JP6113376B2 - 医療用マニピュレータシステム - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、細長い軟性の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた可動部と、前記挿入部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備える軟性マニピュレータと、操作者により操作され、前記軟性マニピュレータの動作指令を入力する操作入力部と、該操作入力部により入力された動作指令に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部と、前記軟性マニピュレータにより処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部と、前記処置部位特定情報に基づいて前記駆動部を制御するためのマスタスレーブスケール比を設定する情報制御部とを備え、前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部により設定されたマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御し、前記マスタスレーブスケール比は前記挿入部の湾曲角の合計が大きくなる処置部位ほど大きくなる医療用マニピュレータシステムである。
このようにすることで、より剛性の高いガイド部材を患者の体内に挿入し、該ガイド部材によって軟性マニピュレータの挿入を案内させることで、軟性マニピュレータを単独で体内に挿入する場合と比較して挿入経路のブレを低減し、選択されたマスタスレーブスケール比に基づく制御精度を向上することができる。
このようにすることで、操作者が処置部位名を入力するだけで、処置部位を特定することができ、簡易に適正なマスタスレーブスケール比を読み出して精度よく制御することができる。処置部位名としては臓器名の他、臓器の各部に設定された記号,部位を示した絵等であってもよい。
このようにすることで、小さい臓器の場合には、認識し易い臓器名によって処置部位を特定することができ、簡易に適正なマスタスレーブスケール比を読み出して駆動部を精度よく制御することができる。
このようにすることで、臓器が大きい場合に、臓器内の処置部位をさらに細かく特定することができ、それに応じてマスタスレーブスケール比の設定をさらに細かく行うことができる。
このようにすることで、情報入力部に入力された挿入部の挿入長さにより、想定される経路に沿って挿入された場合の軟性マニピュレータの先端位置を処置部位として特定することができる。
このようにすることで、処置部位名により処置部位を特定し、挿入長さによって、特定された処置部位内のさらに細かい範囲を特定することができる。例えば、処置部位名によって特定された処置部位が湾曲部分に存在する場合、挿入長さが変化すると湾曲角が変化する。したがって、挿入長さによってマスタスレーブスケール比を補正することができ、より綿密に駆動部を制御することができる。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム1は、例えば、図1に示されるように、操作者Aにより操作される操作入力装置(操作入力部)2と、患者Pの体腔内に挿入される軟性マニピュレータ3と、操作入力装置2への操作入力に基づいて軟性マニピュレータ3を制御する軟性マニピュレータ制御装置4と、モニタ5とを備えている。
ワイヤ9は、挿入部6内に形成された経路に沿って配置され、モータ15によって発生した駆動力から変換機構11によって変換された張力を把持部7まで伝達するようになっている。
制御パラメータP1〜P3としては、マスタスレーブスケール比が挙げられる。マスタスレーブスケール比は、操作入力装置2の操作量に対して、把持部7の動作量をどの程度にするのかを決定するパラメータである。
例えば、図4〜図6に示されるように、臓器として大腸の内、下行結腸、横行結腸あるいは上行結腸の処置を行う場合を例示して説明する。
図5に示されるように、処置部位が横行結腸である場合には、さらに1つの湾曲部分を通過する必要があり、湾曲角の合計θallは、θall=θ0+θ1+θ2である。
さらに、図6に示されるように、処置部位が上行結腸である場合には、横行結腸から上行結腸に至るまでにさらに1つの湾曲部分を通過する必要があり、湾曲角の合計θallは、θall=θ0+θ1+θ2+θ3である。
Tout=Tineμθ
ここで、μはワイヤ9の摩擦係数、θは湾曲角である。
また、張力Tin,Toutの差分により、ワイヤ9が伸ばされるので、
Kdx=Tout−Tin
ここで、Kはワイヤ9のバネ定数、dxはワイヤ9の伸びである。
dx=(Tin(eμθ−1))/K
となり、ワイヤ9の伸びは湾曲角の関数であり、曲率半径には依存しないことがわかる。
本実施形態に係る軟性マニピュレータ3を用いて患者Pの体腔内に位置する患部を処置するには、操作者Aは、まず、情報入力部12から患部が位置する処置部位名、例えば、臓器名を入力する。例えば、情報入力部12は、モニタ5に複数の臓器名が表示され、操作者Aがいずれかの臓器名を選択することにより、処置部位名としての臓器名が入力される。
この状態で、操作者Aが操作入力装置2を操作して駆動部8の動作指令を入力すると、制御部14は、入力された動作指令に従って駆動部8を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動部8に対して出力する。
また、内視鏡やオーバーチューブ10に代えて、軟性マニピュレータ3の挿入部6に沿って固定されるワイヤ9のような部材をガイド部材として採用してもよい。
また、大腸等のように軟性マニピュレータ3の挿入部6の湾曲形状が大まかに決定できる臓器の他、胃や膀胱のように内部に広い空間を有し、挿入部6が複数の湾曲形状をとり得る臓器であっても、図9に示されるように、挿入方向と処置部位Bとの関係から空間内での湾曲形態をある程度決定できる。したがって、この場合にも、本発明を同様に適用することができる。
特に、個人差により臓器の形状が異なる場合には、制御部14は、異なる部分による湾曲角度を補正した湾曲角度の合計値を算出し、算出された湾曲角度の合計値に基づいて制御パラメータを算出してもよい。例えば、αループを有する患者Pの場合には、αループ分の湾曲角度を加算する補正を施すことにすればよい。
2 操作入力装置(操作入力部)
3 軟性マニピュレータ
6 挿入部
7 把持部(可動部)
8 駆動部
9 ワイヤ(ガイド部材)
10 オーバーチューブ(ガイド部材)
12 情報入力部
13 情報記憶部(情報制御部)
14 制御部(駆動制御部)
A 操作者
Claims (8)
- 細長い軟性の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた可動部と、前記挿入部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備える軟性マニピュレータと、
操作者により操作され、前記軟性マニピュレータの動作指令を入力する操作入力部と、
該操作入力部により入力された動作指令に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部と、
前記軟性マニピュレータにより処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部と、
前記処置部位特定情報に基づいて前記駆動部を制御するためのマスタスレーブスケール比を設定する情報制御部とを備え、
前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部にて設定したマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御し、前記マスタスレーブスケール比は前記挿入部の湾曲角の合計が大きくなる処置部位ほど大きくなる医療用マニピュレータシステム。 - 前記情報制御部が、前記処置部位特定情報と前記マスタスレーブスケール比とを対応づけて記憶し、
前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部から読み出したマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御する請求項1に記載の医療用マニピュレータシステム。 - 前記挿入部よりも高い剛性を有し、前記挿入部を案内するガイド部材を備える請求項1または請求項2に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記処置部位特定情報が、処置部位名を含む請求項1または請求項2に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記処置部位名が、臓器名である請求項4に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記処置部位名が、臓器名および挿入深さに応じて区画されたセクション名である請求項4に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記処置部位特定情報が、患者の体内への前記挿入部の挿入長さである請求項1または請求項2に記載の医療用マニピュレータシステム。
- 前記処置部位特定情報が、処置部位名および患者の体内への前記挿入部の挿入長さである請求項1または請求項2に記載の医療用マニピュレータシステム。
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