(57)【要約】【解決手段】  腹腔鏡カメラの保持自動内視鏡アシスト器具の制御を行って腹腔鏡手術用の内視鏡システムと外科医の連携操作環境インターフェースを改善するシステムであって、少なくとも一つの操作キー１２ａを備えた無線送信機と；少なくとも一つの無線受信機１１と；従来の手術器具空間位置ソフトウェアと従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込んだ少なくとも一つの腹腔鏡検査コンピュータシステム１５と；従来の腹腔鏡検査システムに組み込まれる無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、内視鏡の動きを認識するよう従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアと連携するするソフトウェアと；少なくとも一つの映像スクリーン３０とからなる。【選択図】図７ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
腹腔鏡手術用の内視鏡システムと外科医との連携インターフェースを改善し、腹腔鏡カメラの保持乃至自動内視鏡アシスト器具を制御するための手段。
【請求項２】
腹腔鏡手術用の内視鏡システムと外科医との連携インターフェースを改善するために有用な装置であって、
ａ．少なくとも一つの操作キーとを備えた無線送信機と、
ｂ．少なくとも一つの無線受信機と、
ｃ．従来の手術器具空間位置ソフトウェアと従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込んだ少なくとも一つの腹腔鏡検査コンピュータシステムと、
ｄ．従来の腹腔鏡検査システムに組み込まれる無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、内視鏡の動きを認識するよう従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアと連携するするソフトウェアと、
ｅ．少なくとも一つの映像スクリーンと
からなることを特徴とする装置。
【請求項３】
無線送信機が単独動作型であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各外科手術装置に夫々無線送信機を取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
腹腔鏡手術のためのカメラ保持機構であって、
ａ．スライダ３００に応答動作するアーム部と;
ｂ．ズーム機構３０３の構成子に回転モーメントを伝達する可撓線材を備えたチューブと；
ｃ．ズーム・回転機構３０２と；
ｄ．モータ収納部３０１と；
ｅ．モーメントを回転方位測定器（ＤＦ）３０４に伝達する中空軸と；
ｆ．摺動方位測定器３０５を回転させるアーム部にモーメントを伝達する軸とから構成してなり、
前記保持機構を保持し操作する機構に４自由度を与えたことを特徴とする請求項１に記載のカメラ保持機構。
【請求項６】
腹腔鏡手術における内視鏡チューブの空間位置を制御するために用いる携帯型小型内視鏡機構であって、
ａ．前記機構の他の運動要素から独立して全域ズーム運動が可能な線形ズーム機構７０と；
ｂ．不要な回転運動を補償する機構における他の運動要素から独立して内視鏡を縦軸回りに回転させる回転機構８０と
からなることを特徴とする請求項１に記載の携帯型小型内視鏡機構。
【請求項７】
伸縮アーム部材、ケーブル、バネ、ロッドを有する操作対象の内視鏡機構１と；ケーブル、チェーン、ロッドを有する重量支持構造２と；モータと線形作動装置よりなる操作アクチュエータ３を備えたことを特徴とする請求項６に記載の機構。
【請求項８】
回転リンク１２と、線形リンク１１ａ〜１１ｄと、ジンバルリング機構１４と、ズーム案内杆１５と、内視鏡ズーム・回転機構１６と、ケーブル管１３とからなることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡操作機構。
【請求項９】
腹腔鏡手術における外科医と内視鏡との連携インターフェースを改善し、腹腔鏡カメラの保持乃至自動内視鏡アシスト器具を制御するための方法。
【請求項１０】
外科医との自動化アシストインターフェースに有用な方法であって、無線送信機でキーを打鍵し、受信機で受信した汎用コードを送信し、任意機器において画面上に一時的に表示されるグラフィック記号の標示を生成するコンピュータに前記信号を送信し、キー打鍵を繰り返して画面に表示される手術器具の標示から所期の器具を表す標示まで指標を移動させ、コンピュータに選択入力を実行させて選択器具領域に焦点を合わせるカメラ映像が得られるように内視鏡を操作することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
選択グラフィック記号を継続的に表すことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
代替キーを打鍵することでコンピュータが内視鏡に選択した動作器具に追従するよう命令するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
無線送信機の補助キーに、反復要求された事前選択画像を容易に再表示できる機能をプログラムしたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
無線送信機の補助キーを打鍵することで保存された電子データベースの画像メニューを生成することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵することで選択機器の補足確認ができ、これによってコンピュータが内視鏡に命令するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
特に外科医との自動化アシストインターフェースに有用な方法であって、処理に先立って各無線送信機における打鍵することで、電子データベースに事前に保存された手術器具の特性に出力コードを一致させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
手術器具の選択が、画面上に一時的に表示される手術器具の描写画像としてのグラフィック記号の標示で表されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
手術器具の選択が、画面上に継続して表示される手術器具の描写画像としてのグラフィック記号の標示で表されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
手術器具の選択を、無線送信機のキーを打鍵することで確認して、コンピュータに自動化アシストアーム部による内視鏡操作によって映像焦点を移動させることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
腹腔鏡手術において外科医が施術体内の作業範囲内において内視鏡チューブを届かせる空間位置で任意方向に制御するための方法であって、
ａ．適正視野を得るよう内視鏡を操作し；
ｂ．精確域を得るよう所期の領域にズームし；
ｃ．長さ回りに内視鏡を回転させ；アシスタントの介添えなくモニターに表示された安定画像を分析する
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項２１】
前記伸縮アーム部材の全長を変化させることで内視鏡の回転軸を長軸回りに制御することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
操作している内視鏡機構のケーブルを短くすると共に、内視鏡の方向を変えることなくケーブルの長さを延ばすことで腹腔に対して拡大および縮小のズーム運動を実行することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
ズーム機構の運動要素から独立して内視鏡を操作可能にして、内視鏡の空間位置の自由度を変えることなくズーム機構から内視鏡を分解でき、システム全体を再度位置あわせしなくて済むようにしたことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は腹腔鏡手術における外科医と内視鏡との連携インターフェースを改善するための手段及び方法に関するものであり、更に詳しくは、腹腔鏡手術のためのカメラ保持機構、更には、腹部乃至胸部の小切開部に挿入する腹腔鏡手術用内視鏡を制御するのに有用な装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡手術で外科医は、体表の小切開部に細長い器具を挿通して施術する際に内視鏡カメラで生体内構造を観察するが、外科医は両手を使って手術をせねばならないので、従来はアシスタントが内視鏡を保持していた。外科医の手術の技量は、使用器具に比べてカメラの位置やモニタに表示される画像に大きく依存することになり、そのために、正立画像を表示できるようアシスタントが内視鏡を安定して保持しなければならない問題がある。こうした問題を解決するために、たとえば、ラップマン（Ｌａｐｍａｎ）やエンドアシスト（Ｅｎｄｏａｓｓｉｓｔ）のように、外科医の施術中は内視鏡を保持するロボット等を用いる新規な装置がいくつか開発されている。ところが、こうした装置は高価で、設置が困難で、使用が面倒であり、外科医の施術技術に制限を与え、しかも、他の手術器具よりかなり大きく物理的制約があり、所望する動作に比べて腕部材等の動きが大きくなる。図９ａ〜９ｃにこの技術を開示している米国特許の概略を示している。
また、放射性物質、たとえば、Ｘ線による検査や超音波検査では腹部や骨盤内の多くの状態を診断できるが、制約がある。
【０００３】
条件によっては腹部や骨盤の形体の鮮明な映像が要求される。腹腔鏡は、僅かな光量を効率的に伝播させる特殊な光学系を有する無菌の手術器具である。炭酸ガスを腹腔鏡の導管を通して腹部に送り込まれ、これによって外科医が内部を覗いたり手術をするための空間が形成される。臍乃至臍下に１〜２ｃｍの細孔を切開し、この切開孔を通して腹腔鏡を静かに挿入する。他にも手術器具が必要になることが多く、通常は、陰毛の直上乃至側部に同様に開けた切開孔に挿通する。ほとんどの腹腔鏡検査は腹部乃至骨盤痛検査の一貫として実施される。腹腔鏡を用いて診断する最も一般的な疾病としては、子宮内膜症、骨盤内炎症性疾患、子宮外妊娠、卵巣嚢胞、虫垂炎などが挙げられる。
【０００４】
多くの場合、腹腔鏡だけで手術が可能であり、今日では不妊手術は腹腔鏡を用いて行われ、卵巣疾患あるいは骨盤内器官内の他の疾病が原因の癒着を弛緩させながら卵巣の嚢胞を穿刺・開窓することができる。ほとんどの子宮外妊娠も多くの子宮内膜症の場合と同様に腹腔鏡手段を用いて治療することが可能である。腹腔鏡手術は、傷口が小さく回復が早いので、患者に処方することが一般的になりつつあるが、腹腔鏡手術を行うには外科医や産婦人科医、更には、手術室看護師スタッフが特殊な訓練を行う必要がある。また、そのための器具も高価なものが多く、すべての病院が利用できるものではない。
【０００５】
腹腔鏡手術中、外科医が最適な内視鏡観察をできるように内視鏡をずらすことが多くあり、従来の腹腔鏡手術では器具を手動で動かすためのアシスタントの補助やロボットなどの自動化アシスト手段を用いる必要あった。自動化アシスト手段には、外科医が補助手段の機械運動を命令してカメラの視点を移動できるように連携操作するためのインターフェース手段が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
米国特許第６７１４８４１号公報には、外科医の頭部の動きをセンサに伝える頭部光源手段を備え、且つ、頭部運動を自動化アシスト手段の機械的運動命令信号に変換するインターフェースを備えた自動化カメラ内視鏡が開示されている。これに代わる自動化アシスト手段としては、声で動作するインターフェース、キー操作インターフェース等々の補助手段がある。こうしたインターフェースには、下記のような共通した欠点がある。
a.  外科医への情報フィードバックに制限がある一方向インターフェース
b.  外科医の一定の挙動操作を要求する運動命令の厄介な逐次操作
調査では、こうしたシステムによって外科医が手元の作業に集中できなくなることが分かっている。そのため、医師が装置を連携操作するための制御を容易にすべく磁力を用いた補助技術や画像処理などが開発されているが、そうした開発技術もまだ、腹腔鏡手術における更なる複雑な複合施術形態に対応できておらず、外科医が操作する器具に気を奪われて自動化アシスト手段や外科アシスタントに合図を送る余裕がなくなるなどの不都合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、腹腔鏡手術用の内視鏡システムと外科医との連携インターフェースを改善し、腹腔鏡カメラの保持乃至自動内視鏡アシスト器具を適正に制御するための手段を提供することにある。
【０００８】
また、本発明は、腹腔鏡手術用の内視鏡システムと外科医との連携インターフェースを改善するために有用な装置であって、少なくとも一つの操作キーを備えた無線送信機と；少なくとも一つの無線受信機と；従来の手術器具空間位置ソフトウェアと従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込んだ少なくとも一つの腹腔鏡検査コンピュータシステムと；従来の腹腔鏡検査システムに組み込まれる無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、内視鏡の動きを認識するよう従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアと連携するするソフトウェアと；少なくとも一つの映像スクリーンとからなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、無線送信機が単独動作型であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、各外科手術装置に夫々無線送信機を取り付けたことを特徴とする。
【００１１】
更に本発明は、腹腔鏡手術のためのカメラ保持機構を、スライダ３００に応答動作するアーム部と;ズーム機構３０３の構成子に回転モーメントを伝達する可撓線材を備えたチューブと；ズーム・回転機構３０２と；モータ収納部３０１と；モーメントを回転方位測定器（ＤＦ）３０４に伝達する中空軸と；摺動方位測定器３０５を回転させるアーム部にモーメントを伝達する軸とから構成してなり、前記保持機構を保持し操作する機構に４自由度を与えたことを特徴とする。
【００１２】
更に本発明は、腹腔鏡手術における内視鏡チューブの空間位置を制御するために用いる携帯型小型内視鏡機構を、当該機構の他の運動要素から独立して全域ズーム運動が可能な線形ズーム機構７０と；不要な回転運動を補償する機構における他の運動要素から独立して内視鏡を縦軸回りに回転させる回転機構８０とから構成したことを特徴とする。
【００１３】
更に本発明は、伸縮アーム部材、ケーブル、バネ、ロッドを有する操作対象の内視鏡機構１と；ケーブル、チェーン、ロッドを有する重量支持構造２と；モータと線形作動装置よりなる操作アクチュエータ３を備えた機構を特徴とする。
【００１４】
更に本発明は、内視鏡操作機構が、回転リンク１２と、線形リンク１１ａ〜１１ｄと、ジンバルリング機構１４と、ズーム案内杆１５と、内視鏡ズーム・回転機構１６と、ケーブル管１３とからなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、腹腔鏡手術における外科医と内視鏡との連携インターフェースを改善し、腹腔鏡カメラの保持乃至自動内視鏡アシスト器具を制御するための方法を提供することにある。
【００１６】
本発明は、外科医との自動化アシストインターフェースに有用な方法であって、無線送信機でキーを打鍵し、受信機で受信した汎用コードを送信し、任意機器において画面上に一時的に表示されるグラフィック記号の標示を生成するコンピュータに前記信号を送信し、キー打鍵を繰り返して画面に表示される手術器具の標示から所期の器具を表す標示まで指標を移動させ、コンピュータに選択入力を実行させて選択器具領域に焦点を合わせるカメラ映像が得られるように内視鏡を操作することを特徴とする。
【００１７】
更に本発明は、選択グラフィック記号を継続的に表すことを特徴とする。
【００１８】
更に本発明は、代替キーを打鍵することでコンピュータが内視鏡に選択した動作器具に追従するよう命令するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
更に本発明は、無線送信機の補助キーに、反復要求された事前選択画像を容易に再表示できる機能をプログラムしたことを特徴とする。
【００２０】
更に本発明は、無線送信機の補助キーを打鍵することで保存された電子データベースの画像メニューを生成することを特徴とする。
【００２１】
更に本発明は、無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵することで選択機器の補足確認ができ、これによってコンピュータが内視鏡に命令するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
更に本発明は、特に外科医との自動化アシストインターフェースに有用な方法であって、処理に先立って各無線送信機における打鍵することで、電子データベースに事前に保存された手術器具の特性に出力コードを一致させることを特徴とする。操作キーを引き続いて打鍵することで、接続コンピュータのプログラムによって識別特徴を特定して所期の機器映像を選択し、コンピュータに自動化アシストアーム部による内視鏡操作によって映像焦点を移動させるようにしている。
【００２３】
また、本発明は、手術器具の選択が、画面上に一時的に表示される手術器具の描写画像としてのグラフィック記号の標示で表されることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、手術器具の選択が、画面上に継続して表示される手術器具の描写画像としてのグラフィック記号の標示で表されることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、手術器具の選択を、無線送信機のキーを打鍵することで確認して、コンピュータに自動化アシストアーム部による内視鏡操作によって映像焦点を移動させることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、腹腔鏡手術において外科医が施術体内の作業範囲内において内視鏡チューブを届かせる空間位置で任意方向に制御するための方法であって、適正視野が得られるよう内視鏡を操作し；更に精確域を得るよう所期の領域にズームし；長さ回りに内視鏡を回転させ；アシスタントの介添えなくモニターに表示された安定画像を分析することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明による方法は、前記伸縮アーム部材の全長を変化させることで内視鏡の回転軸を長軸回りに制御することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明による方法は、操作している内視鏡機構のケーブルを短くすると共に、内視鏡の方向を変えることなくケーブルの長さを延ばすことで腹腔に対して拡大および縮小のズーム運動を実行することを特徴とする。
【００２９】
更に、本発明による方法は、ズーム機構の運動要素から独立して内視鏡を操作可能にして、内視鏡の空間位置の自由度を変えることなくズーム機構から内視鏡を分解でき、システム全体を再度位置あわせしなくて済むようにしたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明を理解できるよう、本発明の実施の方法を添付の図面を参照して説明するが、発明を限定するものではない。
【００３１】
以下は、当業者により発明を実施できるように本発明の最良の実施形態を各章に沿って説明するものであるが、本発明による腹腔鏡手術における外科医と内視鏡との連携インターフェースを改善するための手段及び方法の原理を開示しただけであるので様々に改変可能であることは当業者には明らかであろう。更に、腹腔鏡手術のためのカメラ保持機構と共に、腹部乃至胸部の小切開部に挿入する腹腔鏡手術用内視鏡を制御するのに有用な装置についても開示する。
【００３２】
本発明は、外科医が使用する機器の操作に係わり、外科医が使用している器具に連動させて内視鏡の焦点を合わせるなどの外科医と機械的アシスタントおよび人間アシスタントとの連携インターフェースを改善するために利用されるものである。この技術は従来の腹腔鏡システムにデータを取得するキーで操作される小型無線送信機を連携させたもので、本発明の好ましい実施例では、単一無線送信コードを用いて、従来の映像スクリーンに視覚グラフィック表示することで指定状況を表示できるようにしている。
【００３３】
本発明の他の好ましい実施例では、各器具に特殊コードの無線送信機を設け、キーを打鍵することで選択できるようにしている。また、本発明では、従来のカメラ補助腹腔鏡手術システムに連携させたインターフェース装置を提案しており、この装置は、少なくとも一つの無線送信機を備え、これを手術器具の操作コントロール端に接続するようにしてもよい。送信機に備えた少なくとも一つのキーを打鍵することで、汎用コードもしくは特殊なコードをコンピュータに接続した受信装置に送信し、それに接続した映像スクリーンに選択状況を表示するようにしている。無線送信機に備えた少なくとも一つのキーを打鍵して選択した状態の確認は、状態コードをコンピュータに接続した受信機に送信し、自動手術アシスト装置に内視鏡を移動させ、且つ、選択器具領域に焦点を合わせてスクリーンに映像を映し出すことで行える。
外科医が腹腔鏡コンピュータシステムと手術アシスタントを把握しながら、手術器具に対して選択注目点に内視鏡の焦点を合わせた画像が得られるよう指示命令できる装置の実現が望まれる。
【００３４】
本発明の好ましい実施例による強化機能インターフェース腹腔鏡システムは以下の構成要素からなる。
ａ．少なくとも一つの操作キーと少なくとも一つの無線受信機を備えた無線送信機
ｂ．少なくとも一つの受信機
ｃ．従来の手術器具空間位置ソフトウェアと従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込んだ少なくとも一つの腹腔鏡検査コンピュータシステム
ｄ．従来の腹腔鏡検査システムに組み込まれる無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、内視鏡の動きを認識するよう従来の自動化アシスト操縦ソフトウェアと連携するするソフトウェア
ｅ．少なくとも一つの映像スクリーン
ｆ．少なくとも一つの自動化アシスト手段
【００３５】
強化機能インターフェース腹腔鏡システムの好ましい実施例として、無線送信機が単独動作型か、もしくは、外科手術用の器具の操作端に取り付け、少なくとも一つのキーを打鍵することで同一の単一コードを送出するか、あるいは、接続コンピュータスクリーンにコンピュータによって描画される画面上の手術器具の一つをランダムに選択した上でグラフィック記号に重ね合わされる信号を接続コンピュータと交信する受信機に送出するシステムを構築する。外科医は少なくとも一つのキー打鍵を繰り返して所期の器具に到達するまで重ね合ったグラフィック図形を画面上の手術器具から別の図形に移動させるて器具を選択する。次に、コンピュータが自動化アシスト手段に指令を出して所期の器具領域に内視鏡の焦点を合わせる。更に好ましい実施例では、少なくとも一つのキー操作の変化、たとえば、キーの長押しすることで器具の選択状態を確認できるようにできる。確認ができた時だけ、コンピュータから自動化アシスト手段に対して所期の器具領域に内視鏡の焦点を合わせる指示が与えられる。
【００３６】
本発明の他の実施例では、各対応する手術器具の操作コントロール端に、特殊コードを送出する少なくとも一つのキーを有する無線送信機を設けている。初期段階において外科医は手術器具に取り付けられた送信機の少なくとも一つのキーを打鍵操作してコンピュータシステムに対する各器具を対応確認をして、予め設定されたデータベースと各特性を一致調整し、コンピュータシステムの上で各送信機に対応する識別特徴を確定しておく。その上で、各手術器具に取り付けられた無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵して、特殊コードを受信機で受信し、コンピュータに送り、予めプログラムされた識別特徴に対応識別させ、自動化アシスト手段に指示して内視鏡を動作させて所期の焦点合わせを実行する。更に好ましい実施例では、画面上に描画される画像にグラフィック記号を重ね合わせることで連携した画面に選択状況を表示するようにしている。更には、無線送信機の少なくとも一つのキーを別の方法で打鍵操作、つまり、キーを長押しするなどして選択状況を確認し、コンピュータから自動化アシスト手段に指令して内視鏡による表示画像を変化させるようにできる。
【００３７】
本発明の装置は以下のような多くの技術的利点を有している。
・外科医と機械的アシスト手段との通信インターフェースの単純化
・従来のコンピュータ化自動内視鏡システムとのシームレスの相互作用
・構造化と信頼性確保の容易性
・操作性の良さ
【００３８】
本発明の他の特徴および利点を以下の説明および図面から明らかにする。
図１の概略図に示すように、本発明による強化機能インターフェース腹腔鏡システムは、手術機器１７ｂ、１７ｃの操作端に取り付け可能な１以上の操作キーを有する無線送信機１２ａを有し、キーを押すと単一コード波１４が空間１３を介して受信機１１に送られ、受信機ではコンピュータ１５により処理された信号が生成され、これによって２以上の手術器具１７ｂ、１７ｃから外科医の注目箇所として特定の一器具が指定される。これにより、コンピュータ１５に設定された従来のコンピュータ化空間位置ソフトウェアに従って従来の自動化アーム部材１９により従来の自動化内視鏡２１が操作される。
【００３９】
図２の概略図に示すように、強化機能インターフェース腹腔鏡システムは手術機器１７ｂ、１７ｃの操作端の操縦手段に夫々取り付けられた１以上の操作キーを有する無線送信機１２ｂ、１２ｃを有し、キーを押すと特殊コード波１４ｂ、１４ｃが空間１３を介して受信機１１に送られ、受信機ではコンピュータ１５により処理された信号が生成され、これによって２以上の手術器具１７ｂ、１７ｃから外科医の注目箇所として特定の一器具が指定される。これにより、コンピュータ１５に設定された従来のコンピュータ化空間位置ソフトウェアに従って従来の自動化アーム部材１９により従来の自動化内視鏡２１が操作される。
【００４０】
図３の概略図に示すように、本発明の方法では、画面のグラフィック記号を実際の手術器具（図３に図示なし）の映像表示３５ｂ、３５ｃに重ねあわせて単一無線信号コードで表される使用器具の選択が実行される。通常のコードを発信する無線送信機１２ａ上のキーを軽く打鍵すると対応するコードが送信され、空間１３を経て受信機１１によって受信され、コンピュータ１５が画面上に選択記号３５ｂが器具から器具に移動して初期の器具に到達すると重ね合わせる。送信機１２ａのキーを長押しすると選択器具を確認でき、コンピュータ１５が自動化アシスト機構（図３に図示なし）に指令を送って内視鏡（図３に図示なし）を作動させて画面３０上の機器領域のカメラ画像を表示する。
【００４１】
図４の概略図に示すように、本発明の方法では、画面のグラフィック記号を実際の手術器具（図４に図示なし）の映像表示３５ｂ、３５ｃに重ねあわせて多重無線信号コードで表される使用器具の選択が実行される。ここでは、実際の作動器具（図４に図示せず）特殊コードを発信する無線送信機１２ｂ、１２ｃのキーを打鍵すると、グラフィック記号が各映像表示３７ｂに重なり合う。送信機１２ａのキーを長押しすると選択器具を確認でき、コンピュータ１５が自動化アシスト機構（図４に図示なし）に命令を送り、内視鏡（図４に図示なし）を作動させて画面３０上の機器領域のカメラ画像を表示する。
【００４２】
図５ａに無線システムの一例を示している。器具の取り付けられた無線装置は３動作コード、つまり、拡大、縮小、位置移動の３コードをカメラ保持手段の位置センサに与えて最良の画像を得るようにしている。
【００４３】
図５ｂに当該機構に対する各器具の相対位置を示しているが、手術中に外科医は使用器具の位置および挿入位置をよく変更する。カメラ保持機構に対して保持されている各器具の相対角度を決めるための無線切替スイッチを用いてもよく、これによればビデオカメラで捕らえた画像内の器具の位置を計算できる利点がある。この方法で外科医はすべての器具の挿入点がどこであるのかをシステムに通知する必要がなくなる。無線切替スイッチの正確な位置は測定しない。つまり、多くの場合、夫々の器具の相対位置に関する情報には、切替スイッチと器具を位置合わせを維持するソフトウェアに十分なデータが含まれている。図において、システムの位置センサはカメラ保持手段か、その近傍に置かれており、センサが捕らえる信号は、３次元空間の位置を特定するのに必要な範囲と３つの角度を表すベクトルＶ１、Ｖ２…を計算するために用いることができる。
【００４４】
位置空間システムを実現するには多くの公知技術がある。たとえば、切替スイッチが無線信号を発信する場合は、アンテナアレイを用いて各アンテナが受信する信号の強度を比較し、スイッチの角度を判定したり、カメラ保持機構までの概略範囲を知ることができる。スイッチが超音波を発信する場合は、超音波マイクを用いて受信し三角法でスイッチの位置を知ることができる。発光スイッチを用いる場合も同様である。いずれにしても、本発明においてこれらの方法を限定するものではない。
【００４５】
図５に、腹腔鏡検査を行う場合の内視鏡の位置決めが行えるシステムの機構を示している。このシステムは２つの主要構成からなる。つまり、内視鏡を前後に駆動すると同時に、側方にも移動させる円弧状の第一部分と、ズームおよび回転特性を有する第二部分とからなる。この機構は前後に０度〜１８０度、側方にも０度〜１８０度の範囲で内視鏡を移動位置決め可能とする。第一部分は、円弧状ガイドに沿うジンバル機構を移動させる円弧状ハウジングを有する。円弧状の基部には、ナットを前後時移動させる送りネジを有するハウジングを備えている。移動ナットは、直線のナット運動をジンバル機構に伝達する固定リンクを有するジンバルに連結しており、円弧状ガイドに送前後運動ができるようになっている。送りネジのハウジング（前後移動ネジのハウジング）は、第一部分を送りネジの長手方向軸回りに側方に回転させるもう一つの機構に連結している。この機構は送りネジを回転させるために必要なモーメントを作り出している。すなわち、第一部分を、できれば可撓軸で離れたところからモータに連結させて駆動するとよい。離間させることで機構の影響を少なくできるのでかなり有利になる。
【００４６】
図５ｄは第一部分の断面図である。送りネジを回転することで移動ナットの線形運動が得られ、ナットが前進するとリンクを押し、リンクが湾曲ガイドに位置する小ホイールに案内されて作動し、リンクの動きは図５ｃの接続部材を介して直接、外側ジンバルに伝達される。機構の物理的大きさを除いてリンクの数を限定するものではない。
【００４７】
図５ｅ、５ｆは、別の角度から見た機構全体を示す。
図５ｇは単一の湾曲ガイド３１１と一本のチェーンのリンクを用いて機構を実現した説明図である。この構成にはいくつかの利点がある。つまり、機構全体を薄厚に構成でき、機構から内視鏡を簡単に着脱できることである。たとえば、内視鏡をクリーニングする場合に有効である。
【００４８】
図５ｈは機構の４自由度を説明する図である。
図６ａは機構の第二部分を示している。この第二部分は、二つの動作態様で内視鏡を運動させる小型の機構を備えている。つまり、内視鏡を長軸方向に運動させるズーム動作と、内視鏡の長軸回りの回転運動である。
【００４９】
図６ｂは伸縮ガイド機構の説明図である。
ズーム運動には、ワイヤーとバネからなる機構が用いられ、バネが内視鏡を上方に運動させ、ドラムに囲繞されたワイヤーによって内視鏡を下方に引っ張るようになっている。
伸張させるバネの弾発力を利用して、ワイヤーの長さと、ワイヤーの位置を正確に定めることができる。バネの弾発力に抗するワイヤーの運動は、ウォームギアを用いて可撓軸の回転をワイヤー長の変化に変換して実現する。伸縮ガイドには、機構のハウジングの回転を防止する目的と、外側バネの中心位置を確保する目的がある。
【００５０】
図７ａ〜図７ｃは腹腔鏡手術用のカメラ保持機構の一例を示している。カメラ保持手段は、モータ収納部３０１と、ズーム・回転機構３０２、摺動方位測定器、回転方位測定器、スライダ３００に応答動作するアーム部、回転運動をズーム機構３０３に伝達する可撓線材を有するチューブとからなる。
【００５１】
更に、本発明は腹腔鏡手術用の内視鏡システムを制御する手段および方法に関し、図８に示すように内視鏡を腹部乃至胸部の小切開に挿通する。
更に本発明の目的は、腹腔鏡手術における内視鏡チューブの空間位置を制御するために用いる携帯型小型内視鏡機構を提供することにある。本発明の装置は安価であり、備え付けや分解が簡単で、使用が簡便であり、外科医の施術技巧に制限を与えることがなく、しかも、物理的に小さい容量であるなどの利点がある。
【００５２】
本発明の装置を小型化するには以下の要件で可能となる。
１．モータから運動部を離間させ、モータの動力をケーブルで伝達する。
２．線形ズーム動作を達成させるためにロボットなどでなく、機構の他の運動要素から独立して全域ズーム運動が可能な線形ズーム機構を備える。
３．不要な回転運動を補償するようなロボットや小さな回転を得るために大きく運動するロボットアームの運動による機構とは異なり、本発明の機構における他の運動要素から独立して内視鏡を縦軸回りに回転させる回転機構を備える。
【００５３】
図１１に、本発明の一実施例における装置の全体を概略的に示している。特に、この装置は、把持リング１と、ズーム機構２と、配向リング３と、ケーブル（Ｌ１、Ｌ２）４と、バネ５と、基礎リング６とからなる。符号７は対象身体に開けたピンホール（小切開）である。ケーブルＬ１、Ｌ２の長さがバネの弾発抵抗と協働して変化すると、配向リングは基礎リングに対して移動し、図１２に示す平衡位置をとる。ケーブルＬ１〜Ｌ３が共に短くなることでズーム動作が行われるが、この機構にはケーブルＬ１〜Ｌ３とは独立して作動するもう一つのズーム動作機能がある。
【００５４】
このズーム動作は内視鏡の姿勢変化を伴わないで内視鏡の前後運動をなすもので、このズーム機構を図１３に概略的に示している。図１４に示すように配向リングの位置を固定する。ケーブルの長さを制御する機構によって、配向ケーブルの変位を許し、チューブを所望する角度に廃校させることができる。外科医が内視鏡の配向姿勢を変えずに操作すると内視鏡は長さ方向軸回りに回転する。図１５に回転機構の概略を示している。
【００５５】
図１６に上記機構の可搬性を示している。当該機構は図１７に示すようにベットの脇に置くことができる。
ズーム機構には３つの選択的要素がある。一つは平行四辺形に組まれたロッドで、二番目はリングズーム、三番目は負荷軽減装置であり、図１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ、２０に示している。
小型モータはＺケーブルを有している。支持システムは、一方でバネを圧縮するために必要な応力を低減し、他方でズーム運動応答性を増大させる機能を持つ。少ないズーム運動を行うには、巻き締めを多くする必要がある。
Ｚケーブルを引っ張ると、ズームリングと配向リングの間隔が狭まる。この方法でズーム運動が行うことができ、Ｚケーブルの弛張によりズームを大きくした状態の継続的維持を可能にする。
【００５６】
当該実施例の改変として、滑車運動を利用してケーブルの長さを変化させることもできる。滑車装置を内視鏡運動機構に設けることができ、図２１にその側面概略を示している。
図２３に示すように、芯ネジを回転させることで反対方向に運動する連結子構成によりズーム機構が実現する。
図１０および図２４に本発明の一実施例による装置全体の概略を示している。特に、この装置は、内視鏡操作機構１と、重量支持構造２と、操作アクチュエータ３とからなる。
【００５７】
図２５に内視鏡操作機構１の概略を示している。特に、内視鏡操作機構は、回転リンク１２と、線形リンク１１ａ〜１１ｄと、ジンバルリング機構１４と、ズーム案内杆１５、内視鏡ズーム・回転機構１６、ケーブル管１３とからなる。施術対象体のピンホールは符号７０で示しており、ここから内視鏡４を腹腔に挿通する。
【００５８】
図２６に摺動リンク１１ａ〜１１ｃに沿う概略破断図を示している。リンク１１ａの頭部の孔にケーブル頭部１７を設けている。リンク１１ａがケーブル１８に引かれると、バネ１９ａ、１９ｂの付勢力に抗してリンク１１ｂへと摺動し、ジンバル１４の中心と回転リンク１２の中心との間隔が短くなる。ケーブル１８を離すと、バネ１９がリンク１１ａをリンク１１ｂから押し出され、リンク１１ｂはリンク１１ｃから押し出され、ジンバル１４の中心と回転リンク１２の中心の間隔が長くなる。どちらの場合も、ジンバルはピンホールに対して移動し、内視鏡の配向を変化させる。ケーブルが動かないと、バネがリンクを外側に押圧してケーブルに張力を与えながらバネの付勢力によって均衡が保たれる。ズーム機能は腹腔鏡手術に不可欠である。ズーム倍率を変えることででき、たとえば、「拡大」することで外科医が施術臓器の重要箇所の詳細を観察することができ、「縮小」することで内視鏡を引き離して手術状態の全体を観察することができる。もう一つの重要な特徴は、動かさずに画像の中心を維持しながらズーム機能を働かせることができることである。ズーム機能は内視鏡の配向姿勢を変えることなく作用させることができる。
【００５９】
図２７に上記の必要機能を作用させ得るズーム機構を示している。ズーム作用は、内視鏡を腹腔に対して接近（ズームイン）させることも離反（ズームアウト）させることも内視鏡の配向姿勢を変化させずに実行できる。「ズームイン」はケーブル１６ａを短くすることで実行でき、「ズームアウト」はケーブル１６ａを延ばすことで実行できる。バネ１９ａ、１９ｂは一対のリンク１５ａ、１５ｂ間およびの一対のリンク１５ｃ、１５ｄ間の角度を大きくするほうに作用して「ズームアウト」動作を行う。ケーブル１６ａの長さが「ズームイン」の程度を決定する。内視鏡を動かさないと、バネの作用でケーブルは張力を持って均衡状態を維持する。筐体１６には、内視鏡のリニア運動、つまり、「ズームイン」と「ズームアウト」運動と、内視鏡の長軸回りの角回転を制御する２つの分離機構が収納されている。
【００６０】
図２８ａに、ケーブル１６ａの長さを変化させて内視鏡のリニア運動、つまり、「ズームイン」と「ズームアウト」運動と、内視鏡の長軸回りの角回転を制御する機構原理を概略的に示している。内視鏡を長軸回りに回転させる機能は腹腔鏡手術には重要で、内視鏡の配向姿勢を変化させるために挿入点７を通して内視鏡を回転させている時は、つまり、図２９で角度αおよび角度βの組み合わせで表される回転を実行している際は、角度変化の成分は内視鏡の長軸に沿わないこともある。前記角度成分が内視鏡の不要な回転を起こし、その結果、外科医が観察するビデオ画像に煩わしい回転運動が生じることもある。ヒトが内視鏡を保持する従来の腹腔鏡下手術では、手術画像を見やすくするために不必要な回転が生じないよう、たとえば、常に画像が水平になるように調整しながら内視鏡を保持する必要があった。
【００６１】
図２８ａ〜図２８ｃに、上記した必要な操作を実行すると共に、レンズをクリーニングにするために内視鏡を簡便に取り外せる回転機構を示している。はめ歯車１６３によって内視鏡ロッド４を中心に交差させて回転摺動運動を行えるようにしている。
位置決めピン１６４をはめ歯車１６３の上面に立設させており、円板１６５を内視鏡ロッド４に緊締させている。内視鏡を組み付ける際に筐体１６の上面を開放して内視鏡をはめ歯車１６３の中心を通して下面に開口した孔に組み付け、たとえば、位置決めピン１６４が円板１６５の開口１６６に装着されるまでジンバル１４等のリング部材に装着する。そして、筐体１６の上面を閉じて内視鏡が筐体１６から外れないように保持して、これによって内視鏡をズーム機構全体に固定合体させることができる。連結した円板１６５を介してはめ歯車１６３と内視鏡４を運動させるネジ１６２を回転させると内視鏡が回転する。ネジ１６２の運動源としては、「遠隔」モータ乃至筐体の内部か近傍に設けた小型モータからの回転運動を伝達する回転軸手段を利用できる。必要に応じて、空間位置の自由度を変更させることなくズーム機構から内視鏡を簡便に取り外すようにすることも可能である。この特性は、外科医がシステムの位置に患わされないようにするためにも重要であり、また、ズーム機構全体の位置を維持するために内視鏡４に制約を与えないためにも確保すべき特性である。リンク１５、バネ１９、ケーブル１６ａの平衡がズーム深度を維持し、位置決めピン１６４と孔１６６の関係上の制限が回転角度を保つ。内視鏡を再構成する場合、外科医が手術中に内視鏡を任意配向姿勢につけるためにも内視鏡を元の空間位置に戻しておく。内視鏡の運動範囲の包絡を図２９に示している。
【００６２】
図３０に、伸縮アーム部材の全長を変化させて内視鏡の角度を制御する機構を概略的に示している。図３０には、位置Ｐ０を始点（α＝０）とした内視鏡の各運動を示している。摺動機構を作動させることでジンバルリング１４を点Ａから点Ｂへと移動させて、所期の位置Ｐ１へと挿入点７０回りを回転移動させる。リンク１１ａ、１１ｂ、１１ｃを共に短くすると、ジンバル１４の間隔と挿入位置７０が変化して不要なズーム動作を行う。このズーム動作の運動距離は計算でき、制御ズーム運動で補償することができる。
【００６３】
図３１は伸縮アーム部材を回転させることで内視鏡の別の回転角度βを制御する方法の概略説明図である。図３１における内視鏡の各運動位置が始点位置Ｐ０となる。回転機構を動作させることで、ジンバルリング１４を点Ａから点Ｂ、つまり、角度ψだけ径方向に運動させ、内視鏡を挿入点７０回りを角度βだけ回転させて所期の位置Ｐ１に移動させる。アーム部材１１の回転中、ジンバル１４と挿入点７０の間隔は変化し、不要なズーム運動を起こすことになる。このズーム動作の運動距離は計算でき、制御ズーム運動で補償することができる。前記アーム部材の２つの独立した運動の合成によって外界は内視鏡に任意の配向姿勢をとらせることができ、且つ、運動包絡範囲内で所期の位置に着けることができる。
【００６４】
図３２ａに上記機構の可搬性を示している。こ当該機構は、摺動手段２０２を移動させることでベットの脇の軌道２０１に沿って適宜位置に位置付けることができ、必要な場所に当該機構を設置するために外科医が旋回軸回りにシステムを回転させたり、システムを摺動させて高さを変えたりすることができる。図３２ｂは本発明のシステムの位置性能を示す平面図であり、回転角γと水平位置摺動範囲Ｘを示している。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明による好ましい実施例の方式に基づいて構成した内視鏡の焦点合わせのために器具に与えられる単一無線コード信号で作動する強化機能インターフェース腹腔鏡システムの概略概念図である。
【図２】図２は、内視鏡の焦点合わせのために器具に与えられる少なくとも２つの無線信号で作動する強化機能インターフェース腹腔鏡システムの概略概念図である。
【図３】図３は、単一無線コード信号選択時における機器焦点を表示装置に表す方法の概略図である。
【図４】図４は、機器の多重無線コード信号選択時における動作方法の概略図である。
【図５】図５ａは無線システムの概略図である。図５ｂは各機器用具の相対位置を示している。図５ｃは強化機能インターフェース腹腔鏡システムの機構の概略図である。図５ｄは強化機能インターフェース腹腔鏡システムの第一部分の概略図である。図５ｅ、５ｆは強化機能インターフェース腹腔鏡システムの全体機構の別視点の概略図である。図５ｇは単一湾曲ガイドを有する機構の概略図である。図５ｈは機構の４重度を説明する概略図である。
【図６】図６ａは強化機能インターフェース腹腔鏡システムの第二部分の概略図である。図６ｂは伸縮ガイドの概略図である。
【図７】図７ａ、ｂ、ｃは腹腔鏡手術用のカメラ保持機構の一例を概略的に示している。
【図８】図８は腹部乃至胸部の小切開部に内視鏡を挿通する方法を示している。
【図９】図９ａ、ｂ、ｃは先行技術である米国特許第６７１４８４１号の概略図である。
【図１０】図１０は、内視鏡操作機構１と、重量支持構造２と、操作アクチュエータ３の３つの主要部からなる本発明の一実施例によるシステム全体を示した概略図である。
【図１１】図１１は本発明の一実施例による内視鏡システムの概略図である。
【図１２】図１２は基礎リングに対する配向リングの運動を示す内視鏡システムの概略図である。
【図１３】図１３は本発明の一実施例によるズーム機構の概略図である。
【図１４】図１４は他の視点から見た姿勢リンクの概略図である。
【図１５】図１５は回転機構の概略説明図である。
【図１６】図１６は本発明の機構の可搬性を示している。
【図１７】図１７はベット近傍に位置させた機構を示す概略図である。
【図１８】図１８ａ〜ｂはズーム機構の異なる３つの実施例を示し、平行四辺形に組まれたロッドを有する機構である。
【図１９】図１９ａ〜ｂはズーム機構の異なる３つの実施例を示し、リングズームを有する機構である。
【図２０】図２０はズーム機構の異なる３つの実施例を示し、負荷軽減装置を有する機構である。
【図２１】図２１は内視鏡運動機構に設けられた滑車装置の概略断面図である。
【図２２】図２２は図２１の三次元概略図である。
【図２３】図２３は、芯ネジを回転させることで反対方向に運動する連結子からなるズーム機構の概略図である。
【図２４】図２４は、内視鏡操作機構１と、重量支持構造２と、操作アクチュエータ３の３つの主要部からなる本発明の一実施例によるシステム全体を示す概略図である。
【図２５】図２５は内視鏡操作機構１の概略図である。
【図２６】図２６は図２５の摺動リンク１１ａ〜１１ｃに沿う概略断面図である。
【図２７】図２７は本発明の他の実施例によるズーム機構を示している。
【図２８】図２８ａは本発明の他の実施例による内視鏡の線形運動を制御する原理機構を概略的に示している。図２８ｂ、ｃは本発明の他の実施例による回転機構を概略的に示している。
【図２９】図２９は内視鏡の運動範囲を概略に示している。
【図３０】図３０は、伸縮アーム部材の全長を変化させて内視鏡の角度を制御する方法を概略的に示している。
【図３１】図３１は伸縮アーム部材を回転させることで内視鏡の角度βを制御する方法を概略的に示している。
【図３２】図３２ａは本発明の機構の可搬性を概略的に示している。図３２ｂは回転角γおよび水平姿勢Xの摺動部材を含むシステムの位置性能を平面的に示した概略図である。
【図１】
2008538314.tif 000003
【図２】
2008538314.tif 000004
【図３】
2008538314.tif 000005
【図４】
2008538314.tif 000006
【図５ａ】
2008538314.tif 000007
【図５ｂ】
2008538314.tif 000008
【図５ｃ】
2008538314.tif 000009
【図５ｄ】
2008538314.tif 000010
【図５ｅ】
2008538314.tif 000011
【図５ｆ】
2008538314.tif 000012
【図５ｇ】
2008538314.tif 000013
【図５ｈ】
2008538314.tif 000014
【図６ａ】
2008538314.tif 000015
【図６ｂ】
2008538314.tif 000016
【図７ａ】
2008538314.tif 000017
【図７ｂ】
2008538314.tif 000018
【図７ｃ】
2008538314.tif 000019
【図８】
2008538314.tif 000020
【図９ａ】
2008538314.tif 000021
【図９ｂ】
2008538314.tif 000022
【図９ｃ】
2008538314.tif 000023
【図１０】
2008538314.tif 000024
【図１１】
2008538314.tif 000025
【図１２】
2008538314.tif 000026
【図１３】
2008538314.tif 000027
【図１４】
2008538314.tif 000028
【図１５】
2008538314.tif 000029
【図１６】
2008538314.tif 000030
【図１７】
2008538314.tif 000031
【図１８ａ】
2008538314.tif 000032
【図１８ｂ】
2008538314.tif 000033
【図１９ａ】
2008538314.tif 000034
【図１９ｂ】
2008538314.tif 000035
【図２０】
2008538314.tif 000036
【図２１】
2008538314.tif 000037
【図２２】
2008538314.tif 000038
【図２３】
2008538314.tif 000039
【図２４】
2008538314.tif 000040
【図２５】
2008538314.tif 000041
【図２６】
2008538314.tif 000042
【図２７】
2008538314.tif 000043
【図２８ａ】
2008538314.tif 000044
【図２８ｂ】
2008538314.tif 000045
【図２８ｃ】
2008538314.tif 000046
【図２９】
2008538314.tif 000047
【図３０】
2008538314.tif 000048
【図３１】
2008538314.tif 000049
【図３２ａ】
2008538314.tif 000050
【図３２ｂ】
2008538314.tif 000051
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月21日(2007.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腹腔鏡手術において外科医と自動化アシスト手段とのインターフェースおよび外科医と手術医療助手とのインターフェースの両方またはいずれか一方に有用な装置であって、自動化内視鏡アシスト手段を制御命令して外科医が所望する器具に内視鏡の焦点を合わせ、手術医療助手が外科医が所望する器具に集中できる装置。
【請求項２】
ａ．少なくとも一つの操作キーを備えた無線送信機と、
ｂ．少なくとも一つの無線受信機と、
ｃ．少なくとも一つの腹腔鏡検査コンピュータシステムであって、
手術器具空間位置ソフトウェアと、自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込み、前記手術器具空間位置ソフトウェアが無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、操縦ソフトウェアによって内視鏡を作動させるコンピュータシステムと、
ｄ.少なくとも一つの映像スクリーンとを
設けたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記無線送信機が単独動作型であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記の各器具に無線送信機を設けたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記無線送信機に各器具を位置付ける機能を持たせたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
所期の器具の選択を前記の少なくとも一つのキーをクリックすることで確認できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
所期の器具の選択を前記無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵することで確認できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記した少なくとも一つのキーを長押し打鍵するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
腹腔鏡手術において外科医と自動化アシスト手段とのインターフェース、乃至、外科医と手術医療助手とのインターフェースに有用な方法であって、
（ａ）請求項２に記載の前記装置を準備し、
（ｂ）所期の器具を選択し、
（ｃ）所期の器具を画面上に表示する
ことを特徴とした方法。
【請求項１０】
所期の器具の選択を確認する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記画面から所期の器具を抽出する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記自動化アシスト手段に命令して、前記内視鏡の焦点を所期の器具に合わせる処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
（ａ）無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵し、（ｂ）前記受信機に汎用コードを送信し、（ｃ）前記コード信号をコンピュータに送出する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも一つのキーをクリックして所期の器具の選択を確認する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも一つのキーを長押し打鍵することで所期の器具の選択を確認する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
所期の器具が選択できるまで所期の器具を再度選択する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記コンピュータ化システムに前記器具の夫々を識別する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記無線送信機を手術器具に取り付ける処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
打鍵した無線送信機からの送信コードを手術器具に整合させる処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
整合データをコンピュータの整合データベースに保存する処理を加えたことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
一時的に表示されるグラフィック記号により手術器具を予約し、手術器具を画面表示する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項２２】
選択したグラフィック記号を連続的に表示する処理を加えたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
手術器具の選択が画面上に継続して表示される手術器具の描写画像としてのグラフィック記号で表示する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項２４】
各器具の位置を計算する処理を加えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書  
【発明の名称】腹腔鏡手術を改善する手段及び方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は腹腔鏡手術における外科医と手術医療助手との連携操作インターフェース及び外科医と腹腔鏡手術用の内視鏡システムとの連携操作インターフェースを改善するための手段と方法に関するものである。特に、本発明は、内視鏡を施術身体の小切開を通して体内に挿通する腹腔鏡手術用の内視鏡システムを制御するのに有用な装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡手術で外科医は、細孔に細長い器具を挿通させて施術し、内視鏡カメラで生体内構造を観察するが、外科医は両手を使って手術をせねばならないので、従来はヒトによるカメラアシスタントが内視鏡を保持していた。
外科医の手術の技量は、使用器具に比べてカメラの位置やモニタに表示される画像に大きく依存することになる。そのために、正立画像を表示できるようアシスタントが内視鏡を安定して保持しなければならない問題がある。
【０００３】
腹腔鏡手術は、傷口が小さく回復が早いので、患者に処方することが一般的になりつつあるが、腹腔鏡手術を行うには外科医や産婦人科医、更には、手術室看護師スタッフが特殊な訓練を行う必要がある。また、そのための器具も高価なものが多く、すべての病院が利用できるものではない。
【０００４】
腹腔鏡手術中、外科医が最適な内視鏡観察をできるように内視鏡をずらすことが多くあり、従来の腹腔鏡手術では器具を手動で動かすためのアシスタントの補助やロボットなどの自動化アシスト手段を用いる必要あった。自動化アシスト手段には、外科医が補助手段の機械運動を命令してカメラの視点を移動できるように連携操作するためのインターフェース手段が設けられている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
米国特許第６７１４８４１号公報には、外科医の頭部の動きをセンサに伝える頭部光源手段を備え、且つ、頭部運動を自動化アシスト手段の機械的運動命令信号に変換するインターフェースを備えた自動化カメラ内視鏡が開示されている。これに代わる自動化アシスト手段としては、声で動作するインターフェース、キー操作インターフェース等々の補助手段がある。こうしたインターフェースには、下記のような共通した欠点がある。
a.  外科医への情報フィードバックに制限がある一方向インターフェース
b.  外科医の一定の挙動操作を要求する運動命令を出したり停止したりして、外科医による手術の流れ阻害するような厄介な逐次操作
調査では、こうしたシステムによって外科医が手元の作業に集中できなくなることが分かっている。そのため、医師が装置を連携操作するための制御を容易にすべく磁力を用いた補助技術や画像処理などが開発されているが、そうした開発技術もまだ、腹腔鏡手術における更なる複雑な融合形態に対応できておらず、外科医が操作する器具に気を奪われて自動化アシスト手段やヒトである手術アシスタントもしくは外科手術補助員に合図を送る余裕がなくなる不都合があった。したがって、外科医と内視鏡システムと外科手術補助員または手術アシスタントとの連携操作インターフェースの改善が強く望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、腹腔鏡手術において外科医と自動化アシスト手段とのインターフェースおよび外科医と手術医療助手とのインターフェースの両方またはいずれか一方に有用な装置であって、自動化内視鏡アシスト手段を制御命令して外科医が所望する器具に内視鏡の焦点を合わせ、更には、手術医療助手が外科医が所望する器具に集中できる装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、
ａ．少なくとも一つの操作キーを備えた無線送信機と、
ｂ．少なくとも一つの無線受信機と、
ｃ．少なくとも一つのの腹腔鏡検査コンピュータシステムであって、
手術器具空間位置ソフトウェアと、自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込み、前記手術器具空間位置ソフトウェアが無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、操縦ソフトウェアによって内視鏡を作動させるコンピュータシステムと、
ｄ.少なくとも一つの映像スクリーンとを
設けたことを特徴とする装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記の各器具に無線送信機を設けたことを特徴とする装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、前記無線送信機が単独動作型であることを特徴とする装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記無線送信機に各器具を位置付ける機能を持たせたことを特徴とする装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、所期の器具の選択を前記の少なくとも一つのキーをクリックすることで確認できるようにしたことを特徴とする装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、所期の器具の選択を前記無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵することで確認できるようにしたことを特徴とする装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、前記した少なくとも一つのキーを長押し打鍵するようにしたことを特徴とする装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、腹腔鏡手術において外科医と自動化アシスト手段とのインターフェースおよび外科医と手術医療助手とのインターフェースの両方またはいずれか一方に有用な方法であって、（ａ）自動化内視鏡アシスト手段を制御命令して内視鏡を外科医が所望する器具に焦点を合わせる前記装置を準備し、（ｂ）所期の器具を選択し、（ｃ）所期の器具を画面上に表示することを特徴とした方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、所期の器具の選択を確認する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、前記画面から所期の器具を抽出する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、前記自動化アシスト手段に命令して、前記内視鏡の焦点を所期の器具に合わせる処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、前記方法において、（ａ）無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵し、（ｂ）前記受信機に汎用コードを送信し、（ｃ）前記コード信号をコンピュータに送出することからなる方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、前記方法において少なくとも一つのキーをクリックして所期の器具の選択を確認する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、前記方法において少なくとも一つのキーを長押し打鍵することで所期の器具の選択を確認する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、前記方法において所期の器具が選択できるまで所期の器具を再度選択する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、前記方法において前記コンピュータ化システムに前記器具の夫々を識別する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、前記方法において前記無線送信機を手術器具に取り付ける処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、前記方法において打鍵した無線送信機からの送信コードを手術器具に整合させる処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の他の目的は、前記方法の送信コードを整合する処理において、整合データをコンピュータの整合データベースに保存する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、前記方法において一時的に表示されるグラフィック記号により手術器具を予約し、手術器具を画面表示する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２７】
本発明の他の目的は、前記方法において選択したグラフィック記号を連続的に表示する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【００２８】
本発明の他の目的は、前記方法において手術器具の選択が画面上に継続して表示される手術器具の描写画像としてのグラフィック記号で表示する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記方法において各器具の位置を計算する処理を加えたことを特徴とする前記方法を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を理解できるよう、本発明の実施の方法を添付の図面を参照して説明するが、発明を限定するものではない。
【００３０】
以下は、当業者により発明を実施できるように本発明の最良の実施形態を各章に沿って説明するものであるが、本発明による腹腔鏡手術における外科医と内視鏡との連携操作インターフェースを改善するための手段及び方法の原理を開示しただけであるので様々に改変可能であることは当業者には明らかであろう。
【００３１】
本発明は、腹腔鏡手術において外科医と自動化アシスト手段とのインターフェースの改善に有用であって、更には、外科医と手術医療助手とのインターフェースの自動化内視鏡アシスト手段を制御命令して外科医が所望する器具に内視鏡の焦点を合わせ、更には、手術医療助手が外科医が所望する器具に集中できる技術に関するものである。ここでの「従来のコンピュータ化腹腔鏡手術」とは市販されている通常のシステム乃至ソフトウェアであり、たとえば、腹腔鏡把持マニュピュレータ「Ｌａｐｍａｎ」、カメラ把持ロボット「ＥｎｄｏＡｓｓｉｓｔ」、「ＡＥＳＯＰ」などがある。
本発明の好ましい実施例では、単一無線送信コードを用いて、従来の映像スクリーンに視覚グラフィック表示することで指定状況を表示できるようにしている。
【００３２】
本発明の他の好ましい実施例では、各器具に特殊コードの無線送信機を設け、キーを打鍵することで選択できるようにしている。また、本発明では、従来のカメラ補助腹腔鏡手術システムを備えた装置を提案しており、この装置は、少なくとも一つの無線送信機を備え、これを手術器具の操作コントロール端に接続するようにしてもよい。送信機に備えた少なくとも一つのキーを打鍵することで、汎用コードもしくは特殊なコードをコンピュータに接続した受信装置に送信し、それに接続されたビデオ画面に選択した手術器具を表示する。無線送信機に備えた少なくとも一つのキーを打鍵して選択した状態の確認は、状態コードをコンピュータに接続した受信機に送信し、自動手術アシスト装置に内視鏡を移動させ、且つ、選択器具領域に焦点を合わせてスクリーンに映像を映し出すことで行える。
外科医が腹腔鏡コンピュータシステムを識別すると共に、手術器具を取り扱う手術アシスタントにも指示を出す。腹腔鏡コンピュータシステムによって手術機器を識別することによって、内視鏡が選択した注目点に焦点を合わせることができる。
【００３３】
本発明の好ましい実施例によって、強化機能インターフェース腹腔鏡システムを提供する。当該システム装置は以下の構成要素からなる。
ａ．少なくとも一つの操作キーと少なくとも一つの無線受信機を備えた無線送信機
ｂ．少なくとも一つの受信機
ｃ．少なくとも一つの腹腔鏡検査コンピュータシステムであって、
手術器具空間位置ソフトウェアと、自動化アシスト操縦ソフトウェアを組み込み、前記手術器具空間位置ソフトウェアが無線送信機上の少なくとも一つのキーの打鍵操作に可視応答すると共に、操縦ソフトウェアによって内視鏡を作動させるコンピュータシステムと、
ｄ．少なくとも一つの映像スクリーン
ｅ．少なくとも一つの自動化アシスト手段
【００３４】
強化機能インターフェース腹腔鏡システムの好ましい実施例として、無線送信機が単独動作型か、もしくは、外科手術用の器具の操作端に取り付け、少なくとも一つのキーを打鍵することで同一の単一コードを送出するか、あるいは、接続コンピュータスクリーンにコンピュータによって描画もしくは抽出される画面上の手術器具の一つをランダムに選択した上でグラフィック記号を表示する信号を接続コンピュータと交信する受信機に送出するようにしている。
必要なら、外科医は少なくとも一つのキーを繰り返し打鍵して表示されるグラフィック図形を画面上の手術器具から他の器具へと所望する器具に到達するまで移動させて選択する。続いて、コンピュータが自動アシスト手段に命令して内視鏡の焦点を所期の器具領域に合わせる。次に、コンピュータが自動化アシスト手段に指令を出して所期の器具領域に内視鏡の焦点を合わせる。更に好ましい実施例では、少なくとも一つのキー操作の変化、たとえば、キーの長押しすることで器具の選択状態を確認できるようにできる。確認ができた時だけ、コンピュータから自動化アシスト手段に対して所期の器具領域に内視鏡の焦点を合わせる指示が与えられる。
【００３５】
本発明の他の実施例では、各対応する手術器具の操作コントロール端に、特殊コードを送出する少なくとも一つのキーを有する無線送信機を設けている。初期段階において外科医は手術器具に取り付けられた送信機の少なくとも一つのキーを打鍵操作してコンピュータシステムに対する各器具を対応確認をして、予め設定されたデータベースと各特性を一致調整し、コンピュータシステムの上で各送信機に対応する識別特徴を確定しておく。その上で、各手術器具に取り付けられた無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵して、特殊コードを受信機で受信し、コンピュータに送り、予めプログラムされた識別特徴に対応認識し、自動化アシスト手段に指示して内視鏡を動作させ所期の焦点合わせを実行する。
本発明の他の実施例では、各対応する手術器具の操作コントロール端に、特殊コードを送出する少なくとも一つのキーを有する無線送信機を設けている。手術をする際に外科医が最初に手術器具を挿入し、手術器具に取り付けられた各無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵することによって信号を出す。
その後、手術器具が挿入されている間、コンピュータソフトウェアが器具を識別し、手術器具の特性を分析した結果をデータベースに保存し、各送信機の特殊記号をコンピュータ化システムに生成する。その上で各手術器具に取り付けられた無線送信機の少なくとも一つのキーを打鍵することで、受信機が特殊コードを受信してコンピュータに送ることで、挿入段階に保存された記号を識別し自動アシスト手段に内視鏡を移動させ所期の焦点合わせをさせるように働く。
更に他の実施例では、手術の画面表示上にグラフィック記号を描画させることで接続する画面に選択状況を表示するようにしている。
更に他の実施例では、無線送信機の少なくとも一つのキーを別の態様、たとえば、キーを長押し打鍵するなどしてコンピュータに自動化アシスト手段に内視鏡の視野を変化させるなどの選択状況を確認するようにしている。
【００３６】
本発明の装置は以下のような多くの技術的利点を有している。
・外科医と機械的アシスト手段との通信インターフェースの単純化
・従来のコンピュータ化自動内視鏡システムとのシームレスの相互作用
・構造化と信頼性確保の容易性
・操作性の良さ
【００３７】
本発明の他の特徴および利点を以下の説明および図面から明らかにする。
図１の概略図に示すように、本発明による強化機能インターフェース腹腔鏡システムは、手術機器１７ｂ、１７ｃの操作端に取り付け可能な１以上の操作キーを有する無線送信機１２ａを有し、キーを押すと単一コード波１４が空間１３を介して受信機１１に送られ、受信機ではコンピュータ１５により処理された信号が生成され、これによって２以上の手術器具１７ｂ、１７ｃから外科医の注目箇所として特定の一器具が指定される。これにより、コンピュータ１５に設定された従来のコンピュータ化空間位置ソフトウェアに従って従来の自動化アーム部材１９により従来の自動化内視鏡２１が操作される。
【００３８】
図２の概略図に示すように、強化機能インターフェース腹腔鏡システムは手術機器１７ｂ、１７ｃの操作端の操縦手段に夫々取り付けられた１以上の操作キーを有する無線送信機１２ｂ、１２ｃを有し、キーを押すと特殊コード波１４ｂ、１４ｃが空間１３を介して受信機１１に送られ、受信機ではコンピュータ１５により処理された信号が生成され、これによって２以上の手術器具１７ｂ、１７ｃから外科医の注目箇所として特定の一器具が指定される。これにより、コンピュータ１５に設定された従来のコンピュータ化空間位置ソフトウェアに従って従来の自動化アーム部材１９により従来の自動化内視鏡２１が操作される。
【００３９】
図３の概略図に示すように、本発明の方法では、実際の手術器具（図３に図示なし）の映像表示３５ｂ、３５ｃを画面のグラフィック記号で表示して単一無線信号コードで表される使用器具の選択が実行される。通常のコードを発信する無線送信機１２ａ上のキーを軽く打鍵すると対応するコードが送信され、空間１３を経て受信機１１によって受信され、コンピュータ１５が画面上に選択記号３５ｂが器具から器具に移動して初期の器具に到達するまで表示する。送信機１２ａのキーを長押しすると選択器具を確認でき、コンピュータ１５が自動化アシスト機構（図４に図示なし）に指令を送って内視鏡（図３に図示なし）を作動させて画面３０上の機器領域のカメラ画像を表示する。
【００４０】
図４の概略図に示すように、本発明の方法では、実際の手術器具（図４に図示なし）の映像表示３５ｂ、３５ｃを画面のグラフィック記号で表示して多重無線信号コードで表される使用器具の選択が実行される。ここでは、実際の作動器具（図４に図示せず）特殊コードを発信する無線送信機１２ｂ、１２ｃのキーを打鍵すると、グラフィック記号で各映像表示３７ｂが表示される。送信機１２ｂ、１２ｃのキーを長押しすると選択器具を確認でき、コンピュータ１５が自動化アシスト機構（図４に図示なし）に指令を送って内視鏡（図４に図示なし）を作動させて画面３０上の機器領域のカメラ画像を表示する。
【００４１】
本発明によるその他の実施例では、送信機１２ｂ、１２ｃのキーが長押し打鍵されるとその選択が角にされ、コンピュータソフトウェアが手術器具の特性を分析してその分析結果をデータベースに保存し、これによってコンピュータ化されたシステムで各送信コードと手術器具を整合するために活用される。
外科医が再度このキーを打鍵すると、受信機が送信コードを受信してコンピュータソフトウェアに送り、そのコードを「既知」コードとして識別し、手術器具のデータベースに予め保存されている既知パラメータと整合して手術器具情報を抽出する。器具の位置情報が分かったら、追跡ソフトウェアが自動化アシスト手段に指示を出して内視鏡を動かし、所期の焦点合わせを実行する。
【００４２】
図５に各器具の相対位置を示しているが、手術中に外科医は使用器具の位置および挿入位置をよく変更する。カメラ保持機構に対して保持されている各器具の相対角度を決めるための無線切替スイッチを用いてもよく、これによればビデオカメラで捕らえた画像内の器具の位置を計算できる利点がある。この方法で外科医はすべての器具の挿入点がどこであるのかをシステムに通知する必要がなくなる。無線切替スイッチの正確な位置は測定しない。つまり、多くの場合、夫々の器具の相対位置に関する情報には切替スイッチと器具を位置合わせを維持するソフトウェアに十分なデータが含まれている。図において、システムの位置センサはカメラ保持手段か、その近傍に置かれており、センサが捕らえる信号は、３次元空間の位置を特定するのに必要な範囲と３つの角度をあらわすベクトルＶ１、Ｖ２…を計算するために用いることができる。
【００４３】
位置空間システムを実現するには多くの公知技術がある。たとえば、切替スイッチが無線信号を発信する場合は、アンテナアレイを用いて各アンテナが受信する信号の強度を比較し、スイッチの角度を判定したり、カメラ保持機構までの概略範囲を知ることができる。スイッチが超音波を発信する場合は、超音波マイクを用いて受信し三角法でスイッチの位置を知ることができる。発光スイッチを用いる場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明による好ましい実施例の方式に基づいて構成した内視鏡の焦点を合わせる器具を指定する単一無線コード信号で作動する強化機能インターフェース腹腔鏡システムの概略概念図である。
【図２】図２は、内視鏡の焦点を合わせる器具を指定する少なくとも２つの信号で作動する強化機能インターフェース腹腔鏡システムの概略概念図である。
【図３】図３は、映像装置に表示される選択使用器具の単一無線コード信号に基づき焦点合わせをする方法の概略図である。
【図４】図４は、選択使用器具の多重無線コード信号に基づき焦点合わせをする方法の概略図である。
【図５】図５は、本発明のシステムにおける各器具の相対位置を表している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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