WO2016125398A1 - 医療用マニピュレータシステムとその制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a medical manipulator system and a control method thereof.
- a motor is provided on the master device side, and when a misalignment occurs between the master device and the slave device, the slave device is fixed and driven so that the master device side matches the slave device.
- a master-slave manipulator system is known (for example, see Patent Document 1).
- the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and without using a large master-side operation unit equipped with a motor, the slave-side medical manipulator is moved according to the instructions of the operator, so that the posture deviation is corrected.
- An object of the present invention is to provide a medical manipulator system that can be eliminated and a control method thereof.
- One embodiment of the present invention includes a medical manipulator having one or more joints, an operation system corresponding to the joints of the medical manipulator, an operation unit operated by an operator, and an operation on the operation unit. And a control unit for controlling the medical manipulator, and a switch is provided in the operation unit, and the control unit controls the joint of the medical manipulator when a command by the operation of the switch is valid.
- a medical device that performs a posture deviation resolving operation for causing the operation unit to move in a direction to eliminate a posture deviation from the operation system, and stops the posture deviation resolving operation when a command by the switch operation is invalid
- a manipulator system is provided.
- the medical manipulator when the operator holds and operates the operation unit, the medical manipulator is controlled by the control unit according to the operation.
- the control unit determines whether the command by the operation is valid or invalid, and if it is valid, the attitude of the operation unit with the operation system Posture deviation elimination operation is performed in which the joint of the medical manipulator is operated in a direction to eliminate deviation.
- the operator operates the switch with the intention of eliminating the posture deviation, and the posture deviation is eliminated according to a command by the operation.
- the posture deviation eliminating operation is stopped. That is, according to this aspect, since the medical manipulator on the slave side is operated, it is not necessary to provide a motor in the operation unit on the master side, and the apparatus can be made compact and the cost can be reduced. In addition, since the operation of the medical manipulator is switched by operating the switch according to the operator's intention, it is possible to operate the medical manipulator as the operator desires and to eliminate the posture deviation without feeling uncomfortable.
- control unit may determine that the command by operating the switch is valid when the posture deviation exceeds a predetermined threshold. By doing so, it is possible to prevent the posture deviation from being canceled until the posture deviation is sufficiently small so that the operator cannot recognize the posture deviation during the operation. As a result, even if the posture misalignment between the joint of the medical manipulator and the operation system is not completely eliminated, the command by the operation of the switch can be invalidated and the posture misalignment eliminating operation can be terminated when it becomes sufficiently small. .
- the control unit invalidates a command by the operation of the switch. It may be determined that By doing in this way, when the switch is mistakenly operated during the normal operation of the medical manipulator by the operation of the operation unit, it is possible to prevent switching to the posture deviation eliminating operation.
- control unit may determine that the command by the operation of the switch is invalid when the posture deviation exceeds a predetermined threshold. In this way, when the posture misalignment is too large and the medical manipulator has to move greatly for the posture misalignment operation, the living body tissue arranged around the posture misalignment operation Since there is a high possibility that the medical manipulator will interfere, in such a case, even if the switch is operated, the command can be invalidated so that the posture deviation eliminating operation is not performed.
- the control part when the said control part operates the said joint in the direction which eliminates the said attitude
- control unit may operate the joint at a speed equal to or lower than a predetermined speed when operating the joint in a direction to eliminate the posture deviation.
- the medical manipulator is provided at its tip so as to be able to switch between an on state that acts on the living body and an off state that does not act on the living body, and the treatment unit that is switched to the on state and treats the living body
- the control unit may operate the joint after switching the treatment unit to an off state when a command by an operation of the switch is switched from invalid to valid.
- the treatment unit includes one or more joints
- the operation unit includes an operation system corresponding to the joint of the medical manipulator and the joint of the treatment unit
- the control unit includes the control unit
- the joint of the treatment unit is operated in a direction to eliminate the posture deviation of the operation unit from the operation system, and the posture deviation is a predetermined threshold value.
- the joint of the medical manipulator may be operated after determining that it is the following. By doing so, the treatment unit is matched with the operation system of the operation unit prior to the posture deviation elimination operation for operating the joint of the medical manipulator, thereby suppressing the interference between the treatment unit and the living body during the elimination operation as much as possible. be able to.
- the operation unit may include a clutch switch for intermittently interlocking the operation system of the operation unit by the control unit and the joint of the medical manipulator.
- the operator operates the clutch switch, disconnects the interlock between the operation system of the operation unit and the joint of the medical manipulator, and invalidates the command by the operation of the switch. It is possible to perform an operation of reducing the posture deviation without operating the manipulator for operation. After that, by effectively switching the command by the operation of the switch, the posture deviation elimination operation is performed, and the medical manipulator can eliminate the posture deviation with a small movement amount, and the interference with the surrounding living body is suppressed as much as possible. be able to.
- the posture deviation elimination operation is stopped, the control from the operation unit is disconnected, and the joint of the medical manipulator is disconnected. The operation can be stopped.
- Another aspect of the present invention provides a medical manipulator control in which a control unit controls a medical manipulator having one or more joints according to an operation of an operation unit having an operation system corresponding to the joint of the medical manipulator.
- a step of stopping the posture deviation canceling operation when it is determined, the control method of the medical manipulator system.
- the present invention it is possible to eliminate the positional deviation by moving the slave-side medical manipulator as instructed by the operator without using a large master-side operation unit including a motor.
- FIG. 1 It is a figure which respectively shows an example of the state of a switch in the medical manipulator system of FIG. 1, and the change of the angular position of each joint. It is a figure which shows the case where a toggle switch is used as a switch in FIG. It is a figure which each shows an example of the state of a switch in case the movable part of the medical manipulator of the medical manipulator system of FIG. 1 is provided with two joints, and the change of the angular position of each joint. It is a figure which shows the other operation example similar to FIG. It is a figure which shows the case where a toggle switch is used as a switch in FIG. It is a flowchart which shows the modification of the control method of the medical manipulator system of FIG.
- the medical manipulator system 1 includes an operation unit 2 operated by an operator O, a medical manipulator 3 inserted into a body cavity of a patient P, and an operation unit 2.
- the control part 4 which controls the medical manipulator 3 based on these operations, and the monitor 5 are provided.
- the medical manipulator 3 includes an insertion portion 6 that is inserted into the body of the patient P via the forceps channel R of the insertion portion S of the endoscope that is inserted into the body cavity of the patient P. And a movable portion 7 provided at the distal end of the insertion portion 6 and a drive portion 8 disposed on the proximal end side of the insertion portion 6 and driving the movable portion 7 by a power transmission member such as a wire (not shown).
- the movable portion 7 is disposed at the forefront, and includes a treatment portion 9 that acts on and treats the affected area in the body, and a plurality of joints B that change the distal end position and posture of the treatment portion 9.
- the treatment unit 9 is, for example, a grasping forceps.
- the operation unit 2 is configured to be similar to the medical manipulator 3 and includes a distal end portion 12 supported by the same number of joints (operation system) A as the movable unit 7 of the medical manipulator 3.
- the distal end portion 12 is a portion that is gripped by the operator O, and a switch 13 is provided at the distal end portion that comes into contact with the thumb when gripped by the thumb and index finger of the operator O.
- the operation unit 2 is provided with a sensor (not shown) that detects the angle of each joint A constituting the operation unit 2, and the output of the sensor is sent to the control unit 4.
- the switch 13 is, for example, a push button switch.
- the switch 13 also serves as a clutch switch for intermittently connecting the operation unit 2 and the medical manipulator 3. That is, the control unit 4 determines the deviation between each joint A of the operation unit 2 and each joint B of the medical manipulator 3 when the switch 13 is pressed, and the deviation is a predetermined threshold value in all the joints A and B. In the following cases (the posture deviation is small), the clutch is connected and the operation unit 2 and the medical manipulator 3 are interlocked (normal operation mode). At this time, a command for instructing a shift to a posture correction mode to be described later by operating the switch 13 is invalid, and the shift to the posture correction mode is not performed.
- the control unit 4 when the deviation exceeds a threshold value in any joint B, the control unit 4 performs the posture by the operation of the switch 13 only while the switch 13 is being pressed. It is determined that the command to shift to the correction mode is valid, and as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, it matches the angle of each joint A of the operation unit 2 (in a direction to eliminate the posture deviation).
- Each joint B of the medical manipulator 3 is operated (attitude correction mode).
- the control unit 4 operates each joint B at a predetermined speed or less.
- the predetermined speed is, for example, one tenth of the maximum speed in the normal operation mode.
- the setting of the predetermined speed is arbitrary.
- the control unit 4 operates each joint B of the medical manipulator 3 with a movement amount that matches the movement amount of each joint A of the operation unit 2.
- the control unit 4 disconnects the clutch when the switch 13 of the operation unit 2 is pressed in a state where the clutch is connected and the operation unit 2 and the medical manipulator 3 are interlocked with each other. The interlocking with the medical manipulator 3 is released.
- the insertion part S of the endoscope is inserted into the body cavity of the patient P, and the patient is inserted through the forceps channel R of the insertion part S.
- the medical manipulator 3 is inserted into the body of P. When the medical manipulator 3 is inserted, the clutch is disengaged and the operation unit 2 and the medical manipulator 3 are disengaged.
- the operator O checks the image acquired by the endoscope on the monitor 5 while checking the image of the medical manipulator 3.
- the operation unit 2 is arranged so that the movable unit 7 and the distal end portion 12 of the operation unit 2 have substantially the same posture.
- the control unit 4 controls the medical manipulator 3 according to the flowchart shown in FIG.
- step S1 when the switch 13 of the operation unit 2 is pressed (step S1), the deviation between each joint A of the operation unit 2 and each joint B of the medical manipulator 3 is determined (determination step S2). If the deviation of the joint B exceeds a predetermined threshold (posture deviation has occurred), the command by operating the switch 13 is valid, and the mode shifts to the posture correction mode (t1).
- the control unit 4 allows each of the medical manipulators 3 such that the angles of the joints B of the medical manipulator 3 substantially coincide with the angles of the joints A of the operation unit 2 while the switch 13 is being pressed.
- the joint B is operated at a predetermined speed (posture correction step S3).
- posture correction step S3 as shown in FIG. 6, the angle of the joint B of the medical manipulator 3 approaches the angle of the joint A of the operation unit 2 (FIG. 6 is for simplicity of explanation). Only the movement of one joint is shown.).
- each joint A of the operation unit 2 may also be moved by the operator O.
- Each joint B of the manipulator 3 for operation is operated so as to substantially match the angle of each new joint A of the operation unit 2.
- the posture correction mode is canceled, and the operation of each joint B of the medical manipulator 3 is maintained in a stopped state regardless of the operation of each joint A of the operation unit 2. (T2-t3).
- each joint B of the medical manipulator 3 In the state where each joint B of the medical manipulator 3 is operating in the posture correction mode, each joint B operates at a speed equal to or lower than a predetermined speed, so that the operator O confirms the endoscopic image on the monitor 5. By doing so, it is determined whether or not the medical manipulator 3 interferes with surrounding body tissues. If interference is likely to occur, the medical manipulator 3 is stopped by releasing the switch 13 to avoid interference. can do.
- the operator O moves the operation unit 2 so as to approach the state of the medical manipulator 3 without pressing the switch 13, and then switches to the posture correction mode by pressing the switch 13 again (t3).
- the angle of the joint B of the medical manipulator 3 can be made closer to the angle of the joint A of the operation unit 2 without causing interference with surrounding body tissues.
- the posture correction mode is canceled and the clutch is connected (step S4).
- the unit 2 and the medical manipulator 3 are in the normal operation mode.
- the command by the operation of the switch 13 becomes invalid, and thereafter, the operator O can release the switch 13 at an arbitrary timing while maintaining the normal operation mode (t5).
- the medical manipulator 3 can be operated without a sense of incongruity in a state in which the posture deviation between the operation unit 2 and the medical manipulator 3 is eliminated (normal operation step S5).
- the operation mode is switched based on the state of the switch 13 and the state of the operation unit 2 and the medical manipulator 3, but instead, as shown in FIG. You may employ
- the switch 13 for switching to the posture correction mode provided in the operation unit 2 is also used as a switch for operating a clutch for intermittently interlocking the operation unit 2 and the medical manipulator 3. It was. Instead of this, the clutch switch may be provided separately from the switch 13.
- the posture correction mode is shifted to the normal operation mode as it is, but when the posture deviation is eliminated (t4).
- the operator O may be notified of the transition to the normal operation mode by a monitor display or the like. Instead of this, or in addition to this, an alarm (sound) may be notified. In this way, the operator O who has a low level of skill who cannot easily recognize that the shift to the normal operation mode has been performed after the deviation of the posture has been resolved by just checking the image on the monitor 5 can be achieved. Regardless, the mode transition can be recognized smoothly.
- the operation of only one joint B has been exemplified.
- the movable portion 7 has a plurality of joints B1 and B2, as shown in FIG.
- the clutch may be connected to shift to the normal operation mode.
- FIG. 9 shows a case where the operator O releases his / her hand from the switch 13 in a state where the posture deviation of one joint A1, B1 has been eliminated (t12) and the posture deviation of the other joints A2, B2 has not been eliminated. It is a figure explaining operation
- t14 the posture correction mode is resumed.
- FIG. 10 is a diagram for explaining the same operation when a toggle switch is used.
- a clutch may be provided for each of the joints B1 and B2, and the clutch may be connected from the joints B1 and B2 in which the posture deviation has been eliminated to shift to the normal operation mode.
- step S1 when the switch 13 is pressed (step S1), it is determined whether or not the operation unit 2 and the medical manipulator 3 are unlocked by the clutch. However (step S11), it may be possible to shift to the posture correction mode on condition that the clutch is disengaged. If the operation unit 2 and the medical manipulator 3 are interlocked during the posture correction mode, the distal end of the medical manipulator 3 moves in an unexpected direction, which may not be preferable. By taking the condition that the operation unit 2 and the medical manipulator 3 are disengaged from each other, such inconvenience can be prevented in advance.
- the posture correction mode may be stopped when the angle of each joint A of the operation unit 2 changes beyond a predetermined threshold. As a result, when the operation unit 2 is largely moved by hand during the posture deviation eliminating operation, the posture correction mode can be stopped and contact with surrounding organs and the like can be avoided.
- the deviation between the angle of the joint A of the operation unit 2 and the angle of the joint B of the medical manipulator 3 is greater than or equal to a predetermined threshold due to an overload or the like. If this happens, the clutch may be disengaged.
- the posture correction mode is always performed if there is a posture shift between the joint A of the operation unit 2 and the joint B of the medical manipulator 3. It was decided to switch to. Instead, as shown in FIG. 12, the control unit 4 monitors the posture deviation between the operation unit 2 and the medical manipulator 3, and the angle of the joint A of the operation unit 2 and the medical manipulator 3. The deviation from the angle of the joint B is determined (step S100). When the determined deviation is equal to or smaller than the predetermined first threshold, the shift to the posture correction mode is possible, and when the deviation exceeds the first threshold, an alarm is issued. You may decide to alert
- a threshold value described as the second threshold value in FIG. 12
- the alarm in FIG. 12 includes notifying the operator O that the posture deviation is large.
- the operator O may be prompted to operate the operation unit 2 in a direction that reduces the posture deviation.
- the posture of the treatment unit 9 to be matched or the posture of the operation unit 2 when matched is expressed by CG (computer graphics) or the like on the monitor 5 or the like.
- the direction to be matched may be indicated.
- the operator O It is possible to inform the direction of reducing the posture deviation.
- the control unit 4 presses the switch 13 with respect to the operator O. This may be requested (step S102).
- the posture correction mode is started from a state in which the deviation is small, so that it is possible to shorten the time until the posture shift is eliminated and the normal operation mode is entered.
- the state of the treatment section 9 provided at the distal end of the medical manipulator 3 is determined (step) S21)
- the posture correction mode may be executed after switching to the off state (step S22).
- the ON state is a state in which the treatment unit 9 acts on the living body, and in the case of grasping forceps, it means a state in which the tip is closed so as to grip the living body.
- the off state is a state in which the treatment section 9 does not act on the living body, and means a state in which the tip is open in the case of grasping forceps.
- the grasping forceps is illustrated as the treatment portion 9, a stapler, a needle holder, a cutting blade, or a suction device may be employed instead.
- a stapler, a needle holder, or a cutting blade the closed state so as to grip the living body is the on state and the open state is the off state, similarly to the grasping forceps.
- the sucking state is the on state, and the non-sucking state is the off state.
- any method such as a gripper type, a lever type or a push switch type can be adopted.
- the posture correction mode is prevented from operating in an on state in which the stapler, the needle holder, or the cutting blade is gripping the living body, or in an on state in which the suction device is acting on the living body.
- the posture correction mode is executed in a state where the grasping forceps are in an off state and energy is not supplied. This prevents the posture correction mode from being activated when energy is supplied even in the off state, in addition to preventing the posture correction mode from being activated in the on state.
- step S30 When the treatment unit 9 has one or more joints and the operation unit 2 is provided with a joint corresponding to the joint of the treatment unit 9, when the posture correction mode is started by pressing the switch 13, 14, the posture deviation of each joint of the treatment unit 9 is determined (step S30). First, after the posture deviation of the joint of the treatment unit 9 is resolved (step S31), the postures of other joints are determined. It is preferable that a deviation elimination operation (step S32) is performed.
- the clutch for the joint of the treatment section 9 may be maintained in a constantly connected state. Even when the posture deviation canceling operation step S32 is being performed in the posture correction mode, when the operator O needs to operate the treatment portion 9 on the monitor 5, the treatment portion 9 can be operated at any time. The posture shift between the operation unit 2 and the medical manipulator 3 can be eliminated while preventing a burden on the living body.
- the first threshold value when shifting to the posture correction mode may be switched (step S12). For example, as shown in FIG. 15, when the treatment unit 9 is in the on state, the first threshold value is set to be small (step S13), and when the treatment unit 9 is in the off state, the first threshold value is set. What is necessary is just to set large (step S14). Then, it is determined whether the deviation between the angle of the joint of the treatment unit 9 and the angle of the other joint exceeds a set first threshold value (step S15), and when the determined deviation is equal to or less than a predetermined first threshold value. Transition to the posture correction mode is possible, and when the first threshold value is exceeded, the medical manipulator 3 is stopped. By doing in this way, in the state where the treatment part 9 is acting on the living body, it is possible to reduce the burden on the living body by not shifting from the state where the posture deviation is large to the posture correction mode.
- each joint B of the medical manipulator 3 in the posture correction mode is operated at the same speed.
- the speed may be varied for each joint B.
- the speed may be changed according to the magnitude of the deviation.
- the joints B of the medical manipulator 3 in the posture correction mode are operated simultaneously, but instead of this, the joints B may be operated sequentially.
- the positional deviation may be eliminated in order from the joint B on the base side of the movable portion 7. In this way, the progress status of the posture correction mode can be easily confirmed.
- the joint B may be operated in the order in which the distal end of the treatment portion 9 does not move greatly.
- the joints B may be operated in the order in which the maximum distance of each joint B with respect to the central axis of the movable part 7 is minimized.
- each joint B may be operated at a low speed and then operated at a high speed. By doing so, it is possible to confirm the presence or absence of interference between the movable part 7 and the body tissue in the initial stage of the posture correction mode, and after confirming that there is no interference, the posture deviation is quickly eliminated by high-speed operation. can do.
- the operation unit 2 is illustrated as being similar to the medical manipulator 3, but the operation unit 2 is not limited to this, and any type of operation unit can be employed.
- the driving amount of each joint B is reversed so that the posture of the medical manipulator 3 and the gripping portion of the operation unit 2 coincide. It may be calculated by solving kinematics to achieve posture matching.
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Abstract
モータを備える大がかりなマスタ側の操作部を使用することなく、操作者の指示通りにスレーブ側の医療用マニピュレータを動かして姿勢ズレを解消する。1以上の関節Bを有する医療用マニピュレータ(3)と、該医療用マニピュレータ(3)の関節(B)に対応する操作系(A)を有し、操作者により操作される操作部(2)と、該操作部(2)に対する操作に応じて医療用マニピュレータ(3)を制御する制御部(4)とを備え、操作部(2)にスイッチ(13)が設けられ、制御部(4)は、スイッチ(13)の操作による指令が有効である場合に、医療用マニピュレータ(3)の関節(B)を、操作部(2)の操作系(A)との姿勢ズレを解消する方向に動作させ、スイッチ(13)の操作による指令が無効である場合に、姿勢ズレ解消動作を停止させる医療用マニピュレータシステム(1)を提供する。
Description
本発明は、医療用マニピュレータシステムとその制御方法に関するものである。
従来、マスタ装置側にモータが備えられていて、マスタ装置とスレーブ装置との間に姿勢ズレが生じた場合に、スレーブ装置を固定して、マスタ装置側をスレーブ装置に一致させるように駆動するマスタ・スレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
マスタ装置側にモータが備えられておらず、スレーブ装置との姿勢ズレが減少する方向にマスタ装置が操作された場合にはスレーブ装置の動きをマスタ装置による指示より小さくし、それ以外の方向にはマスタ装置の指示通りに動かすことにより、操作していく内に徐々に姿勢ズレが解消されていく、マスタ・スレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、特許文献1のようにマスタ装置側にモータを備えると装置が大がかりとなりコストが増大するという不都合がある。
特許文献2のマニピュレータシステムでは、マスタ装置とスレーブ装置との姿勢ズレが解消するまでの間、マスタ装置を操作する操作者の指示に関わらず、スレーブ装置の動きが姿勢ズレ量に応じて変化してしまうので、操作者は思い通りに動かせないという違和感を覚えるという問題がある。
特許文献2のマニピュレータシステムでは、マスタ装置とスレーブ装置との姿勢ズレが解消するまでの間、マスタ装置を操作する操作者の指示に関わらず、スレーブ装置の動きが姿勢ズレ量に応じて変化してしまうので、操作者は思い通りに動かせないという違和感を覚えるという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、モータを備える大がかりなマスタ側の操作部を使用することなく、操作者の指示通りにスレーブ側の医療用マニピュレータを動かして姿勢ズレを解消することができる医療用マニピュレータシステムとそ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、1以上の関節を有する医療用マニピュレータと、該医療用マニピュレータの前記関節に対応する操作系を有し、操作者により操作される操作部と、該操作部に対する操作に応じて前記医療用マニピュレータを制御する制御部とを備え、前記操作部にスイッチが設けられ、前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が有効である場合に、前記医療用マニピュレータの前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させる姿勢ズレ解消動作を行わせ、前記スイッチの操作による指令が無効である場合に、前記姿勢ズレ解消動作を停止させる医療用マニピュレータシステムを提供する。
本発明の一態様は、1以上の関節を有する医療用マニピュレータと、該医療用マニピュレータの前記関節に対応する操作系を有し、操作者により操作される操作部と、該操作部に対する操作に応じて前記医療用マニピュレータを制御する制御部とを備え、前記操作部にスイッチが設けられ、前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が有効である場合に、前記医療用マニピュレータの前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させる姿勢ズレ解消動作を行わせ、前記スイッチの操作による指令が無効である場合に、前記姿勢ズレ解消動作を停止させる医療用マニピュレータシステムを提供する。
本態様によれば、操作者が操作部を把持して操作することにより、操作に応じて医療用マニピュレータが制御部により制御される。操作部に設けられたスイッチを操作者が操作すると、制御部がその操作による指令が有効であるか無効であるかを判定し、有効である場合には、操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に医療用マニピュレータの関節が動作させられる姿勢ズレ解消動作が行われる。このとき、操作者は、姿勢ズレの解消を意図してスイッチを操作し、その操作による指令に応じて姿勢ズレが解消される。
一方、スイッチの操作による指令が無効である場合には、姿勢ズレ解消動作が停止される。
すなわち、本態様によれば、スレーブ側となる医療用マニピュレータを動作させるので、マスタ側となる操作部にモータを備える必要がなく、装置をコンパクトにしてコストを低減することができる。また、操作者の意思によるスイッチの操作によって医療用マニピュレータの動作を切り替えるので、操作者の思い通りに医療用マニピュレータを動作させて、違和感を覚えることなく姿勢ズレを解消することができる。
すなわち、本態様によれば、スレーブ側となる医療用マニピュレータを動作させるので、マスタ側となる操作部にモータを備える必要がなく、装置をコンパクトにしてコストを低減することができる。また、操作者の意思によるスイッチの操作によって医療用マニピュレータの動作を切り替えるので、操作者の思い通りに医療用マニピュレータを動作させて、違和感を覚えることなく姿勢ズレを解消することができる。
上記態様においては、前記制御部は、前記姿勢ズレが所定の閾値を超える場合に、前記スイッチの操作による指令を有効であると判定してもよい。
このようにすることで、操作者が操作中に姿勢ズレを認識できないほどに姿勢ズレが十分に小さい場合にまで姿勢ズレの解消動作が行われることを防止し、また、姿勢ズレの解消動作の結果、医療用マニピュレータの関節と操作系との姿勢ズレが完全に解消しなくても、十分に小さくなった場合にスイッチの操作による指令を無効にして、姿勢ズレ解消動作を終了させることができる。
このようにすることで、操作者が操作中に姿勢ズレを認識できないほどに姿勢ズレが十分に小さい場合にまで姿勢ズレの解消動作が行われることを防止し、また、姿勢ズレの解消動作の結果、医療用マニピュレータの関節と操作系との姿勢ズレが完全に解消しなくても、十分に小さくなった場合にスイッチの操作による指令を無効にして、姿勢ズレ解消動作を終了させることができる。
上記態様においては、前記制御部は、前記操作系の移動量に応じて前記医療用マニピュレータの前記関節を動作させている状態で前記スイッチが操作された場合に、該スイッチの操作による指令を無効であると判定してもよい。
このようにすることで、操作部の操作による医療用マニピュレータの通常動作中に、誤ってスイッチが操作された場合に、姿勢ズレ解消動作に切り替わってしまうことを防止することができる。
このようにすることで、操作部の操作による医療用マニピュレータの通常動作中に、誤ってスイッチが操作された場合に、姿勢ズレ解消動作に切り替わってしまうことを防止することができる。
上記態様においては、前記制御部は、前記姿勢ズレが所定の閾値を超える場合に、前記スイッチの操作による指令を無効であると判定してもよい。
このようにすることで、姿勢ズレが大きすぎて、姿勢ズレ解消動作のために医療用マニピュレータが大きく動作しなければならない場合には、姿勢ズレ解消動作時に、周囲に配置されている生体組織に医療用マニピュレータが干渉する可能性が高いので、このような場合には、スイッチが操作されても指令を無効として、姿勢ズレ解消動作が行われないようにすることができる。
このようにすることで、姿勢ズレが大きすぎて、姿勢ズレ解消動作のために医療用マニピュレータが大きく動作しなければならない場合には、姿勢ズレ解消動作時に、周囲に配置されている生体組織に医療用マニピュレータが干渉する可能性が高いので、このような場合には、スイッチが操作されても指令を無効として、姿勢ズレ解消動作が行われないようにすることができる。
上記態様においては、前記制御部が前記スイッチの操作による指令が無効であると判定したときに、その旨を報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、スイッチの操作により姿勢ズレ解消動作を指令した場合に、姿勢ズレが大きすぎて解消動作が行われないことを報知部による報知によって操作者が認識することができる。
このようにすることで、スイッチの操作により姿勢ズレ解消動作を指令した場合に、姿勢ズレが大きすぎて解消動作が行われないことを報知部による報知によって操作者が認識することができる。
上記態様においては、前記制御部が、前記姿勢ズレを解消する方向に前記関節を動作させたときに、前記姿勢ズレが所定の閾値以下であると判定したときに、その旨を報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、操作者は報知部による報知によって、姿勢ズレが十分に解消したことを認識でき、スイッチの操作による指令を無効に切り替えて、通常動作に迅速に移行することができる。
このようにすることで、操作者は報知部による報知によって、姿勢ズレが十分に解消したことを認識でき、スイッチの操作による指令を無効に切り替えて、通常動作に迅速に移行することができる。
上記態様においては、前記制御部は、前記姿勢ズレを解消する方向に前記関節を動作させるときには、所定以下の速度で動作させてもよい。
このようにすることで、姿勢ズレ解消動作における医療用マニピュレータの動作を遅くして、操作者による姿勢ズレ解消動作の中断等の介在を可能とすることができる。
このようにすることで、姿勢ズレ解消動作における医療用マニピュレータの動作を遅くして、操作者による姿勢ズレ解消動作の中断等の介在を可能とすることができる。
上記態様においては、前記医療用マニピュレータが、その先端に、生体に作用するオン状態と、生体に作用しないオフ状態とを切替可能に設けられ、オン状態に切り替えられて生体を処置する処置部を備え、前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が無効から有効に切り替えられたときに、前記処置部をオフ状態に切り替えた後に、前記関節を動作させてもよい。
このようにすることで、処置部がオン状態とされて生体に対する処置が行われている状態で、スイッチの操作による姿勢ズレ解消動作が指令された場合に、関節を動作させる前に処置部をオフ状態に切り替えることで、姿勢ズレ解消動作中における処置部と生体との干渉を極力抑えることができる。
上記態様においては、前記処置部が1以上の関節を備え、前記操作部が、前記医療用マニピュレータの前記関節および前記処置部の前記関節に対応する操作系を有し、前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が無効から有効に切り替えられたときに、前記処置部の前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させ、前記姿勢ズレが所定の閾値以下であると判定した後に、前記医療用マニピュレータの前記関節を動作させてもよい。
このようにすることで、医療用マニピュレータの関節を動作させる姿勢ズレ解消動作に先立って処置部を操作部の操作系に一致させることにより、解消動作中における処置部と生体との干渉を極力抑えることができる。
このようにすることで、医療用マニピュレータの関節を動作させる姿勢ズレ解消動作に先立って処置部を操作部の操作系に一致させることにより、解消動作中における処置部と生体との干渉を極力抑えることができる。
上記態様においては、前記操作部に、前記制御部による前記操作部の前記操作系と前記医療用マニピュレータの前記関節との連動を断続させるクラッチスイッチを備えていてもよい。
このようにすることで、操作者はクラッチスイッチを操作して、操作部の操作系と医療用マニピュレータの関節との連動を切断し、かつ、スイッチの操作による指令を無効にすることにより、医療用マニピュレータを動作させることなく、姿勢ズレを小さくする動作を行うことができる。そして、この後に、スイッチの操作による指令を有効に切り替えることにより姿勢ズレ解消動作を行わせ、医療用マニピュレータが少ない移動量で姿勢ズレを解消させることができ、周囲の生体との干渉を極力抑えることができる。このとき、操作者がスイッチから手を離す等、スイッチの操作による指令を無効に切り替えたときには、姿勢ズレ解消動作が停止されて、操作部からの制御は切断状態となり、医療用マニピュレータの関節の動作を停止させることができる。
本発明の他の態様は、1以上の関節を有する医療用マニピュレータを、該医療用マニピュレータの前記関節に対応する操作系を有する操作部の操作に応じて制御部が制御する医療用マニピュレータの制御方法であって、前記操作部に設けられたスイッチの操作による指令が有効であるか否かを判定する判定ステップと、該判定ステップにより、前記指令が有効であると判定された場合に、前記医療用マニピュレータの前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させる姿勢ズレ解消動作を行わせる姿勢補正ステップと、前記判定ステップにより、前記指令が無効であると判定された場合に、前記姿勢ズレ解消動作を停止させるステップとを含む医療用マニピュレータシステムの制御方法である。
本発明によれば、モータを備える大がかりなマスタ側の操作部を使用することなく、操作者の指示通りにスレーブ側の医療用マニピュレータを動かして姿勢ズレを解消することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1は、図1に示されるように、操作者Oにより操作される操作部2と、患者Pの体腔内に挿入される医療用マニピュレータ3と、操作部2の操作に基づいて医療用マニピュレータ3を制御する制御部4と、モニタ5とを備えている。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1は、図1に示されるように、操作者Oにより操作される操作部2と、患者Pの体腔内に挿入される医療用マニピュレータ3と、操作部2の操作に基づいて医療用マニピュレータ3を制御する制御部4と、モニタ5とを備えている。
医療用マニピュレータ3は、例えば、図2に示されるように、患者Pの体腔内に挿入される内視鏡の挿入部Sの鉗子チャネルRを介して患者Pの体内に挿入される挿入部6と、該挿入部6の先端に備えられた可動部7と、挿入部6の基端側に配置され、図示しないワイヤ等の動力伝達部材によって可動部7を駆動する駆動部8とを備えている。
可動部7は、最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部9と、該処置部9の先端位置および姿勢を変化させる複数の関節Bとを備えている。処置部9は、例えば、把持鉗子である。
可動部7は、最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部9と、該処置部9の先端位置および姿勢を変化させる複数の関節Bとを備えている。処置部9は、例えば、把持鉗子である。
操作部2は、医療用マニピュレータ3と相似形に構成されており、医療用マニピュレータ3の可動部7と同じ数の関節(操作系)Aによって支持された先端部12を備えている。先端部12は操作者Oによって把持される部分であり、操作者Oの親指と人差し指とによって把持されたときに親指が接触する先端部分に、スイッチ13が設けられている。操作部2には、該操作部2を構成している各関節Aの角度を検出する図示しないセンサが備えられており、センサの出力は制御部4に送られるようになっている。
スイッチ13は、例えば、押しボタンスイッチである。
また、スイッチ13は、操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を断続するためのクラッチスイッチを兼ねている。
すなわち、制御部4は、スイッチ13が押されたときに操作部2の各関節Aと医療用マニピュレータ3の各関節Bとの偏差を判定し、全ての関節A,Bにおいて偏差が所定の閾値以下である(姿勢ズレが小さい)場合に、クラッチを接続し操作部2と医療用マニピュレータ3とを連動させるようになっている(通常動作モード)。このとき、スイッチ13を操作することによる、後述する姿勢補正モードへの移行を指示する指令は無効であり、姿勢補正モードへの移行は行われないようになっている。
また、スイッチ13は、操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を断続するためのクラッチスイッチを兼ねている。
すなわち、制御部4は、スイッチ13が押されたときに操作部2の各関節Aと医療用マニピュレータ3の各関節Bとの偏差を判定し、全ての関節A,Bにおいて偏差が所定の閾値以下である(姿勢ズレが小さい)場合に、クラッチを接続し操作部2と医療用マニピュレータ3とを連動させるようになっている(通常動作モード)。このとき、スイッチ13を操作することによる、後述する姿勢補正モードへの移行を指示する指令は無効であり、姿勢補正モードへの移行は行われないようになっている。
一方、図3Aおよび図3Bに示されるように、いずれかの関節Bにおいて偏差が閾値を超える場合には、制御部4は、スイッチ13が押されている間に限り、スイッチ13の操作による姿勢補正モードへの移行の指令が有効であると判定して、図4Aおよび図4Bに示されるように、操作部2の各関節Aの角度に一致するように(姿勢ズレを解消する方向に)、医療用マニピュレータ3の各関節Bを動作させるようになっている(姿勢補正モード)。
この姿勢補正モードでは、制御部4は、所定の速度以下で各関節Bを動作させるようになっている。所定の速度とは、例えば、通常動作モードにおける最高速度の10分の1の速度である。所定の速度の設定は任意である。
この姿勢補正モードでは、制御部4は、所定の速度以下で各関節Bを動作させるようになっている。所定の速度とは、例えば、通常動作モードにおける最高速度の10分の1の速度である。所定の速度の設定は任意である。
スイッチ13が押されている状態で、操作部2の各関節Aの角度が医療用マニピュレータ3の各関節Bの角度に略一致したとき、すなわち、偏差が閾値以下になったときには、スイッチ13の操作による指令は無効となり、制御部4はクラッチを接続し、操作部2と医療用マニピュレータ3とを連動させるようになっている(通常動作モード)。クラッチが接続された後には、操作者Oがスイッチ13から手を放しても、制御部4はクラッチの接続状態を維持するようになっている。
クラッチが接続された通常動作モードでは、制御部4は、操作部2の各関節Aの移動量に一致する移動量で、医療用マニピュレータ3の各関節Bを動作させるようになっている。
制御部4は、クラッチが接続されて、操作部2と医療用マニピュレータ3とが連動している状態で、操作部2のスイッチ13が押された場合に、クラッチを切断し、操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を解除するようになっている。
制御部4は、クラッチが接続されて、操作部2と医療用マニピュレータ3とが連動している状態で、操作部2のスイッチ13が押された場合に、クラッチを切断し、操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を解除するようになっている。
このように構成された本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1の制御方法について以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1を用いて体内の患部を処置するには、患者Pの体腔内に内視鏡の挿入部Sを挿入し、挿入部Sの鉗子チャネルRを介して患者Pの体内に医療用マニピュレータ3を挿入する。医療用マニピュレータ3の挿入時には、クラッチが切断されていて、操作部2と医療用マニピュレータ3との連動が解除されている。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1を用いて体内の患部を処置するには、患者Pの体腔内に内視鏡の挿入部Sを挿入し、挿入部Sの鉗子チャネルRを介して患者Pの体内に医療用マニピュレータ3を挿入する。医療用マニピュレータ3の挿入時には、クラッチが切断されていて、操作部2と医療用マニピュレータ3との連動が解除されている。
医療用マニピュレータ3の先端の可動部7が体腔内の患部に近接して配置された状態で、操作者Oは内視鏡により取得された画像をモニタ5で確認しながら、医療用マニピュレータ3の可動部7と操作部2の先端部12とが略同等の姿勢となるように操作部2を配置する。この状態で、操作者Oが操作部2のスイッチ13を押すと、制御部4が、図5に示されるフローチャートに従って、医療用マニピュレータ3を制御する。
すなわち、操作部2のスイッチ13が押されている場合には(ステップS1)、操作部2の各関節Aと医療用マニピュレータ3の各関節Bとの偏差が判定され(判定ステップS2)、いずれかの関節Bの偏差が所定の閾値を超える(姿勢ズレが生じている)場合には、スイッチ13の操作による指令が有効であり、姿勢補正モードに移行する(t1)。
これにより、制御部4は、スイッチ13が押されている間、医療用マニピュレータ3の各関節Bの角度が、操作部2の各関節Aの角度と略一致するように医療用マニピュレータ3の各関節Bを所定の速度で動作させる(姿勢補正ステップS3)。姿勢補正ステップS3においては、図6に示されるように、医療用マニピュレータ3の関節Bの角度は、操作部2の関節Aの角度に近づいていく(図6には、説明を簡単にするために、1つの関節の動作のみを示している。)。
この姿勢補正モードにおいては、操作部2に設けられたスイッチ13を押している間に実施されるので、操作部2の各関節Aも操作者Oによって動かされる場合があり、その場合には、医療用マニピュレータ3の各関節Bは、操作部2の新たな各関節Aの角度に略一致させるように作動していくことになる。操作者Oがスイッチ13から手を放すと、姿勢補正モードは解除され、操作部2の各関節Aの動作に関わらず、医療用マニピュレータ3の各関節Bの動作は停止した状態に維持される(t2~t3)。
姿勢補正モードで医療用マニピュレータ3の各関節Bが動作している状態では、各関節Bは、所定の速度以下の速度で動作するので、操作者Oは、モニタ5で内視鏡画像を確認することにより、医療用マニピュレータ3が周囲の体組織に干渉するか否かを判断し、干渉しそうな場合には、スイッチ13から手を放すことにより、医療用マニピュレータ3を停止させ、干渉を回避することができる。
この状態で、操作者Oがスイッチ13を押すことなく、医療用マニピュレータ3の状態に近接させるように操作部2を移動させた後に、再度スイッチ13を押す(t3)ことによって姿勢補正モードに切り替えて、周囲の体組織に干渉させることなく、医療用マニピュレータ3の関節Bの角度を、操作部2の関節Aの角度に近づけていくことができる。医療用マニピュレータ3の各関節Bの角度が、操作部2の各関節Aの角度と略一致する(t4)と、姿勢補正モードが解除されるとともに、クラッチが接続されて(ステップS4)、操作部2と医療用マニピュレータ3とが連動する通常動作モードとなる。
すなわち、この状態で、スイッチ13の操作による指令が無効になるので、その後に、操作者Oは、通常動作モードを維持したまま、任意のタイミングでスイッチ13から手を放すことができ(t5)、操作部2と医療用マニピュレータ3との姿勢ズレが解消された状態で違和感なく医療用マニピュレータ3を操作することができる(通常動作ステップS5)。
本実施形態によれば、操作部2にモータを備えずに済むので、大がかりな装置が不要であり、また、スイッチ13を押すことによる操作者Oの指示通りに医療用マニピュレータ3を動かして姿勢ズレを解消することができる。
操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を切断したい場合には、操作部2のスイッチ13を再度押すことにより、クラッチを切断することができる(t6)。
操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を切断したい場合には、操作部2のスイッチ13を再度押すことにより、クラッチを切断することができる(t6)。
本実施形態においては、スイッチ13の状態と、操作部2および医療用マニピュレータ3の状態とに基づいて動作モードを切り替えることとしたが、これに代えて、図7に示されるように、有効と無効の2つの状態を切り替えるトグルスイッチを採用してもよい。
本実施形態においては、操作部2に設けた姿勢補正モードへの切替のためのスイッチ13を操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を断続するクラッチを操作するためのスイッチとしても利用することとした。これに代えて、クラッチ用のスイッチは、スイッチ13と兼用することなく別個に設けることにしてもよい。
本実施形態においては、操作部2に設けた姿勢補正モードへの切替のためのスイッチ13を操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を断続するクラッチを操作するためのスイッチとしても利用することとした。これに代えて、クラッチ用のスイッチは、スイッチ13と兼用することなく別個に設けることにしてもよい。
本実施形態においては、姿勢補正モードによる操作部2の動作中に、姿勢ズレが解消したときには、そのまま姿勢補正モードから通常動作モードに移行することとしたが、姿勢ズレが解消した時点(t4)で、通常動作モードに移行したことをモニタ表示等によって操作者Oに報知することにしてもよい。これに代えて、あるいはこれに加えて、アラーム(音)で報知してもよい。
このようにすることで、姿勢ズレが解消した後に通常動作モードに移行したことをモニタ5の画像を確認するだけでは認識しにくい熟練度の低い操作者Oにも、操作者Oの熟練度に関わらずモード移行をスムーズに認識させることができる。
このようにすることで、姿勢ズレが解消した後に通常動作モードに移行したことをモニタ5の画像を確認するだけでは認識しにくい熟練度の低い操作者Oにも、操作者Oの熟練度に関わらずモード移行をスムーズに認識させることができる。
本実施形態においては、1つの関節Bのみの動作を例示したが、可動部7が複数の関節B1,B2を有している場合には、図8に示されるように、先に姿勢ズレが解消した関節B1については、その時点(t10)で、クラッチを接続することなく操作部2の関節A1の動作に追従させる擬似的な通常動作モードに移行し、全ての関節A1,A2,B1,B2の姿勢ズレが解消した時点(t11)で、クラッチを接続して通常動作モードに移行することにすればよい。
図9は、1つの関節A1,B1の姿勢ズレが解消し(t12)、他の関節A2,B2の姿勢ズレが解消していない状態で、操作者Oがスイッチ13から手を放した場合(t13)の動作を説明する図である。スイッチ13から手を放した瞬間にはクラッチがまだ接続されていないので、医療用マニピュレータ3の全ての関節B1,B2は停止し、再び姿勢ズレが発生する。そして、スイッチ13が再度押されることにより(t14)、姿勢補正モードが再開されるようになっている。図9においては、時間t12~t13、t15~t16の間、医療用マニピュレータ3の関節B1については擬似的な通常動作モードとなり、時間t16の時点でクラッチが接続されて通常動作モードとなる。
図10はトグルスイッチを用いた場合の同じ動作を説明する図である。
図10はトグルスイッチを用いた場合の同じ動作を説明する図である。
一部の関節A1,B1の姿勢ズレが解消したときに、クラッチが接続されていない状態で医療用マニピュレータ3の関節B2の動作を操作部2の関節A2の動作に追従させる擬似的な通常動作モードに移行することとしたが、これに代えて、関節B1,B2毎にクラッチを設け、姿勢ズレが解消した関節B1,B2からクラッチを接続して通常動作モードに移行することにしてもよい。
本実施形態においては、図11に示されるように、スイッチ13が押された場合には(ステップS1)、クラッチにより操作部2と医療用マニピュレータ3との連動が解除されているか否かを判定し(ステップS11)、クラッチが切断されていることを条件として姿勢補正モードに移行できることとしてもよい。姿勢補正モードの最中に操作部2と医療用マニピュレータ3とが連動していると、予期せぬ方向に医療用マニピュレータ3の先端が移動することになり、好ましくない場合がある。操作部2と医療用マニピュレータ3との連動が解除されていることを条件とすることで、そのような不都合の発生を未然に防止することができる。
姿勢補正モードにおいて医療用マニピュレータ3の各関節Bが動作している状態で、操作部2の各関節Aの角度が変化した場合には、新たな角度位置に医療用マニピュレータ3の各関節Bを追随させることとしたが、操作部2の各関節Aの角度が所定の閾値を超えて変化した場合には、姿勢補正モードを停止することにしてもよい。これにより、姿勢ズレ解消動作中に操作部2を手で大きく動かした場合、姿勢補正モードを停止させて周辺の臓器等との接触を回避することができる。
通常動作モードによって医療用マニピュレータ3を操作している最中に、過負荷等の理由によって操作部2の関節Aの角度と医療用マニピュレータ3の関節Bの角度との偏差が所定の閾値以上となった場合には、クラッチを切断することにしてもよい。
本実施形態においては、操作部2のスイッチ13が押された場合には、操作部2の関節Aと医療用マニピュレータ3の関節Bとの間に姿勢ズレが生じていれば、常に姿勢補正モードに切り替わることとした。これに代えて、図12に示されるように、制御部4が、操作部2と医療用マニピュレータ3との姿勢ズレを監視していて、操作部2の関節Aの角度と医療用マニピュレータ3の関節Bの角度との偏差を判定し(ステップS100)、判定された偏差が、所定の第1閾値以下の場合に姿勢補正モードへの移行を可能とし、第1閾値を超える場合には、アラーム(報知部)を報知する(ステップS101)ことにしてもよい。
第1閾値は、判定ステップS2において姿勢補正モードを開始または終了させるための閾値(図12では第2閾値として記載している。)よりも十分に大きな値である。
第1閾値は、判定ステップS2において姿勢補正モードを開始または終了させるための閾値(図12では第2閾値として記載している。)よりも十分に大きな値である。
操作部2の関節Aの角度と医療用マニピュレータ3の関節Bの角度との偏差が所定の閾値を超えている場合に姿勢補正モードへの移行を可能にすると、姿勢補正モードによって医療用マニピュレータ3の関節Bが大きく動作することになる。このため、スイッチ13によって各関節Bを自動的に動作させる場合には、医療用マニピュレータ3の先端部が思わぬ方向に動作して体組織に干渉する可能性が高くなる。したがって、このような場合には姿勢補正モードへの移行を禁止して、手動で操作部2の関節Aの角度を医療用マニピュレータ3の関節Bの角度に近づけた後に初めて姿勢補正モードへの移行を可能にすることにより、干渉を回避することができる。
図12のアラームとしては、姿勢ズレが大きいことを操作者Oに対して報知することが挙げられる。この場合に、操作者Oに対して姿勢ズレを減少させる方向に操作部2を操作するよう促すことにしてもよい。
操作者Oに操作を促す方法の一例としては、モニタ5等に、一致させる対象となる処置部9の姿勢、もしくは一致させた場合の操作部2の姿勢をCG(コンピュータグラフィックス)等で表現して一致させる方向を指示してもよい。
操作者Oに操作を促す方法の一例としては、モニタ5等に、一致させる対象となる処置部9の姿勢、もしくは一致させた場合の操作部2の姿勢をCG(コンピュータグラフィックス)等で表現して一致させる方向を指示してもよい。
このようにすることで、処置部9の関節の一部が内視鏡画像内に入っていない場合など、操作者Oが処置部9の姿勢を正確に認識しにくい場合でも、操作者Oに姿勢ズレを減少させる方向を知らせることができる。
操作者Oがアラームに応じて操作部2を操作することにより、各関節角度の偏差が所定の第1閾値以下となった場合には、制御部4が操作者Oに対してスイッチ13を押すことを要求(ステップS102)すればよい。
操作者Oがアラームに応じて操作部2を操作することにより、各関節角度の偏差が所定の第1閾値以下となった場合には、制御部4が操作者Oに対してスイッチ13を押すことを要求(ステップS102)すればよい。
操作者Oが要求に応じてスイッチ13を押すことにより、偏差が小さい状態から姿勢補正モードが開始されるので、姿勢ズレを解消して通常動作モードに移行するまでの時間を短縮することができるという利点がある。偏差が大きい状態からの姿勢補正モードへの移行を禁止することで、医療用マニピュレータ3の先端部が思わぬ方向に動作することを防止し、周囲の体組織への干渉の可能性を低減することができる。
通常動作モードにおける操作中に、操作部2の関節Aの角度と医療用マニピュレータ3の関節Bの角度との偏差が第1閾値を超えた場合には、クラッチを切断して操作部2と医療用マニピュレータ3との連動を解除し、操作部2の各関節Aの角度を医療用マニピュレータ3の各関節Bの角度に近づけるように指示することにしてもよい。
図13に示されるように、スイッチ13が押されたときに、偏差が閾値を超えている場合には、まず、医療用マニピュレータ3の先端に設けられた処置部9の状態を判定し(ステップS21)、処置部9がオン状態である場合には、オフ状態に切り替えた後に(ステップS22)、姿勢補正モードを実行することにしてもよい。
ここで、オン状態とは、処置部9が生体に作用する状態であり、把持鉗子の場合には、先端が生体を把持するように閉じている状態を意味する。オフ状態とは、処置部9が生体に作用しない状態であり、把持鉗子の場合には先端が開いている状態を意味している。
ここで、オン状態とは、処置部9が生体に作用する状態であり、把持鉗子の場合には、先端が生体を把持するように閉じている状態を意味する。オフ状態とは、処置部9が生体に作用しない状態であり、把持鉗子の場合には先端が開いている状態を意味している。
処置部9としては把持鉗子を例示したが、これに代えて、ステープラ、持針器、剪刃、または吸引器等を採用してもよい。
ステープラ、持針器、または剪刃の場合には、把持鉗子と同様に、生体を把持するように閉じている状態がオン状態、開いている状態がオフ状態である。吸引器の場合には、吸引している状態がオン状態、吸引していない状態がオフ状態である。処置部9のオンオフを切り替えるための操作部2としては、グリッパ式、レバー式あるいはプッシュスイッチ式等の任意の方式を採用することができる。
ステープラ、持針器、または剪刃の場合には、把持鉗子と同様に、生体を把持するように閉じている状態がオン状態、開いている状態がオフ状態である。吸引器の場合には、吸引している状態がオン状態、吸引していない状態がオフ状態である。処置部9のオンオフを切り替えるための操作部2としては、グリッパ式、レバー式あるいはプッシュスイッチ式等の任意の方式を採用することができる。
このようにすることで、ステープラ、持針器、または剪刃が生体を把持しているオン状態、あるいは、吸引器が生体に作用しているオン状態で姿勢補正モードが作動することが防止され、オン状態で動作してしまうことによって生体に負担がかかる不都合の発生を防止することができるという利点がある。
把持鉗子として、エネルギを供給できないものを例示したが、これに代えて、モノポーラ、バイポーラ、または超音波等のエネルギを供給できるものを採用してもよい。
この場合、姿勢補正モードは、把持鉗子がオフ状態で、かつ、エネルギが供給されていない状態で実行される。これにより、オン状態での姿勢補正モードの作動防止に加え、オフ状態であってもエネルギが供給されているときに姿勢補正モードが作動することが防止される。
この場合、姿勢補正モードは、把持鉗子がオフ状態で、かつ、エネルギが供給されていない状態で実行される。これにより、オン状態での姿勢補正モードの作動防止に加え、オフ状態であってもエネルギが供給されているときに姿勢補正モードが作動することが防止される。
処置部9が一以上の関節を有し、操作部2に処置部9の関節に対応する関節が設けられている場合に、スイッチ13が押されることにより姿勢補正モードが開始されたときには、図14に示されるように、処置部9の各関節の姿勢ズレを判定して(ステップS30)、まず、処置部9の関節の姿勢ズレが解消された後に(ステップS31)、他の関節の姿勢ズレの解消動作(ステップS32)が行われることが好ましい。
この場合に処置部9の関節についてのクラッチは常時接続状態に維持することにしてもよい。姿勢補正モードにおいて姿勢ズレの解消動作ステップS32が行われている途中でも、操作者Oがモニタ5において処置部9を操作する必要が生じた場合に、いつでも処置部9を操作することができ、生体に負担がかかることを防止しつつ、操作部2と医療用マニピュレータ3との姿勢ズレを解消することができる。
処置部9がオン状態かオフ状態かに応じて、姿勢補正モードに移行する際の第1閾値を切り替える(ステップS12)ことにしてもよい。例えば、図15に示されるように、処置部9がオン状態である場合には、第1閾値を小さく設定し(ステップS13)、処置部9がオフ状態である場合には、第1閾値を大きく設定すればよい(ステップS14)。そして、処置部9の関節の角度と他の関節の角度との偏差が設定された第1閾値を超えるか判定し(ステップS15)、判定された偏差が、所定の第1閾値以下の場合に姿勢補正モードへの移行を可能とし、第1閾値を超える場合には、医療用マニピュレータ3を停止させる。
このようにすることで、処置部9が生体に作用している状態では、姿勢ズレが大きい状態から姿勢補正モードに移行しないようにして、生体にかかる負担を軽減することができる。
このようにすることで、処置部9が生体に作用している状態では、姿勢ズレが大きい状態から姿勢補正モードに移行しないようにして、生体にかかる負担を軽減することができる。
本実施形態においては、姿勢補正モードにおける医療用マニピュレータ3の各関節Bを同じ速度で動作させることとしたが、これに代えて、関節B毎に速度を異ならせることにしてもよい。
この場合、偏差の大きさに応じて速度を変化させることにしてもよい。このようにすることで、全ての関節Bの姿勢補正動作を略同時に終了させることができ、操作者Oが終了を認識しやすくすることができる。
この場合、偏差の大きさに応じて速度を変化させることにしてもよい。このようにすることで、全ての関節Bの姿勢補正動作を略同時に終了させることができ、操作者Oが終了を認識しやすくすることができる。
本実施形態においては、姿勢補正モードにおける医療用マニピュレータ3の各関節Bを同時に動作させることとしたが、これに代えて、関節B毎に順番に動作させることにしてもよい。
例えば、可動部7の根元側の関節Bから順に姿勢ズレを解消してもよい。このようにすることで、姿勢補正モードの進行状況を容易に確認することができる。
例えば、可動部7の根元側の関節Bから順に姿勢ズレを解消してもよい。このようにすることで、姿勢補正モードの進行状況を容易に確認することができる。
処置部9の先端が大きく動かない順序で関節Bを動作させてもよい。
可動部7の中心軸に対する各関節Bの最大距離が最小になる順序で関節Bを動作させてもよい。
このようにすることで、可動部7を作動させたときに周囲の体組織との干渉を最小限に抑えることができる。
可動部7の中心軸に対する各関節Bの最大距離が最小になる順序で関節Bを動作させてもよい。
このようにすることで、可動部7を作動させたときに周囲の体組織との干渉を最小限に抑えることができる。
姿勢補正モードの初期には各関節Bを低速度で動作させ、その後、速度を高くして動作させることにしてもよい。このようにすることで、姿勢補正モードの初期において可動部7と体組織との干渉の有無を確認することができ、干渉のないことが確認された後には高速動作により早期に姿勢ズレを解消することができる。
本実施形態においては、操作部2として医療用マニピュレータ3と相似形のものを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の形式の操作部を採用することができる。例えば、医療用マニピュレータ3と操作部2とが異構造の場合には、医療用マニピュレータ3先端の姿勢と操作部2の把持部の姿勢とが一致するように、各関節Bの駆動量を逆運動学を解くことで計算し、姿勢一致を実現してもよい。
1 医療用マニピュレータシステム
2 操作部
3 医療用マニピュレータ
4 制御部
9 処置部
13 スイッチ
A,A1,A2 操作部の関節(操作系)
B,B1,B2 医療用マニピュレータの関節
O 操作者
P 患者
S2 判定ステップ
S3 姿勢補正ステップ
S5 通常動作ステップ
2 操作部
3 医療用マニピュレータ
4 制御部
9 処置部
13 スイッチ
A,A1,A2 操作部の関節(操作系)
B,B1,B2 医療用マニピュレータの関節
O 操作者
P 患者
S2 判定ステップ
S3 姿勢補正ステップ
S5 通常動作ステップ
Claims (11)
- 1以上の関節を有する医療用マニピュレータと、
該医療用マニピュレータの前記関節に対応する操作系を有し、操作者により操作される操作部と、
該操作部に対する操作に応じて前記医療用マニピュレータを制御する制御部とを備え、
前記操作部にスイッチが設けられ、
前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が有効である場合に、前記医療用マニピュレータの前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させる姿勢ズレ解消動作を行わせ、前記スイッチの操作による指令が無効である場合に、前記姿勢ズレ解消動作を停止させる医療用マニピュレータシステム。 - 前記制御部は、前記姿勢ズレが所定の閾値を超える場合に、前記スイッチの操作による指令を有効であると判定する請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記制御部は、前記操作系の移動量に応じて前記医療用マニピュレータの前記関節を動作させている状態で前記スイッチが操作された場合に、該スイッチの操作による指令を無効であると判定する請求項1または請求項2に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記制御部は、前記姿勢ズレが所定の閾値を超える場合に、前記スイッチの操作による指令を無効であると判定する請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記制御部が前記スイッチの操作による指令が無効であると判定したときに、その旨を報知する報知部を備える請求項4に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記制御部が、前記姿勢ズレを解消する方向に前記関節を動作させたときに、前記姿勢ズレが所定の閾値以下であると判定したときに、その旨を報知する報知部を備える請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記制御部は、前記姿勢ズレを解消する方向に前記関節を動作させるときには、所定以下の速度で動作させる請求項1から請求項6のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記医療用マニピュレータが、その先端に、生体に作用するオン状態と、生体に作用しないオフ状態とを切替可能に設けられ、オン状態に切り替えられて生体を処置する処置部を備え、
前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が無効から有効に切り替えられたときに、前記処置部をオフ状態に切り替えた後に、前記関節を動作させる請求項1から請求項7のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記処置部が1以上の関節を備え、
前記操作部が、前記医療用マニピュレータの前記関節および前記処置部の前記関節に対応する操作系を有し、
前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が無効から有効に切り替えられたときに、前記処置部の前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させ、前記姿勢ズレが所定の閾値以下であると判定した後に、前記医療用マニピュレータの前記関節を動作させる請求項8に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記操作部に、前記制御部による前記操作部の前記操作系と前記医療用マニピュレータの前記関節との連動を断続させるクラッチスイッチを備える請求項1から請求項9のいずれかに記載の医療用マニピュレータシステム。
- 1以上の関節を有する医療用マニピュレータを、該医療用マニピュレータの前記関節に対応する操作系を有する操作部の操作に応じて制御部が制御する医療用マニピュレータの制御方法であって、
前記操作部に設けられたスイッチの操作による指令が有効であるか否かを判定する判定ステップと、
該判定ステップにより、前記指令が有効であると判定された場合に、前記医療用マニピュレータの前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させる姿勢ズレ解消動作を行わせる姿勢補正ステップと、
前記判定ステップにより、前記指令が無効であると判定された場合に、前記姿勢ズレ解消動作を停止させるステップとを含む医療用マニピュレータシステムの制御方法。
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