CN104394792B - 手术支援装置 - Google Patents

Abstract

该手术支援装置具有操作输入部、形成能够贯穿插入手术器械的通道并使通道移动的动作部、检测处置部移动量的移动量检测单元、计算动作部信息的动作部信息计算单元、根据操作指令来控制动作部的动作的动作控制部。

Description

手术支援装置

技术领域

本发明涉及手术支援装置。本申请根据2012年7月3日在日本申请的日本特愿2012-149341号主张优先权，并将其内容引用于此。

背景技术

以往，为了通过远程操作来进行手术，研究了各种手术支援装置。例如，在专利文献1中公开了手术支援装置。

在专利文献1的手术支援装置中，通过对操纵杆(操作输入部)进行操作而从操纵杆发送信号，根据该信号使设于电子内窥镜的插入部(动作部)中的主动弯曲部弯曲。

在插入部中形成通道，能够在该通道中贯穿插入软性的处置器械(手术器械)。

在专利文献1的手术支援装置中，在驱动主动弯曲部、即使该主动弯曲部弯曲时，进行能够改变弯曲速度的最大值即最大弯曲速度的控制。具体而言，该手术支援装置具有处置器械不从处置器械突出口(前端开口)突出的插入模式、以及处置器械从处置器械突出口突出的处置模式。相对于处置模式，在插入模式中将最大弯曲速度设定为2倍。

由此，在将插入部插入到目标部位时，在插入模式下，通过使主动弯曲部快速弯曲，能够快速进行插入。另一方面，由于在使处置器械从处置器械突出口突出而进行各种治疗处置时设为处置模式，所以，速度指定容易，能够提高处置的准确性，操作性优良。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4672031号公报

发明内容

发明要解决的课题

在现有的手术支援装置中，在使用软性的处置器械的情况下，很难使操作部中的操作与处置器械的前端部中的位置和姿态对应起来。因此，当处置器械从处置器械突出口突出的突出长度、处置器械的绕轴线的旋转角度变化时，处置器械的前端部的位置和绕轴线的朝向变化，操作性降低。因此，例如期望如下的手术支援装置：在处置器械的前端设有由一对把持片等构成的把持部(处置部)的情况下，能够进行在期望位置高精度把持的操作。

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于，提供如下的手术支援装置：在手术器械突出的突出长度或旋转角度发生了变化的情况下，也能够在通过使操作输入部移动而使处置部移动时，使操作输入部的位置和姿态与处置部的位置和姿态对应起来，能够直观地对处置部进行操作。

用于解决课题的手段

本发明的第一方式的手术支援装置具有：操作输入部，其根据来自使用者的输入而发出操作指令；动作部，其形成有能够供手术器械贯穿插入的通道，使所述通道移动，该手术器械在软性的手术器械插入部的前端部设有处置部；移动量检测单元，其检测处置部移动量，所述处置部移动量是贯穿插入到所述通道中的所述手术器械的所述处置部从所述通道的前端开口向前方突出的突出长度、以及所述手术器械绕所述通道的轴线的旋转角度中的至少一方；动作部信息计算单元，其计算能够确定所述动作部在所述前端开口中的位置和姿态的动作部信息；以及动作控制部，其根据所述操作指令来控制所述动作部的动作。所述操作输入部具有：被检测体，其安装在固定于所述手术器械插入部的基端部并对所述处置部进行操作的操作部上；以及检测部，其检测所述被检测体。所述检测部计算能够确定所述被检测体的位置和姿态的被检测体信息，所述操作输入部根据所述检测部计算出的所述被检测体信息而发出所述操作指令。所述动作控制部根据所述操作指令的所述被检测体信息、所述处置部移动量和所述动作部信息来控制所述动作部的动作。

根据本发明的第二方式，第一方式的手术支援装置也可以还具有固定单元，该固定单元固定在所述通道中贯穿插入的所述手术器械插入部相对于所述通道的位置。

根据本发明的第三方式，第一或第二方式的手术支援装置也可以还具有手术器械移动部，该手术器械移动部使贯穿插入到所述通道中的所述手术器械相对于所述通道移动。

根据本发明的第四方式，在第一～第三方式中的任意一个方式的手术支援装置中，所述被检测体也可以具有：主体部，其安装在所述操作部上；以及标识，其设置在所述主体部上。所述检测部也可以使用所述标识计算所述被检测体信息。

根据本发明的第五方式，在第一～第三方式中的任意一个方式的手术支援装置中，所述被检测体也可以具有安装在所述操作部上的转接器。进而，所述检测部也可以具有：多关节臂，其与所述转接器连结；以及位置姿态检测部，其检测所述多关节臂的位置和姿态并作为所述被检测体信息进行输出。

根据本发明的第六方式，在第四或第五方式的手术支援装置中，所述检测部也可以使用坐标系计算所述被检测体信息，其中，该坐标系将以相对于所述操作部具有规定的位置关系的方式设定的原点作为基准。

发明效果

根据上述手术支援装置，即使在手术器械突出的突出长度或旋转角度发生了变化的情况下，也能够在通过使操作输入部移动而使处置部移动时，使操作输入部的位置和姿态与处置部的位置和姿态对应起来，能够直观地对处置部进行操作。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的手术支援装置的整体图。

图2是与本发明的第1实施方式的手术支援装置一起使用的手术器械的示意图。

图3是本发明的第1实施方式的手术支援装置中的检测装置的框图。

图4是示意地示出本发明的第1实施方式的手术支援装置的从机械手的立体图。

图5是本发明的第1实施方式的从机械手的手术器械机械手的平面示意主要部分剖视图。

图6是本发明的第1实施方式的手术支援装置中的控制装置和从机械手的框图。

图7是示出本发明的第1实施方式的手术支援装置的使用时的动作的示意图。

图8是示出在本发明的第1实施方式的手术支援装置的使用时突出长度比较短的情况下的动作的示意图。

图9是示出在本发明的第1实施方式的手术支援装置的使用时突出长度比较长的情况下的动作的示意图。

图10是本发明的第2实施方式的手术支援装置中的手术器械机械手的平面示意主要部分剖视图。

图11是本发明的第2实施方式的手术支援装置中的控制装置和从机械手的框图。

图12是本发明的第3实施方式的手术支援装置中的主要部分的示意图。

图13是本发明的变形例的实施方式的手术支援装置中的手术器械机械手的立体图。

具体实施方式

(第1实施方式)

下面，参照图1～图9对本发明的手术支援装置的第1实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的手术支援装置1具有主机械手10、从机械手(动作部)30、显示装置80和控制装置90。并且，手术支援装置1构成为能够安装公知的软性的处置器械作为手术器械200。

手术器械200的结构没有特别限定。例如，如图2所示，安装在手术支援装置1上使用的手术器械200具有处置部201、手术器械插入部210、操作部220。手术器械插入部210的前端部设有处置部201。操作部220固定在手术器械插入部210的基端部。

处置部201能够适当选择并采用钳子、针、高频刀等对活体组织进行处置的公知结构。在本实施方式中，处置部201通过操作部220中的操作而进行动作。处置部201的动作例如是钳子开闭、针从手术器械插入部210突出没入、对高频刀通电高频电流等。下面，使用设置能够进行开闭动作的钳子202作为处置部201的例子进行说明。

钳子202具有通过销203以彼此转动自如的方式连结的一对钳子片202a、202b。进而，在各钳子片202a、202b上连结有用于使各钳子片202a、202b绕销203的中心轴线转动的线204。线204的前端部与钳子202连结，贯穿插入到手术器械插入部210内并与操作部220连结。

手术器械插入部210是软性的筒状部件。在本实施方式中，手术器械插入部210的结构只要是筒状即可，没有特别限定。例如，手术器械插入部210具有呈螺旋状卷绕有金属线的螺旋外皮、以及包覆螺旋外皮的包覆部件。与钳子片202a、202b连结的上述线204贯穿插入到手术器械插入部210内。

操作部220固定在手术器械插入部210上。具体而言，操作部220具有操作主体221和滑块225。操作主体221形成为棒状，在前端固定有手术器械插入部210。滑块225与操作主体221连结并固定在线204上。

操作主体221具有以进退自如的方式保持滑块225的导轨部222。并且，操作主体221在固定有手术器械插入部210的一侧的端部的相反侧的端部设有勾挂使用者手指的手指勾挂部223。

滑块225是能够勾挂使用者手指的外周面形成有凹陷的大致圆柱状的部件。通过使滑块225相对于操作主体221进退移动，线204在手术器械插入部210内进退。

图1所示的主机械手10是为了使从机械手30根据使用者的移动进行动作而设置的。主机械手10具有安装在手术器械200上的被检测体11、以及检测被检测体11的检测装置(检测部)12。并且，在本实施方式中，通过主机械手10和控制装置90的后述转换处理部91构成操作输入部94。操作输入部94发出用于使从机械手30进行动作的操作指令。

被检测体11安装在使用者把持手术器械200的操作部220时不会成为妨碍的位置。例如，在本实施方式中，被检测体11以能够拆装的方式固定在操作主体221与手术器械插入部210的连接部分附近。被检测体11具有安装在操作部220上的主体部14、以及设置在主体部14上的标识15。

主体部14是在外表面设有标识15的部件。设置在主体部14上的标识15设置在主体部14的外表面中相互分开的3个部位以上。各标识15具有规定颜色和形状。例如，在本实施方式中，在主体部14上设有相同形状、相同大小、相同颜色的多个标识15。各标识15例如通过印刷等形成在主体部14的外表面上。

标识15配置成相对于主体部14被定位。因此，标识15的位置和姿态(朝向)对应于主体部14的位置和姿态。并且，由于主体部14固定在操作部220的操作主体221上，所以，标识15的位置和姿态对应于操作部220的位置和姿态。

进而，在主体部14上设有3个标识15的情况下，3个标识15配置成以各标识15为顶点的三角形的三边长度相互不同。由此，能够通过各标识15的相对位置关系唯一确定主体部14的姿态。各标识15在主体部14的外表面中设置在平面状的部分或曲面状的部分中。

并且，也可以在主体部14上设置额外的标识15，以使得在操作中由于障碍物等对检测装置12遮蔽了1个标识15的情况下，也能够确定主体部14的位置和姿态。在遮蔽了1个标识15的情况下，使用额外设置的标识15求出位置和姿态。

另外，也可以将3个或3个以上的标识15配置在一张薄片上，并将该薄片粘贴在主体部14的外表面上。

如图3所示，检测装置12具有拍摄部16、图像识别部17、输出部18。

拍摄部16是在使用者使用安装有被检测体11的手术器械200时对被检测体11进行拍摄的装置。拍摄部16的拍摄视野被设定为，在手术支援装置1的使用时，能够拍摄被检测体11被使用者移动的空间(以下称为“作业空间Q1”。)的整体。并且，虽然没有图示，但是，拍摄部16至少具有从规定的一个方向对作业空间Q1进行拍摄的第一照相机、以及从与上述规定的一个方向不同的方向进行拍摄的第二照相机。由此，针对位于作业空间Q1内的被检测体11，拍摄部16能够同时拍摄角度相互不同的至少2个图像。另外，拍摄部16也可以具有3台以上的照相机。并且，拍摄部16也可以构成为，假设使用者自身或其他障碍物进入被检测体11与照相机之间的情况而具有预备照相机。拍摄部16将所拍摄的图像输出到图像识别部17。

图像识别部17根据所拍摄的图像，通过图像识别处理来识别标识15。进而，图像识别部17根据作业空间Q1内的各标识15的位置关系，针对标识15的位置和姿态，计算使用被检测体11固有的坐标系的坐标信息即第一坐标信息A(被检测体信息。参照图2。)，将其输出到输出部18。

由于各标识15设置在被检测体11的主体部14上，所以，第一坐标信息A成为用于确定被检测体11的位置和姿态的信息。

输出部18将图像识别部17中计算出的第一坐标信息A输出到控制装置90的后述转换处理部91。在本实施方式中，从输出部18输出的第一坐标信息A是用于供转换处理部91确定被检测体11的位置和姿态的信息。与被检测体11是否在作业空间Q1内移动无关，根据规定的发送定时，从输出部18输出第一坐标信息A。

如图4所示，从机械手30具有保持机械手32和手术器械机械手33。保持机械手32安装在基体31上。手术器械机械手33以能够拆装的方式安装在保持机械手32上。另外，从机械手30具有多个机械手(保持机械手32、手术器械机械手33)，但是，下面为了便于说明而仅示出1组机械手32、33。

在从机械手30上安装有所述手术器械200和未图示的内窥镜装置(以下有时统称为“手术器械200等”。)。

保持机械手32经由关节部37以相互能够转动的方式连接有多个棒36的端部。保持机械手32的下端部以能够滑动的方式安装在设于基体31的导轨31a上。另一方面，在保持机械手32的前端即棒36的端部固定有保持部38。在保持部38上，通过未图示的拆装机构以能够拆装的方式安装有手术器械机械手33的后述主体部41。在各关节部37上设有致动器37a，能够调节相邻的棒36所成的角度θ₁、θ₂。另外，通过设于关节部37的编码器等关节角度检测传感器37b来检测棒36所成的角度θ₁、θ₂。

设于从机械手30的内窥镜装置取得处置对象物或手术器械200的图像，并将其输出到显示装置80。

如图4和图5所示，手术器械机械手33具有主体部41和插入部42。与主体部41相比，插入部42形成为细长，基端部与主体部41连接。

如图5所示，主体部41具有外壳44、收纳在外壳44内的移动量检测单元45、摇动机构46、摇动角度检测传感器47。

在主体部41和插入部42的内部，通过未图示的管材等形成通道50。通道50与在插入部42的前端侧形成的前端开口68a连通，并且与外壳44上形成的基端开口44a连通。在通道50中，在设有后述进退用辊53、54和旋转用辊57、58的部分形成有未图示的贯通孔，该贯通孔与外壳44的内部空间连通。

在通道50中能够贯穿插入所述手术器械200。

在本实施方式中，移动量检测单元45具有进退移动量检测部51和旋转移动量检测部52。

进退移动量检测部51具有一对进退用辊53、54和长度检测单元55。一对进退用辊53、54以夹持手术器械200的手术器械插入部210的方式配置在基端开口44a的附近。长度检测单元55检测进退用辊53的旋转角度。进退用辊53、54配置成在包含通道50的轴线C1的基准平面S上旋转，并且支承在外壳44上。长度检测单元55例如具有编码器、运算元件和存储器。在手术器械200相对于通道50进退时，进退用辊53、54相对于手术器械200的手术器械插入部210旋转而不会滑动，能够利用编码器检测进退用辊53的旋转角。

进而，在存储器中存储有手术器械200的长度尺寸等。运算元件能够根据检测到的进退用辊53的旋转角和存储器中存储的手术器械200的长度尺寸，计算贯穿插入到通道50中的手术器械200的钳子202从通道50的前端开口68a向前方突出的突出长度。更详细地讲，运算元件能够计算手术器械200中的手术器械插入部210与钳子202的连接位置P1从前端开口68a向前方突出的突出长度L1。

另一方面，旋转移动量检测部52具有一对旋转用辊57、58和旋转检测单元59。一对旋转用辊57、58配置成夹持手术器械插入部210。旋转检测单元59检测旋转用辊57的旋转角度。旋转用辊57、58以能够绕与轴线C1平行的轴线旋转的方式支承在外壳44上。旋转检测单元59具有与长度检测单元55相同的结构，具有编码器、运算元件和存储器。在手术器械200绕轴线C1旋转时，旋转用辊57、58相对于手术器械200的手术器械插入部210旋转而不会滑动，能够利用编码器检测旋转用辊57的旋转角。

进而，在存储器中存储有表示旋转用辊57的外径相对于手术器械插入部210的外径的比率的常数等。运算元件能够根据检测到的旋转用辊57的旋转角和存储器中存储的常数，计算手术器械200绕轴线C1的旋转角度。

这些突出长度和旋转角度即处置部移动量被输出到后述逆运动学计算部100。

摇动机构46具有蜗杆62和蜗轮63。蜗杆62配置成与通道50的轴线C1平行地延伸。蜗轮63与蜗杆62卡合。蜗杆62以能够旋转的方式支承在外壳44上。蜗轮63以能够进退的方式支承在外壳44上。

在蜗杆62的基端部连接有摇动马达64。摇动马达64安装在外壳44上。通过摇动马达64使蜗杆62绕与通道50的轴线C1平行的轴线C2旋转，由此，能够使蜗轮63相对于蜗杆62在轴线C1方向上移动。

在摇动马达64上安装有所述摇动角度检测传感器47。摇动角度检测传感器47能够适当选择使用编码器等。摇动角度检测传感器47能够检测摇动马达64的旋转轴的旋转角度α、即蜗杆62绕轴线C2的旋转角度。

插入部42具有插入部主体67和摇动部件68。插入部主体67形成为管状，固定在外壳44的前端面上并在轴线C1方向上延伸。摇动部件68以能够摇动的方式与插入部主体67的前端部连接。

虽然没有图示，但是，在插入部主体67和摇动部件68中的一方设有轴部件，在另一方以能够绕该轴部件相对移动的方式设有与轴部件卡合的孔。根据该结构，摇动部件68以能够摇动的方式与插入部主体67的前端部连接。在摇动部件68的前端面形成有所述前端开口68a。通道50与前端开口68a连通。

在摇动部件68上设有夹钳(固定单元)69。夹钳69对贯穿插入到通道50中的手术器械插入部210相对于通道50的位置进行固定。在本实施方式中，夹钳69设置在通道50的前端部。通过在手术器械插入部210上安装夹钳69，限制了手术器械插入部210相对于通道50朝向通道50的轴线C1方向的移动以及绕轴线C1的旋转。

在插入部主体67的管路中贯穿插入有连接棒70。在平面视图中，连接棒70的前端部相对于摇动部件68的摇动中心在与轴线C1正交的方向上偏移的位置处安装在摇动部件68上，连接棒70的基端部安装在蜗轮63上。

因此，通过摇动马达64使蜗轮63在通道50的轴线C1方向上移动，由此，能够使摇动部件68相对于插入部主体67摇动。

在本实施方式中，棒36、插入部主体67和摇动部件68使用由金属等材料形成为大致管状的部件。即，各个机械手32、33是所谓的硬性机械手。

设置在保持机械手32上的各致动器37a和设置在手术器械机械手33上的摇动马达64根据从控制装置90输出的驱动信号进行动作。由此，能够使手术器械机械手33的通道50相对于基体31移动，并且能够使手术器械机械手33的摇动部件68摇动。

根据动作部信息，根据公知的运动学唯一确定保持机械手32和手术器械机械手33的姿态。动作部信息包括此前说明的由关节角度检测传感器37b检测到的相邻的棒36所成的角度θ₁、θ₂、以及由摇动角度检测传感器47检测到的摇动马达64的旋转轴的旋转角度α。而且，能够确定从机械手30的前端、换言之为摇动部件68的前端开口68a处的位置和姿态。即，关节角度检测传感器37b和摇动角度检测传感器47构成动作部信息计算单元48。

进而，除了动作部信息，还能够使用所述手术器械200的突出长度L1和旋转角度，根据运动学确定手术器械200的连接位置P1处的位置和姿态。

如图1所示，显示装置80安装在与主机械手10的检测装置12相同的基座上，设置在使用者的前方。显示装置80具有显示由内窥镜装置取得的图像的显示面板。显示面板能够适当选择采用液晶面板或有机EL面板等。

如图1和图6所示，控制装置90具有转换处理部91、从控制部(动作控制部)92、存储部93。转换处理部91与检测装置12连接。从控制部92与转换处理部91连接，并且与从机械手30的各致动器37a和摇动马达64连接。存储部93与转换处理部91和从控制部92连接。

转换处理部91具有信息取得部96和操作指令生成部97。信息取得部96受理从图3所示的检测装置12输出的第一坐标信息A。操作指令生成部97与信息取得部96连接。

信息取得部96取得使用被检测体11固有的坐标系计算出的第一坐标信息A(参照图1)，将其输出到操作指令生成部97。

从图3所示的检测装置12输出的被检测体11的第一坐标信息A经由信息取得部96输入到操作指令生成部97。被检测体11的第一坐标信息A根据上述规定的发送定时而输入到操作指令生成部97。接着，操作指令生成部97取得第一坐标信息A作为被检测体11的跟踪信息。

操作指令生成部97具有坐标系转换功能。坐标系转换功能是进行将被检测体11的跟踪信息的坐标系转换为安装有被检测体11的操作部220的坐标系的处理的功能。操作部220的坐标系是根据被检测体11中的标识15的位置和操作部220的形状决定的坐标系。在本实施方式中，操作部220的坐标系是以操作主体221与手术器械插入部210的连接位置P2(参照图2)为原点的三维坐标系。用于确定操作部220的坐标系的信息作为手术器械信息存储在存储部93中，通过操作指令生成部97进行适当参照。由此，被检测体11的跟踪信息中的第一坐标信息A被转换为基于以连接位置P2为原点的三维坐标系的坐标信息(以下称为“第二坐标信息B”。参照图2)。

例如，如下述(1)式所示，能够使用转换矩阵进行坐标系的转换。

{P_s}＝{T}{P_m}··(1)

在上述(1)式中，{P_m}是基于被检测体11固有的坐标系的被检测体11的坐标，{T}是基于手术器械信息的已知的转换矩阵，{P_s}是以连接位置P2为原点的操作部220的坐标。

操作指令生成部97将用于使图1所示的从机械手30和手术器械200进行动作的操作指令输出到从控制部92。操作指令生成部97发出的操作指令例如包括表示作为操作对象的从机械手30和手术器械200的移动后的位置和姿态的第二坐标信息B。

从控制部92具有逆运动学计算部100和驱动量生成部101。逆运动学计算部100与转换处理部91连接。驱动量生成部101与逆运动学计算部100连接。

逆运动学计算部100从设置在保持机械手32上的关节角度检测传感器37b和设置在手术器械机械手33上的摇动角度检测传感器47取得从机械手30的跟踪信息。从机械手30的跟踪信息是表示手术器械200和从机械手30的位置和姿态、以及设置在手术器械200上的处置部201(连接位置P1)的位置和姿态的三维坐标系的坐标信息(以下称为第三坐标信息C。)。即，第三坐标信息C中的原点是使手术器械200贯穿插入到手术器械机械手33的通道50中并利用夹钳69固定的状态下的连接位置P1。考虑棒36所成的角度θ₁、θ₂、摇动马达64的旋转角度α、连接位置P1的突出长度L1和旋转角度求出第三坐标信息C。

并且，逆运动学计算部100对应于来自操作指令生成部97的操作指令，将从转换处理部91输出的操作指令转换为从机械手30中的各关节部37中的棒36所成的角度θ₁、θ₂、摇动马达64的旋转角度α，并将其输出到驱动量生成部101。

另外，根据需要，逆运动学计算部100也可以具有坐标转换功能。坐标转换功能是通过坐标转换而使第二坐标信息B的坐标系和第三坐标信息C的坐标系相匹配的功能。当通过坐标转换而使第二坐标信息B的坐标系和第三坐标信息C的坐标系相匹配时，观察内窥镜图像并使处置部201移动的使用者能够直观地移动处置部201。

并且，逆运动学计算部100也可以具有比例尺转换功能。比例尺转换功能使被检测体11的跟踪信息中的比例尺和从机械手30的跟踪信息中的比例尺相匹配。

通过坐标转换功能和比例尺转换功能，能够将观察显示装置80并移动被检测体11的使用者的动作适当反映在从机械手30和手术器械200的动作中。

驱动量生成部101将驱动信号输出到各致动器37a和摇动马达64，对从机械手30的动作进行控制。驱动信号是规定与从逆运动学计算部100输出的移动角度对应的各致动器37a和摇动马达64的驱动量的信号。

接着，对本实施方式的手术支援装置1的使用时的动作和作用进行说明。在以下的例子中，利用如下例子进行说明：通过对操作部220进行操作以使得操作部220相对于连接位置P2的位置和姿态以及处置部201相对于连接位置P1的位置和姿态成为相似关系，从而移动处置部201。

在手术支援装置1的使用时，如图7所示，使用者将手术器械200插入到从机械手30的通道50中。此时，使钳子202从通道50的前端开口68a突出。

通过使手术器械200相对于通道50进退并扭转，对钳子202相对于前端开口68a的位置和朝向进行调节。利用长度检测单元55检测使用者使手术器械200进退而实现的突出长度L1。利用旋转检测单元59检测使用者扭转手术器械200而实现的旋转角度。

通过夹钳69固定手术器械插入部210的前端侧相对于通道50的位置。

检测到的突出长度L1和旋转角度被输出到逆运动学计算部100。这里，在通过夹钳69固定手术器械插入部210相对于通道50的位置后，突出长度L1和旋转角度分别成为固定值。

下面，首先对将突出长度L1设定为比较短的情况进行说明。

在手术器械200的使用时，使用者把持手术器械200的操作部220，如图8所示，根据需要而使操作部220移动。于是，安装在操作部220上的被检测体11也与操作部220一体地移动，设置在被检测体11上的标识15在作业空间Q1内移动。此时，通过设置在图3所示的检测装置12上的拍摄部16对标识15进行拍摄。

检测装置12检测作业空间Q1内的标识15的位置和姿态，向控制装置90的转换处理部91输出第一坐标信息A。

在转换处理部91中，通过操作指令生成部97，根据第一坐标信息A(被检测体11的跟踪信息)生成包含对第一坐标信息A进行坐标转换而得到的上述第二坐标信息B在内的操作指令(参照图1)。通过操作指令生成部97生成的操作指令被输出到从控制部92的逆运动学计算部100。

在逆运动学计算部100中，对操作指令中包含的第二坐标信息B和从从机械手30取得的从机械手30的跟踪信息(第三坐标信息C)进行比较。逆运动学计算部100使用该比较结果，计算用于对保持机械手32的位置和姿态进行控制的各棒36所成的角度θ₁、θ₂、以及用于对手术器械机械手33的位置和姿态进行控制的摇动马达64的旋转角度α。逆运动学计算部100将计算出的角度θ₁、θ₂和旋转角度α输出到驱动量生成部101。

在驱动量生成部101中，根据从逆运动学计算部100输出的移动角度，生成用于规定从机械手30的致动器37a和摇动马达64的驱动量的驱动信号，使从机械手30和手术器械200移动。

由此，例如，如图8所示，在使用者进行了通过使操作部220以操作部220的连接位置P2为转动中心进行转动来改变操作部220的姿态的操作的情况下，通过控制装置90，如下所述进行控制。即，通过对各棒36所成的角度θ₁、θ₂和摇动马达64的旋转角度α进行调节，使手术器械200移动，以使得处置部201的连接位置P1不会在空间内移动，并且操作部220的姿态和钳子202的姿态一致。

这里，如图9所示，对将突出长度L11设定为比较长的情况进行说明。

该情况下，突出长度L11大于所述突出长度L1。因此，通过将突出长度L11输出到逆运动学计算部100，重新计算各棒36所成的角度θ₁、θ₂和摇动马达64的旋转角度α。然后，与图8相比，通过使各棒36和摇动部件68大幅移动，手术器械200移动，而连接位置P1不移动。

在本实施方式中，由于如上所述控制钳子202的位置和姿态，所以，能够得到在连接位置P2固定有钳子202那样的操作感。即，在本实施方式中，对操作部220进行操作的使用者能够以使用在操作主体221的连接位置P2安装有钳子片202a、202b的硬性器具这样的操作感来使用手术器械200。

接着，说明对钳子片202a、202b进行开闭操作的情况。

通过使滑块225相对于操作主体221进退移动，线204在手术器械插入部210内进退，钳子片202a、202b开闭。通过一对钳子片202a、202b把持组织等时的触感通过线204传递到滑块225，作为操作感传递到对滑块225进行操作的使用者。

另外，在对手术器械200的突出长度或旋转角度进行调节的情况下，从手术器械插入部210取下夹钳69而使手术器械200进退并扭转，对钳子202的位置进行调节。然后，在手术器械插入部210上安装夹钳69。此时，通过移动量检测单元45再次检测手术器械200的突出长度和旋转角度，将其输出到逆运动学计算部100。

如以上说明的那样，根据本实施方式的手术支援装置1，通过移动量检测单元45检测手术器械200的突出长度L1和旋转角度。将这些检测值输出到逆运动学计算部100，计算各棒36所成的角度θ₁、θ₂和摇动马达64的旋转角度α，驱动从机械手30。因此，在手术器械200的突出长度L1或旋转角度变化的情况下，也能够使安装有被检测体11的操作部220的位置和姿态与钳子202的位置和姿态一致。其结果，即使是软性的手术器械200，使用者也能够直观地进行操作。

根据本实施方式的手术支援装置1，由于在摇动部件68上设有夹钳69，所以，能够固定从前端开口68a突出的手术器械200的突出长度L1和手术器械200的旋转角度，能够使手术器械200稳定来进行处置。

被检测体11具有设置在主体部14上的标识15，检测装置12使用标识15计算第一坐标信息A。由此，能够利用比较简单的结构来计算被检测体11的第一坐标信息A。

在本实施方式中，以手术器械200的突出长度变化的情况为例进行了说明。除此之外，在手术器械200的旋转角度变化的情况下，与上述同样，通过对各棒36所成的角度θ₁、θ₂和摇动马达64的旋转角度α进行调节，也能够使安装有被检测体11的操作部220的位置和姿态与钳子202的位置和姿态一致，使用者能够直观地进行操作。

(第2实施方式)

接着，参照图10和图11对本发明的第2实施方式进行说明。对与上述实施方式相同的部位标注相同标号并省略其说明，仅对不同之处进行说明。

如图10所示，本实施方式的手术支援装置中的手术器械机械手133相对于第1实施方式的手术器械机械手33，代替夹钳69而具有使贯穿插入到通道50中的手术器械200绕通道50的轴线C1旋转的手术器械移动部134。

如图10和图11所示，手术器械移动部134具有所述旋转用辊58、旋转马达135、旋转角度检测传感器136。旋转马达135使旋转用辊58绕其轴线旋转。旋转角度检测传感器136检测旋转马达135的旋转轴的旋转角度。

旋转马达135以能够旋转的方式支承在外壳44上。优选旋转角度检测传感器136可以使用编码器等。

旋转角度检测传感器136与逆运动学计算部100连接，将旋转马达135的旋转角度的检测结果输出到逆运动学计算部100。

根据这样构成的本实施方式的手术支援装置，在手术器械200突出的突出长度或旋转角度变化的情况下，也能够直观地操作钳子202。

进而，由于不具有夹钳69，所以，在手术中也能够通过手术器械移动部134使手术器械200相对于通道50移动，能够对手术器械200的旋转角度进行调节。因此，不用中断手术就能够继续进行直观的操作。并且，能够提高使手术器械200绕轴线C1旋转的自由度。

另外，在本实施方式中，示出了手术器械移动部134是使手术器械200绕轴线C1旋转的机构的例子，但是不限于此。例如，手术器械移动部也可以使用能够使手术器械200在通道50内在轴线C1方向上进退的机构。并且，还可以使用能够使手术器械200绕轴线C1旋转并在轴线C1方向上进退的机构。

(第3实施方式)

接着，参照图12对本发明的第3实施方式进行说明。对与上述实施方式相同的部位标注相同标号并省略其说明，仅对不同之处进行说明。

如图12所示，本实施方式的手术支援装置2代替第1实施方式的具有标识15的被检测体11而具有安装在操作部220上的转接器151。

转接器151和操作部220经由环状部件(中间部件)152连结。

并且，手术支援装置2代替具有拍摄部16和图像识别部17的检测装置12而具有检测装置155，该检测装置155具有多关节臂156和位置姿态检测部157。多关节臂156与转接器151连结。位置姿态检测部157检测多关节臂156的位置和姿态。

位置姿态检测部157具有检测多关节臂156的各关节的移动角度的编码器等角度检测器。位置姿态检测部157根据从各角度检测器输出的角度的信息取得转接器151中的所述第一坐标信息(被检测体信息)。

并且，检测装置155具有与第1实施方式的输出部18相同的输出部，通过该输出部，能够向转换处理部91输出转接器151的跟踪信息。

在本实施方式中，代替在第1实施方式中检测作业空间Q1内的标识15(参照图3)，而使用多关节臂156确定转接器151和与转接器151连结的操作部220的位置和姿态。

在这样构成的本实施方式的手术支援装置2中，也发挥与第1实施方式的手术支援装置1相同的效果。

并且，在本实施方式中，标识15不会被障碍物遮蔽而妨碍拍摄部16对标识15进行拍摄。因此，能够可靠地得到转接器151的跟踪信息。

以上参照附图详细叙述了本发明的第1实施方式～第3实施方式，但是，具体结构不限于该实施方式。

例如，在所述第1实施方式～第3实施方式中，设机械手为硬性的。除此之外，例如，如图13所示的变形例那样，作为手术器械机械手143，也可以使用所谓的软性机械手。

在该变形例中，插入部主体144由树脂等软性材料形成。在插入部主体144的前端面设有一对前端关节部145。在前端关节部145和插入部主体144内形成有通道146。通道146与形成在前端关节部145的前端的前端开口145a连通。

在插入部主体144的前端面以露出的状态设置具有CCD等摄像元件的观察单元147。手术器械机械手143用作内窥镜。

这样，即使手术器械机械手143构成为软性，通过检测贯穿插入到通道146中并从前端开口145a突出的手术器械200的突出长度，控制前端关节部145的动作以使得内窥镜画面上的位置和姿态与操作部220的位置和姿态一致，也能够发挥与上述实施方式相同的效果。

在所述第1实施方式～第3实施方式中，移动量检测单元45检测突出长度和旋转角度双方作为处置部移动量。除此之外，也可以构成为移动量检测单元45检测突出长度和旋转角度中的一方。例如，在使用注射治疗针等关于轴线成为旋转对称的手术器械的情况下，也可以不检测手术器械的旋转角度。

以上参照附图详细叙述了本发明的实施方式，但是，具体结构不限于上述实施方式，还包含不脱离本发明主旨的范围内的设计变更等。进而，当然能够适当组合利用各实施方式所示的各个结构。除此之外，本发明不由所述说明进行限定，而仅由附加的权利要求书进行限定。

产业上的可利用性

根据上述手术支援装置，能够提供在手术器械突出的突出长度或旋转角度变化的情况下也能够直观地操作处置部的手术支援装置。

标号说明

1、2：手术支援装置；11：被检测体；12、155：检测装置(检测部)；14：主体部；15：标识；30：从机械手(动作部)；45：移动量检测单元；50：通道；68a、145a：前端开口；69：夹钳(固定单元)；92：从控制部(动作控制部)；134：手术器械移动部；151：转接器；156：多关节臂；157：位置姿态检测部；200：手术器械；201：处置部；210：手术器械插入部；220：操作部；A：第一坐标信息(被检测体信息)；C1：轴线。

Claims (6)

1.一种手术支援装置，其中，

该手术支援装置具有：

操作输入部，其根据来自使用者的输入而发出操作指令；

动作部，其形成有能够供手术器械贯穿插入的通道，使所述通道移动，该手术器械在软性的手术器械插入部的前端部设有处置部；

移动量检测单元，其检测处置部移动量，该处置部移动量是贯穿插入到所述通道中的所述手术器械的所述处置部从所述通道的前端开口向前方突出的突出长度、以及所述手术器械绕所述通道的轴线的旋转角度中的至少一方；

动作部信息计算单元，其计算能够确定所述动作部在所述前端开口中的位置和姿态的动作部信息；以及

动作控制部，其根据所述操作指令来控制所述动作部的动作，

所述操作输入部具有：

被检测体，其安装在固定于所述手术器械插入部的基端部并对所述处置部进行操作的操作部上；以及

检测部，其检测所述被检测体，

所述检测部计算能够确定所述被检测体的位置和姿态的被检测体信息，

所述操作输入部根据所述检测部计算出的所述被检测体信息而发出所述操作指令，

所述动作控制部根据所述操作指令的所述被检测体信息、所述处置部移动量和所述动作部信息来控制所述动作部的动作；

所述手术支援装置还具有固定单元，该固定单元固定贯穿插入在所述通道中的所述手术器械插入部相对于所述通道的位置。

2.一种手术支援装置，其中，

该手术支援装置具有：

操作输入部，其根据来自使用者的输入而发出操作指令；

动作部，其形成有能够供手术器械贯穿插入的通道，使所述通道移动，该手术器械在软性的手术器械插入部的前端部设有处置部；

移动量检测单元，其检测处置部移动量，该处置部移动量是贯穿插入到所述通道中的所述手术器械的所述处置部从所述通道的前端开口向前方突出的突出长度、以及所述手术器械绕所述通道的轴线的旋转角度中的至少一方；

动作部信息计算单元，其计算能够确定所述动作部在所述前端开口中的位置和姿态的动作部信息；以及

动作控制部，其根据所述操作指令来控制所述动作部的动作，

所述操作输入部具有：

被检测体，其安装在固定于所述手术器械插入部的基端部并对所述处置部进行操作的操作部上；以及

检测部，其检测所述被检测体，

所述检测部计算能够确定所述被检测体的位置和姿态的被检测体信息，

所述操作输入部根据所述检测部计算出的所述被检测体信息而发出所述操作指令，

所述动作控制部根据所述操作指令的所述被检测体信息、所述处置部移动量和所述动作部信息来控制所述动作部的动作；

所述手术支援装置还具有手术器械移动部，该手术器械移动部使贯穿插入到所述通道中的所述手术器械相对于所述通道移动。

3.根据权利要求1或2所述的手术支援装置，其中，

所述被检测体具有：

主体部，其安装在所述操作部上；以及

标识，其设置在所述主体部上，

所述检测部使用所述标识计算所述被检测体信息。

4.根据权利要求1或2所述的手术支援装置，其中，

所述被检测体具有安装在所述操作部上的转接器，

所述检测部具有：

多关节臂，其与所述转接器连结；以及

位置姿态检测部，其检测所述多关节臂的位置和姿态并作为所述被检测体信息进行输出。

5.根据权利要求3所述的手术支援装置，其中，

所述检测部使用如下的坐标系计算所述被检测体信息，其中，该坐标系将以相对于所述操作部具有规定的位置关系的方式设定的原点作为基准。

6.根据权利要求4所述的手术支援装置，其中，

所述检测部使用如下的坐标系计算所述被检测体信息，其中，该坐标系将以相对于所述操作部具有规定的位置关系的方式设定的原点作为基准。