JP2019187994A - 外科手術システム - Google Patents

Abstract

【課題】単孔式腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、術者の術具操作を支援する。【解決手段】外科手術システムは、ロボット本体、スレーブコントローラ、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置、及び操作入力装置を備える。ロボット本体は、複数のガイドボアを有するエントリーガイド、エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持装置、遠位端部に手術器具が設けられ、エントリーガイドに挿入される器具マニピュレータ、及び、遠位端部に内視鏡カメラが設けられ、エントリーガイドに挿入される内視鏡マニピュレータを有する。スレーブコントローラは、操作入力装置が受け付けた体腔挿入指令に応答して、内視鏡カメラがエントリーガイドの出口から進出し且つ内視鏡カメラで撮像を開始してから、手術器具がエントリーガイドの出口から進出するように、ロボット本体を動作させる。【選択図】図８

Description

本発明は、マスタースレイブ型の手術支援ロボットを含む外科手術システムに関する。

従来、マスタースレイブ型の手術支援ロボットを含む外科手術システムが知られている。外科手術システムを用いた手術では、術者がコンソールを用いて手術支援ロボットの動作を遠隔操作して、手術支援ロボットが患者の手術部位に施術する。例えば、特許文献１には、この種の外科手術システムが開示されている。

特許文献１の遠隔操作手術システムは、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものである。この遠隔操作手術システムは、ペイシェントカート（手術支援ロボットに相当する）と、サージョンコンソールとを備える。ペイシェントカートは、マニピュレータに支持された複数の外科装置アセンブリを備える。外科装置アセンブリは、手術器具及び可動手首を含むインストルメント、インストルメントの駆動装置、及び、それらを連結する滅菌アダプタを含む。

特表２０１６−５３０００４号公報

単孔式腹腔鏡下手術では、患者の体表に挿入された単一のエントリーガイドに、複数の手術器具や内視鏡が挿入される。エントリーガイドの断面積は患者の負担を軽減するために小さいことが望ましく、その結果、エントリーガイドの入口及び出口において手術器具や内視鏡が集中する。従って、単孔式腹腔鏡下手術では、手術器具同士の干渉や作業スペースが狭小になることによって、従来の多孔式腹腔鏡下手術よりも術具操作が困難とされている。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、単孔式腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、手術器具同士の干渉を回避するように、術者の術具操作を支援することにある。

本発明の一態様に係る外科手術システムは、ロボット本体と、前記ロボット本体を制御するスレーブコントローラと、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置と、術者から指令の入力を受け付けて前記スレーブコントローラへ伝達する操作入力装置とを備える。前記ロボット本体は、複数のガイドボアを有するエントリーガイドと、前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持装置と、遠位端部に手術器具が設けられ、前記エントリーガイドの前記ガイドボアのうちの１つに挿入される器具マニピュレータと、遠位端部に内視鏡カメラが設けられ、前記エントリーガイドの前記ガイドボアのうちの他の１つに挿入される内視鏡マニピュレータと、を有する。前記操作入力装置は、体腔挿入指令の入力を受け付ける操作具を含み、前記スレーブコントローラは、前記操作入力装置が受け付けた前記体腔挿入指令に応答して、前記内視鏡カメラが前記エントリーガイドの出口から進出し且つ前記内視鏡カメラで撮像を開始してから、前記手術器具が前記エントリーガイドの出口から進出するように、前記ロボット本体を動作させる。

上記外科手術システムによれば、術者は、内視鏡カメラで撮像された内視鏡画像を確認しながら、手術器具をエントリーガイドから患者の体腔へ進出させる操作を行うことができる。これにより、術者の手術器具同士や手術器具と患者組織との干渉を回避するような術具操作を支援することができる。

本発明によれば、単孔式腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、手術器具同士の干渉を回避するように、術者の術具操作を支援することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る外科手術システムの全体的な概略構成を示す図である。 図２は、外科手術システムの制御系統の構成を示すブロック図である。 図３は、手術器具を有する器具マニピュレータの一例を示す図である。 図４の各図は器具マニピュレータの軸構成を説明する図であり、図４Ａは６軸アームを備えた器具マニピュレータの図、図４Ｂは７軸アームを備えた器具マニピュレータの図である。 図５の各図は器具マニピュレータの補助関節の位置を説明する図であり、図５Ａは補助関節がエントリーガイドよりも近位側にある器具マニピュレータの図、図５Ｂは補助関節がエントリーガイドよりも遠位側にある器具マニピュレータの図である。 図６の各図は手術器具の一例である鉗子の変態を説明する図であり、図６Ａは物を把持している状態の鉗子を示す図、図６Ｂは把持していた物を離した状態の鉗子を示す図、図６Ｃは把持していた物を離さずに移動させた状態の鉗子を示す図である。 図７は、内視鏡カメラを有する内視鏡マニピュレータの一例を示す図である。 図８の各図は器具マニピュレータ及び内視鏡マニピュレータがエントリーガイドから体腔へ進出する様子を説明する図であり、図８Ａは器具マニピュレータ及び内視鏡マニピュレータがエントリーガイドから進出する前の状態を示す図、図８Ｂは内視鏡マニピュレータがエントリーガイドから進出を開始した状態を示す図、図８Ｃは器具マニピュレータがエントリーガイドから進出を開始した状態を示す図である。 図９は、エントリーガイドの変形例を示す図である。 図１０は、器具マニピュレータの肩部の可動範囲を説明する図である。 図１１は、器具マニピュレータの手首部の可動範囲を説明する図である。 図１２は、器具マニピュレータの張出量を説明する図である。 図１３は、触覚センサを備えた器具マニピュレータの手首部を示す図である。 図１４は、図１３におけるＸIII−ＸIII矢視断面図である。 図１５は、図１４に示す触覚センサの変形例を示す図である。 図１６は、触覚センサからの信号から発生する処理の流れを説明する図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る外科手術システム１００の全体的な概略構成を示す図であり、図２は、外科手術システム１００の制御系統の構成を示すブロック図である。図１及び図２に示す外科手術システム１００は、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものであって、手術支援ロボット１と、コンソール７とを備える。但し、本発明に外科手術システム１００は図１，２に示す態様に限定されず、例えば、ＵＳ２０１６／Ｏ１９９１３８Ａ１の図２に開示されるような公知の手術支援ロボットに、ディスプレイ装置と操作入力装置とを組み合わせたものに広く適用することができる。以下、本実施形態に係る外科手術システム１００の各構成要素について詳細に説明する。

〔手術支援ロボット１〕
手術支援ロボット１は、外科手術システム１００と患者Ｐとのインターフェースを構成する。手術支援ロボット１は、滅菌野である手術室内において患者Ｐが横たわる手術台の傍らに配置される。

手術支援ロボット１は、ロボット本体２と、スレーブコントローラ３とを備える。ロボット本体２は、複数の手術マニピュレータ２０と、単一のエントリーガイド９と、患者Ｐに対し手術マニピュレータ２０及びエントリーガイド９を位置決めするポジショナ１０とを含む。

エントリーガイド９は、患者Ｐの体表に留置されたカニューレ（図示略）に取り付けられている。エントリーガイド９には、所定の送入軸方向に延びる、平行な複数のガイドボア９０（図８、参照）を有する。各ガイドボア９０に、手術マニピュレータ２０が個別に挿入される。ポジショナ１０は、エントリーガイド９を支持するエントリーガイド支持装置としての機能を有する。

ポジショナ１０は、台車１１に支持された水平多関節型マニピュレータ１２と、水平多関節型マニピュレータ１２の遠位端部に設けられた支持部材１２ｂと、この支持部材１２ｂを介して水平多関節型マニピュレータ１２に支持された垂直多関節型マニピュレータ１３と、垂直多関節型マニピュレータ１３の遠位端部に設けられた支持フレーム１４とを含む。但し、ポジショナ１０の構成は本実施形態に限定されず、エントリーガイド９を目標位置（姿勢を含む）へ良好な精度で位置決めできるものであればよい。このようなポジショナ１０は、例えば、ここに参照により引用する特開２０１７−１０４４５３号公報に記載されている。

支持フレーム１４はチャンネル型を呈し、一方の端部と他方の端部とが間をおいて対峙している。支持フレーム１４の一方の端部には、エントリーガイド９を支持するエントリーガイド支持部１４ｂが設けられている。また、支持フレーム１４の他方の端部には、手術マニピュレータ支持部１４ａが設けられている。手術マニピュレータ支持部１４ａとエントリーガイド支持部１４ｂの相対位置は可変であってもよいし、一定であってもよい。

手術マニピュレータ支持部１４ａには、複数の手術マニピュレータ２０を纏めて支持する支持ブロック１５が設けられている。複数の手術マニピュレータ２０は、手術器具２８を有する器具マニピュレータ２１と、内視鏡カメラ３３を有する内視鏡マニピュレータ３１とを含む。

（器具マニピュレータ２１）
図３は、手術器具２８を有する器具マニピュレータ２１の一例を示す図である。図３に示す器具マニピュレータ２１は、並進ユニット２２、駆動ユニット２３、伝動ユニット２５、細長い中空シャフト状のアーム２６、手首部２７、及び、エンドエフェクタとしての手術器具２８が、近位端部から遠位端部に向かって順に連接されて成る。なお、「近位」という用語は、台車１１からロボット本体２の或る部分までのロボット本体２に沿った距離が、台車１１からロボット本体２の他の部分までのロボット本体２に沿った距離よりも小さいことを指す。また、「遠位」という用語は、台車１１からロボット本体２の或る部分までのロボット本体２に沿った距離が、台車１１からロボット本体２の他の部分までのロボット本体２に沿った距離よりも大きいことを指す。なお、手術マニピュレータ支持部１４ａとエントリーガイド支持部１４ｂについては、前者が後者に対して近位であり、後者が前者に対して遠位であるとする。

並進ユニット２２は、器具マニピュレータ２１において並進関節を形成する。並進ユニット２２は、所謂直動装置であって、例えば、電動式のリニアスライドシリンダであってよい。並進ユニット２２は、支持ブロック１５に固定されている。並進ユニット２２のスライダには、駆動ユニット２３が取り付けられている。伝動ユニット２５、アーム２６、手首部２７、及び手術器具２８は一体的に構成されており、伝動ユニット２５はアダプタ２４ａ，２４ｂを介して駆動ユニット２３に脱着可能に接続される。並進ユニット２２として、電動式のリニアスライドシリンダの他にモータ付きのボールスクリュー、モータ付きのラックピニオン又はリニアモータが採用されてもよい。

並進ユニット２２の動作によって、器具マニピュレータ２１の並進ユニット２２を除く部分が、エントリーガイド９の挿入軸方向と平行に移動する。このような器具マニピュレータ２１の並進移動により、エントリーガイド９のガイドボア９０に器具マニピュレータ２１のアーム２６、手首部２７、及び手術器具２８を含む遠位部分を挿入し、また、ガイドボア９０に挿入された器具マニピュレータ２１の遠位部分を患者Ｐの体腔へ進出させたり体腔から後退させたりすることができる。

アーム２６は、順に連接された、近位リンク２６５、中間リンク２６６、及び遠位リンク２６７を含む。これらのリンクは、中空状の直管で構成される。図４Ａに示すように、近位リンク２６５と中間リンク２６６との間は、ねじれ関節及び曲げ関節を含む肩部２６２で接続されている。中間リンク２６６と遠位リンク２６７との間は、曲げ関節を含む肘部２６３で接続されている。但し、図４Ｂに示すように、肘部２６３が曲げ関節及びねじれ関節を含んでもよい。

近位リンク２６５は、第１の近位リンク２６５ａと、第２の近位リンク２６５ｂと、第１の近位リンク２６５ａと第２の近位リンク２６５ｂとの間を曲げ回転可能に接続する補助関節２６１を含んでいてよい。図５Ａに示すように、補助関節２６１は、アーム２６のうちエントリーガイド９に挿入されない近位部分に設けられていてよい。或いは、図５Ｂに示すように、補助関節２６１は、アーム２６のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する遠位部分に設けられていてよい。補助関節２６１は、器具マニピュレータ２１が体腔内へ挿入された後、施術中には動きが固定される。補助関節２６１の動きの固定はブレーキの使用や、補助関節２６１の姿勢を維持する制御によって行われる。

図３に戻って、アーム２６の遠位端部は手首部２７の近位端部と接続されている。手首部２７の遠位端部は、手術器具２８の近位端部と接続されている。図４Ａに示すように、手首部２７は、遠位側から順に連接された、曲げ関節及びねじれ関節を含む。

肘部２６３及び肩部２６２は、近位リンク２６５（第２の近位リンク２６５ｂ）と遠位リンク２６７とが平行を維持するように連動してもよい。肘部２６３及び肩部２６２を連動させる機構は、ここに参照により引用するＵＳ２０１７／０５６１１８Ａ１に記載されている。或いは、肘部２６３及び肩部２６２が独立して動作して、近位リンク２６５と遠位リンク２６７とが非平行となってもよい。

アーム２６及び手首部２７に含まれる曲げ関節は、例えば、板厚方向に直列的に並べられた複数の板状のセグメントと、複数のセグメントに亘って板厚方向に挿通された操作ケーブルとによって実現されてよい。このような曲げ関節は、例えば、ここに参照により引用する国際公開ＷＯ２０１７／００６３７３Ａ１に記載されている。但し、アーム２６及び手首部２７に含まれる曲げ関節は上記構成に限定されず、公知の曲げ関節構造を採用してもよい。

アーム２６及び手首部２７に含まれるねじれ関節は、例えば、内外二重筒と、外筒に対し内筒を回転させる操作ケーブルによって実現されてよい。このようなねじれ関節は、例えば、ここに参照により引用する国際公開ＷＯ２０１７／００６３７４Ａ１に記載されている。但し、アーム２６及び手首部２７に含まれるねじれ関節は上記構成に限定されず、公知のねじれ関節構造を採用してもよい。

手術器具２８は、患者Ｐの腹腔における手術部位に挿入され、手術部位における目標組織の所望の処理又は医療機能を実行するために腹腔の外側から駆動可能な実際の被操作部を意味する。図６の各図に例示された手術器具２８は、一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂを備えている。各ジョウ２８１ａ，２８１ｂは独立した駆動系統を有し、独立して動作する。例えば、各ジョウ２８１ａ，２８１ｂには独立した操作ケーブル２８２ａ，２８２ｂが接続されている。このような一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂを備えた手術器具２８では、図６Ａに示すように、ジョウ２８１ａ，２８１ｂの遠位端部が互いに近づくように各ジョウ２８１ａ，２８１ｂを反対方向に回転させて、一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂで物を把持することができる。把持している状態（図６Ａ）から、図６Ｂに示すように、ジョウ２８１ａ，２８１ｂの遠位端部が互いに離れるように各ジョウ２８１ａ，２８１ｂを反対方向に回転させて、把持していたものを離すことができる。また、把持している状態（図６Ａ）から、図６Ｃに示すように、各ジョウ２８１ａ，２８１ｂを同じ方向に回転させて、アーム２６や手首部２７を動かさずに把持している物を移動させることができる。但し、手術器具２８は、上記構成に限定されない。例えば、手術器具２８の一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂが一つの駆動系統によって連動するように構成されていてもよい。この場合の駆動系統についての説明は、特開２００９‐２５４７６１号公報を参照により引用する。

手術器具２８は、鉗子、把持器、鋏、ステープラ、針保持器、及び電気メスなどの外科器具であってよい。また、手術器具２８は、電子外科電極、トランスデューサ、センサなどの電気的に駆動される機器であってもよい。また、手術器具２８は、吸入、ガス注入、洗浄、処理流体、アクセサリ導入、生検摘出などのための流体を供給するノズルであってもよい。

手首部２７及びアーム２６は中空状であって、手術器具２８、手首部２７、及びアーム２６の操作ケーブルや各種ケーブルは手首部２７及びアーム２６の中を通って伝動ユニット２５まで延びている。伝動ユニット２５には、各操作ケーブルに対し、操作ケーブルを巻き掛けた駆動ディスク（図示略）が設けられている。各駆動ディスクには、駆動ユニット２３内に設けられたサーボモータなどの駆動源（図示略）からアダプタ２４ａ，２４ｂを介してトルクが伝達される。駆動ディスクの回転により操作ケーブルが弛緩される又は引っ張られることにより、手術器具２８、手首部２７、及びアーム２６が動作する。

（内視鏡マニピュレータ３１）
図７は、内視鏡カメラ３３を有する内視鏡マニピュレータ３１の一例を示す図である。図７に示す内視鏡マニピュレータ３１は、遠位端部に対物レンズやライトガイドを含む内視鏡カメラ３３が設けられている。

内視鏡マニピュレータ３１は、遠位端部に設けられた手術器具２８を除いて、器具マニピュレータ２１と実質的に同様の構成を有している。即ち、上記の器具マニピュレータ２１の説明において、遠位端部に設けられた手術器具２８を内視鏡カメラ３３に読み替えることによって、内視鏡マニピュレータ３１の構成を説明できる。以上から、内視鏡カメラ３３を含む内視鏡マニピュレータ３１の構成についての詳細な説明は、前述の器具マニピュレータ２１の説明を参照することによって省略する。なお、本実施形態に係る手術支援ロボット１は、内視鏡マニピュレータ３１と器具マニピュレータ２１とが類似する軸構造を有するが、内視鏡マニピュレータ３１は器具マニピュレータ２１と異なる軸構造を有していてもよい。

（スレーブコントローラ３）
スレーブコントローラ３は、コンソール７と通信可能に接続されている。スレーブコントローラ３は、コンソール７が受け付けた指令に応答して手術支援ロボット１のロボット本体２を動作させる。また、スレーブコントローラ３は、コンソール７で内視鏡カメラ３３の内視鏡画像を表示させたり、コンソール７にロボット本体２の動作に対応した動作を行わせたりするために、コンソール７に情報を送信する。

スレーブコントローラ３は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示略）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。演算処理部は、コンソール７を含む他の装置とのデータ送受信を行う。また、演算処理部は、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。スレーブコントローラ３では、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、後述するスレーブコントローラ３としての機能を実現するための処理が行われる。なお、スレーブコントローラ３は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、スレーブコントローラ３は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。

スレーブコントローラ３は、エントリーガイド９を所定の位置及び姿勢に位置決めするように、ポジショナ１０の動作を制御するポジショナ制御機能を有する。ポジショナ１０の水平多関節型マニピュレータ１２及び垂直多関節型マニピュレータ１３は、各関節について設けられたサーボモータ、各関節の回転位置を検出する回転センサ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。

スレーブコントローラ３は、各器具マニピュレータ２１の動作を制御する手術器具制御機能を有する。より詳細には、スレーブコントローラ３は、手術器具２８の動作を制御する機能と、手術器具２８を指令と対応する位置及び姿勢とさせるように器具マニピュレータ２１の動作を制御する機能とを有する。各器具マニピュレータ２１は、各関節について設けられたサーボモータ、モータの回転位置を検出する回転センサ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。

スレーブコントローラ３は、内視鏡マニピュレータ３１の動作を制御する内視鏡制御機能を有する。より詳細には、スレーブコントローラ３は、内視鏡カメラ３３の動作を制御する機能と、内視鏡カメラ３３を指令と対応する位置及び姿勢とさせるように内視鏡マニピュレータ３１の動作を制御する機能とを有する。内視鏡マニピュレータ３１は、各関節について設けられたサーボモータ、モータの回転位置を検出する回転センサ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。

〔コンソール７〕
コンソール７は、外科手術システム１００と術者Ｓのインターフェースを構成し、手術支援ロボット１を操作するための装置である。コンソール７は、手術室内において手術台の傍らに又は手術台から離れて、或いは、手術室外に設置されている。

コンソール７は、術者Ｓからの指令の入力を受け付けるための操作入力装置７１と、内視鏡カメラ３３で撮像された画像を表示するディスプレイ装置７３と、マスタコントローラ８とを含む。操作入力装置７１は、左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒ、及び操作用ペダル７５を含む。マスタコントローラ８は、スレーブコントローラ３と同様に、コンピュータ等で構成されてよい。このようなコンソール７は、例えば、ここに参照により引用する特開２０１７−１８９４９５号公報に記載されている。

左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒは、各々の遠位端部に操作部が設けられており、術者Ｓは操作部に操作力を与える。本実施形態において、左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒは、内視鏡カメラ３３や手術器具２８の位置や姿勢の移動指令を受け付ける操作具である。また、操作用ペダル７５は、例えば、内視鏡カメラ３３のズームや、制御モードの切り替え、左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒと対応づける器具マニピュレータ２１の切り替えなどの指令を受け付ける操作具である。操作入力装置７１は、手術器具２８の体腔挿入指令の入力を受け付ける操作具、マニピュレータ復帰指令の入力を受け付ける操作具などを更に含む。これらの操作具を、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒ及び操作用ペダル７５のうちいずれか一方が兼用していてもよいし、レバー、ボタン、タッチパネル、ジョイスティック、モーションキャプチャなどの公知の操作具が設けられていてもよい。操作入力装置７１は、術者Ｓの操作力に対する反力を操作部に与えるための駆動機構（図示略）を有していてもよい。

術者Ｓは、ディスプレイ装置７３に表示された内視鏡画像で患部を確認しながら、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部を直接的に動かすことによって、スレーブマニピュレータの遠位端部に設けられたエンドエフェクタの移動を指令する。スレーブマニピュレータは、例えば、操作用ペダル７５の操作によって、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒと対応づけられた器具マニピュレータ２１又は内視鏡マニピュレータ３１であり、エンドエフェクタは、即ち、手術器具２８又は内視鏡カメラ３３である。

マスタコントローラ８は、画像処理部８００、入力処理部８０１、移動指令生成部８０２、マスタ位置指令生成部８０３、及び、マスタドライバ８０４を含む。入力処理部８０１は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの各関節に対応して設けられた回転センサから各関節の回転角度を求め、各関節の回転角度から操作部の位置及び速度（移動速度）を求める。移動指令生成部８０２は、入力処理部８０１から取得した操作部の位置及び速度に基づいて、スレーブマニピュレータに対する位置及び速度を含む移動指令を生成する。生成された移動指令は、スレーブコントローラ３へ伝達される。

スレーブコントローラ３は、画像取得部３００、スレーブ位置指令生成部３０１、及び、スレーブドライバ３０２を含む。画像取得部３００は、内視鏡カメラ３３が撮像した画像データを取得してマスタコントローラ８の画像処理部８００へ伝達する。スレーブ位置指令生成部３０１は、移動指令生成部８０２から取得した移動指令からスレーブ位置指令を生成する。スレーブ位置指令には、予め設定された移動範囲の制限や移動速度の制限などが適用されてもよい。スレーブドライバ３０２は、スレーブマニピュレータの各関節に対応して設けられた回転センサから各関節位置を求め、スレーブ位置指令と各関節位置から各関節の駆動トルクを求め、対応する関節を駆動するサーボモータに駆動トルクに対応する電流を供給する。その結果、スレーブマニピュレータがマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部の動きと対応して動作する。

一方、スレーブ位置指令生成部３０１で生成されたスレーブ位置指令は、マスタコントローラ８のマスタ位置指令生成部８０３へ伝達される。マスタ位置指令生成部８０３は、取得したスレーブ位置指令、及び、移動指令生成部８０２から取得した移動指令に基づいて、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部がスレーブマニピュレータのエンドエフェクタと対応する位置及び姿勢となるように、マスタ位置指令を生成する。マスタ位置指令には、後述する反力が含まれる。マスタドライバ８０４は、マスタ位置指令とマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの各関節位置から各関節の駆動トルクを求め、対応する関節モータに駆動トルクに対応する電流を供給する。その結果、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部の位置及び姿勢がスレーブマニピュレータのエンドエフェクタの位置及び姿勢と対応して動作する。

〔外科手術システム１００の動作例〕
上記構成の外科手術システム１００では、コンソール７で受け付けた指令がスレーブコントローラ３に入力される。スレーブコントローラ３は、コンソール７が受け付けた指令に応答して、例えば、以下に示すようにロボット本体２を動作させる。

（エントリーガイド９の位置決め動作）
スレーブコントローラ３は、コンソール７で受け付けたエントリーガイド９の位置決め指令に応答して、患者Ｐの体表に留置されたカニューレに対しエントリーガイド９が所定の位置及び姿勢に位置決めされるように、ポジショナ１０を動作させる。エントリーガイド９が位置決めされると、複数の手術マニピュレータ２０も自動的に位置決めされる。

（手術器具２８の体腔挿入動作）
スレーブコントローラ３は、コンソール７で受け付けた手術器具２８の体腔挿入指令に応答して、内視鏡カメラ３３及び手術器具２８が体腔へ挿入されるように、各々の並進ユニット２２を動作させる。内視鏡カメラ３３が体腔へ挿入される所定のタイミングで、スレーブコントローラ３は内視鏡カメラ３３での撮像を開始する。

ここで、図８Ａ〜Ｃを参照して、内視鏡カメラ３３及び手術器具２８を体腔内に進出させるときのロボット本体２の動作を説明する。図８の各図は器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１がエントリーガイド９から体腔へ進出する様子を説明する図であり、図８Ａは器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１がエントリーガイド９から進出する前の状態を示す図、図８Ｂは内視鏡マニピュレータ３１がエントリーガイド９から進出を開始した状態を示す図、図８Ｃは器具マニピュレータ２１がエントリーガイド９から進出を開始した状態を示す図である。

図８Ａに示すように、体腔へ進出する前の器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１は、エントリーガイド９の異なるガイドボア９０内で待機している。

図８Ｂに示すように、手術器具２８よりも先に内視鏡カメラ３３がエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する。内視鏡カメラ３３の撮像開始のタイミングは、内視鏡カメラ３３がエントリーガイド９内にあるとき（図８Ａ）、又は、内視鏡カメラ３３がエントリーガイド９から進出を開始したとき（図８Ｂ）である。ここで、並進ユニット２２とエントリーガイド９との相対的位置関係は既知であるので、スレーブコントローラ３は、並進ユニット２２による内視鏡マニピュレータ３１の挿脱方向の変位量に基づいて、エントリーガイド９と相対的な内視鏡マニピュレータ３１の位置を求めることができる。

上記のように、内視鏡カメラ３３が撮像を開始した後で、図８Ｃに示すように、器具マニピュレータ２１の遠位端部に設けられた手術器具２８がエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する。ここで、並進ユニット２２とエントリーガイド９との相対的位置関係は既知であるので、スレーブコントローラ３は、並進ユニット２２による器具マニピュレータ２１の挿脱方向の変位量に基づいて、エントリーガイド９と相対的な器具マニピュレータ２１の位置を求めることができる。

スレーブコントローラ３は、手術器具２８が体腔へ進出を開始してから手術器具２８が内視鏡カメラ３３の視野に入るまでの間、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出している部分が直線形状を維持するように、器具マニピュレータ２１の動作を制御する。ここで、スレーブコントローラ３（又は、マスタコントローラ８）は、手術器具２８及び内視鏡カメラ３３の位置姿勢情報と、内視鏡カメラ３３の視野の情報に基づいて、手術器具２８が内視鏡カメラ３３の視野に入ったことを判断する。スレーブコントローラ３（又は、マスタコントローラ８）は、内視鏡カメラ３３で撮像された内視鏡画像を解析し、内視鏡画像に写る手術器具２８を認識することによって、手術器具２８が内視鏡カメラ３３の視野に入ったことを判断してもよい。

エントリーガイド９の出口から体腔へ進出を開始する手術器具２８を内視鏡カメラ３３の視野に入れるために、エントリーガイド９において、内視鏡マニピュレータ３１の挿入されたガイドボア９０の遠位端部が、器具マニピュレータ２１の挿入されたガイドボア９０の遠位端部よりもエントリーガイド９の近位側に位置するようにしてもよい。図９は、エントリーガイド９の変形例を示す図である。図９に示すエントリーガイド９では、エントリーガイド９の遠位端部の一部分が切り欠かれることによって、内視鏡マニピュレータ３１の挿入されたガイドボア９０ｂの遠位端部が、器具マニピュレータ２１の挿入されたガイドボア９０ａの遠位端部よりも、エントリーガイド９の近位側に位置している。これにより、内視鏡マニピュレータ３１のエントリーガイド９の出口９５は、器具マニピュレータ２１のエントリーガイド９の出口よりもエントリーガイド９において近位側に位置する。これにより、エントリーガイド９の出口９５から進出した内視鏡マニピュレータ３１の手首部２７を動かして、器具マニピュレータ２１のエントリーガイド９の出口を内視鏡カメラ３３の視野に入れることができる。そして、エントリーガイド９の出口から体腔へ進出を開始する手術器具２８が内視鏡カメラ３３の視野に入る状態とし、その状態を維持しつつ、手術器具２８をエントリーガイド９の出口から体腔へ進出させることによって、手術器具２８が体腔内に進出を開始する時点から手術器具２８を内視鏡画像で確認しながら操作することができる。

（手術器具２８の手術動作）
スレーブコントローラ３は、コンソール７が受け付けた指令に応答して、体腔へ挿入されている手術器具２８の位置及び姿勢を変化させるように、器具マニピュレータ２１を動作させる。

単一のエントリーガイド９に複数の器具マニピュレータ２１が挿入されていることから、各器具マニピュレータ２１は、原則として、肘部２６３をエントリーガイド９の横断面における半径方向外側へ向けて移動させるように動作する。

図１０は、器具マニピュレータ２１の肩部２６２の可動範囲θsを説明する図である。図１０に示すように、肩部２６２の近位端部と接続された近位リンク２６５の中心線Ｌ１の延長線上を０度と規定する。近位リンク２６５の中心線Ｌ１は、近位リンク２６５の横断面中央を通り、近位リンク２６５の長手方向と平行な直線である。スレーブコントローラ３は、肩部２６２の可動範囲θsを、肩部２６２の遠位端部と接続された中間リンク２６６の中心線Ｌ２をエントリーガイド９の外周側へ向けて０度以上９０度未満、より望ましくは０度以上５０度未満で回転させる範囲（θ１）、及び、中間リンク２６６の中心線Ｌ２をエントリーガイド９の内周側へ向けて０度以上３０度未満で回転させる範囲（θ２）に制限する。中間リンク２６６の中心線は、中間リンク２６６の横断面中央を通り、中間リンク２６６の長手方向と平行な直線である。なお、上記において「エントリーガイド９の外周側へ向けて」とは、器具マニピュレータ２１が挿入されているガイドボア９０から見て、エントリーガイド９の外周側へ向かう方向を意味する。同様に、「エントリーガイド９の内周側へ向けて」とは、器具マニピュレータ２１が挿入されているガイドボア９０から見て、エントリーガイド９の内周側へ向かう方向を意味する。このように、近位リンク２６５の長手方向と中間リンク２６６の長手方向とが平行になる状態から、近位リンク２６５に対して中間リンク２６６を回転させる場合に、一方側への可動範囲を他方側への可動範囲よりも小さくしている。より具体的には、近位リンク２６５の長手方向と中間リンク２６６の長手方向とが平行となる状態から、近位リンク２６５に対して中間リンク２６６を回転させる場合に、エントリーガイド９の内周側への可動範囲をエントリーガイド９の外周側への可動範囲よりも小さくしている。

図１１は、器具マニピュレータ２１の手首部２７の可動範囲θwを説明する図である。図１１に示すように、手首部２７の近位端部と接続された遠位リンク２６７の中心線Ｌ３の延長線上を０度と規定する。遠位リンク２６７の中心線Ｌ３は、遠位リンク２６７の横断面中央を通り、遠位リンク２６７の長手方向と平行な直線である。スレーブコントローラ３は、手首部２７の可動範囲θwを、手術器具２８の中心線Ｌ４をエントリーガイド９の内周側へ向けて０度以上１００度未満、望ましくは、０度以上９０度未満で回転させる範囲（θ３）に制限する。手術器具２８の中心線Ｌ４は、手術器具２８の近位端部と遠位端部とを通る直線である。このように、遠位リンク２６７の長手方向と手術器具２８の中心線の方向とが平行になる状態から、遠位リンク２６７に対して手術器具２８を回転させる場合に、一方側への可動範囲を他方側への可動範囲よりも小さくしている。より具体的には、遠位リンク２６７の長手方向と手術器具２８の中心線の方向とが平行になる状態から、遠位リンク２６７に対して手術器具２８を回転させる場合に、エントリーガイド９の内周側への可動範囲をエントリーガイド９の外周側への可動範囲よりも大きくしている。

スレーブコントローラ３は、移動指令に応答して器具マニピュレータ２１を動作させるに際し、上記のように手首部２７及び肩部２６２の可動範囲を制限することに加えて、器具マニピュレータ２１の張出量Ｗを制限する。

図１２は、器具マニピュレータ２１の張出量Ｗを説明する図である。図１２に示すように、器具マニピュレータ２１のエントリーガイド９の出口から体腔に進出している部分のうち、器具マニピュレータ２１が挿通されているガイドボア９０の中心線Ｌ０から当該ガイドボア９０の半径方向外側へ最も離れた点を「最外点Ｐｅ」とする。そして、ガイドボア９０の中心線Ｌ０から最外点Ｐｅまでの距離を「張出量Ｗ」とする。スレーブコントローラ３は、駆動ユニット２３による操作ケーブルの操作量に基づいて、器具マニピュレータ２１の張出量Ｗを求めることができる。器具マニピュレータ２１の肘部２６３のうち、器具マニピュレータ２１が挿通されているガイドボア９０の中心線Ｌ０から当該ガイドボア９０の横断面における半径方向外側へ最も離れた点を「最外点Ｐｅ」としてもよい。肘部２６３は内視鏡カメラ３３の死角に入ることが多い。

スレーブコントローラ３は、演算により求めた張出量Ｗと予め記憶された所定の張出量閾値Ｗtとを比較し、張出量Ｗが張出量閾値Ｗtを超えると、所定の処理を行う。張出量閾値Ｗtは、限界値Ｗlimitよりも小さい。このスレーブコントローラ３が行う所定の処理は、コンソール７へ警告を出力する処理、ロボット本体２の動作を一時停止させる処理、コンソール７が受け付けた操作量に対応する器具マニピュレータ２１の変位量の比率（スケール）を低減する処理、及び、操作入力装置７１が受ける操作力であって、張出量Ｗを増加させる操作力に対し反力が付与されるようにコンソール７へ情報を出力する処理のうち少なくとも１つを含む。スレーブコントローラ３は、ロボット本体２の動作を一時停止させた場合は、コンソール７が受け付けた停止解除指令に応答して、停止していたロボット本体２の動作を再開させる。

上記において、スレーブコントローラ３は、更に、張出量Ｗを時間微分して、張出量Ｗの単位時間当たりの変化量（張出変化量ΔＷ）を求めることができる。スレーブコントローラ３には、張出変化量ΔＷが大きくなるに従って張出量閾値Ｗtが小さくなるような所定の対応関係が記憶されている。そして、スレーブコントローラ３は、求めた張出変化量ΔＷに基づいて張出量閾値Ｗtを求め、これを上述の張出量Ｗを制限する制御に利用してよい。

器具マニピュレータ２１は、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する部分が冗長自由度を有していてもよい。図４Ａに示す器具マニピュレータ２１の肘部２６３及び肩部２６２が、近位リンク２６５（第２の近位リンク２６５ｂ）と遠位リンク２６７とが平行を維持するように連動し、一対のジョウが独立して動作しない場合、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する部分が６自由度を有している。図４Ａに示す器具マニピュレータ２１では、手術器具２８の位置及び姿勢によって手首部２７の位置が決まるので、肘部２６３の張出量Ｗが大きくなることがある。これに対し、図４Ｂに示す器具マニピュレータ２１では、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する部分が７自由度を有している。７自由度のうち１つは冗長自由度となる。図４Ｂに示す器具マニピュレータ２１では、この冗長自由度によって肘部２６３の張出量Ｗを抑えるような器具マニピュレータ２１の姿勢が実現できる。なお、肘部２６３及び肩部２６２を独立して動作させたり、一対のジョウを独立して動作させることによっても自由度を増やすことができる。

上記のように、器具マニピュレータ２１は、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出する部分に多数の回転軸が設けられて、複雑な姿勢を採りうる。そこで、術者Ｓがコンソール７に設けられたマニピュレータ復帰指令ボタン（図示略）を操作することにより、器具マニピュレータ２１の多数の回転軸が基準状態に復帰する。具体的には、コンソール７がマニピュレータ復帰指令を受け付けると、スレーブコントローラ３はそれに応答して、器具マニピュレータ２１が予め設定された姿勢になるように、ロボット本体２を動作させる。このとき、スレーブコントローラ３は、手術器具２８の姿勢を維持したまま手術器具２８以外の部分が予め設定された姿勢になるように、ロボット本体２を動作させてもよい。例えば、予め設定された姿勢として、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から体腔へ進出している部分が直線状となる姿勢が採用されてもよい。

手術支援ロボット１では、患者Ｐの体腔内の組織と器具マニピュレータ２１との干渉を検知するために、器具マニピュレータ２１に接触センサが設けられている。

図１３は、触覚センサ４２を備えた器具マニピュレータ２１の手首部２７、肘部２６３及び肩部２６２を示す図、図１４は、図１３におけるＸIII−ＸIII矢視断面図、図１５は、図１４に示す触覚センサの変形例を示す図、図１６は、触覚センサ４２からの信号から発生する処理の流れを説明する図である。図１３及び図１４に示すように、手首部２７、肘部２６３及び肩部２６２の含まれる曲げ関節部分の外周に、触覚センサ４２が配置されている。接触センサは、関節部分の外周を覆うように配置されてもよい。触覚センサ４２は、触覚フィルムセンサと称される薄型の感圧センサである。触覚センサ４２の外周は、シース４１で覆われている。シース４１は、可撓性を有し、且つ、表面が摺動性を有する材料からなる。このようなシース４１についての説明は、ＵＳ２０１２／００１０６２８Ａ１を参照により引用する。なお、図１５に示すように、シース外管４１ａ及びシース内管４１ｂからなる二重管の間に、触覚センサ４２が設けられていてもよい。触覚センサとしては静電容量タイプ、圧電素子タイプ等の公知のセンサを採用することができる。

図１６に示すように、触覚センサ４２はスレーブコントローラ３と、器具マニピュレータ２１内を通る信号線で接続されており、触覚センサ４２で検出された圧力がスレーブコントローラ３へ出力される。スレーブコントローラ３では、触覚センサ４２が検出した圧力と、予め記憶された所定の圧力上限値とを比較する。スレーブコントローラ３は、触覚センサ４２が検出した圧力が圧力上限値以上となれば、器具マニピュレータ２１が患者組織と干渉している可能性があると判断して、所定の処理を行う。このスレーブコントローラ３が行う所定の処理は、コンソール７へ警告を出力する処理、ロボット本体２の動作を一時停止させる処理、コンソール７が受け付けた操作量に対応する器具マニピュレータ２１の変位量の比率（スケール）を低減する処理、及び、操作入力装置７１が受けるガイドボア９０の半径方向外側への操作力に対し反力が付与されるようにコンソール７へ情報を出力する処理のうち少なくとも１つを含む。触覚センサ４２によって検出される値として、圧力の代わりに、圧力と相関関係がある値（例えば電圧値）が採用されてもよい。触覚センサ４２によって検出された値と所定の閾値との比較はスレーブコントローラ３が行ってもよいし、センサに内蔵されたプロセッサが行ってもよい。

触覚センサ４２はシース４１や板状部材からも圧力を受ける。そして、曲げ関節部分の曲げ角度に応じて、触覚センサ４２がシース４１や板状部材から受ける圧力が変化する。そこで、圧力上限値は、触覚センサ４２が設けられた曲げ関節部分の曲げ角度に応じて変化する値であってよい。スレーブコントローラ３は、曲げ関節部分の曲げ角度と圧力上限値とを対応づける所定の情報を予め記憶している。スレーブコントローラ３は、駆動ディスクによる操作ケーブルの操作量に基づいて求めた曲げ関節部分の曲げ角度に対応する圧力上限値を求め、これを上記の制御に利用する。圧力上限値を一定とし、触覚センサ４２がシース４１や板状部材から受ける圧力に応じて触覚センサ４２が検出した圧力を補正してもよい。この場合、スレーブコントローラ３は、曲げ関節部分の曲げ角度と、触覚センサ４２の検出圧力の補正値とを対応づける所定の情報を予め記憶している。このように、触覚センサ４２がシース４１や板状部材から受ける圧力を考慮して触覚センサ４２によって検出された値と所定の閾値とを比較してもよい。

以上に説明したように、本実施形態の外科手術システム１００は、ロボット本体２と、ロボット本体２を制御するスレーブコントローラ３と、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置７３と、術者Ｓから指令の入力を受け付けてスレーブコントローラ３へ伝達する操作入力装置７１とを備える。ロボット本体２は、複数のガイドボア９０を有するエントリーガイド９と、エントリーガイド９を支持するエントリーガイド支持装置（ポジショナ１０）と、遠位端部に手術器具２８が設けられ、エントリーガイド９のガイドボア９０のうちの１つに挿入される器具マニピュレータ２１と、遠位端部に内視鏡カメラ３３が設けられ、エントリーガイド９のガイドボア９０のうちの他の１つに挿入される内視鏡マニピュレータ３１と、を有する。操作入力装置７１は、体腔挿入指令の入力を受け付ける操作具を含む。そして、スレーブコントローラ３は、操作入力装置７１が受け付けた体腔挿入指令に応答して、内視鏡カメラ３３がエントリーガイド９の出口から進出し且つ内視鏡カメラ３３で撮像を開始してから、手術器具２８がエントリーガイド９の出口から進出するように、ロボット本体２を動作させる。

上記構成の外科手術システム１００によれば、術者Ｓは、内視鏡カメラ３３で撮像された内視鏡画像を確認しながら、手術器具２８をエントリーガイド９から患者Ｐの体腔へ進出させる操作を行うことができる。これにより、術者Ｓの手術器具２８同士や手術器具２８と患者組織との干渉を回避するような術具操作を支援することができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００において、スレーブコントローラ３は、エントリーガイド９の出口から手術器具２８が進出を開始してからそれが内視鏡カメラ３３の視野に入るまで、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から進出している部分が直線形状を維持するようにロボット本体２を動作させる。

上記外科手術システム１００によれば、術者Ｓが、手術器具２８が内視鏡カメラ３３の視野外にあるときの手術器具２８の位置及び姿勢を容易に推測することができる。これにより、術者Ｓの手術器具２８同士や手術器具２８と患者組織との干渉を回避するような術具操作を支援することができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００のエントリーガイド９において、内視鏡マニピュレータ３１の挿入されたガイドボア９０の遠位端部が、器具マニピュレータ２１の挿入されたガイドボア９０の遠位端部よりも、エントリーガイド９の近位側に位置してもよい。この場合、スレーブコントローラ３は、エントリーガイド９の出口から進出を開始する手術器具２８が内視鏡カメラ３３の視野に入る状態とし、その状態を維持しつつ、手術器具２８をエントリーガイド９の出口から進出させるように、ロボット本体２を動作させてもよい。

上記エントリーガイド９によれば、器具マニピュレータ２１のエントリーガイド９からの出口よりも、内視鏡マニピュレータ３１のエントリーガイド９からの出口の方がエントリーガイド９の遠位側に位置するので、内視鏡マニピュレータ３１の姿勢を変化させて、エントリーガイド９から進出しようとする器具マニピュレータ２１を内視鏡カメラ３３の視野に入れることができる。そして、エントリーガイド９から進出しようとする器具マニピュレータ２１を内視鏡カメラ３３の視野に入れることによって、術者Ｓは、体腔内に進出を開始する手術器具２８を内視鏡画像で確認しながら、手術器具２８の移動を操作することができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００において、スレーブコントローラ３は、器具マニピュレータ２１が挿通されているガイドボア９０の中心線Ｌ０から当該ガイドボア９０の半径方向外側への当該器具マニピュレータ２１の張出量Ｗを求め、張出量Ｗが所定の張出量閾値Ｗtを超えると、操作入力装置７１へ警告を出力する処理、ロボット本体２の動作を一時停止させる処理、操作入力装置７１が受け付けた操作量に対応する器具マニピュレータ２１の変位量の比率（スケール）を低減する処理、及び、操作入力装置７１が受けるガイドボア９０の半径方向外側への操作力（張出量Ｗを増加させる操作力）に対し反力が付与されるように操作入力装置７１へ情報を出力する処理のうち少なくとも１つの処理を行う。

上記外科手術システム１００では、術者Ｓが術具操作している間に、体腔内にある器具マニピュレータ２１の一部、とりわけ、器具マニピュレータ２１のエントリーガイド９から張り出した部分が内視鏡カメラ３３の視野から外れる可能性がある。これに対し、張出量Ｗが張出量閾値Ｗtを超えたときにスレーブコントローラ３が行う所定の処理によって、術者Ｓに張出量Ｗが過剰であることを認識させることができる。これにより、術者Ｓの手術器具２８同士や手術器具２８と患者組織との干渉を回避するような術具操作を支援することができる。

また、上記の外科手術システム１００において、スレーブコントローラ３は、張出量Ｗの単位時間当たりの変化量（張出変化量ΔＷ）を求め、張出変化量ΔＷが大きくなるに従って張出量閾値Ｗtが小さくなるような所定の対応関係に基づいて、張出変化量ΔＷから張出量閾値Ｗtを求め、それを制御に利用してよい。

張出変化量ΔＷの大きさは、器具マニピュレータ２１の最外点Ｐｅの移動速度を表す。従って、最外点Ｐｅの移動速度が大きいほど、張出量閾値Ｗtが小さい値になる。これにより、最外点Ｐｅの移動速度が大きいほど早い段階で術者Ｓに張出量Ｗが過剰であることを認識させることができるので、張出量Ｗが限界値Ｗlimitをオーバーシュートすることを防止できる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００は、器具マニピュレータ２１が、周囲に触覚センサ４２が配置された少なくとも１つの曲げ関節を有し、スレーブコントローラ３は、触覚センサ４２で検出された圧力が所定の圧力閾値を超えると、操作入力装置７１へ警告を出力する処理、ロボット本体２の動作を一時停止させる処理、操作入力装置７１が受け付けた操作量に対応する器具マニピュレータ２１の変位量の比率（スケール）を低減する処理、及び、操作入力装置７１が受ける操作力であって、張出量Ｗを増加させる操作力に対し反力が付与されるように操作入力装置７１へ情報を出力する処理のうち少なくとも１つの処理を行う。

このように、触覚センサ４２で所定の圧力閾値を超える圧力が検出された場合、器具マニピュレータ２１が他の器具マニピュレータ２１や患者組織と接触している可能性が高い。このような場合に、スレーブコントローラ３が行う所定の処理によって、術者Ｓに接触の可能性があることを認識させることができる。これにより、術者Ｓの手術器具２８同士や手術器具２８と患者組織との干渉を回避するような術具操作を支援することができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００は、器具マニピュレータ２１が、手術器具２８と接続された手首部２７と、手首部２７と遠位リンク２６７を介して接続された肘部２６３と、肘部２６３と中間リンク２６６を介して接続された肩部２６２と、肩部２６２と接続された近位リンク２６５とを有する。

そして、肩部２６２は、中間リンク２６６と近位リンク２６５とを曲げ回転可能に接続し、スレーブコントローラ３が、肩部の曲げ可動範囲θsを、近位リンク２６５の中心線Ｌ１の延長線上を０度とし、中間リンク２６６をエントリーガイド９の外周側へ向けて０度以上９０度未満で回転させる範囲（θ１）、及び、中間リンク２６６をエントリーガイド９の内周側へ向けて０度以上３０度未満で回転させる範囲（θ２）に制限する。

これにより、肩部２６２が曲ったときに、器具マニピュレータ２１とエントリーガイド９との間に患者組織が挟まれることを防止できる。

更に、手首部２７は遠位リンク２６７と手首部２７とを曲げ回転可能に接続し、スレーブコントローラ３が、手首部２７の曲げ可動範囲θwを、遠位リンク２６７の中心線Ｌ３の延長線上を０度とし、手術器具２８をエントリーガイド９の内周側へ向けて０度以上１００度未満で回転させる範囲（θ３）に制限する。

これにより、手首部２７が曲ったときに、手術器具２８がエントリーガイド９の外側へ向けて大きく張り出したり、他の手術器具２８と干渉したりすることを回避できる。

また、近位リンク２６５が、第１の近位リンク２６５ａと、第２の近位リンク２６５ｂと、第１の近位リンク２６５ａと第２の近位リンク２６５ｂとを曲げ回転可能に接続する補助関節２６１とを含み、スレーブコントローラ３が、手術器具２８が体腔内に挿入された後、術中に補助関節２６１が回転しないようにその動作を制限する。

上記の補助関節２６１は、近位リンク２６５のうちエントリーガイド９に挿入されない部分に位置してよい。これにより、器具マニピュレータ２１を交換する際に、近位リンク２６５を補助関節２６１で２つに折り曲げられるので、並進ユニット２２に対する器具マニピュレータ２１の着脱作業が容易となる。或いは、上記の補助関節２６１は、近位リンク２６５のうちエントリーガイド９の出口から進出する部分に位置してよい。これにより、手術器具２８を体腔内に挿入する際に、補助関節２６１を曲げることによって、手術器具２８を体壁近くに位置させることが容易となる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００において、手術器具２８が、互いに独立して動作する一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂを有する鉗子であってよい。

これにより、一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂを同時に反対方向へ回転させることにより、鉗子の先端を開閉することができる。また、一対のジョウ２８１ａ，２８１ｂを同時に同じ方向へ回転させることにより、鉗子の先端で物を把持したまま、それを移動させることができる。

また、本実施形態に係る外科手術システム１００において、器具マニピュレータ２１のうち、エントリーガイド９の出口から進出する部分が６以上の自由度を有しており、操作入力装置７１がマニピュレータ復帰指令の入力を受け付ける操作具を含み、スレーブコントローラ３が、操作入力装置７１が受け付けたマニピュレータ復帰指令に応答して、手術器具２８の姿勢を維持しつつ、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から進出している部分が直線状となるように、ロボット本体２を動作させてよい。

或いは、本実施形態に係る外科手術システム１００において、器具マニピュレータ２１のうち、エントリーガイド９の出口から進出する部分が７自由度を有しており、操作入力装置７１がマニピュレータ復帰指令の入力を受け付ける操作具を含み、スレーブコントローラ３が、操作入力装置７１が受け付けたマニピュレータ復帰指令に応答して、手術器具２８の姿勢を維持しつつ、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から進出している部分が直線状となるように、ロボット本体２を動作させてよい。

これにより、器具マニピュレータ２１のうちエントリーガイド９の出口から進出する部分が多数の可動軸を有するが、単純な操作で、手術器具２８の姿勢を維持しつつ、器具マニピュレータ２１を基本姿勢に復帰させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

１００ ：外科手術システム
１ ：手術支援ロボット
２ ：ロボット本体
３ ：スレーブコントローラ
７ ：コンソール
８ ：マスタコントローラ
９ ：エントリーガイド
９０ ：ガイドボア
１０ ：ポジショナ
１１ ：台車
１２ ：水平多関節型マニピュレータ
１２ｂ ：支持部材
１３ ：垂直多関節型マニピュレータ
１４ ：支持フレーム
１４ａ ：手術マニピュレータ支持部
１４ｂ ：エントリーガイド支持部
１５ ：支持ブロック
２０ ：手術マニピュレータ
２１ ：器具マニピュレータ
２２ ：並進ユニット
２３ ：駆動ユニット
２４ａ，２４ｂ ：アダプタ
２５ ：伝動ユニット
２６ ：アーム
２７ ：手首部
２８ ：手術器具
３１ ：内視鏡マニピュレータ
３３ ：内視鏡カメラ
４１ ：シース
４２ ：触覚センサ
７１ ：操作入力装置
７２Ｌ，７２Ｒ ：マスタマニピュレータ（操作具）
７５ ：操作用ペダル（操作具）
７３ ：ディスプレイ装置
２６１ ：補助関節
２６２ ：肩部
２６３ ：肘部
２６５，２６５ａ，２６５ｂ ：近位リンク
２６６ ：中間リンク
２６７ ：遠位リンク
２８１ａ，２８１ｂ ：ジョウ
２８２ａ，２８２ｂ ：操作ケーブル

Claims (13)

1. ロボット本体と、前記ロボット本体を制御するスレーブコントローラと、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置と、術者から指令の入力を受け付けて前記スレーブコントローラへ伝達する操作入力装置とを備え、
   前記ロボット本体は、
   複数のガイドボアを有するエントリーガイドと、
   前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持装置と、
   遠位端部に手術器具が設けられ、前記エントリーガイドの前記ガイドボアのうちの１つに挿入される器具マニピュレータと、
   遠位端部に内視鏡カメラが設けられ、前記エントリーガイドの前記ガイドボアのうちの他の１つに挿入される内視鏡マニピュレータと、を有し、
   前記操作入力装置は、体腔挿入指令の入力を受け付ける操作具を含み、
   前記スレーブコントローラは、前記操作入力装置が受け付けた前記体腔挿入指令に応答して、前記内視鏡カメラが前記エントリーガイドの出口から進出し且つ前記内視鏡カメラで撮像を開始してから、前記手術器具が前記エントリーガイドの出口から進出するように、前記ロボット本体を動作させる、
   外科手術システム。
2. 前記スレーブコントローラは、前記手術器具が前記エントリーガイドの出口から進出を開始してからそれが前記内視鏡カメラの視野に入るまで、前記器具マニピュレータのうち前記エントリーガイドの出口から進出している部分が直線形状を維持するように前記ロボット本体を動作させる、
   請求項１に記載の外科手術システム。
3. 前記エントリーガイドにおいて、前記内視鏡マニピュレータの挿入された前記ガイドボアの遠位端部は、前記器具マニピュレータの挿入された前記ガイドボアの遠位端部よりも、前記エントリーガイドの近位側に位置し、
   前記スレーブコントローラは、前記エントリーガイドの出口から進出を開始する前記手術器具が前記内視鏡カメラの視野に入る状態とし、その状態を維持しつつ、前記手術器具を前記エントリーガイドの出口から進出させるように、前記ロボット本体を動作させる、
   請求項１に記載の外科手術システム。
4. 前記スレーブコントローラは、前記器具マニピュレータが挿通されている前記ガイドボアの中心線から当該ガイドボアの半径方向外側への当該器具マニピュレータの張出量を求め、前記張出量が所定の張出量閾値を超えると、前記操作入力装置へ警告を出力する処理、前記ロボット本体の動作を一時停止させる処理、前記操作入力装置が受け付けた操作量に対応する前記器具マニピュレータの変位量の比率を低減する処理、及び、前記操作入力装置が受ける前記ガイドボアの半径方向外側への操作力に対し反力が付与されるように前記操作入力装置へ情報を出力する処理のうち少なくとも１つの処理を行う、
   請求項１又は２に記載の外科手術システム。
5. 前記スレーブコントローラは、前記張出量の単位時間当たりの変化量を求め、前記変化量が大きくなるに従って前記張出量閾値が小さくなるような所定の対応関係に基づいて、前記変化量から前記張出量閾値を求める、
   請求項４に記載の外科手術システム。
6. 前記器具マニピュレータのうち、前記エントリーガイドの出口から進出する部分が６以上の自由度を有し、
   前記操作入力装置がマニピュレータ復帰指令の入力を受け付ける操作具を含み、
   前記スレーブコントローラが、前記操作入力装置が受け付けた前記マニピュレータ復帰指令に応答して、前記手術器具の姿勢を維持しつつ、前記器具マニピュレータのうち前記エントリーガイドの出口から進出している部分が直線状となるように、前記ロボット本体を動作させる、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の外科手術システム。
7. 前記器具マニピュレータのうち、前記エントリーガイドの出口から進出する部分が７自由度を有し、
   前記操作入力装置がマニピュレータ復帰指令の入力を受け付ける操作具を含み、
   前記スレーブコントローラが、前記操作入力装置が受け付けた前記マニピュレータ復帰指令に応答して、前記手術器具の姿勢を維持しつつ、前記器具マニピュレータのうち前記エントリーガイドの出口から進出している部分が直線状となるように、前記ロボット本体を動作させる、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の外科手術システム。
8. 前記器具マニピュレータが、周囲に触覚センサが配置された少なくとも１つの曲げ関節を有し、
   前記スレーブコントローラは、前記触覚センサで検出された圧力が所定の圧力閾値を超えると、前記操作入力装置へ警告を出力する処理、前記ロボット本体の動作を一時停止させる処理、前記操作入力装置が受け付けた操作量に対応する前記器具マニピュレータの変位量の比率を低減する処理、及び、前記操作入力装置が受ける前記エントリーガイドの半径方向外側への操作力に対し反力が付与されるように前記操作入力装置へ情報を出力する処理のうち少なくとも１つの処理を行う、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の外科手術システム。
9. 前記器具マニピュレータが、前記手術器具と接続された手首部と、前記手首部と遠位リンクを介して接続された肘部と、前記肘部と中間リンクを介して接続された肩部と、肩部と接続された近位リンクとを有し、
   前記肩部は、前記中間リンクと前記近位リンクとを曲げ回転可能に接続し、
   前記スレーブコントローラが、前記肩部の曲げ可動範囲を、前記近位リンクの中心線の延長線上を０度とし、前記中間リンクを前記エントリーガイドの外周側へ向けて０度以上９０度未満で回転させる範囲、及び、前記中間リンクを前記エントリーガイドの内周側へ向けて０度以上３０度未満で回転させる範囲に制限する、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の外科手術システム。
10. 前記器具マニピュレータが、前記手術器具と接続された手首部と、前記手首部と遠位リンクを介して接続された肘部と、前記肘部と中間リンクを介して接続された肩部と、肩部と接続された近位リンクとを有し、
    前記手首部は前記遠位リンクと前記手首部とを曲げ回転可能に接続し、
    前記スレーブコントローラが、前記手首部の曲げ可動範囲を、前記遠位リンクの中心線の延長線上を０度とし、前記手術器具を前記エントリーガイドの内周側へ向けて０度以上１００度未満で回転させる範囲に制限する、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の外科手術システム。
11. 前記器具マニピュレータが、前記手術器具と接続された手首部と、前記手首部と遠位リンクを介して接続された肘部と、前記肘部と中間リンクを介して接続された肩部と、肩部と接続された近位リンクとを有し、
    前記近位リンクが、第１の近位リンクと、第２の近位リンクと、前記第１の近位リンクと前記第２の近位リンクとを曲げ回転可能に接続する補助関節とを含み、
    前記スレーブコントローラが、前記手術器具が体腔内に挿入された後、術中に前記補助関節が回転しないようにその動作を制限する、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の外科手術システム。
12. 前記補助関節が、前記近位リンクのうち前記エントリーガイドに挿入されない部分、及び、前記近位リンクのうち前記エントリーガイドの出口から進出する部分のうち一方に位置する、
    請求項１１に記載の外科手術システム。
13. 前記手術器具が、互いに独立して動作する一対のジョウを有する、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の外科手術システム。

Images