JP6619456B2 - 医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法 - Google Patents

医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6619456B2
JP6619456B2 JP2017561464A JP2017561464A JP6619456B2 JP 6619456 B2 JP6619456 B2 JP 6619456B2 JP 2017561464 A JP2017561464 A JP 2017561464A JP 2017561464 A JP2017561464 A JP 2017561464A JP 6619456 B2 JP6619456 B2 JP 6619456B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
manipulator
external force
pseudo
endoscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017561464A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017122322A1 (ja
Inventor
卓未 磯田
卓未 磯田
満彰 長谷川
満彰 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Publication of JPWO2017122322A1 publication Critical patent/JPWO2017122322A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6619456B2 publication Critical patent/JP6619456B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/25User interfaces for surgical systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131Accessories for endoscopes
    • A61B1/00133Drive units for endoscopic tools inserted through or with the endoscope
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131Accessories for endoscopes
    • A61B1/00135Oversleeves mounted on the endoscope prior to insertion
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00149Holding or positioning arrangements using articulated arms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00154Holding or positioning arrangements using guiding arrangements for insertion
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147Holding or positioning arrangements
    • A61B1/0016Holding or positioning arrangements using motor drive units
    • AHUMAN NECESSITIES
    • 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
    • A61B34/71Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06Measuring instruments not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/002D [Two Dimensional] image generation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/44Receiver circuitry for the reception of television signals according to analogue transmission standards
    • H04N5/445Receiver circuitry for the reception of television signals according to analogue transmission standards for displaying additional information
    • H04N5/44504Circuit details of the additional information generator, e.g. details of the character or graphics signal generator, overlay mixing circuits
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/25User interfaces for surgical systems
    • A61B2034/256User interfaces for surgical systems having a database of accessory information, e.g. including context sensitive help or scientific articles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • A61B2034/301Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/065Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring contact or contact pressure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/067Measuring instruments not otherwise provided for for measuring angles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B2090/364Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body
    • A61B2090/365Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body augmented reality, i.e. correlating a live optical image with another image
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/002D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/001Texturing; Colouring; Generation of texture or colour
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2210/00Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/62Semi-transparency
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/70Determining position or orientation of objects or cameras

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Description

本発明は、医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法に関するものである。
体内に挿入した内視鏡により取得された画像を観察しながら、体内に挿入したマニピュレータに取り付けられた処置具により患部の処置を行う医療用マニピュレータシステムが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1の医療用マニピュレータシステムは、内視鏡により取得された実画像上に、演算により取得されたマニピュレータを半透明に合成した補助画像を重畳して表示している。補助画像は、制御部による動作指令に基づいて本来配置されるべきマニピュレータの位置を表示する。
米国特許出願公開第2014/135792号公報
特許文献1の医療用マニピュレータシステムは、内視鏡により取得された実画像のマニピュレータに、合成された半透明のマニピュレータの補助画像が重畳されているため、半透明の補助画像の透明度が低い場合には、補助画像によって実画像の一部が遮られ、手術の邪魔になる。一方、実画像の観察の邪魔にならない程度に半透明の補助画像の透明度が低い場合には、補助画像を視認することが困難になり、補助画像を重畳表示する意味がない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、補助画像による実画像の遮断を最小限に抑えて、補助画像による必要な情報を提示することができる医療用マニピュレータシステムを提供することを目的としている。
本発明の一態様は、先端に処置部を有するマニピュレータと、該マニピュレータを制御する制御部と、前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成し、前記内視鏡により取得される実画像に重畳した合成画像を生成する画像生成部と、該画像生成部により生成された合成画像を表示する表示部とを備え、前記画像生成部が、前記外力検出部により検出された外力の大きさに基づいて、前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステムである。
本態様によれば、マニピュレータおよび内視鏡を体内に挿入して患部に近接させ、内視鏡によってマニピュレータの処置部による患部の処置状態を撮影すると、取得された内視鏡の実画像が表示部に表示されるとともに、画像生成部によって生成されたマニピュレータの疑似画像が、実画像に重畳されて表示部に表示される。疑似画像は、制御部による制御信号に基づく位置に生成されるので、マニピュレータに外力がかかって移動が制限されると、実画像中のマニピュレータと疑似画像との間にズレが発生する。
この場合において、画像生成部は、外力検出部によって検出された外力の大きさに応じて疑似画像の表示態様を変化させるので、外力が大きい場合と外力が小さい場合とで表示態様を異ならせることができる。これにより、マニピュレータにかかる外力が大きい場合に、それとわかるように表示することができ、操作者に注意を喚起することができる。また、マニピュレータにかかる外力が小さい場合には目立たないように表示することで、疑似画像によって実画像が遮られないようにすることができる。
上記態様においては、前記画像生成部が、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記合成画像内において目立つように前記疑似画像の表示態様を変化させ
このようにすることで、マニピュレータにかかる外力が大きいほど実画像内のマニピュレータと疑似画像とが乖離するので、疑似画像を目立たせて操作者に注意を喚起することができる。また、マニピュレータにかかる外力が小さい場合には目立たないように表示することで、疑似画像が実画像の邪魔にならないようにすることができる。
記態様の一実施形態においては、前記画像生成部が、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の透明度を低くする
このようにすることで、マニピュレータにかかる外力が大きくなると疑似画像の透明度が低くなるので、疑似画像を目立たせて操作者に注意を喚起することができる。また、マニピュレータにかかる外力が小さい場合には透明度を高くすることで、目立たないように表示することができ、疑似画像が実画像の邪魔にならないようにすることができる。
記態様の他の実施形態においては、前記画像生成部が、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の色を目立つ色に変更する
このようにすることで、マニピュレータにかかる外力が大きくなると疑似画像の色が目立つ色になるので、疑似画像を目立たせて操作者に注意を喚起することができる。また、マニピュレータにかかる外力が小さい場合には、疑似画像が目立たない色で表示され、疑似画像が実画像の邪魔にならないようにすることができる。
記態様の他の実施形態においては、前記画像生成部が、前記疑似画像を線画により生成し、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の線を太く変更する
このようにすることで、マニピュレータにかかる外力が大きくなると線画からなる疑似画像の線が太くなるので、疑似画像を目立たせて操作者に注意を喚起することができる。また、マニピュレータにかかる外力が小さい場合には、疑似画像の線を細くすることで、疑似画像が実画像の邪魔にならないようにすることができる。
また、上記態様においては、前記外力検出部が、前記実画像を処理して前記マニピュレータの位置を検出し、前記画像生成部により生成される前記マニピュレータの疑似画像の位置との差分によって前記外力を検出してもよい。
このようにすることで、内視鏡により取得された実画像が外力検出部によって処理されてマニピュレータの位置が検出され、画像生成部により生成されたマニピュレータの疑似画像の位置との差分が算出され、差分の大きさに応じて外力の大きさが検出される。これにより、特別なセンサを備えることなく、内視鏡画像を処理して、マニピュレータに加わる外力の大きさを検出することができる。
また、上記態様においては、前記マニピュレータが、ワイヤによって駆動され、前記外力検出部が、前記ワイヤの張力に基づいて、前記外力を検出してもよい。
このようにすることで、マニピュレータに外力がかかると、マニピュレータを駆動するワイヤの張力が増大するので、その張力を検出することによって外力を検出することができる。
本発明によれば、補助画像による実画像の遮断を最小限に抑えて、補助画像による必要な情報を提示することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図1の医療用マニピュレータシステムのオーバーチューブの先端部を示す斜視図である。 図1の医療用マニピュレータシステムの制御部を説明するブロック図である。 図1の医療用マニピュレータシステムの表示部に表示される画像例であり、外力が小さい場合を示す図である。 図1の医療用マニピュレータシステムの表示部に表示される画像例であり、外力が中くらいの場合を示す図である。 図1の医療用マニピュレータシステムの表示部に表示される画像例であり、外力が大きい場合を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す全体構成図である。
本発明の第1の実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1は、図1に示されるように、内視鏡2と、先端に処置部3を有するマニピュレータ4と、マニピュレータ4を制御する制御部5と、表示部6とを備えている。
内視鏡2およびマニピュレータ4は、患者の体内に挿入されるオーバーチューブ7のルーメン8,9にそれぞれ挿入されている。オーバーチューブ7を、その先端が患部Xに対向するように体内に挿入すると、図2に示されるように、オーバーチューブ7の先端に設けられたルーメン9の開口から突出させられた内視鏡2により患部Xを含む体内の画像を取得し、同じくルーメン8の開口から突出させられたマニピュレータ4の処置部3によって患部Xを処置することができるようになっている。
マニピュレータ4は、例えば、オーバーチューブ7のルーメン8内に挿入される軟性の挿入部10と、該挿入部10の先端に設けられた1以上の関節11,12を有する可動部13と、可動部13の先端に設けられた処置部3と、挿入部10の基端に設けられ図示しないワイヤによって可動部13を駆動する駆動部14とを備えている。
制御部5は、図3に示されるように、操作者によって操作される操作部15を介して入力された操作入力に基づいて駆動部14を動作させる制御信号を生成する制御信号生成部(制御部)16と、該制御信号生成部16により生成された制御信号に基づいて、マニピュレータ4の疑似画像(補助画像)を生成するとともに、生成した疑似画像を内視鏡2による撮影により取得された実画像上に重畳した合成画像を生成する画像生成部17と、内視鏡2により取得された実画像を処理してマニピュレータ4に加わる外力を検出する画像処理部(外力検出部)18とを備えている。
画像生成部17は、制御信号に基づいて、運動学方程式からマニピュレータ4の各関節11,12の位置を算出し、算出された位置に各関節11,12を配置したマニピュレータ4および処置部3の形状を表す疑似画像をコンピュータグラフィックにより生成するようになっている。
画像処理部18は、内視鏡2により取得された実画像を画像処理して、実画像上に存在するマニピュレータ4の各関節11,12の位置を抽出し、抽出されたマニピュレータ4の各関節11,12の位置と、画像生成部17により算出されたマニピュレータ4の各関節11,12の位置との差分を算出するようになっている。画像処理部18は、算出されたいずれかの関節11,12の位置の差分の大きさによって、外力の大きさを検出して出力するようになっている。
そして、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1においては、画像生成部17は、画像処理部18から出力された、マニピュレータ4にかかる外力の大きさに応じて、マニピュレータ4の疑似画像の透明度を変化させるようになっている。
すなわち、画像生成部17は、画像処理部18から出力された外力の大きさを閾値によって複数段階に選別し、最も小さいと判断される場合には、画像生成部17は、疑似画像の透明度を最も高くし、外力の大きさが大きくなるにつれて、疑似画像の透明度を低くするように変化させるようになっている。
このように構成された本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1を用いて患者の体内の患部Xを処置するには、先端を体内に挿入したオーバーチューブ7のルーメン8,9を介して、内視鏡2およびマニピュレータ4を挿入し、オーバーチューブ7の先端から露出させる。
内視鏡2の視野範囲内に患部Xを配置すると、内視鏡2により取得された実画像が表示部6に表示される。マニピュレータ4を挿入して、先端を内視鏡2の視野範囲内に配置することにより、マニピュレータ4の先端が表示部6に表示されるので、操作者は、表示部6を見ながら操作部15を操作することにより、マニピュレータ4を動作させて、患部Xを処置することができる。
操作部15が操作されて操作入力が入力されると、制御信号生成部16によって制御信号が生成され、駆動部14の作動によってマニピュレータ4の可動部13が作動させられるとともに、画像生成部17によって、制御信号に基づいてマニピュレータ4の疑似画像が生成される。
この場合において、マニピュレータ4の先端の処置部3が患部Xに接触していない状態、あるいは、マニピュレータ4の各部が体内の組織等に接触していない場合には、マニピュレータ4には大きな外力が作用しておらず、図4に示されるように、実画像上のマニピュレータ4と、制御信号から生成したマニピュレータ4の疑似画像とはほぼ同じ位置に表示される。
このため、画像処理部18において算出される、実画像上のマニピュレータ4の位置と疑似画像のマニピュレータ4の位置との差分はゼロに近い。したがって、画像生成部17は、マニピュレータ4にかかる外力が小さいと判定し、生成した疑似画像の透明度が高く設定され、疑似画像が目立たない表示形態にして、実画像に重畳した合成画像が生成される。
その結果、実画像上のマニピュレータ4に完全に重なる位置に表示される疑似画像が実画像を遮らないので、処置の邪魔になることがない。
一方、処置中にマニピュレータ4の先端の処置部3が患部Xに接触した状態で、マニピュレータ4を動作させると、患部Xからマニピュレータ4が受ける外力が増大する。このため、画像処理部18において算出される、実画像上のマニピュレータ4の位置と疑似画像のマニピュレータ4の位置との差分が図5および図6に示されるように、増大していく。
したがって、画像生成部17は、マニピュレータ4にかかる外力が大きいと判定し、生成した疑似画像の透明度が低く設定され、疑似画像を目立つ表示形態にして、実画像に重畳した合成画像が生成される。その結果、透明度の低い疑似画像が、実画像上のマニピュレータ4からずれた位置に表示され、操作者に、マニピュレータ4にかかる外力が増大したことを認識させることができる。
このように、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1によれば、疑似画像の表示態様を変化させることにより、マニピュレータ4にかかる外力が小さいときには実画像を遮らず、外力が大きくなるに従って疑似画像を目立たせることにより、外力が大きくなったことを強調して操作者に知らせることができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、複数の閾値によって疑似画像の透明度を複数段階に切り替えることとしたが、これに代えて、実画像のマニピュレータ4と疑似画像のマニピュレータ4との位置の差分に応じて連続的に透明度を切り替えることにしてもよい。
また、疑似画像の透明度を変更することに代えて、あるいはこれと共に、疑似画像の色を変化させることにしてもよい。マニピュレータ4にかかる外力が大きい場合には、疑似画像のマニピュレータ4を目立つ色に変えていき、外力が小さい場合には目立たない色に変えていくことにしてもよい。
例えば、赤色の多い体内の生体組織に対して目立つ色としては、赤の補色である緑色の強度を大きくして行くことにより、疑似画像を目立たせることができる。
また、疑似画像として、マニピュレータ4の輪郭あるいはマニピュレータ4の骨格を表す線画を採用する場合には、マニピュレータ4にかかる外力の大きさに応じて線の透明度や線の色を変化させることにしてもよいし、外力が大きいほど線を太くすることにしてもよい。
また、表示部6に表示される部分のマニピュレータ4の疑似画像を生成して、その疑似画像全体の表示形態を変更することとしたが、これに代えて、関節11,12毎に外力の大きさを判断して、関節11,12毎に表示形態を変更することにしてもよい。
また、外力のかかっている方向に矢印を表示し、外力の大きさに応じて矢印の長さや太さを変更することにしてもよい。
また、本実施形態においては、画像処理部18において、実画像を画像処理して実画像上のマニピュレータ4の位置を抽出し、画像生成部17において生成された疑似画像の位置との差分を算出することによってマニピュレータ4にかかる外力の大きさを検出することとしたが、これに代えて、他の任意の方法によって外力の大きさを検出することにしてもよい。例えば、マニピュレータ4にかかる外力が増大すると、可動部13を駆動しているワイヤの張力が増大するので、その張力の大きさから外力の大きさを推定することにしてもよい。
また、マニピュレータ4の各関節11,12に角度センサあるいは歪みゲージ等のセンサを配置できる場合には、センサの出力によってマニピュレータ4にかかる外力を検出することにしてもよい。
次に、本発明の第2の実施形態に係る医療用マニピュレータシステム20について図7を参照して説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム20は、図7に示されるように、硬性のマニピュレータ21を採用している点で、第1の実施形態の医療用マニピュレータシステム1と異なっている。したがって、本実施形態においては、医療用マニピュレータシステム20の構成について主に説明し、第1の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
医療用マニピュレータシステム20は、図7に示されるように、内視鏡2と、マニピュレータ21と、腹腔(体腔)A内の臓器Bを圧排する圧排具22と、圧排具22、内視鏡2およびマニピュレータ21を挿入するトロッカ23と、圧排具22、内視鏡2およびマニピュレータ21の各々の基端部分を体外において保持する多関節の電動アーム24,25,26と、操作者によって操作される操作部15と、制御部5と、表示部6とを備えている。
マニピュレータ21は、腹腔A内に挿入可能な細長い挿入部28と、可動部13と、駆動部14とを備えている。
制御部5の制御信号生成部16は、操作部15に入力された操作入力に基づいて電動アーム24,25,26の関節を動作させる制御信号を生成するようになっている。
操作者によって操作部15に操作入力が入力されると、その操作入力に対応する信号が制御部5の制御信号生成部16へ送信され、制御信号生成部16が受信した信号に基づいて関節を動作させる制御信号を生成し、生成された制御信号に基づいて電動アーム24,25,26が作動するようになっている。これにより、操作者は、体腔内に挿入されている圧排具22、内視鏡2およびマニピュレータ21を、操作部15を介して遠隔操作することができるようになっている。
さらに、制御信号生成部16は、電動アーム24,25,26に設けられた、各関節の回転角度を検出する図示しないエンコーダから検出値を受信し、受信したエンコーダの検出値に基づいて体腔内における圧排具22、内視鏡2およびマニピュレータ21の位置および姿勢を計算する。そして、制御信号生成部16は、算出した内視鏡2およびマニピュレータ21の位置および姿勢に基づいて圧排具22を移動させるように、該圧排具22を保持している電動アーム24の関節を動作させる制御信号を生成する。具体的には、制御信号生成部16は、内視鏡2およびマニピュレータ21が圧排具22へ接近して該圧排具22との間の距離が所定の閾値未満になったときに、圧排具22を内視鏡2またはマニピュレータ21から遠ざける方向へ移動させるように、電動アーム24の関節を動作させる制御信号を生成する。
このように構成された医療用マニピュレータシステム20によれば、腹腔A内の内視鏡2およびマニピュレータ21を操作して処置を行っている最中にマニピュレータ21が圧排具22に近づくと、圧排具22がマニピュレータ21から遠ざかるように自動的に移動することによってマニピュレータ21の近傍に位置していた臓器Bがさらに圧排され、マニピュレータ21の処置空間が新たに確保される。同様に、内視鏡2が圧排具22に近づくと、圧排具22が内視鏡2から遠ざかるように自動的に移動して内視鏡2の視野が確保される。このように、圧排具22と同時に使用される他の医療器具の動作と協調するように圧排具22を移動させることによって、手術のさらなる効率化を図ることができるという利点がある。
この場合において、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステムによれば、画像生成部17によって、制御信号に基づいてマニピュレータ21および圧排具22の疑似画像が生成される。そして、画像処理部18において算出される、実画像上のマニピュレータ21および圧排具22の位置と疑似画像のマニピュレータ21および圧排具22の位置との差分に基づいて疑似画像の透明度が設定される。
その結果、実画像上のマニピュレータ21および圧排具22に完全に重なる場合には透明度が高く設定されて、疑似画像が実画像を遮らないので、処置の邪魔になることがない。逆に、処置中にマニピュレータ21および圧排具22の先端等が患部Xに接触した状態で、マニピュレータ21および圧排具22を動作させると、患部Xからマニピュレータ21および圧排具22が受ける外力が増大する。このため、画像処理部18において算出される、実画像上のマニピュレータ21および圧排具22の位置と疑似画像のマニピュレータ21および圧排具22の位置との差分が増大していく。
この場合には、画像生成部17は、マニピュレータ21および圧排具22にかかる外力が大きいと判定し、生成した疑似画像の透明度を低く設定し、疑似画像を目立つ表示形態にして、実画像に重畳した合成画像を生成する。その結果、透明度の低い疑似画像が、実画像上のマニピュレータ21および圧排具22からずれた位置に表示され、操作者に、マニピュレータ21および圧排具22にかかる外力が増大したことを認識させることができる。
1,20 医療用マニピュレータシステム
2 内視鏡
3 処置部
4,21 マニピュレータ
22 圧排具(マニピュレータ)
6 表示部
16 制御信号生成部(制御部)
17 画像生成部
18 画像処理部(外力検出部)

Claims (8)

  1. 先端に処置部を有するマニピュレータと、
    該マニピュレータを制御する制御部と、
    前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、
    前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、
    前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成し、前記内視鏡により取得される実画像に重畳した合成画像を生成する画像生成部と、
    該画像生成部により生成された合成画像を表示する表示部とを備え、
    前記画像生成部が、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の透明度を低くするように前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステム。
  2. 先端に処置部を有するマニピュレータと、
    該マニピュレータを制御する制御部と、
    前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、
    前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、
    前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成し、前記内視鏡により取得される実画像に重畳した合成画像を生成する画像生成部と、
    該画像生成部により生成された合成画像を表示する表示部とを備え、
    前記画像生成部が、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の色を目立つ色に変更するように前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステム。
  3. 先端に処置部を有するマニピュレータと、
    該マニピュレータを制御する制御部と、
    前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、
    前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、
    前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成し、前記内視鏡により取得される実画像に重畳した合成画像を生成する画像生成部と、
    該画像生成部により生成された合成画像を表示する表示部とを備え、
    前記画像生成部が、前記疑似画像を線画により生成し、前記外力検出部により検出された外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の線を太く変更するように前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステム。
  4. 前記外力検出部が、前記実画像を処理して前記マニピュレータの位置を検出し、前記画像生成部により生成される前記マニピュレータの疑似画像の位置との差分によって前記外力を検出する請求項1から請求項のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
  5. 前記マニピュレータが、ワイヤによって駆動され、
    前記外力検出部が、前記ワイヤの張力に基づいて、前記外力を検出する請求項1から請求項のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
  6. 先端に処置部を有するマニピュレータと、
    該マニピュレータを制御する制御部と、
    前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、
    前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、
    を備える医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、
    前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成する工程と、
    前記内視鏡により実画像を取得する工程と、
    前記外力検出部により検出された前記外力の大きさに基づいて、前記疑似画像の表示態様を変化させる工程と、
    前記疑似画像を前記実画像に重畳した合成画像を生成する工程と、
    生成した合成画像を表示部へ送信する工程と、を含み、
    前記疑似画像の表示態様を変化させる工程において、前記外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の透明度を低くするように前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステムの作動方法。
  7. 先端に処置部を有するマニピュレータと、
    該マニピュレータを制御する制御部と、
    前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、
    前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、
    を備える医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、
    前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成する工程と、
    前記内視鏡により実画像を取得する工程と、
    前記外力検出部により検出された前記外力の大きさに基づいて、前記疑似画像の表示態様を変化させる工程と、
    前記疑似画像を前記実画像に重畳した合成画像を生成する工程と、
    生成した合成画像を表示部へ送信する工程と、を含み、
    前記疑似画像の表示態様を変化させる工程において、前記外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の色を目立つ色に変更するように前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステムの作動方法。
  8. 先端に処置部を有するマニピュレータと、
    該マニピュレータを制御する制御部と、
    前記マニピュレータによる前記処置部の処置状態を撮影する内視鏡と、
    前記マニピュレータに加わる外力を検出する外力検出部と、
    を備える医療用マニピュレータシステムの作動方法であって、
    前記制御部による制御信号に基づく位置に前記マニピュレータの疑似画像を生成する工程と、
    前記内視鏡により実画像を取得する工程と、
    前記外力検出部により検出された前記外力の大きさに基づいて、前記疑似画像の表示態様を変化させる工程と、
    前記疑似画像を前記実画像に重畳した合成画像を生成する工程と、
    生成した合成画像を表示部へ送信する工程と、を含み、
    前記疑似画像を線画により生成し、
    前記疑似画像の表示態様を変化させる工程において、前記外力の大きさが大きいほど、前記疑似画像の線を太く変更するように前記疑似画像の表示態様を変化させる医療用マニピュレータシステムの作動方法。
JP2017561464A 2016-01-14 2016-01-14 医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法 Active JP6619456B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/050974 WO2017122322A1 (ja) 2016-01-14 2016-01-14 医療用マニピュレータシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017122322A1 JPWO2017122322A1 (ja) 2018-11-29
JP6619456B2 true JP6619456B2 (ja) 2019-12-11

Family

ID=59312015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017561464A Active JP6619456B2 (ja) 2016-01-14 2016-01-14 医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10959787B2 (ja)
JP (1) JP6619456B2 (ja)
WO (1) WO2017122322A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6867654B2 (ja) 2019-03-15 2021-05-12 リバーフィールド株式会社 医用ロボットシステムの力覚表示装置および力覚表示方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07184923A (ja) 1993-12-28 1995-07-25 Hitachi Ltd 遠隔微細手術支援装置
JP3608448B2 (ja) 1999-08-31 2005-01-12 株式会社日立製作所 治療装置
JP2001104333A (ja) 1999-10-07 2001-04-17 Hitachi Ltd 手術支援装置
JP2001150368A (ja) 1999-11-24 2001-06-05 Olympus Optical Co Ltd マニピュレータ制御装置
US8971597B2 (en) 2005-05-16 2015-03-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Efficient vision and kinematic data fusion for robotic surgical instruments and other applications
US9789608B2 (en) 2006-06-29 2017-10-17 Intuitive Surgical Operations, Inc. Synthetic representation of a surgical robot
JP2007029232A (ja) 2005-07-25 2007-02-08 Hitachi Medical Corp 内視鏡手術操作支援システム
US10258425B2 (en) 2008-06-27 2019-04-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Medical robotic system providing an auxiliary view of articulatable instruments extending out of a distal end of an entry guide
US10008017B2 (en) 2006-06-29 2018-06-26 Intuitive Surgical Operations, Inc. Rendering tool information as graphic overlays on displayed images of tools
US20090192523A1 (en) * 2006-06-29 2009-07-30 Intuitive Surgical, Inc. Synthetic representation of a surgical instrument
US9718190B2 (en) 2006-06-29 2017-08-01 Intuitive Surgical Operations, Inc. Tool position and identification indicator displayed in a boundary area of a computer display screen
US7831096B2 (en) * 2006-11-17 2010-11-09 General Electric Company Medical navigation system with tool and/or implant integration into fluoroscopic image projections and method of use
US8594841B2 (en) * 2008-12-31 2013-11-26 Intuitive Surgical Operations, Inc. Visual force feedback in a minimally invasive surgical procedure
US8374723B2 (en) * 2008-12-31 2013-02-12 Intuitive Surgical Operations, Inc. Obtaining force information in a minimally invasive surgical procedure
JP4642938B2 (ja) 2009-02-03 2011-03-02 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 マニピュレータ
RU2668490C2 (ru) * 2012-04-19 2018-10-01 Конинклейке Филипс Н.В. Инструменты наведения для ручного управления эндоскопом с помощью 3d-изображений, полученных до операции и во время операции
JP6112300B2 (ja) 2013-01-10 2017-04-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、並びに、制御プログラム
JP2015163172A (ja) 2014-02-28 2015-09-10 オリンパス株式会社 圧排装置およびロボットシステム
US20150377613A1 (en) * 2014-06-30 2015-12-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Systems and methods for reconstructing 3d surfaces of tubular lumens
US9947091B2 (en) * 2015-11-16 2018-04-17 Biosense Webster (Israel) Ltd. Locally applied transparency for a CT image
CN109414180B (zh) * 2016-06-30 2022-01-07 直观外科手术操作公司 在图像引导程序期间以多种模式显示指导信息的图形用户界面
WO2018005861A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Graphical user interface for displaying guidance information during an image-guided procedure

Also Published As

Publication number Publication date
US10959787B2 (en) 2021-03-30
US20180325607A1 (en) 2018-11-15
JPWO2017122322A1 (ja) 2018-11-29
WO2017122322A1 (ja) 2017-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240033013A1 (en) Graphical user interface for displaying guidance information during an image-guided procedure
CN110325093B (zh) 医疗用臂系统、控制装置与控制方法
US20190022857A1 (en) Control apparatus and control method
US8497898B2 (en) Endoscope system and low visibility determining method
JP5750122B2 (ja) ロボット内視鏡の作動制御方法およびシステム
WO2017115425A1 (ja) 医療用マニピュレータシステム
JP4153963B2 (ja) 内視鏡挿入形状検出装置
JP6147459B2 (ja) 医療用マニピュレータシステム
US20170165013A1 (en) Systems and methods for offscreen indication of instruments in a teleoperational medical system
CN111465340B (zh) 推荐操作呈现系统、推荐操作呈现控制装置以及推荐操作呈现控制方法
JP6033444B2 (ja) ロボット支援型手術システムとその作動方法
JP6753081B2 (ja) 内視鏡手術システム、画像処理方法及び医療用観察システム
JP5826727B2 (ja) 医用システム
KR20140115575A (ko) 수술 로봇 시스템 및 그 제어 방법
WO2015005072A1 (ja) 手術支援ロボット
JP2004041778A (ja) 体腔内観察システム
JP6619456B2 (ja) 医療用マニピュレータシステムおよび医療用マニピュレータシステムの作動方法
CN113905652A (zh) 医学观察系统、控制装置和控制方法
JP5932174B1 (ja) 内視鏡システム
KR20150105803A (ko) 자이로 센서를 이용한 3d 내시경 시스템
US20200205902A1 (en) Method and apparatus for trocar-based structured light applications
JP2005334472A (ja) 医療システム
JP2020192380A (ja) 手術支援システム、画像処理方法及び情報処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180712

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190611

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190807

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190827

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191010

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191029

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191114

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6619456

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250