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手術機器人系統及其自適應控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201110423299.8

申請日:

2011.12.16

公開號:

CN102614019B

公開日:

2014.12.10

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61B 19/00申請日:20111216|||公開
IPC分類號: A61B19/00 主分類號: A61B19/00
申請人: 伊頓株式會社
發明人: 崔勝旭; 閔東明; 李珉奎
地址: 韓國京畿道
優先權: 2010.12.17 KR 10-2010-0130289
專利代理機構: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327 代理人: 姜虎;陳英俊
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110423299.8

授權公告號:

102614019B||||||

法律狀態公告日:

2014.12.10|||2012.09.26|||2012.08.01

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

公開了手術機器人系統及其自適應控制方法,主界面包括于安裝有內窺鏡及手術工具中一個以上控制對象的手術機器人系統中,用于控制控制對象位置,包括:操作部,接收移動操作控制對象的用戶命令;存儲部,存儲由內窺鏡提供的圖像信息中一個以上基準圖像和對應于基準圖像的移動比例因子;比例因子運算部,判斷通過內窺鏡提供的當前圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小,以與放大或縮小程度成比例的方式調節移動比例因子,并進行再設定;操作信號生成部,將利用操作部的用戶命令轉換為對應于再設定的移動比例因子,并生成對控制對象的操作信號。能夠縮短手術時間及減輕施術者的疲勞感,并根據顯示的圖像信息直觀地確認手術工具移動距離。

權利要求書

1: 一種主界面, 包括于安裝有手術用內窺鏡及手術工具中一個以上控制對象的手術機 器人系統中, 并用于控制所述控制對象的位置, 該主界面包括 : 操作部, 接收用于對所述控制對象進行移動操作的用戶命令 ; 存儲部, 用于存儲由所述手術用內窺鏡提供的圖像信息中一個以上的基準圖像和對應 于所述基準圖像的移動比例因子 ; 比例因子運算部, 判斷當前通過所述手術用內窺鏡提供的當前圖像信息與所述基準圖 像相比是被放大還是縮小, 并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調節所 述移動比例因子, 并進行再設定 ; 以及 操作信號生成部, 將通過所述操作部的用戶命令轉換為對應于再設定的所述移動比例 因子, 從而生成對于所述控制對象的操作信號。
2: 根據權利要求 1 所述的主界面, 其特征在于, 所述比例因子運算部為了判斷所述當前圖像信息與所述基準圖像相比是被放大還是 縮小, 根據預先設定的圖像解析技術檢測所述當前圖像信息在所述基準圖像中的一致區 域, 并設定區域。
3: 根據權利要求 2 所述的主界面, 其特征在于, 所述比例因子運算部利用所述被設定區域的橫向尺寸、 豎向尺寸、 對角線長度及寬度 中一個以上的換算信息和在所述基準圖像中對應于所述換算信息的信息之間的比例關系 來調節所述移動比例因子。
4: 根據權利要求 1 所述的主界面, 其特征在于, 基于所述用戶命令的所述控制對象的移動距離, 通過所述移動比例因子進行調節。
5: 根據權利要求 1 所述的主界面, 其特征在于, 所述手術用內窺鏡是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔 鏡、 心臟鏡中的一個以上。
6: 一種主界面, 包括于安裝有手術用內窺鏡及手術工具中一個以上控制對象的手術機 器人系統中, 并用于控制所述控制對象的位置, 該主界面包括 : 操作部, 接收用于對所述控制對象進行移動操作的用戶命令 ; 存儲部, 用于存儲一個以上的基于手術用內窺鏡的拍攝條件的移動比例因子 ; 比例因子運算部, 接收有關所述手術用內窺鏡拍攝條件的信息, 并在所述存儲部檢索 相應的移動比例因子, 并設定為適用的移動比例因子 ; 以及 操作信號生成部, 將利用所述操作部的用戶命令轉換為對應于所述設定的移動比例因 子, 從而生成對于所述控制對象的操作信號。
7: 根據權利要求 6 所述的主界面, 其特征在于, 所述拍攝條件是所述手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及被拍攝手術部位的實際尺寸中的一個以上。
8: 根據權利要求 7 所述的主界面, 其特征在于, 所述圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 比所述圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
9: 根據權利要求 7 所述的主界面, 其特征在于, 所述手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 比所述手術用內窺鏡相對 2 插入淺時的移動比例因子, 具有小的值。
10: 根據權利要求 7 所述的主界面, 其特征在于, 從用于檢測與所述手術部位表面之間距離的傳感器接收檢測值, 距所述手術部位表面的距離越近, 移動比例因子設定成越小的值。

說明書


手術機器人系統及其自適應控制方法

    【技術領域】
     本發明涉及一種手術機器人系統及其自適應控制方法。背景技術 醫學上的手術是指使用醫療器械對皮膚、 粘膜或其它組織進行切開、 切割或進行 操作而治愈病的行為。 特別是, 切開手術部位皮膚而對其內部器官等進行治療、 整形或切除 的剖腹手術等, 由于出血、 副作用、 患者痛苦、 疤痕等問題, 最近使用機器人 (robot) 的手術 備受歡迎。
     手術機器人系統一般包括主機器人和從機器人, 主機器人和從機器人可以是各自 獨立實現, 也可以是一體實現。
     當施術者操作主機器人上所具有的操縱器 ( 例如手柄 ) 時, 與從機器人的機器臂 結合或由機器臂把持的手術工具 ( 即手術器械 : instrument) 被操作, 從而進行手術。
     為了進行根據施術者操作操縱器的手術, 手術機器人系統在多種動作模式下執行 指定的動作。對作為多種動作模式中的部分動作模式的主機器人重定位模式、 腹腔鏡位置 控制模式、 保持模式說明如下。
     主機器人重定位模式為, 按下所具有的主機器人重定位按鈕時的手術機器人系統 的動作模式, 即使施術者移動操縱器, 根據操縱器操作的操作命令也不會傳遞到從機器人 的動作模式。 用于進入主機器人重定位模式的主機器人重定位按鈕可以通過下面說明的離 合按鈕來實現。
     腹腔鏡位置控制模式是當施術者移動操縱器時腹腔鏡取代安裝在從機器人上的 手術工具而被操作的動作模式。施術者按住主機器人上預先具備的攝像機按鈕 ( 例如踏 板 ) 的情況下移動操縱器, 從而能夠在腹腔鏡位置控制模式下以移動腹腔鏡等方式操作腹 腔鏡。
     保持模式是維持當前動作狀態的動作模式, 是使主機器人和從機器人都在當前狀 態停止的動作模式。通過施術者按下預先設定的按鈕或面部從控制臺 (console) 離開等動 作, 手術機器人系統可以進入保持模式。
     下面, 參照相關附圖簡單說明現有技術涉及的手術機器人系統的主機器人重定位 模式及腹腔鏡位置控制模式的動作。
     圖 1 是表示現有技術涉及的手術機器人系統整體結構的俯視圖, 圖 2 是表示現有 技術涉及的手術機器人系統主界面的概念圖, 圖 3a 及圖 3b 是表示現有技術中的手術機器 人系統所具有的手術器械的移動控制過程的概念圖。
     參照圖 1 及圖 2, 手術機器人系統包括 : 從機器人 2, 對躺在手術臺上的患者直接實 施手術 ; 主機器人 1, 施術者用于遠程操控從機器人 2。當主機器人 1 和從機器人 2 一體構 成時, 主界面 4 可對應于一體型手術機器人的界面部分。
     從機器人 2 包括機器臂 3 及腹腔鏡 5。主機器人 1 的主界面 4 包括顯示器 6、 手柄 10、 主機器人重定位按鈕及攝像機按鈕。主機器人重定位按鈕及攝像機按鈕可以分別由離
     合按鈕 14 或踏板 30 等形式實現。
     主機器人 1 和從機器人 2 可以通過有線網絡或無線網絡相連接并將操作信號等傳 送給對方。如果, 需要在相同及 / 或相近時間傳送通過主界面 4 上所具有的兩個手柄 10 的 兩個操作信號及 / 或用于調節腹腔鏡 5 位置的操作信號時, 各操作信號可以彼此獨立地傳 送給從機器人 2。
     從機器人 2 的機器臂 3 可具有多自由度地驅動。機器臂 3 例如可以包括 : 手術工 具, 插入在患者的手術部位 ; 偏轉驅動部, 根據手術位置以使手術工具向偏轉 (yaw) 方向旋 轉; 俯仰驅動部, 向與偏轉驅動部的旋轉驅動正交的俯仰 (pitch) 方向旋轉手術工具 ; 移送 驅動部, 向長度方向移動手術工具 ; 旋轉驅動部, 用于旋轉手術工具 ; 手術工具驅動部, 設 在手術工具的末端, 用于切開或切割手術病灶。
     主界面 4 上所具有的兩個手柄 10 形成為, 能夠由施術者分別攥在雙手上進行操 作, 根據施術者操作手柄 10 的操作信號傳送到從機器人 2, 從而控制機器臂 3。
     通過腹腔鏡 5 輸入的圖像以畫面圖像顯示在主界面 4 的顯示器 6 上。而且, 在顯 示器 6 上還可以增加顯示例如患者的心電圖曲線等。
     在主界面 4 上具有的主機器人重定位按鈕是, 施術者進行手術過程中, 將用于進 行手術的作業區域 ( 例如, 為了操作手術工具而通過腹腔鏡 5 拍攝的區域 ) 從第一位置移 動到不同位置的第二位置后, 為了操作主界面 4 的手柄 10 而再調節行動區域 ( 例如, 當前 作業區域的中心位置恢復調整到手柄 10 的基本位置 ) 時, 能夠利用的控制按鈕。 施術者輸入主機器人重定位按鈕的狀態 ( 例如, 踩踏踏板 30 的狀態 ) 下即使向任 一方向操作手柄 10, 該操作引起的手術工具操作命令或腹腔鏡 5 操作命令也不會提供給從 機器人 2, 因此施術者能夠為了便于進行手術動作將手柄 10 恢復到原來狀態。
     即, 當施術者將作業區域從第一位置移動到第二位置時, 首先要進行用于移動腹 腔鏡 5 的攝像機按鈕輸入 ( 即, 進入腹腔鏡位置控制模式 ), 并通過操作手柄 10 將腹腔鏡 5 移動至所需位置之后, 為了防止腹腔鏡 5 在為移動腹腔鏡 5 而向任一方向操作的手柄 10 恢 復至原來位置時移動, 在按住主機器人重定位按鈕的狀態 ( 主機器人重定位模式 ) 下對手 柄 10 進行操作而恢復至原來位置后, 結束主機器人重定位按鈕的按住狀態, 從而能夠再調 節行動區域, 以便在變更的作業區域內進行用于操作手術工具的手柄 10 的操作。
     但是, 腹腔鏡 5 在腹腔鏡位置控制模式下通過操作手柄 10 向相應方向移動的程 度, 限定于預先設定的作業區域 310 的尺寸, 所以, 如圖 3a 所示的將作業區域 310 從 (a) 區 域移動至 (b) 區域時, 給施術者帶來很大不便。
     即, 要將 (a) 區域的作業區域 310 移動至 (b) 區域時, 如圖 3b 所示, 施術者只能將 作業區域 310 以 (a)、 (p1)、 (p2)、 (p3) 及 (b) 的順序依次移動, 在各移動步驟中, 施術者需 要反復進行操作攝像機按鈕而移動腹腔鏡 5、 操作手柄 10 使腹腔鏡 5 移動、 為了將手柄 10 恢復到原來位置而操作主機器人重定位按鈕及結束操作的過程, 當移動作業區域 10 的路 徑改變時, 攝像機按鈕及主機器人重定位按鈕的操作次數還可能更多。在此, 圖 3b 的 c-a、 c-b 等表示隨著操作手柄 10 腹腔鏡 5 的移動位置。
     而且, 在現有技術涉及的手術機器人系統中, 手術工具的移動方式的問題點是, 與 通過腹腔鏡 5 輸入的圖像信息倍率無關地保持不變。
     其理由是, 用于定義手術工具移動間距的移動比例因子 (MSF, Motion Scale
     Factor) 固定在一定值以能夠在預先設定的作業區域 310 內進行最佳移動, 而完全未考慮 通過腹腔鏡 5 輸入的圖像信息包括哪些部分及哪些區域。
     而且, 以作業區域為單位的腹腔鏡 5 移動機制最終導致手術時間延長, 還存在對 在高度緊張狀態下進行手術的醫生帶來嚴重疲勞感的問題。
     所述背景技術是發明人為了導出本發明而所掌握或在導出本發明的過程中所學 到的技術信息, 不一定是本發明申請前被一般公眾公開的公知技術。 發明內容 本發明目的在于提供一種手術機器人系統及其自適應控制方法, 能夠根據由腹腔 鏡拍攝的圖像信息是關于哪個區域及哪個范圍的被攝體來自適應地改變手術工具的移動 比例因子。
     本發明目的在于提供一種手術機器人系統及其自適應控制方法, 能夠縮短手術時 間及減輕手術進行過程中施術者的疲勞感, 并根據顯示的圖像信息能夠直觀地辨認手術工 具的移動距離。
     本發明目的在于提供一種手術機器人系統及其自適應控制方法, 能夠最大限度地 提高腹腔鏡及 / 或手術工具的操作便利性。
     本發明目的在于提供一種手術機器人系統及其自適應控制方法, 改善為了操作腹 腔鏡而利用的攝像機按鈕, 并增加了單獨的位置控制 / 速度控制按鈕, 從而能夠實施新的 動作。
     根據本發明的一實施方式, 提供一種主界面, 包括于安裝有手術用內窺鏡及手術 工具中的一個以上控制對象的手術機器人系統中, 并用于控制所述控制對象的位置, 該主 界面包括 : 操作部, 接收用于對控制對象進行移動操作的用戶命令 ; 存儲部, 用于存儲由手 術用內窺鏡提供的圖像信息中的一個以上的基準圖像和對應于基準圖像的移動比例因子 (Motion Scale Factor) ; 比例因子運算部, 判斷當前通過手術用內窺鏡提供的當前圖像信 息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的 方式調節移動比例因子, 并進行再設定 ; 操作信號生成部, 將利用操作部的用戶命令轉換為 對應于再設定的移動比例因子, 從而生成對于控制對象的操作信號。
     比例因子運算部為了判斷當前圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 可以 根據預先設定的圖像解析技術檢測當前圖像信息在基準圖像中的一致區域, 并設定區域。
     比例因子運算部可以利用被設定區域的橫向尺寸、 豎向尺寸、 對角線長度及寬度 中一個以上的換算信息和在基準圖像中對應于換算信息的信息之間的比例關系來調節移 動比例因子。
     根據用戶命令的控制對象的移動距離, 可通過移動比例因子進行調節。
     手術用內窺鏡可以是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔鏡、 心臟鏡中的一個以上。
     根據本發明的一實施方式, 提供一種主界面, 包括于安裝有手術用內窺鏡及手術 工具中一個以上的控制對象的手術機器人系統中, 并用于控制所述控制對象的位置, 該主 界面包括 : 操作部, 接收用于對控制對象進行移動操作的用戶命令 ; 存儲部, 用于存儲一個 以上的基于手術用內窺鏡的拍攝條件的移動比例因子 ; 比例因子運算部, 接收有關手術用
     內窺鏡拍攝條件的信息, 在存儲部檢索相應的移動比例因子, 并設定為適用的移動比例因 子; 操作信號生成部, 將利用操作部的用戶命令轉換為對應于所設定的移動比例因子, 從而 生成對于控制對象的操作信號。
     拍攝條件可以是手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及被拍攝的手術部位的實際尺寸中的一個以上。
     圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
     手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 可以比手術用內窺鏡相對 插入淺時的移動比例因子, 具有小的值。
     從用于檢測距手術部位表面的距離的傳感器接收檢測值, 距手術部位表面的距離 越近, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     被拍攝的手術部位的實際尺寸越小, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     根據用戶命令的手術工具的移動距離, 可通過移動比例因子進行調節。
     當用戶命令屬于用于移動操作手術用內窺鏡的命令時, 手術用內窺鏡的移動距離 可通過移動比例因子進行調節。 根據拍攝條件的變化, 可實時運算移動比例因子并存儲在存儲部。
     當為了控制對象的移動操作, 操作部以相對大的操作量被操作時, 與操作部以相 對少的操作量操作時相比, 比例因子運算部可以設定更大的移動比例因子。
     當手術用內窺鏡為獲得三維圖像的裝置時, 有關拍攝條件的信息可以是通過解析 由手術用內窺鏡拍攝的圖像信息而計算出的深度 (depth) 信息。
     手術用內窺鏡可以是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔鏡、 心臟鏡中的一個以上。
     根據本發明的另一實施方式, 提供一種控制對象的自適應控制方法, 是在主界面 上執行的手術用內窺鏡及手術工具中一個以上的控制對象的自適應控制方法, 包括如下步 驟: 存儲由手術用內窺鏡提供的圖像信息中一個以上的基準圖像和與基準圖像相應的移動 比例因子 (Motion Scale Factor) 的步驟 ; 判斷由當前手術用內窺鏡提供的當前圖像信息 與基準圖像相比是被放大還是縮小的步驟 ; 以與判斷的放大或縮小程度成線性或非線性 比例的方式調節移動比例因子并進行再設定的步驟 ; 將為了對控制對象進行移動操作而輸 入的用戶命令轉換成對應于再設定的移動比例因子, 并生成對于控制對象的操作信號的步 驟。
     在判斷步驟中, 為了判斷當前圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 可以 根據預先設定的圖像解析技術檢測當前圖像信息在基準圖像中的一致區域, 從而設定區 域。
     在調節并進行再設定的步驟中, 可以利用被設定區域的橫向尺寸、 豎向尺寸、 對角 線長度及寬度中一個以上的換算信息和在基準圖像中對應于換算信息的信息之間的比例 關系來調節移動比例因子。
     根據用戶命令的控制對象的移動距離, 可以通過移動比例因子進行調節。
     手術用內窺鏡可以是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔鏡、 心臟鏡中的一個以上。
     根據本發明的另一實施方式, 提供一種手術工具的自適應控制方法, 是在主界面 上執行的手術用內窺鏡及手術工具中一個以上的控制對象的自適應控制方法, 包括如下步 驟: 存儲基于手術用內窺鏡拍攝條件的一個以上移動比例因子的步驟 ; 接收有關手術用內 窺鏡拍攝條件的信息, 在存儲部檢索相應的移動比例因子, 并設定為適用的移動比例因子 的步驟 ; 將為了對控制對象進行移動操作而輸入的用戶命令轉換為對應于再設定的移動比 例因子, 并生成對于控制對象的操作信號的步驟。
     拍攝條件可以是手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及被拍攝手術部位的實際尺寸中的一個以上。
     圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
     手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 可以比手術用內窺鏡相對 插入淺時的移動比例因子, 具有小的值。
     還包括接收由傳感器檢測的距手術部位表面的距離的信息的步驟, 距手術部位表 面的距離越近, 移動比例因子可以設定為越小的值。
     被拍攝的手術部位的實際尺寸越小, 移動比例因子可以設定為越小的值。 根據用戶命令的控制對象的移動距離, 可以通過移動比例因子進行調節。
     根據拍攝條件的變化, 可實時運算移動比例因子并存儲在存儲部。
     在設定步驟中, 當用于移動操作控制對象的用戶命令為有關操作部相對大的操作 量時, 與操作部以相對少的操作量被操作時相比, 可以設定更大的移動比例因子。
     手術用內窺鏡為獲得三維圖像的裝置時, 有關拍攝條件的信息可以是通過解析由 手術用內窺鏡拍攝的圖像信息而計算出的深度 (depth) 信息。
     手術用內窺鏡可以是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔鏡、 心臟鏡中的一個以上。
     根據本發明的另一實施方式, 提供一種主界面, 包括于安裝有手術用內窺鏡及手 術工具中一個以上的控制對象的手術機器人系統中, 并用于控制控制對象的位置, 該主界 面包括 : 操作部, 接收用于移動操作控制對象的用戶命令 ; 操作信號生成部, 根據工具 / 視 覺選擇 (Instrument/Vision Selection) 輸入單元的選擇信息, 與操作部的操作量相對應 地生成用于控制相應控制對象的位置的操作信號。
     操作信號生成部判斷是否選擇了位置控制模式, 而且只有在被選擇的情況下才能 生成用于控制所述位置的操作信號。
     根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象可以指定為手術用內窺鏡及 手術工具中的一個以上。
     工具 / 視覺選擇輸入單元為了指定控制對象, 可以由一個以上的按鈕構成。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 操作信號生成部可以生成操作信號, 該操作信號使手術用內窺鏡及手術工具 在保持并排狀態下向與操作部的操作方向相應的方向移動。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 處于夾住手術部位中任一部位的狀態的手術工具、 末端未被手術用內窺鏡拍 攝的手術工具、 夾鉗 (jaw) 處于閉合狀態的手術工具、 被施術者指定為保持固定狀態的手
     術工具、 以及在多個操作部各自具有的固定狀態保持按鈕中按下任一固定狀態按鈕時與該 操作部相對應地設定的手術工具中的一個以上, 可以與操作部的操作無關地不進行移動而 保持其位置。
     被控制成對應于操作部操作量的控制對象的位置移動量, 可以通過移動比例因子 (Motion Scale Factor) 而決定。
     還包括 : 存儲部, 存儲由手術用內窺鏡提供的圖像信息中一個以上的基準圖像和 與基準圖像相應的移動比例因子 ; 比例因子運算部, 判斷當前由手術用內窺鏡提供的當前 圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性 比例的方式調節移動比例因子, 從而進行再設定 ; 操作信號生成部可以將操作部的操作量 轉換而使其對應于再設定的移動比例因子, 并生成操作信號。
     比例因子運算部為了判斷當前圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 可以 根據預先設定的圖像解析技術檢測當前圖像信息在基準圖像中的一致區域, 并設定區域。
     比例因子運算部可以利用被設定區域的橫向尺寸、 豎向尺寸、 對角線長度及寬度 中一個以上的換算信息和在基準圖像中對應于換算信息的信息之間的比例關系來調節移 動比例因子。 還包括 : 存儲部, 存儲基于手術用內窺鏡拍攝條件的一個以上移動比例因子 ; 比 例因子運算部, 接收有關手術用內窺鏡拍攝條件的信息, 并在存儲部檢索相應的移動比例 因子, 并設定為適用的移動比例因子 ; 操作信號生成部可以將操作部的操作量轉換成使其 對應于設定的移動比例因子, 并生成操作信號。
     拍攝條件可以是手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及被拍攝手術部位的實際尺寸中的一個以上。
     圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
     手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 可以比手術用內窺鏡相對 插入淺時的移動比例因子, 具有小的值。
     從用于檢測距手術部位表面的距離的傳感器接收檢測值, 距手術部位表面的距離 越近, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     被拍攝的手術部位的實際尺寸越小, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     根據拍攝條件的變化, 實時運算移動比例因子可并存儲在存儲部。
     當用于移動操作手術工具的操作部以相對大的操作量被操作時, 與操作部以相對 少的操作量操作時相比, 比例因子運算部能夠設定更大的移動比例因子。
     手術用內窺鏡為獲得三維圖像的裝置時, 有關拍攝條件的信息可以是通過解析被 手術用內窺鏡拍攝的圖像信息而計算出的深度 (depth) 信息。
     手術用內窺鏡可以是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔鏡、 心臟鏡中的一個以上。
     根據本發明的另一實施方式, 提供一種有關控制對象的位置控制方法, 是對在主 界面上執行的手術用內窺鏡及手術工具中一個以上控制對象的位置控制方法, 包括如下 步驟 : 利用操作部接收用于移動操作控制對象的用戶命令的步驟 ; 根據工具 / 視覺選擇 (Instrument/Vision Selection) 輸入單元的選擇信息, 與操作部的操作量相應地生成用
     于控制相應控制對象位置的操作信號的步驟。
     根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象可以指定為手術用內窺鏡及 手術工具中的一個以上。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 在生成步驟中生成操作信號, 該操作信號可以使手術用內窺鏡及手術工具在 保持并排狀態下向與操作部的操作方向相應的方向移動。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 處于夾住手術部位中任一部位的狀態的手術工具、 其末端未被手術用內窺鏡 拍攝的手術工具、 夾鉗 (jaw) 處于閉合狀態的手術工具、 由施術者指定成保持固定狀態的 手術工具、 以及在多個操作部中各自具有的固定狀態保持按鈕中按下任一固定狀態按鈕時 與該操作部相應設定的手術工具中的一個以上, 可與操作部的操作無關地不進行移動而保 持其位置。
     被控制成對應于操作部操作量的控制對象的位置移動量, 可以通過移動比例因子 (Motion Scale Factor) 而決定。
     提供一種控制對象的位置控制方法, 其特征在于, 生成步驟包括 : 判斷由當前手術 用內窺鏡提供的當前圖像信息與通過手術用內窺鏡提供的圖像信息中的任一基準圖像相 比是被放大還是縮小的步驟 ; 被放大或縮小時, 以與其放大或縮小程度成線性或非線性比 例的方式調節移動比例因子, 并進行再設定的步驟 ; 生成與轉換的操作量相應的操作信號 的步驟, 該轉換的操作量符合再設定的移動比例因子。
     在判斷是被放大還是縮小的步驟中, 可以根據預先設定的圖像解析技術檢測當前 圖像信息在基準圖像中的一致區域, 從而設定區域。
     在生成步驟中, 可以包括 : 接收有關手術用內窺鏡拍攝條件的信息的步驟 ; 從預 先存儲在存儲部中的基于拍攝條件的一個以上的移動比例因子中抽取對應于接收的信息 的移動比例因子的步驟 ; 將操作部的操作量轉換而使其對應于抽取的移動比例因子, 從而 生成操作信號的步驟。
     拍攝條件可以是手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及由手術用內窺鏡拍攝的手術部位實際尺寸中的一個以上。
     圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
     手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 可以比手術用內窺鏡相對 插入淺時的移動比例因子, 具有小的值。
     還包括從用于檢測距手術部位表面的距離的傳感器接收檢測值的步驟, 距手術部 位表面的距離越近, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     被拍攝的手術部位的實際尺寸越小, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     根據拍攝條件的變化, 可實時運算移動比例因子并存儲在存儲部。
     當為了控制控制對象的位置, 操作部以相對大的操作量操作時, 與操作部以相對 少的操作量操作時相比, 可以設定更大的移動比例因子。
     手術用內窺鏡為獲得三維圖像的裝置時, 有關拍攝條件的信息可以是通過解析被 手術用內窺鏡拍攝的圖像信息而計算出的深度 (depth) 信息。根據本發明的另一實施方式, 提供一種主界面, 包括于安裝有手術用內窺鏡及手 術工具中一個以上的控制對象的手術機器人系統中, 并用于控制控制對象的移動速度, 該 主界面包括 : 操作部, 接收用于移動操作控制對象的用戶命令 ; 操作信號生成部, 根據工具 / 視覺選擇 (Instrument/Vision Selection) 輸入單元的選擇信息, 與操作部的操作量相 對應地生成用于控制相應控制對象的移動速度的操作信號。
     操作信號生成部判斷是否選擇了速度控制模式, 而且只有在被選擇的情況下才能 生成用于控制所述移動速度的操作信號。
     操作部的操作量越大, 控制對象的移動速度可以被設定成越大的值。
     根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象可以指定為手術用內窺鏡及 手術工具中的一個以上。
     工具 / 視覺選擇輸入單元為了指定控制對象, 可以由一個以上的按鈕構成。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 操作信號生成部可以生成操作信號, 該操作信號可以使手術用內窺鏡及手術 工具在保持并排狀態下向與操作部的操作方向相應的方向移動。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 處于夾住手術部位中任一部位的手術工具、 末端未被手術用內窺鏡拍攝的手 術工具、 夾鉗 (jaw) 處于閉合狀態的手術工具、 由施術者指定成保持固定狀態的手術工具、 以及在多個操作部中各自具有的固定狀態保持按鈕中按下任一固定狀態按鈕時與該操作 部相應設定的手術工具中的一個以上, 可以與操作部的操作無關地不進行移動而保持其位 置。 被控制成對應于操作部操作量的控制對象的移動速度, 可以通過移動比例因子 (Motion Scale Factor) 而決定。
     還包括 : 存儲部, 存儲由手術用內窺鏡提供的圖像信息中一個以上的基準圖像和 與基準圖像相對應的移動比例因子 ; 比例因子運算部, 判斷當前由手術用內窺鏡提供的當 前圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 并且以與其放大或縮小程度成線性或非線 性比例的方式調節移動比例因子, 從而進行再設定 ; 操作信號生成部可以將操作部的操作 量轉換而使其對應于再設定的移動比例因子, 并生成操作信號。
     比例因子運算部為了判斷當前圖像信息與基準圖像相比是被放大還是縮小, 可以 根據預先設定的圖像解析技術檢測當前圖像信息在基準圖像中的一致區域, 從而設定區 域。
     比例因子運算部可以利用被設定的區域的橫向尺寸、 豎向尺寸、 對角線長度及寬 度中一個以上的換算信息和在基準圖像中對應于換算信息的信息之間的比例關系來調節 移動比例因子。
     還包括 : 存儲部, 存儲根據手術用內窺鏡拍攝條件的一個以上的移動比例因子 ; 比例因子運算部, 接收有關手術用內窺鏡拍攝條件的信息, 并在存儲部檢索相應的移動比 例因子, 從而設定為適用的移動比例因子 ; 操作信號生成部可以將操作部的操作量轉換而 對應于設定的移動比例因子, 并生成操作信號。
     拍攝條件可以是手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及被拍攝手術部位的實際尺寸中的一個以上。
     圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
     手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 可以比手術用內窺鏡相對 插入淺時的移動比例因子, 具有小的值。
     從用于檢測與手術部位表面之間距離的傳感器接收檢測值, 距手術部位表面的距 離越近, 移動比例因子設定成越小的值。
     被拍攝的手術部位的實際尺寸越小, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     根據拍攝條件的變化, 可實時運算移動比例因子并存儲在存儲部。
     當用于移動操作手術工具的操作部以相對大的操作量被操作時, 與操作部以相對 少的操作量操作時相比, 比例因子運算部能夠設定更大的移動比例因子。
     手術用內窺鏡為獲得三維圖像的裝置時, 有關拍攝條件的信息可以是通過解析被 手術用內窺鏡拍攝的圖像信息而計算出的深度 (depth) 信息。
     手術用內窺鏡可以是腹腔鏡、 胸腔鏡、 關節鏡、 鼻鏡、 膀胱鏡、 直腸鏡、 十二指腸鏡、 縱隔鏡、 心臟鏡中的一個以上。
     根據本發明的另一實施方式, 提供一種控制對象的移動速度控制方法, 在安裝 有手術用內窺鏡及手術工具中一個以上控制對象的手術機器人系統中執行, 包括如下 步驟 : 利用操作部接收用于移動操作控制對象的用戶命令的步驟 ; 根據工具 / 視覺選擇 (Instrument/Vision Selection) 輸入單元的選擇信息, 與操作部的操作量相對應地生成 用于控制相應控制對象的移動速度的操作信號。
     在生成步驟中, 操作部的操作量越大, 控制對象的移動速度可以被指定為越大的值。 根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象可以指定為手術用內窺鏡及 手術工具中的一個以上。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 在生成步驟中可以生成操作信號, 該操作信號使手術用內窺鏡及手術工具在 保持并排狀態下向與操作部的操作方向相應的方向移動。
     當根據工具 / 視覺選擇輸入單元的選擇信息, 控制對象被指定為手術用內窺鏡及 手術工具時, 處于夾住手術部位中任一部位的狀態的手術工具、 末端未被手術用內窺鏡拍 攝的手術工具、 夾鉗 (jaw) 處于閉合狀態的手術工具、 由施術者指定成保持固定狀態的手 術工具、 以及在多個操作部中各自具有的固定狀態保持按鈕中按下任一固定狀態按鈕時與 該操作部相應設定的手術工具中的一個以上, 可以與操作部的操作無關地不進行移動而保 持其位置。
     被控制成對應于操作部操作量的控制對象的移動速度, 可以通過移動比例因子 (Motion Scale Factor) 而決定。
     提供一種控制對象的位置控制方法, 其特征在于, 生成步驟包括 : 判斷由當前手術 用內窺鏡提供的當前圖像信息與通過手術用內窺鏡提供的圖像信息中任一基準圖像相比 是被放大還是縮小的步驟 ; 被放大或縮小時, 以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例 的方式調節移動比例因子, 從而進行再設定的步驟 ; 生成與轉換的操作量相應的操作信號 的步驟, 該轉換的操作量符合再設定的移動比例因子。
     在判斷是被放大還是縮小的步驟中, 可以根據預先設定的圖像解析技術檢測當前 圖像信息在基準圖像中的一致區域, 從而設定區域。
     生成步驟可以包括 : 接收有關手術用內窺鏡拍攝條件的信息的步驟 ; 從預先存儲 在存儲部中的基于拍攝條件的一個以上的移動比例因子中抽取對應于所接收的信息的移 動比例因子的步驟 ; 將操作部的操作量轉換而使其對應于抽取的移動比例因子, 從而生成 操作信號的步驟。
     拍攝條件可以是手術用內窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、 拍攝位置、 距手術部位表面 的距離及由手術用內窺鏡拍攝的手術部位實際尺寸中的一個以上。
     圖像拍攝變焦倍率為高倍率時的移動比例因子, 可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍 率時的移動比例因子, 具有相對小的值。
     手術用內窺鏡插入人體內部相對深時的移動比例因子, 可以比手術用內窺鏡相對 插入淺時的移動比例因子, 具有更小的值。
     還包括從用于檢測距手術部位表面的距離的傳感器接收檢測值的步驟, 距手術部 位表面的距離越近, 移動比例因子可以設定成越小的值。
     被拍攝的手術部位的實際尺寸越小, 移動比例因子可以設定成越小的值。 根據拍攝條件的變化, 可實時運算移動比例因子并存儲在存儲部。
     當為了控制對象的位置控制, 操作部以相對大的操作量操作時, 與操作部以相對 少的操作量操作時相比, 可以設定更大的移動比例因子。
     手術用內窺鏡為獲得三維圖像的裝置時, 有關拍攝條件的信息可以是通過解析被 手術用內窺鏡拍攝的圖像信息而計算出的深度 (depth) 信息。
     除上述之外, 其它實施方式、 特征、 優點可以通過下面的附圖、 權利要求范圍及發 明的詳細說明會更加明確。
     根據本發明的實施例, 可以根據通過腹腔鏡拍攝的圖像信息為有關哪個區域及哪 個范圍內的被攝體, 自適應地改變手術工具的移動比例因子。
     而且, 能夠縮短手術時間及減輕手術進行過程中施術者的疲勞感, 并根據顯示的 圖像信息能夠直觀地認識手術工具的移動距離。
     而且, 能夠最大化腹腔鏡及 / 或手術工具的操作便利性。
     而且, 改善用于操作腹腔鏡的攝像機按鈕, 并增加了單獨的位置控制 / 速度控制 按鈕, 從而能夠實施新的動作。
     附圖說明 圖 1 是表示現有技術涉及的手術機器人系統的整體結構的俯視圖。
     圖 2 是表示現有技術涉及的手術機器人系統的主界面的概念圖。
     圖 3a 及圖 3b 是表示現有技術涉及的手術機器人系統所具有的器械的移動控制過 程的概念圖。
     圖 4a 是概略表示本發明的一實施例涉及的手術機器人系統結構的模塊圖。
     圖 4b 及圖 4c 是表示本發明的一實施例涉及的適用固定 (fixed) 移動比例因子 (Motion Scale Factor) 的概念的示意圖。
     圖 4d 及圖 4e 是表示本發明的一實施例涉及的適用自適應 (adaptive) 移動比例
     因子概念的示意圖。
     圖 5a 及圖 5b 是表示本發明的一實施例涉及的移動比例因子的自適應調節概念的 示意圖。
     圖 6 是表示本發明的一實施例涉及的移動比例因子的自適應調節方法的順序圖。
     圖 7 是表示本發明的一實施例涉及的手術機器人系統的位置控制模式決定方法 的順序圖。
     圖 8 是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人系統的速度控制模式決定方 法的順序圖。 具體實施方式
     本發明可以進行各種改進并且可具有多種實施例, 將對具體的實施例進行詳細說 明并在附圖中示出。然而, 具體實施例并不意在限制本發明, 應該理解, 本發明包括屬于本 發明的思想及技術范圍的所有改進、 等同物和替換物。當判斷出與本發明相關的公知技術 的詳細描述使本發明的主旨模糊時, 將省略該詳細描述。
     可以使用諸如 “第一” 、 “第二” 等術語來描述各種構成要素, 但是所述構成要素不 受所述術語限制。所述術語僅用于將一個構成要素與另一構成要素區分開來。
     在本申請中使用的術語僅用于描述具體的實施例, 并不意在限制本發明。單數表 示包括復數表示, 只要可以清晰地區別理解。在本申請中諸如 “包括” 或 “具有” 的術語意 在表示存在說明書中記載的特征、 序號、 步驟、 操作、 構成要素、 組件或其組合, 并且因此, 應 該理解, 不排除存在或增加一個或多個不同的特征、 編號、 步驟、 操作、 構成要素、 組件或其 組合的可能性。
     下面, 參照附圖詳細說明本發明的實施例, 在參照附圖的說明中, 相同或相應的構 成要素賦予了相同的附圖標記, 并省略對其的重復說明。
     圖 4a 是概略表示本發明的一實施例涉及的手術機器人系統結構的模塊圖, 圖 4b 及圖 4c 是表示本發明的一實施例涉及的適用了固定 (fixed) 移動比例因子 (Motion Scale Factor) 概念的示意圖, 圖 4d 及圖 4e 是表示本發明的一實施例涉及的適用了自適應 (adaptive) 移動比例因子概念的示意圖, 圖 5a 及圖 5b 是表示本發明的一實施例涉及的移 動比例因子的自適應調節概念的示意圖。
     參照圖 4a, 手術機器人系統可以包括主機器人 1 和從機器人 2, 主機器人 1 和從機 器人 2 可以單獨實施或一體實施。
     主機器人 1 包括圖像輸入部 410、 畫面顯示部 420、 臂操作部 430、 操作信號生成部 450、 比例因子運算部 440 及控制部 460。雖然未圖示, 主機器人 1 還可以具有存儲部。從機 器人 2 包括機器臂 3 及腹腔鏡 5。
     圖像輸入部 410 通過有線或無線通訊網接收通過在從機器人 2 的腹腔鏡 5 上具有 的攝像機輸入的圖像。
     畫面顯示部 420 以視覺信息形式輸出與通過圖像輸入部 410 接收的圖像相應的畫 面圖像。畫面顯示部 420 可以以顯示器 6 等形式實現, 用于將接收的圖像通過畫面顯示部 420 以畫面圖像輸出的圖像處理程序可以由控制部 460 或圖像處理部 ( 未圖示 ) 執行。
     臂操作部 430 是施術者能夠操作從機器人 2 的機器臂 3 及 / 或腹腔鏡 5 的位置及功能的單元。臂操作部 430 如圖 2 所示的可以以手柄形狀形成, 但并不限定于該形狀, 可以 以實現相同目的的多種形狀變形實施。 而且, 例如也可以部分以手柄形狀形成, 而其它部分 以離合按鈕等不同形狀形成。例如, 施術者攥住臂操作部 430 的狀態下向任一方向操作臂 操作部 430 時, 能夠使手術工具向該方向移動。臂操作部 430 例如也可以在三維空間進行 傾斜操作, 根據臂操作部 430 的實施方式其操作方式可以有多種。即, 在本說明書中, 為了 移動操作手術工具及 / 或腹腔鏡 5 等, 以一端部被固定而通過將另一端部向任一方向彎曲 而輸入操作命令的結構的臂操作部 430 為例進行了說明, 但用于接收施術者操作命令的臂 操作部 430 可以具有多種結構, 并根據采用的結構輸入操作命令的方式也可以有多種。
     如上所述, 在主機器人 1 的主界面 4 上可以具有一個以上的功能按鈕, 各功能按鈕 可以以具有物理實體的機構形式按鈕 / 開關實現, 或者通過畫面顯示部 420 顯示并通過施 術者觸摸而動作的軟件形式的按鈕 / 開關實現。
     主界面 4 上具有的功能按鈕可以包括例如主機器人重定位按鈕、 工具 / 視覺選擇 按鈕及位置控制 / 速度控制模式按鈕中的一個以上。
     主機器人重定位 (Master Reposition : MR) 按鈕是, 為了使施術者基于利用主機 器人 1 操作的操作命令不傳遞給從機器人 2 而使手術機器人系統在主機器人重定位模式下 動作的按鈕。施術者可以利用主機器人重定位按鈕將臂操作部 430 恢復到原來位置, 從而 能夠重新設定下面說明的在位置控制 / 速度控制模式下用于控制位置 / 速度的開始點。
     工具 / 視覺選擇 (Instrument/Vision Selection : IVS) 按鈕是, 施術者執行利用 主機器人 1 的臂操作部 430 等的操作時, 根據操作結果, 操作腹腔鏡 5 及手術工具中一個以 上的按鈕。 其為改進并擴展了使用在現有技術中的手術機器人系統上的攝像機按鈕的用途 及功能, 施術者能夠利用工具 / 視覺選擇按鈕指定根據臂操作部 430 的操作而移動手術工 具的工具控制模式、 根據臂操作部 430 的操作而移動腹腔鏡 5 的視覺控制模式、 及根據臂操 作部 430 的操作而移動手術工具和腹腔鏡 5 的綜合控制模式中的一個以上動作模式。
     如上所述, 為了能夠利用 IVS 按鈕選擇多個動作模式中的任一動作模式, 例如 IVS 按鈕可以由視覺控制按鈕和綜合控制按鈕的兩個按鈕構成。此時, 沒有按任一按鈕的狀 態下, 可以在工具控制模式下驅動, 僅按視覺控制按鈕的狀態下, 可以在視覺控制模式下驅 動, 僅按綜合控制按鈕的狀態下, 可以在綜合控制模式下驅動。此時, 兩個按鈕都被按住的 狀態下, 可以在如上所述的保持模式下驅動。
     當然, IVS 按鈕也可以由一個按鈕實現。 例如 IVS 按鈕可以通過旋轉操作來實現在 多種動作模式中選擇任一動作模式。作為其它例, IVS 按鈕也可以形成為能夠按下的結構, 在該按鈕未被按住的狀態下, 可以在工具控制模式下驅動, 保持按住的狀態下, 可以在視覺 控制模式下驅動, 雙擊時也可以開始綜合控制模式, 再按一次時結束綜合控制模式。
     根據施術者的 IVS 按鈕的操作狀態, 即, 動作模式的有關信息可以通過畫面顯示 部 420 顯示。
     這樣, 用于指定手術機器人系統動作模式的按鈕的實現形式及按鈕操作形式可以 由多種, 該概念對于下面說明的位置控制 / 速度控制模式按鈕也可以同樣適用。
     位置控制 / 速度控制模式 (Position/Velocity Mode : PVM) 按鈕是施術者用于指 定利用主機器人 1 的臂操作部 430 等的操作是在位置控制模式下動作還是在速度控制模式 下動作的按鈕。在此, 位置控制模式是根據操作臂操作部 430 等來移動手術工具或腹腔鏡位置 ( 例如, 手術工具等的操作 ) 的動作模式, 速度控制模式是根據操作臂操作部 430 等來 變更手術工具或腹腔鏡移動的速度 ( 還可以包括方向 ) 的動作模式。
     通過選擇 PVM 按鈕, 手術機器人系統在位置控制模式或速度控制模式下動作, 以 在各動作模式下操作的對象為中心進行整理, 如下表 1。
     表1
     下面繼續參照圖 4a 至圖 5b 先說明手術機器人系統及移動比例因子的自適應調節 概念, 之后再參照圖 7 及圖 8 分別詳細說明位置控制模式和速度控制模式。
     施術者為了移動機器臂 3 及 / 或腹腔鏡 5 的位置或者進行手術操作而操作操作部 430 時, 操作信號生成部 450 生成與手術機器人系統的動作模式及臂操作部 430 的操作狀態 相應的操作信號并傳送給從機器人 2。此時, 操作信號生成部 450 可通過控制部 460 的控 制而生成與施術者選擇的動作模式 ( 例如, 位置控制模式、 速度控制模式等 ) 相應的操作信 號。如上所述, 生成的操作信號可以通過有線或無線通訊網傳送、 接收。
     而且, 如下面所述, 當比例因子運算部 440 更新設定移動比例因子時, 操作信號生 成部 450 可以生成與此相應的操作信號并傳送給從機器人 2。
     比例因子運算部 440 識別由腹腔鏡 5 拍攝的圖像為多大尺寸及 / 或有關哪個區域 的被攝體, 并調節移動比例因子 (MSF : Motion Scale Factor), 以使腹腔鏡 5 或 / 及手術工 具被操作成與施術者的臂操作部 430 操作量相對應。 例如, 手術工具的移動與臂操作部 430 之間的操作關系可以定義為 “手術工具的移動量= k×MSF× 臂操作部的操作量” 。在此, k 是比例常數。這種操作關系也可以適用在臂操作部 430 的操作量和腹腔鏡 5 的移動量上。
     通過比例因子運算部 440 調節的 MSF, 施術者可以從固定值中選擇任一值指定, 也 可以根據手術狀況自適應地調節適用。
     如圖 4b 及 4c 所示, 在預先設定并固定的模式 ( 即, 普通模式、 精細模式、 超精細模 式 ) 中選擇一個時, 可以根據被選擇模式, 適用預先指定的 MSF。例如, 在普通模式下, 作為 主機器人和從機器人比率的 MSF 被指定為 1 ∶ 1 時, 利用臂操作部 430 移動操作 1 時, 從機 器人 ( 即, 手術工具或 / 及腹腔鏡 ) 也被移動操作同樣大小的 1。參照圖示例時, 在精細模 式下, 主機器人移動 3 時, 從機器人被移動操作 1, 在超精細模式下, 主機器人移動 5 時, 從機 器人被移動操作 1。
     MSF 采用固定值的方式中, 如上所述, 也可以按各模式預先設定 MSF, 但是施術者 也可以從顯示在畫面顯示部 420 的多個選擇值 ( 例如, 1 ∶ 1、 3 ∶ 1、 5 ∶ 1、 7 ∶ 1、 10 ∶ 1
     等 ) 中選擇任一值指定為 MSF。
     這樣, MSF 不必根據主機器人或從機器人的狀況 ( 例如, 臂操作部的操作量、 腹腔 鏡的插入程度、 距患部的距離等 ) 而變化, 而是固定適用 ( 參照圖 4c)。
     而且, 如上所述, MSF 可以根據手術狀況 ( 例如, 主機器人及 / 或從機器人的當前 狀況等 ) 自適應地調節而適用 (adaptive MSF : 自適應 MSF)。
     作為 MSF 自適應地調節而適用的情況, 可以根據通過畫面顯示部 420 輸出的圖像 特性 ( 例如, 在畫面上看到的圖像實際尺寸 ) 自適應地調節。例如, 使腹腔鏡 5 遠離患部 ( 即, 手術部位 ) 位置或將倍率縮小 (zoom out) 時, 在畫面顯示部 420 上顯示相對不夠精細 但較寬區域的圖像, 此時 MSF 可自適應地調節為具有相對大的值。相反, 使腹腔鏡 5 接近患 部 ( 即, 手術部位 ) 位置或將倍率放大 (zoom in) 時, 在畫面顯示部 420 上顯示相對精細但 較窄區域的圖像, 此時 MSF 可自適應地調節為具有相對小的值。
     至于其它情況, 如圖 4d 所示, 作為根據從機器人所處狀況決定 MSF 的方法也可適 用 SASC(Slave-dependent Adaptive Scaling Control : 基于從機器人的自適應比例控制 ) 方式, 此時 MSF 可以用從機器人狀態的函數表示。例如, 可以適用如下各種方法, 通過圖像 解析掌握畫面是被放大還是縮小并根據它變更 MSF, 或通過腹腔鏡 5 插入程度來變更 MSF, 或在腹腔鏡 5 末端設置距離檢測傳感器來測定與患部之間的距離 (depth) 并根據它變更 MSF, 或在三維腹腔鏡 5 的情況下通過圖像處理來測定距患部的距離 (depth) 并根據它變更 MSF, 或根據通過畫面顯示部 420 顯示的區域的實際大小來變更 MSF( 參照圖 5a 及 5b) 等。 下面參照圖 5a 及圖 5b 詳細說明每種情況。
     如上所述, MSF 不必根據主機器人或從機器人的狀況 ( 例如, 臂操作部的操作量、 腹腔鏡的插入程度、 與患部之間的距離等 ) 而固定, 可以自適應地調節。
     同樣地, 如圖 4e 所示, 作為根據主機器人所處狀況決定 MSF 的方法也可適用 MASC(Master-dependent Adaptive Scaling Control : 基于主機器人的自適應比例控制 ) 方式, 此時 MSF 可以用主機器人狀態的函數表示。
     例如, 臂操作部 430 從移動開始位置稍微移動時, MSF 具有相對小的值 ( 即, 從機 器人精密地緩慢移動 ), 但遠離移動開始位置的移動時, 能夠將 MSF 調節為相對大 ( 即, 使從 機器人快速大距離移動 )。此時, 按上述主機器人重定位按鈕時, 則能夠再設定移動開始位 置, 而且從再設定的移動開始位置操作時, 如上所述, MSF 可以根據移動量被調節。
     此時, MSF 可以以線性變化, 也可以以非線性變化。而且, MSF 可以使用實時計算的 值, 也可以使用預先存儲的值。
     下面, 參照圖 5a 及 5b 簡單說明通過比例因子運算部 440 自適應地調節移動比例 因子的方式。圖 5a 及圖 5b 的附圖標記 510 表示通過當前腹腔鏡 5 拍攝的當前拍攝區域, 附圖標記 520 表示能夠通過腹腔鏡 5 拍攝的基準拍攝區域。通過腹腔鏡 5 拍攝的拍攝區域 的實際尺寸可以根據腹腔鏡 5 與患部的遠近程度、 放大 / 縮小程度等因素具有多種, 也可以 通過倍率調節等方式, 使當前拍攝區域與基準拍攝區域一致。
     如果, 腹腔鏡 5 的拍攝倍率設定為高倍率或腹腔鏡 5 靠近手術部位時, 如圖 5a 的 510 及圖 5b 所示, 由腹腔鏡 5 拍攝的當前拍攝區域 510, 比該腹腔鏡 5 在預先設定位置及倍 率下拍攝手術部位的基準拍攝區域 520 小。
     但是如果, 腹腔鏡 5 的拍攝倍率設定為低倍率或腹腔鏡 5 遠離手術部位時, 由腹腔鏡 5 拍攝的當前拍攝區域 510 有可能一致或大于基準拍攝區域 520。
     如圖 5a 及圖 5b 所示, 當前拍攝區域 510 比基準拍攝區域 520 小時, 施術者一般在 較窄區域進行精密手術, 所以需要精密地調節根據臂操作部 430 操作的手術工具的移動比 例。相反, 當前拍攝區域 510 一致或大于基準拍攝區域 520 時, 施術者一般整體觀察手術部 位或需要將手術作業區域移動到其它部位, 所以需要較大調節根據臂操作部 430 操作的手 術工具的移動比例, 施術者才能直觀地操作手術工具。
     這樣, 根據腹腔鏡 5 拍攝的被攝體尺寸及通過畫面顯示部 420 顯示的與其相應的 圖像信息內容, 自適應地調節移動比例因子 (MSF) 的方法有多種。
     舉例說明自適應地調節移動比例因子的方法中的幾種方法如下。當然, 自適應地 調節移動比例因子的方法并不限定于下面舉例說明的事項, 而且應該指出, 本發明的保護 范圍也并不限定于以下說明的例子。
     作為一例, 比例因子運算部 440, 如圖 5a 及圖 5b 所示, 可以利用存儲在存儲部的基 準圖像, 以與基準拍攝區域 520 的尺寸和當前拍攝區域 510 的尺寸之差成比例的方式調節 移動比例因子。
     即, 如圖 5a 所示, 假設通過基準拍攝區域 520 拍攝而顯示在顯示裝置上的圖像信 息是有關實際尺寸長度為 12cm 的患部的信息時, 可以將此時的窗口大小定義為 1, 而移動 比例因子也定義為 1。在這種情況下, 施術者向任一方向操作臂操作部 430 時, 手術工具從 基準拍攝區域 520 的中心點向臂操作部 430 被操作的方向移動。
     但是, 如圖 5a 及圖 5b 所示, 由于腹腔鏡 5 靠近手術部位或通過放大 (zoom-in) 操 作而拍攝相當于基準拍攝區域 520 的部分區域的當前拍攝區域 510 的實際尺寸長度為 4cm 的患部時, 可以將此時的窗口大小解析成 0.33( 即, 4cm/12cm), 而降低移動比例因子 ( 例 如, 0.33) 進行重新調節。 此時, 在畫面顯示部 420 的顯示區域上整體顯示 ( 即, 在整體手術 部位中部分被放大而清晰地顯示 ) 當前拍攝區域 510, 但移動比例因子降低, 從而能夠進行 更加精密地控制。
     此時, 當前拍攝區域 510 與基準拍攝區域 520 相比具有多大尺寸, 可以利用圖像解 析技術 ( 例如, 在兩張圖像中檢測相同區域而進行區域設定的圖像解析技術 ) 進行識別, 例 如將在基準拍攝區域 520 拍攝的圖像信息作為基準圖像存儲在存儲部, 之后根據倍率調節 及 / 或沿腹腔鏡 5 長度方向 ( 軸的軸向 ) 移動時的當前拍攝區域 510 的圖像信息在基準圖 像中屬于哪個區域及多大尺寸。
     在上述例中, 假設以豎向長度作為調節移動比例因子的基準的情況進行了說明, 但移動比例因子的調節基準可以有例如對角線長度、 橫向長度、 寬度等多種。
     作為另一例, 比例因子運算部 440 可以利用腹腔鏡 5 的圖像拍攝倍率、 位置移動、 距手術部位表面的距離等來調節移動比例因子。
     即, 為了拍攝較窄范圍而將腹腔鏡 5 的圖像拍攝倍率設定為高倍率時, 比例因子 運算部 440 降低移動比例因子, 從而能夠對手術工具進行精密操作, 而為了拍攝較寬范圍 而將腹腔鏡的圖像拍攝倍率設定為低倍率時, 可以通過提高移動比例因子的方式來調節移 動比例因子。可在腹腔鏡 5 上設定的各倍率值所對應的移動比例因子, 可以經試驗統計預 先算出而預先存儲在存儲部。
     而且, 比例因子運算部 440 也可以根據腹腔鏡 5 從基準位置 ( 例如, 插入到手術患者腹部的初始位置 ) 向長度方向 ( 例如, 插入或引出人體 ) 相對移動的程度來調節比例因 子。有關腹腔鏡 5 位置的信息可以直接由主機器人 1 算出或從從機器人 2 處接收, 基準位 置例如可以指定為腹腔鏡 5 插入體內之后臂操作部 430 最初被操作的位置或由施術者任一 指定。
     如果腹腔鏡 5 進一步插入人體內部 ( 即, 接近手術部位側 ) 時, 可以降低移動比例 因子, 以便能夠進行手術工具的精密操作, 如果腹腔鏡 5 向人體外部引出方向移動 ( 即, 遠 離手術部位 ) 了時, 可以提高移動比例因子。與腹腔鏡 5 從基準位置向長度方向移動距離 對應的移動比例因子, 可以經試驗統計預先算出而預先存儲在存儲部。
     而且, 比例因子運算部 440 也可以利用腹腔鏡 5 上具有的距離檢測傳感器提供的 至手術部位表面的距離值來調節移動比例因子。如果腹腔鏡 5 距手術部位表面的距離較近 時, 可以降低移動比例因子, 以便能夠進行手術工具的精密操作, 如果腹腔鏡 5 距手術部位 表面的距離較遠時, 可以提高移動比例因子。與腹腔鏡 5 與手術部位表面之間距離對應的 移動比例因子, 可以經試驗統計預先算出而預先存儲在存儲部。
     而且, 通過畫面顯示部 420 顯示的圖像為由三維圖像獲取裝置的腹腔鏡 5 提供的 圖像時, 可以通過圖像處理計算深度 (depth), 并且也可以利用該值運算移動比例因子。
     再次參照圖 4a, 控制部 460 控制各構成要素的動作以便能夠執行上述功能。控制 部 460 還能夠執行將通過圖像輸入部 410 輸入的圖像轉換成通過畫面顯示部 420 顯示的畫 面圖像的功能。而且, 控制部 460 還能夠執行如下處理, 當施術者進行主機器人重定位按鈕 輸入時, 在不移動腹腔鏡 5 及手術工具的位置的情況下, 進行手柄 10 的復位操作。
     下面, 參照相關附圖說明移動比例因子 (MSF) 的自適應調節方法的一實施例, 之 后參照相關附圖分別說明位置控制模式及速度控制模式。
     說明過程中即使不單獨進行說明, 上述說明的有關移動比例因子的概念均適用。
     對此進行簡單說明, 在固定式 MSF 位置控制模式下, 當主機器人 ( 例如, 臂操作部 等 ) 移動 1cm 時從機器人也移動 1cm( 例如, 普通模式 ), 或當主機器人移動 3cm 時從機器人 可以移動 1cm( 例如, 精細模式 )。
     與此相比, 在自適應 MSF 位置控制模式下, 根據當前所看到畫面的放大、 縮小程 度、 內窺鏡的插入程度、 內窺鏡末端與患部之間的距離、 或者主機器人從開始點移動的程度 等, MSF 線性或非線性地變化, 由此決定從機器人的移動。
     同樣地, 在固定式 MSF 速度控制模式下, 可以與主機器人或從機器人狀況無關地 進行控制, 即, 當主機器人從開始點移動 1cm 時從機器人移動 1cm/sec, 當主機器人從開始 點移動 5cm 時從機器人移動 5cm/sec。
     與此相比, 在自適應 MSF 速度控制模式下, 即使主機器人從開始點同樣地移動 1cm, 當畫面被放大的狀況、 內窺鏡插入較深時或與患部之間的距離較近時等情況, 從機器 人可以移動 0.5cm/sec, 當畫面被縮小的狀況、 內窺鏡插入較淺時或與患部之間的距離較遠 時等情況, 從機器人可以移動 1.5cm/sec。即, 根據主機器人或從機器人狀況, MSF 線性或非 線性地變化, 最終, 根據主機器人移動而速度變化的變化量, 可以根據 MSF 自適應地變化。
     圖 6 是表示本發明的一實施例涉及的移動比例因子的自適應調節方法的順序圖。
     參照圖 6, 在步驟 610 中, 主機器人 1 將通過腹腔鏡 5 拍攝并提供的圖像信息作為 用于自適應地調節移動比例因子的基準圖像而存儲。在步驟 620 中, 主機器人 1 判斷是否輸入了基準圖像再設定請求。
     如果輸入了基準圖像再設定請求時, 進行步驟 630, 從而再設定有關手術部位的基 準圖像。
     根據步驟 620 的判斷未輸入基準圖像再設定請求或根據步驟 630 再設定了基準圖 像時, 進行步驟 640。
     在步驟 640 中, 主機器人 1 判斷是否通過施術者操作臂操作部 430 而輸入了對于 腹腔鏡 5 拍攝的拍攝區域的縮小請求。拍攝區域的縮小請求用于例如腹腔鏡 5 接近患部或 通過放大處理等指示拍攝更窄區域, 從而通過畫面顯示部 420 顯示更加清晰但較窄區域的 圖像 ( 即, 放大圖像 )。
     如果未輸入拍攝區域縮小請求了時, 進行步驟 660。
     但是, 如果輸入了拍攝區域縮小請求時, 主機器人 1 進行步驟 650, 從而再設定移 動比例因子。
     即, 通過腹腔鏡 5 拍攝的圖像是放大整個手術部位中的特定區域的圖像, 所以為 了進行手術工具的精密操作, 移動比例因子變小。此時, 主機器人 1 可以利用圖像解析技術 ( 例如, 在兩張圖像中檢測相同區域而進行區域設定的圖像解析技術 ) 識別, 根據拍攝區域 縮小請求的腹腔鏡 5 當前拍攝區域 510 的圖像信息屬于步驟 610 或步驟 630 中設定的基準 圖像內的哪個區域及多大尺寸, 從而判斷將移動比例因子調整為哪種級別。
     在步驟 660 中, 主機器人 1 判斷是否通過施術者操作臂操作部 430 而輸入了對于 腹腔鏡 5 拍攝圖像的拍攝區域的放大請求。拍攝區域的放大請求用于例如腹腔鏡 5 遠離患 部或通過縮小處理等指示拍攝更寬區域, 從而通過畫面顯示部 420 顯示并不清晰但較寬區 域的圖像 ( 即, 縮小圖像 )。
     如果未輸入拍攝區域放大請求了時, 再次進行步驟 620。
     但是, 如果根據步驟 660 的判斷輸入了拍攝區域放大請求時, 進行步驟 670, 主機 器人 1 以設定的基準圖像為基準, 再設定對于拍攝區域被放大的當前拍攝區域 510 的移動 比例因子。
     目前為止參照圖 6 說明了利用基準圖像的移動比例因子的自適應調節方法, 但為 了自適應地調節移動比例因子, 當然可以單獨或增加利用如上所述腹腔鏡 5 的圖像拍攝倍 率、 位置移動、 距手術部位表面的距離等。
     圖 7 是表示本發明的一實施例涉及的手術機器人系統的位置控制模式決定方法 的順序圖。
     如上所述, 施術者可以利用主機器人 1 具有的位置控制 / 速度控制模式 (PVM), 指 定手術機器人系統在位置控制模式下驅動或在速度控制模式下驅動。而且, 施術者可以利 用工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕, 決定通過操作臂操作部 430 而操作的對象為手術工具或腹 腔鏡, 還是手術工具和腹腔鏡。
     而且, 如上所述, PVM 按鈕和 IVS 按鈕可以由其功能分別被指定的多個按鈕構成, 或者也可以是能夠以多種操作方式選擇驅動模式的一個按鈕。當然, 除此之外 PVM 按鈕和 IVS 按鈕的實現方式有多種。
     本實施例涉及的手術機器人系統的位置控制模式可以包括, 用于控制手術工具位 置的手術工具位置控制模式、 用于控制腹腔鏡 5 位置的腹腔鏡位置控制模式及用于綜合控制手術工具和腹腔鏡位置的綜合位置控制模式。下面, 參照圖 7 說明手術機器人系統的位 置控制模式決定方法。
     參照圖 7, 在步驟 705 中, 臂操作部 430 由施術者進行操作。
     在步驟 710 中, 控制部 460 判斷位置控制 / 速度控制模式 (PVM) 按鈕是否被選擇 成使手術機器人系統在位置控制模式下動作。位置控制 / 速度控制模式 (PVM) 按鈕是用于 指定利用主機器人 1 的臂操作部 430 等的操作在位置控制模式下動作還是在速度控制模式 下動作的按鈕。
     步驟 710 的判斷結果, 如果 PVM 按鈕被選擇成手術機器人系統在速度控制模式下 工作時, 執行圖 8 的步驟 810。
     但是, 如果 PVM 按鈕被選擇成用于控制手術工具及腹腔鏡 5 中一個以上的位置的 位置控制模式時, 進行步驟 720。
     在步驟 720 中, 控制部 460 判斷工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是否被選擇成使手術 機器人系統在工具控制模式下動作。工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是施術者執行利用主機器 人 1 的臂操作部 430 等的操作時, 根據操作結果操作腹腔鏡 5 及手術工具中一個以上的按 鈕。
     步驟 720 的判斷結果, 如果 IVS 按鈕被選擇成以工具控制模式動作時, 進行步驟 730, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人 2, 該操作信號用于使在步驟 705 中基于臂操作部 430 操作的操作命令適用于手術工具的位置控制。 此時, 生成的操作信 號可以通過適用上面說明的固定或自適應移動比例因子而生成。
     在步驟 730 中, 根據傳送到從機器人 2 的操作信號, 在從機器人 2 上具有的手術工 具與臂操作部 430 的操作相應地被移動控制。
     但是, 如果步驟 720 的判斷結果為, IVS 按鈕未被選擇成以工具控制模式動作時, 進行步驟 740。
     在步驟 740 中, 控制部 460 判斷工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是否被選擇成使手術 機器人系統在視覺控制模式下動作。
     步驟 740 的判斷結果, 如果 IVS 按鈕被選擇成以視覺控制模式動作時, 進行步驟 750, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人 2, 該操作信號用于使在步驟 705 中基于臂操作部 430 操作的操作命令適用于腹腔鏡 5 的位置控制。 此時, 生成的操作信 號可以通過適用上面說明的固定或自適應移動比例因子而生成。
     在步驟 750 中, 根據傳送給從機器人 2 的操作信號, 在從機器人 2 上具有的腹腔鏡 5 與臂操作部 430 的操作相應地被移動控制。
     但是, 如果步驟 740 的判斷結果為, IVS 按鈕未被選擇成以視覺控制模式動作時, 進行步驟 760。
     在步驟 760 中, 控制部 460 判斷工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是否被選擇成使手術 機器人系統在綜合控制模式下動作。
     如果步驟 760 的判斷結果為, IVS 按鈕被選擇成以綜合控制模式動作時, 進行步 驟 770, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人, 該操作信號根據臂操作部 430 的操作而執行手術工具及腹腔鏡 5 兩者的位置控制。
     在此, 操作信號使手術工具和腹腔鏡 5 一同向臂操作部 430 的操作方向移動, 但保持相互間并排狀態 ( 例如, 保持相互間的相對位置等 ) 的情況下移動。即, 根據腹腔鏡 5 的 移動, 即使拍攝區域的物理位置變更, 但在施術者通過畫面顯示部 420 確認的顯示畫面上, 以拍攝區域中心點為基準, 手術工具的相對配置位置保持不變。施術者例如可以通過選擇 主機器人重定位按鈕, 或將動作模式轉換成其它模式等的操作, 結束腹腔鏡 5 和手術工具 的聯動移動。
     舉例簡單說明綜合位置控制模式的動作狀態如下。
     施術者為了變更拍攝區域 510 等目的, 將 PVM 按鈕選擇成位置控制模式, 將 IVS 按 鈕選擇成綜合控制模式時, 操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人 2, 從而使 腹腔鏡 5 和手術工具一同向臂操作部 430 的操作方向移動。
     此時, 腹腔鏡 5 和手術工具彼此保持并排狀態移動, 但任一手術工具夾住東西 ( 例 如, 夾住手術部位中任一部位的狀態, 參照圖 5a 及 5b) 的狀態下, 為了手術患者的安全, 該 手術工具可以不與腹腔鏡 5 聯動移動而在該位置待機。
     而且, 參照通過顯示部 420 顯示的圖像信息時, 其末端未在顯示畫面內顯示的手 術工具 ( 即, 手術工具末端位于通過腹腔鏡 5 拍攝的拍攝范圍之外 ) 也可以不與腹腔鏡 5 聯動移動, 而在該位置待機。 而且, 手術工具的夾鉗 (jaw) 處于閉合狀態時, 為了患者的安全, 該手術工具也可 以被控制成不移動。
     除此之外, 控制任一手術工具不移動的方法還可以有多種。例如可以使施術者直 接指定的手術工具不移動, 或也可以在左右臂操作部 430 上設置特定按鈕 ( 例如, 主機器人 重定位按鈕可分別位于臂操作部 430 上 ), 通過按該按鈕, 以使被按按鈕的臂操作部 430 管 轄的手術工具不移動。
     但是, 如果步驟 760 的判斷結果, IVS 按鈕未被選擇成以綜合控制模式動作時, 進 行步驟 780, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人, 該操作信號用于使手 術工具及 / 或腹腔鏡 5 在被指定的動作模式下操作。例如在保持模式或主機器人重定位模 式下, 生成操作信號并傳送給從機器人, 從而能夠與主機的操作無關地使手術工具及 / 或 腹腔鏡 5 保持最終控制位置。
     圖 8 是表示本發明的另一實施例涉及的手術機器人系統的速度控制模式決定方 法的順序圖。
     如上所述, 施術者可以利用主機器人 1 所具有的位置控制 / 速度控制模式 (PVM) 按鈕, 將手術機器人系統的動作模式指定成位置控制模式或速度控制模式。 而且, 施術者可 以利用工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕, 將通過操作臂操作部 430 而被操作的對象決定為手術 工具及腹腔鏡中的一個以上。
     本實施例涉及的手術機器人系統的速度控制模式可以包括 : 用于控制手術工具的 移動速度的手術工具速度控制模式、 用于控制腹腔鏡 5 移動速度的腹腔鏡速度控制模式及 用于控制手術工具和腹腔鏡兩者的移動速度的綜合速度控制模式。下面, 參照圖 8 說明手 術機器人系統的速度控制模式決定方法。
     之前如參照圖 7 所述, 在步驟 710 中, 控制部 460 判斷位置控制 / 速度控制模式 (PVM) 按鈕是否被選擇成使手術機器人系統在位置控制模式下動作, 如果 PVM 按鈕被選擇 成使手術機器人系統在速度控制模式下動作時, 進行圖 8 的步驟 810。
     參照圖 8, 在步驟 810 中, 控制部 460 判斷工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是否被選擇 成使手術機器人系統在工具控制模式下動作。
     如果步驟 810 的判斷結果為, IVS 按鈕被選擇成以工具控制模式動作時, 進行步驟 820, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人 2, 該操作信號用于使在步驟 705( 參照圖 7) 中基于臂操作部 430 操作的操作命令適用于手術工具的速度控制。根據步 驟 820 中傳送到從機器人 2 的操作信號, 在從機器人 2 上具有的手術工具與臂操作部 430 的操作相應地被移動控制。
     此時, 生成的操作信號可以通過適用上面說明的固定或自適應移動比例因子而生 成。
     而且, 操作信號可以生成為, 根據臂操作部 430 從開始點的移動程度來改變手術 工具的移動速度。即, 臂操作部 430 向特定方向稍微移動 ( 即, 稍微移動之后保持臂操作部 430 的操作狀態 ) 時, 手術工具被控制成可以向該方向持續緩慢移動, 而臂操作部 430 向該 方向移動較大 ( 即, 大移動之后保持臂操作部 430 的操作狀態 ) 時, 手術工具被控制成可以 持續快速移動。例如, 臂操作部 430 如圖 2 所示的形成時, 可以與臂操作部 430 向任一方向 操作 5 度時的手術工具的移動速度相比, 臂操作部 430 向該方向操作 30 度時的手術工具的 移動速度更快。
     可預先設定手術工具的移動速度隨著臂操作部 430 的操作量變大而加快, 而且有 關與臂操作部 430 的操作量相應的手術工具的移動速度信息可以預先存儲在主界面 4 上所 具有的存儲部。
     當然, 臂操作部 430 恢復到開始點時, 所述手術工具的移動被停止。作為參考, 在 位置控制模式下, 臂操作部 430 復位到開始點時, 手術工具也復位到原位置, 但在速度控制 模式下, 臂操作部 430 復位到開始點時, 速度變為零 ( 即, 停止移動 )。
     但是, 如果步驟 810 的判斷結果, IVS 按鈕未被選擇成以工具控制模式動作時, 進 行步驟 830。
     在步驟 830 中, 控制部 460 判斷工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是否被選擇成使手術 機器人系統在視覺控制模式下動作。
     如果步驟 830 的判斷結果為, IVS 按鈕被選擇成以視覺控制模式動作時, 進行步驟 840, 操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人 2, 該操作信號使基于臂操作部 430 操作的操作命令適用于腹腔鏡 5 移動速度的控制。 此時, 生成的操作信號可以通過適用 上面說明的固定或自適應移動比例因子而生成。在步驟 840 中, 根據傳送到從機器人 2 的 操作信號, 在從機器人 2 上具有的腹腔鏡 5 與臂操作部 430 的操作相應地被移動控制。
     腹腔鏡 5 的移動速度控制方式與上面說明的手術工具的移動速度控制方式相同, 故省略對其的說明。
     但是, 如果步驟 830 的判斷結果為, IVS 按鈕未被選擇成以視覺控制模式動作時, 進行步驟 850。
     在步驟 850 中, 控制部 460 判斷工具 / 視覺選擇 (IVS) 按鈕是否被選擇成使手術 機器人系統在綜合控制模式下動作。
     如果步驟 850 的判斷結果, IVS 按鈕被選擇成以綜合控制模式動作時, 進行步驟 860, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人 2, 該操作信號根據臂操作部430 的操作執行對手術工具及腹腔鏡 5 兩者的移動速度的控制。
     在此, 操作信號使手術工具和腹腔鏡 5 一同向臂操作部 430 操作的方向移動, 在彼 此保持并排狀態 ( 例如, 保持相互間的相對位置等 ) 的情況下與臂操作部 430 的操作量相 應的速度移動。即, 根據腹腔鏡 5 的移動, 即使拍攝區域的物理位置發生變更, 但施術者通 過畫面顯示部 420 確認的顯示畫面上的以拍攝區域中心點為基準的手術工具的相對配置 位置保持不變。
     而且, 手術工具在速度控制模式下移動時, 也可以存在, 在上面的綜合位置控制模 式的工作狀態中舉例說明的手術工具的移動被限制的情況。例如, 在任一手術工具處于夾 住東西 ( 例如, 夾住手術部位中任一部位的狀態, 參照圖 5a 及 5b) 的狀態, 或手術工具的末 端未顯示在顯示畫面內的狀態, 或手術工具的夾鉗 (jaw) 處于閉合的情況, 或者施術者為 了保持固定狀態而指定的手術工具, 或臂操作部 430 上具有的固定狀態保持按鈕被按下時 與其相應的手術工具等, 這些手術工具的移動可能被限制。
     但是, 如果步驟 850 的判斷結果為, IVS 按鈕未被選擇成以綜合控制模式動作時, 進行步驟 870, 而操作信號生成部 450 生成操作信號并傳送給從機器人, 該操作信號使手術 工具及 / 或腹腔鏡 5 在指定的動作模式下操作。例如, 在保持模式或主機器人重定位模式 下, 能夠生成操作信號并傳送給從機器人, 以便與主機的操作無關地使手術工具及 / 或腹 腔鏡 5 保持最終控制位置。
     所述移動比例因子的自適應調節方法及根據臂操作特性的自適應控制方法, 也可 以通過內裝在數字處理裝置中的軟件程序等按時間序列順序的自動順序執行。 構成上述程 序的代碼及代碼段, 可由該領域的計算機編成人員容易推理出。所述程序存儲在計算機可 讀介質 (computer readable media) 上, 并被計算機讀取執行, 從而實現所述方法。所述計 算機可讀介質包括磁記錄媒體、 光記錄媒體及載波媒體。
     在上面參照本發明的優選實施例進行了說明, 對于所屬技術領域的普通技術人員 來說, 應該理解為, 在不超出權利要求書中記載的本發明的思想及領域的范圍內, 本發明可 以進行多種變形及變更。

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手術 機器人 系統 及其 自適應 控制 方法
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