外科手术系统的控制方法以及外科手术系统与流程

本发明涉及外科手术系统的控制方法以及外科手术系统。

背景技术

已知具备多个操作手臂（manipulatorarm），基于实施手术者的操作使该多个操作手臂进行动作从而进行外科手术的主从（master-slave）型系统（例如参照专利文献1和专利文献2）。在这样的系统中，多个操作手臂配置为彼此非常挨近，从而使多个操作手臂能协同地对一个施行手术部位进行细致的手术。

在工业用机器人中，机器人的动作被预先设定，因此即便存在多个手臂的情况下也能事先设定彼此的手臂不干扰的动作顺序，从而能够防止动作时的干扰。然而，如上所述的外科手术系统中多个操作手臂需要基于实施手术者的动作指令实时地执行动作，因此即便执行如工业用机器人进行的事先模拟，也不能防止彼此挨近的操作手臂之间的干扰。

相对于此，专利文献1提出了通过模拟对为了让多个操作手臂接近患者体内的处置领域而对各操作手臂分别设置的开口位置进行最优化，以此防止干扰。

而且，专利文献2提出了计算出当多个操作手臂分别移动时各操作手臂所占据的坐标，并且基于该坐标对操作手臂之间是否发生干扰进行运算。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：美国专利申请公开2007/0293734号说明书；

专利文献2：日本特开2000-300579号公报。

技术实现要素：

发明要解决的问题：

然而，如上所述的形态中，存在如下问题。即，如专利文献1的形态中，例如使外科用器械通过肋骨之间而进行的手术等时，如果不能自由设定开口位置，则可能存在无法对开口位置以操作手臂彼此间不发生干扰的形式进行最优化的担忧。而且，即便能设定以不发生干扰的形式最优化的开口位置，对于实际实施手术的实施手术者来说，该开口位置也不一定位于便于实施手术的位置。

而且，如专利文献2的形态中，根据接收来自实施手术者的移动指令后基于该移动指令进行动作的外科用器械的当前位置以及移动目标位置、和其他外科用器械的当前位置，计算出保持各外科用器械的操作手臂彼此之间是否发生干扰，如果造成干扰，则进行警告等。如上所述，如专利文献2的形态中，在使保持外科用器械的操作手臂移动之前或者在移动的同时需要计算出是否发生干扰。因此，当计算结果为发生干扰的情况下，为了使操作手臂或外科用器械彼此间实际不接触并事先对实施手术者进行警告，而需要将操作手臂的移动速度限制在某种程度以下。因此，在这样的形态中，存在无法追踪实施手术者输入的动作指令、或者实施手术者的输入与外科用器械的实际动作之间产生时差的担忧，无法提高实施手术的精度。

本发明是为了解决如上所述的问题而形成的，其目的是提供能够在不对手术的实施造成影响的情况下防止多个操作手臂彼此间的干扰的外科手术系统的控制方法以及外科手术系统。

解决问题的手段：

本发明的一种形态是外科手术系统的控制方法，所述外科手术系统具备：在各自的梢端部上具有能够保持长轴状的外科用器械的器械保持部且各自的梢端部相对基端部三维移动的多个操作手臂；用于输入使所述多个操作手臂移动的动作指令的操作装置；基于所述动作指令控制所述多个操作手臂的移动的控制部；和能够被所述控制部读取数据的存储部；所述控制方法中，将各操作手臂的梢端部与该操作手臂上保持有所述外科用器械时的所述外科用器械的梢端部之间的预先设定的位置设定为约束点；通过制作在规定的立体形状表面上配设的规定的格子模型，以此设定在固定了所述约束点的三维位置的状态下使所述操作手臂进行三维移动时的、所述外科用器械的梢端部的三维移动范围；对第一姿势进行模拟，所述第一姿势是指被所述第一操作手臂保持的第一外科用器械的梢端部位于第一格子模型中各格子点的三维位置时的、所述第一操作手臂以及所述第一外科用器械的姿势，所述第一格子模型是对应于第一操作手臂而设定的；对第二姿势进行模拟，所述第二姿势是指被所述第二操作手臂保持的第二外科用器械的梢端部位于第二格子模型中各格子点的三维位置时的、所述第二操作手臂以及所述第二外科用器械的姿势，所述第二格子模型是对应于与所述第一操作手臂相邻的第二操作手臂而设定的；提取出使所述第一姿势与所述第二姿势发生干扰的、所述第一格子模型的格子点与所述第二格子模型的格子点的组合；将引起所述干扰的组合的数据存储于所述存储部中；判定传达至所述控制部的所述动作指令是否属于引起所述干扰的组合；当判定为所述动作指令属于引起所述干扰的组合时，所述控制部执行干扰防止处理。

根据上述控制方法，与用于将外科用器械向患者体内插入的开口位置相当的位置被设定为约束点。此外，在固定了该约束点的三维位置的状态下使操作手臂进行三维移动时的外科用器械的梢端部的三维移动范围通过制作在规定的立体形状表面上配设有多个格子点的规定的格子模型以此设定。将对应的外科用器械的梢端部位于构成如上述对各操作手臂分别设定的格子模型的各格子点时的、各操作手臂以及外科用器械的姿势进行模拟，并且判定挨近的第一操作手臂以及第一外科用器械的第一姿势与第二操作手臂以及第二外科用器械的第二姿势是否发生干扰，而且干扰的格子点的组合在实施手术之前被存储于外科手术系统的存储部中。在实施手术中，当判定为基于实施手术者输入的动作指令的多个操作手臂的各姿势组合属于干扰的格子点组合时，以实际上不引起干扰的形式执行干扰防止处理。如此一来，对于限定对各操作手臂分别被设定的移动范围的多个格子点循环地进行判定，从而第一姿势与第二姿势干扰的组合事先被提取。借助于此，在实施手术中无需边移动操作手臂边进行复杂的计算就能执行避免干扰的处理。因此，不对手术造成影响而且能够防止多个操作手臂彼此间的干扰。

也可以是所述立体形状为球；将所述第一格子模型以及第二格子模型中各格子点的位置坐标，通过相应的与连接所述约束点和所述球的中心的直线垂直的所述球的截面的中心点的位置坐标、该截面的半径、和与各格子模型上的规定的基准位置之间的角度进行设定。借助于此，能够简单地设定格子点的位置坐标，能够容易掌握引起干扰的组合的位置。

也可以是所述外科手术系统具备规定的通知部；所述干扰防止处理包含从所述通知部输出警报。借助于此，能够向实施手术者迅速通知引起干扰的动作指令已被输入的情况。

也可以是所述干扰防止处理是，所述控制部使所述第一操作手臂以及所述第二操作手臂中至少一方不移动至引起所述干扰的组合的位置。借助于此，当引起干扰的动作指令被输入的情况下，能够实际上防止干扰的发生。

也可以是所述多个操作手臂形成为包含能够在不改变该操作手臂的梢端部位置的情况下改变姿势的冗长轴的七轴关节手臂；在引起所述干扰的组合被提取的情况下，不改变各操作手臂的梢端部位置而是改变所述第一姿势以及所述第二姿势中至少一个姿势并进行是否发生干扰的再次判定。借助于此，能够事先尽量减少引起干扰的组合。

也可以是所述第一格子模型以及所述第二格子模型各自包含：在将中心位置配置在与所述立体形状的中心位置相同的位置且与所述立体形状相比较小的相似形状的表面上配设的格子点。借助于此还能考虑外科用器械的梢端部位于移动范围内部时的操作手臂以及外科用器械的姿势，能够进行更加精密的干扰判定。

根据本发明的另一种形态的外科手术系统的控制方法是，所述外科手术系统具备：各自具有能够保持外科用器械的器械保持部的多个操作手臂；基于动作指令控制所述多个操作手臂的移动的控制部；和与所述控制部连接的存储部；所述控制方法中，作为保持于第一操作手臂的第一外科用器械的位置，设定第一基准点；设定在所述第一基准点的移动范围内配设有多个点的第一点群模型；对第一姿势进行模拟，所述第一姿势是指所述第一基准点位于所述第一点群模型中的点的位置时的、所述第一操作手臂以及所述第一外科用器械的姿势；作为保持于第二操作手臂的第二外科用器械的位置，设定第二基准点；设定在所述第二基准点的移动范围内配设有多个点的第二点群模型；对第二姿势进行模拟，所述第二姿势是指所述第二基准点位于所述第二点群模型中的点的位置时的、所述第二操作手臂以及所述第二外科用器械的姿势；将使处于所述第一姿势的所述第一操作手臂以及所述第一外科用器械和处于所述第二姿势的第二操作手臂以及所述第二外科用器械发生干扰的、所述第一点群模型中的点与所述第二格子模型中的点的组合的数据存储于存储部；判定与传达至所述控制部的所述动作指令相对应的所述第一基准点的位置和所述第二基准点的位置是否属于被存储的所述组合的数据；当判定为属于时，所述控制部执行干扰防止处理。

根据上述控制方法，外科用器械的位置被设定为基准点。此外，使用作为该基准点的移动范围而配设有多个点的点群模型对多个操作手臂以及外科用器械的位置进行模拟。借助于此，判定第一操作手臂以及第一外科用器械的第一姿势与第二操作手臂以及第二外科用器械的第二姿势是否发生干扰，而且干扰的点的组合在实施手术之前被存储于外科手术系统的存储部中。实施手术中，当判定为基于实施手术者输入的动作指令的多个操作手臂的各姿势组合属于干扰的格子点组合时，以实际上不引起干扰的形式执行干扰防止处理。如此，使用限定对各操作手臂分别被设定的移动范围的点群模型判定第一姿势与第二姿势干扰的组合。借助于此，在实施手术中无需边移动操作手臂边进行复杂的计算就能够执行避免干扰的处理。因此，能够不对手术造成影响且防止多个操作手臂彼此间的干扰。

根据本发明的另一种形态的外科手术系统具备：在各自的梢端部上具有能够保持长轴状的外科用器械的器械保持部且各自的梢端部相对基端部三维移动的多个操作手臂；用于输入使所述多个操作手臂移动的动作指令的操作装置；基于所述动作指令控制所述多个操作手臂的移动的控制部；和能够被所述控制部读取数据的存储部；所述存储部存储使第一姿势与第二姿势发生干扰的、所述第一格子模型中的格子点与所述第二格子模型中的格子点的组合的数据，其中，所述第一姿势是指所述第一外科用器械的梢端部位于第一格子模型中各格子点的三维位置时的、所述第一操作手臂以及所述第一外科用器械的姿势，所述第一格子模型是与第一操作手臂对应设定、且在对被所述第一操作手臂保持的第一外科用器械的梢端部的三维移动范围进行限定的规定的立体形状表面上配设有多个格子点的模型，所述第二姿势是指所述第二外科用器械的梢端部位于第二格子模型中各格子点的三维位置时的、所述第二操作手臂以及所述第二外科用器械的姿势，所述第二格子模型是与相邻于第一操作手臂的第二操作手臂对应设定、且在对被所述第二操作手臂保持的第二外科用器械的梢端部的三维移动范围进行限定的所述立体形状表面上配设有多个格子点的模型；所述控制部判定收到的所述动作指令是否属于引起所述干扰的组合，当判定为所述动作指令属于引起所述干扰的组合时，执行干扰防止处理。

根据上述结构，将被所述第一操作手臂保持的第一外科用器械的梢端部位于对应第一操作手臂设定的第一格子模型中各格子点的三维位置时的所述第一操作手臂以及所述第一外科用器械的第一姿势、与被所述第二操作手臂保持的第二外科用器械的梢端部位于第二格子模型中各格子点的三维位置时的所述第二操作手臂以及所述第二外科用器械的第二姿势发生干扰的、所述第一格子模型中的格子点与所述第二格子模型中的格子点的组合存储于存储部，所述第二格子模型与相邻于所述第一操作手臂的第二操作手臂对应设定。在实施手术中，当判定为基于实施手术者输入的动作指令的多个操作手臂的各姿势组合属于干扰的格子点组合时，以实际上不引起干扰的形式执行干扰防止处理。如此，对于限定对各操作手臂分别被设定的移动范围的多个格子点循环地进行判定，从而第一姿势与第二姿势干扰的组合事先被提取。借助于此，在实施手术中无需边移动操作手臂边进行复杂的计算就能执行避免干扰的处理。因此，不对手术造成影响而且能够防止多个操作手臂彼此间的干扰。

本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点可在参照附图的基础上通过以下优选的实施形态的详细说明变得明了。

发明效果：

本发明发挥不对手术造成影响且能够防止多个操作手臂之间的干扰的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明一种实施形态的外科手术系统的整体结构的概略图；

图2是示出图1的外科手术系统中患者侧系统的操作手臂的整体结构的概略图；

图3是示出图1的外科手术系统中操作手臂的控制系统的概略结构的框图；

图4是说明本实施形态中干扰判定处理用数据的制作处理流程的流程图；

图5是示出图4中制作的第一格子模型以及第二格子模型的示例的概念图；

图6是说明本实施形态的干扰判定处理的流程的流程图；

图7是示出根据本实施形态的变形例的格子模型示例的概念图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施形态。另外，本发明并不被本实施形态限定。而且，以下在所有附图中对于相同或相当的要素标以相同的参考符号并省略其重复说明。

图1是示出根据本发明一种实施形态的外科手术系统100的整体结构的概略图。如图1所示，外科手术系统100是医生等实施手术者o使用患者侧系统1对患者p实施如机器人支援手术或机器人远程手术等内视镜外科手术的系统。

外科手术系统100具备患者侧系统1和操纵该患者侧系统1的操作装置2。操作装置2配置在与患者侧系统1隔开的位置，患者侧系统1被操作装置2远程操作。实施手术者o在操作装置2中输入由患者侧系统1进行的动作，操作装置2将该动作指令发送至患者侧系统1。而且，患者侧系统1接收由操作装置2发送的动作指令，并且基于该动作指令使患者侧系统1所配备的内视镜组件41和仪器（外科用器械）42等执行动作。

操作装置2是构成外科手术系统100与实施手术者o的中介，并且用于操作患者侧系统1的装置。操作装置2在手术室内设置于手术台111旁边或者与手术台111隔开的位置，或者设置于手术室外。操作装置2包括：实施手术者o用于输入动作指令的操作用操作手臂51以及操作踏板52等操作输入部50；和显示通过内视镜组件41拍摄的图像的监视器53。实施手术者o通过监视器53肉眼确认患部的同时对操作输入部50进行操作而将动作指令输入至操作装置2。输入于操作装置2的动作指令通过有线或者无线的方式传达至患者侧系统1的下述控制器6。

患者侧系统1构成了外科手术系统100和患者p的中介。患者侧系统1在手术室内配置于患者p所躺的手术台111旁边。手术室内为灭菌的灭菌区域。

患者侧系统1具备：位置调节器7；安装于位置调节器7的梢端部的平台5；和可装卸地安装于平台5的多个患者侧操作手臂（以下简单称为“手臂3”）。位置调节器7被构成为水平多关节型机器人，并且能够将平台5的位置相对于载置在手术室规定位置的基台70进行三维移动。位置调节器7以及平台5被灭菌帘9覆盖，从而位置调节器7以及平台5从手术室内的灭菌区域遮蔽开。

在多个臂3中一个臂3a的梢端部上保持有内视镜组件41。多个臂3中剩余臂3b的梢端部上可装卸地保持有仪器42。以下，可能存在将安装有内视镜组件41的手臂3称为“摄像器手臂3a”的情况，并且可能存在将安装有仪器42的手臂3称为“仪器手臂3b”的情况。根据本实施形态的患者侧系统1具备一个摄像器手臂3a和三个仪器手臂3b，总共具备四个手臂3。

患者侧系统1通过控制器6执行动作控制。控制器6例如由微控制器等计算机构成。

在上述患者侧系统1中，平台5具有作为多个手臂3的据点的“中枢（hub）”功能。在本实施形态中通过位置调节器7以及平台5构成了可移动地支持多个手臂3的操作手臂支持体s。然而，操作手臂支持体s只要至少含有平台5即可，例如操作手臂支持体s可以由代替位置调节器7而被直动轨道、升降装置、或者安装于顶板或壁的支架支持的平台5构成。

在上述患者侧系统1中，从位置调节器7至内视镜组件41或各仪器42，要素被连续地连接。本说明书的上述连续的要素中，将朝向位置调节器7（更具体而言是位置调节器7与手术室地板的接触部）侧的端部称为“基端部”，将其相反侧的端部称为“梢端部”。

仪器42具有：设置于其基端部的驱动单元45；设置于其梢端部的末端执行器（处理工具）44；和连接驱动单元45与末端执行器44之间的细长的轴43（均参照图2）。在仪器42中规定了长轴方向d，并且驱动单元45、轴43以及末端执行器44是沿着长轴方向d进行配置的。仪器42的末端执行器44从包含具有执行动作的关节的器械（例如，钳子、剪刀、抓紧器、持针器、微型分离器、钉合器、敲打器、吸引洗净工具、圈套器钢丝、以及镊子等）以及不具备关节的器械（例如切断刀、烧灼探针、洗净器、导管以及抽吸孔等）的组中选择。本说明书以及权利要求书的“长轴状外科用器械”中含有内视镜组件41以及各仪器42这两者。

在使用上述结构的患者侧系统进行手术时，首先从操作装置2收到动作指令的控制器6以使平台5与手术台111或者患者p达到规定的位置关系的形式使位置调节器7进行动作，从而进行平台5的定位。接着，控制器6以留置于患者p体表的套管（插管套管；cannulasleeve）110与内视镜组件41以及各仪器42达到规定的初期位置关系的形式使各手臂3进行动作，从而进行内视镜组件41以及各仪器42的定位。另外，也可以同时进行位置调节器7的定位动作和各手臂3的定位动作。然后，控制器6原则上在使位置调节器7静止的状态下，根据来自操作装置2的动作指令使各手臂3进行动作，从而使内视镜组件41以及各仪器42适当地发生位移以及改变姿势，并使各仪器42进行动作，以此实施手术。

在这里详细说明手臂3的结构。图2是示出图1的外科手术系统中患者侧系统的操作手臂的整体结构的概略图。图2示出患者侧系统1所具备的多个手臂3中一个手臂的概略结构。如图2所示，手臂3具备手臂主体30、和与手臂主体30的梢端部连接的并进手臂35，并且形成为能使梢端部相对基端部在三维空间内移动的结构。另外，在本实施形态中，患者侧系统1所具备的多个手臂3是无论哪一个都具有相同或类似的结构，但是也可以使多个手臂3中至少一个手臂具有不同于其他手臂的结构。在手臂3的梢端部上设置有能够保持长轴状外科用器械的保持器（器械保持部）36。本实施形态中，在并进手臂35的梢端部上设置有保持器36。

当手臂3为仪器手臂3b的情况下，保持器36可装卸地保持仪器42。保持于保持器36的仪器42的轴43沿着长轴方向d延伸。而且，当手臂3为摄像器手臂3a的情况下，保持器36可装卸地保持内视镜组件41。在这里，设置于摄像器手臂3a的保持器36可以具有与设置在仪器手臂3b的保持器36不同的形状或结构。或者，手术中更换内视镜组件41这种情况是较稀少的，因此可以在摄像器手臂3a上固定有内视镜组件41。

手臂3形成为相对平台5可装卸的结构。手臂3具备用于洗净处理以及灭菌处理的耐水性、耐热性以及耐药品性。手臂3的灭菌处理有各种方法，但例如可以选择性地使用高压蒸汽灭菌法、eog灭菌法、通过消毒药的化学灭菌法等。

手臂主体30包括：可装卸地安装于平台5的基座80；和从基座80向梢端部依次连接的第一连杆81～第六连杆86。更详细而言，在基座80的梢端部上，通过扭转关节j31连接有第一连杆81的基端部。在第一连杆81的梢端部上，通过扭转关节j32连接有第二连杆82的基端部。在第二连杆82的梢端部上，通过弯曲关节j33连接有第三连杆83的基端部。在第三连杆83的梢端部上，通过扭转关节j34连接有第四连杆84的基端部。在第四连杆84的梢端部上，通过弯曲关节j35连接有第五连杆85的基端部。在第五连杆85的梢端部上，通过扭转关节j36连接有第六连杆86的基端部。在第六连杆86的梢端部上，通过弯曲关节j37连接有并进手臂35的基端部。借助于此，手臂3形成为包括冗长轴（本实施形态中为扭转关节j32）的七轴关节手臂的结构。因此，手臂3可以在不改变该手臂3的梢端部位置的情况下改变姿势。

手臂主体30的外壳主要由不锈钢等具有耐热性以及耐药品性的构件形成。而且，在连杆之间的连接部上设置有为了具备耐水性的密封件（未图示）。该密封件具备应对高压蒸汽灭菌法的耐热性、和针对消毒药的耐药品性。另外，在连杆之间的连接部上，被连接的一个连杆的端部内侧插入有另一个连杆的端部，并且以填充这些连杆的端部之间的形式配置有密封件，以此从外观上隐蔽密封件。借助于此，抑制水、药液、蒸汽从密封件与连杆之间浸入。

并进手臂35是，通过使安装于并进手臂35梢端部的保持器36在长轴方向d上进行并进移动，以此使安装于保持器36的仪器42向轴43的延伸方向进行并进移动的机构。

并进手臂35具有通过弯曲关节j37与手臂主体30的第六连杆86梢端部连接的基端侧连杆61、梢端侧连杆62、连接基端侧连杆61与梢端侧连杆62的连接轴63和连动机构（未图示）。而且，在并进手臂35的梢端部、即梢端侧连杆62的梢端部上设置有转动轴68。并进手臂35的驱动源设置于手臂主体30的梢端部即第六连杆86上。连接轴63与弯曲关节j37平行配置，梢端侧连杆62形成为相对基端侧连杆61可绕连接轴63转动的结构。连动机构可以采用公知的连杆机构，例如可以是使用滑轮以及同步带的结构，也可以是包含齿轮组的机构。

在梢端侧连杆62的基端部（与第六连杆86的连接部）上设置有与弯曲关节j37同轴配置的第一并进手臂驱动轴以及第二并进手臂驱动轴（均未图示）。第二并进手臂驱动轴与连动机构连接，第二并进手臂驱动轴相对第一并进手臂驱动轴差动，从而并进手臂35以基端侧连杆61绕弯曲关节j37的转动角度、梢端侧连杆62绕连接轴63的转动角度以及保持器36绕转动轴68的转动角度保持规定比例（例如1：2：1）的形式进行并进动作。第一并进手臂驱动轴以及第二并进手臂驱动轴同步转动，以此并进手臂35整体相对手臂主体绕弯曲关节j37转动。

图3是示出图1所示的外科手术系统的操作手臂的控制系统概略结构的框图。在上述结构的手臂主体30上，与各关节j31～j36对应地设置有用于驱动的伺服马达m31～m36、检测伺服马达m31～m36的旋转角的编码器e31～e36、以及使伺服马达m31～m36的输出减速并增大转矩的减速器（未图示）。另外，图3在关节j31～j36中代表性地示出扭转关节j31和扭转关节j36的控制系统，其他关节j33～j35的控制系统则省略。此外，在手臂主体30上，与使并进手臂35进行并进动作或转动动作的关节j37对应地设置有用于驱动第一并进手臂驱动轴的伺服马达m37a以及用于驱动第二并进手臂驱动轴的伺服马达m37b、检测伺服马达m37a、m37b的旋转角的编码器e37a、e37b、和使伺服马达m37a、m37b的输出减速并增大转矩的减速器（未图示）。

另外，编码器e31～e36、e37a、e37b是作为检测伺服马达m31～m36、m37a、m37b的旋转位置（旋转角）的旋转位置检测单元的一个示例设置的，还可以用解析器等旋转位置检测单元代替编码器e31～e36、e37a、e37b。而且，手臂3的驱动系统的上述各要素以及用于它们的配线以及控制部由耐高温材料构成，具备用于灭菌处理的耐热性。

控制器6包含基于动作指令控制多个手臂3的移动的手臂控制部601。手臂控制部601与伺服控制部c31～c36、c37a、c37b电连接，并且通过未图示的放大电路等与伺服马达m31～m36、m37a、m37b电连接。

在上述结构中，基于输入至操作装置2的动作指令，向手臂控制部601输入手臂3的梢端部的位置姿势指令。手臂控制部601基于位置姿势指令以及被编码器e31～e36、e37a、e37b检测出的旋转角生成位置指令值并输出。得到该位置指令值的伺服控制部c31～c36、c37a、c37b基于被编码器e31～e36、e37a、e37b检测到的旋转角以及位置指令值生成驱动指令值（转矩指令值）并输出。得到该驱动指令值的放大电路，将对应于驱动指令值的驱动电流向伺服马达m31～m36、m37a、m37b供给。如此一来，各伺服马达m31～m36、m37a、m37b以手臂3的梢端部到达与位置姿势指令对应的位置以及姿势的形式进行伺服控制。

而且，控制器6中设置有能被手臂控制部601读取数据的存储部602，并且预先存储通过操作装置2输入的手术信息。该手术信息包含了手术中使用的多个手臂3的组合。

而且，在存储部602中存储有保持于手臂3梢端部的外科用器械（内视镜组件41或各仪器42）沿着长轴方向d的长度等信息。借助于此，手臂控制部601基于手臂3梢端部的位置姿势指令能够掌握保持于该手臂3梢端部的外科用器械的梢端部的位置。

在使用外科手术系统100进行的手术中，手臂控制部601基于来自操作装置2的动作指令执行判定多个手臂3之间是否发生干扰的干扰判定处理，在干扰判定处理中，当判定为引起干扰的情况下，执行干扰防止处理。

存储部602存储有用于执行干扰判定处理的干扰判定处理用数据。干扰判定处理用数据构成为使第一姿势与第二姿势发生干扰的、第一格子模型中的点与第二格子模型中的点的组合的数据，其中，所述第一姿势是第一外科用器械41的梢端部位于与第一手臂（例如摄像器手臂3a、以下还称为第一手臂3a）对应设定的第一点群模型（第一格子模型）中各点的三维位置时的、第一手臂3a以及第一外科用器械41的姿势，所述第一点群模型也是在对被第一手臂3a保持的第一外科用器械（例如内视镜组件41）梢端部的三维移动范围进行限定的规定立体形状表面上配设多个点（格子点）的模型；所述第二姿势是第二外科用器械42的梢端部位于与相邻于第一手臂3a的第二手臂（例如仪器手臂3b、以下还可称为第二手臂3b）对应设定的第二点群模型（第二格子模型）中各点的三维位置时的、第二手臂3b以及第二外科用器械42的姿势，所述第二点群模型也是在对被第二手臂3b保持的第二外科用器械（例如仪器42）梢端部的三维移动范围进行限定的立体形状表面上配设多个点（格子点）的模型。

以下，说明干扰判定处理用数据的制作处理。图4是说明本实施形态中干扰判定处理用数据的制作处理流程的流程图，图5是示出图4中制作的第一格子模型以及第二格子模型的示例的概念图。以下示出的干扰判定处理用数据可以基于存储在存储部602中的数据制作程序在控制器6中制作并将制作的数据可以存储于存储部602，也可以在外部计算机中制作并将由该外部计算机制作的数据存储于存储部602。

在干扰判定处理用数据的制作处理中，首先，将各手臂3的梢端部pri（i为多个手臂3的识别号）与外科用器械保持于该手臂3时的外科用器械的梢端部pmi之间的预先设定的位置（即，外科用器械上的规定位置）设定为约束点pfi（步骤sa1）。该约束点pfi的三维位置是对使外科用器械通过留置于患者p的套管110插通于患者p体内时的患者p的开口位置进行假想而设定的。

接着，将外科用器械的位置（例如外科用器械的梢端部的位置）设定为基准点。在此基础上，将使手臂3在固定了约束点pfi的三维位置的状态下进行三维移动时的、外科用器械的基准点的三维移动范围设定为规定的立体形状（步骤sa2）。立体形状规定了在将外科用器械从位于约束点pfi的患者p的开口位置向患者p的体内插通的状态下外科用器械的梢端部所在的大致边界位置。

在本实施形态中，规定的立体形状是球（第一假想球q1i）。此外，制作规定的点群模型lmi（步骤sa3），所述规定的点群模型lmi是在作为移动范围被设定的立体形状表面上配设有多个点pli的模型。例如，配设于第一假想球q1i表面的多个点pli被设定为多个经线与多个维线的交点（格子点）；所述多个经线以连接该球的中心和约束点pfi的直线cli与该球的表面交叉的两个点作为极点pni、psi，并且在第一假想球q1i的表面上经过且连接极点pni、psi之间；所述多个维线由与连接第一假想球q1i的中心和约束点pfi的直线cli垂直的截面以及与该截面平行的截面的圆周部分限定。在该情况下，点群模型lmi被设定为配设了上述多个格子点pli的格子模型lmi。

多个点群模型lmi的各点pli的三维坐标存储于存储部602。作为移动范围设定有球状格子模型的本实施形态中，格子模型lmi中各格子点pli的位置坐标是，例如通过相应的与连接约束点pfi和球中心的直线cli垂直的球截面的中心点pci位置坐标、该截面的半径ri、以及与格子模型lmi上规定基准位置bi之间的角度θi被设定的。借助于此，能够简单地确定格子点pli的位置坐标，并且能够容易掌握后述发生干扰的组合的位置。

对应于各手臂3的格子点pli以及格子模型lmi可以根据各手臂3保持的外科用器械的内容、手术内容、实施手术部位、和/或患者p的身体尺寸等分别进行设定。因此，相邻的格子模型lmi彼此之间可以有至少一部分重叠的情况，也可以有不重叠的情况。而且，各格子模型lmi的大小（第一假想球q1i的半径）以及对应的约束点pfi与格子模型lmi（第一假想球q1i的中心）的距离可能根据手臂3所保持的外科用器械的种类或者尺寸等不同而不同。

接着，通过模拟获得当对应的外科用器械的基准点（梢端部）位于对应于各手臂3设定的各格子模型lmi中各格子点pli的三维位置上时的、手臂3以及外科用器械的姿势（步骤sa4）。获得的姿势中可以包含手臂3的各关节j31～j37的三维位置、手臂3的梢端部（保持器36）的三维位置、保持于保持器36的外科用器械的梢端部的三维位置、手臂3各部的垂直于手臂伸出方向的截面大小（例如直径）等。例如，用于获得姿势的模拟是，通过使用与手臂3以及外科用器械相同形状的计算机图形学（cg）模型进行的。取而代之，还可以通过仅有数值计算的模拟来获得姿势。

例如，对保持于第一手臂3a的内视镜组件41梢端部位于与第一手臂3a对应设定的第一格子模型lm1中各格子点pl1的三维位置上时的、第一手臂3a以及内视镜组件41的第一姿势进行模拟。而且，对保持于第二手臂3b的仪器42梢端部位于与相邻于第一手臂3a的第二手臂3b对应设定的第二格子模型lm2中各格子点pl2的三维位置上时的、第二手臂3b以及仪器42的第二姿势进行模拟。

接着，对于为相邻的手臂3a、3b分别设定的格子模型lm1、lm2中所有的格子点组合（pl1、pl2），判定第一姿势和第二姿势是否干扰（步骤sa5）。另外，还同时判定外科用器械的梢端部位于各格子点pli时的手臂3以及外科用器械的姿势是否处于自我干扰。例如，将上述cg模型配置于设定位置并进行多个cg模型是否发生干扰的判定。这样的判定是，对多个手臂3中有干扰可能性的两个手臂3所能采取的所有姿势循环进行的。即，这样的判定是对各手臂3所能取的所有格子点pli的组合进行的。

例如，判定第一格子模型lm1的一个格子点pl1上的第一手臂3a以及内视镜组件41的第一姿势、与第二格子模型lm2的所有格子点pl2上的第二手臂3b以及仪器42的第二姿势之间是否发生干扰。同样如此，判定第一格子模型lm1的其他格子点pl1上的第一姿势、与第二格子模型lm2的所有格子点pl2上的第二姿势之间是否发生干扰。对所有第一格子模型lm1的全部的格子点pl1进行这样的判定，以此能够进行循环的判定。

作为如上所述的判定结果，第一姿势的第一手臂3a以及第一外科用器械（内视镜组件41）和第二姿势的第二手臂3b以及第二外科用器械（仪器42）发生干扰的、第一格子模型lm1中的格子点与第二格子模型lm2中的格子点的组合的数据被存储于存储部602。在本实施形态中，提取出第一姿势与第二姿势发生干扰的第一格子模型lm1中的格子点pl1与第二格子模型lm2中的格子点pl2的组合（步骤sa6），并且将该产生干扰的组合（pl1、pl2）的数据作为干扰判定处理用数据存储于存储部602（步骤sa7）。

如上所述地存储于存储部602中的干扰判定处理用数据例如可以是干扰的格子点的组合（pl21、pl2）被存储为列表的数据，也可以是第一格子模型lm1的格子点pl1和第二格子模型lm2格子点pl2的所有组合被存储为是否发生干扰的数据与该格子点组合一起对应起来的数据映射图的数据。

另外，可以将各格子点pl1上的第一姿势以及各格子点pl2上的第二姿势分别通过模拟获得后，对格子点pl1和格子点pl2的所有组合判定第一姿势与第二姿势是否发生干扰，也可以在每次获得一个格子点pl1上的第一姿势以及一个格子点pl2上的第二姿势时，判定该第一姿势与第二姿势是否发生干扰。

而且，当提取出发生干扰的组合时，可以不改变各手臂3的梢端部位置而是改变第一姿势以及第二姿势中至少任意一个姿势后再次判定是否发生干扰。再次判定的结果，如果不发生干扰，则将姿势变化后的第一姿势以及第二姿势作为对应的各格子点pli的各姿势存储于存储部602，不作为发生干扰的组合来存储。借助于此，可以事先尽量减少发生干扰的组合。

手臂控制部601使用如上所述的干扰判定处理用数据执行干扰判定处理。图6是说明本实施形态中干扰判定处理的流程的流程图。

手臂控制部601判定传达至手臂控制部601的来自操作装置2的动作指令是否属于引起干扰的组合（步骤sb1）。例如，如上示例所示，当包含有使仪器42（在图6中标记为外科用器械b）被保持的第二手臂3b移动的动作指令时，手臂控制部601根据第二手臂3b梢端部的移动目标位置算出该第二手臂3b保持的仪器42的梢端部的移动目标位置（步骤sb11），并且在对应的格子模型lm2的格子点pl2中，特别指定与该仪器42的梢端部的三维位置挨近的格子点pl2（步骤sb12）。例如，特别指定与仪器42的梢端部的移动目标位置距离最近的格子点pl2。或者，例如特别指定仪器42梢端部的从当前位置至移动目标位置的移动路径上的格子点pl2中、最挨近移动目标位置的格子点pl2。

此外，手臂控制部601算出保持于与移动的第二手臂3b挨近的第一手臂3a的内视镜组件41（在图6中标记为外科用器械a）的梢端部的三维位置（步骤sb13），在对应的格子模型lm1的格子点pl1中，特别指定与该内视镜组件41的梢端部的三维位置挨近的格子点pl1（步骤sb14）。然后，手臂控制部601从存储部602判定特别指定的格子点pl1以及格子点pl2的组合是否包含于引起干扰的组合中（步骤sb15）。

另外，在第一手臂3a不移动的情况下，手臂控制部601也可以特别指定在到上次为止的动作指令中收到使该第一手臂3a移动的动作指令时，与内视镜组件41梢端部的三维位置挨近的格子点pl1，并且将该特别指定的格子点pl1作为在第一格子模型lm1中的当前位置存储于存储部602。在该情况下，先执行步骤sb13以及sb14。此外，在干扰的判定时，手臂控制部601在步骤sb1b之后，代替步骤sb13以及sb14，通过存储部602读取第一格子模型lm1中表示当前位置的格子点pl1，从而执行步骤sb15中的判定。

而且，当彼此挨近的手臂3同时移动时，手臂控制部601根据各手臂的移动目标位置分别算出保持于该手臂3的外科用器械梢端部的移动目标位置，并且特别指定对应的格子模型lmi中的格子点pli。

手臂控制部601判定为动作指令属于引起干扰的组合的情况下（步骤sb15中为“是”），执行规定的干扰防止处理（步骤sb2）。另一方面，判定为动作指令不属于引起干扰的组合的情况下（步骤sb15中为“否”），手臂控制部601执行动作指令的内容（步骤sb3）。

另外，在上述示例中，说明了使作为第二手臂举例的仪器42被保持的仪器手臂3b进行动作的情况下，对与作为第一手臂举例的内视镜组件41被保持的摄像器手臂3a之间的干扰进行判定的示例，然而也可以适用于使摄像器手臂3a进行动作的情况下的干扰判定、仪器42被保持的手臂3彼此间的干扰判定等。即，上述干扰判定无关于进行动作的手臂3所保持的外科用器械的种类、两个手臂间的外科用器械的不同，都可以适用。

根据上述形态，外科用器械的位置被设定为基准点。此外，使用作为该基准点的移动范围配设有多个格子点pli的格子模型lmi对多个操作手臂以及外科用器械的位置进行模拟。特别是，根据本实施形态，与用于将外科用器械向患者p体内插入的开口位置相当的位置被设定为约束点pfi。此外，在固定了该约束点pfi的三维位置的状态下使手臂3进行三维移动时的外科用器械的梢端部的三维移动范围被设定为：在规定的立体形状表面上配设有多个格子点pli的规定的格子模型lmi。将对应的外科用器械的梢端部位于构成上述对各手臂3分别设定的格子模型lmi的各格子点pli时的、各手臂3以及外科用器械的姿势进行模拟，并且判定挨近的第一手臂以及第一外科用器械的第一姿势与第二手臂以及第二外科用器械的第二姿势是否发生干扰，而且干扰的格子点的组合（pl1、pl2）在实施手术之前被存储于外科手术系统100的存储部602中。

在实施手术中，当判定为基于实施手术者o输入的动作指令的多个手臂3的各姿势组合属于干扰的格子点组合（pl1、pl2）时，以实际上不引起干扰的形式执行干扰防止处理。如此，对于限定对各手臂3分别设定的移动范围的多个格子点pli循环地进行判定，从而事先提取第一姿势与第二姿势干扰的组合。借助于此，在实施手术中无需边移动手臂3边进行复杂的计算就能够执行避免干扰的处理。因此，能够抑制手术速度或者手术位置被限制等对手术的影响而且防止多个手臂3彼此间的干扰。

外科手术系统100具备规定的通知部603。通知部603与手臂控制部601连接，并且当收到来自手臂控制部601的警报输出信号时输出规定的警报。在这样的结构中，手臂控制部601可以形成为作为干扰防止处理从通知部603输出警报的结构。通知部603例如可以是扬声器、警报器、警告灯等通过视觉或者听觉向实施手术者o通知警报的器械，也可以形成为在设置于操作装置2等的监视器53等显示器上显示警报的结构。而且，通知部603可形成为如下结构：通过振动用于被实施手术者o输入动作指令的操作用手臂51，或者通过施加与实施手术者o的输入方向相反方向的力（抵抗力）等，以此向实施手术者o发出警报。如此一来，由通知部603通知警报，以此能够迅速向实施手术者o通知被输入了引起干扰的动作指令。

而且，干扰防止处理可以是手臂控制部601以使第一手臂3a以及第二手臂3b中的至少一方不移动至引起干扰的组合（pl1、pl2）的位置的形式进行控制。借助于此，当被输入了引起干扰的动作指令时，能够实际上避免干扰的发生。

另外，作为干扰防止处理，还可以是在通知部603中发出了警报后进一步被实施手术者o输入了同样的动作指令时，手臂控制部601停止手臂3的移动。

本领域技术人员通过上述说明能够明白本发明更多的改良和其他实施形态。因此，上述说明仅作为例示解释，是以向本领域技术人员启示实施本发明的最优选的形态为目的而提供的。在不脱离本发明精神的范围内可以实质上改变其结构和/或功能的细节。

例如，划分外科用器械梢端部的移动范围的立体形状可以是球形以外的形状。例如可以是长方体，也可以是圆柱或者方柱，还可以是正多面体（正四面体、立方体、正八面体、正十二面体、正二十面体）。

而且，在上述实施形态中，例示了在干扰判定处理中特别指定与被第二手臂3b保持的外科用器械的梢端部的移动目标位置挨近的一个格子点pl2的形态（步骤sb12），但是当外科用器械的移动目标位置与格子点pl2不一致时（或者无法特别指定任意一个格子点pl2的情况下），手臂控制部601还可以特别指定位于该移动目标位置周围的多个格子点pl2，并且在将该多个格子点pl2、和与被第一手臂3a保持的外科用器械的梢端部挨近的一个或者多个格子点pl1进行组合时，判定是否包含有姿势干扰的组合，并且根据该判定的结果执行干扰防止处理。

关于该情况下的干扰防止处理，例如可以将干扰防止处理区分为多个级别，并且在作为判定对象的格子点组合（pl1、pl2）中包含干扰的组合的数量越多，执行越重程度的干扰防止处理。例如，轻度的干扰防止处理是执行通知部603的警报，重度的干扰防止处理可以是停止手臂3的移动。

另外，在特别指定位于移动目标位置周围的多个格子点pl2时，可以考虑对应的第二手臂3b的移动路径。例如，可以是在位于移动目标位置周围的多个格子点pl2中，使位于与外科用器械的梢端部的当前位置相反侧的位置的格子点pl2不包含于判定对象中。或者，还可以是例如位于移动目标位置周围的多个格子点pl2中，位于与外科用器械的梢端部的当前位置相反侧的位置的格子点pl2被作为判定的对象，但是使其影响小于其他格子点pl2。例如可以是，只有位于与当前位置相反侧的位置的格子点pl2包含于干扰的组合时，手臂控制部601执行轻度的干扰防止处理，当其他格子点pl2（即，位于当前位置侧的格子点）包含于干扰的组合时，手臂控制部601进行重度的干扰防止处理。

而且，格子模型lmi可以制作为在划隔上述移动范围的立体形状（例如第一假想球q1）的内部也具备格子点。例如，格子模型lmi可以包含：在中心位置配置在与划隔上述移动范围的立体形状的中心位置相同的位置、且与划隔上述移动范围的立体形状相比较小的相似形状的表面上配设的格子点pki、pki。图7是示出根据本实施形态变形例的格子模型的示例的概念图。

如图7所示，本变形例中的格子模型lmi具有：划隔外科用器械的移动范围的第一假想球q1i；中心位置位于与第一假想球q1i相同的中心位置，且半径小于第一假想球q1i的第二假想球q2i；和中心位置位于与第一假想球q1i相同的中心位置，且半径小于第二假想球q2i的第三假想球q3i。另外，假想球的数量可以是两个也可以是四个以上。与图4的示例相同，在第一假想球q1i表面上配置有多个格子点pli。而且，在第二假想球q2i表面上配置有多个格子点pki。而且，在第三假想球q3i表面上配置有多个格子点pji。

通过使用这样的格子模型lmi，可以模拟在彼此挨近的两个手臂3所对应的格子模型lm1、lm2中分别与各格子点pli、pki、pji相对应的外科用器械的梢端部位于此点时的、第一姿势以及第二姿势。因此，可对于限定对各手臂3分别设定的移动范围的边界以及内部的多个格子点pli、pki、pji，循环地判定第一姿势与第二姿势干扰的组合。例如，判定第一格子模型lm1的一个格子点pl1上的第一姿势、与第二格子模型lm2位置处的格子点pk2上的第二姿势是否发生干扰。因此，通过使用这样的格子模型lmi，以此还能考虑外科用器械的梢端部位于移动范围内部时的手臂3以及外科用器械的姿势，能够进行更加精密的干扰判定。这样的格子模型lmi不仅可适用于划隔移动范围的立体形状为球的情况，而且还可适用于如上所述的其他立体形状。而且，将格子点设置于划隔移动范围的立体形状内部的形态不限于上述情况，可以进行适当设定。

另外，作为外科用器械的位置而被设定的基准点的移动范围的模型、即点群模型，只要构成点群模型的多个点配设于基准点的移动范围内，就不特别限定。即，点群模型中，不仅包含了如上述实施形态的配设有多个线段的交点（格子点）的格子模型，而且还可包含具有在规定的三维区域内随机配置的多个点的模型等。

工业应用性：

根据本发明的外科手术系统的控制方法以及外科手术系统不对实施手术产生影响且能防止多个操作手臂彼此间的干扰，因此是有用的。

符号说明：

2操作装置；

3手臂（操作手臂）；

36保持器（器械保持部）；

41内视镜组件（外科用器械）；

42仪器（外科用器械）；

100外科手术系统；

601手臂控制部（控制部）；

602存储部；

603通知部。