手术系统和医疗器具的干涉避免方法
【专利摘要】手术系统(100)具有医疗器具(1)、测定体腔内的脏器(D)的三维位置的脏器测定单元(7)、根据脏器(D)的三维位置设定体腔内的空间中的除了脏器(D)以外的非干涉区域的非干涉区域设定部(10)、检测体腔内的医疗器具(1)的三维位置的医疗器具检测单元(8)、根据医疗器具(1)的三维位置计算医疗器具(1)的体腔内的医疗器具占有区域的医疗器具占有区域计算部(11)、根据非干涉区域与医疗器具占有区域的位置关系预测医疗器具(1)与脏器(D)的干涉的干涉预测部(12)、以及在由该干涉预测部(12)预测到干涉时对操作者进行注意唤起的注意唤起部(13)。
【专利说明】
手术系统和医疗器具的干涉避免方法
技术领域
[0001]本发明涉及手术系统和医疗器具的干涉避免方法。
【背景技术】
[0002]以往，在腹腔镜下手术中，使用如下手法:从形成在患者体壁上的各个孔将内窥镜和钳子等处置器械同时插入到腹腔内，使用内窥镜和处置器械双方进行处置。插入到腹腔内的内窥镜和处置器械相互独立地进行操作，所以，有时发生内窥镜与处置器械的干涉而妨碍手术。因此，提出了具有避免与处置器械之间的干涉的功能的内窥镜(例如参照专利文献I。)。在专利文献I中，在内窥镜的插入部上设置用于感知与处置器械或周边脏器之间的干涉的干涉传感器，根据该干涉传感器的感知，对设置在插入部上的关节的角度进行控制，以使得插入部成为不与处置器械干涉的屈曲形状。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2004-81277号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的课题
[0007]但是，在专利文献I的内窥镜中，在感知到插入部与处置器械或周边脏器的干涉后对关节的角度进行调节，无法提前避免插入部与处置器械或周边脏器的干涉。并且，在专利文献I中，完全没有叙述提前避免干涉的手段。进而，专利文献I的内窥镜使用陀螺仪传感器、应变仪或压电传感器作为干涉传感器，但是，在使用这种干涉传感器时，在技术上很难高灵敏度且稳定地感知与特别柔软的脏器之间的干涉，存在用于避免与周边脏器之间的干涉的单元不充分的问题。
[0008]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够可靠地提前防止体腔内的医疗器具与周边脏器发生干涉的手术系统和医疗器具的干涉避免方法。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]为了实现上述目的，本发明提供以下手段。
[0011]本发明的第I方式是一种手术系统，其具有:医疗器具，其能够插入到活体的体腔内；脏器测定单元，其测定所述体腔内的脏器的三维位置;非干涉区域设定部，其根据由该脏器测定单元测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域;医疗器具检测单元，其检测所述体腔内的所述医疗器具的三维位置;医疗器具占有区域计算部，其根据由该医疗器具检测单元检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域;干涉预测部，其根据由所述非干涉区域设定部设定的非干涉区域与由所述医疗器具占有区域计算部计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及注意唤起部，其在由该干涉预测部预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。
[0012]根据本发明的第I方式，通过医疗器具检测单元检测医疗器具的体腔内的三维位置，根据检测到的三维位置，通过医疗器具占有区域计算部计算医疗器具占有区域。与此同时，通过脏器测定单元测定体腔内的脏器的三维位置，根据测定出的三维位置，通过非干涉区域设定部设定体腔内的不存在脏器的非干涉区域。
[0013]而且，根据医疗器具占有区域与非干涉区域之间的位置关系，在通过干涉预测部预测到医疗器具与位于非干涉区域的外侧的周边脏器的干涉时，通过注意唤起部对操作者进行注意唤起。由此，操作者在医疗器具与周边脏器干涉之前，能够采取更加慎重地进行医疗器具的操作、或使医疗器具从要干涉的周边脏器分开等避免动作，能够可靠地提前防止体腔内的医疗器具与周边脏器发生干涉。
[0014]本发明的第2方式是一种手术系统，其具有:医疗器具，其能够插入到活体的体腔内；脏器测定单元，其测定所述体腔内的脏器的三维位置;非干涉区域设定部，其根据由该脏器测定单元测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域;医疗器具检测单元，其检测所述体腔内的所述医疗器具的三维位置;医疗器具占有区域计算部，其根据由该医疗器具检测单元检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域;干涉预测部，其根据由所述非干涉区域设定部设定的非干涉区域与由所述医疗器具占有区域计算部计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及医疗器具控制部，其在由该干涉预测部预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对所述医疗器具的动作施加限制。
[0015]根据本发明的第2方式，在通过干涉预测部预测到医疗器具与周边脏器的干涉时，通过医疗器具控制部限制医疗器具的动作，由此，能够可靠地提前防止体腔内的医疗器具与周边脏器发生干涉。
[0016]在上述第2方式中，也可以是，所述手术系统还具有注意唤起部，该注意唤起部在由所述干涉预测部预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。
[0017]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述注意唤起部输出触动所述操作者的视觉、听觉和触觉中的至少一方的报知信号。
[0018]由此，能够通过简易的方法对操作者进行注意唤起。
[0019]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述手术系统具有筒状的套针，该套针经由形成在所述活体的体表的孔插入到所述体腔内，所述医疗器具能够插入到该套针中，所述脏器测定单元具有:立体照相机，其设置在所述套针的前端部，从相互不同的2个视点拍摄该套针的前端前方的视野，取得一对视点图像;视点位置检测部，其检测该立体照相机在所述体腔内的位置和姿势；以及运算部，其根据由所述立体照相机取得的一对视点图像以及由所述视点位置检测部检测到的所述立体照相机的位置和姿势，通过计算来取得所述体腔内的脏器的三维位置。
[0020]由此，在由立体照相机取得的一对视点图像中包含从套针的前端部到周边脏器表面的各位置的距离的信息。运算部能够根据由一对视点图像计算出的该距离的信息以及由视点位置检测部检测到的立体照相机的位置和姿势，取得周边脏器的表面的三维位置。并且，与CT图像等手术前取得的图像不同，能够从对手术过程中的体腔内进行观察的视点图像实时地取得周边脏器的三维位置。
[0021]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述手术系统具有能够插入到所述体腔内的另一个医疗器具，所述脏器测定单元具有:指定位置检测部，其检测所述体腔内的所述另一个医疗器具的前端的三维位置；以及指示部，其由所述操作者进行操作，所述非干涉区域设定部存储在操作了所述指示部时由所述指定位置检测部检测到的所述三维位置，将包含所存储的三维位置的面作为所述非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。
[0022]由此，操作者通过使另一个医疗器具在体腔内移动并反复进行指示部的操作，能够设定将自身指定的位置作为边界面的非干涉区域。
[0023]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述脏器测定单元具有光波距离计，该光波距离计以能够绕该医疗器具的长度方向的轴线旋转的方式设置在所述医疗器具的前端，在与所述长度方向交叉的一维方向上扫描测定光。
[0024]由此，通过使光波距离计旋转并对周边脏器照射测定光，在周边脏器表面二维扫描测定光，测定与周边脏器表面的各位置之间的距离，能够测定周边脏器表面的各位置的三维位置。并且，在周边脏器的凹凸的部位和体腔内的较深部位，也能够准确地测定周边脏器的三维位置。
[0025]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述非干涉区域设定部将所述脏器的尺寸假设为比根据由所述脏器测定单元测定出的三维位置求出的尺寸大的尺寸，将所假设的尺寸的所述脏器的轮廓作为所述非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。
[0026]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述医疗器具占有区域计算部将所述医疗器具的尺寸假设为比实际的所述医疗器具的尺寸大的尺寸，将所假设的尺寸的所述医疗器具的轮廓作为所述医疗器具占有区域的边界面来设定该医疗器具占有区域。
[0027]由此，在医疗器具与周边脏器的间隔小于规定值时预测到医疗器具与周边脏器的干涉，所以，能够更加可靠地防止医疗器具与周边脏器的干涉。
[0028]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述手术系统具有多个所述医疗器具，所述医疗器具检测单元检测所述多个医疗器具各自的三维位置，所述医疗器具占有区域计算部针对所述多个医疗器具分别计算所述医疗器具占有区域，所述干涉预测部根据由所述医疗器具占有区域计算出的多个医疗器具占有区域彼此的位置关系，进一步预测所述多个医疗器具彼此的干涉。
[0029]由此，不仅能够防止医疗器具与周边脏器的干涉，还能够防止体腔内的医疗器具彼此的干涉。
[0030]在上述第I和第2方式中，也可以是，所述医疗器具是内窥镜或处置器械。
[0031]本发明的第3方式是一种医疗器具的干涉避免方法，其包括以下步骤:脏器测定步骤，测定活体的体腔内的脏器的三维位置;非干涉区域设定步骤，根据该脏器测定步骤中测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域;医疗器具检测步骤，检测插入到所述体腔内的医疗器具的三维位置;医疗器具占有区域计算步骤，根据该医疗器具检测步骤中检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域;干涉预测步骤，根据所述非干涉区域设定步骤中设定的非干涉区域与所述医疗器具占有区域计算步骤中计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及注意唤起步骤，在该干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。
[0032]本发明的第4方式是一种医疗器具的干涉避免方法，其包括以下步骤:脏器测定步骤，测定活体的体腔内的脏器的三维位置;非干涉区域设定步骤，根据该脏器测定步骤中测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域;医疗器具检测步骤，检测插入到所述体腔内的医疗器具的三维位置;医疗器具占有区域计算步骤，根据该医疗器具检测步骤中检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域;干涉预测步骤，根据所述非干涉区域设定步骤中设定的非干涉区域与所述医疗器具占有区域计算步骤中计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及医疗器具限制步骤，在该干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对所述医疗器具的动作施加限制。
[0033]发明效果
[0034]根据本发明，发挥能够可靠地提前防止体腔内的医疗器具与周边脏器发生干涉的效果。
【附图说明】
[0035]图1是本发明的第I实施方式的手术系统的整体结构图。
[0036]图2是说明基于图1的手术系统的内窥镜的干涉避免方法的流程图。
[0037]图3是示出图1的手术系统中显示部中显示的警告显示的一例的图。
[0038]图4是说明基于图1的手术系统的内窥镜的干涉避免方法的变形例的流程图。
[0039]图5是示出图1的手术系统的变形例的整体结构图。
[0040]图6是本发明的第2实施方式的手术系统的整体结构图。
[0041 ]图7是本发明的第3实施方式的手术系统的整体结构图。
【具体实施方式】
[0042](第丨实施方式)
[0043]下面，参照图1?图5对本发明的第I实施方式的手术系统100进行说明。
[0044]如图1所示，本实施方式的手术系统100具有能够经由形成在体壁A上的孔B插入到腹腔(体腔)C内的内窥镜(医疗器具)1、在体外保持该内窥镜I的基端部分的体外臂2、以插入到孔B内的状态支承内窥镜I的套针3、由手术医生(操作者)进行操作的操作输入部4、对内窥镜I的弯曲部Ib(后述)和体外臂2的关节部2a(后述)进行驱动的驱动部5、根据输入到操作输入部4的操作对驱动部5进行控制的控制部6。
[0045]内窥镜I具有插入到腹腔C内的细长的插入部la、设置在该插入部Ia的前端部分的能够弯曲的弯曲部lb、设置在插入部Ia的基端侧的把持部lc。
[0046]体外臂2具有由多个关节构成的关节部2a，通过关节部2a的驱动，能够使其前端保持的内规镜I移动。
[0047]操作输入部4能够输入针对弯曲部Ib的操作和针对关节部2a的操作。在通过手术医生输入了操作时，操作输入部4向控制部6发送与该操作对应的信号。控制部6根据从操作输入部4接收到的信号对驱动部5进行控制，由此，使弯曲部Ib和关节部2a执行与输入到操作输入部4的操作对应的动作。
[0048]套针3是具有能够供插入部Ia插入的贯通孔的筒状的部件，经由孔B插入到腹腔C内。通过将插入部Ia插入到该套针3内，能够以插入到腹腔C内的状态保持插入部la。并且，套针3能够将由体壁A支承的位置作为支点P进行摆动，通过变更套针3向腹腔C内的插入角度，能够使插入部Ia在腹腔C内向与其长度方向交叉的方向移动。
[0049]进而，本实施方式的手术系统100具有设置在套针3上的立体照相机(脏器测定单元)7和传感器组(医疗器具检测单元、脏器测定单元、视点位置检测部)8、从由立体照相机7取得的腹腔C内的视差图像取得位于插入部Ia的周围的周边脏器D的三维位置的运算部(脏器测定单元)9、根据由该运算部9取得的周边脏器D的三维位置设定非干涉区域的非干涉区域设定部10、根据传感器组8的检测值计算插入部Ia在腹腔C内占有的内窥镜占有区域的内窥镜占有区域计算部11、根据由非干涉区域设定部10设定的非干涉区域和由内窥镜占有区域计算部11计算出的内窥镜占有区域来预测插入部Ia与周边脏器D的干涉的干涉预测部
12、在由该干涉预测部12预测到插入部Ia与周边脏器D的干涉时对手术医生进行注意唤起的注意唤起部13。
[0050]立体照相机7设置在套针3的前端部分，通过从相互不同的2视点拍摄套针3的前端前方的视野，取得构成视差图像的一对视点图像。视差图像是被摄体的立体观察用的图像，包含被摄体的三维的位置信息。立体照相机7向运算部9发送所取得的视差图像。
[0051]传感器组8至少包括检测套针3的姿势的姿势传感器、检测插入部Ia向套针3内的插入量的插入量传感器、检测插入部Ia的周向的旋转量的角度传感器。通过这3种传感器，能够检测腹腔C中的立体照相机7的位置和姿势以及腹腔C内的插入部Ia的三维位置。各传感器分别向运算部9和内窥镜占有区域计算部11发送检测值。
[0052]运算部9根据从立体照相机7接收到的视差图像，通过计算而取得该视差图像中包含的从立体照相机7到周边脏器D的表面的各位置的距离。然后，运算部9使用从传感器组8接收到的检测值将所取得的距离转换为以支点P为原点的三维坐标系，由此得到周边脏器D的表面的各位置的三维位置坐标。运算部9向非干涉区域设定部10发送所得到的三维位置坐标。
[0053]非干涉区域设定部10设定比由从运算部9接收到的三维位置坐标划分的面(即周边脏器D的表面)更远离支点P的区域，作为周边脏器D在腹腔C内占有的脏器占有区域。接着，非干涉区域设定部10将以规定值向各方向放大脏器占有区域而得到的区域设定为干涉区域，进而，将腹腔C内的空间中的除了干涉区域以外的空间设定为非干涉区域。即，非干涉区域是将从周边脏器D的表面分开规定值的面作为边界面的、不存在周边脏器D的空间。
[0054]内窥镜占有区域计算部11从传感器组8接收检测值，从控制部6取得弯曲部Ib的弯曲方向和弯曲角度。然后，内窥镜占有区域计算部11根据从传感器组8和控制部6取得的信息和预先存储的插入部Ia的尺寸，计算插入部Ia在腹腔C内占有的区域、即所述三维坐标系中的内窥镜占有区域，向干涉预测部12发送所计算出的内窥镜占有区域。
[0055]干涉预测部12对内窥镜占有区域与非干涉区域进行比较，在内窥镜占有区域的至少一部分比非干涉区域的边界面更靠外侧的情况下、即在插入部Ia中存在与周边脏器D之间的间隔小于规定值的部分的情况下，预测到插入部Ia可能与周边脏器D发生干涉，向注意唤起部13发生注意信号。
[0056]注意唤起部13在从干涉预测部12接收到注意信号时，通过报知信号的输出而对手术医生进行注意唤起。报知信号触动手术医生的视觉、听觉和触觉中的至少一方即可。例如，注意唤起部13可以在显示部14中显示用于告知插入部Ia与周边脏器D可能发生干涉的警告显示，也可以点亮灯，还可以从扬声器15输出警告音。或者，注意唤起部13可以使由手术医生把持的把持部Ic振动。
[0057]接着，对这样构成的手术系统100的作用进行说明。
[0058]为了使用本实施方式的手术系统100对腹腔C内的患部E进行处置，将套针3插入到孔B内，经由该套针3内将插入部Ia插入到腹腔C内。然后，手术医生通过使用操作输入部4对体外臂2的关节部2a进行操作，能够使内窥镜I整体移动。并且，手术医生通过使用操作输入部4对内窥镜I的弯曲部I b进行操作，能够使内窥镜I的前端移动。
[0059]图2是说明基于手术系统100的内窥镜的干涉避免方法的流程图。如上所述在腹腔C内对插入部Ia和弯曲部Ib进行操作的期间内，执行以下处理。
[0060]S卩，通过配置在腹腔C内的立体照相机7取得腹腔C内的视差图像(脏器测定步骤SI)，从视差图像取得存在于腹腔C内的周边脏器D的表面的三维位置(脏器测定步骤S2)，将腹腔C的比周边脏器D更靠近近前侧的区域设定为非干涉区域(非干涉区域设定步骤S3)。与以上步骤SI?S3并行地，通过传感器组8检测腹腔C内的插入部Ia的三维位置(医疗器具检测步骤S4)，根据检测到的插入部Ia的三维位置以及弯曲部Ib的弯曲方向和弯曲角度计算内窥镜占有区域(医疗器具占有区域计算步骤S5)。
[0061]然后，通过干涉预测部12监视内窥镜占有区域的整体是否位于非干涉区域内(干涉预测步骤S6)，在内窥镜占有区域的至少一部分露出到非干涉区域的外侧时(步骤S6:是)，从干涉预测部12输出报知信号(注意唤起步骤S7)。通过报知信号对手术医生提示用于避免插入部Ia与周边脏器D的干涉的动作，手术医生例如能够采取更加慎重地进行插入部Ia的操作、或使插入部Ia向从周边脏器D分开的方向移动等用于提前避免插入部Ia与周边脏器D的干涉的动作。
[0062]这样，根据本实施方式，通过使用腹腔C内的视差图像，测定周边脏器D的准确的三维位置，准确设定能够以插入部Ia不会与周边脏器D干涉的方式进行动作的非干涉区域。然后，根据通过计算而求出的腹腔C内的插入部Ia的位置与非干涉区域之间的位置关系，准确预测插入部Ia与周边脏器D的干涉。由此，在发生插入部Ia与周边脏器D的干涉之前对手术医生报知发生该干涉的可能性较高，具有能够使手术医生采用适当的避免动作这样的优点。
[0063]并且，与使用CT图像等手术前拍摄的图像的情况不同，通过使用立体照相机7，具有能够取得周边脏器D的当前的三维位置这样的优点。并且，以往，无法在图像中观察插入部Ia的接近体壁A的部分，所以，很难确认与周边脏器D之间的干涉，但是，根据本实施方式，具有针对插入部Ia的接近体壁A的部分也能够预测并避免与周边脏器D之间的干涉这样的优点。
[0064]在本实施方式中，设定比实际的周边脏器D大的干涉区域，将除了该干涉区域以外的区域设定为非干涉区域，但是，取而代之或在此基础上，内窥镜占有区域计算部11也可以在内窥镜占有区域的计算中使用比实际的插入部Ia的尺寸大的尺寸。这样，能够在插入部Ia与周边脏器D发生干涉之前可靠地预测并避免该干涉。
[0065]在本实施方式中，在预测到插入部Ia与周边脏器D的干涉时，为了避免该干涉，也可以通过报知信号向手术医生报知手术医生应该移动的插入部Ia的方向。例如，如图3所示，在当进一步使插入部Ia向右移动时产生干涉的情况下，也可以面向显示部14的右侧显示警告显示14a。由此，手术医生能够容易地识别为了避免干涉而使插入部Ia向哪个方向移动即可。
[0066]在本实施方式中，在预测到插入部Ia与周边脏器D的干涉时，对手术医生进行注意唤起，但是，取而代之或在此基础上，如图4所示，控制部(医疗器具控制部)6也可以与针对操作输入部4的输入无关，至少禁止插入部Ia朝向进一步接近周边脏器D的方向的动作等，对插入部Ia的动作施加限制(医疗器具限制步骤S8)。由此，能够更加可靠地防止插入部Ia与周边脏器D的干涉。
[0067]在本实施方式中，如图5所示，也可以构成为，具有能够经由形成在与孔B不同的位置的孔B’插入到腹腔C内的处置器械16，还预测腹腔C内的插入部Ia与处置器械16的干涉。
[0068]具体而言，图5的手术系统100还具有另一个体外臂17、另一个套针18、处置器械占有区域计算部19。
[0069]体外臂17与体外臂2同样构成，具有关节部17a。
[0070]套针18与套针3同样构成，设置有至少包括检测套针18的姿势的姿势传感器、检测处置器械16向套针18内的插入量的插入量传感器、检测处置器械16的周向的旋转量的角度传感器的传感器组(医疗器具检测单元)20。能够通过这3种传感器检测腹腔C内的处置器械16的三维位置。
[0071 ]处置器械占有区域计算部19利用与内窥镜占有区域计算部11计算内窥镜占有区域的方法相同的方法，根据从传感器组20接收到的检测值和预先存储的处置器械16的尺寸，计算处置器械16在腹腔C内占有的区域、即所述三维坐标系中的处置器械占有区域，向干涉预测部12发送所计算出的处置器械占有区域。
[0072]干涉预测部12对内窥镜占有区域与处置器械占有区域进行比较，例如，在这2个占有区域的距离小于规定值的情况下，预测到插入部Ia与处置器械16的干涉，向注意唤起部13发送注意信号。
[0073]由此，不仅能够预测并提前避免插入部Ia与周边脏器D的干涉，还能够预测并提前避免腹腔C内同时使用的插入部Ia与处置器械16的干涉，能够顺畅地对插入部Ia和处置器械16进行操作。在如本变形例那样具有多个套针3、18的情况下，立体照相机7可以设置在任意的套针3、18上。并且，也可以代替立体照相机7而使用能够进行立体观察的内窥镜1，在周边脏器D的三维位置的测定中利用由内窥镜I取得的视差图像。
[0074](第2实施方式)
[0075]接着，参照图6对本发明的第2实施方式的手术系统200进行说明。
[0076]在本实施方式中，主要对与第I实施方式不同的结构进行说明，对与第I实施方式相通的结构标注相同标号并省略说明。
[0077]本实施方式的手术系统200与第I实施方式的不同之处主要在于与非干涉区域的设定有关的结构。
[0078]具体而言，如图6所示，手术系统200还具有处置器械16、在体外保持该处置器械16的基端部分的另一个体外臂17、以插入到腹腔C内的状态支承处置器械16的另一个套针18。
[0079]处置器械16在设置在其基端的把持部16a上具有由手术医生操作的按钮那样的指示部21 ο当手术医生对指示部21进行操作时，向非干涉区域设定部10发送表示该意思的信号。
[0080]非干涉区域设定部10从设置在套针18上的传感器组(指定位置检测部)20接收检测值，根据接收到的检测值和预先存储的处置器械16的尺寸，计算腹腔C内的处置器械16的前端的三维位置。非干涉区域设定部10在从指示部21接收到信号时，存储处置器械16的前端的三维位置。然后，非干涉区域设定部10将连接所蓄积的三维位置彼此的面作为非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。
[0081]接着，对这样构成的手术系统200的作用进行说明。
[0082]为了使用本实施方式的手术系统200对腹腔C内的患部E进行处置，将套针3插入到孔B内，经由该套针3内将插入部Ia插入到腹腔C内。并且，将套针18插入到孔B’内，经由该套针18内将处置器械16插入到腹腔C内。然后，手术医生通过使用操作输入部4对体外臂2、17的关节部2a、17a进行操作，能够使内窥镜I整体或处置器械16整体移动。并且，手术医生通过使用操作输入部4对内窥镜I的弯曲部I b进行操作，能够使内窥镜I的前端移动。
[0083]这里，在本实施方式中，代替所述步骤SI?S3，手术医生进行以下步骤，由此设定非干涉区域。即，手术医生对处置器械16进行操作，在将处置器械16的前端配置在周边脏器D的表面附近的状态下对指示部21进行操作(脏器测定步骤)。一边使处置器械16的前端沿着周边脏器D的表面向腹腔C内的里侧移动，一边反复进行该作业。由此，在非干涉区域设定部10中存储沿着周边脏器D的表面附近并列的三维位置，设定将周边脏器D的表面附近作为边界面的非干涉区域(非干涉区域设定步骤)。其他步骤与第I实施方式中说明的步骤S4?S7相同，所以省略说明。
[0084]这样，根据本实施方式，使用处置器械16，手术医生自身手动设定非干涉区域的边界，由此，在通过立体照相机7很难观察的凹凸的部位或腹腔C内的较深部位，也能够设定准确沿着周边脏器D的形状的非干涉区域的边界面。因此，特别是在狭窄且弯曲的部分使弯曲部Ib弯曲并将插入部Ia插入来进行处置的情况下，具有能够更加可靠地避免插入部Ia与周边脏器D的干涉这样的优点。
[0085](第3实施方式)
[0086]接着，参照图7对本发明的第3实施方式的手术系统300进行说明。
[0087]在本实施方式中，主要对与第I实施方式不同的结构进行说明，对与第I实施方式相通的结构标注相同标号并省略说明。
[0088]本实施方式的手术系统300与第I实施方式的不同之处主要在于与非干涉区域的设定有关的结构。
[0089]具体而言，如图7所示，手术系统300代替立体照相机7而具有设置在插入部Ia的前端的光波距离计(脏器测定单元)22。光波距离计22在与插入部Ia的长度方向交叉的一维方向上扫描激光那样的测定光并进行出射，接收来自周边脏器D的反射光，根据接收到的反射光的相位和反射光的接收时间计算与周边脏器D之间的距离。光波距离计22向非干涉区域设定部10发送所计算出的距离。
[0090]并且，在插入部Ia的前端部设置有能够绕插入部Ia的长度方向的轴线旋转的旋转部(图示省略)。光波距离计22设置成与旋转部一体地旋转，通过旋转部的旋转，使光波距离计22的测定光的扫描方向绕插入部Ia的长度方向的轴线旋转360°，能够二维地扫描测定光。
[0091]非干涉区域设定部10从传感器组8接收检测值，并且，从控制部6取得弯曲部Ib的弯曲方向和弯曲角度，从光波距离计22接收距离。然后，非干涉区域设定部10根据接收到的这些信息和预先存储的插入部Ia的尺寸，计算腹腔C内的插入部Ia的前端的三维位置。进而，非干涉区域设定部10根据插入部Ia的前端的三维位置和由光波距离计22测定出的距离计算周边脏器D的表面的各位置的三维位置，将由所得到的周边脏器D的表面的三维位置划分的面作为非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。
[0092]接着，对这样构成的手术系统300的作用进行说明。
[0093]在本实施方式中，代替所述步骤SI?S3，通过以下步骤来设定非干涉区域。即，手术医生对插入部Ia进行操作，从设置在插入部Ia的前端的光波距离计22 二维扫描测定光并向周边脏器D的表面进行照射(脏器测定步骤)。由此，测定从插入部Ia的前端到周边脏器D的表面的各位置的距离，根据测定出的距离取得周边脏器D的表面的各位置的三维位置，根据所得到的周边脏器D的三维位置设定非干涉区域。伴随插入部Ia在腹腔C内的移动来进行基于光波距离计22的距离测定和非干涉区域设定。其他步骤与第I实施方式中说明的步骤S4?S7相同，所以省略说明。
[0094]这样，根据本实施方式，使用光波距离计22测定从插入部Ia的前端到周边脏器D的距离，根据所得到的距离设定非干涉区域的边界，由此，在立体照相机7中很难观察的凹凸的部位或腹腔C内的较深部位，也能够设定准确沿着周边脏器D的形状的非干涉区域的边界面。因此，特别是在狭窄且弯曲的部分使弯曲部Ib弯曲并将插入部Ia插入来进行处置的情况下，具有能够更加可靠地避免插入部Ia与周边脏器D的干涉这样的优点。
[0095]在本实施方式中，也可以代替光波距离计22而使用能够进行立体观察的内窥镜I，使用由该内窥镜I取得的视差图像测定从插入部Ia的前端到周边脏器D的距离。
[0096]在第I?第3实施方式中，作为医疗器具，主要对内窥镜I进行了说明，但是，也可以代替内窥镜I而使用钳子等处置器械，预测处置器械与周边脏器D的干涉。
[0097]根据上述第I?第3实施方式，导出以下附记项的医疗器具的干涉避免方法的发明。
[0098](附记项I)
[0099 ] 一种医疗器具的干涉避免方法，其包括以下步骤:
[0100]脏器测定步骤，测定活体的体腔内的脏器的三维位置；
[0101]非干涉区域设定步骤，根据该脏器测定步骤中测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域；
[0102]医疗器具检测步骤，检测插入到所述体腔内的医疗器具的三维位置；
[0103]医疗器具占有区域计算步骤，根据该医疗器具检测步骤中检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域；
[0104]干涉预测步骤，根据所述非干涉区域设定步骤中设定的非干涉区域与所述医疗器具占有区域计算步骤中计算出的所述医疗器具占有区域的之间位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及
[0105]注意唤起步骤，在该干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。
[0106](附记项2)
[0107]—种医疗器具的干涉避免方法，其包括以下步骤:
[0108]脏器测定步骤，测定活体的体腔内的脏器的三维位置；
[0109]非干涉区域设定步骤，根据该脏器测定步骤中测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域；
[0110]医疗器具检测步骤，检测插入到所述体腔内的医疗器具的三维位置；
[0111]医疗器具占有区域计算步骤，根据该医疗器具检测步骤中检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域；
[0112]干涉预测步骤，根据所述非干涉区域设定步骤中设定的非干涉区域与所述医疗器具占有区域计算步骤中计算出的所述医疗器具占有区域的之间位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及
[0113]医疗器具限制步骤，在该干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对所述医疗器具的动作施加限制。
[0114](附记项3)
[0115]根据附记项2所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0116]所述干涉避免方法还包括如下的注意唤起步骤:在所述干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。
[0117](附记项4)
[0118]根据附记项I或附记项3所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0119]在所述注意唤起步骤中，输出触动所述操作者的视觉、听觉和触觉中的至少一方的报知信号。
[0120](附记项5)
[0121]根据附记项I?附记项4中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0122]在所述脏器测定步骤中，从相互不同的2个视点拍摄所述体腔内，取得一对视点图像，根据所取得的一对视点图像，通过计算而取得所述体腔内的脏器的三维位置。
[0123](附记项6)
[0124]根据附记项I?附记项4中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0125]在所述脏器测定步骤中，在通过操作者进行了指示时，检测所述体腔内的另一个医疗器具的前端的三维位置，
[0126]在所述非干涉区域设定步骤中，存储所述脏器测定步骤中检测到的所述三维位置，将包含所存储的三维位置的面作为所述非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。
[0127](附记项7)
[0128]根据附记项I?附记项4中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0129]在所述脏器测定步骤中使用光波距离计，该光波距离计以能够绕该医疗器具的长度方向的轴线旋转的方式设置在所述医疗器具的前端，在与所述长度方向交叉的一维方向上扫描测定光。
[0130](附记项8)
[0131]根据附记项I?附记项7中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0132]在所述非干涉区域设定步骤中，将所述脏器的尺寸假设为比根据所述脏器测定步骤中测定出的三维位置求出的尺寸大的尺寸，将所假设的尺寸的所述脏器的轮廓作为所述非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。
[0133](附记项9)
[0134]根据附记项I?附记项7中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0135]在所述医疗器具占有区域计算步骤中，将所述医疗器具的尺寸假设为比实际的所述医疗器具的尺寸大的尺寸，将所假设的尺寸的所述医疗器具的轮廓作为所述医疗器具占有区域的边界面来设定该医疗器具占有区域。
[0136](附记项10)
[0137]根据附记项I?附记项9中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0138]在所述医疗器具检测步骤中，检测多个医疗器具各自的三维位置，
[0139]在所述医疗器具占有区域计算步骤中，针对所述多个医疗器具分别计算所述医疗器具占有区域，
[0140]在所述干涉预测步骤中，根据由所述医疗器具占有区域计算出的多个医疗器具占有区域彼此的位置关系，进一步预测所述多个医疗器具彼此的干涉。
[0141](附记项11)
[0142]根据附记项I?附记项10中的任意一项所述的医疗器具的干涉避免方法，其中，
[0143]所述医疗器具是内窥镜或处置器械。
[0144]标号说明
[0145]1:内窥镜(医疗器具)；Ia:插入部；Ib:弯曲部；Ic:把持部;2、17:体外臂；2a、17a:关节部;3、18:套针;4:操作输入部;5:驱动部;6:控制部(医疗器具控制部)；7:立体照相机(脏器测定单元)；8:传感器组(医疗器具检测单元、脏器测定单元、视点位置检测部)；9:运算部(脏器测定单元)；10:非干涉区域设定部；11:内窥镜占有区域计算部(医疗器具占有区域计算部)；12:干涉预测部；13:注意唤起部；14:显示部；15:扬声器；16:处置器械(医疗器具)；19:处置器械占有区域计算部(医疗器具占有区域计算部)；20:传感器组(医疗器具检测单元、指定位置检测部)；21:指示部;22:光波距离计(脏器测定单元)；100:手术系统;A:体壁;B:孔;C:腹腔(体腔);D:周边脏器;E:患部;S1、S2:脏器测定步骤;S3:非干涉区域设定步骤;S4:医疗器具检测步骤;S5:医疗器具占有区域计算步骤;S6:干涉预测步骤;S7:注意唤起步骤;S8:医疗器具限制步骤。
【主权项】
1.一种手术系统，其具有: 医疗器具，其能够插入到活体的体腔内； 脏器测定单元，其测定所述体腔内的脏器的三维位置； 非干涉区域设定部，其根据由该脏器测定单元测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域； 医疗器具检测单元，其检测所述体腔内的所述医疗器具的三维位置； 医疗器具占有区域计算部，其根据由该医疗器具检测单元检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域； 干涉预测部，其根据由所述非干涉区域设定部设定的非干涉区域与由所述医疗器具占有区域计算部计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及 注意唤起部，其在由该干涉预测部预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。2.—种手术系统，其具有: 医疗器具，其能够插入到活体的体腔内； 脏器测定单元，其测定所述体腔内的脏器的三维位置； 非干涉区域设定部，其根据由该脏器测定单元测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域； 医疗器具检测单元，其检测所述体腔内的所述医疗器具的三维位置； 医疗器具占有区域计算部，其根据由该医疗器具检测单元检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域； 干涉预测部，其根据由所述非干涉区域设定部设定的非干涉区域与由所述医疗器具占有区域计算部计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及 医疗器具控制部，其在由该干涉预测部预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对所述医疗器具的动作施加限制。3.根据权利要求2所述的手术系统，其中， 所述手术系统还具有注意唤起部，该注意唤起部在由所述干涉预测部预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。4.根据权利要求1或3所述的手术系统，其中， 所述注意唤起部输出触动所述操作者的视觉、听觉和触觉中的至少一方的报知信号。5.根据权利要求1?4中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述手术系统具有筒状的套针，该套针经由形成在所述活体的体表的孔插入到所述体腔内，所述医疗器具能够插入到该套针中， 所述脏器测定单元具有: 立体照相机，其设置在所述套针的前端部，从相互不同的2个视点拍摄该套针的前端前方的视野，取得一对视点图像； 视点位置检测部，其检测该立体照相机在所述体腔内的位置和姿势；以及 运算部，其根据由所述立体照相机取得的一对视点图像以及由所述视点位置检测部检测到的所述立体照相机的位置和姿势，通过计算来取得所述体腔内的脏器的三维位置。6.根据权利要求1?4中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述手术系统具有能够插入到所述体腔内的另一个医疗器具， 所述脏器测定单元具有: 指定位置检测部，其检测所述体腔内的所述另一个医疗器具的前端的三维位置；以及 指示部，其由所述操作者进行操作， 所述非干涉区域设定部存储在操作了所述指示部时由所述指定位置检测部检测到的所述三维位置，将包含所存储的三维位置的面作为所述非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。7.根据权利要求1?4中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述脏器测定单元具有光波距离计，该光波距离计以能够绕该医疗器具的长度方向的轴线旋转的方式设置在所述医疗器具的前端，在与所述长度方向交叉的一维方向上扫描测定光。8.根据权利要求1?7中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述非干涉区域设定部将所述脏器的尺寸假设为比根据由所述脏器测定单元测定出的三维位置求出的尺寸大的尺寸，将所假设的尺寸的所述脏器的轮廓作为所述非干涉区域的边界面来设定该非干涉区域。9.根据权利要求1?7中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述医疗器具占有区域计算部将所述医疗器具的尺寸假设为比实际的所述医疗器具的尺寸大的尺寸，将所假设的尺寸的所述医疗器具的轮廓作为所述医疗器具占有区域的边界面来设定该医疗器具占有区域。10.根据权利要求1?9中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述手术系统具有多个所述医疗器具， 所述医疗器具检测单元检测所述多个医疗器具各自的三维位置， 所述医疗器具占有区域计算部针对所述多个医疗器具分别计算所述医疗器具占有区域， 所述干涉预测部根据由所述医疗器具占有区域计算出的多个医疗器具占有区域彼此的位置关系，进一步预测所述多个医疗器具彼此的干涉。11.根据权利要求1?10中的任意一项所述的手术系统，其中， 所述医疗器具是内窥镜或处置器械。12.—种医疗器具的干涉避免方法，其包括以下步骤: 脏器测定步骤，测定活体的体腔内的脏器的三维位置； 非干涉区域设定步骤，根据该脏器测定步骤中测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域； 医疗器具检测步骤，检测插入到所述体腔内的医疗器具的三维位置； 医疗器具占有区域计算步骤，根据该医疗器具检测步骤中检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域； 干涉预测步骤，根据所述非干涉区域设定步骤中设定的非干涉区域与所述医疗器具占有区域计算步骤中计算出的所述医疗器具占有区域之间的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及 注意唤起步骤，在该干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对操作者进行注意唤起。13.—种医疗器具的干涉避免方法，其包括以下步骤: 脏器测定步骤，测定活体的体腔内的脏器的三维位置； 非干涉区域设定步骤，根据该脏器测定步骤中测定出的所述脏器的三维位置，设定所述体腔内的空间中的除了所述脏器以外的非干涉区域； 医疗器具检测步骤，检测插入到所述体腔内的医疗器具的三维位置； 医疗器具占有区域计算步骤，根据该医疗器具检测步骤中检测到的医疗器具的三维位置，计算所述医疗器具在所述体腔内占有的医疗器具占有区域； 干涉预测步骤，根据所述非干涉区域设定步骤中设定的非干涉区域与所述医疗器具占有区域计算步骤中计算出的所述医疗器具占有区域的位置关系，预测所述医疗器具与所述脏器的干涉；以及 医疗器具限制步骤，在该干涉预测步骤中预测到所述医疗器具与所述脏器的干涉时，对所述医疗器具的动作施加限制。
【文档编号】A61B90/00GK106028999SQ201580010502
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月26日
【发明人】二梃木昌夫, 菊池悟
【申请人】奥林巴斯株式会社