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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-221166(P2016-221166A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】医療行為支援システム
(51)【国際特許分類】
   A61B 90/00 20160101AFI20161205BHJP
   A61C 19/00 20060101ALI20161205BHJP
   B25J 13/00 20060101ALI20161205BHJP
【FI】
   A61B19/00 502
   A61C19/00 B
   B25J13/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-113302(P2015-113302)
(22)【出願日】2015年6月3日
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】椋本 豪
【テーマコード(参考)】
3C707
4C052
【Fターム(参考)】
3C707AS35
3C707BS10
3C707BS28
3C707CT02
3C707CT04
3C707CY39
3C707MS07
4C052AA06
4C052GG24
(57)【要約】
【課題】多関節ロボットを備えた医療行為支援システムにおいて、多関節ロボットを適切な位置に配置可能とすること。
【解決手段】医療行為支援システムは、複数のアームが関節によって接続された多関節アームを有した多関節ロボットと、ロボット制御部とを備える。ロボット制御部は、医療行為を受ける患者の部位の位置を表す対象位置を特定する(S130)。さらに、医療行為を実施する際の多関節アームの軌道、及び医療行為において多関節アームが可動する範囲を表すアーム動作態様を特定する(S140)。そして、特定した対象位置とアーム動作態様との相対的な位置関係に基づいて、多関節ロボットが有する多関節アームが医療行為において円滑に可動する円滑可動となるように、多関節アームの動作の基準点となるベース地点を配置する配置基準位置を特定する(S150)。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のアームが関節によって接続された多関節アーム(34)を有した多関節ロボット(32)と、
医療行為を受ける患者の部位の位置を表す対象位置を特定する位置特定手段(50,S120)と、
前記医療行為を実施する際の前記多関節アームの軌道、及び前記医療行為において前記多関節アームが可動する範囲を表すアーム動作態様を特定する動作特定手段(50,S140)と、
前記位置特定手段で特定した対象位置と、前記動作特定手段で特定した前記アーム動作態様との相対的な位置関係に基づいて、前記多関節ロボットが有する前記多関節アームが前記医療行為において円滑に可動する円滑可動となるように、前記多関節アームの動作の基準点となるベース地点を配置する配置基準位置を特定する基準特定手段(50,S150)と
を備えることを特徴とする医療行為支援システム(1)。
【請求項2】
前記基準特定手段は、
前記医療行為における前記多関節アームの軌道が前記医療行為を実施する術者と非干渉となることを前記円滑可動として、前記配置基準位置を特定する
ことを特徴とする請求項1に記載の医療行為支援システム。
【請求項3】
前記基準特定手段は、
前記医療行為における前記多関節アームの軌道が、当該多関節アームが制御不能となる特異点を避けることを前記円滑可動として、前記配置基準位置を特定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の医療行為支援システム。
【請求項4】
前記基準特定手段は、
前記医療行為における前記多関節アームが前記多関節アームの可動領域内で動作することを前記円滑可動として、前記配置基準位置を特定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の医療行為支援システム。
【請求項5】
少なくとも、前記基準特定手段で特定した配置基準位置を報知する報知手段(50,S210)
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の医療行為支援システム。
【請求項6】
前記報知手段は、
前記動作特定手段で特定された前記アーム動作態様を報知する
ことを特徴とする請求項5に記載の医療行為支援システム。
【請求項7】
前記多関節アームのベース地点の現在位置である現在座標を特定する現在座標特定手段(50,S190)と、
前記基準特定手段で特定された配置基準位置と、前記位置特定手段で特定された現在座標との差分である位置差分を特定する差分特定手段(50,S200)と
を備え、
前記報知手段は、
前記差分特定手段で特定された位置差分を報知する
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の医療行為支援システム。
【請求項8】
前記アーム動作態様の修正を受け付ける修正受付手段(50,S170,S240)と、
前記修正受付手段で受け付けた結果に従って、前記基準特定手段で特定された配置基準位置を変更する修正反映手段(50,S180,S250)と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の医療行為支援システム。
【請求項9】
前記修正反映手段で変更された配置基準位置に前記多関節アームのベース地点が位置するように、前記多関節ロボットを移動させる移動制御手段(50,S220)
を備えることを特徴とする請求項8に記載の医療行為支援システム。
【請求項10】
前記基準特定手段で特定された配置基準位置に前記多関節アームのベース地点が位置するように、前記多関節ロボットを移動させる位置制御手段(50,S220)
を備えることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の医療行為支援システム。
【請求項11】
前記医療行為の実施に必要な医療行為必要情報を取得する情報取得手段(50,S130)を備え、
前記動作特定手段は、
前記情報取得手段で取得した医療行為必要情報に基づく、前記多関節アームの軌道及び前記多関節アームの可動範囲を、前記アーム動作態様として特定する
ことを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の医療行為支援システム。
【請求項12】
前記情報取得手段は、
前記対象位置を示す情報を前記医療行為必要情報として取得する
ことを特徴とする請求項11に記載の医療行為支援システム。
【請求項13】
前記情報取得手段は、
前記術者のクセを示す情報を前記医療行為必要情報として取得する
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の医療行為支援システム。
【請求項14】
前記情報取得手段は、
患者の口腔の大きさを前記医療行為必要情報として取得する
ことを特徴とする請求項11から請求項13までのいずれか一項に記載の医療行為支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、医療行為を支援する医療行為支援システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、医療行為を支援する医療行為支援システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この種の医療行為支援システムの中には、医療行為の1つである歯科インプラントを支援する医療行為支援システムが存在する。この医療行為支援システムは、歯科医療に用いるドリルビットを有したドリルユニットと、そのドリルビットの先端を術者が望む位置へと移動させる多関節ロボットとを備えている。
【0003】
ここで言うドリルユニットには、例えば、ストレート・ギアードアングルハンドピースを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表2009−501036号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、医療行為支援システムにより医療行為を支援する際に、多関節ロボットと術者とが干渉したり、多関節ロボットの多関節アームが特異点を通過したり、多関節アームが可動領域外に到達したりすると、術者は、医療行為をスムーズに実施することが困難となる。
【0006】
このため、医療行為支援システムにおいては、医療行為をスムーズに実施可能となる適切な位置に多関節ロボットを配置する必要がある。
しかしながら、医療行為を実施する人物(即ち、術者)は、多関節ロボットの構造について不慣れであることが多く、その多関節ロボットを適切な位置に配置することが困難であるという課題があった。
【0007】
つまり、従来の医療行為支援システムにおいては、医療行為支援システムを構成する多関節ロボットを適切な位置に配置することが困難であるという課題があった。
そこで、本発明は、多関節ロボットを備えた医療行為支援システムにおいて、多関節ロボットを適切な位置に配置可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明は、多関節ロボット(32)と、位置特定手段(50,S120)と、動作特定手段(50,S140)と、基準特定手段(50,S150)とを備える医療行為支援システム(1)に関する。
【0009】
多関節ロボットは、複数のアームが関節によって接続された多関節アーム(34)を有している。位置特定手段は、医療行為を受ける患者の部位の位置を表す対象位置を特定する。
【0010】
動作特定手段は、医療行為を実行する際の多関節アームの軌道、及び医療行為において多関節アームが可動する範囲を表すアーム動作態様を特定する。基準特定手段は、位置特定手段で特定した対象位置と、動作特定手段で特定したアーム動作態様との相対的な位置関係に基づいて、多関節ロボットが有する多関節アームが医療行為において円滑に可動する円滑可動となるように、多関節アームの動作の基準点となるベース地点を配置する配置基準位置を特定する。
【0011】
このような医療行為支援システムでは、アーム可動範囲と対象位置との相対的な位置関係に基づいて、多関節ロボットが有する多関節アームが医療行為において円滑可動となるように、多関節ロボットの動作の基準点(以下、ベース地点と称す)を配置する配置基準位置を特定できる。
【0012】
したがって、医療行為支援システムにおいては、円滑可動となる位置に多関節ロボットを配置させることができる。この結果、医療行為支援システムを用いて医療行為を実施する術者は、従来の技術に比べて、当該医療行為をよりスムーズに実施できるようになる。
【0013】
なお、円滑可動となる配置基準位置は、医療行為における多関節アームの軌道が医療行為を実施する術者と非干渉となる位置であってもよい。
このような配置基準位置であれば、医療行為の際に、多関節ロボットと術者とが干渉することを低減でき、医療行為支援システムを用いて医療行為を実施する術者は、当該医療行為をよりスムーズに実施できる。
【0014】
また、円滑可動となる配置基準位置は、医療行為における多関節アームの軌道が、当該多関節アームが制御不能となる特異点を避ける位置であってもよい。
このような配置基準位置であれば、医療行為の際に、多関節ロボットの多関節アームが特異点を通過することを低減でき、医療行為支援システムを用いて医療行為を実施する術者は、当該医療行為をよりスムーズに実施できる。
【0015】
さらに、円滑可動となる配置基準位置は、医療行為における多関節アームが多関節アームの可動領域内で動作する位置であってもよい。
このような配置基準位置であれば、医療行為の際に、多関節アームの可動領域内で多関節アームを可動させることができ、医療行為支援システムを用いて医療行為を実施する術者は、当該医療行為をよりスムーズに実施できる。
【0016】
また、医療行為支援システムにおいては、少なくとも、基準特定手段で特定した配置基準位置を報知する報知手段を備えていてもよい。
このような医療行為支援システムによれば、当該医療行為支援システムの利用者に、配置基準位置をより確実に認識させることができる。
【0017】
そして、報知手段は、動作特定手段で特定されたアーム動作態様を、さらに報知する。
このような医療行為支援システムによれば、当該医療行為支援システムの利用者に、多関節ロボットのアーム可動範囲をより確実に認識させることができる。
【0018】
なお、「特許請求の範囲」及び「課題を解決するための手段」の欄に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】医療行為支援システムの概略構成を示す説明図である。
図2】医療行為支援システムの制御系を示すブロック図である。
図3】配置位置を例示する説明図である。
図4】配置位置を例示する説明図である。
図5】配置位置特定処理の処理手順を示すフローチャートである。
図6】配置位置特定処理における表示を例示した説明図であり、(A)は多関節アーム先端部分の可動範囲を上面視した図であり、(B)は多関節アーム先端部分の可動範囲を側面視した図である。
図7】配置位置特定処理における表示を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
<医療行為支援システム>
図1に示す医療行為支援システム1は、医療行為を支援するシステムである。
【0021】
本実施形態においては、医療行為として、歯科インプラントを想定する。歯科インプラントは、患者100(図3参照)の顎骨にインプラント体を埋め込み、その埋め込まれたインプラント体に補綴物を装着する歯科手術である。以下では、インプラント体を埋入する患者100の顎骨の位置(部位)を埋入位置と称す。なお、この埋入位置は、特許請求の範囲に記載された対象位置の一例である。
【0022】
図1図2に示すように、医療行為支援システム1は、手術ツール2と、設置台4と、位置追跡装置16と、医療行為計画装置18と、表示装置26と、音声出力装置28と、入力装置30と、ガイドロボット32とを備えている。
【0023】
手術ツール2は、医療行為に用いる器具である。この手術ツール2は、ガイドロボット32の先端に取り付けられる。
本実施形態における手術ツール2には、歯科医療に用いるドリルユニットを含む。このドリルユニットは、歯科医療に用いる各種のドリルビットと、そのドリルビットを駆動する駆動機構とを有している。なお、ここで言うドリルユニットには、ストレート・ギアードアングルハンドピース(コントラハンドピース)などの、いわゆる歯科用ハンドピースを含む。
【0024】
すなわち、医療行為支援システム1では、ガイドロボット32の先端に取り付けられた手術ツール2により、術者が実施する歯科インプラントを支援する。ここで言う歯科インプラントの支援には、インプラント体を埋入する患者100の部位である埋入位置への手術ツール2の移動が含まれる。この手術ツール2の移動には、患者100の口腔内への手術ツール2への進入や、ドリルを交換する交換位置への移動が含まれる。
【0025】
さらに、ここで言う「歯科インプラントの支援」には、手術ツール2としてのドリルによる顎骨への穿孔を含んでもよい。
設置台4は、ガイドロボット32が設置される機構である。この設置台4は、天板6と、支持部8と、設置台駆動機構10(図2参照)とを備えている。
【0026】
天板6は、ガイドロボット32が固定される板状の部材である。支持部8は、天板6を水平に支持する支柱である。設置台駆動機構10は、天板6を駆動する機構である。
この設置台駆動機構10は、水平面に沿って天板6を駆動する水平駆動機構12と、垂直方向に沿って天板6を駆動する垂直駆動機構14とを備えている。なお、ここで言う水平面とは、図1に示すXY平面であり、垂直方向とは、Z軸に沿った方向である。
【0027】
この水平駆動機構12は、天板6をX軸方向に駆動させるモータ、Y軸方向に駆動させるモータを有している。また、垂直駆動機構14は、天板6をZ軸方向に駆動させるモータを有している。
【0028】
すなわち、設置台4は、天板6に設置されたガイドロボット32を、水平面及び垂直方向に沿って、3次元方向に移動自在に構成されている。
位置追跡装置16は、ガイドロボット32に規定された基準点と、埋入位置との相対的な位置関係を追跡する装置である。本実施形態における位置追跡装置16は、ガイドロボット32に規定された基準点としてのアーム基準点から延出されたアームを有する。このアームは、アーム基準点を原点として、アーム先端に設けられたアタッチメント位置を実空間における3次元座標で特定する周知のトラッキングアームである。
【0029】
すなわち、位置追跡装置16は、アタッチメントが存在する場所を埋入位置の場所として、アーム基準点からの変位を追跡する。
医療行為計画装置18は、埋入位置を特定して、その特定した埋入位置への医療行為の計画を作成する装置である。この医療行為計画装置18は、情報取得部20と、記憶部22と、制御部24とを備えている。情報取得部20は、埋入位置の特定に必要な情報(以下、「位置特定情報」と称す)を取得する。
【0030】
本実施形態における情報取得部20は、コンピュータ断層撮影(CT:Computed Tomography)装置によって撮影した複数の画像を位置特定情報として取得する。
【0031】
記憶部22は、データや処理プログラムを記憶する周知の記憶装置である。
制御部24は、少なくともROM,RAM,CPUを備えた周知のマイクロコンピュータを有した周知の制御装置であり、記憶部22に記憶された処理プログラムに従って処理を実行する。
【0032】
なお、医療行為計画装置18の記憶部22には、「医療行為の計画」を作成する医療行為計画作成処理を制御部24が実行するための処理プログラムが格納されている。
この医療行為計画作成処理では、位置特定情報に基づく患者100の顎骨の3次元座標情報に従って、「医療行為の計画」を作成する。この「医療行為の作成」では、インプラント体を埋入する埋入位置の特定、インプラント体を埋入する角度の特定、インプラント体を埋入する深さの特定を、プランニング座標系において実施することを含む。なお、埋入位置には、インプラント体を埋入する顎骨が上顎骨であるか下顎骨であるか、その顎骨における歯の位置を含む。なお、ここで言うプランニング座標系とは、医療行為計画装置18にて計画される「医療行為の計画」における座標系(例えば、CT画像における座標系)である。
【0033】
以下、「医療行為の計画」を、医療行為必要情報と称す。なお、「医療行為の計画」を作成する方法は、周知であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
なお、本実施形態における「埋入位置への医療行為」には、埋入位置に対して歯科インプラントを実施するための医療行為の手順を含む。そして、ここで言う「医療行為の手順」には、埋入位置への医療行為を実施する際のガイドロボット32における多関節アーム34の軌道を含む。さらに、「医療行為の手順」には、患者100の口腔内への手術ツール2を進入させるタイミングや、その患者100の口腔内への手術ツール2の進入角度、埋入位置への穿孔を含む。
【0034】
表示装置26は、画像を表示する周知の装置(例えば、液晶ディスプレイ)である。音声出力装置28は、音声を出力する周知の装置(例えば、スピーカ)である。
また、入力装置30は、情報の入力を受け付ける周知の装置である。この入力装置30には、キーボードやポインティングデバイス、スイッチなどの各種入力機器を含む。ここで言うポインティングデバイスには、タッチパッドやタッチパネルなどの周知の機構を含む。
<ガイドロボット>
ガイドロボット32は、多関節アーム34と、ロボット制御部50とを備えた、周知の垂直多関節ロボットである。
【0035】
多関節アーム34は、ベース部36と、上腕部38と、前腕部40と、ハンド取付部42とを備えている。
多関節アーム34を構成するベース部36と、上腕部38と、前腕部40と、ハンド取付部42とは、それぞれ、関節部を介して接続されている。この関節部それぞれは、ロボット駆動装置44と、センシング装置46とを備えている。
【0036】
ロボット駆動装置44は、多関節アーム34を自在に駆動するものであり、各関節部を駆動するモータである。センシング装置46は、多関節アーム34の先端(ひいては、手術ツール2)の座標を検出するものである。このセンシング装置46として、例えば、ロボット駆動装置44それぞれの回転角度を検出するロータリーエンコーダを用いてもよい。
【0037】
すなわち、多関節アーム34は、三次元座標系(X,Y,Z座標系)において、6軸の可動部を有する周知のアームである。この多関節アーム34の先端(即ち、ハンド取付部42)には、手術ツール2が取り付けられる。
【0038】
ロボット制御部50は、センシング装置46でのセンシングの結果に従って、ガイドロボット32のロボット駆動装置44を駆動する。このロボット制御部50は、制御部52と、記憶部54とを備えている。
【0039】
制御部52は、少なくともROM,RAM,CPUを備えた周知のマイクロコンピュータを有した周知の制御装置である。記憶部54は、情報やデータを記憶する周知の装置である。
<医療行為支援システムの動作>
次に、医療行為支援システム1を用いた医療行為の概要について説明する。
【0040】
医療行為支援システム1を用いた医療行為を行う場合、まず、医療行為支援システム1の利用者は、医療行為計画装置18にて医療行為必要情報を作成する。その作成した医療行為必要情報に従った医療行為がスムーズに実施できるように、医療行為支援システム1の利用者は、ガイドロボット32を配置する配置位置を特定する。
【0041】
その特定した配置位置にガイドロボット32を配置すると、術者は、医療行為支援システム1を用いて、患者100に対して医療行為を実施する。
術者が医療行為を実施する場合、医療行為支援システム1は、埋入位置までの手術ツール2の移動や、手術ツール2としてのドリルによる顎骨(埋入位置)への穿孔、手術ツール2の交換位置までの手術ツール2の移動などを支援する。なお、ここで言う、埋入位置までの手術ツール2の移動には、患者100の口腔内への手術ツール2への進入などを含む。
<医療行為支援システムの配置>
次に、医療行為支援システム1の配置位置の概要について説明する。
【0042】
医療行為支援システム1においては、術者がスムーズ(円滑)に医療行為を実施できるように、ガイドロボット32を適切な位置(以下、「配置基準位置」と称す)80に配置する必要がある。
【0043】
図3は、配置基準位置の近傍に配置されたガイドロボット32を上面視した説明図であり、図4は、配置基準位置の近傍に配置されたガイドロボット32を側面視した説明図である。
【0044】
図3図4に示すように、配置基準位置80の一例は、ベッド(手術台)102に横たわる患者100の胸部の少なくとも一部分を、設置台4の天板6が覆う位置である。この配置基準位置80は、ガイドロボット32の動作の基準点となるベース地点が配置される位置である。
【0045】
なお、ロボット制御部50の記憶部54には、配置基準位置80を特定する配置位置特定処理を制御部52が実行するための処理プログラムが格納されている。
<配置位置特定処理>
次に、制御部52が実行する配置位置特定処理について説明する。
【0046】
この配置位置特定処理は、ガイドロボット32のベース地点が配置基準位置80の近傍に位置するように設置台4が配置され、さらに、位置追跡装置16にて患者100の埋入位置を追跡可能な状態とした上で起動される。
【0047】
そして、配置位置特定処理が起動されると、ロボット制御部50の制御部52は、図5に示すように、制御部52は、医療行為計画装置18から医療行為必要情報を取得する(S110)。このS110で取得する医療行為必要情報には、医療行為計画装置18からの「医療行為の計画」に加えて、術者のクセを示す情報を含んでもよいし、患者100の口腔の大きさを含んでもよい。
【0048】
そして、配置位置特定処理では、制御部52は、位置追跡装置16におけるアーム先端のアタッチメントの3次元空間座標を、位置追跡装置16から取得する(S120)。続いて、配置位置特定処理では、制御部52は、患者100の埋入位置の3次元座標を特定する(S130)。このS130における埋入位置の3次元座標の特定は、周知のレジストレーションに従って実行すればよい。レジストレーションは、医療行為計画装置18にて特定した、プランニング座標系における埋入位置を、実空間における埋入位置へと変換する処理である。このレジストレーションの結果、位置追跡装置16にて追跡される実空間の3次元座標にて埋入位置が表現され、ガイドロボット32の先端位置と埋入位置との対応付けがなされる。
【0049】
これにより、医療行為を支援するガイドロボット32の先端に取り付けられた手術ツール2の先端位置は、下記(1)式によって表される。ただし、(1)式における符号「RobotDrilltip」は、ガイドロボット32における3次元座標系での手術ツール2の先端(即ち、ドリルビットの先端)の座標である。また、符号「RobotIMP」は、ガイドロボット32における3次元座標系での埋入位置の座標である。
【0050】
【数1】
なお、(1)式は、下記(2)式を変換することで導出される。
【0051】
【数2】
この(2)式における符号「Robottip」は、ガイドロボット32における三次元座標系での多関節アーム34の先端位置であり、符号「tipDrilltip」は、多関節アーム34の先端位置から手術ツール2の先端までの長さである。
【0052】
また、符号「RobotTRAK」は、位置追跡装置16における3次元座標を、ガイドロボット32における3次元座標に変換する関数である。そして、符号「TRAKTRAKtipTRAKtipA‘A’CT−1」は、プランニング座標系を、位置追跡装置16にて追跡される実空間の3次元座標系へと変換する式である。さらに、符号「CTIMP」は、プランニング座標系における埋入位置を表す座標である。
【0053】
そして、配置位置特定処理では、制御部52は、S110で取得した医療行為必要情報に基づいて、多関節アーム34の動作の態様を表すアーム動作態様を導出する(S140)。
【0054】
ここで言うアーム動作態様とは、医療行為におけるガイドロボット32の多関節アーム34の軌道(以下、「アーム軌道」と称す)、及び医療行為において多関節アーム34が可動する範囲(以下、「可動領域」と称す)を含む。
【0055】
具体的には、本実施形態のS140では、医療行為計画装置18にて計画された「医療行為の計画」に従って、埋入位置への医療行為に際して手術ツール2を移動させるガイドロボット32(多関節アーム34)の軌道をアーム軌道として導出する。このアーム軌道は、通常、多関節アーム34を制御不能となる特異点が生じないように決定される。このアーム軌道の導出は、垂直多関節ロボットにおける周知の手法を用いて行われるため、ここでの詳しい説明は省略する。
【0056】
また、本実施形態のS140では、制御部52は、アーム軌道に従って多関節アーム34が動作する領域を可動領域として導出する。この可動領域の導出は、垂直多関節ロボットにおける周知の手法を用いて算出すれば良いため、ここでの詳しい説明は省略する。なお、本実施形態における可動領域は、特許請求の範囲に記載された動作範囲の一例である。
【0057】
なお、ガイドロボット32においては、可動領域外に多関節アーム34の先端が移動することがあり得る。この場合、多関節アーム34の制御が困難となるため、本実施形態においては、多関節アーム34の可動領域内で動作するようにアーム軌道を導出する。このように可動領域内で動作するようにアーム軌道を導出することは、周知であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
【0058】
なお、アーム軌道及び可動領域には、医療行為必要情報に含まれる「術者のクセ」や「患者100の口腔の大きさ」を反映してもよい。具体的には、例えば、術者のクセとして、埋入位置へと手術ツール2を移動させる経路(多関節アーム34を埋入位置に対して時計回りに移動させるのか反時計回りに移動させるのかなど)を、アーム軌道及び可動領域に反映することが考えられる。さらに、例えば、術者のクセとして、手術ツール2を埋入位置に進入させるために手術ツール2の向きを変える座標や、手術ツール2を埋入位置に進入させる角度そのものなどを、アーム軌道及び可動領域に反映することが考えられる。
【0059】
また、例えば、「患者100の口腔の大きさ」に応じて、手術ツール2を埋入位置に進入させるために手術ツール2の向きを変える座標や、手術ツール2を埋入位置に進入させる角度そのものなどを変更してもよい。
【0060】
続いて、配置位置特定処理では、ロボット制御部50の制御部52は、配置基準位置80の3次元座標を導出する(S150)。このS150では、制御部52は、埋入位置とアーム動作態様との相対的な位置関係に基づいて、医療行為において多関節アーム34が円滑に可動する円滑可動となるように配置基準位置の3次元座標を導出する。ここで言う円滑可動には、アーム軌道が医療行為を実施する術者と非干渉となること、アーム軌道として特異点が避けられること、アーム軌道が多関節アームの可動領域内で動作することを含む。
【0061】
例えば、S150においては、入力装置30を介して入力された術者の立ち位置及び術者の行動範囲と、アーム動作態様におけるアーム軌道及び可動範囲とが3次元空間において非重複となる位置を、多関節アーム34が円滑可動となる配置基準位置80として導出すればよい。具体的には、本実施形態のS150においては、例えば、埋入位置を実空間の3次元座標の原点として、円滑可動が可能となる配置基準位置の座標を導出すればよい。
【0062】
さらに、配置位置特定処理では、制御部52は、S150で導出した配置基準位置80、及びS140にて導出したアーム動作態様を表示装置26へと出力する(S160)。その表示装置26は、配置基準位置80の3次元座標を表示すると共に、図6(A),図6(B)に示すように、ロボット制御部50の制御部52から受信したアーム動作態様を表示する。
【0063】
続いて、配置位置特定処理では、制御部52は、アーム動作態様の変更指示を、入力装置30を介して受け付けたか否かを判定する(S170)。このS170での判定の結果、アーム動作態様の変更指示を受け付けていれば(S170:YES)、制御部52は、その受け付けた変更指示に従って、アーム動作態様を変更する(S180)。その後、制御部52は、配置位置特定処理をS150へと戻す。
【0064】
なお、アーム動作態様の変更指示は、表示装置26に表示されたアーム動作態様(可動領域など)を修正することで受け付けてもよい。
一方、アーム動作態様の変更指示を受け付けていなければ(S170:NO)、制御部52は、ガイドロボット32のベース地点の現在位置である現在座標を特定する(S190)。この現在座標を特定する方法として、例えば、位置追跡装置16によるアーム先端位置の座標を原点として、そのアーム先端の座標とアーム基準点の座標との相対的な位置関係に従って特定する方法が考えられる。
【0065】
そして、配置位置特定処理では、制御部52は、配置基準位置と現在座標との差分である位置差分を算出する(S200)。この位置差分は、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の各軸方向に沿って算出する。
【0066】
さらに、配置位置特定処理では、S200で算出した位置差分を表示装置26へと出力する(S210)。その表示装置26は、図7に示すように、ロボット制御部50の制御部52から受信した位置差分を表示する。なお、図7に示す位置差分は、ベース位置を現在位置から配置基準位置へと移動させるための移動量である。
【0067】
続いて、配置位置特定処理では、制御部52は、ベース位置が現在座標から配置基準位置へと移動するように、設置台駆動機構10へと制御信号を出力する(S220)。その制御信号を受信した設置台駆動機構10は、ガイドロボット32のベース位置を現在座標から配置基準位置へと移動させる。
【0068】
さらに、配置位置特定処理では、制御部52は、ガイドロボット32のベース位置の調整が完了をしたことを示す位置調整完了入力を、入力装置30を介して受け付けたか否かを判定する(S230)。このS230での判定の結果、位置調整完了入力を受け付けていなければ(S230:NO)、制御部52は、アーム動作態様の変更指示を、入力装置30を介して受け付けたか否かを判定する(S240)。
【0069】
このS240での判定の結果、アーム動作態様の変更指示を受け付けていれば(S240:YES)、制御部52は、その受け付けた変更指示に従って、アーム動作態様を変更する(S250)。その後、制御部52は、配置位置特定処理をS150へと戻す。
【0070】
一方、S240での判定の結果、アーム動作態様の変更指示を受け付けていなければ(S240:NO)、制御部52は、S250を実行することなく配置位置特定処理をS150へと戻す。
【0071】
なお、S230での判定の結果、位置調整完了入力を受け付けていれば(S230:YES)、制御部52は、配置位置特定処理を終了する。
[実施形態の効果]
以上説明したように、医療行為支援システム1では、アーム動作態様と埋入位置との相対的な位置関係に基づいて、多関節アーム34が術者と非干渉となるように、ガイドロボット32のベース地点を配置する配置基準位置80を特定できる。
【0072】
したがって、医療行為支援システム1においては、術者と非干渉となる位置、即ち、適切な位置に、ガイドロボット32を配置することができる。
また、医療行為支援システム1では、配置基準位置80を、医療行為の際に多関節アーム34が特異点を通過しない位置とすることができる。
【0073】
したがって、医療行為支援システム1においては、医療行為の際に、ガイドロボット32の多関節アーム34が特異点を通過しない位置にガイドロボット32を配置できる。
さらに、医療行為支援システム1では、医療行為の際に、多関節アーム34の可動領域内で多関節アーム34を可動させる位置を配置基準位置80とすることができる。
【0074】
したがって、医療行為支援システム1においては、医療行為の際に、多関節アーム34の可動領域内で多関節アーム34を可動させる位置にガイドロボット32を配置できる。
これらの結果、医療行為支援システム1を用いて医療行為を実施する術者は、従来の技術に比べて、当該医療行為をよりスムーズに実施できるようになる。
【0075】
また、配置位置特定処理では、配置基準位置80を報知している。このような医療行為支援システム1によれば、当該医療行為支援システム1の利用者に、配置基準位置80がどの位置であるのかを認識させることができる。
【0076】
また、配置位置特定処理では、多関節アーム34のアーム動作態様を報知している。このような医療行為支援システム1によれば、当該医療行為支援システム1の利用者に、ガイドロボット32のアーム動作態様を認識させることができる。
【0077】
そして、配置位置特定処理では、アーム動作態様の修正を受け付け、その受け付けた内容に従って、アーム動作態様及び配置基準位置80を修正している。これにより、配置位置特定処理によれば、術者にとって、よりスムーズな医療行為を実施できるようにガイドロボット32の動作を調整できる。
【0078】
そして、配置位置特定処理では、このように調整されたアーム動作態様に従って、術者がスムーズに医療行為を実施可能となるように配置基準位置80を調整できる。このため、医療行為支援システム1によれば、術者による医療行為をよりスムーズに実施させることができる。
【0079】
ところで、配置位置特定処理においては、「術者のクセ」をアーム動作態様に反映している。このため、医療行為支援システム1によれば、配置基準位置80を、術者自身のクセに応じた適切な位置とすることができる。この結果、術者は、医療行為をよりスムーズに実施できる。
【0080】
なお、配置位置特定処理では、ベース位置が現在座標から配置基準位置へと移動するように、設置台駆動機構10へと制御信号を出力している。すなわち、医療行為支援システム1によれば、ベース位置が配置基準位置に一致するように自動的に制御されるため、利便性をより向上させることができる。
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【0081】
例えば、上記実施形態の配置位置特定処理では、配置基準位置80と、ガイドロボット32の現在座標との位置差分を導出して、その導出した位置差分が許容範囲内となるように、ガイドロボット32のベース位置を移動させていた。しかしながら、本発明においては、配置基準位置80と、ガイドロボット32の現在座標との位置差分を導出して、その導出した位置差分を報知するに留めてもよい。
【0082】
この場合、配置基準位置80へと移動させるための移動量を報知でき、当該医療行為支援システム1の利用者に、配置基準位置80までの必要な操作量を認識させることができる。そして、医療行為支援システム1の利用者(即ち、術者)は、その認識した位置差分に従って、ガイドロボット32を移動させることによって、ガイドロボット32を適切な位置(即ち、配置基準位置80)に配置できる。
【0083】
また、上記実施形態においては、位置追跡装置16を周知のトラッキングアームによって構成していたが、位置追跡装置16は、これに限るものではない。すなわち、位置追跡装置16は、例えば、指向性を高めた赤外線などの探査波を照射し、埋入位置の変化を追跡する装置であってもよいし、その他の埋入位置の座標を特定可能な装置であってもよい。換言すると、位置追跡装置16は、ガイドロボット32に規定された基準点と、埋入位置との相対的な位置関係を特定可能な装置であれば、どのようなものであってもよい。
【0084】
さらに、上記実施形態における医療行為計画装置18の情報取得部20は、コンピュータ断層撮影装置から位置特定情報を取得していたが、医療行為計画装置18の情報取得部20は、その他の装置から位置特定情報を取得してもよい。
【0085】
上記実施形態においては、医療行為支援システム1が支援する医療行為として、歯科インプラントを想定していたが、本発明において、医療行為支援システムが支援する医療行為は、歯科インプラントに限るものではない。例えば、本発明の医療行為支援システムが支援する医療行為は、外科手術であってもよいし、内科医療であってもよいし、歯科インプラント以外の歯科医療であってもよいし、その他の医療行為であってもよい。
【0086】
そして、本発明における対象部位は、インプラント体を埋入する患者の顎骨の位置(部位)に限るものではなく、例えば、外科手術が必要な患者100の部位や、歯科医療が必要な患者100の部位であってもよい。
【0087】
なお、これらの場合、ガイドロボット32の先端に取り付けられる手術ツール2は、歯科医療に用いるドリルユニットに限るものではなく、各種の医療行為に用いられる道具であってもよい。この場合の各種医療行為に用いられる道具は、例えば、メスや鉗子などの手術器具であってもよいし、その他の医療器具であってもよい。
【0088】
さらに言えば、医療行為支援システム1は、ガイドロボット32による医療行為の支援を停止する停止スイッチや、ガイドロボット32による医療行為の支援の可否を受け付けるスイッチを備えていてもよい。
【0089】
なお、上記実施形態の構成の一部を省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記実施形態と変形例とを適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。
【符号の説明】
【0090】
1…医療行為支援システム 2…手術ツール 4…設置台 6…天板 8…支持部 10…設置台駆動機構 12…水平駆動機構 14…垂直駆動機構 16…位置追跡装置 18…医療行為計画装置 20…情報取得部 22…記憶部 24…制御部 26…表示装置 28…音声出力装置 30…入力装置 32…ガイドロボット 34…多関節アーム 36…ベース部 38…上腕部 40…前腕部 42…ハンド取付部 44…ロボット駆動装置 46…センシング装置 50…ロボット制御部 52…制御部 54…記憶部
図1
図2
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図6
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図4