JPH08299363A - Manipulator system for operation - Google Patents

Manipulator system for operation

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JPH08299363A
JPH08299363A JP7108705A JP10870595A JPH08299363A JP H08299363 A JPH08299363 A JP H08299363A JP 7108705 A JP7108705 A JP 7108705A JP 10870595 A JP10870595 A JP 10870595A JP H08299363 A JPH08299363 A JP H08299363A
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arm
observing
observation
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Toshimasa Kawai
利昌 河合
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Abstract

PURPOSE: To improve safety of a patient and perform operation with low invasion, by making a means for observing an image of a body cavity site of the patient from the body surface positioned on a specified position, and controlling operations of a operation manipulator and a positioning means of the observing means based on a control information of a operation manipulator operating means. CONSTITUTION: A treatment slave manipulator is composed of a treatment apparatus 4 and a treatment arm 5, and also an observing manipurator is composed of an ultrasonic vibrator unit 6 and an observing arm 7. An image providing means and an operating means of an the observing manipurator are composed of a head mount display(HMD) 9. An image of a body cavity site is scanned by the ultrasonic vibrator unit 6 and is displayed on the HMD 9. The HMD 9 is mounted on the head part of an operator and can observe the image regardless of motion of the head. The motion of the HMD 9 is inputted into a control device 11, thereby the treatment apparatus 4 and the observing arm 7 are controlled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は手術用マニピュレータシ
ステムに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to surgical manipulator systems.

【0002】[0002]

【従来の技術】患者の腹腔等の体壁に挿入孔を開け、こ
の挿入孔を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿
入することにより、体腔内で様々な処置を行う内視鏡下
外科手術が従来より行われている。このような手術方法
は、大きな切開を要しない低侵襲なものとして胆嚢摘出
術や肺の一部を摘出除去する手術等で広く用いられてい
る。
2. Description of the Related Art An insertion hole is opened in a body wall of a patient's abdominal cavity or the like, and an endoscope or a treatment tool is percutaneously inserted into the body cavity through the insertion hole to perform various treatments in the body cavity. Traditionally, endoscopic surgery is performed. Such a surgical method is widely used as a minimally invasive procedure that does not require a large incision, such as a cholecystectomy and a surgery to remove and remove a part of the lung.

【0003】一方、近年、内視鏡や処置具を搭載した手
術用マニピュレータシステムを使用して微細な処置を行
なうようになっている。これには概してマスタースレー
ブ方式が用いられ、マスターである術者の動きに追従し
てスレーブアームを動作させることにより、体腔内にお
ける目的部位に対するアプローチを容易にしている。
On the other hand, in recent years, fine treatment has been performed using a manipulator system for surgery equipped with an endoscope and a treatment tool. A master-slave system is generally used for this purpose, and the slave arm is operated following the movement of the operator who is the master, thereby facilitating the approach to the target site in the body cavity.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の手術用マニピュレータシステムにおいては、患
者の体腔内に内視鏡と処置具を挿入するので、体腔内の
臓器を観察するための挿入孔と、処置具のための挿入孔
の少なくとも2つの挿入孔が必要であり、患者への負担
が重くなるという問題があった。
However, in the above-mentioned conventional surgical manipulator system, since the endoscope and the treatment tool are inserted into the body cavity of the patient, an insertion hole for observing an organ in the body cavity is provided. However, there is a problem in that at least two insertion holes for the treatment tool are required, and the burden on the patient becomes heavy.

【0005】本発明の手術用マニピュレータシステムは
このような課題に着目してなされたものであり、その目
的とするところは、患者への安全を確保でき、かつ低侵
襲の手術用マニピュレータシステムを提供することにあ
る。
The surgical manipulator system of the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a minimally invasive surgical manipulator system which can ensure the safety of the patient. To do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の手術用マニピュレータシステム
は、患者の体腔内部位の処置を行う手術用マニピュレー
タと、患者の体表面から体腔内部位に関する画像情報を
得る観察手段と、この観察手段からの画像情報を術者が
認識可能な画像情報として提供する画像提供手段と、前
記観察手段を所望の位置に位置決めするための観察手段
位置決め手段と、前記手術用マニピュレータを操作する
ための第1の操作手段と、前記観察手段位置決め手段を
操作するための第2の操作手段と、前記第1及び第2の
操作手段からの制御情報に基づいて、前記手術用マニピ
ュレータ及び観察手段位置決め手段の動作を制御する制
御手段とを具備する。
In order to achieve the above object, a surgical manipulator system according to the present invention comprises a surgical manipulator for treating a site inside a body cavity of a patient, and a body surface inside the body cavity of the patient. Observation means for obtaining image information about position, image providing means for providing image information from this observation means as image information that can be recognized by an operator, and observation means positioning means for positioning the observation means at a desired position And a first operating means for operating the surgical manipulator, a second operating means for operating the observing means positioning means, and control information from the first and second operating means. And a control means for controlling the operations of the surgical manipulator and the observation means positioning means.

【0007】[0007]

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明の第1実施例が適用されるマ
スタースレーブ方式の手術用マニピュレータシステムの
構成図である。同図において、1は、患者の観察・処置
を行うための手術台であり、2は患者である。手術台1
の両側にはベッドサイドレール3が設けられている。こ
のベッドサイドレール3には、患者の体腔内において処
置を行うための処置具4が先端に取り付けられた処置用
アーム5と、観察用の超音波振動子ユニット6を位置決
めするための観察用アーム7とが着脱自在に取り付けら
れている。ここで処置具4は図2に示すような構成を有
し、患者2の体壁に開けられた挿入孔2aから体腔内に
挿入されるとともに、超音波振動子ユニット6は患者2
の体壁をなぞる様に移動させられる。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a master-slave type surgical manipulator system to which a first embodiment of the present invention is applied. In the figure, 1 is an operating table for observing and treating a patient, and 2 is a patient. Operating table 1
Bedside rails 3 are provided on both sides of the. On this bedside rail 3, a treatment arm 5 to which a treatment tool 4 for performing treatment in a body cavity of a patient is attached at the tip and an observation arm for positioning an ultrasonic transducer unit 6 for observation. 7 and 7 are detachably attached. Here, the treatment tool 4 has a configuration as shown in FIG. 2, and is inserted into a body cavity through an insertion hole 2a formed in the body wall of the patient 2, and the ultrasonic transducer unit 6 is installed in the patient 2
It can be moved by tracing the body wall of.

【0008】処置用アーム5と処置具4との接続は複数
の自由度を有する関節部であるフリー関節機構19によ
って行われる。これは、患者が例えば術中に動いて挿入
孔2aの位置がずれるようなことがあっても、挿入孔2
aに無理な力が加わらない様にするためである。
The treatment arm 5 and the treatment instrument 4 are connected by a free joint mechanism 19 which is a joint portion having a plurality of degrees of freedom. This is because even if the patient moves during the operation and the position of the insertion hole 2a is displaced, for example,
This is to prevent unreasonable force from being applied to a.

【0009】処置用アーム5および観察用アーム7は、
上下動作(図1中に示すa方向)、旋回動作(図1中に
示すb方向)、伸縮動作(図1中に示すc方向)を機構
的に行うことが可能な様に構成されている。この様な動
きを実現するために、各アーム5、7内にはアクチュエ
ータ(図示しない)が配置されている。なお、このアク
チュエータとしては、ロボットの位置決めに多く利用さ
れているサーボモータを使用している。
The treatment arm 5 and the observation arm 7 are
Upward and downward movements (direction a in FIG. 1), turning movements (direction b in FIG. 1), and expansion and contraction movements (direction c in FIG. 1) can be mechanically performed. . In order to realize such a movement, an actuator (not shown) is arranged in each arm 5, 7. As this actuator, a servo motor which is often used for positioning a robot is used.

【0010】処置用アーム5の先端に取り付けられてい
る処置具4の挿入部4aは、その先端部が図2中に示す
a方向およびb方向に湾曲駆動できるようになってい
る。この様な湾曲駆動は、処置具4のサーボモータ収納
部4bに設けられたサーボモータ(図示しない)を駆動
させて挿入部4a内に挿通配置されたワイヤー(図示し
ない)を牽引することによって行われる。
The insertion portion 4a of the treatment instrument 4 attached to the distal end of the treatment arm 5 is designed such that the distal end portion thereof can be bent and driven in the directions a and b shown in FIG. Such bending drive is performed by driving a servo motor (not shown) provided in the servo motor housing 4b of the treatment instrument 4 and pulling a wire (not shown) inserted through the insertion portion 4a. Be seen.

【0011】また、処置具4は、図2中に示すc方向に
回転駆動できるようになっている。このような回転駆動
は、フリー関節アームジョイント部4c内に設けられた
サーボモータ4dを駆動させて図示しない回転機構を作
動させることにより行われる。
Further, the treatment instrument 4 can be rotationally driven in the c direction shown in FIG. Such rotational driving is performed by driving a servomotor 4d provided in the free joint arm joint portion 4c to operate a rotation mechanism (not shown).

【0012】処置具4の先端の鉗子部4eには、この鉗
子部4eを開閉させる開閉機構が設けられており、この
開閉機構は、サーボモータ収納部4b内に設けられたサ
ーボモータ(図示しない)を駆動させて挿入部4a内に
挿通配置されたロッドもしくはワイヤ部材を押し引き操
作することにより作動される。
The forceps portion 4e at the tip of the treatment instrument 4 is provided with an opening / closing mechanism for opening / closing the forceps portion 4e. This opening / closing mechanism is a servomotor (not shown) provided in the servomotor housing portion 4b. ) Is driven to operate by pushing and pulling a rod or a wire member inserted and arranged in the insertion portion 4a.

【0013】ここで、処置具4と処置用アーム5とを組
み合わせたものを処置用スレーブマニピュレータ(手術
用マニピュレータ)と称し、観察手段としての超音波振
動子ユニット6と観察手段位置決め手段としての観察用
アーム7とを組み合わせたものを観察用スレーブマニピ
ュレータと称することにする。この処置用スレーブマニ
ピュレータの入力手段であるマスターアーム(第1の操
作手段)8と、観察用スレーブマニピュレータの入力手
段であるヘッドマウントディスプレイ9(以下単にHM
Dと呼ぶ)とが図1に示されている。ここで、HMD9
は画像提供手段及び第2の操作手段を構成している。マ
スターアーム8は、複数のリンク機構で構成されてい
る。リンク機構を構成する各リンクには、位置検知用の
エンコーダ(図示しない)が設けられている。このエン
コーダによって、各リンクの動作を検知することで、マ
スターアーム8の移動量を検知できる。
Here, a combination of the treatment tool 4 and the treatment arm 5 is referred to as a treatment slave manipulator (surgical manipulator), and the ultrasonic transducer unit 6 as the observation means and the observation as the observation means positioning means are used. The combination with the use arm 7 will be referred to as an observation slave manipulator. A master arm (first operation means) 8 which is an input means of this treatment slave manipulator, and a head mount display 9 (hereinafter simply referred to as HM) which is an input means of the observation slave manipulator.
Called D) is shown in FIG. Where HMD9
Constitutes an image providing means and a second operating means. The master arm 8 is composed of a plurality of link mechanisms. Each link forming the link mechanism is provided with an encoder (not shown) for position detection. This encoder can detect the movement amount of the master arm 8 by detecting the operation of each link.

【0014】また、操作者がマスターアーム8から手を
離した場合にマスターアーム8がその自重によって勝手
に動作しない様に、マスターアーム8の各アームリンク
には電磁クラッチ(図示しない)が取り付けられてい
る。つまり、マスターアーム8は、この電磁クラッチに
よって、必要以外の時には動かないようにその動作が制
限される。
An electromagnetic clutch (not shown) is attached to each arm link of the master arm 8 so that the master arm 8 does not operate by its own weight when the operator releases the hand from the master arm 8. ing. That is, the operation of the master arm 8 is restricted by the electromagnetic clutch so that it does not move except when necessary.

【0015】また、マスタースレーブモードで実際に処
置用スレーブマニピュレータを動かす際、電磁クラッチ
はフットスイッチ12を踏む動作によってその作動が制
御される。つまり、マスターアーム8の動作のロックお
よびこのロック状態の解除がフットスイッチ12によっ
て行えるようになっている。ここで、マスタースレーブ
モードとは、入力手段であるマスターアーム8の動きが
処置用スレーブマニピュレータに伝達され得るモード、
すなわち、処置用スレーブマニピュレータがマスターア
ーム8の動きに追従できるモードをいう。
When actually operating the treatment slave manipulator in the master-slave mode, the operation of the electromagnetic clutch is controlled by the operation of stepping on the foot switch 12. That is, the operation of the master arm 8 can be locked and the locked state can be released by the foot switch 12. Here, the master-slave mode is a mode in which the movement of the master arm 8 as the input means can be transmitted to the treatment slave manipulator,
That is, it refers to a mode in which the treatment slave manipulator can follow the movement of the master arm 8.

【0016】さらに、超音波振動子ユニット6は観察用
アーム7に支持されて患者の体腔表面に配置されてお
り、患者の体腔内部位の画像情報を超音波によって走査
可能である。この超音波振動子ユニット6から出力され
る超音波画像情報は、15aのラインを通り、超音波観
察装置15に入力される。超音波観察装置15では、超
音波情報信号をTV信号に変換させる機能を有してお
り、その出力は操作者の頭に取り付けられるHMD9の
表示部に表示される。この表示部は、HMD9を術者の
頭部に装着した際に術者の目の位置にセットされるよう
に構成されている。また、HMD9は、術者の頭がどの
ように動いても超音波振動子ユニット6で走査された超
音波画像を常に観察できるような構成になっている。
Further, the ultrasonic transducer unit 6 is supported by the observing arm 7 and arranged on the surface of the body cavity of the patient, and can scan the image information of the body cavity of the patient by ultrasonic waves. The ultrasonic image information output from the ultrasonic transducer unit 6 passes through the line 15a and is input to the ultrasonic observation device 15. The ultrasonic observation device 15 has a function of converting an ultrasonic information signal into a TV signal, and its output is displayed on the display unit of the HMD 9 attached to the operator's head. The display unit is configured to be set at the position of the operator's eyes when the HMD 9 is mounted on the operator's head. Further, the HMD 9 is configured so that the ultrasonic image scanned by the ultrasonic transducer unit 6 can always be observed no matter how the operator's head moves.

【0017】ここで、術者には超音波画像で提供してい
るが、制御装置11内に画像処理装置を設けて、わかり
にくい超音波画像をコンピュータグラフィックスによる
アニメーション画像に変換して、術者がよりわかりやす
い画像で提供しても良い。
Here, although the operator is provided with an ultrasonic image, an image processing device is provided in the control device 11 to convert the difficult-to-understand ultrasonic image into an animation image by computer graphics, and the surgery is performed. The image may be provided by a person who is more understandable.

【0018】このような構成のHMD9によれば、従来
のように処置中に術者が手術室のモニターに設置された
TVモニターの方に視線を移すといった煩わしい動作が
不要となり、操作性が向上する。なお、患者体腔内の各
所望の部位を観察可能なように、超音波振動子のエコー
周波数は任意に変更可能である。
According to the HMD 9 having such a configuration, it is not necessary to perform a troublesome operation such as the operator shifting the line of sight to the TV monitor installed on the monitor in the operating room during the treatment, which improves the operability. To do. The echo frequency of the ultrasonic transducer can be arbitrarily changed so that each desired site in the patient's body cavity can be observed.

【0019】術者の頭部の空間的な移動量は磁気センサ
ー10によって検知される。この磁気センサー10は、
一様な磁場を発生する磁気センサーソース部10bと、
磁気センサーセンス部10aとからなり、このうち磁気
センサーセンス部10aがHMD9のほぼ中央に取り付
けられている。
The amount of spatial movement of the operator's head is detected by the magnetic sensor 10. This magnetic sensor 10
A magnetic sensor source unit 10b that generates a uniform magnetic field;
The magnetic sensor sense unit 10a is attached to the HMD 9 at substantially the center thereof.

【0020】術者の頭の動きは、こうした磁気センサー
10によって検知されるが、その検知方法を簡単に説明
すると、HMD9以外の所定の場所にセットされた磁気
センサーソース部10bから発生される一様な磁場を磁
気センサーセンス部10aで検知し、頭の動きに伴う磁
場の変化分の情報を処理することによって、磁気センサ
ーソース部10bと磁気センサーセンス部10aとの空
間的絶対移動量および磁気センサーセンス部10aの傾
斜であるオイラー角(ロール,ピッチ,ヨー)を求め
て、術者の頭の移動量および傾き量を検知するというも
のである。
The movement of the operator's head is detected by such a magnetic sensor 10. The detection method will be briefly described. One is generated from a magnetic sensor source portion 10b set at a predetermined place other than the HMD 9. Such a magnetic field is detected by the magnetic sensor sense unit 10a, and information about the change in the magnetic field due to the movement of the head is processed to obtain the spatial absolute movement amount and the magnetic field between the magnetic sensor source unit 10b and the magnetic sensor sense unit 10a. The Euler angle (roll, pitch, yaw), which is the inclination of the sensor sense unit 10a, is obtained to detect the amount of movement and the amount of inclination of the operator's head.

【0021】図1中に示される14aは固有の超音波ゼ
リーチューブであり、この超音波ゼリーチューブ14a
内にあるゼリーを患者2の体表面に塗ることによって、
正確な体腔内画像をとらえることが可能となる。この超
音波ゼリーチューブ14a内のゼリーを体表面に塗布す
る場合は、超音波ゼリーチューブ14aを固定するため
の固定部材14bと、その反対側に配置されたローラー
14cとで超音波ゼリーチューブ14aをしごくことに
よってゼリーを超音波ゼリーチューブ14aから押し出
せばよい。超音波ゼリーチューブ14aから出されたゼ
リーは、チューブ14eを介して患者2の体表面に塗布
される。なお、図中14fは、超音波振動子ユニット6
の近傍で患者2の体表面にゼリーを塗布できるようにす
るために観察用アーム7に取り付けられた固定部材であ
る。
Reference numeral 14a shown in FIG. 1 is a unique ultrasonic jelly tube.
By applying the jelly inside to the body surface of patient 2,
It is possible to capture an accurate intracavity image. When applying the jelly in the ultrasonic jelly tube 14a to the body surface, the ultrasonic jelly tube 14a is fixed by a fixing member 14b for fixing the ultrasonic jelly tube 14a and a roller 14c arranged on the opposite side. The jelly may be pushed out from the ultrasonic jelly tube 14a by squeezing. The jelly discharged from the ultrasonic jelly tube 14a is applied to the body surface of the patient 2 via the tube 14e. In the figure, 14f is the ultrasonic transducer unit 6
It is a fixing member attached to the observing arm 7 so that the jelly can be applied to the body surface of the patient 2 in the vicinity of.

【0022】次に、上記した処置用スレーブマニピュレ
ータと観察用スレーブマニピュレータの動作を制御する
制御装置11について説明する。図1に示すように、制
御装置11は、各スレーブマニピュレータを動作させる
ために必要ないくつかの機能モジュールを具備してい
る。
Next, the control device 11 for controlling the operations of the above-mentioned treatment slave manipulator and observation slave manipulator will be described. As shown in FIG. 1, the control device 11 includes some functional modules necessary for operating each slave manipulator.

【0023】すなわち、図中11aは、制御装置11の
機能モジュールを統括制御する上位CPUであるマイク
ロコントローラである。11eは、マスターアーム8に
設けられた前記エンコーダの動作量を保持しておくため
のアップダウンカウンタである。このアップダウンカウ
ンタ11eは、マスターアーム8に取り付けられたエン
コーダ分の入力ポートを有している。また、このアップ
ダウンカウンタ11eはより詳細には、マスターアーム
8の相対的移動量に従って、初期設定時(制御装置11
の電源を立ち上げた時)に予め設定したカウント値の増
減を行なうものである。
That is, reference numeral 11a in the drawing denotes a microcontroller which is a higher-level CPU for centrally controlling the functional modules of the control device 11. Reference numeral 11e is an up / down counter for holding the operation amount of the encoder provided in the master arm 8. The up / down counter 11e has input ports for encoders attached to the master arm 8. Further, more specifically, the up / down counter 11e is set at the time of initial setting (control device 11 according to the relative movement amount of the master arm 8).
When the power source is turned on), the preset count value is increased or decreased.

【0024】11dは、HMD9に取り付けられた磁気
センサーセンス部10aからの情報を検知するための磁
気センサーデータインターフェイス回路である。この磁
気センサーインターフェイス回路11dには磁気センサ
ー10の絶対位置情報とオイラー角の情報とが磁気セン
サーセンス部10aから入力される。
Reference numeral 11d is a magnetic sensor data interface circuit for detecting information from the magnetic sensor sensing unit 10a attached to the HMD 9. Information on the absolute position of the magnetic sensor 10 and information on the Euler angle are input to the magnetic sensor interface circuit 11d from the magnetic sensor sensing unit 10a.

【0025】11fは、キーボード13から入力された
情報を受け取るためのキーボードインターフェイス部で
ある。11iは、本実施例におけるマニピュレータシス
テムの動作情報をフロッピーディスク110に記憶する
ためのフロッピーディスクドライブである。11hは、
フロッピーディスクドライブ11iをコントロールする
ためのフロッピーディスクコントローラである。なお、
フロッピーディスク110に保存される情報としては、
観察用・処置用スレーブマニピュレータの動作教示デー
タが挙げられる。
Reference numeral 11f is a keyboard interface unit for receiving information input from the keyboard 13. Reference numeral 11i is a floppy disk drive for storing the operation information of the manipulator system in this embodiment on the floppy disk 110. 11h is
A floppy disk controller for controlling the floppy disk drive 11i. In addition,
The information stored in the floppy disk 110 includes
The operation teaching data of the observation and treatment slave manipulators can be given.

【0026】11gは、フットスイッチ12の入力情報
を検知するためのフットスイッチインターフェイス部で
ある。この部分でフットスイッチ12が押されているか
否かを判断する。
Reference numeral 11g is a foot switch interface section for detecting the input information of the foot switch 12. It is determined whether or not the foot switch 12 is pressed at this portion.

【0027】11bは、スレーブ側の各構成要素である
処置用アーム5、観察用アーム7、処置具4、のそれぞ
れを駆動するためのサーボインターフェイスであり、サ
ーボの高速演算処理を行うためのディジタルシグナルプ
ロセッサ(以下、DSPとする)を有する。11cは、
前記サーボインターフェイス11bのDSPによる処理
結果の信号を実際にモータを駆動するために必要なパワ
ーまで増幅するためのサーボドライバーである。
Reference numeral 11b denotes a servo interface for driving each of the slave side constituent elements, namely, the treatment arm 5, the observation arm 7, and the treatment instrument 4, which is a digital interface for performing high-speed servo arithmetic processing. It has a signal processor (hereinafter referred to as DSP). 11c is
It is a servo driver for amplifying the signal of the processing result by the DSP of the servo interface 11b to the power required to actually drive the motor.

【0028】11vは、超音波ゼリーを超音波ゼリーチ
ューブ14aから押し出すためにローラー14cを駆動
するためのローラードライバであり、観察・処置を行う
際に必要に応じて駆動され、これによって超音波ゼリー
が患者体表面に塗布される。
Reference numeral 11v denotes a roller driver for driving the roller 14c for pushing the ultrasonic jelly out of the ultrasonic jelly tube 14a, which is driven as necessary during observation and treatment, whereby the ultrasonic jelly is driven. Is applied to the surface of the patient's body.

【0029】次に、上記した各機能モジュールのインタ
ーフェイスについて説明する。図1中、制御装置11内
に示されている11mは、データバスラインである。こ
のデータバスライン11mは、マイクロコントローラ1
1aからサーボインターフェイス11bに位置指令を送
ったり、スレーブアーム側のサーボ部エンコーダフィー
ドバック情報を読みとったり、アップダウンカウンタ1
1e、磁気センサー移動量インターフェイス11d、キ
ーボードインターフェイス部11f、フットスイッチイ
ンターフェイス部11g、フロッピーディスクインター
フェイス部11h、ローラードライバ11vのそれぞれ
からのデータをマイクロコントローラ11aに取り込ん
だりするラインである。
Next, the interface of each of the above functional modules will be described. In FIG. 1, 11m shown in the control device 11 is a data bus line. This data bus line 11m is connected to the microcontroller 1
1a sends a position command to the servo interface 11b, reads servo feedback information from the servo unit on the slave arm side, and up / down counter 1
1e, a magnetic sensor movement amount interface 11d, a keyboard interface section 11f, a foot switch interface section 11g, a floppy disk interface section 11h, and a roller driver 11v.

【0030】11jは、サーボインターフェイス11b
のDSPによって得られた制御演算結果をサーボドライ
バ11cに送るためのアナログ指令ラインである。11
kは、サーボドライバ11cからのパワー信号を供給す
るラインおよびサーボ部フィードバックエンコーダライ
ンである。11uは、フロッピーディスクドライブ11
iとフロッピーディスクドライブコントローラ11hと
の間でのデータのやり取りを行うためのデータラインで
ある。11tは、フットスイッチ12とフットスイッチ
インターフェイス部11gとの間でのインターフェイス
である。11sは、キーボード13とキーボードインタ
ーフェイス部11fとの通信を行うためのデータライン
である。
11j is a servo interface 11b
It is an analog command line for sending the control calculation result obtained by the DSP to the servo driver 11c. 11
k is a line for supplying a power signal from the servo driver 11c and a servo section feedback encoder line. 11u is a floppy disk drive 11
It is a data line for exchanging data between i and the floppy disk drive controller 11h. 11t is an interface between the foot switch 12 and the foot switch interface section 11g. 11s is a data line for communicating between the keyboard 13 and the keyboard interface unit 11f.

【0031】なお、前記インターフェイスにおいては、
データの受け渡しを行うデータバスライン11mしか示
さなかったが、前記各機能モジュールを選択するための
アドレスバスやコントロールバス等が付加されているこ
とは言うまでもない。また観察用スレーブマニピュレー
タと処置用スレーブマニピュレータのサーボ系を駆動す
るための11jラインおよび11kラインはアナログ指
令ラインのものしか示さなかったが、実際にはサーボイ
ンターフェイス11bでPID制御則を実行するための
エンコーダフィードバック信号ラインも存在する。
In the above interface,
Although only the data bus line 11m for transferring data is shown, it goes without saying that an address bus and a control bus for selecting each functional module are added. Further, the 11j line and 11k line for driving the servo system of the observation slave manipulator and the treatment slave manipulator only show those of the analog command line, but actually, the servo interface 11b is used to execute the PID control law. There is also an encoder feedback signal line.

【0032】次に、制御装置11内のデータの流れにつ
いて説明する。前記したように、マスタースレーブモー
ドにおいては、マスターアーム8あるいはHMD9の動
作に追従して、処置用スレーブマニピュレータあるいは
観察用スレーブマニピュレータが動作する。データの流
れは、観察用も処置用も基本的には同じであるので、こ
こでは、処置用マニピュレータにおけるマスタースレー
ブモードの制御装置11内のデータの流れについてだけ
説明する。
Next, the flow of data in the control device 11 will be described. As described above, in the master-slave mode, the treatment slave manipulator or the observation slave manipulator operates following the operation of the master arm 8 or the HMD 9. Since the data flow is basically the same for observation and treatment, only the data flow in the master-slave mode control device 11 in the treatment manipulator will be described here.

【0033】まず、マスターアーム8に設けられたエン
コーダの情報は、アップダウンカウンタ11eで読みと
られる。このアップダウンカウンタ11eでは、はじめ
にアップダウンカウンタ11eに設定されたデータに対
する移動量の増減を表すので絶対的な移動量(マスター
アーム8の移動量)を検知することができる。このアッ
プダウンカウンタ11e内に保持されているデータは、
サンプリングが行われる毎にマイクロコントローラ11
a内にデータバス11mを介して取り込まれる。マイク
ロコントローラ11a内では、前記移動量に対して処置
用スレーブマニピュレータの各軸をどの様に動作させる
かを決定するための座標変換処理が行われる。
First, the information of the encoder provided on the master arm 8 is read by the up / down counter 11e. The up / down counter 11e represents an increase / decrease in the movement amount with respect to the data initially set in the up / down counter 11e, so that the absolute movement amount (the movement amount of the master arm 8) can be detected. The data held in the up / down counter 11e is
Microcontroller 11 every time sampling is performed
It is taken into the inside of a through the data bus 11m. In the microcontroller 11a, coordinate conversion processing is performed to determine how to operate each axis of the treatment slave manipulator with respect to the movement amount.

【0034】ここで、観察用の場合は、逆座標変換(磁
気センサー10の絶対位置と傾きとから、観察用スレー
ブマニピュレータの各駆動部へ出力する各リンクパラメ
ータの関節変数を求める変換作業)のみを行えば良い
が、処置用の場合には、マスターアーム8が複数のリン
クからなるため、逆座標変換を行う前に順座標変換(マ
スターアーム8の先端の位置、姿勢を求める座標変換作
業)を行うことが必要になってくる。なお、マスターア
ーム8と処置用スレーブマニピュレータとの動作の対応
については、後述する。
Here, in the case of observation, only the inverse coordinate conversion (conversion work for obtaining the joint variable of each link parameter to be output to each drive unit of the observation slave manipulator from the absolute position and inclination of the magnetic sensor 10) is performed. However, in the case of treatment, since the master arm 8 is composed of a plurality of links, forward coordinate conversion (coordinate conversion work for obtaining the position and posture of the tip of the master arm 8) before performing inverse coordinate conversion. It will be necessary to do. The correspondence between the operation of the master arm 8 and the operation slave manipulator will be described later.

【0035】上記した座標変換処理が行われ、処置用ス
レーブマニピュレータの各アーム部への移動量が算出さ
れたら、この移動量の指令値がマイクロコントローラ1
1aからデータバス11mを介してサーボインターフェ
イス11bのDSPに送られる。DSP内での処理は、
ある決められた制御則(例えば、PID制御のような簡
単なアルゴリズムを用いる)に基づいて行われる。DS
Pで得られた制御演算結果は、アナログ指令値として、
アナログ指令ライン11jを介してサーボドライバ11
cに出力される。このアナログ指令値は、サーボドライ
バ11cにより増幅され、この増幅された出力がサーボ
ドライバ11cからモータドライブライン11kを介し
て処置用スレーブマニピュレータのモータに出力され
る。これによって、処置用スレーブマニピュレータ内に
配置されたモータがスレーブ側の機構を駆動させて、処
置用スレーブマニピュレータが動作する。
When the above-mentioned coordinate conversion processing is performed and the movement amount to each arm portion of the treatment slave manipulator is calculated, the command value of this movement amount is given to the microcontroller 1.
1a to the DSP of the servo interface 11b via the data bus 11m. The processing in the DSP is
It is performed based on a certain control law (for example, using a simple algorithm such as PID control). DS
The control calculation result obtained in P is the analog command value,
Servo driver 11 via analog command line 11j
c. This analog command value is amplified by the servo driver 11c, and the amplified output is output from the servo driver 11c to the motor of the treatment slave manipulator via the motor drive line 11k. Thereby, the motor arranged in the treatment slave manipulator drives the mechanism on the slave side, and the treatment slave manipulator operates.

【0036】次に具体的な動作について説明する。マス
タースレーブモードにおいて、術者が図4(a)に示す
ように、マスターアーム8の先端に設定された座標系の
Z軸を点線方向に移動させると、スレーブ(処置用)ア
ーム5も図4(b)に示すように、そのZ軸が点線上に
沿って移動するようになっている。すなわち、マスター
アーム8の先端のベクトルMの動きに追従してスレーブ
アーム5のベクトルSが同じ動きをする。
Next, a specific operation will be described. In the master-slave mode, when the operator moves the Z-axis of the coordinate system set at the tip of the master arm 8 in the direction of the dotted line as shown in FIG. As shown in (b), the Z axis moves along the dotted line. That is, the vector S of the slave arm 5 follows the movement of the vector M at the tip of the master arm 8 and makes the same movement.

【0037】こうした動作を可能ならしめるために、マ
イクロコントローラ11a側で前述した座標変換が行わ
れる。これによって、例えば、マスターアーム8の方向
を図4(a)中のY方向に移動させた場合には、処置具
4が図4(b)中のY方向に向き、かつ、マスターアー
ム8の移動量と同じ移動量となるように処置具4の先端
部が湾曲し、かつ、スレーブ(処置用)アーム5が移動
する。
In order to enable such an operation, the above-mentioned coordinate conversion is performed on the microcontroller 11a side. Thereby, for example, when the direction of the master arm 8 is moved in the Y direction in FIG. 4A, the treatment tool 4 is oriented in the Y direction in FIG. The distal end portion of the treatment tool 4 is curved so that the movement amount is the same as the movement amount, and the slave (treatment) arm 5 moves.

【0038】処置用スレーブマニピュレータにおける前
述した動作と同様に、観察用スレーブマニピュレータに
おいても、頭部に取り付けたHMD9の動作に追従して
観察用アーム7と超音波振動子ユニット6とが動作す
る。例えば、HMD9を図3(a)に示すPの地点から
点線に沿ってQの地点まで動かした場合(この動作は、
術者が前方に向けて前進する場合に相当する)、スレー
ブ側の超音波振動子ユニット6は、図3(b)に示すS
地点から点線に沿ってT地点まで移動する。ただし、超
音波振動子ユニット6が患者体表面にあるときに前記前
進の動作を行わせた場合は患者への圧迫が生じるため、
超音波振動子ユニット6に図3(b)中のZ軸方向の力
を検知する手段として力覚センサー(図示しない)を設
け、この力覚センサーの示す値がある閾値を越えた場合
に、Z軸方向へは進めないようにしてある。ここでい
う、力覚センサーの閾値は、患者が苦痛を訴えない程度
の値を選定している。それ以外の方向には、超音波振動
子ユニット6がHMD9の動きに追従して動作するよう
に制御が行われている。
In the observation slave manipulator, the observation arm 7 and the ultrasonic transducer unit 6 operate following the operation of the HMD 9 attached to the head, similarly to the above-described operation in the treatment slave manipulator. For example, when the HMD 9 is moved from the point P shown in FIG. 3A to the point Q along the dotted line (this operation is
Corresponding to the case where the operator advances forward), the ultrasonic transducer unit 6 on the slave side is S shown in FIG.
Move from point to point T along the dotted line. However, if the advance operation is performed when the ultrasonic transducer unit 6 is on the surface of the patient's body, pressure on the patient occurs,
The ultrasonic transducer unit 6 is provided with a force sensor (not shown) as a means for detecting the force in the Z-axis direction in FIG. 3B, and when the value indicated by the force sensor exceeds a certain threshold, It is designed not to proceed in the Z-axis direction. Here, the threshold value of the force sensor is selected so that the patient does not complain. In the other directions, control is performed so that the ultrasonic transducer unit 6 operates following the movement of the HMD 9.

【0039】なお、第1実施例では力覚センサーによる
力検知手段を採用しているが、押し当て力を大ざっぱに
検知するのであれば、圧力センサーによるものでも構わ
ない。
Although the force detecting means by the force sensor is adopted in the first embodiment, the pressure sensor may be used if the pressing force is roughly detected.

【0040】また、術者は観察のために超音波振動子ユ
ニット6からの走査信号を観察しながら処置を行ってい
たが、X線装置の様な観察手段を選択して行っても構わ
ない。
Although the operator performs the treatment while observing the scanning signal from the ultrasonic transducer unit 6 for observation, the operator may select the observation means such as an X-ray device. .

【0041】上記した第1実施例によれば、マスタース
レーブマニピュレータによる観察・処置を行うことが可
能となり、処置のための処置具挿入孔のみを患者の体表
面に開けるだけですむようになり、従来のマスタースレ
ーブマニピュレータシステムのものより低侵襲で処置を
行なうことが可能となる。
According to the first embodiment described above, it becomes possible to perform observation and treatment by the master-slave manipulator, and it is only necessary to open only the treatment tool insertion hole for treatment on the body surface of the patient. The procedure can be performed with less invasiveness than that of the master-slave manipulator system.

【0042】以下に本発明の第2実施例を説明する。第
2実施例は患者が離れた場所にいても、患者に低侵襲な
手術用マニピュレータシステムを提供するものである。
図5は第2実施例の構成図であり、前記第1実施例で示
した構成とほとんど同じ構成であるが、本実施例では患
者が遠隔位置に居る場合について示す。
The second embodiment of the present invention will be described below. The second embodiment provides a patient with a minimally invasive surgical manipulator system even when the patient is remote.
FIG. 5 is a configuration diagram of the second embodiment, which has almost the same configuration as that of the first embodiment, but this embodiment shows a case where a patient is at a remote position.

【0043】例えば、専門の医者がその場所にはいない
が、どうしても処置を行う状況になった場合、前記した
第1実施例の構成では観察・処置を行うことができな
い。そこで第2実施例では、図5に示すように、制御装
置11およびマスター入力手段(マスターアーム8およ
びHMD9)と、スレーブ(処置用)アーム5および患
者ベッドを分離可能にすることによって、医者がどの場
所にいても処置を行えるようにするために、患者側送受
信回路30と、操作側送受信回路31とを設け、患者側
と術者とを伝送ライン31で結んでいる。ここでは、シ
リアル通信に良く用いられているRS232C方式を採
用している。
For example, if there is no specialist doctor at the site, but if the situation is such that treatment is inevitable, the configuration of the first embodiment described above cannot perform observation / treatment. Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 5, by making the control device 11 and the master input means (master arm 8 and HMD 9), the slave (treatment) arm 5 and the patient bed separable, In order to be able to perform treatment at any place, a patient side transmitting / receiving circuit 30 and an operating side transmitting / receiving circuit 31 are provided, and the patient side and the operator are connected by a transmission line 31. Here, the RS232C system, which is often used for serial communication, is adopted.

【0044】患者側送受信回路30からの指令データは
変換素子20aでパラレルデータに変換され、パラレル
データに変換された指令データは、スレーブ駆動信号の
場合は20bラインを通り、前記した第1実施例で示し
たスレーブアームを駆動するための制御則を実行するD
SP20cに送られ、その後DSP指令ライン20dを
介してサーボアンプ20eへと出力される。これによっ
てスレーブアーム5の駆動が行われるようになる。一
方、超音波ゼリー供給用のローラ14cを駆動する場合
は、変換素子20aから出力されるパラレルデータはデ
ータライン20fを介してローラドライバ20gに送ら
れる。これによって、超音波ゼリー供給用のローラ14
cを駆動させることが可能となる。
The command data from the patient side transmitting / receiving circuit 30 is converted into parallel data by the conversion element 20a, and the command data converted into parallel data passes through the line 20b in the case of the slave drive signal, and the above-mentioned first embodiment is used. D to execute the control law for driving the slave arm shown in
It is sent to the SP 20c, and then output to the servo amplifier 20e via the DSP command line 20d. As a result, the slave arm 5 is driven. On the other hand, when the roller 14c for supplying the ultrasonic jelly is driven, the parallel data output from the conversion element 20a is sent to the roller driver 20g via the data line 20f. As a result, the roller 14 for supplying the ultrasonic jelly is supplied.
It is possible to drive c.

【0045】一方、操作者側の制御装置において、第1
実施例では制御装置11内に存在したDSP11bおよ
びサーボアンプ11cは、第2実施例では患者側に配置
されているため、図5中の制御装置11内にはパラレル
データをシリアルデータに変換する変換素子34、35
のみが必要となる。
On the other hand, in the controller on the operator side, the first
The DSP 11b and the servo amplifier 11c, which are present in the control device 11 in the embodiment, are arranged on the patient side in the second embodiment. Therefore, in the control device 11 in FIG. 5, conversion for converting parallel data into serial data is performed. Elements 34, 35
Only needed.

【0046】以下に上記した構成の第2実施例の作用を
説明する。超音波振動子ユニット6で観測されたデータ
は、患者側の超音波信号エンコーダ回路20hで一旦符
号化され、通信ライン31を介して操作者側に送られ
る。操作者側では超音波信号デコード回路33により超
音波信号を源信号に変換する。この源信号は第1実施例
で示した超音波観測装置15に入力され、HMD9に画
像出力が行われるようになる。
The operation of the second embodiment having the above construction will be described below. The data observed by the ultrasonic transducer unit 6 is once encoded by the ultrasonic signal encoder circuit 20h on the patient side and sent to the operator side via the communication line 31. On the operator side, the ultrasonic signal decoding circuit 33 converts the ultrasonic signal into a source signal. This source signal is input to the ultrasonic observation device 15 shown in the first embodiment, and the image is output to the HMD 9.

【0047】上記した第2実施例によれば、観察は超音
波により行い、処置具のみを患者体腔内に挿入して行う
といったことが、患者が別の部屋にいてもあるいは操作
者が別の部屋にいてもリアルタイムに行なうことができ
るようになり、患者に低侵襲な遠隔手術を行なうことが
できる。
According to the second embodiment described above, the observation is performed by ultrasonic waves and only the treatment tool is inserted into the body cavity of the patient. Even in the room, it becomes possible to carry out the surgery in real time, and it is possible to perform minimally invasive remote surgery on the patient.

【0048】以下に本発明の第3実施例を説明する。第
3実施例は省スペース化による作業効率の向上を実現
し、患者への負担を軽減するものである。上記した第2
実施例では操作者側と患者側とを有線で接続しているた
めにその分のケーブルが必要となり、内視鏡室のような
器具がいろいろおいてある場所においては、このケーブ
ルが邪魔になって医者の観察・処置動作に悪影響を及ぼ
すことがある。これによって作業効率が低下して処置時
間が延長されることによる患者への負担が増大してしま
う。そこで、第3実施例では、患者側と操作者側を結ぶ
信号ケーブルをなくすことによって省スペース化をはか
り、作業効率を向上させる。
The third embodiment of the present invention will be described below. The third embodiment is intended to improve work efficiency by saving space and reduce the burden on the patient. Second mentioned above
In the embodiment, since the operator side and the patient side are connected by wire, a cable corresponding to that is required, and this cable becomes an obstacle in a place where there are various instruments such as an endoscope room. This may adversely affect the doctor's observation and treatment operations. This lowers work efficiency and prolongs the treatment time, resulting in an increased burden on the patient. Therefore, in the third embodiment, the signal cable connecting the patient side and the operator side is eliminated to save space and improve work efficiency.

【0049】図6は第3実施例の構成を示す図である。
第2実施例と異なる点は、無線伝送手段を備えたことで
あり、本実施例では、周波数変調方式(FM)による無
線通信を採用している。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the third embodiment.
The difference from the second embodiment is that a wireless transmission means is provided, and in this embodiment, wireless communication by a frequency modulation method (FM) is adopted.

【0050】第3実施例は、スレーブアーム駆動用信号
を受信するための受信回路40と、超音波ゼリー供給用
のローラ14cを駆動する駆動信号を受信するための受
信回路41と、超音波エンコード信号を送信する送信回
路42とを具備している。44は操作者側の制御装置1
1から出力されるFM波を受信あるいは送信するための
送受信アンテナである。
In the third embodiment, a receiving circuit 40 for receiving a slave arm driving signal, a receiving circuit 41 for receiving a driving signal for driving the roller 14c for supplying ultrasonic jelly, and an ultrasonic encoder. And a transmission circuit 42 for transmitting a signal. 44 is the control device 1 on the operator side
1 is a transmission / reception antenna for receiving or transmitting the FM wave output from 1.

【0051】一方、操作者側の制御装置11には、スレ
ーブ駆動信号を送信する送信回路50と、超音波ゼリー
供給用のローラ14cを駆動する駆動信号を送信する送
信回路51と、超音波デコード信号を受信する受信回路
52とが装備されている。54は操作者側に配置された
FM波送受信アンテナである。
On the other hand, to the controller 11 on the operator side, a transmission circuit 50 for transmitting a slave drive signal, a transmission circuit 51 for transmitting a drive signal for driving the roller 14c for supplying ultrasonic jelly, and an ultrasonic decoding signal. And a receiving circuit 52 for receiving signals. Reference numeral 54 is an FM wave transmitting / receiving antenna arranged on the operator side.

【0052】以下に上記した第3実施例の構成の作用を
述べる。図中示した40〜42、50〜52の送信回路
または受信回路は、FM方式を用いているためPLL方
式の回路を採用している。PLLとは、簡単に説明する
と、入力されたFM波と予め決められた基準となる周波
数との位相が一致するように電圧制御発信器(一般に、
VCOと呼ばれている)の出力を位相比較器にフィード
バックさせて位相を一致させることによって所望の周波
数でのデータを拾うことができるようにしたものであ
る。以上の原理により、第3実施例では送受信回路にP
LL方式の変調・復調回路を内蔵させ、所望のデータを
無線で送受信させている。
The operation of the configuration of the third embodiment described above will be described below. The transmitter circuits or receiver circuits 40 to 42 and 50 to 52 shown in the figure employ the PLL system circuit because they use the FM system. In brief, the PLL is a voltage-controlled oscillator (generally, a voltage-controlled oscillator so that the phases of the input FM wave and a predetermined reference frequency match each other).
The output of the (called VCO) is fed back to the phase comparator to match the phases so that data at a desired frequency can be picked up. On the basis of the above principle, in the third embodiment, P
It incorporates an LL type modulation / demodulation circuit to transmit / receive desired data wirelessly.

【0053】なお、本実施例では、FM方式のものを示
しているが、患者側と操作者側が近くにある場合は、赤
外線、レーザー等の光による送受信を行っても構わな
い。また、ノイズ環境の小さいところで行う場合であれ
ば、振幅変調方式(AM方式)による無線伝送を行って
も良い。
Although the FM system is shown in the present embodiment, if the patient side and the operator side are close to each other, transmission and reception may be performed by light such as infrared rays and laser light. In addition, if it is performed in a place where the noise environment is small, wireless transmission by an amplitude modulation method (AM method) may be performed.

【0054】また、観察・処置用の信号ラインを同じ送
受信ラインでおこなっているが、これを、観察用ライン
のアンテナと、処置用ラインのアンテナとを分離させる
ことによって、観察者と操作者が別の場所にいながら通
信することもできる。これは、例えば、実際の処置の画
像を大学等の教育機関での教育を目的におこなうときに
は、極めて有効となる。
The signal line for observation / treatment is performed by the same transmission / reception line. By separating this from the antenna for observation line and the antenna for treatment line, the observer and the operator can You can also communicate while in another location. This is extremely effective, for example, when an image of an actual treatment is provided for education at an educational institution such as a university.

【0055】ここで、患部をそのままの画像で直接観察
し、処置を行うといったときには、従来の内視鏡と処置
具による手術用マニピュレータによるものを利用しても
良い。また、本実施例の信号伝送手段が無線であるとい
うことによって、従来の手術用マニピュレータシステム
でも省スペース化といったことによる作業効率が向上す
ることは言うまでもない。
Here, when the affected area is directly observed with the image as it is and the treatment is performed, a conventional manipulator for operation including an endoscope and a treatment tool may be used. Further, needless to say, the fact that the signal transmission means of the present embodiment is wireless also improves work efficiency by saving space even in the conventional surgical manipulator system.

【0056】上記した第3実施例によれば、スレーブア
ーム駆動信号、超音波ゼリー供給用ローラ駆動信号、超
音波観察信号を遠隔位置に無線で送信し、かつ、受信す
ることができるので、ケーブルが必要なくなり、処置室
の省スペース化が実現される。これによって作業効率が
向上して患者への負担を軽減させることができる。
According to the third embodiment described above, the slave arm drive signal, the ultrasonic jelly supply roller drive signal, and the ultrasonic observation signal can be wirelessly transmitted to and received from a remote position. Is unnecessary, and space saving of the treatment room is realized. As a result, work efficiency is improved and the burden on the patient can be reduced.

【0057】上記した具体的実施例から以下のような構
成の技術的思想が導き出される。又、以下の技術的思想
を組み合わせて構成してもかまわない。 (1) 患者の体腔内部位の処置を行う手術用マニピュ
レータと、患者の体表面から体腔内部位に関する画像情
報を得る観察手段と、この観察手段からの画像情報を術
者が認識可能な画像情報として提供する画像提供手段
と、前記観察手段を所望の位置に位置決めするための観
察手段位置決め手段と、前記手術用マニピュレータを操
作するための第1の操作手段と、前記観察手段位置決め
手段を操作するための第2の操作手段と、前記第1及び
第2の操作手段からの制御情報に基づいて、前記手術用
マニピュレータ及び観察手段位置決め手段の動作を制御
する制御手段と、を具備することを特徴とする手術用マ
ニピュレータシステム。 (2) 前記観察手段が超音波信号を使用して前記画像
情報を得る超音波検知手段を具備することを特徴とする
構成(1)に記載の手術用マニピュレータシステム。 (3) 前記超音波検知手段の超音波周波数を任意に可
変にするための周波数可変手段を具備することを特徴と
する構成(2)に記載の手術用マニピュレータシステ
ム。 (4) 前記画像提供手段が術者の頭部に取り付けられ
るヘッドマウントディスプレイであることを特徴とする
構成(1)に記載の手術用マニピュレータシステム。 (5) 前記画像提供手段がTVモニターであることを
特徴とする構成(1)に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。 (6) 前記画像提供手段に出力される画像情報が超音
波画像であることを特徴とする構成(4)に記載の手術
用マニピュレータシステム。 (7) 前記画像提供手段に出力される画像情報がコン
ピュータグラフィックスによるアニメーション画像であ
ることを特徴とする構成(4)に記載の手術用マニピュ
レータシステム。 (8) 前記画像提供手段に出力される画像情報が超音
波画像であることを特徴とする構成(5)に記載の手術
用マニピュレータシステム。 (9) 前記画像提供手段に出力される画像情報がコン
ピュータグラフィックスによるアニメーション画像であ
ることを特徴とする構成(5)に記載の手術用マニピュ
レータシステム。 (10) 前記手術用マニピュレータを操作する第1の操
作手段がマスターマニピュレータであることを特徴とす
る構成(1)に記載の手術用マニピュレータシステム。 (11) 前記第2の操作手段が位置検知センサーを含
むことを特徴とする構成(1)に記載の手術用マニピュ
レータシステム。 (12) 前記位置検知センサーが磁気センサーである
ことを特徴とする構成(11)に記載の手術用マニピュ
レータシステム。 (13) 前記観察手段が患者体表面にどの位の力で押
し当てられているかを検知する力検知手段を具備したこ
とを特徴とする構成(1)に記載の手術用マニピュレー
タシステム。 (14) 前記力検知手段が圧力センサーであることを
特徴とする構成(13)に記載の手術用マニピュレータ
システム。 (15) 前記力検知手段が力覚センサーであることを
特徴とする構成(13)に記載の手術用マニピュレータ
システム。 (16) 前記力検知手段が歪みゲージであることを特
徴とする構成(13)に記載の手術用マニピュレータシ
ステム。 (17) 前記超音波検知手段に超音波ゼリー供給手段
を具備したことを特徴とする構成(2)に記載の手術用
マニピュレータシステム。 (18) 患者の体腔内部位の観察と処置の少なくとも
一方を行う手術用マニピュレータと、この手術用マニピ
ュレータを駆動するための駆動手段と、前記手術用マニ
ピュレータを操作するための操作手段と、この操作手段
からの制御情報に基づいて前記手術用マニピュレータの
動作を制御するための制御手段と、前記制御手段からの
制御情報と前記駆動手段とを電気的に結合するための電
気的結合手段と、を具備したことを特徴とする手術用マ
ニピュレータシステム。 (19) 前記電気的結合手段が無線信号伝送手段であ
り、振幅変調方式により前記制御情報を前記駆動手段へ
送ることを特徴とする構成(18)に記載の手術用マニ
ピュレータシステム。 (20) 前記電気的結合手段が無線信号伝送手段であ
り、周波数変調方式により前記制御情報を前記駆動手段
へ送ることを特徴とする構成(18)に記載の手術用マ
ニピュレータシステム。 (21) 前記電気的結合手段が無線信号伝送手段であ
り、赤外線により前記制御情報を前記駆動手段へ送るこ
とを特徴とする構成(18)に記載の手術用マニピュレ
ータシステム。 (22) 前記電気的結合手段が無線信号伝送手段であ
り、光により前記制御情報を前記駆動手段へ送ることを
特徴とする構成(18)に記載の手術用マニピュレータ
システム。 (23) 前記光がレーザーであることを特徴とする構
成(22)に記載の手術用マニピュレータシステム。
The technical idea of the following configuration is derived from the above-described specific embodiments. Further, the following technical ideas may be combined and configured. (1) A surgical manipulator for treating a site inside a body cavity of a patient, an observation means for obtaining image information about the site inside the body cavity from the body surface of the patient, and image information that allows an operator to recognize the image information from this observation means. As an image providing means, an observing means positioning means for positioning the observing means at a desired position, a first operating means for operating the surgical manipulator, and an observing means positioning means. And second control means for controlling the operation of the surgical manipulator and the observation means positioning means based on the control information from the first and second operation means. Manipulator system for surgery. (2) The surgical manipulator system according to the configuration (1), characterized in that the observation means includes an ultrasonic wave detection means for obtaining the image information by using an ultrasonic wave signal. (3) The surgical manipulator system according to (2), further comprising frequency changing means for changing the ultrasonic frequency of the ultrasonic detecting means arbitrarily. (4) The surgical manipulator system according to the configuration (1), characterized in that the image providing means is a head mount display attached to a surgeon's head. (5) The surgical manipulator system according to the configuration (1), wherein the image providing unit is a TV monitor. (6) The surgical manipulator system according to (4), wherein the image information output to the image providing unit is an ultrasonic image. (7) The surgical manipulator system according to (4), wherein the image information output to the image providing unit is an animation image by computer graphics. (8) The surgical manipulator system according to (5), wherein the image information output to the image providing unit is an ultrasonic image. (9) The manipulator system for surgery according to (5), wherein the image information output to the image providing unit is an animation image by computer graphics. (10) The surgical manipulator system according to the configuration (1), characterized in that the first operating means for operating the surgical manipulator is a master manipulator. (11) The manipulator system for surgery according to the configuration (1), wherein the second operation means includes a position detection sensor. (12) The surgical manipulator system according to (11), wherein the position detection sensor is a magnetic sensor. (13) The surgical manipulator system according to (1), further comprising force detection means for detecting how much force the observation means is pressed against the body surface of the patient. (14) The surgical manipulator system according to the configuration (13), wherein the force detecting means is a pressure sensor. (15) The manipulator system for surgery according to the configuration (13), wherein the force detection means is a force sensor. (16) The surgical manipulator system according to the configuration (13), wherein the force detecting means is a strain gauge. (17) The surgical manipulator system according to the configuration (2), characterized in that the ultrasonic wave detecting means is provided with an ultrasonic jelly supplying means. (18) A manipulator for surgery for observing and / or treating a site inside a body cavity of a patient, a driving means for driving the manipulator for surgery, an operating means for operating the manipulator for surgery, and this operation. Control means for controlling the operation of the surgical manipulator based on control information from the means, and electrical coupling means for electrically coupling the control information from the control means and the driving means, A surgical manipulator system characterized by being provided. (19) The surgical manipulator system according to (18), characterized in that the electrical coupling means is a radio signal transmission means and sends the control information to the driving means by an amplitude modulation method. (20) The surgical manipulator system according to (18), wherein the electrical coupling means is a radio signal transmission means and the control information is sent to the driving means by a frequency modulation method. (21) The surgical manipulator system according to (18), characterized in that the electrical coupling means is a wireless signal transmission means and sends the control information to the driving means by infrared rays. (22) The surgical manipulator system according to (18), wherein the electrical coupling means is a wireless signal transmission means and the control information is sent to the driving means by light. (23) The surgical manipulator system according to the configuration (22), wherein the light is a laser.

【0058】上記した構成(1)乃至(23)に対する
従来の技術は上記した通りであるが、発明が解決しよう
とする課題、目的は以下の通りである。 1.構成(1)乃至(17) (発明が解決しようとする課題)しかしながら、患者の
体腔内に内視鏡と処置具を挿入するので、体腔内の臓器
を観察するための挿入孔と処置具の挿入孔の少なくとも
2つの挿入孔が必要であり、患者への負担が重くなる。 (目的)患者への安全を確保し、かつ、低侵襲の手術用
マニピュレータの提供を行うことである。 2.構成(18)乃至(23) (発明が解決しようとする課題)手術用マニピュレータ
のように、多軸のロボットを制御するような場合、信号
ラインが多くなり、その分のケーブルが必要となるが、
内視鏡室のような医療器具がいろいろ配置してある場所
においてはこのようなケーブルが邪魔になり、強いて
は、医者の観察・処置動作に影響を及ぼして効率がわる
くなる。それによって、処置時間が延長されることによ
る患者への負担が増大してしまう。 (目的)作業現場の省スペース化による作業効率の向上
を行い、術時間短縮によって患者への負担を軽くするこ
とである。
The conventional techniques for the above-mentioned configurations (1) to (23) are as described above, but the problems and objects to be solved by the invention are as follows. 1. Configurations (1) to (17) (Problems to be Solved by the Invention) However, since the endoscope and the treatment instrument are inserted into the body cavity of the patient, the insertion hole and the treatment instrument for observing the organ in the body cavity are provided. At least two insertion holes are required, which increases the burden on the patient. (Purpose) To provide a minimally invasive surgical manipulator while ensuring patient safety. 2. Configurations (18) to (23) (Problems to be Solved by the Invention) In the case of controlling a multi-axis robot such as a surgical manipulator, the number of signal lines increases and a cable corresponding to that is required. ,
In a place where various medical instruments are arranged, such as an endoscope room, such a cable becomes an obstacle, and if anything, the observation / treatment operation of the doctor is affected and the efficiency becomes poor. This increases the burden on the patient due to the extended treatment time. (Purpose) To improve work efficiency by saving space at the work site, and to reduce the burden on the patient by shortening the operation time.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明に係る手術用マニピュレータシス
テムによれば、処置具挿入のための穴を体壁に1つだけ
開けることで患者に対する処置が可能となるため、患者
に対する侵襲を低減することが可能となる。
According to the manipulator system for surgery according to the present invention, since it is possible to treat a patient by making only one hole for inserting a treatment tool in the body wall, it is possible to reduce the invasion to the patient. Is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例が適用されるマスタースレ
ーブ方式の手術用マニピュレータシステムの構成図であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram of a master-slave surgical manipulator system to which a first embodiment of the present invention is applied.

【図2】処置具の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a treatment tool.

【図3】観察用マニピュレータについてマスタースレー
ブ動作を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a master-slave operation of an observation manipulator.

【図4】処置用マニピュレータについてマスタースレー
ブ動作を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a master-slave operation of a treatment manipulator.

【図5】本発明の第2実施例が適用されるマスタースレ
ーブ方式の手術用マニピュレータシステムの構成図であ
る。
FIG. 5 is a configuration diagram of a master-slave surgical manipulator system to which a second embodiment of the present invention is applied.

【図6】本発明の第3実施例が適用されるマスタースレ
ーブ方式の手術用マニピュレータシステムの構成図であ
る。
FIG. 6 is a configuration diagram of a master-slave surgical manipulator system to which a third embodiment of the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…処置具、5…処置用アーム、6…超音波振動子ユニ
ット、7…観察用アーム、8…マスターアーム、9…ヘ
ッドマウントディスプレイ(HMD)。
4 ... Treatment tool, 5 ... Treatment arm, 6 ... Ultrasonic transducer unit, 7 ... Observation arm, 8 ... Master arm, 9 ... Head mount display (HMD).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 患者の体腔内部位の処置を行う手術用マ
ニピュレータと、 患者の体表面から体腔内部位に関する画像情報を得る観
察手段と、 この観察手段からの画像情報を術者が認識可能な画像情
報として提供する画像提供手段と、 前記観察手段を所望の位置に位置決めするための観察手
段位置決め手段と、 前記手術用マニピュレータを操作するための第1の操作
手段と、 前記観察手段位置決め手段を操作するための第2の操作
手段と、 前記第1及び第2の操作手段からの制御情報に基づい
て、前記手術用マニピュレータ及び観察手段位置決め手
段の動作を制御する制御手段と、 を具備したことを特徴とする手術用マニピュレータシス
テム。
1. A surgical manipulator for treating a site in a body cavity of a patient, an observation means for obtaining image information on the site in the body cavity from the body surface of the patient, and an operator can recognize the image information from the observation means. Image providing means for providing as image information, observing means positioning means for positioning the observing means at a desired position, first operating means for operating the surgical manipulator, and observing means locating means A second operation unit for operating, and a control unit for controlling the operations of the surgical manipulator and the observation unit positioning unit based on the control information from the first and second operation units. A manipulator system for surgery characterized by.
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