(57)【要約】【課題】外科医が混乱し、それにより様々な処置を実行する効率が低下しないように、外科医が複数のデバイスを操作できるようにする。【解決手段】可聴選択コマンドを入力し、可聴制御コマンドを入力し、各々が複数の医療用デバイスの内の１つに対応する選択コマンドをメイン制御装置内に記憶された１つ又は複数の選択コマンドのリストと比較し、制御コマンドを１つ又は複数の記憶された選択コマンドの内の１つの選択コマンドに一致する可聴選択コマンドに対応するスレーブ制御装置に経路指定し、可聴制御コマンドをスレーブ制御装置内の１つ又は複数の有効制御コマンドのリストと比較し、記憶された制御コマンドの１つの制御コマンドに一致する可聴制御コマンドに対応するスレーブ制御装置に記憶された記録にしたがって、制御信号を、可聴選択コマンドに対応する少なくとも２つの医療用デバイスの内の１つに送信する。【選択図】図１
2008161706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の医療用デバイスと；
１つの医療用デバイスに対応する選択コマンド及び複数の医療用デバイスの１つの制御に対応する制御コマンドを受信するスピーチ・インターフェースと；
入力デバイスに接続されたメイン制御装置であって、各々が複数の医療用デバイスの１つの医療用デバイスに対応する選択コマンドを１つ又は複数の記憶された選択コマンドのリストと比較し、制御コマンドを、記憶された選択コマンドの１つの選択コマンドに一致する選択コマンドに対応するアドレスに経路指定するメイン制御装置と；
メイン制御装置と複数の医療用デバイスの内の少なくとも１つに接続され、アドレス及び接続された医療用デバイスの記録を含むスレーブ制御装置とを含み、
スレーブ制御装置は、メイン制御装置から経路指定された制御コマンドを受信し、制御コマンドが有効な制御コマンドに一致するかどうかを決定し、一致する場合、複数の医療用デバイスの１つを制御するためのアドレスに対応する複数の医療用デバイスの１つに、記録にしたがって１つ又は複数の制御信号を送信することを特徴とする複数の医療用デバイスを制御するための制御システム。
【請求項２】
メイン制御装置は、アナログのスピーチをデジタル表示に変換するためのアナログデジタル変換器、特徴抽出機及びデジタル表示が選択コマンドのリストの内の１つの選択コマンドに一致するかどうかを決定するデコーダを含むことを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項３】
記憶された選択コマンドのリストが、スレーブ制御装置から送信されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
複数の医療用デバイスが、次の、１つ又は複数のロボットアーム、手術室のテーブル、電気焼灼デバイス、レーザー、吹き入れ器、照明システムの１つ又は複数のものを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
スレーブ制御装置が、医療用デバイス内の１つの医療用デバイスに、制御情報を含む１つ又は複数の情報のパケットを送信することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
メイン制御装置は、複数の医療用デバイスの内の少なくとも１つの医療用デバイスに接続され、かつ、メイン制御装置に接続された複数の医療用デバイスの内の１つの医療用デバイスに選択コマンドが対応するかどうかを決定し、一致する場合、制御装置に接続された複数の医療用デバイスの内の複数の医療用デバイスの１つに、１つ又は複数の制御信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
可聴選択コマンドを入力するステップと；
可聴制御コマンドを入力するステップと；
各々が複数の医療用デバイスの内の１つに対応する選択コマンドをメイン制御装置内に記憶された１つ又は複数の選択コマンドのリストと比較するステップと；
制御コマンドを１つ又は複数の記憶された選択コマンドの内の１つの選択コマンドに一致する可聴選択コマンドに対応するスレーブ制御装置に経路指定するステップと；
可聴制御コマンドをスレーブ制御装置内の１つ又は複数の有効制御コマンドのリストと比較するステップと；
記憶された制御コマンドの１つの制御コマンドに一致する可聴制御コマンドに対応するスレーブ制御装置に記憶された記録にしたがって、スレーブ制御装置に接続されており、可聴選択コマンドに対応する少なくとも２つの医療用デバイスの内の１つに制御信号を送信するステップと
を有することを特徴とする複数の医療用デバイスの内の１つを制御するための方法。
【請求項８】
メイン制御装置又はスレーブ制御装置に接続された複数の医療用デバイスの内の１つに各々が、対応する選択コマンドをメイン制御装置内に記憶された１つ又は複数の選択コマンドのリストと比較するステップと；
選択コマンドが、メイン制御装置に接続された複数の医療用デバイスの内の１つのためである場合、メイン制御装置に接続された複数の医療用デバイスの内の１つに、１つ又は複数の制御信号を送信するステップと
を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の医療用デバイス及び第２の医療用デバイスと；
複数の医療用デバイスの１つに対応する選択コマンド及び医療用デバイスの一方の制御に対応する制御コマンドを受信するスピーチインターフェースと；
入力デバイス及び第１の医療用デバイスに接続されたメイン制御装置であって、選択コマンドを第１及び第２の医療用デバイスに対応する記憶された第１及び第２の選択コマンドと比較し、選択コマンドが第１の医療用デバイスに対応する場合、１つ又は複数の制御信号を第１の医療用デバイスに送信し、記憶された選択コマンドの１つのコマンドに一致する選択コマンドに対応するアドレスに制御コマンドを経路指定するメイン制御装置と；
メイン制御装置及び第２の医療用デバイスに接続され、アドレス及び第２の医療用デバイスのための記録を含むスレーブ制御装置であって、メイン制御装置から経路指定された制御コマンドを受信し、選択コマンドが第２の医療用デバイスに対応する場合、医療用デバイスを制御するために、第２の医療用デバイスの記録にしたがって１つ又は複数の制御信号を送信するスレーブ制御装置と
を含むことを特徴とする医療用システム。
【請求項１０】
入力デバイスはマイクロフォンを含み、選択信号は可聴選択コマンドであり、制御コマンドは可聴制御コマンドであることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
メイン制御装置が、
可聴選択コマンドを選択信号に変換し、かつ可聴制御コマンドを制御信号に変換し、
選択信号を、第１及び第２の医療用デバイスに対応する第１と第２の選択と比較し、
選択信号が第１の医療用デバイスに対応する場合、制御信号が第１の医療用デバイスと関連する１つ又は複数の記憶された制御信号のリストの１つの制御信号に一致すれば、１つ又は複数の制御信号を第１の医療用デバイスに送信し、
選択信号が第２の医療用デバイスに対応する場合、制御信号をスレーブ制御装置に送信し；さらに、
スレーブ制御装置が、
制御信号を記憶された制御信号と比較し、
制御信号が１つ又は複数の記憶された制御信号のリストの１つの制御信号に合致すれば、第２の医療用デバイスを制御するために第２の医療用デバイスに１つ又は複数の制御信号を送信することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
第１の複数の医療用デバイスがメイン制御装置に接続され、第２の複数の医療用デバイスがスレーブ制御装置に接続され、
メイン制御装置は、選択コマンドが複数の第１の医療用デバイスの内の１つに対応すれば、第１の複数の医療用デバイスの内の１つを制御し、
スレーブ制御装置は、選択コマンドが第２の複数の医療用デバイスの内の１つに対応すれば、第２の複数の医療用デバイスの内の１つを制御することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
複数の医療用デバイスが、１つ又は複数のロボットアーム、手術室のテーブル、電気焼灼デバイス、レーザー、吹き入れ器及び照明システムの１つ又は複数のものを含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
メイン制御装置及びスレーブ制御装置の一方又は双方が、医療用デバイスを制御するために医療用デバイスに制御情報を含む情報の１つ又は複数のパケットを送信することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、１９９６年６月２４日に米国特許商標庁にＥｘｐｒｅｓｓ  Ｍａｉｌ番号ＥＭ４８０１７１２８５で出願されたが未だ出願番号を受けていない、ＭＵＬＴＩ−ＦＵＮＣＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＳＷＩＴＣＨＩＮＧ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥと題する米国特許出願の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は一般に、制御システムに関する。詳細には、本発明は、複数の手術デバイスを１つまたは複数の入力デバイスから制御することができるようにする制御システムおよび装置に関する。さらに詳細には、本発明は、手術室の構成要素の連結および制御を可能にする、実行時構成可能な制御システムを提供する。
【背景技術】
【０００３】
多くの手術処置は、複数の器具を用いて実行される。例えば、いくつかの腹腔鏡処置は、内視鏡を保持して移動させるために米国カリフォルニア州ＧｏｌｅｔａのＣｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｏｔｉｏｎ、Ｉｎｃ．製のロボット・アーム・システムを利用して実行される。外科医は、組織を切開するためにレーザを使用することも、組織を焼灼するために電気メスを使用することも、手術部位を照明するために光を使用することもある。
【０００４】
各器具は、その動作のための独自の制御インタフェースを有する。したがって、外科医は、各デバイスを別個に操作しなければならない。例えば、外科医は、フット・ペダルを利用して電気メスを制御し、別のフット・ペダルを利用してロボット・アームを操作し、さらに別のインタフェースを利用してレーザを操作しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のデバイスを操作することによって、外科医が混乱し、それにより様々な処置を実行する効率が低下する。さらに、各デバイスが別々のユーザ・インタフェースを有する場合には、様々なデバイスを利用することは煩わしい。手術室環境に新しいデバイスが導入された場合には、医師はどのようにして新しいユーザ・インタフェースを使用するかを覚えなければならない。さらに、現在のところ、音声制御を介して複数の特定の手術室デバイスを操作する既知の実行時構成可能なシステムは存在しない。したがって、音声制御されるデバイスが手術室中に２つ以上ある場合には、医師は１つのデバイス用に使用しているマイクロフォンを取り外して、別のデバイス用のマイクロフォンと取り替えなければならない。これにより、作業効率に関連する多くの問題が生じることは明らかである。さらに、多くのユーザ・インタフェースを実際に切り替えることが必要であることによってかなりの時間がかかり、したがって、処置の危険性を増すことがある麻酔を患者が受ける時間が長くなる。
【０００６】
したがって、複数のデバイスを制御するための汎用プラットフォームであって、制御システムとも呼ばれるそのプラットフォームを導入する環境に応じてデバイスを加えることも取り去ることもできるようになっている汎用プラットフォームが当技術分野では必要とされている。このシステムは、さらに、始動時に自動的に構成することができる。さらに、取り付けられた複数のデバイス、すなわち手術室デバイスのうちの１つを選択し、操作するシステムおよび方法も必要とされている。本発明が対象とするのは、上述の問題の解決策である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の医療用デバイスと；１つの医療用デバイスに対応する選択コマンド及び複数の医療用デバイスの１つの制御に対応する制御コマンドを受信するスピーチ・インターフェースと；入力デバイスに接続されたメイン制御装置であって、各々が複数の医療用デバイスの１つの医療用デバイスに対応する選択コマンドを１つ又は複数の記憶された選択コマンドのリストと比較し、制御コマンドを、記憶された選択コマンドの１つの選択コマンドに一致する選択コマンドに対応するアドレスに経路指定するメイン制御装置と；メイン制御装置と複数の医療用デバイスの内の少なくとも１つに接続され、アドレス及び接続された医療用デバイスの記録を含むスレーブ制御装置とを含み、スレーブ制御装置は、メイン制御装置から経路指定された制御コマンドを受信し、制御コマンドが有効な制御コマンドに一致するかどうかを決定し、一致する場合、複数の医療用デバイスの１つを制御するためのアドレスに対応する複数の医療用デバイスの１つに、記録にしたがって１つ又は複数の制御信号を送信することを特徴とする複数の医療用デバイスを制御するための制御システムである。
【０００８】
さらに、本発明によれば、手術室中の複数のデバイスから選択し、制御する制御システムであって、
ａ）マスタ制御装置と電気通信する１つの特定のデバイスとそれぞれ関連づけられた選択コマンドをユーザから受信する手段と、
ｂ）ユーザから制御コマンドを受信する手段と、
ｃ）選択コマンドおよび制御コマンドを対応する選択信号および制御信号に変換する手段と、
ｄ）選択コマンドを受信する手段で受信した選択コマンドが指定するデバイスに制御信号を経路指定する手段と
を含むマスタ制御装置を含む制御システムが提供される。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、複数のデバイスを選択し、制御するマスタ制御装置が提供される。制御される複数のデバイスはそれぞれ、直接、またはスレーブ制御装置を介してマスタ制御装置と電気通信または無線通信する。スレーブ制御装置については、本発明の第２の態様に関連して以下でより詳細に論じる。
【００１０】
マスタ制御装置は、ユーザによって発行された選択コマンドを受信する手段を含む。ユーザが利用できる選択コマンドは、マスタ制御装置と電気通信するデバイスに基づいている。マスタ制御装置は、マスタ制御装置の始動時にそれと電気通信しているデバイスを認識することができる。これについては、好ましい実施形態の説明で詳細に述べる。マスタ制御装置と電気通信する各デバイスは、それに対応して利用できる選択コマンドによって表される。
【００１１】
マスタ制御装置はさらに、制御コマンドをユーザから受信する手段を含む。ユーザから選択コマンドを受信する手段および制御コマンドを受信する手段はともに、音声コマンドを受信する音声制御インタフェース（ＶＣＩ）中に含めることができる。このシステムはさらに、フット・ペダル、手持ち式デバイス、あるいは選択もしくは制御コマンドまたはこれらのコマンドを示す入力をユーザから受信するためのその他の何らかのデバイスを利用することもできる。ＶＣＩは、ユーザによる特定のデバイスの選択を示す信号、および特定の選択コマンドによって指定されたデバイスにユーザが送ろうとする制御コマンドを示す信号を提供する。これらをそれぞれ、選択信号および制御信号と呼ぶ。ユーザがフット・ペダル、ハンド制御装置、またはその他の何らかの入力デバイスを使用している場合には、入力が音声入力ではなく既に電気信号の形になっているので、ＶＣＩは利用されない。別法として、デバイスの組合せを使用して、選択コマンドおよび制御コマンドを受信し、これらのコマンドを示す選択信号および制御信号を提供することもできる。
【００１２】
マスタ制御装置はさらに、選択信号によって指定されたデバイスに制御信号を経路指定する手段も含む。例えば、多くの手術で使用され、本発明の制御システムを介して操作することができるデバイスの１つに含まれるものとして考えられているデバイスであるレーザを操作したいとユーザが望む場合には、ユーザは、そのことを示す選択コマンドを発行する、すなわち「レーザ」という単語または「レーザを選択」という語句を発話すればよい。したがって、デバイスの名前は選択コマンドの働きをすることができ、選択コマンドは２つ以上の単語の組合せにすることができる。
【００１３】
ユーザから選択コマンドを受信し、選択コマンドを選択信号に変換した後で、必要な場合には、マスタ制御装置は、制御コマンド、またはユーザから受信した制御コマンドを示す選択されたデバイスについての制御信号を、その前の選択コマンドによって指定されたデバイスに経路指定する。この例の場合であれば、制御信号はレーザに経路指定されることになる。選択コマンドおよび制御コマンドの好ましい構造は、本明細書の、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明に開示してある。
【００１４】
さらに、制御装置は、選択コマンドを受信した後で発行された制御コマンドを示す制御信号が実際に有効な制御信号であることを保証する手段を含むことができる。これは、マスタに事前に記憶された、あるいは以下で述べるシステム始動前またはシステム始動時にスレーブに事前に記憶された、有効な制御コマンドおよび文法のデータベースを介して実施される。
【００１５】
本発明の第２の態様は、マスタ制御装置に電気的に接続された少なくとも１つのスレーブである。マスタ制御装置に接続された各スレーブ制御装置は、そのスレーブ制御装置に電気的に接続された特定のデバイスに対してマスタ制御装置と同様に動作する。スレーブ制御装置はさらに、独立型ユニットとして使用される場合には、ユーザから直接制御コマンドを受信することができる。しかし、それらがスレーブとして利用される場合には、制御コマンドはマスタ制御装置で受信され、制御信号に変換され、そのマスタ制御装置からスレーブ制御装置（そこに接続されたマスタ制御装置が受信した最後の選択コマンドによって指定されたデバイスを有するスレーブ制御装置）に転送される。これにより、本発明の制御システムは、制御システムの始動前にスレーブ制御装置に接続されているデバイスについてマスタ制御装置が知っている必要がなく、複数の異なるデバイスを操作することができる。
【００１６】
スレーブ制御装置は、その他任意のデバイスと同様にマスタ制御装置に接続されるが、各スレーブ制御装置は、そこに接続された特定のデバイスに関する情報をマスタ制御装置に提供し、したがってマスタ制御装置は、一般には始動時に、正確にどのデバイスがシステムに接続されているかについての情報を与えられる。ユーザが利用できる選択コマンドは、各スレーブ制御装置に接続された全てのデバイス、ならびにマスタ制御装置に直接接続されたデバイスを含む。上記で概略的に述べたアーキテクチャなどのオープン・アーキテクチャ、具体的に言うとマスタ制御装置およびスレーブ制御装置を実現することにより、単一の制御装置または複数の制御装置から様々なデバイスを制御することができ、この制御システムを利用する医師は、様々な制御システムまたは制御インタフェースを切り替える必要がなくなる、あるいは少なくとも各デバイスを制御するためのより簡単なインタフェースを有することになる。さらに、各デバイスを選択し、制御するための主要な手段を、以下で詳細に述べる音声認識システムとすることを構想している。
【００１７】
また、制御システムは、特定のデバイスを選択または制御する際のエラーをユーザに警告することができるオーディオ出力およびビデオ出力を含むことができる。さらに、オーディオ出力およびビデオ出力を使用して、特定のデバイスそれぞれに関する問題をユーザに警告すること、ならびにどのデバイスが利用可能であるか、どのデバイスがアクティブであるかについての状態通知、および以下でさらに論じるその他多くのデバイスの動作情報を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明がより完全に理解されるように、以下の詳細な説明および添付の図面を参照する。これらの図面では、同じ参照番号は同じ部分を指すものとする。
【００１９】
本発明に従って、本発明による手術室制御システムを図１に概して１０で示す。手術室制御システム、すなわち制御システム１０は、一般に、少なくとも１つのスレーブ制御装置１４に取り付けられることが好ましいマスタ制御装置１２を含む。この例示的な好ましい実施形態は、マスタ制御装置１２と、これと電気通信する少なくとも１つのスレーブ制御装置１４とを両方とも有するものとして示してあるが、制御システム１０は、以下で述べるようにマスタ制御装置１２のみで実装することもできる。
【００２０】
マスタ制御装置１２は、複数の通信ポート４６を介して複数のデバイス１６に電気的に接続され、それらと電気通信する。別法として、マスタ制御装置１２は、マスタ１２、スレーブ１４、およびデバイス１６それぞれのＩＲまたはＲＦ信号の送信機および受信機などの無線通信システムを介して、任意のスレーブまたは特定の医療デバイスに接続されることもある。これらのデバイス１６の一部は、その動作については以下で述べる少なくとも１つのスレーブ制御装置１４となることもある。マスタ制御装置１２に直接、または少なくとも１つのスレーブ制御装置１４を介して電気的に接続されるようになされたその他のデバイスには、手術室環境中で一般に見られるデバイスが含まれる。
【００２１】
非限定的な例として、図１では電気メス１８がマスタ制御装置１２に直接接続されている。米国カリフォルニア州ＧｏｌｅｔａのＣｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｏｔｉｏｎ製の、商品名ＡＥＳＯＰで市販されているものなど、内視鏡を保持し、操作するためのロボット・アーム２０は、少なくとも１つのスレーブ制御装置１４の１つを介してマスタ制御装置１２に電気的に接続される。手術台２２、注入器２４、および手術室照明システム２６もスレーブ制御装置を介してマスタ制御装置１２と電気通信している。手術室環境中で利用される任意の電気制御デバイスを直接、または少なくとも１つのスレーブ制御装置１４の１つを介してマスタ制御装置１２に取り付けることができることが構想されている。
【００２２】
マスタ制御装置１２は、そこに電気的に接続された各デバイスについての主ユーザ・インタフェースとなるように構成されている。したがって、医師は、より簡単かつ直接的に手術室環境を操作することができる。現在では、手術室中の各デバイスは、別個のインタフェースを含む。医療処置中に医師が必要とする変更を実施するときに、各インタフェースへの接近は、医師および看護婦のいずれかがかなり動くことが必要となる。
【００２３】
例えば、医師が光をわずかに暗くすることを必要とする場合には、現在では、看護婦が手術室の照明システムに近づき、光を暗くしなければならない。このような変更を医師が直接制御し、手術室内の動きを最低限に保って無菌性を高めることができれば、非常に有利であるはずである。これは、手術室環境および自分が使用しているデバイスを直接制御することにより、手術室中にいる人間の間の伝達不良による誤りを最低限に抑えて最高程度の安全が保障されるからである。手術室環境中の動きが最低限であることはさらに、特定の無菌器具および手術部位自体が汚染される危険を低減するのに有利である。
【００２４】
このような制御システム１０を実施するために、マスタ制御装置１２は一般に、音声制御インタフェース（ＶＣＩ）３２を含む。ＶＣＩ３２は、ユーザから選択コマンドを受信する手段２８を含み、各選択コマンドは、マスタ制御装置１２と電気通信する１つの特定のデバイスと関連づけられる。これは、制御システム１０の始動時にそれと電気通信しているデバイスのリストをマスタ制御装置１２に与えることによって実施される。このリストをマスタ制御装置１２に与えるプロセスおよびハードウェアについては、以下で述べる。
【００２５】
図２に示すように、ＶＣＩ３２は、ユーザから制御コマンドを受信する手段３０をさらに含む。好ましい実施形態では、選択コマンドを受信する手段２８および制御コマンドを受信する手段３０は、ユーザの実際の音声を受信するマイクロフォン３４、アナログ音声をそのデジタル表現に変換するアナログ・デジタル変換器３６、そのデジタル表現を復号に適したデジタル表現に変換する特徴抽出機３８、さらに変形後の音声のデジタル表現の特徴と事前に保管したユーザ・モデル４１のセットとを比較して、マイクロフォン３４で受信した音声が選択コマンドであるか、制御コマンドであるか、またはその他の何らかのマスタ制御装置１２が無視すべき音声であるかを判定するデコーダ４０などが、ＶＣＩ３２中に共存する。このような「その他の音声」には、無関係の雑音、医師と手術室中の別の人間の間の音声、および手術室中のその他の人間一般の音声が含まれることになる。
【００２６】
本発明で利用する特徴抽出機は、音声認識の技術分野では周知である。Ｍｅｌ−Ｃｅｐｓｔｒｕｍや線形予測などの技法を利用して、特徴抽出機３８によって特徴ベクトルが生成されることが好ましい。このような技法は周知であり、ＶＣＩ３２が受信した音声を表現する特徴ベクトルを発生させるために特徴抽出機３８中で利用されることを理解されたい。
【００２７】
さらに、本願に記載するものなどの抽出機およびデコーダを実現する音声ソフトウェアを利用することもできる。したがって、本明細書では音声認識のための特定の実施態様を提示するが、Ｃｒｅａｔｉｖｅ  ｌａｂｓのようなベンダーからＶＯＩＣＥ  ＢＬＡＳＴＥＲという商品名で購入した既製の音声認識システム、Ｄｒａｇｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ製のＤｒａｇｏｎ  Ｄｉｃｔａｔｅ、または米国マサチューセッツ州のＫｕｒｚｗｅｉｌ  ＡＩ製のＶＯＩＣＥ  ＰＡＤを含めることによって実行することもできる。これらの各企業は、フロント・エンド音声認識システムを製造している。
【００２８】
デコーダ４０は、隠れマルコフ・モデル（Hidden Markov Modeling）など周知の方法を利用して、記憶したユーザ・モデル４１と特徴抽出機３８の出力とを突き合わせるというかたちで、特徴抽出機３８が生成した情報を利用する。各音素ごとに１つの隠れマルコフ・モデル（ＨＭＭ）が作成される。特徴抽出機３８からＭｅｌ−Ｃｅｐｓｔｒｕｍが出力される場合には、ＨＭＭは、それぞれの音素を識別するように訓練される。音声認識に隠れマルコフ・モデルを使用することは一般に周知である。
【００２９】
デコーダ４０が使用する記憶されたユーザ・モデル４１は、ＶＣＩ自体と関連づけられたメモリ４４中に入れることができる。図３に示すように、このようなメモリ４４は、ＥＰＲＯＭ、ＰＲＯＭ、またはその他何らかのプログラマブル・メモリの記憶デバイスとして、ＶＣＩボード４６上に組み込むことができる。ただし、これらのモデルは、ディスクや移動可能な記憶媒体など、移動可能なメモリ・デバイス上に記憶することが好ましい。この移動可能なメモリ・デバイスがＰＣＭＣＩＡフォーマットのカード４８であると、データ転送時間が短縮され、システムの頑丈さが増すので、さらに好ましい。ＰＣＭＣＩＡフォーマットのカードは、フロッピー（登録商標）・ディスクより良好にデータを保持する。さらに、現在製造されているＰＣＭＣＩＡカードの構成では、追加のプログラム・データをＰＣＭＣＩＡフォーマットのカード上に記憶し、システムの変更（すなわちシステム・ソフトウェアへのアップグレードなど）が行われたときにマスタ制御装置１２にダウンロードすることが可能である。したがって、本発明の制御システム１０では、このようなＰＣＭＣＩＡ形式のファクタ・カード（factor card）を使用することが好ましい。
【００３０】
図３は、ＶＣＩ３２をさらに詳細に示す図である。ユーザの音声は、アナログ・デジタル変換器３６でデジタル化された後で、特徴抽出機３８に送られる。特徴抽出機３８は、前述のように機能する。詳細には、特徴抽出機３８は、デジタル化信号を、復号に適した表現（例えばＭｅｌ−Ｃｅｐｓｔｒｕｍ）に変換する。次いで、この表現はデコーダ４０に渡され、このデコーダは、特徴抽出機３８で生成された表現と、ユーザ・モデル４１を含むメモリ４４に記憶されたモデルとを比較する。メモリ４４には、移動可能なメモリ・デバイス４５から、ダウンロード・プロセスを介してモデル４１を送ることができる。メモリ４４に記憶されたモデルは、有効な発音、またはマスタ１２が認識すべき全ての有効な単語の完全なセットである辞書（lexicon）を構成する。この辞書は、移動可能なデータ記憶媒体４１上に記憶されるので、マスタ制御装置１２に接続されるデバイスに依存して、追加することも取り去ることもできる。この方法では、マスタ制御装置１２を購入した後日に新しい機器を購入した場合には、辞書に追加しようとする単語をユーザが発話し、それらを使用して移動可能なメモリ４５上のユーザ・モデル４１を更新するという周知のデータ獲得技法を介して、新しい単語を辞書に追加することができる。
【００３１】
最も好ましい本発明のシステム１０の実施態様では、１つのマスタ制御装置１２および少なくとも１つのスレーブ制御装置１４が設けられる。このような構成では、以下でより詳細に論じるように、一旦マスタ制御装置すなわちマスタ１２が選択コマンドを受信すると、マスタ１２のＶＣＩ３２で受信された全ての音声は、新しい選択コマンドでない限り、適切に取り付けられたスレーブ１４の特徴抽出機に送られる。こうして、複数のデバイスをいくつかの異なる制御装置に取り付けることができ、各制御装置に記憶された辞書をマスタ１２にダウンロードする必要はない。マスタ１２は、システム１０に接続される全てのデバイスの辞書と、マスタ１２に取り付けられたスレーブ１４に取り付けられるのではなく、マスタ１２に直接取り付けられたデバイスのコマンドについての辞書とを含む。
【００３２】
本明細書でスレーブ１４と呼ぶその他の制御装置は全て、それに直接接続されるデバイスについての辞書を含む。例えば、図１では、１つのスレーブは、ロボット・アームおよび手術台の制御コマンドおよび選択コマンドについての辞書を含む。したがって、この制御装置は、そのユニットに含まれるＶＣＩに差し込まれたマイクロフォンを有することができ、単独のユニットとして働くことができる。あるいは、制御システム１０の構成に依存して、それは実際にはマスタとして働くこともある。システム１０全体は始動時に構成される。したがって拡張可能である。あらゆる制御装置がＶＣＩを含むことが好ましい。
【００３３】
デコーダ４０は、さらに言語モデルを含む。この用語は当技術分野で周知であり、以下でさらに説明する。本質的に、特定の単語を特定の順序で発声すると有効となる。言語モデルは、単語の有効な全ての組合せを表現するネットワークを開発し、抽出したベクトルをそのネットワーク中の各経路に沿って復号することによって実現される。入ってくる音声と合致する見込みが最も高い経路がどの経路であれ、その経路に関連する情報がデコーダ４０によって選択される。さらに、本発明を実行するために、無音経路（silence path）が利用可能であり、未認識コマンド経路が設けられることを理解されたい。したがって、ユーザが発話しても、有効なコマンドが与えられない場合には、システム１０は応答しないことになる。
【００３４】
図５は、ロボット・アーム２０を適切に動作させるための１つの例示的な言語モデルを示す図である。この言語モデルは、マスタ制御装置１２と電気通信する各デバイスごとに開発される。この場合も、デバイスはマスタ制御装置１２と無線通信することもできる。言語モデルは、各デバイスごとにそれぞれの制御装置に記憶されることが好ましい。例えば、あるデバイスがスレーブ１４に直接接続されている場合には、そのデバイスについての制御言語モデル（そのデバイスを制御するために使用される言語を含む言語モデル）はそのスレーブのＶＣＩに記憶される。デバイスがマスタ１２に直接接続されている場合には、制御言語モデルは、マスタ１２のＶＣＩに含まれる。スレーブに接続されるのではなく、マスタ１２に直接接続することができる全てのデバイス用の選択言語モデルは、マスタ１２に記憶されなければならないことを理解されたい。したがって、所与の時間にどのデバイスがシステムに接続されているかに依存して、ユーザは、接続されたデバイスの中から任意に選択することができる。あるデバイスが接続されていない場合には、システムは、始動時にそのことを認識し、そのデバイスへのアクセスを試みない。これについて、以下でより詳細に論じる。
【００３５】
あるデバイスがマスタ制御装置１２に直接接続されている場合には、そのデバイスを制御するための言語モデルは、ＶＣＩ自体、または移動可能なメモリ４５に記憶することが好ましい。この構成の利点については、制御システム１０の始動に関して以下で述べる。
【００３６】
マスタ１２に直接接続されたデバイスについて選択コマンドが与えられた場合には、この情報はマスタ１２中のデコーダに渡され、デコーダ４０が情報のパケット５２を生成する。このパケットは、動作させるデバイスのアドレスと、特定の動作を表すコードと、様々なバスを介してパケット５２が転送される際にデータが破損しないことを保証するためのチェックサムとを含む。このような情報のパッケージングは周知であるが、上述の特定のパッケージは、これまでは複数の医療デバイスの１つを制御するために利用されていなかった。チェックサムを使用したデータ検査も当技術分野では周知である。
【００３７】
デコーダ４０は、有効な選択コマンドを復号する際に、参照テーブルに記憶されており、かつそのデバイスと関係するそのデバイスのアドレスを活動化する。これは次のように実施される。始動時には、マスタ１２であれスレーブ１４であれ、あらゆる制御装置はその通信ポートのアドレスを知っている。制御装置は各通信ポートに問合せを送信し、あるデバイスがそこに接続されているかどうかを調べる。接続されている場合には、そのデバイスに接続されたアダプタが、そのデバイスの名前と、それが適切に機能していることの表示とを特定する。このアダプタは電気分野では周知であり、したがってここではこれ以上論じない。あらゆるスレーブ制御装置は、アドレス、および関連するデバイスのコードまたは名前の参照テーブルを確立する。デバイスのコードまたは名前は、全てのデバイスと、関連するスレーブ制御装置をマスタ１２に接続するポートの対応するアドレスとを含むマスタ１２に転送される。
【００３８】
利用可能な全てのデバイスのアドレスは、最初はＶＣＩと関連するメモリに記憶されており、マルチプレクサを使用して、特定のアドレスを活動化する、またはそのアドレスにアクセスできるようにする。この方法では、マスタ１２は、それが識別することができる有効な選択コマンドを受信した後で、選択されたデバイスがスレーブ制御装置に接続されている場合には、全ての制御コマンドを適当なスレーブ制御装置のＶＣＩに向けて経路指定する。選択されたデバイスがマスタ１２に直接接続されている場合には、制御コマンドはマスタ１２のデコーダ４０を介して供給され、制御情報パケットはマスタ１２の中央プロセッサ４４を介して生成され、デバイスに送信される。この方法では、スレーブのＶＣＩは制御信号を供給され、スレーブへの入力の経路指定先であるアナログ・デジタル変換器から受信したのと同様にこれらの信号を処理する。あらゆるスレーブは１つのマスタに取り付けることができ、さらにそのマスタを別のマスタに取り付けることができる。したがって、マイクロフォンが取り付けられた１つのマスタに全てのスレーブが取り付けらている、スレーブのデイジーチェーンが形成される。
【００３９】
ＶＣＩ３２に加えて、マスタ制御装置１２は、ＶＣＩ３２で受信した選択信号によって指定されたデバイスに制御信号を経路指定する手段４２を含む。図４は、１つのスレーブ制御装置１４と、電気通信する２つの医療デバイスとを有するマスタ制御装置１２を示している。マスタ制御装置は、ＶＣＩ３２、および制御信号を経路指定する手段４２を含む。音声が抽出され、選択コマンドまたは制御コマンドに復号された後で、この特定のコマンドが、マスタ制御装置１２の中央プロセッサ４４に転送される。
【００４０】
好ましい実施形態では、制御信号を経路指定する手段４２は、マスタ制御装置１２の中央プロセッサ４４に組み込まれている。経路指定手段４２は基本的にアドレス指定可能なマルチプレクサであり、各デバイスのアドレス、およびそれらが接続された複数の通信ポート４６のうちそれらと関連する１つの通信ポートのメモリを有する。アドレスがデコーダ４０に記憶される場合には、中央プロセッサ４４はそのメモリと通信する。
【００４１】
経路指定手段４２は、情報のパケット５０または制御信号を獲得し、その情報をスレーブ１４に送信する場合には、複数の通信ポート４６のうちのどれに向けてその情報を送るかを検査し、その後、複数のポート４６のうちの望ましい１つに向けてその情報を送る。
【００４２】
アドレスおよびそれらが関連するポートは、システムの始動時にマスタ１２中にアップロードされる。この手続きはソフトウェアに組み込まれ、当技術分野では周知である。
【００４３】
例えば図４では、電気メス１８がマスタ制御装置１２にアドレスを転送する。このアドレスは複数の通信ポート４６のうちの１つで受信され、関連する通信ポート番号とともにメモリに保管される。有効な選択コマンドは、移動可能なメモリに記憶されることを理解されたい。マスタに直接接続されたデバイスについては、言語モデルは、マスタ１２中のメモリに記憶することも、移動可能なメモリに記憶することもできる。言語モデルは、スレーブ１４に直接接続されたデバイスについては関連するスレーブに記憶される。この方法では、始動時に、各デバイスのアドレスおよびそのデバイスの名前（デバイスを指定するコード化音素）を各スレーブがマスタに送信するので、マスタ１２はシステムに接続された全てのデバイスを知っている。デバイスの名前はマスタにアップロードされ、したがって選択コマンドの妥当性検査をマスタ１２中で行うことができる。しかし、制御コマンドを妥当性検査するための言語モデルは、時間がかかり制御システム１０を減速させるので、マスタ１２に転送されない。したがって、マスタ制御装置１２は、実際には、そこに接続されたデバイスを動作させるのに必要な文法のサブセットを含むが、言語モデルはデバイスの名前のみに限定される。制御コマンドの有効なシーケンス（すなわちそれらの制御言語モデル）に関する情報は、それらが接続された各スレーブ制御装置に記憶される。言うまでもなく、デバイス１４がマスタに直接接続される場合には、上述のように言語モデルはマスタ１２で記憶される。
【００４４】
本発明による制御システム１０は、きわめて簡単な方法で手術室を構成および再構成する方法を提供する。さらに、システム１０は、ユーザが制御するデバイスを選択し、その後そのデバイスを制御することができるようにするための直感的なインタフェースを提供することを理解されたい。このシステムは、特定のデバイスについて受信された制御コマンドが有効であることを検査して保証する。
【００４５】
さらに、システム１０は、複数のデバイス１６のうちの特定の１つとスレーブまたはマスタ１２との間に配置されたアダプタ５２を必要とする。アダプタ５２は、そのデバイスのアドレスを示す信号をそれぞれのスレーブ１４またはマスタ１２に転送し、それらが接続された制御装置から送信された制御信号を、意図された特定のデバイスが理解する信号に翻訳する。このようなアダプタは、容易に構築され、当技術分野では周知である。さらに、このようなアダプタは、それぞれのスレーブ１４またはマスタ１２に含めることも、複数のデバイス１６のうちの特定の１つのデバイス自体に取り付けることもできる。アダプタが制御装置１２、１４の内部に取り付けられた場合には、それらのアダプタが目的とする特定のデバイスを複数の通信ポート４６のうちの特定の１つに取り付けなければならないが、アダプタ５２をデバイス１６に取り付けると、デバイスを任意のポートに取り付けることができるのでかなり有利である。
【００４６】
新しいデバイスをシステムに追加する場合、またはシステム・ソフトウェアを改良またはアップグレードする場合には、このような変更を、ユーザ音声モデルを記憶したカードなどのような、ＰＣＭＣＩＡフォーマットのカードに組み込むことができる。どのようにしてシステム・ソフトウェアをマスタにアップロードするにしても、このカードを同じインタフェースに挿入して、マスタを解体する必要なくアップグレードを行うことができる。これは、ＰＣＭＣＩＡフォーマットのカード上にシリアル・インタフェースを組み込むことによって実施される。したがって、中央プロセッサ４４はさらに、始動時に、ＰＣＭＣＩＡフォーマットのカードから送られるデータを検査することによって、行うべきシステムのアップグレードがあるかどうかを検査する。シリアル・インタフェースのアクティビティを検査することは周知であるが、シリアル・インタフェースを単一のＰＣＭＣＩＡフォーマットのカード上に組み込むことは、これまでは知られていなかった。したがって、この組合せは新規事項であると考えられる。さらに、このようなＰＣＭＣＩＡフォーマットのカード上に音声モデルを組み込むことも、これまでは知られていなかった。
【００４７】
少なくとも１つのスレーブ１４はそれぞれ、マスタ制御装置１２とほぼ同様である。また、複数のスレーブ１４はそれぞれ完全なＶＣＩを含むことができ、各スレーブ１４がマスタとして動作することができるようになっている。あるいは、好ましくはないが、スレーブが特徴抽出機を含まず、特定のデバイスの動作それぞれに関する言語モデルのサブセット（すなわち制御コマンド）のみを含むこともある。スレーブは、コマンドを送信すべき特定のアドレス（これは実際にはコマンドである）をマスタ制御装置から受信するので、これは、スレーブで必要とされる全てである。したがって、スレーブは、それがその特定のデバイスにとって有効なコマンドであることを検査して保証するだけでよい。この方法では、デバイスは、マスタに直接接続することも、マスタ１２と通信するスレーブに接続することもできる。
【００４８】
最後に、システム１０は、ビデオ・モニタ８６およびスピーカ８８も含めた出力手段を含むことができる。スピーカはデジタル・アナログ変換器９０を介してＶＣＩ３２に組み込むことができ、ユーザが特定のデバイスを操作または選択する際に犯したエラーをシステムがユーザに通信することができるようになっている。さらに、出力手段は、システム・エラーまたは特定のデバイスの誤動作を通信することができる。このような情報は、特定の各アダプタ中に含まれ、そのアダプタに取り付けられたデバイスに固有のものである。このような通信はマスタに転送され、そこで聴覚的または視覚的に表示されることになることを理解されたい。本発明によるシステムおよび制御装置は、さらに、フット制御装置、ハンド制御装置、またはその他周知の制御装置を含むことができる。参照により本明細書に組み込む特許出願に記載のように、これらの制御装置はそれぞれ、マスタまたはスレーブに接続された任意のデバイスを制御するために使用することができる。したがって、ＶＣＩは、特定のデバイスを選択するためにのみ使用することができ、選択した後で、そのデバイスは、周知の制御装置の１つを介して制御することができる。最終的に、このシステムのフレキシビリティにより、コストを削減し、手術処置の安全性を高めることができる。
【００４９】
本発明のいくつかの例示的な実施形態について述べ、それらを添付の図面に示したが、その他様々な修正形態を当業者なら思いつくことができるので、これらの実施形態は単なる例示であって広範な本発明を限定するものではないこと、ならびに図示および記述した特定の構成および配列に本発明が限定されないことを理解されたい。したがって、頭記の事項を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による、スレーブ制御装置および手術室デバイスの両方と電気通信するマスタ制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明による音声制御インタフェースを示すブロック図である。
【図３】本発明による音声制御インタフェース・カードを示す概略図である。
【図４】本発明によるマスタ制御装置を示す概略図である。
【図５】本発明による、デバイスを操作するための文法を示す例示的なツリー図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…制御システム、１２…マスタ制御装置、１４…スレーブ制御装置、１６…デバイス、１８…電気メス、２０…ロボット・アーム、２２…手術台、２４…注入器
【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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