專利名稱：進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其位置控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)插通到內(nèi)窺鏡裝置的鉗子通道中的刀和鉗子等處理器具進(jìn)行位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
一般而言，作為觀察體腔內(nèi)的病變等的設(shè)備，公知有內(nèi)窺鏡裝置。該內(nèi)窺鏡裝置在插入到體腔內(nèi)的內(nèi)窺鏡的插入部的前端部分、或者在裝置主體內(nèi)設(shè)置攝像部，在監(jiān)視器上將期望的觀察對(duì)象作為圖像來顯示。該插入部具有撓性，設(shè)置有從基端側(cè)貫穿到前端部的通道(鉗子通道)。根據(jù)需要從鉗子通道的插入口插入鉗子和刀(電手術(shù)刀)等處理器具，能夠在觀察內(nèi)窺鏡圖像的同時(shí)，針對(duì)病變等實(shí)施各種處理。
此外，近年來，為了減輕內(nèi)窺鏡操作對(duì)手術(shù)者的負(fù)擔(dān)，例如，提出了日本專利第3007715號(hào)所公開的電動(dòng)化的內(nèi)窺鏡裝置。此外，在處理器具中，除減輕操作對(duì)手術(shù)者的負(fù)擔(dān)之外，為了通過縮短手術(shù)時(shí)間以減輕對(duì)患者的負(fù)擔(dān)，例如還提出了日本特開2003-127076號(hào)公報(bào)所公開的電動(dòng)化和機(jī)器人化的處理器具。
在使用了內(nèi)窺鏡的手術(shù)中，利用插通到內(nèi)窺鏡的鉗子通道中的處理器具來進(jìn)行發(fā)生了病變等的活體組織(病變部)的切除和剝離。此時(shí)，通過用把持鉗子提拉用刀切除下的粘膜，從而在確保粘膜和肌肉層間的視野的同時(shí)剝離病變部。此時(shí)，在把持的粘膜隨著剝離而變大時(shí)，由于其重量增加或把持鉗子的提拉力量增加，在內(nèi)窺鏡上作用有重力方向、或與把持鉗子的提拉方向相反的方向上的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)該運(yùn)動(dòng)較大時(shí)，刀的前端也移動(dòng)而從處理位置離開，因此每次手術(shù)者都要進(jìn)行用于使刀的前端返回到原來的處理位置的操作。此外，例如，在日本專利第3236070號(hào)中公開了與處理器具的前端的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)地使內(nèi)窺鏡移動(dòng)的技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有內(nèi)窺鏡，其具有用于觀察體腔內(nèi)的活體組織的能彎曲的前端部；第1處理器具，其在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)插通且能移動(dòng)地從所述前端部延伸出，對(duì)所述活體組織實(shí)施處理；第2處理器具，其在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)插通且能移動(dòng)地從前端部延伸出，能把持由所述第1處理器具處理的所述活體組織的一部分；運(yùn)動(dòng)檢測部，其檢測所述內(nèi)窺鏡的所述前端部；以及控制部，其檢測基于所述運(yùn)動(dòng)檢測部的檢測結(jié)果的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，控制所述內(nèi)窺鏡的所述前端部的彎曲，以使所述第1處理器具返回到運(yùn)動(dòng)之前的處理位置。
此外，實(shí)施方式提供一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器具的位置控制方法，該方法在一邊觀察由內(nèi)窺鏡按照時(shí)間序列拍攝體腔內(nèi)而得的圖像，一邊利用在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)連通且能移動(dòng)地從前端部延伸出的第1、第2處理器具對(duì)圖像內(nèi)的活體組織實(shí)施處理時(shí)，控制所述第1、第2處理器具的位置，在該位置控制方法中，進(jìn)行由所述第2處理器具把持利用所述第1處理器具從所述活體組織剝離下的該活體組織的一部分的處理，在針對(duì)包含在所述圖像中的所述內(nèi)窺鏡的前端部檢測到運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測基于所述運(yùn)動(dòng)的所述內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，使所述內(nèi)窺鏡的前端部彎曲，以使所述第1處理器具返回到運(yùn)動(dòng)之前的處理位置。



圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
圖2A是表示第1實(shí)施方式涉及的使用刀和把持鉗子的處理的一例的圖。
圖2B是接著圖2A示出第1實(shí)施方式涉及的使用刀和把持鉗子的處理的一例的圖。
圖2C是接著圖2B示出第1實(shí)施方式涉及的使用刀和把持鉗子的處理的一例的圖。
圖3是用于說明第1實(shí)施方式涉及的內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)和用于返回到原來的處理位置的移動(dòng)的流程圖。
圖4是用于說明內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)估算的子程序的流程圖。
圖5A是用于說明在內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)中刀和把持鉗子的移動(dòng)狀態(tài)的圖。
圖5B是表示內(nèi)窺鏡前端部的位置的移動(dòng)狀態(tài)的圖。
圖6是表示第2實(shí)施方式涉及的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是用于說明第2實(shí)施方式涉及的內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)和用于返回到原來的處理位置的移動(dòng)的流程圖。
圖8A是用于說明第3實(shí)施方式涉及的內(nèi)窺鏡前端的移動(dòng)的圖。
圖8B是接著圖8A說明第3實(shí)施方式涉及的內(nèi)窺鏡前端的移動(dòng)的圖。
圖8C是接著圖8B說明第3實(shí)施方式涉及的內(nèi)窺鏡前端的移動(dòng)的圖。

具體實(shí)施例方式 以下，參照附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)大致由內(nèi)窺鏡裝置1和具有兩個(gè)處理器具的處理器具裝置2構(gòu)成。本實(shí)施方式中的處理器具(處理器具)以具有多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)(彎曲、軸方向的旋轉(zhuǎn)等)的刀31和把持鉗子34為例，各處理器具是分別根據(jù)兩個(gè)輸入裝置(joystick操縱桿)41、42的操作使各關(guān)節(jié)動(dòng)作的主從(master slave)型的電動(dòng)處理器具。此外，本發(fā)明的實(shí)施方式能夠適用于在插入部前端設(shè)置有攝像元件的電子內(nèi)窺鏡、以及拍攝由光纖鏡引導(dǎo)的光像的內(nèi)窺鏡，但是在以下說明的實(shí)施方式中，以電子內(nèi)窺鏡作為一個(gè)例子進(jìn)行說明。
首先，對(duì)內(nèi)窺鏡裝置進(jìn)行說明。
內(nèi)窺鏡裝置1包括內(nèi)窺鏡主體3和裝置主體4。內(nèi)窺鏡主體3包括插入到體腔內(nèi)的插入部3a；以及使設(shè)置在插入部3a的前端側(cè)的彎曲部3b彎曲的操作部3c。
插入部3a設(shè)置有從在基端側(cè)開口的插入口3d貫穿到前端部3e的多個(gè)孔、即所謂的鉗子通道的鉗子口5，以及傳送用于照亮觀察視野的照明光的光導(dǎo)纖維6等。此外，在前端部3e設(shè)置有包括CCD等攝像元件和光學(xué)系統(tǒng)的攝像部7。由攝像部7拍攝的包括病變部在內(nèi)的活體組織的圖像數(shù)據(jù)通過操作部3c發(fā)送到用線纜(包括光導(dǎo)纖維和圖像信號(hào)線以及控制信號(hào)線等)3g連接的裝置主體4的后述圖像處理部8。
此外，操作部3c是電動(dòng)彎曲操作部，并連接有操縱桿22。操作者或者手術(shù)者操作操縱桿22，使彎曲部3b彎曲，作為處理對(duì)象的活體組織的病變部12的處理狀態(tài)進(jìn)入到觀察視野(或攝像視野)內(nèi)。在該觀察視野中，作為被攝體包含有后述的把持鉗子34和刀31的前端部。
在操作部3c中具有一端與彎曲部3b連接的多根金屬線(wire)23；與各金屬線23的另一端連接的多個(gè)滑輪24；在旋轉(zhuǎn)軸上嵌裝有各滑輪24的多個(gè)電動(dòng)機(jī)25；分別驅(qū)動(dòng)各個(gè)電動(dòng)機(jī)25的驅(qū)動(dòng)器26；設(shè)置在各電動(dòng)機(jī)25上的編碼器27；以及根據(jù)編碼器27檢測到的值來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器26的彎曲控制部28。編碼器27生成與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的信號(hào)并發(fā)送到彎曲控制部28，對(duì)電動(dòng)機(jī)25進(jìn)行反饋控制。
此外，操作部3c與裝置主體4之間通過線纜(cable電纜)29進(jìn)行連接。該線纜29包括傳送照明光的光導(dǎo)纖維、以及由圖像信號(hào)線和控制信號(hào)線等構(gòu)成的信號(hào)線。
此外，裝置主體4包括圖像處理部8，其針對(duì)由攝像部7拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各種圖像處理和數(shù)據(jù)處理；光源部9，其生成經(jīng)由光導(dǎo)纖維從照明光窗照射到觀察視野上的照明光；包括運(yùn)動(dòng)推測部的控制部10，其進(jìn)行與內(nèi)窺鏡系統(tǒng)整體的控制及后述的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的處理；以及監(jiān)視器11，其對(duì)拍攝的圖像、與該圖像相關(guān)的數(shù)據(jù)、以及裝置狀態(tài)和操作指示等進(jìn)行顯示。作為功能之一，該控制部10具有這樣的運(yùn)動(dòng)推測部推測后述運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)位置和移動(dòng)方向，進(jìn)行用于對(duì)返回到原來的位置(處理位置)的移動(dòng)(方向和距離)進(jìn)行計(jì)算的運(yùn)算處理。此外，在本實(shí)施方式中，示出了用光導(dǎo)纖維傳送照明光的結(jié)構(gòu)，但是也可以在內(nèi)窺鏡裝置的前端部3e上設(shè)置發(fā)光二極管等光源。
處理器具裝置2包括對(duì)活體組織的病變部12實(shí)施處理的處理器具例如安裝在多關(guān)節(jié)臂32的前端的高頻電手術(shù)刀等刀31；把持鉗子34，其安裝在多關(guān)節(jié)臂33的前端并把持用刀31剝離下的粘膜等；處理器具控制部35，其分別控制刀31和把持鉗子34；處理器具驅(qū)動(dòng)部(刀用電動(dòng)機(jī)單元36和鉗子用電動(dòng)機(jī)單元37)，其根據(jù)處理器具控制部35的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)刀31和把持鉗子34；以及電源裝置38，其向刀31提供高頻電源。在處理器具控制部35上，連接有通過手術(shù)者的手操作對(duì)刀31和把持鉗子34的移動(dòng)和姿勢進(jìn)行指示的輸入裝置即操縱桿41、42。此外，在電源裝置38中具有腳踏開關(guān)51，其用于通過手術(shù)者的腳操作來指示向刀31提供的高頻電源的施加；以及對(duì)極板52，其與電源裝置38連接，并貼附于要處理的患者的身體表面上。
刀31和把持鉗子34經(jīng)由多關(guān)節(jié)臂32、33與插通到鉗子通道中的能進(jìn)退且具有柔軟特性的處理器具插入部31a、34a連接。處理器具插入部31a、34a的基端側(cè)分別連接到刀用電動(dòng)機(jī)單元36和鉗子用電動(dòng)機(jī)單元37。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，刀31和把持鉗子34能夠在體腔內(nèi)進(jìn)行三維移動(dòng)。在本實(shí)施方式中，多關(guān)節(jié)臂32、33例如采用了組合多個(gè)關(guān)節(jié)和短小桿而成的結(jié)構(gòu)。除該多關(guān)節(jié)以外，作為可動(dòng)部，還能夠使用例如形成為圓柱形狀的壓電元件等各種構(gòu)成部位。此外，關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)不僅通過金屬線來實(shí)現(xiàn)，也能夠以小型電動(dòng)機(jī)和磁力作為驅(qū)動(dòng)源來實(shí)現(xiàn)。
刀用電動(dòng)機(jī)單元36包括金屬線43，其在處理器具插入部31a內(nèi)穿過，且一端與多關(guān)節(jié)臂32的各關(guān)節(jié)連接；滑輪44，其與金屬線43的另一端連接；以及電動(dòng)機(jī)45，其在旋轉(zhuǎn)軸上嵌裝有滑輪44。同樣地，鉗子用電動(dòng)機(jī)單元37包括金屬線46，其在處理器具插入部34a內(nèi)穿過，且一端與多關(guān)節(jié)臂33的各關(guān)節(jié)連接；滑輪47，其與金屬線46的另一端連接；以及電動(dòng)機(jī)48，其在旋轉(zhuǎn)軸上嵌裝有滑輪47。這些電動(dòng)機(jī)45、48經(jīng)由纜線49、50連接到處理器具控制部35上而分別被控制驅(qū)動(dòng)。
該處理器具控制部35根據(jù)手術(shù)者對(duì)操縱桿41、42的操作量，將驅(qū)動(dòng)各電動(dòng)機(jī)45、48的控制信號(hào)發(fā)送到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器65，分別使各電動(dòng)機(jī)45、48旋轉(zhuǎn)。在各電動(dòng)機(jī)45、48上，分別安裝有計(jì)測轉(zhuǎn)速的未圖示的編碼器。編碼器生成與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的信號(hào)并發(fā)送到處理器具控制部35，進(jìn)行對(duì)電動(dòng)機(jī)45、48的反饋控制。通過該結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)45、48旋轉(zhuǎn)，通過卷繞在滑輪44、47上的金屬線43、46的牽引力使多關(guān)節(jié)臂32、33的各關(guān)節(jié)彎曲。此外，通過設(shè)置在電動(dòng)機(jī)單元36、37內(nèi)的未圖示的致動(dòng)器，使處理器具插入部31a、34a進(jìn)退和旋轉(zhuǎn)，由此進(jìn)行刀31的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退、把持鉗子34的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退以及鉗口的開閉。
處理器具控制部35包括功能控制輸入部61，其從來自操縱桿41、42的指示以及未圖示的操作面板等輸入部位輸入功能的控制條件和參數(shù)；中央處理部(CPU)62，其進(jìn)行各種運(yùn)算處理以及對(duì)各構(gòu)成部位的指示；存儲(chǔ)器63，其保存圖像和通信數(shù)據(jù)等；以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器65，其控制電動(dòng)機(jī)單元36、37內(nèi)的各電動(dòng)機(jī)45、48的驅(qū)動(dòng)。此外，處理器具控制部35利用纜線與電動(dòng)機(jī)單元36、37以及裝置主體4分別連接，并設(shè)置有用于與各自進(jìn)行通信的未圖示的通信功能(接口功能)。
功能控制輸入部61具有開關(guān)66，其打開或/關(guān)閉使刀31和把持鉗子34的位置(場所)固定的功能；顯示器67，其顯示功能的狀態(tài)；圖像接收部64，其用于從內(nèi)窺鏡主體3接收通過內(nèi)窺鏡前端的攝像部7拍攝的圖像；以及存儲(chǔ)器63，其對(duì)接收到的圖像、CPU 62的運(yùn)算結(jié)果以及通信數(shù)據(jù)等進(jìn)行存儲(chǔ)。
在電源裝置38中，設(shè)置有顯示電源的供給狀態(tài)等的顯示器71、輸出瓦特?cái)?shù)輸入面板72、輸出模式選擇面板73以及功率輸出端子74。功率輸入端子74通過纜線75向刀31提供從設(shè)置在內(nèi)部的電源單元(未圖示)輸出的高頻功率。該纜線75與前述的金屬線43一起插入到處理器具插入部31a，并與刀31前端的高頻電手術(shù)刀連接。
此外，在本實(shí)施方式中，示出了在內(nèi)窺鏡和處理器具上分別設(shè)置有操縱桿的結(jié)構(gòu)例，但是也可以將這些操作功能集中構(gòu)成在1個(gè)操縱桿上。
在安裝有這樣構(gòu)成的處理器具裝置的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，如圖2A所示，通過把持鉗子34向上方提拉用刀31切除(剝離)下的粘膜12a，從而視覺上容易對(duì)粘膜12a和肌肉層之間(粘膜下層)進(jìn)行確認(rèn)。
但是，當(dāng)進(jìn)行粘膜12a的剝離時(shí)，粘膜的重量增大，或者把持鉗子34的提拉的力量變大，如圖2B所示，根據(jù)最初的處理位置A，內(nèi)窺鏡的前端在重力方向、或與把持鉗子34的提拉方向相反的方向上運(yùn)動(dòng)。因此，再次提拉內(nèi)窺鏡的前端，以使刀31返回到處理位置A。
本實(shí)施方式的運(yùn)動(dòng)檢測部主要由圖像處理部8和控制部10構(gòu)成，通過在運(yùn)動(dòng)前拍攝的圖像和在運(yùn)動(dòng)后拍攝的圖像，對(duì)內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量(移動(dòng)距離)進(jìn)行檢測。
如圖2C所示，在本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)器26根據(jù)由作為運(yùn)動(dòng)檢測部的控制部10檢測到的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量而進(jìn)行反饋控制。通過該控制，內(nèi)窺鏡的前端部3e進(jìn)行與運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的移動(dòng)、即彎曲內(nèi)窺鏡以使刀31返回到原來的位置(處理位置)。這種根據(jù)按時(shí)間序列相鄰的圖像來估算內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)方向及其距離的方法是公知的，例如在日本專利第3007715號(hào)中進(jìn)行了公開。
參照?qǐng)D3和圖4所示的流程圖，對(duì)內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)和返回到原來的處理位置的移動(dòng)進(jìn)行說明。
首先，在圖像處理部8中，進(jìn)行所拍攝的圖像(圖像數(shù)據(jù))Fi的圖像數(shù)的初始化(i＝0)(步驟S1)。取入通過攝像部7所拍攝的圖像Fi(步驟S2)，實(shí)施歪曲像差校正，并臨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器63中(步驟S3)。
接著，判定是否是最初取入的圖像F0，即是否是圖像數(shù)i＝0(步驟S4)。在該判定中，如果是圖像F0(是)，則進(jìn)行增量(相加)(i＝i+1)(步驟S5)，轉(zhuǎn)移到步驟S2，再次取入圖像Fi。另一方面，如果不是最初取入的圖像F0(否)，則判定是否正在利用處理器具即刀31進(jìn)行處理(步驟S6)。
在該步驟S6的判定中，如果沒有進(jìn)行刀31的處理(否)，則判斷為內(nèi)窺鏡的前端部3e沒有下降，返回步驟S5，進(jìn)行下一個(gè)圖像的取入。另一方面，如果正在進(jìn)行刀31的處理(是)，則判斷為內(nèi)窺鏡的前端部3e有可能下降，估算內(nèi)窺鏡的前端部3e的運(yùn)動(dòng)(步驟S7)。此處，參照?qǐng)D4所示的子程序，對(duì)內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行說明。
通過先取入的圖像Fi-1及其之后取入的圖像Fi，即使用運(yùn)動(dòng)前的圖像和運(yùn)動(dòng)后的圖像來生成移位映射(步驟S21)。即，通過按時(shí)間序列相鄰的圖像間的比較，估算內(nèi)窺鏡相對(duì)于在圖像內(nèi)確定的對(duì)象部位(例如病變部12)的運(yùn)動(dòng)(平移矢量和旋轉(zhuǎn)矩陣R)。其中，將平移矢量設(shè)為單位矢量。該估算已在例如日本專利第3347385號(hào)中公開。在本實(shí)施方式中，根據(jù)按時(shí)間序列相鄰的兩個(gè)圖像求出移位映射，但是也可以使用時(shí)間序列上的多個(gè)圖像。
此外，使用日本特開平9-26547號(hào)公報(bào)(該公報(bào)中的第4實(shí)施方式)中公開的方法計(jì)算平移矢量的大小k，求取平移矢量H＝kh(步驟S22)。在平移矢量H的大小比閾值Hthr小的情況下，判斷為內(nèi)窺鏡前端沒有運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行增量(i＝i+1)(步驟S5)，轉(zhuǎn)移到步驟S2，再次取入圖像Fi。另一方面，在比閾值大的情況下，判斷為內(nèi)窺鏡的前端已運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)移到步驟S10。
接著，如圖5A、圖5B所示，根據(jù)內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)(平移矢量H、旋轉(zhuǎn)矩陣R)，估算用于使內(nèi)窺鏡彎曲以使內(nèi)窺鏡的前端返回到原來的位置的彎曲量(步驟S9)。例如，在將內(nèi)窺鏡前端部運(yùn)動(dòng)前的內(nèi)窺鏡前端的位置設(shè)為P0(x，y，z)時(shí)，內(nèi)窺鏡移動(dòng)后的坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)前的內(nèi)窺鏡前端的位置P0(x′，y′，z′)用下式表示 式1
此外，在將通過內(nèi)窺鏡的彎曲控制而得到的內(nèi)窺鏡前端的位置P2設(shè)為(x″，y″，z″)時(shí)，則為下式 式2
估算內(nèi)窺鏡前端部的上下方向的彎曲量θ0和左右方向的彎曲量θ1。根據(jù)該估算出的彎曲量θ0、θ1，如圖5B所示，返回位置P2(步驟S10)。重復(fù)進(jìn)行這些一系列的動(dòng)作。
如上所述，在用刀31進(jìn)行處理的期間，使用拍攝的圖像來估算內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)估算的值能計(jì)算出用于使內(nèi)窺鏡前端部返回到原來位置(處理位置A圖2A)的彎曲量，使用該彎曲量進(jìn)行移動(dòng)控制以使刀始終處于處理位置。此外，在內(nèi)窺鏡前端部3e的運(yùn)動(dòng)小，繼續(xù)刀31的處理的情況下，計(jì)算用于從運(yùn)動(dòng)后的位置移動(dòng)至返回到處理位置的刀31和把持鉗子34的多關(guān)節(jié)臂的各關(guān)節(jié)中的彎曲、旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退等的動(dòng)作量，并使各關(guān)節(jié)動(dòng)作，由此也能夠移動(dòng)至使刀31返回到原來的處理位置。
采用以上說明的本實(shí)施方式的安裝了處理器具裝置的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，針對(duì)由于把持體腔內(nèi)的切除或剝離下的病變部12的把持鉗子34上的粘膜重量增大、或者把持鉗子34的提拉力量增大而引起的內(nèi)窺鏡前端部3e從處理位置開始的運(yùn)動(dòng)，能夠根據(jù)拍攝的內(nèi)窺鏡運(yùn)動(dòng)前后的圖像來估算內(nèi)窺鏡前端部3e的運(yùn)動(dòng)，并能根據(jù)該運(yùn)動(dòng)來估算刀31返回原來位置的移動(dòng)。
由此，手術(shù)者能夠?qū)Ｐ挠诘?1和把持鉗子34的處理操作來切除和剝離病變部，而不進(jìn)行基于內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)的位置校正用的操作。由此，對(duì)手術(shù)者的操作負(fù)擔(dān)變小，能夠減輕疲勞，并且不會(huì)由于移動(dòng)而中斷處理，能夠縮短處理所花的時(shí)間，對(duì)患者也能夠?qū)崿F(xiàn)痛苦和疲勞的減輕。
接著，對(duì)第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖6是表示第2實(shí)施方式涉及的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式是對(duì)前述第1實(shí)施方式中的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)增加了內(nèi)窺鏡形狀觀察裝置后的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，除內(nèi)窺鏡形狀觀察裝置以外的構(gòu)成部位與圖1所示的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相同，標(biāo)以相同的參照標(biāo)號(hào)，并省略其說明。
該內(nèi)窺鏡形狀觀察裝置80包括電路部81，其組裝有磁場產(chǎn)生線圈的驅(qū)動(dòng)電路91、磁場檢測線圈的輸出的檢測電路92以及位置估算計(jì)算電路93；監(jiān)視器82；磁場檢測單元83；以及磁場產(chǎn)生線圈84。磁場產(chǎn)生線圈84在內(nèi)窺鏡主體3的彎曲部3b的前端側(cè)至少設(shè)置有1個(gè)，并通過信號(hào)線85與配置在患者(體腔內(nèi))附近的內(nèi)窺鏡形狀觀察裝置80連接。
磁場產(chǎn)生線圈84產(chǎn)生的磁場由設(shè)置在磁場檢測單元83內(nèi)的多個(gè)磁場檢測線圈86(86a、86b、...86n)進(jìn)行檢測。
位置估算部81經(jīng)由信號(hào)線85接收由磁場檢測線圈86檢測到的磁場數(shù)據(jù)，并估算磁場產(chǎn)生線圈84的位置。其中，所估算的磁場產(chǎn)生線圈84的位置是以磁場檢測單元83為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系的值。拍攝圖像時(shí)的內(nèi)窺鏡前端的位置是通過其與磁場產(chǎn)生線圈84的位置關(guān)系(設(shè)計(jì)值)而求取的，因此能夠計(jì)算各圖像間的內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)量。此外，位置估算的原理是在內(nèi)窺鏡前端配置磁場產(chǎn)生用的線圈，通過配置在體外的多個(gè)檢測線圈來檢測所產(chǎn)生的磁場，根據(jù)檢測到的值來估算磁場產(chǎn)生用線圈的位置和朝向。具體由日本專利第3571675號(hào)公開。
參照?qǐng)D7所示的流程圖，對(duì)內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)和用于返回到原來的處理位置的移動(dòng)進(jìn)行說明。
首先，內(nèi)窺鏡形狀觀察裝置80通過電路部81的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)磁場產(chǎn)生線圈84使其產(chǎn)生磁場。在處理器具控制部35的CPU 62中，在圖7所示的流程圖的程序開始時(shí)，對(duì)內(nèi)窺鏡前端部的位置Pi和朝向Vi的i進(jìn)行初始設(shè)定(i＝0)(步驟S31)。在圖像處理部8拍攝圖像的同時(shí)，由內(nèi)窺鏡形狀觀察裝置80估算出磁場產(chǎn)生線圈84的位置Pi和朝向Vi(步驟S32)。在存儲(chǔ)器中進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)所估算的位置(位置Pi、朝向Vi)(步驟S33)。最初，i＝0，因此能夠估算開始位置(位置P0、朝向V0)。
接著，判定是否是最初取入的位置(位置P0、朝向V0)，即是否是i＝0(步驟S34)。在該判定中，如果是最初取入的位置(位置P0、朝向V0)(是)，則進(jìn)行增量(i＝i+1)(步驟S35)，轉(zhuǎn)移到步驟S32，再次估算內(nèi)窺鏡前端部的位置Pi、Vi并存儲(chǔ)。另一方面，在步驟S34的判定中，如果不是最初取入的位置P0(否)，則判定是否正在進(jìn)行刀31的處理(步驟S36)。
在該步驟S36的判定中，如果沒有進(jìn)行刀31的處理(否)，則判斷為內(nèi)窺鏡的前端部3e沒有下降，為了估算內(nèi)窺鏡前端部的下一個(gè)位置Pi、Vi而轉(zhuǎn)移到步驟S35。另一方面，如果判定為正在進(jìn)行刀31的處理(是)，則計(jì)算內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)量M(步驟S37)。該計(jì)算通過先取入的位置(位置Pi-1、朝向Vi-1)及在其之后取入的位置(位置Pi、朝向Vi)的比較，而計(jì)算出內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)量M。
接著，對(duì)求取的運(yùn)動(dòng)量M是否比預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)量的閾值Mthr大進(jìn)行判定(步驟S38)。在該判定中，在運(yùn)動(dòng)量M與閾值Mthr相同或比其小的情況下(否)，則判斷為內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)基本返回到原來的位置而沒有運(yùn)動(dòng)。接著，繼續(xù)利用刀31進(jìn)行處理，并且轉(zhuǎn)移到步驟S35，進(jìn)行下一個(gè)位置檢測。
另一方面，在步驟S38的判定中，在運(yùn)動(dòng)量M比閾值Mthr大的情況下(是)，在與內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)相反的方向上進(jìn)行動(dòng)作，計(jì)算用于使內(nèi)窺鏡前端部返回到原來的處理位置的彎曲控制量(步驟S39)。接著，根據(jù)該彎曲控制量，使內(nèi)窺鏡的前端部彎曲，進(jìn)行使內(nèi)窺鏡的前端部返回到原來的處理位置的移動(dòng)(步驟S40)。在該移動(dòng)后，判定是否繼續(xù)刀32的處理(步驟S41)。在該判定中，在繼續(xù)刀32的處理的情況下(是)，回到步驟S35。另一方面，在之后不繼續(xù)處理的情況下(否)，停止磁場產(chǎn)生線圈84的驅(qū)動(dòng)，結(jié)束位置檢測的程序。
采用以上說明的第2實(shí)施方式的安裝了處理器具位置控制裝置的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，能夠正確計(jì)算內(nèi)窺鏡的運(yùn)動(dòng)量(平移矢量的大小)，因此能夠使刀31和把持鉗子34移動(dòng)以使它們更加迅速地返回運(yùn)動(dòng)前的處理位置，此外，在檢測內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過設(shè)置閾值，能夠防止由于噪聲和計(jì)算誤差等引起的處理器具的不需要的位置保持動(dòng)作進(jìn)而引起振動(dòng)，防止處理變難。
接著，對(duì)第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式是與前述第1實(shí)施方式中的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)，對(duì)內(nèi)窺鏡的彎曲操作前后的把持鉗子的位置進(jìn)行控制。在本實(shí)施方式中，與圖1所示的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相同，標(biāo)以相同的參照標(biāo)號(hào)，并省略其說明。
本實(shí)施方式如圖8A、圖8B、圖8C所示，由把持鉗子24把持的粘膜12a隨著被刀31剝離而被向上方提拉。在該狀態(tài)下，在內(nèi)窺鏡的前端部運(yùn)動(dòng)時(shí)，如前述各實(shí)施方式那樣，移動(dòng)刀31以使其返回到原來的處理位置B。此時(shí)，由把持鉗子24把持的粘膜12a也同樣地移動(dòng)，即被拉伸。因此，根據(jù)粘膜12a被拉伸的程度，被剝離的粘膜12a產(chǎn)生變形，并且病變部產(chǎn)生變形，或者有時(shí)此前的刀31的剝離線(切割線)變得歪斜。
在本實(shí)施方式中，在進(jìn)行用于使刀31返回原來的處理位置B的移動(dòng)時(shí)，考慮到把持鉗子的運(yùn)動(dòng)，將不對(duì)粘膜12a施加多余的力。
內(nèi)窺鏡前端部運(yùn)動(dòng)后的把持鉗子的前端位置是根據(jù)進(jìn)行把持鉗子的彎曲、進(jìn)退和旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)量計(jì)算出的，將該位置設(shè)為(xa′，ya′，za′)。根據(jù)把持鉗子34在內(nèi)窺鏡前端運(yùn)動(dòng)后的位置坐標(biāo)(x′，y′，z′)和使內(nèi)窺鏡彎曲后的內(nèi)窺鏡前端的位置坐標(biāo)(x″，y″，z″)，內(nèi)窺鏡前端的運(yùn)動(dòng)量成為 式3
(x″-x′y″-y′z″-z′)。
在使內(nèi)窺鏡彎曲的情況下，把持鉗子與內(nèi)窺鏡同步地移動(dòng)，因此成為彎曲后的把持鉗子的位置(xa′，ya′，za′)。
由此，內(nèi)窺鏡彎曲后的彎曲前的把持鉗子的位置(xa″，ya″，za″)成為 式4
由于能夠求取把持鉗子34的坐標(biāo)系，因此能夠通過反問題求取把持鉗子的各關(guān)節(jié)的彎曲、進(jìn)退，即對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)48(如圖1所示)的旋轉(zhuǎn)量，使用該值來控制電動(dòng)機(jī)48，移動(dòng)把持鉗子。
如上所述，采用本實(shí)施方式，在內(nèi)窺鏡移動(dòng)的同時(shí)，還考慮了支撐把持鉗子的多關(guān)節(jié)臂的彎曲和延伸狀態(tài)來進(jìn)行移動(dòng)，因此能夠不對(duì)提拉的粘膜施加多余的力。由此，能夠在不使把持的粘膜變形的情況下進(jìn)行剝離。此外，能夠維持此前的刀的剝削線。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其控制方法，估算由于處理時(shí)從病變部剝離下并被把持的粘膜的負(fù)荷增加或把持鉗子的提拉力量的增加而引起的內(nèi)窺鏡前端部的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)估算結(jié)果使內(nèi)窺鏡前端部移動(dòng)到原來的位置，由此能夠進(jìn)行處理器具不會(huì)從處理位置離開而能持續(xù)處理作業(yè)這樣的處理器具的位置控制。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括
內(nèi)窺鏡，其具有用于觀察體腔內(nèi)的活體組織的能彎曲的前端部；
第1處理器具，其在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)插通且能移動(dòng)地從所述前端部延伸出，對(duì)所述活體組織實(shí)施處理；
第2處理器具，其在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)插通且能移動(dòng)地從前端部延伸出，能把持由所述第1處理器具處理的所述活體組織的一部分；
運(yùn)動(dòng)檢測部，其檢測所述內(nèi)窺鏡的所述前端部的運(yùn)動(dòng)；以及
控制部，其檢測基于所述運(yùn)動(dòng)檢測部的檢測結(jié)果的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，控制所述內(nèi)窺鏡的所述前端部的彎曲，以使所述第1處理器具返回到運(yùn)動(dòng)之前的處理位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述第1處理器具和所述第2處理器具設(shè)置在至少1個(gè)多關(guān)節(jié)臂的前端，所述多關(guān)節(jié)臂在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)插通且能進(jìn)退及能彎曲地從所述前端部延伸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述內(nèi)窺鏡還具有攝像部，
所述運(yùn)動(dòng)檢測部包括
圖像處理部，其對(duì)所述攝像部所拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理；以及
運(yùn)動(dòng)推測部，其根據(jù)由所述圖像處理部獲得的圖像數(shù)據(jù)，估算所述內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)及其移動(dòng)位置，
所述運(yùn)動(dòng)檢測部按時(shí)間上的前后依次比較由所述攝像部按時(shí)間序列連續(xù)拍攝的圖像，根據(jù)比較結(jié)果來檢測所述內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)檢測部包括
磁場產(chǎn)生線圈，其配置在插入到所述體腔內(nèi)的所述內(nèi)窺鏡的內(nèi)部；以及
位置估算部，其檢測所述磁場產(chǎn)生線圈所產(chǎn)生的磁場，以所述磁場產(chǎn)生線圈的位置為坐標(biāo)，對(duì)內(nèi)窺鏡的位置和運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行估算。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，在由所述運(yùn)動(dòng)檢測部檢測出的所述運(yùn)動(dòng)量超過預(yù)定的閾值時(shí)，所述控制部根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，使所述內(nèi)窺鏡的前端部在與所述運(yùn)動(dòng)相反的方向上移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述控制部基于所述運(yùn)動(dòng)檢測部的檢測結(jié)果，在使所述內(nèi)窺鏡的所述前端部彎曲時(shí)，根據(jù)所述前端部的彎曲來驅(qū)動(dòng)所述多關(guān)節(jié)臂的彎曲狀態(tài)和延伸狀態(tài)，以使把持所述活體組織的狀態(tài)下的所述第2處理器具維持所述運(yùn)動(dòng)后的把持位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的進(jìn)行處理器具的位置控制的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述內(nèi)窺鏡的插入部、設(shè)置有所述第1處理器具的多關(guān)節(jié)臂以及設(shè)置有第2處理器具的多關(guān)節(jié)臂通過與分別安裝在電動(dòng)機(jī)的軸上的滑輪連接的金屬線的牽引和松弛而進(jìn)行彎曲動(dòng)作，并且通過按照所述控制部的指示的所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行移動(dòng)和把持動(dòng)作以及姿勢保持動(dòng)作。
8.一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器具的位置控制方法，該方法在一邊觀察利用內(nèi)窺鏡按照時(shí)間序列對(duì)體腔內(nèi)進(jìn)行拍攝而得的圖像，一邊利用在所述內(nèi)窺鏡內(nèi)連通且能移動(dòng)地從前端部延伸出的第1、第2處理器具對(duì)圖像內(nèi)的活體組織實(shí)施處理時(shí)，控制所述第1、第2處理器具的位置，
在上述位置控制方法中，進(jìn)行由所述第2處理器具把持通過所述第1處理器具從所述活體組織剝離下的該活體組織的一部分的處理，在針對(duì)包含在所述圖像中的所述內(nèi)窺鏡的前端部檢測到運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測基于所述運(yùn)動(dòng)的所述內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，使所述內(nèi)窺鏡的前端部彎曲，以使所述第1處理器具返回到運(yùn)動(dòng)之前的處理位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器具的位置控制方法，按照時(shí)間上的前后依次比較由所述內(nèi)窺鏡按時(shí)間序列連續(xù)拍攝的圖像，根據(jù)比較結(jié)果檢測所述內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，生成針對(duì)所述內(nèi)窺鏡的前端部的彎曲控制量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器具的位置控制方法，檢測由配置在插入到所述體腔內(nèi)的所述內(nèi)窺鏡內(nèi)的磁場產(chǎn)生線圈產(chǎn)生的磁場，以所述磁場產(chǎn)生線圈的位置為坐標(biāo)，估算內(nèi)窺鏡的位置和運(yùn)動(dòng)量，生成針對(duì)所述內(nèi)窺鏡的前端部的彎曲控制量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器具的位置控制方法，在根據(jù)所述彎曲控制量使所述內(nèi)窺鏡的前端部彎曲時(shí)，使把持所述活體組織的一部分的狀態(tài)下的所述第2處理器具維持所述運(yùn)動(dòng)后的把持位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器具的位置控制方法，將檢測出的所述內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)量與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，在所述運(yùn)動(dòng)量比所述閾值大的情況下，判斷為所述內(nèi)窺鏡的前端部已運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
在內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，在一邊觀察由內(nèi)窺鏡按照時(shí)間序列對(duì)體腔內(nèi)進(jìn)行拍攝而到的圖像，一邊利用在內(nèi)窺鏡內(nèi)連通且能移動(dòng)地從前端部延伸出的刀和把持鉗子對(duì)圖像內(nèi)的活體組織的病變部實(shí)施處理時(shí)，進(jìn)行由把持鉗子把持利用刀從活體組織剝離下的病變部的處理，在針對(duì)圖像中所包含的內(nèi)窺鏡的前端部檢測出運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測基于運(yùn)動(dòng)的內(nèi)窺鏡的前端部的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)量，使內(nèi)窺鏡的前端部彎曲，以使刀返回到原來的處理位置。
文檔編號(hào)A61B1/00GK101610713SQ20088000512
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者長谷川潤, 吉江方史 申請(qǐng)人:奧林巴斯醫(yī)療株式會(huì)社