CN104869937B - 医疗用机械手和医疗用机械手控制方法 - Google Patents

Abstract

一种医疗用机械手包括：插入部，其被构造成插入到身体中；治疗部，其设置在所述插入部的远端部中；操作部，其操作所述插入部；以及控制部，其包括缩回模式，在所述缩回模式下，当所述控制部从所述操作部接收到用于使所述插入部移动的指令时，使所述治疗部缩回到近端侧。

Description

医疗用机械手和医疗用机械手控制方法

技术领域

本发明涉及一种通过被插入到身体中而使用的医疗用机械手以及控制该医疗用机械手的医疗用机械手控制方法。

要求了于2013年2月25日临时申请的美国专利临时申请No.61/768,720的优先权，该美国专利临时申请的内容通过引用被并入到本文中。

背景技术

近年来，为了节省医疗设施中的人力，已考虑使用机器人的医学治疗(treatment)。特别是，在外科领域，已提出了各种医疗用机械手系统，通过这些医疗用机械手系统，使用多自由度(多关节)机械手来治疗患者。

例如，在专利文件1中公开的外科治疗装置中，在导向管的远端(distal end)(插入部)布置有摄像系统的相机头。第一工作仪器和第二工作仪器(治疗部)在摄像系统的视野内从导向管的远端延伸。所允许的容积被确定为与视野的边界相对应。外科治疗装置的控制系统阻止两个工作仪器的所有部件移动超出所允许的容积。因此，由于外科医生可以看到工作仪器的所有移动部件，因此外科医生可以移动两个工作仪器而不接触周围组织。由工作仪器正移动的边界来确定仪器容积。控制系统在仪器容积内允许的容积的区域中移动两个工作仪器。

当朝关于导向管的远端侧插入摄像系统时，摄像系统的视野的边界(即，所允许的容积)也移动到远端侧，并且两个工作仪器的一部分被放置在摄像系统的视野的外面。

现有技术文件

专利文件

[专利文件1]美国专利申请，公开号：2008/0065109

发明内容

技术问题

然而，在相关技术中的外科治疗装置中，治疗部被布置成从插入部的远端延伸。因此，如果插入部的远端侧以旋转(swiveling)运动方式移动，则治疗部可能与在该治疗部的附近的组织等接触。

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供能够在通过被插入到身体中来使用医疗用机械手时抑制与周围组织的接触的医疗用机械手、以及医疗用机械手控制方法。

为了解决所述问题，本发明提出了下面的解决方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种医疗用机械手，该医疗用机械手包括：插入部，其被构造成插入到身体中；治疗部，其设置在所述插入部的远端部上；操作部，其操作所述插入部；以及控制部，其包括缩回模式，在所述缩回模式下，当所述控制部从所述操作部接收到用于使所述插入部移动的指令时，使所述治疗部缩回到近端(proximal end)侧。

根据本发明的第二方面，在根据本发明的第一方面的医疗用机械手中，仅当所述控制部从所述操作部接收到用于使所述插入部在与所述插入部的轴线交叉的方向上移动的指令时，所述控制部可以使所述治疗部移动到所述近端侧。

根据本发明的第三方面，在根据本发明的第一方面或第二方面的医疗用机械手中，当所述治疗部移动到所述近端侧时，所述控制部可以使所述治疗部的远端部移动到与距离在所述控制部接收到指令时的所述治疗部的所述远端部的位置相比更靠近所述近端侧。

根据本发明的第四方面，在根据本发明的第三方面的医疗用机械手中，当所述控制部接收到指令时，所述控制部可以存储沿着所述治疗部的纵向方向限定的所述治疗部的布置基准线的位置，并且在保持将所述治疗部布置在所述布置基准线上的状态的同时，所述控制部可以使所述治疗部移动到所述近端侧。

根据本发明的第五方面，在根据本发明的第一方面至第三方面中的任一方面的医疗用机械手中，当所述控制部接收到指令时，在使所述治疗部移动到所述近端侧之前，所述控制部可以使所述治疗部变形成延伸到所述治疗部的远端侧的直线形状。

根据本发明的第六方面，在根据本发明的第三方面的医疗用机械手中，可以在所述插入部中形成有通道，所述通道在所述插入部的远端表面处具有开口，所述治疗部可以插入到所述通道中，能够向前和缩回移动，并且当所述控制部接收到指令时，所述控制部可以使所述治疗部移动，以使整个所述治疗部容纳在所述通道内部。

根据本发明的第七方面，在根据本发明的第一方面至第六方面中的任一方面的医疗用机械手中，在完成所述治疗部的缩回操作之后，所述控制部可以使所述插入部移动。

根据本发明的第八方面，在根据本发明的第一方面至第六方面中的任一方面的医疗用机械手中，在接收到指令之后并且在完成所述治疗部的缩回操作之前，所述控制部可以使所述插入部移动。

根据本发明的第九方面，在根据本发明的第一方面至第八方面中的任一方面的医疗用机械手中，所述控制部可以执行控制，使得当由指令指示的所述插入部的移动量增加时，所述治疗部朝所述近端侧的移动量增加。

根据本发明的第十方面，在根据本发明的第一方面至第九方面中的任一方面的医疗用机械手中，所述控制部可以具有非缩回模式，在所述非缩回模式下，即使从所述操作部接收到用于使所述插入部移动的指令，也不使所述治疗部移动到所述近端侧，并且所述控制部可以能够切换所述缩回模式和所述非缩回模式。

根据本发明的第十一方面，在根据本发明的第一方面至第十方面中的任一方面的医疗用机械手中，可以在所述插入部的所述远端部上设置有摄像部，所述摄像部具有能够获得在视野范围内的对象(subject)的图像的摄像单元，当所述控制部接收到指令时，可以将所述治疗部的远端布置在所述摄像单元的所述视野范围内，当接收到指令时，所述控制部可以存储作为所述摄像单元的所述视野范围的初始视野范围，所述控制部可以开始所述插入部的移动，并且当所述治疗部的所述远端到达所述初始视野范围的边缘部分时，所述控制部可以停止所述插入部的移动。

根据本发明的第十二方面，在根据本发明的第七方面的医疗用机械手中，所述医疗用机械手还可以包括摄像部，所述摄像部包括：摄像部主体，其设置成从所述插入部的远端表面伸出；以及摄像单元，其设置在所述摄像部主体的远端部中并且能够获得对象的图像，并且当所述治疗部移动到所述近端侧，使得所述治疗部的远端到达所述摄像部的在所述插入部的轴线的方向上的远端的位置时，所述控制部可以停止所述治疗部的所述缩回操作。

根据本发明的第十三方面，提供了一种控制医疗用机械手的医疗用机械手控制方法，该医疗用机械手包括：插入部，其被构造成插入到身体中；治疗部，其设置在所述插入部的远端部上；以及操作部，其操作所述插入部，该方法包括以下处理：当从所述操作部接收到用于使所述插入部移动的指令时，使所述治疗部移动到近端侧。

根据本发明的第十四方面，在根据本发明的第十三方面的医疗用机械手中，仅当从所述操作部接收到用于使所述插入部在与所述插入部的轴线交叉的方向上移动的指令时，可以使所述治疗部移动到所述近端侧。

依照根据相应方面的医疗用机械手和医疗用机械手控制方法，当接收到用于使内窥镜插入部弯曲的操作指令时，内窥镜控制部使夹持(grasping)钳移动到近端侧。因此，当内窥镜插入部的远端侧弯曲时，夹持钳的旋转范围变窄。因此，能够阻止夹持钳与周围组织等接触。

附图说明

图1是例示了根据本发明的第一实施方式的医疗用机械手的总图。

图2是例示了医疗用机械手的框图。

图3是医疗用机械手的内窥镜插入部的一部分断裂的侧视图。

图4是例示了在医疗用机械手的控制方法中，输出用来改变弯曲部的角度的操作指令的情况的过程的流程图。

图5是例示了医疗用机械手的控制方法的图，其示出了夹持钳随时间的远端位置以及内窥镜插入部的弯曲角度。

图6是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图7是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图8是例示了根据本发明的第一实施方式的修改示例的医疗用机械手的控制方法的图。

图9是例示了医疗用机械手的控制方法的图，其示出了夹持钳随时间的远端位置以及内窥镜插入部的弯曲角度。

图10是例示了根据本发明的第二实施方式的医疗用机械手的内窥镜插入部的一部分断裂的侧视图。

图11是例示了在医疗用机械手的控制方法中，输出用于改变弯曲部的角度的操作指令的情况的过程的流程图。

图12是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图13是例示了在根据本发明的第三实施方式的医疗用机械手的控制方法中，输出用于改变弯曲部的角度的操作指令的情况的过程的流程图。

图14是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图15是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图16是例示了根据本发明的第四实施方式的医疗用机械手的内窥镜插入部的一部分断裂的侧视图。

图17是例示了通过医疗用机械手的摄像单元获得图像的示例的图。

图18是例示了医疗用机械手的控制方法的图，其示出了夹持钳随时间的远端位置以及内窥镜插入部的弯曲角度。

图19是例示了根据本发明的第五实施方式的医疗用机械手的内窥镜插入部的一部分断裂的侧视图。

图20是例示了医疗用机械手的框图。

图21是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图22是例示了医疗用机械手的控制方法的图。

图23是例示了根据本发明的修改示例的实施方式的医疗用机械手的操作的图。

图24是例示了根据本发明的修改示例的实施方式的医疗用机械手的操作的图。

图25是例示了根据本发明的修改示例的实施方式的操作臂的移动量与夹持钳到近端侧的移动量之间的关系的示例的图。

图26是例示了根据本发明的修改示例的实施方式的操作臂的移动量与夹持钳到近端侧的移动量之间的关系的另一个示例的图。

图27是例示了根据本发明的修改示例的实施方式的操作臂的移动量与夹持钳到近端侧的移动量之间的关系的又一个示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参照图1至图9描述根据本发明的医疗用机械手1的第一实施方式。

如图1至图3所示，根据本实施方式的医疗用机械手1包括插入到身体中的内窥镜插入部(插入部)10、可伸缩地插入到形成在内窥镜插入部10的通道11中能够向前和缩回移动的夹持钳(治疗部)30、由给出操作指令(指令)的操作员O(诸如，执业医生)操作的操作部50、以及根据操作指令来控制内窥镜插入部10的控制设备70。

内窥镜插入部10是具有柔性的所谓柔性插入部。内窥镜插入部10包括设置在其远端处的刚性远端部12、设置在刚性远端部12的近端侧的可弯曲的弯曲部13、以及设置在弯曲部13的近端侧并具有柔性的柔性管部件14。

在刚性远端部12的远端表面12a中，在暴露于外面的状态下设置了具有LED的照明部17(见图2)以及具有摄像单元18a(诸如CCD)的摄像部18。通道11在远端表面12a处具有开口11a。通道11被形成为在内窥镜插入部10的轴线C1的方向上延伸。

照明部17被供应有来自待稍后描述的电源74的电力，并且照亮远端表面12a的前侧。摄像单元18a通过对从目标组织(对象)在预定的视野范围(viewing range)R1内反射在光接收表面(未示出)上的光进行摄像来获得该目标组织的图像(图片)。然后，将该图像转换成信号并输出到控制设备70。

作为弯曲部13，可以使用具有已知构造的弯曲部。在如下的状态下设置弯曲部13：在轴线C1的方向上布置有彼此可旋转地连接的多个关节环(未示出)。将所述多个关节环当中的远端侧的关节环围绕轴线C1以相等的角度间隔连接到四条操作线的远端部。将相应操作线的近端部连接到设置在内窥镜插入部10的近端部中的弯曲电机19(见图2)。通过使用弯曲电机19来拖曳操作线的近端部，可以在期望的方向上使弯曲部13弯曲(移动)，因此改变了弯曲的角度(弯曲角度)。

在内窥镜插入部10的近端部中，设置有图2中所示的治疗部往复电机20，该治疗部往复电机20用于使插入到通道11中的夹持钳30相对于通道11前进和缩回。当治疗部往复电机20的旋转轴(未示出)在与夹持钳30的外表面接触的状态下旋转时，能够使夹持钳30相对于通道11前进和缩回。

在内窥镜插入部10中，设置有治疗部检测传感器21，该治疗部检测传感器21检测插入到通道11中的夹持钳30的在轴线C1的方向上的位置。

将内窥镜插入部10的近端部附接到操作部50。

在本实施方式中，作为夹持钳30，如图3中所示，使用了在纵向方向上延伸的所谓多关节杆状治疗仪器。夹持钳30包括布置在夹持钳30的轴线C2的方向上的多个管状体31，并且具有在轴线C2的方向上彼此相邻的管状体31通过关节部32连接的构造。也就是说，夹持钳30的设置有管状体31的部分是刚性的，而夹持钳30的设置有关节部32的部分是可旋转的。此外，夹持钳30的一部分是刚性的治疗部。

在关节部32中，如图2中所示，设置有用于检测由相邻的管状体31形成的角度的角度检测传感器33(诸如编码器或电位计)以及用于调整该角度的关节驱动电机34。

通过驱动相应的关节驱动电机34，能够使夹持钳30以各种形状弯曲。

每个角度检测传感器33将所检测的角度转换成信号，并且将该信号输出到控制设备70。由控制设备70来驱动关节驱动电机34。

如图3中所示，具有一对夹持件(piece)37a的夹持部37被固定到布置在多个管状体31当中的最远端侧的管状体31A。操作线(未示出)的远端部连接到每个夹持件37a的近端部。操作线被插入到每个管状体31或关节部32中，并且延伸到夹持钳30的近端侧。操作线的近端部连接到设置在夹持钳30的近端部中的打开/关闭电机38(见图2)。通过由打开/关闭电机38来使操作线的近端部缩回或前进，能够执行该对夹持件37a的远端侧彼此分离或靠近的打开/关闭操作。

如图1或图2中所示，操作部50包括附接到操作台51的一对操作臂52和53、以及布置在地面F上的脚踏开关54。

操作臂52和操作臂53具有多关节结构，并且操作以使内窥镜插入部10的弯曲部13和夹持钳30弯曲。在本实施方式中，当操作操作臂52时，夹持钳30向近端侧的移动量恒定，这将接下来进行描述。也就是说，无论操作者O操作操作臂52的远端部的移动量如何，夹持钳30向近端侧的移动量都是恒定的。

在操作臂52的远端部中，设置有往复杆52a(见图2)，该往复杆52a用于通过驱动治疗部往复电机20来使夹持钳30相对于通道11前进和缩回。在操作臂53的远端部中，设置有用于打开和关闭这一对夹持钳37a的打开/关闭杆53a。

如稍后描述的，脚踏开关54执行内窥镜控制部72的控制模式的切换。

当操作时，操作臂52和53、往复杆52a、打开/关闭杆53a以及脚踏开关54向控制设备70输出操作指令。

如图1中所示，在面对使用双手把握操作臂52和53的操作者O的位置处，设置有用于显示由内窥镜插入部10的摄像单元18a获得的图像等的显示部60。将显示部60连接到控制设备70。

如图2中所示，控制设备70包括连接到总线71的内窥镜控制部(控制部)72、图像处理部73和电源74。

内窥镜插入部10的摄像部18、弯曲电机19、治疗部往复电机20和治疗部检测传感器21、夹持钳30的角度检测传感器33、关节驱动电机34和打开/关闭电机38、操作部50的操作臂52和53、往复杆52a、打开/关闭杆53a和脚踏开关54、以及显示部60均连接到总线71。

内窥镜控制部72和图像处理部73由运算单元、存储器、控制程序等构成。

内窥镜控制部72根据从操作臂52输出的、针对内窥镜插入部10的弯曲部13的操作指令来驱动弯曲电机19，以拖曳适当的操作线并且使弯曲部13弯曲。内窥镜控制部72根据从操作臂53输出的、针对夹持钳30的操作指令来驱动每个关节驱动电机34，并且使夹持钳30弯曲。

在内窥镜控制部72的存储器中，存储了管状体31和夹持部37等的长度。内窥镜控制部72的运算单元可以基于夹持钳30相对于通道11的在轴线C1的方向上的位置、由角度检测传感器33检测的角度以及存储在存储器中的相应值来计算夹持钳30的形状、夹持钳30的夹持部37相对于内窥镜插入部10的远端表面12a的位置等。这里，夹持钳30的形状包括直线形状、弯曲形状等。

内窥镜控制部72具有两个控制模式。具体地，一个控制模式是当接收到用来使弯曲部13弯曲的操作指令时，使夹持钳30自动地缩回到近端侧的缩回模式。另一个控制模式是即使接收到操作指令，也不使夹持钳30自动地移动到近端侧的非缩回模式。

内窥镜控制部72可以根据来自脚踏开关54的操作指令来在缩回模式和非缩回模式之间切换控制模式。

图像处理部73适当地转换从摄像单元18a输出的图像信号，并且将结果输出到显示部60。

电源74将从外部输入的电力供应到内窥镜插入部10、夹持钳30、操作部50、内窥镜控制部72等。

接下来，将描述使用本实施方式的如上所述构造的医疗用机械手1的技术。在下文中，将主要地描述医疗用机械手的控制方法，当夹持钳30从内窥镜插入部10的远端表面12a伸出时，该医疗用机械手改变内窥镜插入部10的弯曲部13的角度。在下文中，将描述治疗形成在大肠的壁中的目标组织的情况，但是目标部分不局限于此，并且例如，可以使用中空的器官(诸如，食道、胃、十二指肠、小肠、子宫或膀胱)。

如图1中所示，护理者(未示出)将患者P放到手术台81上的床上，并且执行适当的治疗(诸如消毒或麻醉)。将手术台81放置在操作部50旁边。当启动医疗用机械手1时，从电源74将电力供应到内窥镜插入部10、夹持钳30、操作部50、内窥镜控制部72等。

当从电源74将电力供应到照明部17时，照亮内窥镜插入部10的前侧。当抓住操作臂52和53时，操作者O通过显示部60来确认由摄像单元18a获得的内窥镜插入部10的前侧的图像。

操作者O操作往复杆52a，以使夹持钳30不从通道11的远端部伸出。操作者O通过操作脚踏开关54来将内窥镜控制部72的控制模式设置成缩回模式。

如图3中所示，操作者O指导护理者将内窥镜插入部10通过患者P的肛门引入到大肠P1中。操作者O操作操作臂52以输出针对内窥镜插入部10的弯曲部13的操作指令，由此适当地改变弯曲部13的角度。因此，操作者O使内窥镜插入部10的远端表面12a面对形成在大肠P1的壁中的目标组织P2。通过改变弯曲部13的角度，执行了针对图4中所示的角度改变指令的流程。也就是说，在步骤S10中，确定夹持钳30是否从通道11的远端部伸出。由于夹持钳30不从通道11伸出(否)，因此针对角度改变指令的流程结束。

这里，在内窥镜插入部10面对目标组织P2的状态下，操作者O指导护理者停止将内窥镜插入部10引入到大肠P1中。

操作者O操作往复杆52a，以使夹持钳30从通道11的远端部伸出。这里，通过操作操作臂53，使夹持钳30适当地弯曲。操作者O操作打开/关闭杆53a，以适当地治疗目标组织P2。在下文中，将描述以直线形状放置夹持钳30的情况(即，在治疗目标组织P2之后，如图3中所示，沿着通道11放置夹持钳30)。

为了观察目标组织P2的周边，操作者O改变弯曲部13的角度。特别地，如果弯曲部13的弯曲角度增加，则执行如图4中所示的针对角度改变指令的流程。如图5中所示，在输出用于改变角度的操作指令时的时刻T1，夹持钳30从通道11伸出。

在图4中示出了流程，首先，在步骤S10中，确定夹持钳30是否从通道11的远端部伸出。在这种情况下，由于夹持钳30从通道11伸出(是)，因此过程转到步骤S12。

在步骤S12中，内窥镜控制部72的运算单元驱动打开/关闭电机38以打开这一对夹持件37a，然后过程转到步骤S14。在这一对夹持件37a之间抓在组织等的情况下，这被执行以从夹持部37释放组织。

在步骤S14中，如上所述，基于由角度检测传感器33检测的角度等来计算夹持钳30的形状，然后，过程转到步骤S16。

在步骤S16中，确定夹持钳30的形状是否为直线形状。在这种情况下，由于夹持钳30是直线形状(是)，因此过程转到步骤S20。

在步骤S20中，通过操作治疗部往复电机20使夹持钳30保持在直线形状，使夹持钳30移动到近端侧。也就是说，使夹持钳30移动到近端侧，以便不驱动夹持钳30的关节驱动电机34并且不改变由相邻的管状体31形成的角度。因此，如图5中所示，夹持钳30的远端部随时间的流逝移动到近端侧。当使夹持钳30移动到近端侧时，执行使这一对夹持件37a保持被关闭的运动。

此外，如图5和图6中所示，整个夹持钳30容纳在通道11内部。换句话说，使夹持钳30移动到与距离内窥镜插入部10的远端表面12a相比更靠近近端侧。因此，用于使整个夹持钳30容纳在通道11中的夹持钳30的缩回操作结束。

在整个夹持钳30容纳在通道11内部时的时刻T2，过程转到步骤S22。

在步骤S22中，根据用于改变角度的操作指令，如图5和图7所示，增加弯曲部13的弯曲角度以使内窥镜插入部10弯曲。通过将夹持钳30移动到近端侧，当内窥镜插入部10的弯曲部13的角度改变时，夹持钳30的旋转范围变窄。此外，由于整个夹持钳30位于通道11内部，因此，即使改变了内窥镜插入部10的弯曲部13的角度，夹持钳30也不与大肠P1的壁等接触。

如由图5中的虚线所指示的，弯曲部13在从时刻T1经过预定时间的T2时刻而不是在输出操作指令时的T1时刻开始弯曲。

在本实施方式中，仅在内窥镜插入部10的弯曲部13的角度改变之后，也就是说，仅在接收到用于使内窥镜插入部10的刚性远端部12在与轴线C1正交(交叉)的方向上移动的操作指令之后，可以使内窥镜30移动到近端侧。

另一方面，在使夹持钳30在输出用于改变角度的操作指令时的时刻T1如由图3中的位置Q1所指示地弯曲的情况下，在步骤S16中确定为否，然后过程转到步骤S18。

在步骤S18中，驱动关节驱动电机34，以使夹持钳30以直线形状变形延伸到远端侧，然后过程转到步骤S20。步骤S20及此后的过程与上面描述的过程相同，因此在这里将不重复其描述。

在再次使夹持钳30从通道11的远端部伸出的情况下，操作者O操作往复杆52a以驱动治疗部往复电机20，由此使夹持钳30移动到远端侧。

在夹持钳30从通道11的远端部伸出的状态下使内窥镜插入部10稍微地移动的情况下，操作者O操作脚踏开关54以将内窥镜控制部72的控制模式切换到非缩回模式。

如果完成了针对目标组织P2的治疗，则操作者O指导护理者将内窥镜插入部10从大肠P1取出。然后，操作者O执行必需的治疗并完成一系列技术。

根据本实施方式中的医疗用机械手1以及医疗用机械手1的控制方法，当接收到用于使内窥镜插入部10弯曲的操作指令时，内窥镜控制部72使夹持钳30移动到近端侧。因此，当内窥镜插入部10的远端侧弯曲时，夹持钳30的旋转范围变窄。因此，能够抑制夹持钳30与大肠P1的壁等接触。

根据本实施方式中的医疗用机械手1以及医疗用机械手1的控制方法，仅当接收到用于使内窥镜插入部10的刚性远端部12朝与轴线C1正交(交叉)的方向移动的操作指令时，内窥镜控制部72可以使夹持钳30移动到近端侧。当内窥镜插入部10在与轴线C1正交的方向上移动时，夹持钳30有可能与相对于内窥镜插入部10在内窥镜插入部10的径向方向上的组织等接触。因此，能够有效地抑制内窥镜插入部10与大肠P1的周围组织等接触。

在本实施方式的医疗用机械手1中，当接收到用于改变弯曲部13的角度的操作指令时，内窥镜控制部72可以使整个夹持钳30容纳在通道11内部。因此，能够可靠地阻止夹持钳30与大肠P1的壁等接触。

在本实施方式的医疗用机械手1中，在完成夹持钳30的缩回操作之后，内窥镜控制部72可以使内窥镜插入部10弯曲。因此，能够更可靠地阻止夹持钳30与大肠P1的壁等接触。

在本实施方式的医疗用机械手1中，可以能够通过内窥镜控制部72来在缩回模式和非缩回模式之间切换控制模式。在这种情况下，当要使内窥镜插入部10稍微地移动时，将控制模式切换到非缩回模式，并且当要使内窥镜插入部10大幅度地移动时，将控制模式切换到缩回模式。因此，能够根据内窥镜插入部10的操作内容或周围情况来调整控制模式。

在本实施方式的医疗用机械手1中，当接收到用于改变角度的操作指令并且检测到夹持钳30弯曲时，内窥镜控制部72可以在使夹持钳30以直线形状变形延伸到远端侧之后，使夹持钳30移动到近端侧。因此，能够使夹持钳30容易地容纳在通道11中，并且当使整个夹持钳30容纳在通道11内部时，能够抑制夹持钳30受损。

在这种情况下，仅在夹持钳30从通道11伸出的情况下，执行步骤S12至步骤S22。因此，能够减少用于通过内窥镜控制部72的运算单元来控制所需的负担，并且能够通过内窥镜控制部72来有效地执行控制。

在本实施方式的医疗用机械手1中，内窥镜控制部72可以在完成夹持钳30的缩回操作之前并且在接收到用于使弯曲部13弯曲的操作指令之后，开始夹持钳30的弯曲。更具体地，如图8和图9中所示，从通道11伸出的夹持钳30在整个夹持钳30容纳在通道11内部时的T3时刻之前的T4时刻开始内窥镜插入部10的弯曲。

根据通过内窥镜控制部72的这种控制，能够缩短从接收到用来使弯曲部13弯曲的操作指令的时刻到实际上开始使夹持钳30弯曲的时刻的间隔。因此，当操作者O操作操作部50时，能够减少即使当操作者O操作操作部50时，内窥镜插入部10很少弯曲所导致的操作者O的不适。

在本实施方式的医疗用机械手1中，可以将内窥镜插入部10连接到多关节机器人的臂部。可以通过总线71来将多关节机器人连接到内窥镜控制部72。例如，如果操作者O操作操作部50的操作臂52，则从操作部50输出用于使内窥镜插入部10移动到远端侧的操作指令。这里，内窥镜控制部72操作多关节机器人的臂部，以使内窥镜插入部10移动到远端侧。另一方面，内窥镜控制部72使夹持钳30移动到相对于通道11的近端侧。

通过控制如上所述的内窥镜控制部72，也能够抑制夹持钳30与大肠P1的壁等接触。

(第二实施方式)

接下来，将参照图2、图10至图12描述本发明的第二实施方式，其中，将相同的参考标号赋予与第一实施方式中相同的部件，并且在这里将不重复其描述。

如图2中所示，本实施方式的医疗用机械手2包括代替第一实施方式中的医疗用机械手1的内窥镜控制部72的内窥镜控制部91。也就是说，医疗用机械手2仅在内窥镜插入部10和夹持钳30的控制内容方面与医疗用机械手1不同。

当接收到用于改变角度的操作指令时，内窥镜控制部91计算沿着图10中所示的夹持钳30的纵向方向限定的夹持钳30的布置基准线L3的位置，并且存储所计算的布置基准线L3的位置。更具体地，内窥镜控制部91可以计算如上所述的夹持钳30的形状。当接收到操作指令时，内窥镜控制部91指定夹持钳30的中心轴线例如作为布置基准线L3，并且例如将布置基准线L3的、针对关于手术台81限定的参考坐标系统的位置存储在内窥镜控制部91的存储器中。

将在与使用第一实施方式的医疗用机械手1的技术不同的点上来描述使用具有这种构造的本实施方式的医疗用机械手2的技术。图11是例示了当输出用于改变弯曲部13的角度的操作指令时的过程的流程图。在下文中，将描述在目标组织P2的治疗之后使夹持钳30如图10中所示地弯曲的情况。

在步骤S16中，确定夹持钳30的形状是否为直线形状。由于夹持钳30弯曲(否)，因此过程转到步骤S30。

在步骤S30中，内窥镜控制部91计算如上所述的夹持钳30的布置基准线L3的位置，并且将所计算的布置基准线L3的位置存储在存储器中。然后，过程转到步骤S32。

在步骤S32中，内窥镜控制部91驱动每个关节驱动电机34以及治疗部往复电机20，并且在保持将夹持钳30布置在布置基准线L3上的状态(如图12中所示)的同时，使夹持钳30移动到近端侧。作为在保持将夹持钳30布置在布置基准线L3上的状态的同时移动夹持钳30的方法，例如，可以使用诸如在美国专利No.6468203中公开的曲线传播方法这样的已知方法。

简略地描述这种方法，内窥镜插入部被构造为使得其部分布置在轴线上。相邻部分通过线性致动器可旋转。当内窥镜插入部从弯管缩回时，为了使内窥镜插入部的每次缩回对应于一个部分，将相邻部分之间的弯曲角度设置为在近端侧与一个部分对应的相邻部分之间的弯曲角度。通过这样地控制部之间的弯曲角度，内窥镜插入部看上去像被固定在空间中。

根据夹持钳30的关节部32的数目以及管状体31的长度等，当使夹持钳30移动到近端侧时，认为夹持钳30可能没有保持在被布置在布置基准线L3上的状态。即使在这种情况下，内窥镜控制部91控制夹持钳30尽可能地被布置在布置基准线L3上。

如果夹持钳30移动到近端侧以使整个夹持钳30容纳在通道11中，则过程转到步骤S22。

由于步骤S22及此后的过程与第一实施方式中的相同，因此在这里将不重复其描述。

另一方面，当夹持钳30在目标组织P2的治疗之后为直线形状时，步骤S16中的确定结果为是，然后过程转到步骤S20。由于步骤S20及此后的过程与第一实施方式中的相同，因此在这里将不重复其描述。

根据具有这种构造的本实施方式的医疗用机械手2，当夹持钳30移动到近端侧时，由于夹持钳30不可能与除了当接收到操作指令时与其接触的组织之外的组织接触，因此能够抑制夹持钳30与大肠P1的壁等接触。

如果弯曲的夹持钳30延伸成为直线形状，则存在夹持钳30的远端部接近并接触在前侧的组织的可能性。然而，通过使夹持钳30沿着布置基准线L3移动到近端侧，能够帮助阻止夹持钳30的远端部与组织接触。

(第三实施方式)

接下来，将参照图2、图13至图15描述本发明的第三实施方式，其中，将相同的参考标号赋予与上述实施方式中相同的部件，并且在这里将不重复其描述。

如图2中所示，本实施方式的医疗用机械手3包括代替第一实施方式中的医疗用机械手1的内窥镜控制部72的内窥镜控制部101。

当使夹持钳30移动到近端侧时，在不需要使夹持钳30移动到与距离在接收到用于改变角度的操作指令时的位置相比更靠近远端侧的情况下，内窥镜控制部101使夹持钳30的远端部移动到近端侧。

将在与使用第一实施方式的医疗用机械手1的技术不同的点上来描述使用本实施方式的医疗用机械手3的技术。图13是例示了在输出用于改变弯曲部13的角度的操作指令的情况下的过程的流程图。在下文中，假定在目标组织P2的治疗之后使夹持钳30如图14中所示地弯曲。这里，将沿着轴线C1从内窥镜插入部10的远端表面12a到夹持钳30的远端的长度表示为L5。

在图13中的步骤S16中，确定夹持钳30的形状是否为直线形状。由于夹持钳30弯曲(否)，因此过程转到步骤S40。

在步骤S40中，内窥镜控制部101使夹持钳30移动到近端侧。这里，如图15中所示，在不需要使夹持钳30的远端部移动到与距离在接收到用于改变角度的操作指令时的位置相比更靠近远端侧的情况下，夹持钳30的远端部移动到近端侧。此外，夹持钳30的远端部直线地移动到通道11的开口11a。当夹持钳30的远端部移动到近端侧时，将沿着轴线C1从内窥镜插入部10的远端表面12a到夹持钳30的远端的长度表示为比上述长度L5短的L6。作为控制除了夹持钳30中的远端部以外的部件的方法，可以使用诸如已知的柔顺(compliance)控制这样的期望的控制方法。

然后，过程转到步骤S22。由于步骤S22及此后的过程与第一实施方式中的相同，因此在这里将不重复其描述。

另一方面，在夹持钳30在目标组织P2的治疗之后为直线形状的情况下，步骤S16中的确定结果为是，然后过程转到上面描述的步骤S20。在这里将不重复步骤S20及此后的过程的描述。

根据具有这种构造的本实施方式的医疗用机械手3，由于夹持钳30的远端部移动到与距离在接收到用于改变角度的操作指令时的位置相比更靠近近端侧，因此能够抑制夹持钳30与在前侧的组织等接触。也就是说，通过在不需要使夹持钳30的远端部移动到远端侧的情况下使夹持钳30的远端部移动到近端侧，能够实现上述效果。

此外，通过使夹持钳30的远端部直线地移动到通道11的开口11a，能够缩短夹持钳30的远端部移动的移动路径，并且能够减少移动时间。

在本实施方式中，当夹持钳30移动到近端侧时，内窥镜控制部101使夹持钳30的远端部直线地移动到通道11的开口11a，然而，这不是不可或缺的。至少，夹持钳30的远端部能够在不需要移动到远端侧的情况下移动到与距离在接收到操作指令时的位置相比更靠近近端侧是足够的。

(第四实施方式)

接下来，将参照图2、图16至图18描述本发明的第四实施方式，其中，将相同的参考标记赋予与上述实施方式中相同的部件，并且在这里将不重复其描述。

如图2中所示，本实施方式的医疗用机械手4包括代替第一实施方式中的医疗用机械手1的内窥镜控制部72的内窥镜控制部111。

如图16和图18中所示，内窥镜控制部111的运算单元将初始视野范围R3存储在存储器中，该初始视野范围R3是摄像单元18a在接收到用于使弯曲部13弯曲的操作指令时的T1时刻相对于内窥镜插入部10的位置Q3的视野范围。如图17所示，内窥镜控制部111通过在初始视野范围R3内被摄像成图像G1的目标组织P2等的形状或颜色来识别初始视野范围R3的边界。如图16和图17中所示，当内窥镜控制部111接收操作指令时，假定夹持钳30的远端布置在摄像单元18a的视野范围内。能够通过执行针对设置在刚性远端部12的远端表面12a中的摄像单元18a的视图、从远端表面12a伸出的夹持钳30的形状、以及图像G1的已知的图像分析，来确定夹持钳30的远端是否位于初始视野范围R3内。

如图18中所示，内窥镜控制部111在接收到操作指令时的T1时刻同时开始夹持钳30到近端侧的移动以及内窥镜插入部10的弯曲部13的弯曲。此外，在夹持钳30的远端到达初始视野范围R3的边缘部分时的T5时刻，停止内窥镜插入部10的弯曲，并且执行夹持钳30到近端侧的移动。图16中示出了在T5时刻的视野范围R4。由摄像单元18a在T5时刻获得的图像和在图17中所示的图像G2一样。

在整个夹持钳30容纳在通道11内部并且完成夹持钳30的缩回操作时的在图18中所示的T6时刻，重新开始内窥镜插入部10的弯曲。

根据具有这种构造的本实施方式的医疗用机械手4，在操作部50产生用于使弯曲部13弯曲的操作指令之后，内窥镜插入部10的弯曲部13立即开始弯曲。因此，当操作者O操作操作部50时，能够减少即使当操作者O操作操作部50时，内窥镜插入部10不太可能弯曲所导致的操作者O的不适。

由于在接收到操作指令时的T1时刻开始内窥镜插入部10的弯曲，因此本实施方式也可以应用于当操作者手动地操作角度旋钮(knob)等时使弯曲部13弯曲的情况。在这种情况下，将用于检测角度旋钮被操作的传感器设置在角度旋钮的附近，并且设置有治疗部往复电机20。此外，在传感器检测到角度旋钮被操作的同时，通过治疗部往复电机20来使夹持钳30移动到近端侧。

(第五实施方式)

接下来，将参照图19至图22描述本发明的第五实施方式，其中，将相同的参考标号赋予与第一实施方式中相同的部件，并且在这里将不重复其描述。

如图19和图20中所示，在本实施方式的医疗用机械手5中，夹持钳30和内窥镜插入部(摄像部)140可伸缩地插入到形成在套管(overtube)(插入部)120中的腔121和122中，能够向前和缩回移动。

使腔121和腔122形成为在套管120的轴线C4的方向上延伸。在套管120的远端侧，设置有具有与内窥镜插入部10的弯曲部13相似的构造的弯曲部123。操作线(未示出)的远端部连接到弯曲部123。通过由弯曲电机126来拖曳操作线的近端部，能够使弯曲部123弯曲。

具有与第一实施方式的治疗部往复电机20和治疗部检测传感器21的构造相同的构造的治疗部往复电机127和内窥镜往复电机128、以及治疗部检测传感器129和内窥镜检测传感器130分别设置在套管120中。

能够通过治疗部往复电机127来使插入到腔121中的夹持钳30前进和缩回，并且能够通过治疗部检测传感器129来检测夹持钳30的在轴线C4的方向上的位置。同样地，能够通过内窥镜往复电机128来使插入到腔122中的内窥镜插入部140前进和缩回，并且能够通过内窥镜检测传感器130来检测内窥镜插入部140的在轴线C4的方向上的位置。

内窥镜插入部140在由诸如树脂这样的柔性材料形成的杆状主体(摄像部主体)141的远端表面141a中设置有上述照明部17(在图19中未示出)和摄像单元18a，该照明部17和该摄像单元18a暴露在外面。本实施方式的内窥镜插入部140不包括通过操作能够弯曲的弯曲部。

通过操作臂52和53来切换操作目标的开关55设置在操作部50上。

开关55切换在内窥镜插入部140、夹持钳30和套管120(在下文中，被称为“内窥镜插入部140等”)之间通过操作臂52和53操作的目标。

控制设备70包括代替内窥镜控制部72的内窥镜控制部151。内窥镜控制部151被构造成类似于内窥镜控制部72，并且根据来自操作部50的操作指令来控制内窥镜插入部140等。

在本文中，将在与使用第一实施方式的医疗用机械手1的技术不同的点上来描述使用具有这种构造的本实施方式的医疗用机械手5的技术。在下文中，假定在目标组织P2的治疗之后，内窥镜插入部140伸出到与距离套管120的远端表面120a相比更靠近前侧，并且夹持钳30比内窥镜插入部140进一步伸出到前侧。夹持钳30是直线形状。

分别通过治疗部检测传感器129和内窥镜检测传感器130来检测夹持钳30和内窥镜插入部140从套管120的远端表面120a伸出的长度，并且通过总线71将这些长度输出到内窥镜控制部151。

操作者O可以借助操作开关55通过操作臂52来操作套管120。

当接收到用于改变套管120的弯曲部123的角度的操作指令时，内窥镜控制部151执行夹持钳30的缩回操作，其中，夹持钳30移动到近端侧，直到夹持钳30的远端达到内窥镜插入部140的在如图21中所示的轴线C4的方向上的远端表面141a的位置为止。

此外，在完成缩回操作之后，套管120的弯曲部123如图22中所示地弯曲。

通常，认为的是，即使套管120在将夹持钳30布置在套管120的前侧直到内窥镜插入部140的远端表面141a为止的区域R6(见图21)中的状态下弯曲，夹持钳30也几乎不与周围组织接触。

根据具有这种构造的本实施方式的医疗用机械手5，当套管120弯曲时，能够帮助阻止夹持钳30与周围组织接触。此外，由于夹持钳30的远端仅朝近端侧移动到达内窥镜插入部140的远端表面141a的位置，能够在使套管120弯曲之后使夹持钳30容易地返回到视野范围R1中。

在本实施方式中，内窥镜插入部140插入到套管120的腔122中，然而，内窥镜插入部的近端部可以被构造成固定到套管120的远端表面。

在上文中，已经参照附图描述了本发明的第一实施方式至第五实施方式，但是特定构造不限于这些实施方式，并且可以包括修改等，只要它们没有脱离本发明的主旨内的范围。此外，各个实施方式中所示的构造的组合是可能的，只要它被适当地完成。

例如，在第一实施方式至第五实施方式中，当操作操作臂52时，夹持钳30朝近端侧的移动量恒定。然而，当由操作者O操作的操作臂52的移动量增加时，由从操作部50输出的用于改变弯曲部的角度的操作指令所指示的弯曲部的弯曲量可以被控制为增加，并且夹持钳30朝近端侧的移动量可以被控制为增加。具体地，当操作臂52的移动量微小时(如图23中所示)，夹持钳30朝近端侧的移动量减小。另一方面，当操作臂52的移动量大时(如图24中所示)，夹持钳30朝近端侧的移动量增加。

利用这种构造，能够通过调节操作臂52的移动量来阻止夹持钳30与周围组织接触。此外，由于夹持钳30朝近端侧的移动量根据操作臂52的移动量而改变，因此能够提高操作臂52的可操作性。当操作臂52的移动量微小时，能够减少在改变弯曲部的角度之后夹持钳30返回到远端侧所需的时间。

如图25中所示，操作臂52的移动量与夹持钳30朝近端侧的移动量之间的关系可以成比例。此外，如由图26中所示的二次曲线指示的，该关系可以是曲线关系，或者可以使用如图27中所示的离散(阶梯)关系，其是不成比例的。

夹持钳30朝近端侧的移动量可以与代替操作臂52的移动量的操作臂52的速度或加速度关联。

在第一实施方式至第四实施方式中，夹持钳30插入到内窥镜插入部10的通道11中，然而，夹持钳的近端部可以被构造成固定到内窥镜插入部10的远端表面12a。在这种情况下，通过使夹持钳弯曲，夹持钳的远端侧移动到近端侧。

治疗部是夹持钳30，然而，治疗部的类型不限于此。作为治疗部，可以适当地使用高频治疗仪器(诸如勒除器或刀、注射器、持针器等)来代替夹持钳30。

内窥镜插入部10是具有软管部件14的柔性插入部。然而，内窥镜插入部可以是不具有柔性的所谓刚性插入部。在内窥镜插入部是刚性插入部的情况下，插入到形成于患者的体壁的开口(单个通口)中的内窥镜插入部在该开口周围摇摆，可以有效地使用本发明的医疗用机械手。

夹持钳30的一部分是刚性的治疗部，然而，可以使用在纵向方向上的整个长度上没有刚性部分的柔性治疗部。在这种情况下，即使在治疗部移动到近端侧之前使治疗部弯曲，治疗部也在不需要使治疗部变形成直线形状的情况下移动到近端侧。

角度检测传感器33和关节驱动电机34设置在夹持钳30的关节部件32中。然而，例如，可以参照夹持钳30中的管状体31和关节部32来将关节驱动电机34设置在近端侧，并且可以通过连接到关节驱动电机34的驱动轴的电线(未示出)等来使关节部32旋转。可以通过角度检测传感器33(诸如编码器)来检测设置在近端侧的关节驱动电机34的驱动轴的转数，并且可以从所检测的转数来计算由相邻的管状体31形成的角度。在这种情况下，将角度检测传感器33设置在除了关节部32以外的部分上。

在第一实施方式至第四实施方式中，内窥镜插入部10包括照明部17或摄像单元18a，然而，还可以在本发明中使用不包括这些部分的插入部。在这种情况下，在通过将已知的内窥镜引入到身体中来观察插入部的远端部时，执行治疗。这也适用于第五实施方式。

摄像单元18a是CCD，然而，摄像单元不限于此，并且例如，使用CMOS、图像光纤等是合适的。

控制设备70的内窥镜控制部可以仅具有缩回模式作为控制模式。

此外，本发明不限于上面的描述，并且仅由所附权利要求的范围来限定。

工业实用性

在上述实施方式中的医疗用机械手以及医疗用机械手的控制方法中，当接收到用于使内窥镜插入部弯曲的控制指令时，内窥镜控制部使夹持钳移动到近端侧。因此，当内窥镜插入部的远端侧弯曲时，夹持钳的旋转范围变窄。因此，能够抑制夹持钳与周围组织的壁等接触。

标记的解释

1 医疗用机械手

10 内窥镜插入部(插入部)

30 夹持钳(治疗部)

50 操作部

70 控制设备

Claims (11)

1.一种医疗用机械手，该医疗用机械手包括：

插入部，其被构造成插入到身体中；

治疗部，其设置在所述插入部的远端部上；

操作部，其操作所述插入部；以及

控制部，其包括缩回模式，在所述缩回模式下，当所述控制部从所述操作部接收到用于使所述插入部移动的指令时，使所述治疗部缩回到近端侧，

所述控制部具有非缩回模式，在所述非缩回模式下，即使从所述操作部接收到用于使所述插入部移动的所述指令，也不使所述治疗部移动到所述近端侧，并且

所述控制部能够切换所述缩回模式和所述非缩回模式。

2.根据权利要求1所述的医疗用机械手，其中，

仅当所述控制部从所述操作部接收到用于使所述插入部在与所述插入部的轴线交叉的方向上移动的所述指令时，所述控制部使所述治疗部移动到所述近端侧。

3.根据权利要求1或2所述的医疗用机械手，其中，

当所述治疗部移动到所述近端侧时，所述控制部使所述治疗部的远端部移动到第一位置，所述第一位置与在所述控制部接收到所述指令时的所述治疗部的所述远端部的第二位置相比更靠近所述近端侧。

4.根据权利要求3所述的医疗用机械手，其中，

当所述控制部接收到所述指令时，所述控制部存储沿着所述治疗部的纵向方向限定的所述治疗部的布置基准线的位置，并且

在保持将所述治疗部布置在所述布置基准线上的状态的同时，所述控制部使所述治疗部移动到所述近端侧。

5.根据权利要求1或2所述的医疗用机械手，其中，

当所述控制部接收到所述指令时，在使所述治疗部移动到所述近端侧之前，所述控制部使所述治疗部变形成延伸到所述治疗部的远端侧的直线形状。

6.根据权利要求3所述的医疗用机械手，其中，

在所述插入部中形成有通道，所述通道在所述插入部的远端表面处具有开口，

所述治疗部插入到所述通道中，能够向前和缩回移动，并且

当所述控制部接收到所述指令时，所述控制部使所述治疗部移动，以使整个所述治疗部容纳在所述通道内部。

7.根据权利要求1或2所述的医疗用机械手，其中，

在完成所述治疗部的缩回操作之后，所述控制部使所述插入部移动。

8.根据权利要求1或2所述的医疗用机械手，其中，

在接收到所述指令之后并且在完成所述治疗部的缩回操作之前，所述控制部使所述插入部移动。

9.根据权利要求1或2所述的医疗用机械手，其中，

所述控制部执行控制，使得当由所述指令指示的所述插入部的移动量增加时，所述治疗部朝所述近端侧的移动量增加。

10.根据权利要求1或2所述的医疗用机械手，其中，

在所述插入部的所述远端部上设置有摄像部，所述摄像部具有能够获得在视野范围内的对象的图像的摄像单元，

当所述控制部接收到所述指令时，将所述治疗部的远端布置在所述摄像单元的所述视野范围内，所述控制部存储作为所述摄像单元的所述视野范围的初始视野范围并且开始所述插入部的移动，并且

当所述治疗部的所述远端到达所述初始视野范围的边缘部分时，停止所述插入部的移动。

11.根据权利要求7所述的医疗用机械手，所述医疗用机械手还包括：

摄像部，所述摄像部包括：摄像部主体，其设置成从所述插入部的远端表面伸出；以及摄像单元，其设置在所述摄像部主体的远端部中并且能够获得对象的图像，其中，

当所述治疗部移动到所述近端侧，使得所述治疗部的远端到达所述摄像部的在所述插入部的轴线的方向上的远端的位置时，所述控制部停止所述治疗部的所述缩回操作。