JP2009136538A - 眼科手術支援装置及びこれを用いた眼科手術支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】眼球内の手術を比較的に安全にかつ精度良く行う。
【解決手段】粗動部６２は、微動部６３を、三次元空間中における適宜な位置に配置させる。微動部６３は、眼科手術用の鉗子２を支持する。さらに、微動部６３は、鉗子２上又はその延長線上に仮想的に存在する不動点Ｐを中心として、鉗子２を適宜な角度及び方向に回動させる。例えば、粗動部６２を駆動することにより、仮想的な不動点を、眼球の表面上に配置することができる。その後に、微動部６２を移動させることにより、鉗子２の先端を眼球内に挿入して、眼球内部の手術を行うことができる。不動点を眼球の表面上に配置した場合、鉗子２は、眼球の表面上の一点を中心として回動することができる。このため、眼球表面に形成された、鉗子挿入用のポートを、鉗子により傷めるおそれが少ない。
【選択図】図３

Description

本発明は、眼科手術支援装置及びこれを用いた眼科手術支援システムに関するものである。特に、本発明は、眼内における網膜や硝子体などの部位における手術を支援できる装置に関係している。

従来の眼内手術の手法を、図１を参照しながら説明する。まず、眼球１の構造の概要を説明する。眼球１は、比較的に硬い強膜１１により覆われている。その内側には網膜１２があり、眼底中央には中心窩１３が存在する。さらに、眼内には、眼内空間の大部分を占める硝子体１４が存在する。さらに、図１では、角膜を符号１５で、視神経を符号１６で示している。また、眼球１の直径Ｄは、成人の場合、約２４ｍｍである。

眼内手術においては、まず、角膜１５の側方において、硬膜１１に二つのポート１ａ及び１ｂを形成する。これらのポートの形成は細長いドリルを用いることにより行われる。もちろん、手術中には、眼球周囲の筋肉に麻酔を施すので、眼球１が動くことはない。

ついで、一方のポート１ａから術具（例えば鉗子）２の先端を挿入する。また、他方のポート１ｂから、眼内照明のための光ファイバ３を挿入する。そして、顕微鏡で眼球１を見ながら、眼内の手術が行われる。この手法で行われる手術としては、例えば、眼底にある網膜１２の一部（厚さ１０μｍ程度）や、網膜下の異常血管群を除去する手術がある。この他、硝子体１４の切除等も、この方法で行うことができる。

手術時においては、術具２は、ポート１ａを中心としてピポット的にのみ運動することができる。これは、強膜１１を損傷させないためである。つまり、手術を行う医師は、ポート１ａを中心として術具２をピポット的に移動させながら、術具２に、必要な動作を行わせる必要がある。

ところで、眼内手術は、非常に微細で緻密な部位の手術であるため、その動きにも、高い精度が求められる。しかも、術具２の動きが制約されているので、手術の難易度は一般に非常に高く、熟練した医師にしか行えないという問題があった。

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、眼球内の手術を比較的に安全に行うことが可能になる手術支援装置、及び、これを用いた手術支援システムを提供することである。

本発明は、下記のいずれかの項目に記載の構成を備えている。

（項目１）
粗動部と微動部とを備え、
前記粗動部は、前記微動部を、三次元空間中における適宜な位置に配置させる構成となっており、
前記微動部は、眼科手術用の術具を支持する構成となっており、
さらに、前記微動部は、前記術具上又はその延長線上に仮想的に存在する不動点を中心として、前記術具を適宜な角度及び方向に回動させる構成となっている
ことを特徴とする眼科手術支援装置。

この発明によれば、粗動部により、微動部を、手術に適切な位置に配置することができる。例えば、粗動部を駆動することにより、微動部における仮想的な不動点を、眼球の表面上に配置することができる。その後に、微動部を駆動することにより、術具を用いて、眼球内部の手術を行うことができる。

また、この発明では、微動部によって支持された術具は、不動点を中心として回動する構成となっている。ここで、回動とは、正逆方向において、少なくとも所定の角度範囲内で回転できることを意味する。したがって、この発明においては、不動点を眼球の表面上に配置した場合、術具は、眼球の表面上の一点を中心として回動することができる。このため、眼球表面に形成された、術具挿入用のポートを、術具により傷めるおそれが低下する。したがって、この発明によれば、眼内の手術を比較的安全に行うことが可能になる。

本発明における術具とは、例えば鉗子であるが、そのほかにも、せん刀（はさみ）、ライトガイド（光ファイバ）、カッターなど、適宜の術具を用いることができる。

（項目２）
前記粗動部は、ＸＹＺ方向に前記微動部を移動させることができる構成となっている
ことを特徴とする項目１に記載の眼科手術支援装置。

この発明によれば、微動部の移動方向として３自由度を確保することができる。

（項目３）
前記微動部は、さらに、前記術具を軸回りに回動させ、かつ、前記術具を長さ方向に沿って移動させることができる構成となっている
ことを特徴とする項目１又は２に記載の眼科手術支援装置。

この発明によれば、仮想的な不動点を眼球表面上に配置した後、微動部を前進させることで、術具先端を眼球内に挿入することができる。その後、眼球表面を中心として、術具を回動させることができる。さらに、この発明では、術具を軸回りに回動させることができるので、手術に必要な操作を術具に対して行うことができる。

（項目４）
前記微動部は、第１ガイド部と第２ガイド部とを備えており、
前記第１ガイド部は、前記粗動部によって移動させられる構成となっており、
かつ、前記第１ガイド部は、前記第２ガイド部を、前記不動点を中心として回動させる構成となっており、
前記第２ガイド部は、前記術具を、前記不動点を中心として回動させる構成となっており、
前記第１ガイド部による仮想的な回動軸と、前記第２ガイド部による仮想的な回動軸とは、交差している
ことを特徴とする項目１〜３のいずれか１項に記載の眼科手術支援装置。

この発明によれば、仮想的な不動点を、比較的容易に形成することができる。しかも、機構的に無理がなく、滑らかな回動動作を実現できる。

（項目５）
前記第２ガイド部は、前記第１ガイド部によって回動させられる第２ガイド部自身の移動軌跡における仮想的な回動軸からオフセットされた状態で、前記第１ガイドに取り付けられている
ことを特徴とする項目４に記載の眼科手術支援装置。

この発明によれば、第２ガイド部をオフセットしているために、不動点近傍を見るための顕微鏡やカメラを設置する空間を形成しやすいという利点がある。顕微鏡やカメラは、例えば粗動部に固定することができる。なお、第２ガイド部自身の移動軌跡における仮想的な回動軸は、一般に、本発明における不動点を通過する。

（項目６）
項目１〜５のいずれか１項に記載の眼科手術支援装置とマスタマニピュレータとを備え、
前記マスタマニピュレータは、操作部を備えており、
さらに、前記マスタマニピュレータは、前記操作部の操作に従って、前記眼科手術支援装置を駆動する構成となっている
ことを特徴とする眼科手術支援システム。

この発明によれば、マスタマニピュレータにおける操作部を操作することにより、粗動部又は微動部を操作することができる。マスタマニピュレータの操作部に対する大きな動きを、微動部における小さな動きに変換するように構成すれば、眼内手術に求められる微細かつ高精度な動きを、比較的容易に実現することができる。

本発明によれば、眼球内の手術を比較的に安全に行うことが可能になる手術支援装置、及び、これを用いた手術支援システムを提供することが可能になる。

以下、本発明の一実施形態に係る手術支援装置及びこれを用いた手術支援システムを、添付の図面に基づいて説明する。

（手術支援システムの全体構成）
まず、本実施形態に係る手術支援システムの全体構成を、図２に基づいて説明する。

この眼科手術支援システムは、眼科手術支援装置６とマスタマニピュレータ７とを備えている。

眼科手術支援装置６は、インタフェース部６１と、粗動部６２と、微動部６３とを備えている。インタフェース部６１は、後述するマスタマニピュレータ７のインタフェース部７１からの指令を受け取り、粗動部６２又は微動部６３の動作を制御する部分である。粗動部６２及び微動部６３についての詳しい構成については後述する。

マスタマニピュレータ７は、インタフェース部７１と、操作部７２と、処理部７３とを備えている。

マスタマニピュレータ７のインタフェース部７１は、眼科手術支援装置６のインタフェース部６１に接続されている。この接続は、インターネットやＬＡＮのようなネットワークを介して行われても良いし、１対１で直接に接続されたものでもよい。

操作部７２は、使用者（例えば医師）からの操作を受け付ける部分である。操作部７２としては、例えば、操作入力用の術具（図示せず）を備え、この入力用の術具の動きを取得する構成とすることができる。ただし、操作部７２としては、使用者からの必要な操作を入力できるものであればよく、例えば、ジョイスティックやタッチパッドなどの汎用的な入力デバイスを用いることもできる。

処理部７３は、操作部７２で入力された操作を解析して、眼科用手術支援装置６の駆動に必要な信号を生成する部分である。処理部７３は、例えば、適宜なパーソナルコンピュータやワークステーションを用いることにより実装することができる。

このような構成によって、本実施形態のマスタマニピュレータ７は、操作部７２の操作に従って、眼科手術支援装置６を駆動する構成となっている。

（粗動部の構成）
次に、本実施形態に係る眼科手術支援装置６の構成を詳しく説明する（図３参照）。眼科手術支援装置６の粗動部６２は、微動部６３を、三次元空間中における適宜な位置に配置させる構成となっているものである。

具体的には粗動部６２（図４〜図７参照）は、Ｚ方向ガイド６２１と、Ｚ方向スライダ６２２と、Ｙ方向ガイド６２３と、Ｙ方向スライダ６２４と、Ｘ方向ガイド６２５（図５参照）と、Ｘ方向スライダ６２６とを備えている。

Ｚ方向ガイド６２１は、Ｚ方向スライダ６２２がＺ方向において往復できるように支持している。また、Ｚ方向ガイド６２１は、Ｚ方向スライダ６２２を、Ｚ方向における所望の位置に移動させ、かつ停止させることができるように、適宜の駆動機構（例えばモータとボールねじ機構）を備えている。

Ｙ方向ガイド６２３は、適宜な取付部材を介して、Ｚ方向スライダ６２２に取り付けられている。また、Ｙ方向ガイド６２３は、Ｙ方向スライダ６２４がＹ方向において往復できるように支持している。また、Ｙ方向ガイド６２３は、Ｚ方向ガイド６２１の場合と同様に、Ｙ方向スライダ６２４を移動あるいは停止させる適宜の駆動機構を備えている。

Ｘ方向ガイド６２５は、Ｙ方向スライダ６２４に取り付けられている。また、Ｘ方向ガイド６２５は、Ｘ方向スライダ６２６がＸ方向において往復できるように支持している。また、Ｘ方向ガイド６２５は、Ｚ方向ガイド６２１の場合と同様に、Ｘ方向スライダ６２６を移動あるいは停止させる適宜の駆動機構を備えている。

さらに、Ｘ方向スライダ６２６は、微動部６３を支持している（図３参照）。この構成により、粗動部６２は、微動部６３をＸＹＺ方向における所望の位置に配置することができるようになっている。なお、前記の説明においてＸＹＺ方向とは、説明の便宜上のものであり、鉛直方向や水平方向などの特定の方向に制約されるものではない。また、必ずしも直交座標系を用いる必要はなく、斜交座標系や極座標系に対応した機構を採用することも可能である。要するに、粗動部６２における具体的な機構としては、微動部６３を所望の位置に配置できるものであればよい。

（微動部の構成）
微動部６３は、眼科手術用の鉗子２を支持する構成となっている。さらに、微動部６３は、鉗子２上又はその延長線上に仮想的に存在する不動点Ｐ（図３参照）を中心として、鉗子２を適宜な角度及び方向に回動させる構成となっている。微動部６３は、さらに、鉗子２を軸回りに回動させ、かつ、鉗子２を長さ方向に沿って移動させることができる構成となっている。

より詳しい構成例として、微動部６３は、第１ガイド部６３１と、第２ガイド部６３２と、鉗子支持部６３３とを備えている。

第１ガイド部６３１は、粗動部６２に取り付けられており、この粗動部６２によって移動させられる構成となっている。かつ、第１ガイド部６３１は、第２ガイド部６３２を、不動点Ｐを中心として回動させる構成となっている。

第１ガイド部６３１は、図３及び図８〜図１４に示されるように、ベース部材６３１１と、ガイド部材６３１２と、第１スライダ６３１３と、第１駆動部６３１４（図１０参照）とを備えている。

ベース部材６３１１は、粗動部６２のＸ方向スライダ６２６に取り付けられている。これにより、微動部６３の全体が粗動部６２により支持されて、ＸＹＺ方向に移動させられるようになっている。

ガイド部材６３１２は、ベース部材６３１１の表面上（図３では下面）に配置されている。ガイド部材６３１２は、円弧状に形成されており、第１スライダ６３１３を、仮想的な不動点（図３では、鉗子２の先端方向における延長線上の一点）Ｐを中心として回動させるように案内するものである。

第１駆動部６３１４（図１０参照）は、第１スライダ６３１３の側に取り付けられている。第１駆動部６３１４は、適宜な制御モータ（図示せず）を主体として構成されており、この制御モータの駆動力によって、第１スライダ６３１３を、ガイド部材６３１２に対して回動させるようになっている。第１駆動部６３１４による駆動力は、この実施形態では、ラック・ピニオン機構を介して、ベース部材６３１１の側縁に対して作用するようになっている。

第２ガイド部６３２は、図３、図８〜１０、図１５〜１８に示されるように、ガイド部材６３２１と、第２駆動部６３２２と、支持具６３２３とを備えている。

ガイド部材６３２１は、円弧状に形成されており、支持具６３２３を、仮想的な不動点（図３では、鉗子２の先端方向における延長線上の一点）Ｐを中心として回動させるように案内するものである。第２ガイド部６３２は、第１ガイド部６３１における仮想的な回動軸とは交差する（この実施形態では直交する）仮想的な回動軸を中心として、支持具６３２３を回動させるようになっている。

第２駆動部６３２２は、適宜な制御モータ（図示せず）を主体として構成されており、この制御モータの駆動力によって、第２駆動部６３２２自身、及び、これに取り付けられた支持具６３２３を、ガイド部材６３２１に対して回動させるようになっている。第２駆動部６３２２による駆動力は、この実施形態では、ラック・ピニオン機構を介して、ガイド部材６３２１の側縁に対して作用するようになっている。

支持具６３２３は、適宜な取付部材を介して、第２駆動部６３２２に取り付けられている。これにより、支持具６３２３は、第２駆動部６３２２の移動に伴って移動するようになっている。さらに、支持具６３２３は、図３及び図８〜図１０に示されているように、鉗子支持部６３３を支持している。

鉗子支持部６３３は、図３、図８〜１０、図１９に示されるように、回転機構６３３１と、前後進機構６３３２（図１９参照）と、開閉機構６３３３（図９参照）とを備えている。

回転機構６３３１は、鉗子支持部６３３に支持された鉗子２を、その軸線方向（鉗子の延長方向）を中心として、正逆方向に回動させることができるようになっている。回転可能な角度範囲は、一般的には、少なくとも０°〜３６０°であることが好ましい。

前後進機構６３３２は、鉗子支持部６３３に支持された鉗子２を、その軸線方向（鉗子の延長方向）に沿って、前進及び後退させることができるようになっている。このような前後進機構６３３２は、例えばボールねじ機構を用いて構成することができる。前後進のストロークとしては、以下の条件を満たすように設定することが好ましい。
・粗動部６２の動作時には、鉗子２の先端が患者の眼球に触れない。
・粗動部６２により微動部６３を位置決めした後には、鉗子２を前進させることにより、眼球内部に鉗子２を必要な距離だけ侵入させることができる。

開閉機構６３３３は、鉗子２の後端を押圧することにより、鉗子２の先端を開閉させることができるようになっている。この開閉操作により、眼球内部での必要な処置を行うことができる。開閉機構６３３３は、前後進機構６３３２により、鉗子２と共に前後進するようになっている。なお、図１９では、開閉機構６３３３の記載を省略している。

（実施形態の動作）
つぎに、本実施形態に係る眼科手術支援システムの使用方法を説明する。

まず、以下の説明における前提としては、患者の眼球には、従来と同様の方法により、ポート１ａ及び１ｂが形成されているものとする。もちろん、微動部６３を移動させる直前に各ポートを形成することも可能である。

この状態で、操作者（例えば医師）は、マスタマニピュレータ７の操作部７２を操作する。すると、処理部７３が、スレーブマニピュレータとしての眼科手術支援装置６における必要な動作量を算出し、制御指令を生成する。生成された制御指令は、インターフェース部７１を介して、眼科手術支援装置６に送られる。

眼科手術支援装置６においては、マスタマニピュレータ７から送られた制御指令を、インターフェース部７１により受け取り、粗動部６２及び微動部６３に送る。

粗動部６２では、制御指令に従って、微動部６３を、ＸＹＺ方向における所望の位置に配置する。具体的には、微動部６３によって支持された鉗子２の延長線上にある仮想の不動点Ｐが、眼球表面上に位置するように、微動部６３を配置する。なお、この段階では、微動部６３に支持された鉗子２は、前後進機構６３３２により、後退位置に待避させておく。これにより、鉗子２の先端が患者の身体と干渉することを防止することができる。

微動部６３では、制御指令に従って、まず、鉗子支持部６３３の前後進機構６３３２を駆動して、鉗子２の先端を、眼球１に形成されたポート１ａの内部に挿入する（図１参照）。

ついで、微動部６３では、第１ガイド部６３１及び第２ガイド部６３２を駆動することにより、仮想的な不動点Ｐを中心として、鉗子２を回動させることができる（図２０参照）。一般的には、鉗子２を９０°程度の範囲で回動させれば、眼球１における必要な箇所に鉗子２の先端を配置できると考えられる。つまり、鉗子２が回動できる角度範囲α（図２０参照）は、９０°程度、あるいはそれ以上に設定することが好ましい。

また、必要に応じて、前後進機構６３３２及び回転機構６３３１を駆動して、鉗子２の先端をより精密に位置決めすることができる。

その後、開閉機構６３３３を駆動して、鉗子２の先端を開閉させ、必要な手術を行うことができる。この作業中においても、回転機構６３３１及び前後進機構６３３２を駆動させることが可能である。同様に、微動部６３における他の部分を駆動することも可能である。

本実施形態における微動部６３の動作モデルを図２１に基づいて説明する。この実施形態では、図２１中におけるα、β、γ及びδ方向での自由度（合計４自由度）を得ている。さらに、開閉機構６３３３による鉗子の開閉を加えれば、合計５自由度を得ている。微動部６３の構成と、それにより得られる自由度との対応を以下に示す。
・第１ガイド部６３１：α方向の自由度、
・第２ガイド部６３２：β方向の自由度、
・回転機構６３３１：γ方向の自由度、
・前後進機構６３３２：δ方向の自由度。

本実施形態の装置によれば、眼球表面上に鉗子２の不動点Ｐを配置し、この状態で鉗子２の回動などの必要な操作を行うことができる。このため、手術の安全性が高いという利点がある。

また、本実施形態の装置では、第２ガイド部６３２を、鉗子２の延長線上に対してオフセットしたので、鉗子２や眼球１を視認するための顕微鏡を配置する空間を形成することができるという利点もある。

また、本実施形態の装置を利用したシステムによれば、マスタマニピュレータ７の側での大きな操作を、眼科手術支援装置６における微少な操作に変換することができる。このため、このシステムでは、操作の精度を高めることができ、この点からの手術の安全性を高めることができる。

なお、前記実施形態及び実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

例えば、前記実施形態においては、術具として鉗子を用いたが、その他にも、せん刀（はさみ）、ライトガイド（光ファイバ）、カッターなど、適宜の術具を用いることができる。

眼球手術における典型的な手法の一例を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る眼科手術支援システムの概要を説明するためのブロックである。 本発明の一実施形態に係る眼科手術支援装置を概略的に示す斜視図である。 図３に示されている粗動部の拡大斜視図である。 図４に示された粗動部の右側面図である。 図５の平面図である。 図５の正面図である。 図４に示された粗動部及び微動部の平面図である。 図８の正面図である。 図９の左側面図である。 微動部に用いられる第１ガイド部の概略的な斜視図である。 図１１に示す第１ガイド部の平面図である。 図１２の右側面図である。 図１２の正面図である。 微動部に用いられる第２ガイド部の概略的な斜視図である。 図１５に示す第２ガイド部の平面図である。 図１５の右側面図である。 図１５の正面図である。 微動部に用いられる鉗子支持部の概略的な要部斜視図である。 鉗子の先端が内部に挿入された状態の眼球を示す説明図である。 微動部の動作モデルを説明するための説明図である。

符号の説明

Ｐ 不動点
１ 眼球
１ａ・１ｂ 眼球表面のポート
１１ 強膜
１２ 網膜
１３ 中心窩
１４ 硝子体
１５ 角膜
１６ 視神経
２ 鉗子（術具）
６ 眼科手術支援装置
６１ インターフェース部
６２ 粗動部
６２１ Ｚ方向ガイド
６２２ Ｚ方向スライダ
６２３ Ｙ方向ガイド
６２４ Ｙ方向スライダ
６２５ Ｘ方向ガイド
６２６ Ｘ方向スライダ
６３ 微動部
６３１ 第１ガイド部
６３１１ ベース部材
６３１２ ガイド部材
６３１３ 第１スライダ
６３１４ 第１駆動部
６３２ 第２ガイド部
６３２１ ガイド部材
６３２２ 第２駆動部
６３２３ 支持具
６３３ 鉗子支持部
６３３１ 回転機構
６３３２ 前後進機構
６３３３ 開閉機構
７ マスタマニピュレータ
７１ インタフェース部
７２ 操作部
７３ 処理部

Claims (6)

1. 粗動部と微動部とを備え、
   前記粗動部は、前記微動部を、三次元空間中における適宜な位置に配置させる構成となっており、
   前記微動部は、眼科手術用の術具を支持する構成となっており、
   さらに、前記微動部は、前記術具上又はその延長線上に仮想的に存在する不動点を中心として、前記術具を適宜な角度及び方向に回動させる構成となっている
   ことを特徴とする眼科手術支援装置。
2. 前記粗動部は、ＸＹＺ方向に前記微動部を移動させることができる構成となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の眼科手術支援装置。
3. 前記微動部は、さらに、前記術具を軸回りに回動させ、かつ、前記術具を長さ方向に沿って移動させることができる構成となっている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の眼科手術支援装置。
4. 前記微動部は、第１ガイド部と第２ガイド部とを備えており、
   前記第１ガイド部は、前記粗動部によって移動させられる構成となっており、
   かつ、前記第１ガイド部は、前記第２ガイド部を、前記不動点を中心として回動させる構成となっており、
   前記第２ガイド部は、前記術具を、前記不動点を中心として回動させる構成となっており、
   前記第１ガイド部による仮想的な回動軸と、前記第２ガイド部による仮想的な回動軸とは、交差している
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の眼科手術支援装置。
5. 前記第２ガイド部は、前記第１ガイド部によって回動させられる前記第２ガイド部自身の移動軌跡における仮想的な回動軸から、オフセットされた状態で、前記第１ガイドに取り付けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の眼科手術支援装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の眼科手術支援装置とマスタマニピュレータとを備え、
   前記マスタマニピュレータは、操作部を備えており、
   さらに、前記マスタマニピュレータは、前記操作部の操作に従って、前記眼科手術支援装置を駆動する構成となっている
   ことを特徴とする眼科手術支援システム。

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