特許 6894954 医療用マニピュレータおよびこれを備えた外科手術システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6894954

(24)【登録日】2021年6月8日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】医療用マニピュレータおよびこれを備えた外科手術システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20210621BHJP

   B25J 13/00 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   A61B34/35

   B25J13/00 Z

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-171985(P2019-171985)

(22)【出願日】2019年9月20日

(65)【公開番号】特開2020-58793(P2020-58793A)

(43)【公開日】2020年4月16日

【審査請求日】2019年9月20日

(31)【優先権主張番号】特願2018-189768(P2018-189768)

(32)【優先日】2018年10月5日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】514063179

【氏名又は名称】株式会社メディカロイド

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 康彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 俊明

(72)【発明者】

【氏名】▲土▼井 航

【審査官】 宮下 浩次

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０６２３６２７６（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／００７９７２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−２７７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ３４／３５

Ｂ２５Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外科手術システムに使用される医療用マニピュレータであって、
先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第１の多自由度マニピュレータアームと、
先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第２の多自由度マニピュレータアームと、
先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第３の多自由度マニピュレータアームと、
先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第４の多自由度マニピュレータアームと、
前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を順番に保持すると共に、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を移動可能に保持し、前記第２および第３の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を固定保持するように構成された長尺状のアームベースと、
前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第２の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第１の移動機構と、
前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第３の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第２の移動機構と、
前記アームベースを移動させるように構成されたポジショナと、を備え、
前記第１の移動機構は、前記アームベース内に固定配置された複数の第１のローラと、前記複数の第１のローラの各々に張架された第１のスライド用ベルトと、前記複数の第１のローラのうち少なくとも一つを回動させる第１の駆動モータと、前記第１のスライド用ベルトと前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第１の連結部材と、を備えており、
前記第２の移動機構は、前記アームベース内に固定配置された複数の第２のローラと、前記複数の第２のローラの各々に張架された第２のスライド用ベルトと、前記複数の第２のローラのうち少なくとも一つを回動させる第２の駆動モータと、前記第２のスライド用ベルトと前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第２の連結部材と、を備えている、医療用マニピュレータ。

【請求項2】

前記アームベースは、長尺状のベース本体部と、前記ベース本体部の第１端部に前記ベース本体部に対して傾斜して接続された第１傾斜部と、前記ベース本体部の第２端部に前記ベース本体部に対して傾斜して接続された第２傾斜部と、を備え、
前記第１傾斜部が前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部を保持し、前記ベース本体部が前記第２および第３の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を固定保持し、前記第２傾斜部が前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部を保持するように構成されている、請求項１に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項3】

前記第１の移動機構は、前記第１の多自由度マニピュレータアームを移動させるために前記第１傾斜部に配置され、前記第２の移動機構は、前記第４の多自由度マニピュレータアームを移動させるために前記第２傾斜部に配置される、請求項２に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項4】

前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームは、それぞれ７自由度以上の自由度を有している、請求項１乃至３の何れか１項に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項5】

前記ポジショナは、垂直多関節ロボットにより構成されている、請求項１乃至４の何れか１項に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項6】

前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して移動させる指示を行う操作入力部をさらに備える、請求項１乃至５の何れか１項に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項7】

前記操作入力部は、前記ポジショナによって前記アームベースを移動させる指示を行うように構成されている、請求項６に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項8】

前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して自動的に移動させるように前記第１および第２の移動機構を制御するように構成された制御部を備える、請求項１乃至７の何れか１項に記載の医療用マニピュレータ。

【請求項9】

先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第１の多自由度マニピュレータアーム、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第２の多自由度マニピュレータアーム、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第３の多自由度マニピュレータアーム、および先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第４の多自由度マニピュレータアームを備える医療用マニピュレータと、
前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームの動作を指示する指示装置と、を備えており、
前記医療用マニピュレータは、
前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を順番に保持すると共に、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を移動可能に保持し、前記第２および第３の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を固定保持するように構成された長尺状のアームベースと、
前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第２の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第１の移動機構と、
前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第３の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第２の移動機構と、
前記アームベースを移動させて所定の位置に位置づけるように構成されたポジショナと、を備え、
前記第１の移動機構は、前記アームベース内に固定保持された複数の第１のローラと、前記複数の第１のローラの各々に張架された第１のスライド用ベルトと、前記複数の第１のローラのうち少なくとも一つを回動させる第１の駆動モータと、前記第１のスライド用ベルトと前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第１の連結部材と、を備え、
前記第２の移動機構は、前記アームベース内に固定配置された複数の第２のローラと、前記複数の第２のローラの各々に張架された第２のスライド用ベルトと、前記複数の第２のローラのうち少なくとも一つを回動させる第２の駆動モータと、前記第２のスライド用ベルトと前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第２の連結部材と、を備える、外科手術システム。

【請求項10】

前記医療用マニピュレータは、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して移動させる指示を行う操作入力部を備える、請求項９に記載の外科手術システム。

【請求項11】

前記操作入力部は、手術前の段階であるセットアップ時に、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して移動させる指示を行うように構成されている、請求項１０に記載の外科手術システム。

【請求項12】

前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して自動的に移動させるように前記第１および第２の移動機構を制御するように構成された制御部を備える、請求項９乃至１１の何れか１項に記載の外科手術システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療用マニピュレータおよび当該医療用マニピュレータを備えた外科手術システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数のマニピュレータアームを備え、施術者の操作に基づいて複数のマニピュレータアームを動かして外科手術を行うマスタ−スレーブ型の外科手術システムが知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。このような外科手術システムにおいて、１つの施術部位に対して複数のマニピュレータアームが協動して細かい施術を行うことが可能なように、複数のマニピュレータアームは互いに近接して配置される。

【0003】

特許文献１，２の外科手術システムにおいては、複数のマニピュレータアームの基端部分（支持部分）はプラットホームに固定されている。また、特許文献３の外科手術システムにおいては、２つのマニピュレータアームがアームベースに取り付けられており、このアームベースがレール上を移動する構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１７−５１５５２２号公報

【特許文献2】特表２００８−５２８１３０号公報

【特許文献3】特開２０１２−０２４９２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１，２の外科手術システムでは、マニピュレータアームがプラットホームに固定されているため、マニピュレータアームが動作している際に、術式や緊急度に応じてマニピュレータアームの自由度を向上させることが困難である。また、マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができない恐れもある。また、上記特許文献３の外科手術システムでは、マニピュレータアーム群としての移動は可能となっているものの、特許文献１，２と同様にマニピュレータアームの自由度を向上させることは困難であるし、マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができない恐れもある。

【0006】

そこで、本発明は、患者に対して複数の多自由度マニピュレータアームを配置する際の自由度を向上させることができ、多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができる医療用マニピュレータおよびこれを備えた外科手術システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の医療用マニピュレータは、外科手術システムに使用される医療用マニピュレータであって、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第１の多自由度マニピュレータアームと、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第２の多自由度マニピュレータアームと、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第３の多自由度マニピュレータアームと、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第４の多自由度マニピュレータアームと、前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を順番に保持すると共に、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を移動可能に保持し、前記第２および第３の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を固定保持するように構成された長尺状のアームベースと、前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第２の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第１の移動機構と、前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第３の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第２の移動機構と、前記アームベースを移動させるように構成されたポジショナと、を備え、前記第１の移動機構は、前記アームベース内に固定配置された複数の第１のローラと、前記複数の第１のローラの各々に張架された第１のスライド用ベルトと、前記複数の第１のローラのうち少なくとも一つを回動させる第１の駆動モータと、前記第１のスライド用ベルトと前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第１の連結部材と、を備えており、前記第２の移動機構は、前記アームベース内に固定配置された複数の第２のローラと、前記複数の第２のローラの各々に張架された第２のスライド用ベルトと、前記複数の第２のローラのうち少なくとも一つを回動させる第２の駆動モータと、前記第２のスライド用ベルトと前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第２の連結部材と、を備えているものである。

【0008】

本発明に従えば、移動機構によって、第１の多自由度マニピュレータアームの基端部と第２の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔が変更されるようになっている。これにより、術式や緊急度に応じて患者に対する複数のマニピュレータアームの配置の自由度を向上させることができると共に、多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができる。特に、手術中にマニピュレータアームが動作している際にも、マニピュレータアームの自由度を向上させることができ、また多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができる。

【0011】

上記発明において、前記アームベースは、長尺状のベース本体部と、前記ベース本体部の第１端部に前記ベース本体部に対して傾斜して接続された第１傾斜部と、前記ベース本体部の第２端部に前記ベース本体部に対して傾斜して接続された第２傾斜部と、を備え、前記第１傾斜部が前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部を保持し、前記ベース本体部が前記第２および第３の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を固定保持し、前記第２傾斜部が前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部を保持するように構成されていることが好ましい。

【0012】

上記構成に従えば、患者に対する多自由度マニピュレータアームのアプローチが容易となる。

【0013】

上記発明において、前記第１および第２の多自由度マニピュレータアームは６自由度以上の自由度を有していることが好ましい。

【0014】

上記構成に従えば、多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぎ易くなり、また患者に対するアプローチも行い易くなる。

【0015】

本発明の外科手術システムは、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第１の多自由度マニピュレータアーム、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第２の多自由度マニピュレータアーム、先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第３の多自由度マニピュレータアーム、および先端部に医療器具を保持するように構成され、６以上の自由度を有する第４の多自由度マニピュレータアームを備える医療用マニピュレータと、前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームの動作を指示する指示装置と、を備えており、前記医療用マニピュレータは、前記第１乃至第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を順番に保持すると共に、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を移動可能に保持し、前記第２および第３の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を固定保持するように構成された長尺状のアームベースと、前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第２の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第１の移動機構と、前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部を移動させることにより、前記アームベースに固定保持された前記第３の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔を変更するように構成された第２の移動機構と、前記アームベースを移動させて所定の位置に位置づけるように構成されたポジショナと、を備え、前記第１の移動機構は、前記アームベース内に固定保持された複数の第１のローラと、前記複数の第１のローラの各々に張架された第１のスライド用ベルトと、前記複数の第１のローラのうち少なくとも一つを回動させる第１の駆動モータと、前記第１のスライド用ベルトと前記第１の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第１の連結部材と、を備え、前記第２の移動機構は、前記アームベース内に固定配置された複数の第２のローラと、前記複数の第２のローラの各々に張架された第２のスライド用ベルトと、前記複数の第２のローラのうち少なくとも一つを回動させる第２の駆動モータと、前記第２のスライド用ベルトと前記第４の多自由度マニピュレータアームの基端部とを連結する第２の連結部材と、を備えるものである。

【0016】

本発明に従えば、外科手術システムが上述の医療用マニピュレータを備える構成において、移動機構によって、第１の多自由度マニピュレータアームの基端部と第２の多自由度マニピュレータアームの基端部との間隔が変更されるようになっている。これにより、術式や緊急度に応じて、患者に対する複数のマニピュレータアームの配置の自由度を向上させることができると共に、多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができる。特に、手術中にマニピュレータアームが動作している際にも、多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができる。

【0017】

上記発明において、前記医療用マニピュレータは、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して移動させる指示を行う操作入力部を備えてもよい。また、前記操作入力部は、手術前の段階であるセットアップ時に、前記第１および第４の多自由度マニピュレータアームのそれぞれの基端部を前記アームベースに対して移動させる指示を行うように構成されていることが好ましい。

【0018】

上記構成に従えば、セットアップ時にアームベースを患者に対して位置づける操作を容易に行うことができる。また、セットアップ時にアーム同士の干渉が生じないように当該アーム同士の間隔を移動機構により容易に変更することができる。

【0019】

上記発明において、前記移動機構は、手術中に、前記第１の多自由度マニピュレータアームと前記第２の多自由度マニピュレータアームとが干渉することを防止するために前記第１多自由度マニピュレータアームの基端部を前記アームベースに対して移動させるように構成されていることが好ましい。

【0020】

上記構成に従えば、手術中に、医師により第１および第２アームが操作されているときに、アーム同士の干渉が生じないように当該アーム同士の間隔を移動機構により容易に変更することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、患者に対する複数の多自由度マニピュレータアームの配置の自由度を向上させることができ、多自由度マニピュレータアーム同士の干渉を防ぐことができる医療用マニピュレータおよびこれを備えた外科手術システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係る外科手術システムを示す斜視図である。

【図2】図１の外科手術システムにおけるマニピュレータアームの構成を示す図である。

【図3】図１の外科手術システムにおける制御系統の構成を示すブロック図である。

【図4】図１のアームベースの構成を示す正面図である。

【図5】図４のアームベースの平面図である。

【図6】（ａ）はアームベースの変形例を示す正面図であり、（ｂ）はアームベースの別の変形例を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の一実施形態に係る外科手術システムについて図面を参照して説明する。以下に説明する外科手術システムは、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。

【0024】

図１に示すように、外科手術システム１００は、ロボット支援手術やロボット遠隔手術などのように、医師などの施術者が医療用マニピュレータ１を用いて患者に内視鏡外科手術を施すシステムである。

【0025】

外科手術システム１００は、患者側システムである医療用マニピュレータ１と、この医療用マニピュレータ１の多自由度マニピュレータアーム（以下、単にアームと記載）３を操るための指示装置２とを備えている。指示装置２は医療用マニピュレータ１から離れて配置され、アーム３は指示装置２によって遠隔操作される。施術者はアーム３に行わせる動作を指示装置２に入力し、指示装置２はその動作指令を医療用マニピュレータ１に送信する。医療用マニピュレータ１は、指示装置２から送信された動作指令を受け取り、この動作指令に基づいて医療用マニピュレータ１のアーム３が具備する内視鏡アセンブリやインストゥルメントなどの長軸状の医療器具４を動作させる。

【0026】

指示装置２は、外科手術システム１００と施術者とのインターフェースを構成し、アーム３を操作するための装置である。指示装置２は、手術室内に又は手術室外に配置されている。指示装置２は、施術者が動作指令を入力するための操作用マニピュレータアーム５１、操作ペダル５２、タッチパネル５３、内視鏡アセンブリで撮影された画像を表示するモニタ５４、医師などの操作者の顔の高さ位置にモニタ５４を支持する支持アーム５５、およびタッチパネル５３が配されたバー５６等を含む。施術者は、モニタ５４で患部を視認しながら、操作用マニピュレータアーム５１および操作ペダル５２を操作して指示装置２に動作指令を入力する。指示装置２に入力された動作指令は、有線又は無線により医療用マニピュレータ１のコントローラ６に伝達される。アーム３はコントローラ６により動作制御される。なお、コントローラ６は例えばマイクロコントローラ等のコンピュータにより構成されている。

【0027】

医療用マニピュレータ１は、外科手術システム１００と患者とのインターフェースを構成する。医療用マニピュレータ１は、滅菌された滅菌野である手術室内に配置されている。

【0028】

医療用マニピュレータ１は、ポジショナ７と、ポジショナ７の先端部に取り付けられた長尺状のアームベース５と、アームベース５にその基端部が着脱可能に取り付けられた複数（本実施形態では４本）のアーム３とを備えている。医療用マニピュレータ１は複数のアーム３が折り畳まれた収納姿勢をとるように構成されている。上記４本のアーム３をそれぞれアーム３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄとする。これらアーム３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、アームベース５の長手方向にこの順で並んで保持されている。

【0029】

ポジショナ７は、垂直多関節形ロボットとして構成されており、手術室の所定位置に配置された台車７０のベース本体７０ａに設けられており、アームベース５の位置を３次元的に移動させることができる。ポジショナ７およびアームベース５は、図略の滅菌ドレープで覆われ、ポジショナ７およびアームベース５が手術室内の滅菌野から遮蔽されている。台車７０のハンドル７４には、操作入力部であるタッチパネルディスプレイ４８が設けられている。タッチパネルディスプレイ４８は、医療用マニピュレータ１の状態に関連する情報データ、特定の手術に関する情報、及び、外科手術システム１００の全体に関する情報を表示するように構成される。タッチパネルディスプレイ４８は、アーム３Ａ，３Ｄの基端部をアームベース５に対して移動させる指示を行うものである。また、タッチパネルディスプレイ４８は、医療用マニピュレータ１のポジショナ７に関する操作の入力を受け付ける入力装置として構成される。すなわち、タッチパネルディスプレイ４８は、ポジショナ７によってアームベース５を移動させる指示を行うように構成される。

【0030】

複数のアーム３のうちアーム３Ａの先端部には、医療器具４として、例えば取り替え用のインストゥルメント（例えば鉗子など）が保持される。アーム３Ｂの先端部には、医療器具４として、例えば鉗子などのインストゥルメントが保持される。また、アーム３Ｃの先端部には、医療器具４として、例えば内視鏡アセンブリが保持される。アーム３Ｄの先端部には、医療器具４として、例えば取り替え用の内視鏡アセンブリが保持される。

【0031】

医療用マニピュレータ１において、アームベース５は、複数のアーム３の拠点となるハブとしての機能を有している。本実施形態では、ポジショナ７およびアームベース５によって、複数のアーム３を移動可能に支持するマニピュレータアーム支持体Ｓが構成されている。ただし、マニピュレータアーム支持体Ｓは少なくともアームベース５を含んでいればよく、ポジショナ７に代えて、例えば直動レール、昇降装置、あるいは、天井または壁に取り付けられたブラケットに支持されたアームベース５によってマニピュレータアーム支持体Ｓが構成されてもよい。

【0032】

医療用マニピュレータ１では、ポジショナ７から医療器具４まで、要素が一連に繋がっている。以下、本明細書では、上記一連の要素において、ポジショナ７へ向かう側の端部を基端部といい、その反対側の端部を先端部という。

【0033】

図２に示すように、医療器具４がインストゥルメントである場合、当該医療器具４はその基端部に設けられた駆動ユニット８９を有している。このインストゥルメントの先端部に設けられたエンドエフェクタは、動作する関節を有する器具（例えば、鉗子、ハサミ、グラスパー、ニードルホルダ、マイクロジセクター、ステープルアプライヤー、タッカー、吸引洗浄ツール、スネアワイヤ、および、クリップアプライヤー等）、ならびに、関節を有しない器具（例えば、切断刃、焼灼プローブ、洗浄器、カテーテル、および、吸引オリフィス等）を含む群より選択される。

【0034】

医療用マニピュレータ１を用いた施術においては、最初に、タッチパネルディスプレイ４８から動作指令を受けたコントローラ６が、アームベース５と手術台又は患者とが所定の位置関係となるように、ポジショナ７を動作させてアームベース５の位置決めを行う。次に、コントローラ６が、患者の体表に留置されたスリーブ（カニューレスリーブ）と医療器具４とが所定の初期位置関係となるように、各アーム３を動作させて医療器具４の位置決めを行う。加えて、コントローラ６によってアーム３がスライドされることで、アーム３の基端部同士の間隔が適宜調整される。詳細は後述する。なお、ポジショナ７の位置決め動作と各アーム３の位置決め動作とは同時に行われてもよい。そして、コントローラ６は、原則としてポジショナ７を静止させた状態で、指示装置２からの動作指令に応じて、各アーム３により医療器具４を動作させて適宜変位および姿勢変化させつつ施術を行う。

【0035】

続いて、アーム３の詳細な構成について説明する。図２に示すように、アーム３は、アーム本体３０と、アーム本体３０の先端部に連結された並進アーム３５とを備え、基端部に対し先端部を３次元空間内で移動させることができるように構成されている。なお、本実施の形態では、医療用マニピュレータ１が具備する複数のアーム３はいずれも同様または類似の構成を有するが、複数のアーム３のうち少なくとも１本が他のアームと異なる構成を有してもよい。アーム３の先端部には、医療器具４を保持可能なホルダ３６が設けられている。

【0036】

アーム３はアームベース５に対し着脱可能に構成されている。アーム３は、洗浄処理および滅菌処理のための耐水性、耐熱性、および耐薬品性を備えている。アーム３の滅菌処理には様々な方法があるが、例えば、高圧蒸気滅菌法、ＥＯＧ滅菌法、消毒薬による化学滅菌法などが選択的に用いられる。

【0037】

アーム本体３０は、アームベース５に着脱可能に取り付けられるベース８０と、ベース８０から先端部に向けて順次連結された第１リンク８１〜第６リンク８６とを含む。より詳細には、ベース８０の先端部に、捩り関節Ｊ３１を介して第１リンク８１の基端部が連結されている。第１リンク８１の先端部に、捩り関節Ｊ３２を介して第２リンク８２の基端部が連結されている。第２リンク８２の先端部に、曲げ関節Ｊ３３を介して第３リンク８３の基端部が連結されている。第３リンク８３の先端部に、捩り関節Ｊ３４を介して第４リンク８４の基端部が連結されている。第４リンク８４の先端部に、曲げ関節Ｊ３５を介して第５リンク８５の基端部が連結されている。第５リンク８５の先端部に、捩り関節Ｊ３６を介して第６リンク８６の基端部が連結されている。第６リンク８６の先端部に、曲げ関節Ｊ３７を介して並進アーム３５の基端部が連結されている。これにより、アーム３は、冗長軸（本実施の形態においては捩り関節Ｊ３２）を含む７軸関節アームとして構成される。すなわち、アーム３は６自由度以上の自由度を有している。したがって、アーム３は、当該アーム３の先端部の位置を変化させることなく姿勢を変えることができるようになっている。

【0038】

アーム本体３０の外殻は、主にステンレスなどの耐熱性および耐薬品性を有する部材で形成されている。また、リンク同士の連結部には、耐水性を備えるためのシール（図略）が設けられている。このシールは、高圧蒸気滅菌法に対応する耐熱性や、消毒薬に対する耐薬品性を備えている。なお、リンク同士の連結部において、連結される一方のリンクの端部の内側に他方のリンクの端部が挿入されており、これらのリンクの端部同士の間を埋めるようにシールが配置されることによって、シールが外観から隠蔽されている。これにより、シールとリンクとの間から水、薬液、蒸気の浸入が抑制されている。

【0039】

並進アーム３５は、その先端部に取り付けられたホルダ３６を医療器具４の軸方向に移動させることにより、このホルダ３６に取り付けられた医療器具４をその軸方向に並進移動させる。

【0040】

並進アーム３５は、アーム本体３０の第６リンク８６の先端部に、曲げ関節Ｊ３７を介して連結される基端側リンク６１と、先端側リンク６２と、基端側リンク６１と先端側リンク６２を連結する連結軸６３と、図略の連動機構とを有する。また、並進アーム３５の先端部、すなわち先端側リンク６２の先端部には、回動軸６８が設けられている。並進アーム３５の駆動源は、アーム本体３０の先端部すなわち第６リンク８６に設けられている。連結軸６３は、曲げ関節Ｊ３７と平行に配置され、先端側リンク６２は、基端側リンク６１に対して連結軸６３回りに回動可能に構成されている。上記の連動機構は、公知のリンク機構を採用可能であり、例えばプーリおよびタイミングベルトを用いた構成でもよいし、ギアトレインを含む機構でもよい。

【0041】

先端側リンク６２の基端部（第６リンク８６との連結部）には、曲げ関節Ｊ３７と同軸に配置される第１並進アーム駆動軸および第２並進アーム駆動軸（共に図略）が設けられている。第２並進アーム駆動軸は、連動機構に連結されており、第２並進アーム駆動軸が第１並進アーム駆動軸に対して差動することにより、基端側リンク６１の曲げ関節Ｊ３７回りの回動角度、先端側リンク６２の連結軸６３回りの回動角度、および、ホルダ３６の回動軸６８回りの回動角度が所定の比率（例えば１：２：１）を保持するように、並進アーム３５が並進動作する。第１並進アーム駆動軸および第２並進アーム駆動軸が同期して回動することにより、並進アーム３５全体がアーム本体３０に対して曲げ関節Ｊ３７回りに回動する。

【0042】

続いて、図３に示すように、アーム本体３０には、各関節Ｊ３１〜Ｊ３６に対応して、駆動用のサーボモータＭ３１〜Ｍ３６、サーボモータＭ３１〜Ｍ３６の回転角を検出するエンコーダＥ３１〜Ｅ３６、および、サーボモータＭ３１〜Ｍ３６の出力を減速させてトルクを増大させる減速機（図略）が設けられる。なお、図３では、関節Ｊ３１〜Ｊ３６のうち、捩り関節Ｊ３１と捩り関節Ｊ３６との制御系統が代表的に示され、その他の関節Ｊ３３〜Ｊ３５の制御系統は省略されている。さらに、アーム本体３０には、並進アーム３５が並進動作または回動動作する関節Ｊ３７に対応して、第１並進アーム駆動軸を駆動するためのサーボモータＭ３７ａおよび第２並進アーム駆動軸を駆動するためのサーボモータＭ３７ｂと、サーボモータＭ３７ａ，Ｍ３７ｂの回転角を検出するエンコーダＥ３７ａ，Ｅ３７ｂと、サーボモータＭ３７ａ，Ｍ３７ｂの出力を減速させてトルクを増大させる減速機（図略）とが設けられる。

【0043】

なお、エンコーダＥ３１〜Ｅ３６，Ｅ３７ａ，Ｅ３７ｂは、サーボモータＭ３１〜Ｍ３６，Ｍ３７ａ，Ｍ３７ｂの回転位置（回転角）を検出する回転位置検出手段の一例として設けられており、エンコーダＥ３１〜Ｅ３６，Ｅ３７ａ，Ｅ３７ｂに代えてレゾルバなどの回転位置検出手段が用いられてもよい。また、アーム３の駆動系統の上記の各要素およびこれらのための配線ならびに制御部は、耐高温材料で構成され、滅菌処理のための耐熱性が備えられている。

【0044】

コントローラ６は、動作指令に基づいて複数のアーム３の移動（スライド移動以外の移動）を制御するアーム制御部６０１と、アーム３のスライド移動を制御するアームスライド制御部６１０とを含む。アーム制御部６０１にはサーボ制御部Ｃ３１〜Ｃ３６，Ｃ３７ａ，Ｃ３７ｂが電気的に接続され、図略の増幅回路などを介してサーボモータＭ３１〜Ｍ３６，Ｍ３７ａ，Ｍ３７ｂが電気的に接続されている。

【0045】

指示装置２に入力された動作指令に基づいて、アーム制御部６０１にアーム３の先端部の位置姿勢指令が入力される。アーム制御部６０１は、位置姿勢指令とエンコーダＥ３１〜Ｅ３６，Ｅ３７ａ，Ｅ３７ｂで検出された回転角とに基づいて、位置指令値を生成して出力する。この位置指令値を取得したサーボ制御部Ｃ３１〜Ｃ３６，Ｃ３７ａ，Ｃ３７ｂは、エンコーダＥ３１〜Ｅ３６，Ｅ３７ａ，Ｅ３７ｂで検出された回転角および位置指令値に基づいて駆動指令値（トルク指令値）を生成して出力する。この駆動指令値を取得した増幅回路は、駆動指令値に対応した駆動電流をサーボモータＭ３１〜Ｍ３６，Ｍ３７ａ，Ｍ３７ｂへ供給する。このようにして、アーム３の先端部が、位置姿勢指令と対応する位置および姿勢に到達するように、各サーボモータＭ３１〜Ｍ３６，Ｍ３７ａ，Ｍ３７ｂがサーボ制御される。

【0046】

コントローラ６には、アーム制御部６０１にデータを読み出し可能な記憶部６０２が設けられている。記憶部６０２には、指示装置２又はタッチパネルディスプレイ４８を介して入力された手術情報が予め記憶されている。

【0047】

記憶部６０２には、アーム３の先端部に保持される医療器具４の長さ等の情報が記憶されている。これにより、アーム制御部６０１は、アーム３の先端部の位置姿勢指令に基づいて、当該アーム３の先端部に保持された医療器具４の先端部の位置を把握可能となっている。また、記憶部６０２には、アーム３同士の干渉の判定処理を行うための処理用データが記憶されている。

【0048】

外科手術システム１００を用いた施術中において、アーム制御部６０１は、指示装置２からの動作指令に基づいて、複数のアーム３の動作を制御するように構成されている。このときアーム制御部６０１は、記憶部６０２に記憶されている上記処理用データを用いて、複数のアーム３同士が干渉を生じるか否かを判定する処理を行う。そして、アーム制御部６０１は、上記干渉が生じると判定される場合には、その干渉が生じないように各アーム３の動作を制御するように構成されている。

【0049】

アームスライド制御部６１０は、術式等の条件に応じて、手術前の段階であるセットアップ時に、アーム３同士の干渉を防ぐために、手術助手などによるタッチパネルディスプレイ４８の操作により生成される動作指令に基づきアーム３の基端部同士の間隔を予め変更する。また、アームスライド制御部６１０は、施術中におけるアーム３同士の干渉を防ぐために、医師の操作による指示装置２からの動作指令を基に、記憶部６０２に記憶されている上記処理用データを用いて干渉の判定処理を行う。そして、アームスライド制御部６１０は、アーム３同士の干渉が生じると判定される場合には、その干渉が生じないようにアーム３の基端部同士の間隔を変更するように構成されている。

【0050】

次に、アームベース５の構成およびアーム３の基端部同士の間隔を変更する構成について説明する。図４に示すように、アームベース５は２つの移動機構４７を有する。この移動機構４７は、４つのアーム３のうちの一端側のアーム３Ａの基端部とこれと隣り合うアーム３Ｂの基端部との間隔を変更する第１移動機構４７Ａと、他端側のアーム３Ｄの基端部とこれと隣り合うアーム３Ｃの基端部との間隔を変更する第２移動機構４７Ｂとを含む。第１移動機構４７Ａはアーム３Ａを移動させるために後述の傾斜部５ｃに配置され、第２移動機構４７Ｂはアーム３Ｄを移動させるために後述の傾斜部５ｂに配置される。以下、詳細に説明する。

【0051】

図４に示すように、アームベース５は、正面視において略Ｖ字状に形成されている。詳しくは、アームベース５は、長尺状のベース本体部５ａと、このベース本体部５ａに対して傾斜して接続された長尺状の傾斜部５ｂ，５ｃとを有している。傾斜部５ｂはベース本体部５ａの第２端部（図４では右端）５ａ２に一体的に接続されており、傾斜部５ｃはベース本体部５ａの第１端部（図４では左端）５ａ１に一体的に接続されている。傾斜部５ｂは、ベース本体部５ａが患者に対向する位置に配置された場合に当該患者に近づく方に傾斜されている。また、傾斜部５ｃは、ベース本体部５ａが患者に対向する位置に配置された場合に当該患者に近づく方に傾斜されている。このような構成によって、アームベース５は、患者の腹部に対向する位置に配置されたときに当該患者の腹部の曲線に沿うような形状となっている。

【0052】

ここで、本実施形態では、４本のアーム３のうちアーム３Ｂおよびアーム３Ｃはアームベース５（アームベース５のベース本体部５ａ）に固定された状態で設けられている。これに対して、アーム３Ｄは傾斜部５ｂの傾斜方向にスライド可能にアームベース５に設けられており、アーム３Ａは傾斜部５ｃの傾斜方向にスライド可能にアームベース５に設けられている。すなわち、アーム３Ｄは隣り合うアーム３Ｃに対して近づく方向および離れる方向に移動するように構成されており、アーム３Ａは隣り合うアーム３Ｂに対して近づく方向および離れる方向に移動するように構成されている。

【0053】

アームベース５は筐体状に構成されており、上述の移動機構４７Ａ，４７Ｂはアームベース５内に設けられている。詳細には、移動機構４７Ａ，４７Ｂは、４つのローラ４０と、この４つのローラ４０に張架されて回動可能に構成されたスライド用ベルト４１と、このスライド用ベルト４１とアーム３Ｄとを連結する連結部材４２と、駆動モータ６１１（図５参照）と、駆動ベルト４５（図５参照）とを有している。なお、駆動モータ６１１の出力を減速させる減速機（図略）および当該駆動モータ６１１の回転角を検出するエンコーダ（図略）が設けられている。

【0054】

各ローラ４０は、スライド用ベルト４１が正面視で略矩形状に張架されるように当該矩形の各頂点位置に配置されている。連結部材４２は、傾斜部５ｂの傾斜方向に配置された一対のローラ４０（図４では下側の一対のローラ４０）間で張架されたスライド用ベルト４１の部分に連結されている。また、図５に示すように、駆動ベルト４５は、駆動モータ６１１の回転軸と一のローラ４０（図４で例えば左上のローラ４０）とに張架されている。つまり、図４の左上のローラ４０が駆動ローラとして構成され、他の３つのローラ４０が従動ローラとして構成されている。

【0055】

以上のような構成において、アーム３Ｄの基端部とアーム３Ｃの基端部との間隔を変更する際には、アームスライド制御部６１０により駆動モータ６１１が駆動されることで、各ローラ４０が駆動ベルト４５を介して時計回又は反時計回りに回動する。これにより、スライド用ベルト４１が回動するため、連結部材４２が傾斜部５ｂの傾斜方向の一方側又は他方側に移動する。これによって、アーム３Ｄを傾斜部５ｂの傾斜方向に沿ってスライドさせることができる。これにより、アーム３Ｄをアーム３Ｃに対して近づく方向および離れる方向に移動させることができ、アーム３Ｄの基端部とアーム３Ｃの基端部との間隔を変更することができる。なお、アーム３Ａを移動機構４７Ａにより傾斜部５ｃの傾斜方向に沿ってスライドさせて当該アーム３Ａの基端部とアーム３Ｂの基端部との間隔を変更する構成は、アーム３Ｄを移動機構４７Ｂによりスライドさせる構成と同じであるため、それ以上の説明を省略する。

【0056】

以上説明したように、本実施形態の医療用マニピュレータ１を備える外科手術システム１００によれば、移動機構４７によって、アーム３Ｄをスライドさせることで当該アーム３Ｄの基端部とアーム３Ｃの基端部との間隔が変更され、アーム３Ａをスライドさせることで当該アーム３Ａの基端部とアーム３Ｂの基端部との間隔が変更されるようになっている。これにより、術式に応じて各アーム３の患者に対する配置の自由度を向上させることができると共に、アーム３同士の干渉を防ぐことができる。

【0057】

また、本実施形態では、アームベース５は略Ｖ字状に形成されている。これにより、アーム３の患者に対するアプローチが容易となる。

【0058】

さらに、本実施形態では、移動機構４７は、手術中に、アーム３の基端部同士の間隔を変更することができるように構成されている。これにより、例えば予期し得なかった緊急対応が必要な場合でも、アーム３の基端部同士の間隔を変更することができ、アーム３同士の干渉を防ぐことができる。

【0059】

（他の実施形態）
上記実施形態の他にも、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で次のような種々の変形も可能である。

【0060】

上記実施形態では、アームベース５を正面視で略Ｖ字状に形成することとしたが、これに限定されるものではなく、例えば図６（ａ）に示すように、正面視で直線状に形成されたアームベース５５を採用してもよく、また図６（ｂ）に示すように、正面視で円弧状に形成されたアームベース５６を採用してもよい。図６（ｂ）の構成によれば、患者に対するアーム３のアプローチが容易となる。さらに、アームベース５を長手方向の中央で山折りするような形状に形成してもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、４つのアーム３のうち両端に位置するアーム３Ａ，３Ｄのみをスライド可能に構成したが、これに限定されるものではなく、４つアーム３全てをスライド可能に構成してもよい。

【0062】

さらに、上記実施形態では、スライド用ベルト４１によりアーム３Ａ，３Ｄをスライドさせる構成の移動機構４７を採用することとしたが、これに限定されるものではなく、例えばシリンダ等の他のアクチュエータにより移動機構４７を構成してもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 医療用マニピュレータ
２ 指示装置
３ 多自由度マニピュレータアーム
３Ａ 多自由度マニピュレータアーム（第１の多自由度マニピュレータアーム）
３Ｂ 多自由度マニピュレータアーム（第２の多自由度マニピュレータアーム）
３Ｃ 多自由度マニピュレータアーム（第３の多自由度マニピュレータアーム）
３Ｄ 多自由度マニピュレータアーム（第４の多自由度マニピュレータアーム）
４ 医療器具
５ アームベース
５ａ ベース本体部
５ａ１ ベース本体部の第１端部
５ａ２ ベース本体部の第２端部
５ｂ 傾斜部（第２傾斜部）
５ｃ 傾斜部（第１傾斜部）
７ ポジショナ
４７ 移動機構
４７Ａ 第１移動機構
４７Ｂ 第２移動機構
４８ タッチパネルディスプレイ（操作入力部）
１００ 外科手術システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】