器械、機(jī)械手系統(tǒng)和器械的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在插入體內(nèi)之后使用的器械、配備有該器械的機(jī)械手系統(tǒng)以及該器械的控制方法。
[0002]要求2012年12月21日在美國臨時申請的美國專利申請N0.61/740，641、2012年12月3日在美國臨時申請的美國專利申請N0.61/732,637以及2012年11月29日在美國臨時申請的美國專利申請N0.61/731，139的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，為了削減醫(yī)療設(shè)施中的人員，已進(jìn)行了對使用機(jī)器人的醫(yī)學(xué)治療的研宄。具體地講，在外科領(lǐng)域，已提出利用具有多自由度(多關(guān)節(jié))的機(jī)械手對患者進(jìn)行處理的各種機(jī)械手系統(tǒng)。作為這些機(jī)械手系統(tǒng)，已知一種在機(jī)械手的末端部保持器械并且可遠(yuǎn)程地操作該器械的機(jī)械手系統(tǒng)。
[0004]例如，在專利文獻(xiàn)I中描述的機(jī)器人外科手術(shù)設(shè)備中，可以從操縱臺操作滑架，操作者(例如，外科醫(yī)生)坐在該操縱臺處。操縱臺設(shè)置有用于操作滑架的主操作單元以及用于顯示圖像(將在下面描述)的顯示單元。
[0005]滑架被配置為可移動，并且被安裝在接受手術(shù)的患者側(cè)。通常，三個機(jī)械手附接到滑架。這三個機(jī)械手當(dāng)中的一個機(jī)械手設(shè)置有圖像獲取裝置(例如，內(nèi)窺鏡)。器械連接到剩余兩個機(jī)械手。通過圖像獲取裝置獲取的圖像被發(fā)送給上述操縱臺并顯示在顯示單元上。各個機(jī)械手可通過主操作單元來操作。
[0006]在該器械中，端部執(zhí)行器可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置在軸的末端部處。使用用于附接夾子的端部執(zhí)行器。端部執(zhí)行器具有一對指狀元件，所述指狀元件具有形成在相對表面中的凹部。通過將夾子布置在凹部中，可將夾子可靠地安裝在端部執(zhí)行器上。
[0007]使用這樣配置的機(jī)械手系統(tǒng)的手術(shù)如下執(zhí)行。以下將具體地描述使用該器械的處理。
[0008]多個插管附接到患者的體壁。附接有多個夾子的料筒連接到機(jī)械手。操作主操作單元以驅(qū)動機(jī)械手，通過一個插管將附接有多個夾子的料筒導(dǎo)入患者體內(nèi)。通過另一插管將用于夾子安裝的端部執(zhí)行器導(dǎo)入患者體內(nèi)。
[0009]通過伺服機(jī)構(gòu)或手動操作從患者體外操作端部執(zhí)行器以便安裝夾子，并且將夾子附接到體內(nèi)的目標(biāo)組織。例如，通過將端部執(zhí)行器壓向料筒，料筒中的多個夾子中的一個被安裝在端部執(zhí)行器上，并且該夾子附接到另一目標(biāo)組織。
[0010]這樣，端部執(zhí)行器不需要一次將夾子取出體外然后再次將夾子導(dǎo)入體內(nèi)，以便安裝夾子。
[0011]引用列表
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013][專利文獻(xiàn)I]美國專利申請N0.6309397

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)問題
[0015]在專利文獻(xiàn)I中描述的機(jī)器人外科手術(shù)設(shè)備中，在器械被導(dǎo)入體內(nèi)之后，用戶需要利用內(nèi)窺鏡等觀察并檢查患者的身體內(nèi)部，以看一下期望的器械是否連接到機(jī)械手。因此，例如，在器械的檢查困難的情況下，操作者可能難以操作器械。
[0016]鑒于上述情形而做出本發(fā)明，其目的是提供一種可容易地檢查期望的器械的機(jī)械手系統(tǒng)。
[0017]問題的解決方案
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種機(jī)械手系統(tǒng)包括:醫(yī)療器械，其能夠被插入體內(nèi)；機(jī)械手，其能夠保持所述器械；保持檢測器，其檢測所述機(jī)械手保持所述器械的保持狀態(tài)；指令接收部，其檢測用于操作所述器械的指令；以及控制器，當(dāng)所述保持檢測器檢測到所述保持狀態(tài)時，該控制器僅在所述指令接收部檢測到所述指令的情況下操作所述器械。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在上述第一方面中，所述保持檢測器根據(jù)一對觸點(diǎn)之間的導(dǎo)通狀態(tài)和切斷狀態(tài)來檢測所述保持狀態(tài)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在上述第二方面中，所述保持檢測器具有設(shè)置在所述器械中的開關(guān)，所述開關(guān)通過在基準(zhǔn)方向上被按壓來切換所述一對觸點(diǎn)之間的所述導(dǎo)通狀態(tài)和所述切斷狀態(tài)，并且所述機(jī)械手可具有夾持所述開關(guān)的夾持器。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在上述第三方面中，所述器械可具有第一器械和第二器械。當(dāng)所述保持檢測器檢測到所述機(jī)械手與所述第一器械之間的第一保持狀態(tài)時，在所述指令接收部檢測到所述指令的情況下，所述控制器可僅操作所述第一器械，并且當(dāng)所述保持檢測器檢測到所述機(jī)械手與所述第二器械之間的第二保持狀態(tài)時，在所述指令接收部檢測到所述指令的情況下，所述控制器僅操作所述第二器械。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在上述第三方面中，所述開關(guān)可具有切換一對第一觸點(diǎn)之間的導(dǎo)通狀態(tài)和切斷狀態(tài)的第一開關(guān)以及切換一對第二觸點(diǎn)之間的導(dǎo)通狀態(tài)和切斷狀態(tài)的第二開關(guān)，所述器械可設(shè)置有所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)，當(dāng)根據(jù)所述一對第一觸點(diǎn)之間的導(dǎo)通狀態(tài)或切斷狀態(tài)檢測到所述保持狀態(tài)時，在所述指令接收部檢測到所述指令的情況下，所述控制器可使所述器械執(zhí)行第一操作，并且當(dāng)根據(jù)所述一對第二觸點(diǎn)之間的導(dǎo)通狀態(tài)或切斷狀態(tài)檢測到所述保持狀態(tài)時，在所述指令接收部檢測到所述指令的情況下，所述控制器可使所述器械執(zhí)行不同于所述第一操作的第二操作。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在上述第一方面中，所述保持檢測器可基于拍攝了所述機(jī)械手和所述器械的圖像來檢測所述保持狀態(tài)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種能夠被插入體內(nèi)的醫(yī)療器械，該醫(yī)療器械在所述器械被機(jī)械手保持在體內(nèi)的狀態(tài)下操作。所述機(jī)械手包括檢測所述器械被保持的保持狀態(tài)的保持檢測器。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在上述第七方面中，所述器械還可包括:護(hù)套，其由柔性的材料形成；伸縮機(jī)構(gòu)，其被設(shè)置在所述護(hù)套內(nèi)，其中，所述伸縮機(jī)構(gòu)的末端部隨著設(shè)置在所述伸縮機(jī)構(gòu)的外表面上的動作部向所述護(hù)套的軸線側(cè)移動而向末端側(cè)移動；以及處理部，其被設(shè)置在所述伸縮機(jī)構(gòu)的所述末端部處。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在上述第八方面中，所述保持檢測器具有設(shè)置在所述器械中的開關(guān)，所述開關(guān)通過在基準(zhǔn)方向上被按壓來切換一對觸點(diǎn)之間的導(dǎo)通狀態(tài)和切斷狀態(tài)，并且所述護(hù)套相對于所述動作部的所述軸線側(cè)與所述基準(zhǔn)方向被設(shè)定為彼此平行。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第十方面，一種器械的控制方法包括以下步驟:控制能夠插入體內(nèi)的醫(yī)療器械的操作；以及當(dāng)所述機(jī)械手在體內(nèi)保持所述器械時，僅當(dāng)檢測到用于操作所述器械的指令時，操作所述器械。
[0028]本發(fā)明的有益效果
[0029]根據(jù)上述各個方面的機(jī)械手系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)械手檢測到將器械保持在患者體內(nèi)的保持狀態(tài)時，僅在檢測到由操作者操作器械的指令的情況下操作器械。因此，操作者能夠可靠地利用器械執(zhí)行處理。
【附圖說明】
[0030]圖1是示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的機(jī)械手系統(tǒng)的總體圖。
[0031]圖2是機(jī)械手系統(tǒng)的框圖。
[0032]圖3是機(jī)械手系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡裝置中的末端部的立體圖。
[0033]圖4是當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)的鉤形刀的一部分?jǐn)嗔褧r的側(cè)視圖。
[0034]圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的機(jī)械手系統(tǒng)的框圖。
[0035]圖6是機(jī)械手系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡裝置中的末端部的立體圖。
[0036]圖7是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的機(jī)械手系統(tǒng)的框圖。
[0037]圖8是機(jī)械手系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡裝置中的末端部的立體圖。
[0038]圖9是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的機(jī)械手系統(tǒng)的框圖。
[0039]圖10是機(jī)械手系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡裝置中的末端部的立體圖。
[0040]圖11是示出在內(nèi)窺鏡裝置的成像單元中獲取的圖像的示例的示圖。
[0041]圖12是本發(fā)明的第五實(shí)施方式的機(jī)械手系統(tǒng)的框圖。
[0042]圖13是機(jī)械手系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡裝置中的末端部的立體圖。
[0043]圖14是當(dāng)機(jī)械手系統(tǒng)的鉤形刀的一部分?jǐn)嗔褧r的側(cè)視圖。
[0044]圖15是當(dāng)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的鉤形刀的一部分?jǐn)嗔褧r的末端側(cè)的側(cè)視圖。
[0045]圖16是當(dāng)鉤形刀的一部分?jǐn)嗔褧r的末端側(cè)的側(cè)視圖，其示出通過夾持器夾持鉤形刀的狀態(tài)。
[0046]圖17是示出與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的醫(yī)療系統(tǒng)的總體配置的示圖。
[0047]圖18是示出醫(yī)療系統(tǒng)中的內(nèi)窺鏡裝置的末端部的示圖。
[0048]圖19是醫(yī)療系統(tǒng)中的器械導(dǎo)引器的立體圖。
[0049]圖20是圖19的線A-A中的截面圖。
[0050]圖21是示出當(dāng)使用該醫(yī)療系統(tǒng)時的操作的示圖。
[0051]圖22是示出當(dāng)使用該醫(yī)療系統(tǒng)時的操作的示圖。
[0052]圖23是示出當(dāng)使用該醫(yī)療系統(tǒng)時的操作的示圖。
[0053]圖24是示出器械導(dǎo)引器的修改示例的示圖。
[0054]圖25是示出器械導(dǎo)引器的修改示例的示圖。
[0055]圖26是示出器械導(dǎo)引器的另一修改示例的示圖。
[0056]圖27是示出器械導(dǎo)引器的另一修改示例的示圖。
[0057]圖28是示出器械導(dǎo)引器的另一修改示例的示圖。
[0058]圖29是示出器械導(dǎo)引器的另一修改示例的示圖。
[0059]圖30是示出當(dāng)使用與本發(fā)明的第八實(shí)施方式有關(guān)的醫(yī)療系統(tǒng)時的操作的示圖。
[0060]圖31是示出醫(yī)療系統(tǒng)中的推桿的修改示例的示圖。
[0061]圖32是示出與本發(fā)明的第九實(shí)施方式有關(guān)的醫(yī)療機(jī)械手的總體配置的示圖。
[0062]圖33是示出設(shè)置在醫(yī)療機(jī)械手的主臂中的操作部的示圖。
[0063]圖34是示出醫(yī)療機(jī)械手中的內(nèi)窺鏡裝置的末端部的示圖。
[0064]圖35是示出醫(yī)療機(jī)械手中的器械的末端部的示圖。
[0065]圖36是醫(yī)療機(jī)械手的主要部分的功能框圖。
[0066]圖37是示出在醫(yī)療機(jī)械手中從第一模式切換為第二模式的流程的流程圖。
[0067]圖38是示出在醫(yī)療機(jī)械手中從第二模式切換為第一模式的流程的流程圖。
[0068]圖39是示出在醫(yī)療機(jī)械手中從第一模式切換為第二模式的流程的修改示例的流程圖。
[0069]圖40是示出自動標(biāo)識端部執(zhí)行器的類型的配置示例的示圖。
[0070]圖41是示出在與本發(fā)明的第十實(shí)施方式有關(guān)的醫(yī)療機(jī)械手中第一模式與第二模式之間的差異的示圖。
[0071]圖42是示出在醫(yī)療機(jī)械手中從第一模式切換為第二模式的流程的流程圖。
[0072]圖43是示出在從第一模式切換為第二模式之前和之后保持器和器械的狀態(tài)的示圖。
[0073]圖44是示出唯一地限定保持器對器械的保持形態(tài)的配置示例的示圖。
[0074]圖45是示出唯一地限定保持器對器械的保持形態(tài)的配置示例的示圖。
[0075]圖46是示出唯一地限定保持器對器械的保持形態(tài)的配置示例的示圖。
[0076]圖47是示出在器械中通過保持器保持的位置能夠被指定的配置示例的示圖。
[0077]圖48是示出在器械中通過保持器保持的位置能夠被指定的配置示例的示圖。
[0078]圖49是示出保持器對器械的保持的另一示例的示圖。
[0079]圖50是示出保持器對器械的保持的另一示例的示圖。
[0080]圖51A是示出在本發(fā)明的修改示例中顯示在顯示單元上的畫面的示例的示圖。
[0081]圖51B是示出在本發(fā)明的修改示例中顯示在顯示單元上的畫面的示例的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0082]第一實(shí)施方式
[0083]下面將參照圖1至圖4描述與本發(fā)明有關(guān)的機(jī)械手系統(tǒng)的第一實(shí)施方式。
[0084]如圖1和圖2所示，本機(jī)械手系統(tǒng)I包括設(shè)置有內(nèi)窺鏡裝置11的從設(shè)備10、操作者0(例如，外科醫(yī)生)操作并且給出操作信息的主設(shè)備50以及根據(jù)操作信息控制從設(shè)備10的控制設(shè)備70。
[0085]如圖1和圖3所示，從設(shè)備10具有患者P躺在其上的手術(shù)臺12、布置在手術(shù)臺12附近的多關(guān)節(jié)機(jī)器人13、附接到多關(guān)節(jié)機(jī)器人13的上述內(nèi)窺鏡裝置11以及本發(fā)明的鉤形刀(器械)14，該鉤形刀14能夠通過設(shè)置在內(nèi)窺鏡裝置11中的工作通道16a而插入。
[0086]如圖1所示，多關(guān)節(jié)機(jī)器人13是具有臂部13b的公知配置的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，多關(guān)節(jié)機(jī)器人的近端部分固定到基座13a。臂部13b具有所謂的多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。臂部13b根據(jù)從主設(shè)備50輸出的操作信息來操作。
[0087]如圖3所示，內(nèi)窺鏡裝置11具有縱長的柔性插入部16。一對工作通道16a形成在插入部16中，工作通道16a向插入部16的末端側(cè)表面16b開口。能夠被操作以彎曲的彎曲部分16c與末端側(cè)表面16b相比設(shè)置在插入部16的更靠近近端側(cè)的那部分處。另外，工作通道16a還向插入部16(參照圖1)的近端部分開口。
[0088]插入部16的末端側(cè)表面16b設(shè)置有具有LED的照明單元17、具有CXD等的成像單元18以及一對機(jī)械手19A和19B。
[0089]照明單元17通過從電源78 (將在下面描述)供應(yīng)的電力來對插入部16的前方進(jìn)行照明。成像單元18從預(yù)定視場Rl內(nèi)的觀察對象獲取圖像，將圖像轉(zhuǎn)換為信號，并且將信號輸出給控制設(shè)備70。
[0090]由于在本實(shí)施方式中機(jī)械手19A的配置和機(jī)械手19B的配置相同，所以機(jī)械手19A的配置通過將字母字符“A”與編號相加來示出，機(jī)械手19B的配置通過將字母字符“B”與相同編號相加來不出。因此，將省略重復(fù)的描述。
[0091]機(jī)械手19A的多個管狀部22A的端部被配置為利用關(guān)節(jié)部23A連接在一起。盡管未示出，但是關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)被設(shè)置為與機(jī)械手19A相比更靠近近端側(cè)，利用連接到關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動軸的絲等來使各個關(guān)節(jié)部23A轉(zhuǎn)動。通過利用角度檢測傳感器(例如，編碼器)檢測關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)數(shù)來計算彼此相鄰的管狀部22A之間形成的角度?？刂圃O(shè)備70基于利用角度檢測傳感器獲得的檢測值來驅(qū)動關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)。
[0092]最靠近近端側(cè)設(shè)置的管狀部22k附接到插入部16的末端側(cè)表面16b。這樣配置的機(jī)械手19A具有多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，該多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)具有至少一個自由度。
[0093]夾持器24A設(shè)置在最靠近末端側(cè)的管狀部22A的末端側(cè)。夾持器24A具有一對夾持片25A?？赏ㄟ^夾持片驅(qū)動電機(jī)以及公知的開閉機(jī)構(gòu)(未示出)來使得夾持片25A彼此接近和分咼。
[0094]內(nèi)窺鏡裝置11的機(jī)械手19A和19B以及夾持器24A和24B根據(jù)從主設(shè)備50輸出的操作信息來操作。機(jī)械手19A和19B的夾持器24A和24B可夾持鉤形刀14的護(hù)套30 (將在下面描述)的設(shè)置有夾持檢測器32的部分。即，在此示例中，隨著機(jī)械手19A夾持鉤形刀14，鉤形刀14被保持。
[0095]鉤形刀14是在本實(shí)施方式的機(jī)械手系統(tǒng)I中在通過內(nèi)窺鏡裝置11的工作通道16a插入之后使用的器械的示例。
[0096]如圖4所示，鉤形刀14包括:護(hù)套30 ;刀部(處理部)31，其被設(shè)置為能夠進(jìn)入護(hù)套30中和從護(hù)套30退出；夾持檢測器(保持檢測器)32，其被設(shè)置在護(hù)套30的外表面上；以及器械操作部33，其附接到護(hù)套30的近端部分。
[0097]護(hù)套30由具有電絕緣性質(zhì)和柔性的材料