JP5973727B2 - 立体内視鏡装置、立体内視鏡システムおよび立体内視鏡ロボット - Google Patents

Description

本発明は、立体内視鏡装置、立体内視鏡システムおよび立体内視鏡ロボットに関するものである。

従来、外科手術に使用される内視鏡において、被写体を立体視する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の技術は、体内に挿入される挿入部の先端に配置された複数のイメージファイバの端部を変形させて、イメージファイバどうしの光軸の交差角である輻輳角を調節することにより、撮影される画像の立体感を変化させている。

特開平８−９４９６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、イメージファイバの変形による輻輳角の調節は、医師等の観察者がモニタを見ながら手探りで行わなければならず、手術中のように観察者の手が塞がっている場合は、被写体の動きに合わせて適正な立体感のある画像を得ることが困難になるという不都合がある。

本発明は、患部の適正な立体感のある画像を簡易に取得することができる立体内視鏡装置、立体内視鏡システムおよび立体内視鏡ロボットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被検体内に挿入可能な挿入部と、該挿入部に相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子と、該撮像素子の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構と、前記被検体内に挿入して患部を処置する医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離を検出する距離検出部と、該距離検出部により検出された距離を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する制御部とを備える立体内視鏡装置を提供する。

本発明によれば、挿入部を被検体内に挿入して２つの撮像素子を作動させることにより、被検体内の患部の立体的な画像を取得することができる。この場合において、被検体内に医療器具を挿入すると、距離検出部により医療器具の処置部から撮像素子までの距離が検出され、検出された距離に基づいて制御部により角度変更機構が制御される。具体的には、角度変更機構は２つの撮像素子の光軸の相対角度を変化させるので、制御部によって医療器具の処置部から撮像素子までの距離に応じて２つの撮像素子の輻輳角が調節される。これにより、被検体内の患部における医療器具の処置部の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に得ることができる。

上記発明においては、前記距離検出部が、前記被検体内に挿入した前記医療器具の処置部の挿入量を測定する測定部と、該測定部により計測された挿入量を前記医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離に換算する換算部とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、医療器具の処置部から撮像素子までの距離を、直接測定することなく医療器具の処置部の挿入量から容易に検出することができる。

また、上記発明においては、前記制御部は、前記撮像素子の光軸どうしの交点と前記医療器具の処置部の位置とが一致するように前記角度変更機構を制御することとしてもよい。
このように構成することで、距離検出部により検出された距離に基づいて、撮像素子の光軸どうしの交点を医療器具の処置部に一致させることができる。これにより、医療器具の処置部の処置範囲を中心とした適正な立体感のある画像を自動的に得ることができる。

また、上記発明においては、前記角度変更機構が、前記挿入部の先端に、該挿入部の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに揺動可能に取り付けられた一対の揺動部材と、該一対の揺動部材を揺動させる駆動部とを備え、各前記撮像素子が各前記揺動部材に取り付けられていることとしてもよい。

このように構成することで、角度変更機構を構成する駆動部を作動させて一対の揺動部材を揺動させることにより、２つの撮像素子の光軸どうしの相対角度を容易に変更することができる。

また、上記発明においては、前記駆動部が、一対の前記揺動部材を、前記挿入部の長手軸に沿う方向に延びて相互に近接する閉位置と、前記挿入部の長手軸に交差する方向に延びて相互に離間する開位置との間で揺動させることとしてもよい。

このように構成することで、被検体内に挿入部を挿入する際は、揺動部材を閉位置に配置して挿入部の長手方向に沿わせることで、横断面積を小さくして挿入容易性を向上することができる。また、被検体内に挿入部の先端が挿入された後は、揺動部材を揺動させることにより開位置に配置して撮像素子どうしの間隔を確保し、大きな輻輳角を形成しやすくすることができる。

本発明は、上記いずれかの立体内視鏡装置と、前記医療器具の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに前記処置部を揺動可能な揺動部を有する前記医療器具と、該医療器具の揺動部の揺動角を検出する揺動角検出部とを備え、前記制御部が、前記揺動角検出部により検出された揺動角を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する立体内視鏡システムを提供する。

本発明によれば、医療器具の揺動部を揺動させることで、被検体内の患部における処置部の処置範囲を変更することができる。この場合において、制御部が、揺動角検出部により検出される医療器具の揺動部の揺動角に基づいて角度変更機構を制御することで、医療器具の揺動部の揺動範囲全域にわたり処置部の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に得ることができる。

上記発明においては、前記医療器具を挿入可能な貫通孔を有する挿入部材と、該挿入部材の貫通孔の中心軸の角度を検出する挿入角検出部とを備え、前記制御部が、前記挿入角検出部により検出された角度を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御することとしてもよい。

このように構成することで、挿入部材の貫通孔の中心軸の角度を変更することで、被検体内の患部における医療器具の処置部の処置範囲を変更することができる。この場合において、制御部が、挿入角検出部により検出される挿入部材の貫通孔の中心軸の角度に基づいて角度変更機構を制御することで、挿入部材の貫通孔の中心軸の角度により決まる医療器具の処置部の処置範囲全域にわたり立体感のある画像を自動的に得ることができる。

また、上記発明においては、少なくとも１つ以上の前記医療器具と、該医療器具の処置部の動きを検出する動き検出部とを備え、前記制御部が、前記動き検出部により検出される処置部の動き量が最も多い医療器具の前記処置部から前記撮像素子までの距離に基づいて前記角度変更機構を制御することとしてもよい。

複数の医療器具のうち処置部の動きが最も多いものが術者により操作されている最中といえる。したがって、このように構成することで、複数の医療器具のうち、術者が注目している医療器具の処置部の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に優先して得ることができる。

本発明は、上記いずれかの立体内視鏡システムと、術者の遠隔操作により前記医療器具を操作する操作部とを備え、該操作部による前記医療器具の操作情報から該医療器具の挿入情報を検出する情報検出部とを備え、前記制御部が、前記情報検出部により検出された医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する立体内視鏡ロボットを提供する。

本発明によれば、術者の遠隔操作により、操作部を介して被検体内の患部を処置することができる。この場合において、制御部が、操作部の操作情報から情報検出部により検出される医療器具の挿入情報に基づいて角度変更機構を制御することで、遠隔操作による医療器具の処置部の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に得ることができる。

本発明によれば、患部の適正な立体感のある画像を簡易に取得することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る立体内視鏡装置を示す全体構成図である。 （ａ）は図１の立体内視鏡装置の揺動部材を閉位置に配置した状態の挿入部を径方向に見た正面図であり、（ｂ）は（ａ）の挿入部を先端方向から見た正面図である。 （ａ）は図１の立体内視鏡装置の揺動部材を開位置に配置した状態の挿入部を径方向に見た正面図であり、（ｂ）は（ａ）の挿入部を先端方向から見た正面図である。 図３（ａ）の挿入部のチャネルから処置具を突出させた状態を示す正面図である。 図４の処置具を示す全体構成図である。 図１の立体内視鏡装置の機能ブロック図である。 図１の立体内視鏡装置の挿入部を体内に挿入する挿入時の状態であって、揺動部材が閉位置に配置されている状態を示す図である。 揺動部材が開位置に配置された状態を示す図である。 図６のパターン記憶部に記憶されている距離と輻輳角との関係を示す制御パターンの一例を示すグラフである。 図１の立体内視鏡装置を用いた観察手順を説明するフローチャートである。 図１０のフローチャートの続きの観察手順を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係る挿入部を示す正面図である。 図１２の挿入部の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る立体内視鏡システムを示す全体構成図である。 図１４の立体内視鏡装置を用いた観察手順を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態の第３変形例に係る立体内視鏡システムを示す全体構成図である。 本発明の第２実施形態の第４変形例に係る立体内視鏡システムを示す全体構成図である。 本発明の第３実施形態に係る立体内視鏡ロボットを示す全体構成図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る立体内視鏡装置について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡装置１は、図１に示されるように、患者の体内（被検体内）に挿入可能な細長い挿入部２と、挿入部２に接続される本体システム３とを備えている。

挿入部２の先端には、挿入部２の長手軸に直交する方向に平行に延びる２つのシャフト（回転軸）４と、これらのシャフト４回りにそれぞれ揺動可能に支持された２つの揺動部材（角度変更機構）５とが設けられている。

揺動部材５の基端部には、シャフト４を回転させるロータリマイクロアクチュエータ（駆動部、角度変更機構）６がそれぞれ設けられている。各揺動部材５は、２つのロータリマイクロアクチュエータ６が同期してシャフト４を逆方向に回転させることにより、図２（ａ），（ｂ）に示すような挿入部２の長手軸に沿う方向に相互に近接して配置される閉位置と、図３（ａ），（ｂ）に示すような挿入部２の長手軸に交差する方向に相互に離間して配置される開位置との間で往復移動させられるようになっている。

各揺動部材５には、閉位置に配置されたときに相互に対向する位置に配置される撮像素子７、照明素子８および距離センサ（距離検出部）９が設けられている。
撮像素子７は、例えば、揺動部材５の長手軸に直交する光軸７ａを有するＣＣＤあるいはＣＭＯＳイメージャである。
照明素子８は、例えば、揺動部材５の長手軸に交差する方向に照明光を射出するＬＥＤである。

距離センサ９は、例えば、一方の揺動部材５に設けられた発光素子９ａと、他方の揺動部材５に設けられた受光素子９ｂとを備えている。
発光素子９ａから発せられた光が、患者の患部等の被写体Ａ（図４等参照。）において反射して戻ることによって受光素子９ｂにより受光される。受光素子９ｂにより受光される光の光量は、距離が長いときは少なく距離が短いときは多いので、受光された光の光量に基づいて距離センサ９から被写体Ａまでの距離を検出することができる。

また、揺動部材５の先端に、該揺動部材５が閉位置に配置されている状態で、被写体Ａから揺動部材５までの距離を検出する先端距離センサ（距離検出部）１０が設けられている。この先端距離センサ１０も、上記距離センサ９と同様に発光素子１０ａと受光素子１０ｂとを備えている。

また、挿入部２には、長手軸に沿って内部を貫通するチャネル２１と、チャネル２１に近接して配置された磁気エンコーダ２３とが備えられている。
チャネル２１は、挿入部２の先端の２つのシャフト４間に開口部２１ａを有している。この挿入部２は、図４に示すように、チャネル２１に処置具（医療器具）３０を挿入して開口部２１ａから出没させることができるようになっている。

処置具３０は、例えば、図５に示すように、患者の患部を処置する処置部３１と、術者が把持して処置部３１を操作する操作部３７と、処置部３１と操作部３７とを繋ぐシャフト部３９とを備えている。

処置部３１は、シャフト部３９の先端に長軸方向に交差する方向に延びる揺動軸回りに揺動可能に設けられた揺動部３３と、揺動部３３から先端に向かって延び、揺動部３３の前記揺動軸と平行に延びる開閉軸を中心として開閉自在な一対の鉗子部材３５とを備えている。

操作部３７は、術者の操作により、揺動部３３を揺動させたり、一対の鉗子部材３５を開閉したりすることができるようになっている。
シャフト部３９には、長手方向に沿って一定の間隔で配列された磁性体からなる複数の磁気コード３９Ａが備えられている。

磁気エンコーダ２３は、磁界を発生し、処置具３０の磁気コード３９Ａが磁界を通過することにより変化する磁気を読み取ることで、処置具３０の挿入量を検出することができるようになっている。検出された処置具３０の挿入量は挿入情報として本体システム３に送られるようになっている。処置具３０の挿入量は、例えば、処置具３０の処置部３１が挿入部２のチャネル２１の開口部２１ａから突出している量とする。

本体システム３は、図６に示されるように、距離センサ９および先端距離センサ１０を制御するセンサ制御部１１と、照明素子８を点灯制御する照明制御部１２と、撮像素子７による撮影を制御する撮像制御部１３と、揺動部材５の角度を制御する揺動制御部（制御部）１４と、撮像素子７により取得された画像信号を処理する画像処理部１５と、該画像処理部１５により処理された画像を表示する画像表示部１６と、距離と輻輳角とを対応づけた制御パターンをＬＵＴ（Ｌｏｏｋ−Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）として記憶するパターン記憶部１７と、術者が操作する操作部３７とを備えている。

揺動制御部１４は、磁気エンコーダ２３から送られてくる処置具３０の挿入情報に基づいて、観察モードと処置モードとを切り替えるようになっている。具体的には、揺動制御部１４は、処置具３０の挿入量がゼロの状態、すなわち、処置具３０の処置部３１が挿入部２のチャネル２１内に収納されている状態を示す挿入情報が入力されると観察モードに設定し、処置具３０の挿入量がゼロでない状態、すなわち、処置具３０の処置部３１が挿入部２のチャネル２１から突出した状態を示す挿入情報が入力されると処置モードに設定するようになっている。例えば、観察モードでは、患者の体内に挿入部２を挿入して所望の位置に配置し、処置モードでは、処置具３０を用いて患者の患部を処置するようになっている。

この揺動制御部１４は、観察モードにおいて、図７に示されるように、揺動部材５が閉位置に配置されている挿入時の状態では先端距離センサ１０を作動させ、図８に示されるように、揺動部材５が開位置に配置されている状態では距離センサ９を作動させるようになっている。

距離センサ９および先端距離センサ１０を構成する受光素子９ｂ，１０ｂは、受光した光の光量に応じた電圧信号を揺動制御部１４に出力するようになっている。揺動制御部１４は、揺動部材５が閉位置に配置されている挿入時の状態においては、先端距離センサ１０を構成する受光素子１０ｂからの電圧信号を監視するようになっている。そして、揺動制御部１４は、電圧信号が記憶されている所定の閾値を超えた時点、すなわち、揺動部材５の先端と被写体Ａとの間の距離が所定距離に達した時点で、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させ、揺動部材５を閉位置から初期の開位置まで揺動させるようになっている。

また、揺動制御部１４は、揺動部材５が初期の開位置まで揺動させられた時点で、センサ制御部１１、照明制御部１２および撮像制御部１３に起動信号を出力するようになっている。
起動信号を受けたセンサ制御部１１は、先端距離センサ１０に代えて距離センサ９を駆動し、被写体Ａまでの距離を検出させるようになっている。

また、起動信号を受けた照明制御部１２は照明素子８を作動させ、起動信号を受けた撮像制御部１３は撮像素子７を作動させるようになっている。
また、揺動制御部１４は、距離センサ９を構成する受光素子９ｂからの電圧信号が入力されると、入力された電圧信号に対応する距離を算出して、パターン記憶部１７に記憶されている制御パターン内のその距離に対応する輻輳角αを検索するようになっている。そして、揺動制御部１４は、検索した輻輳角αが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させるようになっている。

パターン記憶部１７内に記憶される制御パターンとしては、例えば、図９に示されるように、距離と輻輳角αとが直線的な関係となるものが記憶されている。この関係は、撮像素子７に対して各距離に配置される被写体Ａの表面に一致する位置に、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしが対応する輻輳角をなして交差する関係となっている。
また、パターン記憶部１７には、処置具３０の挿入量を処置部３１から撮像素子７までの距離に換算して輻輳角と対応づけた挿入量と輻輳角βとの関係が記憶されている。

揺動制御部１４は、距離センサ９により検出された距離に基づいて制御パターンから検索した輻輳角αを用いて、その輻輳角αが達成される揺動部材５の角度を算出し、初期の開位置からその角度までロータリマイクロアクチュエータ６のシャフト４を回転させるよう、制御するようになっている。

一方、揺動制御部１４は、処置モードにおいて、磁気エンコーダ２３から処置具３０の挿入情報が入力されると、パターン記憶部１７に記憶されている制御パターン内の処置具３０の挿入量に対応する輻輳角βを検索し、検索された輻輳角βが達成されるよう、ロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る立体内視鏡装置１の作用について、図１０および図１１のフローチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡装置１を用いて体内の被写体Ａを観察するには、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させて２つの揺動部材５を図２（ａ）、（ｂ）に示される閉位置に配置した状態で、図７に示すように、体表組織Ｂに貫通形成された開口Ｃに配置したトラカールＤの貫通孔を介して揺動部材５の先端から挿入部２を体内の空間内に挿入していく（ステップＳＡ１）。このとき、揺動制御部１４は観察モードに設定されている。

このとき、センサ制御部１１により、先端距離センサ１０の発光素子１０ａおよび受光素子１０ｂを作動させる。そして、発光素子１０ａから発せられ、体内の被写体Ａにおいて反射されて受光素子１０ｂにより受光された光の光量を示す電圧信号が揺動制御部１４に入力され、そこで距離の判定が行われる（ステップＳＡ２）。

先端距離センサ１０により検出された距離が所定の距離Ｊより小さくなると（ステップＳＡ３「Ｙｅｓ」）、その位置で、揺動制御部１４がロータリマイクロアクチュエータ６を作動させ、図８に示すように、２つの揺動部材５を予め定められた初期の開位置まで揺動させる（ステップＳＡ４）。

また、揺動制御部１４は、揺動部材５を初期の開位置まで揺動させると同時に、センサ制御部１１、照明制御部１２および撮像制御部１３に起動信号を出力する（ステップＳＡ５）。起動信号を受けたセンサ制御部１１は、起動していた先端距離センサ１０を停止し、距離センサ９の発光素子９ａおよび受光素子９ｂを作動させる。

また、起動信号を受けた照明制御部１２は、照明素子８を作動させ、被写体Ａに対して照明光を照射する。さらに、起動信号を受けた撮像制御部１３は、２つの撮像素子７を作動させ、それぞれ画像信号を取得する。２つの撮像素子７により取得された各画像信号は画像処理部１５を介して画像表示部１６に表示される。これにより、被写体Ａを左右２方向から撮影した２種類の画像が取得される（ステップＳＡ６）。

距離センサ９の受光素子９ｂにより受光された光の光量に対応する電圧信号は、揺動制御部１４に送られて距離が算出される（ステップＳＡ７）。揺動制御部１４は、算出された距離を用いてパターン記憶部１７に記憶されている制御パターン内の対応する輻輳角αを検索し、検索された輻輳角αを達成するための揺動部材５の角度を算出する。そして、揺動制御部１４は、揺動部材５が算出された角度となるまで、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させる（ステップＳＡ８）。

制御パターンは、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしが被写体Ａの表面に一致する距離と輻輳角αとを対応づけて記憶しているので、検出された距離に対応する輻輳角αが達成されるように揺動部材５を揺動させることにより、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしを被写体Ａの表面に常に一致させた状態で被写体Ａを左右２方向から見た２つの画像を取得することができる。

続いて、図４に示すように、挿入部２のチャネル２１から処置具３０を突出させて患者の体内に挿入すると（ステップＳＡ９）、磁気エンコーダ２３により処置具３０の挿入量がゼロ以外を示す挿入情報が揺動制御部１４に入力され、揺動制御部１４により処置モードに切り替えられる（ステップＳＡ１０）。そして、処置具３０が患者の患部近傍に配置されると、磁気エンコーダ２３により処置具３０の挿入量が検出され（ステップＳＡ１１）、処置具３０の挿入情報が揺動制御部１４に入力される。

揺動制御部１４は、パターン記憶部１７に記憶されている制御パターン内の処置具３０の挿入量に対応する輻輳角βの関係値（パターン）を検索し（ステップＳＡ１２）、検索された輻輳角βが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させる（ステップＳＡ１３）。

制御パターンは、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしが処置具３０の処置部３１に一致する距離と輻輳角βとを対応づけて記憶しているので、検出された距離に対応する輻輳角βが達成されるように揺動部材５を揺動させることにより、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしを処置具３０の処置部３１に常に一致させた状態で被写体Ａを左右２方向から見た２つの画像を取得することができる。

磁気エンコーダ２３により検出される処置具３０の挿入量がゼロになるまで、すなわち、挿入部２のチャンネル２１内に処置具３０の処置部３１が収納されるまで（ステップＳＡ１４）、ステップＳＡ１１〜ＳＡ１３の挿入量の検出、制御パターンの読出し、および、輻輳角βの調節が繰り返される。その後、処置具３０がチャンネル２１内に収納されると（ステップＳＡ１４「ＹＥＳ」）、揺動制御部１４により観察モードに切り替えられる（ステップＳＡ１５）。

揺動制御部１４は、予め記録されている距離の変化量に対する揺動部材５の揺動角度制御との関係値を基に、処置具３０の処置部３１から撮像素子７までの距離の変化量に応じて、ロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させる（ステップＳＡ１６）。そして、挿入部２が所定の距離Ｊ以上に引き出された時点で（ステップＳＡ１７「ＹＥＳ」）、揺動制御部１４が、照明制御部１２および撮像制御部１３に撮影終了を示す信号を出力する（ステップＳＡ１８）。これにより、照明素子８および撮像素子７の作動が停止し、撮影が終了する。

次いで、揺動制御部１４は、ロータリマイクロアクチュエータ６を作動させて、２つの揺動部材５を閉位置に配置し（ステップＳＡ１９）、距離センサ９を停止して先端距離センサ１０を作動させるようセンサ制御部１１に指令する。これにより挿入部２および揺動部材５をトラカールＤを介して体内から抜き出すことができる（ステップＳＡ２０）。

このように、本実施形態に係る立体内視鏡装置１によれば、被検体内に処置具３０を挿入すると、磁気エンコーダ２３により検出される処置具３０の挿入量に対応する処置部３１から撮像素子７までの距離に基づいて揺動部材５が揺動させられることにより、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしの交点が常に処置部３１に一致するように輻輳角βが調節される。このため、医師等の観察者が画像表示部１６を見ながら輻輳角βの調節を手探りで行わなくても、被検体内の患部における処置具３０の処置部３１の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に得ることができる。

本実施形態においては以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、処置具３０が１つの場合の構成を例示して説明したが、第１変形例としては、図１２，図１３に示すように、２つの処置具３０を使用可能な構成としてもよい。

この場合、挿入部２が互いに平行なチャネル２１Ａ，２１Ｂと、チャネル２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ近接して配置された磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂとをさらに備え、各磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂによりそれぞれのチャネル２１Ａ，２１Ｂに挿入された各処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入量を検出することとすればよい。

また、画像処理や揺動部３３の揺動角度から処置部３１の動き量を検出し、動き量が多い方の処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１から撮像素子７までの距離に基づいて揺動部材５の揺動角度を調節することとしてもよいし、術者が手動でいずれかの処置具３０Ａ，３０Ｂを選択し、その挿入量を検出する磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂからの挿入情報に基づいて揺動部材５の揺動角度を調節することとしてもよい。
なお、チャネル２１Ａ，２１Ｂはチャネル２１に対応し、磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂは磁気エンコーダ２３に対応し、処置具３０Ａ，３０Ｂは処置具３０に対応するものとする。

複数の処置具３０Ａ，３０Ｂを用いる場合は、処置部３１の動きが最も多い処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂが術者により操作されている最中といえる。本変形例によれば、複数の処置具３０Ａ，３０Ｂのうち、術者が注目している処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂの処置部３１の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に優先して得ることができる。

また、本実施形態および第１変形例においては、挿入情報として処置具３０の挿入量のみを例示して説明したが、第２変形例としては、挿入情報として処置具３０の挿入量および揺動部３３の揺動角度を用いることとしてもよい。この場合、処置具３０に揺動部３３の揺動角度を検出する揺動角検出部（図示略）を設け、検出した揺動角度を揺動制御部１４に入力させることとすればよい。

処置具３０の揺動部３３を揺動させることで、挿入部２の位置を変えずに患者の患部における処置部３１の処置範囲を変更することができる。本変形例によれば、揺動制御部１４が、処置具３０の挿入量に加えて揺動部３３の揺動角に基づいて揺動部材５の揺動角度を調節することで、処置具３０の揺動部３３の揺動範囲全域にわたり処置部３１の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に得ることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る立体内視鏡システムについて説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡システム１０１は、図１４に示すように、立体内視鏡装置１と、２つの処置具（医療器具）３０Ａ，３０Ｂと、各処置具３０Ａ，３０Ｂを患者の体内に挿入させるトロッカ（挿入部材）４１Ａ，４１Ｂと、処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入角を検出する挿入角検出部４３とを備えている。
以下、第１実施形態に係る立体内視鏡装置１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

トロッカ４１Ａ，４１Ｂは、処置具３０Ａ，３０Ｂを挿入可能な貫通孔を有する略筒状部材である。切開した患者の体表の穴にこのトロッカ４１Ａ，４１Ｂを差し込むことにより、患者の体内に処置具を挿入することができるようになっている。これらのトロッカ４１Ａ，４１Ｂは、患者の体表に差し込まれた状態で、体表を支点として、トロッカ４１Ａ，４１Ｂが体表に差し込まれる角度を変更することができる。また、各トロッカ４１Ａ，４１Ｂには、貫通孔に近接して配置された磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂが備えられている。

処置具３０Ａ，３０Ｂは、それぞれトロッカ４１Ａ，４１Ｂを介して患者の体内に挿入されている。これらの処置具３０Ａ，３０Ｂは、揺動部３３の揺動角度を検出する揺動角検出部（図示略）を備えている。揺動角検出部により検出された揺動角度は、それぞれ揺動制御部１４に入力されるようになっている。

挿入角検出部４３は、患者の体表に差し込まれた各トロッカ４１Ａ，４１Ｂを撮影する３つのカメラ４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃと、カメラ４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃにより取得された画像を解析し、各トロッカ４１Ａ，４１Ｂの貫通孔の中心軸の角度（以下、単に「トロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度」とする。）を検出する解析部（図示略）と備えている。解析部により検出されたトロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度は挿入情報として揺動制御部１４に入力されるようになっている。

揺動制御部１４は、磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂから送られてくる処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入量、揺動角検出部から送られてくる揺動部３３の揺動角度、および、挿入角検出部４３の解析部から送られてくるトロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度を含む処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報に基づいて、ロータリマイクロアクチュエータ６を制御するようになっている。

具体的には、処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入量、揺動部３３の揺動角度、および、トロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度を処置部３１から撮像素子７までの距離に換算して輻輳角と対応づけた処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報と輻輳角βとの関係がパターン記憶部１７に記憶されている。揺動制御部１４は、ユーザにより設定される一方の処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報に基づき、制御パターン内のその挿入情報に対応する輻輳角βが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る立体内視鏡システム１０１の作用について、図１５のフローチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡システム１０１を用いて患者の患部を観察しながら縫合する場合は、患者の体内に立体内視鏡装置１を挿入するとともに、患者の体表Ｂにトロッカ４１Ａ，４１Ｂを差し込む。観察モードは第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

患者の体内の所望の位置に立体内視鏡装置１の挿入部２を配置した後、トロッカ４１Ａ，４１Ｂを介して処置具３０Ａ，３０Ｂをそれぞれ患者の体内に挿入すると、磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂから処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報が出力され、揺動制御部１４により処置モードに切り替えられる（ステップＳＡ１０）。

本実施形態においては、例えば、一方の処置具３０Ａが患者の患部を把持し、他方の処置具３０Ｂが処置部３１により針を保持している。また、術者が選択した一方の処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂの処置部３１の挿入情報に基づいてロータリマイクロアクチュエータ６を制御するように設定されている。

処置モードにおいては、磁気エンコーダ２３Ａ，２３Ｂにより処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入量が検出される他、揺動角検出部により揺動部３３の揺動角が検出されるとともに、挿入角検出部４３によりトロッカ４１Ａ，４１Ｂの挿入角が検出され（ステップＳＢ１１）、処置具３０Ａ，３０Ｂの各挿入情報が揺動制御部１４に入力される。

揺動制御部１４は、パターン記憶部１７に記憶されている制御パターン内の処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入量、揺動部３３の揺動角およびトロッカ４１Ａ，４１Ｂの挿入角に対応する輻輳角βの関係値（パターン）を検索し（ステップＳＢ１２）、検索された輻輳角βが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させる（ステップＳＡ１３）。

制御パターンは、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしが処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１に一致する距離、揺動角および挿入角と輻輳角βとを対応づけて記憶しているので、検出された距離離、揺動角および挿入角に対応する輻輳角βが達成されるように揺動部材５を揺動させることにより、２つの撮像素子７の光軸７ａどうしを処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１に常に一致させた状態で被写体Ａを左右２方向から見た２つの画像を取得することができる。
以下、ステップＳＡ１４〜ステップＳＡ２０については、第１実施形態と同様である。

本実施形態に係る立体内視鏡システム１０１によれば、処置具３０Ａ，３０Ｂの揺動部３３を揺動させたり、トロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度を変えたりすることで、患者の患部における処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１の処置範囲を変更することができる。揺動制御部１４が、処置部３１から撮像素子７までの距離に加え、揺動部３３の揺動角およびトロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度に基づいて揺動部材５の角度を制御することで、揺動部３３の揺動範囲全域およびトロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度により決まる処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１の処置範囲全域にわたり立体感のある画像を自動的に得ることができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、揺動制御部１４が、２つの処置具３０Ａ，３０Ｂのうち術者が予め設定した処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂの挿入情報に基づいてロータリマイクロアクチュエータ６を制御することとしたが、例えば、第３変形例としては、揺動制御部１４がどちらの処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報に基づくかを自動で決定することとしてもよい。

具体的には、図１６に示すように、画像処理部１５が、処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１の動きを画像上で検出する動き検出部１１５を備え、検出した処置部３１の動き量を示す動き情報を揺動制御部１４に入力することとしてもよい。この場合、揺動制御部１４は、入力された動き情報から動き量の多い方の処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂを選択し、制御パターン内における選択した処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂの挿入情報に対応する輻輳角βが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させることとすればよい。

このようにすることで、２つの処置具３０Ａ，３０Ｂのうち、術者が注目している処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂの処置部３１の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に優先するとともに、自動で切り替えながら得ることができる。
本変形例においては、動き検出部１１５から出力される動き情報を一旦記憶する情報記憶部(図示略）を備えることとしてもよい。この場合、揺動制御部１４は、情報記憶部に記憶されている動き情報を揺動制御部１４が読み出してパターン記憶部１７を検索することとすればよい。

また、第４変形例としては、図１７に示すように、画像表示部１６がＧＵＩ機能を備え、画像表示部１６上で術者がいずれかの処置具３０Ａ，３０Ｂを指定すると、ＧＵＩ機能により、指定された処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂを示す選択情報が揺動制御部１４に入力されるようになっている。この場合、揺動制御部１４は、入力された選択情報に基づいて指定された処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂを選択し、制御パターン内における選択した処置具３０Ａまたは３０Ｂの挿入情報に対応する輻輳角βが達成されるようにロータリマイクロアクチュエータ６を駆動させることとすればよい。

このようにすることで、２つの処置具３０Ａ，３０Ｂのうち、術者が注目したい所望の処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に優先するとともに自動で切り替えながら得ることができる。
本変形例においては、画像表示部１６から出力される選択情報を一旦記憶する情報記憶部(図示略）を備えることとしてもよい。この場合、揺動制御部１４は、情報記憶部に記憶されている選択情報を揺動制御部１４が読み出してパターン記憶部１７を検索することとすればよい。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る立体内視鏡ロボットについて説明する。
本実施形態に係る立体内視鏡ロボット２０１は、図１８に示すように、立体内視鏡システム１０１と、２つの３次元マニュピレータ（操作部）２０３Ａ，２０３Ｂと、情報検出部２０５Ａ，２０５Ｂとを備えている。
以下、第１実施形態に係る立体内視鏡装置１、第２実施形態に係る立体内視鏡システム１０１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

３次元マニュピレータ２０３Ａ，２０３Ｂは、処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂを保持し、術者の遠隔操作によりそれぞれ処置具３０Ａまたは処置具３０Ｂを操作するようになっている。具体的には、術者は、３次元マニュピレータ２０３Ａ，２０３Ｂを介して、トロッカ４１Ａ，４１Ｂの挿入角、挿入部２の挿入量、処置部３１の揺動、および、鉗子部材３５の開閉等を遠隔操作することができるようになっている。

３次元マニュピレータ２０３Ａ，２０３Ｂによる処置具３０Ａ，３０Ｂの操作情報は、情報検出部２０５Ａ，２０５Ｂに入力されるようになっている。
操作情報としては、処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入量、各揺動部３１の揺動角、および、トロッカ４１Ａ，４１Ｂの角度が挙げられる。
情報検出部２０５Ａ，２０５Ｂは、入力された操作情報から各処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報を検出して、揺動操作部１４へ出力するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る内視鏡ロボット２０１は、術者の遠隔操作により、３次元マニュピレータ２０３Ａ，２０３Ｂを介して被検体内の患部を処置することができる。この場合において、揺動制御部１４が、３次元マニュピレータ２０３Ａ，２０３Ｂの操作情報から検出される処置具３０Ａ，３０Ｂの挿入情報に基づいて揺動部材５の角度を制御することで、遠隔操作による処置具３０Ａ，３０Ｂの処置部３１の処置範囲を中心とした立体感のある画像を自動的に得ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。また、上記各実施形態においては、検出された距離に対して輻輳角αを直線的な関係によって変化させることとしたが、これに限定されるものではなく、曲線的に変化させることとしてもよいし、段階的に変化させることとしてもよい。

また、上記各実施形態においては、処置具３０の挿入量を処置部３１から撮像素子７までの距離に換算して輻輳角と対応づけた挿入量と輻輳角βとの関係をパターン記憶部１７に記憶しておくこととしたが、距離センサ９および先端距離センサ１０が、被検体内に挿入した処置具３０，３０Ａ，３０Ｂの処置部３１の挿入量を測定する測定部と、測定部により計測した挿入量を処置具３０，３０Ａ，３０Ｂの処置部３１から撮像素子７までの距離に換算する換算部とを備え、距離と輻輳角βとの関係をパターン記憶部１７に記憶しておくこととしてもよい。このようにした場合も、処置具３０，３０Ａ，３０Ｂの処置部３１から撮像素子７までの距離を、直接測定することなく処置部３１の挿入量から容易に検出することができる。

また、上記各実施形態においては、２つの揺動部材５が、同期して逆方向に同じ角度だけ揺動することとしたが、これに代えて、異なる角度で独立して揺動することにしてもよい。このようにすることで、挿入部２の長手方向前方に配置されている被写体Ａの直視観察のみならず、長手方向に対して傾斜して配置されている被写体Ａの斜視観察あるいは側視観察をも行うことができる。また、一方の揺動部材５のみを揺動させることとしてもよい。さらに、両揺動部材５を異なる角度だけ揺動させてもよいし、同一方向に揺動させてもよい。

α 輻輳角（相対角度）
β 輻輳角（相対角度）
１ 立体内視鏡装置
２ 挿入部
５ 揺動部材（角度変更機構）
６ ロータリマイクロアクチュエータ（駆動部）
７ 撮像素子
７ａ 光軸
９ 距離センサ（距離検出部）
１０ 先端距離センサ（距離検出部）
１４ 揺動制御部（制御部）
３０，３０Ａ，３０Ｂ 処置具（医療器具）
３３ 揺動部
４１Ａ，４１Ｂ トロッカ（挿入部）
１１５ 動き検出部
２０３Ａ，２０３Ｂ ３次元マニュピレータ
２０５Ａ，２０５Ｂ 情報検出部
２０１ 立体内視鏡ロボット

Claims (11)

1. 被検体内に挿入可能な挿入部と、
   該挿入部に相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子と、
   該撮像素子の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構と、
   前記被検体内に挿入して患部を処置する医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離を検出する距離検出部と、
   該距離検出部により検出された距離を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する制御部とを備え、
   前記距離検出部が、前記被検体内に挿入した前記医療器具の処置部の挿入量を測定する測定部と、該測定部により計測された挿入量を前記医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離に換算する換算部とを備える立体内視鏡装置。
2. 前記角度変更機構が、前記挿入部の先端に、該挿入部の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに揺動可能に取り付けられた一対の揺動部材と、該一対の揺動部材を揺動させる駆動部とを備え、
   各前記撮像素子が各前記揺動部材に取り付けられている請求項１に記載の立体内視鏡装置。
3. 被検体内に挿入可能な挿入部と、
   該挿入部に相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子と、
   該撮像素子の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構と、
   前記被検体内に挿入して患部を処置する医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離を検出する距離検出部と、
   該距離検出部により検出された距離を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する制御部とを備え、
   前記角度変更機構が、前記挿入部の先端に、該挿入部の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに揺動可能に取り付けられた一対の揺動部材と、該一対の揺動部材を揺動させる駆動部とを備え、
   各前記撮像素子が各前記揺動部材に取り付けられている立体内視鏡装置。
4. 前記距離検出部が、前記被検体内に挿入した前記医療器具の処置部の挿入量を測定する測定部と、該測定部により計測された挿入量を前記医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離に換算する換算部とを備える請求項３に記載の立体内視鏡装置。
5. 前記駆動部が、一対の前記揺動部材を、前記挿入部の長手軸に沿う方向に延びて相互に近接する閉位置と、前記挿入部の長手軸に交差する方向に延びて相互に離間する開位置との間で揺動させる請求項２から請求項４のいずれかに記載の立体内視鏡装置。
6. 前記制御部は、前記撮像素子の光軸どうしの交点と前記医療器具の処置部の位置とが一致するように前記角度変更機構を制御する請求項１から請求項５のいずれかに記載の立体内視鏡装置。
7. 被検体内に挿入可能な挿入部と、
   該挿入部に相互に間隔をあけて配置された２つの撮像素子と、
   該撮像素子の光軸の相対角度を変化させる角度変更機構と、前記被検体内に挿入して患部を処置する医療器具の処置部から前記撮像素子までの距離を検出する距離検出部と、
   該距離検出部により検出された距離を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する制御部とを備える立体内視鏡装置と、
   前記医療器具の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに前記処置部を揺動可能な揺動部を有する前記医療器具と、
   該医療器具の揺動部の揺動角を検出する揺動角検出部とを備え、
   前記制御部が、前記揺動角検出部により検出された揺動角を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する立体内視鏡システム。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の立体内視鏡装置と、
   前記医療器具の長手軸に交差する方向に延びる軸線回りに前記処置部を揺動可能な揺動部を有する前記医療器具と、
   該医療器具の揺動部の揺動角を検出する揺動角検出部とを備え、
   前記制御部が、前記揺動角検出部により検出された揺動角を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する立体内視鏡システム。
9. 前記医療器具を挿入可能な貫通孔を有する挿入部材と、
   該挿入部材の貫通孔の中心軸の角度を検出する挿入角検出部とを備え、
   前記制御部が、前記挿入角検出部により検出された角度を含む前記医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する請求項７または請求項８に記載の立体内視鏡システム。
10. 少なくとも１つ以上の前記医療器具と、
    該医療器具の処置部の動きを検出する動き検出部とを備え、
    前記制御部が、前記動き検出部により検出される処置部の動き量が最も多い医療器具の前記処置部から前記撮像素子までの距離に基づいて前記角度変更機構を制御する請求項７から請求項９のいずれかに記載の立体内視鏡システム。
11. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載の立体内視鏡システムと、
    術者の遠隔操作により前記医療器具を操作する操作部とを備え、
    該操作部による前記医療器具の操作情報から該医療器具の挿入情報を検出する情報検出部とを備え、
    前記制御部が、前記情報検出部により検出された医療器具の挿入情報に基づいて前記角度変更機構を制御する立体内視鏡ロボット。

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