DE112017005662T5

DE112017005662T5 - Gelenkantriebsaktuator und medizinisches system

Info

Publication number: DE112017005662T5
Application number: DE112017005662.4T
Authority: DE
Inventors: Wataru Kokubo; Tetsuharu Fukushima; Toshimitsu Tsuboi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-08-22
Also published as: JP2018075674A; US11109927B2; CN109922933A; WO2018088113A1; US20190262090A1

Abstract

[Gegenstand] Einfachere Konfiguration eines Gelenkantriebsaktuators mit einer Bremsfunktion.
[Lösung] Ein Gelenkantriebsaktuator gemäß der vorliegenden Offenbarung weist Folgendes auf: einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist; einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer externen Kraft, mit dem das Gelenk beaufschlagt wird, ausgelegt ist; und einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist. Diese Konfiguration ermöglicht die einfachere Konfiguration eines Gelenkantriebsaktuators mit einer Bremsfunktion.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gelenkantriebsaktuator und ein medizinisches System.
Stand der Technik
Konventionell beschreibt beispielsweise die Patentliteratur 1 unten einen Aktuator, der auf geeignete Weise den Antrieb eines Gelenkaktuators durch ein Kraftkontrollverfahren, das die Gelenkbildungskraft direkt steuert, steuern kann.
Liste der Literaturstellen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 4715863B
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Der Aktuator, wie er in Patentliteratur 1 beschrieben wird, umfasst einen Drehmomentsensor, einen Kodierer, einen Drehzahlminderer, einen elektromagnetischen Motor, einen Motorantrieb und einen Mikrocomputer zur Steuerung. Als Maßnahme gegen Herunterfallen eines Arms während eines Stromausfalls wurde dem Aktuator zusätzlich ferner eine Bremse hinzugefügt. Deshalb muss der obigen Konfiguration ferner eine Bremse hinzugefügt werden, die ein Problem verursacht, weil die Konfiguration dadurch kompliziert und größer wird.
Deshalb war es erforderlich, dass ein Gelenkantriebsaktuator mit einer Bremsfunktion einfacher konfiguriert werden kann.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Gelenkantriebsaktuator bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist; einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer externen Kraft, mit der das Gelenk beaufschlagt wird, ausgelegt ist; und einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist.
Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Offenbarung ein medizinisches System bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Arm mit mehreren Gelenken, der eine Vielzahl von Gelenkabschnitten und eine Vielzahl von Verbindungsstücken aufweist, die zur drehenden Verbindung der Vielzahl von Gelenkabschnitten ausgelegt sind, und der dazu ausgelegt ist, in der Lage zu sein, an einem distalen Ende ein Bildgebungsgerät zu tragen, das zur Beobachtung eines Operationsgebiets ausgelegt ist; und ein Steuersystem, das zur Steuerung des aus mehreren Gelenken bestehenden Arms ausgelegt ist, um eine Position und eine Stellung des Bildgebungsgeräts bezüglich des Operationsgebiets zu verändern. Mindestens eines der Vielzahl von Gelenkabschnitten umfasst einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist, einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer externen Kraft, mit der das Gelenk beaufschlagt wird, ausgelegt ist, und einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wie oben beschrieben kann ein Gelenkantriebsaktuator, der eine Bremsfunktion aufweist, einfacher konfiguriert werden.
Es sei angemerkt, dass die oben beschriebenen Wirkungen nicht notwendigerweise begrenzend sein müssen. Mit den oder statt der obigen Wirkungen kann jede der in dieser Spezifikation beschriebenen Wirkungen oder andere Wirkungen, die aus dieser Spezifikation offensichtlich sind, erzielt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines endoskopischen Operationssystems zeigt, an dem die Technologie gemäß dieser Offenbarung angewendet werden kann.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionellen Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Antriebssteuereinheit (CCU) aus 1 zeigt.
[3] 3 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Aktuators gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
[4] 4 zeigt schematisch eine Außenseite des Aktuators gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine schematische Konfiguration des Aktuators.
[5] 5 zeigt schematisch einen Querschnitt eines in Patentliteratur 1 beschriebenen Aktuators und eine schematische Konfiguration des Aktuators.
[6] 6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines mikroskopischen Operationssystems zeigt, an dem die Technologie gemäß dieser Offenbarung angewendet werden kann.
[7] 7 ist eine Ansicht, die ein Operationsstadium zeigt, in dem das in 6 gezeigte mikroskopische Operationssystem verwendet wird.

Modus (Modi) zur Durchführung der Erfindung
Hiernach wird (werden) (eine) bevorzugte Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass in dieser Spezifikation und den anhängenden Ansprüchen Strukturelemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und Struktur aufweisen, mit denselben Bezugsnummern benannt werden und dass auf eine wiederholte Erläuterung dieser Strukturelemente verzichtet wird.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.

1. Konfigurationsbeispiel eines endoskopischen Systems
2. Konfigurationsbeispiel eines Aktuators gemäß der vorliegenden Ausführungsform
3. Anwendungsbeispiel

Konfigurationsbeispiel eines endoskopischen Systems
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines endoskopischen Operationssystems 5000 zeigt, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. In 1 ist ein Stadium gezeigt, in dem ein Chirurg (medizinischer Arzt) 5067 das endoskopische Operationssystem 5000 zur Durchführung einer Operation für einen Patienten 5071 an einem Patientenbett 5069 verwendet. Wie zu sehen ist, weist das endoskopische Operationssystem 5000 ein Endoskop 5001, andere chirurgische Instrumente 5017, eine Tragarmvorrichtung 5027, die das Endoskop 5001 darauf trägt, und einen Wagen 5037 auf, an dem verschiedene Vorrichtungen für die endoskopische Operation angebracht sind.
In der endoskopischen Chirurgie wird statt einer Inzision in der Bauchwand zur Durchführung einer Laparotomie eine Vielzahl von röhrenförmigen Öffnungsvorrichtungen, sogenannte Trokare 5025a bis 5025d, zum Punktieren der Bauchwand verwendet. Anschließend werden ein Objektivtubus 5003 des Endoskops 5001 und die anderen chirurgischen Instrumente 5017 durch die Trokare 5025a bis 5025d in eine Körperhöhle des Patienten 5071 eingeführt. Im gezeigten Beispiel werden als andere chirurgische Instrumente 5017 ein Pneumoperitoneum-Tubus 5019, eine Energievorrichtung 5021 und eine Zange 5023 in die Körperhöhle des Patienten 5071 eingeführt. Ferner ist die Energievorrichtung 5021 ein Behandlungsinstrument zur Durchführung einer Inzision und zum Abschälen eines Gewebes, zum Versiegeln eines Blutgefäßes oder dergleichen mittels Hochfrequenzstrom oder Ultraschallschwingung. Die gezeigten chirurgischen Instrumente 5017 sind aber lediglich höchstens Beispiele und wie die chirurgischen Instrumente 5017 können verschiedene chirurgische Instrumente, die im Allgemeinen in der endoskopischen Chirurgie zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Pinzetten oder ein Retraktor verwendet werden.
Ein Bild eines Operationsgebiets in einer Körperhöhle des Patienten 5071, das von dem Endoskop 5001 dargestellt wird, wird auf einer Anzeigevorrichtung 5041 angezeigt. Der Chirurg 5067 würde die Energievorrichtung 5021 oder die Zange 5023 verwenden, während er das auf der Anzeigevorrichtung 5041 auf Echtzeitbasis angezeigte Bild des Operationsgebiets betrachtet, um eine Behandlung wie beispielsweise eine Resektion eines betroffenen Bereichs durchzuführen. Es ist zu beachten, dass, obwohl dies nicht gezeigt wird, der Pneumoperitoneum-Tubus 5019, die Energievorrichtung 5021 und die Zange 5023 während der Operation vom Chirurgen 5067, einer assistierenden Person oder dergleichen unterstützt werden.
(Tragarmvorrichtung)
Die Tragarmvorrichtung 5027 weist eine Armeinheit 5031 auf, die sich von einer Basiseinheit 5029 erstreckt. In dem gezeigten Beispiel weist die Armeinheit 5031 Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c und Verbindungsstücke 5035a und 5035b auf und wird mittels Steuerung durch eine Armsteuerungsvorrichtung 5045 angetrieben. Das Endoskop 5001 wird von der Armeinheit 5031 so getragen, dass die Position und die Stellung des Endoskops 5001 gesteuert werden. Folglich kann eine stabile Fixierung der Position des Endoskops 5001 implementiert werden.
(Endoskop)
Das Endoskop 5001 weist den Objektivtubus 5003, der einen Bereich mit einer vorbestimmten Länge von einem distalen Ende davon zur Einführung in eine Körperhöhle des Patienten 5071 aufweist, und einen Kamerakopf 5005 auf, der mit einem proximalen Ende des Objektivtubus 5003 verbunden ist. In dem gezeigten Beispiel ist das Endoskop 5001 als ein starres Endoskop mit einer starren Art von Objektivtubus 5003 gezeigt. Das Endoskop 5001 kann aber auch anderweitig als ein flexibles Endoskop mit einer flexiblen Art von Objektivtubus 5003 ausgelegt sein.
Der Objektivtubus 5003 hat an einem distalen Ende davon eine Öffnung, in der eine Objektivlinse angebracht ist. Eine Lichtquellenvorrichtung 5043 ist mit dem Endoskop 5001 verbunden, so dass von der Lichtquellenvorrichtung 5043 erzeugtes Licht über einen Lichtleiter, der sich innerhalb des Objektivtubus 5003 erstreckt, zu einem distalen Ende des Objektivtubus geführt wird und zu einem Beobachtungsziel in einer Körperhöhle des Patienten 5071 durch die Objektivlinse gestrahlt wird. Es ist zu beachten, dass das Endoskop 5001 ein Vorwärtssicht-Endoskop oder ein Schrägsicht-Endoskop oder ein Seitensicht-Endoskop sein kann.
Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind im Inneren des Kamerakopfes 5005 vorgesehen, so dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) von einem Beobachtungsziel vom optischen System auf dem Bildaufnahmeelement verdichtet wird. Das Beobachtungslicht wird photoelektrisch vom Bildaufnahmeelement umgewandelt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das dem Beobachtungslicht entspricht, d.h. ein Signal, das einem Beobachtungsbild entspricht. Das Bildsignal wird als RAW-Daten an eine CCU 5039 gesandt. Es ist zu beachten, dass der Kamerakopf 5005 eine darin aufgenommen Funktion zum geeigneten Antreiben des optischen Systems des Kamerakopfes 5005 zum Einstellen der Vergrößerung und der Brennweise aufweist.
Es ist zu beachten, dass zur Gewährleistung von Kompatibilität beispielsweise mit stereoskopischem Sehen (dreidimensionale (3D) Anzeige) eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen auf dem Kamerakopf 5005 vorgesehen sein kann. In diesem Fall ist eine Vielzahl von optischen Übertragungssystemen im Inneren des Objektivtubus 5003 vorgesehen, um das Beobachtungslicht zu jeder der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen zu leiten.
(Verschiedene im Wagen aufgenommene Vorrichtungen)
Die CCU 5039 umfasst einen Zentralprozessor (CPU), einen Grafikprozessor (GPU) oder dergleichen und steuert integriert den Betrieb des Endoskops 5001 und der Anzeigevorrichtung 5041. Insbesondere führt die CCU 5039 für ein vom Kamerakopf 5005 empfangenes Bildsignal verschiedene Bildverarbeitungsverfahren zum Anzeigen eines Bilds auf Grundlage des Bildsignals durch, wie beispielsweise ein Entwicklungsverfahren (Demosaicking-Verfahren). Die CCU 5039 stellt das Bildsignal bereit, für das die Bildverarbeitungsverfahren von der Anzeigevorrichtung 5041 durchgeführt wurden. Ferner überträgt die CCU 5039 ein Steuersignal an den Kamerakopf 5005 zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005. Das Steuersignal kann Informationen bezüglich eines Bildaufnahmezustands, wie beispielsweise Vergrößerung oder Brennweite, umfassen.
Die Anzeigevorrichtung 5041 zeigt ein Bild auf Grundlage eines Bildsignals an, für das die Bildverarbeitungsverfahren von der CCU 5039 unter Steuerung durch die CCU 5039 durchgeführt wurden. Wenn das Endoskop 5001 zur Bildgebung mit hoher Auflösung, wie z.B. 4 K (horizontale Pixelanzahl 3840 x vertikale Pixelanzahl 2160), 8 K (horizontale Pixelanzahl 7680 x vertikale Pixelanzahl 4320) oder dergleichen und/oder für eine 3D-Anzeige bereit ist, dann kann eine Anzeigevorrichtung als Anzeigevorrichtung 5041 verwendet werden, mit der eine entsprechende Anzeige mit hoher Auflösung und/oder eine 3D-Anzeige möglich ist. Wenn die Vorrichtung zur Bildgebung mit einer hohen Auflösung von z.B. 4 K oder 8K bereit ist und wenn die als Anzeigevorrichtung 5041 verwendete Anzeigevorrichtung eine Größe von gleich oder nicht weniger als 55 Zoll aufweist, dann kann eine tiefer gehende Erfahrung gemacht werden. Ferner kann den Zwecken entsprechend eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen 5041 mit unterschiedlichen Auflösungen und/oder unterschiedlichen Größen verwendet werden.
Die Lichtquellenvorrichtung 5043 weist eine Lichtquelle auf, wie beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), und sie führt dem Endoskop 5001 Bestrahlungslicht zur bildgebenden Darstellung eines Operationsgebiets zu.
Die Armsteuerungsvorrichtung 5045 weist einen Prozessor auf, beispielsweise eine Zentraleinheit, und arbeitet gemäß einem vorbestimmten Programm zur Steuerung des Antriebs der Armeinheit 5031 der Tragarmvorrichtung 5027 gemäß einem vorbestimmten Steuerungsverfahren.
Eine Eingabevorrichtung 5047 ist eine Eingabeschnittstelle für das endoskopische Operationssystem 5000. Ein Benutzer kann verschiedene Arten von Informationen oder Anweisungen in das endoskopische Operationssystem 500 durch die Eingabevorrichtung 5047 eingeben. Beispielsweise würde der Benutzer durch die Eingabevorrichtung 5047 verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation eingeben, wie etwa physische Informationen eines Patienten, Informationen bezüglich eines chirurgischen Verfahrens der Operation und dergleichen. Ferner würde der Benutzer beispielsweise eine Anweisung zum Antreiben der Armeinheit 5031, eine Anweisung zum Ändern eines Bildaufnahmezustands (Art des Bestrahlungslichts, Vergrößerung, Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 5001, eine Anweisung zum Antreiben der Energievorrichtung 5021 oder dergleichen durch die Eingabevorrichtung 5047 eingeben.
Die Art der Eingabevorrichtung 5047 ist nicht begrenzt und kann eine beliebige von verschiedenen bekannten Eingabevorrichtungen sein. Als Eingabevorrichtung 5047 kann beispielsweise eine Maus, eine Tastatur, ein Bildschirmtastfeld, ein Schalter, ein Fußschalter 5057 und/oder ein Hebel oder dergleichen verwendet werden. Wenn ein Bildschirmtastfeld als Eingabevorrichtung 5047 verwendet wird, kann es auf der Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung 5041 bereitgestellt werden.
Ansonsten ist die Eingabevorrichtung 5047 eine Vorrichtung, die an einem Benutzer befestigt werden soll, wie beispielsweise ein Vorrichtung, die wie eine Brille tragbar ist, oder eine am Kopf befestigte Anzeige (Head Mounted Display, HMD), und verschiedene Eingabearten werden als Reaktion auf eine Geste oder eine Sichtlinie des Benutzers, die von einer der erwähnten Vorrichtungen erkannt wird, durchgeführt. Ferner umfasst die Eingabevorrichtung 5047 eine Kamera, die eine Bewegung eines Benutzers nachweisen kann, und verschiedene Eingabearten werden als Reaktion auf eine Geste oder Sichtlinie eines Benutzers, die anhand eines von der Kamera aufgenommenen Videos erkannt wird, durchgeführt. Ferner weist die Eingabevorrichtung 5047 ein Mikrofon auf, das die Stimme eines Benutzers aufnehmen kann, und verschiedene Eingabearten werden durch die vom Mikrofon aufgenommene Stimme durchgeführt. Durch Konfigurieren der Eingabevorrichtung 5047, so dass verschiedene Arten von Informationen auf diese Weise berührungslos eingegeben werden können, kann insbesondere ein Benutzer, der in einen Reinbereich gehört (beispielsweise der Chirurg 5067) berührungslos eine Vorrichtung bedienen, die in einen nicht reinen Bereich gehört. Da der Benutzer eine Vorrichtung bedienen kann, ohne ein chirurgisches Instrument, das er in der Hand hält, loszulassen, wird ferner der Komfort des Benutzers erhöht.
Eine Behandlungsinstrument-Steuerungsvorrichtung 5049 steuert den Antrieb der Energievorrichtung 5021 zum Kauterisieren oder Einschneiden eines Gewebes, Versiegeln eines Blutgefäßes oder dergleichen. Eine Pneumoperitoneum-Vorrichtung 5051 liefert Gas zu einer Körperhöhle des Patienten 5071 durch den Pneumoperitoneum-Tubus 5019 zum Aufblasen der Körperhöhle, um das Sichtfeld des Endoskops 5001 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen. Ein Aufzeichnungsgerät 5053 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation aufzeichnen kann. Ein Drucker 5055 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation in verschiedenen Formaten, wie z.B. als Text, Bilder oder Grafik ausdrucken kann.
Nachfolgend wird insbesondere eine charakteristische Konfiguration des endoskopischen Operationssystems 5000 ausführlicher beschrieben.
(Tragarmvorrichtung)
Die Tragarmvorrichtung 5027 weist die Basiseinheit 5029, die als Basis dient, und die sich von der Basiseinheit 5029 erstreckende Armeinheit 5031 auf. Im gezeigten Beispiel weist die Armeinheit 5031 die Vielzahl von Gelenkabschnitten 5033a, 5033b und 5033c und die Vielzahl von Verbindungsstücken 5035a und 5035b auf, die über den Gelenkabschnitt 5033b miteinander verbunden sind. In 1 ist die Konfiguration der Armeinheit 5031 zur Vereinfachung der Veranschaulichung in vereinfachter Form gezeigt. Tatsächlich können Form, Anzahl und Anordnung der Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c und der Verbindungsstücke 5035a und 5035b und die Richtung usw. von Drehachsen der Gelenkabschnitte 5033a, 5033b und 5033c auf geeignete Weise so eingestellt werden, so dass die Armeinheit 5031 einen gewünschten Freiheitsgrad aufweist. Beispielsweise kann die Armeinheit 5031 vorzugsweise so ausgelegt sein, dass sie einen Freiheitsgrad von gleich oder nicht weniger als 6 Freiheitsgraden aufweist. Dadurch kann das Endoskop 5001 innerhalb des Bewegungsbereichs der Armeinheit 5031 frei bewegt werden. Folglich wird es möglich, den Objektivtubus 5003 des Endoskops 5001 aus einer gewünschten Richtung in eine Körperhöhle des Patienten 5071 einzuführen.
Ein Aktuator ist in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c vorgesehen und die Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c sind so ausgelegt, dass sie um vorbestimmte Drehachsen davon durch Antreiben der jeweiligen Aktuatoren drehbar sind. Der Antrieb der Aktuatoren wird von der Armsteuerungsvorrichtung 5045 gesteuert, um den Drehwinkel jedes der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c zu steuern und dadurch den Antrieb der Armeinheit 5031 zu steuern. Folglich kann die Steuerung der Position und der Stellung des Endoskops 5001 implementiert werden. Anschließend kann die Armsteuerungsvorrichtung 5045 den Antrieb der Armeinheit 5031 durch verschiedene bekannte Steuerungsverfahren, wie beispielsweise Kraftregelung oder Positionsregelung steuern.
Wenn der Chirurg 5067 auf geeignete Weise eine Operation unter Eingabe über die Eingabevorrichtung 5047 (einschließlich des Fußschalters 5057) durchführt, kann der Antrieb der Armeinheit 5031 beispielsweise zweckmäßig von der Armsteuerungsvorrichtung 5045 als Reaktion auf die Bedienungseingabe zur Steuerung der Position und Stellung des Endoskops 5001 gesteuert werden. Nachdem das Endoskop 5001 am distalen Ende der Armeinheit 5031 von der Steuerung wie beschrieben aus einer willkürlichen Position an eine andere willkürliche Position bewegt wurde, kann das Endoskop 5001 nach der Bewegung an der Position fest unterstützt werden. Es ist zu beachten, dass die Armeinheit 5031 auf Master-Slave-Weise bedient werden kann. In diesem Fall kann die Armeinheit 5031 vom Benutzer durch die Eingabevorrichtung 5047 die an einem vom Operationssaal entfernten Ort platziert wird, ferngesteuert werden.
Bei Anwendung einer Kraftregelung kann die Armsteuerungsvorrichtung 5045 ferner eine hilfskraftunterstützte Steuerung zum Antreiben der Aktuatoren der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c durchführen, so dass die Armeinheit 5031 vom Benutzer eine externe Kraft erhalten kann und sich nach der externen Kraft reibungslos bewegen kann. Dadurch ist es möglich, die Armeinheit 5031 mit einer vergleichsweise schwachen Kraft zu bewegen, wenn der Benutzer die Armeinheit 5031 direkt berührt und diese bewegt. Folglich wird es möglich, dass der Benutzer das Endoskop 5001 intuitiver durch einen einfacheren und leichteren Vorgang bewegt, und der Komfort für den Benutzer kann verbessert werden.
Hier wird im Allgemeinen in der endoskopischen Chirurgie das Endoskop 5001 von einem medizinischen Arzt, einem sogenannten Endoskopiker, gehalten. Wenn dagegen die Tragarmvorrichtung 5027 verwendet wird, kann die Position des Endoskops 5001 ohne Hände sicherer fixiert werden, so dass ein Bild eines Operationsgebiets daher stabiler erhalten werden und die Operation reibungslos durchgeführt werden kann.
Es ist zu beachten, dass die Armsteuerungsvorrichtung 5045 nicht unbedingt am Wagen 5037 vorgesehen ist. Ferner muss die Armsteuerungsvorrichtung 5045 nicht notwendigerweise eine einzelne Vorrichtung sein. Beispielsweise kann die Armsteuerungsvorrichtung 5045 in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c der Armeinheit 5031 der Tragarmvorrichtung 5027 vorgesehen sein, so dass die Vielzahl von Armsteuerungsvorrichtungen 5045 zur Umsetzung der Antriebssteuerung der Armeinheit 5031 zusammenarbeitet.
(Lichtquellenvorrichtung)
Die Lichtquellenvorrichtung 5043 führt dem Endoskop 5001 Bestrahlungslicht nach bildgebender Darstellung eines Operationsgebiets zu. Die Lichtquellenvorrichtung 5043 umfasst eine Weißlichtquelle, die beispielsweise eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination davon aufweist. Wenn in diesem Fall eine Weißlichtquelle eine Kombination aus roten, grünen und blauen (RGB) Laserlichtquellen umfasst, kann, da die Ausgangsintensität und der Ausgangszeitpunkt mit einem hohen Grad an Präzision für jede Farbe (jede Wellenlänge) gesteuert werden kann, die Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bilds von der Lichtquellenvorrichtung 5043 durchgeführt werden. Wenn in diesem Fall ferner Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen zeitaufgeteilt auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden und der Antrieb der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 5005 synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert wird, können die Bilder, die individuell den R-, G- und B-Farben entsprechen, zeitaufgeteilt aufgenommen werden. Mit dem gerade beschriebenen Verfahren kann ein Farbbild selbst dann erhalten werden, wenn kein Farbfilter für das Bildaufnahmeelement bereitgestellt wurde.
Ferner kann der Antrieb der Lichtquellenvorrichtung 5043 so gesteuert werden, dass die Intensität des auszugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit verändert wird. Durch Steuerung des Antriebs des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 5005 synchron mit dem Zeitpunkt der Veränderung der Lichtintensität zum zeitaufgeteilten Erfassen von Bildern und zum Synthetisieren der Bilder, kann ein Bild eines hochdynamischen Bereichs, das frei von unterbelichteten blockierten Schatten und überbelichteten Highlights ist, erzeugt werden.
Ferner kann die Lichtquellenvorrichtung 5043 zum Zuführen von Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das für eine Speziallichtbeobachtung bereit ist, ausgelegt sein. Bei der Speziallichtbeobachtung, beispielsweise unter Verwendung der Wellenlängenabhängigkeit der Lichtabsorption in einem Körpergewebe zum Einstrahlen von Licht eines schmäleren Wellenlängenbands im Vergleich zu Bestrahlungslicht bei normaler Beobachtung (d.h. Weißlicht), wird eine Schmalband-Lichtbeobachtung (Narrow-Band-Imaging) der bildlichen Darstellung eines vorbestimmten Gewebes, wie etwa eines Blutgefäßes eines oberflächlichen Abschnitts der Schleimhaut oder dergleichen, in einem hohen Kontrast durchgeführt. Alternativ kann bei der Speziallichtbeobachtung eine Fluoreszenz-Beobachtung zum Erhalten eines Bilds von fluoreszierendem Licht, das durch Abstrahlung von Anregungslicht erzeugt wird, durchgeführt werden. Bei der Fluoreszenz-Beobachtung kann die Beobachtung von fluoreszierendem Licht von einem Körpergewebe durch Ausstrahlen von Anregungslicht auf das Körpergewebe (Autofluoreszenz-Beobachtung) durchgeführt werden oder es kann ein fluoreszierenden Lichtbild durch lokale Injektion eines Reagenzes, wie z.B. Indocyanin Grün (ICG) in ein Körpergewebe und Ausstrahlen von Anregungslicht, das einer fluoreszierenden Lichtwellenlänge des Reagenzes entspricht, auf das Körpergewebe, erhalten werden. Die Lichtquellenvorrichtung 5043 kann zum Zuführen dieses Schmalbandlichts und/oder Anregungslichts, das für die Speziallichtbeobachtung wie oben beschrieben geeignet ist, ausgelegt sein.
(Kamerakopf und CCU)
Die Funktionen des Kamerakopfes 5005 des Endoskops 5001 und der CCU 5039 werden mit Bezug auf 2 ausführlicher beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionellen Konfiguration des Kamerakopfes 5005 und der CCU 5039 aus 1 zeigt.
Bezugnehmend auf 2 hat der Kamerakopf 5005 als Funktionen eine Objektiveinheit 5007, eine Bildaufnahmeeinheit 5009, eine Antriebseinheit 5011, eine Kommunikationseinheit 5013 und eine Kamerakopf-Steuereinheit 5015. Ferner hat die CCU 5039 als Funktionen eine Kommunikationseinheit 5059, eine Bildverarbeitungseinheit 5061 und eine Steuereinheit 5063. Der Kamerakopf 5005 und die CCU 5039 sind über ein Übertragungskabel 5065 miteinander verbunden, damit sie bidirektional kommunizieren können.
Zuerst wird eine funktionelle Konfiguration des Kamerakopfes 5005 beschrieben. Die Objektiveinheit 5007 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle des Kamerakopfes 5005 mit dem Objektivtubus 5003 vorgesehen ist. Beobachtungslicht, das von einem distalen Ende des Objektivtubus 5003 eingelassen wird, wird in den Kamerakopf 5005 eingeleitet und dringt in die Objektiveinheit 5007. Die Objektiveinheit 5007 umfasst eine Kombination aus einer Vielzahl von Objektiven, einschließlich eines Zoomobjektivs und einer Fokussierlinse. Die Objektiveinheit 5007 hat optische Eigenschaften, die so eingestellt sind, dass das Beobachtungslicht auf einer Lichtaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements der Bildaufnahmeeinheit 5009 verdichtet wird. Ferner sind das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse so ausgelegt, dass ihre Positionen auf ihrer optischen Achse zur Einstellung der Vergrößerung und des Brennpunkts eines aufgenommen Bilds beweglich sind.
Die Bildaufnahmeeinheit 5009 weist ein Bildaufnahmeelement auf und ist an einer nachfolgenden Stufe der Objektiveinheit 5007 angeordnet. Das durch die Objektiveinheit 5007 geleitete Beobachtungslicht wird auf der Lichtaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements verdichtet und ein Bildsignal, das dem Beobachtungsbild entspricht, wird durch photoelektrische Umwandlung des Bildaufnahmeelements erzeugt. Das von der Bildaufnahmeeinheit 5009 erzeugte Bildsignal wird der Kommunikationseinheit 5013 zugeführt.
Als Bildaufnahmeelement, das in der Bildaufnahmeeinheit 5009 enthalten ist, wird ein Bildsensor, beispielsweise nach Art eines komplementären Metalloxid-Halbleiters (CMOS), verwendet, der eine Bayer-Anordnung aufweist und ein Bild in Farbe aufnehmen kann. Es ist zu beachten, dass als Bildaufnahmeelement ein Bildaufnahmeelement verwendet werden kann, das beispielsweise zur Aufnahme eines Bilds mit einer hohen Auflösung von gleich oder nicht weniger als 4 K bereit ist. Wenn ein Bild eines Operationsgebiets mit hoher Auflösung erhalten wird, kann der Chirurg 5067 einen Zustand des Operationsgebiets in verstärkten Details verstehen und die Operation reibungsloser fortführen.
Ferner hat das Bildaufnahmeelement, das in der Bildaufnahmeeinheit 5009 enthalten ist, zwei Bildaufnahmeelemente zum Erfassen von Bildsignalen für das rechte Auge und das linke Auge, die mit einer 3D-Anzeige kompatibel sind. Wenn eine 3D-Anzeige verwendet wird, kann der Chirurg 5067 die Tiefe eines lebenden Körpergewebes im Operationsgebiet genauer verstehen. Es ist zu beachten, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 5009 von Mehrplatten-Typ ist, eine Vielzahl von Systemen von Objektiveinheiten 5007 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen der Bildaufnahmeeinheit 5009 bereitgestellt wird.
Die Bildaufnahmeeinheit 5009 muss nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 5005 vorgesehen sein. Die Bildaufnahmeeinheit 5009 kann beispielsweise direkt hinter der Objektivlinse in der Innenseite des Objektivtubus 5003 vorgesehen sein.
Die Antriebseinheit 5011 umfasst einen Aktuator und bewegt das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse der Objektiveinheit 5007 über eine vorbestimmte Strecke entlang der optischen Achse unter Steuerung der Kamerakopf-Steuereinheit 5015. Folglich können die Vergrößerung und der Brennpunkt eines von der Bildaufnahmeeinheit 5009 aufgenommenen Bilds zweckmäßig eingestellt werden.
Die Kommunikationseinheit 5013 weist eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Informationen an die und von der CCU 5039 auf. Die Kommunikationseinheit 5013 überträgt ein Bildsignal, das von der Bildaufnahmeeinheit 5009 erfasst wurde, als RAW-Daten an die CCU 5039 durch das Übertragungskabel 5065. Zum Anzeigen eines aufgenommenen Bilds eines Operationsgebiets mit geringer Latenz wird anschließend vorzugsweise das Bildsignal durch optische Kommunikation übertragen. Dies hängt damit zusammen, dass der Chirurg 5067 bei der Operation die Operation unter Beobachtung des Zustands eines betroffenen Gebiets durch ein aufgenommenes Bild durchführt, wobei es notwendig ist, dass ein bewegliches Bild des Operationsgebiets soweit wie möglich auf Echtzeitbasis angezeigt wird, um eine Operation mit einem höheren Grad an Sicherheit und Gewissheit zu erzielen. Bei Anwendung optischer Kommunikation ist in der Kommunikationseinheit 5013 ein photoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines elektrischen Signals in ein optisches Signal vorgesehen. Nach der Umwandlung des Bildsignals in ein optisches Signal durch das photoelektrische Umwandlungsmodul wird es durch das Übertragungskabel 5065 an die CCU 5039 übertragen.
Ferner empfängt die Kommunikationseinheit 5013 ein Steuersignal zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005 von der CCU 5039. Das Steuersignal umfasst Informationen bezüglich Bildaufnahmebedingungen, wie beispielsweise Informationen, dass eine Bildfrequenz festgelegt ist und/oder Informationen, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommen Bilds festgelegt sind. Die Kommunikationseinheit 5013 führt das empfange Steuersignal der Kamerakopf-Steuereinheit 5015 zu. Es ist zu beachten, dass auch das Steuersignal von der CCU 5039 durch optische Kommunikation übertragen werden kann. In diesem Fall ist in der Kommunikationseinheit 5013 ein photoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal vorgesehen. Nach der Umwandlung des Steuersignals in ein elektrisches Signal durch das photoelektrische Umwandlungsmodul wird dieses der Kamerakopf-Steuereinheit 5015 zugeführt.
Es ist zu beachten, dass die Bildaufnahmebedingungen, wie beispielsweise Bildfrequenz, Belichtungswert, Vergrößerung oder Brennpunkt, von der Steuereinheit 5063 der CCU 5039 auf Basis eines erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden. Mit anderen Worten enthält das Endoskop 5001 eine Belichtungsautomatik (AE)-Funktion, eine Autofokus (AF)-Funktion und eine Auto-Weißabgleich (AWB)-Funktion.
Die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 steuert den Antrieb des Kamerakopfes 5005 auf Basis eines Steuersignals von der CCU 5039, das durch die Kommunikationseinheit 5013 empfangen wurde. Beispielsweise steuert die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 den Antrieb des Bildaufnahmeelements der Bildaufnahmeeinheit 5009 auf Basis der Information, dass eine Bildfrequenz eines aufgenommenen Bilds festgelegt ist und/oder der Information, dass ein Belichtungswert bei der Bildaufnahme festgelegt ist. Ferner steuert die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 beispielsweise die Antriebseinheit 5011, um das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse der Objektiveinheit 5007 auf Basis der Information, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommenen Bilds festgelegt sind, zweckmäßig zu bewegen. Die Kamerakopf-Steuereinheit 5015 kann ferner eine Funktion zum Speichern von Informationen zum Identifizieren des Objektivtubus 5003 und/oder des Kamerakopfes 5005 aufweisen.
Es ist zu beachten, dass durch Anordnen der Komponenten, wie etwa der Objektiveinheit 5007 und der Bildaufnahmeeinheit 5009 in einer dicht verschlossenen Struktur, die luftdicht und wasserfest ist, dem Kamerakopf 5005 Widerstand gegen ein Sterilisationsverfahren im Autoklaven verliehen werden kann.
Nun wird eine funktionelle Konfiguration der CCU 5039 beschrieben. Die Kommunikationseinheit 5059 weist eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedene Arten von Informationen an den und von dem Kamerakopf 5005 auf. Die Kommunikationseinheit 5059 empfängt ein Bildsignal, das vom Kamerakopf 5005 durch das Übertragungskabel 5065 an sie übertragen wurde. Anschließend kann das Bildsignal vorzugsweise durch optische Kommunikation wie oben beschrieben übertragen werden. Für Kompatibilität mit optischer Kommunikation umfasst in diesem Fall die Kommunikationseinheit 5059 ein photoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal. Die Kommunikationseinheit 5059 stellt das Bildsignal nach der Umwandlung in ein elektrisches Signal für die Bildverarbeitungseinheit 5061 bereit.
Ferner überträgt die Kommunikationseinheit 5059 ein Steuersignal zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005 an den Kamerakopf 5005. Das Steuersignal kann auch durch optische Kommunikation übertragen werden.
Die Bildverarbeitungseinheit 5061 führt verschiedene Bildverarbeitungsverfahren für ein Bildsignal in Form von RAW-Daten durch, die vom Kamerakopf 5005 an sie übertragen wurden. Die Bildverarbeitungsverfahren umfassen verschiedene bekannte Signalverarbeitungsverfahren, wie beispielsweise ein Entwicklungsverfahren, ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität (ein Bandbreitenverstärkungsverfahren, ein Verfahren mit hoher Auflösung, ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsverfahren) und/oder ein Vergrößerungsverfahren (elektronisches Zoomverfahren). Ferner führt die Bildverarbeitungseinheit 5061 ein Erkennungsverfahren für ein Bildsignal zur Durchführung von AE, AF und AWB durch.
Die Bildverarbeitungseinheit 5061 umfasst einen Prozessor, wie etwa eine CPU oder GPU, und wenn der Prozessor nach einem vorbestimmten Programm arbeitet, können die oben beschriebenen Bildverarbeitungsverfahren und das Erkennungsverfahren durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass, wenn die Bildverarbeitungseinheit 5061 eine Vielzahl von GPUs aufweist, die Bildverarbeitungseinheit 5061 Informationen bezüglich eines Bildsignals zweckmäßig aufteilt, so dass Bildverarbeitungsverfahren von der Vielzahl von GPUs parallel durchgeführt werden.
Die Steuereinheit 5063 führt verschiedene Arten von Steuerungen in Bezug auf die Bildaufnahme eines Operationsgebiets durch das Endoskop 5001 und die Anzeige des aufgenommenen Bilds durch. Beispielsweise erzeugt die Steuereinheit 5063 ein Steuersignal zur Steuerung des Antriebs des Kamerakopfes 5005. Wenn vom Benutzer Bildaufnahmebedingungen eingegeben werden, erzeugt die Steuereinheit 5063 anschließend ein Steuersignal auf Basis der Eingabe des Benutzers. Wenn das Endoskop 5001 eine AE-Funktion, eine AF-Funktion und eine AWB-Funktion darin aufweist, berechnet die Steuereinheit 5063 alternativ zweckmäßig einen optimalen Belichtungswert, eine Brennweite und einen Weißabgleich als Reaktion auf ein Ergebnis eines Erkennungsverfahrens durch die Bildverarbeitungseinheit 5061 und erzeugt ein Steuersignal.
Ferner steuert die Steuereinheit 5063 die Anzeigevorrichtung 5041 zum Anzeigen eines Bilds eines Operationsgebiets auf Basis eines Bildsignals, für das Bildverarbeitungsverfahren von der Bildverarbeitungseinheit 5061 durchgeführt wurden. Daraufhin erkennt die Steuereinheit 5063 verschiedene Objekte im Bild des Operationsgebiets unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien. Beispielsweise kann die Steuereinheit 5063 ein chirurgisches Instrument, wie etwa eine Zange, eine bestimmte lebende Körperregion, Blutungen, Schleier bei der Verwendung der Energievorrichtung 5021 und so weiter, durch Erkennen der Form, Farbe usw. von Rändern der im Bild des Operationsgebiets enthaltenen Objekten erkennen. Wenn sie die Anzeigeeinheit 5041 zum Anzeigen eines Bilds eines Operationsgebiets steuert, veranlasst die Steuereinheit 5063 die Anzeige verschiedener Arten von Informationen zur Unterstützung der Operation auf überlappende Weise mit einem Bild des Operationsgebiets unter Verwendung eines Resultats der Erkennung. Wenn Informationen zur Unterstützung der Information auf überlappende Weise angezeigt und dem Chirurgen 5067 präsentiert werden, kann der Chirurg 5067 mit größerer Sicherheit und Gewissheit mit der Operation fortfahren.
Das Übertragungskabel 5065, das den Kamerakopf 5005 und die CCU 5039 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel zur Übermittlung eines elektrischen Signals, eine Faseroptik zur optischen Kommunikation oder ein Verbundkabel, das sowohl zur elektrischen als auch zur optischen Kommunikation befähigt ist.
Während die Kommunikation im gezeigten Beispiel über eine kabelgebundene Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabels 5065 erfolgt, kann die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 5005 und der CCU 5039 auch durch drahtlose Kommunikation erfolgen. Wenn die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 5005 und der CCU 5039 durch drahtlose Kommunikation erfolgt, besteht keine Notwendigkeit, das Übertragungskabel 5065 in den Operationssaal zu legen. Deshalb kann eine Situation, in der die Bewegung des medizinischen Personals im Operationssaal durch das Übertragungskabel 5065 gestört wird, eliminiert werden.
Ein Beispiel eines endoskopischen Operationssystems 5000, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde oben beschrieben. Obwohl das endoskopische Operationssystem 5000 als Beispiel beschrieben wurde, ist hier zu beachten, dass das System, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, nicht auf das Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf ein flexibles endoskopisches System zur Inspektion oder ein mikroskopisches Operationssystem angewandt werden.
Konfigurationsbeispiel eines Aktuators gemäß der vorliegenden Ausführungsform
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann zweckmäßig auf Aktuatoren angewendet werden, die in den Gelenkabschnitten 5033a bis 5033c vorgesehen sind, in der oben beschriebenen Konfiguration des endoskopischen Operationssystems 5000. 3 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Aktuators 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Aktuator 100 umfasst einen Ultraschallmotor 110, einen fixierten Rahmen 120, eine Rotationsrahmen 130, ein Lager 140, einen Kodierer 150, einen Ausgangsrahmen 160 und einen Drehmomentsensor 170. Der Ultraschallmotor 110, der fixierte Rahmen 120, der Rotationsrahmen 130, das Lager 140, der Kodierer 150 und der Ausgangsrahmen 160 haben alle eine hohle Ringform.
Der fixierte Rahmen 120 ist an einem von zwei Elementen befestigt, die sich in den Gelenkabschnitten 5033a bis 5033c relativ drehen. Der Ultraschallmotor 110 weist einen Stator 112 und einen Rotor 114 auf. Am Stator 112 ist ein piezoelektrisches Element (nicht gezeigt) angebracht, das Ultraschallschwingungen erzeugt. Der Rotor 114 wird gegen eine Vibrationsfläche des Stators 112 gedrückt und durch die Ultraschallschwingung des Stators 112 gedreht. Der Rotationsrahmen 130 ist bezüglich des Rotors 114 fixiert und dreht sich zusammen mit dem Rotor 114. Das Lager 140 ist zwischen dem fixierten Rahmen 129 und dem Rotationsrahmen 130 vorgesehen und so ausgelegt, dass sich der Rotationsrahmen 130 bezüglich des fixierten Rahmens 120 durch das Lager 140 dreht.
Der Ausgangsrahmen 160 ist bezüglich des Rotationsrahmens 130 fixiert und dreht sich zusammen mit dem Rotationsrahmen 130. Ein Endabschnitt 162 des Ausgangsrahmens 160 auf der dem Rotationsrahmen 130 gegenüber liegenden Seite ist am anderen der zwei Elemente fixiert, die sich relativ in den Gelenkabschnitten 5033a bis 5033c drehen. Darüber hinaus weist der Ausgangsrahmen 160 einen dünnwandigen Abschnitt 164 auf, dessen Wandstärke in einer radialen Richtung kleiner als die der Umgebung ist.
Der Drehmomentsensor 170 ist am dünnwandigen Abschnitt 164 befestigt. Der Drehmomentsensor 170 weist einen Dehnungsmesser auf und weist Dehnung des dünnwandigen Abschnitts 164 nach, wenn der Endabschnitt 162 des Ausgangsrahmen 160 mit einer Kraft beaufschlagt wird, wodurch auf den Endabschnitt 162 aufgebrachtes Drehmoment erkannt wird.
Wie oben beschrieben ist der fixierte Rahmen 120 an einem von zwei Elementen befestigt, die sich relativ in den Gelenkabschnitten 5033a bis 5033c drehen, und der Endabschnitt 162 des Ausgangsrahmens 160 ist am anderen der zwei sich relativ drehenden Elemente befestigt. Wenn der Gelenkabschnitt 5033b als Beispiel genommen wird, ist der fixierte Rahmen 120 beispielsweise an der Seite des Verbindungsstücks 5035a befestigt und der Endabschnitt 162 des Ausgangsrahmens 160 ist an der Seite des Verbindungsstücks 5035b befestigt. Wenn der Ultraschallmotor 110 angetrieben wird und sich der Endabschnitt 162 des Ausgangsrahmens 160 bezüglich des fixierten Rahmens 120 dreht, werden folglich das Verbindungsstück 5035a und das Verbindungsstück 5035b angetrieben, um sich relativ zu drehen. Wenn darüber hinaus ein Benutzer die Armeinheit 5031 mit einer externen Kraft beaufschlagt, um die Armeinheit 5031 zu betätigen, versuchen das Verbindungsstück 5035a und das Verbindungsstück 5035b, sich relativ zu drehen; folglich wirkt die Kraft des Endabschnitts 162 des Ausgangsrahmens 160, der versucht, sich bezüglich des fixierten Rahmens 120 zu drehen. Der Drehmomentsensor 170 erkennt zu diesem Zeitpunkt die Spannung des dünnwandigen Abschnitts 164 und weist dadurch ein Drehmoment nach, wenn der Endabschnitt 162 des Ausgangsrahmens 160 versucht, sich bezüglich des fixierten Rahmens 120 zu drehen.
Der Kodierer 150 weist einen Detektor 152 und einen Rotor 154 auf und weist einen Drehwinkel des Rotors 154 nach, indem der Detektor 152 die Drehung des Rotors 154 nachweist.
In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Armsteuerungsvorrichtung 5045 den Antrieb der Armeinheit 5031 durch Kraftregelung. Zu diesem Zeitpunkt führt die Armsteuerungsvorrichtung 5045 eine hilfskraftunterstützte Steuerung zum Antreiben der Aktuatoren der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c durch, so dass die Armeinheit 5031 vom Benutzer eine externe Kraft erhalten kann und sich nach der externen Kraft reibungslos bewegen kann. Dabei wird eine externe Kraft vom Benutzer vom Drehmomentsensor 170 nachgewiesen. Indem der Kodierer 150 einen Drehwinkel des Rotors 154 jedes der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c nachweist, kann darüber hinaus die Stellung der Armeinheit 5031 nachvollzogen werden und eine der Stellung entsprechende externe Kraft wird durch eine Modellrechnung oder dergleichen in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c berechnet. Bei der Durchführung der hilfskraftunterstützten Steuerung ist es wünschenswert, den Aktuator unter zusätzlicher Berücksichtigung der externen Kraft, die der Stellung entspricht, anzutreiben. Die Armsteuerungsvorrichtung 5045 berechnet die Antriebskraft des Ultraschallmotors 110 auf Basis der externen Kraft, die aus einem Detektionswert des Drehmomentsensors 170 erhalten wurde, und der, der Stellung entsprechenden externen Kraft, die aus der Modellrechnung oder dergleichen erhalten wurde, und steuert den Ultraschallmotor 110 auf Basis der berechneten Antriebskraft. Es sei angemerkt, dass die jeweilige Steuerung mit einer Technik durchgeführt werden kann, die der in der oben erwähnten Patentliteratur 1 ähnelt. Dadurch ist es möglich, die Armeinheit 5031 mit einer vergleichsweise schwachen Kraft zu bewegen, wenn der Benutzer die Armeinheit 5031 direkt berührt und diese bewegt. Folglich wird es möglich, dass der Benutzer das Endoskop 5001 intuitiver durch einen einfacheren und leichteren Vorgang bewegt, und der Komfort für den Benutzer kann verbessert werden.
4 zeigt schematisch eine Außenseite 102 des Aktuators 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine schematische Konfiguration 104 des Aktuators 100. Darüber hinaus zeigt 5 schematisch einen Querschnitt 202 eines in der oben erwähnten Patentliteratur 1 beschriebenen Aktuators 200 und eine schematische Konfiguration 204 des Aktuators 200. Wie es in 4 zu sehen ist, weist der Aktuator 100 der vorliegenden Ausführungsform den Ultraschallmotor 110, den Kodierer 150 und den Drehmomentsensor 170 als strukturelle Hauptelemente auf.
Wie es darüber hinaus in 5 zu sehen ist, weist der in der oben erwähnten Patentliteratur 1 beschriebene Aktuator 200 einen Drehzahlminderer 220 zur Erhöhung der Leistung des elektromagnetischen Motors 210, einen Kodierer 250 und einen Drehmomentsensor 270 als struktureller Hauptelemente auf.
Wenn der Aktuator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der in Patentliteratur 1 beschriebene Aktuator 200 auf Basis von 4 und 5 miteinander verglichen werden, ähneln die Funktionen des Kodierers 250 und des Drehmomentsensors 270 des Aktuators 200 den Funktionen des Kodierers 150 und des Drehmomentsensors 170 des Aktuators 100 der vorliegenden Ausführungsform.
Andererseits verwendet der Aktuator 200 den elektromagnetischen Motor 210; da der elektromagnetische Motor 210 eine hohe Drehgeschwindigkeit und ein relativ kleines Abtriebsdrehmoment hat, muss der Drehzahlminderer 220 bereitgestellt werden, um die Drehgeschwindigkeit zu unterdrücken und die Leistung zu erhöhen. Da der Aktuator 100 andererseits den Ultraschallmotor 110 verwendet, ist die ursprüngliche Motordrehgeschwindigkeit relativ gering, so dass kein Drehzahlminderer bereitgestellt wird. Deshalb wird durch die Bereitstellung des Drehzahlminderers 220 im Aktuator 200 im Vergleich zum Aktuator 100 die Struktur verkompliziert und die Herstellungskosten werden erhöht.
Da sich der elektromagnetische Motor 210 während einer Stromabschaltung ferner frei drehen kann, werden im Fall der Verwendung des Aktuators 200 bei Energieverlust aufgrund eines Stromausfalls oder dergleichen die Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c der Armeinheit 5031 frei biegbar und es besteht die Möglichkeit, dass die Armeinheit 5031 mit der Schwerkraft nach unten fällt. Wie es in 5 zu sehen ist, muss der Aktuator 200 folglich eine Bremse 280 als Maßnahme gegen das Herunterfallen eines Arms während eines Stromverlusts aufweisen. Da der Aktuator 100 den Ultraschallmotor 110 verwendet, wird andererseits an den Rotor 154 eine Bremse angelegt, indem der Rotor 154 während der Stromabschaltung, während eines Energieverlusts oder dergleichen gegen den Stator 112 gedrückt wird. Folglich muss in dem Aktuator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht zusätzlich eine Bremse bereitgestellt werden. Deshalb wird durch die Bereitstellung der Bremse 280 im Aktuator 200 im Vergleich zum Aktuator 100 die Struktur verkompliziert und die Herstellungskosten werden erhöht.
Wie oben beschrieben kann gemäß dem Aktuator 100 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur erheblich einfacher als beim Aktuator 200 gestaltet werden. Dies ermöglicht eine Verringerung der Größe einer Vorrichtung und eine erhebliche Senkung der Herstellungskosten. Ferner hat der Ultraschallmotor 110 eine hohle Ringform mit einem relativ großen Innendurchmesser. Darüber hinaus haben auch Teile wie der fixierte Rahmen 130, der Rotationsrahmen 140, das Lager 150, der Kodierer 160 und der Ausgangsrahmen 110 eine hohle Ringform wie der Ultraschallmotor 110. Folglich kann ein Kabelbaum oder dergleichen einfach in einem hohlen Abschnitt des Aktuators 100 angeordnet werden und die Kabelstränge in der Armeinheit 5031 können einfach verlegt werden.
Darüber hinaus kann gemäß dem Aktuator 100 der vorliegenden Ausführungsform die Verwendung des Ultraschallmotors 110 die Struktur vereinfachen; somit kann das Gewicht der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c erheblich reduziert werden. Somit nimmt die Trägheitskraft bei der Betätigung der Armeinheit 5031 ab und die Armeinheit 5031 kann präziser betätigt werden. Darüber hinaus verhindert der Verzicht auf einen elektromagnetischen Motor magnetische Einflüsse und in dem Fall, in dem ein Kabelbaum in der Nachbarschaft der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c angeordnet ist, kann der magnetische Einfluss auf Signale zuverlässig unterdrückt werden.
Es sei angemerkt, dass in dem endoskopischen Operationssystem 5000 der Aktuator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht in allen Gelenkabschnitten 5033a bis 5033c bereitgestellt werden muss; der Aktuator 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in einem Teil der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c bereitgestellt werden und der Aktuator 200, der den elektromagnetischen Motor 210 aufweist, kann im Rest der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c bereitgestellt werden. Welcher des Aktuators 100 und des Aktuators 200 in jedem der Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c bereitgestellt wird, kann nach Bedarf gemäß den Spezifikationen, wie etwa für die Gelenkabschnitte 5033a bis 5033c erforderliches Antriebsdrehmoment, entschieden werden.
Anwendungsbeispiel
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf eine Vielzahl verschiedener Produkte angewendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung bei einem mikroskopischen Operationssystem angewendet werden, das für die sogenannte Mikrochirurgie zum Einsatz kommt, die unter Vergrößerung einer winzigen Region eines Patienten zur Beobachtung durchgeführt wird.
6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines mikroskopischen Operationssystems 5300 zeigt, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann. Bezugnehmend auf 6 weist das mikroskopische Operationssystem 5300 eine Mikroskopvorrichtung 5301, eine Steuerungsvorrichtung 5317 und eine Anzeigevorrichtung 5319 auf. Es ist zu beachten, dass in der Beschreibung des mikroskopischen Operationssystems 5300 der Begriff „Benutzer“ eine willkürliche Person des medizinischen Personals bezeichnet, wie etwa einen Chirurgen oder einen Assistenten, der das mikroskopische Operationssystem 5300 verwendet.
Die Mikroskopvorrichtung 5301 hat eine Mikroskopeinheit 5303 zum Vergrößern eines Beobachtungsziels (Operationsgebiet eines Patienten) zur Beobachtung, eine Armeinheit 5309, welche die Mikroskopeinheit 5303 an einem distalen Ende davon unterstützt, und eine Basiseinheit 5315, die ein proximales Ende der Armeinheit 5309 unterstützt.
Die Mikroskopeinheit 5303 weist einen zylindrischen Abschnitt 5305 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt, eine (nicht gezeigte) Bildaufnahmeeinheit, die in der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 5305 vorgesehen ist, und eine Bedieneinheit 5307 auf, die in einem Teilgebiet eines Außenumfangs des zylindrischen Abschnitts 5305 vorgesehen ist. Die Mikroskopeinheit 5303 ist eine Mikroskopeinheit nach Art der elektronischen Bildaufnahme (Mikroskopeinheit vom Videotyp), die über die Bildaufnahmeeinheit elektronisch ein Bild aufnimmt.
Ein Deckglaselement zum Schutz der internen Bildaufnahmeeinheit ist an einer Öffnungsfläche eines unteren Endes des zylindrischen Abschnitts 5305 vorhanden. Licht von einem Beobachtungsziel (hiernach als Beobachtungslicht bezeichnet) dringt durch das Deckglaselement und in die Bildaufnahmeeinheit auf der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 5305. Es sei angemerkt, dass eine Lichtquelle beispielsweise eine Leuchtdiode (LED) oder dergleichen aufweist, die in der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 5305 vorgesehen sein kann, und bei der Bildaufnahme kann Licht auf ein Beobachtungsziel von der Lichtquelle durch das Deckglaselement gestrahlt werden.
Die Bildaufnahmeeinheit weist ein optisches System auf, welches das Beobachtungslicht verdichtet, und ein Bildaufnahmeelement, welche das vom optischen System verdichtete Beobachtungslicht empfängt. Das optische System umfasst eine Kombination aus einer Vielzahl von Objektiven, einschließlich eines Zoomobjektivs und einer Fokussierlinse. Das optische System hat optische Eigenschaften, die so eingestellt sind, dass das Beobachtungslicht auf einer Lichtaufnahmefläche des Bildaufnahmeelements verdichtet wird, um ein Bild zu formen. Das Bildaufnahmeelement empfängt das Beobachtungslicht und wandelt es photoelektrisch um, um ein Signal zu erzeugen, das dem Beobachtungslicht entspricht, d.h. ein Signal, das einem Beobachtungsbild entspricht. Als Bildaufnahmeelement wird beispielsweise ein Bildaufnahmeelement verwendet, das eine Bayer-Anordnung aufweist und ein Bild in Farbe aufnehmen kann. Das Bildaufnahmeelement kann eines von verschiedenen bekannten Bildaufnahmeelementen sein, wie beispielsweise ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter (CMOS) Bildsensor oder ein CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement) Bildsensor. Das vom Bildaufnahmeelement erzeugte Bildsignal wird als RAW-Daten an die Steuerungsvorrichtung 5317 übertragen. Hier kann die Übertragung des Bildsignals zweckmäßig durch optische Kommunikation erfolgen. Dies hängt damit zusammen, dass der Chirurg an einer Operationsstelle die Operation unter Beobachtung des Zustands eines betroffenen Gebiets durch ein aufgenommenes Bild durchführt, wobei es notwendig ist, dass ein bewegliches Bild des Operationsgebiets soweit wie möglich auf Echtzeitbasis angezeigt wird, um eine Operation mit einem höheren Grad an Sicherheit und Gewissheit zu erzielen. Wenn zur Übertragung des Bildsignals optische Kommunikation verwendet wird, kann das aufgenommene Bild mit geringer Latenz angezeigt werden.
Es sei angemerkt, dass die Bildaufnahmeeinheit einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des Zoomobjektivs und der Fokussierlinse des optischen Systems entlang der optischen Achse aufweisen kann. Wenn das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse zweckmäßig vom Antriebsmechanismus bewegt werden, können die Vergrößerung des aufgenommenen Bilds und die Brennweite bei der Bildaufnahme eingestellt werden. Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit verschiedene Funktionen enthalten, die im Allgemeinen in einer Mikroskopeinheit der elektronischen Bildaufnahme bereitgestellt werden können, wie beispielsweise eine Belichtungsautomatikfunktion (AE) und oder eine Autofokus (AF) Funktion.
Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit als Bildaufnahmeeinheit vom Einzelplatten-Typ ausgelegt sein, die ein einzelnes Bildaufnahmeelement aufweist, oder sie kann als Bildaufnahmeeinheit vom Mehrplatten-Typ ausgelegt sein, die eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen aufweist. Wenn die Bildaufnahmeeinheit als Mehrplatten-Typ ausgelegt ist, können beispielsweise Bildsignale, die roten, grünen und blauen Farben entsprechen, von den Bildaufnahmeelementen erzeugt und zum Erhalten eines Farbbilds synthetisiert werden. Alternativ kann die Bildaufnahmeeinheit so ausgelegt sein, dass sie zwei Bildaufnahmeelemente zum Erfassen von Bildsignalen für das rechte Auge und das linke Auge hat, die mit stereoskopischem Sehen (dreidimensionale (3D) Anzeige) kompatibel sind. Wenn eine 3D-Anzeige verwendet wird, kann der Chirurg die Tiefe eines lebenden Körpergewebes im Operationsgebiet mit einem höheren Grad an Genauigkeit verstehen. Es ist zu beachten, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit von Mehrplatten-Typ ist, eine Vielzahl von optischen Systemen entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen bereitgestellt wird.
Die Bedieneinheit 5307 umfasst beispielsweise einen Querhebel, einen Schalter oder dergleichen und akzeptiert eine Betätigungseingabe des Benutzers. Beispielsweise kann der Benutzer eine Anweisung eingeben, die Vergrößerung des Beobachtungsbilds und die Brennweite des Beobachtungsziels durch die Bedieneinheit 5307 zu verändern. Die Vergrößerung und die Brennweite können vom Antriebsmechanismus der Bildaufnahmeeinheit eingestellt werden, indem das Zoomobjektiv und die Fokussierlinse gemäß den Anweisungen zweckmäßig bewegt werden. Ferner kann der Benutzer beispielsweise eine Anweisung eingeben, den Betriebsmodus der Armeinheit 5309 (ein komplett freier Modus und ein fixierter Modus, wie hiernach beschrieben) durch die Bedieneinheit 5307 umzuschalten. Es sei angemerkt, dass wenn der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 bewegen will, davon ausgegangen wird, dass der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 in einem Zustand bewegt, in dem der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 durch Halten des zylindrischen Abschnitts 5305 ergreift. Folglich ist die Bedieneinheit 5307 vorzugsweise an einer Stelle vorgesehen, an der sie mit den Fingern des Benutzers leicht bedient werden kann, während der zylindrische Abschnitt 5305 so gehalten wird, dass die Bedieneinheit 5307 auch dann noch bedient werden kann, während der Benutzer den zylindrischen Abschnitt 5305 bewegt.
Die Armeinheit 5309 ist derart ausgelegt, dass eine Vielzahl von Verbindungsstücken (erstes Verbindungsstück 5313a bis sechstes Verbindungsstück 5313f) miteinander verbunden sind, um von einer Vielzahl von Gelenkabschnitten (erster Gelenkabschnitt 5311a bis sechster Gelenkabschnitt 5311 f) in Bezug zueinander gedreht zu werden.
Der erste Gelenkabschnitt 5311a hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein oberes Ende des zylindrischen Abschnitts 5305 der Mikroskopeinheit 5303 für eine Drehung um eine Drehachse (erste Achse O₁ ) parallel zur Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 5305. Hier kann der erste Gelenkabschnitt 5311 so ausgelegt sein, dass die erste Achse O₁ davon zur optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit der Mikroskopeinheit 5303 ausgerichtet ist. Wenn die Mikroskopeinheit 5303 um die erste Achse O₁ gedreht wird, kann das Sichtfeld durch diese Konfiguration verändert werden, um das aufgenommene Bild zu drehen.
Das erste Verbindungsstück 5313a unterstützt den ersten Gelenkabschnitt 5311a fest an einem distalen Ende davon. Insbesondere ist das erste Verbindungsstück 5313a ein stabförmiges Element mit einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt, und es ist mit dem ersten Gelenkabschnitt 5311a so verbunden, dass eine Seite an der distalen Endseite davon sich in eine Richtung orthogonal zur ersten Achse O₁ erstreckt, und ein Endabschnitt der einen Seite an einem oberen Endabschnitt eines Außenumfangs des ersten Gelenkabschnitts 5311a anstößt. Der zweite Gelenkabschnitt 5311b ist mit einem Endabschnitt der anderen Seite der proximalen Endseite der im Wesentlichen L-förmigen Gestalt des ersten Verbindungsstücks 5313a verbunden.
Der zweite Abschnitt 5311b hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein proximales Endes der ersten Verbindungsstücks 5313a für eine Drehung um eine Drehachse (zweite Achse O₂ ) orthogonal zur ersten Achse O₁ . Das zweite Verbindungsstück 5313b ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des zweiten Gelenkabschnitts 5311b verbunden.
Das zweite Verbindungsstück 5313b ist ein stabförmiges Elements mit einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt und eine Seite einer distalen Endseite des zweiten Verbindungsstücks 5313b erstreckt sich in eine Richtung orthogonal zur zweiten Achse O₂ und ein Endabschnitt der einen Seite ist fest mit einem proximalen Ende des zweiten Gelenkabschnitts 5311b verbunden. Der dritte Gelenkabschnitt 5311c ist mit der anderen Seite an der proximalen Endseite der im Wesentlichen L-förmigen Gestalt des zweiten Verbindungsstücks 5313b verbunden.
Der dritte Abschnitt 5311c hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein proximales Endes des zweiten Verbindungsstücks 5313b für eine Drehung um eine Drehachse (dritte Achse O₃ ) orthogonal zur ersten Achse O₁ und zur zweiten Achse O₂ . Das dritte Verbindungsstück 5313c ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des dritten Gelenkabschnitts 5311c verbunden. Durch Drehung der Komponenten auf der distalen Endseite, einschließlich der Mikroskopeinheit 5303, um die zweite Achse O₂ und die dritte Achse O₃ , kann die Mikroskopeinheit 5303 so bewegt werden, dass die Position der Mikroskopeinheit 5303 innerhalb einer horizontalen Ebene verändert wird. Mit anderen Worten kann durch Steuerung der Drehung um die zweite Achse O₂ und die dritte Achse O₃ das Sichtfeld des aufgenommenen Bilds innerhalb einer Ebene bewegt werden.
Das dritte Verbindungsstück 5313c ist derart ausgelegt, dass seine distale Endseite eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt aufweist, und ein proximales Ende des dritten Gelenkabschnitts 5311c ist fest mit dem distalen Ende der säulenförmigen Gestalt verbunden, so dass beide im Wesentlichen die gleiche Mittelachse haben. Die proximale Endseite des dritten Verbindungsstücks 5313c hat eine prismenförmige Gestalt und der vierte Gelenkabschnitt 5311d ist mit einem Endabschnitt des dritten Verbindungsstücks 5313c verbunden.
Der vierte Abschnitt 5311d hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einem distalen Ende davon ein proximales Endes des dritten Verbindungsstücks 5313c für eine Drehung um eine Drehachse (vierte Achse O₄ ) orthogonal zur dritten Achse O₃ . Das vierte Verbindungsstück 5313d ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des vierten Gelenkabschnitts 5311d verbunden.
Das vierte Verbindungsstück 5313d ist ein stabförmiges Element, das sich im Wesentlichen linear erstreckt und derart mit dem vierten Gelenkabschnitt 5311d verbunden ist, dass es sich orthogonal zur vierten Achse O₄ erstreckt und an einen Endabschnitt des distalen Endes davon mit einer Seitenfläche der im Wesentlichen säulenförmigen Gestalt des vierten Gelenkabschnitts 5311d anstößt. Das fünfte Verbindungsstück 5311e ist mit einem proximalen Ende des vierten Verbindungsstücks 5313d verbunden.
Der fünfte Gelenkabschnitt 5311e hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einer distalen Endseite davon ein proximales Endes des vierten Verbindungsstücks 5313d für eine Drehung um eine Drehachse (fünfte Achse O₅ ) parallel zur vierten Achse O₄ . Das fünfte Verbindungsstück 5313e ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des fünften Gelenkabschnitts 5311e verbunden. Die vierte Achse O₄ und die fünfte Achse O₅ sind Drehachsen, um welche die Mikroskopeinheit 5303 in einer Richtung nach oben und nach unten bewegt werden kann. Durch Drehen der Komponenten auf der distalen Endseite, einschließlich der Mikroskopeinheit 5303, um die vierte Achse O₄ und die fünfte Achse O₅ , kann die Höhe der Mikroskopeinheit 5303, d.h. der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und einem Beobachtungsziel, eingestellt werden.
Das fünfte Verbindungsstück 5313e umfasst eine Kombination aus einem ersten Element mit einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt, von der sich eine Seite in die vertikale Richtung erstreckt, und von der sich die andere Seite in die horizontale Richtung erstreckt, und einem stabförmigen zweiten Element, das sich von dem Abschnitt der ersten Elements, der sich in horizontaler Richtung erstreckt, vertikal nach unten erstreckt. Der fünfte Gelenkabschnitt 5311e ist an einem proximalen Ende davon fest mit einem benachbarten oberen Ende eines Teils verbunden, welches das erste Element des fünften Verbindungstücks 5313e in die vertikale Richtung erstreckt. Der sechste Gelenkabschnitt 5311f ist mit dem proximalen Ende (unteren Ende) des zweiten Elements des fünften Verbindungsstücks 5313e verbunden.
Der sechste Gelenkabschnitt 5311f hat eine im Wesentlichen säulenförmige Gestalt und unterstützt an einer distalen Endseite davon ein proximales Endes des fünften Verbindungsstücks 5313e für eine Drehung um eine Drehachse (sechste Achse O₆ ) parallel zur vertikalen Richtung. Das sechste Verbindungsstück 5313f ist an einem distalen Ende davon fest mit einem proximalen Ende des sechsten Gelenkabschnitts 5311 f verbunden.
Das sechste Verbindungsstück 5313f ist ein stabförmiges Element, das sich in die vertikale Richtung erstreckt und an einem proximalen Ende davon fest mit einer Oberseite der Basiseinheit 5315 verbunden ist.
Der erste Gelenkabschnitt 5311a bis sechste Gelenkabschnitt 5311f haben Bewegungsbereiche, die zweckmäßig so eingestellt werden, dass die Mikroskopeinheit 5303 eine gewünschte Bewegung ausführen kann. Folglich kann in der Armeinheit 5309 mit der oben beschriebenen Konfiguration eine Bewegung von insgesamt sechs Freiheitsgraden, einschließlich drei Freiheitsgraden zur Verschiebung und drei Freiheitsgraden zur Drehung, bezüglich einer Bewegung der Mikroskopeinheit 5303 implementiert werden. Durch Konfigurieren der Armeinheit 5309, so dass sechs Freiheitsgrade für Bewegungen der Mikroskopeinheit 5303 auf diese Weise implementiert werden, können die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 innerhalb des Bewegungsbereichs der Armeinheit 5309 frei geregelt werden. Folglich kann ein Operationsgebiet aus jedem Winkel beobachtet werden und die Operation kann reibungsloser durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der gezeigten Armeinheit 5309 lediglich ein Beispiel ist und dass die Anzahl und Form (Länge) der Verbindungsstücke, einschließlich der Armeinheit 5309, und die Anzahl, Lokalisation, Richtung der Drehachse und so weiter der Gelenkabschnitte zweckmäßig so gestaltet werden können, dass die gewünschten Freiheitsgrade implementiert werden können. Um die Mikroskopeinheit 5303 frei zu bewegen, wird beispielsweise die Armeinheit 5309 vorzugsweise so ausgelegt, dass sie sechs Freiheitsgrade wie oben beschrieben aufweist. Die Armeinheit 5309 kann auch so ausgelegt sein, dass sie einen viel größeren Freiheitsgrad aufweist (nämlich einen redundanten Freiheitsgrad). Wenn ein redundanter Freiheitsgrad vorliegt, kann die Stellung der Armeinheit 5309 in einem Zustand verändert werden, in dem die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 festgelegt sind. Folglich kann eine Steuerung implementiert werden, die für den Chirurgen bequemer ist, beispielsweise die Steuerung der Stellung der Armeinheit 5309, so dass die Armeinheit 5309 beispielsweise das Sichtfeld des Chirurgen, der die Anzeigevorrichtung 5319 betrachtet, nicht beeinträchtigt.
Hier kann ein Aktuator, in dem ein Antriebsmechanismus enthalten ist, wie etwa ein Motor, ein Kodierer, der einen Drehwinkel an jedem Gelenkabschnitt nachweist, und dergleichen, für jeden des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f bereitgestellt werden. Durch zweckmäßige Steuerung des Antriebs der Aktuatoren, die im ersten Gelenkabschnitt 5311a bis sechsten Gelenkabschnitt 5311f bereitgestellt sind, durch die Steuerungsvorrichtung 5317 kann die Stellung der Armeinheit 5309, d.h. die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303, gesteuert werden. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung 5317 die aktuelle Stellung der Armeinheit 5309 und die aktuelle Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 auf Basis von Informationen bezüglich des von den Kodierern nachgewiesenen Drehwinkels der Gelenkabschnitte erfassen. Die Steuerungsvorrichtung 5317 verwendet die erfassten Informationen zur Berechnung eines Steuerungswerts (beispielsweise eines zu erzeugenden Drehwinkels oder Drehmoments) für jeden Gelenkabschnitt, mit dem eine Bewegung der Mikroskopeinheit 5303 gemäß einer Bedienungseingabe des Benutzers implementiert werden kann. Folglich treibt die Steuerungsvorrichtung 5317 den Antriebsmechanismus jedes Gelenkabschnitts gemäß dem Steuerungswert an. Es sei angemerkt, dass in diesem Fall das Steuerungsverfahren der Armeinheit 5309 durch die Steuerungsvorrichtung 5317 nicht begrenzt ist und dass verschiedene bekannte Steuerungsverfahren, wie z.B. Kraftregelung oder Positionsregelung, angewendet werden können.
Wenn der Chirurg beispielsweise auf geeignete Weise eine Operation unter Eingabe über eine (nicht gezeigte) Eingabevorrichtung durchführt, kann der Antrieb der Armeinheit 5309 zweckmäßig von der Steuerungsvorrichtung 5317 als Reaktion auf die Bedienungseingabe zur Steuerung der Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 gesteuert werden. Nachdem die Mikroskopeinheit 5303 aus einer willkürlichen Position in eine andere willkürliche Position bewegt wurde, ist es durch diese Steuerung möglich, die Mikroskopeinheit 5303 nach der Bewegung an der Position fest zu unterstützen. Es sei angemerkt, dass als Eingabevorrichtung vorzugsweise eine Eingabevorrichtung verwendet wird, die vom Chirurgen auch dann bedient werden kann, wenn der Chirurg ein chirurgisches Instrument in seiner Hand hält, beispielsweise ein Fußschalter, der den Komfort für den Chirurgen berücksichtigt. Ferner kann die Bedienungseingabe kontaktlos auf Basis des Nachweises von Gesten oder durch Sichtliniennachweis erfolgen, wobei eine tragbare Vorrichtung oder eine Kamera verwendet wird, die im Operationssaal bereitgestellt ist. Dadurch kann sogar ein Benutzer, der in einen Reinbereich gehört, eine Vorrichtung, die in einen unreinen Bereich gehört, mit einem hohen Freiheitsgrad bedienen. Darüber hinaus kann die Armeinheit 5309 auf Master-Slave-Weise bedient werden kann. In diesem Fall kann die Armeinheit 5309 vom Benutzer durch eine Eingabevorrichtung, die an einem vom Operationssaal entfernten Ort platziert wird, ferngesteuert werden.
Bei Anwendung einer Kraftregelung kann die Steuerungsvorrichtung 5317 ferner eine hilfskraftunterstützte Steuerung zum Antreiben der Aktuatoren des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f durchführen, so dass die Armeinheit 5309 vom Benutzer eine externe Kraft erhalten kann und sich nach der externen Kraft reibungslos bewegen kann. Dadurch ist es möglich, die Mikroskopeinheit 5303 mit einer vergleichsweise schwachen Kraft zu bewegen, wenn der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 hält und ihre Position direkt bewegt. Folglich wird es möglich, dass der Benutzer die Mikroskopeinheit 5303 intuitiver durch einen einfacheren und leichteren Vorgang bewegt, und der Komfort für den Benutzer kann verbessert werden.
Ferner kann der Antrieb der Armeinheit 5309 so gesteuert werden, dass die Armeinheit 5309 eine Schwenkbewegung durchführt. Die Schwenkbewegung hier ist eine Bewegung zur Bewegung der Mikroskopeinheit 5303, so dass die Richtung der optischen Achse der Mikroskopeinheit 5303 zu einem vorbestimmten Punkt (hiernach als Schwenkpunkt bezeichnet) in einem Raum gehalten wird. Da die Schwenkbewegung es möglich macht, dieselbe Beobachtungsposition aus verschiedenen Richtungen zu beobachten, wird eine detailliertere Beobachtung eines betroffenen Bereichs möglich. Es sei angemerkt, dass, wenn die Mikroskopeinheit 5303 so ausgelegt ist, dass ihre Brennweite fixiert ist, die Schwenkbewegung vorzugsweise in einem Zustand durchgeführt wird, in dem der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt festgelegt ist. In diesem Fall reicht es aus, wenn der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt im Voraus auf eine fixierte Brennweite der Mikroskopeinheit 5303 eingestellt wird. Durch die eben beschriebene Konfiguration bewegt sich die Mikroskopeinheit 5303 auf einer halbkugelförmigen Ebene (schematisch dargestellt in 6) mit einem Durchmesser, welcher der am Schwenkpunkt zentrierten Brennweite entspricht, und es kann ein klares aufgenommenes Bild sogar dann erhalten werden, wenn die Beobachtungsrichtung verändert wird. Wenn die Mikroskopeinheit 5303 so ausgelegt ist, dass ihre Brennweite einstellbar ist, kann die Schwenkbewegung andererseits in einem Zustand durchgeführt werden, in dem der Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt variabel ist. In diesem Fall kann die Steuerungsvorrichtung 5317 beispielsweise den Abstand zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt auf Basis von Informationen bezüglich der Drehwinkel der Gelenkabschnitte, die von den Kodierern nachgewiesen wurden, berechnen und die Brennweite der Mikroskopeinheit 5303 auf Basis der Berechnung automatisch einstellen. Wenn die Mikroskopeinheit 5303 eine AF-Funktion enthält, kann die Einstellung der Brennweite alternativ von der AF-Funktion automatisch jedes Mal durchgeführt werden, wenn der Abstand durch die Schwenkbewegung zwischen der Mikroskopeinheit 5303 und dem Schwenkpunkt verändert wird.
Ferner können der erste Gelenkabschnitt 5311a bis sechste Gelenkabschnitt 5311f jeweils eine Bremse zum Begrenzen der Drehung des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f aufweisen. Die Bedienung der Bremse kann durch die Steuerungsvorrichtung 5317 gesteuert werden. Wenn die Position und die Stellung der Mikroskopeinheit 5303 fixiert werden sollen, macht die Steuerungsvorrichtung 5317 die Bremsen der Gelenkabschnitte beispielsweise betriebsbereit. Selbst wenn die Aktuatoren nicht angetrieben werden, kann folglich die Stellung der Armeinheit 5309, d.h. die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303, fixiert werden und daher kann der Stromverbrauch reduziert werden. Wenn die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 bewegt werden sollen, reicht es aus, wenn die Steuerungsvorrichtung 5317 die Bremsen der Gelenkabschnitte löst und die Aktuatoren gemäß einem vorbestimmten Steuerungsverfahren antreibt.
Diese Betätigung der Bremsen kann als Reaktion auf eine Bedienungseingabe durch den Benutzer durch die oben beschriebene Bedieneinheit 5307 durchgeführt werden. Wenn der Benutzer die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 bewegen will, würde der Benutzer die Bedieneinheit 5307 betätigen, um die Bremsen der Gelenkabschnitte zu lösen. Folglich ändert sich der Betriebsmodus der Armeinheit 5309 in einen Modus, in dem die Drehung der Gelenkabschnitte frei erfolgen kann (komplett freier Modus). Wenn andererseits der Benutzer die Position und Stellung der Mikroskopeinheit 5303 fixieren will, würde der Benutzer die Bedieneinheit 5307 betätigen, um die Bremsen der Gelenkabschnitte zu aktivieren. Folglich ändert sich der Betriebsmodus der Armeinheit 5309 in einen Modus, in dem die Drehung der Gelenkabschnitte gehemmt wird (fixierter Modus).
Die Steuerungsvorrichtung 5317 steuert integral den Betrieb des mikroskopischen Operationssystems 5300 durch Steuerung des Betriebs der Mikroskopvorrichtung 5301 und der Anzeigevorrichtung 5319. Die Steuerungsvorrichtung 5317 aktiviert beispielsweise die Aktuatoren des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311f gemäß einem vorbestimmten Steuerungsverfahren zur Steuerung des Antriebs der Armeinheit 5309. Ferner steuert die Steuerungsvorrichtung 5317 beispielsweise den Betrieb der Bremsen des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311 f, um den Betriebsmodus der Armeinheit 5309 zu verändern. Ferner führt die Steuerungsvorrichtung 5317 beispielsweise verschiedene Signalverarbeitungsverfahren für ein Bildsignal durch, das von der Bildaufnahmeeinheit der Mikroskopeinheit 5303 der Mikroskopvorrichtung 5301 erfasst wurde, um Bilddaten zum Anzeigen zu erzeugen, und sie steuert die Anzeigevorrichtung 5319 zum Anzeigen der erzeugten Bilddaten. Als Bildverarbeitungsverfahren können verschiedene bekannte Signalverarbeitungsverfahren, wie beispielsweise ein Entwicklungsverfahren (Demosaicking-Verfahren), ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität (ein Bandbreitenverstärkungsverfahren, eine Superauflösungsverfahren, ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsverfahren) und/oder ein Vergrößerungsverfahren (d.h. ein elektronisches Zoomverfahren) durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Kommunikation zwischen der Steuerungsvorrichtung 5317 und der Mikroskopeinheit 5303 und die Kommunikation zwischen der Steuerungsvorrichtung 5317 und dem ersten Gelenkabschnitt 5311a bis sechsten Gelenkabschnitt 5311f eine kabelgebundene Kommunikation oder eine drahtlose Kommunikation sein kann. Wenn eine kabelgebundene Kommunikation verwendet wird, kann die Kommunikation über ein elektrisches Signal durchgeführt werden oder es kann eine optische Kommunikation durchgeführt werden. In diesem Fall kann ein Übertragungskabel, das für die kabelgebundene Kommunikation verwendet wird, als ein elektrisches Signalkabel, eine Faseroptik oder ein Verbundkabel daraus als Reaktion auf ein angewandtes Kommunikationsverfahren ausgelegt sein. Wenn andererseits drahtlose Kommunikation verwendet wird, kann, da es nicht notwendig ist, ein Übertragungskabel im Operationssaal zu verlegen, eine Situation eliminiert werden, in der die Bewegung des medizinischen Personals im Operationssaal durch das Übertragungskabel gestört wird.
Die Steuerungsvorrichtung 5317 kann ein Prozessor sein, wie etwa ein Zentralprozessor (CPU) oder ein Grafikprozessor (GPU), oder ein Mikrocomputer oder eine Steuertafel, in dem/der ein Prozessor und ein Speicherelement, wie etwa ein Speicher, enthalten sind. Die oben beschriebenen verschiedenen Funktionen können vom Prozessor der Steuerungsvorrichtung 5317 implementiert werden, der gemäß einem vorbestimmten Programm arbeitet. Es sei angemerkt, dass im gezeigten Beispiel die Steuerungsvorrichtung 5317 als eine von der Mikroskopvorrichtung 5301 getrennte Vorrichtung bereitgestellt wird. Die Steuerungsvorrichtung 5317 kann aber innerhalb der Basiseinheit 5315 der Mikroskopvorrichtung 5301 angebracht werden und einstückig mit der Mikroskopvorrichtung 5301 ausgelegt sein. Die Steuerungsvorrichtung 5317 kann auch eine Vielzahl von Vorrichtungen aufweisen. Beispielsweise können Mikrocomputer, Steuertafeln oder dergleichen in der Mikroskopeinheit 5303 und im ersten Gelenkabschnitt 5311a bis sechsten Gelenkabschnitt 5311f der Armeinheit 5309 angeordnet sind und zur Kommunikation miteinander verbunden sein, um ähnliche Funktionen wie die der Steuerungsvorrichtung 5317 zu implementieren.
Die Anzeigevorrichtung 5319 wird im Operationssaal bereitgestellt und zeigt ein Bild an, das Bilddaten entspricht, die von der Steuerungsvorrichtung 5317 erzeugt wurden, unter Steuerung durch die Steuerungsvorrichtung 5317. Mit anderen Worten wird ein Bild des von der Mikroskopeinheit 5303 aufgenommenen Operationsgebiets auf der Anzeigevorrichtung 5319 angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 5319 kann statt eines Bilds oder zusätzlich zu einem Bild eines Operationsgebiets verschiedene Arten von Informationen anzeigen, welche die Operation betreffen, wie etwa physische Informationen eines Patienten oder Informationen bezüglich eines chirurgischen Verfahrens der Operation. In diesem Fall kann die Anzeige der Anzeigevorrichtung 5319 zweckmäßig als Reaktion auf eine Bedienung durch den Benutzer geändert werden. Alternativ kann auch eine Vielzahl solcher Anzeigevorrichtungen 5319 bereitgestellt werden, so dass ein Bild eines Operationsgebiets oder verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Operation einzeln auf der Vielzahl von Anzeigevorrichtungen 5319 angezeigt werden kann bzw. können. Es sei angemerkt, dass als Anzeigevorrichtung 5319 verschiedene bekannte Anzeigevorrichtungen, wie etwa eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder eine Elektrolumineszenz (EL)-Anzeigevorrichtung verwendet werden können.
7 ist eine Ansicht, die ein Operationsstadium zeigt, in dem das in 6 gezeigte mikroskopische Operationssystem 5300 verwendet wird. 7 zeigt schematisch ein Stadium, in dem ein Chirurg 5321 das mikroskopische Operationssystem 5300 zur Durchführung einer Operation für einen Patienten 5325 an einem Patientenbett 5323 verwendet. Es sei angemerkt, dass in 7 zur einfacheren Veranschaulichung die Steuerungsvorrichtung 5317 unter den Komponenten des mikroskopischen Operationssystems 5300 weggelassen wurde und die Mikroskopvorrichtung 5301 vereinfacht dargestellt ist.
Wie es in 7 zu sehen ist, wird während der Operation unter Verwendung des mikroskopischen Operationssystems 5300 ein Bild eines Operationsgebiets, das von der Mikroskopvorrichtung 5301 aufgenommen wurde, in einem vergrößerten Maßstab auf der Anzeigevorrichtung 5319, die an einer Wandfläche des Operationssaals angebracht ist, angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 5319 ist an einem Ort gegenüber dem Chirurgen 5321 angebracht, und der Chirurg 5321 würde verschiedene Behandlungen für das Operationsgebiet durchführen, wie beispielsweise eine Resektion des betroffenen Bereichs unter Beobachtung eines Zustands des Operationsgebiets von einem Video, das auf der Anzeigevorrichtung 5319 angezeigt wird.
Ein Beispiel eines mikroskopischen Operationssystems 5300, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, wurde beschrieben. Obwohl das mikroskopische Operationssystem 5300 als Beispiel beschrieben wurde, ist hier zu beachten, dass das System, an dem die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann, nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Mikroskopvorrichtung 5301 auch als Tragarmvorrichtung dienen, die an einem distalen Ende davon eine andere Beobachtungsvorrichtung oder ein anderes chirurgisches Instrument statt der Mikroskopeinheit 5303 unterstützt. Als andere Beobachtungsvorrichtung kann beispielsweise ein Endoskop verwendet werden. Ferner kann als anderes chirurgisches Instrument eine Zange, eine Pinzette, ein Pneumoperitoneum-Tubus für ein Pneumoperitoneum oder eine Energievorrichtung zur Durchführung einer Inzision eines Gewebes oder Versiegelung eines Blutgefäßes durch Kauterisation und dergleichen verwendet werden. Durch Unterstützung eines beliebigen dieser gerade beschriebenen Beobachtungsvorrichtungen und chirurgischen Instrumente durch die Unterstützungsvorrichtung kann ihre Position mit einem hohen Maß an Stabilität fixiert werden, im Vergleich zu einem alternativen Fall, in dem sie durch die Hände des medizinischen Personals abgestützt werden. Folglich kann die Belastung des medizinischen Personals reduziert werden. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf eine Tragarmvorrichtung angewendet werden, die eine solche wie oben beschriebene Komponente unterstützt, die eine andere ist als die Mikroskopeinheit.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann zweckmäßig auf Aktuatoren des ersten Gelenkabschnitts 5311a bis sechsten Gelenkabschnitts 5311 f in der oben beschriebenen Konfiguration angewendet werden.
Die bevorzugte(n) Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung wurde(n) oben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, während die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche finden, und es ist zu verstehen, dass diese natürlich unter den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Ferner sind die in dieser Spezifikation beschriebenen Wirkungen lediglich veranschaulichende oder beispielhafte Wirkungen und nicht einschränkend. Das heißt, mit den oder statt der obigen Wirkungen kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung andere Wirkungen erzielen, die für den Fachmann auf dem Gebiet aus der Beschreibung dieser Spezifikation deutlich werden.
Zusätzlich kann die vorliegende Technologie auch wie unten konfiguriert sein.

(1) Gelenkantriebsaktuator, umfassend:
- einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist;
- einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer auf das Gelenk ausgeübten externen Kraft ausgelegt ist; und
- einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist.
(2) Der Gelenkantriebsaktuator nach (1), wobei der Ultraschallmotor auf Basis der externen Kraft angetrieben wird, die vom Drehmomentsensor nachgewiesen wurde.
(3) Gelenkantriebsaktuator nach (1) oder 2), wobei der Ultraschallmotor auf Basis eines vom Kodierer nachgewiesenen Drehwinkels angetrieben wird.
(4) Gelenkantriebsaktuator nach einem von (1) bis (3),
- wobei ein Stator des Ultraschallmotors an einer Seite eines Arms befestigt ist, der sich relativ im Gelenk dreht, und
- wobei ein Rotor des Ultraschallmotors an einer Seite eines anderen Arms befestigt ist, der sich relativ im Gelenk dreht.
(5) Gelenkantriebsaktuator nach (4), umfassend
- ein Drehelement, das am Rotor befestigt ist,
- wobei das Drehelement an der Seite des anderen Arms, der sich relativ im Gelenk dreht, befestigt ist.
(6) Gelenkantriebsaktuator nach (5), wobei der Drehmomentsensor einen Dehnungsmesser aufweist, der auf dem Drehelement angebracht ist.
(7) Gelenkantriebsaktuator nach einem von (1) bis (6), wobei der Gelenkantriebsaktuator im Gelenk eines Tragarms vorgesehen ist, der zur Unterstützung einer medizinischen Vorrichtung ausgelegt ist.
(8) Medizinisches System, umfassend:
- einen Arm mit mehreren Gelenken, der eine Vielzahl von Gelenkabschnitten und eine Vielzahl von Verbindungsstücken aufweist, die zur drehbaren Verbindung der Vielzahl von Gelenkabschnitten ausgelegt sind, und der dazu ausgelegt ist, an einem distalen Ende eine Bildgebungsvorrichtung, die zur Beobachtung eines Operationsgebiets ausgelegt ist, zu unterstützen; und
- ein Steuerungssystem, das zur Steuerung des aus mehreren Gelenken bestehenden Arms ausgelegt ist, um eine Position und eine Stellung der Bildgebungsvorrichtung bezüglich des Operationsgebiets zu verändern,
- wobei zumindest einer der Vielzahl von Gelenkabschnitten Folgendes aufweist:
  - einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist,
  - einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer auf das Gelenk ausgeübten externen Kraft ausgelegt ist, und
  - einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist.
(9) Medizinisches System nach (8), wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Mikroskop ist.
(10) Medizinisches System nach (8), wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Endoskop ist.
(11) Medizinisches System nach einem von (8) bis (10), wobei zumindest einer der Vielzahl von Gelenkabschnitten Folgendes aufweist:
- einen elektromagnetischen Motor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist.
(12) Medizinisches System nach einem von (8) bis (11), wobei ein Kabelbaum in einem hohlen Abschnitt des Ultraschallmotors angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

100: Aktuator
110: Ultraschallmotor
112: Stator
114: Rotor
150: Kodierer
170: Drehmomentsensor
5033a bis 5033c: Gelenkabschnitte
5309: Armeinheit
5317: Steuerungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4715863 B [0003]

Claims

Gelenkantriebsaktuator, umfassend: einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist; einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer auf das Gelenk ausgeübten externen Kraft ausgelegt ist; und einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist.
Gelenkantriebsaktuator nach Anspruch 1, wobei der Ultraschallmotor auf Basis der externen Kraft angetrieben wird, die vom Drehmomentsensor nachgewiesen wurde.
Gelenkantriebsaktuator nach Anspruch 1, wobei der Ultraschallmotor auf Basis eines vom Kodierer nachgewiesenen Drehwinkels angetrieben wird.
Gelenkantriebsaktuator nach Anspruch 1, wobei ein Stator des Ultraschallmotors an einer Seite eines Arms befestigt ist, der sich relativ im Gelenk dreht, und wobei ein Rotor des Ultraschallmotors an einer Seite eines anderen Arms befestigt ist, der sich relativ im Gelenk dreht.
Gelenkantriebsaktuator nach Anspruch 4, umfassend: ein Drehelement, das am Rotor befestigt ist, wobei das Drehelement an der Seite des anderen Arms, der sich relativ im Gelenk dreht, befestigt ist.
Gelenkantriebsaktuator nach Anspruch 5, wobei der Drehmomentsensor einen Dehnungsmesser aufweist, der auf dem Drehelement angebracht ist.
Gelenkantriebsaktuator nach Anspruch 1, wobei der Gelenkantriebsaktuator im Gelenk eines Tragarms vorgesehen ist, der zur Unterstützung einer medizinischen Vorrichtung ausgelegt ist.
Medizinisches System, umfassend: einen Arm mit mehreren Gelenken, der eine Vielzahl von Gelenkabschnitten und eine Vielzahl von Verbindungsstücken aufweist, die zur drehbaren Verbindung der Vielzahl von Gelenkabschnitten ausgelegt sind, und der dazu ausgelegt ist, an einem distalen Ende eine Bildgebungsvorrichtung, die zur Beobachtung eines Operationsgebiets ausgelegt ist, zu unterstützen; und ein Steuerungssystem, das zur Steuerung des aus mehreren Gelenken bestehenden Arms ausgelegt ist, um eine Position und eine Stellung der Bildgebungsvorrichtung bezüglich des Operationsgebiets zu verändern, wobei zumindest einer der Vielzahl von Gelenkabschnitten Folgendes aufweist: einen Ultraschallmotor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist, einen Drehmomentsensor, der zum Nachweisen einer auf das Gelenk ausgeübten externen Kraft ausgelegt ist, und einen Kodierer, der zum Nachweisen eines Drehwinkels des Ultraschallmotors ausgelegt ist.
Medizinisches System nach Anspruch 8, wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Mikroskop ist.
Medizinisches System nach Anspruch 8, wobei die Bildgebungsvorrichtung ein Endoskop ist.
Medizinisches System nach Anspruch 8, wobei zumindest einer der Vielzahl von Gelenkabschnitten Folgendes aufweist: einen elektromagnetischen Motor, der zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben eines Gelenks ausgelegt ist.
Medizinisches System nach Anspruch 8, wobei ein Kabelbaum in einem hohlen Abschnitt des Ultraschallmotors angeordnet ist.