JP7316762B2 - 外科手術システム及び外科手術システムの制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る外科手術システム100の全体的な構成例を概略的に示す図であり、図2は、外科手術システム100の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。図1及び図2に示す外科手術システム100は、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものであって、手術支援ロボット1と、コンソール7と、外科手術システム100を制御するコントローラ3と、を備える。以下、外科手術システム100の各構成要素について詳細に説明する。
手術支援ロボット1は、外科手術システム100と患者Xとのインターフェースを構成する。手術支援ロボット1は、滅菌野である手術室内において患者Xが横たわる手術台の傍らに配置される。
図4は、外科手術システム100の手術器具28を有する手術アセンブリ20Aの一例を示す側面図である。図5は、外科手術システム100の手術支援ロボット1の遠位端を示す斜視図である。
図6は、内視鏡カメラユニット33を有する手術アセンブリ20Bの構成例を示す側面図である。図7は、カメラプローブ34(図5参照)と撮影領域Aとの関係を説明する図である。
図1に示すように、コンソール7は、外科手術システム100と術者(外科医)Yのインターフェースを構成し、手術支援ロボット1を操作するための装置である。コンソール7は、手術室内において手術台の傍らに又は手術台から離れて、或いは、手術室外に設置されている。
図2に示すように、コントローラ3は、コンソールコントローラ70と通信可能に接続されている。コントローラ3は、コンソールコントローラ70を介して受け付けた動作指令に応答して手術アセンブリ20を動作させる。
まず、コントローラ3は、コンソール7で受け付けたエントリーガイド30の位置決め指令に応答して、患者Xの体表に留置されたカニューレに対しエントリーガイド30が所定の位置及び姿勢に位置決めされるように、ポジショナ10を動作させる。エントリーガイド30が位置決めされると、複数の手術アセンブリ20も従動して位置決めされる。
コントローラ3は、術者Yの器具動作指令の動作量を調整して器具マニピュレータ21及び内視鏡マニピュレータ31を動作させるスケール変更処理を行う。
また、コントローラ3は、カメラプローブ34が撮影する画像の向きに対して、画像に映り込む器具マニピュレータ21の姿勢を一定範囲に規制する境界進入規制処理を行う。
図12は、外科手術システム100の、進出規制処理の一例を示すフローチャートである。図13は、外科手術システム100の進出規制処理における動作例を示す図である。
更に、コントローラ3は、器具マニピュレータ21及び内視鏡マニピュレータ31のリスト27がエントリーガイド30の遠位端を通過するまでは、リスト27の動作を規制する初期動作規制処理を行う。この処理は、手術器具28及びカメラプローブ34を患者Xの体腔に送り込む際に行われる。
図14は、外科手術システム100の、体壁干渉防止処理の一例を示すフローチャートである。図15は、外科手術システム100の、体壁干渉防止処理における体壁形状算出処理の一例を示すフローチャートである。図16は、外科手術システム100の、体壁干渉防止処理における動作例を示す図である。図17は、外科手術システム100の、体壁干渉防止処理における体壁形状算出処理を説明する図である。
図18は、外科手術システム100の、位置変化相殺処理の一例を示すフローチャートである。図19は、外科手術システム100の、位置変化相殺処理における位置算出処理の一例を示すフローチャートである。
以下では実施の形態2の構成、動作について、実施の形態1との相違点を中心に述べる。
以下では実施の形態3の構成、動作について、実施の形態1との相違点を中心に述べる。
7 コンソール
20 手術アセンブリ
21 器具マニピュレータ
22 駆動ユニット
26 シャフト
27 リスト
28 手術器具
30 エントリーガイド
41 回転ドライバアセンブリ
42 並進ドライバアセンブリ
61 近位側曲げ関節
62 遠位側曲げ関節
63 手首関節
71 操作用マニピュレータアーム
100 外科手術システム
Claims (17)
- 手術器具、遠位側に前記手術器具が接続される器具シャフトおよび前記器具シャフトの近位側が接続される器具ベースを有する器具マニピュレータと、前記器具ベースが着脱可能に接続され、前記器具マニピュレータを並進運動及び回転運動させるための器具駆動ユニットと、を備える器具マニピュレータアームと、
カメラプローブを有するカメラユニット、遠位側に前記カメラユニットが接続される内視鏡シャフトおよび前記内視鏡シャフトの近位側が接続される内視鏡ベースを有する内視鏡マニピュレータと、前記内視鏡ベースが着脱可能に接続され、前記内視鏡マニピュレータを並進運動及び回転運動させるための内視鏡駆動ユニットと、を備える内視鏡マニピュレータアームと、
前記内視鏡シャフトが挿通される内視鏡挿通孔および前記器具シャフトが挿通される器具挿通孔を有するエントリーガイドと、
前記手術器具に対する前記手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソールと、
前記器具マニピュレータアームを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記並進量に所定の並進倍率値を乗算して実並進量を算出し、該実並進量に対応して前記手術器具を動作させるように前記器具マニピュレータアームを制御し、且つ前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記回転量に所定の回転倍率値を乗算して実回転量を算出し、該実回転量に対応して前記手術器具を動作させるように前記器具マニピュレータアームを制御し、
前記回転倍率値と前記並進倍率値は異なる値であり、
前記カメラプローブは、予め設定された進入規制境界を含む境界によって囲まれる撮影領域を撮影するように構成されており、
前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、前記ディスプレイモジュールは前記進入規制境界を前記表示領域の上側に位置させて前記カメラプローブが撮影した画像を表示し、
前記コントローラは、前記器具動作指令に前記器具マニピュレータの遠位端側に設定された規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる方向への前記手術器具の動作を規制する、外科手術システム。 - 前記回転倍率値は1以上の値であり、前記並進倍率値は1未満の値である、請求項1に記載の外科手術システム。
- 前記操作具は、前記カメラプローブに対する前記カメラプローブの並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の内視鏡マニピュレータアーム動作指令を受け付け、
前記コントローラは、前記内視鏡マニピュレータアーム動作指令に前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記カメラプローブを動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記カメラプローブを動作させる方向への前記カメラプローブの動作を規制するように前記内視鏡マニピュレータアームを制御する、請求項1または2に記載の外科手術システム。 - 前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を所定の向きで表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、
前記エントリーガイドは、前記内視鏡挿通孔の中心軸を中心とする円周方向への前記内視鏡マニピュレータアームの回動を規制する回動規制構造を有する、請求項1~3の何れか1項に記載の外科手術システム。 - 前記器具シャフトは、前記器具挿通孔の中心軸を中心とする円周方向に回動自在である、請求項1~4の何れか1項に記載の外科手術システム。
- 前記エントリーガイドの中心軸を中心とする円周方向に回動可能に前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持構造を有する、請求項1~5の何れか1項に記載の外科手術システム。
- 前記コントローラは、前記器具シャフトを前記エントリーガイドに対して前記器具挿通孔が延びる方向に所定の第1移動範囲で移動させるように前記器具マニピュレータアームを制御し、且つ前記内視鏡シャフトを、前記エントリーガイドに対して前記内視鏡挿通孔が延びる方向に所定の第2移動範囲で移動させるように前記内視鏡マニピュレータアームを制御し、
前記第2移動範囲の遠位端側の限界は、前記第1移動範囲の遠位端側の限界よりも近位端側に位置する、請求項1~6の何れか1項に記載の外科手術システム。 - 前記器具マニピュレータは、前記前記手術器具の近位側で、且つ、前記器具シャフトの遠位側に設けられる手首構造と、前記器具駆動ユニットの駆動力を前記手首構造に伝達する器具伝動ユニットと、を有し、
前記手首構造は、遠位側曲げ関節および近位側曲げ関節を含む、請求項1~7の何れか1項に記載の外科手術システム。 - 前記器具マニピュレータは、前記前記手術器具の近位側で、且つ、前記器具シャフトの遠位側に設けられ、前記手術器具の前記並進運動及び前記回転運動の少なくとも一部を行わせる手首構造を有し、
前記器具マニピュレータは、作動により前記手首構造の動作を規制し且つ作動解除により前記手首構造の動作を許容するブレーキを有し、
前記コントローラは、前記器具シャフトが延びる方向において前記手首構造が前記エントリーガイドの遠位端の近位端側及び前記エントリーガイドの遠位端上に位置するときは前記ブレーキを作動させる、請求項1~7の何れか1項に記載の外科手術システム。 - 前記器具マニピュレータは、前記前記手術器具の近位側に設けられ、その動作によって前記手術器具の前記並進運動及び前記回転運動の少なくとも一部を行わせる手首構造を有し、
前記コントローラは、前記器具シャフトが延びる方向において前記手首構造が前記エントリーガイドの遠位端の近位側及び前記エントリーガイドの遠位端上に位置するときは前記器具動作指令に含まれる前記手首構造の動作指令を無効化する、請求項1~7の何れか1項に記載の外科手術システム。 - 前記外科医に対する情報の報知を行う報知部を備え、
前記内視鏡マニピュレータアームは、患者の体腔を形成する体壁の形状を検出するための情報を検知する体壁形状検知部を有し、
前記コントローラは、前記体壁形状検知部が検知した情報に基づいて前記体壁の形状を算出し、
算出した前記体壁の形状に基づいて進入禁止領域を設定し、
前記進入禁止領域に前記器具マニピュレータが進入したか否かを繰り返し判定し、前記進入禁止領域に前記器具マニピュレータが進入したと判定すると、前記報知部を制御して前記外科医に前記進入禁止領域への前記器具マニピュレータの進入を報知する、請求項1に記載の外科手術システム。 - 前記カメラプローブは、所定の間隔で並ぶ一対のカメラプローブであり、 前記体壁形状検知部は、前記一対のカメラプローブであり、
前記コントローラは、
前記一対のカメラプローブが撮影した画像に記録された前記体壁に散点的に複数の注目点を設定し、
各前記注目点について、前記一対のカメラプローブのうちの一方が撮影した画像である第1画像の前記注目点の位置と、前記一対のカメラプローブのうちの他方が前記第1画像と同時に撮影した画像である第2画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて所定の基準点に対する前記注目点の座標を算出し、
算出した複数の前記注目点の3次元座標に基づいて、前記体壁の形状を算出する、請求項11に記載の外科手術システム。 - 前記カメラユニットは、レーザ光を照射するレーザポインタを備え、
前記コントローラは、前記第1画像及び前記第2画像の前記注目点を前記第1画像及び前記第2画像に記録された前記レーザ光の照射部位をそれぞれ前記第1画像及び前記第2画像の前記注目点に設定する、請求項12に記載の外科手術システム。 - 前記コントローラは、前記第1画像に記録された前記体壁に前記注目点を設定し、前記第1画像と前記第2画像のパターンマッチングによって前記第2画像に記録された前記体壁における前記第1画像の前記注目点の場所と同じ場所を算出して前記第2画像の前記注目点に設定する、請求項12に記載の外科手術システム。
- 前記外科医に対する情報の報知を行う報知部を備え、
前記カメラプローブは、所定の間隔で並ぶ一対のカメラプローブであり、
前記コントローラは、
前記一対のカメラプローブが撮影した画像に記録された患者の体腔を形成する体壁に注目点を設定し、
前記一対のカメラプローブのうちの一方が撮影した画像である第1画像の前記注目点の位置と、前記一対のカメラプローブのうちの他方が撮影した画像である第2画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて前記注目点に対する前記一対のカメラプローブの位置である初期位置を算出し、
前記第1画像の前記注目点の位置と、前記第2画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて前記注目点に対する前記一対のカメラプローブの位置である現在位置を繰り返し算出し、
前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したか否かを判定し、
前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると、前記報知部を制御して前記現在位置の変化を報知する、請求項1に記載の外科手術システム。 - 前記コントローラは、前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると、前記一対のカメラプローブを前記初期位置に向かって動作させるように前記内視鏡マニピュレータアームを制御する、請求項15に記載の外科手術システム。
- 手術器具、遠位側に前記手術器具が接続される器具シャフト、前記器具シャフトの近位側が接続される器具ベースおよび前記器具ベースに設けられる器具伝動ユニットを備える器具マニピュレータと、前記器具ベースが着脱可能に接続され、前記器具伝動ユニットを介して前記手術器具を駆動するための器具駆動ユニットと、を備える器具マニピュレータアームと、
カメラプローブを有するカメラユニット、遠位側に前記カメラユニットが接続される内視鏡シャフトおよび前記内視鏡シャフトの近位側が接続される内視鏡ベースを有する内視鏡マニピュレータと、前記内視鏡ベースが着脱可能に接続され、前記内視鏡マニピュレータを並進運動及び回転運動させるための内視鏡駆動ユニットと、を備える内視鏡マニピュレータアームと、
前記内視鏡シャフトが挿通される内視鏡挿通孔および前記器具シャフトが挿通される器具挿通孔を有するエントリーガイドと、
前記手術器具に対する前記手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソールと、
前記器具マニピュレータアームを制御するコントローラと、を備える外科手術システムの制御方法であって、
前記コントローラが、前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記並進量に並進倍率値を乗算して実並進量を算出するステップと、
前記コントローラが該実並進量に対応して前記手術器具を動作させるように前記器具マニピュレータアームを制御するステップと、
前記コントローラが、前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記回転量に回転倍率値を乗算して実回転量を算出するステップと、
前記コントローラが該実回転量に対応して前記手術器具を動作させるように前記器具マニピュレータアームを制御するステップと、を有し、
前記回転倍率値と前記並進倍率値は異なる値であり、
前記カメラプローブは、予め設定された進入規制境界を含む境界によって囲まれる撮影領域を撮影するように構成されており、
前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、前記ディスプレイモジュールは前記進入規制境界を前記表示領域の上側に位置させて前記カメラプローブが撮影した画像を表示し、
前記コントローラは、前記器具動作指令に前記器具マニピュレータの遠位端側に設定された規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる方向への前記手術器具の動作を規制する、外科手術システムの制御方法。
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