CN112004495B - 推算装置、推算方法、以及程序 - Google Patents

推算装置、推算方法、以及程序 Download PDF

Info

Publication number
CN112004495B
CN112004495B CN201980024045.3A CN201980024045A CN112004495B CN 112004495 B CN112004495 B CN 112004495B CN 201980024045 A CN201980024045 A CN 201980024045A CN 112004495 B CN112004495 B CN 112004495B
Authority
CN
China
Prior art keywords
information
surgical instrument
vector
distance
vertical vector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980024045.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112004495A (zh
Inventor
只野耕太郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riverfield Inc
Original Assignee
Riverfield Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Riverfield Inc filed Critical Riverfield Inc
Publication of CN112004495A publication Critical patent/CN112004495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112004495B publication Critical patent/CN112004495B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00149—Holding or positioning arrangements using articulated arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2059—Mechanical position encoders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/061—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring dimensions, e.g. length
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/067—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring angles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B2090/506—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms using a parallelogram linkage, e.g. panthograph
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

一种推算装置，对第1垂直向量和第2垂直向量进行计算，第1垂直向量是手术器械中的假定的枢转位置即第1位置的移动向量中的与手术器械的轴线方向垂直的分量；第2垂直向量是手术器械中的第2位置的移动向量中的与该轴线方向垂直的分量。并且，推算装置通过第1垂直向量与第2垂直向量的内积对手术器械中的从后端侧的基准点或前端侧的基准点到第1位置的长度即第1距离进行更新。

Description

推算装置、推算方法、以及程序
相关申请的交叉引用
本国际申请要求2018年8月30日在日本专利局提交的日本公开专利申请第2018-161363号的优先权，所述日本公开专利申请的全部内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开涉及与内窥镜外科手术等中使用的手术辅助机器人相关的推算装置、推算方法、以及程序。
背景技术
近年来，使用手术辅助机器人的内窥镜外科手术逐渐普及。内窥镜外科手术中，使用在手术辅助机器人上安装的腹腔镜、内窥镜、或钳子等(以下记为“手术器械”)。对于上述这些手术辅助机器人，提出了基于设定在手术辅助机器人的坐标系来控制手术器械的移动的方案(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2018-088996号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述专利文献1中，公开了在受检体的器官模型上对手术器械的前端进行对位的技术。具体而言，提出了当器官的内壁接触到手术器械的前端时，将手术器械的前端的实际坐标与所对应的模型坐标之间的变换公式更新成新的变换公式的技术方案。
然而，在专利文献1记载的技术中，有可能致使手术辅助机器人中的不动点(以下记为“枢转位置”)与供手术器械插入受检体体内的孔之间的对位精度下降。换言之，有可能致使手术辅助机器人所把持的手术器械中的枢转位置与配置于受检体且供手术器械插通的穿刺器的孔之间的对位精度下降。
即，在专利文献1记载的技术中，虽然能够推算出手术器械的前端位置也就是被固定的位置，却无法推算出手术器械中的枢转位置。此外，相对于手术器械的前端位置而相对确定的枢转位置因例如手术辅助机器人、受检体或者手术器械的位置或位姿而变化。因此，难以基于该前端位置推算出枢转位置。从而有可能导致内窥镜的枢转位置与配置于受检体的穿刺器的孔之间的对位精度下降。
本公开的一个方面希望能够对手术辅助机器人所把持的手术器械中的枢转位置进行推算。
解决问题的技术方案
本公开的推算装置对手术器械中的枢转位置进行推算，其中，由具有至少一个关节的臂装置的把持部把持手术器械的后端侧。该推算装置包括：存储部，存储部储存第1距离，第1距离是所述手术器械中的从所述后端侧的基准点到假定的枢转位置即第1位置的长度，或者是所述手术器械中的从位于该后端的相反侧的端部即前端侧的基准点到所述第1位置的长度；获取部，获取部获取向量信息、第1信息、以及第2信息，向量信息是关于所述臂装置的所述把持部的方向的信息，或者是关于所述手术器械的方向的信息，第1信息是关于所述手术器械中的所述第1位置的移动的信息，第2信息是关于所述手术器械中的不同于所述第1位置的第2位置的移动的信息；向量计算部，向量计算部基于所述向量信息计算所述手术器械的轴线方向，并且向量计算部基于所述第1信息、所述第2信息、以及所述手术器械的轴线方向分别计算第1垂直向量和第2垂直向量，第1垂直向量是所述第1位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量，第2垂直向量是所述第2位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量；内积计算部，内积计算部计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量的内积；以及更新部，更新部通过使所述内积的值乘以预定的系数后所得的值加上储存在所述存储部的所述第1距离，而对所述第1距离进行更新。
本公开的推算方法对手术器械中的枢转位置进行推算，其中，由具有至少一个关节的臂装置的把持部把持手术器械的后端侧。该推算方法包括：获取向量信息，向量信息是关于所述臂装置的所述把持部的方向的信息，或者是关于所述手术器械的方向的信息；获取第1信息和第2信息，第1信息是关于所述手术器械中的假定的枢转位置即第1位置的移动的信息，第2信息是关于所述手术器械中的不同于所述第1位置的第2位置的移动的信息；基于获取的所述向量信息计算所述手术器械的轴线方向，并且基于所述第1信息、所述第2信息、以及所述手术器械的轴线方向分别计算第1垂直向量和第2垂直向量，第1垂直向量是所述第1位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量，第2垂直向量是所述第2位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量；计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量的内积；以及将所述手术器械中的从所述后端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，或者将所述手术器械中的从位于该后端的相反侧的端部即前端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，并且通过使所述内积的值乘以预定的系数后所得的值加上所述第1距离，而对所述第1距离进行更新。
本公开的程序对手术器械中的枢转位置进行推算，其中，由具有至少一个关节的臂装置的把持部把持手术器械的后端侧。该程序使计算机实现以下功能：获取向量信息的功能，向量信息是关于所述臂装置的所述把持部的方向的信息，或者是关于所述手术器械的方向的信息；获取第1信息和第2信息的功能，第1信息是关于所述手术器械中的假定的枢转位置即第1位置的移动的信息，第2信息是关于所述手术器械中的不同于所述第1位置的第2位置的移动的信息；基于获取的所述向量信息计算所述手术器械的轴线方向，并且基于所述第1信息、所述第2信息、以及所述手术器械的轴线方向分别计算第1垂直向量和第2垂直向量的功能，其中，第1垂直向量是所述第1位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量，第2垂直向量是所述第2位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量；计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量的内积的功能；以及对第1距离进行更新的功能，其中，将所述手术器械中的从所述后端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，或者将所述手术器械中的从位于该后端的相反侧的端部即前端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，并且通过使所述内积的值乘以预定的系数后所得的值加上所述第1距离，而对所述第1距离进行更新。
根据如上所述的构成，对手术器械中的第1位置的移动向量中的与手术器械的轴线方向垂直的分量(第1垂直向量)与第2位置的移动向量中的与该轴线方向垂直的分量(第2垂直向量)的内积进行计算。并且基于内积更新第1距离，由此，能够推算出手术器械中的枢转位置。
此外，第2位置可以设置在所述手术器械的所述后端的部位处。
根据上述构成，易于推算手术器械中的枢转位置。
此外，所述向量信息可以是由角度传感器测量出的所述至少一个关节的旋转角度，所述向量计算部可以基于从所述角度传感器获取的所述旋转角度计算所述手术器械的轴线方向。
根据上述构成，易于获取向量信息。
此外，所述第1信息以及所述第2信息可以包含隔开预定的时间间隔而测量出的所述至少一个关节的旋转角度，所述向量计算部可以基于隔开所述预定的时间间隔而测量出的所述至少一个关节的旋转角度来计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量。
根据上述构成，易于获取第1信息以及第2信息。
此外，所述获取部可以在预先规定的每一个预定采样周期获取所述向量信息、所述第1信息、以及所述第2信息，所述向量计算部可以在每一个所述预定采样周期计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量，所述内积计算部可以在每一个所述预定采样周期计算所述内积的值，并且所述更新部可以在每一个所述预定采样周期对所述第1距离进行更新。
根据上述构成，手术器械中的枢转位置的推算精度得以提高。此外，即使在因某种原因使手术器械中的枢转位置产生移动从而导致枢转位置的推算精度变差的情形下，也会按采样周期反复进行第1距离的更新。由此，能够再次提高手术器械中的枢转位置的推算精度。
根据上述推算装置、推算方法、以及程序，基于第1垂直向量和第2垂直向量的内积来更新第1距离，由此对枢转位置进行推算。因此，能够对手术辅助机器人所把持的手术器械中的枢转位置进行推算。
附图说明
图1是推算装置以及应用推算装置的臂装置的示意图。
图2是说明图1的推算装置的结构的框图。
图3是说明表述枢转位置的公式的图。
图4是对枢转位置进行推算的运算处理的流程图。
图5是对枢转位置进行推算的运算处理的说明图。
图6是对枢转位置进行推算的运算处理的说明图。
图7是对枢转位置进行推算的运算处理的说明图。
附图标记的说明
10…推算装置；11…获取部；12…存储部；13…向量计算部；
14…内积计算部；15…更新部；50…臂装置(臂)；
52…旋转部(关节)；52s…旋转传感器(角度传感器)；
55p、56p…销(关节)；55s…第1连杆传感器(角度传感器)；
56s…第2连杆传感器(角度传感器)；62…第1关节部(关节)；
63…第2关节部(关节)；64…第3关节部(关节)；
62s…第1关节传感器(角度传感器)；
63s…第2关节传感器(角度传感器)；
64s…第3关节传感器(角度传感器)；70…手术器械；Pp…枢转位置；
Pp′…假定的枢转位置；ΔPp′…第1移动向量；ΔPr…第2移动向量；
ΔPp⊥′…第1垂直向量；ΔPr⊥…第2垂直向量；d′…第1距离
具体实施方式
以下参照图1～图7对本公开的一个实施方式的推算装置10进行说明。在本实施方式中，作为一个示例，在图1所示的用于内窥镜外科手术的手术辅助机器人等的臂装置(臂)50中使用推算装置10。
臂装置50以能够改变手术器械70的位置以及位姿的方式支承手术器械70。此外，臂装置50被控制成，即使改变手术器械70的位置或位姿，手术器械70也会通过枢转位置Pp，其中，枢转位置Pp是相对于装置50而预先规定的手术器械70的相对位置。枢转位置Pp与配置在内窥镜外科手术的对象也就是患者的腹壁81处的穿刺器75的配置位置大体一致。
此外，手术器械70可以是例如内窥镜或钳子等用于内窥镜外科手术的各种器具。在本实施方式中，作为一个示例，使用内窥镜作为手术器械70。
在内窥镜即手术器械70中主要设置有主体部71和筒状部72。由臂装置50把持主体部71，并且主体部71收纳有用于将由筒状部72导入的图像转换成电子信号的摄像装置。
筒状部72呈筒状或棒状，其插通穿刺器75并插入到患者的腹壁81的内部。此外，筒状部72构造成能够从其前端向主体部71传递图像。
如图1所示，在臂装置50主要设置有旋转部(关节)52、第1连杆部55、第2连杆部56、万向机构部61、以及把持部65。臂装置50基于从臂装置50的控制部等(未图示)输入的控制信号，对旋转部52、第1连杆部55、以及第2连杆部56进行驱动控制。
旋转部52是臂装置50中配置在被固定于基座51的部分处的关节。旋转部52构造成以绕沿着上下方向延伸的旋转轴线旋转的方式而进行驱动的结构，不限定其具体结构。在旋转部52中设置有用于检测旋转部52的旋转角度的旋转传感器(角度传感器)52s。
第1连杆部55配置在旋转部52与第2连杆部56之间，由致动器(未图示)驱动第1连杆部55。第1连杆部55具有两组各由一对平行的杆55b构成的组合，由这些杆55b形成矩形形状。杆55b与杆55b之间的交点通过容许该两个杆55b进行单自由度体系旋转的销(关节)55p而结合。
此外，在第1连杆部55设置有用于检测预定的销55p的旋转角度的第1连杆传感器(角度传感器)55s。在本实施方式中，作为一个示例，第1连杆部55在上下方向上延伸。
第2连杆部56配置在第1连杆部55与万向机构部61之间，由致动器(未图示)驱动第2连杆部56。与第1连杆部55相同，第2连杆部56具有两组各由一对平行的杆56b构成的组合，由这些杆56b形成矩形形状。相邻的两个杆56b通过容许该相邻的两个杆56b进行单自由度体系旋转的销(关节)56p而结合。
此外，在第2连杆部56设置有用于检测预定的销56p的旋转角度的第2连杆传感器(角度传感器)56s。在本实施方式中，作为一个示例，第2连杆部56在横向方向(沿着与上下方向相交的面的方向)延伸。
万向机构部61配置在第2连杆部56与把持部65之间。万向机构部61具有旋转轴线彼此相交的第1关节部(关节)62、第2关节部(关节)63、以及第3关节部(关节)64。此外，万向机构部61具有用于检测第1关节部62的旋转角度的第1关节传感器(角度传感器)62s、用于检测第2关节部63的旋转角度的第2关节传感器(角度传感器)63s、以及用于检测第3关节部64的旋转角度的第3关节传感器(角度传感器)64s。
第1关节部62与第2连杆部56相邻配置。第1关节部62配置成使得其旋转轴线从水平方向朝斜上方延伸。第1关节部62更优选配置成例如使得其旋转轴线相对于水平方向成45°角而朝斜上方延伸。
第2关节部63配置在第1关节部62与第3关节部64之间。第3关节部64与把持部65相邻配置。此外，第1关节部62～第3关节部64的结构只要能够绕轴进行旋转即可，具体的结构没有限定。
把持部65配置在与万向机构部61相邻的位置，换言之，配置在臂装置50的前端。把持部65只要是能够把持手术器械70的结构即可，具体的结构没有限定。
推算装置10对由臂装置50把持的手术器械70的枢转位置Pp进行推算。该枢转位置Pp例如被输出到用于控制臂装置50的控制部等中。此外，该枢转位置Pp也可以表示为在臂装置50使用的坐标系中的位置。
如图1以及图2所示，推算装置10是具有CPU10a(中央运算处理器)、ROM10b、RAM10c、以及输入输出界面等的计算机等信息处理装置。CPU10a执行储存在ROM10b中的程序或执行载入到RAM10c中的程序。通过执行该程序而至少发挥作为获取部11、存储部12、向量计算部13、内积计算部14、以及更新部15的功能。此外，通过执行程序来执行与程序相对应的方法。在该示例中，ROM10b或RAM10c对应于保存有程序的非转移实体记录介质。此外，推算装置10可以设置有不具备CPU的电子电路(例如ASIC等集成电路)，并且可以通过该电子电路实现推算装置10的全部功能或一部分功能。
获取部11获取从旋转传感器52s、第1连杆传感器55s、第2连杆传感器56s、第1关节传感器62s、第2关节传感器63s、以及第3关节传感器64s输出的旋转角度。
获取部11基于获取的旋转角度计算向量信息，其中，向量信息是与表示臂装置50的把持部65的方向或手术器械70的方向的向量n有关的信息。此外，获取部11也以同样的方式计算第1移动向量ΔPp′的信息(以下称为第1信息)、以及第2移动向量ΔPr的信息(以下称为第2信息)。其中，第1移动向量ΔPp′表示后述手术器械70中的假定的枢转位置(换言之即第1位置)Pp′的移动。换言之，第1移动向量ΔPp′表示手术器械70中设置有第1位置的部分的移动。此外，第2移动向量ΔPr表示手术器械70的位于把持部65侧的端部即后端部(换言之即第2位置)Pr的移动。换言之，第2移动向量ΔPr表示手术器械70中设置有第2位置的部分的移动。
此外，在本实施方式中，作为一个示例，第2移动向量ΔPr表示手术器械70的后端部Pr的移动。不过不限于此，也可以将手术器械70中不同于假定的枢转位置Pp′且除后端部以外的位置作为第2位置，并且第2移动向量ΔPr也可以表示该第2位置的移动。
存储部12例如作为RAM10c而构成，并储存预先确定的第1距离d′的值。第1距离d′连同臂装置50的前端位置、表示手术器械70的方向的向量n一起用来推算相对于臂装置50的枢转位置Pp。
具体而言，第1距离d′表示从臂装置50的前端位置到假定的枢转位置Pp′的距离。在本实施方式中，作为一个示例，臂装置50的前端位置是被臂装置50把持的手术器械70的后端侧的基准点，具体而言，是主体部71的后端部Pr。即，从手术器械70的后端部Pr到假定的枢转位置Pp′的长度为第1距离d′。
在此，假定的枢转位置Pp′是预先规定的位置，在对真正的枢转位置Pp进行推算时使用假定的枢转位置Pp′。因此，真正的枢转位置Pp与假定的枢转位置Pp′既可以一致，也可以不同。此外，假定的枢转位置Pp′优选设定在手术器械70上，不过也可以设定在手术器械70的外部。
此外，在计算第1距离d′时，也可以取代臂装置50的前端位置而使用手术器械70的前端侧的基准点，具体而言，例如可以使用前端部。该情形下，第1距离d′为从手术器械70的前端部到假定的枢转位置Pp′的长度。
向量计算部13计算手术器械70的轴线L方向，并且计算第1垂直向量ΔPp⊥′以及第2垂直向量ΔPr⊥。在此，基于向量信息计算手术器械70的轴线L方向。此外，第1垂直向量ΔPp⊥′以及第2垂直向量ΔPr⊥分别是第1移动向量ΔPp′中的与轴线L方向垂直的分量以及第2移动向量ΔPr中的与轴线L方向垂直的分量。
内积计算部14计算第1垂直向量ΔPp⊥′与第2垂直向量ΔPr⊥的内积。
更新部15通过使内积的值乘以预定的系数k后所得的值加上储存在存储部12中的第1距离d′，而计算出新的第1距离d′。并且，将储存在存储部12中的第1距离d′的值更新成通过上述计算而求算出的新的第1距离d′的值。
接下来说明推算装置10所执行的对枢转位置Pp进行推算的运算处理。首先，参照图3对表述枢转位置Pp的公式进行说明。用后端部Pr(臂装置50的前端位置)、向量n、以及距离d并且通过以下公式(1)表述枢转位置Pp。
【公式1】
Pp＝pr+dn…(1)
接下来，说明对枢转位置Pp进行推算的运算处理。若推算装置10开始图4示出的对枢转位置Pp进行推算的运算处理，则会按照预先规定的采样周期反复执行运算处理。运算处理至少持续到臂装置50的操作结束为止。
在运算处理中，首先，获取部11获取向量信息(S11)，其中，向量信息是关于向量n的信息，向量n表示臂装置50中的把持手术器械70的把持部65的方向，或者表示手术器械70的方向。具体而言，获取部11获取从旋转传感器52s、第1传感器55s和第2连杆传感器56s、以及第1关节传感器62s～第3关节传感器64s(以下记为“旋转传感器52s等”)输出的旋转角度。然后，获取部11基于获取的旋转角度计算有关向量n的信息即向量信息。
接下来，获取部11获取关于第1移动向量ΔPp′的上述第1信息以及关于第2移动向量ΔPr的上述第2信息(S12)。具体而言，获取部11基于新近获取的从旋转传感器52s等输出的旋转角度、以及在此之前(例如在更早以前的采样周期)获取的从旋转传感器52s等输出的旋转角度，计算第1信息以及第2信息。
之后，向量计算部13计算第1垂直向量ΔPp⊥′以及第2垂直向量ΔPr⊥(S13)。具体而言，向量计算部13首先基于有关向量n的信息即向量信息计算手术器械70的轴线L方向。然后，向量计算部13基于第1信息和第2信息、以及手术器械70的轴线L方向，计算第1垂直向量ΔPp⊥′以及第2垂直向量ΔPr⊥(参照图4)。
在计算出第1垂直向量ΔPp⊥′和第2垂直向量ΔPr⊥后，内积计算部14计算第1垂直向量ΔPp⊥′与第2垂直向量ΔPr⊥的内积的值Δd′(S14)。
例如图5所示，当第1距离d′大于从臂装置50的前端位置到枢转位置Pp的第2距离d时，假定的枢转位置Pp′位于比枢转位置Pp靠向手术器械70的前端侧的位置。该情形下，第1垂直向量ΔPp⊥′的方向与第2垂直向量ΔPr⊥的方向为相反的方向。因此，第1垂直向量与第2垂直向量的内积的值Δd′为负值。
另一方面，如图6所示，当第1距离d′小于第2距离d时，假定的枢转位置Pp′位于比枢转位置Pp靠向后端部Pr侧的位置。该情形下，第1垂直向量ΔPp⊥′的方向与第2垂直向量ΔPr⊥的方向为相同的方向。因此，第1垂直向量与第2垂直向量的内积的值Δd′为正值。
若计算出内积的值Δd′，则更新部15对第1距离d′进行修改更新(S15)。具体而言，更新部15使内积的值Δd′乘以预定的系数k(其中，k为正值)后所得的值与储存在存储部12中的第1距离d′进行加法运算。并且，更新部15将所储存的第1距离d′的值更新成通过该加法运算而得出的值。
例如，在图5所示的情形下，通过上述更新而使得第1距离d′变小，从而使第1距离d′接近第2距离d。而另一方面，在图6所示的情形下，通过上述更新而使得第1距离d′变大，从而使第1距离d′接近第2距离d。
上述系数k可以设定成所希望的值。例如，若使系数k的值的变大，则能够使第1距离d′尽快地接近第2距离d。但是，也存在第1距离d′难以趋同于第2距离d的可能性。此外，若使系数k的值变小，则第1距离d′慢慢地接近第2距离d，从而易于使第1距离d′趋同于第2距离d。
此外，如图7所示，当第1距离d′表示从手术器械70的前端部到假定的枢转位置Pp′的距离时，在S15中用于更新第1距离d′的内积的值Δd′的正负颠倒。当第1距离d′大于第2距离d时，内积的值Δd′为正值，当第1距离d′小于第2距离d时，内积的值Δd′为负值。因此，优选系数k为负值。
根据上述推算装置10，对假定的枢转位置(第1位置)Pp′的第1垂直向量ΔPp⊥′、以及不同于假定的枢转位置Pp′的第2位置的第2垂直向量ΔPr⊥进行计算。然后，基于第1垂直向量与第2垂直向量的内积，对第1距离d′进行更新。由此，能够推算出手术器械70中的枢转位置Pp。
此外，将手术器械70的后端部Pr设定为第2位置。由此，易于推算手术器械70中的枢转位置Pp。
此外，使用由旋转传感器52s等测量出的臂装置50的关节的旋转角度作为向量信息。因此，易于获取向量信息。
此外，使用由旋转传感器52s等隔开至少预定的时间间隔而测量出的旋转角度作为关于第1移动向量ΔPp′的第1信息以及关于第2移动向量ΔPr的第2信息。因此易于获取第1信息以及第2信息。
此外，按规定的采样周期反复进行第1距离d′的更新。由此，能够提高手术器械70中的枢转位置Pp的推算精度。此外，即使在因某种原因使手术器械70中的枢转位置Pp产生移动从而导致推算精度变差的情形下，也会按采样周期反复进行第1距离d′的更新，由此，能够再次提高枢转位置Pp的推算精度。
此外，本公开的技术范围不限于上述实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内能够加以各种变更。例如，上述实施方式中，应用了推算装置10与臂装置50及其控制部分体配置的示例对推算装置10进行了说明，不过，推算装置10也可以组装到臂装置50及其控制部的内部。
此外，除上述推算装置10外，也可以以将该推算装置10作为构成元素的系统、用于使计算机作为该推算装置10而发挥功能的程序、记录有该程序的半导体存储器等非转移实体记录介质、与推算装置10所执行的处理相当的方法等各种方式实现本公开。

Claims (7)

1.一种推算装置，是对手术器械中的枢转位置进行推算的推算装置，其中，由具有至少一个关节的臂装置的把持部把持所述手术器械的后端侧，所述推算装置的特征在于，包括：
存储部，所述存储部储存第1距离，所述第1距离是所述手术器械中的从所述后端侧的基准点到假定的枢转位置即第1位置的长度，或者是所述手术器械中的从位于该后端的相反侧的端部即前端侧的基准点到所述第1位置的长度；
获取部，所述获取部获取向量信息、第1信息以及第2信息，所述向量信息是关于所述臂装置的所述把持部的方向的信息，或者是关于所述手术器械的方向的信息，所述第1信息是关于所述手术器械中的所述第1位置的移动的信息，所述第2信息是关于所述手术器械中的不同于所述第1位置的第2位置的移动的信息；
向量计算部，所述向量计算部基于所述向量信息计算所述手术器械的轴线方向，并且所述向量计算部基于所述第1信息、所述第2信息、以及所述手术器械的轴线方向分别计算第1垂直向量和第2垂直向量，所述第1垂直向量是所述第1位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量，所述第2垂直向量是所述第2位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量；
内积计算部，所述内积计算部计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量的内积；以及
更新部，所述更新部通过使所述内积的值乘以预定的系数后所得的值加上储存在所述存储部的所述第1距离，而对所述第1距离进行更新。
2.根据权利要求1所述的推算装置，其特征在于，
所述第2位置设置在所述手术器械的后端部。
3.根据权利要求1或2所述的推算装置，其特征在于，
所述向量信息是由角度传感器测量出的所述至少一个关节的旋转角度，
所述向量计算部基于从所述角度传感器获取的所述旋转角度计算所述手术器械的轴线方向。
4.根据权利要求1所述的推算装置，其特征在于，
所述第1信息以及所述第2信息包含隔开预定的时间间隔而测量出的所述至少一个关节的旋转角度，
所述向量计算部基于隔开所述预定的时间间隔而测量出的所述至少一个关节的旋转角度来计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的推算装置，其特征在于，
所述获取部在预先规定的每一个预定采样周期获取所述向量信息、所述第1信息、以及所述第2信息，
所述向量计算部在每一个所述预定采样周期计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量，
所述内积计算部在每一个所述预定采样周期计算所述内积，
所述更新部在每一个所述预定采样周期对所述第1距离进行更新。
6.一种推算方法，是对手术器械中的枢转位置进行推算的推算方法，其中，由具有至少一个关节的臂装置的把持部把持所述手术器械的后端侧，所述推算方法的特征在于，包括：
获取向量信息，所述向量信息是关于所述臂装置的所述把持部的方向的信息，或者是关于所述手术器械的方向的信息；
获取第1信息和第2信息，所述第1信息是关于所述手术器械中的假定的枢转位置即第1位置的移动的信息，所述第2信息是关于所述手术器械中的不同于所述第1位置的第2位置的移动的信息；
基于获取的所述向量信息计算所述手术器械的轴线方向，并且基于所述第1信息、所述第2信息、以及所述手术器械的轴线方向分别计算第1垂直向量和第2垂直向量，所述第1垂直向量是所述第1位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量，所述第2垂直向量是所述第2位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量；
计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量的内积；以及
将所述手术器械中的从所述后端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，或者将所述手术器械中的从位于该后端的相反侧的端部即前端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，并且通过使所述内积的值乘以预定的系数后所得的值加上所述第1距离，而对所述第1距离进行更新。
7.一种非暂时性计算机可读记录介质，其储存有对手术器械中的枢转位置进行推算的程序，其中，由具有至少一个关节的臂装置的把持部把持所述手术器械的后端侧，所述非暂时性计算机可读记录介质的特征在于，通过所述程序使计算机实现以下功能：
获取向量信息的功能，所述向量信息是关于所述臂装置的所述把持部的方向的信息，或者是关于所述手术器械的方向的信息；
获取第1信息和第2信息的功能，所述第1信息是关于所述手术器械中的假定的枢转位置即第1位置的移动的信息，所述第2信息是关于所述手术器械中的不同于所述第1位置的第2位置的移动的信息；
基于获取的所述向量信息计算所述手术器械的轴线方向，并且基于所述第1信息、所述第2信息、以及所述手术器械的轴线方向分别计算第1垂直向量和第2垂直向量的功能，其中，所述第1垂直向量是所述第1位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量，所述第2垂直向量是所述第2位置的移动向量中的与所述轴线方向垂直的分量；
计算所述第1垂直向量和所述第2垂直向量的内积的功能；以及
对第1距离进行更新的功能，其中，将所述手术器械中的从所述后端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，或者将所述手术器械中的从位于该后端的相反侧的端部即前端侧的基准点到所述第1位置的长度作为第1距离，并且通过使所述内积的值乘以预定的系数后所得的值加上所述第1距离，而对所述第1距离进行更新。
CN201980024045.3A 2018-08-30 2019-08-28 推算装置、推算方法、以及程序 Active CN112004495B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-161363 2018-08-30
JP2018161363A JP6685052B2 (ja) 2018-08-30 2018-08-30 推定装置、推定方法およびプログラム
PCT/JP2019/033810 WO2020045538A1 (ja) 2018-08-30 2019-08-28 推定装置、推定方法、およびプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112004495A CN112004495A (zh) 2020-11-27
CN112004495B true CN112004495B (zh) 2022-09-20

Family

ID=69642764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980024045.3A Active CN112004495B (zh) 2018-08-30 2019-08-28 推算装置、推算方法、以及程序

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11890062B2 (zh)
EP (1) EP3735930A4 (zh)
JP (1) JP6685052B2 (zh)
CN (1) CN112004495B (zh)
WO (1) WO2020045538A1 (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1854420A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-14 Olympus Medical Systems Corp. Treatment system and trocar
WO2015119012A1 (ja) * 2014-02-07 2015-08-13 オリンパス株式会社 手術システムおよび手術システムの作動方法
JP2015524309A (ja) * 2012-08-02 2015-08-24 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ ロボット遠隔運動中心のコントローラ定義
WO2016069648A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Intuitive Surgical Operations, Inc. System and method for integrated surgical table
WO2016071674A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-12 Cambridge Medical Robotics Limited Characterising motion constraints
CN106456265A (zh) * 2014-03-17 2017-02-22 直观外科手术操作公司 使用逆运动学在关节极限下的遥控操作手术系统和控制方法
CN107300100A (zh) * 2017-05-22 2017-10-27 浙江大学 一种在线cad模型驱动的级联式机械臂视觉引导逼近方法
CN114449969A (zh) * 2019-09-30 2022-05-06 马科外科公司 用于引导工具的移动的系统和方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5762458A (en) 1996-02-20 1998-06-09 Computer Motion, Inc. Method and apparatus for performing minimally invasive cardiac procedures
US5855583A (en) * 1996-02-20 1999-01-05 Computer Motion, Inc. Method and apparatus for performing minimally invasive cardiac procedures
US8004229B2 (en) * 2005-05-19 2011-08-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Software center and highly configurable robotic systems for surgery and other uses
US9517106B2 (en) * 1999-09-17 2016-12-13 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for commanded reconfiguration of a surgical manipulator using the null-space
JP5030639B2 (ja) * 2007-03-29 2012-09-19 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡装置の処置具位置制御装置
JP5535725B2 (ja) * 2010-03-31 2014-07-02 富士フイルム株式会社 内視鏡観察支援システム、並びに、内視鏡観察支援装置、その作動方法およびプログラム
JP6150130B2 (ja) * 2014-01-30 2017-06-21 ソニー株式会社 内視鏡システム、内視鏡画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム
WO2017109912A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 オリンパス株式会社 医療用マニピュレータシステムとその画像表示方法
JP6831642B2 (ja) * 2016-04-15 2021-02-17 川崎重工業株式会社 外科手術システム
JP6810587B2 (ja) 2016-11-30 2021-01-06 オリンパス株式会社 内視鏡装置、内視鏡装置の作動方法
WO2018109851A1 (ja) * 2016-12-14 2018-06-21 オリンパス株式会社 医療用マニピュレータシステム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1854420A1 (en) * 2006-05-11 2007-11-14 Olympus Medical Systems Corp. Treatment system and trocar
JP2015524309A (ja) * 2012-08-02 2015-08-24 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ ロボット遠隔運動中心のコントローラ定義
WO2015119012A1 (ja) * 2014-02-07 2015-08-13 オリンパス株式会社 手術システムおよび手術システムの作動方法
CN106456265A (zh) * 2014-03-17 2017-02-22 直观外科手术操作公司 使用逆运动学在关节极限下的遥控操作手术系统和控制方法
WO2016069648A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Intuitive Surgical Operations, Inc. System and method for integrated surgical table
WO2016071674A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-12 Cambridge Medical Robotics Limited Characterising motion constraints
CN107300100A (zh) * 2017-05-22 2017-10-27 浙江大学 一种在线cad模型驱动的级联式机械臂视觉引导逼近方法
CN114449969A (zh) * 2019-09-30 2022-05-06 马科外科公司 用于引导工具的移动的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210030484A1 (en) 2021-02-04
EP3735930A1 (en) 2020-11-11
JP6685052B2 (ja) 2020-04-22
WO2020045538A1 (ja) 2020-03-05
JP2020031902A (ja) 2020-03-05
US11890062B2 (en) 2024-02-06
CN112004495A (zh) 2020-11-27
EP3735930A4 (en) 2021-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102222124B1 (ko) 수술 지원 장치, 그 제어 방법, 기록 매체 및 수술 지원 시스템
JP2007011978A (ja) ロボットの運動制御装置
JP2020506436A5 (zh)
JP2016504067A (ja) 医療用マニピュレータおよび医療用マニピュレータの制御方法
US20160331475A1 (en) Continuous image integration for robotic surgery
JP6053358B2 (ja) 手術支援装置
JP6149175B1 (ja) 手術支援装置、その制御方法、プログラム並びに手術支援システム
CN111936078B (zh) 臂装置、控制方法以及程序
CN112004495B (zh) 推算装置、推算方法、以及程序
JP6388686B2 (ja) 手術支援装置、その制御方法、プログラム並びに手術支援システム
WO2018150489A1 (ja) 手術器具の動作方法、ロボット手術システム、及びカメラ座標とロボットに関する座標との関係の推定プログラム
CN113474129A (zh) 手术辅助装置
JP2020028645A (ja) 推定システム、推定方法およびプログラム
WO2023100234A1 (ja) 内視鏡システムおよび座標系補正方法
US20220087768A1 (en) Real-time robotic-assisted dimension measurement system
WO2017169143A1 (ja) 情報処理装置、情報処理方法及びキャリブレーションシステム
KR20230076993A (ko) 재활운동로봇의 자세 모니터링 방법
CN116831729A (zh) 一种手术机器人内窥镜视野下器械提示方法及系统
Zhang et al. Inertial Guided Visual Sample Consensus based wearable orientation estimation for body motion tracking

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant