• / 25
  • 下载费用:30 金币  

维戈塞尔塔VS皇家社会前瞻: 医疗用系统及其控制方法.pdf

关 键 词:
医疗 系统 及其 控制 方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
摘要
申请专利号:

CN201480041731.9

申请日:

20140716

公开号:

CN105431104A

公开日:

20160323

当前法律状态:

有效性:

有效

法律详情:
IPC分类号: A61B34/37,B25J3/00 主分类号: A61B34/37,B25J3/00
申请人: 奥林巴斯株式会社
发明人: 小川量平,岸宏亮
地址: 日本东京都
优先权: 2013-155884
专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 代理人: 李辉;于靖帅
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201480041731.9

授权公告号:

法律状态公告日:

法律状态类型:

摘要

本发明提供一种医疗用系统(100),其具有:第一从动臂(6L、6R);主臂(11R),其具有与第一从动臂相似构造的关节结构;第二从动臂(6C);操作对象切换部(13),其将主臂(11R)的操作对象在从动臂(6L、6R,6C)之间切换;以及控制部(3),其能够根据控制对象的从动臂的关节结构对第一控制模式和第二控制模式进行切换,其中,在该第一控制模式中,根据主臂的各关节的旋转量来对第一从动臂的各关节的旋转动作进行控制,在该第二控制模式中,根据主臂的规定的部位的动作来对第二从动臂的各关节的旋转动作进行控制。

权利要求书

1.一种医疗用系统,其中,该医疗用系统具有:具有关节的第一从动臂;主臂,其被操作者操作,具有与该第一从动臂相似构造的关节结构;具有关节的第二从动臂;操作对象切换部,其使所述主臂的操作对象在所述第一从动臂与所述第二从动臂之间切换;以及控制部,其根据在所述主臂中进行的操作来对所述第一从动臂和所述第二从动臂进行控制,该控制部根据由所述操作对象切换部选择的所述从动臂的关节结构来对第一控制模式和第二控制模式进行切换,其中,在该第一控制模式中,根据所述主臂的各关节的旋转量来对所述第一从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述第一从动臂相对于所述主臂成为相似形状,在该第二控制模式中,根据所述主臂的规定的部位的动作来对所述第二从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述第二从动臂的规定的部位追随所述主臂的所述规定的部位的动作。2.根据权利要求1所述的医疗用系统,其中,当从所述第一控制模式向所述第二控制模式转移时,在该第二控制模式之前,所述控制部执行恢复流程,使得所述第二从动臂和所述主臂的所述规定的部位彼此的位置和姿势互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。3.根据权利要求1或2所述的医疗用系统,其中,当从所述第二控制模式向所述第一控制模式转移时,在该第一控制模式之前,所述控制部执行恢复流程,使得所述第一从动臂和所述主臂的各关节的位移量互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的医疗用系统,其中,在第二控制模式中,所述控制部根据所述主臂的前端的移动量来对所述第二从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述第二从动臂的前端追随所述主臂的前端的移动。5.根据权利要求4所述的医疗用系统,其中,在所述第二控制模式中,所述控制部根据所述主臂的前端的移动量来进行所述第二从动臂的逆运动学的计算,并且选择所得到的多个解中的使所述第二从动臂的形状与所述主臂的形状最近似的解。6.根据权利要求5所述的医疗用系统,其中,在所述第二控制模式中,所述控制部选择使所述主臂的各关节的位移量与所述第二从动臂的各关节的位移量之间的差异的总和最小的解。7.根据权利要求5所述的医疗用系统,其中,在假定了由经过所述第二从动臂和所述主臂各自的根部的中心轴并在该中心轴上互相垂直的两个平面分割而成的4个空间的情况下,所述控制部选择使所述第二从动臂位于与所述主臂所处的空间对应的空间的解。8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的医疗用系统,其中,在所述第二控制模式中,所述控制部根据所述主臂的各关节的旋转量来对所述第二从动臂的关节中的在所述主臂上存在对应关节的关节的旋转动作进行控制。9.根据权利要求8所述的医疗用系统,其中,所述控制部对所述第二从动臂和所述主臂所具有的关节中的不存在对应关节的关节的动作进行限制。10.根据权利要求1至3中的任意一项所述的医疗用系统,其中,在所述第二控制模式中,所述控制部对所述第二从动臂进行控制,使得所述第二从动臂的最前端侧的关节按照与所述主臂的最前端侧的关节的位置和姿势对应的位置和姿势配置。11.一种医疗用系统的控制方法,该医疗用系统具备分别具有关节的多个从动臂和被操作者操作的主臂,其中,该医疗用系统的控制方法从所述多个从动臂中择一地选择所述主臂的操作对象,根据所选择的所述从动臂和所述主臂分别具有的关节结构是否是互相相似构造来对第一控制模式和第二控制模式进行切换,其中,在该第一控制模式中,根据所述主臂的各关节的旋转量来对所述从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述从动臂相对于所述主臂成为相似形状,在该第二控制模式中,根据所述主臂的规定的部位的动作来对所述从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述从动臂的规定的部位追随所述主臂的所述规定的部位的动作。12.根据权利要求11所述的医疗用系统的控制方法,其中,在从所述第一控制模式向所述第二控制模式转移时,在该第二控制模式之前执行恢复流程,使得所述第二从动臂和所述主臂的所述规定的部位彼此的位置和姿势互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。13.根据权利要求11或12所述的医疗用系统的控制方法,其中,在从所述第二控制模式向所述第一控制模式转移时,在该第一控制模式之前执行恢复流程,使得所述第一从动臂和所述主臂的各关节的位移量互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗用系统及其控制方法。

背景技术

以往,作为对具有关节的从动臂进行远程操作的操作输入装置,公知有一种具有主臂的医疗用系统,该主臂具有与从动臂的关节结构相似构造的关节结构(例如,参照专利文献1和2)。根据这样的系统,因为能够使与主臂的动作对应的动作在从动臂中再现,所以操作者能够一边根据主臂的形状和动作直接地识别从动臂的形状和动作,一边直观地操作从动臂。

另一方面,公知有一种医疗用系统,该医疗用系统具有单一的从动臂以及安装于该臂的多个种类的前端处置部,能够根据使用的前端处置部的种类来更换操作部(例如,参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特许第3583777号公报

专利文献2:日本特许第4608601号公报

专利文献3:日本特开2001-87281号公报

发明内容

发明要解决的课题

在从动臂的前端设置有钳子、剪刀、钩型电极等前端处置部,在实际的手术中,经常更换使用具有不同用途的前端处置部的多个种类的从动臂。并且,不限于前端处置部的种类,也期望使用关节结构不同、即动作范围和动作自由度不同的多个种类的从动臂。但是,在专利文献1和2中,没有设想更换从动臂的情况,主臂的关节结构与从动臂的关节结构具有一一对应的关系。因此,存在如下问题:不能使多个种类的从动臂与需要的用途对应。

在专利文献3中,存在如下问题:虽然能够更换使用多个种类的前端处置部,但由于需要按照前端处置部的种类的数量来准备操作部,所以装置会变得昂贵,并且,由于每次更换前端处置部时,也必须更换操作部,所以需要劳力和时间。并且,在专利文献3中,只不过是使前端处置部的形状与主侧的把手部的形状对应,没有设想使用关节结构不同的从动臂的情况。

本发明就是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供医疗用系统及其控制方法,不需要针对每个从动臂的专用的主臂,也能够直观地对具有任意的关节结构的从动臂进行操作。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的,本发明提供以下的手段。

本发明的第一方式是一种医疗用系统,该医疗用系统具有:具有关节的第一从动臂;主臂,其被操作者操作,具有与该第一从动臂相似构造的关节结构;具有关节的第二从动臂;操作对象切换部,其使所述主臂的操作对象在所述第一从动臂与所述第二从动臂之间切换;以及控制部,其根据在所述主臂中进行的操作来对所述第一从动臂和所述第二从动臂进行控制,该控制部根据由所述操作对象切换部选择的所述从动臂的关节结构来对第一控制模式和第二控制模式进行切换,其中,在该第一控制模式中,根据所述主臂的各关节的旋转量来对所述第一从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述第一从动臂相对于所述主臂成为相似形状,在该第二控制模式中,根据所述主臂的规定的部位的动作来对所述第二从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述第二从动臂的规定的部位追随所述主臂的所述规定的部位的动作。

根据本发明的第一方式,在第一控制模式中,因为控制部使与主臂对应的动作再现于第一从动臂,所以手术者能够使用主臂来直观地操作第一从动臂。另一方面,在第二控制模式中,因为控制部使主臂的规定的部位的动作再现于第二从动臂的规定的部位,所以手术者能够使用主臂来直观地操作任意关节结构的第二从动臂。

这样,通过根据作为主臂的操作对象的从动臂的关节结构来对第一控制模式和第二控制模式进行切换,能够以同一主臂与相似构造和非相似构造的任意的从动臂对应,能够不需要针对每个从动臂专用的主臂。

在上述第一方式中,可以是:当从所述第一控制模式向所述第二控制模式转移时,在该第二控制模式之前,所述控制部执行恢复流程,使得所述第二从动臂和所述主臂的所述规定的部位彼此的位置和姿势互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。

由此,由于在第二从动臂和主臂的规定的部位彼此的位置和姿势一致的状态下开始第二控制模式,所以能够平稳地开始第二从动臂的操作。

在上述第一方式中,可以是:在从所述第二控制模式向所述第一控制模式转移时,在该第一控制模式之前,所述控制部执行恢复流程,使得所述主臂和所述第一从动臂的各关节的位移量互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。

由此,由于在第一从动臂和主臂的整体位置和姿势一致的状态下开始第一控制模式,所以能够平稳地开始第一从动臂的操作。

在上述第一方式中,可以是:在第二控制模式中,所述控制部根据所述主臂的前端的移动量来对所述第二从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述第二从动臂的前端追随所述主臂的前端的移动。

由此,能够使用主臂高精度地对第二从动臂的前端进行操作。

在上述第一方式中,可以是:在所述第二控制模式中,所述控制部根据所述主臂的前端的移动量来进行所述第二从动臂的逆运动学的计算,并且选择所得到的多个解中的使所述第二从动臂的形状与所述主臂的形状最近似的解。

由此,能够根据主臂来识别第二从动臂的粗略的形状。

在上述第一方式中,可以是:在所述第二控制模式中,所述控制部选择使所述主臂的各关节的位移量与所述第二从动臂的各关节的位移量之间的差异的总和最小的解。

并且,在上述发明中,可以是:在假定了由经过所述第二从动臂和所述主臂各自的根部的中心轴并在该中心轴上互相垂直的两个平面分割而成的4个空间的情况下,所述控制部选择使所述第二从动臂位于与所述主臂所处的空间对应的空间的解。

由此,能够通过简单的计算来选定使第二从动臂的形状和姿势与主臂的形状和姿势近似的解。

在上述第一方式中,可以是:在所述第二控制模式中,所述控制部根据所述主臂的各关节的旋转量来对所述第二从动臂的关节中的在所述主臂上存在对应关节的关节的旋转动作进行控制。

由此,在主臂和第二从动臂的关节的数量不同的情况下,能够使对应的关节彼此与在第一控制模式中同样地进行动作。

在上述第一方式中,可以是:所述控制部对所述第二从动臂和所述主臂所具有的关节中的不存在对应关节的关节的动作进行限制。

由此,能够防止不作为控制对象的关节不必要地进行动作。

在上述第一方式中,可以是:在所述第二控制模式中,所述控制部使该第二从动臂进退,使得将所述第二从动臂的前端部分按照与所述主臂的前端部分的位置和姿势对应的位置和姿势配置。

由此,即使在主臂和第二从动臂的关节间距离不同的情况下,也能够使第二从动臂的前端高精确地追随主臂的前端的动作。

在上述第一方式中,可以是:在所述第二控制模式中,所述控制部对所述第二从动臂进行控制,使得所述第二从动臂的最前端侧的关节按照与所述主臂的最前端侧的关节的位置和姿势对应的位置和姿势配置。

由此,即使在主臂和第二从动臂的关节间距离不同的情况下,也能够使第二从动臂的前端高精确地追随主臂的前端的动作。

本发明的第二方式是一种医疗用系统的控制方法,该医疗用系统具备分别具有关节的多个从动臂以及被操作者操作的主臂,其中,该医疗用系统的控制方法从所述多个从动臂中择一地选择所述主臂的操作对象,根据所选择的所述从动臂和所述主臂分别具有的关节结构是否是互相相似构造来对第一控制模式和第二控制模式进行切换,其中,在该第一控制模式中,根据所述主臂的各关节的旋转量来对所述从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述从动臂相对于所述主臂成为相似形状,在该第二控制模式中,根据所述主臂的规定的部位的动作来对所述从动臂的各关节的旋转动作进行控制,使得所述从动臂的规定的部位追随所述主臂的所述规定的部位的动作。

在上述第二方式中,可以是:在从所述第一控制模式向所述第二控制模式转移时,在该第二控制模式之前执行恢复流程,使得所述第二从动臂和所述主臂的所述规定的部位彼此的位置和姿势互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。

在上述第二方式中,可以是:在从所述第二控制模式向所述第一控制模式转移时,在该第一控制模式之前执行恢复流程,使得所述第一从动臂和所述主臂的各关节的位移量互相对应,其中,在该恢复流程中,使这些臂中的至少一方进行动作。

发明效果

根据本发明,发挥了如下效果:不需要针对每个从动臂的专用的主臂,也能够直观地对具有任意的关节结构的从动臂进行操作。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的医疗用系统的整体结构的外观图。

图2是图1的医疗用系统所具有的机械手的整体结构的图。

图3是示出图2的机械手的前端部分的外观图。

图4是示出图1的操作输入部所具有的主臂的外观图。

图5是示意性地示出左右从动臂和左右主臂的关节结构的图。

图6是说明图5的从动臂在第一控制模式中的动作的图。

图7是说明图5的从动臂在第二控制模式中的动作的图。

图8是示出图1的医疗用系统的控制部对机械手的控制方法的流程图。

图9是示出图8的第一控制模式例程的流程图。

图10是示出图8的第二控制模式例程的流程图。

图11是对第二控制模式的第一变形例的从动臂的动作进行说明的图。

图12是对第二控制模式的第二变形例的从动臂的动作进行说明的图。

图13是示意性地示出中央从动臂的变形例的关节结构的图。

图14A是对第二控制模式的第三变形例的从动臂的动作进行说明的图。

图14B是对第二控制模式的第三变形例的从动臂的另一个动作进行说明的图。

图15是对第二控制模式的第三变形例的从动臂的另一个动作进行说明的图。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的一个实施方式的医疗用系统100进行说明。

如图1所示,本实施方式的医疗用系统100具有插入患者P的体内的从动机械手1以及配置于患者P横卧的手术台的周边的操作输入部2和控制部3。

首先,对医疗用系统100的概要进行说明。如后述的那样,在从动机械手1的前端设置有内窥镜5和从动臂6L、6R、6C。如果手术者Op从肛门向患者P的体内插入从动机械手1,并且一边通过设置于操作输入部2的显示部12观察内窥镜5所拍摄的体内的图像,一边对操作输入部2进行操作,则控制部3根据在操作输入部2中进行的操作来对从动机械手1进行控制。由此,手术者Op能够对位于体内的从动机械手1进行远程操作,并通过从动机械手1所具有的从动臂6L、6R、6C对体内进行处置。

接下来,对医疗用系统100的各结构进行详细的说明。

如图2所示,从动机械手1具有插入体内的细长软性部4以及设置于该软性部4的前端的内窥镜5和3个从动臂6L、6R、6C。

另外,在本实施方式中,虽然对软性的从动机械手1进行了说明,但从动机械手1也可以具有硬性的插入部来替代软性部4。

图3是示出从动机械手1的前端部分的外观图。

如图3所示,内窥镜5通过使前端部分弯曲成大致S字形状而能够俯瞰拍摄在软性部4的径向上排列的三个从动臂6L、6R、6C。

3个从动臂中的2个是安装于软性部4的前端的左从动臂(第一从动臂)6L和右从动臂(第一从动臂)6R。在这些从动臂6L、6R的前端分别设置有前端处置部8L、8R(例如把持生物组织的钳子)。

剩余的1个从动臂是经由形成于软性部4内的通道(省略图示)而配置于软性部4的前端侧的任意的从动臂(第二从动臂)6C。通道从软性部4的前端贯通至设置于软性部4的基端部分的端口9。从端口9向通道内插入的中央从动臂6C从在左从动臂6L和右从动臂6R之间开口的通道的开口部突出,配置于右从动臂6R和左从动臂6L之间。在中央从动臂6C的前端也与左右从动臂6L、6R同样地设置有前端处置部8C(例如电手术刀)。

三个从动臂6L、6R、6C在设有上述端口9的分支部10分支,如图1所示,分别与控制部3连接。

另外,在本例中,对左右从动臂6L、6R是安装于软性部4的前端的臂的情况进行了说明,但是也可以取而代之,而与上述说明的中央从动臂6C同样地,是从通道的开口部突出配置,并且能够穿过通道插拔更换多个从动臂的结构。

操作输入部2具有两个主臂11L和11R以及显示部12。

如图4所示,主臂是与左从动臂6L对应的左主臂11L和与右从动臂6R对应的右主臂11R。

图5示意性地示出左右从动臂6L、6R和左右主臂11L、11R的关节结构。如图5所示,各主臂11L、11R具有与对应的从动臂6L、6R所具有的关节结构相似构造的关节结构。

在本例中,各从动臂6L、6R从根部侧依次具有横滚关节J1’、偏摆关节J2’、横滚关节J3’以及偏摆关节J4’。同样地,各主臂11L、11R也从根部侧依次具有横滚关节J1、偏摆关节J2、横滚关节J3以及偏摆关节J4。横滚关节J1’、J3’、J1、J3从各臂6L、6R、11L、11R的根部至前端绕着在臂6L、6R、11L、11R的长度方向上延伸的横滚轴旋转。偏摆关节J2’、J4’、J2、J4绕着与横滚轴垂直的(在图5中,与纸面垂直的)偏轴旋转。并且,左从动臂6L和左主臂11L的相邻的关节间的距离的比是相同的,右从动臂6R与右主臂11R的相邻的关节间的距离的比是相同的。

在主臂11L、11R的各关节Ji(i=1、2、3、4)上设置有编码器那样的角度检测器。操作输入部2通过角度检测器检测各关节Ji的角度的变化量θi(i=1、2、3、4),并将检测出的4个变化量θi作为操作信号而向控制部3输出。

控制部3根据从操作输入部2接收到的各主臂11L、11R的操作信号而生成用于驱动各从动臂6L、6R,6C的各关节Ji’的驱动信号,并将所生成的驱动信号向从动机械手1发送。从动机械手1根据控制信号使各关节Ji’旋转,由此,使各从动臂6L、6R、6C进行动作。

并且,本实施方式的医疗用系统100具有对各主臂11L、11R的操作对象进行切换的操作对象切换部13。操作对象切换部13是例如设置于操作输入部2并且被手术者Op操作的开关。操作对象切换部13使左主臂11L的操作对象在左从动臂6L与中央从动臂6C之间切换,使右主臂11R的操作对象在右从动臂6R与中央从动臂6C之间切换。

另外,该操作对象的切换可以是,手术者Op预先设定切换对象,当手术者Op按下开关时,切换成其初始设定的切换对象?;蛘?,手术者Op可以在操作过程中通过操作面板等来设定并切换作为切换对象的当前使用的从动臂和要新使用的从动臂。

将表示操作对象切换部所选择的从动臂的信号向控制部3发送,控制部3将各主臂11L、11R的操作对象设定为接收到的信号所指定的从动臂6L、6R、6C。即,手术者Op在想要操作中央从动臂6C时,通过操作对象切换部13将左右主臂的11L、11R中的一方的操作对象切换为中央从动臂6C,由此,能够使用左主臂11L或者右主臂11R来操作中央从动臂6。

这里,控制部3根据操作对象切换部13所选择的从动臂6L、6R、6C的关节结构相对于对应的主臂11L、11R的关节结构是否是大致相似构造来选择“第一控制模式”或者“第二控制模式”,并通过所选择的模式控制从动臂6L、6R、6C。接下来,详细地说明该控制部3对从动机械手1的控制方法。

“第一控制模式”是使左右从动臂6L、6R的整体追随左右主臂11L、11R的整体的动作的模式。具体来说,如图6所示,控制部3使从动臂6L、6R的各关节Ji’旋转与主臂11L、11R的各关节Ji的变化量θi相同的量。

控制部3在通过操作对象切换部13选择左从动臂6L作为左主臂11L的操作对象的情况下,通过“第一控制模式”控制左从动臂6L。同样地,控制部3在通过操作对象切换部13选择右从动臂6R作为右主臂11R的操作对象的情况下,通过“第一控制模式”控制右从动臂6R。

“第二控制模式”是使中央从动臂6C的前端追随左右主臂11L、11R的前端的动作的模式。具体来说,控制部3使用从操作输入部2接收到的各关节Ji的变化量θi来进行主臂11L、11R的顺运动学的计算,由此,如图7所示,计算主臂11L、11R的动作坐标系中的主臂11L、11R的前端的各方向移动量dx、dy。接下来,控制部3将所得到的移动量dx、dy转换为从动臂6C的动作坐标系中的各方向的移动量dx’、dy’。期望以使得手术者Op所观察的显示部12中显示的从动臂6C的动作方向与主臂11L、11R的动作方向一致的方式进行此时的坐标变换。接下来,控制部3根据所得到的移动量dx’、dy’来进行从动臂6C的逆运动学的计算,由此,计算各关节Ji’的旋转量θi’,使从动臂6C的各关节Ji’旋转所得到的旋转量θi’。

这里,在逆运动学中,如图7所示,由于使从动臂6C的前端移动移动量dx’、dy’的旋转量θi’的组合能够存在多个,所以可能得到多个逆运动学的解。在图7中,作为一例,示出两个解(解1、解2)??刂撇?在得到了多个解的情况下采用从动臂6与主臂11L或者11R是相似形状的解,在作为相似形状的解不存在的情况下,采用从动臂6的整体的形状与主臂11L、11R整体的形状最近似的解(在图7例子中是解2),例如,采用对应的关节Ji、Ji’彼此的旋转角度的差异总和最小的解。

关于可能作为中央从动臂6C而被使用的各从动臂,控制部3按照每个从动臂6C存储与关节结构相关的信息以及基于该信息的用于逆运动学的计算式,并且,选择使用与插入到通道中的从动臂对应的计算式。插入到通道中的从动臂的识别是通过未图示的识别单元来进行的。

另外,在图7中,为了容易地进行说明,作为中央从动臂6C,示出具有与主臂11L、11R的关节结构大致相似构造的关节结构的中央从动臂,但中央从动臂6C的关节结构是任意的,能够使用在后面说明的图11至图14B所示那样的具有各种种类的关节结构的中央从动臂6C。

并且,在本实施方式中,为了便于说明,例示了在左右从动臂6L、6R与中央从动臂6C之间切换操作对象的结构,但是,例如也可以在从软性部4拔出右从动臂6R而更换成新的从动臂时,根据新的从动臂的关节结构来切换控制模式。关于左从动臂6L也是同样。并且,在内窥镜5旋转180度旋转等显示于显示部12的从动臂6L、6R的左右替换,主臂11L、11R的操作对象也想要交换左右时等,也能够利用同样的方法。

接下来,参照图8至图10对这样构成的医疗用系统100的作用进行说明。

为了使用本实施方式的医疗用系统100对患者P的体内进行处置,将从动机械手1的软性部4插入患者P的体内,并且一边在显示部12中观察由内窥镜5取得的体内的影像,一边使从动机械手1的前端移动至患部的附近。接下来,手术者Op一边观察显示于显示部12的影像,一边操作主臂11L、11R使从动臂6L、6R进行动作,例如,对患部及其周围实施处置患部所需的前处置。

如图8所示,通过“第一控制模式”控制此时的左右从动臂6L、6R(步骤S1的“是”,步骤S2)。在“第一控制模式”中,如图9所示,通过使从动臂6L、6R的各关节Ji’旋转与主臂11L、11R的各关节Ji相同的量(步骤S21、S22),从动臂6L、6R整体追随主臂11L、11R整体的动作(步骤S23)。即,因为主臂11L、11R整体的形状和姿势与从动臂6L、6R整体的形状和姿势是对应的,所以手术者Op能够一边根据主臂11L、11R直接地识别从动臂6L、6R当前的形状和姿势,一边直观地操作左右从动臂6L、6R。

接下来,在想要切换成电手术刀那样的中央从动臂6C来处置对象部位的情况下,手术者Op例如通过操作对象切换部13将右主臂11R的操作对象切换成中央从动臂6C。由此,成为能够使用右主臂11R使中央从动臂6C进行动作的状态。此时,控制部3根据切换后的从动臂6C的关节结构信息从“第一控制模式”切换成“第二控制模式”(步骤S1的“否”),并通过“第二控制模式”控制中央从动臂6C(步骤S3)。

在“第二控制模式”中,如图10所示,根据右主臂11R的前端的移动(步骤S31、S32)控制从动臂6C使得中央从动臂6C的前端追随右主臂11R的前端的动作(步骤S33、S34)。此时,在步骤S33的逆运动学的计算中,在得到多个解的情况下,选择与右主臂11R接近的形状的解。因此,手术者Op能够根据右主臂11R的形状粗略地把握中央从动臂6C的中途形状,并且使用右主臂11R直观地操作中央从动臂6C的前端。

这样,根据本实施方式,能够使左右主臂11L、11R的操作对象在2个从动臂6L、6R或者6R、6C之间切换,对于具有与主臂11L、11R非相似构造的中央从动臂6,在使前端的动作追随主臂11L、11R的前端的“第二控制模式”下进行控制。由此,无论是怎样的关节结构的从动臂,都能够使用左右主臂11L、11R直观地进行操作。并且,因为不需要按照每个从动臂而具有专用的主臂,所以能够使装置结构变得简单,降低制造成本,并且能够成为通用性高的设计。

特别是由于位于软性部4的半径方向外侧的左右从动臂6L、6R与周边的组织相邻,因此,特别是在窄的管腔内等中,为了使左右从动臂6L、6R不与周围的组织强烈接触,手术者Op需要始终注意从动臂6L、6R的弯曲形状。另一方面,中央从动臂6的作业空间是有限的,通常情况下,不需要使中央从动臂6C的关节较大地进行动作。

根据本实施方式,因为主臂11L、11R相对于左右从动臂6L、6R是大致相似的构造,所以手术者Op能够容易地把握从动臂6L、6R的中途形状并使这些从动臂6L、6R适当地进行动作。并且,在比较宽的作业空间进行动作的左右从动臂6L、6R的使用频率比在有限的作业空间进行动作的中央从动臂6C的使用频率高。根据本实施方式,通过设置相对于使用频率高的从动臂6L、6R是大致相似构造的主臂11L、11R而能够提高使用方便性。

另外,在本实施方式中,优选当从“第一控制模式”向“第二控制模式”切换时,控制部3在“第二控制模式”的开始之前,执行恢复流程。在恢复流程中,控制部3通过使中央从动臂6C和主臂11L、11R中的至少一方进行动作来使两臂6C、11L或者6C、11R在主空间和从空间中的各自的前端的位置互相对应。

上述恢复流程也可以代替通过控制部3自动执行,而通过手术者Op对操作主臂11L或者11R进行操作来手动进行。在这种情况下,因为很难使两臂6C、11L或者6C、11R的前端的位置完全对应,所以控制部3也可以在两臂6C、11L或者6C、11R的前端的位置的偏差在规定的范围内时结束恢复流程。并且,在这种情况下,控制部3可以使引导手术者Op对主臂11L或者11R的操作的显示显示于显示部12。

并且,在本实施方式中,也优选控制部3在从“第二控制模式”向“第一控制模式”切换时执行恢复流程。在此时的恢复流程中,控制部3通过使操作对象被变更的主臂11L或者11R和该操作对象的从动臂6L或者6R中的至少一方进行动作而使两者的各关节Ji、Ji’的旋转角度一致,成为相似形状。

在该恢复流程中,也可以代替由控制部3自动执行,而由手术者Op手动进行。在这种情况下,因为很难使双方的臂6L、11L或者6R、11R的形状完全对应,所以控制部3可以在两臂6L、11L或者6R、11R的各关节Ji、Ji’的旋转角度的偏差在规定的范围内时结束恢复流程。并且,控制部3可以使引导由手术者Op对主臂11L或者11R的操作的显示显示于显示部12。

并且,在本实施方式中,控制部3可以具有上述“第二控制模式”和后述的第一至第三变形例的“第二控制模式”中的至少2个,根据中央从动臂6C的关节结构选择适当的“第二控制模式”。

接下来,对“第二控制模式”的第一至第三的变形例进行说明。

如图11所示,“第二控制模式”的第一变形例用于如下情况:中央从动臂6C的关节Ji’(i=1、2、3)的数量比主臂11L、11R的关节Ji’(i=1、2、3、4)的数量少,并且中央从动臂6C的关节结构与主臂11L、11R的一部分的关节结构是大致相似的构造。

在本模式中,控制部3不考虑主臂11L、11R的关节Ji中的相对于中央从动臂6C的关节Ji’多余的关节J4的动作,使关节Ji’旋转与对应于关节Ji’的关节Ji的变化量θi相同的量。

根据本模式,手术者Op能够将主臂11L、11R的多余的关节J4视作中央从动臂6C的前端而对主臂11L、11R进行操作。在这种情况下,为了不使多余的关节J4不必要地进行动作,可以通过未图示的致动器或制动器、离合器等预先将多余的关节J4固定。

如图12所示,“第二控制模式”的第二变形例用于如下情况:中央从动臂6C的关节Ji’(i=1、2、3、4、5)的数量比左右主臂11L、11R的关节Ji(i=1、2、3、4)的数量多,并且中央从动臂6C的关节结构的一部分与主臂11L、11R的关节结构是大致相似的构造。

在本模式中,控制部3使中央从动臂6C的关节Ji’中的与主臂11L、11R的关节Ji对应的关节旋转与关节Ji的变化量θi相同的量,而不控制相对于关节Ji多余的关节J5’。

在本模式中,为了不使多余的关节J5’不必要地进行动作,可以通过未图示的致动器或制动器、离合器等来固定。

并且,在本模式中,可以选择地对多余的关节J5’和与其有冗长的关系的关节J4’中的一方进行驱动?;蛘?,可以对关节J4’和关节J5’的双方进行驱动,使得合计的驱动量为关节J4的变化量θ4。

如图13所示,“第二控制模式”的第3变形例用于如下情况:中央从动臂6C具有与左右主臂11L、11R共同的关节排列,中央从动臂6C的相邻的关节间的距离的比与主臂11L、11R的相邻的关节间的距离的比不同。

在本模式中,控制部3使中央从动臂6C与图6同样地进行动作。但是,由于中央从动臂6C和主臂11L、11R的关节间距离不同,所以中央从动臂6C的前端的位置相对于主臂11L、11R的前端的位置发生偏离。因此,如图14A所示,控制部3使中央从动臂6C整体相对于软件部4前进或者后退,使得中央从动臂6的前端与主臂11L、11R的前端部分位于同一条线上。

在本模式中,如图14B所示,控制部3可以驱动中央从动臂6C,使得位于最前端侧的关节J4’的位置和姿势对应于与其对应的关节J4的位置和姿势。

并且,在本模式中,在根据主臂11L、11R的前端的移动量来进行中央从动臂6C的逆运动学的计算并且得到多个解的情况下,如图15所示,可以采用使中央从动臂6C位于第一至第四空间中的与主臂11L、11R相同空间的解。第一至第四空间是定义各臂6C、11L、11R的根部的中心轴A并由经过该轴A而互相垂直的两个平面分割而成的四个空间。

并且,在本实施方式中,对在软性部4的前端安装有三个从动臂6L、6R、6C的从动机械手1进行了说明,但从动机械手1的具体的结构并不限定于此。例如,可以在软性部4的前端安装两个从动臂,使用单个主臂在“第一控制模式”下控制一个从动臂,在“第二控制模式”下控制另一个从动臂?;蛘?,可以在软性部4的前端安装能够更换的单个从动臂,在更换了从动臂时根据该从动臂的关节结构对“第一控制模式”和“第二控制模式”进行切换。

标号说明

1:从动机械手;2:操作输入部;3:控制部;4:软性部;5:内窥镜;6C:中央从动臂(第二从动臂);6L:左从动臂(第一从动臂);6R:右从动臂(第一从动臂);8C、8L、8R:处置部;9:端口;10:分支部;11L、11R:主臂;12:显示部;13:操作对象切换部;100:医疗用系统;J1~J4、J1’~J5’:关节;Op:手术者(操作者);P:患者。

   内容来自专利网维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn转载请标明出处

关于本文
本文标题:医疗用系统及其控制方法.pdf
链接地址:http://www.vmyqew.com.cn/p-6876562.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2017-2018 www.vmyqew.com.cn网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开