CN105392441A - 手术辅助机器人 - Google Patents

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Abstract

为了提供即便难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系、或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，也能够良好地进行操作的手术辅助机器人，本发明的手术辅助机器人(1)具有：操作部；前端部，其根据所述操作部的操作量进行移动；处置器械，其被配置于所述前端部；检测传感器，其被配置于所述前端部的附近，并且检测所述前端部的状态；以及工作模式变更部，其根据所述检测传感器的检测结果，进行工作模式的变更(步骤S102至步骤S104)。

Description

手术辅助机器人
技术领域
本发明涉及被插入到体腔内、在对体腔内的各种组织进行处置时使用的医疗用的手术辅助机器人。
背景技术
以往，作为手术辅助系统，已知有具备操作者进行操作的主机械手、和根据主机械手的动作进行处置的从机械手的手术辅助机器人。
存在如下的内窥镜的粘膜切除术：使用这样的手术辅助机器人，将从机械手插入到体腔内，通过处置器械切除在粘膜组织中形成的病变部。利用这样的手术，不需要开腹，因此给患者带来的负担小、且术后的恢复和到出院为止的天数大幅度减少，因此可期待应用领域的扩大。
例如，作为用于进行上述那样的手术的内窥镜手术系统，在专利文献1(日本特开2006-325744号公报)中公开了如下的内窥镜：处置器械通道的前端侧沿着插入部的长度轴方向开口，将贯插到所述处置器械通道内的处置器械的前端侧设为能够沿着所述插入部的长度轴方向突出，在该内窥镜中，将在所述插入部的前端部与所述开口并列设置的物镜光学系统中的入射光轴形成为朝所述处置器械通道侧倾斜。
专利文献1：日本特开2006-325744号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在以往的内窥镜手术系统等手术辅助机器人中，在体腔内进行处置时，可参照的信息仅是由内窥镜得到的观察图像，例如难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系，或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，存在操作性差的问题。
用于解决课题的手段
为了解决上述问题，本发明的手术辅助机器人具有：操作部；前端部，其根据所述操作部的操作量进行移动；处置器械，其被配置于所述前端部；检测传感器，其被配置于所述前端部的附近，并且检测所述前端部的状态；以及工作模式变更部，其根据所述检测传感器的检测结果，进行工作模式的变更。
此外，在本发明的手术辅助机器人中，所述检测传感器是应变传感器。
此外，在本发明的手术辅助机器人中，所述检测传感器是图像传感器。
此外，在本发明的手术辅助机器人中，所述检测传感器是位移传感器。
此外，在本发明的手术辅助机器人中，所述工作模式变更部对所述操作部的操作量与所述前端部的弯曲量之间的关系进行变更。
此外，在本发明的手术辅助机器人中，所述工作模式变更部对所述操作部的操作和所述前端部的移动形式进行变更。
此外，在本发明的手术辅助机器人中，所述工作模式变更部变更的所述移动形式是允许三维的移动的第1移动形式、和仅允许面内的移动的第2移动形式。
此外，本发明的手术辅助机器人具有向所述处置器械供给电力的电力供给部，所述工作模式变更部对从所述电力供给部供给到所述处置器械的电力进行变更。
发明的效果
本发明的手术辅助机器人具有检测前端部的状态的检测传感器，根据该检测传感器的检测结果，进行向更可靠的工作模式的变更，因此即便难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系、或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，也能够良好地进行操作。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的概略结构的图。
图2是说明本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的动作概略的图。
图3是本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的框图。
图4是透视观察到的本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的前端部的结构的示意图。
图5是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的控制流程的图。
图6是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的动作例的图。
图7是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的模式表76所存储的工作条件的图。
图8是透视观察到的本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的前端部的结构的示意图。
图9是示出本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的控制流程的图。
图10是示出本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的动作例的图。
图11是示出本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的模式表76所存储的工作条件的图。
图12是本发明第3实施方式的手术辅助机器人1的框图。
图13是示出本发明第3实施方式的手术辅助机器人1的控制流程的图。
图14是示出本发明第3实施方式的手术辅助机器人1的模式表76所存储的工作条件的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是示出本实施方式的手术辅助机器人1的概略结构的图，图2是说明本实施方式的手术辅助机器人1的动作概略的图，图3是本实施方式的手术辅助机器人1的框图，图4是透视观察到的本实施方式的手术辅助机器人1的前端部的结构的示意图。
以下，参照附图来说明本发明第1实施方式的手术辅助机器人1及其控制方法。
如图1至图4所示，本实施方式的手术辅助机器人1是主从方式的内窥镜系统，其具备：由操作者O操作的操作部50；内窥镜4，其具有被插入到患者P的体内、例如大肠等柔软的脏器内的柔性的插入部10；驱动部5，其在插入部10的基端侧进行该内窥镜4的插入部10的插入动作、插入部10的前端的弯曲动作、插入部10的扭转动作等驱动；控制该驱动部5的控制装置70；以及显示由内窥镜4取得的图像的显示部60。
如图1所示，操作部50具有安装于操作台51的一对操作臂52、53；以及配置在地面F上的脚踏开关54。
操作臂52、53具有多关节构造。操作臂52用于对插入部10的弯曲部12进行弯曲操作，操作臂53对前端硬质部11的三维的移动进行操作。
如图2所示，内窥镜4在插入部10的前端，具备用于取得体内的图像的观察光学系统8。由观察光学系统8取得的图像被送出到在控制装置70内配置的图像处理部73。
如图1至图4所示，本实施方式的内窥镜4具备：被插入到体内的插入部10；设置于在插入部10的前端配置的前端硬质部11的处置器械39和摄像部40；手术操作者等操作者O进行操作并输出操作指示(指示)的操作部50；用于显示由摄像部40取得的图像(像)的显示部60；以及按照操作指示控制插入部10的控制装置70。
插入部10是所谓的柔性的插入部，如图4所示，插入部10具有：前述的前端硬质部11；设置于前端硬质部11的基端侧且可进行弯曲操作的弯曲部12；以及设置于弯曲部12的基端侧且具有挠性的挠性管部13。
前端硬质部11是透明的部件，供LED等照明部17的照射光透过。此外，前端硬质部11是形成为相比弯曲部12难以弯曲的部分。在该前端硬质部11，设置有例如电刀那样的处置器械39。
在摄像部40的前端侧，内置有CCD等摄像元件41(参照图3)。摄像元件41能够取得视野范围R1内的图像。并且，将该图像转换为信号并输出到控制装置70。
弯曲部12能够使用公知的结构的弯曲部。虽然未图示，但弯曲部12中，以在插入部10的轴线方向上排列的状态，具备相互以能够转动的方式连接的多个节轮25。在多个节轮中的前端侧的节轮上，绕轴线每隔相等角度，连接有4条操作线(未图示)的前端部。各操作线的基端部分别与设置于插入部10的基端部的弯曲电机23(参照图3)连接。通过由弯曲电机23牵引操作线的基端部，能够使弯曲部12朝期望的方向弯成弓形，即、使弯曲部12弯曲。
在前端硬质部11附近的节轮25上，设置有应变传感器101，以检测前端硬质部11的状态。在本实施方式中，通过该应变传感器101，检测施加到前端硬质部11的应力。
如图1和图3所示，操作部50具有安装于操作台51的一对操作臂52、53；以及配置在地面F上的脚踏开关54等。操作臂52、53具有多关节构造。操作臂52用于对插入部10的弯曲部12进行弯曲操作。
另一方面，操作臂53对前端硬质部11的三维的移动进行操作。前端硬质部11能够通过致动器6前进或朝上下方向、左右方向移动。
操作臂52、53在被操作时，向控制装置70输出操作指示。这样，操作部50能够通过输出操作指示，经由控制装置70对弯曲部12、机械手30以及摄像部40进行操作。
如图1所示，显示部60被配置在与用手握住操作臂52、53时的操作者O相对的位置处。显示部60与控制装置70连接。
驱动部5具备在长度方向上推进插入部10的前端硬质部11的致动器6。在操作者通过操作部50进行用于在长度方向上推进插入部10的操作时，驱动致动器6，从而使插入部10在长度方向上前进或后退。
控制装置70基于来自操作部10的操作信号，生成用于对驱动部5的致动器6进行驱动的指令信号。即，控制装置70计算插入部10的基端侧的、致动器6在固定时间内的移动量，并使得达到该移动量的指令信号输出到驱动部5。
如图3所示，控制装置70具有与总线71连接的主控制部(控制部)72、图像处理部73以及电源74。在总线71上，分别连接有插入部10的弯曲电机23、摄像部40的摄像元件41、应变传感器101、操作部50的操作臂52、53、脚踏开关54、显示部60以及模式表76。
主控制部72和图像处理部73分别由运算元件、存储器和控制程序等构成。主控制部72按照从操作臂52输出的、针对插入部10的弯曲部12的操作指示，驱动弯曲电机23来牵引恰当的操作线，而使弯曲部12弯曲。此外，按照从操作臂53输出的、针对致动器6的操作指示，驱动致动器6，而使插入部10的前端硬质部11移动。
在作为主控制部72的存储器的模式表76中，存储有通常使用的模式下的工作条件、和比通常使用更可靠的模式下的工作条件，主控制部72参照来自应变传感器101的检测值、和该模式表76，确定手术辅助机器人1的控制模式。
另外，如图2所示，在控制装置70中，具有用于驱动驱动部5的弯曲电机23等电机的电机驱动器，但是不限于此，例如也可以与控制装置70独立地在驱动部5中具备电机驱动器。该情况下，电机驱动器由运算元件、存储器和控制程序等构成，即使不与控制装置70电连接也能够驱动弯曲电机23等电机。
接着，说明本发明的手术辅助机器人1的控制例。图5是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的控制流程的图，图6是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的动作例的图，图7是示出本发明第1实施方式的手术辅助机器人1的模式表76所存储的工作条件的图。另外，所述流程是手术辅助机器人1的工作模式的变更算法所特有的。
图5中，在步骤S100中开始处理后，在接下来的步骤S101中，取得来自应变传感器101的检测信号(ε)。
在步骤S102中，判定该检测信号ε是否在规定值εo以上。在该判定结果为“是”时，能够判断为是前端硬质部11以及处置器械39与脏器抵接、从而被施加了力的状态，因此进入步骤S104，手术辅助机器人1以尺度缩小工作模式进行动作。图6示出了前端硬质部11以及处置器械39与脏器抵接的状态。所述那样的尺度缩小工作模式中的第1操作臂52的操作量、与前端硬质部11附近的弯曲量之比例如图7的模式表76那样被规定。即，在尺度缩小工作模式中，限定为通常工作模式的1/5的移动，因此能够进行细致的动作，能够良好地进行操作。
另一方面，在所述判定为“否”时，能够判断为前端硬质部11以及处置器械39未与脏器抵接，因此手术辅助机器人1以模式表76所规定的通常工作模式(步骤S103)进行动作。
如上所述，本发明的手术辅助机器人1具有检测前端部的状态的检测传感器(应变传感器101)，根据该检测传感器(应变传感器101)的检测结果，进行向更可靠的工作模式(尺度缩小工作模式)的变更，因此即便难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系、或者充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，也能够良好地进行操作。
接着，说明本发明的第2实施方式。图8是透视观察到的本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的前端部的结构的示意图。在第1实施方式中，采用了应变传感器101作为检测前端硬质部11以及处置器械39的状态的检测传感器，采用了尺度缩小工作模式作为比通常的工作模式更可靠的模式。与此相对，在第2实施方式中，采用位移传感器102作为检测前端硬质部11以及处置器械39的状态的检测传感器，采用移动限制模式作为比通常的工作模式更可靠的模式。位移传感器102检测从前端硬质部11突出的杆状部件的位移，并经由总线71将检测信号发送到主控制部(控制部)72。
接着，说明第2实施方式的手术辅助机器人1的控制例。图9是示出本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的控制流程的图，图10是示出本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的动作例的图，图11是示出本发明第2实施方式的手术辅助机器人1的模式表76所存储的工作条件的图。另外，所述流程是手术辅助机器人1的工作模式的变更算法所特有的。
图9中，在步骤S200中开始处理后，在接下来的步骤S201中，取得来自位移传感器102的检测信号(d)。
在步骤S202中，判定该检测信号d是否在规定值do以上。在该判定结果为“是”时，能够判断为是前端硬质部11与脏器抵接、且位移传感器102的杆状部件被按下的状态，因此进入步骤S204，手术辅助机器人1以移动限制模式进行动作。图10示出了前端硬质部11与脏器等抵接、且位移传感器102的杆状部件被按下的状态。
所述那样的移动限制模式是如下模式：仅允许通过第2操作臂53的操作使前端硬质部11在规定的面内进行移动的情况。这样的模式例如图11的模式表76那样进行规定。在这样的移动限制模式中，即使要通过第2操作臂53的操作使前端硬质部11前进，也限制成前端硬质部11仅在图10的A-A’所示的面内(包含与纸面垂直的方向)移动。利用这样的操作模式，能够使处置器械39可靠地在同一面上移动，能够良好地进行操作。
另一方面，在所述判定为“否”时，能够判断为前端硬质部11以及处置器械39未与脏器抵接，因此手术辅助机器人1以模式表76所规定的三维移动允许模式(步骤S203)进行动作。在该三维移动允许模式中，前端硬质部11不论在三维内的哪个方向上移动都是被允许的。
如上所述，本发明的手术辅助机器人1具有检测前端部的状态的检测传感器(位移传感器102)，根据该检测传感器(位移传感器102)的检测结果，进行向更可靠的工作模式(移动限制模式)的变更，因此即便难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系、或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，也能够良好地进行操作。
接着，说明本发明的第3实施方式。图12是本发明第3实施方式的手术辅助机器人1的框图。在第1实施方式中，采用了应变传感器101作为检测前端硬质部11以及处置器械39的状态的检测传感器，采用了尺度缩小工作模式作为比通常的工作模式更可靠的模式。与此相对，在第3实施方式中，采用图像传感器103和测距部42作为检测前端硬质部11以及处置器械39的状态的检测传感器，采用供给电力减少模式作为比通常的工作模式更可靠的模式。
本实施方式中，在前端硬质部11中设置有图像传感器103，通过由图像处理部73对由该图像传感器103取得的图像数据进行图像分析来识别病变部。此外，测距部42设置于前端硬质部11，其测量前端硬质部11与脏器等之间的距离，并将该测量数据发送到主控制部72。
此外，本实施方式中，具有调整供给到处置器械39的电力的电力供给调整部45，设为该电力供给调整部45能够通过来自主控制部72的指令值进行控制。
接着，说明第3实施方式的手术辅助机器人1的控制例。图13是示出本发明第3实施方式的手术辅助机器人1的控制流程的图，图14是示出本发明第3实施方式的手术辅助机器人1的模式表76所存储的工作条件的图。另外，所述流程是手术辅助机器人1的工作模式的变更算法所特有的。
图13中，在步骤S300中开始处理后，在接下来的步骤S301中，根据由图像传感器103取得的图像数据，判定是否识别到了病变部。如果步骤S301的判定为“否”，则进入步骤S304，设手术辅助机器人1的工作模式为通常供电模式。在该通常供电模式中，电力供给调整部45调整为将通常的电能供给到处置器械39。
另一方面，如果步骤S301的判定为“是”，则接着进入步骤S302，取得来自测距部42的距离数据(D)。
在步骤S303中，判定该距离数据D是否在规定值Do以上。在该判定结果为“是”时，能够判断为是前端硬质部11与脏器接近的状态，因此进入步骤S305，手术辅助机器人1以供给电力减少模式进行动作。
这样的模式例如图14的模式表76那样进行规定。在这样的供给电力减少模式中，电力供给调整部45调整为将通常的电能的2/3供给到处置器械39。根据这样的操作模式，能够进行细致的动作，能够良好地进行操作。
另一方面，在步骤S303的判定为“否”时，能够判断为前端硬质部11以及处置器械39未与脏器接近，因此手术辅助机器人1以模式表76所规定的通常供电模式进行动作。
如上所述，本发明的手术辅助机器人1具有检测前端部的状态的检测传感器(位移传感器102)，根据该检测传感器(测距部42、图像传感器103)的检测结果，进行向更可靠的工作模式(供给电力减少模式)的变更，因此即便难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系、或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，也能够良好地进行操作。
另外，任意组合之前所说明的实施方式而得到的实施方式也属于本发明的范畴。即，作为检测前端部的状态的检测传感器，能够使用任意的检测传感器，作为手术辅助机器人1的工作模式，也能够利用任意的工作模式。
此外，在上述各实施方式中，作为操作部50，列举利用一对臂对弯曲部12和前端硬质部11进行操作的例子进行了说明，但也可以利用1个臂对弯曲部12和前端硬质部11进行操作。该情况下，例如经由脚踏开关54来切换操作控制模式。
此外，也可以设处置器械38为具有多关节的臂的构造，并通过操作部50如上述那样切换操作控制模式。该情况下，处置器械38不限于1个，例如也可以设处置器械38为把持钳子，设为存在一对该把持钳子的结构，并利用一对臂进行操作。此外，作为操作部50的构造，列举臂为例进行了说明，但也可以是操纵杆，而不限于臂。
产业上的利用性
本发明涉及被插入到体腔内、在对体腔内的各种组织进行处置时使用的医疗用的手术辅助机器人。作为手术辅助系统，已知有具备操作者进行操作的主机械手、和根据主机械手的动作进行处置的从机械手的手术辅助机器人。存在如下的内窥镜的粘膜切除术：使用这样的手术辅助机器人，将从机械手插入到体腔内，通过处置器械切除在粘膜组织中形成的病变部，而利用这样的手术，不需要开腹，因此给患者带来的负担小、且术后的恢复和到出院为止的天数大幅度减少，因此可期待应用领域的扩大。但是，在以往的内窥镜手术系统等手术辅助机器人中，在体腔内进行处置时，可参照的信息仅是由内窥镜得到的观察图像，例如难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系，或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，存在操作性差的问题。与此相对，本发明的手术辅助机器人具有检测前端部的状态的检测传感器，根据该检测传感器的检测结果，进行向更可靠的工作模式的变更，因此即便难以瞬时掌握病变部位和处置器械的三维的位置关系、或者难以充分掌握在病变部与处置器械之间作用的力，也能够良好地进行操作，从而产业上的利用性非常大。
标号说明
1：手术辅助机器人；4：内窥镜；5：驱动部；6：致动器；8：观察光学系统；10：插入部；11：前端硬质部；12：弯曲部；13：挠性管部；16：支撑部；17：照明部；23：弯曲电机；25：节轮；35：前端部移动用致动器；39：处置器械；40：摄像部；41：摄像元件；42：测距部；45：电力供给调整部；50：操作部；51：操作台；52：第1操作臂；53：第2操作臂；54：脚踏开关；60：显示部；70：控制装置；71：总线；72：主控制部(控制部)；73：图像处理部；74：电源；76：模式表；81：手术台；101：应变传感器；102：位移传感器；103：图像传感器；O：操作者；P：患者；R1：视野范围；F：地面。

Claims (8)

1.一种手术辅助机器人，其具有：
操作部；
前端部，其根据所述操作部的操作量进行移动；
处置器械，其被配置于所述前端部；
检测传感器，其被配置于所述前端部的附近，并且检测所述前端部的状态；以及
工作模式变更部，其根据所述检测传感器的检测结果，进行工作模式的变更。
2.根据权利要求1所述的手术辅助机器人，其中，
所述检测传感器是应变传感器。
3.根据权利要求1所述的手术辅助机器人，其中，
所述检测传感器是图像传感器。
4.根据权利要求1所述的手术辅助机器人，其中，
所述检测传感器是位移传感器。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的手术辅助机器人，其中，
所述工作模式变更部对所述操作部的操作量与所述前端部的弯曲量之间的关系进行变更。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的手术辅助机器人，其中，
所述工作模式变更部对所述操作部的操作和所述前端部的移动形式进行变更。
7.根据权利要求6所述的手术辅助机器人，其中，
所述工作模式变更部变更的所述移动形式是允许三维的移动的第1移动形式、和仅允许面内的移动的第2移动形式。
8.根据权利要求1～4中的任意一项所述的手术辅助机器人，其中，
所述手术辅助机器人具有向所述处置器械供给电力的电力供给部，
所述工作模式变更部对从所述电力供给部供给到所述处置器械的电力进行变更。
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