JP2023110589A - 連続体ロボット制御システム及び連続体ロボット制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続体ロボットの湾曲部が被検者等の被検体の内部に差し入れられた後にツールチャネルに異なる複数のツールを挿抜する手技を行う際に、その手技に要する手間を減らせる仕組みを提供する。【解決手段】制御装置３００は、連続体ロボット１００の湾曲部１２０が被検体の内部に差し入れられた後にツールチャネル１０１に異なる複数のツールが挿抜される際に、複数のツールごとにツールチャネル１０１を通過可能な湾曲角度の最大値を取得し、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度として設定し、設定した最大湾曲角度の範囲内で湾曲部１２０が湾曲するように駆動ユニット１５０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、湾曲部の内部を貫通する管状の経路であってツールを挿抜するためのツールチャネルを備える連続体ロボットの制御を行う連続体ロボット制御システム及び連続体ロボット制御方法に関するものである。

近年、患者等の被検者の負担を低減し治療・検査後のＱＯＬを向上させるための低侵襲医療が注目を集めている。低侵襲医療の代表例として、内視鏡を用いた手術・検査が挙げられる。例えば、腹腔鏡手術は、従来の開腹手術と比べて手術創を小さくすることが可能となるため、術後に必要な入院期間を短縮できるだけでなく、美容上も優れているというメリットがある。

低侵襲医療に用いられる内視鏡として、軟性内視鏡が知られている。この軟性内視鏡は、被検者の内部に挿入する挿入部が湾曲可能な部材で構成されているため、食道や大腸、肺などの湾曲する器官であっても、組織を圧迫することなく被検者の内部に挿入し、被検者の負担を低減することができる。さらに、アクチュエータを用いて軟性内視鏡の挿入部を駆動し、被検者の内部の経路に沿うように挿入部の姿勢を自動的に制御すれば、被検者の負担をより低減することが期待できる。また、軟性内視鏡の中には、生検や治療用の術具を含むツールを挿通することができるツールチャネルを備えるものがある。このような内視鏡を使うことで、被検者の体内の深部にある患部を観察するだけでなく組織を採取したり、治療を行ったりすることが可能となる。これらのことから、軟性内視鏡として利用可能な連続体ロボットの機構とその制御方法の研究開発が盛んに行われている。

この連続体ロボットの挿入部であってアクチュエータ等の駆動部によって湾曲可能な湾曲部は、細径であることが望ましい。それは、挿入部である湾曲部が細径であれば、管腔を圧迫することなく被検者の体内の深部まで到達できるためである。加えて、挿入部である湾曲部が細径になれば、肺のように末梢に行くほど管腔の径が小さくなる臓器ではその深部にまで到達できるようになるため、より広い部位を診断または治療することができるようになる。

特許文献１には、挿入部を細径化することが可能な軟性内視鏡の一例が記載されている。従来の軟性内視鏡は、管腔を観察するための撮像装置が挿入部に組み込まれていが、特許文献１に記載の軟性内視鏡は、観察に必要なときにのみツールチャネルから撮像ツールを挿入して使用する。そして、特許文献１に記載の軟性内視鏡では、患部の治療や患部から組織を採取するときには、撮像ツールをツールチャネルから抜去して替わりに術具のツールを挿入し、その後、患部を再び観察するときには術具のツールを抜去して撮像ツールを再び挿入する。これにより、従来の軟性内視鏡で撮像装置を設置するために必要としていたスペースだけ挿入部を細径化することが可能となっている。

特開２０１０－８２４３５号公報

しかしながら、撮像ツールや術具のツールの中には、これらのツールの構成部品の一部に高剛性な部材を使用しているものがある。この場合、例えば特許文献１に記載の軟性内視鏡において挿入部である湾曲部を大きく湾曲させ過ぎてしまうと、ツールによっては高剛性な部材で形成されている部品がツールチャネルを通過することができなくなってしまう。そして、このような場合、ツールチャネルを通過できずに途中で詰まってしまったツールが通過可能なように湾曲部の湾曲角度を再調整する必要が生じて、手技に要する手間が増え、その結果、手技を行う医師や被検者の負担が増加してしまうことになる。

本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであり、連続体ロボットの湾曲部が被検者等の被検体の内部に差し入れられた後にツールチャネルに異なる複数のツールを挿抜する手技を行う際に、その手技に要する手間を減らせる仕組みを提供することを目的とする。

本発明の連続体ロボット制御システムは、線状部材が駆動されることによって基準軸に対して湾曲する湾曲部と、前記線状部材を駆動する駆動部と、前記湾曲部の内部を貫通する管状の経路であってツールを挿抜するためのツールチャネルと、を備える連続体ロボットと、前記連続体ロボットの動作を制御する制御装置と、を有する連続体ロボット制御システムであって、前記制御装置は、前記湾曲部が被検体の内部に差し入れられた後に前記ツールチャネルに異なる複数の前記ツールが挿抜される際に、前記複数のツールごとに前記ツールチャネルを通過可能な湾曲角度の最大値を取得し、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度として設定し、前記最大湾曲角度の範囲内で前記湾曲部が湾曲するように前記駆動部を制御する。
また、本発明は、上述した連続体ロボット制御システムによる連続体ロボット制御方法を含む。

本発明によれば、連続体ロボットの湾曲部が被検体の内部に差し入れられた後にツールチャネルに異なる複数のツールを挿抜する手技を行う際に、その手技に要する手間を減らすことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボット制御システムの概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボットの概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図２に示すツールチャネルに対して挿抜可能な各種のツールの一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図４に示す制御装置の角度制限部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態を示し、被検者の肺の内部における連続体ロボット及び各種のツールの振る舞いを示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボット制御システムの概略構成の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図８に示す制御装置の制限移動量演算部によって最大移動量を算出する方法を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る連続体ロボットに備わる複数の湾曲部の一例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図１１に示す制御装置の角度制限部の処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

本実施形態では、立体的に湾曲可能な湾曲部を備える連続体ロボットと、連続体ロボットの動作を制御する制御装置と、を備えた連続体ロボット制御システムの例について説明する。まず、本実施形態に係る連続体ロボット制御システムの構成を説明し、次いで、本実施形態に係る連続体ロボット及び撮像ツールと術具のツールの構成について説明する。引き続いて、制御装置において湾曲部の湾曲角度を制限する方法を説明し、最後に患者等の被検者の肺の深部から検体を採取する手技の例を説明する。

［１－１：連続体ロボット制御システムの構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－１の概略構成の一例を示す模式図である。連続体ロボット制御システム１０－１は、図１に示すように、連続体ロボット１００、リニアステージ２００、制御装置３００、入力装置４００、操作装置５００、及び、画像表示装置６００を有して構成されている。

連続体ロボット１００は、図１に示すように、長尺部１１０、湾曲部１２０、コイル１３０、ツール挿入口１４０、及び、駆動ユニット１５０を有して構成されている。また、連続体ロボット１００は、長尺部１１０及び湾曲部１２０の内部を貫通する管状の経路であって、ツール挿入口１４０を介してツールを挿抜するためのツールチャネル１０１が備えられている。

長尺部１１０は、内部に、ツールチャネル１０１が備えられていることに加えて、湾曲部１２０を基準軸１０２に対して湾曲させる際に駆動ユニット１５０によって駆動される複数の線状部材に相当する複数の駆動ワイヤが挿通されている。

湾曲部１２０は、能動的に姿勢を変更することが可能に構成されている。具体的に、湾曲部１２０は、湾曲部１２０に接続されている線状部材である駆動ワイヤが駆動ユニット１５０の内部に設置されたアクチュエータ（駆動部）により駆動されることによって基準軸１０２に対して湾曲する。ここで、本実施形態においては、基準軸１０２は、リニアステージ２００上における連続体ロボット１００の移動方向と平行な方向の軸であるものとする。

コイル１３０は、湾曲部１２０の先端１２０ａに設置されている。また、図１には不図示であるが、湾曲部１２０の近くには、磁場発生装置が設置されている。そして、磁場発生装置（不図示）が発生する磁場の変化をコイル１３０を介して読み取ることで、湾曲部１２０の先端１２０ａの位置と方向を検出することができる。

ツール挿入口１４０は、例えば、長尺部１１０と駆動ユニット１５０との接合部（基台部）に設けられている。このツール挿入口１４０は、長尺部１１０及び湾曲部１２０の内部に設けられたツールチャネル１０１に対して、各種のツールを挿抜するための入口である。このツール挿入口１４０から挿入され得る各種のツールとしては、例えば、撮像ツールや、生検や治療用の術具のツール等が挙げられる。

駆動ユニット１５０は、湾曲部１２０を基準軸１０２に対して所望の湾曲角度で湾曲させる際に、湾曲部１２０に接続されている線状部材である駆動ワイヤを駆動するアクチュエータ（駆動部）を備えて構成されている。本実施形態においては、駆動ユニット１５０は、リニアステージ２００に固定されており、医師等のユーザが駆動ユニット１５０を前後に押し引きすることによって、連続体ロボット１００は、リニアステージ２００の長手方向に直線運動を行う。

リニアステージ２００には、上述したように駆動ユニット１５０が固定されている。このリニアステージ２００は、連続体ロボット１００を被検者（上位概念として「被検体」としてもよい）に対して前進移動及び後進移動させる移動装置に相当する。

制御装置３００は、例えば操作装置５００からの操作入力や入力装置４００からの入力、更には、コイル１３０からの入力に基づいて、連続体ロボット１００の動作を制御する装置である。さらに、制御装置３００は、画像表示装置６００の表示制御を含む各種の制御や、各種の処理を行う。

入力装置４００は、制御装置３００に対して各種の情報（各種のデータや各種の画像を含む）を入力する装置である。

操作装置５００は、医師等のユーザが操作するための装置である。この操作装置５００には、湾曲部１２０が所望の姿勢になるように医師等のユーザが操作するためのレバー５１０が備えられている。制御装置３００は、レバー５１０の操作量に基づいて、湾曲部１２０が所望の姿勢になるように駆動ユニット１５０のアクチュエータ（駆動部）に対してワイヤ駆動量指令を出力する。

また、制御装置３００には、撮像ツールで取得された画像を受信するためのインタフェースが設けられており、制御装置３００で撮像ツールから受信した画像は、画像表示装置６００に出力されてカメラ画像６１０として表示される。また、画像表示装置６００は、撮像ツールから出力されるカメラ画像６１０に加えて、例えば術前に構築する被検者の肺の３Ｄモデルから作成したナビゲーション画像６２０等が表示される。このナビゲーション画像６２０としては、例えば、湾曲部１２０の先端位置と被検者の患部（関心領域）までの経路を肺の外部から観察した俯瞰図や、湾曲部１２０の先端１２０ａの仮想的なカメラから肺の内部を一人称視点で観察した画像等がある。医師等のユーザは、必要に応じて、画像表示装置６００に表示されたカメラ画像６１０やナビゲーション画像６２０を切り替えることができる。

［１－２：連続体ロボットの構成］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る連続体ロボット１００の概略構成の一例を示す模式図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。また、この図２では、図１に示すツール挿入口１４０は図示していない。

長尺部１１０は、外力に対して受動的に湾曲する部材である。

湾曲部１２０は、複数の線状部材である複数の駆動ワイヤ１２１～１２３を案内するための部材である複数のワイヤガイド１２４を備えて構成されている。この際、３本の駆動ワイヤ１２１～１２３は、一端が湾曲部１２０の先端１２０ａに配置されているワイヤガイド１２４に固定して接続され、他端がアクチュエータ１５１ａ～１５３ａに接続されている。また、例えば、湾曲部１２０の先端１２０ａに配置されているワイヤガイド１２４には、上述したコイル１３０が備え付けられている。

図１に示す駆動ユニット１５０の内部には、図２に示すアクチュエータ１５１ａ～１５３ａ及び送りねじ１５１ｂ～１５３ｂが備えられている。具体的に、駆動ワイヤ１２１は、送りねじ１５１ｂを介してアクチュエータ１５１ａに接続されている。また、駆動ワイヤ１２２は、送りねじ１５２ｂを介してアクチュエータ１５２ａに接続されている。また、駆動ワイヤ１２３は、送りねじ１５３ｂを介してアクチュエータ１５３ａに接続されている。それぞれのアクチュエータ１５１ａ～１５３ａが、制御装置３００の制御に基づいてそれぞれの駆動ワイヤ１２１～１２３を連続体ロボット１００の長手方向に沿って押し引き駆動することで、湾曲部１２０を基準軸１０２に対して湾曲させることができる。

また、長尺部１１０及び湾曲部１２０の内部には、図２に示すように、上述したツールチャネル１０１が備えられている。医師等のユーザは、図１に示すツール挿入口１４０から撮像ツールまたは術具のツールを挿入し、挿入したツールをツールチャネル１０１を経由して湾曲部１２０の先端１２０ａまで到達させることができる。

ここで、アクチュエータ１５１ａ～１５３ａを駆動するときの湾曲部１２０と長尺部１１０の振る舞いについて、以下に説明する。
アクチュエータ１５１ａ～１５３ａの回転運動は、それぞれの出力軸に接続された送りねじ１５１ｂ～１５３ｂによって減速されて、並進運動に変換される。送りねじ１５１ｂ～１５３ｂのナットには、駆動ワイヤ１２１～１２３を固定するためのワイヤ把持部が設けられており、アクチュエータ１５１ａ～１５３ａを駆動すると駆動ワイヤ１２１～１２３は連続体ロボット１００の長手方向に沿って押し引きされる。上述したように、駆動ワイヤ１２１～１２３は湾曲部１２０の先端１２０ａに固定して接続されているため、駆動ワイヤ１２１～１２３が押し引きされることによって湾曲部１２０が基準軸１０２に対して湾曲する。この際、駆動ワイヤ１２１～１２３は、それぞれ異なる位相で湾曲部１２０の先端１２０ａに固定して接続されているため、各アクチュエータ１５１ａ～１５３ａの駆動量を制御することで、湾曲部１２０を所望の湾曲角度と方向に湾曲させることが可能となる。一方、駆動ワイヤ１２１～１２３は、長尺部１１０には固定されていないため、駆動ワイヤ１２１～１２３を押し引きしても、長尺部１１０の姿勢は変化しない。

次に、湾曲部１２０が被検者の内部に差し入れられた際の被検者の管腔との接触や、各種のツールの挿抜等の外力が作用するときの湾曲部１２０と長尺部１１０の振る舞いについて、以下に説明する。
長尺部１１０は、駆動ワイヤ１２１～１２３と接続していないため、外力が働くとこれに倣うように変形する。そのため、例えば長尺部１１０が湾曲していても、長尺部１１０は、ツールの挿通に倣って変形し、ツールを通過させることができる。一方、湾曲部１２０に外力が働くと、その外力により駆動ワイヤ１２１～１２３に押し引き力が生じるが、送りねじ１５１ｂ～１５３ｂの摩擦や減速機構の作用によってアクチュエータ１５１ａ～１５３ａは容易には回転しないため、例えばツールを挿通するときに湾曲部１２０の湾曲角度は変化しない。

［１－３：各種のツールの構成］
図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図２に示すツールチャネル１０１に対して挿抜可能な各種のツールの一例を示す模式図である。

図３（ａ）は、撮像ツール７１０の模式図である。撮像ツール７１０は、図３（ａ）に示すように、撮像部７１１、及び、カメラケーブル７１２を有して構成されている。撮像部７１１は、不図示の対物光学系と照明光学系を備えており、被検者の体内の映像を撮影することができるように構成されている。また、カメラケーブル７１２の内部には、上述した対物光学系で取得した画像情報を伝送するための信号ケーブルと、上述した照明光学系に電源を供給するための電源ケーブルが内蔵されている。カメラケーブル７１２は、低剛性の部材で構成されているため、連続体ロボット１００が湾曲していてもツールチャネル１０１に挿通させることができる。一方、撮像部７１１は、光学系を保護するために高剛性の部材で構成されている。上述したように、ツールの挿入による湾曲部１２０の湾曲角度の変化は生じないため、湾曲部１２０が大きく湾曲した状態でツールチャネル１０１に撮像ツール７１０を挿入すると、撮像部７１１がツールチャネル１０１の途中で詰まってしまい湾曲部１２０の先端１２０ａまで進むことができなくなってしまう。

図３（ｂ）は、術具のツールの１つである生検ブラシツール７２０の模式図である。生検ブラシツール７２０は、図３（ｂ）に示すように、ブラシ７２１、シース７２２、ケーブル７２３、及び、操作部７２４を有して構成されている。ブラシ７２１は、ケーブル７２３を介して操作部７２４に接続されており、操作部７２４を押し引きすることによって、ブラシ７２１をシース７２２に格納したり、ブラシ７２１をシース７２２から露出させたりすることができる。連続体ロボット１００のツールチャネル１０１に生検ブラシツール７２０を挿入するときには、連続体ロボット１００を傷つけないようにブラシ７２１をシース７２２に格納する。一方、生検ブラシツール７２０を用いて被検者の患部（関心領域）の組織を採取するときには、ブラシ７２１をシース７２２から露出させる。生検ブラシツール７２０において、シース７２２及びケーブル７２３は、低剛性の部材で構成されているため、連続体ロボット１００が湾曲していてもツールチャネル１０１に挿抜させることができる。しかしながら、ブラシ７２１とケーブル７２３との接合部は、上述した撮像部７１１と同様に高剛性の部材で構成されているため、湾曲部１２０が大きく湾曲した状態でツールチャネル１０１に生検ブラシツール７２０を挿入すると、当該接合部がツールチャネル１０１の途中で詰まってしまい湾曲部１２０の先端１２０ａまで進むことができなくなってしまう。

図３（ｃ）は、術具のツールの１つである生検針ツール７３０の模式図である。生検針ツール７３０は、図３（ｃ）に示すように、中空ニードル７３１、シース７３２、ケーブル７３３、及び、操作部７３４を有して構成されている。中空ニードル７３１は、ケーブル７３３を介して操作部７３４に接続されており、操作部７３４を押し込むことによって、中空ニードル７３１をシース７３２から露出させることができる。生検針ツール７３０において、シース７３２及びケーブル７３３は、低剛性の部材で構成されているため、連続体ロボット１００が湾曲していてもツールチャネル１０１に挿抜させるこができる。しかしながら、中空ニードル７３１は、上述した撮像部７１１と同様に高剛性の部材で構成されているため、湾曲部１２０が大きく湾曲した状態でツールチャネル１０１に生検針ツール７３０を挿入すると、中空ニードル７３１がツールチャネル１０１の途中で詰まってしまい湾曲部１２０の先端１２０ａまで進むことができなくなってしまう。

［１－４：制御装置の構成］
図４は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置３００の概略構成の一例を示す模式図である。

図４に示す制御装置３００は、最大湾曲角度データベース３１１、角度指令生成部３１２、角度制限部３１３、運動学演算部３１４、及び、ワイヤ駆動量制御部３１５を有して構成されている。

図４において、ツール情報３０１は、医師等のユーザが、術前に手術で使用するツールの型式等の情報を入力装置４００から入力した情報である。また、ユーザ操作入力３０２は、医師等のユーザが、操作装置５００のレバー５１０を操作した際の操作量の入力情報である。また、湾曲部先端位置３０３は、コイル１３０で計測された湾曲部１２０の先端１２０ａの位置情報である。また、患部位置３０４は、医師等のユーザが、術前に決定した被検者の関心領域である患部の位置情報を入力装置４００から入力した情報である。

最大湾曲角度データベース３１１には、ユーザによって使用され得る異なる複数のツール（例えば、図３に示す撮像ツール７１０、生検ブラシツール７２０及び生検針ツール７３０）ごとにツールチャネル１０１を通過可能な湾曲角度の最大値が記録されている。最大湾曲角度データベース３１１は、入力されたツール情報３０１に係る複数のツールごとにツールチャネル１０１を通過可能な湾曲角度の最大値を取得し、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度θ_limとして設定して出力する。

角度指令生成部３１２は、入力されたユーザ操作入力３０２に基づいて、湾曲部１２０の湾曲角度指令値θ_cmdを演算する。

角度制限部３１３は、入力された湾曲部先端位置３０３及び患部位置３０４と、最大湾曲角度データベース３１１から出力された最大湾曲角度θ_limと、角度指令生成部３１２で生成された湾曲角度指令値θ_cmdと、に基づいて、湾曲部１２０の湾曲角度の制限を考慮した目標湾曲角度θ_refを設定して出力する。

運動学演算部３１４は、連続体ロボット１００の運動学を用いて、湾曲部１２０の湾曲角度を目標湾曲角度θ_refとするための駆動ワイヤ１２１～１２３の目標ワイヤ駆動量を演算する。

ワイヤ駆動量制御部３１５は、駆動ワイヤ１２１～１２３の駆動量が運動学演算部３１４で算出された目標ワイヤ駆動量と一致するように、アクチュエータ１５１ａ～１５３ａに対してワイヤ駆動量指令３０５を出力する。

図５は、図４に示す制御装置３００の角度制限部３１３の処理手順の一例を示すフローチャートである。

本実施形態においては、角度制限部３１３は、湾曲部１２０の先端１２０ａが被検者の患部（関心領域）の近傍に到達したときのみ、最大湾曲角度θ_lim以下の湾曲角度となるように湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refを設定する。このため、角度制限部３１３は、湾曲部１２０の先端１２０ａが被検者の患部（関心領域）から離れているときには、湾曲角度指令値θ_cmdを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refとしてそのまま設定する。

具体的に、まず、図５のステップＳ１０１において、角度制限部３１３は、コイル１３０で計測した湾曲部先端位置３０３と患部位置３０４との距離Δ_dを算出する。

続いて、ステップＳ１０２において、角度制限部３１３は、ステップＳ１０１で算出した距離Δ_dが閾値Δ_thよりも大きいか否かを判断する。

ステップＳ１０２の判断の結果、ステップＳ１０１で算出した距離Δ_dが閾値Δ_thよりも大きくない（距離Δ_dが閾値Δ_th以下である）場合には（Ｓ１０２／Ｎｏ）、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３に進むと、角度制限部３１３は、最大湾曲角度データベース３１１から出力された最大湾曲角度θ_limが、角度指令生成部３１２で生成された湾曲角度指令値θ_cmdよりも大きいか否かを判断する。

ステップＳ１０３で最大湾曲角度θ_limが湾曲角度指令値θ_cmdよりも大きいと判断された場合（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、或いは、ステップＳ１０２で距離Δ_dが閾値Δ_thよりも大きいと判断された場合（Ｓ１０２／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４に進むと、角度制限部３１３は、角度指令生成部３１２で生成された湾曲角度指令値θ_cmdを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refとして設定して出力する。

一方、ステップＳ１０３で最大湾曲角度θ_limが湾曲角度指令値θ_cmdよりも大きくない（最大湾曲角度θ_limが湾曲角度指令値θ_cmd以下である）と判断された場合（Ｓ１０３／Ｎｏ）、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５に進むと、角度制限部３１３は、最大湾曲角度データベース３１１から出力された最大湾曲角度θ_limを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refとして設定して出力する。

ステップＳ１０４の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ１０５の処理が終了した場合には、図５のフローチャートの処理が終了する。

上述した図５のフローチャートの処理によれば、制御装置３００は、以下の制御を行うことになる。
制御装置３００は、ユーザの操作入力に基づく湾曲部１２０の湾曲角度指令値θ_cmdが最大湾曲角度θ_limよりも小さい場合には（Ｓ１０３／Ｙｅｓ）、湾曲角度指令値θ_cmdを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refとして、駆動部であるアクチュエータ１５１ａ～１５３ａを制御する。
また、制御装置３００は、湾曲部１２０の湾曲角度指令値θ_cmdが上述した最大湾曲角度以上の場合には（Ｓ１０３／Ｎｏ）、最大湾曲角度θ_limを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refとして、駆動部であるアクチュエータ１５１ａ～１５３ａを制御する。

［１－５：肺生検の処理手順］
上述した連続体ロボット１００、図３に示した各種のツール７１０～７３０、及び、制御装置３００を用いて、被検者の肺生検を行う際の処理手順について説明する。術前に、ユーザは、被検者の肺のＭＲＩ画像やＣＴ画像等の医用画像から肺の３Ｄモデルを作成しておく。その後、ユーザは、作成した３Ｄモデルを参照しながら組織を採取する目標位置（関心領域の位置）と、当該目標位置に到達するまでに連続体ロボット１００の湾曲部１２０の先端１２０ａが通過する目標経路を決定する。そして、ユーザは、決定した目標位置及び目標経路の情報を作成した３Ｄモデルとともに制御装置３００の記憶部（不図示）に保存する。また、ユーザは、術前に、実際に手術（手技）で使用するツールの型式等の情報を入力装置４００から制御装置３００にツール情報３０１として入力する。この場合、最大湾曲角度データベース３１１は、入力されたツール情報３０１に係る複数のツールごとにツールチャネル１０１を通過可能な湾曲角度の最大値を取得し、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度θ_limとして設定する。

図６は、本発明の第１の実施形態を示し、被検者の肺の内部における連続体ロボット１００及び各種のツールの振る舞いを示す模式図である。この図６において、図１～図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

手術が始まると、医師等のユーザは、まず、連続体ロボット１００のツールチャネル１０１に撮像ツール７１０を挿入し、撮像ツール７１０の先端に位置する撮像部７１１を湾曲部１２０の先端まで挿入する。次いで、ユーザは、撮像ツール７１０が挿入された連続体ロボット１００を、被検者の口または鼻から挿入する。そして、ユーザは、画像表示装置６００に表示されたカメラ画像６１０とナビゲーション画像６２０を参照しながら操作装置５００（レバー５１０等）を操作し、湾曲部１２０の先端１２０ａが被検者の管腔を圧迫しないように湾曲部１２０の先端１２０ａの姿勢を制御しながら、連続体ロボット１００の駆動ユニット１５０が載置されたリニアステージ２００を前進させる。

図６（ａ）に示すように、連続体ロボット１００の湾曲部１２０の先端が被検者の肺の管腔６０１における分岐に到達したときには、ユーザは、ナビゲーション画像６２０を参照して被検者の関心領域である患部６０２の位置を確認する。そして、ユーザは、湾曲部１２０の先端を被検者の肺の管腔６０１における目標経路の方に向けて、連続体ロボット１００の駆動ユニット１５０が載置されたリニアステージ２００を前進させる。

なお、被検者の気管支の入り口から患部６０２の近傍に到達するまでは、連続体ロボット１００の湾曲部１２０の先端位置と患部６０２の位置との距離Δ_dが閾値Δ_thよりも大きいため、制御装置３００は、湾曲部１２０の湾曲角度の制限を行わない。そのため、ユーザは、湾曲部１２０の姿勢を所望の湾曲角度に操作することができる。

湾曲部１２０の先端が被検者の肺の管腔６０１に沿って患部６０２の近傍まで到達すると、ユーザは、操作装置５００（レバー５１０等）を操作して、図６（ｂ）に示すように湾曲部１２０の先端が患部６０２の方を向くように湾曲部１２０の湾曲角度を調整する。このとき、距離Δ_dは閾値Δ_th以下となるため、角度制限部３１３は、湾曲部１２０の目標湾曲角度θ_refを、使用する全てのツールがツールチャネル１０１を通過可能な最大湾曲角度θ_limの範囲内（最大湾曲角度θ_lim以下）となるように設定する。

そして、ユーザは、調整が完了したら、図６（ｃ）に示すように、撮像ツール７１０を連続体ロボット１００のツールチャネル１０１から抜去する。

続いて、ユーザは、図６（ｄ）に示すように、連続体ロボット１００のツールチャネル１０１に生検ブラシツール７２０を挿入し、その先端のブラシ７２１を用いて被検者の関心領域である患部６０２から組織を採取する。

続いて、ユーザは、生検ブラシツール７２０を用いた患部６０２からの組織採取が完了したら、生検ブラシツール７２０を連続体ロボット１００のツールチャネル１０１から抜去する。その後、ユーザは、連続体ロボット１００のツールチャネル１０１に生検針ツール７３０を挿入し、生検ブラシツール７２０と同様の方法で、患部６０２から組織を採取する。この際、角度制限部３１３は、使用する全てのツール７１０～７３０のいずれもツールチャネル１０１を通過可能となるように最大湾曲角度θ_limを設定しているため、生検針ツール７３０もツールチャネル１０１を通過して患部６０２に到達することができる。

その後、ユーザは、生検針ツール７３０を用いた患部６０２からの組織採取が完了したら、生検針ツール７３０を連続体ロボット１００のツールチャネル１０１から抜去する。次いで、ユーザは、再び、連続体ロボット１００のツールチャネル１０１に撮像ツール７１０を挿入して、患部６０２の近傍に大きな出血がないことを確認する。最後に、ユーザは、連続体ロボット１００の駆動ユニット１５０が載置されたリニアステージ２００を後退させて、連続体ロボット１００を被検者の肺から抜去する。

第１の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－１の制御装置３００は、以下の処理を行うようにしている。
具体的に、制御装置３００は、連続体ロボット１００の湾曲部１２０が被検者（上位概念として「被検体」としてもよい）の内部に差し入れられた後にツールチャネル１０１に異なる複数のツール７１０～７３０が挿抜される際に、複数のツール７１０～７３０ごとにツールチャネル１０１を通過可能な湾曲角度の最大値を取得するようにしている。そして、制御装置３００は、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度θ_limとして設定し、この最大湾曲角度θ_limの範囲内で湾曲部１２０が湾曲するように駆動部である駆動ユニット１５０内のアクチュエータ１５１ａ～１５３ａを制御するようにしている。
かかる構成によれば、異なる複数のツールを挿抜する手技を行う際に、当該複数のツールの全てがツールチャネル１０１を挿通可能なように湾曲部１２０の湾曲角度を制限しながら、湾曲部１２０の先端１２０ａを被検者（被検体）の関心領域である患部６０２の方に向けることができる。即ち、かかる構成によれば、連続体ロボット１００の湾曲部１２０が被検体の内部に差し入れられた後にツールチャネル１０１に異なる複数のツールを挿抜する手技を行う際に、その手技に要する手間を減らすことが可能となる。

さらに、第１の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－１の制御装置３００では、以下の処理を行うようにしている。
具体的に、制御装置３００は、湾曲部１２０の先端位置と被検者（被検体）の関心領域である患部６０２の位置との距離Δ_dが閾値以下（閾値Δ_th以下）である場合に、上述した最大湾曲角度θ_limの範囲内で湾曲部１２０が湾曲するように駆動部であるアクチュエータ１５１ａ～１５３ａを制御するようにしている。
かかる構成によれば、湾曲部１２０の先端１２０ａが患部６０２の近傍に到達した場合においてのみ、湾曲部１２０の湾曲角度が制限されるため、湾曲部１２０が被検者（被検体）の管腔６０１の内部を進む際には、ユーザの操作を妨げることはない。

また、第１の実施形態には、連続体ロボット制御システム１０－１により行われる処理の方法（連続体ロボット制御方法）も含まれる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。

第２の実施形態では、第１の実施形態で上述した湾曲部１２０の湾曲角度の制限に加えて、連続体ロボット１００を前後進させるリニアステージの移動量を制限する形態を説明する。

第１の実施形態において図６を用いて説明した患部６０２から組織を採取する際の成功率を向上させるためには、患部６０２に対してリニアステージを適当な位置に制御することが望ましい。なぜならば、もしリニアステージの移動量が小さく湾曲部１２０の先端が患部６０２から離れた状態で組織を採取しようとすると、湾曲部１２０の先端から出た後にツールが逸れてしまい、所望の部位から組織が採取できなくなってしまう恐れがあるためである。また、リニアステージの移動量が大き過ぎて湾曲部１２０が患部６０２よりも深部に侵入してしまった場合に、湾曲部１２０の先端を患部６０２の方を向けるためには湾曲部１２０を鋭角に曲げなければならずツールを挿通できなくなってしまう。

そこで、第２の実施形態では、湾曲部１２０の湾曲角度が最大湾曲角度θ_limに達したときでも、湾曲部１２０を患部６０２の方に向けられるようにステージの移動量の最大値を制限する形態を採る。

［２－１：連続体ロボット制御システムの構成］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－２の概略構成の一例を示す模式図である。連続体ロボット制御システム１０－２は、図７に示すように、連続体ロボット１００、電動ステージ２２０、制御装置３００、入力装置４００、操作装置５００、及び、画像表示装置６００を有して構成されている。ここで、図７において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

第２の実施形態では、図１に示すリニアステージ２００に替えて、アクチュエータ（不図示）によってステージ（テーブル）が駆動する電動ステージ２２０を適用する。この電動ステージ２２０は、連続体ロボット１００を被検者（上位概念として「被検体」としてもよい）に対して前進移動及び後進移動させる移動装置に相当する。また、操作装置５００には、図１に示すレバー５１０に加えて、電動ステージ２２０の前後進指令を出力するための前後進ボタン５２０（前進ボタン及び後進ボタン）が備えられている。本実施形態では、ユーザがこれらの前後進ボタン５２０を押すと、制御装置３００は、押されたボタンの種類に応じて電動ステージ２２０のアクチュエータに駆動指令を出力する。そして、電動ステージ２２０のアクチュエータが駆動すると、電動ステージ２２０のテーブルが動作し、テーブルに設置された駆動ユニット１５０が前後進運動を行う。また、電動ステージ２２０のアクチュエータには、不図示のエンコーダが接続されており、制御装置３００は、このエンコーダの入出力に基づいてテーブルの移動量を演算する。

［２－２：制御装置の構成］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る制御装置３００の概略構成の一例を示す模式図である。この図８において、図４に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

図８に示す制御装置３００は、最大湾曲角度データベース３１１、角度指令生成部３１２、角度制限部３１３、運動学演算部３１４、ワイヤ駆動量制御部３１５、制限移動量演算部３２１、移動量指令生成部３２２、及び、ステージ制御部３２３を有して構成されている。即ち、図８に示す制御装置３００は、図４に示す第１の実施形態に係る制御装置３００に対して、電動ステージ２２０の制御系に相当する制限移動量演算部３２１、移動量指令生成部３２２及びステージ制御部３２３が追加された構成となっている。

また、図８において、ツール情報３０１、ユーザ操作入力３０２、湾曲部先端位置３０３、患部位置３０４及びワイヤ駆動量指令３０５は、図４と同様である。図８において、ステージ移動量３０６は、例えば、上述した電動ステージ２２０のアクチュエータに接続されているエンコーダから得られるステージ移動量に係る情報である。目標経路３０７は、医師等のユーザが、術前に決定した患部６０２（被検者の関心領域）までの目標経路の情報を入力装置４００から入力した情報である。前後進指令３０８は、医師等のユーザが、操作装置５００の前後進ボタン５２０を操作した際に操作装置５００から出力される電動ステージ２２０の前後進指令の情報である。

制限移動量演算部３２１は、入力された患部位置３０４及び目標経路３０７と、最大湾曲角度データベース３１１から出力された最大湾曲角度θ_limとに基づいて、湾曲部１２０を最大湾曲角度θ_limまで湾曲させた状態で湾曲部１２０の先端を患部６０２の方に向けるときの電動ステージ２２０の最大移動量ｚｂ_limを後述する反復計算によって算出する。

移動量指令生成部３２２は、術中に前後進指令３０８が入力されると、ステージ移動量３０６に基づく現在のステージ移動量ｚ_bに微小量を加算したｚ_b ^'を算出し、算出したｚ_b ^'が最大移動量ｚｂ_lim以下であれば、ｚ_b ^'を目標移動量ｚｂ_refとして出力する。また、移動量指令生成部３２２は、算出したｚ_b ^'が最大移動量ｚｂ_limよりも大きければ、最大移動量ｚｂ_limを目標移動量ｚｂ_refとして出力する。

ステージ制御部３２３は、電動ステージ２２０の移動量が目標移動量ｚｂ_refと一致するように、電動ステージ２２０に対してステージ移動量指令を出力する。

図９は、図８に示す制御装置３００の制限移動量演算部３２１によって最大移動量ｚｂ_limを算出する方法を説明するための図である。この図９において、図６に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
まず、制限移動量演算部３２１は、電動ステージ２２０が或る移動量ｚｂ₀まで前進したと仮定し、そのときの湾曲部１２０の位置を求める。次いで、制限移動量演算部３２１は、図９において太点線で示すように、湾曲部１２０の湾曲角度を最大湾曲角度θ_limとするときの湾曲部１２０の先端の延長線９１０を求める。そして、制限移動量演算部３２１は、患部６０２の中心が延長線９１０上に存在し、かつ湾曲部１２０の先端位置と患部６０２の位置との距離ｄが閾値ｒ_th以下であれば、移動量ｚｂ₀において患部６０２の組織を採取することができると判断し、このときの移動量ｚｂ₀を最大移動量ｚｂ_limとして設定して出力する。一方、制限移動量演算部３２１は、患部６０２の中心が延長線９１０上に存在しないか、或いは存在していても距離ｄが閾値ｒ_thよりも大きければ、患部６０２の組織の採取が困難であると判断する。そして、制限移動量演算部３２１は、移動量ｚｂ₀に正の微小量を加算した値を新たな移動量とし、最大移動量ｚｂ_limが見つかるまで上述した演算を反復する。

第２の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－２の制御装置３００は、以下の処理を行うようにしている。
具体的に、制御装置３００は、被検者の関心領域である患部６０２の位置（患部位置３０４）と患部６０２の位置に到達するまでの湾曲部１２０の目標経路（目標経路３０７）と最大湾曲角度最大湾曲角度θ_limとに基づいて、移動装置であるの電動ステージ２２０による連続体ロボット１００の最大移動量ｚｂ_limを算出する。そして、制御装置３００は、算出した最大移動量ｚｂ_limの範囲内で連続体ロボット１００が移動するように電動ステージ２２０を制御するようにしている。
かかる構成によれば、湾曲部１２０の先端を患部６０２に十分に近づけた上で、患部６０２から組織を採取することができるため、患部６０２から組織を採取する際の成功率を向上させることが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第３の実施形態の説明では、上述した第１及び第２の実施形態と共通する事項については説明を省略し、上述した第１及び第２の実施形態と異なる事項について説明を行う。

第３の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０は、図１に示す第１の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－１、または、図７に示す第２の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－２と同様の構成を採り得る。

第１の実施形態で上述したように、連続体ロボット１００の長尺部１１０は、被検者の内部の管腔６０１と接触しても、受動的に湾曲することができる。しかしながら、長尺部１１０の姿勢を能動的に制御することはできないため、例えば大きく湾曲する管腔６０１の経路に押し込められると最大湾曲角度θ_limよりも大きく湾曲してしまう。そして、この場合、連続体ロボット１００のツールチャネル１０１にツールを挿通することが困難になってしまう。そこで、第３の実施形態では、複数の湾曲部１２０を備える連続体ロボット１００を適用し、先端に位置する湾曲部の先端が患部６０２の近傍に到達したときに全ての湾曲部１２０が最大湾曲角度θ_lim以下となるように湾曲角度を制御する。

［３－１：連続体ロボットの構成］
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る連続体ロボット１００に備わる複数の湾曲部１２０の一例を示す模式図である。この図１０において、図２に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

本実施形態においては、湾曲部１２０の数をＮとする。図１０では、Ｎ個の湾曲部１２０のうちの或る湾曲部１２０を第ｎの湾曲部１２０－ｎとして図示している。第ｎの湾曲部１２０－ｎにおいて、複数のワイヤガイド１２４－ｎのうちの遠位端に位置するワイヤガイド１２４－ｎａには、駆動ワイヤ１２１－ｎ、１２２－ｎ及び１２３－ｎの一端が固定して接続されている。具体的に、図１０には、連続体ロボット１００の先端から順に、第（ｎ－１）の湾曲部１２０－（ｎ－１）、第ｎの湾曲部１２０－ｎ及び第（ｎ＋１）の湾曲部１２０－（ｎ＋１）の３つの湾曲部１２０が図示されている。

第ｎの湾曲部１２０－ｎの駆動ワイヤ１２１－ｎ、１２２－ｎ及び１２３－ｎは、基台部の側に位置する第（ｎ＋１）の湾曲部１２０－（ｎ＋１）のワイヤガイドと長尺部１１０に案内されて、不図示のアクチュエータに接続されている。そして、当該アクチュエータを駆動することで、第ｎの湾曲部１２０－ｎの湾曲角度θｎと湾曲する方向を制御することができる。

［３－２：制御装置の構成］
第１の実施形態の制御装置３００では、管腔６０１の形状に沿うようにユーザが操作装置５００を用いて湾曲部１２０の姿勢を制御していた。しかしながら、本実施形態に係る複数の湾曲部１２０を備える連続体ロボット１００においては、管腔６０１の形状に沿うように全ての湾曲部１２０の姿勢を制御しようとすると複雑な操作が必要となり、ユーザビリティが低下してしまう。そこで、本実施形態では、簡便な操作によって湾曲した管腔６０１の経路に沿うように、連続体ロボット１００の姿勢を制御することが可能な、先頭追従制御を適用する。ここでは、まず、本実施形態の先頭追従制御を説明し、次いで、先頭追従制御を行う制御装置３００に本発明に係る湾曲角度制限を適用する方法について説明する。

本実施形態の先頭追従制御では、ユーザは、図１０において連続体ロボット１００の先端に位置する第（ｎ－１）の湾曲部１２０－（ｎ－１）に相当する第１の湾曲部の姿勢のみを操作する。即ち、第１の湾曲部は、連続体ロボット１００が被検者に対して前進移動する際に先頭となる湾曲部である。そして、本実施形態においては、制御装置３００は、第１の湾曲部の姿勢に追従するように、図１０に示す第ｎの湾曲部１２０－ｎに相当する第２の湾曲部～第Ｎの湾曲部（Ｎが３である場合には、図１０に示す第（ｎ＋１）の湾曲部１２０－（ｎ＋１）に相当する第３の湾曲部）の姿勢を制御する。ここで、第２の湾曲部は、連続体ロボット１００が被検者に対して前進移動する際に第１の湾曲部に追従して前進する湾曲部である。

具体的には、ユーザは、例えば第１の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０－１と同様に、画像表示装置６００に表示されたカメラ画像６１０とナビゲーション画像６２０を参照しながら、管腔６０１の形状に沿うように第１の湾曲部の姿勢を操作する。そして、ユーザは、第１の湾曲部の湾曲角度を決定した後にステージを前進させる。ユーザは、これを繰り返して第１の湾曲部の先端を患部６０２に到達させる。

このとき、制御装置３００は、ユーザが操作した第１の湾曲部の湾曲角度と一致するように、前進移動する際に追従して前進する第２の湾曲部～第Ｎの湾曲部の姿勢を制御する。この際、制御装置３００は、まず、ステージの移動量ｚｂが変化するごとにステージの移動量ｚｂに対応する第１の湾曲部の目標湾曲角度θ１_ref（ｚｂ）を内部の記憶部（不図示）に保存する。そして、制御装置３００は、前進移動する際に第１の湾曲部に追従する湾曲部が被検者の内部の或る侵入深さの位置に到達したとき、第１の湾曲部がその位置を通過したときの目標湾曲角度を記憶部から読み出して、これを追従する湾曲部の目標湾曲角度とする。例えば、ステージを第１の湾曲部の長さＬ₁だけ前進移動させると、第２の湾曲部は、移動前の第１の湾曲部と同じ移動量となる。したがって、第２の湾曲部の目標湾曲角度θ２_refは、以下の（１）式で表される。

さらに、ステージを第２の湾曲部の長さＬ₂だけさらに移動させると、第３の湾曲部が移動前の第１の湾曲部と同じ移動量に到達するため、第３の湾曲部の目標湾曲角度θ３_refは、以下の（２）式で表される。

同様の計算により、一般に第ｎの湾曲部の目標湾曲角度θｎ_refは、以下の（３）式で表される。

そして、制御装置３００は、各湾曲部の湾曲角度が目標湾曲角度θｎ_refと一致するように駆動ワイヤの押し引き量であるワイヤ駆動量を制御する。これにより、ユーザが、管腔６０１の形状に沿うように第１の湾曲部の姿勢を制御すれば、追従する第２の湾曲部以降の湾曲部も同様に、管腔６０１の形状に沿って侵入することが可能となる。

しかしながら、先頭追従制御では、第１の湾曲部の湾曲角度が追従する湾曲部の湾曲角度に伝搬されるため、管腔６０１を進むときに第１の湾曲部を大きく曲げてしまうと追従する湾曲部も同様に大きく湾曲してしまう。そしてこの場合、患部６０２の近傍に到達したときにツールを挿通できなくなってしまう。そこで、本実施形態の制御装置３００は、患部６０２までの目標経路３０７に基づいて、第１の湾曲部が患部６０２に到達するときの第ｎの湾曲部の先端の位置Ｐ_nを術前に推定する。そして、本実施形態の制御装置３００は、術中に第１の湾曲部が位置Ｐ_nの近傍を通過するときに目標湾曲角度θ１_refを最大湾曲角度θ_limの範囲内（最大湾曲角度θ_lim以下）に制限する。これにより、実際に、第１の湾曲部が患部６０２の近傍に到達したときに、位置Ｐ_nの近傍にある第ｎの湾曲部の湾曲角度θｎ_refを最大湾曲角度θ_limの範囲内（最大湾曲角度θ_lim以下）とすることが可能となる。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る制御装置３００の概略構成の一例を示す模式図である。この図１１において、図４及び図８に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

図１１に示す制御装置３００は、最大湾曲角度データベース３１１、角度指令生成部３１２、角度制限部３１３、運動学演算部３１４、ワイヤ駆動量制御部３１５、追従湾曲部先端位置演算部３３１、及び、先頭追従制御部３３２を有して構成されている。即ち、図１１に示す制御装置３００は、図４に示す第１の実施形態に係る制御装置３００に対して、追従湾曲部先端位置演算部３３１及び先頭追従制御部３３２が追加された構成となっている。なお、本発明においては、図１１に示す追従湾曲部先端位置演算部３３１及び先頭追従制御部３３２を、図８に示す第２の実施形態に係る制御装置３００に対して追加する形態も、適用可能である。

追従湾曲部先端位置演算部３３１は、湾曲角度を制限する条件を判断する構成部である。この追従湾曲部先端位置演算部３３１は、入力された目標経路３０７と各湾曲部の長さとに基づいて、第１の湾曲部が患部６０２に到達するときの追従湾曲部（第２の湾曲部以降の湾曲部）の先端の位置Ｐ_nを算出して出力する。

角度制限部３１３は、第１の湾曲部の先端における現在の位置Ｐと、追従湾曲部先端位置演算部３３１で算出された位置Ｐ_nとの距離が一定以下になるときに、第１の湾曲部の目標湾曲角度θ１_refを最大湾曲角度θ_lim以下に制限する。

先頭追従制御部３３２は、角度制限部３１３の出力に基づいて、第２の湾曲部以降の追従湾曲部が第１の湾曲部に追従するように各湾曲部の姿勢を制御する。

図１２は、図１１に示す制御装置３００の角度制限部３１３の処理手順の一例を示すフローチャートである。

具体的に、まず、図１２のステップＳ３０１において、角度制限部３１３は、第１の湾曲部の先端における現在の位置Ｐと、追従湾曲部先端位置演算部３３１で算出された位置Ｐ_nとの距離Δ_dnを演算する。

続いて、ステップＳ３０２において、角度制限部３１３は、ステップＳ３０１で算出した距離Δ_dnが閾値Δ_thよりも大きいか否かを判断する。

ステップＳ３０２の判断の結果、ステップＳ３０１で算出した距離Δ_dnが閾値Δ_thよりも大きくない（距離Δ_dnが閾値Δ_th以下である）場合には（Ｓ３０２／Ｎｏ）、ステップＳ３０３に進む。
ステップＳ３０３に進むと、角度制限部３１３は、最大湾曲角度データベース３１１から出力された第１の湾曲部の最大湾曲角度θ１_limが、角度指令生成部３１２で生成された第１の湾曲部の湾曲角度指令値θ１_cmdよりも大きいか否かを判断する。

ステップＳ３０３で最大湾曲角度θ１_limが湾曲角度指令値θ１_cmdよりも大きいと判断された場合（Ｓ３０３／Ｙｅｓ）、或いは、ステップＳ３０２で距離Δ_dnが閾値Δ_thよりも大きいと判断された場合（Ｓ３０２／Ｙｅｓ）、ステップＳ３０４に進む。
ステップＳ３０４に進むと、角度制限部３１３は、角度指令生成部３１２で生成された湾曲角度指令値θ１_cmdを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ１_refとして設定して出力する。

一方、ステップＳ３０３で最大湾曲角度θ１_limが湾曲角度指令値θ１_cmdよりも大きくない（最大湾曲角度θ１_limが湾曲角度指令値θ１_cmd以下である）と判断された場合（Ｓ３０３／Ｎｏ）、ステップＳ３０５に進む。
ステップＳ３０５に進むと、角度制限部３１３は、最大湾曲角度データベース３１１から出力された最大湾曲角度θ１_limを湾曲部１２０の目標湾曲角度θ１_refとして設定して出力する。

ステップＳ３０４の処理が終了した場合、或いは、ステップＳ３０５の処理が終了した場合には、図１２のフローチャートの処理が終了する。

このように、湾曲角度を制限しながら先頭追従制御を行うことで、複数の湾曲部１２０を備える連続体ロボット１００においてもツールの挿抜が可能となるように姿勢を制御しながら被検者の管腔６０１内に侵入させることが可能となる。

本実施形態では、連続体ロボット１００が患部６０２に到達するときに、第１の湾曲部を含めて全ての湾曲部１２０の最大湾曲角度を、最大湾曲角度θ_lim（最大湾曲角度θ１_lim）以下に制限する例を説明した。これは、第１の実施形態で説明した生検ブラシツール７２０または生検針ツール７３０の生検ツールを用いて患部６０２の組織（検体）を採取するためには、連続体ロボット１００の全ての湾曲部１２０についてこれらのツールの高剛性の部材を通過させる必要があるためである。しかしながら、先端部分が低剛性の部材で構成され、さらに高剛性の部材が駆動ユニット１５０の側に位置するツールを用いるときには、高剛性の部材を通過させる必要がない湾曲部１２０については、湾曲角度の制限を設けなくてもよい。例えば、第２の湾曲部までツールを挿入すれば、患部６０２の組織を採取することが可能な場合には、第ｎの湾曲部の目標湾曲角度θｎ_refを常にユーザが指示する湾曲角度指令値θｎ_cmdとしてよい。このように、生検ツールの挿抜に必要な湾曲部１２０のみの湾曲角度を制限することで、ユーザビリティを向上させることができる。

第３の実施形態に係る連続体ロボット制御システム１０の制御装置３００は、以下の処理を行うようにしている。
具体的に、制御装置３００は、第１の湾曲部が所定の位置に到達したときに最大湾曲角度θ_lim（最大湾曲角度θ１_lim）の範囲内で第１の湾曲部が湾曲するように駆動部である駆動ユニット１５０内のアクチュエータを制御した場合、第２の湾曲部が上述した所定の位置に到達したときに最大湾曲角度θ_lim（最大湾曲角度θ１_lim）の範囲内で第２の湾曲部が湾曲するように駆動ユニット１５０内のアクチュエータを制御するようにしている。
かかる構成によれば、第１の実施形態における効果に加えて、連続体ロボット１００の先端が患部６０２の近傍に到達したときにツールチャネル１０１にツールを挿通できなくなってしまう不具合を回避することが可能となる。

（その他の実施形態）
上述した第１～第３の実施形態では、連続体ロボット１００の湾曲部１２０を挿入する対象として患者等の被検者を想定した例を説明したが、本発明においてはこれに限定されるものではない。連続体ロボット１００の湾曲部１２０を挿入する対象として、例えば配管等の他の被検体を適用してもよい。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明に含まれる。

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０：連続体ロボット制御システム、１００：連続体ロボット、１０１：ツールチャネル、１０２：基準軸、１１０：長尺部、１２０：湾曲部、１２０ａ：湾曲部１２０の先端、１３０：コイル、１４０：ツール挿入口、１５０：駆動ユニット、２００：リニアステージ、３００：制御装置、４００：入力装置、５００：操作装置、５１０：レバー、６００：画像表示装置、６１０：カメラ画像、６２０：ナビゲーション画像

Claims (6)

1. 線状部材が駆動されることによって基準軸に対して湾曲する湾曲部と、前記線状部材を駆動する駆動部と、前記湾曲部の内部を貫通する管状の経路であってツールを挿抜するためのツールチャネルと、を備える連続体ロボットと、
   前記連続体ロボットの動作を制御する制御装置と、
   を有する連続体ロボット制御システムであって、
   前記制御装置は、前記湾曲部が被検体の内部に差し入れられた後に前記ツールチャネルに異なる複数の前記ツールが挿抜される際に、前記複数のツールごとに前記ツールチャネルを通過可能な湾曲角度の最大値を取得し、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度として設定し、前記最大湾曲角度の範囲内で前記湾曲部が湾曲するように前記駆動部を制御することを特徴とする連続体ロボット制御システム。
2. 前記制御装置は、前記湾曲部の先端位置と前記被検体の関心領域の位置との距離が閾値以下である場合に、前記最大湾曲角度の範囲内で前記湾曲部が湾曲するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の連続体ロボット制御システム。
3. 前記制御装置は、ユーザの操作入力に基づく前記湾曲部の湾曲角度指令値が前記最大湾曲角度よりも小さい場合には前記湾曲角度指令値を前記湾曲部の目標湾曲角度として前記駆動部を制御し、前記湾曲角度指令値が前記最大湾曲角度以上の場合には前記最大湾曲角度を前記湾曲部の目標湾曲角度として前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の連続体ロボット制御システム。
4. 前記連続体ロボットを前記被検体に対して前進移動および後進移動させる移動装置を更に有し、
   前記制御装置は、前記被検体の関心領域の位置と前記関心領域の位置に到達するまでの前記湾曲部の目標経路と前記最大湾曲角度とに基づいて、前記移動装置による前記連続体ロボットの最大移動量を算出し、前記最大移動量の範囲内で前記連続体ロボットが移動するように前記移動装置を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の連続体ロボット制御システム。
5. 前記連続体ロボットは、複数の前記湾曲部を備えており、
   前記複数の湾曲部は、前記連続体ロボットが前記被検体に対して前進移動する際に先頭となる第１の湾曲部と、前記前進移動する際に前記第１の湾曲部に追従して前進する第２の湾曲部と、を含み、
   前記制御装置は、前記第１の湾曲部が所定の位置に到達したときに前記最大湾曲角度の範囲内で前記第１の湾曲部が湾曲するように前記駆動部を制御した場合、前記第２の湾曲部が前記所定の位置に到達したときに前記最大湾曲角度の範囲内で前記第２の湾曲部が湾曲するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の連続体ロボット制御システム。
6. 線状部材が駆動されることによって基準軸に対して湾曲する湾曲部と、前記線状部材を駆動する駆動部と、前記湾曲部の内部を貫通する管状の経路であってツールを挿抜するためのツールチャネルと、を備える連続体ロボットと、
   前記連続体ロボットの動作を制御する制御装置と、
   を有する連続体ロボット制御システムによる連続体ロボット制御方法であって、
   前記制御装置が、前記湾曲部が被検体の内部に差し入れられた後に前記ツールチャネルに異なる複数の前記ツールが挿抜される際に、前記複数のツールごとに前記ツールチャネルを通過可能な湾曲角度の最大値を取得し、当該取得した複数の湾曲角度の最大値のうち最小のものを最大湾曲角度として設定し、前記最大湾曲角度の範囲内で前記湾曲部が湾曲するように前記駆動部を制御することを特徴とする連続体ロボット制御方法。

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