JP2003275223A

JP2003275223A - 手術装置

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Publication number: JP2003275223A
Application number: JP2003115675A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ikeda; 裕一池田; Hitoshi Mizuno; 均水野; Masahiro Kudo; 正宏工藤; Yoshihiro Kosaka; 芳広小坂
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の定位手術に用いられる定位装置に対する
シースの位置決め、固定、シースの頭部への挿入抜去の
進退操作は、術者による手動であるため、術者への負担
となっている。【解決手段】本発明は、例えば患者頭部１に固着され、
予め画像診断装置により得た病変部分の位置から、頭部
１内の病変部分の位置決めを行う定位装置２と、定位装
置２による挿入位置、方向で病変部分まで挿入されるシ
ース３と、シース３に着脱自在に挿入される内視鏡４と
処置具と、シース３を電気的に３次元的に移動させる複
数の駆動モータとで構成される手術装置であり、予め設
定された移動範囲内を医療器具が移動するようにアーム
により制御される。

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、頭蓋骨内
外科手術を遠隔操作により行う手術装置に係り、特にシ
ースの挿入・後退を電気的駆動により行い、遠隔操作に
よる処置を行うのに好適する手術装置に関する。【０００２】【従来の技術】一般に、外科手術を必要とする障害とし
て、例えば脳における障害がある。その代表的なものと
して、脳出血とクモ膜下出血、パーキンソン氏病等があ
げられる。これら、脳障害を改善するための手術方法と
して、例えば「脳神経外科」誌第１４巻２号、Ｐ１２３
〜１３３（１９８６）に示される様に、コンピュータト
モグラフイ（ＣＴ）誘導による定位脳手術が行われてい
る。定位脳手術とは、患者の頭部に定位脳手術装置を固
定し、この定位装置に設けた位置決め装置により、脳内
の障害部分への位置決めを行い、ドレナージチューブ、
生検鉗子等の処置具を障害部分に挿入し、手術を行うも
のであり、例えば、特公昭６３−５１７０１号公報、Ｕ
ＳＰ．４３５０１５９等に開示されている。【０００３】このような定位手術では、近年Ｘ線ＣＴ、
ＭＲＩ等の観察装置を用い、断層像あるいは３次元像よ
り障害部分を捉え、位置決めすることにより、位置決め
の精度が向上し、患者に与える侵襲を低く抑えることが
できるようになった。さらに、例えば特開平１−１４６
５２２号公報に開示されるような定位脳手術装置では、
内視鏡を組み合わせ、生検、血腫吸引等の処置をリアル
タイムで観察しながら行うことによって、安全性の向上
を図ろうとする内視鏡下定位手術装置も提案されてい
る。【０００４】【特許文献１】特公昭６３−５１７０１号公報【０００５】【特許文献２】米国特許出願番号ＵＳＰ．４３５０１５
９【０００６】【特許文献３】特開平１−１４６５２２号公報【０００７】【非特許文献１】「脳神経外科」誌第１４巻２号、Ｐ１
２３〜１３３（１９８６）【０００８】【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の定位手術においては、例えば脳手術であれば、定位装
置に対するシースの位置決め、固定、シースの頭部への
挿入抜去の進退操作を、術者が手動によって行ってい
た。すなわち、シースの挿入位置を変更するためには、
定位装置にシースを取付ける固定手段の取付ねじをゆる
め、変更する位置へ定位装置に付けられている目盛りを
読みながら移動させ、再び固定手段のねじをしめて固定
するという作業が必要であった。この作業は、時間がか
かり、わずらわしいだけでなく、術前への負担となるも
のであった。【０００９】また、術者の定位装置に刻まれた目盛の読
み誤りにより間違った位置にシースを取付けてしまうお
それや、固定手段のねじの締め方が充分でない場合に
は、手術作業中にシースが脱落するおそれなどがあり、
安全性向上のためには、まだ改良の余地のあるものであ
った。【００１０】そこで本発明は、定位手術における術者の
作業負担を軽減し、安全にかつ確実に短時間で、手術器
具の位置決めを正確に行う手術装置を提供することを目
的とする。【００１１】【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、手術で用いられる医療器具を保持可能なア
ームと、前記アームを駆動するための駆動手段と、前記
医療器具の移動範囲を予め設定するための設定手段と、
前記設定手段の設定に基づいて前記アームの移動範囲を
制限するために前記駆動手段の駆動を制御するための制
御手段とを備える手術装置を提供する。【００１２】以上のような構成の手術装置は、定位装置
により障害部分となる対象部位に固定され、対象部分の
位置決めが行なわれ、この定位装置によって挿入方向、
位置が決定され、対象部位に内視鏡、若しくは処置具を
備えたシースが挿入され、制御手段によって前記シース
の定位手術装置に対する方向、位置を合わせるための動
作、シースの対象部分への挿入、抜去の進退動作を、電
気的に制御される駆動部により行なわれる。【００１３】【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。【００１４】図１，２には、本発明による第１の実施形
態としての手術装置の構成を示し説明する。この第１の
実施形態では、脳手術を行う手術装置を例とするこの手
術装置においては、患者の頭部１に固着され、頭部１内
の対象となる病変部分の位置決めを行う定位装置２と、
該定位装置２によって、挿入位置、方向が決定され、病
変部分に挿入されるシース３と、このシース３に着脱自
在に挿入される内視鏡４と、処置具として用いられる超
音波吸引器５と、超音波吸引器５を駆動するための超音
波吸引器本体６と、内視鏡４と超音波吸引器５を定位装
置２に取付け、支持するためのアーム７と、該アーム７
をシース３，内視鏡４及び超音波吸引器５と一体的に定
位装置２に対して、Ｘ軸方向，Ｚ軸方向へ移動されるた
めのＸモータ８，Ｚモータ９と、Ｘ軸まわりに回転させ
るためのαモータ１０と、前記シース３を内視鏡４、超
音波吸引器５と一体的にアーム７上を移動させるための
βモータ１１と、前記アーム７に対して進退させるため
のｄモータ１２とで構成され、さらにこの装置には、図
１（ｂ）に示すような、各モータの動作を制御するため
のコンピュータ１３と、Ｘ，Ｚ，α，β，ｄ各モータ８
〜１２の駆動電源となるドライバ１４と、前記コンピュ
ータ１３からの駆動指令をドライバ１４へ伝達するため
のコントローラ１５とを備えている。また、図示されな
いが、各モータにはエンコーダが取付けられている。【００１５】このように構成された手術装置の動作につ
いて説明する。【００１６】まず、手術台１６上に固定された定位装置
２のリング部分に患者の頭部１を挿入し装着する。【００１７】そして、予め準備したＸ線ＣＴ、ＭＲＩ等
によって得られた患者頭部１内の病変部分の座標に基づ
いて、シース３の頭部１への挿入方向、位置を決定した
後に、Ｘ，Ｚ，α，βの値を定め、コンピュータ１３に
入力する。前記コンピュータ１３からの各Ｘ，Ｚ，α，
βモータへの駆動制御信号は、モータコントローラ１５
を介して、ドライバ１４へ伝達される。前記ドライバ１
４は、前記駆動制御信号に基づき、各モータの駆動電流
が供給されて、各モータが駆動する。【００１８】前記各モータに取付けられたエンコーダ
は、コンピュータ１３によって指示された値にまで移動
したか否かを検出する。この検出信号は、ドライバ１４
を通して、モータコントロール１５へフィードバック
（Ｆ／Ｂ）され、各モータの位置制御に用いられる。こ
のように、シース３が進退する位置、方向が定められ
る。次に前述した作業と同様にして、ｄモータ１２を駆
動することによって、シース３の頭部１への挿入が行な
われる。【００１９】図３には、頭部１に挿入された状態のシー
ス３の先端部付近を示す。このシース３に装着された内
視鏡４による観察下で、超音波吸引器（プローブ）５を
遠隔操作し、患者脳１ｂ内にある血腫１ｃを吸引除去す
る。【００２０】このような第１の実施形態によって、シー
スの定位装置に対する位置、挿入方向、挿入方向を制御
されたモータによって行うことで、術者の作業負担の低
減、及び安全でかつ確実に短時間に手術器具の位置決め
を正確に行うことができる。【００２１】また、この第１の実施形態の手術装置の定
位装置を用いる例として、図４に示すように、予めＸ線
ＣＴや、ＭＲＩ等の画像診断装置により、患者の頭蓋２
０内の腫瘍等の病変（障害）部２２の位置を特定する。
それと同時に、血管２３の走行位置も画像診断によって
特定し、それらの座標データを図示しない記憶装置に記
憶する。図１に示す定位装置２に装着されたシース３に
内視鏡４を取り付け、特定した病変部２２に向け内視鏡
４を刺入する。【００２２】その際に、記憶された血管の走行状態を画
像として表示させ、これを参照しながら、病変部２２ま
で内視鏡４が到達する経路上にある血管２３や神経に当
接する前に内視鏡の曲モータによって、挿入部を湾曲さ
せて、血管２３を傷つけぬように回避することができ
る。【００２３】従って、頭蓋内に内視鏡を刺入する際に、
脳内血管を傷つけることがなく、低侵襲で、安全に定位
脳手術を行うことができる。【００２４】次に本発明による第２の実施形態としての
手術装置の定位装置を用いる例を示し説明する。この第
２の実施形態は、前述した第１の実施形態の手術装置の
定位装置を用いて、入力マニピュレータと同様の動きを
する鉗子を利用したものである。【００２５】図５に示すように、患者の頭部３１に固着
する定位装置３２と、定位装置３２に装着され、頭蓋内
の所定箇所（病変部分）に図示しない駆動モータによっ
て定位的に刺入するシース３３と、このシース３３内を
先端開口部まで挿通し、開口部から露出した病変部３４
を観察するための内視鏡３５と、同様に内視鏡３５とほ
ぼ平行してシース３３内を挿通し、内視鏡３５の視野内
で作業を行う鉗子３６とが設けられている。【００２６】これらの鉗子３６の動作及び、内視鏡３５
の湾曲動作は、シース３３の根元部に取付けられたモー
タ３７によって駆動される。そして、前記内視鏡３５の
映像は内視鏡３５と信号線４４で接続されたＣＣＵ４９
を介して、モニタ４０に映し出される。また鉗子３６の
動作は、コントローラ４１に取付けられた入力でマニピ
ュレータ４２を操作者が上下押引き、開閉動作をコント
ローラ４１内のコンコーダで読み取り、ドライバユニッ
ト４３に伝え、ドライバユニット４３からモータ３７の
駆動信号をモータ信号線４４を介してモータ３７に伝
え、入力マニピュレータ４２と同様の動きを鉗子３６が
行えるようになっている。【００２７】このような手術装置は、まず、患者頭蓋内
の腫瘍等の病変部３４の位置大きさ等をＸ線ＣＴ、ＭＲ
Ｉ等の画像診断装置によって、定位装置３２との相対的
位置関係として同定する。その後に、病変部３４の位置
情報を基に、シース３３を先端部が病変部３４に到達す
る様に穿刺する。【００２８】次に内視鏡３５及び鉗子３６をシース３３
内に挿入し、術者は、モニタ４０画面により、病変部３
４を観察しながら入力マニピュレータ４２を操作する。
この入力マニピュレータ４２を操作することによって鉗
子３６が同期した動作を行い病変部３４の処置を行う。
前記鉗子３６は、シース３３内で、入力マニピュレータ
４２と同様の自由度の高い動きを実現する。【００２９】従って、第２の実施形態の手術装置によれ
ば、狭いシース内で、鉗子を自在に動かすことができる
ために、鉗子の動きに制約が少なく自由な動作による処
置を行うことができる。また、このためにより複雑で難
易度の高い手術も、開頭することなく、定位脳手術で行
うことが可能である。【００３０】さらに内視鏡を用いて、所望する映像をモ
ニタ上に映し出すことによって、術者は、シース開口部
自体を直視する必要はなく、楽な姿勢で手術を行うこと
ができる。また、鉗子の動作、開閉を入力マニピュレー
タにて行うことによって、鉗子先端での細かな動きを拡
大して操作することができるために複雑な手術操作を楽
に行うことができる。【００３１】次に図６及び図７には、本発明による第３
の実施形態としての手術装置の構成を示し説明する。こ
の第３の実施形態は、前述した第１の実施形態の手術装
置の定位装置を利用するものであり、ここでは特徴部分
のみを説明する。【００３２】この手術装置において、図６は、図１に示
した定位装置に装着された開頭ドリルにより開頭を行な
う状態を示し、図７は、本実施形態のブロック構成の一
例を示す。【００３３】図７に示すように、この手術装置は、開頭
ドリル５１に取付けられた加速度センサ５４、力センサ
５５と、ドリル５３を回転させるためのモータ５８、ド
リル進退用アクチュエータ５７は制御装置５９に接続さ
れる。【００３４】この手術装置は、図６に示すように、開頭
ドリル５１には、先端にドリル刃５３が設けられ、術者
の手元側に加速度センサ５４、力センサ５５が取りつけ
られている。さらに開頭ドリル５１はホルダ５６により
固定され、ホルダ５６内部にはドリル進退用アクチュエ
ータ５７が内蔵されている。加速度センサ５４は、圧電
素子で構成されたものや、微少片持ちばりの変位検出型
センサであり、力センサ５５はロードセルやビーム構造
を有する力覚センサである。また、ドリル進退用アクチ
ュエータ５７は歯車付きモータ等で構成される。【００３５】このように構成された手術装置を用いて、
開頭ドリル５１で頭がい骨を切削する場合、まず、ドリ
ル刃部５３をモータ５８で回転させ、ドリル進退用アク
チュエータ５７にて、開頭ドリル５１を進めてゆく。【００３６】この時に、無理な力が加わらない様に、力
センサ５５によりドリル刃５３が頭がい骨から受ける反
力を検出して、ドリル刃５３を進める速度を制御する。
そして頭がい骨を貫通する間際になると、頭がい骨から
受ける反力が弱くなるので、これを検知しドリル刃５３
を進める速度又はモータ５８の回転数を落とす。【００３７】そしてドリル刃が貫通した瞬間は、頭がい
骨からの反力が急になくなるが、慣性力によりドリル刃
５３はそのまま進み続けようとするため、加速度が増加
する。この反力と加速度の急激な変化を検出して、モー
タ５８の回転を止めると同時に、ドリル刃５３の進行を
停止させるために、ドリル進退用アクチュエータ５７に
より、ドリル進退方向を反転させる。もしくは、図示し
ないブレーキ部材、例えばブレーキドラム等によりドリ
ル進退用アクチュエータ５７の電源ＯＦＦさせ、同時に
ブレーキをかけ、開頭ドリル５１の動きを止めてもよ
い。【００３８】このような第３の実施形態の手術装置によ
り、開頭時に開頭ドリルで受ける頭がい骨からの反力を
検出する力センサと、開頭ドリルの加速度を検出する加
速度センサを開頭ドリルに設け、その信号によりドリル
の回転と進退を制御したことにより、従来に比べて、開
頭時の脳実質に対する傷つけ防止を実現できる。【００３９】次に図８及び図９には、本発明による第４
の実施形態としての手術装置を示し説明する。【００４０】本実施形態は、前述した第３の実施形態の
手術装置おける開頭ドリルを定位装置から外し、ドリル
進退用アクチュエータを、自在に曲げられる関節を持っ
た関節アクチュエータに取り替えることにより、開頭手
術だけでなく、他の例えば、椎弓のカットに用いること
もできる。【００４１】つまり、図８に示すように、ドリル６２が
ドリル保持のための多関節ホルダ６０を介して定位装置
に固着されている。【００４２】この多関節ホルダ６０の調節部には、関節
の動きをロックするための関節固定アクチュエータ６１
が内蔵されている。このアクチュエータ６１には、例え
ば、空気圧にて調節の動きを止める空気圧ブレーキや、
電界をかけることに硬度を高くすることで、関節の動き
を止める磁性流体等が利用できる。【００４３】この装置における処置対象が例えば、椎弓
切削であった場合には、椎弓切削に適した形状のドリル
６２と、椎弓用ドリル刃６３に換える。【００４４】つまり、術者は自在に動く状態の椎弓用ド
リル６２を手に持ち、カットする椎弓部分を直視しなが
ら行う。多関節ホルダ６０の関節部は、フリー状態にな
っており、椎弓用ドリル刃６３を自在に動かすことがで
きる。【００４５】この様な場合に、本実施形態の手術装置で
は、術者が椎弓用ドリル刃６３を急に動かした時や、椎
弓等をカットし終えた瞬間に、力センサ６５及び加速セ
ンサ６４がその動きを検出し、危険と思われる判断がな
され、自動的にモータの回転を停止させ、且つ関節アク
チュエータの関節をロックし、安全を図ることができ
る。このような手術装置により、脊柱管内部の圧迫に
よる脊髄麻痺等の疾患に対する治療法である椎弓切除法
を行う際に、椎弓切除用のドリルで受ける反力と、ドリ
ルの加速度を検出し、その信号によりドリルの急激な動
きを検出し、その場合にドリルの回転を止め、多関節ホ
ルダの動きを固定したことにより、より安全な椎弓切除
が行なえる。【００４６】次に図１０には、本発明による第５の実施
形態としての手術装置を示し説明する。本実施形態は、
前述した第４の実施形態の手術装置の椎弓切除用のドリ
ルに替って外科用メスを装着した例である。【００４７】この手術装置において、先端部に外科用メ
ス７０を先端に搭載した外科処置具ホルダ６６が、多関
節ホルダ１０を介して、定位装置のフレーム等に固着さ
れている。この多関節ホルダ６０の関節には、関節固定
アクチュエータに代わりに、外科用メス７０を移動させ
るための関節アクチュエータ８２がそれぞれ置換されて
いる。また制御装置９には教示入力部８３が設けられて
いる。【００４８】前記関節アクチュエータ８２は、ＡＣモー
タ等より構成され、外科処置具ホルダ６６に取付けられ
ている加速度センサ７１、力センサ７２と共に、複数方
向の成分を検出できるものである。【００４９】前記加速度センサ７１は、例えば１パッケ
ージ内に圧電素子をＸ，Ｙ，Ｚ方向に設けた３方向の加
速度成分の検出可能なジャイロで構成され、また力セン
サ７２は、起歪ビームに歪ゲージを配し、力がかかった
ことによる歪を検出し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力とロール・
ピッチ・ヨーのモーメントを検出可能な６軸が力覚セン
サが考えられる。【００５０】このように構成された手術装置において、
まず、術者がある一定範囲を処置する、例えばメスで正
中切開等を行なう場合には、処置前に処置対象部の教示
を行なう。すなわち、外科用メス７０で切開する場合
は、起点と終点に外科用メス７０を位置させ、その時に
それぞれの位置で教示入力部８３の教示ボタンを押し、
位置を座票として入力する。【００５１】そして、実際の処置時には、術者が手で外
科処置具ホルダ６６を持ち処置を行なうが、その間教示
した処置対象部（この場合は切開線）を逸脱した方向に
外科処置具ホルダ６６を動かそうとした場合、加速度セ
ンサ７１、力センサ７２によりその方向を検知し、予め
入力された教示方向に外科処置具ホルダ６６を動かす様
に、多関節ホルダ６６の動きを制御する。【００５２】さらに外科処置具ホルダ６６の力センサ７
２は、処置中、外科用メス７０が生体から受ける反力を
検出し、その信号により予め設定した切開に必要な印加
力の範囲に維持されるように、多関節ホルダ６６の動き
を制御する。なお、外科処置具ホルダ６６の先端の処置
具は、取り換え可能であり、例えば処置具を持針器にす
れば、体腔内での縫合・吻合等を、前もってロボットに
教示させることにより安全に行なうことができる。【００５３】以上のことから第５の実施形態の手術装置
によれば、術者が予め教示した処置対象部分と術者の動
きのずれを、多軸成分の検出が可能な加速度センサ、力
センサで検出させ、その検出信号に応じて、教示した通
りに外科処置具を動かす様に多関節ホルダが制御され、
より安全な処置を行うことができる。【００５４】次に図１１及び図１２には、本発明による
第６の実施形態としての手術装置の構成を示し説明す
る。この実施形態は、遠隔的に外科的処置を行なうため
のマスタースレーブシステムである。【００５５】このシステムにおいて、術者の操作するマ
スタアーム１０１には、マスタアーム１０１の形状を検
出するための位置センサ９６（例えば、ポテンショメー
タ、エンコーダ、レゾルバ等）と、マスタアーム１０１
の動きを規制するための関節アクチュエータ９７（例え
ば、モータ、ブレーキ等）が内蔵されている。また、実
際に処置を行なうスレーブアーム９８には、スレーブア
ーム９８の形状を検出するための位置センサ９３（ポテ
ンショメータ、エンコーダ、レゾルバ等）と、スレーブ
アーム９８を駆動するための関節アクチュエータ９４
（モータ等）が内蔵されている。【００５６】またマスタアーム１０１，スレーブアーム
９８は、共に、先端部に組織把持部が設けられている。
このスレーブ側組織把持部は組織把持力検出のための力
センサ９１（例えば、小型ロードセル、歪ゲージ等）が
設けられ、該スレーブアーム９８の先端寄りには加速度
センサ９２が設けられている。またマスタアーム１０１
の先端部には同様に力センサ１００が設けられている。【００５７】このように構成された手術装置は、術者が
マスタアーム１０１を処置のため動かすと、位置センサ
９６からの信号が制御装置９５に入力され、マスタアー
ムの形状に追随する様に、スレーブアーム９８が駆動す
る。ここで、術者がマスタアーム側で誤って急激な動き
を行ってしまった場合は、スレーブ側の加速度センサ９
２により、その動きが正常な動作でないことを検出す
る。その検出信号により制御装置９５は、マスタアーム
の動きに追従しないように、スレーブアーム側の関節ア
クチュエータ９４をロックさせ、スレーブアーム９８の
動きを止める。【００５８】また、スレーブアーム側の組織把持部の力
センサ９１にて検出した生体からの反力信号は、制御装
置９５に入力された後、マスタアーム側の関節アクチュ
エータ９７に入力され、マスタ側にスレーブ側が検出し
た反力を呈示する様、関節アクチュエータ９７を駆動す
る。【００５９】この検出した反力が組織にダメージを与え
てしまうような過大な値の場合は、制御装置９５よりス
レーブ側の関節アクチュエータ９４の動きが、マスタア
ーム１０１の動きにかかわらず、予じめ設定された値を
越えない様に制御する。【００６０】尚、過大な加速度、組織に対する力を検出
した場合に、マスタアーム１０１の方の動きを止める様
に関節アクチュエータ９４を駆動制御してもよい。ま
た、アーム先端の処置具は他の鉗子等と交換可能であ
る。【００６１】以上説明した第６の実施形態の手術装置
は、スレーブマニピュレータの過大な加速度、組織に対
する過大な力を検出し、その情報に応じてスレーブアー
ムもしくはマスターアームを駆動制御したことにより、
従来の処置具では達成不可能であった低侵襲の深部臓器
へのアプローチを行なうマスタスレーブ外科処置システ
ムによる処置を安全に、術者側のミスをカバーして行な
うことができる。【００６２】次に図１３には、第７の実施形態としての
手術装置の構成を示し説明する。【００６３】この手術装置においては、コンピュータ１
１１には、患部のＣＴ画像データ１１６と、患者個有情
報データ１１７により構成される患者情報メモリ１１２
と、膝靱帯再建手術データベース１１３と、ディスプレ
イ１１４と、手術用ロボット１１８と、手術用ロボット
１１８を駆動制御する手術用ロボット制御装置１１５
と、手術用ロボット制御装置１１５が制御を行うための
基準位置を検出する基準位置検出センサ１１９とで構成
されている。【００６４】この手術装置は、患者情報メモリ１１２と
膝靱帯再建手術データベース１１３から読出された信号
を入力し、ディスプレイ１１４と手術用ロボット制御装
置１１５にその信号を出力する。前記手術用ロボット制
御装置１１５は、基準位置検出センサ１１９からの信号
に基づき、手術用ロボット１１８の動作を制御してい
る。【００６５】図１５は、このような手術装置を用いて、
膝靱帯再建手術を行う時の様子を示すものである。【００６６】前記手術用ロボット１１８の先端部に骨削
り用のドリル１３１が取り付けられている。処置対象の
患者の乗っているベッド１３０には、患者膝固定台１２
０が手術用ロボット１３２とともに設けられている。【００６７】基準位置検出センサ１１９は、ＣＴ像にお
いて明確に認識可能であり、且つ手術用ロボット１１８
に対する基準位置指示部材を検出するものであり、基準
位置指示部材は例えば、ＣＴ不透過の複数の金属片や、
高透確率のコアを芯材とした３軸磁気ソース等であり、
体表やＸ線透過材で構成された患者膝固定台１２０に取
り付けてある。【００６８】このように構成された手術装置において、
コンピュータ１１１には患者情報メモリ１１２に格納さ
れている、術前に撮像した膝のＣＴ画像データ１１６
と、術前検査により数値化された患者個有情報（体の柔
かさ膝の動態等）１１７が入力される。【００６９】これらのデータに加え、膝靱帯再建手術デ
ータベース１１３に格納されている再建靱帯の強度デー
タ、種々の骨格・靱帯の形状における膝動態データコン
ピュータ１１１に入力し、術者の設定した再建靱帯固定
のための穴位置・再建靱帯材質による靱帯再建術施行後
の膝動態をシミュレーションする。【００７０】この結果は、３Ｄグラフィックとしてディ
スプレイ１１４に表示される。この様にしてシミュレー
ションを行ない、術後の膝動態が良好（引っかかりがな
い、再建靱帯に応用集中が起こらない等）である靱帯固
定の穴位置を決定する。この最適位置の情報は手術用ロ
ボット制御装置１１５に入力される。ここで、手術用ロ
ボット制御装置は、基準位置検出センサ１１９からの信
号を受信し、処置対象部位と手術用ロボット１１８との
位置関係を認識する。【００７１】前記再建靱帯固定用最適穴位置データは、
術前に撮像したＣＴ像における基準位置指示部材の位置
を基準としたものであり、このＣＴ像をベースとした穴
位置情報を同一の基準位置を用いて、実際の処置用のデ
ータとしている。図１４（ａ）に示すように、前記基準
位置指示部材が複数のＸ線不透過金属片１２３とした場
合は、基準位置検出センサ１１９がＴＶカメラ１２１で
あり、画像処理により基準位置を検出し、ＣＴ像の基準
位置と合致させ手術用ロボット１１８により骨切削を行
なう。また図１４（ｂ）に示すように、基準位置指示部
材が３軸の磁気ソース１２４の場合は、基準位置検出セ
ンサ１１９は同様の構造をもつ３軸の磁気センサ１２５
となる。【００７２】尚、本実施形態は膝靱帯再建術に限られる
ものではなく、人工膝関節置換術、人工股関節置換術に
も応用可能である。但し、この場合は行う手術用に関す
る再建手術データベースを作成する必要がある。【００７３】以上のような第７の実施形態の手術装置に
より、膝靱帯の再建手術は、最適な再建靱帯固定のため
の骨切削位置を決定するため、術前に患部のＣＴ画像デ
ータ、患者個有情報と、膝靱帯再建手術データベースか
らのそれぞれのデータをもとに、術後動態のシミュレー
ションを行ない、決定された骨切削位置データをもとに
手術用ロボットにより正確な骨切削が行なえるため現状
医者の経験と勘によるところが大であった骨切削位置決
定を、確実に決定することができ、更にロボットに処置
を行なわせることで精度の高い骨切削が行なえ、十分な
機能回復が期待できる。【００７４】次に、図１６にには、第８の実施形態とし
ての手術装置の構成を示し説明する。【００７５】この手術装置においては、患者頭部のＣＴ
画像データ１４０はコンピュータ１４１に接続され、該
電子計算機１４１は、入力装置１４３とディスプレイ１
４２と手術用ロボット制御装置１４４に接続されてい
る。この手術用ロボット制御装置１４４は、手術用ロボ
ット１４６と基準位置検出センサ１４５に接続されてい
る。【００７６】このように構成された手術装置は、前記コ
ンピュータ１４１では、術前の頭部ＣＴ画像１４０よ
り、立体画像（３Ｄ）の頭蓋骨画像を構築し、ディスプ
レイ１４２上に３Ｄ表示する。この表示画像を入力装置
１４３により、向きを移動させたり、形状変化させたり
して、頭がい骨奇形整形の手術プラン決定のためのシミ
ュレーションを行なう。このシミュレーションより決定
された骨切削部位は、切削位置データとして手術用ロボ
ット１４６に入力され、シミュレーション通りの部位を
正確に切削加工する。【００７７】以上のことから本実施形態の手術装置によ
り、頭がい骨奇形の整形のための手術を、術前シミュレ
ーションで決定されたデータに基づいて手術用ロボット
にて正確に骨切削加工が行なえるため、従来の様に、シ
ミュレーションデータをもとに医者の手で切削を行って
いた場合に比べ、より正確でかつ医者の負担を軽減する
ことができる。【００７８】以上説明したように本発明の手術装置は、
定位装置を用いることにより、位置決め精度の向上さ
せ、人為的なミスを無くし、患者に与える侵襲をより低
く抑えることができる。【００７９】また、プローブの挿入の際に血管や神経を
回避させて傷付けること無く、安全な手術が確保され
る。さらに前記プローブ内に備えられた鉗子等の処置具
を遠隔操作可能な多自由度マニュピレータを用いて、処
置具の複雑な動作も外部から容易に操作でき、安全で高
度な手術を行うことができる。【００８０】そして、定位装置に装着された処置具に加
速センサや力センサ等を設けて、術者が行う手術におけ
る処置具の動きを監視し、誤操作の発生に制限を加え、
危険な事態を未然に防止することができる。【００８１】また本発明は、前述した実施形態に限定さ
れるものではなく、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変形や応用が可能であることは勿論である。【００８２】【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、定
位手術における術者の作業負担を軽減し、安全にかつ確
実に短時間で、手術器具の位置決めを正確に行う手術装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明による第１の実施形態としての手術装
置の各部材の構成を示す図である。【図２】第１の実施形態の手術装置の構成を示すブロ
ック図である。【図３】第１の実施形態の手術装置により、頭部に挿
入された状態のシースの先端部付近を示す図である。【図４】頭蓋骨内の脳の病変部と欠陥の走行位置の関
係を示す図である。【図５】第１の実施形態の手術装置を用いて、マニピ
ュレータにより頭部に挿入された鉗子により手術する状
態を示す図である。【図６】第３の実施形態として、第１の実施形態の定
位装置に装着された開頭ドリルにより開頭を行なう状態
を示す図である。【図７】本発明による第３の実施形態としての手術装
置の構成を示すブロック図である。【図８】第４の実施形態として、第１の実施形態の定
位装置に装着された関節アクチュエータに装着された開
頭ドリルにより椎弓切削を行なう状態を示す図である。【図９】本発明による第４の実施形態としての手術装
置の構成を示すブロック図である。【図１０】本発明による第５の実施形態としての手術
装置の部材構成とブロック構成を示す図である。【図１１】本発明による第６の実施形態としてのマス
タースレーブシステムの構成を示すブロック図である。【図１２】第６の実施形態のマスタースレーブシステ
ムの部材構成を示す図である。【図１３】本発明による第７の実施形態としての手術
装置の構成を示すブロック図である。【図１４】第７の実施形態の手術装置における基準位
置指示部材の例を示す図である。【図１５】第７の実施形態の手術装置を用いて、膝靱
帯再建手術を行う時の様子を示す図である。【図１６】本発明による第７の実施形態としての手術
装置の構成を示すブロック図である。【符号の説明】１…頭部、２…定位装置、３…シース、４…内視鏡、５
…超音波吸引器、６…超音波吸引器本体、７…アーム、
８…Ｘモータ、９…Ｚモータ、１０…αモータ、１１…
βモータ、１２…ｄモータ、１３…コンピュータ、１４
…ドライバ、１５…コントローラ、１６…手術台。

【手続補正書】【提出日】平成１５年４月２４日（２００３．４．２
４）【手続補正１】【補正対象書類名】明細書【補正対象項目名】全文【補正方法】変更【補正内容】【書類名】明細書【発明の名称】手術装置【特許請求の範囲】【請求項１】手術で用いられる医療器具を保持可能な
アームと、前記アームを駆動するための駆動手段と、前記医療器具の移動範囲を予め設定するための設定手段
と、前記設定手段の設定に基づいて前記アームの移動範囲を
制限するために前記駆動手段の駆動を制御するための制
御手段と、を備えることを特徴とする手術装置。【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、頭蓋骨内
外科手術を遠隔操作により行う手術装置に係り、特にシ
ースの挿入・後退を電気的駆動により行い、遠隔操作に
よる処置を行う手術装置に関する。【０００２】【従来の技術】一般に、外科手術を必要とする障害とし
て、例えば脳における障害がある。その代表的なものと
して、脳出血とクモ膜下出血、パーキンソン氏病等があ
げられる。これら、脳障害を改善するための手術方法と
して、例えば非特許文献１に示される様に、コンピュー
タトモグラフイ（ＣＴ）誘導による定位脳手術が行われ
ている。定位脳手術とは、患者の頭部に定位脳手術装置
を固定し、この定位装置に設けた位置決め装置により、
脳内の障害部分への位置決めを行い、ドレナージチュー
ブ、生検鉗子等の処置具を障害部分に挿入し、手術を行
うものであり、例えば、特許文献１、特許文献２等に開
示されている。【０００３】このような定位手術では、近年Ｘ線ＣＴ、
ＭＲＩ等の観察装置を用い、断層像あるいは３次元像よ
り障害部分を捉え、位置決めすることにより、位置決め
の精度が向上し、患者に与える侵襲を低く抑えることが
できるようになった。さらに、例えば特許文献３に開示
されるような定位脳手術装置では、内視鏡を組み合わ
せ、生検、血腫吸引等の処置をリアルタイムで観察しな
がら行うことによって、安全性の向上を図ろうとする内
視鏡下定位手術装置も提案されている。【０００４】【特許文献１】特公昭６３−５１７０１号公報【０００５】【特許文献２】米国特許出願番号ＵＳＰ．４３５０１５
９【０００６】【特許文献３】特開平１−１４６５２２号公報【０００７】【非特許文献１】「脳神経外科」誌第１４巻２号、Ｐ１
２３〜１３３（１９８６）【０００８】【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の定位手術においては、例えば脳手術であれば、定位装
置に対するシースの位置決め、固定、シースの頭部への
挿入抜去の進退操作を、術者が手動によって行ってい
た。すなわち、シースの挿入位置を変更するためには、
定位装置にシースを取付ける固定手段の取付ねじをゆる
め、変更する位置へ定位装置に付けられている目盛りを
読みながら移動させ、再び固定手段のねじをしめて固定
するという作業が必要であった。この作業は、時間がか
かり、わずらわしいだけでなく、術者への負担となるも
のであった。【０００９】また、術者の定位装置に刻まれた目盛の読
み誤りにより間違った位置にシースを取付けてしまうお
それや、固定手段のねじの締め方が充分でない場合に
は、手術作業中にシースの固定が緩くなり、安全性向上
のためには、まだ改良の余地のあるものであった。【００１０】そこで本発明は、医療器具を扱う術者の負
担を軽減すると共に、術者が正確な医療器具の操作を行
うことができるようになる手術装置を提供することを目
的とする。【００１１】【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、手術で用いられる医療器具を保持可能なア
ームと、アームを駆動するための駆動手段と、医療器具
の移動範囲を予め設定するための設定手段と、設定手段
の設定に基づいてアームの移動範囲を制限するために駆
動手段の駆動を制御するための制御手段と、手術装置を
提供する。【００１２】以上のような構成の手術装置は、設定手段
により予め医療器具の移動範囲を設定し、この設定され
た移動範囲内で医療器具を移動するように制御手段がア
ームを駆動するための駆動手段を制御する。【００１３】【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。【００１４】図１，２には、本発明による第１の実施形
態としての手術装置の構成を示し説明する。この第１の
実施形態では、脳手術を行う手術装置を例とするこの手
術装置においては、患者の頭部１に固着され、頭部１内
の対象となる病変部分の位置決めを行う定位装置２と、
該定位装置２によって、挿入位置、方向が決定され、病
変部分に挿入されるシース３と、このシース３に着脱自
在に挿入される内視鏡４と、処置具として用いられる超
音波吸引器５と、超音波吸引器５を駆動するための超音
波吸引器本体６と、内視鏡４と超音波吸引器５を定位装
置２に取付け、支持するためのアーム７と、該アーム７
をシース３，内視鏡４及び超音波吸引器５と一体的に定
位装置２に対して、Ｘ軸方向，Ｚ軸方向へ移動されるた
めのＸモータ８，Ｚモータ９と、Ｘ軸まわりに回転させ
るためのαモータ１０と、前記シース３を内視鏡４、超
音波吸引器５と一体的にアーム７上を移動させるための
βモータ１１と、前記アーム７に対して進退させるため
のｄモータ１２とで構成され、さらにこの装置には、図
１（ｂ）に示すような、各モータの動作を制御するため
のコンピュータ１３と、Ｘ，Ｚ，α，β，ｄ各モータ８
〜１２の駆動電源となるドライバ１４と、前記コンピュ
ータ１３からの駆動指令をドライバ１４へ伝達するため
のコントローラ１５とを備えている。また、図示されな
いが、各モータにはエンコーダが取付けられている。【００１５】このように構成された手術装置の動作につ
いて説明する。【００１６】まず、手術台１６上に固定された定位装置
２のリング部分に患者の頭部１を挿入し装着する。【００１７】そして、予め準備したＸ線ＣＴ、ＭＲＩ等
によって得られた患者頭部１内の病変部分の座標に基づ
いて、シース３の頭部１への挿入方向、位置を決定した
後に、Ｘ，Ｚ，α，βの値を定め、コンピュータ１３に
入力する。前記コンピュータ１３からの各Ｘ，Ｚ，α，
βモータへの駆動制御信号は、モータコントローラ１５
を介して、ドライバ１４へ伝達される。前記ドライバ１
４は、前記駆動制御信号に基づき、各モータの駆動電流
が供給されて、各モータが駆動する。【００１８】前記各モータに取付けられたエンコーダ
は、コンピュータ１３によって指示された値にまで移動
したか否かを検出する。この検出信号は、ドライバ１４
を通して、モータコントロール１５へフィードバック
（Ｆ／Ｂ）され、各モータの位置制御に用いられる。こ
のように、シース３が進退する位置、方向が定められ
る。次に前述した作業と同様にして、ｄモータ１２を駆
動することによって、シース３の頭部１への挿入が行な
われる。【００１９】図３には、頭部１に挿入された状態のシー
ス３の先端部付近を示す。このシース３に装着された内
視鏡４による観察下で、超音波吸引器（プローブ）５を
遠隔操作し、患者脳１ｂ内にある血腫１ｃを吸引除去す
る。【００２０】このような第１の実施形態によって、シー
スの定位装置に対する位置、挿入方向、挿入方向を制御
されたモータによって行うことで、術者の作業負担の低
減、及び安全でかつ確実に短時間に手術器具の位置決め
を正確に行うことができる。【００２１】また、この第１の実施形態の手術装置の定
位装置を用いる例として、図４に示すように、予めＸ線
ＣＴや、ＭＲＩ等の画像診断装置により、患者の頭蓋２
０内の腫瘍等の病変（障害）部２２の位置を特定する。
それと同時に、血管２３の走行位置も画像診断によって
特定し、それらの座標データを図示しない記憶装置に記
憶する。図１に示す定位装置２に装着されたシース３に
内視鏡４を取り付け、特定した病変部２２に向け内視鏡
４を刺入する。【００２２】その際に、記憶された血管の走行状態を画
像として表示させ、これを参照しながら、病変部２２ま
で内視鏡４が到達する経路上にある血管２３や神経に当
接する前に内視鏡の曲モータによって、挿入部を湾曲さ
せて、血管２３を傷つけぬように回避することができ
る。【００２３】従って、頭蓋内に内視鏡を刺入する際に、
脳内血管を傷つけることがなく、低侵襲で、安全に定位
脳手術を行うことができる。【００２４】次に本発明による第２の実施形態としての
手術装置の定位装置を用いる例を示し説明する。この第
２の実施形態は、前述した第１の実施形態の手術装置の
定位装置を用いて、入力マニピュレータと同様の動きを
する鉗子を利用したものである。【００２５】図５に示すように、患者の頭部３１に固着
する定位装置３２と、定位装置３２に装着され、頭蓋内
の所定箇所（病変部分）に図示しない駆動モータによっ
て定位的に刺入するシース３３と、このシース３３内を
先端開口部まで挿通し、開口部から露出した病変部３４
を観察するための内視鏡３５と、同様に内視鏡３５とほ
ぼ平行してシース３３内を挿通し、内視鏡３５の視野内
で作業を行う鉗子３６とが設けられている。【００２６】これらの鉗子３６の動作及び、内視鏡３５
の湾曲動作は、シース３３の根元部に取付けられたモー
タ３７によって駆動される。そして、前記内視鏡３５の
映像は内視鏡３５と信号線４４で接続されたＣＣＵ４９
を介して、モニタ４０に映し出される。また鉗子３６の
動作は、コントローラ４１に取付けられた入力でマニピ
ュレータ４２を操作者が上下押引き、開閉動作をコント
ローラ４１内のコンコーダで読み取り、ドライバユニッ
ト４３に伝え、ドライバユニット４３からモータ３７の
駆動信号をモータ信号線４４を介してモータ３７に伝
え、入力マニピュレータ４２と同様の動きを鉗子３６が
行えるようになっている。【００２７】このような手術装置は、まず、患者頭蓋内
の腫瘍等の病変部３４の位置大きさ等をＸ線ＣＴ、ＭＲ
Ｉ等の画像診断装置によって、定位装置３２との相対的
位置関係として同定する。その後に、病変部３４の位置
情報を基に、シース３３を先端部が病変部３４に到達す
る様に穿刺する。【００２８】次に内視鏡３５及び鉗子３６をシース３３
内に挿入し、術者は、モニタ４０画面により、病変部３
４を観察しながら入力マニピュレータ４２を操作する。
この入力マニピュレータ４２を操作することによって鉗
子３６が同期した動作を行い病変部３４の処置を行う。
前記鉗子３６は、シース３３内で、入力マニピュレータ
４２と同様の自由度の高い動きを実現する。【００２９】従って、第２の実施形態の手術装置によれ
ば、狭いシース内で、鉗子を自在に動かすことができる
ために、鉗子の動きに制約が少なく自由な動作による処
置を行うことができる。また、このためにより複雑で難
易度の高い手術も、開頭することなく、定位脳手術で行
うことが可能である。【００３０】さらに内視鏡を用いて、所望する映像をモ
ニタ上に映し出すことによって、術者は、シース開口部
自体を直視する必要はなく、楽な姿勢で手術を行うこと
ができる。また、鉗子の動作、開閉を入力マニピュレー
タにて行うことによって、鉗子先端での細かな動きを拡
大して操作することができるために複雑な手術操作を楽
に行うことができる。【００３１】次に図６及び図７には、本発明による第３
の実施形態としての手術装置の構成を示し説明する。こ
の第３の実施形態は、前述した第１の実施形態の手術装
置の定位装置を利用するものであり、ここでは特徴部分
のみを説明する。【００３２】この手術装置において、図６は、図１に示
した定位装置に装着された開頭ドリルにより開頭を行な
う状態を示し、図７は、本実施形態のブロック構成の一
例を示す。【００３３】図７に示すように、この手術装置は、開頭
ドリル５１に取付けられた加速度センサ５４、力センサ
５５と、ドリル５３を回転させるためのモータ５８、ド
リル進退用アクチュエータ５７は制御装置５９に接続さ
れる。【００３４】この手術装置は、図６に示すように、開頭
ドリル５１には、先端にドリル刃５３が設けられ、術者
の手元側に加速度センサ５４、力センサ５５が取りつけ
られている。さらに開頭ドリル５１はホルダ５６により
固定され、ホルダ５６内部にはドリル進退用アクチュエ
ータ５７が内蔵されている。加速度センサ５４は、圧電
素子で構成されたものや、微少片持ちばりの変位検出型
センサであり、力センサ５５はロードセルやビーム構造
を有する力覚センサである。また、ドリル進退用アクチ
ュエータ５７は歯車付きモータ等で構成される。【００３５】このように構成された手術装置を用いて、
開頭ドリル５１で頭がい骨を切削する場合、まず、ドリ
ル刃部５３をモータ５８で回転させ、ドリル進退用アク
チュエータ５７にて、開頭ドリル５１を進めてゆく。【００３６】この時に、無理な力が加わらない様に、力
センサ５５によりドリル刃５３が頭がい骨から受ける反
力を検出して、ドリル刃５３を進める速度を制御する。
そして頭がい骨を貫通する間際になると、頭がい骨から
受ける反力が弱くなるので、これを検知しドリル刃５３
を進める速度又はモータ５８の回転数を落とす。【００３７】そしてドリル刃が貫通した瞬間は、頭がい
骨からの反力が急になくなるが、慣性力によりドリル刃
５３はそのまま進み続けようとするため、加速度が増加
する。この反力と加速度の急激な変化を検出して、モー
タ５８の回転を止めると同時に、ドリル刃５３の進行を
停止させるために、ドリル進退用アクチュエータ５７に
より、ドリル進退方向を反転させる。もしくは、図示し
ないブレーキ部材、例えばブレーキドラム等によりドリ
ル進退用アクチュエータ５７の電源ＯＦＦさせ、同時に
ブレーキをかけ、開頭ドリル５１の動きを止めてもよ
い。【００３８】このような第３の実施形態の手術装置によ
り、開頭時に開頭ドリルで受ける頭がい骨からの反力を
検出する力センサと、開頭ドリルの加速度を検出する加
速度センサを開頭ドリルに設け、その信号によりドリル
の回転と進退を制御したことにより、従来に比べて、開
頭時の脳実質に対する傷つけ防止を実現できる。【００３９】次に図８及び図９には、本発明による第４
の実施形態としての手術装置を示し説明する。【００４０】本実施形態は、前述した第３の実施形態の
手術装置おける開頭ドリルを定位装置から外し、ドリル
進退用アクチュエータを、自在に曲げられる関節を持っ
た関節アクチュエータに取り替えることにより、開頭手
術だけでなく、他の例えば、椎弓のカットに用いること
もできる。【００４１】つまり、図８に示すように、ドリル６２が
ドリル保持のための多関節ホルダ６０を介して定位装置
に固着されている。【００４２】この多関節ホルダ６０の調節部には、関節
の動きをロックするための関節固定アクチュエータ６１
が内蔵されている。このアクチュエータ６１には、例え
ば、空気圧にて調節の動きを止める空気圧ブレーキや、
電界をかけることに硬度を高くすることで、関節の動き
を止める磁性流体等が利用できる。【００４３】この装置における処置対象が例えば、椎弓
切削であった場合には、椎弓切削に適した形状のドリル
６２と、椎弓用ドリル刃６３に換える。【００４４】つまり、術者は自在に動く状態の椎弓用ド
リル６２を手に持ち、カットする椎弓部分を直視しなが
ら行う。多関節ホルダ６０の関節部は、フリー状態にな
っており、椎弓用ドリル刃６３を自在に動かすことがで
きる。【００４５】この様な場合に、本実施形態の手術装置で
は、術者が椎弓用ドリル刃６３を急に動かした時や、椎
弓等をカットし終えた瞬間に、力センサ６５及び加速セ
ンサ６４がその動きを検出し、危険と思われる判断がな
され、自動的にモータの回転を停止させ、且つ関節アク
チュエータの関節をロックし、安全を図ることができ
る。このような手術装置により、脊柱管内部の圧迫に
よる脊髄麻痺等の疾患に対する治療法である椎弓切除法
を行う際に、椎弓切除用のドリルで受ける反力と、ドリ
ルの加速度を検出し、その信号によりドリルの急激な動
きを検出し、その場合にドリルの回転を止め、多関節ホ
ルダの動きを固定したことにより、より安全な椎弓切除
が行なえる。【００４６】次に図１０には、本発明による第５の実施
形態としての手術装置を示し説明する。本実施形態は、
前述した第４の実施形態の手術装置の椎弓切除用のドリ
ルに替って外科用メスを装着した例である。【００４７】この手術装置において、先端部に外科用メ
ス７０を先端に搭載した外科処置具ホルダ６６が、多関
節ホルダ１０を介して、定位装置のフレーム等に固着さ
れている。この多関節ホルダ６０の関節には、関節固定
アクチュエータに代わりに、外科用メス７０を移動させ
るための関節アクチュエータ８２がそれぞれ置換されて
いる。また制御装置９には教示入力部８３が設けられて
いる。【００４８】前記関節アクチュエータ８２は、ＡＣモー
タ等より構成され、外科処置具ホルダ６６に取付けられ
ている加速度センサ７１、力センサ７２と共に、複数方
向の成分を検出できるものである。【００４９】前記加速度センサ７１は、例えば１パッケ
ージ内に圧電素子をＸ，Ｙ，Ｚ方向に設けた３方向の加
速度成分の検出可能なジャイロで構成され、また力セン
サ７２は、起歪ビームに歪ゲージを配し、力がかかった
ことによる歪を検出し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力とロール・
ピッチ・ヨーのモーメントを検出可能な６軸が力覚セン
サが考えられる。【００５０】このように構成された手術装置において、
まず、術者がある一定範囲を処置する、例えばメスで正
中切開等を行なう場合には、処置前に処置対象部の教示
を行なう。すなわち、外科用メス７０で切開する場合
は、起点と終点に外科用メス７０を位置させ、その時に
それぞれの位置で教示入力部８３の教示ボタンを押し、
位置を座票として入力する。【００５１】そして、実際の処置時には、術者が手で外
科処置具ホルダ６６を持ち処置を行なうが、その間教示
した処置対象部（この場合は切開線）を逸脱した方向に
外科処置具ホルダ６６を動かそうとした場合、加速度セ
ンサ７１、力センサ７２によりその方向を検知し、予め
入力された教示方向に外科処置具ホルダ６６を動かす様
に、多関節ホルダ６６の動きを制御する。【００５２】さらに外科処置具ホルダ６６の力センサ７
２は、処置中、外科用メス７０が生体から受ける反力を
検出し、その信号により予め設定した切開に必要な印加
力の範囲に維持されるように、多関節ホルダ６６の動き
を制御する。なお、外科処置具ホルダ６６の先端の処置
具は、取り換え可能であり、例えば処置具を持針器にす
れば、体腔内での縫合・吻合等を、前もってロボットに
教示させることにより安全に行なうことができる。【００５３】以上のことから第５の実施形態の手術装置
によれば、術者が予め教示した処置対象部分と術者の動
きのずれを、多軸成分の検出が可能な加速度センサ、力
センサで検出させ、その検出信号に応じて、教示した通
りに外科処置具を動かす様に多関節ホルダが制御され、
より安全な処置を行うことができる。【００５４】次に図１１及び図１２には、本発明による
第６の実施形態としての手術装置の構成を示し説明す
る。この実施形態は、遠隔的に外科的処置を行なうため
のマスタースレーブシステムである。【００５５】このシステムにおいて、術者の操作するマ
スタアーム１０１には、マスタアーム１０１の形状を検
出するための位置センサ９６（例えば、ポテンショメー
タ、エンコーダ、レゾルバ等）と、マスタアーム１０１
の動きを規制するための関節アクチュエータ９７（例え
ば、モータ、ブレーキ等）が内蔵されている。また、実
際に処置を行なうスレーブアーム９８には、スレーブア
ーム９８の形状を検出するための位置センサ９３（ポテ
ンショメータ、エンコーダ、レゾルバ等）と、スレーブ
アーム９８を駆動するための関節アクチュエータ９４
（モータ等）が内蔵されている。【００５６】またマスタアーム１０１，スレーブアーム
９８は、共に、先端部に組織把持部が設けられている。
このスレーブ側組織把持部は組織把持力検出のための力
センサ９１（例えば、小型ロードセル、歪ゲージ等）が
設けられ、該スレーブアーム９８の先端寄りには加速度
センサ９２が設けられている。またマスタアーム１０１
の先端部には同様に力センサ１００が設けられている。【００５７】このように構成された手術装置は、術者が
マスタアーム１０１を処置のため動かすと、位置センサ
９６からの信号が制御装置９５に入力され、マスタアー
ムの形状に追随する様に、スレーブアーム９８が駆動す
る。ここで、術者がマスタアーム側で誤って急激な動き
を行ってしまった場合は、スレーブ側の加速度センサ９
２により、その動きが正常な動作でないことを検出す
る。その検出信号により制御装置９５は、マスタアーム
の動きに追従しないように、スレーブアーム側の関節ア
クチュエータ９４をロックさせ、スレーブアーム９８の
動きを止める。【００５８】また、スレーブアーム側の組織把持部の力
センサ９１にて検出した生体からの反力信号は、制御装
置９５に入力された後、マスタアーム側の関節アクチュ
エータ９７に入力され、マスタ側にスレーブ側が検出し
た反力を呈示する様、関節アクチュエータ９７を駆動す
る。【００５９】この検出した反力が組織にダメージを与え
てしまうような過大な値の場合は、制御装置９５よりス
レーブ側の関節アクチュエータ９４の動きが、マスタア
ーム１０１の動きにかかわらず、予じめ設定された値を
越えない様に制御する。【００６０】尚、過大な加速度、組織に対する力を検出
した場合に、マスタアーム１０１の方の動きを止める様
に関節アクチュエータ９４を駆動制御してもよい。ま
た、アーム先端の処置具は他の鉗子等と交換可能であ
る。【００６１】以上説明した第６の実施形態の手術装置
は、スレーブマニピュレータの過大な加速度、組織に対
する過大な力を検出し、その情報に応じてスレーブアー
ムもしくはマスターアームを駆動制御したことにより、
従来の処置具では達成不可能であった低侵襲の深部臓器
へのアプローチを行なうマスタスレーブ外科処置システ
ムによる処置を安全に、術者側のミスをカバーして行な
うことができる。【００６２】次に図１３には、第７の実施形態としての
手術装置の構成を示し説明する。【００６３】この手術装置においては、コンピュータ１
１１には、患部のＣＴ画像データ１１６と、患者個有情
報データ１１７により構成される患者情報メモリ１１２
と、膝靱帯再建手術データベース１１３と、ディスプレ
イ１１４と、手術用ロボット１１８と、手術用ロボット
１１８を駆動制御する手術用ロボット制御装置１１５
と、手術用ロボット制御装置１１５が制御を行うための
基準位置を検出する基準位置検出センサ１１９とで構成
されている。【００６４】この手術装置は、患者情報メモリ１１２と
膝靱帯再建手術データベース１１３から読出された信号
を入力し、ディスプレイ１１４と手術用ロボット制御装
置１１５にその信号を出力する。前記手術用ロボット制
御装置１１５は、基準位置検出センサ１１９からの信号
に基づき、手術用ロボット１１８の動作を制御してい
る。【００６５】図１５は、このような手術装置を用いて、
膝靱帯再建手術を行う時の様子を示すものである。【００６６】前記手術用ロボット１１８の先端部に骨削
り用のドリル１３１が取り付けられている。処置対象の
患者の乗っているベッド１３０には、患者膝固定台１２
０が手術用ロボット１３２とともに設けられている。【００６７】基準位置検出センサ１１９は、ＣＴ像にお
いて明確に認識可能であり、且つ手術用ロボット１１８
に対する基準位置指示部材を検出するものであり、基準
位置指示部材は例えば、ＣＴ不透過の複数の金属片や、
高透確率のコアを芯材とした３軸磁気ソース等であり、
体表やＸ線透過材で構成された患者膝固定台１２０に取
り付けてある。【００６８】このように構成された手術装置において、
コンピュータ１１１には患者情報メモリ１１２に格納さ
れている、術前に撮像した膝のＣＴ画像データ１１６
と、術前検査により数値化された患者個有情報（体の柔
かさ膝の動態等）１１７が入力される。【００６９】これらのデータに加え、膝靱帯再建手術デ
ータベース１１３に格納されている再建靱帯の強度デー
タ、種々の骨格・靱帯の形状における膝動態データコン
ピュータ１１１に入力し、術者の設定した再建靱帯固定
のための穴位置・再建靱帯材質による靱帯再建術施行後
の膝動態をシミュレーションする。【００７０】この結果は、３Ｄグラフィックとしてディ
スプレイ１１４に表示される。この様にしてシミュレー
ションを行ない、術後の膝動態が良好（引っかかりがな
い、再建靱帯に応用集中が起こらない等）である靱帯固
定の穴位置を決定する。この最適位置の情報は手術用ロ
ボット制御装置１１５に入力される。ここで、手術用ロ
ボット制御装置は、基準位置検出センサ１１９からの信
号を受信し、処置対象部位と手術用ロボット１１８との
位置関係を認識する。【００７１】前記再建靱帯固定用最適穴位置データは、
術前に撮像したＣＴ像における基準位置指示部材の位置
を基準としたものであり、このＣＴ像をベースとした穴
位置情報を同一の基準位置を用いて、実際の処置用のデ
ータとしている。図１４（ａ）に示すように、前記基準
位置指示部材が複数のＸ線不透過金属片１２３とした場
合は、基準位置検出センサ１１９がＴＶカメラ１２１で
あり、画像処理により基準位置を検出し、ＣＴ像の基準
位置と合致させ手術用ロボット１１８により骨切削を行
なう。また図１４（ｂ）に示すように、基準位置指示部
材が３軸の磁気ソース１２４の場合は、基準位置検出セ
ンサ１１９は同様の構造をもつ３軸の磁気センサ１２５
となる。【００７２】尚、本実施形態は膝靱帯再建術に限られる
ものではなく、人工膝関節置換術、人工股関節置換術に
も応用可能である。但し、この場合は行う手術用に関す
る再建手術データベースを作成する必要がある。【００７３】以上のような第７の実施形態の手術装置に
より、膝靱帯の再建手術は、最適な再建靱帯固定のため
の骨切削位置を決定するため、術前に患部のＣＴ画像デ
ータ、患者個有情報と、膝靱帯再建手術データベースか
らのそれぞれのデータをもとに、術後動態のシミュレー
ションを行ない、決定された骨切削位置データをもとに
手術用ロボットにより正確な骨切削が行なえるため現状
医者の経験と勘によるところが大であった骨切削位置決
定を、確実に決定することができ、更にロボットに処置
を行なわせることで精度の高い骨切削が行なえ、十分な
機能回復が期待できる。【００７４】次に、図１６にには、第８の実施形態とし
ての手術装置の構成を示し説明する。【００７５】この手術装置においては、患者頭部のＣＴ
画像データ１４０はコンピュータ１４１に接続され、該
電子計算機１４１は、入力装置１４３とディスプレイ１
４２と手術用ロボット制御装置１４４に接続されてい
る。この手術用ロボット制御装置１４４は、手術用ロボ
ット１４６と基準位置検出センサ１４５に接続されてい
る。【００７６】このように構成された手術装置は、前記コ
ンピュータ１４１では、術前の頭部ＣＴ画像１４０よ
り、立体画像（３Ｄ）の頭蓋骨画像を構築し、ディスプ
レイ１４２上に３Ｄ表示する。この表示画像を入力装置
１４３により、向きを移動させたり、形状変化させたり
して、頭がい骨奇形整形の手術プラン決定のためのシミ
ュレーションを行なう。このシミュレーションより決定
された骨切削部位は、切削位置データとして手術用ロボ
ット１４６に入力され、シミュレーション通りの部位を
正確に切削加工する。【００７７】以上のことから本実施形態の手術装置によ
り、頭がい骨奇形の整形のための手術を、術前シミュレ
ーションで決定されたデータに基づいて手術用ロボット
にて正確に骨切削加工が行なえるため、従来の様に、シ
ミュレーションデータをもとに医者の手で切削を行って
いた場合に比べ、より正確でかつ医者の負担を軽減する
ことができる。【００７８】以上説明したように本発明の手術装置は、
定位装置を用いることにより、位置決め精度の向上さ
せ、人為的なミスを無くし、患者に与える侵襲をより低
く抑えることができる。【００７９】また、プローブの挿入の際に血管や神経を
回避させて傷付けること無く、安全な手術が確保され
る。さらに前記プローブ内に備えられた鉗子等の処置具
を遠隔操作可能な多自由度マニュピレータを用いて、処
置具の複雑な動作も外部から容易に操作でき、安全で高
度な手術を行うことができる。【００８０】そして、定位装置に装着された処置具に加
速センサや力センサ等を設けて、術者が行う手術におけ
る処置具の動きを監視し、誤操作の発生に制限を加え、
危険な事態を未然に防止することができる。【００８１】また本発明は、前述した各実施形態に限定
されるものではなく、他にも発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変形や応用が可能であることは勿論である。【００８２】【発明の効果】本発明の手術装置によれば、医療器具を
扱う術者の負担を軽減すると共に、術者が正確な医療器
具の操作を行うことができるようになる。【図面の簡単な説明】【図１】本発明による第１の実施形態としての手術装
置の各部材の構成を示す図である。【図２】第１の実施形態の手術装置の構成を示すブロ
ック図である。【図３】第１の実施形態の手術装置により、頭部に挿
入された状態のシースの先端部付近を示す図である。【図４】頭蓋骨内の脳の病変部と欠陥の走行位置の関
係を示す図である。【図５】第１の実施形態の手術装置を用いて、マニピ
ュレータにより頭部に挿入された鉗子により手術する状
態を示す図である。【図６】第３の実施形態として、第１の実施形態の定
位装置に装着された開頭ドリルにより開頭を行なう状態
を示す図である。【図７】本発明による第３の実施形態としての手術装
置の構成を示すブロック図である。【図８】第４の実施形態として、第１の実施形態の定
位装置に装着された関節アクチュエータに装着された開
頭ドリルにより椎弓切削を行なう状態を示す図である。【図９】本発明による第４の実施形態としての手術装
置の構成を示すブロック図である。【図１０】本発明による第５の実施形態としての手術
装置の部材構成とブロック構成を示す図である。【図１１】本発明による第６の実施形態としてのマス
タースレーブシステムの構成を示すブロック図である。【図１２】第６の実施形態のマスタースレーブシステ
ムの部材構成を示す図である。【図１３】本発明による第７の実施形態としての手術
装置の構成を示すブロック図である。【図１４】第７の実施形態の手術装置における基準位
置指示部材の例を示す図である。【図１５】第７の実施形態の手術装置を用いて、膝靱
帯再建手術を行う時の様子を示す図である。【図１６】本発明による第７の実施形態としての手術
装置の構成を示すブロック図である。【符号の説明】１…頭部、２…定位装置、３…シース、４…内視鏡、５
…超音波吸引器、６…超音波吸引器本体、７…アーム、
８…Ｘモータ、９…Ｚモータ、１０…αモータ、１１…
βモータ、１２…ｄモータ、１３…コンピュータ、１４
…ドライバ、１５…コントローラ、１６…手術台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者工藤正宏東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者小坂芳広東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】手術で用いられる医療器具を保持可能な
アームと、前記アームを駆動するための駆動手段と、前記医療器具の移動範囲を予め設定するための設定手段
と、前記設定手段の設定に基づいて前記アームの移動範囲を
制限するために前記駆動手段の駆動を制御するための制
御手段と、を備えることを特徴とする手術装置。