JP6289755B2

JP6289755B2 - 医療システム

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Publication number: JP6289755B2
Application number: JP2017524714A
Authority: JP
Inventors: 昌夫二梃木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: CN107708598A; EP3311768A1; WO2016203858A1; JPWO2016203858A1; EP3311768A4; US20180098817A1

Description

本発明は、医療システムに関するものである。

従来、複数のマニピュレータによって患者の外科的手術を行うために誘導チューブによって単一の入口ポートから体内に導入された２つのマニピュレータおよび内視鏡によって、局所的な視野により患部を撮影しながら２つのマニピュレータにより処置を行う外科手術用システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特表２００９−５３９５７３号公報

しかしながら、特許文献１の外科手術用システムでは、２つのマニピュレータの可動範囲は内視鏡の視野範囲内に制限され、内視鏡の視野範囲は狭いので、狭い範囲での処置しか行うことができないという不都合がある。入口ポートを支点として誘導チューブの先端を移動させることで、内視鏡の視野範囲およびマニピュレータの可動範囲自体を移動させることはできるが、手術の初期段階（術野の確保）等、外科的な大展開を行う場面では、見えてない方向にマニピュレータを移動させるには周辺情報が不足し、周辺組織との干渉を回避しながら慎重にゆっくり動作させなければならず時間がかか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、局所的な処置および外科的な大展開の両方に対応でき、手術時間を短縮することができる医療システム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、先端に第１処置部を備える第１マニピュレータと、該第１マニピュレータによる前記第１処置部の可動範囲を含む局所的視野範囲を有する第１撮像部とを先端に備える第１ロボットアームと、前記第１撮像部の前記局所的視野範囲より広い大局的視野範囲を有する第２撮像部と、該第２撮像部または前記第１撮像部からの映像を表示する表示部と、該表示部に表示される映像を切り替える切替部と、前記第１マニピュレータおよび前記第１ロボットアームの操作指令を入力する操作部と、該操作部により入力された操作指令に基づいて前記第１マニピュレータおよび前記第１ロボットアームを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１ロボットアームおよび前記第１マニピュレータを制御し、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１マニピュレータを制御する医療システムを提供する。

本態様によれば、切替部の作動により表示部に表示される映像を第１撮像部により取得された局所的視野範囲の映像に切り替えると、制御部は、操作部による操作指令によって、局所的視野範囲内において動作する第１マニピュレータを制御するようになる。一方、切替部の作動により表示部に表示される映像を第２撮像部により取得された大局的視野範囲の映像に切り替えると、制御部は、操作部による操作指令によって、大局的視野範囲内において動作する第１ロボットアームを制御するようになる。

これにより、操作者は、外科的大展開の場面では、切替部によって、視野範囲を第２撮像部による大局的視野範囲に切り替えて、より広い視野範囲によって、第１ロボットアームの周辺の状態を表示部で確認しながら第１ロボットアームおよび第１マニピュレータの動作による処置部の大きな移動を行うことができる。一方、患部の処置を行う場面では、切替部によって、視野範囲を第１撮像部による局所的視野範囲に切り替えて、緻密な処置を行うことができる。

上記態様においては、先端に第２処置部を備え、前記大局的視野範囲内に前記第２処置部の可動範囲を有する第２ロボットアームを備え、前記制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１ロボットアーム、前記第１マニピュレータおよび前記第２ロボットアームを制御してもよい。

このようにすることで、操作者は、外科的大展開の場面では、切替部によって、視野範囲を第２撮像部による大局的視野範囲に切り替えて、より広い視野範囲によって、第１ロボットアームおよび第２ロボットアームの周辺の状態を表示部で確認しながら第１ロボットアームおよび第１マニピュレータの動作による第１処置部の大きな移動、および第２ロボットアームの動作による第２処置部の大きな移動を行うことができる。

上記態様においては、前記第１ロボットアームの先端に、第３処置部を備え、前記局所的視野範囲内に前記第３処置部の可動範囲を有する第２マニピュレータを備え、該制御部が、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１マニピュレータおよび前記第２マニピュレータを制御してもよい。

このようにすることで、操作者は、患部の処置を行う場面では、切替部によって、視野範囲を第１撮像部による局所的視野範囲に切り替えて、表示部に表示された第１撮像部からの映像を確認しながら、第１マニピュレータの第１処置部および第２マニピュレータの第３処置部を動作させ、双腕による緻密な処置を行うことができる。

上記態様においては、前記操作部が、操作者の一方の手により操作される第１操作入力部と、前記操作者の他方の手により操作される第２操作入力部とを備え、前記制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、第１操作入力部により入力された操作指令によって前記第１ロボットアームおよび前記第１マニピュレータを制御し、前記第２操作入力部により入力された操作指令によって前記第２ロボットアームを制御してもよい。

このようにすることで、操作者が両手でそれぞれに対応する第１ロボットアームおよび第１マニピュレータと第２ロボットアームとを操作可能とし、大局的視野範囲の映像が表示部に表示されている状況下でも、双腕による大局的な処置を行うことができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、第１操作入力部により入力された操作指令によって前記第１マニピュレータを制御し、前記第２操作入力部により入力された操作指令によって前記第２マニピュレータを制御してもよい。

このようにすることで、操作者が両手でそれぞれに対応する第１マニピュレータと第２マニピュレータとを操作可能とし、局所的視野範囲の映像が表示部に表示されている状況下において、双腕による緻密な処置を行うことができる。

前記制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部の座標系と前記第２撮像部に固定された座標系とを一致させてもよい。
このようにすることで、操作者は、表示部に操作された第２撮像部からの映像を見ながら、操作部を操作する場合に、直感的な操作を行うことができる。すなわち、操作部によって一方向への移動を指示する操作指令を入力すると、表示部に表示されている第１ロボットアーム、第２ロボットアーム、第１マニピュレータまたは第２マニピュレータを表示部内において操作部と同一方向に移動させることができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部の座標系と前記第１撮像部に固定された座標系とを一致させてもよい。
このようにすることで、表示部に操作された第１撮像部からの映像を見ながら、操作部を操作する場合に、直感的な操作を行うことができる。すなわち、操作部によって一方向への移動を指示する操作指令を入力すると、表示部に表示されている第１マニピュレータまたは第２マニピュレータを表示部内において操作部と同一方向に移動させることができる。

本発明によれば、局所的な処置および外科的な大展開の両方に対応でき、手術時間を短縮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システムを示す全体構成図である。図１の医療システムにおける俯瞰モードでの操作部とモニタ表示例とを示す図である。図１の医療システムにおける局所モードでの操作部とモニタ表示例とを示す図である。図１の医療システムの第１の変形例を示す全体構成図である。図４の医療システムにおける俯瞰モードでの操作部とモニタ表示例とを示す図である。図４の医療システムにおける局所モードでの操作部とモニタ表示例とを示す図である。図１の医療システムの第２の変形例を示す全体構成図である。図１の医療システムの第３の変形例を示す全体構成図である。

本発明の一実施形態に係る医療システム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システム１は、図１に示されるように、患者を横たえるベッド２の近傍に設置された３つのロボット３，４，５と、操作者によって操作される操作部６と、該操作部６の操作により入力された操作指令に基づいて３つのロボット３，４，５を制御する制御部７とを備えている。

第１のロボット３は、処置ユニット８を先端に装着した６軸多関節の第１ロボットアームである。
第２のロボット４は、第２処置部９を先端に装着した６軸多関節の第２ロボットアームである。
第３のロボット５は、第２撮像部である内視鏡１０を先端に装着した６軸多関節の第３ロボットアームである。

処置ユニット８は、図１に示されるように、例えば、体表組織を貫通して体内に挿入される挿入部１１と、該挿入部１１の先端から前方に突出する１以上の関節を有する第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３と、挿入部１１の先端から前方に突出する第１撮像部１４とを備えている。第１マニピュレータ１２は先端に第１処置部１５を備えている。第２マニピュレータ１３は先端に第３処置部１６を備えている。挿入部１１には、その先端に湾曲部１７を備え、該湾曲部１７の動作によっても第１マニピュレータ１２、第２マニピュレータ１３および第１撮像部１４の姿勢を変化させることができるようになっている。

第１撮像部１４は、第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３の可動範囲を含む局所的視野範囲を有している。すなわち、処置ユニット８の挿入部１１の先端に配置された第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３は、第１撮像部１４により撮影された狭い局所的視野範囲の映像内に常に映っていて、比較的大きな倍率で撮影された患部に対して緻密な処置を行うことができるようになっている。

内視鏡１０は、第１撮像部１４よりも広い大局的視野範囲を有している。これにより、第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３により支持された第１処置部１５および第３処置部１６の第１ロボットアーム３による可動範囲と、第２ロボットアーム４の先端に支持されている第２処置部９の可動範囲とを含む比較的広い範囲にわたって観察することができるようになっている。
第３のロボット５は初期設定によって内視鏡１０の大局的視野範囲が決定された後には動作しない。

操作部６は、図１に示されるように、操作者の右手によって操作される第１操作入力部１８と、操作者の左手によって操作される第２操作入力部１９とを備えている。各操作入力部１８，１９は、多関節構造を有しており、先端に配置された処置部９，１５，１６の位置および姿勢を３次元的に任意に指示することができるようになっている。

操作部６には、第１撮像部１４または内視鏡１０によって取得された映像を表示するモニタ（表示部）２０が備えられている。操作部６には、各ロボットアーム３，４，５と第１，第２操作入力部１８，１９との連動と切断とを切り替えるクラッチ２１と、モニタ２０に表示する映像を第１撮像部１４からの映像と内視鏡１０からの映像とで切り替える切替スイッチ（切替部）２２とが備えられている。

制御部７は、切替スイッチ２２の操作によって第１撮像部１４により取得された映像をモニタ２０に表示するように切り替えられた場合には、第１撮像部１４により取得された映像を画像処理してモニタ２０に送るとともに、第１撮像部１４に固定された座標系と、操作部６の座標系とを一致させるように制御するようになっている（局所モード）。

そして、この場合に、制御部７は、第１撮像部１４により取得された局所的視野範囲の映像内に映っている第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３を操作部６において入力した操作指令に応じて動作させるようになっている。

すなわち、制御部７は、操作部６の座標系における動作ベクトルを、例えば、所定の同時変換行列を用いて、第１撮像部１４に対する適正なハンドアイコーディネーションを実現可能な座標系における動作ベクトルに座標変換するようになっている。これにより、制御部７は、操作部６の第１操作入力部１８により入力した操作指令に基づいてモニタ２０に表示されている映像内の第１マニピュレータ１２を第１操作入力部１８と同じ方向に動作させるように制御するようになっている。同様に、制御部７は、操作部６の第２操作入力部１９により入力した操作指令に基づいてモニタ２０に表示されている映像内の第２マニピュレータ１３を第２操作入力部１９と同じ方向に動作させるように制御するようになっている。

制御部７は、切替スイッチ２２の操作によって内視鏡１０により取得された映像をモニタ２０に表示するように切り替えられた場合には、内視鏡１０により取得された映像を画像処理してモニタ２０に送るとともに、内視鏡１０に固定された座標系と、操作部６の座標系とを一致させるように制御するようになっている（俯瞰モード）。

そして、この場合に、制御部７は、内視鏡１０により取得された大局的視野範囲の映像内に映っている第１マニピュレータ１２および第２処置部９を操作部６において入力した操作指令に応じて動作させるようになっている。
すなわち、制御部７は、操作部６の座標系における動作ベクトルを、例えば、内視鏡１０に対する適正なハンドアイコーディネーションを実現可能な座標系における動作ベクトルに座標変換することにより、操作部６の第１操作入力部１８により入力した操作指令に基づいて第１ロボットアーム３、操作部６の湾曲部および第１マニピュレータ（トータルで冗長となる関節の６自由度分を設定。）１２を動作させるように制御し、第２操作入力部１９により入力した操作指令に基づいて第２ロボットアーム４を動作させるように制御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システム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る医療システム１を用いて患者の体内、例えば、腹腔内の患部に処置を行うには、腹壁に貫通形成した３つの孔にトロッカを設置し、各トロッカを貫通して処置ユニット８、内視鏡１０および第２処置部９の先端を腹腔内に配置する。３つのロボットアーム３，４，５の動作は、トロッカの位置を支点として動作するように制限を受ける。

これら、処置ユニット８、内視鏡１０および第２処置部９を腹腔内に配置するには、クラッチ２１が切られた状態で、腹腔内に挿入した内視鏡１０を適当な位置に配置して第３ロボットアーム５を停止状態にする。次いで、第１ロボットアーム３、第２ロボットアーム４および挿入部１１の湾曲部１７を作動させて第１マニピュレータ１２、第２マニピュレータ１３、第１撮像部１４および第２処置部９を内視鏡１０の視野内に配置する。そして、切替スイッチ２２によって、俯瞰モードを選択し、モニタ２０により表示する映像を、内視鏡１０により取得された大局的視野範囲の映像に切り替える。

この状態で、操作者は、操作部６の第１操作入力部１８および第２操作入力部１９を移動させて、図２に示されるように、モニタ２０に表示されている第１マニピュレータ１２および第２処置部（黒塗り部分）９と略同等の位置関係となるように操作部６の第１操作入力部１８および第２操作入力部１９の形状を設定する。
この後に、クラッチ２１を接続することにより、制御部７による制御が開始する。

すなわち、切替スイッチ２２によって内視鏡１０により取得された映像がモニタ２０に表示されているときには、第１操作入力部１８を用いた操作入力は、第１マニピュレータ１２を動作させるために使用され、第２操作入力部１９を用いた操作入力は、第２処置部９を動作させるために使用される。
その結果、第１操作入力部１８を操作すると、それによって発生した操作入力によって、制御部７は、第１ロボットアーム３、挿入部１１および第１マニピュレータ１２が連動して第１処置部１５を移動させる。

すなわち、第１ロボットアーム３によって支持された、２本のマニピュレータ１２，１３を有する処置ユニット８の内、右側の第１マニピュレータ１２のみを操作の対象として駆動することで、第１ロボットアーム３とは別の第２ロボットアーム４によって支持された第２処置部９を左手で操作する第２操作入力部１９によって操作することができる。そして、操作者が、左手で把持した第２操作入力部１９を操作すると、それによって発生した操作入力によって、制御部７は、第２ロボットアーム４を動作させて第２処置部９を移動させる。その結果、局所モードおよび俯瞰モードにおいて、第１操作入力部１８による動作対象は第１マニピュレータ１２および処置部１５に固定されているが、切替スイッチ２２によってモードが切り替えられると、第２操作入力部１９による動作対象は第２処置部９、または第２マニピュレータ１３および処置部１６に切り替わるようになっている。

内視鏡１０により取得される大局的視野範囲は、第２処置部９および処置ユニット８の先端の可動範囲を含む広い視野範囲であるため、第２処置部９および処置ユニット８の先端の周辺に配置されている組織Ｘ等も同時にモニタ２０に表示することができる。したがって、操作者は、第２処置部９や処置ユニット８と周辺組織等との干渉を回避するための十分な情報を得ることができ、外科的な大展開を容易に行って、術野の確保等の作業を迅速に行うことができるという利点がある。

そして、第１マニピュレータ１２が患部近傍に配置された場合には、操作者は、切替スイッチ２２によって局所モードを選択し、モニタ２０に表示していた映像を、第１撮像部１４からの映像に切り替える。これにより、制御部７は、操作部６への操作指令に応じて第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３を動作させる制御モードに切り替えられ、第２ロボットアーム４はその場にロックされる。

操作者は、クラッチ２１を切断して、図３に示されるように、右手の第１操作入力部１８をモニタ２０に表示されている第１マニピュレータ１２の形状に合わせるように移動させ、左手の第２操作入力部１９をモニタ２０に表示されている第２マニピュレータ１３の形状に合わせるように移動させる。
この状態で、クラッチ２１を接続することにより、制御部７は、第１操作入力部１８により入力された操作指令に基づいて第１マニピュレータ１２を動作させ、第２操作入力部１９により入力された操作指令に基づいて第２マニピュレータ１３を動作させるように制御する。このとき、第１ロボットアーム３および挿入部１１の湾曲部１７は動作しないようにロックされる。

このとき、制御部７は、第１撮像部１４に固定された座標系を取得して、操作部６の座標系と一致させて制御を行う。これにより、第１操作入力部１８および第２操作入力部１９の操作方向に一致する方向に、操作量に比例する動作量で第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３が移動させられるので、操作を直感的に行うことができる。

第１撮像部１４の映像は、第１ロボットアーム３および湾曲部１７の動作がロックされることによって、画角が固定されるので、双腕の２つのマニピュレータ１２，１３のみが可動対象となる。すなわち、ハンドアイコーディネーションは完了しており、第１処置部１５および第３処置部１６の操作を集中して行うことができる。

そして、モニタ２０には、第１撮像部１４により取得された局所的視野範囲の映像が表示されているため、患部、第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３を拡大してモニタ２０で確認しながら精密に処置を行うことができるという利点がある。

本実施形態においては、挿入部１１、２つのマニピュレータ１２，１３および第１撮像部１４を備える処置ユニット８を支持する第１ロボットアーム３と、第２処置部９および該第２処置部９を支持する第２ロボットアーム４とを有する場合を例示したが、これに代えて、図４から図６に示されるように、挿入部１１、単一のマニピュレータ１２と第１撮像部１４を備える処置ユニット２３を支持する第１ロボットアーム３のみを有する場合に適用してもよい。

この場合には、操作部６の操作入力部２４も単一でよい。すなわち、この場合には、内視鏡１０による大局的視野範囲に切り替えられると、操作入力部２４によって第１ロボットアーム３を作動させ、第１撮像部１４による局所的視野範囲に切り替えられると、操作入力部２４によってマニピュレータ１２が動作させられることとすればよい。

図７に示されるように、第２マニピュレータ１３のみを有しない図１と同様の医療システム２５を採用してもよい。この場合、俯瞰モードは第１ロボットアーム３および第２ロボットアーム４の双腕で、局所モードは１つのマニピュレータ１２のみの片腕で処置を行うことにしてもよい。

これとは逆に、図８に示されるように、第２ロボットアーム４のみを有しない図１と同様の医療システム２６を採用してもよい。この場合、俯瞰モードは第１ロボットアーム３のみの片腕で、局所モードは第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３の双腕で処置を行うことにしてもよい。

第１撮像部１４により取得された映像をモニタ２０に表示した局所モードにおいて、ハンドアイコーディネーションを微調整したい場合があるが、俯瞰モードに切り替えてしまうと微調整が行いづらいという問題がある。これを解消するためには、操作部６に調節スイッチを設け、局所モードにおいて、調節スイッチを押下すると、その押下中は画面が切り替わることなく、制御対象が俯瞰モードの関節に切り替わって作動するようにすればよい。

このとき、第１マニピュレータ１２および第２マニピュレータ１３は動作させず、湾曲部１７と第１ロボットアーム３の関節のみを動作させる。
これにより、画像および座標系を切り替えることなくハンドアイコーディネーションを微調整することができる。

１，２５，２６医療システム
３第１ロボットアーム
４第２ロボットアーム
６操作部
７制御部
９第２処置部
１０内視鏡（第２撮像部）
１２第１マニピュレータ
１３第２マニピュレータ
１４第１撮像部
１５第１処置部
１６第３処置部
１８第１操作入力部
１９第２操作入力部
２０モニタ（表示部）
２１クラッチ
２２切替スイッチ（切替部）

Claims

先端に第１処置部を備える第１マニピュレータと、該第１マニピュレータによる前記第１処置部の可動範囲を含む局所的視野範囲を有する第１撮像部とを先端に備える第１ロボットアームと、
前記第１撮像部の前記局所的視野範囲より広い大局的視野範囲を有する第２撮像部と、
該第２撮像部または前記第１撮像部からの映像を表示する表示部と、
該表示部に表示される映像を切り替える切替部と、
前記第１マニピュレータおよび前記第１ロボットアームの操作指令を入力する操作部と、
該操作部により入力された操作指令に基づいて前記第１マニピュレータおよび前記第１ロボットアームを制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１ロボットアームおよび前記第１マニピュレータを制御し、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１マニピュレータを制御する医療システム。
先端に第２処置部を備え、前記大局的視野範囲内に前記第２処置部の可動範囲を有する第２ロボットアームを備え、
前記制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１ロボットアーム、前記第１マニピュレータおよび前記第２ロボットアームを制御する請求項１に記載の医療システム。
前記第１ロボットアームの先端に、先端に第３処置部を備え、前記局所的視野範囲内に前記第３処置部の可動範囲を有する第２マニピュレータを備え、
該制御部が、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部に入力された操作指令によって前記第１マニピュレータおよび前記第２マニピュレータを制御する請求項１に記載の医療システム。
前記操作部が、操作者の一方の手により操作される第１操作入力部と、前記操作者の他方の手により操作される第２操作入力部とを備え、
前記制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、第１操作入力部により入力された操作指令によって前記第１ロボットアームおよび前記第１マニピュレータを制御し、前記第２操作入力部により入力された操作指令によって前記第２ロボットアームを制御する請求項２に記載の医療システム。
前記制御部が、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、第１操作入力部により入力された操作指令によって前記第１マニピュレータを制御し、前記第２操作入力部により入力された操作指令によって前記第２マニピュレータを制御する請求項３および４に記載の医療システム。
前記制御部が、前記切替部により前記第２撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部の座標系と前記第２撮像部に固定された座標系とを一致させる請求項１に記載の医療システム。
前記制御部が、前記切替部により前記第１撮像部からの映像に切り替えられた場合に、前記操作部の座標系と前記第１撮像部に固定された座標系とを一致させる請求項１に記載の医療システム。