JP2013017513A - 医療用マスタスレーブマニピュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の医療用マスタスレーブマニピュレータ1は、操作指令を発するためのマスタ入力部2と、マスタ入力部により操作されるスレーブマニピュレータ3と、操作指令に基づいてスレーブアームへ操作信号を送信する制御部4と、被写体の映像に係る第一の映像信号と、第一の映像信号に画像処理を施した第二の映像信号とを生成する画像処理部50と、第一の映像信号および第二の映像信号の一方を表示する表示部22と、表示部に表示される映像信号を切り替える切替部24とを備え、切替部24が表示部に表示される映像信号を切り替えたときに、制御部は、操作指令に対して、表示部に表示された映像信号に関連付けられた変換処理を行うことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
上記制御スイッチ機構としては、音声コマンド、物理的に配置されたスイッチ、フットペダル、ディスプレイ上に表示されたアイコンやグラフィックユーザインターフェース選択手段が挙げられている。
画像操作モードでは、内視鏡などの画像に、LUSプローブ等により取得された超音波診断画像などの別の補助画像をオーバーレイし、さらに、マスタ入力デバイスをポインディングデバイスとして機能させることができる。
この場合、前記第一の映像信号が更新されたときに、更新前の第一の映像信号により前記表示部に表示される映像と略同一の映像が前記表示部に表示されるように前記画像処理の設定が更新されてもよい。
ディスプレイ23には、観察手段により取得された術野の映像が表示される。本実施形態では、ディスプレイ23上に視差に相当するずれを有する2つの映像が投影され、術者Opが偏光機構やシャッター機構等を備えた公知の3Dメガネ101を通して見ることで、映像を立体的に見ることができる。
図3は、マスタスレーブマニピュレータ1の動作の流れを示すフローチャートである。
まずステップS10において、術者Opは、フットスイッチ25を押したときに表示したい映像の条件を設定する。ここでは、一例として、観察手段の取得したままの術野の映像(初期映像)が右回りに90度回転された映像(切替映像)を表示することにする。この場合、術者Opは、回転角度θ(右回りに90度)を、図示しないインターフェイスを介してマスタ入力部2に入力し、切替映像の生成条件を設定する。
入力された切替映像の生成条件は、画像処理部50および入力変換切替部55に送信される。これを受けて、入力変換切替部55では、当該生成条件に基づき、切替映像表示時にマスターアームの移動方向とスレーブアームの移動方向とを整合させるための変換処理(以下、「切替変換処理」)の内容を自動算出し、ROMやRAM等の記憶部に一時記憶する。
術者はディスプレイ23に表示された映像を見ながら、マスターアーム21を操作する。マスターアーム21への操作指令は、マスタ制御部41で所定の初期変換が施されてマニピュレータ制御部42に送られ、スレーブマニピュレータ3に送信されてスレーブアーム31が動作する。マスタ制御部41は、フットスイッチ25が押されるまでは、上記の初期変換により操作指令の処理を継続する。
入力変換切替部55から情報を受信したマスタ制御部41は、ステップS40において、マスタ入力部2の把持部21Aの位置および姿勢と、切替映像内に表示された処置用スレーブアーム31の先端部の位置および姿勢とを整合させるためのイニシャライズを行う。マスタ制御部41は、把持部21Aの位置および姿勢と、切替映像内における処置用スレーブアーム31先端部の位置および姿勢との差分を算出し、当該差分がゼロとなるようにマスタ入力部2の駆動部を動作させ、把持部21Aのイニシャライズを行う。このとき、表示部22に「イニシャライズ中です。把持部から手を離してください」等のメッセージを表示して、術者に注意を喚起してもよい。
なお、マスターアームおよびスレーブアームの「位置」とは、マスターアームおよびスレーブアームの所定部位(例えば把持部21Aと処置具先端部など)の、XYZの座標系で表される三次元位置であり、「姿勢」とは、当該所定部位を基点とした先端の向きを意味する。また、マスタスレーブマニピュレータにおける位置・姿勢合わせは公知の技術であり、その具体的方法は上記に限られない。
なお、術者Opがもう一度フットスイッチ25を押すと、ディスプレイ23の映像は初期映像に切り替わり、マスターアーム21のイニシャライズ後にマスタ制御部41の変換処理が初期変換に更新される。
また、切替映像を常時生成する代わりに、フットスイッチ25が押されたときに生成してディスプレイ23に表示してもよい。
マスタ入力部2には2本しかマスターアームがないため、この実施形態では、初期映像および切替映像のそれぞれにおいて、直感的に操作しやすい2本の処置用スレーブアームとマスターアームとが関連付けられる。すなわち、表示部22のディスプレイ23に表示される映像に応じて、マスターアームと処置用スレーブアームの対応関係が異なっている。
その後、ステップS40では、ステップS10Aで設定された2本のスレーブアーム先端部と把持部との位置および姿勢が整合されるようにイニシャライズが行われ、続くステップS41Aにおいて、マスターアームとスレーブアームとの対応関係および操作指令の変換処理内容が更新される。
それ以外の点は、第一実施形態と概ね同様である。
さらに、マスターアームとスレーブアームとの対応関係も自動的に更新されるため、各画面において、最適なスレーブアームを操作して手技を行うことができる。
また、ステップS10Aで決められた変換角度θから、観察手段とスレーブアームの位置関係情報をもとに、最適なスレーブアームとマスターアームとの対応関係を自動的に算出してもよい。この場合も、上記と同様に、観察手段と各スレーブアームとの位置関係は、観察手段の取得した映像から算出されてもよいし、スレーブアームのエンコーダの値等に基づく位置情報から算出されてもよい。
別の方法として、スレーブアームとマスターアームとの対応関係は、ステップS31で切替映像が表示された後に操作者が再選択できるようにしてもよい。選択方法は、インターフェイス等の入力スイッチなどにより行えばよい。
本実施形態では、フットスイッチ25の信号は、切替部24および入力変換切替部55に加え、画像処理部50にも送信される。
観察手段72の映像が手技に適した所望の状態になったところで、術者Opは、ステップS52において、フットスイッチ25と他の入力手段の操作とを組み合わせた所定の更新入力を行う。
続いて、ステップS54において、入力変換切替部55は、更新後の初期映像に対応した入力変換処理内容を算出してマスタ制御部41に送信し、マスタ制御部41は、受信した入力変換処理内容が初期変換となるように初期変換の内容を更新する。
ステップS56では、入力変換切替部55は、更新後の切替映像に対応した変換処理を算出し、切替変換処理として記憶部に一時記憶する。この例では、更新前の初期画像が更新後の切替映像となるため、初期変換の内容が切替変換処理として一時記憶される。その後、ステップS57において、更新後の初期映像に対応するようにマスターアーム21のイニシャライズが行われて一連の処理が終了する。
なお、ステップS53からS56の処理の順番には特に制限はなく、適宜変更されてよい。また、これらのステップは、ステップS57の後に行われてもよい。
なお、観察手段72を駆動後、所定の操作を行わずにフットスイッチ25を押した場合は、そこで観察手段72が停止し、観察手段72の取得した映像を画像処理して生成された初期映像と同様のアングルの映像が初期映像となるよう、初期映像の設定が更新される。
なお、上述の各実施形態では、操作部としての把持部がマスターアームに連結された例を説明したが、操作部は、マスターアームの無い構成であってもよい。たとえば、操作部や操作者の手の位置・姿勢をカメラや位置センサなどのモーションセンサで取得する構成であってもよい。
2 マスタ入力部
3 スレーブマニピュレータ
4 制御部
21 マスターアーム
21A 把持部(操作部)
22 表示部
24 切替部
31、62A、62B、62C スレーブアーム
50 画像処理部
72 観察手段
73 駆動部
Claims (4)
- 操作指令を発するためのマスタ入力部と、
前記マスタ入力部により操作されるスレーブマニピュレータと、
前記操作指令に基づいて前記スレーブマニピュレータへ操作信号を送信する制御部と、
被写体の映像に係る第一の映像信号と、前記第一の映像信号に画像処理を施した第二の映像信号とを生成する画像処理部と、
前記第一の映像信号および前記第二の映像信号の一方を表示する表示部と、
前記表示部に表示される映像信号を切り替える切替部と、
を備え、
前記切替部が前記表示部に表示される映像信号を切り替えたときに、前記制御部は、前記操作指令に対して、前記表示部に表示された映像信号に関連付けられた変換処理を行うことを特徴とする医療用マスタスレーブマニピュレータ。 - 前記マスタ入力部は操作部を有し、
前記スレーブマニピュレータはスレーブアームを有し、その数は、前記操作部の数よりも多く、前記第一の映像信号に関連付けられた変換処理と、前記第二の映像信号に関連付けられた変換処理とで、前記操作部と前記スレーブアームとの対応関係が異なることを特徴とする請求項1に記載の医療用マスタスレーブマニピュレータ。 - 駆動部を有し、前記第一の映像信号を取得する観察手段をさらに備え、
前記駆動部を駆動させた後に所定の更新入力を行うことで、前記第一の映像信号および前記第一の映像信号に関連付けられた変換処理の内容を更新可能であることを特徴とする請求項1に記載の医療用マスタスレーブマニピュレータ。 - 前記第一の映像信号が更新されたときに、更新前の第一の映像信号により前記表示部に表示される映像と略同一の映像が前記表示部に表示されるように前記画像処理の設定が更新されることを特徴とする請求項3に記載の医療用マスタスレーブマニピュレータ。
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