CN103442662A - 用于手术系统的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

用于根据来自远程控制装置的针对位置和方向的操纵输入值来控制附接到从臂的手术工具的手术系统的控制装置包括控制单元，所述控制单元存储用于设置所述手术工具的第一对象部的位置和方向的设置信息，根据所述设置信息来校正所述操纵输入值，并且按照经校正的操纵输入值来控制所述手术工具的校正后的第二对象部的位置和方向。

Description

用于手术系统的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及用于使用主-从系统的手术系统的控制装置和控制方法。

背景技术

近来，正在对用机器人执行的医疗治疗进行研究。具体地讲，在手术领域，已经提出了使用具有多自由度（多关节）臂的操纵者来治疗患者的各种类型的操纵系统。一种这样的操纵系统是主-从系统，它使得能够通过远程控制装置来操纵用于直接接触患者的体腔的操作者（从操纵者）。例如，在专利文献1中，远程控制装置包括具有不同结构的主臂和从臂，并且由主臂指定的位置信息经过矩阵转换，以在将位置信息输入到从臂之前将它进行放大或压缩。因此，即使主臂和从臂的结构不同，也可以控制从臂的远端的位置。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本公开的未经审查的申请No.S63-150172

发明内容

本发明要解决的问题

在诸如专利文献1中的传统的主-从操纵者系统中，控制的是从臂的预定目标部（例如，专利文献1中的远端关节）的位置和方向。通常，如果当设计系统时设置了这个目标部的位置，则该位置此后不改变。就用于手术的从臂而言，具体地讲，各种手术工具被附接到从臂的远端部。如果根据手术工具的类型，来固定从臂中的要控制其位置和方向的部分，则有可能将影响到可操纵性。即使当使用相同手术工具时，根据使用位置，也存在最好改变被控部分的情况。

本发明是依据以上问题实现的，并且目标在于提供可以通过使从臂中要控制其位置和方向的部位作为变元来增强可操纵性的用于手术系统的控制装置和控制方法。

[解决问题的手段]

为了实现以上目的，根据本发明的第一方面的一种用于手术系统的控制装置根据来自远程控制装置的针对位置和方向的操纵输入值来控制附接到从臂的手术工具。所述用于手术系统的控制装置包括控制单元，所述控制单元存储用于设置所述手术工具的第一对象部的位置和方向的设置信息，根据所述设置信息来校正所述操纵输入值，并且按照经校正的操纵输入值来控制所述手术工具的校正后第二对象部的位置和方向。

在本发明的第二方面的用于手术系统的控制装置中，在第一方面，所述控制单元可以执行逆运动计算，以计算设置由所述经校正的操纵输入值所指定的位置和方向所需的、从臂的驱动量。

在本发明的第三方面的用于手术系统的控制装置中，在第一或第二方面，所述设置信息可以是用于校正操纵输入值使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到针对各手术工具所确定的预定位置的信息。

在本发明的第四方面的用于手术系统的控制装置中，在第三方面，所述手术工具可以包括用于抓握对象的抓握部，并且所述设置信息可以是用于校正所述操纵输入值使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述抓握部上抓握所述对象的位置的信息。

在本发明的第五方面的用于手术系统的控制装置中，在第三方面，所述手术工具可以包括抵靠对象并且保持住所述对象的抵靠部，并且所述设置信息可以是用于校正所述操纵输入值使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述抵靠部上抵靠所述对象的位置的信息。

在本发明的第六方面的用于手术系统的控制装置中，在第三方面，所述手术工具可以包括接触对象并且切割所述对象的切割部；并且所述设置信息可以是用于校正所述操纵输入值使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述切割部上接触所述对象的位置的信息。

在本发明的第七方面的用于手术系统的控制装置中，在第一方面至第六方面中的一个方面，所述设置信息可以是用于校正所述操纵输入值使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置变到所述手术工具的符合所述远程控制装置的使用者的个体差异的位置的信息。

在本发明的第八方面的用于手术系统的控制装置中，在第一方面至第七方面中的一个方面，所述控制单元可以按照每次所述手术工具的使用位置有所变化时都不同的所述设置信息来校正所述操纵输入值。

在本发明的第九方面的用于手术系统的控制装置中，在第一方面至第八方面中的一个方面，还可以提供显示单元，所述显示单元显示所述手术工具的所述第二对象部的位置和方向。

在本发明的第十方面的用于手术系统的控制装置中，在第一方面至第九方面中的一个方面，所述手术工具可以设置有指示器，所述指示器指示所述第二对象部的位置和方向。

此外，为了实现以上目的，根据本发明的第十一方面的一种用于手术系统的控制方法根据来自远程控制装置的针对位置和方向的操纵输入值来控制附接到从臂的手术工具。所述控制方法包括以下步骤：存储用于设置所述手术工具的第一对象部的位置和方向的设置信息；根据所述设置信息来校正所述操纵输入值；以及按照经校正的操纵输入值来控制所述手术工具的校正后第二对象部的位置和方向。

[本发明的效果]

根据上述用于手术系统的控制装置和控制方法，可以通过将从臂中要控制其位置和方向的部位作为变元来增强可操纵性。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的手术系统的构造的示图。

图2A是用途是抓握对象的手术工具的对象部的示图。

图2B是用途是抓握对象的手术工具的对象部的示图。

图3A是用途是保持住对象的手术工具的对象部的示图。

图3B是用途是保持住对象的手术工具的对象部的示图。

图4A是用途是切割对象的手术工具的最佳对象部的示图。

图4B是用途是切割对象的手术工具的最佳对象部的示图。

图5A是当根据使用者的个体差异改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

图5B是当根据使用者的个体差异改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

图6A是当根据手术工具的使用位置改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

图6B是当根据手术工具的使用位置改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

图6C是当根据手术工具的使用位置改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

图7是包括改变对象部的处理的根据本实施方式的手术系统的主操作的流程图。

图8是设置信息确定处理A的详细流程图。

图9是设置信息确定处理B的详细流程图。

图10是设置信息确定处理C的详细流程图。

图11是位置改变确定处理A的详细流程图。

图12是位置改变确定处理B的详细流程图。

图13是位置改变确定处理C的详细流程图。

图14是提供指示对象部的指示器的交叠显示的变型的示图。

具体实施方式

将参照附图说明本发明的实施方式。

图1是根据本发明的实施方式的手术系统的构造的示图。图1中示出的手术系统包括手术台10、从臂20a至20d、从控制电路（控制单元）40、主臂50a和50b、操纵单元60、输入处理电路70、图像处理电路80以及显示器90a和90b。

作为被观测和治疗的对象的患者1躺在手术台10上。多个从臂20a、20b、20c和20d被安装在手术台10旁边。从臂20a至20d可以被装配到手术台10。从臂20a、20b、20c和20d各具有多自由度关节。通过弯曲从臂20a、20b、20c和20d的关节，相对于躺在手术台10上的患者1来定位各种类型的手术工具，诸如，附接到从臂20a至20d的远端侧的治疗工具和观测设备。远端侧是面向患者1体腔的侧。从臂20a至20d的关节分别由臂内设置的动力单元来驱动。作为动力单元，例如，使用具有伺服的电机（伺服电机）机构，该机构包括编码器、减速器等。伺服电机的操作由从控制电路40来控制。

从臂20a至20d还包括用于驱动附接到从臂20a至20d的各自远端侧的手术工具24a至24d的多个动力单元。例如，伺服电机被用作这些动力单元。这些伺服电机的操作也由从控制电路40来控制。

在从臂20a、20b、20c和20d和手术工具24a、24b、24c和24d之间设置用于手术的动力传输转接器（下文中简称“转接器”）22a、22b、22c和22d。转接器22a、22b、22c和22d进而分别连接到从臂20a、20b、20c和20d和手术工具24a、24b、24c和24d。转接器22a至22d被构造成使得对应从臂的动力单元中产生的动力被传输到对应的手术工具。

手术工具24a至24d具有对应于多自由度的关节，并且经由患者1体壁中的插孔（未示出）插入患者1的体腔内。可以驱动手术工具24a至24d的远端部，使得它们弯曲并旋转。通过（例如）驱动各个从臂20a至20d内部设置的伺服电机以推拉被插入各个手术工具24a至24d内的线材及盘元（wire and rod）来执行弯曲驱动。通过（例如）驱动各个从臂20a至20d内部设置的伺服电机以操作被插入各个手术工具24a至24d内的旋转机构来执行旋转驱动。此外，根据手术工具的类型，在手术工具的远端设置开闭机构。通过（例如）驱动各个从臂20a至20d中设置的伺服电机以推拉被插入手术工具内的线材及盘元来操作这个开闭机构。

例如，在图1中示出的四个从臂20a至20d之中，从臂20a、20b和20d被用作用于治疗的从臂。各种类型的手术操作工具作为手术工具24a、24b和24d被附接到用于治疗的从臂20a、20b和20d。本实施方式的手术操作工具是用于对患者1体内的组织部位执行治疗和操纵的工具，例如，抓握钳、持针器、手术刀、手术剪等。从臂20c被用作用于观测的相机臂。各种类型的观测工具作为手术工具24c被附接到从臂20c。在本实施方式中，观测设备表示用于观测患者1体内的组织部位的手术工具，诸如电子显微镜。

可以用更换工具24e来更换附接到转接器22a至22d的手术工具24a至24d。可以（例如）由助手2来执行更换工具的操作。

手术单30用于将要被操纵系统消毒的要进行医疗治疗的部位（下文中，洁净区域）与没有被消毒的部位（下文中，非洁净区域）分开。如图1中所示，在正在执行手术时，用手术单30覆盖从臂20a至20d的动力单元的部分。通过使用手术单30将洁净区域和非洁净区域分开，防止在进行消毒处理之后洁净区域和非洁净区域混在一起。如图1中，可以用手术单30覆盖必须的最小范围，或者，例如，可以用手术单30覆盖直至从控制电路40的区域。

例如，从控制电路40包括CPU、存储器等。从控制电路40存储用于控制从臂20a至20d的预定程序。本实施方式的从控制电路40还存储用于当从臂20a、20b和20d中的要控制其位置和方向的对象部发生改变时校正来自输入处理电路70的操纵输入值的设置信息。随后，将详细地说明这个设置信息。

按照来自输入处理电路70的输入信号，从控制电路40控制从臂20a至20d和手术工具24a至24d的操作。基于来自输入处理电路70的输入信号，从控制电路40将从臂识别为使用者3操纵的主臂的操纵对象。从控制电路40计算从臂的各个关节按照附接到所识别的从臂的手术工具类型、和手术工具的使用位置等等而确定的对象部的位置和方向变成第二目标值所需的驱动量。这里，第二目标值（第二目标位置）是通过校正通过主臂指定的位置和方向的第一目标值（第一目标位置）来得到的。可以通过执行传统的逆运动计算来计算驱动量。在计算出每个关节的驱动量之后，从控制电路40根据计算出的驱动量控制主臂正操纵的从臂的各关节。当指示用于操纵提供到手术工具中的抓握部等的命令的输入信号从输入处理电路70被输入到从控制电路40时，从控制电路40按照输入信号来控制手术工具的操纵。

当输入来自附接到从臂20c的观测装置的图像信号时，从控制电路40将输入的图像信号输出到图像处理电路80。观测装置和图像处理单元可以直接连接在一起，不用将从控制电路40插入到它们之间。主臂50a和50b（远程控制装置的示例）包括多个连接件（link）。为每个连接件提供位置检测器诸如（例如）编码器。用于操纵附接到从臂远端的手术工具的操纵单元设置在主臂50a和50b的远端部。使用者3一边抓握操纵单元一边操纵主臂50a和50b。此时，指示主臂50a和50b的各连接件的操纵量的检测信号从各位置检测器输入到输入处理电路70，作为与手术工具的对象部的位置和方向的目标值相对应的信号。

在图1的示例中，使用者3用他的右手操纵主臂50a并且用他的左手操纵主臂50b。图1是其中使用两个主臂50a和50b来操纵四个从臂的示例。在这种情况下，必须酌情切换主臂所要操纵的从臂。例如，使用者3可以通过操纵操纵单元60来切换从臂。当然，如果主臂的数量与从臂的数量相同，使得它们为一一对应关系，则不需要切换操作。虽然本实施方式描述了具有多个连接件的臂作为远程控制装置的示例，但假如远程控制装置可以产生到从控制电路40的关于位置和方向的命令，则远程控制装置不需要包括连接件。

操纵单元60包括各种类型的操纵构件，诸如用于切换主臂50a和50b所要操纵的从臂的切换按钮（下文中，“切换按钮”）、用于改变主从操作比率的比例改变开关、和在紧急情况下停止系统的脚踏开关。当使用者3操纵构成操纵单元60的多个操纵构件之一时，与这个操作构件的操纵对应的操纵信号从操纵单元60输入到输入处理电路70。

输入处理电路70分析来自主臂50a和50b的检测信号和来自操纵单元60的操纵信号。按照这些信号的分析结果，输入处理电路70产生指示位置和方向的目标值的输入信号。输入处理电路70将指示位置和方向的目标值的这个输入信号和指示被控制的从臂的输入信号输入到从控制电路40。

图像处理电路80执行各种类型的图像处理，以显示从从控制电路40输入的图像信号。这样产生了在针对使用者90a的显示器和针对助手90b的显示器上进行显示的图像数据。针对使用者90a的显示器和针对助手90b的显示器包括例如液晶显示器，并且基于图像处理电路80按照从观测装置得到的图像信号产生的图像数据来显示图像。可以容易地显示二维图像，同时三维图像可以产生深度感。

随后，将说明当用作控制电路的一个示例的从控制电路40所控制的手术工具上的对象部的位置改变时的考虑方式。在本实施方式中，从控制电路40控制对于各种状况（诸如，附接到从臂的手术工具的类型和使用位置）中的每种状况而言被视为最佳的、手术工具的对象部的位置和方向。

首先，在本实施方式中，根据手术工具的目的，改变附接到从臂远端的手术工具中的要控制其位置和方向的对象部的位置。图2A至图4B是用于说明当根据手术工具的类型改变位置时的考虑方式的说明性示图。在本示例中，对象部是手术工具的作用于手术对象上的部分。

图2A和图2B是用途是“抓握”对象的手术工具上的对象部的示图。图2A是持针器100的示例。持针器是用于抓握用于缝合受影响部位等的针的手术工具。图2B是抓握钳110的示例。抓握钳是用于抓握血管等的手术工具。对图2A和图2B的说明类似地应用于与图2A和图2B中示出的手术工具不同的、用途是“抓握”的各种类型的手术工具。

图2A中示出的持针器100主要包括接头101和抓握部102。接头101可以绕预定轴自由地旋转。虽然图2A中示出的接头是可旋转接头的示例，但可以沿着预定轴移动的线性驱动接头也是可接受的。抓握部102包括钳口部，钳口部附接到接头101并且可以根据所指示的方向A开合。形成这个抓握部102的钳口部根据从控制电路40来开合，并且当闭合时抓握针。

图2B中示出的抓握钳110主要包括接头111和抓握部112。接头111可以绕预定轴自由地旋转。虽然图2B中示出的接头是可旋转接头的示例，但可以沿着预定轴移动的线性驱动接头也是可接受的。抓握部112包括钳口部，钳口部附接到接头111并且可以根据所指示的A开合。形成这个抓握部112的钳口部按照从控制电路40来开合，并且当闭合时抓握对象，诸如血管等。形成图2B中示出的抓握钳110的抓握部112的钳口部包括齿部，齿部能够使钳口部更可靠且牢固地抓握对象。

当考虑在手术中使用用途是“抓握”对象的手术工具（诸如图2A和图2B中示出的手术工具）时，对于使用者而言更重要的是，他或她直接控制实际抓握对象的部分的位置和方向，而并非控制接头101和接头111的位置和方向。因此，在本实施方式中，针对用途是“抓握”对象的手术工具（诸如图2A和图2B中示出的手术工具），要控制其位置和方向的对象部的位置从默认位置改变到图2A中的附图标记103和图2B的附图标记113所指示的抓握部的中央部分的位置。虽然这里是改变到抓握部的中央部分，但只需要是抓握部而并非必须是中央。

当要控制其位置和方向的对象部的位置已经发生改变时，必须相应校正来自输入处理电路70的操纵输入值。为了校正操纵输入值，用于校正操纵输入值的设置信息存储在本实施方式的从控制电路40的存储器中。这个设置信息指示从预定基准对象部的位置到针对各手术工具所确定的对象部的位置的距离。例如，基准对象部是手术工具的接头（接头101和接头111）的位置。对于随后描述的其它手术工具，同样如此。当接头的位置被设置为基准对象部时，存储图2A中示出的距离L1作为持针器100的设置信息，并且存储图2B中示出的距离L2作为抓握钳110的设置信息。

特定手术工具诸如持针器100的对象部的位置可以被设置为基准对象部的位置。例如，当图2A中的附图标记103所指示的位置是基准位置时，存储指示针对各手术工具设置的对象部的位置和对应于附图标记103的位置之间的距离的差别信息（differential information）作为其它手术工具的设置信息。

图3A和图3B是用途是“保持住（hold back）”对象的手术工具的对象部的示图。图3A是牵开器200的示例。牵开器200是用于保持住并固定各种类型的对象的手术工具。牵开器200用于保持住“遮挡进行手术所需视野的对象（诸如内部器官）”，从而保持视野。图3B是稳定器210的示例。稳定器210是用于保持住心脏从而使心跳稳定的手术工具。下面关于图3A和图3B的说明类似地应用于与图3A和图3B中示出的手术工具不同的、用途是“保持住”的各种类型的手术工具。

图3A中示出的牵开器200主要包括接头201和抵靠部202。接头201可以绕预定轴自由地旋转。虽然图3A中示出的接头是可旋转接头的示例，但可以沿着预定轴移动的线性驱动接头也是可接受的。抵靠部202抵靠对象，保持住并固定对象。图3A中示出的抵靠部202包括自由开合的两个薄板，并且这些薄板保持住对象。然而，抵靠部202不限于这种构造。

图3B中示出的稳定器210主要包括接头211和抵靠部212。接头211可以绕预定轴自由地旋转。虽然图3B中示出的接头是可旋转接头的示例，但可以沿着预定轴移动的线性驱动接头也是可接受的。抵靠部212通过抵靠对象来保持住并固定对象。

当考虑在手术中使用用途是“保持住”对象的手术工具（诸如图3A和图3B中示出的手术工具）时，对于使用者而言更重要的是，他或她直接控制实际保持住对象的部分的位置和方向，而并非控制接头201和接头211的位置和方向。因此，在本实施方式中，针对用途是“保持住”对象的手术工具（诸如图3A和图3B中示出的手术工具），要控制其位置和方向的对象部的位置从默认位置改变到当假设存在将图3A中的附图标记203和图3B的附图标记213所指示的抵靠部保持住的对象时虚拟抵靠部的腔体中央的位置。这实际上是构成抵靠部的薄板之间的中央位置，但并非必须是中央位置。

当要控制其位置和方向的对象部的位置已经发生改变时，必须相应校正来自输入处理电路70的操纵输入值。为了校正操纵输入值，将用于校正操纵输入值的设置信息存储在本实施方式的从控制电路40的存储器中。存储图3A中示出的距离L3作为牵开器200的设置信息，并且存储图3B中示出的距离L4作为稳定器210的设置信息。

图4A和图4B是用途是“切割”对象的手术工具的最佳对象部的示图。图4A是一副手术剪300的示例。图4B是（电）手术刀310的示例。下面关于图4A和图4B的说明类似地应用于与图4A和图4B中示出的手术工具不同的、用途是“切割”的各种类型的手术工具。

图4A中示出的手术剪300主要包括接头301和切割部302。接头301可以绕预定轴自由地旋转。虽然图4A中示出的接头是可旋转接头的示例，但可以沿着预定轴移动的线性驱动接头也是可接受的。切割部302包括自由开合的两个刀片。这两个刀片夹紧并切割对象。

图4B中示出的电手术刀310主要包括接头311和切割部312。接头311可以绕预定轴自由地旋转。虽然图4B中示出的接头是可旋转接头的示例，但可以沿着预定轴移动的线性驱动接头也是可接受的。切割部312在远端部产生高频电流。在这个远端部产生的高频电流利用焦耳热切割对象。

当考虑在手术中使用用途是“切割”对象的手术工具（诸如图4A和图4B中示出的手术工具）时，对于使用者而言更重要的是，他或她直接控制实际切割对象的部分的位置和方向，而并非控制接头301和接头311的位置和方向。因此，在本实施方式中，针对用途是“切割”对象的手术工具（诸如图4A和图4B中示出的手术工具），要控制其位置和方向的对象部的位置从默认位置变到图4A中的附图标记303和图4B的附图标记313所指示的远端位置。并不是必须变到远端位置。

当要控制其位置和方向的对象部的位置已经发生改变时，必须相应校正来自输入处理电路70的操纵输入值。为了校正操纵输入值，将用于校正操纵输入值的设置信息存储在本实施方式的从控制电路40的存储器中。存储图4A中示出的距离L5作为手术剪300的设置信息，并且存储图4B中示出的距离L6作为电手术刀310的设置信息。

在本实施方式中，根据正在操纵主臂的使用者3的个体差异来改变要控制其位置和方向的手术工具上的对象部的位置。图5A和图5B是用于说明当根据使用者3的个体差异改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

例如，当使用者实际上握住手术刀进行手术时，有一些使用者是通过如图5A中所示的短握方式握住手术刀，而有一些使用者是通过如图5B中所示的长握方式握住手术刀。这些握住手术刀的方式是使用者在考虑到他们自身的偏好、使用位置等的情况下认为最佳的方式。当操纵主臂时，用户之间也存在相同的差异。例如，不同的使用者倾向于以不同方式握住相同主臂操纵单元。在手术刀的情况下，有可能不同的使用者针对切割部312“远端部”而想象出不同的位置。本实施方式使得能够调节对象部的位置以反映出用户之间的这种差异。例如，通过每个用户手动输入用于调节对象部的输入调节信息来实现这种调节。按照输入的调节信息，针对每个用户改变上述的设置信息L1至L6的值。

此外，在本实施方式中，当正在操纵主臂时，根据手术工具的使用位置，改变要控制其位置和方向的手术工具的对象部的位置。图6A至图6C是用于说明当根据手术工具的使用位置改变对象部的位置时的考虑方式的说明性示图。

以持针器100为例。在图2A和图2B的示例中，持针器100的对象部是图6A中示出的靠近抓握部102中央的部分103a。当尝试用持针器100抓握针时，这种设置尤为重要。然而，在抓握针之后，接着必须将针移动到将被缝合的内部器官等，因此优选的是控制抓握对象的位置和方向，即，图6B中示出的抓握部102的远端部103b的位置和方向，而非靠近中央的位置103a的位置和方向。甚至更优选的是，直接控制图6C中示出的针104尖的部分103c的位置和方向。

与每个手术工具的使用位置对应的对象部的这种设置信息被存储在从控制电路40中。例如，存储距离L11（=L1）作为针对图6A的位置的设置信息，存储距离L12作为针对图6B的位置的设置信息，并且存储距离L13作为针对图6C的位置的设置信息。

图7是包括如上所述的改变对象部的处理的根据本实施方式的手术系统的主操作的流程图。例如，通过从控制电路40执行图7中示出的流程图的处理。在开启手术系统之后，从控制电路40执行用于启动手术系统的各个块的启动处理（步骤S101）。在这个启动处理中，从控制电路40执行主臂50a和50b的位置的初始化处理、从臂20a至20d的位置的初始化处理、从控制电路40中将使用的各种设置值的初始化处理等。在这个启动处理期间，可以将使用者3的相关信息输入到从控制电路40。例如，使用者3可以手动输入使用者3的这个信息。另外，可以通过利用ID卡认证和指纹认证来输入信息。在启动处理期间，还可以将用于调节对象部的位置的输入调节信息输入到从控制电路40。例如，使用者3可以手动输入使用者3的这个信息。

在启动处理之后，从控制电路40执行设置信息确定处理A（步骤S102）。从控制电路40接着执行设置信息确定处理B（步骤S103）。从控制电路40接着执行设置信息确定处理C（步骤S104）。可以适当地改变执行设置信息确定处理A、B和C的顺序。另外，可以适当地省去设置信息确定处理A、B和C。

将对设置信息确定处理进行说明。

图8是设置信息确定处理A的详细流程图。在图8中，从控制电路40确定是否已输入用户信息（步骤S201）。在步骤S201的确定中，如果已输入用户信息，则从控制电路40从存储器中读取与所述使用者信息中指定的用户对应的设置信息（步骤S202）。这个设置信息用于根据使用者3的个体差异（诸如图5A和图5B中所示）来校正对象部。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图8的处理并且从图7中的步骤S103开始执行处理。

在步骤S201的确定中，如果没有输入用户信息，则从控制电路40不使用与使用者对应的设置信息，而是使用默认设置信息作为代替（步骤S203）。在这种情况下，从控制电路40结束图8的处理并且从图7中的步骤S103开始执行处理。当使用默认设置信息时，不校正操纵信号（以下说明）。在这种情况下，基准对象部位置变成对象部的位置。

图9是设置信息确定处理B的详细流程图。在图9中，从控制电路40确定是否已输入调节信息（步骤S301）。在步骤S301的确定中，如果已输入调节信息，则从控制电路40从存储器中读取与调节信息对应的设置信息（步骤S302）。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图9的处理并且从图7中的步骤S104开始执行处理。

在步骤S301的确定中，如果没有输入调节信息，则从控制电路40不使用与调节信息对应的设置信息，而是使用默认设置信息作为代替（步骤S303）。在这种情况下，从控制电路40结束图9的处理并且从图7中的步骤S104开始执行处理。

图10是设置信息确定处理C的详细流程图。在图10中，从控制电路40确定是否已输入手术工具信息（步骤S401）。手术工具信息指示附接到各从臂的手术工具的类型。这里，当手术工具电连接到从臂时，可以直接从手术工具得到手术工具信息。在这种情况下，设置用于在手术工具中存储手术工具信息的存储器等。使用者3可以手动输入手术工具信息。在步骤S401的确定中，如果已输入手术工具信息，则从控制电路40从存储器中读取与手术工具信息所指示的手术工具对应的设置信息（S402）。这个设置信息用于根据手术工具的类型（目的）来校正对象部，诸如图2A至图4B中所示的。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图10的处理并且从图7中的步骤S105开始执行处理。

在步骤S401的确定中，如果没有输入手术工具信息，则从控制电路40不使用与手术工具对应的设置信息，而是使用默认设置信息作为代替（步骤S403）。在这种情况下，从控制电路40结束图10的处理并且从图7中的步骤S105开始执行处理。

现在，说明将返回图7。在执行图8至图10中示出的各种设置信息确定处理之后，从控制电路40执行针对设置信息确定处理的竞争时处理（步骤S105）。竞争时处理将已读取的多条设置信息减少至单条设置信息。例如，在设置信息确定处理A中读取的设置信息对应于当前使用者3，并且可以包含针对各手术工具的对象部的设置。因此，当设置信息确定处理A中读取的设置信息还包含针对各手术工具的设置时，设置信息确定处理A中读取的设置信息被赋予优先权，并且设置信息确定处理C中读取的设置信息（例如）是无效的。相比之下，设置信息确定处理B中读取的设置信息用于精细调节对象部。因此，当设置信息确定处理B中读取了设置信息时，按照设置信息确定处理B中读取的设置信息来校正在另一个设置信息确定处理中读取的设置信息。虽然这个示例是使用优先权，但确定多条设置信息的平均值也是可接受的。

在步骤S105的竞争时处理之后，从控制电路40根据（例如）输入处理电路70的输出来确定是否已开始手术系统的操纵（步骤S106）。例如，当操纵输入值已被作为来自输入处理电路70的输入信号输入时，从控制电路40确定已开始手术系统的操纵。

在步骤S106的确定中，当已开始手术系统的操纵时，从控制电路40读取所输入的操纵输入值（步骤S107）。从控制电路40接着执行位置改变确定处理A（步骤S108）。从控制电路40接着执行位置改变确定处理B（步骤S109），并且接着执行位置改变确定处理C（步骤S110）。可以适当地改变位置改变确定处理A、B和C的执行顺序。另外，可以适当地省去位置改变确定处理A、B和C。

将对位置改变确定处理进行说明。下面的示例描述了当手术工具是“用途是‘抓握’的手术工具”时的位置改变确定处理。对于其它类型的手术工具，可以针对这些工具相应地设计下述的步骤S501、S601和S701中的确定内容。

图11是位置改变确定处理A的详细流程图。在图11中，从控制电路40基于从输入处理电路70读取的操纵输入值来确定是否已发出命令来闭合手术工具的抓握部（步骤S501）。在步骤S501的确定中，当已发出命令来闭合手术工具的抓握部时，从控制电路40从存储器中读取与抓握部闭合的情况对应的设置信息（步骤S502）。这个设置信息对应于诸如图6B中示出的位置。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图11的处理并且从图7中的步骤S109开始执行处理。

在步骤S501的确定处理中，当没有发出命令来闭合手术工具的抓握部时，从控制电路40从存储器中读取与抓握部没有闭合的情况对应的设置信息（步骤S503）。这个设置信息对应于诸如图6A中示出的位置。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图11的处理并且从图7中的步骤S109开始执行处理。

图12是位置改变确定处理B的详细流程图。虽然位置改变确定处理B确定与位置改变确定处理A相同的位置改变，但其确定处理是不同的。在图12中，从控制电路40根据从图像处理电路80得到的手术工具附近的图像来确定手术工具的抓握部是否闭合（步骤S601）。该确定可以通过（例如）模板匹配来执行。也就是说，闭合状态下的抓握部的模板图像被存储在存储器中，并且当从控制电路40确定从图像处理电路80得到的图像与模板图像基本上匹配时，则确定抓握部是闭合的。在步骤S601的确定中，当从控制电路40已发出命令来闭合手术工具的抓握部时，它从存储器中读取与抓握部闭合的情况对应的设置信息（步骤S602）。在确定设置信息时，当针对各手术工具和各用户读取了设置信息时，从控制电路40读取与所读取的设置信息相对应的、针对闭合抓握部的情况的设置信息。对于随后的位置改变确定处理，同样如此。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图12的处理并且从图7中的步骤S110开始执行处理。

当从控制电路40在步骤S601中确定出抓握部没有闭合时，它从存储器中读取与抓握部没有闭合的情况对应的设置信息（步骤S603）。这个设置信息对应于诸如图6A中示出的位置。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图12的处理并且从图7中的步骤S110开始执行处理。

图13是位置改变确定处理C的详细流程图。在图13中，从控制电路40基于从图像处理电路80得到的手术工具附近的图像来确定手术工具的抓握部是否正抓握某种对象（步骤S701）。该确定可以通过（例如）模板匹配来执行。也就是说，当从控制电路40确定出已知对象（诸如针）处于构成抓握部的钳口之间时，则确定出抓握正抓握对象。在步骤S701的确定中，当抓握部正抓握对象时，从控制电路40从存储器中读取与抓握部正抓握对象的情况对应的设置信息（步骤S702）。这个设置信息对应于诸如图6C中示出的位置。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图13的处理并且从图7中的步骤S111开始执行处理。

当手术工具的抓握部没有正抓握已知对象（诸如针）时，从控制电路40从存储器中读取与抓握部没有正抓握对象的情况对应的设置信息（步骤S703）。这个设置信息对应于诸如图6A和图6B中示出的位置之一。在读取设置信息之后，从控制电路40结束图13的处理并且从图7中的从步骤S111开始执行处理。

现在，说明返回图7。在执行图11至图13中示出的位置改变确定处理之后，从控制电路40按照所读取的设置信息来校正操纵输入值（步骤S111）。例如，通过将作为设置信息确定的结果而读取的设置信息和作为位置改变确定的结果而读取的设置信息加至校正前操纵输入值（步骤S107中读取的操纵输入值），得到校正后操纵输入值（经校正的操纵输入值）。

用作设置信息的距离基准对象部的距离信息实际上是三维空间中的距离信息。在这种情况下，当手术工具的方向改变时，根据该方向的改变来改变校正后对象部（第二对象部）相对于基准对象部（第一对象部）的方向。因此，必须根据手术工具方向的改变来转换设置信息。例如，当操纵输入值具有六个自由度（位置有三个自由度并且方向具有三个自由度）时，并且当校正后对象部相对于基准对象部处于X轴位置时，将距离信息作为设置信息加上操纵输入值的X分量。

在校正操纵输入值之后，从控制电路40执行竞争时处理（步骤S112）。例如，当只有作为设置信息确定和位置改变确定中的一者的结果而读取了设置信息时，使用该设置信息。当从这两者都读取了设置信息时，使用作为位置改变确定处理的结果而读取的设置信息。这个设置信息是通过校正作为设置信息确定处理的结果而读取的设置信息得到的。

从控制电路40接着执行逆运动计算，计算将对象部的校正后位置和方向改变到校正后操纵输入值所指定的位置和方向所需的、从臂各关节的驱动量（步骤S113）。由于逆运动计算是传统已知的技术，因此在此将不再进行说明。从控制电路40接着按照计算出的驱动量来驱动从臂的各个关节（步骤S114）。如果已经发出用于开/合手术工具等的命令，则从控制电路40还驱动手术工具。

从控制电路40接着根据（例如）输入处理电路70的输出来确定手术系统的操纵是否已结束（步骤S115）。例如，当操纵输入值没有被作为来自输入处理电路70的输入信号被输入已达到预定时间时，从控制电路40确定手术系统的操纵已结束。在步骤S115的确定中，当手术系统的操纵没有结束时，从控制电路40将处理返回到步骤S107并且读取下一个操纵输入值。

另一方面，在步骤S115的确定中，当手术系统的操纵已结束时，从控制电路40确定是否结束这个手术系统的操作（步骤S116）。例如，当手术系统已经被断电或者脚踏开关已经被接通时，从控制电路40确定要结束系统的操作。在步骤S116的确定中，当从控制电路40确定不结束手术系统的操作时，返回到步骤S102并且重新执行从设置信息确定处理A开始的处理。在系统关闭并且不操作的同时，执行各种改变，诸如切换至新用户以及更换手术工具。在步骤S116的确定中，当从控制电路40确定要结束手术系统的操作时，执行结束处理，接着结束图7的处理（步骤S117）。

如上所述，根据本实施方式，在使用主-从方法的手术系统中，针对各用户并且针对各个手术工具，根据各种状况（诸如手术工具使用位置的改变）来改变从臂要控制其位置和方向的对象部。这样可以增强可操纵性。

在本实施方式中，远程控制装置包括远离从臂的操纵装置（包括操纵单元和主臂）。当操纵装置不包括主臂时，它可以附接到从臂或手术工具。也就是说，远离抓握部的端部执行器等并且操纵操纵装置的装置被称为远程控制装置。

当根据位置改变来改变对象部时，存在用户将弄不清哪个部分是当前对象部的可能性。因此，如图14中所示，在针对使用者90a的显示器上所显示的图像上交叠指示当前对象部的指示器203。还可以在手术工具本身上设置指示器204。当根据以上图像来确定手术工具是打开还是闭合时，这种指示器204还可以用作标记。此外，该确定可以通过检测工具的边缘来进行。由于存在手术工具将被内部器官、血液等隐藏的可能性，因此优选地通过检测边缘上的多个点来进行确定。

将设置信息存储在从控制电路40的存储器中并不是绝对必须的。设置信息可以存储在与从控制电路40分开的存储装置中并且在需要时读取该设置信息。

虽然已经基于上述实施方式描述了本发明，但本发明不限于这个实施方式并且在本发明的主旨范围内当然可以存在各种修改形式和应用。

此外，各种阶段的发明被包含在上述实施方式中，并且可以通过本文所公开的多个构成要件的合适组合提炼出各种发明。例如，当即使从实施方式所公开的所有构成要件中删除一些构成要件也可以解决上述问题时，可以被提炼出删除了构成要件的构造作为发明。

[工业应用领域]

根据上述用于手术系统的控制装置和控制方法，可以通过将从臂中要控制其位置和方向的部分作为变元来增强可操纵性。

[附图标号的简要描述]

10手术台

20a至20d从臂

22a至22b用于手术的动力传输转接器（转接器）

24a至24d手术工具

24e更换手术工具

30手术单

40从控制电路

50a、50b主臂

60操纵单元

70输入处理电路

80图像处理电路

90a针对使用者的显示器

90b针对助手的显示器

100持针器

110抓握钳

200牵开器

210固定器

300手术剪

310电手术刀

Claims (11)

1.一种用于手术系统的控制装置，该控制装置根据来自远程控制装置的针对位置和方向的操纵输入值来控制附接到从臂的手术工具，所述控制装置包括控制单元，所述控制单元

存储用于设置所述手术工具的第一对象部的位置和方向的设置信息；

根据所述设置信息来校正所述操纵输入值；以及

按照经校正的操纵输入值来控制所述手术工具的校正后第二对象部的位置和方向。

2.根据权利要求1所述的用于手术系统的控制装置，其中所述控制单元执行逆运动计算，以计算设置由所述经校正的操纵输入值所指定的位置和方向所需的、所述从臂的驱动量。

3.根据权利要求1或2所述的用于手术系统的控制装置，其中所述设置信息用于校正操纵输入值，使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到针对各手术工具所确定的预定位置。

4.根据权利要求3所述的用于手术系统的控制装置，其中，

所述手术工具包括用于抓握对象的抓握部；并且

所述设置信息用于校正所述操纵输入值，使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述抓握部上抓握所述对象的位置。

5.根据权利要求3所述的用于手术系统的控制装置，其中，

所述手术工具包括抵靠对象并且保持住所述对象的抵靠部；以及

所述设置信息用于校正所述操纵输入值，使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述抵靠部上抵靠所述对象的位置。

6.根据权利要求3所述的用于手术系统的控制装置，其中，

所述手术工具包括接触对象并且切割所述对象的切割部；并且

所述设置信息用于校正所述操纵输入值，使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述切割部上接触所述对象的位置。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于手术系统的控制装置，其中，

所述设置信息用于校正所述操纵输入值，使得所述第一对象部的位置和方向从基准位置改变到所述手术工具的符合所述远程控制装置的使用者的个体差异的位置。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的用于手术系统的控制装置，其中，

所述控制单元按照每次所述手术工具的使用位置有所变化时都不同的设置信息来校正所述操纵输入值。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的用于手术系统的控制装置，该控制装置还包括显示单元，该显示单元显示所述手术工具的所述第二对象部的位置和方向。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的用于手术系统的控制装置，其中所述手术工具设置有指示所述第二对象部的位置和方向的指示器。

11.一种用于手术系统的控制方法，所述控制方法根据来自远程控制装置的针对位置和方向的操纵输入值来控制附接到从臂的手术工具，所述控制方法包括以下步骤：

存储用于设置所述手术工具的第一对象部的位置和方向的设置信息；

根据所述设置信息来校正所述操纵输入值；以及

按照经校正的操纵输入值来控制所述手术工具的校正后第二对象部的位置和方向。

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