CN105101905B - 主从*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主从***(1)，在通过主装置(2)的操作使从装置(4)旋转的情况下，以维持主装置(2)和监视器上的处置器具(9)的位置的对应关系为目的，该主从***(1)具有：从装置(4)，其具有观察光学***(8)和处置部(9)，该观察光学***(8)对被摄体(A)进行拍摄，该处置部(9)从设置有该观察光学***(8)的面(3a)突出并且该处置部(9)的至少一部分与被摄体(A)一同被该观察光学***(8)拍摄；主装置(2)，其具有操作者把持并操作的操作部(23)；控制部，其使该主装置(2)的操作部(23)的操作与从装置(4)的动作和处置部(9)的动作相对应；以及监视器，其显示观察光学***(8)所取得的图像，操作部(23)具有指令输入部(25)，该指令输入部(25)能够在操作部(23)***作者把持的状态下不改变其姿势而输入从装置(2)的动作指令。

Description

主从***
技术领域
本发明涉及一种主从***。
背景技术
以往，作为主从***的主输入装置，公知有形成为与从装置形状相似的装置(例如，参考专利文献1)。
在专利文献1的主从***中，从装置是在细长的***部的前端面具有观察光学***和2个处置器具的内窥镜，主装置具有：使***部的对应的弯曲部进行弯曲动作的多个关节、根据其旋转动作使***部进行扭转之类动作的手柄、以及配置于手柄的前端由双手操作以使2个处置器具进行动作的与处置器具形状相似的2个把持部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4608601号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1的主从***中，在操作主装置的手柄使从装置进行旋转动作的情况下，由于设置有处置器具的***部的前端面上设置的观察光学***也同时旋转，因此存在主装置的手柄位置与监视器上的处置器具的位置偏离的不良现象。也就是说，即使前端面根据手柄的旋转而旋转，设置于前端面的观察光学***和处置器具的相对的位置关系也没有变化，因此在由观察光学***取得并显示在监视器上的图像上，处置器具的位置始终不变化，手柄位置和监视器上的处置器具的位置会发生偏离。
虽然可以考虑设置与处置器具操作用的主装置不同的从装置前端操作用的主装置，但每次切换操作时需要更换主装置，作业变得繁琐。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种主从***，可以不必更换主装置而操作从装置，操作从装置后也能够维持主装置和监视器上的处置器具的位置的对应关系。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供如下手段。
本发明的一个方式提供一种主从***，所述主从***具有：从装置，其具有观察光学***和处置部，所述观察光学***对被摄体进行拍摄，所述处置部从设置有该观察光学***的面突出并且所述处置部的至少一部分与被摄体一同被该观察光学***拍摄；主装置，其具有操作者把持并操作的操作部；控制部，其使该主装置的所述操作部的操作与所述从装置的动作和所述处置部的动作相对应；以及监视器，其显示所述观察光学***所取得的图像，所述操作部具有指令输入部，该指令输入部能够在所述操作部被所述操作者把持的状态下不改变其姿势而输入所述从装置的动作指令。
根据本方式，在操作主装置的操作部后，控制部按照与操作部的操作量对应的角度使从装置绕与设置有观察光学***的面交叉的轴线旋转，并且使处置部进行动作。根据从装置的旋转，观察光学***观察的被摄体的观察方向发生变更。由于处置部从设置有观察光学***的面突出，因此，处置部随着观察光学***的旋转也同时向同一方向旋转。另外，通过处置部的动作，处置部能够从观察光学***观察的方向对被摄体进行处置。
在这种情况下，为了使从装置旋转，操作者操作设置于操作部的指令输入部输入动作指令、例如旋转指令。由此，从装置绕与设置有观察光学***的面交叉的轴线旋转。从装置旋转后，设置于该面的观察光学***和处置部同时向同一方向旋转，因此，显示在监视器上的被摄体旋转，但监视器上的处置部不移动。
根据本方式，在通过指令输入部的操作使从装置进行旋转的情况下，由于操作者把持的操作部的姿势不变化，因此操作部的姿势和监视器上的处置部的位置始终维持相同的对应关系。其结果是一边观察监视器一边进行处置的操作者能够进行直观的操作。另外，由于使操作部和监视器上的处置部的位置一致，因此，即使在操作后隔段时间再次操作的情况下，操作者也能够容易地识别操作部和处置部的对应关系。
在上述方式中，也可以是：所述动作指令是旋转动作指令，所述控制部使主装置的所述操作部的操作与所述处置部的动作以及所述从装置的绕与所述面交叉的轴线的旋转相对应。
这样，在使从装置进行旋转的情况下，由于操作者把持的操作部的姿势不变化，因此操作部的姿势和监视器上的处置部的位置始终维持相同的对应关系，一边观察监视器一边进行处置的操作者能够进行直观的操作。
在上述方式中，也可以是：所述指令输入部是检测施加到所述操作部的力的方向的力传感器，所述控制部根据所述力传感器检测出的力的方向，决定所述从装置的动作方向。
这样，当把持操作部的操作者向操作部施力后，力传感器检测该力的方向，控制部根据检测出的力的方向使从装置进行旋转。由此，能够在把持操作部的状态下使操作部不位移地直观地操作从装置来进行处置。
另外，在上述方式中，也可以是：所述指令输入部是配置在能够由把持所述操作部的手指以外的手指操作的位置的输入装置。
这样，操作者能够在利用任意的手指持续把持操作部的状态下不移动操作部而通过把持着的手指以外的手指操作输入装置使从装置进行旋转。
另外，在上述方式中，也可以是：所述操作部设置在2处以便所述操作者用双手把持，各所述操作部上设置有所述指令输入部。
这样，用于使从装置进行旋转的旋转指令能够分开输入给2个指令输入部。例如，当同一方向的指令被输入到2个指令输入部的情况下，可以将上述指令进行平均作为旋转指令，当输入到2个指令输入部的指令有很大不同的情况下，可以判定任意一个指令输入部中发生异常。
另外，在上述方式中，也可以是：所述控制部根据输入到2个指令输入部的动作指令的平均值使所述从装置进行动作。
这样，可以利用双手更稳定地使从装置进行动作。
另外，也可以是：所述控制部根据输入到2个指令输入部的动作指令的总和使所述从装置进行动作。
这样，可以利用与输入到2个指令输入部的动作指令的组合对应的模式使从装置进行动作。
另外，在上述方式中，也可以是：各所述指令输入部分别是3轴方向的力传感器。
这样，可以通过2个指令输入部对从装置的6自由度的动作进行指令。
发明效果
根据本发明能够实现下述效果：可以不必更换主装置而操作从装置，在从装置的操作后可以维持主装置和监视器上的处置器具的位置的对应关系，在通过主装置的操作使从装置旋转的情况下，可以维持主装置和监视器上的处置器具的位置的对应关系。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的主从***的整体结构图。
图2是示出作为图1的主从***的从装置的内窥镜的***部前端的立体图。
图3是示出图1的主从***的主装置的立体图。
图4是分别示出图1的主从***配置在基准位置状态下的(a)主装置、(b)从装置以及(c)监视器上的图像的图。
图5是分别示出图1的主从***的主装置的手柄被施加力的状态下的(a)主装置、(b)从装置以及(c)监视器上的图像的图。
图6是说明图1的主从***的动作的流程图。
图7是示出图1的主从***的变形例中的主装置的立体图。
图8是示出图1的主从***的另一变形例中的主装置的立体图。
图9是示出图1的主从***中具有的指令输入部的变形例，即示出设置于操作部的(a)拨盘、(b)十字键、(c)操纵杆、(d)触摸板、以及(e)由双手分别操作的拨盘的立体图。
图10是示出图1的主从***的另一变形例中的主装置的立体图。
图11是分别示出图1的主从***的另一变形例中的(a)主装置和(b)从装置的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的主从***1进行说明。
如图1所示，本实施方式的主从***1是一种内窥镜***，其具有：由操作者O操作的主装置2、作为从装置的内窥镜4、驱动该内窥镜4的驱动部5、控制驱动部5的控制部6、以及显示内窥镜4所取得的图像的显示部(监视器)7。
内窥镜4具有***到患者P的体内、例如大肠等柔软脏器中的软性的***部3。
如图2所示，***部3的前端面3a安装有观察光学***的物镜8，并且设置有从前端面3a朝向前方突出的2个处置器具(处置部)9。处置器具9分别具有多关节结构。另外，***部3的前端附近设置有多个弯曲部(省略图示)。通过组合各弯曲部的弯曲，能够使***部3的前端面3a向任意的方向移动。
驱动部5在***部3的基端侧进行如下动作的驱动：内窥镜4的***部3的***动作、***部3的弯曲动作以及***部3的扭转动作等。
如图1和图3所示，本实施方式的主装置2具有：安装在固定于地面的操作台21上的手柄(操作部)22、设置于该手柄22的左右且由操作者O双手把持前端部进行操作的与处置器具9一致的多关节结构的处置操作部(操作部)23、以及配置于地面上的脚踏开关24。操作台21和手柄22之间设置有在6轴方向上检测施加到手柄22的力的力传感器25。
如图1所示，辅助人员(未图示)使患者P躺在配置于主装置2侧的手术台30上，进行消毒、麻醉等适当的处理。
操作者O指示辅助人员将内窥镜4的***部3从患者P的***导入大肠内。操作者O操作主装置2使***部3的弯曲部适当弯曲并使内窥镜4的前端进行动作。
控制部6在主装置2的手柄22上使绕水平轴X施加的力的方向和绕***部3的前端面3a的长度轴Y的旋转方向相对应，并且，使所施加的力的持续时间和旋转角度相对应。
另外，控制部6使主装置2的处置操作部23的操作与处置器具9的动作相对应。这里，使操作与动作相对应的意思是，通过主装置2侧的操作使内窥镜4的对应部分进行动作。
具体而言，控制部6生成与施加到手柄22的力对应的绕***部3的长度轴Y旋转的旋转指令信号并将该信号输出到驱动部5。另外，控制部6生成与通过操作处置操作部23而形成的处置操作部23的各关节的旋转角度对应的处置器具9的对应的各关节的旋转指令信号并将该信号输出到驱动部5。
另外，在本实施方式中，例如，当通过踩踏脚踏开关24而选择了处置器具的动作模式时，控制部6根据操作者O进行的操作使处置操作部23的各关节自由摆动，并使与处置操作部23的各关节的旋转角度对应的处置器具9的对应的各关节进行动作。另一方面，当通过踩踏脚踏开关24而选择了内窥镜的动作模式时，控制部6通过未图示的电机或制动器来固定处置操作部23的各关节的动作，控制部6使操作者O在把持处置操作部23的状态下施加的力直接传递给手柄22。
以下，对上述那样构成的本实施方式的主从***1的作用进行说明。
要想使用本实施方式的主从***1进行患者P的体内观察和处置，需要在将内窥镜4的***部3***到体腔内的状态下，操作者O一边经由内窥镜4的物镜8通过监视器7观察由观察光学***拍摄的体腔内的状态，一边把持主装置2的处置操作部23对手柄22和处置操作部23进行操作。
由此，使作为从装置的内窥镜4的***部3和处置器具9移动。
要想使用处置器具9对患部等进行处置，需要通过踩踏脚踏开关24，如图6所示，选择处置器具操作模式(步骤S1)，通过对双手把持的2个处置操作部23进行操作(步骤S2)，由控制部6使处置器具9进行动作(步骤S3)，从而进行处置。
另一方面，当使内窥镜4的***部3移动时，选择内窥镜操作模式(步骤S1)，在该位置上固定处置操作部23的各关节。由此，把持处置操作部23的操作者O的手施加的力直接被传递到手柄22。
例如，从如图4(a)～(c)所示那样未对手柄22和处置器具9施加力的状态起，如图5(a)所示向手柄22施加任意时间的力F(步骤S5)。施加给手柄22的力由手柄22和操作台21之间设置的6轴的力传感器25进行检测。
控制部6根据力传感器25检测出的力的方向和施加力的时间使内窥镜4的***部3的各弯曲部进行工作(步骤S6)。尤其是，如图5(a)所示，当力传感器5检测出针对手柄22产生绕水平轴X的力矩这样的力的成分的情况下，如图5(b)所示，***部3的前端面3a在与检测出的力矩的方向对应的方向上，绕其长度轴Y旋转与施加力的时间对应的角度。
前端面3a旋转后，设置于该前端面3a的物镜8和处置器具9同时向同一方向旋转。
物镜8旋转后，由于视野旋转，所以如图5(c)所示，取得的图像内的被摄体A向与视野的旋转方向相反的方向以相同的旋转角度旋转。由于配置于相同前端面3a的物镜8和处置器具9的相对位置不变化，因此，取得的图像上局部拍摄的处置器具9的位置不变化。在希望任意切换内窥镜操作模式和处置器具操作模式的情况下，只要在步骤S1、S8中通过踩踏脚踏开关24切换即可。
这样，根据本实施方式的主从***1，当使***部3的前端面3a旋转而改变处置器具9相对于被摄体A的方向时，不旋转手柄22，根据施加到手柄22的力的方向使前端面3a进行旋转，因此，操作者O把持的处置操作部23的位置和监视器7上显示的处置器具9的位置不移动，始终维持在相同位置。
也就是说，在本实施方式中，操作者O在手柄22上施加逆时针的力矩后，在监视器7上被摄体A顺时针旋转。这时，手柄22的位置和监视器7上的处置器具9的位置不变化，因此具有如下优点：一边观察监视器7一边进行处置的操作者O能够直观地进行操作。另外，由于手柄22的位置和监视器7上的处置部9的位置始终是一致的，因此具有如下优点：即使在操作者O进行操作后暂时离开该位置而隔段时间再次操作的情况下，操作者也能够容易地识别手柄22和处置部9的对应关系。
另外，在本实施方式中，由于在手柄22和操作台21之间设置有6轴的力传感器25，因此，操作者O施加的力经由操作者O把持的处置操作部23以及与之连接的手柄22由力传感器25检测，但是也可以取而代之，将力传感器25设置在处置操作部23的前端的关节部。这样，可以更加直接地检测操作者O施加的力。在这种情况下，需要根据处置操作部23的前端的关节部朝向哪个方向来判断是否是使手柄22旋转的力成分。这种情况下，只要获得前端的关节部的姿势并更换坐标即可。
另外，除了作为从装置的内窥镜4的***部3的旋转操作以外，例如，也可以根据主装置2的X轴方向的力输入使***部3在Y轴方向的进退方向进行动作，或者，使左右上下方向的力输入与***部3的前端弯曲角度的动作相对应。在这种情况下，也能够通过主装置2使内窥镜4进行动作而不会使主装置2的处置操作部23和监视器7显示的处置器具9的位置关系发生偏移。
另外，如图7所示，也可以在由左右双手把持的2个处置操作部23上分别设置力传感器25。
这种情况下，当由2个力传感器25检测出同一方向的力的情况下，可以将检测出的力的平均值用作操作量。这样，能够进行更加稳定的操作。另外，当通过2个力传感器25检测出的力有很大不同的情况下，可以判定为存在某种异常。
另外，当在2个处置操作部23上分别设置力传感器25的情况下，如图7所示，也可以分别设置能够检测3轴方向的力LFx、LFy、LFz、RFx、RFy、RFz的力传感器25。这样，能够形成双方共计6自由度的动作指令，并且，通过2个的组合(总和)也可以构成新的动作指令。
例如，将施加给右手把持的处置操作部23的力设为RFx、RFy、RFz，将施加给左手把持的处置操作部23的力设为LFx、LFy、LFz，也可以构成如下的动作指令：当RFx＞0，LFx＜0时，将观察光学***拉近镜头，当RFx＜0，LFx＞0时，将观察光学***拉远镜头。变焦可以是光学变焦、数字变焦、也可以是使从装置***部以在Y轴方向进退的方式进行动作。
另外，在需要进行双手操作的情况下，例如，将2个从装置作为动作对象进行操作时，在仅通过一侧的力传感器25检测出力的情况下，可以不产生动作指令，也可以报知其中一个力传感器25发生故障。
这样，通过对2个力传感器进行组合，例如，通过使用3轴的力传感器25，能够进行在力的3轴的基础上加上力矩的3轴共6轴的输入。也就是说，也具有如下优点：使用输入所需的轴数以下的力传感器25，能够廉价地构成传感器，并且也能够实现力传感器25的双重化。
即使是3轴以下的传感器也同样可以通过2个2轴传感器的组合进行包括力矩的4轴的输入，或者通过2个1轴传感器的组合进行2轴的输入。
如上所述，虽然示出了使用3轴以下的传感器的例子，但也可以组合2个4轴以上的传感器进行8轴以上的输入。
另外，如图8所示，即使在不同类型的主装置2的情况下，也优选在操作者O把持并施加力F的位置附近事先设置力传感器25。
另外，在本实施方式中，虽然举例示出了力传感器25作为指令输入部，但是也可以取而代之，如图9所示，采用能够由把持处置操作部23的手指以外的手指进行操作的输入装置，例如，可以采用(a)左右方向的拨盘26a和上下方向的拨盘26b、(b)十字键27、(c)操纵杆28、以及(d)触摸板29等任意的输入装置。另外，如图8(e)所示，可以通过配置于左右的处置操作部23的左右方向的拨盘26a、上下方向的拨盘26b、进退方向的拨盘26c、以及滚动方向的拨盘26d这样的输入装置，对操作进行分配。
另外，如图9所示，对于作为从装置的内窥镜的关节数量，可以事先较多地构成主装置2的关节数量，再将较多的关节的动作分配给绕内窥镜4的***部3的前端面3a的长度轴Y的旋转指令。在图10示出的例子中，设置多余的关节进一步使操作者O的手指把持的最前端的把持部27绕其长度轴J7进行旋转，并通过该关节的动作使***部3的前端面3a进行旋转。标号J1～J6分别表示用于使***部3的前端面3a以6自由度移动的设置于主装置2的关节轴。
另外，在本实施方式中，对具有从***部3的前端面3a突出的2个处置器具9的情况进行了说明，但是也可以取而代之，如图11(b)所示，适用于具有单一的处置器具的情况。这种情况下，作为主装置2，如图11(a)所示，只要通过在使经由力传感器25安装于操作台21上的操作杆28摆动的方向上施加力，产生作为从装置的内窥镜4的***部3前端的摇头方向的动作指令，通过施加使操作杆28绕其长度轴X旋转的力，产生使***部3的前端面3a绕长度轴Y旋转的动作指令即可。另外，也可以在操作杆28的前端设置滑块29，通过该滑块29沿长度轴X方向的移动，变更处置器具9的突出量。
标号说明
A 被摄体
O 操作者
Y 长度轴(轴线)
1 主从***
2 主装置
3a 前端面(面)
4 内窥镜(从装置)
6 控制部
7 监视器
8 物镜(观察光学***)
9 处置器具(处置部)
22 手柄(操作部)
23 处置操作部(操作部)
25 力传感器(指令输入部)
26a、26b、26c、26d 拨盘(输入装置)
27 十字键(输入装置)
28 操作杆(输入装置)
29 触摸板(输入装置)

Claims (7)

1.一种主从***，该主从***具有：
筒状的从装置，其具有沿轴线方向延伸的***通道；以及
主装置，其具有操作者把持并操作的操作部；
其特征在于，
所述从装置具有：
观察光学***，其对被摄体进行拍摄；以及
处置部，其贯穿***所述***通道，并且从设置有所述观察光学***的面突出，所述处置部的至少一部分与所述被摄体一同被所述观察光学***拍摄，
所述主从***还具有：
控制部，其使该主装置的所述操作部的操作与所述从装置的动作和所述处置部的动作相对应；以及
监视器，其显示所述观察光学***所取得的图像，
所述操作部具有指令输入部，该指令输入部能够在所述操作部被所述操作者把持的状态下不改变其姿势而输入所述从装置的旋转动作指令，
所述控制部使所述主装置的所述操作部的操作与所述处置部的动作以及所述从装置的绕与所述面交叉的轴线的旋转相对应。
2.根据权利要求1所述的主从***，其中，
所述指令输入部是检测施加到所述操作部的力的方向的力传感器，
所述控制部根据所述力传感器检测出的力的方向，决定所述从装置的动作方向。
3.根据权利要求1所述的主从***，其中，
所述指令输入部是配置在能够由把持所述操作部的手指以外的手指操作的位置的输入装置。
4.根据权利要求1所述的主从***，其中，
所述操作部设置在2处以便所述操作者用双手把持，
各所述操作部上设置有所述指令输入部。
5.根据权利要求4所述的主从***，其中，
所述控制部根据输入到2个指令输入部的动作指令的平均值使所述从装置进行动作。
6.根据权利要求4所述的主从***，其中，
所述控制部根据输入到2个指令输入部的动作指令的总和使所述从装置进行动作。
7.根据权利要求4所述的主从***，其中，
各所述指令输入部分别是3轴方向以下的力传感器。
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