WO2015012022A1

WO2015012022A1 - 医療用マスタースレーブシステムの制御方法

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Publication number: WO2015012022A1
Application number: PCT/JP2014/066012
Authority: WO
Inventors: 和泉初田
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-01-29
Also published as: CN105407826B; JP2015023884A; EP3025670A1; JP6173089B2; US20160135910A1; CN105407826A; EP3025670A4; US10226308B2

Abstract

　スレーブ装置の折り返し時における、システムの操作性が向上するマスタースレーブシステムを提供するために、本発明の医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、操作者により操作される湾曲可能なマスター装置と、体内に挿入される湾曲可能なスレーブ装置と、を有する医療用マスタースレーブシステムの制御方法であって、前記スレーブ装置が前記マスター装置の操作と相似動作となるように、前記マスター装置の湾曲状態に基づいて前記スレーブ装置を動作させる通常動作モード（ステップＳ１０１）と、前記スレーブ装置が前記マスター装置の操作に対し反転動作するように、前記マスター装置の湾曲状態に基づいて前記スレーブ装置を動作させる反転動作モード（ステップＳ１０５）と、前記通常動作モードと前記反転動作モードを互いに移行するための移行モード（ステップＳ１０３、１０４、１０７、１０８）、を有する。

Description

医療用マスタースレーブシステムの制御方法

　本発明は、体内に挿入され、体内の各種組織に対して処置を行う際に使用される医療用マスタースレーブシステムの制御方法に関する。

　従来、手術支援システムとして、操作者が操作を行うマスタマニピュレータと、マスタマニピュレータの動作に基づいて処置を行うスレーブマニピュレータとを備えるマスタースレーブシステムが知られている。

　このようなマスタースレーブシステムを用いて、スレーブマニピュレータを体内に挿入し、粘膜組織にできた病変部を処置具により切除する内視鏡的粘膜切除術がある。このような手術によれば、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。

　例えば、上記のような手術を行うための内視鏡手術システムとして、特許文献１（特許第４６０８６０１号公報）には、体内に挿入される挿入スレーブ装置であって、湾曲作動可能な第１の湾曲部と、前記第１の湾曲部の基端側に設けられ湾曲作動可能な第２の湾曲部と、を有する、挿入スレーブ装置と、前記挿入スレーブ装置と共に体内に挿入され、前記挿入スレーブ装置と組み合わせて用いられ、処置対象を処置する処置スレーブ装置と、移動可能な可動部、前記可動部の基端側に設けられ回動操作可能な第１の関節部、及び、前記第１の関節部の基端側に設けられ回動操作可能な第２の関節部、を有して、前記挿入スレーブ装置と相似形をなし、前記第１及び前記第２の関節部への回動操作入力に応じて前記第１及び前記第２の湾曲部が夫々追従湾曲作動される、挿入マスター部と、操作者に操作される処置マスター部であって、前記処置マスター部への操作入力に応じて前記処置スレーブ装置が追従作動される、処置マスター部と、前記可動部と前記処置マスター部とを互いに連結している連結部であって、前記処置マスター部を保持して操作することにより、前記連結部を介して前記可動部が移動されて、前記第１及び前記第２の関節部が回動操作される、連結部と、を具備することを特徴とする医療用システムが開示されている。
特許第４６０８６０１号公報

　従来の内視鏡手術システムなどのマスタースレーブシステムにおいては、スレーブ部が折り返されたような状態で利用される場合、マスター部の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが異なるため、システムの操作性が悪い、という問題があった。

　上記問題を解決するために、本発明に係る医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、操作者により操作される湾曲可能なマスター装置と、体内に挿入される湾曲可能なスレーブ装置と、を有する医療用マスタースレーブシステムの制御方法であって、前記スレーブ装置が前記マスター装置の操作と相似動作となるように、前記マスター装置の湾曲状態に基づいて前記スレーブ装置を動作させる通常動作モードと、前記スレーブ装置が前記マスター装置の操作に対し反転動作するように、前記マスター装置の湾曲状態に基づいて前記スレーブ装置を動作させる反転動作モードと、前記通常動作モードと前記反転動作モードを互いに移行するための移行モードと、を有する。

　また、本発明に係る医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、前記反転操作モードは、前記スレーブ装置が反転している部分と反転していない部分で干渉しているか否かを判別し、干渉している場合は前記マスター装置の操作を規制することをさらに有する。

　また、本発明に係る医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、前記移行モードは、前記通常動作モードから前記反転動作モードに移行する際、前記マスター装置を初期位置となるように動作させる。

　また、本発明に係る医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、前記移行モードは、前記反転動作モードから前記通常動作モードに移行する際、前記マスター装置を前記スレーブ装置と相似となるように動作させる。

　また、本発明に係る医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、前記通常動作モードは、前記スレーブ装置が特定の姿勢であることを検知すると、前記移行モードに移行する。

　また、本発明に係る医療用マスタースレーブシステムの制御方法は、前記通常動作モードは、前記スレーブ装置が特定の姿勢であることを検知すると、前記マスター装置を操作する操作者に前記移行モードに移行するか否かを提示する。

　本発明に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法は、前記スレーブ装置が前記マスター装置に対し反転するように、前記マスター検知部により検知された前記マスター装置の湾曲状態に基づいて、前記スレーブ駆動部に対して指令値を入力する反転動作モードを有するので、このような本発明に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法によれば、スレーブ装置の折り返し時における、システムの操作性が向上する。

本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の概略の構成を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のブロック図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のマスター装置５２を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のスレーブ装置３０を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のマスター装置５２を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のスレーブ装置３０を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のマスター装置５２を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のスレーブ装置３０を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の表示部６０での表示例を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の表示部６０での表示例を示す図である。本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。反転動作モードでの操作を示す図である。図１２に示す操作時におけるスレーブ装置３０の干渉を説明する図である。本発明の他の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。世界座標系とカメラ座標系を定義する図である。本発明の他の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。本発明の他の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。

　以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の概略の構成を示す図である。図２は本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のブロック図であり、図３は本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のマスター装置５２を示す図であり、図４は本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１のスレーブ装置３０を示す図である。

　本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１とその制御方法について、図面を参照して以下に説明する。

　本実施形態に係るマスタースレーブシステム１は、図１から図４に示されるように、マスタースレーブ方式の内視鏡システムであって、操作者Ｏにより操作される操作部５０におけるマスター装置５２と、患者Ｐの体内、例えば、大腸等の柔らかい臓器内に挿入される軟性の挿入部１０を有する内視鏡４と、挿入部１０の先端において湾曲動作を行うスレーブ装置３０と、マスター装置５２やスレーブ装置３０、或いは照明部１７や撮像部４０などの観察光学系を制御する制御装置７０と、内視鏡４により取得された画像を表示する表示部６０とを備えている。

　操作部５０は、図１に示すように、操作台５１に取り付けられたマスター装置５２を有している。マスター装置５２は多関節構造を有している。マスター装置５２は挿入部１０先端のスレーブ装置３０を湾曲操作するためのものである。

　内視鏡４は、図２に示されるように、スレーブ装置３０の先端における、先端硬質部１１に照明部１７や撮像部４０などの、体内の画像を取得するための観察光学系を備えている。当該観察光学系により取得された画像は、制御装置７０内で画像処理され、表示部６０に表示されるようになっている。

　制御装置７０は、それぞれが演算素子、メモリー、および制御プログラムなどで構成されている。制御装置７０は、マスター装置５２からの操作指示に従って、湾曲モータ（不図示）を駆動させて適切な操作ワイヤ（不図示）を牽引し、スレーブ装置３０を湾曲させる。

　図１から図４に示すように、本実施形態の内視鏡４は、体内に挿入される挿入部１０と、挿入部１０の先端に配された先端硬質部１１に設けられた処置具３９および撮像部４０と、術者などの操作者Ｏが操作し操作指示（指示）を出力する操作部５０と、撮像部４０で取得された画像（像）を表示するための表示部６０と、操作指示に従って挿入部１０を制御する制御装置７０とを備えている。

　挿入部１０は、いわゆる軟性のものであり、図４に示すように、先端硬質部１１と、先端硬質部１１よりも基端側に設けられ湾曲操作可能なスレーブ装置３０と、スレーブ装置３０よりも基端側に設けられ可撓性を有する可撓管部１３とを有している。

　先端硬質部１１は、ＬＥＤなどの照明部１７の照射光が透過するようになっている。また、先端硬質部１１は、スレーブ装置３０よりも曲げにくく形成された部分である。この先端硬質部１１には、例えば電気メスのような処置具３９が挿通するように設けられる。

　撮像部４０には、ＣＣＤなどの撮像素子（不図示）が内蔵されている。撮像素子は、視野範囲内の画像を取得することができる。そして、この画像を信号に変換して制御装置７０に出力する。

　スレーブ装置３０は、公知の構成のものを用いることができる。スレーブ装置３０は、図示はしないが、互いに回動可能に接続された複数の節輪（不図示）を挿入部１０の軸線方向に並べた状態で備えている。複数の節輪のうちの先端側のものには、４本の操作ワイヤ（不図示）の先端部が軸線周りに等角度ごとに接続されている。各操作ワイヤの基端部は、挿入部１０の基端部に設けられたモータなどのスレーブ駆動部３２（図２参照）にそれぞれ接続されている。操作ワイヤの基端部をスレーブ駆動部３２で牽引することで、スレーブ装置３０を所望の方向に弓形に曲げる、すなわち、湾曲させることができる。また、制御装置７０は、スレーブ検知部３１によって、スレーブ装置３０の湾曲状態を把握することができるようになっている。

　操作部５０は、図１および図３に示すように、操作台５１に取り付けられたマスター装置５２、モード移行ボタン５５などを有している。マスター装置５２は多関節構造を有している。マスター装置５２は挿入部１０のスレーブ装置３０を湾曲操作するためのものである。

　マスター装置５２には、マスター検知部５３が設けられており、これによりマスター装置５２の湾曲状態を検知することができるようになっている。これにより、マスター装置５２は、操作されたときに制御装置７０に操作指示を出力する。このように、マスター装置５２は操作指示を出力することで、制御装置７０を介してスレーブ装置３０を操作することができる。本実施形態においては、基本的には、マスター装置５２の湾曲状態と、スレーブ装置３０の湾曲状態とは相似となるように、制御装置７０によって制御される。例えば、図５に示されるように、マスター装置５２が操作されると、スレーブ装置３０は図６に示すように駆動されるようになっている。

　また、マスター装置５２の湾曲状態は、制御装置７０からの制御信号に基づいて動作するマスター駆動部５４によって、制御装置７０から制御することができるようにもなっている。

　制御装置７０は、マスター装置５２からの操作信号に基づいて、スレーブ駆動部３２を駆動するための指令信号を生成するようになっている。すなわち、制御装置７０は、挿入部１０の基端側におけるマスター装置５による一定時間内における移動量を算出し、該移動量が達成されるような指令信号をスレーブ駆動部３２に出力するようになっている。

　従来、スレーブ装置３０が折り返されたような状態で利用される場合、マスター装置５２の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが異なるため、システムの操作性が悪い、という問題があった。

　図９及び図１０は、本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の表示部６０での表示例を示しているが、例えば、マスター装置５２を図５に示すように操作し、スレーブ装置３０が図６に示されるように折り返されていない状態であるときには、図９に示すように、操作者によるマスター装置５２の操作方向と、表示部６０での表示の移動方向が同じとなる。

　一方、マスター装置５２を図７に示すように操作し、スレーブ装置３０が図８に示されるような折り返された状態であるときには、図１０に示すように、操作者によるマスター装置５２の操作方向と、表示部６０での表示の移動方向とが異なることとなり、操作性が悪化する。

　このような問題に対して、本発明に係るマスタースレーブシステム１においては、スレーブ装置３０がマスター装置５２と相似となるように動作する通常動作モードに加え、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように動作する反転動作モードを導入することで、解決を図っている。

　操作部５０におけるモード移行ボタン５５により、通常動作モードから反転動作モードに移行するか、又は、反転動作モードから通常動作モードに移行するかを、操作者が選択的に制御装置７０に対して指示することができるようになっている。

　以上のように構成される本発明に係るマスタースレーブシステム１におけるモード間の移行処理のアルゴリズムについて説明する。

　図１１は本発明の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。なお、当該フローチャートは、制御処理のアルゴリズムの一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他のアルゴリズムも採用し得る。

　ステップＳ１００で制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１に進み、スレーブ装置３０がマスター装置５２と相似となるように、検知部により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（通常動作モード）。

　ステップＳ１０２では、モード移行ボタン５５が押下されたか否かが判定される。ここで、モード移行ボタン５５が押下されていれば、次のステップに進み、移行モードの各ステップを実行する。

　通常動作モードから、反転動作モードに移行する場合、ステップＳ１０３で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ１０４で、マスター装置５２を初期状態とする。ここで、マスター装置５２の初期状態とは、マスター装置５２が中立状態にある場合のことであり、マスター装置５２が図３に示されるような状態にあることを言う。

　そして、ステップＳ１０５では、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように、マスター検知部５３により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（反転動作モード）。ここで、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように制御するとは、スレーブ駆動部３２に対して、通常の指令値の正負を逆転させた指令値を入力することである。このような反転動作モードにより、マスター装置５２の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが同じとなり、操作性が向上する。

　反転動作モードにおいては、図１１と図１２で示すように、スレーブ装置３０とマスター装置５２とは空間上の位置が必ずしも一致していないため、マスター装置の操作によっては、スレーブ装置３０の反転している部分と反転していない部分とがぶつかり合うような干渉が発生してしまう場合が想定される。

　反転動作モードでは、上述のような干渉が発生していないかが判定され、仮に、干渉が発生しているよう場合には、ステップＳ１０７に進み、マスター駆動部５４により、マスター装置５２の操作を規制する。フローチャートでは上記のような干渉の検出やマスター装置５２の操作の規制の制御については省略している。

　なお、スレーブ装置３０同士がぶつかり合うような干渉が発生していないかを判定するために、スレーブ装置３０に、接触センサーを取り付けて検出し、この検出値により判定するようにしてもよいし、マスター装置５２の指令値とスレーブ装置３０の移動量の差分の大きさから判定するようにしてもよい。また、マスター装置５２の操作を規制する際には、マスター装置５２側のマスター駆動部５４に出力をかけて、スレーブ装置３０同士が干渉する方向には動かないように制御することで、操作者に知らせるようにしてもよい。

　ステップＳ１０６では、モード移行ボタン５５が押下されたか否かが判定される。ここで、モード移行ボタン５５が押下されていれば、次のステップに進み、移行モードの各ステップを実行する。

　反転動作モードから、通常動作モードに移行する場合、ステップＳ１０８で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ１０９で、マスター駆動部５４により、マスター装置５２をスレーブ装置３０と相似とする。上記のような移行モードの各ステップを実行したら、ステップＳ１０１に戻り、通常動作モードを実行する。

　以上のような、本発明に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法はスレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように、マスター検知部５３により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部３２に対して指令値を入力する反転動作モードを有するので、このような本発明に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法によれば、スレーブ装置３０の折り返し時における、システムの操作性が向上する。

　次に、本発明の他の実施形態について説明する。先の実施形態では、モード間の切り換えを手動で行っていたが、本実施形態では、モード間の切り換えを自動に行うようにしている。モードの切り換えの判定を行うために、図１５に示すような、可撓管部１３を基準とした世界座標系（Ｘ_w，Ｙ_w，Ｚ_w）と、撮像部４０を基準としてカメラ座標系（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i）とを導入する。

　図１４は本発明の他の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。なお、当該フローチャートは、制御処理のアルゴリズムの一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他のアルゴリズムも採用し得る。

　ステップＳ２００で制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、スレーブ装置３０がマスター装置５２と相似となるように、検知部により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（通常動作モード）。

　ステップＳ２０２では、Ｚ_i軸とＺ_w軸のなす角度が９０°以上であるか否かが判定される。このステップＳ２０２の判定がＹＥＳであると、反転動作モードに移行する場合であるので、ステップＳ２０３に進み、移行モードの各ステップを実行する。

　なお、本実施形態では、モードの切り換えの判定のために、２つの座標系を導入して、判定を行うようにしているが、マスター装置５２又はスレーブ装置３０の先端に加速度センサーを取り付け、当該加速度センサーから先端の姿勢を算出して判定するようにしてもよい。

　通常動作モードから、反転動作モードに移行する場合、移行モードとして、ステップＳ２０３で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ２０４で、マスター装置５２を初期状態とする。ここで、マスター装置５２の初期状態とは、マスター装置５２が中立状態にある場合のことであり、マスター装置５２が図３に示されるような状態にあることを言う。

　そして、ステップＳ２０５では、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように、マスター検知部５３により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（反転動作モード）。ここで、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように制御するとは、スレーブ駆動部３２に対して、通常の指令値の正負を逆転させた指令値を入力することである。このような反転動作モードにより、マスター装置５２の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが同じとなり、操作性が向上する。

　反転動作モードでは、上述のような干渉が発生していないかが判定され、仮に、干渉が発生しているよう場合には、ステップＳ２０７に進み、マスター駆動部５４により、マスター装置５２の操作を規制する。フローチャートでは上記のような干渉の検出やマスター装置５２の操作の規制の制御については省略している。

　ステップＳ２０６では、Ｚ_i軸とＺ_w軸のなす角度が９０°以上であるか否かが判定される。このステップＳ２０６の判定がＮＯであると、通常動作モードに移行する場合であるので、ステップＳ２０８に進み、移行モードの各ステップを実行する。

　反転動作モードから、通常動作モードに移行する場合、移行モードとして、ステップＳ２０８で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ２０９で、マスター駆動部５４により、マスター装置５２をスレーブ装置３０と相似とする。上記のような移行モードの各ステップを実行したら、ステップＳ２０１に戻り、通常動作モードを実行する。

　以上のような、他の実施形態に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法は、先の実施形態と同様の効果を享受することができると共に、モード移行を自動で行うことができ、操作性がより向上する。

　次に、本発明の他の実施形態について説明する。先の実施形態では、モード間の切り換えを自動で行うものであったが、必ずしも、操作者が反転動作モードへの切り換えを必要としない場合も考えられる。そこで、本実施形態では、スレーブ装置３０が特定の姿勢であることを検知すると、操作者に通常動作モードから反転動作モードへの切り換えを促し、モードの切り換えを実際に行うかは、操作者に委ねるようにしている。

　図１６は本発明の他の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。なお、当該フローチャートは、制御処理のアルゴリズムの一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他のアルゴリズムも採用し得る。

　ステップＳ３００で制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ３０１に進み、スレーブ装置３０がマスター装置５２と相似となるように、検知部により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（通常動作モード）。

　ステップＳ３０２では、Ｚ_i軸とＺ_w軸のなす角度が９０°以上であるか否かが判定される。このステップＳ３０２の判定がＹＥＳであると、ステップＳ３０３に進み、表示部６０に、通常動作モード又は反転動作モードのいずれかを選択するように促す。

　また、本実施形態では、通常動作モードから、反転動作モードに移行を操作者に促す手段として、表示部６０による表示を用いているが、通常動作モードから、反転動作モードに移行を操作者に促す手段としては、他に、音声通知、触覚通知などを用いるようにしてもよい。

　ステップＳ３０４で、操作者が反転動作モードを選択したか否かが判定される。ステップＳ３０４の判定がＮＯであれば、ステップＳ３０１に進み、通常動作モードを継続する。一方、ステップＳ３０４の判定がＹＥＳであれば、反転動作モードに移行する準備のために、ステップＳ３０５に進み、移行モードの各ステップを実行する。

　通常動作モードから、反転動作モードに移行する場合、移行モードとして、ステップＳ３０５で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ３０６で、マスター装置５２を初期状態とする。ここで、マスター装置５２の初期状態とは、マスター装置５２が中立状態にある場合のことであり、マスター装置５２が図３に示されるような状態にあることを言う。

　そして、ステップＳ３０７では、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように、マスター検知部５３により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（反転動作モード）。ここで、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように制御するとは、スレーブ駆動部３２に対して、通常の指令値の正負を逆転させた指令値を入力することである。このような反転動作モードにより、マスター装置５２の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが同じとなり、操作性が向上する。

　反転動作モードでは、上述のような干渉が発生していないかが判定され、仮に、干渉が発生しているよう場合には、ステップＳ３０７に進み、マスター駆動部５４により、マスター装置５２の操作を規制する。フローチャートでは上記のような干渉の検出やマスター装置５２の操作の規制の制御については省略している。

　ステップＳ３０８では、Ｚ_i軸とＺ_w軸のなす角度が９０°以上であるか否かが判定される。このステップＳ３０８の判定がＮＯであると、通常動作モードに移行する場合であるので、ステップＳ３０９に進み、移行モードの各ステップを実行する。

　反転動作モードから、通常動作モードに移行する場合、移行モードとして、ステップＳ３０９で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ３１０で、マスター駆動部５４により、マスター装置５２をスレーブ装置３０と相似とする。上記のような移行モードの各ステップを実行したら、ステップＳ３０１に戻り、通常動作モードを実行する。

　以上のような、他の実施形態に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法は、先の実施形態と同様の効果を享受することができると共に、モード移行を操作者の好みに応じて選択でき、操作性がより向上する。

　次に本発明の他の実施形態について説明する。これまで説明した実施形態においては、通常動作モードから反転動作モードに移行する際、マスター装置５２が初期状態に復帰するようになっていたが、本実施形態では、このようなマスター装置５２の初期状態への復帰を省略している。

　図１７は本発明の他の実施形態に係るマスタースレーブシステム１の制御処理のフローチャートを示す図である。なお、当該フローチャートは、制御処理のアルゴリズムの一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他のアルゴリズムも採用し得る。

　ステップＳ４００で制御処理が開始されると、続いて、ステップＳ４０１に進み、スレーブ装置３０がマスター装置５２と相似となるように、検知部により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（通常動作モード）。

　ステップＳ４０２では、モード移行ボタン５５が押下されたか否かが判定される。ここで、モード移行ボタン５５が押下されていれば、次のステップｓ４０３に進む。

　そして、ステップＳ４０５では、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように、マスター検知部５３により検知されたマスター装置５２の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する（反転動作モード）。ここで、スレーブ装置３０がマスター装置５２に対し反転するように制御するとは、スレーブ駆動部３２に対して、通常の指令値の正負を逆転させた指令値を入力することである。このような反転動作モードにより、マスター装置５２の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが同じとなり、操作性が向上する。

　反転動作モードにおいては、スレーブ装置３０とマスター装置５２とは空間上の位置が必ずしも一致していないため、マスター装置の操作によっては、スレーブ装置３０の反転している部分と反転していない部分とがぶつかり合うような干渉が発生してしまう場合が想定される。

　反転動作モードでは、上述のような干渉が発生していないかが判定され、仮に、干渉が発生しているよう場合には、ステップＳ４０７に進み、マスター駆動部５４により、マスター装置５２の操作を規制する。フローチャートでは上記のような干渉の検出やマスター装置５２の操作の規制の制御については省略している。

　ステップＳ４０４では、モード移行ボタン５５が押下されたか否かが判定される。ここで、モード移行ボタン５５が押下されていれば、次のステップに進み、移行モードの各ステップを実行する。

　反転動作モードから、通常動作モードに移行する場合、ステップＳ４０５で、スレーブ装置３０の駆動を停止し、ステップＳ４０６９で、マスター駆動部５４により、マスター装置５２をスレーブ装置３０と相似とする。上記のような移行モードの各ステップを実行したら、ステップＳ４０１に戻り、通常動作モードを実行する。

　以上のような、他の実施形態に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法は、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

産業上の利用性

　本発明は、体内に挿入され、体内の各種組織に対して処置を行う際に使用される医療用マスタースレーブシステムの制御方法に関するものである。マスタースレーブシステムを用いて、スレーブマニピュレータを体内に挿入し、粘膜組織にできた病変部を処置具により切除する内視鏡的粘膜切除術によれば、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。しかしながら、従来の内視鏡手術システムなどのマスタースレーブシステムにおいては、スレーブ部が折り返されたような状態で利用される場合、マスター部の操作方向と、内視鏡映像の表示の移動方向とが異なるため、システムの操作性が悪い、という問題があった。これに対して、本発明に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法は、スレーブ装置がマスター装置に対し反転するように、マスター検知部により検知されたマスター装置の湾曲状態に基づいて、スレーブ駆動部に対して指令値を入力する反転動作モードを有するので、このような本発明に係るマスタースレーブシステム及びその制御方法によれば、スレーブ装置の折り返し時における、システムの操作性が向上し、産業上の利用性が非常に大きい。

１・・・マスタースレーブシステム、４・・・内視鏡、１０・・・挿入部、１１・・・先端硬質部、１３・・・可撓管部、１７・・・照明部、３０・・・スレーブ装置、３１・・・スレーブ検知部、３２・・・スレーブ駆動部、３９・・・処置具、４０・・・撮像部、５０・・・操作部、５１・・・操作台、５２・・・マスター装置、５３・・・マスター検知部、５４・・・マスター駆動部、５５・・・モード移行ボタン、６０・・・表示部、７０・・・制御装置、８１・・・手術台、Ｏ・・・操作者、Ｐ・・・患者、Ｆ・・・床面

Claims

操作者により操作される湾曲可能なマスター装置と、
体内に挿入される湾曲可能なスレーブ装置と、
を有する医療用マスタースレーブシステムの制御方法であって、
前記スレーブ装置が前記マスター装置の操作と相似動作となるように、前記マスター装置の湾曲状態に基づいて前記スレーブ装置を動作させる通常動作モードと、
前記スレーブ装置が前記マスター装置の操作に対し反転動作するように、前記マスター装置の湾曲状態に基づいて前記スレーブ装置を動作させる反転動作モードと、
前記通常動作モードと前記反転動作モードを互いに移行するための移行モードと、
を有する医療用マスタースレーブシステムの制御方法。
前記反転操作モードは、前記スレーブ装置が反転している部分と反転していない部分で干渉しているか否かを判別し、干渉している場合は前記マスター装置の操作を規制することをさらに有する請求項１に記載のマスタースレーブシステムの制御方法。
前記移行モードは、前記通常動作モードから前記反転動作モードに移行する際、前記マスター装置を初期位置となるように動作させる請求項１または２に記載のマスタースレーブシステムの制御方法。
前記移行モードは、前記反転動作モードから前記通常動作モードに移行する際、前記マスター装置を前記スレーブ装置と相似となるように動作させる請求項１から３に記載のマスタースレーブシステムの制御方法。
前記通常動作モードは、前記スレーブ装置が特定の姿勢であることを検知すると、前記移行モードに移行する請求項１から４に記載のマスタースレーブシステムの制御方法。
前記通常動作モードは、前記スレーブ装置が特定の姿勢であることを検知すると、前記マスター装置を操作する操作者に前記移行モードに移行するか否かを提示する請求項１から５に記載のマスタースレーブシステムの制御方法。