JP6796346B1

JP6796346B1 - 手術用ロボット

Info

Publication number: JP6796346B1
Application number: JP2020021632A
Authority: JP
Inventors: 雅夫金澤; 靖志田中
Original assignee: Riverfield Inc
Current assignee: Riverfield Inc
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: CN115135271A; JP2021126232A; WO2021161702A1; EP4101408A1; EP4101408A4; US20220378518A1

Abstract

【課題】「術具のうち切開箇所に対応する部位が不動となるように当該術具が移動しているか否か」を施術者が確認可能な手術用ロボットを提供する。【解決手段】手術用ロボットは、手術時にトロッカーが挿入される部位と術具の先端位置との相対位置関係を表示部１９に表示させる第１表示処理部２１Ａを備える。これにより、「術具のうち切開箇所に対応する部位が不動となるように当該術具が移動しているか否か」を施術者が確認可能となり得る。【選択図】図２

Description

本開示は、内視鏡下外科手術に用いられる手術用ロボットに関する。

腹腔鏡手術等の内視鏡下外科手術は、次のような手順で施術される。

すなわち、施術者（医師）は、被手術者に対して２つ以上の小さな穴を切開し、当該穴それぞれに筒状のトロッカー（トラカールともいう。）を挿入する。

次に、施術者は、各トロッカーに内視鏡及び鉗子や電気メス等を挿入し、内視鏡で撮影された画像を見ながら手術を行う。なお、鉗子は、臓器等を把持したり牽引したりする道具であって、遠隔操作可能である。以下、内視鏡、鉗子及び電気メス等の内視鏡下外科手術に用いられる道具を術具という。

特許第４９９９０１２号公報

ところで、内視鏡や鉗子等の術具は、切開位置、つまりトロッカーが挿入される部位を通して被手術者の体内に挿入される。このため、手術用ロボットは、術具のうち当該切開箇所に対応する部位が不動となるように当該術具を移動させる必要がある。

本開示は、上記点に鑑み、「術具のうち切開箇所に対応する部位が不動となるように当該術具が移動しているか否か」を施術者が確認可能な手術用ロボットの一例を開示する。

内視鏡下外科手術に用いられる手術用ロボットは、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。

すなわち、当該構成要件は、内視鏡下外科手術に用いられる術具（７）を保持するアーム装置（３）と、アーム装置（３）を駆動する駆動装置（９）と、情報を表示するための表示部（１９）と、手術時にトロッカー（１５）が挿入される部位と術具（７）の先端位置との相対位置関係を表示部（１９）に表示させる表示処理部（２１Ａ）とである。

これにより、「術具のうち切開箇所に対応する部位が不動となるように当該術具が移動しているか否か」を施術者が確認可能となり得る。つまり、手術用ロボットが「トロッカー（１５）が挿入される部位を不動点として認識したか否か」、つまり、手術用ロボットによる手術が実行可能な状態になったか否かを施術者が容易、かつ、確実に認識でき得る。

なお、当該手術用ロボットは、例えば、以下の構成であってもよい。

すなわち、「トロッカー（１５）が挿入される部位」の位置を認識するとともに、当該認識した位置を記憶する不動点設定装置（１１）を備え、表示処理部（２１Ａ）は、不動点設定装置（１１）に記憶された位置を「トロッカー（１５）が挿入される部位」として利用することが望ましい。これにより、不動点設定装置（１１）が切開位置を不動点として記憶されているか否かを施術者が容易、かつ、確実に認識でき得る。

アーム装置（３）を覆うドレープ（２０）が当該アーム装置（３）に装着されているか否かを検出するドレープ検出部（２３）と、ドレープ検出部（２３）の検出結果を表示部（１９）に表示させる第２の表示処理部（２１Ｂ）とを備えることが望ましい。これにより、施術者は、手術用ロボットによる手術が実行可能な状態になったか否かを容易、かつ、確実に認識でき得る。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

第１実施形態に係る手術用ロボットの外観図である。第１実施形態に係る手術用ロボットのブロック図である。図３Ａ〜図３Ｃは、第１表示処理部の表示例を示す図である。図４Ａ、図４Ｂは、第１表示処理部の表示例を示す図である。第１実施形態に係る手術用ロボットの不動点設定モードの制御を示すフローチャートである。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

なお、各図に付された方向を示す矢印及び斜線等は、各図相互の関係及び各部材又は部位の形状を理解し易くするために記載されたものである。したがって、本開示に示された発明は、各図に付された方向に限定されない。斜線が付された図は、必ずしも断面図を示すものではない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された手術用ロボットは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。

（第１実施形態）
＜１．手術用ロボットの構成＞
本実施形態は、内視鏡下外科手術に用いられる手術用ロボットの一例である。

手術用ロボット１は、ロボットアーム３（図１参照）に加えて、図２に示されるように、制御装置５、アーム駆動装置９及び表示部１９等を少なくとも備える。

＜ロボットアーム＞
ロボットアーム３は、図１に示されるように、術具７を保持するアーム装置の一例である。具体的には、ロボットアーム３は、複数の関節（ジョイント）を有するリンク機構であって、ピボットの位置を変更可能なリンク機構にて構成されている。

ピボットは、ロボットアーム３が稼働した際に、ロボットアーム３の状態によらず、不動点となる位置である。術具７は、内視鏡、鉗子及び電気メス等の内視鏡下外科手術に用いられる道具である。

図１に示された術具７は、鉗子である。当該鉗子の先端には、臓器等を把持したり牽引したりするためのハンド部が設けられている。ロボットアーム３は、管状のドレープ２０により覆われている。ドレープ２０は、可撓性を有する不織布状の覆い部材である。

＜アーム駆動装置（図２参照）＞
アーム駆動装置９は、ロボットアーム３を駆動する駆動装置の一例である。本実施形態に係るアーム駆動装置９は、複数の電動モータ（図示せず。）、空気圧シリンダー（図示せず。）、及び圧力発生装置（図示せず。）等を有して構成されている。

各電動モータは、各関節部（リンク部）を駆動する。空気圧シリンダーは、術具７（例えば、鉗子のハンド部）を駆動するワイヤー（図示せず。）に張力を作用させる。圧力発生装置は、当該空気圧シリンダーに圧搾空気を供給する。

＜制御装置＞
制御装置５は、図２に示されるように、不動点設定装置１１、駆動制御装置１３、第１表示処理部２１Ａ及び第２表示処理部２１Ｂ等を少なくとも有して構成されている。

不動点設定装置１１は、手術時にトロッカー１５（図１参照）が挿入される部位の位置（以下、切開位置ともいう。）を認識するとともに、当該認識した位置をピボットＰ１として記憶する。

以下、不動点設定装置１１による切開位置の認識から当該位置の記憶等に至る一連の作動を不動点設定という。不動点設定が実行可能な状態を不動点設定モードという。

トロッカー１５は、被手術者に切開された穴に挿入される筒状の部材である。つまり、鉗子や内視鏡等の術具７は、切開箇所に挿入されたトロッカー１５を通して被手術者の身体内に挿入される。

駆動制御装置１３は、ピボットＰ１の位置を利用してアーム駆動装置９の作動を制御する。具体的には、駆動制御装置１３は、マスター側の入力操作装置（図示せず。）から出力される指令信号を受信し、指令信号に従ってアーム駆動装置９を作動させる。

このとき、駆動制御装置１３は、術具７のうちピボットＰ１に対応する部位が不動となるように、アーム駆動装置９を作動させる。なお、マスター側の入力操作装置とは、施術者（医師）が直接的に操作する入力デバイスの一例である。

第１表示処理部２１Ａ及び第２表示処理部２１Ｂは、表示部１９に情報を表示させる。表示部１９は、文字情報や画像情報等の情報を利用者に伝達するモニターである。なお、内視鏡により撮影された画像は、当該表示部１９とは別のモニター（図示せず。）に表示される。

第１表示処理部２１Ａは、切開位置、つまりピボットＰ１と術具７の先端位置との相対位置関係を表示部１９に表示させる。本実施形態に係る第１表示処理部２１Ａは、図柄（アイコン）等の画像情報にて当該相対位置関係を表示させる。なお、各アイコンは、ピボットＰ１及び術具７の先端位置それぞれを示す図柄である。

すなわち、例えば、図３Ａは、ピボットＰ１に対して術具７の先端位置Ｓｔが体内に位置している場合を示す。図３Ｂは、ピボットＰ１に対して術具７の先端位置Ｓｔが体外に位置している場合を示す。図３Ｃは、不動点設定が未だされていない状態を示す。

第２表示処理部２１Ｂは、ドレープ検出部２３（図２参照）の検出結果を表示部１９に表示させる。ドレープ検出部２３は、ドレープ２０がロボットアーム３に装着されているか否かを検出する。なお、ドレープ検出部２３は、ロボットアーム３に設けられている。

そして、第２表示処理部２１Ｂは、ドレープ２０が装着されている場合には、その旨の情報（例えば、図４Ａ参照）を表示する。第２表示処理部２１Ｂは、ドレープ２０が装着されていない場合には、その旨の情報（例えば、図４Ｂ参照）を表示する。

＜２．不動点設定装置の詳細＞
本実施形態に係る不動点設定装置１１は、位置認識機能及び記憶機能を発揮可能である。そして、不動点設定装置１１は、位置認識機能及び記憶機能を利用してピボットＰ１の位置を不動点として記憶する。

位置認識機能は、ロボットアーム３により保持された術具７の先端位置を認識する機能である。記憶機能は、位置認識機能により認識された当該先端位置をピボットＰ１として記憶する。

本実施形態に係る位置認識機能は、ロボットアーム３の姿勢から術具７の先端位置を示す座標等を取得（演算）することにより、術具７の先端位置を認識する。記憶機能は、当該座標をピボットＰ１として記憶する。

なお、不動点設定を行う際には、術具７に代えて術具相当品を用いてもよい。術具相当品とは、術具７と同様な形状の部材である。具体的には、例えば、棒状又はパイプ状の部材等が術具相当品に該当する。

本実施形態に係る位置認識機能及び記憶機能は、ソフトウェア（プログラム）及びマイクロコンピュータにより実現されている。マイクロコンピュータは、当該ソフトウェアを実行するためのＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を少なくとも有する。なお、当該ソフトウェアは、不揮発性記憶部に予め記憶されている。

手術用ロボット１は、図２に示されるように、設定ボタン１７Ａ及び自在変位可能ボタン１７Ｂ等を有している。設定ボタン１７Ａ及び自在変位可能ボタン１７Ｂは、ロボットアーム３（スレーブ装置）及び制御装置５（マスター側装置）のうち少なくとも一方に設けられている。

設定ボタン１７Ａは、利用者により操作される設定操作部の一例である。なお、利用者とは、不動点設定の作業を行う者である。具体的には、施術者又は手術の補助を行う者である。そして、設定ボタン１７Ａが操作されると、不動点設定モードが開始又は終了する。

つまり、不動点設定モード時ではないときに設定ボタン１７Ａが操作されると、不動点設定モードが開始される。不動点設定モード時に設定ボタン１７Ａが操作されると、不動
点設定モードが終了する。

具体的には、設定ボタン１７Ａが予め決められた時間（例えば、３秒）を越えて押下された場合には、不動点設定モード開始される。不動点設定モードが開始されると、位置認識機能が実行可能な状態となる。

そして、設定ボタン１７Ａが予め決められた時間（例えば、２秒）未満だけ押下された時に、位置認識機能が実行された後、記憶機能が実行される。その後、ピボットＰ１が不動点として記憶された後、不動点設定モードが終了する。

自在変位可能ボタン１７Ｂは、利用者により操作される操作部の一例である。自在変位可能ボタン１７Ｂが操作されると、アーム駆動装置９は自在変位モード状態となる。自在変位モードは、ロボットアーム３に作用する外力に応じて当該ロボットアーム３が自在変位可能となるモードである。

このため、自在変位モード時においては、利用者は、ロボットアーム３を押し引きすることにより、当該ロボットアーム３を自在に変位させることができる。つまり、自在変位モード時においては、利用者は、マスター側の入力操作装置を操作することなく、ロボットアーム３を押し引きすることにより、術具７の先端を切開位置に合致させることができる。

なお、自在変位モードは、「自在変位モード時に自在変位可能ボタン１７Ｂが操作された時」、又は「不動点設定モードが終了した時」に終了する。自在変位モードが実行されていない状態では、ロボットアーム３に外力が作用しても当該ロボットアーム３は変位しない。

＜不動点設定モード時の制御＞
図５は、不動点設定モード時に実行される制御装置５の制御例を示している。制御装置５は、設定ボタン１７Ａが予め決められた時間（例えば、３秒）を越えて連続押下されたか否かを判断する（Ｓ１）。なお、「（Ｓ１）」等は、図５に示された制御ステップ番号を示す。

制御装置５は、設定ボタン１７Ａが予め決められた時間を越えて連続押下されたと判断した場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、アーム駆動装置９が自在変位モードになっているか否かを判断する（Ｓ３）。

制御装置５は、アーム駆動装置９が自在変位モードになっていないと判断した場合には（Ｓ３：ＮＯ）、音声（例えば、ブザー）又は警告灯等の報知手段を用いて利用者に対して自在変位可能ボタン１７Ｂの操作を促す（Ｓ５）。

制御装置５は、アーム駆動装置９が自在変位モードになっていると判断した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、設定ボタン１７Ａが予め決められた時間（例えば、２秒）未満だけ押下されたか否かを判断する（Ｓ７）。

制御装置５は、設定ボタン１７Ａが予め決められた時間未満だけ押下されたと判断した場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、位置認識機能を実行した後（Ｓ９）、記憶機能を実行する（Ｓ１１）。

つまり、本実施形態では、アーム駆動装置９が自在変位モードになっていない場合には（Ｓ３：ＮＯ）、位置認識機能及び記憶機能は、実質的に作動不可な状態となる。

そして、制御装置５は、ピボットＰ１を不動点として記憶した後、不動点設定モード及び自在変位モードを終了させるとともに、ピボットＰ１が不動点として記憶された旨を利用者に報知する。

＜３．本実施形態に係る手術用ロボットの特徴＞
本実施形態に係る手術用ロボット１では、手術時にトロッカー１５が挿入される部位と術具７の先端位置との相対位置関係を表示部１９に表示させる。これにより、「術具７のうち切開箇所に対応する部位が不動となるように当該術具７が移動しているか否か」を施術者が確認可能となり得る。

つまり、手術用ロボット１が「トロッカー１５が挿入される部位を不動点として認識したか否か」、つまり、手術用ロボット１による手術が実行可能な状態になったか否かを施術者が容易、かつ、確実に認識でき得る。

第１表示処理部２１Ａは、不動点設定装置１１に記憶された位置をトロッカー１５が挿入される部位として利用する。これにより、不動点設定装置１１が切開位置を不動点として記憶されているか否かを施術者が容易、かつ、確実に認識でき得る。

本実施形態に係る手術用ロボット１では、ドレープ検出部２３の検出結果を表示部１９に表示させる。これにより、施術者は、手術用ロボット１による手術が実行可能な状態になったか否かを容易、かつ、確実に認識でき得る。

本実施形態に係る手術用ロボット１は、手術時にトロッカー１５が挿入される部位の位置、つまり切開位置を認識するとともに、当該認識した位置をピボットＰ１として記憶する。これにより、当該手術用ロボット１では、ピボットＰ１の位置と切開箇所との位置合わせ作業を容易に実施することが可能となり得る。

アーム駆動装置９は自在変位モードを実行可能である。これにより、当該手術用ロボット１では、利用者が術具７の先端を切開箇所に合わせた後、位置認識機能及び記憶機能を実行させることが可能となる。したがって、ピボットＰ１の位置と切開箇所との位置合わせ作業が確実に行われ得る。

（その他の実施形態）
上述の実施形態に係るロボットアーム３は、ピボットの位置を変更可能なリンク機構にて構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ピボット（不動点）がロボット本体に対して不動な構成であってもよい。

上述の実施形態では、第２表示処理部２１Ｂを備えていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、第２表示処理部２１Ｂが廃止された構成等であってもよい。

上述の実施形態では、アーム駆動装置９が自在変位モードになっていない場合には（Ｓ７：ＮＯ）、制御装置５は、位置認識機能及び記憶機能を実行不可な状態とした。しかし、本開示はこれに限定されない。

すなわち、当該開示は、例えば、自在変位モードになっていない場合にも位置認識機能及び記憶機能を実行不可な状態となる構成であってもよい。なお、この場合には、マスター側の入力操作装置を用いて術具７の先端を切開位置に合致させてもよい。

上述の実施形態に係る不動点設定装置１１は、ロボットアーム３の姿勢から術具７の先端位置を示す座標を取得して当該先端位置を認識した。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ステレオカメラや深度カメラ等の３Ｄカメラを用いた画像解析技術にて当該先端位置を認識する構成であってもよい。

上述の実施形態では、利用者が術具７又は術具相当品の先端を切開位置に合致させた状態で当該先端を認識することにより、切開位置を認識する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、切開位置にレーザ光を照射し、当該照射位置を画像解析技術にて認識する構成であってもよい。

上述の実施形態では、自在変位可能ボタン１７Ｂが操作されたときに自在変位モードに移行する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、不動点設定モードに移行すると同時に自動的に自在変位モードに移行する構成であってもよい。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成でであってもよい。

１… 手術用ロボット
３… ロボットアーム
５… 制御装置
７… 術具
９… アーム駆動装置
１１… 不動点設定装置
１３… 駆動制御装置
１５… トロッカー
１７Ａ… 設定ボタン
１７Ｂ… 自在変位可能ボタン
１９… 表示部
２０… ドレープ
２１Ａ… 第１表示処理部
２１Ｂ… 第２表示処理部
２３… ドレープ検出部

Claims

内視鏡下外科手術に用いられる手術用ロボットにおいて、
内視鏡下外科手術に用いられる術具を保持するアーム装置と、
前記アーム装置を駆動する駆動装置と、
手術時に「トロッカーが挿入される部位」である「切開位置」の位置を認識するとともに、当該認識した位置を記憶する不動点設定装置と、
情報を表示するための表示部と、
「前記不動点設定装置に記憶された位置」と「前記術具の先端位置」との相対位置関係を前記表示部に表示させる表示処理部とを備え、
前記表示処理部は、前記不動点設定装置に記憶された位置を前記「切開位置」として利用する手術用ロボット。
前記アーム装置を覆うドレープが当該アーム装置に装着されているか否かを検出するドレープ検出部と、
前記ドレープ検出部の検出結果を前記表示部に表示させる第２の表示処理部と
を備える請求項１に記載の手術用ロボット。