WO2015129368A1 - 医療用システムの制御方法 - Google Patents

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control state
medical system
switching
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真人 成瀬
井上　慎太郎
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オリンパス株式会社
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    • A61B1/01—Guiding arrangements therefore

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a medical system.
  • an endoscope having a curved portion at the tip and a treatment tool are inserted into the abdominal cavity via a trocar penetrating the abdomen, and the field of view is matched with the tip position of the treatment tool detected by a sensor provided in the trocar.
  • a medical system that controls a bending portion of an endoscope so that the range moves is known (for example, see Patent Document 1).
  • the affected part in a state where one affected part is being treated, the affected part is different from the state in which the bending portion of the endoscope is controlled so as to quickly follow the distal end position of the treatment tool.
  • the bending portion of the endoscope is also greatly curved so as to quickly follow the distal end position of the treatment instrument.
  • An object of the present invention is to provide a method for controlling a medical system that can alleviate the occurrence of inconvenience.
  • the present invention provides the following means.
  • two different control states of a bending portion provided at a distal end of the insertion portion are switched.
  • a control method for a medical system to be controlled a switching instruction step for receiving a switching instruction for a control state, a current angle of the bending portion at the time when the switching instruction is received in the switching instruction step, and a control state after the switching
  • An angle difference calculating step for calculating an angle difference with a final target angle of the bending portion in the case where the angle difference calculated by the angle difference calculating step exceeds a predetermined threshold, and a minute angle smaller than the threshold and the current
  • a control method for a medical system including a driving step of driving said bending portion to the target angle calculated at the target calculation step.
  • the insertion portion is moved in the longitudinal axis direction with respect to the trocar and Observation is performed while changing the field of view range by changing the inclination angle of the longitudinal axis and bending the bending portion at the tip of the insertion portion.
  • the angle difference is calculated in the angle difference calculation step, and when the angle difference is larger than the threshold value, instead of moving to the final target angle at a time, the intermediate portion is set as the target angle and the curved portion is moved to the target angle by the driving step.
  • the angle difference is less than or equal to the threshold value, there is no sudden change in the field of view, so that different control states can be quickly switched by moving to the final target angle at once.
  • the minute angle may be an angle obtained by multiplying the angle difference by 1 / n (n is an integer greater than 2). In this way, the minute angle added to the current position can be set to a value proportional to the angle difference, and the larger the angle difference, the larger the minute angle and the moving speed can be increased.
  • a final target angle calculation step of calculating the final target angle according to the amount and the tilt angle may be included.
  • control state before switching may be a control state in which the bending portion is bent according to a manual command, and the control state before switching includes the coordinate values of other reference points, A control state in which the bending portion is bent according to the amount of insertion and the inclination angle may be employed.
  • the distance between the tip of the bending portion and the reference point in the control state after switching is calculated, and when the distance is smaller than the distance threshold, the tip of the bending portion is calculated. You may control so that it may not move.
  • the insertion portion may include a plurality of bending portions, store a plurality of bending amount ratios of the respective bending portions, and switch the bending amount ratios before and after the switching of the control state.
  • FIG. 5A is a diagram showing (a) a distal end portion of an endoscope and (b) a movable range of a joint in a first modification of the control method of FIG. 4.
  • a control method of the medical system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the control method according to the present embodiment is applied to the medical system 1 shown in FIG.
  • the medical system 1 includes a trocar 2 that is disposed through a body surface tissue A, a rigid endoscope 3 that is inserted into the trocar 2, and the endoscope.
  • the operation unit 6 for manually instructing the swing angle of the joint (curved portion) 5 disposed at the distal end of the insertion unit 4 and the coordinates of the reference point P serving as a reference for the site to be observed such as the affected part B in the body
  • An image is obtained from the signal acquired by the endoscope 3, the input unit 7 that gives a setting command and a control state switching command, the drive unit 8 that drives the joint 5, the control unit 9 that controls the drive unit 8, and the endoscope 3.
  • the trocar 2 includes an insertion portion longitudinal axis direction of the insertion amount I 1 of 4 of the endoscope 3 is inserted, a sensor which detect the inclination angle I 2 of the longitudinal axis with respect to the vertical line (not shown) is provided It has been.
  • the endoscope 3 includes a single joint 5.
  • the joint 5 is provided at the distal end of the rigid insertion portion 4, and changes the angle of the longitudinal axis of the distal end portion 3 a with respect to the longitudinal axis of the insertion portion 4.
  • the control unit 9 Based on the command signal from the operation unit 6, the control unit 9 sets the first control state in which the drive unit 8 is driven to swing the joint 5 according to the command signal, and the longitudinal axis of the distal end portion 3a.
  • the drive unit 8 is controlled by the second control (cooperative control) state in which the joint 5 is swung so as to pass the reference point P.
  • the control unit 9 receives a switching command for switching from the first control state to the second control state from the input unit 7, so that the third control state shifts from the first control state to the second control state.
  • the control state is to be implemented.
  • step S ⁇ b> 1 the image by the endoscope 3 displayed on the monitor 11 by the operator is displayed.
  • the final target angle ⁇ g of the joint 5 corresponding to the amount of manual operation via the operation unit 6 is calculated by operating the operation unit 6 while observing (step S2), and the flag i is set to zero. (Step S3).
  • the final target angle theta g is set as the target angle theta ref joints 5 (step S4), and the driving unit 8 is driven so joints 5 becomes the target angle theta ref (step S5).
  • the steps S2 to S5 are repeated and the first control state is maintained.
  • Step S6 and S7 when the surgeon inputs a command to switch to the second control state from the input unit 7 (steps S6 and S7), first, the surgeon is prompted to specify the coordinates of the reference point P.
  • the coordinate value of the specified reference point P is stored (Step S9).
  • the flag i is set to 1 (step S10). Note that the coordinates of the reference point P may be stored in advance, in which case steps S8 and S9 are omitted.
  • the final target angle ⁇ g is calculated from the stored coordinate value of the reference point P (step S11).
  • the final target angle ⁇ g is calculated as follows. That is, the coordinates of the joint 5 provided at the distal end of the insertion portion 4 are calculated from the insertion amount I 1 and the inclination angle I 2 of the rigid insertion portion 4 detected by the sensor provided in the trocar 2. An angle formed by a line segment connecting the coordinates of 2 and the coordinates of the joint 5 (longitudinal axis of the insertion portion 4) and a line segment connecting the coordinates of the joint 5 and the coordinates of the reference point P (longitudinal axis of the distal end portion 3a). Is calculated as the final target angle ⁇ g .
  • This final target angle ⁇ g is such that the reference point P is disposed on the optical axis of the imaging optical system of the endoscope 3 provided at the distal end of the distal end portion 3a, and the endoscope 3 directly views the reference point P.
  • the swing angle of the joint 5 is shown.
  • step S12 whether or not it is immediately after the command to switch to the second control state is input is determined by whether or not the flag i is 1 (step S12), and the flag i is 1
  • the third control state is implemented.
  • between the final target angle ⁇ g of the joint 5 and the current angle ⁇ e is calculated (step S13), and the difference
  • step S15 an angle obtained by adding a small angle ⁇ smaller than the threshold ⁇ th to the current angle is set as the target angle ⁇ ref (step S15).
  • the minute angle ⁇ for example, a constant sufficiently smaller than the threshold value ⁇ th may be set.
  • step S16 the processes from step S4 are repeated. Thereby, after that, the second control state in which the joint 5 is driven so as to follow the coordinate value of the reference point P is performed.
  • the reference point P is set automatically from the first control state in which the joint 5 is driven by the drive unit 8 according to the operation amount by manual operation.
  • the drive unit 8 switches to the second control state in which the joint 5 is driven so as to follow the reference point P
  • between the current angle ⁇ e and the final target angle ⁇ g is
  • it is larger than the predetermined threshold value ⁇ th the control state is not directly switched, so that it is possible to prevent an abrupt change in the image of the endoscope 3 as in the case of direct switching.
  • a value obtained by multiplying 1 / n (n is an integer greater than 2) may be used as the minute angle ⁇ .
  • is set, and the joint 5 is driven faster when the difference
  • the threshold theta th smaller value may be set as a minute angle [Delta] [theta].
  • the joint 5 can be driven faster when the movement amount ⁇ P of the insertion portion 4 is large and slower when it is small.
  • the movement amount ⁇ P of the insertion portion 4 may be either the insertion amount I 1 or the inclination angle I 2 , or may be the size of a vector obtained by combining both.
  • the control method according to the present embodiment is applied to a medical system 20 including an endoscope 3 having two joints 21 and 22 that swing around an axis parallel to the distal end of the insertion portion 4.
  • the control unit 9 also drives the drive unit 8 to swing the joints 21 and 22 by an angle corresponding to the operation amount based on a command signal from the operation unit 6.
  • a second control state in which the drive unit 8 is driven to swing the joints 21 and 22 so that the longitudinal axis of the distal end portion 3a passes through the set reference point P. It is like that.
  • the swing angle of the joint 21 on the distal end side is set to zero (a state in which the tip from the joint 22 on the proximal end side is arranged in a straight line), and when is swung only joint 22, set reference point P is determined swing angle theta 1 that would be placed on the longitudinal axis of the distal end portion 3a, half the angle of the swing angle theta 1 Is set to the final target angle ⁇ g2 of the joint 22 on the proximal end side.
  • the set reference point P is on the longitudinal axis of the distal end 3a.
  • the swing angle that is to be disposed at is determined, and the swing angle is set to the final target angle ⁇ g1 of the joint 21 on the distal end side.
  • the control unit 9 controls the drive unit 8 that swings the two joints 21 and 22 so that these final target angles ⁇ g1 and ⁇ g2 are achieved in each sampling period. It is supposed to be.
  • the joints 21 and 22 according to the amount of manual operation via the operation unit 6.
  • the final target angle theta g1 of, theta g2 is calculated (step S20), the flag i is set to zero (step S3), and the target angle theta ref1 joints 21 and 22, the final target angle theta g1 as theta ref2, theta g2 is set (step S21), and the drive unit 8 is driven so that the joints 21 and 22 have the target angles ⁇ ref1 and ⁇ ref2 (step S5).
  • step S25 the difference
  • the target angle ⁇ ref1 of the distal joint 21 when the proximal joint 22 has moved by the target angle ⁇ ref2 is calculated (step S27), and the processes from step S5 are repeated.
  • step S21 If the difference
  • the calculated distance d is small, the calculated distance d is set to coincide with the threshold value d th (step S28), the operation of the joints 21 and 22 is stopped, and the insertion portion 4 by the operator is set.
  • the insertion amount I 1 or the inclination angle I 2 is changed by the above operation, it waits for the changed distance d to become larger than the new threshold value d th (step S29). That is, the process from step S22 is repeated.
  • step S22 new final target angles ⁇ g1 and ⁇ g2 are calculated (step S22), and the distance d calculated based on the new final target angles ⁇ g1 and ⁇ g2 is a threshold value. if it becomes larger than the d th, the operation from step S25 is executed.
  • the state when switching from the manual first control state to the automatic second control state, the state is shifted to the second control state.
  • the transition to the second control state is stopped to prevent the distal end of the insertion portion 3 from being too close to the affected area B.
  • the joints 21 and 22 can be driven so as to gradually change the image displayed on the monitor 11 as in the first embodiment. There is an advantage that it is possible to prevent the person from losing sight of the affected part B or feeling uncomfortable.
  • the swing angle ⁇ 1 at which the set reference point P is arranged on the longitudinal axis of the distal end portion 3a when only the proximal joint 22 is swung is set to be a swing angle ⁇ 1 .
  • the half angle of the swing angle ⁇ 1 is set as the final target angle ⁇ g2 of the proximal joint 22, but is not limited thereto, and ⁇ g2 is multiplied by the set ratio K. It may be calculated.
  • the movable range in which the proximal-side joint 22 is small and the distal-side joint 21 is largely operated is shown. Since it becomes C1, it is suitable for observation in a narrow space where the tip can be moved greatly even in a space where the entrance is narrow.
  • the movable range C ⁇ b> 2 is set to be equivalent between the distal joint 21 and the proximal joint 22. An average observation can be made.
  • the movable range C3 in which the proximal-side joint 22 is largely operated is obtained. This is suitable for the purpose of observing a large space through the wide movable range C3 of the joint 22.
  • a plurality of these ratios K may be registered and selected according to the type of observation.
  • the control method of the medical system 30 according to the present embodiment is a case where the control method according to the first embodiment shifts from the manual first control state to the automatic second control state.
  • the control method differs from the automatic first control state to the automatic second control state.
  • the coordinates of two or more different reference points P1 and P2 are stored, and the insertion amount I 1 and inclination angle I 2 of the insertion portion 4 are stored. From the first control state in which the joint 5 is driven so as to follow one reference point P1 to the second control state in which the joint 5 is driven so as to follow another reference point P2. When shifting, the third control state is implemented.
  • step S1 in the first control state (step S1), one reference point P1 is selected (step S30) and stored.
  • the final target angle theta g is calculated from the coordinate values of one reference point P1 is (step S31). Then, after that, whether or not it is immediately after the command to switch to the second control state is input is determined by whether or not the flag i is 1 (step S12), and the flag i is 1 Is switched to the reference point P2 (step S32), and the third control state is performed.
  • step S13 a difference
  • step S16 If the difference
  • the joint 5 is controlled to follow another reference point P2 from the first control state in which the joint 5 is controlled to follow one reference point P1. Even when transitioning to the second control state, the joint 5 is swung by setting the target angle ⁇ ref as the angle that moves from the current angle ⁇ e by the minute angle ⁇ , so the image displayed on the monitor 11 There is an advantage that it can be changed gradually and the surgeon can not lose sight of the affected area B or feel uncomfortable.

Abstract

内視鏡の目標となる視野範囲を変更するために湾曲部が大きく変動する場合においても、患部を見失ったり違和感を覚えたりする不都合の発生を緩和する。挿入部の先端に設けられた湾曲部の異なる２つの制御状態の切替指示を受け付ける切替指示ステップ（Ｓ６）と、切替指示ステップ（Ｓ６）において切替指示が受け付けられた時点の湾曲部の現在角度（θｅ）と切替後の制御状態における湾曲部の最終目標角度（θｇ）との角度差を算出する角度差算出ステップ（Ｓ１３）と、算出された角度差が所定の閾値（θｔｈ）を超える場合に閾値（θｔｈ）より小さい微小角度（Δθ）と現在角度（θｅ）とを加算して目標角度（θｒｅｆ）を算出し、角度差が閾値（θｔｈ）以下の場合に角度差を現在角度（θｅ）に加算して目標角度（θｒｅｆ）を算出する目標算出ステップ（Ｓ４，Ｓ１５）と、算出された目標角度（θｒｅｆ）まで湾曲部を駆動する駆動ステップ（Ｓ５）とを含む。

Description

医療用システムの制御方法
　本発明は、医療用システムの制御方法に関するものである。
　従来、腹部を貫通するトロッカを介して、先端に湾曲部を有する内視鏡および処置具を腹腔内に挿入し、トロッカに設けたセンサにより検出された処置具の先端位置に一致するように視野範囲が移動するように内視鏡の湾曲部を制御する医療用システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　この特許文献１の医療用システムにおいては、一の患部を処置している状態で、処置具の先端位置に迅速に追従するように内視鏡の湾曲部を制御している状態から、異なる患部を処置するために処置具の先端が大きく移動させられると、同様に処置具の先端位置に迅速に追従するように内視鏡の湾曲部も大きく湾曲させられる。
米国特許出願公開第２００５／０１４９００３号明細書
　しかしながら、このような場合には内視鏡の視野範囲は短時間に急激に変化するため、内視鏡の画像をモニタによって観察している術者は患部を見失ったり違和感を覚えたりすることになるという不都合がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、内視鏡の目標となる視野範囲を変更するために湾曲部が大きく変動する場合においても、患部を見失ったり違和感を覚えたりする不都合の発生を緩和することができる医療用システムの制御方法を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の一態様は、トロッカの貫通孔を介して体内に内視鏡の挿入部を挿入した医療用システムにおいて、前記挿入部の先端に設けられた湾曲部の異なる２つの制御状態を切り替えて制御する医療用システムの制御方法であって、制御状態の切替指示を受け付ける切替指示ステップと、該切替指示ステップにおいて切替指示が受け付けられた時点の前記湾曲部の現在角度と、切替後の制御状態における前記湾曲部の最終目標角度との角度差を算出する角度差算出ステップと、該角度差算出ステップにより算出された角度差が所定の閾値を超える場合に、当該閾値より小さい微小角度と前記現在角度とを加算して目標角度を算出し、前記角度差が前記閾値以下の場合に、該角度差を前記現在角度に加算して目標角度を算出する目標算出ステップと、該目標算出ステップにおいて算出された目標角度まで前記湾曲部を駆動する駆動ステップとを含む医療用システムの制御方法を提供する。
　本態様によれば、トロッカの貫通孔に挿入部を挿入した内視鏡の先端を体内に配置して体内の観察を行う場合に、挿入部をトロッカに対して長手軸方向に移動させるとともにその長手軸の傾斜角度を変更し、挿入部の先端の湾曲部を湾曲させて視野範囲を変更しながら観察が行われる。この場合に、一の制御状態から湾曲部の状態が異なる他の制御状態への切替指示が受け付けられたときには、そのときの湾曲部の現在角度と切替後の制御状態における湾曲部の最終目標角度との角度差が角度差算出ステップにおいて算出され、角度差が閾値より大きいときには一度に最終目標角度まで移動させるのではなく、その途中の角度を目標角度として駆動ステップによりその目標角度まで湾曲部を駆動することにより、内視鏡の視野の急激な変化を防止することができる。一方、角度差が閾値以下の場合には、視野の急激な変化はないので、一度に最終目標角度まで移動させることで異なる制御状態を迅速に切り替えることができる。
　上記態様においては、前記微小角度が、前記角度差に１／ｎ（ｎは２より大きい整数）を乗算した角度であってもよい。
　このようにすることで、現在位置に加算する微小角度を角度差に比例する値に設定することができ、角度差が大きいほど、微小角度を大きくして、移動速度を増大させることができる。
　また、上記態様においては、前記トロッカにおける前記挿入部の長手軸の傾斜角度および長手軸方向の挿入量を検出する検出ステップと、切替後の制御状態における特定の基準点の座標値と、前記挿入量および前記傾斜角度とに応じて前記最終目標角度を算出する最終目標角度算出ステップを含んでいてもよい。
　このようにすることで、一旦設定された最終目標角度に基づく制御中にも、トロッカに対して挿入部の挿入量や傾斜角度が変化した場合には、検出ステップにおいて検出された挿入量や傾斜角度に基づいて、最終目標角度算出ステップにおいて新たな最終目標角度に更新されるので、操作に伴って徐々に第２の制御状態へと近づけることができる。
　また、上記態様においては、切替前の制御状態は、前記湾曲部を手動の指令に従って湾曲させる制御状態であってもよいし、切替前の制御状態は、他の基準点の座標値と、前記挿入量および前記傾斜角度とに応じて前記湾曲部を湾曲させる制御状態であってもよい。
　また、上記態様においては、前記切替指示ステップの後に、切替後の制御状態における前記湾曲部の先端と基準点との距離を算出し、該距離が距離閾値より小さいときには、前記湾曲部の先端を移動させないように制御してもよい。
　また、上記態様においては、前記挿入部が複数の湾曲部を備え、各湾曲部の湾曲量の比率を複数記憶し、前記制御状態の切替の前後において湾曲量の比率を切り替えてもよい。
　本発明によれば、内視鏡の目標となる視野範囲を変更するために湾曲部が大きく変動する場合においても、患部を見失ったり違和感を覚えたりする不都合の発生を緩和することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る制御方法を適用する医療用システムを示す全体構成図である。 図１の制御方法を示すフローチャートである。 図１の制御方法を説明する内視鏡の先端部を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る医療用システムの制御方法を説明する内視鏡の先端部を示す図である。 図４の制御方法を示すフローチャートである。 図４の制御方法の第１の変形例における（ａ）内視鏡の先端部、（ｂ）関節の可動範囲をそれぞれ示す図である。 図４の制御方法の第２の変形例における（ａ）内視鏡の先端部、（ｂ）関節の可動範囲をそれぞれ示す図である。 図４の制御方法の第３の変形例における（ａ）内視鏡の先端部、（ｂ）関節の可動範囲をそれぞれ示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る医療用システムの制御方法を説明する内視鏡の先端部を示す図である。 図９の制御方法を示すフローチャートである。
　本発明の第１の実施形態に係る医療用システム１の制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る制御方法は、図１に示される医療用システム１に適用されるものである。
　この医療用システム１は、図１に示されるように、体表組織Ａを貫通して配置されたトロッカ２と、該トロッカ２内に挿入される硬性の内視鏡３と、該内視鏡３の挿入部４の先端に配置された関節（湾曲部）５の揺動角度を手動により指令する操作部６と、体内の患部Ｂ等の観察すべき部位の基準となる基準点Ｐの座標の設定および制御状態の切替指令を行う入力部７と、前記関節５を駆動する駆動部８と、該駆動部８を制御する制御部９と、内視鏡３により取得された信号から画像を生成する画像処理部１０と、該画像処理部１０により生成された画像を表示するモニタ１１とを備えている。
　トロッカ２には、挿入されている内視鏡３の挿入部４の長手軸方向の挿入量Ｉ１と、鉛直線に対する長手軸の傾斜角度Ｉ２とをそれぞれ検出するセンサ（図示略）が設けられている。
　本実施形態においては、内視鏡３は、単一の関節５を備えている。関節５は、硬性の挿入部４の先端に設けられ、挿入部４の長手軸に対する先端部３ａの長手軸の角度を変更するようになっている。
　制御部９は、操作部６からの指令信号に基づいて、指令信号の通りに関節５を揺動させるように駆動部８を駆動する第１の制御状態と、先端部３ａの長手軸が設定された基準点Ｐを通過するように関節５を揺動させる第２の制御（協調制御）状態とにより駆動部８を制御するようになっている。また、制御部９は、入力部７から第１の制御状態から第２の制御状態に切り替える切替指令を受け付けたときに第１の制御状態から第２の制御状態に移行させるための第３の制御状態を実施するようになっている。
　次に、本実施形態に係る医療用システム１の制御方法について、図２および図３を参照して説明する。
　本実施形態に係る制御方法は、図２に示されるように、第１の制御状態が選択されている状態（ステップＳ１）では、術者がモニタ１１に表示されている内視鏡３による画像を観察しながら、操作部６を操作することにより、操作部６を介した手動による操作量に応じた関節５の最終目標角度θｇが算出され（ステップＳ２）、フラグｉがゼロに設定される（ステップＳ３）。そして、関節５の目標角度θｒｅｆとしても最終目標角度θｇが設定され（ステップＳ４）、関節５が目標角度θｒｅｆとなるように駆動部８が駆動される（ステップＳ５）。切替指令が入力されない限り、ステップＳ２～Ｓ５の工程が繰り返され、第１の制御状態が維持される。
　次いで、術者が、入力部７から第２の制御状態への切替指令を入力すると（ステップＳ６，Ｓ７）、まず、基準点Ｐの座標を指定するよう促され、術者は、モニタ１１上に表示された画像において、患部Ｂ等を特定するための基準点Ｐを指定することにより（ステップＳ８）、指定された基準点Ｐの座標値が記憶される（ステップＳ９）。この後にフラグｉが１に設定される（ステップＳ１０）。なお、基準点Ｐの座標は予め記憶されていてもよく、その場合にはステップＳ８，Ｓ９は省略される。
　そして、記憶されている基準点Ｐの座標値から最終目標角度θｇが算出される（ステップＳ１１）。最終目標角度θｇは、次のようにして算出される。
　すなわち、トロッカ２に設けられたセンサにより検出された硬性の挿入部４の挿入量Ｉ１および傾斜角度Ｉ２から、挿入部４の先端に設けられた関節５の座標が算出されるので、トロッカ２の座標と関節５の座標とを結ぶ線分（挿入部４の長手軸）と、関節５の座標と基準点Ｐの座標とを結ぶ線分（先端部３ａの長手軸）とがなす角度が最終目標角度θｇとして算出される。
　この最終目標角度θｇは、先端部３ａの先端に設けられた内視鏡３の撮影光学系の光軸上に基準点Ｐが配置され、内視鏡３が基準点Ｐを直視する状態となるときの関節５の揺動角度を示している。
　そして、その後に、第２の制御状態への切替指令が入力された直後であるか否かが、フラグｉが１であるか否かによって判定され（ステップＳ１２）、フラグｉが１である場合には第３の制御状態が実施される。
　第３の制御状態においては、まず、関節５の最終目標角度θｇと現在角度θｅとの差分｜θｇ－θｅ｜が算出され（ステップＳ１３）、差分｜θｇ－θｅ｜が所定の閾値θｔｈ以下か否かが判定される（ステップＳ１４）。判定の結果、差分｜θｇ－θｅ｜が閾値θｔｈより大きい場合には、閾値θｔｈより小さい微小角度Δθを現在角度に加えた角度が目標角度θｒｅｆとして設定され（ステップＳ１５）、ステップＳ５からの工程が繰り返される。ここで、微小角度Δθとしては、例えば、閾値θｔｈより十分に小さい定数を設定すればよい。
　判定の結果、差分Δθが閾値θｔｈ以下である場合には、フラグｉが２に変更された後に（ステップＳ１６）、ステップＳ４からの工程が繰り返される。これにより、その後は、基準点Ｐの座標値を追従するように関節５が駆動される第２の制御状態が実施される。
　すなわち、本実施形態に係る医療用システム１の制御方法によれば、手動操作による操作量に従って駆動部８により関節５を駆動していた第１の制御状態から、基準点Ｐを設定して自動的に駆動部８により基準点Ｐを追従するように関節５を駆動する第２の制御状態に切り替える際に、現在角度θｅと最終目的角度θｇとの差分｜θｇ－θｅ｜が所定の閾値θｔｈより大きいときには、直接的に制御状態を切り替えないので、直接切り替えた場合のような内視鏡３の画像の急激な変化を防止することができる。
　そして、第１の制御状態から第２の制御状態に切り替える前に、一旦、現在角度θｅから微小角度Δθだけ移動する角度を目標角度θｒｅｆとして設定して関節５を湾曲させる第３の制御状態を実行するので、モニタ１１に表示される画像を徐々に変化させることができ、術者が患部Ｂを見失ったり、違和感を覚えたりしないようにす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、微小角度Δθとして閾値θｔｈより十分に小さい定数を設定したが、これに代えて、最終目標角度θｇと現在角度θｅとの差分｜θｇ－θｅ｜に１／ｎ（ｎは２より大きい整数）を乗算した値を微小角度Δθとしてもよい。これにより、差分｜θｇ－θｅ｜の大きさに比例する微小角度Δθを設定し、差分｜θｇ－θｅ｜が大きい場合にはより速く、小さい場合にはより遅く関節５を駆動することができる。
　また、第３の制御状態の実行中に、内視鏡３が操作されることによって挿入部４の挿入量Ｉ１や傾斜角度Ｉ２が変更された場合には、その移動量ΔＰに比例する閾値θｔｈより小さい値を微小角度Δθとして設定してもよい。これにより、挿入部４の移動量ΔＰが大きい場合にはより速く、小さい場合にはより遅く関節５を駆動することができる。ここで、挿入部４の移動量ΔＰは挿入量Ｉ１または傾斜角度Ｉ２のいずれかでもよいし、両者を合成したベクトルの大きさであってもよい。
　すなわち、手動による第１の制御状態から自動による第２の制御状態への移行の際に、挿入部４の進退（挿入量Ｉ１変更）操作やあおり（傾斜角度Ｉ２変更）操作が行われた場合には、操作に応じて目標角度θｒｅｆが更新されていくので、徐々に第２の制御状態による理想的な状態に近づけて、より自然に制御状態を切り替えることができる。
　次に、本発明の第２の実施形態に係る医療用システム２０の制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１の制御方法と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る制御方法は、図４に示されるように、挿入部４の先端に平行な軸線回りに揺動する２つの関節２１，２２を有する内視鏡３を備える医療用システム２０に適用される。
　これら２つの関節２１，２２の動作についても、制御部９は、操作部６からの指令信号に基づいて、操作量に応じた角度だけ関節２１，２２を揺動させるように駆動部８を駆動する第１の制御状態と、先端部３ａの長手軸が設定された基準点Ｐを通過するように関節２１，２２を揺動させるように駆動部８を駆動する第２の制御状態を実施するようになっている。
　さらに具体的には、第２の制御状態は、まず、先端側の関節２１の揺動角度をゼロ（基端側の関節２２から先が一直線に配されている状態）とし、基端側の関節２２のみを揺動させたときに、設定された基準点Ｐが先端部３ａの長手軸上に配置されることとなる揺動角度θ１を求め、該揺動角度θ１の半分の角度を基端側の関節２２の最終目標角度θｇ２に設定する。次いで、基端側の関節２２が最終目標角度θｇ２だけ揺動された状態で、先端側の関節２１のみを揺動させたときに、設定された基準点Ｐが先端部３ａの長手軸上に配置されることとなる揺動角度を求め、該揺動角度を先端側の関節２１の最終目標角度θｇ１に設定するようになっている。そして、第２の制御状態においては、制御部９は、これらの最終目標角度θｇ１，θｇ２が各サンプリング周期において達成されるように２つの関節２１，２２を揺動させる駆動部８を制御するようになっている。
　また、本実施形態に係る医療用システム２０の制御方法においては、図５に示されるように、第１の制御状態においては、操作部６を介した手動による操作量に応じた関節２１，２２の最終目標角度θｇ１，θｇ２が算出され（ステップＳ２０）、フラグｉがゼロに設定され（ステップＳ３）、関節２１，２２の目標角度θｒｅｆ１，θｒｅｆ２としても最終目標角度θｇ１，θｇ２が設定され（ステップＳ２１）、関節２１，２２が目標角度θｒｅｆ１，θｒｅｆ２となるように駆動部８が駆動される（ステップＳ５）。
　次いで、術者により、第１の制御状態から第２の制御状態への切替指令が入力され（ステップＳ６，Ｓ７）、基準点Ｐの座標が指定および記憶されると（ステップＳ８，Ｓ９）と、上記最終目標角度θｇ１，θｇ２が算出される（ステップＳ２２）とともに、該最終目標角度θｇ１，θｇ２が達成されたときの内視鏡３の先端と、基準点Ｐとの距離ｄが算出される（ステップＳ２３）。そして、算出された距離ｄが所定の閾値ｄｔｈより大きいか否かが判定される（ステップＳ２４）。
　距離ｄが閾値ｄｔｈより大きい場合には、基端側の関節２２の最終目標角度θｇ２と現在角度θｅ２との差分｜θｇ２－θｅ２｜が算出され（ステップＳ２５）、差分｜θｇ２－θｅ２｜が所定の閾値θｔｈ以下か否かが判定される（ステップＳ２６）。
　判定の結果、差分｜θｇ２－θｅ２｜が閾値θｔｈより大きい場合には、閾値θｔｈより小さい微小角度Δθ2を現在角度θｅ２に加えた角度が目標角度θｒｅｆ２として設定されるとともに、基端側の関節２２が目標角度θｒｅｆ２だけ移動した場合の先端側の関節２１の目標角度θｒｅｆ１が算出され（ステップＳ２７）、ステップＳ５からの工程が繰り返される。
　そして、判定の結果、差分｜θｇ２－θｅ２｜が閾値θｔｈ以下となった場合には、ステップＳ２１からの工程が繰り返される。
　一方、算出された距離ｄが小さい場合には、閾値ｄｔｈと一致する算出距離ｄとなるように設定し（ステップＳ２８）、関節２１，２２の作動を停止して、術者による挿入部４の操作により挿入量Ｉ１あるいは傾斜角度Ｉ２が変更されることにより、変更後の距離ｄが新たな閾値ｄｔｈより大きくなるのを待つ（ステップＳ２９）ようになっている。すなわち、ステップＳ２２からの工程が繰り返される。そして、術者による挿入部４の操作後に、新たに最終目標角度θｇ１，θｇ２が算出され（ステップＳ２２）、新たな最終目標角度θｇ１，θｇ２に基づいて算出された距離ｄが閾値ｄｔｈより大きくなった場合には、ステップＳ２５からの動作が行われる。
　このように構成された本実施形態に係る医療用システム２０の制御方法によれば、手動による第１の制御状態から自動による第２の制御状態に切り替える際に、第２の制御状態に移行した場合の先端から基準点Ｐまでの距離ｄが閾値ｄｔｈ以下の場合に、第２の制御状態への移行を停止して、挿入部３の先端が患部Ｂに近接し過ぎることを防止することができるという利点がある。
　また、上記距離ｄが閾値ｄｔｈより大きい場合には、第１の実施形態と同様に、モニタ１１に表示される画像を徐々に変化させるように関節２１，２２を駆動することができ、術者が患部Ｂを見失ったり、違和感を覚えたりしないようにす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、基端側の関節２２のみを揺動させたときに、設定された基準点Ｐが先端部３ａの長手軸上に配置されることとなる揺動角度θ１を求め、該揺動角度θ１の半分の角度を基端側の関節２２の最終目標角度θｇ２に設定したが、これに限定されるものではなく、設定された比率Ｋを乗じてθｇ２を算出してもよい。
　例えば、比率Ｋとして１／３を採用する場合には、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、基端側の関節２２を小さく、先端側の関節２１を大きく動作させる可動範囲Ｃ１となるので、入口が狭い空間でも先端を大きく動かせる狭い空間での観察に適している。
　また、比率Ｋとして１／２を採用する上記方法では、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、先端側の関節２１と基端側の関節２２とで同等の可動範囲Ｃ２として平均的な観察を行うことができる。
　さらに、比率Ｋとして２／３を採用する場合には、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、基端側の関節２２を大きく動作させる可動範囲Ｃ３となるので、基端側の関節２２の広い可動範囲Ｃ３によって大空間をくまなく観察する用途に適している。
　これらの比率Ｋを複数登録しておき、観察の種類に合わせて選択することにすればよい。
　次に、本発明の第３の実施形態に係る医療用システム３０の制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る医療用システム１の制御方法と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る医療用システム３０の制御方法は、第１の実施形態に係る制御方法が、手動の第１の制御状態から自動の第２の制御状態に移行する場合であったのに対し、自動の第１の制御状態から自動の第２の制御状態に移行する場合の制御方法である点で相違している。
　すなわち、本実施形態に係る制御方法においては、図９に示されるように、２以上の異なる基準点Ｐ１，Ｐ２の座標を記憶しており、挿入部４の挿入量Ｉ１や傾斜角度Ｉ２が変更されても一の基準点Ｐ１を追従するように関節５が駆動されていた第１の制御状態から、他の基準点Ｐ２を追従するように関節５を駆動する第２の制御状態に移行する際に、第３の制御状態を実施する。
　この場合にも、図１０に示されるように、第１の実施形態と同様にして、第１の制御状態（ステップＳ１）においては、一の基準点Ｐ１が選択され（ステップＳ３０）、記憶されている一の基準点Ｐ１の座標値から最終目標角度θｇが算出される（ステップＳ３１）。そして、その後に、第２の制御状態への切替指令が入力された直後であるか否かが、フラグｉが１であるか否かによって判定され（ステップＳ１２）、フラグｉが１である場合には基準点Ｐ２に切り替えられて（ステップＳ３２）、第３の制御状態が実施される。
　第３の制御状態においては、まず、関節５の最終目標角度θｇと現在角度θｅとの差分｜θｇ－θｅ｜が算出され（ステップＳ１３）、差分｜θｇ－θｅ｜が所定の閾値θｔｈ以下か否かが判定される（ステップＳ１４）。
　判定の結果、差分｜θｇ－θｅ｜が閾値θｔｈより大きい場合には、閾値θｔｈより小さい微小角度Δθを現在角度θｅに加えた角度が目標角度θｒｅｆとして設定され（ステップＳ１５）、ステップＳ５からの工程が繰り返される。
　判定の結果、差分｜θｇ－θｅ｜が閾値θｔｈ以下である場合には、フラグｉが２に変更された後に（ステップＳ１６）、最終目標角度θｇが目標角度θｒｅｆとして設定され、駆動部８の駆動により関節５が最終目標角度θｇまで揺動させられる。これにより、第２の制御状態に切り替えられる。
　本実施形態に係る制御方法によれば、一の基準点Ｐ１を追従するように関節５が制御されている第１の制御状態から、他の基準点Ｐ２を追従するように関節５が制御される第２の制御状態に移行する際にも、現在角度θｅから微小角度Δθだけ移動する角度を目標角度θｒｅｆとして設定して関節５を揺動させるので、モニタ１１に表示される画像を徐々に変化させることができ、術者が患部Ｂを見失ったり、違和感を覚えたりしないようにすることができるという利点がある。
　ｄ　距離
　ｄｔｈ　距離閾値
　Ｉ１　挿入量
　Ｉ２　傾斜角度
　Ｐ，Ｐ１，Ｐ２　基準点
　θｅ，θｅ２　現在角度
　θｇ，θg１，θｇ２　最終目標角度
　θｒｅｆ，θｒｅｆ１，θｒｅｆ２　目標角度
　θｔｈ　閾値
　Δθ　微小角度
　Ｓ２，Ｓ２０　最終目標角度算出ステップ
　Ｓ５　駆動ステップ
　Ｓ６　切替指示ステップ
　Ｓ１３　角度差算出ステップ
　Ｓ１５　目標算出ステップ
　Ｓ２９　検出ステップ
　１，２０，３０　医療用システム
　２　トロッカ
　３　内視鏡
　４　挿入部
　５，２１，２２　関節（湾曲部）

Claims (7)

  1. 　トロッカの貫通孔を介して体内に内視鏡の挿入部を挿入した医療用システムにおいて、前記挿入部の先端に設けられた湾曲部の異なる２つの制御状態を切り替えて制御する医療用システムの制御方法であって、
    　制御状態の切替指示を受け付ける切替指示ステップと、
    　該切替指示ステップにおいて切替指示が受け付けられた時点の前記湾曲部の現在角度と、切替後の制御状態における前記湾曲部の最終目標角度との角度差を算出する角度差算出ステップと、
    　該角度差算出ステップにより算出された角度差が所定の閾値を超える場合に、当該閾値より小さい微小角度と前記現在角度とを加算して目標角度を算出し、前記角度差が前記閾値以下の場合に、該角度差を前記現在角度に加算して目標角度を算出する目標算出ステップと、
    　該目標算出ステップにおいて算出された目標角度まで前記湾曲部を駆動する駆動ステップとを含む医療用システムの制御方法。
  2. 　前記微小角度が、前記角度差に１／ｎ（ｎは２より大きい整数）を乗算した角度である請求項１に記載の医療用システムの制御方法。
  3. 　前記トロッカにおける前記挿入部の長手軸の傾斜角度および長手軸方向の挿入量を検出する検出ステップと、
    　切替後の制御状態における特定の基準点の座標値と、前記挿入量および前記傾斜角度とに応じて前記最終目標角度を算出する最終目標角度算出ステップを含む請求項１または請求項２に記載の医療用システムの制御方法。
  4. 　切替前の制御状態が、前記湾曲部を手動の指令に従って湾曲させる制御状態である請求項３に記載の医療用システムの制御方法。
  5. 　切替前の制御状態が、他の基準点の座標値と、前記挿入量および前記傾斜角度とに応じて前記湾曲部を湾曲させる制御状態である請求項３に記載の医療用システムの制御方法。
  6. 　前記切替指示ステップの後に、切替後の制御状態における前記湾曲部の先端と基準点との距離を算出し、該距離が距離閾値より小さいときには、前記湾曲部の先端を移動させないように制御する請求項４に記載の医療用システムの制御方法。
  7. 　前記挿入部が複数の湾曲部を備え、
    　各湾曲部の湾曲量の比率を複数記憶し、
    　前記制御状態の切替の前後において湾曲量の比率を切り替える請求項１から請求項６のいずれかに記載の医療用システムの制御方法。
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
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