JP3766805B2 - Surgery support device - Google Patents
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- A61B34/72—Micromanipulators
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手術支援装置に係わり、特にマニピュレータを操作手段により操作する手術支援装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の手術支援装置として、特開平7−328016号公報(特にその図27および図28を参照した第8実施例の説明)に示されているように、操作者が操作する操作手段と、操作手段の操作に基づいて動作するマニピュレータと、マニピュレータの動作を観察する観察手段と、観察手段で観察したマニピュレータ映像を表示する表示手段と、マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備え、観察手段によりマニピュレータを観察し、また、表示手段の画面内にマニピュレータの先端に設定されたツール座標系をスーパインポーズさせ、操作手段にはツール座標系の座標軸に対応して移動させる機能を設けるようにしたことにより、表示手段の画面内に表示されるツール座標系を見ながら種々の操作手段によりそれの操作を容易にできるようにしたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、手術中の患者の姿勢は、体格や治療部位、患部および患部周辺の状況などにより個人差がある。治療にマニピュレータを用いる場合、マニピュレータを患者に対してどのような位置に配置するか、どのような姿勢で患部にアプローチするかは、患者との干渉を避け、周囲の臓器との干渉を避け、安全にかつ作業しやすい姿勢となるように決定されるため、患者ごとにマニピュレータの配置および姿勢が異なることになる。
【0004】
また、手術室内には様々な器具が置かれ、大勢のスタッフが手術室内を動き回りながら手術をサポートすることが多い。このため、マニピュレータを操作するための操作手段は、手術室内で患者および他の医療器具、医療スタッフの作業の邪魔にならない場所に配置されると共に、手術に対応して配置場所が変更できることが望まれる。
【0005】
操作手段を用いてマニピュレータを操作する場合、操作手段を操作した方向とマニピュレータが動作する方向とがずれていると、操作者の意図を正確に反映したマニピュレータの動作を実現することが困難であり、操作する方向と動作する方向が手術ごとに変ってしまうような状況では、操作者の負担が大きくなり、安全で効果的な治療の実現が難しい。
【0006】
マニピュレータに装備する処置具が治療する様子を肉眼で確認しながらマニピュレータを操作する場合と、内視鏡などの観察手段を用いて画像情報を表示手段に表示して治療および動作の様子を確認しながらマニピュレータを操作する場合がある。
【0007】
特に近年では、患者の肉体的な負担を低減するために、患者の身体に小さな切開部を設け、そこから術具や内視鏡を挿入し、患部の様子および術具の様子を内視鏡の画像で確認しながら治療を行なう術式が広まっている。マニピュレータを用いる治療においても同様に、小さな切開部からマニピュレータを挿入し、内視鏡画像を参照しながら操作して治療を行なう術式が患者の肉体的負担を低減するためには好ましい。
【0008】
このような状況下で、患者に対するマニピュレータの配置、複数のマニピュレータの相対関係、内視鏡とマニピュレータとの相対関係などが患者ごとに異なり、マニピュレータとそれを操作する操作手段の相対関係も異なるようにすることが望ましい。そして、操作者の操作で動作するマニピュレータを備えた手術支援装置おいて、表示手段に表示される画像でマニピュレータと患部の様子を観察しながら、術者の意志を正確に反映したマニピュレータの動作を容易に実現できることが望ましい。
【0009】
ところが、上述した従来技術では、表示手段に表示されるマニピュレータ映像の先端に設定されたツール座標系を見ながら操作手段により操作できることが示されているが、このツール座標系と操作手段の座標系とが当該公報の図28に示されているように異なるため、操作手段の操作方向に一致してマニピュレータ映像を動作させることができなかった。換言すれば、当該公報に記載されたものでは、観察手段、マニピュレータ、操作手段、表示手段などがそれぞれ任意に置かれた場合に、表示手段に表示されるマニピュレータ映像の動作方向と操作手段を操作する方向とを一致させることには配慮が為されていなかった。
【0010】
このため、係る従来技術では、操作手段、マニピュレータ、観察手段などの構成要素が任意に配置される環境での操作性に問題があった。
【0012】
本発明の目的は、マニピュレータおよび操作手段を任意の場所に配置しても表示手段を見ながら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性および操作性に優れた手術支援装置を提供することにある。
【0014】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の手術支援装置は、操作者が操作指令を入力するために操作する操作手段と、処置具が設けられ且つ制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、前記マニピュレータの動作を観察する観察手段と、前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を画面に表示する表示手段と、前記操作手段および前記マニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた手術支援装置において、前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令と前記位置姿勢計測手段で計測された前記操作手段、前記マニピュレータおよび前記観察手段のそれぞれの動作の基点となる位置を原点とした座標系で表す位置姿勢とに基づいて、前記操作手段の操作方向と前記観察手段で観察されて前記表示手段に表示されたマニピュレータの処置具の映像の動作方向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有する構成にしたことにある。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【0019】
まず、本実施例の手術支援装置の全体構成を図1を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施例を示す手術支援装置の斜視図である。
【0020】
手術支援装置は、操作者が操作指令を入力するために操作する操作手段8、9と、制御指令に基づいて動作するマニピュレータ3〜5と、マニピュレータ4、5の動作を観察する観察手段6と、観察手段6で観察したマニピュレータ映像を画面に表示する表示手段10と、操作手段7〜9(操作手段7は図2参照)およびマニピュレータ3〜5の位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段14と、マニピュレータ3〜5の動作および表示手段10の表示を制御する制御装置32(図2参照)とを備えて構成されている。
【0021】
マニピュレータ3の先端には内視鏡のように画像情報の提供が可能な観察手段6が設けられ、マニピュレータの一部として構成されている。マニピュレータ4、5の先端には術具のような処置具11、12が設けられている。マニピュレータ4、5は手術台2に横たわる患者1の患部に対して処置可能に配置されている。マニピュレータ3は患部の様子や処置具11、12の様子が観察できるように配置されている。本実施例では、マニピュレータ3が患者の頭部側に配置されると共に、マニピュレータ4、5が患者の両側に配置されている。
【0022】
操作者が操作する操作手段8、9と、観察手段6が得た情報を画面に表示可能な表示手段10と、が操作卓13に設けられている。操作手段8はマニピュレータ4の動作を制御するものであり、操作手段9はマニピュレータ5の動作を制御するものである。この両者8、9は操作卓13上に並置されている。そして、表示手段10は操作手段8、9に対向するように操作卓13上に設置されている。本実施例では、操作卓13は患者の足元側に配置されている。
【0023】
各マニピュレータ3〜5、操作手段7〜9および表示手段10の位置姿勢を計測するための位置姿勢計測手段14は、それぞれの装置の計測が可能な場所に配置されている。本実施例では、位置姿勢計測手段14は患者の頭部側に配置されている。この位置姿勢計測手段14が計測対象の位置姿勢を計測するための補助部品である識別手段15は、それぞれの計測対象であるマニピュレータ3〜5、表示手段10、操作手段7〜9に設けられている。したがって、識別手段15は位置姿勢計測手段の一部を構成する。
【0024】
同調指示手段21は、操作手段7〜9からの操作指令をマニピュレータに伝えることを指示するためのものであり、操作者が操作可能な場所に配置されている。本実施例では、一例としてスイッチを用いた同調指示手段21を示している。
【0025】
マニピュレータ3〜5のそれぞれの相対的な配置の関係は任意に設定可能である。操作卓上の表示手段10および操作手段8、9の配置も任意に設定可能であり、これらはマニピュレータの配置との関係においても任意に設定可能である。すなわち、これらマニピュレータ3〜5、表示手段10、操作手段8、9および操作卓13の配置は自由に変更可能である。
【0026】
観察手段6および処置具11、12の位置姿勢はマニピュレータ3〜5によって制御される。操作者は表示手段10に表示されるマニピュレータ4、5やその先端の処置具11、12を見ながら操作手段8、9を操作し、操作手段8、9に入力された指示を元にマニピュレータ4、5が動作して、患部を処置する。マニピュレータ3は別の操作手段7からの指示によって観察手段6の位置姿勢を制御可能である。
【0027】
次に、手術支援装置の制御構成を図2を参照しながら説明する。図2は図1の手術支援装置の制御ブロック図である。
【0028】
操作手段7〜9、同調指示手段21および位置姿勢計測手段14は、制御装置32に信号伝達可能に接続されている。これによって、操作手段7〜9、同調指示手段21および位置姿勢計測手段14から制御装置32に操作情報、同調情報および計測結果情報が入力される。また、マニピュレータ3〜5および表示手段10は、信号伝達可能に制御装置32に接続されている。これによって、制御装置32からマニピュレータ3〜5および表示手段10に制御情報が出力される。制御装置32はマイクロコンピュータなどのコンピュータにより構成されている。
【0029】
制御装置32内で実行される制御プログラムは、変換行列算出部24と、操作同調制御部34と、座標変換部35とを有して構成されている。変換行列算出部24は、位置姿勢計測手段14からの計測結果情報23に基づいて、操作方向から動作方向を算出するための変換行列を算出する手段である。同調制御部34は、操作手段8、9の指示に従い、マニピュレータ4、5を動作させるかどうかを場合分けする手段である。座標変換部35は、変換行列算出部24で算出した変換行列を用いて、操作方向から動作方向を算出する手段である。
【0030】
位置姿勢計測手段14から得られる計測結果情報23は変換行列算出部24に入力され、変換行列算出部24からの出力である座標変換行列は座標変換部35に入力される。操作手段7〜9からの操作情報31はマニピュレータ3〜5を動作させるか否か場合分けする同調制御部34に入力され、同調制御部34からの出力は座標変換部35に入力される。座標変換部35からの出力である動作方向に関する制御情報36はマニピュレータ4、5に入力される。制御装置32内での接続は電気信号および制御プログラム内の変数受け渡しとして構成されることになる。
【0031】
図1および図3を参照しながら各マニピュレータ3〜5、操作手段8、9および表示手段10の位置姿勢について説明する。図3は処置具および観察手段の座標系の説明図である。
【0032】
各マニピュレータ3〜5の姿勢は、それぞれ動作の基点となる位置を原点とした座標系ΣS17で定義する。観察手段6の姿勢は、観察手段6の先端で観察する視野内の空間を座標系ΣE19で定義する。操作手段7〜9の姿勢は、操作の基点となる位置を原点とした座標系ΣM20で定義する。表示手段10姿勢は、表示手段10の表示面の向きとして、表示面を基点とした座標系ΣD18で定義する。なお、マニピュレータ3〜5、観察手段6、操作手段7〜9、表示手段10がそれぞれ複数ある場合は、それぞれの姿勢をそれぞれの座標系で定義する。
【0033】
各座標系の軸方向を、実施例の説明上、図1、図3に示すように仮定する。つまり、座標系ΣSでは、マニピュレータの長手方向をZS方向、鉛直上方をYS方向、ZS方向を向いて右側をXS方向と定義する。座標系ΣMでは、操作手段の奥行き方向をZM方向、鉛直上方をYM方向、ZM方向を向いて右側をXM方向と定義する。座標系ΣEでは、観察手段6の長手方向、つまり、撮影する画像の奥行き方向をZE方向、ZE方向を向いて視野の上方をYE方向、ZE方向を向いて視野の右方向をXE方向と定義する。座標系ΣDでは、表示手段10の画面奥をZD方向、画面上方をYD方向、画面右方向をXD方向と定義する。座標間の回転行列が得られれば結果として同じになるので、座標系の軸方向の定義は上記とまったく同じでなくともよい。
【0034】
図1の表示手段10の画面内に示した座標系は観察手段6の視野内に投影した座標系ΣE19の向きを示している。この実施例では視野内に投影した座標系ΣE19と座標系ΣDの各座標軸の向きは一致している。
【0035】
各マニピュレータ3〜5の運動学を解くことによって、それぞれの先端に装備した観察手段6および処置具11、12の、各座標系ΣSにおける位置姿勢を特定することが可能である。運動学を用いてそれぞれのマニピュレータ3〜5の座標系ΣSにおける先端の位置姿勢を特定するのは通常行なわれる一般的な手法である。
【0036】
観察手段6および処置具11、12を特定の方向に動作させるためのマニピュレータ3〜5の各自由度の動作方向および動作量は、各マニピュレータ3〜5の逆運動学を解くことによって、算出することが可能である。マニピュレータ先端に意図する動作を実行させるために、逆運動学を用いて、各自由度の動作方向および動作量を算出することが可能である。
【0037】
各マニピュレータ座標系ΣS17の空間における三次元的な位置姿勢は、位置姿勢計測手段14の一例である三次元位置計測装置(三次元運動計測装置とも呼ばれる)を用いることで計測可能である。その計測の方式は、既知のパターンで配置された複数の発光体を有するマーカーセットを識別手段15として、マニピュレータ3〜5を操作することによっても動作しないマニピュレータ3〜5の座標原点などの基点に取付け、三次元位置計測装置14がある位置からそれぞれの発光体を計測し、複数の発光体の配置から識別手段15の位置と姿勢を算出する方法である。これにより、識別手段15の位置姿勢を特定し、ひいてはマニピュレータ座標系ΣSの位置姿勢を算出することが可能となる。なお、発光体の代わりに反射体を用いてもよい。
【0038】
図4を参照しながら識別手段15の取付例を説明する。図4は識別手段の取付例を示す分解斜視図である。図4では計測対象をマニピュレータ3として説明を行なうが、他の計測対象も同様の取付構成である。
【0039】
マニピュレータ3は識別手段15を所定の位置姿勢に固定するための装備部22を有する。識別手段15は複数の発光体169が識別部材168に固定されてなる。識別手段15と装備部22の間に挟まれて結合される部位を中間リンク部と呼ぶことにする。
【0040】
マニピュレータ3の一部を構成する装備部22には複数の凸部155が設けられている。これらと結合される結合部材151には、凸部155と嵌め合う複数の凹部156が設けられている。凸部155と凹部156とが一つの場合は、上下左右が非対称となる形状とすることが好ましい。凸部155と凹部155が複数ある場合は、それらを異なる形状として、結合時に表裏を間違えた結合を防ぐことが好ましい。また同形状の凹凸である時は、三つ以上の凹凸を設け、組み合わせになる凹凸の組同士の間の距離を変えることで、結合時の間違いを防ぐことができる。結合した時の位置と姿勢が一意に決まる形状であれば、図4で示したような凹凸形状でなくてもかまわない。そして、結合部材151は、凸部155に凹部56を嵌め合わせた後に、止めねじ154で装備部22に固定される。
【0041】
識別手段15を固定するための固定部材164は結合部材151と回転自由に結合される。固定部材164はギア部163を一体的に有している。この固定部材164の回転を計測するための角度センサ161は装備部22あるいは結合部材151に固定されている。角度センサ161はギア部163と噛み合う計測ギア162を有している。固定部材164および識別部材168は装備部22および結合部材151の凹凸構造と同様の凹凸構造を有している。すなわち、固定部材164には複数の凸部165が設けられ、識別部材168にはこれらに合致する凹部166が設けられている。この凹凸構造は、上述した装備部22と結合部材151とが噛み合う凹凸構造と同様に、位置姿勢を一意に決定できるよう、その形状および対になる凹凸の間の距離を変えるなどすることが好ましい。固定部材164の凸部165に識別手段15の識別部材168の凹部166を嵌め合わせた後に止めねじ160を識別部材168のねじ穴158に合わせて固定する。
【0042】
これにより、識別手段15の発光体169が陰になって計測しにくい時は、識別手段15の向きを位置姿勢計測手段14が計測するのに適した向きに調節可能となり、その回転角度を角度センサ161で計測できるので、位置姿勢計測手段14が計測した結果と角度センサ161の検出結果により、装備部22つまりマニピュレータ3の座標系ΣSの向きを特定することが可能となる。これは、識別手段15の向きを計測に適した姿勢に向けても、常にマニピュレータの位置姿勢を計測可能なため、マニピュレータ3の配置の自由度が向上する。
【0043】
上記の例では、中間リンク部の自由度を回転自由度として説明したが、識別手段15の姿勢を調節可能としかつその調節量を計測可能とすれば、回転自由度でも並進の自由度でも、あるいはこれらをそれぞれ一つ以上組み合わせた構成でも、物陰から計測しやすい姿勢へと識別手段15を調整できれば同様の効果が期待できる。装置の配置によって、自由度の構成を決定すればよい。
【0044】
また、装置間の重なりなどがない場合は、識別手段15を直接マニピュレータ3に固定してもよい。この場合、装備部22と中間リンク部との間に設けた嵌め合わせの形状と、識別手段15と中間リンク部との間に設けた嵌め合わせの形状を同一にすれば、識別手段15を直接に装備部22に取付けることも、間に中間リンク部を挟んで取付けることも自由に選択可能である。識別手段15および中間リンク部は着脱自在であるため、不要になった時や治療の邪魔になる時は、取り外すことも可能である。さらには、計測が終了した時に、中間リンク部を動かして、識別手段15が治療の邪魔にならない場所に向きを変えることも可能である。
【0045】
係る識別手段15を用いて測定した位置姿勢計測手段14からの情報は、制御装置32へ経時的(例えば定期的)に送信される。角度センサ161は制御装置32に信号伝達可能に接続されており、角度センサ161で検出した情報も位置姿勢計測手段14と同様に制御装置32へ経時的(例えば定期的)に送信される。位置姿勢計測手段14や角度センサ161と制御装置32との間の接続をコネクタなどを用いて行なうことで制御装置とこれらとの間で着脱自在となり、不要な場合はコネクタを外すことも可能となる。
【0046】
上述した手術支援装置の構成により、任意に配置された各マニピュレータ3〜5の相対的な位置姿勢の関係および、各マニピュレータ3に装備した観察手段6とマニピュレータ4、5の先端に装備した処置具11、12とのそれぞれの相対的な関係を明らかにすることができる。つまり、各手段の座標の向きと、座標間の軸方向のずれ、座標間を写像する回転行列を算出することができる。
【0047】
また、(回転行列の算出法を書く)操作手段8、9と表示手段10との間の相対関係も同様の手法で計測し、明らかにすることができる。なお、マニピュレータ3〜5の位置姿勢を計測した位置姿勢計測手段14とは別の位置姿勢計測手段を用いて、操作手段8、9と表示手段10との間の相対関係を計測し、マニピュレータの位置姿勢の情報と同様に制御装置32へ情報を入力あるいは送信するようにしてもよい。
【0048】
ここで、座標系ΣMから座標系ΣDへ写像する回転行列をCMD(図示せず)とし、座標系ΣDと表示手段10の画面内に投影された座標系ΣEの各軸の向きを合わせる回転行列をCDE(図示せず)とし、座標系ΣEと座標系ΣSの各軸の向きを合わせる回転行列をCES(図示せず)とすると、
操作者が操作手段8、9を用いて行なった操作方向を、回転行列CMD、CDE、CESを用いて座標変換し、座標系ΣDおよび座標系ΣSでの操作方向を算出する。算出した座標変換後のこれらの操作方向を制御指令として、表示手段10およびマニピュレータ4、5の動作を制御する。ただし、この実施例では表示手段10の画面内に投影された座標系ΣEと座標系ΣDの各軸の向きが一致するため、回転行列CDEは単位行列となる。
【0049】
上記のような座標変換行列の取り方とその座標変換行列を用いた動作方向の算出方法に基づく制御により、操作者が操作手段8、9を操作した方向が、表示手段10に提供される画面内に映される空間での動作方向に変換され、さらに処置具11、12がその方向に動く様にマニピュレータ4、5の動作方向が算出されるため、表示手段10に映る処置具11、12の動作方向を、操作手段8、9で操作した方向に一致させることが可能になる。
【0050】
つまり、マニピュレータ4、5同士の相対関係、マニピュレータ3〜5と操作手段8、9の相対関係、あるいは処置具11、12と観察手段6の相対関係に係らず、操作手段8、9を画面に向かって右に動く様に操作すれば、画面内の処置具11、12は右に動き、画面奥に操作すれば、画面内の処置具11、12は画面奥に動作する。まさに、手元の動きと、モニタ内の処置具11、12の動きが同じ方向に同期するので、手元で実際に処置具11、12を持って操作しているように、画面内の処置具11、12が制御される。
【0051】
同調制御部34では、同調指示手段21から同調実行の信号を受けている間は常にマニピュレータ3〜5を操作情報に従い制御し、同調実行の信号が途切れた後は、操作手段7〜9からの操作情報の伝達を停止させるように構成されている。なお、信号が入力されている間は同調を切り、信号入力が途切れている間のみ、同調を実行するようにしてもよく、あるいは、同調指示手段21から信号が入力されるたび、同調実行か否かを切替えるように制御を行なってもよい。同調制御部34は、各回転行列を用いて操作方向からマニピュレータの動作方向を算出する座標変換部35の前に構成されても、後に構成されてもかまわない。
【0052】
次に、具体的な制御動作を図5を参照しながら説明する。図5は手術支援装置の制御動作を示すフローチャート図である。
【0053】
まず、操作手段8、9の位置姿勢を周期的に検出する(ステップ40)。そして、前回の検出時からの位置姿勢の変化量を算出し、操作手段8、9に入力された操作指令(操作方向と操作量)を算出する(ステップ41)。このとき算出される座標系ΣMにおける操作方向をベクトルMと呼ぶ。
【0054】
次いで、同調実行が指示されているかをチェックし(ステップ42)、これが指示されていない場合は、ステップ40に戻ってマニピュレータ3〜5を動作させない。同調実行が指示されている場合は、位置姿勢計測手段14の計測結果情報23の変更があれば座標変換行列の更新を行なう(ステップ43)。
【0055】
次いで、最新の計測結果情報に基づいて算出された回転行列CMD、CDE、CESを用いてベクトルMを座標変換し、座標系ΣDにおけるベクトルDおよび座標系ΣSにおけるベクトルSを算出する(ステップ44)。これは同じ方向を示すベクトルをそれぞれの座標系での値に換算し、操作方向のベクトルMと同じ方向を意味する表示手段10に映される処置具11、12の動作方向ベクトルSを算出している。
【0056】
次いで、操作手段8、9に入力された操作量を元に、操作手段8、9とマニピュレータ4、5の間の動作量の比率等のパラメータを勘案して、実際にマニピュレータ4、5が動作する量を算出する(ステップ45)。
【0057】
最後に、これまでに算出した動作方向(座標系ΣD・ΣSにおけるベクトルD・S)と動作量に従い、表示手段10およびマニピュレータ4、5を制御する(ステップ46)。
【0058】
算出の際に、操作手段8、9とマニピュレータ3、4の間の姿勢を元に決定した回転行列ではなく、操作手段8、9と表示手段10に表示されるマニピュレータ3、4に装備した処置具11、12の間の姿勢を元に決定した回転行列を用いるため、実際の操作方向と、表示手段10に映される動作方向が操作者から見て同一方向となる。
【0059】
以上のような手法で、治療前、治療中に各装置間の姿勢を算出することができ、ひいては各座標間の回転行列を算出することができ、表示手段10内のマニピュレータ4、5つまり表示手段10に表示されている処置具11、12の動きと操作手段8、9の動きの方向を一致させることができる。
【0060】
本手法によれば、マニピュレータ3〜5の配置および、マニピュレータ3〜5と表示手段10の配置が任意であっても、座標系ΣEから座標系ΣSへ座標変換する行列と座標系ΣDから座標系ΣEへ座標変換する行列を用いて、表示手段10に設定した座標系ΣDと、表示手段10に表示されるマニピュレータ4、5の動作方向の座標系ΣSを一致させることができる。これにより、動作方向を表示手段10における座標系ΣDや表示手段10における上下左右奥手前など相対的な表現で処置具11、12の動作方向を示すことができる。
【0061】
さらには、操作者はマニピュレータ3〜5の配置やマニピュレータ3〜5と操作手段8、9の相対関係、マニピュレータ4、5と観察手段6の相対関係、操作手段8、9と表示手段10の相対関係など、各手段間の位置姿勢をいっさい気にすることなく、位置姿勢計測手段14からの計測結果情報23を元に変換行列算出部24で算出した変換行列を用いて、操作手段8、9の操作方向と表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向を一致させることができる。これにより、実際に自分の手で処置を行なっているように、表示手段10内に映る処置具11、12を動かしたい方向に操作手段8、9を操作するだけでよくなるので、各手段の配置によらず高い操作性を得ることが可能となる。
【0062】
さらには、画面内で処置具11、12が操作方向に一致して動作するので、細かな動きが操作者の意図通りに実現できる。よって、周囲の正常な組織を傷付けることなく、必要な処置を正確に、かつ迅速に行なえ、治療の効果や処置の安全性が高まる。
【0063】
また、操作性の変化を気にすることなく、患者の体位や患部の位置、周囲の装置の配置の状況などに応じて、マニピュレータ3〜5や観察手段6、操作手段8、9を配置できるため、マニピュレータ3〜5や観察手段6が患部にアプローチする姿勢をより適切に調整して、治療を行なうことができる。
【0064】
さらには、マニピュレータ3〜5の装備部22は、識別手段15や中間リンク部と着脱自在であるため、各手段の姿勢を検出するための機構が治療を行なう医療スタッフや周囲の医療機器の邪魔になることがなく、医師は治療に専念できる。また、これらの部品をはずしてしまうことで、これらの部品に医療スタッフが接触して、マニピュレータや観察手段が動いてしまい、患者の身体に接触することを防止できる。よって、マニピュレータを用いた手術において、治療しやすい環境を医療スタッフに提供することができる。
【0065】
また、観察手段6と処置具11、12の相対関係が常に算出可能であるため、術中に観察手段6を動かすことができる。治療中に、患部が他の臓器や処置具11、12の陰になって見えにくい場合、観察手段6の姿勢を変えて、より観察しやすい姿勢に変えた場合でも、前述したのと同様に表示手段10に映るマニピュレータ4、5の動作方向と操作手段8、9の操作方向を一致させることができる。
【0066】
さらには、マニピュレータ3〜5を使用している最中に、各手段の配置を変えるなど、事前に計測した情報が変更される場合でも、位置姿勢計測手段14の新しい計測結果情報23に基づいて各手段間の座標変換行列が更新されるので、常に、操作手段8、9と表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向を一致するように、マニピュレータ4、5を制御することが可能である。
【0067】
また、マニピュレータ4、5と操作手段8、9の直接の相対関係が無関係であるため、操作手段8、9を含む操作卓13を、術中に移動させたり、向きを変えたりした場合でも、表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向と操作手段8、9の操作方向は一致を保ち、術前、術中に任意に操作卓13を動かすことができる。よって、他の医療機器との兼ね合いで、操作卓13を配置しやすい位置に常に移動できるため、運用上の利便性が高い。また、術中に移動させてもそのまま引き続き操作可能であるため、マニピュレータ4、5と操作手段8、9の直接の相対関係を再設定するなどの手間もなく、迅速に手術を再開できる。
【0068】
これらに加えて、同調指示手段21を用いて、操作手段7〜9からの指示伝達を切ったりつないだりできることで、マニピュレータ3〜5の位置を固定したまま、操作手段7〜9の姿勢を、操作しやすい様に調整し、その後、同調を実行することで、操作しやすい姿勢から、マニピュレータ3〜5を操作し始めることができる。また、操作手段7〜9とマニピュレータ3〜5の配置が任意なので、操作開始時に表示手段10に表示される処置具11、12の姿勢と操作手段8、9の姿勢は異なることが考えられる。よって、操作開始時は同調実行を切って、操作手段8、9と表示手段10に表示される処置具11、12を同じような姿勢に合わせてから、同調実行の信号を送ることで、各装置の配置が任意の場合に、表示手段10に表示される処置具11、12の映像と操作手段8、9の姿勢を合わせて操作を開始することが可能になり、操作感の向上と、より的確に操作者の意図を直感的に処置具11、12に反映させることができ、操作性の向上が図れる。
【0069】
次に、識別手段15の異なる取付例を図6を参照しながら説明する。図6は識別手段の異なる取付例を示す斜視図であり、図4に対応する図である。この取付例は、複数の回転自由度をリンクで結合し、識別手段15の動作範囲を広くした例である。
【0070】
結合部材151は図4の結合部材151と同一の形状である。この結合部材151に第一の延長リンク170を固定し、第一の延長リンク170と第二の延長リンク171を回転自由に組み合わせる。第二の延長リンク171の端部である組み合わせ部172はギアになっており、第一の延長リンク170に固定された第一の角度センサ173と第一の計測ギア174を介して組み合わされている。第二の延長リンク171のもう一方の端部は固定部材164と回転自由に組み合わされる。固定部材164は図3と同様にギア部163を有する。第二の角度センサ161が第二の延長リンク171に固定され、計測ギア162を介してギア部163と組み合わされる。固定部材164には複数の発光体169が識別部材168に固定されてなる識別手段15が凹凸を嵌め合わせて固定される。
【0071】
第二の延長リンク171の回転角度は第一の角度センサ173によって計測され、識別手段15の回転角度は第二の角度センサ161によって計測することができる。これらの角度情報と、第一の延長リンク170および第二の延長リンク171の長さと、識別手段15を位置姿勢計測手段14で計測して得られる識別手段15の位置姿勢の情報を合わせて、図6に示す中間リンク部を有する識別手段15が装備された各手段の座標の向きを算出することが可能である。延長リンク170、171により、識別手段15の動作範囲が広がり、より広範囲で計測に適した姿勢に識別手段15の位置と向きを調整可能となる。識別手段15の調整範囲が広がることで、各手段の配置の自由度が広がり、より患者の体位や治療に適した配置で手術を行なうことが可能となる。
【0072】
次に、識別手段15を取付ける中間リンク部の異なる取付例を図7を参照しながら説明する。図7は識別手段を取付けるの中間リンク部の異なる例を示す分解斜視図である。図7では、装備部22へ嵌め合わせる中間リンク部のみ図示して識別手段を省略してある。中間リンク部に固定する識別手段は図3と同様である。
【0073】
装備部22の凹部179と結合部175の凸部178とは嵌め合わせ可能である。凹部179は、嵌め合わせた結合部175の回転方向の角度を一意に決定できるように、上下左右が非対称の形状をしている。この凹部179の周囲には結合用磁石177が固定されており、嵌め合わされた結合部材175の固定フランジ176と磁力により固定される。深さ方向についても、結合用磁石177と固定フランジ176とが接触する位置で一意に決定される。結合部材175は、他の例と同様に固定部材164を回転自由に結合させたり、図示していないが延長リンク170などを結合させたりすることなどが可能である。また、自由度を持つ部位には、これまでの例と同様、角度センサ161と計測ギア162とギア部163の組み合わせによって、回転角度が計測可能である。長さ方向に並進自由度を持つリンクの場合は、距離を計測するようにセンサを構成すればよく、移動距離計測の手法は、並進動作を回転に変換して角度センサにより計測する手法や、移動距離に応じて計測ワイヤが引き出される方式のセンサや、並進型のポテンショメータ、あるいは、光学センサなどを用いる手法によって容易に実現可能である。
【0074】
この取付例では、結合部材175と装備部22は磁力を用いて結合されるため、より着脱が容易であり、識別手段の着脱にかかる手間をさらに軽減することができる。
【0075】
マニピュレータ3〜5の三次元的な位置姿勢を特定する手段として、マーカーセットを用いる光学的計測手法を代表として記述したが、本発明は、三次元的な位置姿勢を特定するために、他の手法を用いてもかまわない。例えば、磁気センサを用いた装置も利用可能である。位置姿勢計測手段14が、発光体169ではなく、磁性体を識別手段15として用いる場合は、上記の識別手段15であるマーカーセットが、利用する三次元位置計測装置に適した識別手段になる。識別手段を用いて三次元空間内での位置姿勢を計測する装置であれば、同様の手法が利用可能である。
【0076】
次に、位置姿勢計測手段14の異なる例を図8を参照しながら説明する。図8は図1に示す位置姿勢計測手段の変形例を説明するための斜視図である。この図8では、上述した識別手段15を利用した位置姿勢計測手段14ではなく、装置間の座標の傾きを計測する手法を用いた位置姿勢計測手段14について述べる。
【0077】
図8はマニピュレータ間を一つ以上の回転可能な関節もしくは並進動作可能な直動部を有するリンクで結合し、マニピュレータ同士の座標の回転行列を求める例である。マニピュレータ3とマニピュレータ4とを結合する場合を例として説明する。
【0078】
マニピュレータ3の装備部22と結合させる結合部材151に第一の延長リンク170が固定される。第一の延長リンク170と第二の延長リンク171とが回転自由に結合される。第二の延長リンク171は一端に第一の延長リンク170と嵌め合わせるギア部172を有し、第一の延長リンク170に固定される角度センサ173のギア部172が計測ギア174に噛み合わされる。これにより、第二の延長リンク171の第一の延長リンク170に対する回転角度が角度センサ173により計測可能となる。
【0079】
第二の延長リンク171のもう一方の端は第三の延長リンク183と回転自由に結合される。第三の延長リンク183は一端に第二の延長リンク171の端部180と嵌め合わせるギア部181を有し、第二の延長リンク171の端部180に固定される角度センサ189とギア部181が計測ギア182を介して組み合わされる。これにより、第三の延長リンク183の第二の延長リンク171に対する回転角度が角度センサ189により計測可能となる。
【0080】
第三の延長リンク183のもう一方の端には第四の延長リンク187と回転自由に結合するギア部184を有し、第四の延長リンク187に固定される角度センサ186のギア部184が計測ギア185に噛み合わされる。これにより、第三の延長リンク183の第四の延長リンク187に対する回転角度が角度センサ186により計測可能となる。
【0081】
第四の延長リンク187のもう一方の端は、マニピュレータ4の装備部22に結合する結合部材188が固定されている。
【0082】
マニピュレータ3と結合部材材151を結合させ、マニピュレータ4と結合部材材188を結合させると、マニピュレータ3、4同士の相対姿勢と相対距離に応じて、第一の延長リンク170と第二の延長リンク171との間の角度、および、第二の延長リンク171と第三の延長リンク183との間の角度、および、第三の延長リンク183と第四の延長リンク187との角度が変化する。この時の各角度の値を角度センサ173、189、186によって計測できる。この計測結果と、第二の延長リンク171と第三の延長リンク183の長さから、マニピュレータ3、4同士の相対姿勢を算出することが可能となる。これらの値はマニピュレータの制御装置32に取り込まれ、マニピュレータ3、4の座標間の回転行列を算出し、制御において、これを利用することができる。
【0083】
マニピュレータ3、4間を結合する計測リンクを用いた位置姿勢計測手段14も計測終了とともにマニピュレータ3、4から取り外すことが可能であり、患者の周囲の空間を位置姿勢計測手段14で占有しないようにすることができる。また、治療途中に再びマニピュレータ3、4の配置を変える時は、再度、計測リンクを用いた位置姿勢計測手段14を装備部22に結合すればよい。マニピュレータ3、4に位置姿勢計測手段14を結合させたままでも特に邪魔にならない場合は、そのまま結合させておいてもよい。この場合でも、治療中、マニピュレータ3、4を動かしたくなった時はいつでも配置変更が行なえ、常に最新の相対姿勢の情報を計測可能である。
【0084】
図8の計測リンクを用いた位置姿勢計測手段14において、第二の延長リンク171の一端である角度センサ189を固定する端部180から第五の延長リンクを第三の延長リンクと干渉しない様に回転自由に結合させて設け、さらに第五の延長リンクから他の延長リンクと同様に垂直方向の第六の延長リンクを介して別の結合部材に結合する構成にすることも可能である。これにより、一度に結合できるマニピュレータの数を二つから、三つに増やし、それぞれの相対姿勢を一度に計測可能になり、術中の計測の手間を軽減することが可能になる。同様の手法で、マニピュレータの装備部22と結合する部位を三つ以上に増やすことも可能である。
【0085】
計測対象から着脱自在の図8に示した計測リンクの一部を天井や手術ベッド、患者を固定するフレーム、あるいは床上を可搬することの可能な保持器に固定する構成にすることも可能である。これにより、取り外した計測リンクを、術中に再び利用可能とするために、清潔区域内に保管する場所を確保することなく、マニピュレータからはずして邪魔にならない位置に移動させるだけで、術中の清潔を保ち、かつ利用したい時にすぐに再結合することが容易になる。よって、手術の流れを妨げず、迅速な装置運用が可能になる。
【0086】
図8に係わる説明では、マニピュレータ間の姿勢の相対関係を表したが、同様に、表示手段と操作手段の間の相対関係を計測することも可能である。
【0087】
観察手段6と処置具11、12の相対距離が分かることで、表示手段10の画面上でのマニピュレータの動作量を算出することが可能になる。この動作量を操作手段8、9の操作量と合わせるように制御することも可能であるし、操作手段8、9の動作の所定の倍率の動きをマニピュレータに実施させることも制御可能である。外科医の好みや、治療の状況、手技や治療方法に応じて動作の倍率を変更すること可能であり、より操作性を向上させることができる。
【0088】
上述した実施例では、観察手段6を装備している装置も制御可能なマニピュレータ3であるとしたが、例えば、各関節角度を手動で調整、固定できる支持手段であってもよい。
【0089】
次に、観察手段6を装備した支持手段の例を図9を参照しながら説明する。図9は図1に示す観察手段を装備した支持手段の例を示す斜視図である。
【0090】
第一の支持リンク50と第二の支持リンク51は並進可能に接続されている。第二の支持リンク51と第三の支持リンク53、第三の支持リンク53と第四の支持リンク55、第四の支持リンク55と第五の支持リンク57は、それぞれ回転可能な関節52、54、56で接続されている。第五の支持リンク57と第六の支持リンク59は捻じり関節58でねじり可能に接続されている。第六の支持リンク59の端部60と把持部61は回転可能に接続されている。把持部61は観察手段6の一部を挟み込み、あるいは、挿入して、固定することが可能である。図9では、把持部61の中空部に観察手段6のレンズ部62を挿入し、固定ねじ63で固定する様子を図示している。
【0091】
第一の支持リンク50には、識別手段15が固定されており、位置姿勢計測手段14から、支持手段の基点となる部位の位置姿勢を計測することができるようになっている。各可動部には、図8に示したような、回転角度を計測する角度センサや、並進距離を計測するリニアセンサが設けられており、可動量を計測可能である。各支持リンク50、51、53、55、57の長さと、センサ情報から、把持部61に固定した観察手段6の姿勢を算出することができる。
【0092】
支持手段の自由度の数や機構は症例や体位などに合わせて適宜最適あるいは最小限と思われる自由度を有していればよい。
【0093】
観察手段6は助手によって保持されていてもよい。この場合、観察手段6の座標系ΣEの向きは、非接触で姿勢を検出する手法が好ましい。例えば、上述した実施例で示したように、姿勢を検出する識別手段15を三次元位置計測装置で常に識別手段15の向きを計測する手法を用いる。観察手段6には識別手段15を所定の姿勢で装備する装備部22を設け、識別手段15の姿勢を常に計測しつづける。識別手段15の取付け姿勢は観察手段6に対して既知の姿勢となるため、座標系ΣEの向きを算出可能である。マニピュレータ4、5の座標系ΣSの向きを検出する識別手段15も同様に常に計測し、観察手段6の保持姿勢の変化に合わせて、座標系ΣEと座標系ΣSの間の回転行列を算出する。回転行列を用いた制御方法は上述した説明と同様に行われる。これによって、観察手段6を人が保持した場合でも、表示手段10に映し出される処置具11、12の映像の動作方向と操作手段8、9の操作方向を合わせるようにマニピュレータ4、5を制御可能となる。
【0094】
上述した実施例では、回転行列CMD、CDE、CESを用いて操作手段の操作方向と表示手段に表示される処置具11、12の映像の動作方向とを一致させる例を示したが、回転行列CDE、CESのみを用いて操作方向を座標変換するようにしてもよい。この場合、表示手段10に対する操作手段8、9の操作方向は任意となり、予め操作手段に設定した規則に従い、表示手段10に表示される処置具11、12の動作方向を制御することになる。つまり、操作手段8、9に固定された座標系ΣMのXM方向に操作した場合は、操作手段11、12と表示手段10との間の相対的な姿勢の関係に係らず、表示手段10のXD方向に表示手段10に表示される処置具11、12を制御する。
【0095】
係る制御動作を図10を参照しながら説明する。図10は図1の手術支援装置における図5と異なる制御動作のフローチャート図である。
【0096】
この制御動作では、図5とはステップ44の処理が異なり、操作方向が意味する表示手段10に対する方向を座標変換する処理を行なう。すなわち、図10のステップ70に具体的に示すように、ベクトルが意味する動作方向を回転行列CDE、CESを用いて座標変換し、座標系D・Sにおける処置具の動作方向ベクトルD・Sを算出するステップに変更したものである。
【0097】
他の装置との兼ね合いで操作手段8、9や表示手段10を配置する場所が十分に確保できない場合などに、表示手段10を操作者からみて斜めの方向に設置せざるを得なくなることがあるが、このような場合には、操作手段8、9の操作方向を直接処置具11、12の映像の動作方向に一致させるよりは、操作手段8、9をどちらに操作したら、表示手段10内でどちらに処置具11、12が動作するかを予め設定した規則に従い制御したほうが、操作性が向上する場合がある。
【0098】
操作手段8、9と表示手段10との間の相対姿勢で、座標変換を行ない、操作手段8、9と表示手段10に表示される処置具11、12の映像との間で、操作方向と動作方向の一致を実現するか、あるいは、操作手段8、9と表示手段10の間で設定した規則に従い、表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向を制御するかは、スイッチなどで切替え可能とすることで、手術支援装置を使用する外科医の好みにに合わせて、あるいは、操作卓13周囲の広さなどの状況に応じてより的確に選択可能となり、より的確で操作性の高い治療を実現することが可能となる。
【0099】
次に、表示手段と操作手段との配置構成の変形例を図11を参照しながら説明する。図11は表示手段と操作手段とを一体に配置した例の斜視図である。この図11では、表示手段10の左右に二つの操作手段8、9を配置し、操作方向が表示手段10に表示される処置具をどちらに動作させるかを操作手段8、9に予め設定している。
【0100】
表示装置10の左右に操作手段8、9が表示装置10と一体で構成されている。操作手段8、9は複数の方向支持ボタンからなる。上ボタン73を押すと、表示手段上方を示す方向支持マーク80の方向へ処置具12が動作し、右ボタン74を押すと、表示手段右を示す方向支持マーク81の方向へ処置具12が動作し、下ボタン75を押すと、表示手段下方を示す方向支持マーク82の方向へ処置具12が動作し、左ボタン76を押すと、表示手段左を示す方向支持マーク83の方向へ処置具12が動作する。奥ボタン77を押すと、表示手段の奥方向へ処置具12が動作し、手前ボタン78を押すと、表示手段の手前方向へ処置具12が動作する。把持ボタン79を押すと、処置具12は先端の把持部が閉じる。このように、処置具11、12と同様の動作が出来ない操作手段8、9を用いて、操作手段8、9の操作と、それが意味する、表示された処置具11、12の動作とを一対一で所定の規則で対応づけすることで、表示手段10に表示された処置具11、12を、任意に配置された観察手段6とマニピュレータ4、5の相対姿勢によらず、常に同一の操作性を実現することができる。
【0101】
以上述べた実施例によれば、治療に必要な観察手段6、処置具11、12、観察手段6からの情報を提示する表示手段10、処置具11、12の位置姿勢を操作する操作手段8、9のそれぞれの配置を、操作者の希望に合わせた任意の位置に配置することができ、かつ、その任意の配置状態にもかかわらず、表示手段10に表示される処置具11、12の動作方向を、操作手段8、9の操作方向に一致させる様に制御することが可能になり、常に同一の操作性を得られ、さらに、操作方向と画面内の動作方向が一致するので、操作者が直接処置具11、12を把持して操作しているようなより快適な操作性が得られる。また、それぞれ独立した各手段は、治療に最適な姿勢へと配置する自由度が高く、治療中は医療スタッフの邪魔になることもなく、複数のマニピュレータを用いるような治療においても、より作業しやすい環境を提供することができる。
【0102】
また、表示手段10に表示される処置具11、12の動作方向を、表示手段10と操作手段8、9の相対的な姿勢の関係に係らず、予め決められた対応を元に指示できるので、操作者がより操作しやすい配置に操作手段8、9と表示手段10を配置して治療を行なうことができる。よって、操作者の事情で、画面を脇において、斜めに見ながら操作を行なう場合でも、操作手段8、9を正面において操作を行なう場合でも同一の操作性で処置具11、12を操作可能となるので、操作手段8、9の操作と表示手段10に対する処置具11、12の動作が常に同一に保たれる。これにより、操作者は操作に慣れやすく、より的確に治療動作に対するの意志を正確に反映させた治療が可能になる。
【0103】
このように、より的確に意志を反映させやすい環境を提供できることから、治療の正確さ、緻密さを向上させ、ひいては治療効果の向上と低侵襲化が期待できる。
【0104】
まとめとして、本発明に係わる構成に関して以下の事項を開示する。
【0105】
任意に配置された内視鏡などの観察手段と、処置具を有するマニピュレータと、モニタなどの表示手段とマニピュレータを操作する操作手段が任意に配置された環境で、操作手段を操作する方向と表示手段に映る処置具が動く方向とを一致するよう制御する構成とする。
【0106】
また、操作手段の操作方向と、表示手段に映る処置具の動く方向とを、予め設定した対応関係で一致させるように構成する。
【0107】
さらには、保持手段によって保持された観察手段と、観察手段を保持する保持手段から独立した観察手段に観察されるマニピュレータのそれぞれに、観察手段とマニピュレータの姿勢を計測可能な識別手段を着脱自在に装備し、この識別手段を介して観察手段とマニピュレータの姿勢を計測して得られる観察手段とマニピュレータの間の姿勢を一致させる回転行列を算出し、操作手段に入力された操作方向に回転行列を用いて変換した方向にマニピュレータを動作させる制御系を有する構成とする。
【0108】
さらには、識別手段と観察手段もしくはマニピュレータとの間に、一つ以上の自由度と、自由度の変位量を計測する変位量計測手段を有し、識別手段を解して得られる位置姿勢と変位量計測手段の計測量から、観察手段もしくはマニピュレータの間の姿勢を一致させる回転行列を算出し、操作手段に入力された操作方向に回転行列を用いて変換した方向にマニピュレータを動作させる制御系を有する構成とする。
【0109】
さらには、周期的に、あるいはマニピュレータもしくは観察手段を保持する保持手段もしくは表示手段もしくは操作手段の配置が変更された場合に、回転行列を再計算し、再計算した回転行列を用いて、マニピュレータの動作方向を算出する制御装置を有する構成とする。
【0110】
さらには、マニピュレータの座標系と、観察手段の先端の座標系を関係づける座標変換行列と、観察手段の座標系と表示手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列と、表示手段に固定された座標系と操作手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列を持ち、操作入力された動作指示を順次座標変換してマニピュレータの動作方向と動作量を求めるよう制御する構成とする。
【0111】
さらには、マニピュレータ先端の処置具の座標系と、マニピュレータを観察する観察手段の座標系を関係づける座標変換行列と、観察手段の先端の座標系と表示手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列と、表示手段に固定された座標系と操作手段の把持部に固定された座標系が予め設定した対応関係をもち、操作入力された動作指示を表示手段と観察手段の間の座標変換行列と観察手段と処置具の間の座標変換行列とで順次座標変換してマニピュレータ先端の動作方向と動作量を求めるよう制御する構成とする。
【0112】
さらには、マニピュレータ先端の処置具の姿勢とマニピュレータ先端を観察する観察手段の姿勢と表示手段の姿勢と操作手段の姿勢を計測する位置姿勢計測手段をもち、処置具を装備するマニピュレータの姿勢と観察手段を装備するマニピュレータの姿勢との間の相対的な姿勢のずれと、観察手段の姿勢と表示手段の姿勢における、観察手段のレンズに垂直な軸と、表示手段の表示面に垂直な軸とを一致させたときの、レンズに水平な面内の二軸と表示手段画面に水平な面内の二軸のずれと、表示手段の姿勢と操作手段の把持部の姿勢のずれとから算出される座標変換行列を持ち、操作手段になされた操作方向を座標変換行列で変換した値にしたがって、マニピュレータが動作する手術支援装置を用いる構成とする。
【0113】
さらには、マニピュレータや表示手段、操作手段の姿勢を位置姿勢計測手段を用いて計測する際に、計測対象にとりつける識別手段において、計測対象の所定の位置姿勢に着脱自在に固定できるように、計測対象に非対称な凹凸からなる装備部と、これにはめあわせて位置と姿勢を一意に決定できる凹凸を有する識別手段を用いる構成とする。そして、装備部と識別手段の間に、一つ以上の自由度を有する延長リンクを設ける構成とする。
【0114】
さらには、着脱自在で複数の関節を有し、計測対象に対して位置姿勢を一意に決定できる凹凸からなる結合手段を有し、各関節の移動量を計測するためのセンサを有する計測リンクで、各計測対象を着脱自在に結合する構成とする。
【0116】
【発明の効果】
本発明によれば、マニピュレータおよび操作手段を任意の場所に配置しても表示手段を見ながら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性および操作性に優れた手術支援装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す手術支援装置の斜視図である。
【図2】図1の手術支援装置の制御ブロック図である。
【図3】図1の手術支援装置の処置具および観察手段の座標系の説明図である。
【図4】図1の手術支援装置の識別手段の取付例を示す分解斜視図である。
【図5】図1の手術支援装置の制御動作を示すフローチャート図である。
【図6】図1の手術支援装置の識別手段の異なる取付例を示す斜視図である。
【図7】図1の手術支援装置の識別手段を取付けるの中間リンク部の異なる例を示す分解斜視図である。
【図8】図1に示す位置姿勢計測手段の変形例を説明するための斜視図である。
【図9】図1に示す観察手段を装備した支持手段の例を示す斜視図である。
【図10】図1の手術支援装置における図5と異なる制御動作のフローチャート図である。
【図11】図1に示す表示手段および操作手段の変形例の斜視図である。
【符号の説明】
1…患者、2…手術ベッド、3〜5…マニピュレータ、6…観察手段、8…操作手段、9…操作手段、10…表示手段、11、12…処置具、13…操作卓、14…位置姿勢計測手段、15…識別手段(マーカーセット)、17…マニピュレータの座標系、18…表示手段の座標系、19…観察手段の座標系、20…操作手段の座標系、21…同調指示手段、22…装備部、25…処置具に投影したマニピュレータの座標系、26…処置具に投影した観察手段の座標系、32…制御装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surgery support apparatus, and is particularly suitable for a surgery support apparatus in which a manipulator is operated by an operation means.
[0002]
[Prior art]
As a conventional surgery support device, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 7-328016 (especially, description of the eighth embodiment with reference to FIGS. 27 and 28), an operation means operated by an operator, A manipulator that operates based on the operation of the means, an observation unit that observes the operation of the manipulator, a display unit that displays a manipulator image observed by the observation unit, and a control device that controls the operation of the manipulator. Observe the manipulator, and superimpose the tool coordinate system set at the tip of the manipulator in the screen of the display means, and provide the operation means with the function to move according to the coordinate axis of the tool coordinate system. Therefore, it is possible to easily operate it by various operation means while looking at the tool coordinate system displayed on the screen of the display means. There are things that you like to.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the posture of a patient during surgery varies depending on the individual depending on the physique, the treatment site, the affected area, and the situation around the affected area. When using a manipulator for treatment, how to position the manipulator with respect to the patient and how to approach the affected part is to avoid interference with the patient, avoid interference with surrounding organs, Since the posture is determined so as to be safe and easy to work, the arrangement and posture of the manipulator are different for each patient.
[0004]
In addition, various instruments are placed in the operating room, and many staff members often support the operation while moving around the operating room. For this reason, it is desirable that the operation means for operating the manipulator is disposed in a place where it does not interfere with the operation of the patient, other medical instruments, and medical staff in the operating room, and can be changed in accordance with the operation. It is.
[0005]
When operating the manipulator using the operating means, if the direction in which the operating means is operated deviates from the direction in which the manipulator operates, it is difficult to realize a manipulator operation that accurately reflects the operator's intention. In a situation where the direction of operation and the direction of operation change from surgery to surgery, the burden on the operator increases and it is difficult to realize safe and effective treatment.
[0006]
When operating the manipulator while confirming with the naked eye that the treatment tool equipped on the manipulator is treating, and displaying the image information on the display means using an observation means such as an endoscope to confirm the state of treatment and operation The manipulator may be operated.
[0007]
In particular, in recent years, in order to reduce the physical burden on the patient, a small incision is provided in the patient's body, and a surgical tool or endoscope is inserted from there, and the state of the affected part and the state of the surgical tool are endoscopeed. The technique of performing treatment while confirming with the image of is spreading. Similarly, in the treatment using a manipulator, an operation method in which a manipulator is inserted through a small incision portion and operated while referring to an endoscopic image is preferable in order to reduce the physical burden on the patient.
[0008]
Under these circumstances, the placement of the manipulator with respect to the patient, the relative relationship between multiple manipulators, the relative relationship between the endoscope and the manipulator, etc. are different for each patient, and the relative relationship between the manipulator and the operating means for operating it is also different. It is desirable to make it. Then, in a surgical operation support apparatus equipped with a manipulator that is operated by an operator's operation, the operation of the manipulator that accurately reflects the operator's will is observed while observing the state of the manipulator and the affected part in the image displayed on the display means. It is desirable that it can be easily realized.
[0009]
However, in the above-described prior art, it is shown that the operation unit can be operated while looking at the tool coordinate system set at the tip of the manipulator image displayed on the display unit. The tool coordinate system and the coordinate system of the operation unit are shown. Are different from each other as shown in FIG. 28 of the publication, and the manipulator image cannot be operated in accordance with the operation direction of the operation means. In other words, in the publication described in the publication, when the observation means, manipulator, operation means, display means, etc. are arbitrarily placed, the operation direction of the manipulator image displayed on the display means and the operation means are operated. No consideration has been given to matching the direction to do.
[0010]
For this reason, in the related art, there is a problem in operability in an environment where components such as an operation unit, a manipulator, and an observation unit are arbitrarily arranged.
[0012]
The present inventionEyesThe purpose is to provide a surgical operation support device that can easily operate the operating means while looking at the display means even if the manipulator and the operating means are arranged at any place, and is excellent in safety, workability, and operability.
[0014]
Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
in frontNoteThe surgical operation support device of the present invention for achieving the objective comprises operating means operated by an operator to input an operation command;A treatment tool is provided andA manipulator that operates based on a control command, an observation unit that observes the operation of the manipulator, a display unit that displays an image of the manipulator observed by the observation unit on a screen, and measures the position and orientation of the operation unit and the manipulator In the surgical operation support apparatus comprising the position / orientation measurement means for controlling and the control device for controlling the operation of the manipulator, the control device is configured to operate the operation command input by the operation means.WhenThe operation means measured by the position and orientation measurement means,The manipulatorAnd the observation meansofRepresented in a coordinate system with the origin as the base point of each motionPosition and orientationWhenBased on the operating direction of the operating means andObserved by the observation meansDisplayed on the display meansTheManipulatorTreatment instrumentThe present invention has a configuration including a conversion unit that generates a control command for matching the moving direction of the video.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
First, the overall configuration of the surgery support apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of a surgery support apparatus showing an embodiment of the present invention.
[0020]
The surgery support apparatus includes operation means 8 and 9 that are operated by an operator to input an operation command,
[0021]
An observation means 6 capable of providing image information like an endoscope is provided at the tip of the
[0022]
The
[0023]
The position / orientation measurement means 14 for measuring the positions and orientations of the
[0024]
The tuning instruction means 21 is for instructing to transmit an operation command from the operation means 7 to 9 to the manipulator, and is arranged at a place where the operator can operate. In this embodiment, the tuning instruction means 21 using a switch is shown as an example.
[0025]
The relative arrangement relationship of each of the
[0026]
The position and orientation of the observation means 6 and the
[0027]
Next, the control configuration of the surgery support apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a control block diagram of the surgery support apparatus of FIG.
[0028]
The operation means 7 to 9, the tuning instruction means 21, and the position / orientation measurement means 14 are connected to the
[0029]
The control program executed in the
[0030]
The measurement result
[0031]
The positions and orientations of the
[0032]
The posture of each of the
[0033]
The axial direction of each coordinate system is assumed as shown in FIGS. 1 and 3 in the description of the embodiment. That is, in the coordinate system ΣS, the longitudinal direction of the manipulator is defined as the ZS direction, the vertically upward direction is defined as the YS direction, and the right side facing the ZS direction is defined as the XS direction. In the coordinate system ΣM, the depth direction of the operating means is defined as the ZM direction, the vertically upward direction is defined as the YM direction, and the right side facing the ZM direction is defined as the XM direction. In the coordinate system ΣE, the longitudinal direction of the observation means 6, that is, the depth direction of the image to be photographed is defined as the ZE direction, the ZE direction is directed to the YE direction above the field of view, and the right direction of the field of view is defined as the XE direction. To do. In the coordinate system ΣD, the back of the
[0034]
The coordinate system shown in the screen of the
[0035]
By solving the kinematics of each of the
[0036]
The motion direction and the motion amount of each degree of freedom of the
[0037]
The three-dimensional position and orientation in the space of each manipulator coordinate system ΣS17 can be measured by using a three-dimensional position measurement device (also called a three-dimensional motion measurement device) that is an example of the position and orientation measurement means 14. The measurement method uses a marker set having a plurality of light emitters arranged in a known pattern as a discriminating means 15 as a base point such as the coordinate origin of the
[0038]
An example of attaching the identification means 15 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of attaching the identification means. In FIG. 4, the measurement object is described as the
[0039]
The
[0040]
A plurality of
[0041]
A fixing
[0042]
Thereby, when the
[0043]
In the above example, the degree of freedom of the intermediate link portion has been described as the degree of freedom of rotation. However, if the posture of the identification means 15 can be adjusted and the amount of adjustment can be measured, both the degree of freedom of rotation and the degree of freedom of translation can be obtained. Alternatively, even in a configuration in which one or more of these are combined, the same effect can be expected if the identification means 15 can be adjusted to a posture that allows easy measurement from the shadow. The configuration of the degree of freedom may be determined depending on the arrangement of the devices.
[0044]
If there is no overlap between the devices, the identification means 15 may be directly fixed to the
[0045]
Information from the position /
[0046]
With the above-described configuration of the surgical operation support device, the relative position and orientation relationship of the
[0047]
In addition, the relative relationship between the operation means 8 and 9 (writing the rotation matrix calculation method) and the display means 10 can be measured and clarified by the same method. It should be noted that the relative orientation between the operation means 8 and 9 and the display means 10 is measured using a position / orientation measurement means different from the position / orientation measurement means 14 that measures the position / orientation of the
[0048]
Here, the rotation matrix that maps from the coordinate system ΣM to the coordinate system ΣD is CMD (not shown), and the rotation matrix that matches the orientation of each axis of the coordinate system ΣD and the coordinate system ΣE projected on the screen of the display means 10. Is CDE (not shown), and CES (not shown) is a rotation matrix that matches the directions of the axes of the coordinate system ΣE and the coordinate system ΣS.
The operation direction performed by the operator using the operation means 8 and 9 is coordinate-converted using the rotation matrices CMD, CDE, and CES, and the operation direction in the coordinate system ΣD and the coordinate system ΣS is calculated. The operation of the display means 10 and the manipulators 4 and 5 is controlled using these calculated operation directions after coordinate conversion as control commands. However, in this embodiment, since the directions of the axes of the coordinate system ΣE and the coordinate system ΣD projected on the screen of the display means 10 coincide, the rotation matrix CDE becomes a unit matrix.
[0049]
A screen on which the direction in which the operator operates the operation means 8 and 9 by the operator is provided to the display means 10 by the control based on the method of obtaining the coordinate conversion matrix and the calculation method of the operation direction using the coordinate conversion matrix as described above. Since the operation direction of the manipulators 4 and 5 is calculated so that the
[0050]
That is, regardless of the relative relationship between the manipulators 4 and 5, the relative relationship between the
[0051]
The tuning control unit 34 always controls the
[0052]
Next, a specific control operation will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the control operation of the surgery support apparatus.
[0053]
First, the position and orientation of the operation means 8 and 9 are periodically detected (step 40). Then, the amount of change in position and orientation from the previous detection is calculated, and the operation command (operation direction and operation amount) input to the operation means 8 and 9 is calculated (step 41). The operation direction in the coordinate system ΣM calculated at this time is called a vector M.
[0054]
Next, it is checked whether or not the execution of tuning is instructed (step 42). If this is not instructed, the process returns to step 40 and the
[0055]
Next, the vector M is coordinate-transformed using the rotation matrices CMD, CDE, and CES calculated based on the latest measurement result information, and the vector D in the coordinate system ΣD and the vector S in the coordinate system ΣS are calculated (step 44). . This converts vectors indicating the same direction into values in the respective coordinate systems, and calculates the motion direction vector S of the
[0056]
Next, the manipulators 4 and 5 are actually operated based on the operation amounts input to the
[0057]
Finally, the display means 10 and the manipulators 4 and 5 are controlled according to the motion direction calculated so far (vector D · S in the coordinate system ΣD · ΣS) and the motion amount (step 46).
[0058]
In the calculation, not the rotation matrix determined based on the posture between the operation means 8 and 9 and the
[0059]
With the above-described method, the posture between the devices can be calculated before and during the treatment, and thus the rotation matrix between the coordinates can be calculated, and the manipulators 4 and 5 in the display means 10, that is, the display The movement of the
[0060]
According to this method, even if the arrangement of the
[0061]
Further, the operator can arrange the
[0062]
Furthermore, since the
[0063]
Further, the
[0064]
Furthermore, since the
[0065]
Moreover, since the relative relationship between the observation means 6 and the
[0066]
Further, even when the information measured in advance is changed, for example, the arrangement of each means is changed while the
[0067]
Further, since the direct relative relationship between the manipulators 4 and 5 and the operation means 8 and 9 is irrelevant, even if the
[0068]
In addition to these, since the instruction transmission from the operation means 7-9 can be cut or connected using the tuning instruction means 21, the posture of the operation means 7-9 can be changed while the positions of the manipulators 3-5 are fixed. The
[0069]
Next, different mounting examples of the identification means 15 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view showing an example of attachment of different identification means, and corresponds to FIG. This attachment example is an example in which a plurality of degrees of freedom of rotation are coupled by a link to widen the operating range of the identification means 15.
[0070]
The
[0071]
The rotation angle of the
[0072]
Next, different attachment examples of the intermediate link portion for attaching the identification means 15 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an exploded perspective view showing a different example of the intermediate link portion for attaching the identification means. In FIG. 7, only the intermediate link part fitted to the
[0073]
The
[0074]
In this attachment example, since the
[0075]
As a means for specifying the three-dimensional position and orientation of the
[0076]
Next, a different example of the position / orientation measuring means 14 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view for explaining a modification of the position and orientation measuring means shown in FIG. In FIG. 8, not the position /
[0077]
FIG. 8 is an example in which the manipulators are connected by one or more rotatable joints or links having a linear motion part that can translate, and a rotation matrix of coordinates between the manipulators is obtained. A case where the
[0078]
The
[0079]
The other end of the
[0080]
The other end of the
[0081]
At the other end of the
[0082]
When the
[0083]
The position / orientation measurement means 14 using the measurement link connecting the
[0084]
In the position / orientation measurement means 14 using the measurement link of FIG. 8, the fifth extension link does not interfere with the third extension link from the
[0085]
A part of the measurement link shown in FIG. 8 that is detachable from the measurement target can be fixed to a ceiling, a surgical bed, a frame for fixing a patient, or a holder that can be carried on the floor. is there. As a result, in order to make the removed measurement link available again during the operation, it is necessary to remove it from the manipulator and move it out of the way without securing a place to store it in the clean area. It becomes easy to recombine quickly when you want to keep and use. Therefore, the apparatus can be operated quickly without obstructing the flow of surgery.
[0086]
In the description related to FIG. 8, the relative relationship between the postures of the manipulators is shown. Similarly, it is possible to measure the relative relationship between the display unit and the operation unit.
[0087]
By knowing the relative distance between the observation means 6 and the
[0088]
In the embodiment described above, the device equipped with the observation means 6 is also the
[0089]
Next, an example of support means equipped with the observation means 6 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view showing an example of support means equipped with the observation means shown in FIG.
[0090]
The
[0091]
The identification means 15 is fixed to the
[0092]
The number and mechanism of the degree of freedom of the support means may have a degree of freedom that seems to be optimal or minimal as appropriate according to the case, body posture, and the like.
[0093]
The observation means 6 may be held by an assistant. In this case, the direction of the coordinate system ΣE of the observation means 6 is preferably a method of detecting the posture without contact. For example, as shown in the above-described embodiment, a method of always measuring the orientation of the
[0094]
In the above-described embodiment, an example in which the operation direction of the operation unit is matched with the operation direction of the video of the
[0095]
This control operation will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart of control operations different from those in FIG. 5 in the surgery support apparatus of FIG.
[0096]
In this control operation, the processing in step 44 is different from that in FIG. 5, and the processing for converting the direction of the display means 10, which means the operation direction, is performed. That is, as specifically shown in
[0097]
When it is not possible to secure a sufficient place to arrange the operation means 8 and 9 and the display means 10 due to the balance with other devices, the display means 10 may have to be installed in an oblique direction as viewed from the operator. However, in such a case, when the operating means 8 and 9 are operated in either direction rather than making the operating direction of the operating means 8 and 9 directly coincide with the moving direction of the image of the
[0098]
Coordinate conversion is performed in the relative posture between the operation means 8 and 9 and the display means 10, and the operation direction is determined between the operation means 8 and 9 and the images of the
[0099]
Next, a modified example of the arrangement configuration of the display means and the operation means will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a perspective view of an example in which display means and operation means are integrally arranged. In FIG. 11, two operation means 8 and 9 are arranged on the left and right sides of the display means 10, and the operation means 8 and 9 are set in advance as to which direction the operation tool displayed on the display means 10 is operated. ing.
[0100]
Operation means 8 and 9 are integrally formed with the
[0101]
According to the embodiment described above, the observation means 6 necessary for the treatment, the
[0102]
In addition, the direction of movement of the
[0103]
As described above, since an environment in which the will can be more easily reflected can be provided, it is possible to improve the accuracy and precision of the treatment, and thus improve the treatment effect and reduce the invasiveness.
[0104]
In summary, the following matters are disclosed regarding the configuration according to the present invention.
[0105]
Direction and display for operating the operation means in an environment in which observation means such as an endoscope arranged arbitrarily, a manipulator having a treatment instrument, display means such as a monitor, and operation means for operating the manipulator are arbitrarily arranged It is set as the structure which controls so that the treatment tool reflected in a means may correspond to the moving direction.
[0106]
In addition, the operation direction of the operation unit and the moving direction of the treatment tool reflected on the display unit are configured to coincide with each other with a preset correspondence relationship.
[0107]
Further, the observation means held by the holding means and the manipulator observed by the observation means independent from the holding means holding the observation means are detachably attachable to the observation means and the identification means capable of measuring the attitude of the manipulator. Equipped with this, the rotation matrix that matches the attitude between the observation means and the manipulator obtained by measuring the attitude of the observation means and the manipulator through the identification means is calculated, and the rotation matrix is calculated in the operation direction input to the operation means. It is set as the structure which has a control system which operates a manipulator in the direction converted using.
[0108]
Furthermore, between the identification means and the observation means or manipulator, there is one or more degrees of freedom, and a displacement measuring means for measuring the displacement of the degrees of freedom, and a position and orientation obtained by solving the identification means A control system that calculates a rotation matrix that matches the posture between the observation means or the manipulator from the measurement amount of the displacement amount measurement means, and operates the manipulator in the direction converted using the rotation matrix into the operation direction input to the operation means It is set as the structure which has.
[0109]
Furthermore, the rotation matrix is recalculated periodically or when the arrangement of the holding means or the display means or the operation means for holding the manipulator or the observation means is changed, and the recalculated rotation matrix is used to recalculate the manipulator. A configuration is provided that includes a control device that calculates an operation direction.
[0110]
Furthermore, a coordinate transformation matrix relating the coordinate system of the manipulator and the coordinate system at the tip of the observation means, a coordinate transformation matrix relating the coordinate system of the observation means and the coordinate system fixed to the display means, and fixed to the display means The coordinate system is configured to have a coordinate conversion matrix that associates the coordinate system that is fixed with the coordinate system that is fixed to the operation means, and sequentially controls the operation instructions input by the operation to obtain the operation direction and the operation amount of the manipulator.
[0111]
Furthermore, the coordinate system of the treatment tool at the tip of the manipulator, the coordinate transformation matrix that relates the coordinate system of the observation means that observes the manipulator, and the coordinate that associates the coordinate system of the tip of the observation means and the coordinate system fixed to the display means The transformation matrix, the coordinate system fixed to the display means, and the coordinate system fixed to the gripping part of the operation means have a preset correspondence relationship, and the operation instructions input by the operation are converted between the display means and the observation means. The coordinate control is performed by sequentially converting the matrix, the coordinate conversion matrix between the observation means, and the treatment tool so as to obtain the movement direction and movement amount of the manipulator tip.
[0112]
Further, the posture of the manipulator equipped with the treatment tool is provided with position / orientation measurement means for measuring the posture of the treatment tool at the tip of the manipulator, the posture of the observation means for observing the tip of the manipulator, the posture of the display means, and the posture of the operation means. A deviation of the relative posture between the posture of the manipulator equipped with the means, an axis perpendicular to the lens of the observation means, and an axis perpendicular to the display surface of the display means in the posture of the observation means and the posture of the display means Is calculated from the deviation between the two axes in the plane horizontal to the lens and the two axes in the plane horizontal to the display means screen, and the deviation in the attitude of the display means and the gripping portion of the operation means. The surgical operation support apparatus in which the manipulator operates according to the value obtained by converting the operation direction performed by the operation means using the coordinate conversion matrix is used.
[0113]
Furthermore, when measuring the attitude of the manipulator, display means, and operation means using the position / orientation measurement means, measurement is performed so that the identification means attached to the measurement object can be detachably fixed to a predetermined position and orientation of the measurement object. A configuration is used in which an equipment part having an asymmetrical unevenness is used as a target, and an identification means having unevenness that can uniquely determine the position and orientation. And it is set as the structure which provides the extension link which has one or more degrees of freedom between an equipment part and an identification means.
[0114]
Furthermore, it is a measurement link that has a plurality of joints that are detachable, has a coupling means composed of irregularities that can uniquely determine the position and orientation with respect to the measurement target, and has a sensor for measuring the movement amount of each joint. The measurement objects are configured to be detachably coupled.
[0116]
【The invention's effect】
BookAccording to the invention, even if the manipulator and the operation means are arranged at arbitrary places, the operation means can be easily operated while viewing the display means, and a surgical operation support apparatus excellent in safety, workability, and operability can be obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a surgery support apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram of the surgery support apparatus in FIG. 1;
3 is an explanatory diagram of a coordinate system of the treatment tool and the observation means of the surgery support apparatus in FIG. 1. FIG.
4 is an exploded perspective view showing an example of attaching identification means of the surgery support apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a control operation of the surgery support apparatus in FIG. 1;
6 is a perspective view showing a different example of attachment of the identification means of the surgery support apparatus of FIG. 1. FIG.
7 is an exploded perspective view showing a different example of the intermediate link portion for attaching the identification means of the surgery support apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 8 is a perspective view for explaining a modified example of the position and orientation measuring means shown in FIG. 1;
9 is a perspective view showing an example of support means equipped with the observation means shown in FIG. 1. FIG.
10 is a flowchart of a control operation different from FIG. 5 in the surgery support apparatus of FIG.
FIG. 11 is a perspective view of a modified example of the display unit and the operation unit shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Patient, 2 ... Surgical bed, 3-5 ... Manipulator, 6 ... Observation means, 8 ... Operation means, 9 ... Operation means, 10 ... Display means, 11, 12 ... Treatment tool, 13 ... Console, 14 ... Position Attitude measurement means, 15 ... identification means (marker set), 17 ... coordinate system of manipulator, 18 ... coordinate system of display means, 19 ... coordinate system of observation means, 20 ... coordinate system of operation means, 21 ... tuning instruction means, DESCRIPTION OF
Claims (2)
処置具が設けられ且つ制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、
前記マニピュレータの動作を観察する観察手段と、
前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を画面に表示する表示手段と、
前記操作手段および前記マニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、
前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた手術支援装置において、
前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令と前記位置姿勢計測手段で計測された前記操作手段、前記マニピュレータおよび前記観察手段のそれぞれの動作の基点となる位置を原点とした座標系で表す位置姿勢とに基づいて、前記操作手段の操作方向と前記観察手段で観察されて前記表示手段に表示されたマニピュレータの処置具の映像の動作方向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有することを特徴とする手術支援装置。Operation means operated by an operator to input an operation command;
A manipulator provided with a treatment tool and operating based on a control command;
Observation means for observing the operation of the manipulator;
Display means for displaying an image of the manipulator observed by the observation means on a screen;
Position and orientation measurement means for measuring the position and orientation of the operation means and the manipulator;
In a surgery support device comprising a control device for controlling the operation of the manipulator,
The control device has a coordinate system in which an origin is a position serving as a base point of each operation of the operation means , the manipulator and the observation means measured by the operation command input by the operation means and the position and orientation measurement means. based on the position and orientation representing a conversion unit for generating a control command to match the operation direction of the operation direction and the image of the treatment instrument manipulator displayed on the display means is observed by the observation means of said operating means A surgical operation support device comprising:
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