JP6084342B2 - 医療用マニピュレータシステムとその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、医療用マニピュレータシステムとその制御方法に関するものである。

従来、マスタ装置側にモータが備えられていて、マスタ装置とスレーブ装置との間に姿勢ズレが生じた場合に、スレーブ装置を固定して、マスタ装置側をスレーブ装置に一致させるように駆動するマスタ・スレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

マスタ装置側にモータが備えられておらず、スレーブ装置との姿勢ズレが減少する方向にマスタ装置が操作された場合にはスレーブ装置の動きをマスタ装置による指示より小さくし、それ以外の方向にはマスタ装置の指示通りに動かすことにより、操作していく内に徐々に姿勢ズレが解消されていく、マスタ・スレーブ方式のマニピュレータシステムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

米国特許第６３６４８８８号公報 米国特許第８４２３１８６号公報

しかしながら、特許文献１のようにマスタ装置側にモータを備えると装置が大がかりとなりコストが増大するという不都合がある。
特許文献２のマニピュレータシステムでは、マスタ装置とスレーブ装置との姿勢ズレが解消するまでの間、マスタ装置を操作する操作者の指示に関わらず、スレーブ装置の動きが姿勢ズレ量に応じて変化してしまうので、操作者は思い通りに動かせないという違和感を覚えるという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、モータを備える大がかりなマスタ側の操作部を使用することなく、操作者の指示通りにスレーブ側の医療用マニピュレータを動かして姿勢ズレを解消することができる医療用マニピュレータシステムとその制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、１以上の関節を有する医療用マニピュレータと、該医療用マニピュレータの前記関節と相似形に構成された操作系と、該操作系によって支持された先端部を有し、該先端部を把持した状態で操作者により操作される操作部と、該操作部に対する操作に応じて前記医療用マニピュレータを制御するよう構成された制御部とを備え、前記操作部の前記先端部には、指令の入力または解除が操作されるスイッチが設けられ、前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が入力された状態において、前記関節と前記操作系との偏差が閾値を超えるか否かを判定し、該偏差が閾値以下である場合には、前記関節が前記操作系の移動量に一致する移動量で動作する第１の動作を行うように制御し、前記偏差が前記閾値を超える場合には、前記関節が前記操作系の角度に近づく第２の動作を行うように制御し、前記偏差が前記閾値を超える場合において、前記スイッチの操作による指令の入力が解除されると、前記関節が前記操作系の角度に近づく動作を停止させるように制御する医療用マニピュレータシステムを提供する。

本態様によれば、操作者が操作部を把持して操作することにより、操作に応じて医療用マニピュレータが制御部により制御される。操作部に設けられたスイッチを操作者が操作すると、制御部がその操作による指令が有効であるか無効であるかを判定し、有効である場合には、操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に医療用マニピュレータの関節が動作させられる姿勢ズレ解消動作が行われる。このとき、操作者は、姿勢ズレの解消を意図してスイッチを操作し、その操作による指令に応じて姿勢ズレが解消される。

一方、スイッチの操作による指令が無効である場合には、姿勢ズレ解消動作が停止される。
すなわち、本態様によれば、スレーブ側となる医療用マニピュレータを動作させるので、マスタ側となる操作部にモータを備える必要がなく、装置をコンパクトにしてコストを低減することができる。また、操作者の意思によるスイッチの操作によって医療用マニピュレータの動作を切り替えるので、操作者の思い通りに医療用マニピュレータを動作させて、違和感を覚えることなく姿勢ズレを解消することができる。

上記態様においては、前記制御部は、前記姿勢ズレが所定の閾値を超える場合に、前記スイッチの操作による指令を有効であると判定してもよい。
このようにすることで、操作者が操作中に姿勢ズレを認識できないほどに姿勢ズレが十分に小さい場合にまで姿勢ズレの解消動作が行われることを防止し、また、姿勢ズレの解消動作の結果、医療用マニピュレータの関節と操作系との姿勢ズレが完全に解消しなくても、十分に小さくなった場合にスイッチの操作による指令を無効にして、姿勢ズレ解消動作を終了させることができる。

上記態様においては、前記制御部は、前記偏差が前記閾値以下の場合において、前記スイッチの操作により指令が解除された場合であっても、前記第１の動作を維持するように制御することとしてもよい。
このようにすることで、操作部の操作による医療用マニピュレータの通常動作中に、誤ってスイッチが操作された場合に、姿勢ズレ解消動作に切り替わってしまうことを防止することができる。

上記態様においては、前記制御部は、前記姿勢ズレが所定の閾値を超える場合に、前記スイッチの操作による指令を無効であると判定してもよい。
このようにすることで、姿勢ズレが大きすぎて、姿勢ズレ解消動作のために医療用マニピュレータが大きく動作しなければならない場合には、姿勢ズレ解消動作時に、周囲に配置されている生体組織に医療用マニピュレータが干渉する可能性が高いので、このような場合には、スイッチが操作されても指令を無効として、姿勢ズレ解消動作が行われないようにすることができる。

上記態様においては、前記制御部は、前記偏差が前記閾値を超えると判定したときに、前記偏差が前記閾値を超えたことを操作者に報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、スイッチの操作により姿勢ズレ解消動作を指令した場合に、姿勢ズレが大きすぎて解消動作が行われないことを報知部による報知によって操作者が認識することができる。

上記態様においては、前記制御部は、前記関節を前記第２の動作で動作させている状態で、前記偏差が閾値以下であると判定したときに、前記偏差が前記閾値以下であることを操作者に報知する報知部を備えていてもよい。
このようにすることで、操作者は報知部による報知によって、姿勢ズレが十分に解消したことを認識でき、スイッチの操作による指令を無効に切り替えて、通常動作に迅速に移行することができる。

上記態様においては、前記制御部は、前記姿勢ズレを解消する方向に前記関節を動作させるときには、所定以下の速度で動作させてもよい。
このようにすることで、姿勢ズレ解消動作における医療用マニピュレータの動作を遅くして、操作者による姿勢ズレ解消動作の中断等の介在を可能とすることができる。

上記態様においては、前記医療用マニピュレータの先端には、生体組織に作用するオン状態と、生体組織に作用しないオフ状態とを切替可能に設けられる処置部が備えられ、前記制御部は、前記スイッチにより指令が入力された状態において、前記偏差が前記閾値を超え、かつ、前記処置部が前記オン状態であると判定した場合には、前記処置部をオン状態からオフ状態に切り替えた後に、前記関節が前記第２の動作を行うように制御することとしてもよい。
また、前記処置部が前記オン状態である場合の前記閾値は、前記処置部が前記オフ状態である場合の前記閾値よりも小さく設定されることとしてもよい。

このようにすることで、処置部がオン状態とされて生体に対する処置が行われている状態で、スイッチの操作による姿勢ズレ解消動作が指令された場合に、関節を動作させる前に処置部をオフ状態に切り替えることで、姿勢ズレ解消動作中における処置部と生体との干渉を極力抑えることができる。

上記態様においては、前記処置部が１以上の関節を備え、前記操作部が、前記医療用マニピュレータの前記関節および前記処置部の前記関節に対応する操作系を有し、前記制御部は、前記スイッチの操作による指令が無効から有効に切り替えられたときに、前記処置部の前記関節を、前記操作部の前記操作系との姿勢ズレを解消する方向に動作させ、前記姿勢ズレが所定の閾値以下であると判定した後に、前記医療用マニピュレータの前記関節を動作させてもよい。
このようにすることで、医療用マニピュレータの関節を動作させる姿勢ズレ解消動作に先立って処置部を操作部の操作系に一致させることにより、解消動作中における処置部と生体との干渉を極力抑えることができる。

上記態様においては、前記操作部に、前記制御部による前記操作部の前記操作系と前記医療用マニピュレータの前記関節との連動を断続させるクラッチスイッチを備えていてもよい。

このようにすることで、操作者はクラッチスイッチを操作して、操作部の操作系と医療用マニピュレータの関節との連動を切断し、かつ、スイッチの操作による指令を無効にすることにより、医療用マニピュレータを動作させることなく、姿勢ズレを小さくする動作を行うことができる。そして、この後に、スイッチの操作による指令を有効に切り替えることにより姿勢ズレ解消動作を行わせ、医療用マニピュレータが少ない移動量で姿勢ズレを解消させることができ、周囲の生体との干渉を極力抑えることができる。このとき、操作者がスイッチから手を離す等、スイッチの操作による指令を無効に切り替えたときには、姿勢ズレ解消動作が停止されて、操作部からの制御は切断状態となり、医療用マニピュレータの関節の動作を停止させることができる。

本発明の他の態様は、１以上の関節を有する医療用マニピュレータを、該医療用マニピュレータの前記関節と相似形に構成された操作系を有する操作部の操作に応じて制御部が制御する医療用マニピュレータの制御方法であって、前記操作部に設けられたスイッチにより指令が入力された状態において、前記関節と前記操作系との偏差が閾値を超えるか否かを判定する判定ステップと、前記スイッチにより指令が入力された状態において、該判定ステップにより、前記偏差が閾値以下であると判定された場合に、前記関節が前記操作系の移動量に一致する移動量で動作するよう前記関節を動作させる通常動作ステップと、前記スイッチにより指令が入力された状態において、前記判定ステップにより、前記偏差が閾値を超えると判定された場合に、前記関節が前記操作系の角度に近づくように前記関節を動作させる姿勢補正ステップと、前記判定ステップにより、前記偏差が前記閾値を超えると判定された場合において、前記スイッチの操作による指令の入力が解除されると、前記関節が前記操作系の角度に近づく動作を停止させる動作停止ステップとを含む医療用マニピュレータシステムの制御方法である。

本発明によれば、モータを備える大がかりなマスタ側の操作部を使用することなく、操作者の指示通りにスレーブ側の医療用マニピュレータを動かして姿勢ズレを解消することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１の医療用マニピュレータシステムに用いられる医療用マニピュレータ、操作部及び制御部を示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムにおいて姿勢ズレが生じている状態の操作部を示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムにおいて姿勢ズレが生じている状態の医療用マニピュレータを示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムにおいて姿勢補正モードが実施されたときの操作部を示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムにおいて姿勢補正モードが実施されたときの医療用マニピュレータを示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムの制御方法を示すフローチャートである。 図１の医療用マニピュレータシステムにおけるスイッチの状態および各関節の角度位置の変化の一例をそれぞれ示す図である。 図６においてスイッチとしてトグルスイッチを用いた場合を示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムの医療用マニピュレータの可動部が２つの関節を備える場合のスイッチの状態および各関節の角度位置の変化の一例をそれぞれ示す図である。 図８と同様の他の動作例を示す図である。 図９においてスイッチとしてトグルスイッチを用いた場合を示す図である。 図１の医療用マニピュレータシステムの制御方法の変形例を示すフローチャートである。 図１の医療用マニピュレータシステムの制御方法の他の変形例を示すフローチャートである。 図１の医療用マニピュレータシステムの制御方法の他の変形例を示すフローチャートである。 図１の医療用マニピュレータシステムの制御方法の他の変形例を示すフローチャートである。 図１の医療用マニピュレータシステムの制御方法の他の変形例を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１は、図１に示されるように、操作者Ｏにより操作される操作部２と、患者Ｐの体腔内に挿入される医療用マニピュレータ３と、操作部２の操作に基づいて医療用マニピュレータ３を制御する制御部４と、モニタ５とを備えている。

医療用マニピュレータ３は、例えば、図２に示されるように、患者Ｐの体腔内に挿入される内視鏡の挿入部Ｓの鉗子チャネルＲを介して患者Ｐの体内に挿入される挿入部６と、該挿入部６の先端に備えられた可動部７と、挿入部６の基端側に配置され、図示しないワイヤ等の動力伝達部材によって可動部７を駆動する駆動部８とを備えている。
可動部７は、最先端に配置され、体内の患部に作用してこれを処置する処置部９と、該処置部９の先端位置および姿勢を変化させる複数の関節Ｂとを備えている。処置部９は、例えば、把持鉗子である。

操作部２は、医療用マニピュレータ３と相似形に構成されており、医療用マニピュレータ３の可動部７と同じ数の関節（操作系）Ａによって支持された先端部１２を備えている。先端部１２は操作者Ｏによって把持される部分であり、操作者Ｏの親指と人差し指とによって把持されたときに親指が接触する先端部分に、スイッチ１３が設けられている。操作部２には、該操作部２を構成している各関節Ａの角度を検出する図示しないセンサが備えられており、センサの出力は制御部４に送られるようになっている。

スイッチ１３は、例えば、押しボタンスイッチである。
また、スイッチ１３は、操作部２と医療用マニピュレータ３との連動を断続するためのクラッチスイッチを兼ねている。
すなわち、制御部４は、スイッチ１３が押されたときに操作部２の各関節Ａと医療用マニピュレータ３の各関節Ｂとの偏差を判定し、全ての関節Ａ，Ｂにおいて偏差が所定の閾値以下である（姿勢ズレが小さい）場合に、クラッチを接続し操作部２と医療用マニピュレータ３とを連動させるようになっている（通常動作モード）。このとき、スイッチ１３を操作することによる、後述する姿勢補正モードへの移行を指示する指令は無効であり、姿勢補正モードへの移行は行われないようになっている。

一方、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、いずれかの関節Ｂにおいて偏差が閾値を超える場合には、制御部４は、スイッチ１３が押されている間に限り、スイッチ１３の操作による姿勢補正モードへの移行の指令が有効であると判定して、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、操作部２の各関節Ａの角度に一致するように（姿勢ズレを解消する方向に）、医療用マニピュレータ３の各関節Ｂを動作させるようになっている（姿勢補正モード）。
この姿勢補正モードでは、制御部４は、所定の速度以下で各関節Ｂを動作させるようになっている。所定の速度とは、例えば、通常動作モードにおける最高速度の１０分の１の速度である。所定の速度の設定は任意である。

スイッチ１３が押されている状態で、操作部２の各関節Ａの角度が医療用マニピュレータ３の各関節Ｂの角度に略一致したとき、すなわち、偏差が閾値以下になったときには、スイッチ１３の操作による指令は無効となり、制御部４はクラッチを接続し、操作部２と医療用マニピュレータ３とを連動させるようになっている（通常動作モード）。クラッチが接続された後には、操作者Ｏがスイッチ１３から手を放しても、制御部４はクラッチの接続状態を維持するようになっている。

クラッチが接続された通常動作モードでは、制御部４は、操作部２の各関節Ａの移動量に一致する移動量で、医療用マニピュレータ３の各関節Ｂを動作させるようになっている。
制御部４は、クラッチが接続されて、操作部２と医療用マニピュレータ３とが連動している状態で、操作部２のスイッチ１３が押された場合に、クラッチを切断し、操作部２と医療用マニピュレータ３との連動を解除するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１の制御方法について以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１を用いて体内の患部を処置するには、患者Ｐの体腔内に内視鏡の挿入部Ｓを挿入し、挿入部Ｓの鉗子チャネルＲを介して患者Ｐの体内に医療用マニピュレータ３を挿入する。医療用マニピュレータ３の挿入時には、クラッチが切断されていて、操作部２と医療用マニピュレータ３との連動が解除されている。

医療用マニピュレータ３の先端の可動部７が体腔内の患部に近接して配置された状態で、操作者Ｏは内視鏡により取得された画像をモニタ５で確認しながら、医療用マニピュレータ３の可動部７と操作部２の先端部１２とが略同等の姿勢となるように操作部２を配置する。この状態で、操作者Ｏが操作部２のスイッチ１３を押すと、制御部４が、図５に示されるフローチャートに従って、医療用マニピュレータ３を制御する。

すなわち、操作部２のスイッチ１３が押されている場合には（ステップＳ１）、操作部２の各関節Ａと医療用マニピュレータ３の各関節Ｂとの偏差が判定され（判定ステップＳ２）、いずれかの関節Ｂの偏差が所定の閾値を超える（姿勢ズレが生じている）場合には、スイッチ１３の操作による指令が有効であり、姿勢補正モードに移行する（ｔ１）。

これにより、制御部４は、スイッチ１３が押されている間、医療用マニピュレータ３の各関節Ｂの角度が、操作部２の各関節Ａの角度と略一致するように医療用マニピュレータ３の各関節Ｂを所定の速度で動作させる（姿勢補正ステップＳ３）。姿勢補正ステップＳ３においては、図６に示されるように、医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度は、操作部２の関節Ａの角度に近づいていく（図６には、説明を簡単にするために、１つの関節の動作のみを示している。）。

この姿勢補正モードにおいては、操作部２に設けられたスイッチ１３を押している間に実施されるので、操作部２の各関節Ａも操作者Ｏによって動かされる場合があり、その場合には、医療用マニピュレータ３の各関節Ｂは、操作部２の新たな各関節Ａの角度に略一致させるように作動していくことになる。操作者Ｏがスイッチ１３から手を放すと、姿勢補正モードは解除され、操作部２の各関節Ａの動作に関わらず、医療用マニピュレータ３の各関節Ｂの動作は停止した状態に維持される（ｔ２〜ｔ３）。

姿勢補正モードで医療用マニピュレータ３の各関節Ｂが動作している状態では、各関節Ｂは、所定の速度以下の速度で動作するので、操作者Ｏは、モニタ５で内視鏡画像を確認することにより、医療用マニピュレータ３が周囲の体組織に干渉するか否かを判断し、干渉しそうな場合には、スイッチ１３から手を放すことにより、医療用マニピュレータ３を停止させ、干渉を回避することができる。

この状態で、操作者Ｏがスイッチ１３を押すことなく、医療用マニピュレータ３の状態に近接させるように操作部２を移動させた後に、再度スイッチ１３を押す（ｔ３）ことによって姿勢補正モードに切り替えて、周囲の体組織に干渉させることなく、医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度を、操作部２の関節Ａの角度に近づけていくことができる。医療用マニピュレータ３の各関節Ｂの角度が、操作部２の各関節Ａの角度と略一致する（ｔ４）と、姿勢補正モードが解除されるとともに、クラッチが接続されて（ステップＳ４）、操作部２と医療用マニピュレータ３とが連動する通常動作モードとなる。

すなわち、この状態で、スイッチ１３の操作による指令が無効になるので、その後に、操作者Ｏは、通常動作モードを維持したまま、任意のタイミングでスイッチ１３から手を放すことができ（ｔ５）、操作部２と医療用マニピュレータ３との姿勢ズレが解消された状態で違和感なく医療用マニピュレータ３を操作することができる（通常動作ステップＳ５）。

本実施形態によれば、操作部２にモータを備えずに済むので、大がかりな装置が不要であり、また、スイッチ１３を押すことによる操作者Ｏの指示通りに医療用マニピュレータ３を動かして姿勢ズレを解消することができる。
操作部２と医療用マニピュレータ３との連動を切断したい場合には、操作部２のスイッチ１３を再度押すことにより、クラッチを切断することができる（ｔ６）。

本実施形態においては、スイッチ１３の状態と、操作部２および医療用マニピュレータ３の状態とに基づいて動作モードを切り替えることとしたが、これに代えて、図７に示されるように、有効と無効の２つの状態を切り替えるトグルスイッチを採用してもよい。
本実施形態においては、操作部２に設けた姿勢補正モードへの切替のためのスイッチ１３を操作部２と医療用マニピュレータ３との連動を断続するクラッチを操作するためのスイッチとしても利用することとした。これに代えて、クラッチ用のスイッチは、スイッチ１３と兼用することなく別個に設けることにしてもよい。

本実施形態においては、姿勢補正モードによる操作部２の動作中に、姿勢ズレが解消したときには、そのまま姿勢補正モードから通常動作モードに移行することとしたが、姿勢ズレが解消した時点（ｔ４）で、通常動作モードに移行したことをモニタ表示等によって操作者Ｏに報知することにしてもよい。これに代えて、あるいはこれに加えて、アラーム（音）で報知してもよい。
このようにすることで、姿勢ズレが解消した後に通常動作モードに移行したことをモニタ５の画像を確認するだけでは認識しにくい熟練度の低い操作者Ｏにも、操作者Ｏの熟練度に関わらずモード移行をスムーズに認識させることができる。

本実施形態においては、１つの関節Ｂのみの動作を例示したが、可動部７が複数の関節Ｂ１，Ｂ２を有している場合には、図８に示されるように、先に姿勢ズレが解消した関節Ｂ１については、その時点（ｔ１０）で、クラッチを接続することなく操作部２の関節Ａ１の動作に追従させる擬似的な通常動作モードに移行し、全ての関節Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の姿勢ズレが解消した時点（ｔ１１）で、クラッチを接続して通常動作モードに移行することにすればよい。

図９は、１つの関節Ａ１，Ｂ１の姿勢ズレが解消し（ｔ１２）、他の関節Ａ２，Ｂ２の姿勢ズレが解消していない状態で、操作者Ｏがスイッチ１３から手を放した場合（ｔ１３）の動作を説明する図である。スイッチ１３から手を放した瞬間にはクラッチがまだ接続されていないので、医療用マニピュレータ３の全ての関節Ｂ１，Ｂ２は停止し、再び姿勢ズレが発生する。そして、スイッチ１３が再度押されることにより（ｔ１４）、姿勢補正モードが再開されるようになっている。図９においては、時間ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１５〜ｔ１６の間、医療用マニピュレータ３の関節Ｂ１については擬似的な通常動作モードとなり、時間ｔ１６の時点でクラッチが接続されて通常動作モードとなる。
図１０はトグルスイッチを用いた場合の同じ動作を説明する図である。

一部の関節Ａ１，Ｂ１の姿勢ズレが解消したときに、クラッチが接続されていない状態で医療用マニピュレータ３の関節Ｂ２の動作を操作部２の関節Ａ２の動作に追従させる擬似的な通常動作モードに移行することとしたが、これに代えて、関節Ｂ１，Ｂ２毎にクラッチを設け、姿勢ズレが解消した関節Ｂ１，Ｂ２からクラッチを接続して通常動作モードに移行することにしてもよい。

本実施形態においては、図１１に示されるように、スイッチ１３が押された場合には（ステップＳ１）、クラッチにより操作部２と医療用マニピュレータ３との連動が解除されているか否かを判定し（ステップＳ１１）、クラッチが切断されていることを条件として姿勢補正モードに移行できることとしてもよい。姿勢補正モードの最中に操作部２と医療用マニピュレータ３とが連動していると、予期せぬ方向に医療用マニピュレータ３の先端が移動することになり、好ましくない場合がある。操作部２と医療用マニピュレータ３との連動が解除されていることを条件とすることで、そのような不都合の発生を未然に防止することができる。

姿勢補正モードにおいて医療用マニピュレータ３の各関節Ｂが動作している状態で、操作部２の各関節Ａの角度が変化した場合には、新たな角度位置に医療用マニピュレータ３の各関節Ｂを追随させることとしたが、操作部２の各関節Ａの角度が所定の閾値を超えて変化した場合には、姿勢補正モードを停止することにしてもよい。これにより、姿勢ズレ解消動作中に操作部２を手で大きく動かした場合、姿勢補正モードを停止させて周辺の臓器等との接触を回避することができる。

通常動作モードによって医療用マニピュレータ３を操作している最中に、過負荷等の理由によって操作部２の関節Ａの角度と医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度との偏差が所定の閾値以上となった場合には、クラッチを切断することにしてもよい。

本実施形態においては、操作部２のスイッチ１３が押された場合には、操作部２の関節Ａと医療用マニピュレータ３の関節Ｂとの間に姿勢ズレが生じていれば、常に姿勢補正モードに切り替わることとした。これに代えて、図１２に示されるように、制御部４が、操作部２と医療用マニピュレータ３との姿勢ズレを監視していて、操作部２の関節Ａの角度と医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度との偏差を判定し（ステップＳ１００）、判定された偏差が、所定の第１閾値以下の場合に姿勢補正モードへの移行を可能とし、第１閾値を超える場合には、アラーム（報知部）を報知する（ステップＳ１０１）ことにしてもよい。
第１閾値は、判定ステップＳ２において姿勢補正モードを開始または終了させるための閾値（図１２では第２閾値として記載している。）よりも十分に大きな値である。

操作部２の関節Ａの角度と医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度との偏差が所定の閾値を超えている場合に姿勢補正モードへの移行を可能にすると、姿勢補正モードによって医療用マニピュレータ３の関節Ｂが大きく動作することになる。このため、スイッチ１３によって各関節Ｂを自動的に動作させる場合には、医療用マニピュレータ３の先端部が思わぬ方向に動作して体組織に干渉する可能性が高くなる。したがって、このような場合には姿勢補正モードへの移行を禁止して、手動で操作部２の関節Ａの角度を医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度に近づけた後に初めて姿勢補正モードへの移行を可能にすることにより、干渉を回避することができる。

図１２のアラームとしては、姿勢ズレが大きいことを操作者Ｏに対して報知することが挙げられる。この場合に、操作者Ｏに対して姿勢ズレを減少させる方向に操作部２を操作するよう促すことにしてもよい。
操作者Ｏに操作を促す方法の一例としては、モニタ５等に、一致させる対象となる処置部９の姿勢、もしくは一致させた場合の操作部２の姿勢をＣＧ（コンピュータグラフィックス）等で表現して一致させる方向を指示してもよい。

このようにすることで、処置部９の関節の一部が内視鏡画像内に入っていない場合など、操作者Ｏが処置部９の姿勢を正確に認識しにくい場合でも、操作者Ｏに姿勢ズレを減少させる方向を知らせることができる。
操作者Ｏがアラームに応じて操作部２を操作することにより、各関節角度の偏差が所定の第１閾値以下となった場合には、制御部４が操作者Ｏに対してスイッチ１３を押すことを要求（ステップＳ１０２）すればよい。

操作者Ｏが要求に応じてスイッチ１３を押すことにより、偏差が小さい状態から姿勢補正モードが開始されるので、姿勢ズレを解消して通常動作モードに移行するまでの時間を短縮することができるという利点がある。偏差が大きい状態からの姿勢補正モードへの移行を禁止することで、医療用マニピュレータ３の先端部が思わぬ方向に動作することを防止し、周囲の体組織への干渉の可能性を低減することができる。

通常動作モードにおける操作中に、操作部２の関節Ａの角度と医療用マニピュレータ３の関節Ｂの角度との偏差が第１閾値を超えた場合には、クラッチを切断して操作部２と医療用マニピュレータ３との連動を解除し、操作部２の各関節Ａの角度を医療用マニピュレータ３の各関節Ｂの角度に近づけるように指示することにしてもよい。

図１３に示されるように、スイッチ１３が押されたときに、偏差が閾値を超えている場合には、まず、医療用マニピュレータ３の先端に設けられた処置部９の状態を判定し（ステップＳ２１）、処置部９がオン状態である場合には、オフ状態に切り替えた後に（ステップＳ２２）、姿勢補正モードを実行することにしてもよい。
ここで、オン状態とは、処置部９が生体に作用する状態であり、把持鉗子の場合には、先端が生体を把持するように閉じている状態を意味する。オフ状態とは、処置部９が生体に作用しない状態であり、把持鉗子の場合には先端が開いている状態を意味している。

処置部９としては把持鉗子を例示したが、これに代えて、ステープラ、持針器、剪刃、または吸引器等を採用してもよい。
ステープラ、持針器、または剪刃の場合には、把持鉗子と同様に、生体を把持するように閉じている状態がオン状態、開いている状態がオフ状態である。吸引器の場合には、吸引している状態がオン状態、吸引していない状態がオフ状態である。処置部９のオンオフを切り替えるための操作部２としては、グリッパ式、レバー式あるいはプッシュスイッチ式等の任意の方式を採用することができる。

このようにすることで、ステープラ、持針器、または剪刃が生体を把持しているオン状態、あるいは、吸引器が生体に作用しているオン状態で姿勢補正モードが作動することが防止され、オン状態で動作してしまうことによって生体に負担がかかる不都合の発生を防止することができるという利点がある。

把持鉗子として、エネルギを供給できないものを例示したが、これに代えて、モノポーラ、バイポーラ、または超音波等のエネルギを供給できるものを採用してもよい。
この場合、姿勢補正モードは、把持鉗子がオフ状態で、かつ、エネルギが供給されていない状態で実行される。これにより、オン状態での姿勢補正モードの作動防止に加え、オフ状態であってもエネルギが供給されているときに姿勢補正モードが作動することが防止される。

処置部９が一以上の関節を有し、操作部２に処置部９の関節に対応する関節が設けられている場合に、スイッチ１３が押されることにより姿勢補正モードが開始されたときには、図１４に示されるように、処置部９の各関節の姿勢ズレを判定して（ステップＳ３０）、まず、処置部９の関節の姿勢ズレが解消された後に（ステップＳ３１）、他の関節の姿勢ズレの解消動作（ステップＳ３２）が行われることが好ましい。

この場合に処置部９の関節についてのクラッチは常時接続状態に維持することにしてもよい。姿勢補正モードにおいて姿勢ズレの解消動作ステップＳ３２が行われている途中でも、操作者Ｏがモニタ５において処置部９を操作する必要が生じた場合に、いつでも処置部９を操作することができ、生体に負担がかかることを防止しつつ、操作部２と医療用マニピュレータ３との姿勢ズレを解消することができる。

処置部９がオン状態かオフ状態かに応じて、姿勢補正モードに移行する際の第１閾値を切り替える（ステップＳ１２）ことにしてもよい。例えば、図１５に示されるように、処置部９がオン状態である場合には、第１閾値を小さく設定し（ステップＳ１３）、処置部９がオフ状態である場合には、第１閾値を大きく設定すればよい（ステップＳ１４）。そして、処置部９の関節の角度と他の関節の角度との偏差が設定された第１閾値を超えるか判定し（ステップＳ１５）、判定された偏差が、所定の第１閾値以下の場合に姿勢補正モードへの移行を可能とし、第１閾値を超える場合には、医療用マニピュレータ３を停止させる。
このようにすることで、処置部９が生体に作用している状態では、姿勢ズレが大きい状態から姿勢補正モードに移行しないようにして、生体にかかる負担を軽減することができる。

本実施形態においては、姿勢補正モードにおける医療用マニピュレータ３の各関節Ｂを同じ速度で動作させることとしたが、これに代えて、関節Ｂ毎に速度を異ならせることにしてもよい。
この場合、偏差の大きさに応じて速度を変化させることにしてもよい。このようにすることで、全ての関節Ｂの姿勢補正動作を略同時に終了させることができ、操作者Ｏが終了を認識しやすくすることができる。

本実施形態においては、姿勢補正モードにおける医療用マニピュレータ３の各関節Ｂを同時に動作させることとしたが、これに代えて、関節Ｂ毎に順番に動作させることにしてもよい。
例えば、可動部７の根元側の関節Ｂから順に姿勢ズレを解消してもよい。このようにすることで、姿勢補正モードの進行状況を容易に確認することができる。

処置部９の先端が大きく動かない順序で関節Ｂを動作させてもよい。
可動部７の中心軸に対する各関節Ｂの最大距離が最小になる順序で関節Ｂを動作させてもよい。
このようにすることで、可動部７を作動させたときに周囲の体組織との干渉を最小限に抑えることができる。

姿勢補正モードの初期には各関節Ｂを低速度で動作させ、その後、速度を高くして動作させることにしてもよい。このようにすることで、姿勢補正モードの初期において可動部７と体組織との干渉の有無を確認することができ、干渉のないことが確認された後には高速動作により早期に姿勢ズレを解消することができる。

本実施形態においては、操作部２として医療用マニピュレータ３と相似形のものを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の形式の操作部を採用することができる。例えば、医療用マニピュレータ３と操作部２とが異構造の場合には、医療用マニピュレータ３先端の姿勢と操作部２の把持部の姿勢とが一致するように、各関節Ｂの駆動量を逆運動学を解くことで計算し、姿勢一致を実現してもよい。

１ 医療用マニピュレータシステム
２ 操作部
３ 医療用マニピュレータ
４ 制御部
９ 処置部
１３ スイッチ
Ａ，Ａ１，Ａ２ 操作部の関節（操作系）
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 医療用マニピュレータの関節
Ｏ 操作者
Ｐ 患者
Ｓ２ 判定ステップ
Ｓ３ 姿勢補正ステップ
Ｓ５ 通常動作ステップ

Claims (9)

1. １以上の関節を有する医療用マニピュレータと、
   該医療用マニピュレータの前記関節と相似形に構成された操作系と、該操作系によって支持された先端部を有し、該先端部を把持した状態で操作者により操作される操作部と、
   該操作部に対する操作に応じて前記医療用マニピュレータを制御するよう構成された制御部とを備え、
   前記操作部の前記先端部には、指令の入力または解除が操作されるスイッチが設けられ、
   前記制御部は、
   前記スイッチの操作による指令が入力された状態において、前記関節と前記操作系との偏差が閾値を超えるか否かを判定し、
   該偏差が閾値以下である場合には、前記関節が前記操作系の移動量に一致する移動量で動作する第１の動作を行うように制御し、
   前記偏差が前記閾値を超える場合には、前記関節が前記操作系の角度に近づく第２の動作を行うように制御し、
   前記偏差が前記閾値を超える場合において、前記スイッチの操作による指令の入力が解除されると、前記関節が前記操作系の角度に近づく動作を停止させるように制御する医療用マニピュレータシステム。
2. 前記制御部は、前記偏差が前記閾値以下の場合において、前記スイッチの操作により指令が解除された場合であっても、前記第１の動作を維持するように制御する請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
3. 前記制御部は、前記偏差が前記閾値を超えると判定したときに、前記偏差が前記閾値を超えたことを操作者に報知する報知部を備える請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
4. 前記制御部は、前記関節を前記第２の動作で動作させている状態で、前記偏差が閾値以下であると判定したときに、前記偏差が前記閾値以下であることを操作者に報知する報知部を備える請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
5. 前記医療用マニピュレータの先端には、生体組織に作用するオン状態と、生体組織に作用しないオフ状態とを切替可能に設けられる処置部が備えられ、
   前記制御部は、前記スイッチにより指令が入力された状態において、前記偏差が前記閾値を超え、かつ、前記処置部が前記オン状態であると判定した場合には、前記処置部をオン状態からオフ状態に切り替えた後に、前記関節が前記第２の動作を行うように制御する請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
6. 前記操作部は、前記操作部の前記操作系と前記医療用マニピュレータの前記関節との連動を断続させるクラッチスイッチを備える請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
7. １以上の関節を有する医療用マニピュレータを、該医療用マニピュレータの前記関節と相似形に構成された操作系を有する操作部の操作に応じて制御部が制御する医療用マニピュレータの制御方法であって、
   前記操作部に設けられたスイッチにより指令が入力された状態において、前記関節と前記操作系との偏差が閾値を超えるか否かを判定する判定ステップと、
   前記スイッチにより指令が入力された状態において、該判定ステップにより、前記偏差が閾値以下であると判定された場合に、前記関節が前記操作系の移動量に一致する移動量で動作するよう前記関節を動作させる通常動作ステップと、
   前記スイッチにより指令が入力された状態において、前記判定ステップにより、前記偏差が閾値を超えると判定された場合に、前記関節が前記操作系の角度に近づくように前記関節を動作させる姿勢補正ステップと、
   前記判定ステップにより、前記偏差が前記閾値を超えると判定された場合において、前記スイッチの操作による指令の入力が解除されると、前記関節が前記操作系の角度に近づく動作を停止させる動作停止ステップとを含む医療用マニピュレータシステムの制御方法。
8. 前記処置部が前記オン状態である場合の前記閾値は、前記処置部が前記オフ状態である場合の前記閾値よりも小さく設定される、請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
9. 前記制御部は、前記偏差が前記閾値以下の場合において、前記スイッチの操作により指令が解除された場合であっても、前記クラッチスイッチの接続が維持される請求項６に記載の医療用マニピュレータシステム。

Images