專利名稱：內(nèi)窺鏡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)窺鏡裝置，該內(nèi)窺鏡裝置具備內(nèi)窺鏡和貫穿插入于處置器械貫穿插入通路中的機械手，所述處置器械貫穿插入通路設(shè)置在內(nèi)窺鏡或與內(nèi)窺鏡分開的管道體中。
背景技術(shù)：
一般情況下使用這樣的內(nèi)窺鏡裝置將內(nèi)窺鏡插入體腔內(nèi)，并使機械手經(jīng)由設(shè)置在內(nèi)窺鏡或與內(nèi)窺鏡分開的管道體中的處置器械貫穿插入通路從內(nèi)窺鏡或管道體的末端伸出。在內(nèi)窺鏡裝置中，在內(nèi)窺鏡的觀察下，機械手在體腔內(nèi)進行處置。在處置時，為了在對機械手進行彎曲動作、把持動作時進行準確的操作，手術(shù)操作者識別機械手的末端部在繞軸方向的滾動量是較為重要的。在現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡裝置中，在機械手的基端部設(shè)置檢測部，利用該檢測部對機械手的基端部在繞軸方向的滾動量進行檢測。進而，將機械手的基端部處的滾動量確定為機械手的末端部在繞軸方向的滾動量。在專利文獻1中，公開了具備用于貫穿插入于內(nèi)窺鏡的鉗子通道中的把持鉗子的內(nèi)窺鏡裝置。在該內(nèi)窺鏡裝置中，在鉗子通道的基端部設(shè)有與把持鉗子的進退對應(yīng)地旋轉(zhuǎn)的輥子。利用檢測部檢測輥子的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)檢測出的旋轉(zhuǎn)角度，計算把持鉗子在長度方向的進退量。在專利文獻2中公開了機器人外科用系統(tǒng)，該機器人外科用系統(tǒng)具備支承作為處置器械的末端執(zhí)行器的硬質(zhì)的機械手；支承機械手的硬質(zhì)的聯(lián)動裝置；以及圖像攝影系統(tǒng)。聯(lián)動裝置利用關(guān)節(jié)部連接多個臂部而構(gòu)成，聯(lián)動裝置的關(guān)節(jié)部通過伺服機構(gòu)進行動作。 并且，該機器人外科用系統(tǒng)具有以圖像攝影系統(tǒng)的攝像元件為原點的照相機坐標系；以及以機械手的末端為原點的機械手坐標系。機械手坐標系根據(jù)聯(lián)動裝置的關(guān)節(jié)部的動作而變化。此時，根據(jù)由與聯(lián)動裝置連接的傳感器系統(tǒng)檢測出的關(guān)節(jié)部的動作量，計算機械手在繞軸方向的滾動量。而且，根據(jù)機械手的滾動量，求出照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系。在進行處置時，手術(shù)操作者以照相機坐標系為基準從控制器輸入指示。但是，機械手根據(jù)機械手坐標系被操作，因此，需要考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系。在手術(shù)操作者不考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系而以照相機坐標系為基準進行操作的情況下，有時機械手向與手術(shù)操作者期望的方向不同的方向移動。因此，在該機器人外科用系統(tǒng)中，基于照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，伺服機構(gòu)將來自控制器的以照相機坐標系為基準的指示輸入變換為基于機械手坐標系的指示。通過該變換，手術(shù)操作者不必考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，就能夠使機械手向期望的方向移動?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2008-212349號公報專利文獻2 美國專利第6441577號說明書

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，實際的機械手具有機械手插入部，該機械手插入部為長條狀且具有撓性。并且，在將機械手貫穿插入于處置器械貫穿插入通路中的狀態(tài)下，在機械手與處置器械貫穿插入通路的內(nèi)壁之間存在摩擦。因此，機械手的基端部處的轉(zhuǎn)矩有時無法充分傳遞至機械手的末端部。在該情況下，在機械手的基端部和末端部，繞軸方向的滾動量不同。因此，在現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)中，手術(shù)操作者無法準確識別機械手的末端部處的滾動量。也考慮在機械手的末端部配置用于檢測滾動量的檢測部，但會使機械手的末端部的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。因此，機械手的直徑變大。在上述專利文獻1中，示出了計算把持鉗子在長度方向的進退量的結(jié)構(gòu)。但是，未示出計算把持鉗子的末端部在繞軸方向的滾動量的結(jié)構(gòu)。在上述專利文獻2中，聯(lián)動裝置的臂部和機械手為硬質(zhì)的。因此，即使在機械手通過聯(lián)動裝置的關(guān)節(jié)部的動作而滾動的狀態(tài)下，在機械手的基端部和末端部滾動量也是相同的。因此，通過檢測聯(lián)動裝置的關(guān)節(jié)部的動作量來計算機械手的末端部的滾動量。但是，在軟性內(nèi)窺鏡型的內(nèi)窺鏡裝置中使用的機械手中，基端部和末端部的滾動量不同。因此，無法根據(jù)檢測到的機械手的基端部處的滾動量來準確地計算機械手的末端部的滾動量。因此， 即便將上述專利文獻2的變換指示輸入的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于軟性內(nèi)窺鏡型的內(nèi)窺鏡裝置，也無法求出照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，不能從控制器進行指示輸入的變換。本發(fā)明就是著眼于上述課題而完成的，其目的在于提供一種內(nèi)窺鏡裝置，不必在機械手的末端部設(shè)置檢測部，就能夠準確地計算機械手的末端部的滾動量。用于解決課題的手段為了達到上述目的，本發(fā)明的一個方式的內(nèi)窺鏡裝置具備內(nèi)窺鏡，其在最靠末端方向側(cè)具有末端硬性部；機械手，其貫穿插入于貫穿插入通路中，該貫穿插入通路設(shè)于上述內(nèi)窺鏡中或設(shè)于與上述內(nèi)窺鏡分開的管道中；攝像元件，其設(shè)于上述內(nèi)窺鏡的上述末端硬性部，并進行被攝體以及上述機械手的末端部的攝像；以及標記部，其設(shè)于上述機械手的末端部且上述攝像元件的攝像范圍內(nèi)，通過上述機械手相對于上述內(nèi)窺鏡的滾動動作，所述標記部在繞軸方向的位置變化。優(yōu)選該內(nèi)窺鏡裝置還具備圖像處理部，其對由上述攝像元件拍攝到的觀察圖像的圖像信號進行處理；以及計算單元，其基于來自上述圖像處理部的上述圖像信號，計算上述機械手相對于上述內(nèi)窺鏡在繞軸方向的滾動量。此外，優(yōu)選上述計算單元具備記錄部， 其記錄已知信息；失真去除部，其從上述觀察圖像中去除失真；標記提取部，其提取上述標記部在去除了失真的上述觀察圖像上的位置信息和姿勢信息；以及滾動信息計算部，其基于所提取的上述標記部在上述觀察圖像上的上述位置信息、上述姿勢信息及記錄在上述記錄部中的上述已知信息，計算上述機械手相對于上述內(nèi)窺鏡在繞軸方向的上述滾動量。此夕卜，優(yōu)選內(nèi)窺鏡裝置還具備指示輸入單元，該指示輸入單元輸入基于在上述觀察圖像上以上述攝像元件為原點的照相機坐標系的指示，以用于上述機械手的操作，上述計算單元具備輸入指示變換部，該輸入指示變換部基于由上述滾動信息計算部計算出的上述機械手相對于上述內(nèi)窺鏡的上述滾動量，求出上述照相機坐標系與在上述觀察圖像上以上述機械手的末端為原點的機械手坐標系的關(guān)系，并且基于上述照相機坐標系與上述機械手坐標系的關(guān)系，將來自上述指示輸入單元的基于上述照相機坐標系的上述指示變換為基于上述機械手坐標系的指示。此外，上述標記部還可以沿長度方向延伸設(shè)置，包括多個帶狀部，所述多個帶狀部被附上了與上述機械手不同的顏色、且所述多個帶狀部分別被附上了互不相同的顏色。并且，上述標記部還可以沿長度方向延伸設(shè)置，包括多個帶狀部，所述多個帶狀部分別被附上了互不相同的圖案的花紋。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供這樣的內(nèi)窺鏡裝置不必在機械手的末端部設(shè)置檢測部，就能夠準確地計算機械手的末端部的滾動量。


圖1是示出使用本發(fā)明的第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的系統(tǒng)的立體圖。圖2A是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的框圖。圖2B是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的馬達單元的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的內(nèi)窺鏡及機械手的末端部的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖4是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的機械手的末端部的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖5是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的機械手的末端部的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6是示出第一實施方式的機械手的第三彎曲塊的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的計算單元的結(jié)構(gòu)的框圖。圖8是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的、從內(nèi)窺鏡的觀察圖像計算機械手的末端部的滾動量的方法的流程圖。圖9A是示出第一實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的某特定狀態(tài)下的觀察圖像的概要圖。圖9B是示出使機械手從圖9A的狀態(tài)相對于內(nèi)窺鏡滾動大致90°、并使機械手彎曲部的第一關(guān)節(jié)部彎曲的狀態(tài)下的觀察圖像的概要圖。圖10是示出本發(fā)明的第二實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的計算單元的結(jié)構(gòu)的框圖。圖IlA是示出第二實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的非滾動狀態(tài)下的觀察圖像的概要圖。圖IlB是示出使機械手的末端部從圖IlA的非滾動狀態(tài)相對于內(nèi)窺鏡在繞軸方向滾動大致90°后的狀態(tài)下的觀察圖像的概要圖。圖12是示出第二實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的通過輸入指示變換部變換手術(shù)操作者的輸入指示的方法的流程圖。圖13是示出本發(fā)明的變形例的機械手的第三彎曲塊的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖14是示出本發(fā)明的其它變形例的內(nèi)窺鏡裝置的內(nèi)窺鏡及機械手的末端部的結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實施例方式(第一實施方式)參照圖1至圖9B說明本發(fā)明的第一實施方式。 圖1是示出使用內(nèi)窺鏡裝置的系統(tǒng)的圖，圖2A是示出內(nèi)窺鏡裝置的圖。如圖1所示，內(nèi)窺鏡裝置的有源內(nèi)窺鏡10(以下簡稱為內(nèi)窺鏡10)具備用于插入體腔內(nèi)的內(nèi)窺鏡插入部12。在內(nèi)窺鏡插入部12中，從末端方向側(cè)起依次配設(shè)有最靠末端方向側(cè)的末端硬性部14 ；能夠彎曲動作的內(nèi)窺鏡彎曲部16 ；以及長條狀的具有撓性的內(nèi)窺鏡撓性管部18。在內(nèi)窺鏡插入部12的基端方向側(cè)連接有內(nèi)窺鏡操作部20。內(nèi)窺鏡操作部20裝卸自如地裝配于可動式內(nèi)窺鏡支架22上。通過可動式內(nèi)窺鏡支架22，能夠使內(nèi)窺鏡操作部20移動到任意的位置進行固定。如圖1所示，內(nèi)窺鏡裝置具備光源單元M。在光源單元M上連接著光導(dǎo)26。光導(dǎo)沈通過內(nèi)窺鏡操作部20、內(nèi)窺鏡撓性管部18及內(nèi)窺鏡彎曲部16的內(nèi)部并延伸設(shè)置到末端硬性部14。從光源單元M出射的光由光導(dǎo)沈引導(dǎo)至末端硬性部14，并從設(shè)于末端硬性部14的末端面的照明窗28 (參照圖3)對被攝體進行照射。如圖2A所示，在內(nèi)窺鏡插入部12的末端硬性部14中內(nèi)置有進行被攝體的攝像的攝像元件30。在攝像元件30上連接著攝像線纜32。攝像線纜32通過內(nèi)窺鏡彎曲部16、內(nèi)窺鏡撓性管部18以及內(nèi)窺鏡操作部20的內(nèi)部，并與設(shè)于內(nèi)窺鏡10的外部的作為圖像處理部的圖像處理器；34連接。圖像處理器34與作為顯示部的監(jiān)視器36和計算單元38連接。 由攝像元件30通過觀察窗37 (參照圖幻拍攝到的觀察圖像被轉(zhuǎn)換為圖像信號，并被輸出到圖像處理器34。進而，利用圖像處理器34進行圖像處理，并在監(jiān)視器36上顯示觀察圖像。并且，圖像處理器34將作為圖像信號被輸入的圖像數(shù)據(jù)輸出至計算單元38。如圖2A所示，在內(nèi)窺鏡10的內(nèi)窺鏡操作部20中配設(shè)有處置器械插入口 40。作為處置器械貫穿插入通路的處置器械通道42從處置器械插入口 40延伸設(shè)置到末端硬性部 14。在內(nèi)窺鏡10的處置器械通道42中，沿長度方向進退自如地貫穿插入有作為處置器械的機械手50。機械手50與配設(shè)于可動式內(nèi)窺鏡支架22(參照圖1)的馬達單元58連接。 馬達單元58與對馬達單元58進行驅(qū)動控制的控制單元44連接?？刂茊卧?4與計算單元 38連接，計算單元38與指示輸入單元46連接?？刂茊卧?4根據(jù)指示輸入單元46中的指示輸入以及計算單元38中的計算結(jié)果，進行馬達單元58的驅(qū)動控制。如圖2A所示，在機械手50中，從末端方向側(cè)依次配設(shè)有能夠進行開閉動作的把持部52 ；能夠進行彎曲動作的機械手彎曲部M ；以及長條狀的具有撓性的機械手插入部 56。機械手插入部56向基端方向側(cè)延伸設(shè)置到馬達單元58。如圖2B所示，馬達單元58具備作為機械手50的進退動作的驅(qū)動源的馬達等進退動作驅(qū)動部58a ；以及作為機械手50 的滾動動作的驅(qū)動源的馬達等滾動動作驅(qū)動部58b。通過驅(qū)動馬達單元58的進退動作驅(qū)動部58a，機械手插入部56在長度方向進行進退動作(圖3的箭頭A)。并且，通過驅(qū)動馬達單元58的滾動動作驅(qū)動部58b，機械手插入部56在機械手50的繞軸方向進行滾動動作 (圖3的箭頭B)。如以上說明那樣，實現(xiàn)機械手50的進退動作、滾動動作。并且，馬達單元 58具備對機械手50沿長度方向的進退動作量進行檢測的編碼器(未圖示)。圖4和圖5是示出機械手50的末端部的結(jié)構(gòu)的圖。如圖4和圖5所示，機械手彎曲部M具備三個彎曲塊60A 60C。三個彎曲塊60A 60C中配置為最靠基端方向側(cè)的第一彎曲塊60A經(jīng)由第一關(guān)節(jié)部62A而與機械手插入部56大致同軸地連接。在第一彎曲塊 60A的末端方向側(cè)，經(jīng)由第二關(guān)節(jié)部62B大致同軸地連接有第二彎曲塊60B。同樣，在第二彎曲塊60B的末端方向側(cè)，經(jīng)由第三關(guān)節(jié)部62C大致同軸地連接有第三彎曲塊60C，在第三彎曲塊60C的末端方向側(cè)，經(jīng)由第四關(guān)節(jié)部62D大致同軸地連接有把持部52。第一彎曲塊60A相對于機械手插入部56以第一關(guān)節(jié)部62A的轉(zhuǎn)動軸為中心轉(zhuǎn)動自如。第一彎曲塊60A 和第二彎曲塊60B以第二關(guān)節(jié)部62B的滾動軸為中心相互轉(zhuǎn)動自如。同樣，第二彎曲塊60B 和第三彎曲塊60C以第三關(guān)節(jié)部62C的轉(zhuǎn)動軸為中心相互轉(zhuǎn)動自如，第三彎曲塊60C和把持部52以第四關(guān)節(jié)部62D的轉(zhuǎn)動軸為中心相互轉(zhuǎn)動自如。并且，在把持部52中，一對爪64 以第四關(guān)節(jié)部62D的轉(zhuǎn)動軸為支點開閉自如。第一關(guān)節(jié)部62A和第三關(guān)節(jié)部62C的轉(zhuǎn)動軸與機械手50的軸大致正交。第二關(guān)節(jié)部62B和第四關(guān)節(jié)部62D的轉(zhuǎn)動軸與機械手50的軸大致正交，并且，與第一關(guān)節(jié)部62A和第三關(guān)節(jié)部62C的轉(zhuǎn)動軸大致正交。第一關(guān)節(jié)部62A 和第三關(guān)節(jié)部62C的轉(zhuǎn)動軸與第二關(guān)節(jié)部62B和第四關(guān)節(jié)部62D的轉(zhuǎn)動軸大致正交，由此， 第一關(guān)節(jié)部62A和第三關(guān)節(jié)部62C的彎曲方向與第二關(guān)節(jié)部62B和第四關(guān)節(jié)部62D的彎曲方向大致正交。因此，機械手彎曲部M成為兩自由度的彎曲部。如圖4所示，在把持部52上連接著多根操作線66。各操作線66用于把持部52的開閉動作、或機械手彎曲部M的彎曲動作。各操作線66通過機械手插入部56的內(nèi)部并連接于馬達單元58。如圖2B所示，馬達單元58具備開閉動作驅(qū)動部58c，其是把持部52的開閉動作的驅(qū)動源；以及彎曲動作驅(qū)動部58d，其是機械手彎曲部M的彎曲動作的驅(qū)動源。 開閉動作驅(qū)動部58c由多個馬達、線輪等構(gòu)成。通過驅(qū)動開閉動作驅(qū)動部58c，把持部52的開閉動作用的操作線66沿長度方向移動，把持部52的爪64進行開閉動作。彎曲動作驅(qū)動部58d由多個馬達、線輪等構(gòu)成。通過驅(qū)動彎曲動作驅(qū)動部58d，彎曲動作用的操作線66沿長度方向移動，第一 第四關(guān)節(jié)部62A 62D分別以轉(zhuǎn)動軸為中心進行轉(zhuǎn)動動作。由此，機械手彎曲部M進行彎曲動作。并且，馬達單元58具備對各操作線66沿長度方向的移動量進行檢測的編碼器(未圖示)。編碼器中的檢測結(jié)果被輸出至計算單元38。在計算單元38 中，根據(jù)編碼器中的檢測結(jié)果計算把持部52的開閉動作量和第一 第四關(guān)節(jié)部62A 62D 各自的轉(zhuǎn)動動作量。圖6是示出第三彎曲塊60C的結(jié)構(gòu)的圖。如圖4和圖6所示，在機械手彎曲部M 的第三彎曲塊60C的外周面，設(shè)有沿著長度方向延伸設(shè)置的(在本實施方式中為4個)帶狀的標記部70A 70D。在各標記部70A 70D上附上與機械手50不同的顏色。在各標記部70A 70D中，與其它的標記部70A 70D所附的顏色不同。例如對第一標記部70A附上藍色，對第二標記部70B附上黃色，對第三標記部70C附上綠色，對第四標記部70D附上黑色。即，標記部70A 70D沿長度方向延伸設(shè)置，是分別附上彼此不同的顏色的多個帶狀部。各標記部70A 70D在沿機械手50的繞軸方向彼此分離的狀態(tài)下，在機械手50的繞軸方向上彼此分離大致90°配置。各標記部70A 70D的在機械手50的繞軸方向的位置與機械手50的滾動動作對應(yīng)地變化。圖7是示出計算單元38的結(jié)構(gòu)的圖。如圖7所示，計算單元38具備與圖像處理器34連接的失真去除部80 ；霍夫(Hough)變換部82 ；作為記錄部的存儲器84 ；以及滾動信息計算部86。失真去除部80與霍夫變換部82及存儲器84連接?；舴蜃儞Q部82及存儲器 84與滾動信息計算部86連接。接著，參照圖8至圖9B說明根據(jù)內(nèi)窺鏡10中的觀察圖像計算機械手50的末端部的滾動量的方法。如圖8所示，在動作開始時，從圖像處理器34向失真去除部80輸入觀察圖像的圖像信號(步驟S101)。在存儲器84中記錄有觀察圖像的失真信息。失真去除部 80根據(jù)來自存儲器84的失真信息，從觀察圖像去除失真(步驟S102)。
去除了失真后的觀察圖像被輸入至霍夫變換部82(步驟Sl(XB)?；舴蜃儞Q部82 對去除了失真后的觀察圖像進行霍夫變換(步驟S104)?；舴蜃儞Q是提取觀察圖像中所存在的標記部70A 70D在觀察圖像內(nèi)的位置和姿勢的方法。即，通過霍夫變換，識別施加了特定顏色的標記的帶狀的標記部70A 70D在觀察圖像上位于哪里、以什么姿勢配置。 關(guān)于霍夫變換的具體方法，在參考文獻l(Duda，R. 0. and P. Ε. Hart, "Use of the Hough Transformation to Detect Lines and Curves in Pictures, " Comm. ACM, 1972
Vol. 15，pp. 11-pp. 15)中有記載，因此，省略詳細的說明。各標記部70A 70D在沿機械手50的繞軸方向彼此分離的狀態(tài)下，在機械手50的繞軸方向彼此分離大致90°進行配置。圖9A是在某特定的狀態(tài)下顯示于監(jiān)視器36上的觀察圖像，圖9B是使機械手50從圖9A的狀態(tài)相對于內(nèi)窺鏡10滾動大致90°、并使機械手彎曲部M的第一關(guān)節(jié)部62A彎曲的狀態(tài)下的觀察圖像。由于如上所述配置有標記部70A 70D,因此，如圖9A和圖9B所示，在任何狀態(tài)下，在觀察畫面上都能夠識別至少一個標記部 70A 70D在機械手50的繞軸方向的尺寸。即，與攝像元件30的視場角、攝像元件30和機械手50的位置關(guān)系、機械手50的彎曲、滾動動作量等無關(guān)，在觀察畫面上能夠識別至少一個標記部70A 70D的帶形狀。因此，通過霍夫變換，能夠識別至少一個標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢(步驟S105)。即，霍夫變換部82成為標記提取部，用于提取至少一個標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢。通過霍夫變換提取的至少一個標記部70A 70D的顏色以及在觀察圖像上的位置和姿勢的信息被輸入至滾動信息計算部 86(步驟 SlO6)。在存儲器84中記錄有機械手50的標記部70A 70D的位置、尺寸、顏色信息以及攝像元件30的視場角信息等已知信息。滾動信息計算部86根據(jù)從霍夫變換部82輸入的信息和記錄在存儲器84中的已知信息，計算觀察畫面上的機械手50的第三彎曲塊60C的位置信息以及姿勢信息(步驟S107)。進而，根據(jù)計算出的第三彎曲塊60C的位置信息和姿勢信息，計算機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量(步驟S108)。接著，說明本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的作用。當手術(shù)操作者使用內(nèi)窺鏡裝置進行處置時，將機械手50貫穿插入于內(nèi)窺鏡10的處置器械通道42。進而，利用馬達單元58使機械手50進行進退動作、滾動動作、彎曲動作、把持動作，由此，進行患部的處置。此時，來自光源單元M的出射光由光導(dǎo)沈引導(dǎo)至內(nèi)窺鏡10的末端硬性部14，并從末端硬性部14 的照明窗觀對被攝體進行照射。進而，利用設(shè)于末端硬性部14的攝像元件30通過觀察窗 37對被攝體進行攝像，并將圖像信號輸出至圖像處理器34。所輸出的圖像信號由圖像處理器；34進行圖像處理，在監(jiān)視器36上顯示觀察圖像。在監(jiān)視器36的觀察圖像中，顯示有患部、機械手50的末端部的狀態(tài)。手術(shù)操作者一邊觀察顯示的觀察圖像一邊對機械手50進行操作，進行患部的處置。在機械手50的機械手彎曲部M的第三彎曲塊60C上設(shè)有標記部70A 70D。在觀察圖像上，能夠識別至少一個標記部70A 70D在機械手50的繞軸方向的尺寸。此外， 在機械手50未相對于內(nèi)窺鏡10沿繞軸方向滾動的非滾動狀態(tài)下，手術(shù)操作者能夠識別各標記部70A 70D相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的位置。因此，手術(shù)操作者根據(jù)觀察圖像上的標記部70A 70D的信息以及非滾動狀態(tài)下的標記部70A 70D的位置信息，來識別機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的大致的滾動量。
并且，輸出至圖像處理器34的圖像信號被輸入至計算單元38的失真去除部80。 失真去除部80根據(jù)來自存儲器84的失真信息從觀察圖像去除失真。進而，利用霍夫變換部82對去除了失真后的觀察圖像進行霍夫變換。利用霍夫變換，如上所述識別至少一個標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢。進而，利用霍夫變換提取的至少一個標記部 70A 70D的標記的顏色以及在觀察圖像上的位置和姿勢的信息被輸入至滾動信息計算部 86。滾動信息計算部86根據(jù)從霍夫變換部82輸入的信息和記錄在存儲器84中的已知信息，如上所述計算機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量。如上所述，不必在機械手50的末端部設(shè)置檢測部，就能夠準確地計算機械手50的末端部在繞軸方向的滾動量。因此，在上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)窺鏡裝置中發(fā)揮以下效果。即，在本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置中，在機械手50的機械手彎曲部M的第三彎曲塊60C上設(shè)有標記部70A 70D。在觀察圖像上，能夠識別至少一個標記部70A 70D在機械手50的繞軸方向的尺寸。并且，在機械手50未相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向滾動的非滾動狀態(tài)下，手術(shù)操作者能夠識別各標記部 70A 70D相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的位置。因此，手術(shù)操作者能夠根據(jù)觀察圖像上的標記部70A 70D的信息、以及非滾動狀態(tài)下的標記部70A 70D的位置信息，來識別機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的大致的滾動量。并且，在本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置中，從圖像處理器34向計算單元38的失真去除部80輸入圖像信號。失真去除部80根據(jù)來自存儲器84的失真信息從觀察圖像去除失真。 進而，利用霍夫變換部82對去除了失真后的觀察圖像進行霍夫變換。利用霍夫變換，識別至少一個標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢。進而，利用霍夫變換提取的至少一個標記部70A 70D的標記的顏色以及在觀察圖像上的位置和姿勢的信息被輸入至滾動信息計算部86。滾動信息計算部86根據(jù)從霍夫變換部82輸入的信息和記錄在存儲器84 中的已知信息，計算機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量。如上所述， 不必在機械手50的末端部設(shè)置檢測部，就能夠準確地計算機械手50的末端部在繞軸方向的滾動量。(第二實施方式)接著，參照圖10至圖12說明本發(fā)明的第二實施方式。在本實施方式中，對第一實施方式的結(jié)構(gòu)進行了如下變更。另外，對與第一實施方式相同的部件及具有相同功能的部件適當標注相同的標號并省略詳細的說明。圖10是示出本實施方式的計算單元90的結(jié)構(gòu)。如圖10所示，計算單元90與第一實施方式的計算單元38同樣，具備失真去除部80、霍夫變換部82、存儲器84以及滾動信息計算部86。滾動信息計算部86與設(shè)于計算單元90的輸入指示變換部92連接。輸入指示變換部92與控制單元44和指示輸入單元46連接。下面，參照圖IlA至圖12詳細說明輸入指示變換部92。在顯示于監(jiān)視器36的觀察圖像上，存在以內(nèi)窺鏡10的末端硬性部14的攝像元件33為原點的照相機坐標系；以及以機械手50的末端的把持部52為原點的機械手坐標系。照相機坐標系根據(jù)攝像元件33 在內(nèi)窺鏡10的繞軸方向的轉(zhuǎn)動而變化，即通過使內(nèi)窺鏡10進行滾動動作而變化。另一方面，機械手坐標系通過使機械手50進行滾動動作而變化。因此，通過機械手50相對于內(nèi)窺鏡10進行滾動，照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系發(fā)生變化。
例如在機械手50未相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向滾動的非滾動的狀態(tài)下，圖IlA 所示的觀察圖像顯示于監(jiān)視器36。這里，若設(shè)觀察圖像上的上方為照相機坐標系的X方向， 則照相機坐標系的X方向與機械手坐標系的a方向大致一致。從機械手50的第三彎曲塊 60C的中心軸觀察，機械手坐標系的a方向與配置第一標記部70A的方向大致一致。通常， 機械手50的操作基于機械手坐標系來進行。因此，為了在圖IlA的狀態(tài)下使機械手50向照相機坐標系的X方向彎曲，例如需要向指示輸入單元46輸入使第四關(guān)節(jié)部62D向機械手坐標系的a方向彎曲的指示。當使機械手50的末端部從圖IlA的非滾動狀態(tài)相對于內(nèi)窺鏡10向繞軸方向滾動大致90°時，圖IlB所示的觀察圖像顯示于監(jiān)視器36。此時，照相機坐標系的X方向與機械手坐標系的b方向大致一致。機械手坐標系的b方向為與a方向大致正交的方向，從機械手50的第三彎曲塊60C的中心軸觀察，與配置第四標記部70D的方向大致一致。通常， 基于機械手坐標系進行來自指示輸入單元46的輸入及機械手50的操作。因此，為了在圖 1IB的狀態(tài)下使機械手50向照相機坐標系的X方向彎曲，例如需要向指示輸入單元46輸入使向與第四關(guān)節(jié)部62D大致正交的方向彎曲的第三關(guān)節(jié)部62C向機械手坐標系的b方向彎曲的指示。但是，一邊觀察觀察圖像一邊進行處置的手術(shù)操作者以照相機坐標系為基準，因此，有時不考慮機械手50相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量而進行指示。即，有時不考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系而進行指示。例如，考慮在圖IlB的狀態(tài)下使機械手50向照相機坐標系的X方向彎曲的情況。在該情況下，有時手術(shù)操作者不考慮機械手50相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量，而將使第四關(guān)節(jié)部62D向機械手坐標的a方向彎曲的指示輸入給指示輸入裝置46。但是，在圖IlB的狀態(tài)下，使機械手50的末端部從圖IlA的非滾動狀態(tài)相對于內(nèi)窺鏡10向繞軸方向滾動大致90°。因此，通過輸入向機械手坐標的a方向彎曲的指示，機械手50向照相機坐標系的Y方向(與X方向大致正交的方向)彎曲。即，機械手50向與手術(shù)操作者期望的方向不同的方向彎曲。因此，在本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置中，輸入指示變換部92根據(jù)由滾動信息計算部 86計算出的機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量，進行手術(shù)操作者的輸入指示的變換。由此，手術(shù)操作者不必考慮機械手50相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量，就能夠?qū)C械手50進行操作。即，不必考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，就能夠基于照相機坐標系對機械手50進行操作。圖12是示出通過輸入指示變換部92變換手術(shù)操作者的輸入指示的方法的流程圖。如圖12所示，輸入指示變換部92被滾動信息計算部86輸入機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量(步驟S111)。根據(jù)所輸入的機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量，求出照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系(步驟S112)。進而，計算將照相機坐標系變換為機械手坐標系的變換矩陣C(步驟S113)。這里，變換矩陣C根據(jù)照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系而變化。此外，輸入指示變換部92被指示輸入單元46輸入來自手術(shù)操作者的指示(步驟 S114)。此時，來自手術(shù)操作者的指示基于照相機坐標系被輸入。例如，手術(shù)操作者將使機械手50的末端部向圖IlA和圖IlB的照相機坐標系的X方向彎曲的指示輸入到指示輸入單元46。
進而，使用在步驟S113中計算出的變換矩陣C進行來自手術(shù)操作者的指示的變換。通過變換矩陣C，將基于照相機坐標系的指示變換為基于機械手坐標系的指示(步驟 S115)。例如在圖IlA和圖IlB各自的狀態(tài)下，將使機械手50的末端部向照相機坐標系的 X方向彎曲的指示輸入到指示輸入單元46。在該情況下，在圖IlA的狀態(tài)下，變換為使機械手50的末端部向機械手坐標系的a方向彎曲的指示。在圖IlB的狀態(tài)下，變換為使機械手 50的末端部向機械手坐標系的b方向彎曲的指示。進而，基于變換后的指示以及機械手50的第一 第四關(guān)節(jié)部62A 62D的位置信息和姿勢信息等，計算馬達單元58各自的驅(qū)動部的驅(qū)動量(步驟S116)。這里，第一 第四關(guān)節(jié)部62A 62D的位置信息和姿勢信息基于馬達單元58各自的編碼器(未圖示)的檢測結(jié)果、機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量等，由計算單元90計算。進而，基于在步驟S116中計算的結(jié)果，對控制單元44輸出馬達單元58的控制指示(步驟S117)。例如在圖IlA和圖IlB各自的狀態(tài)下，使機械手50的末端部向照相機坐標系的X方向彎曲。 在該情況下，在圖IlA的狀態(tài)下，例如以使第四關(guān)節(jié)部62D向機械手坐標系的a方向彎曲的方式驅(qū)動控制馬達單元58。在圖IlB的狀態(tài)下，例如以使向與第四關(guān)節(jié)部62D大致正交的方向彎曲的第三關(guān)節(jié)部62C向機械手坐標系的b方向彎曲的方式驅(qū)動控制馬達單元58。接著，說明本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置的作用。在使用內(nèi)窺鏡裝置進行處置時，手術(shù)操作者將基于照相機坐標系的指示輸入到指示輸入單元46，進行機械手50的操作。此時， 在計算單元90的輸入指示變換部92中，根據(jù)由滾動信息計算部86計算出的機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量，求出照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系。 進而，輸入指示變換部92基于照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，將基于照相機坐標系的來自手術(shù)操作者的指示變換為基于機械手坐標系的指示。控制單元44基于由輸入指示變換部92變換后的指示，進行馬達單元58的驅(qū)動控制。由此，手術(shù)操作者不必考慮機械手 50相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量，就能夠?qū)C械手50進行操作。即，不必考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，就能夠基于照相機坐標系對機械手50進行操作。因此，在上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)窺鏡裝置中發(fā)揮以下的效果。即，在本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置中，在機械手50的機械手彎曲部M的第三彎曲塊60C上設(shè)有標記部70A 70D。在觀察圖像上，能夠識別至少一個標記部70A 70D的在機械手50的繞軸方向的尺寸。并且，在機械手50未相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向滾動的非滾動狀態(tài)下，手術(shù)操作者能夠識別各標記部70A 70D相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的位置。因此，手術(shù)操作者能夠基于觀察圖像上的標記部70A 70D的信息以及非滾動狀態(tài)下的標記部70A 70D的位置信息，識別機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的大致的滾動量。此外，在本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置中，從圖像處理器34向計算單元90的失真去除部80輸入圖像信號。失真去除部80基于來自存儲器84的失真信息從觀察圖像去除失真。 進而，通過霍夫變換部82，對去除了失真的觀察圖像進行霍夫變換。通過霍夫變換，識別至少一個標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢。進而，通過霍夫變換提取的至少一個標記部70A 70D的標記的顏色以及在觀察圖像上的位置和姿勢的信息被輸入至滾動信息計算部86。滾動信息計算部86根據(jù)從霍夫變換部82輸入的信息和記錄在存儲器84中的已知信息，計算機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量。如上那樣，不必在機械手50的末端部設(shè)置檢測部，就能夠準確地計算機械手50的末端部在繞軸方向的滾動量。另外，在本實施方式的內(nèi)窺鏡裝置中，手術(shù)操作者將基于照相機坐標系的指示輸入至指示輸入單元46，并進行機械手50的操作。此時，在計算單元90的輸入指示變換部 92中，根據(jù)由滾動信息計算部86計算出的機械手50的末端部相對于內(nèi)窺鏡10在繞軸方向的滾動量，求出照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系。進而，輸入指示變換部92基于照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，將基于照相機坐標系的來自手術(shù)操作者的指示變換為基于機械手坐標系的指示?？刂茊卧?4基于由輸入指示變換部92變換后的指示，進行馬達單元58的驅(qū)動控制。由此，手術(shù)操作者不必考慮機械手50相對于內(nèi)窺鏡10的滾動量，就能夠?qū)C械手50進行操作。即，不必考慮照相機坐標系與機械手坐標系的關(guān)系，就能夠基于照相機坐標系對機械手50進行操作。(變形例)另外，在上述兩個實施方式中，標記部70A 70D設(shè)于第三彎曲塊60C上，但也可以設(shè)于第一或第二彎曲塊60A、60B上，還可以設(shè)于把持部52上。并且，也可以在第一 第三彎曲塊60A 60C以及把持部52中的多個部位設(shè)有標記部。即，只要標記部設(shè)于攝像元件30的攝像范圍內(nèi)且能夠在攝像畫面上識別即可。并且，在上述的實施方式中，附有不同顏色的四個標記部70A 70D在繞軸方向相互分離設(shè)置，但標記部的方式不限于此。例如如圖13所示，附有不同顏色的四個標記部 70A 70D也可以以在繞軸方向上不相互分離的狀態(tài)設(shè)置。在該情況下，各標記部70A 70D占據(jù)第三彎曲塊60C的繞軸方向的大致90°的范圍。并且，附于標記部70A 70D上的顏色不限于上述顏色。其中，優(yōu)選與機械手50相同或類似的顏色以及與血相同或類似的顏色。并且，也可以取代對各標記部70A 70D附上不同的顏色而對各標記部70A 70D 附上不同圖案的花紋。在該情況下，標記部70A 70D沿長度方向延伸設(shè)置，成為分別帶有互不相同的圖案的花紋的多個帶狀部。另外，標記部的數(shù)量不限于四個。其中，在利用霍夫變換部82進行標記部在觀察圖像上的位置和姿勢的提取的情況下，與攝像元件30的視場角、攝像元件30和機械手50的位置關(guān)系、機械手50的彎曲、滾動動作量等無關(guān)，必須能夠在觀察畫面上識別至少一個標記部70A 70D的形狀。此外，在上述的實施方式中，利用霍夫變換部82提取帶狀的標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢，但提取標記部70A 70D在觀察圖像上的位置和姿勢的標記提取部不限于霍夫變換部82。并且，在上述實施方式中，機械手50是利用把持部52保持組織的結(jié)構(gòu)，但不限于該結(jié)構(gòu)。例如也可以代替把持部52而設(shè)置利用超聲波進行處置的處置部。并且，也可以在內(nèi)窺鏡10中設(shè)置多個處置器械通道42，利用多個機械手進行處置。另外，在上述實施方式中，貫穿插入有機械手50的處置器械通道42設(shè)于內(nèi)窺鏡10 中，但不限于此。例如如圖14所示，內(nèi)窺鏡裝置也可以具備與內(nèi)窺鏡10分開的處置器械用管道95。在該情況下，在處置器械用管道95中設(shè)有處置器械通道，機械手50貫穿插入于處置器械通道中。以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明不限于上述實施方式，當然，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)窺鏡裝置，其具備內(nèi)窺鏡(10)，其在最靠末端方向側(cè)具有末端硬性部(14)；機械手(50)，其貫穿插入于貫穿插入通路02)中，該貫穿插入通路G2)設(shè)于上述內(nèi)窺鏡(10)中或設(shè)于與上述內(nèi)窺鏡(10)分開的管道(95)中；攝像元件(30)，其設(shè)于上述內(nèi)窺鏡(10)的上述末端硬性部(14)，并進行被攝體以及上述機械手(50)的末端部的攝像；以及標記部(70A 70D)，其設(shè)于上述機械手(50)的末端部且上述攝像元件(30)的攝像范圍內(nèi)，通過上述機械手(50)相對于上述內(nèi)窺鏡(10)的滾動動作，所述標記部(70A 70D) 在繞軸方向的位置發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置，其中，該內(nèi)窺鏡裝置還具備圖像處理部(34)，其對由上述攝像元件(30)拍攝到的觀察圖像的圖像信號進行處理；以及計算單元(38、90)，其基于來自上述圖像處理部(34)的上述圖像信號，計算上述機械手(50)相對于上述內(nèi)窺鏡(10)在繞軸方向的滾動量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡裝置，其中，上述計算單元(38、90)具備記錄部(84)，其記錄已知信息；失真去除部(80)，其從上述觀察圖像中去除失真；標記提取部(82)，其提取上述標記部(70A 70D)在去除了失真的上述觀察圖像上的位置信息和姿勢信息；以及滾動信息計算部(86)，其基于所提取的上述標記部(70A 70D)在上述觀察圖像上的上述位置信息、上述姿勢信息及記錄在上述記錄部(84)中的上述已知信息，計算上述機械手(50)相對于上述內(nèi)窺鏡(10)在繞軸方向的上述滾動量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)窺鏡裝置，其中，該內(nèi)窺鏡裝置還具備指示輸入單元(46)，該指示輸入單元06)輸入基于在上述觀察圖像上以上述攝像元件(30)為原點的照相機坐標系的指示，以用于上述機械手(50)的操作，上述計算單元(90)具備輸入指示變換部(92)，該輸入指示變換部(9 基于由上述滾動信息計算部(86)計算出的上述機械手(50)相對于上述內(nèi)窺鏡(10)的上述滾動量，求出上述照相機坐標系與在上述觀察圖像上以上述機械手(50)的末端為原點的機械手坐標系的關(guān)系，并且基于上述照相機坐標系與上述機械手坐標系的關(guān)系，將來自上述指示輸入單元G6)的基于上述照相機坐標系的上述指示變換為基于上述機械手坐標系的指示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置，其中，上述標記部(70A 70D)沿長度方向延伸設(shè)置，包括多個帶狀部(70A 70D)，所述多個帶狀部(70A 70D)被附上了與上述機械手(50)不同的顏色、并且所述多個帶狀部 (70A 70D)被分別附上了互不相同的顏色。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置，其中，上述標記部(70A 70D)沿長度方向延伸設(shè)置，包括多個帶狀部(70A 70D)，所述多個帶狀部(70A 70D)被分別附上了互不相同的圖案的花紋。
全文摘要
一種內(nèi)窺鏡裝置，其具備內(nèi)窺鏡(10)，其在最靠末端方向側(cè)具有末端硬性部(14)；機械手(50)，其貫穿插入于貫穿插入通路(42)中，該貫穿插入通路(42)設(shè)于上述內(nèi)窺鏡(10)中或設(shè)于與上述內(nèi)窺鏡(10)分開的管道(95)中；以及攝像元件(30)，其設(shè)于上述內(nèi)窺鏡(10)的上述末端硬性部(14)，并進行被攝體以及上述機械手(50)的末端部的攝像。并且，內(nèi)窺鏡裝置具備標記部(70A～70D)，所述標記部(70A～70D)設(shè)于上述機械手(50)的末端部且上述攝像元件(30)的攝像范圍內(nèi)，通過上述機械手(50)相對于上述內(nèi)窺鏡(10)的滾動動作，所述標記部(70A～70D)在繞軸方向的位置變化。
文檔編號A61B1/00GK102469927SQ201080032530
公開日2012年5月23日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者吉江方史, 櫛田篤彥 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社