JP5800610B2 - Medical master-slave manipulator - Google Patents
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Description
本発明は、マスタ入力デバイスとスレーブアームとを備えた医療用マスタスレーブマニピュレータに関する。 The present invention relates to a medical master-slave manipulator including a master input device and a slave arm.
医療の分野において、マスタ入力デバイスとスレーブアームを備えた医療用ロボットシステム(医療用マスタスレーブマニピュレータ)が提案されている。特許文献1に記載の医療用ロボットシステムでは、動作を制御するスレーブアームを選択する制御スイッチ機構がマスタ入力デバイスに設けられている。すなわち、第1のモードでは第1のスレーブアームを、第2のモードでは第2のスレーブアームを、マスタ入力デバイスによって制御し、いずれを制御するかを制御スイッチ機構により切り替える。
上記制御スイッチ機構としては、音声コマンド、物理的に配置されたスイッチ、フットペダル、ディスプレイ上に表示されたアイコンやグラフィックユーザインターフェース選択手段が挙げられている。
In the medical field, a medical robot system (medical master-slave manipulator) including a master input device and a slave arm has been proposed. In the medical robot system described in
Examples of the control switch mechanism include voice commands, physically arranged switches, foot pedals, icons displayed on a display, and graphic user interface selection means.
さらに、特許文献1の医療用ロボットシステムには、上述したものとは別の制御スイッチ機構が設けられている。この制御スイッチ機構は、マスタ入力デバイスにより動作を制御するモードを、腹腔鏡超音波(LUS)プローブを制御して補助画像を取得する画像捕捉モードと、当該補助画像を本来の表示画像上に表示し操作するなどの画像操作モードに切り替える。
画像操作モードでは、内視鏡などの画像に、LUSプローブ等により取得された超音波診断画像などの別の補助画像をオーバーレイし、さらに、マスタ入力デバイスをポインディングデバイスとして機能させることができる。
Furthermore, the medical robot system of
In the image operation mode, another auxiliary image such as an ultrasonic diagnostic image acquired by an LUS probe or the like can be overlaid on an image of an endoscope or the like, and the master input device can function as a pointing device.
マスタスレーブマニピュレータを介して医療処置等を行う場合には、処置する部位の画像をスレーブアームに取り付けた内視鏡等で取得し、ディスプレイに表示された当該画像を見ながら操作者が処置を行う。このとき、表示されている画像中のスレーブアームの移動方向と、マスタ入力デバイスのうち実際に操作者が操作するマスターアームの移動方向が合わなくなり、操作者が直感的にマスタ入力を行いにくくなるという問題がある。 When performing a medical procedure or the like via a master / slave manipulator, an image of a site to be treated is acquired by an endoscope or the like attached to the slave arm, and the operator performs the procedure while viewing the image displayed on the display. . At this time, the moving direction of the slave arm in the displayed image does not match the moving direction of the master arm that is actually operated by the operator among the master input devices, and it becomes difficult for the operator to perform master input intuitively. There is a problem.
特許文献1の医療用ロボットシステムでは、制御スイッチ機構によって、表示される画像を切り換えて、マスタ入力デバイスをポインティングデバイスと関連させることで画像情報を操作しているが、表示されている画像と関連させてスレーブマニピュレータの制御方法を切り換えることについては考慮されておらず、依然として上述の問題が残されている。
In the medical robot system disclosed in
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、操作者が直感的にマスタ入力デバイスを操作してスレーブマニピュレータを動作させることができる医療用マスタスレーブマニピュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a medical master-slave manipulator in which an operator can operate a master manipulator intuitively to operate a slave manipulator.
本発明の医療用マスタスレーブマニピュレータは、操作指令を発するためのマスタ入力部と、前記マスタ入力部により操作されるスレーブマニピュレータと、前記操作指令に基づいて前記スレーブマニピュレータへ操作信号を送信する制御部と、被写体の映像に係る第一の映像信号と、前記第一の映像信号に画像処理を施した第二の映像信号とを生成する画像処理部と、前記第一の映像信号および前記第二の映像信号の一方を表示する表示部と、前記表示部に表示される映像信号を切り替える切替部と、を備え、前記切替部が前記表示部に表示される映像信号を切り替えたときに、前記制御部は、前記操作指令に対して、前記表示部に表示された映像信号に関連付けられた変換処理を行うことを特徴とする。 The medical master slave manipulator of the present invention includes a master input unit for issuing an operation command, a slave manipulator operated by the master input unit, and a control unit that transmits an operation signal to the slave manipulator based on the operation command An image processing unit that generates a first video signal related to the video of the subject, and a second video signal obtained by subjecting the first video signal to image processing, the first video signal, and the second video signal A display unit that displays one of the video signals, and a switching unit that switches the video signal displayed on the display unit, and when the switching unit switches the video signal displayed on the display unit, The control unit performs a conversion process associated with the video signal displayed on the display unit in response to the operation command.
前記マスタ入力部は操作部を有し、前記スレーブマニピュレータはスレーブアームを有し、その数は、前記操作部の数よりも多く、前記第一の映像信号に関連付けられた変換処理と、前記第二の映像信号に関連付けられた変換処理とで、前記操作部と前記スレーブアームとの対応関係が他の変換処理と異なってもよい。 The master input unit includes an operation unit, the slave manipulator includes slave arms, the number of which is greater than the number of the operation units, a conversion process associated with the first video signal, and the first In the conversion process associated with the second video signal, the correspondence between the operation unit and the slave arm may be different from other conversion processes.
本発明の医療用マスタスレーブマニピュレータは、駆動部を有し、前記第一の映像信号を取得する観察手段をさらに備え、前記駆動部を駆動させた後に所定の更新入力を行うことで、前記第一の映像信号および前記第一の映像信号に関連付けられた変換処理の内容を更新可能であってもよい。 The medical master-slave manipulator of the present invention further includes an observation unit that has a drive unit and acquires the first video signal, and performs the predetermined update input after driving the drive unit, It is capable update the contents of the conversion processing associated with one of the video signal and the first video signal would look like.
本発明の医療用マスタスレーブマニピュレータによれば、操作者が直感的にマスタ入力デバイスを操作してスレーブマニピュレータを動作させることができる。 According to the medical master-slave manipulator of the present invention, the operator can operate the master input device intuitively to operate the slave manipulator.
以下、本発明の第一実施形態について説明する。図1は、本実施形態の医療用マスタスレーブマニピュレータ(以下、単に「マスタスレーブマニピュレータ」と称する。)1を適用した医療用マニピュレータシステムを示す図である。マスタスレーブマニピュレータ1は、マスターアーム21を有し、操作指令を発するためのマスタ入力部2と、スレーブアーム31を有するスレーブマニピュレータ3とを備え、術者(操作者)Opによるマスターアーム21の操作に追従させるようにしてスレーブアーム31を遠隔制御するものである。マスターアーム21を介した操作指令は、制御部4のマスタ制御部41に送信され、必要に応じて後述する変換処理が施された後、マニピュレータ制御部42に入力される。その後、マニピュレータ制御部42からスレーブマニピュレータ3へ動作信号が送られ、スレーブアーム31が動作する。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a medical manipulator system to which a medical master-slave manipulator (hereinafter simply referred to as “master-slave manipulator”) 1 of the present embodiment is applied. The master-
図1に示すように、スレーブマニピュレータ3は、患者Pが載置される手術台100に設置され、複数のスレーブアーム31を有する。各スレーブアームは複数の多自由度関節を有して構成されており、多軸動作可能である。各多自由度関節は、図示しない動力部によって個別に駆動される。動力部としては、例えばインクリメンタルエンコーダや減速器等を備えたサーボ機構を有するモータ(サーボモータ)等を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
複数のスレーブアーム31の一つには、手技対象部位(被写体)に係る術野の映像を取得する内視鏡等の図示しない観察手段が取り付けられ、他のスレーブアームには、各種処置を行うための図示しない処置具が取り付けられる。観察手段や処置具は、公知のものを適宜選択して用いることができる。また、各スレーブアームは、装着された処置具等を駆動するための複数の動力部も有している(不図示)。この動力部も、例えばサーボモータを用いることができる。なお、以降の説明において、スレーブアームのうち処置具が取り付けられたスレーブアームを、「処置用スレーブアーム」と称することがある。
One of the plurality of
マスタ入力部2は、術者Opが操作する複数のマスターアーム21と、上述の観察手段により取得された映像が表示される表示部22とを備えている。各マスターアーム21は、多軸動作可能な公知の構成を有し、術者Opに近い先端側に、術者が把持するための把持部(操作部)21Aを備えている。
The
図2は、マスタスレーブマニピュレータ1の機能ブロック図である。図1および図2に示すように、表示部22は、映像が表示されるディスプレイ23と、ディスプレイ23に表示される映像を切り替えるための切替部24とを有する。
ディスプレイ23には、観察手段により取得された術野の映像が表示される。本実施形態では、ディスプレイ23上に視差に相当するずれを有する2つの映像が投影され、術者Opが偏光機構やシャッター機構等を備えた公知の3Dメガネ101を通して見ることで、映像を立体的に見ることができる。
FIG. 2 is a functional block diagram of the master /
The
切替部24は、後述する画像処理部から送信される映像信号を選択的にディスプレイ23と接続することにより、所定の映像をディスプレイ23に表示させる。本実施形態において、切替部24は、図1に示すフットスイッチ25を術者Opが踏むことで動作するが、切替部24を動作させるための入力機構には特に制限はなく、各種スイッチ等を適宜選択して用いることができる。
The
観察手段32と表示部22との間には、画像処理部50が設けられている。画像処理部50は、公知の処理回路または処理プログラムであり、観察手段32から送信された映像信号は画像処理部50で映像表示可能な状態に処理されて映像信号が生成される。処理された映像信号は、表示部22のディスプレイ23に表示される。
An
フットスイッチ25とマスタ制御部41との間には入力変換切替部55が設けられている。入力変換切替部55は、フットスイッチ25から送信される情報に基づいて、ディスプレイ23に表示されたスレーブアーム31がマスターアーム21によって直感的に操作できるように変換処理内容をマスタ制御部41に送信する。
An input
上記のように構成されたマスタスレーブマニピュレータ1の動作について説明する。
図3は、マスタスレーブマニピュレータ1の動作の流れを示すフローチャートである。
まずステップS10において、術者Opは、フットスイッチ25を押したときに表示したい映像の条件を設定する。ここでは、一例として、観察手段の取得したままの術野の映像(初期映像)が右回りに90度回転された映像(切替映像)を表示することにする。この場合、術者Opは、回転角度θ(右回りに90度)を、図示しないインターフェイスを介してマスタ入力部2に入力し、切替映像の生成条件を設定する。
入力された切替映像の生成条件は、画像処理部50および入力変換切替部55に送信される。これを受けて、入力変換切替部55では、当該生成条件に基づき、切替映像表示時にマスターアームの移動方向とスレーブアームの移動方向とを整合させるための変換処理(以下、「切替変換処理」)の内容を自動算出し、ROMやRAM等の記憶部に一時記憶する。
The operation of the master-
FIG. 3 is a flowchart showing an operation flow of the master /
First, in step S10, the surgeon Op sets a condition of an image to be displayed when the
The input switching video generation conditions are transmitted to the
観察手段32から映像信号が送られてくると、ステップS20において、画像処理部50は、当該映像信号に対して初期映像を表示するための処理を行って初期映像信号(第一の映像信号)を生成し、そのままディスプレイ23に表示する。並行して、初期映像信号に対しステップS10で入力された生成条件に応じた画像処理を行い、切替映像を表示するための切替映像信号(第二の映像信号)を生成する。すなわち、画像処理部50は、初期映像信号および切替映像信号を常時生成しているが、切替部24の設定により、当初は初期映像のみがディスプレイ23に表示される。
術者はディスプレイ23に表示された映像を見ながら、マスターアーム21を操作する。マスターアーム21への操作指令は、マスタ制御部41で所定の初期変換が施されてマニピュレータ制御部42に送られ、スレーブマニピュレータ3に送信されてスレーブアーム31が動作する。マスタ制御部41は、フットスイッチ25が押されるまでは、上記の初期変換により操作指令の処理を継続する。
When a video signal is sent from the observation means 32, in step S20, the
The surgeon operates the
術者Opが切替映像を見ながら手技をしたくなった場合、術者OpはステップS30においてフットスイッチ25を押す。すると、ステップS31において、切替部24は、画像処理部50で生成された切替映像信号がディスプレイ23に送られるように設定を変更し、ディスプレイ23に切替画像が表示される。
When the operator Op wants to perform a procedure while watching the switching image, the operator Op presses the
フットスイッチ25の信号は、入力変換切替部55にも送信される。これによりステップS32において、入力変換切替部55は、一次記憶した切替変換処理をマスタ制御部41に送信する。
入力変換切替部55から情報を受信したマスタ制御部41は、ステップS40において、マスタ入力部2の把持部21Aの位置および姿勢と、切替映像内に表示された処置用スレーブアーム31の先端部の位置および姿勢とを整合させるためのイニシャライズを行う。マスタ制御部41は、把持部21Aの位置および姿勢と、切替映像内における処置用スレーブアーム31先端部の位置および姿勢との差分を算出し、当該差分がゼロとなるようにマスタ入力部2の駆動部を動作させ、把持部21Aのイニシャライズを行う。このとき、表示部22に「イニシャライズ中です。把持部から手を離してください」等のメッセージを表示して、術者に注意を喚起してもよい。
なお、マスターアームおよびスレーブアームの「位置」とは、マスターアームおよびスレーブアームの所定部位(例えば把持部21Aと処置具先端部など)の、XYZの座標系で表される三次元位置であり、「姿勢」とは、当該所定部位を基点とした先端の向きを意味する。また、マスタスレーブマニピュレータにおける位置・姿勢合わせは公知の技術であり、その具体的方法は上記に限られない。
The signal of the
In step S40, the
The “position” of the master arm and the slave arm is a three-dimensional position represented by an XYZ coordinate system of a predetermined part of the master arm and the slave arm (for example, the
続くステップS41では、マスタ制御部41における操作指令の変換処理内容が、入力変換切替部55から受信した切替変換処理に更新される。これにより、把持部21Aの動作方向と、術者Opが選択した切替映像における処置用スレーブアーム31先端部の動作方向とが一致するようにマスタ制御部41が操作指令を変換する。変換処理内容の更新後、ステップS42において、マスタ制御部41が操作指令に対し、術者Opが選択した画面と関連付けられた変換処理を行ってマニピュレータ制御部42に動作信号を送信し、処理を終了する。
なお、術者Opがもう一度フットスイッチ25を押すと、ディスプレイ23の映像は初期映像に切り替わり、マスターアーム21のイニシャライズ後にマスタ制御部41の変換処理が初期変換に更新される。
In subsequent step S41, the operation command conversion processing content in the
When the operator Op presses the
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ1によれば、術者Opがフットスイッチ25を押すと、ディスプレイ23の映像が、切替部24により、術者Opが予め設定した条件の切替映像に切り替わる。さらに、切替映像における処置用スレーブアーム31先端部の移動方向と把持部21Aの移動方向とが同一となるように、切替映像と関連付けられた切替変換処理を行うようマスタ制御部41の変換処理内容が更新される。したがって、術者は、フットスイッチ25でディスプレイ23に表示される映像を切り替えるだけで、マスタ制御部の変換処理内容が自動的に調節され、所望の映像を見ながら把持部を直感的に操作して、スレーブマニピュレータを直感的にストレスなく操作することができる。
According to the master-
また、映像の切替時に、把持部21Aの位置および姿勢のイニシャライズが行われるため、把持部21Aの動作方向だけでなく、位置・姿勢関係も自動的に処置用スレーブアーム31先端部と整合される。したがって、より直感的に操作を行うことができる。
Further, since the position and posture of the
さらに、切替映像は、観察手段32が取得した映像を画像処理することにより生成されているため、術者Opが異なる視点で手技を行うために観察手段32を駆動する必要がない。したがって、視点切替に伴って発生するタイムラグをなくし、一連の手技をスムーズに行うことができる。また、観察手段の駆動による他のスレーブアームとの干渉の問題を無くすことができるため、手技の安全性が向上する。
Furthermore, since the switching video is generated by performing image processing on the video acquired by the
本実施形態では、マスタ制御部41がマスタ入力部2を駆動してイニシャライズを行う例を説明したが、これに代えて、イニシャライズを術者がマニュアル操作で行えるように構成してもよい。例えば、マスタ入力部2に駆動部を設けず、マスタ入力部からマスタ制御部への操作指令送信のオンオフを切り替えるスイッチを設ける。そして、当該スイッチを押してから術者が初期位置としたい所望の位置に把持部21Aを動かし、再度フットスイッチ25を押すことでイニシャライズが完了する構成としてもよい。この場合、把持部の位置および姿勢とスレーブアーム先端部の位置および姿勢とが完全に整合しない場合があるが、術者の設定した初期位置を尊重し、当該初期位置からの移動量の差分値に基づきスレーブアームが操作されるため、術者が最も操作しやすい設定で、直感的に操作を行うことができる。
In the present embodiment, an example has been described in which the
また、切替映像の生成条件となる画像処理は、上述の回転処理には限られず、拡大、縮小等であってもよい。この場合、初期映像を見て手技を行う場合と切替映像を見て手技を行う場合とでは、マスターアームとスレーブアームとのモーションスケール比を異ならせることにより直感的な操作の継続が可能となるため、切替変換処理にモーションスケール比の情報を含めればよい。ここで、複数の画像処理を組み合わせて切替映像の生成条件が設定されてよいことは言うまでもない。 Further, the image processing that is the generation condition of the switching video is not limited to the above-described rotation processing, and may be enlargement, reduction, or the like. In this case, the intuitive operation can be continued by changing the motion scale ratio between the master arm and the slave arm when performing the procedure while viewing the initial image and when performing the procedure while viewing the switching image. Therefore, the information of motion scale ratio may be included in the switching conversion process. Here, it goes without saying that a condition for generating a switching video may be set by combining a plurality of image processes.
さらに、切替映像は2種類以上設定されても構わない。この場合、例えば、フットスイッチ25を押すごとに初期映像および各切替映像が順番に切り替わるようにすればよい。
また、切替映像を常時生成する代わりに、フットスイッチ25が押されたときに生成してディスプレイ23に表示してもよい。
Furthermore, two or more types of switching images may be set. In this case, for example, each time the
Further, instead of always generating the switching video, it may be generated when the
なお、画像処理により回転処理を行った切替画像は、切替後も操作者が視認できる3D表示を維持する。たとえば、3D表示では両目の視差に対応した2画像を同一画面上に表示するが、画像処理時の回転量に応じて両目視差を考慮して3D表示を維持するように2画像を再変換して、表示装置に表示する。 Note that the switching image that has been subjected to the rotation processing by the image processing maintains the 3D display that the operator can visually recognize even after switching. For example, in 3D display, two images corresponding to the parallax of both eyes are displayed on the same screen, but the two images are reconverted so as to maintain the 3D display in consideration of the binocular parallax according to the rotation amount during image processing. Display on the display device.
本発明の第二実施形態について、図4および図5を参照して説明する。本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ61と上述のマスタスレーブマニピュレータ1との異なるところは、表示部の映像が切り替わる際に、マスターアームとスレーブアームとの対応関係が切り替わる点である。なお、以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The difference between the master-
図4は、いずれもマスタスレーブマニピュレータ61のマスタ入力部2を示す図である。ディスプレイ23に示されているように、スレーブマニピュレータ3には、処置用スレーブアームが、62A、62B、62Cの3本設けられている。ディスプレイ23に初期映像が表示されているときは、図4(a)に示すように、スレーブアーム62Aおよび62Bが術者Opにとって直感的に操作しやすい位置にあり、初期映像が右回りに90度回転した切替映像がディスプレイ23に表示されているときは、図4(b)に示すように、スレーブアーム62Bおよび62Cが術者Opにとって直感的に操作しやすい位置にある。
マスタ入力部2には2本しかマスターアームがないため、この実施形態では、初期映像および切替映像のそれぞれにおいて、直感的に操作しやすい2本の処置用スレーブアームとマスターアームとが関連付けられる。すなわち、表示部22のディスプレイ23に表示される映像に応じて、マスターアームと処置用スレーブアームの対応関係が異なっている。
FIG. 4 is a diagram showing the
Since the
図5は、マスタスレーブマニピュレータ61の動作の流れを示すフローチャートである。ステップS10Aでは、第一実施形態同様、切替映像の生成条件である変換角度θが設定されるとともに、初期映像および切替映像のそれぞれで、マスターアーム21により操作される2本の処置用スレーブアームが術者Opにより設定される。
その後、ステップS40では、ステップS10Aで設定された2本のスレーブアーム先端部と把持部との位置および姿勢が整合されるようにイニシャライズが行われ、続くステップS41Aにおいて、マスターアームとスレーブアームとの対応関係および操作指令の変換処理内容が更新される。
それ以外の点は、第一実施形態と概ね同様である。
FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow of the master /
Thereafter, in step S40, initialization is performed so that the positions and postures of the two slave arm tips and the gripping parts set in step S10A are aligned. In subsequent step S41A, the master arm and the slave arm The correspondence and operation command conversion processing contents are updated.
Other points are substantially the same as in the first embodiment.
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ61においても、ディスプレイ23に表示される画像を切り替えるだけで、マスタ制御部の変換処理内容が自動的に更新されるため、術者は、選択した映像を見ながらマスターアームを直感的に操作することによりスレーブアームを直感的にストレスなく操作することができる。
さらに、マスターアームとスレーブアームとの対応関係も自動的に更新されるため、各画面において、最適なスレーブアームを操作して手技を行うことができる。
Also in the
Furthermore, since the correspondence relationship between the master arm and the slave arm is also automatically updated, the procedure can be performed by operating the optimum slave arm on each screen.
本実施形態では、処置用スレーブアームが3本の例を説明したが、処置用スレーブアームが2本であっても、4本以上であってもよい。また、ステップS10Aで切替画像の生成条件および各映像を見ながら操作するスレーブアームを設定するのに代えて、マスタ制御部等が観察手段および各処置用スレーブアームの位置関係に基づき、第一画面と異なる組み合わせの2本のスレーブアームが操作しやすくなる回転角度を自動的に算出し、変換角度θを決定するように構成してもよい。このとき、観察手段および各処置用スレーブアームの位置関係は、観察手段の取得した初期映像および切替映像から算出されてもよいし、スレーブアームのエンコーダの値等に基づく位置情報から算出されてもよい。
また、ステップS10Aで決められた変換角度θから、観察手段とスレーブアームの位置関係情報をもとに、最適なスレーブアームとマスターアームとの対応関係を自動的に算出してもよい。この場合も、上記と同様に、観察手段と各スレーブアームとの位置関係は、観察手段の取得した映像から算出されてもよいし、スレーブアームのエンコーダの値等に基づく位置情報から算出されてもよい。
別の方法として、スレーブアームとマスターアームとの対応関係は、ステップS31で切替映像が表示された後に操作者が再選択できるようにしてもよい。選択方法は、インターフェイス等の入力スイッチなどにより行えばよい。
In the present embodiment, an example in which there are three treatment slave arms has been described, but there may be two treatment slave arms or four or more treatment slave arms. Further, instead of setting the generation condition of the switching image and the slave arm to be operated while watching each video in step S10A, the master control unit or the like is based on the positional relationship between the observation means and each treatment slave arm. It may be configured to automatically calculate a rotation angle at which two slave arms of different combinations can be easily operated and determine the conversion angle θ. At this time, the positional relationship between the observation unit and each treatment slave arm may be calculated from the initial image and the switching image acquired by the observation unit, or may be calculated from position information based on the value of the encoder of the slave arm. Good.
Alternatively, the optimum correspondence between the slave arm and the master arm may be automatically calculated from the conversion angle θ determined in step S10A based on the positional relationship information between the observation means and the slave arm. Also in this case, as described above, the positional relationship between the observation unit and each slave arm may be calculated from the video acquired by the observation unit, or may be calculated from the position information based on the value of the encoder of the slave arm. Also good.
As another method, the correspondence relationship between the slave arm and the master arm may be re-selected by the operator after the switching video is displayed in step S31. The selection method may be performed by an input switch such as an interface.
本発明の第三実施形態について、図6および図7を参照して説明する。本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ71と上述のマスタスレーブマニピュレータ1との異なるところは、観察手段が駆動される際に、駆動前の初期映像状態にもとづいて切替映像が生成される点である。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The difference between the master-
図6は、マスタスレーブマニピュレータ71の機能ブロック図である。マスタスレーブマニピュレータ71の全体構成は、第一実施形態のマスタスレーブマニピュレータ1と概ね同様であるが、観察手段72は駆動部73を備えており、駆動部73を駆動することで、取得される映像の視野を回転させることができる。また、観察手段72は、ロータリーエンコーダ等からなる回転量検出部74も備えており、駆動部73の駆動に伴う観察手段72の回転角度を検出することができる。
本実施形態では、フットスイッチ25の信号は、切替部24および入力変換切替部55に加え、画像処理部50にも送信される。
FIG. 6 is a functional block diagram of the master /
In the present embodiment, the signal of the
上記のように構成されたマスタスレーブマニピュレータ71の動作について説明する。観察手段72の駆動を伴わない操作に関しては、概ね第一実施形態と同様である。初期映像およびステップS10で設定した切替映像のいずれとも異なる回転角度の映像を用いて手技を行いたい等の場合、術者Opは、マスターアーム21等からの操作指令により駆動部73を駆動し、観察手段72を回転させて、好適な術野となる映像を検索し、初期映像を更新する。
The operation of the master-
図7は、初期映像更新の流れを示すフローチャートである。まず、ステップS51において、観察手段72が回転され、術野として好適な映像の検索が行われる。
観察手段72の映像が手技に適した所望の状態になったところで、術者Opは、ステップS52において、フットスイッチ25と他の入力手段の操作とを組み合わせた所定の更新入力を行う。
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of initial video update. First, in step S51, the observation means 72 is rotated, and an image suitable for an operative field is searched.
When the image of the observation means 72 is in a desired state suitable for the procedure, the surgeon Op performs a predetermined update input that combines the operation of the
更新入力を受信した画像処理部50は、ステップS53において、更新入力を受信した時点における観察手段72により取得された映像が初期映像となるよう、自身の設定を更新する。
続いて、ステップS54において、入力変換切替部55は、更新後の初期映像に対応した入力変換処理内容を算出してマスタ制御部41に送信し、マスタ制御部41は、受信した入力変換処理内容が初期変換となるように初期変換の内容を更新する。
In step S53, the
Subsequently, in step S54, the input
さらに、続くステップS55では、画像処理部50が回転量検出部74の情報に基づいて、更新前後の初期映像の回転角の差分を切替映像の生成条件とするよう生成条件を更新する。その後は、更新後の初期映像の信号に対して画像処理を行い、更新前の初期映像とほぼ同一の映像を表示可能な信号を、切替映像の信号として生成する。
ステップS56では、入力変換切替部55は、更新後の切替映像に対応した変換処理を算出し、切替変換処理として記憶部に一時記憶する。この例では、更新前の初期画像が更新後の切替映像となるため、初期変換の内容が切替変換処理として一時記憶される。その後、ステップS57において、更新後の初期映像に対応するようにマスターアーム21のイニシャライズが行われて一連の処理が終了する。
なお、ステップS53からS56の処理の順番には特に制限はなく、適宜変更されてよい。また、これらのステップは、ステップS57の後に行われてもよい。
Further, in the subsequent step S55, the
In step S56, the input
In addition, there is no restriction | limiting in particular in the order of the process of step S53 to S56, You may change suitably. Also, these steps may be performed after step S57.
それ以外の点は、第一実施形態と概ね同様である。すなわち、術者Opがフットスイッチ25を押すと、ディスプレイには更新後の初期映像を画像処理して生成された、更新前の初期映像と同様のアングルの切替映像が表示され、当該切替映像に対応した切替変換処理がマスタ制御部41に送信、適用される。
なお、観察手段72を駆動後、所定の操作を行わずにフットスイッチ25を押した場合は、そこで観察手段72が停止し、観察手段72の取得した映像を画像処理して生成された初期映像と同様のアングルの映像が初期映像となるよう、初期映像の設定が更新される。
Other points are substantially the same as in the first embodiment. That is, when the operator Op presses the
When the
本実施形態のマスタスレーブマニピュレータ71においては、駆動部73を駆動し、所望の映像が得られたところで所定の操作を行うことにより、手技で最も多用する初期映像を所望の映像に適宜更新することができる。
In the master-
また、更新前の初期映像が切替映像となるように画像処理部50および入力変換切替部55の自動設定が行われるため、フットスイッチ25を操作するだけで、更新前の初期映像と実質的に同一の映像に容易に復帰することができる。
In addition, since the
本実施形態では、観察手段の回転駆動に代えて、観察光学系を駆動した拡大縮小操作の後に所定の操作を行う構成としてもよい。例えば、初期映像からn倍したときに所定の操作を行うと、当該n倍の映像が初期映像に更新され、更新された初期映像を画像処理で1/n倍したものが切替映像となる。このようにすれば、観察光学系を駆動しながら好適な倍率を複数設定し、これら複数の倍率の映像を好適に切り替えつつ手技を行うことができる。 In the present embodiment, instead of rotating the observation unit, a predetermined operation may be performed after the enlargement / reduction operation of driving the observation optical system. For example, if a predetermined operation is performed when the initial video is multiplied by n, the n-fold video is updated to the initial video, and the updated initial video obtained by image processing becomes 1 / n times as the switching video. In this way, a plurality of suitable magnifications can be set while driving the observation optical system, and the procedure can be performed while suitably switching the images of the plurality of magnifications.
また、本実施形態では切替映像が一つの例を説明したが、上述の所定の操作を複数回行うことにより、複数の切替映像を設定可能にしてもよい。このようにすれば直近の駆動前の状態のさらに前の状態の映像で手技を行うことが可能となり、複数の映像を使い分けてより好適に手技を行うことができる。 In the present embodiment, an example in which the switching video is one has been described. However, a plurality of switching videos may be set by performing the above-described predetermined operation a plurality of times. In this way, it is possible to perform a procedure with an image in a state prior to the most recent state before driving, and it is possible to perform a procedure more appropriately by using a plurality of images.
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made to each component without departing from the spirit of the present invention. It is possible to delete or combine the configurations of the embodiments.
まず、本発明において、表示部のディスプレイの構成は、様々に変更することができる。例えば、ヘッドマウントディスプレイを用いてもよいし、2以上の画面または表示領域を有するディスプレイを用いてもよい。特に後者の場合は、切替映像が複数設定される場合、その一部を次候補(およびn番目の候補)として予めディスプレイに表示しておくことができるため、より画像の切替をスムーズに行うことができる。2以上の画面または表示領域が隣接していれば、初期映像を用いた手技中であっても周辺視野で次候補の切替映像を大まかに視認することができるため、より好ましい。 First, in the present invention, the configuration of the display of the display unit can be variously changed. For example, a head mounted display may be used, and a display having two or more screens or display areas may be used. Especially in the latter case, when a plurality of switching videos are set, a part of them can be displayed in advance on the display as the next candidate (and the nth candidate), so that the switching of images can be performed more smoothly. Can do. If two or more screens or display areas are adjacent to each other, it is more preferable because the next candidate switching video can be roughly viewed in the peripheral visual field even during the procedure using the initial video.
また、切替映像を多数設定することにより、擬似的に観察手段を駆動しているような環境を作り出すことができる。例えば、回転角度30度ごとに11枚の切替映像を設定し、これを回転ツマミ等の入力機構で順次表示させる構成にすれば、観察手段をリアルタイムで回転駆動した状態に近い映像調節を行うことができる。切替映像は画像処理で生成するため、一定の範囲内であれば切替画像が増えてもマスタスレーブマニピュレータ全体としての負荷はそれほど増加しない。さらに、本発明では、観察手段が機構上の制約で360度回転できないような場合でも、当該制約を受けずに映像のアングル調整ができるという利点もある。
なお、上述の各実施形態では、操作部としての把持部がマスターアームに連結された例を説明したが、操作部は、マスターアームの無い構成であってもよい。たとえば、操作部や操作者の手の位置・姿勢をカメラや位置センサなどのモーションセンサで取得する構成であってもよい。
In addition, by setting a large number of switching images, it is possible to create an environment in which the observation means is driven in a pseudo manner. For example, if 11 switching images are set for every 30 degrees of rotation angle, and this is sequentially displayed by an input mechanism such as a rotary knob, image adjustment close to the state in which the observation means is rotationally driven in real time can be performed. Can do. Since the switching video is generated by image processing, the load on the entire master-slave manipulator does not increase so much even if the number of switching images increases within a certain range. Further, the present invention has an advantage that the angle of the image can be adjusted without receiving the restriction even when the observation means cannot be rotated 360 degrees due to mechanical restrictions.
In each of the above-described embodiments, the example in which the gripping unit as the operation unit is connected to the master arm has been described. However, the operation unit may be configured without the master arm. For example, the configuration may be such that the position / posture of the hand of the operation unit or the operator is acquired by a motion sensor such as a camera or a position sensor.
1、61、71 マスタスレーブマニピュレータ
2 マスタ入力部
3 スレーブマニピュレータ
4 制御部
21 マスターアーム
21A 把持部(操作部)
22 表示部
24 切替部
31、62A、62B、62C スレーブアーム
50 画像処理部
72 観察手段
73 駆動部
1, 61, 71 Master-
22
Claims (3)
前記マスタ入力部により操作されるスレーブマニピュレータと、
前記操作指令に基づいて前記スレーブマニピュレータへ操作信号を送信する制御部と、
被写体の映像に係る第一の映像信号と、前記第一の映像信号に画像処理を施した第二の映像信号とを生成する画像処理部と、
前記第一の映像信号および前記第二の映像信号の一方を表示する表示部と、
前記表示部に表示される映像信号を切り替える切替部と、
を備え、
前記切替部が前記表示部に表示される映像信号を切り替えたときに、前記制御部は、前記操作指令に対して、前記表示部に表示された映像信号に関連付けられた変換処理を行うことを特徴とする医療用マスタスレーブマニピュレータ。 A master input unit for issuing an operation command;
A slave manipulator operated by the master input unit;
A control unit for transmitting an operation signal to the slave manipulator based on the operation command;
An image processing unit that generates a first video signal related to a video of a subject and a second video signal obtained by performing image processing on the first video signal;
A display unit for displaying one of the first video signal and the second video signal;
A switching unit that switches a video signal displayed on the display unit;
With
When the switching unit switches the video signal displayed on the display unit, the control unit performs a conversion process associated with the video signal displayed on the display unit in response to the operation command. A master slave manipulator for medical use.
前記スレーブマニピュレータはスレーブアームを有し、その数は、前記操作部の数よりも多く、前記第一の映像信号に関連付けられた変換処理と、前記第二の映像信号に関連付けられた変換処理とで、前記操作部と前記スレーブアームとの対応関係が異なることを特徴とする請求項1に記載の医療用マスタスレーブマニピュレータ。 The master input unit has an operation unit,
The slave manipulator has slave arms, the number of which is greater than the number of the operation units, a conversion process associated with the first video signal, and a conversion process associated with the second video signal. The medical master-slave manipulator according to claim 1, wherein the correspondence between the operation unit and the slave arm is different.
前記駆動部を駆動させた後に所定の更新入力を行うことで、前記第一の映像信号および前記第一の映像信号に関連付けられた変換処理の内容を更新可能であることを特徴とする請求項1に記載の医療用マスタスレーブマニピュレータ。 A driving unit, further comprising observation means for acquiring the first video signal;
The content of the conversion process associated with the first video signal and the first video signal can be updated by performing predetermined update input after driving the driving unit. surgical master slave manipulators over data according to 1.
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