一優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)I的組件，該優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)2包括攝像機(jī)(圖像采集單元檢測單元)91作為內(nèi)窺鏡31和內(nèi)窺鏡位置檢測單元74的替代。手術(shù)支持系統(tǒng)2可連接到傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡92。也就是說，不包括內(nèi)窺鏡的手術(shù)支持系統(tǒng)2可與傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡92相結(jié)合進(jìn)行使用。
[0131]如圖10中所示，攝像機(jī)91可懸于手術(shù)室的屋頂C。攝像機(jī)91被安裝成，使得該過程期間的內(nèi)窺鏡92進(jìn)入視場R2。在攝像機(jī)91中安裝檢測電路(未示出)。檢測電路具有計(jì)算裝置或存儲(chǔ)器。當(dāng)從操作單元41或輸入單元78輸入與手術(shù)支持系統(tǒng)2連接的內(nèi)窺鏡92的長度、內(nèi)窺鏡92中的視場R2的配置等時(shí)，長度、配置等被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0132]檢測電路可通過已知圖像處理用攝像機(jī)91獲取的圖像檢測內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分的位置和方向。攝像機(jī)91連接到圖9中示出的控制設(shè)備70的總線71，檢測到的內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分的位置和方向可被輸出到控制設(shè)備70。
[0133]內(nèi)窺鏡92可使用已知的傳統(tǒng)構(gòu)造。內(nèi)窺鏡92包括例如具有LED等照明單元92a和具有CCD等的圖像采集元件92b。例如，在該過程期間，內(nèi)窺鏡92被固定于手術(shù)臺(tái)12或者被助手保持。
[0134]圖像采集元件92b獲取的圖像經(jīng)由可與控制設(shè)備70的總線71連接的線纜92c輸出到圖像處理單元77，在顯示單元42上顯示圖像。
[0135]作為檢測內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分的位置和方向的方法示例，已知以下方法。也就是說，如圖10中所示，沿著內(nèi)窺鏡92的整個(gè)周長安裝多個(gè)標(biāo)記92d。相鄰標(biāo)記92d彼此分隔的距離被之前存儲(chǔ)在檢測電路中。當(dāng)通過圖像處理方法檢測多個(gè)標(biāo)記92d的位置時(shí)，檢測到內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分的位置和方向。
[0136]根據(jù)具有上述構(gòu)造的優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)2，由于具有冗余關(guān)系的關(guān)節(jié)21和24的切換是由機(jī)械手控制單元76自動(dòng)執(zhí)行的，因此可減少該過程期間帶給操作人員O的負(fù)擔(dān)。
[0137]由于手術(shù)支持系統(tǒng)2不包括內(nèi)窺鏡并且可連接到傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡92，因此可有效地利用傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡92并且可抑制手術(shù)支持系統(tǒng)2的制造成本。當(dāng)提供操作人員O或助手熟悉的內(nèi)窺鏡時(shí)，手術(shù)支持系統(tǒng)2可連接到內(nèi)窺鏡并進(jìn)行使用。即使以此方式，可提高操作人員O或助手的操作性能。
[0138]在優(yōu)選實(shí)施方式中，攝像機(jī)91懸于屋頂C。然而，攝像機(jī)91的配置不限于此，例如，攝像機(jī)可固定于手術(shù)臺(tái)12或者助手可保持?jǐn)z像機(jī)91。
[0139](第三優(yōu)選實(shí)施方式)
[0140]接下來，在將參照?qǐng)D11至圖13描述本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施方式時(shí)，用相同的參考標(biāo)號(hào)指明與上述優(yōu)選實(shí)施方式相同的組件并且將省略詳細(xì)描述而只描述不同點(diǎn)。
[0141]如圖11中所示，相對(duì)于第一優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)I的組件，該優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)3包括控制設(shè)備100作為內(nèi)窺鏡31和控制設(shè)備70的替代。
[0142]手術(shù)支持系統(tǒng)3可連接到傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡92，像第二優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)2一樣。
[0143]相對(duì)于第一優(yōu)選實(shí)施方式的控制設(shè)備70的組件，控制設(shè)備100包括距離計(jì)算單元(位置關(guān)系計(jì)算單元)101作為治療工具位置檢測單元73、內(nèi)窺鏡位置檢測單元74和距離計(jì)算單元75的替代。
[0144]距離計(jì)算單元101可使用已知的圖像處理方法，用通過拍攝手術(shù)鉗30形成且由內(nèi)窺鏡92獲取的圖像，計(jì)算手術(shù)鉗30的遠(yuǎn)端部分和內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分之間的距離作為切換距離(切換位置關(guān)系)。在上述優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)I和2中，檢測內(nèi)窺鏡的位置和手術(shù)鉗30的位置以計(jì)算切換距離。另一方面，優(yōu)選實(shí)施方式的距離計(jì)算單元101用上述圖像直接計(jì)算切換距離。
[0145]在用于計(jì)算切換距離的圖像處理方法不特別限于已知方法時(shí)，可使用下面的方法。
[0146]圖12和圖13示出通過拍攝手術(shù)鉗30得到的圖像PlO和P20。圖像PlO是通過將手術(shù)鉗30的遠(yuǎn)端部分設(shè)置在相對(duì)靠近內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分的位置處獲取的，圖像P20是通過將手術(shù)鉗30的遠(yuǎn)端部分設(shè)置在相對(duì)遠(yuǎn)離內(nèi)窺鏡92的遠(yuǎn)端部分的位置處獲取的。這些圖像PlO和P20被顯示為多個(gè)像素P以格子形狀位于參考平面上的配置，如各附圖中局部放大的。
[0147]手術(shù)鉗30在圖像中被拍攝得小，達(dá)到通過將手術(shù)鉗30設(shè)置在遠(yuǎn)離內(nèi)窺鏡92的位置而獲取的圖像水平。
[0148]距離計(jì)算單元101通過已知的圖像處理方法，識(shí)別圖像PlO和P20中的每個(gè)中形成為桿形的手術(shù)鉗30的徑向方向D。可在手術(shù)鉗30的外表面上安裝代表方向的標(biāo)記，使得距離計(jì)算單元101可容易地識(shí)別圖像PlO和P20中的手術(shù)鉗30的徑向方向D。
[0149]距離計(jì)算單元101計(jì)算圖像PlO和P20中的代表徑向方向D和治療單元30的外徑的像素Pl的數(shù)量。在圖12的示例中，像素Pl的數(shù)量是6，或者在圖13的示例中，像素Pl的數(shù)量是3。
[0150]另外，代表像素Pl的數(shù)量和切換距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表被之前存儲(chǔ)在距離計(jì)算單元101的存儲(chǔ)器中。距離計(jì)算單元101基于該表計(jì)算切換距離。
[0151]根據(jù)具有上述構(gòu)造的優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)3，可自動(dòng)地執(zhí)行具有冗余關(guān)系的關(guān)節(jié)21和24的切換。
[0152]當(dāng)切換距離相對(duì)小并且將手術(shù)鉗30和內(nèi)窺鏡92靠近設(shè)置時(shí)，由于關(guān)節(jié)21至27被控制成并不多余地操作，因此防止手術(shù)鉗30接觸內(nèi)窺鏡92。另外，當(dāng)切換距離相對(duì)大并且將手術(shù)鉗30和內(nèi)窺鏡92彼此遠(yuǎn)離地設(shè)置時(shí)，即使從機(jī)械手IlA大規(guī)模地操作時(shí)，也不存在問題。
[0153](第四優(yōu)選實(shí)施方式)
[0154]接下來，在將參照?qǐng)D14至圖16描述本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施方式時(shí)，用相同的參考標(biāo)號(hào)指明與上述優(yōu)選實(shí)施方式相同的組件并且將省略詳細(xì)描述而只描述不同點(diǎn)。
[0155]如圖14中所示，相對(duì)于第一優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)I的組件，該優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)4包括控制設(shè)備110作為內(nèi)窺鏡31和控制設(shè)備70的替代。
[0156]如圖14和圖15中所示，被構(gòu)造成測量距離的已知內(nèi)窺鏡120可連接到手術(shù)支持系統(tǒng)4。也就是說，在優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡120用作距離計(jì)算單元(位置關(guān)系計(jì)算單元)O
[0157]內(nèi)窺鏡120包括具有安裝在其遠(yuǎn)端部分的LED等的照明單元120a和諸如CXD等一對(duì)圖像采集元件120b和120c。
[0158]圖像采集元件120b可獲取通過在方向El上拍攝目標(biāo)組織Q3而得到的第一圖像P30(參見圖16)。同時(shí)，圖像采集元件120c可獲取通過在方向E2上拍攝目標(biāo)組織Q3而得到的第二圖像P40(參見圖16)。這兩個(gè)方向El和E2互不相同并且彼此傾斜。也就是說，當(dāng)同時(shí)獲取第一圖像P30和第二圖像P40時(shí)，例如，用右眼看顯示在顯示單元42上的第一圖像P30并且用左眼看第二圖像P40，操作人員O可在顯示單元42上三維觀察目標(biāo)組織Q3。
[0159]另外，在內(nèi)窺鏡120中安裝檢測電路(未示出)。檢測電路具有計(jì)算裝置或存儲(chǔ)器。檢測電路可通過已知的圖像處理方法，基于通過圖像采集元件120b和120c獲取的第一圖像P30和第二圖像P40，計(jì)算目標(biāo)組織Q3和內(nèi)窺鏡120的遠(yuǎn)端部分之間的距離作為切換距離(切換位置關(guān)系)L2。也就是說，在優(yōu)選實(shí)施方式中，基于第一圖像P30和第二圖像P40之間的視差，計(jì)算切換距離L2。
[0160]另外，相對(duì)于第一優(yōu)選實(shí)施方式的控制設(shè)備70的組件，控制設(shè)備110不包括治療工具位置檢測單元73、內(nèi)窺鏡位置檢測單元74和距離計(jì)算單元75。
[0161]根據(jù)具有上述構(gòu)造的優(yōu)選實(shí)施方式的手術(shù)支持系統(tǒng)4，可自動(dòng)地執(zhí)行具有冗余關(guān)系的關(guān)節(jié)21和24的切換。
[0162]當(dāng)切換距離1^2相對(duì)小并且將目標(biāo)組織Q3和內(nèi)窺鏡120靠近設(shè)置時(shí)，由于關(guān)節(jié)21至27被控制成并不多余地操作，因此防止內(nèi)窺鏡120接觸目標(biāo)組織Q3。另外，當(dāng)切換距離1^2相對(duì)大并且將目標(biāo)組織Q3和內(nèi)窺鏡120彼此遠(yuǎn)離地設(shè)置時(shí)，即使從機(jī)械手IlB大規(guī)模地操作時(shí)，也不存在問題。
[0163]另外，在優(yōu)選實(shí)施方式中，基于第一圖像P30和第二圖像P40之間的視差，計(jì)算目標(biāo)組織Q3和內(nèi)窺鏡120的遠(yuǎn)端部分之間的距離作為切換距離L2。然而，切換距離L2的計(jì)算方法不限于此。例如，可使用超聲波、激光束等的到達(dá)時(shí)間或波長的變化，計(jì)算切換距離
L2O
[0164]上文中，雖然已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式至第四優(yōu)選實(shí)施方式，但具體構(gòu)造不限于這些優(yōu)選實(shí)施方式，而是可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下包括構(gòu)造的變化。另外，無須說，可合適地組合使用優(yōu)選實(shí)施方式中示出的構(gòu)造。
[0165]例如，在第一優(yōu)選實(shí)施方式至第四優(yōu)選實(shí)施方式中，治療單元是手術(shù)鉗30 O作為治療單元，除此之外，可合適地選擇使用勒除器、注射器、高頻治療工具等。
[0166]另外，在具有七個(gè)關(guān)節(jié)21至27的從機(jī)械手11中，運(yùn)動(dòng)軸是旋轉(zhuǎn)軸的關(guān)節(jié)22和24具有冗余關(guān)系。然而，從機(jī)械手可具有八個(gè)關(guān)節(jié)或更多個(gè)關(guān)節(jié)，八個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)之中的除了六個(gè)關(guān)節(jié)外的關(guān)節(jié)可具有冗余關(guān)系。在這種情況下，當(dāng)自動(dòng)地選擇固定具有冗余關(guān)系的多個(gè)關(guān)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)時(shí)，表現(xiàn)出與優(yōu)選實(shí)施方式相同的效果。另外，運(yùn)動(dòng)軸是線性移動(dòng)軸的兩個(gè)或更多個(gè)關(guān)節(jié)可具有冗余關(guān)系。從機(jī)械手可具有六個(gè)或更少的關(guān)節(jié)并且這些關(guān)節(jié)中的兩個(gè)或更多個(gè)可具有冗余關(guān)系。
[0167]從機(jī)械手11可包括具有冗余關(guān)系