CN107708598A

CN107708598A - 医疗系统

Info

Publication number: CN107708598A
Application number: CN201680035162.6A
Authority: CN
Inventors: 二梃木昌夫
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2018-02-16
Also published as: JPWO2016203858A1; EP3311768A4; JP6289755B2; WO2016203858A1; EP3311768A1; US20180098817A1

Abstract

本发明提供一种医疗系统，其既能够应对局部的处置也能够应对外科手术中的术野展开，能够缩短手术时间。医疗系统(1)包括：第一机械臂(3)，其上设置有第一操纵器(12)和第一摄像部(14)，第一操纵器(12)上设置有第一处置部(15)，第一处置部(15)的可动范围包含在第一摄像部(14)的视野范围内；第二摄像部(10)，其视野范围比第一摄像部(14)的视野范围宽广；显示部(20)，其显示来自第一或第二摄像部(10、14)的影像；对影像进行切换的切换部(22)；操作部(6)，其用于输入第一操纵器(12)和第一机械臂(3)的操作指令；和控制部(7)，其根据操作指令对第一操纵器(12)和第一机械臂(3)进行控制，在影像被切换为来自第二摄像部(10)的影像的情况下，控制部(7)根据操作指令控制第一机械臂(3)和第一操纵器(12)，在影像被切换为来自第一摄像部(14)的影像的情况下，控制部(7)根据操作指令控制第一操纵器(12)。

Description

医疗系统

技术领域

本发明涉及医疗系统。

背景技术

目前已知这样一种外科手术用系统，其为了利用多个操纵器(manipulator)对患者进行外科手术，将内窥镜和2个操纵器通过引导管从一个入口导入到患者体内，利用该内窥镜和2个操纵器，一边以局部的视野拍摄患部一边使用2个操纵器进行处置(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-539573号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在专利文献1的外科手术用系统中，2个操纵器的可动范围被限制在内窥镜的视野范围内，而内窥镜的视野范围狭窄，因此存在只能在狭窄范围内进行处置的问题。虽然通过以入口为支点将引导管的前端移动，能够使内窥镜的视野范围和操纵器的可动范围本身发生移动，但存在这样的问题，即，在手术的初始阶段(确保术野)等进行外科手术中的术野展开的场合下，在要使操纵器向观察不到的方向移动时缺乏周围信息，必须一边避免与周围组织产生干涉一边谨慎地使操纵器缓慢动作，要花费时间。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种既能够应对局部的处置也能够应对外科手术中的术野展开，且能够缩短手术时间的医疗系统。

解决问题的技术手段

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。

本发明的一个技术方案提供一种医疗系统，包括：第一机械臂，其前端设置有第一操纵器和第一摄像部，上述第一操纵器的前端设置有第一处置部，上述第一摄像部的视野范围为局部视野范围，由上述第一操纵器实现的上述第一处置部的可动范围包含在上述局部视野范围内；第二摄像部，其视野范围为比上述第一摄像部的上述局部视野范围宽广的全局视野范围；显示部，其显示来自上述第二摄像部或上述第一摄像部的影像；切换部，其对显示在上述显示部上的影像进行切换；操作部，其用于输入上述第一操纵器和上述第一机械臂的操作指令；和控制部，其根据利用上述操作部输入的操作指令对上述第一操纵器和上述第一机械臂进行控制，在被上述切换部切换为来自上述第二摄像部的影像的情况下，上述控制部根据输入到上述操作部的操作指令控制上述第一机械臂和上述第一操纵器，在被上述切换部切换为来自上述第一摄像部的影像的情况下，上述控制部根据输入到上述操作部的操作指令控制上述第一操纵器。

采用该技术方案，当通过切换部的操作将显示在显示部上的影像切换为由第一摄像部取得的局部视野范围的影像时，控制部根据操作部的操作指令对在局部视野范围内动作的第一操纵器进行控制。另一方面，当通过切换部的操作将显示在显示部上的影像切换为由第二摄像部取得的全局视野范围的影像时，控制部根据操作部的操作指令对在全局视野范围内动作的第一机械臂进行控制。

由此，在外科手术中的术野展开的场合下，操作者能够利用切换部将视野范围切换为第二摄像部的全局视野范围，以更为宽广的视野范围一边在显示部上确认第一机械臂周围的状态一边通过第一机械臂和第一操纵器的动作来使处置部进行较大的移动。另一方面，在对患部进行处置的场合下，能够利用切换部将视野范围切换为第一摄像部的局部视野范围，进行精细的处置。

上述技术方案可以采用这样的方式，其中，上述医疗系统包括第二机械臂，该第二机械臂的前端设置有第二处置部，上述第二机械臂的上述第二处置部的可动范围在上述全局视野范围内，在被上述切换部切换为来自上述第二摄像部的影像的情况下，上述控制部根据输入到上述操作部的操作指令控制上述第一机械臂、上述第一操纵器和上述第二机械臂。

通过采用这样的方式，在外科手术中的术野展开的场合下，操作者能够利用切换部将视野范围切换为第二摄像部的全局视野范围，以更为宽广的视野范围一边在显示部上确认第一机械臂和第二机械臂周围的状态，一边通过第一机械臂和第一操纵器的动作使第一处置部进行较大的移动，并通过第二机械臂的动作使第二处置部进行较大的移动。

上述技术方案可以采用这样的方式，其中，上述第一机械臂的前端设置有第二操纵器，上述第二操纵器的前端设置有第三处置部，上述第二操纵器的上述第三处置部的可动范围在上述局部视野范围内，在被上述切换部切换为来自上述第一摄像部的影像的情况下，上述控制部根据输入到上述操作部的操作指令控制上述第一操纵器和上述第二操纵器。

通过采用这样的方式，在进行患部的处置的场合下，操作者能够利用切换部将视野范围切换为第一摄像部的局部视野范围，一边确认显示部上显示的来自第一摄像部的影像，一边使第一操纵器的第一处置部和第二操纵器的第三处置部动作，利用两个臂进行精细的处置。

上述技术方案可以采用这样的方式，其中，上述操作部包括由操作者的一只手操作的第一操作输入部，和由上述操作者的另一只手操作的第二操作输入部，在被上述切换部切换为来自上述第二摄像部的影像的情况下，上述控制部根据利用第一操作输入部输入的操作指令控制上述第一机械臂和上述第一操纵器，并根据利用上述第二操作输入部输入的操作指令控制上述第二机械臂。

通过采用这样的方式，操作者能够用两只手操作分别对应的第一机械臂和第一操纵器，以及第二机械臂，即使在显示部上显示全局视野范围的影像的状况下，也能够利用两个臂进行全局的处置。

上述技术方案可以采用这样的方式，其中，在被上述切换部切换为来自上述第一摄像部的影像的情况下，上述控制部根据利用上述第一操作输入部输入的操作指令控制上述第一操纵器，并根据利用上述第二操作输入部输入的操作指令控制上述第二操纵器。

通过采用这样的方式，操作者能够用两只手操作分别对应的第一操纵器和第二操纵器，在显示部上显示了局部视野范围的影像的状况下，能够利用两个臂进行精细的处置。

可以采用这样的方式，其中，在被上述切换部切换为来自上述第二摄像部的影像的情况下，上述控制部使上述操作部的坐标系与固定于上述第二摄像部的坐标系一致。

通过采用这样的方式，操作者在一边观看显示部上操作的来自第二摄像部的影像一边对操作部进行操作的情况下，能够进行直观的操作。即，当利用操作部输入了用于指示向一个方向移动的操作指令时，能够使显示在显示部上的第一机械臂、第二机械臂、第一操纵器或第二操纵器在显示部内向与操作部相同的方向移动。

上述技术方案可以采用这样的方式，其中，在上述显示部上的影像被上述切换部切换为来自上述第一摄像部的影像的情况下，上述控制部使上述操作部的坐标系与固定于上述第一摄像部的坐标系一致。

通过采用这样的方式，在一边观看显示部上操作的来自第一摄像部的影像一边对操作部进行操作的情况下，能够进行直观的操作。即，当利用操作部输入了用于指示向一个方向移动的操作指令时，能够使显示在显示部上的第一操纵器或第二操纵器在显示部内向与操作部相同的方向移动。

发明效果

采用本发明，可得到既能够应对局部的处置也能够应对外科手术中的术野展开，且能够缩短手术时间的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的医疗系统的整体结构图。

图2是表示图1的医疗系统在俯瞰模式下的操作部和监视器显示例的图。

图3是表示图1的医疗系统在局部模式下的操作部和监视器显示例的图。

图4是表示图1的医疗系统的第一变形例的整体结构图。

图5是表示图4的医疗系统在俯瞰模式下的操作部和监视器显示例的图。

图6是表示图4的医疗系统在局部模式下的操作部和监视器显示例的图。

图7是表示图1的医疗系统的第二变形例的整体结构图。

图8是表示图1的医疗系统的第三变形例的整体结构图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的一个实施方式的医疗系统1进行说明。

如图1所示，本实施方式的医疗系统1包括设置在供患者横卧的手术床2附近的3个机器人3、4、5，由操作者操作的操作部6，和根据通过该操作部6的操作而输入的操作指令对3个机器人3、4、5进行控制的控制部7。

第一机器人3是在前端安装有处置单元8的6轴多关节的第一机械臂。

第二机器人4是在前端安装有第二处置部9的6轴多关节的第二机械臂。

第三机器人5是在前端安装有作为第二摄像部的内窥镜10的6轴多关节的第三机械臂。

如图1所示，处置单元8例如包括：能贯穿体表组织而插入到体内的插入部11，从该插入部11的前端突出到前方的具有1个以上的关节的第一操纵器12和第二操纵器13，和从插入部11的前端突出到前方的第一摄像部14。第一操纵器12在前端设置有第一处置部15。第二操纵器13在前端设置有第三处置部16。插入部11在其前端设置有弯曲部17，利用该弯曲部17的动作也能够使第一操纵器12、第二操纵器13和第一摄像部14的姿态发生变化。

第一摄像部14的视野范围为局部视野范围，第一操纵器12和第二操纵器13的可动范围包含在该局部视野范围内。即，配置在处置单元8的插入部11的前端处的第一操纵器12和第二操纵器13始终呈现在由第一摄像部14拍摄到的狭窄的局部视野范围的影像内，能够对以较大倍率拍摄到的患部进行精细的处置。

内窥镜10的视野范围为比第一摄像部14宽广的全局视野范围。由此，内窥镜10能够在比较宽广的范围进行观察，该范围包括由第一操纵器12和第二操纵器13支承的第一处置部15和第三处置部16的由第一机械臂3实现的可动范围，和支承在第二机械臂4的前端的第二处置部9的可动范围。

第三机器人5在通过初始设定而决定了内窥镜10的全局视野范围之后不再动作。

如图1所示，操作部6包括由操作者的右手操作的第一操作输入部18，和由操作者的左手操作的第二操作输入部19。各操作输入部18、19具有多关节结构，能够三维地任意指示配置在前端的处置部9、15、16的位置和姿态。

操作部6设置有用于显示由第一摄像部14或内窥镜10取得的影像的监视器(显示部)20。操作部6还设置有对各机械臂3、4、5与第一、第二操作输入部18、19之间的连动和切断进行切换的离合器21，和将监视器20上显示的影像在来自第一摄像部14的影像与来自内窥镜10的影像之间切换的切换开关(切换部)22。

在通过切换开关22的操作切换成在监视器20上显示由第一摄像部14取得的影像的情况下，控制部7进行这样的控制(局部模式)，即，将由第一摄像部14取得的影像经图像处理后发送至监视器20，并且使固定于第一摄像部14的坐标系与操作部6的坐标系一致。

在该情况下，控制部7根据在操作部6上输入的操作指令，使呈现在由第一摄像部14取得的局部视野范围的影像内的第一操纵器12和第二操纵器13动作。

即，控制部7例如使用规定的齐次变换矩阵对操作部6的坐标系中的动作矢量进行坐标变换，将其变换为针对第一摄像部14的可实现适当的手眼协调的坐标系中的动作矢量。由此，控制部7实现这样的控制，即，根据利用操作部6的第一操作输入部18输入的操作指令，使监视器20上显示的影像内的第一操纵器12在与第一操作输入部18相同的方向上动作。同样，控制部7实现这样的控制，即，根据利用操作部6的第二操作输入部19输入的操作指令，使监视器20上显示的影像内的第二操纵器13在与第二操作输入部19相同的方向上动作。

在通过切换开关22的操作切换成在监视器20上显示由内窥镜10取得的影像的情况下，控制部7进行这样的控制(俯瞰模式)，即，将由内窥镜10取得的影像经图像处理后发送至监视器20，并且使固定于内窥镜10的坐标系与操作部6的坐标系一致。

在该情况下，控制部7根据在操作部6上输入的操作指令，使呈现在由内窥镜10取得的全局视野范围的影像内的第一操纵器12和第二处置部9动作。

即，控制部7例如对操作部6的坐标系中的动作矢量进行坐标变换，将其变换为针对内窥镜10的可实现适当的手眼协调的坐标系中的动作矢量，由此实现这样的控制，即，根据利用操作部6的第一操作输入部18输入的操作指令使第一机械臂3、操作部6的弯曲部和第一操纵器(设定整体上存在冗余的关节中的6个自由度的部分)12动作，并根据利用第二操作输入部19输入的操作指令使第二机械臂4动作。

下面，对采用上述结构的本实施方式的医疗系统1的作用进行说明。

为了使用本实施方式的医疗系统1对患者的体内——例如腹腔内——的患部进行处置，在将腹壁贯穿而形成的3个孔中设置套管针，将处置单元8、内窥镜10和第二处置部9的前端贯穿各套管针而配置在腹腔内。3个机械臂3、4、5的动作受到限制，以套管针的位置为支点进行动作。

为了将这些处置单元8、内窥镜10和第二处置部9配置在腹腔内，在离合器21切断的状态下，将插入腹腔内的内窥镜10配置到适当的位置，使第三机械臂5为停止状态。接着，使第一机械臂3、第二机械臂4和插入部11的弯曲部17动作，将第一操纵器12、第二操纵器13、第一摄像部14和第二处置部9配置到内窥镜10的视野内。然后，通过切换开关22选择俯瞰模式，将监视器20上显示的影像切换为由内窥镜10取得的全局视野范围的影像。

在该状态下，操作者移动操作部6的第一操作输入部18和第二操作输入部19，如图2所示，设定操作部6的第一操作输入部18和第二操作输入部19的形状，使它们与显示在监视器20上的第一操纵器12和第二处置部(涂黑的部分)9具有大致同等的位置关系。

然后，通过将离合器21连接，开始利用控制部7进行控制。

即，在通过切换开关22的操作而在监视器20上显示由内窥镜10取得的影像时，使用第一操作输入部18所进行的操作输入被用于使第一操纵器12动作，而使用第二操作输入部19所进行的操作输入被用于使第二处置部9动作。

其结果，当对第一操作输入部18进行了操作时，根据由该操作产生的操作输入，控制部7使第一机械臂3、插入部11和第一操纵器12连动从而使第一处置部15移动。

即，通过仅将由第一机械臂3支承的具有2个操纵器12、13的处置单元8中的右侧的第一操纵器12作为操作对象进行驱动，能够利用由左手操作的第二操作输入部19来对由第一机械臂3以外的第二机械臂4支承的第二处置部9进行操作。于是，当操作者对左手抓持的第二操作输入部19进行了操作时，根据由该操作产生的操作输入，控制部7使第二机械臂4动作来使第二处置部9移动。其结果，在局部模式和俯瞰模式下，第一操作输入部18的动作对象被固定为第一操纵器12和处置部15，但若利用切换开关22进行了模式切换，第二操作输入部19的动作对象会被切换为第二处置部9或者第二操纵器13和处置部16。

因为内窥镜10取得的全局视野范围是包括第二处置部9和处置单元8的前端的可动范围的宽广视野范围，所以位于第二处置部9和处置单元8的前端的周围的组织X等也能够同时显示在监视器20上。从而，操作者能够获得用于避免第二处置部9或处置单元8与周围组织等产生干涉的足够的信息，具有能够容易地进行外科手术中的术野展开，迅速进行用于确保术野等的作业的优点。

在第一操纵器12被配置在患部附近的情况下，操作者利用切换开关22选择局部模式，将显示在监视器20上的影像切换为来自第一摄像部14的影像。由此，控制部7切换为根据操作部6的操作指令使第一操纵器12和第二操纵器13动作的控制模式，第二机械臂4被当场锁定。

操作者切断离合器21，如图3所示，移动右手的第一操作输入部18使其与显示在监视器20上的第一操纵器12的形状一致，并移动左手的第二操作输入部19使其与显示在监视器20上的第二操纵器13的形状一致。

在该状态下，通过将离合器21连接，控制部7以这样的方式进行控制，即，根据利用第一操作输入部18输入的操作指令使第一操纵器12动作，并根据利用第二操作输入部19输入的操作指令使第二操纵器13动作。此时，第一机械臂3和插入部11的弯曲部17被锁定，不进行动作。

此时，控制部7取得固定于第一摄像部14的坐标系，使其与操作部6的坐标系一致而进行控制。由此，能够使第一操纵器12和第二操纵器13在与第一操作输入部18和第二操作输入部19的操作方向一致的方向上，以与操作量成比例的动作量移动，因此能够直观地进行操作。

由于第一机械臂3和弯曲部17的动作被锁定，第一摄像部14的影像的视角是固定的，所以仅2个操纵器12、13这两个臂成为可动对象。即，手眼协调已完成，能够集中进行第一处置部15和第三处置部16的操作。

并且，由于监视器20上显示有由第一摄像部14取得的局部视野范围的影像，因此具有这样的优点，即，能够将患部、第一操纵器12和第二操纵器13放大，一边在监视器20上确认一边精密地进行处置。

本实施方式所示例的是具有第一机械臂3、第二处置部9和第二机械臂4的情况，其中该第一机械臂3支承包括插入部11、2个操纵器12、13和第一摄像部14的处置单元8，该第二机械臂4支承第二处置部9，但也可以取而代之，如图4至图6所示，应用于仅具有第一机械臂3的情况，其中，该第一机械臂3支承包括插入部11、单个操纵器12和第一摄像部14的处置单元23。

在该情况下，操作部6的操作输入部24也可以为单个。即，在该情况下，只要在切换为内窥镜10的全局视野范围时能够利用操作输入部24使第一机械臂3动作，并且在切换为第一摄像部14的局部视野范围时能够利用操作输入部24使操纵器12动作即可。

也可以如图7所示，采用与图1相比区别仅在于不具有第二操纵器13的医疗系统25。在该情况下，可以在俯瞰模式下利用第一机械臂3和第二机械臂4这两个臂进行处置，在局部模式下仅利用1个操纵器12这一个臂进行处置。

也可以反过来如图8所示，采用与图1相比区别仅在于不具有第二机械臂4的医疗系统26。在该情况下，可以在俯瞰模式下仅利用第一机械臂3这一个臂进行处置，在局部模式中利用第一操纵器12和第二操纵器13这两个臂进行处置。

在将第一摄像部14取得的影像显示在监视器20上的局部模式下，有时会想要对手眼协调进行微调，但是存在若切换到俯瞰模式则不容易进行微调的问题。为了消除该问题，可以在操作部6设置调节开关，在局部模式下按下调节开关时以这样的方式工作：在开关按下的期间画面不切换，而控制对象切换为俯瞰模式下的关节。

此时，不使第一操纵器12和第二操纵器13动作，仅使弯曲部17和第一机械臂3的关节动作。

由此，能够对手眼协调进行微调而无需切换图像和坐标系。

附图标记说明

1、25、26 医疗系统

3 第一机械臂

4 第二机械臂

6 操作部

7 控制部

9 第二处置部

10 内窥镜(第二摄像部)

12 第一操纵器

13 第二操纵器

14 第一摄像部

15 第一处置部

16 第三处置部

18 第一操作输入部

19 第二操作输入部

20 监视器(显示部)

21 离合器

22 切换开关(切换部)

Claims

1.一种医疗系统，其特征在于，包括：

第一机械臂，其前端设置有第一操纵器和第一摄像部，所述第一操纵器的前端设置有第一处置部，所述第一摄像部的视野范围为局部视野范围，由所述第一操纵器实现的所述第一处置部的可动范围包含在所述局部视野范围内；

第二摄像部，其视野范围为比所述第一摄像部的所述局部视野范围宽广的全局视野范围；

显示部，其显示来自所述第二摄像部或所述第一摄像部的影像；

切换部，其对显示在所述显示部上的影像进行切换；

操作部，其用于输入所述第一操纵器和所述第一机械臂的操作指令；和

控制部，其根据利用所述操作部输入的操作指令对所述第一操纵器和所述第一机械臂进行控制，

在被所述切换部切换为来自所述第二摄像部的影像的情况下，所述控制部根据输入到所述操作部的操作指令控制所述第一机械臂和所述第一操纵器，在被所述切换部切换为来自所述第一摄像部的影像的情况下，所述控制部根据输入到所述操作部的操作指令控制所述第一操纵器。

2.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于：

所述医疗系统包括第二机械臂，该第二机械臂的前端设置有第二处置部，所述第二机械臂的所述第二处置部的可动范围在所述全局视野范围内，

在被所述切换部切换为来自所述第二摄像部的影像的情况下，所述控制部根据输入到所述操作部的操作指令控制所述第一机械臂、所述第一操纵器和所述第二机械臂。

3.如权利要求1或2所述的医疗系统，其特征在于：

所述第一机械臂的前端设置有第二操纵器，所述第二操纵器的前端设置有第三处置部，所述第二操纵器的所述第三处置部的可动范围在所述局部视野范围内，

在被所述切换部切换为来自所述第一摄像部的影像的情况下，所述控制部根据输入到所述操作部的操作指令控制所述第一操纵器和所述第二操纵器。

4.如权利要求2或3所述的医疗系统，其特征在于：

所述操作部包括由操作者的一只手操作的第一操作输入部，和由所述操作者的另一只手操作的第二操作输入部，

在被所述切换部切换为来自所述第二摄像部的影像的情况下，所述控制部根据利用第一操作输入部输入的操作指令控制所述第一机械臂和所述第一操纵器，并根据利用所述第二操作输入部输入的操作指令控制所述第二机械臂。

5.如权利要求4所述的医疗系统，其特征在于：

在被所述切换部切换为来自所述第一摄像部的影像的情况下，所述控制部根据利用所述第一操作输入部输入的操作指令控制所述第一操纵器，并根据利用所述第二操作输入部输入的操作指令控制所述第二操纵器。

6.如权利要求1～5中任一项所述的医疗系统，其特征在于：

在被所述切换部切换为来自所述第二摄像部的影像的情况下，所述控制部使所述操作部的坐标系与固定于所述第二摄像部的坐标系一致。

7.如权利要求1～6中任一项所述的医疗系统，其特征在于：

在被所述切换部切换为来自所述第一摄像部的影像的情况下，所述控制部使所述操作部的坐标系与固定于所述第一摄像部的坐标系一致。