器械、机械手系统和器械的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在插入体内之后使用的器械、配备有该器械的机械手系统以及该器械的控制方法。
[0002]要求2012年12月21日在美国临时申请的美国专利申请N0.61/740，641、2012年12月3日在美国临时申请的美国专利申请N0.61/732,637以及2012年11月29日在美国临时申请的美国专利申请N0.61/731，139的优先权，其内容以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0003]近年来，为了削减医疗设施中的人员，已进行了对使用机器人的医学治疗的研宄。具体地讲，在外科领域，已提出利用具有多自由度(多关节)的机械手对患者进行处理的各种机械手系统。作为这些机械手系统，已知一种在机械手的末端部保持器械并且可远程地操作该器械的机械手系统。
[0004]例如，在专利文献I中描述的机器人外科手术设备中，可以从操纵台操作滑架，操作者(例如，外科医生)坐在该操纵台处。操纵台设置有用于操作滑架的主操作单元以及用于显示图像(将在下面描述)的显示单元。
[0005]滑架被配置为可移动，并且被安装在接受手术的患者侧。通常，三个机械手附接到滑架。这三个机械手当中的一个机械手设置有图像获取装置(例如，内窥镜)。器械连接到剩余两个机械手。通过图像获取装置获取的图像被发送给上述操纵台并显示在显示单元上。各个机械手可通过主操作单元来操作。
[0006]在该器械中，端部执行器可枢转地设置在轴的末端部处。使用用于附接夹子的端部执行器。端部执行器具有一对指状元件，所述指状元件具有形成在相对表面中的凹部。通过将夹子布置在凹部中，可将夹子可靠地安装在端部执行器上。
[0007]使用这样配置的机械手系统的手术如下执行。以下将具体地描述使用该器械的处理。
[0008]多个插管附接到患者的体壁。附接有多个夹子的料筒连接到机械手。操作主操作单元以驱动机械手，通过一个插管将附接有多个夹子的料筒导入患者体内。通过另一插管将用于夹子安装的端部执行器导入患者体内。
[0009]通过伺服机构或手动操作从患者体外操作端部执行器以便安装夹子，并且将夹子附接到体内的目标组织。例如，通过将端部执行器压向料筒，料筒中的多个夹子中的一个被安装在端部执行器上，并且该夹子附接到另一目标组织。
[0010]这样，端部执行器不需要一次将夹子取出体外然后再次将夹子导入体内，以便安装夹子。
[0011]引用列表
[0012]专利文献
[0013][专利文献I]美国专利申请N0.6309397
【发明内容】
[0014]技术问题
[0015]在专利文献I中描述的机器人外科手术设备中，在器械被导入体内之后，用户需要利用内窥镜等观察并检查患者的身体内部，以看一下期望的器械是否连接到机械手。因此，例如，在器械的检查困难的情况下，操作者可能难以操作器械。
[0016]鉴于上述情形而做出本发明，其目的是提供一种可容易地检查期望的器械的机械手系统。
[0017]问题的解决方案
[0018]根据本发明的第一方面，一种机械手系统包括:医疗器械，其能够被插入体内；机械手，其能够保持所述器械；保持检测器，其检测所述机械手保持所述器械的保持状态；指令接收部，其检测用于操作所述器械的指令；以及控制器，当所述保持检测器检测到所述保持状态时，该控制器仅在所述指令接收部检测到所述指令的情况下操作所述器械。
[0019]根据本发明的第二方面，在上述第一方面中，所述保持检测器根据一对触点之间的导通状态和切断状态来检测所述保持状态。
[0020]根据本发明的第三方面，在上述第二方面中，所述保持检测器具有设置在所述器械中的开关，所述开关通过在基准方向上被按压来切换所述一对触点之间的所述导通状态和所述切断状态，并且所述机械手可具有夹持所述开关的夹持器。
[0021]根据本发明的第四方面，在上述第三方面中，所述器械可具有第一器械和第二器械。当所述保持检测器检测到所述机械手与所述第一器械之间的第一保持状态时，在所述指令接收部检测到所述指令的情况下，所述控制器可仅操作所述第一器械，并且当所述保持检测器检测到所述机械手与所述第二器械之间的第二保持状态时，在所述指令接收部检测到所述指令的情况下，所述控制器仅操作所述第二器械。
[0022]根据本发明的第五方面，在上述第三方面中，所述开关可具有切换一对第一触点之间的导通状态和切断状态的第一开关以及切换一对第二触点之间的导通状态和切断状态的第二开关，所述器械可设置有所述第一开关和所述第二开关，当根据所述一对第一触点之间的导通状态或切断状态检测到所述保持状态时，在所述指令接收部检测到所述指令的情况下，所述控制器可使所述器械执行第一操作，并且当根据所述一对第二触点之间的导通状态或切断状态检测到所述保持状态时，在所述指令接收部检测到所述指令的情况下，所述控制器可使所述器械执行不同于所述第一操作的第二操作。
[0023]根据本发明的第六方面，在上述第一方面中，所述保持检测器可基于拍摄了所述机械手和所述器械的图像来检测所述保持状态。
[0024]根据本发明的第七方面，提供了一种能够被插入体内的医疗器械，该医疗器械在所述器械被机械手保持在体内的状态下操作。所述机械手包括检测所述器械被保持的保持状态的保持检测器。
[0025]根据本发明的第八方面，在上述第七方面中，所述器械还可包括:护套，其由柔性的材料形成；伸缩机构，其被设置在所述护套内，其中，所述伸缩机构的末端部随着设置在所述伸缩机构的外表面上的动作部向所述护套的轴线侧移动而向末端侧移动；以及处理部，其被设置在所述伸缩机构的所述末端部处。
[0026]根据本发明的第九方面，在上述第八方面中，所述保持检测器具有设置在所述器械中的开关，所述开关通过在基准方向上被按压来切换一对触点之间的导通状态和切断状态，并且所述护套相对于所述动作部的所述轴线侧与所述基准方向被设定为彼此平行。
[0027]根据本发明的第十方面，一种器械的控制方法包括以下步骤:控制能够插入体内的医疗器械的操作；以及当所述机械手在体内保持所述器械时，仅当检测到用于操作所述器械的指令时，操作所述器械。
[0028]本发明的有益效果
[0029]根据上述各个方面的机械手系统，当机械手检测到将器械保持在患者体内的保持状态时，仅在检测到由操作者操作器械的指令的情况下操作器械。因此，操作者能够可靠地利用器械执行处理。
【附图说明】
[0030]图1是示出本发明的第一实施方式的机械手系统的总体图。
[0031]图2是机械手系统的框图。
[0032]图3是机械手系统的内窥镜装置中的末端部的立体图。
[0033]图4是当机械手系统的钩形刀的一部分断裂时的侧视图。
[0034]图5是本发明的第二实施方式的机械手系统的框图。
[0035]图6是机械手系统的内窥镜装置中的末端部的立体图。
[0036]图7是本发明的第三实施方式的机械手系统的框图。
[0037]图8是机械手系统的内窥镜装置中的末端部的立体图。
[0038]图9是本发明的第四实施方式的机械手系统的框图。
[0039]图10是机械手系统的内窥镜装置中的末端部的立体图。
[0040]图11是示出在内窥镜装置的成像单元中获取的图像的示例的示图。
[0041]图12是本发明的第五实施方式的机械手系统的框图。
[0042]图13是机械手系统的内窥镜装置中的末端部的立体图。
[0043]图14是当机械手系统的钩形刀的一部分断裂时的侧视图。
[0044]图15是当本发明的第六实施方式的钩形刀的一部分断裂时的末端侧的侧视图。
[0045]图16是当钩形刀的一部分断裂时的末端侧的侧视图，其示出通过夹持器夹持钩形刀的状态。
[0046]图17是示出与本发明的实施方式有关的医疗系统的总体配置的示图。
[0047]图18是示出医疗系统中的内窥镜装置的末端部的示图。
[0048]图19是医疗系统中的器械导引器的立体图。
[0049]图20是图19的线A-A中的截面图。
[0050]图21是示出当使用该医疗系统时的操作的示图。
[0051]图22是示出当使用该医疗系统时的操作的示图。
[0052]图23是示出当使用该医疗系统时的操作的示图。
[0053]图24是示出器械导引器的修改示例的示图。
[0054]图25是示出器械导引器的修改示例的示图。
[0055]图26是示出器械导引器的另一修改示例的示图。
[0056]图27是示出器械导引器的另一修改示例的示图。
[0057]图28是示出器械导引器的另一修改示例的示图。
[0058]图29是示出器械导引器的另一修改示例的示图。
[0059]图30是示出当使用与本发明的第八实施方式有关的医疗系统时的操作的示图。
[0060]图31是示出医疗系统中的推杆的修改示例的示图。
[0061]图32是示出与本发明的第九实施方式有关的医疗机械手的总体配置的示图。
[0062]图33是示出设置在医疗机械手的主臂中的操作部的示图。
[0063]图34是示出医疗机械手中的内窥镜装置的末端部的示图。
[0064]图35是示出医疗机械手中的器械的末端部的示图。
[0065]图36是医疗机械手的主要部分的功能框图。
[0066]图37是示出在医疗机械手中从第一模式切换为第二模式的流程的流程图。
[0067]图38是示出在医疗机械手中从第二模式切换为第一模式的流程的流程图。
[0068]图39是示出在医疗机械手中从第一模式切换为第二模式的流程的修改示例的流程图。
[0069]图40是示出自动标识端部执行器的类型的配置示例的示图。
[0070]图41是示出在与本发明的第十实施方式有关的医疗机械手中第一模式与第二模式之间的差异的示图。
[0071]图42是示出在医疗机械手中从第一模式切换为第二模式的流程的流程图。
[0072]图43是示出在从第一模式切换为第二模式之前和之后保持器和器械的状态的示图。
[0073]图44是示出唯一地限定保持器对器械的保持形态的配置示例的示图。
[0074]图45是示出唯一地限定保持器对器械的保持形态的配置示例的示图。
[0075]图46是示出唯一地限定保持器对器械的保持形态的配置示例的示图。
[0076]图47是示出在器械中通过保持器保持的位置能够被指定的配置示例的示图。
[0077]图48是示出在器械中通过保持器保持的位置能够被指定的配置示例的示图。
[0078]图49是示出保持器对器械的保持的另一示例的示图。
[0079]图50是示出保持器对器械的保持的另一示例的示图。
[0080]图51A是示出在本发明的修改示例中显示在显示单元上的画面的示例的示图。
[0081]图51B是示出在本发明的修改示例中显示在显示单元上的画面的示例的示图。
【具体实施方式】
[0082]第一实施方式
[0083]下面将参照图1至图4描述与本发明有关的机械手系统的第一实施方式。
[0084]如图1和图2所示，本机械手系统I包括设置有内窥镜装置11的从设备10、操作者0(例如，外科医生)操作并且给出操作信息的主设备50以及根据操作信息控制从设备10的控制设备70。
[0085]如图1和图3所示，从设备10具有患者P躺在其上的手术台12、布置在手术台12附近的多关节机器人13、附接到多关节机器人13的上述内窥镜装置11以及本发明的钩形刀(器械)14，该钩形刀14能够通过设置在内窥镜装置11中的工作通道16a而插入。
[0086]如图1所示，多关节机器人13是具有臂部13b的公知配置的多关节机器人，多关节机器人的近端部分固定到基座13a。臂部13b具有所谓的多关节结构。臂部13b根据从主设备50输出的操作信息来操作。
[0087]如图3所示，内窥镜装置11具有纵长的柔性插入部16。一对工作通道16a形成在插入部16中，工作通道16a向插入部16的末端侧表面16b开口。能够被操作以弯曲的弯曲部分16c与末端侧表面16b相比设置在插入部16的更靠近近端侧的那部分处。另外，工作通道16a还向插入部16(参照图1)的近端部分开口。
[0088]插入部16的末端侧表面16b设置有具有LED的照明单元17、具有CXD等的成像单元18以及一对机械手19A和19B。
[0089]照明单元17通过从电源78 (将在下面描述)供应的电力来对插入部16的前方进行照明。成像单元18从预定视场Rl内的观察对象获取图像，将图像转换为信号，并且将信号输出给控制设备70。
[0090]由于在本实施方式中机械手19A的配置和机械手19B的配置相同，所以机械手19A的配置通过将字母字符“A”与编号相加来示出，机械手19B的配置通过将字母字符“B”与相同编号相加来不出。因此，将省略重复的描述。
[0091]机械手19A的多个管状部22A的端部被配置为利用关节部23A连接在一起。尽管未示出，但是关节驱动电机被设置为与机械手19A相比更靠近近端侧，利用连接到关节驱动电机的驱动轴的丝等来使各个关节部23A转动。通过利用角度检测传感器(例如，编码器)检测关节驱动电机的驱动轴的转数来计算彼此相邻的管状部22A之间形成的角度。控制设备70基于利用角度检测传感器获得的检测值来驱动关节驱动电机。
[0092]最靠近近端侧设置的管状部22k附接到插入部16的末端侧表面16b。这样配置的机械手19A具有多关节结构，该多关节结构具有至少一个自由度。
[0093]夹持器24A设置在最靠近末端侧的管状部22A的末端侧。夹持器24A具有一对夹持片25A。可通过夹持片驱动电机以及公知的开闭机构(未示出)来使得夹持片25A彼此接近和分呙。
[0094]内窥镜装置11的机械手19A和19B以及夹持器24A和24B根据从主设备50输出的操作信息来操作。机械手19A和19B的夹持器24A和24B可夹持钩形刀14的护套30 (将在下面描述)的设置有夹持检测器32的部分。即，在此示例中，随着机械手19A夹持钩形刀14，钩形刀14被保持。
[0095]钩形刀14是在本实施方式的机械手系统I中在通过内窥镜装置11的工作通道16a插入之后使用的器械的示例。
[0096]如图4所示，钩形刀14包括:护套30 ;刀部(处理部)31，其被设置为能够进入护套30中和从护套30退出；夹持检测器(保持检测器)32，其被设置在护套30的外表面上；以及器械操作部33，其附接到护套30的近端部分。
[0097]护套30由具有电绝缘性质和柔性的材料