JP2012115553A - 術具及びその術具を有する手術支援システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】術具先端部200の内部に、術具先端部200が位置決めアーム部100に装着されたときに通電されるタイマ201を設ける。このタイマ201は、位置決めアーム部100によって通電されたときに術具先端部200の使用時間又は動作回数をカウントする。タイマ201のカウントの結果、術具先端部200が寿命に達した場合にはロック機構201aが動作して術具の動作がロックされる。
【選択図】図2
Description
[第1の実施形態]
図1は、本発明の各実施形態に係る手術支援システムの一例としてのマスタスレーブマニピュレータの全体構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係るマスタスレーブマニピュレータは、遠隔操作装置10と、制御装置20と、スレーブマニピュレータ30と、を有している。
操作部11は、例えば複数の駆動軸やグリッパー部を有している。操作者1が、操作部11を操作することにより、操作部11を構成する各駆動軸が駆動される。各駆動軸の駆動量は、各駆動軸に設けられた図示しない位置検出器(例えばエンコーダ)によって検出され、各位置検出器の検出信号が、スレーブマニピュレータ30のスレーブアーム31の手先の位置・姿勢を指令するための、操作部11の操作情報を示す信号(操作信号)として制御装置20に出力される。
マスタ制御部21は、遠隔操作装置10からの操作信号に従って、スレーブアーム31の手先の位置・姿勢の指令値を算出し、この位置・姿勢の指令値を、後述する駆動量検出部において検出された検出値とともにマニピュレータ制御部22に出力する。
画像処理部23は、スレーブアーム31の先端に設けられた電子カメラ(電子内視鏡等)から得られた画像信号を処理し、表示部12の表示用の画像信号を生成して表示部12に出力する。
位置決めアーム部100の先端には、術具先端部200を装着するための着脱部が形成されている。この着脱部には、術具先端部200を駆動するための駆動部である駆動機構101と、術具先端部200内に設けられているタイマ201に電力を供給するための電力供給部111とが設けられている。
使用状況計測部の一例としてのタイマ201は、電力供給部111からの電力供給を受けてカウントダウン動作するタイマである。このタイマ201がカウントする時間は、術具先端部200の使用可能時間(寿命)に対応している。なお、タイマ201は、ぜんまい等の機械機構によってカウントを行うアナログ式のタイマであっても良いし、デジタルカウンタのようなデジタル式のタイマであっても良い。また、図2に示すように、本実施形態のタイマ201には、ロック機構201aが設けられている。ロック機構201aは、タイマ201のカウントが「0」、即ち術具先端部200の寿命がなくなったときに作動して動力伝達部202の動作をロックする。ロック機構201aは、係止部材等を用いて機械的に動力伝達部202の動作をロックするものであっても良いし、リレー等を用いて電気的に動力伝達部202の動作をロックするものであっても良い。例えば、図4は、動力部の動作を機械的にロックする例を示している。
ここで、図3で示した動作にはカウントcntが0を超えているか否かの判定が含まれている。ぜんまい等の機械機構によってカウントを行うアナログ式のタイマの場合にはこのような判定は行われずにカウントcntが0となったときにステップS4のロック動作が行われる。
図5は、マニピュレータ制御部22の動作を示したフローチャートである。マニピュレータ制御部22は、操作者1による操作部11の操作に従った指令値がマスタ制御部21から入力されたか否かを判定している(ステップS11)。ステップS11の判定において、指令値が入力されていない場合に、マニピュレータ制御部22は、指令値が入力されるまで、ステップS11の判定を行いつつ待機する。ステップS11の判定において、指令値が入力された場合に、マニピュレータ制御部22は、入力された指定値に従って位置決めアーム部100の各関節を駆動するための動力部102の目標の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する(ステップS12)。なお、逆運動学計算については、例えば解析的な手法等の従来周知の各種の手法を用いることができる。ここでは、その詳細についての説明は省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。上述の第1の実施形態は、術具先端部200が位置決めアーム部100に装着されている時間を術具先端部200の寿命として計測するようにしている。これに対し、第2の実施形態は、術具先端部200が実際に使用された(動作した)回数又は時間を術具先端部200の寿命として計測する例である。
また、上述の例では、カウンタIC201によって計測を行うようにしているが、第1の実施形態と同様に、機械式のカウンタを用いて計測を行うようにしても良い。
例えば、上述した第1及び第2の実施形態では、位置決めアーム部100の駆動機構が回転動力によって術具先端部200を駆動する例を示している。しかしながら、位置決めアーム部100内部の構成は特に限定されるものではなく、例えば、位置決めアーム部100の駆動機構が直動動力によって術具先端部200を駆動するものであっても良い。図8は、位置決めアーム部100の駆動機構が直動機構を有する場合の第2の実施形態の構成の適用例である。図8に示す駆動機構1011は、ラックアンドピニオンあるいはボールねじ等を有して構成され、動力部を構成するモータの回転動力を直動運動に変換する。このような直動運動に従って、術具先端部200の動力伝達部202を構成するロッド2022も直動運動する。ロッド2022には第2の実施形態で説明したのと同様の突出部2022aが設けられており、また、突出部2022aの近傍には第2の実施形態で説明したのと同様のSW201b及びカウンタIC201が設けられている。このような構成において、ロッド2022の直動運動により、突出部2022aがSW201bに接触する毎にSW201bがオンすることでカウンタIC201によるカウントアップ動作が行われる。このようにして、第2の実施形態と同様に寿命の計測を行うことが可能である。ここで、図8は、位置決めアーム部100の駆動機構が直動機構を有する場合の第2の実施形態の構成の適用例を示しているが、第1の実施形態の構成を適用するようにしても良い。
また、術具先端部200と位置決めアーム部100との間に駆動力を伝達可能なアダプタを介しても良い。
さらに、上述した各実施形態では、術具先端部200が位置決めアーム部100に着脱される位置を、先端を例にとって説明したが、特に先端に限るものではなく、術具先端部200が着脱される位置であれば、どの位置でも良い。
また、上述した各実施形態では、術具先端部200が位置決めアーム部100によって通電された際に術具先端部200の寿命のカウントを行うようにしている。これに対し、位置決めアーム部100の装着を機械的に検出しつつ、術具先端部200の寿命がきたときに術具先端部200の動作を自動的にロックさせるようにしても良い。図10は、このような変形例の構成を示した図である。動作については、上述した図5のフローチャートにおける動作と同じのため、その説明は省略する。なお、図10は、位置決めアーム部100の駆動機構が直動機構の例を示しているが、駆動機構は必ずしも直動機構とする必要はない。
図10に示す駆動機構1011の動力伝達部103は、ラックアンドピニオンあるいはボールねじ等を有して構成され、動力部102を構成するモータの回転動力を直動運動に変換する。この動力伝達部103の先端には係合突起103aが形成されている。この係合突起103aは、位置決めアーム部100に術具先端部200が装着された際に、図10(b)に示すようにして術具先端部200のロッド2022と係合するように構成されている。このような構成により、動力伝達部103の直動運動に応じてロッド2022も直動運動する。
また、図10に示すように、位置決めアーム部100の術具先端部200との対向面には押圧突起100aが形成されている。この押圧突起100aは、位置決めアーム部100に術具先端部200が装着された際に、図10(b)に示すようにして術具先端部200の可動部2023aと当接して可動部2023aを回動可能とするように構成されている。
つまり、図10(a)に示すように、可動部2023aが術具先端部200の位置決めアーム部100との対向面からぜんまい式ギヤ2023の下方にかけて形成されている。この可動部2023aは、位置決めアーム部100に術具先端部200が装着されていない場合には、図10(a)に示すようにしてぜんまい式ギヤ2023を係止している。一方、位置決めアーム部100に術具先端部200が装着された際には、可動部2023aは、図10(b)に示すようにして回動してぜんまい式ギヤの係止を解除する。また、可動部2023aの下方にはばね2023bが設けられている。このばね2023bは、位置決めアーム部100から術具先端部200が外された場合に、可動部2023aを図10(a)の状態に復帰させるために設けられている。
ただし、ぜんまい式ギヤ2023は、可動部2023aによる係止が解除されても、図示されていない突起により、ぜんまいバネによる回転力は開放されず、図上反時計まわりには回転可能だが、時計回りには回転しないように保持されており、反時計まわりに回転することで、ぜんまいバネに力が蓄えられる構造になっている。
また、術具先端部200のロッド2022には、突起2022bが形成されている。この突起2022bは、ロッド2022が図面左方向に動いた場合にのみぜんまい式ギヤ2023と噛み合い、ロッド2022が図面右方向に動いた場合にはぜんまい式ギヤ2023と噛み合わないように構成されている。なお、ロッド2022は、図10では省略しているが、図8のロッド2022や図9のように術具先端の開閉部や関節などを駆動する駆動ロッドである。
図10に示すような構成において、位置決めアーム部100に術具先端部200が装着されると、可動部2023aが回動してぜんまいギヤ2023が可動な状態となる。この状態でロッド2022が直動運動すると、ぜんまいギヤ2023が回転してぜんまいに力が蓄えられる。したがって、術具先端部200が動くほど、ぜんまいに力が蓄えられる。これにより、術具先端部200の動作回数が規定回数を超え、ぜんまいに蓄えられた力が駆動部102の駆動力を上回った時点で、それ以上術具先端部200が駆動できなくなる(術具先端部200の動作がロックされる)。この時点が術具先端部200の寿命となる。ぜんまいバネの強さを変えることで、術具毎に使用時間を設定することができる。このような構成を用いても第1の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
つまり、術具に電力を供給しなくても術具の実際の使用時間を計測し、設定した使用時間に達したら術具を動かなくなるようにすることが可能であり、術具の総動作量をIC等を用いずに保持可能である。
上記各実施形態(変形例を含む)では、術具として術具先端部200を駆動するための駆動機構101、1011、101a、101bを術具先端部200が着脱される位置決めアーム部100に設けたものを例にとって説明したが、次に示す術具であっても良い。
術具が、術具先端部200と、術具先端部200を操作するための操作部とを有し、術具先端部200は操作部に着脱自在となっており、駆動部としての駆動機構101、1011、101a、101bを位置決めアーム部100ではなく、操作部に設けたもの。
また、術具が、術具先端部200と前記操作部とが一体となったものであっても良い。
上記各術具において、駆動部としての駆動機構が、上記したような電気的な機構でなく、機械的な機構からなっていても良い。
また、上記各実施形態(変形例を含む)では、手術支援システムとして、術具先端部200と、術具先端部200が着脱される位置決めアーム部100とを有するものを例にとって説明したが、これに限るものではなく、上記した術具先端部200と駆動機構101、1011、101a、101bが設けられた操作部とが一体となった術具を、駆動部のない位置決めアーム部100に取り付ける手術支援システムであっても良い。
Claims (7)
- 術具であって、
前記術具の内部に設けられ、前記術具の使用又は動作されたときに連動して術具の使用時間又は動作量を取得可能な使用状況計測部を有することを特徴とする術具。 - 前記術具は、開閉部又は関節部を有し、
前記使用状況計測部が取得する使用時間又は動作量として、前記開閉部又は前記関節部の動きとすることを特徴とする請求項1に記載の術具。 - 前記使用状況計測部が取得する前記使用時間又は前記動作量が規定値を越えたときに、前記術具の動作をロックする機構を具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の術具。
- 前記術具は、術具先端部とこの術具先端部を駆動するための駆動部とを有し、
前記術具先端部と前記駆動部とは着脱自在で、
前記使用状況計測部は、前記術具先端部の内部に設けられ、前記駆動部と独立で前記使用時間又は前記動作量が保存されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の術具。 - 請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の術具と、
前記術具が取り付けられるアーム部と、を有することを特徴とする手術支援システム。 - 請求項4に記載の術具先端部と、
前記術具先端部が着脱され、請求項4に記載の駆動部が設けられたアーム部と、を有することを特徴とする手術支援システム。 - 前記駆動部は、前記術具を駆動するための動力を発生する動力部を有し、
前記動力部の目標の駆動量を算出し、該算出した目標の駆動量に従って前記動力部を駆動させる制御部と、
前記動力部の実際の駆動量を検出する駆動量検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記算出した目標の駆動量と前記動力部の実際の駆動量との差から、前記術具の動作がロックされているか否かを判定し、該判定の結果、前記術具の動作がロックされている場合には、前記術具の交換を促す旨の警告をすることを特徴とする請求項6に記載の手術支援システム。
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