專利名稱：手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)上的手術(shù)是指使用醫(yī)療器械對皮膚、粘膜或其它組織進(jìn)行切開、切割或進(jìn)行操作而治愈病的行為。特別是，切開手術(shù)部位皮膚而對其內(nèi)部器官等進(jìn)行治療、整形或切除的剖腹手術(shù)等，由于出血、副作用、患者痛苦、疤痕等問題，最近使用機(jī)器人(robot)的手術(shù)備受歡迎。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)一般包括主機(jī)器人和從機(jī)器人，主機(jī)器人和從機(jī)器人可以是各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，也可以是一體實(shí)現(xiàn)。當(dāng)施術(shù)者操作主機(jī)器人上所具有的操縱器(例如手柄)時(shí)，與從機(jī)器人的機(jī)器臂結(jié)合或由機(jī)器臂把持的手術(shù)工具(即手術(shù)器械instrument)被操作，從而進(jìn)行手術(shù)。為了進(jìn)行根據(jù)施術(shù)者操作操縱器的手術(shù)，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在多種動作模式下執(zhí)行指定的動作。對作為多種動作模式中的部分動作模式的主機(jī)器人重定位模式、腹腔鏡位置控制模式、保持模式說明如下。主機(jī)器人重定位模式為，按下所具有的主機(jī)器人重定位按鈕時(shí)的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的動作模式，即使施術(shù)者移動操縱器，根據(jù)操縱器操作的操作命令也不會傳遞到從機(jī)器人的動作模式。用于進(jìn)入主機(jī)器人重定位模式的主機(jī)器人重定位按鈕可以通過下面說明的離合按鈕來實(shí)現(xiàn)。腹腔鏡位置控制模式是當(dāng)施術(shù)者移動操縱器時(shí)腹腔鏡取代安裝在從機(jī)器人上的手術(shù)工具而被操作的動作模式。施術(shù)者按住主機(jī)器人上預(yù)先具備的攝像機(jī)按鈕(例如踏板)的情況下移動操縱器，從而能夠在腹腔鏡位置控制模式下以移動腹腔鏡等方式操作腹腔鏡。保持模式是維持當(dāng)前動作狀態(tài)的動作模式，是使主機(jī)器人和從機(jī)器人都在當(dāng)前狀態(tài)停止的動作模式。通過施術(shù)者按下預(yù)先設(shè)定的按鈕或面部從控制臺(console)離開等動作，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以進(jìn)入保持模式。下面，參照相關(guān)附圖簡單說明現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的主機(jī)器人重定位模式及腹腔鏡位置控制模式的動作。圖I是表示現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2是表示現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)主界面的概念圖，圖3a及圖3b是表示現(xiàn)有技術(shù)中的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)所具有的手術(shù)器械的移動控制過程的概念圖。參照圖I及圖2，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括從機(jī)器人2，對躺在手術(shù)臺上的患者直接實(shí)施手術(shù)；主機(jī)器人I，施術(shù)者用于遠(yuǎn)程操控從機(jī)器人2。當(dāng)主機(jī)器人I和從機(jī)器人2 —體構(gòu)成時(shí)，主界面4可對應(yīng)于一體型手術(shù)機(jī)器人的界面部分。從機(jī)器人2包括機(jī)器臂3及腹腔鏡5。主機(jī)器人I的主界面4包括顯示器6、手柄10、主機(jī)器人重定位按鈕及攝像機(jī)按鈕。主機(jī)器人重定位按鈕及攝像機(jī)按鈕可以分別由離合按鈕14或踏板30等形式實(shí)現(xiàn)。主機(jī)器人I和從機(jī)器人2可以通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)相連接并將操作信號等傳送給對方。如果，需要在相同及/或相近時(shí)間傳送通過主界面4上所具有的兩個(gè)手柄10的兩個(gè)操作信號及/或用于調(diào)節(jié)腹腔鏡5位置的操作信號時(shí)，各操作信號可以彼此獨(dú)立地傳送給從機(jī)器人2。從機(jī)器人2的機(jī)器臂3可具有多自由度地驅(qū)動。機(jī)器臂3例如可以包括手術(shù)工具，插入在患者的手術(shù)部位；偏轉(zhuǎn)驅(qū)動部，根據(jù)手術(shù)位置以使手術(shù)工具向偏轉(zhuǎn)(yaw)方向旋轉(zhuǎn)；俯仰驅(qū)動部，向與偏轉(zhuǎn)驅(qū)動部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動正交的俯仰(Pitch)方向旋轉(zhuǎn)手術(shù)工具；移送驅(qū)動部，向長度方向移動手術(shù)工具；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部，用于旋轉(zhuǎn)手術(shù)工具；手術(shù)工具驅(qū)動部，設(shè)在手術(shù)工具的末端，用于切開或切割手術(shù)病灶。主界面4上所具有的兩個(gè)手柄10形成為，能夠由施術(shù)者分別攥在雙手上進(jìn)行操作，根據(jù)施術(shù)者操作手柄10的操作信號傳送到從機(jī)器人2，從而控制機(jī)器臂3。通過腹腔鏡5輸入的圖像以畫面圖像顯示在主界面4的顯示器6上。而且，在顯示器6上還可以增加顯示例如患者的心電圖曲線等。在主界面4上具有的主機(jī)器人重定位按鈕是，施術(shù)者進(jìn)行手術(shù)過程中，將用于進(jìn)行手術(shù)的作業(yè)區(qū)域(例如，為了操作手術(shù)工具而通過腹腔鏡5拍攝的區(qū)域)從第一位置移動到不同位置的第二位置后，為了操作主界面4的手柄10而再調(diào)節(jié)行動區(qū)域(例如，當(dāng)前作業(yè)區(qū)域的中心位置恢復(fù)調(diào)整到手柄10的基本位置)時(shí)，能夠利用的控制按鈕。施術(shù)者輸入主機(jī)器人重定位按鈕的狀態(tài)(例如，踩踏踏板30的狀態(tài))下即使向任一方向操作手柄10,該操作引起的手術(shù)工具操作命令或腹腔鏡5操作命令也不會提供給從機(jī)器人2，因此施術(shù)者能夠?yàn)榱吮阌谶M(jìn)行手術(shù)動作將手柄10恢復(fù)到原來狀態(tài)。S卩，當(dāng)施術(shù)者將作業(yè)區(qū)域從第一位置移動到第二位置時(shí)，首先要進(jìn)行用于移動腹腔鏡5的攝像機(jī)按鈕輸入(即，進(jìn)入腹腔鏡位置控制模式)，并通過操作手柄10將腹腔鏡5移動至所需位置之后，為了防止腹腔鏡5在為移動腹腔鏡5而向任一方向操作的手柄10恢復(fù)至原來位置時(shí)移動，在按住主機(jī)器人重定位按鈕的狀態(tài)(主機(jī)器人重定位模式)下對手柄10進(jìn)行操作而恢復(fù)至原來位置后，結(jié)束主機(jī)器人重定位按鈕的按住狀態(tài)，從而能夠再調(diào)節(jié)行動區(qū)域，以便在變更的作業(yè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行用于操作手術(shù)工具的手柄10的操作。但是，腹腔鏡5在腹腔鏡位置控制模式下通過操作手柄10向相應(yīng)方向移動的程度，限定于預(yù)先設(shè)定的作業(yè)區(qū)域310的尺寸，所以，如圖3a所示的將作業(yè)區(qū)域310從(a)區(qū)域移動至(b)區(qū)域時(shí)，給施術(shù)者帶來很大不便。S卩，要將(a)區(qū)域的作業(yè)區(qū)域310移動至(b)區(qū)域時(shí)，如圖3b所示，施術(shù)者只能將作業(yè)區(qū)域310以(a)、(pi)、(p2)、(p3)及(b)的順序依次移動，在各移動步驟中，施術(shù)者需要反復(fù)進(jìn)行操作攝像機(jī)按鈕而移動腹腔鏡5、操作手柄10使腹腔鏡5移動、為了將手柄10恢復(fù)到原來位置而操作主機(jī)器人重定位按鈕及結(jié)束操作的過程，當(dāng)移動作業(yè)區(qū)域10的路徑改變時(shí)，攝像機(jī)按鈕及主機(jī)器人重定位按鈕的操作次數(shù)還可能更多。在此，圖3b的c-a、c-b等表示隨著操作手柄10腹腔鏡5的移動位置。而且，在現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，手 術(shù)工具的移動方式的問題點(diǎn)是，與通過腹腔鏡5輸入的圖像信息倍率無關(guān)地保持不變。其理由是，用于定義手術(shù)工具移動間距的移動比例因子(MSF，Motion ScaleFactor)固定在一定值以能夠在預(yù)先設(shè)定的作業(yè)區(qū)域310內(nèi)進(jìn)行最佳移動，而完全未考慮通過腹腔鏡5輸入的圖像信息包括哪些部分及哪些區(qū)域。而且，以作業(yè)區(qū)域?yàn)閱挝坏母骨荤R5移動機(jī)制最終導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間延長，還存在對在高度緊張狀態(tài)下進(jìn)行手術(shù)的醫(yī)生帶來嚴(yán)重疲勞感的問題。
所述背景技術(shù)是發(fā)明人為了導(dǎo)出本發(fā)明而所掌握或在導(dǎo)出本發(fā)明的過程中所學(xué)到的技術(shù)信息，不一定是本發(fā)明申請前被一般公眾公開的公知技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法，能夠根據(jù)由腹腔鏡拍攝的圖像信息是關(guān)于哪個(gè)區(qū)域及哪個(gè)范圍的被攝體來自適應(yīng)地改變手術(shù)工具的移動比例因子。本發(fā)明目的在于提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法，能夠縮短手術(shù)時(shí)間及減輕手術(shù)進(jìn)行過程中施術(shù)者的疲勞感，并根據(jù)顯示的圖像信息能夠直觀地辨認(rèn)手術(shù)工具的移動距離。本發(fā)明目的在于提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法，能夠最大限度地提高腹腔鏡及/或手術(shù)工具的操作便利性。本發(fā)明目的在于提供一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法，改善為了操作腹腔鏡而利用的攝像機(jī)按鈕，并增加了單獨(dú)的位置控制/速度控制按鈕，從而能夠?qū)嵤┬碌膭幼?。根?jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種主界面，包括于安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中的一個(gè)以上控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，并用于控制所述控制對象的位置，該主界面包括操作部，接收用于對控制對象進(jìn)行移動操作的用戶命令；存儲部，用于存儲由手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中的一個(gè)以上的基準(zhǔn)圖像和對應(yīng)于基準(zhǔn)圖像的移動比例因子(Motion Scale Factor);比例因子運(yùn)算部，判斷當(dāng)前通過手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子，并進(jìn)行再設(shè)定；操作信號生成部，將利用操作部的用戶命令轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于再設(shè)定的移動比例因子，從而生成對于控制對象的操作信號。比例因子運(yùn)算部為了判斷當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測當(dāng)前圖像信息在基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，并設(shè)定區(qū)域。比例因子運(yùn)算部可以利用被設(shè)定區(qū)域的橫向尺寸、豎向尺寸、對角線長度及寬度中一個(gè)以上的換算信息和在基準(zhǔn)圖像中對應(yīng)于換算信息的信息之間的比例關(guān)系來調(diào)節(jié)移動比例因子。根據(jù)用戶命令的控制對象的移動距離，可通過移動比例因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。手術(shù)用內(nèi)窺鏡可以是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種主界面，包括于安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上的控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，并用于控制所述控制對象的位置，該主界面包括操作部，接收用于對控制對象進(jìn)行移動操作的用戶命令；存儲部，用于存儲一個(gè)以上的基于手術(shù)用內(nèi)窺鏡的拍攝條件的移動比例因子；比例因子運(yùn)算部，接收有關(guān)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息，在存儲部檢索相應(yīng)的移動比例因子，并設(shè)定為適用的移動比例因子；操作信號生成部，將利用操作部的用戶命令轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所設(shè)定的移動比例因子，從而生成對于控制對象的操作信號。拍攝條件可以是手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，可以比手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有小的值。從用于檢測距手術(shù)部位表面的距離的傳感器接收檢測值，距手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸越小，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。根據(jù)用戶命令的手術(shù)工具的移動距離，可通過移動比例因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)用戶命令屬于用于移動操作手術(shù)用內(nèi)窺鏡的命令時(shí)，手術(shù)用內(nèi)窺鏡的移動距離可通過移動比例因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)拍攝條件的變化，可實(shí)時(shí)運(yùn)算移動比例因子并存儲在存儲部。當(dāng)為了控制對象的移動操作，操作部以相對大的操作量被操作時(shí)，與操作部以相對少的操作量操作時(shí)相比，比例因子運(yùn)算部可以設(shè)定更大的移動比例因子。當(dāng)手術(shù)用內(nèi)窺鏡為獲得三維圖像的裝置時(shí)，有關(guān)拍攝條件的信息可以是通過解析由手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的圖像信息而計(jì)算出的深度(cbpth)信息。手術(shù)用內(nèi)窺鏡可以是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種控制對象的自適應(yīng)控制方法，是在主界面上執(zhí)行的手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上的控制對象的自適應(yīng)控制方法，包括如下步驟存儲由手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中一個(gè)以上的基準(zhǔn)圖像和與基準(zhǔn)圖像相應(yīng)的移動比例因子(Motion Scale Factor)的步驟；判斷由當(dāng)前手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小的步驟；以與判斷的放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子并進(jìn)行再設(shè)定的步驟；將為了對控制對象進(jìn)行移動操作而輸入的用戶命令轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于再設(shè)定的移動比例因子，并生成對于控制對象的操作信號的步驟。在判斷步驟中，為了判斷當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測當(dāng)前圖像信息在基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，從而設(shè)定區(qū)域。在調(diào)節(jié)并進(jìn)行再設(shè)定的步驟中，可以利用被設(shè)定區(qū)域的橫向尺寸、豎向尺寸、對角線長度及寬度中一個(gè)以上的換算信息和在基準(zhǔn)圖像中對應(yīng)于換算信息的信息之間的比例關(guān)系來調(diào)節(jié)移動比例因子。根據(jù)用戶命令的控制對象的移動距離，可以通過移動比例因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。手術(shù)用內(nèi)窺鏡可以是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種手術(shù)工具的自適應(yīng)控制方法，是在主界面上執(zhí)行的手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上的控制對象的自適應(yīng)控制方法，包括如下步驟存儲基于手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的一個(gè)以上移動比例因子的步驟；接收有關(guān)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息，在存儲部檢索相應(yīng)的移動比例因子，并設(shè)定為適用的移動比例因子的步驟；將為了對控制對象進(jìn)行移動操作而輸入的用戶命令轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于再設(shè)定的移動比例因子，并生成對于控制對象的操作信號的步驟。拍攝條件可以是手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及被拍攝手術(shù)部位的實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，可以比手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有小的值。還包括接收由傳感器檢測的距手術(shù)部位表面的距離的信息的步驟，距手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子可以設(shè)定為越小的值。被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸越小，移動比例因子可以設(shè)定為越小的值。根據(jù)用戶命令的控制對象的移動距離，可以通過移動比例因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)拍攝條件的變化，可實(shí)時(shí)運(yùn)算移動比例因子并存儲在存儲部。在設(shè)定步驟中，當(dāng)用于移動操作控制對象的用戶命令為有關(guān)操作部相對大的操作量時(shí)，與操作部以相對少的操作量被操作時(shí)相比，可以設(shè)定更大的移動比例因子。手術(shù)用內(nèi)窺鏡為獲得三維圖像的裝置時(shí)，有關(guān)拍攝條件的信息可以是通過解析由手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的圖像信息而計(jì)算出的深度(Cbpth)信息。手術(shù)用內(nèi)窺鏡可以是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種主界面，包括于安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上的控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，并用于控制控制對象的位置，該主界面包括操作部，接收用于移動操作控制對象的用戶命令；操作信號生成部，根據(jù)工具/視覺選擇(Instrument/Vision Selection)輸入單元的選擇信息，與操作部的操作量相對應(yīng)地生成用于控制相應(yīng)控制對象的位置的操作信號。操作信號生成部判斷是否選擇了位置控制模式，而且只有在被選擇的情況下才能生成用于控制所述位置的操作信號。根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象可以指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中的一個(gè)以上。工具/視覺選擇輸入單元為了指定控制對象，可以由一個(gè)以上的按鈕構(gòu)成。當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，操作信號生成部可以生成操作信號，該操作信號使手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具在保持并排狀態(tài)下向與操作部的操作方向相應(yīng)的方向移動。
當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，處于夾住手術(shù)部位中任一部位的狀態(tài)的手術(shù)工具、末端未被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的手術(shù)工具、夾鉗(jaw)處于閉合狀態(tài)的手術(shù)工具、被施術(shù)者指定為保持固定狀態(tài)的手術(shù)工具、以及在多個(gè)操作部各自具有的固定狀態(tài)保持按鈕中按下任一固定狀態(tài)按鈕時(shí)與該操作部相對應(yīng)地設(shè)定的手術(shù)工具中的一個(gè)以上，可以與操作部的操作無關(guān)地不進(jìn)行移動而保持其位置。

被控制成對應(yīng)于操作部操作量的控制對象的位置移動量，可以通過移動比例因子(Motion Scale Factor)而決定。還包括存儲部，存儲由手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中一個(gè)以上的基準(zhǔn)圖像和與基準(zhǔn)圖像相應(yīng)的移動比例因子；比例因子運(yùn)算部，判斷當(dāng)前由手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子，從而進(jìn)行再設(shè)定；操作信號生成部可以將操作部的操作量轉(zhuǎn)換而使其對應(yīng)于再設(shè)定的移動比例因子，并生成操作信號。比例因子運(yùn)算部為了判斷當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測當(dāng)前圖像信息在基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，并設(shè)定區(qū)域。比例因子運(yùn)算部可以利用被設(shè)定區(qū)域的橫向尺寸、豎向尺寸、對角線長度及寬度中一個(gè)以上的換算信息和在基準(zhǔn)圖像中對應(yīng)于換算信息的信息之間的比例關(guān)系來調(diào)節(jié)移動比例因子。還包括存儲部，存儲基于手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的一個(gè)以上移動比例因子；t匕例因子運(yùn)算部，接收有關(guān)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息，并在存儲部檢索相應(yīng)的移動比例因子，并設(shè)定為適用的移動比例因子；操作信號生成部可以將操作部的操作量轉(zhuǎn)換成使其對應(yīng)于設(shè)定的移動比例因子，并生成操作信號。拍攝條件可以是手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及被拍攝手術(shù)部位的實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，可以比手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有小的值。從用于檢測距手術(shù)部位表面的距離的傳感器接收檢測值，距手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸越小，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。根據(jù)拍攝條件的變化，實(shí)時(shí)運(yùn)算移動比例因子可并存儲在存儲部。當(dāng)用于移動操作手術(shù)工具的操作部以相對大的操作量被操作時(shí)，與操作部以相對少的操作量操作時(shí)相比，比例因子運(yùn)算部能夠設(shè)定更大的移動比例因子。手術(shù)用內(nèi)窺鏡為獲得三維圖像的裝置時(shí)，有關(guān)拍攝條件的信息可以是通過解析被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的圖像信息而計(jì)算出的深度(cbpth)信息。手術(shù)用內(nèi)窺鏡可以是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種有關(guān)控制對象的位置控制方法，是對在主界面上執(zhí)行的手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上控制對象的位置控制方法，包括如下步驟利用操作部接收用于移動操作控制對象的用戶命令的步驟；根據(jù)工具/視覺選擇(Instrument/Vision Selection)輸入單元的選擇信息，與操作部的操作量相應(yīng)地生成用于控制相應(yīng)控制對象位置的操作信號的步驟。根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象可以指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中的一個(gè)以上。當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，在生成步驟中生成操作信號，該操作信號可以使手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具在保持并排狀態(tài)下向與操作部的操作方向相應(yīng)的方向移動。
當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，處于夾住手術(shù)部位中任一部位的狀態(tài)的手術(shù)工具、其末端未被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的手術(shù)工具、夾鉗(jaw)處于閉合狀態(tài)的手術(shù)工具、由施術(shù)者指定成保持固定狀態(tài)的手術(shù)工具、以及在多個(gè)操作部中各自具有的固定狀態(tài)保持按鈕中按下任一固定狀態(tài)按鈕時(shí)與該操作部相應(yīng)設(shè)定的手術(shù)工具中的一個(gè)以上，可與操作部的操作無關(guān)地不進(jìn)行移動而保持其位置。被控制成對應(yīng)于操作部操作量的控制對象的位置移動量，可以通過移動比例因子(Motion Scale Factor)而決定。提供一種控制對象的位置控制方法，其特征在于，生成步驟包括判斷由當(dāng)前手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與通過手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中的任一基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小的步驟；被放大或縮小時(shí)，以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子，并進(jìn)行再設(shè)定的步驟；生成與轉(zhuǎn)換的操作量相應(yīng)的操作信號的步驟，該轉(zhuǎn)換的操作量符合再設(shè)定的移動比例因子。在判斷是被放大還是縮小的步驟中，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測當(dāng)前圖像信息在基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，從而設(shè)定區(qū)域。在生成步驟中，可以包括接收有關(guān)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息的步驟；從預(yù)先存儲在存儲部中的基于拍攝條件的一個(gè)以上的移動比例因子中抽取對應(yīng)于接收的信息的移動比例因子的步驟；將操作部的操作量轉(zhuǎn)換而使其對應(yīng)于抽取的移動比例因子，從而生成操作信號的步驟。拍攝條件可以是手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及由手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的手術(shù)部位實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，可以比手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有小的值。還包括從用于檢測距手術(shù)部位表面的距離的傳感器接收檢測值的步驟，距手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸越小，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。根據(jù)拍攝條件的變化，可實(shí)時(shí)運(yùn)算移動比例因子并存儲在存儲部。當(dāng)為了控制控制對象的位置，操作部以相對大的操作量操作時(shí)，與操作部以相對少的操作量操作時(shí)相比，可以設(shè)定更大的移動比例因子。手術(shù)用內(nèi)窺鏡為獲得三維圖像的裝置時(shí)，有關(guān)拍攝條件的信息可以是通過解析被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的圖像信息而計(jì)算出的深度(Cbpth)信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種主界面，包括于安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上的控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，并用于控制控制對象的移動速度，該主界面包括操作部，接收用于移動操作控制對象的用戶命令；操作信號生成部，根據(jù)工具/視覺選擇(Instrument/Vision Selection)輸入單元的選擇信息，與操作部的操作量相對應(yīng)地生成用于控制相應(yīng)控制對象的移動速度的操作信號。操作信號生成部判斷是否選擇了速度控制模式，而且只有在被選擇的情況下才能生成用于控制所述移動速度的操作信號。操作部的操作量越大，控制對象的移動速度可以被設(shè)定成越大的值。 根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象可以指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中的一個(gè)以上。工具/視覺選擇輸入單元為了指定控制對象，可以由一個(gè)以上的按鈕構(gòu)成。當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，操作信號生成部可以生成操作信號，該操作信號可以使手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具在保持并排狀態(tài)下向與操作部的操作方向相應(yīng)的方向移動。當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，處于夾住手術(shù)部位中任一部位的手術(shù)工具、末端未被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的手術(shù)工具、夾鉗(jaw)處于閉合狀態(tài)的手術(shù)工具、由施術(shù)者指定成保持固定狀態(tài)的手術(shù)工具、以及在多個(gè)操作部中各自具有的固定狀態(tài)保持按鈕中按下任一固定狀態(tài)按鈕時(shí)與該操作部相應(yīng)設(shè)定的手術(shù)工具中的一個(gè)以上，可以與操作部的操作無關(guān)地不進(jìn)行移動而保持其位置。被控制成對應(yīng)于操作部操作量的控制對象的移動速度，可以通過移動比例因子(Motion Scale Factor)而決定。還包括存儲部，存儲由手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中一個(gè)以上的基準(zhǔn)圖像和與基準(zhǔn)圖像相對應(yīng)的移動比例因子；比例因子運(yùn)算部，判斷當(dāng)前由手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子，從而進(jìn)行再設(shè)定；操作信號生成部可以將操作部的操作量轉(zhuǎn)換而使其對應(yīng)于再設(shè)定的移動比例因子，并生成操作信號。比例因子運(yùn)算部為了判斷當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測當(dāng)前圖像信息在基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，從而設(shè)定區(qū)域。比例因子運(yùn)算部可以利用被設(shè)定的區(qū)域的橫向尺寸、豎向尺寸、對角線長度及寬度中一個(gè)以上的換算信息和在基準(zhǔn)圖像中對應(yīng)于換算信息的信息之間的比例關(guān)系來調(diào)節(jié)移動比例因子。還包括存儲部，存儲根據(jù)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的一個(gè)以上的移動比例因子；比例因子運(yùn)算部，接收有關(guān)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息，并在存儲部檢索相應(yīng)的移動比例因子，從而設(shè)定為適用的移動比例因子；操作信號生成部可以將操作部的操作量轉(zhuǎn)換而對應(yīng)于設(shè)定的移動比例因子，并生成操作信號。拍攝條件可以是手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及被拍攝手術(shù)部位的實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。
圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，可以比手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有小的值。從用于檢測與手術(shù)部位表面之間距離的傳感器接收檢測值，距手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子設(shè)定成越小的值。被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸越小，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。根據(jù)拍攝條件的變化，可實(shí)時(shí)運(yùn)算移動比例因子并存儲在存儲部。當(dāng)用于移動操作手術(shù)工具的操作部以相對大的操作量被操作時(shí)，與操作部以相對少的操作量操作時(shí)相比，比例因子運(yùn)算部能夠設(shè)定更大的移動比例因子。手術(shù)用內(nèi)窺鏡為獲得三維圖像的裝置時(shí)，有關(guān)拍攝條件的信息可以是通過解析被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的圖像信息而計(jì)算出的深度(Cbpth)信息。手術(shù)用內(nèi)窺鏡可以是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供一種控制對象的移動速度控制方法，在安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中執(zhí)行，包括如下步驟利用操作部接收用于移動操作控制對象的用戶命令的步驟；根據(jù)工具/視覺選擇(Instrument/Vision Selection)輸入單元的選擇信息，與操作部的操作量相對應(yīng)地生成用于控制相應(yīng)控制對象的移動速度的操作信號。在生成步驟中，操作部的操作量越大，控制對象的移動速度可以被指定為越大的值。根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象可以指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中的一個(gè)以上。當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，在生成步驟中可以生成操作信號，該操作信號使手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具在保持并排狀態(tài)下向與操作部的操作方向相應(yīng)的方向移動。當(dāng)根據(jù)工具/視覺選擇輸入單元的選擇信息，控制對象被指定為手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具時(shí)，處于夾住手術(shù)部位中任一部位的狀態(tài)的手術(shù)工具、末端未被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的手術(shù)工具、夾鉗(jaw)處于閉合狀態(tài)的手術(shù)工具、由施術(shù)者指定成保持固定狀態(tài)的手術(shù)工具、以及在多個(gè)操作部中各自具有的固定狀態(tài)保持按鈕中按下任一固定狀態(tài)按鈕時(shí)與該操作部相應(yīng)設(shè)定的手術(shù)工具中的一個(gè)以上，可以與操作部的操作無關(guān)地不進(jìn)行移動而保持其位置。被控制成對應(yīng)于操作部操作量的控制對象的移動速度，可以通過移動比例因子(Motion Scale Factor)而決定。
提供一種控制對象的位置控制方法，其特征在于，生成步驟包括判斷由當(dāng)前手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與通過手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中任一基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小的步驟；被放大或縮小時(shí)，以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子，從而進(jìn)行再設(shè)定的步驟；生成與轉(zhuǎn)換的操作量相應(yīng)的操作信號的步驟，該轉(zhuǎn)換的操作量符合再設(shè)定的移動比例因子。
在判斷是被放大還是縮小的步驟中，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測當(dāng)前圖像信息在基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，從而設(shè)定區(qū)域。
生成步驟可以包括接收有關(guān)手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息的步驟；從預(yù)先存儲在存儲部中的基于拍攝條件的一個(gè)以上的移動比例因子中抽取對應(yīng)于所接收的信息的移動比例因子的步驟；將操作部的操作量轉(zhuǎn)換而使其對應(yīng)于抽取的移動比例因子，從而生成操作信號的步驟。拍攝條件可以是手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及由手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的手術(shù)部位實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，可以比圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，可以比手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有更小的值。還包括從用于檢測距手術(shù)部位表面的距離的傳感器接收檢測值的步驟，距手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。被拍攝的手術(shù)部位的實(shí)際尺寸越小，移動比例因子可以設(shè)定成越小的值。根據(jù)拍攝條件的變化，可實(shí)時(shí)運(yùn)算移動比例因子并存儲在存儲部。當(dāng)為了控制對象的位置控制，操作部以相對大的操作量操作時(shí)，與操作部以相對少的操作量操作時(shí)相比，可以設(shè)定更大的移動比例因子。手術(shù)用內(nèi)窺鏡為獲得三維圖像的裝置時(shí)，有關(guān)拍攝條件的信息可以是通過解析被手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝的圖像信息而計(jì)算出的深度(cbpth)信息。除上述之外，其它實(shí)施方式、特征、優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的附圖、權(quán)利要求范圍及發(fā)明的詳細(xì)說明會更加明確。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以根據(jù)通過腹腔鏡拍攝的圖像信息為有關(guān)哪個(gè)區(qū)域及哪個(gè)范圍內(nèi)的被攝體，自適應(yīng)地改變手術(shù)工具的移動比例因子。而且，能夠縮短手術(shù)時(shí)間及減輕手術(shù)進(jìn)行過程中施術(shù)者的疲勞感，并根據(jù)顯示的圖像信息能夠直觀地認(rèn)識手術(shù)工具的移動距離。而且，能夠最大化腹腔鏡及/或手術(shù)工具的操作便利性。而且，改善用于操作腹腔鏡的攝像機(jī)按鈕，并增加了單獨(dú)的位置控制/速度控制按鈕，從而能夠?qū)嵤┬碌膭幼鳌?br>

圖I是表示現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2是表示現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的主界面的概念圖。圖3a及圖3b是表示現(xiàn)有技術(shù)涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)所具有的器械的移動控制過程的概念圖。圖4a是概略表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊圖。圖4b及圖4c是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的適用固定(fixed)移動比例因子(Motion Scale Factor)的概念的不意圖。圖4d及圖4e是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的適用自適應(yīng)(adaptive)移動比例因子概念的示意圖。圖5a及圖5b是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的移動比例因子的自適應(yīng)調(diào)節(jié)概念的示意圖。
圖6是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的移動比例因子的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法的順序圖。圖7是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的位置控制模式?jīng)Q定方法的順序圖。圖8是表示本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的速度控制模式?jīng)Q定方法的順序圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可以進(jìn)行各種改進(jìn)并且可具有多種實(shí)施例，將對具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明并在附圖中示出。然而，具體實(shí)施例并不意在限制本發(fā)明，應(yīng)該理解，本發(fā)明包括屬于本發(fā)明的思想及技術(shù)范圍的所有改進(jìn)、等同物和替換物。當(dāng)判斷出與本發(fā)明相關(guān)的公知技術(shù)的詳細(xì)描述使本發(fā)明的主旨模糊時(shí)，將省略該詳細(xì)描述?？梢允褂弥T如“第一”、“第二”等術(shù)語來描述各種構(gòu)成要素，但是所述構(gòu)成要素不受所述術(shù)語限制。所述術(shù)語僅用于將一個(gè)構(gòu)成要素與另一構(gòu)成要素區(qū)分開來。在本申請中使用的術(shù)語僅用于描述具體的實(shí)施例，并不意在限制本發(fā)明。單數(shù)表示包括復(fù)數(shù)表示，只要可以清晰地區(qū)別理解。在本申請中諸如“包括”或“具有”的術(shù)語意在表示存在說明書中記載的特征、序號、步驟、操作、構(gòu)成要素、組件或其組合，并且因此，應(yīng)該理解，不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)不同的特征、編號、步驟、操作、構(gòu)成要素、組件或其組合的可能性。下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，在參照附圖的說明中，相同或相應(yīng)的構(gòu)成要素賦予了相同的附圖標(biāo)記，并省略對其的重復(fù)說明。圖4a是概略表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊圖，圖4b及圖4c是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的適用了固定(fixed)移動比例因子(MotionScale Factor)概念的示意圖，圖4d及圖4e是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的適用了自適應(yīng)(adaptive)移動比例因子概念的示意圖，圖5a及圖5b是表示本發(fā)明的一實(shí)施例涉及的移動比例因子的自適應(yīng)調(diào)節(jié)概念的示意圖。參照圖4a，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可以包括主機(jī)器人I和從機(jī)器人2，主機(jī)器人I和從機(jī)器人2可以單獨(dú)實(shí)施或一體實(shí)施。主機(jī)器人I包括圖像輸入部410、畫面顯示部420、臂操作部430、操作信號生成部450、比例因子運(yùn)算部440及控制部460。雖然未圖示，主機(jī)器人I還可以具有存儲部。從機(jī)器人2包括機(jī)器臂3及腹腔鏡5。圖像輸入部410通過有線或無線通訊網(wǎng)接收通過在從機(jī)器人2的腹腔鏡5上具有的攝像機(jī)輸入的圖像。畫面顯示部420以視覺信息形式輸出與通過圖像輸入部410接收的圖像相應(yīng)的畫面圖像。畫面顯示部420可以以顯示器6等形式實(shí)現(xiàn)，用于將接收的圖像通過畫面顯示部420以畫面圖像輸出的圖像處理程序可以由控制部460或圖像處理部(未圖示)執(zhí)行。臂操作部430是施術(shù)者能夠操作從機(jī)器人2的機(jī)器臂3及/或腹腔鏡5的位置及功能的單元。臂操作部430如圖2所示的可以以手柄形狀形成，但并不限定于該形狀，可以以實(shí)現(xiàn)相同目的的多種形狀變形實(shí)施。而且，例如也可以部分以手柄形狀形成，而其它部分以離合按鈕等不同形狀形成。例如，施術(shù)者攥住臂操作部430的狀態(tài)下向任一方向操作臂操作部430時(shí)，能夠使手術(shù)工具向該方向移動。臂操作部430例如也可以在三維空間進(jìn)行傾斜操作，根據(jù)臂操作部430的實(shí)施方式其操作方式可以有多種。即，在本說明書中，為了移動操作手術(shù)工具及/或腹腔鏡5等，以一端部被固定而通過將另一端部向任一方向彎曲而輸入操作命令的結(jié)構(gòu)的臂操作部430為例進(jìn)行了說明，但用于接收施術(shù)者操作命令的臂操作部430可以具有多種結(jié)構(gòu)，并根據(jù)采用的結(jié)構(gòu)輸入操作命令的方式也可以有多種。
如上所述，在主機(jī)器人I的主界面4上可以具有一個(gè)以上的功能按鈕，各功能按鈕可以以具有物理實(shí)體的機(jī)構(gòu)形式按鈕/開關(guān)實(shí)現(xiàn)，或者通過畫面顯示部420顯示并通過施術(shù)者觸摸而動作的軟件形式的按鈕/開關(guān)實(shí)現(xiàn)。主界面4上具有的功能按鈕可以包括例如主機(jī)器人重定位按鈕、工具/視覺選擇按鈕及位置控制/速度控制模式按鈕中的一個(gè)以上。主機(jī)器人重定位(Master Reposition :MR)按鈕是,為了使施術(shù)者基于利用主機(jī)器人I操作的操作命令不傳遞給從機(jī)器人2而使手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在主機(jī)器人重定位模式下動作的按鈕。施術(shù)者可以利用主機(jī)器人重定位按鈕將臂操作部430恢復(fù)到原來位置，從而能夠重新設(shè)定下面說明的在位置控制/速度控制模式下用于控制位置/速度的開始點(diǎn)。工具/視覺選擇(Instrument/Vision Selection IVS)按鈕是,施術(shù)者執(zhí)行利用主機(jī)器人I的臂操作部430等的操作時(shí)，根據(jù)操作結(jié)果，操作腹腔鏡5及手術(shù)工具中一個(gè)以上的按鈕。其為改進(jìn)并擴(kuò)展了使用在現(xiàn)有技術(shù)中的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)上的攝像機(jī)按鈕的用途及功能，施術(shù)者能夠利用工具/視覺選擇按鈕指定根據(jù)臂操作部430的操作而移動手術(shù)工具的工具控制模式、根據(jù)臂操作部430的操作而移動腹腔鏡5的視覺控制模式、及根據(jù)臂操作部430的操作而移動手術(shù)工具和腹腔鏡5的綜合控制模式中的一個(gè)以上動作模式。如上所述，為了能夠利用IVS按鈕選擇多個(gè)動作模式中的任一動作模式，例如IVS按鈕可以由視覺控制按鈕和綜合控制按鈕的兩個(gè)按鈕構(gòu)成。此時(shí)，沒有按任一按鈕的狀態(tài)下，可以在工具控制模式下驅(qū)動，僅按視覺控制按鈕的狀態(tài)下，可以在視覺控制模式下驅(qū)動，僅按綜合控制按鈕的狀態(tài)下，可以在綜合控制模式下驅(qū)動。此時(shí)，兩個(gè)按鈕都被按住的狀態(tài)下，可以在如上所述的保持模式下驅(qū)動。當(dāng)然，IVS按鈕也可以由一個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)。例如IVS按鈕可以通過旋轉(zhuǎn)操作來實(shí)現(xiàn)在多種動作模式中選擇任一動作模式。作為其它例，IVS按鈕也可以形成為能夠按下的結(jié)構(gòu)，在該按鈕未被按住的狀態(tài)下，可以在工具控制模式下驅(qū)動，保持按住的狀態(tài)下，可以在視覺控制模式下驅(qū)動，雙擊時(shí)也可以開始綜合控制模式，再按一次時(shí)結(jié)束綜合控制模式。根據(jù)施術(shù)者的IVS按鈕的操作狀態(tài)，S卩，動作模式的有關(guān)信息可以通過畫面顯示部420顯示。這樣，用于指定手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)動作模式的按鈕的實(shí)現(xiàn)形式及按鈕操作形式可以由多種，該概念對于下面說明的位置控制/速度控制模式按鈕也可以同樣適用。位置控制/速度控制模式(Position/Velocity Mode PVM)按鈕是施術(shù)者用于指定利用主機(jī)器人I的臂操作部430等的操作是在位置控制模式下動作還是在速度控制模式下動作的按鈕。在此，位置控制模式是根據(jù)操作臂操作部430等來移動手術(shù)工具或腹腔鏡位置(例如，手術(shù)工具等的操作)的動作模式，速度控制模式是根據(jù)操作臂操作部430等來變更手術(shù)工具或腹腔鏡移動的速度(還可以包括方向)的動作模式。通過選擇PVM按鈕，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在位置控制模式或速度控制模式下動作，以在各動作模式下操作的對象為中心進(jìn)行整理，如下表I。表I
權(quán)利要求
1.一種主界面，包括于安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，并用于控制所述控制對象的位置，該主界面包括 操作部，接收用于對所述控制對象進(jìn)行移動操作的用戶命令； 存儲部，用于存儲由所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中一個(gè)以上的基準(zhǔn)圖像和對應(yīng)于所述基準(zhǔn)圖像的移動比例因子； 比例因子運(yùn)算部，判斷當(dāng)前通過所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與所述基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，并且以與其放大或縮小程度成線性或非線性比例的方式調(diào)節(jié)所述移動比例因子，并進(jìn)行再設(shè)定；以及 操作信號生成部，將通過所述操作部的用戶命令轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于再設(shè)定的所述移動比例因子，從而生成對于所述控制對象的操作信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的主界面，其特征在于， 所述比例因子運(yùn)算部為了判斷所述當(dāng)前圖像信息與所述基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的圖像解析技術(shù)檢測所述當(dāng)前圖像信息在所述基準(zhǔn)圖像中的一致區(qū)域，并設(shè)定區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主界面，其特征在于， 所述比例因子運(yùn)算部利用所述被設(shè)定區(qū)域的橫向尺寸、豎向尺寸、對角線長度及寬度中一個(gè)以上的換算信息和在所述基準(zhǔn)圖像中對應(yīng)于所述換算信息的信息之間的比例關(guān)系來調(diào)節(jié)所述移動比例因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的主界面，其特征在于， 基于所述用戶命令的所述控制對象的移動距離，通過所述移動比例因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的主界面，其特征在于， 所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡是腹腔鏡、胸腔鏡、關(guān)節(jié)鏡、鼻鏡、膀胱鏡、直腸鏡、十二指腸鏡、縱隔鏡、心臟鏡中的一個(gè)以上。
6.一種主界面，包括于安裝有手術(shù)用內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，并用于控制所述控制對象的位置，該主界面包括 操作部，接收用于對所述控制對象進(jìn)行移動操作的用戶命令； 存儲部，用于存儲一個(gè)以上的基于手術(shù)用內(nèi)窺鏡的拍攝條件的移動比例因子； 比例因子運(yùn)算部，接收有關(guān)所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡拍攝條件的信息，并在所述存儲部檢索相應(yīng)的移動比例因子，并設(shè)定為適用的移動比例因子；以及 操作信號生成部，將利用所述操作部的用戶命令轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述設(shè)定的移動比例因子，從而生成對于所述控制對象的操作信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的主界面，其特征在于， 所述拍攝條件是所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡的圖像拍攝變焦倍率、拍攝位置、距手術(shù)部位表面的距離及被拍攝手術(shù)部位的實(shí)際尺寸中的一個(gè)以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主界面，其特征在于， 所述圖像拍攝變焦倍率為高倍率時(shí)的移動比例因子，比所述圖像拍攝變焦倍率為低倍率時(shí)的移動比例因子，具有相對小的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主界面，其特征在于， 所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡插入人體內(nèi)部相對深時(shí)的移動比例因子，比所述手術(shù)用內(nèi)窺鏡相對插入淺時(shí)的移動比例因子，具有小的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主界面，其特征在于， 從用于檢測與所述手術(shù)部位表面之間距離的傳感器接收檢測值， 距所述手術(shù)部位表面的距離越近，移動比例因子設(shè)定成越小的值。
全文摘要
公開了手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其自適應(yīng)控制方法，主界面包括于安裝有內(nèi)窺鏡及手術(shù)工具中一個(gè)以上控制對象的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中，用于控制控制對象位置，包括操作部，接收移動操作控制對象的用戶命令；存儲部，存儲由內(nèi)窺鏡提供的圖像信息中一個(gè)以上基準(zhǔn)圖像和對應(yīng)于基準(zhǔn)圖像的移動比例因子；比例因子運(yùn)算部，判斷通過內(nèi)窺鏡提供的當(dāng)前圖像信息與基準(zhǔn)圖像相比是被放大還是縮小，以與放大或縮小程度成比例的方式調(diào)節(jié)移動比例因子，并進(jìn)行再設(shè)定；操作信號生成部，將利用操作部的用戶命令轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于再設(shè)定的移動比例因子，并生成對控制對象的操作信號。能夠縮短手術(shù)時(shí)間及減輕施術(shù)者的疲勞感，并根據(jù)顯示的圖像信息直觀地確認(rèn)手術(shù)工具移動距離。
文檔編號A61B19/00GK102614019SQ201110423299
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者崔勝旭, 李珉奎, 閔東明 申請人:伊頓株式會社