JP6951812B1

JP6951812B1 - 穿刺ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP6951812B1
Application number: JP2021061796A
Authority: JP
Inventors: 哲志亀川; 隆幸松野; 隆夫平木; 圭司谷本
Original assignee: Okayama University NUC
Current assignee: Okayama University NUC
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: JP2022157518A

Abstract

【課題】穿刺針を患者の体表面に位置決めする穿刺針位置決め操作をしている段階で、操作用コントローラの不用意な操作によって穿刺ロボットの穿刺駆動軸が動作することを防止する。【解決手段】穿刺針位置決めモードが選択されていることを条件に、操作用コントローラの操作によって穿刺駆動軸を除いた駆動軸が駆動されることを許容し、穿刺モードが選択されていることを条件に、操作コントローラの操作によって前記穿刺駆動軸が駆動されることを許容する。【選択図】図７Ａ

Description

本発明は、穿刺ロボットの制御装置に関するものである。

穿刺ロボットを用いて穿刺を行うには、穿刺針を穿刺開始位置に位置決めする穿刺針位置決め操作を行って、穿刺針を穿刺開始位置に位置決めし、次に、穿刺駆動軸（針を穿刺/抜去する駆動軸）を駆動させる穿刺操作を行って、穿刺針を穿刺深さ目標位置まで移動せる必要がある。穿刺針位置決め操作及び穿刺操作は、操作用コントローラを用いた遠隔操作によって行われる。

特許文献１（特表2018-500054号公報）には、「速度モード」ではロボットカテーテルの末端をジョイスティック（操作コントロールに該当）で操作し、「位置制御モード」ではロボットカテーテルの位置を制御する態様が記載されている。

特許文献２（特開平8-224246号公報）には、医療用マニピュレータにおいて、マスターマニピュレータによって操作されるスレーブマニピュレータに設けられた移動用マニピュレータの先端の位置、処置用内視鏡の挿入部における湾曲部、把持鉗子の駆動をそれぞれ制御する３つの制御装置を備える旨と、術者がスイッチを操作する場合のみスレーブマニピュレータを動作させ、ボタン操作によって不用意な駆動を防止する旨が記載されている。

特表２０１８-５０００５４号公報特開平８-２２４２４６号公報

穿刺ロボットの穿刺駆動軸は、穿刺針を患者の体表面の穿刺開始位置から患者の体内の穿刺深さ目標位置まで穿刺し、穿刺方向と逆向きに抜去する駆動軸である。このため穿刺針を患者の体表面の穿刺開始位置に位置決めするまでは、穿刺駆動軸を動かせない状態にしておくことが望ましい。

しかしながら、本発明を実施しないで穿刺ロボットを制御した場合には、穿刺針を体表面に位置決めする作業をしている段階で、操作用コントローラの不用意な操作によって穿刺駆動軸が高速で動作する虞れがある。

上記した特許文献１（特表2018-500054号公報）及び特許文献２（特開平8-224246号公報）には、穿刺ロボットの穿刺駆動軸の制御についての記載はない。

本発明は、穿刺針を患者の体表面に位置決めする穿刺針位置決め操作をしている段階で、操作用コントローラの不用意な操作によって穿刺ロボットの穿刺駆動軸が動作することを防止することを目的とする。

第１の態様は、穿刺針を穿刺開始位置から穿刺深さ方向に移動させる穿刺駆動軸を含む複数の駆動軸を備えた穿刺ロボットの制御装置において、前記複数の駆動軸の駆動を操作する操作部と、穿刺針位置決めモード又は穿刺モードを選択する選択部と、前記選択部で前記穿刺針位置決めモードが選択されていることを条件に、前記操作部の操作によって前記穿刺駆動軸を除いた駆動軸が駆動されることを許容し、前記選択部で前記穿刺モードが選択されていることを条件に、前記操作部の操作によって前記穿刺駆動軸が駆動されることを許容する制御部、を備えた穿刺ロボットの制御装置である。

第２の態様は、第１の態様において、前記操作部は、前記穿刺ロボットの駆動軸の駆動を操作する駆動用操作具と、前記穿刺ロボットの駆動軸の駆動速度を高速又は低速に設定する速度設定用操作具を備え、前記制御部は、前記駆動用操作具と前記速度設定用操作具が同時に操作されていることを条件に、前記穿刺ロボットの対応する駆動軸が駆動されることを許容する、穿刺ロボットの制御装置である。

第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記選択部による穿刺針位置決めモード又は穿刺モードの選択は、操作インタフェースの表示画面上で行われる、穿刺ロボットの制御装置である。

第４の態様は、第３の態様において、前記操作インタフェースの表示画面上に、前記穿刺針位置決めモードを選択する操作と、前記穿刺モードを選択する操作を指示するナビゲーション表示部が設けられている、穿刺ロボットの制御装置である。

第１の態様によれば、穿刺針を患者の体表面に位置決めする穿刺針位置決め操作をしている段階で、操作部の不用意な操作によって穿刺ロボットの穿刺駆動軸が動作してしまうことが防止される。

さらに、第２の態様によれば、駆動用操作具と速度設定用操作具が同時に操作されている場合に、穿刺ロボットの駆動軸の駆動が許容される。このため穿刺ロボットの穿刺駆動軸の意思に反する動作の一層の防止が図られる。

図１は、穿刺ロボットシステムの全体の構成を示す図である。図２Ａは、穿刺ロボットの外観を示す斜視図である。図２Ｂは、穿刺ロボットの各第１乃至第８駆動軸の動作方向と可動範囲を示す表である。図３は、穿刺ロボットの駆動制御部のブロック図である。図４は、操作インタフェースの外観を示す図である。図５は、操作インタフェースを構成する操作用コントローラの外観を示す図である。図６は、操作用ＰＣのハードウェア構成を例示するブロック図である。図７Ａは、実施形態の穿刺ロボットの制御装置の機能構成を示すブロック図である。図７Ｂは、実施形態の穿刺ロボットの制御装置の機能構成を示すブロック図である。図８は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図９は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１０Ａは、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１０Ｂは、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１１Ａは、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１１Ｂは、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１２は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１３は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１４Ａは、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１４Ｂは、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１５は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１６は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１７は、ディスプレイの表示画面を示す図である。図１８は、ディスプレイの表示画面を示す図である。

以下、穿刺ロボットの制御装置の実施の形態について説明する。

図１は、穿刺ロボットシステムの全体の構成を示す。

穿刺ロボットシステムは、大きくは、穿刺針１１０を穿刺開始位置から穿刺深さ方向に移動させる穿刺駆動軸６、７を含む各駆動軸１〜８を備えた穿刺ロボット１００と、寝台２１０上の患者に対してＸ線を照射してＣＴ撮影（Computed Tomography；コンピュータ断層撮影）してＣＴ透視画像（体軸断面、矢状断面、冠状断面の各断層画像）を取得するＣＴ装置２００と、ＣＴ装置２００で取得したＣＴ透視画像及び術野モニタ用カメラ３１０で撮影した患者の術野を示す術野画像を表示画面３２０に表示する外部モニタ３００と、穿刺ロボット１００の駆動を操作する操作インタフェース１０００を含んで構成される。

操作インタフェース１０００は、タッチパネルで構成された表示画面１１１０を有するディスプレイ１１００と、操作用コントローラ１２００と、操作用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１３００を含んで構成される。

以下、穿刺ロボット１００、操作インタフェース１０００について図２乃至図７を併せ参照して説明する。

（穿刺ロボット）

図２Ａは、穿刺ロボット１００の外観を斜視図で示す。図２Ａにおいて図中手前側が患者の頭方向、図中奥側が患者の足（尾）方向とする。

図２Ｂは、穿刺ロボット１００の各第１乃至第８駆動軸１〜８の動作方向と可動範囲を表で示す。

穿刺ロボット１００は、第１駆動軸１、第２駆動軸２、第３駆動軸３、第４駆動軸４、第５駆動軸５、第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６、第７駆動軸（瞬発穿刺軸）７、第８駆動軸８を有した８軸のマニピュレータである。なお第８駆動軸８は、手動制御軸である。

基台１０９は、下部に設けられた３つのキャスタ１０９Ａにより床面上で移動自在となっている。基台１０９は、図１に示す寝台２１０の左右のいずれにも配置可能である。

第１及び第２駆動軸部１０１は、基台１０９の上端に取り付けられ、穿刺針１１０が床面から高さ方向に移動する方向及び患者の頭尾方向に移動する方向に直動する。

第３駆動軸部１０３は、第１及び第２駆動軸部１０１の上端に取り付けられ、穿刺針１１０が患者の左右方向に移動する方向に直動する。

第４駆動軸部１０４は、第３駆動軸部１０３の先端に取り付けられ、穿刺針１１０が患者の左右方向に傾斜する方向に回転する。

第５駆動軸部１０５は、第４駆動軸部１０４の先端に取り付けられ、穿刺軸１１０が患者の頭尾方向に傾斜する方向に回転する。

第６駆動軸部（穿刺深さ方向直動軸）１０６は、第５駆動軸部１０５の先端に取り付けられ、穿刺針１１０が穿刺深さ方向に/穿刺深さ方向とは逆方向に穿刺/抜去する方向に直動する。

第７駆動軸部（瞬発穿刺軸）１０７は、第６の駆動軸部１０６の先端に取り付けられ、穿刺針１１０が穿刺深さ方向に高速で移動するように直動する。第７駆動軸部（瞬発穿刺軸）１０７は、穿刺針１１０を短い可動範囲で超高速で動かすための軸である。

第７駆動軸部（瞬発穿刺軸）１０７の先端に、穿刺針１１０が設けられている。穿刺針１１０は、第７駆動軸部（瞬発穿刺軸）１０７の先端に着脱自在に把持されている。

第８駆動軸部１０８は、手動で、穿刺針１１０が患者の左右方向に傾斜する方向に回転する。

図３は、穿刺ロボット１００の駆動制御部１２０のブロック図を示す。

穿刺ロボット１００には、各第１乃至第７駆動軸１〜７を駆動制御するための駆動制御部１２０が設けられている。

第１乃至第６駆動軸１〜６はそれぞれ、電源１３１を駆動源とし、アクチュエータとしての例えば電動モータ１１〜１６によって駆動される。第７軸７は、空圧源１３２を駆動源とし、アクチュエータとしての例えばエアシリンダ１７によって駆動される。なお、各第１乃至第７駆動軸１〜７の駆動源、アクチュエータの種類は任意である。また電動、空圧に限定されるわけでなく、油圧を用いる実施も可能である。

第１乃至第７駆動軸１〜７の現在の直動位置又は回転位置（以下、適宜「駆動軸の位置」という）を検出し取得するエンコーダ等で構成されたセンサはそれぞれ、取得部１２１〜１２７を構成する。

駆動制御部１２０は、コントローラ接続ケーブル１９１を介して操作用コントローラ１２００に電気的に接続されている。操作用コントローラ１２００で行われる操作に応じた操作信号は、コントローラ接続ケーブル１９１を介して駆動制御部１２０に入力される。駆動制御部１２０は、入力された操作信号に応じて各第１乃至第７駆動軸１〜７を駆動制御する。

制御装置１２９は、例えば取得部１２１〜１２７で取得された各駆動軸１〜７の位置をフィードバックして、入力された操作信号（操作量及び操作方向）に対応する所望位置になるように各第１乃至第７駆動軸１〜７の位置を調整する。

駆動制御部１２０は、ＬＡＮケーブル１９０を介して操作用ＰＣ１３００に、データの送受信が可能に接続されている。

取得部１２１〜１２７で取得された各第１乃至第７駆動軸１〜７の現在位置を示すデータは、ＬＡＮケーブル１９０を介して操作用ＰＣ１３００に送信される。また操作用ＰＣ１３００からは、後述するソフトリミット指令信号が、ＬＡＮケーブル１９０を介して駆動制御部１２０に送信される。

（操作インタフェース）

図４は操作インタフェース１０００の外観を示す。図５は、操作インタフェース１０００を構成する操作用コントローラ１２００の外観を示す。

操作用コントローラ１２００は、穿刺ロボット１００の第１乃至第７駆動軸１〜７の駆動を操作する操作部として構成されている。なお、第８の駆動軸８については手動制御される。

操作用コントローラ１２００は、穿刺ロボット１００の第１乃至第７駆動軸１〜７の駆動を操作する駆動用操作具１２０１〜１２０７と、穿刺ロボット１００の駆動軸１〜７の駆動速度を低速に設定する速度設定用操作具１２１０、穿刺ロボット１００の駆動軸１〜７の駆動速度を高速に設定する速度設定用操作具１２１１を備えている。

操作用ＰＣ１３００は、パーソナルコンピュータで構成される。

図６は、操作用ＰＣ１３００のハードウェア構成を例示するブロック図である。
図６に示すように、操作用ＰＣ１３００では、システムバス１３１５を介してＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１３１１、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１３１２、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１３１３、ストレージ１３１４、入力装置１３１６、ディスプレイ（表示装置）１１００、通信Ｉ／Ｆ１３１８が相互に通信可能に接続されている。
ＣＰＵ１３１１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、システムバス１３１５に接続される各デバイスを制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１３１１は、ＲＯＭ１３１２又はストレージ１３１４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３１３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１３１１は、ＲＯＭ１３１２又はストレージ１３１４に記録されているプログラムにしたがって、システムバス１３１５に接続される各デバイスの制御及び各種の演算処理を行う。ＲＯＭ１３１２又はストレージ１３１４は、ＣＰＵ１３１１が実行する制御プログラムであるＢＩＯＳ（ＢａｓｉｃＩｎｐｕｔ／ＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍ）やＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）や、実施形態を実現するためのコンピュータで読み取りが可能で実行が可能な「穿刺ロボットの制御装置」のプログラム及び必要な各種データを保持している。

ＲＯＭ１３１２は、各種制御プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ１３１３は、ＣＰＵ１１の主メモリ、ワークエリア等として機能し作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１３１４は、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）により構成され、ＢＩＯＳ、ＯＳを含む各種プログラム及び各種データを格納する。

入力装置１３１６は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。

ディスプレイ１１００は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示画面１１１０に表示する。ディスプレイ１１００は、実施形態ではタッチパネル方式を採用しており、入力装置１３１６として機能する。

ディスプレイ１１００の表示画面１１１０の表示内容については後述する。

通信インタフェース１３１８は、穿刺ロボット１００の駆動制御部１２０、操作用コントローラ１２００を含む他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。通信インタフェース１３１８は、ＬＡＮ等のネットワークと接続してデータの送受信の制御を行う。

通信インタフェース１３１８は、ＬＡＮケーブル１９０を介して穿刺ロボット１００の駆動制御部１２０に接続されており、穿刺ロボット１００と操作インタフェース１０００の間でデータの送受信を行う。

（穿刺ロボットの制御装置の機能構成）

図７Ａ、７Ｂは、実施形態の穿刺ロボットの制御装置の機能構成を示すブロック図である。

図７Ａ、７Ｂに示す機能構成は、図６に示す操作用ＰＣ１３００のハードウェア構成を含むハードウェアとしての操作インタフェース１０００、穿刺ロボット１００及びＲＯＭ１３１２又はストレージ１３１４に格納された「穿刺ロボットの制御装置」のプログラムを含むソフトウェアによって実現される。

図７Ａに示すように、操作インタフェース１０００及び穿刺ロボット１００は、操作用コントローラとして構成される操作部１２００と、選択部１０６０と、制御部１０７０を備えている。

操作部１２００は、第１乃至第７駆動軸１〜７の駆動を操作する。

選択部１０６０は、穿刺針位置決めモード又は穿刺モードを選択する。

制御部１０７０は、選択部１０６０で穿刺針位置決めモードが選択されていることを条件に、操作部１２００の操作によって穿刺駆動軸６、７を除いた駆動軸１乃至５が駆動されることを許容する。制御部１０７０は、選択部１０６０で穿刺モードが選択されていることを条件に、操作部１２００の操作によって穿刺駆動軸６、７が駆動されることを許容する。

制御部１０７０は、駆動用操作具１２０１〜１２０７と速度設定用操作具１２１０、１２１１が同時に操作されていることを条件に、穿刺ロボット１００の対応する駆動軸１〜７が駆動されることを許容する。ただし、実施形態では、穿刺針位置決めモードが選択されている場合は、低速の速度設定用操作具１２１０が操作されていることを条件として駆動軸１乃至５が駆動されることを許容する。

選択部１０６０による穿刺針位置決めモード又は穿刺モードの選択は、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０上で行われる。

また図７Ｂに示すように、操作インタフェース１０００及び穿刺ロボット１００は、穿刺開始位置設定部１０１０と、穿刺深さ目標位置設定部１０２０と、ソフトリミット設定値設定部１０３０と、表示部１０４０と、取得部１２１〜１２７を備えている。

穿刺開始位置設定部１０１０は、穿刺針１１０を穿刺開始位置に位置させたときの穿刺深さ方向直動軸６の位置を、穿刺針１１０の穿刺開始位置として設定する。

穿刺深さ目標位置設定部１０２０は、穿刺深さ方向直動軸６が穿刺開始位置設定部１０１０で設定された穿刺開始位置から設定穿刺深さまで進んだ位置を、穿刺針１１０の穿刺深さ目標位置として設定する。

ソフトリミット設定値設定部１０３０は、穿刺深さ方向直動軸６が穿刺開始位置から、穿刺針１１０が許容される穿刺深さの最大値まで進んだ位置を、ソフトリミット設定値として設定する。

表示部１０４０は、取得部１２６で取得した穿刺深さ方向直動軸６の現在位置を穿刺針１１０の現在位置として表示し、穿刺開始位置設定部１０１０で設定された穿刺針１１０の穿刺開始位置を表示し、設定穿刺深さ目標位置設定部１０２０で設定された穿刺針１１０の穿刺深さ目標位置を表示し、ソフトリミット設定値設定部１０３０で設定されたソフトリミット設定値を表示する。

表示部１０４０は、穿刺針１１０の現在位置と、穿刺針１１０の穿刺開始位置と、穿刺針１１０の穿刺深さ目標位置と、ソフトリミット設定値の相対位置関係を表示する。また表示部１０４０は、穿刺深さ方向直動軸６の可動範囲に対応づけて、穿刺針１１０の現在位置、穿刺針１１０の穿刺開始位置、穿刺針の穿刺深さ目標位置及びソフトリミット設定値を表示する。

穿刺開始位置設定部１０１０による穿刺開始位置の設定と、穿刺深さ目標位置設定部１０２０による穿刺深さ目標位置の設定と、ソフトリミット設定値設定部１０３０によるソフトリミット設定値の設定の設定は、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０上で行われる。

図８は、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０の表示内容を示す。

図８に示すように、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０には、術者が行うべき操作を指示するナビゲーション表示部１１２０、各第１乃至第５駆動軸１〜５の現在位置を表示する現在位置表示部１１３０、穿刺針位置決めモードの選択をオン／オフするサーボオン／オフボタン１１４０Ａ／Ｂ、針ターゲッティング完了ボタン１１４５、穿刺針１１０の穿刺開始位置を設定するための穿刺開始位置設定ボタン１１５０、穿刺針１１０の穿刺深さを設定するための穿刺深さ設定ボタン１１６０、穿刺針１１０のソフトリミット設定値を設定するためのソフトリミット設定部１１７０、穿刺モードの選択をオン／オフする穿刺モードオン／オフボタン１１８０Ａ／Ｂ、穿刺深さ方向直動軸６の現在位置を、穿刺開始位置、穿刺深さ目標位置、ソフトリミット設定値と共に、これらの相対位置関係を、穿刺深さ方向直動軸６の可動範囲に対応づけて表示する穿刺深さ位置表示部１１９０が配置されている。

ナビゲーション表示部１１２０には、術者が行うべき各操作を指示する各表示部が配置されている。ナビゲーション表示部１１２０は、「ロボットサーボオン」表示部１１２１、「針のターゲッティング完了」表示部１１２２、「穿刺開始位置の設定」表示部１１２３、「穿刺深さの設定」表示部１１２４、「ソフトリミットの有効化」表示部１１２５、「穿刺モードオン」表示部１１２６を含んでいる。各表示部１１２１〜１１２６は、操作の順序に応じて、表示画面の上から下に順次配置されている。なお、「穿刺開始位置の設定」表示部１１２３、「穿刺深さの設定」表示部１１２４の順序を入れ替えてもよい。

各表示部１１２１〜１１２６の内実行済みの操作に対応する表示部は、表示画面１１１０の地色（例えば白色）と識別できる色、例えばグリーン（図中白抜きで示す）で識別表示され、未だ実行されていない操作に対応する表示部は、実行済みの操作に対応する表示部の識別色と識別できる色、例えばピンク（図中ハッチングで示す）で識別表示される。

サーボオン／オフボタン１１４０Ａ／Ｂ、針ターゲッティング完了ボタン１１４５、穿刺開始位置設定ボタン１１５０、穿刺深さ設定ボタン１１６０、ソフトリミット設定部１１７０、穿刺モードオン／オフボタン１１８０Ａ／Ｂそれぞれに対応して、サーボオン／オフ表示部１１４０Ｄ、針ターゲッティング完了／未完了表示部１１４５Ｄ、穿刺開始位置設定／未設定表示部１１５０Ｄ、穿刺深さ設定／未設定表示部１１６０Ｄ、ソフトリミット有効／無効表示部１１７０Ｄ、穿刺モードオン／オフ表示部１１８０Ｄが付設されている。

ナビゲーション表示部１１２０の各表示部１１２１〜１１２６の上記識別表示に対応して、サーボオン／オフ表示部１１４０Ｄ、針ターゲッティング完了／未完了表示部１１４５Ｄ、穿刺開始位置設定／未設定表示部１１５０Ｄ、穿刺深さ設定／未設定表示部１１６０Ｄ、ソフトリミット有効／無効表示部１１７０Ｄ、穿刺モードオン／オフ表示部１１８０Ｄの内実行済みの操作に対応する表示部は、同じグリーン（図中白抜きで示す）で識別表示され、未だ実行されていない操作に対応する表示部は、同じピンク（図中ハッチングで示す）で識別表示される。

現在位置表示部１１３０には、取得部１２１〜１２５でそれぞれ取得された第１乃至第５駆動軸１〜５（図８中では軸１〜５で示される）の現在位置が、それぞれの可動範囲に対応づけられて表示される。

第１駆動軸１の現在位置１１３１が第１駆動軸１の可動範囲１１３１Ａに対応づけられて表示される。第１駆動軸１の可動範囲１１３１Ａの正負の両エンド位置から所定範囲（例えば１０ｍｍ）１１３１ＥＤ１、１１３１ＥＤ２は、アラートゾーンである。アラートゾーン１１３１ＥＤ１、１１３１ＥＤ２は、アラートゾーン１１３１ＥＤ１、１１３１ＥＤ２を除いた可動範囲と識別できる色、例えばオレンジ色（図中クロスハッチングで示す）で識別表示されている。

同様に第２駆動軸２の現在位置１１３２が、アラートゾーン１１３２ＥＤ１、１１３２ＥＤ２を含む第２駆動軸２の可動範囲１１３２Ａに対応づけられて表示される。

同様に第３駆動軸３の現在位置１１３３が、アラートゾーン１１３３ＥＤ１、１１３３ＥＤ２を含む第３駆動軸３の可動範囲１１３３Ａに対応づけられて表示される。

また第４駆動軸４の現在位置１１３４が、第４駆動軸４の可動範囲１１３４Ａに対応づけられて表示される。

同様に第５駆動軸５の現在位置１１３５が、第５駆動軸５の可動範囲１１３５Ａに対応づけられて表示される。

穿刺深さ位置表示部１１９０には、穿刺深さ方向直動軸６の現在位置１１９１Ａ、１１９１Ｂ（＋０．０ｍｍ）が、アラートゾーン１１９５ＥＤを含む第６駆動軸（穿刺方向直動軸）６の可動範囲１１９５Ａ（０〜＋１７３ｍｍ）に対応づけられて表示される。

以下、図８〜図１８を参照して操作の手順について説明する。

ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、各操作が実行されるに応じて、図８〜図１８に各画面に順次遷移する。

ナビゲーション表示部１１２０によって指示されながら、穿刺針位置決めモードを選択する操作と、穿刺モードを選択する操作を行うことができる。

また、ナビゲーション表示部１１２０によって指示されながら、穿刺開始位置を設定する操作と、穿刺深さ目標位置を設定する操作と、ソフトリミット設定値を設定する操作を行うことができる。

（穿刺針位置決めモードの選択）

操作用ＰＣ１３００を起動させ、ＲＯＭ１３１２又はストレージ１３１４に格納された「穿刺ロボットの制御装置」のプログラムが実行されると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図８に示す表示に遷移する。

図８に示す表示画面１１１０には、「ロボットサーボオン」表示部１１２１が、未実行の操作を示す識別色で識別表示されていると共に、サーボオン／オフ表示部１１４０Ｄが、同様に未実行の操作を示す識別色で識別表示されている。

術者は、この識別表示に従い、表示画面１１１０上で、サーボオンボタン１１４０Ａを押す操作を行い、穿刺針位置決めモードを選択する。

（穿刺針の位置決め）

穿刺針位置決めモードが選択されると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図９に示す表示に遷移する。サーボオンボタン１１４０Ａを押す操作が行われると、サーボオン／オフ表示部１１４０Ｄの表示は、「サーボオン；穿刺位置決めモード選択」となる。

図９に示す表示画面１１１０には、「針のターゲッティング完了」表示部１１２２が、未実行の操作を示す識別色で識別表示されていると共に、針ターゲッティング完了／未完了表示部１１４５Ｄが、同様に未実行の操作を示す識別色で識別表示されている。

術者は、この識別表示に従い、穿刺針１１０を穿刺開始位置に位置決めする操作を実行する。

穿刺針位置決めモードが選択されているため、術者は、穿刺駆動軸６、７以外の各駆動軸１乃至５を、低速の速度設定用操作具１２１０が同時に操作されていることを条件に、操作用コントローラ１２００の駆動用操作具１２０１〜１２０５の操作によって駆動できるようになっている。

術者は、低速の速度設定用操作具１２１０を押す操作をしながら、同時に駆動用操作具１２０１〜１２０５を操作することで、各駆動軸１乃至５を動かし穿刺針１１０を患者の体表面の穿刺開始位置に位置決めする。なお、低速の速度設定用操作具１２１０を押す操作が同時になされていない場合には、駆動用操作具１２０１〜１２０５を操作したとして操作信号は無効化され、対応する第１乃至第５駆動軸１〜５は駆動されないように制御される。

また穿刺駆動軸６、７に対応する駆動用操作具１２０６、１２０７を操作した場合にも、同様に操作信号は無効化され、対応する第６、第７駆動軸６、７は駆動されないように制御される。

このため穿刺針１１０を患者の体表面に位置決めする穿刺針位置決め操作をしている段階で、操作用コントローラ１２００の不用意な操作によって穿刺ロボット１００の穿刺駆動軸６、７が動作してしまうことが防止される。

穿刺針１１０が患者の体表面の穿刺開始位置に位置決めされると、術者は、表示画面１１１０上で、針ターゲッティング完了ボタン１１４５を押す操作を行う。

（穿刺開始位置の設定）

針ターゲッティング完了ボタン１１４５を押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図１０Ａに示す表示に遷移する。

図１０Ａに示す表示画面１１１０には、「穿刺開始位置の設定」表示部１１２３が、未実行の操作を示す識別色で識別表示されていると共に、穿刺開始位置設定／未設定表示部１１５０Ｄが、同様に未実行の操作を示す識別色で識別表示されている。

術者は、この識別表示に従い、穿刺開始位置設定ボタン１１５０を押す操作を実行する。

穿刺開始位置設定ボタン１１５０を押す操作が行われると、図１０Ｂに示すように表示画面１１１０上に、「現在の穿刺深さ方向直動軸６の位置を、穿刺針１１０の穿刺開始位置に設定する」旨の穿刺開始位置の承認を促す表示がなされたウインドウ画面１１１０Ｗ１が表示される。ウインドウ画面１１１０Ｗ１上の穿刺開始位置承認ボタン１１１０ＡＣを押す操作がなされると、取得部１２６で取得された刺深さ方向直動軸６の現在位置（例えば＋３０．０ｍｍ）が、穿刺針１１０の穿刺開始位置として設定される。

（穿刺深さの設定）

穿刺開始位置承認ボタン１１１０ＡＣを押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図１１Ａに示す表示に遷移する。

図１１Ａに示す表示画面１１１０には、「穿刺深さの設定」表示部１１２４が、未実行の操作を示す識別色で識別表示されていると共に、穿刺深さ設定／未設定表示部１１６０Ｄが、同様に未実行の操作を示す識別色で識別表示されている。

術者は、この識別表示に従い、穿刺深さ設定ボタン１１６０を押す操作を実行する。穿刺深さ設定ボタン１１６０を押す操作が行われると、図１１Ｂに示すように表示画面１１１０上に、「穿刺深さ設定」のためのウインドウ画面１１１０Ｗ２が表示される。ウインドウ画面１１１０Ｗ２には、患者の体表面の穿刺開始位置から穿刺深さ方向の距離「−１０ｍｍ」、「−５ｍｍ」、「−１ｍｍ」、「＋１ｍｍ」、「＋５ｍｍ」、「＋１０ｍｍ」を選択する穿刺深さ方向距離選択ボタン１１６１〜１１６６と、設定確定ボタン１１６７が配置されている。

穿刺深さ方向距離選択ボタン１１６１〜１１６６を押す操作がなされ、穿刺深さ設定確定ボタン１１６７が押されると、押された穿刺深さ方向距離選択ボタンに対応する穿刺深さ方向距離、対応する穿刺深さ方向距離選択ボタンを押した回数に応じた穿刺深さが、穿刺針１１０の穿刺深さ（例えば６０．０ｍｍ）として設定される。

（穿刺開始位置と穿刺深さ目標位置の表示）

穿刺深さ設定確定ボタン１１６７を押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０上の穿刺深さ位置表示部１１９０には、図１２に示す表示がなされる。

図１２に示すように、穿刺深さ位置表示部１１９０には、穿刺深さ方向直動軸６の現在位置１１９１Ａ、１１９１Ｂ（＋３０．０ｍｍ）が、穿刺開始位置１１９２（＋３０．０ｍｍ）、穿刺深さ目標位置１１９３（＋９０．０ｍｍ）と共に、これらの相対位置関係が、穿刺深さ方向直動軸６の可動範囲１１９５Ａ（０〜＋１７３ｍｍ）に対応づけて表示される。

穿刺深さ（６０．０ｍｍ）に、穿刺開始位置１１９２（＋３０．０ｍｍ）を加算した値が、穿刺深さ目標位置１１９３（＋９０ｍｍ）となる。

（ソフトリミット設定値の設定（ソフトリミットの有効化））

穿刺深さ設定確定ボタン１１６７を押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図１３に示す表示に遷移する。

図１３に示す表示画面１１１０には、「ソフトリミットの有効化」表示部１１２５が、未実行の操作を示す識別色で識別表示されていると共に、ソフトリミット有効／無効表示部１１７０Ｄが、同様に未実行の操作を示す識別色で識別表示されている。

術者は、この識別表示に従い、ソフトリミット設定部１１７０でソフトリミット設定値の設定及びソフトリミットの有効／無効を選択する操作を実行する。

ソフトリミット設定部１１７０には、ソフトリミットの有効ボタン１１７１、ソフトリミットの無効ボタン１１７２、距離「−５ｍｍ」、「−１ｍｍ」、「＋１ｍｍ」、「＋５ｍｍ」を選択する距離選択ボタン１１７３〜１１７６が配置されている。距離選択ボタン１１７３〜１１７６を押す操作がなされると、押された距離選択ボタンに対応する距離、対応する距離選択ボタンを押した回数に応じた距離（例えば−２２．０ｍｍ）を、第６軸（穿刺深さ方向直動軸）６のエンド位置（＋１７３ｍｍ）に加算した値が、ソフトリミット設定値（例えば１５１．０ｍｍ）として設定される。

ソフトリミット設定値は、穿刺深さ方向直動軸６が穿刺開始位置から、穿刺針１１０が許容される穿刺深さの最大値まで進んだ位置であり、ＣＴ透視画像から測定するなどして予め求めておくことができる。

例えば、患者の穿刺対象領域をＣＴ撮影し外部モニタ３００の表示画面３２０に穿刺対象領域を含む穿刺対象領域断面画像を表示させる。この穿刺対象領域断面画像上に穿刺針１１０の穿刺経路を設定し穿刺経路角度を測定する。穿刺針１１０が、設定した穿刺経路に沿って、測定した穿刺経路角度に応じた姿勢角で移動したときに、その穿刺針１１０の許容される穿刺深さの最大値を穿刺断面画像上で測定するようにする。

ソフトリミットの有効ボタン１１７１が押されると、ソフトリミット有効／無効表示部１１７０Ｄの表示は、「ソフトリミット有効」となる。

ソフトリミットの有効ボタン１１７１が押された場合には、仮に第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６の位置がソフトリミット設定値（例えば＋１５１．０ｍｍ）に達したならば、ソフトウェア上で第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６の動きがロックされる。すなわち、ソフトリミットの有効ボタン１１７１が押されると、ソフトリミット設定値（例えば＋１５１．０ｍｍ）で第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６の動きをロックするためのソフトリミット指令信号が穿刺ロボット１００の駆動制御部１２０に送信される。駆動制御部１２０は、ソフトリミット指令信号に従い第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６の位置がソフトリミット設定値（例えば＋１５１．０ｍｍ）に達すると、第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６がソフトリミット設定値（例えば＋１５１．０ｍｍ）以上に達しないように第６駆動軸（穿刺深さ方向直動軸）６を制御する。

ソフトリミットの無効ボタン１１７２が押されると、ソフトリミット有効／無効表示部１１７０Ｄの表示は、「ソフトリミット無効」となる。ソフトリミットの無効ボタン１１７２が押されると、ソフトリミット指令信号の送信はオフされる。

（穿刺開始位置と穿刺深さ目標位置とソフトリミット設定値の表示）

ソフトリミットの有効ボタン１１７１を押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０上の穿刺深さ位置表示部１１９０には、図１４Ａに示す表示がなされる。

図１４Ａに示すように、穿刺深さ位置表示部１１９０には、穿刺深さ方向直動軸６の現在位置１１９１Ａ、１１９１Ｂ（＋３０．０ｍｍ）が、穿刺開始位置１１９２（＋３０．０ｍｍ）、穿刺深さ目標位置１１９３（＋９０．０ｍｍ）、ソフトリミット設定値１１９４（＋１５１．０ｍｍ）と共に、これらの相対位置関係が、穿刺深さ方向直動軸６の可動範囲１１９５Ａ（０〜＋１７３ｍｍ）に対応づけて表示される。穿刺深さ方向直動軸６の可動範囲１１９５Ａの内ソフトリミット設定値１１９４（＋１５１．０ｍｍ）からエンド位置（＋１７３ｍｍ）の範囲のソフトリミット有効領域１１９４Ａは、他の可動範囲と識別できる色、例えば紺色（図中クロスハッチングで示す）で識別表示される。

なお、ソフトリミットの無効ボタン１１７２を押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０上の穿刺深さ位置表示部１１９０には、図１４Ｂに示す表示がなされる。図１４Ｂに示すように、図１４Ａに示す表示からソフトリミット設定値１１９４、ソフトリミット有効領域１１９４Ａが除去された表示がなされる。

（穿刺モードの選択）

ソフトリミットの有効ボタン１１７１（またはソフトリミットの無効ボタン１１７２）を押す操作が行われると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図１５に示す表示に遷移する。

図１５に示す表示画面１１１０には、「穿刺モードオン」表示部１１２６が、未実行の操作を示す識別色で識別表示されていると共に、穿刺モードオン／オフ表示部１１８０Ｄが、同様に未実行の操作を示す識別色で識別表示されている。

術者は、この識別表示に従い、表示画面１１１０上で、穿刺モードオンボタン１１８０Ａを押す操作を行い、穿刺モードを選択する。

（穿刺）

穿刺モードが選択されると、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０は、図１６に示す表示に遷移する。穿刺モードオンボタン１１８０Ａを押す操作が行われると、穿刺モードオン／オフ表示部１１８０Ｄの表示は、「穿刺モードオン；穿刺モード選択」となる。

穿刺モードが選択されているため、術者は、穿刺駆動軸６、７を、速度設定用操作具１２１０又は１２１１が同時に操作されていることを条件に、操作用コントローラ１２００の駆動用操作具１２０７、１２０８の操作によって駆動できるようになっている。

術者は、低速又は高速の速度設定用操作具１２１０、１２１１を押す操作をしながら、同時に駆動用操作具１２０６を操作することで、穿刺駆動軸６を直動させ穿刺針１１０を患者の体表面内に穿刺する。穿刺駆動軸７を駆動させず穿刺駆動軸６のみを直動させて穿刺してもよく、穿刺駆動軸６、７を併用動作させて穿刺してもよい。

なお、速度設定用操作具１２１０、１２１１を押す操作が同時になされていない場合には、駆動用操作具１２０６、１２０７を操作したとして操作信号は無効化され、対応する穿刺駆動軸６、７は駆動されないように制御される。

また、穿刺モードが選択されている場合には、術者は、第１乃至第５駆動軸１〜５を、速度設定用操作具１２１０が同時に操作されていることを条件に、操作用コントローラ１２００の駆動用操作具１２０１〜１２０５の操作によって駆動できるようになっている。

したがって、穿刺針１１０が撓んだ場合には、穿刺針１１０の移動経路を修正するために、適宜、第１乃至第５駆動軸１〜５を動作させて、穿刺針１１０の姿勢を補正してもよい。

また、穿刺駆動軸６、７と第１駆動軸１を併用動作させて穿刺針１１０を直動させてもよい。第１駆動軸１を併用動作させた場合には、第１駆動軸１の変位が加算されて、穿刺駆動軸６の現在位置１１９１Ａ、１１９１Ｂが表示される。

穿刺中、ディスプレイ１１００の表示画面１１１０上の穿刺深さ位置表示部１１９０には、図１７に示す表示がなされる。

このため術者は、穿刺中に、穿刺深さ位置表示部１１９０を見て、穿刺針１１０の現在位置１１９１Ｂが、穿刺深さ方向直動軸６の可動範囲１１９５Ａのいずれの箇所にあるか、刺針１１０の現在位置１１９１Ａが、穿刺深さ目標位置１１９３及びソフトリミット設定値１１９４までどの程度の余裕があるかを確認することができる。

術者は、穿刺深さ位置表示部１１９０から得られる情報に基づいて、操作用コントローラ１２００で穿刺深さ方向直動軸６を操作して穿刺経路に沿って穿刺深さ目標位置１１９３まで正確に移動させることができる。

術者は、穿刺針１１０が許容される穿刺深さの最大値（ソフトリミット設定値）１１９４を超えないように穿刺深さ位置表示部１１９０で確認しながら穿刺作業を進めることができる。

仮に、穿刺針１１０の現在位置１１９１Ａが、穿刺深さ目標位置１１９３を超えてもソフトリミット設定値１１９４を超えて進まないようにソフトウェア上で制限される。したがって穿刺針１１０を患者の体外から体内の穿刺標的まで安全、確実に移動させることができる。

術者は、穿刺深さ位置表示部１１９０から得られる情報に基づいて、穿刺作業を進めることができ、相対的に、外部モニタ３００の表示画面３２０上のＣＴ透視画像で穿刺深さを確認する時間及び頻度が減る。結果的に、実施形態のシステムを用いなかった場合と比較して、ＣＴ透視が間欠的に行われＣＴ透視時間が減り、患者の被ばく量を低減させることができる。

（穿刺終了）

穿刺が終了すると、図１８に示すように、表示画面１１１０上で、穿刺モードオフボタン１１８０Ｂを押す操作を行い、穿刺モードの選択をオフにする。穿刺モードオン／オフ表示部１１８０Ｄの表示は、「穿刺モードオフ」となる。

１〜７駆動軸
６穿刺方向直動軸
７瞬発穿刺軸
６、７穿刺駆動軸
１００穿刺ロボット
１１０穿刺針
１２００操作部（操作用コントローラ）
１０６０選択部
１０７０制御部
１２１〜１２７取得部
１１００ディスプレイ
１１１０表示画面
１２０１〜１２０７駆動用操作具
１２１０、１２１１速度設定用操作具
１３００操作用ＰＣ

Claims

穿刺針を穿刺開始位置から穿刺深さ方向に直動させる穿刺駆動軸と、前記穿刺針を前記穿刺開始位置に位置決めする駆動軸を含む複数の駆動軸を備えた穿刺ロボットと、
前記複数の駆動軸の駆動を操作する操作部と、
前記穿刺針を前記穿刺開始位置に位置決めする穿刺針位置決めモード又は前記穿刺針を前記穿刺開始位置から前記穿刺深さ方向に直動させる穿刺モードを選択する選択部と、
前記選択部で前記穿刺針位置決めモードが選択されていることを条件に、前記操作部の操作によって前記複数の駆動軸のうち前記穿刺駆動軸を除いた、前記穿刺針を前記穿刺開始位置に位置決めする駆動軸が駆動されることを許容し、前記選択部で前記穿刺モードが選択されていることを条件に、前記操作部の操作によって前記穿刺駆動軸が駆動されることを許容する制御部、
を備えた穿刺ロボットの制御装置。
前記操作部は、前記穿刺ロボットの駆動軸の駆動を操作する駆動用操作具と、前記穿刺ロボットの駆動軸の駆動速度を高速又は低速に設定する速度設定用操作具を備え、
前記制御部は、前記駆動用操作具と前記速度設定用操作具が同時に操作されていることを条件に、前記穿刺ロボットの対応する駆動軸が駆動されることを許容する、
請求項１に記載の穿刺ロボットの制御装置。
前記選択部による前記穿刺針位置決めモードの選択操作のための表示と、前記穿刺針を前記穿刺開始位置に位置させたときの前記穿刺駆動軸の位置を、前記穿刺針の穿刺開始位置として設定する穿刺開始位置設定の操作のための表示と、前記選択部による前記穿刺モードの選択操作のための表示が、操作インタフェースの表示画面に表示されている、
請求項１又は２に記載の穿刺ロボットの制御装置。
前記操作インタフェースの表示画面上に、前記穿刺針位置決めモードを選択する操作と、前記穿刺開始位置設定の操作と、前記穿刺モードを選択する操作を指示するナビゲーション表示部が設けられている、
請求項３に記載の穿刺ロボットの制御装置。
穿刺針を穿刺開始位置から穿刺深さ方向に移動させる穿刺駆動軸を含む複数の駆動軸を備えた穿刺ロボットと、
前記複数の駆動軸の駆動を操作する操作部と、
穿刺針位置決めモード又は穿刺モードを選択する選択部と、
前記選択部で前記穿刺針位置決めモードが選択されていることを条件に、前記操作部の操作によって前記穿刺駆動軸を除いた駆動軸が駆動されることを許容し、前記選択部で前記穿刺モードが選択されていることを条件に、前記操作部の操作によって前記穿刺駆動軸が駆動されることを許容する制御部、
を備えた穿刺ロボットの制御装置であって、
前記操作部は、前記穿刺ロボットの駆動軸の駆動を操作する駆動用操作具と、前記穿刺ロボットの駆動軸の駆動速度を高速又は低速に設定する速度設定用操作具を備え、
前記制御部は、前記駆動用操作具と前記速度設定用操作具が同時に操作されていることを条件に、前記穿刺ロボットの対応する駆動軸が駆動されることを許容する、
穿刺ロボットの制御装置。
前記選択部による穿刺針位置決めモード又は穿刺モードの選択は、操作インタフェースの表示画面上で行われる、
請求項５に記載の穿刺ロボットの制御装置。
前記操作インタフェースの表示画面上に、前記穿刺針位置決めモードを選択する操作と、前記穿刺モードを選択する操作を指示するナビゲーション表示部が設けられている、
請求項６に記載の穿刺ロボットの制御装置。