JP2006055273A - 手術支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】操作性が向上されている手術支援システムを提供する。
【解決手段】視野内の被検体を所定の観察倍率で観察可能な少なくとも１つの画像取得手段４４，４６と、画像取得手段４４，４６によって得られた観察画像を表示する画像表示手段４２と、画像取得手段４４，４６の視野内で被検体を処置可能な処置手段１４ａ，１４ｂと、処置手段１４ａ，１４ｂを遠隔操作する遠隔操作手段３２と、を有する手術支援システム１２。この手術支援システム１２では、変換手段３２によって、画像表示手段４２に表示される観察画像の表示倍率に応じて遠隔操作手段３２の操作に対する処置手段１４ａ，１４ｂの作動の比率を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、観察画像に基づいて、処置手段を遠隔操作手段によって遠隔操作して被険体に処置を行う手術支援システムに関する。

従来、産業用途に様々なロボットが製造されており、医療現場においても既に数種類の手術用ロボットが実用化され、手術支援システムの一部をなしている。このような手術支援システムでは、画像取得装置で取得した画像を画像表示装置に表示し、この表示画像に基づいて遠隔操作手段を操作してエンドエフェクタを遠隔操作し、エンドエフェクタの処置具により被険体に処置を行うようになっている。

特許文献１には、手術支援システムの画像取得装置と画像表示装置の例が開示されている。画像取得手段としては、顕微鏡及び内視鏡が用いられている。そして、顕微鏡画像に内視鏡画像を挿入して表示することが可能となっており、顕微鏡の接眼部から眼を離さずに複数の画像情報を得ることができる。即ち、顕微鏡で全体を観察しつつ内視鏡で細部を拡大観察することが可能となっている。また、顕微鏡画像を観察して処置具を被険体の目的部位まで移動させ、目的部位に到達したら顕微鏡画像を内視鏡画像に切り替えて、内視鏡画像を観察して処置具により目的部位を処置するようなシステムも用いられている。

特許文献２には、手術支援システムで多用されるナビゲーションシステムが開示されている。ナビゲーションシステムでは、患者の頭部、顕微鏡、内視鏡及び各処置具等の位置を検出し、術前に撮影されたＣＴ、ＭＲＩ等による三次元画像情報に基づいて、夫々の相対的な位置関係を画像表示装置にリアルタイムで表示する。位置検出の方法としては、各機器に配設されている光学マーカーを光学位置センサーにより検出する光学式、磁気マーカーを磁気位置センサーにより検出する磁気式等がある。このようなナビゲーションシステムを用いることにより、内視鏡等の視野範囲を検出することが可能であり、処置具が内視鏡の視野範囲に入った場合に顕微鏡画像から内視鏡画像への切り替えを行うようなシステムが可能となる。

特許文献３には、手術支援システムの遠隔操作手段及び遠隔操作手段によって操作されるエンドエフェクタの例が開示されている。特許文献３の手術支援システムは、心臓血管外科領域において非常に難易度の高い血管吻合を行うために開発されたものであり、心臓血管外科領域を中心とした幅広い領域において用いられている。この手術支援システムの遠隔操作手段では、エンドエフェクタにより、処置具の三次元操作に加えて、処置具として例えば鉗子を用いる場合には鉗子の開閉操作等を行う高次の操作が可能である。

この手術支援システムでは、遠隔操作手段の操作量又は操作速度に対するエンドエフェクタの作働量又は作働速度の比率を設定することが可能である。そして、エンドエフェクタの処置具が被険体の目的部位から遠い場合には、比率を大きめに設定して処置具を素早く大きく動かし迅速に処置を行う。一方、処置具が目的部位に近い場合には、比率を小さめに設定して処置具をゆっくり小さく動かし繊細な処置を行う。比率を充分に小さく設定した場合には、例えば操作者の手ぶれが処置具に伝達されず、処置具を非常に微細に作動させることが可能である。
特開平１０−３３３０４７号公報 米国特許第６，５１１，４１８号明細書 特表２０００−５０５３２８号公報

特許文献３の手術支援システムでは、被険体の目的部位から処置具が遠い場合に適切な比率の設定のままでは、処置具が素早く大きく動かされるため目的部位の近くでの繊細な操作が困難となり、目的部位に処置具が近い場合に適切な比率の設定のままでは、処置具がゆっくり小さく動かされるため目的部位から遠くでの迅速な操作が困難となる。即ち、状況に応じて適切な手術操作を行うためには、操作者が比率を設定し直す必要があり、操作が煩雑なものとなっている。

ここで、画像取得装置として使用される顕微鏡、内視鏡等はズームが可能であり、また、画像取得装置と被険体との距離であるワーキングディスタンスを変化させることが可能である。このようにして、画像取得手段の観察倍率が変化され、観察画像の表示倍率が変化される。また、画像表示装置に表示される画像を顕微鏡画像と内視鏡画像等との間で切り替えると、顕微鏡の観察倍率と内視鏡の観察倍率とが異なることから、観察画像の表示倍率が変化される。ここで、特許文献３の手術支援システムでは観察画像の表示倍率の変化にかかわらず比率は一定であるため、表示倍率が変化された場合には観察画像における処置具の移動量及び移動速度が変化される。この場合、観察画像における処置具の移動量及び移動速度が操作者にとって操作しやすい程度となるように比率を設定し直す必要があり、操作が面倒なものとなっている。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操作性が向上されている手術支援システムを提供することである。

請求項１の発明は、視野内の被検体を所定の観察倍率で観察可能な少なくとも１つの画像取得手段と、前記画像取得手段によって得られた観察画像を表示する画像表示手段と、前記画像取得手段の前記視野内で前記被検体を処置可能な処置手段と、前記処置手段を遠隔操作する遠隔操作手段と、前記画像表示手段に表示される観察画像の表示倍率に応じて前記遠隔操作手段の操作に対する前記処置手段の作動の比率を変化させる変換手段と、を具備することを特徴とする手術支援システムである。

そして、本請求項１の発明では、所定の観察倍率で観察された被険体の観察画像を画像表示手段に表示し、画像表示手段によって表示される観察画像の表示倍率に応じて遠隔操作手段の操作に対する処置手段の作動の比率を変化させ、画像表示手段によって表示される観察画像に基づいて遠隔操作手段を操作し、遠隔操作手段の操作に対して所定の比率で処置手段を作動させて被険体に処置を行う。

請求項２の発明は、前記画像取得手段の少なくとも１つは、前記観察倍率が可変となっており、前記表示倍率は、前記観察倍率の変化により変化される、ことを特徴とする請求項1の手術支援システムである。

そして、本請求項２の発明では、画像取得手段の観察倍率が変化されると、画像表示手段によって表示される観察画像の表示倍率が変化される。

請求項３の発明は、前記少なくとも１つの画像取得手段は、２つ以上の画像取得手段であり、前記画像表示手段は、前記２つ以上の画像取得手段の内、主として表示される観察画像を得る画像取得手段を選択可能であり、前記表示倍率は、選択される画像取得手段の切り替えによる前記観察倍率の切り替えによって変化される、ことを特徴とする請求項1の手術支援システムである。

そして、本請求項３の発明では、主として表示される観察画像を得る画像取得手段を選択し、選択される観察画像の切り替えによる観察倍率の切り替えにより、画像表示手段によって表示される観察画像の表示倍率が変化される。

請求項４の発明は、前記画像表示手段は、予め定められた設定に基づいて前記主として表示される観察画像を得る画像取得手段を選択する、ことを特徴とする請求項３の手術支援システムである。

そして、本請求項４の発明では、予め定められた設定に基づいて、主として表示される観察画像を得る画像取得手段を選択する。

請求項５の発明は、前記比率は、前記表示倍率の減少関数であることを特徴とする請求項１乃至４の手術支援システムである。

そして、本請求項５の発明では、表示倍率が増大された場合には比率が減少して遠隔操作手段の操作に対する処置手段の作動が減少され、表示倍率が減少された場合には比率が増大して遠隔操作手段の操作に対する処置手段の作動が増大される。

請求項６の発明は、前記比率は、前記表示倍率の逆関数であることを特徴とする請求項５の手術支援システムである。

そして、本請求項６の発明では、比率は、表示倍率を増大させた場合には表示倍率に反比例して減少し、表示倍率を減少させた場合には表示倍率に反比例して増大する。

請求項７の発明は、前記比率は、前記表示倍率の高次逆関数であることを特徴とする請求項５の手術支援システムである。

そして、本請求項７の発明では、比率は、表示倍率を増大させた場合には高次関数的に充分に減少し、表示倍率を減少させた場合には高次関数的に充分に増大する。

本発明によれば、手術支援システムの操作性が向上されている。

本発明の第１実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。まず、本実施形態の手術支援システムの処置手段及び処置手段を遠隔操作するための遠隔操作手段について説明する。図１に示されるように、本実施形態の手術支援システム１２は、被険体の目的部位に処置を行うための処置手段としての第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂを有する。第１のエンドエフェクタ１４ａと第２のエンドエフェクタ１４ｂとは同様な構成となっている。

図２に示されるように、第１のエンドエフェクタ１４ａは、マスタースレーブユニット１６を支持する支持部１８を有する。この支持部１８は、基端部に配設されている架台２０を有する。この架台２０には、架台２０を移動させるためのキャスター２２が配設されている。また、架台２０の上端部には、第１のアーム２４ａが架台２０に対して自身の軸周り方向に回転自在に立設されている（矢印Ｂ１参照）。第１のアーム２４ａには第２のアーム２４ｂが第１のアーム２４ａに対して回動自在に接続され（矢印Ｂ２参照）、第２のアーム２４ｂには第３のアーム２４ｃが第２のアーム２４ｂに対して回動自在に接続されている（矢印Ｂ３参照）。第３のアーム２４ｃの先端部には、マスタースレーブユニット１６が第３のアーム２４ｃに対して回動自在に接続されている（矢印Ｂ４参照）。

このマスタースレーブユニット１６は細長い挿入部２６を有し、この挿入部２６は伸縮自在となっている（矢印Ｃ参照）。また、挿入部２６の先端部には湾曲部２８が配設されており、この湾曲部２８の先端部には処置具、例えばジョー３０が配設されている。湾曲部２８は湾曲操作されるようになっており（矢印Ｄ参照）、ジョー３０は開閉されて被険体を把持するようになっている（矢印Ｅ参照）。

図３に示されるように、遠隔操作手段３２としてのコントロールユニット３２は第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂを有する。第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂは夫々第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂ（図１参照）を遠隔操作するためのものであり、互いに同様な構成を有する。第１の処置用コントローラー３４ａは、コントロールユニット３２の操作台３６に立設されている棒状の本体部３８を有し、この本体部３８の延出端部にはハンドル部４０が配設されている。本体部３８は第１のピボット軸Ｐ１を中心として旋回操作可能であり（矢印Ｆ参照）、操作台３６に対して自身の中心軸方向に進退自在である（矢印Ｇ参照）。また、ハンドル部４０は開閉操作可能である（矢印Ｈ参照）。

図２及び図３を参照し、本体部３８を後述する表示装置４２に表示されている観察画像に対して旋回操作及び進退操作させることに対応して、実際の被険体に対して第１のエンドエフェクタ１４ａのジョー３０が移動されるようになっている。ジョー３０の移動は、架台２０に対する第１のアーム２４ａの回転、第１乃至第３のアーム２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及びマスタースレーブユニット１６の相対的な回動、挿入部２６の伸縮、並びに、湾曲部２８の湾曲を組み合わせることにより実現される。また、ハンドル部４０を開閉操作することにより、ジョー３０が開閉作動されるようになっている。このように、ジョー３０は、移動作動と開閉作動の四自由度の作動を行うようになっている。

以下、本実施形態の手術支援システム１２の画像取得手段、画像表示手段を説明する。本実施形態では、図１及び図４に示されるように、画像取得手段として顕微鏡４４及び内視鏡４６が用いられている。顕微鏡４４及び内視鏡４６は、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂと同様な構成の支持部１８（図２参照）によって支持されている。そして、内視鏡４６は体腔内に挿入される内視鏡挿入部４７を有し、この内視鏡挿入部４７の先端部には湾曲操作される内視鏡湾曲部４８が配設されている。

これら顕微鏡４４及び内視鏡４６で得られた画像は、コントロールユニット３２に配設されている画像表示手段としての表示装置４２に表示される。この表示装置４２は、顕微鏡画像と内視鏡画像とを選択して表示することが可能であり、また、顕微鏡画像と内視鏡画像とを重積して（重ね合わせて）表示することが可能である。さらに、表示装置４２は、顕微鏡画像と内視鏡画像との一方を親画像とし、他方を子画像として、親画像の中に子画像を表示するピクチャーインピクチャー表示をすることも可能である。

これら顕微鏡４４、内視鏡４６及び表示装置４２は、コントロールユニット３２に配設されている画像用コントローラー５０によって操作可能である。図３及び図４を参照し、画像用コントローラー５０はコントロールユニット３２の操作台３６に立設され、第３のピボット軸Ｐ３を中心として旋回操作可能である。（矢印Ｉ参照）。表示装置４２に表示されている観察画像に対して画像用コントローラー５０を旋回操作させることに対応して、実際の被険体に対して顕微鏡４４又は内視鏡４６の視野方向（図４の軸Ｊ及び軸Ｋ参照）が旋回されるようになっている。顕微鏡４４又は内視鏡４６の視野方向の旋回は、支持部１８（図２参照）の作動、内視鏡湾曲部４８の湾曲を組み合わせることにより実現される。

また、図５に示されるように、画像用コントローラー５０には複数のスイッチが配設されている。本実施形態では、画像用コントローラー５０の上部には、レリーズとしての機能を有するレリーズスイッチ５２ａが配設されている。また、画像用コントローラー５０の側面には、ズーム及びピント調節の機能を夫々有するズームスイッチ５２ｂ及びピントスイッチ５２ｃが配設されている。さらに、画像用コントローラー５０には、表示装置４２（図３参照）の表示を切り替えるための図示しない切り替えスイッチが配設されている。

その他、図１に示されるように、表示装置４２には、手術支援システム１２の各種設定を行うためのタッチパネル５４が配設されている。また、コントロールユニット３２には、各種出力を行うためのフットスイッチ５５が配設されている。

以下、本実施形態の手術支援システム１２のナビゲーション機能について説明する。顕微鏡４４、内視鏡４６、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂのマスタースレーブユニット１６に位置検出用の第１乃至第４の光学マーカー５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ（図１及び図４参照）が配設されている。さらに、図示しない患者の頭部等には、第５の光学マーカーが配設される。これら第１乃至第４の光学マーカー５６ａ，５６ｂ，５６ｃ及び第５の光学マーカーの位置は、光学位置センサー５８によって検知することが可能となっている。加えて、マスタースレーブユニット１６の内部には、挿入部２６の伸縮状態を検知するための伸縮センサー、及び、湾曲部２８の湾曲状態を検知するための湾曲センサーが配設されている。マスタースレーブユニット１６の位置、挿入部２６の伸縮状態、及び、湾曲部２８の湾曲状態を検知することにより、マスタースレーブユニット１６の先端部に配設されているジョー３０の位置を検知することが可能となっている。

コントロールユニット３２は、検知した位置情報と、術前に撮影されたＣＴ、ＭＲＩ等による三次元画像情報によって構築された三次元画像とに基づき、顕微鏡４４、内視鏡４６、ジョー３０及び被険体の相対的な位置関係をリアルタイムで表示するナビゲーション画像を得るようになっている。このナビゲーション画像は表示装置４２に表示されるようになっている。表示装置４２は、ナビゲーション画像と顕微鏡画像等とを選択的に表示可能であり、また、ナビゲーション画像と顕微鏡画像等とをピクチャーインピクチャー表示することも可能である。

以下、本実施形態の手術支援システム１２の表示装置４２における主画像の選択について説明する。まず、本実施形態の手術支援システム１２では、顕微鏡４４及び内視鏡４６の視野範囲を求めることが可能となっている。内視鏡４６について説明すると、内視鏡湾曲部４８の内部には、内視鏡湾曲部４８の湾曲状態を検知する内視鏡湾曲センサーが配設されている。光学マーカー及び光学位置センサー５８によって内視鏡４６の位置を検知し、湾曲センサーによって内視鏡湾曲部４８の湾曲状態を検知することにより、内視鏡４６の先端位置を検知することが可能となっている。コントロールユニット３２は、内視鏡４６の先端位置に加えて、内視鏡４６から入力される画角、ズーム量に基づき、内視鏡４６の視野範囲を求めることが可能となっている。同様にして、顕微鏡４４の視野範囲を求めることが可能となっている。

顕微鏡４４及び内視鏡４６の視野範囲は表示装置４２に表示されるようになっている。例えば、これら視野範囲をナビゲーション画像に表示することができる。また、通常、顕微鏡４４により目的部位周辺の広い範囲の観察を行い、内視鏡４６により目的部位近傍の狭い範囲の観察を行うようになっており、内視鏡４６の視野範囲は顕微鏡４４の視野範囲に含まれるため、顕微鏡画像に内視鏡４６の視野範囲を表示するようにしてもよい。

上述したように、画像用コントローラー５０に配設されている切り替えスイッチを操作することにより、顕微鏡画像と内視鏡画像との選択的な表示、顕微鏡画像と内視鏡画像とのピクチャーインピクチャー表示等とを切り替えることが可能である。本実施形態では、選択的な表示及びピクチャーインピクチャー表示において、以下に述べるように、顕微鏡画像と内視鏡画像とのいずれを主画像として表示するかが自動的に選択されるようになっている。ここで、内視鏡４６の視野範囲は顕微鏡４４の視野範囲に通常含まれている。そして、ナビゲーション機能によってジョー３０の位置を検知し、ジョー３０が内視鏡４６の視野範囲内である場合には内視鏡画像を主画像として選択し、視野範囲外である場合には顕微鏡画像を主画像として選択するようになっている。選択的な表示では主画像のみが表示され、ピクチャーインピクチャー表示では主画像が親画像として表示されるようになっている。

本実施形態の手術支援システム１２では、以下に述べるように、表示装置４２に表示される観察画像の表示倍率を求めることが可能となっている。ここで表示倍率とは、実際の大きさに対する観察画像に表示される大きさの倍率である。内視鏡４６について説明すると、コントロールユニット３２は、内視鏡４６のズーム量、及び、内視鏡４６の先端位置と観察対象との間の距離に基づいて、内視鏡４６の観察倍率を算出するようになっている。そして、内視鏡４６の観察倍率と、内視鏡画像を表示装置４２に表示する際の拡大縮小倍率とから表示倍率を算出するようになっている。同様に、顕微鏡４４についても表示倍率を算出することが可能である。

本実施形態の手術支援システム１２では、以下に述べるように、変換手段としてのコントロールユニット３２によって、第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂの操作に対する第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂの作動の比率を観察画像の表示倍率に応じて変化させることが可能となっている。

ここで、第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂの操作量、操作速度等を操作Ｆ（Ｆ＞０）と総称し、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂの作動量、作動速度等を作動Ｗ（Ｗ＞０）と総称する。操作Ｆに対する作動Ｗの比率をα（α＞０）とし、表示装置４２に表示される観察画像の表示倍率をβ（β＞０）とする。作動Ｗ、操作Ｆ及び比率αについて、
作動Ｗ＝比率α×操作Ｆ
という関係が成り立つ。そして、表示倍率βは、顕微鏡４４、内視鏡４６のズーム量の変化等による観察倍率の変化、又は、表示装置４２に表示される主画像の切り替えによる観察倍率の変化によって変化される。

コントロールユニット３２は表示倍率β（β＞０）に応じて比率αを変化させるようになっている。本実施形態では、処置具であるジョー３０が目的部位から遠くにある場合には、迅速な操作が必要となり、ジョー３０が素早く大きく動くようにαが大きいことが好ましい。一方、ジョー３０が目的部位の近くにある場合には、繊細な処置が必要となり、ジョー３０がゆっくり小さく動くようにαが小さいことが好ましい。通常、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合には顕微鏡４４で広範囲の観察を行い、ジョー３０が目的部位の近くにある場合には顕微鏡４４で狭い範囲の観察を行う。即ち、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合には観察画像の表示倍率βを小さくする傾向があり、ジョー３０が目的部位の近くにある場合には観察画像の表示倍率βを大きくする傾向がある。

従って、比率αを表示倍率βの減少関数となるように設定すれば、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合には表示倍率βが小さく比率αが大きくなり、ジョー３０が目的部位の近くにある場合には表示倍率βが大きく比率αが小さくなる。また、このように比率αを表示倍率βの減少関数とすることにより、表示倍率βの変化による観察画像におけるジョー３０の移動量及び移動速度の変化が相殺され、緩やかになる。

図５に、本実施形態の表示倍率βに対する比率αのマップを示す。ここで、表示倍率βと比率αとは以下の関係を有する。

α＝１／β…………（１）
即ち、比率αは表示倍率βの逆関数である。また、表示倍率βが１の場合には比率αは１になり、操作と作動とが一致する。

次に、図７のフローチャートを用いて、本実施形態の手術支援システム１２の作用について説明する。ステップＳ１で手術支援システム１２を起動する。ステップＳ２で、術前に撮影されたＣＴ、ＭＲＩ等による三次元画像情報をコントロールユニット３２に入力し、三次元画像情報から三次元画像を構築する。ステップＳ２に並行して、ステップＳ３でエンドエフェクタの選択を行う。本実施形態では、処置具としてジョー３０を有する第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂが選択される。また、ステップＳ３に並行して、ステップＳ４で画像取得手段の選択を行う。本実施形態では顕微鏡４４及び内視鏡４６が選択される。さらに、ステップＳ４に並行して、ステップＳ５で適切な比率αのマップを選択する。本実施形態では、図５で示される、比率α＝１／表示倍率β、のマップが選択される。

ステップＳ４の後、ステップＳ６で画像取得手段を適切な位置に移動させる。即ち、顕微鏡４４を目的部位周辺の広範囲の観察に適した位置へと移動し、内視鏡４６を目的部位近傍の狭い範囲の観察に適した位置へと移動する。そして、ステップＳ７で画像取得手段の設定を行う。即ち、画像用コントローラー５０を用いて、顕微鏡４４又は内視鏡４６の画角、焦点距離、ズーム量等を設定する。続いて、ステップＳ８で表示装置４２の設定を行う。以下、顕微鏡画像と内視鏡画像とが選択的に表示されるように表示装置４２が設定されたとして説明する。ステップＳ７及びステップＳ８に並行して、ステップＳ９で位置確認を行う。即ち、第１乃至第４の光学マーカー５６ａ，５６ｂ，５６ｃ、第５の光学マーカー及び光学位置センサー５８、マスタースレーブユニット１６の伸縮センサー及び湾曲センサー、並びに、内視鏡湾曲センサーによって、顕微鏡４４、内視鏡４６、内視鏡４６の先端部、ジョー３０、及び患者の位置を確認する。

ステップＳ８及びステップ９の後、ステップＳ１０で表示倍率を決定する。ジョー３０が内視鏡４６の視野範囲外にある場合には表示装置４２には顕微鏡画像が表示され、観察画像の表示倍率βは顕微鏡４４の観察倍率に基づいて決定される。顕微鏡４４の観察倍率は、顕微鏡４４のズーム量、及び、顕微鏡４４と観察対称との距離であるワーキングディスタンスによって決定される。一方、ジョー３０が内視鏡４６の視野範囲内にある場合には表示装置４２には内視鏡画像が表示され、観察画像の表示倍率βは内視鏡４６の観察倍率に基づいて決定される。内視鏡４６の観察倍率は顕微鏡４４と同様に決定される。

次に、ステップＳ５で決定された比率αのマップに基づき、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で決定された表示倍率βに対応する比率αを決定する。そして、ステップＳ１２で、遠隔操作手段とエンドエフェクタとの間の作動設定を行う。即ち、コントロールユニット３２において、第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂの操作Ｆと、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂの作動Ｗとの間で、作動Ｗ＝比率α×操作Ｆの関係を設定する。

そして、ステップＳ１３で遠隔操作手段を操作し、ステップＳ１２の作動設定に基づきステップＳ１４でエンドエフェクタを駆動する。即ち、表示装置４２の観察画像に対して、第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂを移動させることにより、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂを駆動して、被険体の目的部位に対してジョー３０を移動させる。また、第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂのハンドル部４０を開閉操作することにより、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂを駆動してジョー３０を開閉する。

ステップＳ１４におけるエンドエフェクタの駆動の後、ステップＳ６及びステップＳ９に戻る。例えば、ステップＳ１４でジョー３０が内視鏡４６の視野範囲外から視野範囲内に移動された場合には、ステップＳ９でジョー３０の位置が確認され、表示装置４２に表示される画像が顕微鏡画像から内視鏡画像に切り替わり、ステップＳ１０で画像の切り替わりに応じて表示倍率βを決定する。以上のようなステップを繰り返すことにより目的部位に処置を行う。

従って、本実施形態の手術支援システム１２は次の効果を奏する。表示装置４２に表示される観察画像の表示倍率βに応じて、第１及び第２の処置用コントローラー３４ａ，３４ｂの操作Ｆに対する第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂの作動Ｗの比率αを自動的に決定するようになっている。このため、比率αを操作者が何度も再設定する必要がなくなっており、操作性が向上されている。

また、比率αが表示倍率βの減少関数となるような比率αのマップが選択されている。通常、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合には観察画像の表示倍率βを小さくし、近くにある場合には大きくする傾向があるため、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合には比率αが大きくなり、近くにある場合にはαが小さくなるようになっている。従って、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合には、表示倍率βに応じて自動的にαが大きくなり、ジョー３０が素早く大きく動いて迅速な操作が可能となる。一方、ジョー３０が目的部位の近くにある場合には、表示倍率βに応じて自動的にαが小さくなり、ジョー３０がゆっくり小さく動いて繊細な処置が可能となる。

そして、比率αが表示倍率βに拘わらず一定である場合には、表示倍率βの増大（減少）により、観察画像における処置具３０の移動量及び移動速度は増大（減少）することになる。本実施形態では、比率αが表示倍率βの減少関数となっているため、表示倍率βの変化による観察画像におけるジョー３０の移動量及び移動速度の変化が相殺され、緩やかになっている。従って、移動量及び移動速度の急激な変化によって操作者が違和感を感じることが少なくなっており、操作がしやすくなっている。

さらに、表示装置４２は、選択的な表示では顕微鏡画像と内視鏡画像との内の主画像のみを表示し、ピクチャーインピクチャー表示では顕微鏡画像と内視鏡画像との内の主画像を親画像として表示するようになっている。そして、ナビゲーション機能によってジョー３０の位置を検知し、ジョー３０が内視鏡４６の視野範囲に入っている場合には内視鏡画像を主画像として選択し、入っていない場合には顕微鏡画像を主画像として選択するようになっている。このように、主画像が自動的に選択されるようになっており、操作者が主画像を選択する必要がなくなっている。従って、操作性が向上されている。

本実施形態では、第１及び第２のエンドエフェクタ１４ａ，１４ｂが用いられているが、エンドエフェクタの個数は２つに限られず、１つでも３つ以上であってもよい。また、エンドエフェクタは実施する手術に応じて様々な構成のものが用いられ、ジョー３０以外にも様々な処置具が選択される。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。図８に示されるように、本実施形態の比率αと表示倍率βは以下の関係を有する。

比率α＝１／（表示倍率β）^ｘ（Ｘは２以上の実数）…………（２）
即ち、比率αは表示倍率βの高次逆関数である。

次に、本実施形態の手術支援システム１２の作用効果について説明する。比率αと表示倍率βとは式（２）の関係を有するため、表示倍率βが小さい場合には比率αが充分に大きくなり、表示倍率βが大きい場合には比率αが充分に小さくなる。このため、ジョー３０が目的部位から遠くにある場合にはジョー３０が素早く大きく動いて迅速な操作が可能となり、近くにある場合にはジョー３０がゆっくり小さく動いて繊細な処置が可能となるという効果が第１実施形態に比べて増大されている。

以上述べた実施形態は例示であって、画像表示手段に表示される観察画像の表示倍率に応じて、遠隔操作手段の操作に対する処置手段の作動の比率を変化させるという特徴を有する限り、様々な変形が可能である。例えば、比率αと表示倍率βの関係は上記したものに限定されるものではなく、表示倍率βの増大に応じて比率αを一次関数的に減少するようにしてもよい。また、表示倍率βの増大に応じて比率αを増大するようにしてもよい。例えば、表示倍率βに応じて処置具による処置を切り替える場合、具体的には表示倍率βが所定の値以下ではジョーを移動し、所定の値以上ではジョーを開閉するような場合等には、処置の切り替えにおいて、表示倍率βの増大に応じて比率αを増大するようにすることが可能である。

次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。
記
（付記項１） 任意の倍率で被検体を観察可能な観察手段と、前記観察手段で得られた観察像を表示する画像表示手段と、前記観察手段の視野内で前記被検体の処置が可能な処置手段と、前記処置手段の遠隔操作を行う遠隔操作手段と、前記観察手段の倍率の変化に応じて前記遠隔操作手段の動作に対する前記処置手段の動作の比率を変化させる変換手段と、を有することを特徴とする手術支援システム。

（付記項２） 任意の倍率で被検定を観察可能な二以上の観察手段と、前記二以上の観察手段で得られた異なる観察像を切り替え表示可能な画像表示手段と、前記観察手段の視野内で前記被検体の処置が可能な処置手段と、前記処置手段の遠隔操作を行う遠隔操作手段と、前記異なる観察像の切り替えに応じて前記遠隔操作手段の動作に対する前記処置手段の動作の比率を変化させる変換手段と、を有することを特徴とする手術支援システム。

（付記項３） 前記変換手段は前記観察手段の倍率の変化に応じて前記遠隔操作手段の動作に対する前記処置手段の動作の比率を変化させる手段を含むことを特徴とする付記項２記載の手術支援システム。

（付記項４） 少なくとも２自由度以上ディメンションの操作が可能な、少なくとも１つ以上のコントローラーと、このコントローラーの操作に対応し、少なくとも２自由度以上のディメンションの動作を行う、少なくとも一つ以上のエンドエフェクタを有し、少なくとも一つ以上の画像取得手段と、少なくとも一つ以上の表示装置を有し、前述の画像取得手段及び表示装置によって得られる画像の倍率を「表示倍率」と規定した場合、この「表示倍率」を少なくとも一つ以上の設定に変更可能であり、前述のコントローラーの操作量あるいは操作速さを「操作」と規定し、エンドエフェクタの作働量あるいは作働速さを「作働」と規定し、予め少なくとも一つ以上の数値から構成されるか、もしくは「表示倍率」の可変に対応して少なくとも一つ以上の値に自動的に可変される「変数α」が規定される事によって、「変数α」＊「操作」＝「作働」という関係で「作働」が規定、もしくは近似的に規定されて手術支援システム。

（付記項５） 付記項４において、前述の「表示倍率」が増加すると自動的に「変数α」が減少するもの。

（付記項６） 付記項５において、前述の「表示倍率」と「変数α」が予め規定された少なくとも一つ以上の関数によって関連付けられているもの。

（付記項７） 付記項６において、前述の関数が「表示倍率」を変数とした減少関数であるもの。

（付記項８） 付記項６、７において、前述の関数が「表示倍率」を変数とした「変数α」＝１／「表示倍率」であるもの。

（付記項９） 付記項６、７において、前述の関数が「表示倍率」を変数とした「変数α」＝１／「表示倍率」^x（ｘ：２以上の実数）となる高次逆関数であるもの。

（付記項１０） 付記項４〜９において、前述の少なくとも一つ以上の画像取得手段から得られた少なくとも一つ以上の画像を、選択的に少なくとも一つ以上の表示装置に個別表示、もしくは選択的に同一の表示装置の画面を分割あるいは重積して表示する事が可能であり、任意に選択した主たる画像取得手段から得られた画像の表示倍率に基づいて「変数α」の値が規定されるもの。

本発明は、操作性が向上されている、観察画像に基づいて操作手段によって処置手段を遠隔操作して被険体に処置を行う手術支援システムを提供する。

本発明の第１実施形態の手術支援システムの全体の概略構成を示す斜視図。 本発明の第１実施形態の手術支援システムのエンドエフェクタを示す斜視図。 本発明の第１実施形態の手術支援システムのコントロールユニットを示す斜視図。 本発明の第１実施形態の手術支援システムの画像取得手段及びマスタースレーブユニットを示す斜視図。 本発明の第１実施形態の手術支援システムの画像用コントローラーを示す斜視図。 本発明の第１実施形態の手術支援システムの比率のマップを示す図。 本発明の第１実施形態の手術支援システムの作用を説明するためのフローチャートを示す図。 本発明の第２実施形態の手術支援システムの比率のマップを示す図。

符号の説明

１２…手術支援システム、１４ａ，１４ｂ…処置手段、３２…遠隔操作手段、３２…変換手段、４２…画像表示手段、４４，４６…画像取得手段。

Claims (7)

1. 視野内の被検体を所定の観察倍率で観察可能な少なくとも１つの画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって得られた観察画像を表示する画像表示手段と、
   前記画像取得手段の前記視野内で前記被検体を処置可能な処置手段と、
   前記処置手段を遠隔操作する遠隔操作手段と、
   前記画像表示手段に表示される観察画像の表示倍率に応じて前記遠隔操作手段の操作に対する前記処置手段の作動の比率を変化させる変換手段と、
   を具備することを特徴とする手術支援システム。
2. 前記画像取得手段の少なくとも１つは、前記観察倍率が可変となっており、
   前記表示倍率は、前記観察倍率の変化により変化される、
   ことを特徴とする請求項1の手術支援システム。
3. 前記少なくとも１つの画像取得手段は、２つ以上の画像取得手段であり、
   前記画像表示手段は、前記２つ以上の画像取得手段の内、主として表示される観察画像を得る画像取得手段を選択可能であり、
   前記表示倍率は、選択される画像取得手段の切り替えによる前記観察倍率の切り替えによって変化される、
   ことを特徴とする請求項1の手術支援システム。
4. 前記画像表示手段は、予め定められた設定に基づいて前記主として表示される観察画像を得る画像取得手段を選択する、
   ことを特徴とする請求項３の手術支援システム。
5. 前記比率は、前記表示倍率の減少関数であることを特徴とする請求項１乃至４の手術支援システム。
6. 前記比率は、前記表示倍率の逆関数であることを特徴とする請求項５の手術支援システム。
7. 前記比率は、前記表示倍率の高次逆関数であることを特徴とする請求項５の手術支援システム。

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