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JP4975767B2 - ネットワークベースの内視鏡手術システム - Google Patents

ネットワークベースの内視鏡手術システム Download PDF

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Description

本発明は、ネットワークベースの手術システムに関する。さらに詳しくは、規格化された通信プロトコルを備えた非圧縮デジタルビデオを転送可能なネットワークベースの内視鏡手術システムに関する。
従来技術の手術システムは、一般に複数の異なった通信プロトコルならびに転送されるデータの種類及び量に依存するハードウェアを使用していた。例えば、低い帯域幅接続(例えば100Mbsあるいはそれ以下)を使用しているシステムが機器間の通信のために使用されているが、カメラ，外科手術支援ディスプレイ(surgical display)，記憶装置，制御端末，コンピュータネットワークなどへ、および、それらなどからデジタルビデオデータを転送するスピードには欠ける。そのため、別個の高い帯域幅接続が必要となる。接続ハードウェアの１つのタイプ、それに対応するコマンド，コントロール，およびステータスファンクションのためのプロトコルと、接続ハードウェアの他のタイプおよびそれに対応するビデオ転送のためのプロトコルと、を使用することを余儀なくさせる。
特許文献１は、ネットワークへ１つの通信チャンネルを介して接続されている複数の医療デバイスを具備する手術室のためのネットワークインフラを開示する。しかし、前記特許文献１は、異なる最大スループットにおいて１つの通信プロトコルを使用するデバイスおよびネットワークインターフェースに対応するシステムを提供していない。前記特許文献１は、非圧縮ストリーミングビデオを提供可能なシステムも開示していない。
それゆえ１つの通信プロトコルによるネットワークベースの手術システムを提供することが望まれる。非圧縮デジタルビデオをストリーミング可能なネットワークベースの手術システムを提供することもさらに望まれる。
米国特許第6,928,490号
したがって、個々の機器のコマンドおよびコントロールと、個々の機器ステータスと、非圧縮デジタルビデオ信号の転送と、を提供するためのネットワークベースの手術システムを提供することを目的とする。
デバイスの接続性に関する標準化およびプロトコルの標準化を促すネットワークベースの手術システムを提供することをさらに目的とする。
商用のプロトコルを使用した高速イーサネット（登録商標）ネットワークを備えたネットワークベースの手術システムを提供することが本発明のさらなる目的である。
それぞれのネットワークデバイス(例えば、カメラ，ディスプレイ，PC，プリンタ，デバイスコントローラおよび内視鏡などといった手術器具)を分離することができるルーティングおよびスイッチング機能を具備するシステムを提供することをさらに目的とする。
これらおよび他の目的は、第１ネットワークインターフェースを有する第１医療デバイスと、第２ネットワークインターフェースを有する第２医療デバイスと、前記第１ネットワークインターフェースを介した前記第１医療デバイスおよび前記第２ネットワークインターフェースを介した前記第２医療デバイスが通信可能である通信網と、を具備し、前記第１ネットワークインターフェースおよび前記第２ネットワークインターフェースは、前記通信網を介し通信するために同一のネットワークプロトコルを使用し、前記第１ネットワークインターフェースの最大スループットは前記第２ネットワークインターフェースの最大スループットより大きいことを特徴とする、ネットワークベースの手術システムを提供することにより実現される。前記同一のネットワークプロトコルは、例えば、イーサネット（登録商標），ギガビットイーサネット（登録商標），10ギガビットイーサネット（登録商標），または100ギガビットイーサネット（登録商標）であってもよい。
他の目的は、第１ネットワークインターフェースを有するビデオカメラと、それぞれが第２ネットワークインターフェースを有する２つあるいはそれ以上の医療デバイスと、前記第１ネットワークインターフェースを介した前記ビデオカメラおよび前記第２ネットワークインターフェースを介した前記第２医療デバイスが通信可能である通信網と、を具備し、前記通信網は前記ビデオカメラおよび２つあるいはそれ以上の医療デバイスのそれぞれの間において、データを送信および受信するための少なくとも１つのスイッチを備え、前記第１ネットワークインターフェースおよび前記第２ネットワークインターフェースは、前記通信網を介して通信するために商用の同一のネットワークプロトコルを使用し、前記第１ネットワークインターフェースの最大データ転送速度は前記第２ネットワークインターフェースの最大データ転送速度よりはやいことを特徴とするネットワークベースの手術システムを提供することにより実現される。
本発明の他の目的ならびにその詳しい機能および利点は、以下の図面および付随する詳細な説明による考察からより明らかになる。
本発明における一実施例のブロック図である。 図１に準じた一実施例の他のブロック図である。 図１に準じた一実施例の他のブロック図である。
図１は、本発明におけるシステムの一実施例を示している。前記システムは、１つまたは複数の医療デバイスおよび/または手術室のデバイス(例えば、104 - 106，130 - 134)を備えている。前記医療デバイスは、例えば、内視鏡，エンドフレーター(endoflator)，サーモフレーター(thermoflator)，光源，開腹用電気メス(electro-surgical unit)，手術室カメラ，および/または内視鏡カメラなどを具備している。前記手術室のデバイスは、デバイス制御ユニット130，カメラ制御ユニット131，ディスプレイ132(タッチスクリーンディスプレイを含む)，音楽プレーヤー，コンピュータ134，ナースステーション(例えば、パーソナルコンピュータなど)，サーバ，プリンタ136，データ記憶装置，マイクロプロセッサ，マイクロコントローラおよび/または組込コントローラ，周辺(environmental)コントローラ，手術台，遠隔通信コントローラ(telecommunication controller)，病院情報システムなどをさらに具備している。
本発明における医務室および/または手術室のデバイスは、システムの通信網を経由して通信するためのネットワークインターフェース(例えば、140 - 150)を備えている。例えば、医務室および/または手術室のデバイスは、内臓または外付けのネットワークカード，ネットワークアダプターまたはNIC(ネットワークインターフェースカード)であってよい。前記ネットワークインターフェースは、好適にはイーサネット（登録商標）ネットワークインターフェースである。しかし、他の市販の高速インターフェースを使用してもよい。それぞれのメディアデバイスは、ネットワーク内の他のデバイスへおよび他のデバイスから通信できるようにアドレス(例えば、MACアドレスなど)を有する。前記ネットワークインターフェースおよび一般的な通信プロトコルを用いることにより、医務室および/または手術室のそれぞれのデバイスは、ネットワーク接続されるだけでよく、異なるデータタイプおよび帯域幅のための別の接続は不要である。
医務室および/または手術室のさまざまのデバイスのためのネットワークインターフェースは、異なった最大スループットまたは最大帯域幅を有する。例えば、カメラのためのネットワークインターフェースは、高い最大スループット(例えば、1ギガビット/秒あるいはそれ以上)であってよい。いくつかの実施形態では、本発明のネットワークインターフェースは、10ギガビット/秒(“Gbit/sec”)，100Gbit/secあるいはそれ以上のスループットであってもよい。前記システムの他のネットワークインターフェースは、1Gbit/sec以下または100メガビット/秒(“Mbit/s”)以下といった低いスループットである。しかし、前記ネットワークインターフェースは、通信網で通信するために同一のネットワークプロトコルを使用する。必要とされる帯域幅のすべてを提供するのに１つの下位層が使用される。医務室および/または手術室のそれぞれのデバイスは、例えば、“パワーオーバイーサネット（登録商標）”アプリケーションといった別のまたは一般的な電力供給カップリング(図示せず)をさらに備えている。
前記システムは、いくつものポートを有する少なくとも１つのネットワークスイッチ120をさらに具備している。前記スイッチ120は、好適には高い帯域幅(例えば1Gbit/sあるいはそれ以上)だけではなく、低い帯域幅(例えば10Mbit/s，100Mbit/sなど)もサポートするイーサネット（登録商標）ネットワークスイッチである。それぞれの医療デバイスは、ネットワークスイッチ120のポートに接続可能であるか、またはカップリングを介して他のデバイスに直接接続可能である(例えば、110 - 120)。前記システムの前記カップリングは、例えば、ツイストペア，銅線ケーブル，インフィニバンド(商標)，光ファイバーおよび/または無線などである。いくつかの実施形態では、前記カップリングは、ギガビットイーサネット（登録商標），10ギガビットイーサネット（登録商標），および/または100ギガビットイーサネット（登録商標）に関するIEEE規格に従って選択しうる。前記スイッチ120は、データまたはデータパケット(例えばhtmlフォーマットなど)を受信および/または検査し、発信元および送信先デバイスを決定し、それに従い前記データを転送する。前記ネットワークスイッチ120は、複数のチャンネルを経由して、ネットワーク上の他のものから、機器または医療デバイスの部分ごとに分離する機能を提供する。したがって、もしチャンネルの１つが機能しない場合(例えば、ケーブルのショート，コンポーネントの故障など)であっても、残りの通信チャンネルには影響しない。
図２は、本発明におけるシステムの他の実施形態を示している。前記システムは、１つまたは複数のサブネットワーク108のような医療デバイスのサブネットワークを備えうる。前記サブネットワーク108は、連続して接続可能な複数のデバイス(例えば、スレーブデバイスなど)を具備する。例えば、デバイス108a - 108cは、光源，エンドフレーター，サーモフレーター，および/または開腹用電気メスであってよい。
前記システムは、無線でまたは直接接続によりローカルエリアネットワーク，ワイドエリアネットワーク，またはインターネット160を経由して別のもの、おそらくリモート(remote)，医療デバイスおよびネットワークといったものに接続可能である。
図３は、少なくとも医療デバイスの一つが、ビデオデータ150を生成するためのカメラ104であるシステムの一実施形態を示している。前記カメラ104は、例えば、標準解像度(SD)カメラまたは、好適には高解像度(HD)カメラである。いくつかの実施形態では、ビデオ画像をキャプチャし、および/または医療処置を支援するために、前記カメラ104は、内視鏡と接続されて、または内視鏡を具備している。前記カメラ104は、手術室カメラでもありうる。
前記カメラ104は、ビデオ画像をキャプチャするとともに非圧縮ビデオデータ150を、ネットワークを経由して転送、またはストリーム(stream)する。いくつかの実施形態では、前記非圧縮ビデオデータ150は、高解像度ビデオデータである。前記ビデオデータ150は、特定の手術室ネットワークと通信してまたは外部のネットワーク160またはインターネットを経由してディスプレイ132または他のデバイスに送信される。前記ビデオデータ150は、好適には1Gbit/secあるいはそれ以上でストリームされる。前記カメラ104は、ステータスデータ152およびコマンドデータ154(例えば、htmlフォーマットによる)を送信及び受信する。本発明における前記システムにより通信されるビデオデータ150，ステータスデータ152、およびコマンドデータ154といったデータは、好適には、前記医療デバイスの１つまたは複数の特定のイーサネット（登録商標）アドレスにアドレス付けされる。
本発明における前記システムでのビデオデータ150のようなデータの送信及び受信は、通常パケット化されるとともに同一の下位層プロトコルを使用して送信される(例えば、ストリームされる)。前記システムでは、イーサネット（登録商標）プロトコル(例えば、ギガビットイーサネット（登録商標），10ギガビットイーサネット（登録商標），100ギガビットイーサネット（登録商標）)の使用が好適である。前記システムにより使用される他の下位層プロトコルは、同期型光ネットワークプロトコル(SONET)，同期デジタルハイアラーキー(SDH)またはWi-Fiを含む。非同期転送モード(ATM)のような非パケット化プロトコル、またはパケット化もしくは非パケット化転送技術が使用されるダイナミック同期転送モード(DTM)は、いくつかの実施形態で実装されうる。
前記カメラ104は、さらにカメラ制御ユニット(CCU)131と通信する。前記CCUは、例えば、共有米国特許出願第11/695,960号に記載されたタイプであってもよく、その明細書は参照によって本明細書に組み込まれている。前記CCU131は非圧縮ビデオデータ150をキャプチャし、および/または処理する。前記CCU131は、例えば操作するとともにカメラセッティングを調整するといったステータスデータ152およびコマンドデータ154を、手術室ネットワークを介して送信及び受信する。前記CCU131は、例えば、カラーバランス，ライト，焦点距離，解像度，ズーム，フォーカス，シェーディングおよび他の光学特性などを調整することによりカメラを制御するためのコマンドデータ154を提供する。前記CCU131は、いくつもの入力デバイスおよび/またはコンピュータからコマンドデータ154を受信しうる。
本発明を部品の特定の装置、機能などについて説明してきたが、すべての可能な装置または機能を示すことを目的としておらず、多くの変形および変更が当業者にとって可能である。
１０４ カメラ
１０８ サブネットワーク
１２０ ネットワークスイッチ
１３０ デバイス制御ユニット
１３１ カメラ制御ユニット
１３２ ディスプレイ
１３３ カメラ制御ユニット
１３４ コンピュータ
１３６ プリンタ
１５０ ビデオデータ
１５２ ステータスデータ
１５４ コマンドデータ
１６０ インターネット

Claims (20)

  1. ネットワークベースの手術システムであって、
    第１ネットワークインターフェースを有する第１医療デバイスと、
    第２ネットワークインターフェースを有する第２医療デバイスと、
    前記第１ネットワークインターフェースを介した前記第１医療デバイスおよび前記第２ネットワークインターフェースを介した前記第２医療デバイスが通信可能な通信網と、
    を具備し、
    前記第１ネットワークインターフェースおよび前記第２ネットワークインターフェースは前記通信網を介し通信するために同一の下位層プロトコルを使用し、
    前記同一の下位層プロトコルは、ギガビットＩＥＥＥ８０２．３規格、１０ギガビットＩＥＥＥ８０２．３規格、および１００ギガビットＩＥＥＥ８０２．３規格のうちの１つであり、
    前記第１ネットワークインターフェースの最大スループットは、前記第２ネットワークインターフェースの最大スループットより大きく、
    前記第１ネットワークインターフェースの最大スループットは、少なくとも1ギガビット/秒であり、
    前記第１医療デバイスは、ビデオカメラであり、
    前記第１医療デバイスは、非圧縮ビデオデータを、前記第１ネットワークインターフェースを介して前記通信網へストリームすることを特徴とするシステム。
  2. 前記第１ネットワークインターフェースの最大スループットは、少なくとも10ギガビット/秒であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１ネットワークインターフェースの最大スループットは、少なくとも100ギガビット/秒であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記第２ネットワークインターフェースの最大スループットは、1ギガビット/秒未満であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第２医療デバイスはビデオディスプレイであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 前記第２医療デバイスは、前記非圧縮ビデオデータを受信するためのカメラ制御ユニットであるとともに前記カメラと通信することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 前記通信網は、イーサネット通信網であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  8. 前記第１および第２ネットワークインターフェースのそれぞれにカップリングを介して接続可能である少なくとも１つのネットワークスイッチをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  9. 前記カップリングは光ファイバーカップリングであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
  10. 前記第１および第２医療デバイスの少なくとも１つは、ビデオ内視鏡であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  11. 前記通信網と通信するための第３ネットワークインターフェースを有する少なくとも１つのサブネットワークをさらに具備し、
    前記サブネットワークには２つあるいはそれ以上の医療デバイスが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  12. 前記通信網と通信するための第３ネットワークインターフェースを有する少なくとも１つのサブネットワークをさらに具備し、
    前記サブネットワークには２つあるいはそれ以上の手術室のデバイスが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  13. ネットワークベースの手術システムであって、
    第１ネットワークインターフェースを有するビデオカメラと、
    それぞれが第２ネットワークインターフェースを有する２つあるいはそれ以上の医療デバイスと、
    前記第１ネットワークインターフェースを介した前記ビデオカメラおよび前記第２ネットワークインターフェースを介した前記２つあるいはそれ以上の医療デバイスが通信可能な通信網と、
    を具備し、
    前記通信網は、前記ビデオカメラおよび２つあるいはそれ以上の医療デバイスとの間でデータを送信及び受信するための少なくとも１つのネットワークスイッチを備え、
    前記第１ネットワークインターフェースおよび前記第２ネットワークインターフェースは、前記通信網を介して通信するために同一の下位層ネットワークプロトコルを使用し、
    前記第１ネットワークインターフェースの最大データ転送速度は、前記第２ネットワークインターフェースの最大データ転送速度よりはやく、
    前記第１ネットワークインターフェースの前記最大データ転送速度は、少なくとも1ギガビット/秒であり、
    前記ビデオカメラは、非圧縮デジタルビデオデータを少なくとも1ギガビット/秒の第１データ転送速度で前記通信網を介し転送することを特徴とするシステム。
  14. 前記ビデオカメラは、非圧縮ビデオデータを前記第１データ転送速度で前記スイッチに提供し、
    前記２つあるいはそれ以上の医療デバイスは、データを第２データ転送速度で前記スイッチに提供し、
    前記第１速度は、前記第２速度よりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記ビデオカメラは、圧縮されたビデオデータを前記第１データ転送速度で前記スイッチにさらに提供し、
    前記２つあるいはそれ以上の医療デバイスは、データを第２データ転送速度で前記スイッチに提供し、
    前記第１速度は、前記第２速度よりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  16. ビデオカメラおよび２つあるいはそれ以上の医療デバイスそれぞれの間で送信および受信されるデータは、パケット化されたデータを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  17. ビデオカメラおよび２つあるいはそれ以上の医療デバイスそれぞれの間で送信および受信されるデータは、非パケット化データを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  18. 前記ビデオカメラは、圧縮されたビデオデータを少なくとも1ギガビット/秒のデータ転送速度で前記通信網にさらに提供することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  19. 内視鏡をさらに備え、
    前記内視鏡は、前記ビデオカメラを有することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  20. 前記ビデオカメラは、高解像度ビデオカメラであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
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