專利名稱：醫(yī)療裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具備管狀器具的醫(yī)療裝置，該管狀器具在插入部中具有 改變前端部的位置和朝向的多個可動關節(jié)。
背景技術：
近年來，在經由內窺鏡所具有的處理器具通道進行插穿的處理器具 中，為了實現(xiàn)操作者的操作性的提高，提出了在處理器具插入部的前端
部分等設置多個可動關節(jié)的醫(yī)療用機械手(manipulator)的方案。醫(yī)療用 機械手例如利用驅動致動器來牽引驅動線或使其張弛，來旋轉可動關節(jié)， 由此，使插入部前端部朝操作者所期望的方向移動。
可以通過對驅動致動器進行驅動控制，來限制醫(yī)療用機械手的可動 關節(jié)的動作范圍。因此，在手術中使用醫(yī)療用機械手時，可以將患部周 邊的任意部位作為基準位置。而且，通過進行限制醫(yī)療用機械手具有的 處理部的動作范圍的控制，提高了針對患部的安全性。
例如，日本特開平9一168519號公報(以下記載為文獻l)示出了用 于映射位于患者體內的導管電極的位置的系統(tǒng)和方法。根據(jù)該文獻1，可 以檢測導管前端電極和基準電極之間的電壓，以求出位于體內的導管前 端的三維位置。
日本特開2002—65626號公報(以下記載為文獻2)示出了用于檢測 電極和組織之間的接觸的新導管的系統(tǒng)和方法。該文獻2的系統(tǒng)具有包 括位置傳感器和多個接觸電極的多個電極導管，并通過對前端電極與返 回電極之間的信號和基準電極與返回電極之間的信號進行比較，來檢測 與組織之間的接觸。
曰本特開2007—61612號公報(以下記載為文獻3)示出了用于檢測 插入到生物體內的具有至少一個探針電極的探針等的位置的裝置，該檢測是用于檢測置于生物體內的物體的位置的皮膚阻抗檢測。根據(jù)該文獻 3，使探針的多個電極與配置在身體表面的多個電極之間流過電流，并根 據(jù)阻抗測量值來求出探針的三維位置坐標。
但是，在上述文獻1的系統(tǒng)及方法、文獻2的新導管的系統(tǒng)及力'法、 以及文獻3的皮膚阻抗檢測中，為了掌握插入到身體中的裝置的位置， 使用人體電極，并根據(jù)其阻抗的變化來取得位置信息。而且，為了檢測 詳細的位置而增加了電極的數(shù)量，結構和設定變得復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種醫(yī)療裝置，可以容易地取得用于對體腔 內進行處理和觀察的詳細的位置信息，并根據(jù)所取得的位置信息來控制 動作范圍。
醫(yī)療裝置具有與人體進行接觸來配置的人體電極；管狀器具，其 在插穿到體內的插入部的前端部具有前端電極，并且所述插入部具有改 變該前端部的朝向和位置的多個可動關節(jié)；多個關節(jié)位置信息檢測單元， 其分別取得所述多個可動關節(jié)的關節(jié)位置信息；以及存儲單元，其基于 所述人體電極與所述前端電極之間的通電，來存儲所述多個關節(jié)位置信 息檢測單元分別取得的關節(jié)位置信息。
通過參照附圖的下列描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征以及優(yōu) 點將變得更加明確。


圖1至圖7涉及本發(fā)明的第一實施方式。 圖1是說明醫(yī)療裝置的結構的圖。
圖2是說明醫(yī)療用機械手的處理器具插入部的前端側部的結構的圖。 圖3是說明使設置在醫(yī)療用機械手的處理器具插入部上的前端電極
向目的部位A移動的一例的圖。
圖4是說明使前端電極與目標部位接觸以便取得其接觸點的位置信
息的步驟的流程圖。圖5是說明使醫(yī)療用機械手的前端電極從目的部位A向目的部位B 移動的一例的圖。
圖6是說明使醫(yī)療用機械手的前端電極與粘膜的兩個位置接觸以便 測定患部的高度或深度的 一 例的圖。
圖7是說明醫(yī)療用機械手的處理器具插入部的前端側部的另一結構
及其作用的圖。
圖8至圖11涉及本發(fā)明的第二實施方式。
圖8是說明具有電手術刀來作為處理器具的醫(yī)療裝置的結構例的圖。 圖9是說明為了設定手術刀的移動限制范圍而取得的多個點的圖。 圖IO是示出用于限制手術刀的動作范圍的大致呈半球狀的限制范圍 的圖。
圖11是說明手術刀要從限制范圍內向外側移動的狀態(tài)的圖。 圖12是示出施加到粘膜上的標記以及插入部移動到與施加了標記的 位置不同的位置后的狀態(tài)。
圖13至圖15涉及本發(fā)明的第三實施方式。
圖13是說明具有在插入部的前端面上設置有前端電極的內窺鏡的醫(yī) 療裝置的結構例的圖。
圖14是說明內窺鏡所具有的前端電極與Oe坐標系之間的關系的圖。
圖15是說明使前端電極與粘膜接觸的狀態(tài)的圖。
圖16是說明具有可動彎曲部的硬性可動處理器具的圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。 參照圖1至圖7說明本發(fā)明的第一實施方式。
如圖1所示，本實施方式的醫(yī)療裝置1構成為具有內窺鏡2;作為 管狀器具的醫(yī)療用機械手(以下，簡稱為處理器具)3;作為內窺鏡2的 外部裝置的未圖示的光源裝置以及照相機控制單元；作為控制裝置的處
理器具控制器4;處理器具操作裝置5;以及作為人體電極的配極板6。 內窺鏡2構成為具有插入到體腔內的插入部21;設置在插入部21的基端惻的操作部22;以及從操作部22延伸的通用塞繩(universal cord) 23。在通用塞繩23的基端部上設置有未圖示的內窺鏡連接器。
內窺鏡連接器與提供照明光的光源裝置連接。內窺鏡連接器通過圖 像電纜與照相機控制單元連接。照相機控制單元具有圖像處理電路等， 該圖像處理電路將由設置在內窺鏡2的前端部上的未圖示的攝像元件進 行光電轉換并傳送的圖像信號生成為影像信號。將圖像處理電路所生成 的影像信號輸出給未圖示的顯示裝置，由此在該顯示裝置的畫面上顯示 內窺鏡圖像。
插入部21構成為從前端側開始依次連續(xù)地設置有硬質的前端部24、 例如沿上下左右方向彎曲自如的彎曲部25、以及具有撓性的長條狀的撓 性管部26。
操作部22兼作把持部。在操作部22上，設有使彎曲部25向上下方 向彎曲的上下用彎曲旋鈕27UD、使彎曲部25向左右方向彎曲的左右用 彎曲旋鈕27LR、送氣送水按鈕28a、吸引按鈕28b、以及用于對設置在 前端部24上的未圖示的攝像單元等的驅動控制等進行指示的多個遙控按 鈕29。
在操作部22上設置有構成未圖示的處理器具通道的基端部的處理器 具插穿口 22a。處理器具3的后面敘述的處理器具插入部31通過處理具 插穿口22a、處理器具通道(未圖示)、以及圖2所示的前端部24的前端 開口24a，被導出到內窺鏡外部。
處理器具3具有處理器具插入部31和彎曲驅動部32。在彎曲驅動部 32中內置有驅動致動器39a、 39b。在處理器具插入部31的前端設置有 例如不銹鋼等金屬制成的柱狀的前端電極7。
在處理器具插入部31的前端側部設置有具有圖1、圖2所示的多個 可動關節(jié)的前端彎曲部33。具體而言，前端彎曲部33具有可以相對于 插入方向進退的平移關節(jié)Dl;繞插入方向軸旋轉的第1旋轉關節(jié)(以下， 簡稱為第1關節(jié))Jh繞與插入方向軸垂直的軸旋轉的第2旋轉關節(jié)(以 下，稱為第2關節(jié))J2;以及與第2旋轉關節(jié)J2同樣地旋轉的第3旋轉 關節(jié)J3。即，本實施方式的處理器具3是4自由度可動處理器具。處理器具插入部31的基端側設有插入部基端部34。插入部基端部
34配置在處理器具插穿口 22a附近。在插入部基端部34上設有作為關節(jié) 位置信息檢測單元的第1旋轉電位器35和線性電位器36。第1旋轉電位 器35用于測量作為關節(jié)位置信息之一的第1關節(jié)Jl的旋轉角度61。線 性電位器36用于測量作為關節(jié)位置信息之一的平移關節(jié)Dl的平移距離 Ll。在本實施方式中，距離Ll是從前端開口 24a的中心到第2關節(jié)J2 的中心的距離，即第2關節(jié)J2從前端面24b的突出量。
另一方面，在前端彎曲部33的關節(jié)J2、 J3上分別安裝有旋轉電位器 37、 38來作為關節(jié)位置信息檢測單元。第2旋轉電位器37用于測量作為 關節(jié)位置信息之一的第2關節(jié)J2的旋轉角度02。第3旋轉電位器38用 于測量作為關節(jié)位置信息之一的第3關節(jié)J3的旋轉角度03。
關節(jié)J2、 J3構成為通過分別牽引、張弛例如未圖示的一對操作線而 轉動。使關節(jié)J2、 J3轉動的操作線構成為被驅動致動器39a、 39b牽引、 張弛。
另外，在上面敘述中，通過設置旋轉電位器37、 38來測量關節(jié)J2、 J3的旋轉角度02、 03。但是，也可以通過在驅動致動器39a、 39b上設置 編碼器、電位器等來測量旋轉角度02、 03，以取代在關節(jié)J2、 J3上設置 旋轉電位器37、 38。或者也可以通過設置用于檢測操作線的移動量的傳 感器來測量旋轉角度e2、 93，以取代設置旋轉電位器37、 38。
在本實施方式中，如圖2所示，在內窺鏡2的前端面24b的例如圖 中上側的預定位置設定了 O坐標系。O坐標系的原點O處于包含前端面 24b的平面上，并且設定在例如與前端開口 24a的幵口面中心相距距離 L2的位置處。在本實施方式中，開口面的中心例如位于O坐標系的Z軸 上。
并且，在本實施方式中，將第2關節(jié)J2的中心與第3關節(jié)J3的中心 之間的距離設定為L3。而且，將從第3關節(jié)J3的中心到前端電極7的前 端的距離設定為L4。距離L3、 L4以及所述距離L2是不變的參數(shù)，艮卩，
既定值。
利用所述O坐標系來表示設置在處理器具插入部31的前端的、從前端開口 24a突出的前端電極7的位置和姿態(tài)。具體而言，通過提供各關 節(jié)Jl、 J2、 J3、 Dl的位移和角度，即角度ei、 92、 03、距離L1、 L2、 L3、 L4，利用處理器具控制器4的后述的電極位置檢測單元即運算處理 部對正向運動學進行求解，由此來計算前端電極7在0坐標系中的位置 和姿態(tài)。
與此相反，當利用處理器具操作裝置5的后述的輸入部5a來指定前 端電極7的目標位置和目標姿態(tài)時，在運算處理部中對反向運動學進行 求解，以計算關節(jié)J1、 J2、 J3、 Dl的目標值。計算后，控制信號生成部 根據(jù)運算處理部所計算出的結果，生成驅動關節(jié)J2、 J3的控制信號，并 利用該控制信號對驅動致動器39a、 39b進行驅動控制，使關節(jié)J2、 J3分 別旋轉預定角度。這樣，前端電極7的姿態(tài)變化到目標位置和目標姿態(tài)。
另外，在本實施方式中，處理器具3的處理器A.插入部31具有繞插 入方向軸的充分的旋轉傳動性。并且，0坐標系在內窺鏡2的插入部21 進退或者插入部21被旋擰時移動，變化到與O坐標系不同的新的On坐 標系。即，不能利用在O坐標系下所取得的位置信息作為On坐標系的 位置坐標。
圖1所示的處理器具控制器4通過第1連接電纜9a與彎曲驅動部32 連接，通過第2連接電纜9b與第1旋轉電位器35連接，通過第3連接 電纜9c與線性電位器36連接，通過第4連接電纜9d與處理器具操作裝 置5連接。符號9e是第5連接電纜。從設置在關節(jié)J2、 J3上的旋轉電位 器37、 38分別延伸的信號線和從前端電極7延伸的電線貫穿通過第5連 接電纜9e。第5連接電纜9e的端部與處理器具控制器4連接。由此，從 旋轉電位器37、 38延伸的信號線和從前端電極7延伸的電線與處理器具 4連接。另外，處理器具4和所述照相機控制單元利用未圖示的信號線連 接。
處理器具控制器4具有例如控制部4a和電源部4b?？刂撇?a中設 置有作為存儲單元的存儲部、運算處理部、作為關節(jié)控制單元的控制信 號生成部等。
存儲部中存儲有各關節(jié)J1、 J2、 J3、 Dl的關節(jié)位置信息、運算處理部計算出的前端電極7的位置信息等。
運算處理部進行各種運算。運算處理部例如根據(jù)存儲在存儲部中的
各關節(jié)J1、 J2、 J3、 Dl的關節(jié)位置信息即位移和角度來進行對正向運動 學進行求解以求出前端電極7在0坐標系中的位置和姿態(tài)的運算。并且，
運算處理部進行如下運算對反向運動學進行求解以求出為了使前端電
極7移動到處理器具操作裝置5的輸入部5a所指定的地點所需要的關節(jié) Jl、 J2、 J3、 DI的位移和角度。
控制信號生成部根據(jù)對反向運動學進行求解而得到的計算結果，生 成使關節(jié)J2、 J3旋轉的驅動致動器39a、 39b的控制信號，并將該控制信 號輸出到驅動致動器39a、 39b。由此，關節(jié)J2、 J3的旋轉角度62、 03 發(fā)生變化，前端電極7移動到輸入部5a所指定的位置。
處理器具操作部5具有輸入部5a。輸入部5a用于指定設置在處理器 具3的處理器具插入部31的前端的前端電極7的目標前端位置(X、 Y、 Z)、以及目標姿態(tài)(Roll、 Pitch、 Yaw)。在利用輸入部5a對Fl標前端位 置(X、 Y、 Z)以及目標姿態(tài)(Roll、 Pitch、 Yaw)進行設定后，如上所 述，在處理器具4的控制部4a中，利用反向運動學來求解輸入部5a的 設定值。即，控制部4a根據(jù)輸入部5a的設定狀態(tài)來計算關節(jié)J2、 J3的 目標角度，并利用控制信號生成部生成用于使關節(jié)J2、 J3旋轉的控制信 號，將該控制信號輸出到驅動致動器39a、 39b。
符號5b是接觸點取得指示開關(以下，簡稱為通電開關)。通電開 關5b設置在輸入部5a的前端。通過用戶對通電開關5b進行接通操作， 從處理器具控制器4的電源部(參照符號4b)經由電線向前端電極7施 加預定的電壓。
配極板6是人體電極。在使用處理器具3時等，以使配極板6與患 者10的例如脊背側接觸寬闊的面積的方式來貼附配極板6。從配極板6 延伸出配極板電纜6a。配極板電纜6a的端部與處理器具控制器4連接。
在對通電開關5b進行接通操作而對前端電極7施加電壓的狀態(tài)下， 當前端電極7與體內的組織接觸時，前端電極7與粘膜之間產生電位差。 即，電流從前端電極7經由粘膜流向配極板6，該電流經由配極板電纜
16a反饋到處理器具控制器4。
在本實施方式中，處理器具控制器4的控制部4a在檢測到電流的反 饋時判斷為處于前端電極7與粘膜接觸的狀態(tài)。并且，控制部4a在檢測 到電流的反饋的同時，進行使各關節(jié)J1、 J2、 J3、 Dl的關節(jié)位置信息存 儲到所述存儲部的控制，以及進行取得后述的前端電極的位置信息的處 理。
此處，說明將如圖1所示的處理器具3的處理器具插入部31插入到 在脊背側貼附了配極板6的患者10的體腔內，并使存儲部存儲與粘膜接 觸的前端電極7的位置信息的步驟。
首先，操作者在如圖1所示將內窺鏡2的插入部21插穿到體腔內的 狀態(tài)下，進行使彎曲部25彎曲的操作，或者進行旋擰插入部21的操作 等來決定觀察狀態(tài)，以使得內窺鏡圖像中顯示所期望的目的部位。
接著，操作者經由處理器具通道將處理器具3導入到體腔內。然后， 操作者操作處理器具3的近前側使處理器具插入部31的前端彎曲部33 例如按照圖3的實線所示的方式從前端面24b突出，從而使前端電極7 配置在目的部位A的附近。
接著，操作者開始用于取得例如目的部位A的位置信息的操作。艮P， 對通電開關5b進行接通操作。于是，控制部4a在進行圖4的步驟Sl所 示的對處理器具3的前端電極7施加電壓的處理的同時，進行設定坐標 系的處理。即，在對前端電極7施加電壓的同時，設定O坐標系。
此處，操作者操作處理器具操作裝置5的輸入部5a來進行設定，以 使位于圖3所示的實線位置的前端電極7移動到虛線所示的位置，并使 該前端電極7與粘膜10a的目的部位A接觸?？刂撇?a首先伴隨著該輸 入部5a的設定，計算當前值即實線所示的前端電極7在O坐標系中的位 置和姿態(tài)。
接著，控制部4a計算當前值與虛線所示的目的部位A之間的差異。 然后，控制部4a根據(jù)其結果計算關節(jié)J2、 J3的旋轉角度，之后，生成提 供給使關節(jié)J2、 J3旋轉驅動的驅動單元的控制信號?？刂撇?a利用所生 成的控制信號來對驅動致動器39a、 39b進行驅動。這樣，前端電極7朝向目的部位A方向移動。
并且，控制部4a在進行對前端電極7施加電壓的處理、以及設定O 坐標系的處理后，進行步驟S2至步驟S8所示的控制。
在步驟S2中，控制部4a判定如圖3的虛線所示的前端電極7是否 與粘膜10a的目的部位A接觸。換言之，控制部4a根據(jù)前端7與粘膜10a 的接觸情況來判定有無反饋到處理器具控制器4的電流。另外，在步驟 S2中，控制部4a在電流反饋到處理器具控制器4的期間，處于待機狀態(tài)。
當在步驟S2中確認到前端電極7與粘膜10a接觸時，控制部4a轉 移到步驟S3。在步驟S3中，控制部4a開始取得與粘膜10a接觸的前端 電極7的位置信息的處理。
步驟S3中的取得前端電極7的位置信息的處理利用存儲處理和運算 處理來進行。
存儲處理是在確認到步驟S2所示的前端電極7與粘膜10a的接觸的 同時所進行的處理。控制部4a在確認到接觸的同時，將電位器35、 36、 37、 38所測量的各關節(jié)J1、 J2、 J3、 Dl的關節(jié)位置信息存儲到存儲部中。 控制部4a在完成存儲處理后轉移到運算處理。
運算處理是根據(jù)存儲在存儲部中的關節(jié)J1、 J2、 J3、 Dl的關節(jié)位置 信息，在運算處理部中對正向運動學進行求解，來計算前端電極7的與 粘膜10a接觸的接觸點的位置信息的處理。控制部4a在結束運算處理后， 使存儲部存儲前端電極7的位置信息。
控制部4a在結束取得上述前端電極7的位置信息的處理后，轉移到 步驟S4的選擇處理。選擇處理是操作者選擇繼續(xù)執(zhí)行或結束位置信息的 取得的處理。
當在步驟S4中選擇了結束處理時，控制部4a轉移到步驟S5進行停 止對前端電極7施加電壓的處理，之后結束取得目的部位的位置信息的 處理。在選擇該結束處理時，操作者對通電開關5b進行斷開操作。
另一方面，當在步驟S4中選擇了繼續(xù)執(zhí)行處理時，控制部4a成為 取得前端電極7與粘膜10a的新接觸點的位置信息的處理狀態(tài)。在選擇 該繼續(xù)執(zhí)行處理時，操作者例如對設置在操作部22上的例如作為遙控按鈕29之一的按鈕29a進行接通操作。這樣，從按鈕29a向控制部4a輸出 指示繼續(xù)執(zhí)行的信號。
操作者在對按鈕29a進行接通操作而選擇了繼續(xù)執(zhí)行的情況下，之 后，進行使圖5的實線所示的與目的部位A接觸的前端電極7移動到虛 線所示的目標部位B的操作。即，操作者操作處理器具操作裝置5的輸 入部5a，解除前端電極7與粘膜10a的接觸，而接下來，操作輸入部5a 來進行設定，以使前端電極7與粘膜10a的新的目的部位B接觸。
當在步驟S4中檢測到指示繼續(xù)執(zhí)行的信號時，控制部4a轉移到歩 驟S6，判定前端電極7與粘膜10a之間的通電狀態(tài)是否已被解除。當在 步驟S6中確認到解除了前端電極7與粘膜10a之間的通電狀態(tài)時，控制 部4a轉移到步驟S7。
在步驟S7中，與所述步驟S2同樣，控制部4a判定前端電極7是否 與粘膜10a的目的部位接觸。然后，控制部4a在判定為前端電極7如圖 5的虛線所示與粘膜10a的新的目的位置B接觸時，轉移到與步驟S3相 同的步驟S8，進行取得前端電極7的位置信息的處理。另外，在步驟S7 中，與步驟S2同樣，控制部4a在電流反饋到處理器具控制器4的期間， 處于待機狀態(tài)。
當在步驟S8中取得了前端電極7的與粘膜10a接觸的例如第二個點 的位置信息后，控制部4a移動到步驟S9。在步驟S9中，控制部4a根據(jù) 例如設置在照相機控制器中的信號處理電路的圖像信號來判定內窺鏡2 的插入部21的位置是否移動。即，控制部4a在取得第二個點以上的位 置信息時，根據(jù)圖像信號來確認內窺鏡2的插入部21的位置是否進行了 移動。
當在步驟S9中確認到插入部21沒有移動時，控制部4a轉移到步驟 S4的選擇處理。在該步驟S4中選擇了繼續(xù)執(zhí)行的情況下，控制部4a轉 移到步驟S6進行接下來的前端電極7與粘膜10a之間的新接觸點的位置 信息的取得。
另一方面，當在步驟S9中確認到插入部21的移動時，控制部4a經 由步驟S10的再輸入處理而轉移到步驟S2。步驟S10的再輸入處理是刪除通過步驟S3、 S8的一系列處理而存儲
到存儲部中的前端電極7的位置信息的處理。該再輸入處理是由于以下
原因而進行的，即由于內窺鏡在體內的相對位置移動，體內的O坐標
系變化，因此存儲在存儲部中的目的部位A點和目的部位B點等的位置
信息成為表示與移動前所指示的位置不同的位置的信息。
另外，盡管在步驟S4中指示了繼續(xù)執(zhí)行，但在步驟S6中，在預定 時間經過后仍然無法確認通電狀態(tài)的解除的情況下，控制部4a轉移到步 驟S5，進行停止對前端龜極7施加電壓的處理，之后，結束取得位置信 息的處理。
這樣，將前端電極設置到處理器具的處理器具插入部的前端，并將 設置了該前端電極的處理器具插入部插入到貼附了配極板的患者的體腔 內。然后，在對前端電極施加預定的電壓的狀態(tài)下，使前端電極與粘膜 接觸。這時，前端電極在接觸到粘膜的同時成為通電狀態(tài)，并可以利用 控制部來判定該通電狀態(tài)。因此，控制部在判定為通電的同時，使存儲 部存儲多個關節(jié)的關節(jié)位置信息，從而取得前端電極的位置信息。
由此，例如與操作者通過內窺鏡圖像目視判定處理器具插入部的前 端是否與體內部位接觸來開始取得接觸點的位置信息的處理的情況相 比，可以進行以較高的精度開始取得位置信息的處理。并且，與操作者 在確認到處理器具插入部的前端以預定的力量接觸體內部位的情況后開 始取得接觸點的位置信息的處理的情況相比，也可以進行以較高的精度 開始取得位置信息的處理。
并且，由于在控制部判定為通電的同時，開始取得關節(jié)位置信息， 因此不需要開始取得關節(jié)位置信息的指示，可以使操作者的作業(yè)性大幅提高。
而且，作為控制處理器具的關節(jié)的一個坐標系，可以直接取得前端 電極的接觸點的位置信息，因此可以不需要坐標變換處理等。
另外，在取得目的部位A的位置信息和目的部位B的位置信息后， 例如希望獲得患部10b的長度時，操作者向運算處理部提供目的部位A、 B的位置信息。這樣，利用運算處理部來計算例如圖5的AB間的長度L。并且，如圖6所示，操作者還可以通過使前端電極7與粘膜10a的 例如目的部位C、目的部位D接觸，來測量患部10c的高度尺寸H。而 且，操作者還可以通過使前端電極7與粘膜10a的例如E點、F點接觸， 來測量患部10d的深度尺寸D。
在上述實施方式中，前端彎曲部33構成為具有可以相對于插入方 向進退的平移關節(jié)D1;繞插入方向軸旋轉的第1關節(jié)J1;以及繞與插入 方向軸垂直的軸旋轉的第2關節(jié)J2、第3關節(jié)J3。但是，前端彎曲部33 的結構不限于該結構，也可以釆用圖7所示的前端彎部33A的結構。
前端彎曲部33A具有比第2關節(jié)J2更靠近基端側的第4關節(jié)J4，該 第4關節(jié)J4繞與插入方向軸垂直、并且與關節(jié)J2、 J3的軸垂直的軸旋轉。 第4關節(jié)J4與第2關節(jié)J2之間的間隔設定為距離L5。
根據(jù)該結構，轉動關節(jié)J4使前端電極7與粘膜10a的G點、H點接 觸，由此除了上述長度尺寸L、高度尺寸H、深度尺寸D之外，還可以 測量所謂寬度尺寸W。
并且，除了粘膜10a的G點、H點之外，通過使前端電極7與粘膜 10a的I點、K點、...接觸，可以利用運算處理部求出例如由雙點劃線包 圍的患部10e的面積。
設置上述第4關節(jié)J4的位置不限于比第2關節(jié)J2更靠近基端側的位 置，也可以位于第2關節(jié)J2和第3關節(jié)J3之間。在該情況下，分別將第 2關節(jié)J2與第4關節(jié)J4之間的距離、以及第4關節(jié)J4與第3關節(jié)J3之 間的距離設定為預定值。
另外，在上述實施方式中，在前端電極7與粘膜10a接觸的瞬間， 并不一定利用一次接觸就可以獲得穩(wěn)定的接觸狀態(tài)。即，在前端電極7 與粘膜10a接觸的瞬間，還存在以快速的周期反復進行通電、非通電即 產生所謂抖振(chattering)的情況。作為該抖振的對策，采用電信號的 電氣軟積分處理、或者低通濾波處理、或者在持續(xù)一定時間以上的通電 狀態(tài)時判定為通電，在持續(xù)一定時間以上的非通電狀態(tài)時判定為非通電 等方法。
并且，用于取得各關節(jié)D1、 Jl、 J2、 J3、 J4的位移的單元不限于電位器，也可以使用編碼器、彎曲傳感器、以及致動器的驅動量等。
而且，取得各關節(jié)的關節(jié)位置信息的定時不限于在檢測到通電的同
時取得的情況，也可以按照從通電狀態(tài)向非通電狀態(tài)轉移的定時來取得
各關節(jié)的關節(jié)位置信息。
并且，也可以設置將內窺鏡的插入部固定保持在體內的單元，以防
止由于內窺鏡的插入部的移動而使o坐標系變化的情況。作為固定單元，
可以采用在插入部的例如前端部設置氣囊的結構。
根據(jù)該結構，通過使氣囊膨脹，并使膨脹后的氣囊以預定的接觸壓 力與體內壁面緊密貼合，從而使內窺鏡的插入部以穩(wěn)定的狀態(tài)保持在體 內。因此，能夠在防止O坐標系發(fā)生變化的情況下取得位置信息。
并且，處理器具不限于在前端彎曲部的前端具有前端電極的處理器 具，也可以是電手術刀、高頻燒灼裝置、活組織檢査鉗、以及把持鉗等。
參照圖8至圖11說明本發(fā)明的第2實施方式。本實施方式的醫(yī)療裝 置1A的處理器具是電手術刀3A，并在前端具有手術刀8來代替前端電 極7。電手術刀3A具有向手術刀提供用于高頻切割的高頻電源的高頻電 源裝置3B。高頻電源裝置3B與處理器具控制器4通過電纜9f連接。由 此，在處理器具控制器4的控制部4a中可以進行高頻電源裝置3B的輸 出控制。
并且，在本實施方式中，配極板電纜6a與高頻電源裝置3B連接。 此外，高頻電源裝置3B與處理器具控制器4通過電纜9g連接。由此， 與第1實施方式同樣，在處理器具控制器4的控制部4a中可以判定手術 刀8是否與粘膜接觸。
另外，本實施方式的電手術刀3A的處理器具插入部31具有圖7所 示的前端彎曲部33A。因此，處理器具操作裝置5具有與前端彎曲部33A 對應的輸入部5c來代替輸入部5a。符號ll是腳踏開關。在腳踏開關ll 上設有第1踏板11a和第2踏板llb。第1踏板lla用于指示開始輸出高 頻切割所使用的高頻電源。第2踏板lib用于指示停止輸出高頻電源。 其他結構與第l實施方式相同，并對相同部件賦予相同符號，省略說明。
本實施方式的電手術刀3A用于切除圖9的實線所示的患部10f。此時，操作者在切除患部10f時，設定為對手術刀8施加用于取得位置信息
的電壓的狀態(tài)，并在一個坐標系下取得例如L點、M點、N點、…等多 個位置的位置信息。然后，利用運算處理部，根據(jù)所取得的多個位置的 位置信息來取得例如患部10f的面積。
并且，在取得位置信息后，操作者還可以利用運算處理部來獲得例 如手術刀8的動作范圍。在該情況下，操作者進行向運算處理部輸入切 除深度等的指示，該切除深度考慮到了多個位置信息和體壁10t的厚度t。
這樣，控制部4a的運算處理部計算所取得的L點、M點、N點、P 點、Q點的位置信息以及與切除深度t對應的限制范圍。其結果，獲得例 如圖9、圖10的雙點劃線所示的由中心Oo、半徑R構成的雙點劃線所 示的球狀的限制范圍9。
操作者在根據(jù)例如顯示在畫面上的文字等而確認到已經設定了限制 范圍9后，操作腳踏開關11的第1踏板lla以從高頻電源裝置3B向手 術刀8提供高頻電流。并且，操作者適當操作處理器具操作裝置5的輸 入部5c,使手術刀8動作，開始進行切割。
如11所示，萬一操作者對輸入部5c的操作是使手術刀8按箭頭S 所示那樣向限制范圍9的外側移動的指示時，控制部4a判斷為手術刀8 接近限制范圍9。于是，控制部4a進行使手術刀8的運動速度減慢的控 制、或者使手術刀8的運動間斷地停止的控制、或者使手術刀8的運動 完全停止的控制，并報告操作者進行了在限制范圍外操作手術刀8的指 示。并且，控制部4a在進行報告的同時，進行使高頻電源裝置3B的輸 出降低的控制、或者使高頻電源裝置3B停止輸出的控制、或者變更模式 的控制等，以降低切割力。
這樣，通過在一個坐標系內取得多個位置信息，可以在該坐標系內 設定限制手術刀的動作范圍的限制范圍等。
由此，即使在操作者錯誤地進行了使手術刀向限制范圍外移動的指 示的情況下，也能夠可靠地防止進行不必要的切割。
另外，在上述實施方式中，以在不使內窺鏡2的插入部21移動的情 況下取得位置信息為條件。這是因為，在位置信息的取得中，錯誤地移動插入部21會使0坐標系變化為On坐標系，從而在O坐標系下取得的 位置信息成為在On坐標系下無法使用的信息。
因此，希望采用即使在移動后的On坐標系下仍然可以有效利用在O 坐標系下取得的位置信息的方法。參照圖12說明將在O坐標系下取得的 位置信息與On坐標系對應起來進行有效利用的方法。
如圖12所示，在本實施方式中，在使手術刀8與患部10f接觸來取 得位置信息時，在取得位置信息的同時，向手術刀8所接觸的位置施加 在內窺鏡圖像上可以通過目視來識別的標記(圖中的黑點)。即，在本實 施方式中，在使手術刀8與粘膜接觸時，進行位置信息的取得和標注。
具體而言，操作者在對通電開關5b進行接通操作而對手術刀8施加 電壓的狀態(tài)下，操作處理器具操作裝置5的輸入部5c，使手術刀8與粘 膜的目的部位P1接觸。這樣，如所述步驟S2所示，控制部4a確認到手 術刀8與粘膜10a接觸。于是，控制部4a在如步驟S3所示那樣取得手 術刀8的與粘膜接觸的位置信息的同時，進行這樣的控制，即向高頻 電源裝置3B輸出控制信號以在預定時間提供用于實施標注的高頻電流。 由此，向手術刀8所接觸的粘膜施加第1標記Ml。
操作者在取得目的部位P1的位置信息和第1標記M1后，對輸入部 5c進行適當操作，來繼續(xù)執(zhí)行目的部位P2的位置信息和第2標記M2的 取得、目的部位P3的位置信息和第3標記M3的取得。
在進行O坐標系中的位置信息和標記的取得時，例如在結束目的部 位P3的位置信息和第3標記M3的取得、并正要使手術刀8向目的部位 P4移動時，使內窺鏡的插入部21從虛線所示的位置移動到例如實線所示 的位置。這樣，虛線所示的內窺鏡的O坐標系變化為實線所示的內窺鏡 的Ol坐標系。
當坐標系發(fā)生變化時，在O坐標系下取得并存儲到存儲部中的目的 部位Pl、 P2、 P3的位置信息不是目的部位Pl、 P2、 P3在變化后的01 坐標系中的位置信息。
因此，當坐標系發(fā)生變化時，操作者不進行所述步驟S10的再輸入 處理，而是操作處理器具控制器4的選擇開關。于是，選擇使存儲到存儲部中的目的部位P1、 P2、 P3在0坐標系中的位置信息與01坐標系的 位置信息對應起來的處理。在操作者選擇該處理時，控制部4a將坐標系 設定為Ol坐標系，并促使進行兩點的取得。
操作者根據(jù)控制部4a的指示，使手術刀8與例如第3標記M3和第 2標記M2這兩點接觸。于是，第3標記M3在01坐標系中的位置信息 和第2標記M2在01坐標系中的位置信息被存儲到存儲部中。
當標記M2、 M3在Ol坐標系中的位置信息被存儲到存儲部中后， 控制部4a指示運算處理部計算粗虛線所示的箭頭即從O坐標系到Ol坐 標系的移動方向和移動距離。
運算處理部根據(jù)標記M2、 M3在01坐標系中的位置信息以及目的 部位P2、 P3在0坐標系中的位置信息，對齊次變換矩陣進行求解，以獲 得從O坐標系到01坐標系的移動方向和移動距離。
其結果，控制部4a將存儲在存儲部中的目的部位Pl 、 P2、 P3在O 坐標系中的位置信息作為目的部位Pll、 P12、 P13在Ol坐標系中的位置 信息存儲到存儲部中。由此，在新的01坐標系中可以有效利用在 坐 標系下取得的多個位置信息。
這樣，在使前端電極或手術刀等與粘膜接觸來獲得位置信息時，在 取得位置信息的同時取得標記，并在一個坐標系中預先取得多個位置信 息和標記。由此，可以利用在一個坐標系中取得的位置信息來作為其他 新的坐標系的位置信息。
由此，即使當內窺鏡在體內的相對位置、姿態(tài)發(fā)生變化時，也可以 利用該內窺鏡的位置、姿態(tài)變化前所取得的位置信息。
并且，根據(jù)本實施方式，可以取得位置信息的范圍不限于固定保持 內窺鏡的狀態(tài)下的前端彎曲部的可動范圍。因此，可以通過改變內窺鏡 的位置、姿態(tài)來取得體內的大范圍的位置信息。
而且，還可以將由導入到體內的其他處理器具即例如把持鉗所取得 的位置信息變換為導入到體內的電手術刀的坐標系的位置信息，來進行 利用等。
參照圖13至圖15說明本發(fā)明的第3實施方式。圖13所示的本實施方式的醫(yī)療裝置IB構成為具有:作為管狀器具的2自由度可動內窺鏡(以 下，簡稱為可動內窺鏡)2A;未圖示的光源裝置和照相機控制單元；處 理器具控制器4;處理器具操作裝置5;以及配極板6。處理器具操作裝
置5具有與可動彎曲部25A對應的輸入部5d，來代替輸入部5a、 5c。 可動內窺鏡2A在構成插入部21的前端部24的前端面24b上具有前
端電極24e。插入部21設有可動彎曲部25A。
如圖13、 14所示，可動彎曲部25A具有第1關節(jié)J5、第2開關J6。
并且，在位于可動彎曲部25A的根部的第2關節(jié)J6的基端側中央設定有
Oe坐標系。
第1關節(jié)J5配置在可動彎曲部25A的前端側。第1關節(jié)J5繞與插 入方向軸垂直的軸旋轉，使前端面24b朝向箭頭L、 R方向轉動。第2 關節(jié)J6繞與第1關節(jié)J5正交的軸旋轉，使前端面24b朝向箭頭U、 D方 向轉動。將第2關節(jié)J6到第1關節(jié)J5的間隔設定為距離L6，將第1關 節(jié)J5到前端電極24e的前端的間隔設定為距離L7。
并且，可動內窺鏡2A的操作部22A內設有致動器15a、 15b，該致 動器15a、 15b對使關節(jié)J5、 J6動作的操作線14a、 14b進行牽引、張弛。
符號9h是致動器用連接電纜。連接電纜9h通過使連接電纜9h的連 接器部16a與設置在操作部22A上的連接器16b連接，由此使致動器15a、 15b分別與處理器具控制器4電連接。符號9i是電極電纜。電極電纜9i 通過使該電極電纜9i的連接器部16c與設置在操作部22A上的連接器16d 連接，由此使電極電纜9i與從前端電極24e延伸出的電線電連接。
其他結構以及取得位置信息的步驟與第1實施方式相同，并對相同 部件賦予相同符號，省略說明。
在本實施方式中，根據(jù)輸入部5d的指示，使如圖15的虛線所示的 插入到體腔內的可動彎曲部25A按照實線所示的方式彎曲，以使前端電 極24e與粘膜10a接觸。此時，前端電極24e與粘膜10a所接觸的點的位 置信息作為Oe坐標系的信息被存儲到存儲部中。
這樣，將前端電極設置到內窺鏡的插入部的前端面上，并將設置了 該前端電極的內窺鏡的插入部插入到貼附了配極板的患者的體腔內。然后，在對前端電極施加了預定的電壓的狀態(tài)下，使前端電極與體內的目 標部位接觸。由此，可以將多個關節(jié)的關節(jié)位置信息存儲到存儲部中， 并且取得前端電極的位置信息。
并且，通過適當設定前端電極的突出高度，可以使前端面與粘膜成 為所期望的緊密貼合的狀態(tài)。
由此，可以容易判定內窺鏡的前端面是否與粘膜接觸。因此，在例 如利用具有放大觀察機構的可動內窺鏡來進行放大觀察時，通過相對于 Oe坐標系內的基準點設定所期望的觀察范圍，可以容易地進行觀察范圍 內的放大觀察。
另外，也可以將該可動內窺鏡2A與所述第1實施方式的處理器具3 組合在一起，來取得體內部位的位置信息。通過利用兩個可動醫(yī)療設備， 能夠更安全地進行大范圍的觀察以及處理。
參照圖16說明硬性可動處理器具的結構例。
如圖16所示，本實施方式的作為管狀器具的硬性可動處理器具3C 具有處理器具插入部31C和彎曲驅動部39C。處理器具插入部31C經由
套管針n被插入到體腔內。
彎曲驅動部39C內置有用于驅動后述的可動彎曲部33C的致動器 39a、 39b、 39c。
硬性可動處理器具3C的處理器具插入部31C具有硬質的硬性部31H 以及可動彎曲部33C?？蓜訌澢?3C的前端設有前端電極7。
可動彎曲部33C從硬性部31H側起依次具有第1關節(jié)J4、第2關節(jié) J2、以及第3關節(jié)J3。第3關節(jié)J3繞與插入方向軸垂直的軸旋轉，使前 端電極7朝向箭頭U、 D方向轉動。第2關節(jié)J2與第3關節(jié)J3同樣地進 行旋轉，使前端電極7朝向箭頭U、 D方向轉動。第1關節(jié)J4繞與關節(jié) Jl、 J2正交的軸旋轉，使前端電極7朝向箭頭L、 R方向轉動。將第1 關節(jié)J4到第2關節(jié)J2的間隔設定為距離L8，將第2關節(jié)J2到第3關節(jié) J3的間隔設定為距離L3，將第3關節(jié)J3到前端電極7的前端面的間隔 設定為距離L4。
硬性可動處理器具3C的硬性部31H的基端部構成為插入部基端部34C。在插入部基端部34C上，除了旋轉電位器35之外，還設置有發(fā)光 咅卩u、 w。
光三維測量裝置18在支柱18a的大致中央具有Ok坐標系。光三維 測量裝置18在Ok坐標系中取得發(fā)光部u、 w的位置信息。g卩，通過讀 取發(fā)光部u、 w分別在Ok坐標系中的位置信息的變化，可以取得硬性可 動處理器具3C的處理器具插入部31C的直動移動量和姿態(tài)。
并且，在硬性可動處理器具3C中，由于處理器具插入部31C由硬性 部31H和可動彎曲部33C構成，因此向光三維測量裝置18提供為既定 值的各關節(jié)間的距離L8、 L3、 L4以及硬性部31H的前端到例如發(fā)光部 w的距離L9，并且連接處理器具控制器4和光三維測量裝置18，向光三 維測量裝置18提供關節(jié)的旋轉角度04、 62、 93的位移量。由此，無需 使前端電極7與粘膜10a接觸，即可在Ok坐標系內取得前端電極7的前 端位置。
而且，在前端電極7與粘膜10a接觸時，處理器具控制器4的控制 部在Ok坐標系中取得接觸點的位置信息。
另外，使前端電極7與粘膜10a接觸來取得前端電極7所接觸的接 觸點的位置信息的步驟與所述第1實施方式相同。
這樣，插入部構成具有硬性部和可動彎曲部的硬性可動處理器具。 并且，在硬性可動處理器具的插入部基端部上設有發(fā)光部。并且，在體 外設有光三維測量裝置，該光三維測量裝置可以取得該發(fā)光部的位置變 化來作為一個坐標系的位置信息。由此，能夠以體外的一個坐標系為基 準，來獲得插入到體內的可動處理器具的位置信息和姿態(tài)信息。
因此，由于在處理中、或檢查中無需將可動彎曲部的根部固定，因 此可以取得廣泛的體內部位的位置信息。
并且，通過在相同坐標系中取得從未圖示的其他套管針插入到體腔 內的其他硬性可動處理器具所取得的體內的位置信息，可以有效利用其 他硬性可動處理器具所取得的位置信息。
另外，由于存在光、電場、磁場、立體照相機等多種取得體外的位 置信息的方法，因此與取得體內的位置信息的方法相比，構筑系統(tǒng)容易。并且，上述實施方式的硬性可動處理器具也可以是硬性內窺鏡。在 該情況下，在可動彎曲部的前端面上設有前端電極。
已經參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了說明，應該理解到， 本發(fā)明不限于這些精確的實施方式，本領域的技術人員在不脫離附加的 權利要求所定義的發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對這些實施方式進 行各種變形和修改。
權利要求
1. 一種醫(yī)療裝置，該醫(yī)療裝置包括與人體進行接觸來配置的人體電極；管狀器具，其在插穿到體內的插入部的前端部具有前端電極，并且所述插入部具有改變該前端部的朝向和位置的多個可動關節(jié)；多個關節(jié)位置信息檢測單元，其分別取得所述多個可動關節(jié)的關節(jié)位置信息；以及存儲單元，其根據(jù)所述人體電極與所述前端電極之間的通電，來存儲所述多個關節(jié)位置信息檢測單元分別取得的關節(jié)位置信息。
2. 根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)療裝置，該醫(yī)療裝置還包括電極位置檢測單元，該電極位置檢測單元根據(jù)所 述多個關節(jié)位置信息檢測單元分別取得的關節(jié)位置信息，來取得所述前 端電極的位置信息。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的醫(yī)療裝置，該醫(yī)療裝置還包括關節(jié)控制單元，該關節(jié)控制單元根據(jù)所述電極位 置檢測單元取得的所述前端電極的位置信息、以及存儲在所述存儲單元 中的關節(jié)位置信息，來控制所述可動關節(jié)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的醫(yī)療裝置，所述關節(jié)控制單元通過對所述多個可動關節(jié)的關節(jié)位置信息進行相 對比較，來對所述多個可動關節(jié)的每一個進行控制。
5. 根據(jù)權利要求3所述的醫(yī)療裝置，當所述管狀器具是在所述插入部的前端部具有處理部的可動處理器 具的情況下，所述關節(jié)控制單元根據(jù)存儲在所述存儲單元中的一個坐標系中的關 節(jié)位置信息以及所述電極位置檢測單元所取得的前端電極的位置信息， 來對所述可動關節(jié)進行控制，以限制所述處理部。
6. 根據(jù)權利要求5所述的醫(yī)療裝置，在使所述可動處理器具的處理部經由內窺鏡的處理器具通道導出到體腔內來進行處理時，在所述內窺鏡處于保持狀態(tài)下，所述可動處理器具的可動關節(jié)改變 所述可動處理器具的處理部的朝向和位置。
7. 根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)療裝置，該醫(yī)療裝置還具有標注單元，該標注單元在所述前端電極與粘膜接 觸的狀態(tài)下，對該粘膜施加標記。
8. 根據(jù)權利要求7所述的醫(yī)療裝置，所述標注單元向所述前端電極提供高頻電流，并對所述粘膜施加在 內窺鏡圖像上可以通過目視來識別的標記。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的醫(yī)療裝置，所述標記是所述坐標系的位置信息，在該坐標系發(fā)生了變化時，通 過取得移動前的坐標系的兩個標記位置信息和移動后的坐標系中與所述 標記位置信息對應的兩個標記位置信息，來取得移動前和移動后的坐標 系的移動信息。
10. 根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)療裝置，所述管狀器具是內窺鏡，該內窺鏡在所述插入部的前端部具有攝像 元件，并且具有由改變所述前端部的朝向和位置的所述可動關節(jié)構成的彎曲部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種醫(yī)療裝置。醫(yī)療裝置具有與人體進行接觸來配置的人體電極；管狀器具，其在插穿到體內的插入部的前端部具有前端電極，并且插入部具有改變前端部的朝向和位置的多個可動關節(jié)；多個關節(jié)位置信息檢測單元，其分別取得多個可動關節(jié)的關節(jié)位置信息；以及存儲單元，其根據(jù)人體電極與所述前端電極之間的通電，來存儲多個關節(jié)位置信息檢測單元分別取得的關節(jié)位置信息。
文檔編號A61B5/06GK101416867SQ20081017134
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權日2007年10月22日
發(fā)明者杉山勇太 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社