JP5784388B2 - 医療用マニピュレータシステム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の医療用ロボットシステムは、操作者の手によって操作される2つのマスタ入力デバイスと、各マスタ入力デバイスに2つずつ接続されたスレーブアームとを有し、マスタ入力デバイスの動作に対応して動作するスレーブアームを、スイッチを用いて切り替えることができる。
また、特許文献1に記載の医療用ロボットシステムは、マスタマニピュレータの動作モードとして、表示画面で入力位置や座標を指定するカーソルを移動させるポインティングデバイスとして動作するモードを備えている。
本発明一態様は、操作指令を発するマスタマニピュレータと、処置対象に対して処置を行う術具が取り付けられたスレーブマニピュレータと、前記スレーブマニピュレータの一部および前記処置対象を含む第一画像を取得する第一画像構成装置と、前記第一画像とは異なる画像であって前記スレーブマニピュレータの一部に相当する仮想マニピュレータの画像を含む第二画像を構成する第二画像構成装置と、前記第一画像と前記第二画像とのいずれか一方を表示する表示装置と、前記第一画像と前記第二画像とからいずれか一方の画像が選択される選択手段と、前記第一画像構成装置と前記仮想マニピュレータとのいずれか一方を前記選択手段による選択に基づいて切り替えて前記マスタマニピュレータによる操作対象に設定する選択部と、前記選択手段により選択された画像の前記表示装置上における座標系と前記マスタマニピュレータの操作上の座標系とが一致するように前記マスタマニピュレータが発する前記操作指令を変換して新たな指令とする変換手段と、前記選択部よって前記第一画像構成装置が操作対象に設定されている場合に前記新たな指令に従って前記スレーブマニピュレータを動作させる駆動手段と、を備え、前記第二画像構成装置は、前記選択部よって前記仮想マニピュレータが操作対象に設定されている場合に前記仮想マニピュレータの画像が前記マスタマニピュレータによる操作に対応した姿勢及び動作が反映された画像となるように前記第二画像を生成する画像加工部を有する、ことを特徴とする医療用マニピュレータシステムである。
また、前記検査装置は、前記スレーブマニピュレータに設けられていてもよい。
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1について説明する。図1は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムを示す全体図である。図2は、医療用マニピュレータシステムのブロック図である。
図1および図2に示すように、医療用マニピュレータシステム1は、マスタマニピュレータ2、スレーブマニピュレータ7、表示装置10、及び制御装置20を備えて構成されている。
変換手段26によって座標系が変換された駆動信号は、マスタマニピュレータ2から発せられた操作指令とは座標系が異なる新たな指令となる。
図2に示すように、検査画像検索システム30は、患者などを検査したときに得られた情報が記憶されたデータサーバ31と、データサーバ31に記憶された情報に基づいたベース画像を構成する画像構成部32と、画像構成部32によって構成された画像を加工する画像加工部33と、画像加工部33により加工された画像を表示装置10へ出力する画像出力部34とを備える。
画像構成部32は、切替部24から出力される駆動信号に対応してベース画像を更新する。たとえば、操作者Opがマスタマニピュレータ2を用いて仮想内視鏡41を移動させたり仮想内視鏡41の姿勢を変えたりしたときに、画像構成部32は、仮想内視鏡41による視点を別の位置や角度に変更したかのように見える画像を新たなベース画像とする。
画像加工部33は、仮想マニピュレータ画像をベース画像に重ね合わせることにより、ベース画像上で仮想マニピュレータ40がマスタマニピュレータ2の操作に基づいて動作しているかのように見える画像(第二画像)を生成する。
さらに、画像加工部33は、生成された第二画像を画像出力部34へ出力する。
図1に示すように、医療用マニピュレータシステム1の使用時には、操作者Opは、3Dメガネ13を装着し、表示装置10の表示パネル12に表示される画像を見ながら処置対象物に対する処置を行う。スイッチ6を押下することにより、スレーブマニピュレータ7に設けられた内視鏡装置100の画像取得部101(図2参照)によって取得された術中の患者の画像(第一画像、図1参照)と、術前の検査によって得られた超音波画像に基づいた画像(第二画像、図3参照)とを切り替えて表示パネル12に表示することができる。
第一画像が表示されているときには、表示装置10上におけるスレーブマニピュレータ7の座標系とマスタマニピュレータ2の操作上の座標系は一致している。さらに、第二画像が表示されているときは、表示装置10上における仮想マニピュレータ40の座標系とマスタマニピュレータ2の操作上の座標系は一致している。このため、操作者Opは、スレーブマニピュレータ7及び仮想マニピュレータ40を違和感なく切り替えて動作させることができる。
次に、上述の第1実施形態の変形例について図1及び図2を参照して説明する。
本変形例では、検査画像検索システム30の構成が異なっている。
データサーバ31には、処置対象となる患者に対して術前に行なわれたX線によるコンピュータ断層撮影(CT)によって得られた画像(CT画像)が蓄積されている。
画像構成部32は、データサーバ31に蓄積されたCT画像に基づいて、三次元画像からなるベース画像を構成する。
本変形例では、ベース画像がCT画像に基づいている点以外は上述の実施形態と同様である。
このような構成であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
次に、上述の第1実施形態の他の変形例について図1及び図2を参照して説明する。
本変形例では、検査画像検索システム30の構成が異なっている。
データサーバ31には、処置対象となる患者に対して術前に行なわれた核磁気共鳴画像法(MRI)によって得られた画像(MRI画像)が蓄積されている。
画像構成部32は、データサーバ31に蓄積されたMRI画像から、操作者Opによって選択された一枚のスライス画像を検索してベース画像を構成する。ベース画像の選択方法としては、たとえば、ベース画像の候補となるスライス画像を表示装置10に複数表示させ、マスタアーム3を動かすことによって1つのスライス画像を選択させる方法が挙げられる。
本変形例では、ベース画像がMRI画像のスライス画像である点以外は上述の実施形態及び変形例1と同様である。
このような構成であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
次に、本発明の第2実施形態の医療用マニピュレータシステム1について説明する。図4は、本実施形態の医療用マニピュレータシステムの一部の構成を示すブロック図である。
図4に示すように、本実施形態の医療用マニピュレータシステム1Aは、検査画像検索システム30に術中検査装置35が接続されている点が異なっている。
たとえば、第1、第2実施形態で用いる術前、術中の検査装置または医用画像は、X線やMRIに限らず、シンチグラフィやポジトロ断層法(PET)、蛍光透視、赤外イメージング、血液撮影システム等、公知の検査装置であればその方法は限らない。これらの場合も、上述の実施形態と同様の効果を奏する。
また、光学式トラッキングセンサなどのモーションセンサで、マスタアームを有することなくマスタ把持部の位置・姿勢を検出する入力装置であってもよい。この場合も、操作者が手動でマスタ把持部の姿勢を調整する。
2 マスタマニピュレータ
3 マスタアーム
4 変位センサ
5 アーム駆動部
6 スイッチ(選択手段)
7 スレーブマニピュレータ
8 スレーブアーム
9 アクチュエータ(駆動手段)
10 表示装置
11 画像処理部
12 表示パネル
20 制御装置
21 主制御部
22 マスタ制御部
23 スレーブ制御部
24 切替部
25 選択部
26 変換手段
27 信号出力部
30 検査画像検索システム(第二画像構成装置)
31 データサーバ
32 画像構成部
33 画像加工部
34 画像出力部
35 術中検査装置
40 仮想マニピュレータ
41 仮想内視鏡
100 内視鏡装置(第一画像構成装置)
101 画像取得部
110 術具
Op 操作者
Claims (5)
- 操作指令を発するマスタマニピュレータと、
処置対象に対して処置を行う術具が取り付けられたスレーブマニピュレータと、
前記スレーブマニピュレータの一部および前記処置対象を含む第一画像を取得する第一画像構成装置と、
前記第一画像とは異なる画像であって前記スレーブマニピュレータの一部に相当する仮想マニピュレータの画像を含む第二画像を構成する第二画像構成装置と、
前記第一画像と前記第二画像とのいずれか一方を表示する表示装置と、
前記第一画像と前記第二画像とからいずれか一方の画像が選択される選択手段と、
前記第一画像構成装置と前記仮想マニピュレータとのいずれか一方を前記選択手段による選択に基づいて切り替えて前記マスタマニピュレータによる操作対象に設定する選択部と、
前記選択手段により選択された画像の前記表示装置上における座標系と前記マスタマニピュレータの操作上の座標系とが一致するように前記マスタマニピュレータが発する前記操作指令を変換して新たな指令とする変換手段と、
前記選択部よって前記第一画像構成装置が操作対象に設定されている場合に前記新たな指令に従って前記スレーブマニピュレータを動作させる駆動手段と、
を備え、
前記第二画像構成装置は、前記選択部よって前記仮想マニピュレータが操作対象に設定されている場合に前記仮想マニピュレータの画像が前記マスタマニピュレータによる操作に対応した姿勢及び動作が反映された画像となるように前記第二画像を生成する画像加工部を有する、
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。 - 請求項1に記載の医療用マニピュレータシステムであって、
前記第一画像構成装置は内視鏡装置であり、
前記第二画像構成装置は、前記新たな指令に従って前記スレーブマニピュレータが動作しているかのように表示される仮想マニピュレータ画像を生成し、前記処置対象が画像化されたベース画像に前記仮想マニピュレータ画像を合成することにより前記第二画像を生成する
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。 - 請求項2に記載の医療用マニピュレータシステムであって、
前記第二画像構成装置は、前記マスタマニピュレータからの前記操作指令に基づいて前記ベース画像を更新して視点を変更することを特徴とする医療用マニピュレータシステム。 - 請求項2に記載の医療用マニピュレータシステムであって、
前記処置対象に対する処置作業中に前記処置対象を画像化する検査装置とともに使用され、
前記第二画像構成装置は、前記ベース画像として、前記処置作業中に前記検査装置によって画像化された画像を用いる
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。 - 請求項4に記載の医療用マニピュレータシステムであって、
前記検査装置は、前記スレーブマニピュレータに設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
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