JP5829164B2

JP5829164B2 - 医療機器システム

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Publication number: JP5829164B2
Application number: JP2012072253A
Authority: JP
Inventors: 義孝梅本; 河合　利昌; 利昌河合
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP2013202122A

Description

本発明は、医療機器システムに関する。

例えば腹腔内など比較的広い空間で内視鏡等が用いられることがある。腹腔内といった比較的広い空間において周囲が拘束されない状況で内視鏡等の先端を所望の方向に向けることは困難である。先端を所望の方向に向けるために、例えば特許文献１には、複数の能動関節を備える医療装置が開示されている。

特開２００９−１００８７３号公報

例えば内視鏡の挿入部といった細径の構造物には構造上の制約が多い。このため、多くの能動的な湾曲構造を例えば内視鏡の挿入部に設けることは一般に困難である。そこで、挿入部の先端を所望の方向に向けるために、内視鏡の周囲を覆う挿入補助具が用いられることがある。しかしながら、一般的に挿入補助具には能動的な湾曲構造は設けられていない。このため、操作者は挿入補助具の形状や位置を把握しづらく、挿入補助具を挿通する挿入部を操作しづらい。

そこで本発明は、挿入部の先端の位置及び姿勢を所望の位置及び姿勢に移動させることができる医療機器システムを提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、医療機器システムは、体内に挿入される細長形状の挿入部と、能動関節を有し、前記挿入部が挿通される挿入補助具と、前記挿入補助具に対する前記挿入部の位置関係を変化させる保持具と、前記挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させるために必要な前記能動関節の変位と前記位置関係との組み合わせを算出し、当該算出の結果に基づいて前記能動関節の変位と前記位置関係とを制御する制御部とを具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様によれば、医療機器システムは、体内に挿入される細長形状の挿入部と、能動関節を有し、前記挿入部が挿通される挿入補助具と、前記挿入補助具に対する前記挿入部の位置関係を変化させる保持具と、前記能動関節の変位と前記位置関係とを制御して、前記挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させる制御部と、を具備し、前記挿入部は、挿入部関節を有しており、前記制御部は、さらに前記挿入部関節を制御して前記所定の部位を前記所望の位置及び姿勢に配置させることを特徴とする。
また、本発明の一態様によれば、医療機器システムは、体内に挿入される細長形状の挿入部と、能動関節を有し、前記挿入部が挿通される挿入補助具と、前記挿入補助具に対する前記挿入部の位置関係を変化させる保持具と、前記能動関節の変位と前記位置関係とを制御して、前記挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させる制御部と、を具備し、前記保持具は、前記挿入部を保持する挿入部保持具と、前記挿入補助具を保持する挿入補助具保持具とを有し、前記挿入部保持具と前記挿入補助具保持具との動作によって前記位置関係が変化することを特徴とする。

本発明によれば、挿入部の先端の位置及び姿勢を所望の位置及び姿勢に移動させることができる医療機器システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る意匠機器システムの構成例の概略を示すブロック図。一実施形態に係る内視鏡と挿入補助具とに係る構成例の概略を説明するための図。挿入補助具の関節構造の構成例の概略を示す図。内視鏡と挿入補助具とに係る関節の構成例を示す図。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る医療機器システム１００の構成例の概要を図１に示す。医療機器システム１００は、制御部１１０と、入力部１２０と、表示部１３０と、内視鏡２１０と、内視鏡制御部２２０と、光源２３０と、モニタ２４０と、内視鏡保持具２５０と、内視鏡駆動部２６０と、内視鏡保持具駆動部２７０と、挿入補助具３１０と、挿入補助具保持具３２０と、挿入補助具駆動部３３０と、挿入補助具保持具駆動部３４０とを有する。

入力部１２０は、操作者の指示を取得し、制御部１１０に出力する。入力部１２０は、例えば後述の内視鏡２１０の先端部の位置及び姿勢に関する操作者の希望を取得する。表示部１３０は、制御部１１０によって演算された結果等を表示する。表示部１３０は、例えば現在の内視鏡２１０の形状や位置を表示する。

内視鏡２１０は、体内に挿入される挿入部２１１を有する。挿入部２１１の体内に挿入される側を先端側と称し、体外に保持される側を基端側と称することにする。挿入部２１１の先端付近には、湾曲部２１３が設けられている。湾曲部２１３より基端側は軟性部２１２を含み、湾曲部２１３より先端側は先端硬性部２１４を含む。湾曲部２１３は、例えば挿入部２１１を挿通するワイヤが牽引されることによって湾曲する。

内視鏡制御部２２０は、制御部１１０と内視鏡２１０と光源２３０とモニタ２４０と接続されている。内視鏡制御部２２０は、内視鏡画像の取得等に関して各部を制御する。すなわち、例えば内視鏡制御部２２０は、後述の光源２３０の点灯・消灯等を制御する。また、内視鏡制御部２２０は、例えば内視鏡２１０の先端部に設けられたカメラで撮像された画像の信号を取得し、必要な画像処理等を行い、後述のモニタ２４０に画像を表示させる。

光源２３０は、内視鏡画像を撮影するための照明光の光源である。光源２３０は、内視鏡２１０の先端に光を導く図示しない光ファイバに接続されている。光源２３０は、内視鏡制御部２２０の制御の下、光を射出する。射出された光は、上記光ファイバによって導かれ、内視鏡２１０の先端部に設けられた照明窓から射出され、内視鏡２１０の視野を照らす。モニタ２４０は、内視鏡２１０の先端に設けられたカメラで撮像された画像等を表示するための表示装置である。内視鏡制御部２２０の制御の下、撮像され内視鏡制御部２２０で画像処理された画像を表示する。

内視鏡保持具２５０は、内視鏡２１０の挿入部２１１の基端側を保持する。内視鏡保持具２５０は、後述の内視鏡保持具駆動部２７０によって駆動される。内視鏡保持具２５０は、後述の挿入補助具保持具３２０に対して移動することで、内視鏡２１０の挿入部２１１を後述の挿入補助具３１０に対してその長手方向に移動させ、またその円周方向に回転させる。

内視鏡駆動部２６０は、内視鏡２１０に接続しており、内視鏡２１０の湾曲部２１３を駆動する。内視鏡駆動部２６０は、第１の駆動部２６２と第１の駆動量検出部２６４とを有する。内視鏡駆動部２６０は、第１の駆動部２６２を制御して湾曲部２１３の湾曲状態を変化させる。すなわち、第１の駆動部２６２は、湾曲部２１３に接続されたワイヤを牽引し、湾曲部２１３を湾曲させる。このとき、第１の駆動量検出部２６４は、例えばワイヤの移動量を検出し、湾曲部２１３の湾曲量を算出する。

内視鏡保持具駆動部２７０は、内視鏡保持具２５０に接続しており、内視鏡保持具２５０を駆動し、挿入補助具３１０に対して内視鏡２１０をその長手方向に移動させる。内視鏡保持具駆動部２７０は、第２の駆動部２７２と第２の駆動量検出部２７４とを有する。第２の駆動部２７２は、内視鏡保持具駆動部２７０の制御下で、内視鏡保持具２５０を動作させる。第２の駆動量検出部２７４は、内視鏡保持具２５０の駆動量、すなわち、内視鏡２１０のその長手方向の移動量及び円周方向の回転量を検出する。

挿入補助具３１０は、内視鏡２１０の挿入部２１１の外周を覆う。言い換えると、内視鏡２１０の挿入部は、挿入補助具３１０を挿通する。挿入補助具３１０は、オーバーチューブとも称される。挿入補助具３１０は、後述の挿入補助具駆動部３３０によって駆動される複数の湾曲部を有しており、後述の挿入補助具保持具３２０の位置から挿入補助具３１０の先端までの形状を変化させることができる。挿入補助具保持具３２０は、挿入補助具３１０の基端側を保持する。挿入補助具保持具３２０は、後述の挿入補助具保持具駆動部３４０によって駆動され、挿入補助具３１０を移動させる。

挿入補助具駆動部３３０は、挿入補助具３１０に接続しており、挿入補助具３１０の複数の湾曲部を動作させて各湾曲部を湾曲させることで、挿入補助具３１０の形状を所望の形状とする。挿入補助具駆動部３３０は、第３の駆動部３３２と、第３の駆動量検出部３３４とを有する。第３の駆動部３３２は、挿入補助具駆動部３３０の制御下で、挿入補助具３１０の形状を変化させる。このとき、第３の駆動量検出部３３４は、例えば湾曲部を動作させるワイヤの変位を取得することで挿入補助具３１０の形状を取得する。

挿入補助具保持具駆動部３４０は、挿入補助具保持具３２０に接続しており、挿入補助具保持具３２０を駆動し、挿入補助具３１０を移動させる。挿入補助具保持具駆動部３４０は、第４の駆動部３４２と第４の駆動量検出部３４４とを有する。第４の駆動部３４２は、内視鏡保持具駆動部２７０の制御下で、挿入補助具保持具３２０を動作させる。第４の駆動量検出部３４４は、挿入補助具保持具３２０の駆動量、すなわち、挿入補助具３１０の移動量を検出する。

制御部１１０は、内視鏡駆動部２６０、内視鏡保持具駆動部２７０、挿入補助具駆動部３３０、挿入補助具保持具駆動部３４０、内視鏡制御部２２０等に接続しており、医療機器システム１００の各部を制御する。制御部１１０は、駆動量取得部１１１と、駆動量算出部１１２と、駆動出力算出部１１３と、駆動指令部１１４と、記憶部１１５とを有する。

駆動量取得部１１１は、第１の駆動量検出部２６４から内視鏡２１０の湾曲部２１３の駆動量を、第２の駆動量検出部２７４から内視鏡保持具２５０の駆動量を、第３の駆動量検出部３３４から挿入補助具３１０の各湾曲部の駆動量を、第４の駆動量検出部３４４から挿入補助具保持具駆動部３４０の駆動量を、それぞれ取得する。

駆動量算出部１１２は、内視鏡２１０の先端部を、現在の位置及び姿勢から入力部から入力された操作者が希望する位置及び姿勢まで移動させるために必要な内視鏡２１０の湾曲部２１３の駆動量、内視鏡保持具２５０の駆動量、挿入補助具３１０の各湾曲部の駆動量、及び挿入補助具保持具駆動部３４０の駆動量を算出する。

駆動出力算出部１１３は、駆動量算出部１１２が算出した各部の駆動量を実現するために内視鏡駆動部２６０、内視鏡保持具駆動部２７０、挿入補助具駆動部３３０、及び挿入補助具保持具駆動部３４０に出力する出力値を算出する。駆動指令部１１４は、駆動出力算出部１１３が算出した出力値に基づいて、内視鏡駆動部２６０、内視鏡保持具駆動部２７０、挿入補助具駆動部３３０、及び挿入補助具保持具駆動部３４０に、駆動に関する指令を出力する。記憶部１１５は、上記の各処理に必要な種々の情報を記憶している。

本実施形態に係る医療機器システム１００について、挿入補助具３１０と内視鏡２１０の挿入部２１１部分の構成をさらに説明する。挿入補助具３１０と内視鏡２１０の挿入部２１１部分の構成の概略を図２に示す。この図に示すように、挿入補助具３１０は、ｎ個の関節３１１を有する。これら関節を基端側から順に第１の関節３１１−１乃至第ｎの関節３１１−ｎと称する。

これら関節３１１は、図３のような構造を有する。すなわち、挿入補助具３１０は、複数の円筒形状の湾曲駒３１３（３１３−１，３１３−２，…，３１３−ｎ，３１３−（ｎ＋１））と、複数のリベット形状の軸部材３１４（３１４−１，３１４−２，…，３１４−ｎ）と、複数のワイヤ３１５とを有する。軸部材３１４は、各湾曲駒３１３間を折曲自在に連結して関節を形成している。ワイヤ３１５は、その一端が湾曲駒３１３の関節近傍に固定され、その変位により、軸部材３１４を回転軸として、湾曲駒３１３を回動させる。

湾曲駒３１３と軸部材３１４との連結形態について説明する。先端と基端に配置される湾曲駒を除く各湾曲駒３１３には、その先端側には湾曲駒の円筒中心を挟んで設けられる舌片状の２つの先端側突出部が設けられており、その基端側には先端側突出部と直交する方向（９０度回転させた方向）に湾曲駒の円筒中心を挟んで設けられる舌片状の２つの基端側突出部が設けられている。例えば、湾曲駒３１３−ｉと湾曲駒３１３−（ｉ＋１）とは、湾曲駒３１３−ｉの先端側突起部に開けられた穴と湾曲駒３１３−（ｉ＋１）の基端側突出部に開けられた穴とを重ね合わせ、その穴にリベット形状の軸部材３１４が通ることで回動自在に連結されている。このような自在接ぎ手連結において、所望する湾曲駒３１３に接続されている一対のワイヤ３１５のうちの一方を引くと、軸部材３１４を中心軸として、その湾曲駒３１３が振り動かされる。

本実施形態では、複数段の連結が湾曲駒３１３の前後で９０度ずれた連結形態となっている。したがって、所望する湾曲駒３１３に接続されているワイヤ３１５が適度に牽引されることで、各湾曲駒３１３間が自在に折曲又は延伸する。その結果、挿入補助具３１０の先端は３次元的に所望する位置及び姿勢に変位し得る。なお、図３には図示していないが、連結された湾曲駒３１３の周囲及び内視鏡２１０が挿通される内部は、被覆されている。

図２に戻って説明を続ける。挿入補助具３１０の先端からは、内視鏡２１０の挿入部２１１が突出している。内視鏡の挿入部２１１には、湾曲部２１３が設けられている。湾曲部２１３より基端側の軟性部２１２のうち、挿入補助具３１０から突出している部分は、１０ｃｍ程度より短いので、挿入補助具３１０から突出している軟性部２１２の部分は、直線状とみなすことができる。この直線状の部分の長さは、内視鏡保持具２５０と挿入補助具保持具３２０との位置関係により規定される。また、挿入部２１１は、挿入補助具３１０に対して回転する。この回転も、内視鏡保持具２５０と挿入補助具保持具３２０との位置関係により規定される。

挿入部２１１は、湾曲部２１３で湾曲する。湾曲部２１３よりも先端側の先端硬性部２１４も直線状となっている。ここで、湾曲部２１３も基本的に図３を参照して説明した挿入補助具３１０の関節３１１と同様の構成を有する。すなわち、湾曲部２１３は、関節部分にその一端が接続されたワイヤの牽引によって湾曲する。

図２に示した部分のリンク構造を図４に示す。この図において、第１の関節３１１−１乃至第ｎの関節３１１−ｎは、それぞれ、関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎに相当する。挿入補助具３１０に対する内視鏡２１０の挿入部２１１の長手方向への移動は、関節Ｊ_ｎ＋１に相当する。挿入補助具３１０に対する挿入部２１１の円周方向への回転は、関節Ｊ_ｎ＋２に相当する。内視鏡２１０の湾曲部２１３は、関節Ｊ_ｎ＋３に相当する。

関節Ｊ_１を基盤として座標系Σ_０を定義し、関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３に対してそれぞれ座標系Σ_１乃至Σ_ｎ＋３を、例えばロボットアームの運動学において周知であり、一般的に用いられるＤｅｎａｖｉｔ−Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇの表記法（ＤＨ法）に従って定義する。隣接する２つの座標系間の関係についてＤＨ法に従って、リンク長さａ_ｉ、リンクねじれ角α_ｉ、リンク間距離ｄ_ｉ及びリンク間角度θ_ｉが定義される。

このとき、座標系Σ_ｉ−１に関する座標系Σ_ｉの配置を表す同次座標変換行列^ｉ−１Ｔ_ｉは、下記式（１）で表される。

ここで、Ｓ_ｉ＝ｓｉｎθ_ｉ、Ｃ_ｉ＝ｃｏｓθ_ｉ、Ｓ_α＝ｓｉｎα_ｉ、Ｃ_α＝ｃｏｓα_ｉである。

関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎに相当する挿入補助具３１０の第１の関節３１１−１乃至第ｎの関節３１１−ｎの回転角度をθ_１乃至θ_ｎとする。また、図２に示すように湾曲駒３１３の長手方向の長さによって決まる関節３１１の間隔は、それぞれｌであるとする。挿入補助具３１０の基端から第１の関節３１１−１までの長さはｌ_１とする。第ｎの関節３１１−ｎから挿入補助具３１０の先端までの長さはｌ_ｎとする。また、挿入補助具３１０の先端から内視鏡２１０の湾曲部２１３までの距離をｄＬとし、挿入補助具３１０に対する挿入部２１１の円周方向の回転角度をθ_ｎ＋２とする。また、湾曲部２１３の回転角度をθ_ｎ＋３とし、先端硬性部２１４の長さをｌ_ｔとする。

関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎは回転関節であるので、これらの関節の関節変数はそれぞれθ_１乃至θ_ｎである。関節Ｊ_ｎ＋１は直動関節であるので、この関節の関節変数はｌ_ｎ＋ｄＬとなる。このｌ_ｎ＋ｄＬとなる関節変数をＬ_ｎ＋１とする。関節Ｊ_ｎ＋２と関節Ｊ_ｎ＋３とは回転関節であるので、これらの関節の関節変数はそれぞれθ_ｎ＋２及びθ_ｎ＋３となる。本実施形態では、これらの値を用いてＤＨパラメータが設定される。

システム全体の同次変換行列は、下記式（２）で得られる。

したがって、上記のＤＨパラメータと上記式（２）とを用いて、内視鏡２１０の先端部の位置及び姿勢が求まる。

本実施形態に係る医療機器システム１００の動作を説明する。操作者は、内視鏡２１０の先端部の目標とする位置及び姿勢を入力する。入力部１２０は、操作者による内視鏡２１０の先端部の目標とする位置及び姿勢の指示を受け取り、その指示を表す信号を制御部１１０に出力する。

内視鏡２１０の先端部の位置及び姿勢を、現在の位置及び姿勢から入力部１２０から入力された目標とする位置及び姿勢に変化させる方法について説明する。まず、制御部１１０において、制御部１１０の駆動量取得部１１１は、関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３の変位を取得する。本実施形態では、関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎの回転角度θ_１乃至θ_ｎ、すなわち、第１の関節３１１−１乃至第ｎの関節３１１−ｎの回転角度は、挿入補助具駆動部３３０の第３の駆動量検出部３３４によって取得されている。そこで、制御部１１０の駆動量取得部１１１は、第３の駆動量検出部３３４から回転角度θ_１乃至θ_ｎを取得する。また、関節Ｊ_ｎ＋３の回転角度θ_ｎ＋３、すなわち、湾曲部２１３回転角度は、内視鏡駆動部２６０の第１の駆動量検出部２６４によって取得されている。そこで、制御部１１０の駆動量取得部１１１は、第１の駆動量検出部２６４から回転角度θ_ｎ＋３を取得する。

関節Ｊ_ｎ＋１の移動量Ｌ_ｎ＋１及び関節Ｊ_ｎ＋２の回転角度θ_ｎ＋２は、内視鏡保持具２５０と挿入補助具保持具３２０との位置関係によって求まる。ここで、内視鏡保持具２５０の位置等は内視鏡保持具駆動部２７０の第２の駆動量検出部２７４によって取得されている。また、挿入補助具保持具３２０の位置等は挿入補助具保持具駆動部３４０の第４の駆動量検出部３４４によって取得されている。そこで、制御部１１０の駆動量取得部１１１は、第２の駆動量検出部２７４及び第４の駆動量検出部３４４によって取得された値を取得し、これら値に基づいて関節Ｊ_ｎ＋１の移動量Ｌ_ｎ＋１及び関節Ｊ_ｎ＋２の回転角度θ_ｎ＋２を取得する。

次に、制御部１１０内の駆動量算出部１１２は、内視鏡２１０の先端部の現在の位置及び姿勢から目標とする位置及び姿勢に移動させるために必要な各関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３の駆動量を算出する。現在の関節の状態をｑ_ｎｏｗとする。ここで、現在の関節状態ｑ_ｎｏｗは、関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３の関節変数を用いて下記式（３）で表される。

駆動量算出部１１２は、駆動量取得部１１１から現在の関節状態ｑ_ｎｏｗを取得する。

駆動量算出部１１２は、上記のＤＨパラメータと上記式（２）とを用いて、内視鏡２１０の先端部の現在の位置及び姿勢Ｅ_ｎｏｗを求める。ここで、現在の位置及び姿勢Ｅ_ｎｏｗは、下記式（４）を表す。

ここでｘ_ｎｏｗ，ｙ_ｎｏｗ，ｚ_ｎｏｗ，Ｒｏｌｌ_ｎｏｗ，Ｙａｗ_ｎｏｗ，Ｐｉｔｃｈ_ｎｏｗは、それぞれ内視鏡２１０の先端部の現在のｘ軸方向位置、ｙ軸方向位置、ｚ軸方向位置、ロール、ヨー、及びピッチを表す。

駆動量算出部１１２は、操作者が入力部１２０を用いて入力した内視鏡２１０の先端部の目標とする位置及び姿勢Ｅ_{ｔａｒｇｅｔ}を取得する。ここで、内視鏡２１０の先端部の目標とする位置及び姿勢Ｅ_{ｔａｒｇｅｔ}は、次式（５）で表される。

ここでｘ_{ｔａｒｇｅｔ}，ｙ_{ｔａｒｇｅｔ}，ｚ_{ｔａｒｇｅｔ}，Ｒｏｌｌ_{ｔａｒｇｅｔ}，Ｙａｗ_{ｔａｒｇｅｔ}，Ｐｉｔｃｈ_{ｔａｒｇｅｔ}は、それぞれ内視鏡２１０の先端部の目標とするｘ軸方向位置、ｙ軸方向位置、ｚ軸方向位置、ロール、ヨー、及びピッチを表す。

駆動量算出部１１２は、内視鏡２１０の先端部を現在の位置及び姿勢Ｅ_ｎｏｗから目標とする位置及び姿勢Ｅ_{ｔａｒｇｅｔ}に変位させるために必要な関節変数の変化量Δｑを数値計算により算出する。この数値計算には例えば下記式（６）で表されるヤコビ行列Ｊ（ｑ）を用いる。

駆動量算出部１１２は、この数値計算において、まず、初期値Ｅ_１に現在の位置及び姿勢Ｅ_ｎｏｗを設定する。次に次式（７）の計算を、関節状態ｑが収束するまで繰り返し行う。

その結果得られる関節状態ｑの収束値が求めたい関節変数の変化量Δｑとなる。なお、関節変数の変化量Δｑは次式（８）で表される。

ここでΔθ_１，Δθ_２，…，Δθ_ｎ，ΔＬ_ｎ＋１，Δθ_ｎ＋２，Δθ_ｎ＋３は、内視鏡２１０の先端部を現在の位置及び姿勢Ｅ_ｎｏｗから目標とする位置及び姿勢Ｅ_{ｔａｒｇｅｔ}に変位させるために必要な関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３の関節変数の変化量を表す。

制御部１１０の駆動出力算出部１１３は、駆動量算出部１１２が算出した内視鏡２１０の先端部を現在の位置及び姿勢Ｅ_ｎｏｗから目標とする位置及び姿勢Ｅ_{ｔａｒｇｅｔ}に変位させるために必要な関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３の関節変数の変化量Δθ_１，Δθ_２，…，Δθ_ｎ，ΔＬ_ｎ＋１，Δθ_ｎ＋２，Δθ_ｎ＋３に基づいて、各関節を変化させるために必要な各ワイヤの変位量、及び挿入補助具保持具３２０に対する内視鏡保持具２５０の駆動量を算出する。

制御部１１０の駆動指令部１１４は、駆動出力算出部１１３が算出した各関節を変化させるために必要な各ワイヤの変位量及び挿入補助具保持具３２０に対する内視鏡保持具２５０の駆動量に基づいて、内視鏡駆動部２６０の第１の駆動部２６２、内視鏡保持具駆動部２７０の第２の駆動部２７２、挿入補助具駆動部３３０の第３の駆動部３３２及び挿入補助具保持具駆動部３４０の第４の駆動部３４２に関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３を駆動させるように指令を出力する。駆動指令部１１４の指令に基づいて、第１の駆動部２６２、第２の駆動部２７２、第３の駆動部３３２及び第４の駆動部３４２は、関節Ｊ_１乃至関節Ｊ_ｎ＋３を駆動させる。

以上のようにして、挿入補助具３１０の基端部を基準として内視鏡２１０の先端部は、操作者が希望する位置及び姿勢に移動する。さらに、挿入補助具３１０の基端部の位置、すなわち、挿入補助具保持具３２０の位置を挿入補助具保持具駆動部３４０によって移動させれば、内視鏡２１０の先端部の位置の自由度をさらに上げることができる。

なお、挿入補助具３１０の先端部から内視鏡２１０の湾曲部２１３までの距離ｄＬが大きくなると、その部分の湾曲により、内視鏡２１０の先端部の位置及び姿勢に誤差が生じ得る。そこで、距離ｄＬがあまり大きくならないように上記式（７）を用いた演算において関節変数Ｌ_ｎ＋１に応じた重み係数を乗算するようにしてもよい。

このように、例えば内視鏡２１０の挿入部２１１は、体内に挿入される細長形状の挿入部として機能する。例えば挿入補助具３１０は、能動関節を有し、挿入部が挿通される挿入補助具として機能する。例えば内視鏡保持具２５０及び挿入補助具保持具３２０は、挿入補助具に対する挿入部の位置関係を変化させる保持具として機能する。例えば制御部１１０は、関節の変位と位置関係とを制御して、挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させる制御部として機能する。例えば湾曲部２１３は、挿入部が有する挿入部関節として機能する。例えば内視鏡保持具２５０は、挿入部を保持する挿入部保持具として機能する。例えば挿入補助具保持具３２０は、挿入補助具を保持する挿入補助具保持具として機能する。

本実施形態によれば、細径の内視鏡２１０に多くの関節構造が設けられなくても、必要な関節構造が挿入補助具３１０に設けられることで、システム全体として内視鏡２１０の先端が操作者の所望する位置及び姿勢に移動させられ得る。この際、挿入補助具３１０に対する内視鏡２１０の長手方向への移動及び円周方向への回転も利用される。本実施形態によれば、操作者は、直感的に内視鏡の先端の位置及び姿勢を操作することができる。

消化管内では、空間が狭く内視鏡は周囲を拘束される。これに対して腹腔内など消化管内と異なって空間が広い場合には、内視鏡の可動域が広くなる。本実施形態に係る医療機器システム１００は、腹腔内のように空間が広い場合に特に効果を奏する。したがって、本実施形態は、例えば経管腔的内視鏡手術（ＮａｔｕｒａｌＯｒｉｆｉｃｅＴｒａｎｓｌｕｍｅｎａｌＥｎｄｏｓｃｏｐｉｃＳｕｒｇｅｒｙ；ＮＯＴＥＳ）等においても効果を奏する。

なお、本実施形態では、内視鏡２１０は湾曲部２１３を有するが、湾曲部２１３がなくてもよい。また、本実施形態では内視鏡２１０の湾曲部は一つであるが、複数の湾曲部を有する多段湾曲内視鏡が用いられてもよい。湾曲部の数が増えるほどシステムの自由度は増加する。また、本実施形態ではＤＨ法を用いているが、これは一例であり、その他の方法で関節を定義して各関節の位置関係を求めてもよいことはもちろんである。また、内視鏡に代えて、処置用のマニピュレータ等その他の細長形状の医療機器も挿入補助具に挿通されて用いられ得る。本実施形態では、内視鏡保持具２５０と挿入補助具保持具３２０とが別体であるものとして説明されているが、これらは一体として構成されてもよい。本実施形態では、内視鏡２１０の湾曲部２１３及び挿入補助具３１０の各関節は、ワイヤの牽引により動作する構成として説明したが、その他の構造を有していてもよい。各関節３１０の間隔ｌやその角度は種々の態様に設計され得る。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。

１００…医療機器システム、１１０…制御部、１１１…駆動量取得部、１１２…駆動量算出部、１１３…駆動出力算出部、１１４…駆動指令部、１１５…記憶部、１２０…入力部、１３０…表示部、２１０…内視鏡、２１１…挿入部、２１２…軟性部、２１３…湾曲部、２１４…先端硬性部、２２０…内視鏡制御部、２３０…光源、２４０…モニタ、２５０…内視鏡保持具、２６０…内視鏡駆動部、２６２…第１の駆動部、２６４…第１の駆動量検出部、２７０…内視鏡保持具駆動部、２７２…第２の駆動部、２７４…第２の駆動量検出部、３１０…挿入補助具、３１１…関節、３１３…湾曲駒、３１４…軸部材、３１５…ワイヤ、３２０…挿入補助具保持具、３３０…挿入補助具駆動部、３３２…第３の駆動部、３３４…第３の駆動量検出部、３４０…挿入補助具保持具駆動部、３４２…第４の駆動部、３４４…第４の駆動量検出部。

Claims

体内に挿入される細長形状の挿入部と、
能動関節を有し、前記挿入部が挿通される挿入補助具と、
前記挿入補助具に対する前記挿入部の位置関係を変化させる保持具と、
前記挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させるために必要な前記能動関節の変位と前記位置関係との組み合わせを算出し、当該算出の結果に基づいて前記能動関節の変位と前記位置関係とを制御する制御部と、
を具備することを特徴とする医療機器システム。
前記挿入部は、挿入部関節を有しており、
前記制御部は、さらに前記挿入部関節を制御して前記所定の部位を前記所望の位置及び姿勢に配置させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の医療機器システム。
前記位置関係は、前記挿入補助具に対する前記挿入部の長手方向への直動と前記挿入部の円周方向への回転とを含む動きにより変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の医療機器システム。
前記保持具は、前記挿入部を保持する挿入部保持具と、前記挿入補助具を保持する挿入補助具保持具とを有し、
前記挿入部保持具と前記挿入補助具保持具との動作によって前記位置関係が変化する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の医療機器システム。
前記挿入部は、内視鏡の挿入部である請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の医療機器システム。
体内に挿入される細長形状の挿入部と、
能動関節を有し、前記挿入部が挿通される挿入補助具と、
前記挿入補助具に対する前記挿入部の位置関係を変化させる保持具と、
前記能動関節の変位と前記位置関係とを制御して、前記挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させる制御部と、
を具備し、
前記挿入部は、挿入部関節を有しており、
前記制御部は、さらに前記挿入部関節を制御して前記所定の部位を前記所望の位置及び姿勢に配置させる、
ことを特徴とする医療機器システム。
体内に挿入される細長形状の挿入部と、
能動関節を有し、前記挿入部が挿通される挿入補助具と、
前記挿入補助具に対する前記挿入部の位置関係を変化させる保持具と、
前記能動関節の変位と前記位置関係とを制御して、前記挿入部の所定の部位を所望の位置及び姿勢に配置させる制御部と、
を具備し、
前記保持具は、前記挿入部を保持する挿入部保持具と、前記挿入補助具を保持する挿入補助具保持具とを有し、
前記挿入部保持具と前記挿入補助具保持具との動作によって前記位置関係が変化する、
ことを特徴とする医療機器システム。