JP2003265500A - Surgery support device - Google Patents
Surgery support deviceInfo
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- JP2003265500A JP2003265500A JP2002072903A JP2002072903A JP2003265500A JP 2003265500 A JP2003265500 A JP 2003265500A JP 2002072903 A JP2002072903 A JP 2002072903A JP 2002072903 A JP2002072903 A JP 2002072903A JP 2003265500 A JP2003265500 A JP 2003265500A
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
- A61B34/72—Micromanipulators
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Abstract
(57)【要約】
【課題】手術支援装置において、マニピュレータおよび
操作手段を任意の場所に配置してもマニピュレータを見
ながら操作手段を容易に操作できて安全性、作業性およ
び操作性を向上する。
【解決手段】操作指令を入力するための操作手段8、9
と、制御指令に基づいて動作するマニピュレータ4、5
と、マニピュレータ4、5の動作を観察する観察手段6
と、マニピュレータ映像を画面に表示する表示手段10
と、マニピュレータ3、4の位置姿勢を計測する位置姿
勢計測手段14と、マニピュレータ3、4の動作および
表示手段10の表示を制御する制御装置32とを備え
る。制御装置32は、操作手段8、9で入力された操作
指令および位置姿勢計測手段14で計測された位置姿勢
に基づいて、操作手段8、9の操作方向と表示手段10
に表示されるマニピュレータ映像の動作方向とを一致さ
せる制御指令を生成する。
(57) [Summary] In a surgery support device, even if a manipulator and an operation means are arranged at arbitrary locations, the operation means can be easily operated while looking at the manipulator, thereby improving safety, workability, and operability. . An operating means for inputting an operating command is provided.
And manipulators 4 and 5 that operate based on control commands
Observation means 6 for observing the operation of the manipulators 4 and 5
And display means 10 for displaying a manipulator image on a screen
And a position and orientation measurement unit 14 for measuring the position and orientation of the manipulators 3 and 4, and a control device 32 for controlling the operations of the manipulators 3 and 4 and the display on the display unit 10. The control device 32 controls the operation directions of the operation units 8 and 9 and the display unit 10 based on the operation command input by the operation units 8 and 9 and the position and orientation measured by the position and orientation measurement unit 14.
And generates a control command for matching the operation direction of the manipulator image displayed on the screen.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、手術支援装置に係
わり、特にマニピュレータを操作手段により操作する手
術支援装置に好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surgery assisting apparatus, and is particularly suitable for a surgery assisting apparatus which operates a manipulator by operating means.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の手術支援装置として、特開平7−
328016号公報(特にその図27および図28を参
照した第8実施例の説明)に示されているように、操作
者が操作する操作手段と、操作手段の操作に基づいて動
作するマニピュレータと、マニピュレータの動作を観察
する観察手段と、観察手段で観察したマニピュレータ映
像を表示する表示手段と、マニピュレータの動作を制御
する制御装置とを備え、観察手段によりマニピュレータ
を観察し、また、表示手段の画面内にマニピュレータの
先端に設定されたツール座標系をスーパインポーズさ
せ、操作手段にはツール座標系の座標軸に対応して移動
させる機能を設けるようにしたことにより、表示手段の
画面内に表示されるツール座標系を見ながら種々の操作
手段によりそれの操作を容易にできるようにしたものが
ある。2. Description of the Related Art As a conventional surgery support device, Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in Japanese Patent No. 328016 (especially the description of the eighth embodiment with reference to FIG. 27 and FIG. 28), an operating means operated by an operator, and a manipulator operating based on the operation of the operating means, An observing means for observing the operation of the manipulator, a display means for displaying the manipulator image observed by the observing means, and a control device for controlling the operation of the manipulator, observing the manipulator by the observing means, and a screen of the display means By superimposing the tool coordinate system set at the tip of the manipulator and moving the operation means in correspondence with the coordinate axes of the tool coordinate system, it is displayed on the screen of the display means. There is a tool coordinate system which makes it possible to easily operate the tool coordinate system by various operating means.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一般に、手術中の患者
の姿勢は、体格や治療部位、患部および患部周辺の状況
などにより個人差がある。治療にマニピュレータを用い
る場合、マニピュレータを患者に対してどのような位置
に配置するか、どのような姿勢で患部にアプローチする
かは、患者との干渉を避け、周囲の臓器との干渉を避
け、安全にかつ作業しやすい姿勢となるように決定され
るため、患者ごとにマニピュレータの配置および姿勢が
異なることになる。Generally, the posture of a patient during surgery has individual differences depending on the physique, the treatment site, the affected area and the condition around the affected area. When using a manipulator for treatment, how to position the manipulator with respect to the patient, what kind of posture to approach the affected part, avoid interference with the patient, avoid interference with surrounding organs, Since the posture is determined to be safe and easy to work, the arrangement and posture of the manipulators differ for each patient.
【0004】また、手術室内には様々な器具が置かれ、
大勢のスタッフが手術室内を動き回りながら手術をサポ
ートすることが多い。このため、マニピュレータを操作
するための操作手段は、手術室内で患者および他の医療
器具、医療スタッフの作業の邪魔にならない場所に配置
されると共に、手術に対応して配置場所が変更できるこ
とが望まれる。Various instruments are placed in the operating room,
A large number of staff often move around in the operating room to support surgery. For this reason, it is desirable that the operating means for operating the manipulator be arranged in a place where it does not interfere with the work of the patient and other medical instruments and medical staff in the operating room, and that the arrangement place can be changed corresponding to the surgery. Be done.
【0005】操作手段を用いてマニピュレータを操作す
る場合、操作手段を操作した方向とマニピュレータが動
作する方向とがずれていると、操作者の意図を正確に反
映したマニピュレータの動作を実現することが困難であ
り、操作する方向と動作する方向が手術ごとに変ってし
まうような状況では、操作者の負担が大きくなり、安全
で効果的な治療の実現が難しい。When operating the manipulator by using the operating means, if the direction in which the operating means is operated and the direction in which the manipulator operates are deviated, the operation of the manipulator accurately reflecting the intention of the operator can be realized. In a situation where it is difficult and the operating direction and the operating direction change for each surgery, the burden on the operator increases, and it is difficult to realize safe and effective treatment.
【0006】マニピュレータに装備する処置具が治療す
る様子を肉眼で確認しながらマニピュレータを操作する
場合と、内視鏡などの観察手段を用いて画像情報を表示
手段に表示して治療および動作の様子を確認しながらマ
ニピュレータを操作する場合がある。[0006] State of treatment and operation when operating the manipulator while visually confirming the treatment with a treatment tool equipped in the manipulator, and when displaying image information on the display means using an observation means such as an endoscope. The manipulator may be operated while checking.
【0007】特に近年では、患者の肉体的な負担を低減
するために、患者の身体に小さな切開部を設け、そこか
ら術具や内視鏡を挿入し、患部の様子および術具の様子
を内視鏡の画像で確認しながら治療を行なう術式が広ま
っている。マニピュレータを用いる治療においても同様
に、小さな切開部からマニピュレータを挿入し、内視鏡
画像を参照しながら操作して治療を行なう術式が患者の
肉体的負担を低減するためには好ましい。In particular, in recent years, in order to reduce the physical burden on the patient, a small incision is made in the patient's body, and a surgical instrument or an endoscope is inserted through the small incision to determine the state of the affected area and the state of the surgical instrument. There are widespread surgical techniques for performing treatment while confirming with an endoscopic image. Similarly, in the treatment using a manipulator, it is preferable to insert the manipulator through a small incision and operate by referring to an endoscopic image to perform treatment in order to reduce the physical burden on the patient.
【0008】このような状況下で、患者に対するマニピ
ュレータの配置、複数のマニピュレータの相対関係、内
視鏡とマニピュレータとの相対関係などが患者ごとに異
なり、マニピュレータとそれを操作する操作手段の相対
関係も異なるようにすることが望ましい。そして、操作
者の操作で動作するマニピュレータを備えた手術支援装
置おいて、表示手段に表示される画像でマニピュレータ
と患部の様子を観察しながら、術者の意志を正確に反映
したマニピュレータの動作を容易に実現できることが望
ましい。Under such circumstances, the arrangement of the manipulator with respect to the patient, the relative relationship between the plurality of manipulators, the relative relationship between the endoscope and the manipulator, etc. are different for each patient, and the relative relationship between the manipulator and the operating means for operating it is different. It is desirable that they also be different. Then, in the surgery support device equipped with the manipulator operated by the operation of the operator, while observing the state of the manipulator and the affected area with the image displayed on the display means, the operation of the manipulator accurately reflecting the intention of the operator can be performed. It should be easy to implement.
【0009】ところが、上述した従来技術では、表示手
段に表示されるマニピュレータ映像の先端に設定された
ツール座標系を見ながら操作手段により操作できること
が示されているが、このツール座標系と操作手段の座標
系とが当該公報の図28に示されているように異なるた
め、操作手段の操作方向に一致してマニピュレータ映像
を動作させることができなかった。換言すれば、当該公
報に記載されたものでは、観察手段、マニピュレータ、
操作手段、表示手段などがそれぞれ任意に置かれた場合
に、表示手段に表示されるマニピュレータ映像の動作方
向と操作手段を操作する方向とを一致させることには配
慮が為されていなかった。However, in the above-mentioned conventional technique, it is shown that the operation means can be operated while observing the tool coordinate system set at the tip of the manipulator image displayed on the display means. Since the coordinate system is different from the coordinate system shown in FIG. 28 of the publication, the manipulator image could not be operated in conformity with the operation direction of the operation means. In other words, in the one described in the publication, the observation means, the manipulator,
No consideration was given to making the operating direction of the manipulator image displayed on the display unit coincide with the operating direction of the operating unit when the operating unit, the display unit, etc. are arbitrarily placed.
【0010】このため、係る従来技術では、操作手段、
マニピュレータ、観察手段などの構成要素が任意に配置
される環境での操作性に問題があった。Therefore, in the related art, the operating means,
There is a problem in operability in an environment where components such as a manipulator and an observation means are arbitrarily arranged.
【0011】本発明の第1の目的は、マニピュレータを
任意の場所に配置しても表示手段を見ながら操作手段を
容易に操作でき、安全性、作業性および操作性に優れた
手術支援装置を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a surgery assisting device which is capable of easily operating the operating means while observing the display means even if the manipulator is arranged at any place, and which is excellent in safety, workability and operability. To provide.
【0012】本発明の第2の目的は、マニピュレータお
よび操作手段を任意の場所に配置しても表示手段を見な
がら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性および
操作性に優れた手術支援装置を提供することにある。A second object of the present invention is to operate the operation means easily while watching the display means even if the manipulator and the operation means are arranged at arbitrary places, and the operation is excellent in safety, workability and operability. To provide a support device.
【0013】本発明の第3の目的は、マニピュレータお
よび操作手段を任意の場所に配置してもマニピュレータ
を見ながら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性
および操作性に優れた手術支援装置を提供することにあ
る。A third object of the present invention is to provide a surgical support excellent in safety, workability and operability because the manipulator and the operating means can be easily operated while observing the manipulator even if the manipulator and the operating means are arranged at arbitrary places. To provide a device.
【0014】なお、本発明のその他の目的と有利点は以
下の記述から明らかにされる。Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】前記第1の目的を達成す
るための本発明の手術支援装置は、操作者が操作指令を
入力するために操作する操作手段と、制御指令に基づい
て動作するマニピュレータと、前記マニピュレータの動
作を観察する観察手段と、前記観察手段で観察したマニ
ピュレータの映像を画面に表示する表示手段と、前記マ
ニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段
と、前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを
備えた手術支援装置において、前記制御装置は、前記操
作手段で入力された操作指令および前記位置姿勢計測手
段で計測された前記マニピュレータの位置姿勢に基づい
て、前記操作手段の操作方向と前記表示手段に表示され
るマニピュレータの映像の動作方向とを一致させる制御
指令を生成する変換部を有する構成にしたことにある。SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the first object, a surgical operation support apparatus of the present invention operates based on a control command and an operating device operated by an operator to input an operation command. Manipulator, observation means for observing the operation of the manipulator, display means for displaying an image of the manipulator observed by the observation means on the screen, position and orientation measurement means for measuring the position and orientation of the manipulator, and operation of the manipulator In the surgery support device including a control device for controlling the operation device, the control device is based on the operation command input by the operation device and the position and orientation of the manipulator measured by the position and orientation measurement device. Conversion unit for generating a control command for matching the operation direction of the image with the operation direction of the image of the manipulator displayed on the display means. It has a structure that has.
【0016】前記第2の目的を達成するための本発明の
手術支援装置は操作者が操作指令を入力するために操作
する操作手段と、制御指令に基づいて動作するマニピュ
レータと、前記マニピュレータの動作を観察する観察手
段と、前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を
画面に表示する表示手段と、前記操作手段および前記マ
ニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段
と、前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを
備えた手術支援装置において、前記制御装置は、前記操
作手段で入力された操作指令および前記位置姿勢計測手
段で計測された前記操作手段および前記マニピュレータ
の両方の位置姿勢に基づいて、前記操作手段の操作方向
と前記表示手段に表示されるマニピュレータの映像の動
作方向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有す
る構成にしたことにある。In the surgery support device of the present invention for achieving the second object, an operating means operated by an operator for inputting an operation command, a manipulator which operates based on a control command, and an operation of the manipulator. Observing means, a display means for displaying the image of the manipulator observed by the observing means on the screen, a position and orientation measuring means for measuring the position and orientation of the operating means and the manipulator, and controlling the operation of the manipulator. In the surgery support apparatus including a control device, the control device is based on the position and orientation of both the operating means and the manipulator measured by the operation command and the position and orientation measuring means input by the operating means, Match the operation direction of the operation means with the operation direction of the image of the manipulator displayed on the display means. In that the arrangement includes a conversion unit for generating a control command.
【0017】前記第3の目的を達成するための本発明の
手術支援装置は、操作者が操作指令を入力するために操
作する操作手段と、制御指令に基づいて動作するマニピ
ュレータと、前記マニピュレータの位置姿勢を計測する
位置姿勢計測手段と、前記操作手段および前記マニピュ
レータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、前記
マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた手
術支援装置において、前記制御装置は、前記操作手段で
入力された操作指令および前記位置姿勢計測手段で計測
された前記操作手段および前記マニピュレータの両方の
位置姿勢に基づいて、前記操作手段の操作方向と前記マ
ニピュレータの動作方向とを一致させる制御指令を生成
する変換部を有する構成にしたことにある。The surgery support apparatus of the present invention for achieving the third object is an operating means operated by an operator for inputting an operation command, a manipulator which operates based on a control command, and the manipulator. A surgical assistance apparatus comprising: a position / orientation measuring unit for measuring a position / orientation; a position / orientation measuring unit for measuring the position / orientation of the operating unit and the manipulator; and a controller for controlling the operation of the manipulator, wherein Based on the position and orientation of both the operation unit and the manipulator measured by the operation command and the position and orientation measurement unit input by the operation unit, the operation direction of the operation unit and the operation direction of the manipulator. It is configured to have a conversion unit that generates a control command to match.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0019】まず、本実施例の手術支援装置の全体構成
を図1を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施
例を示す手術支援装置の斜視図である。First, the overall configuration of the surgery support apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of a surgery support device showing an embodiment of the present invention.
【0020】手術支援装置は、操作者が操作指令を入力
するために操作する操作手段8、9と、制御指令に基づ
いて動作するマニピュレータ3〜5と、マニピュレータ
4、5の動作を観察する観察手段6と、観察手段6で観
察したマニピュレータ映像を画面に表示する表示手段1
0と、操作手段7〜9(操作手段7は図2参照)および
マニピュレータ3〜5の位置姿勢を計測する位置姿勢計
測手段14と、マニピュレータ3〜5の動作および表示
手段10の表示を制御する制御装置32(図2参照)と
を備えて構成されている。The surgery support apparatus observes the operation means 8 and 9 operated by the operator for inputting operation commands, the manipulators 3 to 5 which operate based on the control commands, and the operations of the manipulators 4 and 5. Means 6 and display means 1 for displaying the manipulator image observed by the observation means 6 on the screen
0, the operating means 7 to 9 (see FIG. 2 for the operating means 7) and the position and orientation measuring means 14 for measuring the position and orientation of the manipulators 3 to 5, and the operation of the manipulators 3 to 5 and the display of the display means 10. The control device 32 (see FIG. 2) is provided.
【0021】マニピュレータ3の先端には内視鏡のよう
に画像情報の提供が可能な観察手段6が設けられ、マニ
ピュレータの一部として構成されている。マニピュレー
タ4、5の先端には術具のような処置具11、12が設
けられている。マニピュレータ4、5は手術台2に横た
わる患者1の患部に対して処置可能に配置されている。
マニピュレータ3は患部の様子や処置具11、12の様
子が観察できるように配置されている。本実施例では、
マニピュレータ3が患者の頭部側に配置されると共に、
マニピュレータ4、5が患者の両側に配置されている。An observing means 6 capable of providing image information like an endoscope is provided at the tip of the manipulator 3 and constitutes a part of the manipulator. Treatment tools 11 and 12 such as surgical tools are provided at the tips of the manipulators 4 and 5. The manipulators 4 and 5 are disposed so as to be able to treat the affected part of the patient 1 lying on the operating table 2.
The manipulator 3 is arranged so that the state of the affected area and the states of the treatment tools 11, 12 can be observed. In this embodiment,
The manipulator 3 is arranged on the patient's head side,
Manipulators 4 and 5 are arranged on both sides of the patient.
【0022】操作者が操作する操作手段8、9と、観察
手段6が得た情報を画面に表示可能な表示手段10と、
が操作卓13に設けられている。操作手段8はマニピュ
レータ4の動作を制御するものであり、操作手段9はマ
ニピュレータ5の動作を制御するものである。この両者
8、9は操作卓13上に並置されている。そして、表示
手段10は操作手段8、9に対向するように操作卓13
上に設置されている。本実施例では、操作卓13は患者
の足元側に配置されている。Operation means 8 and 9 operated by an operator, display means 10 capable of displaying information obtained by the observation means 6 on a screen,
Is provided on the console 13. The operating means 8 controls the operation of the manipulator 4, and the operating means 9 controls the operation of the manipulator 5. Both of them 8 and 9 are juxtaposed on the console 13. Then, the display means 10 faces the operation means 8 and 9 so as to oppose the operation console 13
It is installed on top. In this embodiment, the operation console 13 is arranged on the side of the patient's feet.
【0023】各マニピュレータ3〜5、操作手段7〜9
および表示手段10の位置姿勢を計測するための位置姿
勢計測手段14は、それぞれの装置の計測が可能な場所
に配置されている。本実施例では、位置姿勢計測手段1
4は患者の頭部側に配置されている。この位置姿勢計測
手段14が計測対象の位置姿勢を計測するための補助部
品である識別手段15は、それぞれの計測対象であるマ
ニピュレータ3〜5、表示手段10、操作手段7〜9に
設けられている。したがって、識別手段15は位置姿勢
計測手段の一部を構成する。Each manipulator 3-5, operating means 7-9
The position / orientation measuring unit 14 for measuring the position / orientation of the display unit 10 is arranged at a place where the measurement of each device can be performed. In this embodiment, the position / orientation measuring means 1
4 is arranged on the head side of the patient. The identification means 15, which is an auxiliary component for the position / orientation measuring means 14 to measure the position / orientation of the measurement target, is provided in each of the manipulators 3 to 5, the display means 10, and the operation means 7 to 9 which are the measurement objects. There is. Therefore, the identification unit 15 constitutes a part of the position and orientation measurement unit.
【0024】同調指示手段21は、操作手段7〜9から
の操作指令をマニピュレータに伝えることを指示するた
めのものであり、操作者が操作可能な場所に配置されて
いる。本実施例では、一例としてスイッチを用いた同調
指示手段21を示している。The tuning instruction means 21 is for instructing to transmit the operation command from the operation means 7 to 9 to the manipulator, and is arranged at a place where the operator can operate. In this embodiment, the tuning instruction means 21 using a switch is shown as an example.
【0025】マニピュレータ3〜5のそれぞれの相対的
な配置の関係は任意に設定可能である。操作卓上の表示
手段10および操作手段8、9の配置も任意に設定可能
であり、これらはマニピュレータの配置との関係におい
ても任意に設定可能である。すなわち、これらマニピュ
レータ3〜5、表示手段10、操作手段8、9および操
作卓13の配置は自由に変更可能である。The relative positional relationship between the manipulators 3 to 5 can be set arbitrarily. Arrangement of the display means 10 and the operation means 8 and 9 on the operation console can also be arbitrarily set, and these can also be arbitrarily set in relation to the arrangement of the manipulator. That is, the arrangement of the manipulators 3 to 5, the display means 10, the operation means 8 and 9 and the operation console 13 can be freely changed.
【0026】観察手段6および処置具11、12の位置
姿勢はマニピュレータ3〜5によって制御される。操作
者は表示手段10に表示されるマニピュレータ4、5や
その先端の処置具11、12を見ながら操作手段8、9
を操作し、操作手段8、9に入力された指示を元にマニ
ピュレータ4、5が動作して、患部を処置する。マニピ
ュレータ3は別の操作手段7からの指示によって観察手
段6の位置姿勢を制御可能である。The positions and orientations of the observation means 6 and the treatment tools 11, 12 are controlled by manipulators 3-5. The operator sees the manipulators 4 and 5 and the treatment tools 11 and 12 at the tips of the manipulators 4 and 5 displayed on the display means 10 and operates the operation means 8 and 9.
Is operated, and the manipulators 4 and 5 operate based on the instructions input to the operation means 8 and 9 to treat the affected area. The manipulator 3 can control the position and orientation of the observation means 6 according to an instruction from another operation means 7.
【0027】次に、手術支援装置の制御構成を図2を参
照しながら説明する。図2は図1の手術支援装置の制御
ブロック図である。Next, the control configuration of the surgery support device will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a control block diagram of the surgery support device of FIG.
【0028】操作手段7〜9、同調指示手段21および
位置姿勢計測手段14は、制御装置32に信号伝達可能
に接続されている。これによって、操作手段7〜9、同
調指示手段21および位置姿勢計測手段14から制御装
置32に操作情報、同調情報および計測結果情報が入力
される。また、マニピュレータ3〜5および表示手段1
0は、信号伝達可能に制御装置32に接続されている。
これによって、制御装置32からマニピュレータ3〜5
および表示手段10に制御情報が出力される。制御装置
32はマイクロコンピュータなどのコンピュータにより
構成されている。The operation means 7-9, the tuning instruction means 21, and the position / orientation measurement means 14 are connected to the control device 32 so that signals can be transmitted. As a result, the operation information, the tuning information, and the measurement result information are input to the control device 32 from the operating means 7 to 9, the tuning instruction means 21, and the position / orientation measuring means 14. Further, the manipulators 3 to 5 and the display means 1
0 is connected to the control device 32 so that signals can be transmitted.
This allows the control device 32 to operate the manipulators 3-5.
And the control information is output to the display unit 10. The controller 32 is composed of a computer such as a microcomputer.
【0029】制御装置32内で実行される制御プログラ
ムは、変換行列算出部24と、操作同調制御部34と、
座標変換部35とを有して構成されている。変換行列算
出部24は、位置姿勢計測手段14からの計測結果情報
23に基づいて、操作方向から動作方向を算出するため
の変換行列を算出する手段である。同調制御部34は、
操作手段8、9の指示に従い、マニピュレータ4、5を
動作させるかどうかを場合分けする手段である。座標変
換部35は、変換行列算出部24で算出した変換行列を
用いて、操作方向から動作方向を算出する手段である。The control program executed in the control device 32 includes a conversion matrix calculating section 24, an operation tuning control section 34,
The coordinate conversion unit 35 is included. The conversion matrix calculation unit 24 is a unit that calculates a conversion matrix for calculating the motion direction from the operation direction based on the measurement result information 23 from the position and orientation measurement unit 14. The tuning controller 34
It is a means for classifying whether to operate the manipulators 4, 5 according to the instructions of the operating means 8, 9. The coordinate conversion unit 35 is means for calculating the motion direction from the operation direction using the conversion matrix calculated by the conversion matrix calculation unit 24.
【0030】位置姿勢計測手段14から得られる計測結
果情報23は変換行列算出部24に入力され、変換行列
算出部24からの出力である座標変換行列は座標変換部
35に入力される。操作手段7〜9からの操作情報31
はマニピュレータ3〜5を動作させるか否か場合分けす
る同調制御部34に入力され、同調制御部34からの出
力は座標変換部35に入力される。座標変換部35から
の出力である動作方向に関する制御情報36はマニピュ
レータ4、5に入力される。制御装置32内での接続は
電気信号および制御プログラム内の変数受け渡しとして
構成されることになる。The measurement result information 23 obtained from the position / orientation measuring unit 14 is input to the conversion matrix calculation unit 24, and the coordinate conversion matrix output from the conversion matrix calculation unit 24 is input to the coordinate conversion unit 35. Operation information 31 from the operation means 7-9
Is input to the tuning control unit 34 that determines whether to operate the manipulators 3 to 5, and the output from the tuning control unit 34 is input to the coordinate conversion unit 35. The control information 36 about the operation direction, which is the output from the coordinate conversion unit 35, is input to the manipulators 4 and 5. The connections within the control unit 32 will be configured as the passing of electrical signals and variables within the control program.
【0031】図1および図3を参照しながら各マニピュ
レータ3〜5、操作手段8、9および表示手段10の位
置姿勢について説明する。図3は処置具および観察手段
の座標系の説明図である。The positions and orientations of the manipulators 3 to 5, the operating means 8 and 9 and the display means 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory diagram of a coordinate system of the treatment tool and the observation means.
【0032】各マニピュレータ3〜5の姿勢は、それぞ
れ動作の基点となる位置を原点とした座標系ΣS17で
定義する。観察手段6の姿勢は、観察手段6の先端で観
察する視野内の空間を座標系ΣE19で定義する。操作
手段7〜9の姿勢は、操作の基点となる位置を原点とし
た座標系ΣM20で定義する。表示手段10姿勢は、表
示手段10の表示面の向きとして、表示面を基点とした
座標系ΣD18で定義する。なお、マニピュレータ3〜
5、観察手段6、操作手段7〜9、表示手段10がそれ
ぞれ複数ある場合は、それぞれの姿勢をそれぞれの座標
系で定義する。The attitude of each of the manipulators 3 to 5 is defined by a coordinate system ΣS17 whose origin is the position which is the base point of the operation. The attitude of the observing means 6 defines a space in the visual field observed by the tip of the observing means 6 with a coordinate system ΣE19. The postures of the operating means 7 to 9 are defined by a coordinate system ΣM20 whose origin is a position which is a base point of the operation. The attitude of the display means 10 is defined as a direction of the display surface of the display means 10 in a coordinate system ΣD18 with the display surface as a base point. In addition, manipulator 3 ~
When there are a plurality of 5, observation means 6, operation means 7-9, and display means 10, each posture is defined by each coordinate system.
【0033】各座標系の軸方向を、実施例の説明上、図
1、図3に示すように仮定する。つまり、座標系ΣSで
は、マニピュレータの長手方向をZS方向、鉛直上方を
YS方向、ZS方向を向いて右側をXS方向と定義す
る。座標系ΣMでは、操作手段の奥行き方向をZM方
向、鉛直上方をYM方向、ZM方向を向いて右側をXM
方向と定義する。座標系ΣEでは、観察手段6の長手方
向、つまり、撮影する画像の奥行き方向をZE方向、Z
E方向を向いて視野の上方をYE方向、ZE方向を向い
て視野の右方向をXE方向と定義する。座標系ΣDで
は、表示手段10の画面奥をZD方向、画面上方をYD
方向、画面右方向をXD方向と定義する。座標間の回転
行列が得られれば結果として同じになるので、座標系の
軸方向の定義は上記とまったく同じでなくともよい。The axial direction of each coordinate system is assumed as shown in FIGS. 1 and 3 for the description of the embodiment. That is, in the coordinate system ΣS, the longitudinal direction of the manipulator is defined as the ZS direction, the vertically upper direction is defined as the YS direction, and the right side facing the ZS direction is defined as the XS direction. In the coordinate system ΣM, the depth direction of the operating means is the ZM direction, the vertically upward direction is the YM direction, and the right side facing the ZM direction is the XM direction.
Define as direction. In the coordinate system ΣE, the longitudinal direction of the observation means 6, that is, the depth direction of the image to be captured is the ZE direction,
The upper side of the visual field facing the E direction is defined as the YE direction, and the right side of the visual field facing the ZE direction is defined as the XE direction. In the coordinate system ΣD, the back of the screen of the display means 10 is in the ZD direction and the upper part of the screen is in the YD
The direction and the screen right direction are defined as the XD direction. If the rotation matrix between the coordinates is obtained, the result will be the same, so the definition of the axial direction of the coordinate system does not have to be exactly the same as the above.
【0034】図1の表示手段10の画面内に示した座標
系は観察手段6の視野内に投影した座標系ΣE19の向
きを示している。この実施例では視野内に投影した座標
系ΣE19と座標系ΣDの各座標軸の向きは一致してい
る。The coordinate system shown in the screen of the display means 10 in FIG. 1 indicates the orientation of the coordinate system ΣE19 projected in the field of view of the observation means 6. In this embodiment, the directions of the coordinate axes of the coordinate system ΣE19 and the coordinate system ΣD projected in the visual field are the same.
【0035】各マニピュレータ3〜5の運動学を解くこ
とによって、それぞれの先端に装備した観察手段6およ
び処置具11、12の、各座標系ΣSにおける位置姿勢
を特定することが可能である。運動学を用いてそれぞれ
のマニピュレータ3〜5の座標系ΣSにおける先端の位
置姿勢を特定するのは通常行なわれる一般的な手法であ
る。By solving the kinematics of each of the manipulators 3 to 5, it is possible to specify the position and orientation of each of the observation means 6 and the treatment tools 11 and 12 mounted on each tip in each coordinate system ΣS. It is a commonly practiced method to specify the position and orientation of the tip of each manipulator 3 to 5 in the coordinate system ΣS using kinematics.
【0036】観察手段6および処置具11、12を特定
の方向に動作させるためのマニピュレータ3〜5の各自
由度の動作方向および動作量は、各マニピュレータ3〜
5の逆運動学を解くことによって、算出することが可能
である。マニピュレータ先端に意図する動作を実行させ
るために、逆運動学を用いて、各自由度の動作方向およ
び動作量を算出することが可能である。The manipulators 3 to 5 for moving the observing means 6 and the treatment tools 11 and 12 in the specific directions have different degrees of freedom in the movement directions and the movement amounts of the respective manipulators 3 to 5.
It can be calculated by solving the inverse kinematics of 5. In order to make the manipulator tip perform the intended motion, it is possible to use inverse kinematics to calculate the motion direction and motion amount of each degree of freedom.
【0037】各マニピュレータ座標系ΣS17の空間に
おける三次元的な位置姿勢は、位置姿勢計測手段14の
一例である三次元位置計測装置(三次元運動計測装置と
も呼ばれる)を用いることで計測可能である。その計測
の方式は、既知のパターンで配置された複数の発光体を
有するマーカーセットを識別手段15として、マニピュ
レータ3〜5を操作することによっても動作しないマニ
ピュレータ3〜5の座標原点などの基点に取付け、三次
元位置計測装置14がある位置からそれぞれの発光体を
計測し、複数の発光体の配置から識別手段15の位置と
姿勢を算出する方法である。これにより、識別手段15
の位置姿勢を特定し、ひいてはマニピュレータ座標系Σ
Sの位置姿勢を算出することが可能となる。なお、発光
体の代わりに反射体を用いてもよい。The three-dimensional position and orientation in the space of each manipulator coordinate system ΣS17 can be measured by using a three-dimensional position measuring device (also called a three-dimensional motion measuring device) which is an example of the position and orientation measuring means 14. . The measurement method is such that a marker set having a plurality of light emitters arranged in a known pattern is used as the identification means 15, and the manipulators 3 to 5 that do not operate even by operating the manipulators 3 to 5 are set to a base point such as a coordinate origin. This is a method of mounting and measuring each light emitting body from a position where the three-dimensional position measuring device 14 is present, and calculating the position and orientation of the identifying means 15 from the arrangement of the plurality of light emitting bodies. Thereby, the identification means 15
Position and orientation of the manipulator coordinate system Σ
It becomes possible to calculate the position and orientation of S. A reflector may be used instead of the light emitter.
【0038】図4を参照しながら識別手段15の取付例
を説明する。図4は識別手段の取付例を示す分解斜視図
である。図4では計測対象をマニピュレータ3として説
明を行なうが、他の計測対象も同様の取付構成である。An example of mounting the identifying means 15 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view showing a mounting example of the identification means. Although the measurement target is described as the manipulator 3 in FIG. 4, other measurement targets have the same mounting configuration.
【0039】マニピュレータ3は識別手段15を所定の
位置姿勢に固定するための装備部22を有する。識別手
段15は複数の発光体169が識別部材168に固定さ
れてなる。識別手段15と装備部22の間に挟まれて結
合される部位を中間リンク部と呼ぶことにする。The manipulator 3 has an equipment part 22 for fixing the identification means 15 in a predetermined position and posture. The identification unit 15 includes a plurality of light emitting bodies 169 fixed to an identification member 168. The part sandwiched between the identification means 15 and the equipment part 22 and connected is called an intermediate link part.
【0040】マニピュレータ3の一部を構成する装備部
22には複数の凸部155が設けられている。これらと
結合される結合部材151には、凸部155と嵌め合う
複数の凹部156が設けられている。凸部155と凹部
156とが一つの場合は、上下左右が非対称となる形状
とすることが好ましい。凸部155と凹部155が複数
ある場合は、それらを異なる形状として、結合時に表裏
を間違えた結合を防ぐことが好ましい。また同形状の凹
凸である時は、三つ以上の凹凸を設け、組み合わせにな
る凹凸の組同士の間の距離を変えることで、結合時の間
違いを防ぐことができる。結合した時の位置と姿勢が一
意に決まる形状であれば、図4で示したような凹凸形状
でなくてもかまわない。そして、結合部材151は、凸
部155に凹部56を嵌め合わせた後に、止めねじ15
4で装備部22に固定される。The equipment portion 22 forming a part of the manipulator 3 is provided with a plurality of convex portions 155. A plurality of concave portions 156 that fit with the convex portions 155 are provided on the coupling member 151 coupled to these. When the number of protrusions 155 and the number of recesses 156 is one, it is preferable that the top, bottom, left, and right are asymmetrical. When there are a plurality of convex portions 155 and concave portions 155, it is preferable that the convex portions 155 and the concave portions 155 have different shapes to prevent the wrong connection between the front and the back during the connection. Further, when the concavities and convexities of the same shape are provided, three or more concavities and convexities are provided, and the distance between the concavo-convex groups to be combined can be changed to prevent mistakes in joining. As long as the position and orientation when combined are uniquely determined, the uneven shape as shown in FIG. 4 may not be used. Then, after the concave portion 56 is fitted to the convex portion 155, the coupling member 151 is provided with the set screw 15.
It is fixed to the equipment part 22 at 4.
【0041】識別手段15を固定するための固定部材1
64は結合部材151と回転自由に結合される。固定部
材164はギア部163を一体的に有している。この固
定部材164の回転を計測するための角度センサ161
は装備部22あるいは結合部材151に固定されてい
る。角度センサ161はギア部163と噛み合う計測ギ
ア162を有している。固定部材164および識別部材
168は装備部22および結合部材151の凹凸構造と
同様の凹凸構造を有している。すなわち、固定部材16
4には複数の凸部165が設けられ、識別部材168に
はこれらに合致する凹部166が設けられている。この
凹凸構造は、上述した装備部22と結合部材151とが
噛み合う凹凸構造と同様に、位置姿勢を一意に決定でき
るよう、その形状および対になる凹凸の間の距離を変え
るなどすることが好ましい。固定部材164の凸部16
5に識別手段15の識別部材168の凹部166を嵌め
合わせた後に止めねじ160を識別部材168のねじ穴
158に合わせて固定する。Fixing member 1 for fixing the identification means 15
64 is rotatably connected to the connecting member 151. The fixing member 164 integrally has a gear portion 163. Angle sensor 161 for measuring the rotation of the fixing member 164.
Is fixed to the equipment part 22 or the connecting member 151. The angle sensor 161 has a measurement gear 162 that meshes with the gear portion 163. The fixing member 164 and the identifying member 168 have the same concavo-convex structure as the concavo-convex structure of the equipment part 22 and the coupling member 151. That is, the fixing member 16
4 is provided with a plurality of convex portions 165, and the identification member 168 is provided with a concave portion 166 that matches these. Similar to the above-mentioned uneven structure in which the equipment portion 22 and the coupling member 151 are meshed with each other, it is preferable to change the shape and the distance between the pair of uneven structures so that the position and orientation can be uniquely determined. . The convex portion 16 of the fixing member 164.
After fitting the concave portion 166 of the identification member 168 of the identification means 15 to 5, the set screw 160 is aligned with the screw hole 158 of the identification member 168 and fixed.
【0042】これにより、識別手段15の発光体169
が陰になって計測しにくい時は、識別手段15の向きを
位置姿勢計測手段14が計測するのに適した向きに調節
可能となり、その回転角度を角度センサ161で計測で
きるので、位置姿勢計測手段14が計測した結果と角度
センサ161の検出結果により、装備部22つまりマニ
ピュレータ3の座標系ΣSの向きを特定することが可能
となる。これは、識別手段15の向きを計測に適した姿
勢に向けても、常にマニピュレータの位置姿勢を計測可
能なため、マニピュレータ3の配置の自由度が向上す
る。As a result, the luminous body 169 of the identification means 15
When it is difficult to measure due to shadows, the orientation of the identification unit 15 can be adjusted to a direction suitable for the position and orientation measurement unit 14, and the rotation angle can be measured by the angle sensor 161, so the position and orientation measurement can be performed. The direction of the coordinate system ΣS of the equipment unit 22, that is, the manipulator 3 can be specified based on the measurement result of the means 14 and the detection result of the angle sensor 161. This is because the position and orientation of the manipulator can always be measured even when the orientation of the identification unit 15 is oriented to a posture suitable for measurement, and thus the degree of freedom in arranging the manipulator 3 is improved.
【0043】上記の例では、中間リンク部の自由度を回
転自由度として説明したが、識別手段15の姿勢を調節
可能としかつその調節量を計測可能とすれば、回転自由
度でも並進の自由度でも、あるいはこれらをそれぞれ一
つ以上組み合わせた構成でも、物陰から計測しやすい姿
勢へと識別手段15を調整できれば同様の効果が期待で
きる。装置の配置によって、自由度の構成を決定すれば
よい。In the above example, the degree of freedom of the intermediate link portion is described as the rotational degree of freedom, but if the attitude of the identifying means 15 can be adjusted and its adjustment amount can be measured, the rotational degree of freedom can also be translated. The same effect can be expected if the identification means 15 can be adjusted from the shadow of the object to a posture that is easy to measure, even in degrees, or in a configuration in which one or more of these are combined. The configuration of the degree of freedom may be determined depending on the arrangement of the device.
【0044】また、装置間の重なりなどがない場合は、
識別手段15を直接マニピュレータ3に固定してもよ
い。この場合、装備部22と中間リンク部との間に設け
た嵌め合わせの形状と、識別手段15と中間リンク部と
の間に設けた嵌め合わせの形状を同一にすれば、識別手
段15を直接に装備部22に取付けることも、間に中間
リンク部を挟んで取付けることも自由に選択可能であ
る。識別手段15および中間リンク部は着脱自在である
ため、不要になった時や治療の邪魔になる時は、取り外
すことも可能である。さらには、計測が終了した時に、
中間リンク部を動かして、識別手段15が治療の邪魔に
ならない場所に向きを変えることも可能である。If there is no overlap between the devices,
The identification means 15 may be directly fixed to the manipulator 3. In this case, if the fitting shape provided between the equipment portion 22 and the intermediate link portion and the fitting shape provided between the identifying means 15 and the intermediate link portion are the same, the identifying means 15 is directly attached. It is possible to freely select whether to attach the device to the equipment part 22 or to attach the intermediate link part therebetween. Since the identifying means 15 and the intermediate link portion are detachable, they can be detached when they are no longer needed or when they interfere with treatment. Furthermore, when the measurement is completed,
It is also possible to move the intermediate link part and turn it to a place where the identification means 15 does not interfere with the treatment.
【0045】係る識別手段15を用いて測定した位置姿
勢計測手段14からの情報は、制御装置32へ経時的
(例えば定期的)に送信される。角度センサ161は制
御装置32に信号伝達可能に接続されており、角度セン
サ161で検出した情報も位置姿勢計測手段14と同様
に制御装置32へ経時的(例えば定期的)に送信され
る。位置姿勢計測手段14や角度センサ161と制御装
置32との間の接続をコネクタなどを用いて行なうこと
で制御装置とこれらとの間で着脱自在となり、不要な場
合はコネクタを外すことも可能となる。The information from the position / orientation measuring means 14 measured by using the identifying means 15 is transmitted to the control device 32 over time (for example, periodically). The angle sensor 161 is connected to the control device 32 so as to be able to transmit a signal, and the information detected by the angle sensor 161 is also transmitted to the control device 32 over time (eg, periodically) similarly to the position / orientation measuring means 14. By connecting the position / orientation measuring unit 14 and the angle sensor 161 to the control device 32 by using a connector or the like, the control device and the control device 32 can be freely attached to and detached from each other, and the connector can be removed when unnecessary. Become.
【0046】上述した手術支援装置の構成により、任意
に配置された各マニピュレータ3〜5の相対的な位置姿
勢の関係および、各マニピュレータ3に装備した観察手
段6とマニピュレータ4、5の先端に装備した処置具1
1、12とのそれぞれの相対的な関係を明らかにするこ
とができる。つまり、各手段の座標の向きと、座標間の
軸方向のずれ、座標間を写像する回転行列を算出するこ
とができる。With the above-mentioned configuration of the surgical operation support device, the relationship between the relative positions and orientations of the manipulators 3 to 5 arbitrarily arranged and the observation means 6 and the tips of the manipulators 4 and 5 equipped in each manipulator 3 are equipped. Treatment tool 1
It is possible to clarify the relative relationship with each of 1 and 12. That is, it is possible to calculate the orientation of the coordinates of each means, the axial shift between the coordinates, and the rotation matrix that maps the coordinates.
【0047】また、(回転行列の算出法を書く)操作手
段8、9と表示手段10との間の相対関係も同様の手法
で計測し、明らかにすることができる。なお、マニピュ
レータ3〜5の位置姿勢を計測した位置姿勢計測手段1
4とは別の位置姿勢計測手段を用いて、操作手段8、9
と表示手段10との間の相対関係を計測し、マニピュレ
ータの位置姿勢の情報と同様に制御装置32へ情報を入
力あるいは送信するようにしてもよい。The relative relationship between the operating means 8 and 9 (writing the calculation method of the rotation matrix) and the display means 10 can be measured and clarified by the same method. The position / orientation measuring means 1 for measuring the position and orientation of the manipulators 3 to 5 is used.
The position and orientation measuring means other than 4 are used to operate the operating means 8 and 9.
The relative relationship between the display means 10 and the display means 10 may be measured, and the information may be input or transmitted to the control device 32 in the same manner as the information on the position and orientation of the manipulator.
【0048】ここで、座標系ΣMから座標系ΣDへ写像
する回転行列をCMD(図示せず)とし、座標系ΣDと
表示手段10の画面内に投影された座標系ΣEの各軸の
向きを合わせる回転行列をCDE(図示せず)とし、座
標系ΣEと座標系ΣSの各軸の向きを合わせる回転行列
をCES(図示せず)とすると、操作者が操作手段8、
9を用いて行なった操作方向を、回転行列CMD、CD
E、CESを用いて座標変換し、座標系ΣDおよび座標
系ΣSでの操作方向を算出する。算出した座標変換後の
これらの操作方向を制御指令として、表示手段10およ
びマニピュレータ4、5の動作を制御する。ただし、こ
の実施例では表示手段10の画面内に投影された座標系
ΣEと座標系ΣDの各軸の向きが一致するため、回転行
列CDEは単位行列となる。Here, the rotation matrix that maps from the coordinate system ΣM to the coordinate system ΣD is CMD (not shown), and the orientations of the axes of the coordinate system ΣD and the coordinate system ΣE projected on the screen of the display means 10 are set. If the matching rotation matrix is CDE (not shown) and the rotation matrix that matches the orientations of the axes of the coordinate system ΣE and the coordinate system ΣS is CES (not shown), the operator operates the operating means 8,
The operation direction performed using 9 is the rotation matrix CMD, CD
The coordinates are converted using E and CES, and the operation direction in the coordinate system ΣD and the coordinate system ΣS is calculated. The operation of the display means 10 and the manipulators 4 and 5 is controlled by using the calculated operation directions after the coordinate conversion as control commands. However, in this embodiment, since the directions of the axes of the coordinate system ΣE and the coordinate system ΣD projected on the screen of the display means 10 match, the rotation matrix CDE becomes a unit matrix.
【0049】上記のような座標変換行列の取り方とその
座標変換行列を用いた動作方向の算出方法に基づく制御
により、操作者が操作手段8、9を操作した方向が、表
示手段10に提供される画面内に映される空間での動作
方向に変換され、さらに処置具11、12がその方向に
動く様にマニピュレータ4、5の動作方向が算出される
ため、表示手段10に映る処置具11、12の動作方向
を、操作手段8、9で操作した方向に一致させることが
可能になる。The direction in which the operator operates the operation means 8 and 9 is provided to the display means 10 by the control based on the method of taking the coordinate conversion matrix and the method of calculating the movement direction using the coordinate conversion matrix as described above. The movement direction of the manipulators 4 and 5 is calculated so that the movement direction is converted into the movement direction in the space displayed on the screen and the treatment tools 11 and 12 move in that direction. Therefore, the treatment tool displayed on the display unit 10 is displayed. It is possible to make the operating directions of 11 and 12 coincide with the directions operated by the operating means 8 and 9.
【0050】つまり、マニピュレータ4、5同士の相対
関係、マニピュレータ3〜5と操作手段8、9の相対関
係、あるいは処置具11、12と観察手段6の相対関係
に係らず、操作手段8、9を画面に向かって右に動く様
に操作すれば、画面内の処置具11、12は右に動き、
画面奥に操作すれば、画面内の処置具11、12は画面
奥に動作する。まさに、手元の動きと、モニタ内の処置
具11、12の動きが同じ方向に同期するので、手元で
実際に処置具11、12を持って操作しているように、
画面内の処置具11、12が制御される。That is, regardless of the relative relationship between the manipulators 4 and 5, the relative relationship between the manipulators 3 to 5 and the operation means 8 and 9, or the relative relationship between the treatment tools 11 and 12 and the observation means 6, the operation means 8 and 9 are used. Is operated to move to the right toward the screen, the treatment tools 11 and 12 on the screen move to the right,
If operated to the back of the screen, the treatment tools 11 and 12 in the screen move to the back of the screen. Exactly, the movement of the hand and the movements of the treatment tools 11 and 12 in the monitor are synchronized in the same direction, so that it is possible to operate by holding the treatment tools 11 and 12 at hand.
The treatment tools 11 and 12 on the screen are controlled.
【0051】同調制御部34では、同調指示手段21か
ら同調実行の信号を受けている間は常にマニピュレータ
3〜5を操作情報に従い制御し、同調実行の信号が途切
れた後は、操作手段7〜9からの操作情報の伝達を停止
させるように構成されている。なお、信号が入力されて
いる間は同調を切り、信号入力が途切れている間のみ、
同調を実行するようにしてもよく、あるいは、同調指示
手段21から信号が入力されるたび、同調実行か否かを
切替えるように制御を行なってもよい。同調制御部34
は、各回転行列を用いて操作方向からマニピュレータの
動作方向を算出する座標変換部35の前に構成されて
も、後に構成されてもかまわない。The tuning control section 34 always controls the manipulators 3 to 5 in accordance with the operation information while receiving the tuning execution signal from the tuning instruction means 21, and the operation means 7 to 5 after the tuning execution signal is interrupted. 9 is configured to stop the transmission of the operation information. Note that the tuning is turned off while the signal is being input, and only while the signal is being interrupted.
Tuning may be performed, or control may be performed to switch whether or not to perform tuning each time a signal is input from the tuning instruction means 21. Tuning control unit 34
May be configured before or after the coordinate conversion unit 35 that calculates the operation direction of the manipulator from the operation direction using each rotation matrix.
【0052】次に、具体的な制御動作を図5を参照しな
がら説明する。図5は手術支援装置の制御動作を示すフ
ローチャート図である。Next, a specific control operation will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the control operation of the surgery support device.
【0053】まず、操作手段8、9の位置姿勢を周期的
に検出する(ステップ40)。そして、前回の検出時か
らの位置姿勢の変化量を算出し、操作手段8、9に入力
された操作指令(操作方向と操作量)を算出する(ステ
ップ41)。このとき算出される座標系ΣMにおける操
作方向をベクトルMと呼ぶ。First, the position and orientation of the operating means 8 and 9 are periodically detected (step 40). Then, the amount of change in position and orientation since the previous detection is calculated, and the operation command (operation direction and operation amount) input to the operation means 8 and 9 is calculated (step 41). The operation direction in the coordinate system ΣM calculated at this time is called a vector M.
【0054】次いで、同調実行が指示されているかをチ
ェックし(ステップ42)、これが指示されていない場
合は、ステップ40に戻ってマニピュレータ3〜5を動
作させない。同調実行が指示されている場合は、位置姿
勢計測手段14の計測結果情報23の変更があれば座標
変換行列の更新を行なう(ステップ43)。Then, it is checked whether or not the tuning execution is instructed (step 42). If this is not instructed, the process returns to step 40 and the manipulators 3 to 5 are not operated. If the execution of synchronization is instructed, the coordinate conversion matrix is updated if the measurement result information 23 of the position / orientation measuring means 14 is changed (step 43).
【0055】次いで、最新の計測結果情報に基づいて算
出された回転行列CMD、CDE、CESを用いてベク
トルMを座標変換し、座標系ΣDにおけるベクトルDお
よび座標系ΣSにおけるベクトルSを算出する(ステッ
プ44)。これは同じ方向を示すベクトルをそれぞれの
座標系での値に換算し、操作方向のベクトルMと同じ方
向を意味する表示手段10に映される処置具11、12
の動作方向ベクトルSを算出している。Next, the vector M is coordinate-converted using the rotation matrices CMD, CDE, and CES calculated based on the latest measurement result information, and the vector D in the coordinate system ΣD and the vector S in the coordinate system ΣS are calculated ( Step 44). This is to convert the vectors indicating the same direction into values in the respective coordinate systems, and the treatment tools 11, 12 displayed on the display means 10 meaning the same direction as the vector M of the operation direction.
The motion direction vector S of is calculated.
【0056】次いで、操作手段8、9に入力された操作
量を元に、操作手段8、9とマニピュレータ4、5の間
の動作量の比率等のパラメータを勘案して、実際にマニ
ピュレータ4、5が動作する量を算出する(ステップ4
5)。Next, based on the operation amounts input to the operation means 8 and 9, the parameters such as the ratio of the operation amounts between the operation means 8 and 9 and the manipulators 4 and 5 are taken into consideration, and the manipulator 4 and 5 calculates the amount of movement (step 4
5).
【0057】最後に、これまでに算出した動作方向(座
標系ΣD・ΣSにおけるベクトルD・S)と動作量に従
い、表示手段10およびマニピュレータ4、5を制御す
る(ステップ46)。Finally, the display means 10 and the manipulators 4 and 5 are controlled in accordance with the movement directions (vectors D and S in the coordinate system ΣD and ΣS) and the movement amounts calculated so far (step 46).
【0058】算出の際に、操作手段8、9とマニピュレ
ータ3、4の間の姿勢を元に決定した回転行列ではな
く、操作手段8、9と表示手段10に表示されるマニピ
ュレータ3、4に装備した処置具11、12の間の姿勢
を元に決定した回転行列を用いるため、実際の操作方向
と、表示手段10に映される動作方向が操作者から見て
同一方向となる。At the time of calculation, the manipulators 3 and 4 displayed on the operating means 8 and 9 and the display means 10 do not use the rotation matrix determined based on the postures between the operating means 8 and 9 and the manipulators 3 and 4. Since the rotation matrix determined based on the posture between the mounted treatment tools 11 and 12 is used, the actual operation direction and the operation direction displayed on the display means 10 are the same direction as seen from the operator.
【0059】以上のような手法で、治療前、治療中に各
装置間の姿勢を算出することができ、ひいては各座標間
の回転行列を算出することができ、表示手段10内のマ
ニピュレータ4、5つまり表示手段10に表示されてい
る処置具11、12の動きと操作手段8、9の動きの方
向を一致させることができる。With the above-described method, the posture between the devices can be calculated before and during the treatment, and the rotation matrix between the coordinates can be calculated, and the manipulator 4 in the display means 10 can be calculated. 5, that is, the movement directions of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 and the movement directions of the operation means 8 and 9 can be matched.
【0060】本手法によれば、マニピュレータ3〜5の
配置および、マニピュレータ3〜5と表示手段10の配
置が任意であっても、座標系ΣEから座標系ΣSへ座標
変換する行列と座標系ΣDから座標系ΣEへ座標変換す
る行列を用いて、表示手段10に設定した座標系ΣD
と、表示手段10に表示されるマニピュレータ4、5の
動作方向の座標系ΣSを一致させることができる。これ
により、動作方向を表示手段10における座標系ΣDや
表示手段10における上下左右奥手前など相対的な表現
で処置具11、12の動作方向を示すことができる。According to this method, even if the manipulators 3 to 5 are arranged and the manipulators 3 to 5 and the display means 10 are arranged arbitrarily, the matrix for coordinate conversion from the coordinate system ΣE to the coordinate system ΣS and the coordinate system ΣD. From the coordinate system ΣE to the coordinate system ΣE using the matrix for coordinate conversion
And the coordinate systems ΣS of the operation directions of the manipulators 4 and 5 displayed on the display means 10 can be matched. Accordingly, the movement direction of the treatment tools 11 and 12 can be indicated by a relative expression such as the coordinate system ΣD of the display means 10 and the up, down, left, right, front side of the display means 10.
【0061】さらには、操作者はマニピュレータ3〜5
の配置やマニピュレータ3〜5と操作手段8、9の相対
関係、マニピュレータ4、5と観察手段6の相対関係、
操作手段8、9と表示手段10の相対関係など、各手段
間の位置姿勢をいっさい気にすることなく、位置姿勢計
測手段14からの計測結果情報23を元に変換行列算出
部24で算出した変換行列を用いて、操作手段8、9の
操作方向と表示手段10に表示される処置具11、12
の映像の動作方向を一致させることができる。これによ
り、実際に自分の手で処置を行なっているように、表示
手段10内に映る処置具11、12を動かしたい方向に
操作手段8、9を操作するだけでよくなるので、各手段
の配置によらず高い操作性を得ることが可能となる。Furthermore, the operator operates the manipulators 3-5.
, The relative relationship between the manipulators 3 to 5 and the operation means 8 and 9, the relative relationship between the manipulators 4 and 5 and the observation means 6,
The conversion matrix calculating unit 24 calculates based on the measurement result information 23 from the position / orientation measuring unit 14 without paying attention to the position / orientation between each unit such as the relative relationship between the operating units 8 and 9 and the display unit 10. Using the conversion matrix, the operating directions of the operating means 8 and 9 and the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10.
The motion directions of the images can be matched. As a result, it is sufficient to operate the operation means 8 and 9 in the direction in which the treatment tools 11 and 12 displayed in the display means 10 are to be moved, as if the treatment is actually performed by one's own hands. It is possible to obtain high operability regardless of the above.
【0062】さらには、画面内で処置具11、12が操
作方向に一致して動作するので、細かな動きが操作者の
意図通りに実現できる。よって、周囲の正常な組織を傷
付けることなく、必要な処置を正確に、かつ迅速に行な
え、治療の効果や処置の安全性が高まる。Furthermore, since the treatment tools 11 and 12 operate in the same direction as the operation direction on the screen, fine movements can be realized as intended by the operator. Therefore, the necessary treatment can be performed accurately and quickly without damaging the surrounding normal tissue, and the effect of treatment and the safety of treatment are enhanced.
【0063】また、操作性の変化を気にすることなく、
患者の体位や患部の位置、周囲の装置の配置の状況など
に応じて、マニピュレータ3〜5や観察手段6、操作手
段8、9を配置できるため、マニピュレータ3〜5や観
察手段6が患部にアプローチする姿勢をより適切に調整
して、治療を行なうことができる。Also, without worrying about the change in operability,
The manipulators 3 to 5 and the observation means 6 and the operation means 8 and 9 can be arranged according to the position of the patient, the position of the affected part, the situation of the arrangement of surrounding devices, etc. Treatment can be performed by adjusting the approaching posture more appropriately.
【0064】さらには、マニピュレータ3〜5の装備部
22は、識別手段15や中間リンク部と着脱自在である
ため、各手段の姿勢を検出するための機構が治療を行な
う医療スタッフや周囲の医療機器の邪魔になることがな
く、医師は治療に専念できる。また、これらの部品をは
ずしてしまうことで、これらの部品に医療スタッフが接
触して、マニピュレータや観察手段が動いてしまい、患
者の身体に接触することを防止できる。よって、マニピ
ュレータを用いた手術において、治療しやすい環境を医
療スタッフに提供することができる。Further, since the equipment part 22 of the manipulators 3 to 5 is detachable from the identification means 15 and the intermediate link part, the mechanism for detecting the posture of each means performs medical treatment for medical staff and surrounding medical care. The doctor can concentrate on the treatment without disturbing the device. In addition, by removing these parts, it is possible to prevent the medical staff from contacting these parts and moving the manipulator or the observation means, and thus contacting the body of the patient. Therefore, in the operation using the manipulator, it is possible to provide the medical staff with an environment that is easy to treat.
【0065】また、観察手段6と処置具11、12の相
対関係が常に算出可能であるため、術中に観察手段6を
動かすことができる。治療中に、患部が他の臓器や処置
具11、12の陰になって見えにくい場合、観察手段6
の姿勢を変えて、より観察しやすい姿勢に変えた場合で
も、前述したのと同様に表示手段10に映るマニピュレ
ータ4、5の動作方向と操作手段8、9の操作方向を一
致させることができる。Since the relative relationship between the observation means 6 and the treatment tools 11, 12 can be calculated at all times, the observation means 6 can be moved during the operation. During treatment, when the affected area is hidden behind other organs or the treatment tools 11, 12 and is difficult to see, the observation means 6
Even when the posture is changed to a posture that is easier to observe, the operation directions of the manipulators 4 and 5 displayed on the display unit 10 and the operation directions of the operation units 8 and 9 can be matched in the same manner as described above. .
【0066】さらには、マニピュレータ3〜5を使用し
ている最中に、各手段の配置を変えるなど、事前に計測
した情報が変更される場合でも、位置姿勢計測手段14
の新しい計測結果情報23に基づいて各手段間の座標変
換行列が更新されるので、常に、操作手段8、9と表示
手段10に表示される処置具11、12の映像の動作方
向を一致するように、マニピュレータ4、5を制御する
ことが可能である。Further, even when the information measured in advance is changed by changing the arrangement of each means while using the manipulators 3 to 5, the position / orientation measuring means 14 can be used.
Since the coordinate conversion matrix between each means is updated based on the new measurement result information 23, the operating directions of the images of the operating tools 8 and 9 and the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 are always matched. Thus, it is possible to control the manipulators 4, 5.
【0067】また、マニピュレータ4、5と操作手段
8、9の直接の相対関係が無関係であるため、操作手段
8、9を含む操作卓13を、術中に移動させたり、向き
を変えたりした場合でも、表示手段10に表示される処
置具11、12の映像の動作方向と操作手段8、9の操
作方向は一致を保ち、術前、術中に任意に操作卓13を
動かすことができる。よって、他の医療機器との兼ね合
いで、操作卓13を配置しやすい位置に常に移動できる
ため、運用上の利便性が高い。また、術中に移動させて
もそのまま引き続き操作可能であるため、マニピュレー
タ4、5と操作手段8、9の直接の相対関係を再設定す
るなどの手間もなく、迅速に手術を再開できる。Further, since the direct relative relationship between the manipulators 4 and 5 and the operating means 8 and 9 is irrelevant, when the operator console 13 including the operating means 8 and 9 is moved or changed during the operation. However, the operation directions of the images of the treatment instruments 11 and 12 displayed on the display means 10 and the operation directions of the operation means 8 and 9 are kept the same, and the operation console 13 can be arbitrarily moved before and during the operation. Therefore, in consideration of other medical devices, the operation console 13 can always be moved to a position where it can be easily arranged, which is highly convenient in operation. Further, since the operation can be continued as it is even if it is moved during the operation, the operation can be quickly restarted without the trouble of resetting the direct relative relationship between the manipulators 4 and 5 and the operation means 8 and 9.
【0068】これらに加えて、同調指示手段21を用い
て、操作手段7〜9からの指示伝達を切ったりつないだ
りできることで、マニピュレータ3〜5の位置を固定し
たまま、操作手段7〜9の姿勢を、操作しやすい様に調
整し、その後、同調を実行することで、操作しやすい姿
勢から、マニピュレータ3〜5を操作し始めることがで
きる。また、操作手段7〜9とマニピュレータ3〜5の
配置が任意なので、操作開始時に表示手段10に表示さ
れる処置具11、12の姿勢と操作手段8、9の姿勢は
異なることが考えられる。よって、操作開始時は同調実
行を切って、操作手段8、9と表示手段10に表示され
る処置具11、12を同じような姿勢に合わせてから、
同調実行の信号を送ることで、各装置の配置が任意の場
合に、表示手段10に表示される処置具11、12の映
像と操作手段8、9の姿勢を合わせて操作を開始するこ
とが可能になり、操作感の向上と、より的確に操作者の
意図を直感的に処置具11、12に反映させることがで
き、操作性の向上が図れる。In addition to these, the tuning instruction means 21 can be used to cut off or connect the instruction transmission from the operation means 7-9, so that the positions of the manipulators 3-5 are fixed and the operation means 7-9 are operated. By adjusting the posture so that it can be easily operated, and then performing the tuning, it is possible to start operating the manipulators 3 to 5 from the posture that is easy to operate. Further, since the operation means 7 to 9 and the manipulators 3 to 5 are arranged arbitrarily, it is conceivable that the postures of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 at the start of the operation and the postures of the operation means 8 and 9 are different. Therefore, when the operation is started, the tuning execution is stopped, and the operation tools 8 and 9 and the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 are adjusted to the same posture,
By sending a signal to execute synchronization, when the arrangement of each device is arbitrary, the operation can be started by aligning the images of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 with the postures of the operation means 8 and 9. This makes it possible to improve the operation feeling and more accurately and intuitively reflect the operator's intention on the treatment tools 11 and 12, thus improving the operability.
【0069】次に、識別手段15の異なる取付例を図6
を参照しながら説明する。図6は識別手段の異なる取付
例を示す斜視図であり、図4に対応する図である。この
取付例は、複数の回転自由度をリンクで結合し、識別手
段15の動作範囲を広くした例である。Next, a different mounting example of the identifying means 15 is shown in FIG.
Will be described with reference to. FIG. 6 is a perspective view showing a different mounting example of the identification means, and is a view corresponding to FIG. 4. This mounting example is an example in which a plurality of rotational degrees of freedom are linked by a link and the operating range of the identifying means 15 is widened.
【0070】結合部材151は図4の結合部材151と
同一の形状である。この結合部材151に第一の延長リ
ンク170を固定し、第一の延長リンク170と第二の
延長リンク171を回転自由に組み合わせる。第二の延
長リンク171の端部である組み合わせ部172はギア
になっており、第一の延長リンク170に固定された第
一の角度センサ173と第一の計測ギア174を介して
組み合わされている。第二の延長リンク171のもう一
方の端部は固定部材164と回転自由に組み合わされ
る。固定部材164は図3と同様にギア部163を有す
る。第二の角度センサ161が第二の延長リンク171
に固定され、計測ギア162を介してギア部163と組
み合わされる。固定部材164には複数の発光体169
が識別部材168に固定されてなる識別手段15が凹凸
を嵌め合わせて固定される。The connecting member 151 has the same shape as the connecting member 151 of FIG. The first extension link 170 is fixed to the coupling member 151, and the first extension link 170 and the second extension link 171 are rotatably combined. The combination portion 172, which is the end portion of the second extension link 171, is a gear, and is combined via the first angle sensor 173 fixed to the first extension link 170 and the first measurement gear 174. There is. The other end of the second extension link 171 is rotatably combined with the fixing member 164. The fixing member 164 has a gear portion 163 as in FIG. The second angle sensor 161 has a second extension link 171.
And is combined with the gear portion 163 via the measurement gear 162. The fixing member 164 has a plurality of light emitters 169.
The identification means 15, which is fixed to the identification member 168, is fixed by fitting irregularities.
【0071】第二の延長リンク171の回転角度は第一
の角度センサ173によって計測され、識別手段15の
回転角度は第二の角度センサ161によって計測するこ
とができる。これらの角度情報と、第一の延長リンク1
70および第二の延長リンク171の長さと、識別手段
15を位置姿勢計測手段14で計測して得られる識別手
段15の位置姿勢の情報を合わせて、図6に示す中間リ
ンク部を有する識別手段15が装備された各手段の座標
の向きを算出することが可能である。延長リンク17
0、171により、識別手段15の動作範囲が広がり、
より広範囲で計測に適した姿勢に識別手段15の位置と
向きを調整可能となる。識別手段15の調整範囲が広が
ることで、各手段の配置の自由度が広がり、より患者の
体位や治療に適した配置で手術を行なうことが可能とな
る。The rotation angle of the second extension link 171 can be measured by the first angle sensor 173, and the rotation angle of the identifying means 15 can be measured by the second angle sensor 161. These angle information and the first extension link 1
The length of the 70 and the second extension link 171 and the information on the position and orientation of the identifying means 15 obtained by measuring the identifying means 15 by the position and orientation measuring means 14 are combined, and the identifying means having the intermediate link portion shown in FIG. It is possible to calculate the coordinate orientation of each means equipped with 15. Extension link 17
0, 171, the operating range of the identification means 15 is expanded,
The position and orientation of the identification unit 15 can be adjusted to a posture suitable for measurement in a wider range. By widening the adjustment range of the identification means 15, the degree of freedom in the arrangement of each means is expanded, and it becomes possible to perform surgery in an arrangement more suitable for the patient's body position and treatment.
【0072】次に、識別手段15を取付ける中間リンク
部の異なる取付例を図7を参照しながら説明する。図7
は識別手段を取付けるの中間リンク部の異なる例を示す
分解斜視図である。図7では、装備部22へ嵌め合わせ
る中間リンク部のみ図示して識別手段を省略してある。
中間リンク部に固定する識別手段は図3と同様である。Next, a different mounting example of the intermediate link portion for mounting the identifying means 15 will be described with reference to FIG. Figure 7
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a different example of the intermediate link portion for attaching the identification means. In FIG. 7, only the intermediate link part fitted to the equipment part 22 is shown and the identification means is omitted.
The identification means fixed to the intermediate link part is the same as in FIG.
【0073】装備部22の凹部179と結合部175の
凸部178とは嵌め合わせ可能である。凹部179は、
嵌め合わせた結合部175の回転方向の角度を一意に決
定できるように、上下左右が非対称の形状をしている。
この凹部179の周囲には結合用磁石177が固定され
ており、嵌め合わされた結合部材175の固定フランジ
176と磁力により固定される。深さ方向についても、
結合用磁石177と固定フランジ176とが接触する位
置で一意に決定される。結合部材175は、他の例と同
様に固定部材164を回転自由に結合させたり、図示し
ていないが延長リンク170などを結合させたりするこ
となどが可能である。また、自由度を持つ部位には、こ
れまでの例と同様、角度センサ161と計測ギア162
とギア部163の組み合わせによって、回転角度が計測
可能である。長さ方向に並進自由度を持つリンクの場合
は、距離を計測するようにセンサを構成すればよく、移
動距離計測の手法は、並進動作を回転に変換して角度セ
ンサにより計測する手法や、移動距離に応じて計測ワイ
ヤが引き出される方式のセンサや、並進型のポテンショ
メータ、あるいは、光学センサなどを用いる手法によっ
て容易に実現可能である。The concave portion 179 of the equipment portion 22 and the convex portion 178 of the coupling portion 175 can be fitted together. The recess 179 is
The upper and lower sides and the left and right sides are asymmetrical so that the angle of the fitted coupling portion 175 in the rotation direction can be uniquely determined.
A coupling magnet 177 is fixed around the recess 179, and is fixed by magnetic force to the fixing flange 176 of the fitted coupling member 175. Also in the depth direction,
It is uniquely determined at the position where the coupling magnet 177 and the fixed flange 176 contact each other. The coupling member 175 can rotatably couple the fixing member 164 as in other examples, or can couple the extension link 170 and the like (not shown). In addition, as in the previous examples, the angle sensor 161 and the measurement gear 162 are attached to the portion having the degree of freedom.
The rotation angle can be measured by the combination of the gear part 163 and the gear part 163. In the case of a link having a translational degree of freedom in the length direction, a sensor may be configured to measure a distance, and a method of measuring a moving distance is a method of converting a translational motion into rotation and measuring with an angle sensor, It can be easily realized by a method using a sensor in which a measuring wire is pulled out according to a moving distance, a translational potentiometer, an optical sensor, or the like.
【0074】この取付例では、結合部材175と装備部
22は磁力を用いて結合されるため、より着脱が容易で
あり、識別手段の着脱にかかる手間をさらに軽減するこ
とができる。In this mounting example, since the coupling member 175 and the equipment portion 22 are coupled by using magnetic force, the attachment / detachment is easier and the labor for attaching / detaching the identification means can be further reduced.
【0075】マニピュレータ3〜5の三次元的な位置姿
勢を特定する手段として、マーカーセットを用いる光学
的計測手法を代表として記述したが、本発明は、三次元
的な位置姿勢を特定するために、他の手法を用いてもか
まわない。例えば、磁気センサを用いた装置も利用可能
である。位置姿勢計測手段14が、発光体169ではな
く、磁性体を識別手段15として用いる場合は、上記の
識別手段15であるマーカーセットが、利用する三次元
位置計測装置に適した識別手段になる。識別手段を用い
て三次元空間内での位置姿勢を計測する装置であれば、
同様の手法が利用可能である。As a means for specifying the three-dimensional position and orientation of the manipulators 3 to 5, an optical measurement method using a marker set has been described as a representative, but the present invention is intended to specify the three-dimensional position and orientation. , Other methods may be used. For example, a device using a magnetic sensor can also be used. When the position / orientation measuring unit 14 uses a magnetic material instead of the light emitting body 169 as the identifying unit 15, the marker set that is the identifying unit 15 is an identifying unit suitable for the three-dimensional position measuring apparatus to be used. If it is a device that measures the position and orientation in the three-dimensional space using the identification means,
Similar techniques are available.
【0076】次に、位置姿勢計測手段14の異なる例を
図8を参照しながら説明する。図8は図1に示す位置姿
勢計測手段の変形例を説明するための斜視図である。こ
の図8では、上述した識別手段15を利用した位置姿勢
計測手段14ではなく、装置間の座標の傾きを計測する
手法を用いた位置姿勢計測手段14について述べる。Next, a different example of the position / orientation measuring means 14 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view for explaining a modified example of the position and orientation measuring means shown in FIG. In FIG. 8, not the position / orientation measuring means 14 using the identifying means 15 described above, but the position / orientation measuring means 14 using a method of measuring the inclination of the coordinates between the devices will be described.
【0077】図8はマニピュレータ間を一つ以上の回転
可能な関節もしくは並進動作可能な直動部を有するリン
クで結合し、マニピュレータ同士の座標の回転行列を求
める例である。マニピュレータ3とマニピュレータ4と
を結合する場合を例として説明する。FIG. 8 shows an example in which the manipulators are connected by one or more rotatable joints or links having translational linear motion portions to obtain a rotation matrix of coordinates of the manipulators. The case where the manipulator 3 and the manipulator 4 are connected will be described as an example.
【0078】マニピュレータ3の装備部22と結合させ
る結合部材151に第一の延長リンク170が固定され
る。第一の延長リンク170と第二の延長リンク171
とが回転自由に結合される。第二の延長リンク171は
一端に第一の延長リンク170と嵌め合わせるギア部1
72を有し、第一の延長リンク170に固定される角度
センサ173のギア部172が計測ギア174に噛み合
わされる。これにより、第二の延長リンク171の第一
の延長リンク170に対する回転角度が角度センサ17
3により計測可能となる。The first extension link 170 is fixed to the connecting member 151 to be connected to the equipment part 22 of the manipulator 3. First extension link 170 and second extension link 171
And are rotatably combined. The second extension link 171 has a gear portion 1 fitted at one end with the first extension link 170.
The gear portion 172 of the angle sensor 173, which has 72 and is fixed to the first extension link 170, is meshed with the measurement gear 174. As a result, the rotation angle of the second extension link 171 with respect to the first extension link 170 is determined by the angle sensor 17.
It becomes possible to measure by 3.
【0079】第二の延長リンク171のもう一方の端は
第三の延長リンク183と回転自由に結合される。第三
の延長リンク183は一端に第二の延長リンク171の
端部180と嵌め合わせるギア部181を有し、第二の
延長リンク171の端部180に固定される角度センサ
189とギア部181が計測ギア182を介して組み合
わされる。これにより、第三の延長リンク183の第二
の延長リンク171に対する回転角度が角度センサ18
9により計測可能となる。The other end of the second extension link 171 is rotatably connected to the third extension link 183. The third extension link 183 has a gear portion 181 fitted at one end with the end portion 180 of the second extension link 171, and the angle sensor 189 and the gear portion 181 fixed to the end portion 180 of the second extension link 171. Are combined via the measuring gear 182. As a result, the rotation angle of the third extension link 183 with respect to the second extension link 171 is determined by the angle sensor 18.
It becomes possible to measure by 9.
【0080】第三の延長リンク183のもう一方の端に
は第四の延長リンク187と回転自由に結合するギア部
184を有し、第四の延長リンク187に固定される角
度センサ186のギア部184が計測ギア185に噛み
合わされる。これにより、第三の延長リンク183の第
四の延長リンク187に対する回転角度が角度センサ1
86により計測可能となる。At the other end of the third extension link 183, there is a gear portion 184 which is rotatably coupled to the fourth extension link 187, and the gear of the angle sensor 186 fixed to the fourth extension link 187. The portion 184 is meshed with the measurement gear 185. As a result, the rotation angle of the third extension link 183 with respect to the fourth extension link 187 is determined by the angle sensor 1.
It becomes possible to measure by 86.
【0081】第四の延長リンク187のもう一方の端
は、マニピュレータ4の装備部22に結合する結合部材
188が固定されている。At the other end of the fourth extension link 187, a connecting member 188 for connecting to the equipment portion 22 of the manipulator 4 is fixed.
【0082】マニピュレータ3と結合部材材151を結
合させ、マニピュレータ4と結合部材材188を結合さ
せると、マニピュレータ3、4同士の相対姿勢と相対距
離に応じて、第一の延長リンク170と第二の延長リン
ク171との間の角度、および、第二の延長リンク17
1と第三の延長リンク183との間の角度、および、第
三の延長リンク183と第四の延長リンク187との角
度が変化する。この時の各角度の値を角度センサ17
3、189、186によって計測できる。この計測結果
と、第二の延長リンク171と第三の延長リンク183
の長さから、マニピュレータ3、4同士の相対姿勢を算
出することが可能となる。これらの値はマニピュレータ
の制御装置32に取り込まれ、マニピュレータ3、4の
座標間の回転行列を算出し、制御において、これを利用
することができる。When the manipulator 3 and the connecting member material 151 are connected and the manipulator 4 and the connecting member material 188 are connected, the first extension link 170 and the second extension link 170 and the second extension link 170 are connected according to the relative posture and relative distance between the manipulators 3 and 4. Between the extension link 171 and the second extension link 17
The angle between the first extension link 183 and the third extension link 183 and the angle between the third extension link 183 and the fourth extension link 187 change. The value of each angle at this time is determined by the angle sensor 17
3, 189, 186 can be measured. This measurement result, the second extension link 171 and the third extension link 183
It is possible to calculate the relative postures of the manipulators 3 and 4 from the length of. These values are taken into the control device 32 of the manipulator, the rotation matrix between the coordinates of the manipulators 3 and 4 is calculated, and this can be used in control.
【0083】マニピュレータ3、4間を結合する計測リ
ンクを用いた位置姿勢計測手段14も計測終了とともに
マニピュレータ3、4から取り外すことが可能であり、
患者の周囲の空間を位置姿勢計測手段14で占有しない
ようにすることができる。また、治療途中に再びマニピ
ュレータ3、4の配置を変える時は、再度、計測リンク
を用いた位置姿勢計測手段14を装備部22に結合すれ
ばよい。マニピュレータ3、4に位置姿勢計測手段14
を結合させたままでも特に邪魔にならない場合は、その
まま結合させておいてもよい。この場合でも、治療中、
マニピュレータ3、4を動かしたくなった時はいつでも
配置変更が行なえ、常に最新の相対姿勢の情報を計測可
能である。The position / orientation measuring means 14 using a measurement link connecting the manipulators 3 and 4 can also be removed from the manipulators 3 and 4 upon completion of the measurement.
It is possible not to occupy the space around the patient with the position and orientation measuring means 14. Further, when changing the arrangement of the manipulators 3 and 4 again during the treatment, the position / orientation measuring means 14 using the measurement link may be connected to the equipment section 22 again. Position / orientation measuring means 14 is attached to the manipulators 3 and 4.
If there is no particular hindrance even if they are combined, they may be combined as they are. Even in this case, during treatment,
Whenever it is desired to move the manipulators 3 and 4, the arrangement can be changed, and the latest relative posture information can always be measured.
【0084】図8の計測リンクを用いた位置姿勢計測手
段14において、第二の延長リンク171の一端である
角度センサ189を固定する端部180から第五の延長
リンクを第三の延長リンクと干渉しない様に回転自由に
結合させて設け、さらに第五の延長リンクから他の延長
リンクと同様に垂直方向の第六の延長リンクを介して別
の結合部材に結合する構成にすることも可能である。こ
れにより、一度に結合できるマニピュレータの数を二つ
から、三つに増やし、それぞれの相対姿勢を一度に計測
可能になり、術中の計測の手間を軽減することが可能に
なる。同様の手法で、マニピュレータの装備部22と結
合する部位を三つ以上に増やすことも可能である。In the position / orientation measuring means 14 using the measurement link of FIG. 8, the fifth extension link from the end portion 180 for fixing the angle sensor 189 which is one end of the second extension link 171 to the third extension link. It is also possible to rotatably connect so as not to interfere with each other, and to connect to another connecting member from the fifth extension link through the sixth extension link in the vertical direction like other extension links. Is. As a result, the number of manipulators that can be combined at one time is increased from two to three, and the relative postures of each can be measured at one time, and the labor of measurement during surgery can be reduced. By the same method, it is possible to increase the number of parts that are connected to the equipment part 22 of the manipulator to three or more.
【0085】計測対象から着脱自在の図8に示した計測
リンクの一部を天井や手術ベッド、患者を固定するフレ
ーム、あるいは床上を可搬することの可能な保持器に固
定する構成にすることも可能である。これにより、取り
外した計測リンクを、術中に再び利用可能とするため
に、清潔区域内に保管する場所を確保することなく、マ
ニピュレータからはずして邪魔にならない位置に移動さ
せるだけで、術中の清潔を保ち、かつ利用したい時にす
ぐに再結合することが容易になる。よって、手術の流れ
を妨げず、迅速な装置運用が可能になる。A part of the measurement link shown in FIG. 8 which is detachable from the object to be measured is fixed to a ceiling, an operation bed, a frame for fixing a patient, or a holder which can be carried on the floor. Is also possible. This allows the detached measuring link to be removed from the manipulator and moved to an unobtrusive position without making room for storage in a clean area so that it can be used again during the operation. It is easy to keep and quickly rejoin when you want to use it. Therefore, it is possible to quickly operate the device without disturbing the flow of surgery.
【0086】図8に係わる説明では、マニピュレータ間
の姿勢の相対関係を表したが、同様に、表示手段と操作
手段の間の相対関係を計測することも可能である。In the description relating to FIG. 8, the relative relationship between the postures of the manipulators is shown, but similarly, the relative relationship between the display means and the operating means can be measured.
【0087】観察手段6と処置具11、12の相対距離
が分かることで、表示手段10の画面上でのマニピュレ
ータの動作量を算出することが可能になる。この動作量
を操作手段8、9の操作量と合わせるように制御するこ
とも可能であるし、操作手段8、9の動作の所定の倍率
の動きをマニピュレータに実施させることも制御可能で
ある。外科医の好みや、治療の状況、手技や治療方法に
応じて動作の倍率を変更すること可能であり、より操作
性を向上させることができる。By knowing the relative distance between the observation means 6 and the treatment tools 11 and 12, it becomes possible to calculate the amount of movement of the manipulator on the screen of the display means 10. It is possible to control the operation amount so as to match the operation amount of the operation means 8 and 9, and it is also possible to control the manipulator to move the operation means 8 and 9 at a predetermined magnification. It is possible to change the magnification of the operation according to the surgeon's preference, the treatment situation, the procedure and the treatment method, and the operability can be further improved.
【0088】上述した実施例では、観察手段6を装備し
ている装置も制御可能なマニピュレータ3であるとした
が、例えば、各関節角度を手動で調整、固定できる支持
手段であってもよい。In the embodiment described above, the device equipped with the observation means 6 is also the manipulator 3 which can be controlled. However, for example, it may be a support means capable of manually adjusting and fixing each joint angle.
【0089】次に、観察手段6を装備した支持手段の例
を図9を参照しながら説明する。図9は図1に示す観察
手段を装備した支持手段の例を示す斜視図である。Next, an example of the supporting means equipped with the observing means 6 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view showing an example of supporting means equipped with the observing means shown in FIG.
【0090】第一の支持リンク50と第二の支持リンク
51は並進可能に接続されている。第二の支持リンク5
1と第三の支持リンク53、第三の支持リンク53と第
四の支持リンク55、第四の支持リンク55と第五の支
持リンク57は、それぞれ回転可能な関節52、54、
56で接続されている。第五の支持リンク57と第六の
支持リンク59は捻じり関節58でねじり可能に接続さ
れている。第六の支持リンク59の端部60と把持部6
1は回転可能に接続されている。把持部61は観察手段
6の一部を挟み込み、あるいは、挿入して、固定するこ
とが可能である。図9では、把持部61の中空部に観察
手段6のレンズ部62を挿入し、固定ねじ63で固定す
る様子を図示している。The first support link 50 and the second support link 51 are translationally connected. Second support link 5
The first and third support links 53, the third support link 53 and the fourth support link 55, and the fourth support link 55 and the fifth support link 57 are rotatable joints 52 and 54, respectively.
Connected at 56. The fifth support link 57 and the sixth support link 59 are twistably connected by a torsion joint 58. The end portion 60 of the sixth support link 59 and the grip portion 6
1 is rotatably connected. The grasping portion 61 can fix the observation means 6 by sandwiching or inserting a part thereof. FIG. 9 shows a state in which the lens portion 62 of the observation means 6 is inserted into the hollow portion of the grip portion 61 and fixed with the fixing screw 63.
【0091】第一の支持リンク50には、識別手段15
が固定されており、位置姿勢計測手段14から、支持手
段の基点となる部位の位置姿勢を計測することができる
ようになっている。各可動部には、図8に示したよう
な、回転角度を計測する角度センサや、並進距離を計測
するリニアセンサが設けられており、可動量を計測可能
である。各支持リンク50、51、53、55、57の
長さと、センサ情報から、把持部61に固定した観察手
段6の姿勢を算出することができる。The identification means 15 is provided on the first support link 50.
Is fixed, and the position / orientation measuring means 14 can measure the position / orientation of a portion serving as a base point of the supporting means. Each movable part is provided with an angle sensor for measuring a rotation angle and a linear sensor for measuring a translational distance as shown in FIG. 8, and the movable amount can be measured. From the length of each support link 50, 51, 53, 55, 57 and the sensor information, the attitude of the observation means 6 fixed to the grip 61 can be calculated.
【0092】支持手段の自由度の数や機構は症例や体位
などに合わせて適宜最適あるいは最小限と思われる自由
度を有していればよい。The number of degrees of freedom of the support means and the mechanism thereof may be those that are considered to be optimal or minimum according to the case and the posture.
【0093】観察手段6は助手によって保持されていて
もよい。この場合、観察手段6の座標系ΣEの向きは、
非接触で姿勢を検出する手法が好ましい。例えば、上述
した実施例で示したように、姿勢を検出する識別手段1
5を三次元位置計測装置で常に識別手段15の向きを計
測する手法を用いる。観察手段6には識別手段15を所
定の姿勢で装備する装備部22を設け、識別手段15の
姿勢を常に計測しつづける。識別手段15の取付け姿勢
は観察手段6に対して既知の姿勢となるため、座標系Σ
Eの向きを算出可能である。マニピュレータ4、5の座
標系ΣSの向きを検出する識別手段15も同様に常に計
測し、観察手段6の保持姿勢の変化に合わせて、座標系
ΣEと座標系ΣSの間の回転行列を算出する。回転行列
を用いた制御方法は上述した説明と同様に行われる。こ
れによって、観察手段6を人が保持した場合でも、表示
手段10に映し出される処置具11、12の映像の動作
方向と操作手段8、9の操作方向を合わせるようにマニ
ピュレータ4、5を制御可能となる。The observation means 6 may be held by an assistant. In this case, the orientation of the coordinate system ΣE of the observation means 6 is
A method of detecting the posture without contact is preferable. For example, as shown in the above-described embodiment, the identification means 1 for detecting the posture
5 is a method for constantly measuring the orientation of the identifying means 15 with a three-dimensional position measuring device. The observing means 6 is provided with an equipment section 22 equipped with the identifying means 15 in a predetermined posture, and the posture of the identifying means 15 is constantly measured. Since the mounting posture of the identifying means 15 is a known posture with respect to the observing means 6, the coordinate system Σ
The direction of E can be calculated. Similarly, the discriminating means 15 for detecting the orientation of the coordinate system ΣS of the manipulators 4 and 5 is always measured in the same manner, and the rotation matrix between the coordinate system ΣE and the coordinate system ΣS is calculated according to the change of the holding posture of the observing means 6. . The control method using the rotation matrix is performed in the same manner as described above. With this, even when a person holds the observing means 6, the manipulators 4 and 5 can be controlled so that the operation directions of the images of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 and the operation directions of the operation means 8 and 9 are matched. Becomes
【0094】上述した実施例では、回転行列CMD、C
DE、CESを用いて操作手段の操作方向と表示手段に
表示される処置具11、12の映像の動作方向とを一致
させる例を示したが、回転行列CDE、CESのみを用
いて操作方向を座標変換するようにしてもよい。この場
合、表示手段10に対する操作手段8、9の操作方向は
任意となり、予め操作手段に設定した規則に従い、表示
手段10に表示される処置具11、12の動作方向を制
御することになる。つまり、操作手段8、9に固定され
た座標系ΣMのXM方向に操作した場合は、操作手段1
1、12と表示手段10との間の相対的な姿勢の関係に
係らず、表示手段10のXD方向に表示手段10に表示
される処置具11、12を制御する。In the above embodiment, the rotation matrices CMD, C
An example has been shown in which the operating directions of the operating means and the operating directions of the images of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means are made to match by using DE and CES, but the operating directions are set by using only the rotation matrices CDE and CES. The coordinates may be converted. In this case, the operation directions of the operation means 8 and 9 with respect to the display means 10 are arbitrary, and the operation directions of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 are controlled according to the rule set in advance in the operation means. In other words, when operating in the XM direction of the coordinate system ΣM fixed to the operating means 8 and 9, the operating means 1
The treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 are controlled in the XD direction of the display means 10 irrespective of the relative posture relationship between the display means 10 and 1.
【0095】係る制御動作を図10を参照しながら説明
する。図10は図1の手術支援装置における図5と異な
る制御動作のフローチャート図である。The control operation will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart of a control operation of the surgery support apparatus of FIG. 1 different from that of FIG.
【0096】この制御動作では、図5とはステップ44
の処理が異なり、操作方向が意味する表示手段10に対
する方向を座標変換する処理を行なう。すなわち、図1
0のステップ70に具体的に示すように、ベクトルが意
味する動作方向を回転行列CDE、CESを用いて座標
変換し、座標系D・Sにおける処置具の動作方向ベクト
ルD・Sを算出するステップに変更したものである。This control operation is different from FIG. 5 in step 44.
Is different, and the process of performing coordinate conversion of the direction of the display means 10, which means the operation direction, is performed. That is, FIG.
As specifically shown in step 70 of 0, a step of performing coordinate conversion of the motion direction indicated by the vector using the rotation matrices CDE and CES, and calculating the motion direction vector D · S of the treatment tool in the coordinate system D · S. It has been changed to.
【0097】他の装置との兼ね合いで操作手段8、9や
表示手段10を配置する場所が十分に確保できない場合
などに、表示手段10を操作者からみて斜めの方向に設
置せざるを得なくなることがあるが、このような場合に
は、操作手段8、9の操作方向を直接処置具11、12
の映像の動作方向に一致させるよりは、操作手段8、9
をどちらに操作したら、表示手段10内でどちらに処置
具11、12が動作するかを予め設定した規則に従い制
御したほうが、操作性が向上する場合がある。When it is not possible to secure a sufficient space for arranging the operation means 8 and 9 and the display means 10 in consideration of other devices, the display means 10 must be installed in an oblique direction as seen from the operator. However, in such a case, the operating directions of the operating means 8 and 9 are directly set to the treatment tools 11 and 12.
Operation means 8 and 9 rather than matching the movement direction of the image of
In some cases, the operability may be improved by controlling which of the treatment tools 11 and 12 is operated in the display means 10 according to a preset rule.
【0098】操作手段8、9と表示手段10との間の相
対姿勢で、座標変換を行ない、操作手段8、9と表示手
段10に表示される処置具11、12の映像との間で、
操作方向と動作方向の一致を実現するか、あるいは、操
作手段8、9と表示手段10の間で設定した規則に従
い、表示手段10に表示される処置具11、12の映像
の動作方向を制御するかは、スイッチなどで切替え可能
とすることで、手術支援装置を使用する外科医の好みに
に合わせて、あるいは、操作卓13周囲の広さなどの状
況に応じてより的確に選択可能となり、より的確で操作
性の高い治療を実現することが可能となる。Coordinate conversion is performed with the relative attitude between the operating means 8 and 9 and the display means 10, and between the operating means 8 and 9 and the images of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10,
Either the operation direction and the operation direction are made coincident with each other, or the operation direction of the images of the treatment tools 11, 12 displayed on the display means 10 is controlled according to the rule set between the operation means 8, 9 and the display means 10. By making it possible to switch with a switch or the like, it becomes possible to select more accurately according to the preference of the surgeon who uses the surgery support device or according to the situation such as the size of the operation console 13 surroundings, It is possible to realize a more accurate and highly operable treatment.
【0099】次に、表示手段と操作手段との配置構成の
変形例を図11を参照しながら説明する。図11は表示
手段と操作手段とを一体に配置した例の斜視図である。
この図11では、表示手段10の左右に二つの操作手段
8、9を配置し、操作方向が表示手段10に表示される
処置具をどちらに動作させるかを操作手段8、9に予め
設定している。Next, a modification of the arrangement of the display means and the operating means will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a perspective view of an example in which the display means and the operation means are integrally arranged.
In FIG. 11, two operation means 8 and 9 are arranged on the left and right of the display means 10, and the operation means 8 and 9 is preset with which of the treatment tools whose operation direction is to be displayed on the display means 10 should be operated. ing.
【0100】表示装置10の左右に操作手段8、9が表
示装置10と一体で構成されている。操作手段8、9は
複数の方向支持ボタンからなる。上ボタン73を押す
と、表示手段上方を示す方向支持マーク80の方向へ処
置具12が動作し、右ボタン74を押すと、表示手段右
を示す方向支持マーク81の方向へ処置具12が動作
し、下ボタン75を押すと、表示手段下方を示す方向支
持マーク82の方向へ処置具12が動作し、左ボタン7
6を押すと、表示手段左を示す方向支持マーク83の方
向へ処置具12が動作する。奥ボタン77を押すと、表
示手段の奥方向へ処置具12が動作し、手前ボタン78
を押すと、表示手段の手前方向へ処置具12が動作す
る。把持ボタン79を押すと、処置具12は先端の把持
部が閉じる。このように、処置具11、12と同様の動
作が出来ない操作手段8、9を用いて、操作手段8、9
の操作と、それが意味する、表示された処置具11、1
2の動作とを一対一で所定の規則で対応づけすること
で、表示手段10に表示された処置具11、12を、任
意に配置された観察手段6とマニピュレータ4、5の相
対姿勢によらず、常に同一の操作性を実現することがで
きる。On the left and right sides of the display device 10, operating means 8 and 9 are formed integrally with the display device 10. The operation means 8 and 9 are composed of a plurality of direction support buttons. When the upper button 73 is pressed, the treatment tool 12 moves toward the direction support mark 80 indicating the upper side of the display means, and when the right button 74 is pressed, the treatment tool 12 moves toward the direction support mark 81 indicating the right side of the display means. Then, when the lower button 75 is pressed, the treatment tool 12 moves toward the direction support mark 82 indicating the lower side of the display means, and the left button 7
When 6 is pressed, the treatment tool 12 moves in the direction of the direction support mark 83 indicating the left side of the display means. When the back button 77 is pressed, the treatment tool 12 moves toward the back of the display means, and the front button 78 is pressed.
When is pressed, the treatment tool 12 operates in the front direction of the display means. When the grip button 79 is pressed, the grip portion at the distal end of the treatment tool 12 is closed. In this way, by using the operation means 8 and 9 that cannot perform the same operation as the treatment tools 11 and 12, the operation means 8 and 9 are used.
Operation and the indicated treatment tools 11, 1
The treatment tools 11 and 12 displayed on the display means 10 are made to correspond to each other by the relative postures of the observation means 6 and the manipulators 4 and 5 which are arbitrarily arranged by associating the movements of No. 2 and the movements of 2 with a predetermined rule. Instead, the same operability can be always realized.
【0101】以上述べた実施例によれば、治療に必要な
観察手段6、処置具11、12、観察手段6からの情報
を提示する表示手段10、処置具11、12の位置姿勢
を操作する操作手段8、9のそれぞれの配置を、操作者
の希望に合わせた任意の位置に配置することができ、か
つ、その任意の配置状態にもかかわらず、表示手段10
に表示される処置具11、12の動作方向を、操作手段
8、9の操作方向に一致させる様に制御することが可能
になり、常に同一の操作性を得られ、さらに、操作方向
と画面内の動作方向が一致するので、操作者が直接処置
具11、12を把持して操作しているようなより快適な
操作性が得られる。また、それぞれ独立した各手段は、
治療に最適な姿勢へと配置する自由度が高く、治療中は
医療スタッフの邪魔になることもなく、複数のマニピュ
レータを用いるような治療においても、より作業しやす
い環境を提供することができる。According to the embodiment described above, the position and orientation of the observing means 6, the treatment tools 11, 12 required for the treatment, the display means 10 for presenting information from the observing means 6, and the treatment tools 11, 12 are operated. The respective arrangements of the operation means 8 and 9 can be arranged at arbitrary positions according to the wishes of the operator, and the display means 10 can be arranged despite the arbitrary arrangement state.
It is possible to control the operation directions of the treatment tools 11 and 12 displayed on the display so as to match the operation directions of the operation means 8 and 9, and always obtain the same operability. Since the inner operation directions are the same, more comfortable operability as if the operator directly grasps and operates the treatment tools 11, 12 can be obtained. In addition, each independent means,
The degree of freedom in arranging the patient in an optimal posture for treatment is high, it does not interfere with medical staff during treatment, and it is possible to provide an environment in which it is easier to work even in treatment using a plurality of manipulators.
【0102】また、表示手段10に表示される処置具1
1、12の動作方向を、表示手段10と操作手段8、9
の相対的な姿勢の関係に係らず、予め決められた対応を
元に指示できるので、操作者がより操作しやすい配置に
操作手段8、9と表示手段10を配置して治療を行なう
ことができる。よって、操作者の事情で、画面を脇にお
いて、斜めに見ながら操作を行なう場合でも、操作手段
8、9を正面において操作を行なう場合でも同一の操作
性で処置具11、12を操作可能となるので、操作手段
8、9の操作と表示手段10に対する処置具11、12
の動作が常に同一に保たれる。これにより、操作者は操
作に慣れやすく、より的確に治療動作に対するの意志を
正確に反映させた治療が可能になる。Further, the treatment tool 1 displayed on the display means 10
The movement directions of 1 and 12 are indicated by display means 10 and operation means 8 and 9.
Since it is possible to give an instruction based on a predetermined correspondence regardless of the relative posture relationship of, the treatment can be performed by arranging the operation means 8 and 9 and the display means 10 in an arrangement that is easier for the operator to operate. it can. Therefore, depending on the operator's circumstances, the treatment tools 11 and 12 can be operated with the same operability regardless of whether the operation is performed while looking at the screen sideways and obliquely, or when the operation means 8 and 9 are operated in front. Therefore, the operation tools 8 and 9 are operated and the treatment tools 11 and 12 for the display means 10 are operated.
The behavior of is always kept the same. As a result, the operator can easily get used to the operation, and it becomes possible to perform the treatment in which the intention for the treatment operation is accurately reflected more accurately.
【0103】このように、より的確に意志を反映させや
すい環境を提供できることから、治療の正確さ、緻密さ
を向上させ、ひいては治療効果の向上と低侵襲化が期待
できる。As described above, since it is possible to provide an environment in which the will can be reflected more accurately, it is expected that the accuracy and precision of the treatment will be improved, and that the treatment effect will be improved and the treatment will be less invasive.
【0104】まとめとして、本発明に係わる構成に関し
て以下の事項を開示する。As a summary, the following matters will be disclosed regarding the configuration according to the present invention.
【0105】任意に配置された内視鏡などの観察手段
と、処置具を有するマニピュレータと、モニタなどの表
示手段とマニピュレータを操作する操作手段が任意に配
置された環境で、操作手段を操作する方向と表示手段に
映る処置具が動く方向とを一致するよう制御する構成と
する。The operation means is operated in an environment in which the observation means such as an endoscope and the like, the manipulator having the treatment tool, the display means such as a monitor and the operation means for operating the manipulator are arbitrarily arranged. The direction and the direction of movement of the treatment tool displayed on the display means are controlled so as to coincide with each other.
【0106】また、操作手段の操作方向と、表示手段に
映る処置具の動く方向とを、予め設定した対応関係で一
致させるように構成する。Further, the operation direction of the operation means and the movement direction of the treatment tool displayed on the display means are made to coincide with each other in a preset correspondence relationship.
【0107】さらには、保持手段によって保持された観
察手段と、観察手段を保持する保持手段から独立した観
察手段に観察されるマニピュレータのそれぞれに、観察
手段とマニピュレータの姿勢を計測可能な識別手段を着
脱自在に装備し、この識別手段を介して観察手段とマニ
ピュレータの姿勢を計測して得られる観察手段とマニピ
ュレータの間の姿勢を一致させる回転行列を算出し、操
作手段に入力された操作方向に回転行列を用いて変換し
た方向にマニピュレータを動作させる制御系を有する構
成とする。Further, for each of the observing means held by the holding means and the manipulator observed by the observing means independent of the holding means for holding the observing means, an identifying means capable of measuring the postures of the observing means and the manipulator is provided. It is removably equipped and calculates the rotation matrix that matches the posture between the observation means and the manipulator obtained by measuring the postures of the observation means and the manipulator via this identification means, and calculates the operation direction input to the operation means. The configuration has a control system that operates the manipulator in the direction converted using the rotation matrix.
【0108】さらには、識別手段と観察手段もしくはマ
ニピュレータとの間に、一つ以上の自由度と、自由度の
変位量を計測する変位量計測手段を有し、識別手段を解
して得られる位置姿勢と変位量計測手段の計測量から、
観察手段もしくはマニピュレータの間の姿勢を一致させ
る回転行列を算出し、操作手段に入力された操作方向に
回転行列を用いて変換した方向にマニピュレータを動作
させる制御系を有する構成とする。Further, one or more degrees of freedom and a displacement amount measuring means for measuring a displacement amount of the degrees of freedom are provided between the identifying means and the observing means or manipulator, and the identifying means is obtained. From the position and orientation and the measurement amount of the displacement amount measuring means,
A rotation matrix that matches the postures between the observation means and the manipulator is calculated, and a control system that operates the manipulator in a direction converted using the rotation matrix to the operation direction input to the operation means is provided.
【0109】さらには、周期的に、あるいはマニピュレ
ータもしくは観察手段を保持する保持手段もしくは表示
手段もしくは操作手段の配置が変更された場合に、回転
行列を再計算し、再計算した回転行列を用いて、マニピ
ュレータの動作方向を算出する制御装置を有する構成と
する。Furthermore, the rotation matrix is recalculated when the arrangement of the holding means for holding the manipulator or the observation means, the display means, or the operating means is changed periodically, and the recalculated rotation matrix is used. , And a control device for calculating the operation direction of the manipulator.
【0110】さらには、マニピュレータの座標系と、観
察手段の先端の座標系を関係づける座標変換行列と、観
察手段の座標系と表示手段に固定された座標系を関係づ
ける座標変換行列と、表示手段に固定された座標系と操
作手段に固定された座標系を関係づける座標変換行列を
持ち、操作入力された動作指示を順次座標変換してマニ
ピュレータの動作方向と動作量を求めるよう制御する構
成とする。Furthermore, a coordinate transformation matrix that associates the coordinate system of the manipulator with the coordinate system of the tip of the observing means, a coordinate transformation matrix that associates the coordinate system of the observing means with the coordinate system fixed to the displaying means, and display. A coordinate conversion matrix that associates the coordinate system fixed to the means with the coordinate system fixed to the operating means, and performs control to sequentially convert the operation input operation input to obtain the operation direction and operation amount of the manipulator. And
【0111】さらには、マニピュレータ先端の処置具の
座標系と、マニピュレータを観察する観察手段の座標系
を関係づける座標変換行列と、観察手段の先端の座標系
と表示手段に固定された座標系を関係づける座標変換行
列と、表示手段に固定された座標系と操作手段の把持部
に固定された座標系が予め設定した対応関係をもち、操
作入力された動作指示を表示手段と観察手段の間の座標
変換行列と観察手段と処置具の間の座標変換行列とで順
次座標変換してマニピュレータ先端の動作方向と動作量
を求めるよう制御する構成とする。Further, the coordinate system of the treatment instrument at the tip of the manipulator, the coordinate transformation matrix relating the coordinate system of the observing means for observing the manipulator, the coordinate system of the tip of the observing means and the coordinate system fixed to the display means are set. The coordinate transformation matrix to be related, the coordinate system fixed to the display means and the coordinate system fixed to the grip portion of the operation means have a preset correspondence relationship, and the operation instruction input by operation is displayed between the display means and the observation means. The coordinate conversion matrix and the coordinate conversion matrix between the observation means and the treatment tool are sequentially subjected to coordinate conversion so as to obtain the operation direction and the operation amount of the manipulator tip.
【0112】さらには、マニピュレータ先端の処置具の
姿勢とマニピュレータ先端を観察する観察手段の姿勢と
表示手段の姿勢と操作手段の姿勢を計測する位置姿勢計
測手段をもち、処置具を装備するマニピュレータの姿勢
と観察手段を装備するマニピュレータの姿勢との間の相
対的な姿勢のずれと、観察手段の姿勢と表示手段の姿勢
における、観察手段のレンズに垂直な軸と、表示手段の
表示面に垂直な軸とを一致させたときの、レンズに水平
な面内の二軸と表示手段画面に水平な面内の二軸のずれ
と、表示手段の姿勢と操作手段の把持部の姿勢のずれと
から算出される座標変換行列を持ち、操作手段になされ
た操作方向を座標変換行列で変換した値にしたがって、
マニピュレータが動作する手術支援装置を用いる構成と
する。Furthermore, the manipulator equipped with a treatment tool has position and orientation measuring means for measuring the posture of the treatment instrument at the tip of the manipulator, the posture of the observation means for observing the tip of the manipulator, the posture of the display means, and the posture of the operating means. Relative posture deviation between the posture and the posture of the manipulator equipped with the observing means, and the axis perpendicular to the lens of the observing means in the posture of the observing means and the posture of the displaying means, and the display surface of the displaying means. Of the two axes in the plane horizontal to the lens and the plane in the plane horizontal to the screen of the display means and the deviation of the attitude of the display means and the attitude of the grip portion of the operating means when the two axes are aligned. It has a coordinate conversion matrix calculated from, according to the value converted by the coordinate conversion matrix the operation direction made to the operation means,
It is configured to use a surgery support device in which a manipulator operates.
【0113】さらには、マニピュレータや表示手段、操
作手段の姿勢を位置姿勢計測手段を用いて計測する際
に、計測対象にとりつける識別手段において、計測対象
の所定の位置姿勢に着脱自在に固定できるように、計測
対象に非対称な凹凸からなる装備部と、これにはめあわ
せて位置と姿勢を一意に決定できる凹凸を有する識別手
段を用いる構成とする。そして、装備部と識別手段の間
に、一つ以上の自由度を有する延長リンクを設ける構成
とする。Furthermore, when the postures of the manipulator, the display means, and the operating means are measured by using the position and posture measuring means, the identifying means attached to the measurement target can be detachably fixed to the predetermined position and posture of the measurement target. In addition, the equipment to be measured has an asymmetrical unevenness and the identification means having the unevenness that can uniquely determine the position and the posture by fitting the equipment part. An extension link having one or more degrees of freedom is provided between the equipment section and the identification means.
【0114】さらには、着脱自在で複数の関節を有し、
計測対象に対して位置姿勢を一意に決定できる凹凸から
なる結合手段を有し、各関節の移動量を計測するための
センサを有する計測リンクで、各計測対象を着脱自在に
結合する構成とする。Furthermore, it has a plurality of joints that are detachable,
The measurement means has a coupling means made of concavities and convexities that can uniquely determine the position and orientation with respect to the measurement object, and each measurement object is detachably coupled with a measurement link having a sensor for measuring the movement amount of each joint. .
【0115】[0115]
【発明の効果】上述した実施例の説明から明らかなよう
に、本発明によれば、マニピュレータを任意の場所に配
置しても表示手段を見ながら操作手段を容易に操作で
き、安全性、作業性および操作性に優れた手術支援装置
を得ることができる。As is apparent from the above description of the embodiments, according to the present invention, even if the manipulator is arranged at any place, the manipulator can be easily operated while looking at the display means, and the safety and work can be improved. It is possible to obtain a surgical assistance device having excellent operability and operability.
【0116】また、本発明によれば、マニピュレータお
よび操作手段を任意の場所に配置しても表示手段を見な
がら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性および
操作性に優れた手術支援装置を得ることができる。Further, according to the present invention, the manipulator and the operating means can be easily operated while observing the display means even if the manipulator and the operating means are arranged at any place, and the surgical operation is excellent in safety, workability and operability. The device can be obtained.
【0117】また、本発明によれば、マニピュレータお
よび操作手段を任意の場所に配置してもマニピュレータ
を見ながら操作手段を容易に操作でき、安全性、作業性
および操作性に優れた手術支援装置を得ることができ
る。Further, according to the present invention, even if the manipulator and the operating means are arranged at arbitrary places, the operating means can be easily operated while looking at the manipulator, and the surgical operation supporting apparatus is excellent in safety, workability and operability. Can be obtained.
【図1】本発明の一実施例を示す手術支援装置の斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view of a surgery support device showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1の手術支援装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of the surgery support device in FIG.
【図3】図1の手術支援装置の処置具および観察手段の
座標系の説明図である。3 is an explanatory diagram of a coordinate system of a treatment tool and an observation means of the surgery support apparatus of FIG.
【図4】図1の手術支援装置の識別手段の取付例を示す
分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view showing an example of attachment of identification means of the surgery support apparatus of FIG.
【図5】図1の手術支援装置の制御動作を示すフローチ
ャート図である。5 is a flowchart showing a control operation of the surgery support device of FIG.
【図6】図1の手術支援装置の識別手段の異なる取付例
を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a different mounting example of the identification means of the surgery support device of FIG. 1.
【図7】図1の手術支援装置の識別手段を取付けるの中
間リンク部の異なる例を示す分解斜視図である。7 is an exploded perspective view showing a different example of the intermediate link portion for attaching the identification means of the surgical operation support apparatus of FIG. 1. FIG.
【図8】図1に示す位置姿勢計測手段の変形例を説明す
るための斜視図である。8 is a perspective view for explaining a modified example of the position / orientation measuring means shown in FIG.
【図9】図1に示す観察手段を装備した支持手段の例を
示す斜視図である。9 is a perspective view showing an example of supporting means equipped with the observing means shown in FIG. 1. FIG.
【図10】図1の手術支援装置における図5と異なる制
御動作のフローチャート図である。10 is a flowchart of a control operation of the surgery support apparatus of FIG. 1 different from that of FIG.
【図11】図1に示す表示手段および操作手段の変形例
の斜視図である。11 is a perspective view of a modified example of the display means and the operation means shown in FIG.
1…患者、2…手術ベッド、3〜5…マニピュレータ、
6…観察手段、8…操作手段、9…操作手段、10…表
示手段、11、12…処置具、13…操作卓、14…位
置姿勢計測手段、15…識別手段(マーカーセット)、
17…マニピュレータの座標系、18…表示手段の座標
系、19…観察手段の座標系、20…操作手段の座標
系、21…同調指示手段、22…装備部、25…処置具
に投影したマニピュレータの座標系、26…処置具に投
影した観察手段の座標系、32…制御装置。1 ... patient, 2 ... surgical bed, 3-5 ... manipulator,
6 ... Observing means, 8 ... Operating means, 9 ... Operating means, 10 ... Displaying means, 11, 12 ... Treatment tool, 13 ... Operating console, 14 ... Position / orientation measuring means, 15 ... Identification means (marker set),
Reference numeral 17 ... Coordinate system of manipulator, 18 ... Coordinate system of display means, 19 ... Coordinate system of observation means, 20 ... Coordinate system of operating means, 21 ... Tuning instruction means, 22 ... Equipment section, 25 ... Manipulator projected on treatment instrument Coordinate system, 26 ... Coordinate system of observation means projected on the treatment instrument, 32 ... Control device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 宏亮 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 3C007 AS35 BS15 JT07 JU03 JU12 LV00 LV19 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hiroaki Kishi 502 Kintatemachi, Tsuchiura City, Ibaraki Japan Tate Seisakusho Mechanical Research Center F-term (reference) 3C007 AS35 BS15 JT07 JU03 JU12 LV00 LV19
Claims (8)
る操作手段と、 制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、 前記マニピュレータの動作を観察する観察手段と、 前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を画面に
表示する表示手段と、 前記マニピュレータの位置姿勢を計測する位置姿勢計測
手段と、 前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備え
た手術支援装置において、 前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令お
よび前記位置姿勢計測手段で計測された前記マニピュレ
ータの位置姿勢に基づいて、前記操作手段の操作方向と
前記表示手段に表示されるマニピュレータの映像の動作
方向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有する
ことを特徴とする手術支援装置。1. An operating unit operated by an operator to input an operation command, a manipulator operating based on a control command, an observing unit observing the operation of the manipulator, and a manipulator observed by the observing unit. In a surgery assistance apparatus comprising: a display unit that displays an image on a screen; a position and orientation measurement unit that measures the position and orientation of the manipulator; and a control device that controls the operation of the manipulator, wherein the control device is the operation unit. Control for matching the operating direction of the operating means with the operating direction of the image of the manipulator displayed on the display means, based on the operation command input by the input device and the position and orientation of the manipulator measured by the position and orientation measuring means. An operation support apparatus having a conversion unit that generates a command.
る操作手段と、 制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、 前記マニピュレータの動作を観察する観察手段と、 前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を画面に
表示する表示手段と、 前記操作手段および前記マニピュレータの位置姿勢を計
測する位置姿勢計測手段と、 前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備え
た手術支援装置において、 前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令お
よび前記位置姿勢計測手段で計測された前記操作手段お
よび前記マニピュレータの両方の位置姿勢に基づいて、
前記操作手段の操作方向と前記表示手段に表示されるマ
ニピュレータの映像の動作方向とを一致させる制御指令
を生成する変換部を有することを特徴とする手術支援装
置。2. An operating means operated by an operator for inputting an operation command, a manipulator operating based on a control command, an observing means observing the operation of the manipulator, and a manipulator observed by the observing means. In a surgery assistance apparatus comprising display means for displaying an image on a screen, position and orientation measuring means for measuring the position and orientation of the operating means and the manipulator, and a control device for controlling the operation of the manipulator, wherein the control device is , Based on the position and orientation of both the operation unit and the manipulator measured by the operation command and the position and orientation measuring unit input by the operating unit,
A surgery assistance apparatus comprising: a conversion unit that generates a control command that matches an operation direction of the operation unit and an operation direction of an image of a manipulator displayed on the display unit.
は、前記マニピュレータを観察する観察手段の姿勢を前
記観察手段に観察される前記マニピュレータの姿勢に一
致させる座標変換行列を有し、操作手段に入力される操
作方向と前記座標変換行列とから前記観察手段で観察さ
れるマニピュレータの動作方向を算出する算出部を有す
ることを特徴とする手術支援装置。3. The control device according to claim 1, wherein the control device has a coordinate transformation matrix that matches the posture of the observing means for observing the manipulator with the posture of the manipulator observed by the observing means. An operation assisting apparatus, comprising: a calculation unit that calculates a movement direction of a manipulator observed by the observation means from an operation direction input to the operation unit and the coordinate conversion matrix.
し、 前記観察手段で観察したマニピュレータの映像を表示手
段の画面に表示し、 前記マニピュレータの位置姿勢を位置姿勢計測手段で計
測し、 前記マニピュレータの動作を制御装置で制御する手術支
援装置の制御方法において、 前記操作手段で入力された操作指令および前記位置姿勢
計測手段で計測された前記マニピュレータの位置姿勢に
基づいて、前記操作手段の操作方向と前記表示手段に表
示されるマニピュレータの映像の動作方向とを一致させ
る制御指令を前記制御装置で生成して前記マニピュレー
タの動作および前記表示手段の表示を制御することを特
徴とする手術支援装置の制御方法。4. The operation of the manipulator is observed by the observing means, the image of the manipulator observed by the observing means is displayed on the screen of the display means, and the position and orientation of the manipulator is measured by the position and orientation measuring means. In a method of controlling a surgery support apparatus for controlling an operation by a control device, based on a position / orientation of the manipulator measured by the operation command and the position / orientation measuring means input by the operation means, an operation direction of the operation means and Control of the operation support device characterized in that the control device generates a control command for matching the operation direction of the image of the manipulator displayed on the display means to control the operation of the manipulator and the display of the display means. Method.
装置の制御装置において、 操作手段で入力される操作指令および位置姿勢計測手段
で計測されるマニピュレータの位置姿勢に基づいて、前
記操作手段の操作方向と前記表示手段に表示されるマニ
ピュレータの映像の動作方向とを一致させる制御指令を
生成して前記マニピュレータの動作および前記表示手段
の表示を制御することを特徴とする手術支援装置の制御
装置。5. A control device of a surgery assisting device for controlling the operation of a manipulator, wherein the operating direction of the operating means is based on an operation command input by the operating means and the position and orientation of the manipulator measured by the position and orientation measuring means. And a control command for causing the operation direction of the image of the manipulator displayed on the display means to coincide with each other to control the operation of the manipulator and the display of the display means.
御するためのコンピュータを、 操作手段で入力される操作指令および位置姿勢計測手段
で計測されるマニピュレータの位置姿勢に基づいて、前
記操作手段の操作方向と前記表示手段に表示されるマニ
ピュレータの映像の動作方向とを一致させる制御指令を
生成する手段、 として機能させるための手術支援装置の制御プログラ
ム。6. A computer for controlling the operation of a manipulator of a surgical operation support apparatus is operated based on an operation command input by the operation means and the position and orientation of the manipulator measured by the position and orientation measuring means. A control program of a surgical operation support apparatus, which functions as a means for generating a control command for matching a direction and an operation direction of an image of a manipulator displayed on the display means.
る操作手段と、 制御指令に基づいて動作するマニピュレータと、 前記操作手段および前記マニピュレータの位置姿勢を計
測する位置姿勢計測手段と、 前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備え
た手術支援装置において、 前記制御装置は、前記操作手段で入力された操作指令お
よび前記位置姿勢計測手段で計測された前記操作手段お
よび前記マニピュレータの両方の位置姿勢に基づいて、
前記操作手段の操作方向と前記マニピュレータの動作方
向とを一致させる制御指令を生成する変換部を有するこ
とを特徴とする手術支援装置。7. An operating means operated by an operator for inputting an operation command, a manipulator which operates based on a control command, a position and orientation measuring means for measuring a position and orientation of the operating means and the manipulator, In a surgery support apparatus comprising: a control device for controlling the operation of a manipulator, the control device includes both an operation command input by the operation device and the operation device and the manipulator measured by the position / orientation measurement device. Based on position and orientation,
A surgery assistance apparatus comprising: a conversion unit that generates a control command that matches an operation direction of the operation unit and an operation direction of the manipulator.
御するためのコンピュータを、 前記操作手段で入力された操作指令および前記位置姿勢
計測手段で計測された前記操作手段および前記マニピュ
レータの両方の位置姿勢に基づいて、前記操作手段の操
作方向と前記表示手段に表示されるマニピュレータの映
像の動作方向とを一致させる制御指令を生成する手段、 として機能させるための手術支援装置の制御プログラ
ム。8. A computer for controlling the operation of a manipulator of a surgery support apparatus, comprising: a position and orientation of both the operation unit and the manipulator measured by the operation command input by the operation unit and the position and orientation measurement unit. A control program for a surgical operation supporting device that functions as a means for generating a control command for matching the operation direction of the operation means with the operation direction of the image of the manipulator displayed on the display means.
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