JP2014204794A - 身体支持追従装置用状態表示装置及び身体支持追従装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の身体部分を支持して追従移動する身体支持追従装置において、その身体支持追従装置の動作モードを、作業者が作業野から目を離さずに確認可能で、作業者の周囲の者も動作モードを確認可能とすること。
【解決手段】アームフォルダ５１の左右一対の傾斜面５１Ａ上端の医師から見て前端部（支持部４１から水平方向に最も離れた部分）には、ＬＥＤからなる術者用光源５８が医師から見て左側に、同様の助手用光源５９が医師から見て右側に、それぞれ設けられている。術者用光源５８は、医師が手術野を内視鏡若しくは顕微鏡を介して又は直接見ながら手術を行う際の視野の範囲内に入り、助手用光源５９は、医師以外の助手等が視認可能である。術者用光源５８及び助手用光源５９は身体支持追従装置１の動作モードに応じた光を発生する。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業者の身体部分を支持して追従移動する身体支持追従装置に関し、詳しくは、その身体支持追従装置の状態を表示する身体支持追従装置用状態表示装置、及び、その身体支持追従装置用状態表示装置を備えた身体支持追従装置に関する。

脳神経外科手術等のように緻密な手作業を要求される作業では、作業者の腕を支持する身体支持追従装置が用いられることがある。このような身体支持追従装置では、作業者が腕を動かしたいときには、腕を支持する支持部が当該腕に追従移動し、作業者が腕を固定したいときには、前記支持部が固定される必要がある。そこで、フットスイッチの操作状態や腕台に加わる力を検出して、腕を所望の位置へ動かした後に腕から腕台に加わる力を弱めれば、スイッチ等が操作されなくてもブレーキを動作させてその位置に腕台を固定するなどの制御を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような装置では、顕微鏡下の手術において手の震えや疲れを軽減することができ、腕台が固定される固定モードと腕台が自由に動かせるフリーモードとが、フットスイッチの操作や簡単な手の動きに応じて自動的に切り替えられる。しかしながら、この装置は、その時点における装置の動作モードが固定モードなのか前記フリーモードなのかを表示する手段を備えていない。

一方、医療機器において装置の固定状態を表示する技術として、湾曲機構が制動状態であるか非制動状態であるかを表示する湾曲ロックレバーを備えた内視鏡が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００９−２９１３６３号公報 特開平９−１７３２７９号公報

しかしながら、特許文献２の装置では、湾曲機構に目を移さなければ制動状態であるか非制動状態であるかを確認できない。このため、特許文献１に記載の装置に特許文献２に記載の技術を応用した場合、顕微鏡手術の術者等は作業野（手術野）から目を離さなければ前記確認が行えない。特許文献１に記載の装置では、少し手を動かすなどすれば装置の動作モードが固定モードなのかフリーモードなのかを判断することができるが、デリケートな手術ではそのような動作もはばかられる。また、装置の動作モードが分からないと、手術の集中力がそがれる場合がある。

更に、顕微鏡手術では極めて狭いエリアで作業をしており、助手が装置に触れる可能性もあるので、助手も動作モードが分かった方がよい。また、このような課題は、医療以外の分野でも、繊細な作業において同様に発生する。

そこで、本発明は、作業者の身体部分を支持して追従移動する身体支持追従装置において、その身体支持追従装置の動作モードを、作業者が作業野から目を離さずに確認可能で、作業者の周囲の者も動作モードを確認可能とすることを目的としてなされた。

前記目的を達するためになされた本発明の身体支持追従装置用状態表示装置では、第１発光部は、身体支持追従装置を介して作業がなされる作業野を作業者が見る際の視野の範囲内で、動作モードに応じた光を発生する。このため、作業者は、作業野から目を離さずに前記動作モードを確認することができる。また、第２発光部は、前記身体支持追従装置を介して作業を行っている前記作業者以外の者が視認可能な範囲内で、前記動作モードに応じた光を発生する。このため、作業者の補助者等、作業者の周囲の者も、前記動作モードを確認することができる。

なお、本発明において、前記身体支持追従装置は、前記載置部若しくは前記固定部に前記身体部分から加わる力、前記載置部若しくは前記固定部に前記身体部分から加わるトルク、前記載置部若しくは前記固定部の加速度、前記載置部若しくは前記固定部の速度、前記載置部若しくは前記固定部の位置、又は、前記載置部若しくは前記固定部と前記身体部分との接触の、少なくともいずれか１つを検出する検出部と、該検出部の検出結果に基づき、前記身体部分が前記載置部又は前記固定部を移動させようとしているか否かを判断する判断手段と、を更に備え、前記切替手段は、前記身体部分が前記載置部又は前記固定部を移動させようとしていると前記判断手段が判断した場合は動作モードを前記フリーモードに、前記身体部分が前記載置部又は前記固定部を移動させようとしていないと前記判断手段が判断した場合は動作モードを前記制限モードに、それぞれ切り替えてもよい。

その場合、身体支持追従装置の動作モードが、検出部の検出結果に基づいて自動的に切り替えられるので、動作モードを作業者及び作業者の周囲の者に確認させるといった本発明の効果が一層顕著に表れる。

また、前記目的を達するためになされた本発明の身体支持追従装置では、身体部分が載置される載置部は、少なくとも１つの関節を有してその関節で屈曲する支持部により移動可能に支持されている。また、載置部には固定部が設けられ、当該載置部を前記身体部分に固定することで、当該載置部を、支持部から加わる抵抗に抗して身体部分の移動に追従移動させることができる。更に、ブレーキは、前記支持部の少なくとも１つの前記関節における屈曲を抑制することにより、前記載置部の移動を制限する。

そこで、切替手段は、前記固定部及び前記ブレーキを制御して、動作モードを少なくとも次のフリーモード又は制限モードに切り替える。フリーモードでは、前記固定部により前記載置部に前記身体部分が固定され、かつ、前記ブレーキによる前記載置部の移動の制限が解除される。このため、身体部分にそれ程力を加えなくても、載置部は身体部分に追従移動する。また、制限モードでは、前記固定部による前記身体部分の固定が解除され、かつ、前記ブレーキにより前記載置部の移動が制限される。このため、作業者は、載置部に身体部分を載置して作業を行うことも、身体部分を載置部から外すことも、容易に行うことができる。

そして、この動作モードは、前記身体支持追従装置用状態表示装置によって表示されるので、作業者は作業野から目を離さずに前記動作モードを確認することができ、作業者の周囲の者も動作モードを確認することができる。

本発明が適用された第１実施形態の身体支持追従装置を表す模式図である。 その身体支持追従装置の外観を表す斜視図である。 その身体支持追従装置の末端アームの構成を表す模式図である。 その身体支持追従装置における制御を表すフローチャートである。 その制御に応じた動作モードの変化を表す状態遷移図である。 第２実施形態の身体支持追従装置の外観を表す斜視図である。 第３実施形態の身体支持追従装置の外観を表す斜視図である。 その身体支持追従装置の術者用光源の構成を表す正面図である。 本発明が適用された第４実施形態の身体支持追従装置を表す模式図である。 その身体支持追従装置における制御を表すフローチャートである。 その制御に応じた動作モードの変化を表す状態遷移図である。 本発明が適用された第５実施形態の身体支持追従装置における制御を表すフローチャートである。 その制御に応じた動作モードの変化を表す状態遷移図である。

［第１実施形態（装置の構成）］
次に本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、以下に示す各実施形態では、手術を行う作業者（術者ともいう）としての医師の、身体部分としての腕Ａ（図３参照）を支持する装置について説明するが、本発明の身体支持追従装置は精密機械の製造作業などにも応用可能で、腕Ａの他、手、指、足、顎等を支持してもよい。

図１に模式的に示し、図２（Ａ）に外観を示すように、本発明が適用された第１実施形態の身体支持追従装置１は、多関節アーム３と、その多関節アーム３の先端に取り付けられた末端アーム５と、それらを制御するモード判定コンピュータ７とを備えている。多関節アーム３は、末端アーム５に作用する外力に応じて末端アーム５を移動可能に支持する移動機構であって、５つの関節３１，３２，３３，３４，３５を有して５自由度に構成されている。なお、関節３１〜３５はいずれも回転関節である。

多関節アーム３は、手術室の床Ｆに固定された支持部４１を備え、その支持部４１によって次のように全体が支持されている。すなわち、支持部４１の上端には、関節３１を介して肩部４２が鉛直軸回りに回転可能に接続されている。また、関節３１には、その関節３１における支持部４１と肩部４２との回転を抑制する電磁ブレーキからなるブレーキ３１Ａと、支持部４１に対する肩部４２の回転量を検出するエンコーダ３１Ｂとが設けられている。

なお、図２（Ａ）に示すように、支持部４１はキャスタ４１Ａによって床Ｆの上を容易に移動可能に構成されている。このキャスタ４１Ａには、周知のストッパ（図示省略）が設けられ、支持部４１は床Ｆの上の所望の位置に固定的に配置可能となっている。

図１に示すように、肩部４２の上端には、関節３２を介して第１腕部４３の一端が水平軸回りに揺動可能に接続されている。なお、第１腕部４３は、２本の棒材の両端が上下方向に一定間隔に維持された平行リンク機構として構成され、上側の棒材の一端が関節３２に接続されている。第１腕部４３の他端には、同様の平行リンク機構として構成された第２腕部４４の一端が、関節３３を介して水平軸回りに揺動可能に接続されている。第２腕部４４の他端には、水平軸回りに回転可能な関節３４とその関節３４とは回転軸が直交する関節３５とを介して、末端アーム５が接続されている。なお、末端アーム５は、力センサ４５を介して関節３５に接続されており、力センサ４５は末端アーム５に加わる３軸方向の力と３軸回りのトルクとを検出している。

また、関節３２，３３にも、関節３１と同様に、ブレーキ３２Ａ，３３Ａとエンコーダ３２Ｂ，３３Ｂとが設けられている。更に、関節３３と第１腕部４３，第２腕部４４との間には、バネ４６，４７が設けられ、第１腕部４３は関節３２を突き抜けて延びていてその部分にカウンタウェイト４８が設けられている。このバネ４６，４７とカウンタウェイト４８とは、末端アーム５に医師の腕Ａが載置されたとき、末端アーム５及び多関節アーム３に加わる力のバランスを取るものである。

すなわち、バネ４６，４７とカウンタウェイト４８とから加わる付勢力が、後述の電磁石５２（図３参照）を含めた末端アーム５の自重、腕Ａの自重、後述の装具５５の自重、及び、多関節アーム３の自重と釣り合うことにより、末端アーム５が支持される。なお、前記付勢力は前記各自重等と完全に釣り合うのが理想であるが、医師の手が患者の患部の上方から作業を行うことを考慮して、安全方向である上方へ、末端アーム５を極めて弱い力で付勢するように設定されている。また、カウンタウェイト４８のみでバランスが取れる場合は、バネ４６，４７は省略してもよい。

次に、図３（Ａ）に示すように、装具５５は、腕Ａに巻き付けられる一対のバンド５６と、各バンド５６に取り付けられた磁性体５７とから構成されている。なお、磁性体５７は、各バンド５６に直接固定された一対の円板状部分とその一対の円板状部分を連結する棒状部分とを有し、腕Ａとは反対側の載置面５７Ａが同一平面上に配設されるように構成されている（図３（Ｂ）参照）。また、装具５５は、腕Ａに、その腕Ａを前方に伸ばしたときに磁性体５７が下方に配設されるように装着される。

末端アーム５は、図２（Ｂ），図３（Ｂ）に示すように、装具５５が装着された腕Ａが載置されるアームフォルダ５１と、そのアームフォルダ５１の下方に取り付けられた電磁石５２とを備えている。アームフォルダ５１は、医師から見て電磁石５２を左右から挟む位置に傾斜面５１Ａを有しており、この傾斜面５１Ａは、電磁石５２の上方に配設された被載置面５１Ｂへ装具５５の載置面５７Ａを誘い込む形状となっている。また、被載置面５１Ｂの上には、被載置面５１Ｂと載置面５７Ａとの摺動抵抗を低減する軟質プラスチック薄膜６１が配設されている（図２（Ｂ）では図示省略）。

このため、アームフォルダ５１に医師が腕Ａを載置して被載置面５１Ｂに載置面５７Ａが対向した状態で電磁石５２が励磁されると、末端アーム５は腕Ａに固定され、腕Ａの上下左右前後各種方向の移動に追従して、多関節アーム３を変形させながら移動する。また、電磁石５２が非励磁となると、医師は腕Ａを自由に動かすことができる。特に、被載置面５１Ｂに載置面５７Ａが対向したままの状態で医師が腕Ａを前後に滑らせるときには、軟質プラスチック薄膜６１が摺動抵抗を低減させ、磁性体５７に作用する残留磁束も低減させる。

モード判定コンピュータ７は、電源７８に接続された駆動回路７９を制御することにより、電磁石５２の励磁／非励磁を切り替えている。なお、モード判定コンピュータ７は、図２（Ａ）に示す支持部４１の内部に収納されている。

また、図２（Ｂ）に示すように、左右一対の傾斜面５１Ａ上端の医師から見て前端部（支持部４１から水平方向に最も離れた部分）には、ＬＥＤからなる術者用光源５８が医師から見て左側に、同様の助手用光源５９が医師から見て右側に、それぞれ設けられている。すなわち、この身体支持追従装置１は、右利きの医師を想定して構成されており、医師から向かって左側の医師に視認しやすい位置に術者用光源５８が、医師から向かって右側の助手に視認しやすい位置に助手用光源５９が、それぞれ設けられている。

［第１実施形態（処理及び効果）］
次に、図１に示すように、モード判定コンピュータ７は、ＣＰＵ７１，ＲＯＭ７２，ＲＡＭ７３を備えた電子制御回路を内蔵し、身体支持追従装置１の電源が投入されると、ＲＯＭ７２に記憶されたプログラムに基づいてＣＰＵ７１が次のような処理を実行する。以下、モード判定コンピュータ７で実行される処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

図４に示すように、この処理では、先ず、Ｓ１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、動作モードがウェイトモードに設定される。このウェイトモードは、腕Ａが末端アーム５に載置されていない状態を想定しており、各関節３１，３２，３３がブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａにより制動される（以下、各軸ブレーキＯＮともいう）と共に、電磁石５２が非励磁（以下、磁力ＯＦＦともいう）とされ、術者用光源５８，助手用光源５９が橙で点灯される。従って、このウェイトモードでは、磁力がＯＦＦにされているため、医師は、末端アーム５に腕Ａを載置することも、末端アーム５から腕Ａを外すことも容易に行うことができる。また、各軸ブレーキがＯＮにされているため、末端アーム５から医師が腕Ａを外しても、末端アーム５の位置は固定されている。但し、関節３４，３５にはブレーキがないため、末端アーム５の角度は自由に調整することができる。更に、医師及び助手は、術者用光源５８又は助手用光源５９が橙で点灯していることから、動作モードがウェイトモードに設定されていることを知ることができる。

続くＳ２では、力センサ４５からの検出信号に基づいて次のような判断がなされることにより、医師が末端アーム５を自身の腕Ａに追従移動させようとしているか否かが判断される。

なお、医師が末端アーム５を積極的に腕Ａに追従移動させようとしたとき、医師は、先ず、腕Ａを自身の筋肉で支え、続いて腕Ａを介して末端アーム５に力を加える。本処理の説明において、前者の段階で末端アーム５に加わる力のしきい値をＦ２とし、後者の段階で末端アーム５に加わる力のしきい値をＦ１とする。すなわち、医師が末端アーム５を腕Ａに追従移動させようとしたとき、先ず、腕Ａを自身の筋肉で支えるため、末端アーム５に上方から加わる力がＦ２（例えば１．０ｋｇｆ）以下となる。そして、医師が末端アーム５に腕Ａを介して積極的に力を加えて、その末端アーム５を追従移動させるときには、末端アーム５にはＦ１（例えば下方向へ追従させる際に腕Ａの自重の目安となる１．５ｋｇｆ：本処理の説明ではこの数値で説明。）以上の力が加わる。なお、本処理のために予め設定される前記Ｆ１，Ｆ２は、腕Ａの自重≧Ｆ１＞Ｆ２＞０の関係を満たすのが望ましい。

そこで、Ｓ２では、末端アーム５（先端）に加わる力が１．５ｋｇｆ（Ｆ１）以上、または、末端アーム５に加わるトルク（Ｔｙ）が前記Ｆ１に相当する１０ｋｇｃｍ以上となった状態が、１００ｍｓ継続したか否かが判断される。なお、前記トルクや継続時間も、前記Ｆ１と同様に本処理で一例として挙げている数値であり、種々の値に変更することができる（他の数値も同様）。前記状態が１００ｍｓ継続していない場合は（Ｓ２：Ｎ）、処理はＳ２にて待機することによってＳ１にて設定されたウェイトモードに動作モードが維持される。一方、前記状態が１００ｍｓ継続した場合は（Ｓ２：Ｙ）、医師が末端アーム５を追従移動させようとしているので、処理はＳ３へ移行し、動作モードがフリーモードに設定される。

このフリーモードは、医師が末端アーム５を腕Ａに追従移動させようとしている状態を想定しており、各関節３１，３２，３３のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａによる制動が解除される（各軸ブレーキＯＦＦ）と共に、電磁石５２が励磁（磁力ＯＮ）され、術者用光源５８，助手用光源５９が橙で点滅される。従って、このフリーモードでは、各軸ブレーキがＯＦＦにされ、磁力がＯＮにされているため、医師が腕Ａを動かせば末端アーム５は腕Ａに追従移動する。しかも、前述のように末端アーム５から腕Ａに加わる力は極めて小さく、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの摺動抵抗も小さいので、医師は腕Ａにそれ程力を加えなくてもその腕Ａに末端アーム５を追従移動させることができる。更に、医師及び助手は、術者用光源５８又は助手用光源５９が橙で点滅していることから、動作モードがフリーモードに設定されていることを知ることができる。

続くＳ４では、末端アーム５（先端）の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態が１００ｍｓ継続したか否かに基づいて、医師が腕Ａを動かし終えて末端アーム５もその位置に固定しようとしているか否かが判断される。なお、末端アーム５の速度は、各エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂを介して検出される。前記状態が１００ｍｓ継続していない場合は（Ｓ４：Ｎ）、処理はＳ４にて待機することによって、Ｓ３にて設定されたフリーモードに動作モードが維持される。一方、前記状態が１００ｍｓ継続した場合は（Ｓ４：Ｙ）、処理はＳ５へ移行し、動作モードがロックモードに設定される。

このロックモードは、医師が末端アーム５の位置を固定し、その末端アーム５の上に腕Ａを載置して手術をしようとしている状態を想定しており、各軸ブレーキがＯＮとされると共に、磁力がＯＦＦとされ、術者用光源５８，助手用光源５９が青で点灯される。磁力がＯＦＦとされることにより、医師は末端アーム５の上で腕Ａを含む手を拘束されることなく、微細な手術を行うことができる。更に、医師及び助手は、術者用光源５８又は助手用光源５９が青で点灯していることから、動作モードがロックモードに設定されていることを知ることができる。

続くＳ６では、末端アーム５（先端）に加わる力が１．０ｋｇｆ（Ｆ２）以下、または、末端アーム５に加わるトルクが前記Ｆ２に相当する５．０ｋｇｃｍ以下の状態が、２００ｍｓ継続したか否かが判断される。前記状態が２００ｍｓ継続していない場合は（Ｓ６：Ｎ）、処理はＳ６にて待機することによってＳ５にて設定されたロックモードに動作モードが維持される。一方、前記状態が２００ｍｓ継続した場合は（Ｓ６：Ｙ）、処理は前述のＳ１へ移行し、動作モードがウェイトモードに設定される。

ここで、前述のように、末端アーム５に加わる力がＦ２以下となる状態は、医師が腕Ａを動かそうとして自身の筋肉で腕Ａを支えたことを示唆する状態であるが、医師が腕Ａを末端アーム５から外そうとしたときも同様の状態となる。前者の場合は、その後のＳ２で即座に肯定判断されて処理はＳ３へ移行するが、後者の場合は、Ｓ２にて否定判断が継続され、動作モードはＳ１にて設定されたウェイトモードに維持される。

以上の処理をモード判定コンピュータ７が実行することにより、身体支持追従装置１の動作モードは次のように遷移する。すなわち、図５に示すように、動作モードがウェイトモードに設定されている場合（Ｓ１）、各軸ブレーキがＯＮで磁力がＯＦＦで各光源が橙で点灯する。そして、動作モードがウェイトモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）に加わる力が１．５ｋｇｆ（Ｆ１）以上またはトルクが１０ｋｇｃｍ以上の状態が、１００ｍｓ継続すると（Ｓ２：Ｙ）、動作モードはフリーモードに設定される（Ｓ３）。

フリーモードでは、各軸ブレーキがＯＦＦで磁力がＯＮで各光源が橙で点滅する（Ｓ３）。そして、動作モードがフリーモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態が１００ｍｓ継続すると（Ｓ４：Ｙ）、動作モードはロックモードに設定される（Ｓ５）。ロックモードでは、各軸ブレーキがＯＮで磁力がＯＦＦで各光源が青で点灯する（Ｓ５）。そして、動作モードがロックモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）に加わる力が１．０ｋｇｆ（Ｆ２）以下またはトルクが５．０ｋｇｃｍ以下の状態が、２００ｍｓ継続すると（Ｓ６：Ｙ）、動作モードはウェイトモードに設定される（Ｓ１）。

このように、本実施形態では、医師が腕Ａに加える力の状態とその継続時間とに応じて動作モードをウェイトモード→フリーモード→ロックモード→ウェイトモードの順に切り替えることができる。このため、動作モードを切り替えるためにスイッチ等を操作する必要がなく、医師は手術を円滑に行うことができる。しかも、３つのモードが一方通行で順次切り替わるので、医師にとって、装置の動作モードがどのモードに設定されているのかが直感的に分かりやすく、誤操作を減らすことができる。また、本実施形態では、前述のように、腕Ａにそれ程力を加えなくてもその腕Ａに末端アーム５を追従移動させることができ、末端アーム５に対する腕Ａの着脱も容易であるので、極めて操作性に優れている。

更に、本実施形態では、腕Ａが載置されるアームフォルダ５１の左側に術者用光源５８を設けており、その術者用光源５８は、医師が手術野を内視鏡若しくは顕微鏡を介して又は直接見ながら手術を行う際の視野の範囲内に入る。この術者用光源５８の状態を見ることによって、医師は動作モードを確認することができるので、医師は極めて良好に手術に集中することができる。

また、助手用光源５９は、医師を補助する助手の視野の範囲内に入り、助手はその助手用光源５９の状態を見ることによって動作モードを確認することができる。このため、完全に位置が固定されていない状態の末端アーム５に助手が触れてしまうなどの事態も良好に回避することができ、助手は術具の受け渡し等に専念することができる。

［第２実施形態］
なお、術者用光源，助手用光源の構成は、前記以外にも、次のように種々の形態が考えられる。図６に示す第２実施形態の身体支持追従装置１０１は、前述の助手用光源５９の他に、多関節アーム３の上端部にも助手用光源３８が設けられ、多関節アーム３の外側面（医師から見て右側面）にも助手用光源３９が設けられている。このように、多数の助手用光源が設けられた場合、助手による動作モードの確認が一層容易に行える。

［第３実施形態］
次に、図７に示す第３本実施形態の身体支持追従装置２０１は、右手用の身体支持追従装置２０１Ｒと左手用の身体支持追従装置２０１Ｌとによって構成されている。身体支持追従装置２０１Ｒでは、第１実施形態と同様の術者用光源５８，助手用光源５９は省略され、第２実施形態と同様の助手用光源３８，３９が設けられている。身体支持追従装置２０１Ｌは、助手用光源３９（図示省略）が多関節アーム３の外側面（医師から見て左側面）に設けられた点を除いて、身体支持追従装置２０１Ｒと同様に構成されている。

また、本実施形態では、顕微鏡８０の左側の接眼レンズ８１と右側の接眼レンズ８２とに、次のような術者用光源８４と術者用光源８５とが装着されている。図８に示すように、術者用光源８４は、接眼レンズ８１に後付可能なように周上の一部が切り欠かれた円筒状の支持部８４Ａに、ＬＥＤ８４Ｂを円周方向に等間隔で配設した構造を有しており、術者用光源８５も同様に構成されている。また、ＬＥＤ８４Ｂが発生する光の強度は、接眼レンズ８１，８２内の映像を邪魔せず、また、眩しくなりすぎないように調整可能とされている。

図７に示すように、左側の術者用光源８４は、信号線８６を介して身体支持追従装置２０１Ｌの支持部４１内のモード判定コンピュータ７（図７では図示省略）に接続されている。右側の術者用光源８５は、信号線８７を介して身体支持追従装置２０１Ｒの支持部４１内のモード判定コンピュータ７（図７では図示省略）に接続されている。

このため、本実施形態では、左右の身体支持追従装置２０１Ｌ，２０１Ｒの動作モードに応じて、術者用光源８４，８５が個々に発光制御される。従って、医師は、左右の目の視野に入る術者用光源８４，８５の光を個々に視認することにより、左右の身体支持追従装置２０１Ｌ，２０１Ｒがどの動作モードであるかを、左右それぞれに対して容易に確認することができる。

なお、術者用光源８４，８５は、左右の接眼レンズ８１，８２の内部に設けられてもよいが、このように術者用光源８４，８５が外付け可能であると、一般の顕微鏡８０に術者用光源８４，８５を装着することで本実施形態を実施することができる。また、第１実施形態における術者用光源５８も、顕微鏡８０を上から覗き込むようにして使用する医師には容易に確認できるが、顕微鏡８０を下から見上げるようにして使用する医師には確認しづらい場合がある。これに対して、術者用光源８４，８５はそのような医師も容易に確認することができる。

［第４実施形態］
また、動作モードの切替形態も、前記以外に種々の形態が考えられる。なお、以下に示す動作モードの切替形態は、第１〜第３形態のいずれに対しても適用可能であるので、術者用光源５８，８４，８５、助手用光源３８，３９，５９を総称して単に光源という場合がある。

図９に示す第４実施形態の身体支持追従装置３０１は、モード判定コンピュータ７にフットスイッチ９０が接続された点において第１実施形態と構成が異なり、それに応じてモード判定コンピュータ７の処理も図１０に示すような処理となる。なお、本実施形態において、フットスイッチ９０は他のスイッチに代えてもよい。また、図９，図１０において、第１実施形態と同様に構成された箇所には図１，４で使用した符号を付して構成の詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、この処理では、Ｓ１にて第１実施形態と同様に動作モードがウェイトモードに設定された後、Ｓ１２にてフットスイッチ９０が操作されたか否かが判断される。フットスイッチ９０が操作されていない場合は（Ｓ１２：Ｎ）、処理はＳ１２にて待機することによってＳ１にて設定されたウェイトモードに動作モードが維持される。一方、フットスイッチ９０が操作された場合は（Ｓ１２：Ｙ）、処理はＳ３へ移行し、動作モードが第１実施形態と同様のフリーモードに設定される。

動作モードがフリーモードに設定された後、末端アーム５（先端）の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態が１００ｍｓ継続すると（Ｓ４：Ｙ）、Ｓ５にて動作モードがロックモードに設定される点は第１実施形態と同様である。但し、本実施形態では、前記状態が１００ｍｓ継続していない場合（Ｓ４：Ｎ）、Ｓ１７にてフットスイッチ９０が操作されたか否かが判断され、フットスイッチ９０が操作されていなければ（Ｓ１７：Ｎ）、処理はＳ４へ戻る。このＳ４，Ｓ１７からなるループ処理中は、フリーモードに動作モードが維持されるが、前記状態が１００ｍｓ継続する前に（Ｓ４：Ｎ）、フットスイッチ９０が操作されると（Ｓ１７：Ｙ）、処理は前述のＳ１へ移行して動作モードがウェイトモードに設定される。

一方、Ｓ５にて動作モードがロックモードに設定された場合、続くＳ１６では、前述のＳ６と同様に、末端アーム５（先端）に加わる力が１．０ｋｇｆ以下、または、末端アーム５に加わるトルクが５．０ｋｇｃｍ以下の状態が、２００ｍｓ継続したか否かが判断される。そして、前記状態が２００ｍｓ継続した場合は（Ｓ１６：Ｙ）、処理は前述のＳ３へ移行し、動作モードがフリーモードに設定される。

すなわち、前述のように、末端アーム５に加わる力が１．０ｋｇｆ以下となる状態は、医師が腕Ａを動かそうとして自身の筋肉で腕Ａを支えたことを示唆する状態であるので、本実施形態では、その状態の継続時に動作モードがフリーモードに設定される。一方、前記状態が２００ｍｓ継続していない場合は（Ｓ１６：Ｎ）、Ｓ１８にてフットスイッチ９０が操作されたか否かが判断され、フットスイッチ９０が操作されていなければ（Ｓ１８：Ｎ）、処理はＳ１６へ戻る。このＳ１６，Ｓ１８からなるループ処理中は、ロックモードに動作モードが維持されるが、前記状態が２００ｍｓ継続する前に（Ｓ１６：Ｎ）、フットスイッチ９０が操作されると（Ｓ１８：Ｙ）、処理は前述のＳ１へ移行して動作モードがウェイトモードに設定される。

以上の処理をモード判定コンピュータ７が実行することにより、身体支持追従装置３０１の動作モードは次のように遷移する。すなわち、図１１に示すように、動作モードがウェイトモードに設定されているときに、フットスイッチ９０が操作されると（Ｓ１２：Ｙ）、動作モードはフリーモードに設定される（Ｓ３）。このとき、光源は橙で点滅する。また、動作モードがフリーモード又はロックモードに設定されているときに、フットスイッチ９０が操作されると（Ｓ１７：Ｙ又はＳ１８：Ｙ）、動作モードはウェイトモードに設定される。このとき、光源は橙で点灯する。

また、動作モードがフリーモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態が１００ｍｓ継続すると（Ｓ４：Ｙ）、動作モードはロックモードに設定される（Ｓ５）。このとき、光源は青で点灯する。そして、動作モードがロックモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）に加わる力が１．０ｋｇｆ以下またはトルクが５．０ｋｇｃｍ以下の状態が、２００ｍｓ継続すると（Ｓ１６：Ｙ）、動作モードはフリーモードに設定される（Ｓ３）。

このように、本実施形態では、医師が腕Ａに加える力の状態とその継続時間とに応じて動作モードをフリーモードとロックモードとの間で自動的に切り替えることができ、医師は、手術を円滑に行うことができる。

しかも、フリーモードとロックモードとの間で動作モードを相互に切り替え可能な状態と、ウェイトモードとを、フットスイッチ９０の操作によって切り替えることができる。このため、器具を取るときなどのように腕Ａに末端アーム５を追従移動させたくないシーンや、特に重要な作業を行う場合で絶対に末端アーム５が移動して欲しくないシーンでは、フットスイッチ９０の操作によって確実にウェイトモードに切り替えることができる。しかも、次にフットスイッチ９０が操作されるまで、動作モードはウェイトモードに確実に維持されるので、医師に安心感を与えることができる。なお、本実施形態において、動作モードがウェイトモードに設定されているときにフットスイッチ９０が操作された場合、動作モードがロックモードに設定されてもよい。

［第５実施形態］
次に、本発明が適用された第５実施形態について、図１２，図１３を用いて説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態と同様に構成された身体支持追従装置１のモード判定コンピュータ７における処理を、図１２に示すように変更した点において異なる。また、図１２において、第１実施形態と同様に構成された箇所には図４で使用した符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態では、医師が腕Ａを自身の筋肉で支えたことを判断するための末端アーム５に加わる力のしきい値をＦ３とし、医師が末端アーム５に腕Ａを載せていないことを判断するための末端アーム５に加わる力のしきい値をＦ２とし、医師が末端アーム５を腕Ａに追従移動させようとしたことを判断するための末端アーム５に加わる力のしきい値をＦ１とする。Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、腕Ａの自重≧Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２＞０の関係を満たすのが望ましく、例えば、Ｆ１＝１．５ｋｇｆ、Ｆ２＝０．５ｋｇｆ、Ｆ３＝１．０ｋｇｆとすることができる。

図１２に示すように、この処理は、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５の順で実行されるときの処理は、第１実施形態と同様である。但し、動作モードがフリーモードに設定された後（Ｓ３）、末端アーム５の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態（以下、状態Ａという）が１００ｍｓ継続していない場合（Ｓ４：Ｎ）、末端アーム５に腕Ａが載せられているか否かが、Ｓ２７にて次のように判断される。

すなわち、Ｓ２７では、末端アーム５（先端）に加わる力が０．５ｋｇｆ（Ｆ２）以下、または、末端アーム５に加わるトルク（Ｔｙ）が前記Ｆ２に相当する１．５ｋｇｃｍ以下となった状態（以下、状態Ｂという）が、５０ｍｓ継続したか否かが判断される。前記状態Ｂが５０ｍｓ継続していない場合は（Ｓ２７：Ｎ）、処理はＳ４へ戻り、このＳ４，Ｓ２７からなるループ処理中は、フリーモードに動作モードが維持される。そして、前記状態Ａが１００ｍｓ継続する前に（Ｓ４：Ｎ）、前記状態Ｂが５０ｍｓ継続した場合は（Ｓ２７：Ｙ）、処理はＳ１へ移行し、動作モードがウェイトモードに設定される。

一方、Ｓ５にて動作モードがロックモードに設定された場合、続くＳ２６では、前述のＳ６と同様に、末端アーム５（先端）に加わる力が１．０ｋｇｆ（Ｆ３）以下、または、末端アーム５に加わるトルク（Ｔｙ）が前記Ｆ３に相当する５．０ｋｇｃｍ以下の状態が、２００ｍｓ継続したか否かが判断される。そして、前記状態が２００ｍｓ継続した場合は（Ｓ２６：Ｙ）、処理は前述のＳ３へ移行し、動作モードがフリーモードに設定される。本実施形態でも、第４実施形態と同様に、末端アーム５に加わる力が１．０ｋｇｆ以下となる状態は医師が腕Ａを動かそうとして自身の筋肉で腕Ａを支えたことを示唆する状態であるので、その状態の継続時に動作モードがフリーモードに設定される。一方、前記状態が２００ｍｓ継続していない場合は（Ｓ２６：Ｎ）、処理はＳ２６にて待機し、Ｓ５にて設定されたロックモードに動作モードが維持される。

以上の処理をモード判定コンピュータ７が実行することにより、身体支持追従装置３０１の動作モードは次のように遷移する。すなわち、図１３に示すように、動作モードがウェイトモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）に加わる力が１．５ｋｇｆ（Ｆ１）以上またはトルクが５ｋｇｃｍ以上の状態が、１００ｍｓ継続すると（Ｓ２：Ｙ）、動作モードはフリーモードに設定される（Ｓ３）。このとき、光源は橙で点滅する。動作モードがフリーモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）の速度が１ｍｍ／ｓ以下の状態が１００ｍｓ継続すると（Ｓ４：Ｙ）、動作モードはロックモードに設定される（Ｓ５）。このとき、光源は青で点灯する。

また、動作モードがロックモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）に加わる力が１．０ｋｇｆ以下またはトルクが５．０ｋｇｃｍ以下の状態が、２００ｍｓ継続すると（Ｓ２６：Ｙ）、動作モードはフリーモードに設定される（Ｓ３）。更に、動作モードがフリーモードに設定されているときに、末端アーム５（先端）に加わる力が０．５ｋｇｆ（Ｆ２）以下またはトルクが１．５ｋｇｃｍ以下の状態が５０ｍｓ継続すると（Ｓ２７：Ｙ）、動作モードはウェイトモードに設定される（Ｓ１）。このとき、光源は橙で点灯する。

このように、本実施形態では、医師が腕Ａに加える力の状態とその継続時間とに応じて動作モードをウェイトモード，フリーモード，ロックモードの間で自動的に順に切り替えることができ医師は、手術を円滑に行うことができる。しかも、前記力の状態等に応じた切り替えは、ロックモードからフリーモードへの切り替えが可能であるので、医師は末端アーム５をより直感的、無意識的に動かすことができる。また、前記力の状態等に応じた切り替えは、フリーモードからウェイトモードへの切り替えも可能であるので、医師はより無意識的に素早く器具などの交換を行うことができる。

［発明特定事項との対応及び本発明の更なる変形例］
なお、前記各実施形態において、腕Ａが身体部分に、末端アーム５が載置部に、多関節アーム３が支持部に、電磁石５２が固定部に、術者用光源５８，８４，８５が第１発光部に、助手用光源３８，３９，５９が第２発光部に、その第１発光部と第２発光部との組合せが身体支持追従装置用状態表示装置に、バネ４６，４７及びカウンタウェイト４８がバランス機構に、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａがブレーキに、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ及び力センサ４５が検出部に、モード判定コンピュータ７が判断手段及び切替手段に、顕微鏡８０が光学系に、接眼レンズ８１，８２が接眼部に、それぞれ相当する。また、手術野が作業野に相当する。すなわち、本明細書では、手術がなされる範囲が手術野と呼ばれるのを一般の作業に拡張して、作業がなされる範囲を作業野と呼んでいる。更に、モード判定コンピュータ７の処理のうち、Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５の処理が切替手段に、Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ１６，Ｓ２６，Ｓ２７の処理が判断手段に、それぞれ相当する。

また、本発明は前記各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、第３実施形態における双眼の顕微鏡８０は、双眼の内視鏡に替えてもよく、立体視できる眼鏡に替えてもよい。

また、支持部は載置部を一方向へのみ移動可能に支持してもよく、動作モードはスイッチ（又はペダル）の操作状態に応じて一意に切り替えられてもよい。後者の場合、動作モードが自動的に切り替えられることはないが、手術に集中すると、医師は自分がどの動作モードに設定したのか忘れてしまうので、そのような場合に効果を発揮する。但し、前記各実施形態のように、動作モードが自動で切り替えられる身体支持追従装置に対しては、本発明の効果が一層顕著に表れる。

更に、固定部の構成も、前述のように電磁石５２で磁性体５７を固定する以外にも種々の形態のものを採用することができる。また、第１発光部と第２発光部とは一体であってもよく、例えばアームフォルダ５１全体が１つの発光部でもよい。また、医師が腕Ａを動かそうとしているか否か等は、前記力又はトルク以外に、末端アーム５の位置、速度、若しくは加速度、又は、末端アーム５と腕Ａと接触状態を検出することによって判断されてもよい。

１，１０１，２０１，３０１…身体支持追従装置 ３…多関節アーム
５…末端アーム ７…モード判定コンピュータ
３１，３２，３３，３４，３５…関節 ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ…ブレーキ
３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ…エンコーダ ３８，３９，５９…助手用光源
４５…力センサ ４６…バネ
４８…カウンタウェイト ５１…アームフォルダ
５２…電磁石 ５５…装具
５７…磁性体 ５８，８４，８５…術者用光源
８０…顕微鏡 ８１，８２…接眼レンズ
９０…フットスイッチ Ａ…腕

Claims (6)

1. 作業者の身体部分（Ａ）が載置される載置部（５）と、
   少なくとも１つの関節（３１，３２，３３，３４，３５）を有してその関節で屈曲することにより、前記載置部を移動可能に支持する支持部（３）と、
   前記載置部に設けられ、当該載置部を前記身体部分に固定することで、当該載置部を前記支持部から加わる抵抗に抗して前記身体部分の移動に追従移動させる固定部（５２）と、
   前記支持部の少なくとも１つの前記関節における屈曲を抑制することにより、前記載置部の移動を制限するブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ）と、
   前記固定部及び前記ブレーキを制御して、前記固定部により前記載置部に前記身体部分を固定し、かつ、前記ブレーキによる前記載置部の移動の制限を解除する動作モードをフリーモードとし、前記固定部による前記身体部分の固定を解除し、かつ、前記ブレーキにより前記載置部の移動を制限する動作モードを制限モードとして、動作モードを少なくとも前記フリーモード又は前記制限モードに切り替える切替手段（７，Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）と、
   を備えた身体支持追従装置（１，１０１，２０１，３０１）に対して使用される身体支持追従装置用状態表示装置であって、
   前記身体支持追従装置を介して作業がなされる作業野を前記作業者が見る際の視野の範囲内で、前記動作モードに応じた光を発生する第１発光部（５８，８４，８５）と、
   前記身体支持追従装置を介して作業を行っている前記作業者以外の者が視認可能な範囲内で、前記動作モードに応じた光を発生する第２発光部（３８，３９，５９）と、
   備えたことを特徴とする身体支持追従装置用状態表示装置。
2. 前記身体支持追従装置は、
   前記載置部若しくは前記固定部に前記身体部分から加わる力、前記載置部若しくは前記固定部に前記身体部分から加わるトルク、前記載置部若しくは前記固定部の加速度、前記載置部若しくは前記固定部の速度、前記載置部若しくは前記固定部の位置、又は、前記載置部若しくは前記固定部と前記身体部分との接触の、少なくともいずれか１つを検出する検出部（３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，４５）と、
   該検出部の検出結果に基づき、前記身体部分が前記載置部又は前記固定部を移動させようとしているか否かを判断する判断手段（７，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ１６，Ｓ２６，Ｓ２７）と、
   を更に備え、
   前記切替手段は、前記身体部分が前記載置部又は前記固定部を移動させようとしていると前記判断手段が判断した場合は動作モードを前記フリーモードに、前記身体部分が前記載置部又は前記固定部を移動させようとしていないと前記判断手段が判断した場合は動作モードを前記制限モードに、それぞれ切り替えることを特徴とする請求項１に記載の身体支持追従装置用状態表示装置。
3. 前記第１発光部は、前記作業野を前記作業者が光学系を介して双眼で間接的に見る際の視野の範囲内で、前記光を発生することを特徴とする請求項１又は２に記載の身体支持追従装置用状態表示装置。
4. 前記第１発光部は、前記光学系の接眼部に着脱可能に構成されたことを特徴とする請求項３に記載の身体支持追従装置用状態表示装置。
5. 前記身体部分は、左右の腕であり、
   前記身体支持追従装置は左右の腕に対してそれぞれ設けられ、
   前記第１発光部及び前記第２発光部は、前記各身体支持追従装置に対してそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の身体支持追従装置用状態表示装置。
6. 作業者の身体部分（Ａ）が載置される載置部（５）と、
   少なくとも１つの関節（３１，３２，３３，３４，３５）を有してその関節で屈曲することにより、前記載置部を移動可能に支持する支持部（３）と、
   前記載置部に設けられ、当該載置部を前記身体部分に固定することで、当該載置部を前記支持部から加わる抵抗に抗して前記身体部分の移動に追従移動させる固定部（５２）と、
   前記支持部の少なくとも１つの前記関節における屈曲を抑制することにより、前記載置部の移動を制限するブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ）と、
   前記固定部及び前記ブレーキを制御して、前記固定部により前記載置部に前記身体部分を固定し、かつ、前記ブレーキによる前記載置部の移動の制限を解除する動作モードをフリーモードとし、前記固定部による前記身体部分の固定を解除し、かつ、前記ブレーキにより前記載置部の移動を制限する動作モードを制限モードとして、動作モードを少なくとも前記フリーモード又は前記制限モードに切り替える切替手段（７，Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）と、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の身体支持追従装置用状態表示装置と、
   を備えたことを特徴とする身体支持追従装置。

Images