(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内に挿入される細長いシャフトを有するとともに、体内の画像を取得する撮像系を先端に備える軟性の挿入部と、
該挿入部の前記先端の移動量を検出する先端移動量検出部と、
体外に配置され、操作者によって操作される操作部と、
該操作部に入力された操作信号によって前記挿入部をその基端側において駆動する駆動部と、
前記挿入部の前記先端に設けられ体内組織との接触圧力を検出する力検出部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記先端移動量検出部により検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記駆動部により移動させられた前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するとともに、前記力検出部により検出された接触圧力が予め設定した２つの閾値で定められる想定圧力範囲外である場合に、前記挿入部の動作を制限するように前記駆動部を制御するロボット支援型手術システム。
【請求項２】
前記先端移動量検出部が、前記撮像系により取得された体内の画像を処理して、前記挿入部の先端の移動量を算出する請求項１に記載のロボット支援型手術システム。
【請求項３】
前記先端移動量検出部が、前記画像中における体内組織の特徴的な形状を有する部位を特徴部として設定し、該特徴部の移動量に基づいて挿入部の先端の移動量を算出する請求項２に記載のロボット支援型手術システム。
【請求項４】
前記先端移動量検出部が、前記画像中における体内組織の特徴的な色を有する部位を特徴部として設定し、該特徴部の移動量に基づいて挿入部の先端の移動量を算出する請求項２に記載のロボット支援型手術システム。
【請求項５】
前記先端移動量検出部が、前記挿入部の先端に取り付けられ、前記挿入部の先端の変位、速度または加速度を検出するセンサを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボット支援型手術システム。
【請求項６】
前記先端移動量検出部が、前記挿入部の先端に取り付けられた被検出体と、体外に配置され、前記被検出体の移動を検出する体外センサとを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボット支援型手術システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、音声、表示、光または振動によりその旨を操作者に報知する報知部を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボット支援型手術システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、前記挿入部の動作を制限するよう前記駆動部を制御する請求項１から請求項６のいずれかに記載のロボット支援型手術システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、前記挿入部の速度を低下させるよう前記駆動部を制御する請求項８に記載のロボット支援型手術システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記差分が第１の所定値より大きい場合に、前記報知部を作動させ、前記差分が第１の所定値より大きな第２の所定値より大きい場合に、前記挿入部の動作を制限するよう前記駆動部を制御する請求項７に記載のロボット支援型手術システム。
【請求項１１】
体内に挿入される細長いシャフトを有するとともに、体内の画像を取得する撮像系を先端に備える軟性の挿入部と、
前記撮像系により取得された体内の画像を処理して、前記挿入部の前記先端の移動量を検出する先端移動量検出部と、
前記挿入部の前記先端に設けられ、体内組織との接触圧力を検出する力検出部と、
体外に配置され、操作者によって操作される操作部と、
該操作部に入力された操作信号によって前記挿入部をその基端側において駆動する駆動部と、
該駆動部を制御する制御部とを備え、
該制御部が、
前記先端移動量検出部により検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記駆動部により移動させられた前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の移動量閾値より大きい場合、または、前記力検出部により検出された接触圧力が所定の力閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するとともに、
前記画像を処理して、前記撮像系が体内組織に対して近接視野であるか否かを判定し、近接視野であると判定された場合に前記力検出部により検出された接触圧力に基づいて操作者に報知するロボット支援型手術システム。
【請求項１２】
駆動部が、操作部から受信した操作信号に従って細長い軟性の挿入部の基端側を駆動し、
先端移動量検出部が、前記挿入部の先端の移動量を検出し、
力検出部が、前記挿入部の前記先端に作用する接触圧力を検出し、
制御部が、検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するよう前記挿入部の基端側における駆動を制御するとともに、前記力検出部により検出された接触圧力が予め設定した２つの閾値で定められる想定圧力範囲外である場合に、前記挿入部の動作を制限するように前記駆動部を制御するロボット支援型手術システムの作動方法。
【請求項１３】
駆動部が、操作部から受信した操作信号に従って細長い軟性の挿入部の基端側を駆動し、
前記挿入部の先端に設けられた撮像系が、画像を取得し、
先端移動量検出部が、前記挿入部の先端の移動量を検出し、
力検出部が、前記挿入部の前記先端に作用する接触圧力を検出し、
制御部が、検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の閾値より大きい場合に、または、検出された接触圧力が所定の力閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するよう前記挿入部の基端側における駆動を制御するとともに、前記画像を処理して、前記撮像系が近接視野であるか否かを判定し、近接視野であると判定された場合に前記力検出部により検出された接触圧力に基づいて操作者に報知するロボット支援型手術システムの作動方法。
【請求項１４】
前記先端移動量検出部が、前記挿入部の先端に設けられた撮像系によって取得された画像を処理して、前記挿入部の先端の移動量を算出する請求項１２または請求項１３に記載のロボット支援型手術システムの作動方法。
【請求項１５】
前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、前記挿入部の動作を制限するよう制御する請求項１２から請求項１４のいずれかに記載のロボット支援型手術システムの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット支援型手術システムとその作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、挿入部の先端部を電動モータによるワイヤの牽引によって湾曲させ、ワイヤの変位量と張力センサにより検出された張力とに基づいて挿入部の先端にかかる外力を推定して操作者に提示する電動湾曲内視鏡が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
このような電動湾曲内視鏡では、操作者は、モニタに表示されている内視鏡画像を確認しながら、内視鏡画像上に患部が表れるまで、挿入部を電動で押し込んでいくことを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５４９４３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−３５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、挿入部が、柔らかい臓器に挿入された場合には、挿入部を長手方向に押し込んでいっても、挿入部のより基端側の部分が座屈してしまうことがある。この場合には、挿入部の押し込み動作に拘わらず、挿入部の先端位置の移動が少ないため、内視鏡画像における変化が少なくなる。
【０００５】
そして、操作者が熟練していない場合には、このような状況に気づくことなく、内視鏡画像を変化させて患部を探索しようとして、さらに挿入部を長手方向に押し引きする可能性がある。しかし、この状態で挿入部を長手方向に押し引きすると、挿入部の座屈部分をさらに変形させることになり、変形した挿入部が柔らかい臓器を押して、臓器を大きく変形させてしまうことになるという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、操作者が気づかずに、挿入部によって臓器を大きく変形させてしまう不都合の発生を未然に防止することができるロボット支援型手術システムおよびその作動方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、体内に挿入される細長いシャフトを有するとともに、体内の画像を取得する撮像系を先端に備える軟性の挿入部と、該挿入部の前記先端の移動量を検出する先端移動量検出部と、体外に配置され、操作者によって操作される操作部と、該操作部に入力された操作信号によって前記挿入部をその基端側において駆動する駆動部と、前記挿入部の前記先端に設けられ体内組織との接触圧力を検出する力検出部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部が、前記先端移動量検出部により検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記駆動部により移動させられた前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するとともに、前記力検出部により検出された接触圧力が予め設定した２つの閾値で定められる想定圧力範囲外である場合に、前記挿入部の動作を制限するように前記駆動部を制御するロボット支援型手術システムである。
【０００８】
本態様によれば、軟性の挿入部を体内に挿入し、操作者が操作部を操作することにより、操作信号に基づいて駆動部が駆動され、挿入部がその基端側において駆動される。挿入部が駆動され先端が移動すると、先端移動量検出部により先端の移動量が検出される。この場合において、検出された先端の移動量と、駆動部による基端側の移動量との差分が制御部において算出され、差分が所定の閾値より大きい場合には操作者にその旨が報知される。これにより、操作者は、挿入部に何らかの異常があって、駆動部による基端側の移動量に関わらず、先端が追従して移動していないことを認識することができ、それ以上の無理な駆動を制限することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記先端移動量検出部が、前記撮像系により取得された体内の画像を処理して、前記挿入部の先端の移動量を算出してもよい。
このようにすることで、挿入部先端の撮像系により取得された体内の画像に基づいて、挿入部の先端の移動量を算出でき、別途センサ等を不要として、簡易に異常を検知することができる。画像処理により移動量を算出する場合、点検出、エッジ検出あるいはオプティカルフロー等の既存の技術を用いればよい。
【００１０】
また、上記態様においては、前記先端移動量検出部が、前記画像中における体内組織の特徴的な形状を有する部位を特徴部として設定し、該特徴部の移動量に基づいて挿入部の先端の移動量を算出してもよい。
このようにすることで、画像中における体内組織の特徴的な形状を有する部位は、特徴部として抽出し易いので、先端の移動量を精度よく検出することができる。
【００１１】
また、上記態様においては、前記先端移動量検出部が、前記画像中における体内組織の特徴的な色を有する部位を特徴部として設定し、該特徴部の移動量に基づいて挿入部の先端の移動量を算出してもよい。
このようにすることで、画像中における体内組織の特徴的な色を有する部位は、特徴部として抽出し易いので、先端の移動量を精度よく検出することができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記先端移動量検出部が、前記挿入部の先端に取り付けられ、前記挿入部の先端の変位、速度または加速度を検出するセンサを備えていてもよい。
このようにすることで、センサの作動により挿入部の先端の変位、速度または加速度を検出し、より、直接的に先端の移動量を検出することができる。
【００１３】
また、上記態様においては、前記先端移動量検出部が、前記挿入部の先端に取り付けられた被検出体と、体外に配置され、前記被検出体の移動を検出する体外センサとを備えていてもよい。
このようにすることで、挿入部の先端に取り付けた被検出体の移動量を体外センサによって体外から直接的に検出することができる。
【００１４】
また、上記態様においては、前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、音声、表示、光または振動によりその旨を操作者に報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、操作者は、報知部による音声、表示、光または振動によって、確実に挿入部の異常を認識することができる。
【００１５】
また、上記態様においては、前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、前記挿入部の動作を制限するよう前記駆動部を制御してもよい。
このようにすることで、制御部により駆動部が挿入部を作動させることが制限され、操作者によるそれ以上の操作によっても体内の臓器等にかかる負担を軽減することができる。
【００１６】
また、上記態様においては、前記制御部は、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、前記挿入部の速度を低下させるよう前記駆動部を制御してもよい。
このようにすることで、挿入部が異常な状態にあるときに、操作者によって操作部が操作されても、制御部により駆動部が挿入部を動作させる速度を低下させるので、体内の臓器等に急激に大きな変形が生じることを抑制することができる。
【００１７】
また、上記態様においては、前記制御部は、前記差分が第１の所定値より大きい場合に、前記報知部を作動させ、前記差分が第１の所定値より大きな第２の所定値より大きい場合に、前記挿入部の動作を制限するよう前記駆動部を制御してもよい。
このようにすることで、体内における挿入部の異常な状態を操作者に対して段階的に報知知ることができる。
【００１９】
本発明の他の態様は、体内に挿入される細長い形状を有するとともに、体内の画像を取得する撮像系を先端に備える軟性の挿入部と、前記撮像系により取得された体内の画像を処理して、前記挿入部の前記先端の移動量を検出する先端移動量検出部と、前記挿入部の前記先端に設けられ、体内組織との接触圧力を検出する力検出部と、体外に配置され、操作者によって操作される操作部と、該操作部に入力された操作信号によって前記挿入部をその基端側において駆動する駆動部と、該駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部が、前記先端移動量検出部により検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記駆動部により移動させられた前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の移動量閾値より大きい場合、または、前記力検出部により検出された接触圧力が所定の力閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するとともに、前記画像を処理して、前記撮像系が体内組織に対して近接視野であるか否かを判定し、近接視野であると判定された場合に前記力検出部により検出された接触圧力に基づいて操作者に報知するロボット支援型手術システムである。
【００２０】
本態様によれば、先端移動量検出部により検出された挿入部の先端の移動量が基端側の移動量に対して極めて小さい場合のみならず、挿入部の先端に設けられた力検出部により検出された体内組織との接触圧力が力閾値より大きい場合にも、操作者に報知するので、操作者が体内における挿入部の異常な状態をより確実に認識することができる。
【００２１】
また、上記態様においては、前記先端移動量検出部が、前記撮像系により取得された体内の画像を処理して、前記挿入部の先端の移動量を算出し、前記制御部が、前記画像を処理して、前記撮像系が体内組織に対して近接視野であるか否かを判定し、近接視野であると判定された場合に力検出部により検出された接触圧力に基づいて操作者に報知する。
【００２２】
このようにすることで、撮像系が体内組織に対して近接視野となった場合に、画像の処理による挿入部の先端の移動量の算出が困難となるが、接触圧力の検出により、体内における挿入部の異常な状態を操作者に認識させることができる。
【００２３】
本発明の他の態様は、駆動部が、操作部から受信した操作信号に従って細長い軟性の挿入部の基端側を駆動し、先端移動量検出部が、前記挿入部の先端の移動量を検出し、力検出部が、前記挿入部の前記先端に作用する接触圧力を検出し、制御部が、検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するよう前記挿入部の基端側における駆動を制御するとともに、前記力検出部により検出された接触圧力が予め設定した２つの閾値で定められる想定圧力範囲外である場合に、前記挿入部の動作を制限するように前記駆動部を制御するロボット支援型手術システムの作動方法である。
本発明の他の態様は、駆動部が、操作部から受信した操作信号に従って細長い軟性の挿入部の基端側を駆動し、前記挿入部の先端に設けられた撮像系が、画像を取得し、先端移動量検出部が、前記挿入部の先端の移動量を検出し、力検出部が、前記挿入部の前記先端に作用する接触圧力を検出し、制御部が、検出された前記挿入部の先端の移動量と、前記挿入部の基端側の移動量との差分を算出し、該差分が所定の閾値より大きい場合に、または、検出された接触圧力が所定の力閾値より大きい場合に、操作者にその旨を報知するよう前記挿入部の基端側における駆動を制御するとともに、前記画像を処理して、前記撮像系が近接視野であるか否かを判定し、近接視野であると判定された場合に前記力検出部により検出された接触圧力に基づいて操作者に報知するロボット支援型手術システムの作動方法である。
【００２４】
上記態様においては、取得された画像を処理して、前記挿入部の先端の移動量を算出してもよい。
また、上記態様においては、前記差分が所定の閾値より大きい場合に、前記挿入部の動作を制限するよう制御してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、操作者が気づかずに、挿入部によって臓器を大きく変形させてしまう不都合の発生を未然に防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット支援型手術システムを示す全体構成図である。
【図２】図１のロボット支援型手術システムを示すブロック図である。
【図３】図１のロボット支援型手術システムを構成する内視鏡の（ａ）挿入部を大腸に挿入した状態、（ｂ）挿入部が大腸内を正常に前進している状態、（ｃ）挿入部が大腸内において異常に湾曲した状態をそれぞれ示す図である。
【図４】図１のロボット支援型手術システムの動作を説明するフローチャートである。
【図５】図１のロボット支援型手術システムの第１の変形例の挿入部を大腸に挿入した状態を示す図である。
【図６】図１のロボット支援型手術システムの第２の変形例の挿入部を大腸に挿入した状態を示す図である。
【図７】図１のロボット支援型手術システムの第３の変形例の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図１のロボット支援型手術システムの第４の変形例であって、挿入部の先端に透明なキャップを被せた状態を示す斜視図である。
【図９】図８のロボット支援型手術システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１０】図１のロボット支援型手術システムを構成する内視鏡の挿入部を、オーバーチューブを介して大腸に挿入した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一実施形態に係るロボット支援型手術システム１とその制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット支援型手術システム１は、図１および図２に示されるように、マスタースレーブ方式の内視鏡システムであって、操作者Ｏにより操作される操作部２と、患者の体内、例えば、大腸等の柔らかい臓器Ａ（図３参照）内に挿入される軟性の挿入部３を有する内視鏡４と、該内視鏡４の挿入部３の挿入動作、挿入部３の先端の湾曲動作、挿入部３の捻り動作等の駆動を挿入部３の基端側において行う駆動部５と、該駆動部５を制御する制御部６と、内視鏡４により取得された画像を表示する表示部７とを備えている。
【００２８】
操作部２は、図１に示すように、操作台２１に取り付けられた一対の操作アーム２２、２３と、床面上に配置されたフットスイッチ２４とを有している。
操作アーム２２，２３は多関節構造を有している。操作アーム２２は挿入部３の湾曲部を湾曲操作するためのものであり、操作アーム２３は不図示の内視鏡４の先端に配設されたマニピュレータを湾曲操作するためのものである。
【００２９】
介助者（不図示。）は、図１に示すように、操作部２が側に配置されている手術台３０上に患者Ｐを寝かせ、消毒、麻酔などの適切な処理を行う。
操作者Ｏは、介助者に指示して患者Ｐの肛門から大腸内に挿入部３を導入させる。操作者Ｏは、操作アーム２２を操作して挿入部３の湾曲部を適宜湾曲させるようになっている。
【００３０】
内視鏡４は、図２に示されるように、挿入部３の細長いシャフトの先端に、体内の画像を取得するための撮像系８を備えている。撮像系８により取得された画像は、制御部６内に配置されている画像処理部９に送られるようになっている。
【００３１】
駆動部５は、図３（ａ）に示す例では、挿入部３を長手方向に推進するアクチュエータを備えている。操作者が、操作部２において挿入部３を長手方向に推進するための操作を行うと、アクチュエータが駆動されて、挿入部３が長手方向に前進または後退させられるようになっている。
【００３２】
制御部６は、操作部２からの操作信号に基づいて、駆動部５のアクチュエータを駆動するための指令信号を生成するようになっている。すなわち、制御部６は、挿入部３の基端側におけるアクチュエータによる一定時間内における移動量を算出し、該移動量が達成されるような指令信号を駆動部５に出力するようになっている。
【００３３】
また、制御部６は、撮像系８により取得された画像を受け取ると、画像処理部９において処理することにより、画像中の特徴部を抽出し、上記と同じ一定時間内における該特徴部の移動量を算出し、該特徴部の移動量に基づいて、一定時間内における挿入部３の先端の移動量を算出するようになっている。
【００３４】
また、制御部６は、算出した駆動部５による挿入部３の基端側の移動量と、画像を処理して算出した挿入部３の先端の移動量との差分を算出し、閾値と比較するようになっている。
そして、算出された差分が閾値より大きい場合には、制御部６は駆動部５による挿入部３の駆動を制限するようになっている。具体的には、制御部６は、差分が閾値より大きい場合には、操作部２からの操作信号の入力に関わらず、挿入部３を前進させる方向への駆動部５の駆動を停止するようになっている。
【００３５】
このように構成された本実施形態に係るロボット支援型手術システム１の制御方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るロボット支援型手術システム１を用いて大腸のような柔らかい臓器Ａ内の観察および処置を行うには、図４に示されるように、内視鏡４の挿入部３を、臓器Ａ内に挿入した状態に配置して、操作者が操作部２を操作する（ステップＳ１）。
【００３６】
操作部２が操作されると、操作部２から操作信号が制御部６に出力され、制御部６において、駆動部５のアクチュエータにより挿入部３を移動させるための指令信号が生成される。これにより、駆動部５のアクチュエータが駆動させられて指令信号に応じて挿入部３が移動させられる（ステップＳ２）。制御部６においては、指令信号を生成する際に、指令信号に従って一定時間内に挿入部３の基端側が移動する場合の移動量を算出する（ステップＳ３）。
【００３７】
また、制御部６は挿入部３の撮像系８から送られてくる画像を受け取って画像処理部９において画像処理を行う（ステップＳ４）。
画像処理部９は、画像内の特徴部を抽出し、上記の基端側の移動量を算出したのと同じ一定時間内における特徴部の移動量を、例えばオプティカルフローを生成することによって算出する。オプティカルフローは時間間隔をあけて取得された２以上の画像における複数の特徴部の移動方向をベクトルによって示したものである。
そして、制御部６においては、画像処理部９により生成されたオプティカルフローを構成するベクトルの総和や分散値に比例した値として、挿入部３の先端の長手方向の移動量が算出される（ステップＳ５）。
【００３８】
また、制御部６は、上記において算出された挿入部３の基端側の移動量と、先端の移動量との差分を算出し（ステップＳ６）、算出された差分が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。
差分が閾値以下の場合には、図３（ｂ）に示されるように、挿入部３の基端側の移動に追従して先端が移動している正常な動作状態であると判定することができ、ステップＳ１からの工程が繰り返される。
【００３９】
一方、差分が閾値より大きい場合には、例えば、図３（ｃ）に示されるように、挿入部３の基端側の移動に関わらず、先端が移動していないことになり、臓器Ａ内において挿入部３が異常な動作状態となりつつあると判定することができる。そこで、制御部６は、操作部２からの操作信号の入力に関わらず、挿入部３を前進させる方向への駆動部５の駆動を停止する（ステップＳ８）。
これにより、臓器Ａ内における挿入部３の異常な動作状態がさらに進行して臓器Ａを変形させてしまう不都合の発生を効果的に防止することができる。
【００４０】
このように、本実施形態に係るロボット支援型手術システム１とその制御方法によれば、内視鏡４の撮像系８により取得された画像の画像処理によって挿入部３の先端の移動量を算出するので、他に特別なセンサを用意する必要がなく、簡易に、臓器Ａ内における挿入部３の異常な動作状態を検出することができるという利点がある。
【００４１】
なお、本実施形態においては、挿入部３が長手方向に移動させられる場合を例示して説明したが、挿入部３の先端の湾曲部が湾曲される場合や、挿入部３が長手軸回りに捻り運動させられる場合においても、同様に異常な動作状態を検出することにしてもよい。
【００４２】
湾曲部が湾曲させられる場合には、生成されるオプティカルフローには一方向に向かう平行なベクトルが現れるので、その平均値を先端の移動量とすることができる。
また、挿入部３がねじられる場合には、生成されるオプティカルフローには渦状のベクトルが現れるので、各ベクトルを面積分することにより渦度や循環を求め、それに比例する値として先端の移動量を算出することができる。
【００４３】
また、長手軸方向に移動させたにも関わらず先端が回転してしまう場合に、長手軸方向への移動と回転とを識別するには、渦度を比較するか、画面の半分のみに注目してベクトル和を算出することにより行うことができる。渦の循環が所定値より大きい場合には回転、小さい場合には長手軸方向の移動として識別することができる。また、画面半分のベクトル和がゼロの場合には長手方向の移動、そうでない場合は回転の移動として識別することができる。
【００４４】
また、画像処理において抽出する特徴部としては、画像上のエッジを用いればよいが、腫瘍や大腸Ａの管構造、襞（ハウストラ）構造のように、特徴的な形状を有する部位を特徴部として抽出することも有効である。この場合、画像処理において、上記の特徴的な形状を優先的に抽出するように設定しておけばよい。
【００４５】
また、特徴的な色を有する部位を特徴部として抽出することも有効である。例えば、局注液等の色を予め設定しておくことにより、画像処理において、優先的にその色を有する部位を特徴部として抽出することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、挿入部３の先端と基端側の移動量の差分が閾値より大きくなったときに、駆動部５による挿入部３の長手方向前方への移動を停止することとしたが、これに代えて、同方向への移動速度を低下させてもよい。また、駆動部５による動作制限に代えて、あるいは、これとともに、操作者にその旨を報知する報知部を備えていてもよい。
報知部としては、音声、光、振動あるいは表示部７における表示によって報知する任意の手段を採用することができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、内視鏡４の撮像系８により取得された体内の画像を処理して、挿入部３の先端の移動量を算出することとしたが、これに代えて、図５に示されるように、挿入部３の先端に加速度センサ、ジャイロセンサあるいは赤外線距離センサのような、検出結果に基づいて挿入部３の先端の移動量を算出可能なセンサ１０を配置してもよい。
【００４８】
また、図６に示されるように、挿入部３の先端に磁性体等の被検出体１１を固定しておき、体外に配置した磁気センサ（体外センサ）１２によって、被検出体１１の移動量を直接測定することにしてもよい。なお、磁気センサ１２と磁性体１１とを入れ替えてもよい。磁性体１１に代えて、Ｘ線不透過体を用い、磁気センサ１２に代えてＸ線撮影装置を採用してもよい。
【００４９】
また、本実施形態においては、挿入部３の先端の移動量と基端側の移動量との差分が所定の閾値を超えるときは常に、駆動部５による挿入部３の移動を制限することとしたが、これに代えて、上記場合に挿入部３の移動を制限するモードと制限しないモードとを切り替え可能としてもよい。このようにすることで、臓器Ａを変形させないことが明らかな場合に、制限しないモードを利用可能として、操作性を向上することができるという利点がある。
【００５０】
また、本実施形態においては、挿入部３の先端の移動量を検出することに加えて、挿入部３の先端に力センサ１３を配置して、移動量の差分が閾値より大きくなるか、力センサ１３により検出される接触圧力が閾値より大きくなるかのいずれかによって、制御部６が駆動部５の動作を制限することにしてもよい。このようにすることで、いずれかの検出が十分に行われない場合であっても、体内における挿入部３の異常な状態をより確実に操作者に認識させることができる。
【００５１】
また、移動量の差分が閾値より大きくなった場合と、力センサ１３により検出される接触圧力が閾値より大きくなった場合とで、制御部６による駆動部５の動作の制限を段階的に切り替えることにしてもよい。また、移動量の差分が閾値より大きくなり、かつ、力センサ１３により検出される接触圧力が閾値より大きくなった場合のみに、制御部６が駆動部５の動作を制限することにしてもよい。
【００５２】
また、例えば、大腸の観察時等の場合に、内視鏡４の先端に透明なキャップ１５を被せ、該キャップ１５を大腸の内壁に押しつけながら挿入部３を挿入する場合がある（図８参照。）。この場合には、挿入部３の基端側の移動量に関わらず、先端側の移動量が小さく、差分が大きくなるが、このために駆動部５の動作が制限されると不都合である。
【００５３】
そこで、力センサ１３による接触圧力を判定する閾値を２段階（閾値ＸＡ，閾値ＸＢ，ただしＸＡ＜ＸＢ）設けてもよい。この場合の本実施形態に係るロボット支援型手術システム１の制御方法について、図９を参照して以下に説明すると，ステップＳ８までは前述の通りである。
【００５４】
そして、基端移動量と挿入部先端移動量の差分が大きい場合、異常な状態の可能性があるとして、操作者に報知後、先端にとりつけた力センサ１３から先端接触圧力Ｘを取得する（ステップＳ１２）。接触圧力が上記のような透明キャップ１５の押し当て挿入時に想定される小さい方の閾値ＸＡに達しない場合には、先端の透明なキャップ１５に想定の力がかかっていないため、挿入部３の途中経路で臓器Ａに力をかけてしまっている可能性があるとして、その旨を報知あるいは駆動部５の動作を制限してもよい。
【００５５】
力センサ１３による接触圧力Ｘが臓器Ａにかけてもよい圧力閾値ＸＢを超えた場合には、透明キャップ１５を臓器に押し当て過ぎている可能性があるとして、その旨を報知あるいは駆動部５の動作を制限することにしてもよい。つまり、先端の接触圧力Ｘによって選択肢を設定し（ステップＳ１３）、ＸＡ≦Ｘ≦ＸＢの場合には、想定の範囲として正常動作として認め、それ以外の場合には、操作者への報知あるいは駆動部駆動停止を行ってもよい（ステップＳ１４）。
【００５６】
また、通常の状態では、撮像系８により得られた画像を処理して挿入部３の先端の移動量を算出し、撮像系８が近接視野となって、画像処理による移動量の算出が困難となる場合、例えば、撮像系８が体内組織に近接あるいは接触して画像全体が赤色になった場合等には、近接視野となったと判定して、力センサ１３による接触圧力によって駆動部５の動作を制限することに切り替えてもよい。
【００５７】
また、画像処理による挿入部３の先端の移動量の算出に加えて、他のセンサ１０による挿入部３の先端の移動量の算出を同時に行い、少なくとも一方の移動量と挿入部３の基端側の移動量との差分が閾値より大きくなったときに、制御部６が駆動部５の動作を制限することにしてもよい。このようにすることによっても、いずれかの検出が十分に行われない場合であっても、体内における挿入部３の異常な状態をより確実に操作者に認識させることができる。
【００５８】
また、本実施形態においては、単一の閾値により駆動部５の動作を制限するかしないかを切り替えることとしたが、これに代えて、複数の閾値により段階的に切り替えることにしてもよい。例えば、図７に示されるように、移動量の差分が第１の所定値を超えた場合（ステップＳ９）に、表示等によってその旨を操作者に報知し（ステップＳ１０）、移動量の差分が第１の所定値より大きい第２の所定値を超えた場合（ステップＳ１１）に、駆動部５による挿入部３の動作を制限することにしてもよい。
【００５９】
また、本実施形態においては、内視鏡４の挿入部３をそのまま、大腸等の臓器Ａ内に挿入する場合について説明したが、これに代えて、図１０に示されるように、臓器Ａ内にオーバーチューブ１４を挿入し、オーバーチューブ１４内に内視鏡４の挿入部３を挿入する場合においても同様に適用してもよい。これにより、挿入部３がオーバーチューブ１４とともに湾曲して、臓器Ａ等に負担をかけてしまうことを防止することができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、一定の時間内における挿入部３の先端の移動量と挿入部３の基端側の移動量との単純な差分に基づいて挿入部の状態を判定することとしたが、これに代えて、挿入部３の基端側の移動量と画像処理により得られた挿入部の先端の移動量に定数を乗算したものとの差分により判定してもよい。挿入部３の先端の移動量および基端側の移動量は、一定時間毎の積分値であってもよいし、駆動開始時からの積分値であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  ロボット支援型手術システム
２  操作部
３  挿入部
５  駆動部
６  制御部
７  表示部（報知部）
８  撮像系
９  画像処理部（先端移動量検出部）
１０  センサ
１１  被検出体
１２  磁気センサ（体外センサ）
１３  力センサ（力検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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