(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低侵襲手術のための少なくとも一つの内視鏡がそれぞれに配置された少なくとも二つのロボットアーム（４５，４７，４９，５１）を有する手術ロボットシステムにおいて、
第１のロボットアーム（４７）上の第１の内視鏡は、
身体の外部から内部まで前記第１の内視鏡の全体の長さに渡って実質的に伸びていて、遠位末端に少なくとも一つの照射ユニット（２３，２４）及び二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）を備えた第１主支持手段（４ｂ）と、
前記第１の内視鏡の身体内へのアクセスを成し遂げる第１トロカール（１ｂ）とを備え、
前記二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）は、前記第１主支持手段（４ｂ）の同一平面内にて外側へ旋回可能にそれぞれ取り付けられており、
第２のロボットアーム（４５）上の第２の内視鏡は、
身体の外部から内部まで前記第２の内視鏡の全体の長さに渡って実質的に伸びている、手術器具のための第２主支持手段（４ａ）と、
前記第２の内視鏡の身体内へのアクセスを成し遂げる第２トロカール（１ａ）と、
前記第２トロカール（１ａ）と前記第２主支持手段（４ａ）の間に設けられて、遠位末端に、第１付加画像取得器（８，９，１０，１１）を備えた第１付加支持手段（３）とを備え、
前記第１付加画像取得器（８，９，１０，１１）は、前記第１付加支持手段（３）から外側へ旋回可能に配置され、かつ第１付加照明ユニット（１０，１１）と、前記第１の内視鏡の二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）の二つの監視領域を含む第１監視領域を有する少なくとも一つの第１付加画像センサ（８，９）とを備え、さらに、
前記二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）及び前記第１付加画像取得器（８，９，１０，１１）に接続された画像処理ユニット（３１）と、
前記二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）及び／又は前記第１付加画像取得器（８，９，１０，１１）の２次元画像データ及び／又は３次元画像データを表示する可視化ユニット（３３）とを備えていることを特徴とする手術ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１付加画像センサ（８，９）は、旋回状態で前記第２トロカール（１ａ）の遠位末端近くに配置されている広角のレンズ（８）を備えていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロボットシステムにおいて、
前記二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）のそれぞれは、前記第１主支持手段（４ｂ）の遠位末端に、一平面内にて互いに平行である旋回軸回りに旋回可能に取り付けられていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のロボットシステムにおいて、
前記二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）は、ジョイント（２５ａ，２５ｂ）により、前記第１主支持手段（４ｂ）の縦の延長線に対して直交する旋回軸及び回転軸（２７）回りの両方にそれぞれ傾けられるように配置されており、前記旋回軸及び前記回転軸（２７）回りの回転動作は互いに独立して分離されていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載のロボットシステムにおいて、
少なくとも一つの第３の内視鏡が第３のロボットアーム（５１）上に設けられ、
前記第３の内視鏡は、
身体の外部から内部まで前記第３の内視鏡の全体の長さに渡って実質的に伸びている、手術器具のための第３主支持手段（４ｄ）と、
前記第３の内視鏡の身体内へのアクセスを成し遂げる第３トロカール（１ｄ）と、
前記第３主支持手段（４ｄ）上に配置され、遠位末端に、第２付加画像取得器（８ｄ，９ｄ，１０ｄ，１１ｄ）を備えた第２付加支持手段（３ｄ）とを備え、
前記第２付加画像取得器（８ｄ，９ｄ，１０ｄ，１１ｄ）は、前記第２付加支持手段（３ｄ）から外側へ旋回可能に配置されて、第２付加照明ユニット（１０ｄ，１１ｄ）と、前記第１の内視鏡の二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）の二つの監視領域を含む第２監視領域を有する少なくとも一つの第２付加画像センサ（８ｄ，９ｄ）とを備えていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットシステムにおいて、前記第３の内視鏡の前記第２付加画像取得器（８ｄ，９ｄ，１０ｄ，１１ｄ）は、前記画像処理ユニット（３１）に接続されており、
前記可視化ユニット（３３）は、前記二つの画像取得器（２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ）及び／又は前記第１付加画像取得器（８，９，１０，１１）及び／又は前記第２付加画像取得器（８ｄ，９ｄ，１０ｄ，１１ｄ）の２次元画像データ及び／又は３次元画像データを表示することを特徴とするロボットシステム。
【請求項７】
請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載のロボットシステムにおいて、
前記第１付加支持手段（３）は、前記第２主支持手段（４ａ）の直接上に設けられていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項８】
請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載のロボットシステムにおいて、
前記第２主支持手段（４ａ）と前記第１付加支持手段（３）は、円筒状に形成されていることを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低侵襲処置に使用するための少なくとも一つの内視鏡カメラ及び少なくとも一つのトロカールカメラ（外套針カメラ）からなるマルチカメラシステム、並びに特に腹腔鏡検査のような低侵襲手術に使用するために適当な手術ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術のような低侵襲処置は、一つ又は複数のトロカール（外套針）を介して患者の身体に導かれる（入れられる）掴み具、切断具及び縫い具のような手術器具を用いてなされる。一般的には、二つ乃至四つの手術器具、多くの場合、三つの手術器具が用いられる。これらの手術器具に加えて、手術領域を観察することを外科医に許容する表示ユニットがあることが必要とされる。このような表示ユニットは、通常、トロカールを介して患者の身体に差し込まれるカメラ又は内視鏡である。通常、可視化は、外部モニタ上に手術領域の画像を２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）で表示する内視鏡によって可能となる。先行技術では、カメラのような表示ユニットが遠位末端に合体された多くの内視鏡がある。一般的には、内視鏡は、遠位末端ばかりか、その近位端にもカメラを有し得る。内視鏡によって取得される画像は、画像送信システム及び画像処理ユニットを利用する一つ以上の外部モニタ上に表示される。多くの内視鏡が、先行技術には示されている。
【０００３】
このように、例えば、ＷＯ２００９／０５７１１７Ａ２は、二つの画像取得器を備えた内視鏡を示している。画像取得器は、トロカールを介して身体内に導かれ、トロカールに付けられたフラップ（蓋）により、横方向、すなわちトロカール側面の縦軸から角度をもって伸ばされる。両方の画像取得器を、異なる角度に動かすことができて、二つの異なる画像が取得される。
【０００４】
先行技術に示されたカメラシステム又は内視鏡は、内視鏡が手術領域の可視化のために与えられているだけで、次の点で不都合である。この内視鏡は、手術器具の変化する位置及びより広い手術行為の周辺及び視野内における内視鏡の位置に起因して、腹腔内に差し込まれた手術器具の位置及び方位を同時に表示することができない。それにより、手術行為の近接領域だけが表示されるだけである。手術器具が手術視野（手術領域）から取り除かれたときには、手術器具は、内視鏡によって検出されず、外科医又はその補助者の可視コントロール下にない。
【発明の概要】
【０００５】
それゆえ、本発明の技術的な役割は、腹腔鏡下検査行為のような低侵襲手術行為のために改良された可視化化システムを提供することである。この可視化システムは、例えば腹部を通して患者内に導びかれた手術器具の位置及び方位についての追加情報を外科医に与える。この役割は、少なくとも二つの類似する内視鏡を備えた手術ロボットシステムによる請求項１に従った発明によって解決される。
【０００６】
本発明は、腹腔鏡検査のような低侵襲手術行為に使用するための内視鏡及び少なくとももう一つのトロカールカメラ（外套針カメラ）からなる分離されたマルチカメラシステムを提供する。
【０００７】
本発明の第１の主題は、低侵襲手術のためのトロカールカメラに関し、特に、低侵襲手術のための少なくとも一つの内視鏡がそれぞれに配置された少なくとも二つのロボットアームを有する手術ロボットシステム内での利用のため、第１のロボットアーム上の第１の内視鏡は、身体の外部から内部まで第１の内視鏡の全体の長さに渡って実質的に伸びていて、遠位末端に少なくとも一つの照射ユニット及び二つの画像取得器を備えた第１主支持手段と、前記第１の内視鏡の身体内へのアクセスを成し遂げる第１トロカールとを備え、前記二つの画像取得器は、前記第１主支持手段の同一平面内にて外側へ旋回可能にそれぞれ取り付けられており、第２のロボットアーム上の第２の内視鏡は、身体の外部から内部まで前記第２の内視鏡の全体の長さに渡って実質的に伸びている、手術器具のための第２主支持手段と、前記第２の内視鏡の身体内へのアクセスを成し遂げる第２トロカールと、前記第２トロカールと前記第２主支持手段との間に設けられて、遠位末端に、第１付加画像取得器を備えた第１付加支持手段とを備え、前記第１付加画像取得器は、前記第１付加支持手段から外側へ旋回可能に配置され、かつ第１付加照明ユニットと、前記第１の内視鏡の二つ画像取得器の二つの監視領域を含む第１監視領域を有する少なくとも一つの第１付加画像センサとを備え、さらに、前記二つの画像取得器及び前記第１付加画像取得器に接続された画像処理ユニットと、前記二つの画像取得器及び／又は前記第１付加画像像取得器の２次元画像データ及び／又は３次元画像データを表示する可視化ユニットとを備えている。
【０００８】
本発明は、少なくとも二つの画像システム、すなわち内視鏡における少なくとも一つの２次元外観カメラ及びもう一つの内視鏡における３次元詳細カメラの提供及び同時使用により有利である。そこでは、２次元視野カメラを導くために、組み合わせトロカールが手術器具と共に使用され、患者の身体内に導かれる。これは、広い視野（典型的には、９０度より大きな広角）をもつ少なくとも２次元視野画像と、７０度までの通常の視野をもつ３次元詳細画像の両方を生成することを可能にする。このことは、腹腔鏡下手術のような低侵襲手術の全体の期間中、直接の手術領域及びその広い領域を監視することを可能とする。このように、内視鏡及び視野の両方の位置及び一方の位置を変化させることにより、手術器具が内視鏡の手術視野外に位置していても、全ての手術器具が同時に表示され得る。なぜならば、第１付加画像取得器は、内視鏡の手術視野の外部にある手術器具も検出することができるためである。これは、例えば、手術器具が必要とされないために「一時的に置く」場合である。この「一時的に置くこと」は、多くの場合、手術行為の間に邪魔にならないように、直接の手術行為の外及び手術視野の外側にある。本発明によれば、「一時置きされた」手術構成部は、今までにない２次元監視カメラにより捕えられ、連続的に外科医又は補助者の視覚コントロール下にある。
【０００９】
さらに、第１付加支持手段上の第１付加照明ユニットは、特に、３次元詳細カメラの画像が質的に改良されて表示されるように、３次元画像のための改良された照射を成し遂げる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１付加画像センサは、旋回状態で第２トロカールの遠位末端近くに配置されている広角のレンズを備えている。
【００１１】
本発明の第２の主題は、低侵襲手術のための手術器具及び第２の内視鏡を置くことができる、少なくとも二つのロボットアームをもつ手術ロボットシステムに関する。そこでは、加えて、手術器具のための第２トロカール上に、第１付加画像取得器と共に第１付加支持手段が配置されている。第２トロカールは、身体への第２の内視鏡のアクセスを成し遂げる。そして、第１付加支持手段は、その遠位末端に、第１付加支持手段から外側へ旋回できるように取り付けられた第１付加画像取得器を備えている。第１付加画像取得器は、第１付加照明ユニットと、位置及び方位において、例えば腹部を通して導かれた全ての手術器具及び第１の内視鏡を含む第１監視領域を有する少なくとも一つの第１付加画像センサとを備えている。さらに、第１の内視鏡及び第１付加画像取得器に接続された画像処理ユニットと、第１の内視鏡及び／又は第１付加画像取得器の２次元画像データ及び／又は３次元画像データを表示する表示ユニットとを備えている。
【００１２】
制御ユニットは、ロボットアームとそれに取り付けられた手術器具又は第１の内視鏡の現在位置及び現在方位を知り、この情報は、第１の内視鏡及び第１付加画像取得器の両方に接続された画像処理ユニットに送られる。そして、表示ユニットは、第１の内視鏡及び／又は第１付加画像取得器の２次元画像データ及び／又は３次元画像データを表示するようになっている。加えて、ロボットアームとそれに取り付けられた手術器具又は第１の内視鏡の位置及び方位からそれらの動作経路を計算して、動作経路を２次元画像データ及び／又は３次元画像データと共に重ねて表示（オーバーレイ表示）する。
【００１３】
本発明の手術ロボットシステムは、２次元画像データ又は３次元画像データのいずれかである、画像データが必要に応じて外科医に表示されるという特別な利点を有する。そして、このことは、監視カメラの画像データが、表示ユニット上に単一シーケンスの画像による非常に改良された外観が外科医に与えられるように、画像処理ユニットを用いて３次元詳細カメラの画像データと結合されることを意味する。
【００１４】
前記第１付加画像センサが、外に振られた状態（旋回状態）で第２トロカールの遠位末端近くに配置されている広角のレンズを備えている点で、特に有利である。
【００１５】
前記二つの画像取得器のそれぞれが、第１主支持手段の遠位末端に、一平面内にて互いに平行である旋回軸回りに旋回可能に取り付けられておれば、構成コストが削減されて、特に有利である。
【００１６】
さらに、構造上の簡素化は、前記第１付加支持手段は、前記第２主支持手段の直接上に設けられている。また、前記第２主支持手段及び前記第１付加支持手段は、円筒状に形成されているという事実にも見られる。
【００１７】
さらに、前記二つの画像取得器は、ヒンジ（ジョイント）により、前記第１主支持手段の縦の延長線に対して直交する旋回軸及び回転軸回りの両方にそれぞれ傾けられるように配置されており、前記旋回軸及び前記回転軸回りの回転動作が互いに独立して分離されていれば、有利である。
【００１８】
さらに、本発明の好ましい実施形態は、少なくとも一つの第３の内視鏡が第３のロボットアーム上に設けられ、前記第３の内視鏡は、身体の外部から内部まで前記第３の内視鏡の全体の長さに渡って実質的に伸びている、手術器具のための第３主支持手段と、前記第３の内視鏡の身体内へのアクセスを成し遂げる第３トロカールと、前記第３主支持手段上に配置され、遠位末端に、第２付加画像取得器を備えた第２付加支持手段とを備え、前記第２付加画像取得器は、前記第２付加支持手段から外側へ旋回可能に配置されて、第２付加照明ユニットと、前記第１の内視鏡の二つの画像取得器の二つの監視領域を含む第２監視領域を有する少なくとも一つの第２付加画像センサとを備えていることを特徴としている。
【００１９】
さらに、前記第３の内視鏡の第２付加画像取得器が前記画像処理ユニットに接続されており、表示ユニット（可視化ユニット）が、前記第１の内視鏡の二つの画像取得器及び／又は前記第２の内視鏡の第１付加像取得器及び／又は前記第３の内視鏡の第２付加画像取得器の２次元画像データ及び／又は３次元画像データを表示すれば、有利である。
【００２０】
この本発明の全体説明は、前述と同様に、３次元詳細カメラ及び少なくとももう一つの２次元概観カメラからなる組み合わせに関係する。このとき、この２次元概観カメラは、好ましくは手術器具のために使用されるもう一つのトロカールを通して身体内に導かれ、他のトロカールを介して身体内に導かれた全てのさらなる手術器具又は内視鏡カメラが２次元監視カメラにより光学的に包含（カバー）されるように位置決めされる。そればかりか、さらなるトロカールを介して身体内に入れられた全ての手術器具及び内視鏡カメラが２次元監視カメラによって光学的に包含（カバー）されるように、３次元詳細カメラと組み合わせた手術器具のために使われたさらに二つのトロカールを有する、少なくとも二つの２次元監視カメラが、身体内に導かれて、位置決めされる。
【００２１】
腹腔鏡下手術のような低侵襲手術処置では、患者の身体（一般的には、腹部又は胸腔）内へのアクセスは、トロカールを通して行われる。そのようなトロカールを使って、手術器具、カメラ又は内視鏡が身体内へ導かれる。上述したように、本発明によれば、手術器具及びトロカールカメラは、同時にトロカールを通して導かれる。ルールとして、三つ乃至五つの手術器具及び少なくとも一つのカメラが手術関与のために必要とされるので、三つ乃至五つのトロカールが必要とされる。
【００２２】
単に例示することにより、本発明は、添付した図面によって説明される。図面は、次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、手術用ロボットシステムの画像処理ユニット及び表示ユニットに接続され、本発明の内視鏡に配置されている３次元詳細カメラ、及び他のトロカール上の独立した支持手段に配置された少なくとも一つの２次元画像カメラの好ましい実施形態において、適当な内視鏡を使った低侵襲処置中における好ましいトロカールアセンブリの概略図である。
【図２】図２は、３次元詳細カメラ及び２次元監視カメラからなる可視化解決を利用した、腹腔鏡検査のような低侵襲手術で使用される手術用ロボットシステムの概略図である。
【図３】図３は、手術用ロボットシステムの画像処理ユニット及び表示ユニットに接続され、本発明の内視鏡に配置されている３次元詳細カメラ、及び二つの異なるトロカール上の独立したキャリアに配置された少なくとも二つの２次元画像カメラの好まし実施形態において、適当な内視鏡を使った低侵襲処置における好ましいトロカールアセンブリの概略図である。
【図４】図４は、３次元詳細カメラ及び２次元監視カメラからなる可視化解決を利用した、腹腔鏡検査のような低侵襲手術で使用される手術用ロボットシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明のマルチカメラシステムを示している。トロカール（外套針）１を使って、身体組織２を通して通路が作られ、患者の身体の内部へのアクセスがなされる。トロカール１ａを介して、２次元（２Ｄ）監視カメラのための付加支持具（サポート）３が身体の中に導かれる。付加支持具３は、手術器具のための回転対称であるロッド形状のもう一つの主支持具（サポート）４ａのための管状通路ができるように設計されている。付加支持具３には、カメラホルダ（カメラ支持具）５がヒンジ（蝶番）６により取り付けられている。カメラホルダ５は、トロカール１ａを通過した後、旋回動作７により回転軸に対して基本的に９０度に広げられる。カメラホルダ５は、画像センサ９及び開口角度（オープニングアングル）１８を有する広角の結像光学系（イメージング光学系、撮像光学系）８からなる付加画像センサを運ぶ。視野を照らすために、カメラホルダ５は、さらに、光源１１及び開口角度１９を有する同様な広角の結像光学システム１０からなる付加照明ユニットも備えている。この広角の結像光学システム１０は、広角の結像レンズ（広角の結像光学系）８と広角の結像光学システム１０との間の視差オフセットを除いて、画像センサ９及び関連する広角の結像レンズ８によって包含（カバー）される視野全体が照らされるように設計されている。付加画像センサ及び付加照明ユニットを有するカメラホルダ５は、共に、２次元概観画像を生成するための２次元監視カメラを形成する。好ましくは、画像センサ９は、１９２０×１０８０画素以上の分解能をもつＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサとして設計されている。外側のトロカール１ａにおける２次元監視カメラの適当な位置決めで、トロカール１ｂ，１ｃ，１ｄを通して、身体内に移入されたさらなる手術器具又は導かれた内視鏡は、２次元監視カメラの視野内にあり、２次元監視カメラによって視覚的に捕えられて画像センサ９上に表示される。
【００２５】
受け取った画像データは、データリンク２９を介して処理ユニット３１に供給され、処理ユニット３１は画像データを表示のために処理し、処理された画像データをもう一つのデータパス３２を介して可視化ユニット（視覚化ユニット）３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一の画像シーケンスに結合して表示することもできる。
【００２６】
回転対称の主支持具（サポート）４ｂの端部には、二つのカメラモジュール、すなわち特に二つのカメラホルダ２０ａ，２０ｂに取り付けられた二つの光学結像システム（光学イメージングシステム）２２ａ，２２ｂをそれぞれ有する二つの画像取得器２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂが位置している。カメラホルダ２０ａ，２０ｂは、旋回軸（回転軸）を形成するジョイント２５ａ，２５ｂにより、身体内に導かれた後に、旋回方向（回転方向）２６ａ，２６ｂにおいて主支持具４ｂの回転軸に対して９０度まで伸ばすことができるように、主支持具４ｂに接続されている。視野を照らすために、光源２３及び結像光学システム２４からなる照明ユニットが、伸ばせるカメラホルダ２０ａ，２０ｂが取り付けられている主支持具４ｂの端部に取り付けられている。カメラホルダ２０ａ，２０ｂは、画像センサ２１ａ，２１ｂ及び結像光学系（光学結像システム）２２ａ，２２ｂからなる画像器を備えている。これらの二つの画像取得器２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂは、共に３次元詳細カメラを形成する。
【００２７】
好ましくは、光源２３及び結像光学系（結像光学系、イメージング光学系）２４からなる照明ユニットは、二つの画像センサ２１ａ，２１ｂ及び関連する結像光学系２２ａ，２２ｂの両方によって表示される視野が完全に照らされるように、適当な結像レンズ２４と結合されたＬＥＤの放射角度が選択される方法で直接のＬＥＤ光源として設計することができる。
【００２８】
受け取った画像データは、データリンク３０を介して処理ユニット３１に供給される。処理ユニット３１は、その画像データを表示のために処理して、もう一つデータパス３２を介して可視化ユニット３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一のフレームシーケンスに結合して表示することもできる。
【００２９】
図２は、腹腔鏡検査のような低侵襲手術に使用される手術ロボットシステム内の３次元詳細カメラ及び２次元監視カメラからなる可視化解決の利用を示す。四つのロボットアーム４５，４７，４９，５１及び四つのトロカールアクセス４４，４６，４８，５０を備えたロボットシステムの実施形態が示されている。ここで、トロカールアクセス４４は、トロカール１ａにおける図１に示した２次元監視カメラを備えている。トロカールアクセス４６は、トロカール１ｂにおける図１に示した３次元詳細カメラを備えている。トロカールアクセス４８，５０は、他の二つの手術器具４ｃ，４ｄによるアクセスのためのトロカール１ｃ，１ｄを備えている。２次元監視カメラのためのトロカールアクセス４４は、事前位置決め器４５により、ガイド４３に接続されている。３次元詳細カメラのためのトロカールアクセス４６は、事前位置決め器４７により、ガイド４３に接続されている。手術器具のためのトロカールアクセス４８は、事前位置決め器４９により、ガイド４３に接続されている。手術器具のためのトロカールアクセス５０は、事前位置決め器５１により、ガイド４３に接続される。事前位置決め器は、例えば手動調整により受動的に、又は能動的に実現され得る。事前位置決め器自身は、例えばガイド４３のような適当な支持（サポート）により保たれる。ガイド４３は、ジョイント４２により患者に対して位置決めされる。張出し棒（ブーム）４１は、可動性支持システム４０に接続され、これにより、手術テーブル３９に対して相対的に支持システム全体の位置決めを行うことができる。制御及び表示ユニット３４を用いて、操作者は事前位置決め器の現在の状態を知る。制御及び表示ユニット３４を用いて、操作者は、制御指示を入力し、その制御指示は適当なデータリンク３５を介して制御ユニット３６に送られ、そして、さらなる処理のために、制御指示は、制御ユニット３６から２次元画像カメラのためのトロカールアクセス４４、３次元詳細カメラのためのトロカールアクセス４６、トロカールアクセス４８，５０、事前位置決め器４５，４７，４９，５１及びガイド４３に送られる。制御ユニット３６は、適当なデータリンク３７により、支持システム４０に接続されている。手術テーブル３９は、データリンク３８により、制御目的のために制御ユニット３６に接続されている。これにより、手術テーブル位置、例えば高さを変更する場合に、制御ユニット３６内でこの位置変更を処理して、信号で知らせることができる。それゆえ、患者の位置の変更は、手術テーブル３９の位置の変更に基づいて評価される。
【００３０】
受け取った画像データは、データライン２９，３０を介して処理ユニット３１に供給され、処理ユニット３１は、その画像データを表示のために処理して、もう一つのデータパス３２を介して可視化ユニット３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一のフレームシーケンスに結合して表示することもできる。
【００３１】
制御及び表示ユニット３４は、適当はデータリンク５２により、処理ユニット３１に接続されている。制御及び表示ユニット３４を用いて、外科医は、画像データの選択、処理及び表示のための制御指示を処理ユニット３１に送ることができる。処理ユニット３１は適当なデータリンク３２により、表示ユニット（可視化ユニット）３３に接続されている。表示ユニット３３は、２次元監視カメラ及び３次元詳細カメラによって供給された詳細画像及び画像シーケンスに加えて、処理ユニット３１で生成された手術器具の経路のような付加情報も、分けた画像、画像シーケンス、並びに２次元監視カメラ及び／又は３次元詳細カメラによって計算された画像情報のいずれかとして表示できる。
【００３２】
図３は、本発明のマルチカメラシステムを示している。トロカール（外套針）１は、身体組織２を通して通路を提供し、これにより、患者の身体の内部にアクセスする。トロカール１ａを介して、第１の２次元（２Ｄ）監視カメラのための付加支持具（サポート）３ａが身体の中に導かれる。付加支持具３ａは、手術器具のための回転対称であるロッド形状のもう一つ主支持具（サポート）４ａのための管状通路ができるように設計されている。付加支持具３ａには、カメラホルダ（カメラ支持具）５ａがジョイント６により取り付けられている。カメラホルダ５ａは、トロカール１ａを介した導入の後で、旋回動作７により回転軸に対して基本的に９０度に広げられる。カメラホルダ５ａは、画像センサ９及び開口角度（オープニングアングル）１８ａを有する広角の結像光学系（イメージング光学系、撮像光学系）８ａからなる付加画像センサを運ぶ。視野を照らすために、カメラホルダ５ａは、さらに、光源１１及び開口角度１９ａを有する同様な広角の結像レンズ（イメージング）１０ａからなる付加照明ユニットも備えている。この広角の結像レンズ１０ａは、広角の結像レンズ８ａと広角の結像光学システム１０ａとの間の視差オフセットを除いて、画像センサ９ａ及び関連する広角の結像レンズ８ａの視野全体が照らされるように構成されている。付加画像センサ及び付加照明ユニットを有するカメラホルダ５ａは、共に、第１の２次元概観画像を生成するための第１の２次元画像カメラを形成する。好ましくは、画像センサ９ａは、１９２０×１０８０画素以上の分解能をもつＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサとして設計されている。外側のトロカール１ａにおける２次元監視カメラの適当な位置決めで、トロカール１ｂ，１ｃ，１ｄを通して身体内に導かれたさらなる全ての手術器具又は内視鏡は、第１の２次元監視カメラの視野内に表示することができ、第１の２次元監視カメラによって視覚的に捕えられて画像センサ９上に表示される。
【００３３】
受け取った画像データは、データライン２９ａを介して処理ユニット３１に供給され、処理ユニット３１は画像データを表示のために処理し、処理された画像データをもう一つのデータパス３２を介して可視化ユニット（視覚化ユニット）３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一のフレームシーケンスに結合して表示することもできる。
【００３４】
トロカール１ｄは、身体組織２を通過する通路を提供し、それゆえ、患者の身体内部にアクセスできる。第２の画像カメラのための付加支持具（サポート）３ｄは、トロカール１ｄを介して身体の中に導かれる。付加支持具３ｄは、手術器具のための回転対称であるロッド形状のもう一つ主支持具（サポート）４ｄのための管状通路ができるように設計されている。補助（予備）の付加支持具３ｄには、カメラホルダ（カメラ支持具）５ｄがヒンジ６ｄにより取り付けられている。カメラホルダ５ｄは、トロカール１ｄを介した通過の後で、旋回動作７ｄにおいて回転軸に対して基本的には９０度に広げられる。カメラホルダ５ｄは、画像センサ９ｄ及び開口角度（オープニングアングル）１８ｄを有する広角の結像光学系（イメージング光学系、撮像光学系）８ｄからなる付加画像センサを運ぶ。視野を照らすために、カメラホルダ５ｄは、さらに、光源１１ｄ及び開口角度１９ｄを有する同様な広角の結像光学システム１０ｄからなる付加照明ユニットも備えている。この広角の結像光学システム１０ｄは、広角の結像レンズ８ｄと広角の結像光学システム１０ｄとの間の視差オフセットを除いて、画像センサ９ａ及び関連する広角の結像光学系８ｄの視野全体が照らされるように設計されている。付加画像センサ及び付加照明ユニットを有するカメラホルダ５ｄは、共に、第２の２次元概観画像を生成するための第２の２次元画像カメラを形成する。好ましくは、画像センサ９ｄは、１９２０×１０８０画素以上の分解能をもつＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサとして設計されている。外側のトロカール１ｄにおける第２の２次元監視カメラの適当な位置決めで、トロカール１ａ，１ｂ，１ｃを通して身体内に導かれたさらなる全ての手術器具又は内視鏡は、第２の２次元監視カメラの視野内にあり、第２の２次元監視カメラによって視覚的に捕えられて画像センサ９ｄ上に表示される。
【００３５】
受け取った画像データは、データライン２９ｄを介して処理ユニット３１に供給され、処理ユニット３１は画像データを表示のために処理し、処理された画像データをもう一つのデータパス３２を介して可視化ユニット（視覚化ユニット）３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一のフレームシーケンスに結合して表示することもできる。
【００３６】
回転対称の主支持具（サポート）４ｂの端部には、二つのカメラモジュール、すなわち特に二つのカメラホルダ２０ａ，２０ｂに取り付けられた二つの光学結像システム（光学イメージングシステム）２２ａ，２２ｂをそれぞれ有する二つの画像取得器２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂが位置している。カメラホルダ２０ａ，２０ｂは、旋回軸（回転軸）を形成するジョイント２５ａ，２５ｂにより、身体内に導かれた後に、旋回方向（回転方向）２６ａ，２６ｂにおいて主支持具４ｂの回転軸に対して９０度まで伸ばすことができるように、主支持具４ｂに接続されている。視野を照らすために、光源２３及び結像光学システム４からなる照明ユニットが、伸ばせるカメラホルダ２０ａ，２０ｂが取り付けられている主支持具４の端部に取り付けられている。カメラホルダ２０ａ，２０ｂは、画像センサ２１ａ，２１ｂ及び結像光学系（光学結像システム）２２ａ，２２ｂからなる画像器を運ぶ。これらの二つの画像取得器２０ａ，２１ａ，２２ａ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂは、共に３次元詳細カメラを形成する。
【００３７】
好ましくは、光源２３及び結像光学系２４からなる照明ユニットは、二つの画像センサ２１ａ，２１ｂ及び関連する結像光学系２２ａ，２２ｂの両方によって形成される視野が完全に照らされるように、適当な結像レンズ２４と共にＬＥＤの放射角が選択される方法で直接のＬＥＤ光源として実現される。
【００３８】
受け取った画像データは、データリンク３０を介して処理ユニット３１に供給される。処理ユニット３１は、その画像データを表示のために処理して、もう一つデータパス３２を介して可視化ユニット３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一のフレームシーケンスに結合して表示することもできる。
【００３９】
図４は、腹腔鏡検査のような低侵襲手術に使用される手術ロボットシステム内の３次元詳細カメラ及び２次元監視カメラからなる可視化解決の利用を示す。四つのロボットアーム４５，４７，４９，５１及び四つのトロカールアクセス４４，４６，４８，５０を備えたロボットシステムの実施形態が示されている。ここで、トロカールアクセス４４は、図３に示したトロカール１ａにおける第１の２次元監視カメラを備えている。トロカールアクセス４６は、図３に示したトロカール１ｂにおける３次元詳細カメラを備えている。トロカールアクセス５０は、図３に示したトロカール１ｄにおける第２の２次元監視カメラを備えている。トロカールアクセス４８はもう一つ手術器具４ｃのアクセスのためのトロカール１ｃを備えている。第１の２次元画像カメラのトロカールアクセス４４は、事前位置決め器４５により、ガイド４３に接続されている。３次元カメラのためのトロカールアクセス４６は、事前位置決め器４７により、ガイド４３に接続されている。手術器具のためのトロカールアクセス４８は、事前位置決め器４９により、ガイド４３に接続されている。第２の２次元監視カメラのトロカールアクセス５０は、事前位置決め器５１により、ガイド４３に接続されている。事前位置決め器は、例えば手動調整により受動的に、又は能動的に実現され得る。事前位置決め器自身は、例えばガイド４３のような適当な支持具（サポート）により保たれる。ガイド４３は、ジョイント４２により患者に対して位置決めされる。張出し棒（ブーム）４１は、可動性支持システム４０に接続され、これにより手術テーブル３９に対して相対的に支持システム全体の位置決めを行うことができる。制御及び表示ユニット３４は、操作者に事前位置決め器の現在の状態を知らせる。制御及び表示ユニット３４を用いて、操作者は、制御指示を入力し、その制御指示は適当なデータリンク３５を介して制御ユニット３６に送られ、そして、さらなる処理のために、制御ユニット３６から２次元画像カメラのためのトロカールアクセス４４，５０、３次元詳細カメラのためのトロカールアクセス４６、トロカールアクセス４８、事前位置決め器４５，４７，４９，５１及びガイド４３に送られる。制御ユニット３６は、適当なデータリンク３７により、支持システム４０に接続されている。手術テーブル３９は、制御目的のために、データリンク３８を介して制御ユニット３６に接続されている。これにより、手術テーブル位置、例えば高さを変更する場合に、制御ユニット３６内でこの位置変更を処理して、信号化される。ゆえに、手術テーブル３９の位置変更に基づいて、患者の位置変更を評価できる。
【００４０】
受け取った画像データは、データライン２９ａ，２９ｄ，３０を介して処理ユニット３１に供給され、処理ユニット３１は、その画像データを表示のために処理して、もう一つのデータパス３２を介して可視化ユニット３３に供給する。可視化ユニット３３は、２次元画像データ及び３次元画像データの両方を、例えば分けて表示できる。また、単一の画像又は単一のフレームシーケンスに結合して表示することもできる。
【００４１】
制御及び表示ユニット３４は、適当はデータリンク５２により、処理ユニット３１に接続されている。制御及び表示ユニット３４を用いて、外科医は、画像データの選択、処理及び表示のための制御指示を処理ユニット３１に送ることができる。処理ユニット３１は適当なデータリンク３２により、表示ユニット（可視化ユニット）３３に接続されている。表示ユニット３３は、２次元監視カメラ及び３次元詳細カメラにより、画像又は画像シーケンスに加えて、処理ユニット３１内で生成された手術道具の経路のような付加情報も供給される。その手術道具の経路は、２次元監視カメラ及び／又は３次元詳細カメラの画像情報によって計算された分けられた画像／画像シーケンス、複数の画像、及び画像シーケンスのいずれかとして表されている。
【００４２】
このように、本発明は、手術ロボットシステムを示しており、そこでは、手術器具の経路及び照明器が表示ユニットの画面に表示される。だから、外科医には、器具の個々の構成要素の現在の位置が知らされるばかりか、他の器具及び照明装置がどの方向にあるかも示される。本発明は、外科医が全ての器具を常に調整でき、それらをいわゆる「ブラインド飛行」において３次元カメラの視野に持ち込まなくてもよくなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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