JP2008237784A - Lesion position specification system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly and reliably specify the lesion in a living tissue with a simple configuration. <P>SOLUTION: The position specification system 10 includes: a contact 13 for giving prescribed pressure force to a living tissue Z including a lesion C; a power sensor 25 capable of measuring a reactive force in an orthogonal triaxial direction from the living tissue Z by the pressure of the contact 13; and a determination device 17 for determining whether or not the contact 13 is on a feature point P of the lesion P on the basis of the strength of the reactive force and the direction measured by the power sensor 25. The determination device 17 obtains a normal vector with respect to a contact plane S of a preset feature point P, sets a direction of the normal vector V as a (z) axial direction, determines that the contact 13 is on the feature point P when the reactive force in an x-y axial direction is within prescribed threshold by measurement of the power sensor 25, and otherwise determines that the contact 13 is not on the feature point P. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体組織中の病変部分の位置を自動的に特定することのできる病変部位の位置特定システムに関する。   The present invention relates to a lesion site location system that can automatically identify the location of a lesion site in a living tissue.

近年、大きな切開を要さずに患者への負担を少なくする低侵襲手術が注目されている。この低侵襲手術は、メス、鉗子、内視鏡等が先端側に設けられた棒状の術具を、患者の体表部分に開けた穴から体腔内に挿入し、この術具を医師が患者の体外側から操作することにより、体腔内の患部の処置を行う手術である。このような低侵襲手術は、現在、医師の手で直接術具を操作して行われることが多いが、医師の遠隔操作により術具を動作させるマスタースレーブ方式の手術ロボットシステムを使った研究も盛んに行われている。   In recent years, minimally invasive surgery that reduces the burden on a patient without requiring a large incision has attracted attention. In this minimally invasive surgery, a rod-like surgical instrument with a scalpel, forceps, endoscope, etc. provided on the distal side is inserted into the body cavity through a hole in the body surface of the patient, and the doctor inserts the surgical instrument into the patient's body. This is an operation for treating the affected area in the body cavity by operating from the outside of the body. At present, such minimally invasive surgery is often performed by directly operating a surgical instrument with a doctor's hand, but research using a master-slave type surgical robot system that operates the surgical instrument by remote operation by a doctor is also possible. It is actively done.

ところで、肺や肝臓等の生体組織中に癌による病変部位があり、当該病変部位に対して前述の低侵襲手術で処置を行う場合、医師は、MRI装置(磁気共鳴画像診断装置)やCT装置(コンピュータ断層撮影装置)等によって撮像された画像で予め病変部位の位置を把握した後で、患者の体表部分に穴を開け、当該穴から体腔内に挿入された内視鏡の画像を視認しながら、当該病変部位に向って術具をアプローチさせる。この際、医師は、体腔内に直接手を入れられないことから、周囲よりも硬い癌組織等の病変部位の存在を触診できない。このため、医師は、体腔内の病変部分の存在を内視鏡からの画像のみで確認しなければならないが、内視鏡の視野が狭いことから、病変部分が小さい場合等には、その存在を把握し難いという問題がある。また、生体組織は軟質であることから、病変部位の付近に術具を当てて処置をしているときに、不意に生体組織が移動若しくは変形することがあり、この場合、病変部位が当初把握した位置から移動してしまい、病変部位の特定が一層難くなる。   By the way, when there is a lesion site due to cancer in a living tissue such as the lung or liver, and a treatment is performed on the lesion site by the above-described minimally invasive surgery, a doctor can use an MRI apparatus (magnetic resonance imaging apparatus) or a CT apparatus. After grasping the position of the lesion site in advance using an image captured by a computer tomography device, etc., a hole is made in the patient's body surface, and the endoscope image inserted into the body cavity through the hole is visually recognized. Then, the surgical tool is approached toward the lesion site. At this time, since the doctor cannot directly put a hand into the body cavity, the doctor cannot palpate the presence of a lesion site such as a cancer tissue harder than the surroundings. For this reason, doctors must confirm the presence of a lesion in the body cavity only with an image from the endoscope. However, since the field of view of the endoscope is narrow, the presence of the lesion is small. There is a problem that it is difficult to grasp. In addition, since the biological tissue is soft, the biological tissue may move or deform unexpectedly when a surgical tool is applied near the lesion site. In this case, the lesion site is initially grasped. It becomes difficult to specify the lesion site.

従って、手術中もMRI装置やCT装置で患部を撮像し、MRI装置やCT装置で得られた画像から自動的に病変部位を特定する診断装置(特許文献1、2参照)を併用しながら、病変部分の処置を行うことが確実である。   Therefore, while using a diagnostic apparatus (see Patent Documents 1 and 2) that images an affected area with an MRI apparatus or CT apparatus even during surgery and automatically identifies a lesion site from an image obtained with the MRI apparatus or CT apparatus, It is certain to treat the lesion.

また、病変部位を特定可能な蛍光観察内視鏡装置(特許文献3参照)を体腔内に挿入することも考えられる。この蛍光観察内視鏡装置は、生体組織に励起光を照射し、当該生体組織中の病変部位からの蛍光を撮像することで、病変部位を自動的に判断するようになっている。
特開2007−54661号公報 特開2007−14483号公報 特開2006−191989号公報
It is also conceivable to insert a fluorescence observation endoscope apparatus (see Patent Document 3) capable of specifying a lesion site into a body cavity. This fluorescence observation endoscope apparatus automatically determines a lesion site by irradiating a living tissue with excitation light and imaging fluorescence from the lesion site in the living tissue.
JP 2007-54661 A JP 2007-14483 A JP 2006-191989

しかしながら、前記特許文献1、2の診断装置を使用する場合、手術中においてもMRI装置やCT装置での撮像が必要になり、手術に際して大掛かりな付帯設備が必要となるばかりか、MRI装置やCT装置による画像取得及びその画像に基づく自動診断処理に時間がかかってしまい、手術をスムーズに行えなくなるという不都合がある。   However, when using the diagnostic apparatus of Patent Documents 1 and 2, imaging with an MRI apparatus or CT apparatus is required even during surgery, and not only a large incidental facility is required for surgery, but also an MRI apparatus or CT There is an inconvenience that the image acquisition by the apparatus and the automatic diagnosis process based on the image take time, and the operation cannot be performed smoothly.

また、前記特許文献3の蛍光観察内視鏡装置診断装置を使用する場合、病変部位が組織の表層付近に無く励起光が到達しないときや蛍光を発しない病変部位のときには、当該病変部位を検出できない可能性がある。   In addition, when using the fluorescence observation endoscope apparatus diagnosis apparatus of Patent Document 3, when a lesion site is not near the surface layer of the tissue and excitation light does not reach or a lesion site that does not emit fluorescence, the lesion site is detected. It may not be possible.

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、簡単な構成で、生体組織中の病変部分を迅速且つ確実に特定することができる病変部位の位置特定システムを提供することにある。   The present invention has been devised by paying attention to such a problem. The purpose of the present invention is to specify the location of a lesion site that can quickly and reliably identify a lesion site in a living tissue with a simple configuration. To provide a system.

(1)前記目的を達成するため、本発明は、病変部位を含む生体組織に所定の押圧力を付与する接触子と、当該接触子の押圧による前記生体組織からの直交三軸方向の反力を測定可能な力センサと、当該力センサで測定された反力の大きさ及び方向に基づいて、前記接触子が前記病変部位の特徴点上に存在するか否かを判定する判定装置とを備える、という構成を採っている。   (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a contact for applying a predetermined pressing force to a living tissue including a lesion site, and a reaction force in the orthogonal triaxial direction from the living tissue by the pressing of the contact. And a determination device that determines whether or not the contact exists on the feature point of the lesion site based on the magnitude and direction of the reaction force measured by the force sensor. It has the structure of preparing.

(2)また、前記判定装置は、予め設定した前記特徴点の接平面に対する法線ベクトルを求め、当該法線ベクトルの方向を前記直交三軸方向の一方向とし、前記力センサの測定により、前記直交三軸方向の残り二方向の反力が所定の閾値以下である場合に、前記接触子が前記特徴点上に存在すると判定する一方、前記残り二方向の反力の少なくとも何れかが前記閾値を超える場合に、前記接触子が前記特徴点上に存在しないと判定する、という構成を採ることができる。   (2) Further, the determination device obtains a normal vector with respect to a tangent plane of the feature point set in advance, the direction of the normal vector is set as one direction of the orthogonal three-axis direction, and the force sensor measures, When the reaction force in the remaining two directions in the three orthogonal directions is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that the contact exists on the feature point, and at least one of the reaction forces in the remaining two directions is When exceeding a threshold value, the structure of determining with the said contactor not existing on the said feature point can be taken.

(3)更に、前記接触子は、前記判定装置での判定結果に応じて動作が制御される移動装置によって移動可能に保持され、
前記移動装置は、前記判定装置で前記接触子が前記特徴点上に存在しないと判定されたときに、前記残り二方向の反力を相殺する方向に前記接触子を移動させる、という構成を採ることが好ましい。
(3) Further, the contact is held movably by a moving device whose operation is controlled according to a determination result in the determination device,
The moving device adopts a configuration in which when the determination device determines that the contact does not exist on the feature point, the moving device moves the contact in a direction that cancels out the reaction forces in the remaining two directions. It is preferable.

(4)また、前記生体組織を撮像可能な撮像装置と、当該撮像装置から取得した画像を処理する画像処理装置とを更に備え、
前記画像処理装置は、前記判定装置で前記接触子が前記特徴点上に存在すると判定されたときに、前記接触子及び前記撮像装置の各位置に基づき、前記画像中の生体組織に対し、相応する位置に前記病変部分の存在を示すマークを付加する、という構成も併せて採用することができる。
(4) The image processing apparatus further includes an imaging device capable of imaging the living tissue and an image processing device that processes an image acquired from the imaging device.
When the determination device determines that the contact exists on the feature point, the image processing device is adapted to the living tissue in the image based on the positions of the contact and the imaging device. It is also possible to employ a configuration in which a mark indicating the presence of the lesioned part is added to the position where the lesion occurs.

(5)更に、所定の術具を移動可能に動作するロボットアームと、このロボットアームを駆動させる駆動装置と、前記ロボットアームの動作を指令する操作装置と、前記操作装置からの指令に基づいて前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記判定装置で前記接触子が前記特徴点上に存在しないと判定されたときに、前記接触子の移動に追従して前記術具を移動させる補正制御を行う、という構成も併せて採用することができる。
(5) Further, based on a robot arm that movably moves a predetermined surgical tool, a driving device that drives the robot arm, an operating device that commands the operation of the robot arm, and a command from the operating device A control device for controlling the drive of the drive device,
The controller is configured to perform correction control for moving the surgical instrument following the movement of the contact when the determination device determines that the contact does not exist on the feature point. It can be employed together.

前記(1)、(2)の構成によれば、比較的単純な機械構成で癌組織等の病変部分を特定できることから、画像処理のような複雑な演算処理機能が不要となり、また、電磁波や励起光を発生する装置やそれに伴う光学的処理も不要となり、比較的簡単な装置構成で短時間に病変部位の特定が可能となる。また、医師による触診のように病変部位の特定ができるため、病変部位が生体組織の表層部分に存在していない場合でも、接触子の押圧力を調整することで病変部位を特定でき、また、励起光の照射により蛍光を発しない癌組織の場合も病変部分を特定可能になる。   According to the configurations of (1) and (2), a lesion portion such as a cancer tissue can be specified with a relatively simple mechanical configuration, so that a complicated calculation processing function such as image processing is not necessary, A device that generates excitation light and optical processing associated therewith are not required, and a lesion site can be identified in a short time with a relatively simple device configuration. In addition, because it is possible to specify the lesion site like a doctor's palpation, even if the lesion site does not exist on the surface layer portion of the living tissue, the lesion site can be specified by adjusting the pressing force of the contact, In the case of a cancer tissue that does not emit fluorescence when irradiated with excitation light, the lesioned part can be identified.

前記(3)のように構成することで、接触子を自動的に特徴点方向に移動させることができ、接触子の無駄な移動を回避して病変部分の特定をより早く行うことが可能になる。   By configuring as in the above (3), the contact can be automatically moved in the direction of the feature point, and it is possible to identify the lesion part earlier by avoiding unnecessary movement of the contact. Become.

前記(4)の構成によれば、撮像装置からの画像に、判定装置で特定した病変部位の位置が重畳的に反映されるため、生体組織の表層付近になく前記画像に映らない病変部位や画像上見にくい病変部位があっても、医師は、前記撮像装置からの画像から病変部位の位置を視認することができ、当該病変部位の処置が一層行い易くなる。   According to the configuration of (4), since the position of the lesion site specified by the determination device is superimposed on the image from the imaging device, the lesion site that is not near the surface layer of the biological tissue and is not reflected in the image Even if there is a lesion part that is difficult to see on the image, the doctor can visually recognize the position of the lesion part from the image from the imaging device, and the treatment of the lesion part becomes easier.

前記(5)の構成によると、判定装置で特定した病変部位の位置に基づいて手術ロボットシステムの制御を行うことができ、病変部位の周囲の生体組織が不意に移動若しくは変形して病変部位が移動しても、当該病変部位の移動に追従して術具を移動させることができる。従って、生体組織が不意に移動若しくは変形しても、病変部分に術具を正確にアプローチさせることができ、当該病変部分の確実な処置に寄与できる。   According to the configuration of (5), the surgical robot system can be controlled based on the position of the lesion site specified by the determination device, and the living tissue around the lesion site is unexpectedly moved or deformed, so that the lesion site is Even if it moves, the surgical instrument can be moved following the movement of the lesion site. Therefore, even if the living tissue is moved or deformed unexpectedly, the surgical instrument can be accurately approached to the lesioned part, which can contribute to the reliable treatment of the lesioned part.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本実施形態に係る病変部位の位置特定システムの概略構成図が示されている。この図において、位置特定システム10は、病変部位となる癌組織Cが存在する生体組織である臓器Zを撮像する撮像装置12と、臓器Zの表面を押圧する接触子13と、この接触子13を移動させる移動装置15と、接触子13で押圧している部分が癌組織Cの特徴点Pであるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて移動装置15の動作を制御する判定装置17と、撮像装置12から取得した画像を処理する画像処理装置20と、当該画像処理装置20で処理された画像を表示するモニタ22とを備えて構成されている。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a lesion site location specifying system according to the present embodiment. In this figure, a position specifying system 10 includes an imaging device 12 that images an organ Z that is a living tissue in which a cancer tissue C that is a lesion site exists, a contact 13 that presses the surface of the organ Z, and the contact 13 And a determination device that determines whether the portion pressed by the contactor 13 is a feature point P of the cancer tissue C and controls the operation of the movement device 15 based on the determination result 17, an image processing device 20 that processes an image acquired from the imaging device 12, and a monitor 22 that displays an image processed by the image processing device 20.

前記撮像装置12は、先端が撮像部となる内視鏡装置であり、患者の体表部分Bに開けられた穴に装着された筒状のトロカールT内を体外側から体内側に向って挿通される。なお、前記撮像装置12としては、内視鏡装置に限定されるものではなく、患者の臓器Zを撮像可能な他の画像取得装置を採用することもできる。   The imaging device 12 is an endoscope device whose tip is an imaging unit, and is inserted through a cylindrical trocar T attached to a hole formed in a body surface portion B of a patient from the outside of the body toward the inside of the body. Is done. The imaging device 12 is not limited to an endoscope device, and other image acquisition devices capable of imaging a patient's organ Z can also be employed.

前記接触子13は、特に限定されるものではないが、先端が丸みを帯びた棒状となっている。   Although the said contactor 13 is not specifically limited, The front-end | tip is round-shaped rod shape.

前記移動装置15は、接触子13の上端側に取り付けられて、当該接触子13に作用する直交三軸方向の力を測定可能な力センサ25と、接触子13及び力センサ25の上方に取り付けられた直動ユニット27と、この直動ユニット27を保持して接触子13を移動可能に動作するロボットアーム29と、直動ユニット27及びロボットアーム29を駆動させるモータ等の駆動手段30とを備えている。   The moving device 15 is attached to the upper end side of the contact 13, and is attached above the contact 13 and the force sensor 25, a force sensor 25 capable of measuring forces in the three orthogonal directions acting on the contact 13. A linear motion unit 27, a robot arm 29 that holds the linear motion unit 27 and moves the contactor 13, and drive means 30 such as a motor that drives the linear motion unit 27 and the robot arm 29. I have.

前記直動ユニット27は、駆動手段30の駆動によって、接触子13に連なるロッド32が進退可能となっており、接触子13をその軸線方向に移動(昇降)させるようになっている。つまり、この直動ユニット27は、接触子13が臓器Zに接触した状態で、当該臓器Zを損傷させない程度のほぼ一定の大きさの力で臓器Zの表面を押圧する。なお、接触子13が臓器Zに付与する押圧力の大きさは、後述するように力センサ25による反力の検出が可能となるように、臓器Zの硬さや癌組織Bの位置や硬さ等に応じて決定される。   In the linear motion unit 27, the rod 32 connected to the contact 13 can be advanced and retracted by driving of the drive means 30, and the contact 13 is moved (lifted / lowered) in the axial direction thereof. That is, the linear motion unit 27 presses the surface of the organ Z with a force having a substantially constant magnitude that does not damage the organ Z in a state where the contact 13 is in contact with the organ Z. It should be noted that the magnitude of the pressing force applied to the organ Z by the contact 13 is such that the hardness of the organ Z and the position and hardness of the cancer tissue B are such that the reaction force can be detected by the force sensor 25 as will be described later. It is decided according to etc.

前記ロボットアーム29及び駆動手段30は、公知の手術ロボットに適用される構造が採用されており、本発明の要旨ではないため、ここでは詳細な説明を省略する。   Since the robot arm 29 and the driving means 30 adopt a structure that is applied to a known surgical robot and are not the gist of the present invention, detailed description thereof is omitted here.

前記判定装置17は、ソフトウェア及び/又はハードウェアによって構成され、プロセッサ等、複数のプログラムモジュール及び/又は処理回路より成り立っている一種のコンピュータである。この判定装置17は、力センサ25からの信号に基づいて、予め初期設定した所定の直交三軸方向にそれぞれについて、接触子13の押圧により当該接触子13に付与される臓器Z側からの反力をそれぞれ求める力検出部33と、この力検出部33で検出された反力の大きさ及び方向に基づいて接触子13で押圧している部分が癌組織Cの特徴点Pであるか否かを判定する位置判定部34と、この位置判定部34の判定結果に基づいて前記駆動手段30の駆動を制御する制御部35とを備えている。   The determination device 17 is a kind of computer that is configured by software and / or hardware, and includes a plurality of program modules and / or processing circuits such as a processor. Based on the signal from the force sensor 25, the determination device 17 applies a reaction from the organ Z side applied to the contact 13 by pressing the contact 13 in each of predetermined three orthogonal orthogonal directions. The force detection unit 33 for obtaining each force, and whether or not the portion pressed by the contact 13 based on the magnitude and direction of the reaction force detected by the force detection unit 33 is the feature point P of the cancer tissue C A position determination unit 34 for determining whether the drive unit 30 is driven based on a determination result of the position determination unit 34.

前記画像処理装置20は、ソフトウェア及び/又はハードウェアによって構成され、プロセッサ等、複数のプログラムモジュール及び/又は処理回路より成り立っている一種のコンピュータであって、後述するように、判定装置での判定に基づき、撮像装置12で撮像された画像に所定のマークMを付加するようになっている。   The image processing apparatus 20 is a kind of computer that is configured by software and / or hardware and includes a plurality of program modules and / or processing circuits, such as a processor, and as described later, is determined by a determination apparatus. Based on the above, a predetermined mark M is added to the image captured by the imaging device 12.

次に、前記位置特定システム10の作用について図2のフローチャートを用いながら説明する。   Next, the operation of the position specifying system 10 will be described with reference to the flowchart of FIG.

先ず、医師等が、図示しないMRI装置やCT装置で予め撮像された画像データを視認することにより、病変部位となる癌組織Cの形状を認識し、当該形状の中で特徴となる特徴点Pを任意に設定する。そして、当該特徴点Pの座標が判定装置17に入力され、力検出部33では、特徴点Pにおける接平面S(図3参照)の法線ベクトルVが求められ、当該法線ベクトルVの方向が直交三軸方向すなわちx−y−z軸の各方向のうちのz軸方向とされる(ステップS101)。換言すると、ここでは、前記法線ベクトルVをz軸方向とする三次元座標系が決定される。なお、本実施形態では、接触子13の押圧方向となる軸線方向がz軸方向に一致するように設定されている。   First, a doctor or the like recognizes the shape of cancer tissue C that becomes a lesion site by visually recognizing image data captured in advance by an MRI apparatus or CT apparatus (not shown), and a feature point P that is a feature in the shape. Is set arbitrarily. Then, the coordinates of the feature point P are input to the determination device 17, and the force detection unit 33 obtains the normal vector V of the tangent plane S (see FIG. 3) at the feature point P, and the direction of the normal vector V Is the z-axis direction of the three orthogonal directions, that is, the xyz directions (step S101). In other words, here, a three-dimensional coordinate system having the normal vector V as the z-axis direction is determined. In the present embodiment, the axial direction that is the pressing direction of the contact 13 is set so as to coincide with the z-axis direction.

以上の初期設定が完了した後、医師(手術者)は、図1に示されるように、患者の体表部分Bに穴を開け、当該穴から接触子13を挿入し、予め撮像した前記画像データを参考にしながら、癌細胞Cの上方位置となる臓器Zの表面に接触子13の先端を接触させる。これと前後して、医師によって、患者の体表部分Bに開けられた他の穴から、撮像装置12、及び先端にメス等が設けられた術具40が体腔内に挿入される。そして、癌組織Cに対する処置の前に、図示しないスイッチが投入され、移動装置15が動作して接触子13を使ったトラッキングが開始される(ステップS102)。つまり、駆動手段30の駆動によって、接触子13が臓器Zの表面部分に対し一定の大きさの力で押圧する。このとき、力センサ25により、臓器Zから接触子13に作用する反力が測定され、力検出部33で、先に決定されたx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれに対する反力の大きさが求められる(ステップS103)。そして、位置判定部34では、力検出部33で求められた各軸方向の反力の大きさに基づき、接触子13が押圧している部分が特徴点P上であるか否かが判定される(ステップS104)。   After the above initial setting is completed, as shown in FIG. 1, the doctor (operator) makes a hole in the body surface portion B of the patient, inserts the contact 13 from the hole, and captures the image in advance. With reference to the data, the tip of the contact 13 is brought into contact with the surface of the organ Z that is located above the cancer cell C. Before and after this, the doctor inserts the imaging device 12 and the surgical tool 40 provided with a scalpel or the like into the body cavity from another hole opened in the body surface portion B of the patient. Then, before the treatment for the cancer tissue C, a switch (not shown) is turned on, and the moving device 15 operates to start tracking using the contact 13 (step S102). That is, the contact 13 is pressed against the surface portion of the organ Z with a certain amount of force by driving the driving means 30. At this time, the reaction force acting on the contact 13 from the organ Z is measured by the force sensor 25, and the force detection unit 33 determines the reaction force for each of the previously determined x-axis direction, y-axis direction, and z-axis direction. The size is determined (step S103). Then, the position determination unit 34 determines whether or not the portion pressed by the contact 13 is on the feature point P based on the magnitude of the reaction force in each axial direction obtained by the force detection unit 33. (Step S104).

ここで、図3に示されるように、接触子13が特徴点P上を押圧していると、当該接触子13に対して受ける反力Fの方向は、前記初期設定時に、特徴点Pの接平面Sの法線ベクトルVの方向をz軸方向と定義したことから、z軸方向に一致することになる。つまり、このときは、力検出部33で検出されたz軸方向の力Fzの大きさが反力Fの大きさに等しくなり、x軸方向の力Fxとy軸方向の力Fyの力の大きさは共にゼロになる筈である。   Here, as shown in FIG. 3, when the contact 13 presses on the feature point P, the direction of the reaction force F received against the contact 13 is the characteristic point P at the time of the initial setting. Since the direction of the normal vector V of the tangent plane S is defined as the z-axis direction, it coincides with the z-axis direction. That is, at this time, the magnitude of the force Fz in the z-axis direction detected by the force detection unit 33 is equal to the magnitude of the reaction force F, and the force Fx in the x-axis direction and the force Fy in the y-axis direction are Both sizes should be zero.

一方、図4に示されるように、接触子13が特徴点P上からずれた位置を押圧していると、同図中(A)に示されるように、反力Fの方向は、押圧部分の接平面に対して直交する方向となるため、z軸方向に一致せずに、反力Fに対する分力として、x軸、y軸、z軸の各方向の力Fx、Fy、Fzが力検出部33で検出される筈である。   On the other hand, as shown in FIG. 4, when the contact 13 presses a position shifted from the feature point P, as shown in FIG. Therefore, the forces Fx, Fy, and Fz in the x-axis, y-axis, and z-axis directions are force forces that do not coincide with the z-axis direction and that are component forces with respect to the reaction force F. It should be detected by the detection unit 33.

従って、位置判定部34では、力検出部33で検出されたx軸方向の力Fx及びy軸方向の力Fyの大きさによって、接触子13が押圧している臓器Zの表面部分が、特徴点P上であるか否かが判定される。具体的に、x軸方向の力Fx及びy軸方向の力Fyが予め設定された閾値以下の場合は、接触子13が特徴点P上を押圧していると判定される。その一方で、x軸方向の力Fx及びy軸方向の力Fyが前記閾値を超える場合は、接触子13が特徴点P上を押圧していないと判定される。なお、ここでは、前記閾値をゼロにせずに、機器の誤差等を考慮して微小となる所定値を閾値としているが、前記閾値をゼロにすることも可能である。   Therefore, in the position determination unit 34, the surface portion of the organ Z pressed by the contact 13 is characterized by the magnitude of the force Fx in the x-axis direction and the force Fy in the y-axis direction detected by the force detection unit 33. It is determined whether or not it is on the point P. Specifically, when the force Fx in the x-axis direction and the force Fy in the y-axis direction are equal to or less than a preset threshold value, it is determined that the contact 13 is pressing on the feature point P. On the other hand, when the force Fx in the x-axis direction and the force Fy in the y-axis direction exceed the threshold value, it is determined that the contact 13 is not pressing on the feature point P. Here, the threshold value is not set to zero, but a predetermined value that is very small in consideration of device errors and the like. However, the threshold value can be set to zero.

以上により、位置判定部34で、接触子13が特徴点P上を押圧していないと判定されると、制御部35により、前記駆動手段30を駆動制御し、力検出部33で検出されたx軸方向の力Fx及びy軸方向の力Fyを相殺するように、接触子13を横方向(図4中A方向)に移動させる(ステップS105)。すなわち、前記x軸方向の力Fx及びy軸方向の力Fyに対して反対方向の力が発生するように、力検出部33で検出された力Fx,Fyにそれぞれ所定のゲインを乗じた大きさの力で接触子13を移動させる。なお、以上の閾値やゲインは、対象となる臓器Zや生体組織の硬さや癌細胞Cの形状等に応じて適宜決定される。   As described above, when the position determination unit 34 determines that the contact 13 is not pressing on the feature point P, the control unit 35 controls the driving of the driving unit 30 and is detected by the force detection unit 33. The contactor 13 is moved in the lateral direction (A direction in FIG. 4) so as to cancel the force Fx in the x-axis direction and the force Fy in the y-axis direction (step S105). That is, the magnitudes obtained by multiplying the forces Fx and Fy detected by the force detection unit 33 by respective predetermined gains so as to generate forces in directions opposite to the force Fx in the x-axis direction and the force Fy in the y-axis direction. The contact 13 is moved with this force. In addition, the above threshold value and gain are appropriately determined according to the target organ Z, the hardness of the living tissue, the shape of the cancer cell C, and the like.

更に、接触子13が移動した後で、再度、前述した手順が行われる。すなわち、力検出部33で各軸方向の反力Fx、Fy、Fzが検出され、位置判定部34で、当該反力の大きさ及び方向から接触子13が押圧している部分が特徴点Pか否かが判定される(ステップS103、S104)。   Further, after the contact 13 has moved, the above-described procedure is performed again. That is, the reaction force Fx, Fy, Fz in each axial direction is detected by the force detection unit 33, and the portion where the contact 13 is pressed from the magnitude and direction of the reaction force by the position determination unit 34 is a feature point P. Is determined (steps S103 and S104).

そして、位置判定部34で、接触子13が特徴点P上を押圧していると判定されると、接触子13の横方向の移動を停止する(ステップS106)。この際、一定時間毎に、力検出部33で検出された反力の大きさに基づき、位置判定部34での判定を行うことで、接触子13が特徴点P上から位置ずれしていないか否かを確認しながら、接触子13が特徴点P上を押圧しているときに、画像処理装置20で、特徴点Pの位置情報に基づく次の画像処理が行われる(ステップS107)。   When the position determination unit 34 determines that the contact 13 is pressing on the feature point P, the lateral movement of the contact 13 is stopped (step S106). At this time, the contact 13 is not displaced from the feature point P by performing the determination by the position determination unit 34 based on the magnitude of the reaction force detected by the force detection unit 33 at regular intervals. When the contactor 13 is pressing on the feature point P while confirming whether or not, the image processing apparatus 20 performs the next image processing based on the position information of the feature point P (step S107).

すなわち、画像処理装置20により、撮像装置12で撮像された臓器Zの画像に対し、位置判定部34で特定された特徴点Pの座標から、図1に示されるように、臓器Zの画像上で相応する位置に癌細胞Cの存在を示すマークMが付加され、当該マークMを重畳させた臓器Zの画像がモニタ22に呈示される。具体的に、ここでは、撮像装置12で撮像されたカメラ中心の位置が当該撮像装置12の位置や姿勢をセンシングする図示しないセンサに基づいて求められ、カメラ中心の座標及び特徴点Pの座標を統一した座標系に変換した後で、特徴点Pの座標を画像の座標系に変換し、特徴点Pを示すマークMを撮像装置12で撮像された画像の該当する位置に重ね合わせる処理が行われる。   That is, on the image of the organ Z, as shown in FIG. 1, the coordinates of the feature point P specified by the position determination unit 34 with respect to the image of the organ Z captured by the imaging device 12 by the image processing device 20. The mark M indicating the presence of the cancer cell C is added at the corresponding position, and an image of the organ Z on which the mark M is superimposed is presented on the monitor 22. Specifically, here, the position of the camera center imaged by the imaging device 12 is obtained based on a sensor (not shown) that senses the position and orientation of the imaging device 12, and the coordinates of the camera center and the coordinates of the feature point P are obtained. After the conversion to the unified coordinate system, the coordinate of the feature point P is converted to the image coordinate system, and the mark M indicating the feature point P is superimposed on the corresponding position of the image captured by the imaging device 12. Is called.

従って、このような実施形態によれば、簡単な構成で癌細胞Cの特徴点Pの位置を把握することができ、手術中に臓器Zが移動、変形することで特徴点Pの位置がずれても、当該特徴点Pの位置を確実に追跡して、その位置をモニタ22上に表示できるという効果を得る。また、装置構成や処理手順が簡単であるため、特徴点Pの判定処理を迅速に行うことができ、癌細胞Cの位置を特定しながら当該癌細胞Cを処置する手術をスムーズに行うことができる。   Therefore, according to such an embodiment, the position of the feature point P of the cancer cell C can be grasped with a simple configuration, and the position of the feature point P is shifted as the organ Z moves and deforms during the operation. However, it is possible to reliably track the position of the feature point P and display the position on the monitor 22. In addition, since the apparatus configuration and processing procedure are simple, the determination process for the feature point P can be performed quickly, and the operation for treating the cancer cell C can be performed smoothly while the position of the cancer cell C is specified. it can.

なお、前記実施形態の変形例として、図5に示されるように、術具40を遠隔操作可能なマスタースレーブ方式の手術ロボットシステム50に対し、本発明を適用することも可能である。   As a modification of the embodiment, as shown in FIG. 5, the present invention can be applied to a master-slave type surgical robot system 50 capable of remotely operating the surgical instrument 40.

すなわち、前記手術ロボットシステム50は、術具40を保持した状態で動作可能なロボットアーム52と、当該ロボットアーム52を動作させるモータ等の駆動装置53と、ロボットアーム52を遠隔操作する操作装置55と、操作装置55による操作に基づいて駆動装置53を制御する制御装置57とを備えている。   That is, the surgical robot system 50 includes a robot arm 52 that can be operated while holding the surgical instrument 40, a drive device 53 such as a motor that operates the robot arm 52, and an operation device 55 that remotely operates the robot arm 52. And a control device 57 that controls the drive device 53 based on an operation by the operation device 55.

この制御装置57では、前記位置判定部34で接触子13が特徴点P上にないと判定されると、癌細胞C全体の位置がずれたと判断して、術具52を臓器Zの表面から離し、前記ステップS105で行われた接触子13の移動に追従して術具40を移動させる補正制御が行われる。   In this control device 57, when the position determination unit 34 determines that the contact 13 is not on the feature point P, the control device 57 determines that the position of the entire cancer cell C has shifted and moves the surgical instrument 52 from the surface of the organ Z. Then, correction control is performed to move the surgical instrument 40 following the movement of the contact 13 performed in step S105.

なお、本発明は、癌組織Cの位置の特定に限らず、生体組織中の他の病変部位の位置の特定に利用することも可能である。   Note that the present invention is not limited to specifying the position of the cancer tissue C, but can also be used to specify the position of another lesion site in the living tissue.

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。   In addition, the configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.

本実施形態に係る病変部位の位置特定システムの概略構成図。The schematic block diagram of the location specifying system of the lesion site | part which concerns on this embodiment. 前記位置特定システムでの処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence in the said position specification system. 接触子が特徴点上を押圧しているときの状態を概念的に示した概略断面図。The schematic sectional drawing which showed notionally the state when the contactor is pressing on the feature point. (A)は、接触子が特徴点上を押圧していないときの状態を概念的に示した概略断面図であり、(B)は、(A)を上方から見た概略図である。(A) is the schematic sectional drawing which showed notionally the state when the contactor is not pressing on the feature point, (B) is the schematic which looked at (A) from the upper direction. 本実施形態の変形例に係る病変部位の位置特定システムの概略構成図。The schematic block diagram of the location specifying system of the lesion site | part which concerns on the modification of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 位置特定システム
12 撮像装置
13 接触子
15 移動装置
17 判定装置
20 画像処理装置
25 力センサ
40 術具
52 ロボットアーム
53 駆動装置
55 操作装置
57 制御装置
C 癌組織(病変部位)
M マーク
P 特徴点
S 接平面
V 法線ベクトル
Z 臓器(生体組織)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Position identification system 12 Imaging device 13 Contact 15 Moving device 17 Judgment device 20 Image processing device 25 Force sensor 40 Operating tool 52 Robot arm 53 Driving device 55 Operating device 57 Control device C Cancer tissue (lesion site)
M mark P feature point S tangent plane V normal vector Z organ (biological tissue)

Claims (5)

病変部位を含む生体組織に所定の押圧力を付与する接触子と、当該接触子の押圧による前記生体組織からの直交三軸方向の反力を測定可能な力センサと、当該力センサで測定された反力の大きさ及び方向に基づいて、前記接触子が前記病変部位の特徴点上に存在するか否かを判定する判定装置とを備えたことを特徴とする病変部位の位置特定システム。   A contact that applies a predetermined pressing force to a living tissue including a lesion site, a force sensor that can measure a reaction force in three orthogonal directions from the living tissue due to the pressing of the contact, and the force sensor And a determination device for determining whether or not the contact exists on a feature point of the lesion site based on the magnitude and direction of the reaction force. 前記判定装置は、予め設定した前記特徴点の接平面に対する法線ベクトルを求め、当該法線ベクトルの方向を前記直交三軸方向の一方向とし、前記力センサの測定により、前記直交三軸方向の残り二方向の反力が所定の閾値以下である場合に、前記接触子が前記特徴点上に存在すると判定する一方、前記残り二方向の反力の少なくとも何れかが前記閾値を超える場合に、前記接触子が前記特徴点上に存在しないと判定することを特徴とする請求項1記載の病変部位の位置特定システム。   The determination device obtains a normal vector with respect to a preset tangent plane of the feature point, sets the direction of the normal vector as one direction of the orthogonal triaxial direction, and measures the orthogonal triaxial direction by measuring the force sensor. When the reaction force in the remaining two directions is equal to or less than a predetermined threshold, it is determined that the contactor exists on the feature point, and at least one of the reaction forces in the remaining two directions exceeds the threshold. 2. The lesion localization system according to claim 1, wherein it is determined that the contact does not exist on the feature point. 前記接触子は、前記判定装置での判定結果に応じて動作が制御される移動装置によって移動可能に保持され、
前記移動装置は、前記判定装置で前記接触子が前記特徴点上に存在しないと判定されたときに、前記残り二方向の反力を相殺する方向に前記接触子を移動させることを特徴とする請求項2記載の病変部位の位置特定システム。
The contact is held movably by a moving device whose operation is controlled according to a determination result in the determination device,
When the determination device determines that the contact does not exist on the feature point, the moving device moves the contact in a direction that cancels out the reaction forces in the remaining two directions. The lesion localization system according to claim 2.
前記生体組織を撮像可能な撮像装置と、当該撮像装置から取得した画像を処理する画像処理装置とを更に備え、
前記画像処理装置は、前記判定装置で前記接触子が前記特徴点上に存在すると判定されたときに、前記接触子及び前記撮像装置の各位置に基づき、前記画像中の生体組織に対し、相応する位置に前記病変部分の存在を示すマークを付加することを特徴とする請求項1、2又は3記載の病変部位の位置特定システム。
An imaging device capable of imaging the living tissue, and an image processing device for processing an image acquired from the imaging device;
When the determination device determines that the contact exists on the feature point, the image processing device is adapted to the living tissue in the image based on the positions of the contact and the imaging device. 4. A lesion site location system according to claim 1, 2 or 3, wherein a mark indicating the presence of the lesion site is added to the location of the lesion site.
所定の術具を移動可能に動作するロボットアームと、このロボットアームを駆動させる駆動装置と、前記ロボットアームの動作を指令する操作装置と、前記操作装置からの指令に基づいて前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記判定装置で前記接触子が前記特徴点上に存在しないと判定されたときに、前記接触子の移動に追従して前記術具を移動させる補正制御を行うことを特徴とする請求項3記載の病変部位の位置特定システム。
A robot arm that movably moves a predetermined surgical instrument, a driving device that drives the robot arm, an operating device that commands the operation of the robot arm, and driving the driving device based on a command from the operating device And a control device for controlling
The control device performs correction control to move the surgical instrument following the movement of the contact when the determination device determines that the contact does not exist on the feature point. The system for specifying the location of a lesion site according to claim 3.
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