KR20200034608A - 수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템 - Google Patents

수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200034608A
KR20200034608A KR1020190114001A KR20190114001A KR20200034608A KR 20200034608 A KR20200034608 A KR 20200034608A KR 1020190114001 A KR1020190114001 A KR 1020190114001A KR 20190114001 A KR20190114001 A KR 20190114001A KR 20200034608 A KR20200034608 A KR 20200034608A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
surgical
body cavity
sound wave
measuring
surgical tool
Prior art date
Application number
KR1020190114001A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102291452B1 (ko
Inventor
다케히로 안도
히로유키 미야모토
게이타 아와노
요시히데 스기우라
유타 후쿠시마
Original Assignee
가부시키가이샤 에이-트랙션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 에이-트랙션 filed Critical 가부시키가이샤 에이-트랙션
Publication of KR20200034608A publication Critical patent/KR20200034608A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102291452B1 publication Critical patent/KR102291452B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/90—Identification means for patients or instruments, e.g. tags
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/313—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for introducing through surgical openings, e.g. laparoscopes
    • A61B1/3132—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for introducing through surgical openings, e.g. laparoscopes for laparoscopy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3417—Details of tips or shafts, e.g. grooves, expandable, bendable; Multiple coaxial sliding cannulas, e.g. for dilating
    • A61B17/3421—Cannulas
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00221—Electrical control of surgical instruments with wireless transmission of data, e.g. by infrared radiation or radiowaves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A61B2017/00398—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like using powered actuators, e.g. stepper motors, solenoids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2901—Details of shaft
    • A61B2017/2908—Multiple segments connected by articulations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2063—Acoustic tracking systems, e.g. using ultrasound
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/062—Measuring instruments not otherwise provided for penetration depth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/067—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring angles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0804—Counting number of instruments used; Instrument detectors
    • A61B2090/0805—Counting number of instruments used; Instrument detectors automatically, e.g. by means of magnetic, optical or photoelectric detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0807—Indication means
    • A61B2090/0808—Indication means for indicating correct assembly of components, e.g. of the surgical apparatus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0807—Indication means
    • A61B2090/0811—Indication means for the position of a particular part of an instrument with respect to the rest of the instrument, e.g. position of the anvil of a stapling instrument
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0818—Redundant systems, e.g. using two independent measuring systems and comparing the signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

[과제] 체강에 삽입되는 의료 기구의 직동 방향의 이동을 고정밀도로 계측하는 것이 가능한 수술 지원 장치를 제공한다.
[해결 수단] 본 발명에 관한 수술 지원 장치는, 체강에 삽입되는 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 수술 지원 장치이며, 조작의 입력으로서, 체강에 삽입되는 수술 도구의 샤프트의 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 수단을 갖고, 계측 수단은, 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 삽입 심도를 계측한다.

Description

수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템 {SURGICAL ASSISTANCE DEVICE, CONTROL METHOD THEREFOR, AND SURGICAL ASSISTANCE SYSTEM}
본 발명은, 수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템에 관한 것이다.
복벽에 소직경의 복수의 구멍을 뚫고, 시술자가 손에 드는 수술 도구나 내시경 등의 의료 기구를 소직경의 구멍의 각각으로부터 체강 내에 삽입함으로써 수술을 행하는 복강경 수술이 알려져 있다. 일반적으로 복강경 수술에서는, 초음파 메스나 겸자 등 복수의 수술 도구를 조작하여 수술을 행하는 시술자를, 복강경을 조작하는 스코피스트나 겸자에 의해 장기를 견인하거나 하는 조수 등이 보조함으로써 행해지기 때문에, 복부를 절개하는 개복 수술과 비교하여 번잡해지는 경우가 있다. 이 때문에, 스코피스트 등에 의한 지원 대신에 로봇 암에 의해 시술자를 지원하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2).
특허문헌 1은, 트로카에 마련한 경사각 검출 센서와 진퇴량 검출 센서와 회전량 검출 센서에 의해, 트로카를 통과시킨 의료 처치구에 대한 조작을 계측하여, 의료 처치구의 선단 등의 추종 기준을 엔드 이펙터가 추종하도록 제어하는 기술을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 2는, 트로카에, 경사 센서 등의 관성 센서와 삽입량 센서를 마련하여 수술 도구의 자세를 계측하고, 수술 도구의 선단 위치를 추종하도록 복강경의 자세를 제어하는 기술을 제안하고 있다.
일본 특허 공개 제2015-24025호 공보 일본 특허 공개 제2007-301378호 공보
특허문헌 1에서는, 의료 기구의 장축 방향의 이동을 계측하는 진퇴량 검출 센서로서, 의료 처치구의 표면과 접촉하여 회전하는 롤러를 채용하고 있다. 그러나, 롤러를 사용하여 의료 처치구의 진퇴량을 계측하는 경우, 수술 도구의 직경이나 표면 재질, 물질의 부착 상태 등에 따라서 접촉 시의 회전이 영향을 받아, 계측 오차가 커져 버리는 경우가 있다. 한편, 특허문헌 2에서는, 의료 기구의 장축 방향의 이동을 계측하는 삽입량 센서로서, 광학식 변위 센서를 채용하고, 수술 도구의 표면에서 반사하는 반도체 레이저의 강도 변화에 기초하여 삽입량을 계측하고 있다. 그러나, 이 기술도 레이저광의 강도 변화를 측정하기 위해서 의료 기구를 개재시키기 때문에, 의료 기구의 표면 재질이나 물질의 대상물의 상태에 따라 계측 오차가 커지는 경우가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 체강에 삽입되는 의료 기구의 장축 방향의 이동을 고정밀도로 계측하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 과제를 해결하기 위해서, 예를 들어 본 발명의 수술 지원 장치는 이하의 구성을 구비한다. 즉, 체강에 삽입되는 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 수술 지원 장치이며, 상기 조작의 입력으로서, 상기 체강에 삽입되는 상기 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 수단을 갖고, 상기 계측 수단은, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 상기 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 수술 지원 장치의 제어 방법은, 체강에 삽입되는 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 수술 지원 장치의 제어 방법이며, 상기 수술 지원 장치는 계측 수단을 포함하고, 상기 제어 방법은, 상기 계측 수단이, 상기 조작의 입력으로서, 상기 체강에 삽입되는 상기 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 공정을 갖고, 상기 계측 공정에서는, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 상기 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 수술 지원 시스템은, 수술 지원 장치와 의료 기구 구동 장치를 포함하는 수술 지원 시스템이며, 상기 수술 지원 장치는, 체강에 삽입되는 제1 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 상기 수술 지원 장치이며, 상기 조작의 입력으로서, 상기 체강에 삽입되는 상기 제1 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 수단을 갖고, 상기 계측 수단은, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 상기 제1 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하고, 상기 의료 기구 구동 장치는, 상기 수술 지원 장치의 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 삽입 심도와 상기 삽입 각도에 기초하는 제어 정보에 따라, 상기 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동되는 제2 수술 도구의 자세를 제어하는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 수술 지원 장치는, 복벽의 제1 구멍으로부터 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동되는 제1 수술 도구의 자세를, 상기 복벽의 제2 구멍으로부터 상기 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어하는 수술 지원 장치이며, 외투관을 통해 상기 제2 구멍에 삽입되는 상기 제2 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도를 계측하는 계측 수단과, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 삽입 심도에 적어도 기초하여, 상기 제1 수술 도구의 자세를 제어하기 위한 제어 정보를 출력하는 제어 수단을 갖고, 상기 계측 수단은, 상기 외투관과 상기 제2 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 체강에 삽입되는 의료 기구의 장축 방향의 이동을 고정밀도로 계측하는 것이 가능해진다.
도 1은, 수술 지원 시스템의 전체 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 실시 형태에 있어서의, 위치 자세 계측 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 실시 형태에 있어서의, 거리 계측을 위한 제어부의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 실시 형태에 있어서의, 음파 송신기와 음파 수신기의 사이의 거리와, 위상차의 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 실시 형태에 있어서의 거리 계측 처리(정방향)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 실시 형태에 있어서의 거리 계측 처리(반대 방향)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 실시 형태에 있어서의, 음파 수신기가 소지 의료 기구의 샤프트 둘레로 회전한 경우의 처리를 설명하는 도면이다.
도 8은, 본 실시 형태에 있어서의, 음파 수신기가 소지 의료 기구의 샤프트 둘레로 회전했을 때의 영향과 그의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 실시 형태에 있어서의 절대 거리를 계측하기 위한 구성예(광을 사용하는 예)를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 실시 형태에 있어서의 절대 거리를 계측하기 위한 구성예(기계식 스위치를 사용하는 예)를 나타내는 도면이다.
도 11은, 소지 의료 기구를 판별하기 위한 태그와 태그 검출용 센서의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 12는, 복수의 소지 의료 기구를 판별하기 위한 처리예(검출 거리를 사용하는 예)를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 복수의 소지 의료 기구를 판별하기 위한 처리예(관성 센서를 사용하는 예)를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 본 실시 형태에 있어서의, 음파 수신기와 관성 센서를 포함하는 센서 유닛의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 실시 형태에 있어서의, 음파 송신기를 포함하는 센서 유닛을 외투관에 설치한 경우의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(수술 지원 시스템의 전체 구성예)
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명에 관한 수술 지원 시스템의 전체 구성예에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 수술 지원 시스템(1)의 기능 구성예를 모식적으로 나타내고 있다. 본 실시 형태에 관한 수술 지원 시스템(1)은, 수술 지원 장치(2)와, 수술 도구나 엔드 이펙터의 자세를 제어하는 의료 기구 구동부(11)를 포함한다.
또한, 수술 지원 장치(2)는, 예를 들어 시술자가 잡는 수술 도구(소지 의료 기구(21))의 자세를 계측하는 위치 자세 계측 장치(22)와, 제어 상태를 전환하기 위한 모드 전환부(3)와, 좌표 변환, 제어 대상의 위치 등의 연산이나 의료 기구 구동부(11)를 제어하는 제어부(4)와, 표시부(7), 및 불휘발성 메모리(8)를 포함한다. 또한, 의료 기구 구동부(11)에 의해 제어되는 수술 도구를, 소지 의료 기구(21)와 구별하여 로봇 의료 기구(12)라 한다.
도 1은, 수술대(6) 상에 누운 환자의 체강 내에 외투관을 통과시켜 수술 도구나 엔드 이펙터가 삽입되어 있는 모습을 나타내고 있다. 본 실시 형태에 관한 수술 지원 시스템(1)은, 시술자 및 환자의 근처에 설치되어, 시술자에 의한 수술 도구의 조작과 협조하도록 의료 기구 구동부(11)를 제어함으로써 시술자에 의한 수술을 지원한다. 시술자는, 소지 의료 기구(21)를 조작하여, 처치(예를 들어 장기의 일부를 절개하거나, 절제, 봉합하거나 함)와, 로봇 의료 기구(12)나 엔드 이펙터(13)의 제어(예를 들어 겸자에 의해 장기를 견인함)를 교대로 행할 수 있다. 이때, 소지 의료 기구(21)를 사용한 처치와, 로봇 의료 기구(12)나 엔드 이펙터(13)의 제어는 모드 전환부(3)를 조작함으로써 전환할 수 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에 관한 로봇 의료 기구(12)의 제어는, 시술자가 사용하는 수술 도구의 선단 위치를 항상 계측하여 그 선단 위치 부근을 복강경 등에 추종시키는 제어와는 달리, 절개 등의 처치를 위해서 소지 의료 기구(21)를 조작하는 틈에 행해진다. 따라서, 로봇 의료 기구(12)나 엔드 이펙터(13)를 제어하기 위해서 행하는 소지 의료 기구(21)의 자세의 계측은, 비교적 단시간에 종료된다.
의료 기구 구동부(11)는, 로봇 의료 기구(12)의 이동이나 엔드 이펙터(13)의 자세를 제어하는 구동부(예를 들어 로봇 암)를 포함한다. 예를 들어, 로봇 의료 기구(12)의 복벽(5)에 대한 삽입 각도, 로봇 의료 기구(12)의 샤프트의 장축 방향으로의 이동(삽입 심도), 및 엔드 이펙터(13)의 구동을 제어 가능하게 구성된다. 구동부의 기구는, 예를 들어 R 가이드를 사용한 기구, 평행 링크를 사용한 기구, 또는 수직 다관절 암에 의한 기구 등이어도 되지만, 엔드 이펙터(13)의 자세를 능동적으로 제어하는 것이 가능하면 그 형상은 임의여도 된다. 구동부에는 서보 모터 등의 위치 결정용 액추에이터가 복수 포함되어 있으며, 액추에이터에 포함되는 인코더로부터 기구의 관절각 등의 현재 위치 정보를 취득 가능하다. 의료 기구 구동부(11)는, 수술 지원 장치(2)와, LAN 등의 통신로 혹은 버스를 통해 접속되어, 수술 지원 장치(2)의 제어부(4)와 데이터의 수송신을 행한다. 의료 기구 구동부(11)는, 인코더에 의해 취득한 관절각 등의 현재 위치 정보를 수술 지원 장치(2)의 제어부(4)로 출력할 수 있다. 또한, 제어부(4)로부터 출력된 제어 정보에 기초하여, 로봇 의료 기구(12)의 이동이나 엔드 이펙터(13)의 자세를 제어할 수 있다. 또한, 이후의 설명에 있어서 단순히 「로봇」이라 하는 경우는, 의료 기구 구동부(11), 로봇 의료 기구(12), 엔드 이펙터(13) 모두를 가리키는 것으로 한다.
로봇 의료 기구(12)는, 복벽(5)에 형성한 소직경의 구멍에 삽입된 외투관(14)을 통과하여, 그 일부가 체강 내에 삽입된다. 예를 들어, 로봇 의료 기구(12)와 엔드 이펙터(13)에는, 체강 내에 삽입하여 사용되는 겸자, 섭자, 전기 메스, 흡인관, 초음파 응고 절개 장치, 지혈 장치, 라디오파 소작 장치, 내시경, 흉강경, 복강경 등을 포함하고, 그 형상은 직선형이어도, 굴곡 관절을 가지고 있어도 된다.
소지 의료 기구(21)는, 시술자가 실제로 손으로 움직여서 통상의 처치를 행하는 의료 기구이며, 복벽(5)에 형성한 소직경의 구멍에 삽입된 외투관(23)을 통하여 체강 내에 삽입되어 있으며, 복벽(5)과 외투관(23)이 교차하는 점을 중심으로 한 회전 운동이 가능하다. 또한, 외투관(23)을 통하여 소지 의료 기구(21)를 삽입 발출함으로써, 직동의 자유도가 가해진다. 즉, 회전의 3자유도의 운동과 직동의 1자유도의 운동을 계측할 수 있으면, 소지 의료 기구(21)가 갖는 모든 자유도를 계측하는 것이 가능해진다. 소지 의료 기구(21)와 외투관(23)에는, 위치 자세 계측 장치(22)가 설치되어 있어, 후술하는 센서에 의해 소지 의료 기구(21)의 위치 자세를 계측한다. 이 센서는 일반적인 6자유도의 절대 위치 자세를 계측 가능한 센서여도 되지만, 어떤 시각, 위치로부터의 상대적인 위치 자세를 측정하는 센서여도 된다.
위치 자세 계측 장치(22)는, 3자유도의 자세를 계측 가능한 관성 센서와, 직동의 1자유도인 체강 내로의 삽입 심도를 계측 가능한 음파 센서의 조합으로 구성된다. 관성 센서로서는, 예를 들어 가속도 센서, 경사 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 등의 일반적인 센서 및 그것들의 조합을 이용할 수 있다. 이러한 소지 의료 기구(21)를 사용함으로써, 로봇 의료 기구(12)의 제어나 표시부(7)에 표시되는 유저 인터페이스의 조작을 행하는 경우의 입력 장치로서 사용하는 것이 가능해진다.
모드 전환부(3)는, 수술 지원 시스템의 조작 모드를 적절하게 전환하기 위한 조작 부재를 포함하고, 예를 들어 주변 스위치, 풋 스위치 등으로 구성된다. 조작 모드는, 처치를 위해서 소지 의료 기구(21)를 조작하여 실제로 수술을 행하는 모드(단순히 처치 모드라고도 함)와, 로봇 의료 기구(12)나 엔드 이펙터를 조작하기 위해서 소지 의료 기구(21)를 사용하는 모드(단순히 로봇 조작 모드라고도 함)를 포함한다. 시술자가 모드 전환부(3)를 통해 조작 모드를 전환하면, 제어부(4)는 모드 전환부(3)로부터의 신호에 따라 시스템의 조작 모드를 전환하고, 현재의 조작 모드를 도시하지 않은 RAM에 기록한다. 또한, 모드 전환부(3)를 통해 소정의 음성, 소정의 제스처의 정보를 취득하여, 제어부(4)가 입력된 정보에 대응하는 조작 모드로 전환하도록 해도 된다.
제어부(4)는, CPU 또는 MPU 등의 중앙 연산 장치, ROM 및 RAM을 포함하고, ROM 혹은 불휘발성 메모리(8) 등의 기록 매체에 기억된 프로그램을 실행하여, 수술 지원 장치(2)의 각 블록의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(4)는, 후술하는 바와 같이, 위치 자세 계측 장치(22)의 사이에서 신호를 송수신하여, 시술자에 의해 조작된 소지 의료 기구(21)의 삽입 각도 및 삽입 심도를 구한다. 또한, 의료 기구 구동부(11)의 인코더로부터 관절각 등의 현재 위치 정보(혹은 이들에 기초하여 얻어지는 관절각 등의 사이의 변위 정보)를 취득한다. 제어부(4)는, 소지 의료 기구(21)의 복벽에 대한 삽입 각도 및 삽입 심도에 기초하여, 로봇 의료 기구(12)의 이동이나 엔드 이펙터(13)의 자세를 제어하기 위한 제어 정보를 의료 기구 구동부(11)로 출력한다. 또한, 소지 의료 기구(21)의 삽입 각도 및 삽입 심도에 기초하는, 로봇 의료 기구(12)의 이동이나 엔드 이펙터(13)의 자세를 제어하는 방법에는, 여러 가지 방법을 사용해도 되지만, 예를 들어 일본 특허 공개 제 제2018-110747호 공보에 개시된 공지의 방법을 사용할 수 있다.
표시부(7)는, 예를 들어 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 표시 디바이스를 포함하고, 복벽에 삽입된 도시하지 않은 복강경으로 촬영된 체강 내의 화상 또는 영상을 표시한다. 또한, 표시부(7)는, (로봇이나 소지 의료 기구(21)의 자세를 나타내는 수치 등을 포함함)시스템 내부의 상태 표시나, 본 시스템을 조작하기 위한 조작 화면 등을 표시한다. 표시부(7)는, 시술자가 장착하는 헤드 마운트 디스플레이 내에 배치되어도 된다.
불휘발성 메모리(8)는, 반도체 메모리나 자기 디스크 등으로 구성되는 기록 매체를 포함하고, 제어부(4)가 실행하는 프로그램이나 동작용 상수 등을 기억한다.
(위치 자세 계측 장치의 구성예)
다음으로, 도 2를 참조하여, 위치 자세 계측 장치(22)를 소지 의료 기구(21)와 외투관(23)에 설치한 경우를 예로, 위치 자세 계측 장치(22)의 구성예에 대해서 설명한다. 도 2에 나타내는 예에서는, 외투관(23)에는 음파 송신기(201)가, 또한, 소지 의료 기구(21)에는 음파 수신기(202)가 각각 설치되어 있고, 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)는 서로 대향하는 방향으로 배치되어 있다. 또한, 소지 의료 기구(21)에는, 관성 센서(203)가 설치되어 있다.
본 실시 형태의 예에서는, 음파 송신기(201) 및 음파 수신기(202)는, 예를 들어 초음파를 송수신 가능한 소자로 구성되지만, 초음파에 한정되지 않고 마이크와 스피커와 같은 음파를 송수신 가능한 페어라면 마찬가지의 원리로 계측이 가능하다. 또한, 관성 센서(203)는, 예를 들어 자이로 센서와 가속도 센서 중 어느 것 또는 양쪽이 포함되어 있다. 음파 송신기(201), 음파 수신기(202), 및 관성 센서의 각각은, 제어부(4)와 무선 또는 유선으로 접속되어서, 계측한 신호나 제어 커맨드 등을 서로 송수신 가능하게 구성된다. 제어부(4)는, 송수신한 신호에 기초하여, 대항한 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)의 사이의 거리(즉 외투관(23)에 대한 소지 의료 기구(21)의 삽입 심도)를 계측한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 계측한 신호를 위치 자세 계측 장치(22)로부터 제어부(4)로 송신하여, 제어부(4)에 의해 삽입 심도를 산출하는 예를 나타내지만, 삽입 심도의 계측을 위치 자세 계측 장치(22)로만 행해도 된다. 또한, 본 실시 형태의 예에서는, 위치 자세 계측 장치(22)가 소지 의료 기구(21)와 외투관(23)에 설치된 예를 설명한다. 그러나, 위치 자세 계측 장치(22)를, 로봇 의료 기구(12)와 외투관(14)에 추가로 설치하여, 외투관(14)에 대한 로봇 의료 기구(12)의 삽입 심도를 계측 가능하게 할 수도 있다.
도 2에 나타내는 구성에서는, 음파 송신기(201)가 외투관(23)에, 음파 수신기(202)가 의료 기구(21)에 각각 설치되어 있지만, 이것과는 반대로, 음파 수신기(202)를 외투관(23)에, 음파 송신기(201)를 의료 기구(21)에 설치해도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 음파 송신기(201), 음파 수신기(202)의 수는 반드시 일대일일 필요는 없으며, 다대다여도 된다.
음파는 공기 중을 약 340m/s의 속도로 전파하기 때문에, 송신에서 수신까지의 시간을 측정함으로써 음파 송신기와 음파 수신기의 사이의 거리를 계측하는 것이 가능하다. 또한, 일반적으로, 타이밍을 계측할 목적에서는 펄스형 음파를 송수신 가능한 것이 바람직하지만, 현실적으로는 (음파 송신기 및 음파 수신기의 기계적인 공진 주파수의 특성 등에 의해)펄스형 음파를 발수신하기는 곤란하다. 이 때문에, 일반적으로는, 버스트파라 불리는 수 파장 내지 수십 파장의 음파가 사용된다. 버스트파를 사용했을 경우, 수신의 타이밍은 버스트파의 포락선의 역치에 의해 판단한다. 이 방법에서는 거리를 절댓값으로서 구하기가 가능하기는 하지만, 신호 강도에 따라 시간 계측의 오차가 생기기 쉬워, 결과적으로 고정밀도의 거리 계측 결과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 그래서, 이하에 설명하는 실시 형태에서는 위상 계측에 의한 방법을 사용하여 상대적인 거리를 고정밀도로 계측하는 방법을 사용한다.
(거리 계측을 위한 제어부의 구성)
또한, 도 3을 참조하여, 거리 계측을 위한 제어부(4)의 구성예에 대해서 설명한다. 제어부(4)는, 음파를 사용한 거리 계측을 행하기 위한 구성을 포함하고, 도 3에는, 제어부(4)가 갖는 기능 중, 음파를 사용한 거리 계측을 행하기 위한 구성만을 나타내고 있다.
제어부(4)는, 음파 송신기(201)에 음파 신호를 출력하는 음파 신호 출력부(301)와, 음파 수신기(202)에서 수신한 신호를 증폭 및 노이즈 필터링하는 음파 신호 증폭부(302)와, 진폭 계측부(303)와, 콤퍼레이터부(304)를 포함한다. 음파 신호 출력부(301)로부터 송신된 신호와, 음파 수신기(202)에서 수신된 신호의 각각은, 진폭 계측부(303)와 콤퍼레이터부(304)에 입력된다.
진폭 계측부(303)는, 송신된 음파 신호와 수신된 음파 신호의 진폭을 계측한다. 또한, 계측하는 물리량으로서는 반드시 진폭일 필요는 없으며, RMS(Root Mean Square)나 그것에 준하는 진폭에 상관하는 신호여도 된다. 콤퍼레이터부(304)는, 음파 신호를 구형파로 변환함으로써 송신과 수신의 위상차를 계측하기 위한 전처리를 행한다. 콤퍼레이터부(304)는, 구형파로 변환한 음파 신호를 연산부(305)에 출력하고, 연산부(305)는, 송신·수신 간의 위상차를 계측한다. 또한, 콤퍼레이터부(304)는, 위상차 계측을 간편하게 행하기 위한 것이며, 음파 파형으로부터 위상차를 계측할 수 있으면 필수적인 것은 아니다. 또한, 도 3에서는, 301 내지 304의 구성이 제어부(4)에 포함되어 있고, 음파 송신기(201)나 음파 수신기(202)와 떨어진 위치에 배치되는 예를 나타냈지만, 이들 301 내지 304의 구성은, 음파 송신기(201) 또는 음파 수신기(202)의 주변에 배치되어도 된다. 또한, 이들 301 내지 304의 구성의 일부 또는 전체는, 제어부(4)가 실행하는 소프트웨어에 의해 실현되어도 된다.
또한, 도 1 및 도 3에서는 명시하고 있지 않지만, 제어부(4)는, 연산부(305)에 의해 연산된 연산 결과를 다른 기기에 출력하기 위한 인터페이스(연산 결과 출력부로서 기능함)를 가져도 된다. 또한, 제어부(4)는, 관성 센서(203)로부터 출력된 신호를 입력하고, 연산부(305)에 의해 음파 신호와 동시에 처리해도 된다.
(거리 계측 처리의 예)
도 4는, 연산부(305)에 의해 계측되는 위상차와, 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)의 사이의 거리를 각각 종축과 횡축에 표시한 그래프를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 위상차와 거리의 관계는, 0 내지 360° 사이에서 주기적으로 변화하는 파형으로 표시된다. 1주기에 상당하는 거리(d1)까지를 이동하는 것이라면, 위상과 거리가 비례하기 때문에, 위상으로부터 일의적으로 거리를 산출하는 것이 가능하다. 그러나, d1 이상의 거리에서는, 어느 주기에 상당하는 위상인지 판별이 되지 않기 때문에, 거리를 결정할 수 없다.
그래서, 연산부(305)는, 위상의 변화량을 축차 계산함으로써, 위상을 넘는 경우라도 적절한 이동량(즉 거리의 변화량)으로 변환한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 거리가 변화하여 위상이 360° 내지 0°로 되돌아간 경우를 생각한다. 이 경우, 계측되는 값으로서는, 어떤 시각 tk에 있어서의 위상 pk, 및 시각 tk＋1에 있어서의 위상 pk＋1이다. 상술한 바와 같이, 위상의 값에만 착안할 경우, pk 내지 pk＋1로의 경로는 2가지를 생각할 수 있다. 이 때문에, 파장 λ를 사용하여 나타내면, 위치 dn＝λ(pk＋1-pk)/360＋dk, 혹은 dm＝λ(pk＋1-pk)/360＋λ＋dk의 어느 쪽인가로 된다. 그래서, 실제로 어느 쪽의 위치에 있는지를 판단하기 위해서, 속도에 대한 제약 조건을 마련한다.
시각 tk 내지 tk＋1이 되는 사이에 위상이 pk 내지 pk＋1이 되었을 경우, 거기에 대응하는 속도는 (dm-dk)/(tk＋1-tk)거나, (dn-dk)/(tk＋1-tk)의 어느 쪽인가로 된다. 이 상태를 정성적으로 나타내면, 매우 빠른 속도로 거리가 감소했거나 늦은 속도로 거리가 증가했거나 어느 쪽이다. 이때, 본 실시 형태에서는, 어떤 샘플링 간격의 사이에 반파장 이상 이동하지 않는다는 가정을 마련한다. 이 가정에 관한 역치를, 파장 λ를 사용하여 나타내면 vt＝λ(tk＋1-tk)/2이다. 이 경우, 도 5에 나타내는 예에서는, 연산부(305)는, 위치 dn으로 이동한 경우는 역치를 초과한(샘플링 간격 동안 반파장 이상 이동하는) 속도이기 때문에 이 이동을 제외하고, (당해 역치를 초과하지 않는 속도로 이동한)위치 dm으로 이동하였다고 결정할 수 있다.
도 5를 참조한 예에서는, pk＋1-pk가 음의 값이 되는 경우를 생각했지만 이것이 양인 경우에도 마찬가지 수순으로 생각할 수 있다. 도 6은, pk＋1-pk가 양의 값으로 되는 상황을 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 예에서는, 위상으로부터 구해지는 위치는, dn＝λ(pk＋1-pk)/360＋dk 혹은 dm＝λ(pk＋1-pk)/360-λ＋dk로 구해진다. 이 예에 있어서도, 연산부(305)는, 속도의 역치에 의해 판단하면 실제로 어느 쪽으로 이동했는지를 판단 가능하다.
이와 같이, 연산부(305)는, 위상의 변화의 주기를 넘을 때 적절한 처리를 함으로써, 상대적인 이동량을 특정하는 것이 가능해진다. 이 방법에서는, 음파 신호의 진폭의 정보를 필요로 하지 않기 때문에, 주변 환경의 외란의 영향으로 수신 강도가 변화하였다고 해도 계측 결과에 전혀 영향을 미치지 않는다는 이점이 있다.
계측의 분해능은, 위상차 계측의 시간 분해능에 의해 결정된다. 일반적으로, 이 시간 분해능은 마이크로컨트롤러나 FPGA의 클록 주파수에 상당하는 것이다. 예를 들어, 16MHz의 클럭에 의해 위상차를 계측하였다고 하면, 분해능으로서는 약 0.02mm로 된다. 또한, FPGA와 같은 디바이스를 사용하면 음파의 주파수와 같은 주기로 위상차 계측이 가능하기 때문에, 속도의 역치 vt는 음속의 절반의 속도로 된다. 이것은 사람이 손에 들고 움직이는 속도에 비해서 충분히 고속이다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 외투관(23)과 소지 의료 기구(21)의 한쪽에 설치된 음파 송신기(201)와 다른 쪽에 설치된 음파 수신기(202)의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 소지 의료 기구(21)의 삽입 심도를 계측하도록 하였다. 구체적으로, 외투관(23)에 배치한 음파 송신기(201)로부터 음파를 송신하고, 소지 의료 기구(21)에 배치한 음파 수신기(202)에서 수신함으로써, 공기 중을 전파하는 음파의 시간에 기초하여 소지 의료 기구(21)의 직동 방향의 삽입 심도를 계측하도록 하였다. 이렇게 함으로써, 삽입 심도의 계측에 대해서 소지 의료 기구(21)의 표면 재질이나 경미한 부착물 등의 영향을 대폭으로 저감할 수 있게 된다. 즉, 체강에 삽입되는 의료 기구의 장축 방향의 이동을 고정밀도로 계측하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 송신된 음파 신호와 수신된 음파 신호의 위상차에 기초하여, 외투관(23)에 배치한 음파 송신기(201)와 소지 의료 기구(21)에 배치한 음파 수신기(202)의 사이의 이동 거리를 계측하도록 하였다. 이때, 음파 신호의 위상차에 기초하는 거리의 계측에서는, 소지 의료 기구(21)가 소정의 역치를 초과한(샘플링 간격의 사이에 반파장 이상 이동한) 속도에서의 이동을 제외함으로써, 소지 의료 기구(21)의 상대적인 이동량을 결정하도록 하였다. 위상차에 의해 이동량을 계측하도록 함으로써, 음파 신호의 진폭의 정보를 필요로 하지 않고, 주변 환경의 외란에 의해 수신 강도가 변화하는 경우에도 고정밀도로 이동량을 계측할 수 있다.
(장해물의 검지 처리)
다음으로, 상술한 거리 계측 처리를 적용하여, 장해물의 검지 처리를 행하는 예에 대해서 설명한다. 본 계측 방법에서는 음파 송신기(201) 및 음파 수신기(202)는 서로 대향한 방향으로 배치되어 있기 때문에, 이 사이에 장해물이 존재하면 계측이 되지 않게 된다. 그래서, 소지 의료 기구(21)의 샤프트의 주위에 몇몇 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)를 배치함으로써, 음파의 경로에 장해물이 없는 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)의 페어를 사용하는 것이 가능해진다. 장해물의 유무는, 제어부(4) 내의 진폭 계측부(303)에 의해 계측된 값으로부터 판단하는 것이 가능하다. 계측되는 신호의 진폭은 거리에 따라서도 증감되지만, 소지 의료 기구(21)의 샤프트의 길이의 범위에서 변화하는 양과, 장해물의 유무에 따라 변화하는 양이 명확하게 상이하기 때문에, 실험 등에 의해 적절한 역치를 미리 설정하면, 장해물을 검출하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 제어부(4)는, 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)의 복수의 페어로부터 얻어지는 복수의 음파 신호에 대해서, 장해물 검지용 역치를 상회하는 진폭을 가지는지를 판정한다. 그리고, 장해물 검지용 역치를 상회하는 진폭을 가진다고 판정한 음성 신호를, 장해물에 의해 차단되지 않는 음성 신호로서 선택하고, 선택한 음성 신호를 사용하여 거리 계측 처리를 행한다.
(샤프트 둘레의 회전에 의한 영향의 저감)
일반적으로, 복수의 음원이 존재할 경우에는 음파가 간섭하여 공간 상에 음압 분포가 생겨 버린다. 복수의 음파 송신기(201)를 외투관(23)에 배치하는 경우라도, 어느 시간 폭에서는, 송신측으로서는 하나만을 사용하는 상태로 거리 계측 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이에 비해, 수신측은 둘 이상을 동시에 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이 특성을 이용하여, 소지 의료 기구(21)의 샤프트 둘레의 회전에 대해서 거리의 계측 오차를 작게 하도록 처리를 행한다.
음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)는, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 소지 의료 기구(21)의 샤프트 주위에 배치할 수 있다. 이 경우, 소지 의료 기구(21)가 샤프트 둘레로 회전한 경우, 삽입 깊이가 동일해도, 대응하는 음파 송신기(201)와 음파 수신기(202)의 사이의 거리가 변화한다.
샤프트 둘레의 회전에 의한 영향을, 도 7을 참조하여, 보다 구체적으로 설명한다. 도 7에 나타내는 예에서는, 두 음파 수신기(202)인 음파 수신기 A와 음파 수신기 B가 소지 의료 기구(21)의 샤프트를 사이에 두도록 hrx만큼 떨어져서 대칭으로 설치되어 있다. 또한, 각각의 음파 송신기(201)는 샤프트로부터 htx만큼 떨어져서 외투관(23)에 설치되어 있다. 이때, 음파 송신기(201)와 음파 수신기 A의 사이의 거리 LA를, 샤프트 상에서의 거리 l과 샤프트 둘레의 회전각 θ로 나타내면 이하와 같이 된다.
Figure pat00001
여기서, 음파 수신기 B의 위치는 θ＋180°에 상당한다. 상술한 식을 사용하여, 어느 l일 때 θ가 변화한 경우의 모습을 플롯한 그래프를 도 8에 나타낸다. 여기서, θ의 속도는 360°/s, l은 100mm로 한 경우를 나타내고 있다. 계측의 성질상, 절대 거리는 의미를 갖지 않으므로, 종축은 LA와 LB의 속도이다. l이 고정된 상태를 위해서, LA와 LB의 속도는 0이 되겠지만, 각 음파 수신기의 계측값 자체로는 θ의 변화에 의해 실제의 l의 속도로부터 크게 벗어나 버린다. 여기서, 각 수신기의 음파 신호로부터 얻어진 거리의 변화(속도) 등의 계측값을 가산하여 2로 나누면(즉 복수의 계측값으로 평준화하면), θ에 대해서 거의 영향을 받지 않는 결과가 얻어진다. 이와 같이, 음파 수신기가 복수일 경우, 예를 들어 소정의 위치 관계에 있는 복수의 음파 수신기에 기초하는 계측값을 평균화 함으로써, 소지 의료 기구(21)의 샤프트 둘레의 회전(즉 θ)의 영향을 캔슬하고, 보다 정밀도가 높은 거리 계측이 가능해진다.
도 7을 참조하여 설명한 예에서는, 두 음파 수신기(202)를, 소지 의료 기구(21)의 샤프트를 축 대칭으로 하여 설치한 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 실시 형태는, 셋 이상의 음파 수신기(202)가 있는 경우, 샤프트를 중심으로 하여 균등한 각도로 할당하듯이 배치함으로써, 두 경우와 마찬가지로 그것들의 계측 결과를 평균하면 상기와 마찬가지의 결과가 얻어진다.
(절대 거리를 계측하는 구성)
지금까지 설명한 거리 계측 처리는, 계측 개시로부터의 상대 거리를 계측하는 것이지만, 여기에서는 음파 송신기와 음파 수신기의 사이의 거리를 절대 거리로서 계측하는 구성에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 있어서의 절대 거리를 계측하는 구성으로서, 위치 자세 계측 장치(22)는, 소지 의료 기구(21)의 샤프트의 선단이 외투관(23)을 통과한 것을 검지하기 위한 삽입 검지 센서(도 9 및 도 10을 참조하여 후술함)를, 외투관(23)에 구비한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 삽입 검지 센서의 일례로서, 광(포토 센서)을 사용한 삽입 검지 센서와, 기계식 스위치를 사용한 삽입 검지 센서에 대해서 설명하지만, 소지 의료 기구(21)의 삽입을 검지 가능한 센서라면, 다른 방법을 사용해도 된다. 다른 방법에는, 예를 들어 인덕턴스의 변화, 커패시턴스의 변화, 샤프트를 통과시키는 공간의 압력의 변화 등을 계측하는 방법을 사용해도 된다.
도 9는, 광을 사용한 삽입 검지 센서를 나타내고 있다. 이 예에서는, 소지 의료 기구(21)의 샤프트가 통과하는 부분에 광 송신기(901)와 광 수신기(902)가 설치되어 있다. 광 송신기(901)로부터 발광되는 광은, 샤프트가 가로 지르면 차단되기 때문에, 광 수신기(902)의 수광 상태의 변화에 따라 소지 의료 기구(21)가 삽입된 것을 검지할 수 있다.
상대 거리를 절대 거리로 하기 위해서, 제어부(4)는, 삽입 검지 센서에 의해 외투관(23)에 소지 의료 기구(21)의 샤프트가 삽입된 것을 검지하는 동시에 음파에 의한 상대 거리의 계측을 개시한다(계측값을 클리어함). 여기서, 의료 기구의 선단으로부터 음파 수신기(202)까지의 거리는 기지이기 때문에, 결과로서 삽입 검지 센서를 원점으로 한 절대 거리로 변환이 가능해진다. 또한, 원점으로 되는 삽입 검지 센서의 위치는, 예를 들어 외투관(23)의 회전 중심의 절대 위치를 미리 특정해 두고, 회전 중심으로부터 검출 위치까지의 거리와 외투관(23)의 각도에 의해 정할 수 있다.
도 9에 나타내는 예에서는, 외투관(23)의 내부에 광 송신기(901)와 광 수신기(902)가 존재하고 있다. 그러나, 외투관(23)의 재질이 광을 통과시키는 것이라면, 광 송신기(901)와 광 수신기(902)를 외투관(23)의 외측에 착탈 가능하게 설치하도록 해도 된다. 여기서, 혈액 등의 생체 조직이 부착되어도 반응하지 않도록 하기 위해서, 광의 파장에는 근적외 영역을 사용할 수 있다.
또한, 도 10에는, 기계식 스위치를 사용한, 삽입 검지 센서의 다른 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 소지 의료 기구(21)의 샤프트가 외투관(23)을 통과할 때 스위치(1001)가 눌리는 기구로 되어 있다. 또한, 스위치뿐만 아니라 반력을 받기 위한 가이드 롤러(1002)를 스위치와 반대측에 마련함으로써, 오검지를 저하시킬 수 있다. 가이드 롤러(1002)는 반드시 회전을 할 필요는 없으며, 마찰이 작으면 돌기물과 같은 것이어도 된다. 또한, 스위치(1001)는, 일반적인 기계적 스위치 이외에, 물체의 이동이나 변형을 검지하여 온·오프 되는 것이라면 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 홀 센서, 광 센서, 인덕턴스 센서, 캐패시턴스 센서 등이 이용 가능하다.
(절대 거리를 계측하는 다른 구성)
소지 의료 기구(21)의 샤프트에 대한 삽입 검지 센서를 사용하지 않고, 다른 구성을 이용하여 절대 위치를 구해도 된다. 예를 들어, 절대 거리를 계측하기 위한 구성으로서, 간헐적으로 음파를 송신하는 구성을 사용해도 된다. 간헐적인 음파를 사용할 경우, 음파의 송신이 개시했거나 또는 정지했을 때, 수신 신호의 상승 혹은 하강을 검출함으로써, 음파의 도달 시간에 기초한 절대 거리의 계측이 가능하다. 또한, 수신 신호의 상승 혹은 하강의 검출은, 도 2에 있어서 상술한 버스트파를 사용한 계측 방법과 마찬가지로 하면 된다. 즉, 수신의 타이밍은 버스트파의 포락선의 역치에 의해 판단한다. 이와 같이, 음파의 도달 시간에 기초하여 절대 거리를 구해 버리면, 상술한 정확한 상대 위치의 계측에 의해, 음파 송신기와 음파 수신기의 사이의 절대 거리가 항상 계측 가능해진다.
(교환한 소지 의료 기구를 자동적으로 판별하는 구성)
상술한 구성에서는, 외투관(23)과 소지 의료 기구가 일대일로 대응하여 사용되는 예를 설명하였다. 그러나, 실제의 수술에서는, 복수의 의료 기구 중에서 사용할 의료 기구를 선택하여, 하나의 외투관(23)에 삽입하는 의료 기구를 전환하여 사용한다.
새롭게 외투관(23)에 삽입하는 소지 의료 기구(21)와의 사이에서 계측을 실행하기 위해서, 사용 완료된(교환 전의) 소지 의료 기구(21)에 설치한 센서를, 축차 앞으로 사용할(교환 후의) 소지 의료 기구(21)로 바꿔 설치하는 것은 손이 많이 간다. 이 때문에, 복수의 소지 의료 기구(21)의 각각에 미리 음파 수신기(202)를 장착해 두고, 제어부(4)가 (소지 의료 기구(21)를 교환했을 때)어느 센서의 데이터를 처리 대상으로 할지를 전환하는 편이 수술의 진행을 방해하지 않고, 수술 지원 시스템의 조작이 용이해진다.
특히, 수술의 진행을 방해하지 않도록 하기 위해서는, 소지 의료 기구(21)의 전환을 스위치 등에 의해 시술자가 수동으로 전환할 것이 아니라, 시스템측에서 소지 의료 기구(21)의 전환을 자동으로 판별할 수 있으면 된다. 그래서, 도 11 및 도 12를 참조하여, 사용하는 소지 의료 기구(21)의 센서를 자동적으로 판별하는 구성에 대해서 설명한다. 또한, 복수의 소지 의료 기구(21)에 설치된 각 센서(즉 위치 자세 계측 장치(22))는, 모두 유선 또는 무선에 의해 제어부(4)와 접속되어 있는 것으로 한다.
사용하고 있는 수술 도구를 판별하는 방법으로서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 시술자의 손에 착탈 가능한 태그(1101 내지 1103)를 장착시켜 두고, 소지 의료 기구(21)에 구비되는 태그 검출용 센서(1104)를 사용하여, 당해 태그의 근접 또는 접촉을 검출한다. 예를 들어, 자석으로 구성되는 태그를 시술자의 손에 부착해 두고, 자력 센서로 구성되는 태그 검출용 센서에 의해 태그를 검출한다. 제어부(4)는, 태그 검출용 센서로부터 태그를 검출한 것을 나타내는 검출 신호를 수신함에 따라, 당해 태그를 검출한 태그 검출용 센서가 설치된 소지 의료 기구를 사용하는 소지 의료 수술 도구로서 판별한다.
태그 검출용 센서(1104)는, 검출 신호를 제어부(4)에 송신할 때, 태그 검출 센서(1104)를 식별하는 ID(태그 검출 센서 ID)를 같이 송신해도 된다. 제어부(4)는, 태그 검출 센서(1104)로부터 태그 검출 센서 ID와 검출 신호를 수신하면, 당해 ID에 기초하여, 사용하고 있는 소지 의료 기구(21)를 특정하여, 소지 의료 기구(21)의 정보를 취득하도록 해도 된다. 소지 의료 기구(21)의 정보에는, 예를 들어 의료 기구의 종별이나 샤프트의 길이 등의 의료 기구 정보 이외에, 설치되어 있는 음파 수신기의 수, 각 음파 수신기의 사이의 각도, 샤프트로부터의 거리 등의 정보를 포함한다. 예를 들어, 태그 검출 센서(1104)를 설치한 소지 의료 기구의 정보와 태그 검출 센서 ID를 관련지은 테이블을 미리 불휘발성 메모리(8)에 기억시켜 둔다. 이와 같이 하면, 제어부(4)는, 태그 검출 센서(1104)가 태그를 검출함에 따라, 당해 테이블로부터 태그 검출 센서를 설치한 소지 의료 기구의 정보를 취득할 수 있다. 그리고, 예를 들어 음파 수신기의 수에 따라 거리 계측 처리를 전환하거나, 소지 의료 기구(21)의 특성에 따라 제어 정보를 조정하거나 할 수 있다. 제어부(4)는, 태그 검출 센서(1104)가 태그를 검출함에 따라, 사용하고 있는 소지 의료 기구(21)가 검출된 것, 검출된 소지 의료 기구의 종별이나 특성을 나타내는 정보의 적어도 어느 것을 표시부(7)에 표시시켜도 된다. 이와 같이 하면, 시술자는, 소지 의료 기구의 교환이 시스템에 의해 인식된 것, 시스템에 인식되어 있는 소지 의료 기구의 정보 등을 파악 할 수 있다.
시술자에 태그를 붙이는 위치나 설치 양태는, 도 11에 나타내는 바와 같이 상이해도 된다. 또한, 태그의 위치나 설치 양태는 소지 의료 기구(21)의 형상에 따라 상이해도 된다. 예를 들어, 1101과 같이 손 끝에 장착 가능한 것, 1102와 같이 손바닥에 태그를 설치하는 것, 1103과 같이 손목으로부터 뻗은 스트랩형 형상으로 태그를 묻은 것이어도 된다. 이와 같이 한 태그라면, 소지 의료 기구(21)를 사용할 때 태그를 소지 의료 기구(21)의 태그 검출용 센서에 근접시키기 쉬워 편리하다. 또한, 태그나 태그 검출용 센서는 하나일 필요는 없으며, 모든 수술 도구에 대응할 수 있도록 몇 개소에 설치해도 된다. 태그 검출용 센서는, 자력에 한정되지 않으며, 근접을 판정 가능하면 다른 방법이어도 되고, 예를 들어 RFID 등의 근거리 무선 통신을 사용하는 것이어도 된다.
이와 같이, 시술자의 손에 근접한 소지 의료 기구를 사용하는 소지 의료 기구로서 자동 선택하도록 하면, 시술자가 소지 의료 기구를 잘못 손에서 떨어뜨렸을 때 조작을 무효로 하는 용도에도 사용 가능하다. 이 경우, 시술자의 손으로부터 소지 의료 기구(21)가 멀어지면 태그를 인식할 수 없게 되기 때문에, 제어부(4)는, 이 태그의 식별 상태의 변경에 따라, 소지 의료 기구(21)를 사용하지 않는 것으로서 취급할(예를 들어 위치 자세 계측 장치(22)로부터의 신호를 무시할) 수 있다.
(음파에 의한 소지 의료 기구의 선택)
사용하고 있는 소지 의료 기구(21)를, 음파를 사용하여 식별할 수도 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 소지 의료 기구(21)인 의료 기구 A 내지 C가 존재하고, 도 12에 나타내는 예에서는, 시술자는 의료 기구 A를 사용하고, 나머지 의료 기구는 외투관(23)으로부터 어느 정도 떨어진 장소(즉 계측 가능 거리를 초과하는 장소)에 있는 기계대에 놓여 있다.
여기서, 각각의 음파 수신기(202)로 계측되는 음파의 진폭을 계측한다. 통상, 의료 기구가 기계대에 놓여 있는 경우, 거의 음파가 계측되지 않는 거리에 있기 때문에 음파의 진폭이 소정의 역치보다 작아진다. 이 때문에, 예를 들어 제어부(4)는, 계측된 음파의 진폭이 소정의 역치 이상인 경우에, 당해 소지 의료 기구(21)가 사용되고 있다고 판별할 수 있다.
상기 예에서는, 사용하지 않는 의료 기구가 음파를 계측할 수 없는 거리에 놓여 있다는 것을 상정하고 있지만, 음파를 계측 가능한 위치에 놓여 버릴 가능성은 부정할 수 없다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 보다 고정밀도로 소지 의료 기구를 선택하기 위해서, 상기 진폭에 더하여, 버스트파에 의한 절대 거리의 계측을 행한다. 일반적으로, 복강경 수술에서 사용되는 수술 도구의 길이는 거의 일정하다. 이 때문에, 만일 사용하지 않는 의료 기구가 음파를 계측 가능한 위치에 존재해도, 제어부(4)는, 음파 송신기(201)로부터의 거리가 일반적인 의료 기구의 길이(즉 미리 정한 길이의 역치) 이상인 경우에는, 그 의료 기구를 사용하고 있지 않다고 판별한다.
또한, 사용하고 있지 않은 의료 기구가, 음파 송신기(201)로부터 일반적인 의료 기구의 길이보다 가까운 거리에 놓인 경우를 고려하여, 관성 센서를 추가로 사용한 판별 처리를 행해도 된다. 이 실시 형태에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 소지 의료 기구(21)에 설치한 관성 센서(203)인 관성 센서(1301, 1302)와, 외투관(23)에 설치한 외투관측 관성 센서(1303)를 사용한다.
사용하고 있는 소지 의료 기구(21)인 의료 기구 A는, 외투관(23)에 삽입되어 있기 때문에, 소지 의료 기구(21)와 외투관(23) 각각의 관성 센서로부터 얻어지는 자세는 일치할 것이다. 한편, 외투관(23)의 근처에 놓여 있지만 사용되고 있지 않은 의료 기구 B는, 그 자세가 외투관(23)의 자세와 평행해지는 일은 거의 없다. 즉, 제어부(4)는, 각 소지 의료 기구의 자세의 각도 차에 기초하여, 사용하고 있는 의료 기구를 판별할 수 있다. 실제로는 외투관과 의료 기구의 샤프트에 간극이 있기 때문에 완전히 평행하게는 되지 않고, 또한, 중력축 주위의 회전에 관해서는 상대값밖에 계측되지 않기 때문에 비교할 수 없다. 이 때문에, 제어부(4)는, 예를 들어 외투관(23)의 중력축에 대한 기울기와 소지 의료 기구(21)의 중력축에 대한 기울기가, 어느 정도 일치했을 경우(즉 소정의 역치보다 각도 차가 작을 경우)에 삽입된 소지 의료 기구를 판별할 수 있다.
(착탈식 센서 유닛의 구성)
음파 수신기(202)와 관성 센서(203)는 소지 의료 기구(21)에 내장되어 있어도 되지만, 다양한 의료 기구에 대응하기 위해서는 착탈 가능하게 설치되는 편이 편리한 경우가 많다. 도 14에는, 음파 수신기(202)와 관성 센서(203)를 포함하는 본 실시 형태에 관한 센서 유닛(1401)의 구성예를 나타내고 있다. 이 센서 유닛(1401)은, 소지 의료 기구(21)에 착탈 가능한 하우징으로서 구성된다. 센서 유닛(1401)은, 고정구(1402)의 나사(1403)를 조임으로써, 소지 의료 기구(21)의 샤프트에 고정된다.
소지 의료 기구(21)의 형상에 따라서는 샤프트가 아니라, 소지 의료 기구(21)의 손잡이 부분에 직접 설치하게 해도 된다. 또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 음파 수신기(202) 및 관성 센서(203)에 추가로, 스위치 조작을 행하기 위한 레버(1404)를 구비하게 해도 된다. 이 경우, 시술자는, 소지 의료 기구(21)를 보유 지지하면서 스위치 조작을 행할 수 있다. 도 14에 나타내는 예에서는 레버(1404)는 좌우에 존재하지만, 그 배치는 따지지 않는다.
또한, 음파 송신기(201)를 포함하는 센서 유닛(1501)에 대해서도 마찬가지로, 외투관(23)에 착탈 가능하게 설치되는 편이 편리하다. 도 15에는, 음파 송신기(201)를 포함하는 센서 유닛(1501)을 외투관(23)에 설치한 경우의 구성예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 센서 유닛(1501)은 외투관(23)에 착탈 가능한 하우징을 구성하여, 세 음파 송신기(201)를 포함하고 있다. 또한, 센서 유닛(1501)은 고정구(1502)에 의해 외투관(23)에 고정되어 있다. 센서 유닛(1501)의 중심에는, 소지 의료 기구(21)의 샤프트를 통과시키기 위한 구멍이 마련되어 있다.
또한, 상술한 설명에서는, 위치 자세 계측 장치(22)를, 소지 의료 기구(21)와 외투관(23)에 마련하여, 소지 의료 기구(21)의 위치 자세를 계측하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 실시 형태의 위치 자세 계측 장치(22)는, 로봇 의료 기구(12)와 외투관(14)에 설치하여, 로봇 의료 기구(12)의 위치 자세를 계측하도록 해도 된다. 즉, 위치 자세 계측 장치(22)는, 로봇 의료 기구(12)의 운동을 제어하기 위한 센서로서 사용하는 것도 가능하고, 의료 기구 구동부(11)의 관절부의 인코더 대신으로서 사용할 수 있다.
(다른 실시 형태)
또한, 상술한 수술 지원 시스템의 구성의 각각이 분리되거나 또는 통합된 구성으로서 실현되어도 된다. 또한, 본 발명은, 상술한 처리를 실행하는 컴퓨터의 프로그램을, 제어부가 기록 매체로부터 판독하여 실행하는 경우 이외에, 당해 프로그램을 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 취득하여 실행하는 경우를 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 체강에 삽입되는 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 수술 지원 장치이며,
    상기 조작의 입력으로서, 상기 체강에 삽입되는 상기 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 수단을 갖고,
    상기 계측 수단은, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 상기 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 송신기로부터 송신된 음파 신호와 상기 수신기에서 수신된 음파 신호의 위상차에 기초하여, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 삽입 심도를 계측하기 위해서, 상기 송신기로부터 송신된 음파 신호와 상기 수신기에서 수신된 음파 신호의 위상차에 기초하여, 상기 송신기와 상기 수신기의 사이의 거리 변화량을 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 위상차에 기초하는 계측에 있어서, 상기 수술 도구의 소정의 역치를 초과하는 속도에서의 이동을 제외함으로써, 상기 송신기와 상기 수신기의 사이의 거리 변화량을 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는, 상기 수술 도구의 샤프트 둘레에, 소정의 각도마다 배치되는 복수의 수신기로 구성되고,
    상기 계측 수단은, 하나의 송신기로부터 송신된 음파를 상기 복수의 수신기로 수신하고, 상기 복수의 수신기에서 수신한 음파 신호에 기초하는 계측값의 평준화를 행함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 수술 도구의 샤프트의 선단이 상기 체강에 삽입된 외투관을 통과한 것을 검지하는 삽입 검지 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 수신기로부터의 음파 신호의 진폭이 소정의 역치 이상인 경우에, 상기 수술 도구가 사용되고 있다고 판별하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 수술 도구에 설치되는 태그 검출 수단이며, 시술자에게 설치된 태그가 근접 또는 접촉한 것을 검출하는 태그 검출 수단을 추가로 갖고,
    복수의 상기 수술 도구가 존재하는 경우, 상기 태그 검출 수단이 상기 태그를 검출함에 따라, 상기 태그를 검출한 상기 태그 검출 수단에 대응하는 상기 수술 도구를, 사용하고 있는 상기 수술 도구로서 판별하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 수술 도구에 설치한 관성 센서를 사용하여, 상기 삽입 각도를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단은, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 상기 소정 범위의 위치와 상기 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 초음파를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는, 상기 수술 도구로부터 착탈 가능한 하우징에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 삽입 심도와 상기 삽입 각도에 기초하여, 상기 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동되는 수술 도구의 자세를 제어하기 위한 제어 정보를 출력하는 제어 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
  13. 체강에 삽입되는 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 수술 지원 장치의 제어 방법이며, 상기 수술 지원 장치는 계측 수단을 포함하고, 상기 제어 방법은,
    상기 계측 수단이, 상기 조작의 입력으로서, 상기 체강에 삽입되는 상기 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 공정을 갖고,
    상기 계측 공정에서는, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 상기 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치의 제어 방법.
  14. 수술 지원 장치와 의료 기구 구동 장치를 포함하는 수술 지원 시스템이며,
    상기 수술 지원 장치는, 체강에 삽입되는 제1 수술 도구를 사용한 조작이 가능한 상기 수술 지원 장치이며,
    상기 조작의 입력으로서, 상기 체강에 삽입되는 상기 제1 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도와 삽입 각도를 계측하는 계측 수단을 갖고,
    상기 계측 수단은, 상기 체강으로의 삽입 위치로부터 소정 범위의 위치와 상기 제1 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와, 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하고,
    상기 의료 기구 구동 장치는,
    상기 수술 지원 장치의 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 삽입 심도와 상기 삽입 각도에 기초하는 제어 정보에 따라, 상기 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동되는 제2 수술 도구의 자세를 제어하는 구동 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 수술 지원 시스템.
  15. 복벽의 제1 구멍으로부터 체강에 삽입되고 또한 기계적으로 구동되는 제1 수술 도구의 자세를, 상기 복벽의 제2 구멍으로부터 상기 체강에 삽입되는 제2 수술 도구를 사용하여 제어하는 수술 지원 장치이며,
    외투관을 통해 상기 제2 구멍에 삽입되는 상기 제2 수술 도구의 샤프트의 상기 체강으로의 삽입 심도를 계측하는 계측 수단과,
    상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 삽입 심도에 적어도 기초하여, 상기 제1 수술 도구 자세를 제어하기 위한 제어 정보를 출력하는 제어 수단을 갖고,
    상기 계측 수단은, 상기 외투관과 상기 제2 수술 도구의 어느 한쪽에 설치된 송신기와 다른 쪽에 설치된 수신기의 사이의 공간을 전파하는 음파를 계측함으로써, 상기 삽입 심도를 계측하는 것을 특징으로 하는 수술 지원 장치.
KR1020190114001A 2018-09-21 2019-09-17 수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템 KR102291452B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-178054 2018-09-21
JP2018178054A JP6469295B1 (ja) 2018-09-21 2018-09-21 手術支援装置、その制御方法、並びに手術支援システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200034608A true KR20200034608A (ko) 2020-03-31
KR102291452B1 KR102291452B1 (ko) 2021-08-18

Family

ID=65356127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190114001A KR102291452B1 (ko) 2018-09-21 2019-09-17 수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11653980B2 (ko)
EP (1) EP3626200B1 (ko)
JP (1) JP6469295B1 (ko)
KR (1) KR102291452B1 (ko)
CN (1) CN110934641B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10869692B2 (en) 2017-08-23 2020-12-22 Memic Innovative Surgery Ltd. Tools and methods for vaginal access
DE102020104574A1 (de) 2020-02-21 2021-08-26 Olympus Winter & Ibe Gmbh Medizinisches System, Medien- und/oder Energiequelle, und Trokar
CN111603223A (zh) * 2020-06-02 2020-09-01 北京贝麦克斯科技有限公司 一种穿刺设备
CN115645058B (zh) * 2022-10-21 2023-06-16 哈尔滨医科大学 一种手术辅助机械臂

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6145509A (en) * 1998-07-24 2000-11-14 Eva Corporation Depth sensor device for use in a surgical procedure
US20020151767A1 (en) * 2001-02-26 2002-10-17 Elazar Sonnenschein Ultrasonic positioning
JP2007301378A (ja) 2006-05-11 2007-11-22 Olympus Medical Systems Corp 治療システム及びトラカール並びに治療システムの制御方法
JP2015024025A (ja) 2013-07-26 2015-02-05 オリンパス株式会社 医療システム及び医療処置具制御方法
US20170360520A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Cambridge Medical Robotics Limited Instrument-arm communications in a surgical robotic system
JP2018110747A (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社Ａ−Ｔｒａｃｔｉｏｎ 手術支援装置、その制御方法、プログラム並びに手術支援システム

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5444988A (en) 1977-09-16 1979-04-09 Dainippon Printing Co Ltd Sterile packaging machine
JPS5871421A (ja) 1981-10-23 1983-04-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 振動物体の変位計測装置
JPS61209382A (ja) 1985-03-14 1986-09-17 Nec Corp 距離測定装置
JPH05337127A (ja) * 1992-06-04 1993-12-21 Olympus Optical Co Ltd トラカール刺入装置
JPH10272088A (ja) * 1997-03-31 1998-10-13 Olympus Optical Co Ltd 内視鏡装置
JP2001275931A (ja) * 2000-04-03 2001-10-09 Olympus Optical Co Ltd 医療システム
US8000926B2 (en) * 2005-11-28 2011-08-16 Orthosensor Method and system for positional measurement using ultrasonic sensing
US9204939B2 (en) * 2011-08-21 2015-12-08 M.S.T. Medical Surgery Technologies Ltd. Device and method for assisting laparoscopic surgery—rule based approach
US20130172907A1 (en) * 2012-01-02 2013-07-04 Bernard Michael HARRIS System and method for spatial location and tracking
US10758209B2 (en) * 2012-03-09 2020-09-01 The Johns Hopkins University Photoacoustic tracking and registration in interventional ultrasound
US9192439B2 (en) * 2012-06-29 2015-11-24 Covidien Lp Method of manufacturing a surgical instrument
EP2967521B1 (en) * 2013-03-15 2019-12-25 SRI International Electromechanical surgical system
RU2689176C2 (ru) * 2014-01-02 2019-05-24 Конинклейке Филипс Н.В. Ориентация и отслеживание положения инструмента относительно плоскости ультразвукового изображения
JP6474034B2 (ja) 2015-01-18 2019-02-27 鈴木　秀幸 鏡視下手術用超音波式距離計測装置
US10806346B2 (en) * 2015-02-09 2020-10-20 The Johns Hopkins University Photoacoustic tracking and registration in interventional ultrasound
US10639065B2 (en) 2015-07-21 2020-05-05 Canon U.S.A., Inc. Medical assist device
WO2017139556A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 Medos International Sarl Systems and methods for intraoperatively measuring anatomical orientation
US10376276B2 (en) * 2017-02-02 2019-08-13 Ethicon Llc Calibration of a robotic surgical tool

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6145509A (en) * 1998-07-24 2000-11-14 Eva Corporation Depth sensor device for use in a surgical procedure
US20020151767A1 (en) * 2001-02-26 2002-10-17 Elazar Sonnenschein Ultrasonic positioning
JP2007301378A (ja) 2006-05-11 2007-11-22 Olympus Medical Systems Corp 治療システム及びトラカール並びに治療システムの制御方法
JP2015024025A (ja) 2013-07-26 2015-02-05 オリンパス株式会社 医療システム及び医療処置具制御方法
US20170360520A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Cambridge Medical Robotics Limited Instrument-arm communications in a surgical robotic system
JP2018110747A (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社Ａ−Ｔｒａｃｔｉｏｎ 手術支援装置、その制御方法、プログラム並びに手術支援システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP6469295B1 (ja) 2019-02-13
CN110934641A (zh) 2020-03-31
CN110934641B (zh) 2023-03-28
EP3626200A1 (en) 2020-03-25
US11653980B2 (en) 2023-05-23
US20200093546A1 (en) 2020-03-26
KR102291452B1 (ko) 2021-08-18
JP2020048609A (ja) 2020-04-02
EP3626200B1 (en) 2023-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102291452B1 (ko) 수술 지원 장치, 그 제어 방법, 그리고 수술 지원 시스템
US11406460B2 (en) Surgery assisting apparatus, method of controlling the same, storage medium, and surgery assisting system
US11801103B2 (en) Surgical system and method of controlling surgical system
US20090247863A1 (en) Tracking system and method
KR20170093200A (ko) 로봇 보조 의료적 치료를 위한 시스템
JP6149175B1 (ja) 手術支援装置、その制御方法、プログラム並びに手術支援システム
JP6506490B1 (ja) 手術支援装置、その制御方法、並びに手術支援システム
JP6388686B2 (ja) 手術支援装置、その制御方法、プログラム並びに手術支援システム
US20200179056A1 (en) Surgery assisting apparatus and control method of the same, and surgery assisting system
JP6108509B1 (ja) 手術支援装置、その制御方法及びプログラム、並びに手術支援システム
KR20160069622A (ko) 수술 로봇 시스템
EP3829826B1 (en) Systems and methods for controlling a robotic manipulator or associated tool
JP7230003B2 (ja) 対向するトランスデューサを使用するカテーテルプローブのナビゲーション方法及び装置
WO2024121560A1 (en) Control system for a surgical robotic system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant