手術系統和醫療器具的干涉避免方法

手術系統和醫療器具的干涉避免方法
【專利摘要】手術系統(100)具有醫療器具(1)、測定體腔內的臟器(D)的三維位置的臟器測定單元(7)、根據臟器(D)的三維位置設定體腔內的空間中的除了臟器(D)以外的非干涉區域的非干涉區域設定部(10)、檢測體腔內的醫療器具(1)的三維位置的醫療器具檢測單元(8)、根據醫療器具(1)的三維位置計算醫療器具(1)的體腔內的醫療器具占有區域的醫療器具占有區域計算部(11)、根據非干涉區域與醫療器具占有區域的位置關系預測醫療器具(1)與臟器(D)的干涉的干涉預測部(12)、以及在由該干涉預測部(12)預測到干涉時對操作者進行注意喚起的注意喚起部(13)。
【專利說明】
手術系統和醫療器具的干涉避免方法
技術領域
[0001]本發明涉及手術系統和醫療器具的干涉避免方法。
【背景技術】
[0002]以往，在腹腔鏡下手術中，使用如下手法:從形成在患者體壁上的各個孔將內窺鏡和鉗子等處置器械同時插入到腹腔內，使用內窺鏡和處置器械雙方進行處置。插入到腹腔內的內窺鏡和處置器械相互獨立地進行操作，所以，有時發生內窺鏡與處置器械的干涉而妨礙手術。因此，提出了具有避免與處置器械之間的干涉的功能的內窺鏡(例如參照專利文獻I。)。在專利文獻I中，在內窺鏡的插入部上設置用于感知與處置器械或周邊臟器之間的干涉的干涉傳感器，根據該干涉傳感器的感知，對設置在插入部上的關節的角度進行控制，以使得插入部成為不與處置器械干涉的屈曲形狀。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻I:日本特開2004-81277號公報

【發明內容】

[0006]發明要解決的課題
[0007]但是，在專利文獻I的內窺鏡中，在感知到插入部與處置器械或周邊臟器的干涉后對關節的角度進行調節，無法提前避免插入部與處置器械或周邊臟器的干涉。并且，在專利文獻I中，完全沒有敘述提前避免干涉的手段。進而，專利文獻I的內窺鏡使用陀螺儀傳感器、應變儀或壓電傳感器作為干涉傳感器，但是，在使用這種干涉傳感器時，在技術上很難高靈敏度且穩定地感知與特別柔軟的臟器之間的干涉，存在用于避免與周邊臟器之間的干涉的單元不充分的問題。
[0008]本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供能夠可靠地提前防止體腔內的醫療器具與周邊臟器發生干涉的手術系統和醫療器具的干涉避免方法。
[0009]用于解決課題的手段
[0010]為了實現上述目的，本發明提供以下手段。
[0011]本發明的第I方式是一種手術系統，其具有:醫療器具，其能夠插入到活體的體腔內；臟器測定單元，其測定所述體腔內的臟器的三維位置;非干涉區域設定部，其根據由該臟器測定單元測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域;醫療器具檢測單元，其檢測所述體腔內的所述醫療器具的三維位置;醫療器具占有區域計算部，其根據由該醫療器具檢測單元檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域;干涉預測部，其根據由所述非干涉區域設定部設定的非干涉區域與由所述醫療器具占有區域計算部計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及注意喚起部，其在由該干涉預測部預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。
[0012]根據本發明的第I方式，通過醫療器具檢測單元檢測醫療器具的體腔內的三維位置，根據檢測到的三維位置，通過醫療器具占有區域計算部計算醫療器具占有區域。與此同時，通過臟器測定單元測定體腔內的臟器的三維位置，根據測定出的三維位置，通過非干涉區域設定部設定體腔內的不存在臟器的非干涉區域。
[0013]而且，根據醫療器具占有區域與非干涉區域之間的位置關系，在通過干涉預測部預測到醫療器具與位于非干涉區域的外側的周邊臟器的干涉時，通過注意喚起部對操作者進行注意喚起。由此，操作者在醫療器具與周邊臟器干涉之前，能夠采取更加慎重地進行醫療器具的操作、或使醫療器具從要干涉的周邊臟器分開等避免動作，能夠可靠地提前防止體腔內的醫療器具與周邊臟器發生干涉。
[0014]本發明的第2方式是一種手術系統，其具有:醫療器具，其能夠插入到活體的體腔內；臟器測定單元，其測定所述體腔內的臟器的三維位置;非干涉區域設定部，其根據由該臟器測定單元測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域;醫療器具檢測單元，其檢測所述體腔內的所述醫療器具的三維位置;醫療器具占有區域計算部，其根據由該醫療器具檢測單元檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域;干涉預測部，其根據由所述非干涉區域設定部設定的非干涉區域與由所述醫療器具占有區域計算部計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及醫療器具控制部，其在由該干涉預測部預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對所述醫療器具的動作施加限制。
[0015]根據本發明的第2方式，在通過干涉預測部預測到醫療器具與周邊臟器的干涉時，通過醫療器具控制部限制醫療器具的動作，由此，能夠可靠地提前防止體腔內的醫療器具與周邊臟器發生干涉。
[0016]在上述第2方式中，也可以是，所述手術系統還具有注意喚起部，該注意喚起部在由所述干涉預測部預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。
[0017]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述注意喚起部輸出觸動所述操作者的視覺、聽覺和觸覺中的至少一方的報知信號。
[0018]由此，能夠通過簡易的方法對操作者進行注意喚起。
[0019]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述手術系統具有筒狀的套針，該套針經由形成在所述活體的體表的孔插入到所述體腔內，所述醫療器具能夠插入到該套針中，所述臟器測定單元具有:立體照相機，其設置在所述套針的前端部，從相互不同的2個視點拍攝該套針的前端前方的視野，取得一對視點圖像;視點位置檢測部，其檢測該立體照相機在所述體腔內的位置和姿勢；以及運算部，其根據由所述立體照相機取得的一對視點圖像以及由所述視點位置檢測部檢測到的所述立體照相機的位置和姿勢，通過計算來取得所述體腔內的臟器的三維位置。
[0020]由此，在由立體照相機取得的一對視點圖像中包含從套針的前端部到周邊臟器表面的各位置的距離的信息。運算部能夠根據由一對視點圖像計算出的該距離的信息以及由視點位置檢測部檢測到的立體照相機的位置和姿勢，取得周邊臟器的表面的三維位置。并且，與CT圖像等手術前取得的圖像不同，能夠從對手術過程中的體腔內進行觀察的視點圖像實時地取得周邊臟器的三維位置。
[0021]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述手術系統具有能夠插入到所述體腔內的另一個醫療器具，所述臟器測定單元具有:指定位置檢測部，其檢測所述體腔內的所述另一個醫療器具的前端的三維位置；以及指示部，其由所述操作者進行操作，所述非干涉區域設定部存儲在操作了所述指示部時由所述指定位置檢測部檢測到的所述三維位置，將包含所存儲的三維位置的面作為所述非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。
[0022]由此，操作者通過使另一個醫療器具在體腔內移動并反復進行指示部的操作，能夠設定將自身指定的位置作為邊界面的非干涉區域。
[0023]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述臟器測定單元具有光波距離計，該光波距離計以能夠繞該醫療器具的長度方向的軸線旋轉的方式設置在所述醫療器具的前端，在與所述長度方向交叉的一維方向上掃描測定光。
[0024]由此，通過使光波距離計旋轉并對周邊臟器照射測定光，在周邊臟器表面二維掃描測定光，測定與周邊臟器表面的各位置之間的距離，能夠測定周邊臟器表面的各位置的三維位置。并且，在周邊臟器的凹凸的部位和體腔內的較深部位，也能夠準確地測定周邊臟器的三維位置。
[0025]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述非干涉區域設定部將所述臟器的尺寸假設為比根據由所述臟器測定單元測定出的三維位置求出的尺寸大的尺寸，將所假設的尺寸的所述臟器的輪廓作為所述非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。
[0026]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述醫療器具占有區域計算部將所述醫療器具的尺寸假設為比實際的所述醫療器具的尺寸大的尺寸，將所假設的尺寸的所述醫療器具的輪廓作為所述醫療器具占有區域的邊界面來設定該醫療器具占有區域。
[0027]由此，在醫療器具與周邊臟器的間隔小于規定值時預測到醫療器具與周邊臟器的干涉，所以，能夠更加可靠地防止醫療器具與周邊臟器的干涉。
[0028]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述手術系統具有多個所述醫療器具，所述醫療器具檢測單元檢測所述多個醫療器具各自的三維位置，所述醫療器具占有區域計算部針對所述多個醫療器具分別計算所述醫療器具占有區域，所述干涉預測部根據由所述醫療器具占有區域計算出的多個醫療器具占有區域彼此的位置關系，進一步預測所述多個醫療器具彼此的干涉。
[0029]由此，不僅能夠防止醫療器具與周邊臟器的干涉，還能夠防止體腔內的醫療器具彼此的干涉。
[0030]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述醫療器具是內窺鏡或處置器械。
[0031]本發明的第3方式是一種醫療器具的干涉避免方法，其包括以下步驟:臟器測定步驟，測定活體的體腔內的臟器的三維位置;非干涉區域設定步驟，根據該臟器測定步驟中測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域;醫療器具檢測步驟，檢測插入到所述體腔內的醫療器具的三維位置;醫療器具占有區域計算步驟，根據該醫療器具檢測步驟中檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域;干涉預測步驟，根據所述非干涉區域設定步驟中設定的非干涉區域與所述醫療器具占有區域計算步驟中計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及注意喚起步驟，在該干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。
[0032]本發明的第4方式是一種醫療器具的干涉避免方法，其包括以下步驟:臟器測定步驟，測定活體的體腔內的臟器的三維位置;非干涉區域設定步驟，根據該臟器測定步驟中測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域;醫療器具檢測步驟，檢測插入到所述體腔內的醫療器具的三維位置;醫療器具占有區域計算步驟，根據該醫療器具檢測步驟中檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域;干涉預測步驟，根據所述非干涉區域設定步驟中設定的非干涉區域與所述醫療器具占有區域計算步驟中計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及醫療器具限制步驟，在該干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對所述醫療器具的動作施加限制。
[0033]發明效果
[0034]根據本發明，發揮能夠可靠地提前防止體腔內的醫療器具與周邊臟器發生干涉的效果。
【附圖說明】
[0035]圖1是本發明的第I實施方式的手術系統的整體結構圖。
[0036]圖2是說明基于圖1的手術系統的內窺鏡的干涉避免方法的流程圖。
[0037]圖3是示出圖1的手術系統中顯示部中顯示的警告顯示的一例的圖。
[0038]圖4是說明基于圖1的手術系統的內窺鏡的干涉避免方法的變形例的流程圖。
[0039]圖5是示出圖1的手術系統的變形例的整體結構圖。
[0040]圖6是本發明的第2實施方式的手術系統的整體結構圖。
[0041 ]圖7是本發明的第3實施方式的手術系統的整體結構圖。
【具體實施方式】
[0042](第丨實施方式)
[0043]下面，參照圖1?圖5對本發明的第I實施方式的手術系統100進行說明。
[0044]如圖1所示，本實施方式的手術系統100具有能夠經由形成在體壁A上的孔B插入到腹腔(體腔)C內的內窺鏡(醫療器具)1、在體外保持該內窺鏡I的基端部分的體外臂2、以插入到孔B內的狀態支承內窺鏡I的套針3、由手術醫生(操作者)進行操作的操作輸入部4、對內窺鏡I的彎曲部Ib(后述)和體外臂2的關節部2a(后述)進行驅動的驅動部5、根據輸入到操作輸入部4的操作對驅動部5進行控制的控制部6。
[0045]內窺鏡I具有插入到腹腔C內的細長的插入部la、設置在該插入部Ia的前端部分的能夠彎曲的彎曲部lb、設置在插入部Ia的基端側的把持部lc。
[0046]體外臂2具有由多個關節構成的關節部2a，通過關節部2a的驅動，能夠使其前端保持的內規鏡I移動。
[0047]操作輸入部4能夠輸入針對彎曲部Ib的操作和針對關節部2a的操作。在通過手術醫生輸入了操作時，操作輸入部4向控制部6發送與該操作對應的信號。控制部6根據從操作輸入部4接收到的信號對驅動部5進行控制，由此，使彎曲部Ib和關節部2a執行與輸入到操作輸入部4的操作對應的動作。
[0048]套針3是具有能夠供插入部Ia插入的貫通孔的筒狀的部件，經由孔B插入到腹腔C內。通過將插入部Ia插入到該套針3內，能夠以插入到腹腔C內的狀態保持插入部la。并且，套針3能夠將由體壁A支承的位置作為支點P進行擺動，通過變更套針3向腹腔C內的插入角度，能夠使插入部Ia在腹腔C內向與其長度方向交叉的方向移動。
[0049]進而，本實施方式的手術系統100具有設置在套針3上的立體照相機(臟器測定單元)7和傳感器組(醫療器具檢測單元、臟器測定單元、視點位置檢測部)8、從由立體照相機7取得的腹腔C內的視差圖像取得位于插入部Ia的周圍的周邊臟器D的三維位置的運算部(臟器測定單元)9、根據由該運算部9取得的周邊臟器D的三維位置設定非干涉區域的非干涉區域設定部10、根據傳感器組8的檢測值計算插入部Ia在腹腔C內占有的內窺鏡占有區域的內窺鏡占有區域計算部11、根據由非干涉區域設定部10設定的非干涉區域和由內窺鏡占有區域計算部11計算出的內窺鏡占有區域來預測插入部Ia與周邊臟器D的干涉的干涉預測部
12、在由該干涉預測部12預測到插入部Ia與周邊臟器D的干涉時對手術醫生進行注意喚起的注意喚起部13。
[0050]立體照相機7設置在套針3的前端部分，通過從相互不同的2視點拍攝套針3的前端前方的視野，取得構成視差圖像的一對視點圖像。視差圖像是被攝體的立體觀察用的圖像，包含被攝體的三維的位置信息。立體照相機7向運算部9發送所取得的視差圖像。
[0051]傳感器組8至少包括檢測套針3的姿勢的姿勢傳感器、檢測插入部Ia向套針3內的插入量的插入量傳感器、檢測插入部Ia的周向的旋轉量的角度傳感器。通過這3種傳感器，能夠檢測腹腔C中的立體照相機7的位置和姿勢以及腹腔C內的插入部Ia的三維位置。各傳感器分別向運算部9和內窺鏡占有區域計算部11發送檢測值。
[0052]運算部9根據從立體照相機7接收到的視差圖像，通過計算而取得該視差圖像中包含的從立體照相機7到周邊臟器D的表面的各位置的距離。然后，運算部9使用從傳感器組8接收到的檢測值將所取得的距離轉換為以支點P為原點的三維坐標系，由此得到周邊臟器D的表面的各位置的三維位置坐標。運算部9向非干涉區域設定部10發送所得到的三維位置坐標。
[0053]非干涉區域設定部10設定比由從運算部9接收到的三維位置坐標劃分的面(即周邊臟器D的表面)更遠離支點P的區域，作為周邊臟器D在腹腔C內占有的臟器占有區域。接著，非干涉區域設定部10將以規定值向各方向放大臟器占有區域而得到的區域設定為干涉區域，進而，將腹腔C內的空間中的除了干涉區域以外的空間設定為非干涉區域。即，非干涉區域是將從周邊臟器D的表面分開規定值的面作為邊界面的、不存在周邊臟器D的空間。
[0054]內窺鏡占有區域計算部11從傳感器組8接收檢測值，從控制部6取得彎曲部Ib的彎曲方向和彎曲角度。然后，內窺鏡占有區域計算部11根據從傳感器組8和控制部6取得的信息和預先存儲的插入部Ia的尺寸，計算插入部Ia在腹腔C內占有的區域、即所述三維坐標系中的內窺鏡占有區域，向干涉預測部12發送所計算出的內窺鏡占有區域。
[0055]干涉預測部12對內窺鏡占有區域與非干涉區域進行比較，在內窺鏡占有區域的至少一部分比非干涉區域的邊界面更靠外側的情況下、即在插入部Ia中存在與周邊臟器D之間的間隔小于規定值的部分的情況下，預測到插入部Ia可能與周邊臟器D發生干涉，向注意喚起部13發生注意信號。
[0056]注意喚起部13在從干涉預測部12接收到注意信號時，通過報知信號的輸出而對手術醫生進行注意喚起。報知信號觸動手術醫生的視覺、聽覺和觸覺中的至少一方即可。例如，注意喚起部13可以在顯示部14中顯示用于告知插入部Ia與周邊臟器D可能發生干涉的警告顯示，也可以點亮燈，還可以從揚聲器15輸出警告音。或者，注意喚起部13可以使由手術醫生把持的把持部Ic振動。
[0057]接著，對這樣構成的手術系統100的作用進行說明。
[0058]為了使用本實施方式的手術系統100對腹腔C內的患部E進行處置，將套針3插入到孔B內，經由該套針3內將插入部Ia插入到腹腔C內。然后，手術醫生通過使用操作輸入部4對體外臂2的關節部2a進行操作，能夠使內窺鏡I整體移動。并且，手術醫生通過使用操作輸入部4對內窺鏡I的彎曲部I b進行操作，能夠使內窺鏡I的前端移動。
[0059]圖2是說明基于手術系統100的內窺鏡的干涉避免方法的流程圖。如上所述在腹腔C內對插入部Ia和彎曲部Ib進行操作的期間內，執行以下處理。
[0060]S卩，通過配置在腹腔C內的立體照相機7取得腹腔C內的視差圖像(臟器測定步驟SI)，從視差圖像取得存在于腹腔C內的周邊臟器D的表面的三維位置(臟器測定步驟S2)，將腹腔C的比周邊臟器D更靠近近前側的區域設定為非干涉區域(非干涉區域設定步驟S3)。與以上步驟SI?S3并行地，通過傳感器組8檢測腹腔C內的插入部Ia的三維位置(醫療器具檢測步驟S4)，根據檢測到的插入部Ia的三維位置以及彎曲部Ib的彎曲方向和彎曲角度計算內窺鏡占有區域(醫療器具占有區域計算步驟S5)。
[0061]然后，通過干涉預測部12監視內窺鏡占有區域的整體是否位于非干涉區域內(干涉預測步驟S6)，在內窺鏡占有區域的至少一部分露出到非干涉區域的外側時(步驟S6:是)，從干涉預測部12輸出報知信號(注意喚起步驟S7)。通過報知信號對手術醫生提示用于避免插入部Ia與周邊臟器D的干涉的動作，手術醫生例如能夠采取更加慎重地進行插入部Ia的操作、或使插入部Ia向從周邊臟器D分開的方向移動等用于提前避免插入部Ia與周邊臟器D的干涉的動作。
[0062]這樣，根據本實施方式，通過使用腹腔C內的視差圖像，測定周邊臟器D的準確的三維位置，準確設定能夠以插入部Ia不會與周邊臟器D干涉的方式進行動作的非干涉區域。然后，根據通過計算而求出的腹腔C內的插入部Ia的位置與非干涉區域之間的位置關系，準確預測插入部Ia與周邊臟器D的干涉。由此，在發生插入部Ia與周邊臟器D的干涉之前對手術醫生報知發生該干涉的可能性較高，具有能夠使手術醫生采用適當的避免動作這樣的優點。
[0063]并且，與使用CT圖像等手術前拍攝的圖像的情況不同，通過使用立體照相機7，具有能夠取得周邊臟器D的當前的三維位置這樣的優點。并且，以往，無法在圖像中觀察插入部Ia的接近體壁A的部分，所以，很難確認與周邊臟器D之間的干涉，但是，根據本實施方式，具有針對插入部Ia的接近體壁A的部分也能夠預測并避免與周邊臟器D之間的干涉這樣的優點。
[0064]在本實施方式中，設定比實際的周邊臟器D大的干涉區域，將除了該干涉區域以外的區域設定為非干涉區域，但是，取而代之或在此基礎上，內窺鏡占有區域計算部11也可以在內窺鏡占有區域的計算中使用比實際的插入部Ia的尺寸大的尺寸。這樣，能夠在插入部Ia與周邊臟器D發生干涉之前可靠地預測并避免該干涉。
[0065]在本實施方式中，在預測到插入部Ia與周邊臟器D的干涉時，為了避免該干涉，也可以通過報知信號向手術醫生報知手術醫生應該移動的插入部Ia的方向。例如，如圖3所示，在當進一步使插入部Ia向右移動時產生干涉的情況下，也可以面向顯示部14的右側顯示警告顯示14a。由此，手術醫生能夠容易地識別為了避免干涉而使插入部Ia向哪個方向移動即可。
[0066]在本實施方式中，在預測到插入部Ia與周邊臟器D的干涉時，對手術醫生進行注意喚起，但是，取而代之或在此基礎上，如圖4所示，控制部(醫療器具控制部)6也可以與針對操作輸入部4的輸入無關，至少禁止插入部Ia朝向進一步接近周邊臟器D的方向的動作等，對插入部Ia的動作施加限制(醫療器具限制步驟S8)。由此，能夠更加可靠地防止插入部Ia與周邊臟器D的干涉。
[0067]在本實施方式中，如圖5所示，也可以構成為，具有能夠經由形成在與孔B不同的位置的孔B’插入到腹腔C內的處置器械16，還預測腹腔C內的插入部Ia與處置器械16的干涉。
[0068]具體而言，圖5的手術系統100還具有另一個體外臂17、另一個套針18、處置器械占有區域計算部19。
[0069]體外臂17與體外臂2同樣構成，具有關節部17a。
[0070]套針18與套針3同樣構成，設置有至少包括檢測套針18的姿勢的姿勢傳感器、檢測處置器械16向套針18內的插入量的插入量傳感器、檢測處置器械16的周向的旋轉量的角度傳感器的傳感器組(醫療器具檢測單元)20。能夠通過這3種傳感器檢測腹腔C內的處置器械16的三維位置。
[0071 ]處置器械占有區域計算部19利用與內窺鏡占有區域計算部11計算內窺鏡占有區域的方法相同的方法，根據從傳感器組20接收到的檢測值和預先存儲的處置器械16的尺寸，計算處置器械16在腹腔C內占有的區域、即所述三維坐標系中的處置器械占有區域，向干涉預測部12發送所計算出的處置器械占有區域。
[0072]干涉預測部12對內窺鏡占有區域與處置器械占有區域進行比較，例如，在這2個占有區域的距離小于規定值的情況下，預測到插入部Ia與處置器械16的干涉，向注意喚起部13發送注意信號。
[0073]由此，不僅能夠預測并提前避免插入部Ia與周邊臟器D的干涉，還能夠預測并提前避免腹腔C內同時使用的插入部Ia與處置器械16的干涉，能夠順暢地對插入部Ia和處置器械16進行操作。在如本變形例那樣具有多個套針3、18的情況下，立體照相機7可以設置在任意的套針3、18上。并且，也可以代替立體照相機7而使用能夠進行立體觀察的內窺鏡1，在周邊臟器D的三維位置的測定中利用由內窺鏡I取得的視差圖像。
[0074](第2實施方式)
[0075]接著，參照圖6對本發明的第2實施方式的手術系統200進行說明。
[0076]在本實施方式中，主要對與第I實施方式不同的結構進行說明，對與第I實施方式相通的結構標注相同標號并省略說明。
[0077]本實施方式的手術系統200與第I實施方式的不同之處主要在于與非干涉區域的設定有關的結構。
[0078]具體而言，如圖6所示，手術系統200還具有處置器械16、在體外保持該處置器械16的基端部分的另一個體外臂17、以插入到腹腔C內的狀態支承處置器械16的另一個套針18。
[0079]處置器械16在設置在其基端的把持部16a上具有由手術醫生操作的按鈕那樣的指示部21 ο當手術醫生對指示部21進行操作時，向非干涉區域設定部10發送表示該意思的信號。
[0080]非干涉區域設定部10從設置在套針18上的傳感器組(指定位置檢測部)20接收檢測值，根據接收到的檢測值和預先存儲的處置器械16的尺寸，計算腹腔C內的處置器械16的前端的三維位置。非干涉區域設定部10在從指示部21接收到信號時，存儲處置器械16的前端的三維位置。然后，非干涉區域設定部10將連接所蓄積的三維位置彼此的面作為非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。
[0081]接著，對這樣構成的手術系統200的作用進行說明。
[0082]為了使用本實施方式的手術系統200對腹腔C內的患部E進行處置，將套針3插入到孔B內，經由該套針3內將插入部Ia插入到腹腔C內。并且，將套針18插入到孔B’內，經由該套針18內將處置器械16插入到腹腔C內。然后，手術醫生通過使用操作輸入部4對體外臂2、17的關節部2a、17a進行操作，能夠使內窺鏡I整體或處置器械16整體移動。并且，手術醫生通過使用操作輸入部4對內窺鏡I的彎曲部I b進行操作，能夠使內窺鏡I的前端移動。
[0083]這里，在本實施方式中，代替所述步驟SI?S3，手術醫生進行以下步驟，由此設定非干涉區域。即，手術醫生對處置器械16進行操作，在將處置器械16的前端配置在周邊臟器D的表面附近的狀態下對指示部21進行操作(臟器測定步驟)。一邊使處置器械16的前端沿著周邊臟器D的表面向腹腔C內的里側移動，一邊反復進行該作業。由此，在非干涉區域設定部10中存儲沿著周邊臟器D的表面附近并列的三維位置，設定將周邊臟器D的表面附近作為邊界面的非干涉區域(非干涉區域設定步驟)。其他步驟與第I實施方式中說明的步驟S4?S7相同，所以省略說明。
[0084]這樣，根據本實施方式，使用處置器械16，手術醫生自身手動設定非干涉區域的邊界，由此，在通過立體照相機7很難觀察的凹凸的部位或腹腔C內的較深部位，也能夠設定準確沿著周邊臟器D的形狀的非干涉區域的邊界面。因此，特別是在狹窄且彎曲的部分使彎曲部Ib彎曲并將插入部Ia插入來進行處置的情況下，具有能夠更加可靠地避免插入部Ia與周邊臟器D的干涉這樣的優點。
[0085](第3實施方式)
[0086]接著，參照圖7對本發明的第3實施方式的手術系統300進行說明。
[0087]在本實施方式中，主要對與第I實施方式不同的結構進行說明，對與第I實施方式相通的結構標注相同標號并省略說明。
[0088]本實施方式的手術系統300與第I實施方式的不同之處主要在于與非干涉區域的設定有關的結構。
[0089]具體而言，如圖7所示，手術系統300代替立體照相機7而具有設置在插入部Ia的前端的光波距離計(臟器測定單元)22。光波距離計22在與插入部Ia的長度方向交叉的一維方向上掃描激光那樣的測定光并進行出射，接收來自周邊臟器D的反射光，根據接收到的反射光的相位和反射光的接收時間計算與周邊臟器D之間的距離。光波距離計22向非干涉區域設定部10發送所計算出的距離。
[0090]并且，在插入部Ia的前端部設置有能夠繞插入部Ia的長度方向的軸線旋轉的旋轉部(圖示省略)。光波距離計22設置成與旋轉部一體地旋轉，通過旋轉部的旋轉，使光波距離計22的測定光的掃描方向繞插入部Ia的長度方向的軸線旋轉360°，能夠二維地掃描測定光。
[0091]非干涉區域設定部10從傳感器組8接收檢測值，并且，從控制部6取得彎曲部Ib的彎曲方向和彎曲角度，從光波距離計22接收距離。然后，非干涉區域設定部10根據接收到的這些信息和預先存儲的插入部Ia的尺寸，計算腹腔C內的插入部Ia的前端的三維位置。進而，非干涉區域設定部10根據插入部Ia的前端的三維位置和由光波距離計22測定出的距離計算周邊臟器D的表面的各位置的三維位置，將由所得到的周邊臟器D的表面的三維位置劃分的面作為非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。
[0092]接著，對這樣構成的手術系統300的作用進行說明。
[0093]在本實施方式中，代替所述步驟SI?S3，通過以下步驟來設定非干涉區域。即，手術醫生對插入部Ia進行操作，從設置在插入部Ia的前端的光波距離計22 二維掃描測定光并向周邊臟器D的表面進行照射(臟器測定步驟)。由此，測定從插入部Ia的前端到周邊臟器D的表面的各位置的距離，根據測定出的距離取得周邊臟器D的表面的各位置的三維位置，根據所得到的周邊臟器D的三維位置設定非干涉區域。伴隨插入部Ia在腹腔C內的移動來進行基于光波距離計22的距離測定和非干涉區域設定。其他步驟與第I實施方式中說明的步驟S4?S7相同，所以省略說明。
[0094]這樣，根據本實施方式，使用光波距離計22測定從插入部Ia的前端到周邊臟器D的距離，根據所得到的距離設定非干涉區域的邊界，由此，在立體照相機7中很難觀察的凹凸的部位或腹腔C內的較深部位，也能夠設定準確沿著周邊臟器D的形狀的非干涉區域的邊界面。因此，特別是在狹窄且彎曲的部分使彎曲部Ib彎曲并將插入部Ia插入來進行處置的情況下，具有能夠更加可靠地避免插入部Ia與周邊臟器D的干涉這樣的優點。
[0095]在本實施方式中，也可以代替光波距離計22而使用能夠進行立體觀察的內窺鏡I，使用由該內窺鏡I取得的視差圖像測定從插入部Ia的前端到周邊臟器D的距離。
[0096]在第I?第3實施方式中，作為醫療器具，主要對內窺鏡I進行了說明，但是，也可以代替內窺鏡I而使用鉗子等處置器械，預測處置器械與周邊臟器D的干涉。
[0097]根據上述第I?第3實施方式，導出以下附記項的醫療器具的干涉避免方法的發明。
[0098](附記項I)
[0099 ] 一種醫療器具的干涉避免方法，其包括以下步驟:
[0100]臟器測定步驟，測定活體的體腔內的臟器的三維位置；
[0101]非干涉區域設定步驟，根據該臟器測定步驟中測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域；
[0102]醫療器具檢測步驟，檢測插入到所述體腔內的醫療器具的三維位置；
[0103]醫療器具占有區域計算步驟，根據該醫療器具檢測步驟中檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域；
[0104]干涉預測步驟，根據所述非干涉區域設定步驟中設定的非干涉區域與所述醫療器具占有區域計算步驟中計算出的所述醫療器具占有區域的之間位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及
[0105]注意喚起步驟，在該干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。
[0106](附記項2)
[0107]—種醫療器具的干涉避免方法，其包括以下步驟:
[0108]臟器測定步驟，測定活體的體腔內的臟器的三維位置；
[0109]非干涉區域設定步驟，根據該臟器測定步驟中測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域；
[0110]醫療器具檢測步驟，檢測插入到所述體腔內的醫療器具的三維位置；
[0111]醫療器具占有區域計算步驟，根據該醫療器具檢測步驟中檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域；
[0112]干涉預測步驟，根據所述非干涉區域設定步驟中設定的非干涉區域與所述醫療器具占有區域計算步驟中計算出的所述醫療器具占有區域的之間位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及
[0113]醫療器具限制步驟，在該干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對所述醫療器具的動作施加限制。
[0114](附記項3)
[0115]根據附記項2所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0116]所述干涉避免方法還包括如下的注意喚起步驟:在所述干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。
[0117](附記項4)
[0118]根據附記項I或附記項3所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0119]在所述注意喚起步驟中，輸出觸動所述操作者的視覺、聽覺和觸覺中的至少一方的報知信號。
[0120](附記項5)
[0121]根據附記項I?附記項4中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0122]在所述臟器測定步驟中，從相互不同的2個視點拍攝所述體腔內，取得一對視點圖像，根據所取得的一對視點圖像，通過計算而取得所述體腔內的臟器的三維位置。
[0123](附記項6)
[0124]根據附記項I?附記項4中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0125]在所述臟器測定步驟中，在通過操作者進行了指示時，檢測所述體腔內的另一個醫療器具的前端的三維位置，
[0126]在所述非干涉區域設定步驟中，存儲所述臟器測定步驟中檢測到的所述三維位置，將包含所存儲的三維位置的面作為所述非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。
[0127](附記項7)
[0128]根據附記項I?附記項4中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0129]在所述臟器測定步驟中使用光波距離計，該光波距離計以能夠繞該醫療器具的長度方向的軸線旋轉的方式設置在所述醫療器具的前端，在與所述長度方向交叉的一維方向上掃描測定光。
[0130](附記項8)
[0131]根據附記項I?附記項7中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0132]在所述非干涉區域設定步驟中，將所述臟器的尺寸假設為比根據所述臟器測定步驟中測定出的三維位置求出的尺寸大的尺寸，將所假設的尺寸的所述臟器的輪廓作為所述非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。
[0133](附記項9)
[0134]根據附記項I?附記項7中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0135]在所述醫療器具占有區域計算步驟中，將所述醫療器具的尺寸假設為比實際的所述醫療器具的尺寸大的尺寸，將所假設的尺寸的所述醫療器具的輪廓作為所述醫療器具占有區域的邊界面來設定該醫療器具占有區域。
[0136](附記項10)
[0137]根據附記項I?附記項9中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0138]在所述醫療器具檢測步驟中，檢測多個醫療器具各自的三維位置，
[0139]在所述醫療器具占有區域計算步驟中，針對所述多個醫療器具分別計算所述醫療器具占有區域，
[0140]在所述干涉預測步驟中，根據由所述醫療器具占有區域計算出的多個醫療器具占有區域彼此的位置關系，進一步預測所述多個醫療器具彼此的干涉。
[0141](附記項11)
[0142]根據附記項I?附記項10中的任意一項所述的醫療器具的干涉避免方法，其中，
[0143]所述醫療器具是內窺鏡或處置器械。
[0144]標號說明
[0145]1:內窺鏡(醫療器具)；Ia:插入部；Ib:彎曲部；Ic:把持部;2、17:體外臂；2a、17a:關節部;3、18:套針;4:操作輸入部;5:驅動部;6:控制部(醫療器具控制部)；7:立體照相機(臟器測定單元)；8:傳感器組(醫療器具檢測單元、臟器測定單元、視點位置檢測部)；9:運算部(臟器測定單元)；10:非干涉區域設定部；11:內窺鏡占有區域計算部(醫療器具占有區域計算部)；12:干涉預測部；13:注意喚起部；14:顯示部；15:揚聲器；16:處置器械(醫療器具)；19:處置器械占有區域計算部(醫療器具占有區域計算部)；20:傳感器組(醫療器具檢測單元、指定位置檢測部)；21:指示部;22:光波距離計(臟器測定單元)；100:手術系統;A:體壁;B:孔;C:腹腔(體腔);D:周邊臟器;E:患部;S1、S2:臟器測定步驟;S3:非干涉區域設定步驟;S4:醫療器具檢測步驟;S5:醫療器具占有區域計算步驟;S6:干涉預測步驟;S7:注意喚起步驟;S8:醫療器具限制步驟。
【主權項】
1.一種手術系統，其具有: 醫療器具，其能夠插入到活體的體腔內； 臟器測定單元，其測定所述體腔內的臟器的三維位置； 非干涉區域設定部，其根據由該臟器測定單元測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域； 醫療器具檢測單元，其檢測所述體腔內的所述醫療器具的三維位置； 醫療器具占有區域計算部，其根據由該醫療器具檢測單元檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域； 干涉預測部，其根據由所述非干涉區域設定部設定的非干涉區域與由所述醫療器具占有區域計算部計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及 注意喚起部，其在由該干涉預測部預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。2.—種手術系統，其具有: 醫療器具，其能夠插入到活體的體腔內； 臟器測定單元，其測定所述體腔內的臟器的三維位置； 非干涉區域設定部，其根據由該臟器測定單元測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域； 醫療器具檢測單元，其檢測所述體腔內的所述醫療器具的三維位置； 醫療器具占有區域計算部，其根據由該醫療器具檢測單元檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域； 干涉預測部，其根據由所述非干涉區域設定部設定的非干涉區域與由所述醫療器具占有區域計算部計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及 醫療器具控制部，其在由該干涉預測部預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對所述醫療器具的動作施加限制。3.根據權利要求2所述的手術系統，其中， 所述手術系統還具有注意喚起部，該注意喚起部在由所述干涉預測部預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。4.根據權利要求1或3所述的手術系統，其中， 所述注意喚起部輸出觸動所述操作者的視覺、聽覺和觸覺中的至少一方的報知信號。5.根據權利要求1?4中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述手術系統具有筒狀的套針，該套針經由形成在所述活體的體表的孔插入到所述體腔內，所述醫療器具能夠插入到該套針中， 所述臟器測定單元具有: 立體照相機，其設置在所述套針的前端部，從相互不同的2個視點拍攝該套針的前端前方的視野，取得一對視點圖像； 視點位置檢測部，其檢測該立體照相機在所述體腔內的位置和姿勢；以及 運算部，其根據由所述立體照相機取得的一對視點圖像以及由所述視點位置檢測部檢測到的所述立體照相機的位置和姿勢，通過計算來取得所述體腔內的臟器的三維位置。6.根據權利要求1?4中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述手術系統具有能夠插入到所述體腔內的另一個醫療器具， 所述臟器測定單元具有: 指定位置檢測部，其檢測所述體腔內的所述另一個醫療器具的前端的三維位置；以及 指示部，其由所述操作者進行操作， 所述非干涉區域設定部存儲在操作了所述指示部時由所述指定位置檢測部檢測到的所述三維位置，將包含所存儲的三維位置的面作為所述非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。7.根據權利要求1?4中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述臟器測定單元具有光波距離計，該光波距離計以能夠繞該醫療器具的長度方向的軸線旋轉的方式設置在所述醫療器具的前端，在與所述長度方向交叉的一維方向上掃描測定光。8.根據權利要求1?7中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述非干涉區域設定部將所述臟器的尺寸假設為比根據由所述臟器測定單元測定出的三維位置求出的尺寸大的尺寸，將所假設的尺寸的所述臟器的輪廓作為所述非干涉區域的邊界面來設定該非干涉區域。9.根據權利要求1?7中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述醫療器具占有區域計算部將所述醫療器具的尺寸假設為比實際的所述醫療器具的尺寸大的尺寸，將所假設的尺寸的所述醫療器具的輪廓作為所述醫療器具占有區域的邊界面來設定該醫療器具占有區域。10.根據權利要求1?9中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述手術系統具有多個所述醫療器具， 所述醫療器具檢測單元檢測所述多個醫療器具各自的三維位置， 所述醫療器具占有區域計算部針對所述多個醫療器具分別計算所述醫療器具占有區域， 所述干涉預測部根據由所述醫療器具占有區域計算出的多個醫療器具占有區域彼此的位置關系，進一步預測所述多個醫療器具彼此的干涉。11.根據權利要求1?10中的任意一項所述的手術系統，其中， 所述醫療器具是內窺鏡或處置器械。12.—種醫療器具的干涉避免方法，其包括以下步驟: 臟器測定步驟，測定活體的體腔內的臟器的三維位置； 非干涉區域設定步驟，根據該臟器測定步驟中測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域； 醫療器具檢測步驟，檢測插入到所述體腔內的醫療器具的三維位置； 醫療器具占有區域計算步驟，根據該醫療器具檢測步驟中檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域； 干涉預測步驟，根據所述非干涉區域設定步驟中設定的非干涉區域與所述醫療器具占有區域計算步驟中計算出的所述醫療器具占有區域之間的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及 注意喚起步驟，在該干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對操作者進行注意喚起。13.—種醫療器具的干涉避免方法，其包括以下步驟: 臟器測定步驟，測定活體的體腔內的臟器的三維位置； 非干涉區域設定步驟，根據該臟器測定步驟中測定出的所述臟器的三維位置，設定所述體腔內的空間中的除了所述臟器以外的非干涉區域； 醫療器具檢測步驟，檢測插入到所述體腔內的醫療器具的三維位置； 醫療器具占有區域計算步驟，根據該醫療器具檢測步驟中檢測到的醫療器具的三維位置，計算所述醫療器具在所述體腔內占有的醫療器具占有區域； 干涉預測步驟，根據所述非干涉區域設定步驟中設定的非干涉區域與所述醫療器具占有區域計算步驟中計算出的所述醫療器具占有區域的位置關系，預測所述醫療器具與所述臟器的干涉；以及 醫療器具限制步驟，在該干涉預測步驟中預測到所述醫療器具與所述臟器的干涉時，對所述醫療器具的動作施加限制。
【文檔編號】A61B90/00GK106028999SQ201580010502
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月26日
【發明人】二梃木昌夫, 菊池悟
【申請人】奧林巴斯株式會社