へ外科用顕微鏡（２）を電動キャリヤシステム（１）によって移動させることを特徴とするステレオタクティック・アダプタの操作方法。
【請求項１４】
外科治療用器具を中央制御装置によって識別するステップは、コード認識システムを用いて自動的に行うことを特徴とする請求項１３に記載のステレオタクティック・アダプタの操作方法。
【請求項１５】
外科治療用器具を中央制御装置によって識別するステップは、中央制御装置の入力インタフェースでデータを手動入力して行うことを特徴とする請求項１３に記載のステレオタクティック・アダプタの操作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、キャリヤシステムに装着されており且つそのキャリヤシステムによって位置決めされる外科用顕微鏡に外科治療用器具及び／又は診断用器具を取付けるための計算機利用の外科用装置及びステレオタクティック・アダプタの操作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ支援ステレオタクティック（ｓｔｒｅｏｔａｃｔｉｃ）外科においては、外科治療用器具及び／又は診断用器具を規定に従って位置決めするための多様な装置が知られている。出願人の米国特許第５，２２８，４２９号、米国特許第５，０７８，１４０号、米国特許第５，１４２，９３０号、米国特許第５，０５０，６０８号及びドイツ特許第４２０２９２２号は関連する例を記載している。
【０００３】
ここで説明する装置においては、個々の継手ごとに中央制御装置により評価される適切な角度エンコーダを具備する多重継手キャリヤシステムに、内視鏡，生検針，外科用顕微鏡などの様々な外科治療用器具及び／又は診断用器具が取付けられる。場合によっては、キャリヤシステムはそれぞれ異なる継手の軸の駆動をも行うことがある。すなわち、キャリヤシステムは取付けられている器具を装置の各座標系の中で、いくつかの空間自由度をもって規定通りに位置決めすることができる。
【０００４】
外科治療用器具及び／又は診断用器具を取付けたそれらの装置を患者に使用してステレオタクティック外科を実行すべき場合、まず、使用する器具のその後の位置決めを保証するために、患者の座標系を装置の座標系と相関させることが必要である。米国特許第５，２２８，４２９号では、これは位置決めすべき内視鏡の先端を処置すべき人体の部分と接触させ且つ関連する人体の部分の位置又は大きさを演繹するためにそれらのプロービング手順を実行することによって行われる。内視鏡をステレオタクティック方式で使用するときには不可欠である異なる座標系を関連づけるというこの手順には、元来、患者に危険を及ぼすおそれがあり、特に患者の脳の領域でこの関連づけ手順を実行すべき場合にはそのような危険が見られる。
【０００５】
相関は患者の座標系と器具の座標系との間で実行されるだけでなく、システム制御のために画像に基づく情報をさらに使用すべき場合には、手術前に得られた診断画像、すなわち、関連画像座標系との間でも実行される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の欠点を回避し且つ電動キャリヤシステムによって位置決め可能である様々な治療用器具及び／又は診断用器具を安全にステレオタクティック方式で使用できるようにする装置及び手順を創造することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、特許請求の範囲第１項に記載の特徴をもつ装置及び特許請求の範囲第１１項に記載の手順により達成される。
【０００８】
本発明によれば、外科治療用器具及び／又は診断用器具を規定の相対位置で取付けるステレオタクティック・アダプタが外科用顕微鏡に設けられる。外科用顕微鏡自体は、いくつかの空間自由度で外科用顕微鏡の位置決めを可能にする電動キャリヤシステムに装着される。従って、本発明によるアダプタは顕微鏡に取付けて使用される外科治療用器具及び／又は診断用器具の再現性をもった既知の幾何学的配列を保証するのである。外科用顕微鏡，アダプタ及び使用する器具の幾何学的寸法がわかっているため、本発明によるアダプタは電動キャリヤシステムを使用して、外科治療用器具及び／又は診断用器具の安全な規定位置決めを行うことができる。たとえば、ワークステーションなどの中央制御装置は目標領域と各器具の双方の座標系を既知の幾何情報及び電動キャリヤシステムのエンコーダにより供給される情報から絶えず確定し且つ更新する。
【０００９】
異なる座標系を相関させる関連づけ手順、従って、使用する器具も患者を危険にさらすことはなくなるという利点に加えて、本発明によるステレオタクティック・アダプタの使用によって得られる利点は、外科医は外科用顕微鏡を通して関心詳細部分を観察できるということである。たとえば、これにより、内視鏡を挿入すべき小さな切開部所を迅速に目視検査できるのである。
【００１０】
外科治療用器具及び／又は診断用器具を相関させる関連づけ手順は、たとえば、本明細書にも参考として取入れられている出願人のドイツ特許第４１３４４８１号により説明されているような外科用顕微鏡の適切な位置決め又は光学的関連づけによって実行される。すなわち、検出器と、光学方式を利用する位置認識システムとを伴う外科用顕微鏡により提供されるナビゲーション能力を有益に利用するのである。そのようにして得たデータと、外科用顕微鏡器具及びアダプタの既知の幾何学的寸法とを利用して、使用する器具に対し関連づけ手順を実行する。
【００１１】
光学方式を利用するこの位置認識システムの代わりに、患者の座標と外科用顕微鏡の座標の双方を高い精度で三次元的に確定する適切な音響位置認識システムを使用することも可能である。
本発明によるステレオタクティック・アダプタ及び本発明による手順の別の利点と詳細は、添付の図を参照する可能な実施例の以下の説明から明白になるであろう。
【００１２】
【実施例】
図１は、適切な外科用顕微鏡２に取付けられている本発明によるステレオタクティック・アダプタ３の可能な一実施例を示す。外科用顕微鏡２それ自体は、たとえば、出願人のドイツ特許第４２０２９２２号から知られているもののような電動キャリヤシステム１に取付けられている。
【００１３】
電動キャリヤシステム１は継手を介して互いに結合されたいくつかの構成要素を特徴としており、個々の軸の継手はモータによって駆動され、１つ又は数個の角度エンコーダを含む。電動キャリヤシステム１によって、そのシステムに取付けられている器具をすぐれた位置決め正確度をもって、６つまでの空間自由度で電動位置決めすることができる。
【００１４】
電動キャリヤシステム１の各々の継手に一体化されている角度エンコーダは、図示した実施例においては電動キャリヤシステム１の根元部分に収納されているために、図１には見えていない中央制御装置に各々の継手の現在位置に関する情報を供給する。電動キャリヤシステムの既知の幾何データと、エンコーダにより供給されるデータとに基づいて、この中央制御装置はシステムに取付けられている外科用顕微鏡の現在位置及び／又は現在視野の位置を厳密に確定できる。
【００１５】
本明細書にも参考として取入れられている出願人の上記のドイツ特許第４２０２９２２号は、電動キャリヤシステム１を詳細に説明している。
【００１６】
この種の取付け又はこの種の用途に有益に適している外科用顕微鏡２は、出願人のドイツ特許第４１３４４８１号から知られている。この外科用顕微鏡は倍率及び焦点位置などの光学系データを収集するための検出器と、光学系を利用し、中央制御装置を介して外科用顕微鏡２と観測される視野の双方の厳密な空間位置と向きが常にわかっているように保証する一体化位置認識システムとを特徴としている。
【００１７】
先に既に指示した通り、一体化光学位置認識システムの代わりに、たとえば、超音波を利用する音響位置認識システムを本発明に従って使用することも可能である。この種のシステムは３Ｄデイシタイザとして知られている。外科用顕微鏡２は、手術前の診断手続きの間に得られた様々な画像又は他の何らかの方法で処理された画像を顕微鏡画像の上に投影することができるスーパーインポーズ装置をさらに具備する。それらの画像を観測される視野に重ね合わせると、外科手術中の外科医が向きを定める際の助けになる。
【００１８】
本発明によれば、外科用顕微鏡２は、外科用顕微鏡２、従って、電動キャリヤシステム１における外科治療用器具及び／又は診断用器具の取付け状態を明確に再現可能にするステレオタクティック・アダプタ３を支持している。図１では、本発明によるステレオタクティック・アダプタ３は外科治療用器具及び／又は診断用器具を含んでいない。
【００１９】
本発明によるステレオタクティック・アダプタ３によって、外科用顕微鏡２を外科治療用器具及び／又は診断用器具と関連させてコンピュータの支援の下に使用できるようになり、電動キャリヤシステムは少なくとも３つの空間自由度で規定して空間位置決めさせることができる。図示した電動キャリヤシステム１の実施例はドイツ特許第４２０２９２２号から知られており、合わせて６つの空間自由度、すなわち、３つの並進自由度と、３つの回転自由度とをもつ位置決めさえも可能にする。
【００２０】
また、外科用顕微鏡について光学関連づけ手順を利用すれば、使用する器具を非接触で基準付けし、従って、その器具を安全にステレオタクティック的に使用することもできる。
【００２１】
本発明によるステレオタクティック・アダプタ３の部分断面図を含めて、図１に示した外科用顕微鏡２の側面図を示す図２を使用して、本発明によるステレオタクティック・アダプタの構成をさらに詳細に説明する。結合要素２．４を介して電動キャリヤシステムに装着されている外科用顕微鏡２は、検出器及び位置認識システム（図示せず）を含めて光学系全体を収納している顕微鏡本体ハウジング２．１を含む。使用するのが好ましい外科用顕微鏡２の構成についての詳細は、先に引用した出願人のドイツ特許第４１３４４８１号に記載されている。
【００２２】
顕微鏡本体ハウジング２．１の上面には、外科用顕微鏡２を顕微鏡本体ハウジング２．１に対して傾斜させることができる周知の双眼鏡筒２．２が取付けられている。外科用顕微鏡２は、顕微鏡を結合要素２．４を介して電動キャリヤシステムに結合するために使用される可撓性界面２．３をさらに特徴としている。
【００２３】
本発明によるステレオタクティック・アダプタ３は外科用顕微鏡２の顕微鏡本体ハウジング２．１の下部に取付けられている。これにはアダプタ３と外科用顕微鏡２とを堅固に結合することが必要であり、そのようにして初めて、それらの構成要素の互いに対する規定通りの装着が保証される。
【００２４】
外科用顕微鏡２とアダプタ３との結合は永久的なものであっても、あるいは一時的なものであっても良く、重要なのは結合自体が堅固であるという点のみである。可能な結合の形態はねじ結合などであろう。外科用顕微鏡２に取付けられたステレオタクティック・アダプタ３は、外科治療用器具及び／又は診断用器具を挿入できる円筒形管路３．２を有する基礎本体３．１から構成されている。次に続く図３の説明は本発明によるアダプタの構成についてさらに情報を与える。
【００２５】
ステレオタクティック・アダプタ３は、円筒形管路３．２、ひいては、その中を案内される外科治療用器具及び／又は診断用器具も規定された既知の方向を向いているように、外科用顕微鏡に取付けられる。従って、観測される視野平面と、外科治療用器具及び／又は診断用器具又はその目標領域とは、アダプタ３によって互いに対する向きを再現性をもって定められるのである。ドイツ特許第４１３４４８１号の中に記載されているように視野平面の厳密な位置を確定したならば、使用する器具の目標領域の座標も中央制御装置に知らされる。
【００２６】
目標領域を確定するために、使用する器具が円筒形管路の中に挿入される長さと、この器具の寸法とを設定しておくべきである。たとえば、ステレオタクティック・アダプタ内の外科治療用器具及び／又は診断用器具として内視鏡を使用する場合、器具の目標領域は患者に侵入する器具の先端として定義される。
【００２７】
そこで、目標領域の厳密な確定のために要求されるステレオタクティック・アダプタ内に挿入された器具の幾何データを中央制御装置が様々に異なる方法で利用できるようになる。たとえば、その可能性の１つは、ユーザが器具のこの幾何データを入力インタフェースを介して手動操作で入力するというものである。あるいは、この情報を自動化方式で中央制御装置に供給することも可能である。これを実現するために、アダプタは使用する器具を自動的に明確に識別させるコード認識システムを特徴としている。この識別情報は中央制御装置へ送信され、中央制御装置は複数の異なる器具の幾何データを記憶しているので、供給された識別情報に正しい器具を割当てることができる。
【００２８】
適切なコード認識システムは、たとえば、バーコードシステム又はそれに類するシステムなどの周知の光学コード化システムである。しかしながら、磁気コードシステムなどの使用も可能である。
【００２９】
図３は、本発明によるアダプタ３の断面のさらに拡大した側面図を示す。アダプタ３の基礎本体３．１は、器具、たとえば、内視鏡を挿入する円筒形ダクト３．２を形成している。アダプタの円筒形管路に対しては、シリンダ直径やスリーブの長さなどが異なるいくつかの異なる円筒形スリーブを利用できる。図３では、それらのスリーブのうち２つ３．３，３．４がアダプタ３の円筒形管路３．２に挿入されている。直径の異なるスリーブ３．３，３．４をアダプタ構成要素として使用すると、様々な器具を単一のアダプタに挿入することができる。それらのアダプタ構成要素によって、内視鏡や生検針などの異なる器具又はテレスコープ直径の異なる様々な内視鏡を同じアダプタの中に有効に挿入できるので、別々のアダプタを使用する必要はなくなる。使用すべき器具を挿入する前には、適合するスリーブを取付けるだけで良い。図３に示す実施例では、アダプタの下面に係止要素３．５を設けてあり、係止要素は挿入するスリーブ３．３，３．４を堅固に装着するために使用される。
【００３０】
アダプタに挿入された器具の脱落を防止し且つアダプタ又は外科用顕微鏡に対する器具の規定位置を確保するために、さらに別の係止要素が要求される。このために、たとえば、器具をアダプタにねじ留めすることができる。
【００３１】
図３は、外科手術中に外科用顕微鏡とアダプタ３の双方を覆うために使用される覆い布３０の一部をさらに示している。覆い布３０は、関連する器具を通してアダプタから延びさせるための開口を有している。加えて、それら２つの開口の正しい位置を確保するために覆い布をすべり落ちないように保護しなければならない。たとえば、スリーブ３．３，３．４及び／又は係止要素３．５を使用して覆い布３０を適切にアダプタにクランプすることができる。
【００３２】
滅菌性を考えて、様々な器具の幾何学的寸法に合わせるために使用されるスリーブを滅菌できることも有益である。たとえば、スリーブに滅菌カバーを設けることが可能であり、あるいは、スリーブを加圧滅菌器の中で簡単に滅菌できる材料から製造することも可能である。
【００３３】
図４に示すフローチャートは、脳外科手術中の本発明によるアダプタの動作について実行可能な手順をドリル及び内視鏡と関連させて説明している。
【００３４】
手術前、外科医は中央制御装置で外科計画手続きを実行する。手術に先立って生成させた診断データ、たとえば、ＣＴ画像を使用して、患者の体内に内視鏡を侵入させる場所を決める。
【００３５】
その後、患者と、装置と、使用する画像との座標系を互いに相関させる光学関連づけ手順をドイツ特許第４１３４４８１号に記載されている外科用内視鏡を使用して実行する。この目的のために、たとえば、光学位置認識システムを使用して連続校正測定により３つのいわゆるマーカを患者の身体上で測定する。それらの校正測定から得た情報を使用して、中央制御装置は装置座標系，画像座標系及び患者座標系という異なる座標系を相関させる。その後、電動キャリヤシステムは外科用顕微鏡を外科計画手続きの際に規定した開始位置へ移動させるが、この場合、内視鏡の侵入点は外科用顕微鏡の視野の中心に位置している。手順のこの段階で、たとえば、先に処理した診断画像を顕微鏡画像の上に投影することにより、患者における必要なドリル穴を視野にスーパーインポーズすることが可能である。手順の次の段階では、外科医は患者の皮膚に手動操作で又はレーザーを使用してマークすることにより、必要なドリル穴の位置又は形状を患者の皮膚に伝える。侵入点をマークした後、安全を考慮して外科用顕微鏡を患者から安全な距離をおくまで移動し、必要なドリル工具をアダプタの中に挿入する。ドリルでの穴あけ位置を確認し、電動キャリヤシステムをこの位置で係止する。この後、マークした箇所で手動操作−アダプタにより誘導する方法−で、あるいは自動的にドリル穴を形成することができる。自動的にドリル穴を形成する場合、電動キャリヤシステムと、それに取付けられている外科用顕微鏡とをアダプタ及びドリルを含めて再び向きを決め、その後に、必要とされるドリル穴をステレオタクティック方式であけて行く。手順のこの段階の後、すなわち、ステレオタクティック自動化方式又は手動操作方式で穴をあけた後に、ドリルをアダプタから取外し、内視鏡又は他の外科治療用器具及び／又は診断用器具をアダプタの中に挿入する。
【００３６】
続いて、電動キャリヤシステムは内視鏡を要求される位置へ移動する。その後、内視鏡又は使用する他の何らかの器具を手動操作で、又は同様に電動キャリヤシステムを介して自動化方式で挿入又は位置決めできる。
【００３７】
器具を手動操作で患者に挿入するのに先立って、電動キャリヤシステムは外科用顕微鏡とアダプタを、器具を手動操作で挿入するときに器具がアダプタ内の機械式ストッパに到達した時点で所望の目標点に達するように保証するために必要である距離又は位置へ移動する。電動キャリヤシステムがこの位置をとった後、システムは外科医が手動操作で器具を挿入し終わるまで必要なブレーキを係止することによってこの位置を維持する。
【００３８】
キャリヤシステムがこの位置をとることを可能にするために、中央制御装置は外科手術計画手続きの間に指定された座標情報のみならず、手動操作で又は自動化方式で中央制御装置へ伝送されていたアダプタ又は器具に関する幾何データをも要求する。
【００３９】
使用する器具を手動操作でステレオタクティック方式で挿入する代わりに、電動キャリヤシステムによって誘導しつつ内視鏡を患者のドリル穴の中へ自動化方式で挿入することも可能である。この目的のために、内視鏡を外科用顕微鏡又はアダプタと固定又は規定して結合し、所定の位置に適切に係止する。その後、電動キャリヤシステムは内視鏡を事前に計画した経路に沿って規定の通りに移動し、器具の位置、すなわち、その先端の位置は常に中央制御装置にはわかっている。
【００４０】
この自動化方式を使用して器具を挿入するとき、経路に沿って何らかの障害が現れた場合に器具の動きを自動的に停止し且つ外科医により確認が得られるまで器具のそれ以上の位置決めを実行させない安全装置を設けておくと有益である。これを実現するために、周知のドップラーシステムを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動キャリヤシステムによって位置決めされる適切な外科用顕微鏡に取付けられる本発明によるステレオタクティック・アダプタの一実施例を示す概略図。
【図２】図１に示す本発明によるステレオタクティック・アダプタを含む外科用顕微鏡を示す側面図。
【図３】図２に示すステレオタクティック・アダプタの断面図。
【図４】図１〜図３に示すステレオタクティック・アダプタを使用して実行される本発明による手順の１例について従うべき手順シーケンスを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…電動キャリヤシステム、２…外科用顕微鏡、２．１…顕微鏡本体ハウジング、３…ステレオタクティック・アダプタ、３．２…円筒形管路。
【図１】
0003630764.tif 000002
【図２】
0003630764.tif 000003
【図３】
0003630764.tif 000004
【図４】
0003630764.tif 000005