JP6571791B2 - ロボティックベッド、及び術中mriシステム - Google Patents
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Description
(第1の構成例)
図1に、本発明の第1の構成例に係るロボティックベッドの側面図を示す。ロボティックベッドに用いられるロボットアーム101は、多自由度(3自由度以上)を有し、その先端で載置対象物が載置されるテーブル108を支持する。テーブル108およびロボットアーム101は、ロボティックベッドを構成する。
図7に、本発明の第2の構成例に係るロボティックベッドの側面図を示す。ロボティックベッドに用いられるロボットアーム701はいわゆる垂直多関節のロボットアームで、多自由度(3自由度以上)を有し、その先端で載置対象物が載置されるテーブル708を支持する。テーブル708およびロボットアーム701は、ロボティックベッドを構成する。
本発明の第3の構成例に係るロボティックベッドの外観図を図9に、側面図を図10に示す。ロボティックベッドに用いられるロボットアーム1001は、多自由度(3自由度以上)を有し、その先端で載置対象物が載置されるテーブル1008を支持する。テーブル1008およびロボットアーム1001は、ロボティックベッドを構成する。
本発明の第4の構成例に係るロボティックベッドの斜視図を図16に、側面図を図17に示す。ロボティックベッドに用いられるロボットアーム1701は、多自由度(3自由度以上)を有し、その先端で載置対象物が載置されるテーブル1708を支持する。テーブル1708およびロボットアーム1701は、ロボティックベッドを構成する。
本構成例に係るロボティックベッドは、第1〜第4の構成例のロボティックベッドにおけるテーブルにおいて、スライド機構を備えていることを特徴としている。
ロボティックベッドに用いられるロボットアーム2701は、多自由度(3自由度以上)を有し、その先端で載置対象物が載置されるテーブル2708を支持する。テーブル2708およびロボットアーム2701は、ロボティックベッドを構成する。
以下には、第1〜第5の構成例全てに適用可能な追加の特徴を記す。
各構成例におけるテーブルへの載置対象が患者である場合、その患者が生命維持装置や点滴、その他治療に必要な装置を装着していることがある。
水平回転ジョイントに対応する電磁ブレーキが設けられている場合、アクチュエータへ駆動電流が供給されていないときに手動でブレーキ機能をオフとするスイッチやレバーが設けられていてもよい。図1に示すロボットアーム101の場合、第1〜第6の電磁ブレーキ161〜166のうちの、水平回転ジョイントである第2、第3、及び第6ジョイント132、133、及び136に対応する第2、第3、及び第6の電磁ブレーキ162、163、及び166が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図3に示すロボットアーム301の場合、第1〜第3の電磁ブレーキ361〜363のうちの、水平回転ジョイントである第2、第3ジョイント332、333に対応する第2、第3の電磁ブレーキ362、363が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図7に示すロボットアーム701の場合、第1〜第6の電磁ブレーキ761〜766のうちの、水平回転ジョイントである第1ジョイント731に対応する第1の電磁ブレーキ761が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図10に示すロボットアーム1001の場合、第1〜第5の電磁ブレーキ1061〜1065のうちの、水平回転ジョイントである第2、及び第5ジョイント1032、及び1035に対応する第2、及び第5の電磁ブレーキ1062、及び1065が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図11に示すロボットアーム1101の場合、第1〜第5の電磁ブレーキ1161〜1165のうちの、水平回転ジョイントである第2、及び第5ジョイント1132、及び1135に対応する第2、及び第5の電磁ブレーキ1162、及び1165が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図12に示すロボットアーム1201の場合、第1〜第3の電磁ブレーキ1261〜1263のうちの、水平回転ジョイントである第2、第3ジョイント1232、1233に対応する第2、第3の電磁ブレーキ1262、1263が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図17に示すロボットアーム1701の場合、第1〜第6の電磁ブレーキ1761〜1766のうちの、水平回転ジョイントである第2、第3、及び第6ジョイント1732、1733、及び1736に対応する第2、第3、及び第6の電磁ブレーキ1762、1763、及び1766が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。図18に示すロボットアーム1801の場合、第1〜第3の電磁ブレーキ1861〜1863のうちの、水平回転ジョイントである第2、第3ジョイント1832、1833に対応する第2、第3の電磁ブレーキ1862、1863が手動でブレーキ機能をオフすることができる構成としてもよい。さらに、図27のようにモータで駆動されるスライド機構を有するロボティックベッドの場合、スライド機構を駆動するモータにも電磁ブレーキを設け、当該電磁ブレーキのブレーキ機能を手動でオフとする構成としてもよい。
各構成例におけるロボットアームには、ロボティックベッドの可動範囲を走査する距離センサ173・373・773・1073・1173・1273・1773・1873・2773が設けられていることが望ましい。図1において、ロボットアーム101の可動範囲は、第2ジョイント132の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム101とテーブル108を最大に伸長させたときのテーブル108の末端までを半径とする扇状の範囲である。図3において、ロボットアーム301の可動範囲は、第2ジョイント332の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム301とテーブル308を最大に伸長させたときのテーブル308の末端までを半径とする扇状の範囲である。図7において、ロボットアーム701の可動範囲は、第1ジョイント731の回転中心である第1軸を中心とする、ロボットアーム701とテーブル708を最大に伸長させたときのテーブル708の末端までを半径とする扇状の範囲である。図10において、ロボットアーム1001の可動範囲は、第2ジョイント1032の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム1001とテーブル1008を最大に伸長させたときのテーブル1008の末端までを半径とする扇状の範囲である。図11において、ロボットアーム1101の可動範囲は、第2ジョイント1132の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム1101とテーブル1108を最大に伸長させたときのテーブル1108の末端までを半径とする扇状の範囲である。図12において、ロボットアーム1201の可動範囲は、第2ジョイント1232の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム1201とテーブル1208を最大に伸長させたときのテーブル1208の末端までを半径とする扇状の範囲である。図17において、ロボットアーム1701の可動範囲は、第2ジョイント1732の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム1701とテーブル1708を最大に伸長させたときのテーブル1708の末端までを半径とする扇状の範囲である。図18において、ロボットアーム1801の可動範囲は、第2ジョイント1832の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム1801とテーブル1808を最大に伸長させたときのテーブル1808の末端までを半径とする扇状の範囲である。図27において、ロボットアーム2701の可動範囲は、第2ジョイント2732の回転中心である第2軸を中心とする、ロボットアーム2701とスライド機構でテーブル2708を一端側に寄せて最大に伸長させたときのテーブル2708の末端までを半径とする扇状の範囲である。
テーブルまたはロボットアームには、テーブル108・308・708・1008・1108・1208・1708・1808・2708の高さを検出する高さセンサ174・374・774・1074・1174・1274・1774・1874・2774が設けられていることが望ましい。この場合、制御装置107・307・707・1007・1107・1207・1707・1807・2707は、テーブル108・308・708・1008・1108・1208・1708・1808・2708を検査装置内へ移動する前に、高さセンサ174・374・774・1074・1174・1274・1774・1874・2774により検出されるテーブル108・308・708・1008・1108・1208・1708・1808・2708の高さが所定範囲内にあるか否かを判定し、所定範囲内にない場合には、テーブル108・308・708・1008・1108・1208・1708・1808・2708を検査装置内へ移動しないように制御する。この構成によれば、テーブルまたは被験者の検査装置との接触や衝突の危険が回避される。なお、上記においては移動目標位置として検査位置を例に挙げたが、これが測定装置による測定位置、撮影装置による撮影位置など、医療に関連する装置内に挿入される場合であっても同様である。
また、各構成例におけるロボットアームは、テーブルやロボットアームの撓みに応じて制御装置によってロボットアームを制御することによりこれを補償する機能を有している。載置対象物の重量などが原因でテーブル3108が撓んだ場合にこれを補正する例を図31に示す。例えば載置対象としての患者の頭部の1点をトラッキングのための目標点と定める場合、ロボットアーム3101の先端(テーブル3108の固定部分)からのx、y、z座標を指定する等により目標点3190を記憶させることができる(図31(a))。そして、図31(b)のようにテーブルが撓んだ場合、目標点3190が例えば右下の方へ移動するため、座標値のズレをロボットアームの制御装置で検知し、制御装置はこのズレを補正するために予め記憶させた目標点3190に戻すようにアクチュエータの少なくともひとつを制御する。図31(c)の例では、ロボットアームのある可動要素を左側へ移動させるとともに、垂直回転ジョイントを時計回りに回転させて補正している。
また、テーブルまたはロボットアームには、載置対象物の重量を計測する重量センサ175・375・775・1075・1175・1275・1775・1875・2775が設けられていることが望ましい。これは、例えば載置対象としての患者の体重を常に監視することを可能とする。この構成によれば、載置対象としての患者を体重面からモニタすることができ、例えば手術開始前の体重を記憶しつつ、出血により減った重量をモニタし、手術時の対応、方針変更の参考とすることができる。そのため、重量センサで検出した数値を表示するための表示部(例えば、表示窓、ディスプレイ)をテーブル又はロボットアームに設けておくことが好ましい。そして、この表示部には複数個の記録した値(例えば手術前と出血を伴う手術を行った直後)や記憶した値と現在の値の差(例えば手術前の値と現在の値の差)を表示できるようにしておくことが好ましい。そのために、メモリなどの記憶手段を設け、この記憶手段にある時点での載置対象物の重量を記憶するようにし、重量センサによって検出した載置対象物の現在の重量と記憶された重量との差を計算するCPUなどの計算部を備えておくことが好ましい。さらに、このような管理を載置対象としての患者ごとにするために、記憶手段は患者IDと対応付けて患者を選択できるようにし、患者ごとにある時点の重量を記憶し、現在の重量との差を計算して表示部に表示できるようにしておくことが好ましい。
また、テーブルには、載置対象物の温度を計測する温度センサ172・372・772・1072・1172・1272・1772・1882・2772が設けられていることが望ましい。これは、例えば載置対象としての患者の温度を常に監視することを可能とする。この構成によれば、載置対象としての患者を体温面からモニタすることができ、例えば手術開始前、手術開始待機中、手術中、手術後の体温をモニタすることができる。そのため、温度センサで検出した数値を表示するための表示部をテーブル又はロボットアームに設けておくことが好ましい。
また、テーブルには、テーブルの周囲の物体を検出するための物体センサを1つ以上設け、ロボットアームの動作中に物体センサにより物体を検知した場合には、ロボットアームを駆動するアクチュエータの動作を停止又は禁止することが好ましい。第1〜第5の構成例で示したようなロボティックベッドを医療室に導入するに際しては、安全性の確保が極めて重要な位置づけを占めることから、このような手段により患者及び医療従事者の安全を確保することが好ましい。
制御装置107・307・707・1007・1107・1207・1707・1807・2707は、図40に示すように、ロボットアーム101、301、701、1001、1101、1201、1701、1801、2701のアクチュエータ、電磁ブレーキおよび位置検出器と接続される。また、制御装置107・307・707・1007・1107・1207・1707・1807・2707は、上述した距離センサ173・373・773・1073・1173・1273・1773・1873・2773、高さセンサ174・374・774・1074・1174・1274・1774・1874・2774、重量センサ175・375・775・1075・1175・1275・1775・1875・2775、および温度センサ172・372・772・1072・1172・1272・1772・1882・2772と接続され得る。また、制御装置107・307・707・1007・1107・1207・1707・1807・2707は、記憶手段を含むとともに、上述した撓み補償を実現するための構成として、目標点の位置を定める設定手段と、当該目標点をトラッキングするトラッキング手段を含んでもよい。
以上説明したロボティックベッドは、術中MRIにおいて用いることにより大きな効果を発揮することが期待できる。脳腫瘍摘出の術中MRIの場合、患者を移動させてMRI装置で脳を撮影する回数は2〜4回、平均3回とされており(「最先端の脳腫瘍完全摘出システムが可能にする生存率向上と術後QOL確保」、日立メディコ、月刊インナービジョン 2012年9月号参照)、手術中に患者を正確かつ迅速にMRI装置による撮影位置と治療位置を往復させる必要性が高い。
第1〜第5の構成例で示したロボティックベッド(場合によっては上述の共通の特徴を付加したロボティックベッド)は、術中MRIのみならず、他の治療等にも適用することができる。
414,1314,1914,2814,3314:MRI装置
121,321,721,1021,1121,1221,1721,1821,2721:ベース
122〜125,322〜323,722〜724,1022〜1024,1122〜1124,1222〜1223,1722〜1725,1822〜1823,2722〜2724:可動要素
131〜136,331〜333,731〜736,1031〜1035,1131〜1135,1231〜1233,1731〜1736,1831〜1833,2731〜2735:ジョイント
141〜146,341〜343,741〜746,1041〜1045,1141〜1145,1241〜1243,1741〜1746,1841〜1843,2741〜2745:アクチュエータ
151〜156,351〜353,751〜756,1051〜1055,1151〜1155,1251〜1253,1751〜1756,1851〜1853,2751〜2755:位置検出器
161〜166,361〜363,761〜766,1061〜1065,1161〜1165,1261〜1263,1761〜1766,1861〜1863,2761〜2765:電磁ブレーキ
171,371,771,1071,1171,1271,1771,1871,2771:固定具
172,372,772,1072,1172,1272,1772,1872,2772:温度センサ
173,373,773,1073,1173,1273,1773,1873,2773:距離センサ
174,374,774,1074,1174,1274,1774,1874,2774:高さセンサ
175,375,775,1075,1175,1275,1775,1875,2775:重量センサ
107,307,707,1007,1107,1207,1707,1807,2707:制御装置
108,308,708,1008,1108,1208,1708,1808,2308,2408,2708,3108,3208:テーブル
Claims (17)
- 患者を載置するためのテーブルと、
前記テーブルを支持するとともに前記テーブルを移動させるように構成されたロボットアームと、を備えており、
前記ロボットアームは、ベースと、複数のジョイントによって接続される複数の可動要素と、前記複数のジョイントのそれぞれに割り当てられ前記複数の可動要素を駆動する複数のアクチュエータと、前記複数の可動要素の位置を検出する複数の位置検出器と、前記複数のアクチュエータへの駆動電流が供給されないときにブレーキ機能をオンにし、前記駆動電流が供給されたときに前記ブレーキ機能をオフにする複数の電磁ブレーキと、を含み、
前記ロボットアームは、患者をMRI装置で撮影するためのMRI撮影位置または前記MRI撮影位置から離れた位置にあるMRI撮影準備位置と、術者が患者を治療するための治療位置との間で、前記テーブルを移動させるように構成されており、
前記治療位置は、前記MRI装置から所定距離以上離れた位置であり、
前記ロボットアームは、前記テーブルが前記MRI撮影位置又は前記MRI撮影準備位置に到達した後、前記MRI装置による患者の撮影が開始されるまでの間に前記複数のアクチュエータへの前記駆動電流の供給を停止するとともに前記複数の電磁ブレーキの前記ブレーキ機能をオンとするように構成されていることを特徴とするロボティックベッド。 - 前記複数のジョイントが垂直回転ジョイントと水平回転ジョイントを含んでおり、前記複数の電磁ブレーキのうち、前記水平回転ジョイントに対応する少なくとも1つの電磁ブレーキは、前記駆動電流が供給されないときに手動で前記ブレーキ機能をオフとすることが可能なように構成された請求項1に記載のロボティックベッド。
- 前記MRI撮影位置又は前記MRI撮影準備位置は、予め定められたMRI撮影位置又は予め定められたMRI撮影準備位置であり、前記治療位置は、予め定められた前記治療位置であることを特徴とする請求項1又は2に記載のロボティックベッド。
- 前記治療位置は、前記MRI装置の5ガウスラインよりも離れた位置であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のロボティックベッド。
- 前記ロボットアームは、前記テーブルを前記MRI撮影位置または前記MRI撮影準備位置に移動させる際、前記テーブルと前記MRI撮影位置または前記MRI撮影準備位置とが一定距離以下となった場合に減速するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のロボティックベッド。
- 前記テーブルの可動範囲を走査する距離センサを備え、
前記ロボットアームは、前記距離センサにより前記可動範囲内に物体を検出した場合には、前記複数のアクチュエータの動作を停止するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のロボティックベッド。 - 前記テーブルの位置を目標点に対してトラッキングするトラッキング手段を含み、
前記目標点に対して前記位置が変化した場合、前記ロボットアームは、前記目標点に前記位置が合うように前記複数のアクチュエータの少なくとも一つを駆動することを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のロボティックベッド。 - 前記テーブルの高さを検出する高さセンサを備え、
前記ロボットアームは、前記テーブルを前記MRI撮影位置へ移動する前に、前記高さセンサにより検出される前記テーブルの高さが所定範囲内にあるか否かを判定し、前記所定範囲内にない場合には、前記テーブルを前記MRI撮影位置へ移動しないように構成されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のロボティックベッド。 - 前記ロボットアームが、患者を前記テーブルに載置する載置位置に前記テーブルを移動させるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載のロボティックベッド。
- 前記ロボットアームの先端は、前記テーブルの長手方向の一端側を支持していることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載のロボティックベッド。
- 患者を載置するためのテーブルと、
ベースと、複数のジョイントによって接続される複数の可動要素と、前記複数のジョイントのそれぞれに割り当てられ前記複数の可動要素を駆動する複数のアクチュエータと、前記複数の可動要素の位置を検出する複数の位置検出器と、前記複数のアクチュエータへの駆動電流が供給されないときにブレーキ機能をオンにし、前記駆動電流が供給されたときに前記ブレーキ機能をオフにする複数の電磁ブレーキと、を含み、前記テーブルを移動させるように構成されたロボットアームと、
前記テーブルをスライドさせるためのスライド機構と、を備えており、
前記ロボットアームは、術者が患者を治療するための治療位置と患者をMRI装置で撮影するためのMRI撮影位置から離れた位置にあるMRI撮影準備位置との間で、前記テーブルを移動させるように構成されており、
前記スライド機構は、前記MRI撮影準備位置と前記MRI撮影位置との間で、前記テーブルを移動させるように構成されており、
前記ロボットアームは、前記テーブルが前記MRI撮影位置又は前記MRI撮影準備位置に到達した後、前記MRI装置による患者の撮影が開始されるまでの間に前記複数のアクチュエータへの前記駆動電流の供給を停止するとともに前記複数の電磁ブレーキの前記ブレーキ機能をオンとするように構成されていることを特徴とするロボティックベッド。 - 前記治療位置は、前記MRI撮影準備位置よりも前記MRI撮影位置から離れていることを特徴とする請求項11に記載のロボティックベッド。
- 前記治療位置は、前記MRI装置の5ガウスラインよりも離れた位置であることを特徴とする請求項11又は12に記載のロボティックベッド。
- 請求項1乃至13の何れかに記載のロボティックベッドと、当該ロボティックベッドの前記テーブルに載置された患者を撮影するのに用いられるMRI装置と、を備えることを特徴とする術中MRIシステム。
- 前記ベースは、前記MRI装置の5ガウスラインより外側に設置されていることを特徴とする請求項14に記載の術中MRIシステム。
- 前記治療位置は、前記MRI装置の5ガウスラインより外側に位置していることを特徴とする請求項14又は15に記載の術中MRIシステム。
- 前記MRI装置は、前方および側方に開口するオープン型であることを特徴とする請求項14乃至16の何れかに記載の術中MRIシステム。
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