JP2019187995A - 外科手術システム - Google Patents
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Abstract
Description
前記ロボット本体は、挿入軸方向に延びる複数の平行なガイドボアが設けられた内筒と、前記内筒が前記挿入軸方向に内挿された外筒と、前記外筒に対し前記内筒を前記挿入軸方向に変位させるガイド進出装置とを含む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、前記ガイドボアのうち他の一つに挿入される内視鏡マニピュレータと、を有する。
前記スレーブコントローラは、前記エントリーガイドから患者の体腔内へ進出した前記内視鏡カメラ及び前記手術器具の位置及び姿勢を維持しつつ、前記内筒を前記外筒に対し前記挿入軸方向に沿って所定の可動範囲内で前記体腔内へ進出させる、エントリーガイド進出動作を行うように前記ロボット本体を制御する。
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。
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。図2は、エントリーガイド9の側面図であり、図3は、エントリーガイド9の平面図である。図2及び図3に示すエントリーガイド9は、外筒91、内筒92、及びガイド進出装置93を含む。
図1に戻って、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を目標の位置及び姿勢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。
図4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4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。
図6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6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がエンドエフェクタとして設けられている。
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。
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、術者Sの手術支援ロボット1に対する指令の入力を受け付ける装置である。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。
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。
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。
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がエントリーガイド9を通じて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。
スレーブコントローラ3は、コンソール7で受け付けた操作ベクトルを含む移動指令に応答して、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。施術中の手術支援ロボット1は、器具操作モード、内視鏡操作モード、及びガイド操作モードを含む複数の制御モードで制御される。これらの制御モードは、予めマスタコントローラ8に記憶されている。器具操作モードでは、操作入力装置71が受け付けた指令に応答して手術器具28の位置及び姿勢が変化する。内視鏡操作モードでは、操作入力装置71が受け付けた指令に応答して内視鏡カメラ33の位置及び姿勢が変化する。ガイド操作モードでは、操作入力装置71が受け付けた指令に応答して、エントリーガイド9と手術器具28及び内視鏡カメラ33の相対的な位置関係を維持しつつ、エントリーガイド9の位置及び姿勢が変化する。内視鏡操作モード及びガイド操作モードにおいて、マスタコントローラ8は、吻合や縫合などのエネルギーを発する動作を行う指令の入力を無効とする。
(1)初期モードを器具操作モードとし、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで器具操作モードから内視鏡操作モードへ切り替える指令を生成する。マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以下の短踏みで内視鏡操作モードからガイド操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モード又はガイド操作モードにあるときに、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モード又はガイド操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。マスタコントローラ8は生成したモード切替の指令に基づいて、制御モードを切り替える。
(2)初期モードを器具操作モードとし、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで器具操作モードから内視鏡操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モードにあるときに、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以下の短踏みで器具操作モードからガイド操作モードへ切り替える指令を生成する。ガイド操作モードにあるときに、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以下の短踏みでガイド操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。
(3)初期モードを器具操作モードとし、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで器具操作モードから内視鏡操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モードにあるときに、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モードからガイド操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モードにあるときに、マスタコントローラ8は、操作用ペダル75の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。
図8は、器具操作モードにおける処理の流れを示した外科手術システム100の制御系統の構成を示すブロック図である。図8に示すように、器具操作モードにおいて、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の遠位端部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であり、エンドエフェクタは、即ち、手術器具28である。ロボット本体2が備える複数の器具マニピュレータ21のうち、スレーブマニピュレータとしてマスタマニピュレータ72L,72Rに対応づけられなかったものは、位置及び姿勢を変化させないように、各関節を動作させるサーボモータにブレーキを作用させる。器具マニピュレータ21の関節を駆動するためのサーボモータとして、機械式ブレーキ付きサーボモータが採用されることが望ましい。
内視鏡操作モードにおいて、内視鏡カメラ33の移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段は、マスタマニピュレータ72L,72Rである。内視鏡操作モードにおいて、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の遠位端部の操作部を直接的に動かすことによって、内視鏡カメラ33の位置及び姿勢の移動を指令する。マスタコントローラ8は、内視鏡操作モードにおいて、2本のマスタマニピュレータ72L、72Rの相対的な姿勢が保持されるように、2本のマスタマニピュレータ72L、72Rの動作を制限する。
図9は、ガイド操作モードにおける処理の流れを示した外科手術システム100の制御系統の構成を示すブロック図である。ガイド操作モードにおいて、エントリーガイド9の移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段は、マスタマニピュレータ72L,72Rである。図9に示すように、ガイド操作モードにおいて、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の遠位端部の操作部を直接的に動かすことによって、エントリーガイド9の遠位端部の位置及び姿勢の移動を指令する。マスタコントローラ8は、ガイド操作モードにおいて、2本のマスタマニピュレータ72L、72Rの相対的な姿勢が保持されるように、2本のマスタマニピュレータ72L、72Rの動作を制限する。
手術中に、体腔内で切除した患者組織Tは、エントリーガイド9に設けられた開口を通じて体腔の外へ引き抜かれる。本実施形態に係るエントリーガイド9では、内筒92を外筒91から抜き出すことができる。図11に示すように、器具マニピュレータ21の手術器具28で体腔内の患者組織Tを保持したまま、内筒92に挿通されている器具マニピュレータ21及び内視鏡マニピュレータ31ごと、外筒91から内筒92を引き抜くことによって、手術マニピュレータ20に保持されている患者組織Tを体腔から引き抜くことができる。
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
300 :画像取得部
301 :スレーブ位置指令生成部
302 :スレーブドライバ
305 :ガイド位置指令生成部
306 :ガイドドライバ
307 :ポジショナドライバ
7 :コンソール
71 :操作入力装置
72L,72R :マスタマニピュレータ
73 :ディスプレイ装置
75 :操作用ペダル
8 :マスタコントローラ
800 :画像処理部
801 :入力処理部
802 :移動指令生成部
803 :マスタ位置指令生成部
804 :マスタドライバ
805 :ガイド移動指令生成部
9 :エントリーガイド
90,90a,90b :ガイドボア
91 :外筒
92 :内筒
921 :フレーム部
922 :抜出部
93 :ガイド進出装置
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(手術マニピュレータ)
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
262 :肩部
263 :肘部
265 :近位リンク
266 :中間リンク
267 :遠位リンク
27 :手首部
28 :手術器具
31 :内視鏡マニピュレータ(手術マニピュレータ)
33 :内視鏡カメラ
Claims (10)
- ロボット本体及びスレーブコントローラを有する手術支援ロボットと、前記スレーブコントローラと通信可能に接続され、術者が入力した指令を前記スレーブコントローラに伝達するコンソールとを備え、
前記ロボット本体は、
挿入軸方向に延びる内筒と、前記内筒が前記挿入軸方向に内挿された外筒と、前記外筒に対し前記内筒を前記挿入軸方向に変位させるガイド進出装置とを含む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、
遠位端部にエンドエフェクタが設けられ、前記内筒に挿入される少なくとも1つのマニピュレータと、を有し、
前記スレーブコントローラは、前記エントリーガイドから進出した前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を維持しつつ、前記内筒を前記外筒に対し前記挿入軸方向に沿って所定の可動範囲内で前記エンドエフェクタへ向けて進出させる、エントリーガイド進出動作を行うように前記ロボット本体を制御する、
外科手術システム。 - 前記スレーブコントローラは、前記エンドエフェクタの前記エントリーガイドの出口からの前記挿入軸方向の進出量が所定の閾値を超えると、前記ロボット本体に前記エントリーガイド進出動作をさせる、
請求項1に記載の外科手術システム。 - 前記コンソールは、術者から前記手術支援ロボットへの指令の入力を受け付ける操作入力装置、及び、マスタコントローラを有し、
前記マスタコントローラは、前記操作入力装置が受け付けたガイド移動指令を前記スレーブコントローラへ伝達し、
前記スレーブコントローラは、前記ガイド移動指令に応答して、前記エンドエフェクタの前記エントリーガイドの出口からの前記挿入軸方向の進出量が所定の閾値を超えていれば、前記ロボット本体に前記エントリーガイド進出動作をさせる、
請求項1に記載の外科手術システム。 - 前記マニピュレータは、遠位端部に内視鏡カメラが設けられた内視鏡マニピュレータを含み、
前記コンソールは、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置を含み、
前記スレーブコントローラは、前記可動範囲に係る情報を前記マスタコントローラへ伝達し、
前記マスタコントローラは、前記可動範囲に係る情報を前記内視鏡画像と共に前記ディスプレイ装置に表示させる、
請求項3に記載の外科手術システム。 - 前記スレーブコントローラは、前記エンドエフェクタの前記エントリーガイドからの前記挿入軸方向の進出量が所定の閾値を超えると、ガイド進出許可情報を前記マスタコントローラへ伝達し、
前記マスタコントローラは、前記ガイド進出許可情報に応答して、前記ディスプレイ装置及び前記操作入力装置のうち少なくとも一方に、前記エントリーガイド進出動作を許可する情報を出力する、
請求項4に記載の外科手術システム。 - 前記エントリーガイドは、前記マニピュレータが挿入される少なくとも1つのガイドボアを形成し、且つ、当該エントリーガイドの他の部分から前記挿入軸方向に抜き出せる抜出部を含む、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の外科手術システム。 - 前記マニピュレータは、遠位端部に手術器具が設けられた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た内視鏡マニピュレータとを含み、
前記コンソールからの指令に応答して前記手術器具の位置及び姿勢を変化させる器具操作モードと、前記コンソールからの指令に応答して前記内視鏡カメラの位置及び姿勢を変化させる内視鏡操作モードと、前記コンソールからの指令に応答して前記エントリーガイドの遠位端部の位置及び姿勢を変化させるガイド操作モードとを含む複数の制御モードを規定し、
前記ガイド操作モードにおいて、前記スレーブコントローラは、前記内筒、前記器具マニピュレータ、及び前記内視鏡マニピュレータの相対的な位置関係が保持されるように、前記ロボット本体を動作させる、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の外科手術システム。 - 前記コンソールは、前記エントリーガイドの移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段、及び、前記内視鏡カメラの移動指令の入力を受け付ける内視鏡操作手段として機能する操作具を有し、
前記ガイド操作モードにおいて、前記コンソールは、前記術者が前記操作具を手前に引く動作に対応して前記内筒の進出移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を前方に押し出す動作に対応して前記内筒の後退移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を左/右に動かす動作に対応して前記内筒の右/左移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を回転させる動作に対応して前記内筒の回転移動指令を生成し、生成した指令を前記スレーブコントローラへ伝達し、
前記内視鏡操作モードにおいて、前記コンソールは、前記術者が前記操作具を手前に引く動作に対応して前記内視鏡カメラの進出移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を前方に押し出す動作に対応して前記内視鏡カメラの後退移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を左/右に動かす動作に対応して前記内視鏡カメラの右/左移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を回転させる動作に対応して前記内視鏡カメラの回転移動指令を生成し、生成した指令を前記スレーブコントローラへ伝達する、
請求項7に記載の外科手術システム。 - 前記コンソールは、前記制御モードを前記内視鏡操作モードに切り替える指令、及び、前記制御モードを前記ガイド操作モードに切り替える指令の入力を受け付ける単一の操作具を有する、
請求項7又は8に記載の外科手術システム。 - 前記ロボット本体は2本の前記器具マニピュレータを含み、
前記コンソールは、2本の前記器具マニピュレータに対応して、前記手術器具の位置及び姿勢の移動指令の入力を受け付ける2本のマスタマニピュレータを有し、前記ガイド操作モードにおいて、前記2本のマスタマニピュレータの相対的な姿勢が保持されるように前記2本のマスタマニピュレータの動作を制限する、
請求項7〜9のいずれか一項に記載の外科手術システム。
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