JP2015093141A - ロボット手術装置、およびロボット手術装置用流体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このロボット手術装置は、ロボットアーム部と、ユーザーが前記ロボットアーム部を操作するための入力を受け付ける操作部と、前記操作部が受け付けたユーザーの入力に基づき、前記ロボットアーム部を操作するためのツール制御部と、を備えたロボット手術装置であって、流体室と、前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、を備え、前記流体噴射管が、前記ロボットアーム部に機械的に固定され、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成される。この形態によれば、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能なので、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を調整できる。
このロボット手術用流体噴射装置は、流体室と、前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、流体を噴射するための流体噴射開口部と、流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、を備えたロボット手術装置用流体噴射装置であって、前記流体噴射管が、ロボット手術装置のロボットアーム部に機械的に固定可能であり、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成されたこと、を特徴とする。この形態によれば、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能なので、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を調整できる。
実施形態1を説明する。
ロボット手術装置について説明する。ロボット利用手術では、外科医は、手によって直接器具を保持し移動するのではなく、例えばサーボ機構のような特定の形態を用いて外科用器具の動きを操作する。外科医は、外科ワークステーションで手術部位の画像を提供され、ディスプレイ上で手術部位の二次元または三次元画像を見ながら、マスター制御デバイスを操作することにより、患者に対する手術手順を実施する。このマスター制御デバイスの操作が、次にサーボ機構によって作動される器具の動きを制御する。
実施形態2を説明する。実施形態2は、図6に示された噴射処理に代えて、図14に示された噴射処理を実行する。ハードウエア構成については、実施形態1と同じなので説明を省略する。実施形態2の噴射処理におけるステップS1100、ステップS1300及びステップS1400は、実施形態1と同じなので、説明を省略する。実施形態2においては、実施形態1のステップS1200に代えて、ステップS1210〜ステップS1240を実行する。
実施形態3を説明する。実施形態3は、図7に示された実施形態1におけるピーク電圧および駆動周波数と、速度Sとの関係に代えて、図15に示された関係に基づき、噴射処理のステップS1200を実行する。図15の(A)は駆動周波数を、図15の(B)はピーク電圧を縦軸に示す。横軸は、速度Sで共通であり、図15の(A),(B)でスケールが一致している。
実施形態4を説明する。
図16は、流体噴射装置210の構成を示す。流体噴射装置210は、医療機関において利用される医療機器であり、患部に対して流体を噴射することによって、患部を切開または切除する機能を有する。
V(T)=Vp{1-cos(πT/Tr)}/2(但し0≦T≦Tr)
Vは電圧、Vpは電圧のピーク値(ピーク電圧)、Tは時間、Trは立ち上がり時間である。Vpは、Vmin≦Vp≦Vmaxの範囲に設定される可変値である。Trは、Tmin≦Tr≦Tmaxの範囲に設定される可変値である。Vmax、Tminはそれぞれ、圧電素子35などの負荷が大きくなり過ぎないこと等を条件にして予め定められた値である。Vmin、Tmaxはそれぞれ、流体が間欠的に噴射されること等を条件にして予め定められた値である。尚、ピーク電圧とは、流体を噴射する際に用いられる駆動波形の1周期における最大電圧を示すものである。
V(T)=Vp[1+cos{π(T-Tr)/(Tc-Tr)}]/2(但しTr≦T≦Tc)
Tcは、駆動波形の1周期分の時間であり、本実施形態では固定値である。上記2つの式から明らかなように、立ち上がり時間Trは、駆動波形の1周期における所定の電圧値から電圧のピークに達するまでの時間である。
立ち上がり時間を変動させる速度領域と、ピーク電圧を変動させる速度領域とが重複してもよい。
駆動波形は、サインカーブの組み合わせでもなくてもよく、例えば、ステップ的に増減させてもよい。
立ち上がり時間と噴射口の速度との関係は、曲線的に規定してもよいし、ステップ的に規定してもよい。
立ち上がり時間の定義は、駆動信号が0からピークに達するまでの時間でなくてもよく、例えば、0よりもやや大きい値から、ピークよりもやや小さい値に達するまでの時間であってもよい。
駆動信号の電圧が下降する場合に流体室の体積が収縮する構成であれば、立ち上がり時間は、或る電圧値から、その電圧値よりも小さい値に達するまでの時間として定義してもよい。
或いは、画像処理を用いて、噴射口の速度を算出してもよい。例えば、噴射口の先端にマーカーを設置し、カメラでマーカーの移動を捉えることによって、噴射口の速度を算出してもよい。
ロボットが流体噴射装置を操作する場合、噴射口の速度は、ロボットが把握できるので、算出する必要はなく、その把握される値を用いてもよい。
患部の移動速度を加味して、流体噴射開口部の移動速度を算出してもよい。患部の移動速度の測定は、呼吸や脈拍による動きを予測したり測定したりすることによって実現してもよい。
加速度センサーのタイプは、静電容量型でも熱検知型でもよい。また、加速度に限らず、速度を間接的もしくは直接的に検出できるセンサーでもよい。
流体噴射装置は、医療機器以外に利用されてもよい。
例えば、流体噴射装置は、噴射した流体によって汚れを除去する洗浄装置に利用されてもよい。
流体噴射装置は、噴射した流体によって線などを描く描画装置に利用されてもよい。
実施形態5を説明する。
図24において、流体噴射装置310は、流体噴射機構320と、流体供給機構350と、制御部370と、レーザー発振器373と、コントローラー377と、流体容器380とを備えている。流体供給機構350及び流体容器380は、接続チューブ351によって互いに接続されている。流体供給機構350及び流体噴射機構320は、流体供給流路352によって互いに接続されている。接続チューブ351及び流体供給流路352は、樹脂によって形成されている。接続チューブ351及び流体供給流路352は、樹脂以外(例えば金属)の材料によって形成されてもよい。
実施形態6を説明する。実施形態6は、図27に示された噴射処理に代えて、図30に示された噴射処理を実行する。ハードウエア構成については、実施形態5と同じなので説明を省略する。実施形態6の噴射処理におけるステップS4100、ステップS4300及びステップS4400は、実施形態5のステップS3100、ステップS3300及びステップS3400と同じなので、説明を省略する。実施形態6においては、実施形態5のステップS3200に代えて、ステップS4210〜ステップS4240を実行する。
Claims (16)
- ロボットアーム部と、
ユーザーが前記ロボットアーム部を操作するための入力を受け付ける操作部と、
前記操作部が受け付けたユーザーの入力に基づき、前記ロボットアーム部を操作するためのツール制御部と、を備えたロボット手術装置であって、
流体室と、
前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、
流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、
を備え、
前記流体噴射管が、前記ロボットアーム部に機械的に固定され、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成されたことを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項1に記載のロボット手術装置において、
前記脈流付与部が前記流体室内の容積を変動させる容積変動部を含み、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記容積変動部および前記流体供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記容積変動部に印加する電圧と、前記流体室に供給される流体の流量と、の少なくとも一方を変更すること、
を特徴とするロボット手術装置。 - 請求項1または2に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記電圧と前記流量とを変更することを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項3に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記流体噴射開口部の移動速度が第1の速度の場合は、前記電圧を第1の電圧に設定し、前記移動速度が前記第1の速度よりも速い第2の速度の場合は、前記電圧を前記第1の電圧よりも高い第2の電圧に設定することを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項3に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第1の速度の場合は、前記流体室に供給される流体の流量を第1の流量に設定し、前記移動速度が前記第2の速度の場合は、前記流体室に供給される流体の流量を前記第1の流量よりも多い第2の流量に設定することを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項3に記載のロボット手術装置において、
前記容積変動部には、駆動信号が印加され、前記制御部は、前記移動速度が前記第2の速度よりも速い第3の速度以下において前記電圧を変更し、前記移動速度が前記第3の速度の場合、前記駆動信号の周波数を第1の周波数に設定し、前記第3の速度よりも速い第4の速度の場合、前記駆動信号の周波数を前記第1の周波数よりも高い第2の周波数に設定することを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項3に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記電圧と、前記流量制御と、前記移動速度に応じた前記駆動信号の周波数の制御とを実行することを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項3に記載のロボット手術装置において、
流体室と、流体室内を加圧する加圧部と、を具備する流体噴射機構と、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記加圧部に送信する駆動信号を変更する制御部と、を備えたことを特徴とするロボット手術装置。 - 請求項3に記載のロボット手術装置において、
駆動信号に従い、流体室内の圧力を変動させる変動部と、前記流体室から流体を噴射する噴射口を有する噴射管と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記変動部と前記流体供給部とを制御することによって、前記流体室内の圧力を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記駆動信号が第1の所定電圧から第2の所定電圧に達するまでの時間を、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて変更するロボット手術装置。 - 請求項9に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が第1の速度の場合は、前記立ち上がり時間を第1の時間に設定し、前記移動速度が前記第1の速度よりも速い第2の速度の場合は、前記立ち上がり時間を前記第1の時間よりも短い第2の時間に設定するロボット手術装置。 - 請求項9に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第2の速度の場合、前記駆動信号の最大電圧を第1の電圧に設定し、前記移動速度が前記第2の速度よりも速い第3の速度の場合、前記駆動信号の最大電圧を前記第1の電圧よりも高い第2の電圧に設定するロボット手術装置。 - 請求項9に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第2の速度の場合、前記流体の流量を第1の流量に設定し、前記移動速度が前記第3の速度の場合、前記流体の流量を前記第1の流量よりも多い第2の流量に設定するロボット手術装置。 - 請求項9に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第3の速度よりも速い第4の速度の場合、前記立ち上がり時間を前記第2の時間よりも短い第3の時間に設定し、前記駆動信号の最大電圧を前記第2の電圧よりも高い第3の電圧に設定するロボット手術装置。 - 請求項9に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第4の速度の場合、前記流体の流量を第3の流量に設定するロボット手術装置。 - 請求項9に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第1の速度よりも遅い第1の所定速度の場合、及び前記第1の所定速度よりも遅い第2の所定速度の場合、前記立ち上がり時間と前記駆動信号の最大電圧と前記流体の流量とを、それぞれについての所定値に設定するロボット手術装置。 - 流体室と、
前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、
流体を噴射するための流体噴射開口部と、
流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、
前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、
を備えたロボット手術装置用流体噴射装置であって、
前記流体噴射管が、ロボット手術装置のロボットアーム部に機械的に固定可能で、
前記流体噴射制御部が、
前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成されたこと、
を特徴とするロボット手術装置用流体噴射装置。
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