JP3766805B2 - Surgery support apparatus - Google Patents

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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/72Micromanipulators

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、手術支援装置に係わり、特にマニピュレータを操作手段により操作する手術支援装置に好適なものである。 The present invention relates to a surgical operation supporting apparatus, in particular suitable to surgery supporting system which operated by operating means manipulator.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
従来の手術支援装置として、特開平7−328016号公報(特にその図27および図28を参照した第8実施例の説明)に示されているように、操作者が操作する操作手段と、操作手段の操作に基づいて動作するマニピュレータと、マニピュレータの動作を観察する観察手段と、観察手段で観察したマニピュレータ映像を表示する表示手段と、マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備え、観察手段によりマニピュレータを観察し、また、表示手段の画面内にマニピュレータの先端に設定されたツール座標系をスーパインポーズさせ、操作手段にはツール座標系の座標軸に対応して移動させる機能を設けるようにしたことにより、表示手段の画面内に表示されるツール座標系を見ながら種々の操作手段によりそれの操作を容易にでき As a conventional surgery supporting system, as shown in JP-A-7-328016 discloses (in particular the description of the eighth embodiment with reference to the FIGS. 27 and 28), and operating means for the operator operates the operation a manipulator that operates on the basis of the operation of the unit, and observation means for observing the operation of the manipulator, and a display means for displaying a manipulator image observed by the observation means, and a control device for controlling the operation of the manipulator, the observation means observing the manipulator, also the tool coordinate system set on the tip of the manipulator in the screen of the display unit is superimposed, the operating means and to provide a function to move in response to the coordinate axes of the tool coordinate system It can result, its operation easily by various operation means while watching the tool coordinate system to be displayed on the screen of the display means ようにしたものがある。 There are things that you like to.
【0003】 [0003]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
一般に、手術中の患者の姿勢は、体格や治療部位、患部および患部周辺の状況などにより個人差がある。 In general, the attitude of the patient during surgery, physique and the treatment site, there are individual differences due to circumstances surrounding the affected area and the affected area. 治療にマニピュレータを用いる場合、マニピュレータを患者に対してどのような位置に配置するか、どのような姿勢で患部にアプローチするかは、患者との干渉を避け、周囲の臓器との干渉を避け、安全にかつ作業しやすい姿勢となるように決定されるため、患者ごとにマニピュレータの配置および姿勢が異なることになる。 When using a manipulator in the treatment, or a manipulator is arranged in any position relative to the patient, whether to approach the affected area in any orientation, avoiding interference with the patient, avoiding interference with the surrounding organs, because it is determined to be safe and work easy posture will be different arrangement and orientation of the manipulator for each patient.
【0004】 [0004]
また、手術室内には様々な器具が置かれ、大勢のスタッフが手術室内を動き回りながら手術をサポートすることが多い。 In addition, surgical various instruments are located in the room, it is often a lot of staff to support the surgery while moving around the operating room. このため、マニピュレータを操作するための操作手段は、手術室内で患者および他の医療器具、医療スタッフの作業の邪魔にならない場所に配置されると共に、手術に対応して配置場所が変更できることが望まれる。 Thus, operation means for operating the manipulator, the patient in the operating room and other medical devices, while being placed in a location that does not obstruct the work of the medical staff, desirable to be able to change the location corresponding to the operation It is.
【0005】 [0005]
操作手段を用いてマニピュレータを操作する場合、操作手段を操作した方向とマニピュレータが動作する方向とがずれていると、操作者の意図を正確に反映したマニピュレータの動作を実現することが困難であり、操作する方向と動作する方向が手術ごとに変ってしまうような状況では、操作者の負担が大きくなり、安全で効果的な治療の実現が難しい。 When operating the manipulator using the operation means, the direction and the manipulator manipulating the operating means is shifted and the direction of operation, it is difficult to realize the operation of the manipulator that accurately reflects the intention of the operator in some circumstances, when the direction of operation and direction of operation get changed for each operation, burden on the operator is increased, it is difficult to realize a safe and effective treatment.
【0006】 [0006]
マニピュレータに装備する処置具が治療する様子を肉眼で確認しながらマニピュレータを操作する場合と、内視鏡などの観察手段を用いて画像情報を表示手段に表示して治療および動作の様子を確認しながらマニピュレータを操作する場合がある。 And if the treatment instrument to be equipped with a manipulator to operate the manipulator while confirming visually the state to be treated, and display means to display image information to see how the treatment and operation using the observation means such as an endoscope there is a case to operate the manipulator while.
【0007】 [0007]
特に近年では、患者の肉体的な負担を低減するために、患者の身体に小さな切開部を設け、そこから術具や内視鏡を挿入し、患部の様子および術具の様子を内視鏡の画像で確認しながら治療を行なう術式が広まっている。 Particularly in recent years, in order to reduce the physical burden on the patient, providing a small incision in a patient's body, insert the surgical instrument and the endoscope therefrom, the endoscope how the affected part of the state and the surgical instrument surgical procedure to perform the treatment while checking the image is widespread. マニピュレータを用いる治療においても同様に、小さな切開部からマニピュレータを挿入し、内視鏡画像を参照しながら操作して治療を行なう術式が患者の肉体的負担を低減するためには好ましい。 Also in treatment with the manipulator, to insert the manipulator from a small incision, for surgical procedures for performing treatment by operating with reference to the endoscopic image to reduce the physical burden of the patient are preferred.
【0008】 [0008]
このような状況下で、患者に対するマニピュレータの配置、複数のマニピュレータの相対関係、内視鏡とマニピュレータとの相対関係などが患者ごとに異なり、マニピュレータとそれを操作する操作手段の相対関係も異なるようにすることが望ましい。 Under such circumstances, placement of the manipulator to the patient, the relative relationship between a plurality of manipulators, unlike such a relative relationship between the endoscope and the manipulator for each patient, manipulators and also different from the relative relationship of the operating means for operating it it is desirable to. そして、操作者の操作で動作するマニピュレータを備えた手術支援装置おいて、表示手段に表示される画像でマニピュレータと患部の様子を観察しながら、術者の意志を正確に反映したマニピュレータの動作を容易に実現できることが望ましい。 Then, keep surgery supporting system which includes a manipulator that operates by the operation of the operator, while observing the state of the manipulator and the diseased part in the image displayed on the display unit, the operation of the manipulator that accurately reflects the intention of the operator it is desirable to be easily realized.
【0009】 [0009]
ところが、上述した従来技術では、表示手段に表示されるマニピュレータ映像の先端に設定されたツール座標系を見ながら操作手段により操作できることが示されているが、このツール座標系と操作手段の座標系とが当該公報の図28に示されているように異なるため、操作手段の操作方向に一致してマニピュレータ映像を動作させることができなかった。 However, in the prior art described above, has been shown to be operated by the operation means while watching the tool coordinate system set on the tip of the manipulator image displayed on the display unit, the coordinate system of the tool coordinate system and the operation means bets are different for as shown in Figure 28 of the publication, it was not possible to operate the manipulator image by matching the operating direction of the operating means. 換言すれば、当該公報に記載されたものでは、観察手段、マニピュレータ、操作手段、表示手段などがそれぞれ任意に置かれた場合に、表示手段に表示されるマニピュレータ映像の動作方向と操作手段を操作する方向とを一致させることには配慮が為されていなかった。 In other words, the ones described in the publication, the observation unit, a manipulator, an operating unit, in the case where a display unit is respectively placed optionally operating the operation direction and the operation means of the manipulator image displayed on the display means consideration to match the direction in which has not been made.
【0010】 [0010]
このため、係る従来技術では、操作手段、マニピュレータ、観察手段などの構成要素が任意に配置される環境での操作性に問題があった。 Therefore, in the prior art according, operating means, manipulator, components such as the observation means has a problem in operability in environments which are arbitrarily arranged.
【0012】 [0012]
本発明の目的は、マニピュレータおよび操作手段を任意の場所に配置しても表示手段を見ながら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性および操作性に優れた手術支援装置を提供することにある。 The purpose of the present invention, even when the manipulator and operating means placed anywhere easily operate the operation means while watching the display means, safety, provide excellent operation support apparatus workability and operability It lies in the fact.
【0014】 [0014]
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。 The other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description.
【0016】 [0016]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
記目的を達成するための本発明の手術支援装置は、操作者が操作指令を入力するために操作する操作手段と、 処置具が設けられ且つ制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、前記マニピュレータの動作を観察する観察手段と、前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を画面に表示する表示手段と、前記操作手段および前記マニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた手術支援装置において、前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令前記位置姿勢計測手段で計測された前記操作手段前記マニピュレータおよび前記観察手段それぞれの動作の基点となる位置を原点とした座標系で表す位置姿勢に基づいて、前記操作手段の操作方向と Surgery supporting system of the present invention for achieving the pre-Symbol purpose includes operation means for operating for an operator to input an operation command, the manipulator operates based on and the control command is provided a treatment instrument, wherein and observation means for observing the operation of the manipulator, and a display means for displaying an image of the manipulator observed by the observation means on a screen, the position and orientation measurement means for measuring the position and orientation of said operating means and said manipulator, operation of the manipulator a surgical support apparatus comprising a controller for controlling, the control device, wherein the operating means is measured by the input by the operation means the operation command and the position and orientation measurement unit, each of said manipulator and said observation means based the position where the base point of the operation to the position and orientation represented by the origin and the coordinate system, the operation direction and prior to said operation means 観察手段で観察されて前記表示手段に表示されマニピュレータの処置具の映像の動作方向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有する構成にしたことにある。 Observed by the observation means is to have a configuration having a conversion unit for generating a control command to match the direction of movement of the image of the treatment tool of the manipulator displayed on the display means.
【0018】 [0018]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。 Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described with reference to FIG.
【0019】 [0019]
まず、本実施例の手術支援装置の全体構成を図1を参照しながら説明する。 First, the overall configuration of the operation support apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. 図1は本発明の一実施例を示す手術支援装置の斜視図である。 Figure 1 is a perspective view of the surgical support apparatus showing an embodiment of the present invention.
【0020】 [0020]
手術支援装置は、操作者が操作指令を入力するために操作する操作手段8、9と、制御指令に基づいて動作するマニピュレータ3〜5と、マニピュレータ4、5の動作を観察する観察手段6と、観察手段6で観察したマニピュレータ映像を画面に表示する表示手段10と、操作手段7〜9(操作手段7は図2参照)およびマニピュレータ3〜5の位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段14と、マニピュレータ3〜5の動作および表示手段10の表示を制御する制御装置32(図2参照)とを備えて構成されている。 Surgery supporting system includes an operation means 8, 9 to be operated for the operator to input an operation command, the manipulator 3-5 operating based on the control command, the observation means 6 for observing the operation of the manipulator 4, 5 , a display unit 10 for displaying the manipulator image observed by the observation means 6 on the screen, the operation unit 7-9 (operation means 7 see Figure 2) and the position and orientation measurement means 14 for measuring the position and orientation of the and the manipulator 3-5 is constructed by a controller 32 (see FIG. 2) for controlling the display of the operation and display unit 10 of the manipulator 3-5.
【0021】 [0021]
マニピュレータ3の先端には内視鏡のように画像情報の提供が可能な観察手段6が設けられ、マニピュレータの一部として構成されている。 Observation means 6 capable of providing image information as an endoscope is provided at the distal end of the manipulator 3 is configured as a part of the manipulator. マニピュレータ4、5の先端には術具のような処置具11、12が設けられている。 The distal end of the manipulator 4, 5 treatment instrument 11 such as a surgical instrument is provided. マニピュレータ4、5は手術台2に横たわる患者1の患部に対して処置可能に配置されている。 Manipulator 4,5 are treatable positioned relative affected area of ​​the patient 1 lying on an operating table 2. マニピュレータ3は患部の様子や処置具11、12の様子が観察できるように配置されている。 Manipulator 3 is arranged such state of the affected part of the state and the treatment instrument 11 can be observed. 本実施例では、マニピュレータ3が患者の頭部側に配置されると共に、マニピュレータ4、5が患者の両側に配置されている。 In this embodiment, the manipulator 3 is arranged on the head side of the patient, the manipulator 4, 5 are arranged on both sides of the patient.
【0022】 [0022]
操作者が操作する操作手段8、9と、観察手段6が得た情報を画面に表示可能な表示手段10と、が操作卓13に設けられている。 And operating means 8,9 operator operates a display section 10 capable of displaying information observation means 6 was obtained in the screen, which is provided on the console 13. 操作手段8はマニピュレータ4の動作を制御するものであり、操作手段9はマニピュレータ5の動作を制御するものである。 Operating means 8 is for controlling the operation of the manipulator 4, the operating means 9 is for controlling the operation of the manipulator 5. この両者8、9は操作卓13上に並置されている。 The two 8,9 being juxtaposed on the console 13. そして、表示手段10は操作手段8、9に対向するように操作卓13上に設置されている。 The display unit 10 is installed on the console 13 so as to face the operating means 8 and 9. 本実施例では、操作卓13は患者の足元側に配置されている。 In this embodiment, the console 13 is disposed at the foot side of the patient.
【0023】 [0023]
各マニピュレータ3〜5、操作手段7〜9および表示手段10の位置姿勢を計測するための位置姿勢計測手段14は、それぞれの装置の計測が可能な場所に配置されている。 Each manipulator 3-5, the position and orientation measurement means 14 for measuring the position and orientation of the operating means 7 to 9 and the display unit 10 is disposed in a location that can be measured for each device. 本実施例では、位置姿勢計測手段14は患者の頭部側に配置されている。 In this embodiment, the position and orientation measuring unit 14 is arranged on the head side of the patient. この位置姿勢計測手段14が計測対象の位置姿勢を計測するための補助部品である識別手段15は、それぞれの計測対象であるマニピュレータ3〜5、表示手段10、操作手段7〜9に設けられている。 The position and orientation measurement means 14 measuring the target position is an auxiliary component identification means for orientation to measure 15, the manipulator 3 to 5 respectively of the measurement object, the display unit 10, provided in the operation unit 7-9 there. したがって、識別手段15は位置姿勢計測手段の一部を構成する。 Therefore, the identification means 15 constitutes a part of the position and orientation measurement unit.
【0024】 [0024]
同調指示手段21は、操作手段7〜9からの操作指令をマニピュレータに伝えることを指示するためのものであり、操作者が操作可能な場所に配置されている。 Tuning instruction means 21 is for instructing to transmit the operation command from the operation unit 7-9 to the manipulator, the operator is arranged to operate a location. 本実施例では、一例としてスイッチを用いた同調指示手段21を示している。 In this embodiment shows a tuning instruction means 21 using the switch as an example.
【0025】 [0025]
マニピュレータ3〜5のそれぞれの相対的な配置の関係は任意に設定可能である。 Relationship of the respective relative placement of the manipulator 3 to 5 can be arbitrarily set. 操作卓上の表示手段10および操作手段8、9の配置も任意に設定可能であり、これらはマニピュレータの配置との関係においても任意に設定可能である。 Operating configuration of tabletop display means 10 and the operating means 8, 9 may be arbitrarily set, they can be arbitrarily set to be in relation to the arrangement of the manipulator. すなわち、これらマニピュレータ3〜5、表示手段10、操作手段8、9および操作卓13の配置は自由に変更可能である。 That is, these manipulators 3-5, the display unit 10, the arrangement of the operating means 8, 9 and the console 13 can be freely changed.
【0026】 [0026]
観察手段6および処置具11、12の位置姿勢はマニピュレータ3〜5によって制御される。 The position and orientation of the observation means 6 and the treatment instrument 11, 12 is controlled by the manipulator 3-5. 操作者は表示手段10に表示されるマニピュレータ4、5やその先端の処置具11、12を見ながら操作手段8、9を操作し、操作手段8、9に入力された指示を元にマニピュレータ4、5が動作して、患部を処置する。 The operator operates the operating means 8 and 9 while watching the treatment instrument 11 of the manipulator 4, 5 and the tip to be displayed on the display unit 10, a manipulator 4 based on the instruction input to the operation unit 8 and 9 , 5 is operated, the treatment of the affected area. マニピュレータ3は別の操作手段7からの指示によって観察手段6の位置姿勢を制御可能である。 Manipulator 3 can control the position and orientation of the observation means 6 in response to an instruction from another operation unit 7.
【0027】 [0027]
次に、手術支援装置の制御構成を図2を参照しながら説明する。 Will be described below with reference to FIG. 2 the control arrangement of the operation support apparatus. 図2は図1の手術支援装置の制御ブロック図である。 Figure 2 is a control block diagram of the operation support apparatus of FIG.
【0028】 [0028]
操作手段7〜9、同調指示手段21および位置姿勢計測手段14は、制御装置32に信号伝達可能に接続されている。 Operating means 7-9, the tuning instruction means 21 and the position and orientation measurement unit 14 is connected a signal transmittable to the control device 32. これによって、操作手段7〜9、同調指示手段21および位置姿勢計測手段14から制御装置32に操作情報、同調情報および計測結果情報が入力される。 Thus, the operation unit 7-9, the operation information to the control device 32 from the tuning instruction means 21 and the position and orientation measurement unit 14, the tuning information and measurement result information is inputted. また、マニピュレータ3〜5および表示手段10は、信号伝達可能に制御装置32に接続されている。 Further, manipulators 3-5 and display unit 10 is connected to a signal transmittable by the control apparatus 32. これによって、制御装置32からマニピュレータ3〜5および表示手段10に制御情報が出力される。 Thus, the control information is outputted from the controller 32 to the manipulator 3-5 and display means 10. 制御装置32はマイクロコンピュータなどのコンピュータにより構成されている。 The controller 32 is composed of a computer such as a microcomputer.
【0029】 [0029]
制御装置32内で実行される制御プログラムは、変換行列算出部24と、操作同調制御部34と、座標変換部35とを有して構成されている。 Control program executed by the control device 32 includes a transformation matrix calculation unit 24, an operation tuning control unit 34 is configured and a coordinate transformation unit 35. 変換行列算出部24は、位置姿勢計測手段14からの計測結果情報23に基づいて、操作方向から動作方向を算出するための変換行列を算出する手段である。 Transformation matrix calculation unit 24, based on the measurement result information 23 from the position and orientation measurement unit 14 is means for calculating the conversion matrix for calculating the operation direction from the operation direction. 同調制御部34は、操作手段8、9の指示に従い、マニピュレータ4、5を動作させるかどうかを場合分けする手段である。 Tuning control unit 34, in accordance with an instruction from the operating means 8 and 9, a means for case analysis whether or not to operate the manipulator 4,5. 座標変換部35は、変換行列算出部24で算出した変換行列を用いて、操作方向から動作方向を算出する手段である。 Coordinate transformation unit 35, using the calculated transformation matrix in the transformation matrix calculation unit 24, a means for calculating an operation direction from the operation direction.
【0030】 [0030]
位置姿勢計測手段14から得られる計測結果情報23は変換行列算出部24に入力され、変換行列算出部24からの出力である座標変換行列は座標変換部35に入力される。 Position and orientation measurement unit 14 the measurement result information 23 obtained from the input to the transformation matrix calculation unit 24, a coordinate transformation matrix which is the output from the conversion matrix calculating unit 24 is inputted to the coordinate transformation unit 35. 操作手段7〜9からの操作情報31はマニピュレータ3〜5を動作させるか否か場合分けする同調制御部34に入力され、同調制御部34からの出力は座標変換部35に入力される。 Operation information 31 from the operation unit 7-9 are input to the tuning control unit 34 for dividing the case whether or not to operate the manipulator 3-5, the output from the tuning control unit 34 is inputted to the coordinate transformation unit 35. 座標変換部35からの出力である動作方向に関する制御情報36はマニピュレータ4、5に入力される。 Control information on which is the output operation direction from the coordinate conversion unit 35 36 is inputted to the manipulator 4, 5. 制御装置32内での接続は電気信号および制御プログラム内の変数受け渡しとして構成されることになる。 Connection within the controller 32 will be configured as a variable delivery in electrical signal and a control program.
【0031】 [0031]
図1および図3を参照しながら各マニピュレータ3〜5、操作手段8、9および表示手段10の位置姿勢について説明する。 While referring to the manipulator 3 to 5 1 and 3, will be described the position and orientation of the operating means 8, 9 and display means 10. 図3は処置具および観察手段の座標系の説明図である。 Figure 3 is an explanatory view of a coordinate system of the surgical instrument and observation means.
【0032】 [0032]
各マニピュレータ3〜5の姿勢は、それぞれ動作の基点となる位置を原点とした座標系ΣS17で定義する。 Posture of each manipulator 3-5 is defined by a coordinate system ΣS17 having as its origin the position where the base point of each operation. 観察手段6の姿勢は、観察手段6の先端で観察する視野内の空間を座標系ΣE19で定義する。 Orientation of the viewing means 6 define a space within the field of view to be observed at the tip of the observation means 6 in the coordinate system Shigumai19. 操作手段7〜9の姿勢は、操作の基点となる位置を原点とした座標系ΣM20で定義する。 Attitude of the controller unit 7-9 is defined by a coordinate system ΣM20 having as its origin the position where the base point of the operation. 表示手段10姿勢は、表示手段10の表示面の向きとして、表示面を基点とした座標系ΣD18で定義する。 Display means 10 posture, as the orientation of the display surface of the display unit 10 is defined in a coordinate system ΣD18 that the base point display surface. なお、マニピュレータ3〜5、観察手段6、操作手段7〜9、表示手段10がそれぞれ複数ある場合は、それぞれの姿勢をそれぞれの座標系で定義する。 Incidentally, the manipulator 3-5, observation means 6, the operation unit 7-9, display device 10 when there are a plurality each defines each posture in each coordinate system.
【0033】 [0033]
各座標系の軸方向を、実施例の説明上、図1、図3に示すように仮定する。 The axial direction of each coordinate system, the description of the embodiment, it is assumed as shown in FIG. 1, FIG. つまり、座標系ΣSでは、マニピュレータの長手方向をZS方向、鉛直上方をYS方向、ZS方向を向いて右側をXS方向と定義する。 That is, in the coordinate system [sigma] s, the longitudinal direction of the manipulator ZS direction, vertically upward YS directions, facing ZS direction to define right and XS direction. 座標系ΣMでは、操作手段の奥行き方向をZM方向、鉛直上方をYM方向、ZM方向を向いて右側をXM方向と定義する。 The coordinate system? M, the depth direction ZM direction of the operating means, vertically upward YM direction, defines the right and XM direction facing the ZM direction. 座標系ΣEでは、観察手段6の長手方向、つまり、撮影する画像の奥行き方向をZE方向、ZE方向を向いて視野の上方をYE方向、ZE方向を向いて視野の右方向をXE方向と定義する。 The coordinate system? En, longitudinal observation means 6, that is, define the depth direction ZE direction of the image to be photographed, upward YE direction of the field facing ZE direction, facing ZE direction right direction of the view and XE direction to. 座標系ΣDでは、表示手段10の画面奥をZD方向、画面上方をYD方向、画面右方向をXD方向と定義する。 The coordinate system .SIGMA.D, screen back to ZD direction of the display unit 10, the screen above the YD direction, the screen right direction is defined as XD direction. 座標間の回転行列が得られれば結果として同じになるので、座標系の軸方向の定義は上記とまったく同じでなくともよい。 Since the rotation matrix is ​​the same as a result as long obtained between coordinate axial definition of the coordinate system it may not be exactly the same as above.
【0034】 [0034]
図1の表示手段10の画面内に示した座標系は観察手段6の視野内に投影した座標系ΣE19の向きを示している。 Coordinate system shown in the screen of the display unit 10 of FIG. 1 shows the orientation of the coordinate system ΣE19 projected into the visual field of the observation means 6. この実施例では視野内に投影した座標系ΣE19と座標系ΣDの各座標軸の向きは一致している。 Each coordinate axis directions of the coordinate system ΣE19 and coordinate system ΣD projected into the field of view in this embodiment is consistent.
【0035】 [0035]
各マニピュレータ3〜5の運動学を解くことによって、それぞれの先端に装備した観察手段6および処置具11、12の、各座標系ΣSにおける位置姿勢を特定することが可能である。 By solving the kinematics of the manipulator 3 to 5, the respective observation means 6 and the treatment instrument 11 equipped at the tip, it is possible to specify the position and orientation of each coordinate system [sigma] s. 運動学を用いてそれぞれのマニピュレータ3〜5の座標系ΣSにおける先端の位置姿勢を特定するのは通常行なわれる一般的な手法である。 Is usually common approach performed to identify the position and orientation of the tip in a coordinate system ΣS each manipulator 3-5 using kinematics.
【0036】 [0036]
観察手段6および処置具11、12を特定の方向に動作させるためのマニピュレータ3〜5の各自由度の動作方向および動作量は、各マニピュレータ3〜5の逆運動学を解くことによって、算出することが可能である。 Operation direction and operation amount of each degree of freedom of the manipulator 3 to 5 for operating the observation means 6 and the treatment instrument 11, 12 in a specific direction, by solving the inverse kinematics of the manipulator 3 to 5, is calculated It is possible. マニピュレータ先端に意図する動作を実行させるために、逆運動学を用いて、各自由度の動作方向および動作量を算出することが可能である。 To perform the intended operation to the manipulator tip, using inverse kinematics, it is possible to calculate the motion direction and the operation amount of each degree of freedom.
【0037】 [0037]
各マニピュレータ座標系ΣS17の空間における三次元的な位置姿勢は、位置姿勢計測手段14の一例である三次元位置計測装置(三次元運動計測装置とも呼ばれる)を用いることで計測可能である。 Three-dimensional position and orientation in space of the manipulator coordinate system ΣS17 it can be measured by using a three-dimensional position measuring device which is an example of a position and orientation measurement unit 14 (also referred to as a three-dimensional movement measuring device). その計測の方式は、既知のパターンで配置された複数の発光体を有するマーカーセットを識別手段15として、マニピュレータ3〜5を操作することによっても動作しないマニピュレータ3〜5の座標原点などの基点に取付け、三次元位置計測装置14がある位置からそれぞれの発光体を計測し、複数の発光体の配置から識別手段15の位置と姿勢を算出する方法である。 Method of measurement, as the identification means 15 of the marker set having a plurality of light emitters arranged in a known pattern, the origin of such coordinate origin of the manipulator 3 to 5 do not operate by manipulating the manipulator 3-5 mounting, measures the respective luminous body from the three-dimensional position measuring apparatus 14 is located, is a method of calculating the position and orientation of the identification means 15 from the arrangement of a plurality of light emitters. これにより、識別手段15の位置姿勢を特定し、ひいてはマニピュレータ座標系ΣSの位置姿勢を算出することが可能となる。 Thus, to identify the position and orientation of the identification means 15, it is possible to turn calculates the position and orientation of the manipulator coordinate system [sigma] s. なお、発光体の代わりに反射体を用いてもよい。 It is also possible to use the reflector instead of the light emitters.
【0038】 [0038]
図4を参照しながら識別手段15の取付例を説明する。 With reference to FIG. 4, a mounting example of the identification means 15. 図4は識別手段の取付例を示す分解斜視図である。 Figure 4 is an exploded perspective view showing a mounting example of the identification means. 図4では計測対象をマニピュレータ3として説明を行なうが、他の計測対象も同様の取付構成である。 Figure 4 in the measurement object will be described as a manipulator 3, but a similar mounting arrangement other measurement object.
【0039】 [0039]
マニピュレータ3は識別手段15を所定の位置姿勢に固定するための装備部22を有する。 Manipulator 3 has an equipment 22 for fixing the identification means 15 to a predetermined position and orientation. 識別手段15は複数の発光体169が識別部材168に固定されてなる。 Identifying means 15 includes a plurality of light emitters 169 is fixed to the identification member 168. 識別手段15と装備部22の間に挟まれて結合される部位を中間リンク部と呼ぶことにする。 The site to be bonded are sandwiched between the equipment 22 and the identification unit 15 will be referred to as an intermediate link portion.
【0040】 [0040]
マニピュレータ3の一部を構成する装備部22には複数の凸部155が設けられている。 The equipment 22 constituting a part of the manipulator 3 is provided with a plurality of protrusions 155. これらと結合される結合部材151には、凸部155と嵌め合う複数の凹部156が設けられている。 The coupling member 151 to be coupled to these, a plurality of recesses 156 which mate with convex portions 155 are provided. 凸部155と凹部156とが一つの場合は、上下左右が非対称となる形状とすることが好ましい。 If the convex portion 155 and concave portion 156 is one, it is preferable that a shape vertically and horizontally becomes asymmetrical. 凸部155と凹部155が複数ある場合は、それらを異なる形状として、結合時に表裏を間違えた結合を防ぐことが好ましい。 If the protrusion 155 and the recess 155 are a plurality of them as different shapes, it is preferable to prevent the binding of the wrong sides upon binding. また同形状の凹凸である時は、三つ以上の凹凸を設け、組み合わせになる凹凸の組同士の間の距離を変えることで、結合時の間違いを防ぐことができる。 Also when it is the unevenness of the same shape, three or more uneven provided, by changing the distance between the pairs between the irregularities to be combined, it is possible to prevent mistakes during binding. 結合した時の位置と姿勢が一意に決まる形状であれば、図4で示したような凹凸形状でなくてもかまわない。 It has a shape that the position and orientation when the bound is uniquely determined, may not be a concavo-convex shape as shown in FIG. そして、結合部材151は、凸部155に凹部56を嵌め合わせた後に、止めねじ154で装備部22に固定される。 The coupling member 151, after fitting the recess 56 in the convex portion 155 is fixed to the mounted portion 22 in the set screw 154.
【0041】 [0041]
識別手段15を固定するための固定部材164は結合部材151と回転自由に結合される。 A fixing member 164 for fixing the identification means 15 is free to bind rotation coupling member 151. 固定部材164はギア部163を一体的に有している。 Fixing members 164 are integrally includes a gear portion 163. この固定部材164の回転を計測するための角度センサ161は装備部22あるいは結合部材151に固定されている。 An angle sensor 161 for measuring the rotation of the fixing member 164 is fixed to the mounted portion 22 or the coupling member 151. 角度センサ161はギア部163と噛み合う計測ギア162を有している。 Angle sensor 161 has a measuring gear 162 meshing with the gear portion 163. 固定部材164および識別部材168は装備部22および結合部材151の凹凸構造と同様の凹凸構造を有している。 Fixing members 164 and the identification member 168 has the same concavo-convex structure and the uneven structure of the equipment unit 22 and the coupling member 151. すなわち、固定部材164には複数の凸部165が設けられ、識別部材168にはこれらに合致する凹部166が設けられている。 That is, a plurality of protrusions 165 are provided on the fixing member 164, recesses 166 that match these identification member 168 is provided. この凹凸構造は、上述した装備部22と結合部材151とが噛み合う凹凸構造と同様に、位置姿勢を一意に決定できるよう、その形状および対になる凹凸の間の距離を変えるなどすることが好ましい。 The uneven structure, like the uneven structure meshing and coupling member 151 and equipment portion 22 described above, so that it can uniquely determine the position and orientation, it is preferable to such varying the distance between the irregularities to be its shape and pairs . 固定部材164の凸部165に識別手段15の識別部材168の凹部166を嵌め合わせた後に止めねじ160を識別部材168のねじ穴158に合わせて固定する。 And fixed depending on the bolt hole 158 of the set screw 160 the identification member 168 after fitting the recess 166 of the identification member 168 of the identification means 15 to the protrusion 165 of the fixing member 164.
【0042】 [0042]
これにより、識別手段15の発光体169が陰になって計測しにくい時は、識別手段15の向きを位置姿勢計測手段14が計測するのに適した向きに調節可能となり、その回転角度を角度センサ161で計測できるので、位置姿勢計測手段14が計測した結果と角度センサ161の検出結果により、装備部22つまりマニピュレータ3の座標系ΣSの向きを特定することが可能となる。 Thus, when the hard measuring light emitter 169 of the identification means 15 is hidden behind becomes adjustable in a direction in which the orientation of the identification means 15 by the position and orientation measurement means 14 adapted to measure the angle of the angle of rotation since can be measured by the sensor 161, the detection result of the result of the position and orientation measuring unit 14 has measured the angle sensor 161, it is possible to identify the orientation of the coordinate system ΣS equipment 22, that the manipulator 3. これは、識別手段15の向きを計測に適した姿勢に向けても、常にマニピュレータの位置姿勢を計測可能なため、マニピュレータ3の配置の自由度が向上する。 This also toward the position suitable for measuring the orientation of the identification means 15, constantly available measures the position and orientation of the manipulator, thereby improving the degree of freedom of placement of the manipulator 3.
【0043】 [0043]
上記の例では、中間リンク部の自由度を回転自由度として説明したが、識別手段15の姿勢を調節可能としかつその調節量を計測可能とすれば、回転自由度でも並進の自由度でも、あるいはこれらをそれぞれ一つ以上組み合わせた構成でも、物陰から計測しやすい姿勢へと識別手段15を調整できれば同様の効果が期待できる。 In the above example has been described the degree of freedom of the intermediate link portion as a rotational degree of freedom, if measurable adjustable and One only its adjustment amount posture of identification means 15, in translational degrees of freedom in rotational freedom, Alternatively these have a configuration which combines one or more respective, similar effects if adjusting the identification means 15 to the measuring position comfortable from the shadows can be expected. 装置の配置によって、自由度の構成を決定すればよい。 The arrangement of the device may be determined the structure of freedom.
【0044】 [0044]
また、装置間の重なりなどがない場合は、識別手段15を直接マニピュレータ3に固定してもよい。 If there is no such overlap between the devices may be fixed identification means 15 directly to the manipulator 3. この場合、装備部22と中間リンク部との間に設けた嵌め合わせの形状と、識別手段15と中間リンク部との間に設けた嵌め合わせの形状を同一にすれば、識別手段15を直接に装備部22に取付けることも、間に中間リンク部を挟んで取付けることも自由に選択可能である。 In this case, if the equipment 22 and the shape of the provided the mating between the intermediate link portion, the shape of the alignment fitted to provided between the identifying means 15 and the intermediate link portion to the same, the identification means 15 directly it also, it is freely selectable mounting across an intermediate link portion while attaching the equipment unit 22. 識別手段15および中間リンク部は着脱自在であるため、不要になった時や治療の邪魔になる時は、取り外すことも可能である。 Since the identification means 15 and the intermediate link portion is detachable, when out of the way and treatment when no longer needed, it is also possible to remove. さらには、計測が終了した時に、中間リンク部を動かして、識別手段15が治療の邪魔にならない場所に向きを変えることも可能である。 Further, when the measurement is finished, move the intermediate link portion, it is possible to change the direction to the location identification means 15 does not interfere with the treatment.
【0045】 [0045]
係る識別手段15を用いて測定した位置姿勢計測手段14からの情報は、制御装置32へ経時的(例えば定期的)に送信される。 Information from the position and orientation measuring unit 14 measured by using the identification means 15 of are transmitted over time (e.g., periodically) to the controller 32. 角度センサ161は制御装置32に信号伝達可能に接続されており、角度センサ161で検出した情報も位置姿勢計測手段14と同様に制御装置32へ経時的(例えば定期的)に送信される。 Angle sensor 161 is connected in a signal transmitted to the control unit 32, is transmitted information detected by the angle sensor 161 is also the position and orientation measurement unit 14 similarly to the control device 32 over time (e.g., periodically). 位置姿勢計測手段14や角度センサ161と制御装置32との間の接続をコネクタなどを用いて行なうことで制御装置とこれらとの間で着脱自在となり、不要な場合はコネクタを外すことも可能となる。 Position and orientation that controller and becomes detachable between these in performed using connectors and the connection between the measuring means 14 and the angle sensor 161 and the control unit 32, if unnecessary and also possible to remove the connector Become.
【0046】 [0046]
上述した手術支援装置の構成により、任意に配置された各マニピュレータ3〜5の相対的な位置姿勢の関係および、各マニピュレータ3に装備した観察手段6とマニピュレータ4、5の先端に装備した処置具11、12とのそれぞれの相対的な関係を明らかにすることができる。 By the configuration of the above-described operation support device, the relative position and orientation of each manipulator 3-5 arranged in any relationship and treatment instrument equipped at the tip of the observation means 6 and manipulator 4,5 equipped to each manipulator 3 each relative relationship between the 11 and 12 can be revealed. つまり、各手段の座標の向きと、座標間の軸方向のずれ、座標間を写像する回転行列を算出することができる。 In other words, it is possible to calculate the orientation coordinates of the respective means, axial offset between the coordinates, a rotation matrix for mapping between coordinates.
【0047】 [0047]
また、(回転行列の算出法を書く)操作手段8、9と表示手段10との間の相対関係も同様の手法で計測し、明らかにすることができる。 Further, it is possible to the relative relationship between (the rotation matrix Write calculation method) operating means 8 and 9 and the display unit 10 is also measured in the same manner, to clarify. なお、マニピュレータ3〜5の位置姿勢を計測した位置姿勢計測手段14とは別の位置姿勢計測手段を用いて、操作手段8、9と表示手段10との間の相対関係を計測し、マニピュレータの位置姿勢の情報と同様に制御装置32へ情報を入力あるいは送信するようにしてもよい。 Incidentally, by using a different position and orientation measurement unit and the position and orientation measurement unit 14 that measures the position and orientation of the manipulator 3-5, to measure the relative relationship between the display unit 10 and the operating means 8 and 9, the manipulator it may be input or transmit information to likewise control unit 32 and the information of the position and orientation.
【0048】 [0048]
ここで、座標系ΣMから座標系ΣDへ写像する回転行列をCMD(図示せず)とし、座標系ΣDと表示手段10の画面内に投影された座標系ΣEの各軸の向きを合わせる回転行列をCDE(図示せず)とし、座標系ΣEと座標系ΣSの各軸の向きを合わせる回転行列をCES(図示せず)とすると、 Here, a rotation matrix for mapping the coordinate system ΣM to coordinate system .SIGMA.D CMD (not shown), and rotation matrix to match the orientation of each axis of the coordinate system ΣE projected on the screen of the display unit 10 and the coordinate system .SIGMA.D When was the CDE (not shown), a rotation matrix to match the orientation of each axis of the coordinate system ΣE and coordinate system ΣS and CES (not shown),
操作者が操作手段8、9を用いて行なった操作方向を、回転行列CMD、CDE、CESを用いて座標変換し、座標系ΣDおよび座標系ΣSでの操作方向を算出する。 The operating direction of the operator was performed using the operating means 8 and 9, the rotation matrix CMD, CDE, and coordinate transformation with the CES, and calculates the operation direction in the coordinate system ΣD and coordinate system [sigma] s. 算出した座標変換後のこれらの操作方向を制御指令として、表示手段10およびマニピュレータ4、5の動作を制御する。 These operating direction after the calculated coordinate transformation as a control command, controls the operation of the display means 10 and a manipulator 4,5. ただし、この実施例では表示手段10の画面内に投影された座標系ΣEと座標系ΣDの各軸の向きが一致するため、回転行列CDEは単位行列となる。 However, since the directions of the axes of the coordinate system ΣE and coordinate system ΣD projected on the screen of the display unit 10 in this embodiment are identical, the rotation matrix CDE becomes an identity matrix.
【0049】 [0049]
上記のような座標変換行列の取り方とその座標変換行列を用いた動作方向の算出方法に基づく制御により、操作者が操作手段8、9を操作した方向が、表示手段10に提供される画面内に映される空間での動作方向に変換され、さらに処置具11、12がその方向に動く様にマニピュレータ4、5の動作方向が算出されるため、表示手段10に映る処置具11、12の動作方向を、操作手段8、9で操作した方向に一致させることが可能になる。 By control based on the calculation method of operation direction using the take way and the coordinate transformation matrix above-described coordinate transformation matrix, screen direction an operator operates the operating means 8 and 9, which are provided on the display unit 10 is converted to the operation direction in space imaged within, for further treatment tool 11, 12 is the direction of movement of the manipulator 4, 5 as moving in that direction is calculated, it reflected on the display unit 10 the treatment instrument 11 the direction of movement, it is possible to match the direction of operating the operating means 8 and 9.
【0050】 [0050]
つまり、マニピュレータ4、5同士の相対関係、マニピュレータ3〜5と操作手段8、9の相対関係、あるいは処置具11、12と観察手段6の相対関係に係らず、操作手段8、9を画面に向かって右に動く様に操作すれば、画面内の処置具11、12は右に動き、画面奥に操作すれば、画面内の処置具11、12は画面奥に動作する。 In other words, the relative relationship between the manipulator 4,5, the relative relationship of the manipulator 3-5 and operating means 8 and 9, or regardless of the relative relationship of the treatment instrument 11, 12 and the observation means 6, the operating means 8, 9 on the screen if the operation so as to move to the right, the treatment instrument 11, 12 in the screen moves to the right, if the operation on the screen back, the treatment instrument 11, 12 of the screen is operated on the screen back. まさに、手元の動きと、モニタ内の処置具11、12の動きが同じ方向に同期するので、手元で実際に処置具11、12を持って操作しているように、画面内の処置具11、12が制御される。 Indeed, the hand movements, the movement of the treatment instrument 11, 12 in the monitor is synchronized in the same direction, as by operating with the actual treatment instrument 11 at hand, in the screen treatment instrument 11 , 12 is controlled.
【0051】 [0051]
同調制御部34では、同調指示手段21から同調実行の信号を受けている間は常にマニピュレータ3〜5を操作情報に従い制御し、同調実行の信号が途切れた後は、操作手段7〜9からの操作情報の伝達を停止させるように構成されている。 The tuning control unit 34, while receiving a signal of the tuning execution from the tuning instruction means 21 is always controlled in accordance with operation information manipulator 3-5, after the signal of the tuning execution is interrupted, from the operating means 7-9 the transmission of the operation information is configured to be stopped. なお、信号が入力されている間は同調を切り、信号入力が途切れている間のみ、同調を実行するようにしてもよく、あるいは、同調指示手段21から信号が入力されるたび、同調実行か否かを切替えるように制御を行なってもよい。 Incidentally, while the signal is being input off tuning, only while the signal input is interrupted, it may be configured to perform the tuning, or whenever a signal is input from the tuning instruction means 21, or the tuning execution it may be performed a control to switch whether. 同調制御部34は、各回転行列を用いて操作方向からマニピュレータの動作方向を算出する座標変換部35の前に構成されても、後に構成されてもかまわない。 Tuning control unit 34, be configured prior to coordinate conversion section 35 for calculating a direction of movement of the manipulator from the operation direction using the respective rotation matrix, it may be configured after.
【0052】 [0052]
次に、具体的な制御動作を図5を参照しながら説明する。 It will be described below with reference to FIG. 5 a specific control operation. 図5は手術支援装置の制御動作を示すフローチャート図である。 Figure 5 is a flow chart showing the control operation of the operation support apparatus.
【0053】 [0053]
まず、操作手段8、9の位置姿勢を周期的に検出する(ステップ40)。 First, the position and orientation of the operating means 8, 9 periodically detected (step 40). そして、前回の検出時からの位置姿勢の変化量を算出し、操作手段8、9に入力された操作指令(操作方向と操作量)を算出する(ステップ41)。 Then, to calculate the change amount of the position and orientation from the previous detection, calculates an operation instruction input to the operation unit 8 and 9 (operation direction and operation amount) (step 41). このとき算出される座標系ΣMにおける操作方向をベクトルMと呼ぶ。 The operation direction in the coordinate system ΣM calculated this time is called a vector M.
【0054】 [0054]
次いで、同調実行が指示されているかをチェックし(ステップ42)、これが指示されていない場合は、ステップ40に戻ってマニピュレータ3〜5を動作させない。 Then, it is checked whether the tuning execution has been instructed (step 42), if this is not instructed not to operate the manipulator 3-5 returns to step 40. 同調実行が指示されている場合は、位置姿勢計測手段14の計測結果情報23の変更があれば座標変換行列の更新を行なう(ステップ43)。 If the tuning execution is instructed, any changes of the measurement result information 23 of the position and orientation measurement unit 14 updates the coordinate transformation matrix (step 43).
【0055】 [0055]
次いで、最新の計測結果情報に基づいて算出された回転行列CMD、CDE、CESを用いてベクトルMを座標変換し、座標系ΣDにおけるベクトルDおよび座標系ΣSにおけるベクトルSを算出する(ステップ44)。 Then, the rotation matrix CMD calculated based on the latest measurement result information, CDE, coordinate transformation vector M with CES, it calculates a vector S in the vector D and the coordinate system ΣS in the coordinate system .SIGMA.D (Step 44) . これは同じ方向を示すベクトルをそれぞれの座標系での値に換算し、操作方向のベクトルMと同じ方向を意味する表示手段10に映される処置具11、12の動作方向ベクトルSを算出している。 This converts the vector indicating the same direction to the value of each coordinate system, calculates the moving direction vector S of the treatment instrument 11, 12 projected on the display unit 10 to mean the same direction as the operation direction of the vector M ing.
【0056】 [0056]
次いで、操作手段8、9に入力された操作量を元に、操作手段8、9とマニピュレータ4、5の間の動作量の比率等のパラメータを勘案して、実際にマニピュレータ4、5が動作する量を算出する(ステップ45)。 Then, based on the operation amount input to the operation unit 8 and 9, taking into account the parameters of the ratios, etc. of the operation amount between the operating means 8, 9 and manipulator 4,5, actually manipulator 4,5 operation the amount to be calculated (step 45).
【0057】 [0057]
最後に、これまでに算出した動作方向(座標系ΣD・ΣSにおけるベクトルD・S)と動作量に従い、表示手段10およびマニピュレータ4、5を制御する(ステップ46)。 Finally, in accordance with the operation amount (vector D · S in the coordinate system .SIGMA.D · [sigma] s) so far calculated movement direction, and controls the display unit 10 and manipulator 4,5 (Step 46).
【0058】 [0058]
算出の際に、操作手段8、9とマニピュレータ3、4の間の姿勢を元に決定した回転行列ではなく、操作手段8、9と表示手段10に表示されるマニピュレータ3、4に装備した処置具11、12の間の姿勢を元に決定した回転行列を用いるため、実際の操作方向と、表示手段10に映される動作方向が操作者から見て同一方向となる。 In the calculation, rather than the rotation matrix posture determined based on the between the operating means 8, 9 and manipulator 3 and 4 was mounted on a manipulator 3, 4 to be displayed on the operation unit 8, 9 and the display unit 10 treatments since using a rotating matrix posture determined based on the between the tool 11 and 12, the actual operation direction, operation direction that projected on the display unit 10 is the same direction as viewed from the operator.
【0059】 [0059]
以上のような手法で、治療前、治療中に各装置間の姿勢を算出することができ、ひいては各座標間の回転行列を算出することができ、表示手段10内のマニピュレータ4、5つまり表示手段10に表示されている処置具11、12の動きと操作手段8、9の動きの方向を一致させることができる。 In the manner described above, pre-treatment, it is possible to calculate the orientation between the device during the treatment, can be calculated and thus a rotation matrix between the coordinate manipulator 4,5 clogging displayed in the display unit 10 it is possible to match the direction of motion of the motion and operation means 8, 9 of the treatment instrument 11 displayed on the unit 10.
【0060】 [0060]
本手法によれば、マニピュレータ3〜5の配置および、マニピュレータ3〜5と表示手段10の配置が任意であっても、座標系ΣEから座標系ΣSへ座標変換する行列と座標系ΣDから座標系ΣEへ座標変換する行列を用いて、表示手段10に設定した座標系ΣDと、表示手段10に表示されるマニピュレータ4、5の動作方向の座標系ΣSを一致させることができる。 According to this method, the arrangement of the manipulator 3 to 5 and, be any arrangement of the manipulator 3-5 display means 10, the coordinate system from the matrix and the coordinate system ΣD coordinate transformation from the coordinate system ΣE to coordinate system ΣS using a matrix for coordinate transformation into? En, a coordinate system ΣD set to display means 10, it is possible to match the operating direction of the coordinate system ΣS of the manipulator 4, 5 displayed on the display unit 10. これにより、動作方向を表示手段10における座標系ΣDや表示手段10における上下左右奥手前など相対的な表現で処置具11、12の動作方向を示すことができる。 Thus, it is possible to indicate the operation direction of the treatment instrument 11, 12 in vertical and horizontal far forward such relative representation in the coordinate system ΣD and display means 10 of the display unit 10 the operation direction.
【0061】 [0061]
さらには、操作者はマニピュレータ3〜5の配置やマニピュレータ3〜5と操作手段8、9の相対関係、マニピュレータ4、5と観察手段6の相対関係、操作手段8、9と表示手段10の相対関係など、各手段間の位置姿勢をいっさい気にすることなく、位置姿勢計測手段14からの計測結果情報23を元に変換行列算出部24で算出した変換行列を用いて、操作手段8、9の操作方向と表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向を一致させることができる。 Furthermore, the operator relationship between the operating means 8, 9 arranged and manipulator 3-5 manipulators 3-5, the relative relationship of the manipulator 4, 5 and the observation means 6, the operating means 8 and 9 and the display unit 10 relative relationships such as, by using the position and orientation of without concern any transformation matrix calculated by the transformation matrix calculation unit 24 based on the measurement result information 23 from the position and orientation measurement unit 14 among the means, the operating means 8 and 9 it is possible to match the direction of movement of the image of the treatment instrument 11, 12 and the operation direction is displayed on the display unit 10. これにより、実際に自分の手で処置を行なっているように、表示手段10内に映る処置具11、12を動かしたい方向に操作手段8、9を操作するだけでよくなるので、各手段の配置によらず高い操作性を得ることが可能となる。 Thus, as is performed actually treated with their hands, since it is only operating the operation unit 8, 9 in the desired direction to move the treatment instrument 11, 12 appearing on the display unit 10, the arrangement of the means it is possible to obtain a high operability regardless of the.
【0062】 [0062]
さらには、画面内で処置具11、12が操作方向に一致して動作するので、細かな動きが操作者の意図通りに実現できる。 Furthermore, since the treatment tool 11, 12 on the screen to operate consistent with the operation direction, fine motion can be achieved as intended by the operator. よって、周囲の正常な組織を傷付けることなく、必要な処置を正確に、かつ迅速に行なえ、治療の効果や処置の安全性が高まる。 Thus, without damaging the surrounding normal tissue, exactly the required treatment, and quickly performed, security is enhanced effect or therapeutic treatment.
【0063】 [0063]
また、操作性の変化を気にすることなく、患者の体位や患部の位置、周囲の装置の配置の状況などに応じて、マニピュレータ3〜5や観察手段6、操作手段8、9を配置できるため、マニピュレータ3〜5や観察手段6が患部にアプローチする姿勢をより適切に調整して、治療を行なうことができる。 Further, without having to worry about the changes in the operability can position the patient's posture and affected area, depending on the conditions of the arrangement of the periphery of the device, the manipulator 3-5 and observation means 6, the operating means 8 and 9 Therefore, the manipulator 3-5 and observation means 6 is more appropriately adjust the orientation to approach the affected part, it is possible to perform treatment.
【0064】 [0064]
さらには、マニピュレータ3〜5の装備部22は、識別手段15や中間リンク部と着脱自在であるため、各手段の姿勢を検出するための機構が治療を行なう医療スタッフや周囲の医療機器の邪魔になることがなく、医師は治療に専念できる。 Furthermore, equipping sections 22 of the manipulator 3-5 are the detachable identification means 15 and the intermediate link portion, interfere with medical equipment medical personnel and surrounding mechanism performs treatment for detecting the posture of each unit it is not to become, the physician can concentrate on treatment. また、これらの部品をはずしてしまうことで、これらの部品に医療スタッフが接触して、マニピュレータや観察手段が動いてしまい、患者の身体に接触することを防止できる。 Further, by thus removing these components, in contact with medical staff in these parts, it will move the manipulator or observation means, can prevent contact with the patient's body. よって、マニピュレータを用いた手術において、治療しやすい環境を医療スタッフに提供することができる。 Thus, in operation using the manipulator, it can provide a therapeutic-friendly environment for medical staff.
【0065】 [0065]
また、観察手段6と処置具11、12の相対関係が常に算出可能であるため、術中に観察手段6を動かすことができる。 Further, since the relative relationship between the observation means 6 and the treatment instrument 11, 12 is always possible to calculate, it is possible to move the observation means 6 during surgery. 治療中に、患部が他の臓器や処置具11、12の陰になって見えにくい場合、観察手段6の姿勢を変えて、より観察しやすい姿勢に変えた場合でも、前述したのと同様に表示手段10に映るマニピュレータ4、5の動作方向と操作手段8、9の操作方向を一致させることができる。 During treatment, if the affected area is difficult to see become a shadow of other organs and the treatment instrument 11 and 12, by changing the orientation of the viewing means 6, even in the case of changing to a more easily observed attitude, in a manner similar to that described above it is possible to match the operating direction of the operating direction and the operating means 8 and 9 of the manipulator 4, 5 appearing on the display unit 10.
【0066】 [0066]
さらには、マニピュレータ3〜5を使用している最中に、各手段の配置を変えるなど、事前に計測した情報が変更される場合でも、位置姿勢計測手段14の新しい計測結果情報23に基づいて各手段間の座標変換行列が更新されるので、常に、操作手段8、9と表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向を一致するように、マニピュレータ4、5を制御することが可能である。 Furthermore, during use of the manipulator 3-5, such as changing the arrangement of the respective means, even if the information measured in advance is changed, based on the new measurement result information 23 of the position and orientation measurement unit 14 since the coordinate transformation matrix between the means is updated at all times, to match the direction of movement of the image of the treatment instrument 11 displayed on the operation unit 8, 9 and the display unit 10, controls the manipulator 4,5 it is possible to.
【0067】 [0067]
また、マニピュレータ4、5と操作手段8、9の直接の相対関係が無関係であるため、操作手段8、9を含む操作卓13を、術中に移動させたり、向きを変えたりした場合でも、表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向と操作手段8、9の操作方向は一致を保ち、術前、術中に任意に操作卓13を動かすことができる。 Further, since direct relative relation of the manipulator 4, 5 and the operating unit 8, 9 is irrelevant, a console 13 including the operation means 8, 9, or move during surgery, even when changing the orientation, the display operation direction of the operation direction and operation means 8, 9 of the image of the treatment instrument 11 displayed on the unit 10 keeps the coincidence, preoperative, can move the console 13 optionally intraoperatively. よって、他の医療機器との兼ね合いで、操作卓13を配置しやすい位置に常に移動できるため、運用上の利便性が高い。 Therefore, in view of the other medical devices, it is possible to always move to easily place the console 13 position, is highly convenient operational. また、術中に移動させてもそのまま引き続き操作可能であるため、マニピュレータ4、5と操作手段8、9の直接の相対関係を再設定するなどの手間もなく、迅速に手術を再開できる。 Further, since it is moved during the surgery also it can continue to operate, without any trouble, such as resetting a direct relative relation of the manipulator 4, 5 and the operating unit 8 and 9, it can be resumed quickly surgery.
【0068】 [0068]
これらに加えて、同調指示手段21を用いて、操作手段7〜9からの指示伝達を切ったりつないだりできることで、マニピュレータ3〜5の位置を固定したまま、操作手段7〜9の姿勢を、操作しやすい様に調整し、その後、同調を実行することで、操作しやすい姿勢から、マニピュレータ3〜5を操作し始めることができる。 In addition to these, using a tuning instruction means 21, the ability to Dari connect or cut instruction transmitted from the operation unit 7-9, while fixing the position of the manipulator 3-5, the attitude of the operating means 7 to 9, easy to operate and adjusted so, then, by executing the tuning, it can be from easy to operate attitude and begins to operate the manipulator 3-5. また、操作手段7〜9とマニピュレータ3〜5の配置が任意なので、操作開始時に表示手段10に表示される処置具11、12の姿勢と操作手段8、9の姿勢は異なることが考えられる。 Further, since any arrangement of the operation unit 7-9 and manipulator 3-5, orientation of the orientation and the operating means 8 and 9 of the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10 at operation start is considered to be different. よって、操作開始時は同調実行を切って、操作手段8、9と表示手段10に表示される処置具11、12を同じような姿勢に合わせてから、同調実行の信号を送ることで、各装置の配置が任意の場合に、表示手段10に表示される処置具11、12の映像と操作手段8、9の姿勢を合わせて操作を開始することが可能になり、操作感の向上と、より的確に操作者の意図を直感的に処置具11、12に反映させることができ、操作性の向上が図れる。 Therefore, when starting the operation to turn off the tuning execution, the treatment instrument 11 displayed on the operation unit 8, 9 and the display unit 10 by aligning the similar position, by sending a signal of the tuning execution, each If the arrangement of the apparatus of any, it is possible to start the operation to suit the orientation of the image and the operating means 8 and 9 of the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10, and the improvement of the operation feeling, more precisely the intention of the operator intuitively can reflect the treatment instrument 11 and 12, thereby improving the operability.
【0069】 [0069]
次に、識別手段15の異なる取付例を図6を参照しながら説明する。 Will be described below with reference to FIG. 6 different mounting example of the identification means 15. 図6は識別手段の異なる取付例を示す斜視図であり、図4に対応する図である。 Figure 6 is a perspective view showing a different mounting example of the identification means, which is a drawing corresponding to FIG. この取付例は、複数の回転自由度をリンクで結合し、識別手段15の動作範囲を広くした例である。 The mounting example, by coupling a plurality of rotational degrees of freedom in the link, is an example of a wide operating range of the identifying means 15.
【0070】 [0070]
結合部材151は図4の結合部材151と同一の形状である。 Coupling member 151 is the same shape as the coupling member 151 of FIG. この結合部材151に第一の延長リンク170を固定し、第一の延長リンク170と第二の延長リンク171を回転自由に組み合わせる。 The coupling member 151 of the first extension link 170 is fixed to, combined with the first extension link 170 to a second extension link 171 to rotate freely. 第二の延長リンク171の端部である組み合わせ部172はギアになっており、第一の延長リンク170に固定された第一の角度センサ173と第一の計測ギア174を介して組み合わされている。 The combination unit 172 is an end of the second extension link 171 has become a gear, they are combined via a first angle sensor 173 that is fixed to the first extension link 170 and the first measurement gear 174 there. 第二の延長リンク171のもう一方の端部は固定部材164と回転自由に組み合わされる。 The other end of the second extension link 171 are combined freely rotating and the stationary member 164. 固定部材164は図3と同様にギア部163を有する。 Similar fixing member 164 and FIG. 3 has a gear portion 163. 第二の角度センサ161が第二の延長リンク171に固定され、計測ギア162を介してギア部163と組み合わされる。 Second angle sensor 161 is fixed to the second extension link 171 is combined with the gear portion 163 via the measurement gear 162. 固定部材164には複数の発光体169が識別部材168に固定されてなる識別手段15が凹凸を嵌め合わせて固定される。 Identification means 15 in which a plurality of light emitters 169 is fixed to the identification member 168 is fixed by fitting the irregularities on the fixed member 164.
【0071】 [0071]
第二の延長リンク171の回転角度は第一の角度センサ173によって計測され、識別手段15の回転角度は第二の角度センサ161によって計測することができる。 Rotation angle of the second extension link 171 is measured by a first angle sensor 173, the rotation angle of the identification means 15 can be measured by the second angle sensor 161. これらの角度情報と、第一の延長リンク170および第二の延長リンク171の長さと、識別手段15を位置姿勢計測手段14で計測して得られる識別手段15の位置姿勢の情報を合わせて、図6に示す中間リンク部を有する識別手段15が装備された各手段の座標の向きを算出することが可能である。 The combined and these angle information, the length of the first extension link 170 and the second extension link 171, the information of the position and orientation of the identification means 15 obtained by measuring the identifying means 15 by the position and orientation measuring unit 14, identifying means 15 having an intermediate link portion shown in FIG. 6 it is possible to calculate the direction of the coordinates of each unit that is provided. 延長リンク170、171により、識別手段15の動作範囲が広がり、より広範囲で計測に適した姿勢に識別手段15の位置と向きを調整可能となる。 The extension link 170 and 171, a wider operating range of the identifying means 15, it is possible adjust the position and orientation of the identification means 15 to the position more suitable for measurement in a wide range. 識別手段15の調整範囲が広がることで、各手段の配置の自由度が広がり、より患者の体位や治療に適した配置で手術を行なうことが可能となる。 By adjusting the range of the identification means 15 is expanded, the degree of freedom spread of arrangement of the unit, it is possible to perform operation in a more arrangement suitable for Positions and treatment of patients.
【0072】 [0072]
次に、識別手段15を取付ける中間リンク部の異なる取付例を図7を参照しながら説明する。 Will be described below with reference to FIG. 7 different mounting example of an intermediate link portion mounting the identification means 15. 図7は識別手段を取付けるの中間リンク部の異なる例を示す分解斜視図である。 Figure 7 is an exploded perspective view showing another example of the intermediate link portion of attaching the identification means. 図7では、装備部22へ嵌め合わせる中間リンク部のみ図示して識別手段を省略してある。 In Figure 7, is omitted identification means shown only the intermediate link section mating the equipment unit 22. 中間リンク部に固定する識別手段は図3と同様である。 Identification means for fixing the intermediate link section is similar to FIG.
【0073】 [0073]
装備部22の凹部179と結合部175の凸部178とは嵌め合わせ可能である。 The recess 179 of the equipment 22 and the convex portion 178 of the coupling portion 175 can be fitted. 凹部179は、嵌め合わせた結合部175の回転方向の角度を一意に決定できるように、上下左右が非対称の形状をしている。 Recess 179, as can be uniquely determined the angle of the rotation direction of the coupling portion 175 fitted, vertical and horizontal are the asymmetrical shape. この凹部179の周囲には結合用磁石177が固定されており、嵌め合わされた結合部材175の固定フランジ176と磁力により固定される。 This is around the recess 179 is fixed is bonded magnet 177 is fixed by the fixing flange 176 and the magnetic force of the mated coupling members 175. 深さ方向についても、結合用磁石177と固定フランジ176とが接触する位置で一意に決定される。 For even depth direction, it is uniquely determined by the position where the coupling magnet 177 and the fixed flange 176 is in contact. 結合部材175は、他の例と同様に固定部材164を回転自由に結合させたり、図示していないが延長リンク170などを結合させたりすることなどが可能である。 Coupling member 175, or rotate freely combine the fixing member 164 as with other examples, it is possible such that although not shown or to combine such extension link 170. また、自由度を持つ部位には、これまでの例と同様、角度センサ161と計測ギア162とギア部163の組み合わせによって、回転角度が計測可能である。 Further, at a portion having a flexibility, as with the previous examples, the combination of the angle sensor 161 and the measuring gear 162 and the gear portion 163, the rotation angle can be measured. 長さ方向に並進自由度を持つリンクの場合は、距離を計測するようにセンサを構成すればよく、移動距離計測の手法は、並進動作を回転に変換して角度センサにより計測する手法や、移動距離に応じて計測ワイヤが引き出される方式のセンサや、並進型のポテンショメータ、あるいは、光学センサなどを用いる手法によって容易に実現可能である。 For links with translational freedom in the longitudinal direction, the distance may be configured sensors to measure, the moving distance measurement technique, and a technique for measuring the angle sensor and converts the translational movement to the rotating, sensor and method that measurement wire in accordance with the movement distance is withdrawn, translating potentiometer, or be easily realized by a method using a like optical sensor.
【0074】 [0074]
この取付例では、結合部材175と装備部22は磁力を用いて結合されるため、より着脱が容易であり、識別手段の着脱にかかる手間をさらに軽減することができる。 In this example of mounting, equipped portion 22 and the coupling member 175 for coupling with the magnetic force, is easier removable, can further reduce the labor required for attachment and detachment of the identification means.
【0075】 [0075]
マニピュレータ3〜5の三次元的な位置姿勢を特定する手段として、マーカーセットを用いる光学的計測手法を代表として記述したが、本発明は、三次元的な位置姿勢を特定するために、他の手法を用いてもかまわない。 As means for specifying a three-dimensional position and orientation of the manipulator 3-5 has been described an optical measuring method using marker set as a representative, the present invention is to identify the three-dimensional position and orientation, of the other You may be using the technique. 例えば、磁気センサを用いた装置も利用可能である。 For example, apparatus using a magnetic sensor are also available. 位置姿勢計測手段14が、発光体169ではなく、磁性体を識別手段15として用いる場合は、上記の識別手段15であるマーカーセットが、利用する三次元位置計測装置に適した識別手段になる。 Position and orientation measurement unit 14, the light emitter 169 rather, when a magnetic material is used as the identification means 15, marker set is identifying means 15 described above, the identification means suitable for three-dimensional position measuring device for use. 識別手段を用いて三次元空間内での位置姿勢を計測する装置であれば、同様の手法が利用可能である。 If a device that measures the position and orientation in a three-dimensional space using the identification means, similar approaches are available.
【0076】 [0076]
次に、位置姿勢計測手段14の異なる例を図8を参照しながら説明する。 Will be described below with reference to FIG. 8 another example of the position and orientation measurement unit 14. 図8は図1に示す位置姿勢計測手段の変形例を説明するための斜視図である。 Figure 8 is a perspective view for explaining a modification of the position and orientation measurement unit shown in Figure 1. この図8では、上述した識別手段15を利用した位置姿勢計測手段14ではなく、装置間の座標の傾きを計測する手法を用いた位置姿勢計測手段14について述べる。 In FIG. 8, the position and orientation measurement unit 14 using the identification means 15 described above without, describes the position and orientation measurement unit 14 using a technique of measuring the inclination of a coordinate between devices.
【0077】 [0077]
図8はマニピュレータ間を一つ以上の回転可能な関節もしくは並進動作可能な直動部を有するリンクで結合し、マニピュレータ同士の座標の回転行列を求める例である。 Figure 8 is attached a link having one or more rotatable joints or translational motion can be linear portion between the manipulator, it is an example for obtaining the rotation matrix of the coordinate of the manipulator together. マニピュレータ3とマニピュレータ4とを結合する場合を例として説明する。 A case of coupling the manipulator 3 and the manipulator 4 is described as an example.
【0078】 [0078]
マニピュレータ3の装備部22と結合させる結合部材151に第一の延長リンク170が固定される。 The first extension link 170 is fixed to the coupling member 151 for coupling the equipment unit 22 of the manipulator 3. 第一の延長リンク170と第二の延長リンク171とが回転自由に結合される。 A first extension link 170 and the second extension link 171 is free to bind rotation. 第二の延長リンク171は一端に第一の延長リンク170と嵌め合わせるギア部172を有し、第一の延長リンク170に固定される角度センサ173のギア部172が計測ギア174に噛み合わされる。 The second extension link 171 includes a gear portion 172 mating with the first extension link 170 to one end, the gear portion 172 of the angle sensor 173 fixed to the first extension link 170 is engaged with the measured gear 174 . これにより、第二の延長リンク171の第一の延長リンク170に対する回転角度が角度センサ173により計測可能となる。 Thus, the rotation angle with respect to the first extension link 170 of the second extension link 171 is possible to measure the angle sensor 173.
【0079】 [0079]
第二の延長リンク171のもう一方の端は第三の延長リンク183と回転自由に結合される。 The other end of the second extension link 171 is free to bind rotate the third extension link 183. 第三の延長リンク183は一端に第二の延長リンク171の端部180と嵌め合わせるギア部181を有し、第二の延長リンク171の端部180に固定される角度センサ189とギア部181が計測ギア182を介して組み合わされる。 The third extension link 183 includes a gear portion 181 mating with the end 180 of the second extension link 171 at one end, a second angle sensor 189 that is secured to the end 180 of the extension link 171 and the gear portion 181 There are combined via a measuring gear 182. これにより、第三の延長リンク183の第二の延長リンク171に対する回転角度が角度センサ189により計測可能となる。 Thus, the rotation angle with respect to the second extension link 171 of the third extension link 183 is possible to measure the angle sensor 189.
【0080】 [0080]
第三の延長リンク183のもう一方の端には第四の延長リンク187と回転自由に結合するギア部184を有し、第四の延長リンク187に固定される角度センサ186のギア部184が計測ギア185に噛み合わされる。 The other end of the third extension link 183 includes a gear portion 184 which rotates freely coupled and the fourth extension link 187, the gear portion 184 of the angle sensor 186 which is fixed to the fourth extension link 187 It is engaged in the measurement gear 185. これにより、第三の延長リンク183の第四の延長リンク187に対する回転角度が角度センサ186により計測可能となる。 Thus, the rotation angle with respect to the fourth extension link 187 of the third extension link 183 is possible to measure the angle sensor 186.
【0081】 [0081]
第四の延長リンク187のもう一方の端は、マニピュレータ4の装備部22に結合する結合部材188が固定されている。 The other end of the fourth extension link 187, coupling member 188 for coupling to the equipment unit 22 of the manipulator 4 is fixed.
【0082】 [0082]
マニピュレータ3と結合部材材151を結合させ、マニピュレータ4と結合部材材188を結合させると、マニピュレータ3、4同士の相対姿勢と相対距離に応じて、第一の延長リンク170と第二の延長リンク171との間の角度、および、第二の延長リンク171と第三の延長リンク183との間の角度、および、第三の延長リンク183と第四の延長リンク187との角度が変化する。 Manipulator 3 and to bind the coupling member material 151, when coupled to the manipulator 4 and the coupling member member 188, depending on the relative orientation between the manipulator 3 and 4 and the relative distance, the first extension link 170 second extension links angle between 171 and the angle between the second extension link 171 and the third extension link 183, and a third extension link 183 is the angle between the fourth extension link 187 changes. この時の各角度の値を角度センサ173、189、186によって計測できる。 The value of each angle when this can be measured by the angle sensor 173,189,186. この計測結果と、第二の延長リンク171と第三の延長リンク183の長さから、マニピュレータ3、4同士の相対姿勢を算出することが可能となる。 And this measurement result, the length of the second extension link 171 and the third extension link 183, it is possible to calculate the relative orientation between the manipulator 3 and 4. これらの値はマニピュレータの制御装置32に取り込まれ、マニピュレータ3、4の座標間の回転行列を算出し、制御において、これを利用することができる。 These values ​​are incorporated in the control unit 32 of the manipulator to calculate the rotation matrix between coordinates of the manipulator 3 and 4, in the control, this can be used.
【0083】 [0083]
マニピュレータ3、4間を結合する計測リンクを用いた位置姿勢計測手段14も計測終了とともにマニピュレータ3、4から取り外すことが可能であり、患者の周囲の空間を位置姿勢計測手段14で占有しないようにすることができる。 Position and orientation measurement unit 14 using a measuring link coupling between the manipulator 3 and 4 also can be removed from the manipulator 3 and 4 together with the end of the measurement, so as not to occupy the space around the patient in a position and orientation measurement unit 14 can do. また、治療途中に再びマニピュレータ3、4の配置を変える時は、再度、計測リンクを用いた位置姿勢計測手段14を装備部22に結合すればよい。 Further, when changing the arrangement again manipulator 3,4 during treatment, again, can be coupled to the position and orientation measurement means 14 using measured link equipment 22. マニピュレータ3、4に位置姿勢計測手段14を結合させたままでも特に邪魔にならない場合は、そのまま結合させておいてもよい。 If the unit is not to be particularly disturbing even remain bound to the position and orientation measuring unit 14 to the manipulator 3 and 4, it may be allowed to directly bond. この場合でも、治療中、マニピュレータ3、4を動かしたくなった時はいつでも配置変更が行なえ、常に最新の相対姿勢の情報を計測可能である。 Even in this case, during the treatment, carried out the placement change whenever you felt like moving the manipulator 3 and 4, it is always capable of measuring the information of the latest relative attitude.
【0084】 [0084]
図8の計測リンクを用いた位置姿勢計測手段14において、第二の延長リンク171の一端である角度センサ189を固定する端部180から第五の延長リンクを第三の延長リンクと干渉しない様に回転自由に結合させて設け、さらに第五の延長リンクから他の延長リンクと同様に垂直方向の第六の延長リンクを介して別の結合部材に結合する構成にすることも可能である。 In position and orientation measurement means 14 using measured link 8, such that the end portion 180 for fixing the one end a of the angle sensor 189 of the second extension link 171 is not the fifth extension link interferes with the third extension link rotates freely coupled to form provided, it is also possible to adopt a configuration further coupled to a fifth another binding member through the sixth extension links likewise vertical and the other of the extension link extension links to. これにより、一度に結合できるマニピュレータの数を二つから、三つに増やし、それぞれの相対姿勢を一度に計測可能になり、術中の計測の手間を軽減することが可能になる。 Thus, the number of the manipulator from the two can bind at a time, three to increase, the respective relative posture enables measurement once, it is possible to reduce the trouble of measuring the surgery. 同様の手法で、マニピュレータの装備部22と結合する部位を三つ以上に増やすことも可能である。 In a similar manner, it is possible to increase the binding site for the equipment unit 22 of the manipulator three or more.
【0085】 [0085]
計測対象から着脱自在の図8に示した計測リンクの一部を天井や手術ベッド、患者を固定するフレーム、あるいは床上を可搬することの可能な保持器に固定する構成にすることも可能である。 It is also possible to adopt a configuration for fixing a part of the measuring link shown from the measurement object in Figure 8 of the detachable roof and surgery bed frame to secure the patient or the floor to a possible cage be portable, is there. これにより、取り外した計測リンクを、術中に再び利用可能とするために、清潔区域内に保管する場所を確保することなく、マニピュレータからはずして邪魔にならない位置に移動させるだけで、術中の清潔を保ち、かつ利用したい時にすぐに再結合することが容易になる。 Thus, the measuring link removed, in order to be available during surgery again, without securing the stored location clean zone within only moved to a position out of the way removed from the manipulator, the cleanliness of the intraoperative maintain, and soon to be easy to re-bind to when you want to use. よって、手術の流れを妨げず、迅速な装置運用が可能になる。 Therefore, without disturbing the flow of the operation, allowing rapid apparatus operational.
【0086】 [0086]
図8に係わる説明では、マニピュレータ間の姿勢の相対関係を表したが、同様に、表示手段と操作手段の間の相対関係を計測することも可能である。 In the description related to FIG. 8, but showing the relative relationship of position between the manipulator, similarly, it is also possible to measure the relative relationship between the display means and manipulation means.
【0087】 [0087]
観察手段6と処置具11、12の相対距離が分かることで、表示手段10の画面上でのマニピュレータの動作量を算出することが可能になる。 Relative distance of the observation means 6 and the treatment instrument 11 that is known, it is possible to calculate the operation amount of the manipulator on the screen of the display unit 10. この動作量を操作手段8、9の操作量と合わせるように制御することも可能であるし、操作手段8、9の動作の所定の倍率の動きをマニピュレータに実施させることも制御可能である。 It is also possible to control so as to match the operation amount and the operation amount of the operation means 8 and 9, it is possible to control to implement the predetermined magnification of the movement of the operation of the operating means 8 and 9 to the manipulator. 外科医の好みや、治療の状況、手技や治療方法に応じて動作の倍率を変更すること可能であり、より操作性を向上させることができる。 Surgeon and preferences, treatment of conditions, it is possible to change the magnification of the operation in accordance with the procedure and treatment methods, it is possible to further improve the operability.
【0088】 [0088]
上述した実施例では、観察手段6を装備している装置も制御可能なマニピュレータ3であるとしたが、例えば、各関節角度を手動で調整、固定できる支持手段であってもよい。 In the embodiment described above, even devices that are equipped with observation means 6 was a controllable manipulator 3, for example, adjusting each joint angle manually, or may be fixed can support means.
【0089】 [0089]
次に、観察手段6を装備した支持手段の例を図9を参照しながら説明する。 Next, an example of equipped with support means the observation means 6 will be described with reference to FIG. 図9は図1に示す観察手段を装備した支持手段の例を示す斜視図である。 Figure 9 is a perspective view showing an example of a support means equipped with observation means shown in FIG.
【0090】 [0090]
第一の支持リンク50と第二の支持リンク51は並進可能に接続されている。 A first support link 50 and the second supporting link 51 is translatably connected. 第二の支持リンク51と第三の支持リンク53、第三の支持リンク53と第四の支持リンク55、第四の支持リンク55と第五の支持リンク57は、それぞれ回転可能な関節52、54、56で接続されている。 The second supporting link 51 and the third support link 53, the third support link 53 and the fourth supporting link 55, a fourth supporting link 55 fifth support link 57 are each rotatable joint 52, They are connected by 54 and 56. 第五の支持リンク57と第六の支持リンク59は捻じり関節58でねじり可能に接続されている。 The fifth of the support link 57 sixth support link 59 is connected to be able to twist in torsion joint 58. 第六の支持リンク59の端部60と把持部61は回転可能に接続されている。 End 60 and the grip portion 61 of the sixth supporting link 59 is rotatably connected. 把持部61は観察手段6の一部を挟み込み、あるいは、挿入して、固定することが可能である。 Gripper 61 sandwiching a part of the observation means 6, or by inserting, it is possible to fix. 図9では、把持部61の中空部に観察手段6のレンズ部62を挿入し、固定ねじ63で固定する様子を図示している。 9, hollow portion inserts the lens unit 62 of the observation means 6 of the grip portion 61, are illustrated manner of fixing by a fixing screw 63.
【0091】 [0091]
第一の支持リンク50には、識別手段15が固定されており、位置姿勢計測手段14から、支持手段の基点となる部位の位置姿勢を計測することができるようになっている。 The first supporting link 50, the identification means 15 is fixed, which is from the position and orientation measuring unit 14, to be able to measure the position and orientation of the portion which becomes the base point of the support means. 各可動部には、図8に示したような、回転角度を計測する角度センサや、並進距離を計測するリニアセンサが設けられており、可動量を計測可能である。 Each movable portion, as shown in FIG. 8, and an angle sensor for measuring a rotation angle, and the linear sensor is provided to measure the translation distance, it is possible to measure the moving amount. 各支持リンク50、51、53、55、57の長さと、センサ情報から、把持部61に固定した観察手段6の姿勢を算出することができる。 The length of each support link 50,51,53,55,57, from the sensor information, it is possible to calculate the orientation of the viewing means 6 fixed to the grip portion 61.
【0092】 [0092]
支持手段の自由度の数や機構は症例や体位などに合わせて適宜最適あるいは最小限と思われる自由度を有していればよい。 The number and mechanism of freedom of the supporting means may have a degree of freedom which seems appropriate optimal or minimal fit like cases or posture.
【0093】 [0093]
観察手段6は助手によって保持されていてもよい。 Observation means 6 may be held by the assistant. この場合、観察手段6の座標系ΣEの向きは、非接触で姿勢を検出する手法が好ましい。 In this case, the orientation of the coordinate system ΣE observation means 6, a technique for detecting the position in a non-contact preferred. 例えば、上述した実施例で示したように、姿勢を検出する識別手段15を三次元位置計測装置で常に識別手段15の向きを計測する手法を用いる。 For example, as shown in the embodiment described above, using the method of measuring the orientation of always identifying means 15 the identification means 15 for detecting the posture in a three-dimensional position measuring device. 観察手段6には識別手段15を所定の姿勢で装備する装備部22を設け、識別手段15の姿勢を常に計測しつづける。 The observation means 6 provided equipment 22 equipped with identification means 15 in a predetermined posture, continue to constantly measure the position of the identification means 15. 識別手段15の取付け姿勢は観察手段6に対して既知の姿勢となるため、座標系ΣEの向きを算出可能である。 Mounting position of the identification means 15 to become a known position with respect to the observation unit 6, it is possible to calculate the direction of the coordinate system? En. マニピュレータ4、5の座標系ΣSの向きを検出する識別手段15も同様に常に計測し、観察手段6の保持姿勢の変化に合わせて、座標系ΣEと座標系ΣSの間の回転行列を算出する。 Identifying means 15 for detecting the orientation of the coordinate system ΣS of the manipulator 4, 5 likewise constantly measured, in accordance with the change in the holding posture of the observation means 6 calculates a rotation matrix between the coordinate system ΣE and coordinate system ΣS . 回転行列を用いた制御方法は上述した説明と同様に行われる。 Control method using the rotation matrix is ​​carried out in the same manner as described above. これによって、観察手段6を人が保持した場合でも、表示手段10に映し出される処置具11、12の映像の動作方向と操作手段8、9の操作方向を合わせるようにマニピュレータ4、5を制御可能となる。 Thus, even when the observation means 6 person is held, can be controlled manipulator 4,5 to align the operating direction of the operating direction and the operating means 8 and 9 of the image of the treatment instrument 11, 12 to be displayed on the display unit 10 to become.
【0094】 [0094]
上述した実施例では、回転行列CMD、CDE、CESを用いて操作手段の操作方向と表示手段に表示される処置具11、12の映像の動作方向とを一致させる例を示したが、回転行列CDE、CESのみを用いて操作方向を座標変換するようにしてもよい。 In the embodiment described above, the rotation matrix CMD, CDE, an example is shown to match the direction of movement of the image of the treatment instrument 11 displayed on the operation direction display means of the operating means by using the CES, rotation matrix CDE, may be coordinate transformation operation direction using the CES only. この場合、表示手段10に対する操作手段8、9の操作方向は任意となり、予め操作手段に設定した規則に従い、表示手段10に表示される処置具11、12の動作方向を制御することになる。 In this case, the operation direction of the operating means 8 and 9 for the display unit 10 is arbitrary, according to the rules set in advance operation means, thereby controlling the operation direction of the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10. つまり、操作手段8、9に固定された座標系ΣMのXM方向に操作した場合は、操作手段11、12と表示手段10との間の相対的な姿勢の関係に係らず、表示手段10のXD方向に表示手段10に表示される処置具11、12を制御する。 That is, when operating in the XM direction of the coordinate system fixed ΣM the operating means 8 and 9, regardless of the relative orientation of the relationship between the display unit 10 and operation unit 11, display unit 10 controlling the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10 in the XD direction.
【0095】 [0095]
係る制御動作を図10を参照しながら説明する。 It will be described with reference to FIG. 10 a control operation according. 図10は図1の手術支援装置における図5と異なる制御動作のフローチャート図である。 Figure 10 is a flow chart of FIG. 5 differs from the control operation in the operation support apparatus of FIG.
【0096】 [0096]
この制御動作では、図5とはステップ44の処理が異なり、操作方向が意味する表示手段10に対する方向を座標変換する処理を行なう。 In this control operation, different process of step 44 from FIG. 5, a process of coordinate conversion to directions relative to the display unit 10, which means the operating direction. すなわち、図10のステップ70に具体的に示すように、ベクトルが意味する動作方向を回転行列CDE、CESを用いて座標変換し、座標系D・Sにおける処置具の動作方向ベクトルD・Sを算出するステップに変更したものである。 That is, as specifically shown in step 70 of FIG. 10, the rotation matrix CDE operation direction which means vector, and coordinate transformation with the CES, the operation direction vector D · S of the treatment instrument in the coordinate system D · S it is replaced by a step of calculating.
【0097】 [0097]
他の装置との兼ね合いで操作手段8、9や表示手段10を配置する場所が十分に確保できない場合などに、表示手段10を操作者からみて斜めの方向に設置せざるを得なくなることがあるが、このような場合には、操作手段8、9の操作方向を直接処置具11、12の映像の動作方向に一致させるよりは、操作手段8、9をどちらに操作したら、表示手段10内でどちらに処置具11、12が動作するかを予め設定した規則に従い制御したほうが、操作性が向上する場合がある。 Etc. If the location to place the operating means 8 and 9 and the display unit 10 in view of the other devices can not be sufficiently secured, there can be forced to install in an oblique direction looking at the display unit 10 from the operator but in such a case, than to match the operating direction of the control means 8, 9 in the direction of movement of the image of the direct treatment instrument 11 and 12, upon operation in either the operating means 8 and 9, the display unit 10 in better treatment tool 11, 12 is controlled according to the rules set whether to operate in advance either is, in some cases the operability is improved.
【0098】 [0098]
操作手段8、9と表示手段10との間の相対姿勢で、座標変換を行ない、操作手段8、9と表示手段10に表示される処置具11、12の映像との間で、操作方向と動作方向の一致を実現するか、あるいは、操作手段8、9と表示手段10の間で設定した規則に従い、表示手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方向を制御するかは、スイッチなどで切替え可能とすることで、手術支援装置を使用する外科医の好みにに合わせて、あるいは、操作卓13周囲の広さなどの状況に応じてより的確に選択可能となり、より的確で操作性の高い治療を実現することが可能となる。 In relative orientation between the operating means 8 and 9 and the display unit 10, performs coordinate transformation, in between the video of the treatment instrument 11 displayed on the operation unit 8, 9 and the display unit 10, the operation direction or to achieve a match operation direction, or in accordance with the rules set in between the operating means 8 and 9 and the display unit 10, is either controlling the moving direction of the image of the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10 , that it allows changeover switch or the like, according to the surgeon's preference for using the operation support device, or be more accurately selected depending on circumstances such as the console 13 wide ambient, a more accurate it is possible to achieve high operability treatment.
【0099】 [0099]
次に、表示手段と操作手段との配置構成の変形例を図11を参照しながら説明する。 It will be described below with reference to FIG. 11 a variation of the arrangement of the display means and the operating means. 図11は表示手段と操作手段とを一体に配置した例の斜視図である。 Figure 11 is a perspective view of the example in which integrated a display part and an operation part. この図11では、表示手段10の左右に二つの操作手段8、9を配置し、操作方向が表示手段10に表示される処置具をどちらに動作させるかを操作手段8、9に予め設定している。 In FIG. 11, arranged two operating means 8 and 9 on the left and right of the display unit 10, previously set whether to operate in either a treatment tool operation direction is displayed on the display unit 10 on the operation unit 8 and 9 ing.
【0100】 [0100]
表示装置10の左右に操作手段8、9が表示装置10と一体で構成されている。 Operating means 8 and 9 on the left and right are configured integrally with the display device 10 of the display device 10. 操作手段8、9は複数の方向支持ボタンからなる。 Operating means 8, 9 comprises a plurality of directions support button. 上ボタン73を押すと、表示手段上方を示す方向支持マーク80の方向へ処置具12が動作し、右ボタン74を押すと、表示手段右を示す方向支持マーク81の方向へ処置具12が動作し、下ボタン75を押すと、表示手段下方を示す方向支持マーク82の方向へ処置具12が動作し、左ボタン76を押すと、表示手段左を示す方向支持マーク83の方向へ処置具12が動作する。 Pressing the upper button 73, operate the surgical instrument 12 is in the direction of the direction supporting the mark 80 indicating the display unit upwards, pressing the right button 74, the treatment instrument 12 is operated in the direction of the direction supporting the mark 81 indicating the display means right and, pressing the down button 75, operate the surgical instrument 12 is in the direction of the direction supporting the mark 82 indicating the display unit downward, pressing the left button 76, the treatment instrument 12 in the direction of the direction supporting the mark 83 indicating the display means left but to work. 奥ボタン77を押すと、表示手段の奥方向へ処置具12が動作し、手前ボタン78を押すと、表示手段の手前方向へ処置具12が動作する。 Pressing the back button 77, the treatment instrument 12 is operated to the depth direction of the display unit, press the forward button 78, the treatment instrument 12 is operated toward the front direction of the display unit. 把持ボタン79を押すと、処置具12は先端の把持部が閉じる。 Pressing the gripping button 79, the treatment instrument 12 is gripped portion of the tip closes. このように、処置具11、12と同様の動作が出来ない操作手段8、9を用いて、操作手段8、9の操作と、それが意味する、表示された処置具11、12の動作とを一対一で所定の規則で対応づけすることで、表示手段10に表示された処置具11、12を、任意に配置された観察手段6とマニピュレータ4、5の相対姿勢によらず、常に同一の操作性を実現することができる。 Thus, by using the operating means 8 and 9 can not be the same operation as the treatment instrument 11, operations and operating means 8 and 9, it means, the operation of the treatment instrument 11 displayed the by associating a predetermined rule in one-to-one, the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10, regardless of the relative orientation of the viewing means 6 and manipulator 4,5 arranged arbitrarily, always the same it can be achieved in operability.
【0101】 [0101]
以上述べた実施例によれば、治療に必要な観察手段6、処置具11、12、観察手段6からの情報を提示する表示手段10、処置具11、12の位置姿勢を操作する操作手段8、9のそれぞれの配置を、操作者の希望に合わせた任意の位置に配置することができ、かつ、その任意の配置状態にもかかわらず、表示手段10に表示される処置具11、12の動作方向を、操作手段8、9の操作方向に一致させる様に制御することが可能になり、常に同一の操作性を得られ、さらに、操作方向と画面内の動作方向が一致するので、操作者が直接処置具11、12を把持して操作しているようなより快適な操作性が得られる。 According to the embodiment described above, the operation unit 8 for operating the position and orientation of the display unit 10, the treatment instrument 11, 12 for presenting information from the observation means 6, the treatment instrument 11, the observation means 6 needed for treatment the respective arrangement of 9, can be placed in any position to suit the desired operator, and, despite its arbitrary arrangement, the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10 the operating direction, it is possible to control so as to match the operation direction of the operating means 8 and 9, always give the same operation, yet, since the operation direction of the operation direction and the screen matches the operation 's comfortable operation is obtained from such as that operated by grasping the direct treatment tool 11, 12. また、それぞれ独立した各手段は、治療に最適な姿勢へと配置する自由度が高く、治療中は医療スタッフの邪魔になることもなく、複数のマニピュレータを用いるような治療においても、より作業しやすい環境を提供することができる。 Each unit was independently has high degree of freedom in arrangement to an optimal position for treatment, during treatment without even impede medical staff, in the treatment, such as using a plurality of manipulators, more work it is possible to provide an easy environment.
【0102】 [0102]
また、表示手段10に表示される処置具11、12の動作方向を、表示手段10と操作手段8、9の相対的な姿勢の関係に係らず、予め決められた対応を元に指示できるので、操作者がより操作しやすい配置に操作手段8、9と表示手段10を配置して治療を行なうことができる。 Further, the operation direction of the treatment instrument 11 displayed on the display unit 10, regardless of the relationship between the relative posture of the display unit 10 and the operating means 8 and 9, it is possible to instruct based on the correspondence determined in advance , can be performed treated by placing operating means 8 and 9 and the display unit 10 to the operator is more maneuverable place. よって、操作者の事情で、画面を脇において、斜めに見ながら操作を行なう場合でも、操作手段8、9を正面において操作を行なう場合でも同一の操作性で処置具11、12を操作可能となるので、操作手段8、9の操作と表示手段10に対する処置具11、12の動作が常に同一に保たれる。 Thus, in circumstances of the operator, the side screens, even when performing an operation while looking at an angle, and can operate the treatment tool 11, 12 at the same operability even when performing the operation of the operating means 8 and 9 in a front since, the operation of the treatment tool 11, 12 on the operation display means 10 of the operating means 8 and 9 are always kept the same. これにより、操作者は操作に慣れやすく、より的確に治療動作に対するの意志を正確に反映させた治療が可能になる。 Thus, the operator easily become familiar with, allowing the will was accurately reflect treatment of for more accurately therapeutic action.
【0103】 [0103]
このように、より的確に意志を反映させやすい環境を提供できることから、治療の正確さ、緻密さを向上させ、ひいては治療効果の向上と低侵襲化が期待できる。 Thus, because it can provide a more accurate and easy to reflect the will environment, treatment accuracy, improve denseness, it is expected to improve the minimally invasive of the thus therapeutic effects.
【0104】 [0104]
まとめとして、本発明に係わる構成に関して以下の事項を開示する。 In summary, it discloses the following matters concerning structure according to the present invention.
【0105】 [0105]
任意に配置された内視鏡などの観察手段と、処置具を有するマニピュレータと、モニタなどの表示手段とマニピュレータを操作する操作手段が任意に配置された環境で、操作手段を操作する方向と表示手段に映る処置具が動く方向とを一致するよう制御する構成とする。 Display and observation means such as an endoscope, which is arranged in an arbitrary, a manipulator having a treatment instrument, an environment in which operation means is arbitrarily arranged to operate the display means and manipulators, such as a monitor, a direction of operating the operating means a configuration for controlling so as to coincide with the direction in which the treatment tool is moved reflected in the unit.
【0106】 [0106]
また、操作手段の操作方向と、表示手段に映る処置具の動く方向とを、予め設定した対応関係で一致させるように構成する。 Further, the operating direction of the operating means, and a direction of movement of the treatment tool appearing on the display unit, configured to match the corresponding relation set in advance.
【0107】 [0107]
さらには、保持手段によって保持された観察手段と、観察手段を保持する保持手段から独立した観察手段に観察されるマニピュレータのそれぞれに、観察手段とマニピュレータの姿勢を計測可能な識別手段を着脱自在に装備し、この識別手段を介して観察手段とマニピュレータの姿勢を計測して得られる観察手段とマニピュレータの間の姿勢を一致させる回転行列を算出し、操作手段に入力された操作方向に回転行列を用いて変換した方向にマニピュレータを動作させる制御系を有する構成とする。 Furthermore, the observation means is held by the holding means, to each of the manipulators to be observed in a separate observation means from the holding means for holding the observation means, the orientation of the viewing means and the manipulator detachably the measurable identification means equipped, the posture of the observation means and the manipulator via the identification means calculates a rotation matrix to match the attitude between the observation means and a manipulator which is obtained by measuring the rotation matrix has been operating direction input to the operation means configured to have a control system for operating the manipulator converted direction using.
【0108】 [0108]
さらには、識別手段と観察手段もしくはマニピュレータとの間に、一つ以上の自由度と、自由度の変位量を計測する変位量計測手段を有し、識別手段を解して得られる位置姿勢と変位量計測手段の計測量から、観察手段もしくはマニピュレータの間の姿勢を一致させる回転行列を算出し、操作手段に入力された操作方向に回転行列を用いて変換した方向にマニピュレータを動作させる制御系を有する構成とする。 Furthermore, between the observation means or manipulator with identification means, and one or more degrees of freedom, comprising a displacement measuring means for measuring a displacement amount of freedom, and the position and orientation obtained construed identification means from the measured amount of displacement measuring means, calculates a rotation matrix to match the orientation between the viewing means or manipulator control system to operate the manipulator converted direction using a rotation matrix to have been operating direction input to the operation means configured to have a.
【0109】 [0109]
さらには、周期的に、あるいはマニピュレータもしくは観察手段を保持する保持手段もしくは表示手段もしくは操作手段の配置が変更された場合に、回転行列を再計算し、再計算した回転行列を用いて、マニピュレータの動作方向を算出する制御装置を有する構成とする。 Further, if the arrangement of the holding means or the display means or operating means for holding the periodically or manipulator or observation means, is changed by using a rotation matrix recalculates, recalculated rotation matrix, the manipulator a structure having a control unit for calculating the operating direction.
【0110】 [0110]
さらには、マニピュレータの座標系と、観察手段の先端の座標系を関係づける座標変換行列と、観察手段の座標系と表示手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列と、表示手段に固定された座標系と操作手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列を持ち、操作入力された動作指示を順次座標変換してマニピュレータの動作方向と動作量を求めるよう制御する構成とする。 Furthermore, the coordinate system of the manipulator, the coordinate transformation matrix relating the coordinate system of the distal end of the observation means, a coordinate transformation matrix relating the coordinate system fixed to the coordinate system and the display means of the observation unit, fixed to the display means Waxy coordinate system and operating means which is fixed to the coordinate transformation matrix relating the coordinate system, sequentially coordinate transformation operation instruction is an operation input and configured to control so as to determine the operation direction and the operation amount of the manipulator.
【0111】 [0111]
さらには、マニピュレータ先端の処置具の座標系と、マニピュレータを観察する観察手段の座標系を関係づける座標変換行列と、観察手段の先端の座標系と表示手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列と、表示手段に固定された座標系と操作手段の把持部に固定された座標系が予め設定した対応関係をもち、操作入力された動作指示を表示手段と観察手段の間の座標変換行列と観察手段と処置具の間の座標変換行列とで順次座標変換してマニピュレータ先端の動作方向と動作量を求めるよう制御する構成とする。 Furthermore, the coordinate system of the manipulator tip of the treatment tool, the coordinates relating the coordinate transformation matrix relating the coordinate system of the observation unit, a coordinate system fixed to the coordinate system and the display means of the tip of the observation means for observing the manipulator a transformation matrix, have a relationship that the fixed coordinate system preset on the grip portion fixed coordinate system and operating means on the display means, a coordinate transformation between the display means and observation means an operation instruction is an operation input matrix and converted sequentially coordinates the observation means and the coordinate transformation matrix between the treatment instrument is configured to control so as to determine the operation direction and the operation amount of the manipulator tip.
【0112】 [0112]
さらには、マニピュレータ先端の処置具の姿勢とマニピュレータ先端を観察する観察手段の姿勢と表示手段の姿勢と操作手段の姿勢を計測する位置姿勢計測手段をもち、処置具を装備するマニピュレータの姿勢と観察手段を装備するマニピュレータの姿勢との間の相対的な姿勢のずれと、観察手段の姿勢と表示手段の姿勢における、観察手段のレンズに垂直な軸と、表示手段の表示面に垂直な軸とを一致させたときの、レンズに水平な面内の二軸と表示手段画面に水平な面内の二軸のずれと、表示手段の姿勢と操作手段の把持部の姿勢のずれとから算出される座標変換行列を持ち、操作手段になされた操作方向を座標変換行列で変換した値にしたがって、マニピュレータが動作する手術支援装置を用いる構成とする。 Furthermore, having a position and orientation measurement means for measuring the orientation of the orientation and operating means of the attitude display means of the observation means for observing the attitude and manipulator tip of the manipulator tip of the treatment tool, observation and posture of the manipulator equipped with a treatment instrument and the deviation of the relative posture between the posture of the manipulator equipped with means, in the orientation of the orientation and the display means of the observation unit, the axis perpendicular to the lens of the observation means, and an axis perpendicular to the display surface of the display means when matched to a deviation of the two axes in the horizontal plane biaxial display means screens in a horizontal plane to the lens is calculated from the deviation of the posture of the grip portion of the posture and the operation means of the display means that has a coordinate transformation matrix, according to the value obtained by converting the operation direction has been made on the operation unit by the coordinate transformation matrix, a configuration using the operation support apparatus manipulator operates.
【0113】 [0113]
さらには、マニピュレータや表示手段、操作手段の姿勢を位置姿勢計測手段を用いて計測する際に、計測対象にとりつける識別手段において、計測対象の所定の位置姿勢に着脱自在に固定できるように、計測対象に非対称な凹凸からなる装備部と、これにはめあわせて位置と姿勢を一意に決定できる凹凸を有する識別手段を用いる構成とする。 Furthermore, the manipulator or the display means, when measured using the position and orientation measurement means the attitude of the operating means, in the identification means attaching the measurement object, as can be detachably fixed to a predetermined position and orientation of the measurement target, the measurement and equipping sections consisting of asymmetric irregularities on the subject, including a configuration using an identification means having an irregular to uniquely determine the position and posture Meawase. そして、装備部と識別手段の間に、一つ以上の自由度を有する延長リンクを設ける構成とする。 Between the equipment unit and the identification unit, the configuration of providing the extension links having one or more degrees of freedom.
【0114】 [0114]
さらには、着脱自在で複数の関節を有し、計測対象に対して位置姿勢を一意に決定できる凹凸からなる結合手段を有し、各関節の移動量を計測するためのセンサを有する計測リンクで、各計測対象を着脱自在に結合する構成とする。 Furthermore, having a freely plurality of joints detachable, has a coupling means consisting of irregularities which can uniquely determine the position and orientation relative to the measurement object, the measurement links with sensors for measuring the amount of movement of each joint , a structure for removably coupling each target object.
【0116】 [0116]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
発明によれば、マニピュレータおよび操作手段を任意の場所に配置しても表示手段を見ながら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性および操作性に優れた手術支援装置を得ることができる。 According to the present invention, even when the manipulator and operating means placed anywhere easily operate the operation means while watching the display means, safety is possible to obtain an excellent operation support apparatus workability and operability it can.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施例を示す手術支援装置の斜視図である。 1 is a perspective view of the surgical support apparatus showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1の手術支援装置の制御ブロック図である。 2 is a control block diagram of the operation support apparatus of FIG.
【図3】図1の手術支援装置の処置具および観察手段の座標系の説明図である。 3 is an explanatory view of a coordinate system of the treatment instrument and the observation means of the operation support apparatus of FIG.
【図4】図1の手術支援装置の識別手段の取付例を示す分解斜視図である。 It is an exploded perspective view showing a mounting example of the identification means of the operation support apparatus of FIG. 1;
【図5】図1の手術支援装置の制御動作を示すフローチャート図である。 5 is a flowchart showing the control operation of the operation support apparatus of FIG.
【図6】図1の手術支援装置の識別手段の異なる取付例を示す斜視図である。 6 is a perspective view showing a different mounting example of the identification means of the operation support apparatus of FIG.
【図7】図1の手術支援装置の識別手段を取付けるの中間リンク部の異なる例を示す分解斜視図である。 7 is an exploded perspective view showing another example of the intermediate link portion of attaching the identification means of the operation support apparatus of FIG.
【図8】図1に示す位置姿勢計測手段の変形例を説明するための斜視図である。 8 is a perspective view for explaining a modification of the position and orientation measurement unit shown in Figure 1.
【図9】図1に示す観察手段を装備した支持手段の例を示す斜視図である。 9 is a perspective view showing an example of a support means equipped with observation means shown in FIG.
【図10】図1の手術支援装置における図5と異なる制御動作のフローチャート図である。 10 is a flow chart of FIG. 5 differs from the control operation in the operation support apparatus of FIG.
【図11】図1に示す表示手段および操作手段の変形例の斜視図である。 11 is a perspective view of a modification of the display means and operating means shown in Figure 1.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1…患者、2…手術ベッド、3〜5…マニピュレータ、6…観察手段、8…操作手段、9…操作手段、10…表示手段、11、12…処置具、13…操作卓、14…位置姿勢計測手段、15…識別手段(マーカーセット)、17…マニピュレータの座標系、18…表示手段の座標系、19…観察手段の座標系、20…操作手段の座標系、21…同調指示手段、22…装備部、25…処置具に投影したマニピュレータの座標系、26…処置具に投影した観察手段の座標系、32…制御装置。 1 ... patients, 2 ... surgical beds, 3-5 ... manipulator, 6 ... observation means, 8 ... operation unit, 9 ... operation unit, 10 ... display unit, 11, 12 ... treatment instrument 13 ... console, 14 ... position orientation measurement unit, 15 ... identifying means (marker set), 17 ... manipulator coordinate system, 18 ... display unit of the coordinate system, 19 ... observation means of the coordinate system, 20 ... operation unit of the coordinate system, 21 ... tuning instruction means, 22 ... equipment unit, 25 ... coordinate system of the manipulator projected to the treatment instrument, 26 ... coordinate system of the observation device that is projected on the treatment instrument, 32 ... control unit.

Claims (2)

  1. 操作者が操作指令を入力するために操作する操作手段と、 And operating means for operating for an operator to input an operation command,
    処置具が設けられ且つ制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、 A manipulator that operates on the basis of and the control command is provided a treatment instrument,
    前記マニピュレータの動作を観察する観察手段と、 And observation means for observing the operation of the manipulator,
    前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を画面に表示する表示手段と、 Display means for displaying an image of the manipulator observed by the observation means on a screen,
    前記操作手段および前記マニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、 A position and orientation measurement means for measuring the position and orientation of said operating means and said manipulator,
    前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた手術支援装置において、 A surgical support apparatus comprising a controller for controlling the operation of the manipulator,
    前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令前記位置姿勢計測手段で計測された前記操作手段前記マニピュレータおよび前記観察手段それぞれの動作の基点となる位置を原点とした座標系で表す位置姿勢に基づいて、前記操作手段の操作方向と前記観察手段で観察されて前記表示手段に表示されマニピュレータの処置具の映像の動作方向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有することを特徴とする手術支援装置。 The control device, the operating means that is measured by the inputted operation instruction and at the operating means the position and orientation measurement unit, a coordinate system whose origin is a base point and a position of each operation of the manipulator and the observation means based on the position and orientation representing a conversion unit for generating a control command to match the operation direction of the operation direction and the image of the treatment instrument manipulator displayed on the display means is observed by the observation means of said operating means surgery supporting system characterized in that it comprises.
  2. 請求項1において、前記制御装置は、前記マニピュレータを観察する観察手段の姿勢を前記観察手段に観察される前記マニピュレータの姿勢に一致させる座標変換行列を有し、操作手段に入力される操作方向と前記座標変換行列とから前記観察手段で観察されるマニピュレータの処置具の動作方向を算出する算出部を有することを特徴とする手術支援装置。 Oite to claim 1, wherein the control device has a coordinate transformation matrix for matching the orientation of the viewing means for observing said manipulator on the attitude of the manipulator observed in the observation means, is input to the operation unit operation surgery supporting system characterized in that it comprises a calculation unit for calculating a moving direction of the treatment tool of the manipulator observed by the observation means from said and orientation transformation matrix.
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