JP6120715B2 - 医療システム - Google Patents

Description

本発明は、外科手術において患者の体内に挿入し、患者体内において処置を行うことのできる医療処置具を使用する医療システムに関するものである。

現在、患者の体表に体表と体内を挿通するトロッカを差し込み、トロッカから各種医療器具を挿入し、患者の体内において各種施術、検診を行う腹腔鏡手術が行われている。この腹腔鏡手術は、患者の体表における切開部が小さくてすむため、患者に対する負担が少なくてすむ一方、患者の体内を内視鏡で観察しつつ施術を行う必要があるため、内視鏡での視認性、医療用器具の操作性の向上が必要とされている。

特許文献１には、処置部と操作部の自由度配置を一致させ、処置部での姿勢が操作部の姿勢と同じになるように、処置部の駆動部を駆動することで、医療用器具の操作性の向上を図ることが開示されている。

特許文献２には、トロッカの傾斜角を検出することで、医療処置具の先端が観察デバイス（内視鏡）の観察範囲を切り替える治療システムが開示されている。

特許第４０１４７９２号公報 特開２００７−３０１３７８号公報

本発明に係る医療システムは、
使用者が把持する第１の把持部に連結した第１のシャフトと、
前記第１のシャフトの先端に配設された第１のエンドエフェクタと、
前記第１のシャフトに対する前記第１のエンドエフェクタの角度を調整する可動関節と、
前記可動関節を駆動する駆動部と、を備え、制御対象となる医療処置具と、
使用者が把持する第２の把持部に連結した第２のシャフトと、
前記第２のシャフトの先端に配設された第２のエンドエフェクタと、を備え、制御主となる医療用器具と、
前記制御対象となる医療処置具が挿入される挿通孔を有する第１のトロッカと、
前記制御主となる医療用器具が挿入される挿通孔を有する第２のトロッカと、
前記第２のエンドエフェクタの角度を少なくとも含んだセンサ信号を出力するセンサと、
前記センサが出力するセンサ信号に基づいて追従基準を設定し、前記追従基準に前記第１のエンドエフェクタの角度が追従するように前記駆動部を駆動する追従処理を実行可能とするコントローラと、を備える。

さらに本発明に係る医療システムにおいて、
前記センサは、前記第２のトロッカもしくは前記制御主となる医療用器具に配設された傾斜角検出センサである。

さらに本発明に係る医療システムにおいて、
前記センサは、前記第２のトロッカに対する前記制御主となる医療用器具の直進方向の移動量を検出する進退量検出センサを含む。

さらに本発明に係る医療システムにおいて、
前記センサは、前記第２のトロッカに対する前記制御主となる医療用器具の回転量を検出する回転量検出センサを含む。

さらに本発明に係る医療システムは、
操作に基づく操作信号を出力する方向入力部を備え、
前記コントローラは、前記方向入力部からの操作信号に基づいて、前記駆動部を駆動し、前記第１のエンドエフェクタの角度を調整する操作処理を実行可能とする。

さらに本発明に係る医療システムは、
操作に基づく切替信号を出力するモード入力部を備え、
前記コントローラは、前記モード入力部からのモード信号に基づいて、前記追従処理と前記操作処理を切り替える切替処理を実行可能とする。

さらに本発明に係る医療システムにおいて、
前記制御主となる医療用器具は、前記第１のシャフトに対する前記第１のエンドエフェクタの角度を調整する可動関節を備えた医療処置具である。

さらに本発明に係る医療システムにおいて、
前記追従処理は、前記センサが出力するセンサ信号と前記制御主となる医療用器具の可動関節の状態に基づいて追従基準を設定する。

さらに本発明に係る医療システムは、
操作に基づく切替信号を出力する主従切替入力部を備え、
前記コントローラは、前記主従切替入力部からの切替信号に基づいて、前記制御主と前記制御対象とを切り替える処理を実行可能とする。

医療用器具（鉗子）を使用した腹腔鏡手術の様子を示す図 本発明の実施形態に係るトロッカの外観を示す図 本発明の実施形態に係るトロッカの内部構成を示す図 本発明の実施形態に係るトロッカセンサの構成を示す模式図 本発明の実施形態に係る相対位置センサの各種構成を示す模式図 本発明の実施形態に係るトロッカの位置合わせについて説明する図 本発明の実施形態に係る医療処置具（鉗子）の構成、制御形態を示す図 本発明の実施形態に係る医療システムの制御構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例１）を示す図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例２）を示す図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例３）を示す図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例４）を示す図 本発明の実施形態に係る医療システムの制御構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例５）を示す図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例６）を示す図 本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例７）を示す図

図１は、鉗子２を使用した腹腔鏡手術の様子を示したものである。腹腔鏡手術では、患者の腹部などに複数の穴を開け、撮像部、鉗子、（電気）メスといった各種医療用器具を挿入し、撮像部で撮像された映像を確認することで、患部の観察、施術が行われる。この腹腔鏡手術は、切開領域が少なくて済むため、患者に対する負担を軽減することが可能である。

腹腔鏡手術では、患者の体壁に開けた穴にトロッカ（チャネル）１ａ〜１ｄと呼ばれる管を差し込み、このトロッカ１ａ〜１ｄを介して患者の体内に各種医療用器具が挿入される。図に示されるトロッカー１ｄには、鉗子２（医療処置具）が差し込まれた状態が示されている。トロッカー１ｄを介して患者の体内に差し込まれた鉗子２の先端部分には、エンドエフェクタとしての先端把持部２６が設けられており、施術者（使用者）は鉗子２を操作することで、この先端把持部２６を開閉し、患部に対する施術を行う。

従来、各種医療用器具において、先端把持部２６などのエンドエフェクタは、施術者の操作性向上を図るため、患者の体内において角度調整を行うことが可能となっている。エンドエフェクタの角度調整は、施術者の操作によって行われている。患者体内において行われる腹腔鏡術では、施術者は内視鏡などで患者体内の様子を視認しつつ、医療用器具の操作を行う必要があるが、内視鏡を含む医療用器具でのエンドエフェクタの角度調整操作は、困難であり、熟練を必要とするものであった。本発明は、医療用器具の中でも、患者体内において患部などに処置を施す医療処置具について、操作性の改善を図ることを目的とするものである。医療処置具（括弧内は医療処置具のエンドエフェクタ）としては、図１に示す鉗子２（先端把持部２６）の他、電気メス（レーザヘッド）、送水器、吸引器など、患者の体内にて処置を施すものを採用することが可能である。

図２には、本発明の実施形態の医療システムで使用するトロッカ１の外観が示されている。本実施形態のトロッカ１は、上部筐体１１１、下部筐体１１２、筒部１１３を有して構成されている。上部筐体１１１には、各種医療用器具を挿入するための挿通孔１１５が設けられている。筒部１１３は、患者の体内に挿入される部分である。挿通孔１１５から挿入された医療用器具は、下部筐体１１２、筒部１１３の内部を通過して、筒部１１３の下端から患者体内に挿入され、患者体内の観察、あるいは、患者体内での処置を行う。

上部筐体１１１内部には、トロッカ１の状態、そして、挿通孔１１５から挿入された医療用器具の状態を検出するための各種センサが配置されている。各種センサからの出力信号は、ケーブル１１４を介してコントローラ３へ送信される。なお、ケーブル１１４は、各種センサに対する電源供給機能も有している。各種センサとコントローラ３との通信は、このような有線通信としてもよいが、無線通信、並びに、バッテリ駆動を採用することで、トロッカ１からケーブル１１４を排除することも可能である。

図３には、本発明の実施形態に係るトロッカ１の内部構成を示す断面図が示されている。図２において上部筐体１１１には、挿通孔１１５が設けられていることを説明したが、この断面図において、挿通孔１１５から筒部１１３の下端まで示される褐色部分は、連通する部分であり、各種医療用器具が挿入される部分である。上部筐体１１１と下部筐体１１２は、クリップ状の結合部材１１６Ｒ、１１６Ｌにて連結、取り外しが可能となっている。なお、トロッカ１は、上部筐体１１１と下部筐体１１２が一体化した１つの筐体とすることも可能である。トロッカ１の使用時には、図３（Ａ）に示されるように上部筐体１１１と下部筐体１１２を連結した状態で使用し、清掃など行う際には、図３（Ｂ）に示されるように上部筐体１１１を下部筐体１１２から取り外した状態とすることが可能である。このような構成により、筒部１１３及び筒部１１３清掃、消毒、あるいは、交換を容易にするとともに、各種センサを有する上部筐体１１１部分のメンテナンスを容易に行うことが可能となっている。

本実施形態のトロッカ１は、上部筐体１１１内に各種センサ（トロッカセンサ１２）を有している。本実施形態では、トロッカセンサ１２として、傾斜角検出センサ１２１、進退量検出センサ１２２、回転量検出センサ１２３を有して構成している。傾斜角検出センサ１２１は、トロッカ１が、基準座標系に対してどの方向を向いているかを検出するためのセンサである。ここで、基準座標系とは、患者あるいは地面といった固定物に対して定義される座標系であり（図９の符号Ｃ参照）、傾斜角検出センサ１２１としては、加速度センサなどの各種センサを使用することが可能である。加速度センサは、自己にかかる加速度を検出することで、トロッカ１がどの方向を向いているか、すなわち、基準座標系に対する傾斜角を検出することが可能である。

進退量検出センサ１２２は、トロッカ１に挿入された医療用器具がトロッカ１の挿通方向（図３では上下方向）に対する進退量を検出するセンサである。図１で説明したように医者などの施術者は、トロッカ１に対して医療用器具を抜き差しすることで、患者体内において医療用器具を操作して適切な位置に移動させる。進退量検出センサ１２２は、トロッカ１に対する医療用器具の挿入位置を進退量として検出することが可能である。図３（Ａ）には、トロッカ１の挿通方向の中心軸Ｃが一点鎖線で示されている。進退量検出センサ１２２は、この中心軸Ｃに平行な移動量を進退量として検出する。本実施形態における進退量検出センサ１２２は、進退量検出ローラ１２２ａとフォトセンサ１２２ｂの組み合わせで構成されている。

回転量検出センサ１２３は、施術者などの操作に応じて回転する医療用器具の回転量を検出するセンサである。挿通孔１１５に挿入された医療用器具に対して、中心軸Ｃを軸とする回転操作を行うことで、医療用器具の先端に設けられたエンドエフェクタの向きを患者体内で変更することが可能である。回転量検出センサ１２３は、この回転量を検出することで、医療用器具のエンドエフェクタがどの向きを向いているかを検出することが可能である。本実施形態における回転量検出センサ１２３は、回転量検出ローラ１２３ａとフォトセンサ１２３ｂの組み合わせで構成されている。

以上、トロッカ１の内部構成について説明したが、トロッカ１内に配設されたトロッカセンサ１２は、図３中には示さない通信部１３を介して、検出信号をコントローラ３へ出力する。本実施形態のトロッカセンサ１２の動作について、図４に示したトロッカセンサ１２の構成を示す模式図を用いて説明を行う。図４は、図３のトロッカ１内部に配設されるトロッカセンサ１２の構成を模式的に示した図面であり、トロッカ１に対して医療用器具の第１シャフト２４が挿入された状態が示さされている。なお、図４には、医療用器具の先端に設けられたエンドエフェクタなどは省略して記載している。

トロッカ１の挿通孔１１５の径は、医療用器具の挿入を可能とするように第１シャフト２４など、医療用器具の挿入部分よりも若干余裕を有して設定されている。トロッカ１は、患者の体表付近に固定されることとなるが、医療用器具の操作に連動して、ある点を基準として回動するピボット回動を行うこととなる。トロッカ１の筐体に固定された傾斜角検出センサ１２１は、トロッカ１のピボット回動を検出することで、基準座標系におけるトロッカ１の方向、すなわち、医療用器具の方向を検出することを可能としている。

本実施形態の進退量検出センサ１２２は、図３で説明したように進退量検出ローラ１２２ａとフォトセンサ１２２ｂの組み合わせで構成されている。進退量検出ローラ１２２ａは、図４の面内に垂直な方向を回転軸として有するローラである。この進退量検出ローラ１２２ａは、スプリングなどの弾性部材によって挿通孔１１５側に付勢され、挿通孔１１に挿入された医療用器具（第１シャフト２４）の表面と接触し、医療用器具の進退量をその回転量に変換する。進退量検出ローラ１２２ａの回転軸には、エンコーダが設けられており、進退量検出ローラ１２２ａの回転量を進退量として出力する。本実施形態では、進退量をキャリブレート（初期値に設定）するため、挿通孔１１５内に面したフォトセンサ１２２ｂが設けられている。このフォトセンサ１２２ｂは、医療用器具（第１シャフト２４など）側に設けられた進退位置検出マーク２４１を検知することで、進退量検出ローラ１２２ａで検出された進退量をキャリブレートする。したがって、医療用器具が挿通孔１１５内で進退を行う際、この進退位置検出マーク２４１がフォトセンサ１２２ｂ部分を通過する毎に、進退量はキャリブレート（初期値に設定）されることとなり、トロッカ１に対する医療用器具の正確な進退量を検出することを可能としている。

本実施形態の回転量検出センサ１２２は、図３で説明したように回転量検出ローラ１２３ａとフォトセンサ１２３ｂの組み合わせで構成されている。回転量検出ローラ１２３ａは、図４の上下方向に向く回転軸を有するローラである。この回転量検出ローラ１２３ａは、スプリングなどの弾性部材によって挿通孔１１５側に付勢され、挿通孔１１に挿入された医療用器具（第１シャフト２４）の表面と接触し、医療用器具の回転量を回転検出ローラ１２３ａの回転量に変換する。なお、回転量検出ローラ１２３ａの接触面には、医療用器具の挿入方向に対する移動を阻害しない部材（ベアリングなど）を設けておくことが好ましい。回転量検出ローラ１２３ａの回転軸には、エンコーダが設けられており、回転量検出ローラ１２３ａの回転量を医療用器具の回転量として出力する。本実施形態では、回転量をキャリブレート（初期値に設定）するため、挿通孔１１５内に面したフォトセンサ１２３ｂが設けられている。このフォトセンサ１２３ｂは、医療用器具（第１シャフト２４など）側に設けられた回転位置検出マーク２４２を検知することで、進退量検出センサ１２２の場合と同様、回転量検出ローラ１２３ａで検出された回転量をキャリブレートする。

以上、トロッカ１に配設されたトロッカセンサについて説明したが、センサの構成は、各種形態を採用することが可能である。例えば、本実施形態では、進退量、回転量を検出するため、ローラを使用する機械センサの構成を採用しているが、進退量、回転量は、レーザマウスに用いられる表面の移動量、移動方向を検出可能な光学センサを採用することも可能である。その場合、１つの光学センサにて進退量及び回転量を検出することも可能である。本実施形態に係る医療システムは、患者体内に挿入される医療用器具の方向、あるいは、方向と位置が必要とされる。本実施形態では、これらを検出するため、各種センサをトロッカ１内に配設することで取り扱いを容易にしているが、医療用器具の方向、あるいは、方向と位置を検出は、トロッカ１外部に配設されたセンサを使用することとしてもよい。例えば、トロッカ１に配設された傾斜角検出センサ１２１は、直接、医療用器具側に配設することとしてもよい。

本発明に係る医療システムでは、一方のトロッカ１に挿入された医療用器具（制御主）の移動を検出し、他方のトロッカ１に挿入された医療処置具（制御対象）の動きを制御する追従処理を実行する。なお、制御主側の医療用器具は、医療処置具の他、患者の患部に対して処置を行わない内視鏡などの医療用器具を含む。追従処理では、各トロッカ１の相対位置を把握し、各トロッカ１のトロッカセンサ１２で計測される計測信号の座標を揃える必要がある。図５には、患者の体表に配設された複数のトロッカ１Ａ、１Ｂの相対位置を検出する相対位置センサの各種構成を示す模式図が示されている。

図５（Ａ）は、トロッカ１Ａ、１Ｂを回動可能なアーム４１ａ、４１ｂで連結した形態である。アーム４１ａとアーム４１ｂ間は、可動関節４２で可動可能に連結されている。この可動関節４２からは関節角度を示す出力信号がコントローラ（不図示）に出力される。可動関節４２からの出力信号に基づいて、両トロッカ１Ａと１Ｂの相対位置を機械的に検出することが可能である。

図５（Ｂ）は、各トロッカ１Ａ、１Ｂに位置検出用マーク４３を設けた形態である。トロッカ１Ａ、１Ｂを体表に配設した後、カメラで位置検出用マーク４３を撮影するなどして、位置検出用マーク４３の位置を検出することで、両トロッカ１Ａと１Ｂの相対位置を光学的に検出することが可能である。

図５（Ｃ）は、両トロッカ１Ａ、１Ｂに治具４４ａ、４４ｂを挿入して両者間の相対位置を検出する手法である。トロッカ１Ａ、１Ｂに挿入された治具４４ａ、４４ｂの先端には、両者を連結可能な連結部４４１ａ、４４１ｂが形成されている。各トロッカ１Ａ、１Ｂから治具４４ａ、４４ｂを挿入した後、体内において連結部４４１ａ、４４１ｂを連結する。各トロッカ１Ａ、１Ｂの動きは、治具４４ａと４４ｂが連結されることで、連動状態となる。この状態にて治具４４ａ、４４ｂを操作してトロッカ１Ａ、１Ｂを回動させ、複数状態でのトロッカセンサ１２の出力信号を取得する。取得した複数状態での出力信号に対して、連結状態での条件を考慮した収束計算を行うことでトロッカ１Ａと１Ｂの相対位置を検出することが可能である。このような相対位置検出処理を実行した後、治具４４ａ、４４ｂを取り外し、医療用器具を挿入して施術が開始される。

図５（Ａ）、（Ｂ）の形態では、施術中であっても各トロッカ１Ａ、１Ｂの相対位置を検出することが可能である。図５（Ｃ）の形態では、施術開始前に治具４４ａを使用した相対位置検出処理を実行することで、両トロッカ１Ａと１Ｂの相対位置が検出可能である。トロッカ１間の相対位置は、相対位置センサ、あるいは、相対位置検出処理を行うことに代え、簡易に整合させることとしてもよい。図６には、複数のトロッカ１の位置合わせについて説明する図が示されている。本発明の医療システムでは、トロッカ１の向く方向、すなわち、トロッカ１に挿入される医療用器具あるいは医療処置具の向く方向を判定できればよい場合がある。すなわち、トロッカ１に配設されている傾斜角検出センサ１２１が出力する信号の座標系を合わせておくことで、複数のトロッカ１の出力信号の座標系を一致させることが可能である。

図６の実施形態では、このようにトロッカ１の出力信号の座標系を一致させるため、トロッカ１Ａ、１Ｂに、加速度センサ１２１の出力信号の座標系上、所定方向を示す方向検出用マーク４５ａ、４５ｂを記載している。施術者は、この方向検出用マーク４５ａ、４５ｂを確認し、その方向が揃うように患者の体表Ｂにトロッカ１Ａ、１Ｂを配置する。体表Ｂに配置することで、各トロッカ１Ａ、１Ｂは傾斜することが考えられるが、各トロッカ１Ａ、１Ｂに配置された傾斜角検出センサ１２１の出力信号は、重力方向を基準とする座標系を有しているため、方向検出用マーク４５ａ、４５ｂの方向を揃えることで、各トロッカ１Ａ、１Ｂの出力信号の座標系を略一致させることが可能である。

次に、本発明に係る医療用システムで使用する医療処置具について説明する。図７には、本発明の実施形態に係る医療処置具２（鉗子）の構成、制御形態が示されている。なお、本明細書において、医療処置具２は、トロッカ１を介して患者の体内に挿入される医療用器具中、患者の体内で処置を施すものをいう。医療処置具２としては、図７に示される鉗子の他、（電気メスを含む）メス、送水管、吸引器などがある。一方、医療処置具２に含まれない医療用器具としては、内視鏡、患者の体内を計測する各種センサ類など、患者体内の様子を観察するものであって、体内で処置を行わないものをいう。

図７に示す本実施形態の医療処置具２（鉗子）は、患者体内において各種処置を行うものであって、エンドエフェクタとして先端把持部２６を有して構成されている。この先端把持部２６は、把持部材２７ａ、２７ｂとストリング（ワイヤ、糸、ロッド）などで連動動作可能となっている。図７（Ａ）に示すように把持部材２７ａ、２７ｂ間が離間した状態では開いた状態となり、図７（Ｂ）に示すように、把持部材２７ａ、２７ｂ間が近接した状態では閉じた状態となる。施術者は、把持部材２７ａ、２７ｂを把持した状態で開閉することで、先端把持部２６の開閉状態を操作することが可能である。

また、本実施形態の鉗子２は、可動関節２５で回動可能に構成された第１シャフト２４ａと第２シャフト２４ｂを備えている。可動関節２５を医療処置具２の本体内に内蔵された駆動部２２を使用して回動させることで、先端把持部２６（エンドエフェクタ）が配設された第２シャフト２４ｂを第１シャフト２４ａに対して回動させることが可能である。駆動部２２には、モータなどコントローラ３からの制御信号に応じて駆動力を発生する各種形態を採用することが考えられる。駆動部２２で発生した駆動力は、ギヤ、ワイヤ、糸などの駆動力伝達手段にて可動関節２５に伝達され、先端把持部２６が設けられた第２シャフト２４ｂを回動させる。本実施形態では、駆動部２２を医療処置具２の本体内に内蔵することとしているが、駆動部２２は、医療処置具２の本体外部に設ける形態であってもよい。図７（Ａ）には、医療用器具２とコントローラ３の接続形態が示されている。コントローラ３との接続形態は、図７（Ｂ）、（Ｃ）においても同様（図示せず）である。本実施形態では、把持部材２７ｂ上に方向入力部２１ａが設けられており、この方向入力部２１ａを操作することで、コントローラ３に操作信号が送信され、コントローラ３が駆動部２２を駆動することで、可動関節２５の回動を制御している。また、本実施形態では、コントローラ３の自発的制御、すなわち、方向入力部２１ａの操作を必要としない駆動部２２の制御形態も可能としている。図７（Ｃ）に示されるように、スティック状の方向入力部２１ａを操作することで、その操作方向に応じて駆動部が可動関節２５を回動させ、先端把持部２６の向く方向が変更される。可動関節２５は、紙面上での２次元動作で示しているが、紙面に直交する方向を含む３次元動作を可能としてもよい。

なお、本実施形態の医療処置具２（鉗子）では、１つの可動関節２５を使用して、先端把持部２６（エンドエフェクタ）の向く方向を制御可能とした形態を説明したが、先端把持部２６の向く方向の制御は、複数の可動関節を使用した形態にて、先端把持部２６の方向制御を行うこととしてもよい。

図８には、本発明の実施形態に係る医療システムの制御構成を示すブロック図が示されている。この医療システムは、図２〜図４で説明した第１トロッカ１Ａ、第２トロッカ１Ｂ、図５で説明した相対位置センサ４、図７で説明した医療処置具２、コントローラ３を有して構成されている。なお、図５（Ｃ）のように治具による相対位置検出処理、あるいは、図６のように両トロッカ１Ａ、１Ｂの座標系の方向を方向検出用マーク４５ａ、４５ｂで揃えることで足りる場合には、相対位置センサ４は必要としない。

第１トロッカ１Ａは、トロッカセンサ１２として傾斜角検出センサ１２１、進退量検出センサ１２２、回転量検出センサ１２３、そして、通信部１３を備えて構成されている。第２トロッカ１Ｂの内部構成は図示しないが、第１トロッカ１Ａと同様の構成を有している。なお、制御の形態によっては、トロッカセンサ１２が有する全て（３つ）のセンサを必要としない場合が考えられる。制御の形態については後で説明を行う。一方、制御対象となる医療処置具２は、操作入力部２１としての方向入力部２１１、そして、モード入力部２１２、駆動部２２を有して構成されている。駆動部２２は、医療処置具２の可動関節２５に対する駆動力を発生させるモータなどの部材である。さらに操作入力部としてモード入力部２１２が設けられている。このモード入力部２１２は、図７に示される把持部材２７ｂ上に設ける、あるいは、フットスイッチなどの形態で別途設けることとしてもよい。このモード入力部２１２は、医療システムで実行する各種モードを切り替えるために使用される。

第１トロッカ１Ａ、第２トロッカ１Ｂ、医療処置具２Ｂは、コントローラ３に接続されている。コントローラ３は、ＣＰＵなどで構成された制御部３１、記憶部としてのメモリ３２を備えて構成されている。メモリ３２には、医療システムで実行する各種プログラムを記憶するとともに、プログラム実行のために必要な各種信号、データを記憶することが可能である。

本実施形態のコントローラ３は、２つのモードを実行可能としている。１つ（操作モード）は、制御対象となる医療処置具２Ｂの方向入力部２１１の操作によって、可動関節２５を回動させてエンドエフェクタの角度調整を行う操作処理を実行するモードである。このモードでは、図７（Ｃ）で説明したように、施術者が方向入力部２１１を操作することで、可動関節２５が回動し、先端把持部２６（エンドエフェクタ）の方向を調整することが可能である。施術者は、内視鏡などで体内の患部を観察しつつ、方向入力部２１１を操作することで、先端把持部２６を適切な方向に向けることが可能である。

もう１つ（追従モード）は、制御主となる他の医療用器具のエンドエフェクタの位置に応じて、制御対象となる医療処置具２Ｂの先端把持部２６（エンドエフェクタ）を適切な方向に角度調整する追従処理を実行するモードである。このモードでは、第１トロッカ１Ａのトロッカセンサ１２で検出した医療用器具のエンドエフェクタの位置に対応した追従基準（基準方向あるいは基準点）に対して、制御対処となる医療処置具２Ｂの先端把持部２６（エンドエフェクタ）の角度が追従するように駆動部２２が駆動される。

図９には、図７で説明した医療用器具２（鉗子）を制御対象とする追従モードの制御形態（実施例１）が示されている。この実施例１では、第１トロッカ１Ａに制御主となる医療処置具２Ａ（鉗子）が挿入されており、第１トロッカ１Ａのトロッカセンサ１２は、この医療処置具２Ａが基準座標系Ｃに対して向く方向を検出可能としている。一方、第２トロッカ１Ｂには、制御対象となる医療処置具２Ｂが挿入されている。第２トロッカ１Ｂのトロッカセンサ１２は、医療処置具２Ｂが基準座標系Ｃに対して向く方向を検出可能としている。なお、第１トロッカ１Ａのトロッカセンサ１２の基準座標系Ｃと、第２トロッカ１Ｂのトロッカセンサ１２の基準座標系Ｃとは、図５で紹介したトロッカ１間の相対位置センサ、もしくは、図６で説明したトロッカ１間を位置合わせすることで、両基準座標系Ｃが揃えられている（他の実施例も同様である）。医療処置具２Ｂ、各トロッカセンサ１２は、コントローラ３に接続され、コントローラ３は、トロッカ１Ａ、１Ｂ、医療処置具２Ａ、２Ｂの各種状態を検出することが可能であり、また、医療処置具２Ｂの駆動部２２を駆動制御することが可能となっている。本実施形態の追従モードでは、第１トロッカ１Ａに挿入された医療処置具２Ａの方向変動に連動して、第２トロッカ１Ｂに挿入された医療処置具２Ｂの先端把持部２６の向く方向が制御される。具体的には、医療処置具２Ａの先端把持部２６が向く方向Ｄ１（追従基準）と、医療処置具２Ｂの先端把持部２６が向く方向Ｄ３が平行に保たれるよう、可動関節２５を駆動部２２にて制御している。

このようにＤ１とＤ３を平行に保つ追従制御の場合、医療処置具２Ｂにおける可動関節２５の制御角度θ３（第１シャフト２４ａに対する第２シャフト２４ｂがなす角度）は、第１トロッカ１Ａのトロッカセンサ１２が検出する角度θ１と第２トロッカ１Ｂのトロッカセンサ１２が検出する角度θ２の和で算出することが可能である。コントローラ３は、各トロッカセンサ１２から出力される角度θ１、角度θ２を検出し、可動関節２５が制御角度θ３を形成するように駆動部２２を制御することで、医療処置具２Ａを操作した場合においても、両方の先端把持部２６は平行な状態に保たれる。なお、図９では、可動関節２５の動作を紙面上での２次元の動きとして説明しているが、追従処理では、紙面に直交する方向を含む３次元での動きについても対応可能である。その場合、医療処置具２Ｂの挿入方向周りの回転に伴って先端把持部２６の向く方向が変化するため、第２トロッカ１Ｂの回転量検出センサ１２３による回転角度を考慮する必要がある。

図８の制御構成を用いて説明すると、モード入力部２１２で操作モードが指定されると、医療処置具２Ｂの駆動部２２は、自己の方向入力部２１１からの操作信号に基づいて可動関節２５の角度調整を行う。一方、モード入力部２１２にて追従モードが指定されると、コントローラ３は、医療処置具２Ｂについて、第１トロッカ１Ａのトロッカセンサ１２から出力されるセンサ信号に基づいて、駆動部２２を制御する追従処理を実行する。この追従処理では、医療処置具２Ｂのエンドエフェクタが、医療器具２Ａに設定された追従基準に対して所定の配置関係が保たれるように駆動部２２が制御される。

図９で説明した追従モードでは、制御主となる医療処置具２Ａの先端把持部２６と、制御対象となる医療処置具２Ｂの先端把持部２６の向く方向が平行となるように制御している。このような制御形態は、例えば、両医療処置具２Ａ、２Ｂ間で医療用針の受け渡しを行うなどする際、両先端把持部２６で医療用針を同じ方向から把持することが可能となり、受け渡しをスムースに行うことが可能である。追従モードにおける制御形態はこのような形態に限られる各種形態を採用することが可能である。例えば、両先端把持部２６が形成する角度を平行以外の角度とする、あるいは、ダイアルなどの入力部を使用して角度調整可能とすることとしてもよい。

図１０には、本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例２）が示されている。この実施例２では、制御主側に医療用器具２Ａ（内視鏡）を使用し、制御対象側に医療処置具２Ｂ（鉗子）を使用した形態となっている。制御主側の医療用器具２Ａのシャフト２４先端には、エンドエフェクタとして撮像部２８が設けられている。施術者はこの撮像部２８で撮像された患部などを観察しつつ施術を行う。追従処理では、制御対象となる医療処置具２Ｂは、この医療用器具２Ａの撮像部２８の撮像軸方向Ｄ１に対し、先端把持部２６の向く方向Ｄ３が所定角度（この場合、直角）となるように可動関節２５を回動させる。このような制御形態では、撮像部２８による観察位置に合せて、先端把持部２６の向く方向が制御され、医療処置具２Ｂによる操作性の向上が図られる。

図１１には、本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例３）が示されている。この実施例３では、制御主側に医療処置具２Ａ（鉗子）を使用し、制御対象側にも医療処置具２Ｂ（鉗子）を使用した形態となっている。制御対象側の医療処置具２Ｂは可動関節２５を複数備えた構成となっている。この制御形態においては、主制御側の医療処置具２Ａの位置に応じて、制御対象側の医療処置具２Ｂの各可動関節２５を駆動することで、医療処置具２Ａと医療処置具２Ｂとが互いに接触することを避けることが可能である。コントローラ３は、第１トロッカ１Ａのセンサ信号に基づいて判定される医療処置具２Ａの位置と、第２トロッカ１Ｂのセンサ信号に基づいて判定される医療処置具２Ｂの位置に応じて、両者が接触することを避けるように医療処置具２Ｂ側の各可動関節２５を制御する。

図１２は、本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例４）が示されている。この実施例４では、制御主側に医療処置具２Ａ（鉗子）を使用し、制御対象側に送水部２９を備えた医療処置具２Ｂ（送水器）を使用した形態となっている。送水器は、患部等に対して水、薬品などを送水することで、患部に対する洗浄あるいは止血などの処置を行う医療処置具２Ｂである。この医療処置具２Ｂの送水部２９（エンドエフェクタ）は、制御主である医療処置具２Ａの先端把持部２６（エンドエフェクタ）の方向に応じた基準点Ｔ（追従基準）を向くように制御される。このような制御形態では、制御種側の医療処置具２Ａにて患部などの基準点Ｔに対して施術を行う際、制御対象となる医療処置具２Ｂの送水部２９は、制御点Ｔに追従して水などを送水することが可能となり、施術者の操作性向上が図られる。

この実施例４では、制御主側の先端把持部２６に対する基準点Ｔが設定されるため、第１トロッカ１Ａでは、医療処置具２Ａの進退量Ｌａを検出する必要がある。トロッカセンサ１２で検出された進退量Ｌａと、角度θ１、並びに先端把持部２６からの距離Ｌｔに基づいて基準点Ｔが設定される。なお、距離Ｌｔは固定値であってもよく、入力部の操作に応じて設定可能としてもよい。一方、制御対象となる医療処置具２Ｂについてもトロッカセンサ１２にて進退量Ｌｂと、角度θ２などが検出される。コントローラ３は、これら各トロッカセンサ１２の検出結果に基づいて、エンドエフェクタとしての送水器２９の制御角度θ３を決定し、駆動部２２を制御する。

以上説明した実施例１〜実施例４では、制御主側の医療用器具２Ａあるいは医療処置具２Ａには、可動関節２５を有さない構成となっているが、制御主側についても可動関節２５を設けた形態としてもよい。その際、制御主側を医療処置具２Ａとし、制御対象と切り替え可能とする形態としてもよい。

図１３には、本発明の他の実施形態に係る医療システムの制御構成を示すブロック図が示されている。図８などで説明した形態とは、２Ａ、２Ｂどちらも医療処置具である点、並びに、主従切替入力部２１３が設けられている点で異なっている。

図１４は、図１３のように２Ａ、２Ｂどちらも医療処置具（鉗子）とした形態となっている。医療処置具２Ａ、２Ｂ、各トロッカセンサ１２は、コントローラ３に接続され、コントローラ３は、トロッカ１Ａ、１Ｂ、医療処置具２Ａ、２Ｂの各種状態を検出することが可能であり、また、医療処置具２Ａ、２Ｂの駆動部２２を駆動制御することが可能となっている。図では、前述した実施例と同様、医療処置具２Ａ側を制御主として、医療処置具２Ｂが制御対象として設定している。追従処理では、医療処置具２Ａを操作することで、先端把持部２６を移動させることが可能である。そして本実施形態では、医療処置具２Ａの方向入力部２１１Ａを操作することで、医療処置具２Ａの可動関節２が回動し、先端把持部２６の角度が調整される。本実施形態の追従処理では、医療処置具２Ａ側の先端把持部２６の移動に応じて、医療処置具２Ｂの先端把持部２６が角度調整される。具体的には、両方の先端把持部２６（エンドエフェクタ）が平行な位置関係となるように医療処置具２Ｂの可動関節２５が角度調整される。両先端把持部２６の位置関係は、平行に限らず所定角度を持たせるなど各種形態が考えられる。

コントローラ３は、第１トロッカ１Ａ、第２トロッカ１Ｂから出力されるセンサ信号、及び、制御主側の医療処置具２Ａの制御角度θ１に基づいて、制御対象の医療処置具２Ｂの制御角度θ３を決定し、駆動部２２ｂを制御する。なお、この実施形態では、主従切替入力部２１３の操作によって、制御主と制御対象を切り替え可能とする形態も考えられる。その場合、どちらも医療処置具とする必要がある。主従切替入力部２１３は、医療処置具２Ａ、２Ｂの把持部２７ｂ上に設けてもよいし、フットスイッチなど別途設けることも可能である。主従切替入力部２１３を操作する毎に制御主と制御対象が切り替えられる。図１４の場合、医療処置具２Ａを制御主に、医療処置具２Ｂを制御対象としていたが、主従切替入力部２１４を操作することで、医療処置具２Ｂを制御主に、医療処置具２Ａを制御対象に切り替え、医療処置具２Ｂの操作に対応して、医療処置具２Ａの可動関節を駆動制御することが可能である。

図１５には、本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例６）が示されている。この実施例６では、制御主側に医療処置具２Ａ（鉗子）を使用し、制御対象側にも医療処置具２Ｂ（鉗子）を使用した形態となっている。どちらの医療処置具２Ａ、２Ｂにも可動関節が設けられており、制御主側の方向入力部２１１ａを操作することで、制御主側の可動関節２５が可動する。本実施形態では、図１１の場合と同様、制御主側の医療処置具２Ａの位置に応じて、制御対象側の医療処置具２Ｂの各可動関節２５を駆動することで、医療処置具２Ａと医療処置具２Ｂの接触を避けることとしている。なお、この場合、制御主側にも可動関節２５が設けられているため、追従処理では、コントローラ３は、第１トロッカ１Ａのセンサ信号に加え、制御主側の可動関節２５の状態を取得して、医療用器具２Ａの位置を判定する。そして、第２トロッカ１Ｂのセンサ信号に基づき医療処置具２Ｂの挿入位置などを判定し、両医療処置具２Ａ、２Ｂが接触しないように、医療処置具２Ｂの各可動関節２５を制御する。

以上、医療処置具に関する各種形態について説明したが、本実施形態の医療システムにおいて、制御対象となる医療処置具を複数設けることも可能である。図１６には、本発明の実施形態に係る医療処置具の制御形態（実施例７）が示されている。本実施形態では、制御主の医療処置具２Ａ（鉗子）の移動に連動して、制御対象となる２つの医療処置具２Ｂ、２Ｃ（どちらも鉗子）の可動関節２５が駆動される。本実施形態の追従処理では、制御主側の医療処置具２Ａの先端把持部材２６の方向Ｄ１に、制御対象側の医療処置具２Ｂ、２Ｃの先端把持部材２６の方向Ｄ２、Ｄ３が平行となるように各可動関節２５が駆動制御されている。なお、図１６では、医療処置具２Ｂ、２Ｃの両方が制御対象となっているが、複数の医療処置具を制御対象とする形態では、いずれの医療処置具を制御対象とするかを入力部の操作に基づき切り替え可能としてもよい。このような形態では、施術の際、関連して操作すべき複数の医療処置具をまとめて動作させることで、施術者の操作性の向上を図ることが可能となる。なお、本実施形態においても、主従切替入力部２１３の操作などによって、制御主と制御対象を切り替え可能に構成することも可能である。

以上、本発明のある態様に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となる。

１…トロッカ、１１１…上部筐体、１１２…下部筐体、１１３…筒部、１１４…ケーブル、１１５…挿通孔、１１６…結合部材、１２…トロッカセンサ、１２１…傾斜角検出センサ、１２２…進退量検出センサ、１２２ａ…直動量検出ローラ、１２２ｂ…フォトセンサ、回転量検出センサ、１２３ａ…回転量検出ローラ、１２３ｂ…フォトセンサ、１３…通信部２…医療用器具（医療処置具）、２１…操作入力部、２１１…方向入力部、２１２…モード入力部、２１３…主従切替入力部、２２…駆動部、２４ａ…第１シャフト、２４ｂ…第２シャフト、２５…可動関節、２６…先端把持部（エンドエフェクタ）、２７、２７ａ、ｂ…把持部材、２８…撮像部、２９…送水部、３…コントローラ、３１…制御部、３２…メモリ

Claims (8)

1. 使用者が把持する第１の把持部に連結した第１のシャフトと、
   前記第１のシャフトの先端に配設された第１のエンドエフェクタと、
   前記第１のシャフトに対する前記第１のエンドエフェクタの角度を調整する可動関節と、
   前記可動関節を駆動する駆動部と、を備え、制御対象となる医療処置具と、
   使用者が把持する第２の把持部に連結した第２のシャフトと、
   前記第２のシャフトの先端に配設された第２のエンドエフェクタと、
   を備え、制御主となる医療用器具と、
   前記制御対象となる医療処置具が挿入される挿通孔を有する第１のトロッカと、
   前記制御主となる医療用器具が挿入される挿通孔を有する第２のトロッカと、
   前記第２のエンドエフェクタの角度を少なくとも含んだセンサ信号を出力するセンサと、
   前記センサが出力するセンサ信号に基づいて追従基準を設定し、前記追従基準に前記第１のエンドエフェクタの角度が追従するように前記駆動部を駆動する追従処理を実行可能とするコントローラと、
   操作に基づく切替信号を出力する主従切替入力部と、を備え、
   前記コントローラは、前記主従切替入力部からの切替信号に基づいて、前記制御主と前記制御対象とを切り替える処理を実行可能とする
   医療システム。
2. 前記センサは、前記第２のトロッカもしくは前記制御主となる医療用器具に配設された傾斜角検出センサである
   請求項１に記載の医療システム。
3. 前記センサは、前記第２のトロッカに対する前記制御主となる医療用器具の直進方向の移動量を検出する進退量検出センサを含む
   請求項１に記載の医療システム。
4. 前記センサは、前記第２のトロッカに対する前記制御主となる医療用器具の回転量を検出する回転量検出センサを含む
   請求項１に記載の医療システム。
5. 操作に基づく操作信号を出力する方向入力部を備え、
   前記コントローラは、前記方向入力部からの操作信号に基づいて、前記駆動部を駆動し、前記第１のエンドエフェクタの角度を調整する操作処理を実行可能とする
   請求項１に記載の医療システム。
6. 操作に基づく切替信号を出力するモード入力部を備え、
   前記コントローラは、前記モード入力部からのモード信号に基づいて、前記追従処理と前記操作処理を切り替える切替処理を実行可能とする
   請求項５に記載の医療システム。
7. 前記制御主となる医療用器具は、前記第１のシャフトに対する前記第１のエンドエフェクタの角度を調整する可動関節を備えた医療処置具である
   請求項１に記載の医療システム。
8. 前記追従処理は、前記センサが出力するセンサ信号と前記制御主となる医療用器具の可動関節の状態に基づいて追従基準を設定する
   請求項７に記載の医療システム。

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