(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのアクティブな外科用器具（１０）を有し、作業領域におけるアクティブな外科用器具（１０）の所在位置及び動作状態を決定する医療用システムであって、
前記アクティブな外科用器具（１０）は、前記アクティブな外科用器具（１０）がアクティブな動作状態にあるとき、電磁界（１４）を放出または電磁界に影響を与え、前記アクティブな外科用器具（１０）がアクティブな動作状態にないか、スイッチをオフにされているとき、電磁界（１４）を放出しないまたは電磁界に影響を与えないように構成され、
前記医療用システムは、作業領域における前記アクティブな外科用器具の所在位置を確定するための所在位置検出ユニットと、少なくとも１つの第１のセンサ（２０）とを有し、
前記第１のセンサ（２０）は、前記作業領域における既知の所在位置に配置可能であり、
前記第１のセンサ（２０）は、前記アクティブな外科用器具（１０）から放射された、または前記アクティブな外科用器具（１０）によって変化させられた電磁界を検出し、前記電磁界（１４）の検出されたパラメータを示す、少なくとも１つの出力信号を、前記所在位置検出ユニットに伝送するように構成され、
前記所在位置検出ユニットは、前記出力信号及び前記第１のセンサの位置に基づいて前記アクティブな外科用器具（１０）の所在位置を確定し、対応する所在位置データを生成するべく構成され、
ポジション検出ユニット、電磁界発生器（２４）、及び器具センサ（１６）を備えたポジション検出システムを更に含み、
前記器具センサ（１６）は、前記アクティブな外科用器具（１０）に配置可能で、
前記器具センサ（１６）は、前記電磁界発生器（２４）によって生成された交番電磁界（２２）を検出し、検出された前記交番電磁界（２２）を示す信号を前記ポジション検出ユニットに伝送するべく構成され、
前記ポジション検出ユニットは、検出された前記信号と、前記電磁界発生器によって生成された既知の交番電磁界（２２）とに基づいて前記アクティブな外科用器具（１０）のポジションデータを確定するべく構成され、
前記第１のセンサ（２０）によって生成された前記出力信号は、前記第１のセンサ（２０）によって検出された前記電磁界の変化の程度及び／または前記第１のセンサ（２０）によって検出された前記アクティブな外科用器具（１０）の前記電磁界（１４）の強度を示す信号値またはレベルを有し、
前記アクティブな外科用器具（１０）の所在位置が確定されたとき、前記アクティブな外科用器具（１０）の異なる動作状態が検出され、考慮されることを特徴とする医療用システム。
【請求項２】
請求項１に記載の医療用システムであって、
前記アクティブな外科用器具（１０）の動作状態は、前記第１のセンサによって生成された前記出力信号に依存する方式で制御されることを特徴とする医療用システム。
【請求項３】
請求項２に記載の医療用システムであって、
前記第１のセンサ（２０）が、選択された第１の閾値より大きい電磁界（１４）の強度または電磁界（１４）の変化を検出した場合、前記アクティブな外科用器具（１０）が、動力抑制されることを特徴とする医療用システム。
【請求項４】
請求項３に記載の医療用システムであって、
前記第１のセンサ（２０）が、選択された第２の閾値より大きい電磁界（１４）の強度または電磁界（１４）の変化を検出した場合、前記アクティブな外科用器具（１０）が停止され、前記第２の閾値は前記第１の閾値より大きいことを特徴とする医療用システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用システムであって、
ディスプレイユニット（３２）のリフレッシュレートが、前記アクティブな外科用器具（１０）の確定された動作状態に依存する方式で設定されることを特徴とする医療用システム。
【請求項６】
請求項５に記載の医療用システムであって、
前記アクティブな外科用器具（１０）の作業先端部（１８）の回転速度は、設定された前記リフレッシュレートの整数倍に相当することを特徴とする医療用システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の医療用システムであって、
前記第１のセンサ（２０）を利用して検出された前記アクティブな外科用器具（１０）の前記所在位置データ、前記器具センサ（１６）を利用して検出された前記アクティブな外科用器具（１０）の前記ポジションデータとの比較が行われ、及び／または関連する所在位置データ−ポジションデータ対から所在位置補正値が生成されることを特徴とする医療用システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の医療用システムであって、
前記所在位置検出ユニット及び／または前記ポジション検出ユニットは、前記アクティブな外科用器具（１０）の所在位置データとポジションデータを比較して、そこから前記アクティブな外科用器具（１０）の補正された所在位置及び／またはポジションを確定することを特徴とする医療用システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の医療用システムであって、
前記作業領域において前記ポジション検出ユニットによって検出された前記アクティブな外科用器具（１０）、及び取得された前記作業領域に配置された物体のイメージデータを、ポジションについて忠実に表示するディスプレイユニット（３２）を更に含むことを特徴とする医療用システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の医療用システムであって、
前記アクティブな外科用器具（１０）からの及び／または前記アクティブな外科用器具（１０）の器具制御ユニット（３８）からの前記アクティブな外科用器具（１０）の動作状態情報を、前記ポジション検出ユニット及び／または所在位置検出ユニットに伝送するためのデータインタフェースを更に含むことを特徴とする医療用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサによって作業領域におけるアクティブ（能動的）な外科用器具の所在位置及び動作状態を検出するための方法に関し、本発明の方法においては、アクティブな外科用器具が、スイッチをオンにした動作状態において少なくとも１つの電磁界を放射し、その電磁界がセンサによって検出される。更に、本発明は、アクティブな動作状態において電磁界を放射するべく構成された少なくとも１つのアクティブな外科用器具を備えた、作業領域においてアクティブな外科用器具の所在位置を決定するための医療用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
侵襲性の外科的介入において、外科用器具は、手術中に外科医によって患者の体内の手術領域において動かされる。手術領域は、手術中に利用された外科用器具によって影響を受ける可能性があるか、または実際に影響を受ける、患者の体内における空間である。手術は、患者の体内への外科用器具の挿入及び患者の体内からの外科器具の取り出しとともに、患者の体内での外科用器具の移動、及び患者の体内での手術領域に予め定められ正確に配置された介入領域における外科用器具の使用を含む。介入領域は、外科医による作業が行われる、手術領域における部分をさす。例えば、これは、除去されるべき組織または閉鎖されるべき血管に関連し得る。従って、手術領域は、複数の介入領域を含み得る。手術領域において、複数の傷つきやすく慎重に扱うべき構造が介入領域に隣接して存在し、それらの構造は、外科用器具によって損傷されないように保存されるべきである。傷つきやすく慎重に扱うべき構造としては、例えば、血管、器官、神経、筋肉、靱帯、腱、及び他の維持されるべき通常は正常で無傷の組織が挙げられ、これらの組織は手術の影響を最小限にするために維持されるが、このように維持するのは、手術中に患者の身体に更になんらかの損傷を与えることは、患者に対して健康リスクを増加させ、手術の結果に悪影響を及ぼし得るからである。
【０００３】
従って、侵襲性の外科的介入を行うときには、ポジション検出システムが通常使用される。ポジション検出システムは、手術中に外科用器具のポジションを確定するとき、即ち所在位置（ロケーション）及びアライメント（位置関係の整列状態／配向）を確定するときに、外科医を補助する。既知のポジション検出システムは、具体的には、患者の身体における介入領域への外科用器具のナビゲーション、外科的処置を行う間の外科用器具のナビゲーション、及び患者の身体から外科用器具を取り出すときのナビゲーションを改善する役目を果たす。その結果、実施される手術の結果及び効率を改善することが可能になる。更に、外科用器具の正確なナビゲーションにより、手術領域においてリスクにさらされる可能性のある周囲の組織または神経経路に対する、不注意による損傷及び害を与えるリスクを減らすことができる。
【０００４】
従来では、ポジション検出システムは、手術中における少なくとも１つの医療器具、例えば外科用器具の所在位置及びアライメントを検出し、検出された所在位置の座標を変換して、器具の所在位置及びアライメントが、例えば患者のイメージ、具体的には介入領域における任意の空間的表示に重畳され得るようにしている。多くのポジション検出システムにおいて複数の異なる外科用器具のポジション情報を確定することが可能である。検出されたポジション情報は、通常は、手術前に得られた計画データ及び／または手術中に得られたイメージデータとともにモニタに可視化される。この目的のために、センサ（ローカライザ（所在位置決定器）とも称される）が、患者及び外科用器具の決定可能なポイントに配置され、このセンサの出力信号は、ポジション決定システムの評価ユニットによって手術領域におけるポジション情報として決定可能なものである。
【０００５】
例えば、そのようなポジション検出システムのためのポジション情報を確定するためにローカライザ（器具センサ）とともに、異なる医療器具、例えばポインタ器具、吸引装置、鉗子、針、メス、電気切開器、焼灼器等を提供すること、及びポジション検出システムに個々の医療器具を位置合わせしておくことが知られている。位置合わせ中には、基準点の位置−通常は器具先端部の作業位置−が、患者における既知の点に対して器具におけるローカライザ（所在位置センサ）によって較正され、ポジション検出システムに送られる。このようにして、ポジション検出システムによって決定された医療器具のアライメント及び基準点の位置、患者または物体の既知の点に関連付けられ、その結果、ポジション検出システムによって検出された器具の基準点の座標を、患者のイメージデータに基づく座標権に変換することが可能となる。このデータに基づき、利用可能な手術前及び／または手術中イメージデータとともに医療器具のポジションに忠実なイメージをモニタ上に表示することが可能である。
【０００６】
そのようなポジション検出システムは、例えば、超音波を用いてまたは電磁的な方式で動作するとともに、光学的に動作するローカライザを含み得る。例えば、電磁誘導に基づいて動作するポジション検出システムが知られており、そのようなシステムは電磁界発生器を有し、その電磁界発生器は、患者に隣接して配置され、作業領域において、概ね交番する電磁界を生成する。互いの相対位置が既知である複数のセンサコイルを有するローカライザは、作業領域においてナビゲート対象の外科用器具に配置される。交番電磁界は、交番電磁界に対する各センサコイルのアライメントに応じた形でこれらのセンサコイルに電流を誘導し、これらの電流は、交番電磁界における各コイルのアライメント及び所在位置について特有なものとなる。評価ユニットは、誘導電流を測定し、コイル相互の既知の相対位置を考慮して、交番電磁界におけるセンサコイルのポジションを確定する。位置合わせまたは較正プロセス中に、外科用器具の器具先端部は、初めに、ポジション検出システムにおいて定められた基準点に対して予め定められたアライメントをもって案内されるべきであり、基準点に達したときにローカライザのポジションが決定されるべきである。従って、センサコイルを備えた外科用器具の作業領域におけるポジションが、ポジション検出システムによって決定される。
【０００７】
上述のポジション検出システムは、それらのシステムが、例えばメスやハサミのようなパッシブ（非能動的）な外科用器具の位置の検出にしか実質的に適合しない点で不都合である。例えばドリル、焼灼器、または振動鋸等のアクティブな外科用器具は電磁界を放射し、この電磁界が、電磁界発生器からの交番電磁界に重なり、その結果である干渉が、センサコイルにおいて誘導された電流に直接的な影響を有し得る。これにより、センサコイルのポジションデータ、即ち評価ユニットによって確定される外科用器具のポジションデータが歪められることになる。更に、アクティブな動作状態にあるアクティブな外科用器具は、アクティブな外科用器具の部分によって隣接する組織に損傷を与える高いリスクを有している。
【０００８】
国際公開第０２／０７６３０２号（特許文献１）には、組織アブレーション及び組織の処置のための方法及び装置システムであって、手術領域におけるアクティブな外科用器具のポジションが、光学的ポジション決定装置によって検出され、介入領域における組織アブレーション及び組織アブレーションレートが、それによって決定可能なアクティブな外科用器具のポジションの変化に基づいて決定される、組織アブレーション及び組織の処置のための方法及び装置システムが開示されている。手術の進行は、これらのデータに基づいて確定可能であり、アクティブな外科用器具の動作状態は制御可能である。ここで、手術の目標、即ち、予め定められた組織体積について実施されるアブレーションの達成に近づいた場合、アクティブな外科用器具は動力抑制（減速等）され得、手術の目標に到達したときにはアクティブな外科用器具はスイッチをオフに（停止）され得る。
【０００９】
この方法及び装置システムの不都合は、手術領域における視野が制限されること並びに例えば血液等によるセンサの汚れのひどさのため、多くの外科的介入のために適していない光学的ポジション検出手段しか使用されない点である。また、アクティブな外科用器具の動作状態の閉ループ制御が、手術の進行を考慮に入れるのみで、外科医によって損なわれる可能性のある傷つきやすく慎重に扱うべき構造を考慮に入れないことも挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第０２／０７６３０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明は、作業領域におけるアクティブな外科用器具の所在位置及び動作状態を検出するための方法であって、従来技術の既知のものより、作業領域におけるより精度の高いアクティブな器具の所在位置の確定を可能にし、作業領域に配置されたアクティブな外科用器具、特にそのアクティブな動作状態にあるアクティブな外科用器具によって誤って損傷を与えるリスクを低下させる方法を提供するという目的をその基礎とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、この目的は、スイッチをオンにした動作状態において少なくとも１つの電磁界を放出し、従って所与の電磁界を改変するアクティブな外科用器具の所在位置及び動作状態を検出する方法によって達成される。前記方法は、アクティブな動作状態にある前記アクティブな外科用器具から放出される電磁界を検出するための少なくとも１つの第１のセンサを既知の所在位置に配置するステップと、アクティブな動作状態にある前記アクティブな外科用器具から放出される、またはそれによって変化させられる電磁界を、前記少なくとも１つの第１のセンサによって検出するステップと、前記少なくとも１つの第１のセンサによって出力信号を生成するステップであって、前記出力信号は、前記アクティブな外科用器具から放出される、またはそれによって変化させられる電磁界の前記少なくとも１つの第１のセンサによる検出を示す、該ステップと、前記少なくとも１つの第１のセンサの前記出力信号及び前記既知の所在位置に基づいて前記アクティブな外科用器具の所在位置及び動作状態を確定するステップとを含む。
【００１３】
アクティブな外科用器具の所在位置及び動作状態を明示的に確定する代わりに、例えばアクティブな外科用器具の動作状態を制御するために、電磁界の強度または電磁界の変化を示す前記少なくとも１つの第１のセンサの出力信号を直接使用することも可能である。前記出力信号は、器具と第１のセンサとの間の比較的近傍の周辺の情報を常に含んでおり、従って所在位置データも常に自然に（暗示的に）含んでいるからである。
【００１４】
１以上の第１のセンサを設けることもできる。従って、第１のセンサは、アクティブな外科用器具から放出される電磁界を直接検出するか、またはアクティブな外科用器具のアクティブな動作状態によって引き起こされる周囲の電磁界の変化を検出するかのいずれかを行うことができ、必要ならば両方の選択肢をとることも可能である。基準測定として、アクティブな外科用器具の動作状態に対する、アクティブな外科用器具によって放出される、または変化させられる電磁界の依存度を決定することは適切である。この目的のため、例えば電磁界の強度及び周波数等の電磁界パラメータを、動作状態の関数として考慮に入れる。アクティブな外科用器具の一群の特性は、基準測定の測定データから生成可能である。従って、アクティブな外科用器具の所在位置及び動作状態を決定する際に、この一群の特性は考慮されるべきである。
【００１５】
好ましくは、個々の第１のセンサによって生成された出力信号は、個々の第１のセンサによって検出された強度、またはアクティブな外科用器具の電磁界の変化の程度を示す信号値または信号レベルを有する。この結果、センサにおいて検出された電磁界の強度または電磁界の変化に関する出力信号の値またはレベルから結論を引き出すことができる。従って、検出された電磁界信号の強度または変化を定量的に反映させることが可能である。第１のセンサの所在位置、電磁界の特性、及び検出される電磁界の強度または電磁界の変化と第１のセンサの出力信号との比率が既知である場合には、作業領域における外科用器具の所在位置は第１のセンサの出力信号の信号値またはレベルに基づいて確定可能である。より精密な所在位置データを、例えば三角測量のスタイルで複数の第１のセンサを用いて生成することができる。
【００１６】
検出されたアクティブな外科用器具の電磁界の強度または電磁界の変化を反映する、各第１のセンサによって生成される出力信号のレベルは、アクティブな外科用器具に自動的に影響を与えるため、または、医療従事者によって認識可能で目標領域へのアクティブな外科用器具の接近を医療従事者に示す信号を生成するために異なる有利な方式で用いることができる。そのような認識可能な信号は、例えば光学的または音声的なものであり得、例えば、目標の構造に接近したとき（選択に応じて接近しすぎたとき）周波数及び／または変調状態（音声中断等）が変化する音声、若しくは手術前または手術中に得られたコンピュータ断層（ＣＴ）画像における重要な構造の光学的な強調によるものであり得る。特に好ましくは、アクティブな外科用器具の所在位置が確定したとき、アクティブな外科用器具の異なる動作状態が検出され、考慮に入れられる。
【００１７】
検出される電磁界の強度または電磁界の変化とは別に、アクティブな外科用器具への自動的な影響または生成された認識可能な信号は、アクティブな外科用器具自体の活動状態にも依存し得る。音声信号の場合には、周波数が例えば検出される電磁界の強度を示し、一方変調状態（例えば非中断音声と中断音声）がアクティブな外科用器具の活動状態を同時に示し得る。
【００１８】
特に、アクティブな外科用器具の活動状態に応じて、目標構造への接近のしすぎが生じたときには、警告信号を生成することができる。
【００１９】
アクティブな外科用器具の動作状態は、生成された出力信号に依存する形で制御されるのが好ましい。
【００２０】
より好ましくは、第１のセンサが、選択された第１の閾値を超える電磁界の強度または電磁界の変化を検出した場合には、アクティブな外科用器具は動力抑制（減速等）される。例えば、動力抑制（減速等）は、検出された電磁界の強度の関数として実行され得る。従って、確実に達成されるのは、アクティブな外科用器具の動作状態が、作業領域におけるアクティブな外科用器具の所在位置に依存する形で制御可能となることである。更に、アクティブな外科用器具の不必要な動力消費も低減され得、また作業領域においてアクティブな外科用器具によって体内のものを誤って損傷させることも防止され得る。
【００２１】
電磁界の強度または電磁界の変化を反映する第１のセンサの出力信号が、例えば、傷つきやすく慎重に扱うべき目標構造に接近している可能性を示している場合、アクティブな外科用器具は、触覚的に認識可能なフィードバックが存在する方式、例えば装置が「がたつき」の発生により医療従事者によって認識され得るアクティブな外科用器具の間欠動作が存在する方式で制御されることも可能である。
【００２２】
特に好ましくは、第１のセンサが、選択された第２の閾値より大きい電磁界の強度または電磁界での変化を検出した場合、アクティブな外科用器具が、スイッチをオフにされる。第２の閾値は、前記第１の閾値より大きい。この手法によって防止され得ることは、作業領域における望ましくない接触及びそれにより体内のものが損傷を受ける場合に、アクティブな外科用器具がアクティブな動作状態を有する状況である。
【００２３】
好ましくは、ディスプレイユニットのリフレッシュレートは、アクティブな外科用器具の確定された動作状態に依存する方式で設定される。このようにすることで、例えば、アクティブな外科用器具の刃先の特性が、操作者にとってより良い形で表示可能となる。
【００２４】
特に好ましくは、アクティブな外科用器具の作業先端部の回転速度が、設定されたリフレッシュレートの整数倍に相当するものとする。アクティブな外科用器具の作業先端部の回転速度が変化したときには、それに応じてディスプレイのリフレッシュレートが、アクティブな外科用器具の作業先端部の回転速度の整数倍に常に相当するように適合される。
【００２５】
より好ましくは、アクティブな外科用器具のポジションデータが、アクティブな外科用器具に配置された器具センサ（即ち、器具のローカライザ）を利用してポジション検出ユニットによって検出される。そのポジションデータは、空間における所在位置及びアライメントの両方を含む。この目的のため、器具センサは、例えばセンサコイルを含むことができ、ポジション決定ユニットは、作業領域において交番電磁界を生成する電磁界生成器を含むことができる。これは、アクティブな外科用器具が非動作状態にあるときでも、作業領域におけるアクティブな外科用器具のポジションを決定可能である点で有利である。
【００２６】
第１のセンサを利用して検出されたアクティブな外科用器具の所在位置データ、器具センサを利用して検出されたアクティブな外科用器具のポジションデータとの比較が行われ、及び／または関連する所在位置データ−ポジションデータ対から所在位置補正値が生成される。従って、例えば、ポジション決定ユニットの交番電磁界における、ポジション決定時に誤差を生じさせ得るアクティブな外科用器具の電磁界の干渉を補正することが可能である。この手法により、アクティブな外科用器具のポジション決定の精度を改善することができる。
【００２７】
アクティブな医療器具から放射される電磁界は、器具センサを用いた器具の所在位置の正確な検出を損ない得るので、ポジションのより正確な検出のために、複数の第１のセンサを設けることができ、これらの複数の第１のセンサは、例えば三角測量方式での位置の検出を可能にする。
【００２８】
代替的に、または追加的に、アクティブな医療器具に１つ以上の超音波センサを備えさせることもできる。超音波センサの補助があると、本質的に既知の方式で、画像的に組織内の密度の変化を検出することが可能になる。これの利点は、超音波を用いて得られるそのようなイメージは、電磁界によって損なわれることはないということである。
【００２９】
好ましくは、アクティブな外科用器具の動作状態は、アクティブな外科用器具及び／またはアクティブな外科用器具の制御ユニットから所在位置検出ユニット及び／またはポジション検出ユニットに伝送される。従って、得られるアクティブな外科用器具の動作状態のパラメータにより、所在位置検出ユニット及び／またはポジション検出ユニットは、第１のセンサによって生成された出力信号を用いてアクティブな外科用器具の一群の特性をモニタリングすることができ、予め定めることが可能な偏差がある場合には、アクティブな外科用器具の新たな較正を行うことができる。
【００３０】
更に、上述の目的は、アクティブな動作状態において電磁界を放出する少なくとも１つのアクティブな外科用器具を有し、作業領域におけるアクティブな外科用器具の所在位置を決定する医療用システムによって達成される。医療用システムは、作業領域においてアクティブな外科用器具の所在位置を確定するための所在位置検出ユニットと、少なくとも１つの第１のセンサとを有する。第１のセンサは、作業領域における既知の所在位置に配置可能であり、アクティブな外科用器具の電磁界を検出し、電磁界の検出されたパラメータを示す出力信号を、所在位置検出ユニットに伝送するように構成され、所在位置検出ユニットは、出力信号及び第１のセンサの所在位置に基づいてアクティブな外科用器具の所在位置を確定するべく構成される。
【００３１】
好ましくは、医療用システムは、ポジション検出ユニットを備えたポジション検出システムと、電磁界発生器と、器具センサとを有し、前記器具センサは、アクティブな外科用器具に配置可能で、電磁界発生器によって生成された交番電磁界を検出し、検出された交番電磁界を示す信号をポジション検出ユニットに伝送するべく構成される。前記ポジション検出ユニットは、検出された前記信号と、電磁界発生器によって生成された既知の交番電磁界とに基づいてアクティブな外科用器具のポジションデータを確定するべく構成される。
【００３２】
好ましくは、所在位置検出ユニット及び／またはポジション検出ユニットは、アクティブな外科用器具の所在位置データとポジションデータを比較して、そこからアクティブな外科用器具の補正された所在位置及び／またはポジションを確定する。従って、アクティブな外科用器具の電磁界と電磁界発生器の交番電磁界との干渉の結果として不正確に決定されたアクティブな外科用器具の位置が補正され得る。
【００３３】
好ましくは、医療用システムは、作業領域においてポジション検出ユニットによって検出された少なくとも１つのアクティブな外科用器具、及び取得された作業領域に位置する物体のイメージデータを、ポジションについて忠実に表示するディスプレイユニットを更に含む。イメージデータは、個々のイメージ（例えばＸ線画像またはＣＴ記録）と、ビデオ映像の両方を含み得、医療用システムは、好ましくはビデオ映像を記録し、それらを可能であれば遅延なく、または僅かな遅延のみをもって表示するように構成される。
【００３４】
本発明の有利な実施形態では、医療用システムは、アクティブな外科用器具からの及び／またはアクティブな外科用器具の器具制御ユニットからのアクティブな外科用器具の動作状態を、前記ポジション検出ユニット及び／または所在位置検出ユニットに伝送するためのデータインタフェースを有する。データインタフェースは、アクティブな外科用器具の動作状態の有線または無線伝送（例えば電波によるか光学的伝送）のために構成され得る。
【００３５】
好ましくは、アクティブな外科用器具は、アクティブな外科用器具の動作状態に応じて、干渉信号を発する電気モータを有する。従来の電気モータは磁石とコイルを有し、電磁誘導の原理に基づくものである。従って、それらは動作中にセンサによって検出可能な電磁界を有する。
【００３６】
本発明は、以下の図面を参照して、例示的な実施例に基づいてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】アクティブな外科用器具の所在位置及び動作状態を決定するための本発明による医療用システムの（必ずしも正確な縮尺ではない）概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
アクティブな外科用器具の所在位置（ロケーション）を決定するべく構成されている本発明による医療用システムは、少なくとも１つの所在位置検出ユニットと、第１のセンサ２０とを備える。作業領域におけるアクティブな外科用器具１０のポジションの決定のための医療用システムは、例えばこの医療用システムを用いて拡張可能である。アクティブな外科用器具のポジションを決定するためのそのような医療用システムは、ポジション検出ユニット、作業領域において交番電磁界２２を放出するための電磁界発生器２４、器具センサ１６、及びアクティブな外科用器具１０をスケールに忠実に表示するためのディスプレイユニット３２を備える。アクティブな動作状態において、アクティブな外科用器具１０は電磁界１４を放出する。
【００３９】
図１に示す例示的な実施形態による医療用システムは、外科用ドリルとして例示されているアクティブな外科用器具１０を含む。アクティブな外科用器具１０は、ハンドル１１と、ハンドル１１に配置された、器具先端部１８の回転速度を設定するためのアクチュエータ１３とを有する。器具先端部１８の駆動させる目的のために、アクティブな外科用器具１０は、この図では覆われて見えない電気モータ１２を有し、電気モータ１２は器具先端部１８の近傍に配置され、動作中に電磁界１４を放射する。器具先端部１８は、クランプ装置１５によってアクティブな外科用器具に着脱自在に保持される。従って、器具先端部１８は、例えば摩耗及び割れ、または汚れのために容易に取り外され得るが、新しい器具先端部１８に交換するか、または器具先端部１８の要求を満たす状態に戻すことができる。
【００４０】
動作中に、電気モータ１２は、図中で同心円のセグメントとして図示されている電磁界１４を放射する。電磁界１４は、電気モータ１２から実質的に球形に伝搬し、ある周波数及び強度を有する。アクティブな外科用器具１０は、器具ケーブル４０によって器具制御ユニット３８に接続される。器具制御ユニット３８は、器具ケーブル４０によってアクティブな外科用器具１０に電力を供給する。
【００４１】
電磁界１４を検出するための第１のセンサ２０は、センサライン２６によってナビゲーションユニット３０に接続される。この実施形態では、ナビゲーションユニット３０は、所在位置検出ユニットと、ポジション検出ユニットとを備える。代替的に、所在位置検出ユニットと、ポジション検出ユニットとを別体のモジュールとして具現化し、例えば、既にポジション検出ユニットを有する医療用システムを、多くの追加のコストなく、第１のセンサを備えた所在位置検出ユニットで補完する形にすることもできる。
【００４２】
第１のセンサ２０は、作業領域において、例えばアクティブな外科用器具の特にアクティブな動作状態において器具先端部１８によって損傷を受ける可能性のある物体（図示せず）の近傍に配置することが可能である。アクティブな動作状態にあるアクティブな外科用器具１０が第１のセンサ２０に接近すると、電磁界１４は第１のセンサ２０において電流を誘導し、この電流は出力信号として、センサライン２６を通してナビゲーションユニット３０に伝送される。作業領域における第１のセンサ２０のポジションデータは既知であることから、ナビゲーションユニット３０は電気モータ１２の所在位置を決定することができ、従って、受け取った第１のセンサ２０の出力信号の特性により作業領域におけるアクティブな外科用器具１０の所在位置も決定することができる。第１のセンサ２０によって受け取られる信号がない場合、これは、アクティブな外科用器具１０が第１のセンサ２０から離れすぎているか、またはパッシブな動作状態、即ちスイッチがオフにされた状態にあることを意味している。
【００４３】
アクティブな外科用器具１０の決定された所在位置データを可視化する目的で、ナビゲーションユニット３０は、モニタケーブル３４によってディスプレイユニット３２に接続される。従って、例えば器具先端部１８をディスプレイユニット上に表示することが可能である。これらのイメージデータは、手術前または手術中に得られた患者の手術領域の別のイメージデータ（例えばＣＴ、Ｘ線、またはビデオイメージデータ）に重畳される形でディスプレイユニット３２上に速やかに表示される。
【００４４】
ナビゲーションユニット３０は、図中では同心円のセグメントによって模式的に図示されている交番電磁界２２を生成する電磁界発生器２４に、発生器ケーブル２８によって接続される。この交番電磁界２２は、アクティブな外科用器具１０において器具先端部１８の近傍に配置された器具センサ１６によって検出可能である。電流が、交番電磁界２２によって器具センサ１６のポジションに依存する形で器具センサ１６において誘導されるが、その電流は器具ケーブル４０を介して器具制御ユニット３８に伝送される。誘導された電流は、接続ケーブル３６を通してナビゲーションユニット３０に伝送され、そこで評価されて患者に対するアクティブな外科用器具１０のポジションが決定され、ディスプレイユニット３２上にこれが表示される。ポジションを決定するためのこの追加のオプションは、アクティブな外科用器具１０が非活動状態で、電気モータ１２が電磁界１４を発生していない場合でもアクティブな外科用器具１０の患者に対する位置が決定可能である点で有益である。アクティブな外科用器具１０が動作状態で電気モータが電磁界１４を発生している場合には、電気モータ１２の電磁界１４と電磁界発生器２４の交番電磁界２２との間の干渉によって生じる可能性のある測定に対する干渉を防止または補償するように、電磁界発生器２４が非活動状態か、単に拍動するような形で動作するように、このシステムを構成することができる。
【００４５】
所在位置検出ユニット即ちナビゲーションユニット３０が、作業領域においてアクティブな外科用器具１０または器具先端部１８が（この図には示されていない）物体からの第１の最小距離より短い距離に達したと判定した場合、アクティブな外科用器具１０を動力抑制（減速等）するために、制御信号が所在位置検出ユニット即ちナビゲーションユニット３０から器具制御ユニット３８に伝送され得る。例えば、この動力抑制（減速等）は、動作が急変する形でまたは動力が連続的に低下する方式で行うことができる。動力抑制（減速等）は、制御信号を器具制御ユニット３８に伝送することなく、アクティブな外科用器具１０において直接的に行うこともできる。この目的のために、例えば、好ましくは可変の抵抗器を電気モータ１２に設けることもできる。
【００４６】
代替的に、または追加的に、例えば音声信号または光学的信号である警告信号をユーザに向けて出力することができる。例えば、光学的信号として、ディスプレイユニット３２上に色の変化を生じさせることができる。色の変化はあるスペクトルにわたって変化させることもでき、色の変化を、作業領域におけるアクティブな外科用器具１０の器具先端部１８と物体との距離に依存する形で生じさせることもできる。この結果、ユーザは、作業領域における物体との接触が迫っている可能性があること、及びアクティブな外科用器具１０がこの物体から再度取り外されるべきであることについての警告を受けることができる。また、アクティブな外科用器具１０の動力抑制（減速等）によって、接触によるアクティブな外科用器具による物体への損傷が更に少なくなる。更に、動力抑制（減速等）は、作業領域においてアクティブな外科用器具１０と特定の物体との距離が第１の最小距離より短くなったことを、ユーザに対して触覚的及び／または可能であれば音声的及び／または可視的に表示することによっても実現される。
【００４７】
所在位置検出ユニット即ちナビゲーションユニット３０が更に、作業領域においてアクティブな外科用器具１０と物体との距離が、好ましくは第１の最小距離より短い第２の最小距離より短くなったと判定した場合に、アクティブな外科用器具１０を非稼働状態にするために、所在位置検出ユニット即ちナビゲーションユニット３０から器具制御ユニット３８に更なる制御信号が伝送されるように構成することもできる。代替的に、制御信号を器具制御ユニット３８に伝送することなく、アクティブな外科用器具１０が、例えば電気モータ１２への電力供給を遮断することによって、アクティブな外科用器具１０において直接的にスイッチオフされるように構成することもできる。この結果、患者の傷つきやすく慎重に扱うべき構造との接触でアクティブな外科用器具１０によって作業領域内に配置された物体に損傷を与えるリスクが小さくなる。非稼働状態にあるアクティブな外科用器具１０は、アクティブな動作状態にある場合よりリスクがより小さくなるからである。更に、アクティブな外科用器具１０の停止の結果、操作者が、アクティブな外科用器具１０を作業領域にある物体から離すように促されることになる。
【００４８】
上記の例示的な実施形態は、本発明の発明主題を単に概略的に例示する意図で記載したもので、本発明をこの特定の実施形態に限定するものではない。ナビゲーションユニット３０と器具制御ユニット３８が共通のユニットを形成する構成も、本発明の範囲内に含まれる。選択に応じて、有線接続を無線接続に置き換えることもできる。使用されるセンサの数は、ナビゲーションシステムの精度を向上させるためには例示した実施形態における数よりずっと多くなる。例えば、第１のセンサは１つのセンサユニットでもよく、また同様に第１のセンサの群を含んでいてもよい。更に、電気モータ１２の電磁界１４の干渉の特性に依存する形で電磁界発生器２４の交番電磁界２２の特性を調節する手段を設けることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  アクティブな外科用器具
１１  ハンドル
１２  電気モータ
１３  アクチュエータ
１４  電磁界
１５  クランプ装置
１６  器具センサ
１８  器具先端部
２０  第１のセンサ
２２  交番電磁界
２４  電磁界発生器
２６  センサライン
２８  発生器ケーブル
３０  ナビゲーションユニット
３２  ディスプレイユニット
３４  モニタケーブル
３６  接続ケーブル
３８  器具制御ユニット
４０  器具ケーブル
【図１】
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