JP5192898B2

JP5192898B2 - マニピュレータシステム

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Publication number: JP5192898B2
Application number: JP2008116078A
Authority: JP
Inventors: 公彦内藤; 康弘岡本; 和夫萬壽
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: JP2009262291A

Description

本発明は、マニピュレータシステムに関する。

特許文献１及び２には、マニピュレータシステムが開示されている。

特許文献１には、マニピュレータとして、電動処置具が開示されている。電動処置具は体腔内に挿入される細長い挿入部を有し、挿入部では、一対の鉗子片、湾曲作動される湾曲部、挿入パイプが先端側から基端側へと連設されている。挿入部の基端部には駆動部が連結されており、駆動部にはジョイスティックが配設されている。また、駆動部はコントローラに接続されている。ジョイスティックを操作することにより、コントローラによって駆動部が制御され、駆動部により湾曲部が湾曲作動されて、一対の鉗子片が移動される。

特許文献２には、電動湾曲内視鏡装置が開示されている。電動湾曲内視鏡装置の内視鏡は体腔内に挿入される細長い挿入部を有し、挿入部の先端部には湾曲部が配設されている。挿入部の基端部には駆動ユニットが連結されており、駆動ユニットはユニバーサルコードを介してコントロールユニットに接続されている。コントロールユニットには接続コードを介して操作部が接続されており、操作部にはジョイスティックが配設されている。ジョイスティックを操作することにより、コントロールユニットによって駆動ユニットが制御され、駆動ユニットにより湾曲部が湾曲作動されて、内視鏡の先端部が移動される。

一方、特許文献３には、ロボットシステムが開示されている。

特許文献３のロボットシステムでは、ロボット機構部のロボット制御装置にオペレーションボックスが接続されており、オペレーションボックスにはロボット教示操作盤が接続されている。ロボット教示操作盤にはタッチパネルが配設されている。タッチパネルに指で触れることにより教示点が指定され、ロボット機構部が教示点まで移動される。また、タッチパネルに触れた状態で指を移動させることにより、教示点を移動させて、教示点の移動に追従させてロボット機構部を移動させることも可能である。
特開平８−２２４２４１号公報特開２００７−１８５３８５号公報特開平９−８５６５５号公報

特許文献１及び２のマニピュレータシステムでは、ジョイスティックを操作することにより一対の鉗子片、内視鏡の先端部を移動させているため、微細な移動操作が困難となっている。

特許文献３のロボットシステムでは、タッチパネルを操作することによりロボット機構部を移動させているが、特に微細な移動操作を行っているわけではない。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操作性の向上されているマニピュレータシステムを提供することである。

本発明の第１実施態様では、マニピュレータシステムは、処置部を移動させる移動機構を有するマニピュレータと、前記処置部の観察画像を表示する表示部と、前記処置部を移動させるための操作入力が可能な入力面を有する操作入力部と、前記操作入力部を前記入力面と直交する軸方向に移動自在に支持する移動支持機構と、前記入力面と直交する軸方向に対する前記操作入力部の位置を検出する検知部と、前記操作入力部による前記入力面への操作入力に応じて前記処置部を移動させると共に、前記検知部による前記操作入力部の位置の検知結果に基づいて、前記観察画像において前記観察画像に直交する方向に前記処置部を移動させるように前記移動機構を制御する制御装置と、を具備することを特徴とする。

本発明の第２実施態様では、マニピュレータシステムは、前記操作入力部は、前記処置部を微動させるための操作入力が可能な微動操作装置であって、感圧面部を有し、前記感圧面部は前記感圧面部への圧力負荷位置を検知可能である、微動操作装置を有することを特徴とする。

本発明の第３実施態様では、マニピュレータシステムは、前記処置部を粗動させるための操作入力が可能な粗動操作装置を有することを特徴とする。

本発明の第４実施態様では、マニピュレータシステムは、内視鏡を有し、前記表示部は、前記内視鏡により得られた観察画像を表示する、ことを特徴とする。

本発明の第１実施態様のマニピュレータシステムでは、感圧面部を感圧面部に直交する方向に移動させることにより、感圧面部の移動に追従して被操作部が観察画像において観察画像に直交する方向に移動されるようになっているため、被操作部を三次元的に操作することができ、被操作部の移動操作を直感的に行うことが可能となっている。

以下、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図４は、本発明の第１実施形態を示す。

図１及び図２を参照し、医療用マニピュレータシステムの概略構成について説明する。

医療用マニピュレータシステムでは、内視鏡保持装置２１によって能動内視鏡２２が移動固定可能に保持されている。内視鏡２２は体腔内に挿入される細長い内視鏡挿入部２３ａを有する。内視鏡挿入部２３ａでは、先端硬性部２４、湾曲作動される内視鏡湾曲部２６ａ、長尺で可撓性を有する内視鏡可撓管部２７ａが先端側から基端側へと連設されている。内視鏡挿入部２３ａの基端部には内視鏡駆動ユニット２８ａが連結されている。内視鏡駆動ユニット２８ａからユニバーサルケーブル２９が延出されており、ユニバーサルケーブル２９は光源装置３１及びビデオプロセッサ３２に接続されている。光源装置３１で生成された照明光は、内視鏡２２に挿通されているライトガイドを導光されて、先端硬性部２４内の照明光学系から観察対象へと照射される。先端硬性部２４内にはズーム機構３０を有する撮像ユニット２５が配設されており、撮像ユニット２５によって観察像が撮像されて、画像信号が生成される。画像信号は、内視鏡２２に挿通されている撮像ケーブルを伝送されて、ビデオプロセッサ３２に出力される。ビデオプロセッサ３２は表示部としての表示画面３３に観察画像を表示させる。また、内視鏡湾曲部２６ａを湾曲作動させるための内視鏡アングルワイヤが内視鏡湾曲部２６ａから内視鏡挿入部２３ａに挿通されて内視鏡駆動ユニット２８ａ内に導入され、内視鏡駆動ユニット２８ａ内の内視鏡駆動部３６ａに接続されている。内視鏡駆動部３６ａによって内視鏡アングルワイヤを進退させることにより、内視鏡湾曲部２６ａが湾曲作動される。また、内視鏡駆動部３６ａによって、内視鏡挿入部２３ａが内視鏡挿入部２３ａの長手軸方向に進退作動される。

内視鏡駆動ユニット２８ａは、内視鏡保持装置２１に配設されている制御装置としての制御ユニット３７に接続されている。制御ユニット３７にはジョイスティック型操作装置３８が接続されている。ジョイスティック型操作装置３８には、内視鏡２２の先端部を移動させるための移動用ジョイスティック３９ａ、観察画像のズームを調節するためのズーム用ジョイスティック３９ｂが配設されている。移動用ジョイスティック３９ａを操作することにより、制御ユニット３７内の内視鏡制御部４１ａによって内視鏡駆動ユニット２８ａ内の内視鏡駆動部３６ａが制御され、内視鏡駆動部３６ａによって内視鏡挿入部２３ａが進退作動され、内視鏡湾曲部２６ａが湾曲作動されて、内視鏡２２の先端部が移動される。また、ズーム用ジョイスティック３９ｂを操作することにより、内視鏡制御部４１ａによって先端硬性部２４内の撮像ユニット２５のズーム機構３０が作動され、観察画像のズームが変化される。

内視鏡挿入部２３ａには、鉗子マニピュレータ４２ｃ、処置具マニピュレータ４２ｄを挿通するための鉗子チャンネル、処置具チャンネルが全長にわたって延設されている。鉗子チャンネル、処置具チャンネルの先端部は、先端硬性部２４において開口して、鉗子突出口、処置具突出口を形成している。鉗子チャンネル、処置具チャンネルの基端部は、内視鏡挿入部２３ａの基端部に配設されている鉗子口金、処置具口金に接続されている。

医療用マニピュレータシステムの鉗子マニピュレータ４２ｃは、体腔内に挿入される鉗子挿入部２３ｃを有する。鉗子挿入部２３ｃでは、開閉作動されて生体組織を把持する把持部４４、湾曲作動される鉗子湾曲部２６ｃ、長尺で可撓性を有する鉗子可撓管部２７ｃが先端側から基端側へと連設されている。鉗子挿入部２３ｃは内視鏡２２の鉗子チャンネルに挿通されており、鉗子挿入部２３ｃの先端部は内視鏡２２の先端硬性部２４の鉗子突出口から突没自在である。鉗子挿入部２３ｃの基端部は、内視鏡保持装置２１に配設されている鉗子駆動ユニット２８ｃに連結されている。また、把持部４４を開閉作動させるための鉗子操作ワイヤ、鉗子湾曲部２６ｃを湾曲作動させるための鉗子アングルワイヤが、夫々、把持部４４、鉗子湾曲部２６ｃから鉗子挿入部２３ｃに挿通されて鉗子駆動ユニット２８ｃ内に導入され、鉗子駆動ユニット２８ｃ内の鉗子駆動部３６ｃに接続されている。鉗子駆動部３６ｃによって鉗子操作ワイヤ、鉗子アングルワイヤを進退させることにより、把持部４４が開閉作動され、鉗子湾曲部２６ｃが湾曲作動される。また、鉗子駆動部３６ｃによって、鉗子挿入部２３ｃが鉗子挿入部２３ｃの長手軸方向に進退作動される。鉗子駆動ユニット２８ｃは制御ユニット３７に接続されている。

また、医療用マニピュレータシステムの処置具マニピュレータ４２ｄは、体腔内に挿入される処置具挿入部２３ｄを有する。処置具挿入部２３ｄでは、高周波電流を通電されて生体組織に当接され、生体組織を切開する電極部４６、並びに、鉗子湾曲部２６ｃ、鉗子可撓管部２７ｃと同様な処置具湾曲部２６ｄ、処置具可撓管部２７ｄが先端側から基端側へと連設されている。処置具挿入部２３ｄは処置具チャンネルに挿通されており、処置具挿入部２３ｄの先端部は処置具突出口から突没自在である。また、処置具挿入部２３ｄの基端部は内視鏡保持装置２１に配設されている処置具駆動ユニット２８ｄに連結されている。処置具挿入部２３ｄの基端部から処置具シース４７が延出されており、処置具シース４７の基端部には処置具操作部４５が連結されている。また、電極部４６に高周波電流を通電するための通電ワイヤが、電極部４６から処置具挿入部２３ｄ、処置具シース４７に挿通されて、処置具操作部４５へと導入されている。処置具操作部４５には電気接点部４８が突設されており、通電ワイヤの基端部は電気接点部４８の内端部に電気的に接続されている。電気接点部４８は、電気ケーブル４９を介して、高周波出力装置５１に接続されている。高周波出力装置５１には、フットスイッチ５０が接続されている。フットスイッチ５０を押下操作することにより、高周波出力装置５１から、電気ケーブル４９、電気接点部４８、通電ワイヤを介して、電極部４６に高周波電流が通電される。また、処置具湾曲部２６ｄを湾曲作動させるための処置具アングルワイヤが、処置具湾曲部２６ｄから処置具挿入部２３ｄに挿通されて処置具駆動ユニット２８ｄ内に導入され、処置具駆動ユニット２８ｄ内の移動機構としての処置具駆動部３６ｄに接続されている。処置具駆動部３６ｄによって処置具アングルワイヤを進退操作することにより、処置具湾曲部２６ｄが湾曲作動される。また、処置具駆動部３６ｄによって、処置具挿入部２３ｄが処置具挿入部２３ｄの長手軸方向に進退作動される。処置具駆動ユニット２８ｄは制御ユニット３７に接続されている。

制御ユニット３７には、粗動操作装置としてのアーム型操作装置５３が接続されている。アーム型操作装置５３は、鉗子マニピュレータ４２ｃ、処置具マニピュレータ４２ｄと同様な自由度を有する鉗子マスターアーム５４ｃ、処置具マスターアーム５４ｄを有する。鉗子マスターアーム５４ｃへの操作入力に追従して、制御ユニット３７内の鉗子制御部４１ｃによって鉗子駆動ユニット２８ｃ内の鉗子駆動部３６ｃが制御され、鉗子駆動部３６ｃによって鉗子挿入部２３ｃが進退作動され、鉗子湾曲部２６ｃが湾曲作動されて、把持部４４が移動されると共に、把持部４４が開閉される。また、処置具マスターアーム５４ｄへの操作入力に追従して、制御ユニット３７内の処置具制御部４１ｄによって処置具駆動ユニット２８ｄ内の処置具駆動部３６ｄが制御され、処置具駆動部３６ｄによって処置具挿入部２３ｄが進退作動され、処置具湾曲部２６ｄが湾曲作動されて、電極部４６が移動される。

さらに、制御ユニット３７には、微動操作装置としてのタッチパッド型操作装置５６が接続されている。タッチパッド型操作装置５６では、支柱部５７が床等に立置され、鉛直方向に延びている。支柱部５７の頂部に操作盤５８が連結されており、操作盤５８の頂面に感圧面部としてのタッチパッド５９が載設されている。タッチパッド５９への操作入力に追従して、処置具制御部４１ｄによって処置具駆動部３６ｄが制御され、処置具駆動部３６ｄによって処置具挿入部２３ｄが進退作動され、処置具湾曲部２６ｄが湾曲作動されて、電極部４６が移動される。

また、制御ユニット３７には、各種演算処理を行うパーソナルコンピュータ６１が接続されている。

図３及び図４を参照して、タッチパッド型操作装置５６による処置具マニピュレータ４２ｄの微動操作について詳細に説明する。

タッチパッド型操作装置５６のタッチパッド５９について、入力座標系を定義する。即ち、タッチパッド５９において、術者と対面した場合に、左右方向の右向きとなる方向をＸ軸方向の正の向きとし、左右方向に対して上下方向の上向きとなる方向をＹ軸方向の正の向きとし、タッチパッド５９に直交する方向であって奥向きとなる方向をＺ軸方向の正の向きとする。また、表示装置の表示画面３３について、観察座標系を定義する。即ち、表示装置の表示画面３３において、術者と対面した場合に、左右方向の右向きとなる方向をＸ軸方向の正の向きとし、左右方向に対して上下方向の上向きとなる方向をＹ軸方向の正の向きとし、表示画面３３に直交する方向であって奥向きとなる方向をＺ軸方向の正の向きとする。

タッチパッド５９は、タッチパッド５９への圧力負荷位置を検知可能である。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９に圧力が負荷された場合には、圧力負荷位置と処置具マニピュレータ４２ｄの被操作部としての電極部４６の先端部の位置とを対応付ける。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９におけるＸＹ方向への圧力負荷位置の変化に、観察画像３４におけるＸＹ方向への電極部４６の先端部の位置の変化が対応するように、処置具駆動部３６ｄを制御して、電極部４６の先端部を移動させる。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９への圧力の負荷が解除された場合には、圧力負荷位置と電極部４６の先端部の位置との対応付けを解除する。

次に、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの使用方法について説明する。

以下では、内視鏡観察下での生体組織の剥離処置を例として説明する。

医療用マニピュレータシステムを使用する際には、内視鏡２２を体腔内に挿入する。そして、ジョイスティック型操作装置３８の移動用、ズーム用ジョイスティック３９ａ，３９ｂを操作して、内視鏡２２の先端部を移動させて、内視鏡２２の視野を患部の観察、処置に適した位置に配置し、また、内視鏡２２のズーム機構３０を作動させて、観察画像３４のズームを観察、処置に適したズームに調節する。表示画面３３には内視鏡２２の観察画像３４が表示される。続いて、内視鏡２２の先端硬性部２４の鉗子突出口、処置具突出口から鉗子マニピュレータ４２ｃ、処置具マニピュレータ４２ｄを突出させる。そして、観察画像３４を観察しつつ、アーム型操作装置５３の鉗子マスターアーム５４ｃ、処置具マスターアーム５４ｄを操作して、鉗子マニピュレータ４２ｃの把持部４４を移動、開閉させて生体組織の剥離対象部位を把持して適切な位置に保持しつつ、適宜フットスイッチ５０を操作して電極部４６に高周波電流を通電して、処置具マニピュレータ４２ｄの電極部４６を移動させて生体組織に当接させて生体組織を切開し、剥離対象部位を剥離していく。

処置具マニピュレータ４２ｄにより特に微細な切開を行う場合には、アーム型操作装置５３の処置具マスターアーム５４ｄに代わって、タッチパッド型操作装置５６のタッチパッド５９を操作する。即ち、図３、図４中矢印Ｉ１、Ｍ１で示されるように、指先をタッチパッド５９に押圧した状態で、タッチパッド５９を表示画面３３に見立てて、指先を電極部４６を移動させたい方向に移動させることにより、タッチパッド５９における指先の位置の変化に観察画像３４における電極部４６の先端部の位置の変化が対応するように、電極部４６の先端部が移動され、電極部４６によって生体組織が切開される。指先をタッチパッド５９から離間させない限り、指先の移動による電極部４６の先端部の移動が継続される。切開の途中で指先がタッチパッド５９の周縁部に到った場合等には、一旦、タッチパッド５９から指先を離間させて、再度、指先をタッチパッド５９の中央部分に押圧させて、切開を継続する。

従って、本実施形態の医療用マニピュレータシステムは、次の効果を奏する。
本実施形態の医療用マニピュレータシステムでは、アーム型操作装置５３の処置具マスターアーム５４ｄを操作することにより、処置具マスターアーム５４ｄへの操作入力に追従して、処置具マニピュレータ４２ｄの電極部４６の先端部が移動されるようになっており、また、タッチパッド型操作装置５６のタッチパッド５９において圧力負荷位置を変化させることにより、タッチパッド５９における圧力負荷位置の変化に、電極部４６の先端部の位置の変化が対応するように、電極部４６の先端部が移動されるようになっており、電極部４６の先端部を感覚的に操作できるため、微細な操作を容易に行うことが可能となっている。このように、医療用マニピュレータシステムの操作性が向上されている。

図５乃至図６Ｂは、本発明の第２実施形態を示す。

図５を参照し、本実施形態では、微動操作装置として、タッチパッド型傾動操作装置６２が用いられる。タッチパッド型傾動操作装置６２では、支柱部５７において、根本側の支柱６３の頂部にボールジョイント６４を介して傾動腕部６５の基部が連結されている。支柱６３に対して、傾動腕部６５は任意の方向に傾動自在である。ここで、傾動腕部６５が支柱６３の長手軸方向に延び、鉛直方向に配置されている場合の傾動腕部６５の位置を鉛直位置と称する。傾動腕部６５は鉛直位置へと常時付勢されている。傾動腕部６５の頂部には、操作盤５８が傾動腕部６５の長手軸方向に直交して連結されている。このように、ボールジョイント６４、傾動腕部６５、操作盤５８によって、タッチパッドを傾動自在に支持する傾動支持機構が形成されている。操作盤５８には、三次元モーションセンサー等の姿勢検知部としての傾き検知装置６６が内蔵されている。傾き検知装置６６はタッチパッド５９の傾きを検知可能である。即ち、傾動腕部６５が鉛直位置に配置されている場合のタッチパッド５９の位置を基準位置とし、傾き検知装置６６は、タッチパッド５９が基準位置にある場合の入力座標系の各軸に対する、タッチパッド５９が傾動された場合の入力座標系の各軸の傾きを検知する。

図５乃至図６Ｂ、並びに、図４を参照し、内視鏡２２について、出力座標系を定義する。即ち、内視鏡２２の視野の左右方向の右向きとなる方向をＸ軸方向の正の向きとし、上下方向の上向きとなる方向をＹ軸方向の正の向きとし、視野方向をＺ軸方向の正の向きとする。

処置具制御部４１ｄは、第１実施形態と同様に処置具駆動部３６ｄを制御して、電極部４６の先端部を移動させる。さらに、処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９に圧力が負荷された場合には、基準位置に対する入力座標系の各軸の傾きと、出力座標系の各軸に対する電極部４６の長手軸の傾きとを対応付ける。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９が傾動された場合には、タッチパッド５９の入力座標系の各軸の傾きの変化に、出力座標系の各軸に対する電極部４６の長手軸の傾きの変化が対応するように、処置具駆動部３６ｄを制御して、電極部４６の姿勢を変化させる。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９への圧力の負荷が解除された場合には、基準位置に対する入力座標系の各軸の傾きと、出力座標系の各軸に対する電極部４６の長手軸の傾きとの対応付けを解除する。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９に圧力が負荷されていない場合には、タッチパッド５９の基準位置への復帰に伴う傾動にかかわらず、処置具駆動部３６ｄを停止し、電極部４６の姿勢を変化させない。

医療用マニピュレータを使用する際には、第１実施形態と同様に、図５、図４中矢印Ｉ１、Ｍ１によって示されるように、タッチパッド５９を押圧した状態で指先を移動させることにより、電極部４６の先端部が移動される。さらに、図５乃至図６Ｂ中矢印Ｉ２、Ｍ２により示されるように、タッチパッド５９を指先で押圧した状態で、タッチパッド５９を表示画面３３に見立てて、タッチパッド５９を指先により電極部４６を傾動させたい方向に傾動させることにより、電極部４６が所望の方向に傾動される。このように、電極部４６の先端部の位置と電極部４６の姿勢とを並行して変化させて、切開を行う。

従って、本実施形態の医療用マニピュレータシステムは、次の効果を奏する。
本実施形態の医療用マニピュレータシステムでは、タッチパッド５９における圧力負荷位置を変化させることにより、電極部４６の先端部を移動させることができ、また、タッチパッド５９を傾動させることにより、電極部４６の姿勢を変化させることができるため、単一のタッチパッド型傾動操作装置６２によって複数の操作を容易に並行して行うことが可能となっている。特に、タッチパッド５９を傾動させることにより、タッチパッド５９の姿勢の変化に追従して電極部４６の姿勢が変化されるようになっているため、電極部４６の姿勢変化操作を直感的に行うことが可能となっている。

図７は、本発明の第３実施形態を示す。

図５を参照し、本実施形態では、微動操作装置として、第２実施形態と同様なタッチパッド型傾動操作装置６２が用いられる。

図５及び図７を参照し、処置具制御部４１ｄは、第１実施形態と同様に処置具駆動部３６ｄを制御して、電極部４６の先端部を移動させる。さらに、内視鏡制御部４１ａは、タッチパッド５９に圧力が負荷された場合には、入力座標系と出力座標系とを対応付ける。内視鏡制御部４１ａは、タッチパッド５９が傾動された場合には、タッチパッド５９の入力座標系のＸＹ軸の傾きの変化に、出力座標系のＸＹ方向への内視鏡２２の視野方向の変化が対応するように、作動機構としての内視鏡駆動部３６ａを制御して、内視鏡２２の先端部の配置を変化させ、内視鏡２２の視野方向を変化させる。内視鏡制御部４１ａは、タッチパッド５９への圧力の負荷が解除された場合には、入力座標系と出力座標系との対応付けを解除する。内視鏡制御部４１ａは、タッチパッド５９に圧力が負荷されていない場合には、タッチパッド５９の基準位置への復帰に伴うタッチパッド５９の傾動にかかわらず、内視鏡駆動部３６ａを停止し、内視鏡２２の先端部の配置を変化させず、内視鏡２２の視野方向を変化させない。

医療用マニピュレータシステムを使用する際には、第１実施形態と同様に、図５、図７中矢印Ｉ１、Ｍ１によって示されるように、タッチパッド５９を押圧した状態で指先を移動させることにより、電極部４６の先端部が移動される。電極部４６の移動等に伴い、内視鏡２２の視野が観察、処置に適さなくなった場合には、図５、図７中矢印Ｉ２、Ｍ２’により示されるように、タッチパッド５９を指先で押圧した状態で、タッチパッド５９を表示画面３３に見立てて、タッチパッド５９を指先により内視鏡２２の視野を移動させたい方向に傾動させることにより、内視鏡２２の視野が所望の方向に移動される。内視鏡２２の視野を観察、処置に適したものに調節した後には、指先をタッチパッド５９から離間させてタッチパッド５９を基準位置に復帰させ、再度、タッチパッド５９によって電極部４６の先端部を移動させる。又は、タッチパッド５９を傾動させた後、タッチパッド５９を押圧した状態を維持し、適宜、タッチパッド５９を傾動させて内視鏡２２の視野を移動させながら、タッチパッド５９を押圧した状態で指先を移動させることにより、電極部４６の先端部を移動させるようにしてもよい。

従って、本実施形態の医療用マニピュレータシステムは、次の効果を奏する。
本実施形態の医療用マニピュレータシステムでは、タッチパッド５９を傾動させることにより、タッチパッド５９の姿勢の変化に追従して内視鏡２２の視野が移動されるようになっているため、内視鏡２２の視野移動操作を直感的に行うことができ、常に最適な内視鏡２２の視野で、観察、処置を行うことが可能となっている。

図８は、本発明の第４実施形態を示す。

図８を参照し、本実施形態では、微動操作装置として、タッチパッド型摺動操作装置６７が用いられる。タッチパッド型摺動操作装置６７では、スライドガイド６８に操作盤５８が入力座標系のＺ軸方向に摺動自在に配置されている。タッチパッド５９は、スライドガイド６８に対して、操作盤５８と共に、入力座標系のＺ軸方向に移動自在である。このように、スライドガイド６８、操作盤５８によって、タッチパッド５９を移動自在に支持する移動支持機構が形成されている。操作盤５８は、ばね等の付勢部材６９によって、入力座標系のＺ軸方向の負の向きに付勢されている。スライドガイド６８にはストッパ７１が配設されており、操作盤５８はストッパ７１に当接されて規制位置に位置決めされる。操作盤５８が規制位置に配置されている場合のタッチパッド５９の位置をタッチパッド５９の基準位置と称する。タッチパッド型摺動操作装置６７は、位置検知部としての位置検知装置７０を有する。位置検知装置７０は、入力座標系のＺ軸方向について、規制位置に対する操作盤５８の位置を検知することにより、基準位置に対するタッチパッド５９の位置を検知する。

図８及び図４を参照し、処置具制御部４１ｄは、第１実施形態と同様に処置具駆動部３６ｄを制御して、電極部４６の先端部を移動させる。さらに、処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９に圧力が負荷された場合には、入力座標系のＺ軸方向についてのタッチパッド５９の位置と、出力座標系のＺ軸方向についての電極部４６の先端部の位置とを対応付ける。処置具制御部４１ｄは、入力座標系のＺ軸方向についてのタッチパッド５９の位置の変化に、出力座標系のＺ軸方向についての電極部４６の先端部の位置の変化が対応するように、処置具制御部４１ｄを制御して、電極部４６の先端部を移動させる。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９への圧力の負荷が解除された場合には、入力座標系のＺ軸方向についてのタッチパッド５９の位置と、出力座標系のＺ軸方向についての電極部４６の先端部の位置との対応付けを解除する。処置具制御部４１ｄは、タッチパッド５９に圧力が負荷されていない場合には、タッチパッド５９の基準位置への復帰に伴うタッチパッド５９の移動にかかわらず、処置具駆動部３６ｄを停止し、出力座標系のＺ軸方向について電極部４６の先端部を移動させない。

医療用マニピュレータシステムを使用する際には、図８中矢印Ｉ１，Ｉ３によって示されるように、指先をタッチパッド５９に押圧した状態で、タッチパッド５９を表示画面３３に見立てて、指先を電極部４６を移動させたい方向に三次元的に移動させる。この際、入力座標系のＺ軸方向について、タッチパッド５９は指先に追従して移動される。この結果、図４中矢印Ｍ１によって示されるように、入力座標系及び観察座標系のＸＹ方向について、タッチパッド５９における指先の位置の変化に、観察画像３４における電極部４６の先端部の位置の変化が対応するように、また、入力座標系及び出力座標系のＺ軸方向について、タッチパッド５９の位置の変化に、電極部４６の先端部の位置の変化が対応するように、電極部４６の先端部が移動される。指先をタッチパッド５９から離間させない限り、指先の移動による電極部４６の先端部の移動が継続される。指先がタッチパッド５９の周縁部に到った場合等には、一旦、タッチパッド５９から指先を離間させて、再度、指先をタッチパッド５９の中央部分に押圧させる。

従って、本実施形態の医療用マニピュレータシステムは、次の効果を奏する。
本実施形態の医療用マニピュレータシステムでは、タッチパッド５９をタッチパッド５９に直交する方向に移動させることにより、処置具マニピュレータ４２ｄの電極部４６の先端部が観察画像３４において観察画像３４に直交する方向に移動されるようになっているため、電極部４６の先端部を三次元的に操作することができ、電極部４６の先端部の移動操作を直感的に行うことが可能となっている。

図９及び図１０は、本発明の第５実施形態を示す。

図９を参照し、本実施形態では、微動操作装置として、タッチパネル型複合操作装置７２が用いられる。タッチパネル型複合操作装置７２は、第１実施形態のタッチパッド型操作装置５６において、タッチパッド５９に代わって、感圧面部及び表示部としてのタッチパネル７３を用いたものである。さらに、タッチパネル７３では、中央の円形領域に内視鏡２２の観察画像３４が表示される。タッチパネル７３において、内視鏡２２の観察画像３４が表示される中央の円形領域によって微動操作領域としての電極操作領域７４ａが形成されており、内視鏡２２の観察画像３４が表示されない周縁領域によって作動操作領域としての視野操作領域７４ｂが形成されている。

図９及び図１０、並びに、図７を参照し、処置具制御部４１ｄは、電極操作領域７４ａにおける圧力負荷位置と、電極操作領域７４ａの観察画像３４における処置具マニピュレータ４２ｄの電極部４６の先端部の位置とが一致するように、処置具駆動部３６ｄを制御して、電極部４６の先端部を移動させる。また、内視鏡制御部４１ａは、視野操作領域７４ｂに圧力が負荷された場合には、圧力負荷位置と内視鏡２２の視野位置とを対応付ける。内視鏡制御部４１ａは、入力座標系のＸＹ軸方向についての圧力負荷位置の変化に、出力座標系のＸＹ軸方向への内視鏡２２の視野位置の変化が対応するように、内視鏡駆動部３６ａを制御して、内視鏡２２の先端部の配置を変化させ、内視鏡２２の視野位置を変化させる。内視鏡制御部４１ａは、視野操作領域７４ｂへの圧力の負荷が解除された場合には、圧力負荷位置と内視鏡２２の視野位置との対応付けを解除する。なお、処置具制御部４１ｄ及び内視鏡制御部４１ａは、電極操作領域７４ａと視野操作領域７４ｂとの両領域に圧力負荷位置が存在する場合には、処置具駆動部３６ｄ、内視鏡駆動部３６ａを停止して、電極部４６の先端部を移動させず、内視鏡２２の先端部の配置を変化させない。

医療用マニピュレータシステムを使用する際には、タッチパネル７３の電極操作領域７４ａの観察画像３４を観察しつつ、電極操作領域７４ａにおいて電極部４６の先端部を移動させたい位置に指先を押圧することにより、電極操作領域７４ａにおいて指先の位置に電極部４６の先端部の位置が一致するように、電極部４６が移動される。続いて、図１０，図７中矢印Ｉ１，Ｍ１で示されるように、電極操作領域７４ａの観察画像３４を観察しつつ、指先で電極操作領域７４ａを押圧した状態で、指先を電極操作領域７４ａにおいて電極部４６の先端部を移動させたい方向に移動させることにより、電極操作領域７４ａにおいて指先の移動に追従するように電極部４６が移動される。電極部４６の移動等に伴い、内視鏡２２の視野が観察、処置に適さなくなった場合には、指先を電極操作領域７４ａから離間させ、視野操作領域７４ｂに押圧する。続いて、図１０、図７中矢印Ｉ４，Ｍ２’で示されるように、指先で視野操作領域７４ｂを押圧した状態で、指先を視野操作領域７４ｂにおいて視野を移動させたい方向に移動させることにより、内視鏡２２の視野が所望の方向に移動される。内視鏡２２の視野を観察、処置に適したものに調節した後には、指先を視野操作領域７４ｂから離間させ、電極操作領域７４ａに押圧し、電極操作領域７４ａにおいて指先を移動させて、電極部４６の先端部を移動させる。

従って、本実施形態の医療用マニピュレータシステムは、次の効果を奏する。

本実施形態の医療用マニピュレータシステムでは、タッチパネル７３に観察画像３４が表示され、タッチパネル７３において圧力負荷位置に電極部４６の先端部の位置が対応するように、電極部４６の先端部が移動されるようになっているため、電極部４６の先端部の直接的な操作が可能となっている。

また、タッチパネル７３の電極操作領域７４ａにおいて圧力負荷位置を変化させることにより、電極部４６の先端部を移動させることができ、また、タッチパネル７３の視野操作領域７４ｂにおいて圧力負荷位置を変化させることにより、内視鏡２２の視野を移動させることができ、タッチパネル７３のみによって複数の操作を行うことが可能となっている。このため、タッチパネル型複合操作装置７２の構成が簡単化されている。

図１１は、本発明の第６実施形態を示す。

図１１を参照し、本実施形態では、微動操作装置として、タッチパネル型摺動操作装置７６が用いられる。タッチパネル型摺動操作装置７６は、第４実施形態のタッチパッド型摺動操作装置６７において、タッチパッド５９に代えて、第５実施形態と同様なタッチパネル７３を用いたものである。

図１１、並びに、図１０及び図７を参照し、処置具制御部４１ｄ、内視鏡制御部４１ａは、第５実施形態における電極操作領域７４ａ，視野操作領域７４ｂでの操作と同様に、電極部４６の先端部を移動させ、内視鏡２２の視野位置を変化させる。また、内視鏡制御部４１ａは、タッチパネル７３に圧力が負荷された場合には、入力座標系のＺ軸方向についてのタッチパネル７３の位置と、内視鏡２２の作動機構としてのズーム機構３０による観察画像３４のズームとを対応付ける。内視鏡制御部４１ａは、入力座標系のＺ軸方向についてのタッチパッド５９の位置の変化に、観察画像３４のズームの変化が対応するように、内視鏡制御部４１ａを制御して、ズーム機構３０を作動させる。本実施形態では、タッチパネル７３がＺ軸方向の正の向きに移動されることにより観察画像３４が拡大され、タッチパネル７３がＺ軸方向の負の向きに移動されることにより観察画像３４が縮小される。内視鏡制御部４１ａは、タッチパネル７３への圧力の負荷が解除された場合には、入力座標系のＺ軸方向についてのタッチパネル７３の位置と、ズーム機構３０による観察画像３４のズームとの対応付けを解除する。内視鏡制御部４１ａは、タッチパネル７３に圧力が負荷されていない場合には、タッチパッド５９の基準位置への復帰に伴うタッチパッド５９の移動にかかわらず、ズーム機構３０を停止し、観察画像３４のズームを変化させない。

医療用マニピュレータシステムを使用する際には、第５実施形態と同様、図１０、図７中矢印Ｉ１，Ｉ４，Ｍ１，Ｍ２’により示されるように、指先でタッチパネル７３の電極操作領域７４ａあるいは視野操作領域７４ｂを押圧した状態で、タッチパネル７３において指先を入力座標系のＸＹ軸方向に移動させて、電極部４６の先端部を移動させ、内視鏡２２の視野位置を変化させる。処置の進行等に伴い、処置領域をより詳細に観察したくなった場合には、図１１中矢印Ｉ３により示されるように、タッチパネル７３を押圧してタッチパネル７３を入力座標系のＺ軸方向の正の向きに移動させ、観察画像３４を拡大する。観察画像３４が適切なズームに調節されたら、タッチパネル７３から指先を離間させ、タッチパネル７３を基準位置に復帰させた後、再度、タッチパネル７３によって電極部４６の先端部を移動させ、内視鏡２２の視野位置を変化させる。又は、タッチパネル７３を押圧した状態で、適宜、タッチパネル７３を入力座標系のＺ軸方向に移動させてズームを調節しながら、タッチパネル７３において指先を入力座標系のＸＹ軸方向に移動させて、電極部４６の先端部を移動させ、内視鏡２２の視野位置を変化させるようにしてもよい。

従って、本実施形態の医療用マニピュレータシステムは、次の効果を奏する。
本実施形態の医療用マニピュレータシステムでは、タッチパネル７３をタッチパネル７３に直交する方向に移動させることにより、観察画像３４のズームが変化されるようになっているため、観察画像３４のズーム変化操作を直感的に行うことができ、常に最適な観察画像３４のズームで、観察、処置を行うことが可能となっている。

なお、上述した第６実施形態では、内視鏡２２のズーム機構３０を作動させることで観察画像３４のズームを調節しているが、作動機構としての内視鏡駆動部３６ａを作動して、内視鏡２２の先端部を内視鏡２２の視野方向に移動させることにより、観察画像３４のズームを調節するようしてもよい。この場合には、内視鏡２２の移動によっても、鉗子マニピュレータ４２ｃ、処置具マニピュレータ４２ｄの位置が変化しないように、鉗子制御部４１ｃ、処置具制御部４１ｄにより鉗子駆動部３６ｃ、処置具駆動部３６ｄを制御する。

上述した各実施形態では、処置具マニピュレータの電極部を操作するようにしているが、電極部に代わって、穿刺針等を操作するようにしてもよい。

また、本発明のマニピュレータシステムは、医療用に限らず、例えば、工業用、宇宙空間用、深海用等各種用途に適用可能である。

本発明の第１実施形態の医療用マニピュレータシステムを示す斜視図。本発明の第１実施形態の医療用マニピュレータシステムを示すブロック図。本発明の第１実施形態のタッチパッド型操作装置を示す斜視図。本発明の第１実施形態の表示画面を示す図。本発明の第２実施形態のタッチパッド型傾動操作装置を示す斜視図。本発明の第２実施形態の処置具マニピュレータの姿勢変化操作を変化前の状態で示す模式図。本発明の第２実施形態の処置具マニピュレータの姿勢変化操作を変化後の状態で示す模式図。本発明の第３実施形態の表示画面を示す図。本発明の第４実施形態のタッチパッド型摺動操作装置を示す斜視図。本発明の第５実施形態のタッチパネル型複合操作装置を示す斜視図。本発明の第５実施形態のタッチパネルを示す模式図。本発明の第６実施形態のタッチパネル型摺動操作装置を示す斜視図。

符号の説明

２２…内視鏡、３０；３６ａ…作動機構、３０…ズーム機構、３６ａ…内視鏡駆動部、３３；７３…表示部、３３…表示画面、７３…タッチパネル、３４…観察画像、３６ｄ…移動機構（処置具駆動部）、３７…制御装置（制御ユニット）、４２ｄ…マニピュレータ（処置具マニピュレータ）、４６…被操作部（電極部）、５３…粗動操作装置（アーム型操作装置）、５６；６２；６７；７２；７６…微動操作装置、５６…タッチパッド型操作装置、６２…タッチパッド型傾動操作装置、６７…タッチパッド型摺動操作装置、７２…タッチパネル型複合操作装置、７６…タッチパネル型摺動操作装置、５９；７３…感圧面部、５９…タッチパッド、７３…タッチパネル、５８，６４，６５，６６；５８，６８，７０…操作機構、５８，６４，６５…傾動支持部、５８…操作盤、６４…ボールジョイント、６５…傾動腕部、６６…姿勢検知部（傾き検知装置）、５８，６８…移動支持機構、５８…操作盤、６８…スライドガイド、７０…位置検知装置（位置検知部）、７４ａ…微動操作領域（電極操作領域）、７４ｂ…作動操作領域（視野操作領域）。

Claims

処置部を移動させる移動機構を有するマニピュレータと、
前記処置部の観察画像を表示する表示部と、
前記処置部を移動させるための操作入力が可能な入力面を有する操作入力部と、
前記操作入力部を前記入力面と直交する軸方向に移動自在に支持する移動支持機構と、
前記入力面と直交する軸方向に対する前記操作入力部の位置を検出する検知部と、
前記操作入力部による前記入力面への操作入力に応じて前記処置部を移動させると共に、前記検知部による前記操作入力部の位置の検知結果に基づいて、前記観察画像において前記観察画像に直交する方向に前記処置部を移動させるように前記移動機構を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とするマニピュレータシステム。
前記操作入力部は、前記処置部を微動させるための操作入力が可能な微動操作装置であって、感圧面部を有し、前記感圧面部は前記感圧面部への圧力負荷位置を検知可能である、微動操作装置を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータシステム。
前記マニピュレータシステムは、前記処置部を粗動させるための操作入力が可能な粗動操作装置を有する
ことを特徴とする請求項２に記載のマニピュレータシステム。
前記マニピュレータシステムは、内視鏡を有し、
前記表示部は、前記内視鏡により得られた観察画像を表示する
ことを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータシステム。