JP2005211682A - 手術用顕微鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動部と、前記鏡体部に設けられ、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作を検出するための検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記電動駆動部による電動駆動を行うか、又は前記電動駆動部から手動操作に動作モードを切り替えるか、を制御する切り替え制御部と、を具備した手術用顕微鏡装置である。これによれば、術者による鏡体移動操作が容易であり、術者による鏡体移動操作の負担も軽くなる。
【選択図】 図1
Description
請求項2に係る発明は、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、前記鏡体部に設けられ、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作を検出するための検出手段と、前記電動駆動手段による鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動の解除をする電動駆動解除手段と、前記操作ハンドルに操作が加えられた状態で、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記電動駆動手段の駆動制御を行うか、前記電動駆動解除手段によって前記電動駆動手段による電動駆動を解除するように制御する制御手段と、を具備したことを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の手術用顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果が、予め定められた第1のしきい値を超え、前記第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を超えない場合は、前記電動駆動手段による駆動制御を行い、前記第2のしきい値よりも大きな場合は、前記電動駆動解除手段により前記電動駆動手段の電動駆動を解除するように制御することを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項2に記載の手術用顕微鏡装置において、前記手術用顕微鏡装置を手動操作するための電磁クラッチの固定/解除を操作する電磁クラッチ操作手段を含み、前記制御手段は、前記電磁クラッチ操作手段の操作により、前記電磁クラッチが固定されている場合は、前記電動駆動手段による駆動制御を行い、前記電磁クラッチが解除されている場合は、前記電動駆動解除手段により電動駆動手段の電動駆動を停止するように制御することを特徴とする。
図1ないし図3を参照して、本発明の第1の実施例を説明する。
手術用顕微鏡の操作ハンドルのグリップのアームに貼り付けて設置された複数の歪ゲージでグリップに加えられた操作力の方向および大きさを検出することにより電動駆動装置の操作入力を行う。また、手動による操作時に前述の歪ゲージを用いて手動により操作していることを検知して電動駆動装置の駆動をキャンセルすることにより手動操作後の電動駆動装置の作動による視野のずれを防止することにある。
図1は俯仰アーム機構1を示しており、この俯仰アーム機構1は図示しない架台に取り付けられた保持アーム機構2に保持されている。保持アーム機構2は前記架台に一端が水平な向きに回動可能に支持された図示しない第1アームと、この第1アームの他端に水平方向に回動可能に支持される第2アームと、前記第2アームに上下方向に回動可能に支持されかつ前記俯仰アーム機構1を保持する第3のアーム3とからなる。なお、第2アームは例えば平行リンク機構からなり、水平および上下方向に変位可能である。また、俯仰アーム機構1を保持する第3アーム3にはその俯仰アーム機構1の第1俯仰アーム5が垂直な軸Odを中心に水平な方向へ回動自在に連結されている。
術者が鏡体部12の俯仰を微動操作によって行うときは操作ハンドル18に軽く触れることによる電動駆動操作がなされ、また鏡体部12の粗動俯仰を行うときは操作ハンドル18を手に握って動かすことによる手動操作によって対応した各軸7,14を回動させることができる。
鏡体部12の俯仰移動を止めたいときはグリップ22に力を加えている手を離すことにより歪ゲージ27からの歪信号の歪量が低下して制御回路34で定められた第1のしきい値よりも下回ることから、制御回路34からの駆動信号の出力が停止されて俯仰モータ駆動電源35から俯仰モータ8への電源供給が停止される。そして、鏡体部12の俯仰移動が止まる。
本実施例によれば、制御回路34の第1のしきい値を低く設定することにより、グリップ22に軽く触れるだけで、電動駆動装置の操作入力を行うことが可能であり、またグリップ22の、どの部分に触れても構わないため、手術中にピンセットやメス等の手術具を持ったままでも手術を中断させることなく操作入力が可能であり、術者の負担軽減および手術時間の短縮が図れる。
図4ないし図8を参照して、本発明の第2の実施例を説明する。
手術用顕微鏡の操作ハンドルのグリップとグリップアームの結合部に設置された力覚センサによりグリップに加えられた力の方向と大きさを検出して電動駆動手段の操作入力を行う。また、電動駆動手段の移動座標軸と、操作ハンドルの操作入力座標軸の間に生じる座標軸の変位を検出して前記操作入力座標軸と操作入力座標軸が一致する様に操作ハンドルの向きをモータ駆動による補正を行い、術者が鏡体の角度に気を配らずに操作入力をする事を可能とし、術者の負担を軽減することを目的とする。
図4は手術用顕微鏡の鏡体部を保持する俯仰アーム機構部41を示す。この俯仰アーム機構部41は前述した第1の実施例の場合と同じように架台および保持アーム機構等からなる支持装置の先端アーム36の先端部分にXY移動装置42を介して吊持的に取り付けられている。XY移動装置42はこれに吊持する俯仰アーム機構部41をXYZ座標系40のXY軸方向へ移動させる移動操作機構である。XY移動装置42には図示しない取付部材により俯仰アーム用取付部43が固定されている。この取付部43には軸Eを回転中心として回動自在な円筒体44が取り付けられている。円筒体44にはリンクアーム45が固定されており、リンクアーム45は他の3つのリンクアーム46,47,48と共に、前記軸Eと垂直な軸Fこの軸Fと平行な軸G,H,Iをそれぞれ回転中心とした平行四辺形リンク機構を形成している。軸Eと軸Fにはそれぞれ従来例と同様の電磁クラッチ49,50が設けられ、それに加えてその軸E,Fの回転角度を検出するアブソリュートタイプのエンコーダー51,52が備えられている。また、鏡体部12は前記リンクアーム48の一端にある軸Iの位置に固定されている。
術者56が鏡体部12の微動移動操作を行う場合は操作ハンドル18での操作によるXY移動装置42の駆動により行う。また、鏡体部12の粗動移動操作および俯仰操作を行う場合はグリップスイッチ53を操作して、各回転軸に内蔵された電磁クラッチ49,50をフリーにすることにより各回転軸を回転させて行う。
α=α1 −α2 β=β1 −β2
[#6]グリップモータ駆動演算回路72は、鏡体角度検出回路71からグリップ駆動角度α、βの信号を入力し、第4軸93、ウォームギア95、ギア91を介して第3軸86を矢印98の方向へ角度α、第2軸82、ウォームギア84、ギア79を介してグリップアーム21を矢印99の方向へ角度βそれぞれ回転するようにステップモーター81,92に電源を供給する。ステップモーター81,92が駆動され、前記の駆動伝達系を介してグリップ22が回転し、操作入力座標系54の軸はXY移動装置42の移動座標系40の軸に一致する。
上述の如く、本実施例によれば、力覚センサ61でグリップ22に加えられた力の方向と大きさを検出して操作入力を行うため、術者56がグリップ22に軽く触れるだけでよく操作することができる。したがって、手術具を持ちながらでも鏡体部12の移動が可能である。また、グリップ22のどの部分を触ってもよいため、例えば操作スイッチを探す必要がなく、迅速な操作入力が可能であり、また術部に対するグリップ22の位置が不変となるため、操作性も向上し、手術の効率向上と手術時間の短縮化が図れる。
図9ないし図12を参照して、本発明の第3の実施例を説明する。
この実施例は手術用顕微鏡装置の駆動系直交座標系と、グリップの直交座標系の角度差を検出し、その角度差を補正手段で補正し、術者が鏡体部の角度に気を配らずに操作入力することを可能とし、術者の負担を軽減することを目的とする。また、グリップをマニュアル操作部と電動駆動操作部に分けることによりモータの誤動作を防ぐことが可能で、歪量の検出の容易な操作ハンドルを提供することを目的とする。
図9は顕微鏡の重さをカウンターウェイトにより平衡を保つ6軸可動の手術用顕微鏡装置の外観全体を示す。この架台101はベース102に支柱103を立設してなり、支柱103はその途中に回転軸D104と回転軸E105を有しており、回転軸D104と回転軸E105の回りに回動させることにより支柱103の回転軸F106を傾斜させ得るようになっている。
また、この図11に示す5つの直交座標系は図9と同様の駆動系直交座標系B140とグリップ131の直交座標系E141の他、グリップ131の座標系から駆動系直交座標系に変換する際に必要な補助直交座標系を示している。すなわち、直交座標系A142は回転軸L107をXa 軸、回転軸M108をYa 軸、特に鉛直方向をZa 軸としたものである。
Xa Za 平面とXb Zb 平面がなす角がα
Yb Zb 平面とYc Zc 平面がなす角がβ
Yc Zc 平面とYd Zd 平面がなす角がγ
Xe Ze 平面とYd Zd 平面がなす角がδである。
このような手術用顕微鏡装置において、回転軸L107、回転軸M108、回転軸N109に備えられたエンコーダL121、エンコーダM123、エンコーダN127はそれぞれ基準状態との角度差を検出し、その結果をグリップ傾き検出回路135に送る。また、グリップアーム132に備えられた歪ゲージ133aおよび歪ゲージ133bでは、直交座標系E141における、鏡体操作力のXe 軸方向分力、Ye 軸方向力に相当する歪量εe=(εex、εey)を検出して、これらを制御装置134の歪量検出回路136に送る。
=(εex・cosγ・cosβ,εey・cosδ・cosγ)となる。
ωL :ωM =εby:εbx
但し、γ=90゜のときは、
ωL :ωM =εbx:εby
の回転速度比で鏡体部128を傾斜させる。
直交座標系E141の操作力のfe =(fex,fey)と制御装置134のCPU139で算出し、直交座標系D144における操作力fd として
fd =(fex,fey・cosδ)と変換し、
直交座標系C143における操作力fc として
fc =(fex・cosγ,fey・cosδ・cosγ)と変換し、
直交座標系B140における操作力fb は
fb =(fbx,fby)
=(fex・cosγ・cosβ,fey・cosδ・cosγ)となる。よって、回転軸L107、直交座標系B140は、ωL :ωM =fby:fbx=εby:εbxの回転速度比で鏡体部128を傾斜させる。
fe (fex,fey)=(1[N],2[N])と算出したとする。
すると、直交座標系B140における操作力fb は
fb =(fex,fey)
=(fex・cosγ・cosβ,fey・cosδ・cosγ)
と変換されるので、
fb =(1・cos45゜・cos20゜,2・cos30゜・cos45゜) =(0.66[N],1.2[N])
よって、回転軸L107、回転軸M108は、ωL :ωM =1.2:0.66の回転速度比で鏡体部128を傾斜させる。
制御装置134が手術用顕微鏡の回転軸L107、回転軸M108、回転軸N109の基準位置との角度差を管理して、術者が所望する鏡体部128の傾斜方向に対応する駆動モータ122,124の回転方向、回転速度を決定して、それを駆動するので、術者が鏡体部128の角度に気を配らずに電動駆動操作部152に鏡体部128を傾斜させたい方向に力を加えれば良い。このため、鏡体部128の傾斜が容易にでき、術者の負担が大幅に軽減される。
図13ないし図18を参照して、本発明の第4の実施例を説明する。
この実施例は術者が鏡体部を移動させようとした方向をグリップにて検出し、アームの回転軸に備えられたモータを駆動させることにより鏡体部の移動の初期操作力量の低減を図り、術者の負担を低減させることを目的とする。
図13は手術顕微鏡支持用スタンド装置を示す。このスタンド装置はアーム部161、鏡体部162、支柱部163および架台部164から成り、アーム部161はさらに第1アーム161a、第2アーム161b、第3アーム161cの3つのアーム部分を連結して構成されている。また、第1アーム161aと一体に構成されている回転軸165aは図示しないベアリングを介して第2アーム161bに保持されており、これにより第1アーム161aが同図13での矢印Yで示す様に上下方向に回動可能になっている。
図14は回転軸165bの周辺の構成を具体的に示したものである。第3アーム161cの内部には回転軸165bの近傍に位置して動力装置であるモータ173bが設置されており、このモータ173bの回転駆動力はベルト174bを介して回転軸165bに伝達されるようになっている。これと同様に他の3つの回転軸165a、165c、165dの近傍にも図示しないモータおよびベルトが設置されており、それらの回転駆動力を対応する各回転軸165b、165c、165dに対して伝達するようになっている。
以上のような構成を持つ手術顕微鏡支持用スタンド装置においての各構成要素の作用を図16と図17を用いて説明する。
図16は鏡体移動方向の検知方法についてのものである。グリップ177に力が加わっていない通常の状態では図16(a)のように各圧電素子178a〜178fには力が加わらないため、6つの圧電素子178a〜178fを流れる電流は一定となる。しかし,術者がグリップ177を持って図16(b)のように下方向への力Fを加えた場合、すなわち、鏡体部162を下に向けて移動させようとした場合は圧電素子178fがグリップアーム176とグリップ177との間に挟まれて術者により力Fに相当する力F1 を受ける。このF1 の大きさは圧電素子178fの抵抗変化量、すなわち電流変化量として得ることができる。同様に図16(c)の様に術者が水平方向に力Fを加えた場合、すなわち鏡体部162を水平方向に移動させようとした場合にはその方向に対応した圧電素子178cが力F2 を受け、力F2 の大きさは圧電素子178cの抵抗変化量、すなわち電流変化量として得ることができる。また、水平方向に対してある角度を持った方向に力Fを加えた場合には複数の圧電素子に図示しない力Fの分力F3 が加わり、各圧電素子178a〜178fに加わる分力F3 の差、すなわち各圧電素子178a〜178fを流れる電流の差を比較することによって力Fが加えられた方向を検知することができる。
以上のような第4の実施例によれば、鏡体移動操作の初期および移動停止時に発生する慣性力を相殺し、鏡体部をよりスムーズに所望の位置に移動させることができる。
(1)鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動手段を有する手術用顕微鏡装置において、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための検出手段と、前記検出手段の検出結果をもとに操作方向を演算する演算手段と、前記演算手段からの出力値に基づいて前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を意図した前記操作ハンドルの操作に従い前記電動駆動手段の駆動制御を行って前記鏡体部の位置および角度の変更を行う制御手段とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。
(2)鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動手段を有する手術用顕微鏡装置において、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、前記操作ハンドルに加えられた操作力を検出するための第1の検出手段と、前記第1の検出手段の検出結果をもとに操作方向を演算する演算手段と、前記演算手段からの出力値に基づいて前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を意図した前記操作ハンドルの操作に従い前記電動駆動手段の駆動制御を行って前記鏡体部の位置および角度の変更を行う制御手段と、前記電動駆動手段により鏡体部が動いた角度や距離を検出する第2の検出手段と、前記第2の検出手段からの出力値に基づいて前記操作ハンドルを駆動する駆動手段とを具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。
(4)前記検出手段の検出部が、操作ハンドルのアームの複数の面に貼り付けられた歪ゲージであることを特徴とする付記第1〜3項に記載の手術用顕微鏡装置(第1、3の実施例に対応)。
(5)前記検出手段の検出部が、前記操作ハンドルのアームの軸に設置された力覚センサであることを特徴とする付記第1〜3項に記載の手術用顕微鏡装置(第2の実施例に対応)。
(6)前記検出手段の検出部が、前記操作ハンドルのアームとグリップの結合部の面に設置された圧電素子であることを特徴とする付記第1〜3項に記載の手術用顕微鏡装置(第4の実施例に対応)。
(8)前記検出手段の検出部が、一定以上の力量を検知したときはその操作入力装置の動作を停止する手段を設けたことを特徴とする付記第1項に記載の手術用顕微鏡装置(第1、2の実施例に対応)。
(9)前記検出手段の検出部が、手動操作部の操作入力が行われたときは停止することを特徴とする付記第1項に記載の手術用顕微鏡(第2の実施例に対応)。
(10)前記検出手段の検出部が、検出座標軸と駆動手段の駆動座標軸との間に存在する座標軸方向の変位を検出して該変位を自動的に補正する手段を有することを特徴とする付記第1項に記載の手術用顕微鏡(第2、3の実施例に対応)。これによれば、視野ずれが起こることがなく、視野の補正を行う必要がない。
(12)前記変位を補正する手段が、操作ハンドルの検出座標を電動駆動装置の駆動座標に変換する補正回路であることを特徴とする付記第10項に記載の手術用顕微鏡(第3の実施例に対応)。
Claims (4)
- 鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、
前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、
前記鏡体部に設けられ、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、
前記操作ハンドルに加えられた操作を検出するための検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づき、前記電動駆動手段による電動駆動を行うか、又は前記電動駆動から手動操作に動作モードを切り替えるか、を制御する切り替え制御手段と、
を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。 - 鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を手動操作で行う手術用顕微鏡装置において、
前記鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を電動駆動で行う電動駆動手段と、
前記鏡体部に設けられ、鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更する操作を行う操作ハンドルと、
前記操作ハンドルに加えられた操作を検出するための検出手段と、
前記電動駆動手段による鏡体部の位置および角度の少なくとも一方の変更を行う電動駆動の解除をする電動駆動解除手段と、
前記操作ハンドルに操作が加えられた状態で、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記電動駆動手段の駆動制御を行うか、前記電動駆動解除手段によって前記電動駆動手段による電動駆動を解除するように制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする手術用顕微鏡装置。 - 請求項2に記載の手術用顕微鏡装置において、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果が、予め定められた第1のしきい値を超え、前記第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値を超えない場合は、前記電動駆動手段による駆動制御を行い、前記第2のしきい値よりも大きな場合は、前記電動駆動解除手段により前記電動駆動手段の電動駆動を解除するように制御することを特徴とする手術用顕微鏡装置。 - 請求項2に記載の手術用顕微鏡装置において、
前記手術用顕微鏡装置を手動操作するための電磁クラッチの固定/解除を操作する電磁クラッチ操作手段を含み、
前記制御手段は、前記電磁クラッチ操作手段の操作により、前記電磁クラッチが固定されている場合は、前記電動駆動手段による駆動制御を行い、前記電磁クラッチが解除されている場合は、前記電動駆動解除手段により電動駆動手段の電動駆動を停止するように制御することを特徴とする手術用顕微鏡装置。
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